KR100298135B1

KR100298135B1 - 내연기관의점화및연소제어

Info

Publication number: KR100298135B1
Application number: KR1019980027288A
Authority: KR
Inventors: 게이스께 스즈끼; 노부따까 다까하시
Original assignee: 하나와 요시카즈; 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2001-08-07
Also published as: EP0890738B1; EP0890738A2; EP0890738A3; JPH1122609A; DE69828847T2; KR19990013660A; JP3508481B2; DE69828847D1; US6089206A

Abstract

성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이의 내연 기관의 연소 변환시 엔진 제어 시스템은 점화 시기를 수정하여 연료 증가로 인한 바람직하지 않은 토크 증가를 없앤다. 제어기는 연료 증가로 인한 토크 변동을 지시하는 목표 흡기 공기량에 대한 실제 흡기 공기량의 과잉 계수와 같은 과잉량을 결정하고, 과잉량에 따라 점화 시기 수정량을 결정하여 토크 변동을 없앤다. 이러한 수정량으로 제어 시스템은 점화 시기를 일시적으로 지연시켜 원활한 연소 변환을 보장한다.

Description

내연 기관의 점화 및 연소 제어{IGNITION AND COMBUSTION CONTROL IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관에 관한 것으로서, 상세하게는 일연소 모드로부터 타연소 모드까지 엔진의 연소 조건의 변환시 점화 시기를 조절하는 제어 시스템을 갖춘 전기 제어식 엔진에 관한 것이다.

일본 특허 공개 공보 소62(1987)-110536호는 액셀러레이터 답입 정도 및 엔진 속도 등의 하나 이상의 엔진 작동 조건에 따라 목표 엔진 토크를 결정하고 전기 제어식 드로틀 밸브로 드로틀 개도를 제어함으로써 목표 토크를 달성하도록 배치된 종래의 엔진 제어 시스템을 개시하고 있다.

일본 특허 공개 공보 평5(1993)-71381호는 희박 공연비 및 화학 양론적 공연비 또는 성층 연소 및 균질 연소 사이의 변환시 토크를 일정하게 하거나 원활하게 변동하도록 배치된 또다른 종래의 엔진 제어 시스템을 개시하고 있다. 이러한 시스템은 공연비를 점차적으로 변화시켜 목표 공연비와 목표 실린더 흡기 공기량의 단계적 변화로 인한 급작스런 토크 변화를 방지한다.

그러나 종래 기술에 있어서는 공연비와 흡기 공기량의 변화율은 서로 일치하지 않아서 단계적인 토크차는 완화되지만, 적정 토크는 달성하지 못한다. 또한, 목적하는 비율에서 벗어난 공연비의 사용은 배출 문제를 악화시키며, 성층 충전 연소에서 대량의 EGR(Exhaust Gas Recirculation, 배기 가스 재순환)의 이용은 연소변환 직후의 균질 연소의 안정성을 저하시키게 된다.

그러므로 본 발명의 목적은 엔진 연소 모드를 만족스러운 조종 안정성 및 배출 성능을 지닌 채 원활하게 바꿀 수 있는 내연 기관 또는 엔진 시스템을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 일구성의 이해를 용이하게 하기 위한 블록 도표.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 시스템을 도시한 개략도.

도3은 실시예에 따른 제1 실제예에서 성층 대 균질 연소 변환 제어 루틴을 도시한 흐름도.

도4는 과잉 공기 계수(rQa)로부터 과잉 토크 계수(PIPER1)으로의 변환을 위해 도3의 성층 대 균질 연소 변환 제어 루틴에서 사용된 맵을 개략적으로 도시한 도면.

도5는 토크 수정 계수(PIPER)로부터 점화 시기 수정량(△ADB)으로의 변환을 위해 도3의 성층 대 균질 연소 변환 제어 루틴에서 사용된 맵을 개략적으로 도시한 도면.

도6은 본 발명의 실시예에 따른 점화 시기 제어 루틴을 도시한 흐름도.

도7은 균질 연소로부터 성층 연소로의 변환의 경우 실시예의 제1 실제예에 따른 제어 시스템에서 발생하는 시간 의존 상태를 도시하기 위해 시간이 감에 따라 변동하는 변수를 도시한 타임 차트.

도8은 실시예에 따른 제2 실제예에서 균질 대 성층 연소 변환 제어 루틴을도시한 흐름도.

도9는 균질 연소에서 성층 연소로의 변환의 경우 도8의 제어 루틴에 따른 제어 시스템에서 발생하는 시간 의존 상태를 도시하기 위해 시간이 감에 따라 변동하는 변수를 도시한 타임 차트.

도10은 본 발명의 실시예에 따른 제3 실제예에서 성층 대 균질 연소 변환 제어 루틴을 도시한 흐름도.

도11은 당량비 계수(rФ)로부터 과잉 토크 계수(PIPER2)로의 변환을 위해 도10의 루틴에 사용된 맵을 개략적으로 도시한 도면.

도12는 성층 연소로부터 균질 연소로의 변환의 경우 도10의 제어 루틴에 따라 발생하는 시간 의존 상태를 도시하기 위해 시간이 감에 따라 변동하는 변수를 도시한 타임 차트.

도13은 실시예에 따른 제3 실제예에 사용된 EGR률 계산 루틴을 도시한 흐름도.

도14는 도13의 루틴에서 사용된 배기 압력 맵을 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4 : 엔진

6 : 연료 분사기

7 : 스파크 플러그

9 : 드로틀 밸브

11 : 제어 유닛

12 : 연소 챔버

본 발명에 따르면, 내연 기관은 엔진의 실제 연소 모드로 변환시키는 작동 시스템과, 엔진의 점화 시기를 수정하여 연소 모드의 변환시 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 보상하는 제어기를 포함한다. 내연 기관용 엔진 제어 공정은 엔진의 실제 연소 조건을 변환시키는 변환 단계와, 엔진의 점화 시기를 수정하여 연소 모드의 변환시 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 보상하는 점화 시기 수정 단계를 포함한다.

도1에 도시된 바와 같이, 제어기는 연소 모드의 변환시 연료 공급량의 변동으로 인한 과잉 토크 또는 토크 변동의 추산을 위한 제1 수단과, 제1 수단에 의해 추산된 토크 변동을 제거하기 위해 점화 시기 수정량을 계산하기 위한 제2 수단과, 점화 시기 수정량에 의해 엔진의 점화 시기를 수정하기 위한 제3 수단을 포함할 수 있다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 내연 기관을 도시한다.

본 실시예에서 내연 기관은 센서와 제어기부 및 액츄에이터로서 기능하는 장치들을 포함한 액츄에이터부를 포함한 센서부를 포함한 엔진 시스템이다. 이러한부분은 제어 시스템을 형성한다.

이러한 실시예의 센서부는 엔진(또는 엔진 프로퍼(proper))(4)의 가속 시스템의 위치를 감지하는 액셀러레이터 위치 센서(1)와, 크랭크 각 센서(2)와, 엔진(4)용 흡기 공기량을 감지하는 공기 유동 센서(3)(또는 공기 유량계)와, 엔진 냉각수의 온도를 감지하는 수온 센서(5)를 포함한다. 본 실시예의 액셀러레이터 센서(1)는 자동차의 액셀러레이터 페달의 답입 정도(또는 개도)를 감지한다. 본 실시예의 크랭크각 센서(2)는 단위 크랭크각마다 신호를 주는 위치 신호와 실린더 행정 단계 차이를 신호로 제공하는 기준 신호를 생성한다. 제어 시스템은 위치 신호의 단위 시간당 펄스의 수를 측정하거나 참고 신호의 펄스 발생 시기를 측정함으로써 엔진 속도(Ne)를 결정할 수 있다. 엔진(4)은 각 실린더에 대한 연료 분사기(6)와 스파크 플러그(7)를 포함한다. 각 실린더에서, 연료 분사기(6)는 연료 분사 제어 신호에 응답하여 엔진(4)의 연소 챔버(12) 내로 직접 연료를 분사하고 스파크 플러그(7)는 연소 챔버(12) 내에서 점화를 시작한다. 연료 분사기(6)는 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 중 하나의 모드에서 제어된다. 하부 및 중간의 엔진 부하 영역에서 각 실린더의 연료 분사기(6)는 압축 행정에서 연소 챔버(12) 내로 연료를 분사하여 스파크 플러그(7) 주위에 성층화된 가연성 공연 혼합물을 생성시킴으로써 매우 희박한 공연 혼합물로 된 성층 연소를 달성한다. 고부하 조건하에서 각 실린더의 연료 분사기(6)는 균질 연소 모드에서 제어되며 흡기 행정에서 연소 챔버(12) 내로 연료를 분사하여 균질 연소를 달성하여 고출력을 제공한다. 연료 분사기(6)는 엔진의 연료 분사 시스템의 구성요소이며 엔진(4)에서 연소 조건을 제어하는 액츄에이터로서 기능할 수 있다.

엔진(4)용 흡기 시스템은 흡기 공기 통로(8)와 엔진(4)에 달린 흡기 공기 통로(8) 내에 배치된 드로틀 밸브(9)를 포함한다. 드로틀 제어 유닛(10)은 드로틀 밸브(9)의 개도를 전기적으로 제어하도록 배치되어 있다. 드로틀 제어 유닛(10)과 드로틀 밸브(9)는 엔진(4)의 흡기 공기량을 제어하는 액츄에이터로서 기능할 수 있다.

엔진 제어 유닛 또는 엔진 제어기(11)는 센서부로부터 신호를 받아 엔진 작동 조건에 대한 입력 정보를 수집하고 드로틀 제어 유닛(10), 연료 공급량(즉, 본 실시예의 연료 분사량) 및 각 연료 분사기(6)의 연료 분사 시기를 통해 드로틀 밸브(9)의 개도와 엔진 작동 조건에 따라 각 스파크 플러그(7)의 점화 시기를 제어한다.

엔진 제어 유닛(11)은 제어 시스템의 제어기부 내의 주요 요소이다. 본 실시예에서 제어 유닛(11)은 적어도 하나의 중앙 처리 유닛(CPU), ROM 및 RAM을 구비한 기억부와 입출력부를 포함한 적어도 하나의 컴퓨터를 포함한다.

연료 분사기(6)는 엔진(4)의 연료 시스템, 본 실시예에서는 연료 분사 시스템의 구성 요소이다. 스파크 플러그(7)는 엔진(4)의 점화 시스템의 구성 요소이다. 엔진 시스템은 적어도 엔진 배기 가스 통로(13)를 포함한 배기 시스템과, 배기 시스템을 흡기 시스템과 연결시키는 EGR(배기 가스 재순환) 시스템을 더 포함한다.

엔진(4)의 EGR 시스템은 배기 통로(12)를 흡기 통로(8)와 연결시키는 EGR통로(14)와 EGR 제어 유닛(15)을 포함한다. EGR 제어 유닛(15)은 EGR 통로(14) 내에 배치된 EGR 제어 밸브를 포함하고 EGR 밸브의 개도를 전기적으로 제어한다. EGR 제어 유닛(15)은 EGR 밸브의 개도를 변동시킴으로써 엔진 제어 유닛(11)으로부터 보내진 EGR 제어 신호에 응답하여 EGR의 양을 제어한다. EGR 제어 신호를 생성시킴으로써 엔진 제어 유닛(11)은 엔진(4)의 EGR 조건도 제어한다.

본 발명에 따른 제1 실시예에서, 엔진 제어 유닛(11)은 도3의 루틴을 수행한다. 성층 충전 연소로부터 균질 충전 연소로의 연소 변환의 경우 본 실시예에서의 엔진 제어 시스템은 균질 모드의 목표 당량비에 대응하는 목표치로 실린더 흡기 공기량을 감소시키고, 연료 공급량을 제어하여 실제 실린더 흡기 공기량의 느린 감소로 균질 모드의 목표 당량비를 그대로 유지한다. 실제 흡기 공기량이 지체되는 동안 이러한 제어 시스템은 점화 시기를 수정하여 엔진 토크가 연료 공급량의 증가에 의해 증가되는 것을 방지한다.

도3의 루틴은 제어 시스템에 의해 수행된 연소 변환 제어 공정이다. 엔진 제어 유닛(11)은 당해 엔진 작동 조건에 따라 성층 모드에서 균질 모드로의 연소 변환이 요구되면 도3의 루틴을 실행한다.

단계(S1)에서 제어 유닛(11)은 당해 엔진 작동 조건(엔진 속도 및 엔진 부하)에 따라 균질 연소 모드용 목표 당량비(tФ)를 계산한다. 당량비는 공연비에 비례하는 양이다.

단계(S2)에서 제어 유닛(11)은 목표 당량비(tФ)에 대응하는 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)을 계산한다.

단계(S3)에서 제어 유닛(11)은 목표 실린더 흡기 공기량(tQa), 목표 당량비(tФ)를 소정의 변수로 저장함으로써 연소 변환을 수행한다. 이러한 제어 시스템은 잇따른 또다른 작업에 의해 흡기 공기량과 당량비를 제어한다.

단계(S4)에서 제어 유닛(11)은 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)에 따라 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)을 계산한다. 드로틀 밸브(9)의 운동 지연과 드로틀 밸브(9)로부터 실린더까지의 흡기 공기의 이송 지체로 인한 지연 때문에 엔진의 각 실린더의 실제 흡기 공기량은 (흡기 공기 제어 신호에 대응하는) 드로틀 제어 신호의 변화에 즉시 응답하여 변화시킬 수 없다. 지연 실린더 흡기량(dQa)는 실제 실린더 흡기량을 나타내는 변수이다.

단계(S5)에서 제어 유닛(11)은 목표 실린더 공기량(tQa)에 대한 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)의 과잉 공기 계수(rQa)를 계산한다. 이러한 실시예에서, 제어 시스템은 과잉량으로서 과잉 공기 계수(rQa)(=dQa/tQa)를 채택한다.

단계(S6)에서 제어 유닛(11)은 도4에서 도시된 바와 같이 맵으로부터 정보를 보정받음으로써 과잉 공기 계수(rQa)로부터 과잉 토크 계수(PIPER1)를 계산한다. 과잉 토크 계수(PIPER1)는 도4에 도시된 바와 같이 과잉 공기 계수(rQa)가 증가함에 따라 증가한다. 과잉 토크 계수(PIPER1)는 목표 당량비(tФ)와 실린더 흡기 공기량(tQa)에 의해 얻어진 토크에 대한, 목표 당량비(tФ)와 실제 실린더 흡기 공기량을 나타내는 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)에 의해 얻어진 토크의 과잉 계수이다. 다시 말하면, 과잉 토크 계수(PIPER1)는 (점화 시기 제어없이 얻어진) 실제 토크가 흡기 공기량의 지연 때문에 목표 토크를 과잉하는 계수 또는 비율을 나타낸다.

단계(S7)에서 제어 유닛(11)은 과잉 토크 계수(PIPER1)로부터 토크 수정 계수(PIPER)를 계산한다. 본 실시예에서 토크 수정 계수(PIPER)는 과잉 토크 계수(PIPER1)의 역수이다. 즉, PIPER = 1/PIPER1. 토크 수정 계수(PIPER)는 목표 토크에서부터 0까지 실제 토크의 편차를 줄이는 수정 계수이다.

단계(S8)에서 제어 유닛(11)은 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)과 목표 실린더 흡기 공기량(tQa) 사이의 차이(또는 편차) ｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)보다 작은 지를 점검한다.

차｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)이상이라면 제어 유닛(11)은 단계(S8)에서 단계(S9)로 진행하고 도5에서 도시된 바와 같이 맵으로부터의 보정에 의해 토크 수정 계수(PIPER)에 따라 점화 시기 수정량(△ADV)을 계산한다. 점화 시기 수정량(△ADV)은 토크 수정 계수(PIPER)가 1(100%)에서부터 감소함에 따라 증가하는 점화 시기 지연량이다. 이러한 실시예에서 제어 시스템은 과잉량(rQa)이 증가함에 따라 점화 지연량(△ADV)을 증가시킨다.

그 후, 제어 유닛(11)은 단계(S10)으로 진행하여 단계(S10)에서 소정의 시간(예컨대, 10ms)이 경과할 때까지 기다린다. 소정의 시간이 경과한 후 제어 유닛(11)은 단계(S4)로 복귀하여 차｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)보다 작아질 때까지 동일한 계산과 토크 수정 제어를 반복한다.

차｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)보다 작아지게 되면 제어 유닛(11)은 단계(S8)에서 단계(S11)로 진행하고 점화 시기 수정량(△ADV)을 0까지 줄여 실제실린더 흡기 공기량이 목표 실린더 흡기 공기량에 충분히 접근한 것으로 추정하여 토크 수정 제어를 종료한다. 그 후, 제어 시스템은 도3의 제어 흐름을 종료한다. 이러한 실시예에서 제어 시스템은 dQa와 tQa의 차에 대한 절대치를, 변환 후 시스템이 안정 상태로 됨에 따라 감소하게 되는 과도 편차량(transient deviation quantity)으로서 사용한다.

도6은 본 발명의 실시예에 따른 점화 시기 제어 공정을 도시한다.

단계(S11)에서 제어 유닛(11)은 하나 이상의 맵으로부터의 보정에 의해 엔진 작동 조건에 따라 기초 점화 시기(ADVB)를 결정한다. 본 실시예의 제어 시스템은 연소 변환에 따라 기초 점화 시기(ADVB)를 변환시킨다. 성층 연소 모드의 경우 제어 시스템은 성층 연소 모드(예컨대, 성층 연소용 맵을 사용함으로써)에 맞는 점화 시기 제어 모드에 따라 기초 점화 시기를 결정한다. 균질 연소 모드의 경우 제어 시스템은 균질 연소 모드(예컨대, 균질 연소용 맵을 사용함으로써)에 맞는 점화 시기 제어 모드에 따라 기초 점화 시기를 결정한다.

단계(S12)에서 제어 유닛(11)은 단계(S9)에서 결정된 점화 시기 수정량(△ADV)을 기초 점화 시기(ADVB)에 부가함으로써 수정된 점화 시기(ADV)를 결정한다. 즉, ADV = ADVB + △ADV이다.

단계(S13)에서 제어 유닛(11)은 수정된 점화 시기(ADV)를 적정 점화 시기로 설정함으로써 점화 시스템이 적정 점화 시기의 설정에 따라 스파크 점화를 수행하도록 한다.

도7은 성층 연소 모드에서 균질 연소 모드로의 연소 변환 중 제1 실시예에서의 제어 시스템의 거동을 도시한다.

제어 유닛(11)은 엔진 작동 조건을 감시하고 성층 연소 모드에서 균질 연소 모드로 연소 변환을 요구하는 연소 변환 요구 신호를 생성한다. 성층 대 균질 연소 변환 요구 신호에 응답하여 제어 유닛은 성층 모드용 제1 값(예컨대, 0.5)에서 균질 모드용 제2 값(예컨대, 0.7)으로 목표 당량비(tФ)를 절환한다.

바람직하지 않은 토크차 또는 토크 변동을 막기 위해 일정하게 유지된 목표 토크와 관련하여 목표 당량비(tФ)의 단계적 증가에 의해 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)의 단계적 감소를 가져온다. 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)의 단계적 감소와는 반대로 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)은 실제 흡기 공기량과 유사하게 점차적으로 감소한다.

지연 실린더 흡기 공기량(dQa)과 결합하여 균질 모드 목표 당량비(tФ)(=0.7)를 유지하기 위해 제어 시스템은 연료 공급량을 제어하여 연료 공급량을 연소 변환 요구 직후 단계적으로 증가시켰다가 점차적으로 감소시킨다.

그러므로 비록 당량비가 변환으로부터 적정치로 유지될 지라도 도7의 파선에 의해 도시된 바와 같이 공기량의 지체 중 연료 증가에 의해 실제 토크의 증가를 가져온다.

그러한 바람직하지 못한 토크 증가를 막기 위해, 제어 시스템은 연소 변환과 동시에 균질 모드용 기초 점화 시기(ADVB)에 대한 수정량(△ADV)에 의해 점화 시기를 지연시킨다. 이러한 점화 지연 수정으로 제어 시스템은 연료 증가로 인한 바람직하지 못한 토크 증가를 상쇄시킴으로써 실제 토크를 일정하게 유지시켜 바람직한원활한 목표 토크를 달성한다.

도7의 실시예에서, 제어 시스템은 연소 변환 요구를 생성함과 동시에 시간(t1)에서 변환을 수행한다.

본 실시예의 실제예에서 제어 시스템은 바람직하지 않은 토크 변화없이 실제 공연비의 변환을 적정치로 함으로써 조종 안정성 및 배기 배출을 개선시킬 수 있다.

본 실시예의 제어 시스템은 30이상의 초희박 공연비로 된 성층 연소에서부터 이론 공연비의 균질 화학 양론적 연소로 변환시 특히 효과적이다. 공회전 또는 극저부하 엔진 작동 영역에서 균질 희박 연소는 적합하지 않다. 만일 그러한 조건하에서 자동차의 공기 조화기에 고부하가 가해짐으로써 성층 모드에서 균질 모드로의 변환 요구가 발생한다면 제어 시스템은 실제 연소 모드를 초희박 성층 모드에서 화학 양론적 균질 모드로 변경시켜야만 한다. 이러한 경우, 초희박 연소와 화학 양론적 연소간의 큰 폭의 차이로 인해 균질 희박 연소에서 균질 화학 양론적 연소로의 변환시 토크 변동과 견줄만한 매우 큰 토크 변동을 가져온다. 이러한 실제예에서 제어 시스템은 그러한 상황에서조차 바람직하지 않은 토크 변동을 막을 수 있다.

도8은 본 실시예에 따른 제2 실제예에서의 균질 대 성층 연소 변환 제어 공정을 도시한다. 이러한 실시예에서 제어 시스템은 매우 좁은 영역 내의 성층 연소 모드에서의 점화 시기를 제한하여 만족스러운 성층 연소를 보장하고 성층 모드로의 변환 전에 균질 모드에서의 점화 시기 수정을 수행한다. 균질 연소 모드에서 성층연소 모드로의 변환에 앞서 제어 시스템은 실린더 흡기 공기량의 변화를 성층 모드의 목표치로 시작하고 실제 공기량의 지체 동안 연료 공급량을 목표치로 제어한다. 이 과정 동안 제어 시스템은 점화 시기를 수정하여 토크가 연료 공급량의 증가에 의해 증가되는 것을 방지한다. 흡기 공기량이 목표치에 도달하면 제어 시스템은 점화 시기를 성층 모드용 시기로 변경함으로써 실제 연소 변환을 수행한다.

도8의 연소 변환 제어 공정은 도2에 도시된 제어 시스템에 의해 수행된다. 제어 유닛(11)은 균질 연소 모드에서 성층 연소 모드로의 연소 변환이 당해 엔진 작동 조건에 따라 요구되면 도8의 루틴을 실행한다.

단계(S21)에서 제어 유닛(11)은 당해 엔진 작동 조건(엔진 속도 및 부하)에 따라 성층 연소 모드로의 변환 후 사용하기 위한 최종 목표 당량비(tФ)를 계산한다.

단계(S22)에서 제어 유닛(11)은 당해 엔진 작동 조건(엔진 속도 및 부하)에 따라 균질 연소 모드용 당해 목표 당량비(tФ0)를 계산한다.

단계(S23)에서 제어 유닛(11)은 최종 목표 당량비(tФ)에 대응하는 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)을 계산한다.

단계(S24)에서 제어 유닛(11)은 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)을 소정의 변수로 저장한다. 이러한 제어 시스템은 또다른 작업에 의해 흡기 공기량을 제어한다.

단계(S25)에서 제어 유닛(11)은 도3의 단계(S4)에서와 같은 방식으로 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)으로부터 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)을 계산한다.

단계(S26)에서 제어 유닛(11)은 균질 모드용 당해 목표 당량비(tФ0)에 대응하는 당해 목표 실린더 흡기 공기량(nQa)을 계산한다.

단계(S27)에서 제어 유닛(11)은 당해 목표 실린더 공기량(nQa)(즉, rQa = dQa/nQa)에 대한 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)의 과잉 공기 계수(rQa)를 계산한다.

단계(S28)에서 제어 유닛(11)은 도4에서 도시된 바와 같이 맵으로부터의 정보 보정에 의해 과잉 공기 계수(rQa)로부터 과잉 토크 계수(PIPER1)를 계산한다. 단계(S28)에 의해 얻어진 과잉 토크 계수(PIPER1)는 목표 당량비(tФ0) 및 균질 모드 의 당해 목표 실린더 흡기 공기량(nQa)에 의해 얻어진 균질 모드 목표 토크에 대한, 당해 목표 당량비(tФ0) 및 실제 실린더 흡기 공기량을 나타내는 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)에 의해 얻어진 토크의 과잉 계수이다. 다시 말하면, 과잉 토크 계수(PIPER1)는 흡기 공기량의 증가에 의해 증가된 (점화 시기 제어없이 얻어진) 실제 토크가 균질 모드 목표 토크를 과잉하는 계수 또는 비율을 나타낸다.

단계(S29)에서 제어 유닛(11)은 과잉 토크 계수(PIPER1)(PIPER = 1/PIPER1)로부터 토크 수정 계수(PIPER)를 계산한다.

단계(S30)에서 제어 유닛(11)은 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)과 성층 모드용 최종 목표 실린더 흡기 공기량간의 차이(또는 편차) ｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)보다 작은 지를 점검한다.

만일 차｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)이상인 경우 제어 유닛(11)은 단계(S31)로 진행해서 도5에 도시된 바와 같이 맵으로부터의 보정에 의해 토크 수정계수(PIPER)에 따라 점화 시기 수정량(△ADV)을 계산한다.

그 후, 제어 유닛(11)은 단계(S32)로 진행해서 단계(S32)에서 소정의 시간(예컨대, 10 ms)이 경과할 때까지 기다리고 나서, 단계(S25)로 복귀하여 차｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)보다 작아질 때까지 동일 계산과 토크 수정 제어를 반복한다.

차｜dQa-tQa｜가 소정의 값(ε)보다 작아 지면 제어 유닛(11)은 단계(S30)에서 단계(S33)로 진행하여 점화 시기 수정량(△ADV)을 0까지 줄여 실제 실린더 흡기 공기량이 성층 모드용 목표 실린더 흡기 공기량에 충분히 접근한 것으로 추정하여 토크 수정 제어를 종료한다. 그 후, 단계(S34)에서 제어 시스템은 최종 목표 당량비(tФ)를 소정의 변수로 저장함으로써 성층 모드로의 연소의 변환을 수행한다. 당량비의 제어는 또다른 작업에 의해 수행된다. 그 후, 제어 유닛(11)은 도8의 제어 흐름을 종료한다.

도9는 균질 연소 모드에서 성층 연소 모드로의 연소 변환 중 제2 실제예에서의 제어 시스템의 거동을 도시한다.

엔진 작동 조건을 감시함으로써 제어 유닛(11)은 균질 연소 모드에서 성층 연소 모드로의 연소 변환을 요구하는 H 대 S 연소 변환 요구 신호를 생성한다. H 대 S 연소 변환 요구 신호에 응답하여 제어 유닛은 긴급한 성층 모드용 최종 목표 당량비(tФ)(예컨대, 0.5)를 계산한다. 그러나 제어 유닛(11)은 균질 모드용 값(예컨대, 0.7)과 동일한 실제 목표 당량비(tФ)를 유지하고 흡기 공기량을 성층 모드 목표량(tQa)까지 증가시킨다. 이에 응답하여 실제 흡기 공기량은 점차적으로증가하고 지연 흡기 공기량(dQa)은 유사한 방식으로 증가한다.

지연 흡기 공기량(dQa)의 점진적인 증가에 따라 제어 시스템은 균질 모드 목표 당량비(tФ)를 달성하기 위해 연료 공급량을 점차적으로 증가시킨다.

도9에서 파선으로 도시된 바와 같이 연료 증가에 의해 야기된 실제 토크의 증가를 상쇄시키기 위해 제어 시스템은 균질 모드의 기초 점화 시기(ADVB)에 대한 점화 시기 수정량(△ADV)의 양에 의해 점화 시기를 지연시킨다. 제어 시스템은 점화 수정에 의한 토크 감소와 함께 연료 증가에 의해 야기된 토크 증가를 상쇄시킴으로써 실제 토크를 일정하고 원활하게 유지시킬 수 있다.

흡기 공기량이 성층 모드 목표량(tQa)에 도달하면 제어 시스템은 적정 당량비를 성층 모드용 적정비로 절환시킨다. 성층 모드의 적정 당량비로의 변경에 응답하여 연료 공급량은 단계적으로 감소한다. 동시에 제어 시스템은 점화 시기를 성층 모드 시기로 절환한다. 그래서 제어 시스템은 토크를 일정하게 유지시키는 동안 연소를 변환할 수 있다.

도9의 실시예에서 제어 시스템은 시간(t1)에서 변환 요구를 생성한 후 시간(t2)에서 변환을 수행한다.

제2 실제예에서 제어 시스템은 연소 변환 전에 균질 모드 목표 당량비를 유지함으로써 흡기 공기량과 연료 공급량을 증가시킨다. 이렇게 하는 동안 제어 시스템은 점화 시기 수정과 함께 바람직하지 않은 토크 변동을 방지한다. 그렇게 함으로써 제어 시스템은 조종 안정성 및 엔진의 배출 성능을 개선시킬 수 있다. 제어 시스템은 균질 연소로 점화 시기 수정을 수행함으로써 성층 연소를 저하시키지않고 연소 변환에서의 바람직 하지 않은 토크의 증가를 없앤다.

도10은 잔류 EGR 가스량이 설명된 제3 실제예에서의 성층 대 균질 연소 제어 공정을 도시한다.

본 실시예에서 제어 시스템은 EGR량을 증가시켜 초희박 성층 연소 모드에서 NOx를 줄이고 균질 모드에서 EGR량을 감소시킨다. 상세하게는, 공연비의 희박 한도근처의 균질 희박 연소에서 본 실시예의 제어 시스템은 EGR을 중단하여 EGR 가스에 의해 연소가 불량하게 되는 것을 막아 준다. 성층 모드에서 균질 모드로의 연소 변환시 성층 모드에서 사용된 대량의 EGR 가스는 균질 모드로의 변환 후에도 남게 되고 잔류 EGR 가스는 연소 특성을 저하시키고 토크 감소를 야기하는 해로운 인자가 될 수 있다.

제3 실제예의 제어 시스템은 목표 당량비를 증가시키도록 되어 있어서 과도 상태에서 공연 혼합물을 풍부하게 함으로써 잔류 EGR 가스와 같은 과도 조건의 악영향에 대항해 연소를 보호한다. 또한, 제어 시스템은 점화 시기 수정과 함께 목표 당량비의 증가에 의해 토크 증가를 상쇄시킨다.

도10의 과정에서 제어 유닛(11)은 도3의 단계(S1)와 같은 단계(S41)에서 균질 연소 모드로의 변환 후 사용하기 위한 최종 당량비(tФ)를 계산하고, 나아가 단계(S2)와 같은 단계(S42)에서 목표 당량비(tФ)에 대응하는 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)을 계산한 후, 단계(S3)에 대응하는 단계(S43)에서의 소정의 변수로 목표 실린더 흡기 공기량(tQa)을 저장함으로써 연소 변환을 수행한다. 그리고 나서, 단계(S4)와 같은 단계(S44)에서 제어 유닛(11)은 실제 흡기 공기량을 나타내는 지연실린더 흡기 공기량(dQa)을 계산한다.

단계(S45)에서 제어 유닛(11)은 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)과 함께 위상 변동을 하는 지연 목표 당량비(tФ0)를 계산한다. 변환 상태의 당량비로부터 최종 목표 당량비까지 원활하게 연장된 곡선을 나타내는 소정의 함수(소정의 단계 응답, 램프 응답 또는 n승 곡선 등)를 사용함으로써 지연 목표 당량비를 결정하는 것은 임의적인 것이다.

단계(S46)에서 제어 유닛(11)은 상대적으로 크기가 큰 적정 목표 당량비(htФ)를 계산하여 단계적인 농축으로 잔류 EGR 가스의 악영향을 피하도록 되어 있다.

단계(S47)에서 제어 유닛(11)은 적정 당량비(htФ)를 소정의 변수로 저장하여 당량비 제어를 수행한다. 이러한 실시예의 제어 시스템은 또다른 작업에 의해 당량비 제어를 수행한다.

단계(S48)에서 제어 유닛(11)은 적정 당량비(htФ)의 과잉 당량비 계수(rФ)를 지연 목표 당량비(tФ0)로 계산한다. 즉, rФ = htФ/tФ0이다.

단계(S49)에서 제어 유닛(11)은 도11에 도시된 바와 같이 맵으로부터의 정보 보정에 의해 과잉비 계수(rФ)로부터 과잉 토크 계수(PIPER2)를 계산한다. 도11에 도시된 바와 같이 비(rФ)가 증가함에 따라 과잉 토크 계수(PIPER2)는 증가한다. 과잉 토크 계수(PIPER2)는 지연 목표 당량비(tФ0)에 의해 얻어진 토크에 대한, 적정 목표 당량비(htФ)에 의해 얻어진 토크의 과잉 계수이다. 지연 목표 당량비(tФ0)에 의해 얻어진 토크는 잔류 EGR 가스로 인한 토크 저하의 영향을 배제시키는 값으로 계산된다. 잔류 EGR 가스의 영향은 적정 당량비(htФ)의 사용으로 없애며,이에 따라 제어 유닛(11)은 당량비의 비율로부터 순수하게 토크비를 결정한다.

단계(S50)에서 제어 유닛(11)은 과잉 토크 계수(PIPER2)로부터 토크 수정 계수(PIPER)를 계산한다. 이러한 실시예에서 토크 수정 계수(PIPER)는 과잉 토크 계수(PIPER1)의 역수이다. 즉, PIPER = 1/PIPER2이다.

단계(S51)에서 제어 유닛(11)은 적정 당량비(htФ)와 지연 목표 당량비(tФ0)간의 차(또는 편차) ｜htФ-tФ0｜가 소정의 값(ε)보다 작은 지를 점검한다.

만일 차 ｜htФ-tФ0｜가 소정의 값(ε)이상인 경우 제어 유닛(11)은 단계(S51)에서 단계(S52)로 진행하여 도3의 단계(S9)와 같은 토크 수정 계수(PIPER)에 따라 점화 시기 수정량(△ADV)을 계산한다.

그 후, 제어 유닛(11)은 단계(S53)로 진행하여 단계(S53)에서 소정의 시간(예컨대, 10 ms)이 경과할 때까지 기다린 후, 단계(S44)로 복귀하여 차 ｜htФ-tФ0｜가 소정의 값(ε)보다 작아질 때까지 동일한 계산 및 토크 수정 제어를 반복한다.

차 ｜htФ-tФ0｜가 소정의 값(ε)보다 작아지면 제어 유닛(11)은 잔류 EGR 가스량이 연소의 저하 가능성이 없는 충분히 작은 수준으로 감소하여 단계(S54)로 진행한다. 단계(S54)에서 제어 유닛(11)은 점화 시기 수정량(△ADV)을 0으로 줄여 토크 수정 제어를 종료한다. 그리고 나서, 단계(S55)에서 제어 시스템은 지연 목표 당량비가 최종 목표 당량비(tФ)에 도달할 때까지 지연 목표 당량비(tФ0)로 연료 공급량의 제어를 계속한다. 최종 목표 당량비에 도달한 후 제어 유닛(11)은 최종 목표 당량비(tФ)에 따라 연료 공급량을 제어한다.

도13은 성층 연소 모드에서 균질 연소 모드로의 연소 변환 중 제3 실제예에서의 제어 시스템의 거동을 도시한다.

엔진 작동 조건에 따라 생성된 성층 대 균질 연소 변환 요구 신호에 응답하여 제어 시스템은 목표 당량비(tФ)를 균질 모드용 값으로 절환하고, 이와 상응해서 적정 목표 흡기 공기량을 균질 모드용 목표 당량비에 대응하는 감소된 값으로 절환하고 지연 목표 공기량(dQa)에 대응하는 지연 목표 당량비(tФ0)를 계산한다. 이러한 실시예에서 제어 시스템은 목표 당량비를 적정 당량비(htФ)까지 단계적으로 증가시켜 공연 혼합물을 농축함으로써 성층 연소에서 균질 연소로의 변환 후 과도 상태에서 잔류 EGR 가스의 바람직하지 못한 영향을 피한다. 이러한 단계적인 당량비의 증가는 도12에서 도시된 바와 같이 연료 공급량의 증가를 야기한다. 그러나 제어 시스템은 수정량(△ADV)에 의해 점화 시기를 지연시킴으로써 토크가 연료 증가에 의해 증가되는 것을 방지한다. 지연 목표 당량비(tФ0)가 적정 목표 당량비(htФ)에 도달한 후, 제어 시스템은 최종 목표 당량비(tФ)에 도달될 때까지 지연 당량비(tФ0)에 따라 실제 당량비를 제어한다.

본 실시예의 실제예에서 제어 시스템은 토크 파동없이 잔류 EGR 가스의 악영향을 피할 수 있기 때문에 조종 안정성 및 배기 배출을 개선시킨다.

적정 당량비(htФ)로서 고정치를 채택할 수 있다. 이 경우 적정 당량비(htФ)는 소정의 농후 수준으로 설정되어 잔류 EGR 가스의 악영향을 안전하게 피한다. 도12의 예에서 적정 당량비(htФ)는 성층 모드용 목표 당량비와 균질 모드용 최종목표 당량비의 중간이다.

또는, 제어 시스템은 잔류 EGR 가스량을 추산하고 추산된 잔류 EGR 가스량에 따라 적정 당량비(htФ)를 변경할 수 있다. 예컨대, 잔류 EGR 가스량은 성층 연소시에 EGR률로부터 추산될 수 있다.

도14는 EGR률을 추산하기 위한 루틴을 일례로 도시한다.

딘계(S61)에서 제어 유닛(11)은 연료 분사량으로부터 출력 토크(rTe)를 계산한다.

단계(S62)에서 제어 유닛(11)은, 예컨대 도14에 도시된 바와 같이 맵으로부터의 보정에 의해 엔진 속도(Ne)와 출력 토크(rTe)에 따라 배기 가스 압력(Pex)을 계산한다.

단계(S63)에서 제어 유닛(11)은 배기 가스 압력(Pex)과 흡기 가스 압력(Pin)간의 압력차(dP)를 계산한다. 제어 유닛(11)은 흡기 복합 압력 센서 또는 드로틀 밸브 개도(TVO) 및 엔진 속도(Ne)로부터 추산된 압력과 같은 흡기 압력 센서의 감지된 압력을 사용함으로써 흡기 압력(Pin)을 결정할 수 있다.

그 후, 제어 유닛(11)은 단계(S64)에서 압력차(dP)와 EGR 통로(14)에 배치된 EGR 밸브의 개도로부터 EGR량(Qeqr)을 계산하고 EGR량(Qegr)과 흡기 공기량(Qa)으로부터 EGR률도 계산한다.

그렇게 계산된 EGR률을 사용함으로써 제어 유닛(11)은 균질 연소로 변환된 후 남아있는 잔류 EGR 가스량을 추산할 수 있고, 예컨대 목표 당량비의 비율 계산을 통해 추산된 잔류 EGR 가스량에 따라 적정 당량비(htФ)의 적정치를 결정할 수있다.

이러한 실제예에서 제어 시스템은 제1 및 제2 파라미터 사이의 비율에 따라 점화 시기 수정량을 결정하도록 배치되어 있다. 제1 및 제2 파라미터는 목표 실린더 흡기 공기량 및 당해 흡기 공기량이 되거나 제1 및 제2 당량비가 될 수 있다. 그러나 제1 및 제2 파라미터 사이의 차를 채택할 수 있다. 두 경우 제어 시스템은 이차원 맵을 사용함으로써 단일 파라미터(비 또는 차)로부터 점화 시기 수정량을 용이하게 결정할 수 있다.

실시예에서 제어 시스템은 성층 모드에 따라 결정된 성층 모드 적정비로부터 균질 모드에 따라 결정된 균질 모드 적정비까지 적정 공연비 신호를 변경시킴으로써 성층 충전 연소 모드에서 균질 충전 연소 모드로 엔진의 연소 모드의 변환을 달성하도록 배치되어 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이의 연소 효율의 차이로 인한 바람직하지 않은 토크 변동을 방지한다. 이 경우 제3 실시예의 제어 시스템은 성층 모드와 균질 모드 사이의 연소 효율의 차이를 고려하여 적정 당량비(htФ)를 결정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 연료 공급량은 적정 당량비(또는 적정 공연비)와 당해 흡기 공기량에 따라 결정된다. 당해 흡기 공기량은 소정의 지연량을 고려하여 공기 유동 센서(3)에 의해 감지된 감지 흡기 공기량으로부터 결정된 량이 될 수 있고, 또는 지연 실린더 흡기 공기량(dQa)은 연료 공급량을 결정하기 위해 당해 흡기 공기량으로서 사용될 수 있다.

본 출원은 일본 특허 출원 평9-182290호에 기초한 것이다. 일본에서 1997년7월 8일 출원된 일본 특허 출원 평9-182290호의 내용은 참고로 본 명세서에 합체되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구성에 따르면 내연 기관의 연소 모드의 변환시 엔진 연소 모드를 만족스러운 조종 안정성 및 배출 성능을 구비한 채 원활하게변환할 수 있는 효과를 얻게 된다.

Claims

엔진의 실제 연소 모드를 변환시키는 작동 시스템과,

상기 연소 모드의 변환시 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 보상하기 위해 엔진의 점화 시기를 수정하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 연소 모드의 변환시 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 추산하는 제1 수단과, 상기 제1 수단에 의해 추산된 토크 변동을 제거하도록 점화 시기 수정량을 결정하기 위한 제2 수단과, 상기 점화 시기 수정량에 의해 엔진의 점화 시기를 변경하기 위한 제3 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 작동 시스템은 엔진의 연료 공급량과 흡기 공기량을 제어함으로써 성층 충전 연소 모드와 균질 충전 연소 모드 사이의 엔진의 실제 연소 모드를 변환하도록 구성되어 있고, 상기 제어기는 균질 모드의 상태에서 흡기 공기량 및 연료 공급량을 변경함으로써 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이의 실제 연소 모드의 변환을 수행하고, 상기 엔진의 점화 시기를 수정하여 연소 모드의 변환 중 균질 모드의 상태에서 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 상쇄시키기 위해 상기 엔진의 점화 시기를 변경시키도록 상기 작동 시스템을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제3항에 있어서, 상기 제어기는 균질 모드에서 상기 성층 연소 모드로 변환될 경우 연소 모드의 변환전에 흡기 공기량과 연료 공급량을 변경하여 점화 시기를 수정하고, 상기 성층 모드에서 상기 균질 모드로 변환될 경우 연소 모드의 변환 후 흡기 공기량과 연료 공급량을 변경하여 점화 시기를 수정함으로써 성층 모드와 균질 모드간의 실제 연소 모드의 변환을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 작동 시스템을 지령하여 적정 공연비와 적정 실린더 흡기 공기량을 단계적으로 변화시킴으로써 엔진의 연소 모드를 변환시키고, 점화 시기를 수정하여 적정 실린더 흡기 공기량의 변화에서부터 엔진의 실제 흡기 공기량의 변화까지 지체되는 동안 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 상쇄시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 작동 시스템으로 하여금 적정 공연비의 단계적 변화를 생성하고 적정 공연비가 단계적으로 변화하기 전에 상기 엔진의 실제 실린더 흡기 공기량을 제2 연소 모드를 위한 적정량으로 변경함으로써 제1 연소 모드에서 제2 연소 모드로의 엔진의 연소 모드를 변환시키고, 상기 점화 시기를 수정하여 적정 공연비가 단계적으로 변화하기 전에 실제 실린더 흡기 공기량이 지체되는동안 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 상쇄시키도록 지령하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 적정 공연비 신호를 생성함으로써 작동 시스템을 구비한 엔진에서 생성된 공연 혼합물의 실제 공연비를 제어하고, 상기 엔진의 연소 모드의 변환시 제1 적정비에서 제2 적정비로 적정 공연비 제어 신호의 크기를 변경하고, 상기 점화 시기를 수정하여 제1 비율에 의해 결정된 연료 공급량의 값과 제2 비율에 의해 결정된 연료 공급량의 값 사이의 차에 의해 야기된 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 상쇄시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제7항에 있어서, 상기 제어기는 작동 시스템으로 하여금 적정 공연비 신호를 변경함으로써 성층 충전 연소 모드에서 균질 충전 연소 모드로의 엔진의 연소 모드를 변환시키고, 적정 공연비 신호를 제1 적정비에서 제1 적정비보다 큰 제2 적정비로 변경하여 성층 연소 모드에서 균질 연소 모드로의 변환 후 소정의 과도 상태에서 연소 불안정을 방지하고, 상기 점화 시기를 수정하여 균질 모드로의 변환 후 남아 있는 과도 상태에서 제1 적정비로부터 제2 적정비로의 적정 공연비 신호의 변화에 의해 야기된 연료 공급의 변동으로 인한 토크 변동을 상쇄시키도록 지령하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 적정 공연비 신호를 제1 적정비로부터 제2 적정비까지 증가시켜 실제 공연비가 상기 성층 모드로부터 상기 균질 모드로의 변환 후 소정의 과도 상태에서 소정의 금지 영역으로 진입하는 것을 방지하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 성층 모드에서 균질 모드로 변환 후 남아 있는 EGR 가스의 양을 나타내는 추산된 잔류 EGR량을 결정하고, 추산된 잔류 EGR량에 따라 비율 수정 계수를 결정하고, 상기 비율 수정 계수에 따라 제2 적정비를 차후 결정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 성층 모드에 따라 결정된 성층 모드의 적정비에서 균질 모드에 따라 결정된 균질 모드의 적정비로 적정 공연비 신호를 변경함으로써 성층 충전 연소 모드에서 균질 충전 연소 모드로의 엔진의 연소 모드 변환을 수행하여 성층 연소 모드와 균질 연소 모드간의 연소 효율에서의 차이로 인한 바람직하지 않은 토크 변동을 방지하고, 상기 성층 모드와 상기 균질 모드간의 연소 효율의 차이를 고려하여 제2 적정비를 결정하고, 적정 연소 모드에서 균질 연소 모드로의 변환 후에도 소정의 과도 상태가 존재한다면 제2 적정비와 동일한 균질 모드 적정비를 설정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제8항에 있어서, 상기 제1 적정비는 지연 공연비이고, 상기 제어기는 성층연소 모드에서 균질 연소 모드로의 변환시 엔진의 실제 흡기 공기량과 함께 위상 변화시키도록 설계된 상기 지연 공연비를 계산하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제8항에 있어서, 상기 제어기는 성층 모드에서 균질 모드로 변환시 초기치에서 최종치로 제1 적정비를 변경하도록 구성되어 있고, 제1 적정비는 초기치에서 최종치까지 점차적으로 시간이 감에 따라 변동하는 소정의 함수인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 제어기는 제1 및 제2 제어 파라미터의 소정의 함수인 과잉량에 따라 점화 시기 수정량을 계산하고, 상기 점화 시기 수정량에 의해 상기 점화 시기를 지연시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제14항에 있어서, 제1 제어 파라미터는 적정 흡기 공기량을 나타내는 변수이고 제2 제어 파라미터는 엔진의 실제 흡기 공기량을 나타내는 변수인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제14항에 있어서, 제1 및 제2 제어 파라미터는 각각 제1 및 제2 적정 공연비인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제14항에 있어서, 과잉량은 제1 및 제2 제어 파라미터간의 비율 및 차이 중 하나인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 작동 시스템은 연료 증가량에 의해 연료 공급량을 증가시키고 엔진의 연소 모드 변환 중 점화 지연량에 의해 점화 시기를 지연시키도록 되어 있고, 상기 제어기는 상기 제1 및 제2 연소 모드 중 하나에서 상기 제1 및 제2 연소 모드 중 다른 하나로 실제 연소 모드의 이행시 점화 지연량과 연료 증가량을 동시에 일시적으로 증가시켜 서로 동일한 토크 변동 상쇄를 이루도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 작동 시스템은 공기 제어 신호에 응답하여 엔진에 공급된 흡기 공기의 실제 흡기 공기량과 연료 제어 신호에 응답하여 엔진에 공급된 연료 의 실제 연료량을 제어함으로써 제1 연소 모드에 적합한 제1 비율 수준에서 제2 연소 모드에 적합한 제2 비율 수준으로 엔진에 생성된 공연 혼합물의 실제 공연비의 변환을 수행하는 제1 작동 시스템, 및 점화 제어 신호에 응답하여 엔진의 점화 시기를 제어하는 제2 작동 시스템을 포함하고,

상기 내연 기관은 상기 엔진의 엔진 작동 조건을 감지함으로써 입력 정보를 수집하는 센서, 및 입력 정보에 따라 연소 변환 요구 신호를 생성하는 제어기를 더 포함하고,

상기 제어기는 센서에 의해 수집된 입력 정보에 따라 공기 제어 신호, 연료제어 신호 및 점화 제어 신호를 생성하고, 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 공기 제어 신호를 변경하고, 제1 작동 시스템이 변환 요구 신호에 응답하여 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 실제 공연비의 변환을 수행하고, 점화 시기를 수정하여 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로의 공기 제어 신호의 변화로부터 엔진의 실제 공기량의 결과적인 변화까지 시간이 지연되는 동안 실제 연료량의 변동에 의해 엔진의 출력 토크가 변경되는 것을 방지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제19항에 있어서, 상기 제어기는 적정 공연비를 나타내는 적정 공연비 신호를 생성하고 적정 공연비 신호에 따라 공기 제어 신호와 연료 제어 신호를 생성하여 적정 공연비를 달성하고, 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 적정 공연비 신호의 변환 및 변환 요구 신호에 응답하여 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 공기 제어 신호의 변환을 수행함으로써 변환 요구 신호에 응답하여 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 실제 공연비의 변환을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제20항에 있어서, 상기 제어기는 실제 공기량의 점진적인 변동과 유사하게 점차적으로 소정의 지연 변수를 변경하도록 되어 있고, 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 공기 제어 신호의 변환에 응답하여 지연 변수의 점진적인 변동을 시작하도록 되어 있고, 지연 변수에 따라 과잉 토크를 나타내는 과잉량을 결정하도록 되어 있고, 과잉량에 따라 점화 시기 수정량도 결정하도록 되어 있고, 상기 점화 시기 수정량에 따라 점화 제어 신호를 수정함으로써 점화 시기를 수정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제21항에 있어서, 상기 과잉량은 제1 제어 파라미터가 제2 제어 파라미터를 초과하는 양이고, 상기 제1 및 제2 제어 파라미터 중 하나는 지연 변수이고, 상기 제1 및 제2 파라미터 중 다른 하나는 공기 제어 신호와 적정 공연비 신호 중 한 신호의 크기인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제22항에 있어서, 상기 제어기는 공기 제어 신호의 변환에 의해 생성된 과도 편차량이 감소할 때 상기 점화 시기 수정량에 의해 점화 시기의 수정을 종료하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제23항에 있어서, 상기 제어기는 소정의 목표 크기로부터 지연 변수의 편차를 결정하고, 과도 편차량이 소정치보다 작아지면 상기 점화 시기 수정량에 의해 점화 시기의 수정을 종료하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제22항에 있어서, 상기 과잉량은 제2 제어 파라미터에 대한 제1 제어 파라미터의 비와 제2 제어 파라미터로부터 제1 제어 파라미터의 차 중 하나에 비례하고, 상기 제어기는 공기 제어 신호와 입력 정보 중 하나에 따라 실제 공기량 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제22항에 있어서, 상기 제어기는 엔진에 공급된 실제 흡기 공기량을 나타내는 실제 공기량 신호를 생성하고, 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 공기 제어 신호의 단계 변경에 응답하여 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 점진적으로 변경시키고, 실제 공기량 신호와 적정 공연비 신호에 따라 연료 제어 신호를 생성하고, 상기 제1 및 제2 모드 중 하나는 성층 충전 연소 모드이고 상기 제1 및 제2 모드 중 다른 하나는 균질 충전 연소 모드인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제26항에 있어서, 상기 제어기는 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 단계적으로 적정 공연비 신호와 변환 요구 신호에 응답하여 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 단계적으로 공기 제어 신호를 변환시키고, 실제 공기량 신호의 가장 최근 크기와 동일한 제1 제어 파라미터와 균질 모드에서 공기 제어 신호의 가장 최근의 크기와 동일한 제2 제어 파라미터를 설정하고, 실제 공기량 신호를 지연 변수로 사용하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제27항에 있어서, 상기 제1 모드는 성층 연소 모드이고 상기 제2 모드는 균질 연소 모드이고, 상기 제어기는 변환 요구 신호의 응답과 동시에 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 적정 공연비의 증가와 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 공기 제어 신호의 감소를 달성하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제27항에 있어서, 상기 제1 모드는 균질 연소 모드이고 상기 제2 모드는 성층 연소 모드이고, 제어기는 변환 요구 신호에 즉각 응답하여 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로 공기 제어 신호의 증가를 달성하고, 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 적정 공연비의 감소를 지연시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제23항에 있어서, 상기 제어기는 변환 요구 신호에 응답하여 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 목표 공연비의 단계 변화를 생성하고, 목표 공연비의 단계 변화에 응답하여 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 점진적으로 지연 공연비를 변경하고, 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로 지연 공연비의 점진적인 변동 중 지연 공연비에 비해 적정 공연비를 증가시키도록 되어 있으며, 상기 제어기는 적정 공연비와 동일한 제1 제어 파라미터와 지연 공연비와 동일한 제2 제어 파라미터를 지연 변수로서 설정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제30항에 있어서, 작동 시스템은 제어기에 의해 생성된 EGR 제어 신호에 응답하여 성층 충전 연소 모드에서 배기 가스 재순환을 수행하는 EGR 시스템을 더 포함하고, 제어기는 성층 모드용 제1 비율 수준에서 균질 충전 연소 모드용 제2 비율 수준으로 목표 공연비를 변환시킨 후 지연 공연비보다 적정 공연비를 더 크게 하고 균질 모드로의 실제 연소 모드의 변환 후 남아 있는 잔류 EGR 가스에 의해 엔진의연소 안정성에 미치는 바람직하지 않은 영향을 방지하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제31항에 있어서, 상기 제어기는 성층 모드용 제1 비율 수준에서 균질 모드용 제2 비율 수준으로 목표 공연비의 변환 후 소정의 금지 영역외의 값으로 적정 공연비를 변경하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제31항에 있어서, 상기 제어기는 추산된 잔류 EGR량을 결정하고, 추산된 잔류 EGR량에 따라 농축량을 결정하고, 상기 농축량에 따라 지연 공연비에 비해 적정 공연비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제19항에 있어서, 상기 연료 시스템은 연료를 엔진의 엔진 실린더 내로 직접 분사시키는 연료 분사기를 포함하고, 상기 제어기는 적어도 하나의 중앙 처리 유닛을 포함한 컴퓨터 시스템을 포함하고, 상기 센서는 엔진 부하를 지시하는 엔진 작동 조건을 감지하는 엔진 부하 센서와 엔진 속도를 지시하는 엔진 작동 조건을 감지하는 엔진 속도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
내연 기관용 엔진 제어 방법에 있어서,

엔진의 실제 연소 조건을 변환시키는 변환 단계와,

상기 연소 모드 변환시 연료 공급량의 변동으로 인한 토크 변동을 보상하기위해 엔진의 점화 시기를 수정하는 수정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
제35항에 있어서, 상기 제어 방법은 연소 조건의 변환시 엔진의 실제 흡기 공기량의 점진적인 변동과 유사하게 점차적으로 변동하는 소정의 지연 변수를 결정하고, 상기 지연 변수에 따라 과잉 토크를 나타내는 과잉량도 결정하는 추산 단계를 더 포함하고,

상기 수정 단계는 과잉량에 따라 점화 시기 수정량을 결정하고 점화 시기 수정량에 따라 점화 시기를 수정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
제36항에 있어서, 상기 변환 단계는 감지된 엔진 작동 조건에 따라 생성된 변환 요구 신호에 응답하여 적정 공연비를 나타내는 적정 공연비 신호를 생성하여 연소 조건의 변환을 개시하는 제1 단계와, 공기 제어 신호를 생성하여 적정 공연비 신호에 따라 엔진의 실제 흡기 공기량을 제어함으로써 적정 공연비를 달성하는 제2 단계와, 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로의 적정 공연비 신호의 변환을 수행함으로써 변환 요구 신호에 응답하여 제1 비율 수준에서 제2 비율 수준으로의 엔진의 실제 공연비의 변환 및 변환 요구 신호에 응답하여 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로의 공기 제어 신호의 변환을 수행하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
제37항에 있어서, 상기 수정 단계는 제1 공기량 수준에서 제2 공기량 수준으로의 공기 제어 신호의 변환 후 과도 조건을 모니터링하고, 점화 시기 수정량을 0으로 줄여 점화 시기의 수정을 종료하는 종료 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
연료 제어 신호에 응답하여 엔진의 실제 연료 분사량을 변경시키기 위한 연료 분사 시스템, 흡기 공기 제어 신호에 응답하여 엔진의 흡기 공기량을 변경하는 드로틀 밸브를 구비한 흡입 시스템, 및 점화 제어 신호에 응답하여 엔진의 점화 시기를 수정하는 점화 시스템을 포함하고 있는 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 중 하나의 모드에서 엔진을 작동시키는 작동 시스템과,

엔진 작동 조건을 감지함으로써 엔진 부하를 지시하는 엔진 작동 파라미터를 결정하도록 입력 정보를 수집하는 센서와,

성층 모드와 균질 모드 중 하나의 모드인 제1 모드에서부터 엔진 작동 파라미터에 따라 성층 모드와 균질 모드 중 다른 하나의 모드인 제2 모드로 변환을 요구하는 변환 요구 신호를 생성하고, 변환 요구 신호에 응답하여 제1 모드용 제1 적정 공연비에서부터 제2 모드용 제2 적정 공연비까지 적정 공연비를 변환시키고, 적정 공연비가균질 연소 모드에 맞는 적정 공연비에 있는 동안 변환 요구 신호에 응답하여 제1 적정 공연비를 달성하기 위한 제1 적정 공기량에서부터 제2 적정 공연비를 달성하기 위한 제2 적정 공기량 수준까지 흡기 공기 제어 신호를 변환시키고,제1 적정 공연비를 달성하기 위한 제1 연료 제어 상태로부터 제2 적정 공연비를 달성하기 위한 제2 연료 제어 상태까지 연료 제어 신호를 변환킴으로써 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 엔진의 실제 연소 조건을 변환시키기 위한 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 상기 점화 시스템과 연결되어 제1 적정 공기량 수준에서부터 제2 적정 공기량 수준까지 공기 제어 신호의 변환으로부터 일시적으로 점화 시기를 지연시켜 제1 적정 공기량 수준에서 제2 적정 공기량 수준으로 공기 제어 신호의 변환 후 과도 상태에서 바람직하지 않은 토크 증가를 제거하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제39항에 있어서, 상기 제어기는 변환 요구 신호가 균질 모드에서 성층 모드로의 변환을 요구하면 제1 적정 공기량 수준에서 제2 적정 공기량 수준으로 공기 제어 신호가 변환된 후 적정 공연비의 변환을 지연시키고, 상기 변환 요구 신호가 성층 모드에서 균질 모드로 변환을 요구하면 제1 적정 공연비에서부터 제2 적정 공연비까지의 적정 공연비의 변환과 제1 적정 공기량 수준에서부터 제2 적정 공기량 수준까지 공기 제어 신호의 변환을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.