KR100313335B1 - 엔진의아이들회전학습제어장치 - Google Patents

Abstract

흡기계의 오염이나 막힘에 의한 공기량 저하분을 학습하는 아이들(idle) 회전학습 제어의 학습정밀도를 향상시키고자 하는 것으로, 아이들을 포함하는 저부하 영역에서, 이론 공연비보다도 희박(lean)하게 제어되는 엔진에 있어서, 학습조건의 성립을 판별한다. 완난(完暖)상태에서(S1), 에어콘 등의 외부 부하가 OFF이고(S2), 또한 아이들 운전시일 때에는(S3), 학습조건이 성립해있다고 판단한다. 학습조건이 성립해 있을 때에는, 희박 공연비에서의 연소를, 이론 공연비에서의 연소로 강제적으로 절환한다(S4). 그리고, 이론 공연비로 연소시키고 있는 상태에서, 목표 아이들 회전속도를 얻기 위해서 설정된 피이드백 보정량을, 상기 오염 등에 의한 공기량의 저하분으로서 학습한다(S5).

Description

엔진의 아이들 회전학습 제어장치{LEARNING CONTROL APPARATUS FOR IDLE ROTATION OF ENGINE}

본 발명은, 엔진의 아이들 회전학습 제어장치에 관한 것으로, 특히, 엔진의 흡기계의 개구면적이, 오염이나 막힘 등에 의해 경시적으로 감소 변화한 양을 학습보정하는 기술에 관한 것이다.

종래부터, 자동차 엔진에서는, 엔진의 아이들 운전시에, 엔진 회전속도가 목표 아이들 회전속도에 가까워지도록, 엔진의 흡입 공기량을 피이드백 제어하고 있다.

또, 소정의 학습조건이 성립해 있을 때에, 상기 목표 아이들 회전속도를 얻기 위한 피이드백 보정량을, 오염이나 막힘에 의한 경시적인 흡기계 개구면적의 감소 변화분으로서 학습하는 것이 행해졌다.

그러나, 최근, 공연비 20 ∼ 25 정도로 연소를 시키는 희박연소(lean burn) 엔진이나, 연료를 직접 통내로 분사시켜서 성층연소를 행하도록 하므로서 40 ∼ 50 정도의 초과 희박 공연비에서의 연소를 가능하게하는 직분식 가솔린 희박 엔진이 개발되어있다.

그리고, 상기와 같은 엔진에 있어서는, 일반적으로, 아이들을 포함하는 저회전, 저부하 영역에서는 희박 연소를 행하게해서 연비나 배기 이미션(emission)의 개선을 꾀하도록 되어있다. 이 때문에, 종래의 아이들 학습제어를 그대로 상기 희박연소 엔진이나 직분식 가솔린 엔진에서는, 희박 연소상태에서 학습이 행해지게된다.

그렇지만, 희박 공연비로 연소시키고 있는 경우에는, 이론 공연비로 연소시키는 경우에 비해, 엔진의 요구 흡입공기량이 많아지기 때문에, 오염이나 막힘에 의한 공기량의 감소 변화분이, 전체의 흡입공기량에서 차지하는 비율이 작아져서, 희박 연소상태에서 아이들 학습을 행하는 구성에서는, 오염이나 막힘에 의한 개구면적의 감소 변화분을 고정밀도로 학습시키는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 희박연소 엔진이나 직분식 가솔린 엔진 등의 아이들시의 공연비가 이론 공연비보다도 희박하게 제어되는 엔진에 있어서, 오염이나 막힘에 의한 개구면적의 감소 변화분의 학습을, 고정밀도로 행하게 하는 것을 목적으로 한다.

그를 위해, 청구항 1에 기재된 발명에서는, 적어도 아이들을 포함하는 소정의 운전영역에서 목표 공연비가 이론 공연비보다도 희박(lean)하게 설정되는 엔진의 아이들 회전학습 제어장치로서, 아이들 운전시에, 엔진 회전속도를 목표 아이들 회전속도에 가까워지도록 엔진의 흡입공기량을 피이드백 제어한 결과에 따라서, 엔진의 흡기계에서의 경시적인 개구면적의 감소 변화분을 학습하는 구성으로서, 상기 개구면적의 감소 변화분의 학습을, 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정한 상태에서 행하게 하는 구성으로 하였다.

상기 구성에 따르면, 본래의 이론 공연비보다도 희박(Lean)한 공연비로 제어되는 아이들 운전시라고 하더라도, 상기 개구면적의 감소 변화분을 학습하는 경우에는, 이론 공연비로 연소시키도록 한다. 즉, 학습시에는, 오염이나 막힘에 의한 흡입 공기량의 저하분이, 전체의 흡입 공기량에서 차지하는 비율을 크게하도록 하기 위해, 공연비를 희박으로부터 이론 공연비로 절환해서 엔진의 흡입공기량을 적게하는 것이다.

한편, 청구항 2에 기재된 발명은, 도 1에 나타낸 것과 같이 구성된다.

도 1에서, 피이드백 보정량 설정 수단은, 엔진의 아이들 운전시에, 엔진 회전속도를 목표 아이들 회전속도에 가깝게하기 위해서, 엔진의 흡입 공기량을 조정하기 위한 피이드백 보정량을 설정한다.

또, 학습조건 판별수단은, 엔진 흡기계의 경시적인 개구면적의 감소 변화분을 학습하는 학습조건을 판별한다.

그리고, 희박 연소 금지수단은, 학습조건 판별수단에 의해 상기 학습조건의 성립이 판별되었을 때에, 상기 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정한다.

여기서, 아이들 학습수단은, 희박 연소 금지수단에 의해 상기 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정한 상태에서, 상기 피이드백 보정량 설정수단에 의해 설정된 피이드백 보정량에 따라서, 상기 개구면적의 감소 변화분에 상당하는 학습 보정량을 학습하고, 공기량 제어수단은, 상기 피이드백 보정량 및 학습 보정량에 따라서 엔진의 흡입 공기량을 제어한다.

상기 구성에 따르면, 학습조건의 성립이 판별되면, 목표 공연비를 희박 공연비로부터 이론 공연비로 강제적으로 변경하여, 그 이론 공연비로 연소시키고 있는 상태에서의 피이드백 보정량으로부터, 개구면적의 감소 변화분을 학습 보정량으로서 학습 한다. 그리고, 상기 피이드백 보정량과 학습 보정량에 따라서, 엔진의 흡입 공기량을 제어하여, 목표 아이들 회전속도를 얻는다.

청구항 3에 기재된 발명에서는, 전기 희박 연소 금지수단에 의한 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정하는 제어의 실행을, 미리 정한 학습 빈도내로 제한하는 학습 빈도 제한수단을 설치하는 구성으로 하였다.

상기 구성에 따르면, 희박 공연비로 연소시켜야하는 아이들시에 있어서, 학습을 위해 강제적으로 이론 공연비로 연소시키는 제어가, 학습조건 성립시에 무조건적으로 반복되는 것이 아니라, 미리 정해진 학습 빈도내로 제한된다. 즉, 소정의학습 빈도에서의 학습이 행해진 경우, 또는, 소정의 학습 빈도 조건을 만족하지 않는 경우에는, 예를 들어 학습조건이 성립해있어도, 강제적으로 이론 공연비로 설정해서 학습을 행하게하지 않는다.

청구항 4에 기재된 발명에서는, 상기 선정된 학습빈도를, 점화(ignition) 스위치의 ON중에 1회의 비율로하는 구성으로 하였다.

이러한 구성에 따르면, 점화스위치가 ON된 다음, 1회라도 공연비를 이론 공연비로 설정해서 학습이 행해지면, 그 다음은, 예를 들어 학습조건이 성립하더라도, 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 하는 일 없이, 따라서, 학습도 행하지 않는다.

청구항 5에 기재된 발명에서는, 상기 선정된 학습빈도를, 상기 학습조건이 계속해서 소정 시간이상 성립해있는 상태마다 1회의 비율로 하는 구성으로 하였다.

상기 구성에 따르면, 학습조건이 성립하더라도 곧 바로 공연비를 이론 공연비로해서 학습을 행하도록 하는것이 아니라, 학습조건이 성립해있는 상태가 소정시간 이상 계속된 이후 공연비를 이론 공연비로 설정해서 학습을 행하게한다. 따라서, 학습조건이 성립하더라도 단시간안에 그 학습조건을 벗어났을 때에는, 공연비를 절환한 학습은 행해지지 않는다.

도 1은 청구항 2 기재의 아이들 회전학습 제어장치의 기본 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 2는 실시의 형태에 있어서의 엔진의 시스템 구성도이다.

도 3은 아이들 회전학습의 제 1 실시형태를 나타낸 플로우 차트이다.

도 4는 아이들 회전학습의 제 2 실시형태를 나타낸 플로우 차트이다.

도 5는 아이들 회전학습의 제 3 실시형태를 나타낸 플로우 차트이다.

이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 2는, 실시의 형태에 있어서의 엔진 시스템을 나타낸 구성도로서, 이 도 1에 나타낸 엔진(1)은, 각 기통마다 통안에 연료를 직접 분사하는 연료분사 밸브(2)를 구비함과 동시에, 각 기통마다 점화 플러그(4)를 구비한 직분(直噴) 가솔린 엔진이다.

상기 연료분사 밸브(2)는, 마이크로 컴퓨터를 내장한 제어 장치(3)로부터의 분사 펄스신호에 대응하여 각 기통별로 제어되도록 되어있다. 또, 각 점화플러그(4)에는 각각에 점화(ignition)코일(5)이 구비되어, 상기 제어 장치(3)로부터의 점화신호에 대응해서 파워트라유니트(6)가 각 점화코일(5)의 1차측으로 통전을 온·오프하여 각 기통마다 점화시기가 제어되도록 되어있다.

상기 제어 장치(3)에는, 연료분사나 점화시기 제어 등을 위하여 각종 센서로부터 검출신호가 입력된다.

상기 각종 센서로서는, 흡입 공기량을 검출하는 공기 유량계(air flow meter)(7), 모터(13)에 의해 개폐 구동되는 전기 제어식의 스로틀 밸브(throttle valve)(8)의 열림도(開度)를 검출하는 스로틀 센서(9), 크랭크각을 검출하는 크랭크각 센서(10), 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(11), 배기중의 산소농도에 의거해서 연소 혼합기의 평균 공연비를 검출하는 산소센서(12)등이 설치되어있다.

한편, 상기 제어 장치(3)은, 예를 들어, 목표의 출력 토-크 및 엔진 회전속도에 맞춰서 목표 당량비(목표 공연비)와 연소모드를 미리 설정한 목표 당량비 맵(Map)을 여러개 구비하여, 그 복수의 목표 당량비 맵을 수온, 시동후 시간, 차속, 가속도 등의 조건에 맞춰서 절환하여 참조하고, 목표 당량비 및 연소모드의 요구를 판별해서, 상기 연료분사 밸브(2)에 의한 연료분사량 및 분사시기를 제어한다.

상기 연소모드로서는, 흡기행정에서 연료를 분사시키므로서 균질연소를 행하게하는 균질 연소모드, 압축행정에서 연료를 분사시키므로서 점화 플러그(4) 주변에 진한 혼합 기체를 형성시켜서 성층 희박 연소를 행하게하는 성층 연소모드가 설정되어있고, 상기 균질모드에서는 목표 당량비가, 운전영역에 대응하여 희박, 스토이크(이론 공연비), 부유하게 제어된다. 또, 아이들을 포함하는 저부하, 저회전 영역에 있어서, 시동할때를 제외하고는, 성층 연소모드(성층 희박연소) 또는 균질 희박이 설정되는 구성으로 되어있다.

또, 제어 장치(3)는, 아이들 운전시에, 목표 아이들 회전속도를 얻기 위한 모터(13)의 기본 제어신호를 결정함과 동시에, 엔진 회전속도가 목표 아이들 회전속도에 가까워지도록 상기 기본 제어신호를 피이드백 보정량으로 보정하여, 그 보정된 제어신호를 모터(13)으로 출력해서 스로틀 밸브(8)의 열림도를 조정한다. 이러한 제어 장치(3)의 기능이 피이드백 보정량 설정수단에 상당한다.

또한, 스로틀 밸브(8)의 오염 등에 의해 열림도에 대한 개구면적이 경시적으로 감소하고, 열림도에 대해 얻어지는 흡입 공기량이 감소한 만큼을 학습하도록 되어있어, 그 학습에 의해 얻어진 학습 보정량과 상기 피이드백 제어에 의해 얻어지는 보정량에 따라서 모터(13)의 제어신호를 결정하도록 되어 있어, 제어 장치(3)는, 아이들 학습수단, 공기량 제어수단으로서의 기능도 갖고 있다.

여기서, 상기 학습제어의 상태를 설명한다.

도 3의 플로우 차트에서, 스텝 1(그림중에서는 S1으로 표기되어있다. 이하에서도 마찬가지)에서는, 엔진이 완난(完暖)상태인지 아닌지를, 수온센서(11)로 검출되는 냉각수 온도에 따라서 판별한다.

완난상태일 때에는, 스텝 2로 진행하여, 외부 부하의 비몰입 상태인지 아닌지를 판별한다. 구체적으로는, 에어콘이 OFF, N레인지, 헤드라이트 등의 전기부하 OFF일 때를, 외부 부하의 비몰입 상태(무부하상태)로서 판단한다.

외부 부하의 비몰입 상태일 때에는, 스텝 3으로 진행하여, 상기 목표 아이들 회전속도로의 피이드백 제어가 행해지는 아이들 운전상태인지 아닌지를 판별한다.

그리고, 상기 스텝 3에서 아이들이라고 판별되었을 때, 즉, 엔진이 완난상태이고, 또한 외부 부하의 비몰입 상태이면서, 아이들 일 때에는, 학습조건이 성립되어 있다고 판단하여, 스텝 4로 진행한다.

상기한 스텝 1 ∼ 3 부분이 학습조건 판별수단에 해당한다.

스텝 4에서는, 상기 목표 당량비 맵에 의해 균질 희박 또는 성층 희박으로 설정되어있는 연소상태를, 목표 당량비를 이론 공연비로 하는 균질 연소모드로 강제적으로 절환한다. 이 부분이, 희박 연소 금지수단에 해당한다.

상기의 희박 공연비로부터 이론 공연비로의 강제적인 절환을 행하므로써, 엔진의 흡입 공기량이 좁혀지게 되고, 이에 의해, 오염이나 막힘에 의한 공기량의 저하분이 전체의 흡입 공기량에서 차지하는 비율이 커져서, 학습 정밀도의 향상을 꾀할수 있게된다.

이론 공연비로의 절환이 행해져서 연소상태가 안정하면, 스텝 5로 진행하고, 그 때의 피이드백 보정량의 평균치를 구하여, 그 평균치와 그때까지의 학습 보정량과의 가중 평균치를, 새로운 학습량으로서 갱신 기억시킨다(아이들 학습수단).

그런데, 상기와 같이, 학습조건이 성립할 때마다 희박 연소상태로부터 이론 공연비로 절환해서 학습을 행하도록하는 구성이라면, 오염이나 막힘의 진행에 대해 학습기회가 과잉하게 되어, 학습마다 이론 공연비로 절환하게 되므로, 연비나 배기 이미션의 악화를 초래하게 되어버린다.

그렇기 때문에, 도 4의 플로우 차트에 나타낸 것과 같이하여, 미리 정해진 학습빈도내로 제한하는 것이 바람직하다.

도 4의 플로우 차트에서, 스텝 11 ∼ 스텝 13에 있어서는 상기 스텝 1 ∼ 3과 마찬가지로, 학습조건이 성립해있는지 어떤지를 판별한다.

그리고, 학습조건의 성립이 판별되면, 스텝 14로 진행해서, 본 트립중에 1회라도 학습을 행했는지 아닌지를 판별한다.

상기 트립(trip)이란, 점화스위치가 ON된 다음부터 OFF되기까지의 사이를 나타낸다. 따라서, 상기 스텝 14에서의 판별은, 점화스위치가 ON된 이후로 1번이라도 학습을 행했는지 아닌지를 판별하게 된다.

스텝 14에서, 학습이 행해진 것으로 판별되었을 때에는, 스텝 15, 16을 우회하여 본 루틴(routine)을 종료시키게 되므로써, 이론 공연비로의 절환 및 학습을 행하지 않는다. 이에 따라, 1 트립중에 있어서의 학습은 1회만으로 제한되게된다. 상기 스텝 14 부분이, 학습빈도 제한수단에 해당하게 된다.

한편, 학습이 행해지지 않았을 때에는, 스텝 15로 진행해서, 희박으로부터 이론 공연비로의 강제적인 절환을 행하게하고, 다음의 스텝 16에서는, 그 때의 피이드백 보정량을, 오염이나 막힘에 의한 공기량의 저하분(개구면적의 감소변화분)으로서 학습한다.

또, 상기에서는, 1 트립당 1회의 학습빈도로 제한하는 구성으로 하였으나, 학습조건이 소정시간 이상 계속한 다음에야 비로소 학습을 실행시키도록 하여도, 학습빈도를 제한할 수 있게되고, 이러한 실시의 형태를, 도 5의 플로우 차트에 나타낸다.

도 5의 플로우 차트에서, 스텝 21 ∼ 스텝 23에 있어서는 상기 스텝 1∼ 3과 마찬가지로, 학습조건이 성립해있는지 아닌지를 판별한다.

그리고, 학습조건의 성립이 판별되면, 스텝 24로 진행하여 학습조건이 계속해서 소정시간 이상 성립해있는지 아닌지를 판별한다.

여기서, 학습조건이 성립해있어도, 상기 소정 시간내인 때에는, 스텝 25, 26을 우회해서 본 루틴을 종료시킨다. 따라서, 학습조건이 성립하더라도 단시간안에 학습조건을 벗어나는 것과 같은 경우에는, 학습이 행해지지 않게되어, 학습의 기회가, 비교적 긴 시간 학습조건이 성립해 있을 때로 한정되게된다. 상기 스텝 24 부분이, 학습빈도 제한수단에 해당한다.

한편, 학습조건이 소정시간 이상 계속해 있으면 스텝 24에서 판별된 경우에는, 스텝 25로 진행하여, 희박으로부터 이론 공연비로의 강제적인 절환을 행하게하고, 다음의 스텝 26에서는, 그 때의 피이드백 보정량을, 오염이나 막힘에 의한 공기량의 저하분(개구면적의 감소변화분)으로서 학습한다.

또는, 상기의 실시의 형태에서는, 학습조건을, 엔진이 완난상태이고, 또한 외부 부하의 비몰입상태이면서 아이들인 때로 하였으나, 학습조건을 상기의 것으로한정하는 것은 아니다.

또는, 스로틀 밸브를 바이패스하는 보조 공기통로와, 그 보조 공기통로에 개장된 아이들 제어 밸브와를 구비하여, 상기 아이들 제어 밸브의 열림도를 제어해서 목표 아이들 회전속도로 제어하는 것이어도 좋다.

또한, 직분 가솔희박 엔진이 아니고, 흡기 포트에 연료분사 밸브를 구비한 희박번 엔진이어도 좋다.

청구항 1 및 2에 기재된 발명에 따르면, 흡기계의 개구면적의 오염이나 막힘에 따른 감소 변화분의 학습을, 공연비를 희박 공연비로부터 이론 공연비로 강제적으로 절환해서 행하도록 하였기 때문에, 상기 오염이나 막힘에 의한 공기량의 저하분이 전체의 공기량에서 차지하는 비율이 높은 상태에서 학습을 행할 수 있고, 따라서, 상기 학습을 고정밀도로 행할 수 있는 효과가 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 공연비를 희박으로부터 이론공연비로 강제적으로 절환해서 행하는 학습의 빈도를 제한하므로써, 학습과 더불어 이론공연비로 연소시킴에 따른 연비, 배기 이미션의 악화를 억제할 수 있는 효과가 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 점화스위치의 ON중에 이론공연비로 아이들 운전되는 기회를 1회로 제한하여 연비, 배기 이미션의 악화를 억제할 수 있는 효과가 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 학습조건이 소정시간 이상 계속한 다음 비로소 학습을 행하게 하므로서, 단시간에 학습조건을 벗어난 경우에 공연비를 이론공연비로 절환해서 학습이 행해지는 것을 회피하고, 따라서, 학습에 동반하는 연비, 배기 이미션의 악화를 억제할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 적어도 아이들(idle)을 포함하는 소정의 운전영역에서 목표 공연비가 이론 공연비보다도 희박(lean)하게 설정되는 엔진의 아이들 회전학습 제어장치로서,

   아이들 운전시에, 엔진 회전속도를 목표 아이들 회전속도에 가까워지도록 엔진의 흡입공기량을 피이드백 제어한 결과에 따라서, 엔진의 흡입계에서의 경시적인 개구면적의 감소 변화분을 학습하는 구성으로서, 상기 개구면적의 감소 변화분의 학습을, 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정한 상태에서 행하도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진의 아이들 회전학습 제어장치.
2. 적어도 아이들을 포함하는 소정의 운전영역에서 목표 공연비가 이론 공연비보다도 희박(lean)하게 설정되는 엔진에 있어서,

   엔진의 아이들 운전시에, 엔진 회전속도를 목표 아이들 회전속도에 가까워지도록, 엔진의 흡입공기량을 조정하기 위한 피이드백 보정량을 설정하는 피이드백 보정량 설정수단과,

   엔진 흡입계에서의 경시적인 개구면적의 감소 변화분을 학습하는 학습조건을 판별하는 학습조건 판별수단과,

   상기 학습조건 판별수단에 의해 상기 학습조건의 성립이 판별되었을 때에, 상기 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정하는 희박(lean) 연소 금지수단과,

   상기 희박 연소 금지수단에 의해 상기 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정한 상태에서, 상기 피이드백 보정량 설정수단에 의해 설정된 피이드백 보정량에 따라서, 상기 개구면적의 감소 변화분에 상당하는 학습 보정량을 학습하는 아이들 학습수단과,

   상기 피이드백 보정량 및 학습 보정량에 따라서 엔진의 흡입 공기량을 제어하는 공기량 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 아이들 회전학습 제어장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 희박 연소 금지수단에 따른 목표 공연비를 강제적으로 이론 공연비로 설정하는 제어의 실행을, 선정된 학습빈도내로 제한하는 학습빈도 제한수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엔진의 아이들 회전학습 제어장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 선정된 학습빈도가, 점화(ignition)스위치의 ON중에 1회의 비율인 것을 특징으로 하는 엔진의 아이들 회전학습 제어장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 선정된 학습빈도가, 상기 학습조건이 계속해서 소정 시간이상 성립해있는 상태마다 1회의 비율인 것을 특징으로 하는 엔진의 아이들 회전학습 제어장치.