KR100397526B1

KR100397526B1 - 내연기관의 출력상태 검출장치

Info

Publication number: KR100397526B1
Application number: KR10-2001-7007554A
Authority: KR
Inventors: 다까오까도시후미; 히로세가쯔히꼬; 가나이히로시; 이노우에도시오; 구사다마사끼; 니시가끼다까히로; 고지마마사끼요; 야마구찌가쯔히꼬
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2003-09-13
Also published as: EP1143134B1; WO2000039444A1; EP1143134A4; EP1143134A1; CN1331780A; US6522024B1; KR20010089586A; CN1159519C

Abstract

발전기의 토크반력을 검출하여 이 토크반력으로부터 내연기관의 출력상태를 검출하는 것이다. 내연기관과, 이 내연기관에 의하여 구동되어 전력을 생성하는 발전기와, 이 발전기의 토크반력을 검출하는 토크검출수단과, 내연기관의 출력상태를 검출하는 출력상태 검출수단을 구비하고 있다. 출력상태 검출수단은 토크검출수단에 의하여 검출된 발전기의 토크반력을 기초로 하여 내연기관의 출력상태를 검출한다.

Description

내연기관의 출력상태 검출장치{OUTPUT STATE DETECTOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

최근, 엔진과 모터제너레이터 (전동기 또는 발전기로서 기능한다) 를 구비한 차량, 예를 들면 소위 하이브리드차량이 실용화되고 있다. 이러한 하이브리드차량에 있어서는, 엔진을 효율적인 기관회전영역에서 운전을 행하기 위하여 엔진과 모터제너레이터를 유성(遊星)기어를 통하여 접속하고, 모터제너레이터를 제어함으로써 엔진회전수를 효율적인 기관회전수로 유지하고 있다.

본 발명은 내연기관의 출력상태를 검출하는 내연기관의 출력상태 검출장치에 관한 것이다.

(발명의 개시)

엔진과 모터제너레이터를 갖는 차량에 있어서는 모터제너레이터가 엔진의 출력축의 회전각속도를 거의 일정하게 되도록 제어하므로, 회전각속도에 기초하여 내연기관의 출력상태를 검출하는데 어려움이 있다는 것을 발명자들은 발견하였다.

따라서, 본 발명은 내연기관과 전동기를 갖고 있는 차량 등에 있어서, 내연기관의 출력상태를 검출할 수 있는 출력상태 검출장치를 제공하는 것을 목적으로한다.

예를 들면, 연료밸브나 점화장치의 불균일로 인한 내연기관의 기통내에서의 실화(失火) (내연기관의 출력상태) 를 검출하는 장치로서, 일본 공개특허공보 평2-49955 호에 개시되어 있는 기술이 있다. 이 기술은 내연기관의 출력축의 회전각속도를 검출하여, 회전각속도의 이상에 기초하여 실화가 일어난 이상기통을 판별하는 것이다. 그러나, 상술한 바와 같이, 엔진과 모터제너레이터를 갖는 차량에 있어서는, 모터제너레이터에 의하여 엔진의 회전수를 제어하고 있으므로, 이 기술과 같이 엔진의 회전수에 기초하여 연소상태 (출력상태) 를 검출하기는 어렵다.

또는, 내연기관을 안정적으로 운전시키거나, 배출되는 배기가스내의 유해성분을 저감시키기 위하여, 연료성상(性狀)의 검출이 행해지고 있다. 연료성상의 변화에 따라 내연기관의 출력은 변할 수 있으므로, 연료성상은 내연기관의 출력상태중 하나로서 파악할 수 있다. 연료성상을 검출하는 연료성상 검출장치로는 일본 공개특허공보 평9-256898 호에 기재된 것 등이 알려져 있다. 일본 공개특허공보 평9-256898 호에 기재된 연료성상 검출장치는 보조기관 구동시에 있어서의 기관회전수의 변화에 의하여 연료성상을 검출하는 것이다.

연료성상이 중질이면, 냉간시동시 등에 연료가 흡기관 (흡기포트) 내벽 등에 부착한 경우에, 부착한 연료는 휘발하기 어렵게 된다. 연료성상을 검출하여 그 검출결과에 기초하여 연료분사량을 보정하지 않으면, 공연비가 린(lean)으로되는 경우가 있다. 이로 인하여 내연기관의 출력이나 운전상태가 불안정하게 되거나, 배기가스중에 유해물질이 다량 함유되게 되어 버린다.

그러나, 엔진과 모터제너레이터 (차륜구동용 및 발전용) 를 갖는 차량에 있어서는, 모터제너레이터에 의하여 엔진의 회전수를 제어하고 있으므로, 기관회전수의 변화는 매우 작아 기관회전수의 변화로부터 연료성상을 판정하기는 매우 어렵다.

본 발명은 내연기관과, 내연기관에 의하여 구동되어 전력을 생성하는 발전기와, 발전기의 토크반력을 검출하는 토크검출수단과, 내연기관의 출력상태를 검출하는 출력상태 검출수단을 구비하고 있으며, 출력상태 검출수단이 토크검출수단에 의하여 검출된 전동기의 토크반력을 기초로 하여 내연기관의 출력상태를 검출하는 것을 특징으로 하고 있다.

전동기는 내연기관의 출력을 받아 발전하므로, 전동기의 토크반력에는 내연기관의 출력이 반영된다. 이로 인하여, 본 발명에 의하면 전동기의 토크반력에 기초하여 내연기관의 출력상태를 검출할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 발명과 관련된 내연기관의 출력상태 검출장치를 탑재한 하이브리드차량의 주요부분의 개략구성도이다.

도 2 는 도 1 의 장치의 동력분할기구의 개략구성도이다.

도 3 은 도 2 의 동력분할기구의 구성부분의 회전수의 관계를 나타내는 공선도(共線圖)이다.

도 4 는 본 발명과 관련된 내연기관의 출력상태 검출장치의 연소상태 검출동작을 나타내는 플로우차트이다.

도 5 는 본 발명과 관련된 내연기관의 출력상태 검출장치의 연소상태 검출동작을 나타내는 플로우차트이다.

도 6 은 엔진토크의 시간변동을 나타내는 그래프이다.

도 7 은 본 발명과 관련된 내연기관의 출력상태 검출장치의 연료성상 검출동작 (기관 정상상태시) 을 나타내는 플로우차트이다.

도 8 은 시동시 연료분사량 (TAU) 의 계산처리를 나타내는 플로우차트이다.

도 9 는 시동후 연료분사량 (TAU) 의 계산처리를 나타내는 플로우차트이다.

도 10 은 워밍업(暖機)·고부하 보정계수 (FWLOTP) 산출루틴을 나타내는 플로우차트이다.

도 11 은 시동후 증량보정계수 (FASE) 산출루틴을 나타내는 플로우차트이다.

도 12 는 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 산출루틴을 나타내는 플로우차트이다.

도 13 은 공연비 피드백제어에 있어서의 공연비 센서의 출력값 (A/F), 딜레이 카운터 (CDLY), 공연비 플래그 (F1), 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 의 변화를 나타내는 타이밍차트이다.

도 14 는 벽면부착연료 보정계수 (FMW) 산출루틴을 나타내는 플로우차트이다.

도 15 는 본 발명과 관련된 내연기관의 출력상태 검출장치의 연료성상 검출동작 (기관과도상태시) 을 나타내는 플로우차트이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위하여, 첨부의 도면에 따라 이것을 설명한다. 본 발명의 출력상태 검출장치를 갖는 차량의 구성을 도 1 에 나타낸다.

이 차량은 그 구동원으로서, 내연기관인 엔진 (1) 과 모터제너레이터 (MG)(2) 를 갖고 있는 소위, 하이브리드차량이다. 또한,이 차량은 엔진 (1) 의 출력을 받아 발전을 행하는 모터제너레이터 (MG)(3) 도 갖고 있다. 이들 엔진 (1), MG (2) 및 MG (3) 는 동력분할기구 (4) 에 의하여 접속되어 있다. 동력분할기구 (4) 는 엔진 (1) 의 출력을 MG (3) 과 구동륜 (5) 으로 배분하고 있다. 또한,동력분할기구 (4) 는 MG (2) 로부터의 출력을 구동륜 (5) 으로 전달시키는 역할이나, 감속기 (7) 및 구동축 (6) 을 통하여 구동륜 (5) 으로 전달되는 구동력의 변속기로서의 역할도 갖추고 있다. 동력분할기구 (4) 에 관해서는 추후 상세히 설명한다.

MG (2) 는 교류 동기(同期)전동기로서, 교류동력에 의하여 구동된다. 인버터 (9) 는 배터리 (8) 에 저장된 전력을 직류에서 교류로 변환하여 MG (2) 에 공급함과 동시에, MG (3) 에 의하여 발전되는 전력을 교류에서 직류로 변환하여 배터리 (8) 에 저장하기 위한 것이다. MG (3) 도 기본적으로는 상술한 MG (2) 와 거의 동일한 구조를 갖고 있으며, 교류 동기전동기로서의 구성을 갖고 있다. MG (2) 가 주로 구동력을 출력하는 데 반해, MG (3) 은 주로 엔진 (1) 의 출력을 받아 발전한다.

또한, MG (2) 는 주로 구동력을 발생시키는데, 구동륜 (5) 의 회전을 이용하여 발전 (회생발전) 할 수도 있어, 발전기로서도 기능할 수 있다. 이 때, 구동륜 (5) 에는 브레이크 (회생브레이크) 가 걸리므로, 이것을 풋브레이크 (오일브레이크) 나 엔진브레이크와 병용함으로써 차량을 제동시킬 수 있다. 한편, MG (3) 은 주로 엔진 (1) 의 출력을 받아 발전을 하는데, 인버터 (9) 를 통하여 배터리 (8) 의 전력을 받아 구동하는 전동기로서도 기능할 수 있다.

그리고, 엔진 (1) 의 크랭크샤프트 (15) 에는 피스톤 위치 및 엔진 (1) 의 회전수를 검출하는 크랭크포지션 센서 (21) 가 장착되어 있다. 크랭크포지션 센서 (21) 는 엔진 ECU (11) 에 접속되어 있다. 또한, MG (2) 및 MG (3) 의 각 구동축에는 각각의 회전위치 및 회전수를 검출하는 회전센서 (리졸버) (22, 23) 가 장착되어 있다. 회전센서 (22, 23) 는 각각 모터 ECU (12) 에 접속되어 있다.

상술한 동력분할기구 (4) 를 엔진 (1), MG (2) 및 MG (3) 와 함께 도 2 에 나타낸다. 여기에서는, 동력분할기구 (4) 가 플래니터리 기어유닛에 의하여 구성되어 있으므로, 이하 동력분할기구 (4) 를 플래니터리 기어유닛 (4) 이라고도 말하기로 한다. 플래니터리 기어유닛 (4) 은 선기어 (4a) 와, 이 선기어 (4a) 의 주위에 배치된 플래니터리 기어 (4b) 와, 이 플래니터리 기어 (4b) 의 더욱 외주에 배치된 링기어 (4c) 와, 플래니터리 기어 (4b) 를 유지하는 기어캐리어 (4d) 로 이루어진다.

여기에서, 엔진 (1) 의 크랭크샤프트 (15) 가 댐퍼 (16) 를 통하여 중심축 (17) 과 결합되어 있고, 이 중심축 (17) 이 기어캐리어 (4d) 와 결합되어 있다. 즉, 엔진 (1) 의 출력은 플래니터리 기어유닛 (4) 의 기어캐리어 (4d) 에 입력된다. 또한, MG (2) 는 내부에 스테이터 (2a) 와 로터 (2b) 를 갖고 있으며, 이로터 (2b) 가 링기어 (4c) 와 결합되고, 로터 (2b) 및 링기어 (4c) 는 또 감속기 (7) 의 제 1 기어 (7a) 와 결합되어 있다.

감속기 (7) 는 제 1 기어 (7a), 토크전달체인 (7b), 제 2 기어 (7c), 제 3 기어 (7d), 파이널기어 (7e) 로 이루어진다. 즉, 모터 (2) 의 출력은 플래니터리 기어유닛 (4) 의 링기어 (4c) 에 입력되고, 감속기 (7) 및 디퍼렌셜기어 (18) 를 통하여 구동축 (6) 으로 전달된다. 이 결과, MG (2) 는 차축 (6) 과 항상 접속되어 있는 형태로 되어 있다.

MG (3) 은 MG (2) 와 마찬가지로, 내부에 스테이터 (3a) 와 로터 (3b) 를 갖고 있으며, 이 로터 (3b) 가 선기어 (4a) 와 결합되어 있다. 즉, 엔진 (1) 의 출력이 이 플래니터리 기어유닛 (4) 으로 분할되고, 선기어 (4a) 를 통하여 MG (3) 의 로터 (3b) 에 입력된다. 또한, 엔진 (1) 의 출력은 이 플래니터리 기어유닛 (4) 으로 분할되고, 링기어 (4c) 등을 통하여 구동축 (6) 에도 전달될 수 있다.

여기서, MG (3) 의 발전량을 제어하여 선기어 (4a) 의 회전을 제어함으로써, 플래니터리 기어유닛 (4) 전체를 무단변속기로서 이용할 수 있다. 즉, 엔진 (1) 또는 (및) MG (2) 의 출력은 플래니터리 기어유닛 (4) 에 의하여 변속된 후에 구동축 (6) 으로 출력된다. 또한, MG (3) 의 발전량 (모터로서 기능하는 경우는 전력소비량) 을 제어하여 엔진 (1) 의 기관회전수를 제어할 수도 있다. 여기에서는 엔진 (1) 의 회전수를 에너지효율이 좋은 영역에 유지하도록 제어하고 있다.

도 3 은, 플래니터리 기어유닛 (4) 의 각 기어의 회전수 및 회전방향 (즉,각기어에 접속된 엔진 (1), MG (2), MG (3) 의 회전수 및 회전방향) 의 균형을 나타내는 공선도이다. 여기서, 종축은 각 기어 (선기어 (4a), 링기어 (4c), 기어캐리어 (4d)) 의 회전수, 즉 엔진 (1), MG (2), MG (3) 의 회전수를 나타내고 있다. 한편, 횡축은 각 기어의 기어비를 나타낸 것으로, 링기어 (4c) 의 톱니수에 대한 선기어 (4a) 의 톱니수를 (ρ) 로 하면, 도 3 중 기어캐리어 (4d) 에 대응하는 축은 선기어 (4a) 와 링기어 (4c) 의 축을 1:ρ로 내분하는 좌표위치에 위치한다. 그리고 엔진 (1) 및 기어캐리어 (4d) 의 회전수 (Ne) 와, MG (2) 및 링기어 (4c) 의 회전수 (Nm) 와, MG (3) 및 선기어 (4a) 의 회전수 (Ng) 는 이하의 관계를 만족한다.

식 1

정차시에서 엔진 (1) 이 정지해 있을 때는 MG (2), MG (3) 도 정지해 있으므로, 도 3 에서 선 (A) 으로 표시되는 상태에 있다. 발진시나 저속주행시에는 저회전상태에서 고토크를 발생시킬 수 있는 MG (2) 의 특성을 이용하여, 엔진 (1) 을 정지시켜 MG (2) 만을 배터리 (8) 로부터의 전력으로 구동시켜 주행한다 (선 (B)). 하이브리드차량에서는 시동키가 온으로 된 직후에 촉매 워밍업 등으로 인하여 정차상태에서도 엔진 (1) 이 일정시간 운전된다. 이와 같은 정차상태에서의 엔진시동시에는 MG (2) 를 정지시키고, MG (3) 을 스타터로서 이용하여 엔진 (1) 을 회전시킴으로써 기관시동을 행한다 (선 (C)).

정상주행시에는 주로 엔진 (1) 의 힘을 이용하여 주행하고, MG (3) 을 거의 회전시키지 않고 발전을 행하지 않는 한편, MG (2) 는 필요에 따라 구동력을 어시스트한다 (선 (D)). 정상주행으로부터 가속시 등의 고부하주행시에는 엔진 (1) 의 회전수를 높임과 동시에 MG (3) 에 의하여 발전을 행하고, MG (2) 의 어시스트력을 증가시켜 엔진 (1) 과 MG (2) 의 구동력을 이용하여 운전을 행한다 (선 (E)). 제동시, 감속시에는 MG (2) 로 발전을 행하고, 운동에너지를 전력으로서 회수하는 회생발전을 행한다. 또한, 배터리 (8) 의 충전량이 저하된 경우에는 경부하시에도 엔진 (1) 을 구동하여, 엔진 (1) 의 출력을 이용하여 MG (3) 으로 발전을 행하며, 인버터 (9) 를 통하여 배터리 (8) 를 충전한다.

MG (2), MG (3) 의 회전수제어는 회전센서 (22, 23) 의 출력을 참조하여 모터 ECU (12) 가 인버터 (9) 를 제어함으로써 행해진다. 이로 인하여 엔진 (1) 의 회전수도 제어가능하다.

이들 제어는, 몇 개의 전자제어 유닛 (ECU) 에 의하여 제어된다 (도 1 참조). 하이브리드차량으로서 특징적인 엔진 (1) 에 의한 구동과 MG (2) 및 MG (3) 의 전기적 구동은 메인 ECU (10) 에 의하여 종합적으로 제어된다. 메인 ECU (10) 에 의하여 에너지 효율이 최적이 되도록 엔진 (1) 에 의한 구동과 MG (2) 및 MG (3) 의 전기적 구동이 밸런스가 잡혀, 엔진 (1), MG (2) 및 MG (3) 을 제어하기 위하여 각 제어지령이 엔진 ECU (11) 및 모터 ECU (12) 로 출력된다.

또한, 엔진 ECU (11) 및 모터 ECU (12) 는 엔진 (1), MG (2) 및 MG (3) 의 정보를 메인 ECU (10) 로 전달하기도 한다. 메인 ECU (10) 에는 배터리 (8) 를제어하는 배터리 ECU (13) 나, 브레이크를 제어하는 브레이크 ECU (14) 도 접속되어 있다. 배터리 ECU (13) 는, 배터리 (8) 의 충전상태를 감시하여, 충전량이 부족한 경우에는 메인 ECU (10) 에 대하여 충전요구지령을 출력한다. 충전요구를 받은 메인 ECU (10) 는 배터리 (8) 에 대하여 충전을 하기 위하여 발전기 (3) 를 발전시키는 제어를 행한다. 브레이크 ECU (14) 는 차량의 제동을 맡고 있으며, 메인 ECU (10) 와 함께 MG (2) 에 의한 회생 브레이크를 제어한다.

엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와 MG (2) 의 출력토크 (Tm) 와 MG (3) 의 발전에 의한 토크반력 (Tg) 이 모두 0 이 아니고 균형이 잡혀 있을 때 (정상상태시) 는, 이하의 관계를 만족한다.

식 2

식 3

또한, 상술한 토크반력은 발전시에 MG (3) 에 의하여 발생되는 반력이다. 또한, Tg 는 통상 Te, Tm 과 역방향으로 작용하므로, 마이너스값을 취한다.

한편, 삼자가 균형이 잡혀 있지 않을 때에는 균형시의 토크와의 차에 따라 각 구성요소의 회전수가 변화한다. 이 때, 엔진 (1) 의 회전각속도를 (ωe), MG (3) 의 회전각속도를 (ωg), 기어를 포함한 관성모멘트를 각각 (Ie, Ig) 라 하면 다음식이 성립한다.

식 4

또한, 관성모멘트 (Ie, Ig) 는 실험에 의하여 미리 구해 둔 수치를 메인 ECU (10) 내의 ROM 에 기억시켜 두고 이 값을 꺼내어 이용한다. 또한, 엔진 (1) 의 회전각속도 (ωe) 는 크랭크포지션 센서 (21) 에 의하여 검출된다. MG (3) 의 회전각속도 (ωg) 는 회전센서 (23) 에 의하여 검출된다.

이상 서술한 바와 같은 구성의 하이브리드차량에 있어서의 엔진 (1) 의 출력상태 검출동작에 관하여 이하에 설명한다. 먼저, 내연기관의 출력상태로서 연소상태를 검출하는 경우에 관하여 설명한다. 도 4 는 이 연소상태 검출동작의 플로우차트이다. 이 플로우차트에 기초하는 처리는 엔진 (1) 의 동작시에만 처리가 행해진다.

먼저, 스텝 (S11) 에 있어서, 엔진기동 직후인가를 판정한다. 기동으로부터 소정시간내이면 스텝 (S12) 으로 이행하여, 엔진회전수 (Ne) 가 상승하고 나서 일정시간 경과하여 있는지를 판정한다. 이것은 엔진회전수 (Ne) 가 충분히 상승해 있지 않은 경우나, 상승하고 나서 틈이 없는 경우는 워밍업중 또는 MG (3) 이 스타터로서 엔진 (1) 을 회전시키고 있는 상태로서, 엔진 (1) 내의 연소가 안정되어 있지 않은 상태에 있으므로 실화판정이 불필요하기 때문이다. 따라서, 일정시간 경과해 있지 않은 경우에는 그 후의 처리를 스킵하여 종료한다.

일정시간 경과해 있는 경우에는 스텝 (S13) 으로 이행하여 검출된 MG (3) 의토크반력 (Tg) 과 균형토크반력 (Tgreq) 을 비교한다. 균형토크반력 (Tgreq) 이란 엔진 (1) 에 대하여 요구되는 엔진요구토크 (Tereq) 를 출력하도록 엔진 (1) 이 운전된 상태에서, 이 요구토크 (Tereq) 에 대하여 균형이 잡힌 상태에 있는 MG (3) 이 발생시키는 토크반력이다. 이하, 이에 관하여 상술한다.

메인 ECU (10) 는, 운전자의 액셀조작에 기초하여 그 시점에서의 차량속도, 배터리용량, 보기출력 등을 참조하여 엔진 (1) 과 MG (2) 의 각각에 요구하는 요구토크 (Tereq, Tmreq) 를 산출한다. 또한, 이들 요구토크 (Tereq, Tmreq) 를 만족하는 엔진 (1) 과 MG (2) 각각의 회전수 (Ne, Nm) 를 결정한다. 이 때, 식 (1) 로부터 MG (3) 의 회전수 (Ng) 도 결정한다. 그리고, 모터 ECU (12) 를 제어하여 인버터 (9) 를 통하여 MG (2), MG (3) 으로 흐르는 전류, 주파수를 제어함으로써 MG (2), MG (3) 의 회전수 (Nm, Ng) 를 조정한다. 이에 의하여 엔진 (1) 의 회전수도 소정의 회전수로 조정할 수 있다.

이 때, 엔진 (1) 의 연소상태가 안정되어 있으면 엔진 (1) 의 실제 출력토크 (Te) 는 요구토크 (Tereq) 와 일치한다. 그러나, 엔진 (1) 의 연소상태가 불안정하게 되어 실화 등이 발생하면 실제의 출력토크 (Te) 는 요구토크 (Tereq) 를 밑돌게 된다. 이 때, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 의 절대값은 엔진 (1) 의 요구토크 (Tereq) 와 균형이 잡힌 때의 값 (Tgreq) 의 절대값보다 작아진다.

따라서, 양자를 비교함으로써 실화를 판정할 수 있게 된다. 토크반력 (Tg) 은 회전센서 (23) 로 측정한 MG (3) 의 회전수와 MG (3) 의 발전량으로부터 산출할 수 있다. 또한, MG (3) 에 토크센서를 설치해도 된다. MG (3) 의회전수와 발전량으로부터 산출한 토크반력 (Tg) 이 엔진 (1) 의 요구토크 (Tereq) 와 균형이 잡힌 균형토크반력 (Tgreq) 보다 절대값에서 작을 때는 스텝 (S19) 으로 이행하여 실화로 판정한다. 그렇지 않은 경우는 그 후의 처리를 스킵하여 종료한다.

엔진 (1) 의 기동으로부터 충분히 시간이 경과해 있을 때는 스텝 (S14) 으로 이행하여 엔진자립운전중인지를 판정한다. 여기서 엔진자립운전이란 MG (3) 에 의한 엔진 (1) 의 회전수제어를 행하고 있지 않은 상태로, 엔진 (1) 의 회전수는 통상의 차량의 탑재엔진과 마찬가지로 엔진 ECU (11) 에 제어되어 있다. 이하의 스텝 (S15~S17) 의 처리는 MG (3) 에 의한 엔진 (1) 의 회전수제어가 행해지고 있을 때에 특유의 처리이므로, 엔진자립운전중일 때는 이들 처리를 스킵하여 스텝 (S18) 으로 이행한다.

엔진 (1) 이 자립운전중이 아닌 경우는 스텝 (S15) 으로 이행한다. 스텝 (S15) 에 있어서는 MG (3) 의 회전수제어의 제어량을 판정한다. 예를 들면, PID 제어를 이용하고 있는 경우는 P 제어량의 변화량을 판정한다. P 제어량이 급변하고 있는 경우는 MG (3) 의 회전수, 나아가서는 엔진 (1) 의 회전수 및 출력토크 자체를 급변시키고 있는 상태이다. 이로 인하여, P 제어량이 급변하고 있는 경우는 실화의 유무에 관계없이 MG (3) 의 회전수 (엔진 (1) 의 회전수 및 출력토크) 의 변동이 커지기 때문에, 이들 변동을 실화판정에 이용할 수는 없다. 따라서, 제어량이 급변하고 있는 경우에는 실화판정을 행하지 않고, 그 후의 처리를 스킵한다. 제어량 변화가 작은 경우에는 스텝 (S16) 으로 이행한다.

스텝 (S16) 에 있어서는 토크반력 (Tg) 을 임계값 (Tgx) 과 비교한다. 전술한 바와 같이 실화가 발생하면 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 의 절대값이 작아져, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 의 절대값도 작아진다. 따라서, 토크반력 (Tg) 이 소정의 임계값 (Tgx) 보다 절대값에서 작을 때는 실화의 가능성이 높은 것으로 판정하여 스텝 (S17) 으로 이행하고, 그렇지 않은 경우는 연소상태는 안정되어 있다고 판정하여 그 후의 처리를 스킵한다. 여기서, 임계값 (Tgx) 의 산출은 엔진 (1) 및 MG (3) 의 회전수가 안정되어 있는 경우 (정상상태에 있는 경우) 에는 식 (3) 에 기초하고, 엔진 (1) 및 MG (3) 의 회전수가 변화하고 있는 경우 (과도상태에 있는 경우) 에는 식 (4) 에 기초하여 각각 행하면 된다.

스텝 (S16) 이 긍정(肯定)되어 실화의 가능성이 높다고 판정된 경우에는 더욱 정밀하게 실화의 유무를 판정하기 위하여 스텝 (S17) 및 스텝 (S18) 에서 엔진 (1) 의 회전수를 참조한다. 여기에서는, 엔진 (1) 은 자립운전이 아니라 MG (3) 에 의하여 회전수제어가 행해지고 있어, 엔진 (1) 은 실화에 의한 회전변동이 작아지는 상태에 있다. 이로 인하여, 스텝 (S17) 에서는 다음 스텝 (S18) 에서의 판정에 이용하는 회전변동의 임계값을 엔진자립운전중의 임계값보다 낮은 임계값으로 설정한다.

이어서, 스텝 (S18) 에서의 처리인데, 먼저 스텝 (S14) 이 긍정된 후의 스텝 (S18) 에 있어서는 엔진 (1) 이 자립운전되고 있는 경우의 회전변동임계값에 대하여 큰지 아닌지를 판정한다. 회전변동이 임계값 이상인 경우는 스텝 (S19) 으로 이행하여 실화로 판정한다.

한편, 스텝 (S16) 이 긍정되어 스텝 (S17) 에서 회전변동임계값이 변경된 후의 스텝 (S18) 에 있어서는 엔진 (1) 이 자립운전되고 있지 않는 경우의 회전변동임계값에 대하여 큰지 아닌지를 판정한다. 회전변동이 임계값 이상인 경우는 스텝 (S19) 으로 이행하여 실화로 판정한다. 엔진 (1) 의 사이클수에 비하여 실화의 발생빈도가 높은 경우에는 메인 ECU (10) 는 그 내용을 미터표시계에 표시하여 처리를 종료한다.

스텝 (S16) 의 판정처리 대신에 스텝 (S13) 과 동일한 판정처리를 행해도 된다. 스텝 (S13) 의 판정처리는 엔진 (1) 으로의 요구토크 (Tereq) 를 근거로 판정을 행하고 있으므로, 엔진 (1) 의 기동직후로부터 안정적으로 판정을 행할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 스텝 (S14) 에 있어서 엔진 (1) 이 현재 자립운전중인지를 판정하였으나, 예를 들면 소정시간마다, 또는 실화가 검출된 이후의 사이클에 있어서, 엔진 (1) 을 강제적으로 자립운전으로 변환하여도 된다. 이들 경우는 MG (3) 에 의한 엔진 (1) 의 회전수제어가 정지되므로, 회전변동만으로부터 엔진 (1) 의 실화를 검출할 수 있다.

또한, MG (3) 에 의한 엔진 (1) 의 회전제어중에는 실화판정에 엔진 (1) 의 회전변동을 이용하지 않고, 스텝 (S16) 또는 스텝 (S13) 에 의한 토크변동검출만을 이용해도 된다. 완전한 실화에까지 이르지 않은 불안정한 연소가 연속하여 발생한 경우는 엔진 (1) 의 회전수변동은 작아도 토크의 부족은 현저히 나타난다. 토크변동을 검출함으로써 이러한 연속된 불안정연소를 검출할 수 있다.

정상주행시의 엔진 (1) 의 회전수 (Ne) 와 MG (3) 의 회전수 (Ng) 에 따른 토크반력의 임계값 (Tgx) 을 맵으로서 메인 ECU (10) 에 저장해 두어, 정상주행시에는 이 맵을 이용하여 스텝 (S16) 의 판정처리를 행해도 된다. 마찬가지로 가감속시에는 이들 맵의 값을 보정함으로써 임계값 (Tgx) 을 구하여 판정처리를 행해도 된다.

엔진 (1) 이 자립운전중이 아닌 경우는, 엔진 (1) 의 회전수의 변동은 MG (3) 에 의한 제어로 완화되므로, 자립운전중과 동일한 회전변동의 임계값에서는 실화가 일어나도 판정이 불가능하다. 본 발명에서는, 이러한 경우에는 엔진 (1) 의 회전수의 변동판정의 임계값을 작게 하여, 완화된 조건에서도 정확한 판정이 가능하게 된다. 엔진 (1) 의 회전수의 변동은 토크변동에 비하여 실화발생에 대한 반응이 빠르므로, 단발적인 실화검출의 정밀도가 높다. 따라서 양자를 병용하는 것이 바람직하나, 실화판정에 어느 하나만을 이용해도 된다.

Tgx, Tgreq, 회전변동의 임계값 등의 각종 임계값은 대기압, 내연기관의 냉각수온, 흡입공기량, 기관회전수, 공연비, 점화시기, 연료성상, 발전기의 발전전력 또는 출력 등에 의하여 변화한다. 따라서 이들중 하나 또는 조합을 파라미터로서 임계값을 변경하는 것이 바람직하다. 이로 인하여 운전상태에 관계없이 정확한 실화판정을 행할 수 있게 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 플래니터리 기어유닛 (4) 등과 같은 동력분할기구를 채용하고 있는 경우에는 상술한 파라미터에 동력분할기구의 동력분할상태를 추가해도 된다.

대기압은, 대기압센서 (24) 에 의하여 검출된다. 냉각수온은, 엔진 (1)에 장착된 냉각수온센서 (24) 에 의하여 검출된다. 흡입공기량은 흡입관 (30) 상에 설치된 압력센서 (27) 에 의하여 검출되는 흡기관압력으로부터 검출된다. 또한, 흡입공기량은 엔진 (1) 의 흡기관 (30) 상에 설치된 에어플로우미터에 의하여 검출해도 된다. 기관회전수는 크랭크포지션 센서 (21) 에 의하여 검출된다. 공연비는, 엔진 (1) 의 배기관 (31) 상에 설치된 공연비센서 (26) 에 의하여 검출된다.

엔진 (1) 의 점화플러그 (29) 의 점화는, 엔진 ECU (11) 으로부터 점화신호를 이그니션(ignition)코일 (28) 로 송출함으로써 행하므로, 점화시기는 크랭크포지션 센서 (21) 의 출력에 기초하여 ECU (11) 에 의하여 검출할 수 있다. 연료성상의 검출은 추후 상술한다. MG (3) 의 발전전력이나 출력은 모터 ECU (12) 에 의하여 검출된다. 동력분할상태는 플래니터리 기어유닛 (4) 의 구동상태를 제어하는 엔진 ECU (11) 에 의하여 검출할 수 있다.

상술한 바와 같이, 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 간의 식 (3), (4) 와 같은 소정의 관계를 이용하여, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 를 구할 수 있다. 실화 등에 의하여 연소상태가 변화하면, 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 가 변화한다. 따라서, 연소상태는 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 의 변화로부터 판정하는 것이 가능하며, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 최종적으로 연소상태를 판정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 연소상태의 변화는 엔진 (1) 의 회전수에 변화를 초래한다. 정상의 연소상태의 경우에 비하여 연소상태가 변화한 경우에는 동일한 회전수에서도 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 는 달라진다. 따라서, 연소상태의 판정에 엔진 (1) 의 회전수를 병용함으로써 더욱 정밀하게 판정을 행할 수 있게 된다.

또한, 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 는 엔진 (1) 의 회전수에 따른 것이므로, 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 의 제어는 엔진 (1) 의 회전수를 제어함으로써 행할 수 있게 된다. 이 때의 엔진 (1) 측의 출력토크 (Te) 의 목표값 (요구토크 (Tereq)) 은 제어하고 있는 회전수로부터 산출가능하다. 그리고 전술한 바와 같이, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 엔진 (1) 의 실제 출력토크 (Te) 를 산출할 수 있다. 정상의 연소상태에서는 요구토크 (Tereq) 와 실제 출력토크 (Te) 가 일치하나, 연소이상이 발생하면 요구토크 (Tereq) 에 대하여 실제 출력토크 (Te) 는 작아진다. 이로 인하여, 양자를 비교함으로써 연소상태를 판정할 수 있다.

엔진 (1) 의 자립운전상태에서는 엔진 (1) 의 회전은 기관외부로부터 제어를 받고 있지 않다. 따라서, 엔진 (1) 의 연소상태가 변화하면 그것이 엔진 (1) 의 회전수의 변동으로서 표시되므로, 엔진 (1) 의 회전수의 변동만으로부터 연소상태를 판정할 수 있게 된다.

대기압, 엔진 (1) 의 냉각수온, 흡입공기량, 기관회전수, 공연비, 점화시기, 연료성상, MG (3) 의 발전전력, MG (3) 의 출력 등, 엔진 (1) 의 운전상태에 영향을 주는 각종 파라미터가 다르면 동일 회전수라도 얻어지는 출력토크가 달라진다. 또한, 연소안정도의 허용성도 변화하므로, 판정시의 Tgx, Tgreq, 회전변동의 임계값 등의 각종 임계값을 변경함으로써 운전상태의 차이에 세심하게 대응시킬 수 있게 된다.

엔진 (1) 의 회전수제어의 제어량이 소정량 이상인 경우는, MG (3) 의 회전수 (Ng) 의 목표회전수로부터의 편차가 큰 경우이고, 이러한 경우에는 제어에 수반하여 MG (3) 의 회전수 (Ng), 나아가서는 엔진 (1) 의 회전수 (Ne) 가 급변한다. 그리고, 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 도 이에 수반하여 급변하게 된다. 따라서 회전수, 토크변화중 어느 하나를 이용하여 연소상태의 판정을 행하고 있는 경우에도, 제어에 수반하는 회전수변화, 토크변화가 크기 때문에 연소상태에 의한 변화를 정확하게 검출하기 어려우므로, 연소상태의 판정을 일시정지하는 것이 바람직하다.

MG (3) 의 회전수 (Ng) 를 PID 제어하고 있을 때의 P 성분변화량이 큰 경우에는, MG (3) 의 회전수 (Ng) 의 목표회전수로부터의 편차가 큰 경우이다. P 성분변화량의 검출은 비교적 용이하므로 PID 제어하고 있을 때의 P 성분변화량이 큰 경우에 상술한 엔진 (1) 의 회전수제어의 제어량이 소정값 이상인 것으로 하는 것이 좋다.

MG (3) 의 회전을 제어함으로 인한 엔진 (1) 의 회전수제어를 일시정지시키면, 엔진 (1) 의 연소상태의 변동에 따라 엔진 (1) 의 회전수에 변동이 나타난다. 따라서, MG (3) 에 의한 엔진 (1) 의 회전수제어를 정지시키고 있는 경우는 이 엔진 (1) 의 회전수의 변동으로부터 연소상태의 변동을 판정할 수 있다.

다음으로, 내연기관의 출력상태로서 각 기통의 연소상태를 검출하는 경우에 관하여 설명한다. 도 5 는 이 연소제어동작의 플로우차트이다. 이 플로우차트에 기초하는 처리는 엔진 (1) 의 동작시에만 처리가 행해진다.

먼저, 스텝 (S21) 에 있어서 토크반력 (Tg) 과 연소행정에 있는 기통을 검출한다. 여기서, 토크반력 (Tg) 은 상술한 바와 같이, 회전센서 (23) 로 측정한 MG (3) 의 회전수와 MG (3) 의 발전량으로부터 모터 ECU (12) 에 의하여 산출할 수 있다. 또한, MG (3) 에 토크센서를 설치해도 된다. 또한, 연소행정에 있는 기통은 크랭크포지션 센서 (21) 의 출력을 기본으로 하여 엔진 ECU (11) 에 의하여 판정가능하다. 다음으로, 스텝 (S22) 에 있어서, 토크반력 (Tg) 으로부터 정상운전시 (정상상태시) 는 식 (3) 에 의하여, 엔진 (1) 의 회전수변동시 (과도상태시) 는 식 (4) 에 의하여 엔진토크 (Te) 를 산출한다.

계속해서, 스텝 (S23) 에 있어서, 실제 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와 엔진 (1) 으로의 요구토크 (Tereq) 를 비교한다. 이 때의 엔진 (1) 의 회전수제어에 관해서는 상술한 도 4 에 나타나는 경우의 스텝 (S13) 에 있어서 설명한 바와 같다. 또한, 엔진 ECU (11) 은 엔진 (1) 의 회전수제어와 함께, 요구토크 (Tereq) 와 엔진회전수 (Ne) 에 맞추어 소정의 공연비가 되도록 연료공급량을 제어하고 있다. 그러나, 기통마다의 연료공급량에 편차가 발생하는 등 연소조건이 다르면 이것은 기통마다 발생하는 토크의 차를 발생시켜 최종적으로 엔진토크의 변동이 되어 나타난다.

도 6 은, 4기통식 엔진 (1) 에 있어서, 정상상태에서 제 1 기통만이 리치연소를 일으키고 있는 상태의 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 의 시간변화곡선을 나타낸 것이다. 리치연소를 일으키고 있는 기통에서 연소행정이 일어나고 있을 때의 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 는 다른 기통에서 연소행정이 일어나고 있을 때, 즉 요구토크 (Tereq) 에 비하여 더 커진다. 한편, 린연소가 일어나고 있는 경우는 출력토크 (Te) 는 작아진다. 따라서, 요구토크 (Tereq) 와 실제 출력토크 (Te) 를 비교함으로써 연소상태를 판정할 수 있다.

스텝 (S24) 에서는, 비교결과에 기초하여 어느 기통이 리치연소인지 판정한 경우에는 해당 기통으로 인도되는 연료의 양을 삭감하도록 연료인젝터의 연료분사량 보정계수를 작게 한다. 한편, 어느 기통이 린연소인지 판정한 경우에는, 해당기통으로 인도되는 연료의 양을 증대하도록 연료인젝터의 연료분사량 보정계수를 크게 한다. 보정계수의 변경은 토크의 차에 비례시켜도 되며, 스텝식으로 변경해도 된다.

토크변동을 작게 하도록 기통마다의 연료공급량을 제어함으로써, 기통마다의 공연비의 편차도 해소되어 모든 기통을 스토익영역에서 운전할 수 있으므로 배기에미션도 개선된다.

여기에서는, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 실제 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 를 추정하고, 이 출력토크 (Te) 와 요구토크 (Tereq) 의 비교에 기초하여 제어를 행하는 경우에 관하여 설명하였는데, 특히 액셀개도, 엔진회전수, 흡입공기량에 변화가 없는 정상운전시는 토크반력 (Tg) 은 일정하게 되므로, 연소행정시의 토크반력 (Tg) 이 다른 기통의 연소행정시의 평균으로부터 벗어나 있는 기통을 판정하여 그 기통에 관하여 연료분사량 보정계수를 변경해도 된다. 이 때의 보정계수의 변경량은 편차에 따른 것으로 하면 된다. 또한, 액셀개도, 엔진회전수, 흡입공기량이 변화하는 경우에 관해서도 전후에 연소행정이 있는 기통의 연소행정시의 토크반력 (Tg) 을 참조함으로써 추정가능하다.

여기에서는 주로 연료분사량을 조정하는 제어를 설명해 왔는데, 흡입공기량을 조정하거나 양자를 조합함으로써 공연비 그 자체를 조정해도 된다. 또는 연료분사시기나 점화시기를 제어함으로써 기통마다의 연소상태를 제어하는 것도 가능하다.

이 밖에, 제어하는 연소조건의 예로서, 배기의 일부를 흡기측으로 되돌리는 배기환류 제어장치 (EGR) 를 구비한 경우는 배기환류량을 제어해도 되며, 엔진 (1) 이 직접분사엔진 등의 희박연소 내연기관인 경우는, 스월이나 텀블 등의 흡기류를 제어해도 되며, 가변밸브타이밍기구를 구비한 내연기관의 경우에는 밸브타이밍을 변경해도 된다.

상술한 바와 같이, 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 간의 식 (3), (4) 과 같은 소정의 관계를 이용하여, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 를 구할 수 있다. 실화, 리치연소 등에 의하여 연소상태가 변화하면 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 가 변화한다. 각 기통의 출력토크 (Te) 는 연소행정에 있어서 피크값을 취한다. 따라서 각 기통의 연소상태는 연소행정에 있어서의 출력토크 (Te) 로부터 판정할 수 있다. 이 출력토크 (Te) 는 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 구해지므로, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 과 연소행정에 있는 기통으로부터 최종적으로 각 기통의 연소상태를 판정할 수 있게 된다.

또한, 상술한 제어에 의하면, 각 기통의 연소상태를 판정한 후에 연소상태가안정되어 있지 않다고 판정된 기통에 있어서의 연소조건, 예를 들면 공연비, 연료분사량, 연료분사시기, 점화시기, 흡입공기량을 조정함으로써 연소상태를 안정시키는 방향으로 제어할 수 있다. 이로 인하여, 기통마다의 연소상태의 편차에 기인하는 토크변동이 제어된다.

다음으로, 내연기관의 출력상태로서 연료성상을 검출하는 경우에 관하여 설명한다. 연료성상 판정처리의 플로우차트를 도 7 에 나타낸다. 이하에 도 7 을 따라 연료성상의 판정처리에 관하여 설명한다.

먼저, 엔진 (1) 이 운전중인지 아닌지를 판정한다 (스텝 (100)). 여기서 말하는 엔진운전중이란 엔진정지중이나 크랭킹중을 제외한 엔진연소중을 가리킨다. 엔진 (1) 이 운전중이면, 다음으로 연료커트중인지 아닌지를 판정한다 (스텝 (101)). 연료커트중은 검사대상인 연료가 연소되어 있지 않은 것이므로, 당연히 연료성상을 판정할 수 없다.

연료커트중이 아니면 엔진회전제어 실행조건이 성립해 있는지 아닌지를 판정한다 (스텝 (102)). 회전제어 실행조건은 구체적으로는 MG (3) 의 발전량 또는 방전량을 제어하고 있지 않은 엔진 (1) 에 대하여 자립운전요구 (예를 들면, 에어콘작동 개시요구, 기관수온의 상승요구) 가 없거나, 또는 하이브리드차량의 차량속도가 소정차량속도 이하가 아닌 등이다. 회전제어 실행조건이 성립해 있으면 엔진 (1) 의 회전수를 소정영역내로 유지하기 위하여 엔진회전제어가 실행된다 (스텝 (103)).

이어서, 연료성상 판정조건이 성립되어 있는지 아닌지를 판정한다 (스텝(104). 연료성상 판정조건이란 여기에서는 냉간시동 직후의 워밍업모드중 인지 어떤지이다. 연료성상 판정조건이 성립해 있으면, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 이 검출된다 (스텝 (105)). MG (3) 의 토크반력 (Tg) 은 MG (3) 의 발전량 (모터로서 기능하고 있을 때는 소비전력) 을 인버터 (9) 를 통하여 모터 ECU (12) 경유로 메인 ECU (10) 내로 받아들인 발전량과, 회전센서 (23) 에 의하여 검출된 MG (3) 의 회전수로부터 산출된다.

다음으로, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 상술한 식 (3) 을 이용하여 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 를 산출한다 (스텝 (106)). 또한, 냉각수수온, 흡입공기량, 기관회전수, 공연비, 점화시기중 적어도 하나의 값 (또는 이들 값의 조합) 에 기초하여 엔진 (1) 의 운전상태를 판단하여, 이 운전상태로부터도 엔진 (1) 의 출력토크 (Te-cal) 를 산출한다 (스텝 (107)).

또한, 여기에서는 출력토크 (Te-cal) 를 엔진 (1) 의 운전상태로부터 산출하였는데, 출력토크 (Te-cal) 에 상당하는 일정값을 토크판정값으로서 이용하는 제어를 행하는 것도 가능하다.

이어서, 엔진 (1) 의 운전상태에 기초하여 산출한 출력토크 (Te-cal) 와 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 산출한 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와의 차를 구하여, 그 차가 미리 설정한 설정기준값보다도 큰지 아닌지를 판정한다 (스텝 (108)).

출력토크 (Te-cal) 와 출력토크 (Te) 의 차가 설정기준값보다 큰 경우는 연료성상이 중질이므로, 엔진 (1) 의 운전상태로부터 추정된 출력토크 (Te-cal) 보다도 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 산출된 실제의 출력토크 (Te) 가 뚝 떨어져 있는 것으로 판단할 수 있다. 연료가 중질이라 판단되면 연료성상 지시값 (FQIND) 이 1 로 되어 메인 ECU (10) 내의 백업 RAM 내에 저장된다 (스텝 (109)).

한편, 엔진 (1) 의 운전상태에 기초하여 산출한 출력토크 (Te-cal) 와 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 산출한 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와의 차가 설정기준값보다 작은 경우는 연료가 중질이 아닌 것으로 여겨지므로, 연료성상 지시값 (FQIND) 이 0 이 되어 메인 ECU (10) 내의 백업 RAM 내에 저장된다 (스텝 (110)). 이와 같이 판정된 연료성상은 그 후의 엔진 (1) 의 운전에 반영된다.

또한, 상술한 ECU (10~12) 는 연료성상을 판정할 때에 다른 각종센서나 각종장치와 함께 토크 검출수단이나 연료성상 판정수단 (제 1 토크검출수단 및 제 2 토크검출수단) 으로서도 기능하고 있다. 토크검출수단은 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 을 그 발전량 (MG (3) 이 전동기로서 기능할 때는 그 소비전력량) 과 회전수로부터 검출하는 수단이다. 연료성상 판정수단은 검출된 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 연료성상 (연료가 중질인지 아닌지) 을 판정하는 수단이다. 또한, 연료성상 판정수단은 제 1 토크검출수단과 제 2 토크검출수단을 갖고 있다. 제 1 토크검출수단은 검출된 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 를 산출하는 수단이며, 제 2 토크검출수단은 엔진 (1) 의 운전상태로부터 엔진 (1) 의 출력토크 (Te-cal) 를 산출하는 수단이다.

연료성상에 따라 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 가 변화하므로, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 연료성상 (연료가 중질인지 아닌지) 을 판정할 수 있다.여기에서는, 냉간시동직후에 연료성상을 검출하고 있다. 냉간시동직후에는 연료성상에 따라 흡기관내벽으로의 부착량이나 연료의 휘발량의 차가 현저해지므로, 연료성상의 차에 따라 엔진 (1) 의 출력토크의 변화폭이 커져, 출력토크의 변화를 더 검출하기 쉽게 되기 때문이다. 엔진 (1) 의 출력토크의 변화를 검출하기 쉬우면 연료성상을 더 확실히 검출할 수 있다. 또한, 엔진 (1) 이 충분히 따뜻해진 후에는 엔진 (1) 의 온도도 충분히 높으므로 연료의 휘발량에도 큰 차가 생기지 않게 된다. 이로 인하여 냉간시동 직후쪽이 연료성상의 검출을 행하기 쉽다.

또한, 여기에서는 상술한 바와 같이, 엔진 (1) 의 회전수를 적극적으로 소정영역에 유지시키는 제어를 행하고 있다. 이 때도 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 을 통하여 엔진 (1) 의 출력토크의 변화를 알 수 있어, 연료성상을 확실히 검출할 수 있다.

또한, 엔진 (1) 의 회전수를 소정영역에 유지하기 위하여 엔진 (1) 으로의 흡입공기량을 제어하는 스로틀의 개도제어도 병용되어질 수 있다. 그러나 엔진 (1) 의 회전수를 소정영역에 유지하기 위하여 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 이 이용되고 있다면, 연료성상의 차이가 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 반영되므로 연료성상을 보다 확실히 판정할 수 있다. 엔진 (1) 의 회전수만으로부터 연료성상을 판정하려고 하는 경우는 회전수를 소정영역에 유지하려는 제어가 행해지면, 회전수의 변화가 없어지므로 (또는 매우 작은 것이 되므로), 연료성상의 판정은 매우 어렵게 된다.

상술한 바와 같이, 여기에서는 먼저 냉간시동 직후의 정상상태시에 연료성상을 판정하고 있다. 하이브리드차량을 맨 처음 이그니션온으로 하였을 때, 엔진 (1) 이나 배기정화촉매 등의 워밍업을 행하기 위하여 일정시간 엔진 (1) 을 운전하는 워밍업모드를 행하도록 하여 이 워밍업모드중에 정상상태가 형성되도록 하면, 이 때에 연료성상의 판정을 행할 수 있다. 배기정화촉매의 워밍업을 실행하는 것은, 일반적으로 배기정화촉매는 활성온도 이상이 되지 않으면 정화기능이 되지 않으므로, 워밍업을 실행함으로써 이 활성온도까지 승온시키기 위해서이다.

또는, 냉간시동 직후에 배터리 (8) 로의 충전요구가 있을 경우는, 엔진 (1) 을 구동시켜 발전기 (3) 에 의하여 발전을 행하므로, 이와 같은 경우에 정상상태가 형성되도록 하여 연료성상을 판정할 수 있다. 또는, 냉간시동 직후에 연료성상을 판정하기 위하여 정상상태를 적극적으로 형성시키는 연료성상 판정모드를 행하도록 해도 된다.

또한, 연료성상은 연료가 공급되지 않는 한 변하지 않으므로, 이그니션온일 때마다 1 회 행해지도록 하면 충분하다. 이그니션온 몇회에 1 회와 같은 비율로 행해도 된다. 또는 연료잔량을 검출하는 센서의 출력을 받아들여, 연료잔량이 증가하였을 (즉, 급유가 행해졌을) 때에 연료성상 판정을 행하도록 해도 된다. 모두 냉간시동 직후에 행하는 것이 바람직함은 상술한 바와 같다.

또한, 여기에서는 상술한 바와 같이, 엔진 (1) 의 출력토크를 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 산출할 뿐만 아니라, 엔진 (1) 의 운전상태로부터도 산출하고 있다. 이와 같이, 엔진 (1) 의 출력토크를 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 과 엔진 (1) 의 운전상태로부터 따로따로 산출하고, 이들을 비교함으로써 더 정밀한 연료성상 판정을 행할 수 있다.

즉, 엔진 (1) 의 운전상태에 기초하여 산출되는 출력토크 (Te-cal) 는 본래 그 운전상태에서 출력되고 있는 것으로 여겨지는 출력토크의 추정값이다. 이에 대하여, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 산출되는 출력토크 (Te) 는 실제로 엔진 (1) 이 출력하고 있는 출력토크라 말할 수 있다. 이 양자를 비교하였을 때, 편차가 있는 것은 연료성상에 의하여 편차가 발생하고 있는 것으로 여겨진다. 이와 같이 하면, 단순히 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초해서만 연료성상을 판정하는 것보다도 더 정밀한 판정을 행할 수 있다.

다음으로 상술한 연료성상의 판정을 어떻게 기관의 운전에 반영시키는가에 관하여 설명한다.

하이브리드차량의 경우, 엔진 (1) 과 MG (2) 의 출력을 조합하여 (어느 한쪽만이 이용되는 경우도 있음) 차량을 구동한다. 이로 인하여 메인 ECU (10) 에 의하여 차량을 구동하기 위하여 필요한 구동력이 종합적으로 산출된 후에, 이 필요구동력이 엔진 (1) 으로의 요구분과 MG (2) 로의 요구분으로 배분된다. 그 후, 메인 ECU (10) 로부터 엔진 ECU (11) 과 모터 ECU (12) 와 배터리 ECU (13) 에 각각 구동지시가 출력된다. 이하에는 이 구동지시에 기초하는 엔진 (1) 의 운전에 관하여 설명한다.

판정된 연료성상은 엔진 (1) 의 연료분사량에 반영된다. 통상, 연료분사량 (TAU) 은 기본분사량을 각종 보정계수에 따라 보정함으로써 얻어진다. 이하에는 내연기관이 시동될 때의 시동시 연료분사량 (TAU) 의 산출과, 내연기관이 일단 시동된 후의 시동후 연료분사량 (TAU) 의 산출에 기초하여 순서대로 설명한다.

먼저, 시동시 연료분사량 (TAU) 의 산출에 관하여 설명한다.

또한, 연료성상은 엔진 (1) 이 운전되고 있는 상태에서 검출되므로, 시동시 연료분사량 (TAU) 의 산출시에는 전회의 연료성상의 검출결과가 이용된다.

시동시 연료분사량 (TAU) 은 하기식 (5) 에 의하여 산출된다.

식 5

TAU=TAUST×KNEST×KBST×KPA

여기서, 시동시 기본연료분사량 (TAUST) 은 내연기관의 냉각수온 (THW) 과 연료성상에 따라 결정되는 것으로, 이 시동시 기본연료분사량 (TAUST) 을 이하에 설명하는 각종 보정계수로 보정하여, 최종적으로 시동시 연료분사량 (TAU) 을 얻는 다. 시동시 기본연료분사량 (TAUST) 은 맵으로서 엔진 ECU (11) 내의 ROM 에 저장되어 있다.

회전수 보정계수 (KNEST) 는 엔진 (1) 의 회전수 (NE) 에 따라 결정되는 것으로, 시동시 연료분사량 (TAU) 을 회전수 (NE) 에 따라 변화시키기 위한 보정계수이다. 배터리전압 보정계수 (KBST) 는 배터리전압 (VB) 에 따라 결정되는 것이다. 배터리전압 (VB) 이 저하되면 연료펌프의 성능이 저하되므로, 이 능력저하에 의한 연료의 부족분을 배터리전압 보정계수 (KBST) 에 의하여 보정한다. 대기압 보정계수 (KPA) 는 대기압 (PA) 에 따라 결정되는 것이다. 대기압 (PA) 에 의하여 공기밀도 (흡입공기량) 가 변화하므로, 이 공기밀도의 변화에 따른 필요연료의 변화를 대기압 보정계수 (KPA) 에 의하여 보정한다.

시동시 연료분사량 (TAU) 의 산출에 관한 플로우차트를 도 8 에 나타낸다.

먼저, 냉각수온 (THW), 회전수 (NE), 배터리전압 (VB), 대기압 (PA) 을 각종센서로부터 판독한다 (스텝 (200)). 또한, 연료성상을 나타내는 연료성상 지시값 (FQIND) 을 엔진 ECU (11) 의 백업 RAM 으로부터 판독한다 (스텝 (201)). 판독한 냉각수온 (THW) 과 연료성상 지시값 (FQIND) 으로부터 엔진 ECU (11) 내의 맵을 검색하여 시동시 기본연료분사량 (TAUST) 을 판독한다 (스텝 (202)). 이어서 회전수 (NE) 로부터 회전수 보정계수 (KNEST) 를 계산하고 (스텝 (203)), 배터리전압 (VB) 으로부터 배터리전압 보정계수 (KBST) 를 계산하고 (스텝 (204)), 대기압 (PA) 으로부터 대기압 보정계수 (KPA) 를 계산한다 (스텝 (205)).

맵으로부터 판독한 시동시 기본연료분사량 (TAUST) 과 계산한 회전수 보정계수 (KNEST), 배터리전압 보정계수 (KBST), 대기압 보정계수 (KPA) 를 이용하여 상기식 (5) 으로부터 시동시 연료분사량 (TAU) 을 산출한다 (스텝 (206)). 산출된 시동시 연료분사량 (TAU) 에 기초하여 엔진 ECU (11) 으로부터 연료분사를 행하는 인젝터에 대하여 제어신호가 출력된다 (스텝 (207)). 이와 같이 시동시 연료분사량 (TAU) 에는 판정된 연료성상 (연료성상 지시값 (FQIND)) 이 시동시 기본연료분사량 (TAUST) 을 통하여 반영되고 있다.

다음으로 시동후 여료분사량 (TAU) 의 산출에 관하여 설명한다.

상술한 시동시 연료분사량 (TAU) 에 의하여 엔진 (1) 이 시동된 직후에 새로이 연료성상의 검출이 행해지게 된다. 시동후 연료분사량 (TAU) 은 엔진 (1) 의 시동직후에 새로이 검출된 연료성상에 기초하여 산출된다.

엔진 (1) 이 시동하여 회전수 (NE) 가 소정값을 초과하면 시동후 연료분사량 (TAU) 이 하기식에 의하여 산출된다.

식 6

TAU=TP×(1+FWLOTP)×FAF+FMW

여기서, 기본연료분사량 (TP) 은 내연기관의 흡입공기량 (Q) 과 회전수 (NE) 에 따라 결정되는 것으로, 이 기본연료분사량 (TP) 을 이하에 설명하는 각종 보정계수로 보정하여 최종적으로 시동후 연료분사량 (TAU) 을 얻는다. 기본연료분사량 (TP) 은 맵으로서 엔진 ECU (11) 내의 ROM 에 저장되어 있다.

워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP) 는 워밍업이나 고부하시에 있어서의 연료분사량을 보정하기 위한 것이다. 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 는 배기관 (31) 상에 설치된 공연비센서 (26) 의 출력에 기초하여 엔진 (1) 의 공연비를 소정의 목표공연비로 하기 위한 것이다. 벽면부착 연료보정계수 (FMW) 는 흡기관압력 (PM) 과 연료성상에 따라 결정되는 것으로, 흡기관이나 기통내의 벽면으로의 연료의 부착량과 흡기관이나 기통내의 벽면으로부터의 연료의 박리량과의 밸런스를 고려하여 연료분사량을 보정하는 것이다. 엔진 (1) 의 운전이 과도상태에 있는 경우는 흡기관이나 기통내의 벽면으로의 연료의 부착량과, 흡기관이나 기통내의 벽면으로부터의 연료의 박리량과의 밸런스가 무너지므로, 벽면부착 연료보정계수 (FMW) 에 의하여 연료분사량을 보정한다.

워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP) 는 워밍업시에는 연료의 무화(霧化)가 나빠지므로 연료분사량을 증량하여 안정된 연소를 행하게 하고, 또한, 고부하시에는배기온도가 높아지므로 분사량을 증량하여 연료의 무화에 의하여 배기온도를 낮추기 위한 것으로, 하기식 (7) 에 의하여 산출된다.

식 7

FWLOTP=(FLWB+FLWD)×KWL+FASE

워밍업증량 보정계수 (FWLB) 는 냉각수온 (THW) 과 연료성상에 따라 결정되는 것으로, 맵으로서 엔진 ECU (11) 내의 ROM 에 저장되어 있다. 워밍업증량감쇠계수 (FLWD) 는 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP) 에 의한 증량분을 서서히 감쇠시키기 위한 것으로, 연료성상의 영향을 받지 않는 계수이다.

워밍업증량회전 보정계수 (KWL) 는 회전수 (NE) 에 따라 결정되며, 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP) 에 의한 증량분을 엔진 (1) 의 회전수에 따라 보정하기 위한 것이다. 워밍업증량회전 보정계수 (KWL) 도 연료성상의 영향을 받지 않는 계수이다. 시동후증량 보정계수 (FASE) 는 냉각수온 (THW) 과 연료성상에 따라 결정되는 것으로, 엔진 (1) 의 시동직후에 건조되어 있는 흡기관이나 기통내의 벽면에 연료가 부착됨으로써 부족한 만큼을 증량시키기 위한 보정계수로, 맵으로서 엔진 ECU (11) 내의 ROM 에 저장되어 있다. 시동후증량 보정계수 (FASE) 는 서서히 감쇠된다.

시동후 연료분사량 (TAU) 의 산출에 관한 플로우차트를 도 9 에 나타낸다.

먼저, 흡입공기량 (Q) 과 회전수 (NE) 를 각종센서로부터 판독하고 (스텝 (300)), 판독한 흡입공기량 (Q) 과 회전수 (NE) 로부터 엔진 ECU (11) 내의 맵을 검색하여 기본연료분사량 (TP) 을 판독한다 (스텝 (301)). 또한, 흡기관압력(PM) 과 회전수 (NE) 로부터 기본 연료분사량 (TP) 을 결정하는 경우도 있다. 이어서, 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP), 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 및 벽면부착연료 보정계수 (FMW) 를 순서대로 계산한다 (스텝 (302~304)). 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP), 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 및 벽면부착연료 보정계수 (FMW) 의 계산에 관해서는 후술한다.

맵으로부터 판독한 기본연료분사량 (TP) 과 계산한 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP), 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 및 벽면부착연료 보정계수 (FMW) 를 이용하여, 상기식 (6) 으로부터 시동후 연료분사량 (TAU) 을 산출한다 (스텝 (305)). 산출된 시동후 연료분사량 (TAU) 에 기초하여, 엔진 ECU (11) 으로부터 연료분사를 행하는 인젝터에 대하여 제어신호가 출력된다 (스텝 (306)).

상술한 스텝 (302) 에 있어서의 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP) 의 산출에 관한 플로우차트를 도 10 에 나타낸다.

먼저, 냉각수온 (THW) 과 회전수 (NE) 를 각종센서로부터 판독한다 (스텝 (400)). 또한, 연료성상을 나타내는 연료성상 지시값 (FQIND) 을 엔진 ECU (11) 의 백업 RAM 으로부터 판독한다 (스텝 (401)). 판독한 냉각수온 (THW) 과 연료성상 지시값 (FQIND) 으로부터 엔진 ECU (11) 내의 맵을 검색하여 워밍업증량 보정계수 (FWLB) 를 판독한다 (스텝 (402)). 이어서, 회전수 (NE) 로부터 워밍업증량회전수 보정계수 (KWL) 를 계산하고 (스텝 (403)), 시동후증량 보정계수 (FASE) 를 계산한다 (스텝 (404)). 시동후증량 보정계수 (FASE) 의 산출에 관해서는 후술한다.

맵으로부터 판독한 워밍업증량 보정계수 (FWLB) 와 미리 결정된 워밍업증량 감쇠계수 (FLWD) 와 계산한 워밍업증량회전수 보정계수 (KWL) 및 시동후증량 보정계수 (FASE) 를 이용하여, 상기식 (7) 으로부터 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP) 를 산출한다 (스텝 (405)).

상술한 스텝 (404) 에 있어서의 시동후증량 보정계수 (FASE) 의 산출에 관한 플로우차트를 도 11 에 나타낸다.

먼저, 냉각수온 (THW) 을 센서로부터 판독하고 (스텝 (500)), 연료성상을 나타내는 연료성상 지시값 (FQIND) 을 엔진 ECU (11) 의 백업 RAM 으로부터 판독한다 (스텝 (501)). 판독한 냉각수온 (THW) 과 연료성상 지시값 (FQIND) 으로부터 엔진 ECU (11) 내의 맵을 검색하여 시동후증량 보정계수 (FASE) 를 판독한다 (스텝 (502)). 맵으로부터 판독한 시동후증량 보정계수 (FASE) 와 미리 결정된 시동후증량 감쇠계수 (KASE) 를 이용하여 서서히 감쇠된다 (스텝 (503, 504)). 스텝 (504) 에 있어서 감쇠된 시동후증량 보정계수 (FASE) 가 부가되는 경우는 시동후증량 보정계수 (FASE) 를 0 으로 한다 (스텝 (505)).

다음으로, 상술한 스텝 (303) 에 있어서의 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 의 산출에 관한 플로우차트를 도 12 에 나타낸다.

도 12 에 나타나는 루틴은 소정시간 (예를 들면, 수밀리초) 마다 반복하여 행해지고 있다. 엔진 (1) 의 배기관 (31) 상에는 엔진 (1) 의 공연비를 배기가스중의 산소농도 등으로부터 검출하기 위한 공연비센서 (26) 가 배설되어 있다. 이 공연비센서 (26) 의 출력에 기초하여 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 가 생성되며, 생성된 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 에 기초하여 시동후 연료분사량 (TAU) 이 보정된다. 공연비센서로서 일반적인 것은 산소센서이며, 산소센서는 배기가스중의 산소농도로부터 엔진 (1) 의 공연비가 이론공연비보다도 리치인지 린인지를 검출할 수 있다.

공연비가 이론공연비보다 린 (린공연비) 일 때는 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 증가 (즉, 서서히 리치로) 시키고, 공연비가 이론공연비보다 리치 (리치공연비) 일 때는 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 감소 (즉, 서서히 린으로) 시킨다. 이와 같이, 시동후 연료분사량 (TAU) 이 공연비센서 (26) 의 검출결과에 의한 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 에 기초하여 피드백제어되므로, 흡입공기량 (Q) 을 검출하는 에어플로우미터 등에 다소의 오차가 생겨도 공연비를 목표공연비 (통상적으로는 이론공연비) 근방으로 유지시킬 수 있다.

먼저, 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 에 의한 피드백 (F/B) 제어실행 조건하인지 아닌지를 판정한다 (스텝 (600)). F/B 제어실행 조건이란, 공연비 센서 (26) 가 활성화 (공연비 센서인 산소센서 등은 그 기능을 발휘하는데 소정의 활성온도에 달해 있지 않으면 안된다) 되어 있을 것, 워밍업운전이 종료되어 있을 것 등이다. F/B 제어실행 조건이 성립되어 있지 않은 경우, 즉 스텝 (600) 이 부정되었을 때는 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 1.0 으로 하여 (스텝 (628)), 이 루틴을 종료한다.

F/B 제어실행 조건이 성립되어 있는 경우, 즉 스텝 (600) 이 긍정되었을 때는 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 에 의한 F/B 제어를 행하기 위하여, 공연비 센서(26) 의 출력이 판독되어 (스텝 (601)), 먼저 센서 출력신호가 린공연비인지 리치공연비인지가 판정된다 (스텝 (602)). 이어서, 스텝 (603~608) 및 스텝 (609~614) 에서 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 전환하기 위한 공연비 그래프 (F1) 를 생성하고 있다.

공연비 그래프 (F1) 는 공연비 센서 (26) 의 출력값으로부터의 리치신호가 소정의 딜레이시간 (TDR) 경과하였을 때에 린 (F1=0) 에서 리치 (F1=1) 로 전환되어, 공연비 센서 (26) 의 출력값으로부터의 린신호가 소정의 딜레이시간 (TDL) 경과하였을 때에 리치 (F1=1) 에서 린 (F1=0) 으로 전환된다 (스텝 (603~614)). 이들 딜레이시간 (TDR, TDL) 을 카운트하기 위하여 딜레이 카운터 (CDLY) 를 이용하고 있다.

그리고, 이 공연비 그래프 (F1) 가 린 (F1=0) 인지 리치 (F1=1) 인지 공연비 그래프 (F1) 가 반전 (F1=0→1 또는 F1=1→0) 된 직후인지 아닌지에 기초하여, 스텝 (615~627) 에서 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 가 생성되고 있다.

이 때, 공연비 그래프 (F1) 가 반전되었다고 판정 (스텝 (615)) 된 직후는 그 때의 공연비 피드백 보정계수 (FAFR, FAFL) 를 일단 (FAF) 로 한 후 (스텝 (617, 618), 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 스킵적으로 변화시킨다 (스텝 (619, 620)). 스킵량 (RSL) 은 공연비 그래프 (F1) 가 린에서 리치 (F1=0→1) 로 반전된 경우의 것이며, 스킵량 (RSR) 은 공연비 그래프 (F1) 가 리치에서 린 (F1=1→0) 으로 반전된 경우의 것이다. 이와 같이, 공연비 그래프 (F1) 가 반전된 직후에 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 스킵적으로 변화시키는 것은 공연비제어의 응답성을 향상시키기 위한 것이다.

또한, 공연비 그래프 (F1) 가 린 (F=0) 또는 리치 (F=1) 중 어느 하나의 값을 유지하고 있는 경우는, 상술한 바와 같이 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 변화량 (KIR, KIL) 씩 서서히 증감시킨다 (스텝 (621~623)). 변화량 (KIR) 은 공연비 그래프 (F1) 가 린 (F=0) 일 때의 증가단위량이며, 변화량 (KIL) 은 공연비 그래프 (F1) 가 리치 (F=1) 일 때의 감소단위량이다. 또한, 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 는 스텝 (624, 625) 에 있어서 그 하한이 가드(guard)되며, 스텝 (626, 627) 에 있어서 그 상한이 가드되어 있다.

상술한 공연비 피드백 제어에 있어서의 공연비 센서 (26) 의 출력값 (A/D 변환후) (A/F), 딜레이 카운터 (CDLY), 공연비 그래프 (F1), 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 의 변화를 도 13 에 예시한다.

또한, 공연비 센서 (26) 의 출력값에 기초하여 공연비 피드백 보정계수 (FAF) 를 직접 생성하지 않고, 공연비 그래프 (F1) 를 통하여 생성시키는 것은 공연비 센서 (26) 의 응답성을 고려하여 소정시간 (TDR, -TDL) 을 형성시키거나, 공연비 센서 (26) 의 출력이 단시간에 린-리치간에 전환되는 경우 (도 13 왼편부분 참조) 에 공연비가 불규칙해지는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 스텝 (304) 에 있어서의 벽면부착연료 보정계수 (FMW) 의 산출에 관한 플로우차트를 도 14 에 나타낸다.

먼저, 흡기밸브를 닫았을 때의 흡기관압력 (PM) 과 회전수 (NE) 를 각 센서로부터 판독하고 (스텝 (700)), 이 흡기관압력 (PM) 에서 엔진 (1) 이 정상상태에서 운전된 경우의 연료부착량 (QMW) 을 엔진 ECU (11) 내의 맵으로부터 판독한다 (스텝 (701)). 또한, 연료성상을 나타내는 연료성상 지시값 (FQIND) 을 엔진 ECU (11) 의 백업 RAM 으로부터 판독하고 (스텝 (702)), 판독한 연료성상 지시값 (FQIND) 으로부터 엔진 ECU (11) 내의 맵을 검색하여 연료성상 보정계수 (FQLTY) 를 판독한다 (스텝 (703)).

이어서, 산출된 연료부착량 (QMW) 에 기초하여 연료부착 변화량 (DLQMW) 을 하기식 (8) 에 의하여 구한다 (스텝 (704)).

식 8

DLQMW=(QMW-QMW-720)×KNE

여기서, QMW-720 은 720。CA 이전의 연료부착량이다. 또한, 회전수 보정계수 (KNE) 는 회전수 (NE) 에 따라 결정되는 보정계수이다.

계산된 연료부착 변화량 (DLQMW) 은 벽면에 부착한 연료의 변화량인데, 이 변화량은 몇회의 분사에 있어서의 변화량이므로 이것을 몇회의 분사로 나누어 보정한다. 연료부착 변화량 (DLQMW) 을 일분사당 환산한 환산량 (fDLQMW) 으로서 산출한다 (스텝 (705)). 여기에서는 연료부착 변화량 (DLQMW) 으로부터 환산량 (fDLQMW) 을 산출하는 방법에 관한 상세한 설명은 생략한다. 환산량 (fDLQMW) 과 연료성상 보정계수 (FQLTY) 로부터 벽면부착연료 보정계수 (FMW) 를 산출한다 (스텝 (706)). 이와 같이, 시동후 연료분사량 (TAU) 에는 판정된 연료성상 (연료성상 지시값 (FQIND)) 이 워밍업·고부하 보정계수 (FWLOTP) 및 벽면부착연료 보정계수 (FMW) 를 통하여 반영되어 있다.

상술한 연료성상판정은 정상상태에서 행해지는 것이었다. 이하에 과도상태에 있을 때의 연료성상판정에 관하여 설명한다.

즉, 이하의 예에서는 엔진 (1) 이 정지중이나 클랭킹중, 연료커트중 등의 비연소시를 제외하고, 엔진 (1) 이 연소중이면 정상상태가 아니라도 연료성상의 검출이 가능하다.

과도상태하에서의 연료성상 판정처리의 플로우차트를 도 15 에 나타낸다. 이하에 도 15 를 따라 과도상태하에서의 연료성상의 판정처리에 관하여 설명한다.

먼저, 엔진 (1) 이 운전중인지 아닌지를 판정하여 (스텝 (800)), 엔진 (1) 이 운전중이면 연료커트중인지 아닌지를 판정한다 (스텝 (801)). 연료커트중이 아니면 엔진 (1) 의 회전각속도 (ωe) 와 MG (3) 의 회전각속도 (ωg) 를 판독한다 (스텝 (802)).

이어서 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 이 검출되고 (스텝 (803)), MG (3) 의 토크반력 (Tg) 과 엔진 (1) 의 회전각속도 (ωe) 및 MG (3) 의 회전각속도 (ωg) 로부터 상술한 식 (4) 을 이용하여 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 를 산출한다 (스텝 (804)). 다음으로, 워밍업운전중인지 아닌지를 판정한다 (스텝 (805)). 상술한 바와 같이, 냉간시동직후의 워밍업운전중일 때 연료성상을 보다 확실히 판정할 수 있으므로, 여기에서는 워밍업운전중인지 아닌지를 판정하여 워밍업운전중이면 연료성상의 검출을 행한다.

워밍업운전중이면 연료성상을 검출하기 위하여, 냉각수온, 흡입공기량, 기관회전수, 공연비, 점화시기중 적어도 한값에 기초하여 엔진 (1) 의 운전상태를 판단하여, 이 운전상태로부터도 엔진 (1) 의 출력토크 (Te-cal) 를 산출한다 (스텝 (806)). 운전상태에 기초하여 산출한 출력토크 (Te-cal) 와 MG (3)의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 산출한 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와의 차를 구하여, 그 차가 미리 설정한 설정기준값보다도 큰지 아닌지를 판정한다 (스텝 (807)).

엔진 (1) 의 운전상태에 기초하여 산출한 출력토크 (Te-cal) 와 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 산출한 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와의 차가 설정기준값보다 큰 경우는 연료가 중질인 것으로 판단하여, 연료성상 지시값 (FQIND) 을 1 로 하여 메인 ECU (10) 내의 백업 RAM 내에 저장한다 (스텝 (808)).

한편, 엔진 (1) 의 운전상태에 기초하여 산출한 출력토크 (Te-cal) 와 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 에 기초하여 산출한 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와의 차가 설정기준값보다 작은 경우는 연료가 중질이 아닌 것으로 여겨지므로, 연료성상 지시값 (FQIND) 을 0 으로 하여 메인 ECU (10) 내의 백업 RAM 내에 저장한다 (스텝 (809)).

이와 같이 판정된 연료성상은 그 후의 엔진 (1) 의 운전에 반영된다. 상술한 연료성상의 판정을 어떻게 기관의 운전에 반영시키는가에 관해서는 이미 설명하였으므로 여기서의 설명을 생략한다.

또한, 상술한 차량은 소위 시리즈방식과 패러렐방식을 융합시킨 하이브리드차량이었으나, 시리즈방식의 하이브리드차량이나 패러렐방식의 하이브리드차량 등에도 적용가능하다. 또한, 하이브리드차량이 아니어도 내연기관의 출력을 받아 발전하는 발전기를 갖추고 있으면 본 발명을 적용하는 것이 가능한다. 또한,상술한 연료분사량 (TAU) 의 산출에 있어서는, 설명하지 않은 다른 보정계수에 의한 보정이 행해져도 된다.

엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 와 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 간의 식 (3), (4) 와 같은 소정의 관계를 이용하여, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 엔진 (1) 의 출력토크 (Te) 를 구할 수 있으며, MG (3) 의 토크반력 (Tg) 을 통하여 연료성상을 확실히 검출할 수 있다.

또한, 회전제어에 의하여 엔진 (1) 의 회전수를 소정영역에 유지시켜 엔진 (1) 을 에너지효율이 좋은 소정역역에 유지하여, 운전하고 있을 때라도 MG (3) 의 토크반력 (Tg) 으로부터 연료성상을 확실히 검출할 수 있다. 이와 같이, 회전제어가 행해져 연료성상의 차이에 의하여 회전수에 거의 변화가 나타나지 않는 경우에도 연료성상을 확실히 검출할 수 있다.

또한, 연료판정수단이 상술한 제 1 토크산출수단과 제 2 토크산출수단을 갖고 있으며, 각 토크검출수단에 의하여 검출된 엔진 (1) 의 출력토크를 비교하여 연료성상을 판정하므로, 더 정밀한 검출을 행할 수 있다.

산업상이용가능성

본 발명의 내연기관의 출력상태 검출장치에 의하면 전동기의 토크반력으로부터 내연기관의 출력상태를 검출할 수 있어, 내연기관과 전동기를 구비한 차량 등에 있어서 내연기관의 출력상태를 검출하는데 적합하다.

Claims

내연기관과,

상기 내연기관에 의하여 구동되어 전력을 생성하는 발전기와,

상기 발전기의 토크반력을 검출하는 토크검출수단과,

상기 내연기관의 출력상태를 검출하는 출력상태 검출수단을 구비하고 있으며,

상기 출력상태 검출수단이 상기 토크검출수단에 의하여 검출된 상기 발전기의 토크반력을 기초로 하여 상기 내연기관의 출력상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 1 항에 있어서,

상기 내연기관과 상기 발전기가 동력분할수단에 의하여 접속되어 있으며,

상기 내연기관의 회전수와 상기 발전기의 회전수와 상기 내연기관의 출력토크와 상기 발전기의 토크반력이 소정의 관계를 만족하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 1 항에 있어서, 상기 출력상태 검출수단이, 상기 내연기관의 연소상태를 판정하는 연소상태 판정수단인 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 3 항에 있어서, 상기 내연기관의 기관회전수를 검출하는 회전검출수단을 추가로 구비하고 있으며, 상기 연소상태 판정수단은, 상기 내연기관의 연소상태의 판정시에 회전변동의 임계치를 내리고 이 임계치와 회전변동의 크기를 비교하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 3 항에 있어서, 상기 발전기를 제어하여 상기 내연기관의 회전수를 소정영역에 유지하는 회전제어수단과,

상기 내연기관의 출력토크의 목표값을 산출하는 요구토크 산출수단을 추가로 구비하고 있으며,

상기 연소상태 판정수단은, 상기 요구토크 산출수단에 의하여 산출된 상기 내연기관의 출력토크의 목표값과, 상기 토크검출수단에 의하여 검출된 토크반력으로부터 산출되는 상기 내연기관의 출력토크를 비교함으로써, 상기 내연기관의 연소상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 3 항에 있어서, 상기 발전기를 제어하여 상기 내연기관의 회전수를 소정영역에 유지하는 회전제어수단과,

상기 내연기관의 기관회전수를 검출하는 회전검출수단을 추가로 구비하고 있으며,

상기 회전제어수단이 상기 내연기관의 회전수 제어를 행하고 있지 않은 상기 내연기관의 자립운전상태인 경우에, 상기 연소상태 검출수단은 상기 회전검출수단에 의하여 검출된 기관회전수의 변동의 크기를 임계치와 비교하여 상기 내연기관의 연소상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 3 항에 있어서, 상기 내연기관의 운전상태에 영향을 주는 각종 정보를 검출하는 운전상태 검출수단을 추가로 구비하고 있으며,

상기 연소상태 판정수단은, 상기 운전상태 검출수단에 의하여 검출된 각종 정보에 따라 연소상태 판정시에 이용하는 회전변동의 임계값을 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 7 항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단에 의하여 검출된 각종 정보가 대기압, 상기 내연기관의 냉각수온, 흡입공기량, 기관회전수, 공연비, 점화시기, 연료성상, 상기 발전기의 발전전력중 어느 하나 또는 그들의 조합인 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 3 항에 있어서, 상기 발전기의 회전수를 제어함으로써, 상기 내연기관의 기관회전수를 소정영역내에 유지하는 회전제어수단을 추가로 구비하고 있으며,

상기 연소상태 판정수단은, 상기 회전제어수단의 제어량이 소정량 이상인 경우에는 연소상태의 판정을 일시정지하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 9 항에 있어서, 상기 회전제어수단은 상기 발전기의 회전수를 PID 제어에 의하여 제어하고 있으며,

상기 연소상태 판정수단은, 상기 PID 제어의 P 성분의 변화량이 소정값 이상인 경우에 상기 회전제어수단의 제어량이 소정량 이상인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
삭제
제 3 항에 있어서, 상기 내연기관이 다기통 내연기관이며,

상기 내연기관중 연소행정 실행중인 기통을 판별하는 기통판별수단을 추가로 구비하고 있으며,

상기 연소상태 판정수단이, 검출된 토크반력을 근거로 실제의 엔진토크를 산출하고 이 실제의 엔진토크를 요구 엔진토크와 비교하며, 비교 결과에 따라 연소행정 실행 중인 기통으로의 연료분사량 보정계수를 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 12 항에 있어서, 상기 연소상태 판정수단에 의하여 연소상태가 안정되어 있지 않다고 판정된 기통에 있어서의 연소조건을 변경하여 연소상태를 안정시키는 방향으로 제어하는 연소상태 변경수단을 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 1 항에 있어서, 상기 출력상태 검출수단이 상기 내연기관의 연료성상을 판정하는 연료성상 판정수단인 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 14 항에 있어서, 상기 발전기를 제어하여 상기 내연기관의 기관회전수를 소정영역에 유지하는 회전제어수단을 추가로 구비하고 있으며,

상기 연료성상 판정수단은, 상기 회전제어수단에 의하여 기관회전수를 소정영역에 유지시키고 있을 때 상기 토크검출수단에 의하여 검출된 토크반력에 기초하여 상기 내연기관의 출력토크를 산출하는 제 1 토크산출수단과, 상기 내연기관의 운전상태로부터 상기 내연기관의 출력토크를 산출하는 제 2 토크산출수단을 가지며, 제 2 토크산출수단의 산출값과 제 1 토크산출수단의 산출값의 차를 설정 기준치와 비교하여 연료성상을 판정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
삭제
제 15 항에 있어서, 상기 제 2 토크산출수단이 냉각수온, 흡입공기량, 기관회전수, 공연비, 점화시기중 적어도 하나의 값에 기초하여 상기 내연기관의 운전상태를 판단하여 상기 내연기관의 출력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 연료성상 판정수단이 냉간시동 직후의 상기 토크검출수단의 검출결과에 기초하여 연료성상의 판정을 행하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 15 항에 있어서, 상기 연료성상 판정수단이 냉간시동 직후의 상기 토크검출수단의 검출결과에 기초하여 연료성상의 판정을 행하는 내연기관의 출력상태 검출장치.
제 17 항에 있어서, 상기 연료성상 판정수단이 냉간시동 직후의 상기 토크검출수단의 검출결과에 기초하여 연료성상의 판정을 행하는 내연기관의 출력상태 검출장치.