KR100399083B1 - 엔진의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

엔진은 연료를 연소실 (16) 으로 직접 분사하기 위한 연료분사밸브 (40) 을 구비한다. 연료공급장치는 공급펌프 (46) 및 부스터펌프 (47) 을 구비한다. 부스터펌프 (47) 은 미리 정해진 압력 하에서 공급펌프 (46) 으로부터 공급된 연료를 가압하고 이 연료를 연료분사밸브 (40) 으로 공급한다. 부스터펌프 (47) 에 이상이 발생하는 때, 부스터펌프 (47) 의 구동은 정지하여 연료분사밸브 (40) 은 공급펌프 (46) 으로부터 공급된 연료로 연료분사를 수행한다. 부스터펌프 (47) 의 구동이 정지된 때에는, 연료분사밸브 (40) 의 구동 또는 연소실 (16) 으로 흡입되는 공기량이 제한되어 실화를 유발하지 않는 혼합기만이 연소실 (16) 내에 형성된다. 그러므로, 실화를 유발하는 혼합기는 연소실 (16) 내에 형성되지 않고, 연소실 (16) 내의 혼합기는 점화되고 연소되지 않은 혼합기는 연소실 (16) 으로부터 방출되지 않는다.

Description

엔진의 제어장치 및 제어방법 {DEVICE AND METHOD FOR ENGINE CONTROL}
발명이 속하는 기술분야
본 발명은 연료를 연소실로 직접 분사하는 연료분사밸브를 구비한 엔진의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
배경 기술
최근에, 엔진의 운전상태에 따라 연소모드를 바꾸는 형태의 차량용 엔진이 제안되고 실제로 사용되어, 연료 효율을 향상시키고 동시에 엔진의 동력을 충분히 공급하고 있다. 이러한 엔진은 연료를 연소실로 직접 분사하는 연료분사밸브를 구비한다. 고출력이 요구되는 고속 및 고하중 상태에서는, 공기와 균일하게 혼합된 연료가 연소되어, 충분한 엔진동력이 제공된다. 이러한 연소는 균질연소라 불린다. 균질연소를 수행하기 위하여, 엔진의 흡기행정 동안에 연료가 연소실로 분사된다. 분사된 연료는 연소실에서 공기와 균일하게 혼합되고 공기와 연료의 균일한 혼합기는 점화플러그에 의하여 점화된다.
고출력이 요구되지 않는 저속 및 저하중 상태에서는, 성층연소가 수행되어 연료 효율을 높인다. 성층연소에서는, 점화플러그 주위의 연료 농도가 증가되어 점화성을 향상시키고, 화학양론적 공연비보다 연소실 내의 혼합기의 평균 공연비가 크게 될 때 연소가 수행된다. 성층연소를 수행하기 위하여, 압축행정동안에 연료가 연소실내로 분사된다. 분사된 연료는 피스톤 상부에 제공된 덴트 (dent) 와 부딪치고 점화플러그 주위에 모이게 된다. 상기 모인 연료와 연소실 내의 공기의 혼합기는 점화플러그에 의하여 점화된다.
전술한 바와 같이 엔진의 운전상태에 따라서 균질연소와 성층연소 사이에서 점화모드가 바뀜에 따라, 연료효율이 향상되고 충분한 엔진동력이 얻어진다.
이러한 엔진은 고압상태의 연소실로 연료를 직접 분사하기 때문에, 연료분사밸브로 공급되는 연료의 압력을 상대적으로 높게 설정할 필요가 있다. 예를 들어, 심사되지 않은 일본국 특허출원 제 10-176587 호는 연료를 고압 하에서 연료분사밸브로 공급하는 장치를 개시하고 있다. 이 장치에서, 하이부스터 (high booster) 펌프는 로우부스터 (low booster) 펌프에 의하여 연료 탱크로부터 공급되어 나온 연료를 가압한다. 가압된 연료는 연료분사밸브로 공급된다. 따라서, 연료분사밸브는 고압하의 연소실 내로 연료를 직접 분사할 수 있다.
하이부스터펌프와 펌프제어유니트를 포함하는 고압연료공급시스템에서 이상 (abnormality) 이 발생할 때, 상술한 장치는 하이부스터펌프의 구동을 정지하고, 연료 분사 밸브는 로우부스터펌프로부터 공급된 연료의 압력에 기초하여 연료를 분사한다. 그러나, 로우부스터펌프로부터 공급된 연료의 압력은 하이부스터펌프로부터 펌프된 연료의 압력보다 낮다. 따라서, 원하는 연료분사량을 얻기 위하여는, 낮은 연료압력에 따라 연료분사시간을 증가시키는 것이 필요하다.
그러나, 연료가 연소실 내에 분사될 수 있는 피리어드 (period) (분사가능피리어드) 에는 한계가 있다. 연료분사시간이 증가함에 따라, 한계가 있는 분사가능피리어드 내에 연료분사를 완료하기가 어려워진다. 특히 엔진이 고속 및 고부하 상태에 있는 때에는, 엔진이 고속으로 됨에 따라 분사가능피리어드는 짧아지고, 엔진 부하가 증가함에 따라 연료분사시간을 증가시켜야 한다. 이것이 연료분사를 분사가능피리어드 내에 완료하는 것을 더 어렵게 한다.
연료분사가 분사가능피리어드 내에 완료될 수 없으면, 연소실 내의 연료량은 바람직한 값에 달하지 않아서, 혼합기의 공연비는 적당한 값보다 커지게 된다. 이 경우에, 연소실 내의 혼합기는 점화가 보장되지 않아서 실화 (misfire) 를 유발할 수 있다. 실화가 발생하면, 연소되지 않은 혼합기가 연소실로부터 엔진의 배기통로로 들어간다. 연소되지 않은 혼합기가 배기통로의 열에 의하여 연소되면, 배기통로에 제공된 배기방출정화촉매가 과열되거나 파손될 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 전술한 상황의 관점에서 얻어지고, 본 발명의 목적은 연료공급장치에서 이상이 발생할 때 실화의 발생을 방지할 수 있는 엔진의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진용 제어장치를 제공한다. 엔진은 연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 동력을 생산한다. 상기의 제어장치는 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 연료분사밸브와 연료분사밸브에 연료를 공급하기 위한 연료공급장치를 포함한다. 연료공급장치는 제 1 공급유니트와 제 2 공급유니트를 포함한다. 제 2 공급유니트는 미리 정해진 압력 하에서 제 1 공급유니트로부터 공급된 연료를 더 가압하고, 이 연료를 연료분사밸브로 공급한다. 제어수단은 연료공급장치를 제어한다. 제 2 공급유니트내에서 이상이 발생하는 때, 제어수단은 제 2 공급유니트의 구동을 정지시켜서, 연료분사밸브는 제 1 공급유니트에 의하여 가압된 연료로 연료분사를 수행한다. 제 2 공급유니트가 정지된 때, 제한수단이 연료분사밸브의 구동 또는 연소실로 들어오는 공기의 양을 제한하여, 실화를 유발하지 않는 혼합기만이 연소실에 형성된다.
본 발명은 연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴에 의하여 동력을 얻는 엔진용의 제어방법을 제공한다. 상기 제어방법은 연료를 연료공급장치로부터 연료분사밸브로 공급하는 것을 포함한다. 연료공급장치는 제 1 공급유니트와 제 2 공급유니트를 포함한다. 제 2 공급유니트는 미리 정해진 압력 하에서 제 1 공급유니트로부터 공급된 연료를 더 가압하여 이 연료를 연료분사밸브로 공급한다. 상기 제어방법은, 가압된 연료를 연료분사밸브로부터 연소실로 직접 분사하는 단계, 이상이 제 2 공급유니트에서 발생할 때 연료분사밸브가 제 1 공급유니트로부터 공급된 연료의 압력으로 연료분사를 수행하도록 제 2 공급유니트를 정지시키는 단계, 및 제 2 공급유니트가 정지하였을 때 연소실내의 실화를 유발하지 않는 혼합기만을 형성하는 단계를 더 포함한다.
제 2 공급유니트의 구동이 정지하였을 때, 실화를 유발하지 않는 혼합기만이 연소실 내에 형성되고, 실화를 유발하는 혼합기는 연소실 내에 형성되지 않는다. 그러므로, 연소실 내의 혼합기는 점화가 보장되고, 연소되지 않은 혼합기가 연소실로부터 방출되지 않는다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 엔진을 도시하는 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 엔진에 장착된 연료공급장치를 도시하는 개략구조도이다.
도 3 은 도 1 의 엔진이 구비한 실린더를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4 는 도 1 의 엔진에 장착된 제어장치의 전기적 구조를 도시하는 블럭도이다.
도 5 는 전자제어유니트 (ECU) 에 의하여 수행되는 연료삭감요청루틴 (fuel cut requesting routine) 을 도시하는 플로우차트이다.
도 6 은 엔진속력의 변화에 대한 최대허용분사량의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 쓰로틀개방정도의 상한값을 계산할 때 참조되는 맵이다.
도 8 은 전자제어유니트 에 의하여 수행되는 쓰로틀개방정도 설정루틴을 도시하는 플로우차트이다.
도 9 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 허용최대분사량을 계산할 때 참조되는 맵이다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 모드
(제 1 실시형태)
본 발명을 4 실린더-인-라인 차량용 가솔린 엔진에 적용한 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 6 을 참조하여 설명한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 엔진 (11) 은 4 개의 실린더 (한 개의 실린더 만이 도시됨) 를 가지는 실린더 블록 (11a) 를 구비한다. 각각의 실린더와 연계하여 제공된 피스톤 (12) 는 실린더 블록 (11a) 내에서 왕복운동한다. 각 피스톤 (12) 는 커넥팅로드 (13) 을 거쳐서 크랭크샤프트 또는 출력샤프트 (14) 에 연결되어 있다. 피스톤 (12) 의 왕복운동은 커넥팅로드 (13) 에 의하여 크랭크샤프트 (14) 의 로터리운동으로 변환된다. 성층연소를 수행하기 위하여 필요한 덴트 (12a) 는 피스톤 (12) 의 상부 표면에 형성되어 있다.
신호로터 (signal rotor) (14a) 는 크랭크샤프트 (14) 의 한 쪽 끝에 연결되어 있다. 복수의 돌출부 (14b) 이 신호로터 (14a) 의 외부표면에 크랭크샤프트 (14) 의 축 주위의 같은 각도를 간격으로 제공된다. 크랭크위치센서 (14c) 는 신호로터 (14a) 의 외부표면을 대면하도록 제공된다. 크랭크샤프트 (14) 가 회전함에 따라, 신호로터 (14a) 상의 각 돌출부 (14b) 는 하나씩 크랭크위치센서 (14c) 옆을 통과한다. 크랭크위치센서 (14c) 는 돌출부 (14b) 의 통과에 따라 펄스같은 감지신호를 출력한다.
실린더헤드 (15) 는 실린더블록 (11a) 의 상부에 부착된다. 연소실 (16) 은 실린더헤드 (15) 와 각 피스톤 (12) 사이에 형성된다. 도 1 및 도 3 에 도시된 바와 같이 실린더헤드 (15) 에 제공된 한 쌍의 흡기포트 (17a, 17b) 와 한 쌍의 배기포트 (18a, 18b) 는 각 연소실 (16) 과 연결된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 흡기포트 (17a) 는 곡선형태의 헬리컬 포트이고, 흡기포트 (17b) 는 거의 직선형태의 직선 포트이다. 공기가 헬리컬 흡기포트 (17a) 로부터 연소실 (16)으로 들어갈 때, 화살표 (S) 에 의하여 표시된 방향으로 회전하는 소용돌이가 연소실 (16) 내에 생성된다. 한 쌍의 흡기밸브 (19) 는 한 쌍의 흡기포트 (17a, 17b) 와 연결되어 제공된다. 같은 방식으로, 한 쌍의 배기밸브 (20) 는 한 쌍의 배기포트 (18a, 18b) 와 연결되어 제공된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 흡기밸브 (19) 를 구동하는 흡기캠샤프트 (21) 은 실린더헤드 (15) 상에 회전가능하게 지지된다. 또한, 배기밸브 (20) 를 구동하는 배기캠샤프트 (22) 은 실린더헤드 (15) 상에 회전가능하게 지지된다. 상기 흡기캠샤프트 (21) 및 배기캠샤프트 (22) 는 타이밍벨트 및 기어 (도시되지 않음) 를 포함하는 구동 메카니즘 및 트랜스미션 메카니즘을 경유하여 크랭크샤프트 (14) 에 연결된다. 흡기캠샤프트 (21) 이 크랭크샤프트 (14) 에 의하여 회전됨에 따라, 흡기밸브 (19) 가 구동되어 흡기포트 (17a, 17b) 를 선택적으로 연소실 (16) 으로 연결하거나 연소실 (16) 으로부터 단절한다. 배기캠샤프트 (22) 이 크랭크샤프트 (14) 에 의하여 회전됨에 따라, 배기밸브 (20) 가 구동되어 배기포트 (18a, 18b) 를 선택적으로 연소실 (16) 으로 연결하거나 연소실 (16) 으로부터 단절한다.
캠위치센서 (21b) 가 실린더헤드 (15) 상에 제공되어, 흡기캠샤프트 (21) 의 한 쪽 끝의 외부표면을 대면한다. 하나 또는 복수 (도 1 에서는 두 개) 의 돌출부 (21a) 는 흡기캠샤프트 (21) 의 한 쪽 끝의 외부표면 상에 제공된다. 흡기캠샤프트 (21) 이 회전함에 따라, 돌출부 (21a) 는 캠위치센서 (21b) 를 대면하는 위치를 통과한다. 캠위치센서 (21b) 는 돌출부 (21a) 의 통과에 따라 펄스같은 감지신호를 출력한다.
흡기매니폴드 (30) 은 흡기포트 (17a, 17b) 에 연결되어 있다. 배기매니폴드 (31) 은 배기포트 (18a, 18b) 에 연결되어 있다. 흡기매니폴드 (30) 및 흡기포트 (17a, 17b) 는 흡기통로 (32) 를 구성하고, 배기매니폴드 (31) 및 배기포트 (18a, 18b) 는 배기통로 (33) 를 구성한다. 배기가스를 정화하는 두 촉매 (33a) 는 배기통로 (33) 에 제공된다. 쓰로틀밸브 (23) 은 흡기통로 (32) 에 위치한다. 쓰로틀밸브 (23) 은 흡기통로 (32) 의 개방량을 통제하는 쓰로틀모터 (24) 에 의하여 구동된다. 쓰로틀밸브 (23) 의 개방정도는 쓰로틀위치센서 (44) 에 의하여 감지된다.
쓰로틀모터 (24) 는 차량의 콤파트먼트 (compartment) 내에 제공된 가속페달 (25) 의 눌린 양에 기초하여 제어된다. 차량의 운전자가 가속페달 (25) 을 밟음에 따라, 가속페달 (25) 의 눌린 양은 가속위치센서 (26) 에 의하여 감지되고, 쓰로틀모터 (24) 는 그 감지의 결과에 기초하여 제어된다. 쓰로틀모터 (24) 는 쓰로트밸브 (23) 의 개방정도를 조정한다. 쓰로트밸브 (23) 의 개방정도에 따라, 흡기통로 (32) 로부터 연소실 (16) 안으로 공급되는 공기량이 통제된다.
쓰로틀밸브 (23) 의 하류에는 진공센서 (36) 이 제공되어, 흡기통로 (32) 의 내부압력을 감지한다. 진공센서 (36) 은 흡기통로 (32) 의 내부압력에 따라 감지신호를 출력한다. 진공센서 (36) 의 하류에는 소용돌이제어밸브 (swirl control valves (SCVs)) (34) 가 각각의 직선 흡기포트 (17b) 와 연결되어 제공된다. 각 SCV (34) 는 소용돌이모터 (35) 에 의하여 구동되어 연결된 직선 흡기포트 (17b) 의 개방량을 조정한다. SCV (34) 의 개방정도가 작아질수록, 즉 직선 흡기포트 (17b) 를 통하여 통과하는 공기량이 줄어들수록, 도 3 에 도시된 헬리컬 흡기포트 (17a) 를 통하여 통과하는 공기량은 증가하고, 연소실 (16) 내에서 생성되는 소용돌이는 강해진다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 연료를 연소실 (16) 내로 직접 분사하는 연료분사밸브 (40) 은 각각의 연소실 (16) 에 연결되게 실린더헤드 (15) 에 제공된다. 연소실 (16) 내의 공기와 연료의 혼합기를 점화시키는 점화플러그 (41) 은 각각의 연소실 (16) 에 연결되게 제공된다. 점화플러그 (41) 이 점화를 수행하는 타이밍은 점화기 (41a) 에 의하여 조정되는데, 이는 점화플러그 (41) 의 위에 제공된다. 연료분사밸브 (40) 으로부터 연소실 (16) 내로 분사되는 연료는, 흡기통로 (32) 로부터 연소실 (16) 내로 흡입되는 공기와 혼합되어, 연소실 (16) 내에 연료 및 공기의 혼합기를 제공한다. 연소실 (16) 내의 혼합기는 점화플러그 (41) 에 의하여 점화되어 연소되고, 연소에 의하여 생성되는 배기가스는 배기통로 (33) 으로 보내진다.
엔진 (11) 에서, 연료분사밸브 (40) 에 공급되는 연료의 압력은 고압상태에 있는 연소실 (16) 내로 연료를 직접 분사하기 위하여 상대적으로 높게 설정되어야 한다. 이 목적을 위하여, 연료분사밸브 (40) 으로 고압의 연료를 공급하기 위한 연료공급장치가 엔진 (11) 에 연결된다. 연료공급장치는 도 2 를 참조하여 상술한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 연료공급장치는 제 1 공급유니트인 공급펌프(46) 과 제 2 공급유니트인 부스터펌프 (47) 을 구비한다. 공급펌프 (46) 은 미리 정해진 압력으로 연료탱크 (45) 로부터 연료를 펌프한다. 부스터펌프 (47) 은 공급펌프 (46) 으로부터 펌프된 연료를 더 가압하고, 연료분사밸브 (40) 으로 연료를 공급한다. 공급펌프 (46) 으로부터 펌프된 연료의 압력은, 예를 들면, 0.3 MPa 이다.
부스터펌프 (47) 은 배기캠샤프트 (22) 에 의하여 전후로 움직이는 플런저 (plunger) (48) 및 플런저 (48) 의 왕복운동에 의하여 체적이 변화하는 압력실 (49) 를 구비한다. 압력실 (49) 는 저압연료통로 (50) 을 경유하여 공급펌프 (46) 으로 연결된다. 압력실 (49) 는 반송통로 (51) 을 경유하여 연료탱크 (45) 에도 연결된다. 압력실 (49) 는 고압연료통로 (52) 를 경유하여 전송파이프 (53) 에도 연결된다. 연료분사밸브 (40) 은 전송파이프 (53) 에 연결된다. 전송파이프 (53) 에는 연료압력센서 (55) 가 구비되며, 이것은 연료분사밸브 (40) 으로 공급되는 연료의 압력을 감지한다.
부스터펌프 (47) 은 솔레노이드밸브 (54) 를 구비하는데, 이것은 저압연료통로 (50) 및 반송통로 (51) 을 압력실 (49) 에 연결하거나 또는 압력실로부터 단절한다. 솔레노이드밸브 (54) 는 전자석솔레노이드 (54a) 를 구비한다. 전자석솔레노이드 (54a) 에 가해지는 전압이 제어됨에 따라, 솔레노이드밸브 (54) 는 개방 또는 밀폐된다. 플런저 (48) 이 이동하여 압력실 (49) 의 체적을 증가시킬 때에, 전자석솔레노이드 (54a) 의 활성은 정지하여 솔레노이드밸브 (54) 를 개방한다. 플런저 (48) 이 이동하여 압력실 (49) 의 체적을 감소시킬 때에, 전자석솔레노이드 (54a) 은 활성화되어 솔레노이드밸브 (54) 를 밀폐한다.
솔레노이드밸브 (54) 가 상기와 같은 방식으로 개방 및 밀폐됨에 따라, 부스터펌프 (47) 은 공급펌프 (46) 으로부터 공급된 연료를, 예를 들어, 12 MPa 까지 가압한다. 부스터펌프 (47) 은 가압된 연료를 고압연료통로 (52) 및 전송파이프 (53) 을 경유하여 연료분사밸브 (40) 으로 공급한다. 솔레노이드밸브 (54) 를 밀폐하는 타이밍이 변화하는 때에, 압력을 받으면서 부스터펌프 (47) 로부터 고압연료통로 (52) 로 공급되는 연료량이 변화한다. 고압연료통로 (52) 및 전송파이프 (53) 내의 연료압력, 즉 연료분사밸브 (40) 으로 공급되는 연료의 압력은 이에 따라서 변화한다.
상세하게는, 플런저 (48) 이 압력실 (49) 의 체적을 감소시킬 때, 솔레노이드밸브 (54) 의 밀폐 타이밍이 지연됨에 따라, 압력을 받으면서 부스터펌프 (47) 로부터 고압연료통로 (52) 로 공급되는 연료량이 감소하여, 연료분사밸브 (40) 으로 공급되는 연료의 압력을 저하시킨다. 이것은 솔레노이드밸브 (54) 의 밀폐 타이밍이 길어질 수록, 부스터펌프 (47) 로부터 반송통로 (51) 을 경유하여 연료탱크 (45) 로 반송되는 연료량이 커지기 때문이다.
도 4 를 참조하여 엔진 (11) 의 제어장치의 전기적 구조를 설명한다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 제어장치는, 엔진 (11) 의 구동상태를 제어하며 연료분사량제어, 연료분사타이밍제어, 쓰로틀개방정도제어 및 연료압력제어 와 같은 제어 절차들을 포함하는 전자제어유니트 (이하 ECU 라 한다) (92) 을 구비한다. ECU (92) 는 롬(ROM) (93), 중앙처리장치 (CPU) (94), 램 (RAM) (95) 및 백업램(Backup RAM) (96) 을 포함하는 산술논리회로로서 구성된다.
롬 (93) 은 다양한 제어프로그램들 및 이들을 구동할 때에 참조되는 맵 (map) 등을 보유한다. 중앙처리장치 (94) 는 롬 (93) 에 저장되어 있는 다양한 제어프로그램들 및 맵들에 기초하여 산술적인 작동을 수행한다. 램 (95) 는 중앙처리장치 (94) 의 작동결과 및 개별 센서들로부터의 데이터입력을 일시적으로 저장하는 메모리이다. 백업램 (96) 은 엔진 (11) 이 정지하였을 때, 데이터를 세이브 (save) 되게 저장하는 비휘발성의 메모리이다. 롬 (93), 중앙처리장치 (94), 램 (95) 및 백업램 (96) 은 버스 (97) 에 의하여 상호간에 그리고, 입력인터페이스회로 (98) 및 출력인터페이스회로 (99) 에 연결되어 있다.
입력인터페이스회로 (98) 에 연결되어 있는 것은 크랭크위치센서 (14c), 캠위치센서 (21b), 가속위치센서 (26), 진공센서 (36), 쓰로틀위치센서 (44) 및 연료압력센서 (55) 이다. 출력인터페이스회로 (99) 에 연결되어 있는 것은 쓰로틀모터 (24), 소용돌이모터 (35), 연료분사밸브 (40), 점화기 (41a) 및 솔레노이드밸브 (54) 이다.
ECU (92) 는 진공센서 (36) 으로부터의 감지신호에 기초하여 흡기통로 (32) 의 내부압력 (흡기압력 PM) 을 얻는다. ECU (92) 는 가속위치센서 (26) 으로부터의 감지신호에 기초하여 가속눌림량 ACCP 를 얻는다. 또한, ECU (92) 는 크랭크위치센서 (14c) 로부터의 감지신호에 기초하여 엔진속력 NE 를 얻는다. ECU (92) 는 흡기압력 PM 및 엔진속력 NE 에 기초하거나 엔진속력 NE 및 가속눌림량 ACCP 에 기초하여 알려진 맵을 참조하여 연료분사량 Q 를 계산한다. 계산된연료분사량 Q 는 엔진속력 NE 가 증가함에 따라 증가하며, 흡기압력 PM 또는 가속눌림량 ACCP 가 증가함에 따라 증가한다. 연료분사량 Q 는 엔진 (11) 에 가해진 부하를 반영한다.
엔진 (11) 이 고속 및 고부하 상태일 때, ECU (92) 는 엔진 (11) 의 연소모드를 균질연소로 설정한다. 엔진 (11) 이 저속 및 저하중의 상태일 때, ECU (92) 는 엔진 (11) 의 연소모드를 성층연소로 설정한다. 엔진 (11) 의 강한 동력이 요구되는 고속 및 고부하의 상태에서, 균질연소가 수행된다. 이것은 혼합기의 공연비를 감소시켜서 엔진의 동력을 증가시킨다. 엔진 (11) 의 강한 동력이 요구되지 않는 저속 및 저부하 상태에서, 성층연소가 수행된다. 이것은 혼합기의 공연비를 증가시켜서 연료효율을 향상시킨다.
균질연소가 수행되는 때, ECU (92) 는 흡기압력 PM 및 엔진속력 NE 에 기초하여 연료분사량 Q 를 계산한다. ECU (92)는 엔진 (11) 의 흡기행정동안에, 계산된 연료분사량 Q 에 대응하는 연료량을 연료분사밸브 (40) 으로부터 분사한다. 이 때에, 연소실 (16) 내의 혼합기의 공연비는 화학양론적 공연비 이하이다. ECU (92) 는, 쓰로틀개방정도, 점화타이밍 및 SCV (34) 의 개방정도가 균질연소에 적합하도록, 쓰로틀모터 (24), 점화기 (41a) 및 소용돌이모터 (35) 를 제어한다.
성층연소가 수행되는 때에는, ECU (92) 는 가속눌림량 ACCP 및 엔진속력 NE 에 기초하여 연료분사량 Q 를 계산한다. ECU (92) 는 계산된 연료분사량 Q 에 대응하는 연료량을 엔진 (11) 의 압축행정 동안에 연료분사밸브 (40) 으로부터 분사한다. 이 때에, 연소실 (16) 내의 혼합기의 공연비는 균질연소 모드의 공연비보다 커진다. ECU (92) 는, 쓰로틀개방정도, 점화타이밍 및 SCV (34) 의 개방정도가 성층연소에 적합하도록, 쓰로틀모터 (24), 점화기 (41a) 및 소용돌이모터 (35) 를 제어한다.
성층연소가 수행될 때에, 연료분사밸브 (40) 으로부터 분사된 연료는 피스톤 (12) 의 상부에 제공된 덴트 (12a) (도 1 에 도시됨) 로 들어간다. 소용돌이는 SCV (34) 의 개방정도의 조정에 기초하여 연소실 (16) 내에서 생성되고, 상기 소용돌이와 피스톤 (12) 의 운동은 분사된 연료로 하여금 점화플러그 (41) 주위로 모이게 한다. 따라서, 연소실 (16) 내의 혼합기의 평균 공연비가 균질연소 모드의 공연비보다 크더라도 점화플러그 (41) 주위의 혼합기의 공연비는 점화에 적합하다. 결과적으로, 상기 혼합기는 점화가 잘 된다.
ECU (92) 에 의하여 수행되는 연료압력제어 절차 및 제 2 공급유니트에서 이상이 발생할 때 수행되는 연료삭감제어 절차가 이하에서 상술된다. 제 2 공급유니트 내의 이상은 부스터펌프 (47) 자체에서의 이상은 물론, 부스터펌프 (47) 을 위한 제어유니트 같은 부스터펌프 (47) 의 제어에 관련된 주변장치의 이상도 포함한다.
ECU (92) 는 연료압력센서 (55) 로부터의 감지신호에 기초하여 연료분사밸브 (40) 에 공급되는 연료의 실제압력 (연료 압력) 을 얻고, 솔레노이드밸브 (54) 를 제어하여 실제연료압력이 미리 정해진 목표압력 (예를 들어, 12 MPa) 을 추종하도록 한다. 그러나, 전자석솔레노이드 (54a) 또는 연료압력센서 (55) 내의 단락또는 단선과 같은 전기적 이상 또는 외부물질에 의한 부스터펌프 (47) 의 오염과 같은 기계적 이상이 제 2 공급유니트에서 발생할 수 있다. 이러한 이상들이 발생할 때에는, 전술한 솔레노이드밸브 (54) 의 제어조차 실제연료압력을 목표치에 설정할 수 없고, 따라서 엔진 (11) 의 구동상태를 악화시킨다.
제 2 공급유니트에서 이상이 발생하는 때에, ECU (92) 는 솔레노이드밸브 (54) 의 전자석솔레노이드 (54a) 에 가해지는 전압의 부하비율을 0% 로 설정하여, 솔레노이드밸브 (54) 를 개방해둔다. 이 상태에서, 부스터펌프 (47) 에 의한 연료 가압은 발생하지 않고, 연료분사밸브 (40) 으로부터의 연료분사는 공급펌프 (46) 에 의하여 제공되는 압력 (0.3 MPa) 로 이루어진다. 이 때, ECU (92) 는 엔진 (11) 의 연소 모드를 균질연소로 설정한다. 성층연소에서는, 연료는 연소실 (16) 의 압력이 최고로 되는 엔진 (11) 의 압축행정 동안에 분사된다. 그러나 공급펌프 (46) 에 의하여 결정되는 연료압력이 낮기 때문에 압축행정 동안에 연료분사를 수행하기는 어렵다. 그러므로, 연소실 (16) 의 압력이 낮은 때인 흡기행정 동안에 연료분사를 수행함으로써 균질연소가 이루어진다.
이상이 제 2 공급유니트에서 발생할 때에, 균질연소가 상기한 바와 같이 수행됨으로써, 엔진 (11) 로 하여금, 엔진 (11) 이 리트리트 (retreat) 구동상태로 들어가는 때인 제 2 공급유니트가 정상인 때의 효과 상태와는 다른 작동상태로 되게 한다. 엔진 (11) 의 리트리트 작동상태 동안에, 연료압력은 0.3 MPa 로 고정되는데, 이것은 보통보다 낮은 것이다. 그러므로, 요구되는 연료분사량 Q 를 얻기 위하여는, 연료분사시간 τ가 제 2 공급유니트가 정상일 때의 것보다 커야한다. 다음의 식 (1) 은 연료분사량 Q 과 연료분사시간 τ와의 관계를 보여준다.
τ≒ Q ×KPR ×A (1)
τ: 연료분사시간
Q : 연료분사량
KPR : 연료압력수정계수
A : 연료분사밸브에 의하여 결정되는 상수
연료압력수정계수는, 연료압력에 따라 변하고 연료압력이 감소함에 따라 증가하는 값이다. 엔진 (11) 의 리트리트 작동 상태와 같이 연료압력이 낮을 때, 연료분사시간 τ는 증가한다. 연료분사량 Q 이 커질 수록, 연료분사시간 τ는 길어진다.
요구되는 연료분사량 Q 의 증가에 따라서 연료분사시간 τ가 과다하게 길어짐에 따라 엔진 (11) 이 리트리트 작동상태로 변할 때, 연료분사는 분사가능피리어드 내에 완료될 수 없다. 분사가능피리어드는, 예를 들어, 피스톤 (12) 가 흡기행정의 상사점으로부터 압축행정의 중간까지 움직일 때의 기간, 즉 피스톤 (12) 가 흡기행정의 상사점에 있는 상태로부터 크랭크샤프트 (14) 가 270°회전하는 기간이다. 다시 말하면, 분사가능피리어드는, 예를 들어, 크랭크 각도 270°의 범위에 해당하는 기간이다. 이하에서는, 연료분사가 공급펌프 (46) 에 의한 연료압력에서 수행되는 최대연료분사시간 τmax 에 대하여, 다음의 식 (2) 를 참조하여 설명한다. 최대연료분사시간 τmax 는, 분사가능피리어드 및 허용가능한 연료분사시간 τ의 최대값과 대등하다.
τmax = (60000 / NE) ×(θ/360°) (2)
τmax : 최대연료분사시간 [msec]
NE : 엔진 속력 [rpm]
θ: 분사가능피리어드에 대등한 크랭크 각 (예를 들어, 270°CA)
식 (2) 에서, 60000 / NE 는 크랭크샤프트 (14) 가 한바퀴를 돌기 위하여 걸리는 시간 (msec) 을 나타낸다. θ는 고정된 값이다. 그러므로, 식 (2) 는 최대연료분사시간 τmax 는 엔진 속력 NE 에 의하여 결정된다는 것을 보여준다. 식 (2) 내의 최대연료분사시간 τmax 를 식 (1)의 연료분사시간 τ에 대입하면, 다음의 식 (3) 을 얻는다. 식 (3) 에서, 식 (1) 의 연료분사량 Q 는 최대연료분사시간 τmax 에 대응하는 허용최대연료분사량 Qmax 로 표현된다. 다시 말하면, 허용최대연료분사량 Qmax 는 최대연료분사시간 τmax 내에 공급펌프 (46) 에 의한 연료공급압력 하에서 분사될 수 있는 최대연료분사량 Q 이다.
Qmax = (60000 / NE) ×(θ/360°) / (KPR ×A)
= C / NE (3)
엔진 (11) 의 리트리트 작동상태에서, 연료압력은 대략 0.3 MPa 로 고정되어, 연료압력에 따라 변화하는 연료압력수정계수 KPR 가 상수인 것으로 된다. A 및 θ는 모두 고정된 값이다. 그러므로, 식 (3) 의 오른편에 있는 엔진 속력 NE 가 아닌 모든 값들이 고정된 값인 C 로 대체될 수 있다. 다시 말하면, 식 (3) 은 허용최대연료분사량 Qmax 는 엔진속력 NE 에 의하여 결정되는 것을 보여준다.
도 6 의 그래프는 엔진속력 NE 의 변화에 대한 최대허용분사량 Qmax 의 변화를 도시한다. 도 6 에서 명백히 도시되듯이, 엔진속력 NE 가 높을수록, 허용최대연료분사량 Qmax 는 작아진다. 이것은 엔진속력 NE 가 증가할수록 최대연료분사시간 τmax 가 작아지기 때문이다.
엔진 (11) 의 리트리트 작동상태에서, 흡기압력 PM 과 엔진속력 NE 에 기초하여 계산되는 연료분사량 Q 가 도 6 의 실선에 의하여 표시되는 허용최대연료분사량 Qmax 보다 작을 때에는, 연소실 (16) 내의 혼합기의 공연비가 화학양론적 공연비로 설정될 수 있다.
한편, 엔진 (11) 의 리트리트 작동상태에서, 흡기압력 PM 과 엔진속력 NE 에 기초하여 계산되는 연료분사량 Q 가 도 6 의 실선에 의하여 표시되는 허용최대연료분사량 Qmax 보다 클 때에는, 연료분사시간 τ이 최대연료분사시간 τmax 를 초과하고, 분사가능피리어드에 대등한 크랭크 각 θ의 범위 내에서 연료분사가 완료될 수 없다. 이 경우에, 연소실 (16) 에 공급되는 연료량은 요구되는 값에 미치지 못하고, 연소실 (16) 내의 혼합기의 공연비는 적당한 값보다 커지게 된다. 그러므로, 혼합기가 점화될지가 불명하며, 실화가 발생할 수 있다. 실화가 발생하는 경우, 연소되지 않은 혼합기가 연소실 (16) 으로부터 배기통로 (33) 에 들어간다. 연소되지 않은 혼합기가 배기통로 (33) 의 열에 의하여 연소되면, 배기통로에 제공된 촉매 (33a) 이 과열되고 손상될 수 있다.
그러므로, 본 실시형태에서, 연료분사량 Q 가 엔진 (11) 의 리트리트 작동상태에서의 허용최대연료분사량 Qmax 보다 클 때에는, 연료분사밸브 (40) 으로부터의연료분사가 방지되거나 또는 연료삭감이 실행된다. 그러므로, 실화의 발생이 방지되어, 연소되지 않은 혼합기가 연소실 (16) 으로부터 배기통로 (33) 으로 들어가게 되는 것 및 혼합기의 연소로부터 기인하는 촉매 (33a) 의 과열이 방지된다.
도 5 는 ECU (92) 에 의하여 수행되는 연료삭감요청루틴을 도시하는 플로우차트이다. 이 루틴은 예를 들면, 미리 정해진 간격으로 인터럽션 (interruption) 으로서 수행된다.
먼저, 단계 S101 에서, ECU (92) 가 램 (95) 에 설정되어 있는 안전수행플랙 (failsafe execution flag) Ffs가 "1" 인지 아니지를 결정한다. 안전수행플랙 Ffs는 제 2 공급유니트의 이상, 자세히는 부스터펌프 (47) 의 이상 또는 부스터펌프 (47) 의 제어와 관련되는 주변장치의 이상을 결정하기 위한 것이다.
ECU (92) 는, 전자석솔레노이드 (54a) 및 연료압력센서 (55) 에 대한 입력/출력 전류값 및 전압값에 기초하여, 도시되지 아니한 별개의 루틴에서의 단락이나 단선과 같은 전기적 이상을 감지한다. ECU (92) 는, 연료압력센서 (55) 가 정상인 상태 하에서, 연료압력센서 (55) 로부터 얻어진 감지신호 및 전자석솔레노이드 (54a) 에 가해진 전압의 부하비율에 기초하여 얻어진 연료압력으로부터, 외부물질에 의한 부스터펌프 (47) 의 오염과 같은 기계적 이상을 감지한다.
ECU (92) 가 상기와 같은 이상의 발생을 감지할 때, ECU (92) 는 안전수행플랙 Ffs를 "1" 로 설정한다. ECU (92) 가 상기와 같은 이상의 발생을 감지하지 못할 때, ECU (92) 는 안전수행플랙 Ffs를 "0" 로 설정한다.
단계 S101 에서 Ffs= 0 일 때, ECU (92) 는 제 2 공급유니트에 이상이 없다고 판단하고 단계 S107 로 진행한다. 단계 S107 에서, ECU (92) 는 램 (95) 에 설정되어 있는 연료삭감요청플랙 (fuel-cut request flag) Ffc를 "0" 으로 설정하고, 잠정적으로 루틴을 종료한다. 연료삭감요청플랙 Ffc은 연료삭감을 수행할 것인가 아닌가를 결정하기 위한 것이다. 연료삭감요청플랙 Ffc이 "0" 일 때, ECU (92) 는 연료삭감을 수행하지 않는다. 연료삭감요청플랙 Ffc이 "1" 일 때, ECU (92) 는 도시되지 않은 별개의 루틴에 따라 연료분사밸브 (40) 을 제어함으로써 연료삭감을 수행한다.
한편, 단계 S101 에서 Ffs= 1 일 때, ECU (92) 는 제 2 공급유니트에 이상이 있다고 판단하고 단계 S102 로 진행한다. 단계 S102 에서, ECU (92) 는 솔레노이드밸브 (54) 의 전자석솔레노이드 (54a) 에 가해진 전압의 부하비율을 0% 로 고정한다. 그러므로, 솔레노이드밸브 (54) 는 개방 유지되고, 부스터펌프 (47) 의 구동에 기초한 연료의 가압은 정지된다. 이 상태에서, 연료분사밸브 (40) 으로부터의 연료분사는 공급펌프 (46) 의 연료공급압력 (0.3 MPa) 에서 수행된다.
뒤따르는 단계 S103 에서, ECU (92) 는 엔진 (11) 의 연소 모드를 균질연소로 설정하고, 엔진 (11) 로 하여금 리트리트 작동을 수행하게 한다. 다음, 단계 S104 에서는, ECU (92) 는 엔진 속력 NE 에 기초한 식 (3) 에 따라 허용최대연료분사량 Qmax 를 계산한다.
단계 S105 에서, ECU (92) 는, 도시되지 않은 별개의 루틴에서 얻어진 연료분사량 Q 가 허용최대연료분사량 Qmax 보다 큰지 아닌지, 즉 계산된 연료분사량 Q 에 기초한 연료분사가 엔진 (11) 의 리트리트 작동 동안에 분사가능피리어드에 대등한 크랭크 각 θ의 범위 내에 종료될 수 있는지 아닌지를 판단한다. Q > Qmax 가 만족되지 않는 때에, ECU (92) 는 연료삭감이 불필요하다고 판단하고 단계 S107 로 간다. Q > Qmax 가 만족되는 때에, ECU (92) 는 연료삭감이 필요하다고 판단하고 단계 S106 로 간다. 단계 S106 에서, ECU (92) 는 연료삭감요청플랙 Ffc를 "1" 로 설정하고 잠정적으로 루틴을 종료한다.
연료삭감요청플랙 Ffc가 "1" 일 때, ECU (92) 는 도시되지 않은 별개의 루틴을 따라 연료삭감을 수행한다. 얻어진 연료분사량 Q 가 허용최대연료분사량 Qmax 보다 큰 때 및 엔진 (11) 이 리트리트 작동 중이더라도 계산된 연료분사량 Q 에 기초한 연료분사가 분사가능피리어드 내에 완료될 수 없을 때에는, 연료분사는 수행되지 않는다. 상술한 바와 같이, 이것은 실화를 방지하고, 연소되지 아니한 혼합기의 방출 및 그에 따른 촉매 (33a) 의 과열을 방지한다.
연료삭감의 결과로서 엔진속력 NE 가 저하될 때, 감소된 엔진속력 NE 에 기초한 허용최대연료분사량 Qmax 는 증가한다. 계산된 연료분사량 Q 가 허용최대연료분사량 Qmax 와 같거나 작게 될 때, ECU (92) 는 단계 S105 의 부정적 결정에 도달하고 단계 S107 로 간다. 그러므로, 연료삭감요청플랙 Ffc는 "0" 으로 설정되고 연료삭감은 정지한다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태는, 도 1 내지 도 6 의 실시형태와 다른 점에 촛점을 맞추어, 도 7 및 도 8 을 참조하여 설명한다. 이 실시형태에서는, 연료삭감을 수행하는 대신, 연소실 (16) 으로 흡입되는 공기량 (흡기공기량) 은 엔진 (11) 의 리트리트 작동모드에서 제한되어, 계산된 연료분사량 Q 은 허용최대연료분사량 Qmax 보다 커지게 되지 않는다. 흡기공기량은 쓰로틀밸브 (23) 의 개방 정도 (쓰로틀밸브개방정도) 를 제어함으로써 조정된다.
ECU (92) 를 통하여 수행되는 쓰로틀개방정도제어의 대강을 먼저 설명한다. ECU (92) 는, 가속눌림량 ACCP 및 엔진속력 NE 를 포함하는 엔진 (11) 의 구동상태에 기초한 기본쓰로틀개방정도 TRTB 를 얻고, 기본쓰로틀개방정도 TRTB 를 목표쓰로틀개방정도 TRT 로 설정한다. ECU (92) 는, 쓰로틀위치센서 (44) 로부터의 감지신호에 기초하여 실제쓰로틀개방정도를 얻고, 쓰로틀모터 (24) 를 제어하여, 실제쓰로틀개방정도가 목표쓰로틀개방정도 TRT 와 일치하게 한다. 이 쓰로틀개방정도제어 하에서는, 가속눌림량 ACCP 가 증가함에 따라, 쓰로틀개방정도가 증가하고, 흡기공기량이 증가한다.
제 2 공급유니트에서 이상이 발생하고 엔진 (11) 이 리트리트 작동으로 들어가면, ECU (92) 는 흡기공기량을 제한하여, 계산된 연료분사량 Q 가 허용최고연료분사량 Qmax 를 초과하지 않도록 한다. 상세하게는, ECU (92) 는 도 7 에 도시된 맵을 참조하여, 엔진속력 NE 에 기초하여, 쓰로틀개방정도의 상한값 G 를 설정한다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 엔진속력 NE 가 증가함에 따라 상한값 G 는감소한다. ECU (92) 는 상한값 G 를 초과하지 않는 범위 내에서 목표쓰로틀개방정도 TRT 를 설정한다. 이것은 쓰로틀개방정도를 제한하여, 흡기공기량을 제한한다.
쓰로틀개방정도 또는 흡기공기량이 제한될 때, 흡기압력 PM 은 적은 값으로 감소된다. 균질연소는 엔진 (11) 이 리트리트 작동중일 때 수행된다. 균질연소가 수행되는 때, 연료분사량 Q 는 흡기압력 PM 및 엔진속력 NE 에 기초하여 계산된다. 계산된 연료분사량 Q 는 흡기압력 PM 이 감소함에 따라 감소한다. 그러므로, 흡기공기량을 제한함에 의하여 흡기압력 PM 이 적은 값으로 감소되면, 계산된 연료분사량 Q 가 허용최대연료분사량 Qmax 를 초과하는 것이 방지된다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 쓰로틀개방정도를 위한 상한값 G 는 엔진속력 NE 가 증가함에 따라 감소하기 때문에, 흡기공기량, 즉 흡기압력 PM 은 엔진속력 NE 가 증가함에 따라 더욱 제한된다. 그러므로, 엔진속력 NE 가 증가하더라도, 계산된 연료분사량 Q 는 결과적으로 제한되고, 허용최대연료분사량 Qmax 를 초과하지 않는다. 계산된 연료분사량 Q 에 기초하고 분사가능피리어드 내에 이루어진 연료분사의 완료는 이렇게 확보된다. 따라서, 엔진 (11) 의 리트리트 작동 동안에 공연비는 적절한 값을 초과하지 않고, 연소실 (16) 내의 혼합기는 점화가 확보된다.
도 8 은 목표쓰로틀개방정도 TRT 를 설정하는 쓰로틀개방정도 설정루틴을 도시하는 플로우차트이다. ECU (92) 는 이 루틴을, 예를 들면 미리 정해진 시간간격에, 인터럽션으로서 수행한다.
먼저, 단계 S201 에서, ECU (92) 가 안전수행플랙 Ffs가 "1" 인지 아니지를 결정한다. Ffs= 0 인 때, ECU (92) 는 제 2 공급유니트에 이상이 없다고 판단하고 단계 S207 로 진행한다. 단계 S207 에서, ECU (92) 는, 도시되지 않은 개별적 루틴에서 얻어진 기본쓰로틀개방정도 TRTB 를 목표쓰로틀개방정도 TRT 로 설정하고, 잠정적으로 루틴을 종료한다.
한편, 단계 S201 에서 Ffs= 1 인 때, ECU (92) 는 제 2 공급유니트에 이상이 있다고 판단하고 단계 S202 로 진행한다. 단계 S202 에서, 전자석솔레노이드 (54a) 에 가해진 전압의 부하비율은 0% 로 고정된다. 그러므로, 부스터펌프 (47) 의 구동에 기초한 연료의 가압은 정지되고, 연료분사는 공급펌프 (46) 의 낮은 연료공급압력에서 수행된다.
뒤따르는 단계 S203 에서, ECU (92) 는 엔진 (11) 의 연소 모드를 균질연소로 설정하고, 엔진 (11) 로 하여금 리트리트 작동을 수행하게 한다. 다음, 단계 S204 에서는, ECU (92) 는 도 7 의 맵을 참조함으로써 엔진 속력 NE 에 기초하여 쓰로틀개방정도의 상한값 G 를 얻는다.
단계 S205 에서, ECU (92) 는, 도시되지 않은 별개의 루틴에서 얻어진 기본쓰로틀개방정도 TRTB 가 상한값 G 보다 큰지 아닌지를 결정한다. TRTB > G 가 만족되지 않는 때에, ECU (92) 는 단계 S207 로 간다. TRTB > G 가 만족되는 때에, ECU (92) 는 단계 S206 로 간다. 단계 S206 에서, ECU (92) 는 상한값 G를 목표쓰로틀개방정도 TRT 로 설정하고 잠정적으로 루틴을 종료한다.
엔진 (11) 이 리트리트 작동 중일 때, 단계 S206 또는 단계 S207 에 설정되어 있는 목표쓰로틀개방정도 TRT 는 상한값 G 를 초과하지 않는다. 따라서, 흡기공기량은 제한되어 연료분사량 Q 가 허용최대연료분사량 Qmax 를 초과하지 않는다. 이것은 분사가능피리어드 내에 계산된 연료분사량 Q 에 기초한 완전한 연료분사를 보장한다. 따라서, 공연비는 적절한 값을 초과하지 않으며, 연소실 (16) 내의 혼합기는 확실히 점화되고, 이로써 실화 및 이에 기인하는 촉매 (33a) 의 과열을 방지한다.
상술한 실시형태는 다음과 같이 변형될 수 있다.
허용최대연료분사량 Qmax 가 도 1 내지 도 6 에 도시된 실시형태의 식 (3) 에 따라 얻어졌지만, 허용최대연료분사량 Qmax 는 도 9 에 도시된 맵의 실선에 의하여 표시되는 값들을 참조함으로써도 얻어질 수 있다. 이 맵은 엔진속력 NE 의 변화에 대한 허용최대연료분사량 Qmax 의 변화를 나타낸 것이다. 식 3 에 기초하여 얻어진 허용최대연료분사량 Qmax 는 도 9 의 맵의 2점쇄선에 표시된 대로 변화한다. 엔진속력이 매우 높거나 매우 낮은 때에는, 실선에 의하여 표시되는 허용최대연료분사량 Qmax 는 2점쇄선에 의하여 표시되는 허용최대연료분사량 Qmax 의 밑으로 떨어지며, 중간의 엔진속력에서는 실선에 의하여 표시되는 허용최대연료분사량 Qmax 이 2점쇄선에 의하여 표시되는 허용최대연료분사량 Qmax 을 초과한다.
혼합기의 공연비가 화학양론적 공연비보다 클 때조차도, 실화가 발생하지 않는 엔진속력 NE 의 범위가 있다. 엔진 11 의 저속영역 및 고속영역에서는 실화가 잘 발생하지 않는다. 그러므로, 허용최대연료분사량 Qmax 는 실선에 의하여 표시된 대로 정해진다. 도 9 의 맵에 따라 허용최대연료분사량 Qmax 를 정하는 것은, 실화가 발생하지 않을 상태에서의 불필요한 연료삭감의 실행을 방지하고, 실화가 발생하는 상태에서의 연료삭감을 가능하게 한다. 이것은 보다 적절한 연료삭감의 수행을 보장한다. 이것은 엔진 (11) 의 작동수행이 불필요하게 저하되는 것을 방지한다.
도 1 내지 도 6 의 실시형태는 도 7 및 도 8 의 실시형태와 결합되어 연료삭감 및 흡기공기량의 제한을 수행한다. 이 경우에, 연료삭감이 수행되는 엔진 (11) 의 작동 범위는, 흡기공기량이 제한되는 엔진 (11) 의 작동 범위와 구분될 수 있다.

Claims (15)

  1. 연소실 (16) 내로 연료를 직접 분사하는 연료분사밸브 (40) 와,
    제 1 공급유니트 및 미리 정해진 압력 하에서 상기 제 1 공급유니트로부터 공급된 연료를 더 가압하고 연료를 연료분사밸브 (40) 로 공급하는 제 2 공급유니트를 포함하는, 연료를 상기 연료분사밸브 (40) 로 공급하는 연료공급장치와,
    상기 제 2 공급유니트 (47) 에서 이상이 발생한 때, 상기 연료공급장치를 제어하고 상기 연료분사밸브 (40) 가 상기 제 1 공급유니트 (46) 에 의하여 가압된 연료로 연료분사를 수행하게 하기 위하여 상기 제 2 공급유니트 (47) 를 정지시키는 제어수단 (92) 을 구비하고,
    상기 제어수단 (92) 은, 상기 제 2 공급유니트 (47) 의 구동이 정지하였을 때, 실화를 유발하지 않는 혼합기만이 상기 연소실 (16) 내에 형성되게 하기 위하여 상기 연료분사밸브 (40) 의 구동 또는 연소실 (16) 내로 흡입되는 공기량을 제한하는 것을 특징으로 하는, 연소실 (16) 내에서 공기 및 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 동력을 얻는 엔진의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어수단 (92) 이 엔진의 운전상태에 기초하여 연료분사밸브 (40) 로부터 분사되는 연료의 양 (Q) 을 계산하고, 상기 제어수단 (92) 이 계산된 연료분사량 (Q) 이 미리 정해진 허용값 (Qmax) 보다 큰 때에는 연료분사밸브 (40) 의 연료분사를 방지하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어수단 (92) 이 엔진의 운전상태에 기초하여 연료분사밸브 (40) 으로부터 분사되는 연료의 양 (Q) 을 계산하고, 상기 제어수단 (92) 이 연소실 (16) 으로 보내지는 공기량을 제한하여 계산된 연료분사량 (Q) 이 미리 정해진 허용값 (Qmax) 를 초과하지 않게 하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 연소실 (16) 로 공기를 공급하는 흡기통로 (32) 는 상기 연소실 (16) 에 연결되고, 상기 흡기통로 (32) 의 개방량을 통제하는 쓰로틀밸브 (23) 가 상기 흡기통로 (32) 내에 위치되며, 상기 제어수단 (92) 이 쓰로틀밸브 (23) 의 개방정도를 미리 정해진 상한값 또는 그 이하로 제한하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 미리 정해진 상한값 (G) 은 엔진속력 (NE) 를 포함하는 엔진의 운전상태에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 미리 정해진 상한값 (G) 이 엔진속력 (NE) 의 증가에 따라서 감소하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 엔진의 작동싸이클에서 연료가 상기 연소실 (16) 내로 분사될 수 있는 기간이 분사가능기간으로 미리 정해지고, 허용값 (Qmax) 은 분사가능기간 내에 제 1 공급유니트 (46) 로부터 공급된 연료의 압력에 따라 연료분사밸브로부터 분사가 허용되는 연료분사량의 최대값인 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 미리 정해진 허용값 (Qmax) 은 엔진속력 (NE) 를 포함하는 엔진의 운전상태에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 미리 정해진 허용값 (Qmax) 은 엔진속력 (NE) 의 증가에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  10. 제 2 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 엔진이, 상기 연소실 (16) 내에 고르지 않게 분포된 혼합기를 연소시키는 성층연소와, 상기 연소실 (16) 내에 고르게 분포된 혼합기를 연소시키는 균질연소를 포함하는 다수의 연소모드 중에서 선택된 연소모드를 수행하고, 상기 균질연소는 상기 제 2 공급유니트 (47) 가 정지한 때에 연소모드로서 선택되는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 성층연소는 연료분사밸브 (40) 가 엔진의 압축행정 동안에 연료를 분사하는 것으로서 수행되고, 상기 균질연소는 연료분사밸브 (40) 가 엔진의 흡기행정 동안에 연료를 분사하는 것으로서 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 성층연소가 수행될 때, 상기 제어수단 (92) 이 엔진속력 (NE) 및 연소실 (16) 로 흡입되는 공기의 압력 (PM) 에 기초하여 연료분사량 (Q) 을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
  13. 미리 정해진 압력 하에서 제 1 공급유니트 (46) 로부터 공급된 연료를 더 가압하고 이 연료를 연료분사밸브 (40) 로 공급하는 제 2 공급유니트 (47) 및 제 1 공급유니트 (46) 를 포함하는 연료공급장치로부터 연료분사밸브 (40) 까지 연료를 공급하는 단계와,
    가압된 연료를 상기 연료분사밸브 (40) 로부터 연소실 (16) 로 직접 분사하는 단계와,
    상기 제 2 공급유니트 (47) 에 이상이 발생한 때, 연료분사밸브 (40) 가 제 1 공급유니트 (46) 로부터 송출되는 연료의 압력으로 연료분사를 수행하도록 제 2 공급유니트 (47) 를 정지시키는 단계와,
    상기 제 2 공급유니트의 구동이 정지된 때, 실화를 유발하지 않는 혼합기만을 연소실 (16) 내에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소실 (16) 내에서 공기 및 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 동력을 얻는 엔진의 제어방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 엔진의 운전상태에 기초하여 상기 연료분사밸브 (40) 로부터 분사되는 연료의 양 (Q) 을 계산하는 단계와,
    상기 제 2 공급유니트 (47) 가 정지된 상태에서, 계산된 연료분사량 (Q) 이 미리 정해진 허용값 (Qmax) 보다 클 때에, 연료분사밸브 (40) 의 연료분사를 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 엔진의 운전상태에 기초하여 상기 연료분사밸브 (40) 로부터 분사되는 연료의 양 (Q) 을 계산하는 단계와,
    상기 제 2 공급유니트 (47) 이 정지된 때에는, 계산된 연료분사량 (Q) 이 미리 정해진 허용값 (Qmax) 을 초과하지 않도록, 연소실 (16) 내로 보내지는 공기량을 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어방법.
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