KR100406897B1

KR100406897B1 - 다기통엔진의제어장치

Info

Publication number: KR100406897B1
Application number: KR1019960033007A
Authority: KR
Inventors: 고오사꾸 시마다; 다께시 아따고; 요시유끼 요시다
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2004-04-28
Also published as: EP0758049A2; US5687699A; EP0758049A3; JPH0949451A; KR970011342A

Abstract

다기통 엔진에 있어서, 엔진기통수보다 적은 수, 예를들어 한 개의 A/F센서의 신호에 의거하여 각 기통에 공급하는 연료분사량을 개개로 보정하고, 기통마다의 공연비를 대략 일정하게 소정의 공연비로 피이드백 제어하도록 하여 고정밀도의 공연비제어를 가능하게 하고, 엔진의 공연비를 정밀도 좋게 이론공연비로 유지하고, 배기가스중의 HC, CO 및 NO_x의 농도를 저감한다.

Description

다기통 엔진의 제어장치{Controller for multicylinder engine}

본 발명은 다기통 엔진의 제어장치에 관한 것으로, 특히 각 기통마다 연료의 공급량을 제어할 수 있는 다기통 엔진의 제어장치에 관한 것이다.

자동차 엔진은 배기관에 설치한 공연비 센서를 사용하여 공연비 피이드백 제어를 행함으로써, 엄격한 배기가스 규제를 극복하며, 더욱 양호한 연비성능을 가지도록 하고 있다.

종래의 다기통 엔진의 엔진 제어장치에서는, 예를들어 일본국 특공 평5-69971호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 배기관에 설치한 1개의 공연비 센서의 검출신호에 의거하여, 각각의 기통으로의 연료공급량을 일률적으로 제어하는 공연비 제어가 행해졌었다. 또 각 기통에 연료를 공급하는 연료분사밸브가 사용에 따른 열화의 보상을 행하는 경우에도, 각 기통마다의 연료분사밸브의 사용에 따른 열화에 착안하지 않고, 전 기통에 일괄하여 일률적으로 보정을 행하도록 되어 있었다. 즉, 종래의 다기통 엔진의 제어장치는, 전 기통에 대하여 평균적인 공연비에 의해 공연비제어가 행해지는 것으로, 각 기통에 대하여 적합한 공연비로 공연비제어를 행하는 것은 아니었기 때문에, 공연비제어를 고정밀도로 행할 수 없었다.

즉, 종래의 공연비 제어에서는, 다기통 엔진의 전 기통의 평균공연비를 목표 공연비로 하도록 공연비 피이드백 제어를 하는 것은 가능하지만, 각 기통의 연료분사밸브의 분사특성이나 각 기통에 배분되는 흡입공기량의 상위 등에 기인하는 각 기통 공연비의 상기 평균적 공연비로부터의 불균일을 보정하여 공연비 피이드백을 행하는 것은 아니었다.

따라서, 종래의 공연비 제어에서는 평균공연비가 목표공연비에 일치하더라도, 어느 한 기통에서는 공연비가 목표공연비보다 리치(rich; 혼합기가 농후한 상태, 따라서 실제공연비는 이론공연비보다 낮은 상태를 뜻함)로 되고, 또 어느 한 기통에서는 리인(lean; 혼합기가 희박한 상태, 따라서 실제공연비는 이론공연비보다 높은 상태를 뜻함)으로 되어, 이들 기통에서는 목표공연비에서 벗어난 공연비로 연소하기 때문에 배기가스 중의 HC, CO, NO_x농도가 크게 변화하여 소망하는 CO농도로 제어할 수 없다. 예를들어, 어느 한 기통의 공연비가 리치로 되면, 배기가스 중의 CO농도가 증대하여 배기관중에 설치한 촉매의 HC와 CO의 정화율이 저하되어, 촉매통과 후의 배기가스 중의 HC와 CO의 농도가 높아져 버린다. 반대로, 어느 한 기통의 공연비가 리인으로 되면, 촉매에서의 NO_x의 정화율이 떨어지기 때문에 촉매 통과후의 NO_x농도가 높아져 어느 경우에 있어서도 배기가스의 악화를 수반하게 된다.

본 발명의 목적은 기통수보다 적은 개수의 공연비센서를 가지고, 다기통 엔진의 각 기통마다 공연비의 제어가 가능한 엔진 제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명을 적용하는 엔진시스템의 일례를 나타낸 개략 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치를 적용하는 엔진 콘트롤 시스템을 나타낸 블록도,

도 3은 엔진의 공연비에 대한 배기가스 성분의 농도관계를 나타낸 특성도,

도 4는 엔진의 공연비에 대한 촉매 정화율의 관계를 나타낸 특성도,

도 5는 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치를 나타낸 제어블록도,

도 6은 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치에 의한 제어동작을 나타낸 타이밍챠트,

도 7은 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치의 동작을 나타낸 플로우챠트,

도 8은 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치의 동작을 나타낸 플로우챠트,

도 9는 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치의 동작을 나타낸 플로우챠트,

도 10은 연료분사밸브의 특성을 나타낸 도,

도 11은 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치에서 사용하는 보정학습 테이블의 일례를 나타낸 설명도,

도 12는 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치에서 사용하는 보정학습 테이블의 일례를 나타낸 설명도,

도 13은 본 발명의 일 실시예인 엔진 제어장치의 동작을 나타낸 타이밍 챠트,

도 14는 본 발명의 변형 실시형태에 사용되는 리니어(linear) 측정식 A/F센서를 사용한 경우의 엔진 제어장치에 의한 제어동작을 나타낸 타이밍 챠트.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A, B: 냉매가열식의 가스냉난방장치(냉매가열식 난방장치)

1: 에어클리너 2: 입구부

3: 공기유량계 4: 공기관로

5: 드로틀밸브 보디 6: 콜렉터

7: 엔진 8: 흡기관

9: 연료탱크 10: 연료펌프

11: 연료댐퍼 12: 연료필터

13: 연료분사밸브 14: 연료압 레귤레이터

15: 콘트롤유닛 16: 디스트리뷰터

17: 점화코일 18: 드로틀센서

20: 공연비(A/F)센서 21: 배기관

22: 수온센서 23: 점화플러그

25: 촉매(3원촉매)

이상의 목적을 달성하기 위하여, 다기통 엔진의 복수의 기통마다 개별로 연료를 공급하는 연료공급수단과, 각 기통으로부터의 배기관의 매니폴드 하류측에서 공연비를 검출하는 공연비 센서수단을 구비하고, 상기 센서수단의 출력에 따라 연료공급수단의 연료공급량을 제어함으로써, 공연비 피이드백 제어가 얻어지도록 한엔진 제어장치에 있어서, 상기 복수의 기통중 하나를 기준기통으로 하고, 상기 기준기통에 대한 연료공급수단의 연료공급 특성과, 상기 기준기통 이외의 기통에 대한 연료공급수단의 연료공급특성과의 차이를 각각 검출하고, 검출된 차이를 각각의 기통의 보정치로서 설정하는 처리수단과, 보정치에 의해 기준 기통 이외의 연료공급수단의 연료공급특성을 보정하는 제어수단을 설치하고, 각 기통의 공연비가 평균공연비와 같게 제어되도록 한 다기통 엔진의 엔진 제어장치가 제공된다.

상기 구성에 있어서, 처리수단이 기준기통의 연료공급수단의 연료공급 특성과, 기준기통 이외의 기통의 연료공급수단의 연료공급 특성의 차이를 보정하는데 필요한 보정데이터를 구하고, 제어수단이 기준기통 이외의 기통으로의 연료 공급량을 보정하므로 기통간의 공연비 불균일을 없앨 수 있고, 따라서 평균공연비를 목표공연비, 즉 이론공연비에 수렴시키도록 공연비 피이드백 제어를 하면, 모든 기통에서 이론공연비의 연소가 얻어진다. 결과로서 공연비 피이드백 제어를 고정밀도로 행할 수 있고, 따라서 다기통 엔진은 배기가스 중의 HC, CO 및 NO_x의 농도를 충분히 억제할 수 있게 된다.

본 발명을 첨부도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명한다.

이하, 본 발명에 의한 엔진 제어장치에 대하여, 도시한 실시예에 의하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용된 엔진시스템의 일례를 나타낸 것으로, 도면에 있어서 엔진(7)은 n개(n:2이상의 정수)의 실린더(기통)를 가지는 다기통 엔진이고, 이 엔진(7)이 흡입하는 공기(흡기)는 에어클리너(1)의 입구부(2)로부터 들어와, 공기유량계(3), 공기관로(4), 흡기유량을 제어하는 드로틀밸브가 수용된 드로틀밸브 보디(5)를 통과하고 콜렉터(6)에 들어간다. 그리고, 흡기는 이 콜렉더(6)에서 엔진(7)의 각 실린더에 접속된 각 흡기관(8)에 분배되고, 각 실린더내(71)로 도입된다.

한편, 가솔린 등의 연료는, 연료탱크(9)로부터 연료펌프(10)에 의해 흡인, 가압된 다음에, 연료댐퍼(11), 연료필터(12), 연료분사밸브(인젝터)(13), 여기에 연료압 레귤레이터(14)가 배관된 연료계에 공급된다. 그리고 연료는 연료압 레귤레이터(14)에 의해 일정한 압력으로 압력조절되고, 각각의 실린더의 흡기관(8)에 설치되어 있는 연료분사밸브(13)로부터 흡기관(8)속으로 분사된다. 따라서, 연료분사밸브(13)는 n개 설치되어 있다. 여기서, 이들 연료분사밸브(13)는 각 실린더 내에 연료를 직접 분사하는 통내 분사 타입이어도 된다.

이 때, 공기유량계(3)로부터는 흡기유량을 나타내는 신호가 출력되고, 콘트롤 유닛(15)에 입력된다.

또, 상기 드로틀밸브 보디(5)에는 드로틀밸브의 개방도를 검출하는 드로틀센서(18)가 설치되어 있고, 그 출력도 콘트롤유닛(15)에 입력되도록 되어 있다.

다음에, 16은 디스트리뷰터로 크랭크각 센서가 내장되어 있으며, 크랭크축의 회전위치를 나타내는 기준각신호(REF)와, 크랭크축의 회전속도(회전수)검출용의 각도신호(POS)가 콘트롤유닛(15)에 입력되도록 되어 있다.

배기관(21)에는 공연비(A/F)센서(20)가 설치되어 있고, 이 출력신호도 콘트롤 유닛(15)에 입력되도록 되어 있다. 여기서, 이 공연비센서(20)는 엔진의 실운전 공연비를 검출하기 위한 것으로, 공연비가 높은 경우에서부터 낮은 경우까지의 광역의 공연비를 검출하는 타입이어도 좋고, 소정의 공연비에 대하여 그것보다 높은 상태인지, 낮은 상태인지를 검출하는 타입이어도 좋다.

엔진(7)에는 또한 수온센서(22)와 점화플러그(23)가 설치되어 있고, 배기관(21)에는 촉매(3원촉매)(25)가 설치되어 있다.

콘트롤유닛(15)의 주요부는 도 2에 나타낸 바와 같이, MPU, ROM과 A/D변환기, 엔진의 운전상태를 검출하는 각종 센서 등으로부터의 신호를 입력으로서 받아들여 소정의 연산처리를 실행하고, 이 연산결과로서 산정된 각종 제어신호를 출력하고, 상기한 연료분사밸브(13)나 점화코일(17)에 소정의 제어신호를 공급하여, 연료 공급량 제어와 점화시기 제어를 실행하도록 되어 있다.

이와 같은 엔진제어 시스템에 있어서, 공연비를 이론공연비(A/F=14.7)부근에서 변화시킨 경우의 공연비와 배기가스중 유해성분의 관계를 도 3에 나타내고, 마찬가지로 공연비와 3원촉매에서의 정화율 관계를 도 4에 나타낸다.

먼저 이론공연비 부근에서의 배기가스의 상태는, 도 3에 나타낸 바와 같이 HC(탄화수소), NO_x(질소산화물)의 농도에 대해서는 공연비가 리치(짙음)측으로 어긋나거나 리인(옅음)측으로 어긋나도 큰 변화는 없으나, CO(일산화탄소)의 농도는 리치측으로 어긋나면 급격하게 농후해진다.

또한, 도 4로부터 명백한 바와 같이 공연비가 이론공연비보다 리치측으로 어긋나면 촉매의 CO, HC의 정화율이 급격히 떨어지고, 반대로 이론공연비보다 리인측으로 어긋나면 급격하게 촉매의 NO_x의 정화율이 저하된다.

이들 도 3, 도 4의 특성으로부터 이해되는 바와 같이, 촉매(25)보다 나중에 배출되는 유해성분을 낮게 억제하기 위해서는, 엔진의 운전공연비를 이론공연비를 중심으로 한 좁은 영역중에 제어하는 것이 필요하다. 이를 위해 콘트롤유닛(15)은 공연비센서(20)로부터의 출력신호에 의해, 공연비 피이드백 제어를 행하고 연료분사 밸브(13)에 공급해야할 분사시간을 결정하고, 이것에 의해 엔진의 공연비가 목표공연비, 예를들어 이론공연비에 수렴하도록 제어한다.

그러나, 이 상태에서는 다기통 엔진의 경우, 모든 기통에서 평균된 공연비를 이론공연비로 제어하고 있는데도 불과하고, 이것만으로는 각 연료분사밸브의 분사특성의 불균일이나, 각 기통으로의 흡기배분의 불균일 등에 의해 공연비가 리치로 되어 있는 기통과, 리인으로 되어 있는 기통이 존재하고, 촉매의 정화율 특성이 직선적이지 않기 때문에 배출가스는 낮은 정화율에 의해 더욱 크게 영향을 받아 HC, CO, NO_x모두 농도가 증가된다.

따라서, 촉매(25)보다 나중에 배출되는 유해성분을 낮게 억제하기 위해서는, 모든 기통간의 공연비의 불균일을 없애고, 또 평균적 공연비를 도 3에 나타낸 이론 공연비를 중심으로 한 좁은 영역중에 수납하도록 제어할 필요가 있다.

그래서 본 실시예에서는 콘트롤유닛(15)에 의해, 도 5에 나타낸 제어가 실행되도록 구성되어 있다.

먼저, 엔진의 흡입공기량(Qa)에 계수(K)를 곱하고, 무효분사시간(Ts)을 더하면, 각 기통의 연료분사밸브(INJ)에 대한 연료분사 펄스폭(Ti')이 구해진다.

그래서, 각 연료분사 펄스폭(Ti')을 연료분사밸브 INJ #1(504)∼INJ#n(506)에 입력하고, 엔진(507)에 연료를 공급한다.

그리고, 이 때의 공연비를 A/F센서(508)에 의해 검출하고, A/F피이드백 제어 수단(510)으로 제어량(α)을 구하고, 이 α를 연료분사 펄스폭(Ti')에 곱하여 연료분사 펄스폭(Ti)으로 함으로써, 공연비 피이드백 루프가 형성된다.

이 때, 제어량(α)은 실공연비가 이론공연비보다 높을 때는, 제어량(α)이 큰 값으로 되어 연료분사량을 많게 하도록 작용하고, 반대로 실공연비가 이론공연비보다 낮을 때는, 제어량(α)이 작은 값으로 되어 연료분사량을 적게 하도록 작용한다.

그런데, 종래기술에서는 이 연료분사 펄스폭(Ti)을 그대로 모든 연료분사밸브 INJ#1(504)∼INJ#n(506)에 입력하고, 엔진(507)에 연료를 공급하도록 하고 있는데, 본 실시예에서는 기통별 보정량 산출수단(509)과 기통별 보정량 기억수단(511), 그것에 기통별 보정량(502, 503)이 마련되어 있어, 이 점에서 종래의 시스템과는 다르게 되어 있다.

그리고, 이 결과 본 실시예에서는 제 1번의 연료분사밸브 INJ#1(504)를 제외한, 나머지 n-1개 모든 연료분사밸브에 대해서는 그것들에게 공급되는 연료분사 펄스폭(Ti)이 기통별 보정계수(502₁‥‥502_n)에 의해 각각 보정되도록 되어 있다.

그리고 이들 보정계수(502₁‥‥502_n)는 기통별 보정량 산출수단(509)에 의해 산출되고, 기통별 조정량 기억수단(511)에 학습치로서 기억된다.

다음에 이 기통별 보정량 산출수단(509)에 의한 각 보정계수(502₁‥‥502_n)의 산출처리 동작을 도 6에 나타낸 타이밍 챠트에 의해 설명한다.

이 타이밍챠트는 1개의 A/F센서(508)로서 3개의 기통의 공연비 피이드백 제어를 행하고 있는 예이다. 예를들어 직렬 3기통 엔진 혹은 V형 6기통의 한쪽의 뱅크 기통의 공연비 피이드백 제어 등이다. A/F센서(508)는 공연비가 이론공연비보다 높은지 낮은지를 판정하는 것이고, 즉 공연비가 이론공연비보다 높으면 기준전압 이상의 전압을 출력하고, 역으로 낮으면 기준전압 이하의 전압을 출력한다.

먼저, 시각 A까지는, 엔진은 이론공연비로 작동하고 있는 것으로 한다. 이 상태에서 엔진의 기통 공연비는 각각 이론공연비가 아니고 다르게 되어 있으나, 공연비 피이드백 제어에 의해 전체 기통의 평균으로 이론공연비가 되도록 제어되고 있다. 즉, A/F센서(508)가 이론공연비보다 낮은 공연비를 검출하면, 공연비 피이드백 제어수단(510)이 공연비를 높게(연료를 엷게 한다)하도록 제어량(α)을 작게하고, 역으로 A/F센서(508)가 이론공연비보다 높은 공연비를 검출하면 공연비 피이드백 제어수단(510)이 공연비를 낮게(연료를 짙게한다)하도록 제어량(α)을 크게 하는 공연비 피이드백 제어가 행해지고, 이것에 의해 피이드백 제어량(α)은 평균적으로 α1이 된다.

이 상태에서, 각각의 기통 공연비는 이론공연비로 되어 있지 않고, 각각 다르게 되어 있는데, 예를들어 #2기통에서는 #1기통보다 공연비가 낮고(연료가 짙고), 따라서 연료분사밸브 INJ#2의 연료증량 지수(#2기통의 연료분사량/#1기통의 연료분사량 x 100)가, X₁으로 되어 있다. 또 #3기통에서는 #1기통보다 공연비가 높고(연료가 엷고), 연료분사밸브 INJ#3의 연료증량 지수는 X₂로 되어 있다.

시각 A에서 #2기통의 연료분사밸브 INJ#2의 연료분사량을 스텝상에 소정량, 예를들어 5%만 증량시켜, #2기통의 공연비를 낮게 한다. 이것에 의해 A/F센서(508)는 이론공연비보다 낮은 공연비를 검출하므로, 공연비 피이드백 제어수단(510)은 공연비를 높히도록(연료를 엷게) 제어량(α)을 낮추어 α2로 한다.

스텝 변화에 의해 제어량(α)은, α1로 안정될 때 까지 소정기간(Tset)이 필요하다.

소정시간 후, 안정되게 얻어지는 제어량(α1)을 기억하여 보정량 산출에 사용한다.

또한 시각 B에서 #3기통의 연료분사밸브 INJ#3의 연료분사량을 단계적으로 동일하게 소정량 5% 상승시키면, 마찬가지로 하여 제어량(α)이 α3으로 낮아지고, 소정시간(Tset)경과 후, 안정되게 얻어진 제어량(α3)을 보정량 산출용으로서 기억한다.

다음에 본 실시예에서는 이들 α1, α2, α3의 기억치를 근거로, 이들로부터 미지수인 INJ증량 지수(X1, X2)를 이하와 같이 하여 산출한다.

또, 이하의 설명에서 1.05라고 하는 계수가 나타나게 되나, 이것은 도 6의설명에서 시각 A, 시각 B에서의 소정량 증량의 비율을 5%로 한 경우의 것이다. 따라서, 다른 %치를 사용한 경우에는, 그것에 따라 상기 계수도 변화한다. 물론, 이 증량비율은 다른 수치이어도 좋고, 증량비율이 아닌 감량비율이 되도록 하여도 좋음은 물론이다.

먼저, 도 6에 있어서 피이드백 제어량이 α1이거나, α2이어도 어쨌든 평형적인 상태에서는 전체적으로 공연비는 같게 되어 있기 때문에, 연료분사량의 총량은 동등할 터이고, 따라서 수학식 1이 성립된다.

[수학식 1]

이 수학식 1의 좌변은 피이드백 제어량(α1)에 의해 평형되어 있을 때의 3기통분의 연료분사량이고, 우변은 α2에 의해 평형되어 있을 때의 3기통분의 연료분사량이다.

마찬가지로 제어량(α2)에 의해 평형되어 있는 상태와, 제어량(α3)에 의해 평형되어 있는 상태에서는, 다음 수학식 2가 성립한다.

[수학식 2]

이들 수학식 1과 수학식 2를, 각각 X1, X2에 대하여 정리한 것이 수학식 3, 수학식 4이고, 또 이들 수학식 3, 수학식 4를 행렬식으로 하여 나타낸 것이 수학식 5이다.

[수학식 3]

[수학식 4]

[수학식 5]

여기서 수학식 5를 변형하여 수학식 6으로 하고, 여기서 각각의 행렬을 b, A, x로하여 수학식 7과 같이 표시하고, 이 때 A를 수학식 8과 같이 놓는다.

[수학식 6]

[수학식 7]

[수학식 8]

다음에, 이와 같이 수학식 6, 혹은 수학식 7의 형태로 표시된 행렬식으로부터, 미지수 X1, X2, 즉 열(列)백터 X를 구하기 위해서는, 수학식 19→수학식 20→수학식21과 같이 식을 변형하여 행하면 된다.

[수학식 19]

[수학식 20]

[수학식 21]

단, 상기의 변형예는 행렬 A의 역행렬 A^-1을 미리 구하여 놓을 필요가 있으므로, 이점에 대하여 이하에 설명한다.

행렬 A가 수학식 6으로 표시되는 바와 같은 2×2의 행렬인 경우, A외 역행렬은 수학식 22에 나타낸 바와 같이, A의 행렬식과 나머지 인자행렬로부터 구해진다.

[수학식 22]

여기서, 행렬 A를 수학식 8로 놓은 경우, 수학식 22의 역행렬은 수학식 23의 역 행렬이 된다.

[수학식 23]

그리고, 이 수학식 23의 역행렬을 수학식 21에 대입한 것이 수학식 24의 행릴이고,

이 행렬 수학식 24로부터 미지수(X₁, X₂)를 구하고, 피이드백 제어량(α)으로 표시한 최종형이 수학식 25, 수학식 26이다.

[수학식 24]

[수학식 25]

[수학식 26]

이상, 수학식 1, 수학식 3으로부터 수학식 25, 수학식 26을 구하는 과정에 대하여 설명하였는데, 실제의 엔진 제어장치에서는 미리 역행렬을 테이블에서 계산하여 구한 수학식 25는 수학식 26의 형태를 마이크로컴퓨터에 프로그램하여 두면, 관측한 피이드백 제어량(α)을 근거로 하여 간단하게 X₁, X₂를 계산할 수 있다.

그러나, 이상은 3기통에 대하여 A/F센서 1개인 경우를 예로 든 계산에 대하여 설명하였으나, 4기통에 대하여 A/F센서 1개인 경우에도 원리는 같고, 따라서 마찬가지로 하여 계산할 수 있다.

즉, 이 경우에는 관측해야 할 피이드백 제어치(α)가 1개 많아지고 미지수(X)도 1개 많아지므로, 행렬식의 차수(次數)가 하나 증가하게 되고, 이 결과 수학식 9, 수학식 11, 수학식 13이 수학식 1, 수학식 3에 대응하고, 수학식 10, 수학식 12, 수학식 14가 X₁, X₂, X₃에 대하여 정리한 형으로 된다.

[수학식 9]

[수학식 10]

[수학식 11]

[수학식 12]

[수학식 13]

[수학식 14]

그리고 수학식 10, 수학식 12, 수학식 14를 행렬식으로 한 것이 수학식 15이고, 이것을 변형하면 수학식 16으로 된다.

[수학식 15]

[수학식 16]

이 수학식 16도 수학식 6과 마찬가지로, 수학식 17, 수학식 18의 형태로 표시할 수 있으므로, 이하 X1, X2, X3를 구하는 계산은 상기의 3기통으로 공연비센서 1개인 예의 경우와 같다.

[수학식 17]

[수학식 18]

다음에, 도 6의 타이밍챠트로 나타낸 각 기통마다의 연료의 단계적 증량처리와, 공연비 피이드백 안정후의 α값의 수납처리와, 보정율(X)의 산출처리를 행하는소프트웨어에 대하여, 도 7 내지 도 9의 플로우챠트로 설명한다.

또한, 이들 도 7 내지 도 9의 플로우챠트에서는, 기통이 n개이고 공연비센서 1개로 일반화한 예로 나타내고 있고, 공연비센서로서는 O₂센서를 사용하고 있는 것으로 한다.

이 스텝 701은 콘트롤유닛(15)내의 마이크로컴퓨터의 프로그램에 의해 일정시간(예를들어 10ms)마다의 인터럽트 처리로서 실행되는 것으로, 먼저 스텝 702에서는 엔진회전수(Ne)가 전회 연산시에 비하여 소정의 범위에 들어가 있는지의 여부를 판정한다.

이어서, 스텝 703에서 연료분사시간(Ti)이 전회 연산시와 비교하여 소정의 범위로 들어가 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 스텝 702 및 스텝 703은, 엔진이 정상 상태의 운전인지의 여부를 확인하는 것이다.

그리고, 회전수(Ne), 연료분사시간(Ti)모두 전회 처리시에 가까운 값이면, 스텝 704에서 학습허가 플래그를 1로 셋트하고, 그렇지 않으면 스텝 705에서 학습허가플래그를 0으로 하고 학습은 행하지 않도록 한다.

다음에, 스텝 706에서는 학습허가 플래그가 1인지 0인지를 판정한다.

그리고, 먼저 이 때 플래그가 0, 즉 학습비허가이면 스텝 713에서 카운터(T_cnt)를 0으로 한다. 이 카운터(T_cnt)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 기통의 연료분사량을 단계적으로 중량하고나서의 경과시간을 카운트하는 것이다. 이 경과 시간은 엔진의 회전수, 이그니션의 회수를 카운트하여도 좋다.

다음에 스텝 714로 진행하고, #2기통으로부터 # n-1기통까지의 학습플래그(Learn flag)를 모두 0으로 한다.

다른 한편, 스텝 706에서 플래그(1), 즉 학습허가라고 판정되었을 때는 스텝 707에서 스텝 711로 진행하고, 어느 기통까지 학습이 진행되었는지 판정하면서 스텝708,710,712에서 이 때의 학습대상이 되는 기통을 특정한다.

다음에, 스텝 715에서 카운터(Tcnt)가 0이라고 판정되었을 때는 스텝 716으로 진행하고, 대상기통의 연료분사밸브에 의한 연료분사량을 단계적으로 증량시킨다. 다음 스텝 717에서는 카운터(Tcnt)를 업카운트한다.

다음에, 스텝 718에서는 연료분사량의 단계적 증량으로부터 소정시간(Tset)이상 경과하였는지를 판정하고, 이어서 스텝 719에서는 전회 처리 후,O₂센서(A/F센서) 신호의 리치, 리인이 반전하였는지의 여부를 판정한다. 그리고, 신호가 반전하였을 때는 기억되어 있는 4개의 α값을 시프트시키고, 스텝 721에서 O₂센서신호의 반전 회수 O₂cnt를 증가한다.

스텝 722에서는 O₂센서 신호 반전회수 O_2cnt가 4회 이상인지의 여부를 판정하고, 4회 이상이면 스텝 723,724,725의 처리를 행한다.

먼저, 스텝 723에서는 4개의 α평균을 취하고, 다음에 스텝 724에서는 카운터(T_cnt)를 초기화 하고, 다시 스텝 725에서는 학습대상 기통의 학습종료를 의미하는 학습플래그를 1로 하는 것이다.

다음에, 판정 726에서는 학습대상 전체 기통의 학습플래그가 1이면 학습종료로 간주하고, 스텝 727,728의 처리를 행한다. 즉, 먼저 스텝 727에서는 수학식 25에 의해 보정율(X)을 계산하고, 이어서 스텝 728에서는 이 계산한 X를 기억하는 것이다.

마지막으로 스텝 729에서는 이와 같이 하여 계산하고, 기억한 보정율(X)을 호출하고, 각 기통의 연료분사량의 보정을 행한다.

다음에, 각 기통의 연료분사밸브의 보정량(X) 기억처리에 대하여 설명한다.

연료분사밸브의 분사시간과 분사량의 관계는, 도 10에 나타낸 바와 같고 각각의 연료분사밸브 사이에서 불균일이 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는, 기준이 되는 연료분사밸브를 정하고, 그것과의 차이를 보정량으로서 기억하도록 하고, 이 때의 기억처리로서는 도 11에 나타낸 처리방식과, 도 12의 처리방식중의 어느 하나를 사용하도록 되어 있다.

먼저, 도 11의 처리방식은 기준이 되는 연료분사밸브의 분사시간마다 보정율(X)을 테이블로서 기억하는 방식이고, 따라서 n기통에 1개의 공연비센서를 사용하도록 한 시스템에서는 n-1개의 테이블을 가지게 된다.

다음에, 도 12의 처리방식은 보정율(X)을 기준이 되는 연료분사밸브의 분사시간과 엔진 회전수의 맵으로서 기억하는 방식이고, 따라서 n기통에 1개의 공연비 센서를 사용하도록 한 시스템애서는 n-1개의 맵을 가지게 된다.

다음에, 본 실시예에 의한 처리를 행한 경우의 각 기통에서의 공연비 추이에 대하여 도 13에 의해 설명한다.

맨 처음에, 시각 A이전에는 전 기통평균에서는 목표로 하는 이론공연비로 되어 있으나, 각 기통의 공연비는 이론공연비로는 되어 있지 않아 불균일하다.

그러나, 시각 A로 되면 먼저 #2기통의 연료분사량을 소정량 증량하여 보정율(X₂)을 학습하는 처리가 행해지고, 이어서 시각 B부터는 #3기통의 연료분사량을 소정량 증량하여 보정율(X3)을 학습하는 처리가 실행된다.

그리고, 이들 학습종료 후, 시각 C부터는 #2기통과 #3기통 모두 각각 보정율(X₂, X₃)에 의한 연료분사량의 보정이 가해지므로, #1기통과의 공연비 차이는 없어지고, 모든 기통의 공연비가 이론공연비에 수렴되어 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 실시예에 의하면 공연비 피이드백 제어에 의해 전 기통의 평균공연비가 이론공연비로 되도록 하는 것만으로 각 기통의 공연비도 각각 이론공연비에 수렴되므로, 고정밀도의 공연비 제어가 얻어지고, 이 결과 항상 확실하게 이론공연비에서의 운전이 가능해져, 배기가스 중의 유해성분인 HC, CO, NO_x의 농도를 충분히 저감시킬 수 있다.

본 발명을 실시예의 형태로 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예의 형태에 한정되지 않고, 청구범위에서 언급되는 범위이내에서 여러 가지 변경가능하다.

예를들어, 상기 실시에에서는 A/F센서(508)는 이론공연비를 경계로 공연비가 높은지 낮은지를 계측하는, 즉 배기가스 중의 산소 농도가 소정치보다 짙은지 옅은지를 계측하는 것이었으나, 공연비를 리니어로 측정하는, 즉 배기가스 중의 산소농도를 리니어로 측정하는 것이이도 좋고, 이 경우 도 6에 도시한 공연비 피이드백 제어의 제어량(α)은 도 14와 같이 되고, 또 도 7 내지 도 9에 나타내는 보정율(X)의 산출처리에서 스텝 19를 생략할 수 있다.

본 발명에 의하면 다기통 엔진에 있어서, 기통수 보다 적은 개수, 예를들어 1개의 공연비 센서를 사용하는 것 만으로 기통마다의 공연비 불균일을 없애고, 모든 기통의 공연비를 각각 평균공인비에 일치시킨 고정밀도의 공연비 제어가 가능해지므로, 엔진의 공연비를 항상 정확하게 이론공연비로 유지할 수 있고, 이 결과, 배기가스 중의 유해성분인 HC, CO, NO_x의 농도를 충분히 저감시킬 수 있다.

Claims

복수의 기통마다 개별의 연료를 공급하는 연료분사수단과, 각 기통으로부터의 배기관의 매니폴드 이후의 부분에서 공연비를 검출하는 센서수단을 구비하고, 상기 센서수단의 출력에 따라 상기 연료분사수단에 의한 연료분사량을 제어함으로써 공연비 피드백 제어가 얻어지도록 한 다기통 엔진 제어장치에 있어서,

상기 복수의 기통의 하나를 기준기통으로 하고, 상기 기준기통에 대한 연료분사수단은 기본연료에 상당하는 기본분사시간으로 동작시키고, 상기 기준기통을 제외하는 그외 기통의 연료분사수단은 상기 기본분사시간을 보정하여 얻어진 분사시간으로 각각 동작시키고,

다시 상기 기준기통의 연료증량 지수를 1.0으로 하고, 상기 지수와 그외 기통의 연료분사수단에 의한 연료증량 지수와의 차이를 그외 기통 각각의 보정치로서 검출하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 다기통 엔진 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 센서수단은 배기가스중의 산소농도가 소정치보다 큰지 작은지를 판정하는 O2센서로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 센서수단은 배기가스의 산소농도로부터 선형적으로 공연비를 검출하는공연비센서로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 각 기통마다의 보정치를 테이블 형식으로 저장하는 보정치 기억수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 각 기통마다의 보정치를 기통번호와 엔진속도를 검색데이터로 하는 맵의 형식으로 저장하는 저장하는 보정치 기억수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 평균공연비는 이론공연비인 것을 특징으로 하는 다기통 엔진 제어장치.
복수의 기통마다 개별로 연료를 공급하는 연료분사수단과, 각 기통으로부터의 배기관의 매니폴드의 하류부분에서 공연비를 검출하는 센서수단을 구비하고, 상기 센서수단의 출력에 따라 상기 전체 기통의 평균 제어량을 구하고, 이 제어량에 의하여 상기 연료분사수단의 연료공급량을 제어하도록 하여 다기통 엔진의 공연비 피드백 제어하는 방법에 있어서,

상기 복수의 기통 중의 하나를 기준기통으로 하여, 상기 기준기통 이외의 기통을 보정대상 기통으로 하고, 상기 각 보정대상 기통에 대하여 연료분사수단으로부터의 연료분사량을 순차 소정량으로 변경하는 단계와;

상기 각 기통의 연료분사량의 변화마다 얻어지는 공연비 피드백제어량과 상기 평균제어량과의 차이를 구하고, 이들 차이를 기억하는 단계와;

상기 복수의 기통의 수를 (n)으로 하였을 때, 상기 보정대상 기통의 기통수인 (n-1)차방정식으로 상기 차이를 연산처리하여 각 기통의 보정계수를 구하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 공연비 피이드백 제어방법.
제 7항에 있어서,

상기 평균공연비는 이론공연비인 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 공연비 피이드백 제어방법.