KR100432262B1 - 내연 기관의 연료 분사 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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아이산 고교 가부시키가이샤
도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 액상 상태의 연료를 분사하는 제 1 인젝터(21) 및 기상 상태의 연료를 분사하는 제 2 인젝터(28)를 병용하는 시스템에 있어서의 연료 분사량의 조절량 정밀도를 높게 유지할 수 있는 연료 분사 시스템에 관한 것이다. 각 인젝터(21, 28)에 의한 연료 분사량이 그때마다 요구되는 연료량에 따라 각각 조절 제어된다. 엔진의 냉각수 온도와, 연료 탱크(22)에서 제 1 인젝터(21)까지의 연료 경로(24) 내의 연료 온도에 의해 제 1 인젝터(21) 온도를 추정하여, 추정한 온도와 연료 경로(24)의 연료 압력에 따라 연료 경로(24) 내의 베이퍼 발생량을 산출한다. 산출한 베이퍼 발생량에 근거하여, 제 1 인젝터(21) 및 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사량을 조절한다.

Description

내연 기관의 연료 분사 시스템 및 제어 방법{Fuel injection system of internal combustion engine}
본 발명은 내연 기관의 연료 분사 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
내연 기관의 연료 분사 시스템은 내연 기관의 인젝터에 연료를 공급함과 동시에, 인젝터 개폐를 제어하여, 운전 상태에 따른 분사량으로 연료 분사를 행한다. 통상, 연료 분사량은 분사 시간으로 제어된다.
그런데, 연료로서 비점이 낮은 LPG 등의 액화 연료 가스를 가압하고, 액상 상태에서 인젝터에 공급하는 구성인 것에서는, 기관 정지 후, 기관 온도가 충분히 저하하고 있지 않은 시기에 내연 기관을 재시동(고온 재시동)하면, 인젝터의 열에 의해 인젝터 내의 연료가 연료 증기(베이퍼)화해버려, 이 연료를 재가압해도, 연료의 일부가 베이퍼화한 채로 남아버린다. 이 때문에, 인젝터는 기체 액체 혼합 상태의 연료를 분사하게 된다. 그러나 이 경우, 기관 온도가 낮을 때와 동일한 개방 밸브 시간으로 인젝터를 제어한 것으로는, 시동 개시로부터 아이들링 초기에 걸쳐 분사 연료량이 부족해진다. 이 때문에, 공연비의 과도한 희박화로 시동성이 악화하거나, 러프 아이들(rough idle)이 생기는 경우가 있다. 이 경우, 연료가 부족한만큼, 지령 분사량을 증대하여 연료 부족을 해소하는 것도 생각할 수 있지만, 기체 액체 혼합 상태에서의 연료 분사 시간이 길어지기 때문에, 연료 조절량 정밀도의 관점에서는 바람직하지 않다.
그래서, 예를 들면 일본 특개평 제9-268948호 공보에 기재된 시스템에서는, 연료 탱크에서 인젝터로의 연료 공급 시스템을 2개로 나누고 있다. 제 1 연료 공급 시스템은 연료를 액상 상태로써 제 1 인젝터에 공급한다. 제 2 연료 공급 시스템은 내연 기관의 냉각수에 의해 연료를 가열 기화하여 제 2 인젝터에 공급한다. 그리고, 냉각수 온도가 연료를 가열 기화할 수 있는 온도의 하한보다 낮을 때에는 제 1 인젝터에 의해 연료 분사를 행하며, 냉각수 온도가 하한 온도 이상이 될 때에는 제 2 인젝터에 의해 연료 분사를 행한다.
상기 시스템과 같이, 내연 기관의 냉각수 온도가 높을 때에, 제 2 인젝터만으로 연료를 분사하도록 하면, 제 1 인젝터에서 기체 액체 혼합 상태의 연료를 분사하는 것은 없어져, 분사 연료량이 부족한 것이 방지된다.
그런데, 이 경우, 연료를 냉각수로써 가열 기화하는 장치가 새롭게 필요해져, 시스템이 대형화, 복잡화한다는 문제가 있다.
이러한 문제에 대처하기 위해서는, 연료 탱크에 저장된 액화 연료 가스를 기상 상태에서 기체 분사 인젝터에 공급하도록 하며, 제 1 인젝터로부터 분사되는 기체 액체 혼합 상태의 연료 부족을 제 2 인젝터로부터 분사되는 기상 연료로써 보충하는 것도 생각할 수 있다.
단, 상술한 기관의 고온 재시동 시에 액체 분사 인젝터 내에 생기는 베이퍼량은 기관 재시동 시에 있어서의 그 주위의 온도 환경 등에 의해 변화한다. 따라서, 기관의 고온 재시동 시에는, 제 1 및 제 2 인젝터 각각에 의한 연료 분사량의 조절량 정밀도가 새로운 문제가 된다.
본 발명은 간단한 구성이면서, 연료를 액상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 1 인젝터와, 연료를 기상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 2 인젝터를 병용하는 내연 기관의 연료 분사 시스템에 있어서의 각 인젝터에 의한 연료 분사량의 조절량 정밀도를 높게 유지하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 양태는 연료 탱크와, 연료 탱크에 저장되는 연료를 액상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 1 인젝터와, 연료 탱크에 저장되는 연료를 기상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 2 인젝터와,내연 기관의 요구 연료량에 대한 제 1 및 제 2 인젝터의 연료 분사량을 조정하는 컨트롤러를 구비하는 내연 기관의 연료 분사 시스템이다. 컨트롤러는 내연 기관의 온도와 연료 탱크에서 제 1 인젝터까지의 연료 경로 내의 연료 온도에 근거하여 제 1 인젝터의 온도를 추정한다. 그리고, 추정되는 제 1 인젝터의 온도에 근거하여, 제 1 및 제 2 인젝터의 연료 분사량을 조정한다.
상기 양태와 같이, 제 1 인젝터의 온도를 기관 온도와 연료 경로 내의 연료 온도에 근거하여 추정함으로써, 연료 분사 시에 그 분사되는 연료에 의해 제 1 인젝터 자신이 뺏기는 열도 고려되게 된다. 따라서, 기관 온도에만 근거하여 제 1 인젝터의 온도를 추정할 경우에 비해, 보다 정밀도 높은 추정이 가능해진다.
또, 컨트롤러는 더욱이 추정된 제 1 인젝터의 온도 및 연료 경로 내의 연료 압력에 근거하여 연료 경로 내 베이퍼 발생량을 산출하여, 산출된 베이퍼 발생량에 근거하여 제 1 인젝터 및 제 2 인젝터에 의한 연료 분사량을 조정해도 된다.
제 1 인젝터의 온도를 추정함과 동시에, 추정한 온도 및 연료 경로의 연료 압력에 따라서 연료 경로 내 베이퍼 발생량을 산출함으로써, 예를 들면 기관 시동 시 등에 있어서도, 제 1 인젝터로부터 분사될 연료 상태를 적합하게 파악할 수 있게 된다. 따라서, 이 산출한 베이퍼 발생량에 근거하여, 예를 들면 제 2 인젝터의 어시스트 필요 여부도 포함시킨 제 1 인젝터 및 제 2 인젝터의 분사량을 구하도록 하면, 그때마다 요구되는 연료량에 따른 그들 각 인젝터에 의한 연료 분사량의 조절량 정밀도를 높게 유지할 수 있게 된다. 게다가, 상기 양태에서는, 연료를 기화시키는 장치 등도 불필요하기 때문에, 시스템 구축이 용이하기도 하다.
또, 베이퍼 발생량을 산출할 때에, 더욱이, 연료 탱크 내의 연료의 성상(性狀), 즉 베이퍼의 발생 용이함을 가미해도 된다.
이로써, 베이퍼 발생량을 보다 정확하게 산출할 수 있게 된다. 따라서, 각 인젝터에 의한 연료 분사량의 조절량 정밀도도 보다 높게 유지되게 된다.
또한, 연료 성상은 연료 온도 및 압력에 따라서 변화한다. 이 때문에, 연료 탱크 내의 연료 온도 및 연료 압력에 근거하여 그 연료 성상을 구해도 된다.
또, 상기 양태에 있어서, 컨트롤러는 베이퍼 발생량이 소정치 미만일 때, 제 2 인젝터에 의한 연료 분사량을 제로로 해도 된다.
연료 분사량의 안정성은 연료가 기체 액체 혼합 상태가 되면 저하하며, 더욱이 분사되는 연료 속에 있어서의 베이퍼 발생량이 많을수록 저하한다. 한편, 기상과 비교하여 농도의 격차가 작은 액상에서 연료를 분사함으로써, 그 조절량 정밀도는 높아진다. 이 때문에, 베이퍼 발생량이 적을 때에는 제 1 인젝터만으로 연료를 분사하면, 연료 분사량의 조절량 정밀도를 보다 높게 유지할 수 있게 된다.
또, 컨트롤러는 더욱이, 연료 경로 내의 연료 온도 및 연료 압력에 근거하여 연료 경로 내 베이퍼 존재 유무를 추정하여, 산출되는 베이퍼 발생량이 소정치 이상일 때, 추정된 베이퍼의 유무에 따라서 제 1 및 제 2 인젝터에 의해 분사하는 연료 분사량을 조정해도 된다.
연료 경로 내에 베이퍼가 발생했었다 해도, 실제의 연료 분사에 따라 그 발생한 베이퍼는 서서히 배기된다. 따라서, 소정량 이상의 베이퍼가 발생하고 있을 때, 그 유무, 즉 소기의 미완료/완료에 따라서 각 인젝터에 의한 연료 분사량의 조절량 양태를 제어하면, 그들 각 인젝터에 의한 연료 분사량의 조절량을 연료 경로 내의 그 때마다의 연료 상태에 따라 보다 적절하게 행할 수 있게 된다.
또, 상기 양태에 있어서, 컨트롤러는 연료 경로 내에 베이퍼 있음이 추정될 때는 제 1 인젝터에 의한 연료 분사량을 제로로 하며, 연료 경로 내에 베이퍼 없음이라 추정될 때는, 우선 제 1 인젝터에 의해 연료 분사를 개시하고, 그 후, 요구 연료량의 상기 제 2 인젝터에 대한 상기 제 1 인젝터에 의한 연료 분사량 비율을 서서히 크게 해도 된다.
상기 구성에 의하면, 베이퍼 발생량이 대부분 제 1 인젝터에 의한 연료 분사량 부족이 커질 때에는, 제 2 인젝터만에 의해 연료 분사가 행해진다. 즉, 요구되는 연료량에 대해 실제로 분사되는 연료량이 크게 어긋나는 경우는 없어진다. 또, 연료 분사가 계속되어 베이퍼 없음이 추정될 때, 즉 베이퍼의 배기 완료가 추정될 때에는 제 1 인젝터에 의한 연료 분사가 병용되며, 그 후, 서서히 이 제 1 인젝터에 의한 연료 분사 비율이 증대된다. 즉, 기상과 비교하여 농도 격차가 작은 액상에 의한 연료 분사가 지배적이 됨으로써, 그 조절량 정밀도도 높게 유지된다.
도 1은 본 발명에 관한 연료 분사 시스템을 도시하는 개략 구성도.
도 2는 연료 분사에 동반되는 인젝터 온도 및 연료 온도의 변화 양태를 도시하는 타이밍 차트.
도 3은 연료 탱크 내의 연료 프로판비를 산출하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 개략도.
도 4a 및 도 4b는 연료 경로 내에 있어서의 베이퍼량과 제 1 인젝터 온도 추정치와 딜리버리 연료 압력과의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 제 1 인젝터 온도 및 연료 압력으로써 베이퍼 보정 계수를 산출하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 개략도.
도 6은 연료 탱크 내의 연료 프로판비를 산출하는 처리에 대해서 그 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 7은 제 2 인젝터 사용을 판단하는 처리에 대해서 그 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 8은 연료 경로 내의 베이퍼가 배기되었는지의 여부를 판단하는 처리에 대해서 그 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 9는 양 인젝터의 연료 분사량을 산출하는 처리에 대해서 그 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 10은 양 인젝터의 연료 분사량을 산출하는 처리에 대해서 그 처리 순서를 도시하는 플로우 차트.
도 11은 양 인젝터에 의한 연료 분사 양태의 일례를 도시하는 타이밍 차트.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 엔진 21 : 액체 분사 인젝터
22 : 연료 탱크 24 : 딜리버리 통로
24a : 딜리버리 파이프 28 : 기체 분사 인젝터
40 : ECU 43 : 수온 센서
44 : 압력 센서 45 : 온도 센서
46 : 압력 센서 47 : 온도 센서
이하, 본 발명에 관한 내연 기관의 연료 분사 시스템을 액화 연료 가스 기관에 적용한 실시예에 대해서 설명한다.
처음에, 이 실시예의 연료 분사 시스템 구성 및 그 개요에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 이 시스템은 액화 연료 가스 내연 기관(이하, 「엔진」이라 한다)(11)을 중심으로 하여 구성되어 있다. 엔진(11)은 실린더(12) 내에 피스톤(13)을 구비하고 있다. 피스톤(13)은 엔진(11)의 출력 축인 크랭크샤프트(14)에 커넥팅 로드(15)를 개재시켜 연결되며, 그 커넥팅 로드(15)에 의해 피스톤(13)의 왕복 이동이 크랭크샤프트(14)의 회전으로 전환되도록 되어 있다.
또, 크랭크샤프트(14)에는, 엔진(11)의 시동 시만 연결되는 구조로서, 스타터 모터(32)가 설치되어 있다. 엔진(11) 시동 시에는, 이 스타터 모터(32)가 구동되어 크랭크샤프트(14)에 회전력이 부여된다.
피스톤(13)의 위쪽에 형성되는 연소실(16)에는 흡기 통로(17) 및 배기 통로(18)가 연결되어 통해 있다. 연소실(16)과 흡기 통로(17)와의 연통 부분은 흡기 밸브(19)로서 개폐된다. 또, 연소실(16)과 배기 통로(18)와의 연통 부분은 배기 밸브(20)로서 개폐된다.
엔진(11)의 흡기 통로(17)에는 액상 상태의 연료를 분사하는 제 1 인젝터(21)가 설치되어 있다. 이 제 1 인젝터(21)는 연소실(16) 근방에, 그 선단부가 흡기 밸브(19)를 향해 설치되어 있으며, 그 개방 밸브 구동에 따라 액상 상태의 연료를 엔진(11)의 연소실(16)에 공급한다.
또한, 이 제 1 인젝터(21)는 딜리버리 통로(24)를 개재시켜, 연료 탱크(22) 내에 설치되는 피드 펌프(23)에 접속되어 있다. 즉, 연료 탱크(22) 내의 액상 상태 연료가 피드 펌프(23)에서 압송되며, 이 압송되는 연료가 딜리버리 통로(24) 및 딜리버리 파이프(24a)를 통해 제 1 인젝터(21)에 공급된다. 또한, 본 실시예에서는, 엔진(11)으로서 4기통 직렬 엔진을 상정하고 있으며, 딜리버리 파이프(24a)에는, 도시하지 않은 다른 기통의 제 1 인젝터도 동일한 양태로 접속되어 있다.
또, 딜리버리 파이프(24a)에는 릴리프 밸브(25)가 설치되어 있다. 소정 압력 이상의 연료는 릴리프 밸브(25) 및 리턴 통로(26)를 통해 연료 탱크(22)로 돌아간다. 즉, 딜리버리 파이프(24a) 내의 연료 압력은 대략 일정하게 유지되어 있으며, 제 1 인젝터(21)의 개방 밸브 시간에 의해 분사 공급되는 연료량이 조절된다.
흡기 통로(17)의 상류 측에 설치되어 있는 서지 탱크(27)에는, 기상 상태의 연료를 분사하는 제 2 인젝터(28)가 설치되어 있다. 이 제 2 인젝터(28)는 딜리버리 통로(29)를 개재시켜 연료 탱크(22)와 접속되어 있으며, 제 2 인젝터(28)의 개방 밸브에 의해, 연료 탱크(22) 내에서 기상 상태로 되어 있는 연료가 서지 탱크(27) 내에 분사 공급되게 된다.
본 실시예의 연료 분사 시스템에서는, 이렇게, 제 1 인젝터(21)와 제 2 인젝터(28)와의 2계통 인젝터에 의해, 엔진(11)에 연료가 분사 공급된다.
또, 서지 탱크(27)에는, 흡기 통로(17) 내의 압력(흡기압)을 검출하는 흡기압 센서(41)가 설치되어 있다. 이 흡기압 센서(41)로써 검출되는 흡기압은 흡기압 신호(PM)로서 전자 제어 장치(40: ECU)에 들어간다.
더욱이, 서지 탱크(27)의 상류 측에는, 액셀러레이터 조작에 근거하여 흡기 통로(17)의 통로 단면적을 조절하는 스로틀 밸브(30)가 설치되어 있다. 연소실(16)에 흡입되는 공기량은 스로틀 밸브(30)의 개방도에 따라 조절된다.
흡기 통로(17) 측의 이러한 구성에 의해, 엔진(11)의 연소실(16)에는, 제 1 인젝터(21)에서 분사되는 액상 상태 연료와, 제 2 인젝터(28)에서 분사되는 기상 상태 연료와, 스로틀 밸브(30)에서 조절되는 흡입 공기로 이루어지는 혼합기가 흡기 밸브(19)를 거쳐 도입된다.
그리고, 연소실(16)에 선단이 노출된 점화 플러그(31)에, 점화기(33)에서 점화 신호가 인가됨으로써, 연소실(16) 내에 도입된 혼합기가 착화되어 폭발 행정에 이르러, 크랭크샤프트(14)에 구동력이 주어진다.
폭발 행정 후의 연소 가스는 배기 밸브(20)를 거쳐 연소실(16)로부터 배기 통로(18)로 배출되며, 배기 통로(8)에 설치되어 있는 3원 촉매 컨버터(34)에서 정화된 후, 외부로 배출된다.
또, 배기 통로(18)에는 연소 가스 중의 산소 농도에 근거하여, 연소실(16)에 공급되는 혼합기의 공연비가 이론 공연비보다도 희박(lean) 측에 있는지 혹은 부유(rich) 측에 있는지를 검출하는 공연비 센서(42)가 설치되어 있다. 공연비 센서(42)의 검출 신호는 공연비 신호(OX)로서 ECU(40)에 들어간다.
그 밖에, 엔진(11) 본체에는 워터 쟈켓 내를 흐르는 냉각수 온도를 검출하는 수온 센서(43)가 설치되어 있다. 이 수온 센서(43)에 의한 검출 신호는 냉각수 온도 신호(THW)로서 ECU(40)에 들어가며, 엔진(11)의 기관 온도를 도시하는 파라미터로서 각종 제어에 공급된다.
또, 제 1 인젝터(21)가 접속되어 있는 딜리버리 파이프(24a)에는, 파이프 내의 연료 압력을 검출하는 압력 센서(44)와, 연료 온도를 검출하는 온도 센서(45)가 각각 설치되어 있다. 이들 압력 센서(44) 및 온도 센서(45)에 의한 검출 신호는 각각 딜리버리 연료 압력 신호(DP), 딜리버리 연료 온도 신호(DT)로서 ECU(40)에 들어간다. 이들 각 신호(DP, DT)에 의해, 제 1 인젝터(21)에 공급되는 연료 상태 등이 감시된다.
또, 연료 탱크(22) 내에는 연료 탱크(22) 내에서 증기화한 연료 압력을 검출하는 압력 센서(46)와, 연료 탱크(22) 내의 액상 연료 온도를 검출하는 온도 센서(47)가 설치되어 있다. 이들 압력 센서(46) 및 온도 센서(47)에 의한 검출 신호는 각각 탱크 내 연료 압력 신호(TP), 탱크 내 연료 온도 신호(TT)로서 ECU(40)에 들어간다. 이들 각 신호(TP, TT)로써 연료 탱크(22) 내의 연료 성상이 감시된다.
더욱이, 도시하지 않은 차량의 실내에는, 엔진(11)을 시동하는 점화 스위치(48)가 설치되어 있다. 스위치(48)가 온 조작되면, 점화 신호(IGS)가 출력되며, 신호(IGS)가 ECU(40)에 들어간다. 또, 스타터 모터(32)는 스위치(48)의 온 조작에 근거하여 통전되며, 엔진(11)을 시동하도록 구동된다.
엔진(11)의 각 구성부품을 제어하는 ECU(40)는 예를 들면 마이크로 컴퓨터를 가지고 구성되며, 들어가는 각 신호에 근거하여, 제 1 인젝터(21), 제 2 인젝터(28)의 개폐 등의 제어를 행한다.
이러한 시스템에서는, 엔진(11)이 고온 재시동될 때에는, 통상, 도 2에 도시되는 바와 같이, 우선 제 2 인젝터(28)에서 기상 상태의 연료 분사가 개시되고, 그 후, 제 1 인젝터(21)에서 액상 상태의 연료 분사가 개시된다.
제 2 인젝터(28)에서 기상 상태의 연료 분사가 개시되면(도면 중의 타이밍(t0)), 연료 탱크(22) 내에서 증기화한 연료가 딜리버리 통로(29)를 통해 제 2 인젝터(28)에 공급되게 된다. 이 때문에, 공급되는 기상 상태의 연료분만큼, 연료 탱크(22) 내의 기상 및 액상 상태의 연료 온도가 서서히 저하한다. 또, 이에 따라 연료 탱크(22) 내의 연료가 압송되는 딜리버리 통로(24)나 딜리버리 파이프(24a) 내의 연료 온도도 저하하게 되어{도 2 중, 타이밍(t0 내지 t1) 범위의 선(L1) 참조}, 결과적으로 연료 중의 베이퍼량도 적어진다.
그 후, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사가 개시되면{도면 중, 타이밍(t1)}, 제 1 인젝터(21)와, 딜리버리 통로(24)나 딜리버리 파이프(24a)를 통해 공급되는 연료와의 사이에서 열 교환이 행해지며, 제 1 인젝터(21) 내의 온도가 서서히 저하하게 된다{도면 중, 타이밍(t1 내지 t2) 범위의 선(L2)}.
단, 도 2에 선(L3)으로서 도시하는 바와 같이, 엔진(11)의 냉각수 온도는 공급되는 연료의 영향을 받지 않는다. 즉, 상기 열 교환이 이루어진 후에 있어서, 제 1 인젝터(21) 온도는 냉각수 온도보다도 낮은 온도가 된다.
이렇게, 가령 엔진(11) 시동 시에 제 1 인젝터(21)가 고온이었다 해도, 제 1 인젝터(21)를 통해 연료가 분사되면, 그 온도가 점차로 저하하여, 내부 베이퍼량도 적어진다. 즉, 제 1 인젝터(21)나 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사량(분사 시간)을 온도에 근거하여 제어할 경우, 제 1 인젝터(21)나 제 2 인젝터(28)의 온도 감시로서 냉각수 온도만을 감시하고 있던 것으로는, 연료 분사량의 조절을 정확하게 행할 수 없다.
그래서, 본 실시예의 연료 분사 시스템에서는, 엔진(11) 시동 시에 있어서, 냉각수 온도 및 액상 연료의 연료 경로{딜리버리 통로(24)나 딜리버리 파이프(24a)} 내의 연료 온도에 근거하여, 제 1 인젝터(21) 온도를 추정한다. 그리고, 추측한 온도에 근거하여 연료 경로 내의 베이퍼 발생량을 산출하고, 이 산출한베이퍼 발생량에 따라서, 제 1 및 제 2 인젝터(21, 28)에 의한 연료 분사량을 조절하도록 하고 있다.
즉 본 시스템에 있어서는, 우선, 냉각수 온도(THW), 딜리버리 연료 온도(DT) 및 제 1 인젝터(21)의 분사 시간 카운터의 카운트치(CVAPER)에 근거하여, 식 (1)에 의해 제 1 인젝터(21) 온도(Tinj1)를 추정한다.
여기서, Ta: 카운트치(CVAPER)의 상한치
제 1 인젝터(21)는 엔진(11)의 연소실(16) 근방에 설치되어 있기 때문에, 그 온도는 엔진(11) 자체 온도에 의해 변화한다. 또, 제 1 인젝터(21) 온도는 연료 경로 내의 연료가 갖는 열에 의해서도 변화한다.
그래서, 본 실시예에서는, 상기 식 (1)에 도시하는 바와 같이, 제 1 인젝터 온도(Tinj1)의 추정에, 엔진(11) 온도인 냉각수 온도(THW)에 더하여, 딜리버리 파이프(24a) 내의 연료 온도{딜리버리 연료 온도(DT)}를 가미하도록 하고 있다. 이로써, 냉각수 온도(THW)만에 근거하여 온도(Tinj1)를 추정할 경우와 비교하여, 보다 정밀도 높은 온도 추정이 가능해진다.
또, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사가 계속되면, 그 후, 제 1 인젝터(21) 온도는 압송되는 연료 온도{딜리버리 연료 온도(DT)}로써 안정된다{도 2 중의 타이밍(t2) 이후의 선(L2) 참조}. 그래서, 상기 식 1에 있어서는, 이 딜리버리 연료 온도(DT)와의 관계도 고려하여, 그 온도 추정을 행하고 있다.
분사 시간 카운터는 제 1 인젝터(21)에서 연료가 분사되어 있는 시간을 계측하는 카운터이다. 상기 식 1에 있어서는, 카운터의 카운트치(CVAPER)가 상한치(Ta)가 되면, 제 1 인젝터(21)의 온도 저하가 안정된다고 판단한다. 또한, 카운트치(CVAPER)는 ECU(40)의 초기화 동작 시에 제로로 설정되고, 그 후, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사가 개시되면 소정 간격마다(예를 들면, 50밀리초마다)에 소정치씩 증가된다. 또, 카운트치(CVAPER)의 상한치(Ta)는 실험 등에 근거하여 설정되어 있다.
식 1에 의한 제 1 인젝터 온도(Tinj1) 추정에 있어서는, 이러한 분사 시간 카운터의 카운트치(CVAPER)도 아울러 사용하도록 하고 있기 때문에, 그 온도 추정치(Tinj1)에는 연료 분사의 계속에 의한 제 1 인젝터(21)의 온도 저하도 적합하게 가미된다.
또, 제 1 인젝터(21)에 공급되는 연료 속의 베이퍼 발생량은 연료 경로 내의 연료 압력 및 성상(연료 속에 있어서의 액상 상태 연료 비율, 즉 프로판비)에 의해서도 변화한다.
여기서, 프로판비는 연료 탱크(22) 내의 연료 온도{탱크 내 연료 온도(TT)} 및 연료 압력{탱크 내 연료 압력(TP)}으로써 산출할 수 있다. 즉, 연료 성상이 다르면 포화 증기 특성도 다르기 때문에, 탱크 내 연료 온도(TT) 및 탱크 내 연료 압력(TP)에 의해, 연료 탱크(22) 내에 있어서의 연료 프로판비를 특정할 수 있게 된다.
도 3에 도시하는 맵(A)은 탱크 내 연료 온도(TT)와 탱크 내 연료 압력(TP)과의 관계에 의해, 프로판비(PP)를 산출하기 위한 맵이다. 도 3으로부터 분명한 바와 같이, 프로판비(PP)는 탱크 내 연료 온도(TT)가 클수록 작은 값이 주어지고, 또 탱크 내 연료 압력(TP)이 클수록 큰 값이 주어진다. 즉, 연료 탱크(22) 내의 연료 압력이 높을수록 연료 경로 내의 베이퍼 발생량은 적어지며, 연료 온도가 높을수록 연료 경로 내의 베이퍼 발생량은 많아진다.
연료 경로 내의 베이퍼 발생량 산출에 있어서는, 이러한 연료 탱크(22) 내의 연료 성상{프로판비(PP)}을 아울러 가미함으로써, 그 산출되는 베이퍼 발생량 값도 보다 정밀도 높은 것이 된다. 또한, 이 맵(A)은 연료의 포화 증기압과 온도와의 관계에 의해 정해지는 것으로, ECU(40) 내의 메모리에 미리 저장되어 있다.
도 4a 및 도 4b는 연료 경로 내의 베이퍼 발생량과, 추정되는 제 1 인젝터 온도(Tinj1), 측정되는 연료 압력{딜리버리 연료 압력(DP)} 및 상기 구해지는 프로판비의 관계에 대해서, 실험 결과를 도시하는 그래프이다. 도 4a는 프로판비(PP)가 90%의 연료에 대해서, 도 4b는 프로판비(PP)가 25%의 연료인 경우를 각각 도시하고 있다.
도 4a 및 도 4b로부터 분명한 바와 같이, 연료 경로 내의 베이퍼 발생량은 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1)가 클수록 많아지며, 더욱이 딜리버리 연료 압력(DP)이 작을수록 많아진다. 또, 프로판비가 높을수록 연료 경로 내의 베이퍼 발생량은 많아진다. 이렇게, 연료 경로 내의 베이퍼 발생량은 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1), 딜리버리 연료 압력(DP) 및 프로판비(PP)와 같은 파러미터에 의해 변화한다.
이 때문에, 본 실시예의 연료 분사 시스템에서는, 도 5에 맵(B)으로서 도시하는 바와 같이, 이들 파러미터에 근거하여 연료 경로 내의 베이퍼 발생량을 산출하기 위한 맵을 별도로 갖고 있다. 맵(B)은 ECU(40) 내의 메모리에 미리 저장되어 있다.
맵(B)에는, 상기 산출되는 프로판비(PP)의 소정 비율마다(예를 들면, 10%마다)에 딜리버리 연료 압력(DP)과 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1)와의 관계가 이차원 맵으로서 설정되어 있다. 이 맵(B)을 사용하여 연료 경로 내의 베이퍼 발생량을 산출하는 수법으로서는, 우선 상기 산출되는 프로판비(PP)에 대응하는 연료 압력 인젝터 온도 추정치 이차원 맵이 선정되고, 이어서, 이 선정된 맵에 근거하여, 딜리버리 연료 압력(DP) 및 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1)에 대응하는 베이퍼 발생량{베이퍼 보정 계수(KV)}이 산출된다.
따라서, 본 시스템에서는, 연료 경로 내의 베이퍼 발생량이, (a) 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1)가 큰 값 ,(b) 딜리버리 연료 압력(DP)이 작을수록 큰 값, (c) 프로판비(PP)가 큰 비율일수록 큰 값과 같은 양태로, 베이퍼 보정 계수(KV)로서 산출된다.
다음으로, 이렇게 하여 산출된 베이퍼 보정 계수(KV)에 근거하여, 제 2 인젝터(28)를 사용할지의 여부 즉, 제 2 인젝터(28)에 의한 어시스트가 필요한지의 여부 판단이 행해진다.
이러한 베이퍼 보정 계수(KV)에 근거한 판단 순서에 대해서, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 상기 프로판비(PP)를 산출하는 루틴이며, 이 루틴은 소정 간격마다(예를 들면, 1분마다)의 인터럽트 처리로서 ECU(40)에 의해 실행된다.
이 처리에 있어서는, 우선, 탱크 내 연료 온도(TT) 및 탱크 내 연료 압력(TP)이 판독된다{스텝(Sl01)}. 그 후, 이들 탱크 내 연료 온도(TT) 및 탱크 내 연료 압력(TP)이 맵(A)(도 3 참조)과 대조되어 연료 탱크(22) 내의 연료의 프로판비(PP)가 산출된다{스텝(S102)}. ECU(40)는 산출된 프로판비(PP)를 메모리에 저장하여, 본 루틴 처리를 일단 종료한다.
그리고 그 후, 이 산출된 프로판비(PP) 등에 근거하여 제 2 인젝터(28)를 사용할지의 여부 판단이 실행된다. 도 7은 이러한 제 2 인젝터(28)를 사용할지의 여부를 판단하는 루틴으로, 소정 간격마다(예를 들면, 50밀리초마다)의 인터럽트 처리로서 ECU(40)에 의해 실행된다.
이 루틴 처리에 있어서는, 우선, 상기 (1)식에 근거하는 제 1 인젝터 온도(Tinj1) 추정이 행해진다{스텝(S201)}.
그리고, 프로판비(PP)가 판독되며, 추정된 제 1 인젝터 온도(Tinj1) 및 측정된 딜리버리 연료 압력(DP)과 아울러, 맵(B)(도 5 참조)에 근거하는 베이퍼 보정 계수(KV) 산출이 행해진다{스텝(S202)}.
그 후, 피드 펌프(23)가 동작중인지의 여부가 판단되고{스텝(S203)}, 더욱이, 엔진(11)이 시동 전인지의 여부가 판단된다{스텝(S204)}. 피드 펌프(23)가 구동되면, 딜리버리 연료 압력(DP)이 변동하도록 되어, 베이퍼 보정 계수(KV)도 변동하게 된다. 또, 이 제 2 인젝터(28)를 사용할지의 여부 판단은 점화 스위치(48)의 온 조작 후, 한번만 실행함으로써 충분하다. 이 때문에, 본 시스템에서는, 제 2 인젝터(28)를 사용할지의 여부 판단을 피드 펌프(23)의 구동 전에 있어서의 베이퍼 보정 계수(KV)에 근거하여, 게다가 점화 스위치(48)의 온 조작 후 한번만 행하도록 하고 있다. 따라서, 피드 펌프(23)가 구동되고 있다고 판단될 경우, 혹은 엔진(11)이 시동중 혹은 시동 후라 판단될 경우에는{스텝(S203)에서 YES, 또는, 스텝(S204)에서 NO}, 본 루틴 처리가 일단 종료된다.
한편, 피드 펌프(23)가 구동되고 있지 않으며, 또한 엔진(11)이 시동 전이라 판단될 경우에는{스텝(S203)에서 NO 및 (S204)에서 YES}, 산출된 베이퍼 보정 계수(KV)가 시동 전 베이퍼 보정 계수(KV1)로서 ECU(40) 내의 메모리에 저장된다{스텝(S205)}.
그 후, 시동 전 베이퍼 보정 계수(KV1)가 베이퍼 판정치(C) 이상인지의 여부가 판단된다{스텝(S206)}. 베이퍼 판정치(C)는 제 1 인젝터(21)만으로써 연료 분사를 행할 경우에 있어서, 연소실(16) 내에 공급되는 혼합기의 공연비가 분사되는 연료 속의 베이퍼에 의해 크게 흐트러질 우려가 있는지의 여부(연료 경로 내의 베이퍼량이 많은지의 여부)를 판정하는 값이다.
그리고, 연료 속의 베이퍼가 혼합기의 공연비를 혼란시킬 우려가 있다고 판단될 경우에는{스텝(206)에서 YES}, 제 2 인젝터 사용 플래그(X2INJ)가 온되어, 제 2 인젝터(28)의 사용이 필요하다고 판단된다{스텝(S207)}.
한편, 연료 속의 베이퍼가 혼합기의 공연비를 혼란시킬 우려가 없다고 판단될 경우에는{스텝(S206)에서 NO}, 제 2 인젝터 사용 플래그(X2INJ)가 오프되어, 제 2 인젝터(28)의 사용이 불필요하다고 판단된다{스텝(S208)}.
상기와 같은 양태로, 제 2 인젝터 사용 플래그(X2INJ)가 조작된 후, 본 루틴 처리가 일단 종료된다.
그런데, 연료 경로 내의 연료 온도가 고온일 때{딜리버리 연료 온도(DP)가 클 때}에는, 연료 경로 내의 연료는 베이퍼 발생이나 소실과 같은 상 천이를 반복하고 있으며, 연료의 압력{딜리버리 연료 압력(DP)}은 불안정한 상태에 있다. 또, 상술한 바와 같이, 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사가 개시된 후에 있어서는, 딜리버리 연료 온도(DT)가 서서히 저하한다. 그리고, 이 딜리버리 연료 온도(DT) 저하에 따라, 상기와 같은 연료 속의 베이퍼 발생이나 소실에 기인하는 딜리버리 연료 압력(DP)이 불안정한 상태도 해소되도록 된다. 더욱이 그 후, 딜리버리 연료 온도(DT)는 그 저하 비율이 포화하여 안정되도록 된다. 즉, 이들 딜리버리 연료 압력(DP) 및 딜리버리 연료 온도(DT)의 변화량이 안정된 후에 있어서는, 연료 경로 내의 연료 속에 있어서의 베이퍼가 배기되어 있다고 판단할 수 있다.
그래서, 본 시스템에 있어서는, 이 딜리버리 연료 압력(DP) 및 딜리버리 연료 온도(DT)의 변화량을 감시하여, 연료 경로 내의 연료 속에 있어서의 베이퍼 유무를 판단하는 처리도 아울러 행하도록 하고 있다.
이하, 이러한 연료 경로 속의 베이퍼가 배기되었는지의 여부를 판단하는 처리 순서를 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8에 도시하는 처리는 소정 간격마다(예를 들면, 1초마다)의 인터럽트 처리로서 ECU(40)에 의해 실행된다.
이 루틴 처리에 있어서는, 우선, 피드 펌프(23) 시동이 완료하고 있는지의 여부가 판단된다{스텝(S301)}, 또한, 엔진(11)이 시동 전인지의 여부가 판단된다{스텝(S302)}.
피드 펌프(23)의 시동 전에 있어서는, 딜리버리 통로(24)에 연료가 압송되고 있지 않으며, 딜리버리 연료 온도(DT) 및 딜리버리 연료 압력(DP)이 변화하는 경우는 없다. 이 때문에, 이 때에 딜리버리 연료 온도(DT) 및 딜리버리 연료 압력(DP)의 변화량이 감시되면, 변화량이 적다고 판단되며, 딜리버리 통로(24) 내의 베이퍼가 완전 배기되지 않음에도 불구하고 통로(24) 내의 베이퍼가 배기되어 있다고 오판해 버릴 우려가 있다. 또, 엔진(11) 시동 전에는 딜리버리 연료 온도(DT) 및 딜리버리 연료 압력(DP)이 변화하는 경우도 없다.
그래서, 피드 펌프(23)가 구동되고 있지 않다고 판단되고, 또한 엔진(11) 시동 전이라 판단될 경우에는{스텝(S301)에서 NO 및 스텝(S302)에서 YES}, 베이퍼 유무를 판정하지 않고, 스텝(S308)으로 점프한다. 스텝(S308)에서는, 측정된 딜리버리 연료 온도(DT) 및 딜리버리 연료 압력(DP)을 이전 검출치(DPO 및 DTO)로서 갱신하는 처리가 행해지며, 그 후, 본 루틴 처리가 일단 종료된다. 또한, 이전 검출치(DPO 및 DTO)는 다음번의 본 루틴 처리에 있어서 이전 검출치로서 사용된다.
한편, 피드 펌프(23)가 운전중이라 판단될 경우{스텝(S301)에서 YES}, 혹은 엔진(11)이 시동중, 혹은 시동후라 판단될 경우에는{스텝(S302)에서 NO}, 스텝(S303 내지 S305) 처리를 통해, 연료 경로 내에 있어서의 베이퍼 유무가 판단된다.
그래서 우선, 스텝(S303) 처리로서, 딜리버리 연료 압력(DP) 및 딜리버리 연료 온도(DT)가 판독된다.
그 후, 이하의 식 2에 의해, 이전 처리에서 검출(갱신)된 딜리버리 연료 압력(DPO)과, 이번 처리에서 검출된 딜리버리 연료 압력(DP)과의 변화량이 소정량(Pm: 예를 들면, 0.05MPa) 이하인지의 여부, 즉, 압력 변화가 작은지의 여부가 판단된다{스텝(S304)}.
스텝(S305)에서는, 하기 식 3에 의해, 이전 처리에서 검출(갱신)된 딜리버리 연료 온도(DTO)와, 이번 처리에서 검출된 딜리버리 연료 온도(DT)와의 변화량이 소정량(Tm: 예를 들면, 5℃) 이하인지의 여부, 즉, 온도 변화가 작은지의 여부가 판단된다.
그리고, 딜리버리 연료 압력(DP) 및 딜리버리 연료 온도(DT)의 변화량이 각각 소정량(Pm, Tm) 이하라 판단될 경우에는{스텝(S304) 및 스텝(S305)에서 모두 YES}, 연료 경로 내의 베이퍼가 배기되어 있다고 판단되어, 베이퍼 배기 미완료 플래그(XVAPER)가 오프된다{스텝(S306)}.
한편, 딜리버리 연료 압력(DP) 및 딜리버리 연료 온도(DT)의 각 변화량이 한쪽이라도 소정량(Pm, Tm)보다 크다고 판단될 경우에는{스텝(S304) 또는 스텝(S305)에서 NO}, 연료 경로 내의 베이퍼가 배기되지 않음이라 판단되어, 스텝(S307) 처리로서, 베이퍼 배기 미완료 플래그(XVAPER)가 온된다.
이렇게 하여 베이퍼 배기 미완료 플래그(XVAPER)가 조작된 후는 딜리버리 연료 압력(DP) 및 딜리버리 연료 온도(DT)가 각각 이전 검출치(DPO 및 DTO)로 갱신되며{스텝(S308)}, 본 루틴 처리가 일단 종료된다.
이 후, 상술한 바와 같은 양태로 조작되는 제 2 인젝터 사용 플래그(X2INJ) 및 베이퍼 배기 미완료 플래그(XVAPER) 등에 근거하여, 제 1 인젝터(21) 및 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사량의 조절량 제어가 행해진다.
이하, 이러한 각 인젝터(21, 28)의 연료 분사량(시간)을 산출하는 순서에 대해서, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 또, 도 9 및 도 10에 도시하는 처리는 연료 분사 시간을 산출할 때에 ECU(40)에 의해 적당히 실행된다.
이 루틴 처리에 있어서는, 우선, 엔진(11)의 운전 상황에 따른 기본 연료 분사 시간(TAUBSE)이 산출된다{스텝(S401)}.
그리고, 엔진(11)의 운전 환경 등에 따라서 상기 기준 연료 분사 시간(TAUBSE)을 보정하는 보정 계수(α)가 산출된다{스텝(S402)}. 또한, 엔진(11)의 운전 환경 등에 의해 이루어지는 보정에는, 예를 들면, 시동 후 증량 보정, 난기 증량 보정, 출력 증량 보정, 가속 증량 보정 및 감속 감량 보정 등이 있다.
그 후, 하기 식 4에 의해, 인젝터(21, 28)의 총 분사 시간인 연료 분사 시간(tTAU)이 산출된다{스텝(S403)}.
그리고, 상술한 바와 같이 조작되는 제 2 인젝터 사용 플래그(X2INJ)가 온되어 있는지의 여부, 즉 제 2 인젝터(28)의 사용을 필요로 하고 있는지의 여부가 판단된다{스텝(S404)}.
여기서, 제 2 인젝터(28)의 사용이 불필요하다고 판단될 경우에는{스텝(S404)에서 NO}, 제 1 인젝터(21)만에 의해 연료 분사를 행하도록, 다음 스텝(S405 내지 S407) 처리가 실행된다.
우선, 제 1 인젝터(21)의 분사 시간 카운터의 카운트치(CVAPER) 및 제 1 인젝터(21)의 연료 분사 비율(β)이 각각의 상한치로 설정된다{스텝(S405)}.
그 후, 식 5에 의해, 제 1 인젝터(21)의 연료 분사 시간(TAU1)이 산출된다{스텝(S406)}.
이 때문에, 산출되는 연료 분사 시간(tTAU)이 베이퍼 보정 계수(KV)에 의해 보정되며, 보정 후의 연료 분사 시간(TAU1)으로써 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사가 행해지게 된다.
그 후, 제 2 인젝터(28)의 연료 분사 시간(TAU2)이 제로로 설정된다. 이 경우에는, 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사는 행해지지 않으며, 제 1 인젝터(21)만에 의해 연료가 분사되게 된다.
이렇게, 제 2 인젝터 사용 플래그(X2INJ)가 오프되어 있을 때, 즉 연료 경로 내의 베이퍼 보정 계수(KV)가 작다(연료 경로 내의 베이퍼 발생량이 적다)고 판단될 경우에는, 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사는 행해지지 않으며, 제 1 인젝터(21)의 연료 분사 시간(TAU1)만으로 연료 분사량이 조절된다.
한편, 제 2 인젝터(28)의 사용이 필요하다고 판단될 경우에는{스텝(S404)에서 YES}, 베이퍼 배기 미완료 플래그(XVAPER)에 근거하여 연료 경로 내에 베이퍼가 있는지의 여부가 판단된다{도 10, 스텝(S408)}. 베이퍼가 있다고 판단될 경우에는{스텝(S408)에서 YES}, 제 2 인젝터(28)만으로 연료 분사량이 조절된다{스텝(S409 내지 S411)}.
우선, 연료 경로 내에 베이퍼가 있다고 판단될 경우에는, 식 6에 근거하여, 제 2 인젝터(28)의 연료 분사 시간(TAU2)이 산출된다.
여기서, 연료 분사 시간(tTAU)은 액상 상태에서 연료를 분사할 경우에 따른 인젝터의 연료 분사 시간(개방 밸브 시간)으로서 산출되어 있다. 이 때문에, 연료 분사 시간(tTAU)에 근거하여 연료 분사 시간(TAU2)을 산출할 경우는, 기상 상태에서 연료를 분사할 경우의 연료 분사 시간으로 환산할 필요가 생긴다.
이 때문에, 식 6에서는, 제 1 인젝터(21)에서 분사되는 연료의 유량, 제 2 인젝터(28)에서 분사되는 연료의 유량 및 연료의 기체 팽창율에 근거하여 설정되는, 환산 계수(n)를 사용하고 있다. 또, 식 6에 있어서의 제 3 항{(273+TT)/(273+25)}에 의해, 연료 분사 시간이 탱크 내의 연료 온도{탱크 내 연료 온도(TT)}의 변화에 따르는 기상 상태의 연료의 기체 팽창율에 따른 시간으로환산된다.
여기서는 이렇게, 상기 산출되는 연료 분사 시간{tTAU: 스텝(S403)}이 환산 계수(n) 및 기체 팽창율에 근거하여 기상 상태에 의한 연료 분사 시간으로 환산되며, 이 환산된 연료 분사 시간(TAU2)으로 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사가 행해진다.
그 후, 스텝(S410) 처리로서, 제 1 인젝터(21)의 연료 분사 시간(TAU1)이 제로로 설정된다. 그리고 그 후, 스텝(S411) 처리로서, 제 1 인젝터(21)의 분사 시간 카운터(CVAPER) 및 상술한 바와 같이 산출되는 제 1 인젝터(21)의 연료 분사 비율(β)이 각각 제로로 리셋된다.
이렇게, 연료 경로 내에 베이퍼가 있다고 판단될 경우에는, 제 2 인젝터(28)만에 의해 연료가 분사된다. 이 때문에, 연료 경로 내의 베이퍼가 완전 배기되지 않고 제 1 인젝터(21)에서 분사되는 연료 속의 베이퍼에 의해 연료 분사량 부족이 커질 경우에는, 제 2 인젝터(28)의 연료 분사 시간(TAU2)만으로 연료 분사량이 조절된다.
연료 경로에 베이퍼가 없다고 판단될 경우에는{스텝(S408)에서 NO}, 스텝(S412 및 S413) 처리로서, 연료 분사 시간(tTAU), 베이퍼 보정 계수(KV), 연료 분사 비율(β), 환산 계수(n) 및 기체 팽창율에 근거하여, 제 1 인젝터(21)의 연료 분사 시간(TAU1) 및 제 2 인젝터(28)의 연료 분사 시간(TAU2)이 각각, 이하의 식 7 및 식 8에 의해 산출된다.
또, 상술한 연료 분사 카운터의 카운트치(CVAPER) 및 연료 분사 비율(β)의 증가가 개시된다. 여기서, 이 연료 분사 비율(β)은 ECU(40)의 초기화 동작 시에 제로로 설정되고, 그 후, 제 1 인젝터(2)에 의한 연료 분사가 개시되면 소정 간격마다(예를 들면, 50ms마다)에 그 값이 소정치씩(예를 들면, 0.01씩) 증가된다.
이러한 연료 분사 비율(β)이 양 인젝터(21, 28)의 연료 분사 시간 산출에 사용되고 있기 때문에, 제 1 인젝터(21)에 의해 연료 분사가 개시된 이후에 있어서는, 제 1 인젝터(21)에 의해 분사되는 연료 비율이 서서히 커진다. 또, 이에 따라, 제 2 인젝터(28)에 의해 분사되는 연료 비율이 서서히 작아진다. 따라서, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사에 기인하는 연료 경로 내의 베이퍼량의 감소 비율에 따라서, 각 인젝터(21, 28)에 의한 연료 분사 비율이 변경된다.
그 후, 스텝(S414) 처리로서, 연료 분사 비율(β)이 그 상한치인 「1」인지의 여부가 판단되며, β=1이라 판단될 경우에는{스텝(S414)에서 YES}, 이 후, 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사는 행해지지 않는다고 판단되어, 제 2 인젝터 사용 플래그(X2INJ)가 오프된다.
한편, 연료 분사 비율(β)이 β≠1이라 판단될 경우에는{스텝(S414)에서NO}, 스텝(S416) 처리로 점프한다. 스텝(S416)에서는, 제 2 인젝터(21)의 분사 시간 카운터의 카운트치(CVAPER)가 그 상한치(Ta) 이상인지의 여부가 판단된다. CVAPER≥Ta인 경우에는{스텝(S416)에서 YES}, 카운트치(CVAPER)에, CVAPER=1로 설정된다{스텝(S417)}. 이와는 반대로, 카운트치(CVAPER)가 상한치(Ta) 미만이라 판단될 경우에는{스텝(S416)에서 NO}, 본 루틴 처리가 일단 종료된다. 즉, 이 스텝(S416 및 S417) 처리에 의해, 카운트치(CVAPER)가 상한치(Ta)로 안내된다.
상술한 바와 같은 양태로, 각 인젝터(21, 28)의 연료 분사 시간이 산출된 후, 본 루틴 처리가 일단 종료된다. 다음으로, 상술한 바와 같이 연료 분사 시간이 산출되는 제 1 인젝터(21)와 제 2 인젝터(28)에 있어서, 엔진(11)이 고온 재시동될 경우의 연료 분사량의 경시 변화를 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 시스템이 적용되는 차량이 고온 재시동되었을 때에 있어서, 그 후의 각 인젝터(21, 28)의 연료 분사량 추이를 도시하는 일례이다. 엔진(11)이 고온 재시동될 때에는{도 11 중, 타이밍(t10)}, 연료 경로 내의 베이퍼 량이 많고{도 7의 스텝(S206)에서 YES}, 또한 연료 경로 내의 베이퍼가 완전 배기되지 않고{도 8의 스텝(S304 및 S305)에서 NO}, 우선, 제 2 인젝터(28)만에 의한 연료 분사가 개시된다. 또한, 이 때의 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1)는 큰 값이 된다.
그 후, 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사가 계속되면 연료 경로 내의 연료 온도가 저하하고, 이 저하에 따라 연료 경로 내의 베이퍼 량도 감소하게 된다. 그리고 그 후, 연료 경로 내의 베이퍼가 배기되었다고 판단되면{도 8의 스텝(S304 및 S305)에서 YES}, 양 인젝터(21, 28)에 의한 연료 분사가 개시된다{도 11 중, 타이밍(t11)}. 또 이 때, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사가 개시됨으로써, 연료 분사 비율(β)의 증가가 개시된다.
그 후에 있어서, 제 1 인젝터(21)의 연료 분사 시간(TAU1)이 서서히 길어져 그 연료 분사량이 많아짐과 동시에, 제 2 인젝터(28)의 연료 분사 시간(TAU2)이 서서히 짧아져 그 연료 분사량이 적어진다. 또 이 때, 제 1 인젝터(21)와 제 1 인젝터(21)에 공급되는 연료 사이에서 열 교환이 행해지며, 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1)가 서서히 작아진다{도 11 중, 타이밍(t11 내지 t12)}.
그리고 그 후, 제 1 인젝터 온도 추정치(Tinj1)가 충분히 작아지며, 더욱이 연료 분사 비율(β)이 β=1이 되면, 제 1 인젝터(21)만에 의해 연료가 분사되게 된다{도 11 중, 타이밍(t12)}.
이상 설명한 본 실시예의 시스템에 의하면, 연료 경로 내의 베이퍼 발생량{베이퍼 보정 계수(KV)}를 산출하고, 산출한 베이퍼 발생량 및 연료 경로 내의 연료 압력{딜리버리 연료 압력(DP)}으로 제 1 인젝터(21) 및 제 2 인젝터(28)의 분사량을 조절하도록 함으로써, 제 1 인젝터(21)와 제 2 인젝터(28)를 병용하는 시스템의 각 인젝터(21, 28)에 의한 연료 분사량의 조절량 정밀도를 높게 유지할 수 있다. 또, 연료를 기화시키는 장치 등이 불필요하기 때문에, 시스템 구성이 간단하기도 하다.
또, 연료 탱크(22) 내의 연료 성상을 아울러 가미하여 베이퍼 발생량{베이퍼 보정 계수(KV)}을 산출하도록 함으로써, 제 1 인젝터(21)에서 분사되는 연료 상태를 보다 정확하게 알 수 있게 된다. 이 때문에, 각 인젝터에 의한 연료 분사량의조절량 정밀도를 보다 높게 유지할 수 있다.
또, 탱크 내 연료 온도(TT) 및 탱크 내 연료 압력(TP)을 검출하도록 함으로써, 이들 탱크 내 연료 온도(TT) 및 탱크 내 연료 압력(TP)에 근거하여 연료 탱크(22) 내의 연료 성상을 용이하게 산출할 수 있다.
또, 연료 경로 내의 베이퍼가 배기되어 있을 때에 제 1 인젝터(21)만에 의해 연료를 분사하도록 함으로써, 연료 속의 베이퍼량이 적을 때, 즉 연료 속의 베이퍼에 의한 제 1 인젝터(21)의 연료 분사량 부족분이 작아지는 경우에는, 기상 상태의 연료와 비교하고 조절량 정밀도가 높은 액상 상태의 연료만으로 연료를 분사할 수 있다. 이 때문에, 연료 분사량의 조절량 정밀도를 보다 높게 유지할 수 있다.
또, 딜리버리 연료 압력(DP) 및 딜리버리 연료 온도(DT)에 근거하여 연료 경로 내의 베이퍼가 배기되어 있는지의 여부를 판단함으로써, 보다 정확하게 연료 경로 내의 베이퍼 유무를 알 수 있다.
또, 연료 경로 내의 베이퍼가 배기되었는지의 여부를 판단하여, 이 판단에 근거하여 제 1 인젝터(21)만으로 연료를 분사할지, 양 인젝터(21, 28)에 의해 연료 분사할지를 교체함으로써, 연료 분사량의 조절량 정밀도를 한층 더 높게 유지할 수 있게 된다.
또, 연료 경로 내의 베이퍼량이 많을 경우, 즉 제 1 인젝터(21)의 연료 분사량 부족분이 커질 경우에는, 제 2 인젝터(28)만에 의해 연료가 분사되어 연료 분사량이 조절된다. 더욱이, 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사가 계속됨으로써 제 1 인젝터(21)의 연료 분사량 부족분이 작아진 후에는, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사가 병용된다. 이 때문에, 보다 제 1 인젝터(21)에 공급되는 연료 상태에 따른 양태로, 각 인젝터(21, 28)의 연료 분사량을 조절할 수 있다.
또, 연료 분사 비율(β)을 양 인젝터(21, 28)의 연료 분사 시간 산출에 사용하여, 제 1 인젝터(21)에 의해 연료 분사가 개시된 이후에 있어서, 제 1 인젝터(21)에 의해 분사하는 연료 비율을 서서히 크게 함으로써, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사량을 서서히 크게 할 수 있게 된다. 이 때문에, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사에 기인하는 연료 경로 내의 베이퍼량의 감소 비율에 따라, 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사 비율을 크게 할 수 있다.
또, 냉각수 온도(THW) 및 딜리버리 연료 온도(DT)에 근거하여 제 1 인젝터 온도(Tinj1)를 추정하도록 함으로써, 냉각수 온도(THW)만에 근거하여 온도를 추정할 경우에 비해, 보다 높은 정밀도로 제 1 인젝터(21)의 온도를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명은 비점이 낮은 연료를 사용하는 내연 기관, 예를 들면, 천연 가스, 메탄올, 에탄올 및 디메틸 에테르 등과 같은 연료를 사용하는 내연 기관에 대해서도 적용할 수 있다.
또, 흡입 공기량과 연료 분사량과의 비율과, 내연 기관에서 실제로 연소되는 혼합기의 공연비와의 비교에 근거하여, 연료 성상을 특정해도 된다. 연료 성상에 의해, 제 1 인젝터의 개방 밸브 시간으로 분사되어야 할 연료 분사량과 실제의 연료 분사량에 「어긋남」이 생기고, 이「어긋남」에 의해, 내연 기관에서 연소되는 혼합기의 공연비에도 「어긋남」이 생긴다. 따라서, 이「어긋난 량」을 검출하도록하면, 제 1 인젝터에 공급되어 있는 연료 성상을 추정할 수 있게 된다. 특히, 공연비 제어 장치가 탑재되는 내연 기관의 경우에는, 새로운 구성 요소를 설치할 일도 없다.
이상, 본 발명의 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 각종 형태로 실시 가능하다.
연료를 액상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 1 인젝터와, 연료를 기상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 2 인젝터를 병용하는 본 발명의 내연 기관의 연료 분사 시스템은 각 인젝터에 의한 연료 분사량의 조절량 정밀도를 높게 유지할 수 있도록 한다.

Claims (7)

  1. 연료 탱크(22)에 저장되는 연료를 액상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 1 인젝터(21)와, 상기 연료 탱크에 저장되는 연료를 기상 상태에서 내연 기관에 분사 공급하는 제 2 인젝터(28)를 구비하며, 상기 제 1 인젝터(21) 및 제 2 인젝터(28)에서 분사하는 연료의 분사량을 내연 기관(11)의 요구 연료량에 따라 조정하는 내연 기관의 연료 분사 시스템에 있어서,
    내연 기관(11)의 온도와, 상기 연료 탱크(22)에서 상기 제 1 인젝터(21)까지의 연료 경로(24) 내의 연료 온도에 근거하여, 상기 제 1 인젝터(21)의 온도를 추정하고, 상기 추정되는 제 1 인젝터(21)의 온도에 근거하여, 상기 내연 기관의 요구 연료량에 대한 상기 제 1 인젝터(21) 및 제 2 인젝터(28)의 연료 분사량을 조정하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 추정된 제 1 인젝터(21)의 온도 및 상기 연료 경로(24) 내의 연료 압력에 근거하여 연료 경로(24) 내의 베이퍼 발생량을 산출하고, 상기 산출된 베이퍼 발생량에 근거하여 상기 제 1 인젝터(21) 및 제 2 인젝터(28)에 의해 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 연료 탱크(22) 내의 연료의 성상(性狀)을 가미하여 상기 베이퍼 발생량을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 연료 탱크(22) 내의 연료 온도 및 연료 압력에 근거하여 상기 연료 성상을 결정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 베이퍼 발생량이 소정치 미만일 때, 상기 제 2 인젝터(28)에 의한 연료 분사량을 제로로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 연료 경로(24) 내의 연료 온도 및 연료 압력에 근거하여 연료 경로(24) 내의 베이퍼의 존재 유무를 추정하고, 상기 산출되는 베이퍼 발생량이 소정치 이상일 때, 추정된 베이퍼의 유무에 따라 상기 제 1 및 제 2 인젝터(21, 28)에 의해 분사하는 연료 분사량을 조정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 연료 경로(24) 내에 베이퍼가 있다고 추정될 때는 상기 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사량을 제로로 하며,
    상기 연료 경로(24) 내에 베이퍼가 없다고 추정될 때는 먼저 상기 제 1 인젝터(21)에 의해 연료 분사를 개시하고, 그후, 상기 요구 연료량의 상기 제 2 인젝터(28)에 대한 상기 제 1 인젝터(21)에 의한 연료 분사량의 비율을 서서히 크게 하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템.
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