KR100487505B1 - 터보차저의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

터보차저의 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR100487505B1
KR100487505B1 KR10-2002-7006239A KR20027006239A KR100487505B1 KR 100487505 B1 KR100487505 B1 KR 100487505B1 KR 20027006239 A KR20027006239 A KR 20027006239A KR 100487505 B1 KR100487505 B1 KR 100487505B1
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다카시 시라카와
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

엔진(1)의 신선한 공기량은 터보차저(50)의 가변 노즐(53)에 의해 제어된다. 제어기(41)는 엔진(1)의 주행 상태에 기초하여 가변 노즐(53)의 구동 신호의 개방 루프 제어값을 산출한다. 엔진(1)의 목표 흡입 신선한 공기량은 주행 상태에 기초하여 산출되고, 목표 흡입 신선한 공기량을 평활하게 함으로써 얻어진 처리값이 산출된다(S132). 구동 신호의 피드백 제어값은 실제 흡입 신선한 공기량이 처리값과 일치하도록 산출된다(S367). 가변 노즐(53)은 개방 루프값과 피드백 제어값에 기초하여 제어된다. 피드백 제어의 목표값으로서 처리값을 사용함으로써, 엔진(1)에 의해 흡입되는 흡입 신선한 공기량의 변화에 대한 가변 노즐(53)의 동작으로부터의 시간 지연에 기인하는 피드백 제어의 불안정한 요소들이 제거된다.

Description

터보차저의 제어 장치 및 방법{CONTROL OF TURBOCHARGER}
본 발명은 터보차저를 갖춘 엔진의 흡입 공기량의 제어에 관한 것이다.
1996년에 일본 특허청에 의해 공개된 특개평8-338256호에는 목표값에 기초하여 엔진의 터보차저의 과급압 변화 기구의 피드백 제어가 개시되어 있다.
이 종래의 기술은 엔진의 흡입 공기량 또는 과급압을 검출하고, 검출된 값이 엔진의 구동 상태에 따라 결정되는 목표값과 일치하도록 과급압 변화 기구를 동작시킨다.
터보차저는 엔진의 배기관에 배치된 배기 가스 터빈과, 공기를 압축하며, 이것을 엔진의 흡입관에 공급하는, 배기 가스 터빈에 의해 구동되는 압축기를 포함한다.
과급압 변화 기구는, 예를 들면, 배기 가스 터빈에의 배기 가스의 유입 단면적을 변화시키는 게이트를 포함한다.
도 1은 본 발명에 의한 디젤 엔진의 제어 장치의 개략도,
도 2는 디젤 엔진이 제공되는 공통 레일 연료 분사 기구의 개략도,
도 3은 본 발명에 의한 제어기에 의해 수행되는 목표 연료 분사량(Qsol)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 4는 제어기에 의해 기억되는 기본 연료 분사량(Mqdrv)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 5는 제어기에 의해 기억되는 EGR 밸브 상승량의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 6은 제어기에 의해 수행되는 기통당 목표 EGR량(Tqec)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 7은 제어기에 의해 수행되는 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 8은 제어기에 의해 수행되는 흡입관의 흡입 신선한 공기 유량(Qas0)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 9는 제어기에 의해 기억되는 흡입 신선한 공기량 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 10은 제어기에 의해 수행되는 목표 EGR률(Megr)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 11은 제어기에 의해 기억되는 기본 목표 ERG률(Megrb)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 12는 제어기에 의해 기억되는 냉각수 온도 보정 계수(Kegr_tw)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 13은 제어기에 의해 수행되는 완전 연소 판정 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 14는 제어기에 의해 수행되는 흡입 밸브 위치의 EGR률(Megrd)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 15는 제어기에 의해 수행되는 시간 상수 역값(Kkin)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 16은 제어기에 의해 수행되는 용량 효율 동등 기본값(Kinb)의 맵의 내용을 설명하는 플로우차트,
도 17은 제어기에 의해 수행되는 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 18은 제어기에 의해 기억되는 목표 흡입 신선한 공기량 기본값(tQacb)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 19는 제어기에 의해 기억되는 보정 계수(ktQac)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 20은 제어기에 의해 기억되는 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 21은 제어기에 의해 수행되는 실제 EGR량(Qec)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 22는 제어기에 의해 수행되는, EGR량 피드백 보정 계수(Kqac00), EGR 유속 피드백 보정 계수(Kqac0), 및 EGR 유속 습득 보정 계수(Kqac)를 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 23은 제어기에 의해 수행되는 피드백 제어 허가 플래그(fefb)를 설정하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 24는 제어기에 의해 수행되는 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)를 설정하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 25는 제어기에 의해 수행되는 습득 허가 플래그(felrn)를 설정하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 26은 제어기에 의해 수행되는 EGR량 피드백 보정 계수(Kqac00)를 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 27은 제어기에 의해 기억되는 EGR 유량의 보정 이득(Gkfb)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 28은 제어기에 의해 기억되는 EGR량의 냉각수 온도 보정 계수(Kgfbtw)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 29는 제어기에 의해 수행되는 EGR 유속 피드백 보정 계수(Kqac0)를 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 30은 제어기에 의해 기억되는 EGR 밸브 유속 보정 이득(Gkfbi)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 31은 제어기에 의해 기억되는 EGR 유속의 냉각수 온도 보정 계수(Kgfbitw)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 32는 제어기에 의해 기억되는 오차율 습득값(Rqacn)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 33은 제어기에 의해 수행되는 오차율 습득값(Rqacn)을 갱신하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 34는 제어기에 의해 기억되는 습득율(Tclrn)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 35는 제어기에 의해 수행되는 EGR 밸브 유속(Cqe)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 36은 제어기에 의해 기억되는 EGR 밸브 유속(Cqe)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 37은 제어기에 의해 수행되는 EGR 밸브의 목표 개방 영역(Aev)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 38은 제어기에 의해 수행되는 가변 노즐의 압력 제어 밸브의 듀티값(Dtyvnt)을 설정하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 39는 제어기에 의해 수행되는 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)를 설정하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 40a 내지 도 40e는 가속기 개방의 변화에 대한 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)의 변화를 설명하는 타이밍 차트,
도 41은 제어기에 의해 기억되는 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 42는 디젤 엔진이 제공되는 터보차저의 효율의 특성을 설명하는 도면,
도 43은 제어기에 의해 수행되는 억제 해제 플래그(FCLROB)를 설정하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 44a 및 도 44b는 오버부스트 판정 플래그(FOVBST) 및 억제 해제 플래그(FCLROB)의 변화를 설명하는 타이밍 차트,
도 45는 제어기에 의해 수행되는 오버부스트 억제 기간(TTMROB)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 46은 제어기에 의해 기억되는 오버부스트 억제 기간 기본값(TTMBOB0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 47은 제어기에 의해 기억되는 오버부스트 억제 기간 보정 계수(KTMROB)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 48은 제어기에 의해 수행되는 억제 해제 기간(TTMRCLROB)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 49는 제어기에 의해 기억되는 억제 해제 기간 기본값(TTMRCLROB0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 50은 제어기에 의해 기억되는 억제 해제 기간 보정 계수(KTMRCLROB)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 51은 제어기에 의해 수행되는 가변 노즐의 목표 개방률(Rvnt)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 52는 제어기에 의해 기억되는, 오버부스트 억제 제어하의 EGR 동작 영역에서의 가변 노즐의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 53은 제어기에 의해 기억되는, 통상 엔진 제어하의 EGR 동작 영역에서의 가변 노즐의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 54는 제어기에 의해 기억되는, 오버부스트 억제 제어하의 비EGR 동작 영역에서의 가변 노즐의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 55는 제어기에 의해 기억되는, 통상 엔진 제어하의 비EGR 동작 영역에서의 가변 노즐의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 56은, 도 51과 유사하나, 가변 노즐의 목표 개방률(Rvnt)을 산출하기 위한 서브루틴에 대한 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도면,
도 57은 본 발명의 제2 실시예에 의한, 오버부스트 억제 제어하의 EGR 동작 영역에서의 가변 노즐의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 58은 본 발명의 제2 실시예에 의한, 통상 엔진 제어하의 EGR 동작 영역에서의 가변 노즐의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 59a 내지 도 59c는 디젤 엔진의 흡입 공기량과 배기 가스 조성의 EGR률의 영향을 설명하는 타이밍 차트,
도 60은 제어기에 의해 수행되는 가변 노즐의 개방률의 개방 루프 제어량(Avnt_f)과 가변 노즐의 목표 개방률(Rvnt)의 지연 처리값(Rvnte)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 61a 내지 도 61d는 연료 분사량의 변화에 대한 디젤 엔진의 배기 가스량의 변화를 설명하는 타이밍 차트,
도 62는 제어기에 의해 기억되는, 가변 노즐이 개방 방향에서 동작하고 있는 경우의 진행 보정 이득(TGKVNTO)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 63은 제어기에 의해 기억되는, 가변 노즐이 밀폐 방향에서 동작하고 있는 경우의 진행 보정 이득(TGKVNTC)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 64는 제어기에 의해 기억되는, 가변 노즐이 개방 방향에서 동작하고 있는 경우의 가변 노즐의 개방률의 진행 보정의 시간 상수 역값(TTCVNTO)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 65는 제어기에 의해 기억되는, 가변 노즐이 밀폐 방향에서 동작하고 있는 경우의 개방률의 진행 보정의 시간 상수 역값(TTCVNTC)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 66은 제어기에 의해 수행되는 개방률 습득값(Ravlr)과 가변 노즐의 개방률의 피드백 보정량(Avnt_fb)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 67은 제어기에 의해 수행되는 가변 노즐의 개방률의 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)를 설정하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 68은 제어기 피드백이 가변 노즐의 개방률을 제어하는 디젤 엔진의 동작 영역을 도시하는 도면,
도 69는 가변 노즐의 개방률의 피드백 이득을 설정하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 70은 제어기에 의해 기억되는 비례 이득 기본값(Gkvntp0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 71은 제어기에 의해 기억되는 적분 이득 기본값(Gkvnti0)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 72는 제어기에 의해 기억되는 배기 가스량 보정 계수(Gkvqexh)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 73은 제어기에 의해 기억되는 개방률 보정 계수(Gkvavnt)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 74는 제어기에 의해 수행되는 가변 노즐의 개방률의 피드백 보정량(Avnt_fb)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 75는 제어기에 의해 수행되는 가변 노즐의 개방률의 습득 허가 플래그(FVNLR)를 설정하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 76은 제어기가 가변 노즐의 개방률의 습득 제어를 수행하는 디젤 엔진의 동작 영역을 도시하는 도면,
도 77은 제어기에 의해 수행되는 개방률 습득값(Ravlr)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 78은 제어기에 의해 기억되는 습득 속도(Kvntlrn)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 79는 제어기에 의해 기억되는 동작 영역 반영 계수(Gkvntlnq)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 80은 제어기에 의해 기억되는 개방률 반영 계수(Gkvntlav)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 81은 제어기에 의해 수행되는 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 82는 제어기에 의해 수행되는 최종 명령 개방률(Trvnt)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 83은 제어기에 의해 기억되는 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)의 맵의 내용을 설명하는 플로우차트,
도 84는 제어기에 의해 수행되는, 압력 제어 밸브로 출력된 명령 듀티값(Dtyv)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 85는 제어기에 의해 수행되는 듀티 보류 플래그(fvnt2)를 설정하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 86은 제어기에 의해 수행되는 온도 보정량(Dty_t)을 산출하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 87은 제어기에 의해 기억되는 기본 배기 가스 온도(Texhb)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 88은 제어기에 의해 기억되는 냉각수 온도 보정 계수(Ktexh_Tw)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 89는 제어기에 의해 기억되는 온도 보정량(Dty_t)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 90은 가변 노즐의 개방률과 압력 제어 밸브의 듀티값 간의 관계의 온도의 영향을 설명하는 도면,
도 91은 제어기에 의해 기억되는, 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)이 증가하면서 가변 노즐이 전폐되는 경우의 듀티값(Duty_h_p)의 맵의 내용의 도면,
도 92는 제어기에 의해 기억되는, 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)이 증가하면서 가변 노즐이 전부 개방되는 경우의 듀티값(Duty_l_p)의 맵의 내용의 도면,
도 93은 제어기에 의해 기억되는, 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)이 감소하면서 가변 노즐이 전폐되는 경우의 듀티값(Duty_h_n)의 맵의 내용의 도면,
도 94는 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)이 감소하면서 가변 노즐이 전부 개방되는 경우의 듀티값(Duty_l_n)의 맵의 내용의 도면,
도 95는 본 발명에 의한 명령 개방률 선형화 처리값((Ratdty)과 듀티값 간의 관계의 히스테리시스를 설명하는 도면,
도 96은 제어기에 의해 수행되는 가변 노즐의 동작을 체크하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 97은 제어기에 의해 수행되는 압력 제어 밸브의 듀티값(Dtyvnt)을 산출하기 위한 루틴을 설명하는 플로우차트,
도 98은 제어기에 의해 기억되는 제어 패턴값(Duty_pu)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 99는 제어기에 의해 기억되는, 가변 노즐의 동작을 체크하기 위한 듀티값(Duty_p_ne)의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 100은 디젤 엔진의 배기 가스량과 가변 노즐의 개방률간의 관계를 설명하는 도면,
도 101은 가변 노즐의 개방률, 기통 흡입 공기량(Qac)과 디젤 엔진의 배기 가스량간의 관계를 설명하는 도면,
도 102는 발명자들의 실험에 의한 디젤 엔진의 배기 가스량과 배기 가스량 보정 계수의 관계를 도시하는 도면,
도 103은 발명자들의 실험에 의한 가변 노즐 개방률과 개방률 보정 계수의 관계를 도시하는 도면,
도 104a 및 도 104b는 종래의 기술에 의한 가변 노즐 개방률의 제어하의 흡입 공기량의 변화를 설명하는 타이밍 차트,
도 105a 및 도 105b는 본 발명에 의한 가변 노즐 개방률의 제어하의 흡입 공기량의 변화를 설명하는 타이밍 차트,
도 106은, 도 92와 유사하나, 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 도면,
도 107은, 도 94와 유사하나, 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 도면,
도 108은, 도 84와 유사하나, 본 발명의 제4 실시예를 도시하는 도면,
도 109는 본 발명의 제4 실시예에 의한 제어기에 의해 수행되는 명령 듀티 기본값(Dty_h)의 처리를 제한하기 위한 서브루틴을 설명하는 플로우차트,
도 110는 본 발명의 제4 실시예에 의한 제어기에 기억되는 비피드백 및 피드백 제한 영역의 맵의 내용을 설명하는 도면,
도 111은 본 발명의 제4 실시예에 의한 제어기에 기억되는 제한값의 맵의 내용을 설명하는 도면이다.
이와 같은 피드백 제어는 과급압 또는 흡입 공기량을 검출하는 센서들의 성능과, 과급압 변화 기구를 동작시키는 액츄에이터의 성능의 분산을 또한 보상한다. 그러나, 배기 가스 터빈의 게이트 동작이 엔진의 흡입 공기량에 영향을 주는 처리에는 상당한 응답 지연이 존재한다.
이 응답 지연은 게이트 동작 후에 흡입 공기량이 변화하기 시작할 때까지의 응답 시간과, 흡입 공기량의 변화율을 나타내는 시간 상수에 의해 특정된다.
응답 시간은 수백 밀리초이고 시간 상수는 수 초의 단위이다.
흡입 공기량이 목표값으로서 설정되고 게이트 개방의 피드백 제어가 공지의 미분/적분 피드백 제어에 의해 수행되면, 이 응답 지연에 기인하여 다음 문제가 발생한다.
흡입 공기량이 점진적으로 변화할 때, 피드백 제어의 적분 보정값은 실제 공기량의 응답 지연에 기인하여 축적한다.
적분 보정값의 이 축적은 게이트의 개방 명령값에 영향을 주고, 흡입 공기량이 목표값 주의를 변화하게 한다. 배기 가스의 일부를 흡입 공기로 복귀시키는 배기 재순환(EGR)을 수행하는 엔진에서는, 흡입 공기량의 변화 때문에, 엔진의 배기 가스 조성이 나쁘게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 과급압 변화 기구의 동작에 기인하는 엔진의 흡입 공기량의 변화를 억제하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 엔진의 터보차저의 제어 장치에 있어서, 터보차저에는 엔진의 배기 가스에 의해 구동되는 배기 가스 터빈, 배기 가스 터빈의 회전에 따라 과급압하에서 신선한 공기를 엔진에 공급하는 압축기, 및 배기 가스 터빈으로 인도된 배기 가스의 유로 단면적을 조정하는 기구가 제공한다. 제어장치는, 엔진의 주행 상태를 검출하는 센서, 엔진의 흡입 공기량을 검출하는 센서, 및 제어기를 포함한다. 제어기는 주행 상태에 기초하여 유로 단면적의 개방 루프 제어값을 설정하고, 주행 상태에 기초하여 엔진의 목표 흡입 공기량을 설정하고, 목표 흡입 공기량에 기초하여 소정 평활이 수행되는 처리값을 산출하고, 흡입 공기량을 처리값과 일치시키는 피드백 보정량을 산출하며, 개방 루프 제어값과 피드백 보정량에 기초하여 기구의 배기 가스 유로 단면적을 제어하도록 기능하고 있다.
또한, 본 발명은, 엔진의 터보차저의 제어 방법에 있어서, 터보차저에는, 엔진의 배기 가스에 의해 구동되는 배기 가스 터빈, 배기 가스 터빈의 회전에 따라 과급압하에서 신선한 공기를 엔진에 공급하는 압축기, 및 배기 가스 터빈으로 인도된 배기 가스의 유로 단면적을 조정하는 기구가 제공된다. 제어 방법은, 엔진의 주행 상태를 검출하고, 엔진의 흡입 공기량을 검출하고, 주행 상태에 기초하여 유로 단면적의 개방 루프 제어값을 설정하고, 주행 상태에 기초하여 엔진의 목표 흡입 공기량을 설정하고, 목표 흡입 공기량에 기초하여 소망 평활이 수행되는 처리값을 산출하고, 흡입 공기량을 처리값과 일치시키는 피드백 보정량을 산출하며, 개방 루프 제어값과 피드백 보정량에 기초하여 기구의 배기 가스 유로 단면적을 제어하는 것을 포함하고 있다.
본 발명의 그 밖의 특징 및 이점이 명세서의 나머지 부분에서 상세히 설명되고 첨부 도면에 도시된다.
도면들 중 도 1을 참조하면, 디젤 엔진(1)은 흡입관(3)과 배기관(2)을 포함한다. 디젤 엔진(1)은 열 방출의 패턴이 저온 예비 혼합 연소 수행에 기인하는 단상 연소로 구성되는 다기통 디젤 엔진이다. 이와 같은 디젤 엔진이 1999년 일본 특허청에 의해 공개된 특개평8-86251호에 개시되어 있다. 흡입 공기관(3)의 흡입 공기는 디젤 엔진(1)의 각 기통으로 컬렉터(3A)를 통해 공급된다.
스로틀 액츄에이터(61)에 의해 구동되는 흡입 스로틀(60)과 터보차저(50)의 압축기(55)는 컬렉터(3A)의 상류측의 흡입관(3)에 설치된다.
흡입관(3)으로부터 각 기통으로 인도되는 흡입 포트에는 스월(swirl) 제어 밸브가 제공된다. 디젤 엔진(1)이 저 부하의 저 회전 속도로 주행할 때, 스월 제어 밸브는 관의 일부를 밀폐하여 디젤 엔진(1)의 연소로에 유입하는 공기의 흐름에 소용돌이를 일으킨다.
연소로는 큰 직경의 토로이들(toroidal) 연소로를 포함한다. 이것은 동일 직경의 원통형 구멍이 정상면에서 기부까지의 피스톤에 형성되는 연소로이다. 구멍의 기부에 원뿔형부가 형성된다. 그 결과, 구멍의 외부로부터 흐르는 소용돌이에 대한 저항이 감소되고, 공기와 연료의 혼합이 향상된다. 또한, 구멍의 형상에 기인하여, 피스톤이 하강함에 따라 구멍의 중앙으로부터 소용돌이가 확산한다.
디젤 엔진(1)은 공통 레일식 연료 분사 기구(10)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 연료 분사 기구(10)는, 연료 탱크(11), 연료 공급관(12), 공급 펌프(14), 공통 레일(16)에 형성된 압력 축적 챔버(16A), 및 모든 기통에 제공되는 노즐(17)을 포함한다. 공급 펌프(14)로부터 공급된 연료가 고압 연료관(15)을 통해 압력 어큐뮬레이터(16A)에 저정된 후, 각 노즐(17)로 분배된다.
노즐(17)은, 니들(needle) 밸브(18), 노즐 챔버(19), 노즐 챔버(19)로의 연료관(20), 리테이너(21), 수압 피스톤(22), 리턴 스프링(23), 고압 연료를 수압 피스톤(22)으로 인도하는 연료관(24), 및 연료관(24)에 개재된 3방향 솔레노이드 밸브(25)를 포함한다. 또한, 체크 밸브(26)와 오리피스(27)가 병렬로 연료관(24)에 제공된다. 리턴 스프링(23)은 리테이너(21)를 통해 도면의 하부의 밀폐 방향으로 니들 밸브(18)를 민다. 수압 피스톤(22)은 리테이너(21)의 상단과 접촉한다.
3방향 밸브(25)는, 압력 축적 챔버(16A)에 접속된 포트 A, 연료관(24)에 접속된 포트 B 및 드레인(28)에 접속된 포트 C를 포함한다. 3방향 밸브(25)가 OFF일 때, 포트 A와 포트 B가 접속되고 포트 B와 C는 차단된다. 그 결과, 연료관(20과 24)이 접속되고, 고압 연료가 압력 축적 챔버(16A)로부터 수압 피스톤(22)의 상부와 노즐 챔버(19) 모두로 인도된다. 수압 피스톤(22)의 압력 수용 표면적이 니들 밸브(18)의 압력 수용 표면적보다 크기 때문에, 이 상태에서는, 니들 밸브(18)가 밸브 자리에 위치하고, 그럼으로써 노즐(17)이 밀폐된다.
3방향 밸브(25)가 ON인 상태에서는, 포트 A와 B가 차단되고, 포트 B와 C가 접속된다.
계속해서, 수압 피스톤(22)을 아래쪽으로 미는 연료관(24)의 연료 압력은 드레인(28)을 통해 연료 탱크(11)로 해제되고, 니들 밸브(18)는 이 니들 밸브(18)를 위쪽으로 작용시키는 노즐 챔버(19)의 연료 압력에 기인하여 상승하며, 노즐 챔버(19)의 연료는 노즐(17)의 단부의 홀로부터 분사된다. 3방향 밸브(25)가 OFF 상태로 복귀되면, 압력 축적 챔버(16A)의 연료 압력은 수압 피스톤(22)의 아래쪽으로 재작용하고, 니들 밸브(18)가 밸브 자리에 위치하며, 연료 분사가 종료된다.
즉, 연료 분사 개시 타이밍이 3방향 밸브(25)의 OFF에서 ON으로의 전환 타이밍에 의해 조절되고, 연료 분사량은 ON 상태의 지속에 의해 조절된다. 따라서, 압력 축적 챔버(16A)의 압력이 동일하면, 연료 분사량은 3방향 밸브(25)의 ON 시간이 길수록 증가한다.
또한, 압력 축적 챔버(16A)의 압력을 조절하기 위해서, 연료 분사 기구(10)는, 공급 펌프(15)에 의해 방출된 잉여 연료를 연료 공급관(12)으로 복귀시키는 복귀관(13)을 포함한다. 복귀관(13)에는 압력 조절 밸브(31)가 제공된다. 압력 조절 밸브(31)는 복귀관(13)을 개방하고 밀폐하며, 압력 축적 챔버(16A)로의 연료 분사량을 변화시킴으로써 압력 축적 챔버(16A)의 압력을 조절한다.
압력 축적 챔버(16A)의 연료 압력은 노즐(17)의 연료 분사압과 동일하고, 연료 분사율은 압력 축적 챔버(16)의 연료 압력이 높을수록 높다. 3방향 밸브(25)와 압력 조절 밸브(31)는 제어기(41)로부터의 입력 신호에 따라 기능한다.
상기 연료 분사 기구(10)의 구성은, 제13회 내연기관 심포지엄의 발표 논문 73 내지 77 페이지에 개시되어 공지된다.
이제, 도 1을 다시 참조하면, 배기관(2)의 배기 가스는 터보차저(50)의 배기 가스 터빈(52)을 구동시킨 후에, 촉매 컨버터(62)를 통해 대기로 방출된다. 촉매 컨버터(62)는 디젤 엔진(1)이 린(lean) 공기-연료비하에서 동작할 때 질소 산화물(NOX)을 포획하고, 디젤 엔진(1)이 리치(rich) 공기-연료비하에서 동작할 때 배기 가스에 함유된 탄화수소(HC)에 의해 포획된 NOX를 감소시킨다.
터보차저(50)는 배기 가스 터빈(52)의 회전에 따라 흡입 신선한 공기를 흡입관(3)에 과급하는 압축기(55)와 배기 가스 터빈(52)을 포함한다. 흡입관(3)의 중앙에는 압축기(55)가 제공되고, 흡입관(3)은 압축기(55)에 의해 압축된 공기를 디젤 엔진(1)에 공급한다. 압력 액츄에이터(54)에 의해 구동되는 가변 노즐(53)이 배기 가스 터빈(2)의 흡기구에 제공된다.
압력 액츄에이터(54)는 신호 압력에 따라 가변 노즐(53)을 구동시키는 다이아프램(diaphragm) 액츄에이터(59)와, 제어기(41)로부터 입력된 신호에 따라 신호 압력을 발생시키는 압력 제어 밸브(56)를 포함한다.
제어기(41)는 가변 노즐(53)을 제어하여 디젤 엔진(1)의 회전 속도가 느릴 때 노즐 개방을 감소시킨다. 그 결과, 배기 가스 터빈(52)에 도입된 배기 가스의 유속이 증가되어 소정 과급압이 얻어진다. 한편, 제어기(41)는, 배기 가스를 저항 없이 배기 가스 터빈(52)에 도입하기 위해서, 디젤 엔진(1)의 회전 속도가 빠를 때, 가변 노즐(53)을 제어하여 전부 개방한다.
공기-연료 혼합물이 디젤 엔진(1)에서 연소될 때, 독성 NOX가 형성된다. NOX량은 연소 온도에 크게 의존하고, NOX의 발생량은 연소 온도를 낮게 만듦으로써 억제될 수 있다. 이 디젤 엔진(1)은 배기 가스 재순환(EGR)에 의해 연소로의 산소 농도를 감소시키고, 그럼으로써 저온 연소를 실현한다. 이 목적을 위해, 디젤 엔진(1)은 배기 가스 터빈(52)의 상류측의 배기관(2)과 흡입관(3)의 컬렉터(3A)를 접속하는 배기 가스 재순환(EGR)관(4)을 포함한다. EGR관(4)에는 부압(negative pressure) 제어 밸브(5)로부터 제공된 제어 부압과 냉각 시스템(7)에 응답하는 다이아프램식 배기 가스 재순환(EGR) 밸브(6)가 제공된다.
부압 제어 밸브(5)는 제어기(41)로부터 입력된 듀티 신호에 응답하여 부압을 발생시키고, 그럼으로써 EGR 밸브(6)를 통해 배기 가스 재순환의 비율(EGR률)을 변화시킨다.
예를 들면, 디젤 엔진(1)의 저 회전 속도, 저 부하 범위에서, EGR률은 최대 100 퍼센트이고, 디젤 엔진(1)의 회전 속도와 부하가 증가함에 따라, EGR률은 감소된다. 고 부하에서는, 배기 가스 온도가 높으므로, 다량의 EGR이 수행되면 흡입 공기 온도가 상승할 것이다. 흡입 공기 온도가 상승하면, NOX는 더이상 감소하지 않고, 분사된 연료의 점화 지연이 짧게 되어, 예비 혼합 가스 연소를 달성할 수 없게 된다. 따라서, EGR률은 디젤 엔진(1)의 회전 속도와 부하가 증가하는 단계에서는 감소하게 된다.
냉각 시스템(7)은 엔진 냉각수의 일부를 EGR관(4)을 둘러싸는 워터 재킷(water jacket)(8)으로 인도하여, EGR관(4)의 재순환된 배기 가스를 냉각시킨다. 워터 재킷(8)의 냉각수 흡기구(7A)에는 제어기(41)로부터의 신호에 따라 냉각수의 재순환량을 조절하는 흐름 제어 밸브(9)가 제공된다.
압력 조절 밸브(31), 3방향 밸브(25), 부압 제어 밸브(5), 압력 액츄에이터(54) 및 흐름 제어 밸브(9)는 각기 제어기(41)로부터의 신호에 의해 제어된다. 제어기(41)는, 중앙처리장치(CPU), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM) 및 입/출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 갖춘 마이크로컴퓨터를 포함한다. 제어기(41)는 복수의 마이크로컴퓨터를 포함하여도 된다는 것에 유의해야 한다.
검출값들에 대응하는 신호들이, 압력 축적 챔버(16A)의 연료 압력을 검출하는 압력 센서(32), 차량 가속기 패달의 개방 CI를 검출하는 가속기 개방 센서(33), 디젤 엔진(1)의 크랭크각과 회전 속도(Ne)를 검출하는 크랭크각 센서(34), 디젤 엔진(1)의 기통들을 식별하는 기통 식별 센서(35), 디젤 엔진(1)의 냉각수 온도(Tw)를 검출하는 냉각수 온도 센서(36), 디젤 엔진(1)의 흡입 공기 온도(Ta)를 검출하는 흡입 공기 온도 센서(37), 대기압(Pa)을 검출하는 대기압 센서(38) 및 압축기(55)의 상류측의 흡입관(3)의 흡입 신선한 공기 유량을 검출하는 공기 흐름 미터(39)로부터 제어기(41)로 입력된다. 대기압 센서(38)와 공기 흐름 미터(39)는 흡입 스로틀(60)의 상류측의 흡입관(3)에 설치된다.
디젤 엔진(1)의 회전 속도와 가속기 개방에 기초하여, 제어기(41)는 노즐(17)의 목표 연료 분사량과 압력 축적 챔버(16A)의 목표 압력을 산출한다. 압력 축적 챔버(16A)의 연료 압력이 압력 조절 밸브(31)를 개방하고 밀폐시킴으로써 피드백 제어되어, 압력 센서(32)에 의해 검출된 압력 축적 챔버(16A)의 실제 압력이 목표 압력과 일치한다.
또한, 제어기(41)는 산출된 목표 연료 분사량에 따라 3방향 밸브(25)의 ON 시간과, 3방향 밸브(25)의 ON에 대한 전환 타이밍에 의한 디젤 엔진(1)의 주행 상태에 응답하는 연료 분사 개시 타이밍을 제어한다. 예를 들면, 디젤 엔진(1)이 고 EGR률하의 저 부하 상태, 저 회전 속도에 있을 때, 연료 분사 개시 타이밍은 피스톤의 상사점(TDC) 근처로 지연되어 분사된 연료의 점화 지연이 길다. 이 지연에 기인하여, 점화시의 연소로 온도는 낮아지고, 고 EGR률에 기인하는 매연의 발생이 예비 혼합 연소비를 증가시킴으로써 억제된다. 한편, 디젤 엔진(1)의 회전 속도와 부하가 증가함에 따라 분사 개시 타이밍이 진행된다. 이것은 다음 이유 때문이다. 구체적으로, 점화 지연 기간이 일정하더라도, 점화 지연 기간을 변환함으로써 얻어진 점화 지연 크랭크각은 엔진 속도의 증가에 비례하여 증가한다. 따라서, 소정 크랭크각으로 분사된 연료를 점화시키기 위해서, 분사 개시 타이밍은 고 회전 속도로 진행될 필요가 있다.
제어기(41)는 디젤 엔진(1)의 EGR량과 신선한 공기량을 제어한다. 신선한 공기량은 가변 노즐(53)을 통한 터보차저(50)의 과급압을 통해 제어되고 EGR량은 EGR 밸브(6)를 통해 제어된다.
그러나, 과급압 및 EGR량은 서로 영향을 주고, EGR량이 변화되면, 가변 노즐(53)의 개방을 변화시킬 필요도 있다.
과급압 제어 정밀도와 EGR량 제어 정밀도는 모두 엔진(1)이 과도 상태일 때 떨어지므로, 서로 영향을 주고 있는 이들 파라미터를 제어하는 것이 곤란하게 된다.
따라서, 제어기(41)는 엔진(1)의 주행 상태에 따라 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)을 계산하고, 이 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)과, 디젤 엔진(1)의 흡입 밸브 위치의 기통당 EGR량(Qec), 또는 디젤 엔진(1)의 흡입 밸브 위치의 EGR률(Megrd)에 기초하여 터보차저(50)의 가변 노즐(53)의 목표 개방률(Rvnt)을 설정한다.
여기서, 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)은 디젤 엔진(1)의 흡입 밸브 위치의 흡입 신선한 공기량의 목표값이다. 흡입 신선한 공기량은 터보차저(50)의 과급압에 따라 변화하고, 신선한 공기가 압축기(55)로부터 흡입관(3)을 통해 흡입 밸브로 통과할 때로부터의 시간에 대응하는 시간 래그(time lag)가, 흡입 밸브 위치에서의 신선한 공기의 변화와 과급압의 변화 사이에 존재한다. 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어가 목표 신선한 공기량(tQac)에 기초하여 수행되고, 목표 신선한 공기량(tQac)이 점진적으로 변화될 때, 디젤 엔진(1)의 흡입 밸브로부터 기통에 의해 실제로 흡입된 실제 신선한 공기량과 목표 신선한 공기량(tQac) 간의 차이가 너무 크게 되고, 따라서 실제 신선한 공기량이 목표값으로 수렴할 때까지 상당히 변화한다.
본 발명은 목표값의 점진적 변화를 평활하게 함으로써 신선한 공기량의 변화를 억제한다. 따라서, 제어기(41)는 목표 신선한 공기량(tQac)에 대한 지연 처리가 수행되는 목표 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)을 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어 목표값에 설정한다.
제어기(41)에 의해 수행된 상기 제어는 플로우차트들을 참조하여 설명된다. 도 3, 도 4 및 도 7 내지 도 13은 1998년 일본 특허청에 의해 공개된 특개평10-288071호에 공지되어 있다.
먼저, 과급압과 EGR량의 제어에 사용되는 공통 파라미터를 산출하기 위한 루틴이 설명된다. 공통 파라미터는, 연료 분사 기구(10)의 목표 연료 분사량(Qsol), EGR 밸브(6)의 목표 EGR률(Megr), 시간 상수 역값(Kkin), 실제 EGR률(Megrd), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac), 흡입관의 흡입 신선한 공기 유량(Qas0), 실제 EGR량(Qec) 및 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)이다.
시간 상수 역값(Kkin)은 디젤 엔진(1)의 흡입 밸브와 EGR 밸브(6) 사이에 개재된 컬렉터(3A)에 기인한 EGR 제어 지연을 나타내는 값이다. 실제 EGR률(Megrd)은 디젤 엔진(1)의 흡입 밸브를 통과하는 흡입 공기의 EGR률을 나타낸다. 실제 EGR률(Megrd)은 목표 EGR률(Megr)에 대한 1차 지연으로 변화한다. 이들 파라미터의 산출은 과급압 제어 루틴, 및 EGR량 제어 루틴과 독립적으로 수행된다.
먼저, 도 3을 참조하면, 목표 연료 분사량(Qsol)을 산출하기 위한 루틴이 설명된다. 이 루틴은 각 기통의 연소 사이클의 각 기준 위치에 대해 크랭크각 센서(34)에 의해 출력된 REF 신호와 동기하여 수행된다. 4행정 사이클 기관의 경우에, REF 신호는 4행정 사이클 기관의 180도, 및 6기통 엔진의 120도마다 출력된다.
먼저, 단계 S1에서는, 엔진 속도(Ne)가 판독되고, 단계 S2에서는, 가속기 개방(CI)이 판독된다.
단계 S3에서는, 엔진 회전 속도(Ne)와 가속기 개방(CI)에 기초하여 도 4에 도시된 맵을 참조함으로써 기본 연료 분사량(Mqdrv)이 산출된다. 이 맵은 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된다.
단계 S4에서는, 엔진 냉각수 온도(Tw) 등에 기초한 증가 보정을 기본 연료 분사량(Mqdrv)에 부가함으로써 목표 연료 분사량(Qsol)이 산출된다.
그러나, 상기 루틴은 EGR 가스의 잔류 공기량을 고려하지 않는다는 것에 유의해야 한다. 그래서, 본 발명에 의하면, 연료 분사 기구(10)에 의한 실제 연료 분사량은 상기 루틴에서 산출된 목표 연료 분사량(Qsol)과 반드시 동일할 필요는 없으나, 후술되는 최종 목표 연료 분사량(Qfin)과는 동일하다.
다음에, 도 10을 참조하면, 목표 EGR률(Megr)을 산출하기 위한 루틴이 설명된다. 또한, 이 루틴은 REF 신호와 동기하여 수행된다.
단계 S51에서, 먼저, 제어기(41)는 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 엔진 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
단계 S52에서, 도 12에 도시된 맵을 참조하면, 기본 목표 EGR률(Megrb)은 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료 분사량(Qsol)으로부터 산출된다. 이 맵은 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된다. 이 맵에서, 기본 목표 EGR률(Megrb)은 엔진의 동작 빈도가 높은 영역에서 크게 설정된다. 이 영역은 회전 속도(Ne)와 부하가 작은 영역에 해당한다. 이 맵에서, 부하는 목표 연료 분사량(Qsol)으로 나타내어진다. 엔진 출력이 높을 때, 매연이 발생되는 경향이 있어, 이와 같은 영역에서는, 기본 목표 EGR률(Megrb)이 작은값을 갖도록 설정된다.
단계 S53에서, 도 13에 도시된 맵을 참조하면, 기본 목표 EGR률(Megrb)의 냉각수 온도 보정 계수(Kegr_Tw)가 냉각수 온도(Tw)로부터 산출된다. 또한, 이 맵은 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된다.
단계 S54에서, 목표 EGR률(Megr)이 기본 목표 EGR률(Megrb)과 냉각수 온도 보정 계수(Kegr_Tw)로부터 다음식(1)에 의해 산출된다.
(1)
단계 S55에서, 디젤 엔진(1)이 완전 연소 상태인지 아닌지를 판정하는 도 13에 도시된 서브루틴이 수행된다.
이 서브루틴을 설명하면, 먼저 단계 S61에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 판독되고, 단계 S62에서, 완전 연소 회전 속도에 대응하는 완전 연소 판정 슬라이스 레벨(NRPMK)과 엔진 회전 속도(Ne)가 비교된다.
슬라이스 레벨(slice level)(NRPMK)은, 예를 들면, 400rpm으로 설정된다. 엔진 회전 속도(Ne)가 슬라이스 레벨(NRPMK)을 초과하는 경우에, 루틴은 단계 S63으로 진행된다.
여기서, 카운터값(Tmrkb)이 소정 시간((TMRKBP))과 비교되고, 카운터값(Tmrkb)이 소정 시간(TMRKBP)보다 클 때, 단계 S64에서 완전 연소 플래그가 ON되고, 서브루틴이 종료된다.
단계 S62에서 엔진 회전 속도(Ne)가 슬라이스 레벨(NRPMK) 이하인 경우에, 서브루틴은 단계 S66으로 진행된다. 여기서, 카운터값(Tmrkb)이 0으로 클리어되고, 다음 단계 S67에서 완전 연소 플래그가 OFF되며, 서브루틴이 종료된다.
단계 S63에서 카운터값(Tmrkb)이 소정 시간(TMRKBP) 이하일 때, 단계 S65에서 카운터값(Tmrkb)이 증가되고 서브루틴이 종료된다.
이 서브루틴에서는, 엔진 회전 속도(Ne)가 슬라이스 레벨(NRPMK)을 초과하더라도, 완전 연소 플래그는 바로 ON되지 않고, 이 상태가 소정 시간(TMRKBP)동안 지속된 후에만 완전 연소 플래그가 ON으로 변화한다.
도 10을 다시 참조하면, 도 13의 서브루틴을 수행한 후에, 단계 S56에서 제어기(41)는 완전 연소 플래그를 판정한다. 완전 연소 플래그가 ON일 때, 도 10의 루틴은 종료된다. 완전 연소 플래그가 OFF일 때, S57에서 목표 EGR률(Megr)이 0으로 재설정되고, 도 10의 루틴이 종료된다.
다음에, 도 14 및 도 15를 참조하여, 시간 상수 역값(Kkin)과 실제 EGR률(Megrd)을 산출하기 위한 루틴이 이제 설명된다. 실제 EGR률(Megrd)은 목표 EGR률(Megr)에 대한 1차 지연으로 변화한다. 시간 상수 역값(Kkin)과 실제 EGR률(Megrd)의 산출이 상호 관련되므로, 이들은 함께 설명될 것이다.
도 15는 시간 상수 역값(Kkin)을 산출하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 REF 신호와 동기하여 수행된다.
단계 S101에서 제어기(41)는, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 실제 EGR률의 직전값(Megrdn-1)(%)을 판독한다. 직전값(Megrdn-1)은 루틴이 수행된 경우의 직전에 산출된 Megrd의 값이다.
단계 S102에서, 용량 효율 동등 기본값(Kinb)이 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된 도 16의 맵을 참조함으로써 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)으로부터 산출된다.
단계 S103에서, 볼륨 효율 동등값(Kin)이 다음식(2)로부터 산출된다. EGR이 수행될 때, 흡입 공기의 신선한 공기의 비율은 떨어지고, 볼륨 효율이 감소한다. 이 감소는 볼륨 효율 동등 기본값(Kinb)을 통한 볼륨 효율 동등값(Kin)의 산출에 반영된다.
(2)
단계 S104에서, 컬렉터(3A)의 용량에 대응하는 시간 상수 역값(Kkin)은 용량 효율 동등값(Kin)에 상수(KVOL)를 곱하여 산출된다.
상수(KVOL)는 다음식(3)으로 표시된다.
(3)
여기서, VE는 디젤 엔진(1)의 배기량이고,
NC는 디젤 엔진(1)의 기통의 수이며,
VM는 컬렉터(3A)에서 흡입 밸브까지의 관의 용량이다.
도 14는 실제 EGR률(Megrd)을 산출하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 십 밀리초의 간격으로 수행된다.
단계 S91에서 먼저 제어기(41)는 목표 EGR률(Megr)을 판독한다.
다음 단계 S92에서, 시간 상수 역값(Kkin)이 판독된다. 시간 상수 역값(Kkin)을 산출하는 도 15의 루틴은 REF 신호와 동기하여 수행되고, 실제 EGR률(Megrd)을 산출하는 이 루틴은 십 밀리초의 간격으로 수행된다. 따라서, 여기서 판독된 시간 상수 역값(Kkin)은 도 14의 루틴의 실행 직전에 도 15의 루틴에 의해 수행된 시간 상수 역값(Kkin)이다. 마찬가지로, 도 15의 루틴에 의해 판독된 실제 EGR률의 직전값(Megrdn-1)은 도 15의 루틴의 실행 직전의 도 14의 루틴에 의해 산출된 실제 EGR률이다.
단계 S93에서, 실제 EGR률(Megrd)이, 목표 EGR률(Megr), 직전값(Megrdn-1), 및 시간 상수 역값(Kkin)을 이용하는 다음식(4)로부터 산출된다.
(4)
여기서, KE2# 는 상수이다.
이 식에서, Ne ·KE2#는 각 기통의 흡입 행정당 EGR률을 단위시간당 EGR률로 변환시키는 값이다.
다음에, 도 7을 참조하여, 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)을 산출하기 위한 루틴이 설명된다. 이 루틴은 REF 신호에 동기하여 수행된다. 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)은 디젤 엔진(1)의 하나의 기통의 흡입 밸브 위치에서의 흡입 신선한 공기량을 나타낸다. 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)은 공기 흐름 미터(39)에 의해 검출된 흡입관(3)의 신선한 공기 유량(Qas0)으로부터 산출되나, 공기 흐름 미터(39)가 압축기(55)의 상류측에 위치되기 때문에, 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)은 공기 흐름 미터(39)를 통과하는 공기가 컬렉터(3A)를 통해 기통에 들어올 때까지의 시간을 고려하여 산출된다.
먼저, 단계 S31에서, 제어기(41)는 엔진 회전 속도(Ne)와 흡입관(3)의 신선한 공기 유량(Qas0)을 판독한다.
단계 S32에서, 흡입 신선한 공기 유량(Qas0)이 다음식(5)에 의해 기통당 흡입 신선한 공기량(Qac0)으로 변환된다.
(5)
여기서, KCON#는 상수이다.
상수 KCON#는 흡입관(3)의 흡입 신선한 공기 유량(Qas0)을 기통당 흡입 신선한 공기량(Qac0)으로 변환하는 상수이다. 4기통 엔진에서, 2개의 기통이 각기 회전하여 공기 흡입을 수행하므로, 상수 KCON#는 30이다. 6기통 엔진에서, 3개의 기통이 각기 회전하여 공기 흡입을 수행하므로, 상수 KCON#는 20이다.
공기 흐름 미터(39)를 통과하는 공기가 실제로 기통에 들어올 때까지 많은 시간이 요구된다. 이 시간차를 보정하기 위해서, 제어기(41)는 단계 S33, S34의 처리를 수행한다.
단계 S33에서, 공기 흐름 미터(39)에서 컬렉터(3A)의 흡기구까지 요구되는 시간을 고려하여, L시간 전에 실행된 루틴의 EGR 유속 피드백 보정 계수인 Qac0의 값(Qac0n-L)이 컬렉터(3A)의 흡기구의 기통당 흡입 신선한 공기량(Qacn)으로서 설정된다. L의 값은 실험에 의해 결정된다.
단계 S34에서는, 컬렉터(3A)에서 디젤 엔진(1)의 각 기통의 흡입 밸브까지의 시간차를 고려하여, 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)이 1차 지연의 식(6)에 의해 산출된다.
(6)
여기서, Kkin는 시간 상수 역값이고,
Qacn-1는 루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 Qac이다.
공기 흐름 미터(39)로부터 제어기(41)에 입력된 신호는 아날로그 전압 신호(Us)이고, 제어기(41)는 이 아날로그 전압 신호(Us)를 도 8에 도시된 루틴을 수행함으로써 흡입관(3)의 흡입 신선한 공기 유량(Qas0)으로 변환한다. 이 루틴은 4 밀리초의 간격으로 수행된다.
단계 S41에서, 제어기(41)는 아날로그 전압 신호(Us)를 판독하고, 단계 S42에서, 도 9에 도시된 맵을 참조함으로써 이를 유량(Qas0_d)으로 변환한다. 이 맵은 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된다.
또한, 단계 S43에서, 중량 평균 처리가 유량(Qas0_d)에 수행되고, 얻어진 값이 흡입관(3)의 흡입 신선한 공기 유량(Qas0)으로 여겨진다.
다음에, 도 21를 참조하면, 실제 EGR량(Qec)을 산출하기 위한 루틴이 설명된다. 실제 EGR량(Qec)은 흡입 밸브 위치에서의 기통당 EGR량에 해당한다. 이 루틴은 십 밀리초의 간격으로 수행된다.
먼저 단계 S121에서, 제어기(41)는, 컬렉터(3A)의 흡기구의 기통당 흡입 신선한 공기량(Qacn), 목표 EGR률(Megr), 및 컬렉터 용량에 대응하는 시간 상수 역값(Kkin)을 판독한다. 컬렉터(3A)의 흡기구의 기통당 흡입 신선한 공기량(Qacn)에 대해, 도 7의 루틴에 의해 산출된 값이 사용되고, 시간 상수 역값(Kkin)에 대해, 도 15의 루틴에 의해 산출된 값이 사용된다.
다음 단계 S122에서, 컬렉터(3A)의 흡기구의 기통당 EGR량(Qec0)이 다음식(7)에 의해 산출된다.
(7)
다음 단계 S123에서, 실제 EGR량(Qec)이 다음식(8)에 의해 산출되고 루틴이 종료된다.
(8)
여기서, Qecn-1는 루틴이 수행되는 경우의 직전에 산출된 Qec이다.
흡입 밸브 위치에서의 기통당 EGR량(Qec)은 디젤 엔진(1)의 기통당 실제 EGR량에 상당한다. 다음 설명에서는, 간단하게 하기 위해 흡입 밸브 위치에서의 기통당 EGR량(Qec)을 실제 EGR량이라 한다.
도 17은 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)을 산출하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 십 밀리초의 간격으로 수행된다.
먼저 단계 S111에서, 제어부(41)는, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 실제 EGR률(Megrd)을 판독한다. 단계 S112에서, 실제 EGR률(Megrd)은 소정값(MEGRLV#)과 비교된다. 소정값(MEGRLV#)은 배기 가스 재순환이 실제로 수행되는지 아닌지를 판정하기 위한 값이고, 예를 들면, 0.5%로 설정된다.
단계 S112에서, Megrd > MEGRLV#일 때, 루틴은 단계 S113으로 진행된다. 한편, Megrd ≤ MEGRLV#일 때, 루틴은 단계 S116으로 진행된다. 배기 가스 재순환이 수행되지 않는 경우와 같게 되는 매우 작은 배기 가스 재순환의 경우를 처리하기 위해서, 소정값(MEGRLV#)은 0으로 설정되지 않는다.
단계 S113에서, 목표 흡입 신선한 공기량 기본값(tQacb)이 도 18에 도시된 맵을 참조함으로써 엔진 회전 속도(Ne)와 실제 EGR률(Megrd)로부터 산출된다. 엔진 회전 속도(Ne)가 일정할 때, 이 맵은 실제 EGR률(Megrd)이 클수록 큰 목표 흡입 신선한 공기량 기본값(tQacb)을 제공한다. 이 맵은 제어부(41)의 메모리에 미리 기억된다.
다음에, 단계 S114에서, 목표 흡입 신선한 공기량의 보정 계수(ktQac)가 도 19의 맵을 참조함으로써 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)으로부터 산출된다. 보정 계수(ktQac)는 차량의 주행 상태에 따라 목표 흡입 신선한 공기량을 설정하기 위한 계수이다.
단계 S115에서, 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)이, 목표 흡입 신선한 공기량 기본값(tQacb)에 보정 계수(ktQac)를 곱하여 산출된다.
한편, 단계 S116에서, 배기 가스 재순환이 수행되지 않는 경우의 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)이 도 20에 도시된 맵을 참조함으로써 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)으로부터 산출된다.
이와 같이 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)을 산출한 후에, 루틴은 종료된다.
제어기(41)에 의한 터보차저(50)의 과급압의 제어뿐만 아니라 EGR 밸브(6)의 EGR량의 제어가, 이들 공통 파라미터, 목표 연료 분사량(Qsol), 시간 상수 역값(Kkin), 목표 EGR률(Megr), 실제 EGR률(Megrd), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac), 실제 EGR량(Qec) 및 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)에 기초하여 수행된다.
EGR량의 제어는 목표 개방 영역(Aev)과 같게 되도록 EGR 밸브(6)의 개방 영역을 제어함으로써 수행된다.
다음에, 이 제어의 EGR 밸브(6)의 목표 개방 영역(Aev)을 산출하기 위한 루틴이 도 37를 참조하여 설명된다. 이 루틴은 REF 신호와 동기하여 수행된다.
먼저, 단계 S231에서, 제어기(41)는, EGR 밸브(6)의 위치에서의 기통당 목표 EGR량(Tqec), EGR량 피드백 보정 계수(Kqac00) 및 EGR 밸브 유속(Cqe)을 판독한다.
이들 값은 개별 루틴에 의해 산출된다.
EGR 밸브(6)의 위치에서의 기통당 목표 EGR량(Tqec)은 도 6에 도시된 루틴에 의해 산출된다. EGR량 피드백 보정 계수(Kqac00)는 도 22에 도시된 개별 루틴, 및 도 26에 도시된 서브루틴에 의해 산출된다. EGR 밸브 유속(Cqe)은 도 35에 도시된 루틴에 의해 산출된다.
이들 루틴이 먼저 설명된다.
도 6을 참조하면, 먼저 단계 S21에서, 제어기(41)는 컬렉터(3A)의 흡기구의 흡입 신선한 공기량(Qacn)을 판독한다. 컬렉터(3A)의 흡기구의 기통당 흡입 신선한 공기량(Qacn)이 도 7의 단계 S33에 의해 산출된 값이다.
다음에, 단계 S22에서, 목표 EGR률(Megr)이 판독된다. 목표 EGR률(Megr)은 도 10의 루틴에 의해 산출된 값이다.
다음에, 단계 S23에서, 요구되는 EGR량(Mqec)이 식(9)에 의해 산출된다.
(9)
단계 S24에서, 지연 처리가 도 15의 루틴에 의해 산출된 시간 상수 역값(Kkin)을 사용하는 다음식(10)에 의해 요구되는 EGR량(Mqec)에 기초하여 수행되고, 이것이 디젤 엔진(1)의 흡입 밸브 위치에서의 기통당 요구되는 EGR량에 대응하는 중간값으로 변환된다.
(10)
여기서, Rqecn-1는 루틴이 수행되는 경우의 직전에 산출된 Rqec이다.
다음 단계 S25에서, 진행 처리가 중간값(Rqec)와 요구되는 EGR량(Mqec)을 사용하는 다음식(11)에 의해 수행되어, EGR 밸브(6)의 위치에서의 기통당 목표 EGR량(Tqec)을 산출한다.
(11)
도 22는, EGR량 피드백 보정 계수(Kqac00), EGR 유속 피드백 보정 계수(Kqac0), 및 EGR 유속 습득 보정 계수(Kqac)를 산출하기 위한 루틴을 도시한다.
이 루틴은 REF 신호와 동기하여 수행된다.
도 37의 단계 S231에서 판독된 EGR량 피드백 보정 계수(Kqac00)가 이 루틴에 의해 산출된다.
먼저, 단계 S131에서, 제어기(41)는 먼저 목표 흡입 신선한 공기량(tQac), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac), 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료 분사량(Qsol)을 판독한다.
단계 S132에서, 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)의 지연 처리값(tQacd)이 다음식(12)를 사용하여, 도 15의 루틴에 의해 산출된 시간 상수 역값(Kkin)과 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)으로부터 산출된다.
(12)
여기서, KQA#는 상수이고,
tQacdn-1는 루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 tQacd이다.
다음 단계 S133에서, 피드백 제어 허가 플래그(fefb), 습득 허가 플래그(felrn) 및 EGR 밸브 개방의 제어에 관련된 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)가 판독된다.
이들 플래그는 각기 도 23, 도 24 및 도 25에 도시된 독립 루틴에 의해 설정된다.
도 23은 피드백 제어 허가 플래그(fefb)를 설정하기 위한 루틴이다. 이 루틴은 십 밀리초의 간격으로 수행된다.
도 23을 참조하면, 먼저 단계 S271에서, 제어기(41)는, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol), 실제 EGR률(Megrd) 및 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
후속 단계 S152 내지 S155에서, EGR량 피드백 제어 조건이 판정된다.
단계 S152에서, 실제 EGR률(Megrd)이 소정값(MEGRFB#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(MEGRFB#)은 배기 가스 재순환이 실제로 수행되는지를 체크하기 위한 값이다. 단계 S153에서, 냉각수 온도(Tw)가 소정값(TwFBL#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(TwFBL#)은 30℃로 설정된다. 단계 S154에서, 목표 연료 분사량(Qsol)이 소정값(QSOLFBL#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다.
소정값(QSOLFBL#)은 디젤 엔진(1)이 연료 차단 상태가 아닌지를 체크하기 위한 값이다. 단계 S155에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정값(NeFBL#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(NeFBL#)은 차량이 디젤 엔진(1)이 회전을 멈추는 저속 영역이 아닌지를 체크하기 위한 값이다.
단계 S152 내지 S155의 모든 조건이 충족될 때, 루틴은 단계 S156로 진행되고 타이머값(Ctrfb)을 증가시킨다.
다음 단계 S158에서, 타이머값(Ctrfb)이 소정값(TMRFB#)보다 큰지 아닌지를 판정한다. 소정값(TMRFB#)은, 예를 들면, 1초보다 작은 값으로 설정된다. 이 판정의 결과가 긍정인 경우에, 루틴은 피드백 제어 허가 플래그(fefb)를 단계 S159의 하나로 설정하고, 루틴이 종료된다.
한편, 단계 S152 내지 S155의 어느 조건도 충족되지 않으면, 단계 S157에서, 루틴은 타이머값(Ctrfb)을 0으로 재설정하고, 다음 단계 S160으로 진행된다.
단계 S158의 판정이 부정인 경우에, 또한 루틴은 단계 S160으로 진행된다.
단계 S160에서, 피드백 제어 허가 플래그(fefb)가 0으로 재설정되고 루틴이 종료된다.
이 루틴에 의하면, 피드백 제어 허가 플래그(fefb)는 단계 S152 내지 S155의 모든 조건이 만족되는 상태가 소정값(TMRFB#)을 초과하는 시간 동안 지속될 때에만 1로 설정되고, 그 밖의 경우에, 피드백 제어 허가 플래그(fefb)는 0으로 재설정된다.
도 24는 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)를 설정하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 또한 십 밀리초의 간격으로 수행된다.
도 24를 참조하면, 먼저 단계 S161에서, 제어기(41)는, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol), 실제 EGR률(Megrd) 및 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
다음 단계 S162 내지 S165에서, EGR량 습득값 반영 조건이 판정된다.
단계 S162에서, 실제 EGR률(Megrd)이 소정값(MEGRLN2#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(MEGRLN2#)은 배기 가스 재순환이 실제로 수행되는지를 체크하기 위한 값이다. 단계 S163에서, 냉각수 온도(Tw)가 소정값(TwLNL2#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(TwLNL2#)은 20℃로 설정된다. 단계 S164에서, 목표 연료 분사량(Qsol)이 소정값(QSOLLNL2#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(QSOLLNL2#)은 디젤 엔진(1)이 연료 차단 상태가 아닌지를 체크하기 위한 값이다. 단계 S165에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정값(NeLNL2#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(NeLNL2#)은 차량이 디젤 엔진(1)이 회전을 멈추는 저속 영역이 아닌지를 체크하기 위한 값이다.
단계 S162 내지 S165의 모든 조건이 충족될 때에만, 루틴은 단계 S166으로 진행되어 타이머값(Ctrln2)을 증가시킨다.
다음 단계 S168에서 타이머값(Ctrln2)이 소정값(TMRLN2#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(TMRLN2#)은 0.5 초로 설정된다. 이 판정의 결과가 긍정인 경우에, 단계 S169에서 루틴은 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)를 1로 설정하고, 루틴이 종료된다.
한편, 단계 S162 내지 S165의 조건 중 어느 하나가 충족되지 않을 때, 단계 S167에서, 루틴은 타이머값(Ctrln2)을 0으로 재설정하고, 다음 단계 S170으로 진행된다. 단계 S168의 판정이 부정인 경우에, 루틴은 또한 단계 S170으로 진행된다.
단계 S170에서, 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)가 0으로 재설정되고 루틴이 종료된다.
도 25는 습득 허가 플래그(felrn)를 설정하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 또한 십 밀리초의 간격으로 수행된다.
도 25를 참조하면, 먼저 단계 S171에서, 제어기(41)는, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol), 실제 EGR률(Megrd), 및 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
후속 단계 S172 내지 S177에서, EGR량 습득 허가 조건이 판정된다.
단계 S172에서, 실제 EGR률(Megrd)이 소정값(MEGRLN#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(MEGRLN#)은 배기 가스 재순환이 실제로 수행되는지를 체크하기 위한 값이다. 단계 S173에서, 냉각수 온도(Tw)가 소정값(TwLNL#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(TwLNL#)은 70 내지 80℃로 설정된다. 단계 S174에서, 목표 연료 분사량(Qsol)이 소정값(QSOLLNL#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(QSOLLNL#)은 디젤 엔진(1)이 연료 차단 상태가 아닌지를 체크하기 위한 값이다. 단계 S175에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정값(NeLNL#)을 초과하는 아닌지를 판정한다. 소정값(NeLNL#)은 차량이 디젤 엔진(1)이 회전을 멈추는 저속 영역이 아닌지를 체크하기 위한 값이다. 단계 S176에서, 피드백 제어 허가 플래그(fefb)가 1로 설정되는지 아닌지를 판정한다. 단계 S177에서, 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)가 1인지 아닌지를 판정한다.
단계 S172 내지 S177의 모든 조건이 충족될 때에만, 루틴은 단계 S178로 진행되어 타이머값(Ctrln)을 증가시킨다.
다음 단계 S180에서, 타이머값(Ctrln)이 소정값(TMRLN#)을 초과하는지 아닌지를 판정한다. 소정값(TMRLN#)은 4초로 설정된다. 이 판정의 결과가 긍정인 경우에, 단계 S181에서 루틴은 습득 허가 플래그(felrn)를 1로 설정하고, 루틴이 종료된다. 한편, 단계 S172 내지 S177의 조건 중 어느 하나가 충족되지 않을 때, 단계 S179에서, 루틴은 타이머값(Ctrln)을 0으로 재설정하고, 다음 단계 S182로 진행된다. 단계 S168의 판정이 부정인 경우에 루틴은 또한 단계 S182로 진행된다. 단계 S182에서, 습득 허가 플래그(felrn)가 0으로 재설정되고, 루틴이 종료된다.
도 22를 다시 참조하면, 이 피드백 제어 허가 플래그(fefb), 습득값 반영 허가 플래그(felrn2) 및 습득 허가 플래그(felrn)를 판독한 후에, 단계 S134에서, 제어기(41)는 피드백 제어 허가 플래그(fefb)가 1인지 아닌지를 판정한다.
피드백 제어 허가 플래그(fefb)가 1일 때, 단계 S135에서 EGR량의 피드백 보정 계수(Kqac00), 및 단계 S136에서 EGR 밸브 유속(Cqe)의 피드백 보정 계수(Kqac0)를 산출한 후에, 제어기(41)는 단계 S139로 진행된다.
한편, 단계 S134에서 피드백 제어 허가 플래그(fefb)가 1이 아닐 때, 단계 S137에서 제어기(41)는 EGR량의 피드백 보정 계수(Kqac00)를 1로 설정하고, 다음 단계 S138에서 피드백 보정 계수(Kqac0)를 1로 설정한 다음, 단계 S139로 진행된다.
이제, 단계 S135에서 수행된 EGR량의 피드백 보정 계수(Kqac00)의 산출과 단계 S136에서 수행된 EGR 속도의 피드백 보정 계수(Kqac0)의 산출이 설명된다.
EGR량의 피드백 보정 계수(Kqac00)의 산출은 도 26의 서브루틴에 의해 수행된다.
도 26을 참조하면, 단계 S191에서, 먼저 제어기(41)는, 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 냉각수 온도(Tw)를 판독한다. 지연 처리값(tQacd)은 도 22의 단계 S132에서 산출된 값이다.
단계 S192에서, EGR 유량의 보정 이득(Gkfb)이, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된 도 27에 도시된 맵을 참조하여 산출된다. 다음 단계 S193에서, 보정 이득의 냉각수 온도 보정 계수(Kgfbtw)가, 냉각수 온도(Tw)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된 도 28에 도시된 맵을 참조하여 산출된다.
최종 단계 S194에서, EGR량의 피드백 보정 계수(Kqac00)가, 보정 이득(Gkfb)과 냉각수 온도 보정 계수(Kgfbtw)를 사용하여, 다음식(13)에 의해 산출된다.
(13)
(tQacd/Qac1-1), 식(13)의 우측의 첫번째 용어는 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)에 대한 목표 흡입 신선한 공기량 지연 처리값(tQacd)의 오차율이다. 따라서, EGR량의 피드백 보정 계수(Kqac00)는 1이 중심이 되는 값이다.
EGR 밸브 유속의 피드백 보정 계수(Kqac0)의 산출이 도 29에 도시된 서브루틴에 의해 수행된다.
도 29를 참조하면, 단계 S201에서, 먼저 제어기(41)는, 지연 처리값(tQacd), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
단계 S202에서, EGR 밸브 유속의 보정 이득(Gkfbi)이, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된 도 30에 도시된 맵을 참조하여 산출된다.
단계 S203에서, 보정 이득의 냉각수 온도 보정 계수(Kgfbitw)가, 냉각수 온도(Tw)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된 도 31에 도시된 맵을 참조하여 산출된다.
다음 단계 S204에서, 오차율(Rqac0)이, 보정 이득(Gkfb)과 냉각수 온도 보정 계수(Kgfbtw)를 사용하여, 다음식(14)에 의해 산출된다.
(14)
여기서, Rqac0n-1는 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 Rqac0이다.
다음 단계 S205에서, 1을 오차율(Rqac0)에 가산함으로써, EGR 유속 피드백 보정 계수(Kqac0)가 산출된다. 따라서, EGR 밸브 유속의 피드백 보정 계수(Kqac0)는 오차율의 적분에 비례하는 값이다.
이제, 도 22를 다시 참조하면, EGR량의 피드백 보정 계수(Kqac00)와 EGR 밸브 유속의 피드백 보정 계수(Kqac0)를 설정한 후에, 단계 S139에서, 제어기(41)는 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)가 1인지 아닌지를 판정한다.
습득값 반영 허가 플래그(felrn2)가 1일때, 즉, 습득값의 EGR량 제어에 반영이 허용될 때, 단계 S140에서, 제어기(41)는, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된 도 32에 도시된 맵을 참조함으로써 오차율 습득값(Rqacn)을 판독한다. 다음 단계 S141에서, EGR 유속 습득 보정 계수(Kqac)가 1을 오차율 습득값(Rqacn)에 가산함으로써 산출된다.
단계 S139에서 습득값 반영 허가 플래그(felrn2)가 1이 아닌 경우에, 단계 S142에서 제어기(41)는 EGR 유속 습득 보정 계수(Kqac)를 1로 설정한다.
단계 S141 또는 단계 S142의 처리 후에, 단계 S143에서, 제어기(41)는 습득 허가 플래그(felrn)가 1인지 아닌지를 판정한다.
습득 허가 플래그(felrn)가 1일 때, 단계 S144에서, 제어기(41)는 EGR 유속 피드백 보정 계수(Kqac0)에서 1을 감산하여 오차율의 현재값(Rqacp)을 산출한다. 다음 단계 S146에서, 습득값이 도 33의 서브루틴을 사용하여 갱신되고, 루틴이 종료된다.
습득 허가 플래그(felrn)가 1이 아닐 때, 단계 S145에서, 제어기(41)는 오차율의 현재값(Rqacp)을 0으로 재설정하고, 도 22의 루틴을 종료한다.
다음에, 단계 S146에서 수행된 습득값의 갱신이 설명된다.
도 33을 참조하면, 단계 S211에서, 먼저 제어기(41)는, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 도 22의 단계 S144에서 산출된 오차율(Rqacp)을 판독한다.
단계 S212에서, 습득률(Tclrn)은, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억되는 도 34에 도시된 맵을 참조하여 산출된다.
단계 S213에서, 오차율 습득값(Rqacn)은, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여, 전술한 도 32의 맵을 참조하여 산출된다.
다음 단계 S214에서, 다음식(15)에 의한 중량 평균 처리가 단계 S211에서 판독된 오차율(Rqacp)에 가산되고, 오차율 습득값의 갱신이 수행된다.
(15)
여기서,Rqacn(new)는 맵에 기입되는 오차율 습득값(Rqacn),
Rqacp는 단계 S211에서 판독된 오차율,
Rqacn(old)은 단계 S213의 맵으로부터 판독된
오차율 습득값(Rqacn)이다.
다음 단계 S215에서, 도 32의 맵의 기억된 값이 이와 같이 산출된 오차율 습득값(Rqacn(new))을 사용하여 중복 기입된다.
도 33의 서브루틴을 종료함으로써, 제어기(41)는 도 22의 루틴의 처리를 종료한다.
다음에, 도 35를 참조하여, EGR 밸브 유속(Cqe)을 산출하기 위한 루틴이 설명된다.
먼저, 단계 S221에서, 제어기(41)는 실제 EGR량(Qec), 실제 EGR률(Megrd) 및 기통 흡입 공기량(Qac)을 판독한다.
다음 단계 S222에서, 제어기(41)는 EGR 밸브 유속의 피드백 보정 계수(Kqac0)와 EGR 유속 습득 보정 계수(Kqac)를 판독한다.
다음 단계 S223에서, 보정된 실제 EGR량(Qec_h)은 다음식(16)에 의해 산출된다.
(16)
단계 S224 내지 단계 S227에서, EGR 동작이 시작되는 경우의 보정된 실제 EGR량(Qec_h)의 초기값이 설정된다. 단계 S224에서, 보정된 실제 EGR량(Qec_h)이 0인지 아닌지를 판정한다. Qec_h이 0인 경우, 즉, EGR이 동작하지 않을 경우, 보정된 실제 EGR량(Qec_h)은 단계 S225의 다음식(17)에 의해 설정되고, 루틴은 단계 S226으로 진행된다. 단계 S224에서 보정된 실제 EGR량(Qec_h)이 0이 아닌 경우, 루틴은 단계 S225를 통과하여 단계 S226으로 진행된다.
(17)
여기서, MEGRL#은 상수이다.
단계 S226에서, 실제 EGR률(Megrd)이 0인지 아닌지를 판정한다. 실제 EGR률(Megrd)이 0인 경우에, 실제 EGR률(Megrd)이 단계 S227에서 상수(MEGRL#)와 동일하도록 설정되고, 루틴이 단계 S228로 진행된다. 실제 EGR률(Megrd)이 0이 아닌 경우에, 루틴은 단계 S227를 통과하여 단계 S228로 진행된다.
EGR 밸브(6)가 전폐될 때, EGR 밸브(6)의 EGR 밸브 유속은 0이고, 식(16)과 식(17)은, EGR 동작이 시작될 때, 즉, EGR 밸브(6)가 개방을 시작할 때 유속 산출에 사용되는 파라미터의 초기값을 설정하기 위한 식이다. 상수(MEGRL#)는, 예를 들면, 0.5로 설정될 수 있다.
EGR 동작이 시작될 때의 EGR 밸브(6)의 상류측과 하류측 차압은 디젤 엔진(1)의 주행 상태에 따라 다르고, 그 결과, EGR 동작이 시작될 때의 EGR 유속도 다르다. EGR 밸브(6)가 개방을 시작할 때의 EGR 밸브(6)의 상류와 하류의 차압은 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)에 의존한다. 따라서, EGR 동작이 시작될 때의 EGR 밸브 유속의 산출 정밀성은 Qec_h의 초기값을 식(17)에 의해 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)에 직접 비례하게 함으로써 향상될 수 있다.
이제, 단계 S228에서, 제어기(41)는, 보정된 실제 EGR량(Qec_h)과 실제 EGR률(Megrd)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억되는 도 36에 도시된 맵을 참조함으로써 EGR 밸브 유속(Cqe)을 산출하고, 루틴이 종료한다.
도 37의 단계 S231에서, EGR 밸브(6)의 위치에서의 기통당 목표 EGR량(Tqec), EGR량 피드백 보정 계수(Kqac00) 및 상기 개별 루틴들에 의해 산출되는 EGR 밸브 유속(Cqe)이 판독된다.
다음 단계 S232에서, EGR 밸브(6)의 위치에서의 기통당 목표 EGR량(Tqec)이 다음식(18)에 의해 단위 시간당 목표 EGR량(Tqek)으로 변환된다.
(18)
여기서, Kqac00는 EGR량 피드백 보정 계수이다.
단계 S233에서, EGR 밸브(6)의 목표 개방 영역(Aev)은 다음식(19)에 의해 산출되고, 루틴이 종료한다.
(19)
이와 같이 얻어진 EGR 밸브(6)의 목표 개방 영역(Aev)은 제어기(41)에 미리 기억되는 도 5에 도시된 내용을 갖는 맵을 검색함으로써 EGR 밸브(6)의 상승량으로 변환된다.
제어기(41)는 듀티 제어 신호를 압력 제어 밸브(56)로 출력하여 EGR 밸브(6)의 상승량이 이 값과 일치한다.
한편, 터보차저(50)의 과급압의 제어는 듀티값(Dtyvnt)을 나타내는 신호를 압력 제어 밸브(56)로 출력하여 가변 노즐(53)의 개방률을 변화시킴으로써 수행된다.
이제, 이 제어에 사용된 듀티값(Dtyvnt)을 산출하기 위한 루틴이 도 38을 참조하여 설명된다. 이 루틴은 십 밀리초마다 수행된다. 이 루틴은 각종 서브루틴을 포함한다.
먼저, 단계 S241에서, 제어기(41)는 도 39에 도시된 오버부스트 판정 플래그 설정 서브루틴을 수행한다.
여기서, 오버부스트는, 압력 액츄에이터(54)가 가변 노즐(53)의 밀폐방향, 즉, 디젤 엔진(1)의 주행 조건의 변화에 대해, 과급압이 증가하는 방향으로 이동할 때의 과급 제한을 실제 과급압이 초과하는 현상을 의미한다. 과급 제한은 과급압이 엔진(1)의 성능을 증가시키지 않는 이상의 제한이다.
도 39를 참조하면, 단계 S251에서, 제어기(41)는 먼저, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac), 서브루틴이 k선행하는 경우의 이들값(Nen-k, Qsoln-k 및 Qacn-k), 및 실제 EGR률(Megrd)을 판독한다.
단계 S252에서, 디젤 엔진(1)의 1행정 사이클당 기통 흡입 가스량(Qcyl(mg))은 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)과 실제 EGR률(Megd)을 참조하여 다음식(20)에 의해 산출된다.
(20)
식(20)의 우측에서 두번째 용어 Qac ·Megrd/100는 실제 EGR량이고, 실제 EGR량을 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)에 가산함으로써 얻어진 값이 디젤 엔진의 1기통에 의한 행정 사이클당 흡입된 가스량이다.
도 21의 루틴에 의해 산출된 실제 EGR량(Qec)은 실제 EGR량으로 사용될 수 있다. 이 경우, Qcyl=Qac+Qec이다.
단계 S253에서, 행정 사이클(mg)당 실제 배기 가스량(Qexh)은 다음식(21)에 의해 산출된다.
(21)
여기서, GKQFVNT#는 눈금 계수(mg/㎣)이고,
KCON#는 상수이다.
여기서, 흡입 공기와 배기 가스의 온도의 차이는 무시되고, 목표 연료 분사량(Qsol)과 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)의 연료의 연소에 기인하는 배기 가스의 총액이 배기 가스량으로 여겨진다.
목표 연료 분사량(Qsol)의 단위는 (㎣)이고, 이것은 변환 계수(GKQFVNT#)를 곱함으로써 질량으로 변환된다. 또한 행정 사이클당 질량(㎎)은 Ne/KCON#을 곱합으로써 초당 질량으로 변환된다.
단계 S254에서, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac) 및 서브루틴이 k경우 전에 수행될 때의 값들(Nen-k, Qsoln-k 및 Qacn-k),)이 각기 엔진 회전 속도 변화(DNE), 연료 분사량 변화량(DQSOL) 및 기통 흡입 신선한 공기량 변화(DQAC)로서 산출된다.
단계 S255 내지 단계 S257에서, 이들 값에 기초하여 오버부스트가 발생하는지 아닌지가 판정된다.
단계 S255에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정값(KNEOB#)보다 큰지 아닌지를 판정하고, 엔진 회전 속도 변화(DNE)이 소정값(KDNEOB#)보다 큰지 아닌지를 판정한다.
단계 S256에서, 목표 연료 분사량(Qsol)이 소정값(KQFOB#)보다 큰지 아닌지를 판정하고, 연료 분사량 변화량(DQSOL)이 소정값(KDQFOB#)보다 큰지 아닌지를 판정한다.
단계 S257에서, 기통 흡입 신선한 공기량(DQAC)이 소정값(KDQACOB#)보다 큰지를 판정한다.
단계 S255 내지 단계 S257의 조건 중 어느 하나가 만족되면, 오버부스트가 발생한다고 여겨진다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S261로 진행된다.
한편, 단계 S255 내지 단계 S257의 모든 판정 결과가 부정인 경우에, 서브루틴은 단계 S258로 진행된다.
여기서, 제어기(41)는 단계 S253에서 산출된 실제 배기 가스량(Qexh)에 기초하여, 제어기(41)에 미리 기억되는 도 41에 도시된 내용을 갖는 맵을 참조하여 대응하는 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)을 산출한다.
도 41에서, 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)은 실제 배기 가스량(Qexh)에 대해 거의 볼록한 형상의 패턴을 갖는다.
이 특성이 도 42를 참조하여 설명된다.
이 도면은 실제 배기 가스량(Qexh), 흡입 다기관(3B)의 압력을 Pm으로서 취하는 터보차저의 압력비(Pm/Pa) 및 효율( ŋ)을 Pa로서 나타내고 대기압의 관계를 Pa로서 나타낸다.
효율( ŋ)은 신선한 공기량과 동등하고, 효율( ŋ)이 높을수록, 흡입관(3)으로부터 디젤 엔진(1)에 의해 흡입되는 신선한 공기량은 증가한다.
이 도면에 도시된 바와 같이 실제 배기 가스량(Qexh)이 증가할 때, 효율은 동일한 압력비(Pm/Pa)하의 일정 영역까지 상승하나, 이 영역 이상 실제 배기 가스량(Qexh)이 상승하면, 효율( ŋ)은 떨어진다.
도 41에서, 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)은 전술한 효율( ŋ)의 특성을 반영하는 볼록한 형태로 변화한다. 또한, 도 41의 맵에서, 동일한 실제 배기 가스량(Qexh)에 대해, 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)은 대기압이 낮아질수록 작은 값을 취한다.
이제, 단계 S259에서, 단계 S252에서 산출된 디젤 엔진(1)의 행정 사이클당 기통 흡입 가스량((Qcyl(㎎))이 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)보다 높은지 아닌지가 판정된다. 이 조건이 만족되는 경우에, 서브루틴은 단계 S261로 진행된다.
단계 S261에서, 오버부스트 판정 플래그(FOVBT)가 1로 설정되고, 오버부스트 타이머(TMROB)가 다음 단계 S262에서 0으로 재설정되며, 서브루틴이 종료된다.
한편, 단계 S259에서, 디젤 엔진(1)의 행정 사이클당 기통 흡입 가스량(Qcyl(㎎))이 오버부스트 판정 흡입 가스량(Tqcyl)보다 작을 때, 서브루틴은 단계 S260에서 오버부스트 판정 플래그(FOVBT)를 0으로 재설정하고, 루틴이 종료된다. 여기서, FOVBT=1은 오버부스트의 제어가 필요한 것을 나타내고, FOVBT=0은 오버부스트의 가능성이 없다는 것을 나타낸다.
오버부스트 판정 플래그(FOVBT)는 후술되는 터보차저(50)의 가변 노즐(53)의 목표 개방률(Rvnt)을 설정하기 위한 서브루틴의 억제에 사용된다.
오버부스트 타이머(TMROB)는 오버부스트 판정 플래그(FOVBT)가 0에서 1로 변화한 후의 경과된 시간을 나타낸다.
이제, 도 40a 내지 도 40e를 참조하여, 가속기 개방(CI)과 오버부스트 판정 플래그(FOVBT)의 변화가 설명된다.
먼저, 도 40a에 도시된 바와 같이 가속기 패달이 급히 눌려졌을 때, 도 40b에 도시된 바와 같이 목표 연료 분사량(Qsol)은 변화하고, 도 40c에 도시된 바와 같이 엔진 회전 속도(Ne)가 변화하며, 도 40d에 도시된 바와 같이 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)이 변화한다.
도 39의 서브루틴에 의하면, 목표 연료 분사량(Qsol), 엔진 회전 속도(Ne) 또는 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)이 크게 변화할 때마다, 오버부스트 판정 플래그(FOVBT)는 1로 설정된다.
오버부스트의 판정이 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)에만 의존하여 수행되면, 오버부스트의 발생에 억제 동작이 너무 늦게 되고, 따라서, 본 발명에 의해, 판정의 지연은 빠른 반응을 갖는 목표 연료 분사량(Qsol)과 엔진 회전 속도(Ne)를 오버부스트의 판정의 베이스에 가산함으로써 방지된다.
도 40a 내지 도 40e에서, 매연 제한이 목표 연료 분사량(Qsol)에 도입된다.
즉, 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)의 변화가 가속기 개방의 변화에 늦기 때문에, 목표 연료 분사량(Qsol)이 가속기 개방의 변화에 따라 빠르게 증가하게 되면, 매연이 생성된다.
따라서, 목표 연료 분사량(Qsol)의 증가량에 제한이 적용된다. 이 제한이 매연 제한이고, 목표 연료 분사량(Qsol)의 증가는 매연 제한에 기인하여 도 40b의 2 단계로 분리된다.
이제, 다시 도 38을 참조하면, 제어기(41)는 단계 S242의 도 43에 도시된 서브루틴에 의해 억제 해제 플래그(FCLROB)를 설정한다.
억제 해제 플래그(FCLROB)는 다음 이유에 기인하여 도입된다.
오버부스트 억제는 소정 시간에 걸쳐 수행된다.
소정 시간이 경과한 후에, 즉시 가변 노즐(53)이 밀폐 방향으로 구동되고 과급압이 증가할 때, 오버부스트가 발생한다.
따라서, 억제 해제 플래그(FCLROB)가 도입되고, 도 44a 및 도 44b에 도시된 바와 같이, 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1에서 0으로 변화할 때, 억제 해제 플래그(FCLROB)는 0에서 1로 변환된다.
가변 노즐(53)의 개방은 억제 해제 플래그(FCLROB)가 1이 되는 경우의 기간에 오버부스트의 억제가 발생하기 전의 개방으로 느리게 되돌아간다.
상기 제어는 도 43을 참조하여 설명된다.
단계 S271에서, 제어기(41)는 오버부스트 타이머(TMROB)가 소정 억제 기간(TTMROB)이하인지 아닌지를, 또는 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1인지 아닌지를 판정한다.
상기 조건 중 어느 하나가 만족될 때, 오버부스트 억제 제어가 진행중이라고 여겨진다.
이 경우, 단계 S274에서, 서브루틴은 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1인 상태를 지속하고, 서브루틴이 종료된다.
단계 S271의 조건 중 어느 것도 만족되지 않는 경우에, 오버부스트 억제 제어는 수행되고 있지 않다고 여겨진다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S272로 진행된다.
단계 S272에서, 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 0으로 재설정되고, 오버부스트 소거 타이머(TMRCLROB)는 다음 단계 S273에서 0으로 재설정된다.
오버부스트 소거 타이머(TMRCLROB)는 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1에서 0으로 변화한 후의 경과 시간을 보여준다.
다음 단계 S275에서, 오버부스트 소거 타이머(TMRCLROB)가 소정 억제 해제 기간(TTMRCLROB)보다 작은지 아닌지를 판정한다.
단계 S275의 판정 결과가 긍정인 경우에, 서브루틴은 단계 S277로 진행되고, 부정인 경우에, 서브루틴은 단계 S276으로 진행된다.
단계 S277에서, 억제 해제 플래그(FCLROB)가 1로 설정되고, 서브루틴이 종료된다.
단계 S276에서, 억제 해제 플래그(FCLROB)가 0으로 재설정되고, 서브루틴이 종료된다.
억제 해제 플래그(FCLROB)가 0으로 재설정될 때, 오버부스트 억제 제어는 종료되고 이후 디젤 엔진(1)의 통상 동작이 수행된다.
한편, 단계 S272에서 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 0으로 재설정한 직후에, 단계 S275의 판정 결과는 긍정이어야 하고, 억제 해제 플래그(FCLROB)는 이 때 단계 S277의 동작에 기인하여 0에서 1로 변화한다.
단계 S271에 사용되는 억제 기간(TTMROB)은 도 45에 도시된 개별 루틴에 의해 산출된다. 또한, 단계 S275에 사용되는 억제 해제 기간(TTMRCLROB)은 도 48에 도시된 개별 루틴에 의해 산출된다. 이들 개별 루틴의 각각은 십 밀리초마다 수행된다.
먼저, 도 45를 참조하면, 단계 S281에서 제어기(41)는 엔진 회전 속도 변화(DNE)와 연료 분사 변화량(DQSOL)으로부터 도 46에 도시된 맵을 참조함으로써 억제 기간 기본값(TTMROB0)을 산출한다.
다음 단계 S282에서, 억제 기간의 보정 계수(KTMROB)가, 그 내용이 도 47에 도시되는 제어기(41)의 미리 기억된 맵을 참조하여 산출된다.
억제 기간의 보정 계수(KTMROB)는 기통 흡입 신선한 공기량 변동(DQAC), 기통 흡입 가스량(Qcyl), 및 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)의 차이에 기초하여 설정된다.
단계 S283에서, 억제 기간(TTMROB)은 억제 기간 기본값(TTMROB0)에 보정 계수(KTMROB)를 곱하여 산출된다.
엔진 회전 속도 변화(DNE), 연료 분사 변화량(DQSOL) 및 기통 흡입 신선한 공기량 변화(DQA)는 도 39의 단계 S254와 동일한 방법에 의해 산출된다.
기통 흡입 가스량(Qcyl)은 도 39의 단계 S252와 동일한 방법에 의해 산출된다.
오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl)은 도 39의 단계 S258과 동일한 방법에 의해 산출된다.
도 46에서, 억제 기간 기본값(TTMROB0)이 엔진 회전 속도 변동(DNE) 또는 기통 흡입 신선한 공기량 변동(DQAC)이 클수록 증가되는 이유는, 오버부스트가 엔진 회전 속도(Ne) 또는 엔진 부하를 나타내는 목표 연료 분사량(Qsol)이 클수록 용이하게 발생하기 때문이다.
도 47에서, 보정 계수(KTMROB)가 기통 흡입 신선한 공기량 변동(DQAC) 또는 기통 흡입 가스량(Qcyl)과 오버부스트 판정 흡입 가스량(Tqcyl) 간의 차이가 클수록 증가되는 이유는, 오버부스트가 기통 흡입 신선한 공기량 변동(DQAC) 또는 기통 흡입 가스량(Qcyl)과 오버부스트 판정 흡입 가스량(TQcyl) 간의 차이가 클수록 용이하게 발생하기 때문이다.
다음에, 도 48을 참조하면, 억제 해제 기간 기본값(TTMRCLR)이 대기압 센서(38)에 의해 검출된 대기압(Pa) 및 그 내용이 도 49에 도시되는 제어기(41)의 미리 기억된 맵으로부터 단계 S291에서 산출된다.
도 49에서, 억제 해제 기간 기본값(TTMRCLROB0)이 대기압(Pa)이 낮을수록 증가되는 이유는 다음과 같다.
디젤 엔진(1)의 배기 가스량이 클수록, 배기 압력과 대기압의 차이는 커진다.
배기 압력이 일정하면, 배기 가스량은 대기압(Pa)이 낮을수록 크다. 또한, 터보차저(50)가 수행하는 작업이 크게 되고, 오버부스트를 생성하기가 용이하게 된다.
따라서, 억제 해제 기간 기본값(TTMRCLROB0)이 대기압(Pa)이 낮아질수록 증가된다. 대기압(Pa)이 낮은 통상 조건하에서는 높은 장소에서 가동하고 있다.
다음 단계 S292에서, 억제 해제 기간 보정 계수(KTMRCLROB)는, 그 내용이 도 50에 도시되는 제어기(41)의 미리 기억된 맵을 참조하여, 실제 배기 가스량(Qexh)으로부터 산출된다.
도 50에서, 실제 배기 가스량(Qexh)이 일정 수준 이상 증가하는 경우에, 보정 계수(KTMRCLROB)는 이 수준에서 오버부스트를 발생시키기 용이하기 때문에 증가한다.
다음 단계 S293에서, 억제 해제 기간(TTMRCLROB)이 억제 해제 기간 기본값(TTMRCLROB0)에 억제 해제 기간 보정 계수(KTMRCLROB)를 곱하여 산출된다.
도 38을 다시 참조하면, 단계 S242에서 억제 해제 플래그(FCLROB)를 설정한 후에, 단계 S243에서 제어기(41)는 도 51에 도시된 서브루틴을 사용하여 가변 노즐(53)의 목표 개방률(Rvnt)을 판정한다.
가변 노즐(53)의 개방률은, 가변 노즐(53)이 전부 개방되는 경우의 개방 단면적에 대한 개방 단면적의 비를 백분률로서 표시하는 수값이다.
전부 개방되는 상태는, 개방률이 100%이고, 밀폐 상태는, 그 비율이 0%이다. 개방률이 일반값으로서 사용되어 터보차저(50)의 용량과 상관없이 가변 노즐(53)의 개방을 나타내더라도, 물론 개방 영역에 의해 개방률을 대체할 수도 있다.
이 장치가 사용되는 터보차저(50)는 과급압이 가변 노즐(53)의 개방률이 작을수록 높게 구성된다. 소정 배기 가스량에 대해, 가변 노즐(53)이 전부 개방되는 경우에, 과급압은 최소이고, 가변 노즐(53)이 전폐될 때, 과급압은 최대이다.
이제, 도 51를 참조하면, 먼저 단계 S301에서, 제어기는, 목표 흡입 신선한 공기량(tQac), 실제 EGR량(Qec), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 목표 EGR률(Megr)을 판독한다.
다음 단계 S302에서, 가변 노즐(53)의 목표 개방률(Rvnt)을 산출하기 위한 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0)이 다음식(22)에 의해 산출된다.
(22)
여기서, QFGAN#는 이득이고,
KCON#는 상수이다.
다음 단계 S303에서, 가변 노즐(53)의 목표 개방률(Rvnt)을 산출하기 위한 EGR량 동등값(Qes0)이 다음식(23)에 의해 산출된다.
(23)
식(22)과 (23)에서, Ne/KCON#은 신선한 공기량 또는 기통당 EGR량을 단위시간당 값으로 변화시키기 위한 승수이다.
또한, 식(22)과 (23)에서, 디젤 엔진(1)의 부하에 따라 목표 개방률(Rvnt)을 변화시키기 위해 목표 흡입 신선한 공기량(tQac) 또는 실제 EGR량(Qec)에 Qsol ×QFGAN#이 가산된다.
여기서, 목표 연료 분사량(Qsol)은 엔진 부하를 나타낸다고 여겨지고, 엔진 부하의 효과는 이득(QFGAN#)에 의해 조정된다.
다음 설명에서, 이와 같이 산출된 tQas0을 설정 흡입 신선한 공기량 동등값이라고 하고, Qes0를 설정 EGR량 동등값이라고 한다.
다음 단계 S304에서, 목표 EGR률(Megr)이 소정값(KEMRAV#)보다 큰지 아닌지를 판정한다.
소정값(KEMRAV#)은 배기 가스 재순환이 실제로 수행되는지 아닌지를 목표 EGR률(Megr)로부터 판정하기 위한 값이다.
목표 EGR률(Megr)이 소정값(KEMRAV#)보다 큰 경우에, 단계 S305에서 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1인지 아닌지를 판정한다.
목표 EGR률(Megr)이 소정값(KEMRAV#)보다 작은 경우에, 단계 S306에서 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1인지 아닌지를 판정한다.
목표 EGR률(Megr)이 소정값(KEMRAV#)보다 작고 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1일 때에, 이것은 배기 가스 재순환이 수행되고 오버부스트 억제가 요구되는 것을 가리킨다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S307로 진행된다.
단계 S307에서, 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0)과 설정 EGR량 동등값(Qes0)에 기초하여, 가변 노즐(53)의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 그 내용이 도 52에 도시되는 제어기(41)에 미리 기억된 맵을 참조하여 산출된다.
목표 EGR률(Megr)이 소정값(KEMRAV#)보다 크고 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1이 아닐 때에, 이것은 배기 가스 재순환이 수행되나 오버부스트 억제가 요구되지 않는다는 것을 가리킨다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S308로 진행된다.
단계 S308에서, 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0)과 설정 EGR량 동등값(Qes0)에 기초하여, 가변 노즐(53)의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 그 내용이 도 53에 도시되는 제어기(41)에 미리 기억된 맵을 참조하여 산출된다.
도 52와 53의 맵에서, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 다음 이유에 기인하여 설정 EGR량 동등값(Qes0)이 증가함에 따라 감소하도록 설정된다.
EGR량이 증가하면, 신선한 공기량은 비교적 작게 된다. 공기-연료비는 신선한 공기량의 감소에 기인하여 짙은측으로 기울고, 디젤 엔진(1)이 용이하게 매연을 발생시킨다. 매연을 방지하기 위해서, 터보차저(50)의 과급압을 증가시키고 신선한 공기량을 확보할 필요가 있다. 따라서, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 EGR량이 증가함에 따라 감소된다.
도 52와 53의 맵의 특성은 연료비-성능, 배기 조성 또는 가속 성능이 강조되는냐에 따라 다르다. 이들 특성이 도 59a 내지 59c를 참조하여 설명된다.
도 59a 내지 59c의 도면은, 엔진 회전 속도와 엔진 토크가 일정하게 유지될 때, EGR률이 큰 경우와 작은 경우의 가변 노즐(53)의 개방 영역에 대한 연료 소비, 질소 산화물(NOX), 분진(PM) 및 흡입 신선한 공기량 변화를 나타낸다. 흡입 신선한 공기량은 연료 분사량에 상응하고, 연료 분사량은 차량의 가속 성능을 나타낸다.
이들 도면으로부터, 연료 소비를 최소화하기 위한 개방 영역, 배기 조성을 최적화하기 위한 개방 영역 및 가속 성능을 최대화하기 위한 개방 영역이 다르다는 것을 알 수 있다.
연료 소비가 강조되면, 예를 들면, 연료 소비를 최소화시키는 가변 노즐(53)의 개방 영역이 각종 엔진 속도와 엔진 토크에 대해 산출되고, 도 52, 53의 맵이 이 데이터에 기초하여 발생된다.
단계 S304에서 목표 EGR률(Megr)이 소정값(KEMRAV#)보다 작고 단계 S306에서 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1일 때에는, 이것은 배기 가스 재순환이 효율적으로 수행되지 않고 오버부스트 억제가 요구된다는 것을 가리킨다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S310으로 진행된다. 단계 S310에서, 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0)과 설정 EGR량 동등값(Qes0)에 기초하여, 가변 노즐(53)의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 그 내용이 도 54에 도시되는 제어기(41)에 미리 기억된 맵을 참조하여 산출된다.
단계 S304에서 목표 EGR률(Megr)이 소정값(KEMRAV#)보다 작고 단계 S306에서 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)가 1이 아닐 때에는, 배기 가스 재순환이 효율적으로 수행되지 않고 오버부스트 억제가 불필요하다는 것을 가리킨다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S309로 진행된다.
단계 S309에서, 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0)과 설정 EGR량 동등값(Qes0)에 기초하여, 가변 노즐(53)의 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 그 내용이 도 55에 도시되는 제어기(41)에 미리 기억된 맵을 참조하여 산출된다.
오버부스트 억제중에 적용된 도 52 및 도 54의 맵에는 통상 주행중에 적용된 도 53 및 도 55의 맵보다 큰 목표 개방률 기본값(Rvnt0)이 주어진다.
오버부스트를 억제하기 위해서, 과급압은 약화되어야 하고, 그래서 Rvnt0이 가변 노즐(53)의 개방을 증가시키도록 증가된다.
도 52, 53의 맵에서, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)이 흡입 신선한 공기량 동등값(Qas0)과 설정 EGR량 동등값(Qes0)에 기초하여 설정되나, 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)과 실제 EGR량(Qec)에 기초하여 목표 개방률 기본값(Rvnt0)을 설정할 수도 있다.
또한, 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)과 컬렉터(3A)의 흡기구에서의 기통당 EGR량(Qec0)에 기초하여 목표 개방률 기본값(Rvnt0)을 설정할 수도 있다.
디젤 엔진(1)의 과도 주행 상태에서, 컬렉터(3A)의 흡기구에서의 기통당 EGR량(Qec0)은 점진적으로 변화하고, 실제 EGR량(Qec)이 목표값을 따라잡을 때까지 지연이 존재한다. 이 지연과 동등한 EGR량의 편차에 기인하여, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)에 오차가 발생한다.
목표 개방률 기본값(Rvnt0)이 설정될 때, 컬렉터(3A)의 흡기구에서의 기통당 EGR량(Qec0)의 지연 처리를 수행함으로써 얻어지는 실제 EGR량(Qec)을 사용하여, 디젤 엔진(1)이 과도 주행 상태라도, 하나의 미리 선택된 연료 소비에 최적화된 목표 흡입 신선한 공기량, 방출 조성 및 가속 특성이 얻어진다.
따라서, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)을 산출한 후에, 단계 S311에서, 억제 해제 플래그(FCLROB)가 1인지 아닌지를 판정한다.
억제 해제 플래그(FCLROB)가 1이 아닐 때(즉, 플래그(FCLROB)가 0일 때)에, 이것은 현재 주행 상태가 오버부스트 억제 해제 기간이 아니라는 것을 나타낸다.
이 경우, 목표 개방률(Rvnt)은 목표 개방률 기본값(Rvnt0)과 동일하게 설정되고, 서브루틴이 종료된다.
억제 해제 플래그(FCLROB)가 1일 때에는, 현재 주행 상태가 억제 해제 기간이라는 것을 나타낸다.
이 경우, 목표 개방률(Rvnt)은 식(24)에 의해 설정되고, 서브루틴이 종료된다.
(24)
여기서, TMRCLROB#는 시간 상수이고,
Rvntn-1은 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 Rvnt이다.
따라서, 오버부스트의 발생은 억제 해제 기간 동안에 식(24)에 의해 가변 노즐(53)의 폐쇄률을 제한함으로써 방지된다.
도 38을 참조하면, 단계 S243에서 가변 노즐(53)의 목표 개방률(Rvnt)의 결정 후에, 다음 단계 S244에서, 제어기(41)는 도 60에 도시된 루틴을 사용하는 흡입 공기 시스템의 동력학을 고려하여 목표 개방률(Rvnt)의 진행 처리를 수행한다. 이 루틴은 십 밀리초의 간격으로 수행된다.
흡입 신선한 공기량이 변화할 때까지 듀티 신호를 압력 제어 밸브(56)로 출력한 후의 응답 지연은, 터보 래그(turbo lag)에 의존하는 가스 흐름 래그와 흡입 공기와 배기 가스의 유량, 및 압력 액츄에이터(54)의 응답 지연을 포함한다. 가스 흐름 래그의 시간 상수는 디젤 엔진(1)의 배기 가스량에 따라 변화하나, 압력 액츄에이터(54)의 응답 지연의 시간 상수는 일정하다.
이 제어 장치에서, 높은 제어 정밀도는 이들 지연을 개별적으로 산출하고 가변 노즐(53)의 개방률의 제어의 각 응답 지연을 개별적으로 보상함으로써 얻어진다. 단계 S244의 목표 개방률(Rvnt)의 진행 처리가 가스 흐름 래그를 보상하기 위해서 수행된다.
액츄에이터(54)의 응답 지연의 보정은 분리하여 수행되며 후술된다.
도 60을 참조하면, 제어기(41)는, 단계 S321에서, 먼저 목표 개방률(Rvnt), 도 22의 루틴에 의해 산출되는 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 엔진 회전 속도(Ne)를 판독한다. 다음 단계 S322에서, 디젤 엔진(1)의 행정 사이클당 기통 배기 가스량(Tqexhd(㎎))이 다음식(25)에 의해 산출된다.
(25)
여기서, QFGAN#은 이득이고,
KCON#은 상수이다.
식(25)는 식(22)의 우측의 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)가 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)으로 대체되는 식과 동일하다.
계속해서, 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0) 대신에 얻어진 디젤 엔진(1)의 행정 사이클당 기통 배기 가스량(Tqexhd)이 실제 배기 가스량의 시간 상수 설정 가정 변화하에서 변화한다.
따라서, 디젤 엔진(1)의 행정 사이클당 기통 배기 가스량(Tqexhd)을 실제 배기 가스량 동등값이라고 한다.
도 61a 내지 61d는 목표 연료 분사량(Qsol)이 단계적으로 증가될 때의 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0)과 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)의 변화를 나타낸다.
도 61b의 목표 연료 분사량(Qsol)에 대한 도 61d의 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)의 변화가 이 도면에서 파선으로 나타낸 실제 배기 가스량의 변화를 밀접하게 추종한다는 것이 발명자에 의해 수행된 실험에 의해 확인되었다.
다음 단계 S323에서, 목표 개방률(Rvnt)은 루틴이 수행되는 경우의 직전에 산출된 개방 예측값(Cavntn-1)과 비교된다. 개방 예측값(Cavnt)은 목표 개방률(Rvnt)의 중량 평균값이다.
여기서, 목표 개방률(Rvnt)은 점진적으로 변화하는 값이고, 개방 예측값(Cavnt)은 평활하게 변화하는 값이다.
따라서, 목표 개방률(Rvnt)이 개방 예측값(Cavntn-1)보다 클 때에는, 가변 노즐(53)이 개방 방향으로 동작하고 있다는 것을 나타낸다. 목표 개방률(Rvnt)이 개방 예측값(Cavntn-1)보다 작을 때에는, 가변 노즐(53)이 밀폐 방향으로 동작하고 있다는 것을 나타낸다.
따라서, 목표 개방률(Rvnt)이 개방 예측값(Cavntn-1)보다 클 때, 단계 S324에서, 루틴은 가변 노즐(3)이 제어기(41)에 미리 기억된 도 62에 도시된 내용을 갖는 맵을 참조하는 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)으로부터 개방 방향으로 동작하는 경우의 진행 보정 이득(TGKVNTO)을 산출하고, TGKVNTO을 진행 보정 이득(Gkvnt)으로 설정한다.
단계 S325에서, 가변 노즐(53)이 개방 방향에서 동작할 때의 진행 보정의 시간 상수 동등값(TTCVNTO)은 제어기(41)에 미리 기억되는 도 64에 도시된 내용을 갖는 맵을 참조하여 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)으로부터 산출되고, TTCVNTO는 진행 보정 상수 동등값(Gkvnt)으로서 설정된다. 이 처리 후에, 루틴은 단계 S331로 진행된다.
한편, 단계 S323에서, 목표 개방률(Rvnt)이 루틴이 수행되는 경우의 직전의 개방 예측값(Cavntn-1)보다 작을 때에는, 단계 S326에서 목표 개방률(Rvnt)이 개방 예측값(Cavntn-1)보다 작은지 아닌지를 판정한다.
목표 개방률(Rvnt)이 Cavntn-1보다 작을 경우에, 단계 S327에서, 가변 노즐(53)이 밀폐 방향에서 동작할 때의 진행 보정 이득(TGKVNTC)은, 제어기(41)에 미리 기억되는 도 63에 도시된 내용을 갖는 맵을 참조하여, 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)으로부터 산출되고, TGKVNTC는 진행 보정 이득(Gkvnt)으로서 설정된다.
다음 단계 S328에서, 가변 노즐(53)이 밀폐 방향에서 동작할 때의 진행 보정 시간 상수 동등값(TTCVNTC)은, 그 내용이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 65에 도시되는 맵을 참조하여, 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)으로부터 산출되고, TTCVNTC는 진행 보정 상수 동등값(Tcvnt)으로 설정된다. 이 처리 후에, 루틴은 단계 S331로 진행된다.
단계 S326에서, 목표 개방률(Rvnt)이 예측 개방률(Cavntn-1)보다 큰 경우는, 목표 개방률(Rvnt)이 예측 개방률(Cavntn-1)과 동등한 경우이다. 이 경우, 단계 S329에서, 진행 보정 이득(Gkvnt)은 루틴이 실행되는 경우의 직전의 값(Gkvntn-1)과 동일하게 설정된다. 마찬가지로, 단계 S330에서, 진행 보정 시간 상수 동등값(Tcvnt)은 루틴이 실행되는 경우의 직전의 값(Tcvntn-1)과 동일하게 설정된다. 이 처리 후에, 루틴은 단계 S331로 진행된다.
진행 보정 이득(TGKVNTO, TGKVNTC)을 결정하는 도 62, 도 63의 맵은 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)이 클 수록 작은 값을 부여한다. 이것은 진행 보정 이득(Gkvnt)이 배기 가스량이 작아질수록 증가되어 가스 흐름 래그가 디젤 엔진(1)의 작은 배기 가스량을 증가시킨다는 사실을 보상하기 때문이다. 또한, TGKVNTC가 동일한 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)에 대해 TGKVNTO보다 큰 값을 갖는 이유는, 가변 노즐(53)이 개방 방향에서 동작할 때보다 밀폐 방향에서 동작할 때가 가스 흐름 래그가 크고, TGKVNTC가 TGKVNTO보다 크게 설정되어 이 차이를 보상하기 때문이다.
시간 상수 동등값(TTCVNTO, TTCVNTC)을 결정하는 도 64, 도 65의 맵은 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)이 클수록 큰 값을 부여한다. 여기서, 시간 상수 동등값은 시간 상수에 반비례한다. 구체적으로, 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)이 클수록, 시간 상수는 점점 감소한다. 따라서, 마찬가지로, TTCVNTO는 동일한 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)의 TTCVNTC보다 큰 값, 즉, 가변 노즐(53)이 개방 방향에서 동작하고 있을 때의 시간 상수가 밀폐 방향에서 동작하고 있을 때의 시간 상수 이하일 때 큰 값을 갖는다.
마지막 단계 S331에서, 개방 예측값(Cavnt)은 목표 개방률(Rvnt)과 진행 보정 상수 동등값(Tcvnt)을 사용하여 다음식(26)에 의해 산출된다.
(26)
여기서, Cavntn-1는 루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 Cavnt이다.
단계 S332에서, 가변 노즐의 개방률의 개방 루프 제어량(Avnt_f)은 개방 예측값(Cavnt)과 목표 개방률(Rvnt)로부터 다음식(27)에 의해 산출된다.
(27)
단계 S331, S332의 산출은 도 6의 루틴의 단계 S24, S25의 산출과 유사하다.
단계 S333에서, 목표 개방률(Rvnt)의 지연 처리값(Rvnte)은 다음식(28)으로부터 산출된다.
(28)
여기서, TCVNT#는 압력 액츄에이터(54)의 응답 지연을 나타내는 시간 상수
동등값이고,
Rvnten-1은 루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 Rvnte이다.
지연 처리값(Rvnte)은 압력 액츄에이터(54)의 응답 지연을 고려한 값이고, 실제 개방률에 상응한다. 이 점에 대해서는, 개방률(Rvnt)의 지연 처리값(Rvnte)을 실제 개방률이라고 한다.
압력 액츄에이터(54)의 응답 지연은 가변 노즐(53)이 밀폐하고 있는지 개방하고 있는지와 일치한다. 따라서, 시간 상수 동등값(TCVNT#)은 일정하다. 실제 개방률(Rvnt)은 후술되는 개방률 반영 계수(Gkvntlav)와 PI 이득 개방률 보정 계수(Gkvavnt)의 산출에 사용된다.
이와 같이 제어기(41)가 도 60의 루틴에 의해 개방 예측값(Cavnt), 개방 루프 제어량(Avnt_f) 및 실제 개방률(Rvnte)을 산출한 후에, 개방률의 피드백 보정량(Avnt_fb) 및 피드백 보정량(Avnt_fb)에 관한 습득값(Ravlr)이 도 38의 단계 S245에서 산출된다. 이 산출은 도 66에 도시된 서브루틴에 의해 수행된다.
도 66을 참조하면, 단계 S601에서, 제어기(41)는 먼저 도 67에 도시된 서브루틴에 의해 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)를 설정한다.
도 67을 참조하면, 단계 S341에서, 그 내용이 도 68에 도시되는 제어기(41)에 미리 기억된 맵을 참조하여 디젤 엔진(1)의 주행 상태가 피드백 제어 영역에 대응하는지 아닌지를 판정한다.
이 맵에서, 피드백 제어 영역은 디젤 엔진의 저 회전 속도 영역과 저 부하를 제외한 모든 주행 영역이다. 비피드백 제어 영역은 도 68에 도시된 바와 같이 엔진 부하(Qf) 및 엔진 회전 속도(Ne)에 의해 정의된다. 여기서, 엔진 부하(Qf)는 기통의 피스톤 행정당 연료 분사량으로 나타내어진다. 도면에서 0.5 ·Nemax(예를 들면, 2,400 rpm)의 지점과 0.5 ·Qfmax(예를 들면, 30 ㎎/st.)의 지점을 연결하는 곡선에 의해 정의되는 영역을 비피드백 제어 영역(non-feedback region)이라고 한다. 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어가 저 부하 및 저 회전 속도하에서 수행되지 않는 이유는, 흡입 신선한 공기량이 이 영역의 가변 노즐(53)의 개방률의 변화에 대해 거의 변화하지 않기 때문, 즉, 개방률의 변화에 대한 흡입 신선한 공기량의 감도가 작기 때문이다. 따라서, 이 영역에서, 개방률의 피드백 제어를 수행하지 않기 때문에, 디젤 엔진(1)의 흡입 신선한 공기량 및 터보차저(5)의 과급압을 안정하게 제어할 수 있다. 히스테리시스 영역은 도면에 도시된 바와 같이 피드백 영역과 비피드백 제어 영역 사이에 제공된다. 히스테리시스 영역은 예를 들면 Ne = 2,450 rpm의 지점과 Qf = 34 ㎎/st.의 지점을 연결하는 곡선에 의해 정의된다.
단계 S341에서, 디젤 엔진(1)의 주행 상태가 피드백 제어 영역인 경우에, 서브루틴은, 단계 S342 내지 단계 S344에서, 피드백 제어 허가 상태가 가변 노즐(53)의 개방률에 만족되는지 아닌지를 판정한다.
먼저, 단계 S342에서, 목표 EGR률(Megr)이 소정값(KVNFBMEGR#)보다 작은지 아닌지를 판정한다.
단계 S343에서, 후술되는 명령 개방률 클램프 플래그(FCLPVNDTY)의 직전값(FCLPVNDTYn-1)이 클램프 상태를 나타내는 0인지 아닌지를 판정한다.
단계 S344에서, 공기 흐름 미터 폴트 판정 플래그(FDGMAF)가 정상 상태를 나타내는 0인지 아닌지를 판정한다. 공기 흐름 미터 폴트 판정 플래그(FDGMAF)는 공기 흐름 미터(39)가 올바르게 동작하지 않을 경우에 여기에 설명되지 않는 루틴에 의해 1로 설정된다.
단계 S342 내지 단계 S344의 모든 판정 결과가 긍정인 경우에, 단계 S345에서 서브루틴은 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)를 1로 설정하고 서브루틴이 종료된다. 단계 S342 내지 단계 S344 중 어느 하나의 판정 결과가 부정인 경우에, 단계 S356에서 서브루틴은 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)를 0으로 재설정하고, 서브루틴이 종료된다.
단계 S342에 의하면, EGR 재순환 영역에서, 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)는 0으로 재설정되고, 가변 노즐(53)의 개방률 피드백 제어는 수행되지 않는다. 이것은 다음 이유 때문이다. EGR 재순환 영역에서, EGR 밸브(6)의 개방이 피드백 제어된다. 따라서, 이 영역의 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어는 두 개의 피드백 제어 간의 인터페이스를 야기시키고, 개방률의 값이 변동하기 쉽다.
단계 S343에 의하면, 명령 개방률이 클램프될 때, 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어가 수행되지 않는다. 명령 개방률의 클램핑은 이후 설명되는 바와 같이 개방률이 모일때 수행된다. 이 경우, 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어를 수행할 필요가 없다.
단계 S344에 의하면, 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어는 공기 흐름 미터(39)가 결함을 가질때 수행되지 않는다. 이것은 고장 안전 기구(fail-safe mechanism)를 제공하기 위해서이다.
피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)를 설정한 후에, 도 66의 단계 S602에서 제어기(41)는 피드백 이득을 설정한다. 이 처리는 도 69에 도시된 서브루틴에 의해 수행된다.
먼저, 단계 S351에서, 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd), 기통 흡입 신선한 공기량(Qac), 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd) 및 실제 개방률(Rvnte)이 판독된다.
다음 단계 S352에서, 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)가 1인지 아닌지가 판정된다.
피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)가 1이 아닐 때, 즉, 가변 노즐(53)의 피드백 제어가 수행되지 않을 때, 단계 S353에서 제어 오차(Eqac)는 0으로 설정된다. 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)가 1일 때, 즉, 가변 노즐(53)의 피드백 제어가 수행될 때, 단계 S354에서 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)에서 지연 처리값(tQacd)을 감산함으로써 얻어진 값은 제어 오차(Eqac)로 설정된다.
통상 피드백 제어에서, 목표 흡입 신선한 공기량(tQac)은 주행 상태에 따라 설정된 목표값이나, 본 발명에서는, 응답 시간과 응답 시간 상수가 제어의 주 목적이므로, 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)이 피드백 제어의 목표값이다. 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)과 목표값(tQacd) 간의 차이는 제어 오차(Eqac)로서 여겨진다.
단계 S353 또는 단계 S354 후에, 서브루틴은 그 내용이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 70 및 도 71에 도시되는 맵을 참조함으로써 비례 이득 기본값(Gkvntp0)과 적분 이득 기본값(Gkvnti0)을 제어 오차(Eqac)로부터 산출한다. 이들 맵에서, 무감도 영역이 Eqac의 0값 근처에 제공되어 피드백 제어는 목표값의 주변에서 변동하지 않는다.
다음 단계 S356에서, 비례 이득과 적분 이득의 배기 가스량 보정 계수(Gkvqexh)는 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)으로부터 그 내용이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 72에 도시되는 맵을 참조하여 산출된다.
다음 단계 S357에서, 개방률 보정 계수(Gkvavnt)는 실제 개방률(Rvnte)로부터 그 내용이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 73에 도시되는 맵을 참조하여 산출된다.
다음 단계 S358에서, 비례 이득(Gkvntp)과 적분 이득(Gkvnti)이 이들 기본값과 보정 계수로부터 다음식에 의해 산출된다.
(29)
도 72의 맵에 도시된 배기 가스량 보정 계수(Gkvqexh)는 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)일 클수록 작은 값을 갖는다. 가변 노즐(53)의 동일 개방률에 대해, 과급압의 변화는 배기 가스량이 클수록 증가하고, 따라서 과급압을 목표값에 근접시키기 용이하다. 도 100에 도시된 바와 같이, 낮은 배기 가스량에서, 개방률의 변화에 대한 과급압의 변화는 완만하다. 따라서, 낮은 배기량의 과급압을 빨리 목표값에 다가가도록 만들기 위해서, 배기 가스량 보정 계수(Gkvqexh)는 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)이 감소할수록 크게 설정된다. 도 72의 맵은 도 100에 도시되는 발명자에 의해 수행된 실험 결과로부터 얻어진다.
도 73의 맵에 도시된 개방률 보정 계수(Gkvavnt)는 실제 개방률(Rvnte)이 작을수록 작은 값을 갖는다. 가변 노즐(53)의 개방이 작을 때, 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)은 개방이 클때보다 개방률의 변화에 민감하게 반응한다. 응답을 평균을 내기 위해서, 개방률 보정 계수(Gkvavnt)는 실제 개방률(Rvnte)이 작을수록 작은 값을 갖도록 설정된다. 도 73의 맵은 도 101에 도시되는 발명자에 의해 수행된 실험 결과로부터 얻어진다.
이와 같이, 피드백 보정 계수들이 도 69의 서브루틴에 의해 설정된 후에, 도 66의 단계 S603에서 제어기(41)는 도 74에 도시된 서브루틴을 이용하여 피드백 보정량(Avnt_fb)을 산출한다.
도 74를 참조하면, 단계 S361에서 제어기(41)는 먼저 흡입 신선한 공기량(Qac)과 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)을 판독한다.
단계 S362에서, 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)가 1인지 아닌지를 판정한다.
피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)가 1이 아닐 때, 즉, 가변 노즐(53)의 피드백 제어가 수행되지 않을 때, 단계 S363에서 제어 오차(Eqac)는 0으로 설정된다. 피드백 제어 허가 플래그(FVNFB)가 1일 때, 즉, 가변 노즐(53)의 피드백 제어가 수행될 때, 단계 S354에서 기통 흡입 신선한 공기량(Qac)에서 지연 처리값(tQacd)을 감산함으로써 얻어진 값이 제어 오차(Eqac)로 설정된다. 단계 S362 내지 단계 S364의 처리는 도 69의 단계 S352 내지 단계 S354와 동일하다.
단계 S365에서, 비례 보정값(Ravfbp)이 다음식(30)으로부터 산출된다.
(30)
다음 단계 S366에서, 적분 보정값(Ravfbi)은 다음식(31)에 의해 산출된다.
(31)
여기서, Ravfbin-1은 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 Ravfbi,
dTravlr은 후술되는 도 77의 서브루틴에 의해 산출된
습득값(Ravlr)의 변화량이다.
다음 단계 S367에서, 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 보정량(Avnt_fb)은 비례 보정량(Ravfbp)과 적분 보정량(Ravfbi)을 합산하여 산출된다.
단계 S366에 사용된 식(31)의 우측의 3번째 용어는 제쳐놓으면, 이 식은 통상 습득 제어의 산출식에 해당한다. 본 발명에 의하면, 습득값(Ravlr)의 변화량(dTravlr)은 종래의 습득 제어의 산출신에서 얻어진 적분 보정값(Ravfbi)에서 감산된다. 습득값(Ravlr)의 산출과 그 변화량(dTravlr)은 후술되나, 적분 보정량(Ravfbi)과 습득값(Ravlr) 모두의 산출의 간격은 십 밀리초이다.
이와 같이 도 74의 서브루틴에 의해 제어기(41)가 피드백 보정량(Avnt_fb)을 산출한 후에, 도 66의 단계 S604에서 습득 허가 플래그(FVLNR)가 산출된다. 습득 허가 플래그(FVLNR)는 적분 보정량(Ravfbi)이 허가되는지 아닌지를 판정하는 플래그이다. 이 산출은 도 75에 도시된 서브루틴에 의해 수행된다.
도 75를 참조하면, 제어기(41)는 단계 S371에서 먼저, 목표 EGR률(Megr), 대기압(Pa), 냉각수 온도(Tw), 제어 오차(Eqac) 및 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)을 판독한다.
다음 단계 S372 내지 단계 S379에서, 엔진 주행 상태가 판독된 파라미터들로부터의 적분 보정량(Ravfbi)의 습득에 적합한지 아닌지를 판정한다.
단계 S372에서, 디젤 엔진(1)의 회전 속도(Ne)와 디젤 엔진(1)의 부하를 나타내는 목표 연료 분사량(Qsol)으로부터, 그 내용이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 76에 도시되는 맵에서 특정된 습득 영역에 디젤 엔진(1)의 주행 상태가 상당하는지 아닌지를 판정한다. 도 76의 맵은 단순화되었지만, 실제로, 과급압 피드백 제어 영역이고 습득 감도가 양호한 영역은 습득 영역으로서 설정된다.
단계 S373에서, 습득 허가 플래그(FVLNR)가 1인지 아닌지를 판정한다.
단계 S374에서, 목표 EGR률(Megr)이 소정률(KVNLRMEGR#)보다 작은지 아닌지를 판정한다. 소정률(KVNLRMEGR#)은 배기 가스 재순환이 수행되는지 아닌지를 판정하기 위한 값이고, 목표 EGR률(Megr)이 소정률(KVNLRMEGR#)보다 작을 때, 배기 가스 재순환이 효과적으로 수행되지 않는다.
단계 S375에서, 대기압(Pa)이 소정압(KVNLRPA#)보다 높은지 아닌지를 판정한다. 소정압(KVNLRPA#)은 고지대의 주행에 해당하는 압력이고, 단계 S375의 조건이 만족될 때에, 이것은 차량이 고지대에서 주행하고 있지 않는다는 것을 보여준다.
단계 S376에서, 냉각수 온도(Tw)가 소정 온도(KVNLRTW#)보다 높은지 아닌지를 판정한다. 소정 온도(KVNLRTW#)는 디젤 엔진(1)의 웜업(warm-up)이 종료되는지 아닌지를 판정하는 값이고, 냉각수 온도(Tw)가 소정 온도(KVNLRTW#)보다 높을 때, 웜업이 종료된다고 여겨진다.
단계 S377에서, 제어 오차(Eqac)와 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)의 비율의 절대값이 소정값(KVNLREQA#)보다 작은지 아닌지를 판정한다. 이 비율의 절대값이 클 때에, 이것은 과급압의 제어가 외부 장애의 영향을 받는 것을 나타낸다. 소정값(KVNLREQA#)은 이 판정을 수행하기 위한 기준값이고, 이 비율의 절대값이 소정값(KVNLREQA#)보다 작을 때, 외부 장애에 기인하는 영향이 없는 것으로 여겨진다. 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)과 제어 오차(Eqac)의 비율이 판정 파라미터로서 여겨지는 이유는, 목표값이 변화하더라도 목표값 상수에 대한 제어 오차의 비율의 유지하기 위해서이다. 그러나, 산출의 간단하게 하기 위해서, 제어 오차(Eqac)의 절대값을 소정값과 비교함으로써 외부 장애의 존재 또는 부재를 결정할 수도 있다.
단계 S378에서, 오버부스트 판정 플래그(FOVBST)와 억제 해제 플래그(FCLROB)가 모두 0인지 아닌지를 판정한다. 이들 플래그가 0이면, 이것은 오버부스트 억제 제어가 수행되지 않는 것을 나타낸다.
단계 S379에서, 공기 흐름 미터 폴트 판정 플래그(FDGMAF)가 정상 상태를 나타내는 0인지 아닌지를 판정한다.
단계 S372 내지 단계 S379의 모든 조건이 만족될 때, 단계 S380에서 습득 플래그(FVLNR)가 1로 설정되어 적분 보정량(Ravfbi)의 습득을 허가한다. 단계 S372 내지 단계 S379 중 어느 하나가 만족되지 않을 때, 단계 S381에서 습득 허가 플래그(FVLNR)가 0으로 재설정되어 적분 보정량(Ravfbi)의 습득을 제한한다.
이와 같이, 습득 허가 플래그(FVLNR)를 설정한 후에, 도 66의 단계 S605에서 제어기(41)는 습득값(Ravlr)을 산출한다. 이 산출은 도 77의 서브루틴에 의해 수행된다.
도 77을 참조하면, 먼저 단계 S391에서, 제어기(41)는 제어기(41)의 비휘발성 메모리에 기억된 습득값(Ravlr)과 동일한 직전값(Ravlrn-1)을 설정한다.
다음 단계 S392에서, 습득 허가 플래그(FVLNR)가 1인지 아닌지를 판정한다. 습득 허가 플래그(FVLNR)가 1인 경우에, 단계 S393 내지 단계 S396에서 적분 보정량(Ravfbi)의 습득이 수행된다. 한편, 습득 허가 플래그(FVLNR)가 1이 아닌 경우에, 단계 S397 내지 단계 S400에서 습득 영역 외부의 처리가 수행된다.
여기서, 습득은, 적분 보정량(Ravfbi)이 습득되고, 개방률 제어의 습득값(Ravlr)이 습득 초기값(Ravlr0)과 습득값(Ravlr)의 직전값(Ravlrn-1)에 기초하여 산출되며, 비휘발성 메모리에 기억된 직전값(Ravlrn-1)이 산출된 값으로 새로이 갱신되는 것을 의미한다.
습득 영역 외부의 처리는, 개방률 제어의 습득값(Ravlr)이 직전값(Ravlrn-1)에 소정 계수를 곱하여 산출되는 것을 의미한다. 이 경우, 비휘발성 메모리에 기억된 값은 갱신되지 않는다.
이제, 습득의 구체적인 내용이 단계 S393 내지 단계 S396을 참조하여 설명된다.
단계 S393에서, 습득 초기값(Ravlr0)은 가변 노즐(53)의 개방률의 적분 보정량(Ravfbi)과 동일하게 설정된다.
다음 단계 S394에서, 엔진 회전 속도(Ne)와 엔진 부하를 나타내는 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여, 그 내용이 제어기(41)에 기억되는 도 78에 도시되는 맵을 참조함으로써 습득률(Kvntlrn)이 산출된다. 이 맵에서, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)이 클수록 습득률(Kvntlrn)은 증가한다. 그러나, 이것이 증가할 때, 가변 노즐(53)의 개방률의 변화에 대한 흡입 신선한 공기량의 변화는 더 민감하게 된다. 구체적으로, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)이 클 때, 과급압의 목표값 또는 흡입 신선한 공기량에 수렴이 피드백 보정량의 습득 비례를 증가시킴으로써 진행된다. 이 목적을 위해, 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)이 커질수록, 습득률(Kvntlrn)이 크게 설정된다. 그러나, 습득률(Kvntlrn)의 최대값은 1이다.
다음 단계 S395에서, 습득 초기값(Ravlr0)과 습득값(Ravlr)의 직전값(Ravlrn-1)이 다음식(32)에 의해 습득값(Ravlr)을 산출한다.
(32)
식(32)에 의하면, 습득률(Kvntlrn)이 최대값 1일 때, 동작율의 제어가 수행된 다음에, 개방률의 제어가 수행되는 다음 경우에, 적분 보정량(Ravfbi)의 총량이 습득값(Ravlr)으로서 사용된다. 습득률(Kvntlrn)이 1보다 작을 때, 적분 보정량(Ravfbi)의 일부가 개방률의 제어가 수행된 다음에 습득값(Ravlr)으로서 사용된다.
다음 단계 S396에서, 산출된 습득값(Ravlr)이 비휘발성 메모리에 기억된다. 이 값은 루틴이 수행되는 다음 경우의 직전값(Ravlrn-1)으로서 사용된다.
다음에, 습득 영역의 외부의 처리의 상세한 설명이 단계 S397 내지 단계 S400을 참조하여 설명된다.
단계 S397에서, 초기 습득값(Ravlr0)이 직전값(Ravlrn-1)과 동일하게 설정된다.
다음 단계 S398에서, 엔진 회전 속도(Ne)와 분사량(Qsol)에 기초하여, 그 내용이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 79에 도시되는 맵을 참조하여 습득값의 주행 영역 반영 계수(Gkvntlnq)가 산출된다.
다음 단계 S399에서, 실제 개방률(Rvnte)에 기초하여, 그 내용이 제어기(41)에 기억되는 도 80에 도시되는 맵을 참조하여 개방률 반영 계수(Gkvntlav)가 산출된다.
다음 단계 S400에서, 개방률 제어의 습득값(Ravlr)이 다음식(33)에 의해 산출된다.
(33)
식(33)은 습득 영역의 외부의 과급압 제어에 반영된 습득값을 갖는데 적용된다. 얻어진 습득값(Ravlr)은 후술되는 개방률의 습득 제어에 적용되나, 비휘발성 메모리에 기억된 값은 갱신되지 않는다.
도 79의 맵을 참조하면, 주행 영역 반영 계수(Gkvntlnq)는 엔진 회전 속도(Ne)와 목표 연료 분사량(Qsol)이 습득 영역일 때 1이고, 습득 영역으로부터 멀어질수록 작게 된다. 습득값(Ravlr)이 습득되는 주행 영역으로부터 크게 이동되는 영역에서는, 개방률 제어가 습득 영역에서와 같이 동일한 습득값(Ravlr)을 적용하여 수행되면, 오차는 너무 크게 되고, 오버부스트를 야기할 가능성이 증가한다. 이 오버부스트를 방지하기 위해서, 맵 특성은 주행 영역 반영 계수(Gkvntlnq)가 습득 영역으로부터 멀어질수록 작도록 설정된다.
도 80의 맵에서, 개방률 반영 계수(Gkvntlav)는 실제 개방률(Rvnte)이 작은 영역에서 작게 설정된다. 개방률의 변화에 대한 흡입 신선한 공기량의 변화는 개방률이 작을수록 크다. 그 결과, 개방률이 작은 영역에서는, 습득값이 과급압 제어에 크게 반영되는 경우에, 오버부스트를 야기할 가능성이 크다. 이 오버부스트를 방지하기 위해서, 개방률이 작은 영역에서는, 개방률이 작은 영역에서 개방률 반영 계수(Gkvntlav)가 작도록 맵 특성이 설정된다.
이와 같이 단계 S392 내지 단계 S396 또는 단계 S397 내지 단계 S400의 처리를 수행한 후에, 단계 S401에서 제어기(41)는 습득값(Ravlr)과 비휘발성 메모리에 기억된 직전값(Ravlrn-1) 간의 차이를, 습득값의 변화량(dTravlr)으로서 산출한다. 이 변화량(dTravlr)은 전술된 도 74의 단계 S365의 산출에 사용된 값이다. 도 66으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 74의 서브루틴은 변화량(dTravlr)을 산출하는 도 77의 서브루틴 전에 수행된다. 따라서, 도 77의 서브루틴에서 산출된 변화량(dTravlr)은 도 74의 서브루틴이 수행된 다음에 사용된다.
도 77의 서브루틴이 종료될 때, 도 66의 서브루틴도 종료된다.
여기서, 도 38의 메인 루틴을 다시 참조하면, 단계 S245에서 피드백 보정량(Avnt_fb) 및 도 66의 서브루틴에 의해 습득값의 변화량(dTravlr)을 산출한 후에, 다음 단계 S246에서 제어기(41)는 최종 명령 개방률(Trvnt) 및 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)을 산출한다. 이 산출은 도 81 및 도 82의 서브루틴에 의해 수행된다.
도 81을 참조하면, 먼저 단계 S411에서, 제어기(41)는, 명령 개방률의 개방 루프 제어량(Avnt_f), 명령 개방률의 피드백 보정량(Avnt_fb) 및 습득값(Ravlr)을 판독한다.
다음 단계 S412에서, 이들 값을 합산하여 명령 개방률(Avnt)이 산출된다.
다음 단계 S413에서, 압력 액츄에이터(54)의 응답 지연을 보상하기 위해서, 진행 처리가 도 82의 서브루틴을 이용하여 명령 개방률(Avnt)에 수행된다. 압력 액츄에이터(54)는 압력 제어 밸브(56)의 공급 압력에 의해 동작되는 다이아프램 액츄에이터(59)를 포함하므로, 듀티 신호가 압력 제어 밸브(56)로 입력될 때부터 다이아프램 액츄에이터(59)가 실제로 듀티 신호에 대응하여 동작할 때까지 약간의 시간이 요구된다. 단계 S413의 처리는 이 응답 지연을 보상하는 처리이다. 가변 노즐(53)이 압력 액츄에이터(54) 대신에 스텝 모터에 의해 동작되면, 이 단계는 불필요하다.
도 82를 참조하면, 단계 S421에서 제어기(41)는 먼저 명령 개방률(Avnt)을 판독한다.
다음 단계 S422에서, 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 판독된 명령 개방률의 직전값(Avntn-1)과 현재의 경우에 판독된 명령 개방률(Avnt) 간의 차이의 절대값이 소정값(EPSDTY#)보다 작은지 아닌지를 판정한다.
단계 S422의 판정 결과가 부정인 경우에, 이것은 명령 개방률(Avnt)이 변화하고 있는 것을 나타낸다. 이 경우, 단계 S423에서 명령 개방률을 0으로 재설정한 후에, 루틴은 단계 S424 및 후속 단계들로 진행된다.
한편, 단계 S422의 판정 결과가 긍정인 경우에, 이것은 명령 개방률(Avnt)이 변화하지 않고 있는 것을 나타낸다. 이 경우, 단계 S429에서 명령 개방률의 클램프 플래그(FCLPVNDTY)를 1로 설정한 후에, 루틴은 단계 S430 및 후속 단계들로 진행된다.
전술된 도 67의 단계 S345에서, 클램프 플래그(FCLPVNDTY)는 개방률의 피드백 제어가 허가되는지 아닌지를 판정하는데 사용된다. 클램프 플래그(FCLPVNDTY)는 명령 개방률(Avnt)의 변화가 종료될 때 0에서 1로 변화한다. 이 경우, 개방률의 피드백 제어가 더이상 필요하지 않다는 것이 판정되기 때문에, 클램프 플래그(FCLPVNDTY)는 1로 설정된다.
단계 S424에서, 제어기(41)는 명령 개방률(Avnt)과 명령 개방률의 직전값(Avntn-1)을 비교한다. Avnt이 Avntn-1보다 큰 경우에, 이것은 액츄에이터(54)가 가변 노즐(53)을 개방하고 있다는 것을 나타낸다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S425에서 개방용 상수값(GKVACTP#)과 같은 액츄에이터 진행 보정 이득(Gkact)을 설정하고, 단계 S426에서 개방용 상수값(TCVACTP#)과 같은 액츄에이터 진행 보정용 시간 상수 동등값(Tcact)을 설정하며, 단계 S432로 진행된다.
한편, Avnt이 Avntn-1보다 작은 경우에, 액츄에이터(54)는 가변 노즐(53)을 밀폐하고 있다. 이 경우, 서브루틴은 단계 S427에서 밀폐용 상수값(GKVACTN#)과 같은 액츄에이터 진행 보정 이득(Gkact)을 설정하고, 단계 S428에서 밀폐용 상수값(TCVACTN#)과 같은 액츄에이터 진행 보정용 시간 상수 동등값(Tcact)을 설정한 다음에, 단계 S432로 진행된다.
여기서, GKVACTP# < GKVACTN#이고 TCVACTP# < TCVACTN#이다. 압력 액츄에이터(54)가 가변 노즐(53)을 밀폐시키는 동작이 배기 가스압에 대항하여 수행된다. 따라서, 이 경우의 액츄에이터 진행 보정 이득(Gkact)은 가변 노즐(53)이 개방될 때보다 크게 설정되어야 한다. 반대로, 압력 액츄에이터(54)가 가변 노즐(53)을 밀폐시킬 때의 액츄에이터 진행 보정의 시간 상수는 가변 노즐(53)이 개방될 때보다 작게 설정되어야 한다. 시간 상수 동등값(Tcact)은 시간 상수와 반대이기 때문에, 압력 액츄에이터(54)가 가변 노즐(53)을 밀폐시킬 때의 값은 가변 노즐(53)이 개방될 때보다 크게 설정되어야 한다.
단계 S429에서 명령 개방률의 클램프 플래그(FCLPVNDTY)가 1로 설정될 때, 후속 단계 S430에서, 제어기(41)는 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 설정된 값(Gkactn-1)과 같은 액츄에이터 진행 보정 이득(Gkact)을 설정한다.
후속 단계 S431에서, 시간 상수 동등값(Tcact)은 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 설정된 값(Tcactn-1)과 같게 설정되고, 루틴은 단계 S432로 진행된다.
단계 S432에서, 개방 예측값(Cvact)이 시간 상수 동등값(Tcact)과 명령 개방률(Avnt)을 사용하여 다음식(34)에 의해 산출된다.
(34)
여기서, Cvactn-1은 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된
개방 예측값(Cvact)이다.
또한, 다음 단계 S433에서, 최종 명령 개방률(Trvnt)이 개방 예측값(Cvact)과 명령 개방률(Avnt)을 사용하여 다음식(35)에 의해 산출된다.
(35)
단계 S432 및 S433의 처리의 중요성은 도 6의 단계 S24 및 S25의 중간값(Rqec)과 목표 EGR량(Tqec)의 산출의 중요성과 동일하다.
따라서, 도 82의 서브루틴에서, 진행 처리는 압력 액츄에이터(54)의 응답 지연만을 고려하여 수행된다. 흡입 공기에 의존하는 가스 흐름 래그에 대한 진행 보정, 배기 가스 유량 및 터보 래그는 전술한 도 60의 서브루틴에 의해 수행된다.
이와 같이 최종 명령 개방률(Trvnt)을 산출한 후에, 도 81의 단계 S414에서 제어기(41)는 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)을 산출한다. 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)은, 최종 명령 개방률(Trvnt)에 기초하여, 그 내용이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 83에 도시된 맵을 참조하여 산출된다.
이 선형화 처리는, 개방률 또는 가변 노즐(53)의 개방 표면적, 및 압력 제어 밸브(56)를 통해 제어기(41)에 의해 출력되는 듀티 신호가 비선형 대응을 가질 때 요구된다.
이제, 도 38의 메인 루틴으로 되돌아가면, 제어기(41)가 명령 개방률 선형화 처리값(Ratdty)을 산출한 후에, 단계 S247에서 압력 제어 밸브(56)로 출력된 듀티 신호의 듀티값(Dtyvnt)이 산출된다. 이 산출은 도 84의 서브루틴을 사용하여 수행된다.
도 84를 참조하면, 단계 S441에서, 제어기(41)는, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol), 명령 개방률의 선형화 처리값(Ratdty), 진행 보정 시간 상수 역값(Tcvnt) 및 디젤 엔진(1)의 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
단계 S442에서, 듀티 신호 변화 플래그들은 도 85에 도시된 서브루틴을 사용하여 설정된다.
도 85를 참조하면, 단계 S461에서 제어기(41)는 먼저 명령 개방률(Avnt) 및 진행 보정 시간 상수 역값(Tcvnt)을 판독한다.
다음 단계 S462에서, 명령 개방률 예측값(Adlyvnt)이 다음식(36)에 의해 산출된다.
(36)
여기서, Adlyvntn-1은 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된
Adlyvnt의 값이다.
여기서, 명령 개방률(Avnt)과 명령 개방률 예측값(Adlyvnt) 간의 관계는 목표 개방률(Rvnt)과 개방 예측값(Cavnt) 간의 관계에 해당한다.
다음 단계 S463에서, 명령 개방률 예측값(Adlyvnt)은 M 시간 전에 실행된 서브루틴에 의해 산출된 명령 개방률 예측값(Adlyvntn-1)과 비교된다.
Adlyvnt ≥Adlyvntn-M일 때, 명령 개방률은 증가하고 있거나 또는 일정하다. 이 경우, 단계 S464에서 서브루틴은 동작 방향 플래그(fvnt)를 1로 설정하고, 단계 S466으로 진행된다.
단계 S466에서, Adlyvnt = Adlyvntn-M인지 아닌지를 판정한다. Adlyvnt = Adlyvntn-m일 때, 단계 S467에서, 듀티 보류 플래그(fvnt2)는 1로 설정되고, 서브루틴이 종료된다.
Adlyvnt = Adlyvntn-M이 만족되지 않을 때, 루틴은 단계 S468로 진행된다.
단계 S466에서 Adlyvnt < Adlyvntn-M일 때, 이것은 명령 개방률이 감소하고 있다는 것을 나타낸다. 이 경우, 단계 S465에서 서브루틴은 동작 방향 플래그(fvnt)를 0으로 재설정하고, 루틴이 단계 S468로 진행된다.
단계 S468에서, 듀티 보류 플래그(fvnt2)는 0으로 재설정되고, 서브루틴이 종료된다.
이와 같이, 두 개의 플래그(fvnt 및 fvnt2)를 설정한 후에, 도 84의 단계 S443에서 제어기(41)는 듀티값 온도 보정량(Dty_t)을 판독한다. 듀티값 온도 보정량(Dty_t)은 REF 신호와 동기하여 독립적으로 수행된 도 86의 서브루틴에 의해 산출된다.
도 86을 참조하면, 단계 S471에서, 제어기(41)는 먼저 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
단계 S472에서, 기본 배기 가스 온도(Texhb)는, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억되는 도 87에 도시된 맴을 참조함으로써 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료 분사량(Qsol)으로부터 산출된다. 기본 배기 가스 온도(Texhb)는 디젤 엔진(1)이 웜업을 완료한 후의 배기 가스 온도이다.
다음 단계 S473에서, 냉각수 온도 보정 계수(Ktexh_tw)는, 냉각수 온도(Tw)에 기초하여, 제어기(41)에 기억된 도 88에 도시된 맵을 참조하여 산출된다.
단계 S474에서, 배기 가스 온도(Texhi)는 기본 배기 가스 온도(Texhb)에 냉각수 온도 보정 계수(Ktexh_tw)를 곱하여 산출된다.
다음 단계 S475에서, 실제 배기 가스 온도(Texhdly)는 다음식(37)에 의해 1차 처리 지연에 배기 가스 온도(Texhi)를 가산하여 산출된다. 이 값은 배기 가스 온도의 변화의 열 관성에 기인하는 지연을 고려한 값이다.
(37)
여기서, KEXH#는 상수이고,
Texhdlyn-1은 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된
Texhdly이다.
다음 단계 S476에서, 기본 배기 가스 온도(Texhb)와 이 실제 배기 가스 온도(Texhdly)의 차이(dTexh)가 산출된다.
마지막 단계 S477에서, 듀티값 온도 보정량(Dty_t)은, 차이(dTexh)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억되는 도 89에 도시된 맵을 참조하여 산출된다. 단계 S476 및 단계 S477의 처리의 의미는 상세히 후술된다.
서브루틴의 종료 후에, 제어기(41)는 도 84의 서브루틴으로 되돌아가서 단계 S444 후의 처리를 수행한다. 단계 S444 내지 단계 S449는 히스테리시스 처리에 듀티값을 가산하는 단계이다.
이 히스테리시스 처리를 도 95를 참조하여 설명하면, 명령 개방률(Avnt)의 초기화 처리값(Ratdty)이 증가할 때, 듀티값은 가변 노즐(53)이 전부 개방될 때의 명령 신호(Duty_l_p)와, 가변 노즐(53)이 전부 밀폐될 때의 명령 신호(Duty_h_p)를 결합하는 직선에 따라 변화하게 된다. 한편, 선형화 처리값((Ratdty)이 감소될 때, 듀티값은 가변 노즐(53)이 전부 개방될 때의 명령 신호(Duty_l_n)와, 가변 노즐(53)이 전부 밀폐될 때의 명령 신호(Duty_h_n)를 결합하는 직선에 따라 변화된다. 도면에서, 2개의 선은 가변 노즐(53)이 거의 밀폐되는 영역에서 교차하나, 이 영역은 압력 제어 밸브(56)의 실제 제어에 사용되지 않는다. 이들 특성은 디젤 엔진(1)이 웜업을 완료하였다는 가정하에 설정된다. 실제 배기 가스 온도(Texhdly)가 낮을 때, 압력 액츄에이터(54)는, 도 90에 도시된 바와 같이, 동일한 듀티값에 대해 가변 노즐(53)을 크게 개방시키는 특성을 갖는다. 따라서, 도 86의 단계 S476, 단계 S477에서 산출된 온도 보정량(Dty_t)을 적용하여, 배기 가스 온도에 기인하는 압력 액츄에이터(56)의 특성 차이를 보상하는 것이 필요하다.
이제, 단계 S444에서 제어기(41)는 동작 방향 플래그(fvnt)를 판정한다. 동작 방향 플래그(fvnt)가 1일 때, 즉, 명령 개방률(Avnt)이 증가하고 있거나 또는 일정할 때, 단계 S445, 단계 S446의 처리가 수행된다. 단계 S445에서, 가변 노즐(53)이 전폐될 때의 듀티값(Duty_h)은 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여 도 91에 도시된 Duty_h_p 맵을 참조하여 산출된다.
다음 단계 S446에서, 가변 노즐(53)이 전부 개방될 때의 듀티값(Duty_l)은 도 92에 도시된 Duty_l_p 맵을 참조하여 산출된다. 이 처리 후에, 서브루틴은 단계 S449로 진행된다.
단계 S444에서 동작 방향 플래그(fvnt)가 0일 때, 즉, 명령 개방률(Avnt)이 감소하고 있을 때, 단계 S447, 단계 S448의 처리가 수행된다. 단계 S447에서, 가변 노즐(53)이 전폐될 때의 듀티값(Duty_h)은 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여 도 93에 도시된 Duty_h_n 맵을 참조하여 산출된다. 다음 단계 S448에서, 가변 노즐(53)이 전부 개방될 때의 듀티값(Duty_l)은 목표 연료 분사량(Qsol)에 기초하여도 94에 도시된 Duty_l_n 맵을 참조하여 산출된다.
이 처리 후에, 서브루틴은 단계 S449로 진행된다.
단계 S449에서, 명령 듀티 기본값(Dty_h)은, 상기 처리에 의해 얻어진 듀티값들(Duty_h, Duty_l), 명령 개방률(Avnt)의 선형 처리값(Ratdty), 및 온도 보정량(Dty_t)을 이용하여 다음식(38)에 의한 선형 보간 처리를 수행하여 산출된다.
(38)
명령 개방률(Avnt)이 감소하는 경우와, 감소하지 않는 경우의 선형 보간 처리에 사용되는 직선을 변화시킴으로써, 명령 개방률(Avnt)이 다른 경우들보다 감소되는 경우에, 동일한 선형 처리값(Ratdty)에 대해, 명령 듀티 기본값(Dty_h)이 작게 된다.
다음 단계 S450에서, 듀티 보류 플래그(fvnt2)가 판정된다. 듀티 보류 플래그(fvnt2)가 1일 때, 즉, 명령 개방률 예측값(Adlyvnt)이 변화하지 않을 때, 단계 S451에서, 명령 듀티값(Dtyv)은 서브루틴이 실행되는 경우의 직전에 산출된 듀티값(Dtyvntn-1)과 동일하게 설정된다. 듀티값(Dtyvntn-1)은 상세히 후술된다.
듀티 보류 플래그(fvnt2)가 0일 때, 즉, 명령 개방률 예측값(Adlyvnt)이 변화할 때, 단계 S452에서, 명령 듀티값(Dtyv)은 단계 S449에서 산출된 명령 듀티 기본값(Dty_h)과 동일하게 설정된다.
이와 같이, 단계 S451 또는 단계 S452에서 명령 듀티값(Dtyv)을 산출한 후에, 마지막 단계 S453에서, 제어기(41)는 명령 듀티값(Dtyv)에 기초하여 도 96의 서브루틴을 이용하여 가변 노즐(53)의 동작 체크를 수행한다.
도 96을 참조하면, 단계 S481에서, 제어기(41)는 먼저, 명령 듀티값(Dtyv), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료 분사량(Qsol) 및 냉각수 온도(Tw)를 판독한다.
후속 단계 S482 내지 단계 S485에서, 동작 체크 조건들이 만족되는지 아닌지가 판정된다. 동작 체크는 이들 모든 조건이 만족될 때에만 수행된다.
단계 S482에서, 목표 연료 분사량(Qsol)이 소정값(QSOLDIZ#)보다 작은지 아닌지가 판정된다. 이 조건이 만족될 때, 이것은 디젤 엔진(1)이 연료 차단을 수행하고 있는 것을 의미한다.
단계 S483에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정값(DEDIZ#)보다 작은지 아닌지를 판정한다. 이 조건이 만족될 때, 이것은 디젤 엔진(1)의 회전 속도(Ne)가 중간 또는 저 속도 영역에 있는 것을 의미한다.
단계 S484에서, 냉각수 온도(Tw)가 소정값(TWDIZ#)보다 작은지 아닌지가 판정된다. 이 조건이 만족될 때, 이것은 디젤 엔진(1)의 워밍업이 완료되지 않은 것을 의미한다.
단계 S485에서, 동작 체크 플래그(Fdiz)가 0인지 아닌지가 판정된다. 이 조건이 만족될 때, 이것은 동작 체크가 아직 수행되지 않은 것을 의미한다.
모든 조건이 만족될 때, 단계 S486에서 동작 체크 카운터값(CtFdiz)은 증가되고, 루틴은 단계 S487로 진행된다.
단계 S482 내지 단계 S484의 판정 결과 중 어느 하나라도 만족되지 않으면, 단계 S493에서 서브루틴은 동작 체크 플래그(Fdiz)를 0으로 재설정하고, 단계 S482로 진행된다. 그러나, 단계 S485에서 동작 체크 플래그(Fdiz)가 1일 때, 이것은 단계 S494로 바로 진행된다.
단계 S487에서, 동작 체크 카운터값(CtFdiz)은 소정 상한 제한값(CTRDIZH#)과 비교된다.
동작 체크 카운터값(CtFdiz)이 상한 제한값(CTRDIZH#)보다 작을 때, 단계 S488에서, 동작 체크 카운터값(CtFdiz)은 소정 하한 제한값(CTRDIZL#)과 비교된다. 동작 체크 카운터값(CtFdiz)이 하한 제한값(CTRDIZL#)보다 클 때, 단계 S489에서, 듀티값(Dtyvnt)은 도 97에 도시된 서브루틴을 사용하여 동작을 체크하는데 설정된다.
상한 제한값(CTRDIZH#)은, 예를 들면, 7초로 설정되고, 하한 제한값(CTRDIZL#)은, 예를 들면, 2초로 설정된다. 이 경우, 동작을 체크하기 위한 듀티값이 상한 제한값과 하한 제한값 간의 차이의 5초 간격으로만 설정된다.
여기서, 도 97을 참조하면, 동작 체크용 듀티값을 설정하는 서브루틴이 설명된다.
제어기(41)는, 단계 S501에서, 먼저 동작 체크 카운터값(CtFdiz)과 엔진 회전 속도(Ne)를 판독한다.
다음 단계 S502에서, 제어 패턴값(Duty_pu)은 동작 체크 카운터값(CtFdiz)과 하한 제한값(CTRDIZL#)의 차이에 기초하여 도 98에 도시된 맵을 참조하여 설정된다. 이 맵은 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된다. 제어 패턴값(Duty_pu)은, 동작 체크 카운터값(CtFdiz)이 제한 하한값(CTRDIZL#)을 초과한 후의 경과 시간에 따라 짧은 주기로 0에서 1 사이를 반복적으로 변화하도록 설정된다.
다음 단계 S503에서, 압력 제어 밸브(56)로 명령되는 듀티값(Duty_p_ne)은, 엔진 회전 속도(Ne)에 기초하여, 제어기(41)의 메모리에 미리 기억된 도 99에 도시되는 맵을 참조하여 산출된다. 듀티값(Duty_p_ne)은 가변 노즐(53)의 개방과 밀폐 동작을 체크하기 위한 듀티가 엔진 회전 속도(Ne)에 따라 다르다는 가정하에 설정된다. 예를 들면, 가변 노즐(53)은 밀폐되게 설정될 때, 배기 가스압에 대해 밀폐하여야 한다. 배기 가스압은 엔진 회전 속도(Ne)가 증가함에 따라 증가한다.
또한, 엔진 회전 속도(Ne)가 고속 영역일 때, 체크 동작에의 가변 노즐(53)의 밀폐는 엔진 주행 환경에 주로 영향을 준다. 따라서, 고속 영역에서는, 엔진 회전 속도(Ne)가 증가할수록 듀티값(Duty_p_ne)이 감소되어 엔진 주행 환경의 영향을 감소시킨다.
다음 단계 S504에서, 듀티값(Dtyvnt)은 듀티값(Duty_p_ne)에 제어 패턴값(Duty_pu)을 곱하여 산출되고, 서브루틴이 종료된다.
이와 같이, 도 97의 서브루틴을 종료함으로써, 도 96의 단계 S489의 처리는 종료되고 도 96의 서브루틴도 종료된다.
한편, 도 96의 단계 S487에서, 동작 체크 카운터값(CtFdiz)이 상한 제한값(CTRDIZH#)보다 큰 경우에, 단계 S490의 처리가 수행된다. 여기서, 동작 체크 카운터값(CtFdiz)의 직전값(CtFdizn-1)은 상한 제한값(CTRDIZH#)과 비교된다. 직전값(CtFdizn-1)이 상한 제한값(CTRDIZH#)보다 작으면, 이것은 CTRDIZH#가 이 서브루틴의 반복 실행에서 처음에 상한 제한값(CTRDIZH#)에 도달되는 것을 의미하고, 단계 S491에서 듀티값(Dtyvnt)이 0으로 설정되고, 단계 S492에서 동작 체크 플래그(Fdiz)가 1로 설정되며, 서브루틴이 종료된다.
동작 체크가 종료될 때 단계 S491에서 듀티값(Dtyvnt)을 0으로 일단 설정함으로써, 가변 노즐(53)이 전부 개방된다. 이 동작은 이후 통상 제어가 수행되는 동안에 제어 정밀도를 유지하기 위한 것이다. 동작 체크 플래그(fdiz)를 1로 설정함으로써, 단계 S485의 판정 결과는 이후 서브루틴의 실행에서 긍정이다. 이것은 가변 노즐(53)의 동작 체크가 일단 디젤 엔진(1)을 시작한 후에만 수행된다는 것을 의미한다.
한편, 단계 S490에서 동작 체크 카운터값(CtFdiz)의 직전값(CtFdizn-1)이 제한 상한값(CTRDIZH#)보다 큰 경우에, 서브루틴은 단계 S494로 진행된다. 단계 S494에서, 동작 체크 카운터값(Ctfdiz)은 0으로 재설정되고, 루틴은 단계 S495로 진행된다.
단계 S488에서 동작 체크 카운터값(Ctfdiz)가 소정 제한 하한값(CTRDIZL#)보다 작을 경우에, 서브루틴은 또한 단계 S495로 진행된다.
단계 S495에서, 동작 체크용 듀티값(Dtyvnt)은 도 84의 단계 S451 또는 단계 S452에서 판정된 명령 듀티값(Dtyv)과 같게 설정되고, 서브루틴이 종료된다. 따라서 이 경우에, 가변 노즐(53)의 통상 제어가 수행된다.
특히, 압력 액츄에이터(54)의 동작이 저온 등에서와 같이 불안정한 경우에, 가변 노즐(53)의 동작 체크는 가변 노즐(53)의 동작을 평활하게 그리고 과급압의 제어의 신뢰성을 증가시킨다.
이와 같이, 도 96의 서브루틴을 종료함으로써, 도 84의 서브루틴의 처리가 종료되고 도 38의 루틴도 종료된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 터보차저(50)의 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어는 전술한 바와 같이 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd)에 기초하여 수행된다.
도 104a 및 도 105a는 종래 기술에 의한 가변 노즐의 개방률의 제어 목표값 및 흡입 신선한 공기량의 실제 변화를 나타낸다.
도 104a에 도시된 바와 같이, 터보차저(50)의 가변 노즐(53)의 개방률이 목표 신선한 공기량(tQac)의 점진적인 변화에 대응하여 변화되는 경우에, 실제 신선한 공기량이 변화하기 시작할 때까지의 응답 시간은 수백 밀리초이고, 후속 흡입 신선한 공기량의 시간 상수는 실제 흡입 신선한 가스량의 이론적 예상을 나타내는 도면의 파선으로 나타낸 바와 같이 수 초 단위이다.
이 응답 지연에 기인하여, 적분 보정값(Ravfbi)량이 모이고, 도 104a의 파선으로 나타낸 이론적 예측과 달리, 실제 신선한 공기량은 도 104b의 실선으로 나타낸 바와 같이 목표값에 접근할 때까지 상당히 변동한다.
다음에, 도 105a 및 도 105b를 참조하면, 개방률의 피드백 제어가 목표 신선한 공기량(tQac)이 평활하게 되는 지연 처리값(tQacd)에 기초하여 수행되는 경우에, 도 105a의 점선과 사선으로 나타낸 바와 같이 개방률의 목표값은 완만하게 경사진다.
따라서, 목표값과 실제값 간의 차이인 제어 오차(Eqac)는 작고, 그 결과로서 적분 보정값(Ravfbi)은 많이 모이지 않는다.
따라서, 도 105b에 도시된 바와 같이, 실제 흡입 신선한 공기량은 변동없이 목표값으로 안정하게 제어된다. 즉, 실제 신선한 공기량은 도 105a의 파선에 의해 도시된 이론적 변화와 거의 동일한 궤적을 추종한다.
흡입 신선한 공기량이 불안정하면, 흡입 공기압과 배기 가스압은 변동하기 쉽고, 그 결과 EGR량도 변화하며, 질소 산화물(NOX)의 방출이 증가한다.
따라서, 흡입 신선한 공기량이 안정화되는 제어도 배기 가스 조성에 상당한 영향을 준다.
다음에, 목표 개방률(Rvnt)을 실현하기 위한 서브루틴에 관한 본 발명의 제2 실시예가 도 56 내지 도 58을 참조하여 설명된다.
이 실시예에 의하면, 목표 개방률(Rvnt)은 도 51의 서브루틴 대신에 도 56에 도시된 서브루틴을 사용하여 산출된다.
도 56의 서브루틴에서, 목표 EGR률(Megr)은 도 51의 서브루틴에 사용된 EGR량 동등값(Qes0) 대신에 목표 개방률 기본값(Rvnt0)을 산출하는데 사용된다. 그 결과, 이 서브루틴에서, 도 51의 서브루틴의 EGR량 동등값(Qes0)을 산출하는 단계 S303가 생략된다.
또한, 단계 S307에서, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 도 52의 맵 대신에 도 57의 맵을 사용하여 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0) 및 목표 EGR률(Megr)로부터 산출된다. 마찬가지로, 단계 S308에서, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 도 53의 맵 대신에 도 58의 맵을 사용하여 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0) 및 목표 EGR률(Megr)로부터 산출된다.
프로세스의 나머지 특징들은 도 51의 서브루틴과 동일하다.
도 57 및 도 58의 맵에서, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)이 설정 흡입 신선한 공기량 동등값(tQas0) 및 목표 EGR률(Megr)에 기초하여 설정되는 대신에 목표 흡입 신선한 공기량(tQac) 및 실제 EGR률(Megrd)에 기초하여 설정되어도 된다. 또한, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)은 목표 흡입 신선한 공기량(tQac) 및 목표 EGR률(Megr)에 기초하여 설정되어도 된다.
디젤 엔진(1)의 과도 주행 상태에서, 실제 EGR률(Megrd)이 목표 EGR률(Megr)를 따라 잡을 때까지 지연이 발생하고, 지연에 대응하는 EGR량으로부터의 편차에 기인하여, 목표 개방률 기본값(Rvnt0)에 오차가 발생한다. 목표 개방률 기본값(Rvnt0)이 목표 EGR률(Megr)에 지연 처리를 적용하여 얻어진 값인 실제 EGR률(Megrd)을 사용하여 설정되는 경우에, 디젤 엔진(1)의 과도 주행 상태라도 연료 소비, 배기 가스 조성 및 가속 성능을 포함하는 미리 선택된 모든 특성에 대해 최적의 목표 흡입 신선한 공기량이 얻어진다. 또한, 제어 로직이 보다 간단하고 단순하게 달성될 수 있다.
다음에, 도 106 및 도 107을 참조하여 본 발명의 제3 실시예가 설명된다.
이 실시예에서, 도 106의 맵은 제1 또는 제2 실시예에서 압력 제어 밸브(56)에의 명령 신호에 대한 히스테리시스 처리에 사용된 도 92의 Duty_l_p 맵 대신에 사용된다. 마찬가지로, 도 107의 맵은 도 94의 Duty_l_n 맵 대신에 사용된다.
제1 및 제2 실시예에서, 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어는, 도 68에 도시된 바와 같이, 디젤 엔진(1)이 저 부하 및 저 회전 속도인 경우에 비피드백 영역에서 제한된다. 이 실시예에서, 비피드백 영역을 설정하는 대신에, 가변 노즐(53)이 전부 개방되는 경우에 듀티값(Duty_l)이 제한된다.
가변 노즐(53)의 개방률은 듀티값이 증가할수록 작아진다. 듀티값의 제어 가능한 범위는, 예를 들면, 10-60%이다. 가변 노즐(53)이 전부 개방되는 경우에 듀티값을 정의하는 도 92 및 도 94의 맵에서, 듀티값의 최소값은 거의 10%로 설정된다. 도 106, 107의 빗금친 영역에서, 이 값은 10%보다 큰 값으로 고정된다.
가속기 패달이 눌려지고 차량이 저 부하, 저 회전 속도 영역에서 가속되는 경우에, 가변 노즐(53)의 개방이 작을 때, 배기 가스압의 상승은 급격하고, EGR 밸브(6)의 상류와 하류의 압력차가 크게 된다.
그 결과, EGR 밸브(6)가 동일한 개방을 갖더라도, EGR량은 가변 노즐(53)의 개방률이 작아지는 경우에 증가한다. 즉, 저 부하, 저 회전 속도 영역에서, 10%보다 큰 값으로 듀티값을 고정함으로써 EGR 밸브(6)의 제어 감도가 증가하는 바람직한 효과가 얻어진다.
다음에, 본 발명의 제4 실시예가 도 108 내지 도 111을 참조하여 설명된다.
이 실시예에서, 압력 제어 밸브(56)에 공급된 명령 듀티값(Dtyv)을 산출하는데 도 108에 도시된 서브루틴이 제1 및 제2 실시예에 사용된 도 84의 서브루틴 대신에 사용된다. 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 실시예에서, 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어는 디젤 엔진(1)의 저 부하, 저 회전 속도 영역에서 금지된다.
제3 실시예에서, 가변 노즐(53)이 전부 개방되는 경우의 듀티값의 맵에서는, 저 부하, 저 회전 속도 영역의 듀티값이 고정된다.
이 실시예에서, 도 110에 도시된 바와 같이, 비피드백 영역은 도 68의 맵에서보다 작게 된다. 여기서, 비피드백 영역은 Ne=1870 rpm의 지점과 Qf=22 ㎎/st.의 지점을 연결하는 곡선에 의해 정의된다.
또한, 피드백 제한 영역이 피드백 영역과 비피드백 영역 사이에 새로이 제공된다. 피드백 제한 영역은 예를 들면 Ne=2320 rpm의 지점과 Qf=31 ㎎/st.의 지점을 연결하는 곡선과 비피드백 영역 사이에 설정된다.
피드백 제한 영역에서는, 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어를 수행하면서 처리가 명령 듀티 기본값(Dty_h)에 더해진다. 이와 같이, 가변 노즐(53)의 개방률의 변화에 대한 배기 가스량의 감도가 작은 영역의 과급압 제어의 안정성이 향상된다.
도 108의 서브루틴에서 도 84의 서브루틴과의 유일한 차이는 제한 처리에 듀티 기본값(Dty_h)이 더하는 새로운 단계 S510의 제공이다.
이 처리는 도 109의 서브루틴을 사용하여 수행된다.
도 109를 참조하면, 먼저, 단계 S521에서 제어기(41)는, 명령 듀티 기본값(Dty_h), 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd), 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료 분사량(Qsol)을 판독한다.
다음 단계 S522에서, 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료 분사량(Qsol)에 의해 특정된 주행 조건이 제어기(41)에 미리 기억되는 도 110에 도시된 내용을 갖는 맵의 피드백 제한 영역에 해당하는지 아닌지를 판정한다.
주행 조건이 피드백 제한 영역에 해당하는 경우에, 서브루틴은 단계 S523으로 진행된다.
단계 S523에서, 제한값은 제어기(41)에 미리 기억되는 도 111에 도시된 내용을 갖는 맵을 참조하여 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)으로부터 산출된다.
제3 실시예에서는, 듀티값이 저 부하, 저 유속 영역에 고정되는 반면에, 이 실시예의 제한값은 실제 배기 가스량 동등값(Tqexhd)이 작아질수록 증가하게 설정된다.
다음 단계 S524에서, 명령 듀티 기본값(Dty_h)이 제한값과 비교된다.
명령 듀티 기본값(Dty_h)이 제한값보다 작은 경우에, 다음 단계 S525에서, 명령 듀티 기본값(Dty_h)은 제한값과 같게 설정되고, 서브루틴이 종료된다.
한편, 단계 S522에서 주행 상태가 피드백 제한 영역에 해당하지 않은 경우에, 또는 단계 S524에서 명령 듀티 기본값(Dty_h)이 제한값보다 큰 경우에, 서브루틴은 바로 종료된다.
이 실시예에 의하면, 명령 듀티 기본값(Dty_h)은 배기 가스량에 따라 제한되기 때문에, 가변 노즐(53)의 개방률이 미세하게 제어될 수 있다.
2000년 10월 5일 출원의 일본 특원 2000-306484, 및 2000년 10월 10일 출원의 특원 2000-309557의 내용이 여기에 참조로 포함된다.
본 발명이 본 발명의 임의의 실시예에 참조하여 상술되었지만, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 전술한 실시예의 변형 및 변화가 상기 가설에 비추어 당해 기술분야의 숙련된 자에게 생길 수 있다.
예를 들면, 상기 실시예의 모두에서, 가변 노즐(53)의 목표 개방률(Rvnt)은 터보차저(5))의 개방 목표값으로서 취급되나, 목표 개방 표면적이 목표 개방률(Rvnt) 대신에 사용되어도 된다.
도 77의 서브루틴에 사용된 개방률 반영 계수(Gkvntlav)를 특정하는 도 80의 맵은 실제 개방 상태를 나타내는 실제 개방률(Rvnte)에 기초하여 계수(Gkvntlav)를 설정하지만, 처리를 간단하게 하기 위해, 터보차저(50)의 동작 목표를 나타내는 목표 개방률(Rvnt)에 기초하여 설정되어도 된다.
신선한 공기량 및 과급압은 서로 대응하므로, 목표 과급압의 지연 처리값이 가변 노즐(53)의 개방률의 피드백 제어의 파라미터로서 목표 흡입 신선한 공기량의 지연 처리값(tQacd) 대신에 사용되어도 된다.
본 발명이 적용되는 터보차저는 가변 노즐(53)을 포함하는 터보차저로 한정되지 않는다. 본 발명은 터보차저의 배기 가스 터빈의 배기 가스 통로 단면 표면적을 변화시키는 스크롤(scroll) 또는 디퓨저(diffuser)를 포함하는 터보차저 등의 배기 가스 터빈의 기하학의 변화를 허용하는 모든 가변 기하학 터보차저에 적용되어도 된다.
본 발명은 배기 가스 재순환을 수행하지 않는 디젤 엔진에 적용되어도 된다. 디젤 엔진(1)은 발열이 단상 연소에 의해 생성되는 "저온 프리믹싱 연소식"에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명은 확산 연소가 프리믹싱 연소 후에 수행되는 통상의 디젤 엔진에 적용되어도 된다.
배타적 소유 또는 권리가 청구되는 본 발명의 실시예는 다음과 같이 한정된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 터보차저가 제공되는 배기 가스 유로 단면적 조정 기구의 동작에 기인하여 엔진의 흡입 공기량의 변동을 억제한다. 따라서, 본 발명을 터보차저와 EGR 장치를 갖춘 차량 디젤 엔진에 적용함으로써 디젤 엔진의 배기 가스 조성이 향상될 수 있다.

Claims (12)

  1. 엔진(1)의 터보차저(50)의 제어 장치에 있어서,
    상기 터보차저(50)는, 엔진(1)의 배기 가스에 의해 구동되는 배기 가스 터빈(52), 배기 가스 터빈(52)의 회전에 따라 과급압하에서 신선한 공기를 엔진(1)에 공급하는 압축기(55), 및 배기 가스 터빈(52)으로 유도된 배기 가스의 유로 단면적을 조절하는 기구(53, 54, 56, 59)를 포함하고, 상기 제어 장치는,
    엔진(1)의 주행 상태를 검출하는 센서(33, 34);
    엔진(1)의 흡입 공기량을 검출하는 센서(39); 및
    주행 상태에 기초하여 유로 단면적의 개방 루프 제어값을 설정하고(S332);
    주행 상태에 기초하여 엔진(1)의 목표 흡입 공기량을 설정하고(S115, S116);
    목표 흡입 공기량에 대해 평활화를 수행하여 처리값을 산출하고(S132);
    상기 흡입 신선한 공기량을 상기 처리값과 일치시키는 피드백 보정량을 산출하며(S367);
    상기 개방 루프 제어값과 상기 피드백 보정량에 기초하여 배기 가스 유로 단면적을 조절하기 위하여 상기 기구(53, 54, 56, 59)를 제어(S412)하도록 기능하는 제어기(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 평활은 흡입 공기의 흐름에 기초하여 목표 흡입 공기량에 지연 처리를 수행함으로써 실현되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어기(41)는 흡입 공기량과 처리값의 차이에 소정 피드백 이득을 곱함으로써 얻어지는 값에 기초하여 피드백 보정량을 산출(S365, S366)하도록 더 기능하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 장치는 엔진(1)의 배기 가스량을 검출하는 센서(33, 34, 39, 41, S322)를 더 포함하고, 상기 제어기(41)는 배기 가스량에 기초하여 피드백 이득을 설정(S356)하도록 더 기능하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어기(41)는 개방 루프 제어값에 기초하여 피드백 이득을 설정(S357)하도록 더 기능하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주행 상태 검출 센서(33, 34)는 엔진(1)의 회전 속도를 검출하는 센서(34) 및 엔진(1)의 부하를 검출하는 센서(33)를 포함하고, 상기 제어기(41)는 회전 속도가 소정 속도보다 작고 부하가 소정 부하보다 작은 경우에 피드백 보정량의 산출을 제한(S341, S346, S352, S353)하도록 더 기능하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주행 상태 검출 센서(33, 34)는 엔진(1)의 회전 속도를 검출하는 센서(34) 및 엔진(1)의 부하를 검출하는 센서(33)를 포함하고, 상기 제어기(41)는 회전 속도가 소정 속도보다 작고 부하가 소정 부하보다 작은 경우에 배기 가스 유로 단면적이 소정값보다 작도록 배기 가스 유로 단면적 조정 기구(53, 54, 56)의 제어를 수행(S524)하도록 더 기능하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어 장치는 엔진(1)의 배기 가스량을 검출하는 센서(33, 34, 39, 41, S322)를 더 포함하고, 상기 제어기(41)는 배기 가스량이 증가함에 따라 소정값을 큰 값으로 설정(S523)하도록 더 기능하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엔진(1)은 배기 가스의 일부를 신선한 공기와 혼합하는 배기 가스 재순환 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어기(41)는, 목표 흡입 공기량으로부터 유로 단면적을 산출하고(S301 내지 S313), 흡입 공기량이 변화할 때까지 유로 단면적의 유로 단면적 조정 기구(53, 54, 56)의 동작으로부터 시간 지연을 보상하는 진행 처리를 수행함으로써 개방 루프 제어값을 산출(S332)하도록 더 기능하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  11. 엔진(1)의 터보차저(50)의 제어 장치에 있어서,
    상기 터보차저(50)는, 엔진(1)의 배기 가스에 의해 구동되는 배기 가스 터빈(52), 배기 가스 터빈(52)의 회전에 따라 과급압하에서 신선한 공기를 엔진(1)에 공급하는 압축기(55), 및 배기 가스 터빈(52)으로 유도된 배기 가스의 유로 단면적을 조절하는 기구(53, 54, 56, 59)를 포함하고, 상기 제어 장치는,
    엔진(1)의 주행 상태를 검출하기 위한 수단(33, 34);
    엔진(1)의 흡입 공기량을 검출하기 위한 수단(39);
    주행 상태에 기초하여 유로 단면적의 개방 루프 제어값을 설정하고(S332), 주행 상태에 기초하여 엔진(1)의 목표 흡입 공기량을 설정하기 위한 수단(41, S115, S116);
    목표 흡입 공기량에 대해 평활화를 수행하여 처리값을 산출하기 위한 수단(41, S132);
    상기 흡입 공기량을 상기 처리값과 일치시키는 피드백 보정량을 산출하기 위한 수단(S367); 및
    상기 개방 루프 제어값과 상기 피드백 보정량에 기초하여 배기 가스 유로 단면적을 조절하기 위하여 상기 기구(53, 54, 56, 59)를 제어하기 위한 수단(41, S412)을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 장치.
  12. 엔진(1)의 터보차저(50)의 제어 방법에 있어서,
    상기 터보차저(50)는, 엔진(1)의 배기 가스에 의해 구동되는 배기 가스 터빈(52), 배기 가스 터빈(52)의 회전에 따라 과급압하에서 신선한 공기를 엔진(1)에 공급하는 압축기(55), 및 배기 가스 터빈(52)으로 유도된 배기 가스의 유로 단면적을 조절하는 기구(53, 54, 56, 59)를 포함하고, 상기 제어 방법은,
    엔진(1)의 주행 상태를 검출하고;
    엔진(1)의 흡입 공기량을 검출하고;
    주행 상태에 기초하여 유로 단면적의 개방 루프 제어값을 설정하고(S332), 주행 상태에 기초하여 엔진(1)의 목표 흡입 공기량을 설정하고;
    목표 흡입 공기량에 대해 평활화를 수행하여 처리값을 산출하고;
    흡입 공기량을 처리값과 일치시키는 피드백 보정량을 산출하며;
    상기 개방 루프 제어값과 상기 피드백 보정량에 기초하여 배기 가스 유로 단면적을 조절하기 위하여 상기 기구(53, 54, 56, 59)를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 제어 방법.
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