KR100574314B1 - 정지 위치를 추정함으로써 엔진 회전 정지를 제어하기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진(11)에 대한 제어 장치(30)는 압축 행정에서의 압축 압력을 증가시키기 위해 엔진 정지 직전에 흡기량을 증가시킨다. 압축 압력이 증가할 때, 압축 행정에서 부의 토오크는 증가하고 엔진 회전을 방해하며, 엔진 회전에 제동을 건다. 따라서, 토오크가 엔진 마찰보다 작은, 즉 엔진 회전이 정지될 수 있는 크랭크 각도의 범위가 저감된다. 결국, 엔진 회전 정지 위치의 변동은 작은 범위의 크랭크 각도 내에 있도록 저감된다. 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보는 기억되며, 기억된 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보는 엔진을 시동하기 위해 최초 분사 실린더 및 최초 점화 실린더를 정확히 결정하기 위해 엔진 시동시 사용된다.
운동 에너지, 정지 위치, 점화 제어, 연료 분사 제어, 크랭크 각도

Description

정지 위치를 추정함으로써 엔진 회전 정지를 제어하기 위한 장치 {APPARATUS FOR CONTROLLING ENGINE ROTATION STOP BY ESTIMATING STOP POSITION}
도1은 본 발명의 제1 실시예의 엔진 제어 시스템을 도시한 개략도이다.
도2는 엔진 회전 정지 제어의 일 예를 도시한 타임 챠트이다.
도3은 엔진 회전 정지 제어의 일 예를 도시한 타임 챠트이다.
도4는 엔진 회전 정지 제어 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도5는 엔진 시동시 연료 분사 제어의 일 예를 도시한 타임 챠트이다.
도6은 엔진 시동시 점화 제어의 일 예를 도시한 타임 챠트이다.
도7은 엔진 시동시 연료 분사 제어 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도8은 엔진 시동시 점화 제어 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도9는 가변 밸브 타이밍 제어 기구가 엔진 회전 정지 제어를 수행하기 위해 사용되는 제어의 일 예를 도시한 다이어그램이다.
도10은 가변 밸브 리프트 제어 기구가 엔진 회전 정지 제어를 수행하기 위해 사용되는 제어의 일 예를 도시한 다이어그램이다.
도11은 본 발명의 제2 실시예의 엔진 제어 시스템을 도시한 개략도이다.
도12는 4기통 엔진의 각 실린더의 행정 상태를 도시한 다이어그램이다.
도13은 6기통 엔진의 각 실린더의 행정 상태를 도시한 다이어그램이다.
도14는 제2 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 방법을 도시한 타임 챠트이다.
도15는 가솔린 엔진에서 다양한 손실의 크기와 엔진 회전 속도 사이의 관계를 도시한 다이어그램이다.
도16은 제2 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 방법을 도시한 타임 챠트이다.
도18은 제3 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 방법을 도시한 타임 챠트이다.
도20은 제4 실시예에 따른 엔진 정지 결정값 계산 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도21은 제4 실시예에 따른 엔진 정지 위치 추정 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도22는 본 발명의 제5 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 방법을 도시한 타임 챠트이다.
도23은 제5 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도24는 본 발명의 제6 실시예의 엔진 제어 시스템을 도시한 개략도이다.
도25는 운동 에너지를 추정하는 타이밍과 엔진 회전 속도의 변화를 도시한 타임 챠트이다.
도26은 제6 실시예에 따른 엔진 회전 속도 추정 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
도27은 가솔린 엔진에서의 다양한 손실의 크기와 엔진 회전 속도 사이의 관계를 도시한 다이어그램이다.
도28은 본 발명의 제7 실시예에 따른 엔진 회전 속도 추정 프로그램의 절차를 도시한 플로우챠트이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 엔진
12 : 흡기 포트
13 : 흡기 파이프
14 : 스로틀 밸브
15 : 스로틀 개도 센서
16 : 우회 경로
17 : ISC 밸브
18 : 흡기 파이프 압력 센서
19 : 연료 분사 밸브
20 : 배기 포트
21 : 배기 파이프
23 : 냉각수 온도 센서
30 :전자식 엔진 제어 유닛(ECU)
31 : 점화 플러그
본 발명은 회전 정지 위치를 추정하고 운동 에너지를 예측하여 엔진 회전 정지를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진 작동시 점화 제어와 연료 분사 제어는 크랭크 각도 센서와 캠 각도 센서에서 나온 출력 신호에 기초하여 실린더를 결정하고 크랭크 각도를 검출함으로써 수행된다. 그러나, 엔진 시동시 최초 점화/분사를 위한 실린더는 엔진이 시동기에 의해 크랭크되고 특정 실린더에 대한 결정이 완료되기까지, 즉 특정 실린더의 소정 크랭크 각도에 대한 신호가 검출될 때까지 알려지지 않는다.
이런 문제를 해결하기 위해, 특허 서류 1(일본 특허 출원 공개 소60-240875호)에 개시된 바와 같이, 시동시 시동 품질 및 배기 가스는 메모리에 엔진 회전 정지 시의 크랭크 각도(크랭크축의 정지 위치)를 기억하고, 특정 실린더의 소정 크랭크 각도에 대한 신호가 최초로 검출될 때까지 후속 엔진 시동시 메모리에 기억된 엔진 회전 정지 시의 크랭크 각도에 기초하여 연소 제어 및 연료 분사 제어를 시작함으로써 개선된다.
엔진은 점화와 연료 분사를 정지시키도록 점화 스위치가 턴-오프[오프(OFF) 위치로 작동]된 후 어느 정도간 관성 회전되기 때문에, 점화 스위치를 오프-조작할 때 크랭크 각도가 기억된 경우 실제 엔진 회전 정지시(후속 엔진 시동시) 크랭크 각도가 잘못 결정된다. 따라서, 점화 스위치가 턴-오프된 후에도 엔진 회전이 완전 정지될 때까지 크랭크 각도를 계속 검출하기 위해서 제어 시스템의 전원을 온(ON) 상태로 유지해야만 한다. 그러나, 엔진 회전이 정지되기 직전 엔진 회전이 압축 행정에서 압축 압력에 의해 역전되는 현상이 발생하기 때문에(역회전이 검출될 수 없기 때문에), 엔진 회전 정지 시의 크랭크 각도가 정확히 검출될 수 없다.
또한, 특허 서류 2(일본 특허 출원 공개 평11-107823호)에 개시된 바와 같이, 후속 엔진 시동시 최초 분사 실린더와 최초 점화 실린더는 점화 스위치가 턴-오프되기 직전에 연료가 분사된 실린더 및 그때의 작동 상태에 기초하여 엔진 회전 정지 위치를 추정하고, 추정된 정지 위치로부터 후속 엔진 시동시 크랭크축의 최초 위치를 결정함으로써 결정된다.
엔진 회전은 엔진에 마찰이 없다고 가정한 엔진 회전 정지시, 압축 행정에서 부(negative)의 토오크 및 다른 실린더의 팽창 행정에서 정(positive)의 토오크가 서로 균형을 이루는 위치(토오크가 0인 위치)에서 정지된다. 그러나, 실제로는 엔진 마찰이 존재함으로써 정지 위치가 비교적 넓은 범위의 크랭크 각도에 걸쳐 변하게 되고, 이 경우 토오크는 엔진 마찰보다 작다. 따라서, 특허 서류 2의 기술에 의하면, 엔진 회전 정지 위치를 정확히 추정하기가 어렵고, 결국 엔진 시동시 최초 분사 실린더와 최초 점화 실린더를 잘못 결정할 가능성이 있다. 따라서, 시동시 시동 작동과 배기 가스를 개선하기가 어렵다.
또한, 특허 서류 2에 의하면, 후속 엔진 시동시 연속 분사를 하는 최초 실린더는 점화 스위치가 턴-오프되는 순간의 엔진 작동 상태(흡기 파이프 압력, 엔진 회전 속도)에 기초하여 크랭크축이 관성 회전되어 정지될 때까지의 회전(TDC 수)을 계산하고, 점화 스위치가 턴-오프되기 직전 연료가 분사되는 실린더 및 정지될 때까지의 회전(TDC 수)으로부터 엔진 회전 정지 위치를 추정함으로써 추정된다.
특허 서류 2에 따르면, 엔진의 관성 운동 에너지만이 미리 맞춰져서 기억되고 운동 에너지의 변동은 정지 과정에서 예측되지 않기 때문에, 엔진의 제조 공차로 인한 변동, 시간 경과에 따른 변화 및 엔진 마찰의 변화(예컨대 엔진 오일의 온도 변화로 인한 점성의 차이)로 인해 크랭크축이 관성에 의해 회전되어 정지될 때까지의 회전(TDC 수)이 잘못 추정될 가능성이 있다. 따라서, 특허 서류 2에 의하면, 엔진 회전 정지 위치를 정확하게 추정하기가 어렵고, 결국 엔진 시동 시의 최초 분사 실린더 및 최초 점화 실린더가 잘못 결정되어서 시동시 배기 가스와 시동 품질을 악화시킨다.
또한, 내연 기관의 작동 조건에 조화되는 제어를 수행하기 위해서는 내연 기관이 갖는 운동 에너지의 양을 파악할 필요가 있다. 일반적으로, 엔진 회전 속도가 운동 에너지를 나타내는 값으로 엔진 제어시 널리 사용된다. 예컨대 특허 서류 2(일본 특허 출원 공개 평11-107823호)에 따르면, 크랭크축이 관성에 의해 회전되 어 정지될 때까지의 회전(TDC 수)은 점화 스위치가 턴-오프되는 순간의 엔진 작동 상태(흡기 파이프 압력, 엔진 회전 속도)에 기초하여 계산되며, 후속 엔진 시동시 연속 분사를 하는 최초 실린더는 점화 스위치가 턴-오프되기 직전에 연료가 분사된 실린더와 정지까지의 회전(TDC 수)에 의해 추정된다.
또한, 특허 서류 3(일본 특허 출원 공개 제2001-82204호)에 따르면, 엔진이 연료 차단에서 연료 공급 복귀를 위한 일반 회전 속도 Ne1보다 소정 속도
Figure 112004003675032-pat00001
Ne만큼 높은 회전 속도로 전기 모터에 의해 구동될 수 있는지 여부가 감속시 연료 차단을 실행하는 동안 결정된다. 구동이 가능한 경우, 연료 복귀 회전 속도는 연료 소모를 개선하기 위해 낮은 회전 속도 Ne2로 설정되며, 구동이 불가능한 경우, 연료 복귀 회전 속도는 일반 회전 속도 Ne1으로 설정된다.
그러나, 특허 서류 2에 따르면, 엔진의 관성 운동 에너지는 미리 마추어져서 기억되고 운동 에너지의 변동은 특허 서류 2에서와 같은 방식으로 정지 과정에서 예측되지 않는다. 따라서, 엔진 마찰의 변화(예컨대 엔진 오일의 온도 변화로 인한 점성의 차이)로 인한 변동으로 인해 크랭크축이 관성에 의해 회전되어 정지될 때까지의 회전(TDC 수)이 잘못 추정될 가능성이 있다. 이외에도, 시간 경과 등으로 인해 맞추어진 상수값에서 이탈되는 경우, 보정은 이루어질 수 없다.
또한, 특허 서류 3에 개시된 내용에 따르면, 연료 공급 복귀 회전 속도만이 연료 복귀의 결정 조건으로서 마련되며, 회전 속도의 변동, 즉 운동 에너지의 변동은 예측되지 않는다. 따라서, 연료 공급 복귀 회전 속도는 엔진 꺼짐을 회피하기 위한 수단으로서 보다 높은 수준으로 설정된다. 따라서, 연료 소모의 효과는 희생 되어야만 한다.
본 발명의 제1 목적은 엔진 회전 정지 위치의 변동을 저감할 수 있도록 하고 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보, 즉 엔진 시동시 크랭크축의 최초 위치에 대한 정보를 정확하게 찾도록 할 수 있도록 함으로써, 시동시 시동 품질과 배기 가스를 개선하는 것이다.
제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 엔진 회전은 엔진 회전이 정지될 때 압축 행정 시의 압축 압력을 증가시킴으로써 정지된다. 이 방식에서, 압축 행정 시의 압축 압력이 엔진 회전 정지시 증가될 때, 압축 행정에서 생성된 부의 토오크는 엔진 회전을 방해하는 힘으로서 작용하도록 증가되며, 이로써 엔진 회전은 제동되고 토오크가 엔진 마찰보다 작은 크랭크 각도의 범위(엔진 회전이 정지될 수 있는 크랭크 각도의 범위)는 종래 범위보다 작게 되고 이런 크랭크 각도의 범위에서 엔진 회전은 정지된다. 이로써, 엔진 회전 정지 위치의 변동은 종래 범위보다 작은 범위의 크랭크 각도 범위 내에 올 수 있어서, 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보(엔진 시동시 크랭크축의 최초 위치에 대한 정보)가 정확하게 확인될 수 있음으로써, 시동시 배기 가스와 시동 품질을 개선할 수 있도록 한다.
본 발명의 제2 목적은 시동시 배기 가스와 시동 품질을 개선하기 위해 엔진 회전 정지 위치를 정확하게 추정하는 것이다.
제2 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 점화 및/또는 연료 분사는 엔진 작동을 나타내는 매개 변수를 계산하고 엔진 작동을 방해하는 매개 변수를 계산 하기 위해 엔진 회전을 중단시키는 엔진 정지 명령에 기초하여 정지된다. 엔진 회전 정지 위치는 엔진 작동을 나타내는 매개 변수와 엔진 작동을 방해하는 매개 변수에 기초하여 엔진 회전 정지 과정에서 추정된다. 이 경우, 엔진 작동을 나타내는 매개 변수와 엔진 작동을 방해하는 매개 변수를 계산하는 동안, 엔진의 제조 공차로 인한 변동, 시간 경과에 따른 변화 및 엔진 마찰의 변화(예컨대 엔진 오일의 온도 변화로 인한 점성의 차이)를 고려하는 것이 가능하다. 따라서, 엔진 회전 정지 위치는 종래 기술과 비교해서 시동시 시동 품질과 배기 가스를 개선하기 위해 종래 기술보다 더 정확하게 이들 매개 변수로부터 추정될 수 있다.
본 발명의 제3 목적은 내연 기관이 갖는 미래의 운동 에너지를 정확하게 추정하는 것이다.
제3 목적을 달성하기 위해, 내연 기관의 현재의 운동 에너지가 계산되고, 내연 기관의 운동을 방해하는 일량(work load)이 계산되고, 미래의 운동 에너지가 이미 계산된 일량 및 현재의 운동 에너지에 기초하여 추정된다. 내연 기관의 운동 에너지는 엔진의 운동을 방해하도록 작용하는 일량에 의해 소모되기 때문에, 미래의 운동 에너지는 내연 기관의 현재의 운동 에너지 및 운동을 방해하는 일량을 계산함으로써 추정될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과, 특징들과, 장점들은 첨부 도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
(제1 실시예)
우선 도1을 참조하면, 스로틀 밸브(14)가 엔진(11)의 흡기 포트(12)에 연결된 흡기 파이프(13)의 중간에 마련되고, 스로틀 밸브(14)의 개도(스로틀 개도)(TA)가 스로틀 개도 센서(15)에 의해 검출된다. 흡기 파이프(13)에는 우회 경로(16)가 스로틀 밸브(14)를 우회하도록 마련되고 우회 경로(16)의 중간에는 공회전 속도 제어 밸브(ISC 밸브)(17)가 마련된다. 스로틀 밸브(14)의 하류측에는 흡기 파이프 압력(PM)을 검출하기 위한 흡기 파이프 압력 센서(18)가 마련되고 각 실린더의 흡기 포트(12) 근처에는 연료 분사 밸브(19)가 장착된다.
배기 가스의 정화를 위한 촉매(22)가 엔진(11)의 배기 포트(20)에 연결된 배기 파이프(21) 중간에 설치된다. 엔진(11)의 실린더 블록 상에는 냉각수 온도(THW)를 검출하기 위한 냉각수 온도 센서(23)가 마련된다. 크랭크 각도 센서(26)가 엔진(11)의 크랭크축(24) 상에 장착된 신호 회전자(25)의 외주연부에 대면하도록 설치되고, 크랭크 각도 센서(26)는 신호 회전자(25)의 회전에 동기하여 소정 크랭크 각도(예컨대 10˚CA)의 회전마다 크랭크 각도 신호(CRS)를 출력한다. 또한, 캠 각도 센서(29)가 엔진(11)의 캠축(27)에 장착된 신호 회전자(28)의 외주연부에 대면하도록 설치되고, 캠 각도 센서(29)는 신호 회전자(28)의 회전에 동기하여 소정의 캠 각도에서 캠 각도 신호(CAS)를 출력한다(도5).
이들 여러 센서에서 나온 출력은 전자식 엔진 제어 유닛(ECU)(30) 내로 입력된다. ECU(30)는 엔진 제어 수단으로 기능하기 위해, 주로 연료 분사 밸브(19)의 연료 분사량 및 연료 분사 타이밍과, 점화 플러그(31)의 점화 타이밍과, 다양한 센서에 의해 검출된 엔진 작동 상태에 따른 ISC 밸브(17)의 우회 공기량 등을 제어하 는 마이크로컴퓨터로 구성된다.
실시예에서, ECU(30)는 후속 압축 행정에서 압축 압력을 증가시키기 위해 엔진 회전의 정지 직전 ISC 밸브(17)를 통과하는 우회 공기량(흡기량)을 증가시키기 위한 정지시 압축 압력 증가 제어 수단으로서, 그리고 백업 RAM(32) 등과 같은 재기록 가능한 비휘발성 메모리(기억 수단)에 이때의 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보를 기억함으로써 후속 엔진 시동시 연료 분사 제어 및 점화 제어를 개시하기 위해 크랭크축(24)의 최초 위치에 대한 정보로서 엔진 회전 정지 위치에 대한 기억된 정보를 이용하기 위한 엔진 제어 수단으로서 기능한다.
도2 및 도3(4기통 엔진의 일 예)의 타임 챠트를 참조해서 제1 실시예의 엔진 회전 정지 제어에 대해 설명하기로 한다.
도2에 도시된 바와 같이, 점화 스위치 턴-오프 작동 요구나 공회전 정지 요구에 의해 엔진 정지 명령이 발생(ON)되고 점화 펄스 및 연료 분사 펄스 모두 또는 이들 중 어느 하나가 정지되는 경우, 엔진(11)은 그 후로도 어느 시간 동안 관성 에너지로 인해 계속 회전하지만 엔진 회전은 다양한 손실(펌핑 손실, 마찰 손실, 부속 장치에서의 구동 손실 등)로 인해 감소한다. 이때, 흡기량은 후속 압축 행정(COM)에서의 압축 압력을 증가시키기 위해 엔진 정지 직전 흡입 행정(SUC)에서 증가됨으로써, 엔진 회전은 강제로 정지된다. 엔진(11)의 폭발 행정 및 배기 행정은 도2에서 각각 EXP 및 EXH로 지시된다.
이하, 엔진 회전 정지 제어의 일 예를 설명하기로 한다.
엔진 회전이 정지 직전인지 여부는 엔진 회전 속도 Ne(ⅰ)가 소정값(kNEEGST)(예컨대 400 rpm)에 가깝게 되는지 여부에 따라 결정되고, ISC 밸브(17)는 엔진(11)의 흡기량이 후속 압축 행정에서 압축 압력을 증가시키기 위해 증가되도록 엔진 회전 정지 직전 시점에서 완전 개방(듀티비는 100 %)되도록 설정된다. 도2 및 도3에 도시된 제어의 일 예에서, 3번 실린더의 흡입 행정의 흡기량을 증가시킴으로써, 흡기량이 증가된 3번 실린더의 압축 압력은 엔진 회전을 방해하는 힘을 증가시키도록 증가됨으로써, 엔진 회전을 강제로 정지시킨다.
도3은 본 실시예에 따른 엔진 회전 정지 제어가 수행되는 경우와 엔진 회전 정지 제어가 수행되지 않는 경우의 엔진 회전 정지 위치의 변동을 도시한다.
엔진 회전 정지 제어가 수행되는 경우, 흡기량이 엔진 회전 정지 직전에 흡입 행정에서 증가된 실린더(도3에 도시된 예에서 3번 실린더)의 압축 압력(P)은 증가된다. 압축 압력(P)이 증가됨에 따라, 부의 방향으로의 토오크(T)는 엔진 회전을 방해하는 힘으로 작용하도록 압축 행정에서 증가되어서, 엔진 회전은 제동되고 토오크가 엔진 마찰과 같아지거나 작아지는 크랭크 각도 범위(엔진 회전 정지를 감당할 수 있는 크랭크 각도 범위)는 종래 범위보다 좁하지고, 엔진 회전은 이런 크랭크 각도 범위에서 정지된다. 도3에 도시된 제어의 일 예에서, 엔진 회전은 3번 실린더의 압축 범위 BTDC 140˚CA 내지 100˚CA에서 정지된다.
반대로, 엔진 회전 정지 제어가 수행되지 않는 경우, 부의 방향으로의 토오크(T)는 압축 행정에서 증가되지 않으며 다른 실린더의 팽창 행정(팽창 실린더는 도3에 도시된 예에서 1번 실린더)의 정의 방향으로 향하는 토오크(T)와 균형을 이룸으로써, 부의 토오크는 행정에서의 회전을 방해하는 힘으로서 작용하지 않고 엔 진 회전 정지 위치는 엔진 회전이 정지되지 않고 토오크가 엔진 회전이 정지될 때에도 엔진 마찰 아래로 떨어지는 크랭크 각도 범위로부터 넓은 범위에 걸쳐 변동된다. 도3에 도시된 제어의 예에서, 엔진 회전 정지 제어가 수행되지 않는 경우의 엔진 회전 정지 위치는 3번 실린더의 압축 BTDC 140˚CA 내지 60˚CA, 압축 BTDC 180˚CA 및 압축 TDC 근처에서 넓은 범위에 거쳐 변동된다. 따라서, 후속 엔진 시동시 최초 분사를 위한 실린더(최초 분사 실린더)와 최초 점화를 위한 실린더(최초 점화 실린더)를 정확하게 결정할 수가 없다.
상술한 엔진 회전 정지 제어는 도4에 도시된 엔진 회전 정지 제어 프로그램(루틴)에 따르는 다음 방식으로 ECU(30)에 의해 수행된다. 프로그램은 소정의 시간 마다(예컨대 8 ms마다) 반복해서 수행된다. 프로그램이 시작되면, 우선 단계(101)에서 엔진 회전이 정지되는지 여부가 결정된다. 이때, 엔진 회전이 정지되는지 여부는, 예컨대 크랭크 각도 센서(26)에서 나온 크랭크 각도 신호(CRS)가 소정 기간(예컨대 300 ms) 이상 동안 ECU(30) 내로 입력되지 않는지 여부에 따라 결정된다.
엔진 회전이 정지되면, 단계(101)에서 "예"가 결정되고 프로그램은 후속 절차를 수행하지 않고 종료된다. 반대로, 엔진 회전이 정지되지 않는 경우, 단계(101)에서 "아니오"가 결정되고 단계(102)로 이어지는 절차가 다음 방식으로 수행된다.
우선, 단계(102) 내지 단계(105)에서 엔진 회전 정지 제어를 실행하기 위한 조건이 충족되는지 여부가 결정된다. 엔진 회전 정지 제어를 실행하기 위한 조건은 다음 (1) 내지 (4)를 포함한다.
(1) 예컨대 공회전 정지를 위한 요구 또는 점화 스위치의 오프 작동에 의해 엔진 정지 명령이 발생된다[단계(102)].
(2) 연료 분사 및 점화 모두가 정지되고, 엔진 회전의 저감 및 엔진 회전의 정지를 위한 조건이 충족된다[단계(103)].
(3) 공회전 스위치는 스로틀 밸브(14)가 완전히 폐쇄되고 스로틀 개도(TA)가 일정값 이하(예컨대 1.5도 이하)인 온 상태이다[단계(104)].
(4) TDC(상사점)마다 계산된 엔진 회전 속도 Ne(ⅰ)는 소정 값(kNEEGST)(예컨대 400 ms)보다 작다[단계(104)].
(1) 내지 (4)의 모든 조건이 충족될 때, 엔진 회전 정지 제어를 실행하기 위한 조건들은 충족된다. 이전의 조건들 중 어느 하나가 충족되지 않을 때, 엔진 회전 정지 제어를 실행하기 위한 조건은 충족되지 않는다.
엔진 회전 정지 제어를 실행하기 위한 조건이 충족되지 않는 경우, 즉 단계(102) 내지 단계(105) 중 어느 하나에서 "아니오"가 결정되면, 절차는 단계(110)로 진행해서 ISC 밸브(17)의 제어값을 공회전 속도 제어시 정상적으로 계산된 목표값(DISC)으로 설정한 후, 단계(111)로 진행해서 엔진 회전 정지 제어 실행 플래그(XEGSTCNT)를 "0"으로 유지(또는 재설정)해서 프로그램을 종료시킨다.
엔진 회전 정지 제어 실행 조건이 충족되는 경우, 즉 이들 모든 조건들이 단계(102 내지 105)에서 "예"로 결정되는 경우, 절차는 단계(106)로 진행해서 전회 시간에서의 엔진 회전 속도 Ne(ⅰ-1)가 정지 직전의 회전 속도(kNEEGST)(예컨대 400 rpm)보다 빠른지 여부를 결정한다. 단계(106)에서 "아니오"가 결정되는 경우, 즉 전회 시간에서의 엔진 회전 속도 Ne(ⅰ-1)가 정지 직전의 회전 속도(kNEEGST)보다 느린 경우, 프로그램은 종료된다.
반대로, 단계(106)에서 "예"가 결정되는 경우, 즉 최종 시간에서의 엔진 회전 속도 Ne(ⅰ-1)가 정지 직전의 회전 속도(kNEEGST)보다 빠르고 이때의 엔진 회전 속도 Ne(ⅰ)가 정지 직전의 회전 속도(kNEEGST)보다 느린 경우, 엔진 회전은 정지 직전인 것으로 결정되어 절차는 단계(107)로 진행해서 엔진(11)의 흡기량을 증가시키기 위해 ISC 밸브(17)의 제어값을 완전 개방(ISC 밸브 듀티비는 100 %)으로 강제 설정함으로써, 엔진 회전을 강제로 정지시키기 위해 후속 압축 행정에서의 압축 압력을 증가시킨다. 단계(107)의 절차는 정지시 압축 압력 증가 제어 수단으로서 작용한다.
이어서, 엔진 회전 정지 제어 실행 플래그(XEGSTCNT)는 후속 단계(108)에서 "1"로 설정되며, 이때 "1"은 엔진 회전 정지 제어 실행이 끝났음을 의미한다. 그 후, 절차는 단계(109)로 진행해서 백업 RAM(32)에 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보[예컨대 흡입 행정(SUC)에서 정지된 실린더(CEGSTIN)와 압축 행정(COM)에서 정지된 실린더(CEGSTCMP)에 대한 정보]를 기억한다. 이 경우, 도2 및 도3에 도시된 제어의 예에서, 4번 실린더가 엔진 회전 정지 시의 흡입 행정 실린더(CEGSTIN)로서 기억되고 3번 실린더가 압축 행정 실린더(CEGSTCMP)로서 기억된다.
본 실시예에 따른 엔진 회전 정지 제어에서, ISC 밸브(17)는 압축 행정에서 압축 압력을 증가시키기 위한 수단으로서 사용되고, 후속 압축 행정에서 압축 압력 은 엔진(11)의 흡기량을 증가시키기 위해 엔진 회전 정지 직전 ISC 밸브(17)를 강 제로 완전 개방함으로써 증가된다. 본 발명이 모터 등과 같은 액츄에이터에 의해 스로틀 개도를 전기적으로 제어하기 위한 전자 스로틀을 장착한 시스템에 적용되는 경우, 후속 압축 행정에서 압축 압력은 흡기량을 증가시키기 위해 엔진 회전 정지 직전에 스로틀 밸브를 강제로 개방함으로써 증가될 수도 있다.
또한, 정상 작동 동안의 제어에 있어서는 공기가 ISC 밸브(17)의 개방후 연소실로 공급될 때까지의 응답 지체를 고려하는 것이 일반적이다. 그러나, 본 실시예에서, 스로틀 밸브 또는 ISC 밸브(17)는 엔진 회전 정지 직전에 제어되기 때문에, 공기의 응답 지체를 고려하지 않고 흡기량을 증가시키는 것이 가능하며, 따라서 정지시 압축 압력을 정확하게 증가시킬 수 있도록 한다.
또한, 압축 압력은 흡기 BDC(하사점)에서 흡기 밸브를 폐쇄해서 실린더의 공기가 압축 행정의 초기에 흡기 파이프(13)로 역류하는 것을 방지하도록 엔진 회전 정지 직전의 흡기 밸브 타이밍을 점화-진각 제어(spark-advance control)하는 가변 밸브 타이밍 제어 기구를 엔진 회전 정지 시의 압축 압력을 증가시키는 수단으로서 채택함으로써 증가될 수도 있다.
대안으로서, 압축 압력은 도10에 도시된 엔진 회전 정지 직전의 흡기 밸브 리프트를 증가시킴으로써 흡기량을 증가시키는 가변 밸브 리프트 제어 기구를 엔진 회전 정지 시의 압축 압력을 증가시키는 수단으로서 채택함으로써 증가될 수도 있다.
다음으로, 도4에 도시된 엔진 회전 정지 제어 프로그램의 단계(109)에서 백업 RAM(32)에 기억된 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보[엔진 회전 정지시 흡입 행 정 실린더(CEGSTIN) 및 압축 행정 실린더(CEGSTCMP)에 대한 정보]에 의해 실행된 엔진 시동시 연료 분사 제어 방법 및 점화 제어 방법을 도5 및 도6(4기통 엔진의 일 예)에 도시된 타임 챠트를 이용해서 설명하기로 한다. 도5 및 도6에서, 캠 각도 신호는 6-펄스 신호가 크랭크축의 2회전(720˚CA)마다 출력되도록 캠 각도 센서(29)로부터 출력된다. 크랭크 각도 신호는 펄스의 수가 36 펄스에서 6 펄스를 뺀 펄스를 갖는 신호가 크랭크축(24)의 회전마다(360˚CA) 출력되도록 크랭크 각도 센서(26)로부터 출력된다.
또한, 크랭크 각도 신호는 펄스가 입력될 때마다 펄스 간격을 가지며 이런 펄스 간격에 기초하여 탈루(missing)의 존부를 검출한다. 이어서, 실린더 판별이 캠 각도 신호의 펄스 수와 크랭크 각도 신호의 탈루에 대한 검출 결과에 기초하여 후술하는 방식으로 수행된다.
도5에 도시된 정지 위치의 정보에 기초하여 시동시 연료 분사 제어에서, 정지 위치의 정보는 사전 기억되기 때문에, 연료 분사 제어는 정지 위치의 정보에 기초하여 실행된다. 보다 상세하게는, 시동기가 엔진 크랭크를 시작하기 위해 작동될 때, 연료 분사(IJN)는 그 때(도5의 시동기 비동기식 분사)에 기억된 흡입 행정 실린더(CEGSTIN)(도5에 도시된 예에서 4번 실린더)에서 수행된다.
그 후, 실린더 판별이 캠 각도 신호의 펄스 수와 크랭크 각도 신호의 탈루에 기초하여 수행되며, 그 결과에 기초하여 실린더 판별 동기 분사 제어가 각각의 실린더의 흡입 행정에 동기하여 연료를 분사하도록 수행된다.
도6에 도시된 정지 위치에 대한 신호에 기초하여 시동 시의 점화 제어에서, 정지 위치에 대한 정보는 이미 기억되어 있기 때문에, 점화 제어는 정지 위치에 대한 정보에 기초하여 실행된다. 상세하게는, 시동기가 엔진 크랭크를 시작하기 위해 작동되고 크랭크 각도 신호의 탈루가 검출될 때(BTDC 35˚CA), 그 때 기억된 압축 행정 실린더(CEGSTCMP)(도6에 도시된 예에서 3번 실린더)의 점화 활성화가 시작되며, 그 후 점화(IGN)가 BTDC 5˚CA의 타이밍(3번 실린더의 압축 행정에서 연속적인 탈루 중 후반 탈루부)으로 수행된다.
점화후, 실린더 판별은 캠 각도 신호의 펄스 수 및 크랭크 각도 신호의 탈루에 기초하여 수행되며, 점화 제어는 실린더 판별에 대한 검출 결과에 기초하여 수행된다.
시동시 상기 연료 분사 제어 및 점화 제어는 도7 및 도8에 도시된 프로그램에 따라 ECU(30)에 의해 수행된다.
도7에 도시된 연료 분사 제어 프로그램은 시동시 소정 시간(예컨대 4 ms마다)마다 반복해서 수행된다. 프로그램이 시작되면, 우선 단계(201)에서는 시동이 엔진 회전 속도가 소정값(예컨대 500 rpm)보다 낮은 경우의 시동인지 여부가 결정된다. 엔진 회전 속도가 소정값(예컨대 500 rpm)보다 높다고 결정되는 경우, 프로그램은 다음 절차를 수행하지 않고 종료된다.
반대로, 단계(201)에서 시동이 엔진 회전 속도가 소정값(예컨대 500 rpm)보다 낮은 경우의 시동이라고 결정되는 경우, 시동 시의 연료 분사 제어는 단계(202)로 이어지는 절차에 따라 수행된다. 우선, 단계(202)에서는 캠 각도 신호의 펄스 수와 크랭크 각도 신호의 탈루에 기초하여 실린더 판별이 완료되었는지 여부가 첫 번째로 결정된다. 실린더 판별이 완료된 경우, 현재의 크랭크 각도(크랭크축(24)의 현 위치)가 실린더 판별에 의해 알려지기 때문에, 절차는 단계(207)로 진행해서 현재의 크랭크 각도가 동기식 분사 타이밍에 있는지 여부를 결정한다. 결국, 현재의 크랭크 각도가 동기식 분사 타이밍에 있지 않음이 결정될 때, 프로그램은 아무것도 수행하지 않고 종료된다.
단계(207)에서 현재의 크랭크 각도가 동기식 분사 타이밍에 있다고 결정될 때, 절차는 단계(208)로 진행해서 동기 분사를 수행하기 위해 공식, Ti = TAUST + TV에 따라 동기 분사량(Ti)을 계산한다.
이때, TAUST는 엔진(11)의 각각의 매개 변수에 따라 결정된 유효 분사 시간을 지시하고, 냉각수 온도, 흡기 파이프 압력, 엔진 회전 속도 등에 따르는 데이터 맵 등에 의해 상세히 계산된다. 또한, TV는 연료 분사 밸브(19)가 반응하는 데 요구되는 비유효 분사 시간을 지시하고, 배터리 전압에 따르는 데이터 맵 등에 의해 계산된다.
한편, 단계(202)에서 실린더 판별이 완료되지 않았다고 결정되면, 정지 위치기억에 기초한 연료 분사 제어 실행 조건이 충족되는지 여부가 후속 단계(203, 204)에서 결정된다. 실행 조건은, 예컨대 다음의 두 조건 (1)과 (2)를 포함한다.
(1) 시동기가 오프로부터 온으로 절환되고 시동 시의 크랭크가 시작된다[단계(203)].
(2) 엔진 회전 정지 제어 실행 플래그(XEGSTCNT)는 "1"로 설정되며, 이때 "1"은 엔진 회전 정지 제어 실행이 끝났음을 의미한다[단계(204)].
양 조건 (1)과 (2)가 충족되면, 정지 위치 기억에 기초한 연료 분사 제어 실행 조건은 충족된다. 이들 조건 중 어느 하나가 충족되지 않으면, 정지 위치 기억에 기초한 연료 분사 제어 실행 조건은 충족되지 않는다.
정지 위치 기억에 기초한 연료 분사 제어 실행 조건이 충족되지 않은 경우, 즉 단계(203) 및 단계(204) 중 어느 하나에서 "아니오"가 결정되는 경우, 프로그램은 후속 절차를 수행하지 않고 종료된다.
반대로, 정지 위치 기억에 기초한 연료 분사 제어 실행 조건이 충족되는 경우, 즉 단계(203) 및 단계(204) 모두에서 "예"가 결정되는 경우, 절차는 단계(205)로 진행해서 정지 위치 기억에 기초한 연료 분사 제어를 실행한다. 정지 위치 기억에 기초한 연료 분사 제어는 실제 크랭크 각도와 비동기식으로 수행된다. 보다 상세하게는, 흡입 행정 실린더(CEGSTIN) 내로의 비동기식 분사는 단계(203) 및 단계(204) 모두에서 "예"가 결정되는 타이밍[사실상, 단계(203)에서 시동기가 오프로부터 온으로 절환되는 타이밍]에서 정지 위치 기억값에 기초하여 수행된다. 이때, 비동기식 분사량(Ti)은 공식, Ti = TASYST + TV에 따라 계산된다.
여기서, TASYST는 엔진(11)의 각 매개 변수에 따라 결정된 유효 분사 시간을 지시하고, 냉각수 온도, 흡기 파이프 압력 등에 따르는 데이터 맵 등에 의해 상세히 계산된다. 또한, TV는 연료 분사 밸브(19)가 반응하는데 요구되는 비유효 분사 시간을 지시하고, 배터리 전압 등에 따르는 데이터 맵 등에 의해 계산된다.
비동기식 분사가 수행된 후, 절차는 단계(206)로 진행해서 엔진 회전 정지 제어 실행 플래그(XEGSTCNT)를 "0"으로 재설정하고, 프로그램은 종료된다.
상기 제어의 예에서, 흡입 행정 실린더(CEGSTIN) 내로의 비동기식 분사는 시동기가 오프에서 온으로 절환되는 타이밍에 수행된다. 그러나, 분사가 동일 흡입 행정에서 수행될 수 있는 경우, 연료 분사는 크랭크 각도 신호가 소정 시간(회)에 입력될 때 수행될 수 있으며, 연료 분사는 시동기가 오프로부터 온으로 절환되고 크랭크 각도 신호가 입력된 후 소정 기간 경과후 수행될 수도 있다.
도8에 도시된 시동시 점화 제어는 소정의 기간마다(예컨대 크랭크 각도 신호가 입력될 때마다) 반복해서 수행된다. 프로그램이 시작될 때, 우선, 단계(301)에서는 시동이 엔진 회전 속도가 소정값(예컨대 500 rpm)보다 낮은 경우의 시동인지 여부가 결정된다. 엔진 회전 속도가 소정값(예컨대 500 rpm)보다 높다고 결정되는 경우, 프로그램은 후속 절차를 수행하지 않고 종료된다.
반대로, 단계(301)에서 시동이 엔진 회전 속도가 소정값(예컨대 500 rpm)보다 낮은 경우의 시동으로 결정되는 경우, 시동시 점화 제어는 단계(302)로 이어지는 절차에 따라 다음 방식으로 수행된다. 우선, 단계(302)에서는 캠 각도 신호의 펄스수와 크랭크 각도 신호의 탈루에 기초한 실린더 판별이 완료되었는지 여부가 첫번째로 결정된다. 실린더 판별이 완료된 경우, 현재의 크랭크 각도[크랭크축(24)의 현 위치]가 실린더 판별에 의해 알려지기 때문에, 절차는 단계(309)로 진행해서 BTDC 5˚CA에서 점화를 수행하기 위해 BTDC 35˚CA에서 각 실린더의 활성화를 시작한다.
한편, 단계(302)에서 실린더 판별이 완료되지 않았다고 결정되면, 후속 단계(303, 304)에서 정지 위치 기억에 기초한 점화 제어 실행 조건이 충족되는지 여부가 결정된다. 실행 조건은, 예컨대 다음 두 조건 (1)과 (2)를 포함한다.
(1) 엔진 회전 정지 제어 실행 플래그(XEGSTCNT)는 "1"로 설정되며, 이때 "1"은 엔진 회전 정지 제어 실행이 끝났음을 의미한다[단계(303)].
(2) 크랭크 각도 신호의 탈루(BTDC 35˚CA)가 검출된다[단계(304)].
양 조건 (1)과 (2)가 충족되면, 정지 위치 기억에 기초한 점화 제어 실행 조건은 충족된다. 이들 조건 중 어느 하나가 충족되지 않으면, 정지 위치 기억에 기초한 점화 제어 실행 조건은 충족되지 않는다.
정지 위치 기억에 기초한 점화 제어 실행 조건이 충족되지 않는 경우, 즉 단계(303) 및 단계(304) 중 어느 하나에서 "아니오"가 결정되는 경우, 프로그램은 다음 절차를 수행하지 않고 종료된다.
반대로, 정지 위치 기억에 기초한 점화 제어 실행 조건이 충족되는 경우, 즉 단계(303) 및 단계(304) 모두에서 "예"가 결정되는 경우, 정지 위치 기억에 기초한 점화 활성화 제어가 단계(305)로 이어지는 절차에 따라 다음 방식으로 수행된다. 크랭크 각도 신호의 탈루(BTDC 35˚CA)가 검출되면, 절차는 단계(305)로 진행해서 정지 위치 기억에 기초한 압축 행정 실린더(CEGSTCMP)의 활성화를 시작한다. 이어서, 절차는 단계(306)로 진행해서 점화가 BTDC 5˚CA의 타이밍에 있는지 여부를 정지 위치 기억값에 기초하여 결정한다. 이 경우, 압축 행정에서 정지하는 실린더 또는 실린더들은 이미 기억되어 있기 때문에, 단일 탈루와 연속 탈루를 판별하고 BTDC 5˚CA의 타이밍을 결정하는 것이 가능하다.
단계(306)에서 점화가 BTDC 5˚CA의 타이밍에 있지 않은 경우, 프로그램은 종료된다. 점화가 BTDC 5˚CA의 타이밍에 있다고 결정된 경우, 절차는 단계(307)로 진행해서 BTDC 5˚CA의 타이밍으로 정지 위치 기억에 기초한 압축 행정 실린더(CEGSTCMP)의 점화를 수행한다. 그 후, 절차는 단계(308)로 진행해서 엔진 회전 정지 제어 실행 플래그(XEGSTCNT)를 "0"으로 설정하고, 프로그램은 종료된다.
상술한 실시예에서, 흡기량은 압축 행정에서 압축 압력을 증가시키기 위해 엔진 회전 정지 직전의 엔진 회전 정지 제어에 의해 증가되기 때문에, 엔진 회전은 엔진 회전 정지 직전의 압축 압력의 증가로 인해 부의 토오크를 증가시킴으로써 강제로 정지될 수 있다. 이런 엔진 회전 정지 제어에 의한 압축 압력의 증가로 인해, 토오크가 엔진 마찰과 같거나 작게 되는 크랭크 각도 범위(엔진 회전 정지를 감당할 수 있는 크랭크 각도 범위)는 종래의 각도 범위보다 좁다. 결국, 엔진 회전 정지 위치의 변동은 종래 범위보다 작은 크랭크 각도 범위 내에 포함될 수 있으며, 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보[엔진 회전 정지시 흡입 행정 실린더(CEGSTIN) 및 압축 행정 실린더(CEGSTCMP)에 대한 정보]가 정확하게 구해져서 백업 RAM(32)에 기억될 수 있다. 이로써, 엔진은 실린더 판별을 완료하기 전에도 최초 분사 실린더 및 최초 점화 실린더를 정확하게 결정하기 위해 엔진 시동시 백업 RAM(32)에 기억된 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보를 이용해서 시동될 수 있음으로써, 시동 시의 시동 품질과 배기 가스를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 4기통 엔진에 제한되지 않고 3기통 이하의 엔진 또는 5기통 이상의 엔진에도 적용되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도1에 도시된 흡기 포트 분사 엔진에 제한되지 않으며 실린더내 분사 엔진 및 린번 엔진에도 적용되어 실시될 수 있다.
(제2 실린더)
본 발명의 제2 실시예도 도11에 도시된 바와 같이 제1 실시예(도1)와 동일한 방식으로 구성된다.
제2 실시예에 따르면, 엔진 회전 정지 위치가 도14에 도시된 엔진 정지 과정의 타임 챠트에 도시된 바와 같이 추정된다. 각각의 압축 TDC에서 순간 엔진 회전 속도 Ne가 엔진 작동을 나타내는 매개 변수로서 사용된다. ECU(30)는 순간 회전 속도 Ne를 계산하기 위해 크랭크 펄스 신호(CRS)의 출력 간격에 기초하여, 예컨대 30˚CA보다 많은 크랭크축(24)의 회전에 요구되는 기간을 측정한다.
이때, 도14의 i번째 압축 TDC[TDC(i)]에서의 에너지 수지(balance)가 고려된다. 펌핑 손실, 각 부분에서의 마찰 손실, 각 부속 장치에서의 구동 손실이 엔진 작동을 방해하는 일로서 고려된다. 시점 TDC(i-1)에서 엔진의 운동 에너지를 E(i-1)로 가정하면, 운동 에너지 E(i-1)는 후속 TDC(i)가 도달할 때까지 각각의 손실로 인한 일만큼 감해져서 운동 에너지는 E(i)로 감소된다. 이런 에너지 수지의 관계는 다음 수학식 1로 표현된다.
Figure 112004003675032-pat00002
이때, W는 TDC(i-1)와 TDC(i) 사이의 간격에서 각각의 손실만큼 감해진 모든 일의 합을 지시한다.
또한, 엔진 작동이 회전 운동이라고 가정하면, 운동은 다음 수학식 2에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112004003675032-pat00003
이때, E는 엔진의 운동 에너지를 지시하고 J는 각 엔진에 대해 결정된 관성 모멘트를 지시하고 Ne는 순간 회전 속도를 지시한다.
수학식 2를 사용함으로써, 수학식 1의 에너지 수지의 관계식은 다음 수학식 3에 의해 나타난 순간 회전 속도 변화의 관계식으로 대체될 수 있다.
Figure 112004003675032-pat00004
제2 실시예에서, 수학식 3의 우측에서 두번째 항은 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop이며, 다음 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure 112004003675032-pat00005
엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop은 수학식 3과 수학식 4로부터 유도된 다음 수학식 5를 사용해서 계산된다.
Figure 112004003675032-pat00006
또한, 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop은 수학식 4에 의해 정의된 바와 같이 TDC들 사이에서 각각의 손실들에 의해 운동을 방해하는 일량 W과 관성 모멘트(J)에 의해 결정된다. 엔진 정지 과정에서와 같이, 저회전의 운동 조건 하에서, 엔진 작동을 방해하는 일로서 고려되는 펌핑 손실, 각 부분에서의 마찰 손실, 각각의 부속 장치에서의 구동 손실은 엔진 회전 속도 Ne에 무관한 사실상의 일정값을 취한다. 따라서, 엔진 작동을 방해하는 일량(W)은 엔진 정지 과정에서의 모든 TDC들 사이에서 사실상 일정한 값을 취한다. 또한, 관성 모멘트 J는 각각의 엔진에 고유한 값을 취하기 때문에, 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop은 엔진 정지 과정에서 사실상 일정한 값을 취한다.
따라서, 실제 측정에서 구해진 현재의 순간 회전 속도 Ne(i)와 수학식 5를 사용해서 계산된, TDC들 사이의 운동을 방해하는 매개 변수 Cstop을 이용해서, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값은 다음 수학식 6a와 6b에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112004003675032-pat00007
Figure 112004003675032-pat00008
이때, Ne(i)2 < Cstop인 경우, TDC들 사이의 운동을 방해하는 일량 W는 엔진이 현재 갖는 운동 에너지 E(i)보다 크게 되어서, 계산 결과 생성된 임의의 허수를 방지하기 위해 Ne(i+1) = 0가 취해진다.
제2 실시예에서, 엔진 회전이 정지되는지 여부는 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값과 사전 설정된 정지 결정값 Nth를 서로 비교함으로써 엔진 회전 정지 위치에서 각각의 실린더의 행정 상태를 추정하도록 결정된다.
제2 실시예에서 엔진 회전 정지 위치에 대한 위와 같은 추정은 도16에 도시된 엔진 회전 정지 위치 추정 프로그램에 따라 ECU(30)에 의해 실행된다. 프로그램은 TDC마다 실행되며 회전 정지 위치 추정 프로그램으로서 작용한다. 프로그램이 시작될 때, 엔진 정지 명령이 발생되는지 여부가 단계(2101)와 단계(2102) 중 어느 한 단계에서 "예"가 결정되는지 여부에 따라 결정된다. 보다 상세하게는, 단계(2101)에서 점화 스위치가 오프로 결정되거나 단계(2102)에서 공회전 정지 요구가 온으로 결정되는 경우, 엔진 정지 요구가 발생되었음이 결정되며, 단계(2103)로 이어지는 절차가 엔진 회전 정지 위치를 추정하기 위해 실행된다.
한편, 단계(2101)와 단계(2102) 모두에서 "아니오"가 결정되는 경우, 즉 IG 스위치가 온이고 공회전 정지에 대한 요구가 오프인 경우, 엔진은 계속해서 연소하 고 정지 과정에 있지 않음이 결정되며, 프로그램은 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정을 수행하지 않고 종료된다.
상술한 바와 같이, 단계(2101)와 단계(2102) 중 어느 하나에서 "예"가 결정될 때, 엔진은 정지 과정에 있음이 결정되며, 절차는 단계(2103)로 진행해서 수학식 5를 이용해서 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop을 계산하기 위해 전회의 TDC(i-1)에서 순간 회전 속도 Ne(i-1)와 금회의 TDC(i)에서 순간 회전 속도 Ne(i)를 이용한다. 단계(2103)의 절차는 제2 매개 변수 계산 수단으로서 작용한다.
매개 변수 Cstop를 계산한 후, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값이 단계(2104) 내지 단계(2106)에서 다음 방식으로 계산된다. 우선, 단계(2104)에서는 Ne(i)2≥Cstop이 성립되는지 여부가 결정된다. Ne(i)2≥Cstop일 때, 절차는 단계(2105)로 진행해서 수학식 6을 사용해서 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값을 계산한다.
반대로, Ne(i)2<Cstop일 때, 절차는 단계(2106)로 진행하며, 여기에서 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값은 0으로 된다.
순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값을 계산한 후, 절차는 단계(2107)로 진행하며, 여기에서 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값과 사전 설정된 정지 결정값 Nth를 서로 비교함으로써 엔진 회전이 후속 절차로 진행하기 위해 TDC(i+1)을 지나야만 하는지 또는 TDC(i+1)을 통과할 수 없어서 정지되는지 여부가 결정된다. 즉, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값이 사전 설정된 정지 결정값 Nth를 초과할 때, 엔진이 미래로 첫번째인 TDC(i+1)을 지나 계속 회전하는 것으로 결정되며, 프로그램은 종료된다.
반대로, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값이 사전 설정된 정지 결정값 Nth 아래로 떨어질 때, 엔진이 현재의 TDC(i)에서 갖는 운동 에너지가 운동을 방해하는 일량 W만큼 감소되고 엔진 회전은 후속 TDC(i+1)를 지날 수 없어서 정지되는 것으로 결정되며, 절차는 단계(2108)로 진행한다.
단계(2108)에서, 엔진이 현재의 TDC(i)와 후속 TDC(i+1) 사이에서 정지되는 것이 추정되기 때문에, 엔진 회전 정지 위치에서 각 실린더(예컨대 흡입 행정 실린더 및 압축 행정 실린더)의 행정 상태에 대한 정보가 백업 RAM(32)에서의 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정 결과로서 기억되며, 프로그램은 종료된다.
그 후, 엔진이 시동될 때, 백업 RAM(32)에 기억된 엔진 회전 정지 위치에서 각 실린더의 행정 상태에 대한 그 정보는 최초 분사 실린더와 최초 점화 실린더를 결정하기 위해 엔진 시동시 각 실린더의 행정 상태에 대한 정보로서 사용되며, 따라서 연료 분사 제어 및 점화 제어를 시작한다.
상술한 제2 실시예에서, 후속 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)를 추정하기 위한 수학식 6a 및 6b는 엔진이 갖는 운동 에너지 E와 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop로부터 유도되며, 후속 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값이 엔진 정지 과정에서 TDC마다 수학식 6a 및 6b에 의해 계산되어서, 엔진 회전이 정지될 때까지 엔진 회전 속도의 변화를 정확하게 추정하는 것이 가능하다. 엔진 회전이 정지되는지 여부는 후속 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측 값이 사전 설정된 정지 결정값 Nth 아래로 떨어지는지 여부에 따라 결정됨으로써, 엔진 회전 정지 위치에서 각 실린더의 행정 상태에 대한 정보는 종래 기술에 비해 더 정확하게 추정될 수 있다.
따라서, 엔진 회전 정지 위치에서 각 실린더의 행정 상태에 대한 정보를 백업 RAM(32)에 기억함으로써, 최초 분사 실린더와 최초 점화 실린더가 엔진 시동시 각 실린더의 행정 상태에 대한 정보로서 엔진 회전 정지 위치에 있는 각 실린더의 행정 상태에 대한 정보를 이용하여 정확하게 결정되며, 따라서 연료 분사 제어 및 점화 제어를 시작할 수 있게 하고 엔진 시동시 시동 품질과 배기 가스를 개선한다.
(제3 실시예)
제2 실시예에서, 엔진 회전이 정지되는지 여부는 미래로 첫번째인 TDC에서 순간 회전 속도의 예측값에 따라 결정됨으로써, 엔진 회전 정지 위치는 엔진 회전이 정지되기 직전에 추정된다.
여기에서, 제3 실시예에 따르면, 더욱 미래의 순간 회전 속도를 추정하는 절차는 엔진 회전이 정지된 것이 결정될 때까지 미래의 순간 회전 속도의 예측값과 운동을 방해하는 매개 변수를 사용해서 반복됨으로써, 엔진 회전 정지 위치는 엔진 회전이 정지되기 직전이 아니라도 추정될 수 있다.
이하, 제3 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 방법이 도17에 도시된 타임 챠트를 참조해서 설명하기로 한다. 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop과 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값이 제2 실시예에서와 동일한 방식으로 엔진 정지 과정에서 TDC(i)에서 계산된다.
상술한 바와 같이, 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop은 엔진 정지과정에서 사실상 일정한 값을 취하기 때문에, 미래로 두번째인 TDC(i+2)에서 순간 회전 속도 Ne(i+2)의 예측값이 계산된 Ne(i+1)과 Cstop을 사용해서 다음의 수학식 7a 및 7b에 의해 계산된다.
Figure 112004003675032-pat00009
Figure 112004003675032-pat00010
이 방식에서, 미래의 TDC에서 순간 회전 속도의 예측값을 계산하는 절차는 순간 회전 속도의 예측값이 엔진 회전이 TDC 전에 정지된다고 추정하기 위해 정지 결정값 아래로 떨어질 때까지 반복적으로 실행되며, 이때 순간 회전 속도의 예측값은 정지 결정값 아래로 떨어진다.
제3 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정은 도18에 도시된 엔진 회전 정지 위치 추정 프로그램에 의해 수행된다. 프로그램은 TDC마다 실행된다. 프로그램이 시작될 때, 엔진 정지 명령이 발생되는지 여부(IG 스위치가 오프인지 또는 공회전 정지가 온인지 여부)는 제2 실시예와 동일한 방식으로 단계(3200)와 단계(3201)에서 첫번째로 결정된다. 어떤 엔진 정지 명령도 발생되지 않을 때, 엔진이 정지 과정에 있지 않는다고 결정된다. 프로그램은 임의의 엔진 회전 정지 위 치에 대한 추정을 수행하지 않고 종료된다.
반대로, 엔진 정지 명령이 발생될 때, 절차는 단계(3202)로 진행해서 TDC가 엔진 정지 명령이 발생된 후 소정 시간(예컨대 2번째 또는 3번째) 중 하나인지 여부를 결정한다. TDC가 소정 시간들 중 하나가 아닐 때, 프로그램은 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정을 수행하지 않고 종료되며, 소정 시간(회)의 TDC가 얻어질 때까지 대기가 계속된다. 이 방식에서, 소정 시간의 TDC가 얻어질 때까지 대기를 계속함으로써, 후속 단계(3203)에서 계산된 매개 변수인 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop은 안정적인 상태에서 계산될 수 있다.
그 후, 엔진 정지 명령이 발생된 후 소정 시간의 TDC가 얻어지는 어떤 시점에서, 절차는 단계(3203)로 진행하고, 이 단계에서 제2 실시예와 동일한 방식으로 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop가 전회의 TDC(i-1)에서 순간 회전 속도 Ne(i-1)와 금회의 TDC(i)에서 순간 회전 속도 Ne(i)를 사용해서 수학식 5에 의해 계산된다.
그 후, 절차는 단계(3204)로 진행해서, 순간 회전 속도에 대한 추정 횟수를 계수하기 위해 추정 횟수 계수값 j에 초기값 "1"을 설정한다. 그 후, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 추정값이 제2 실시예에서와 동일한 방식으로 단계(3205), 단계(3206) 및 단계(3207)에서 최초로 계산된다.
그 후, 엔진 회전이 미래로 첫번째인 순간 회전 속도 Ne(i+1)를 통과할 수 없어서 정지되는지 여부가 미래로 첫번째인 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값이 정지 결정값이 Nth 아래로 떨어지는지 여부에 따라 후속 단계(3208)에서 결정된다. 결국, 미래로 첫번째인 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값이 정지 결정값 Nth을 초과한다[엔진이 미래로 첫번째인 TDC(i+1)를 통과해서 계속 회전한다]고 결정될 때, 절차는 단계(3209)로 진행해서 추정 횟수 계수값 j를 단지 1만큼 증가시키고 단계(3205), 단계(3206) 및 단계(3207)의 절차로 복귀하여, 최종 시간에 계산되고 미래로 첫번째인 순간 회전 속도 Ne(i+1)의 예측값과 운동을 방해하는 매개 변수 Cstop을 이용해서 미래로 두번째인 TDC(i+2)에서 순간 회전 속도 Ne(i+2)의 예측값을 계산한다.
그 후, 미래로 두번째인 순간 회전 속도 Ne(i+2)의 예측값이 정지 결정값 Nth보다 아래로 떨어지는지 여부에 따라, 단계(3208)에서는 엔진 회전이 미래로 두번째인 TDC(i+2)를 통과할 수 없어서 정지되는지 여부가 결정된다. 결국, 미래로 두번째인 순간 회전 속도 Ne(i+2)의 예측값이 정지 결정값 Nth을 초과한다[엔진이 미래로 두번째인 TDC(i+2)를 지나 계속 회전한다]고 결정되면, 절차는 다시 단계(3209)로 진행해서 추정 횟수 계수값 j를 단지 1만큼 증가시키고 단계(3205) 내지 단계(3209)에서 상술한 절차가 반복된다.
상술한 방식에서, 미래의 순간 회전 속도 Ne(i+j)의 예측값에 대한 계산은 그 값이 정지 결정값 Nth 아래로 떨어질 때까지 반복되며, 미래의 순간 회전 속도 Ne(i+j)은 TDC 간격으로 연속해서 추정된다.
그 후, 미래의 순간 회전 속도 Ne(i+j)의 예측값이 정지 결정값 Nth 아래로 떨어지는 시점에서, 엔진 회전은 순간 회전 속도 Ne(i+j)의 TDC(i+j) 전에 정지되었음이 결정되며, 절차는 단계(3210)로 진행해서, 엔진 회전 정지 위치에 대한 추 정 결과로서 정지가 결정된 TDC(i+j)와 과거의 첫번째인 TDC(i+j-1) 사이의 간격 동안에 각 실린더(예컨대 흡입 행정 실린더 및 압축 행정 실린더)의 행정 상태를 백업 RAM(32)에 기억한다. 예컨대 미래로 세번째인 TDC(i+3)에서 순간 회전 속도 Ne(i+3)가 정지 결정값 Nth 아래로 떨어질 때, 엔진 회전이 미래로 두번째 TDC(i+2)와 미래로 세번째 TDC(i+3) 사이의 간격 동안에 정지된다고 결정된다. TDC(i+2)와 TDC(i+3) 사이의 간격 동안 각 실린더의 행정 상태는 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정 결과로서 기억된다.
제3 실시예에서, 더욱 미래의 순간 회전 속도 Ne(i+j+1)을 추정하는 절차는 미래의 순간 회전 속도 Ne(i+j)의 예측값과 운동을 방해하는 매개 변수 Cstop을 사용해서 엔진 회전이 정지되었음이 결정될 때까지 임의의 횟수만큼 반복될 수 있는 것이 유리하다. 따라서, 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정이 엔진 정지 과정에서 초기에 수행될 수 있다.
(제4 실시예)
제2 및 제3 실시예에서, 미래의 순간 회전 속도가 추정되며, 엔진 회전이 정지되는지 여부는 순간 회전 속도의 예측값이 사전 설정된 정지 결정값 아래로 떨어지는지 여부에 따라 결정된다. 미래의 순간 회전 속도가 추정되지 않는 경우, 엔진 회전 정지 위치는 엔진 작동을 방해하는 매개 변수에 기초하여 엔진 정지 결정값을 계산하고 엔진 정지 과정에서 실제로 측정된 순간 회전 속도와 엔진 정지 결정값을 서로 비교함으로써 추정될 수 있다.
우선, 제4 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치 추정 방법은 도19에 도시된 타임 챠트를 참조해서 설명하기로 한다. 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop이 제2 및 제3 실시예와 동일한 방식으로 엔진 정지 과정에서 TDC(i+1)에서 계산된다. 엔진이 후속 TDC까지 정지되는지 여부에 관련된 엔진 정지 결정값 Nth는 사전 설정된 TDC 통과 임계 회전 속도 Nlim와 매개 변수 Cstop을 이용해서 다음 수학식 8에 의해 계산된다. 엔진 정지 과정에서 실제로 측정된 순간 회전 속도가 엔진 정지 결정값 Nth 아래로 떨어지는 시점에서, 엔진이 후속 TDC까지 정지되는지 여부가 결정되며, 엔진 회전 정지 위치에서 각 실린더의 행정 상태가 추정되고, 그 결과가 백업 RAM(32)에 기억된다.
Figure 112004003675032-pat00011
제4 실시예에 따른 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정은 도20 및 도21에 도시된 각각의 프로그램에 의해 수행된다. 이하 각 프로그램 내의 절차의 내용에 대해 설명하기로 한다.
도20에 도시된 엔진 정지 결정값 계산 프로그램은 TDC마다 실행된다. 프로그램이 시작될 때, 단계(4301) 및 단계(4302)에서는 우선 제2 실시예와 동일한 방식으로 엔진 정지 명령이 발생되는지 여부가 결정된다. 어떠한 엔진 정지 명령도 발생되지 않은 때, 엔진이 정지 과정에 있지 않음이 결정되며, 프로그램은 어떠한 엔진 정지 결정값 Nth에 대한 추정도 수행하지 않고 종료된다.
반대로, 엔진 정지 명령이 발생될 때, 절차는 단계(4303)로 진행하며, 이 단 계에서 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop은 전회의 TDC(i-1)에서 실질적으로 측정된 순간 회전 속도 Ne(i-1)와 금회의 TDC(i)에서 실제로 측정된 순간 회전 속도 Ne(i)를 사용해서 수학식 5에 의해 계산된다.
그 후, 절차는 단계(4304)로 진행하며, 이 단계에서 엔진이 정지되는지 여부와 관련한 엔진 정지 결정값 Nth은 TDC를 통과할 수 없는 임계 회전 속도로서 사전 설정값 Nlim와 단계(4303)에서 계산된 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop을 이용해서 다음 수학식 8에 의해 계산되며, 프로그램은 종료된다.
도21에 도시된 엔진 회전 정지 위치 추정 프로그램은 엔진 정지 결정값 Nth이 도20에 도시된 단계(4303)에서 계산될 때마다 시작된다. 프로그램이 시작되면, 단계(4311)에서는 우선 금회의 순간 회전 속도 Ne(i)의 실제 측정값과 단계(4304)에서 계산된 엔진 정지 결정값 Nth이 서로 비교된다. 금회의 순간 회전 속도 Ne(i)의 실제 측정값이 엔진 정지 결정값 Nth을 초과할 때, 엔진이 후속 TDC(i+1)을 지나 계속 회전하는지가 결정되며, 프로그램은 종료된다.
반대로, 현재의 순간 회전 속도 Ne(i)의 실제 측정값이 엔진 정지 결정값 Nth 아래로 떨어지면, 엔진 회전이 후속 TDC(i+1) 이전에 정지되는지 여부가 결정된다. 절차는 단계(4312)로 진행해서 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정 결과로서 금회의 TDC(i)와 후속 TDC(i+1) 사이의 간격 동안에 각 실린더의 행정 상태를 백업 RAM(32)에 기억한다.
제4 실시예에서, 엔진 정지 결정값 Nth은 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop을 이용해서 계산되기 때문에, 엔진의 제조 공차로 인한 변동, 시간 경과에 따른 변화 및 엔진 마찰의 변화(예컨대 엔진 오일의 온도 변화로 인한 점성 차이)가 엔진 정지 결정값 Nth에 반영될 수 있음으로서, 엔진 회전 정지 위치는 엔진 정지 과정의 순간 회전 속도가 추정되지 않는 경우에도 정확하게 추정될 수 있다.
또한, 제2, 제3 및 제4 실시예에서는 엔진 회전 속도(순간 회전 속도)가 엔진 작동을 나타내는 매개 변수로서 사용되지만, 크랭크축 각속도, 피스톤의 주행 속도 등이 사용될 수 있다.
(제5 실시예)
또한, 운동 에너지가 엔진 작동을 나타내는 매개 변수로서 사용될 수 있다. 이하, 도22에 도시된 타임 챠트를 참조해서 이를 실시하는 제5 실시예를 설명하기로 한다. 전회의 TDC(i-1) 및 금회의 TDC(i)에서 실제로 측정된 순간 회전 속도 Ne(i-1) 및 Ne(i)와, 미리 계산된 엔진의 관성 모멘트 J와, TDC(i-1) 및 TDC(i)에서의 운동 에너지 E(i-1) 및 E(i)가 수학식 2에 의해 계산된다. 제5 실시예에서, 운동 에너지 E는 엔진 작동을 나타내는 매개 변수로서 사용된다.
펌핑 손실, 각 부분에서의 마찰 손실, 각 부속 장치에서의 구동 손실이 제2 내지 제5 실시예와 동일한 방식으로 엔진 작동을 방해하는 일로서 고려될 때, 엔진 작동을 방해하기 위해 TDC(i-1)와 TDC(i) 사이에 발생된 전체 일량은 다음 수학식 9에 의해 TDC(i-1) 및 TDC(i)에서의 운동 에너지 E(i-1) 및 E(i) 사이의 차이로서 발견될 수 있다.
Figure 112004003675032-pat00012
제5 실시예에서, 엔진 작동을 방해하는 일량 W는 엔진 작동을 나타내는 매개 변수로서 사용된다.
상술한 바와 같이, 엔진 작동을 방해하는 일로서 고려되는 펌핑 손실, 각 부분에서의 마찰 손실, 각각의 부속 장치에서의 구동 손실은 엔진 정지 과정에서 회전 속도에 무관하게 사실상 일정하다. 따라서, 운동을 방해하는 일 W는 엔진 정지 과정에서 임의의 TDC들 사이의 간격에서 사실상 일정한 값을 가정한다. 따라서, 현재의 엔진의 운동 에너지 E(i)와 운동을 방해하는 일 W를 사용하면, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서의 운동 에너지 E(i+1)의 예측값이 다음 수학식 10에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112004003675032-pat00013
제5 실시예에서, 엔진 회전 정지 위치에서 각 실린더의 행정 상태를 추정하기 위해 엔진 회전이 정지되는지 여부를 결정하도록 미래의 TDC(i+1)에서의 운동 에너지 E(i+1)의 예측값과 정지 결정값 Eth가 서로 비교된다.
제5 실시예에서 상술한 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정은 도23에 도시된 엔진 회전 정지 위치 추정 프로그램에 의해 실행된다. 이 프로그램은 TDC마다 실 행된다. 프로그램이 시작될 때, 단계(5401) 및 단계(5402)에서는 우선 제2 실시예와 동일한 방식으로 엔진 정지 명령이 발생되는지 여부(IG 스위치가 오프인지 또는 공회전 정지가 온인지 여부)가 결정된다. 어떤 엔진 정지 명령도 발생되지 않을 때, 엔진이 정지 과정에 있지 않다고 결정되며, 프로그램은 어떠한 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정도 수행하지 않고 종료된다.
반대로, 엔진 정지 명령이 발생될 때, 절차는 단계(5403)로 진행하며, 이 단계에서 금회의 TDC(i)에서의 운동 에너지 E(i)가 금회의 TDC(i)에서 순간 회전 속도 Ne(i)에 대한 실제 측정값과 이미 계산된 엔진의 관성 모멘트 J를 이용해서 수학식 2에 의해 계산된다.
그 후, 절차는 단계(5404)로 진행하고, 이 단계에서 전회의 TDC(i-1)에서 계산된 운동 에너지 E(i-1) 및 금회의 TDC(i)에서 순간 운동 에너지 E(i) 사이의 차이가 엔진 작동을 방해하는 일량 W를 발견하기 위해 사용된다. 그 후, 현재의 운동 에너지 E(i)와 엔진 작동을 방해하는 일량 W 사이의 차이가 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서의 운동 에너지 E(i+1)의 예측값을 계산하기 위해 후속 단계(5405)에서 구해진다.
그 후, 절차는 단계(5406)로 진행해서 엔진 회전이 후속 과정로 진행하기 위해 TDC(i+1)을 지나야만 하는지 또는 TDC(i+1)를 지날 수 없어서 정지되는지 여부를 결정하기 위해 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서의 운동 에너지 E(i+1)의 예측값과 사전 설정된 정지 결정값 Eth이 서로 비교된다. 즉, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서의 운동 에너지 E(i+1)가 정지 결정값 Eth을 초과할 때, 엔진이 미래로 첫번째인 TDC(i+1)을 통과해서 회전을 계속하는 것으로 결정되며, 프로그램은 종료된다.
반대로, 미래로 첫번째인 TDC(i+1)에서의 운동 에너지 E(i+1)가 정지 결정값 Eth 아래로 떨어질 때, 엔진 회전이 후속 TDC(i+1)을 통과할 수 없어서 정지되는 것으로 결정되며, 절차는 단계(5407)로 진행한다.
단계(5407)에서, 엔진이 금회의 TDC(i)와 후속 TDC(i+1) 사이에서 정지된다고 추정되기 때문에, 엔진 회전 정지 위치에서 각 실린더(예컨대 흡입 행정 실린더 및 압축 행정 실린더)의 행정 상태에 대한 정보가 백업 RAM(32)에 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정 결과로서 기억되며, 프로그램은 종료된다.
제5 실시예에서, 엔진 회전 정지 위치는 운동 에너지가 엔진 작동을 나타내는 매개 변수로서 사용되고 운동을 방해하는 일량의 총량이 엔진 작동을 방해하는 매개 변수로서 사용될 때에도 제2 내지 제5 실시예와 동일한 방식으로 정확하게 추정될 수 있다.
또한, 제2 내지 제5 실시예에서는 크랭크 각도 신호(CRS)의 출력 간격(예컨대 30˚CA)에 요구되는 기간으로부터 계산된 순간 회전 속도가 사용되지만, 다른 방법으로 계산된 회전 속도가 사용될 수 있다.
또한, 추정된 엔진 회전 정지 위치에 대한 계산이 TDC마다 수행되지만, 임의의 크랭크 각도는 계산이 엔진의 실린더 수로 720˚CA를 분할함으로써 얻어진 간격으로 수행된다고 가정된 계산 타이밍으로 이루어 질 수 있다.
또한, 엔진 정지시 각 실린더(예컨대 흡입 행정 실린더 및 압축 행정 실린더)의 행정 상태가 엔진 회전 정지 위치에 대한 추정 결과로서 기억되지만, 예컨대 엔진 회전 정지 위치에서의 크랭크 각도의 범위가 기억될 수 있다.
또한, 제2, 제3 및 제5 실시예에서는 정지 결정값 Nth, Eth이 사전 설정된 고정값이지만, 제4 실시예와 동일한 방식으로 본 실시예에서, 정지 결정값 Nth, Eth은 엔진 작동을 방해하는 매개 변수 Cstop에 기초하여 계산될 수 있다.
(제6 실시예)
이하, 본 발명이 정지 과정에서 감소하는 엔진 회전 속도에 대한 추정에 적용된 제6 실시예를 도24 내지 도27을 참조해서 설명하기로 한다. 또한, 제6 실시예의 엔진 회전 속도에 대한 추정은 엔진이 정지할 때 압축 행정에서 실린더 또는 실린더들에 대한 추정을 위해 사용된다.
제6 실시예에 따르는 엔진 제어 시스템은 또한 도24에 도시된 바와 같이 다른 실시예(도1 및 도11)와 동일한 방식으로 구성된다.
제6 실시예에 따르면, 미래의 운동 에너지 및 미래의 엔진 회전 속도는 도25에 도시된 타임 챠트에 의해 지시된 바와 같이 추정된다. 각각의 TDC에서, 운동 에너지 E는 다음의 수학식 11에 의해 계산된다. 엔진 회전 속도는 i-1번째 TDC에서 과거로 첫번째인 (i+1)번째에서의 운동 에너지를 추정하고 이를 엔진 회전 속도로 전환함으로써 (i+1)번째 TDC에서 추정된다.
Figure 112004003675032-pat00014
여기에서, E는 TDC에서의 운동 에너지를 지시하고, J는 양립성 등에 의해 미 리 계산된 값이 사용된 엔진마다 결정된 관성 모멘트를 지시한다. Ne는 TDC에서 순간 엔진 회전 속도를 지시한다.
엔진 회전 속도에 대한 이런 추정은 도26에 도시된 엔진 회전 속도 추정 프로그램에 따라 실행된다. 프로그램은 TDC마다 반복적으로 실행된다. 프로그램이 시작되면, 단계(6101)에서 현재의 TDC에서 순간 회전 속도 Ne(i)가 크랭크 각도 신호(CRS)로부터 계산되며, 수학식 11은 후속 단계(6102)에서 현재의 TDC에서의 운동 에너지 E(i)를 계산하기 위해 사용된다. 단계(6102)의 절차는 운동 에너지 계산 수단으로서 작용한다.
그 후, 절차는 단계(6103)로 진행해서 운동을 방해하는 일량 W를 계산하기 위해 다음 수학식 12을 이용한다. 제6 실시예에서, 엔진 정지 과정의 조건인, 펌핑 손실, 각 부분에서의 마찰 손실, 각 부속 장치에서의 구동 손실이 운동을 방해하는 일량 W로서 고려된다.
Figure 112004003675032-pat00015
여기에서, E(i-1)는 과거의 첫번째 행정에 있는 TDC에서 수학식 11에 의해 계산된 운동 에너지를 지시한다. 단계(6103)의 절차는 일량 계산 수단으로서 작용한다. 이 경우, 운동을 방해하는 일만이 운동 에너지를 저감시키는 인자이기 때문에, 일량 W가 과거의 첫번째 행정에 있는 운동 에너지 E(i-1)와 현재의 운동 에너지 E(i) 사이의 차이에 의해 발견된다.
엔진 정지 과정에서 낮은 회전의 작동 조건 하에서, 운동을 방해하는 일량 W로서 고려되는 펌핑 손실, 각 부분에서의 마찰 손실, 각각의 부속 장치에서의 구동 손실은 도27에 도시된 엔진 회전 속도에 무관하게 사실상 일정한 값을 취한다. 따라서, 엔진(11)이 미래로 첫번째 행정에 있는 TDC에서 갖는 운동 에너지는 운동을 방해하는 단계(6103)에서 계산된 일량 W만큼 저감된다. 여기에서, 다음의 수학식 13은 미래로 첫번째 행정에 있는 TDC에서의 운동 에너지의 예측값 E(i+1)을 계산하기 위해 단계(6104)에서 사용된다.
Figure 112004003675032-pat00016
단계(6104)의 절차는 미래의 운동 에너지 계산 수단으로서 작용한다.
그 후, 수학식 11을 변형함으로써 얻어진 다음의 수학식 14가 미래로 첫번째 행정에 있는 TDC에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)을 계산하기 위해 후속 단계(6105)에서 사용된다.
Figure 112004003675032-pat00017
단계(6105)의 절차는 회전 속도 추정 수단으로서 작용한다.
상기 절차는 엔진(11)이 갖는 미래의 운동 에너지를 추정할 수 있도록 하고, 운동 에너지의 예측값으로부터 미래의 엔진 회전 속도를 추정할 수 있도록 한다.
또한, 제6 실시예는 정지 과정 동안 운동을 방해하는 일량으로서 고려된 손실들이 사실상 일정한 값을 취하는 엔진 정지 과정(저 회전 영역)에서의 사례에 관하여 설명되었지만, 손실의 변화에 영향을 미치는 매개 변수 또는 매개 변수들은 운동을 방해하는 일량으로서 고려된 손실들이 예컨대 연료 차단 등이 있는 고/중 회전 영역으로부터 엔진 회전 속도가 감소하는 과정으로서 변동되는 경우에도 회전 속도의 영역에 무관하게 미래의 운동 에너지를 추정할 수 있도록 하는 보정을 실현하는 데 사용된다.
또한, 엔진 회전 속도가 운동 에너지의 계산을 위해 사용되지만, 내연 기관의 크랭크축 각속도 및 피스톤의 주행 속도와 같은 다른 회전 속도에 관련된 값도 계산을 위해 사용될 수 있다.
또한, 엔진(11)에서의 연소가 정지되는 엔진 정지 과정이 설명되었지만, 연소에 의해 얻어진 에너지를 추정하기 위한 수단을 현재의 운동 에너지를 계산하기 위한 수단과 운동을 방해하는 일량을 계산하기 위한 수단에 부가함으로써 미래의 운동 에너지가 연소가 발생하는 엔진의 작업에서 추정될 수 있다. 이때, 연소에 의해 얻어진 에너지는 각 실린더에서의 내부 실린더 압력, 흡기 파이프 압력, 흡기량, 스로틀 개도, 연료 분사량, 점화 타이밍, 공연비 등을 고려함으로써 추정될 수 있다.
또한, 미래로 첫번째 행정에서의 운동 에너지는 운동을 방해하는 일량 및 계산된 현재의 운동 에너지에 기초하여 추정되지만, 또 다른 운동 에너지가 운동을 방해하는 일량 및 추정된 미래의 운동 에너지에 기초하여 추정될 수 있다.
또한, 미래로 첫번째 행정에서의 운동 에너지의 예측값은 운동 에너지를 계산하고, 운동을 방해하는 일량을 계산하고, TDC마다의 타이밍에서 미래의 운동 에너지를 추정함으로써 추정되지만, 계산/추정을 위한 이런 타이밍과 추정을 위한 기간은 모든 TDC 및 모든 하나의 행정에 제한되지 않고 임의의 타이밍 및 임의의 기간이 될 수 있다.
(제7 실시예)
제7 실시예에 따르면, 미래의 엔진 회전 속도는 관성 모멘트 J를 이용하지 않고도 도28에 도시된 엔진 회전 속도 추정 프로그램에 따라 추정된다.
운동 에너지 계산 수학식인 수학식 11은 다음 수학식 15를 제공하기 위해 운동을 방해하는 일량에 대한 계산을 위한 수학식인 수학식 12를 변형하기 위해 사용된다.
Figure 112004003675032-pat00018
수학식 15의 좌측 항은 회전 속도 저감량 C로서 다음 수학식 16으로 정의된다.
Figure 112004003675032-pat00019
회전 속도 저감량 C는 수학식 15에 수학식 16을 대입함으로써 얻어진 다음의 수학식 17을 사용해서 계산된다.
Figure 112004003675032-pat00020
이때, Ne(i)는 현재의 TDC에서 순간 회전 속도를 지시하고, Ne(i-1)은 과거의 첫번째 행정의 TDC에서 순간 회전 속도를 지시한다.
상술한 바와 같이, 엔진 정지 과정에서와 같이 저 회전의 작동 조건에서, 운동을 방해하는 일량 W는 일정값을 취한다고 여겨질 수 있다. 또한, 관성 모멘트 J는 모든 엔진에 특유한 일정 값을 취하기 때문에, 수학식 16에 의해 정의된 회전 속도 저감량 C는 엔진 회전 속도에 무관하게 일정값을 취한다. 따라서, 미래의 제1 행정에 있는 TDC에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)는 수학식 16에 의해 계산된 회전 속도 저감량 C만큼 저감된다.
다음의 수학식 18은 미래로 첫번째 행정에 있는 TDC에서 순간 회전 속도의 예측값 Ne(i+1)을 계산하기 위해 사용된다.
Figure 112004003675032-pat00021
상술한 순간 회전 속도의 예측값 Ne(i+1)에 대한 계산은 도28에 도시된 엔진 회전 속도 추정 프로그램에 따라 모든 TDC마다 반복적으로 수행된다. 프로그램이 시작될 때, 현재의 TDC에서 순간 회전 속도 Ne(i)는 단계(7201)에서 크랭크 펄스 신호(CRS)로부터 계산된다. 그 후, 절차는 단계(7202)로 진행해서 수학식 17을 이용하여 회전 속도 저감량 C를 계산하며, 그 후 단계(7203)로 진행해서 미래의 제1 행정에 있는 TDC에서 순간 회전 속도의 예측값 Ne(i+1)을 계산하기 위해 수학식 18을 이용한다.
제7 실시예의 순간 엔진 회전 속도의 예측값 Ne(i+1)를 계산하는 방법은 엔진에 특유한 관성 모멘트 J를 사용하지 않고도 단지 현재의 TDC에서 순간 회전 속도 Ne(i+1)와 과거의 제1 행정의 TDC에서 순간 회전 속도 Ne(i-1)로부터 순간 엔진 회전 속도의 예측값 Ne(i+1)을 계산할 수 있도록 하기 때문에, 양립성 등에 의해 엔진에 특유한 관성 모멘트 J를 확인하기 위한 인시(man-hour)가 불필요하게 되어서 개발 시간이 단축될 수 있다는 장점을 준다.
이외에도, 미래의 순간 엔진 회전 속도가 추정될 때까지 요구되는 계산 수가 저감될 수 있으며, ECU(30)의 CPU에 대한 계산 부하가 감소될 수 있다. 또한, 양립성 등에 의해 발견된 관성 모멘트 J는 사용되지 않기 때문에, 미래의 순간 엔진 회전 속도는 모든 엔진의 제조 공차에 의해 영향을 받지 않고 더욱 정확하게 추정될 수 있다.
또한, 수학식 17은 수학식 18의 우측항에 대입되어서 수학식 18을 다음 수학식 19으로 변형할 수 있으며, 수학식 19는 회전 속도 저감량 C를 계산하지 않고도 단지 현재의 순간 회전 속도 Ne(i)와 과거의 제1 행정에서 순간 회전 속도 Ne(i-1)로부터 순간 회전 속도의 예측값 Ne(i+1)을 계산하는 데 사용될 수 있다.
Figure 112004003675032-pat00022
미래의 엔진 회전 속도는 상술한 제6 및 제7 실시예에서 추정되지만, 내연 기관의 크랭크축 각속도 및 피스톤의 주행 속도와 같이 회전 속도에 관련된 다른 값들을 추정하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 관성 모멘트 J를 고려한 값이 제7 실시예에서 회전 속도 저감량 C(회전 속도에 관련된 값의 편차)로서 사용되지만, 피스톤, 커넥팅 로드 및 크랭크축의 총 질량과 같이 회전에 관련된 부분의 질량과, 크랭크축의 반경과 같이 회전 운동의 직경을 고려한 값이 회전 속도에 관련된 값의 변형으로서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 4기통 엔진에 제한되지 않고 3기통 이하의 엔진 또는 5기통 이상의 엔진에 적용해서 실시될 수 있으며, 본 발명은 도1에 도시된 흡기 포트 분사 엔진에 제한되지 않고 실린더내 분사 엔진 및 린번 엔진에 적용해서 실현될 수 있다.
본 발명에 따라, 엔진 회전 정지 위치의 변동을 저감할 수 있도록 하고 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보, 즉 엔진 시동시 크랭크축의 최초 위치에 대한 정보를 정확하게 찾도록 할 수 있도록 함으로써, 시동시 시동 품질과 배기 가스를 개선할 수 있다. 또한 본 발명에 따라, 시동시 배기 가스와 시동 품질을 개선하기 위해 엔진 회전 정지 위치를 정확하게 추정하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따라, 내연 기관이 갖는 미래의 운동 에너지를 정확하게 추정할 수 있다.

Claims (27)

  1. 엔진 정지 명령에 기초하여 점화 제어 및 연료 분사 제어 중 적어도 하나를 정지시켜 엔진 회전을 정지시키는 엔진 회전 정지 제어 장치에 있어서,
    엔진 회전 정지시 압축 행정에서 압축 압력을 증가시켜서 엔진 회전을 정지시키는 정지시 압축 압력 증가 제어 수단(30, 101 내지 109)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정지시 압축 압력 증가 제어 수단(30, 101 내지 109)은 후속 압축 행정에서 압축 압력을 증가시키기 위해 엔진 회전 정지 직전의 흡입 행정에서의 흡기량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정지시 압축 압력 증가 제어 수단에 의해 정지된 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보를 기억하기 위한 기억 수단(30, 32)과,
    엔진 크랭크축(24)의 최초 위치에 대한 정보로서 기억 수단에 기억된 엔진 회전 정지 위치에 대한 정보에 의해 엔진 시동시 점화 제어 및 연료 분사 제어 중 적어도 하나를 시작하기 위한 엔진 제어 수단(30, 201 내지 208, 301 내지 309)을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정지시 압축 압력 증가 제어 수단(30, 101 내지 109)은 흡기량을 증가시키기 위해 흡기 통로(13)에 마련된 스로틀 밸브(14) 또는 공회전 속도 제어 밸브(17)의 개도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정지시 압축 압력 증가 제어 수단(30, 101 내지 109)은 흡기량을 증가시키기 위해 엔진(11)에 마련된 흡기 밸브의 리프트 또는 개폐 타이밍을 변경하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 제어 장치.
  6. 엔진 정지 명령에 기초하여 연료 분사 및 점화 중 적어도 하나를 중단하여 엔진 회전을 정지시키는 엔진 정지 수단(30)과,
    엔진 작동을 나타내는 매개 변수를 계산하기 위한 제1 매개 변수 계산 수단(30, 5403)과,
    엔진 작동을 방해하는 매개 변수를 계산하기 위한 제2 매개 변수 계산 수단(30, 2103, 3203, 4303)과,
    제1 매개 변수 계산 수단 및 제2 매개 변수 계산 수단에 의해 계산된 엔진 작동을 나타내는 매개 변수 및 엔진 작동을 방해하는 매개 변수에 기초하여, 엔진 정지 수단이 엔진 회전을 정지시키는 과정에서 엔진 회전 정지 위치를 추정하기 위한 회전 정지 위치 추정 수단(30, 2107, 3208, 4311, 5406)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 엔진 정지 명령은 점화 스위치 오프(OFF) 신호 및 공회전 정지 온(ON) 신호 중 어느 하나에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 매개 변수 계산 수단(30, 5403)은 운동을 나타내는 매개 변수로서, 엔진의 운동 에너지, 회전 속도, 크랭크축 각속도 및 피스톤 이동 속도 중 적어도 하나를 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 매개 변수 계산 수단(30, 5403)은 엔진의 실린더 수로 720˚CA를 나눔으로써 얻어진 크랭크 각도 부분마다의 운동을 나타내는 매개 변수를 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 제1 매개 변수 계산 수단(30, 5403)은 계산 타이밍에서 순간 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서, 제2 매개 변수 계산 수단(30, 2103, 3203, 4303)은 운동을 방해하는 매개 변수로서, 펌핑 손실, 각 부분에서의 마찰 손실 및 각 부속 장치에서의 구동 손실 중 적어도 하나를 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 매개 변수 계산 수단(30, 2103, 3203, 4303)은 엔진 작동에 관련된 부분들의 회전 운동의 직경 및 질량과 엔진의 관성 모멘트 중 적어도 하나를 고려해서 운동을 방해하는 매개 변수를 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  13. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 매개 변수 계산 수단(30, 2103, 3203, 4303)은 엔진이 회전을 정지시키는 과정에서 적어도 한 번은 운동을 방해하는 매개 변수를 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  14. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 매개 변수 계산 수단(30, 2103, 3203, 4303)은 제1 매개 변수 계산 수단에 의해 이때에 계산된 운동을 나타내는 매개 변수와 전회에 계산된 운동을 나타내는 매개 변수에 기초하여, 엔진 작동이 방해된 양을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  15. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 매개 변수 계산 수단(30, 2103, 3203, 4303)은 엔진의 실린더 수로 720˚CA를 나눔으로써 얻어진 크랭크 각도로 엔진 작동이 방해된 양을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  16. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 회전 정지 위치 추정 수단(30, 2107, 3208, 4311, 5406)은 제1 매개 변수 계산 수단에 의해 금회에 계산된 운동을 나타내는 매개 변수 및 운동을 방해하는 매개 변수에 기초하여 미래의 운동을 나타내는 매개 변수를 추정하며, 미래의 운동을 나타내는 매개 변수의 예측값에 기초하여 엔진 회전 정지 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 회전 정지 위치 추정 수단은 엔진의 실린더 수로 720˚CA를 나눔으로써 얻어진 크랭크 각도의 그 부분만큼 미래의 운동을 나타내는 매개 변수를 추정하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 회전 정지 위치 추정 수단(30, 2107, 3208, 4311, 5406)은 미래의 운동을 나타내는 매개 변수의 예측값과 운동을 방해하는 매개 변수에 기초하여 더욱 미래의 운동을 나타내는 매개 변수를 추정하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 회전 정지 위치 추정 수단(30, 2107, 3208, 4311, 5406)은 미래의 운동을 나타내는 매개 변수의 예측값이 소정값 아래로 떨어질 때 엔진 회전이 예측값의 크랭크 각도의 이 측면에서 정지되는지를 추정하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
  20. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 회전 정지 위치 추정 수단(30, 2107, 3208, 4311, 5406)은 제2 매개 변수 계산 수단에 의해 계산된 운동을 방해하는 그 매개 변수에 기초하여 엔진 정지 결정값을 계산하고, 엔진 회전 정지 위치를 추정하기 위해 엔진 정지 수단이 엔진 회전을 정지시키는 과정에서 제1 매개 변수 계산 수단에 의해 계산된 운동을 나타내는 그 매개 변수를 서로 비교하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전 정지 위치 제어 장치.
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KR1020040005706A 2003-01-30 2004-01-29 정지 위치를 추정함으로써 엔진 회전 정지를 제어하기 위한 장치 KR100574314B1 (ko)

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