KR100623103B1 - 엔진 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

과급 압력(VNT)의 제1 피드백 양의 단위 시간당 변동 주파수가 판정값을 초과하는 경우, 또는 배기 가스 재순환(EGR) 제어의 제2 피드백 양의 단위 시간당 변동 주파수가 판정값을 초과하는 경우에, 목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도가 헌팅 상태에 있는 것으로 결정된다. 목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 검출되는 경우에, 제1 또는 제2 피드백 양에 곱해지는 제1 또는 제2 게인 보정 계수는 제1 또는 제2 피드백 양의 절대값을 감소시키기 위한 값으로 변화된다.
가변 노즐, 재순환, 개방 정도, 흡기 압력, 피드백, 인덱스 값, 보정 계수, 헌팅 상태

Description

엔진 제어 시스템 {ENGINE CONTROL SYSTEM}
도1은 제1 실시예에 따른 엔진 제어 시스템의 전체 구조를 도시하는 개략도.
도2는 제1 실시예에 따른 엔진 제어 시스템의 제어 시스템의 개략 구조를 도시하는 블록선도.
도3은 제1 실시예에 따른 ECU의 제어 논리를 도시하는 블록선도.
도4의 (a) 및 (b)는 제1 실시예에 따른 헌팅 검출 유닛에 의해 헌팅 상태를 결정하기 위한 방법을 설명하는 그래프.
도5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 헌팅 검출 유닛에 의해 헌팅 상태를 결정하기 위한 방법을 설명하는 그래프.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 헌팅 검출 파라미터에 대한 게인 양의 연산 방법을 설명하는 그래프.
도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 헌팅 검출 파라미터에 대한 게인 양의 연산 방법을 설명하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진
2 : 연소실
6 : 액추에이터
7 : 액추에이터
9 : 전자 제어 유닛
42 : 피스톤
45 : 터빈 휠
46 : 가변 노즐
51 : 배기 가스 재순환 파이프
52 : 배기 가스 재순환 통로
53 : EGR 제어 밸브
54 : 밸브
64 : 흡기 압력 센서
65 : 공기 유동 센서
본 발명은 가변 노즐식 터보과급기(turbocharger)의 가변 노즐의 개방 정도(opening degree)의 피드백 제어에 의한 과급(過給; supercharging) 압력 제어, 및 배기 가스 재순환 장치의 배기 가스 재순환 체적 제어 밸브의 개방 정도의 피드백 제어에 의한 배기 가스 재순환 체적 제어를 동시에 수행할 수 있는 엔진 제어 시스템에 관한 것이다.
일본특허출원공개 제2000-170588호의 공보에 개시되어 있듯이, 가변 노즐식 터보과급기의 가변 블레이드(가변 노즐)를 제어함으로써 과급 압력 제어를 수행하기 위한 과급 압력 제어 유닛, 및 배기 가스 재순환 장치의 배기 가스 재순환 체적 제어 밸브를 제어함으로써 배기 가스 재순환 체적 제어(EGR 제어)를 수행하기 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 제어 유닛을 구비하는 엔진 제어 시스템이 제안되어 있다. 또한, 상기 과급 압력 제어는 실제 과급 압력과 목표 과급 압력 사이의 편차에 기초하여 실제 과급 압력(흡기 압력 센서에 의해 검출되는 실제 흡기 압력)이 엔진의 작동 상태에 따라 설정된 목표 과급 압력(목표 흡기 압력)과 거의 일치하도록 가변 블레이드의 개방 정도를 피드백 제어하도록 구성되어 있다. 상기 배기 가스 재순환 체적 제어는 실제 신규 흡기 체적과 목표 신규 흡기 체적 사이의 편차에 기초하여 흡기 체적 센서에 의해 검출된 실제 신규 흡기 체적이 엔진의 작동 상태에 따라 설정된 목표 신규 흡기 체적과 거의 일치하도록 EGR 제어 밸브의 개방 정도를 피드백 제어하도록 구성되어 있다.
그러나, 종래의 엔진 제어 시스템에서는, EGR 제어 밸브가 개방될 때, 도1에 도시되어 있듯이, 엔진의 배기구로부터 가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐로의 배기 경로와 EGR 제어 밸브의 배기 경로측의 배기 가스 재순환 통로의 "A" 영역의 압력이 저하된다. 엔진의 배기 경로로부터 터빈 휠 내로 날아가는 배기 가스의 유동 속도가 감소되고, 터빈 휠의 회전이 감소된다.
터빈 휠의 회전이 감소되면, 터빈 휠과 동축인 압축기 휠의 회전 또한 감소되고 실제 과급 압력이 감소된다. 목표 흡기 압력을 확보하기 위해, 가변 노즐은 실제 과급 압력과 목표 과급 압력 사이의 편차에 따라 폐쇄된다.
가변 노즐이 폐쇄되면, "A" 영역의 압력이 증가되고, 배기 가스 재순환 경로의 배기 가스 재순환 체적(EGR 체적)은 상기 압력 증가에 의해 증가되며, 실제 신규 흡기 체적은 감소된다. 따라서, 목표 신규 흡기 체적을 확보하기 위해, EGR 제어 밸브는 실제 신규 흡기 체적과 목표 신규 흡기 체적 사이의 편차에 따라 폐쇄된다.
전술한 바와 같이, EGR 제어 및 과급 압력 제어가 상호 독자적으로 피드백 제어를 수행할 때는, 제어가 안정화되지 못하고, 환경에 따라 가변 노즐의 제어 명령 값과 EGR 제어 밸브의 제어 명령 값이 헌트(hunt)(특정 주파수로 변동)되는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐의 제1 제어 명령 값과 배기 가스 재순환 장치의 유량 제어 밸브의 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅이 검출되는 경우, 가변 노즐의 제1 제어 명령 값과 유량 제어 밸브의 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅이 방지될 수 있도록 피드백 양의 절대값이 감소되는 엔진 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 흡기 압력 검출 유닛에 의해 검출된 실제 흡기 압력과 목표 흡기 압력 사이의 편차에 따라 업데이트되는 제1 피드백 양을 사용함으로써 얻어지는 제1 제어 명령 값, 및 흡기 체적 검출 유닛에 의해 검출된 실제 흡기 체적과 목표 흡기 체적 사이의 편차에 따라 업데이트되는 제2 피드백 양을 사용함으로써 얻어지는 제2 제어 명령 값 중 하나의 특정 헌팅 상태를 나타내는 인덱스 값 (index value)이 판정값을 초과하는 경우에, 제1 피드백 양과 제2 피드백 양 중 하나는 피드백 양의 절대값을 감소시키기 위해 보정 계수와 곱해지며, 제1 제어 명령 값과 제2 제어 명령 값 중 하나가 얻어진다. 따라서, 가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐의 제1 제어 명령 값 또는 배기 가스 재순환 장치의 유량 제어 밸브의 제2 제어 명령 값의 헌팅이 제한될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 장점들은 첨부도면을 참조로 한 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이며, 첨부도면에서 유사한 부분들은 유사한 도면부호로 지칭된다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 태양에 따르면, 가변 노즐식 터보과급기(VNT)의 가변 노즐의 제1 제어 명령 값과 배기 가스 재순환 장치의 유량 제어 장치의 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅을 방지하는 목적은, 가변 노즐의 제1 제어 명령 값과 유량 제어 밸브의 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅이 검출되는 경우에 피드백 양의 절대값을 감소시킴으로써 달성된다.
(제1 실시예)
도1 내지 도4는 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 바, 도1은 엔진 제어 시스템의 전체 구조를 도시하며, 도2는 엔진 제어 시스템의 제어 시스템의 개략적인 구조를 도시한다.
이 실시예의 엔진 제어 시스템은 예를 들면 자동차와 같은 차량에 장착되는 디젤 엔진과 같은 내연기관(이하에서는 엔진으로 지칭됨)(1)의 각 실린더의 연소실 (2)에 고압 연료를 분사 및 공급하기 위한 축압식 연료 분사 장치를 구비한다. 엔진 제어 시스템은 엔진(1)의 흡입 공기를 과급하기 위한 가변 노즐식 터보과급기, 엔진(1)의 배기 가스의 일부를 흡입측으로 재순환시키기 위한 배기 가스 재순환 장치, 및 상기 축압식 연료 분사 장치, 상기 가변 노즐식 터보과급기, 상기 배기 가스 재순환 장치의 각 액추에이터를 전자적으로 제어하기 위한 전자 제어 유닛(이하에서는 ECU로 지칭됨)(9)을 구비한다.
상기 엔진(1)의 각 실린더에는, 커넥팅 로드를 통해 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤(10)이 슬라이딩 가능하게 배치된다. 엔진(1)의 실린더 헤드에는, 엔진(1)의 흡기구(11)를 개폐시키기 위한 흡기 밸브(12)가 부착된다. 엔진(1)의 흡기구(11)는, 신규 흡기 공기가 엔진(1)의 흡기관(24 내지 26)의 흡기 경로를 통해서 공급되도록 구성된다. 엔진(1)의 배기구(21)는 배기 가스가 배기관(34 내지 36)의 배기 경로로 배기되도록 구성된다. 여기에서, 도면부호 27은 흡기관(24 내지 26)의 상류측에 배치된 에어 클리너 케이스(23)에 포함된 필터 소자(에어 필터)를 지칭한다.
축압식 연료 분사 장치는, 엔진(1)의 각 실린더로 분사 및 공급되는 연료의 분사 압력에 상당하는 고압 연료를 축압하기 위한 커먼 레일(common rail)(도시 생략)과, 흡입된 연료를 가압하여 그 압력을 증가시키고 고압 연료를 상기 커먼 레일에 압축 공급하기 위한 연료 공급 펌프(도시 생략), 및 상기 커먼 레일에 축압된 고압 연료를 엔진(1)의 각 실린더의 연소실(2)로 분사 및 공급하기 위한 분사기(3)를 구비한다. 상기 연료 공급 펌프는 연료 탱크로부터 연료를 펌핑하기 위한 공지 의 공급 펌프, 및 흡입된 연료를 가압하기 위한 가압 챔버를 구비한다. 연료 공급 펌프로부터 커먼 레일로의 연료 배출 양을 변경하기 위한 액추에이터로서의 흡입 체크 전자기 밸브(흡입 체크 밸브)(4)가, 공급 펌프로부터 가압 챔버로의 연료 흡입 통로의 중간점에 부착된다.
상기 분사기(3)는 각 실린더에 대응하도록 엔진(1)의 실린더 헤드에 부착된다. 상기 분사기는, 노즐 니들과 명령 피스톤을 내부에 갖는 연료 분사 노즐, 노즐 니들을 밸브 개방 방향으로 구동하기 위한 액추에이터로서의 전자기 밸브(5), 및 노즐 니들을 밸브 폐쇄 방향으로 가압하기 위한 스프링과 같은 니들 가압(urging) 유닛으로 구성된 전자기 연료 분사 밸브이다. 또한, 고압 연료는 엔진의 크랭크샤프트에 의해 구동되는 연료 공급 펌프로부터 커먼 레일과 연료 공급 파이프를 통해서 분사기(3) 내부에 형성된 연료 경로로 공급된다. 분사기(3)로부터 엔진(1)의 각 실린더의 연소실(2) 내로의 연료 분사는, 노즐 니들에 결합된 명령 피스톤의 배압(背壓;back pressure) 제어 챔버 내의 연료 압력을 제어하기 위해 전자기 밸브(5)에 전력공급을 적용하거나 중단함으로써 수행된다. 즉, 분사기(3)의 전자기 밸브(5)가 개방되는 동안, 커먼 레일 내에 축압된 고압 연료는 엔진(1)의 각 실린더의 연소실(2)에 분사 및 공급된다.
가변 노즐식 터보과급기는 흡기관(24, 25)을 결합시키기 위한 압축기 하우징(29), 및 배기관(35, 36)을 결합시키기 위한 터빈 하우징(39)을 구비한다. 압축기 하우징(29)의 내부에는 흡기관(24 내지 26)의 흡기 경로와 연통하는 흡기 공기 공급 통로(41)가 형성된다. 터빈 하우징(39)의 내부에는 배기관(34 내지 36)의 배기 경로와 연통하는 배기 가스 배출 통로(42)가 형성된다. 회전자 샤프트(43)는 압축기 하우징(29) 및 터빈 하우징(39)에 의해 그 중심축 주위로 회전가능하게 지지된다.
상기 회전자 샤프트(43)의 일 단부에는 다수의 압축기 블레이드(베인, 윙)를 갖는 압축기 휠(44)이 중심 축선 방향(축방향)으로 부착된다. 상기 압축기 휠(44)은 흡기 공기 공급 통로(41) 내를 흐르는 흡기 공기(intake air)를 과급하기 위하여 압축기 하우징(29)내에 회전가능하게 수용된다. 회전자 샤프트(43)의 다른 단부에는 다수의 터빈 블레이드(베인, 윙)를 갖는 터빈 휠(45)이 축방향으로 부착된다. 상기 터빈 휠(45)은 배기 가스 배출 통로(42) 내를 흐르는 배기 가스가 터빈 휠(45)을 회전시키도록 터빈 하우징(39)에 회전가능하게 수용된다.
흡기 공기 공급 통로(41)는 압축기 휠(44)의 외주를 둘러싸도록 압축기 휠(44)의 회전 방향을 따라서 나선 형상을 갖도록 형성된다. 배기 가스 배출 통로(42)는 터빈 휠(45)의 외주를 둘러싸도록 터빈 휠(45)의 회전 방향을 따라서 나선 형상을 갖도록 형성된다. 본 실시예의 배기 가스 배출 통로(42)에는, 배기 가스 배출 통로(42)의 배기 가스 유동 면적을 변경시키고 터빈 휠(45)내로 유입되는 배기 가스의 유량을 변화될 수 있게 하기 위한 가변 노즐(46)이 구비된다. 가변 노즐(46)의 개방 정도는 예를 들면 스텝 모터와 같은 액추에이터(6)에 의해 변화된다. 예를 들어, 가변 노즐(46)이 폐쇄되면, 터빈 휠(45) 내로 유입되는 배기 가스의 유량은 증가된다. 가변 노즐(46)이 개방되면, 터빈 휠(45) 내로 유입되는 배기 가스의 유량은 감소된다.
배기 가스 재순환 장치는, 엔진(1)의 배기관(34)의 배기 경로 내를 흐르는 배기 가스의 일부를 엔진(1)의 흡기관(26)의 흡기 경로 내로 도입하기 위한 배기 가스 재순환 파이프(51), 및 배기 가스 재순환 파이프(51)의 배기 가스 재순환 통로(52) 내를 흐르는 EGR 가스의 재순환 체적(EGR 체적)을 조정하기 위한 배기 가스 재순환 체적 제어 밸브(이하에서는 EGR 제어 밸브로 지칭함)(53)를 구비한다. 배기 가스 재순환 파이프(51)의 상류 단부는 배기관(34, 35) 사이의 결합 부분으로부터 분기되며, 그 하류 단부는 흡기관(25, 26) 사이의 결합 부분에 연결된다. 상기 EGR 제어 밸브(53)는, 배기 가스 재순환 통로(52)의 배기 가스 유동 면적을 변화시킴으로써 엔진(1)의 배기 가스의 일부이며 흡기 공기에 혼합되는 배기 가스 재순환 가스(EGR 가스)의 재순환 체적(EGR 체적)이 변화될 수 있게 하는 밸브(밸브체)(54)와, 상기 밸브(54)를 밸브 개방 방향으로 구동하기 위한 전자기 또는 전기 액추에이터(7), 및 상기 밸브(54)를 밸브 폐쇄 방향으로 가압하기 위한 스프링과 같은 밸브 가압 유닛(도시되지 않음)을 구비한다.
ECU(9)는 제어 처리 및 연산 처리를 수행하기 위한 CPU, 다양한 프로그램과 데이터를 보유하기 위한 저장 장치(ROM 이나 EEPROM, 및 RAM 이나 스탠바이 RAM과 같은 메모리)를 구비하며, 입력 회로, 출력 회로, 전원 공급 회로 등, 연료 공급 펌프의 흡입 체크 밸브(4)에 SCV 구동 전류(펌프 구동 전류)를 인가하기 위한 펌프 구동 회로, 분사기(3)의 전자기 밸브(5)에 INJ(injector) 구동 전류(분사기 구동 전류)를 인가하기 위한 분사기 구동 회로, 가변 노즐(46)의 액추에이터(6)에 VNT 구동 전류를 인가하기 위한 가변 노즐 구동 회로, 및 EGR 제어 밸브(53)의 액추에 이터(7)에 EGR 구동 전류를 인가하기 위한 EGR 구동 회로의 기능들을 구비한다.
점화 스위치가 온으로 되면(IG·ON), ECU 전원이 공급되며, ECU(9)는 예를 들면, 배기 가스 재순환 체적(EGR 체적) 또는 흡기 공기의 과급 압력이 제어 명령 값으로 바뀌도록, 메모리에 저장된 제어 프로그램에 기초하여 피드백 제어를 수행한다. ECU(9)는, 점화 스위치가 오프되고(IG·OFF) ECU 전원이 오프되었을 때, 메모리에 저장된 제어 프로그램에 기초한 제어가 강제로 종료되도록 구성된다. ECU(9)는, 다양한 센서들로부터의 센서 신호와 차량에 장착된 부분 스위치로부터의 스위치 신호가 A/D 컨버터에 의해 전환된 후 ECU(9)에 내장된 마이크로컴퓨터에 입력되도록 구성된다. 상기 마이크로컴퓨터의 입력 회로에는, 크랭크 각도 센서(61), 가속기 개방 정도 센서(62), 냉각수 온도 센서(63), 흡기 압력 센서(64), 공기 유동 센서(65) 등이 연결되는 바, 이들은 엔진(1)의 작동 상태 및 작동 조건을 검출하기 위한 작동 조건 검출 유닛이다.
상기 크랭크 각도 센서(61)는 엔진(1)의 크랭크샤프트의 회전 각도를 검출하기 위한 크랭크 각도 검출 유닛으로서 기능한다. 상기 크랭크 각도 센서(61)는, 엔진(1)의 크랭크샤프트에 부착되는 NE 타이밍 회전자(도시되지 않음)의 외주에 대향하여 제공되는 전자기 픽업 코일로 구성된다. 상기 NE 타이밍 회전자의 외주 표면에는 다수의 볼록 티쓰가 특정 회전 각도의 간격으로 배치된다. 크랭크 각도 센서(61)에서, NE 타이밍 회전자의 볼록 티쓰는 크랭크 각도 센서(61)에 대해 접근 및 후퇴를 반복하며, 따라서 전자기 유도에 의해 펄스형 회전 위치 신호(NE 신호 펄스)가 출력된다. ECU(9)는 크랭크 각도 센서(61)에 의해 출력되는 NE 신호 펄스 의 시간 간격을 측정함으로써 엔진 회전 속도(이하에서는 엔진 회전수: NE 로도 지칭됨)를 검출하기 위한 회전속도 검출 유닛에 대응한다.
가속기 위치설정 센서(62)는 가속기 조작량을 가속기 페달의 밟는 양(stepped amount)으로서 검출하기 위한 가속기 개방 정도 검출 유닛으로서 기능한다. 냉각수 온도 센서(63)는 엔진 냉각수 온도를 검출하기 위한 냉각수 온도 검출 유닛으로서 기능한다. 흡기 압력 센서(64)는 압축기 하우징(29)의 하류측에서 흡기관(25)의 흡기 경로 내를 흐르는 신규 흡기 공기의 압력(이하에서는 실제 흡기 압력으로 지칭됨)을 검출하기 위한 흡기 공기 압력 검출 유닛으로서 기능한다. 공기 유동 센서(65)는 에어 클리너 케이스(23)의 하류측에서 흡기관(24)의 흡기 경로 내를 흐르는 신규 흡기 공기의 유량(이하에서는 실제 신규 흡기 공기 체적으로 지칭됨)을 검출하기 위한 흡기 공기 체적 검출 유닛으로서 기능한다.
(제1 실시예의 제어 방법)
다음으로, 본 실시예의 가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐(46)의 개방 정도 제어에 의한 과급 압력 제어와, 배기 가스 재순환 장치의 EGR 제어 밸브(53)의 개방 정도 제어에 의한 EGR 제어의 제어 방법이 도1 내지 도4를 참조하여 간단히 기술될 것이다.
상기 ECU(9)는, 크랭크 각도 센서(61)로부터 취해진 NE 신호 펄스의 시간 간격을 측정함으로써 엔진 회전 속도(NE)를 연산하기 위한 회전 속도 검출 유닛, 크랭크 각도 센서(61)와 같은 회전 속도 검출 유닛에 의해 검출되는 엔진 회전 속도(NE)와 가속기 개방 정도 센서(62)에 의해 검출되는 가속기 개방 정도(ACCP)에 따 라 설정되는 기본 분사량(Q)에 냉각수 온도 센서(63) 등에 의해 검출되는 엔진 냉각수 온도(THW)를 감안하여 분사량 보정량을 추가함으로써 명령 분사량(QFIN)을 연산하기 위한 분사량 결정 유닛, 및 상기 명령 분사량(QFIN)과 상기 엔진 회전 속도(NE)에 의해 엔진(1)의 각 실린더의 명령 분사 타이밍(TFIN)을 연산하기 위한 분사 타이밍 결정 유닛을 구비한다.
상기 ECU(9)는, 커먼 레일 압력 센서(도시되지 않음)에 의해 검출된 실제 연료 압력(커먼 레일 압력: PC)과 명령 분사량(QFIN)으로부터 분사기(3)의 전자기 밸브(5)의 여자(energization) 시간(명령 분사 펄스 시간, 명령 분사 기간: TQ)을 연산하기 위한 분사 기간 결정 유닛, 및 분사기 구동 회로를 통해서 엔진(1)의 각 실린더의 분사기(3)의 전자기 밸브(5)에 펄스형 INJ 구동 전류(분사 명령 값)를 인가함으로써 밸브를 개방하도록 분사기(3)를 구동하기 위한 분사기 구동 유닛을 구비한다. 상기 ECU(9)는 엔진 회전 속도(NE)와 가속기 개방 정도(ACCP)에 의해 목표 연료 압력(PFIN)을 연산하기 위한 연료 압력 결정 유닛, 및 실제 연료 압력(PC)이 목표 연료 압력(PFIN)과 거의 일치하도록 실제 연료 압력(PC)과 목표 연료 압력(PFIN) 사이의 편차(ΔP)에 기초하여 연료 공급 펌프의 흡입 체크 밸브(4)에 가해질 SCV 구동 전류값을 피드백 제어하기 위한 배출속도 제어 유닛을 구비한다.
여기에서, 도3의 제어 논리는 공지의 PID(Proportional + Integral + Derivative) 제어를 사용하여, 가변 노즐식 터보과급기의 목표 VNT 개방 정도(가변 노즐(46)의 목표 개방 정도, 배기 가스 배출 통로(42)의 개방 면적), 및 배기 가스 재순환 장치의 목표 EGR 개방 정도(EGR 제어 밸브(53)의 목표 개방 정도, 배기 가 스 재순환 통로(52)의 개방 면적)를 연산하는 방법을 도시한다.
상기 ECU(9)는 흡기 압력 센서(64)에 의해 검출된 실제 흡기 압력이 엔진(1)의 작동 상태에 따라 설정된 목표 흡기 압력과 거의 일치하도록 실제 흡기 압력과 목표 흡기 압력 사이의 편차(ΔAP)에 기초하여 가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐(46)의 개방 정도(배기 가스 배출 통로(42)의 배기 가스 유동 면적)를 피드백 제어하기 위한 과급 압력(VNT) 제어 유닛을 구비한다. 이는, 엔진(1)의 작동 상태에 대응하는 기초 VNT 개방 정도(제1 기초 제어 변수)를 설정하기 위한 기초 VNT 개방 정도 결정 유닛(101), 실제 흡기 압력과 목표 흡기 압력 사이의 편차(ΔAP)에 기초하여 기초 VNT 개방 정도에 대한 제1 피드백 양을 연산하기 위한 피드백 양 연산 유닛(102), 제1 피드백 양의 변화에 기초하여 목표 VNT 개방 정도(제1 제어 명령 값)가 헌팅 상태에 있는지 여부를 판정하기 위한 헌팅 검출 유닛(103), 및 제1 게인 보정 계수(α)를 연산하기 위한 게인 보정 계수 연산 유닛(104)으로 구성된다.
상기 ECU(9)는 공기 유동 센서(65)에 의해 검출된 실제 신규 흡기 공기 체적이 엔진(1)의 작동 상태에 따라 설정된 목표 신규 흡기 공기 체적과 거의 일치하도록 실제 신규 흡기 공기 체적과 목표 신규 흡기 공기 체적 사이의 편차에 기초하여 배기 가스 재순환 장치의 EGR 제어 밸브(53)의 개방 정도(배기 가스 재순환 통로(52)의 배기 가스 유동 면적)를 피드백 제어하기 위한 배기 가스 재순환 체적(EGR) 제어 유닛을 구비한다. 이는 엔진(1)의 작동 상태에 따라 기초 EGR 개방 정도(제2 기초 제어 변수)를 설정하기 위한 기초 EGR 개방 정도 결정 유닛(201), 실제 신규 흡기 공기 체적과 목표 신규 흡기 공기 체적 사이의 편차에 기초하여 기초 EGR 개 방 정도에 대한 제2 피드백 양을 연산하기 위한 피드백 양 연산 유닛(202), 제2 피드백 양의 변화에 기초하여 목표 EGR 개방 정도(제2 제어 명령 값)가 헌팅 상태에 있는지 여부를 판정하기 위한 헌팅 검출 유닛(203), 및 제2 게인 보정 계수를 연산하기 위한 게인 보정 계수 연산 유닛(204)으로 구성된다.
먼저, 기초 VNT 개방 정도 및 목표 흡기 압력이, 예를 들면 엔진 회전 속도(NE) 및 가속기 개방 정도(ACCP)에 따라 설정되며, 대안적으로, 명령 분사량(QFIN) 및 엔진 회전 속도(NE)에 따라 설정된다. 기초 VNT 개방 정도 및 목표 흡기 압력은 실험 등에 의해 이들 관계를 미리 측정함으로써 형성되는 특성 다이어그램 또는 연산식을 사용하여 연산될 수 있다.
다음으로, 제1 피드백 양은 하기 방정식(1)에 따라 연산된다
제1 피드백 양 = Kpa×ΔAP + Kia×∫ΔAP + Kda×d/dtΔAP ... (1)
여기에서, Kpa는 비례 항목의 게인(비례 게인으로도 불림)을 나타내며, Kia는 정수 항목의 게인(정수 게인으로도 불림)을 나타내고, Kda는 유도 항목의 게인(유도 게인으로도 불림)을 나타낸다. 뿐만 아니라, ΔAP는 실제 흡기 압력과 목표 흡기 압력 사이의 편차{(실제 흡기 압력) - (목표 흡기 압력) 또는 (목표 흡기 압력) - (실제 흡기 압력)}를 나타낸다.
다음으로, 하기의 방정식(2)에 기초하여, 제1 피드백 양에 제1 게인 보정 계수(α)를 곱함으로써 제1 피드백 보정값이 연산된다.
제1 피드백 보정값 = 제1 피드백 양 ×α... (2)
여기에서, 제1 게인 보정 계수(α)는 제1 피드백 양의 절대값이 증가되는 경 우에 1.0 이상(예를 들면, 1.0 내지 1.9)이다.
다음으로, 하기의 방정식(3)에 기초하여, 제1 피드백 보정값이 기초 VNT 개방 정도에 추가되며, 목표 VNT 개방 정도(제1 제어 명령 값)가 연산된다.
목표 VNT 개방 정도 = 기초 VNT 개방 정도 + 제1 피드백 보정값 ... (3)
여기에서, 목표 VNT 개방 정도의 특정 헌팅 상태를 나타내는 인덱스 값 A가 소정 값을 초과하면, 헌팅 검출 유닛(103)은 목표 VNT 개방 정도가 헌팅 상태에 있다고 결정하며, 게인 보정 계수 연산 유닛(104)에 신호를 출력하여 게인 보정 계수를 변화시킨다. 이 실시예에서, 목표 VNT 개방 정도의 주파수가 소정 값을 초과하는 경우에, 즉 목표 VNT 개방 정도의 연산을 위해 사용되는 제1 피드백 양의 시간당 변동 주파수가 소정 값을 초과하는 경우에, 목표 VNT 개방 정도가 헌팅 상태에 있다고 결정된다.
구체적으로, 도4의 (a) 및 (b)에 도시되어 있듯이, 일정 기간 마다의 제1 피드백 양의 변화 방향이 검출되고, 일정 기간 동안의 제1 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수가 카운트된다. 즉, 제1 피드백 양의 변화 방향이 증가 방향에서 감소 방향으로 역전될 때 제어 플래그 A가 설정되고 계산(count-up)(카운터 C+1)이 이루어지며, 제1 피드백 양의 변화 방향이 감소 방향에서 증가 방향으로 역전될 때 제어 플래그 B가 설정되고 계산(카운터 C+1)이 이루어진다. 일정 기간 동안 제1 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)는 목표 VNT 개방 정도의 헌팅 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)로서 형성된다.
일정 기간 동안 제1 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 미리 결정된 고정 값으로서의 판정값(Nv)(예를 들면 6)을 초과하는 경우, 목표 VNT 개방 정도가 헌팅 상태에 있는 것으로 결정되고, 목표 VNT 개방 정도의 제1 헌팅 플래그가 설정된다. 또한, 목표 VNT 개방 정도의 헌팅이 한 번 검출되고 제1 헌팅 플래그가 설정된 후, 일정 기간 마다의 제1 피드백 양의 변화 방향이 검출되고, 일정 기간 동안 제1 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수가 카운트된다. 일정 기간(Tp) 동안 제1 피드백 양의 변화의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)는 목표 VNT 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)로서 형성된다.
일정 기간(Tp) 동안 제1 피드백 양의 변화의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 미리 설정된 고정 값으로서의 판정값(Nv)(예를 들면 6)으로 저하되었을 때, 목표 VNT 개방 정도의 헌팅이 수렴 상태에 있는 것으로 결정되고, 제1 헌팅 플래그는 소거(clear)될 수 있다. 또한, 일정 기간(Tp) 동안 카운트 수(헌팅 검출 파라미터)의 판정값(Nv)은 6에만 한정되지 않으며, 예를 들면 2 내지 5, 또는 7 내지 10과 같이 임의적이다. 판정값(Nv)은 히스테리시스를 갖도록 형성될 수도 있다. 예를 들면, 일정 기간 동안 제1 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 6을 초과할 때, 목표 VNT 개방 정도는 헌팅 상태에 있는 것으로 결정되고, 일정 기간 동안 제1 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 5이하로 될 때, 목표 VNT 개방 정도의 헌팅은 수렴 상태에 있는 것으로 결정된다.
다음으로, 헌팅 검출 유닛(103)이 목표 VNT 개방 정도의 헌팅을 검출하고 제1 헌팅 플래그가 설정될 때, 게인 보정 계수 연산 유닛(104)은 제1 게인 보정 계수(α)를 제1 피드백 양의 절대값을 감소시키기 위한 게인 양(고정 값)으로서 설정한다. 제1 피드백 양의 절대값이 적게 설정되는 것이 바람직한 경우에는, 1.0 보다 작은 값(예를 들면 0.1 내지 0.9)이 제1 게인 보정 계수(α)로서 사용된다. 전술했듯이, 제1 피드백 양에 제1 게인 보정 계수(α)를 곱하여 얻어진 제1 피드백 보정 값은 제1 피드백 보정 양의 절대값이 감소하도록 보정되므로, 목표 VNT 개방 정도 또한 그 절대값이 감소하도록 보정된다. 즉, 목표 VNT 개방 정도가 특정 주파수로 변동(헌팅)하더라도, 목표 VNT 개방 정도의 크기는 감소한다.
이 실시예에서, VNT 제어 유닛에 의해 연산된 목표 VNT 개방 정도(제1 제어 명령 값)는 특정 전환 계수를 사용함으로써 목표 구동 전류값으로 전환된다. 목표 구동 전류값은 특정 전환 계수를 사용함으로써 제어 펄스 신호(펄스형 VNT 구동 신호)로 전환된다. 펄스형 VNT 구동 신호(VNT 구동 전류)는 가변 노즐(46)의 액추에이터(6)에 적용되며, 그로 인해 피드백 제어에 의한 과급 압력 제어(VNT)가 수행된다.
따라서, ECU(9)는 흡기 압력 센서(64)에 의해 검출된 실제 흡기 압력이 엔진(1)의 작동 상태에 따라 설정된 목표 흡기 압력과 거의 일치하도록 실제 흡기 압력과 목표 흡기 압력 사이의 편차(ΔAP)에 기초하여 액추에이터를 구동 제어하며, 터빈 휠(45)에 유입되는 배기 가스의 유량이 조정되도록 가변 노즐(46)을 개방/폐쇄한다. 전술했듯이, 터빈 휠(45), 회전자 샤프트(43), 및 압축기 휠(44)의 회전 속 도는, 터빈 휠(45)에 유입되는 배기 가스의 유량을 조정함으로써 특정 회전 속도로 조정된다. 엔진(1)의 출력이 향상될 수 있도록, 엔진(1)의 연소실(2) 내로 강제로 보내지는 신규 흡기 공기 체적이 조정되고, 엔진(1)의 흡기 공기가 과급된다.
먼저, 기초 EGR 개방 정도 및 목표 신규 흡기 공기 체적은, 예를 들면 엔진 회전 속도(NE) 및 가속기 개방 정도(ACCP)에 따라 설정되며, 대안적으로 명령 분사량(QFIN) 및 엔진 회전 속도(NE)에 따라 설정된다. 또한, 기초 EGR 개방 정도 및 목표 신규 흡기 공기 체적은 실험 등에 의해 이들 관계를 미리 측정함으로써 형성되는 특성 다이어그램 또는 연산 방정식을 사용함으로써 연산될 수도 있다.
다음으로, 하기 방정식(4)에 기초하여, 제2 피드백 양이 연산된다.
제2 피드백 양 = Kpb×ΔAQ + Kib×∫ΔAQ + Kdb×d/dtΔAQ ... (4)
여기에서, Kpb는 비례 항목의 게인(비례 게인으로도 불림)을 나타내며, Kib는 정수 항목의 게인(정수 게인으로도 불림)을 나타내고, Kdb는 유도 항목의 게인(유도 게인으로도 불림)을 나타낸다. 뿐만 아니라, ΔAQ는 실제 신규 흡기 공기 체적과 목표 신규 흡기 공기 체적 사이의 편차{(실제 신규 흡기 공기 체적) - (목표 신규 흡기 공기 체적) 또는 (목표 신규 흡기 공기 체적) - (실제 신규 흡기 공기 체적)}를 나타낸다.
다음으로, 하기의 방정식(5)에 기초하여, 제2 피드백 양에 제2 게인 보정 계수(β)를 곱함으로써 제2 피드백 보정값이 연산된다.
제2 피드백 보정값 = 제2 피드백 양 ×β... (5)
제2 피드백 양의 절대값이 증가되는 경우에, 1.0 이상의 값(예를 들면, 1.0 내지 1.9)이 제2 게인 보정 계수(β)로서 사용된다.
다음으로, 하기의 방정식(6)에 기초하여, 제2 피드백 보정값이 기초 EGR 개방 정도에 추가되며, 목표 EGR 개방 정도(제2 제어 명령 값)가 연산된다.
목표 EGR 개방 정도 = 기초 EGR 개방 정도 + 제2 피드백 보정값 ... (6)
여기에서, 목표 EGR 개방 정도의 특정 헌팅 상태를 나타내는 인덱스 값이 판정값을 초과할 때, 헌팅 검출 유닛(203)은 목표 EGR 개방 정도가 헌팅 상태에 있다고 결정하며, 게인 보정 계수 연산 유닛(204)에 신호를 출력하여 게인 보정 계수를 변화시킨다. 이 실시예에서, 목표 EGR 개방 정도의 주파수가 판정값을 초과하는 경우에, 즉 목표 EGR 개방 정도의 연산을 위해 사용되는 제2 피드백 양의 시간당 변동 주파수가 소정 값을 초과하는 경우에, 목표 EGR 개방 정도가 헌팅 상태에 있다고 결정된다.
구체적으로, 도4의 (a) 및 (b)에 도시되어 있듯이, 일정 기간 마다의 제2 피드백 양의 변화 방향이 검출되고, 일정 기간(Tp) 동안의 제2 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수가 카운트된다. 즉, 제2 피드백 양의 변화 방향이 증가 방향에서 감소 방향으로 역전될 때 제어 플래그 A가 설정되고 계산(카운터 C+1)이 이루어지며, 제2 피드백 양의 변화 방향이 감소 방향에서 증가 방향으로 역전될 때 제어 플래그 B가 설정되고 계산(카운터 C+1)이 이루어진다. 이후, 일정 기간 동안 제2 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)는 목표 EGR 개방 정도의 헌팅 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)로서 형성된다.
일정 기간 동안 제2 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 미리 설정된 고정 값으로서의 판정값(예를 들면 6)을 초과하는 경우, 목표 EGR 개방 정도가 헌팅 상태에 있는 것으로 결정되고, 목표 EGR 개방 정도의 제2 헌팅 플래그가 설정된다. 또한, 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 한 번 검출되고 제2 헌팅 플래그가 설정된 후, 일정 기간 마다의 제2 피드백 양의 변화 방향이 검출되고, 일정 기간 동안 제2 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수가 카운트된다. 일정 기간 동안 제2 피드백 양의 변화의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)는 목표 EGR 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)로서 형성된다.
일정 기간 동안 제2 피드백 양의 변화의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 미리 정해진 고정 값(예를 들면 6) 또는 그 이하로 저하되었을 때, 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 수렴 상태에 있는 것으로 결정되고, 제2 헌팅 플래그는 소거될 수 있다. 또한, 일정 기간 동안 카운트 수(헌팅 검출 파라미터)의 판정값은 6에만 한정되지 않으며, 예를 들면 2 내지 5, 또는 7 내지 10과 같이 임의적이다. 판정값은 히스테리시스를 갖도록 형성될 수도 있다. 예를 들면, 일정 기간 동안 제2 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 6을 초과할 때, 목표 EGR 개방 정도는 헌팅 상태에 있는 것으로 결정될 수도 있다. 일정 기간 동안 제2 피드백 양의 변화 방향의 증가 및 감소의 역전 횟수(카운트 수)가 5이하로 될 때, 목표 EGR 개방 정도의 헌팅은 수렴 상태에 있는 것으로 결정될 수도 있다.
다음으로, 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 헌팅 검출 유닛(203)에 의해 검출되 는 경우에, 게인 보정 계수 연산 유닛(204)은 피드백 양의 절대값이 제2 피드백 양에 대해 감소되도록 그러한 제2 게인 보정 계수(α)를 연산한다. 또한, 제2 피드백 양의 절대값이 감소되는 것이 바람직한 경우에는, 1.0 보다 작은 값(예를 들면 0.1 내지 0.9)이 제2 게인 보정 계수(α)로서 사용된다. 제2 피드백 보정값은 제2 피드백 보정 양의 절대값이 작아지도록 보정되며, 목표 EGR 개방 정도 또한 그 절대값이 작아지도록 보정된다. 즉, 목표 EGR 개방 정도가 특정 주파수로 변동하더라도, 목표 EGR 개방 정도의 크기는 감소한다.
이 실시예에서, EGR 제어 유닛에 의해 연산된 목표 EGR 개방 정도(제2 제어 명령 값)는 특정 전환 계수를 사용함으로써 목표 구동 전류값으로 전환된다. 목표 구동 전류값은 특정 전환 계수를 사용함으로써 제어 펄스 신호(펄스형 EGR 구동 신호)로 전환된다. 펄스형 EGR 구동 신호(EGR 구동 전류)는 EGR 제어 밸브(53)의 액추에이터(7)에 적용되며, 그로 인해 피드백 제어에 의한 배기 가스 재순환 체적(EGR) 제어가 수행된다.
따라서, ECU(9)는 공기 유동 센서(65)에 의해 검출된 실제 신규 흡기 공기 체적이 엔진(1)의 작동 상태에 따라 설정된 목표 신규 흡기 공기 체적과 거의 일치하도록 실제 신규 흡기 공기 체적과 목표 신규 흡기 공기 체적 사이의 편차(ΔAQ)에 기초하여 액추에이터(7)를 구동 제어하며, 배기 가스 재순환 파이프(51)의 배기 가스 재순환 통로(52)에 유입되는 배기 가스 재순환 가스(EGR 가스)의 재순환 체적(EGR 체적)이 조정되도록 EGR 제어 밸브(53)의 밸브(54)를 개방/폐쇄한다. 이로 인해, 흡기관(25, 26)의 흡기 경로 내를 흐르는 흡기 공기에 엔진(1)의 배기 가스 의 일부로서의 EGR 가스가 혼합되며, 따라서 엔진(1)의 연소실(2)의 최고 연소 온도가 낮아지며, 배기 가스에 포함된 유해물질(예를 들면, 질소 산화물)이 감소될 수 있다. 흡기관(25, 26)의 흡기 경로로 다시 재순환될 EGR 체적은 최적의 값으로 조정되며, 따라서 엔진(1)의 출력의 저하도 및 엔진(1)의 내구성의 저하도가 억제될 수 있다.
(제1 실시예의 효과)
전술했듯이, 이 실시예의 엔진 제어 시스템에서, 목표 VNT 개방 정도의 헌팅이 검출되는 경우에, 제1 및 제2 피드백 양에 각각 곱해질 제1 및 제2 게인 보정 계수(α, β)는 제1 및 제2 피드백 양의 각각의 절대값이 작아지는 그러한 값으로 변경된다. 이로 인해, 제1 및 제2 피드백 양은 그러한 제1 및 제2 게인 보정 계수(α, β)와 곱해져서 작아지고, 제1 및 제2 피드백 보정값이 얻어지며, 이후 제1 및 제2 피드백 보정값이 기초 VNT 개방 정도 및 기초 EGR 개방 정도에 추가되어 목표 VNT 개방 정도 및 목표 EGR 개방 정도가 얻어진다. 따라서, VNT 제어의 목표 VNT 개방 정도 및 EGR 제어의 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 방지될 수 있다.
이 실시예의 엔진 제어 시스템에서, 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 검출되는 경우에, 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 피드백 양에 각각 곱해질 제1 및 제2 게인 보정 계수(α, β)는 제1 및 제2 피드백 양의 각각의 절대값이 작아지는 그러한 값으로 변경된다. 이로 인해, 제1 및 제2 피드백 양은 각각 그러한 제1 및 제2 게인 보정 계수(α, β)와 곱해져서 그 절대값이 작아지고, 제1 및 제2 피드백 보정값이 얻어지며, 이후 제1 및 제2 피드백 보정값이 기초 VNT 개방 정도 및 기초 EGR 개방 정도에 추가되어 목표 VNT 개방 정도 및 목표 EGR 개방 정도가 얻어진다. 따라서, VNT 제어의 목표 VNT 개방 정도 및 EGR 제어의 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 방지될 수 있다.
따라서, 이 실시예의 엔진 제어 시스템에서, 목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 검출되는 경우에는, EGR 제어 밸브(53)의 밸브(54)가 실제 신규 흡기 공기 체적과 목표 신규 흡기 공기 체적 사이의 편차에 기초하여 개방되더라도, EGR 제어 밸브(53)의 밸브(54)의 개방 정도가 제한되며, 따라서 엔진(1)의 배기구(21)로부터 가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐(46)까지의 배기 경로 및 EGR 제어 밸브(53)의 배기 경로측에 있는 배기 가스 재순환 통로(52)의 "A" 영역의 압력 강하 또한 제한된다. 이로 인해, 엔진(1)의 배기 경로로부터 터빈 휠(45)내로 유입되는 배기 가스의 유량은 매우 느리게 되지 않으며, 터빈 휠(45)의 회전 속도의 저하가 억제된다.
따라서, 회전자 샤프트(43)를 통해서 터빈 휠(45)에 결합되는 압축기 휠(44)의 회전 속도의 저하 또한 억제되며, 실제 흡기 압력(= 실제 과급 압력)의 저하 정도 또한 제한되고, 그러므로 목표 흡기 압력을 보장하기 위한, 실제 흡기 압력과 목표 흡기 압력 사이의 편차에 기초한 가변 노즐(46)의 개방 정도의 감소량이 작을 수 있다. 그 결과, 가변 노즐(46)의 개방 정도가 감소되더라도, "A" 영역의 압력 상승이 감소되고, 배기 가스 재순환 통로(52)를 통과하는 배기 가스 재순환 체적(EGR 체적)의 증가량 또한 감소된다. 이로 인해, 실제 신규 흡기 공기 체적의 감소량이 억제되므로, EGR 제어 밸브(53)의 밸브(54)의 헌팅이 쉽게 발생하지 않는 다.
따라서, 가변 노즐(46)이 일정 기간 간격으로 개방 및 폐쇄되기 때문에 엔진(1)의 흡기 공기의 과급 압력이 불안정해지는 것을 방지할 수 있으며, 가변 노즐(46)의 헌팅 또한 방지될 수 있다. EGR 제어 밸브(53)의 밸브(54)가 일정 기간 간격으로 밸브 개방측 또는 밸브 폐쇄측으로 구동되기 때문에 EGR 체적이 불안정해지는 것을 방지할 수 있으며, EGR 제어 밸브(53)의 밸브(54)의 헌팅 또한 방지될 수 있다.
목표 VNT 개방 정도 및 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 검출된 후에 목표 VNT 개방 정도 및 목표 EGR 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태가 검출되는 경우에, 제1 및 제2 피드백 양에 대한 제1 및 제2 게인 보정 계수가 반복적으로 상승되고, 제1 및 제2 피드백 양의 절대값의 한계가 제거되며, 따라서 VNT 제어의 목표 흡기 압력에 대한 실제 흡기 압력의 추종성(추종도) 및 EGR 제어의 목표 신규 흡기 공기 체적에 대한 실제 신규 흡기 공기 체적의 추종성(추종도)이 복귀될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 게인 보정 계수는 VNT 제어의 제1 피드백 양의 단위 시간당 변동 주파수 및 EGR 제어의 제2 피드백 양의 단위 시간당 변동 주파수의 크기에 따라 변화될 수 있다. 대안적으로, 목표 VNT 개방 정도 및 목표 EGR 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태가 검출되는 경우에는, 제1 및 제2 피드백 양에 곱해진 제1 및 제2 게인 보정 계수가 제거될 수도 있다.
(제2 실시예)
도5의 (a) 내지 (b)는 본 발명의 제2 실시예를 도시하며, 여기에서 도5의 (a) 및 (b)는 헌팅 검출 유닛에 의한 헌팅 상태의 판정 방법을 도시하는 도면이다.
목표 VNT 개방 정도의 특정 헌팅 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)가 판정값 Nv를 초과할 때, 이 실시예의 헌팅 검출 유닛(103)은 목표 VNT 개방 정도가 헌팅 상태에 있다고 판정하며, 게인 보정 계수 연산 유닛(104)에 신호를 출력하여 게인 보정 계수를 변화시킨다. 목표 VNT 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)가 판정값이거나 그 이하일 때는, 목표 VNT 개방 정도의 헌팅이 수렴 상태에 있다고 결정되며, 신호가 게인 보정 계수 연산 유닛(104)에 출력되어 게인 보정 계수의 증가를 제거하거나 게인 보정 계수를 변화시킨다.
구체적으로, 도5의 (a) 및 (b)에 도시되어 있듯이, 일정 기간 마다 제1 피드백 양의 변화가 적산(integrate)된다. 일정 기간 내의 적산된 양은 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A 및 인덱스 값 B)로서 형성된다. 일정 기간 동안 적산된 양이 판정값을 초과하는 경우, 목표 VNT 개방 정도가 헌팅 상태에 있는 것으로 결정된다. 일정 기간 동안 적산된 양이 판정값 또는 그 이하인 경우, 목표 VNT 개방 정도의 헌팅이 수렴 상태에 있는 것으로 결정된다.
목표 EGR 개방 정도의 특정 헌팅 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)가 판정값을 초과할 때, 헌팅 검출 유닛(203)은 목표 EGR 개방 정도가 헌팅 상태에 있다고 결정하고, 게인 보정 계수 연산 유닛(204)에 신호를 출력하여 게인 보정 계수를 변화시킨다. 목표 EGR 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)가 판정값이거나 그 이하일 때는, 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 수렴 상태에 있다고 결정되며, 신호가 게인 보정 계수 연산 유닛(204)에 출력되어 게인 보정 계수의 증가를 제거하거나 게인 보정 계수를 변화시킨다.
구체적으로, 도5의 (a) 및 (b)에 도시되어 있듯이, 일정 기간 마다 제2 피드백 양의 변화가 적산된다. 일정 기간 내의 적산된 양은 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A 및 인덱스 값 B)로서 형성된다. 일정 기간 동안 적산된 양이 판정값을 초과하는 경우, 목표 EGR 개방 정도가 헌팅 상태에 있는 것으로 결정된다. 일정 기간 동안 적산된 양이 판정값 또는 그 이하인 경우, 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 수렴 상태에 있는 것으로 결정된다.
또한, 이 실시예에서의 (목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 변동 양의 적산된 값)/(단위 시간)에서, 주파수 성분(변동의 중요도)이 목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 변동 크기에 추가되며, 헌팅 검출 파라미터 또한 얻어질 수 있다.
(제3 실시예)
도6은 본 발명의 제3 실시예를 도시하며, 헌팅 검출 파라미터에 대한 게인 양의 연산 방법을 보여주는 도면이다.
이 실시예에서는, 목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 특정 헌팅 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)의 크기에 따라 플래그가 생성되며, 플래그의 상태에 기초하여 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양)가 선택될 수 있다.
구체적으로, 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)가 판정값을 초과하는 경우, 즉 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 증가 및 감소의 역전 횟수(제1 실시예) 또는 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 변화량의 적산된 양(제2 실시예)이 판정값을 초과하는 경우, 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터의 크기가 얻어진다.
일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터가 커짐에 따라, 제1 또는 제2 게인 보정 계수(게인 양)는 작은 값(예를 들면, 0.1 내지 0.4)으로 설정된다. 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값)가 작아짐에 따라, 제1 또는 제2 게인 보정 계수(게인 양)는 큰 값(예를 들면, 0.5 내지 0.9)으로 설정된다. 이는 제1 및 제 2 피드백 양의 절대값을 감소시키기 위한 제1 및 제 2 게인 보정 계수(게인 양)가 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)의 크기에 따라 변화될 수 있게 형성되는 예이다.
목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)의 크기에 따라 플래그가 생성되며, 플래그의 상태에 기초하여 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양)가 선택될 수 있다.
구체적으로, 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)가 판정값 또는 그 이하인 경우, 즉 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 증가 및 감소의 역전 횟수(제1 실시예) 또는 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 변화량의 적산된 양(제2 실시예)이 판정값 또는 그 이하인 경우, 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터의 크기가 얻어진다.
일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터가 커짐에 따라, 제1 또는 제2 게인 보정 계수(게인 양)는 작은 값(예를 들면, 1.0 내지 1.4)으로 설정된다. 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값)가 작아짐에 따라, 제1 또는 제2 게인 보정 계수(게인 양)는 큰 값(예를 들면, 1.5 내지 1.9)으로 설정된다. 이는 제1 및 제 2 피드백 양의 절대값을 증가시키기 위한 제1 및 제 2 게인 보정 계수(게인 양)가 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)의 크기에 따라 변화될 수 있게 형성되는 예이다.
(제4 실시예)
도7은 본 발명의 제4 실시예를 도시하며, 이는 헌팅 검출 파라미터에 대한 게인 양을 연산하는 방법을 도시하는 도면이다.
이 실시예에서는, 목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 특정 헌팅 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)의 크기에 대한 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양)의 변화를 도시하는 특성 다이어그램(MAP: 도7 참조)을 사용함으로써 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양)가 보간-연산될 수 있다.
구체적으로, 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)가 판정값을 초과하는 경우, 즉 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 증가 및 감소의 역전 횟수(제1 실시예) 또는 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 변화의 적산된 양(제2 실시예)이 판정값을 초과하는 경우, 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터의 크기가 얻어진다. 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터가 커짐에 따라, 제1 또는 제2 게인 보정 계수(게인 양)는 작은 값으로 설정된다. 이는 제1 및 제 2 피드백 보정 양의 절대값을 감소시키기 위한 제1 및 제 2 게인 보정 계수(게인 양)가 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 A)의 크기에 따라 변화될 수 있게 형성되는 예이다.
목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)의 크기에 대한 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양)의 변화를 나타내는 특성 다이어그램(MAP)을 사용함으로써 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양)가 보간-연산될 수 있다.
구체적으로, 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)가 판정값 또는 그 이하인 경우, 즉 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 증가 및 감소의 역전 횟수(제1 실시예) 또는 일정 기간 동안 제1 또는 제2 피드백 양의 변화량의 적산된 양(제2 실시예)이 판정값 또는 그 이하인 경우, 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터의 크기가 얻어진다. 일정 기간 동안 헌팅 검출 파라미터가 커짐에 따라, 제1 또는 제2 게인 보정 계수(게인 양)는 작은 값으로 설정된다. 이는 제1 및 제 2 피드백 양의 절대값을 증가시키기 위한 제1 및 제 2 게인 보정 계수(게인 양)가 헌팅 검출 파라미터(인덱스 값 B)의 크기에 따라 변화될 수 있게 형성되는 예이다.
(수정예)
실시예들에서, 목표 VNT 개방 정도 또는 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 검출되는 경우에는, 제1 및 제2 피드백 양의 절대값을 감소시키기 위한 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양)가 곱해짐으로써 목표 VNT 개방 정도 및 목표 EGR 개방 정도가 얻어진다. 그러나, 목표 VNT 개방 정도의 헌팅이 검출되는 경우에는, 제1 피드백 양의 절대값만을 증가시키기 위해 제1 게인 보정 계수(게인 양)를 곱함으로써 목표 VNT 개방 정도가 얻어질 수 있다. 목표 EGR 개방 정도의 헌팅이 검출되는 경우에는, 제2 피드백 양의 절대값만을 감소시키기 위해 제2 게인 보정 계수(게인 양 )를 곱함으로써 목표 EGR 개방 정도가 얻어질 수 있다.
실시예들에서, 본 발명은 엔진(1)의 각 실린더의 연소실(2)에 고압 연료를 분사 공급하기 위한 축압식 연료 분사 장치, 엔진(1)의 흡기 공기를 과급하기 위한 가변 노즐식 터보과급기, 엔진(1)의 배기 가스의 일부를 흡기측으로 재순환하기 위한 배기 가스 재순환 장치, 및 이것들을 전자적으로 제어하기 위한 ECU(9)를 적어도 구비하는 엔진 제어 시스템에 적용된다. 그러나, 본 발명은 가변 노즐식 터보과급기, 배기 가스 재순환 장치, 및 이것들을 전자적으로 제어하기 위한 ECU(9)를 적어도 구비하는 엔진 제어 시스템에 적용될 수도 있다. 본 발명은, 축압식 연료 분사 장치 대신에, 커먼 레일이 포함되지 않은 형태의 내연기관용 연료 분사 장치에 적용될 수도 있으며, 고압 연료는 연료 공급 펌프로부터 연료 분사 노즐로 직접 공급된다.
실시예들에서, 본 발명은, 엔진(1)의 흡기 공기의 과급 압력을 PID 제어에 의해 피드백 제어하는 방법, 및 배기 가스 재순환 체적(EGR 체적)을 피드백 제어하는 방법에 적용된다. 그러나, 본 발명은 엔진(1)의 흡기 공기의 과급 압력을 PI(Proportional + Integral) 제어 또는 PD(Proportional + Derivative) 제어에 의해 피드백 제어하는 방법, 및 배기 가스 재순환 체적(EGR 체적)을 피드백 제어하는 방법에 적용될 수도 있다. 제1 및 제2 피드백 양에 곱해질 제1 및 제2 게인 보정 계수(게인 양) 대신에, 비례 항목 또는 정수 항목의 절대값을 감소시키기 위한 피드백 게인(비례 게인 또는 정수 게인)이 사용될 수도 있다.
또한, 연료 공급 펌프의 흡입 체크 밸브(SCV)(4)에 공급될 펌프(SCV) 구동 전류의 제어는 듀티(DUTY) 제어에 의해 수행된다. 즉, 실제 연료 압력(PC)과 목표 연료 압력(PFIN) 사이의 압력 편차(ΔP)에 따른 단위 시간당 제어 펄스 신호(펄스형 SCV 구동 신호)의 ON/OFF의 비율(여기 시간 비율·듀티 비율)을 조정함으로써 흡입 체크 밸브(4)의 리프트 양과 흡입 체크 밸브(4)의 개방 면적이 변경되는 듀티 제어가 사용되며, 그로 인해 고정밀 디지털 제어가 가능해진다. 따라서, 목표 연료 압력(PFIN)에 대한 실제 연료 압력(PC)의 제어 반응도 및 추종도가 향상될 수 있다.
가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐(46)의 액추에이터(6)에 가해질 VNT 구동 전류의 제어는 듀티(DUTY) 제어에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 실제 흡기 압력(= 실제 과급 압력)과 목표 흡기 압력(= 목표 과급 압력) 사이의 편차(ΔAP)에 따른 단위 시간당 제어 펄스 신호(펄스형 VNT 구동 신호)의 ON/OFF의 비율(여기 시간 비율·듀티 비율)을 조정함으로써 가변 노즐(46)의 개방 정도 및 배기 가스 배출 통로(42)의 배기 가스 유동 면적이 변경되는 듀티 제어가 사용되며, 그로 인해 고정밀 디지털 제어가 가능해진다. 목표 흡기 압력(= 목표 과급 압력)에 대한 실제 흡기 압력(= 실제 과급 압력)의 제어 반응도 및 추종도가 향상될 수 있다.
배기 가스 재순환 장치의 EGR 제어 밸브(53)의 액추에이터(7)에 가해질 EGR 구동 전류의 제어는 듀티(DUTY) 제어에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 실제 신규 흡기 공기 체적과 목표 신규 흡기 공기 체적 사이의 편차(ΔAQ)에 따른 단위 시간당 제어 펄스 신호(펄스형 EGR 구동 신호)의 ON/OFF의 비율(여기 시간 비율· 듀티 비율)을 조정함으로써 EGR 제어 밸브(53)의 리프트 양 및 배기 가스 재순환 통로(52)의 배기 가스 유동 면적이 변경되는 듀티 제어가 사용되며, 그로 인해 고정밀 디지털 제어가 가능해진다. 목표 신규 흡기 공기 체적에 대한 실제 신규 흡기 공기 체적의 제어 반응도 및 추종도가 향상될 수 있다.
실시예들에서는, 엔진(1)의 실린더의 연소실(2)에 흡입되는 신규 흡기 공기의 유량(신규 흡기 공기 체적)을 검출하기 위한 흡기 공기 체적 센서(흡기 공기 체적 검출 유닛)로서 공기 유동 센서(65)가 사용된다. 그러나, 흡기 공기 체적 센서(흡기 공기 체적 검출 유닛)로서는, 스로틀 밸브의 하류측에서의 흡기관 부압이 압력 센서에 의해 검출되는 흡기관 압력 시스템이 사용될 수 있으며, 상기 흡기관 부압과 엔진 회전 속도는 ECU(9)에 의한 연산 작업을 받게 되고, 따라서 흡기 공기 체적이 간접적으로 얻어진다. 흡기 공기 체적 센서(흡기 공기 체적 검출 유닛)로서는, 전위차계(potentiometer)형 공기 유속계, 카르만 와류(Karman vortex) 센서 시스템, 또는 열선 시스템이 사용될 수도 있다.
본 발명의 엔진 제어 시스템에 의하면, 가변 노즐식 터보과급기의 가변 노즐의 제1 제어 명령 값과 배기 가스 재순환 장치의 유량 제어 밸브의 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅이 검출되는 경우, 피드백 양의 절대값이 감소됨으로써, 가변 노즐의 제1 제어 명령 값과 유량 제어 밸브의 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅이 방지될 수 있다.

Claims (8)

  1. 엔진 제어 시스템이며,
    배기 가스 배출 통로(42)에 제공된 가변 노즐(46)의 개방 정도를 변화시킴으로써 배기 가스 배출 통로(42) 내를 흐르는 배기 가스의 유량을 조절하고, 엔진(1)의 배기 가스를 터빈(45)에 유입시키기 위한 가변 노즐식 터보과급기(44, 45)와,
    배기 가스 재순환 통로(52)에 제공된 유량 제어 밸브(54)의 개방 정도를 변화시킴으로써 배기 가스 재순환 통로(52) 내를 흐르는 배기 가스의 재순환 체적을 조정하고, 엔진(1)의 배기 가스의 일부를 흡기측(25, 26)으로 재순환시키기 위한 배기 가스 재순환 장치(53, 54)와,
    엔진(1)의 흡기 공기의 압력을 검출하기 위한 흡기 공기 압력 검출 유닛(64)과,
    엔진(1)의 흡기 공기의 유량을 검출하기 위한 흡기 공기 체적 검출 유닛(65)과,
    상기 흡기 공기 압력 검출 유닛(64)에 의해 검출된 실제 흡기 압력과 목표 흡기 압력 사이의 편차에 따라 업데이트되는 제1 피드백 양을 사용하여 제1 제어 명령 값을 얻고, 얻어진 제1 제어 명령 값에 따라 상기 가변 노즐의 개방 정도를 피드백 제어하며, 상기 흡기 공기 체적 검출 유닛(65)에 의해 검출된 실제 흡기 체적과 목표 흡기 체적 사이의 편차에 따라 업데이트되는 제2 피드백 양을 사용하여 제2 제어 명령 값을 얻고, 얻어진 제2 제어 명령 값에 따라 유량 제어 밸브(54)의 개방 정도를 피드백 제어하는 엔진 제어 유닛(9)을 포함하며,
    상기 제1 제어 명령 값과 상기 제2 제어 명령 값 중 하나의 특정 헌팅 상태를 나타내는 인덱스 값이 소정 값을 초과할 때, 상기 엔진 제어 유닛(9)은 피드백 양의 절대값을 감소시키기 위해 제1 피드백 양과 제2 피드백 양 중 하나에 보정 계수를 곱하여 제1 제어 명령 값과 제2 제어 명령 값 중 하나를 얻는 엔진 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보정 계수는 특정 헌팅 상태를 나타내는 인덱스 값의 크기에 따라 변화되는 엔진 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어 명령 값과 상기 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 인덱스 값이 소정 값 또는 그 이하로 변화될 때, 상기 엔진 제어 유닛(9)은 제1 피드백 양과 제2 피드백 양 중 하나에 곱해지는 보정 계수를 제거하여 제1 제어 명령 값과 제2 제어 명령 값 중 하나를 얻는 엔진 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어 명령 값과 상기 제2 제어 명령 값 중 하나의 헌팅의 수렴 상태를 나타내는 인덱스 값이 소정 값 또는 그 이하로 변화될 때, 상기 엔진 제어 유닛은 피드백 양의 절대값을 증가시키기 위해 제1 피드백 양과 제2 피드백 양 중 하나에 보정 계수를 곱하여 제1 제어 명령 값과 제2 제어 명령 값 중 하나를 얻는 엔진 제어 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인덱스 값은 제1 제어 명령 값과 제2 제어 명령 값 중 하나의 주파수인 엔진 제어 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인덱스 값은 제1 피드백 양과 제2 피드백 양 중 하나의 단위 시간당 변동 주파수 또는 진폭 값인 엔진 제어 시스템.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인덱스 값은 제1 제어 명령 값과 제2 제어 명령 값 중 하나의 변동 양을 적산하여 얻어지는 단위 시간당 적산된 양인 엔진 제어 시스템.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인덱스 값은 제1 피드백 양과 제2 피드백 양 중 하나의 변동 양을 적산하여 얻어지는 단위 시간당 적산된 양인 엔진 제어 시스템.
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