KR100659615B1 - 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체 - Google Patents

다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

하나의 연료 분사 밸브로 복수 기통에 동시에 연료를 공급하는 연료 분사 장치에 있어서, 가속 직전의 운전 상태의 여하에 관계없이 A/F를 균일하게 하여 안정된 가속 운전을 실현할 수 있는 저비용의 연료 분사 제어 방법 및 연료 분사 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다기통 내연 기관의 흡기 경로 내의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 연료를 분사하는 연료 분사 제어 방법으로서, 내연 기관의 가속시에 연료 분사량을 증가시키는 가속 보정을 행하는 데 있어서 기존 센서의 출력을 이용하여 가속 직전의 내연 기관의 흡기관 분위기 온도, 즉 흡기관의 온도 및 흡기 온도를 추정하여 상기 가속 보정에 대하여 상기 흡기관 분위기 온도에 따른 수정을 행한다.

Description

다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체 {FUEL INJECTION CONTROL METHOD, FUEL INJECTION CONTROL APPARATUS AND RECORDING MEDIUM FOR RECORDING FUEL INJECTION CONTROL PROGRAM FOR MULTI-CYLINDER INTERAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체에 관한 것으로, 특히 복수의 기통을 향해 하나의 연료 분사 밸브로부터 동시에 연료를 분사하는 연료 분사 밸브를 드로틀 밸브보다도 하류에 구비한 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체에 관한 것이다.
다기통 내연 기관의 연료 공급 방식으로서 저렴한 것이 요구되고 있다. 저렴한 연료 공급 방식으로서는 기화기를 사용하는 방식과 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 연료를 공급하는 방식을 고려할 수 있다.
기화기를 사용한 연료의 공급 방식에 있어서는 연료는 그 입자 직경이 30 ㎛ 정도까지 상당히 잘 미립화되어 있다. 이로 인해 공기와 연료가 균일하게 혼합되기 쉽고, 각 기통으로 분배되는 공기의 양이 균등하게 되어 있기만 하면 도중의 흡기 통로 내에 있어서 공기의 흐름에 편중이 있어도 그것이 각 기통의 공연비(A/F) 변동의 원인이 되지는 않는다. 그러나, 기화기를 사용한 연료의 공급 방식은 연료 공급의 제어 요소가 적으므로 운전 조건에 따른 극히 미세한 제어가 불가능하여 배기 가스 내의 유독 배기 가스(HC, CO, NOX)를 저감하는 것이 곤란하다.
또, 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 연료를 공급하는 방식으로서 드로틀 밸브의 상류에 연료 분사 밸브를 배치한 소위 싱글 포인트식의 연료 분사 방식에 있어서는 연료의 미립화 정도는 상기 기화기를 사용한 방식보다도 떨어지지만 연료 분사점에서 각 기통까지의 거리를 비교적 길게 얻을 수 있다. 그러나, 이 방식은 도중의 흡기 통로 내에 있어서의 연료의 벽면 부착 흐름이 많아져 공연비 분배 특성의 편차가 커진다. 그래서, 각 기통에 대한 흡기 통로의 길이를 변경시키거나 홈을 형성하는 등 대책을 강구하고 있으나 충분하지 못하며, 공연비 분배 특성의 편차를 작게 하려면 각 기통간의 매칭 공정수가 상당히 많아진다.
한편, 저렴한 내연 기관의 연료 분사 장치를 실현하기 위해 다방향으로 연료를 분기 분사할 수 있는 연료 분사 밸브와, 이 연료 분사 밸브를 드로틀 밸브 하류의 각 기통에 대응한 흡기관 집합부에 배치하여 하나로 복수의 기통에 연료를 공급하는 방식이 제안되어 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 소63-223364호 공보에 기재된 방식이 그것이다. 이 방식에 있어서는 연료 분기 분사점으로부터 내연 기관까지의 거리가 비교적 짧기 때문에 공기와 연료는 균일하게 혼합되기 어렵지만, 각 기통으로의 연료의 분배는 다방향 연료 분사 밸브 자체의 각 방향으로의 분기 연료 분배 성능에 의해 대략 지배되어 각 기통으로 분배되는 공기의 양이 균등하게 되어 있으면 각 기통간의 공연비(A/F)의 편차는 낮게 억제된다고 이해되고 있다.
전술한 일본 특허 공개 소63-223364호 공보에 있어서도 각 흡기관에 공급되는 연료량은 연료 분사 밸브의 각 분사구로부터의 분사량에 의해 결정되고, 구경 변동만이 각 기통간의 연료 분배에 영향을 줄 뿐이라고 지적하고 있다.
그러나, 발명자의 실험에 의하면 연료 분사 밸브를 드로틀 밸브의 하류에 배치하여 하나로 복수의 기통에 연료를 공급하는 방식에 있어서, 연료의 분배성은 벽면 부착 연료의 분배성에 크게 영향을 받는다. 하지만, 벽면 부착 연료의 흐름 방향을 의도적으로 조정하는 것은 상당히 곤란하므로, 연료가 벽면에 부착되지 않고 가능한 한 자유롭게 흡기 경로 내를 이동할 수 있도록 한 구조로 할 필요가 있다. 또, 각 기통의 위치 관계가 연료 분배의 악화 정도에 관계가 있다는 것도 명확해졌다.
그리고, 각 기통간의 공연비(A/F) 분배 특성은 기통의 위치 관계 뿐만 아니라 흡기관의 형상이나 흡기 경로 내의 드로틀 밸브의 방향에 의해서도 영향을 받는다는 것도 명확해졌다.
한편, 내연 기관 전체적으로는 O2센서에 의해 검출되는 배기 가스 내의 공연비(A/F)가 이론 공연비가 되도록 연료 공급을 제어함으로써 배기 가스 내의 유독 배기 가스(HC, CO, NOX)를 저감하는 것이 행해지고 있다.
그러나, 저렴한 연료 분사 장치를 실현하기 위해 내연 기관의 복수 기통을 향해 동시에 다방향으로 연료를 분사하는 하나의 연료 분사 밸브가 드로틀 밸브보다도 하류에 배치된 내연 기관의 연료 분사 장치에서는 상기한 기통간의 공연비(A/F) 분배 특성의 편차가 커서 배기 가스 내의 유독 배기 가스의 증대를 초래하는 동시에 내연 기관의 출력 토크의 변동을 가져오는 결과가 된다.
그에 따라, 각 기통으로의 공연비(A/F)의 분배 특성을 균일하게 하기 위한 각종 대책 및 연구가 이루어져 성과를 올리고 있다.
그러나, 발명자 등의 실험에 의하면 상기 복수의 기통을 향해 동시에 다방향으로 연료를 분사하는 하나의 연료 분사 밸브를 드로틀 밸브보다도 하류에 배치한 내연 기관에서는 내연 기관이 난기(워밍 업) 후에 가속할 때 내연 기관의 냉각수 온도가 동일하더라도 가속 직전의 상태에 따라 차량의 가속 운전시에 있어서의 공연비(A/F)에 다음과 같은 변동이 발생한다는 것이 명확해졌다.
(1) －20 ℃의 저온 시동 상태로부터(냉각수 온도가 80 ℃ 내지 90 ℃가 되기까지) 난기 후에 가속했을 때 A/F가 희박해진다.
(2) 40 ℃의 고온 시동 상태로부터 난기 후에 가속했을 때 A/F가 농후해진다.
(3) 장기간의 아이들링 방치 상태로부터 난기 후에 가속했을 때 A/F가 농후해진다.
(4) 차량이 장시간 주행한 후에 난기한 후 가속했을 때 A/F가 희박해진다.
이와 같은 공연비(A/F) 변동의 원인은 상기 (1) 내지 (4)의 각 가속 직전 상태에 있어서 내연 기관의 흡기관 내에 체재하는 연료량이 다르기 때문이라고 생각된다. 즉, 가속 직전의 흡기관 연료 분사 밸브 부근의 분위기 온도 상태에 따라 연료의 기화 비율이 다르고, 흡기관에 부착된 벽면 액체 흐름 등의 형태로 잔존하고 있는 연료량이 다르므로 가속시의 연료의 응답성에 차이가 발생한다고 생각된다.
예를 들어, 상기 (1)은 가속 직전의 흡기관 분위기로서 내연 기관의 연료, 흡기관 및 흡기 자체의 각 온도 전체가 낮으므로 연료의 기화 비율이 낮아 A/F가 희박해진다고 생각된다. 또, 상기 (2)는 상기 (1)과 반대의 이유로 A/F가 농후해진다고 생각된다. 그리고, 상기 (3)은 흡기관의 온도가 높아져 있으므로 연료의 기화 비율이 높고, 또한 캐니스터 퍼지에 의해 추가되는 연료의 영향도 있으며 A/F가 농후해진다고 생각된다. 그리고, 상기 (4)는 차량의 주행풍에 의해 내연 기관의 흡기관이 냉각되어 흡기관의 온도가 낮으므로 A/F가 희박해진다고 생각된다.
이와 같은 가속 직전의 흡기관 분위기 온도 상태에 따라 발생하는 차량의 가속 운전시에 있어서의 공연비(A/F)의 변동을 해소하는 방법으로서, 흡기관 온도 센서와 흡기 온도 센서를 설치하여 가속 직전의 흡기관 분위기 즉 흡기관과 흡기 자체의 각 온도를 검지하여 A/F의 보정을 행하는 것을 고려할 수 있다.
그러나, 이와 같은 각종 센서를 추가하는 것은 비용 상승을 초래하여 저렴한 연료 분사 장치를 실현하고자 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 연료를 분사하는 장치를 채용하는 취지에 어긋난다.
본 발명의 목적은 하나의 연료 분사 밸브로 다기통 내연 기관의 복수의 기통에 동시에 연료를 공급하는 데 있어서, 내연 기관의 가속 직전 운전 상태의 여하에 관계없이 A/F를 균일하게 하여 안정된 가속 운전을 실현할 수 있는 저비용의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징은 다기통 내연 기관의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 연료를 분사하는 연료 분사 제어 방법으로서, 내연 기관의 가속시에 연료 분사량을 증가시키는 가속 보정을 행하는 것에 있어서 가속 직전에 있어서의 흡기관의 분위기 온도를 추정하여 상기 추정 분위기 온도에 따라 상기 가속 보정의 수정을 행하는 데 있다.
가속 직전의 흡기관 분위기, 즉 흡기관과 흡기 자체의 각 온도는 가속 직전의 내연 기관의 냉각수 온도 및 상기 내연 기관을 탑재한 차량의 속도에 의거해서 추정할 수 있다. 또는 가속 직전의 내연 기관의 아이들링 계속 시간 및 차속에 의거해서 상기 가속 직전의 분위기 온도를 추정할 수도 있다.
본 발명의 다른 특징은 다기통 내연 기관의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 연료를 분사하는 연료 분사 제어 장치로서, 내연 기관의 가속시에 연료 분사량을 증가시키는 가속시 보정 펄스폭을 산출하는 가속시 보정 수단을 구비한 것에 있어서, 상기 가속시 보정 수단이 가속 직전의 흡기관 분위기 온도를 추정하여 상기 추정 분위기 온도에 따라 상기 가속 보정의 수정을 행하기 위한 가속시 보정 수정 계수를 산출하는 가속시 보정 수정 수단을 구비한 데 있다.
본 발명의 다른 특징은 컴퓨터에 의해 내연 기관의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 분사하는 연료의 분사량을 제어하기 위한 제어 프로그램을 기록한 기록 매체로서, 상기 제어 프로그램은 컴퓨터로 내연 기관의 가속시에 연료 분사량의 보정치를 산출시키는 것에 있어서, 상기 제어 프로그램이 컴퓨터로 내연 기관의 가속 직전의 흡기관 분위기 온도의 추정치를 산출시키고 상기 분위기 온도의 추정치에 따라 상기 가속시에 있어서의 연료 분사량의 보정치의 수정량을 결정시키는 데 있다.
본 발명에 의하면, 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 연료를 공급하는 연료 분사 장치에 있어서, 가속 직전의 내연 기관의 흡기관 분위기 온도 즉 흡기관의 온도 및 흡기 온도를 추정하여 이 추정에 따른 수정을 행하므로, 가속 직전의 운전 상태의 여하에 관계없이 A/F를 균일하게 하여 안정된 가속 운전을 실현할 수 있다.
또, 내연 기관의 냉각수 온도나 차량 속도와 같은 기존 센서 등에 의해 얻을 수 있는 정보를 기초로 해서 흡기관 분위기 온도를 추정하므로, 저비용의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명을 적용한 내연 기관의 연료 분사 장치의 시스템 구성예를 도시한 도면이고, 도2는 도1의 연료 분사 장치의 구성을 도시한 요부 단면도이다. 내연 기관(1)은 인라인식의 3기통(1A, 1B, 1C) 엔진이며 이 다기통 내연 기관(1)의 흡기 포트(1Aa, 1Ba, 1Ca)에 흡기관(2, 2A, 2B, 2C)이 연결되고, 이 흡기관(2)에는 연료를 분사하는 하나의 연료 분사 밸브(3)가 배치되어 있고, 그 상류에 관성 과급용의 컬렉터(13)를 거쳐 접속된 드로틀 몸체(12)에 드로틀 밸브(4)가 연결되어 있다. 또, 본 발명에서는 이 컬렉터는 생략해도 지장이 없다. 도면 부호 5A, 5B는 각각 내연 기관(1)의 흡기 밸브 및 배기 밸브이다. 내연 기관(1)의 부하 상태를 검지하기 위해 드로틀 개방도 센서(6)와 흡기관 부압 센서(7)가 드로틀 몸체(12)에 배치되어 있다. 또, 내연 기관(1)의 운전 상태를 검지하기 위해 배기관(8)에는 O2센서(9)가 배치되어 있다. 그리고, 냉각수 온도 센서(11), 내연 기관(1)의 회전 속도와 크랭크 각도를 검지하는 크랭크각 센서(14), 트랜스미션의 출력축(15) 회전수를 검출하는 차속 센서(16)가 배치되어 있다.
제어기(10)의 연료 분사 제어 수단(70)은 크랭크각 센서(14)로부터의 신호와 그 외 상기 각종 센서로부터의 검출 신호를 취입하여 그들 검출 결과에 의거해서 연료 분사 밸브 구동 신호(3s)를 생성하고, 이에 의해 연료 분사 밸브(3)를 제어한다. 연료 분사 밸브(3)는 복수의 방향으로 연료를 분사할 수 있도록 복수의 오리피스를 구비하고 있고, 하나의 분사 밸브로 내연 기관(1)의 복수 기통의 흡기 포트(1Aa, 1Ba, 1Ca)를 향해 동시에 연료를 분사한다. 연료 분사 밸브(3)는 원칙으로서 각 기통의 흡기 행정에 동기하여 내연 기관의 2회전에 3회만 연료를 분사하도록 제어된다. 실제로는 각 기통의 공기와 연료 즉 A/F의 분배 특성을 고려하여 내연 기관의 1사이클에 대하여 1 내지 3회만 연료를 분사하도록 제어되므로, 연료 분사 밸브(3)의 밸브 개방 시기와 각 기통의 흡기 행정은 반드시 대응하지 않는다.
제어기(10)는 또 점화 코일(17), ISC 밸브(21), 연료 펌프(32) 등을 제어하는 제어 수단도 구비하고 있다. 본 발명의 특징으로 하는 연료 분사 제어 수단(70)에 의한 연료 분사 밸브의 제어 방법에 대해서는 뒤에 상세하게 기술한다.
연료 분사 밸브(3)에 연료를 공급하는 연료 공급 시스템은 연료 탱크(30), 연료 펌프(31), 레귤레이터(32) 및 연료 배관(33)을 포함하고 있다. 도면 부호 22는 배터리, 23은 제어기(10)에 대한 주릴레이, 24는 연료 펌프 릴레이이다. 이와 같이, 다기통 내연 기관(1)에 대하여 연료 공급 시스템을 하나로 함으로써 연료 분사 장치 전체를 저렴한 것으로 할 수 있다.
연료 분사 밸브(3)는 연료를 그 상부로부터 도입하여 선단의 노즐부로부터 분사하는 구조를 이루고 있고, 상기 연료는 전자력에 의해 상하하는 가동 밸브와 노즐에 마련된 세개의 오리피스에 의해 계량 및 분사된다. 분사 밸브에 마련된 세개의 오리피스의 방향은 내연 기관(1)의 각 기통의 흡기구를 향하는 구성으로 되어 있다.
도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 연료 분사 밸브(3)의 오리피스로부터 분사된 연료(30)는 그 가장 외측 모서리가 넓어지면서 나아간다. 도3에 도시한 바와 같이, 정규 상태에서는 연료 분사 밸브(3)의 오리피스로부터 분사된 연료(30)는 내연 기관(1)의 흡기 포트(1Aa, 1Ba, 1Ca)의 하류(A)에 있어서 흡기 경로의 벽면에 처음으로 접하도록 구성되어 있다. 환언하면, 정규 상태에서는 오리피스로부터 분사된 연료가 도중에서 흡기관(2)의 벽면에 접촉하지 않고 적어도 내연 기관(1)의 흡기 포트(1Aa, 1Ba, 1Ca)까지 도달하도록 구성되어 있다. 이것은 연료가 흡기관(2)의 벽면에 부착되어 벽면 흐름이 되어 연료의 분배를 흐트러뜨리는 것을 배제하고, 세개의 기통에 대한 연료의 분배량이 각 흡기 경로의 구성에 의하지 않고 주로 분사 밸브(3)의 오리피스에 따른 계량에 의해서만 결정되도록 하기 위함이다. 따라서, 종래의 싱글 포인트 인젝션 방식과 같은 연료의 벽면 흐름이 없으므로, 각 기통간의 공연비 분배가 고정밀도로 균일화된다.
도4에 도시한 바와 같이, 제어기(10)는 입력 회로(191), A/D 변환부(192), 중앙 연산부(193), ROM(194), RAM(195) 및 출력 회로(196)를 포함한 컴퓨터에 의해 구성되어 있다. 입력 회로(191)는 입력 신호(190)(예를 들어 냉각수 온도 센서(9), 드로틀 개방도 센서(6) 등으로부터의 신호)를 수신하여 상기 신호로부터 노즐 성분의 제거 등을 행하여 해당 신호를 A/D 변환부(192)로 출력하기 위한 것이다. A/D 변환부(192)는 해당 신호를 A/D 변환하여 중앙 연산부(193)로 출력하기 위한 것이다. 중앙 연산부(193)는 상기 A/D 변환 결과를 취입하여 ROM(194) 등의 매체에 기억된 연료 분사 제어 프로그램이나 그 외의 제어를 위한 소정의 제어 프로그램을 실행함으로써 상기 각 제어 및 진단 등을 실행하는 기능을 구비하고 있다. 또, 연산 결과 및 상기 A/D 변환 결과는 RAM(195)에 일시 보관되는 동시에 상기 연산 결과는 출력 회로(196)를 통해 제어 출력 신호(197)로서 출력되어 연료 분사 밸브(3) 등의 제어에 이용되는 구성으로 되어 있다. 단, 제어기(10)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니다. 도5는 연료 분사 제어 프로그램의 개요를 도시한 것이다.
제어기(10) 내의 ROM(194) 등에 기억된 연료 분사 제어 프로그램이나 데이터 등에 의해 구성되는 연료 분사 제어 수단(70)의 일예를 도6에 도시한다. 연료 분사 제어 수단(70)은 기본 분사폭 연산 수단(71), 분사 개시 타이밍 연산 수단(72A 내지 72C), 분사폭 보정 수단(74A 내지 74C), 분사폭 연산 수단(75A 내지 75C), 분사 개시 위치 제어 수단(76) 및 분사 종료 위치 제어 수단(77)을 구비하고 있다.
이하, 연료 분사 제어 수단(70)의 동작을 도5 및 도6을 참조하여 설명한다. 연료 분사 제어 수단(70)은 크랭크각 센서(14)의 출력 및 이 출력을 기초로 엔진 회전수 검출 수단(142)에 의해 검출된 내연 기관(1)의 회전 속도와, 드로틀 개방도 센서(6)나 흡기관 부압 센서(7) 등의 출력을 기초로 부하 검출 수단(143)에 의해 검출된 내연 기관(1)의 부하를 취입한다(S1).
기본 분사폭 연산 수단(71)은 흡기관 부압 센서(7)로 측정한 흡기관 부압과 O2센서(9)의 출력에 의거해서 세개의 기통의 공연비(A/F)의 평균치가 이론 공연비 14.7이 되도록 하여 기본 분사폭, 즉 연료 분사 밸브 구동 신호(3s)의 기본 펄스폭(TP)을 연산한다(S2).
기본 펄스폭(TP)은 이하의 식에 의해 계산된다.
TP＝KCONST×PM×KMR
여기서, KCONST는 분사 밸브 분사 연료 조정 계수이고 PM은 상기 흡기관 부압 센서(7)로 측정한 흡기관 부압이다. 또, KMR은 보정 계수로서 공연비가 목표치 부근이 되도록 내연 기관(1)의 전체 운전 영역에서 보정을 행하는 것이다. KMR은 통상 흡기관 부압(PM)이 커질수록, 또 내연 기관의 회전 속도(Ne)가 커질수록 펄스폭(TP)을 크게 하도록 설정되어 있다. 이 보정 계수(KMR)는 ROM(194)에 기억되어 있다.
분사 개시 타이밍 연산 수단(72A)은 제1 기통의 분사 개시 타이밍 데이터(73A)를 판독하고(S3), 이 데이터와 크랭크각 센서(14) 등의 출력을 기초로 엔진 회전수 검출 수단(142)에 의해 검출된 내연 기관(1)의 회전 속도와 드로틀 개방도 센서(6)나 흡기관 부압 센서(7) 등의 출력을 기초로 부하 검출 수단(143)에 의해 검출된 내연 기관(1)의 부하에 의거해서 제1 기통 연료의 분사 개시 타이밍을 연산한다(S4).
분사폭 보정 수단(74)은 O2센서(9)에 의해 검출되는 각 기통의 공연비(A/F)를 이론 공연비에 근접시키도록 내연 기관 운전 중의 O2센서의 출력에 의거해서 분사 개시 타이밍과 분사폭을 보정하는 연산식을 기초로 하여 기본 펄스폭(TP) 연료 분사 패턴을 조정한다.
즉, 분사폭 연산 수단(75)은 각 기통의 분사폭 보정 수단(74)의 분사폭 보정 데이터(Kn)를 판독하고(S5), 이 데이터와 기본 분사폭 연산 수단(71)의 출력과 O2센서(9), 엔진 회전수 검출 수단(142) 및 부하 검출 수단(143)의 출력에 의거해서 수학식 1에 표시한 기본 펄스폭(TP)을 보정하여 각 기통의 보정 분사폭(Tin)을 연산한다(S6).
Tin＝TP×COEF×(ALPHA＋KLMNT)＋TRNDP×KTIIM＋TS
단, 각종 보정 계수 COEF＝1＋KTW＋KAS＋KWOT
KTW : 수온 보정 계수
KAS : 시동후 보정 계수
KWOT : 전체 개방 보정 계수
ALPHA : O2 F/B 보정 계수
KLMNT : O2 F/B 학습 보정 계수
TRNDP : 가속시 보정 펄스폭
KTIIM : 가속시 보정 수정 계수
TS : 인젝터의 유량 특성(Qf)의 무효 펄스폭 보정항
도7에 분사폭 보정 수단(74)의 구성예를 도시한다. 분사폭 보정 수단(74)은 각종 보정 계수를 산출하는 각종 보정 수단(741), O2 피드백 보정 계수 및 O2 피드백 학습 보정 계수를 산출하는 O2 피드백 보정 수단(742), 가속시 보정 펄스폭을 산출하는 가속시 보정 수단(743)을 구비하고 있다. 가속시 보정 수단(743)의 출력에는 가속시 보정 수정 계수를 산출하는 가속시 보정 수정 수단(78)의 출력이 부가된다.
가속시 보정 수정 수단(78)은 차량의 가속 직전의 흡기관 내의 분사 밸브 분위기 온도에 따라 가속시 보정 펄스폭을 수정한다. 구체적으로는 기존의 각종 센서 등의 출력값을 이용하여 흡기관 내의 분위기 온도, 즉 흡기관의 온도 및 흡기 온도를 간접적으로 추정하여 가속시에 다음과 같은 보정을 행한다.
(1) 저온의 시동 상태로부터 난기후 가속했을 때는 A/F를 농후하게 한다.
(2) 고온의 시동 상태로부터 난기후 가속했을 때는 A/F를 희박하게 한다.
(3) 장기간의 아이들링 방치 상태후에 난기후 가속했을 때는 A/F를 희박하게 한다.
(4) 차량이 장시간 주행한 후에 난기후 가속했을 때는 A/F를 농후하게 한다.
다음에, 분사 개시 위치 제어 수단(76)은 크랭크각 센서(14) 등의 출력을 기초로 분사 기준 위치 검출 수단(141)에 의해 검출된 제1 기통의 상사점 즉 분사 기준 위치(도8 참조)와, 분사 개시 타이밍 연산 수단(72A)의 출력에 상당하는 지연 시간에 의거해서 제1 기통의 연료 분사 밸브(3)의 분사 개시 위치(분사 타이밍(θinj))를 결정한다(S7).
또, 분사 종료 위치 제어 수단(77)은 분사 개시 위치 제어 수단(76)에 의해 부여된 분사 개시 위치에 분사폭 연산 수단(75A)에 의해 부여된 분사폭을 부가하여 제1 기통의 분사 종료 위치를 결정한다(S8).
연료 분사 밸브(3)는 상기 분사 개시 위치 제어 수단(76) 및 분사 종료 위치 제어 수단(77)의 출력에 의거해서 제1 기통의 분사 개시 및 분사 종료의 각 시기가 제어된다. 이 제어에 의해 연료 분사 밸브(3)로부터 토출된 연료가 제1 기통 내지 제3 기통을 향해 동시에 분사된다.
마찬가지로 연료 분사 밸브(3)는 제2 기통, 제3 기통의 분사 개시 및 분사 종료의 각 시기에 대해서도 순차적으로 제어되고(S9, S10), 이 제어에 의해 연료 분사 밸브(3)로부터 토출된 연료가 제1 기통 내지 제3 기통을 향해 동시에 분사된다.
도8은 연료의 분사 타이밍을 설명하는 타임 차트이다. 도8의 예에서는 내연 기관의 2회전에 3회만 하나의 분사 밸브(3)로부터 동시에 세개의 기통(1A, 1B, 1C)을 향해 연료가 분사된다. 연료의 분사폭(Tin)은 일정치(Tin1＝Tin2＝Tin3)이다. 연료의 분사 타이밍(θinj)은 세개의 기통의 각 흡기 행정의 위치 θinj1＝120°, θinj2＝360°, θinj3＝600°이며, 세개의 오리피스(65a, 65b, 65c)로부터 동시에 각 기통을 향해 연료가 분사된다. 연료 분사 밸브(3)로부터 흡기 경로로 분사된 연료는 흡기 경로에 있어서 흡입 공기와 혼합되면서 내연 기관(1)에 공급된다.
연료 분사 제어 수단(70)의 연산부는 분사폭 보정 수단(74)의 보정 데이터를 이용하여 분사폭의 보정을 행하여 내연 기관의 공연비 특성을 균일한 것으로 제어한다.
도9에 가속시 보정 수정 수단(78)의 구성예를 도시한다. 가속시 보정 수정 수단(78)은 시동시의 냉각수 온도(TWS)에 의거해서 테이블 검색을 행하여 보정 계수(KTITWS)를 산출하는 시동 온도 보정 계수 산출 수단(781)과, 이 보정 계수(KTITWS)를 수정하여 가속시 보정 수정 계수(KTIIM)를 산출하는 가속시 보정 수정 계수 산출 수단(782)을 구비하고 있다. 도면 부호 783은 내연 기관의 냉각수 온도(TWN)로부터 아이들 계속 시간에 따른 보정 계수(KIMTW)를 산출하는 아이들 계속 시간 산출 수단이고, 784는 차속 센서(16)의 출력(VSP)으로부터 차량의 주행 시간 또는 차속에 대응한 보정 계수(KIMVSP)를 산출하는 주행 시간 산출 수단이다. 흡기관 온도 편차 산출 수단(785)은 아이들 계속 시간 산출 수단(783) 및 주행 시간 산출 수단(784)의 출력(KIMTW, KIMVSP) 및 전회의 흡기관 온도 편차(dltmp)로부터 흡기관 온도 편차(흡기관 분위기 온도의 편차)(DLTMP)를 산출한다.
DLTMP＝dltmp＋KIMTW－KIMVSP
도면 부호 786은 DLTMP를 다음회 흡기관 온도 편차의 연산을 위해 dltmp로서 보유 지지하는 메모리이다. 흡기관 온도 보정 계수 산출 수단(787)은 흡기관 온도 편차 산출 수단(785)의 출력(DLTMP)에 의거하여 테이블 검색을 행하여 흡기관 온도 보정 계수(KIMTMP)를 산출한다. 가속시 수정 계수 산출 수단(782)에 있어서, 이 흡기관 온도 보정 계수(KIMTMP)에 의해 보정 계수(KTITWS)를 수정하여 가속시 보정 수정 계수(KTIIM)를 산출한다.
가속시 보정 수정 수단(78)의 동작을 도10 내지 도18을 참조하여 설명한다. 우선, 도10에서 가속시 보정 수정 수단(78)의 전체적인 동작을 설명한다. 처음에 흡기관 온도 편차 산출 수단(785)의 출력(DLTMP)을 판독하고, 도11에 도시한 테이블을 검색하여 DLTMP에 대응한 흡기관 온도 보정 계수(KIMTMP)를 구한다. 다음에, 시동 온도 보정 계수 산출 수단(781)에 의해 산출된 시동시의 냉각수 온도(TWS)에 의거한 시동 온도 보정 계수(KTITWS)를 판독한다. 마지막으로 이들 두개의 보정 계수로부터 가속시 보정 수정 계수(KTIIM)를 산출한다.
KTIIM＝KTITWS－KIMTMP
시동 온도 보정 계수 산출 수단(781)은 도12에 도시한 바와 같이 내연 기관의 냉각수 온도(TWN)를 판독하여 최초의 수온 취입값을 시동시 TWS로 한다. 다음에, 도13에 도시한 테이블을 검색하여 시동시 TWS에 대응한 시동시 온도 보정 계수(KTITWS)를 구한다.
흡기관 온도 편차 산출 수단(785)은 도14에 도시한 바와 같이 내연 기관의 냉각수 온도(TWN)를 판독하고, 도15에 도시한 테이블로부터 수온(TWN)에 대응한 흡기관 온도 편차의 최대치(DLTPMX)를 검색한다. 다음에, 도16에 도시한 테이블로부터 수온(TWN)에 대응한 아이들 계속 시간의 보정 계수(KIMTW)를 산출한다. 그리고, 차속 센서(16)의 출력(VSP)을 판독하여 도17에 도시한 테이블로부터 차속에 대응한 보정 계수(KIMVSP)를 산출한다.
또, 아이들 계속 시간의 보정 계수(KIMTW), 차속 보정 계수(KIMVSP) 및 전회 흡기관 온도 편차(dltmp)로부터 금회 흡기관 온도 편차(DLTMP)를 산출한다.
DLTMP＝dltmp＋KIMTW－KIMVSP
그리고, 이 DLTMP를 흡기관 온도 편차의 최대치(DLTPMX)와 비교하여 DLTMP가 최대치(DLTPMX) 미만일 때는 DLTMP를 그대로 출력하고, DLTMP가 최대치(DLTPMX)를 초과할 때는 DLTMP＝DLTPMX로 한다.
도18에 실제 차량의 가속 직전후의 상태와 가속시 보정 수정 수단(78)으로 산출되는 각종 보정 계수의 관계를 도시한다. (a)는 내연 기관의 드로틀 밸브의 회전도를 나타내고, 시간(t0)에서 시동한 후 시간(t0 내지 t1) 동안에 아이들링 상태에 있고, 시간(t1)에서 가속을 위해 드로틀 밸브가 개방되고, 시간(t2)에서 아이들링 상태로 복귀된 것으로 한다. 드로틀 밸브의 회전도에 대응하여 내연 기관의 회전수는 (b), 차속은 (c)와 같이 변화한다.
흡기관 온도 편차(DLTMP)는 (d)에 도시한 바와 같이 아이들링 상태의 계속 시간에 비례하여 커지는데, 시간(t1) 이후 차량의 주행에 따라 주행풍으로 내연 기관이 냉각되는 데 수반하여 감소하고 시간(t2) 이후의 아이들링 상태에서 다시 증대한다.
(e)에 도시한 흡기관 온도 보정 계수(KIMTMP)도 흡기관 온도 편차(DLTMP)와 동일한 변화를 보인다. 한편, (f)의 시동 온도 보정 계수(KTITWS)는 항상 기관 시동시(t0)의 냉각수 온도로 결정되는 일정치의 값 그대로이다.
마지막으로 가속시 보정 수정 계수(KTIIM)는 KTITWS와 KIMTMP의 차로서 구해지고 (g)에 도시한 바와 같이 아이들링 상태의 계속 시간에 비례하여 감소하는데, 시간(t1) 이후 차량의 주행에 따라 주행풍으로 내연 기관이 냉각되는 데 수반하여 증가하고 시간(t2) 이후의 아이들링 상태에서 다시 감소한다.
이 가속시 보정 수정 계수(KTIIM)에 의해 분사폭의 보정이 행해지는 결과, 기관 시동시의 온도, 아이들링 상태의 계속 시간 및 차량의 주행 속도에 따른 공연비 특성의 보정이 행해진다. 이와 같이, 가속시 보정 수정 수단(78)은 기존 센서 등의 출력값을 이용하여 흡기관의 분위기 온도 즉 각종 흡기관의 온도 및 흡기 온도를 간접적으로 추정하여 차량 가속 직전의 흡기관의 온도에 따른 다음과 같은 보정을 행한다.
(1) 저온의 시동 상태로부터 난기후 가속했을 때는 A/F를 농후하게 한다.
(2) 고온의 시동 상태로부터 난기후 가속했을 때는 A/F를 희박하게 한다.
(3) 장기간의 아이들링 방치 상태후에 가속했을 때는 A/F를 희박하게 한다.
(4) 차량이 장시간 주행한 후에 난기후 가속했을 때는 A/F를 농후하게 한다.
도19는 10분간 아이들링 상태로 방치하여 냉각수 온도가 90 ℃에 도달하기까지 난기한 후 가속했을 때의 내연 기관의 상태를 도시한 것이다. (b)의 가속 보정 펄스폭 중 실선은 종래의 가속시 보정 펄스폭(TRNDP)만에 의한 보정치를 나타내고, 파선은 본 발명에 의한 가속시 보정 수정 계수(KTIIM)를 TRNDP에 곱한 보정치(TRNDP×KTIIM)를 나타내고 있다. 도면으로부터 본 발명에 의하면 가속의 보정치가 작게 되어 있고, (c)에 도시한 바와 같이 A/F의 변화도 작게 되어 있다.
이것은 냉각수 온도가 90 ℃인 경우, 흡기관의 온도가 충분히 상승되어 있어 흡기관 벽면에 연료가 부착되더라도 용이하게 기화하므로, 종래와 같은 가속 보정을 행하면 A/F가 지나치게 농후해지는 경향이 있기 때문이다. 따라서, 이와 같은 상태에서는 (d)에 도시한 바와 같이 종래와 같은 가속 보정을 행하면 내연 기관의 회전수의 급상승이 잘 안되어 가속 특성이 저하한다. 이에 대해, 본 발명의 보정 방식에 의하면 적절한 A/F가 유지되어 양호한 가속 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 하나의 연료 분사 밸브로 복수 기통에 동시에 연료를 공급하는 연료 분사 장치에 있어서, 가속 직전의 내연 기관의 흡기관 분위기 온도 즉 흡기관의 온도 및 흡기 온도를 추정하여 이 추정에 따른 수정을 행하므로, 가속 직전의 운전 상태의 여하에 관계없이 A/F를 균일하게 하여 안정된 가속 운전을 실현할 수 있다.
또, 내연 기관의 냉각수 온도나 차량 속도와 같은 기존 센서 등에 의해 얻을 수 있는 정보를 기초로 해서 흡기관 분위기 온도를 추정하므로, 저비용의 연료 분사 제어 방법과 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명을 적용한 연료 분사 장치의 시스템 구성도.
도2는 도1의 연료 분사 장치의 구성을 도시하기 위해 흡기 시스템 및 내연 기관을 일부 단면한 도면.
도3은 도1의 흡기 시스템을 일부 단면한 측면도.
도4는 도1의 제어기의 구성예를 도시한 도면.
도5는 연료 분사 제어 수단의 기능 블록 구성예를 도시한 도면.
도6은 연료 분사 제어 수단의 제어 흐름을 도시한 도면.
도7은 분사폭 보정 수단의 구성예를 도시한 도면.
도8은 본 발명의 실시예에 있어서의 연료의 분사 타이밍의 예를 설명하는 타임 차트.
도9는 가속시 보정 수정 수단의 구성예를 도시한 도면.
도10은 가속시 보정 수정 수단의 전체적인 동작을 설명하는 도면.
도11은 DLTMP에 대응한 흡기관 온도 보정 계수(KIMTMP)를 부여하는 테이블.
도12는 시동 온도 보정 계수 산출 수단의 동작을 설명하는 도면.
도13은 시동시 TWS에 대응한 시동시 온도 보정 계수(KTITWS)를 부여하는 테이블.
도14는 흡기관 온도 편차 산출 수단의 동작을 설명하는 도면.
도15는 수온 TWN에 대응한 흡기관 온도 편차의 최대치(DLTPMX)를 부여하는 테이블.
도16은 수온 TWN에 대응한 아이들 계속 시간의 보정 계수(KIMTW)를 부여하는 테이블.
도17은 차속에 대응한 보정 계수(KIMVSP)를 부여하는 테이블.
도18은 실제 차량의 가속 직전 후의 상태와 가속시 보정 수정 수단으로 산출되는 각종 보정 계수의 관계를 도시한 도면.
도19는 10분간 아이들링 상태로 방치하여 냉각수 온도가 90 ℃에 도달한 후 가속했을 때의 내연 기관의 상태를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 내연 기관
2 : 흡기관
3 : 연료 분사 밸브
4 : 드로틀 밸브
6 : 분사 밸브
7 : 흡기 밸브
8 : 배기관
9 : O2센서
10 : 제어기
12 : 드로틀 몸체
15 : 차속 센서
70 : 연료 분사 제어 수단
71 : 기본 분사폭 연산 수단
72A 내지 72C : 분사 개시 타이밍 연산 수단
74 : 분사폭 보정 수단
75A 내지 75C : 분사폭 연산 수단
76 : 분사 개시 위치 제어 수단
77 : 분사 종료 위치 제어 수단

Claims (8)

  1. 다기통 내연 기관의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 연료를 분사하는 연료 분사 제어 방법으로서, 내연 기관의 가속시에 연료 분사량을 증가시키는 가속 보정을 행하는 데 있어서,
    가속 직전에 있어서의 흡기관의 분위기 온도를 가속 직전의 내연 기관의 냉각수 온도 및 차량의 속도를 기초로 하여 추정하여 상기 추정 분위기 온도에 따라 상기 가속 보정의 수정을 행하는 것을 특징으로 하는 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 냉각수 온도가 저온의 상태로부터 가속했을 때는 공연비를 농후하게 하고, 고온의 상태로부터 가속했을 때는 공연비를 희박하게 하도록 상기 가속 보정의 수정을 행하는 것을 특징으로 하는 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 가속 직전의 내연 기관의 아이들링 계속 시간 및 차속에 의거해서 상기 가속 직전의 분위기 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 장기간의 아이들링 방치 상태 후에 가속했을 때는 공연비를 희박하게 하고, 차속이 높은 상태로부터 가속했을 때는 공연비를 농후하게 하도록 상기 가속 보정의 수정을 행하는 것을 특징으로 하는 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 방법.
  5. 다기통 내연 기관의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 연료를 분사하는 연료 분사 제어 장치로서, 내연 기관의 가속시에 연료 분사량을 증가시키는 가속시 보정 펄스폭을 산출하는 가속시 보정 수단을 구비한 것에 있어서,
    상기 가속시 보정 수단은 가속 직전의 흡기관 분위기 온도를 가속 직전의 내연 기관의 냉각수 온도 및 차량의 속도를 기초로 하여 추정하여 상기 추정 분위기 온도에 따라 상기 가속 보정의 수정을 행하기 위한 가속시 보정 수정 계수를 산출하는 가속시 보정 수정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가속시 보정 수정 수단은 가속 직전의 내연 기관의 아이들링 계속 시간 및 차속에 의거해서 상기 가속 직전의 분위기 온도를 추정하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다기통 내연 기관의 연료 분사 제어 장치.
  7. 컴퓨터에 의해 내연 기관의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 분사하는 연료의 분사량을 제어하기 위한 제어 프로그램을 기록한 기록 매체로서, 상기 제어 프로그램은 컴퓨터로 내연 기관의 가속시에 연료 분사량의 보정치를 산출시키는 기록 매체에 있어서,
    상기 제어 프로그램은 컴퓨터로 내연 기관의 가속 직전의 흡기관 분위기 온도의 추정치를 산출시키고, 상기 분위기 온도의 추정치에 따라 상기 가속시에 있어서의 연료 분사량의 보정치의 수정량을 결정시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 제어 프로그램을 기록한 기록 매체.
  8. 내연 기관의 드로틀 밸브보다도 하류에 배치되고 복수의 분사구를 구비한 하나의 연료 분사 밸브로 복수의 기통에 동시에 분사하는 연료의 분사량을 제어하기 위해 컴퓨터에 의해 독취 가능한 기록 매체로서, 컴퓨터에 연료 분사량의 연산, 제어를 행하게 하기 위한 제어 프로그램 및 가속시 연료 분사량의 보정 연산에 이용되는 데이터를 기록한 기록 매체에 있어서,
    상기 제어 프로그램은 컴퓨터로 내연 기관의 가속 직전의 흡기관 분위기 온도의 추정치를 산출시키고, 상기 분위기 온도의 추정치에 따라 상기 가속시에 있어서의 연료 분사량의 보정치의 수정량을 결정시키는 것이며,
    상기 기록 매체의 데이터는 상기 분위기 온도의 추정치에 따른 연료 분사량의 수정치를 부여하기 위해 내연 기관 시동시의 냉각수 온도(TWS)에 의거해서 시동 온도 보정 계수(KTITWS)를 부여하는 테이블과, 내연 기관의 냉각수 온도(TWN)로부터 아이들 계속 시간에 따른 보정 계수(KIMTW)를 부여하는 테이블 및 차속 센서의 출력(VSP)으로부터 차량의 주행 시간 또는 차속에 대응한 보정 계수(KIMVSP)를 부여하는 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 독취 가능한 기록 매체.
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JPH0771294A (ja) * 1993-08-31 1995-03-14 Suzuki Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置

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JPH0771294A (ja) * 1993-08-31 1995-03-14 Suzuki Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置

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