KR100704821B1 - 엔진 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

연소실(5) 내부에서 노킹이 실제로 발생하고 있는지에 관한 결정이 이루어지고, 노킹 검출 결과에 기초하여 노킹과의 상관성을 갖는 파라미터인 노킹 관련 파라미터(옥탄가, 알코올 농도, 엔진의 압축비)가 추정된다. 연소실(5) 내의 노킹 발생 시점이 그 다음 추정된 노킹 관련 파라미터에 기초하여 예측된다. 노킹이 발생하지 않는 진각측을 향해 가장 먼 점화 시점인 노킹 제한 점화 시점이 예측된 노킹 관련 파라미터에 기초하여 계산되고, 점화 장치(11)가 노킹 제한 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 제어된다.
연소실, 노키 제한 점화 시점, 옥탄가, 엔진의 압축비, 점화 장치

Description

엔진 제어 장치 및 제어 방법 {Engine Control Device and Control Method}
도1은 본 발명에 따른 엔진의 제어를 도시하는 시스템 선도.
도2는 점화 시점 제어의 흐름도.
도3은 연소실 내의 압력 변화를 도시하는 도면.
도4는 연소 질량 비율의 변이를 도시하는 특성도.
도5는 물리량을 계산하기 위한 흐름도.
도6은 엔진의 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드 사이의 위치 관계를 도시하는 도면.
도7은 수온 교정 계수의 특성도.
도8은 당량비 교정 계수의 특성도.
도9는 기준 크랭크 각도의 특성도.
도10은 초기 연소 기간을 계산하기 위한 흐름도.
도11은 온도 증가 속도의 특성도.
도12는 주 연소 기간을 계산하기 위한 흐름도.
도13은 기본 점화 시점을 계산하기 위한 흐름도.
도14는 내부 불활성 기체비를 계산하기 위한 흐름도.
도15는 내부 불활성 기체량을 계산하기 위한 흐름도.
도16은 EVC 중의 불활성 기체량을 계산하기 위한 흐름도.
도17은 오버랩 중의 불활성 기체 역류량을 계산하기 위한 흐름도.
도18은 과급 결정 플래그 및 초킹 결정 플래그를 설정하기 위한 흐름도.
도19는 과급 및 초킹이 없을 때의 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량을 계산하기 위한 흐름도.
도20은 과급은 없지만 초킹은 있을 때의 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량을 계산하기 위한 흐름도.
도21은 과급은 있지만 초킹은 없을 때의 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량을 계산하기 위한 흐름도.
도22는 과급 및 초킹이 있을 때의 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량을 계산하기 위한 흐름도.
도23은 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실 체적의 특성도.
도24는 불활성 기체의 기체 상수의 특성도.
도25는 오버랩 중의 누적 유효 표면적의 특성도.
도26은 오버랩 중의 누적 유효 표면적의 설명도.
도27은 불활성 기체의 비열비의 특성도.
도28은 공연 혼합기의 비열비의 특성도.
도29는 노킹 중의 연소실의 내부 압력의 이력을 도시하는 특성도.
도30a는 100의 옥탄가를 갖는 연료에 대한 1/τ의 특성도.
도30b는 80의 옥탄가를 갖는 연료에 대한 1/τ의 특성도.
도31은 직선에 의해 근사화될 때의 연소 질량 비율의 변이를 도시하는 특성도.
도32 및 도33은 노킹 제한 점화 시점을 계산하기 위한 흐름도.
도34는 총 기체 몰수를 계산하기 위한 흐름도.
도35는 기체 엔탈피를 계산하기 위한 흐름도.
도36은 회전 속도 교정 계수의 특성도.
도37은 흔적 노킹 강도의 특성도.
도38은 추정 옥탄가를 계산하기 위한 흐름도.
도39는 노킹 검출 중에 추정 옥탄가의 움직임을 도시하는 파형도.
도40은 제2 실시예의 노킹 제한 점화 시점을 계산하기 위한 흐름도.
도41a는 제2 실시예의 0%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 특성도.
도41b는 제2 실시예의 85%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 특성도.
도42는 제2 실시예의 추정 알코올 농도값을 계산하기 위한 흐름도.
도43은 제2 실시예의 노킹 검출 중에 추정 알코올 농도값의 움직임을 도시하는 파형도.
도44는 제3 실시예의 노킹 제한 점화 시점을 계산하기 위한 흐름도.
도45는 제3 실시예의 추정 압축비값의 계산을 도시하는 흐름도.
도46은 제3 실시예의 물리량을 계산하기 위한 흐름도.
도47은 제3 실시예의 초기 연소 기간을 계산하기 위한 흐름도.
도48은 제4 실시예의 추정 옥탄가를 계산하기 위한 흐름도.
도49는 제4, 제5, 제6, 제7, 및 제8 실시예의 노킹의 주파수 성분의 특성도.
도50 및 도51은 제4 실시예의 자동 점화 시점 예측값을 계산하기 위한 흐름도.
도52는 제4 실시예의 노킹 검출 중에 추정 옥탄가의 움직임을 도시하는 파형도.
도53은 제5, 제8, 및 제11 실시예의 노킹 제한 점화 시점을 계산하기 위한 흐름도.
도54a는 제5, 제8, 및 제11 실시예의 0%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료의 1/τ의 특성도.
도54b는 제5, 제8, 및 제11 실시예의 85%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료의 1/τ의 특성도.
도55는 제5, 제8, 및 제11 실시예의 추정 알코올 농도값을 계산하기 위한 흐름도.
도56은 제5 실시예의 자동 점화 시점 예측값을 계산하기 위한 흐름도.
도57은 제5 실시예의 자동 점화 시점 예측값을 계산하기 위한 흐름도.
도58은 제5 실시예의 노킹 검출 중에 추정 알코올 농도값의 움직임을 도시하는 파형도.
도59는 제6 및 제9 실시예의 노킹 제한 점화 시점을 계산하기 위한 흐름도.
도60은 제6 실시예의 추정 압축비값을 계산하기 위한 흐름도.
도61은 제6 실시예의 자동 점화 시점 예측값을 계산하기 위한 흐름도.
도62는 제6 실시예의 자동 점화 시점 예측값을 계산하기 위한 흐름도.
도63은 제6 및 제9 실시예의 물리량을 계산하기 위한 흐름도.
도64는 제6 및 제9 실시예의 초기 연소 기간을 계산하기 위한 흐름도.
도65는 제7 실시예의 추정 옥탄가를 계산하기 위한 흐름도.
도66은 제7, 제8, 제9, 제10, 및 제11 실시예의 노킹의 주파수 성분의 특성도.
도67은 제7 실시예의 추정 노킹 강도값을 계산하기 위한 흐름도.
도68은 제7, 제8, 및 제9 실시예의 추정 노킹 강도값을 계산하기 위한 흐름도.
도69는 제8 실시예의 추정 알코올 농도값을 계산하기 위한 흐름도.
도70은 제8 실시예의 추정 노킹 강도값을 계산하기 위한 흐름도.
도71은 제9 실시예의 추정 압축비값을 계산하기 위한 흐름도.
도72는 제9 실시예의 추정 노킹 강도값을 계산하기 위한 흐름도.
도73은 제10 실시예의 추정 압축비값 및 추정 옥탄가를 계산하기 위한 흐름도.
도74는 제10 및 제11 실시예의 추정 압축비값을 계산하기 위한 흐름도.
도75는 제10 실시예의 추정 옥탄가를 계산하기 위한 흐름도.
도76은 제10 및 제11 실시예의 물리량을 계산하기 위한 흐름도.
도77은 제10 및 제11 실시예의 초기 연소 기간을 계산하기 위한 흐름도.
도78은 제11 실시예의 추정 압축비값 및 추정 알코올 농도값을 계산하기 위한 흐름도.
도79는 제11 실시예의 추정 알코올 농도값을 계산하기 위한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5 : 연소실
7 : 크랭크 샤프트
14 : 스파크 플러그
15 : 흡기 밸브
16 : 배기 밸브
31 : 엔진 제어기
47 : 노킹 센서
본 발명은 내연 기관 엔진의 제어에 관한 것이고, 특히 노킹을 회피하기 위한 기술에 관한 것이다.
일본 특허청에 의해 1993년에 공개된 JP5-280454A호는 두 가지 유형의 연료, 즉 고옥탄 연료(옥탄가 98) 및 저옥탄 연료(옥탄가 91)가 상업적으로 구입 가능하다는 사실에 초점을 맞추고 있다. 연료 캡이 개방되면, 초기에 고옥탄 연료에 대 한 기본 점화 시점에서 작동이 수행되고, 노킹이 발생하는지에 관한 결정이 이루어진다. 고옥탄 연료가 사용될 때 노킹이 발생하는 영역인 소정의 설정 영역 내에서 노킹이 발생하면, 고옥탄 연료가 사용되고 있다고 결정된다. 소정의 설정 영역 이외의 영역에서 노킹이 발생하면, 저옥탄 연료가 사용되고 있다고 결정된다. 고옥탄 연료가 사용되고 있다고 결정되면, 작동은 그대로 계속되고, 저옥탄 연료가 사용되고 있다고 결정되면, 작동은 저옥탄 연료에 대한 기본 점화 시점으로 절환한 후에 계속된다.
다양한 옥탄가를 갖는 연료가 해외 시장에서 사용되고, 몇몇 시장에서는, 미리 옥탄가를 아는 것이 불가능하다. 저옥탄 연료에 대한 기본 점화 시점이 그러한 시장에서 판매되는 연료와 관련하여 위에서 설명한 종래 기술의 적용 중에 설정되면, 지역 연료의 옥탄가가 저옥탄 연료에 대한 기본 점화 시점과 맞추기 위해 사용되는 연료의 옥탄가보다 낮을 때 노킹이 발생한다.
종래 기술에서, 노킹 제어는 그러한 경우에 노킹 센서에 의해 수행된다. 노킹이 노킹 센서에 의해 검출되면, 기본 점화 시점을 하나의 큰 단계에서 제1 소정값만큼 지연시킨 다음 기본 점화 시점을 제2 소정값의 변이로 점진적으로 진각시키는 작동이 수행된다. 노킹이 이러한 작동에서 점화 시점의 진각의 결과로서 노킹 센서에 의해 다시 검출되면, 작동이 반복된다.
따라서, 종래 기술에 따르면, 저옥탄 연료에 대한 기본 점화 시점과 맞추기 위해 사용되는 연료의 옥탄가보다 작은 지역 연료의 옥탄가로 인해 노킹이 발생하면, 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시킴으로써 노킹을 방지하는 작동이 반복적으 로 수행되고, 노킹이 이러한 작동에 의해 회피될 수 있지만, 노킹을 회피하기 위한 점화 시점의 지연은 연료 절감 및 출력을 악화시킨다. 연료 절감 및 출력이 악화되는 것을 방지하기 위해, 기본 점화 시점 계산 맵이 최대 옥탄가 내지 최소 옥탄가의 복수의 상이한 옥탄가 각각에 대해 준비되어야 한다. 그러나, 이러한 방법은 각각의 옥탄가에 대한 기본 점화 시점 계산 맵을 저장하기 위해 요구되는 ROM의 용량 증가로 이어진다.
옥탄가는 가솔린이 연료로서 사용될 때 노킹과의 상관성을 갖는 파라미터이고, 가솔린과 알코올의 복합 연료의 경우에, 복합 연료의 알코올 농도는 노킹 관련 파라미터이다. 또한, 그러한 연료의 알코올 농도를 미리 아는 것이 불가능한 해외 시장이 있고, 따라서 위에서 설명한 종래 기술이 그러한 시장에서 판매되는 복합 연료에 대해 적용될 때, 높은 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 기본 점화 시점이 설정되면, 지역 복합 연료의 알코올 농도가 높은 알코올 농도를 갖는 복합 연료의 기본 점화 시점과 맞추기 위해 사용되는 복합 연료의 알코올 농도보다 높은 경우에 노킹이 발생한다. 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 노킹 센서에 의해 검출된 노킹을 방지하기 위해 실행되면, 연료 절감 및 출력이 악화되고, 기본 점화 시점 계산 맵이 노킹을 회피하기 위해 최소 알코올 농도 내지 최대 알코올 농도의 복수의 상이한 알코올 농도 각각에 대해 준비되면, 각각의 알코올 농도에 대한 기본 점화 시점 계산 맵을 저장하기 위해 요구되는 ROM의 용량이 증가한다.
한편, 압축비 또한 노킹 관련 파라미터이다. 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용될 때, 압축비는 엔진 사양에 따라 결정되고, 그러므로 기본 점화 시점은 노킹이 엔진 사양에 따라 결정된 압축비에서 발생하지 않도록 맞춰진다. 그러나, 다양한 이유로 실제 압축비가 엔진 사양의 압축비를 넘어 증가할 때 노킹이 발생한다. 이러한 시점에서 노킹 센서에 기초하여 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동을 수행함으로써 노킹을 방지하기 위한 시도가 이루어지면, 연료 절감 및 출력이 예상한 바와 같이 악화된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 노킹을 방지하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동을 반복적으로 수행하지 않고서 노킹을 방지하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엔진의 연소실 내의 노킹을 검출하는 센서와, 제어기를 포함하는 점화 장치를 갖는 엔진을 위한 제어 장치를 제공한다. 제어기는 노킹 검출 결과에 기초하여, 노킹과의 상관성을 갖는 파라미터인 노킹 관련 파라미터를 추정하고, 추정된 노킹 관련 파라미터에 기초하여 연소실의 노킹 발생 시점을 예측하고, 예측된 노킹 발생 시점에 기초하여 노킹이 발생하지 않는 진각측을 향해 가장 먼 점화 시점인 노킹 제한 점화 시점을 계산하고, 계산된 노킹 제한 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치를 제어한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 본 발명은 엔진의 연소실 내의 노킹을 검출하는 센서와, 제어기를 포함하는 점화 장치를 갖는 엔진을 위한 제어 장치를 제공한다. 제어기는 노킹 검출 결과에 기초하여 엔진의 압축비를 추정하고, 추정된 압축비에 기초하여 연소 시작 시점에서의 연소실의 체적을 계산하고, 연소 시작 시점에 서의 체적에 기초하여 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하고, 계산된 연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하고, 계산된 기본 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치를 제어한다.
본 발명의 세부 사항과 다른 특징 및 장점은 명세서의 나머지 부분에서 설명되고, 도면에 도시되어 있다.
도1은 본 발명에 따른 엔진의 제어 시스템을 도시한다. 공기가 흡기 공기 수집기(2) 내에 저장된 다음 흡기 매니폴드(3)를 통해 각각의 실린더의 연소실(5) 내로 도입된다. 연료(가솔린)는 각각의 실린더의 흡기 포트(4) 내에 배치된 연료 분사기(21)로부터 분사된다. 공기 내로 분사된 연료는 점진적으로 증발하면서 공기와 혼합되고, 이에 의해 연소실(5) 내로 유동하는 공연 혼합기를 생성한다. 공연 혼합기는 흡기 밸브(15)가 폐쇄될 때 연소실(5) 내부에서 밀봉되고, 피스톤(6)이 상승할 때 압축된다.
내장 전력 트랜지스터를 갖는 점화 코일이 각각의 실린더 내에 배치되어 있는 전자 분배 시스템을 채용한 점화 장치(11)가 고압 스파크에 의해 압축된 공연 혼합기를 점화시키도록 제공된다. 점화 장치(11)는 배터리로부터의 전기 에너지를 저장하는 점화 코일(13)과, 점화 코일(13)의 1차측을 급전하고 차단하는 전력 트랜지스터와, 점화 코일(13)의 1차 전류가 차단될 때 점화 코일(13)의 2차측 상에서 발생되는 고전압의 수신 시에 스파크 방전을 수행하는 연소실(5)의 천장에 제공된 스파크 플러그(14)에 의해 구성된다.
스파크가 압축 상사점 직전에 스파크 플러그(14)에 의해 생성되어, 압축된 공연 혼합기를 점화할 때, 결과적인 불꽃은 확산되고 곧 이어 폭발적으로 연소된다. 이러한 연소에 의해 발생된 기체 압력은 피스톤(6)을 하방으로 밀어내는 작용을 한다. 이러한 작용은 크랭크 샤프트(7)의 회전력으로서 추출된다. 기체(배기 가스)는 연소 후에, 배기 밸브(16)가 개방될 때 배기 통로(8)로 방출된다.
3방향 촉매(9)가 배기 통로(8) 내에 제공된다. 배기 가스의 공연비가 화학 양론적인 공연비에 중심이 맞춰진 좁은 범위 내에 있을 때, 3방향 촉매(9)는 배기 가스 내에 함유된 세 가지 유해 성분, 즉 HC, CO, 및 NOx를 동시에 효율적으로 제거할 수 있다. 공연비는 흡기 공기량과 연료량 사이의 비율이고, 그러므로 연소실(5) 내로 도입되는 흡기 공기량과 엔진 사이클(4행정 엔진에서 720°의 크랭크 각도)당 연료 분사기(21)로부터의 연료 분사량 사이의 비율이 화학 양론적인 공연비에 도달하는 것을 보장하기 위해, 엔진 제어기(31)는 공기 유량계(32)로부터의 흡기 공기 유량 신호 및 크랭크 각도 센서(33, 34)로부터의 신호에 기초하여 연료 분사기(21)로부터 분사되어야 하는 연료 분사량을 결정하고, 3방향 촉매(9)의 상류에 제공된 O2 센서(35)로부터의 신호에 기초하여 공연비를 피드백 제어한다.
스로틀 밸브(23)가 스로틀 모터(24)에 의해 구동되는 소위 전자 제어 스로틀(22)이 흡기 공기 수집기(2)의 상류에 제공된다. 운전자에 의해 요구되는 토크는 가속기 페달(41)의 눌림량으로서 표현되고, 따라서 엔진 제어기(31)는 가속기 센서 (42)로부터의 신호에 기초하여 목표 토크를 결정하고, 목표 토크를 실현하기 위해 목표 공기량을 결정하고, 목표 공기량을 얻기 위해 스로틀 모터(24)에 의해 스로틀 밸브(23)의 개방을 제어한다.
캠 스프로켓 및 크랭크 스프로켓이 각각 흡기 밸브 캠 샤프트(25), 배기 밸브 캠 샤프트(26), 및 크랭크 샤프트(7)의 각각의 전방부에 부착된다. (도시되지 않은) 타이밍 체인을 이러한 스프로켓 둘레에 감음으로써, 캠 샤프트(25, 26)는 엔진의 캠 샤프트(7)에 의해 구동된다. 흡기 밸브 캠의 위상을 고정된 작동각에서 연속적으로 제어할 수 있는 가변 흡기 밸브 시점 제어 메커니즘(27; 이하에서, 흡기 VTC 메커니즘)과, 배기 밸브 캠의 위상을 고정된 작동각에서 연속적으로 제어할 수 있는 가변 배기 밸브 시점 제어 메커니즘(28; 이하에서, 배기 VTC 메커니즘)이 각각 캠 스프로켓과 흡기 밸브 캠 샤프트(25) 사이에 그리고 캠 스프로켓과 배기 밸브 캠 샤프트(26) 사이에 개재된다. 흡기 밸브(15)의 개폐 시점 및 배기 밸브(16)의 개폐 시점이 변화되면, 연소실(5) 내에 잔류하는 불활성 기체의 양이 변한다. 연소실(5) 내부의 불활성 기체의 양이 증가함에 따라, 펌핑 손실이 감소하고 연료 절감이 개선된다. 연소실(5) 내부에 남아야 하는 불활성 기체의 양은 목표 흡기 밸브 폐쇄 시점 및 목표 배기 밸브 폐쇄 시점의 작동 조건에 따라 미리 결정된다. 엔진 제어기(31)는 현재의 작동 조건(엔진 부하 및 회전 속도)에 따라 목표 흡기 밸브 폐쇄 시점 및 목표 배기 밸브 폐쇄 시점을 결정하고, 결정된 목표값을 얻기 위해 흡기 VTC 메커니즘(27) 및 배기 VTC 메커니즘(28)의 각각의 액츄에이터에 의해 흡기 밸브 폐쇄 시점 및 배기 밸브 폐쇄 시점을 제어한다.
흡기 공기 온도 센서(43)로부터의 흡기 공기 온도 신호, 흡기 공기 압력 센서(44)로부터의 흡기 공기 압력 신호, 배기 가스 온도 센서(45)로부터의 배기 가스 온도 신호, 및 배기 가스 압력 센서(46)로부터의 배기 가스 압력 신호가 수온 센서(37)로부터의 냉각수 온도 신호와 함께 엔진 제어기(31)로 입력된다. 이러한 신호에 기초하여, 엔진 제어기(31)는 스파크 플러그(14)의 1차측 전류가 차단되는 시점인 점화 시점을 전력 트랜지스터(13)에 의해 제어한다.
노킹이 발생하지 않을 때, 점화 시점은 작동 조건에 대응하는 기본 점화 시점(MBTCAL)으로 설정된다. 엔진의 고부하, 낮은 회전 속도 영역과 같은 영역 내에서, 노킹이 연소실(5) 내부에서 발생할 수 있고, 노킹이 발생하면, 엔진의 내구성이 감소한다. 따라서, 엔진 제어기(31)는 노킹 제어를 수행한다.
전형적인 노킹 제어 중에, 노킹이 노킹 센서에 의해 검출될 때, 기본 점화 시점을 하나의 큰 단계에서 제1 소정값만큼 지연시킨 다음 기본 점화 시점을 제1 소정값의 변이로 점진적으로 진각시키는 작동이 수행되고, 노킹이 이러한 작동 시에 점화 시점의 진각으로 인해 노킹 센서에 의해 다시 검출되면, 작동이 반복된다. 이러한 실시예에서, 다른 한편으로, 노킹 센서(47)에 의해 발생된 노킹 검출 결과가 점화 시점 이외의 연료의 옥탄가(노킹 관련 파라미터)의 추정값(OCTEST)으로 다시 공급되고, 따라서 노킹이 종래의 장치에 의해 채용된 것과 다른 방법에 의해 방지되고, 여기서 노킹을 방지하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동을 반복적으로 수행할 필요가 없다. 특히, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹 센서(47)에 의해 발생된 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 연소실(5) 내의 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점)이 추정된 옥탄가(OCTEST)에 기초하여 예측되고, 노킹이 발생하지 않는 진각측을 향해 가장 먼 점화 시점인 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)이 자동 점화 시점(θknk)에 기초하여 계산된다. 노킹이 발생하면, 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 전술한 기본 점화 시점(MBTCAL)보다 지연측을 향해 더 먼 값을 갖고, 그러므로 스파크 점화가 점화 시점으로서 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)을 사용하여 수행된다.
도2는 점화 시점 제어의 전반적인 흐름을 도시하는 흐름도이다. 이러한 흐름도는 작동의 흐름을 도시하고, 고정된 시간 간격으로 실행되지 않는다.
단계 S1 및 S2에서, 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC]) 및 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal [deg BTDC])이 각각 계산된다.
여기서, 기본 점화 시점(MBTCAL)의 계산이 설명될 것이다. 먼저, 연소 분석에 기초한 점화 시점 제어의 개요가 제공될 것이다 (기본 개념은 JP2003-148263A호에 설명되어 있음).
도3에 도시된 바와 같이, 공연 혼합기가 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)에서 점화될 때 공연 혼합기의 연소 압력이 최대값(Pmax)에 도달하는 크랭크 각도가 기준 크랭크 각도(θPMAX [deg ATDC])로서 설정된다. 기준 크랭크 각도(θPMAX)는 연소 방식에 관계없이 거의 일정하고, 전형적으로 압축 상사점 후의 12 내지 15°의 범위 또는 압축 상사점 후의 10 내지 20°의 최대 범위 내에 있다.
도4는 스파크 점화 엔진의 연소실 내부의 연소 분석을 통해 얻어진 연소 질량 비율(BR; 연소 기체 질량 비율)의 변이를 도시한다. 연소실로 공급되는 연료에 대한 연소 질량의 비를 나타내는 연소 질량 비율(BR)은 점화 시점에서 0%이고, 완전 연소 시에 100%에 도달한다. 기준 크랭크 각도(θPMAX)에서의 연소 질량 비율이 대략 60%인 것이 실험을 통해 확인되었다.
0% 내지 기준 크랭크 각도(θPMAX)에 대응하는 대략 60%의 연소 질량 비율(BR)의 변이에 대응하는 연소 기간은 연소 질량 비율 또는 연소 압력에 있어서 변화가 대체로 없는 연소 시작 직후의 초기 연소 기간과, 연소 질량 비율 및 연소 압력이 극적으로 증가하는 주 연소 기간으로 분할된다. 초기 연소 기간은 연소의 시작으로부터 불꽃심의 형성까지 지속된다. 불꽃심은 연소 질량 비율이 0%로부터 2 내지 10% 사이로 변할 때 형성된다. 초기 연소 기간 중에, 연소 압력 및 연소 온도의 증가 속도는 낮고, 초기 연소 기간은 연소 질량 비율의 변화에 비해 길다. 초기 연소 기간의 길이는 연소실의 온도 및 압력의 변이에 의해 쉽게 영향을 받는다.
다른 한편으로, 주 연소 기간 중에, 불꽃은 불꽃심으로부터 외측으로 전파되고, 불꽃의 속도 (즉, 연소 속도)는 신속히 증가한다. 따라서, 주 연소 기간 중의 연소 질량 비율의 변화는 초기 연소 기간 중의 연소 질량 비율의 변화보다 크다.
엔진 제어기(31)에서, 초기 연소 기간(BURN1 [deg])은 연소 질량 비율이 2%에 도달(변화)할 때까지 지속되는 기간으로서 설정되고, 주 연소 기간(BURN2 [deg])은 초기 연소 기간(BURN1)의 마지막으로부터 기준 크랭크 각도(θPMAX)까지 (연소 질량 비율의 관점에서, 2%로부터 대략 60%까지) 지속되는 기간으로서 설정된다. 초기 연소 기간(BURN1)과 주 연소 기간(BURN2)의 총합인 연소 기간(BURN [deg])을 계산하고, 연소 기간(BURN)으로부터 기준 크랭크 각도(θPMAX [deg ATDC])를 빼고, 그 다음 아래에서 설명되는 점화 시점에 대응하는 크랭크 각도(IGNDEAD [deg])를 더함으로써 얻어진 크랭크 각도 위치가 MBT가 얻어지는 점화 시점인 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC])으로서 설정된다.
불꽃심이 형성되는 초기 연소 기간 중의 연소실(5) 내부의 온도 및 압력은 점화 시의 압력 및 온도와 대체로 동일하지만, 점화 시점이 이후에 계산될 때, 초기에 정확한 점화 시점을 설정하는 것은 불가능하다. 따라서, 도13에 도시된 바와 같이, 이전의 기본 점화 시점값이 이전의 연소 시작 시점(MBTCYCL [deg BTDC])으로서 계산되고 (단계 S44), 이 값은 도10에 도시된 바와 같이 초기 연소 기간을 계산하는데 사용된다 (단계 S162). 초기 연소 기간을 반복적으로 계산함으로써, 매우 정밀한 결과가 시간 지연 없이 생성된다.
다음으로, 엔진 제어기(31)에 의해 실행되는 기본 점화 시점(MBTCAL)의 계산이 다음의 흐름도를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도5는 (예를 들어, 10 ms 마다의) 고정된 시간 간격으로 실행되는 점화 시점을 계산하기 위해 요구되는 다양한 물리량을 계산하기 위한 흐름도를 도시한다.
먼저, 단계 S11에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC [deg BTDC]), 온도 센서(43)에 의해 검출되는 수집기 내부 온도(TCOL [K]), 압력 센서(44)에 의해 검출되는 수집기 내부 압력(PCOL [Pa]), 온도 센서(45)에 의해 검출되는 배기 가스 온도(TEXH [K]), 내부 불활성 기체비(MRESFR [%]), 온도 센서(37)에 의해 검출되는 냉각수 온도(TWK [K]), 목표 당량비(TFBYA), 크랭크 각도 센서에 의해 검출되는 엔진 회전 속도(NRPM [rpm]), 및 점화 지연 시간(DEADTIME [㎲])이 읽힌다.
크랭크 각도 센서는 크랭크 샤프트(7)의 위치를 검출하는 위치 센서(33)와, 흡기 캠 샤프트(25)의 위치를 검출하는 위상 센서(34)에 의해 구성된다. 엔진 회전 속도(NRPM [rpm])는 이러한 두 개의 센서(33, 34)로부터의 신호에 기초하여 계산된다.
흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)은 흡기 VTC 메커니즘(27)에 인가되는 명령값으로부터 미리 학습된다. 선택적으로, 실제 흡기 밸브 폐쇄 시점은 위상 센서(34)에 의해 검출될 수 있다.
내부 불활성 기체비(MRESFR)는 연소실 내에 잔류하는 불활성 기체의 양을 연소실 내의 총 기체량으로 나눔으로써 얻어지는 값이다. 내부 불활성 기체비(MRESFR)의 계산이 아래에서 설명될 것이다. 점화 지연 시간(DEADTIME)은 고정값이다.
목표 당량비(TFBYA)는 도면에 도시되지 않은 연료 분사량 계산 흐름 중에 계산된다. 목표 당량비(TFBYA)는 화학 양론적인 공연비가 14.7이라고 가정하여, 다음의 방정식에 의해 표현되는 절대값이다.
[수학식 1]
TFBYA = 14.7/목표 공연비
방정식 1로부터, 목표 공연비가 화학 양론적인 공연비, 예를 들어 TFBYA = 1.0이고, 목표 공연비가 희박측 상의 값, 예를 들어 22.0이면, TFBYA는 1.0 미만의 양의 값이다.
단계 S12에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 연소실(5)의 체적(VIVC [m3]) (즉, 압축 시작 시점에서의 체적)이 계산된다. 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 피스톤(6)의 행정 위치에 의해 결정된다. 피스톤(6)의 행정 위치는 엔진의 크랭크 각도 위치에 의해 결정된다.
도6을 참조하면, 엔진 크랭크 샤프트(71)의 회전 중심(72)이 실린더의 중심축(73)으로부터 오프셋된 경우가 고려될 것이다. 커넥팅 로드(74), 커넥팅 로드(74)와 크랭크 샤프트(71)를 연결하는 노드(75), 및 커넥팅 로드(74)와 피스톤을 연결하는 피스톤 핀(76)이 도면에 도시된 바와 같이 서로 관련되어 있다. 이 때, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 다음의 방정식 2 내지 6에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 2]
VIVC = f1(θivc) = Vc + (π/4)D2·Hivc
[수학식 3]
Vc = (π/4)D2·Hx/(ε-1)
[수학식 4]
Hivc = {(CND+ST2/2)-(CRoff-PISoff)2}1/2 - {(ST/2)·(θivc+θoff)} + (CND2-X2)1/2
[수학식 5]
X = (ST/2)·(θivc+θoff) - CRoff + PISoff
[수학식 6]
θoff = arcsin{(CRoff-PISoff)/(CND·(ST/2))}
여기서, Vc: 갭 체적 [m3],
ε: 압축비,
D: 실린더 보어의 직경 [m],
ST: 피스톤의 전체 행정 [m],
Hivc: 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 TDC로부터의 피스톤 핀(76)의 거리 [m],
Hx: TDC로부터의 피스톤 핀(76)의 거리의 최대값과 최소값 사이의 차이,
CND: 커넥팅 로드(74)의 길이 [m],
CRoff: 실린더 중심축(73)으로부터의 노드(75)의 오프셋 거리 [m],
PISoff: 실린더 중심축(73)으로부터의 크랭크 샤프트 회전 중심(72)의 오프셋 거리 [m],
θivc: 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 크랭크 각도 [deg ATDC],
θoff: TDC에서의 피스톤 핀(76)과 크랭크 샤프트 회전 중심(72)을 연결하는 선과 수직선 사이의 각도 [deg],
X: 노드(75)와 피스톤 핀(76) 사이의 수평 거리 [m].
위에서 설명한 바와 같이, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 크랭크 각도(θivc)는 엔진 제어기(31)로부터 흡기 VTC 메커니즘(27)으로의 명령 신호에 의해 결정되고, 그러므로 이미 알려져 있다. 이 때의 크랭크 각도(θivc) (= IVC)가 방정식 2 내지 6 내로 치환되면, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)이 계산될 수 있다. 따라서, 실제 목적으로, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)을 파라미터로 갖는 표에서 설정된 값이 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)으로서 사용된다. 흡기 VTC 메커니즘(27)이 제공되지 않으면, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)은 상수로서 제공될 수 있다.
단계 S13에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 연소실(5)의 온도(TINI [K]) (즉, 압축 시작 시점에서의 온도)가 계산된다. 연소실(5) 내의 기체의 온도는 연소실(5) 내로 유동하는 신선 공기와 연소실(5) 내에 잔류하는 불활성 기체의 혼합에 의해 생성된 기체의 온도에 대응한다. 연소실(5) 내로 도입되는 신선 공기의 온도는 흡기 공기 수집기(2) 내부의 신선 공기 온도(TCOL)와 동일하다. 연소실(5) 내부에 잔류하는 불활성 기체의 온도는 배기 포트 부분 부근의 배기 가스 온도(TEXH)로부터 근사화될 수 있다. 따라서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 연소실(5)의 온도(TINI)는 다음의 방정식에 따라, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서, 흡기 공기 수집기(2) 내부의 신선 공기 온도(TCOL), 배기 가스 온도(TEXH), 및 연소실(5) 내부에 잔류하는 불활성 기체의 비율인 내부 불활성 기체비(MRESFR)로부터 결정될 수 있다.
[수학식 7]
TINI = TEXH x MRESFR + TCOL x (1 - MRESFR)
단계 S14에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 연소실(5)의 압력(PINI [Pa]) (즉, 압축 시작 시점 압력)이 계산된다. 바꾸어 말하면, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 수집기 내의 압력(PCOL)은 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 압력(PINI)으로서 추출된다.
단계 S15에서, 연소실(5) 내부의 공연 혼합기의 가연성을 표현하는 반응 가능성(RPROBA [%])이 계산된다. 반응 가능성(RPROBA)은 세 개의 파라미터, 즉 잔류 불활성 기체비(MRESFR), 냉각수 온도 (TWK [K]), 및 목표 당량비(TFBYA)에 의존하는 무차원 값이고, 따라서 다음의 방정식에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 8]
RPROBA = f3(MRESFR, TWK, TFBYA)
더욱 구체적으로 설명하기 위해, 세 개의 파라미터(MRESFR, TWK, TFBYA)를 조합함으로써 얻어지는 반응 가능성의 최대값이 100%로 설정되고, 세 개의 파라미터와 반응 가능성(RPROBA) 사이의 관계는 경험적으로 결정되고, 결정된 반응 가능성(RPROBA)은 이러한 파라미터에 대응하는 표로서 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장된다. 단계 S15에서, 반응 가능성(RPROBA)은 파라미터에 따라 표를 검색함으로써 결정된다.
특히, 냉각수 온도(TWK)에 대응하며 도7에 도시된 바와 같은 특징을 갖는 수온 교정 계수 표, 유사한 방식으로 설정된 (도시되지 않은) 내부 불활성 기체비 교정 계수 표, 및 목표 당량비(TFBYA)에 대응하며 도8에 도시된 바와 같은 특징을 갖는 당량비 교정 계수 표가 메모리 내에 미리 저장된다. 각각의 교정 계수의 최대값은 1.0이고, 반응 가능성(RPROBA)은 100%의 최대 반응 가능성 값을 세 개의 교정 계수들의 곱으로 곱함으로써 계산된다.
각각의 표를 설명하기 위해, 도7에 도시된 수온 교정 계수는 냉각수 온도(TWK)가 상승함에 따라 증가하여, 냉각수 온도(TWK)가 80° 이상일 때 1.0에 도달한다. 도8에 도시된 당량비 교정 계수는 목표 당량비(TFBYA)가 1.0일 때, 또는 바꾸어 말하면 화학 양론적인 공연비에서 1.0의 최대값에 도달하고, 목표 당량비가 1.0보다 크거나 작으면 감소한다. 내부 불활성 기체비 교정 계수는 도면에 도시되어 있지 않지만, 내부 불활성 기체비(MRESFR)가 0일 때 1.0에 도달한다.
단계 S16에서, 기준 크랭크 각도(θPMAX [deg ATDC])가 계산된다. 위에서 언급한 바와 같이, 기준 크랭크 각도(θPMAX)는 거의 변동하지 않지만, 그럼에도 불구하고 엔진 회전 속도(NRPM)의 증가에 따라 진각하는 경향을 갖는다. 기준 크랭크 각도(θPMAX)는 다음의 방정식에 따라 엔진 회전 속도(NRPM)의 함수로서 표현될 수 있다.
[수학식 9]
θPMAX = f4(NRPM)
특히, 기준 크랭크 각도(θPMAX)는 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장된 도9에 도시된 특징을 갖는 표를 검색함으로써 엔진 회전 속도(NRPM)에 기초하여 결정된다. 계산을 쉽게 하기 위해, 기준 크랭크 각도(θPMAX)는 일정한 것으로 고려된다.
마지막으로, 단계 S17에서, 점화 지연 시간에 대응하는 크랭크 각도(IGNDEAD [deg])가 계산된다. 점화 지연 시간에 대응하는 크랭크 각도(IGNDEAD)는 점화 코 일(13)로의 1차 전류를 차단하기 위한 신호가 엔진 제어기(31)로부터 출력되는 시점으로부터 스파크 플러그(14)가 실제로 점화되는 시점까지의 크랭크 각도 간격에 대응하고, 다음의 방정식에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 10]
IGNDEAD = f5(DEADTIME, NRPM)
여기서, 점화 지연 시간(DEADTIME)은 200 ㎲로 설정된다. 방정식 10은 엔진 회전 속도(NRPM)로부터, 점화 지연 시간(DEADTIME)에 대응하는 크랭크 각도인 점화 지연 시간에 대응하는 크랭크 각도(IGNDEAD)를 계산하기 위한 것이다.
도10은 초기 점화 기간(BURN1 [deg])을 계산하기 위한 흐름도를 도시하고, 도12는 주 점화 기간(BURN2 [deg])을 계산하기 위한 흐름도를 도시한다. 이러한 흐름들은 (예를 들어, 10 ㎳ 마다의) 고정된 시간 간격으로 실행된다. 도10 및 도12는 도5를 뒤따라 실행된다. 도10 또는 도12 중 하나가 먼저 실행될 수 있다.
먼저, 도10을 설명하기 위해, 단계 S161에서, 이전의 연소 시작 시점(MBTCYCL [deg BTDC]), 도5의 단계 S12에서 계산된 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC [m3]), 도5의 단계 S13에서 계산된 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TINI [K]), 도5의 단계 S14에서 계산된 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PINI [Pa]), 엔진 회전 속도(NRPM [rpm]), 및 도5의 단계 S15에서 계산된 반응 가능성(RPROBA [%])이 읽힌다.
이전의 연소 시작 시점(MBTCYCL)은 이전 사이클에서의 기본 점화 시점 (MBTCAL [deg BTDC])의 값이고, 그의 계산이 이제 도13을 사용하여 설명될 것이다.
단계 S162에서, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0 [m3])이 계산된다. 위에서 설명한 바와 같이, 점화 시점(연소 시작 시점)은 여기서 현재 사이클에서 계산된 기본 점화 시점(MBTCAL)이 아니고, 이전 사이클에서의 기본 점화 시점의 값이다. 바꾸어 말하면, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 다음의 방정식을 사용하여, 이전 사이클에서의 기본 점화 시점의 값인 MBTCYCL로부터 계산된다.
[수학식 11]
V0 = f6(MBTCYCL)
특히, MBTCYL에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 이전의 연소 시작 시점(MBTCYL)에서의 피스톤(6)의 행정 위치 및 연소실(5)의 보어 직경으로부터 계산된다. 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 도5의 단계 S12에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점을 파라미터로 갖는 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 체적의 표를 검색함으로써 결정되었지만, 여기서 이전의 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 MBTCYCL을 파라미터로 갖는 이전의 연소 시작 시점에서의 체적의 표를 검색함으로써 결정될 수 있다.
단계 S163에서, 연소 시작 시점에서의 유효 압축비(Ec)가 계산된다. 유효 압축비(Ec)는 다음의 방정식에 설명된 바와 같이, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)을 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)으로 나눔으로써 얻어지는 무차원 값이다.
[수학식 12]
Ec = f7(V0-VDEP, VIVC) = V0/VIVC
단계 S164에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)으로부터 연소 시작 시점까지의 연소실(5) 내부의 온도 증가 속도(TCOMP)가 다음의 방정식에 설명된 바와 같이 유효 압축비(Ec)에 기초하여 계산된다.
[수학식 13]
TCOMP = f8(Ec) = Ec^(κ-1)
여기서, κ: 비열비.
방정식 13은 단열 압축 기체의 온도 증가 속도를 표현한다. 방정식 13의 우변의 "^" 부호는 거듭제곱 계산을 표시하는 것을 알아야 한다. 이러한 부호는 이후의 방정식에서도 사용된다.
부호(κ)는 단열 압축 기체의 일정 압력에서의 비열을 일정 체적에서의 비열로 나눔으로써 얻어지는 값이다. 단열 압축 기체가 공기이면, κ = 1.4이고, 이러한 값은 바로 사용될 수 있다. 그러나, κ의 값을 공연비와 관련하여 경험적으로 결정함으로써, 계산 정확성의 추가의 개선이 가능하다.
도11은 방정식 13을 선도의 형태로 도시한다. 그러한 특징을 갖는 표가 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장될 수 있고, 온도 상승 속도(TCOMP)는 유효 압축비(Ec)에 기초하여 이러한 표를 검색함으로써 결정될 수 있다.
단계 S165에서, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0 [K])가 온도 상 승 속도(TCOMP)를 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TINI)로 곱함으로써, 또는 바꾸어 말하면 다음의 방정식에 따라 계산된다.
[수학식 14]
T0 = TINI x TCOMP
단계 S166, S167은 단계 S164, S165와 유사하다. 특히, 단계 S166에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)으로부터 연소 시작 시점까지의 연소실(5) 내부의 압력 증가 속도(PCOMP)가 다음의 방정식에 설명된 바와 같이 유효 압축비(Ec)에 기초하여 계산된다.
[수학식 15]
PCOMP = f9(Ec) = Ec^κ
여기서, κ: 비열비.
방정식 13과 유사하게, 방정식 15는 단열 압축 기체의 압력 증가 속도를 표현한다. 여기서, 또한, 방정식의 우변의 "^" 부호는 거듭제곱 계산을 표시한다.
부호 κ는 방정식 13에서 사용되는 것과 동일한 값을 취한다. 따라서, 등온 압축 기체가 공기이면, κ = 1.4이고, 이러한 값은 바로 사용될 수 있다. 그러나, 공연 혼합기의 조성 및 온도로부터 κ의 값을 결정함으로써, 계산 정확도의 추가의 개선이 가능하다.
도11에 도시된 것과 유사한 특징을 갖는 표가 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장될 수 있고, 압력 증가 속도(PCOMP)는 유효 압축비(Ec)에 기초하여 이러한 표를 검색함으로써 결정될 수 있다.
단계 S167에서, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 압력(P0 [Pa])이 압력 증가 속도(PCOMP)를 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PINI)으로 곱함으로써, 또는 바꾸어 말하면 다음의 방정식에 따라 계산된다.
[수학식 16]
P0 = PINI x PCOMP
단계 S168에서, 초기 연소 기간 중의 성층 유동 연소 속도(SL1 [m/sec])가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 17]
SL1 = f10(T0, P0)
= SLstd x (T0/Tstd)2.18 x (P0/Pstd)-0.16
여기서, Tstd: 기준 온도 [K],
Pstd: 기준 압력 [Pa],
SLstd: 기준 온도(Tstd) 및 기준 압력(Pstd)에서의 기준 성층 유동 연소 속도 [m/sec],
T0: 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도 [K],
P0: 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 압력 [Pa].
성층 유동 연소 속도(성층 불꽃 속도)는 기체 유동이 없을 때의 불꽃의 전파 속도이다. 성층 유동 연소 속도는 연소실(5) 내의 압력 속도 및 연소실(5) 내의 흡기 공기 유동 속도에 관계없는, 연소실(5)의 온도 및 압력의 함수라고 알려져 있 다. 그러므로, 아래에서 설명되는 바와 같이, 초기 연소 기간 중의 성층 유동 연소 속도는 연소 시작 시점 온도(T0) 및 연소 시작 시점 압력(P0)의 함수로서 설정되고, 주 연소 기간 중의 성층 유동 연소 속도는 압축 상사점 온도(TTDC) 및 압축 상사점 압력(PTDC)의 함수로서 설정된다. 전형적으로, 성층 유동 연소 속도는 엔진 부하, 연소실(5) 내의 불활성 기체비, 흡기 밸브 폐쇄 시점, 비열비, 및 흡기 공기 온도에 따라 변하지만, 이러한 요소들이 연소실(5) 내의 온도(T) 및 압력(P)에 의해 영향을 받으므로, 성층 유동 연소 속도는 궁극적으로 연소실(5) 내의 온도(T) 및 압력(P)에 의해 정의될 수 있다.
방정식 17에서, 기준 온도(Tstd), 기준 압력(Pstd), 및 기준 성층 유동 연소 속도(SLstd)는 실험을 통해 미리 결정된 값이다.
2 바아의 연소실(5) 내의 정상 압력보다 크거나 같은 압력 하에서, 방정식 17의 압력항 (P0/Pstd)-0.16은 작은 값을 취한다. 기준 성층 유동 연소 속도(SLstd)는 그러므로 압력항 (P0/Pstd)-0.16이 고정값이 되어, 기준 온도(Tstd)에 의해서만 정의될 수 있다.
따라서, 기준 온도(Tstd)가 550 [K]이고, 기준 성층 유동 연소 속도(SLstd)가 1.0 [m/sec]이고, 압력항이 0.7일 때의 연소 시작 시점에서의 온도(T0)와 성층 유동 연소 속도(SL1) 사이의 관계는 다음의 방정식에 의해 대략적으로 정의될 수 있다.
[수학식 18]
SL1 = f11(T0) = 1.0 x 0.7 x (T0/550)2.8
단계 S169에서, 초기 연소 기간 중의 기체 유동 난류 강도(ST1)가 계산된다. 기체 유동 난류 강도(ST1)는 연소실(5) 내로 유동하는 신선 공기의 유량 및 연료 분사기(21)에 의해 분사되는 연료의 투과에 의존하는 무차원 값이다.
연소실(5) 내로 유동하는 신선 공기의 유량은 흡기 통로의 형태, 흡기 밸브(15)의 개방 상태, 및 흡기 밸브(15)가 제공되어 있는 흡기 포트(4)의 형태에 의존한다. 분사되는 연료의 투과는 연료 분사기(21)의 분사 압력, 연료 분사 기간, 및 연료 분사 시점에 의존한다.
궁극적으로, 초기 연소 기간 중의 기체 유동 난류 강도(ST1)는 다음의 방정식에 의해 엔진 회전 속도(NRPM)의 함수로서 표현될 수 있다.
[수학식 19]
ST1 = f12(NRPM) = C1 x NRPM
여기서, C1: 상수.
난류 강도(ST1)는 회전 속도(NRPM)를 파라미터로 갖는 표로부터 결정될 수도 있다.
단계 S170에서, 초기 연소 기간 중의 기체 연소 속도(FLAME1)가 다음의 방정식을 사용하여 성층 유동 연소 속도(SL1) 및 난류 강도(ST1)로부터 계산된다.
[수학식 20]
FLAME1 = SL1 x ST1
기체 난류가 연소실(5) 내부에 존재할 때, 기체 압력 속도가 변한다. 방정식 20은 연소 속도에 대한 이러한 기체 난류의 효과를 고려한다.
단계 S171에서, 초기 연소 기간(BURN1 [deg])은 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 21]
BURN1 = {(NRPM x 6) x BR1 x V0}/(RPROBA x AF1 x FLAME1)
여기서, AF1: 불꽃심의 반응 면적(고정값) [m2].
방정식 21 및 다음의 방정식 35는 연소 기간이 연소 기체 질량을 연소 속도로 나눔으로써 얻어진다고 가정되는 다음의 기본 방정식으로부터 제안된다. 그러나, 방정식 12 및 35의 우변의 분자 및 분모는 연소 기체 질량 및 연속 속도를 직접 표현하지 않는다.
[수학식 22]
연소 속도 [sec] = 실린더 내의 총 질량 [g]/(미연소 기체 밀도 [g/m3] x 불꽃 표면적 [m2] x 불꽃 속도 [m/sec])
방정식 22의 우변의 분모인 미연소 기체 밀도는 미연소 기체 질량 [g]을 미연소 기체 체적 [m3]으로 나눔으로써 얻어지는 값이고, 그러므로 미연소 기체 밀도는 종래의 장치 내에서 질량에 대응하는 충전 효율(ITAC)만의 함수로서 정확하게 계산될 수 없다. 위의 방정식 22 및 다음의 방정식 35에서 설명되는 실험식은 소 정의 근사화가 실험 결과와 비교되면서 방정식 22 내로 치환될 때 처음으로 얻어진다.
방정식 21의 우변의 BR1 항은 초기 연소 기간(BURN1)의 연소 시작 시점으로부터 종료 시점까지의 연소 질량 비율의 변화량이다. 여기서, BR1은 2%로 설정된다. 방정식 21의 우변의 (NRPM x 6) 항은 측정 유닛을 rpm으로부터 크랭크 각도(°)로 전환시키는 처리를 표시한다. 불꽃심의 반응 면적(AF1)은 실험에 의해 설정된다.
연소실의 체적은 초기 연소 기간 중에 대체로 변하지 않는 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 초기 연소 기간(BURN1)을 계산할 때, 연소 시작 시의 연소실 체적(V0), 또는 바꾸어 말하면 초기 연소실 체적이 채용된다.
도12의 흐름으로 이동하면, 도5의 단계 S12에서 계산된 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC [m3]), 도5의 단계 S13에서 계산된 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TINI [K]), 도5의 단계 S14에서 계산된 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PINI [Pa]), 엔진 회전 속도(NRPM [rpm]), 및 도5의 단계 S15에서 계산된 반응 가능성(RPROBA [%])이 도10의 단계 S161과 유사하게 단계 S181에서 읽힌다. 더욱이, 실린더 신선 공기량(MACYL [g]), 목표 당량비(TFBYA), 내부 흡기 기체량(MRES [g]), 및 외부 불활성 기체량(MEGR [g]) 또한 읽힌다.
여기서, 외부 EGR 장치는 도1에 도시되어 있지 않지만, 엔진이 외부 EGR 장 치를 포함하는 것을 전제로 하여 도12와 관련하여 설명이 주어질 것이다. 이러한 경우에, 외부 불활성 기체량(MEGR)은 공지된 방법, 예를 들어 JP10-141150A호에 개시된 방법을 사용하여 계산될 수 있다. 당해 엔진이 외부 EGR 장치를 포함하지 않을 때, 도1에 도시된 실시예에서와 같이, 외부 불활성 기체량(MEGR)은 0으로 고려될 수 있다는 것을 알아야 한다. 실린더 신선 공기량(MACYL) 및 내부 불활성 기체량(MRES)의 계산은 이후에 도14로부터 설명될 것이다.
단계 S182 및 S183은 도10의 단계 S163 및 S164와 유사하다. 단계 S182에서, 압축 상사점의 시점에서의 유효 압축비(Ec_2)가 계산된다. 방정식 12의 유효 압축비(Ec)와 유사하게, 유효 압축비(Ec_2)는 다음의 방정식에서 설명되는 바와 같이, 압축 상사점에서의 연소실(5)의 체적(VTDC)을 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)으로 나눔으로써 얻어지는 무차원 값이다.
[수학식 23]
Ec_2 = f13(VTDC, VIVC) = VTDC/VIVC
방정식 23에서, 압축 상사점에서의 연소실(5)의 체적(VTDC)은 작동 상태에 관계없이 고정되고, 그러므로 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장될 수 있다.
단계 S183에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)으로부터 압축 상사점까지의 연소실(5) 내부의 등온 압축에 의해 일어나는 온도 상승 속도(TCOMP_2)가 다음의 방정식에서 설명되는 바와 같이 유효 압축비(Ec_2)에 기초하여 계산된다.
[수학식 24]
TCOMP_2 = f14(Ec_2) = Ec_2^(κ-1)
여기서, κ: 비열비.
도11에 도시된 것과 유사한 특징을 갖는 표가 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장될 수 있고, 온도 상승 속도(TCOMP_2)는 이러한 표를 검색함으로써 유효 압축비(Ec_2)로부터 결정될 수 있다.
단계 S184에서, 연소실(5) 내의 총 기체량(MGAS [g])이 다음의 방정식에 따라, 실린더 신선 공기량(MACYL), 목표 당량비(TFBYA), 내부 불활성 기체량(MRES), 및 외부 불활성 기체량(MEGR)으로부터 계산된다.
[수학식 25]
MGAS = MACYL x (1+TFBYA/14.7) + MRES + MEGR
방정식 25의 우변의 괄호 안의 부호 1은 신선 공기 부분이고, TFBYA/14.7 항은 연료 부분이다.
단계 S185에서, 연소실(5)의 총 기체 질량(MGAS)은 다음의 방정식에 따라 공연 혼합기의 연소에 의해 발생되는 온도 증가(TBURN [K]; 연소 증가 온도)를 계산하기 위해, 실린더 신선 공기량(MACYL) 및 목표 당량비(TFBYA)와 함께 사용된다.
[수학식 26]
TBURN = {MACYL x TFBYA/14.7 x BRk x Q}/(Cv x MGAS)
여기서, Q: 연료의 일정 칼로리값,
BRk: 실린더 내의 연료의 연소 질량 비율,
Cv: 일정 체적에서의 비열.
방정식 26의 우변의 분자는 실린더 내의 연료에 의해 발생되는 총 칼로리값 [J]을 표시하고, 분모는 단위 칼로리값당 온도 증가 속도 [J/K]를 표시한다. 바꾸어 말하면, 방정식 26은 열역학 공식에 적용되는 근사화이다.
실린더 내의 연료의 연소 질량 비율(BRk)은 실험 등에 의해 미리 결정된다. 쉽게 하기 위해, 연소 질량 비율(BRk)은 예를 들어 60%/2 = 20%로 설정될 수 있다. 이러한 실시예에서, 연소 기간은 연소 질량 비율이 대략 60%에 도달할 때까지 지속되도록 설정되고, 그러므로 BRk는 정확히 연소 기간의 절반인 30%로 설정된다.
연료의 일정 칼로리값(Q)은 연료 유형에 의존하여 상이한 값을 취하고, 그러므로 실험 등을 통해 연료 유형에 따라 미리 결정된다. 일정 체적(Cv)에서의 비열은 2 내지 3 사이의 값을 취하고, 그의 대표값은 실험 등을 통해 미리 결정된다. 그러나, 공연 혼합기의 조성 및 온도로부터 일정 체적(Cv)에서의 비열의 값을 결정함으로써, 계산 정확성의 추가의 개선이 달성될 수 있다.
단계 S186에서, 압축 상사점에서의 연소실(5)의 온도(TTDC [K])는 다음의 방정식을 사용하여, 압축 상사점까지의 온도 증가 속도(TCOMP_2)를 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TINI)에 곱하고, 곱해진 값을 상기 연소 증가 온도(TBURN)에 더함으로서 계산된다.
[수학식 27]
TTDC = TINI x TCOMP_2 + TBURN
단계 S187에서, 압축 상사점에서의 연소실(5)의 압력(PTDC [Pa])은 다음의 방정식을 사용하여, 압축 상사점에서의 연소실(5)의 온도(TTDC) 및 체적(VTDC)과, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 압력(PINI), 체적(VIVC), 및 온도(TINI)로부터 계산된다.
[수학식 28]
PTDC = PINI x VIVC x TTDC/(VTDC x TINI)
방정식 28은 상태 방정식을 사용하여 얻어진다. 바꾸어 말하면, 다음의 상태 방정식은 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 압력, 체적, 및 온도(PINI, VIVC, TINI)를 사용하여 성립된다.
[수학식 29]
PINI x VIVC = n·R·TINI
여기서, n: 몰수,
R: 기체 상수.
압축 상사점 부근에서, 체적은 대체로 일정하고, 그러므로 다음의 상태 방정식은 압축 상사점에서의 압력, 체적, 및 온도(PTDC, VTDC, TTDC)를 사용하여 성립된다.
[수학식 30]
PTDC x VTDC = n·R·TTDC
두 방정식 30 및 29에서 n x R을 소거하고 PTDC를 풀면, 상기 방정식 28이 얻어진다.
단계 S188에서, 도10의 단계 S168과 유사하게, 주 연소 기간 중의 층상 유동 연소 속도(SL2 [m/sec])가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 31]
SL2 = f15(TTDC, PTDC)
= SLstd x (TTDC/Tstd)2.18 x (PTDC/Pstd)-0.16
여기서, Tstd: 기준 온도 [K],
Pstd: 기준 압력 [Pa],
SLstd: 기준 온도(Tstd) 및 기준 압력(Pstd)에서의 기준 층상 유동 연소 속도 [m/sec],
TTDC: 압축 상사점에서의 연소실(5)의 온도 [K],
PTDC: 압축 상사점에서의 연소실(5)의 압력 [Pa].
방정식 31은 방정식 18과 유사하다. 특히, 기준 온도(Tstd), 기준 압력(Pstd), 및 기준 층상 유동 연소 속도(SLstd)는 실험을 통해 미리 결정되는 값이다. 2 바아의 연소실(5) 내의 정상 압력보다 크거나 같은 압력 하에서, 방정식 31의 압력항 (PTDC/Pstd)-0.16은 작은 값을 취한다. 기준 층상 연소 속도(SLstd)는 그러므로 압력항 (PTDC/Pstd)-0.16이 고정값이 되어, 기준 온도(Tstd)에 의해서만 정의될 수 있다. 따라서, 기준 온도(Tstd)가 550 [K]이고, 기준 층상 유동 연소 속도(SLstd)가 1.0 [m/sec]이고, 압력항이 0.7일 때의 압축 상사점에서의 온도(TTDC)와 성층 유동 연소 속도(SL2) 사이의 관계는 다음의 방정식에 의해 대략적으로 정의될 수 있다.
[수학식 32]
SL2 = f16(TTDC)
= 1.0 x 0.7 x (TTDC/550)2.18
단계 S189에서, 주 연소 기간 중의 유동 연소 난류 강도(ST2)가 계산된다. 초기 연소 기간 중의 기체 유동 난류 강도(ST1)와 유사하게, 기체 유동 난류 강도(ST2)는 다음의 방정식을 사용하여 엔진 회전 속도(NRPM)의 함수로서 표현될 수 있다.
[수학식 33]
ST2 = f17(NRPM) = C2 x NRPM
여기서, C2: 상수.
난류 강도(ST2)는 회전 속도를 파라미터로 갖는 표로부터 결정될 수도 있다.
단계 S190에서, 주 연소 기간 중의 연소 속도(FLAME2 [m/sec])가 다음의 방정식을 사용하여, 주 연소 기간 중의 성층 유동 연소 속도(SL2 [m/sec]) 및 기체 유동 난류 강도(ST2)로부터 계산된다.
[수학식 34]
FLAME2 = SL2 x ST2
여기서, SL2: 성층 유동 연소 속도 [m/sec].
방정식 20과 유사하게, 방정식 34는 연소 기간에 대한 기체 난류의 효과를 고려한다.
단계 S191에서, 주 연소 기간(BURN2 [deg])은 방정식 21과 유사한 다음의 방 정식에 의해 계산된다.
[수학식 35]
BURN2 = {(NRPM x 6) x (BR2 x VTDC)}/(RPROBA x AF2 x FLAME2)
여기서, AF2: 불꽃심의 반응 면적 [m2].
여기서, 방정식 35의 우변의 BR2 항은 주 연소 기간의 시작 시점으로부터 종료 시점까지의 연소 질량 비율의 변화량이다. 초기 연소 기간의 종료 시점에서, 연소 질량 비율(BR)은 2%이고, 이 때 주 연소 기간이 시작한다. 주 연소 기간은 연소 질량 비율(BR)이 60%에 도달할 때 완료되는 것으로 고려되고, 그러므로 BR2는 60% - 2% = 58%로 설정된다. AF2는 불꽃심의 그의 성장 과정 중의 평균 반응 면적이고, 방정식 21의 AF1과 유사하게, 경험을 통해 미리 결정되는 고정값으로서 설정된다.
주 연소 기간 중에, 연소실 체적은 압축 상사점의 각각의 측면 상에서 변한다. 바꾸어 말하면, 압축 상사점은 주 연소 기간의 시작 시점과 주 연소 기간의 종료 시점 사이에서 대체로 중심에 존재하는 것으로 고려될 수 있다. 또한, 압축 상사점 부근에서, 크랭크 각도가 변하더라도 연소실 체적의 변이는 거의 없다. 따라서, 압축 상사점에서의 연소실 체적(VTDC)은 주 연소 기간 중의 연소실 체적을 나타내도록 사용된다.
도13은 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC])을 계산하기 위한 흐름이고, (예를 들어, 20 ㎳ 마다의) 고정된 시간 간격으로 실행된다. 도13의 흐름은 도10 및 도12 중에 나중에 실행된 것에 뒤따라 실행된다.
단계 S41에서, 도10의 단계 S171에서 계산된 초기 연소 기간(BURN1), 도12의 단계 S191에서 계산된 주 연소 기간(BURN2), 도5의 단계 S17에서 계산된 점화 지연 시간에 대응하는 크랭크 각도(IGNDEAD), 및 도5의 단계 S16에서 계산된 기준 크랭크 각도(θPMAX)가 읽힌다.
단계 S42에서, 초기 연소 기간(BURN1) 및 주 연소 기간(BURN2)의 총합이 연소 기간(BURN [deg])으로서 계산된다.
단계 S43에서, 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC])은 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 36]
MBTCAL = BURN - θPMAX + IGNDEAD
단계 S44에서, 기본 점화 시점(MBTCAL)으로부터 점화 지연 시간에 대응하는 크랭크 각도(IGNDEAD)를 빼서 얻어지는 값이 이전의 연소 시작 시점(MBTCAL [deg BTDC])으로서 계산된다.
단계 S43에서 계산된 기본 점화 시점(MBTCAL)이 이러한 사이클의 점화 시작 시점 명령값으로서 계산된다고 가정하면, 단계 S44에서 계산된 이전의 점화 시작 시점(MBTCYCL)은 다음 사이클의 점화 시점까지 도10의 단계 S162에서 사용된다.
도14는 (예를 들어, 10 ㎳의) 고정된 시간 간격으로 실행되는 연소실(5) 내의 내부 불활성 기체비(MRESFR)를 계산하기 위한 흐름도이다. 이러한 흐름은 도5의 흐름 이전에 실행된다.
단계 S51에서, 공기 유량계(32)의 출력 및 목표 당량비(TFBYA)가 읽힌다. 단계 S52에서, 연소실(5) 내로 유동하는 신선 공기량(MACYL; 실린더 신선 공기량)이 공기 유량계(32)의 출력에 기초하여 계산된다. 실린더 신선 공기량(MACYL)은 예를 들어 JP2001-50091A호에 개시된 방법과 같은 공지된 방법을 사용하여 계산될 수 있다.
단계 S53에서, 연소실(5) 내의 내부 불활성 기체량(MRES)이 계산된다. 내부 불활성 기체량(MRES)의 계산은 도15에 도시된 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도14의 단계 S53의 서브루틴인) 도15의 단계 S61에서, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL)이 계산된다. 불활성 기체량(MRESCYL)의 계산은 도16에 도시된 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도15의 단계 S61의 서브루틴인) 도16의 단계 S71에서, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC [deg BTDC]), 온도 센서(45)에 의해 검출되는 배기 가스 온도(TEXH [K]), 및 압력 센서(46)에 의해 검출되는 배기 가스 압력(PEXH [kPa])이 읽힌다.
여기서, 흡기 VTC 메커니즘(27)에 적용되는 명령값으로부터 미리 학습되는 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)과 유사하게, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)도 배기 VTC 메커니즘(28)에 적용되는 명령값으로부터 미리 학습된다.
단계 S72에서, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 체적(VEVC)이 계산된다. 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 체적(VIVC)과 유사하게, 체적(VEVC)은 배기 밸브 폐쇄 시점을 파라미터로 갖는 표를 검색함으로써 결정될 수 있다. 특히, 배기 VTC 메커니즘(28)이 제공될 때, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실 (5)의 체적(VEVC)은 도23에 도시된 표를 검색함으로써 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)으로부터 결정될 수 있다. 배기 VTC 메커니즘(28)이 제공되지 않을 때, 상수가 적용될 수 있다.
또한, (도시되지 않은) 압축비를 변경시키는 메커니즘이 제공될 때, 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실 체적(VEVC)은 압축비의 변이에 따라 표로부터 결정된다. 압축비를 변경시키기 위한 메커니즘이 배기 VTC 메커니즘(28)에 추가로 제공될 때, 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실 체적은 배기 밸브 폐쇄 시점 및 압축비의 변이에 대응하는 맵을 검색함으로써 결정된다.
단계 S73에서, 연소실(5) 내의 불활성 기체의 기체 상수(REX)가 도24에 도시된 표를 검색함으로써 목표 당량비(TFBYA)로부터 결정된다. 도24에 도시된 바와 같이, 불활성 기체의 기체 상수(REX)는 목표 당량비(TFBYA)가 1.0일 때, 또는 바꾸어 말하면 화학 양론적인 공연비에서 최소이고, 목표 당량비(TFBYA)가 증가하거나 감소함에 따라 증가한다.
단계 S74에서, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 온도(TEVC)가 배기 가스 온도(TEXH)에 기초하여 추정된다. 쉽게 하기 위해, 배기 가스 온도(TEXH)가 TEVC로서 사용될 수 있다. 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TEVC)는 분사기(21)로부터의 연료 분사량에 대응하는 열량에 따라 변하고, 이러한 특징이 고려되면, TEVC의 계산 정확성이 개선된다는 것을 알아야 한다.
단계 S75에서, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 압력(PEVC)이 배기 가스 압력(PEXH)에 기초하여 계산된다. 쉽게 하기 위해, 배기 가스 압력 (PEXH)이 PEVC로서 사용될 수 있다.
단계 S76에서, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL)은 다음의 방정식을 사용하여, 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 체적(VEVC), 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 온도(TEVC), 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 압력(PEVC), 및 불활성 기체의 기체 상수(REX)로부터 계산된다.
[수학식 37]
MRESCYL = (PEVC x VEVC)/(REX x TEVC)
배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL)의 계산이 완료되면, 루틴은 도15로 복귀하여, 단계 S62에서, 오버랩 중의 불활성 기체 역류량(MRESOL), 또는 바꾸어 말하면 흡기 및 배기 밸브(15, 16)의 오버랩 중에 배기측으로부터 흡기측으로 역류하는 불활성 기체의 양이 계산된다.
이러한 불활성 기체량(MRESOL)의 계산은 도17의 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도15의 단계 S62의 서브루틴인) 도17의 단계 S81에서, 흡기 밸브 개방 시점(IVO [deg BTDC]), 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC [deg BTDC]), 및 도16의 단계 S74에서 계산된 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 온도(TEVC)가 읽힌다.
여기서, 흡기 밸브 개방 시점(IVO)은 흡기 밸브(15)의 개방각만큼 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)보다 빠르고, 그러므로 (이미 알려진) 흡기 밸브(15)의 개방각으로부터 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에 따라 결정될 수 있다.
단계 S82에서, 흡기 및 배기 밸브들 사이의 오버랩량(VTCOL [deg])이 다음의 방정식을 사용하여 흡기 밸브 개방 시점(IVO) 및 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)으로부터 계산된다.
[수학식 38]
VTCOL = IVO + EVC
예를 들어, 흡기 밸브 개방 시점(IVO)이 흡기 VTC 메커니즘(27)의 액츄에이터가 급전되지 않을 때 흡기 상사점의 위치에 있으며 흡기 VTC 메커니즘(27)의 액츄에이터가 급전될 때 흡기 상사점을 넘어 진각하면, 그리고 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)이 배기 VTC 메커니즘(28)의 액츄에이터가 급전되지 않을 때 배기 상사점에 있으며 배기 VTC 메커니즘(28)의 액츄에이터가 급전될 때 배기 상사점을 넘어 진각되면, IVO 및 EVC의 총합은 흡기 및 배기 밸브의 오버랩량(VTCOL)에 대응한다.
단계 S83에서, 오버랩 중의 누적 유효 표면적(ASUMOL)이 도25에 도시된 표를 검색함으로써 흡기 및 배기 밸브들의 오버랩량(VTCOL)으로부터 계산된다. 도25에 도시된 바와 같이, 오버랩 중의 누적 유효 표면적(ASUMOL)은 흡기 및 배기 밸브들의 오버랩량(VTCOL)이 증가함에 따라 안정적으로 커지는 값을 취한다.
도26은 흡기 및 배기 밸브들의 오버랩 중의 누적 유효 표면적(ASUMOL)의 설명도이다. 가로축은 크랭크 각도를 도시하고, 좌표는 흡기 밸브(15) 및 배기 밸브(16)의 각각의 개방 면적을 도시한다. 오버랩 중의 임의의 시점에서의 유효 개방 면적은 배기 밸브 개방 면적 및 흡기 밸브 개방 면적 중 더 작은 것이다. (도면에서 대각선 음영에 의해 도시된) 전체 오버랩 기간의 누적 유효 표면적(ASUMOL)은 흡기 밸브(15) 및 배기 밸브(16)가 개방되는 기간의 합산값이다.
이러한 방식으로 오버랩 중의 누적 유효 표면적(ASUMOL)을 계산함으로써, 흡기 밸브(15) 및 배기 밸브(16)의 오버랩량은 단일 오리피스(방출 구멍)로서 근사화될 수 있고, 따라서 이러한 가상 오리피스를 통과하는 기체의 유량은 배기 시스템의 상태 및 흡기 시스템의 상태로부터 쉽게 계산될 수 있다.
단계 S84에서, 연소실(5) 내에 잔류하는 불활성 기체의 비열비(SHEATR)가 도27에 도시된 맵을 검색함으로써 목표 당량비(TFBYA) 및 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 온도(TEVC)로부터 계산된다. 도27에 도시된 바와 같이, 연소실 내에 잔류하는 불활성 기체의 비열비(SHEATR)는 목표 당량비(TFBYA)가 1.0 부근에 있을 때 최소이고, 목표 당량비(TFBYA)가 증가하거나 감소함에 따라 증가한다. 더욱이, 목표 당량비(TFBYA)가 일정할 때, 연소실 내에 잔류하는 불활성 기체의 비열비(SHEATR)는 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 온도(TEVC)가 상승함에 따라 안정적으로 감소한다.
단계 S85에서, 과급 결정 플래그(TBCRG) 및 초킹 결정 플래그(CHOKE)가 설정된다. 과급 결정 플래그(TBCRG) 및 초킹 결정 플래그(CHOKE)는 도18의 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도17의 단계 S85의 서브루틴인) 도18의 단계 S101에서, 흡기 공기 압력 센서(44)에 의해 검출되는 흡기 공기 압력(PIN) 및 도16의 단계 S75에서 계산된 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 압력(PEVC)이 읽힌다.
단계 S102에서, 흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)가 다음의 방정식을 사용하여, 흡기 공기 압력(PIN) 및 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5)의 압 력(PEVC)으로부터 계산된다.
[수학식 39]
PINBYEX = PIN x PEVC
흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)는 단계 S103에서 1과 비교되는 절대값이다. 흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)가 1보다 작거나 같을 때, 과급이 발생하지 않는 것으로 결정되고, 따라서 루틴은 단계 S104로 진행하여, (초기에 0으로 설정된) 과급 결정 플래그(TBCRG)가 0으로 설정된다.
흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)가 1보다 클 때, 과급이 발생하고 있는 것으로 결정되고, 따라서 루틴은 단계 S105로 진행하여, 과급 결정 플래그(TBCRG)가 1로 설정된다.
단계 S106에서, 공연 혼합기의 비열비(MIXAIRSHR)가 도28에 도시된 표를 검색함으로써, 도14의 단계 S51에서 읽힌 목표 당량비(TFBYA)로부터 결정되고, 불활성 기체 비열비(SHEATR)는 단계 S107에서 공연 혼합기 비열비(MIXAIRSHR)에 의해 대체된다. 도28에 도시된 바와 같이, 공연 혼합기 비열비(MIXAIRSHR)는 목표 당량비(TFBYA)가 감소함에 따라 안정적으로 더 큰 값을 취한다.
단계 S106 및 S107에서 불활성 기체 비열비(SHEATR)를 공연 혼합기 비열비(MIXAIRSHR)로 대체하는 이유는 터보차지 및 관성 과급과 같은 과급 기간을 고려하기 위한 것이다. 특히, 과급 중에, 흡기 및 배기 밸브들의 오버랩 중의 기체 유동은 흡기 시스템으로부터 배기 시스템으로 유도되고, 따라서 이러한 경우에 전술한 가상 오리피스를 통과하는 기체의 비열비를 불활성 기체 비열비로부터 공연 혼합기 비열비로 변형시킴으로써, 기체 유량은 양호한 정확성으로 추정될 수 있고, 내부 불활성 기체량은 양호한 정확성으로 계산될 수 있다.
단계 S108에서, 최소 및 최대 초킹 결정 역치(SLCHOKEL, SLCHOKEH)가 다음의 방정식을 사용하여, 도17의 단계 S84 또는 도18의 단계 S106 및 S107에서 계산된 불활성 기체 비열비(SHEATR)에 기초하여 계산된다.
[수학식 40]
SLCHOKEL = {2/(SHEATR+1)}^{SHEATR/(SHEATR-1)}
[수학식 41]
SLCHOKEH = {-2/(SHEATR+1)}^{-SHEATR/(SHEATR-1)}
초킹 결정 역치(SLCHOKEL, SLCHOKEH)는 초킹이 발생하는 임계값을 계산한다.
방정식 40의 우변 및 방정식 41의 우변의 거듭제곱 계산이 어려울 때, 방정식 40 및 41의 계산 결과는 각각 최소 초킹 결정 역치(SLCHOKEL)의 표와 최대 초킹 결정 역치(SLCHOKEH)의 표로서 미리 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 저장될 수 있어서, 초킹 결정 역치(SLCHOKEL, SLCHOKEH)는 표를 검색함으로써 불활성 기체 비열비(SHEATR)로부터 결정될 수 있다.
단계 S109에서, 흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)가 최소 초킹 결정 역치(SLCHOKEL) 이상 최대 초킹 결정 역치(SLCHOKEH) 이하의 범위 내에 있는지, 또는 바꾸어 말하면 초킹이 발생하고 있는지에 관한 결정이 이루어진다. 흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)가 이러한 범위 내에 있을 때, 초킹이 발생하지 않는 것으로 결정되고, 따라서 루틴은 단계 S110으로 진행하여, (초기에 0으로 설정된) 초킹 결정 플래그(CHOKE)가 0으로 설정된다.
흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)가 이러한 범위 내에 있지 않을 때, 초킹이 발생하고 있는 것으로 결정되고, 따라서 루틴은 단계 S111로 진행하여, 초킹 결정 플래그(CHOKE)가 1로 설정된다.
과급 결정 플래그 및 초킹 결정 플래그의 설정이 완료되면, 루틴은 도17로 복귀하여, 다음의 네 가지 경우들이 단계 S86 내지 S88에서 분할된다.
(1) 과급 결정 플래그(TBCRG)가 0이고 초킹 결정 플래그(CHOKE)가 0이다.
(2) 과급 결정 플래그(TBCRG)가 0이고 초킹 결정 플래그(CHOKE)가 1이다.
(3) 과급 결정 플래그(TBCRG)가 1이고 초킹 결정 플래그(CHOKE)가 0이다.
(4) 과급 결정 플래그(TBCRG)가 1이고 초킹 결정 플래그(CHOKE)가 1이다.
(1)의 경우에, 루틴은 S89로 진행하여, 과급 및 초킹이 없는 오버랩 중의 평균 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp1)이 계산된다. (2)의 경우에, 루틴은 단계 S90으로 진행하여, 과급은 없지만 초킹은 있는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp2)이 계산된다. (3)의 경우에, 루틴은 단계 S91로 진행하여, 과급은 있지만 초킹은 없는 오버랩 중의 평균 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp3)이 계산된다. (4)의 경우에, 루틴은 단계 S92로 진행하여, 과급 및 초킹이 있는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp4)이 계산된다. 계산 결과는 그 다음 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp)으로서 설정된다.
과급 및 초킹이 없는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp1)의 계산이 이제 도18의 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도17의 단계 S89의 서브루틴인) 도19의 단계 S121에서, 도16의 단계 S73 및 S75에서 계산된 불활성 기체의 기체 상수(REX), 및 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PEVC)이 읽힌다.
단계 S122에서, 이하에서 설명되는 기체 유량을 계산하기 위한 방정식에서 사용되는 밀도값(MRSOLD)이 다음의 방정식을 사용하여, 불활성 기체의 기체 상수(REX) 및 도17의 단계 S81에서 읽힌 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TEVC)에 기초하여 계산된다.
[수학식 42]
MRSOLD = SQRT{1/(REX x TEVC)}
여기서, 방정식 42의 우변의 SQRT 항은 SQRT의 바로 우측의 괄호 안의 값의 제곱근을 계산하기 위한 함수이다.
밀도값(MRSOLD)의 제곱근의 계산이 어려울 때, 방정식 42의 계산 결과는 맵으로서 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장될 수 있어서, 밀도값(MRSOLD)은 이러한 맵을 검색함으로써 기체 상수(REX) 및 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5) 내의 온도(TEVC)로부터 결정될 수 있다는 것을 알아야 한다.
단계 S123에서, 이하에서 설명되는 기체 유량을 계산하기 위한 방정식에서 사용되는 차압값(MRSOLP)이 다음의 방정식을 사용하여, 도17의 단계 S84에서 계산된 불활성 기체 비열비(SHEATR), 및 도18의 단계 S102에서 계산된 흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)에 기초하여 계산된다.
[수학식 43]
MRSOLP = SQRT[SHEATR/(SHEATR-1) x {PINBYEX^(2/SHEATR) - PINBYEX^((SHEATR+1)/(SHEATR)}]
단계 S124에서, 과급 및 초킹이 없는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp1)은 다음의 방정식(기체 유량을 계산하기 위한 방정식)에 따라, 밀도값(MRSOLD), 차압값(MRSOLP), 및 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PEVC)으로부터 계산된다. 그 다음, 단계 S125에서, 계산된 값은 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp)으로서 설정된다.
[수학식 44]
MRESOLtmp1 = 1.4 x PEVC x MRSOLD x MRSOLP
다음으로, 과급은 없고 초킹은 있는 불활성 기체 역류 유량의 계산이 도20의 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도17의 단계 S90의 서브루틴인) 도20의 단계 S131 및 S132에서, 도19의 단계 S121 및 S122와 유사하게, 불활성 기체의 기체 상수(REX) 및 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PEVC)이 읽히고, 밀도값(MRSOLD)은 이들로부터 상기 방정식(42)을 사용하여 계산된다.
단계 S133에서, 초킹 중의 차압값(MRSOLPC)이 다음의 방정식을 사용하여, 도17의 단계 S84에서 계산된 불활성 기체 비열비(SHEATR)에 기초하여 계산된다.
[수학식 45]
MRSOLPC = SQRT[SHEATR x {2/(SHEATR+1)}^{(SHEATR+1)/(SHEATR-1)}]
방정식 45의 거듭제곱 및 제곱근의 계산이 어려울 때, 방정식 45의 계산 결 과는 초킹 중의 차압값(MRSOLPC)의 표로서 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장될 수 있어서, 초킹 중의 차압값(MRSOLPC)은 이러한 맵을 검색함으로써 불활성 기체 비열비(SHEATR)로부터 결정될 수 있다는 것을 알아야 한다.
단계 S134에서, 과급은 없고 초킹은 있는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp2)은 다음의 방정식에 따라, 밀도값(MRSOLD), 초킹 중의 차압값(MRSOLPC), 및 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PEVC)으로부터 계산된다. 그 다음, 단계 S135에서, 계산된 값은 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp)으로서 설정된다.
[수학식 46]
MRESOLtmp2 = PEVC x MRSOLD x MRSOLPC
다음으로, 과급은 있고 초킹은 없는 불활성 기체 역류 유량의 계산이 도21의 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도17의 단계 S91의 서브루틴인) 도21의 단계 S141에서, 흡기 공기 압력 센서(44)에 의해 검출되는 흡기 공기 압력(PIN)이 읽힌다.
단계 S142에서, 과급 중의 차압값(MRSOLPT)이 다음의 방정식을 사용하여, 도18의 단계 S106 및 S107에서 계산된 불활성 기체 비열비(SHEATR), 및 도18의 단계 S102에서 계산된 흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)로부터 계산된다.
[수학식 47]
MRSOLPT = SQRT[SHEATR/(SHEATR-1) x {PINBYEX^(-2/SHEATR) - PINBYEX^(-SHEATR+1)/SHEATR)}]
방정식 47의 거듭제곱 및 제곱근의 계산이 어려울 때, 방정식 47의 계산은 과급 중의 차압값(MRSOLPT)의 맵으로서 엔진 제어기(31)의 메모리 내에 미리 저장될 수 있어서, 과급 중의 차압값(MRSOLPT)은 이러한 맵을 검색함으로써 불활성 기체 비열비(SHEATR) 및 흡기 공기/배기 가스 압력비(PINBYEX)로부터 결정될 수 있다는 것을 알아야 한다.
단계 S143에서, 과급은 있고 초킹은 없는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp3)이 다음의 방정식을 사용하여 과급 중의 차압값(MRSOLPT) 및 흡기 공기 압력(PIN)에 기초하여 계산된다. 그 다음, 단계 S144에서, 계산된 값은 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp)으로서 설정된다.
[수학식 48]
MRESOLtmp3 = -0.152 x PIN x MRSOLPT
여기서, 방정식 48의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp3)을 음의 값으로 설정함으로써, 오버랩 중에 흡기 시스템으로부터 배기 시스템으로 유동하는 공연 혼합기의 기체 유량이 표현될 수 있다.
다음으로, 과급 및 초킹이 있는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량의 계산이 도22의 흐름을 사용하여 설명될 것이다.
(도17의 단계 S92의 서브루틴인) 도22의 단계 S151 및 S152에서, 흡기 공기 압력 센서(44)에 의해 검출되는 흡기 공기 압력(PIN)이 도21의 단계 S141과 동일한 방식으로 읽히고, 초킹 중의 차압값(MRSOLPC)이 도20의 단계 S132와 동일한 방식으로 상기 방정식 45를 사용하여 계산된다.
단계 S153에서, 과급 및 초킹이 있는 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp4)은 다음의 방정식을 사용하여, 초킹 중의 차압값(MRSOLPC) 및 흡기 공기 압력(PIN)에 기초하여 계산된다. 그 다음, 단계 S154에서, 계산된 값은 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp)으로서 설정된다.
[수학식 49]
MRESOLtmp4 = -0.108 x PIN x MRSOLPC
여기서, MRESOLtmp3와 유사하게, 방정식 49의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp4)을 음의 값으로 설정함으로써, 오버랩 중에 흡기측으로부터 배기측으로 유동하는 공연 혼합기의 기체 유량이 표현될 수 있다.
과급 및 초킹의 조합에 따라 분할된, 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp)의 계산이 계산되면, 루틴은 도17로 복귀하여, 단계 S93에서, 오버랩 중의 불활성 기체 역류량(MRESOL)이 다음의 방정식을 사용하여, 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp) 및 오버랩 기간 중의 누적 유효 표면적(ASUMOL)으로부터 계산된다.
[수학식 50]
MRESOL = (MRESOLtmp x ASUMOL x 60)/(NRPM x 360)
오버랩 중의 불활성 기체 역류량(MRESOL)의 계산이 완료되면, 루틴은 도15로 복귀하여, 단계 S63에서, 내부 불활성 기체량(MRES)이 배기 밸브 폐쇄 시점(EVC)에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL)과 오버랩 중의 기체 역류량(MRESOL)을 합하여, 또는 바꾸어 말하면 다음의 방정식에 따라 계산된다.
[수학식 51]
MRES = MRESCYL + MRESOL
위에서 설명한 바와 같이, 과급 중에, 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp3, MRESOLtmp4)은 음이 되고, 그러므로 방정식 50의 오버랩 중의 불활성 기체 역류량(MRESOL) 또한 음이 된다. 이 때, 방정식 51에 따르면, 내부 불활성 기체량은 오버랩 중의 불활성 기체 역류량(MRESOL)에 대응하는 양만큼 감소된다.
내부 불활성 기체량(MRES)의 계산이 완료되면, 루틴은 도14로 복귀하여, 단계 S54에서, 내부 불활성 기체량(MRES) 및 목표 당량비(TFBYA)가 다음의 방정식에 따라 내부 불활성 기체비(MRESFR)(연소실(5) 내의 총 기체량에 대한 내부 불활성 기체량의 비)를 계산하는데 사용된다.
[수학식 52]
MRESFR = MRES/{MRES + MACYL x (1+TFBYA/14.7)}
이러한 실시예에 따르면, 내부 불활성 기체량(MRES)은 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL)과 흡기 및 배기 밸브들의 오버랩 중의 기체 역류량(MRESOL)에 의해 구성된다 (도15의 단계 S63). 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TEVC) 및 압력(PEVC)이 계산되고 (도16의 단계 S74 및 S75), 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL)이 상태 방정식(상기 방정식 37)을 사용하여, 온도(TEVC), 압력(PEVC), 및 불활성 기체의 기체 상수(REX)에 기초하여 계산된다 (도16의 단계 S76). 결과적으로, 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL)은 연소실(5) 내부의 상태량(PEVC, VEVC, TEVC)이 일정하게 변하는 전이 작동 중에도, 작동 상태에 관계없이, 양호한 정확성으로 계산(추정)될 수 있다.
더욱이, 오버랩 중의 불활성 기체 역류 유량(MRESOLtmp1, MRESOLtmp2)은 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TEVC) 및 압력(PEVC)과, 불활성 기체의 기체 상수(REX) 및 비열비(SHEATR)와, 흡기 공기 압력(PIN)에 기초하여 계산되고 (도19 및 도20), 오버랩 중의 기체 역류량(MRESOL)은 이러한 기체 유량을 오버랩 중의 누적 유효 표면적(ASUMOL)으로 곱함으로써 계산된다 (도17의 단계 S93). 결과적으로, 오버랩 중의 기체 역류량(MRESOL)은 양호한 정확성으로 계산(추정)될 수 있다.
배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 불활성 기체량(MRESCYL)과 오버랩 중의 기체 역류량(MRESOL)이 모두 이러한 방식으로 양호한 정확성으로 계산(추정)될 수 있으므로, 이들의 합인 내부 불활성 기체량(MRES)도 양호한 정확성으로 계산(추정)될 수 있다. 점화 시점을 계산하는데 사용되는 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 연소실(5)의 온도(TINI)의 계산 (도5의 단계 S13) 시에, 내부 불활성 기체량(MRES)의 정확한 추정에 기초하여 계산된 내부 불활성 기체비(MRESFR)를 사용함으로써, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 연소실(5)의 온도(TINI)도 양호한 정확성으로 계산될 수 있다. 또한, 연료 분사량 제어, 밸브 개폐 시점(오버랩량) 제어 등에서 내부 불활성 기체량(MRES)의 정확한 추정을 사용함으로써, 엔진은 적절하게 제어될 수 있다.
더욱이, 불활성 기체의 기체 상수(REX) 및 비열비(SHEATR)는 목표 당량비 (TFBYA)에 대응하는 값을 취하고 (도24 및 도27), 그러므로 배기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5) 내의 불활성 기체량(MRESCYL), 오버랩 중의 기체 역류량(MRESOL), 이들의 합인 내부 불활성 기체량(MRES), 및 내부 불활성 기체량(MRES)에 기초한 내부 불활성 기체비(MRESFR)는 공연비가 화학 양론적인 공연비로부터 벗어나는 작동(예를 들어, 화학 양론적인 공연비보다 희박한 공연비에서의 희박 작동, 불안정한 엔진 상태를 안정화하기 위해 공연비가 화학 양론적인 공연비보다 더 농후측으로 설정되는 엔진 시동 직후의 냉간 시동 작동, 또는 공연비가 대출력에 대한 요구에 응답하여, 화학 양론적인 공연비보다 농후측으로 설정되는 완전 부하 작동) 중에도 양호한 정확성으로 계산될 수 있다.
더욱이, 오버랩 기간 중의 누적 유효 표면적(ASUMOL)은 가상 오리피스의 표면적으로서 설정되고, 이러한 가상 오리피스는 배기 가스가 연소실(5)로부터 흡기 시스템으로 역류하는 오리피스로서 파악된다. 따라서, 오버랩 중의 불활성 기체 역류량(MRESOL)의 계산이 단순화된다.
다음으로, 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)의 계산이 설명될 것이다.
먼저, 노킹 제어에 대해 새롭게 정립된 이론이 설명될 것이다. 도29는 노킹 중의 연소실(5)의 내부 압력의 이력을 도시한다. 고주파 부분을 배제한 평균 압력이 재인입될 때, 연소실(5) 내의 압력은 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점)에서 갑자기 상승한다. 노킹 발생을 수반하는 이러한 압력 상승은 연소실(5) 내의 미연소 공연 혼합기의 일정 체적 연소의 결과로서 발생하는 것으로 믿어지고, 따라서 압력 증가(dP)가 다음과 같은 열역학 공식을 사용하여 계산된다.
미연소 연료량(MUB)의 미연소 기체가 일정 체적 연소를 통해 완전히 연소된다고 가정하면, 칼로리값(Q)은 다음의 방정식을 사용하여 열역학적으로 제공된다.
[수학식 53]
Q = CF# x MUB
여기서, CF#: 연료의 저 칼로리값.
한편, 연소실(5) 내의 기체의 온도가 칼로리값(Q)에 따라 상승하고, 따라서 온도 증가를 ΔT로 설정함으로써, 다음의 방정식이 성립된다.
[수학식 54]
Q = Dv x F x ΔT
여기서, M: 연소실(5) 내의 모든 기체의 질량,
Cv: 미연소 기체의 일정 체적에서의 비열.
방정식 53과 54가 동일하다고 가정하면, 온도 증가(ΔT)가 해결될 때, 다음의 방정식이 얻어진다.
[수학식 55]
ΔT = (CF# x MUB)/(Cv x M)
기체 상태 방정식 PV = nRT의 양변이 미분된다. (그러나, 이것이 일정 체적 변화이므로, V는 일정하다는 것을 알아야 한다.)
[수학식 56]
VxdP = dnxRxT + nxRxdT
몰수(n)의 변이는 노킹 중에 작고, 따라서 다음의 방정식이 방정식 56의 우 변에서 dn = 0으로 하여 얻어진다.
[수학식 57]
dP = (nxP/V)xdT
온도 증가 부분 dT(=ΔT)을 두 방정식 57 및 55로부터 소거하고 압력 증가 dP를 풀어서, 다음의 방정식이 얻어진다.
[수학식 58]
dP = nxRxCF#xMUB/(VxCvxM)
방정식 58은 미연소 연료량(MUB), 자동 점화 시점에서의 연소실(5)의 체적(V), 연소된 기체의 일정 체적(Cv)에서의 비열, 연소실(5) 내의 모든 기체의 질량(M), 및 연소실(5) 내의 모든 기체의 총 몰수(n)가 알려지면, 압력 증가(dP)가 방정식에 의해 결정될 수 있다는 것을 보여준다.
연소실(5)의 자동 점화 시점은 공지된 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 이러한 공지된 방법은 도30a 또는 도30b로부터 온도 및 압력과 관련하여 1/τ의 값을 결정하기 위해 각각의 단위 크랭크 각도에 대해 연소실(5) 내부의 온도 및 압력을 계산하고, 1/τ의 누적값이 자동 점화 시점(θknk)으로서 1과 동일한 크랭크 각도를 설정하는 것을 포함한다. 여기서, 도30a 또는 도30b의 τ 부호는 연소실(5) 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간이다. 자동 점화 시점(θknk)을 결정함으로써, 자동 점화 시점에서의 연소실(5)의 체적(Vknk)이 자동 점화 시점(θknk)으로부터 결정될 수 있다.
제1 실시예에서, 가솔린이 제1 실시예에서 연료로서 사용되고, 연료의 추정 옥탄가(OCTEST)가 계산되어, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료를 사용할 때의 1/τ의 값이 계산되어야 한다. 이러한 목적으로, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 도30a에 도시된 100(최대 옥탄가)의 옥탄가를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값과 도30b에 도시된 80(최소 옥탄가)의 옥탄가를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값에 기초하여 계산된다 (이하에서 설명됨).
한편, 자동 점화 시점(θknk)이 알려지면, 자동 점화 시점에서의 연소 질량 비율(BRknk)이 도31로부터 결정될 수 있다. 미연소 연료량(MUB)은 다음의 방정식을 사용하여, 자동 점화 시점에서의 연소 질량 비율(BRknk) 및 연료량(QINJ)으로부터 결정될 수 있다. 바꾸어 말하면, BRknk는 연료량(QINJ)의 연소 비율이고, 따라서 나머지 1-BRknk는 미연소 비율이다.
[수학식 59]
MUB = QINJ x (1-BRknk)
계산을 단순화하기 위해, 도31은 연소 시작 지연 기간, 초기 연소 기간, 및 주 연소 기간으로 분할되고, 각각의 기간의 특징은 직선에 의해 근사화된다. 도31의 특징은 엔진 부하 또는 회전 속도가 변할 때에도 변하지 않는다.
다음으로, 연소된 기체의 일정 체적(Cv)에서의 비열이 열역학 공식을 사용하여 다음의 방식으로 계산될 수 있다. 특히, 일정 압력(Cp)에서의 비열의 정의는 Cp = (δE/δT)p이고, 이러한 방정식을 적분함으로써, 다음의 방정식이 얻어진다.
[수학식 60]
∫dE = Cp x ∫dT
[수학식 61]
∴E = Cp x T
일정 압력(Cp)에서의 비열은 다음의 방정식을 사용하여 방정식 61로부터 얻어진다.
[수학식 62]
Cp = E/T
이상 기체의 등압 변화 중에, Cp - Cv = R이 성립되고, 따라서 일정 압력(Cp)에서의 비열을 이러한 방정식 및 방정식 62로부터 소거하고 일정 체적(Cv)에서의 비열을 풀어서, 다음의 방정식이 얻어진다.
[수학식 63]
Cv = E/T-R
여기서, E: 엔탈피,
T: 자동 점화 시점에서의 연소실(5) 내의 평균 온도.
방정식 58에서의 연소실(5) 내의 모든 기체의 질량(M)은 다음의 방정식을 사용하여 계산될 수 있다.
[수학식 64]
M = MRES + MACYL +QINJ
여기서, MRES: 내부 불활성 기체량,
MACYL: 실린더 신선 공기량,
QINJ: 연료량.
따라서, 미연소 연료량(MUB), 연소된 기체의 일정 체적(Cv)에서의 비열, 및 연소실(5) 내의 모든 기체의 질량(M)도 각각 방정식 59, 63, 및 64를 사용하여 결정될 수 있다. 나머지 알려지지 않은 양은 방정식 58로부터의 연소실(5) 내의 모든 기체의 총 몰수(n), 및 방정식 63으로부터의 자동 점화 시점에서의 연소실(5)의 평균 온도(T (=TE))이다.
여기서, 방정식 58로부터의 연소실(5) 내의 모든 기체의 총 몰수(n) 및 각각의 성분 기체의 몰수는 기본 연소 방정식을 사용한 계산에 의해 결정될 수 있고, 방정식 63의 엔탈피(E)는 각각의 성분 기체의 몰수 및 실험식을 사용하여 계산될 수 있다. 자동 점화 시점에서의 연소실(5)의 평균 온도(TE)도 열역학 공식을 사용하여 계산될 수 있다.
따라서, 노킹에 의해 생성되는 압력 증가(dP)는 표 또는 맵에 의지하지 않고 위에서 설명된 방식으로 방정식에 의해 거의 완전하게 결정되고, 결과적으로 표 및 맵을 생성하기 위해 요구되는 실험 과정 및 시간이 크게 감소될 수 있다.
이러한 방식으로 얻어진 압력 증가(dP)는 그 다음 노킹과 관련되고, dP는 추정 노킹 강도값으로 변환된다.
다음으로, 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)의 계산이 다음의 흐름도를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
(도2의 단계 S2의 서브루틴인) 도32 및 도33은 크랭크 각도가 소정의 시점(예를 들어, MBTCAL)에 도달할 때 실행되는 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)을 계산하기 위한 흐름이다. 다음의 설명 중 일부에서, 이전의 흐름에서 이미 결정된 물 리량이 다시 결정되지만, 그에 대한 설명은 생략되었다.
도32의 단계 S201에서, 도14의 단계 S52 및 S53에서 계산된 실린더 신선 공기량(MACYL [g]) 및 내부 불활성 기체량(MRES [g]), 연료량(QINJ [g]), 도10의 단계 S171에서 계산된 초기 연소 기간(BURN1 [deg]), 도12의 단계 S191에서 계산된 주 연소 기간(BURN2 [deg]), 도13의 단계 S43에서 계산된 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC]), 도5의 단계 S17에서 계산된 점화 지연 시간값(IGNDEAD [deg]), 온도 센서(43)에 의해 검출되는 수집기 내부 온도(TCOL [K]), 온도 센서(45)에 의해 검출되는 배기 가스 온도(TEXH [K]), 및 압력 센서(44)에 의해 검출되는 수집기 내부 압력(PCOL [Pa])이 읽힌다. 연료량(QINJ [g])은 연료 분사 펄스 폭(TI [ms])에 비례하여 결정될 수 있다.
단계 S202에서, 실린더 신선 공기량(MACYL [g])은 WIDRY [g]로서 설정되고, 내부 불활성 기체량(MRES [g])은 MASSZ [g]로서 설정된다. WIDRY 및 MASSZ는 노킹 강도 지수(KNKI)의 계산 시에만 사용되기에 적합하고, WIDRY는 실린더 신선 공기량을 표시하고, MASSZ는 내부 불활성 기체량을 표시한다.
단계 S203에서, 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC])과 점화 지연 시간 크랭크 각도(IGNDEAD [deg])(바꾸어 말하면, 연소 시작 시의 크랭크 각도)를 서로 더해서 얻어지는 값이 크랭크 각도(θ [deg BTDC])로서 설정된다.
단계 S204에서, 압축 시작 시의 연소실(5)의 온도(TC0 [K])가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 65]
TC0 = {(WIDRY+QINJ)xTCOLxMASSZxTEXH}/(WIDRY+QINJ+MASSZ)
여기서, 방정식은 불활성 기체 및 신선 공기의 비열을 같게 함으로써 단순화되었다.
단계 S205에서, 압축 시작 시의 연소실(5)의 압력(PC0 [Pa])이 계산된다. 압력 센서(44)에 의해 검출되는 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)에서의 수집기 내부 압력(PCOL)이 PC0로서 사용될 수 있다.
단계 S206 내지 S208에서, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값이 계산된다. 1/τ의 맵이 최대 옥탄가 내지 최소 옥탄가의 복수의 상이한 옥탄가 각각에 대해 제공되면, ROM 용량이 너무 커지고, 따라서 이러한 경우에 최대 옥탄가(예를 들어, 100)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 맵과 최소 옥탄가(예를 들어, 80)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 맵만이 제공되어, 최대 옥탄가와 최소 옥탄가 사이의 옥탄가(추정 옥탄가(OCTEST))를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 옥탄가 100을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값과 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값으로부터 보간에 의해 계산된다.
특히, 옥탄가 100을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값과 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 단계 S206 및 S207에서, 도30a 및 도30b에 도시된 맵을 각각 검색함으로써 압축 시작 온도(TC0) 및 압축 시작 압력(PC0)으로부터 계산된다. 도30a 및 도30b에 도시된 바와 같이, 각각의 1/τ의 값은 온도 및 압력이 증가함에 따라 증가한다. 더욱이, 온도와 압력이 동일할 때, 옥탄가 100을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값보다 크게 되는 경향이 있 다. 따라서, 단계 S208에서, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 다음의 방정식(보간 방정식)을 사용하여 계산된다.
[수학식 66]
1/τEST = 1/τ80+(OCTEST-80)x(1/τ100-1/τ80)/(100-80)
여기서, 1/τEST: 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료의 1/τ,
1/τ100: 옥탄가 100을 갖는 연료의 1/τ,
1/τ80: 옥탄가 80을 갖는 연료의 1/τ.
추정 옥탄가(OCTEST)의 계산은 아래에서 도38을 사용하여 설명될 것이다.
단계 S209에서, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값이 SUM에 더해진다. SUM은 1/τ의 합산값을 표현한다. 합산값(SUM)의 초기값은 0이다.
단계 S210에서, 합산값(SUM)이 1과 비교된다. 합산값(SUM)이 1을 충족시키지 않으면, 자동 점화 시점은 도달되지 않았고, 그러므로 루틴은 단계 S211로 진행하여, 현재의 크랭크 각도(θ)가 소정값(const01)과 비교된다. 노킹이 점화 후에 더 이상 발생하지 않는 크랭크 각도 위치(예를 들어, 90 deg ATDC)가 소정값(const01)으로서 설정된다. 현재의 크랭크 각도(θ)가 소정값(const01)을 초과하지 않을 때, 루틴은 단계 S212로 진행하여, 크랭크 각도는 소정의 각도(const02; 예를 들어, 1 deg)만큼 진각된다.
단계 S213에서, 연소실(5) 내의 순간 압축비(εθ)가 계산된다. 순간 압축비(εθ)는 연소실(5)의 갭 체적(Vc)을 현재의 크랭크 각도(θ)에서의 연소실(5)의 체적으로 나눔으로써 얻어지는 값의 역수이다. 현재의 크랭크 각도(θ)에서의 연 소실(5)의 체적은 피스톤(6)의 행정 위치, 또는 바꾸어 말하면 엔진의 크랭크 각도에 의해 결정되고, 그러므로 크랭크 각도(θ)를 파라미터로 갖는 표가 미리 생성될 수 있어서, 현재의 크랭크 각도(θ)에서의 연소실(5)의 체적은 이러한 표를 검색함으로서 현재의 크랭크 각도(θ)로부터 결정될 수 있다.
단계 S214에서, 현재의 크랭크 각도(θ)에서의 연소 질량 비율(BR)이 계산된다. 이러한 목적으로, 먼저 연소 질량 비율을 결정하기 위한 크랭크 각도(Θ [deg ATDC])가 현재의 크랭크 각도(θ)로부터 계산된다.
이러한 경우에, 크랭크 각도(Θ)는 진각측 상에서 양의 값을 취하고 지연측 상에서 음의 값을 취하여, 0의 기준값으로서 압축 상사점(TDC)을 사용하는 변수이다. 크랭크 각도(Θ [deg ATDC])가 사용될 때, 연소 질량 비율(BR)은 다음의 선형 표현을 취한다.
[수학식 67]
연소 지연 기간;
BR = 0
[수학식 68]
초기 연소 기간;
BR = SS1 x (Θ + MBTCAL - IGNDEAD)
[수학식 69]
주 연소 기간;
BR = 0.02 + SS2 x (Θ + MBTCAL - IGNDEAD - BURN1)
여기서, SS1: 0.02/BURN1,
SS2: 0.58/BURN2.
따라서, 연소 질량 비율은 계산된 크랭크 각도(Θ)가 연소 지연 기간 내에 있을 때 방정식 67에 따라, 초기 연소 기간 내에 있을 때 방정식 68에 따라, 그리고 주 연소 기간 내에 있을 때 방정식 69에 따라 계산된다.
단계 S215 및 S216에서, 연소실(5) 내의 연료가 연소될 때의 평균 온도(TC [K]) 및 평균 압력(PC [Pa])이 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 70]
TC = TC0 x εθ^0.35 + CF# x QINJ x BR/(MASSZ +WIDRY + QINJ)
[수학식 71]
PC = PC0 x εθ^1.35 x TC/TC0/εθ^0.35
여기서, εθ: 순간 압축비,
CF#: 연료의 저 칼로리값.
방정식 70 및 71은 연소실(5) 내부의 기체가 단열 압축되어, 일정 체적 변화에서 연소된다고 가정한다. 특히, 방정식 70의 우변의 첫 번째 항은 단열 압축 이후의 온도를 표현하고, 방정식 71의 우변의 PC0 x εθ^1.35 항은 단열 압축 이후의 압력을 표현하고, 방정식 70의 우변의 두 번째 항은 일정 체적 변화에서 연소에 의해 생성되는 온도 증가를 표현하고, 방정식 71의 우변의 TC/TC0/εθ^0.35 항은 일정 체적 변화에서 연소에 의해 생성되는 압력 증가를 표현한다. 연소실(5) 내의 미연소 공연 혼합기의 온도(Tub)가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 72]
Tub = TC0 x εθ^0.35 x (PC/PC0/εθ^1.35)^(0.35/1.35)
방정식 72는 기체가 연소실(5) 내에서 단열 압축되는 경우를 가정하고, 방정식 70과 대조적으로 기체가 가역 단열 변화에서 연소한다고 가정한다. 바꾸어 말하면, 방정식 72의 우변의 TC0 x εθ^0.35 항은 단열 압축 이후의 온도를 표현하고, 방정식 72의 우변의 (PC/PC0/εθ^1.35)^(0.35/1.35) 항은 가역 단열 변화에서 연소에 의해 생성되는 온도 증가를 표현한다. 미연소 공연 혼합기의 압력은 방정식 71의 평균 압력(PC)과 동일한 것으로 가정되는 것을 알아야 한다.
방정식 70의 평균 온도(TC)와 방정식 72의 미연소 공연 혼합기의 온도(Tub) 사이의 차이는 다음과 같다. 방정식 70의 평균 온도(TC)는 연소실(5) 내부에서 발생되는 열이 연소실(5) 내의 모든 기체의 온도를 상승시킨다고 가정하는 온도이다. 대조적으로, 방정식 72의 미연소 공연 혼합기의 온도(Tub)는 연소실(5) 내의 기체가 연소된 기체 및 미연소 기체로 분할되고 연소실(5) 내부에서 발생되는 열이 연소된 기체만의 온도를 상승시킨다고 가정하는 온도이다. 그 다음 신속한 압력 증가가 미연소 공연 혼합기의 자동 점화에 의해 생성되고, 이는 노킹으로 이어진다.
루틴은 그 다음 단계 S206으로 복귀하여, 단계 S206 및 S207에서, 옥탄가 100을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값과 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 도30a 및 도30b에 도시된 맵을 검색함으로써, 초기에 사용된 연소 시작 온도(TC0) 및 연소 시작 압력(PC0) 대신에, 단계 S216 및 S217에서 얻어진 미연소 공연 혼합기 온도(Tub) 및 미연소 공연 혼합기 압력(=PC)으로부터 계산된다. 그 다음, 단계 S208에서, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 상기 방정식(66)을 사용하여 이러한 두 개의 1/τ 값에 기초하여 계산되고, 계산된 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 합산값(SUM)이 단계 S209에서 합산된다. 합산값(SUM)은 그 다음 단계 S210에서 1과 비교되고, 현재의 크랭크 각도(θ)는 단계 S211에서 소정값(const01)과 비교된다. 합산값(SUM)이 1을 충족시키지 않고 크랭크 각도(θ)가 소정값(const01)을 초과하지 않으면, 단계 S212 내지 S217의 작동이 수행되어, 연소실 평균 압력(PC) 및 미연소 공연 혼합기 온도(Tub)를 계산하고, 단계 S206 내지 S217의 작동이 반복된다.
추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값을 계산하기 위해 연소실 평균 압력(PC) 및 미연소 공연 혼합기 온도(Tub)를 재계산하고, 이러한 값을 크랭크 각도(θ)가 소정값(const02)만큼 진각할 때마다 합산값(SUM) 내로 합산함으로써, 합산값(SUM)은 단계 S209에서 1을 향해 점진적으로 증가한다.
합산값(SUM)이 결국 1 이상에 도달할 때, 자동 점화 시점(노킹 발생 시점)이 도달된 것으로 결정되어, 루틴은 단계 S210으로부터 도33의 단계 S218로 진행하여, 이 때의 크랭크 각도(θ)가 자동 점화 시점(θknk)으로서 설정된다.
도33의 단계 S219에서, 자동 점화 시점에서의 연소 질량 비율(BRknk)이 계산된다. 이러한 계산은 다음과 같은 방식으로 수행될 수 있다. 자동 점화 시점(θknk)이 초기 연소 기간 내에 있을 때, 자동 점화 시점(θknk)은 압축 상사점(TDC)을 기준으로 사용하여 전술한 크랭크 각도(Θ)로 변환되고, 변환된 크랭크 각도(Θ)는 방정식 68 내로 치환되고, 자동 점화 시점(θknk)이 주 연소 기간 내에 있을 때, 자동 점화 시점(θknk)은 압축 상사점(TDC)을 기준으로 사용하여 전술한 크랭크 각도(Θ)로 변환되고, 변환된 크랭크 각도(Θ)는 방정식 69 내로 치환된다.
단계 S220에서, 자동 점화 시점(θknk)에서의 연소실(5)의 평균 온도(TE)가 계산된다. 여기서, 방정식 70의 우변의 연소 질량 비율(BR)로서 1.0을 삽입함으로써 얻어지는 연소실(5)의 평균 온도(TC)는 자동 점화 평균 온도(TE)로서 사용될 수 있다.
단계 S221에서, 자동 점화 시점(θknk)에서의 연소실(5)의 체적(Vknk)이 계산된다. 자동 점화 시점(θknk)에서의 연소실(5)의 체적(Vknk)이 엔진의 피스톤(6)의 행정 위치 또는 크랭크 각도에 의해 결정되므로, 현재의 크랭크 각도(θ)에서의 연소실(5)의 체적과 유사하게, 자동 점화 시점(θknk)에서의 연소실(5)의 체적(Vknk)은 크랭크 각도(θ)를 파라미터로 갖는 표를 미리 생성하고 표를 검색함으로써 자동 점화 시점(θknk)으로부터 결정될 수 있다.
단계 S222에서, 자동 점화 시점에서의 미연소 연료량(MUB [g])이 다음의 방정식을 사용하여 자동 점화 시점에서의 연료 분사량(QINJ [g]) 및 연소 질량 비율(BRknk)로부터 계산된다.
[수학식 73]
MUB = QINJ x (1-BRknk)
방정식 73은 방정식 59와 동일하다.
단계 223에서, 총 기체 몰수(MLALL)가 계산된다. 이는 도34의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다.
(도33의 단계 S223의 서브루틴인) 도34의 단계 S241에서, 도32의 단계 S202에서 계산된 내부 불활성 기체량(MASSZ [g]) 및 실린더 신선 공기량(WIDRY [g])이 연료량(QINJ [g])과 함께 읽힌다. 단계 S242에서, 연소실(5) 내의 내부 불활성 기체비(RTOEGR)가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 74]
RTOEGR = MASSZ/(MASSZ+WIDRY+QINJ)
단계 S243에서, 연소실(5) 내의 연료가 모두 연소되었을 때 (바꾸어 말하면, BR=1일 때)의 각각의 기체 성분의 총 몰수가 계산된다. 그러나, 연료 이외의 기체 성분은 O2, N2, CO2, CO, 및 H2O로 제한된다는 것을 알아야 한다. 가솔린의 연료 성분 조성은 대체로 C7H14이다.
먼저, 연료의 연료량(QINJ [g])의 연소 시에 발생되는 총 배기 가스의 몰수(WEDRY [mol])와, 배기 가스 내의 각각의 기체 성분(O2, N2, CO2, CO, H2O)의 총 몰수(XEO2 [mol], XEN2 [mol], XECO2 [mol], XECO [mol], XEH2O [mol])가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 75]
총 배기 가스: WEDRY = MIDRY# x WIDRY - QINJ/(B#xAC#+A#xAH)x(A#/4)
[수학식 76]
산소: XEO2 = {MIDRY#xWIDRYx0.21-QINJ/(B#xAC#+A#xAH)x(B#+A#/4)}/WEDRY
[수학식 77]
이산화탄소: XECO2 = {QINJ/B#xAC#+A#xAH#)xB#}/WEDRY
[수학식 78]
일산화탄소: XECO = 0
[수학식 79]
질소: XEN2 = 1-XEO2-XECO2-XECO
[수학식 80]
물: XEH2O = {MIDRY#xWIDRYx15/745+QINJ/(B#xAC#+A#xAH#)xA#/2}/WEDRY
여기서, MIDRY#: 그램당 신선 공기 기체의 몰수,
AH#: 수소의 몰질량,
AC#: 탄소의 몰질량,
A#, B#: 상수.
여기서, 가솔린의 조성은 대체로 C7H14이고, 그러므로 상수 A#는 14이고 B#는 7이다.
다음으로, 연소 사이클의 시작 시의 각각의 기체 성분의 몰수(WGAS [mol], WEGR [mol], WO2 [mol], WN2 [mol], WCO2 [mol], WCO [mol], WH2O [mol])가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 81]
연료: WGAS = QINJ/(B#xAC#+A#xAH#)
[수학식 82]
불활성 기체: WEGR = MIDRY# x WIDRY x RTOEGR
[수학식 83]
산소: WO2 = MIDRY# x WIDRY x 0.21 + WEGRxXEO2
[수학식 84]
질소: WN2 = MIDRY# x WIDRY x 0.89 + WEGRxXEN2
[수학식 85]
이산화탄소: WCO2 = WEGR x XECO2
[수학식 86]
일산화탄소: WCO = WEGR x XECO
[수학식 87]
물: WH2O = MIDRY# x WIDRY x 15/745 + WEGR x XEH2O
다음으로, 모든 기체가 연소되었을 때 (바꾸어 말하면, BR=1일 때)의 각각의 기체 성분의 몰수(MLGAS [mol], MLO2 [mol], MLN2 [mol], MLCO2 [mol], MLCO [mol], MLH2O [mol])가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 88]
연료: MLGAS = WGAS-QINJ/(B#xAC#+A#xAH#)
[수학식 89]
산소: MLO2 = WO2-(B#+A#/4)xQINJ/(B#xAC#+A#xAH#)
[수학식 90]
질소: MLN2 = WN2
[수학식 91]
이산화탄소: MLCO2 = WCO2+B#xQINJ/(B#xAC#+A#xAH#)
[수학식 92]
일산화탄소: MLCO = WCO
[수학식 93]
물: MLH2O = WH2O+A#/2xQINJ/(B#xAC#+A#xAH#)
이렇게 연소실(5) 내의 모든 연료가 연소되었을 때 (바꾸어 말하면, BR=1일 때)의 각각의 기체 성분의 몰수의 계산이 완료된다. 루틴은 그 다음 단계 S244로 진행하여, 각각의 기체 성분의 몰수의 총합이 연소실(5) 내의 모든 연료가 연소되었을 때의 총 기체 몰수(MLALL)로서 계산된다. 바꾸어 말하면, 총 기체 몰수(MLALL)는 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 94]
MLALL = MLGAS+MLO2+MLN2+MLCO2+MLCO+MLH2O
총 기체 몰수(MLALL)의 계산이 완료되면, 루틴은 도33의 단계 S224로 복귀하여, 기체 엔탈피(E [cal/mol]; 자동 점화 연료 기체의 엔탈피)가 계산된다. 엔탈피의 계산은 이제 도35의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다. (도33의 단계 S224의 서브루틴인) 도35의 단계 S251에서, 도33의 단계 S220에서 계산된 연소실(5)의 자동 점화 평균 온도(TE)와, 도34의 단계 S243 및 S244에서 계산된 각각의 기체 성분의 몰수(MLGAS, MLO2, MLN2, MLCO2, MLCO, MLH2O) 및 총 기체 몰수(MLALL)가 읽힌다.
단계 S252에서, 각각의 기체 성분의 엔탈피값(EO2, EN2, ECO2, ECO, EH2O)가 자동 점화 평균 온도(TE)로부터 계산된다. 각각의 기체 성분의 엔탈피는 다음의 미즈따니 실험식(내연 기관(Internal Combustion Engine) 11권 125호 79면 참조)을 사용하여 계산될 수 있다.
[수학식 95]
(1) TE < 1200K일 때,
E = A0# + 1000x(A1#x(TE/1000) + A2#/2x(TE/1000)^2 + A3#/3x(TE/1000)^3 + A4#/4x(TE/1000)^4 + A5#/5x(TE/1000)^5)+HDL#
[수학식 96]
(2) TE > 1200K일 때,
E = B0# + 1000x(B1#x(TE/1000) + B2#xLN(TE/1000)-B3#/(TE/1000) -B#/2/(TE/1000)^2 + B5#/3/(TE/1000)^3)+HDL#
여기서, A0# 내지 A5#, B0# 내지 B5#, 및 HDL#은 실험을 통해 결정된 호환수이다.
단계 S253에서, 연료의 엔탈피(EG)가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 97]
EG = B#/AC#xECO2 + A#/AH#xEH2O/2 + (B#/AC#+A#/AH#/4)xEO2
단계 S254에서, 각각의 기체 성분의 평균 엔탈피(E)가 다음의 방정식을 사용하여 계산되고, 도35의 처리가 종료된다. 루틴은 그 다음 도33의 단계 S225로 복귀한다.
[수학식 98]
E = (MLGASxEG +MLO2xEO2 + MLN2xEN2 + MLCO2xECO2 + MLCOxECO + MLH2OxEH2O)/MLALL
도33의 단계 S225에서, 연소된 기체의 일정 체적(Cv [J/K·g])에서의 비열이 기체 엔탈피(E) 및 자동 점화 시점에서의 연소실(5)의 평균 온도(TE)를 사용하여 다음의 방정식으로부터 계산된다.
[수학식 99]
Cv = E/TE-R#
여기서, R#: 일반 기체 상수.
방정식 99는 방정식 63에서 T를 TE로 R을 R#로 치환함으로써 얻어진다.
단계 S226에서, 자동 점화에 의해 생성되는 압력 증가 또는 바꾸어 말하면 노킹에 의해 생성되는 압력 증가(DP [Pa])가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 100]
DP = (WALLxMUBxR#xCF#)/{CvxVknkx(MASSZ+QINJ+WIDRY)}
여기서, CF#: 연료의 저 칼로리값.
도29에 도시된 바와 같이, 연소실(5) 내부의 압력은 노킹이 발생할 때 한번에 증가하고, 이 때의 압력 증가(DP)는 방정식 100에 의해 계산될 수 있다.
방정식 100은 방정식 58에서 dP를 DPFH, n을 MLALL로, R을 R#로, V를 Vknk로, M을 MASSZ+WIDRY+QINJ로 치환함으로써 얻어진다.
단계 S227에서, 기본적인 추정 노킹 강도값(KIC0)이 다음의 방정식을 사용하 여 계산된다.
[수학식 101]
KIC0 = 교정 계수(1) x DP
여기서, 방정식 101의 우변의 교정 계수(1)는 노킹 강도와의 상관성을 표현하는 계수이다. 이러한 경우에, 기본적인 추정 노킹 강도값(KIC0)은 노킹에 의해 생성되는 압력 증가(DP)가 증가함에 따라 안정적으로 증가한다.
단계 S228에서, 회전 속도 교정 계수(KN)가 도36에 도시된 표를 검색함으로써 엔진 회전 속도(NRPM)로부터 계산된다. 단계 S229에서, 추정 노킹 강도값(KIC)이 회전 속도 교정 계수(KN)를 기본적인 추정 노킹 강도값(KIC0)으로 곱함으로써 또는 바꾸어 말하면 다음의 방정식에 따라 계산된다.
[수학식 102]
KIC = KIC0 x KN
운전자는 엔진 회전 속도(NRPM)가 높을 때보다 엔진 회전 속도(NRPM)가 낮을 때 노킹에 의해 생성되는 압력 진동을 더욱 강하게 감지하고, 그러므로 회전 속도 교정 계수(KN)는 추정 노킹 강도값에 이러한 차이를 반영하도록 설정된다. 특히, 도36에 도시된 바와 같이, KN의 값은 기준 회전 속도(NRPM0)에서 1.0으로, 기준 회전 속도(NRPM0)보다 낮은 회전 속도 영역에서 1.0을 초과하는 값으로, 기준 회전 속도보다 높은 회전 속도 영역에서 1.0보다 낮은 값으로 설정된다. 실제값은 실험을 통해 얻어진다.
단계 S230에서, 노킹 지연량(KNRT [deg])이 다음의 방정식을 사용하여 계산 된다.
[수학식 103]
KNRT = KIC - 흔적 노킹 강도
여기서, 공지된 바와 같이, 방정식 103의 흔적 노킹 강도는 약간의 노킹이 발생할 때의 노킹 강도이다. 흔적 노킹 강도는 도37에 도시된 표를 검색함으로써 엔진 회전 속도(NRPM)로부터 결정된다.
단계 S231에서, 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal [deg BTDC])이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 노킹 지연량(KNRT)을 빼서, 또는 바꾸어 말하면 다음의 방정식을 사용하여 얻어지는 값으로서 계산된다.
[수학식 104]
KNOCKcal = MBTCAL - KNRT
다른 한편으로, 합산값(SUM)은 때때로 1에 도달하지 않고, 이 때 현재의 크랭크 각도(θ)는 실제로 도22의 단계 S211에서 소정값(const01)을 초과한다. 이러한 경우에, 루틴은 도32의 단계 S211로부터 도33의 단계 S232로 진행하여, 노킹 지연량(KNRT)이 0으로 설정되고, 그 다음 단계 S231의 작동이 실행된다.
루틴은 그 다음 크랭크 각도가 다음 연소 사이클의 기본 점화 시점(MBTCAL)에 이를 때까지 대기하고, 그 후에 도32 및 도33의 처리가 실행된다. 따라서, 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)이 각각의 연소 사이클에 대해 결정된다.
노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)의 계산이 완료되면, 루틴은 도2의 단계 S3으로 복귀하여, 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC])과 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal [deg BTDC]) 중 작은 것, 또는 바꾸어 말하면 지연측을 향해 가장 먼 값이 최소 점화 시점값(PADV)으로서 선택된다. 그 다음, 단계 S4에서, 수온 등에 따라 이 값을 교정함으로써 얻어지는 값이 점화 시점 명령값(QADV [deg BTDC])으로서 설정된다. 엔진 예열 작동이 완료되면, 수온 등에 따른 교정이 이루어지지 않고, 그러므로 점화 시점 명령값(QADV)은 최소 점화 시점값(PADV)과 동일하다.
이러한 방식으로 설정된 점화 시점 명령값(QADV)은 단계 S5에서 점화 등록기 내에 위치되고, 실제 크랭크 각도가 점화 시점 명령값(QADV)과 맞춰질 때, 1차 전류를 차단하는 점화 신호가 엔진 제어기(31)에 의해 점화 코일(13)로 출력된다.
다음으로, 작동 중의 연료의 추정 옥탄가(OCTEST)의 계산은 도38의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다. 옥탄가의 추정은 노킹 센서(47)로부터의 신호에 기초하여 노킹이 발생하고 있는 지를 결정하면서 수행되고, 그러므로 도38의 흐름은 각각의 점화 직후에 실행된다. 여기서, 옥탄가의 추정은 소정의 크랭크 각도가 크랭크 각도 센서(33, 34)로부터의 신호로부터 생성된 기준 위치 신호의 입력에 뒤따라 경과했을 때 각각의 점화 작동 시에 실행될 수 있다.
도38의 단계 S261에서, 노킹 센서(47)를 사용하여 노킹이 발생하고 있는지에 관한 결정이 이루어진다. 예를 들어, 노킹 센서(47)에 의해 검출되는 전압 값이 소정값과 비교되고, 전압 값이 소정값을 초과하면, 노킹이 발생하고 있는 것으로 결정되거나, 또는 바꾸어 말하면 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 높은 것으로 결정된다. 이러한 경우에, 루틴은 단계 S262로 진행하여, 추정 옥탄가(OCTEST)가 제1 소정값(const03)만큼 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가 (OCTEST)가 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 105]
OCTEST(new) = OCTEST(old) - const03
여기서, OCTEST(new): 갱신된 추정 옥탄가,
OCTEST(old): 이전에 갱신된 추정 옥탄가,
const03: 소량측으로의 갱신량.
노킹이 검출되지 않을 때, 루틴은 단계 S261로부터 단계 S263으로 진행하여, 도3의 단계 S3에서 계산된 최소 점화 시점값(PADV [deg BTDC])이 도3의 단계 S1에서 계산된 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC])과 비교된다. 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰질 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 실제 옥탄가와 맞춰진다. 따라서, 추정 옥탄가를 갱신할 필요가 없고, 그러므로 현재의 처리가 그대로 종료된다.
다른 한편으로, 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰지지 않을 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 실제 옥탄가와 맞춰지지 않고, 결과적으로 점화 시점이 지연되는 것으로 결정된다. 루틴은 그 다음 단계 S263으로부터 단계 S264로 진행하여, 카운트값(count)이 소정값(const04)과 비교된다. 카운트값(count)의 초기값은 0이고, 그러므로 먼저 루틴은 단계 S264로 진행하고, 카운트값(count)은 소정값(const04)보다 작다. 이 때, 루틴은 단계 S265로 진행하여, 카운트값(count)은 1만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 카운트값(count)은 도38의 흐름이 실행될 때마다 1씩 증가되고, 따라서 카운트값(count)은 결국 소정값(const04)에 도달하여 초과한다. 이 때, 루틴은 단계 S264로부터 단계 S266으로 진행하여, 추정 옥탄가(OCTEST)가 제2 소정값(const05)만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 106]
OCTEST(new) = OCTEST(old) + const05
여기서, OCTEST(new): 갱신된 추정 옥탄가,
OCTEST(old): 이전에 갱신된 추정 옥탄가,
const05: 다량측으로의 갱신량.
추정 옥탄가(OCTEST)는 카운트값(count)이 소정값(const04)에 도달할 때마다 갱신되고, 그러므로 카운트값(count)은 단계 S267에서 0으로 복원된다.
도39는 점화 시점, 카운트값(count), 및 추정 옥탄가(OCTEST)의 움직임을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 노킹이 시점(t01)에서 노킹 센서(47)에 의해 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 실제 옥탄가보다 큰 것으로 결정되고, 따라서 추정 옥탄가(OCTEST)는 제1 소정값(const03)만큼 한번에 감소된다. 결과적으로, 노킹이 더 이상 발생하지 않으면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 카운트값(count)이 소정값(const04)에 도달할 때마다 제2 소정값(const05)의 변이로 점진적으로 증가된다. 그 다음, 최소 점화 시점값(PADV)이 시점(t02)에서 MBTCAL과 맞춰지면, 추정 옥탄가(OCTEST)의 갱신이 중단되고, 이 때의 값이 유지된다. 노킹이 시점(t03)에서 발생하면, 위에서 설명한 작동이 반복된다.
이러한 방식으로 계산된 추정 옥탄가(OCTEST)는 도32의 단계 208에서 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값을 계산하는데 사용된다.
이러한 실시예의 작용 및 효과가 이제 설명될 것이다.
이러한 실시예에 따르면, 가솔린이 연료로서 사용될 때, 노킹 센서(47)의 노킹 검출 결과가 점화 시점보다는 연료의 옥탄가로 피드백된다 (도38). 바꾸어 말하면, 도39의 하부에 도시된 바와 같이, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출될 때 제1 소정값(const03)만큼 한번에 감소되고, 그 다음 제2 소정값(const05)의 변이로 소정의 사이클에 따라 점진적으로 증가된다. 이러한 움직임은 종래 장치의 노킹 제어에서의 점화 시점 지연량의 움직임과 동일하다.
따라서, 이러한 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (도38의 단계 S261, S262, 및 S266), 연소실(5) 내의 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점)은 추정 옥탄가(OCTEST)에 기초하여 예측되고 (도32의 단계 S206 내지 S210 및 도33의 단계 S218), 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 자동 점화 시점(θknk)에 기초하여 계산된다 (도33의 단계 S219 내지 S231). 결과적으로, 노킹 센서(47)의 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 상태에 관계없이 그리고 옥탄가가 미리 학습될 수 없는 상용 연료가 사용될 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
제1 실시예에서, 도5, 도10, 도12, 및 도13에 도시된 바와 같이 연소의 시작 으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)이 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고, 기본 점화 시점(MBTCAL)이 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산되는 경우가 설명되었다. 그러나, 기본 점화 시점 맵이 기본 점화 시점(MBTCAL)을 계산하는 대신에 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 연소실(5) 내의 노킹에 의해 생성되는 압력 증가량(DP)은 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점) 및 작동 상태에 기초하여 추정되고 (도33의 단계 S219 내지 S226), 추정 노킹 강도값(KIC)은 압력 증가량(DP)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계 S227 내지 S229), 노킹 지연량(KNRT)은 추정 노킹 강도값(KIC)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계 230), 기본 점화 시점(MBTCAL)을 노킹 지연량(KNRT)만큼 지연측으로 교정함으로서 얻어지는 값이 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)으로서 설정된다 (도33의 단계 S231). 이렇게 할 때, 기본 점화 시점으로서 역할하는 기본 점화 시점이 맵으로서 제공되어야 하지만, ROM 용량은 증가될 필요가 없고, 이는 최대 옥탄가 내지 최소 옥탄가의 복수의 상이한 옥탄가 각각에 대한 기본 점화 시점 맵을 제공할 필요가 없기 때문이다.
이러한 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 가솔린이 연료로서 사용될 때 옥탄가가 노킹에 대한 가장 큰 영향을 갖는다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과에 기초하여 계산된다 (도38의 단계 S261, S262, 및 S266). 그러므로, 초기에 알려지지 않은 옥탄가를 갖는 가솔린이 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점)은 고도의 정확성으로 예측될 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건 하에서만, 또는 바꾸어 말하면 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)보다 더욱 지연될 때(도38의 단계 S263)에만 제2 소정값(const05)의 변이로 다량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도38의 단계 S266). 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 잘못 갱신되지 않는다.
이러한 실시예에 따르면, 성층 유동 상태의 연소 기체의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2)가 계산되고 (도10의 단계 S168 및 도12의 단계 S188), 연소 기체 체적에 대응하는 연소실(5)의 체적(V0, VTDC)이 계산되고 (도10의 단계 S162 및 도12의 단계 S182), 연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율(BR1, BR2)이 계산되고 (도10의 단계 S171 및 도12의 단계 S191), 소정의 작동 조건 하에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성(RPROBA)이 계산되고 (도5의 단계 S15), 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고 (도10의 단계 S171 및 도12의 단계 S191), MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산된다 (도13의 단계 S41 내지 S43). 따라서, 기본 점화 시점(MBTCAL)을 지연측으로 교정함으로써 얻어지는 값인 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)이 연소 분석에 기초하여 계산되고, 그러므로 최적 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)이 작동 조건에 관계없이 계산될 수 있다.
제2 실시예
도40 및 도42의 흐름도가 제2 실시예를 도시한다. 도40은 제1 실시예의 도32를 대체하고, 도42는 제1 실시예의 도38을 대체한다. 도40에서 도32와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도42에서 도38과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
가솔린과 알코올의 복합 연료(알코올 함유 연료)가 때때로 사용된다. 이러한 경우에, 복합 연료의 알코올 농도가 기본 점화 시점의 설정 중에 결정되고, 기본 점화 시점은 결정된 알코올 농도를 갖는 복합 연료가 사용될 때 노킹이 발생하지 않도록 맞춰진다.
그러나, 복합 연료의 알코올 농도가 해외 시장 등에서 기본 점화 시점을 맞추기 위해 사용되는 복합 연료의 알코올 농도와 다를 때, 예를 들어 복합 연료의 알코올 농도가 기본 점화 시점을 맞출 때 사용되는 복합 연료의 알코올 농도보다 낮을 때 발생하는 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동을 반복적으로 수행함으로써, 노킹은 점화 시점을 지연시킴으로써 회피될 수 있지만, 연료 절감 및 출력은 악화된다.
제2 실시예는 알코올과 가솔린의 복합 연료가 연료로서 사용될 때 적용된다. 따라서, 복합 연료의 추정 알코올 농도값(ALCEST; 노킹 관련 파라미터)이 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 연소실(5) 내의 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)에 기초하여 예측되고, 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)인 자동 점화 시점(θknk)에 기초하여 계 산된다.
제1 실시예와의 주요 차이점을 설명하기 위해, 도40의 단계 S271 내지 S273에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값이 계산된다. 최소 알코올 농도 내지 최대 알코올 농도의 복수의 상이한 알코올 농도에 대한 1/τ의 값의 맵이 준비되면, ROM 용량이 너무 커지고, 그러므로 여기서 최소 알코올 농도(예를 들어, 0%)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 맵과 최대 알코올 농도(예를 들어, 85%)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 맵만이 준비되고, 이에 의해 최소 알코올 농도와 최대 알코올 농도 사이의 알코올 농도(추정 알코올 농도값(ALCEST))를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값은 0%의 알코올 농도를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값과 85%의 알코올 농도를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값으로부터 보간에 의해 계산된다.
특히, 먼저 0%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값과 85%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값은 각각 단계 S271 및 S272에서 도41a 및 도41b에 도시된 맵을 검색함으로써 압축 시작 온도(TC0) 및 압축 시작 압력(PC0)으로부터 계산된다. 도41a 및 도41b에 도시된 바와 같이, 각각의 1/τ의 값은 온도 및 압력이 증가함에 따라 증가한다. 더욱이, 온도와 압력이 동일할 때, 0%의 알코올 농도를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값은 85%의 알코올 농도를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값보다 커지는 경향이 있다. 따라서, 단계 S273에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값은 다음의 방정식(보간 방정식)을 사용하여 계산된다.
[수학식 107]
1/τEST = 1/τ85+(85-ALCEST)x(1/τ0-1/τ85)/(85-0)
여기서, 1/τEST: 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료의 1/τ,
1/τ0: 0%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료의 1/τ,
1/τ85: 85%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료의 1/τ.
추정 알코올 농도값(ALCEST)의 계산이 이하에서 설명될 것이다.
단계 S209에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값이 합산값(SUM)에 더해진다.
다음으로, 노킹 센서(47)가 도42의 단계 S261에서 노킹을 검출할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 실제 알코올 농도보다 낮은 것으로 결정된다. 루틴은 그 다음 단계 S281로 진행하여, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 제1 소정값(const13)만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 108]
ALCEST(new) = ALCEST(old) + const13
여기서, ALCEST(new): 갱신된 추정 알코올 농도값,
ALCEST(old): 이전에 갱신된 추정 알코올 농도값,
const13: 높은 측으로의 갱신량.
최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰지지 않고 카운트값(count)이 소정값(const14)보다 크거나 같지만 노킹이 검출되지 않을 때, 루틴은 단계 S261, S263, 및 S299로부터 단계 S283으로 진행하여, 추정 알코올 농도값 (ALCEST)은 제2 소정값(const15)만큼 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 109]
ALCEST(new) = ALCEST(old) - const15
여기서, ALCEST(new): 갱신된 추정 알코올 농도값,
ALCEST(old): 이전에 갱신된 추정 알코올 농도값,
const15: 낮은 측으로의 갱신량.
도40의 단계 S274 및 S275와 도42의 단계 S299에서, 소정값(const11, const12, const13, const14, const15)은 제1 실시예와 다른 값을 취한다. 이러한 소정값은 예비 실험 등에 의해 미리 맞춰진다. 그러나, 소정값(const11, const12)은 제1 실시예의 소정값(const01, const02)과 동일할 수 있다.
도43은 점화 시점, 카운트값(count), 및 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 움직임을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 시점(t11)에서 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮은 것으로 결정되고, 따라서 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 제1 소정값(const13)만큼 한번에 증가된다. 결과적으로 노킹이 더 이상 발생하지 않으면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 카운트값(count)이 소정값(const14)에 도달할 때마다 제1 소정값(const15)의 변이로 점진적으로 감소된다. 그 다음, 최소 점화 시점값(PADV)이 시점(t12)에서 MBTCAL과 맞춰지면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 갱신이 중단되고, 이 때의 값이 유지된다. 노킹이 그 후에 시점(t13)에서 발생하면, 위에서 설명된 작동이 반복된다.
이러한 방식으로 계산된 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 도40의 단계 S273에서 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값을 계산하는데 사용된다.
제2 실시예에 따르면, 가솔린과 알코올의 복합 연료가 사용될 때, 노킹 센서(47)의 노킹 검출 결과는 점화 시점보다는 복합 연료의 알코올 농도로 피드백된다 (도42). 바꾸어 말하면, 도43의 하부에 도시된 바와 같이, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출될 때 제1 소정값(const13)만큼 한번에 증가되고, 그 다음 소정의 사이클에 따라 제2 소정값(const15)의 변이로 점진적으로 감소된다. 이러한 움직임은 종래 장치의 노킹 제어에서의 점화 시점 지연량의 움직임과 동일하다.
따라서, 제2 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (도42의 단계 S261, S298, S283), 연소실(5) 내의 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)에 기초하여 예측되고 (도40의 단계 S271 내지 S273, S209, S210 및 도33의 단계 218), 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 자동 점화 시점(θknk)에 기초하여 계산된다 (도33의 단계 S219 내지 S231). 결과적으로, 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 그리고 알코올 농도가 미리 학습될 수 없는 상용 복합 연료가 사용될 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 가솔린과 알코올의 복합 연료의 알코올 농도가 그러한 복합 연료가 사용될 때 노킹에 영향을 준다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과에 기초하여 계산된다 (도42의 단계 S261, S298, S283). 그러므로, 초기에 알려지지 않은 알코올 농도를 갖는 알코올 함유 연료가 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점(θknk; 노킹 발생 시점)은 고도의 정확성으로 예측될 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 상태(도42의 단계 S263) 하에서만 제2 소정값(const15)의 변이로 낮은 측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도42의 단계 S283). 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 잘못 갱신되지 않는다.
제3 실시예
도44 및 도45의 흐름도가 제3 실시예를 도시한다. 도44는 제1 실시예의 도32를 대체하고, 도45는 제1 실시예의 도38을 대체한다. 도44에서 도32와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도45에서 도38과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
제1 실시예에서 설명된 연료의 옥탄가 및 제2 실시예에서 설명된 복합 연료의 알코올 농도는 노킹에 대한 상관성을 갖는 파라미터이다. 그러나, 노킹에 대한 상관성을 갖는 파라미터는 이에 제한되지 않고, 압축비도 노킹에 대한 상관성을 갖는 파라미터이다. 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용될 때, 압축비는 엔진 사양에 따라 미리 결정되고, 그러므로 기본 점화 시점은 엔진 사양에 따라 결정된 압축비 에서 노킹을 방지하도록 맞춰진다. 노킹이 몇몇의 이유로 엔진 사양의 압축비보다 높은 실제 압축비에서 발생하여, 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 이러한 노킹을 방지하기 위해 반복적으로 수행될 때, 연료 절감 및 출력이 악화된다.
제3 실시예에서, 도5, 도10, 도12, 및 도13에 도시된 바와 같이, 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고, MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산되고, 연소 기간은 그 다음 초기 연소 기간(BURN1) 및 주 연소 기간(BURN2)으로 분할되고, 초기 연소 기간(BURN1)은 연소 시작 시점에서의 연소실의 체적(V0)을 연소실 내의 연소 기체의 체적에 대응하는 체적으로서 사용하여 계산된다. 소정의 옥탄가(예를 들어, 80)를 갖는 가솔린이 연료로서 사용될 때, 노킹 관련 파라미터로서 역할하는 압축비의 추정값(CMPEST)이 노킹 센서(47)로부터의 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다.
제1 실시예와의 주요 차이점을 설명하기 위해, 도44의 단계 S291에서, 먼저 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값이 아래에서 설명되는 추정 압축비값(CMPEST)에 관계없이, 도30b에 도시된 맵을 검색함으로써 압축 시작 온도(TC0) 및 압축 시작 압력(PC0)으로부터 계산된다. 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 계산값은 그 다음 단계 S209에서 합산값(SUM)에 더해진다.
다음으로, 노킹 센서(47)가 도45의 단계 S261에서 노킹을 검출할 때, 추정 압축비값(CMPEST)이 실제 압축비보다 작은 것으로 결정된다. 루틴은 그 다음 단계 S301로 진행하여, 추정 압축비값(CMPEST)은 제1 소정값(const23)만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 압축비값(CMPEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 110]
CMPEST(new) = CMPEST(old) + const23
여기서, CMPEST(new): 갱신된 추정 압축비값,
CMPEST(old): 이전에 갱신된 추정 압축비값,
const23: 다량측으로의 갱신량.
최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰지지 않고 카운트값(count)이 소정값(const24)보다 크거나 같지만 노킹이 검출되지 않을 때, 루틴은 단계 S261, S263, 및 S302로부터 S303으로 진행하여, 추정 압축비값(CMPEST)은 제2 소정값(const25)만큼 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 압축비값(CMPEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 111]
CMPEST(new) = CMPEST(old) - const25
여기서, CMPEST(new): 갱신된 추정 압축비값,
CMPEST(old): 이전에 갱신된 추정 압축비값,
const25: 소량측으로의 갱신량.
도44의 단계 S292, S293 및 도45의 단계 S302에서, 소정값(const21, const22, const23, const24)은 제1 실시예와 다른 값을 취한다. 이러한 소정값은 예비 실험 등에 의해 미리 맞춰진다. 그러나, 소정값(const21, const22)은 제1 실시예의 소정값(const01, const02)과 동일할 수 있다.
제3 실시예에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 위에서 설명된 방식으로 계산된 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다. 이는 도46 및 도47의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다.
도46 및 도47의 흐름도는 제1 실시예의 도5 및 도10을 대체한다. 도46에서 도5와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도47에서 도10과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
제1 실시예와의 주요 차이점을 설명하기 위해, 도46의 단계 S311에서, 갭 체적(Vc [m3])은 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 112]
Vc = {1/(CMPEST-1)}x(π/4)D2·Hx
여기서, CMPEST: 추정 압축비값,
D: 실린더 보어 직경 [m],
Hx: TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리의 최대값과 최소값 사이의 차이 [m].
방정식 112는 제1 실시예의 방정식 3을 대체한다. 제1 실시예에서 방정식 3의 압축비(ε)는 일정한 것으로 가정되었지만, 제3 실시예에서 압축비는 가변적인 추정 압축비값(CMPEST)으로서 설정된다.
단계 S312에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 다음의 방정식에 따라, 결정된 갭 체적(Vc)을 사용하여 계산된다.
[수학식 113]
VIVC = Vc + (π/4)D2·Hivc
여기서, D: 실린더 보어 직경,
Hivc: 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리 [m].
방정식 113은 제1 실시예의 방정식 2와 동일하다.
다음으로, 도47의 단계 S321에서, 갭 체적(Vc [m3])이 상기 방정식 112를 사용하여 계산되고, 단계 S322에서, 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)이 다음의 방정식에 따라, 갭 체적(Vc)을 사용하여 계산된다.
[수학식 114]
V0 = Vc + (π/4)2·Hmbtcycl
여기서, D: 실린더 보어 직경,
Hmbtcycl: 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리 [m].
제3 실시예에 따르면, 소정의 옥탄가, 여기서 옥탄가 80을 갖는 연료가 사용될 때, 노킹 센서(47)의 노킹 검출 결과는 점화 시점보다는 압축비로 피드백된다 (도45). 따라서, 추정 압축비값(CMPEST)의 움직임은 도43의 하부에 도시된 추정 알 코올 농도값(ALCEST)의 움직임과 유사하다. 특히, 노킹이 발생할 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 실제 압축비보다 낮은 것으로 결정되고, 따라서 추정 압축비값(CMPEST)은 제1 소정값(const23)만큼 한번에 증가된다. 결과적으로 노킹이 더 이상 발생하지 않으면, 추정 압축비값(CMPEST)은 카운트값(count)이 소정값(const24)에 도달할 때마다 제2 소정값(const25)의 변이로 점진적으로 감소된다. 그 다음, 최소 점화 시점값(PADV)이 MBTCAL과 맞춰지면, 추정 압축비값(CMPEST)의 갱신이 중단되고, 이 때의 값이 유지된다. 노킹이 그 후에 다시 발생하면, 위에서 설명한 작동이 반복된다. 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 변동하는 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다.
따라서, 제3 실시예에 따르면, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (도45의 단계 S261, S301, S303), 초기 연소 기간(BURN1)을 계산하는데 사용되는 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다 (도47의 단계 S321, S322). 결과적으로, 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 그리고 옥탄가 80을 갖는 연료(소정의 옥탄가를 갖는 연료)가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 엔진 사양의 압축비를 넘어 증가할 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 제3 실시예에 따르면, 연소실(5) 내에서 노킹이 실제로 발생하는지에 관한 결정이 이루어지고, 추정 압축비값(CMPEST)이 이러한 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산되고 (도47의 단계 S321, 322), 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 연소 시작 시점에서의 체적(V0)에 기초하여 계산되고, MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산된다. 이렇게 할 때, 초기 연소 기간(BURN1)과 기본 점화 시점(MBTCAL)은 옥탄가 80을 갖는 연료(소정의 옥탄가를 갖는 연료)가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비는 엔진 사양의 압축비보다 높을 때에도 고도의 정확성으로 계산될 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 상태(도45의 단계 S263) 하에서만 제2 소정값(const25)의 변이로 소량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도45의 단계 S303). 이렇게 할 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 잘못 갱신되지 않는다.
제3 실시예에 따르면, 도47에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)으로부터 연소 시작 시점까지의 유효 압축비(Ec)가 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)에 기초하여 계산될 때 (도47의 단계 S163), 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0)와 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 압력(P0)은 각각 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소 실(5)의 온도(TINI) 및 유효 압축비(Ec)와, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PINI) 및 유효 압축비(Ec)로부터 계산되고 (도47의 단계 S164 내지 S167), 초기 연소 기간(BURN1)을 계산하는데 사용되는 성층 유동 연소 속도(SL1)는 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0) 및 압력(P0)에 기초하여 계산되고 (도47의 단계 S168), 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다 (도46의 단계 S311, S312). 이렇게 할 때, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 예상 압축비보다 높을 때에도 고도의 정확성으로 계산될 수 있다.
제3 실시예에서, 자동 점화 시점(θknk: 노킹 발생 시점)이 연소실 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간의 역수의 분포를 표현하는 특징에 기초하여 예측되는 경우가 설명되었다. 그러나, 노킹 발생 시점은 노킹 센서에 의해 검출될 수 있다.
제3 실시예에서, 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용되는 경우가 설명되었지만, 제3 실시예는 소정의 알코올 농도를 갖는 복합 연료가 사용되는 경우에도 적용될 수 있다.
제4 실시예
제4 실시예에서, 작동 중의 연료의 추정 옥탄가(OCTEST)는 도38의 흐름도보다는 도48을 사용하여 추정된다. 옥탄가의 추정은 노킹 센서(47)로부터의 신호에 기초하여 노킹이 발생하고 있는 지를 결정하면서 수행되고, 그러므로 도48의 흐름 은 각각의 점화 직후에 실행된다. 여기서, 옥탄가의 추정은 소정의 크랭크 각도가 크랭크 각도 센서(33, 34)로부터의 신호로부터 생성되는 기준 위치 신호의 입력에 뒤따라 경과될 때 각각의 점화 작동 시에 실행될 수 있다.
도48의 단계 S461에서, 노킹 센서(47)를 사용하여 노킹이 발생하고 있는지에 관한 결정이 이루어진다. 예를 들어, 노킹 센서(47)에 의해 검출되는 노킹의 주파수 성분은 도49에 도시된 바와 같이 변하고, 그러므로 적응을 통해 미리 소정의 역치를 설정함으로써, 역치가 교차될 때 노킹이 발생하는 것으로 결정될 수 있다. 노킹이 발생하는 것으로 결정되면, 루틴은 단계 S462로 진행하여, 실제 자동 점화 시점의 검출 결과가 읽힌다. 실제 자동 점화 시점의 검출값을 얻기 위해, 도49에서 역치가 교차되는 시점이 실제 자동 점화 시점으로서 측정될 수 있다. 도49에서, 가로축은 소정의 크랭크 각도 위치로부터의 시간을 도시하고, 좌표는 노킹 주파수 성분의 진폭의 절대값을 도시한다. 여기서, 측정 시점 [s]은 변환 계수로 곱해져서 크랭크 각도 단위로 변환되고, 변환된 값은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal [deg BTDC]; 노킹 발생 시점 검출값)으로서 읽힌다.
도48의 단계 S463 내지 S466에서, 추정 옥탄가(OCTEST)는 자동 점화 시점 검출값과 자동 점화 예측값 사이의 차이인 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 들도록 노킹을 발생시키지 않고서 변환된다. 먼저, 단계 S463에서, 점화 시점 차이(Δθ)가 다음의 방정식을 사용하여, 도33의 단계 S218에서 계산된 자동 점화 시점 예측값(θknkest)과 도48의 단계 S462에서 읽힌 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)으로부터 계산된다.
[수학식 115]
Δθ = θknkreal - θknkest
여기서, 점화 시점 차이(Δθ)가 양일 때, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)보다 더 지연측을 향한다. 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)이 자동 점화 시점 예측값(θknkest)보다 더 지연측을 향하는 상황은 발생할 수 없다. 그러나, 계산의 목적으로 두 상황을 구분할 필요가 없으므로, 처리는 둘을 구분하지 않고서 수행되어, 복잡한 계산을 회피한다.
단계 S464에서, 점화 시점 차이(Δθ)의 절대값이 소정값(예를 들어, 1 deg)과 비교된다. 소정값은 허용 가능한 범위를 한정하고, 따라서 점화 시점 차이(Δθ)의 절대값이 소정값보다 작으면, 점화 시점 차이(Δθ)는 허용 가능한 범위 내에 있다. 이러한 경우에, 노킹이 추정 옥탄가의 오류 이외의 다른 것에 의해 일어난 것으로 결정되고, 그러므로 현재의 처리가 그대로 종료된다.
점화 시점 차이(Δθ)의 절대값이 소정값보다 크거나 같을 때, 루틴은 단계 S465로 진행한다. 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 위에서 설명한 바와 같이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)보다 더 지연측을 향할 때 (Δθ가 양일 때), 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 과도하게 큰 것으로 결정되고, 그러므로 추정 옥탄가(OCTEST)는 점화 시점 차이(Δθ)를 제1 소정값(const03)으로 곱함으로써 얻어지는 값만큼 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 다음의 방정식을 사용하여 갱신된다.
[수학식 116]
OCTEST(new) = OCTEST(old) - const03xΔθ
여기서, OCTEST(new): 갱신된 추정 옥탄가,
OCTEST(old): 이전에 갱신된 추정 옥탄가,
const03: 소량측으로의 갱신 비율(양의 절대값).
여기서, 방정식 116의 우변의 두 번째 항은 추정 옥탄가가 매회 갱신되는 양을 결정한다. 점화 시점 차이(Δθ)를 매회 갱신량 내로 도입함으로써, 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때, 자동 전화 시점 예측값(θknkest)은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어나지 않지만, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어난다. 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어날 때, 매회 갱신량이 따라서 증가되고, 이렇게 할 때 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행된다.
도48의 단계 S466에서, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 갱신된 추정 옥탄가(OCTEST)를 사용하여 재계산된다. 이는 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 제2 계산이고 (도33의 단계 S218은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 제1 계산임), 결과적인 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 제1 자동 점화 시점 예측값(θknkest)을 덮어쓴다.
제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 계산이 도50 및 도51의 흐름도를 사 용하여 설명될 것이다. 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 계산 과정은 도32 및 도33의 자동 점화 시점 예측값의 계산 과정을 채택하고, 따라서 도50 및 도51에서 도32 및 도33과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
도51의 단계 S281, S282만이 도32 및 도33과 다르다. 바꾸어 말하면, 도48의 단계 S465에서 갱신된 추정 옥탄가(OCTEST)가 도50의 단계 S208에서 사용되는 경우에 1/τ의 합산값(SUM)이 도50의 단계 S210에서 1보다 크거나 같을 때, 루틴은 도51의 단계 S281로 진행하여, 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 그 때의 크랭크 각도(θ)를 자동 점화 시점 예측값(θknkest [deg BTDC]) 내로 삽입함으로써 계산된다.
이러한 방식으로 도50 및 도51에서 계산된 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 도33의 단계 S218에서 계산된 제1 자동 점화 시점 예측값(θknkest)보다 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에 더 가깝고, 따라서 루틴은 도48의 단계 S463으로 진행하여, 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 점화 시점 차이(Δθ)를 재계산하는데 사용된다. 단계 S464에서, 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값과 비교되고, 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값보다 크거나 같을 때, 단계 S465, S466, S463, S464가 반복된다. 이러한 반복의 결과로서, 수 차례 계산된 자동 점화 시점 예측값(θknkest)을 사용하여 계산된 점화 시점 차이(Δθ)는 결국 소정값 아래에 유지되고, 이 때 루틴은 도48의 단계 S464로부터 종료로 도약하여 현재의 처리를 종결한다.
노킹이 검출될 때 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값 아래에 유지될 때까지 추 정 옥탄가(OCTEST)를 반복적으로 갱신하는 이러한 작동(도48의 단계 S463 내지 S466의 루프 작동)은 다음 연소 사이클의 시작에 훨씬 앞서서 종료되고, 따라서 노킹이 발생하는 연소 사이클이 완료될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)가 수렴된다.
다른 한편으로, 도50에서 1/τ의 합산값(SUM)이 1에 도달하지 않은 채로 크랭크 각도(θ)가 소정값(const01)을 초과할 때, 루틴은 도50의 단계 S211로부터 도51의 단계 S282로 진행하여, 소정값(const06)이 자동 점화 시점 예측값(θknkest)으로서 설정된다. 현재의 처리가 그 다음 종결된다. 소정값(const06)은 도32의 단계 S211에서 소정값(const01)보다 크거나 같은 (그의 지연측을 더욱 향한) 값을 취한다.
제4 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 감소된다.
도48에서 노킹이 검출되지 않으면, 루틴은 단계 S461로부터 단계 S467로 진행하여, 도3의 단계 S3에서 계산된 최소 점화 시점값(PADV [deg BTDC])이 도2의 단계 S1에서 계산된 기본 점화 시점(MBTCAL [deg BTDC])과 비교된다. 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰질 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 실제 옥탄가와 맞춰지고, 따라서 추정 옥탄가를 변형할 필요가 없다. 그러므로, 현재의 처리가 그대로 종료된다.
다른 한편으로, 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰지지 않을 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 실제 옥탄가와 맞춰지지 않고, 결과적으로 점 화 시점이 지연된 것으로 결정된다. 루틴은 그 다음 단계 S467로부터 단계 S468로 진행하여, 카운트값(count)이 소정값(const04)과 비교된다. 카운트값(count)의 초기값은 0이고, 그러므로 루틴이 단계 S468로 진각했을 때, 카운트값(count)은 소정값(const04)보다 작다. 이 때, 루틴은 단계 S469로 진행하여, 카운트값(count)은 1만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 노킹이 검출되지 않을 때, 카운트값(count)은 도48의 흐름이 수행될 때마다 1만큼 증가되고, 따라서 카운트값(count)은 결국 소정값(const04)과 동일하거나 초과한다. 이 때, 루틴은 단계 S468로부터 단계 S470으로 진행하여, 추정 옥탄가(OCTEST)는 제2 소정값(const05)만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 117]
OCTEST(new) = OCTEST(old) + const05
여기서, OCTEST(new): 갱신된 추정 옥탄가,
OCTEST(old): 이전에 갱신에 추정 옥탄가,
const05: 다량측으로의 갱신량.
추정 옥탄가(OCTEST)는 카운트값(count)이 소정값(const04)에 도달할 때마다 갱신되고, 그러므로 카운트값(count)은 단계 S471에서 0으로 복원된다.
도52는 점화 시점, 카운트값(count), 및 추정 옥탄가(OCTEST)의 움직임을 도시한다. 도52에서, 일점 쇄선은 제4 실시예를 표시하고, 실선은 제1 비교예를 표시한다.
제1 비교예에서, 도48의 단계 S262, S463, S464, S466이 생략되고, 추정 옥 탄가(OCTEST)는 상기 방정식 116 대신에 다음의 방정식을 사용하여 단계 S265에서 갱신된다.
OCTEST(new) = OCTEST(old) - const03
여기서, OCTEST(new): 갱신된 추정 옥탄가,
OCTEST(old): 이전에 갱신된 추정 옥탄가,
const03: 소량측으로의 갱신량.
이러한 작동에 뒤따라, 루틴은 종료로 이동할 수 있고, 현재의 처리가 종결된다.
제1 비교예의 경우에, 도52에 도시된 바와 같이, 시점(t01)에서 노킹 센서(47)에 의해 노킹이 검출되면, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 큰 것으로 결정되고, 따라서 추정 옥탄가는 소정값(const03)만큼 한번에 감소된다. 결과적으로 노킹이 더 이상 발생하지 않으면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 카운트값(count)이 소정값(const04)에 도달할 때마다 제2 소정값(const05)의 변이로 점진적으로 증가된다. 그 다음, 최소 점화 시점값(PADV)이 시점(t02)에서 MBTCAL과 맞춰지면, 추정 옥탄가(OCTEST)의 갱신이 중단되고, 이 때의 값이 유지된다. 노킹이 그 후에 시점(t03)에서 다시 발생하면, 위에서 설명된 작동이 반복된다.
따라서, 제1 비교예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 실제로 검출될 때마다 소정값(const03)의 변이로 갱신되고, 그러므로 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 더 이상 검출되지 않을 때 수렴된다.
또한, 제1 비교예에 따르면, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 실제 자동 점화 시점의 지연측으로 단지 약간 벗어난 경우와, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 실제 자동 점화 시점의 지연측으로 크게 벗어난 경우의 구분이 이루어지지 않고, 그러므로 추정 옥탄가(OCTEST)의 매회 갱신량(=const03)은 두 경우에 있어서 동일하다. 결과적으로 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 실제 자동 점화 시점의 지연측으로 크게 벗어날 때 느리다.
대조적으로, 제4 실시예에 따르면, 노킹이 시점(t01)에서 검출되면, 이 때의 자동 점화 시점이 검출되고, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest) 사이의 차이인 점화 시점 차이(Δθ)를 제1 소정값(const03)으로 곱함으로써 얻어지는 값이 추정 옥탄가가 매회 갱신되는 양으로서 설정된다. 따라서, 추정 옥탄가(OCTEST)가 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어나도록 큰 양만큼 실제 옥탄가보다 큰 경우에, 추정 옥탄가의 매회 갱신량은 추정 옥탄가(OCTEST)가 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 단지 약간 벗어나도록 작은 양만큼 실제 옥탄가보다 큰 경우의 갱신량보다 크다.
또한, 추정 옥탄가(OCTEST)는 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 수 차례 갱신되고, 그러므로 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 수렴된다. 결과적으로, 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴값은 제1 비교예(도52의 하부의 일점 쇄선)에서보다 크다.
따라서, 제4 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 커져서 실제 옥탄가로부터 멀리 벗어남에 따 라 더욱 신속하게 수렴된다. 또한, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 수렴되고, 그러므로 (시점(t02) 이후에) 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰진 후에 노킹은 다시 검출되지 않는다.
도48에서 계산된 추정 옥탄가(OCTEST)는 도32의 단계 S208에서 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값을 계산하는데 사용된다.
제4 실시예에 따르면, 가솔린이 연료로서 사용될 때, 노킹 센서(47)에 의한 노킹 검출 결과는 점화 시점보다는 연료의 옥탄가로 피드백된다 (도48). 바꾸어 말하면, 도52의 하부의 일점 쇄선에 의해 도시된 바와 같이, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출될 때 한번에 감소되고, 그 다음 소정의 사이클에 따라 제2 소정값(const05)의 변이로 점진적으로 증가된다.
따라서, 제4 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (도48의 단계 S461, S465, S470), 연소실(5) 내의 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 추정 옥탄가(OCTEST)에 기초하여 계산되고 (도32의 단계 S206 내지 S210, 도33의 단계 S218), 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)에 기초하여 계산된다 (도33의 단계 S219 내지 S231). 결과적으로, 노킹 센서(47)의 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 그리고 옥탄가가 미리 학습될 수 없는 상용 연료가 사용될 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤 따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
더욱이, 상기 방정식 116에 의해 표시된 바와 같이, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갱신(계산)할 때, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 사이의 점화 시점 차이(Δθ (=θknkreal - θknkest))도 고려된다. 특히, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때 (즉, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어날 때), 추정 옥탄가의 매회 갱신량은 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때 (즉, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 단지 약간 벗어날 때)보다 크다. 따라서, 추정 옥탄가(OCTEST)는 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때보다 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때, 더욱 신속하게 수렴한다.
따라서, 제4 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST; 노킹 관련 파라미터의 추정값)도 점화 시점 차이(Δθ; 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 비교 결과)에 기초하여 계산된다 (도48의 단계 S465). 결과적으로, 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있고, 이에 대응하여 엔진의 작동성을 개선한다.
제4 실시예에서, 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체 적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고, 기본 점화 시점(MBTCAL)은 도5, 도10, 도12, 및 도13에 도시된 바와 같이 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산된다. 그러나, 기본 점화 시점 맵이 기본 점화 시점(MBTCAL)을 계산하는 대신에 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 연소실(5) 내의 노킹에 의해 생성되는 압력 증가량(DP1)이 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측 값) 및 작동 조건에 기초하여 추정되고 (도33의 단계 S219 내지 단계 S226), 추정 노킹 강도값(KIC)은 압력 증가량(DP1)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계 S227 내지 S229), 노킹 지연량(KNRT)은 추정 노킹 강도값(KIC)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계 S230), 기본 점화 시점(MBTCAL)을 노킹 지연량(KNRT)만큼 지연측으로 교정함으로써 얻어지는 값이 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)으로서 설정된다 (도33의 단계 S231). 이렇게 할 때, 기본 점화 시점으로서 역할하는 기본 점화 시점이 맵으로서 제공되어야 하지만, ROM 용량이 증가될 필요가 없고, 이는 최대 옥탄가 내지 최소 옥탄가의 복수의 상이한 옥탄가 각각에 대한 기본 점화 시점 맵을 제공할 필요가 없기 때문이다.
제4 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 가솔린이 연료로서 사용될 때 옥탄가가 노킹에 대한 가장 큰 영향을 갖는다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과 및 점화 시점 차이(Δθ; 노킹 발생 시점 검출값과 노킹 발생 시점 예측값의 비교 결과)에 기초하여 계산된다. 그러므로, 초기에 알려지지 않은 옥탄가를 갖는 가솔린이 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 고도의 정확성으로 예측될 수 있다.
제4 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 사이의 점화 시점 차이(Δθ; 발생 시점 차이)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 소량측으로 갱신된다 (도48의 단계 S463 내지 S466의 루프 작동). 추정 옥탄가(OCTEST)는 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const05)의 변이로 다량측을 향해 갱신된다 (도48의 단계 S461 및 단계 S467 내지 S471). 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제4 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건 하에서만 또는 바꾸어 말하면 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)보다 더욱 지연될 때(도48의 단계 S467)에만 제2 소정값(const05)의 변이로 다량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도48의 단계 S470). 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 잘못 갱신되지 않는다.
제4 실시예에 따르면, 성층 유동 상태의 연소 기체의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2)가 계산되고 (도10의 단계 S168 및 도12의 단계 S188), 연소 기체 체적에 대응하는 연소실(5)의 체적(V0, VTDC)이 계산되고 (도10의 단계 S162 및 도12의 단계 S182), 연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율(BR1, BR2)이 계산되고 (도10의 단계 S171 및 도12의 단계 S191), 소정의 작동 조건 하에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성(RPROBA)이 계산되고 (도5의 단계 S15), 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고 (도10의 단계 S171 및 도12의 단계 S191), MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산된다 (도13의 단계 S41 및 S43). 따라서, 기본 점화 시점(MBTCAL)을 지연측으로 교정함으로써 얻어지는 값인 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)이 연소 분석에 기초하여 계산되고, 그러므로 최적 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)이 작동 조건에 관계없이 계산될 수 있다.
제5 실시예
도53 및 도55의 흐름도가 제5 실시예를 도시한다. 도53은 제4 실시예의 도32를 대체하고, 도55는 제4 실시예의 도48을 대체한다. 도53에서 도32와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도55에서 도48과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다. 도33은 제4 및 제5 실시예에 대해 공통적이다.
가솔린과 알코올의 복합 연료(알코올 함유 연료)가 때때로 사용된다. 이러한 경우에, 복합 연료의 알코올 농도는 기본 점화 시점의 설정 중에 결정되고, 기본 점화 시점은 결정된 알코올 농도를 갖는 복합 연료가 사용될 때 노킹이 발생하지 않도록 맞춰진다.
그러나, 복합 연료의 알코올 농도가 해외 시장 등에서 기본 점화 시점을 맞추기 위해 사용되는 복합 연료의 알코올 농도와 다를 때, 예를 들어 복합 연료의 알코올 농도가 맞춤 과정에서 사용되는 복합 연료의 알코올 농도보다 낮을 때 노킹이 발생하는 것을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동을 수 행함으로써, 노킹은 점화 시점을 지연시킴으로써 회피될 수 있지만, 연료 절감 및 출력은 악화된다.
제5 실시예는 알코올과 가솔린의 복합 연료가 연료로서 사용될 때 적용된다. 복합 연료의 추정 알코올 농도값(ALCEST; 노킹 관련 파라미터)이 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 연소실(5) 내의 자동 점화 시점 예측값(노킹 발생 시점 예측값)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)에 기초하여 계산되고, 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)에 기초하여 계산된다.
제4 실시예와의 주요 차이점을 설명하기 위해, 도53의 단계 S291 내지 S293에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값이 계산된다. 최소 알코올 농도 내지 최대 알코올 농도의 복수의 상이한 알코올 농도에 대한 1/τ의 값의 맵이 준비되면, ROM 용량이 너무 커지고, 그러므로 여기서 최소 알코올 농도(예를 들어, 0%)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 맵과 최대 알코올 농도(예를 들어, 85%)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 맵만이 준비되고, 이에 의해 최소 알코올 농도와 최대 알코올 농도 사이의 알코올 농도(추정 알코올 농도값(ALCEST))를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값은 0%의 알코올 농도를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값과 85%의 알코올 농도를 갖는 연료에 대한 1/τ의 값으로부터의 보간에 의해 계산된다.
특히, 먼저 0%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값과 85%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값이 각각 단계 S291 및 S292에서 도 54a 및 도54b에 도시된 맵을 검색함으로써 압축 시작 온도(T0) 및 압축 시작 압력(P0)으로부터 계산된다. 도54a 및 도54b에 도시된 바와 같이, 각각의 1/τ의 값은 온도 및 압력이 증가함에 따라 증가한다. 더욱이, 온도와 압력이 동일하면, 0%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값은 85%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값보다 커지는 경향이 있다. 따라서, 단계 S293에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값은 다음의 방정식(보간 방정식)을 사용하여 계산된다.
[수학식 118]
1/τEST = 1/τ85 + (85-ALCEST)x(1/τ0-1/τ85)/(85-0)
여기서, 1/τEST: 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ,
1/τ0: 0%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ,
1/τ85: 85%의 알코올 농도를 갖는 복합 연료에 대한 1/τ.
추정 알코올 농도값(ALCEST)의 계산이 이하에서 설명될 것이다.
도53의 단계 S209에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값이 합산값(SUM)에 더해진다.
다음으로, 노킹 센서(47)가 도55의 단계 S461에서 노킹을 검출할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 실제 알코올 농도보다 낮은 것으로 결정된다. 단계 S462 및 S463의 작동이 그 다음 수행되고, 루틴은 단계 S464로 진행하여, 점화 시점 차이(Δθ)의 절대값이 소정값과 비교된다. 점화 시점 차이(Δθ)의 절대값이 소정 값보다 크거나 같을 때, 루틴은 단계 S501로 진행하여, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 제1 소정값(const13)을 점화 시점 차이(Δθ)로 곱함으로써 얻어지는 값만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 119]
ALCEST(new) = ALCEST(old) + const13xΔθ
여기서, ALCEST(new): 갱신된 추정 알코올 농도값,
ALCEST(old): 이전에 갱신된 추정 알코올 농도값,
const13: 높은 측으로의 갱신량(양의 절대값).
여기서, 방정식 119의 두 번째 항은 추정 알코올 농도값이 매회 갱신되는 양을 결정한다. 점화 시점 차이(Δθ)를 매회 갱신량 내로 도입함으로써, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 자동 점화 시점 측정값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어나지 않지만, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어난다. 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어날 때 (즉, Δθ가 클 때), 추정 알코올 농도값의 매회 갱신량은 대응하여 증가되고, 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수 행된다.
단계 S502에서, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 단계 S501에서 갱신된 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 사용하여 재계산된다. 이는 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 제2 계산이고 (도33의 단계 S218은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 제1 계산임), 결과적인 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 제1 자동 점화 예측값(θknkest)을 덮어쓴다.
제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 계산이 이제 도56 및 도57의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다. 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 계산 과정은 도53 및 도33의 자동 점화 시점 예측값의 계산 과정을 채용하고, 도56 및 도57에서 도53 및 도33과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
도57의 단계 S281 및 S311만이 도53 및 도33과 다르다. 바꾸어 말하면, 도55의 단계 S501에서 갱신된 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 도56의 단계 S293에서 사용되는 경우에 1/τ의 합산값(SUM)이 도56의 단계 S210에서 1보다 크거나 같을 때, 루틴은 도57의 단계 S281로 진행하여, 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 그 때의 크랭크 각도(θ)를 자동 점화 시점 예측값(θknkest [deg BTDC]) 내로 삽입함으로써 계산된다.
이러한 방식으로 계산된 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 도33의 단계 S218에서 계산된 제1 자동 점화 시점 예측값(θknkest)보다 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에 더 가깝고, 따라서 루틴은 도55의 단계 S463으로 진행하여, 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 점화 시점 차이(Δθ)를 계산하는데 사용된다. 단계 S464에서, 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값과 비교되고, 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값보다 크거나 같으면, 단계 S501, S502, S463, S464가 반복된다. 이러한 반복의 결과로서, 수 차례 계산된 자동 점화 시점 예측값(θknkest)을 사용하여 계산된 점화 시점 차이(Δθ)는 결국 소정값 아래에 유지되고, 이 때 루틴은 도55의 단계 S464로부터 종료로 도약하여 현재의 처리를 종결한다.
노킹이 검출될 때 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값 아래에 유지될 때까지 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 반복적으로 갱신하는 이러한 작동(도55의 단계 S463, S464, S501, S502의 루프 작동)은 다음 연소 사이클의 시작에 훨씬 앞서서 종료된다. 따라서, 노킹이 발생하는 연소 사이클이 완료될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 수렴된다.
다른 한편으로, 도56에서 1/τ의 합산값(SUM)이 1에 도달하지 않은 채로 크랭크 각도(θ)가 소정값(const11)을 초과할 때, 루틴은 도56의 단계 S294로부터 도57의 단계 S311로 진행하여, 소정값(const16)이 자동 점화 시점 예측값(θknkest)으로서 설정된다. 현재의 처리가 그 다음 종결된다. 소정값(const16)은 도53의 단계 S594에서 소정값(const11)보다 크거나 같은 (그의 지연측을 더욱 향한) 값을 취한다.
제5 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 증가된다.
도55에서 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰지지 않 고 카운트값(count)이 소정값(const14)보다 크거나 갖지만 노킹이 검출되지 않을 때, 루틴은 단계 S461, S467, 및 S503으로부터 단계 S504로 진행하여, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 제2 소정값(const15)만큼 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 120]
ALCEST(new) = ALCEST(old) - const15
여기서, ALCEST(new): 갱신된 추정 알코올 농도값,
ALCEST(old): 이전에 갱신된 추정 알코올 농도값,
const15: 낮은 측으로의 갱신량.
도53의 단계 S294, S295 및 도55의 단계 S503에서, 소정값(const11, const12, const14)은 제4 실시예와 다른 값을 취한다. 이러한 소정값(const11, const12, const14)은 예비 실험 등에 의해 미리 맞춰진다. 그러나, 소정값(const11, const12)은 제4 실시예의 소정값(const01, const02)과 동일할 수 있다.
도58은 제5 실시예의 점화 시점, 카운트값(count), 및 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 움직임의 모델을 도시한다. 도58에서, 일점 쇄선은 제5 실시예를 표시하고, 실선은 제2 비교예를 표시한다.
제2 비교예에서, 도55의 단계 S462, S463, S464, S502는 생략되고, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 상기 방정식 119 대신에 다음의 방정식을 사용하여 단계 S501에서 갱신된다.
[수학식 121]
ALCEST(new) = ALCEST(old) + const13
여기서, ALCEST(new): 갱신된 추정 알코올 농도값,
ALCEST(old): 이전에 갱신된 추정 알코올 농도값,
const13: 다량측으로의 갱신량.
이러한 작동에 뒤따라, 루틴은 종료로 이동할 수 있고, 현재의 처리가 종결된다. 제1 비교예의 경우에, 도58에 도시된 바와 같이, 노킹이 시점(t11)에서 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮은 것으로 결정되고, 따라서 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 제1 소정값(const13)만큼 증가된다. 결과적으로 노킹이 더 이상 발생하지 않으면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 카운트값(count)이 소정값(const14)에 도달할 때마다 제2 소정값(const15)의 변이로 점진적으로 감소된다. 그 다음, 최소 점화 시점값(PADV)이 시점(t12)에서 MBTCAL과 맞춰지면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 갱신이 중단되고, 이 때의 값이 유지된다. 노킹이 그 후에 시점(t13)에 다시 발생하면, 위에서 설명한 작동이 반복된다.
따라서, 제2 비교예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출될 때마다 소정값(const13)의 변이로 갱신되고, 그러므로 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 더 이상 검출되지 않을 때 수렴된다.
또한, 제2 비교예에 따르면, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 실제 자동 점화 시점의 지연측으로 단지 약간 벗어난 경우와 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 실제 자동 점화 시점의 지연측으로 크게 벗어난 경우의 구분이 이루어지지 않고, 그러므로 추정 옥탄가(OCTEST)의 매회 갱신량(=const13)은 두 경우에 있 어서 동일하다. 결과적으로 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 실제 자동 점화 시점의 지연측으로 크게 벗어날 때 느리다.
대조적으로, 제5 실시예에 따르면, 노킹이 시점(t11)에서 검출될 때, 이 때의 자동 점화 시점이 검출되고, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest) 사이의 차이인 점화 시점 차이(Δθ)를 제1 소정값(const13)으로 곱함으로써 얻어지는 값이 추정 옥탄가가 매회 갱신되는 양으로서 설정된다. 따라서, 추정 알코올 농도값(OCTEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어나서 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어난 경우에, 추정 알코올 농도값의 매회 갱신량은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도로부터 단지 약간 벗어나서 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 단지 약간 벗어난 경우의 갱신량보다 크다.
또한, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 수 차례 갱신되고, 그러므로 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 수렴된다. 결과적으로, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 수렴값은 제2 비교예(도58의 하부의 일점 쇄선)에서보다 크다.
따라서, 제5 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮아지고 실제 알코올 농도로부터 멀리 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴된다. 또한, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 수렴되고, 그러므로 노킹은 (t12 이후에) 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰진 후에 다시 검출되지 않는다.
도55에서 계산된 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 도53의 단계 S293에서 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 값을 계산하는데 사용된다.
제5 실시예에 따르면, 가솔린과 알코올의 복합 연료가 연료로서 사용될 때, 노킹 센서(47)에 의한 노킹 검출 결과는 점화 시점보다는 복합 연료의 알코올 농도로 피드백된다 (도55). 바꾸어 말하면, 도58의 하부의 일점 쇄선에 의해 도시된 바와 같이, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출될 때 한번에 감소되고, 그 다음 소정의 사이클에 따라 제2 소정값(const15)의 변이로 점진적으로 증가된다.
따라서, 제5 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (도55의 단계 S461, S501, S504), 연소실(5) 내의 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)에 기초하여 계산되고 (도53의 단계 S291 내지 S293, S209 및 S210, 도33의 단계 S218), 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)에 기초하여 계산된다 (도33의 단계 S219 내지 S231). 결과적으로, 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 그리고 알코올 농도가 미리 학습될 수 없는 상용 복합 연료가 사용될 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
더욱이, 상기 방정식 119에 의해 표시된 바와 같이, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갱신(계산)할 때, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 사이의 점화 시점 차이(Δθ (=θknkreal - θknkest))도 고려된다. 특히, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때 (즉, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어날 때), 추정 알코올 농도값의 매회 갱신량은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때 (즉, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 단지 약간 벗어날 때)보다 크다. 따라서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때보다 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴한다.
따라서, 제5 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST; 노킹 관련 파라미터의 추정값)도 점화 시점 차이(Δθ; 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 비교 결과)에 기초하여 계산된다 (도55의 단계 S501). 결과적으로, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있고, 이에 대응하여 엔진의 작동성을 개선한다.
제5 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 가솔린과 알코올의 복합 연료가 연료로서 사용될 때 복합 연료의 알코올 농도가 노킹에 영향을 준다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과 및 점화 시점 차이(Δθ; 노킹 발생 시점 검출값과 노킹 발생 시점 예측값의 비교 결과)에 기초하여 계산된다 (도55의 단계 S461, S462, S463, S501). 따라서, 초기에 알려지지 않은 알코올 농도를 갖는 알코올 함유 연료가 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 고도의 정확성으로 예측될 수 있다.
제5 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 사이의 점화 시점 차이(Δθ; 발생 시점 차이)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 높은 측으로 갱신된다 (도55의 단계 S463, S464, S501, S502의 루프 작동). 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const15)의 변이로 낮은 측을 향해 갱신된다 (도55의 단계 S461, S467, S503, S469, S504, S471). 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제5 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건(도55의 단계 S467) 하에서 제2 소정값(const15)의 변이로 다량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도55의 단계 S504). 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 잘못 갱신되지 않는다.
제6 실시예
도59 및 도60의 흐름도가 제3 실시예를 도시한다. 도59는 제4 실시예의 도32를 대체하고, 도60은 제4 실시예의 도48을 대체한다. 도59에서 도32와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도60에서 도48과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다. 도33은 제4 내지 제6 실시예에 대해 공통적이다.
제4 실시예에서 설명된 연료의 옥탄가와 제5 실시예에서 설명된 복합 연료의 알코올 농도가 모두 노킹에 대한 상관성을 갖는 파라미터이다. 그러나, 노킹에 대한 상관성을 갖는 파라미터는 이에 제한되지 않고, 압축비도 노킹에 대한 상관성을 갖는 파라미터이다. 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용될 때, 압축비는 엔진 사양에 따라 결정되고, 그러므로 기본 점화 시점은 엔진 사양에 따라 결정된 압축비에서 노킹을 방지하도록 맞춰진다. 노킹이 몇몇의 이유로 엔진 사양의 압축비보다 높은 실제 압축비에서 발생하여, 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 이러한 노킹을 방지하기 위해 반복적으로 수행될 때, 연료 절감 및 출력이 악화된다.
제6 실시예에서, 도5, 도10, 도12, 및 도13에 도시된 바와 같이, 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고, MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산되고, 연소 기간은 그 다음 초기 연소 기간(BURN1) 및 주 연소 기간(BURN2)으로 분할되고, 초기 연소 기간(BURN1)은 압축 시작 시점에서의 연소실의 체적(V0)을 연소실(5) 내의 연소 기체의 체적에 대응하는 체적으로서 사용하여 계산된다. 소정의 옥탄가(예를 들어, 80)를 갖는 가솔린이 연료로서 사용될 때, 노킹 관련 파라미터로서 역할하는 압축비의 추정값(CMPEST)이 노킹 센서(47)로부터의 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 압축 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다.
제4 실시예와의 주요 차이점을 설명하기 위해, 도59의 단계 S321에서, 먼저 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 값이 아래에서 설명되는 추정 압축비값(CMPEST)에 관계없이, 도30b에 도시된 맵을 검색함으로써 압축 시작 온도(TC0) 및 압축 시작 압력(PC0)으로부터 계산된다. 옥탄가 80을 갖는 연료에 대한 1/τ의 계산값은 그 다음 단계 S209에서 합산값(SUM)에 더해진다.
다음으로, 노킹 센서(47)가 도60의 단계 S461에서 노킹을 검출할 때, 추정 압축비값(CMPEST)이 실제 압축비보다 작은 것으로 결정된다. 단계 S462, S436의 작동이 그 다음 수행되고, 루틴은 단계 S464로 진행하여, 점화 시점 차이(Δθ)의 절대값이 소정값과 비교된다. 점화 시점 차이(Δθ)의 절대값이 소정값보다 크거나 같을 때, 루틴은 단계 S531로 진행하여, 추정 압축비값(CMPEST)은 제1 소정값(const23)을 점화 시점 차이(Δθ)로 곱함으로써 얻어지는 값만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 압축비값(CMPEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 122]
CMPEST(new) = CMPEST(old) + const23xΔθ
CMPEST(new): 갱신된 추정 압축비값,
CMPEST(old): 이전에 갱신된 추정 압축비값,
const23: 다량측으로의 갱신 비율(양의 절대값).
여기서, 방정식 122의 두 번째 항은 추정 압축비값이 매회 갱신되는 양을 결정한다. 점화 시점 차이(Δθ)를 매회 갱신량 내로 도입함으로써, 추정 압축비값(CMPEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 바꾸어 말하면, 추정 압축비값(CMPEST)이 실제 압축비보다 작지만 실제 압축비 부근에 있을 때, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어나지 않지만, 추정 압축비값(CMPEST)이 실제 압축비보다 작고 실제 압축비로부터 크게 벗어날 때, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어난다. 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어날 때 (즉, Δθ가 클 때), 추정 압축비값의 매회 갱신량이 대응하여 증가되고, 이렇게 할 때, 추정 압축비값(CMPEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행된다.
단계 S532에서, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 갱신된 추정 압축비값(CMPEST)을 사용하여 재계산된다. 이는 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 제2 계산이고 (도33의 단계 S218은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 제1 계산임), 결과적인 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 제1 자동 점화 시점 예측값(θknkest)을 덮어쓴다.
제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 계산이 이제 도61 및 도62의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다. 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 계산 과정은 도59 및 도33의 자동 점화 시점 예측값의 계산 과정을 채택하고, 따라서 도61 및 도62에서 도59 및 도33과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
도62의 단계 S281 및 S341만이 도59 및 도33과 다르다. 바꾸어 말하면, 1/τ의 합산값(SUM)이 도61의 단계 S210에서 1보다 크거나 같을 때, 루틴은 도62의 단계 S281로 진행하여, 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 그 때의 크랭크 각도(θ)를 자동 점화 시점 예측값(θknkest [deg BTDC]) 내로 삽입함으로써 계산된다.
이러한 방식으로 계산된 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)은 도33의 단계 S218에서 계산된 제1 자동 점화 시점 예측값(θknkest)보다 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에 더 가깝고, 따라서 루틴은 도60의 단계 S463으로 진행하여, 제2 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 점화 시점 차이(Δθ)를 재계산하는데 사용된다. 단계 S464에서, 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값과 비교되고, 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값보다 크거나 같을 때, 단계 S531, S532, S463, 및 S464가 반복된다. 이러한 반복의 결과로서, 수 차례 계산된 자동 점화 시점 예측값(θknkest)을 사용하여 계산된 점화 시점 차이(Δθ)는 결국 소정값 아래에 유지되고, 이 때 루틴은 도60의 단계 S464로부터 종료로 도약하여 현재의 처리를 종결한다.
노킹이 검출될 때 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값 아래에 유지될 때까지 압축비값(CMPEST)을 반복적으로 갱신하는 이러한 작동(도60의 단계 S463, S464, S531, S532의 루프 작동)은 다음 연소 사이클의 시작에 훨씬 앞서서 종료되고, 따라서 노킹이 발생하는 연소 사이클이 완료될 때, 추정 압축비값(CMPEST)이 수렴된 다.
다른 한편으로, 도61에서 1/τ의 합산값(SUM)이 1에 도달하지 않은 채로 크랭크 각도(θ)가 소정값(const21)을 초과할 때, 루틴은 도61의 단계 S322로부터 도62의 단계 S341로 진행하여, 소정값(const26)이 자동 점화 시점 예측값(θknkest)으로서 설정된다. 현재의 처리가 그 다음 종결된다. 소정값(const26)은 도61의 단계 S322에서 소정값(const21)보다 크거나 같은 (그의 지연측을 더욱 향한) 값을 취한다.
제6 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 증가된다.
도60에서 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)과 맞춰지지 않고 카운터값(count)이 소정값(const24)보다 크거나 같지만 노킹이 검출되지 않을 때, 루틴은 단계 S461, S467, S533으로부터 S534로 진행하여, 추정 압축비값(CMPEST)은 제2 소정값(const25)만큼 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 압축비값(CMPEST)은 다음의 방정식에 따라 갱신된다.
[수학식 123]
CMPEST(new) = CMPEST(old) - const25
여기서, CMPEST(new): 갱신된 추정 압축비값,
CMPEST(old): 이전에 갱신된 추정 압축비값,
const25: 소량측으로의 갱신량.
도59의 단계 S322, S323 및 도60의 단계 S533에서, 소정값(const21, const22, const24)은 제4 실시예와 다른 값을 취한다. 이러한 소정값은 예비 실험 등에 의해 미리 맞춰진다. 그러나, 소정값(const21, const22)은 제4 실시예의 소정값(const01, const02)과 동일할 수 있다.
제6 실시예에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 위에서 설명된 방식으로 계산된 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다. 이는 도63 및 도64의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다.
도63 및 도64의 흐름도는 제1 실시예의 도5 및 도10을 대체한다. 도63에서 도5와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도64에서 도10과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
제1 실시예와의 주요 차이점을 설명하기 위해, 도63의 단계 S351에서, 갭 체적(Vc [m3])은 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 124]
Vc = {1/(CMPEST-1)}x(π/4)D2xHx
여기서, CMPEST: 추정 압축비값,
D: 실린더 보어 직경 [m],
Hx: TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리의 최대값과 최소값 사이의 차이 [m].
여기서, 방정식 124는 제1 실시예의 방정식 3을 대체한다. 제1 실시예에서 방정식 3의 압축비(ε)는 일정한 것으로 가정되었지만, 제6 실시예에서 압축비는 가변적인 추정 압축비값(CMPEST)으로서 설정된다.
단계 S352에서, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 다음의 방정식에 따라, 결정된 갭 체적(Vc)을 사용하여 계산된다.
[수학식 125]
VIVC = Vc + (π/4)D2·Hivc
여기서, D: 실린더 보어 직경,
Hivc: 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리 [m].
방정식 125는 제1 실시예의 방정식 2와 동일하다.
다음으로, 도64의 단계 S361에서, 갭 체적(Vc [m3])이 상기 방정식 124를 사용하여 계산되고, 단계 S362에서, 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)이 다음의 방정식에 따라, 갭 체적(Vc)을 사용하여 계산된다.
[수학식 126]
V0 = Vc + (π/4)2·Hmbtcycl
여기서, D: 실린더 보어 직경,
Hmbtcycl: 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리 [m].
제6 실시예에 따르면, 소정의 옥탄가, 여기서 옥탄가 80을 갖는 연료가 사용될 때, 노킹 센서(47)의 노킹 검출 결과는 점화 시점보다는 압축비로 피드백된다 ( 도60). 따라서, 추정 압축비값(CMPEST)의 움직임은 도58의 하부의 일점 쇄선에 의해 도시된 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 움직임과 유사하다. 특히, 노킹이 발생할 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 실제 압축비보다 낮은 것으로 결정되고, 따라서 추정 압축비값(CMPEST)은 한번에 증가된다. 결과적으로 노킹이 더 이상 발생하지 않으면, 추정 압축비값(CMPEST)은 카운트값(count)이 소정값(const24)에 도달할 때마다 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const25)의 변이로 점진적으로 감소된다. 그 다음, 최소 점화 시점값(PADV)이 MBTCAL과 맞춰지면, 추정 압축비값(CMPEST)의 갱신이 중단되고, 이 때의 값이 유지된다. 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 변동하는 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다.
따라서, 제6 실시예에 따르면, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹 센서(47)에 의해 생성되는 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (도60의 단계 S461, S531, S534), 초기 연소 기간(BURN1)을 계산하는데 사용되는 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다 (도64의 단계 S361, S362). 결과적으로, 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 그리고 옥탄가 80을 갖는 연료(소정의 옥탄가를 갖는 연료)가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 엔진 사양의 압축비를 넘어 증가할 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 제6 실시예에 따르면, 연소실 내에서 노킹이 실제로 발생하는지에 관한 결정이 이루어지고, 연소실 내의 노킹 발생 시점이 검출되고, 노킹 발생 시점 검출값(θknkreal)이 노킹 발생 시점 예측값(θknkest)과 비교되고, 추정 압축비값(CMPEST)이 비교 결과 및 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산되고, 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 연소 시작 시점에서의 체적(V0)에 기초하여 계산되고, MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산되고, 스파크 점화가 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 수행된다. 이렇게 할 때, MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점은 소정의 옥탄가를 갖는 연료 또는 고정된 알코올 농도를 갖는 복합 연료가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 엔진 사양의 압축비보다 높을 때에도 추정 압축비값(CMPEST)을 신속하게 수렴시키면서 고도의 정확성으로 적용될 수 있다.
더욱이, 상기 방정식 124에 의해 표시된 바와 같이, 추정 압축비값(CMPEST)을 갱신(계산)할 때, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 사이의 점화 시점 차이(Δθ (=θknkreal - θknkest))도 고려된다. 특히, 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어날 때 (Δθ가 클 때), 추정 압축비값의 매회 갱신량은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 단지 약간 벗어날 때 (Δθ가 작을 때)보다 크다. 따라서, 추정 압축비값(CMPEST)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 단지 약간 벗어날 때보다 자동 점화 시점 예측값(θknkest)이 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)의 지연측으로 크게 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴한다.
따라서, 제6 실시예에 따르면, 추정 압축비값(CMPEST; 노킹 관련 파라미터의 추정값)도 점화 시점 차이(Δθ; 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest)의 비교 결과)에 기초하여 계산된다 (도60의 단계 S531). 결과적으로, 추정 압축비값(CMPEST)의 수렴이 신속하게 수행될 수 있고, 이에 대응하여 엔진의 작동성을 개선한다.
제6 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 사이의 점화 시점 차이(Δθ; 발생 시점 차이)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 다량측으로 갱신된다 (도60의 단계 S463, S464, S531, S532의 루프 작동). 추정 압축비값(CMPEST)은 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const25)의 변이로 소량측을 향해 갱신된다 (도60의 단계 S461, S467, S533, S469, S534, S471). 이렇게 할 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제6 실시예에 따르면, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건(도60의 단계 S467) 하에서 제2 소정값(const25)의 변이로 소량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도60의 단계 S534). 이렇게 할 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 잘못 갱신되지 않는다.
제6 실시예에 따르면, 도64에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)으로부터 연소 시작 시점까지의 유효 압축비(Ec)가 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)에 기초하여 계산될 때 (도64의 단계 S163), 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0)와 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 압력(P0)은 각각 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TINI) 및 유효 압축비(Ec)와, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PINI) 및 유효 압축비(Ec)로부터 계산되고 (도64의 단계 S164 내지 S167), 초기 연소 기간(BURN1)을 계산하는데 사용되는 성층 유동 연소 속도(SL1)는 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0) 및 압력(P0)에 기초하여 계산되고 (도64의 단계 S168), 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다 (도63의 단계 S351, S352). 이렇게 할 때, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 예상 압축비보다 높을 때에도 고도의 정확성으로 계산될 수 있다.
제6 실시예에서, 자동 점화 시점 예측값(θknkest: 노킹 발생 시점 예측값)이 연소실 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간의 역수의 분포를 표현하는 특징에 기초하여 계산되는 경우가 설명되었다. 그러나, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)이 자동 점화 시점 예측값(θknkest) 대신에 사용될 수 있다.
제7, 제8, 및 제9 실시예
도65, 도69 및 도71의 흐름도가 제7, 제8, 및 제9 실시예를 각각 도시한다. 도65는 제4 실시예의 도48을 대체하고, 도69는 제5 실시예의 도55를 대체하고, 도71은 제6 실시예의 도60을 대체한다. 도65에서 도48과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도69에서 도55와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도71에서 도60과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
제4 내지 제6 실시예에서 노킹이 검출될 때, 노킹 관련 파라미터는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest) 사이의 차이인 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 변형된다 (제4 실시예에서 추정 옥탄가(OCTEST)가 감소되고, 제5 실시예에서 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 증가되고, 제6 실시예에서 추정 압축비값(CMPEST)이 증가된다). 제7 내지 제9 실시예에서 노킹이 검출될 때, 다른 한편으로, 노킹 관련 파라미터(제4 실시예의 추정 옥탄가, 제5 실시예의 추정 알코올 농도값, 및 제6 실시예의 추정 압축비값)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 추정 노킹 강도값(KICEST)과 검출 노킹 강도값(KICREAL) 사이의 차이인 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 변형된다.
도65에 도시된 제7 실시예에서, 단계 S571 내지 S575는 도48에 도시된 제4 실시예와 다르다. 도69에 도시된 제8 실시예에서, 단계 S571 내지 S573, S581, 및 S582는 도55에 도시된 제5 실시예와 다르다. 도71에 도시된 제9 실시예에서, 단계 S571 내지 S573, S591, S592는 도60에 도시된 제6 실시예와 다르다. 따라서, 제7, 제8, 및 제9 실시예 모두에 의해 공유되는 단계 S571에서, 실제 노킹 강도가 읽힌다. 실제 노킹 강도를 얻기 위해, 노킹의 주파수 성분의 특징을 도시하는 도66의 역치 위의 표면적이 적분될 수 있다. 이러한 방식으로 결정된 적분값은 교정 계수(2)로 곱해져서 노킹 강도로 변환되고, 변환된 값은 검출 노킹 강도값(KICREAL)으로서 읽힌다. 도66의 특성도는 도49와 동일하다는 것을 알아야 한다.
제7 실시예에서, 도65의 단계 S572 내지 S575의 루프 작동은 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지되도록 노킹을 발생시키지 않고서 추정 옥탄가(OCTEST)를 수렴시키도록 수행된다. 제8 실시예에서, 도69의 단계 S572, S573, S581, 및 S582의 루프 작동은 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지되도록 노킹을 발생시키지 않고서 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 수렴시키도록 수행된다. 제9 실시예에서, 도71의 단계 S572, S573, S591, 및 S592는 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지되도록 노킹을 발생시키지 않고서 추정 압축비값(CMPEST)을 수렴시키도록 수행된다. 먼저, 제7, 제8, 및 제9 실시예에 의해 공유되는 단계 S572에서, 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 127]
ΔKIC = KICEST - KICREAL
제7, 제8, 및 제9 실시예에 의해 공유되는 단계 S573에서, 노킹 강도 차이(ΔKIC)의 절대값이 소정값(const6)과 비교된다. 소정값(const6)은 허용 가능한 범위를 한정하고, 따라서 노킹 강도 차이(ΔKIC)의 절대값이 소정값(const6)보다 작 으면, 노킹 강도 차이(ΔKIC)는 허용 가능한 범위 내에 있다. 이러한 경우에, 노킹이 추정 옥탄가, 추정 알코올 농도값, 또는 추정 압축비값의 오류 이외의 다른 것에 의해 일어난 것으로 결정되고, 그러므로 현재의 처리가 그대로 종료된다.
노킹 강도 차이(ΔKIC)의 절대값이 소정값보다 크거나 같을 때, 루틴은 제7 실시예에서 도65의 단계 S574로 진행하고, 제8 실시예에서 도69의 단계 S581로 진행하고, 제9 실시예에서 도71의 단계 S591로 진행한다. 바꾸어 말하면, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)보다 클 때, 이는 추정 노킹 강도값이 과도하게 크다는 것을 표시하고, 그러므로 제7 실시예서 추정 옥탄가(OCTEST)는 도65의 단계 S574에서 노킹 강도 차이(ΔKIC)를 제1 소정값(const03)으로 곱함으로써 얻어지는 값만큼 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 다음의 방정식을 사용하여 갱신된다.
[수학식 128]
OCTEST(new) = OCTEST(old) - const03xΔKIC
여기서, OCTEST(new): 갱신된 추정 옥탄가,
OCTEST(old): 이전에 갱신된 추정 옥탄가,
const03: 소량측으로의 갱신 비율(양의 절대값).
유사하게, 제8 실시예에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 도69의 단계 S581에서 노킹 강도 차이(ΔKIC)를 제1 소정값(const13)으로 곱함으로써 얻어지는 값만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 다음의 방정식을 사용하여 갱신된다.
[수학식 129]
ALCEST(new) = ALCEST(old) + const13xΔKIC
여기서, ALCEST(new): 갱신된 추정 알코올 농도값,
ALCEST(old): 이전에 갱신된 추정 알코올 농도값,
const13: 다량측으로의 갱신 비율(양의 절대값).
유사하게, 제9 실시예에서, 추정 압축비값(CMPEST)은 도71의 단계 S591에서 노킹 강도 차이(ΔKIC)를 제1 소정값(const23)으로 곱함으로써 얻어지는 값만큼 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 압축비값(CMPEST)은 다음의 방정식을 사용하여 갱신된다.
[수학식 130]
CMPEST(new) = CMPEST(old) + const23xΔKIC
여기서, CMPEST(new): 갱신된 추정 압축비값,
CMPEST(old): 이전에 갱신된 추정 압축비값,
const23: 다량측으로의 갱신 비율(양의 절대값).
여기서, 방정식 128의 우변의 두 번째 항은 추정 옥탄가가 매회 갱신되는 양을 결정한다. 노킹 강도 차이(ΔKIC)를 매회 갱신량 내로 도입함으로써, 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때, 추정 노킹 강도값(KICEST)은 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 크게 벗어나지 않지만, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 많이 클 때, 추정 노킹 강도값(KICEST)은 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 크게 벗어난다. 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 크게 벗어날 때 (즉, ΔKIC가 클 때), 매회 갱신량이 대응하여 증가되고, 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행된다. 몇몇의 이유로, 노킹 강도 차이(ΔKIC)는 방정식 129의 제1 소정값(const13) 및 방정식 130의 제1 소정값(const23)으로 곱해진다.
제7 실시예에서, 추정 노킹 강도값(KICEST)은 단계 S574에서 직전에 갱신된 추정 옥탄가(OCTEST)를 사용하여 도65의 단계 S575에서 재계산된다. 제8 실시예에서, 추정 노킹 강도값(KICEST)은 단계 S581에서 직전에 갱신된 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 사용하여 도69의 단계 S582에서 재계산된다. 제9 실시예에서, 추정 노킹 강도값(KICEST)은 단계 S591에서 직전에 갱신된 추정 압축비값(CMPEST)을 사용하여 도71의 단계 S592에서 재계산된다. 이러한 각각의 계산은 추정 노킹 강도값(KICEST)의 제2 계산이고 (도33의 단계 S229는 추정 노킹 강도값(KICEST)의 제1 계산임), 결과적인 제2 추정 노킹 강도값(KICEST)은 제1 추정 노킹 강도값(KICEST)을 덮어쓴다.
제2 추정 노킹 강도값(KICEST)의 계산은 제7 실시예에 대해 (도65의 단계 S575의 서브루틴인) 도67 및 도68의 흐름도, 제8 실시예에 대해 (도69의 단계 S582의 서브루틴인) 도70 및 도68의 흐름도, 그리고 제9 실시예에 대해 (도71의 단계 S592의 서브루틴인) 도72 및 도68의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다. 제7 실시예에서, 제1 추정 노킹 강도값(KICEST)의 계산 과정은 제4 실시예의 도32 및 도33의 추정 노킹 강도값의 계산 과정을 채택한다. 제8 실시예에서, 제2 추정 노킹 강 도값(KICEST)의 계산 과정은 제5 실시예의 도53 및 도33의 추정 노킹 강도값의 계산 과정을 채택한다. 제9 실시예에서, 제2 추정 노킹 강도값(KICEST)의 계산 과정은 제6 실시예의 도59 및 도33의 추정 노킹 강도값의 계산 과정을 채택한다. 따라서, 제7 실시예의 도67 및 도68에서 제4 실시예의 도32 및 도33과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 제8 실시예의 도70 및 도68에서 제5 실시예의 도53 및 도33과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 제9 실시예의 도72 및 도68에서 제6 실시예의 도59 및 도33과 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
제7 내지 제9 실시예의 추정 노킹 강도값(KICEST)의 계산 과정은 제4 내지 제6 실시예 모두에 의해 공유되는 도33에 도시된 단계 S230, S231, S232가 제7 내지 제9 실시예 각각에 의해 공유되는 도68로부터 생략되었다는 점과, 새로운 단계 S381이 제7 내지 제9 실시예 모두에 의해 공유되는 도68에 추가되었다는 점에서 제4 내지 제6 실시예의 추정 노킹 강도값(KICEST)의 계산 과정과 다르다. 따라서, 제7 실시예에서, 도65의 단계 S574에서 갱신된 추정 옥탄가(OCTEST)가 도67의 단계 S208에서 사용되는 경우에 1/τ의 합산값(SUM)이 도67의 단계 S210에서 1보다 크거나 같을 때, 제8 실시예에서, 도69의 단계 S581에서 갱신된 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 도70의 단계 S293에서 사용되는 경우에 1/τ의 합산값(SUM)이 도70의 단계 S210에서 1보다 크거나 같을 때, 그리고 제9 실시예에서, 1/τ의 합산값(SUM)이 도72의 단계 S210에서 1보다 크거나 같을 때, 루틴은 제7 내지 제9 실시예 모두에 의해 공유되는 도68의 단계 S229로 진행하여, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 계산된다.
이러한 방식으로 계산된 제2 추정 노킹 강도값(KICEST)은 도33의 단계 S229에서 계산된 제1 추정 노킹 강도값(KICEST)보다 검출 노킹 강도값(KICREAL)에 더 가깝다. 따라서, 루틴은 제7 실시예에서 도65의 단계 S572로, 제8 실시예에서 도69의 단계 S572로, 제9 실시예에서 도71의 단계 S572로 복귀하여, 제2 추정 노킹 강도값(KICEST)은 노킹 강도 차이(ΔKIC)를 재계산하는데 사용된다. 도65, 도69, 및 도71의 단계 S573에서, 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 소정값과 비교된다. 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 소정값보다 크거나 같을 때, 도65의 단계 S574, S575, S572, 및 S573이 제7 실시예에서 반복되고, 도69의 단계 S581, S582, S572, 및 S573이 제8 실시예에서 반복되고, 도71의 단계 S591, S592, S572, 및 S573이 제9 실시예에서 반복된다. 이러한 반복의 결과로서, 수 차례 계산된 추정 노킹 강도값(KICEST)을 사용하여 계산된 노킹 강도 차이(ΔKIC)는 결국 소정값 아래에 유지되고, 이 때 루틴은 도65, 도69, 및 도71의 단계 S573으로부터 종료로 도약하여 현재의 처리를 종결한다.
노킹이 검출될 때 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 소정값 아래에 유지될 때까지 추정 옥탄가(OCTEST)를 반복적으로 갱신하는 제7 실시예의 작동(도65의 단계 S572 내지 S575의 루프 작동)과, 노킹이 검출될 때 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 소정값 아래에 유지될 때까지 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 반복적으로 갱신하는 제8 실시예의 작동(도69의 단계 S572, S573, S581, 및 S582의 루프 작동)과, 노킹이 검출될 때 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 소정값 아래에 유지될 때까지 추정 압축비값(CMPEST)을 반복적으로 갱신하는 제9 실시예의 작동(도71의 단계 S572, S573, S591, 및 S592의 루프 작동)은 모두 다음 연소 사이클에 훨씬 앞서서 종료된다. 따라서, 노킹이 발생하는 연소 사이클이 완료될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)가 제7 실시예에서 수렴되고, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 제8 실시예에서 수렴되고, 추정 압축비값(CMPEST)이 제9 실시예에서 수렴된다.
다른 한편으로, 제7 실시예의 도67에서 1/τ의 합산값(SUM)이 1에 도달하지 않은 채로 크랭크 각도(θ)가 소정값(const01)을 초과할 때, 제8 실시예의 도70에서 1/τ의 합산값(SUM)이 1에 도달하지 않은 채로 크랭크 각도(θ)가 소정값(11)을 초과할 때, 그리고 제9 실시예의 도72에서 1/τ의 합산값(SUM)이 1에 도달하지 않은 채로 크랭크 각도(θ)가 소정값(const21)을 초과할 때, 루틴은 각각 도67의 단계 S211, 도70의 단계 S294, 및 도72의 단계 S322로부터 제7 내지 제9 실시예에 의해 공유되는 도68의 단계 S381로 진행하여, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 0으로 설정된다. 현재의 처리가 그 다음 종결된다.
따라서, 노킹이 검출될 때, 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 추정 옥탄가(OCTEST)가 제7 실시예에서 감소되고, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 제8 실시예에서 증가되고, 추정 압축비값(CMPEST)이 제9 실시예에서 증가된다.
제7, 제8, 및 제9 실시예에 따르면, 노킹 관련 파라미터, 즉 옥탄가, 알코올 농도, 및 압축비의 추정값이 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (노킹 검출 결과는 노킹 관련 파라미터로 피드백됨) (제7 실시예의 도65의 단계 S461, S574, S470, 제8 실시예의 도69의 S461, S581, 및 S504, 그리고 제9 실시예의 단계 S461, S591, S534), 연소실(5) 내의 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 노킹 관련 파라미터의 추정값에 기초하여 계산되고 (제7 실시예의 도32의 단계 S206 내지 S210 및 도33의 단계 S218, 제8 실시예의 도53의 단계 S291 내지 S293, S209, S210 및 도33의 단계 S218, 제9 실시예의 도59의 단계 S321, S209, S210 및 도33의 단계 S218), 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)에 기초하여 계산된다 (도33의 단계 S219 내지 S231). 결과적으로, 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 반복적으로 수행될 필요가 없다. 이는 옥탄가가 미리 학습될 수 없는 상용 연료 또는 알코올 농도가 미리 학습될 수 없는 상용 복합 연료가 사용될 때 또는 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 엔진 사양의 압축비를 넘어 증가할 때에도 적용된다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
더욱이, 상기 방정식 128, 129, 및 130에 의해 표시된 바와 같이, 노킹이 검출된 후에 추정 옥탄가(OCTEST), 추정 알코올 농도값(ALCEST), 및 추정 압축비값(CMPEST)을 갱신(계산)할 때, 추정 노킹 강도값(KICEST)과 검출 노킹 강도값(KICREAL) 사이의 노킹 강도 차이(ΔKIC)도 고려된다. 특히, 제7 실시예에서, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때 (즉, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 크게 벗 어날 때), 추정 옥탄가(OCTEST)의 매회 갱신량은 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때 (즉, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 단지 약간 벗어날 때)보다 크다. 따라서, 추정 옥탄가(OCTEST)는 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때보다 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴한다. 제8 실시예에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때 (즉, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 크게 벗어날 때), 추정 알코올 농도값의 매회 갱신량은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때 (즉, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 단지 약간 벗어날 때)보다 크다. 따라서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때보다 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴한다. 제9 실시예에서, 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 크게 벗어날 때 (ΔKIC가 클 때), 추정 압축비값의 매회 갱신량은 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 단지 약간 벗어날 때 (ΔKIC가 작을 때)보다 크다. 따라서, 추정 압축비값(CMPEST)은 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 다량측으로 단지 약간 벗어날 때보다 추정 노킹 강도값(KICEST)이 검출 노킹 강도값(KICREAL) 의 다량측으로 크게 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴한다.
따라서, 제7 내지 제9 실시예에 따르면, 노킹 관련 파라미터의 추정값, 즉 추정 옥탄가(OCTEST), 추정 알코올 농도값(ALCEST), 및 추정 압축비값(CMPEST)은 또한 노킹 강도 차이(ΔKIC; 추정 노킹 강도값(KICEST)과 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 비교 결과)에 기초하여 계산된다 (도65의 단계 S574, 도69의 단계 S581, 및 도71의 단계 S591). 결과적으로, 노킹 관련 파라미터의 추정값의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있고, 이에 대응하여 엔진의 작동성을 개선한다.
더욱이, 샘플링 사이클은 노킹 센서(47)를 사용한 자동 점화 시점(노킹 발생 시점)의 검출 정확성을 개선하기 위해 단축되어야 하지만, 노킹 강도가 사용될 때, 노킹 센서(47)의 샘플링 주파수가 감소될 수 있고, 그러므로 노킹 강도를 사용하는 제7, 제8, 및 제9 실시예에 따르면, 시스템은 성능 악화 없이 적당한 비용으로 구성될 수 있다.
제7 실시예에서, 도5, 도10, 도12, 및 도13에 도시된 바와 같이, 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)이 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고 기본 점화 시점(MBTCAL)이 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산되는 경우가 설명되었다. 그러나, 기본 점화 시점 맵이 기본 점화 시점(MBTCAL)을 계산하는 대신에 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 연소실(5) 내의 노킹에 의해 생성되는 압력 증가량(DP1)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 및 작동 조건에 기초하여 추정되고 (도 33의 단계 S219 내지 S226), 추정 노킹 강도값(KIC)은 압력 증가량(DP1)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계 S227 내지 S229), 노킹 지연량(KNRT)은 추정 노킹 강도값(KICEST)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계 S230), 기본 점화 시점(MBTCAL)을 노킹 지연량(KNRT)만큼 지연측으로 교정함으로써 얻어지는 값이 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)으로서 설정된다 (도33의 단계 S231). 이렇게 할 때, 기본 점화 시점으로서 역할하는 기본 점화 시점이 맵으로서 제공될 수 있지만, ROM 용량이 증가될 필요가 없고, 이는 최대 옥탄가 내지 최소 옥탄가의 복수의 상이한 옥탄가 각각에 대한 기본 점화 시점 맵을 제공할 필요가 없기 때문이다.
제7 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 가솔린이 연료로서 사용될 때 옥탄가가 노킹에 대한 가장 큰 영향을 갖는다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과 및 노킹 강도 차이(ΔKIC; 검출 노킹 강도값(KICREAL)과 추정 노킹 강도값(KICEST)의 비교 결과)에 기초하여 계산된다 (도65의 단계 S461, S571, S572, S574). 따라서, 초기에 알려지지 않은 옥탄가를 갖는 가솔린이 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 고도의 정확성으로 예측될 수 있다.
또한, 제7 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 추정 노킹 강도값(KICEST)과 검출 노킹 강도값(KICREAL) 사이의 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 소량측으로 갱신된다 (특히, 도65의 단계 S572 내지 S575의 루프 작동). 추정 옥탄가(OCTEST)는 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const05)의 변이로 다량 측을 향해 갱신된다 (도65의 단계 S461, S467 내지 S471). 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제7 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건 하에서만 또는 바꾸어 말하면 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)보다 더욱 지연될 때(도48의 단계 S467)에만 제2 소정값(const05)의 변이로 다량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도65의 단계 S470). 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 잘못 갱신되지 않는다.
제7 실시예에 따르면, 성층 유동 상태의 연소 기체의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2)가 계산되고 (도10의 단계 S168 및 도12의 단계 S188), 연소 기체 체적에 대응하는 연소실(5)의 체적(V0, VTDC)이 계산되고 (도10의 단계 S162 및 도12의 단계 S182), 연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율(BR1, BR2)이 계산되고 (도10의 단계 S171 및 도12의 단계 S191), 소정의 작동 조건 하에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성(RPROBA)이 계산되고 (도5의 단계 S15), 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고 (도10의 단계 S171 및 도12의 단계 S191), MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산된다 (도13의 단계 S41 내지 S43). 따라서, 기본 점화 시점(MBTCAL)을 지연측으로 교정함으로써 얻어지는 값인 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 연소 분석에 기초하여 계산되고, 그러므로 최적 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)이 작동 조건에 관계없이 계산될 수 있다.
제8 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 가솔린과 알코올의 복합 연료가 사용될 때 복합 연료의 알코올 농도가 노킹에 영향을 준다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과 및 노킹 강도 차이(ΔKIC; 추정 노킹 강도값(KICEST)과 검출 노킹 강도값(KICREAL)의 비교 결과)에 기초하여 계산된다 (도69의 단계 S461, S571, S572, S581). 따라서, 초기에 알려지지 않은 알코올 농도를 갖는 알코올 함유 연료가 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 고도의 정확성으로 예측될 수 있다.
제8 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 추정 노킹 강도값(KICEST)과 검출 노킹 강도값(KICREAL) 사이의 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 높은 측으로 갱신된다 (특히, 도69의 단계 S572, S573, S581, S582의 루프 작동). 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const15)의 변이로 낮은 측을 향해 갱신된다 (도69의 단계 S461, S467, S503, S469, S504, S471). 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제8 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건(도69의 단계 S467) 하에서 제2 소정값(const15)의 변이로 낮은 측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도69의 단계 S504). 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 잘못 갱신되지 않는다.
제9 실시예에 따르면, 노킹이 연소실 내에서 실제로 발생하고 있는지에 관한 결정이 이루어지고, 연소실 내의 노킹 강도가 검출되고, 검출 노킹 강도값(KICREAL)이 추정 노킹 강도값(KICEST)과 비교되고, 추정 압축비값(CMPEST)이 비교 결과 및 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고, 연소 시작 시점에서의 연소실의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산되고, 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 연소 시작 시점에서의 체적(V0)에 기초하여 계산되고, MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산되고, 스파크 점화가 기본 점화 시점(MBTCAL)에 기초하여 수행된다. 이렇게 할 때, MBT를 얻기 위한 기본 점화 시점은 소정의 옥탄가를 갖는 연료 또는 고정된 알코올 농도를 갖는 복합 연료가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 엔진 사양의 압축비보다 높을 때에도, 추정 압축비값(CMPEST)을 신속하게 수렴시키면서 고도의 정확성으로 적용될 수 있다.
제9 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 검출 노킹 강도값(KICREAL)과 추정 노킹 강도값(KICEST) 사이의 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 다량측으로 갱신된다 (특히, 도71의 단계 S572, S573, S591, S592의 루프 작동). 추정 압축비값(CMPEST)은 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const25)의 변이로 소량측을 향해 갱신된다 (도71의 단계 S461, S467, S533, S469, S534, S471). 이렇게 할 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제9 실시예에 따르면, 추정 압축비값(CMPEST)은 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건(도71의 단계 S467) 하에서 제2 소정값(const25)의 변이로 소량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도17의 단계 S534). 이렇게 할 때, 추정 압축비값(CMPEST)은 잘못 갱신되지 않는다.
제9 실시예에 따르면, 도64에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)으로부터 연소 시작 시점까지의 유효 압축비(Ec)가 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)과 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)에 기초하여 계산될 때 (도64의 단계 S163), 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0)와 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 압력(P0)은 각각 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TINI) 및 유효 압축비(Ec)와, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PINI) 및 유효 압축비(Ec)로부터 계산되고 (도64의 단계 S164 내지 S167), 초기 연소 기간(BURN1)을 계산하는데 사용되는 성층 유동 연소 속도(SL1)는 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0) 및 압력(P0)에 기초하여 계산되고 (도64의 단계 S168), 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 추정 압축비값(CMPEST)에 기초하여 계산된다 (도63의 단계 S351, S352). 이렇게 할 때, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 예상 압축비보다 높을 때에도 고도의 정확성으로 계산될 수 있다.
제9 실시예에서, 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)이 연소실 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간의 역수의 분포를 표현하 는 특징에 기초하여 계산되는 경우가 설명되었다. 그러나, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)이 자동 점화 시점 예측값(θknkest) 대신에 사용될 수 있다.
따라서, 제4 내지 제6 실시예와 유사한 작용 및 효과가 제7 내지 제9 실시예에서 나타날 수 있다.
제10 및 제11 실시예
도73의 흐름도가 제10 실시예를 도시하고, 도78의 흐름도가 제11 실시예를 도시한다. 도73은 제4 실시예의 도48 또는 제7 실시예의 도65를 대체하고, 도78은 제5 실시예의 도55 또는 제8 실시예의 도69를 대체한다. 도73에서 도48 및 도65와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 도78에서 도55 및 도69와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
제4 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest) 사이의 차이인 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 감소된다. 대조적으로, 제10 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 압축비값도 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 계산된다. 유사하게, 제10 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)과 자동 점화 시점 예측값(θknkest) 사이의 차이인 점화 시점 차이(Δθ)가 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 증가된다. 대조적으로, 제11 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 압축비값도 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 계산된다.
도73에 도시된 제10 실시예는 단계 S601, S602를 포함하는 점에서 도48에 도시된 제4 실시예 또는 도65에 도시된 제7 실시예와 주로 다르다. 도78에 도시된 제11 실시예는 단계 S601, S661을 포함하는 점에서 도55에 도시된 제5 실시예 또는 도69에 도시된 제8 실시예와 주로 다르다. 제10 및 제11 실시예에 의해 공유되는 단계 S601에서, 추정 압축비값(CMPEST2)이 계산된다. 추정 압축비값(CMPEST2)의 계산이 이제 제10 및 제11 실시예에 의해 공유되는 도74를 사용하여 설명될 것이다.
여기서, 제10 및 제11 실시예에서 추정 압축비값을 계산하는 방법은 제7 실시예에서 추정 압축비값을 계산하는 방법과 다르고, 그러므로 제10 및 제11 실시예에서 계산된 추정 압축비값은 제7 실시예에서 계산된 추정 압축비값으로부터, 전자를 CMPEST2로 후자를 CMPEST로 표시함으로써 구별된다.
제10 및 제11 실시예에 의해 공유되는 (도73, 도78의 단계 S601의 서브루틴인) 도74의 단계 S611에서, 도14의 단계 S52, S53에서 계산된 실린더 신선 공기량(MACYL [g]) 및 내부 불활성 기체량(MRES [g])이 연료량(QINJ [g])과 함께 읽힌다. 연료량(QINJ [g])은 연료 분사 펄스 폭(TI [ms])에 비례하여 결정될 수 있다는 것을 알아야 한다.
단계 S612에서, 실린더 신선 공기량(MACYL [g])은 WIDRY [g]로서 설정되고, 내부 불활성 기체량(MRES [g])은 MASSZ [g]로서 설정된다. WIDRY 및 MASSZ는 노킹 강도 지수(KNKI)의 계산 시에만 사용하기 위해 채택되고, WIDRY는 실린더 신선 공 기량을 표시하고 MASSZ는 내부 불활성 기체량을 표시한다.
단계 S613에서, 도73, 도78의 단계 S462에서 얻어진 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에서의 연소 질량 비율(BRknkreal)을 계산하는데 사용된다. 이러한 계산은 다음과 같은 방식으로 수행될 수 있다. 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)이 초기 연소 기간 내에 있을 때, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)은 압축 상사점(TDC)을 기준으로 사용하여 전술한 크랭크 각도(Θ)로 변환되고, 변환된 크랭크 각도(Θ)는 상기 방정식 68 내로 치환되고, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)이 주 연소 기간 내에 있을 때, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)은 압축 상사점(TDC)을 기준으로 사용하여 전술한 크랭크 각도(Θ)로 변환되고, 변환된 크랭크 각도(Θ)는 상기 방정식 69 내로 치환된다.
단계 S614에서, 자동 점화 시점에서의 연소실(5)의 평균 온도(TE)가 계산된다. 여기서, 상기 방정식 70의 우변의 연소 질량 비율(BR)로서 1.0을 삽입함으로써 얻어진 연소실(5)의 평균 온도(TC)가 연소실(5)의 자동 점화 평균 온도(TE)로서 결정될 수 있다.
단계 S615에서, 자동 점화 시점에서의 미연소 연료량(MUB2 [g])이 다음의 방정식을 사용하여 연료량(QINJ [g]) 및 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에서의 연소 질량 비율(BRknkreal)로부터 계산된다.
[수학식 131]
MUB2 = QINJ x (1-BRknkreal)
방정식 131은 상기 방정식 59에서 MUB를 MUB2로 BRknk를 BRknkreal로 대체함 으로써 얻어진다.
총 기체 몰수(MLALL), 기체 엔탈피(E), 및 연소된 기체의 비열(Cv)이 각각 단계 S616 내지 S618에서 계산된다. 이러한 계산은 도33의 단계 S223, S224, 및 S225의 계산과 동일하고, 그에 대한 설명은 생략되었다.
단계 S619에서, 도73, 도78의 단계 S571에서 얻어진 검출 노킹 강도값(KICREAL)은 다음의 방정식에 따라, 자동 점화에 의해 생성되는 압력 증가 또는 바꾸어 말하면 노킹에 의해 생성되는 압력 증가(DP2 [Pa])를 계산하는데 사용된다.
[수학식 132]
DP2 = KICREAL/교정 계수(3)
방정식 132는 방정식 101과 동일하다. 특히, 방정식 101에서 압력 증가는 노킹 강도로 변환되고, 방정식 132에서 노킹 강도는 압력 증가로 변환된다. 따라서, 방정식 132의 우변의 교정 계수(3)는 노킹 강도와의 상관성을 표현하는 계수이다. 더욱 간단하게, 교정 계수(3)는 도33의 단계 S227에서 사용되는 교정 계수(1)와 동일할 수 있다.
단계 S620에서, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에서의 연소실(5)의 체적(Vknk2)이 다음의 방정식을 사용하여 계산된다.
[수학식 133]
Vknk2 = (MLALLxR#xCF#xMUB2)/{(DP2xCvx(MASSZ+QINJ+WIDRY)}
여기서, CF#: 연료의 저 칼로리값.
방정식 133은 상기 방정식 100과 동일하다. 특히, 방정식 100은 압력 증가 를 결정하기 위한 것이고, 방정식 133은 연소실 체적을 결정하기 위한 것이다.
단계 S621에서, 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에서의 연소실(5)의 체적(Vknk2)은 다음의 방정식에 따라 갭 체적(Vc2)을 계산하는데 사용된다.
[수학식 134]
Vc2 = Vknk2-(π/4)D2·Hknkreal
여기서, D: 실린더 보어 직경 [m],
Hknkreal: 자동 점화 시점 검출값에서의 TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리 [m].
방정식 134는 방정식 2와 동일하다. 특히, 방정식 134의 우변의 두 번째 항은 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에서의 실린더(5)의 (갭 영역을 포함하지 않은) 체적이고, 그러므로 갭 체적은 갭 체적을 포함하는 Vknk2에서 이러한 체적을 빼서 얻어질 수 있다. D 및 Hknkreal이라는 용어는 엔진 사양으로부터 알려진다.
단계 S622에서, 갭 체적(Vc)은 다음의 방정식을 사용하여 추정 압축비값(CMPEST2)을 계산하는데 사용된다.
[수학식 135]
CMPEST2 = (π/4)2·Hx/Vc2+1
여기서, D: 실린더 보어 직경 [m],
Hx: TDC로부터 피스톤 핀(76)의 거리의 최대값과 최소값 사이의 차이.
방정식 135는 상기 방정식 124와 동일하다. 특히, 방정식 124는 갭 체적을 결정하기 위한 것이고, 방정식 135는 압축비를 결정하기 위한 것이다. D 및 Hx라는 용어는 엔진 사양으로부터 알려진다.
추정 압축비값(CMPEST2)의 계산이 완료될 때, 제10 실시예에서 루틴은 도73으로 복귀하여, 추정 옥탄가(OCTEST)가 단계 S602에서 계산되고, 제11 실시예에서 루틴은 도78로 복귀하여, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 단계 S661에서 계산된다. 제10 실시예의 추정 옥탄가(OCTEST)의 계산과 제11 실시예의 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 계산이 각각 도75 및 도79의 흐름도를 사용하여 설명될 것이다.
제4 및 제7 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 점화 시점 차이(Δθ)가 제4 실시예의 소정값 아래에 유지될 때까지 그리고 노킹 강도 차이(ΔKIC)가 제7 실시예의 소정값 아래에 유지될 때까지 반복적으로 갱신됨으로서 수렴된다. 제10 실시예에서 노킹이 검출될 때, 연소실(5) 내의 압력 및 온도에 따라 상이한 시간인 연소실(5) 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간(τ)의 역수(1/τ)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 연소 시작 시점으로부터 노킹 발생 시점 검출값(θknkreal)까지의 소정의 크랭크 각도의 간격으로 계산되고, 추정 옥탄가(OCTEST)는 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 반복적으로 갱신됨으로써 수렴된다.
유사하게, 제5 및 제8 실시예에서 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 제5 실시예에서 점화 시점 차이(Δθ)가 소정값 아래에 유지될 때까지 그리고 제8 실시예에서 노킹 강도 차이(ΔKIC) 가 소정값 아래에 유지될 때까지 반복적으로 갱신됨으로써 수렴된다. 제11 실시예에서 노킹이 검출될 때, 연소실(5) 내의 압력 및 온도에 따라 상이한 시간인 연소실(5) 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간의 역수(1/τ)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 연소 시작 시점으로부터 노킹 발생 시점 검출값(θknkreal)까지의 소정의 크랭크 각도의 간격으로 계산되고, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 반복적으로 갱신됨으로서 수렴된다.
여기서, 제4 실시예의 도50 및 도51의 자동 점화 시점 예측값의 계산 방법 또는 제7 실시예의 도67 및 도68의 자동 점화 시점 예측값의 계산 방법이 제10 실시예의 추정 옥탄가(OCTEST)에 대한 계산 방법으로서 채택될 수 있고, 제5 실시예의 도56 및 도57의 자동 점화 시점 예측값의 계산 방법 또는 제8 실시예의 도70 및 도68의 자동 점화 시점 예측값의 계산 방법이 제11 실시예의 추정 알코올 농도값(ALCEST)에 대한 계산 방법으로서 채택될 수 있다.
특히, 제4 실시예의 도50 또는 제7 실시예의 도67과 동일한 (도73의 단계 S602의 서브루틴인) 제10 실시예의 도75의 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고, 제5 실시예의 도56 또는 제8 실시예의 도70과 동일한 (도78의 단계 S661의 서브루틴인) 제11 실시예의 도79의 부분은 동일한 단계 번호가 할당된다.
제10 실시예의 도75는 단계 S631, S632, S633을 포함하는 점에서 제4 실시예의 도50 또는 제7 실시예의 도67과 다르고, 제11 실시예의 도79는 단계 S631, S632, S671을 포함하는 점에서 제5 실시예의 도56 또는 제8 실시예의 도70과 다르 다.
제10 실시예와 제4 및 제7 실시예 사이의 주요 차이점을 설명하기 위해, 먼저 도75의 단계 S631에서, 크랭크 각도(θ)와 도73의 단계 S462에서 얻어진 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)이 비교된다. 크랭크 각도(θ)가 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)보다 작을 때, 루틴은 도75의 단계 S212로 진행하여, 도75의 단계 S213 내지 S217, S206 내지 S209의 작동이 크랭크 각도(θ)를 소정의 각도(const02)의 변이로 진각시키면서 반복적으로 수행된다. 크랭크 각도(θ)가 결국 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에 도달할 때, 루틴은 도75의 단계 S631로부터 단계 S632로 진행하여, 추정 옥탄가(OCTEST)를 갖는 연료에 대한 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε; 양의 값)과 비교된다. 소정값(ε)은 허용 가능한 범위를 한정하고, 그러므로 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε)보다 작으면, 루틴은 종료로 진행하여 현재의 처리가 종결된다.
다른 한편으로 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε)보다 크거나 같으면, 추정 옥탄가(OCTEST)가 너무 큰 것으로 결정되고, 따라서 루틴은 단계 S633으로 진행하여, 추정 옥탄가(OCTEST)가 감소된다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 다음의 방정식을 사용하여 갱신된다.
[수학식 136]
OCTEST(new) = OCTEST(old) - const03x(1-SUM)
여기서, OCTEST(new): 갱신된 추정 옥탄가,
OCTEST(old): 이전에 갱신된 추정 옥탄가,
const03: 소량측으로의 갱신 비율(양의 절대값).
여기서, 방정식 136의 우변의 두 번째 항은 추정 옥탄가가 매회 갱신되는 양을 결정한다. 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값을 매회 갱신량 내로 도입함으로써, 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 바꾸어 말하면, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값은 비교적 작지만, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값은 비교적 크다. 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값이 비교적 클 때, 추정 옥탄가의 매회 갱신량이 대응하여 증가되고, 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행된다.
다음으로, 루틴은 도75의 단계 S203으로 복귀하여, 단계 S203에서 시작하는 작동이 반복적으로 실행된다. 크랭크 각도(θ)가 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에 도달할 때, 루틴은 도75의 단계 S631로부터 단계 S632로 진행하여, 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε)보다 크거나 같으면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 여전히 너무 크다고 결정된다. 추정 옥탄가(OCTEST)는 그 다음 단계 S633에서 다시 감소되고, 루틴은 도75의 단계 S203으로 복귀한다. 이러한 작동을 계속 반복함으로써, 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값은 결국 소정값(ε) 아래로 떨어지고, 이 때 루틴은 종료로 진행되어 도75의 처리가 종결된다. 결과적으로, 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε) 아 래로 떨어질 때의 추정 옥탄가는 추정 옥탄가의 수렴값이 된다.
따라서, 노킹이 검출될 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 1과 연소 시작 시점(MBTCAL+IGNDEAD)으로부터 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)까지의 1/τ의 합산값(SUM) 사이의 차이의 절대값이 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 반복적으로 갱신됨으로써 수렴된다.
다음으로, 제11 실시예와 제5 및 제8 실시예 사이의 주요 차이점을 설명하기 위해, 먼저 도79의 단계 S631에서, 크랭크 각도(θ)와 도78의 단계 S462에서 얻어진 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)이 비교된다. 크랭크 각도(θ)가 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)보다 작을 때, 루틴은 도79의 단계 S295로 진행하여, 도79의 단계 S213 내지 S217, S291, S292, S293, S209, 및 S631의 작동이 크랭크 각도(θ)를 소정의 각도(const12)의 변이로 진각시키면서 반복적으로 수행된다. 크랭크 각도(θ)가 결국 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에 도달할 때, 루틴은 도79의 단계 S631로부터 단계 S632로 진행하여, 추정 알코올 농도값(ALCEST)을 갖는 복합 연료에 대한 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε; 양의 값)과 비교된다. 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε)보다 작으면, 루틴은 종료로 진행하여 현재의 처리가 종결된다.
다른 한편으로 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε)보다 크거나 같으면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 너무 작은 것으로 결정되고, 따라서 루틴은 단계 S671로 진행하여, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 증가된다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 다음의 방정식을 사용하여 갱신된 다.
[수학식 137]
ALCEST(new) = ALCEST(old) + const13x(1-SUM)
여기서, ALCEST(new): 갱신된 추정 알코올 농도값,
ALCEST(old): 이전에 갱신된 추정 알코올 농도값,
const13: 다량측으로의 갱신 비율(양의 절대값).
여기서, 방정식 137의 우변의 두 번째 항은 추정 알코올 농도값이 매회 갱신되는 양을 결정한다. 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값을 매회 갱신량 내로 도입함으로써, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 바꾸어 말하면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값은 비교적 작지만, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값은 비교적 크다. 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값이 비교적 클 때, 추정 알코올 농도값의 매회 갱신량이 대응하여 증가되고, 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)의 수렴이 더욱 신속하게 수행된다.
다음으로, 루틴은 도79의 단계 S203으로 복귀하여, 단계 S203에서 시작하는 작동이 반복적으로 실행된다. 크랭크 각도(θ)가 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)에 도달할 때, 루틴은 도79의 단계 S631로부터 단계 S632로 진행하여, 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε)보다 크거나 같으면, 추 정 알코올 농도값(ALCEST)은 여전히 너무 작다고 결정된다. 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 그 다음 단계 S671에서 증가되고, 루틴은 단계 S203으로 복귀한다. 이러한 작동을 계속 반복함으로써, 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값은 결국 소정값(ε) 아래로 떨어지고, 이 때 루틴은 종료로 진행하여 도79의 처리가 종결된다. 결과적으로, 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 소정값(ε) 아래로 떨어질 때의 추정 알코올 농도값이 추정 알코올 농도값의 수렴값이 된다.
따라서, 노킹이 검출될 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 1과 연소 시작 시점(MBTCAL+IGNDEAD)으로부터 자동 점화 시점 검출값(θknkreal)까지의 1/τ의 합산값(SUM) 사이의 차이의 절대값이 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 반복적으로 갱신됨으로써 수렴된다.
제10 및 제11 실시예에 의해 공유되는 도74에서 위에서 설명된 방식으로 계산되는 추정 압축비값(CMPEST2)은 제10 및 제11 실시예에서 도76 및 도77(도76의 단계 S641, S352, 및 도77의 단계 S651, S362)에 도시된 바와 같이 제7 실시예와 유사하게, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점(MBTCYCL)에서의 연소실(5)의 체적(V0)을 계산하는데 사용된다.
제10 및 제11 실시예에 의해 공유되는 도76 및 도77에서 제4 실시예의 도63 및 도64와 동일한 부분은 동일한 단계 번호가 할당되고 그에 대한 설명은 생략되었다는 것을 알아야 한다.
제10 및 제11 실시예에 따르면, 압축비 이외의 노킹 관련 파라미터의 추정값 (제10 실시예의 추정 옥탄가(OCTEST) 및 제11 실시예의 추정 알코올 농도값(ALCEST))이 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (노킹 검출 결과는 노킹 관련 파라미터로 피드백됨) (제10 실시예의 도73의 단계 S461, S602, S470, 및 제11 실시예의 도78의 단계 S461, S661, S504), 연소실(5) 내의 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 노킹 관련 파라미터의 추정값에 기초하여 계산되고 (제10 실시예의 도32의 단계 S206 내지 S210 및 도33의 단계 S218, 및 제11 실시예의 도53의 단계 S291 내지 S293, S209, S210 및 도33의 단계 S218), 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest)에 기초하여 계산된다 (제10 및 제11 실시예의 도33의 단계 S219 내지 S231). 결과적으로, 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 그리고 옥탄가가 미리 학습될 수 없는 상용 연료 또는 알코올 농도가 미리 학습될 수 없는 상용 복합 연료가 사용될 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
더욱이, 상기 방정식 136 및 137에 의해 표시된 바와 같이, 노킹이 검출된 후에 압축비 이외의 노킹 관련 파라미터의 추정값(제10 실시예의 추정 옥탄가(OCTEST) 및 제11 실시예의 추정 알코올 농도값(ALCEST))을 갱신(계산)할 때, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값도 고려된다. 특히, 제10 실시예에서, 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때 ( 즉, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값이 비교적 클 때), 추정 옥탄가의 매회 갱신량은 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때 (즉, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값이 비교적 작을 때)보다 크다. 따라서, 추정 옥탄가(OCTEST)는 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크지만 실제 옥탄가 부근에 있을 때보다 추정 옥탄가(OCTEST)가 실제 옥탄가보다 크고 실제 옥탄가로부터 크게 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴한다. 제11 실시예에서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때 (즉, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값이 비교적 클 때), 추정 알코올 농도값의 매회 갱신량은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때 (즉, 1에서 1/τ의 합산값(SUM)을 빼서 얻어진 값이 비교적 작을 때)보다 크다. 따라서, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮지만 실제 알코올 농도 부근에 있을 때보다 추정 알코올 농도값(ALCEST)이 실제 알코올 농도보다 낮고 실제 알코올 농도로부터 크게 벗어날 때 더욱 신속하게 수렴한다.
따라서, 제10 및 제11 실시예에 따르면, 압축비 이외의 노킹 관련 파라미터의 추정값(제10 실시예의 추정 옥탄가(OCTEST) 및 제11 실시예의 추정 알코올 농도값(ALCEST))은 또한 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)에 기초하여 계산된다 (제10 실시예의 도75의 단계 S633, 및 제11 실시예의 도79의 단계 S671). 결과적으로, 압축비 이외의 노킹 관련 파라미터의 추정값의 수렴이 더욱 신속하게 수행될 수 있고, 이에 대응하여 엔진의 작동성을 개선한다.
제10 및 제11 실시예에서, 도76, 도77, 도12, 및 도13에 도시된 바와 같이, 연소의 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)이 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고 기본 점화 시점(MBTCAL)이 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산되는 경우가 설명되었다. 그러나, 기본 점화 시점 맵이 기본 점화 시점(MBTCAL)을 계산하는 대신에 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 연소실(5) 내의 노킹에 의해 생성되는 압력 증가량(DP1)은 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값) 및 작동 조건에 기초하여 추정되고 (도33의 단계 S219 내지 S226), 추정 노킹 강도값(KIC)은 압력 증가량(DP1)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계 S227 내지 S229), 노킹 지연량(KNRT)은 노킹 강도값(KIC)에 기초하여 계산되고 (도33의 단계S230), 기본 점화 시점(MBTCAL)을 노킹 지연량(KNRT)만큼 지연측으로 교정함으로써 얻어지는 값이 노킹 제한 점화 시점(KNOKCcal)으로서 설정된다 (도33의 단계 S231). 이렇게 할 때, 기본 점화 시점으로서 역할하는 기본 점화 시점이 맵으로서 제공될 수 있지만, ROM 용량이 증가될 필요가 없고, 이는 최대 옥탄가 내지 최소 옥탄가의 복수의 상이한 옥탄가 각각에 대한 기본 점화 시점 맵을 제공할 필요가 없기 때문이다.
제10 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 가솔린이 연료로서 사용될 때 옥탄가가 노킹에 대한 가장 큰 영향을 갖는다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과 및 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검출값)에 기초하여 계산된다 (도73 및 도75의 단계 S461, S462, S602). 따라서, 초기에 알려지지 않은 옥탄 가를 갖는 가솔린이 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 고도의 정확성으로 계산될 수 있다.
제10 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 연소실(5)의 압력 및 온도에 따라 상이한 시간인 연소실(5) 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간의 역수(1/τ)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 연소 시작 시점(MBTCAL+IGNDEAD)으로부터 노킹 발생 시점 검출값(θknkreal)까지의 소정의 크랭크 각도(const02)의 간격으로 계산되고, 추정 옥탄가(OCTEST)는 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 소량측으로 갱신된다 (특히, 도75의 단계 S203 내지 S209, 및 S631 내지 S633의 루프 작동). 추정 옥탄가는 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const05)의 변이로 다량측으로 갱신된다 (도73의 단계 S461 및 S467 내지 S471). 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제10 실시예에 따르면, 추정 옥탄가(OCTEST)는 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건 하에서만 또는 바꾸어 말하면 최소 점화 시점값(PADV)이 기본 점화 시점(MBTCAL)보다 더욱 지연될 때(도73의 단계 S467)에만 제2 소정값(const05)의 변이로 다량측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도73의 단계 S470). 이렇게 할 때, 추정 옥탄가(OCTEST)는 잘못 갱신되지 않는다.
제11 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 가솔린과 알코올의 복합 연료가 사용될 때 복합 연료의 알코올 농도가 노킹에 영향을 준다는 사실에 응답하여, 노킹 검출 결과 및 자동 점화 시점 검출값(θknkreal; 노킹 발생 시점 검 출값)에 기초하여 계산된다 (도78의 단계 S461, S462, S661). 따라서, 초기에 알려지지 않은 알코올 농도를 갖는 알코올 함유 연료가 연료로서 사용될 때에도, 자동 점화 시점 예측값(θknkest; 노킹 발생 시점 예측값)은 고도의 정확성으로 예측될 수 있다.
제11 실시예에 따르면, 노킹이 검출될 때, 연소실(5)의 압력 및 온도에 따라 상이한 시간인 연소실(5) 내의 연료가 자동 점화하기 위해 요구되는 시간의 역수(1/τ)는 노킹이 검출되는 연소 사이클 중에 연소 시작 시점(MBTCAL+IGNDEAD)으로부터 노킹 발생 시점 검출값(θknkreal)까지의 소정의 크랭크 각도(const02)의 간격으로 계산되고, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 1/τ의 합산값(SUM)과 1 사이의 차이의 절대값이 허용 가능한 범위 내에 유지될 때까지 높은 측으로 갱신된다 (특히, 도79의 단계 S203 내지 S205, S291 내지 S293, S209, S631, S632, 및 S671의 루프 작동). 추정 알코올 농도값은 그 다음 고정된 사이클에 따라 제2 소정값(const15)의 변이로 낮은 측으로 갱신된다 (도78의 단계 S461, S467, S503, S469, S504, S471). 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 발생하는 연소 사이클 중에 수렴될 수 있다.
제11 실시예에 따르면, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 노킹이 기본 점화 시점(MBTCAL)에서 발생하는 조건(도78의 단계 S467) 하에서 제2 소정값(const15)의 변이로 낮은 측(노킹이 발생하는 측)으로 갱신된다 (도78의 단계 S504). 이렇게 할 때, 추정 알코올 농도값(ALCEST)은 잘못 갱신되지 않는다.
제10 및 제11 실시예에 따르면, 성층 유동 상태의 연소 기체의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2)가 계산되고 (도77의 단계 S168 및 도12의 단계 S188), 연소 기체 체적에 대응하는 연소실(5)의 체적(V0, VTDC)이 계산되고 (도77의 단계 S162 및 도12의 단계 S182), 연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율(BR1, BR2)이 계산되고 (도77의 단계 S171, 도12의 단계 S191), 소정의 작동 조건 하에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성(RPROBA)이 계산되고 (도76의 단계 S15), 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간(BURN1, BURN2)은 성층 유동 연소 속도(SL1, SL2), 연소 기체 체적에 대응하는 연소실(5)의 체적(V0, VTDC), 연소 질량 비율(BR1, BR2), 및 반응 가능성(RPROBA)에 기초하여 계산되고 (도77의 단계 S171 및 도12의 단계 S191), 기본 점화 시점(MBTCAL)은 연소 기간(BURN1, BURN2)에 기초하여 계산된다 (도13의 단계 S41 내지 S43). 따라서, 기본 점화 시점(MBTCAL)을 지연측으로 교정함으로써 얻어지는 값인 노킹 제한 점화 시점(KNOCKcal)은 연소 분석에 기초하여 계산되고, 그러므로 최적 노킹 제한 연소 시점(KNOCKcal)이 작동 조건에 관계없이 계산될 수 있다.
제10 및 제11 실시예에 따르면, 추정 압축비값(CMPEST2)은 노킹 센서(47)로부터의 노킹 검출 결과에 기초하여 계산되고 (제10 실시예의 도73의 단계 S461, S601, 및 제11 실시예의 도78 및 도74의 단계 S461, S601), 초기 연소 기간(BURN1)을 계산하는데 사용되는 압축 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)은 추정 압축비값(CMPEST2)에 기초하여 계산된다 (제10 및 제11 실시예에 의해 공유되는 도77의 단계 S651, S362). 결과적으로, 노킹 검출 결과가 점화 시점으로 피드백되는 종래 장치에서 수행되는 것과 같이 노킹을 회피하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동이 작동 조건에 관계없이 그리고 옥탄가 80을 갖는 연료(소정의 옥탄가를 갖는 연료)가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 엔진 사양의 압축비를 넘어 증가할 때에도 반복적으로 수행될 필요가 없다. 노킹 제한 점화 시점은 가속 및 감속과 같은 전이 중에도 뒤따를 수 있고, 따라서 연료 절감 및 출력이 악화되는 것이 방지될 수 있다.
제10 및 제11 실시예에 따르면, 도77에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 폐쇄 시점(IVC)으로부터 연소 시작 시점까지의 유효 압축비(Ec)가 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC) 및 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적(V0)에 기초하여 계산될 때 (도77의 단계 S163), 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0)와 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 압력(P0)은 각각 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도(TINI) 및 유효 압축비(Ec)와, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력(PINI) 및 유효 압축비(Ec)로부터 계산되고 (도77의 단계 S164 내지 S167), 초기 연소 기간(BURN1)을 계산하는데 사용되는 성층 유동 연소 속도(SL1)는 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도(T0) 및 압력(P0)에 기초하여 계산되고 (도77의 단계 S168), 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 추정 압축비값(CMPEST2)에 기초하여 계산된다 (도76의 단계 S641, S352). 이렇게 할 때, 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적(VIVC)은 소정의 옥탄가를 갖는 연료가 사용되고 몇몇의 이유로 실제 압축비가 예상 압축비보다 높을 때에도 고도의 정확성으로 계산될 수 있다.
일본 특허 출원 JP2004-166986호(2004년 6월 4일 출원) 및 JP2004-167022호(2004년 6월 4일 출원)의 전체 내용이 본원에서 전체적으로 참조되었다.
본 발명이 본 발명의 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 위에서 설명된 실시예로 제한되지 않는다. 위에서 설명된 실시예의 변형 및 변경이 상기 개시 내용에 비추어 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 범주는 다음의 청구범위를 참조하여 한정된다.
본 발명에 따르면, 노킹을 방지하기 위해 점화 시점을 지연시킨 다음 진각시키는 작동을 반복적으로 수행하지 않고서 노킹을 방지할 수 있는 엔진 제어 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (27)

  1. 점화 장치(11)를 갖는 엔진을 위한 제어 장치이며,
    엔진의 연소실(5) 내의 노킹을 검출하는 센서(47)와,
    제어기(31)를 포함하고,
    제어기는, 노킹 검출 결과에 기초하여 노킹과의 상관성을 갖는 파라미터인 노킹 관련 파라미터를 추정하고, 추정된 노킹 관련 파라미터에 기초하여 연소실(5)의 노킹 발생 시점의 예측하고, 예측된 노킹 발생 시점에 기초하여 노킹이 발생하지 않는 진각을 향해 가장 먼 점화 시점인 노킹 제한 점화 시점을 계산하고, 계산된 노킹 제한 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치(11)를 제어하는 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제어기(31)는,
    예측된 노킹 발생 시점 및 엔진 작동 조건에 기초하여 노킹에 의해 생성되는 연소실(5) 내의 압력 증가량을 추정하고,
    엔진 작동 조건에 대응하는 기본 점화 시점을 계산하고,
    연소실(5) 내의 압력 증가량에 기초하여 기본 점화 시점을 지연측으로 교정함으로서 얻어지는 값을 노킹 제한 점화 시점으로서 설정하는 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 엔진의 연료가 가솔린일 때, 제어기(31)는 노킹 관련 파라 미터로서 옥탄가를 추정하는 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 노킹이 검출될 때, 제어기(31)는 추정된 옥탄가를 한번에 소량측으로 갱신하고, 그 다음 추정된 옥탄가를 고정된 사이클에 따라 다량측으로 갱신하는 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 제어기(31)는 노킹 제한 점화 시점이 기본 점화 시점의 지연측 상에 있을 때, 추정된 옥탄가를 다량측으로 갱신하는 것을 실행하는 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서, 엔진의 연료가 가솔린과 알코올의 복합 연료일 때, 제어기(31)는 노킹 관련 파라미터로서 복합 연료의 알코올 농도를 추정하는 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 노킹이 검출될 때, 제어기(31)는 추정된 알코올 농도를 한번에 높은 측으로 갱신하고, 그 다음 추정된 알코올 농도를 고정된 사이클에 따라 낮은 측으로 갱신하는 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 제어기(31)는 노킹 제한 점화 시점이 기본 점화 시점의 지연측 상에 있을 때, 추정 알코올 농도를 낮은 측으로 갱신하는 것을 실행하는 제어 장치.
  9. 제2항에 있어서, 제어기(31)는,
    연소 기체가 성층 상태로 유동할 때의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도를 계산하고,
    연소실(5) 내의 연소 기체의 체적에 대응하는 체적을 계산하고,
    연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율을 계산하고,
    소정의 작동 조건 하에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성을 계산하고,
    성층 유동 연소 속도, 연소 기체 체적에 대응하는 체적, 연소 질량 비율, 및 반응 가능성에 기초하여, 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하고,
    연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하는 제어 장치.
  10. 점화 장치(11)를 갖는 엔진을 위한 제어 장치이며,
    엔진의 연소실(5) 내의 노킹을 검출하는 센서(47)와,
    제어기(31)를 포함하고,
    제어기는, 노킹 검출 결과에 기초하여 엔진의 압축비를 추정하고, 추정된 압축비에 기초하여 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적을 계산하고, 연소 시작 시점에서의 체적에 기초하여 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하고, 계산된 연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하고, 계산된 기본 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치(11)를 제어하는 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 연소실(5) 내부의 노킹 발생 시점이 센서(47)에 의해 검출되고,
    제어기(31)는,
    검출된 노킹 발생 시점에 기초하여, 노킹이 발생하지 않는 진각측을 향해 가장 먼 점화 시점인 노킹 제한 점화 시점을 계산하고,
    노킹 제한 점화 시점 및 기본 점화 시점 중 지연측 상에서 가장 먼 값에서 스파크 점화를 수행하는 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 노킹이 검출될 때, 제어기(31)는 추정된 압축비를 한번에 다량측으로 갱신하고, 그 다음 추정된 압축비를 고정된 사이클에 따라 소량측으로 갱신하는 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서, 제어기(31)는 노킹 제한 점화 시점이 기본 점화 시점의 지연측 상에 있을 때, 추정된 압축비를 소량측으로 갱신하는 것을 실행하는 제어 장치.
  14. 제11항에 있어서, 제어기(31)는 연소실(5) 내의 연료가 자동 점화에 도달하기 위해 요구되는 시간의 역수의 분포를 표현하는 특성에 기초하여 노킹 발생 시점을 예측하는 제어 장치.
  15. 제10항에 있어서, 제어기(31)는,
    연소 기체가 성층 상태로 유동할 때의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도를 계산하고,
    연소실(5) 내의 연소 기체의 체적에 대응하는 체적을 계산하고,
    연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율을 계산하고,
    소정의 작동 조건 하에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성을 계산하고,
    성층 유동 연소 속도, 연소 기체 체적에 대응하는 체적, 연소 질량 비율, 및 반응 가능성에 기초하여, 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하고,
    계산된 연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하고,
    연소 기간은 초기 연소 기간 및 주 연소 기간으로 분할되고,
    초기 연소 기간은 연소 기체 체적에 대응하는 체적으로서 연소 시작 시점에 서의 연소실(5)의 체적을 사용하여 계산되는 제어 장치.
  16. 제15항에 있어서, 제어기(31)는,
    추정된 압축비에 기초하여 흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적을 계산하고,
    흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 체적 및 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적에 기초하여, 흡기 밸브 폐쇄 시점으로부터 연소 시작 시점까지의 유효 압축비를 계산하고,
    흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 온도 및 유효 압축비로부터 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도를 계산하고,
    흡기 밸브 폐쇄 시점에서의 연소실(5)의 압력 및 유효 압축비로부터 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 압력을 계산하고,
    연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 온도 및 압력에 기초하여 성층 유동 연소 속도를 계산하는 제어 장치.
  17. 제1항에 있어서, 연소실(5) 내부의 노킹 발생 시점은 센서(47)에 의해 검출되고,
    제어기(31)는,
    검출된 노킹 발생 시점을 예측된 노킹 발생 시점과 비교하고,
    노킹 검출 결과 및 비교 결과에 기초하여 노킹 관련 파라미터를 추정하는 제 어 장치.
  18. 제17항에 있어서, 제어기(31)는,
    비교 결과에 기초하여 노킹 관련 파라미터로서 엔진의 압축비를 추정하고,
    추정된 압축비에 기초하여 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적을 계산하고,
    연소 기체가 성층 상태로 유동할 때의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도를 계산하고,
    연소실(5) 내의 연소 기체 체적에 대응하는 체적인 연소 기체의 체적에 대응하는 체적을 계산하고,
    연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율을 계산하고,
    소정의 작동 조건 하에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성을 계산하고,
    성층 유동 연소 속도, 연소 기체 체적에 대응하는 체적, 연소 질량 비율, 및 반응 가능성에 기초하여, 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하고,
    계산된 연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하고,
    연소 기간은 초기 연소 기간 및 주 연소 기간으로 분할되고,
    초기 연소 기간은 연소 기체 체적에 대응하는 체적으로서 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적을 사용하여 계산되는 제어 장치.
  19. 제1항에 있어서, 연소실(5) 내부의 노킹 강도가 센서(47)에 의해 검출되고,
    제어기(31)는,
    검출된 노킹 강도를 추정된 노킹 강도와 비교하고,
    노킹 검출 결과 및 비교 결과에 기초하여 노킹 관련 파라미터를 추정하는 제어 장치.
  20. 제19항에 있어서, 제어기(31)는,
    노킹 검출 결과 및 비교 결과에 기초하여 노킹 관련 파라미터로서 엔진의 압축비를 추정하고,
    추정된 압축비에 기초하여 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적을 계산하고,
    연소 기체가 성층 상태로 유동할 때의 연소 속도인 성층 유동 연소 속도를 계산하고,
    연소실(5) 내의 연소 기체의 체적에 대응하는 체적을 계산하고,
    연소실(5) 내에서 소정의 크랭크 각도까지 연소되는 기체의 연소 질량 비율을 계산하고,
    소정의 작동 조건에서의 연소 기체의 가연성을 표시하는 반응 가능성을 계산 하고,
    성층 유동 연소 속도, 연소 기체 체적에 대응하는 체적, 연소 질량 비율, 및 반응 가능성에 기초하여, 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하고,
    계산된 연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하고,
    연소 기간은 초기 연소 기간 및 주 연소 기간으로 분할되고,
    초기 연소 기간은 연소 기체 체적에 대응하는 체적으로서 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적을 사용하여 계산되는 제어 장치.
  21. 제19항에 있어서, 연소실(5) 내부의 노킹 발생 시점은 센서(47)에 의해 검출되고,
    제어기(31)는,
    노킹 검출 결과와, 검출된 노킹 발생 시점 및 노킹 강도에 기초하여, 노킹 관련 파라미터로서 엔진의 압축비를 추정하고,
    노킹 검출 결과 및 검출된 노킹 발생 시점에 기초하여 압축비 이외의 노킹 관련 파라미터를 추정하는 제어 장치.
  22. 제10항에 있어서, 연소실(5) 내부의 노킹 발생 시점은 센서(47)에 의해 검출되고,
    제어기(31)는,
    검출된 노킹 발생 시점을 예측된 노킹 발생 시점과 비교하고,
    노킹 검출 결과 및 비교 결과에 기초하여 압축비를 추정하는 제어 장치.
  23. 제10항에 있어서, 연소실(5) 내부의 노킹 강도가 센서(47)에 의해 검출되고,
    제어기(31)는,
    검출된 노킹 강도를 추정된 노킹 강도와 비교하고,
    노킹 검출 결과 및 비교 결과에 기초하여 압축비를 추정하는 제어 장치.
  24. 점화 장치(11)를 갖는 엔진을 위한 제어 방법이며,
    엔진의 연소실(5) 내의 노킹을 검출하는 단계와,
    노킹 검출 결과에 기초하여, 노킹과의 상관성을 갖는 파라미터인 노킹 관련 파라미터를 추정하는 단계와,
    추정된 노킹 관련 파라미터에 기초하여 연소실(5)의 노킹 발생 시점을 예측하는 단계와,
    예측된 노킹 발생 시점에 기초하여 노킹이 발생하지 않는 진각측을 향해 가장 먼 점화 시점인 노킹 제한 점화 시점을 계산하는 단계와,
    계산된 노킹 제한 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치(11)를 제어하는 단계를 포함하는 제어 방법.
  25. 점화 장치(11)를 갖는 엔진을 위한 제어 방법이며,
    엔진의 연소실(5) 내의 노킹을 검출하는 단계와,
    노킹 검출 결과에 기초하여 엔진의 압축비를 추정하는 단계와,
    추정된 압축비에 기초하여 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적을 계산하는 단계와,
    연소 시작 시점에서의 체적에 기초하여 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하는 단계와,
    계산된 연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하는 단계와,
    계산된 기본 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치(11)를 제어하는 단계를 포함하는 제어 방법.
  26. 점화 장치(11)를 갖는 엔진을 위한 제어 장치이며,
    엔진의 연소실(5) 내의 노킹을 검출하기 위한 수단과,
    노킹 검출 결과에 기초하여, 노킹과의 상관성을 갖는 파라미터인 노킹 관련 파라미터를 추정하기 위한 수단과,
    추정된 노킹 관련 파라미터에 기초하여 연소실(5)의 노킹 발생 시점을 예측하기 위한 수단과,
    예측된 노킹 발생 시점에 기초하여 노킹이 발생하지 않는 진각측을 향해 가장 먼 점화 시점인 노킹 제한 점화 시점을 계산하기 위한 수단과,
    계산된 노킹 제한 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치(11)를 제어하기 위한 수단을 포함하는 제어 장치.
  27. 점화 장치(11)를 갖는 엔진을 위한 제어 장치이며,
    엔진의 연소실(5) 내의 노킹을 검출하기 위한 수단과,
    노킹 검출 결과에 기초하여 엔진의 압축비를 추정하기 위한 수단과,
    추정된 압축비에 기초하여 연소 시작 시점에서의 연소실(5)의 체적을 계산하기 위한 수단과,
    연소 시작 시점에서의 체적에 기초하여 연소 시작으로부터 소정의 크랭크 각도까지의 연소 기간을 계산하기 위한 수단과,
    계산된 연소 기간에 기초하여 MBT(최적 토크를 위한 최소 진각)를 얻기 위한 기본 점화 시점을 계산하기 위한 수단과,
    계산된 기본 점화 시점에서 스파크 점화를 수행하도록 점화 장치(11)를 제어하기 위한 수단을 포함하는 제어 장치.
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