KR100707328B1 - 내연 기관의 시동 장치 - Google Patents

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요시따까 마쯔끼
히데히로 후지따
마사히로 유우야
아쯔시 미쯔호리
다다노리 야나이
쇼오따 하마네
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 내연 기관은 연소실 내에 공기-연료 혼합기를 생성하도록 연소실 내에 연료를 분사하는 연료 분사기와, 연소실 내에서 연소를 일으키도록 공기-연료 혼합기를 점화하는 점화 플러그와, 엔진의 작동이 정지될 것인지 여부를 판정하고 엔진 작동이 정지될 것으로 판정되면 엔진의 작동 상태를 선택적으로 조정하는 제어기를 포함한다.
내연 기관, 제어기, 검출기, 정지 회전 각도 검출 수단

Description

내연 기관의 시동 장치{STARTING SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도1은 본 발명의 시스템에 따른 내연 기관의 개략적인 도면.
도2는 크랭크 각도 센서로부터의 출력에 대한 위치 카운터의 변화를 도시한 그래프.
도3은 본 발명의 시스템의 제1 실시예의 아이들링 제어 프로세스의 흐름도.
도4는 제1 실시예의 정지 제어 프로세스의 흐름도.
도5는 냉각수 온도 대 정지전 기본 목표 회전수의 그래프.
도6은 부속품에 의해 야기된 부하 대 정지전 목표 회전수의 보정값의 표.
도7은 아이들링 정지 전에 엔진 회전수를 증가시킨 효과를 도시한 도면.
도8은 본 시스템의 제2 실시예의 정지 제어 프로세스의 흐름도.
도9는 정지 회전 각도 대 정지전 목표 회전수의 학습치의 그래프.
도10은 본 시스템의 제3 실시예의 아이들링 정지 제어 프로세스의 흐름도.
도11은 제3 실시예의 정지 제어 프로세스의 흐름도.
도12는 아이들링 정지시 부하를 감소시킨 효과를 도시한 도면.
도13은 본 시스템의 제4 실시예의 정지 제어 프로세스의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진
11 : 실린더 블록
12 : 피스톤
13 : 실린더 헤드
14 : 연소실
16 : 크랭크 아암
17 : 크랭크 샤프트
18 : 흡기 포트
19 : 흡기 밸브
20 : 배기 포트
21 : 배기 밸브
22 : 분사기
23 : 점화 플러그
31 : ECU
41 : 가속 센서
45 : 온도 센서
연계 출원
2005년 1월 18일자로 출원된 일본 특허 출원 제2005-10663호 및 2005년 1월 18일자로 출원된 일본 특허 출원 제2005-10664호의 명세서, 특허청구범위 및 도면은 참조로써 완전히 본 명세서에 결합된다.
본 발명은 내연 기관용 시동 시스템, 특히 전기 모터 등을 갖는 시동기에 의존하지 않고 특정 실린더 내의 연소를 통해 엔진을 시동시키는 시스템에 관한 것이다.
시동기에 의존하지 않는 소위 무시동기 시동 시스템이 예컨대 일본 공개 특허 출원 제02-271073호에 개시되어 있다. 이 시동 시스템은 엔진 시동시 팽창 행정 중에 정지된 실린더를 확인하고, 이렇게 확인된 실린더 내에서 연소를 야기시키고, 이 연소에 의해 추진력으로서 엔진 회전을 발생시키고, 그로 인해 엔진을 시동시킨다.
그러나, 이 공지된 시동 시스템에서는 이하의 문제점이 있었다. 엔진의 회전은 점화(즉, 연소) 정지시에 즉시 정지되지 않고, 관성으로 인해 특정 기간동안 회전한 후에야 완전히 정지된다. 점화 정지부터 완전 정지까지의 기간동안 엔진의 회전수 또는 회전 각도는 엔진의 관성 및 마찰 정도에 따라 엔진마다 다르고, 하나의 엔진에 대해서조차도 온도 등의 환경 조건에 의해 변한다. 재시동을 위해, 보통의 내연 기관은 바람직하게는 점화 정지 후에 2회전 이상 회전해야 하고, 연소 가스는 모든 실린더 내에서 충분하게 배기되는 것이 바람직하다. 그러나, 전술한 이유 중 임의의 것에 의해 점화 정지 후에 관성 회전에 있어서의 분산 또는 변화가 발생한다면, 연소 가스가 충분하게 배기되지 않게 되고, 실린더 내에 연소 가스가 잔류함으로써 시동을 위한 연소가 만족스럽게 되지 않아서, 그로 인해 시동이 즉시 이루어지는 것이 방해된다.
본 발명에 따른 시스템은 엔진 정지시 점화 정지후 엔진의 회전수를 유지하고, 모든 실린더 내의 연소 가스를 충분히 배기시킨다.
특히, 본 발명에 따른 내연 기관용 시동 시스템은 엔진을 정지시키는 소정 조건이 만족되는지의 여부를 판정하고, 이런 소정의 조건들이 만족된다고 판정되었을 때 엔진의 회전수를 증가시킨 후에 점화를 정지시키며, 팽창 행정 중에 정지된 특정 실린더 내에서 점화에 의한 회전을 야기시킨다.
본 발명의 시스템에 따르면, 엔진의 정지시에는 점화 정지 전에 엔진의 회전수를 증가시킴으로써 점화 정지 후에 엔진의 회전을 야기하기에 충분한 회전수를 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 엔진으로부터 가스를 배기하는데 필요한 회전수까지 회전시키고, 모든 실린더 내에서 충분히 배기시키고, 다음 시동 작동시 만족스러운 연소를 신뢰성 있게 수행함으로써 엔진을 시동시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 시스템의 이러한 그리고 다른 특징 및 장점들이 첨부된 도면과 관련된 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도1은 시스템의 실시예에 따른 내연 기관(이하 "엔진")의 구성을 도시하고 있다. 본 실시예에서는, 소위 직접 분사식 또는 직접 시동 가솔린 엔진이 엔진(1)으로서 채택된다.
실린더 블록(11)에 피스톤(12)이 삽입되고, 피스톤(12)의 상부면과 실린더 헤드(13)의 하부면 사이에 형성된 공간이 연소실(14)로서 작용한다. 피스톤(12)은 로드(15) 및 크랭크 아암(16)을 통해 크랭크 샤프트(17)에 연결되고, 크랭크 샤프트(17)는 피스톤(12)의 왕복 운동과 연계된다. 본 실시예에서, 피스톤 보스의 중심(122)은 실린더 중심축(m) 상에 위치된다. 피스톤 보스의 중심(122)은 상사점 전에 크랭크 아암(16)과 로드(15)의 연결부(c)가 이 중심(122)을 통과하고 실린더 중심축(m)과 평행한 직선 상을 지나는 오프셋 위치 내에 설정될 수도 있다.
흡기 포트(18)는 실린더 중심축(m)에 대해 실린더 헤드(13)의 일측 상에 형성되고, 흡기 포트(18)는 (도시되지 않은) 흡기 매니폴드에 연결되어 흡기 통로를 형성한다. 흡기 포트(18)는 흡기 밸브(19)에 의해 개폐된다. 배기 포트(20)는 실린더 중심축(m)에 대해 다른측에 형성된다. 배기 포트(20)는 (도시되지 않은) 배기 매니폴드에 연결되어 배기 통로를 형성한다. 배기 포트(20)는 배기 밸브(21)에 의해 개폐된다. 2개의 흡기 포트(18)와 2개의 배기 포트(20)가 각 실린더에 평행하게 제공된다. 흡기 밸브(19)와 배기 밸브(21)는 각각 이들 밸브(19, 21) 상에 제공된 (도시되지 않은) 흡기 캠과 배기 캠에 의해 구동된다. 본 실시예에서는, 이하에 설명되는 아이들링 회전수를 제어하기 위해 흡기 제어 밸브(71)가 제공된다. 흡기 제어 밸브(71)는 (도시되지 않았지만 흡기 통로 내에 제공되는) 스로틀 밸브를 우회하는 우회 통로 내에 설치된다. 스로틀 밸브가 솔레노이드형이면, 흡기 제어 밸브(71)로서 작동할 수 있다.
연료를 공급하는 분사기(22)가 실린더 헤드(13) 상에 제공되고 연소실(14)과 대면한다. 연료는 이 분사기(22)를 통해 연소실(14) 내에 직접 분사된다. 본 실 시예에서는, 분사기(22)는 흡기 포트(18)들 사이에 배치되어 연료는 연소실(14) 내로 비스듬하게 분사된다. 이렇게 분사된 연료를 점화하기 위한 점화 플러그(23)가 실린더 중심축(m) 상에 제공된다. 분사기(22)와 점화 플러그(23)의 작동은 이하에 설명된 엔진 제어 유닛(31)에 의해 제어된다.
엔진(1)은 엔진 제어 유닛(31, 이하 "ECU")에 의해 일체식으로 제어된다. 가속 개방도를 검출하는 가속 센서(41)로부터의 신호, 크랭크 각도 센서(42 내지 44)로부터의 신호(엔진 회전수가 이를 기초로 계산될 수 있음) 및 냉각제 온도를 검출하는 온도 센서(45)로부터의 신호가 ECU(31)로 도입되고, 파워 스티어링 장치의 작동 스위치(46), 공기 조화기의 작동 스위치(47), 교류 발전기의 작동 스위치(48), 점화 스위치(49) 및 시동 스위치(50)로부터의 신호도 ECU(31) 내로 도입된다. 이 신호들을 기초로 하여, ECU(31)는 연료 분사 밸브(22)의 분사 시기 및 분사량과 점화 장치(23)의 점화 시기를 계산한다.
속도 등에 따라 미리 정해진 소정의 아이들링 정지 조건이 만족되면, ECU(31)는 아이들링 정지 제어를 수행하고, 그때부터 아이들링 정지 취소 조건이 만족될 때까지 기간동안 엔진을 일시적으로 정지시킨다. 본 실시예에서는, 아이들링 정지시 크랭크 샤프트(17)의 정지 위치를 정확하게 검출하도록 3개의 크랭크 각도 센서(42 내지 44)가 설치된다. 이들 중에, 2개의 센서(42, 43)가 크랭크 샤프트(17)에 부착된 제1 로터(61)에 제공된다. 이 제1 로터의 외주연 상에 30도 간격으로 표면 불규칙이 형성된다. 센서(42, 43)는 이 표면 불규칙에 따라 크랭크 각도의 30도 간격으로 위치 신호를 발생시킨다. 센서(42, 43)는 크랭크 샤프트(17) 둘레에 주연 방향으로 15도 간격으로 배열되고, 15도만큼의 위상 변화로 이 위치 신호를 발생시킨다. 나머지 센서(44)는 캠 샤프트에 부착된 (도시되지 않은) 제2 로터에 제공된다. 제2 로터는 그 외주연 상에 형성된 돌출부를 갖고, 720도의 크랭크 각도 각각에 대해 기준 신호를 발생시킨다. 이 크랭크 각도 센서(42-44)들은 15도의 정밀도로 크랭크 샤프트(17)의 정지 위치를 검출할 수 있다. 아이들링 정지후 재시동시, ECU(31)는 검출된 정지 위치에 기초하여 아이들링 정지시 팽창 행정 중에 정지한 실린더를 판정하고, 이렇게 판정된 실린더 내에 연소를 발생시키고, 이 연소에 의해 추진력으로 엔진(1)의 회전을 야기시킴으로써 엔진을 시동시킨다. 엔진의 회전수는 소정의 기간동안 센서(42, 43)로부터의 위치 신호를 계산하거나, 센서(44)로부터의 기준 신호의 발생 사이클을 측정함으로써 검출될 수 있다.
엔진(1)의 정지동안 크랭크 각도 센서(42 내지 44)의 출력 파형을 도시한 도2를 참조하여, 크랭크 각도 센서(42 내지 44)에 의해 크랭크 샤프트의 정지 위치를 검출하는 것이 설명된다.
1 내지 48의 값을 취하는 위치 카운터(CNT)가 ECU(31) 내에 설치된다. ECU(31)는 정지동안 이 위치 카운터(CNT)의 값으로부터 크랭크 샤프트(17)의 정지 위치를 검출한다. 전술한 바와 같이, 센서(42, 43)로부터의 위치 신호(POS1, POS2)는 매 30도마다 15도의 위상 간극으로 도입된다. 위치 카운터(CNT)는 기준 신호 REF의 입력 다음에 위치 신호(이 경우 POS1)를 도입함으로써 1로 리셋되고(각도 ANG1), 매번 위치 신호(POS1 또는 POS2) 입력시 1이 추가된다. 센서(42, 43)로부터의 위치 신호(POS1, POS2)가 교대로 도입될 때, 위치 신호(POS1, POS2) 중 하나가 입력될 때 1이 추가된다. 크랭크 샤프트(17)가 엔진(1)의 정지시 회전이 완전히 정지하기 바로 전에 역으로 회전할 때, 센서 중 하나로부터의 위치 신호(이 경우 POS2)가 연속해서 도입된다(각도 ANG2). 이 경우, 위치 카운터(CNT)로부터 1을 제함으로써 역회전을 고려한 정지 위치가 검출된다. 소정의 기간동안 위치 신호(POS1, POS2) 중 어떠한 입력도 없다는 것으로부터 회전이 완전하게 중단됐는지의 여부가 판정될 수 있다(각도 ANG3).
아이들링 제어 프로세스의 흐름도인 도3을 참조하여 ECU(31)의 작동이 설명될 것이다. 이 프로세스는 점화 스위치(49)를 온시킴으로써 달성되고 그후 소정의 사이클 내에서 수행된다. 엔진(1)의 아이들링 회전 제어, 아이들링 정지 및 아이들링 정지 후 재시동이 이 프로세스에 따라 수행된다.
단계(S101)에서는, 소정의 조건이 만족되는지의 여부가 판정된다. 조건이 만족될 때, 프로세스는 단계(S102)로 진행하고, 그렇지 않으면 이 프로세스는 리셋된다. 본 실시예에서, 프로세스는 a) 가속 개방도가 소정값보다 작고, 가속 페달이 완전하게 리셋 상태에 있고, b-1) 엔진이 소정값보다 낮은 속도에서 작동하거나 b-2) 변속기의 변속 레버가 중립 위치에 있는 조건에서 다음 아이들링 회전 제어로 이동한다. 엔진 회전수, 변속기의 기어비 등을 기초로 속도가 계산될 수 있다.
단계(S102)에서는, 아이들링 회전수 제어가 수행된다. 이 제어는 공지된 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 본 실시예에서, 목표 아이들링 회전수(tNidl)는 냉각수 온도, 부속품에 의해 발생된 부하, 변속 레버의 위치 등에 기초하여 설정되고, 아이들링 회전수는 흡입 공기의 제어를 통해 실제 엔진 회전수(NE)를 설정 함으로써 목표 아이들링 회전수(tNidl)로 제어된다. 더 상세하게는, 목표 아이들링 회전수(tNidl)와 엔진 회전수 사이의 차이가 계산되고, 이렇게 계산된 차이에 기초하여 흡기 제어 밸브(71)를 개폐함으로써 엔진 회전수(NE)가 목표 아이들링 회전수(tNidl)와 일치하게 된다.
단계(S103)에서는, 소정의 아이들링 정지 조건이 만족되는지 여부가 판정된다. 조건이 만족되면 단계(S104)로 진행하고, 그렇지 않으면 프로세스는 리셋된다. 본 실시예에서, a) 소정값보다 작은 속도를 갖는 사실상 정지 상태가 소정 기간동안 계속 존재하고, b) 냉각제 또는 냉각수 온도가 소정값보다 작은 조건에서 아이들링 정지가 수행된다.
단계(S104)에서는, 도4에 도시된 흐름도에 따라 정지 제어는 수행된다.
단계(S105)에서는, 소정의 아이들링 정지 취소 조건이 만족되는지 여부가 판정된다. 조건이 만족되면 단계(S106)로 진행한다. 그렇지 않으면, 단계(S105)에서의 프로세스는 반복된다. 본 실시예에서는, 소정값보다 큰 가속 개방도가 가속 센서(41)에 의해 검출되고, 가속 페달이 가압된 것으로 판정된 조건에서 아이들링 정지가 취소된다.
단계(S106)에서는, 크랭크 샤프트(17)의 정지 위치에 기초하여 아이들링 정지시 팽창 행정 중에 정지된 실린더를 판정한다. 이 실린더에 대해 연료 분사 및 점화가 수행되어 연소를 일으키고 엔진(1)을 시동시킨다.
도4는 정지 제어 프로세스의 흐름도이다.
단계(S201)에서는, 아이들링 정지전에 엔진 회전수가 증가된다. 본 실시예에서는, 아이들링 정지 조건을 만족하기 전에 목표 아이들링 회전수(tNidl)보다 큰 정지전 목표 아이들링 회전수(tNstp)가 목표 엔진 회전수로 설정된다. 엔진 회전수는 전술한 것과 일치하도록 엔진 회전수를 제어함으로써 증가된다. 정지전 목표 아이들링 회전수(tNstp)는 도5에 표시된 경향을 도시한 곡선으로부터 구해진 정지전 기본 목표 아이들링 회전수(tNstp0)에 도6에 도시된 표로부터 구해진 보정값(DLT)을 더함으로써 설정된다(tNstp = tNstp0 + DLT). 도5에 도시된 그래프에서, 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)는 일반적으로 목표 아이들링 회전수(tNidl)보다 큰 값으로 설정되고, 냉각수 온도(Tw)가 낮아짐에 따라 목표 아이들링 회전수(tNidl)로부터의 차이(δNstp)가 크게 되도록 설정된다. 본 실시예에서, 회전수(tNstp0, tNidl)는 냉각수 온도(Tw)가 소정값(Tw1)보다 더 클 때에 일치하게 된다. 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)는 가능한 냉각수 온도값의 전체 범위에 걸쳐 목표 아이들링 회전수(tNidl)보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 한편, 도6에 도시된 표의 보정값(DLT)은 부속품에 의해 야기된 부하에 응답하여 설정된다. 본 실시예에서는, 파워 스티어링 장치 및 교류 발전기가 부속품으로 채택된다. 보정값(DLT)은 이들 부속품들이 작동될 것으로 판정될 때 스위치(46, 48)로부터의 신호로부터 판정되도록 비교적 큰값(A)으로 설정된다. 부속품들 또는 이들 중 하나가 작동될 것으로 판정될 때는, 이 값(A)보다 작은 값(B)으로 설정된다. 부속품들 모두가 정지할 것으로 판정된다면, 최소값(C)으로 설정된다(C<B<A).
보정값(DLT)은 부속품의 작동 상태에 응답하여 파워 스티어링 장치 등의 작동 또는 정지를 통해 변경되고, 그 부하량에 따라 변경될 수 있다. 이 경우에, 부 속품에 의해 야기된 부하를 검출하는 센서가 스위치(46, 48)에 추가로 설치된다. 교류 발전기에 의해 야기된 부하는 교류 발전기에 의해 발생된 전력에 기초하여 검출될 수 있다. 보정값(DLT)은 교류 발전기에 의해 야기된 부하에 한정되지 않고 공기 조화기에 의해 야기된 부하에 응답하여 변경될 수도 있다. 공기 조화기에 의해 야기된 부하는 공기 조화기의 송풍기 유량에 기초하여 계산될 수 있다.
단계(S202)에서는, 소정 장비를 구동함으로써 엔진 회전수가 증가된다. 본 실시예에서는, 흡기 제어 밸브(71)의 작동을 통해 흡입 공기 체적을 증가시키거나, 점화 시기를 이르게 설정함으로써 엔진 회전수가 증가될 수 있다. 전술한 방법을 사용할 때는 엔진 회전수가 크게 증가할 수 있고, 후술한 방법을 채택할 때는 엔진 회전수가 큰 반응으로 증가할 수 있다.
단계(S203)에서는, 실제 엔진의 엔진 회전수(NE)가 정지전 목표 회전수(tNstp)에 도달하는지의 여부를 판정한다. 도달한다면 프로세스는 단계(S204)로 진행하고, 그렇지 않다면 프로세스는 단계(S202) 및 단계(S203)를반복한다.
단계(S204)에서는, 점화 플러그(23)의 점화 코일로의 통전 신호의 출력이 아이들링 정지를 위해 차단되고, 모든 실린더 내의 점화가 중단된다.
단계(S205)에서는, 분사기(22)의 솔레노이드로의 구동 신호의 출력 및 모든 실린더 내의 연료 분사가 중단된다.
본 실시예와 관련하여, 도3에 도시된 흐름도 내의 단계(S101)에서의 프로세싱은 "정지 판정 수단"에 대응하고, 도4에 도시된 흐름도 내의 단계(S201 내지 S203)에서의 프로세싱은 "회전 제어 수단"에 대응하고, 동일한 흐름도 내의 단계 (S204)에서의 프로세싱은 "점화 정지 수단"에 대응하고, 냉각수 온도 센서(45)는 "온도 검출 수단"에 대응하고, 분사기(22)는 "연료 분사 수단"에 대응한다.
특히, 본 실시예의 아이들링 정지 전에 엔진 회전수를 증가시키고 더 높은 회전수(tNstp)에서 엔진 회전수를 저하시킴으로써 점화 정지 후에 회전의 완전 정지 이전 기간동안 엔진(1) 회전수가 유지될 수 있다. 결과적으로, 아이들링 정지시 연소 가스의 배기에 필요한 회전수로 엔진(1)을 회전시키는 것이 신뢰성 있게 가능해져, 모든 실린더 내에서 충분히 배기되는 것을 달성할 수 있다. 다음 시동시에, 연소는 만족스럽게 되어 즉시 엔진을 시동할 수 있게 된다.
도7은 이 효과를 도시하고 있다. 도7에서는, 엔진 회전수가 아이들링 정지 전에 증가하는 것이 실선으로 표시되고, 보통의 목표 아이들링 회전수(tNidl)가 유지되는 것이 2점 쇄선으로 표시된다. 점화 정지 후에 엔진 회전수 감소시의 경사는 두가지 경우에 큰 차이가 없다. 따라서, 엔진 회전수를 증가시킴으로써 점화 정지(시간 t0)부터 회전의 완전 정지까지 사이의 기간을 연장하는 것이 가능해지고, 그에 따라 크랭크 샤프트(17)의 만족스러운 회전 각도(소위 "정지 회전 각도")를 보장한다. 도7은 회전이 완전 정지하는 점화 정지후 기간동안 엔진(1)이 720도 이상까지 회전하도록 할 수 있고, 정지전 목표 회전수(tNstp)까지 엔진 회전수를 증가시킴으로써 크랭크 샤프트(17)가 2 회전 이상 회전될 수 있다는 것을 도시하고 있다.
본 실시예에서, 정지 회전 각도는 냉각제 또는 냉각수 온도(Tw) 및 부속품에 의해 야기된 부하에 기초하여 정지전 목표 회전수(tNstp)를 설정함으로써 환경 또는 다른 조건에 상관없이 확보될 수 있다. 즉, 환경의 변화에 의한 마찰의 증가를 극복하고, 냉각수 온도(Tw)를 검출하고 냉각수 온도가 낮아짐에 따라 목표 아이들링 회전수(tNidl)로부터 크게 증가된 엔진 회전수(Nstp)에서 아이들링 정지를 수행함으로써 정지 회전 각도를 유지하는 것이 가능해진다(도5). 한편, 부속품에 의해 야기된 부하를 검출하고 검출된 부하가 커짐에 따라 목표 아이들링 회전수(tNidl)로부터 크게 증가된 엔진 회전수(Nstp)에서 아이들링 정지를 수행함으로써 부속품에 의해 야기된 부하에 의존하지 않고 정지 회전 각도가 유지될 수 있다(도6). 환경등의 영향을 완화하기 위해, 윤활유 온도 또는 대기 온도가 냉각수 온도(Tw) 대신 채택될 수 있다. 이 경우, 도5에 도시된 것과 유사한 경향이 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)에 추가될 수 있다.
본 실시예에서, 엔진 회전수가 증가시, 증가후 목표 회전수[즉, 정지전 목표 회전수(tNstp)] 자체는 냉각수 온도(Tw)에 기초하여 설정된다. 이와 별도로, 목표 아이들링 회전수(tNidl)로부터의 증분(δNstp)이 계산되어 그 결과값을 목표 아이들링 회전수(tNidl)에 더할 수 있다.
도8은 제2 실시예의 정지 제어 프로세스의 흐름도이다. 엔진 구조는 도1에 도시된 것과 동일하다.
ECU(31)는 아이들링 판정 후에 소정의 아이들링 정지 조건의 만족시 정지 제어를 수행한다.
아이들링 정지 전에, 도5 및 도6에 도시된 경향을 참조하여 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)와 보정값(DLT)이 계산되고, 정지전 목표 회전수(tNstp)가 설정된다(tNstp = tNstp0 + DLT : S201). 흡기 제어 밸브(71)와 다른 소정의 장치가 그렇게 설정된 정지전 목표 회전수(tNstp)를 기초로 구동된다(S202). 엔진 회전수가 정지전 목표 회전수(tNstp)에 도달하면(S203), 점화 플러그(23)가 통전 차단되고(S204), 분사기(22)가 정지된다(S205).
단계(S301)에서는, 크랭크 각도 센서(42 내지 44)의 출력에 기초하여 점화(즉, 연소) 정지부터 회전 정지를 완료하기까지의 기간동안의 엔진(1)의 회전 각도(A)가 검출된다.
단계(S302)에서는, 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)가 검출된 정지 회전 각도(Astp)에 기초하여 보정된다. 본 실시예에서, 도9에 도시된 경향 그래프로부터 학습치(HOSn)가 계산되고, 이렇게 계산된 결과가 그래프(도5)로부터의 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)에 더해진다. 도9에 도시된 그래프에서, 정지 회전 각도(Astp)가 클수록 학습치(HOSn)는 작은 값으로 설정된다. 720도 이상의 정지 회전 각도(Astp)에 대해 0으로 설정된다. 이는 모든 실린더 내에서 배기하는데 요구되는 정지 회전 각도가 보장되기 때문이다. 이 학습치(HOSn)에 의한 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)의 보정은 바람직하게는 냉각수 온도(Tw)의 각 영역에 대해 수행되어야 한다. 도5에서, 보정 후에 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)는 일점 쇄선으로 표시된다. 다음 아이들링 정지시, 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)의 보정은 정지전 목표 회전수(tNstp)의 설정(S201)에 반영된다.
본 실시예와 관련하여, 특히 도8에 도시된 흐름도 내의 단계(S301)는 "정지 회전 각도 검출 수단"에 대응하고, 이 흐름도 내의 단계(S201 내지 203 및 302)에서의 프로세싱은 "회전 제어 수단"에 대응한다.
본 실시예에 따라, 아이들링 정지시 연소 가스의 배기는 정지 회전 각도(Astp)에 기초하여 모든 실린더 내에서 충분하게 수행된다. 이것이 충족되지 않는다면 정지전 기본 목표 회전수(tNstp0)의 증가는 다음 아이들링 정지에서 더 큰 엔진 회전수(Nstp)에서의 아이들링 정지를 수행하고 그에 따라 충분한 정지 회전 각도를 보장하는 것을 가능하게 만든다. 결과적으로, 아이들링 정지시 신뢰성 있는 배기를 수행할 수 있고 엔진(1)의 시동성을 유지할 수 있다.
도10은 제3 실시예에 따른 아이들링 정지 제어 프로세스의 흐름도이다. 이 프로세스는 점화 스위치(49)를 온함으로써 활성화되고, 사실상 소정 기간에서 작동된다.
단계(S401)에서는, 소정의 아이들링 정지 조건이 만족되는지 여부가 판정된다. 만족되면 프로세스는 단계(S402)로 진행한다. 그렇지 않으면, 프로세스는 단계(401)로 복귀한다. 본 실시예에서, a) 가속 개방도가 소정값보다 작고 가속 페달이 완전히 리셋 상태에 있고, b) 소정 기간동안 소정값보다 작은 속도의 사실상 정지 상태가 계속되고, c) 냉각제 또는 냉각수 온도가 소정값보다 낮은 조건에서 아이들링 정지가 수행된다. 속도는 엔진 회전수, 변속기의 기어비 등에 기초하여 계산될 수 있다.
단계(S402)에서는, 정지 제어가 도11에 도시된 흐름도에 따라 수행된다.
단계(S403)에서는, 소정의 아이들링 정지 취소 조건이 만족되는지 여부가 판정된다. 이 취소 조건들이 만족되면 프로세스는 단계(S404)로 진행한다. 만족되지 않으면, 이 단계(S403)의 프로세싱이 반복된다. 본 실시예에서는, 소정값보다 큰 가속 개방도가 가속 센서(41)에 의해 검출되고 가속 페달이 가압된 것으로 판정된 조건에서, 아이들링 정지가 취소된다.
단계(S404)에서는, 아이들링 정지시 팽창 행정 중에 정지된 실린더가 크랭크 샤프트(17)의 정지 위치에 기초하여 판정되고, 이렇게 판정된 실린더에 대해 연료 분사 및 점화가 수행됨으로써 연소가 수행되고, 그로 인해 엔진(1)이 시동된다.
도11은 정지 제어 프로세스의 흐름도이다.
단계(S501)에서는, 점화 플러그(23)의 점화 코일에 대한 통전 신호의 출력이 차단되고, 모든 실린더에서 점화가 정지된다.
단계(S502)에서는, 분사기(22)의 솔레노이드에 대한 구동 신호의 출력이 차단되고, 모든 실린더에서 연료 분사가 정지된다.
단계(S503)에서는, 파워 스티어링 장치의 작동 스위치(46)가 오프되고, 이 장치가 정지되었는지의 여부가 판정된다. 정지시에는 프로세스는 단계(S504)로 진행하고, 작동시에는 단계(S509)로 진행한다. 작동 스위치(46)는 스티어링 휘일이 중립 위치에 대해 소정 범위 내에 상태에 있다면 오프되고, 휘일이 중립 위치로부터 왼쪽 또는 오른쪽으로 소정 각도 이상으로 회전한 상태에 있으면 온된다.
단계(S504)에서는, 부하 센서(47)로부터의 신호에 기초하여 공기 조화기의 부하(L1)가 검출된다. 이 부하(L1)는 공기 조화기의 송풍기의 유량으로부터 계산될 수 있다.
단계(S505)에서는, 부하 센서(48)로부터의 신호에 기초하여 교류 발전기의 부하(L2)가 검출된다. 이 부하(L2)는 교류 발전기에 의해 발전된 전력에 기초하여 계산될 수 있다.
단계(S506)에서는, 공기 조화기의 부하(L1)가 교류 발전기의 부하(L2)보다 큰지 여부가 판정된다. 더 크면 프로세스는 단계(S507)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S508)로 진행한다.
단계(S507)에서는, 공기 조화기가 정지된다.
단계(S508)에서는, 교류 발전기가 정지된다.
단계(S509)에서는, 파워 스티어링 장치가 엔진(1) 상에 큰 부하를 인가하는 것으로 판정되고, 공기 조화기와 교류 발전기 모두가 정지된다.
본 실시예와 관련하여, 파워 스티어링 장치는 "제1 부속품"에 대응하고, 공기 조화기는 "제2 부속품"에 대응하고, 교류 발전기는 "제3 부속품"에 대응한다. 도11에 도시된 흐름도의 단계(S501)에서의 프로세싱은 "점화 정지 수단"에 대응하고, 흐름도의 단계(S507 및 S509)에서의 프로세싱은 "부하 감소 수단"에 대응한다.
본 실시예에서, 점화 정지후 아이들링 정지시 엔진(1) 상에 부하를 저감시키기 위해 공기 조화기 등의 부속품을 정지시킴으로써 회전의 정지가 완료되기까지의 기간동안, 엔진(1)의 회전수를 보장하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 연소 가스의 배기에 필요한 회전수만큼 엔진(1)을 신뢰성 있게 회전시킴으로써 모든 실린더 내에서 충분한 배기가 달성되고, 다음 시동시 만족스러운 연소가 야기되어 엔진이 즉시 시동될 수 있다.
도12는 이런 효과를 도시하고 있다. 점화의 정지에 따라 부속품에 의해 야기된 부하가 감소되는 것은 실선으로 표시되고, 점화의 정지 후에도 부속품의 작동 이 유지되는 것은 2점 쇄선으로 표시된다. 부속품에 의해 야기된 부하의 감소는 점화 정지(시간 t0)후 엔진 회전수의 감소를 느리게 하고, 그로 인해 회전 정지가 완료하기 전에 크랭크 샤프트(17)의 충분한 회전 각도를 유지하는 것을 가능하게 한다. 도12는 720도 이상의 크랭크 각도만큼 엔진(1)의 회전을 야기할 수 있는 가능성을 도시하며, 크랭크 샤프트(17)의 2회전 이상을 보장한다.
본 실시예에서, 비교적 큰 부하를 야기하는 파워 스티어링 장치의 작동 상태에 응답하여 부하를 감소시키는 부속품이 아이들링 정지시에 걸쳐 절환된다. 즉, 파워 스티어링 장치가 정지하면 공기 조화기 및 교류 발전기 중 더 큰 부하를 야기하는 것이 정지되는 한편, 파워 스티어링 장치가 작동 중이면 공기 조화기 및 교류 발전기 모두가 정지함으로써, 엔진(1)의 시동 기능 및 공기 조화기의 보조적인 기능 모두를 가능하게 한다.
도13은 제4 실시예의 정지 제어 프로세스의 흐름도이다. 본 실시예에서의 엔진 구조는 도1에 도시된 실시예에서와 같다.
ECU(31)는 소정의 아이들링 정지 조건의 만족시 정지 제어를 수행한다.
아이들링 정지시, 모든 실린더에 대해 점화가 정지된다[단계(S601)]. 그후 단계(S602)에서는, 이하에 설명되는 배기 판정 플래그(FLG)가 0인지 여부가 판정된다. 0이면 프로세스는 단계(S603)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S613)로 진행한다. 파워 스티어링 장치가 정지되었는지 여부가 판정된다(S603). 정지이면 공기 조화기 및 교류 발전기의 부하(L1, L2)가 검출된다(S604). 검출된 부하(L1, L2)가 비교되고, 더 큰 부하를 갖는 것이 정지된다(S606, S607). 파워 스티어링 장치가 작동중이면, 공기 조화기와 교류 발전기 모두가 정지된다(S608).
부속품에 의해 야기된 부하를 감소시킨 후에, 점화(연소) 정지로부터 회전이 완전 정지할때까지의 기간동안 회전한 엔진의 정지 회전수(Nstp)가 단계(S609)에서 검출된다. 이 정지 회전수(Nstp)는 크랭크 각도 센서(42 내지 44)의 출력으로부터 쉽게 검출될 수 있다. 단계(S610)에서는, 정지 회전수(Nstp)가 2보다 더 큰지 여부가 판정된다. 더 크면 프로세스는 단계(S611)로 진행하고, 2보다 작으면 단계(S612)로 진행한다. 단계(S611)에서는, 모든 실린더가 점화 정지 후에 적어도 하나의 배기 행정을 수행하고, 연소 가스가 충분히 배기된 것으로 가정할 때 배기 판정 플래그(FLG)는 0으로 설정된다. 단계(S612)에서는, 배기가 충분하지 않은 것으로 판정되어, 배기 판정 플래그(FLG)가 1로 설정된다. 이렇게 설정된 배기 판정 플래그(FLG)의 값이 ECU(31)의 저장부 내에 기록되고, 다음에 이어지는 아이들링 정지시에 단계(S602)에서 판독된다. 단계(S613)에서는, 아이들링 정지시 배기가 충분히 수행되지 않을 가능성이 있는 것으로 판정되고, 공기 조화기 및 교류 발전기 모두가 파워 스티어링 장치의 작동 상태에 무관하게 정지된다.
본 실시예와 관련하여, 도13에 도시된 흐름도의 단계(S601)에서의 프로세싱은 "점화 정지 수단"에 대응하고, 동일한 흐름도의 단계(S606 내지 S608)에서의 프로세싱은 "부하 감소 수단"에 대응한다. 동일한 흐름도의 프로세싱(S609)은 "정지 회전수 검출 수단"에 대응한다.
본 실시예에 따르면, 아이들링 정지시 연소 가스의 배기가 정지 회전수(Nstp)에 기초하여 충분하게 수행되었는지 여부가 판정된다. 배기가 충분하게 수 행되지 않았다면 필요한 정지 회전수는 부속품에 의해 야기되는 부하를 최대로 감소시킴으로써 보장될 수 있다. 결과적으로, 엔진(1) 내의 계속된 마찰 증가에 의존하지 않고 아이들링 정지시 배기를 신뢰성 있게 수행하는 것이 가능해지고, 그에 따라 엔진(1)의 시동성을 유지할 수 있게 된다.
전술한 실시예들에서, 엔진(1)은 항상 특정 실린더 내에서 발생한 연소를 통해 시동된다. 엔진(1)이 낮은 온도에 있을 때 시동되는 것을 보장하기 위해, 전기적으로 작동되는 시동 모터가 장착되고, 냉각제 냉각수 온도가 재시동시 소정 온도 이하이면 엔진(1)은 이 시동 모터에 의해 시동될 수 있다.
전술한 실시예들에서, 설명은 아이들링 정지 후에 재시동을 커버한다. 그러나, 본 시스템은 점화 스위치를 오프시킴으로써 야기되는 엔진(1)의 정지 후에 시동하는데 적용될 수 있다.
전술한 실시예들에서는, 직접 분사식 엔진(1)이 제안되었다. 그러나, 본 시스템은 연료 공급 분사기가 흡기 통로와 대면하도록 장착되고 흡기 전에 혼합된 연료와 공기의 혼합기가 사용되는 엔진에 적용될 수 있다. 이 경우, 엔진(1)은 점화만 정지시키고 연료의 분사는 계속함으로써 실린더가 혼합기로 충전된 상태에서 정지한다.
따라서, 본 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이는 설명을 위한 것이지 한정하기 위한 것이 아니며, 첨부된 청구항은 종래 기술이 허용하는 한 넓게 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, 엔진의 정지시에 점화 정지 전에 엔진의 회전수를 증가시킴으로써 점화 정지 후에 엔진의 회전을 야기하기에 충분한 회전수를 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 엔진으로부터 가스를 배기하는데 필요한 회전수까지 회전시키고, 모든 실린더 내에서 충분히 배기시키고, 다음 시동 작동시 만족스러운 연소를 신뢰성 있게 수행함으로써 엔진을 시동시키는 것이 가능해진다.

Claims (21)

  1. 연소실 내에 공기-연료 혼합기를 생성하도록 연소실 내에 연료를 분사하는 연료 분사기와,
    연소실 내에서 연소를 일으키도록 공기-연료 혼합기를 점화하는 점화 플러그와,
    엔진의 작동이 정지될 것인지를 판정하고, 엔진 작동이 정지될 것으로 판정되면 엔진의 작동 상태를 선택적으로 조정하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 연소가 정지된 후에 엔진의 제한된 자유 회전이 연장되도록 작동 상태를 추가로 선택적으로 조정하는 내연 기관.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 엔진 작동이 정지될 것으로 판정되면 엔진의 회전 속도를 소정의 회전 속도까지 선택적으로 증가시키는 내연 기관.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 엔진 작동이 정지될 것으로 판정되면 엔진의 회전 속도를 소정량만큼 선택적으로 증가시키는 내연 기관.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 엔진의 회전 속도를 증가시키도록 흡입 공기량을 선택적으로 증가시키는 내연 기관.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 엔진의 회전 속도를 증가시키도록 점화 시기를 선택적으로 진각시키는 내연 기관.
  7. 제1항에 있어서, 엔진 또는 엔진의 주변에 대한 온도를 판정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 판정된 온도에 기초하여 엔진의 회전 속도를 선택적으로 조정하는 내연 기관.
  8. 제1항에 있어서, 상기 엔진의 출력에 의해 작동되는 부속품을 더 포함하고, 상기 제어기는 부속품의 작동에 의해 부여된 부하에 기초하여 엔진의 회전 속도를 선택적으로 조정하는 내연 기관.
  9. 제1항에 있어서, 연소가 정지된 때부터 엔진이 회전을 정지한 때까지의 사이의 기간에 엔진의 회전량을 판정하는 검출기를 더 포함하고, 상기 제어기는 이전의 정지로부터의 회전량에 기초하여 엔진의 후속하는 정지시 회전 속도를 선택적으로 조정하는 내연 기관.
  10. 제1항에 있어서,
    내부에 실린더 보어를 갖는 실린더 블록과,
    상기 실린더 블록에 연결되고, 내부에 흡기 통로와 배기 통로를 갖는 실린더 헤드와,
    상기 실린더 보어 내에 활주식으로 배치되어 연소실을 한정하는 피스톤과,
    상기 연소실을 흡기 통로와 선택적으로 연결하는 흡기 밸브와,
    상기 연소실을 배기 통로와 선택적으로 연결하는 배기 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어기는 점화 플러그를 선택적으로 제어하여 연소실 내에서 연소를 일으켜서 엔진을 정지 상태로부터 시동하기 위한 토크를 인가하는 내연 기관.
  11. 제1항에 있어서, 상기 엔진의 출력에 의해 작동되는 부속품을 더 포함하고, 상기 제어기는 부속품의 작동에 의해 부여된 부하를 선택적으로 감소시키는 내연 기관.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 부속품을 더 포함하고, 상기 제어기는 복수의 부속품 중 소정의 하나의 작동을 선택적으로 정지시켜 엔진의 회전 속도를 증가시키는 내연 기관.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 부속품은 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하를 부여하는 제1 부속품과, 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하보다 작은 제2 부하를 부여하는 제2 부속품과, 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하보다 작은 제3 부하를 부여하는 제3 부속품을 포함하고,
    상기 제어기는 제1 부속품이 정지될 가능성이 없을 때에 제2 부속품 및 제3 부속품의 작동을 선택적으로 정지시키는 내연 기관.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수의 부속품은 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하를 부여하는 제1 부속품과, 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하보다 작은 제2 부하를 부여하는 제2 부속품과, 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하보다 작은 제3 부하를 부여하는 제3 부속품을 포함하고,
    상기 제어기는 제1 부속품이 작동하지 않을 때에 제2 부속품 및 제3 부속품 중 하나를 택일적으로 선택 정지시키는 내연 기관.
  15. 제12항에 있어서, 상기 복수의 부속품은 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하를 부여하는 제1 부속품과, 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하보다 작은 제2 부하를 부여하는 제2 부속품과, 상기 엔진 출력에 의해 작동될 때 엔진 상에 제1 부하보다 작은 제3 부하를 부여하는 제3 부속품과, 제1 부속품이 작동하는지 정지되었는지를 검출하는 검출기를 포함하고,
    상기 제어기는 제1 부속품이 작동할 때에는 제2 부속품 및 제3 부속품의 작동을 선택적으로 정지시키고, 제1 부속품이 정지된 때에는 제2 부속품 및 제3 부속품 중 하나의 작동을 택일적으로 선택 정지시키는 내연 기관.
  16. 제14항에 있어서, 연소가 정지된 때부터 엔진이 회전을 정지한 때 사이 기간에 엔진의 회전량을 판정하는 검출기를 더 포함하고, 상기 제어기는 이전 정지시에 검출된 상기 기간 내의 회전량이 소정의 회전량보다 작으면, 엔진의 다음 정지시에 제1 부속품이 작동하는지 또는 정지되었는지의 여부에 상관없이 제2 부속품 및 제3 부속품의 작동을 정지시키는 내연 기관.
  17. 제11항에 있어서,
    내부에 실린더 보어를 갖는 실린더 블록과,
    상기 실린더 블록에 연결되고, 흡기 통로와 배기 통로를 갖는 실린더 헤드와,
    상기 실린더 보어 내에 활주식으로 배치되어 연소실을 한정하는 피스톤과,
    상기 연소실을 흡기 통로와 선택적으로 연결하는 흡기 밸브와,
    상기 연소실을 배기 통로와 선택적으로 연결하는 배기 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어기는 점화 플러그를 선택적으로 제어하여 연소실 내에서 연소를 일으켜서 엔진을 정지 상태로부터 시동하기 위한 토크를 인가하는 내연 기관.
  18. 엔진이 작동하는지 또는 정지되었는지의 여부를 판정하는 수단과,
    작동 상태에 있는 엔진이 정지될 것으로 판정되면, 엔진의 회전 속도를 증가시키는 수단과,
    연소실 내로 직접 연료를 분사하는 수단과,
    엔진을 정지 상태로부터 시동하도록 토크를 발생시키기 위해 연소실 내에서 연료를 연소시키는 수단을 포함하는 직접 시동 내연 기관.
  19. 회전 상태에 있는 엔진이 정지할 것인지 여부를 판정하는 단계와,
    엔진이 정지할 것으로 판정되면, 엔진의 회전 속도를 증가시키는 단계와,
    연료를 연소실 내로 직접 분사하는 단계와,
    엔진을 정지된 상태로부터 시동하도록 토크를 발생시키기 위해 연소실 내에서 연료를 연소하는 단계를 포함하는 내연 기관 시동 방법.
  20. 엔진을 정지된 상태로부터 시동하도록 토크를 인가하기 위해 내연 기관 내에서 연소를 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 엔진 작동이 정지될 것인지의 여부를 선택적으로 판정하고, 엔진 작동이 정지될 것이라고 제어기가 판정하면 엔진 작동이 정지되기 전에 엔진의 회전 속도를 선택적으로 증가시키는 내연 기관 제어기.
  21. 연소실 내에 공기-연료 혼합기를 생성하도록 연소실 내에 연료를 분사하는 연료 분사기와,
    연소실 내에서 연소를 일으키도록 공기-연료 혼합기를 점화하는 점화 플러그와,
    점화 플러그를 제어하여 연소실 내에서 연소를 일으켜서 엔진을 정지된 상태 로부터 시동하기 위한 토크를 인가하기 위해 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 엔진 작동이 정지될 것인지를 선택적으로 판정하고, 엔진 작동이 정지될 것이라고 제어기가 판정하면 엔진 작동이 정지하기 전에 엔진의 회전 속도를 선택적으로 조정하는 내연 기관.
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