KR100743412B1

KR100743412B1 - 내연기관의 제어장치 및 내연기관의 흡입공기량 산출방법

Info

Publication number: KR100743412B1
Application number: KR1020067001159A
Authority: KR
Inventors: 요이치로 고야; 히데노리 모리야
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2007-07-30
Also published as: US7182066B2; JP4022885B2; JP2005036755A; US20060224296A1; WO2005008049A1; CN1823217A; CN100408832C; EP1655472A1; KR20060033025A; EP1655472A4; EP1655472B1

Abstract

내연기관 (1) 은, 연료 및 공기의 혼합물을 각 연소실 (3) 안에서 연소시켜 동력을 발생시킨다. 내연기관 (1) 은, 연소실 (3) 에 형성된 실린더내 압력 센서 (15) 및 ECU (20) 를 구비한다. ECU (20)는, 실린더내 압력 센서 (15) 에 의해 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피를 소정의 지수로 누승한 값과의 곱인 제어 파라미터를 흡기 밸브 (Vi) 의 개방시기로부터 폐쇄시기까지의 시간 동안 소정의 2점에서 산출하고, 그 2점 사이에서의 제어 파라미터의 차에 기초하여 각 연소실 (3) 에 흡입되는 공기의 양을 산출한다.

Description

내연기관의 제어장치 및 내연기관의 흡입공기량 산출방법{CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD OF CALCULATING INTAKE AIR QUANTITY FOR SAME}

본 발명은, 연료 및 공기의 혼합물을 실린더 내에서 연소시켜 동력을 발생시키는 내연기관의 제어장치 및 흡입공기량 산출 방법에 관한 것이다.

종래에, 특허문헌 1 에는, 압축행정 중의 2점에서 검출된 실린더내 압력에 기초하여 실린더 내로 흡입된 공기의 양을 산출하는 내연기관의 제어 장치가 개시되어 있다. 이 내연기관의 제어장치는, 압축행정 중의 점화시기 전의 2점에서 검출된 실린더내 압력 사이의 편차를 구하고, 미리 준비되어 있는 맵 (테이블) 으로부터, 구한 편차에 대응하는 공기량을 읽어낸다. 그리고, 상기 제어 장치는 전술한 것처럼 구한 공기량에 대응하는 양의 연료를 실린더 내로 분사시킨다.

그러나, 흡입 공기량과 압축행정 중의 점화시기 전의 2점에서 검출된 실린더내 압력 사이의 관계를 고정밀도로 규정하는 맵을 작성하는 것이 용이하지 않다. 그러므로, 종래의 내연기관에 있어서 흡입 공기량을 정확히 구하는 것이 곤란하다.

(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 평9-53503호 (1997)

본 발명의 목적은, 실린더 내로 흡입된 공기의 양을 저부하로 정확히 산출할 수 있는 실용적인 내연기관의 제어 장치 및 내연기관의 흡입공기량 산출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 내연기관의 제어 장치는, 실린더 내에서 연료 및 공기의 혼합물을 연소시켜 동력을 발생시키는 내연기관의 제어 장치로서,실린더내 압력 검출 수단, 상기 실린더내 압력 검출 수단에 의해서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피에 기초하여 제어 파라미터를 산출하는 산출 수단, 및 상기 산출 수단에 의해 흡기행정 중의 적어도 2점에서 산출된 제어 파라미터에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 흡입공기량 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 파라미터는, 상기 실린더내 압력 검출 수단에 의해 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피를 소정의 지수로 누승한 값과의 곱인 것이 바람직하다.

상기 흡입공기량 산출 수단은, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 흡입공기량 산출수단은, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차와 실린더 벽으로 전달되는 열에너지에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제어 파라미터가 산출되는 상기 2점은, 흡기 밸브의 개폐 시기에 따라 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 내연기관의 흡입공기량 산출 방법은, 실린더 내에서 연료 및 공기의 혼합물을 연소시켜 동력을 발생시키는 내연기관의 흡입공기량 산출 방법으로서, (a) 실린더내 압력을 검출하는 단계, (b) 단계 (a) 에서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피에 기초하여 제어 파라미터를 산출하는 단계, 및 (c) 흡기행정 중의 적어도 2점에서 산출된 상기 제어 파라미터에 기초하여, 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 파라미터는, 단계 (a) 에서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피를 소정의 지수로 누승한 값과의 곱을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계 (c) 는, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 것이 바람직하다.

상기 단계(c)는, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차와 실린더 벽으로 전달되는 열에너지에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 내연기관의 흡입공기량 산출 방법은, 상기 제어 파라미터가 산출되는 상기 2점을 흡기 밸브의 개폐 시기에 따라 변화시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

도 1 은 본 발명에서 사용되는 제어 파라미터 PV^K 와 연소실 내에서의 열발생량 사이의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

도 2 는 연소실 내에서의 열발생량과 제어 파라미터 PV^K 사이의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

도 3 은 본 발명에 의한 내연기관의 개략적인 구성도이다.

도 4 는 도 3 의 내연기관의 각 연소실에 흡입되는 공기의 양을 산출하는 순서를 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명자들은, 연산부하를 줄이고, 실린더 내에 흡입되는 공기의 양을 정확히 구함으로써 내연기관의 양호한 제어를 가능하게 하기 위해서 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 실린더내 압력 검출 수단에 의해 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시의 실린더내 부피에 따라서 산출되는 제어 파라미터에 주목하게 되었다. 보다 구체적으로는, 본 발명자들은, 크랭크각이 θ일 때 실린더내 압력 검출 수단에 의해서 검출되는 실린더내 압력을 P(θ), 크랭크각이 θ일 때 실린더내 부피를 V(θ), 비열비를 κ라고 하는 경우, 실린더내 부피 V(θ) 를 비열비 (소정의 지수) κ 로 누승한 값 V^K(θ) 과 실린더내 압력 P(θ) 의 곱으로서 얻어지는 제어 파라미터 P(θ)·V^κ(θ) (이하, 적절히 "PV^K"이라고 함) 에 주목하게 되었다. 그리고, 본 발명자들은, 도 1 에 도시된 것처럼, 크랭크각에 대한 내연기관의 실린더 내에서의 열발생량 (Q) 의 변화패턴과, 크랭크각에 대한 제어 파라미터 PV^K 의 변화패턴 사이에 상관관계가 존재함을 발견하였다. 도 1 에서, -360°, 0° 및 360°는 각각 상사점에 대응하고, -180° 및 180°는 하사점에 대응한다.

도 1 에 있어서, 실선은, 소정의 모델 실린더에 있어서 소정의 미소 크랭크각에서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시의 실린더내 부피를 소정의 비열비 κ 로 누승한 값의 곱인 제어 파라미터 PV^κ 를 점철(plotting)한 것이다. 또한, 도 1 에서, 점선은 상기 모델 실린더에서의 열발생량 (Q) 을 다음의 식 1 에 근거하여 Q=∫dQ 로서 산출하여 점철한 것이다. 모든 경우에 있어서 단순화를 위해 κ = 1.32 로 하였다.

[식 1]

… (1)

도 1 에 나타난 결과에서 볼 수 있는 것처럼, 크랭크각에 대한 열발생량 (Q) 의 변화패턴은 크랭크각에 대한 제어 파라미터 PV^κ 의 변화패턴과 대체로 일치하고 있다. 더욱이, 본 발명자들은, 흡기행정 동안, 즉 흡기밸브의 개방시기부터 흡기밸브의 폐쇄시기까지의 시간 동안, 열발생량 (Q) 과 제어 파라미터 PV^κ 사이의 상관관계에 주목하였다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 흡기밸브 개방시기로부터 흡기밸브 폐쇄시기까지의 시간 동안(도 2 의 예에서, 크랭크각이 -353°로부터 -127°까지인 범위), 제어 파라미터 PV^κ 는 열발생량 (Q) 에 비례하여 일반적으로 증가한다.

여기서, 흡기밸브 개방시기로부터 흡기밸브 폐쇄시기까지의 시간 동안 실린더 내로 흡입되는 공기의 에너지는 흡입공기량에 비례한다. 그리고, 실린더 내로 흡입되는 공기의 에너지는, 흡기밸브 개방시기 및 흡기밸브 폐쇄시기와 같은 흡기행정 동안 적어도 2점 사이에서의 열발생량 (Q) 의 변화량으로부터 구할 수 있다. 따라서, 본 발명자들에 의해 발견된 실린더 내에서의 열발생량 (Q) 과 제어 파라미터 PV^κ 사이의 상관관계를 이용하면, 실린더내 압력 검출 수단에 의해서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피에 근거하여 산출되는 제어 파라미터 PV^κ 로부터, 큰 부하의 연산처리를 요하지 않고 실린더 내로 흡입된 공기의 양을 정확히 산출할 수 있다.

이 경우, 상기 2점 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차에 따라 소정의 실린더 내로 흡입된 공기의 양이 산출되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 본 발명자들이 주목한 제어 파라미터 PV^κ 는 내연기관의 실린더 내에서의 열발생량 (Q) 을 반영한다. 또한, 흡기행정 동안 소정의 2점 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차는, 그 2점 사이에서의 실린더 내에서의 열발생량, 즉 상기 2점 사이에서 실린더 내로 흡입된 공기의 에너지를 나타내고, 매우 적은 부하로 산출될 수 있다. 따라서, 흡기행정 중의 2점 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차를 이용함으로써, 연산부하를 크게 줄이는 것과 흡입공기량을 정확히 산출하는 것이 가능해진다.

상기 2점 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차와 실린더 벽으로 전달되는 열에너지에 기초하여 실린더 내로 흡입되는 공기의 양이 산출되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제어 파라미터 PV^κ 의 차에 기초하여 산출되는 흡입공기량을 실린더 벽으로 전달되는 열에너지를 고려하여 보정함으로써, 흡입공기량의 산출 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.

더욱이, 제어 파라미터 PV^κ 가 산출되는 2점은, 흡기밸브의 개폐 시기에 따라 산출되는 것이 바람직하다. 이로써, 이른바 가변밸브 타이밍 기구를 구비한 내연기관에 있어서도, 제어 파라미터 PV^κ 에 기초하여 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 정확히 산출하는 것이 가능해진다.

이하에서, 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 관해서 구체적으로 설명한다.

도 3 은 본 발명에 따른 내연기관을 나타내는 개략적인 구성도이다. 도 3 에 도시된 내연기관 (1) 은, 실린더 블록 (2) 에 형성된 연소실 (3) 의 내부에서 연료와 공기의 혼합물을 연소시키고 연소실 (3) 내에서 피스톤 (4) 을 왕복운동시켜, 동력을 발생시킨다. 내연기관 (1) 은 다기통 (multi-cylinder) 엔진으로 구성되는 것이 바람직하고, 본 실시형태의 내연기관 (1) 은 예를 들어 4기통 엔진으로 구성된다.

각 연소실 (3) 의 흡기포트는 흡기관 (흡기 매니폴드) (5) 에 각각 접속되어 있고, 각 연소실 (3) 의 배기포트는 배기관 (6) (배기 매니폴드) 에 각각 접속되어 있다. 또한, 내연기관 (1) 의 실린더 헤드에는, 흡기 밸브 (Vi) 및 배기밸브 (Ve) 가 각각의 연소실 (3) 에 배치되어 있다. 각각의 흡기 밸브 (Vi)는 대응하는 흡기포트를 개폐하고, 각각의 배기밸브 (Ve) 는 대응하는 배기포트를 개폐한다. 각각의 흡기 밸브 (Vi) 및 각각의 배기밸브 (Ve) 는 예를 들어 가변벌브 타이밍 기능을 갖는 밸브 작동 기구 (도시 생략) 에 의해 동작된다. 더욱이, 내연기관 (1) 은 기통의 개수만큼의 점화 플러그 (7) 를 갖고, 점화 플러그 (7) 는 대응하는 연소실 (3) 에 노출된 실린더 헤드에 배치되어 있다.

흡기관 (5) 은, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 서지 탱크 (surge tank) (8) 에 접속되어 있다. 서지 탱크 (8) 에는 급기라인 (L1) 이 접속되어 있고, 급기라인 (L1) 은 공기 정화기 (9) 를 통해 공기유입구 (도시 생략) 에 접속되어 있다. 그리고, 급기라인 (L1) 의 중도 (서지 탱크 (8) 와 공기 정화기 (9) 사이) 에는, 스로틀 밸브 (본 실시형태에서는 전자제어식 스로틀 밸브) (10) 가 제공되어 있다. 한편, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 3원 촉매를 포함하는 전촉매 장치 (pre-catalyst device) (11a) 와 NOx 흡장 (occlusion) 환원형 촉매를 포함하는 후촉매장치 (post-catalyst device) (11b) 가 배기 매니폴드 (6) 에 접속되어 있다.

또한, 내연기관 (1) 은 복수의 인젝터 (12) 를 가지며, 각각의 인젝터는 도 3 에 나타낸 바와 같이 대응하는 연소실 (3) 에 노출되도록 실린더 헤드에 배치되어 있다. 그리고, 내연기관 (1) 의 각 피스톤 (4) 은 윗면이 딥디시 (deep-dish) 형상으로 구성되어 있고, 그 윗면은 오목부 (4a) 를 갖고 있다. 그리고, 내연기관 (1) 의 각 연소실 (3) 내로 공기가 흡입된 상태에서, 각 인젝터 (12) 로부터 각 연소실 (3) 내의 피스톤 (4) 의 오목부 (4a) 쪽으로 가솔린과 같은 연료가 직접 분사된다. 그 결과, 내연기관 (1) 에 있어서, 점화 플러그 (7) 의 근방에 연료와 공기의 혼합물로 이루어진 층이 주위의 공기층과 분리된 상태로 형성되기 때문에, 매우 희박한 혼합물로 안정적인 성층 (stratified) 연소를 실행하는 것이 가능해진다. 본 실시형태의 내연기관 (1) 은 이른바 직접 분사식 엔진으로서 설명되지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명은 흡기 매니폴드 (흡기 포트) 분사식의 내연기관에 적용될 수 있다.

상술한 각 점화 플러그 (7), 스로틀 밸브 (10), 각 인젝터 (12), 밸브 작동 기구 등은 내연기관 (1) 의 제어장치로서 기능하는 ECU (20) 에 전기적으로 접속되어 있다. ECU (20) 는 CPU, ROM, RAM, 입력 및 출력 포트, 메모리 장치 등 (모두 도시 생략) 을 포함하는 것이다. ECU (20) 에는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 내연기관 (1) 의 크랭크각 센서 (14) 를 포함하는 각종 센서가 전기적으로 접속되어 있다. ECU (20) 는 메모리 장치에 기억되어 있는 다양한 맵을 사용하고, 또한 각종 센서의 검출값 등에 기초하여 원하는 출력이 얻어지도록, 점화 플러그 (7), 스로틀 밸브 (10), 인젝터 (12), 밸브 작동 기구 등을 제어한다.

또한, 내연기관 (1) 은 실린더내 압력 센서 (실린더내 압력 검출 수단) (15) 를 실린더의 개수만큼 포함하며, 이들 각각은 반도체소자, 압전소자, 광섬유 검출 소자(fiber optical sensing element) 등을 포함한다. 각 실린더내 압력 센서 (15) 는, 압력을 받는 면이 대응하는 연소실 (3) 에 노출되도록 실린더 헤드에 배치되어 있고, ECU (20) 에 전기적으로 접속되어 있다. 각 실린더내 압력 센서 (15) 는 대응하는 연소실 (3) 에서의 실린더내 압력을 검출하여, 검출값을 나타내는 신호를 ECU (20) 에 공급한다. 또한, 내연기관 (1) 은 서지 탱크 (8) 내의 공기온도를 검출하는 온도센서 (16) 를 구비하고 있다. 온도센서 (16) 는 ECU (20) 에 전기적으로 접속되어 있고, 검출된 서지 탱크 (8) 내의 공기온도를 나타내는 신호를 ECU (20) 에 공급한다.

다음으로, 도 4 를 참조하면서, 상기 내연기관 (1) 의 각 연소실 (3) 로 흡입되는 공기의 양의 산출순서에 관해서 설명한다.

내연기관 (1) 이 시동되면, 도 4 에 나타낸 바와 같이, ECU (20) 는 각종 센서의 검출값에 기초하여 기관 회전수와 같은 내연기관 (1) 의 운전 조건을 취득한다 (단계 S10). 또한, ECU (20) 가 내연기관 (1) 의 기관 회전수와 같은 운전 조건을 취득하면, ECU (20) 는 각 연소실 (3) 로 흡입되는 공기의 양을 산출하기 위해서 필요한 실린더내 압력의 검출 시기를 규정하는 크랭크각 θ1 및 θ2 (단, θ1 < θ2) 를 결정한다 (단계 S12). 본 실시형태에 있어서, 크랭크각이 θ1 이 되는 제 1 시기는 흡기 밸브 (Vi) 의 개방시기에 상응하고, 크랭크각이 θ2 가 되는 제 2 시기는 흡기 밸브 (Vi) 의 폐쇄시기에 상응한다.

여기서, 본 실시형태의 내연기관 (1) 에 있어서, 흡기 밸브 (Vi) 의 개폐 시 기는 밸브 작동 기구에 의해서 기관 회전수와 같은 운전 조건에 따라서 변화된다. 그러므로, 단계 S12 에서, ECU (20) 는 기관 운전 조건에 따라 밸브 작동 기구에 의한 흡기 밸브 (Vi) 의 진각량 (advance amount) 을 취득하고, 또한 얻어진 진각량과 흡기 밸브 (Vi)의 개폐 시기에 기초하여 실린더내 압력의 검출 시기를 규정하는 크랭크각 θ1 및 θ2 를 결정한다. 따라서, 실린더내 압력이 검출되는 제 1 시기 및 제 2 시기, 즉 제어 파라미터 PV^κ 가 산출되는 2점은, 흡기 밸브 (Vi) 의 개폐 시기에 따라 설정되는 것이 바람직하다. 이로써, 가변밸브 타이밍 기구를 구비한 내연기관 (1) 에서 제어 파라미터 PV^κ 에 기초하여 각 연소실 (3) 내로 흡입되는 공기의 양을 정확히 산출하는 것이 가능해진다.

그 후, ECU (20) 는 가속페달의 위치센서 (도시 생략) 로부터의 신호 등에 기초하여 내연기관 (1) 의 목표 토크를 결정하고, 미리 준비되어 있는 맵 등을 사용하여 목표 토크에 따라 흡입 공기량 (스로틀 밸브 (10) 의 개방도) 및 각 인젝터 (12) 로부터의 연료 분사량 (연료 분사 시간) 을 설정한다. 더욱이, ECU (20) 는 스로틀 밸브 (10) 의 개방도를 제어하는 동시에, 각 인젝터 (12) 로부터 정해진 양의 연료를 예컨대 흡기행정 동안 분사한다. 또한, ECU (20) 는 점화 제어용 베이스 맵에 따라 각 점화 플러그 (7) 에 의한 점화를 실행한다.

이와 함께, ECU (20) 는, 크랭크각 센서 (14) 로부터의 신호에 따라서 내연기관 (1) 의 크랭크각을 모니터한다. 그리고, ECU (20) 는 실린더내 압력 센서 (15) 로부터의 신호에 기초하여 크랭크각이 단계 S12 에서 정해진 θ1 (제 1 시기) 이 될 때 각 연소실 (3) 내에서 실린더내 압력 P(θ1) 을 구한다 (단계 S14). 또한, ECU (20) 는 연소실 (3) 마다, 실린더내 압력 P(θ1) 의 검출시, 즉 크랭크각이 θ1 이 될 때의 실린더내 부피 V(θ1) 를 비열비 κ (본 실시형태에서, κ = 1.32) 로 누승한 값과 구한 실린더내 압력 P(θ1) 의 곱인 제어 파라미터 P(θ1)·V^κ(θ1) 를 산출하고, 산출된 제어 파라미터 P(θ1)·V^κ(θ1) 를 RAM의 소정의 메모리 영역에 저장한다 (단계 S16).

단계 S16 의 처리 후, ECU (20) 는 크랭크각이 단계 S12 에서 정해진 θ2 (제 2 시기) 가 될 때, 실린더내 압력 센서 (15) 로부터의 신호에 따라 각 연소실 (3) 에서 실린더내 압력 P(θ2) 를 구한다 (단계 S18). 더욱이, ECU (2O) 는, 연소실 (3) 마다, 실린더내 압력 P(θ2) 의 검출시, 즉 크랭크각이 θ2 가 될 때의 실린더내 부피 V(θ2) 을 비열비 κ (본 실시형태에서는, κ = 1.32) 로로 누승한 값과 구한 실린더내 압력 P(θ2) 의 곱인 제어 파라미터 P(θ2)·V^κ(θ2) 를 산출하고, 산출된 제어 파라미터 P(θ2)·V^κ(θ2) 를 RAM의 소정의 메모리 영역에 저장한다 (단계 S20).

전술한 바와 같이, 제어 파라미터 P(θ1)·V^κ(θ1) 및 P(θ2)·V^κ(θ2) 를 구하면, ECU (20) 는, 연소실 (3) 마다, 제 1 시기 및 제 2 시기 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차를 △PV^κ = P(θ2)·V^κ(θ2) - P(θ1)·V^κ(θ1) 로서 산출하고, 산출된 차를 RAM의 소정의 메모리 영역에 저장한다 (단계 S22).

여기서, 제어 파라미터 PV^κ 는, 전술한 바와 같이, 내연기관 (1) 의 각 연소실 (3) 내에서의 열발생량 (Q) 에 대체로 비례하고 (도 2참조), 흡기행정 중의 2점 사이, 즉 제 1 시기 (흡기밸브 개방시기) 와 제 2 시기 (흡기밸브 폐쇄시기) 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차 △PV^κ 은, 크랭크각 = θ1 이 되는 제 1 시기와 크랭크각 = θ2 가 되는 제 2 시기 사이에 각 연소실 (3) 에서의 열발생량, 즉 흡기 밸브 (Vi) 가 개방된 때부터 폐쇄되는 때까지의 시간 동안 각 연소실 (3) 내로 흡입된 공기의 에너지에 비례한다. 그리고, 흡기 밸브 (Vi) 가 개방된 때부터 폐쇄되는 때까지의 시간 동안 각 연소실 (3) 내로 흡입된 공기의 에너지는 흡입공기량에 비례한다.

따라서, 각 연소실 (3) 내로 흡입된 공기의 양 (Mc) 은, 차 △PV^κ 의 열발생량 (Q) 에 대한 비례상수를 α 라고 하면, 다음 식 2 에 따라 산출될 수 있다.

[식 2]

… (2)

여기서, Qw : 실린더 벽으로 전달되는 열에너지, κ : 비열비 (본 실시형태에서, 예컨대 κ = 1.32), R : 기체상수, Tin : 흡입공기의 온도이다.

도 4 에 나타낸 바와 같이, ECU (20) 는, 상기 식 2 에, 단계 S22 에서 구한 제 1 시기와 제 2 시기 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차 △PV^κ, 온도센서 (16) 에 의해 검출되는 흡입공기 (서지 탱크 (8) 내의 공기) 의 온도, 및 소정의 맵으로부터 읽어 낸 실린더 벽으로 전달되는 열에너지 (Qw) 를 사용하여, 흡기 밸브 (Vi) 가 개방되어 있는 기간 동안 각 연소실 (3) 내로 흡입되는 공기의 양을 산출한다 (단계 S24).

따라서, 각 연소실 (3) 에서의 열발생량 (Q) 과 제어 파라미터 PV^κ 사이의 상관관계를 이용함으로써, 각 연소실 (3) 로 흡입된 공기의 양을 큰 연산처리 부하를 요하지 않고 실린더내 압력 센서 (15) 에 의해 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피에 기초하여 산출되는 제어 파라미터 PV^κ 로부터 정확히 산출하는 것이 가능해진다.

그리고, ECU (20) 는, 상기한 것처럼 산출된 각 연소실 (3) 로의 흡입공기량 (Mc) 을 사용하여, 예를 들어 내연기관 (1) 의 공기-연료 비 제어 등을 수행한다. 그러므로, 본 실시형태의 내연기관 (1) 에 있어서, 고정밀도 기관 제어가 저부하로 간단히 실행된다. 특히, 내연기관 (1) 에 있어서, 흡기행정 중의 2점 사이에서의 제어 파라미터 PV^κ 의 차 △PV^κ 에 기초하여 흡입공기량이 산출되기 때문에, 압축행정 중의 2점에서의 실린더내 압력에 따라서 흡입공기량을 구하는 경우에서와 같이, 연료의 분사 시기가 늦어 연소불량이 초래되는 문제가 확실히 방지된다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 상기 식 2 에 따라 흡입공기량이 산출되는 경 우, 실린더 벽으로 전달되는 열에너지 (Qw) 에 의해, 제어 파라미터 PV^κ 의 차 △PV^κ 에 기초하여 산출되는 흡입공기량이 보정된다. 이로써, 본 실시형태에 있어서, 흡입공기량 (Mc) 의 산출 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또, 실린더 벽으로 전달되는 열에너지 (Qw) 를 구하기 위한 맵은, 열에너지 (Qw) 와, 흡입공기의 온도 및 실린더 벽의 온도 등과의 관계를 규정하기 위해 미리 준비된다. ECU (20) 는, 온도센서 (16) 의 검출값 또는 온도센서 (도시 생략) 에 의해 검출되는 실린더 벽의 온도에 기초하여, 맵으로부터 실린더 벽으로 전달되는 열에너지 (Qw) 를 읽어낸다.

본 발명은, 실린더 내로 흡입된 공기의 양을 저부하로 정확히 산출할 수 있는 실용적인 내연기관의 제어 장치 및 내연기관의 흡입공기량 산출 방법의 실현에 유용하다.

Claims

실린더 내에서 연료 및 공기의 혼합물을 연소시켜 동력을 발생시키는 내연기관의 제어 장치로서,

실린더내 압력 검출 수단,

상기 실린더내 압력 검출 수단에 의해서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피에 기초하여 제어 파라미터를 산출하는 산출 수단, 및

상기 산출 수단에 의해 흡기행정 중의 적어도 2점에서 산출된 제어 파라미터에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 흡입공기량 산출 수단을 구비하며,

상기 제어 파라미터는, 상기 실린더내 압력 검출 수단에 의해 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피를 소정의 지수로 누승한 값과의 곱을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 흡입공기량 산출 수단은, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
제 3 항에 있어서, 상기 흡입공기량 산출수단은, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차와 실린더 벽으로 전달되는 열에너지에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어 파라미터가 산출되는 상기 2점은, 흡기 밸브의 개폐 시기에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
실린더 내에서 연료 및 공기의 혼합물을 연소시켜 동력을 발생시키는 내연기관의 흡입공기량 산출 방법으로서,

(a) 실린더내 압력을 검출하는 단계,

(b) 단계 (a) 에서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피에 기초하여 제어 파라미터를 산출하는 단계, 및

(c) 흡기행정 중의 적어도 2점에서 산출된 상기 제어 파라미터에 기초하여, 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 단계를 포함하며,

상기 제어 파라미터는, 단계 (a) 에서 검출된 실린더내 압력과 그 실린더내 압력의 검출시에 있어서의 실린더내 부피를 소정의 지수로 누승한 값과의 곱을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡입공기량 산출 방법.
삭제
제 6 항에 있어서, 상기 단계 (c) 는, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 내연기관의 흡입공기량 산출 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 단계 (c) 는, 상기 2점 사이에서의 상기 제어 파라미터의 차와 실린더 벽으로 전달되는 열에너지에 기초하여 상기 실린더 내로 흡입되는 공기의 양을 산출하는 내연기관의 흡입공기량 산출 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 제어 파라미터가 산출되는 상기 2점을 흡기 밸브의 개폐 시기에 따라 변화시키는 단계를 더 포함하는 내연기관의 흡입공기량 산출 방법.