KR100941345B1 - 내연 기관의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

기관 ECU는 실린더내 인젝터의 분사 비율을 계산하는 단계 (S100); 이 비율이 1인 경우에, 파라미터로서 기관의 온도를 갖는 함수 f(1) 을 이용함으로써 냉각 상태 증가값을 계산하는 단계 (S120); 이 비율이 0인 경우에, 파라미터로서 기관의 온도를 갖는 함수 f(2) 를 이용함으로써 냉각 상태 증가값을 계산하는 단계 (S130); 및 이 비율이 0 보다 크고 1 보다 작은 경우에, 파라미터로서 기관의 온도 및 이 비율을 갖는 함수 f(3) 을 이용함으로써 냉각 상태 증가값을 계산하는 단계를 포함하는 프로그램을 실행한다.
내연 기관의 제어 장치, 실린더내 인젝터, 흡기 매니폴드 인젝터

Description

내연 기관의 제어 장치{CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 실린더로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 메카니즘 (실린더내 인젝터) 및 흡기 매니폴드 또는 흡기 포트로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 메카니즘 (흡기 매니폴드 인젝터) 를 갖는 내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 제 1 연료 분사 메카니즘과 제 2 연료 분사 메카니즘 사이의 분사 비율이 냉각 상태 운행의 연료 증가값을 결정하도록 고려되는 기술에 관한 것이다.
기관의 흡기 매니폴드에 연료를 분사하는 흡기 매니폴드 인젝터 및 기관의 연소실에 연료를 분사하는 실린더내 인젝터를 갖고, 기관 부하가 소정의 부하 보다 낮을 때 흡기 매니폴드 인젝터로부터의 연료 분사를 중지하며 기관 부하가 설정 부하 보다 높을 때 흡기 매니폴드 인젝터로부터 연료 분사를 수행하도록 구성된 내연 기관이 공지되어 있다.
아래의 기술은 이러한 내연 기관에 관한 것이다. 극저온에서, 연료의 무화 (atomization) 가 악화되기 때문에 시동성이 손상된다. 추가로, 극저온에서, 윤활유의 점도가 높고 따라서 마찰이 증가하며 크랭크 회전수가 감소한다. 따라서, 엔진에 의해 직접 구동되는 고압 연료 펌프로는, 연료 압력이 충분하게 증 가될 수 없다. 연소실로 연료를 직접 분사하기 위해 제공된 연료 분사 밸브 (주연료 분사 밸브) 만으로는 요구되는 연료량이 기관에 공급되지 않을 수도 있으며, 시동성이 더 손상될 수도 있다. 따라서, 주연료 분사 밸브에 부가하여, 주연료 분사 밸브만으로는 충분하게 보장될 수 없는 냉각 시동에서 요구되는 연료량을 보장하기 위해, 저온 (냉각-시동) 에서 기관이 시동될 때만 연료를 분사하는 흡기 매니폴드의 집합부 업스트림에 냉각 시동 밸브라 칭하는 단일 보조 연료 분사 밸브를 제공하는 하나의 제안이 이루어졌다.
일본 특허 공개 공보 평 제 10-018884 호에 개시되어 있는 직접 분사형의 내연 기관용 연료 공급 장치는 기관 구동형의 고압 펌프로부터 전달된 연료를 주연료 공급 수단을 통해 실린더로 직접 분사에 의해 공급하는 장치이다. 이 장치는 소정의 시동시에 주연료 공급 수단으로부터의 연료 공급을 보충하는 보조 연료 공급 수단을 구비하며, 보조 연료 공급 수단으로부터의 공급 연료량이 추정되어 이 추정 결과에 기초하여 주연료 공급 수단으로부터의 공급 연료량을 보정하는 것을 특징으로 한다.
직접 분사형의 내연 기관용 연료 공급 장치에 따르면, 보조 연료 공급 수단을 작동하는 것이 필요할 때 (예를 들어, 주연료 공급 수단으로의 연료 공급 압력이 냉각 시동시의 소정의 값 보다 낮을 때), 보조 연료 공급 수단으로부터의 공급 연료량이 추정되며, 주연료 공급 수단으로부터의 공급 연료량은 이 결과에 기초하여 보정될 수 있다. 따라서, 기관으로의 실제 공급 연료량은 기관에 대해 요구되는 공급 연료량을 충족시키도록 최적으로 제어될 수 있다.
그러나, 냉각 상태로부터 온 (warm) 상태까지의 과도기를 포함하는, 연료를 분사하기 위해 실린더내 인젝터와 흡기 매니폴드 인젝터에 의해 분담된 범위에 대해, 실린더의 내부 및 흡기 포트는 상이한 비율로 온도를 증가시키며, 따라서 분사된 연료는 피스톤의 상면 또는 벽면상에 상이한 정도로 부착된다. 따라서, 기관 냉각수 온도만을 이용하여 결정되는 경우에 정확한 냉각 상태 증가값이 계산될 수 없다.
본 발명의 목적은 실린더 및 흡기 매니폴드로의 연료 분사 분담을 가능하게 하는 각각의 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 갖고, 연료 분사 메카니즘이 연료 분사를 분담할 때 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기 및 냉각 상태에서의 정확한 연료 변동값을 계산할 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것이다.
일 양태에서 본 발명은 실린더로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 메카니즘 및 흡기 매니폴드로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관을 제어하는 내연 기관의 제어 장치를 제공한다. 이 제어 장치는 내연 기관에 요구되는 조건에 기초하여 계산된 비율에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있도록 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하는 제어기; 및 내연 기관의 온도를 검출하는 검출기를 포함한다. 이 제어기는 냉각 상태에서 내연 기관에 대한 연료 변동값을 계산하기 위해 이 비율 및 온도를 이용하며 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하기 위해 계산된 연료 변동값을 적용하여 연료 분사량을 변화시킨다.
본 발명에서, 연료를 분사하기 위한 제 1 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 실린더내 인젝터) 및 제 2 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 흡기 매니폴드 인젝터) 모두에 의해 분담되는 범위에 있어서, 실린더의 내부 및 흡기 포트는 상이한 비율로 온도를 증가시킨다. 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서, 온도에서의 이러한 차이로 인해, 연료의 증가 또는 감소가 상이한 정도로 적용 된다. 제어기는 실린더로 분사된 연료와 흡기 포트로 분사된 연료 사이의 비율을 고려하여, 냉각 상태에서의 연료 증가값 또는 연료 감소값 (일괄하여 연료 변동값이라 칭함) 을 내연 기관의 온도 (예를 들어, 기관의 냉각수의 온도) 에 기초하여 계산한다. 따라서, 상이한 부분으로의 연료 분사를 분담하는 2개의 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관은 냉각 상태에서 정확한 연료 변동값을 가질 수 있다. 따라서, 연료 분사 메카니즘이 연료 분사를 분담할 때 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서 정확한 연료 변동값을 계산할 수 있는 내연 기관의 제어 장치가 제공될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 실린더에 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 메카니즘 및 흡기 매니폴드에 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관을 제어하는 내연 기관의 제어 장치를 제공한다. 이 제어 장치는 내연 기관에 요구되는 조건에 기초하여 계산된 비율에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있도록 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하는 제어기; 내연 기관의 온도를 검출하는 검출기; 및 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘으로부터 분사된 기준 분사량을 계산하는 계산기를 포함한다. 이 제어기는 냉각 상태에서 내연 기관에 대한 연료 변동값을 계산하기 위해 이 비율 및 이 온도를 이용하며 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하기 위해 계산된 연료 변동값 및 기준 분사량을 적용하여 연료 분사량을 변화시킨다.
연료를 분사하기 위한 제 1 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 실린더내 인젝터) 및 제 2 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 흡기 매니폴드 인젝터) 모두에 의해 분담되는 범위에 대해, 실린더의 내부 및 흡기 포트는 상이한 비율로 온도를 증가시킨다. 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서, 이러한 온도 차이로 인해, 연료의 증가 또는 감소가 상이한 정도로 적용된다. 제어기는실린더에 분사되는 연료와 흡기 포트에 분사되는 연료 사이의 비율을 고려하여, 냉각 상태에서의 연료 변동값을 내연 기관의 온도 (예를 들어, 기관의 냉각수의 온도) 에 기초하여 계산한다. 내연 기관의 운행 상태에 기초하여 계산된 이러한 연료 변동값 및 기준 분사량은 연료 분사량을 변화시키기 위해 이용된다. 따라서, 상이한 부분으로의 연료 분사를 분담하는 2개의 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관은 냉각 상태에서의 정확하게 변화된 연료 분사량을 달성할 수 있다. 따라서, 연료 분사 메카니즘이 연료 분사를 분담할 때 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서의 정확한 연료 변동값을 계산할 수 있어서, 연료 분사량이 기준 분사량으로부터 변화되는 내연 기관의 제어 장치가 제공될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 실린더에 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 메카니즘 및 흡기 매니폴드에 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관을 제어하는 내연 기관의 제어 장치를 제공한다. 이 제어 장치는 내연 기관에 요구되는 조건에 기초하여 계산된 비율에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있도록 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하는 제어기; 및 내연 기관의 온도를 검출하는 검출기를 포함한다. 이 제어기는 냉각 상태에서 내연 기관에 대한 연료 증가값을 계산하기 위해 이 비율 및 온도를 이용하며 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하기 위해 계산된 연료 증가값을 적용하여 연료 분사량을 변화시킨 다.
본 발명에서, 연료를 분사하기 위해 제 1 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 실린더내 인젝터) 및 제 2 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 흡기 매니폴드 인젝터) 에 의해 분담된 범위에 대해, 실린더의 내부 및 흡기 포트는 상이한 비율로 온도를 증가시킨다. 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서, 이러한 온도차이로 인해, 연료의 증가는 상이한 정도로 적용된다. 제어기는 실린더에 분사된 연료와 흡기 포트에 분사된 연료 사이의 비율을 고려하여 냉각 상태에서의 연료 증가값을 내연 기관의 온도 (예를 들어, 기관의 냉각수의 온도) 에 기초하여 계산한다. 따라서, 상이한 부분으로의 연료 분사를 분담하는 2개의 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관은 냉각 상태에서의 정확한 연료 증가값을 가질 수 있다. 따라서, 연료 분사 메카니즘이 연료 분사를 분담할 때 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서 정확한 연료 증가값을 계산할 수 있는 내연 기관의 제어 장치가 제공될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 실린더에 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 메카니즘 및 흡기 매니폴드에 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관을 제어하는 내연 기관의 제어 장치를 제공한다. 이 제어 장치는 내연 기관에 요구되는 조건에 기초하여 계산된 비율에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있도록 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하는 제어기; 및 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘으로부터 분사된 기준 분사량을 계산하는 계산기를 포함한다. 이 제어기는 냉각 상태에서 내연 기관에 대한 연료 증가값을 계산하기 위해 이 비율 및 온도를 이용하며 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘을 제어하기 위해 계산된 연료 증가값 및 기준 분사량을 적용하여 연료 분사량을 변화시킨다.
본 발명에서, 연료를 분사하기 위한 제 1 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 실린더내 인젝터) 및 제 2 연료 분사 메카니즘 (예를 들어, 흡기 매니폴드 인젝터) 에 의해 분담된 범위에 대해, 실린더의 내부 및 흡기 포트는 상이한 비율로 온도를 증가시킨다. 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서, 이러한 온도 차이로 인해, 연료의 증가는 상이한 정도로 적용된다. 제어기는 실린더에 분사된 연료와 흡기 포트에 분사된 연료 사이의 비율을 고려하여 냉각 상태에서의 연료 증가값을 내연 기관의 온도 (예를 들어, 기관의 냉각수의 온도) 에 기초하여 계산한다. 내연 기관의 운행 상태에 기초하여 계산된 이러한 연료 증가값 및 기준 분사량은 연료 분사량을 변화시키기 위해 이용된다. 따라서, 상이한 부분에 연료 분사를 분담하는 2개의 연료 분사 메카니즘을 갖는 내연 기관은 냉각 상태에서의 정확하게 변화된 연료 분사량을 가질 수 있다. 따라서, 연료 분사 메카니즘이 연료 분사를 분담할 때 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서의 정확한 연료 증가값을 계산할 수 있어서, 연료 분사량이 기준 분사량으로부터 변화되는 내연 기관의 제어 장치가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 이 제어기는 연료 분사 메카니즘이 이러한 비율로 증가될 때 연료 증가값이 감소되도록 계산한다.
본 발명에 따르면, 제 1 연료 분사 메카니즘으로서, 실린더에 연료를 분사하는 실린더내 인젝터가 존재하며, 실린더의 내부 온도는 흡기 포트의 온도 보다 높 다. 이와 같이, 실린더내 인젝터가 더 높은 비율로 연료를 분사하는 경우에, 상당한 연료 증가값을 도입하는 것이 불필요하다. 작은 연료 증가값에도 불구하고, 소망하는 연소가 달성될 수 있다.
바람직하게는, 제어기는 제 2 연료 분사 메카니즘이 이러한 비율로 증가될 때 연료 증가값이 증가되도록 계산한다.
본 발명에 따르면, 제 2 연료 분사 메카니즘으로서, 흡기 매니폴드에 연료를 분사하는 흡기 매니폴드 인젝터가 존재하며, 흡기 포트의 온도는 실린더의 내부 온도 보다 낮다. 이와 같이, 흡기 매니폴드 인젝터가 더 높은 비율로 연료를 분사하는 경우에, 소망하는 연소를 달성하기 위해 상당한 연료 증가값이 도입될 수 있다.
바람직하게는, 제어기는 온도가 증가될 때 연료 증가값이 감소되도록 계산한다.
본 발명에 따르면, 내연 기관에서의 더 높은 온도는 연료 무화를 돕는다. 이와 같이, 큰 연료 증가값이 요구되지 않으며, 작은 연료 증가값에도 불구하고 소망하는 연소가 달성될 수 있다.
바람직하게는, 제어기는 온도가 감소될 때 연료 증가값이 증가되도록 계산한다.
본 발명에 따르면, 내연 기관에서의 더 낮은 온도는 연료 무화를 방해한다. 따라서, 소망하는 연소를 달성할 수 있도록 큰 연료 증가값이 도입된다.
바람직하게는, 제 1 연료 분사 메카니즘은 실린더내 인젝터이며 제 2 연료 분사 메카니즘은 흡기 매니폴드 인젝터이다.
본 발명에 따르면, 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서 연료 분사를 분담할 때 연료 분사를 분담하기 위해 실린더내 인젝터 및 흡기 매니폴드 인젝터에 의해 구현된 제 1 및 제 2 연료 분사 메카니즘이 개별적으로 제공된 내연 기관에 대한 정확한 연료 증가값을 계산할 수 있는 제어 장치가 제공될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이하의 설명에서, 동일한 구성요소는 동일하게 표시된다. 이들은 또한 명칭 및 기능이 동일하다. 따라서, 그 상세한 설명은 반복하지 않는다. 이하의 설명이 냉각 상태에서의 연료 증가와 관련하여서만 제공되지만, 본 발명이 이러한 증가에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명은 연료 증가 후 연료 감소된 경우 및 기준 분사량으로부터 감소된 경우를 포함한다.
제 1 실시형태
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따라 내연 기관의 제어 장치를 구현하는 기관 ECU (전자 제어 유닛) 에 의해 제어되는 기관 시스템의 개략적 구성도이다. 도 1에서, 직렬 4-실린더 가솔린 기관이 도시되어 있지만, 본 발명의 애플리케이션은 이러한 기관에 제한되지 않는다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 기관 (10) 은 대응하는 흡기 매니폴드 (20) 를 통해 공통 서지 탱크 (30) 에 각각 접속된 4개의 실린더 (112) 를 포함한다. 서지 탱크 (30) 는 흡기 덕트 (40) 를 통해 에어 클리너 (50) 에 접속된다. 에어플로우 미터 (42) 가 흡기 덕트 (40) 내에 배치되며, 전자 모터 (60) 에 의해 구동된 스로틀 밸브 (70) 가 또한 흡기 덕트 (40) 내에 배치된다. 스로틀 밸브 (70) 는 가속기 페달 (100) 과 독립적인, 기관 ECU (300) 의 출력 신호에 기초하여 제어된 개도 (degree of opening) 를 갖는다. 각 실린더 (112) 는 3원 촉매 변환기 (90) 에 접속되는 공통 배기 매니폴드 (80) 에 접속된다.
각 실린더 (112) 에는 실린더에 연료를 분사하는 실린더내 인젝터 (110) 및 흡기 포트 및/또는 흡기 매니폴드에 연료를 분사하는 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 가 제공된다. 인젝터 (110 및 120) 는 기관 ECU (300) 로부터의 출력 신호에 기초하여 제어된다. 또한, 각 실린더의 실린더내 인젝터 (110) 는 공통 연료 전달 파이프 (130) 에 접속된다. 연료 전달 파이프 (130) 는 연료 전달 파이프 (130) 를 향한 방향으로의 흐름을 허용하는 체크 밸브 (140) 를 통해, 기관 구동형의 고압 연료 펌프 (150) 에 접속된다. 본 실시형태에서, 개별적으로 제공된 2개의 인젝터를 갖는 내연 기관을 설명하였지만, 본 발명은 이러한 내연 기관에 제한되지 않는다. 예를 들어, 내연 기관은 실린더내 인젝터 및 흡기 매니폴드 인젝터 모두에 영향을 미칠 수도 있는 하나의 인젝터를 가질 수도 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 고압 연료 펌프 (150) 의 방출측은 전자기 스필 밸브 (152) 를 통해 고압 연료 펌프 (150) 의 흡기측에 접속된다. 전자기 스필 밸브 (152) 의 개도가 작을수록, 고압 연료 펌프 (150) 로부터 연료 전달 파 이프 (130) 로 공급된 연료량은 증가한다. 전자기 스필 밸브 (152) 가 완전하게 개방될 때, 고압 연료 펌프 (150) 로부터 연료 전달 파이프 (130) 로의 연료 공급은 중지된다. 전자기 스필 밸브 (152) 는 기관 ECU (300) 의 출력 신호에 기초하여 제어된다.
각 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 는 저압측의 공통 연료 전달 파이프 (160) 에 접속된다. 연료 전달 파이프 (160) 및 고압 연료 펌프 (150) 는 공통 연료 압력 레귤레이터 (170) 를 통해 전기 모터 구동형의 저압 연료 펌프 (180) 에 접속된다. 또한, 저압 연료 펌프 (180) 는 연료 필터 (190) 를 통해 연료 탱크 (200) 에 접속된다. 연료 압력 레귤레이터 (170) 는 저압 연료 펌프 (180) 로부터 방출된 연료의 압력이 소정의 연료 압력 보다 높을 때 저압 연료 펌프 (180) 로부터 방출된 연료의 일부를 연료 탱크 (200) 로 복귀시키도록 구성된다. 이것은 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 에 공급된 연료의 압력 및 고압 연료 펌프 (150) 에 공급된 연료의 압력 모두가 전술한 소정의 연료 압력 보다 높아지는 것을 방지한다.
기관 ECU (300) 는 디지털 컴퓨터에 의해 구현되며, 양방향성 버스 (310) 를 통해 서로 접속되는, ROM (판독 전용 메모리; 320), RAM (랜덤 액세스 메모리; 330), CPU (중앙 처리 장치; 340), 입력 포트 (350), 및 출력 포트 (360) 를 포함한다.
에어플로우 미터 (42) 는 흡기 공기량에 비례하는 출력 전압을 생성하며, 이 출력 전압은 A/D 변환기 (370) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력된다. 냉각수 온도 센서 (380) 가 기관 (10) 에 부착되며, A/D 변환기 (390) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력되는 기관의 냉각수 온도에 비례하는 출력 전압을 생성한다.
연료 압력 센서 (400) 가 연료 전달 파이프 (130) 에 부착되며, A/D 변환기 (410) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력되는 연료 전달 파이프 (130) 내의 연료 압력에 비례하는 출력 전압을 생성한다. 공연비 센서 (air-fuel ratio sensor; 420) 가 3원 촉매 변환기 (90) 의 업스트림에 위치된 배기 매니폴드 (80) 에 부착된다. 공연비 센서 (420) 는 A/D 변환기 (430) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력되는 배기 가스내의 산소 농도에 비례하는 출력 전압을 생성한다.
본 실시형태의 기관 시스템의 공연비 센서 (420) 는 기관 (10) 에서 연소된 공기-연료 혼합물의 공연비에 비례하는 출력 전압을 생성하는 전범위 (full-range) 공연비 센서 (선형 공연비 센서) 이다. 공연비 센서 (420) 로서, 기관 (10) 에서 연소된 공기-연료 혼합물의 공연비가 이론적 공연비에 대하여 충비한지 또는 불충분한지를 온/오프 방식으로 검출하는 O2 센서가 이용될 수도 있다.
가속기 페달 (100) 은 A/D 변환기 (450) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력되는 가속기 페달 (100) 의 프레스 다운 (press down) 의 정도에 비례하는 출력 전압을 생성하는 가속기 페달 위치 센서 (440) 와 접속된다. 또한, 기관 회전수를 나타내는 출력 펄스를 생성하는 기관 회전수 센서 (460) 가 입력 포트 (350) 에 접속된다. 기관 ECU (300) 의 ROM (320) 은 전술한 가속기 페달 위치 센서 (440) 및 기관 회전수 센서 (460) 에 의해 획득된 기관 부하율 및 기관 회전수에 기초하 여 운행 상태와 관련하여 설정된 연료 분사량의 값 및 기관 냉각수 온도에 기초하여 설정된 보정값을 맵의 형태로 미리 저장한다.
도 2의 흐름도를 참조하면, 도 1의 기관 ECU (300) 는 후술하는 바와 같은 제어 구조를 갖는 프로그램을 실행한다.
단계 (이하, 단계를 S로 약칭함) 100에서, 기관 ECU (300) 는 실린더내 인젝터 (110) 의 분사 비율을 계산하기 위해 후술되는 (도 7-10) 맵을 이용한다 (이하, 이러한 비율은 "DI 비율 r (0 ≤ r ≤ 1)" 이라 칭함).
S100에서, 기관 ECU (300) 는 DI 비율 r이 1인지, 0인지, 또는 0 보다 크고 1 보다 작은지를 판정한다. DI 비율 r이 1 (S110에서 r=1.0) 인 경우에, 프로세스는 S120으로 진행한다. DI 비율 r이 0 (S110에서 r=0) 인 경우에, 프로세스는 S130으로 진행한다. DI 비율 r이 0 보다 크고 1 보다 작은 (S110에서 0 < r < 1) 경우에, 프로세스는 S140으로 진행한다.
S120에서, 기관 ECU (300) 는 실린더내 인젝터 (110) 가 단독으로 연료를 분사할 때 냉각 상태에서의 연료 증가값을 계산한다. 이것은 예를 들어, 냉각 상태 증가값 = f(1)(THW) 을 계산하기 위해 함수 f(1) 을 이용함으로써 수행된다. "THW"는 냉각수 온도 센서 (380) 에 의해 검출될 때의 기관 (10) 의 냉각수의 온도를 나타낸다.
S130에서, 기관 ECU (130) 는 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 가 단독으로 연료를 분사할 때 냉각 상태에서의 연료 증가를 계산한다. 이것을 예를 들어, 냉각 상태 증가값 = f(2)(THW) 를 계산하기 위해 함수 f(2)를 이용함으로써 수행된다.
S140에서, 기관 ECU (130) 는 실린더내 인젝터 및 흡기 매니폴드 인젝터 (110 및 120) 가 연료 분사를 각각 분담할 수 있을 때 냉각 상태에서의 연료 증가값을 계산한다. 이것은 냉각 상태 증가값 = f(3)(THW,r) 을 계산하기 위해 함수 f(3) 을 이용함으로써 수행된다. "r"은 DI 비율을 나타낸다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 냉각 상태 증가값은 파라미터로서 DI 비율 r을 이용하는 기관 냉각수 온도 (THW) 에 기초하여 계산된다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 기관 냉각수 온도 (THW) 가 낮을 때, 실린더에 분사된 더 큰 연료량이 피스톤의 상면상에 부착되며 흡기 포트에 분사된 더 큰 연료량이 벽에 부착된다. 따라서, 냉각 상태 보정량 (f(3)(THW,r)) 이 더 크게 설정된다. 동일한 기관 냉각수 온도 (THW) 에서, 흡기 포트의 온도가 실린더의 온도 보다 낮기 때문에, 더 큰 양의 연료가 흡기 포트상에 부착된다. 따라서, 냉각 상태 증가값 (f(3)(THW,r)) 은 DI 비율 r이 낮기 때문에, 더 크게 설정된다. 도 3에 도시된 관계는 바뀔 수도 있다. 예를 들어, 개별 인젝터로서 실린더내 인젝터 (110) 의 성능 및 개별 인젝터로서 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 성능이 동일한 기관 냉각수 온도 (THW) 에 대해 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 를 통해 분사된 연료의 무화 보다 실린더내 인젝터 (110) 를 통해 분사된 연료의 무화에 덜 충분하게 기여하는 경우에, 도 3에 도시한 DI 비율-냉각 상태 증가값 관계가 바뀔 수 있다. 이것은 후술하는 도 5 및 도 6에 대해 동일하다.
S150에서, 기관 ECU (300) 는 총 분사량을 계산한다. 구체적으로는, 각 인젝터로부터 분사된 연료의 총 분사량을 계산하기 위해, 기관 (10) 의 운행 상태 에 기초하여 계산된 기준 분사량 (실린더내 인젝터 (110) 단독 또는 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 단독) 에 냉각 상태 증가값을 가산한다. 여기서, 각 인젝터에 관하여 기준 분사량에 냉각 상태 증가값을 단순히 가산함으로써, 실린더내 인젝터 (110; DI 비율 r = 1.0) 에 의해 단독으로 또는 흡기 매니폴드 인젝터 (DI 비율 r = 0) 에 의해 단독으로 연료 분사가 수행되기 때문에, 각 인젝터의 총 분사량이 계산될 수 있다.
S160에서, 기관 ECU (300) 는 총 분사량을 계산한다. 여기서, 총 분사량은 예를 들어, 함수 g(1) 을 이용하여, 총 분사량 = g(1)(냉각 상태 증가값) 과 같이 계산된다. 예를 들어, 기관 (10) 의 운행 상태에 기초하여 계산된 기준 분사량 (실린더내 인젝터 (110) + 흡기 매니폴드 인젝터 (120)) 에 냉각 상태 증가값 (실린더내 인젝터 (110) + 흡기 매니폴드 인젝터 (120)) 를 가산함으로써, 실린더내 인젝터 (110) 와 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 로부터 분사된 총 분사량이 계산된다.
S170에서, 기관 ECU (300) 는 각 인젝터의 분사량을 계산한다. 여기서, 각 인젝터의 분사량은 예를 들어, 함수 g(2) 를 이용하여, 실린더내 인젝터 (110) 의 분사량 = g(2)(총 분사량, r) = 총 분사량 × r, 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 분사량 = 총 분사량 - g(2)(총 분사량, r) = 총 분사량 × (1-r) 과 같이 계산된다.
전술한 바와 같은 구성 및 흐름도에 기초하여, 본 실시형태에서의 기관 (10) 은 후술하는 바와 같이 동작한다. 아래의 설명에서, "기관의 냉각수가 온도에 서 변화하는 경우" 및 다른 유사한 표현은 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기를 나타낸다.
기관 (10) 이 시동된 후 충분하게 난기 (warmed) 될 때까지의 냉각 상태에서, 분사 비율 (DI 비율 r) 이 기관 (10) 의 운행 상태에 기초하여 계산된다 (S100). DI 비율 r이 0 보다 크고 1 보다 작을 때 (다시 말해, 실린더내 인젝터 및 흡기 매니폴드 인젝터 (110 및 120) 가 연료 분사를 각각 분담할 수 있을 때; S110에서 0 < r < 1.0), 냉각 상태 증가값은 도 3에 도시된 맵 (함수 f(3)(THW,r)) 를 이용하여 계산된다 (S140). 여기서, DI 비율 r이 고려된다.
계산된 냉각 상태 증가값을 이용하여, 총 분사량이 계산된다 (S160). 본 명세서에 이용되는 바와 같은 총 분사량은 실린더내 인젝터 (110) 및 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 모두로부터 분사된 연료량이다. 계산된 총 분사량을 이용하여, 각 인젝터의 분사량이 계산된다 (S170). 여기서, 실린더내 인젝터 (110) 에 연료 분사량 및 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 연료 분사량이 계산된다. 계산된 결과 (각 인젝터의 분사량) 를 이용하여, 기관 ECU (300) 는 실린더내 인젝터 (110) 및 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 가 소정의 연료를 분사하게 한다.
따라서, 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서, 실린더내 인젝터 및 흡기 매니폴드 인젝터가 연료 분사를 각각 분담할 수 있을 때, 기관의 냉각수의 온도 (THW) 뿐만 아니라 DI 비율 r이 또한 냉각 상태 증가값을 계산하기 위해 이용된다. 실린더의 내부 및 포트가 온도에서 상이하여 연료가 상이하게 무화되는 경우에, 연료는 연료를 양호하게 연소하기 위해, 정확한 냉각 상태 증가 값이 가산되는 양만큼 분사될 수 있다.
제 2 실시형태
이하, 본 실시형태의 내연 기관의 제어 장치를 구현하는 기관 ECU에 의해 제어된 기관 시스템을 설명한다. 본 실시형태에서, 전술한 제 1 실시형태에서와 동일한 구조의 설명은 반복하지 않는다. 예를 들어, 본 실시형태에서의 기관 시스템의 개략적 구조는 도 1에 도시한 기관의 구조와 동일하다. 본 실시형태에서, 전술한 제 1 실시형태에서의 기관 ECU (300) 에 의해 실행된 프로그램과 상이한 프로그램이 실행된다.
도 4의 흐름도를 참조하여, 기관 ECU (300) 에서 실행된 프로그램의 제어 구조를 이하 설명한다. 도 4의 흐름도에서, 도 2의 흐름도와 동일한 프로세스 단계에는 동일한 단계 번호가 할당된다. 또한, 프로세스가 동일하다. 따라서, 그 상세한 설명은 여기서 반복하지 않는다.
S200에서, 기관 ECU (300) 는 기준 총 분사량 (Q(ALL)) 을 계산한다. 여기서, 기관 ECU는 개도에 기초하여 요구된 토크, 다른 ECU로부터 요구된 토크 등에 기초하여 기준 총 분사량 (Q(ALL)) 을 계산한다.
S210에서, 기관 ECU (300) 는 각 인젝터의 냉각 상태 증가값을 계산한다. 여기서, 함수 f(4) 및 f(5) 를 이용하여 아래와 같이 계산된다.
흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(P)) = f(4)(THW)
실린더내 인젝터 (110) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(D)) = f(5)(THW)
여기서, 도 5 및 6에 도시되어 있는 바와 같이, 냉각 상태 증가값은 기관 냉 각수 온도 (THW) 에 기초하여 계산된다. 도 5는 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(P)) 을 도시하며, 도 6은 실린더내 인젝터 (110) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(D)) 을 도시한다. 도 5 및 6에 도시되어 있는 바와 같이, 기관 냉각수 온도 (THW) 가 낮을 때, 실린더로 분사된 더 큰 연료량이 피스톤의 상면상에 부착되고 흡기 포트로 분사된 더 큰 연료량이 벽에 부착되어서, 냉각 상태 보정량 (f(4)(THW)) 뿐만 아니라 냉각 상태 보정량 (f(5)(THW)) 이 더 크게 설정된다. 동일한 기관 냉각수 온도 (THW) 에서, 냉각 상태 보정량 (f(4)(THW)) > 냉각 상태 보정량 (f(5)(THW)) 이다. 이것은 실린더의 온도 보다 낮은 흡기 포트의 온도로 인해 흡기 포트상에 더 큰 연료량이 부착되기 때문에, 도 5에 도시된 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(P)) 이 도 6에 도시된 실린더내 인젝터 (110) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(D)) 보다 더 크게 설정된다는 것을 나타낸다.
S220에서, 기관 ECU (300) 는 각 인젝터의 분사량을 계산한다. 여기서, 함수 g(3) 및 g(4) 를 이용하여 아래와 같이 계산된다.
흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 분사량 (Q(P)) = g(3)(Q(ALL),r,ΔQ(P)=Q(ALL)×(1-r)+ΔQ(P)
실린더내 인젝터 (110) 의 분사량 (Q(D)) = g(4)(Q(ALL),r,ΔQ(D)=Q(ALL)×r+ΔQ(D)
이들 식은 냉각 상태 증가 계수로서 ΔQ(P) 및 ΔQ(D) 를 이용하여 아래와 같이 표현될 수도 있다.
흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 분사량 (Q(P)) = g(3)(Q(ALL),r,ΔQ(P)=Q(ALL)×(1-r)×ΔQ(P)
실린더내 인젝터 (110) 의 분사량 (Q(D)) = g(4)(Q(ALL),r,ΔQ(D)=Q(ALL)×r×ΔQ(D)
이하, 전술한 구조 및 흐름도에 기초하여 본 실시형태의 기관 (10) 의 동작을 설명한다. 제 1 실시형태에서와 동일한 동작의 설명은 반복하지 않는다.
기관 (10) 이 시동된 후 충분하게 난기 (warmed) 될 때까지의 냉각 상태에서, 분사 비율 (DI 비율 r) 은 기관 (10) 의 운행 상태에 기초하여 계산된다 (S100). DI 비율 r이 0 보다 크고 1 보다 작을 때 (다시 말해, 실린더내 및 흡기 매니폴드 인젝터 (110 및 120) 가 연료 분사를 각각 분담할 수 있을 때; S110에서 0<r<1.0), 인젝터 모두로부터 분사된 기준 연료 분사량인 기준 총 분사량 (Q(ALL)) 이 계산된다 (S200).
흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(P)) 및 실린더내 인젝터 (110) 의 냉각 상태 증가값 (ΔQ(D)) 은 도 5 및 6에 도시한 맵 (함수 f(4)(THW),f(5)(THW)) 을 이용하여 계산된다 (S210). 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 및 실린더내 인젝터 (110) 각각의 분사량이 계산된다 (S220). 여기서, DI 비율 r이 고려된다.
따라서, 본 실시형태에서 또한, 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서, 실린더내 인젝터 및 흡기 매니폴드 인젝터가 연료 분사를 각각 분담할 수 있을 때, 기관의 냉각수의 온도 (THW) 가 단독으로 각 인젝터의 냉각 상태 증가값을 계산하기 위해 이용되며, 그 후, DI 비율 r이 각 인젝터의 분사량을 계산하기 위해 고려된다. 따라서, 실린더의 내부 및 포트가 온도에서 상이하여 연료가 상이하게 무화되는 경우에, 연료는 연료를 양호하게 연소하기 위해, 정확한 냉각 상태 증가값이 가산되는 양만큼 분사될 수 있다.
이 제어 장치가 적절하게 적용되는 기관 (1)
이하, 본 실시형태의 제어 장치가 적절하게 적용되는 기관 (1) 을 설명한다.
이하, 도 7 및 8을 참조하여, 기관 (10) 의 운행 상태와 관련된 정보로서 식별된, 실린더내 인젝터 (110) 와 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 사이의 연료 분사 비율을 각각 나타내는 맵을 설명한다. 여기서, 2개의 실린더 사이의 연료 분사 비율은 또한 분사된 연료의 총량에 대한 실린더내 인젝터 (10) 로부터 분사된 연료량의 비율 ("실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 비율" 또는 "DI (직접 분사) 비율 (r)" 로서 칭함) 로서 표현된다. 이 맵은 기관 ECU (300) 의 ROM (320) 에 저장된다. 도 7은 기관 (10) 의 온 상태에 대한 맵이며, 도 8은 기관 (10) 의 냉각 상태에 대한 맵이다.
도 7 및 8에 예시된 맵에서, 기관 (10) 의 기관 회전수를 나타내는 수평축과 부하율을 나타내는 수직축을 이용하여, 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 비율 또는 DI 비율 r이 퍼센티지로 표현된다.
도 7 및 8에 도시되어 있는 바와 같이, DI 비율 r은 기관 회전수 및 기관 (10) 의 부하율에 의해 결정되는 각 운행 범위에 대해 설정된다. "DI 비율 r = 100%" 는 연료 분사가 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하는 수행되는 범위를 나타 내며, "DI 비율 r = 0%" 는 연료 분사가 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 만을 이용하여 수행되는 범위를 나타낸다. "DI 비율 r ≠ 0%", "DI 비율 r ≠ 100%" 및 "0% < DI 비율 r < 100%" 는 각각 연료 분사가 실린더내 인젝터 (110) 및 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 모두를 이용하여 수행되는 범위를 나타낸다. 일반적으로, 실린더내 인젝터 (110) 는 출력 성능의 증가에 기여하며, 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 는 공기-연료 혼합물의 균일성에 기여한다. 상이한 특징을 갖는 이들 2개 종류의 인젝터가 기관 (10) 의 기관 회전수 및 부하율에 따라 적절하게 선택되어, 기관의 정상 운행 상태 (유휴 동안의 촉매 난기 상태와 같은 비정상 운행 상태 이외) 에서 균질 연소가 실시된다.
또한, 도 7 및 8에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더내 인젝터 (110) 와 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 사이의 연료 분사 비율, 또는 DI 비율 r이 기관의 온 상태에 대한 맵 및 기관의 냉각 상태에 대한 맵에서 개별적으로 정의된다. 이 맵은 기관 (10) 의 온도가 변화할 때 실린더내 인젝터 (110) 및 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 상이한 제어 범위를 나타내도록 구성된다. 검출된 기관 (10) 의 온도가 소정의 온도 임계값 이상일 때, 도 7에 도시된 온 상태에 대한 맵이 선택되고, 그렇지 않으면, 도 8에 도시된 냉각 상태에 대한 맵이 선택된다. 실린더내 인젝터 (110) 및 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 중 하나 또는 모두는 선택된 맵에 기초하고 기관 (10) 의 기관 회전수 및 부하율에 따라 제어된다.
이하, 도 7 및 8에 설정된 기관 (10) 의 기관 회전수 및 부하율을 설명한다. 도 7에서, NE(1) 은 2500 rpm 내지 2700 rpm으로 설정되고, KL(1) 은 30% 내지 50%로 설정되며, KL(2) 는 60% 내지 90%로 설정된다. 도 8에서, NE(3) 는 2900 rpm 내지 3100 rpm으로 설정된다. 즉, NE(1) < NE(3) 이다. 도 7의 NE(2) 뿐만 아니라 도 8의 KL(3) 및 KL(4) 또한 적절하게 설정된다.
도 7 및 8을 비교할 때, 도 8에 도시된 냉각 상태에 대한 맵의 NE(3) 은 도 7에 도시된 온 상태에 대한 맵의 NE(1) 보다 크다. 이것은, 기관 (10) 의 온도가 낮을 때, 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 의 제어 범위가 더 높은 기관 회전수의 범위를 포함하도록 확장된다는 것을 나타낸다. 즉, 기관 (10) 이 냉각인 경우에서, (연료가 실린더내 인젝터 (110) 로부터 분사되지 않더라도) 증착은 실린더내 인젝터 (110) 의 분사 홀에 축적되지 않을 것이다. 따라서, 연료 분사가 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 를 이용하여 수행되는 범위가 확장될 수 있어서, 균질성을 개선시킨다.
도 7 및 8을 비교할 때, 기관 (10) 의 기관 회전수가 온 상태에 대한 맵에서 NE(1) 이거나 더 높은 범위, 및 기관 회전수가 냉각 상태에 대한 맵에서 NE(3) 이거나 더 높은 범위에서 "DI 비율 r = 100%" 이다. 부하율과 관련하여, 부하율이 온 상태에 대한 맵에서 KL(2) 이거나 더 큰 범위, 및 부하율이 냉각 상태에 대한 맵에서 KL(4) 이거나 더 큰 범위에서 "DI 비율 r = 100%" 이다. 이것은 소정의 높은 기관 회전수의 범위 및 소정의 높은 기관 부하의 범위에서 실린더내 인젝터 (110) 가 단독으로 이용된다는 것을 의미한다. 즉, 높은 회전수 범위 또는 높은 부하 범위에서, 연료 분사가 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하여 수행되더라도, 기관 (10) 의 기관 회전수 및 부하가 높아서, 충분한 흡기 공기량을 보장 하여, 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하더라도 균질한 공기-연료 혼합물 획득을 쉽게 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 실린더내 인젝터 (110) 로부터 분사된 연료가 기화의 잠열 (또는 연소실로부터의 흡수열) 을 포함하여 연소실내에서 무화된다. 따라서, 공기-연료 혼합물의 온도가 압축 종단에서 감소되어, 앤티노크 (antiknock) 성능이 개선된다. 또한, 연소실내의 온도가 감소되기 때문에, 흡기 효율이 개선되어 고전력 출력을 달성한다.
도 7의 온 상태에 대한 맵에서, 또한, 부하율이 KL(1) 이하일 때 연료 분사는 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하여 수행된다. 이것은 기관 (10) 의 온도가 높을 때 실린더내 인젝터 (110) 만이 소정의 낮은 부하 범위에서 이용된다는 것을 나타낸다. 기관 (10) 이 온 상태에 있을 때, 증착이 실린더내 인젝터 (110) 의 분사 홀에 축적할 가능성이 있다. 그러나, 연료 분사가 실린더내 인젝터 (110) 를 이용하여 수행될 때, 분사 홀의 온도가 낮아질 수 있어서, 증착의 축적이 방지된다. 또한, 최소 연료 분사량을 보장하면서 실린더내 인젝터 (110) 의 클로깅 (clogging) 이 방지될 수도 있다. 따라서, 실린더내 인젝터 (110) 만이 관련 범위에서 이용된다.
도 7 및 도 8을 비교할 때, 도 8의 냉각 상태에 대한 맵에서만 "DI 비율 r = 0%"의 범위가 있다. 이것은 기관 (10) 의 온도가 낮을 때 연료 분사가 소정의 낮은 부하 범위 (KL(3) 이하) 에서 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 만을 이용하여 수행된다는 것을 나타낸다. 기관 (10) 이 냉각이고 낮은 부하이며 흡기량이 작을 때, 연료의 무화가 발생하지 않을 수 있다. 이러한 범위에서, 실린더내 인젝 터 (110) 로부터의 연료 분사에 의해 양호한 연소를 보장하는 것은 곤란하다. 또한, 특히 저부하 및 저 회전수 범위에서, 실린더내 인젝터 (110) 를 이용하는 고출력은 불필요하다. 따라서, 연료 분사는 관련 범위에서 실린더내 인젝터 (110) 보다는 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 만을 이용하여 수행된다.
정상 운행 이외의 운행, 또는 기관 (10) 의 유휴 동안의 촉매 난기 상태 (비정상 운행) 에서, 실린더내 인젝터 (110) 는 성층 연소 (stratified charge combustion) 을 수행하도록 제어된다. 촉매 난기 운행 동안 성층 연소를 야기함으로써, 촉매의 난기가 촉진되어, 배기 방출이 개선된다.
이 제어 장치가 적절하게 적용되는 기관 (2)
이하, 본 실시형태의 제어 장치가 적절하게 적용되는 기관 (2) 을 설명한다. 기관 (2) 의 이하의 설명에서, 기관 (1) 의 구성과 유사한 구성은 반복되지 않는다.
도 9 및 10을 참조하여, 기관 (10) 의 운행 상태와 관련된 정보로서 식별된, 실린더내 인젝터 (110) 와 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 사이의 연료 분사 비율을 각각 나타내는 맵을 설명한다. 이 맵은 기관 ECU (300) 의 ROM (302) 에 저장된다. 도 9는 기관 (10) 의 온 상태에 대한 맵이며, 도 10은 기관 (10) 의 냉각 상태에 대한 맵이다.
도 9 및 10은 다음과 같은 점에서 도 7 및 8과 다르다. 기관의 기관 회전수가 온 상태에 대한 맵에서 NE(1) 이상인 범위, 및 기관 회전수가 냉각 상태에 대한 맵에서 NE(3) 이상인 범위에서 "DI 비율 r = 100%" 를 유지한다. 또한, 저-회전수 범위를 제외하고, 부하율이 온 상태에 대한 맵에서 KL(2) 이상인 범위, 및 부하율이 냉각 상태에 대한 맵에서 KL(4) 이상인 범위에서 "DI 비율 r = 100%" 를 유지한다. 이것은, 연료 분사가 기관 회전수가 소정의 높은 레벨에 있는 범위에서 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하여 수행되며, 연료 분사가 기관 부하가 소정의 높은 레벨에 있는 범위에서 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하여 종종 수행된다는 것을 의미한다. 그러나, 낮은 회전수 및 높은 부하 범위에서, 실린더내 인젝터 (110) 로부터 분사된 연료에 의해 형성된 공기-연료 혼합물의 혼합이 불량하며, 연소실내의 이러한 비균질 공기-연료 혼합물은 불안정한 연소를 초래할 수도 있다. 따라서, 이러한 문제가 발생할 것 같지 않은 곳에서 기관 회전수가 증가하기 때문에 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 비율은 증가되며, 이러한 문제가 발생할 것 같은 곳에서 기관 부하가 증가하기 때문에 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 비율은 감소된다. 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 비율, 또는 DI 비율 r에서의 변화가 도 9 및 10에 십자 화살표에 의해 도시되어 있다. 이러한 방식으로, 불안정한 연소에 기인하는 기관의 출력 토크에서의 변동이 억제될 수 있다. 이들 측정치는 기관의 상태가 소정의 저회전수 범위로 이동할 때 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 비율을 감소시키거나, 기관 상태가 소정의 저부하 범위로 이동할 때 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 비율을 증가시키기 위한 측정치와 대략 등가이다. 또한, (도 9 및 10에 십자 화살표에 의해 표시된) 관련 범위를 제외하고, 연료 분사가 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하여 수행되는 범위 (고회전측 및 저부하측) 에서, 연료 분사가 실린더내 인젝터 (110) 만을 이용하여 수행될 때에도 균질한 공기-연료 혼합물이 쉽게 획득된다. 이러한 경우에, 실린더내 인젝터 (110) 로부터 분사된 연료는 (연소실로부터 열을 흡수함으로써) 기화의 잠열을 포함하여 연소실내에서 무화된다. 따라서, 공기-연료 혼합물의 온도는 압축측에서 감소되고, 따라서, 앤티노크 성능이 개선된다. 또한, 연소실의 온도가 감소되면서, 흡기 효율이 개선되어, 고전력 출력을 달성한다.
도 7-10과 관련하여 설명한 기관 (10) 에서, 흡기 스트로크에서 실린더내 인젝터 (110) 의 분사 타이밍을 설정함으로써 균질한 연소가 달성되며, 압축 스트로크에서 실린더내 인젝터의 분사 타이밍을 설정함으로써 성층 연소가 실현된다. 즉, 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 타이밍이 압축 스트로크에서 설정될 때, 풍부한 공기-연료 혼합물이 스파크 플러그 주위에 로컬하게 위치될 수 있어서, 전체적으로는 연소실내의 린 (lean) 공기-연료 혼합물이 성층 연소를 실현하기 위해 점화된다. 실린더내 인젝터 (110) 의 분사 타이밍이 흡기 스트로크에서 설정되더라도, 스파크 플러그 주위에 풍부한 공기-연료 혼합물을 로컬하게 제공할 수 있는 경우에는 성층 연소가 실현될 수 있다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 성층 연소는 성층 연소와 세미-성층 연소 모두를 포함한다. 세미-성층 연소에서, 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 는 전체 연소실에서 린 (lean) 하고 균질한 공기-연료 혼합물을 생성하기 위해 흡기 스트로크에서 연료를 분사하며, 그 후, 실린더내 인젝터 (110) 는 스파크 플러그 주위에 풍부한 공기-연료 혼합물을 생성하여, 연소 상태를 개선시키기 위해 압축 스트로크에서 연료를 분사한다. 이러한 세미-성층 연소는 다음과 같은 이유때문 에 촉매 난기 동작에서 바람직하다. 촉매 난기 동작에서, 고온의 연소 가스를 촉매에 도달하게 하기 위해 점화 타이밍을 상당히 지연시키고 바람직한 연소 상태 (유휴 상태) 를 유지하는 것이 필요하다. 또한, 특정한 연료량이 공급될 필요가 있다. 성층 연소가 이들 요구조건을 충족시키기 위해 이용되는 경우에, 연료량은 불충분하게 된다. 균질한 연소가 이용되는 경우에, 바람직한 연소를 위한 지연량은 성층 연소의 경우와 비교하여 작다. 이들 이유로 인해, 성층 연소 또는 세미-성층 연소가 이용될 수도 있지만, 촉매 난기 동작에서는 전술한 세미-성층 연소가 이용되는 것이 바람직하다.
또한, 도 7-10과 관련하여 설명한 기관에서, 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 타이밍은 거의 전체 범위에 대응하는 기본적 범위의 흡기 스트로크에서 설정된다 (여기서, 기본적 범위는 세미-성층 연소가 촉매 난기 상태에서만 수행되는, 흡기 스트로크에서 흡기 매니폴드 인젝터 (120) 로부터의 연료 분사 및 압축 스트로크에서 실린더내 인젝터 (110) 로부터의 연료 분사에 의해 수행되는 범위 이외의 범위를 칭한다). 그러나, 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 타이밍은 다음과 같은 이유로 인해, 연소의 안정화를 위해 압축 스트로크에서 일시적으로 설정될 수도 있다.
실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 타이밍이 압축 스트로크에서 설정될 때, 공기-연료 혼합물은 분사된 연료에 의해 냉각되며, 실린더의 온도는 상대적으로 높아진다. 이것은 냉각 효과, 및 그에 따른 앤티노크 성능을 개선시킨다. 또한, 실린더내 인젝터 (110) 의 연료 분사 타이밍이 압축 스트로크에서 설정될 때, 연료 분사로부터 점화까지의 시간은 짧고, 이것은 분사된 연료의 강한 보급을 보장하여, 연소 속도를 증가시킨다. 앤티노크 성능의 개선 및 연소 속도의 증가는 연소에서의 변동을 방지할 수 있어서, 연소 안정성이 개선된다.
본 명세서에 개시된 실시형태는 모든 관점에서 예시적이며 비제한적이다. 본 발명의 범위는 상기 설명 보다는 청구범위에 의해 정의되며, 그 범위내에서 임의의 변경을 포함하며 청구범위와 등가임을 의미한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제어 장치에 의해 제어된 기관 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제어 장치를 구현하는 기관 ECU에 의해 실행된 프로그램의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 분담된 분사에서 기관 냉각수 온도와 냉각 상태 증가값 사이의 관계를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 제어 장치를 구현하는 기관 ECU에 의해 실행된 프로그램의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 연료 분사가 흡기 매니폴드 인젝터에 의해서만 수행될 때 기관 냉각수 온도와 냉각 상태 증가값 사이의 관계를 도시한다.
도 6은 연료 분사가 실린더내 인젝터에 의해서만 수행될 때 기관 냉각수 온도와 냉각 상태 증가값 사이의 관계를 도시한다.
도 7 및 도 9는 본 발명의 제어 장치가 적절하게 적용되는 기관의 온 상태에 대한 DI 비율 맵을 도시한다.
도 8 및 도 10은 본 발명의 제어 장치가 적절하게 적용되는 기관의 냉각 상태에 대한 DI 비율 맵을 도시한다.

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  10. 실린더로 연료를 분사하는 하나의 제 1 연료 분사 수단 및 흡기 매니폴드로 연료를 분사하는 하나의 제 2 연료 분사 수단으로 구성된 연료 분사 수단의 하나의 세트가 상기 실린더 각각에 제공되는 내연 기관의 제어 장치로서,
    상기 내연 기관에 대해 요구되는 조건에 기초하여 계산된 비율에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있도록 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단을 제어하는 제어 수단; 및
    상기 내연 기관의 온도를 검출하는 검출 수단을 포함하며,
    상기 제어 수단은 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단이 상기 비율 및 상기 온도에 기초하여 상기 내연 기관의 냉각 상태에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있는 상황에 대한 연료 변동값을 계산하며, 상기 계산된 변동값에 기초하여 상기 제 1 연료 분사 수단과 제 2 연료 분사 수단으로 분사되는 총 연료 분사량을 변화시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단을 제어하는 수단을 포함하고,
    상기 연료 변동값은 연료 증가값이며, 상기 제어 수단은 상기 제 2 연료 분사 수단이 상기 비율에서 증가될 때 상기 연료 증가값이 증가되도록 계산하고, 상기 온도가 감소될 때 상기 연료 증가값이 증가되도록 계산하는 수단을 포함하는 내연 기관의 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단으로부터 분사된 기준 분사량을 계산하는 계산 수단을 더 포함하며,
    상기 제어 수단은 상기 계산된 연료 증가값 및 상기 기준 분사량에 기초하여 상기 제 1 연료 분사 메카니즘과 제 2 연료 분사 메카니즘으로 분사되는 총 연료 분사량을 변화시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단을 제어하는 수단을 포함하는, 내연 기관의 제어 장치.
  12. 실린더로 연료를 분사하는 하나의 제 1 연료 분사 수단 및 흡기 매니폴드로 연료를 분사하는 하나의 제 2 연료 분사 수단으로 구성된 연료 분사 수단의 하나의 세트가 상기 실린더 각각에 제공되는 내연 기관의 제어 장치로서,
    상기 내연 기관에 대해 요구되는 조건에 기초하여 계산된 비율에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있도록 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단을 제어하는 제어 수단; 및
    상기 내연 기관의 온도를 검출하는 검출 수단을 포함하며,
    상기 제어 수단은 냉각 상태 및 냉각 상태로부터 온 상태까지의 과도기에서 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단이 상기 온도에 기초하며 상기 비율에서의 변화의 영향하에서 상기 내연 기관의 냉각 상태에서 연료 분사를 각각 분담할 수 있는 상황에 대한 연료 변동값을, 상기 제 1 연료 분사 수단의 변동 분담값 및 상기 제 2 연료 분사 수단의 변동 분담값으로서 개별적으로 계산하는 수단을 포함하며, 상기 계산된 각각의 변동 분담값에 기초하여 상기 제 1 연료 분사 수단과 제 2 연료 분사 수단으로 분사되는 총 연료 분사량을 변화시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단을 제어하고,
    상기 연료 변동값은 연료 증가값이며, 상기 제어 수단은 상기 제 2 연료 분사 수단이 상기 비율에서 증가될 때 상기 연료 증가값이 증가되도록 계산하고, 상기 온도가 감소될 때 상기 연료 증가값이 증가되도록 계산하는 수단을 포함하는 내연 기관의 제어 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단으로부터 분사된 기준 분사량을 계산하는 계산 수단을 더 포함하며,
    상기 제어 수단은 상기 계산된 각각의 변동 분담값 및 상기 기준 분사량에 기초하여 상기 제 1 연료 분사 메카니즘과 제 2 연료 분사 메카니즘으로 분사되는 총 연료 분사량을 변화시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단을 제어하는 수단을 포함하는, 내연 기관의 제어 장치.
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  18. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 연료 분사 수단은 실린더내 인젝터이며 상기 제 2 연료 분사 수단은 흡기 매니폴드 인젝터인, 내연 기관의 제어 장치.
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