KR101034168B1

KR101034168B1 - 내연 기관의 제어 장치

Info

Publication number: KR101034168B1
Application number: KR1020097017445A
Authority: KR
Inventors: 신이치 소에지마; 게이스케 가와이; 히로유키 다나카
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2011-05-12
Also published as: EP2128417B1; RU2418967C1; JP2008240719A; CN101641512B; EP2128417A4; BRPI0809558A2; CN101641512A; KR20090112716A; US20100017095A1; BRPI0809558B1; WO2008120664A1; US8000881B2; JP4483885B2; EP2128417A1

Abstract

내연 기관에 요구되는 복수의 기능을 실현할 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공한다. 에너지 형식으로 산출된 목표 작업과 목표 배기 에너지와 냉각 손실을 가산부 (64) 에서 가산함으로써, 엔진에서 발생시키는 토탈 에너지 (E_total) 가 구해진다. 목표 연료 공급량 산출부 (65) 에 있어서, 이 E_total 을 발생시키기 위해서 필요한 목표 연료 공급량이 산출된다. 목표 흡기량 산출부 (66) 에 있어서, 이 목표 연료 공급량과 목표 A/F 로부터 목표 흡기량이 산출된다. 목표 점화 시기 산출부 (67) 에 있어서, 목표 배기 에너지를 실현시키기 위해서 필요한 목표 점화 시기가 산출된다.

Description

내연 기관의 제어 장치{CONTROLLER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 내연 기관에서 발생하는 에너지를 조정할 수 있는 복수의 제어량 산출에 관한 것이다.

운전자에 의한 액셀 조작량이나 구동계 등의 요구에 기초하여 설정된 목표 토크를 실현하기 위해서 내연 기관의 기능 요소를 제어하는 장치가 알려져 있다 (예를 들어 특허 문헌 1 참조).

또한, 액셀 조작량으로부터 구해진 요구 작업량을 실현하기 위해서 연료 분사량을 제어하는 장치가 알려져 있다 (예를 들어 특허 문헌 2 참조). 이 특허 문헌 2 의 장치에서는, 주분사와 더불어 부차적 분사가 실시되고 있다. 상세하게는, 부차적 분사에 의한 작업 당량을 산출하고, 그 산출된 작업 당량과 주분사에 의한 작업 당량의 합이 상기 요구 작업량과 동일해지도록 주분사량이 제어되고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2006-183506호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2003-97330호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그런데, 내연 기관에 요구되는 기능은, 운전자가 의도하는 바와 같이 차량을 구동하기 위한 토크 (작업) 에 한정되지 않는다. 토크 (작업) 외에, 이미션 성능을 향상시키기 위해서, 배기 에너지를 증가시키는 기능이나 공연비를 최적으로 제어하는 기능도 요구된다.

그러나, 상기 특허 문헌 1, 2 에는 요구 토크 이외의 내연 기관에 요구되는 기능을 만족시키기 위한 제어가 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상기 서술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 내연 기관에 요구되는 복수의 기능을 실현할 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

제 1 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 내연 기관의 제어 장치로서,

내연 기관에서 발생하는 에너지를 조정할 수 있는 복수의 제어량을 산출하는 제어량 산출 수단과,

상기 제어량 산출 수단에 의해 산출된 복수의 제어량에 기초하여, 복수의 액추에이터의 구동 제어를 실행하는 구동 제어 수단을 구비하고,

상기 제어량 산출 수단은,

상기 내연 기관의 출력에 관한 요구값과, 상기 내연 기관의 배기에 관한 요구값과, 상기 내연 기관의 냉각 손실에 관한 요구값을, 각각 에너지 형식으로 산출하는 요구값 산출 수단과,

상기 요구값 산출 수단에 의해 산출된 각 요구값을 가산함으로써 토탈 요구값을 구하는 요구값 가산 수단을 갖고, 그 토탈 요구값으로부터 상기 복수의 제어량을 구하는 것을 특징으로 한다.

또한 제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서,

상기 복수의 제어량은, 연료 공급량, 흡기량 및 점화 시기이고,

상기 제어량 산출 수단은,

상기 토탈 요구값의 에너지를 발생시키기 위해서 필요한 연료 공급량을 산출하는 연료 공급량 산출 수단과,

상기 연료 공급량을 이용하여 소정의 공연비를 실현하기 위해서 필요한 흡기량을 산출하는 흡기량 산출 수단과,

상기 배기에 관한 요구값을 이용하여, 상기 점화 시기를 산출하는 점화 시기 산출 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 제 3 발명은, 제 2 발명에 있어서,

상기 점화 시기 산출 수단은,

상기 연료 공급량과 상기 흡기량을 이용하여 상기 내연 기관의 배출 가스량을 산출하는 배출 가스량 산출 수단과,

상기 배출 가스량과 상기 배기에 관한 요구값에 기초하여 통내 온도를 산출하는 통내 온도 산출 수단을 갖고, 그 통내 온도에 기초하여 상기 점화 시기를 산출하는 것을 특징으로 한다.

또한 제 4 발명은, 제 2 발명에 있어서,

상기 내연 기관은 차량에 탑재되고,

상기 제어량 산출 수단은,

상기 출력에 관한 요구값에 기초하여 제 2 점화 시기를 산출하는 제 2 점화 시기 산출 수단과,

차량 운전 상태에 따라, 상기 점화 시기 산출 수단에 의해 산출된 점화 시기와 상기 제 2 점화 시기 중 어느 하나를 선택하는 점화 시기 선택 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 제 5 발명은, 제 4 발명에 있어서,

상기 제어량 산출 수단은, 상기 점화 시기 선택 수단에 의해 상기 제 2 점화 시기가 선택된 후, 상기 점화 시기 선택 수단에 의해 상기 점화 시기가 다시 선택된 경우에, 상기 배기에 관한 요구값을 보정하는 보정 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 제 6 발명은, 제 5 발명에 있어서,

상기 제어량 산출 수단은, 상기 점화 시기 선택 수단에 의해 상기 제 2 점화 시기가 선택된 기간의 실제 배기 에너지를 추정하는 배기 에너지 추정 수단을 추가로 갖고,

상기 보정 수단은, 상기 배기 에너지 추정 수단에 의해 추정된 실제 배기 에너지를 고려하여 상기 배기에 관한 요구값을 보정하는 것을 특징으로 한다.

발명의 효과

제 1 발명에서는, 기관 출력에 관한 요구값과 배기에 관한 요구값과 냉각 손실에 관한 요구값이 각각 에너지 형식으로 산출되고, 산출된 각 요구값을 가산함으로써 내연 기관에 대한 토탈 요구값이 구해진다. 그리고, 이 토탈 요구값으로부터, 내연 기관에서 발생하는 에너지를 조정할 수 있는 복수의 제어량이 산출된다. 제 1 발명에 의하면, 기관 출력뿐만 아니라, 배기 및 냉각 손실을 고려하여 산출된 복수의 제어량에 기초하여, 복수의 액추에이터의 구동 제어가 실행된다. 따라서, 복수의 액추에이터를 구동함으로써, 내연 기관에 요구되는 복수의 기능을 실현할 수 있다.

제 2 발명에서는, 기관 출력에 관한 요구값과 배기에 관한 요구값과 냉각 손실에 관한 요구값을 만족시키도록 연료 공급량이 산출된다. 또한, 공연비가 소정의 공연비로 되도록 흡기량이 산출되고, 배기에 관한 요구값을 만족시키도록 점화 시기가 산출된다. 제 2 발명에 의하면, 기관 출력의 기능뿐만 아니라, 배기에 관한 기능을 실현할 수 있다.

제 3 발명에서는, 토탈 요구값으로부터 구해진 연료 공급량과 흡기량을 이용하여 내연 기관의 배출 가스량이 산출되고, 그 배출 가스량과 배기에 관한 요구값을 이용하여 통내 온도가 산출된다. 통내 온도는 점화 시기와 상관되기 때문에, 통내 온도를 고려하여 점화 시기를 산출함으로써 배기에 관한 요구를 양호한 정밀도로 실현할 수 있다.

제 4 발명에서는, 내연 기관이 차량에 탑재된 경우로서, 출력에 관한 요구값에 기초하여 제 2 점화 시기가 산출되고, 차량 운전 상태에 따라, 배기에 관한 요구값에 기초하는 점화 시기와 제 2 점화 시기 중 어느 하나가 선택된다. 제 4 발명에 의하면, 제 2 점화 시기를 선택함으로써, 출력에 관한 요구값의 급변에 대응할 수 있다.

상기 제 2 점화 시기가 선택된 기간에는, 배기에 관한 요구값이 실현되지 않을 가능성이 있다. 제 5 발명에서는, 점화 시기가 다시 선택된 경우에, 배기에 관한 요구값이 보정된다. 이로써, 제 2 점화 시기가 선택된 경우에도 배기에 관한 기능을 실현할 수 있다.

제 6 발명에서는, 제 2 점화 시기가 선택된 기간에 있어서의 실제 배기 에너지가 추정된다. 그리고, 추정된 실제 배기 에너지를 고려하여 배기에 관한 요구값이 보정된다. 따라서, 배기에 관한 기능을 양호한 정밀도로 실현할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 의한 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 는, 엔진에서 발생한 에너지의 분배를 설명하기 위한 도면이다.

도 3 은, 본 실시형태 1 에 있어서, ECU (60) 에 있어서의 제어량 산출 플로우를 설명하는 도면이다.

도 4 의 (A) 내지 도 4 의 (C) 는, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서, 목표 배기 에너지와 목표 점화 시기의 변화를 나타내는 타이밍 차트이다.

도 5 는, 본 발명의 실시형태 2 에 있어서, ECU (60) 에 있어서의 제어량 산출 플로우를 설명하는 도면이다.

도 6 의 (A) 내지 도 6 의 (D) 는, 본 발명의 실시형태 2 에 있어서, 목표 토크의 급변을 실현하기 위해서 점화 시기를 변경한 경우의 목표 배기 에너지의 변화를 나타내는 타이밍 차트이다.

부호의 설명

1 : 엔진

2 : 인젝터

20 : 점화 플러그

24 : 흡기 밸브

26 : 가변동 밸브 기구

32 : 스로틀 밸브

34 : 스로틀 모터

60 : ECU

61 : 목표 작업 산출부

62 : 목표 배기 에너지 산출부

63 : 냉각 손실 산출부

64 : 가산부

65 : 목표 연료 공급량 산출부

66 : 목표 흡기량 산출부

67 : 목표 점화 시기 산출부

67A : 배출 가스량 산출부

67B : 목표 통내 온도 산출부

67C : 목표 점화 시기 결정부

68 : 제 2 목표 점화 시기 산출부

69 : 선택부

70 : 배기 에너지 추정부

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다.

실시형태 1.

[시스템 구성의 설명]

도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 의한 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 에 나타내는 시스템은, 내연 기관 (1) 으로서의 불꽃 점화식 가솔린 엔진 (이하 「엔진」이라고 한다) 을 구비하고 있다. 엔진 (1) 은 복수의 기통 (2) 을 갖고 있다. 도 1 에는, 복수 기통 중 하나의 기통만을 나타내고 있다.

엔진 (1) 은, 내부에 피스톤 (4) 을 갖는 실린더 블록 (6) 을 구비하고 있다. 피스톤 (4) 은 크랭크 기구를 통해 크랭크축 (8) 에 접속되어 있다. 크랭크축 (8) 근방에는 크랭크각 센서 (10) 가 형성되어 있다. 크랭크각 센서 (10) 는, 크랭크축 (8) 의 회전 각도 (크랭크각 (CA)) 를 검출하도록 구성되어 있다. 또한 실린더 블록 (6) 에는, 엔진 (1) 의 냉각수온 (Tw) 을 검출하는 냉각수온 센서 (12) 가 형성되어 있다.

실린더 블록 (6) 의 상부에는 실린더 헤드 (14) 가 장착되어 있다. 피스톤 (4) 상면으로부터 실린더 헤드 (14) 까지의 공간은 연소실 (16) 을 형성하고 있다. 실린더 헤드 (14) 에는, 연소실 (16) 내에 직접 연료를 분사하는 인젝터 (18) 가 형성되어 있다. 또한 실린더 헤드 (14) 에는, 연소실 (16) 내의 혼합기 (混合氣) 에 점화하는 점화 플러그 (20) 가 형성되어 있다.

실린더 헤드 (14) 는, 연소실 (16) 과 연통되는 흡기 포트 (22) 를 구비하고 있다. 흡기 포트 (22) 와 연소실 (16) 의 접속부에는 흡기 밸브 (24) 가 형성되어 있다. 흡기 밸브 (24) 에는, 흡기 밸브 (24) 의 밸브 열림 특성 (개폐 밸브 시기, 리프트량) 을 변경할 수 있는 가변동 밸브 기구 (26) 가 형성되어 있다.

흡기 포트 (22) 에는 흡기 통로 (28) 가 접속되어 있다. 흡기 통로 (28) 의 도중에는 서지 탱크 (30) 가 형성되어 있다. 서지 탱크 (30) 의 상류에는 스로틀 밸브 (32) 가 형성되어 있다. 스로틀 밸브 (32) 는 스로틀 모터 (34) 에 의해 구동되는 전자 제어식 밸브이다. 스로틀 밸브 (32) 는, 액셀 개도 센서 (38) 에 의해 검출되는 액셀 개도 (AA) 등에 기초하여 구동되는 것이다. 스로틀 밸브 (32) 근방에는, 스로틀 개도 (TA) 를 검출하는 스로틀 개도 센서 (36) 가 형성되어 있다.

스로틀 밸브 (32) 의 상류에는 에어플로우 미터 (40) 가 형성되어 있다. 에어플로우 미터 (40) 는 흡입 공기량 (이하 「흡기량」이라고 약기한다) (Ga) 을 검출하도록 구성되어 있다.

또한, 실린더 헤드 (14) 는 연소실 (16) 과 연통되는 배기 포트 (42) 를 구비하고 있다. 배기 포트 (42) 와 연소실 (16) 의 접속부에는 배기 밸브 (44) 가 형성되어 있다. 배기 밸브 (44) 에는, 배기 밸브 (44) 의 밸브 열림 특성 (개밸브 시기, 리프트량) 을 변경할 수 있는 가변동 밸브 기구 (46) 가 형성되어 있다. 배기 포트 (42) 에는 배기 통로 (48) 가 접속되어 있다. 배기 통로 (48) 에는 배기 가스를 정화하는 배기 정화 촉매 (이하 「촉매」라고 약기한다) (50) 가 형성되어 있다. 촉매 (50) 에는, 촉매 베드 온도 (Tc) 를 검출하는 촉매 베드 온도 센서 (52) 가 형성되어 있다. 또한 촉매 (50) 의 상류에는, 배기 공연비를 검출하는 공연비 센서 (54) 가 형성되어 있다.

본 실시형태의 시스템은, 제어 장치로서의 ECU (Electronic Control Unit) (60) 를 구비하고 있다. ECU (60) 의 출력측에는 인젝터 (18), 점화 플러그 (20), 가변동 밸브 기구 (26, 46), 스로틀 모터 (34) 등이 접속되어 있다. ECU (60) 의 입력측에는 크랭크각 센서 (10), 냉각수온 센서 (12), 스로틀 개도 센서 (36), 액셀 개도 센서 (38), 에어플로우 미터 (40), 촉매 베드 온도 센서 (52), 공연비 센서 (54) 등이 접속되어 있다.

ECU (60) 는, 크랭크각 (CA) 에 기초하여 엔진 회전수 (NE) 를 산출한다. 또한 ECU (60) 는, 액셀 개도 (AA) 등에 기초하여 엔진 (1) 에 요구되는 부하 (KL) 를 산출한다.

ECU (60) 는, 각 센서의 출력에 기초하여 엔진 (1) 의 제어를 실행한다. 상세하게는, 후술하는 수법에 의해 목표 연료 공급량, 목표 흡기량 및 목표 점화 시기를 구하고, 각종 액추에이터 (인젝터 (18), 스로틀 모터 (34), 가변동 밸브 기구 (26, 46), 점화 플러그 (20)) 의 구동 제어를 실행한다.

[실시형태 1 의 특징]

이미 서술한 특허 문헌 1, 2 에 개시된 바와 같이, 액셀 조작량 등으로부터 구해진 목표 토크를 실현하기 위해서 연료 공급량이나 점화 시기 등의 제어를 실시하는 것이 알려져 있다.

그러나, 엔진에 요구되는 기능은, 운전자가 의도하는 바와 같이 차량을 구동하기 위해서 요구되는 작업 (출력) 에 한정되지 않고, 이미션 성능을 향상시키기 위해서, 배기 에너지를 증가시키는 기능이나 공연비를 최적으로 제어하는 기능도 있다. 상기 특허 문헌 1, 2 에 의한 토크 디맨드 제어에서는, 엔진에 대하여 요구되는 모든 기능을 실현할 수 없다.

그런데, 엔진 (1) 에서 발생한 에너지는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, (A) 작업, (B) 배기 에너지 및 (C) 냉각 손실로 분배되는 것이 알려져 있다.

그래서, 본 실시형태 1 에서는, 엔진 (1) 에 대하여 요구되는 모든 기능을 실현하기 위해서, 작업, 배기 에너지 및 냉각 손실로부터의 각 요구를 종합적으로 고려하여 엔진 (1) 에서 발생시키는 토탈 에너지를 구하도록 한다. 그리고, 그 에너지를 실현하기 위해서, 연료 분사량, 흡기량 및 점화 시기 등의 제어량을 구하도록 한다. 이하, 이러한 제어량을 산출하는 수법에 대하여 설명한다.

도 3 에 나타내는 목표 작업 산출부 (61) 에 있어서, 드라이버 요구 (예를 들어 액셀 개도 (AA)) 나 차량의 각종 제어 (예를 들어 크루즈 운전) 등으로부터 목표 토크가 산출되고, 또한 그 목표 토크로부터 목표 작업이 에너지 형식으로 산출된다. 즉, 목표 작업을 실현하기 위해서 필요한 에너지가 산출된다. 산출된 목표 작업은 가산부 (64) 에 입력된다.

또한 목표 배기 에너지 산출부 (62) 에 있어서, 모델이나 맵을 사용하여, 촉매 (50) 의 난기 (暖機) 상태에 기초하여 목표 배기 에너지가 산출된다. 즉, 촉매 난기에 필요한 에너지가 산출된다. 촉매 (50) 의 난기 상태는, 촉매 베드 온도 (Tc) 로부터 파악할 수 있다. 산출된 목표 배기 에너지는 가산부 (64) 에 입력된다. 또한 목표 배기 에너지는, 후술하는 목표 점화 시기 산출부 (67) 에도 입력된다.

또한, 과급기가 부착된 엔진의 경우에는, 상기 난기 상태 외에, 목표 과급압이나 목표 터빈 회전수 등을 고려하여 목표 배기 에너지를 산출할 수 있다. 이 경우, 촉매 난기와 원하는 과급 상태를 실현하기 위해서 필요한 에너지가 산출된다.

또한 냉각 손실 산출부 (63) 에 있어서, 모델이나 맵을 사용하여, 엔진 회전수 (NE) 나 냉각수온 (Tw) 으로부터 메커니컬 프릭션이 추정되고, 또한 그 메커니컬 프릭션으로부터 냉각 손실이 에너지 형식으로 산출된다. 즉, 냉각 손실이 되는 에너지가 산출된다. 산출된 냉각 손실은 가산부 (64) 에 입력된다.

가산부 (64) 에 있어서, 목표 작업과 목표 배기 에너지와 냉각 손실이 가산된다. 상기 서술한 바와 같이 목표 작업 및 냉각 손실은 에너지 형식으로 산출된다. 따라서, 이 가산부 (64) 에 있어서의 가산 처리에 의해, 엔진 (1) 에서 발생시키는 목표 토탈 에너지 (이하 「E_total」이라고 한다) 가 산출된다. 산출된 E_total 은 목표 공급 연료량 산출부 (65) 에 입력된다.

목표 공급 연료량 산출부 (65) 에 있어서, 다음 식 (1) 에 따라, E_total 을 발생시키기 위해서 필요한 연료 공급량 (이하 「목표 연료 공급량」이라고 한다) 이 산출된다. 그 후, ECU (60) 에 있어서, 이 목표 연료 공급량을 실현하는 액추에이터인 인젝터 (18) 의 구동 제어량이 결정된다.

목표 연료 공급량 = E_total/(연료가 갖는 단위 체적당 저발열량)···(1)

또한, 상기 식 (1) 에 있어서의 「연료가 갖는 단위 체적당 저발열량」은 연료의 조성에 따라 변화된다. 따라서, 연료의 조성을 검출이나 추정 등에 의해 구하고, 구한 조성에 대응하는 저발열량을 맵이나 함수를 사용하여 구할 수 있다.

상기 식 (1) 에 의해 산출된 목표 연료 공급량은 목표 흡기량 산출부 (66) 에 입력된다. 목표 흡기량 산출부 (66) 에는, 목표 연료 공급량 외에 목표 A/F 가 입력된다. 목표 A/F 는 통상은 이론 공연비 (= 14.6) 이지만, 예를 들어 린번 운전시와 같이 엔진 (1) 이 갖는 성능을 실현하는 경우에는 린 공연비나 리치 공연비가 되는 경우도 있다.

목표 흡기량 산출부 (66) 에 있어서, 목표 연료 공급량을 이용하여 목표 A/F 로 제어하기 위해서 필요한 흡기량 (이하 「목표 흡기량」이라고 한다) 이 산출된다. 구체적으로는, 다음 식 (2) 와 같이 목표 연료 공급량과 목표 A/F 를 곱함으로써 목표 흡기량이 구해진다.

목표 흡기량 = 목표 연료 공급량 × 목표 A/F···(2)

그 후, ECU (60) 에 있어서, 이 목표 공기량을 실현하기 위한 스로틀 개도 (TA) 및 흡기 밸브 열림 특성 (개폐 밸브 시기 및 리프트량) 이 결정되고, 또한 그 액추에이터인 스로틀 모터 (34) 및 가변동 밸브 기구 (26) 의 구동 제어량이 결정된다.

또한 목표 점화 시기 산출부 (67) 는, 상기 목표 배기 에너지를 이용하여 목표 점화 시기가 산출된다. 도 3 에 나타내는 예에서는, 배기 에너지와 통내 연소 가스 온도 (이하 「통내 온도」라고 한다) 의 상관과, 통내 온도와 점화 시기의 상관을 이용하여, 목표 점화 시기가 산출된다. 또한, 이 통내 온도는 배기 밸브 열림시의 통내 온도이다.

목표 점화 시기 산출부 (67) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 배출 가스량 산출부 (67A) 와 목표 통내 온도 산출부 (67B) 와 목표 점화 시기 결정부 (67C) 를 갖고 있다.

먼저, 배출 가스량 산출부 (67A) 에 있어서, 입력되는 목표 연료 공급량과 목표 흡기량을 가산함으로써, 엔진 (1) 으로부터 배출되는 가스량 (이하 「배출 가스량」이라고 한다) 이 산출된다. 산출된 배출 가스량은 목표 통내 온도 산출부 (67B) 에 입력된다. 그리고, 목표 통내 온도 산출부 (67B) 에 있어서, 다음 식 (3) 의 관계를 이용하여, 즉, 다음 식 (3) 을 변형하여 얻어진 다음 식 (4) 에 따라 목표 통내 온도가 산출된다. 또한, 다음 식 (3) 및 (4) 에 있어서의 「C」는 계수이다.

배기 에너지 = C × 통내 온도 × 배출 가스량···(3)

목표 통내 온도 = 목표 배기 에너지/(C × 배출 가스량)···(4)

상기 식 (4) 에 의해 산출된 목표 통내 온도는 목표 점화 시기 결정부 (67C) 에 입력된다. 목표 점화 시기 결정부 (67) 에는, 목표 통내 온도와 그 목표 통내 온도를 실현하기 위한 점화 시기 (즉, 목표 점화 시기) 가 규정된 맵이 저장되어 있다. 목표 점화 시기 결정부 (67) 에 있어서 이 맵을 참조함으로써, 입력되는 목표 통내 온도에 따른 목표 점화 시기가 결정된다.

그 후, ECU (60) 에 있어서, 이 목표 점화 시기를 실현하는 액추에이터인 점화 플러그 (20) 의 구동 제어량이 결정된다.

도 4 의 (A) 내지 도 4 의 (C) 는, 본 실시형태 1 에 있어서, 목표 배기 에너지와 목표 점화 시기의 변화를 나타내는 타이밍 차트이다. 구체적으로는, 도 4 의 (A) 는 목표 배기 에너지의 적산치의 변화를, 도 4 의 (B) 는 순시 (瞬時) 의 목표 배기 에너지의 변화를, 도 4 의 (C) 는 목표 점화 시기의 변화를 각각 나타낸다.

상기 목표 배기 에너지 산출부 (62) 에 있어서 산출된 목표 배기 에너지는 순시의 목표 배기 에너지이며, 도 4 의 (B) 에 나타내는 바와 같이 변화된다.

촉매 (50) 를 난기할 때, 촉매 베드 온도 (Tc) 을 목표 온도에 순간적으로는 도달시킬 수는 없다. 그래서, 어느 정도 시간을 들여서 촉매 베드 온도 (Tc) 를 목표 온도에 도달시키게 된다. 구체적으로는, ECU (60) 에 의해, 촉매 난기가 개시되는 시각 (t1) 에 있어서, 도 4 의 (A) 에 나타내는 바와 같이, 시각 (t1) 으로부터 소정 기간 (A) 을 경과한 후의 시각 (t2) 에 있어서의 목표 배기 에너지 (적산) Ea(t2) 가 결정된다.

그리고, 이 목표 배기 에너지 (적산) Ea(t2) 를 소정 기간 (A) 으로 분할함으로써, 도 4 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 시각 (t1) 에 있어서의 목표 배기 에너지 (순시) 가 산출된다. 상기 목표 점화 시기 산출부 (67) 에 있어서, 도 4 의 (C) 에 나타내는 바와 같이, 이와 같이 산출된 목표 배기 에너지 (순시) 를 실현하기 위한 목표 점화 시기가 산출된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태 1 에서는, 목표 작업과 목표 배기 에너지와 냉각 손실을 가산함으로써 목표 토탈 에너지인 E_total 을 산출하고, 그 E_total 로부터 목표 연료 공급량, 목표 흡기량 및 목표 점화 시기가 산출된다. 본 실시형태 1 에 의하면, 엔진 출력뿐만 아니라 배기 에너지 및 냉각 손실을 고려하여 산출된 목표 연료 공급량, 목표 공기량 및 목표 점화 시기에 기초하여, 인젝터 (18), 점화 플러그 (20), 가변동 밸브 기구 (26) 및 스로틀 모터 (34) 등의 복수의 액추에이터가 구동된다. 즉, 이들 복수의 액추에이터를 구동함으로써 엔진 (1) 에 의해 목표 작업을 실현할 수 있고, 공연비를 목표 A/F 로 제어할 수 있고, 촉매 난기에 필요한 배기 에너지를 얻을 수 있다. 따라서, 엔진 (1) 에 대하여 요구되는 복수의 기능을 실현할 수 있다.

그런데, 본 실시형태 1 에 있어서는, 목표 점화 시기 결정부 (67C) 에서 맵을 참조함으로써 목표 점화 시기를 결정하고 있지만, 맵 대신에, 목표 통내 온도와 목표 점화 시기의 관계를 정의한 함수를 사용하여 목표 점화 시기를 구해도 된다.

또한, 목표 점화 시기 결정부 (67C) 에서 목표 점화 시기를 결정할 때, 목표 통내 온도와 목표 점화 시기의 관계에 영향을 주는 부하 (KL) 나 엔진 회전수 (NE) 나 냉각수온 (Tw) 을 고려해도 된다. 즉, 이러한 부하 (KL) 등을 목표 점화 시기 결정부 (67C) 에 입력에 의해 갖도록 해도 된다.

또한 본 실시형태 1 에 있어서는, NE 나 Tw 에 기초하여 냉각 손실을 산출하고 있지만, 냉각수온 (Tw) 을 컨트롤할 수 있는 시스템의 경우에는, 냉각 손실의 목표치를 설정해도 된다.

또한, 목표 배기 에너지 실현하기 위한 목표 점화 시기를 산출하는 수법은, 본 실시형태 1 에서 나타낸 수법에 한정되지 않고 다른 수법을 사용할 수 있다.

또한 본 실시형태 1 에 있어서는, 엔진 (1) 이 제 1 발명에 있어서의 「내연 기관」에, ECU (60) 가 제 1 발명에 있어서의 「제어량 산출 수단」 및 「구동 제어 수단」에, 인젝터 (18), 점화 플러그 (20), 가변동 밸브 기구 (26) 및 스로틀 모터 (34) 가 제 1 발명에 있어서의 「복수의 액추에이터」에 각각 상당한다.

또한 본 실시형태 1 에 있어서는, 목표 작업 산출부 (61), 목표 배기 에너지 산출부 (62) 및 냉각 손실 산출부 (63) 가 제 1 발명에 있어서의 「요구값 산출 수단」에, 가산부 (64) 가 제 1 발명에 있어서의 「요구값 가산 수단」에 각각 상당한다.

또한 본 실시형태 1 에 있어서는, 목표 연료 공급량 산출부 (65) 가 제 2 발명에 있어서의 「연료 공급량 산출 수단」에, 목표 흡기량 산출부 (66) 가 제 2 발명에 있어서의 「흡기량 산출 수단」에, 목표 점화 시기 산출부 (67) 가 제 2 발명에 있어서의 「점화 시기 산출 수단」에, 배출 가스량 산출부 (67A) 가 제 3 발명에 있어서의 「배출 가스량 산출 수단」에, 목표 통내 온도 산출부 (67B) 가 제 3 발명에 있어서의 「통내 온도 산출 수단」에 각각 상당한다.

실시형태 2.

다음으로, 도 5 및 도 6 의 (A) 내지 도 6 의 (D) 를 참조하여 본 발명의 실시형태 2 에 대하여 설명한다.

본 실시형태 2 의 시스템으로서 도 1 에 나타낸 하드웨어를 사용할 수 있다.

[실시형태 2 의 특징]

상기 실시형태 1 에서는, 목표 작업은 주로 목표 연료 공급량과 목표 흡기량에 의해 실현된다. 즉, 점화 시기는 주로 목표 배기 에너지를 실현하도록 결정된다. 예를 들어 정상 운전시나 크루즈 제어시와 같이 목표 토크가 급변하지 않는 경우나, 차량 운전 성능으로서 요구되는 응답성을 흡기량의 제어만으로 충분히 만족시키는 경우에는, 상기 실시형태 1 의 제어로 특별히 문제는 없다.

그런데, 차량의 운전 상태에 따라서는 목표 토크가 급변하는 경우가 있다. 예를 들어 변속시나 차량 안정성 제어 (VSC : vehicle stability control) 실행시가 해당된다. 이러한 경우에, 흡기량의 제어만으로는 목표 토크에 대한 응답성이 충분하지 않을 가능성이 있다. 즉, 스로틀 개도 (TA) 의 제어나 밸브 열 림 특성 (개폐 밸브 시기 및 리프트량) 의 가변 제어를 실시하는 것에 의해서도, 여전히 목표 토크의 급변에 대응할 수 없을 가능성이 있다.

그래서 본 실시형태 2 에서는, 목표 토크 및 목표 작업의 급변에 대응할 수 있게 하기 위해서, 목표 배기 에너지에 기초하는 목표 점화 시기와, 목표 작업에 기초하는 제 2 목표 점화 시기를 선택할 수 있게 하는 경우에 대하여 설명한다.

도 5 는, 본 실시형태 2 에 있어서, ECU (60) 에 있어서의 제어량 산출 플로우를 설명하는 도면이다.

도 5 에 나타내는 ECU (60) 는, 도 3 에 나타내는 구성에 더하여, 제 2 목표 점화 시기 산출 수단 (68) 과 선택부 (69) 와 배기 에너지 추정부 (70) 를 추가로 구비하고 있다. 이하, 이 차이점을 중심으로 설명한다.

목표 작업 산출부 (61) 에 의해 산출된 목표 작업은, 가산부 (64) 뿐만 아니라 제 2 목표 점화 시기 산출부 (68) 에도 입력된다. 제 2 목표 점화 시기 산출부 (68) 에서는, 목표 작업을 실현하기 위한 점화 시기 (이하 「제 2 목표 점화 시기」라고 한다) 가 산출된다.

제 2 목표 점화 시기 산출부 (68) 에 의해 산출된 제 2 목표 점화 시기는 선택부 (69) 에 입력된다. 이 선택부 (69) 에는, 상기 목표 점화 시기 산출부 (67) 에 의해 산출된 목표 점화 시기, 즉, 목표 배기 에너지를 실현하기 위한 목표 점화 시기가 입력된다.

선택부 (69) 에 있어서, 엔진 (1) 의 운전 상태에 따라, 목표 배기 에너지를 실현하기 위한 「목표 점화 시기」와, 목표 작업을 실현하기 위한 「제 2 목표 점 화 시기」 중 어느 일방이 선택된다. 선택부 (69) 의 선택은, 예를 들어 차량의 각 제어 요구를 조정한 결과에 기초하여 실행된다.

상세하게는, 목표 토크 및 목표 작업의 급변에 대응할 필요가 있는 경우 (예를 들어 변속시나 VSC 제어시 등) 에는, 선택부 (69) 에 있어서 제 2 목표 점화 시기가 선택된다. 그 이외의 경우, 즉, 목표 토크 및 목표 작업의 급변에 대응할 필요가 없는 경우 (예를 들어 크루즈 운전시 등) 에는, 선택부 (69) 에 있어서 목표 점화 시기가 선택된다.

선택부 (69) 의 선택 상태는 배기 에너지 추정부 (70) 에 입력된다. 선택부 (69) 에 의해 「제 2 목표 점화 시기」가 선택된 경우, 후술하는 바와 같이, 실제 배기 에너지는 목표 배기 에너지 (적산) 와 괴리된다. 그래서, 배기 에너지 추정부 (70) 에 있어서, 제 2 목표 점화 시기에 기초하여, 실제 배기 에너지의 적산치 (이하 「배기 에너지 (적산)」이라고 한다) 가 추정된다. 추정된 실제 배기 에너지 (적산) 는 목표 배기 에너지 산출부 (62) 에 입력된다. 선택부 (69) 에 의해 목표 점화 시기가 다시 선택되면, 목표 배기 에너지 산출부 (62) 에 있어서, 실제 배기 에너지 (적산) 를 고려하여 목표 배기 에너지 (순시) 가 산출된다.

도 6 의 (A) 내지 도 6 의 (D) 는, 본 실시형태 2 에 있어서, 목표 토크의 급변을 실현하기 위해서 점화 시기를 변경한 경우의 목표 배기 에너지의 변화를 나타내는 타이밍 차트이다. 구체적으로는, 도 6 의 (A) 는 목표 토크의 변화를, 도 6 의 (B) 는 목표 배기 에너지의 적산치의 변화를, 도 6 의 (C) 는 순시의 목표 배기 에너지의 변화를, 도 6 의 (D) 는 목표 점화 시기의 변화를 각각 나타낸다.

시각 (t11) 에 있어서 촉매 난기가 개시된다. 이 시각 (t11) 에 있어서, 소정 기간 (A) 이 경과된 후의 시각 (t14) 에 있어서의 목표 배기 에너지 (적산치) Ea(t14) 가 결정된다. 그리고, 이 목표 배기 에너지 (적산치) Ea(t14) 를 소정 기간 (A) 으로 분할함으로써, 도 6 의 (C) 에 나타내는 바와 같이, 시각 (t11) 에 있어서의 목표 배기 에너지 (순시) 가 산출된다. 또한 상기 목표 점화 시기 산출부 (67) 에 있어서, 도 6 의 (D) 에 나타내는 바와 같이, 목표 배기 에너지 (순시) 를 실현하기 위한 목표 점화 시기가 산출된다.

또한 도시되지 않았지만, 이 목표 점화 시기가 산출됨과 동시에, 상기 제 2 목표 점화 시기 산출부 (68) 에 있어서, 목표 작업을 실현하기 위한 제 2 목표 점화 시기가 산출된다. 시각 (t11) 에 있어서는 목표 토크의 급변에 대응할 필요가 없기 때문에, 상기 선택부 (69) 에 의해 「목표 점화 시기」가 선택된다.

시각 (t12) 에 있어서, 도 6 의 (A) 에 나타내는 바와 같이, 목표 토크가 급변 (급격하게 감소) 하고 있다. 본 예에서는, 시각 (t12) 으로부터 소정 기간 (B) 경과 후의 시각 (t13) 에 있어서, 목표 토크가 원래대로 되돌아가 있다. 따라서, 시각 (t12) ∼ 시각 (t13) 까지의 기간 (B) 에는 목표 토크가 우선적으로 실현된다. 그렇게 하면, 이 목표 토크의 급변에 대응하기 위해서 상기 선택부 (69) 에 있어서 「제 2 목표 점화 시기」가 선택된다.

상세하게는, 시각 (t12) 에 있어서, 도 6 의 (D) 에 나타내는 바와 같이, 시각 (t11 ∼ t12) 의 목표 점화 시기보다 지각(遲角) 측의 점화 시기로 설정된다. 그렇게 하면, 엔진 (1) 에서 발생한 전체 에너지 중 배기 에너지에 분배되는 비율이 높아진다. 이 때문에, 도 6 의 (C) 에 있어서 해칭 (H) 으로 나타내는 바와 같이, 소정 기간 (B) 에 있어서의 실제 배기 에너지 (순시) 가 목표 배기 에너지 (순시) 에 비해 커진다. 즉, 목표 토크가 우선적으로 실현되는 소정 기간 (B) 에 있어서, 목표 배기 에너지 (순시) 가 실현되지 않게 된다.

또한 도 6 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 이 기간 (B) 에 있어서, 실제 배기 에너지 (적산) 가 목표 배기 에너지 (적산) 에 비해 커진다. 즉, 기간 (B) 에 있어서 목표 배기 에너지 (적산) 가 실현되지 않게 된다.

그 후, 시각 (t13) 에 있어서, 목표 토크가 원래대로 되돌아가고, 목표 토크가 우선적으로 실현되는 기간 (B) 이 종료되면, 목표 배기 에너지 (순시) 가 재계산된다. 여기서, 기간 (B) 내에는, 배기 에너지 추정부 (70) 에 있어서, 제 2 목표 점화 시기에 기초하여 실제 배기 에너지 (적산) 가 산출된다. 그래서, 목표 배기 에너지 산출부 (62) 에 있어서, 시각 (t14) 에 있어서 미리 산출된 목표 배기 에너지 (적산치) Ea(t14) 가 되도록, 시각 (t13) 에 있어서, 실제 배기 에너지 (적산) 를 고려하여 목표 배기 에너지 (순시) 가 산출된다.

구체적으로는, 목표 배기 에너지 산출부 (62) 에 있어서, 시각 (t13) 에 있어서의 실제 배기 에너지 (적산) 와 목표 배기 에너지 (적산치) Ea(t14) 의 차분을, 시각 (t13) ∼ 시각 (t14) 의 기간으로 분할함으로써, 시각 (t14) 에 있어서의 목표 배기 에너지 (순시) 가 산출된다.

또한 이 재계산된 목표 배기 에너지 (순시) 를 실현하기 위한 목표 점화 시 기가 상기 목표 점화 시기 산출부 (67) 에 있어서 산출된다. 그리고, 목표 선택부 (69) 에 있어서, 목표 배기 에너지 (순시) 를 실현하기 위한 「목표 점화 시기」가 선택된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태 2 에서는, 흡기량 제어에서는 실현할 수 없는 목표 토크의 급변을 실현하기 위해서, 목표 점화 시기와 제 2 목표 점화 시기 사이에서 선택할 수 있게 되었다. 제 2 목표 점화 시기가 선택된 기간 (B) 내에는, 목표 배기 에너지 (순시, 적산) 가 실현될 수 없기 때문에, 그 기간 (B) 내에 있어서의 실제 배기 에너지 (적산) 가 추정된다. 그리고, 목표 점화 시기가 다시 선택된 경우에는, 추정된 실제 배기 에너지 (적산) 를 고려하여 목표 배기 에너지 (순시) 가 재계산된다. 따라서, 목표 토크의 급변을 실현하는 경우에도, 미리 결정된 목표 배기 에너지 (적산) Ea(t14) 를 실현할 수 있다.

또한 본 실시형태 2 에 있어서는, 제 2 목표 점화 시기 산출부 (68) 가 제 4 발명에 있어서의 「제 2 점화 시기 산출 수단」에, 선택부 (69) 가 제 4 발명에 있어서의 「점화 시기 선택 수단」에, 목표 배기 에너지 산출부 (62) 가 제 5 및 제 6 발명에 있어서의 「보정 수단」에, 배기 에너지 추정부 (70) 가 제 6 발명에 있어서의 「배기 에너지 추정 수단」에 각각 상당한다.

Claims

내연 기관에서 발생하는 에너지를 조정할 수 있는 복수의 제어량을 산출하는 제어량 산출 수단과,

상기 제어량 산출 수단에 의해 산출된 복수의 제어량에 기초하여, 복수의 액추에이터의 구동 제어를 실행하는 구동 제어 수단을 구비하고,

상기 제어량 산출 수단은,

상기 내연 기관의 출력에 관한 요구값과, 상기 내연 기관의 배기에 관한 요구값과, 상기 내연 기관의 냉각 손실에 관한 요구값을, 각각 에너지 형식으로 산출하는 요구값 산출 수단과,

상기 요구값 산출 수단에 의해 산출된 각 요구값을 가산함으로써 토탈 요구값을 구하는 요구값 가산 수단을 갖고, 그 토탈 요구값으로부터 상기 복수의 제어량을 구하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 제어량은, 연료 공급량, 흡기량 및 점화 시기이고,

상기 제어량 산출 수단은,

상기 토탈 요구값의 에너지를 발생시키기 위해서 필요한 연료 공급량을 산출하는 연료 공급량 산출 수단과,

상기 연료 공급량을 이용하여 소정의 공연비를 실현하기 위해서 필요한 흡기 량을 산출하는 흡기량 산출 수단과,

상기 배기에 관한 요구값을 이용하여 상기 점화 시기를 산출하는 점화 시기 산출 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 점화 시기 산출 수단은,

상기 연료 공급량과 상기 흡기량을 이용하여 상기 내연 기관의 배출 가스량을 산출하는 배출 가스량 산출 수단과,

상기 배출 가스량과 상기 배기에 관한 요구값에 기초하여 통내 온도를 산출하는 통내 온도 산출 수단을 갖고, 그 통내 온도에 기초하여 상기 점화 시기를 산출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 내연 기관은 차량에 탑재되고,

상기 제어량 산출 수단은,

상기 출력에 관한 요구값에 기초하여 제 2 점화 시기를 산출하는 제 2 점화 시기 산출 수단과,

차량 운전 상태에 따라, 상기 점화 시기 산출 수단에 의해 산출된 점화 시기와 상기 제 2 점화 시기 중 어느 하나를 선택하는 점화 시기 선택 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 제어량 산출 수단은, 상기 점화 시기 선택 수단에 의해 상기 제 2 점화 시기가 선택된 후, 상기 점화 시기 선택 수단에 의해 상기 점화 시기가 다시 선택된 경우에, 상기 배기에 관한 요구값을 보정하는 보정 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 제어량 산출 수단은, 상기 점화 시기 선택 수단에 의해 상기 제 2 점화 시기가 선택된 기간의 실제 배기 에너지를 추정하는 배기 에너지 추정 수단을 추가로 갖고,

상기 보정 수단은, 상기 배기 에너지 추정 수단에 의해 추정된 실제 배기 에너지를 고려하여 상기 배기에 관한 요구값을 보정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.