KR19980024875A - 공기량선행 연료공급량추종 제어방식의 내연기관 제어장치 - Google Patents

공기량선행 연료공급량추종 제어방식의 내연기관 제어장치 Download PDF

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히로시 다나카
나오히데 후와
이와오 마에다
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켄 구레다케
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에자키 마사히로
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Abstract

전자제어 드로틀 밸브 장치를 구비한 공기량선행 연료공급량 추종 제어방식의 내연기관 제어장치에 있어서, 항상 정확한 공연비가 얻어지도록 한 것이다. 내연기관의 제어장치를, 드로틀 밸브 응답성을 기억하고, 액셀 페달의 조작위치에 따른 드로틀 밸브 개도의 목표치를 연산하며, 기관의 운전상태에 따라 연료분사기통의 흡기밸브폐쇄시기를 연산하고, 드로틀 밸브 개도의 목표치와 드로틀 밸브의 응답성의 기억치로부터 드로틀 밸브 개도가 이 목표치에 도달하는데 필요한 시간을 연산하고, 연산한 드로틀 밸브의 목표치 도달시간과 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기로부터 , 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도를 연산하며, 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표공연비로부터 목표공연비로 되는 연료공급량을 연산하고, 연산한 연료공급량의 연료를 공급하도록 구성한다. 또한, 액셀 위치에 따른 드로틀 밸브 개도 목표치를 연산하여 기억하고, 이 목표치를 소정시간의 지연후에 드로틀 밸브 개도 제어치로서 출력하여 드로틀 밸브를 개폐구동하는 동시에, 기관운전상태에 따른 분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각을 연산하고, 흡기밸브 폐쇄시간에 대해 지연시간이 긴 경우는, 드로틀 밸브 개도 목표치의 기억치로부터 흡기밸브 폐쇄시각에서의 드로틀 개도를 연산하고, 짧은 경우는 드로틀 밸브 개도 목표치로부터 연산한 지연시간내의 드로틀 개도의 추이에 기초하여 흡기밸브 폐쇄시간(T)의 드로틀 개도를 연산하며, 흡기밸브 폐쇄시각에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표공연비로부터 연료공급량을 연산하여 공급하도록 할 수도 있다.

Description

공기량선행 연료공급량추종 제어방식의 내연기관 제어장치
본 발명은 내연기관의 제어장치에 관한 것으로, 특히 전자제어 드로틀 밸브를 구비한 내연기관에서 흡입공기량을 선행시키고, 연료공급량을 이에 추종시켜 공연비를 제어하는 방식의 내연기관 제어장치에 관한 것이다.
종래, 전자제어 연료분사제어방식의 내연기관에서는, 흡입공기량을 계측하고, 이에 맞는 연료분사량을 연산하여 공연비를 조절하고 있다. 이 공연비 조절방법은, 흡입공기량이 액셀 페달의 답입량에 따라 결정되는 것으로 간주하는 것에 기초하고 있다. 이 때문에, 기관의 가속 또는 감속 때와 같이 흡입공기량의 변화가 클 때에는, 기관을 제어하는 컴퓨터에서의 흡입공기량 계측 오차가 발생한다는 문제가 있었다.
그래서, 액셀 페달의 답입량에 따라 드로틀 밸브를 전기적 액튜에이터를 이용하여 제어하는 전자제어 드로틀 밸브를 사용하며, 분사연료량을 먼저 결정하고, 후에 흡입 공기량을 추종시키는 연료공급량 선행, 공기량 추종 제어 방식의 엔진 제어장치가 있다(특공평7-33781호 공보참조).
특공평 7-33781호 공보에 기재된 엔진 제어장치에는, 액셀 페달의 조작 위치에 따라 연료공급량과 드로틀 밸브 개도를 조절하도록 한 연료공급량 선행, 공기량 추종 제어방식의 엔진에 있어서, 연료공급량 제어에 대해, 액셀 페달의 조작위치와 엔진의 회전속도에 따라, 연료가 실제로 실린더에 흡입되기까지의 시간을 소정 지연시간으로 하고, 드로틀 밸브의 개도 제어에 이 소정시간의 지연시간을 설정하는 기술이 개시되어 있다.
이 지연시간의 설정에 의해, 분사된 연료가 실제로 실린더내에 흡입되기까지의 시간이 고려되고, 실린더 내에서의 연료량과 흡입공기량이 정밀하게 제어되게 된다.
그러나, 특공평 7-33781호 공보에 기재된 엔진 제어 장치에서는, 실제로는 빈번하게 엔진의 운전조건이 변화하므로, 전술했듯이 연산된 지연시간은 엔진 회전수, 연료분사량의 변화에 의해 변동하는 시간이며, 특히 급격한 액셀 페달의 조작시에는 변도량이 과대하므로, 드로틀 밸브가 계속 응답되지 않은 경우가 발생하며, 매회의 드로틀 밸브 개조 제어에 들어맞게 오른쪽 드로틀 밸브 개도를 목표치로 제어하는 것이 곤란하고, 정확한 공연비를 항상 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명의 제 1 목적은, 흡입 공기량을 먼저 결정하고, 연료공급량을 이것에 추종시켜 공연비를 제어하는 공기량 선행, 연료공급량 추종 제어 방식을 채용하며, 전자제어 드로틀 밸브 장치에 본질적으로 내재하는 드로틀 밸브 개도의 목표치에 대한 실제의 제어치의 지연, 혹은 드로틀 밸브 개도의 목표치에 대해 적극적으로 설정한 제어 지연을 이용하고, 이 지연에 대해 연료공급시기를 대응시키므로써, 항상 정확한 공연비를 얻을 수 있는 내연기관의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 흡입공기량을 먼저 결정하고, 연료공급량을 이에 추종시켜 공연비를 제어하는 공기량 선행, 연료공급량 추종 제어 방식을 채용하며, 전자제어 드로틀 밸브 장치에 본질적으로 내재하는 드로틀 밸브 개도의 목표치에 대한 실제 제어치의 지연에 비추어, 드로틀 밸브 개도의 목표치에 대한 제어 지연을 적극적으로 설정하고, 이 지연에 대해 연료공급시기를 대응시키므로써, 항상 정확한 공연비를 얻을 수 있는 내연기관 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 목적을 달성하는 본 발명의 제 1 형태의 내연기관 제어장치는, 액셀 페달 조작위치에 따라 드로틀 밸브 개도와 연료공급량을 제어하도록 한 공기량선행 연료공급량추종 제어방식의 내연기관 제어장치로서, 드로틀 밸브 구동수단과, 드로틀 밸브 개도 목표치 연산수단과, 드로틀 밸브의 응답특성 기억수단과, 흡기밸브 폐쇄시기 연산수단과, 드로틀 밸브 개도가 목표치에 도달하는데 필요한 시간을 연산하는 목표치 도달시간의 연수수단과, 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브 개도 연산수단과, 흡기벨브 폐쇄시기의 흡입공기량과 목표공연비로부터 연료공급량을 연산하는 연료공급량 연산수단과, 연료공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 제1 목적을 달성하는 본 발명의 제 2형태의 내연기관의 제어 장치는, 액셀페달의 조작위치에 따라 드로틀 밸브 개도와 연료공급량을 제어하도록 한 공기량 선행 연료추종 제어방식의 내연기관 제어장치이며, 드로틀 밸브개도 목표치 연산수단과, 드로틀 밸브 개도 목표치 기억수단가, 드로틀 밸브 개도 제어치 출력수단과, 드로틀 밸브 구동수단과, 흡기밸브 폐쇄시기 연산수단과, 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브 개도 연산수단과, 흡기밸브폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표 공연비로부터 연료공급량을 연산하는 연료공급량 연산수단과, 연료공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 제 2 형태의 내연기관 제어장치에 있어서, 드로틀 밸브의 제어치에 대한 기계적 추종 지연을 보상하기 위해, 드로틀 밸브 개도 제어치의 위상 전진 보상 수단을 설채해도 좋다.
또한 제 1 또는 제 2 형태의 내연기관 제어장치에 있어서, 드로틀 밸브 개도에 대해, 미분 역보상을 행하는 드로틀 밸브 개도 목표치의 미분 역보상수단을 설치해도 좋다.
상기 제 2 목적을 달성하는 본 발명의 제 3 형태의 내연기관 제어장치는, 액셀 페달의 조작위치에 따라 드로틀 밸브 개도와 연료공급량을 제어하도록 한 공기량 선행 연료추종 제어방식의 내연기관 제어장치로서, 드로틀 밸브 개도 목표치 연산수단과, 드로틀 밸브 개도 목표치 기억수단과, 드로틀 밸브 개도 제어치 출력수단과, 드로틀 밸브 구동수단과, 흡기밸브 폐쇄시기 연산수단과, 흡기밸브 폐쇄시기보다 드로틀 밸브 개도 목표치의 기억시기가 긴 경우의 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 제 1 드로틀 밸브 개선 연산수단과, 흡기밸브 폐쇄시기보다 상기 기억시간이 짧은 경우의 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 제 2 드로틀 밸브 개도 연산수단과, 흡기밸브 폐쇄 시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡기공기량과 목표 공연비로부터 연료공급량을 연산하는 연료공급량 연산수단과, 연료공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 1 형태의 내연기관의 제어장치에 의하면, 소정의 개도 목표치가 설정된 입력 신호로 드로틀 밸브가 이 개도 목표치의 도달제어되기 까지의 응답 특성이 기억되고, 액셀 페달의 조작위치에 따른 드로틀 밸브 개도의 목표치가 연산되며, 내연기관의 운전상태에 따라 연료분사기통(氣筒)의 흡기밸브 폐쇄시기가 연산되고, 드로틀 밸브 개도의 목표치와 드로틀 밸브의 응답특성의 기억치로부터 드로틀 밸브 개도가 이 목표치에 도달하는데 필요한 시간이 연산되며, 연산된 드로틀 밸브의 목표치 도달시간과 흡기밸브 폐쇄 시기로부터 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도가 연산되고, 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입 공기량과 목표공연비로부터 목표공연비로 되는 연료공급량이 연산되며, 연산된 연료공급량의 연료가 공급된다.
본 발명의 제 2 형태의 내연기관의 제어장치에 의하면, 액셀페달의 조작위치에 따른 드로틀 밸브 개도의 목표치가 연산되며, 연산된 드로틀 밸브 개도 목표치가 소정시간 동안 기억되고, 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치가 소정 시간의 경과 후에 드로틀 밸브 개도 제어치로서 출력되며, 기관의 운전상태에 따른 흡기밸브 폐쇄시기가 연산되고, 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치와 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기로부터 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도가 연산되며, 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표공연비로부터 목표공연비로 이루어지는 연료공급량이 연산되고,연산된 연료공급량의 연료가 공급된다.
본 발명의 제 3 형태의 내연기관의 제어장치에 의하면, 액셀페달의 조작 위치에 따른 드로틀 밸브 개도의 목표치가 연산되며, 연산된 드로틀 밸브 개선 목표치가 소정시간 동안 기억되고, 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치가 소정시간의 경과 후에 드로틀 밸브 개도 제어치로서 출력되며, 기관의 운전상태에 따른 흡기밸브 폐쇄시기가 연산되고, 흡기밸브 폐쇄시기에 대해 소정시간이 긴 경우는, 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치와 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기로부터 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도가 연산되고, 흡기 밸브 개도 시기에 대해 소정시간이 짧은 경우는, 소정시간내의 드로틀 밸브 개도 목표치의 추이로부터 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도가 연산되고, 흡기밸브 폐쇄 시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표공연비로부터 연료공급량이 연산되며, 연산된 연료공급량의 연료가 공급된다.
도 1은 본 발명의 내연기관의 제어장치의 일실시예의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 형태의 내연기관의 제어장치에서의 제어순서의 일예를 도시하는 플로우차트.
도 3a는 본 발명의 제 2 형태의 내연기관의 제어장치에서의 연료분사량의 연산순서의 일예를 도시하는 플로우차트.
도 3b는 본 발명의 제 2 형태의 내연기관의 제어장치에서의 분사제어순서를 도시하는 플로우차트.
도 4는 도 3a, 3b의 제어순서에서의 액셀 개도, 드로틀 개도 및, 흡기밸브의 개도시기의 관계를 시간의 경과와 함께 도시하는 설명도.
도 5는 본 발명의 제 2 형태의 내연기관의 제어장치에서의 제어순서의 변형예를 도시하는 플로우차트.
도 6은 도 5의 제어순서에서의 액셀 개도, 드로틀 개도 및 흡기밸브의 폐쇄시기의 관계를 시간의 경과와 함께 도시하는 설명도.
도 7a는 드로틀 밸브 개도의 목표치와 실제 드로틀 개도의 어긋남 관계를 도시하는 특성도.
도 7b는 드로틀 밸브 개도의 목표치를 보상한 경우의 드로틀 밸브 개도의 목표치와 실지 드로틀 개도의 어긋남의 관계를 도시하는 특성도.
도 8a는 드로틀 밸브 개도의 제어치를 보상하지 않은 경우의 PID제어의 제어 순서의 기능선도.
도 8b는 드로틀 밸브의 개도의 제어치를 보상하는 경우의 PID제어의 제어순서의 기능선도.
도 9는 연료공급량의 연산에 이용되는 드로틀 목표치를 보상하는 경우의 PID제어의 제어순서의 기능선도.
도 10a, 10b는 본 발명의 제 3형태의 내연기관 제어장치에서의 연료분사량의 연산순서의 일예를 도시하는 플로우차트.
도 11은 본 발명의 제 3형태의 내연기관 제어장치에서의 분사제어순서를 도시하는 플로우차트.
도 12는 도 10a, 10b의 제어순서에 있어서, 현재의 시각으로부터 지연시간만큼 경과한 시각이, 다음 연료분사기통의 흡기밸브의 폐쇄시각보다 빠른 경우의, 액셀개도, 드로틀 개도 및, 흡기밸브의 폐쇄시기의 관계를 시간의 경과와 함께 도시하는 설명도.
도 13은 도10a, 10b의 제어순서에 있어서 흡입공기량의 연산순서의 일예를 도시하는 플로우차트.
도 14a는 도 13의 제어순서에서의 기관 1회전당 흡입공기량을 연산하는데 사용하는 맵(map)도면.
도 14b는 도 13의 제어순서에서의 흡입공기량의 응답시정수를 연산하는데 사용하는 맵도면.
도 15a는 드로틀 밸브의 추정개도로부터 연산된 소정시간후의 흡입공기량을 연산하는 순서를 도시한 설명도.
도 15b는 현재의 시점으로부터 흡기밸브폐쇄시각에 대응하는 시각의 로드틀 밸브의 추정개도를 연산하는 방법을 설명하는 설명도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 내연기관2: 흡기통로
3: 드로틀 밸브4: 액튜에이터
5: 드로틀 개도 센서7: 압력 센서
본 발명은 이제 첨부도면을 참조로한 이하의 설명으로부터 보다 상세히 설명될 것이다.
이하, 첨부도면을 이용하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일실시예의 제어장치를 구비한 전자제어연료분사식의 다기통 내연기관(1)이 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 있어서, 내연기관(1)의 흡기통로(2)에는 도시하지 않은 에어 클리너의 하류측에 드로틀 밸브(3)가 설치되어 있고, 이 드로틀 밸브(3)의 축의 일단에는 이 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터(4)가 설치되어 있으며, 타단에는 드로틀 밸브(3)의 개도를 검출하는 드로틀 개도 센서(5)가 설치되어 있다. 즉, 이 실시예의 드로틀 밸브(3)는 액튜에이터(4)에 의해 개폐구동되는 전자제어 드로틀이다.
드로틀 밸브(3)의 하류측 흡기통로(2)에는 써지탱크(6)가 있으며, 이 써지탱크(6)내에는 흡기 압력을 검출하는 압력 센서(7)가 설치되어 있다. 또한, 써지탱크(6)의 하류측에는, 각 기통마다에 연료공급계로부터 가압연료를 흡기 포트에 공급하기 위한 연료분사밸브(8)가 설치되어 있다. 드로틀 개도 센서(5)의 출력과 압력 센서(7)의 출력은, 마이크로 컴퓨터를 내장한 EUC(엔진·콘트롤·유니트)(10)에 입력된다.
또한, 내연기관(1)의 실린더 블록의 냉각수 통로(9)에는, 냉각수 온도를 검출하기 위한 수온 센서(11)가 설치되어 있다. 수온 센서(11)는 냉각수의 온도에 따라 아날로그 전압의 전기신호를 발생한다. 배기통로(12)에는, 배기가스중의 세 개의 유해성분(HC, CO, NOx)을 동시에 정화하는 3원촉매 컨버터(비도시)가 설치되어 있고, 이 촉매 컨버터의 상류측 배기통로(12)에는, 공연비 센서의 일종인 O2센서(13)가 설치되어 있다. O2센서(13)는 배기가스중의 산소성분온도에 따라 전기신호를 발생한다. 이들 수온센서(11)와 O2센서(13)의 출력은 ECU(10)에 입력된다.
다시, 이 ECU(10)에는, 액셀 페달(14)마다 설치된 액셀 답입량 센서(15)로부터의 액셀 답입량 신호와, 도시하지 않은 디스트리뷰터에 설치된 크랭크각 센서로 부터의 기관회전수(Ne)가 입력된다.
이상과 같은 구성에 있어서, 도시하지 않은 키 스위치가 온되면, ECU(10)가 통전되고 프로그램이 기동하며, 각 센서로부터의 출력을 받아들여, 드로틀 밸브(3)를 개폐하는 액튜에이터(4)와 연료분사밸브(8), 혹은 그 밖의 액튜에이터를 제어한다. ECU(10)에는, 각종 센서로부터의 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기가 포함되며, 각종 센서로부터의 입력 디지탈 신호와 각 액튜에이터를 구동하는 신호가 출입하는 입출력 인터페이스(101), 연산처리를 행하는 CPU(102), ROM(103), RAM(104) 등의 메모리 및, 블록(105) 등이 설치되어 있으며, 이들은 버스(106)로 상호 접속되어 있다. ECU(10)의 구성에 대해서는 공지이므로, 더 이상 설명을 생략한다.
이상과 같이 구성된 내연기관의 제어장치에 있어서, 본 발명의 제 1 형태는, 액셀 페달의 답입량에 따른 연료분사기통의 흡기밸브의 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브(3)의 개도를 예측하고, 이 예측 온도에 따라 연료분사를 행하여 공연비를 기관의 운전상태에 맞게하는 제어를 행하고 있다. 이와 같이, 액셀 페달의 답입량에 따른 연료분사기통의 흡기밸브의 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브(3)의 개도를 예측하는 것은, 액셀 페달의 답입량에 대한 드로틀 밸브(3)의 개도에는 기계적인 지연이 있기 때문이다. 그리고 전자제어 드로틀은, 액셀 개도(액셀 페달의 답입량)를 ECU(10)에 있어서 A/D 변환하고, 운전자의 의도를 파악하여, 각종의 제어에 의해 액튜에이터(모터)(4)에 목표개도를 부여하여 드로틀 밸브(3)를 개폐구동하고 있다. 이렇게 전자 제어 드로틀은 미리 목표 개도가 정해져 있으므로, 모터의 구동제어, 구동방식에 따라 모터의 응답 예측을 행하고, 즉 모터의 역모델에 의해 흡기밸브 폐쇄시각의 드로틀 개도를 예측할 수 있다.
모터가 스텝 모터인 경우는, 이것으로부터의 스텝 변화시간이 분할되고, 위치(드로틀 밸브의 개도)는 ECU(10)로 카운트하고 있으므로, 전체 스텝에 있어서, 시각은 이미 알려져 있으므로, 흡기밸브 폐쇄시각에 가장 가까운 스텝 위치를 읽어 들이면 좋다. 한편, 모터가 직류모터인 경우는, 제어방법에도 의하면, 통상 제어시는 드로틀 속도로부터 흡기밸브 폐쇄시각에서의 드로틀 개도가 구해진다. 감속운전 영역으로 되는 경우는 (목표위치와의 편차가 일정치 이상이라면) 감속의 룩업 테이블을 이용하여 드로틀 개도를 구할 수 있다.
예를 들어, 간단한 역모델로서는, 흡기밸브 폐쇄 시각 까지의 시간을 연산하여 구하고, 다음에, 드로틀 밸브(3)의 목표개도와 현재의 개도에 의해 드로틀 밸브(3)가 목표개도에 도달하는 시간을 구한다. 그리고, 이 도달시간과 흡기밸브 폐쇄 시각 까지의 시간을 비교하여, 드로틀 밸브(3)의 목표개도 도달시각이 흡기밸브 폐쇄시각 이전이면, 흡기밸브 폐쇄시각의 드로틀 밸브(3)의 개도는 목표개도로 된다. 한편, 드로틀 밸브(3)의 목표도달시각이 흡기밸브 폐쇄시각보다 후(뒤)라면, 흡기밸브 폐쇄시각의 드로틀 밸브(3)의 개도는, 드로틀 밸브(3)가 목표개도에 도달하는 시간과 흡기밸브가 폐쇄될때까지의 시간과의 비례배분으로 드로틀 밸브(3)의 개도 특성으로부터 구할 수 있다. 이렇게 하여 흡기밸브 폐쇄시각의 드로틀 밸브(3)의 개도를 예측하면, 드로틀 밸브의 움직임에 의해 연료량을 증가하는 제어인 공지의 드로틀 개도 비동기 분사제어와, 드로틀 개도에 의한 피드 포워드 제어를 이용하므로써, 실린더내의 공연비의 악화가 회피되고, 에미션 효과가 얻어지게 된다.
이상과 같은 공연비의 제어순서의 일예를, 도 2에 도시하는 플로우차트에 의해 설명한다. 이 제어 루틴은 소정 크랭크각 마다 실행된다.
스텝401에서는 먼저, 내연기관(1)의 운전상태의 검출을 행한다. 이 운전상태의 검출은, 기관회전수(Ne), 흡기압력(P), 액셀페달의 답입량(조작위치)등의 운전상태 파라미터를 각종 센서로부터 ECU(10) 에 거뒤들이므로써 행할 수 있다. 이어서 스텝402에서는, 액셀 페달의 현재의 조작위치를 읽어들이고, 다음 스텝403에서 이 액셀 페달의 조작위치로부터 드로틀 밸브 개도의 목표치를 연산한다.
한편, 스텝404에서는 스텝401에서 검출한 기관의 운전상태로부터, 다음 분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T를 연산한다. 또한, 스텝 405에서는 미리 ECU(10)의 메모리(ROM103)에 기억되어 있는 액셀페달의 조작위치에 대한 드로틀 밸브의 응답특성을 읽어들이고, 다음 스텝 406에서 현재의 드로틀 밸브(3)의 개도를 읽어들이며, 이어서 스텝 406에서 드로틀 밸브(3)의 개도가 액셀 페달의 조작위치에 대응하는 목표치에 도달할때까지의 필요한 시간 t를 연산한다.
이렇게 해서, 드로틀 밸브 개도가 목표치에 도달하기까지의 시간 t를 연산한 후는 스텝 408에서, 드로틀 밸브 개도가 목표치에 도달하는 시각이 흡기밸브의 폐쇄시간 T보다 전인지 후인지를 판정한다. 드로틀 밸브 개도가 목표치에 도달하는 시각은, 현재의 시각 t0에 드로틀 밸브(3)의 개도가 액셀 페달 조작위치에 대응하는 목표치는 도달하기 까지의 필요한 시간 t를 가산하므로써 구해질 수 있다. 따라서, 스텝 408에서는 (t0+ t)≤T를 판정한다.
스텝 408에서 흡기밸브 폐쇄시각 (t0+ t)≤T 인 경우는, 드로틀 밸브(3)의 목표도달시간이 흡기밸브 폐쇄시간 T의 이전이므로, 스텝409로 나가고, 흡기밸브 폐쇄시각 T의 드로틀 밸브(3)의 목표치 도달시각이 흡기밸브 폐쇄시각 T보다 후이므로, 스텝 410으로 나아간다. 스텝 410에서는, 흡기밸브 폐쇄시각 T의 드로틀 밸브(3)의 개도를, 드로틀 밸브(3)가 목표개도에 도달하는 시간 t과 흡기밸브가 폐쇄되기까지의 시간(T-t0)의 비례분배로 드로틀 밸브(3)의 개도특성으로부터 구해진다.
이렇게 해서, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브(3) 개도를 연산한 후에, 스텝 411에서, 기관의 운전상태로부터 이 개도에 따른 목표공연비로 되는 연료공급량을 구한다. 그리고, 연산된 연료공급량의 연료를 스텝 412에서 연료분사밸브(8)로부터 분사하여 이 루틴을 종료한다. 이 제어에 의해, 실린더내의 공연비의 악화가 도피되고, 에미션 효과(공기오염물 방출의 감소)가 얻어지게 된다.
다음에, 도1과 같이 구성된 내연기관의 제어장치에서의 본 발명의 제2형태의 제어에 대해서 설명한다. 제 2형태에서는, 운전자에 의한 현재의 액셀페달의 조작량에 대해서, 전자제어 드로틀에서의 드로틀 밸브의 이 액셀 페달의 조작량에 대한 개도를 소정시간만큼 기억하고 그 출력을 보류(保留)하며, 소정 시간후에 전자제어 드로틀의 액튜에어터에 출력하게 한다. 따라서, 현재의 액셀페달의 조작량은, 극히 작은 소정시간만큼 의도적으로 지연되어 전자제어 드로틀의 액튜에이터로 전달되며, 드로틀 밸브는 이 소정시간만큼 지연되어 액셀페달의 조작량에 추종한다.
제 2 형태는, 이 출력의 보류중에 다음 연료분사기통의 흡기밸브의 폐쇄시각을 연산한다. 흡기밸브의 폐쇄시각은 현재의 시간보다 소정시간이 경과하기 전이다. 여기서, 연산한 흡기밸브의 폐쇄시간에서의 드로틀 밸브의 액셀 조작량에 대한 개도를, 기억한 드로틀 밸브의 개도치 가운데서 읽어내고, 이 드로틀 밸브 개도에 따른 연료분사량을 연산한다. 그리고, 연산한 이 연료분사량을, 흡기밸브의 폐쇄시각 이전의 소정의 타이밍에서, 결국 소정의 크랭크각 위치인 것을 검출하여 분사하고 있다.
즉, 공기량 선행, 연료추종방식의 공연비 제어 방식은, 드로틀 밸브(3)의 액셀 페달의 조작량에 대한 추종을 의도적으로 지연시킨 만큼, 이것으로부터 드로틀 밸브(3)가 어떻게 움직이는지가 파악될 수 있고, 이것에 맞추어 흡입공기량이 어떻게 추이를 보이는지를 계산하여 구할 수 있다. 이 결과, 다음의 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브(3)의 개도로부터 흡입 공기량이 알려지므로, 이 흡입공기량에 맞는 연료를, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각를 연산한 시점에서 산출할 수 있고, 이 산출한 연료를 흡기밸브 폐쇄시각보다 전의 소정의 타이밍, 결국 소정의 크랭크각 위치인 것을 검출하여 분사할 수 있다. 즉 이 경우, 의도적인 지연시간은, 현재로부터 다음의 연료분사기통의 흡기밸브가 폐쇄되는 시각까지의 시간보다도 길게 설정하고 있다.
이 의도적인 지연시간은, 내연기관(1)의 회전수(Ne)에 대응하여, 연료분사량을 연산하는 시점으로부터 다음 연료분사기통의 흡기밸브가 폐쇄되는 시각까지의 시간보다 길게되는 값을 계산하고 있고, 맵 형으로 ECU(10) 메모리내에 격납하고 있으며, 기관의 회전수(Ne)에 따라 읽어나가면 좋다.
이하에, 이 제2 발명의 제어순서의 일예를 도3a, 3b에 도시하는 플로우차트를 이용하여 설명한다. 도3a의 연료분사연산 루틴은 소정 크랭크각 마다 실행되고, 도3b의 분사제어루틴은 소정시간마다 실행된다. 즉 설명을 간단히 하기 위해, 도3a, 3b에서의 제어순서에서는, 드로틀 밸브 개도의 제어치에 대해, 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터(4)의 응답성이 좋고, 드로틀 밸브 개도의 제어치에 대한 드로틀 밸브(3)의 응답 지연은 고려하지 않는 것으로 한다.
도3a의 스텝501에서는 우선 내연기관(1)의 운전상태의 검출을 행한다. 이 운전상태의 검출은, 기관 회전수(Ne), 흡기압력(P), 액셀 페달의 답입량(조작위치) 등의 운전상태 파라미터를 각종 센서로부터 ECU(10)에 받아들이므로써 행해질 수 있다. 이어서 스텝 502에서는, 액셀 페달의 조작 위치를 읽어들이고, 다음 스텝 503에서 이 액셀 페달의 조작위치에 대응하는 드로틀 밸브 개도의 목표치를 연산한다. 그리고, 스텝 504에서는 스텝 503에서 연산한 드로틀 밸브 개도의 목표치를 ECU(10)의 RAM(104)에 기억하고, 스텝(505)에서는 스텝(501)에서 검출한 기관의 운전상태로부터 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시간(T)을 연산한다.
이어서 스텝 506에서는, 스텝 503에서 기억한 드로틀 밸브 개도의 목표치와 흡기밸브 폐쇄시각(T)으로부터, 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브(3) 개도를 연산한다. 즉, 흡기밸브 폐쇄시각(T)으로부터 소정 지연시간(D)만큼 전의 시각을 연산하여 구하고, 이 시각에서의 드로틀 밸브 개도의 목표치를, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브 개도로 한다. 이렇게 하여, 흡기밸브 시각T에서의 드로틀 밸브(3)의 개도를 연산한 후에는, 스텝 507에서, 드로틀 밸브 개도에 따른 연료분사량을 연산한다. 이 연료분사량은, 설명은 생략하지만, 기관의 운전상태에 따라 다른 루틴으로 연산에 의해 구해지는 목표공연비로 되도록, 드로틀 밸브 개도로부터 구해지는 흡입 공기량에 기초하여 연산할 수 있다.
이어서 스텝 508에서는 연산한 흡기밸브 폐쇄시각 T와 이것에 대응하는 연료분사량을 ECU(10)내의 RAM(104)에 기억하여 이 루틴을 종료한다.
한편, 도3b에 도시하는 분사제어루틴에서는, 스텝551에서 소정 시간마다 흡기밸브의 폐쇄시각보다 전의 소정 타이밍을 나타내는 소정 크랭크각 위치인지 아닌지가 판정된다. 그리고, 소정 크랭크각 위치일 때에는 스텝 552로 나가고, 이 소정크랭크 각 위치에 대응하는 연료분사량을 ECU(10)의 RAM(104)으로부터 읽어내고, 이 연료분사량을 분사밸브(8)로부터 분사하여 스텝 553으로 나아간다. 한편, 스텝 551에서 소정 크랭크각 위치가 아닐 때에는 그대로 스텝(553)으로 나아간다.
스텝553에서는 현재의 시각부터 소정 시간 D 만큼 이전에 ECU(10)의 RAM(104)에 기억한 드로틀 밸브 개도의 목표치를 읽어내고, 이것을 드로틀 밸브개도의 제어치로서 액튜에이터(4)에 출력한다. 액튜에이터(4)는 이 드로틀 밸브 개도의 제어치에 기초하여 드로틀 밸브(3)를 개폐구동한다.
도4는 도3a, 3b의 제어순서에서의 액셀 개도의 목표치, 드로틀 개도와, 흡기밸브의 폐쇄시기의 관계를 시간의 경과와 함게 도시하는 설명도이다.
여기서는, 기관의 제 1기통 #1의 연료분사량을 산출하는 시점을 현재의 시각 t0로 하고, 드로틀 밸브 개도의 목표치를 지연하는 시간을 D, 기관의 제 1 기통 #1의 흡기밸브 폐쇄시각을 T로 한다.
현재의 시간 t0에서는, 내연기관(1)의 기관회전수(Ne), 흡기압력(P), 액셀 페달의 답입량(조작위치) 등의 운전상태 파라미터는 각종 센서로부터 ECU(10)에 잡아들여지고, 현재의 액셀 페달의 조작 위치에 따른 드로틀 밸브의 목표개도(목표치)를 연산하는 동시에, 기관의 운전상태로부터 제1기통 #1의 흡기행정의 종료시점, 즉 흡기밸브 폐쇄시각T를 연산한다. 연산한 드로틀 밸브의 목표개도는 ECU(10)의 RAM(104)에 기억해둔다.
또한, 현재의 시간(t0)에서는, 기관회전수(Ne)에 따라 제 1기통#1의 폐쇄시 각 T를 연산한다. 이 밸브폐쇄 시각 T를 구한 후에는, 시각T로부터 소정 지연시간 D만큼 전의 시각 tn을 연산하고, 이 시각 tn에서의 드로틀 밸브의 목표개도를 연산한다. 시각 tn에서의 드로틀 밸브의 목표개도가 시각 T에서의 드로틀 밸브의 목표 개도이다. 그리고, 흡기 밸브의 밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브의 목표개도가 알려지면, 이에 따른 공기량으로부터 연료분사량을 연산할 수 있다. 시각 t1에서의 제2기통#2에 대해서도, 제1기통#1과 마찬가지의 방법으로서, 제2기통#2의 흡기밸브의 폐쇄시각 T에서의 연료분사량을 연산할 수 있다.
다음에, 드로틀 밸브 개도의 제어치에 대해, 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터(4)의 응답성이 나쁜 경우에 제어에 대해 설명한다.
액튜에이터(4)의 응답성이 나쁜 경우에는, 도6에 도시하듯이, 액셀 페달의 답입량(액셀 개도 목표치)이 직선적으로 변화해도, 드로틀 밸브의 목표 개도가 이것에 지연하여 추종하는 경우이다. 이 경우에는, 소정 시간 D만큼 지연시킨 드로틀 밸브 개도는, 액튜에이터(4)의 응답성이 좋은 경우에 비해 적어진다. 따라서 이 경우에는 연료분사기통(제1기통)#1의 흡기밸브 폐쇄시에서의 드로틀 밸브의 개도를 적게 추정할 필요가 있다. 한편, 시각T에서의 액튜에이터(4)의 구동은, 액셀 페달의 답입량에 대해 지연이 없는 목표치에 의해 행하지 않으면 안된다.
이 경우의 제어순서를 도5에 도시하는 플로우차트를 이용하여 설명한다. 즉 도 5에서의 제어순서에 있어서, 도3a에서 설명한 제어순서와 동일한 순서를 도시하는 것에는, 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
스텝 501에서는 내연기관(1)의 운전상태의 검출을 행하고, 스텝 502에서는 액셀 페달의 조작위치를 읽어들이며, 스텝 503에서는 이 액셀 페달의 조작위치에 대응하는 드로틀 밸브 개도의 목표치를 연산하고, 스텝 504에서는 스텝 503에서 연산한 드로틀 밸브 개도의 목표치를 ECU(10)의 RAM(104)에 기억한다. 여기까지의 순서도는 도3a의 플로우차트와 완전히 동일하다.
이어서 스텝701에서는, 스텝 503에서 연산한 드로틀 밸브 개도의 목표치에 기초하여, 액튜에이터의 응답특성으로부터 드로틀 밸브 개도의 추정치(추정개도)를 연산하여 구한다. 그리고, 스텝 702에서는 연산한 드로틀 밸브 개도의 추정개도를 ECU(10)의 RAM(104)에 기억한다.
스텝505에서는 스텝501에서 검출한 기관의 운전상태로부터, 다음의 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각(T)를 연산한다.
이어서, 스텝 703에서는, 스텝 702에서 기억한 드로틀 밸브 개도의 추정 개도와 흡기밸브 폐쇄시각 T로 부터, 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브(3)의 개도를 연산한다. 즉, 흡기밸브 폐쇄시각 T로부터 소정 지연시간 D만큼 전의 시각을 연산하여 구하고, 이 시각에서의 드로틀 밸브 개도의 추정치를, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브 개도로 한다. 이렇게 하여, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브(3)의 개도를 연산한 후에는, 스텝 507에서, 드로틀 밸브 개도에 따른 연료분사량을 연산하고, 스텝 508에서는 연산한 흡기밸브의 폐쇄시각 T와 이것에 대응하는 연료분사량을 ECU(10)내의 RAM(104)에 기억하여 이 루틴을 종료한다.
드로틀 밸브 개도의 제어치에 대해, 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터(4)의 응답성이 나쁜 경우에도 분사제어루틴은, 도3b에서 설명한 것을 그대로 사용할 수 있다.
다시, 드로틀 밸브 개도의 제어치에 대해, 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터(4)의 응답성이 나쁜 경우의 다른 제어를 설명한다.
이제, 도7a에 도시하듯이, 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터(4)에 대해 실선C와 같은 특성의 드로틀 밸브 개도의 제어치가 출력된 것으로 한다. 그리고, 드로틀 밸브 개도의 제어치C에 대해, 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터의 응답성이 나쁜 경우는, 드로틀 밸브(3)의 개도는 도면에 실선P로 도시하듯이 지연되고, 드로틀 밸브 개도의 제어치C에 대해 어긋남이 발생해 버린다.
그래서, 도7b에 실선E로 도시하듯이, 드로틀 밸브 개도의 제어치의 크기를 증대한 보상을 행하고 있다. 따라서, 이 큰 드로틀 밸브 개도의 제어치 보상에 대해, 액튜에이터(4)의 응답성이 나빠도, 지연된 결과가 정규의 드로틀 밸브 개도의 제어치C로 되고, 결과적으로 지연없는 것과 동일하게 된다.
도8a는 드로틀 밸브 개도의 제어치를 보상하지 않는 경우의 PID 제어의 제어 순서의 기능선도를 도시하는 것이고, 도7a와 같은 드로틀 밸브 개도의 제어치C가 얻어지는 경우이다. 여기서는, 액셀 센서치로부터 드로틀 개도의 목표치가 구해지고, 이 목표치에 대해 PID 제어가 실시된 후에, 목표치가 전압 듀티비로 변환되어 액튜에이터인 드로틀 모터에 출력되어 있다. 드로틀 모터의 구동은 드로틀 센서에 의해 검출되고, 드로틀 센서치로서 PID 제어부에 피드백된다.
도8b는 드로틀 밸브 개도의 제어치를 보상하는 경우는 PID제어의 제어순서의 기능선도를 도시하는 것이고, 도7b의 특성도에 대응한다. 이 구성에서는 PID제어부의 전단에 위상 전진 보상부가 설치되어 있다.
도9는, 연료공급량의 연산에 사용되는 드로틀 밸브 개도의 목표치를 보상하는 경우의 PID 제어의 제어순서의 기능선도를 도시하는 것이다. 이 구성에서는, 드로틀 목표치에 미분역보상부를 설치하고 있고, 보상후의 드로틀 센서 추정치를 사용하여 연료공급량을 연산하도록 하고 있다.
즉, 이상 설명한 실시예에서는, 특정 시기의 값만으로 제어를 행하는 기술에 기초한 구성에 대해 설명하였으나, 드로틀 밸브의 변화에 대한 흡입공기량의 변화에는 응답 지연이 존재하므로, 보다 엄밀한 흡입공기량을 연산하려면, 흡기밸브의 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도만이 아니고, 흡기밸브의 폐쇄시기까지에서의 드로틀 밸브 개도의 추이도 고려하는 것이 바람직하므로, 드로틀 밸브 개도 목표치의 추이를 파악하도록 하여, 흡기밸브 폐쇄시기까지에서의 드로틀 밸브의 개도추이를 연산하고, 이 추이에 따른 흡입공기량을 연산하여, 이 공기량에 따라 연료공급량을 연산하도록 하여도 좋다.
이상과 같이, 본 발명의 제1형태에 의하면, 드로틀 밸브가 개도목표치에 도달하는 시간과 흡기밸브 폐쇄시기와의 대비에 의해, 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도를 연산하므로써, 흡기밸브 폐쇄시의 공기량을 구하므로써, 필요한 연료공급량이 파악될 수 있고, 정확한 공연비 제어를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2형태에 의하면, 드로틀 밸브 개도의 제어에 소정의 지연기간을 설정하므로써, 역으로 소정시간 동안의 드로틀 밸브 개도의 거동을 먼저 파악할 수 있게 되고, 흡기밸브 폐쇄시의 공기량을 구하므로써, 필요한 연료공급량이 파악할 수 있으며, 정확한 공연비 제어를 얻을 수 있다.
도1과 같이 구성된 내연기관의 제어장치에 있어서, 본 발명의 제3형태에서는, 운전자에 의한 현재의 액셀 페달의 조작량에 대해, 전자제어 드로틀에서의 드로틀 밸브의 이 액셀 페달의 조작량에 대한 개도를 소정 시간만큼 기억하고 그 출력을 보류하며, 소정시간후에 전자제어 드로틀의 액튜에이터에 출력하도록 한다. 따라서, 현재의 액셀 페달의 조작량은, 극히 작은 시간만큼 의도적으로 지연시켜 전자제어 드로틀의 액튜에이터에 전달되고, 드로틀 밸브는 이 소정시간만큼 지연되어 액셀 페달의 조작량에 추종한다.
제 3의 형태는, 이 출력의 보류중에 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각을 연산한다. 한편, 흡기밸브 폐쇄시각은, 기관의 회전수에 따라, 현재의 시간부터 의도적인 지연시간인 소정 시간이 경과하기 전으로 되는 때와 후로 되는 때가 있다.
어느 경우도, 연산한 흡기밸브의 폐쇄시각에서의 드로틀 밸브의 액셀 조작량에 대한 개도를, 기억한 드로틀 밸브의 개도치 중에서 읽어내고, 이 드로틀 밸브 개도에 따른 연료분사량을 연산한다. 그리고, 연산한 이 연료분사량을, 흡기밸브 폐쇄시각보다 전의 소정의 타이밍에서, 결국 소정의 크랭크각 위치인 것을 검출하여 분사하고 있다.
즉, 공기량 선행, 연료추종방식의 공연비 제어방식에서는, 드로틀 밸브(3)의 액셀 페달 조작량에 대한 추종을 의도적으로 지연시킨 만큼, 이로 부터 드로틀 밸브(3)가 어떻게 움직이는지가 파악될 수 있고, 이에 맞추어 흡입공기량이 어떻게 추이 하는지를 계산하여 구할 수 있다. 이 결과, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브(3)의 개도로부터 흡입공기량이 알려지므로, 이 흡입공기량에 알맞는 연료를, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각을 연산한 시점에서 산출할 수 있으며, 이 산출한 연료를 흡기밸브 폐쇄시각보다 전의 소정의 타이밍, 결국 소정의 크랭크각 위치인 것을 검출하여 분사할 수 있기 때문이다.
이 의도적인 지연시간은, 내연기관(1)에서 많이 사용되는 소정의 회전수(Ne)보다 클 때에, 연료분사량을 연산하는 시점부터 다음 연료분사기통의 흡기밸브가 폐쇄되는 시각 까지의 시간보다 길게되는 값을 미리 계산하여 ECU(10)의 메모리내에 격납해두고, 필요에 따라 읽어내면 좋다.
이하에, 제3 형태의 제어순서의 일예를 도10a로부터 도11에 도시하는 플로우차트를 이용하여 설명한다. 도10a, 10b의 연료분사 연산 루틴은 소정 크랭크각 마다 실행되고, 도11의 분사제어루틴은 소정 시간마다 실행된다.
즉, 드로틀 밸브 개도의 제어치에 대해, 드로틀 밸브(3)를 구동하는 액튜에이터(4)에는 어떻게 해도 응답성의 지연이 있다. 액튜에이터(4)에 응답성의 지연이 있는 경우에는, 액셀 페달의 답입량(액셀 개도 목표치)이 직선적으로 변화해도, 드로틀 밸브의 목표개도가 이것에 지연하여 추종한다. 이 경우에는, 소정시간 D만큼 지연시킨 드로틀 밸브 개도는, 액튜에이터(4)가 타임 래그 없이 응답하는 경우에 비해 적어진다. 따라서, 이 경우에는, 연료분사기통(예를 들어 제1기통 #1)의 흡기밸브의 폐쇄시에서의 드로틀 밸브의 개도를 적게 추정할 필요가 있다. 한편, 시각T에서의 액튜에이터(4)의 구동은, 액셀 페달의 답입량에 대해 지연이 없는 목표치에 의해 실행되어야 한다.
도10a, 10b의 스텝 301에서는 우선, 내연기관(1)의 운전상태의 검출을 행한다. 이 운전상태의 검출은, 기관회전수(Ne), 흡기압력(P), 액셀 페달의 답입량(조작위치) 등의 운전상태 파라미터를 각종 센서로부터 ECU(10)에 기억하므로써 행해질 수 있다. 이어서 스텝302에서는, 기억한 액셀 페달의 조작위치에 대응하는 드로틀 밸브개도의 목표치를 연산한다. 그리고, 스텝 304에서는 스탭303에서 연산한 드로틀 밸브개도의 목표치를 ECU(10)의 RAM(104)에 기억한다.
이어서 스텝304 에서는, 스텝303에서 연산한 드로틀 밸브 개도의 목표치에 기초하여, 액튜에이터의 응답특성으로부터 드로틀 밸브 개도의 추정치(추정 개도)를 연산하여 구한다. 그리고, 스텝305에서는 연산한 드로틀 밸브 개도의 추정개도를 ECU(10)의 RAM(104)에 기억한다.
스텝 306에서는, 드로틀 밸브 구동의 지연시간(D)을 ECU(10)의 메모리내로부터 읽어내는 연산을 행하고, 이어서 스텝307에서는 스텝301에서 검출한 기관의 운전상태로부터, 다음의 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각(T)을 연산한다.
이어서 스텝308에서는, 스텝306에서 연산한 드로틀 밸브 구동의 지연시간D만큼 현재의 시각 t0로부터 경과한 시각과, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T중 어느것이 빠른지를 판단한다. 그리고, 현재의 시각 t0부터 지연시간 D만큼 경과한 시각이 다음 연료분사기통의 흡기밸브폐쇄시각 T 보다 늦은 경우(YES)는 스텝 309로 나아가고, 현재의 t0로부터 지연시간 D만큼 경과한 시각이 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T 보다 빠른 경우(NO)는 스텝 310으로 나아간다.
현재의 시각 t0부터 지연시간 D만큼 경과한 시각이 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T 보다 느린 경우에 나아가는 스텝 309에서는, 스텝 305에서 기억한 드로틀 밸브 개도의 추정 개도와 흡기밸브 폐쇄시각 T로 부터, 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브(3)의 개도를 연산한다. 즉, 흡기밸브의 폐쇄시각으로부터 소정 지연시간 D만큼 전의 시각 tn을 연산하여 구하고, 이 시각 tn 에서의 드로틀 밸브 개도 추정치를, 흡기밸브 폐쇄시각(T)에서의 드로틀 밸브 개도로 한다. 이렇게 하여, 흡기밸브의 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브(3) 개도를 연산한 후에는, 스텝311로 나아간다.
한편, 현재의 시각 t0로부터 지연시간 D만큼 경과한 시각이 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T 보다 빠른 경우에 나아가는 스텝 310에서는, 스텝 305에서 기억한 드로틀 밸브 개도의 추정 개도와, 흡기밸브 폐쇄시각 T 및, 지연시간 D 로부터, 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브(3)의 개도를 연산한다. 즉, 현재의 시간 t0로부터 소정 지연시간 D만큼 후의 시각 tr을 연산하여 구하고, 이 시각 tr 과 흡기밸브 폐쇄시각 T의 시간차 E를 구한다. 그리고, 현재의 시각 t0로부터 이 시간차 E만큼 경과한 시각 tp에서의 드로틀 밸브 개도의 추정치를, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브 개도로 한다. 이렇게 하여, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브(3)의 개도를 연산한 후에는, 스텝 311로 나아간다.
스텝311에서는 흡기밸브 폐쇄시각 T까지의 드로틀 밸브 개도 추이에 따른 흡입공기량과 연료공급량을 연산하고, 스텝 312에서 연료공급량의 연산결과에 따라 연료를 공급하여 이 루틴을 종료한다. 즉, 스텝311에서의 흡기밸브 폐쇄시각 T까지의 드로틀 밸브 개도 추이에 따른 흡입공기량의 연산에 대해서는 후술한다.
한편, 도11에 도시하는 분사제어루틴은, 스텝801에서 소정 시간마다 흡기밸브 폐쇄시각 T보다 전의 소정 타이밍을 나타내는 소정 크랭크각 위치인자 아닌자가 판정된다. 그리고, 소정 크랭크각 위치일 때에는 스텝 802로 나아가고, 이 소정 크랭크각 위치에 대응하는 연료분사량을 ECU(10)의 RAM(104)로부터 읽어내며, 이 연료분사량을 분사밸브(8)로부터 분사하여 스텝803으로 나아간다. 한편, 스텝801에서 소정 크랭크각 위치가 아닌 때에는 그대로 스텝 803으로 나아간다.
스텝803에서는, 현재의 시각에서 소정 시간 D만큼 ECU(10)의 RAM(104)에 기억한 드로틀 밸브 개도의 목표치를 읽어내고, 이것을 드로틀 밸브 개도의 제어치로서 액튜에이터(4)에 출력한다. 액튜에이터(4)는 이 드로틀 밸브 개도의 제어치에 기초하여 스텝804에서 드로틀 밸브(3)를 개폐구동한다.
도10a로부터 도11의 제어순서에서의 현재 시각 t0까지의 지연시간 D만큼 경과한 시각이, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T보다 늦은 경우의, 액셀 개도의 목표치, 드로틀 개도와, 흡기밸브 폐쇄시기의 관계를 시간의 경과와 함께 도시하는 도면은, 도6에 도시된다.
도6에서는, 기관의 제1기통#1의 연료분사량을 산출하는 시점이 현재의 시각 t0이고, 드로틀 밸브 개도의 목표치를 지연하는 시간이 D이며, 기관의 제 1 기통 #1의 흡기밸브 폐쇄시각이 T이다.
현재의 시각 t0에서는, 내연기관(1)의 기관회전수(Ne), 흡기압력(P), 액셀 페달의 답입량(조작위치) 등의 운전상태 파라미터는 각종 센서로부터 ECU(10)에 받아들여져, 현재의 액셀 페달의 조작위치에 따른 드로틀 밸브의 목표개도(목표치)를 연산하는 동시에, 기관의 운전상태로부터 제1기통#1의 흡기행정의 종료시점, 즉 흡기밸브의 폐쇄시각 T를 연산한다. 연산한 드로틀 밸브의 목표개도는 ECU(10)의 RAM(104)에 기억해 둔다.
현재의 시각 t0에서 제1기통#1의 밸브폐쇄시각 T를 구한 후에는, 시각 T로부터 소정 지연시간 D만큼 전의 시각 tn 을 연산하고, 이 시각 (tn)에서의 드로틀 밸브의 추정 개도를 연산한다. 시각 tn에서의 드로틀 밸브의 추정 개도는 이미 ECU(10)의 RAM(104)에 기억되어 있는 것이다.
이 시각 tn 에서의 드로틀 밸브의 추정 개도가, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브 추정개도이다. 이렇게 해서, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브(3)의 추정개도가 연산되면, 이에 따른 공기량으로부터 연료분사량을 연산할 수 있다. 시각 t1에서의 제2기통#2에 대해서도, 제1기통#1과 동일한 방법으로, 제2기통#2의 흡기밸브 폐쇄시각 T1에서의 연료분사량을 연산할 수 있다.
도12는 도10a로부터 도11의 제어순서에서의 현재의 시각 t0까지의 지연시간 D만큼 경과한 시각이, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T보다 빠른 경우의, 액셀 개도의 목표치, 드로틀 개도와, 흡기밸브 폐쇄시기의 관계를 시간의 경과와 함께 도시하는 설명도이다.
도6과 마찬가지로, 기관의 제1기통#1의 연료분사량을 산출하는 시점이 현재의 시각 t0이며, D는 드로틀 밸브 개도의 목표치 지연시간이고, T는 기관의 제1기통#1의 흡기밸브 폐쇄시각이다. 현재의 시각 t0에서는, 마찬가지로 기관의 운전상태로부터, 액셀 페달 조작위치에 따른 드로틀 밸브의 목표개도를 연산하는 동시에, 제1기통#1의 흡기밸브 폐쇄시각 T를 연산한다. 연산한 드로틀 밸브의 목표개도는 ECU(10)의 RAM(104)에 기억해둔다.
또한, 시각 t0에서는 현재의 시각 t0에서부터 소정 지연시간 D만큼 후의 시각 tr을 연산하여 구하고, 이 시각 tr과 흡기밸브 폐쇄시각 T와의 시간차(E)만큼 경과한 시각(tp)에서의 드로틀 밸브 개도의 추정치를 연산한다. 이 시각(tp)에서의 드로틀 밸브의 추정 개도가, 흡기밸브 폐쇄시각(T)에서의 드로틀 밸브 추정치이다.
이렇게 해서, 흡기밸브 폐쇄시각(T)에서의 드로틀 밸브(3)의 추정개도가 연산되면, 이에 따른 공기량으로부터 연료분사량을 연산할 수 있다.
이상의 제어에 있어서, 현재의 시각 t0까지의 드로틀 밸브 개도는 액셀 페달의 조작위치의 추이로부터 알 수 있다. 따라서, 현재의 시각 t0부터 지연시간 D만큼 경과한 시각이, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각 T보다 늦은 경우(도5의 제어)는, 이제까지의 액셀 개도의 추이로부터 드로틀 밸브 개도의 추이를 알 수 있으므로, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 흡입 공기량을 연산할 수 있다.
한편, 현재의 시각 t0부터 지연시간 D만큼 경과한 시각이, 다음 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시각(T)보다 빠른 경우(도6의 제어)는, 이제까지의 액셀 페달 조작위치의 추이로부터 현재의 시각(t0)까지의 드로틀 밸브 개도의 추이는 알려져 있지만, 흡기밸브 폐쇄시각 T에서의 드로틀 밸브의 추정개도, 즉 시각 tp에서의 드로틀 밸브의 추정 개도는 알려져 있지 않다. 그러나, 전자제어 드로틀 밸브는 액셀 페달의 조작량에 대해 급격한 움직임을 할 수 없으며, 또한, 응답지연이 있으므로, 그 움직임은 어느 정도 예측할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 도12와 같이, 현재의 시각 t0에서부터 시각 tp까지의 드로틀 밸브의 추정 개도의 추이를, 실선으로 도시하는 현재 시각 t0까지의 드로틀 밸브의 추정 개도의 추이에 기초하여, 점선으로 도시하듯이 추정하고 있는 것이다.
그리고, 시각 t0로부터 시각 tp까지의 드로틀 개도의 추정치의 추이가 연산될 수 있으면, 도6의 경우와 마찬가지로, 그 특성으로부터 흡기밸브 폐쇄시각 T까지의 흡입공기량을 구할 수 있다.
그런데, 현실적으로는, 드로틀 밸브 개도의 추정치의 추이와, 흡기밸브 폐쇄시각 T의 드로틀 밸브 추정개도가 알려져도, 흡기밸브 폐쇄시각 T까지의 흡입공기량은 결정되지 않는다. 이 이유는 드로틀 밸브가 개방되어도, 흡입공기량에는 응답지연이 있으므로, 이것을 고려할 필요가 있으므로, 도12에 그물모양 점으로 도시하듯이, 실제의 흡입공기량은 점선으로 도시하는 드로틀 밸브의 추정개도에 의한 흡입공기량보다 적은 것으로 생각된다. 따라서, 본 발명에서는, 드로틀 밸브가 어떻게 개방되어 가는지의 추이로부터, 흡입공기량의 응답지연을 계산하고, 현실적인 흡입공기량의 추이를 연산한다. 이 연산의 방법을 도13 내지 도15b를 이용하여 설명한다.
도13은 도10b에서 설명한 제어순서의 스텝 311에서의, 흡기밸브 폐쇄시각 T까지의 드로틀 밸브의 추정개도의 추이에 따른 흡입공기량을 연산하는 순서를 도시하는 플로우차트이며, 이 제어는 8ms마다 실행된다.
스텝901에서는, 연산된 드로틀 추정개도와 기관회전수 Ne를 기초로 하여, 각 시간마다의 드로틀 추정 개도에서의 정상 상태에서의 기관 1회전당 흡입공기량 GNTAF(응답지연을 고려하지 않은 값)를 연산한다. 이 연산은, 이미 실선에 의해 구해진 도14a에 도시하는 맵을 이용하여 이하의 식
GNTAF = map (TAF, Ne)
에 의해 연산할 수 있다. 여기서, TAF는 도12의 시각 tp에서의 드로틀 밸브의 추정 개도이다.
이어서 스텝 902에서는, 연산된 정상상태에서의 기관 1회전당 흡입공기량(GNTAF)와, 기관회전수(Ne)에 의해, 흡입공기량의 응답 시정수(TIMCF)를 연산한다. 이 연산은, 이미 실선에 의해 구해진 도14b에 도시하는 맵을 이용하여, 이하의 식
TIMCF = map (GNTAF, Ne)
에 의해 연산할 수 있다.
다음의 스텝 903에서는, 전회의 기관 1회전당 흡입공기량(GNCRTF i-1)과, 금회 스텝 901에서 연산한 정상상태에서의 기관1회전당 흡입공기량(GNTAF)과, 스텝 702에서 연산한 흡입공기량의 응답 시정수(TIMCF)에 의해, 흡입공기 응답지연을 고려한 기관 1회전당 흡입공기량(GNCRTFi)을 연산한다. 이 연산은 이하의 식
GNCRTFi = GNCRTFi-1 + (GNTAF - GNCRTFi-1) × TIMCF
에 의해 연산할 수 있다.
도15a, 15b는 이상의 연산 순서를 도시한 것이다. 도15a, 15b에 도시되는 종방향선(종선)의 간격은 8 ms 를 나타내고 있다.
이제, 도15b에 도시하듯이, 드로틀 밸브의 추정개도가 차례로 커져가는 상태를 고려한다. 이 때는, 드로틀 밸브 추정 개도의 추이의 변화량이 일정하게 변화한다고 가정하고, 현재의 시각 t0부터 셋 전의 데이터(8ms×3전의 데이터)로부터의 드로틀 밸브 추정개도의 추이의 변화량 △TAfwd2, 및 △TAfwd3을 조절한다. 그리고, 이 데이터를 기초로 하여 시각 t0이하의 드로틀 밸브 추정개도의 추이의 변화량을 추정하여 시각 tp에서의 드로틀 밸브의 추정개도를 연산할 수 있다.
즉, 시각 tp에서의 드로틀 밸브의 추정개도는, 드로틀 밸브의 개도의 변화로부터 구하는 이외에도, 액셀 페달의 답입량 변화로부터 구할 수도 있다. 즉, 현재의 시각 t0부터 셋 전의 액셀 페달 답입량 데이터를 기초로 하여 시각 tp의 액셀 페달의 답입량을 추정하고, 이 추정치로부터 드로틀 밸브의 추정 개도를 구할 수 있다.
이제, 도15b에서, 부호 X로 나타나는 점이 도15b의 시각 tp에서의 드로틀 밸브의 추정개도인 것으로 한다. 이 점 X에서의 드로틀 밸브의 추정개도에 의해, 도15b에 도시하는 기관 1회전당 흡입공기량(GNTAF)(흡입공기량의 응답지연을 고려하지 않은 값)이 구해진다. 이렇게 하여, 기관 1회전당 흡입공기량(GNTAF)이 구해지면, 응답지연을 고려하지 않은 흡입공기량(GNTAF)으로 응답지연을 고려한 전회 흡입공기량(GNCRTFi-1)을 뺀 값에 응답시정수(TIMCF)를 곱한 값에, 전회의 응답 지연을 고려한 흡입공기량(GNCRTFi-1)을 더한 것으로서, 흡입공기의 응답지연을 고려한 기관 1회전당 흡입공기량(GNCRTFi)이 구해진다.
최후로, 연료분사량의 산출시점, 즉 연료의 분사를 실행하는 현재의 시각( t0)으로부터 흡기밸브의 폐쇄시각(T)까지의 시간(TFWD)의 산출방법에 대해 설명한다. 이 현재의 시각( t0)으로부터 흡기밸브 폐쇄시각(T)까지의 시간(TFWD)은, 도12에 도시하듯이, 연료분사시간 TAU(ms)에 목표연료도달종료 타이밍(TFWE)을 더한 것이다. 이 목표연료도달 종료 타이밍(TFWE)은, 전자제어연료분사장치를 구비한 내연기관에서는 소정치, 예를 들면 흡기밸브 폐쇄시점보다 260°CA만큼 전에 이루어지도록 연료분사 타이밍이 제어되므로, 이하의 식으로 표현된다.
TFWE = T90 × 260/90(ms)
여기서, T90은 크랭크각으로서 90°만큼 회전하는데 필요한 소요 시간이며, 기관의 회전수(Ne)에 의해 변화하는 값이며, 260은 분사 타이밍으로부터 흡기밸브 폐쇄까지의 크랭크각도이다. 260°CA를 90°CA로 나누고, 90°CA 회전하는데 요하는 시간을 곱하여, 이것에 분사시간을 더하면, 현재의 시점(t0)부터 흡기밸브 폐쇄까지의 크랭크각도를 회전하는데 필요한 시간이 연산된다. 즉 실제로는 이 TFWD값에 연료의 수송 지연시간(TB)이 가산되게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 제 3형태에 의하면, 드로틀 밸브 개도의 제어에 소정의 지연시간을 설정하므로써, 역으로 소정 시간 동안의 드로틀 밸브 개도의 거동을 먼저 파악할 수 있고, 흡기밸브 폐쇄시까지의 공기량을 구하므로써, 필요한 연료공급량이 파악가능하며, 정확한 공연비 제어를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 액셀 페달의 조작위치에 따라 드로틀 밸브 개도와 연료공급량을 제어하도록 한 공기량선행 연료추종 제어방식의 내연기관 제어장치로서,
    입력된 신호에 따라 드로틀 밸브를 개폐구동하는 드로틀 밸브 구동수단과,
    액셀 페달의 조작위치에 따른 드로틀 밸브 개도의 목표치를 연산하는 드로틀 밸브 개도 목표치 연산수단과,
    소정의 개도 목표치에 대응하여, 상기 드로틀 밸브가 이 개도 목표치에 도달 제어되기까지의 응답특성을 기억하는 드로틀 밸브의 응답특성 기억수단과,
    내연기관의 운전상태에 따라 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시기 연산수단과,
    상기 드로틀 밸브 개도 목표치 연산수단으로부터의 드로틀 밸브 개도의 목표치와, 상기 드로틀 밸브의 응답특성 기억수단의 기억치로부터 드로틀 밸브 개도가 목표치에 도달하는데 필요한 시간을 연산하는 목표치 도달시간 연산수단과,
    연산된 드로틀 밸브의 목표치 도달시간과 상기 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기로부터 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브 개도 연산수단과,
    상기 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표 공연비로부터 목표공연비로 되는 연료공급량을 연산하는 연료공급량 연산수단 및,
    연산된 연료공급량의 연료를 공급하는 연료공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  2. 액셀 페달의 조작위치에 따라 드로틀 밸브 개도와 연료공급량을 제어하도록 한 공기량선행 연료추종제어방식의 내연기관 제어장치로서,
    액셀 페달 조작위치에 따른 드로틀 밸브 개도의 목표치를 연산하는 드로틀 밸브 개도 목표치 연산수단과,
    연산된 드로틀 밸브 개도 목표치를 소정 시간 동안 기억하는 드로틀 밸브 개도 목표치 기억수단과,
    기억된 드로틀 밸브 개도 목표치를 상기 소정시간의 경과후에 드로틀 밸브 개도 제어치로서 출력하는 드로틀 밸브 개도 제어치 출력수단과,
    이 드로틀 밸브 개도 제어치에 따라 드로틀 밸브를 개폐구동하는 드로틀 밸브 구동수단과,
    기관의 운전상태에 따라 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시기 연산수단과,
    상기 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치와, 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기로부터, 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브 개도 연산수단과,
    상기 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표공연비로부터 목표공연비로 되는 연료공급량을 연산하는 연료공급량 연산수단 및,
    연산된 연료공급량의 연료를 공급하는 연료공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 드로틀 밸브 개도 제어치 출력수단으로부터 출력된 드로틀 밸브 개도 제어치에 대해, 드로틀 밸브의 제어치에 대한 기계적 추종 지연을 보상하기 위해, 상기 제어치에 대해 위상 전진 보상을 행하고, 상기 드로틀 밸브를 구동하는 드로틀 밸브 개도 제어치의 위상 진전 보상수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 흡기밸브 폐쇄시의 드로틀 밸브 개도 연산수단에 입력되는 드로틀 밸브 개도 목표치에 대해 미분역보상을 행하는, 드로틀 밸브 개도 목표치의 미분역보상 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 소정시간의 격납수단을 구비하고, 이 소정시간의 격납시간에는, 연료분사량을 연산하는 시점부터 다음 연료분사기통의 흡기밸브가 폐쇄되는 시각까지의 시간보다 길게 되는 소정시간을, 적어도 내연기관의 회전수에 따라 미리 계산하여 기억시켜두고, 상기 드로틀 밸브 개도 제어치 출력수단은 기관의 회전수에 따른 소정 시간후에, 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치를 드로틀 밸브 개도제어치로서 출력하는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  6. 액셀 페달의 조작위치에 따라 드로틀 밸브 개도와 연료공급량을 제어하도록 한 공기량선행 연료추종 제어방식의 내연기관 제어장치로서,
    액셀 페달 조작위치에 따른 드로틀 밸브 개도의 목표치를 연산하는 드로틀 밸브 개도 목표치 연산수단과,
    연산된 드로틀 밸브 개도 목표치를 소정 시간 동안 기억하는 드로틀 밸브 개도 목표치 기억수단과,
    기억된 드로틀 밸브 개도 목표치를 상기 소정시간의 경과후에 드로틀 밸브 개도 제어치로서 출력하는 드로틀 밸브 개도 제어치 출력수단과,
    이 드로틀 밸브 개도 제어치에 따라 드로틀 밸브를 개폐구동하는 드로틀 밸브 구동수단과,
    기관의 운전상태에 따라 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기를 연산하는 흡기 밸브 폐쇄시기 연산수단과,
    이 흡기밸브 폐쇄시기에 대해 상기 소정시간이 긴 경우 상기 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치로부터, 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 제 1 드로틀 밸브 개도 연산수단과,
    상기 흡기밸브 폐쇄시기에 대해 상기 소정시간이 짧은 경우 상기 기억된 드로틀 밸브 개도 목표치로부터, 상기 소정시간내의 드로틀 개도의 추이를 연산하고, 이 추이에 기초하여 연료분사기통의 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 개도를 연산하는 흡기밸브 폐쇄시의 제 2드로틀 밸브 개도 연산수단과,
    상기 흡기밸브 폐쇄시기에서의 드로틀 밸브 개도에 따른 흡입공기량과 목표공연비로부터 연료공급량을 연산하는 연료공급량 연산수단 및,
    연산된 연료공급량의 연료를 공급하는 연료공급수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
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