KR19980070930A

KR19980070930A - 통내 분사 엔진 제어 장치

Info

Publication number: KR19980070930A
Application number: KR1019980002547A
Authority: KR
Inventors: 시마다고우사꾸; 호소까와고우지; 아따고다께시
Original assignee: 가나이쯔도무; 가부시끼가이샤히다찌세이사꾸쇼
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1998-10-26
Also published as: DE19803653A1; US5904128A; JPH10212989A; JP3979692B2; DE19803653B4

Abstract

본 발명은, 엔진 냉기(冷機)시에 성층 연소를 행하지 않을 때, 혹은 난기(暖機) 후의 성층 연소시에 있어서, 회전수의 변동과 부하 투입에 대해 안정된 아이들 회전수의 제어를 가능하게 하는 통내(筒內) 분사 엔진의 제어 장치를 제공한다.

기본 연료 분사량(Tp1)을 산출하는 수단과, 엔진 회전수와 엑셀레이터 개도(開度)의 2변수로부터 기본 연료 분사량(Tp2)을 산출하는 수단, 및 상기 기본 연료 분사량(Tp2)에 목표 공연비를 곱하여 화학양론적 공연비로 나누어 목표 연료 분사량(Tp3)을 산출하는 수단을 구비한 통내 분사 엔진의 제어 장치가, 아이들 시의 회전 제어 및/또는 부하 보정을 위해 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단을 구비하고, 상기 기본 재료 분사량(Tp2)에 기초하여 엔진으로의 연료 분사량(Tp)과 흡입 공기량(Q)을 동시에 각각 별도로 제어하게 된다.

Description

통내 분사 엔진 제어 장치

본 발명은 통내 분사 엔진의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 전자식 엔진 제어 시스템의 아이들 시의 회전수 제어 및 부하 보정 제어를 응답성 좋게 행하기 위한 통내 분사 엔진의 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 통내 분사 엔진, 예를 들어 일본 특허 공보 특개평7-166916호 공보에 기재되어 있는 통내 분사 엔진은, 점화 플러그 부근에서 생성한 농(濃)혼합기에 착화하여 화염 전파에 의해 연소를 진행시키는 성층(成層) 연소에 대응한 아이들 시와 오프 아이들 시의 전환 제어 기술을 제안한 것이다. 그 기술은, 통내 분사 엔진의 운전중, 드로틀(throttle)밸브가 아이들링 개도 이상으로 열려 있을 경우에는, 아이들 바이패스(by-pass) 밸브와 함께 바이패스 통로가 모두 닫히게 되어 인젝터의 연료 분사량 및 연료 분사 시기가 엔진 부하에 따라 엔진의 저중 부하(低中負荷) 영역에서는 성층 연소에, 고부하(高負荷) 영역에서는 균일 연소에 대응하여 제어되는 것이다.

그리고, 드로틀 밸브가 아이들링 개도로 되면, 아이들 바이패스 밸브가 모두 열리게 동작하여 바이패스 통로가 모두 열리고, 풀드로틀에 상당하는 흡입 공기량 및 체적 효율이 확보되고, 펌프 손실이 저감하여 엔전 회전수가 상승하는 경향을 갖지만, 인젝터로부터 분사되는 연료량이 엔진 회전수의 상승을 억제하도록 감량 보정된다. 즉, 상기 기술은, 오프 아이들에서 아이들로 전환되었다고 판정하면 흡입량을 증가시켜, 펌핑 로스(pumping loss)를 저감할 수 있는 만큼 연료 연소량을 감량 보정하는 것이다.

그런데, 상기 기술은 아이들과 오프 아이들의 전환시에서의 흡입 공기량과 연료 분사량의 제어에 대해서는 나타나 있지만, 아이들 시에서의 엔진 수온 등에 기초하는 회전 변동에 대한 제어 및 자동차의 에어컨 등의 부하 투입과 같은 외란(外亂)에 대한 보정 제어에 대해서는 고려되고 있지 않아, 상기 회전 변동과 부하 투입에 기초하는 흡입 공기량과 연료 분사량과의 정확한 제어를 할 수 없는 것이다.

또한, 아이들 운전은, 성층 연소만을 상정하고 있기 때문에, 화학양론적 공연비에서의 아이들 운전의 제어에 대해서는 고려되어 있지 않다.

이 때문에, 엔진이 냉각되어 있는 냉기 시에, 성층 연소가 행해져 있지 않을 때 혹은 난기 후의 성층 연소시에 있어서 상기 회전수 변동이나 부하 투입이 행하여졌을 경우에는, 안정된 아이들 회전수의 유지가 곤란하게 되어 버린다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로 그 목적으로 하는 것은, 엔진 냉기 시에 성층 연소를 행하지 않을 때 혹은 난기 후의 성층 연소시에 있어서, 회전수의 변동과 부하 투입에 대해 안정된 아이들 회전수의 제어를 가능하게 하는 통내 분사 엔진의 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 통내 분사 엔진의 제어 장치는, 실린더의 흡입 공기량을 계측하는 수단과, 엔전 회전수를 계측하는 수단, 및 엑셀레이터 개도를 계측하는 수단을 구비함과 동시에, 상기 흡입 공기량을 엔전 회전수로 나누어 화학양론적 공연비(A/F=14.7)로 되게 하는 계수를 곱하여 실린더당의 기본 연료 분사량(Tp1)을 결정하는 수단과, 상기 엔진 회전수와 상기 엑셀레이터 개도의 두 변수로부터 기본 연료 분사량(Tp2)을 결정하는 수단 및 상기 기본 연료 분사량(Tp2)에 목표 공연비를 곱하여 화학양론적 공연비(A/F=14.7)로 나누어 목표 연료 분사량(Tp3)을 산출하는 수단을 구비하고, 또 아이들 시의 회전 제어 및/또는 부하 보정을 위해 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

그리고, 본 발명의 통내 분사 엔진의 제어 장치의 구체적 형태로서는, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단이, 엔진 수온과, 엔진 부하 스위치 등의 부하 변동에 기초하여 목표 엔진 회전수를 생성하는 수단 및 그 목표 엔진 회전수와 실제의 엔진 회전수에 기초하여 상기 기본 연료 분사량(Tp2)의 변화량을 산출하는 아이들 회전수 제어 수단을 구비하고, 실제의 엔진 회전수가 목표 엔진 회전수보다 작을 때 기본 연료 분사량(Tp2)을 증가시키고, 실제의 엔진 회전수가 목표 엔진 회전수보다 클 때 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 감소시키는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단은, 엔진 부하 스위치가 온으로 된 것을 검출하여 상기 기본 연료 분사량(Tp2)의 소정량 증가시키는 것을 특징으로 하고, 상기 엔진 부하 스위치는, 에어컨 스위치와, 파워스티어링 스위치와, 전기 부하(소비 전류) 스위치와, 전동 레지펀 스위치 중 어느 하나 혹은 상기 각 스위치의 복수 조합인 것을 특징으로 하고, 부하 스위치가 온으로 되었을 때 기본 연료 분사량(Tp2)을 소정량 증가시킴과 동시에, 목표 회전수를 소정량 증가시키는 것을 특징으로 하고 있다.

한편, 상기 엔진 제어 장치는, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)에 기초하여 엔진으로의 연료 분사량(Tp)과 흡입 공기량(Q)을 동시에 각각 별도로 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 한편, 상기 엔진 제어 장치는, 상기 기본 연료 분사량(Tp1)을 상기 목표 연료 분사량(Tp3)에 추종시키는 흡입 공기량을 피드백 제어하는 수단 및 엔진의 동작 상태에 따라 최적의 점화 시기·공연비·연료 분사 타이밍·EGR율 등을 결정하는 제어 파라메터를 엔진 회전수와 엔진 부하의 맵으로 검색하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 통내 분사 엔진의 제어 장치는, 아이들 회전시에 엔진 수온의 냉기시 혹은 엔진 부하 스위치 등이 온된 부하 변동시에 그 수온 혹은 부하 변동에 기초해 목표 엔진 회전수를 생성하여 그 목표 엔진 회전수와 실제의 엔진 회전수에 기초하여 상기 기본 연료 분사량(Tp2)의 변화량을 산출하여 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감하도록 했기 때문에, 부하 변동시에도 최적의 기본 연료 분사량(Tp2)을 설정할 수 있음과 동시에, 그 최적의 기본 연료 분사량(Tp2)에 기초하여 엔진으로의 연료 분사량(Tp)과 흡입 공기량(Q)을 동시에 각각 별도로 제어하는 구성으로 했기 때문에, 회전수 제어의 고속 응답성을 높이고, 상기 부하 변화시 등에 엔진 회전수의 변화를 적게 하여 엔진 회전수의 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 통내 분사 엔진 시스템의 전체 구성도.

도 2는 도 1의 통내 분사 엔진 시스템의 제어 장치의 내부 구성도.

도 3은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 전단의 제어 블록도.

도 4는 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 후단의 제어 블록도.

도 5는 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 목표 회전수 생성 수단의 블록도.

도 6은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 아이들 회전수 제어 수단의 블록도.

도 7은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 아이들 회전수 제어 수단의 다른 블록도.

도 8은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 공연비의 설정예를 나타내는 도면.

도 9는 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 연소 모드 전환 수단의 상태 천이도.

도 10은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 기본 연료 분사량(Tp2) 설정 수단의 기본 맵의 일례를 나타내는 도면.

도 11은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 기본 연료 분사량(Tp2) 설정 수단의 제어(기본 맵) 블록도.

도 12는 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 기본 연료 분사량(Tp2) 설정 수단의 기본 테이블의 일례를 나타내는 도면.

도 13은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 기본 연료 분사량(Tp2) 설정 수단의 제어(기본 테이블) 블록도.

도 14는 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어 타임차트(화학양론적 공연비의 예).

도 15는 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어 타임차트(린(lean)의 예).

도 16은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어 플로우차트.

도 17은 종래의 엔진 제어 장치의 제어 타임차트.

도 18은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어 타임차트.

도 19는 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어용 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 도면.

도 20은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어 하드웨어의 다른 일례를 나타내는 도면.

도 21은 도 1의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어 하드웨어 구성의 또 다른 일례를 나타내는 도면.

도 22는 도21의 통내 분사 엔진 제어 장치의 제어 하드웨어 구성의 드로틀(throttle)과 서브 밸브의 유량 특성을 나타내는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

507 : 엔진

116 : 아이들 회전수 제어 수단

117 : 화학양론적 학습 맵

118 : I-PD 제어

119 : TCM 수단

122 : 목표 회전수 생성 수단

이하, 도면에 따른 본 발명의 엔진 제어 장치의 제1 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 엔진(507)의 제어 시스템의 전체 구성을 도시한 것이다. 도 1에 있어서, 엔진(50)으로 흡입되는 공기는, 에어클리너(502)의 입구부(502a)에서 받아들이고, 공기 유량계(503)를 통해 흡기 유량을 제어하는 드로틀 밸브(505a)가 수용된 드로틀 바디(505)를 통해 콜렉터(506)로 들어간다. 그 콜렉터(506)에 흡입된 공기는, 엔진(507)의 각 실린더(507) 내에 접속된 각 흡기관(501)으로 분배되어, 상기 실린더(507b)의 연소실(507c) 내로 유도된다.

한편, 가솔린 등의 연료는, 연료 탱크(514)로부터 연료 펌프(510)에 의해 1차 가압되고, 또 연료 펌프(511)에 의해 2차 가압되며, 인젝터(509)가 배관되어 있는 연료계로 공급된다. 1차 가압된 연료는, 연소압 레귤레이터(512)에 의해 일정한 압력(예를 들어, 3kg/cm²)으로 압력이 조절되고, 보다 높은 압력으로 2차 가압된 연료는 연소압 레귤레이터(513)에 의해 일정한 압력(예를 들어, 30kg/m²)으로 압력이 조절되어 각각의 실린더(507b)에 설치되어 있는 인젝터(509)로부터 실린더(507b) 속으로 분사된다. 분사된 연료는, 점화 코일(522)에서 고전압화된 점화 신호에 의해 점화 플러그(508)에서 착화된다.

또한, 상기 공기 유량계(503)에서는, 흡기 유량을 나타내는 신호가 출력되고, 콘트롤 유닛(515)으로 입력되도록 되어 있다.

또한, 드로틀 바디(505)에는, 드로틀 밸브(505a)의 개도를 검출하는 드로틀 센서(504)가 설치되어 있고, 그 출력도 컨트롤 유닛(515)으로 입력되도록 되어 있다.

다음에, 캠샤프트(camshaft)축(도시하지 않음)에 설치된 크랭크각 센서(516)는, 크랭크축(507d)의 회전 위치를 나타내는 기본각 신호(REF)와 회전 신호(회전수) 검출용 각도 신호(POS)를 출력하고, 이들 신호도 컨트롤 유닛(515)으로 입력되도록 되어 있다.

배기관(519) 속의 촉매(520) 앞에 설치된 A/F 센서(518)는, 배기 가스를 검출해 그 검출 신호를 출력하여 컨트롤 유닛(515)으로 입력하도록 되어 있다.

컨트롤 유닛(515)의 주요부는, 도 2에 도시하는 바와 같이 MPU(603)와, ROM(602)와, RAM(604) 및 A/D 변환기를 포함하는 I/OLSI(601) 등으로 구성하고, 엔진의 운전 상태를 검출하는 각종 센서 등으로부터의 신호를 입력으로서 받아들이고, 소정의 연산 처리를 실행하며, 이 연산 결과로서 산정된 각종 제어 신호를 출력하여 상기한 인젝터(509)나 점화 코일(522)에 소정의 제어 신호를 공급하여 연료 공급량 제어와 점화 시기 제어를 실행하는 것이다.

도 3과 도 4는 상기와 같은 통내 분사 엔진(507)에 있어서 컨트롤 유닛(515)으로 실행되는 제어의 블록도 전체 요부를 도시한 것으로, 도 3과 도 4로서 하나의 제어 블록도가 구성된다.

공기 흐름 센서(503)로 검출한 흡입 공기량(Qa)은, 필터 처리 수단(102)으로 필터 처리를 실시한 후, 기본 연료 분사량 결정 수단(103)으로, 상기 흡입 공기량(Qa)을 엔진 회전수(Ne)로 나눠, 공연비가 화학양론적(A/F=14.7)이 되도록 하는 계수 k를 곱하여 1실린더당의 기본 연료 분사 펄스폭, 즉 기본 연료 분사량(Tp1)이 구해진다. 또한, 화학양론적일 때에만 공기 흐름 센서(503)와 인젝터(509)의 각각의 특성차나 시간이 변화함에 따라 생기는 특성 오차를 보정하기 위해, 기본 연료 분사량 보정 수단(117)으로 상기 기본 연료 분사량(Tp1)과 엔진 회전수(Ne)에서 정해지는 동작점마다, 연료 분사량에 곱하는 보정 계수를 학습한다.

한편, 기본 연료 분사량 결정 수단(101)에서는, 엔진 회전수(Ne)와 엑셀레이터 개도(Acc)로부터, 기본 연료 분사량(Tp1)과 같은 차원으로 목표 연료 분사량(Tp3)의 기본이 되는 기본 연료 분사량(Tp2)이 맵에 의해 구해진다.

기본 연료 분사량(Tp1)과 기본 연료 분사량(Tp2)과의 관계는, 엑셀레이터 개도(Acc)와 엔진 회전수(Ne)로 정해지는 동작점에 있어서, 화학양론적으로 운전했을 경우의 기본 연료 분사량(Tp2)이 기본 연료 분사량(Tp1)으로 되도록, 미리 기본 연료 분사량(Tp2)의 상기 맵의 값을 설정하여 둔다. 다만, 여기서도 실제 차량에서의 센서 등의 오차에 대응하여, 화학양론적일 때의 기본 연료 분사량(Tp1)에 기초하여 기본 연료 분사량(Tp2)을 학습할 수 있도록, 기본 연료 분사량(Tp2)의 상기 맵은 개서 가능하게 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 엔진(507)의 제어 파라메터인 공연비와, 점화 시기와, 연료 분사 시기와, EGR율의 맵은 엔진 회전수(Ne)와 기본 연료 분사량(Tp2)의 변수축에서 검사하도록 되어 있다. 상기 기본 연료 분사량(Tp2)은, 엔진 부하의 함수로서 나타내는 것이므로 상기 기본 연료 분사량(Tp2)의 축은 엔진 부하의 축으로 치환할 수 있음과 동시에, 엑셀레이터 개도(Acc)의 축으로 할 수도 있고, 또 화학양론적일 때는, 상기 기본 연료 분사량(Tp1)과 일치한다. 또한, 각각의 맵은, 화학양론적 연소용과, 균질 린 연소용과, 성층 린 연소용의 3매씩을 구비하고 있다.

공연비 맵(I)은, 화학양론적 공연비용 맵(104)과 균질 린용 맵(105)과 성층 린용 맵(106)의 3매로 구성되고, 점화 시기 맵(II)은, 화학양론적 공연비용 맵(107)과 균질 린용 맵(108)과 성층 린용 맵(109)의 3매로 구성되며, 연소 시기 맵(III)은, 화학양론적 공연비용 맵(110)과 균질 린용 맵(111)과 성층 린용 맵(112)의 3매로 구성되고, 한편 EGR율 맵(IV)은, 화학양론적 공연비용 맵(113)과 균질 린용 맵(114)과 성층 린용 맵(115)의 3매로 구성되어 있다.

공연비와, 점화 시기와, 연료 분사 시기 및 EGR율의 각 파라메터로 어느 맵을 사용하는가는 연소 모드 전환 수단(120)에 의해 결정하지만, 그 연소 모드 전환 수단(120)에서의 처리의 상세는 도 9에 기초하여 후술한다.

엔진의 운전 공연비를 결정하는 2요소인 흡입 공기량(Q)과 연료 분사량(Tp)은, 둘다 기본 연료 분사량(Tp2)에 기초하여 계산된다. 연료 분사량(Tp)은, 기본 연료 분사량(Tp2)에 기본 변화량(△Tp2)을 가산하여 기본 연료 분사량(Tp2')으로 하고, 그것에 인젝터(509)의 무효(無效) 분사 펄스폭(Ts)을 더하며, 그 후 화학양론적일 경우에만, 기본 연료 분사량(Tp1)으로 보정하고, 또 O2 F/B 보정 계수를 곱하여 연료 분사량(Tp)을 구한다.

한편, 흡입 공기량(Q)은, 기본 연료 분사량(Tp2)에 기본 변화량(△Tp2)을 가산한 기본 연료 분사량(Tp2')에, 목표 연료 분사량(Tp2) 산출 수단(124)으로 목표 공연비(예를 들어, 40)를 곱하여 화학양론적의 공연비 14.7로 나눔으로써, 목표 공연비 A/F를 달성하기 위해 필요한 목표 연료 분사량(Tp3)을 산출한다. 단, 목표 연료 분사량(Tp3)은 제어상, 연료 분사량의 목표값이 아니라, 흡입 공기량의 목표값으로서 사용된다. 그 목표 연료 분사량(Tp3)과 기본 연료 분사량(Tp1)을 비교하여 드로틀 개도를 피드백 제어함으로써 상기 기본 연료 분사량(Tp1)을 목표 연료 분사량(Tp3)에 추종시켜 흡입 공기량을 제어함으로써, 원하는 공연비로 맞출 수 있다.

I-PD 제어 수단(118)은, 목표 연료 분사량(Tp3)과 기본 연료 분사량(Tp1)을 비교하여, 그 편차에 의해 드로틀 목표 개도를 결정하는 것이고, TCM(Throttle Control Module) 수단(119)은, 목표 개도 지령을 받아 드로틀 개도를 제어하는 것이다.

다음에, 도 4에 도시되어 있는 목표 회전수 생성 수단(122)과 아이들 회전수 제어 수단(116)을 포함하는 기본 연료 분사량(Tp2)을 증가시키는 수단(123)에 대해서 상세히 설명한다.

도 4의 아이들 회전수 제어 수단(116)의 입력 신호로 되어 있는 목표 회전수(tNe)는, 도 5의 목표 회전수 생성 수단(122)에 의해 계산된다. 목표 회전수 생성 수단(122)에서는, 수온(Tw)을 입력으로 하여 아이들 시의 기본이 되는 회전수를 테이블(301)에서 구하고, 부하(SW)에 의해 회전수의 상적분(上積分)을 블록(302)에서 결정하여 기본이 되는 회전수에 더하여 목표 회전수(tNe)를 생성한다. 회전수의 상적분이란, 예를 들어 에어컨을 ON했을 때 엔진 회전수를 100rpm 높여 회전수의 안정을 도모하기 위한 것이다.

아이들 회전수 제어 수단(116)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 상기 목표 회전수(tNe)와 실 엔진 회전수(Ne)의 편차(eNe)를 취하고, 이 비례분·미분분·적분분으로 PID 제어를 행하여, 기본 연료 분사량(Tp2)의 기본 변화량(△Tp2)을 출력하여 기본 연료 분사량(Tp2')에 반영시키는 것이다. 편차(eNe)의 비례분에는, 블록(201)에서 얻어지는 이득을 곱하고, 편차를 미분기(203)로 미분한 것에 블록(202)에서 미분 이득을 곱하고, 편차를 적분기(205)로 적분한 것에 블록(204)에서 적분 이득을 곱한다. 이렇게 하여, 세 성분을 더하여 기본 연료 분사량(Tp2)의 기본 변화량(△Tp2)을 구한다.

부하 투입시에는, 회전수를 높일 뿐만 아니라 같은 회전수를 유지하는 데에도 연료와 공기를 증량하여 발생 토오크를 늘릴 필요가 있기 때문에, 부하 보정분으로서 도 7의 블록도와 같은 아이들 회전수 제어 수단(116)도 필요하다. 도 7은, 도 6을 기본으로 한 아이들 회전수 제어 수단(116)이지만, 블록(40)이나 블록(402)과 같이 부하(SW)가 투입되었을 때, 연료 분사량(Tp2')을 늘리도록 한 수단이 설정되어 있다. 이들 블록(401)과, 블록(402)에서는, 부하의 중량에 따라 기본 연료 분사량(Tp2)의 기본 변화량(△Tp2)의 증분을 설정하여 둔다.

도 8은 본 실시 형태의 통내 분사 엔진(507)의 공연비 설정 맵(I)을 나타낸 것으로, 이것을 기초로 도 3의 화학양론적·균질 린·성층 린의 3매의 맵에 전개한다. 이 맵을 보면, 아이들 영역은 공연비 40으로 되어 있지만, 도 8의 맵은, 엔진 난기 시의 것이고, 엔진 냉기 시는 안정하여 성층 린의 연소는 할 수 없기 때문에, 화학양론적의 연소가 되어, 각 맵도 화학양론적 공연비용 맵으로 파라메터를 검색한다.

이와 같이, 연소 모드를 결정하는 것이 도 4의 연소 모드 전환 수단(120)이고, 이하 도 9에 의해 처리 내용을 설명한다.

도 9는, 연소 모드 전환 수단(120)의 상태 천이도를 나타낸 것이다. 엔진(507)의 스타트시에는, 먼저 (A) 화학양론적 모드로 된다. 그 (A) 화학양론적 모드에서 (B) 균질 모드로 이행하는데는, 조건 A가 성립하지 않으면 않된다. 한편, (B) 균질 린 모드로 운전중에 조건 B가 성립하면, (C) 성층 린 모드로 이행한다. (C) 성층 린 모드로 운전중에 조건(C)가 성립하면, (A) 화학양론적 모드로 되돌아가고, 조건 E가 성립하면, (B) 균질 린 모드로 되돌아간다. (B) 균질 모드에서는, 조건 D가 성립하면, (A) 화학양론적 모드로 되돌아간다. 각각의 조건의 예를 다음에 나타낸다.

조건 A ·A1∼A3가 모두 성립

A1 화학양론적 공연비 맵에서 검색한 목표 A/F≥20

A2 엔진 냉각 수온 TWN≥40℃

A3 시동 후 증량 계수=0

조건 B ·균질 린 공연비 맵에서 검색한 목표 A/F≥30

조건 C ·감속시의 연료 차단 조건이 성립했음

조건 D ·균질 린 공연비 맵에서 검색한 목표 A/F≤19

조건 E ·성층 린 공연비 맵에서 검색한 목표 A/F≤28

상기와 같이, 도 9의 연소 모드 전환 수단(120)에 의해 연소 모드가 결정되면, 공연비 외에, 점화 시기와, 분사 시기와, EGR율도 각각의 모드용 맵에서 설정값을 검색한다.

도 10은 도 3에 도시한 기본 연료 분사량(Tp2) 설정 수단(101)의 맵의 일례를 도시한 것이다. 기본 연료 분사량(Tp2)의 맵은, 엔진 회전수(Ne)와 엑셀레이터 개도(Acc)의 두변수로 검색하는 맵으로 되어 있다.

상기 기본 연료 분사량(Tp2)의 맵의 설정값은, 화학양론적으로 운전했을 경우의 기본 연료 분사량(Tp2)이 기본 연료 분사량(Tp1)로 되도록, 미리 설정되어 있다. 그러나, 도 11에 도시하는 바와 같이, 실제 차에서의 센서 등의 오차가 있어도 화학양론적일 때의 기본 연료 분사량(Tp1)에 기초하여 기본 연료 분사량(Tp2)을 학습할 수 있도록 기본 연료 분사량(Tp2)의 맵은 개서 가능하게 되어 있다.

다음에, 도 12는 기본 연료 분사량(Tp2)을 엑셀레이터 개도의 테이블로서 설정한 예를 나타낸 것이다. 여기서도, 기본 연료 분사량(Tp2)의 테이블의 설정값은, 화학양론적으로 운전했을 경우의 기본 연료 분사량(Tp2)이 기본 연료 분사량(Tp1)으로 되도록 미리 설정되어 있다. 그러나, 도 13에 도시하는 바와 같이, 실제 차에서의 센서 등의 오차에 있더라도 화학양론적일 때의 기본 연료 분사량(Tp1)에 기초하여 기본 연료 분사량(Tp2)을 학습할 수 있도록 기본 연료 분사량(Tp2)의 테이블은 개서 가능하게 되어 있다.

도 14는 화학양론적의 상태에서 부하 SW이 투입되었을 때의 타임차트를 나타낸 것이다. 부하 SW이 투입되면, 도 7의 블록(402)에 의해 기본 연료 분사량(Tp2')이 증가되고, 그만큼 목표 연료 분사량(Tp3)도 증가한다. 즉, 도 14중의 기본 연료 분사량의 변화량(△Tp2')과 목표 연료 분사량의 변화량(△Tp3)은 같다. 기본 연료 분사량(Tp2')이 증가함에 따라 분사 펄스폭(Ti)이 증가하여 연료량을 늘리고, 동시에 목표 연료 분사량(Tp3)이 증가함에 따라 드로틀 개도를 피드백하면서 기본 연료 분사량(Tp1)도 증가시켜 흡입 공기량(Q)을 늘린다.

다음에, 도 15는, 도 14의 화학양론적일 경우와 대비되는 린(성층 린 또는 균질 린)의 경우의 타임차트를 나타내는 것이다.

도 15에 도시하는 바와 같이, 부하(SW)가 투입되면, 도 7의 블록(402)에 의해 기본 연료 분사량(Tp2)이 증가된다. 이로써, 분사 펄스폭(Ti)이 증가하여 연료량을 늘리는 것은 화학양론적일 경우와 마찬가지이다. 그러나, 린의 경우, 기본 연료 분사량(Tp2')에 목표 공연비(예를 들어, 40)에 곱하고, 화학양론적 공연비 14.7로 나눠 목표 연료 분사량(Tp3)를 산출하기 때문에, 목표 연료 분사량(Tp3)은, 화학양론적일 경우보다도 크게 된다. 요컨대, 도 15중의 연료 분사량(Tp3)의 변화량(△Tp3)은, 도 14중의 목표 연료 분사량(Tp3)의 변화량(△Tp3)보다도 공연비의 비율만큼 크게 되어 있다. 목표 연료 분사량(Tp3)이 증가한 만큼, 드로틀 개도를 피드백하면서 기본 연료 분사량(Tp1)도 추종하여 증가시켜 흡입 공기량을 늘린다.

도 16은, 도 5에 도시한 목표 회전수 생성 수단(122)과 도 6에 도시한 아이들 회전수 제어 수단(116)의 소프트웨어상의 처리를 나타내는 플로우차트이다.

인터럽트(단계 1501)는 일정 시간마다 처리를 시작시키기 위한 것으로, 예를 들어 10ms마다 도 16의 상기 처리를 행하도록 설정된다. 단계 1502에서는, 엔진 냉각 수온(Tw)을 판독하고, 단계 1503에서는 냉각 수온의 테이블에서 목표 회전수(tNe)를 검색한다. 단계 1504에서는, 엔진 회전수(Ne)를 판독하고, 단계 1505에서는 목표 회전수(tNe)와의 편차(△Ne)를 계산한다. 단계 1506에서는, 상기 편차(△Ne)의 비례분·적분분·미분분에 이득을 곱하여 그 총합을 기본 연소 분사량(Tp2)의 기본 변화량(△Tp2)으로 하는 PID 제어의 연산을 행한다.

다음에, 단계 1507에서는 부하(SW)의 ON/OFF를 판정하여 부하(SW)가 투입되어 있으면, 단계 1508로 진행한다. 단계 1508에서는 기본 연료 분사량(Tp2)의 기본 변화량(△Tp2)으로 부하에 따라 설정된 Tp#Load가 가산되어 단계 1509로 진행한다. 단계 1507에서 부하가 없을 경우는 직접 단계 1509로 진행한다. 단계 1509에서는, 기본 연료 분사량(Tp2)에 기본 변화량(△Tp2)을 더하여 기본 연료 분사량(Tp2')이 구해진다. 단계 1510에서는 상기 기본 연료 분사량(Tp2')에 목표 연소비를 곱하고 화학양론적 공연비 14.7로 나눔으로써 목표 연료 분사량(Tp3)을 산출하여 단계 1511로 되돌아간다. 다음에, 도 17과, 도 18은, 아이들시의 엔진 회전수 제어중의 각 파라메터를 도시한 것으로, 도 17은 종래 제어의 예이고, 도 18은 본 실시 형태의 제어의 일례이다.

도 17에 있어서는, 엔진 회전수가 목표 회전수보다 저하하면, 드로틀 개도를 여는 방향으로 제어하고, 그 결과 흡입 공기량(Q)이 늘어난다. 흡입 공기량(Q)이 늘어나면, 연소 분사 펄스폭(Ti)이 늘어남으로써, 엔진 회전수가 증가로 변환된다.

한편, 도 18에 도시한 본 실시 형태를 적용한 제어에서는, 엔진 회전수가 목표 회전수보다 저하하면 기본 연료 분사량(Tp2)의 기본 변화량(△Tp2)이 늘어나기 때문에, 연료 분사 펄스폭(Ti)의 증가와 드로틀 개도의 증가가 동시에 일어나고, 엔진 회전수가 빠르게 증가로 변한다. 그러나, 도 17의 종래예보다도 회전수가 떨어지짐을 적게 할 수 있어 제어의 응답성이 좋기 때문에 수속 시간도 짧다.

도 19와, 도 20과, 도 21은 도 3과 도4에 기재되어 있는 본 실시 형태의 제어 블록을 실현하기 위한 제어계의 하드 구성을 도시한 것이다.

도 19는, 엔진 컨트롤 유닛(515)과 TCM(Throttle Control Module ; 1801)을 별도로 구성한 것으로, 엔진 컨트롤 유닛(515)에서는 TCM(1801)에 목표 개도를 송신한다. 엔진 콘트롤 유닛(515)에서는 흡입 공기량(Q)과 엔진 회전수(Ne)로부터 Tp 연산부(1803)에서 기본 연료 분사량(Tp1)을 연산하고, 목표 연료 분사량(Tp3)과의 편차를 취해 개도 연산부(1802)에서 목표 개도를 구한다.

TCM(1801)에서는, 드롤트 센서(504)에서 얻은 실제 개도와 목표 개도의 편차로부터 모터(1804)의 제어 전류를 전류 연산부(1805)에서 결정하고, 실 개도가 목표 개도에 추종하도록 피드백 제어를 행한다.

도 20에 도시된 예는, 컨트롤 유닛(515)과 TCM(1801)이 일체로 된 것으로 도 19에 도시된 예와 같은 기능을 하는 것이다.

도 21에 도시된 예도 제어계의 하드 구성에 있어서, 전자 제어 드로틀을 사용하지 않고, 드로틀 밸브(505a)를 바이패스시키는 통로(2001)를 설치하며, 서브 밸브(2002)를 제어함으로써 기본 연료 분사량(Tp1)을 목표 연료 분사량(Tp3)이 되도록 제어하는 것이다.

도 22는, 도 21에 기재되어 있는 구성 가운데서, 서브 밸브(2002)의 제어 범위의 예를 도시한 것으로, 서브 밸브(2002)의 유량과 드로틀 밸브(505a)의 유량과의 관계를 나타내고 있다.

이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 상세히 서술했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서, 설계에 있어서 여러가지 변경할 수 있다.

이상의 기재로 이해되는 바와 같이, 본 발명의 통내 분사 엔진의 제어 장치는, 아이들 시에 연소 상태가 화학양론적 혹은 린에 있어서도 기본 연료 분사량의 변화에 의해 연료 분사량과 흡입 공기량을 동시에 변화시키는 수단을 갖음으로써, 회전수 제어의 빠른 응답성을 높힘과 동시에, 부하 변화시의 회전수의 안정성을 확보할 수 있다.

Claims

실린더의 흡입 공기량을 계측하는 수단과, 엔진 회전수를 계측하는 수단 및,엑셀레이터 개도를 계측하는 수단을 구비함과 동시에, 상기 흡입 공기량을 엔진 회전수로 나누어 화학양론적 공연비(A/F=14.7)로 되도록 하는 계수를 곱하여 실린더당 기본 연료 분사량(Tp1)을 결정하는 수단과, 상기 엔진 회전수와 상기 엑셀레이터 개도의 두 변수로 기본 연료 분사량(Tp2)을 결정하는 수단, 및 상기 기본 연료 분사량(Tp2)에 목표 공연비를 곱하여 화학양론적 공연비(A/F=14.7)로 나누어 목표 연료 분사량(Tp3)을 산출하는 수단을 구비한 통내 분사 엔진 제어 장치에 있어서,

상기 엔진 제어 장치가 아이들시의 회전 제어 및/또는 부하 보정을 위해 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 엔진 제어 장치는 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 기초로 엔진으로의 연료 분사량(Tp)과 흡입 공기량(Q)을 각각 별도로 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엔진 제어 장치는 상기 기본 연료 분사량(Tp1)을 상기 목표 연료 분사량(Tp3)에 추종시키는 흡입 공기량의 피드백 제어 수단 및 엔진의 동작 상태에 따라 최적의 점화 시기·공연비·연료 분사 타이밍·EGR율 등을 결정하는 제어 파라메터를 엔진 회전수와 엔진 부하의 맵으로 검색하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 결정하는 수단은 검색 맵에 의해 기본 연료 분사량(Tp2)을 산출하는 수단인 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 결정하는 수단은 화학양론적일 때에 엔진 회전수와 엑셀레이터 개도로 결정되는 운전 영역의 기본 연료 분사량(Tp2)이 기본 연료 분사량(Tp1)과 일치하도록 상기 맵을 갱신하는 학습 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 맵을 갱신하는 학습 수단의 학습 조건은 엔진 냉각 수온이 소정값 이상이고, 또 공연비가 화학양론적으로 피드백 제어를 행하고 있는 상태일 때인 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 결정하는 수단은 검사 테이블에 의해 기본 연료 분사량(Tp2)을 산출하는 수단인 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제7항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 결정하는 수단은 화학양론적일 때에 엑셀레이터 개도로 결정되는 부하 영역의 기본 연료 분사량(Tp2)이 기본 연료 분사량(Tp1)과 일치하도록 상기 테이블을 갱신하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 흡입 공기량(Q)을 제어하는 액추에이터는 전자 제어 드로틀인 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 흡입 공기량(Q)을 제어하는 액추에이터는 드로틀 밸브의 공기 통로를 바이패스하는 통로에 구비한 밸브인 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제3항에 있어서, 제어 파라메터를 검사하는 수단은 공연비·점화 시기·연료 분사 개시 타이밍·연료 분사 종료 타이밍·EGR율·실린더내 선회류(旋回流)의 강약 중 하나 혹은 복수의 파라메터를 결정하는 맵을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제11항에 있어서, 상기 파라메터의 맵은 엔진 회전수축과 기본 TP축에서 검색하는 맵이고, 상기 맵은 각각 화학양론적용 맵과, 균질(약) 린용과, 성층(강) 린용의 3개의 맵을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제1항 내제 제12항중 어느 한항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시기키는 수단은, 엔진 수온과, 엔진 부하 스위치 등의 부하 변동에 기초하여 목표 엔진 회전수를 생성하는 수단 및 상기 목표 엔진 회전수와 실제의 엔진 회전수에 기초하여 상기 기본 연료 분사량(Tp2)의 변화량을 산출하는 아이들 회전수 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제1항 내지 제13항중 어느 한항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단은 실제의 엔진 회전수가 목표 엔진 회전수보다 작을 때 기본 연료 분사량(Tp2)을 증가시키고, 실제의 엔진 회전수가 목표 엔진 회전수보다 클 때 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 감소시키는 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제14항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단은 엔진 부하 스위치가 온으로 된 것을 검출하여 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 소정량 증가시키는 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제15항에 있어서, 상기 엔진 부하 스위치는 에어콘 스위치와, 파워 스티어링 스위치와, 전기 부하(소비 전류) 스위치와, 전동 레지펀 스위치 중 어느 하나 혹은 상기 각 스위치의 복수 조합인 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.
제1항 내지 제16항중 어느 한항에 있어서, 상기 기본 연료 분사량(Tp2)을 증감시키는 수단은 부하 스위치가 온으로 되었을 때, 기본 연료 분사량(Tp2)을 소정량 증가시킴과 동시에, 목표 회전수를 소정량 증가시키는 것을 특징으로 하는 통내 분사 엔진 제어 장치.