KR19990013512A - 내연기관의 공연비 제어 장치 및 방법 - Google Patents

내연기관의 공연비 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

성층 연소 모드와 균질 연소 모드를 갖는 형태의 내연기관용 엔진 시스템은 안정된 연소를 보장하기 위하여 성층 모드로부터 균질 모드로의 전이중의 전이 상태에서 엔진 내에 급작스럽게 생성된 연료 공기 혼합물의 공연비(또는 평형비)를 증가시키기 위한 제어기를 포함한다. 제어기는 잔류 EGR 가스 양을 개산하며, 공연비가 소정의 불안정한 범위에 들어가서 EGR 가스가 현저한 양으로 잔류할 때 공연비의 스텝 변화를 수행한다.

Description

내연기관의 공연비 제어 장치 및 방법
본 발명은 내연기관에 관한 것으로, 특히 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 내연기관의 연소 모드를 변화시킬 수 있는 엔진 시스템에 관한 것이다.
[일본 특허 공개 (평)62-110536호에 개시된 것과 같은] 종래의 엔진 제어 시스템은 운전자의 가속기 입력량 및 엔진 속도 등의 조작 파라미터로부터 결정된 소정의 목표 엔진 토크를 얻도록 드로틀 개도를 전자식으로 제어하기 위한 전자제어식 드로틀 밸브를 사용한다. 그러나, 이 시스템은 공연비를 충분히 제어할 수 없다.
한편, 스파크식 점화 엔진에서의 실린더 내 직접 연료 분사 기술은 성층 연소 모드와 균질 연소 모드를 선택적으로 사용함으로써 연료 효율 및 방출 성능을 개선하도록 개발되고 있다.
저부하 및 중간 부하 영역에서, 이러한 형태의 제어 시스템은 점화 플러그 주위에서만 성층 연소 혼합물을 생성하도록 압축 행정중에 연료를 연소실에 직접 분사함으로써 엔진을 성층 연소 모드에서 작동시킨다. 이렇게 얻어진 성층 연소는 초희박 혼합물로 안정된 연소를 가능하게 해주어서 엔진의 연료 효율 및 방출 성능을 현저하게 개선시킨다.
소정의 엔진 부하에 걸친 고부하 영역에서, 엔진은 더 높은 출력 토크 요구를 만족시키도록 균질 연소 모드에서 작동한다. 이러한 균질 연소 모드에서 연료는 균질 공연비 혼합물을 생성하도록 흡입 행정중에 분사된다. (몇몇 실시예에서, 연료 분사 밸브는 흡입구에 별도로 마련된다.)
제어 시스템은 하나 이상의 엔진 작동 조건에 따라 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 연소 제어 모드를 절환시킨다.
본 발명의 목적은 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 절환 시에 내연기관의 평형비(또는 공연비)를 충분하게 제어함으로써 연소 안정성과 연소 절환을 확실하게 할 수 있는 장치 및 방법을 마련하는 것이다.
본 발명에 따르면, 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 내연기관의 연소를 변화시키는 장치 또는 방법은, 성층 모드로부터 균질 모드로의 절환을 얻도록 성층 연소 모드를 위한 제1 비율 수준으로부터 균질 연소 모드를 위한 제2 비율 수준에 이르기까지 공연비(또는 평형비)를 점진적으로 변화시키고, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이중의 전이 상태에서 공연비가 소정의 불안정 범위에 도입되었을 때 공연비를 점진적으로 변화시키는 대신에 공연비를 제2 비율 수준으로 급격하게 변화시키기 위한 적어도 하나의 제어기 또는 제어 단계를 포함한다.
상기 장치 또는 방법은, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이중의 전이 상태에서 공연비가 불안정 범위에 도입되었을 때 판별 신호를 생성하는 조건 판별 섹션 또는 단계와, 판별 신호가 없을 때 공연비를 제1 비율 수준으로부터 제2 비율 수준으로 점진적으로 증가시키고 판별 신호가 있을 때 공연비를 불안정 범위 외부의 농후 수준으로 증가시키도록 공연비의 점진적 증가를 중단하고 그 대신에 공연비를 강제로 급격하게 변화시키기 위한 제어 섹션 또는 단계를 포함한다.
도1은 본 발명에 사용할 수 있는 기능 수단의 배열의 일례를 도시한 블럭도.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 도시한 개략도.
도3은 도2의 시스템의 기능적 단면을 도시한 블록도.
도4는 도2의 제어 유닛에 의해 수행된 제어 공정을 도시한 흐름도.
도5는 고속 절환 요구가 있는지의 여부를 판단하기 위한 도2의 제어 유닛용 루틴을 도시한 흐름도.
도6은 도2의 제어 유닛의 제한 작동을 도시한 흐름도.
도7은 도2의 제어 유닛에 의한 EGR 양을 개산하는 것을 도시한 타임 차트.
도8은 연소 절환 시의 도2의 엔진 시스템의 제어 동작을 도시한 타임 차트.
도9는 평형비의 스텝 변화에 기인한 제어 동작을 하나의 비교예로서 도시한 타임 차트.
도10은 도8에 도시된 평형비의 스텝 변화를 확대 도시한 타임 차트.
도11은 도2의 제어 유닛에 의해 수행된 점화 시기 변경 루틴을 도시한 흐름도.
도12는 도11에 도시된 점화 지연 한계를 도시한 그래프.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1: 가속기 센서
2: 크랭크각 센서
3: 공기 유량 센서
4: 엔진
5: 수온 센서
6; 연료 분사기
7: 점화 플러그
8: 흡입 공기 통로
9: 드로틀 밸브
10: 드로틀 밸브 제어 유닛
11: 엔진 제어 유닛
12: 연소실
13: 배기 통로
15: EGR 제어 밸브
52: 밸브 타이밍 제어 시스템
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 도시한다. 이 실시예에서, 엔진 시스템은 센서 등의 일군의 입력 장치를 포함하는 입력 섹션과, 제어 섹션과, 작동기로서 기능하는 장치를 포함하는 출력 섹션을 구비한 제어 시스템의 형태이다.
가속 시스템의 조건을 감지하기 위한 가속기 센서(1), 크랭크각 센서(2), 내연기관(4)의 흡입 공기량을 감지하기 위한 공기 유량 센서(또는 공기 유량계; 3) 및 엔진 냉각수의 온도를 감지하기 위한 수온 센서(5)를 포함한다. 이 실시예의 가속기 센서(1)는 상기 엔진 시스템이 장착되어 있는 차량의 가속기 페달의 답입량(또는 개도)을 감지한다. 이 실시예의 크랭크각 센서(2)는 각각의 유닛 크랭크각을 신호로 출력하는 위치 신호와 각각의 실린더 행정 위상 차를 신호로 출력하는 기준 신호를 생성한다. 제어 시스템은 위치 신호의 단위 시간당 펄스 수를 측정하거나 기준 신호의 펄스 발생 주기를 측정함으로써 엔진 속도(Ne)를 감지할 수 있다.
엔진 시스템은 각 실린더용으로 연료 분사기(6)와 점화 플러그(7)를 더 포함한다. 각 실린더의 연료 분사기(6)는 연료 분사 제어 신호에 민감하게 반응하여 연료를 엔진(4)의 연소실 안에 직접 분사하고, 점화 플러그(7)는 연소실 내에서 점화를 개시한다. 드로틀 밸브(9)는 엔진(4)의 흡입 공기 통로(8) 내에 배치된다. 드로틀 밸브 제어 유닛(TVC; 10)은 DC 모터 등의 드로틀 작동기를 사용하여 드로틀 밸브(9)의 개도를 전자식으로 제어하도록 배열된다. 드로틀 밸브(9)는 엔진(4)에 도입되는 새로운 흡입 공기량을 제어하기 위한 흡입 공기 제어 작동기로서 기능한다. 연료 분사기(6)는 성층 연소 모드 및 균질 연소 모드중 하나로 제어된다. 저부하 및 중간 부하 영역에서, 각 실린더의 연료 분사기(6)는 점화 플러그(7) 근처에서만 성층 연소 혼합물을 생성하도록 연료를 압축 행정의 연소실 안에 분사하고, 이로써 매우 희박한 공기 연료 혼합물을 사용하여 성층 연소를 얻게 된다. 높은 부하 영역에서, 각 실린더의 연료 분사기(6)는 균질 연소 모드로 제어되고, 더 높은 출력을 제공하도록 균질 연소를 얻기 위하여 흡입 행정의 연소실 안에 연료를 분사한다. 연료 분사기(6)는 엔진(4)으로의 연료 공급량을 제어하기 위한 작동기로서 기능한다.
엔진 제어 유닛(11)은 엔진 작동 조건에 기초한 입력 정보를 수집하도록 입력 섹션으로부터의 신호를 수신하고, 드로틀 제어 유닛(10)을 통해서 드로틀 밸브(9)의 개도를 제어하고, 각각의 연료 분사기(6)의 연료 분사량(또는 연료 공급량) 및 연료 분사 시기와 엔진 작동 조건에 따른 각 점화 플러그(7)의 점화 시기를 제어한다.
엔진 제어 유닛(11)은 제어 시스템의 제어 섹션의 주요 부품이다. 이 실시예에서, 제어 유닛(11)은 적어도 중앙 처리 유닛(CPU), ROM 및 RAM을 갖는 메모리 섹션, 입출력 섹션을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터를 포함한다. 이 실시예의 엔진 제어 유닛(11)은 평형비(공연비에 비례함)를 성층 연소 모드에 맞도록 된 제1 비율 수준으로부터 균질 연소 모드에 맞도록 된 제2 비율 수준으로 점진적으로 변화시키기 위한 것으로 도1에 도시된 것과 같은 제1 수단(101)과, 성층 모드로부터 균질 모드로의 전이 시에 소정의 전이 상태를 검출하기 위한 제2 수단(102)과, 제1 수단에 의해 점진적으로 변화된 평형비가 전이 상태의 소정의 불안전 범위에 도입되었는지를 판단하기 위한 제3 수단(103)과, 제3 수단이 평형비가 불안정 범위에 도입된 것으로 판단하면 불안정 범위 외부의 평형비를 연소 안정성에 유리한 안정 범위로 강제 변화시키도록 점진적인 변화 공정에서 평형비를 강제 스텝 변화시키기 위한 제4 수단(104)과, 불필요한 토크 변화를 방지하도록 평형비의 강제 스텝 변화에 따라 엔진의 점화 시기를 변경시키는 제5 수단으로서 기능한다.
연료 분사기(6)는 엔진(4)의 연료 시스템의 부품이며, 이 실시예에서는 연료 분사 시스템이다. 점화 플러그(7)는 엔진(4)의 점화 시스템의 부품이다. 엔진 시스템은 흡입 통로(8) 및 드로틀 밸브(9) 등으로 구성된 흡입 시스템과, 엔진(4)의 적어도 배기 가스 통로(113)를 포함하는 배기 시스템 및 이 배기 시스템과 흡입 시스템을 연결하는 EGR(배기가스 재순환) 시스템으로 구성된 흡입 시스템을 포함한다.
엔진(4)의 EGR 시스템은 배기 통로(13)와 흡입 통로(8)를 연결하는 EGR 통로(14)와, EGR 조건을 제어하기 위한 것으로 EGR 통로(14) 내에 배치된 EGR 제어 밸브(15)를 포함한다. EGR 제어 밸브(15)는 이의 개도를 변화시켜서, 엔진 제어 유닛(11)으로부터 공급된 EGR 제어 신호에 민감하게 반응하여 EGR의 양을 제어한다. 이 실시예의 제어 시스템은 성층 연소 모드 시의 엔진 작동중에 EGR 제어를 수행하지만, 연소 모드가 성층 연소로부터 균질 희박 연소로 변화되었을 때 균질 희박 연소 모드 시의 연소성을 유지하도록 EGR 제어를 억제한다. 제어 시스템은 이론적인 공연비 또는 그 근처에서 피드백 제어가 수행되게 되는 균질 농후 연소 모드(또는 균질 화학 양론적 연소 모드) 시에 EGR 제어를 재차 수행한다.
이 실시예의 엔진 제어 유닛(11)은 하나 이상의 엔진 작동 조건에 따라 소용돌이 제어 시스템(51)에 SCV 제어 신호를 송신함으로써 실린더 내의 공기 유동 조건도 제어한다. 특히, 소용돌이 제어 시스템(51)은 소용돌이 조건을 균질 연소 모드와 성층 연소 모드중에서 선택된 연소 모드에 맞추는 방식으로 실린더 안으로의 공기 유동을 조정하기 위하여 흡입구 또는 그 근처에 배치된 소용돌이 제어 밸브의 개구를 제어함으로써 엔진(4)의 각 실린더에서의 소용돌이 조건을 제어하도록 배열된다.
이 실시예의 엔진 제어 유닛(11)은 하나 이상의 엔진 작동 조건에 따라 밸브 타이밍 제어 시스템(52)에 VTC 제어 신호를 송신함으로써 엔진(4)의 흡입 및 배기 밸브의 밸브 타이밍도 제어한다. 특히, 밸브 타이밍 제어 시스템(52)은 균질 연소 모드와 성층 연소 모드중에서 선택된 연소 모드에 밸브 타이밍을 맞추는 방식으로 밸브 개방 타이밍과 밸브 폐쇄 타이밍 및 엔진에 중첩된 밸브를 제어하도록 배열된다. 이 제어 시스템의 VTC 시스템(52)으로서는 공지의 VTC 장치를 사용할 수 있다. 예를 들어, VTC 시스템(52)은 엔진(4)의 크랭크축에 대한 캠축의 위상각을 변화시킴으로써 밸브 타이밍을 변화시키도록 배열될 수도 있다.
도2의 실시예에서, 공연비 센서(17)는 배기 가스 혼합물 내의 산소 등의 소정 성분의 농도를 감지하기 위하여 배기 통로(13) 내에 마련된다.
도3은 이 실시예의 제어 시스템의 기능 섹션들을 도시한다.
기본 목표 평형비 계산 섹션(A)은 기본 엔진 작동 파라미터에 따라 기본 목표 평형비(TFBYAB)를 계산한다. 예를 들어, 기본 목표 평형비(TFBYAB)는 맵으로부터의 정보 회복에 의해 엔진 속도(Ne) 및 목표 토크(tTe)에 따라 결정된다. 이 실시예에서, 목표 토크(tTe)는 가속기 답입량(APS) 및 엔진 속도(Ne)로부터 결정된 파라미터이다. 희박 공연비에서 엔진 작동을 적합하게 하는 것은 냉각수 온도, 엔진의 시동으로부터의 경과 시간, 차속, 차량의 가속도 및 공회전 시의 보조 시스템의 부하 등의 여러 가지 다른 차량 작동 조건에 따라 달라진다. 또한, 연소 모드는 균질 모드와 성층 모드 사이에서 절환된다. 따라서, 이 실시예의 제어 시스템은 Ne 및 tTe 등의 기본 엔진 작동 파라미터를 보충하는 제2 파라미터로서의 여러 가지의 다른 차량 작동 조건을 고려하기 위하여 기본 목표 평형비(TFBYAB)를 결정하기 위한 복수개의 맵을 사용한다.
위상 지연 보정(또는 위상 지연 보상) 섹션(B)은 섹션(A)의 기본 목표 평형비(TFBYAB)에서 위상 지연 보정 작동을 수행함으로써 위상 지연된 목표 평형비(TFBYAH)를 계산한다. 기본 목표 평형비(TFBYAB)는 엔진 작동 조건의 변화에 따라 변화되며, 제어 시스템은 흡입 공기량 및 엔진(4)으로의 연료 공급량을 변화시킴으로써 기본 목표 평형비에서의 변화를 따른다. 그러나, 이 경우에, 제어 시스템은 드로틀 밸브(9)의 이동 지연 및 흡입 시스템의 용적에 기인한 흡입 공기의 지연 때문에 기본 목표 평형비의 변화에 즉시 반응하여 실제 흡입 공기량을 변화시킬 수 없다. 이와 달리, 연소실(12) 안에 연료를 직접 분사하는 형태의 연료 분사 시스템은 기본 목표 평형비의 변화에 대하여 약간의 지연을 갖거나 또는 지연이 없는 상태에서 거의 즉시에 연료량을 변화시킬 수 있다. 그 결과, 실제 평형비는 기본 목표 평형비 뒤로 지연된다. 따라서, 이 제어 시스템은 실제 평형비에서의 지연에 대응하도록 지연된 목표 평형비(TFBYAH)를 결정한다.
이 실시예에서, 위상 지연 보정 섹션(B)은 드로틀 밸브(9)의 이동 지연 및 흡입 시스템의 용적에 기인한 지연에 대응하는 적어도 하나의 제1 순위 지연을 제공하기 위하여 지연 보정 계수를 사용함으로써 위상 지연을 수행한다. 제1 순위 지연 보정으로서는 무게 평균을 선택적으로 사용할 수 있다. 시스템을 간단하게 하기 위하여, 흡입 시스템 용적에 의해 더 유력한 수송 지연에 대해서만 지연 보정을 이용할 수 있다.
기본 목표 평형비 계산 섹션(A) 및 위상 지연 보정 섹션(B)은 도1의 평형비 변화 수단에 대응한다.
고속 절환 요구 섹션(C)은 하나 이상의 작동 조건에 따라 결정된 가속 요구 파라미터를 모니터링함으로써 가속 요구가 있는지를 결정한다. 예를 들어, 고속 절환 요구 섹션(C)은 표준 목표 흡입 공기량[tTP; 표준 목표 흡입 공기량 계산 섹션(H)에서 계산됨) 또는 운전자의 가속기 작동량(APS; 또는 운전자의 가속기 입력량)의 변화(또는 APS의 변화)에 따라 가속 요구의 존재 또는 부재를 결정한다. 고속 절환 요구 섹션(C)은 EGR 시스템 또는 SCV 시스템 또는 VTC 시스템의 절환이 완료될 때까지 기다리지 않고 성층 연소로부터 균질 연소로 연소의 즉시 변경을 요구하는 상황에서 고속 절환 요구 신호를 생성하도록 배열된다. 고속 절환 요구 신호가 발생되면, 제어 유닛(11)은 EGR 시스템, SCV 시스템 및 VTC 시스템 각각에서의 절환을 위해 절환 작동을 즉시 개시하고, 위상 지연된 목표 평형비에 따라 연소의 절환을 수행한다. 규정 연소 절환이 필요해서 고속 절환에 대한 요구가 없으면, 제어 유닛(11)은 EGR, SCV 및 VTC 시스템의 절환 완료를 기다려서 위상 지연된 평형비(TFBYAH)를 모니터링함으로써 연소 절환을 수행한다.
도5는 섹션(C)의 고속 절환 요구 순서를 도시한다.
스텝 S11에서, 제어 유닛(11)은 표준 목표 흡입 공기량[tTP; 표준 흡입 공기량 계산 섹션(H)에서 계산됨]을 판독한다. [표준 목표 흡입 공기량(tTP)은 이론적인 공연비로 작동하는 엔진에서의 흡입 공기 유량 또는 연료 분사 펄스 폭에 대응한다.]
스텝 S12에서, 제어 유닛(11)은 스텝 S11에서 얻어진 표준 목표 흡입 공기량(tTP)이 성층 연소 구역의 상한치보다 큰 지의 여부를 결정한다. (즉, 가속기 페달이 소정의 답입각보다 큰 각으로 답입되었는 지를 결정한다.) 표준 흡입 공기량(tTP)이 소정의 상한치와 같거나 이보다 크면, 제어 유닛(11)은 성층 연소 모드가 계속되는 것이 적절하고 따라서 스텝 S15로 이행되도록 성층 연소로부터 균질 연소로의 연소 절환에 대한 요구가 없는지 또는 급가속(또는 하드 가속)이 없는지를 판단한다. 제어 유닛(11)은 스텝 S15에서 고속 절환에 대한 요구가 없는 신호에 대하여 작동하여 도5의 제어 흐름을 종료한다.
표준 흡입 공기량(tTP)이 소정의 상한치보다 크면, 제어 유닛(11)은 성층 연소 모드가 계속되는 것이 부적절한 것을 판단하고 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 절환에 대한 필요가 있는 것을 판단하여 스텝 S12로부터 S13으로 이행하게 된다.
스텝 S13에서, 제어 유닛(11)은 표준 흡입 공기량의 현재값(tTP)과 표준 흡입 공기량의 이전값[tTP(old)] 사이의 차가 (하드 또는 급가속 요구와 작은 또는 중간 가속 요구 사이를 판별하도록) 소정의 차이값보다 큰 지를 결정한다. 스텝 S13의 응답이 예이면 제어 유닛(11)이 스텝 S14로 이행한다. 아니오이면, 제어 유닛(11)이 스텝 S13으로부터 S15로 이행한다. 즉, 중간 가속 요구가 있은 경우에는 제어 시스템이 스텝 S15에서의 급가속 요구가 없는 신호를 보내고 제어 흐름을 종료하고, 이로써 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 연소 모드의 정상적인 점진적 절환을 허용한다.
스텝 S14에서, 제어 유닛(11)은 급가속 요구가 있는 것을 나타내는 요구 신호를 생성하고 제어 흐름을 종료한다. 제어 시스템은 급가속 요구에 신속하고 민감하게 반응하도록 상기 신호를 사용한다. 따라서, 이 제어 시스템은 답입각이 소정의 답입각과 같거나 그보다 크게 되고 답입 속도(또는 비율)가 소정의 속도와 같거나 그보다 크게 되도록 운전자가 가속기 페달을 강하게 밟았을 때 운전자의 급가속 요구가 있는 것으로 판단할 수 있다.
연소 절환 판단 섹션(D)은 위상 지연된 평형비(TFBYAH)를 소정의 임계치와 비교하고, 그 비교 결과에 따라 요구된 연소 모드 절환의 실제 절환을 명령하는 연소 절환 명령 신호를 생성한다. 성층 연소 모드의 작동중에, 지연된 목표 평형비(TFBYAH)는 임계치와 같거나 그보다 크게 되고, 제어 시스템은 연료 분사 시기 및 점화 시기를 변화시킴으로써 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 절환을 수행한다. 균질 모드로부터 성층 모드로의 연소 절환은 지연된 목표 평형비(TFBYAH)가 균질 연소 시의 엔진 작동중의 임계치보다 낮아졌을 때 수행된다. 섹션(D)은 도1의 전이 상태 검출 수단(102)으로서 기능한다.
억제된 범위 설정 섹션(E) 및 리미터 처리 섹션(F)에서는 다음과 같은 작동이 수행된다.
(i) 연소 모드를 성층 모드로부터 균질 모드로 절환시키도록 연소 모드 절환 판단 섹션(D)의 결정이 이루어진 후에 (또는 성층 모드로부터 균질 모드로의 절환 직후에 균질 연소 조건이 검출된 후에), 제어 유닛(11)은 엔진 작동이 지연된 평형비(TFBYAH)를 따라 계속되는 것이 소정의 불안정 연소 구역(또는 범위)을 통해서 발생하는지를 검사한다.
이 실시예에서, 제어 유닛(11)은 도6의 처리를 따름으로써 연소의 불안정성을 예견한다. 스텝 S21 및 S22에서, 제어 유닛(11)은 판단 섹션(D)이 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 절환을 판단하는 시간에 흡입 시스템 내에 잔류하는 EGR 가스의 잔류 EGR 가스량(TGEGRD)을 개산한다. 이 실시예에서, 제어 유닛(11)은 먼저 연소 절환 직전에 엔진 작동 조건(엔진 속도 및 엔진 부하 등)에 따라 결정된 EGR량[목표 EGR 비율(TGEGR) 등의 목표 EGR량]을 스텝 S21에서 얻는다. 그 다음에, 스텝 S22에서 제어 유닛(11)은 무효 시간 및 EGR량(TGEGR)으로의 제1 순위 지연을 도입함으로써 개산된 잔류 EGR량(TGEGRD)을 결정한다. 도7은 EGR 실제 EGR 가스량을 나타내는 개산된 잔류 EGR 가스량(TGEGRD)이 제어 신호에 의해 표시된 목표 EGR량(TGEGR)의 스텝 변화에 대하여 민감하게 반응하는 것을 도시한다. 무효 시간은 연소 절환 요구로부터 EGR 제어 밸브(15)의 이동 개시까지의 무효 시간에 대응하고, 제1 순위 지연은 EGR 제어 밸브(15) 및 다른 요소들의 작동 특성에 대응한다. 잔류 EGR 가스량을 개산하는 대신에 EGR 통로(14) 내에서의 EGR 가스 유동을 감지함으로써 EGR량을 감지하기 위하여 센서를 사용할 수도 있다.
스텝 S23에서, 제어 유닛(11)은 개산된(또는 감지된) 잔류 EGR 가스량(TGEGRD)이 소정치(l)보다 큰 지의 여부를 검사하여 제어 시스템이 안정된 연소 상태에 있는지를 판단한다.
(ii) 잔류 EGR량(TGEGRD)이 소정치보다 크고 따라서 스텝 S23의 판단이 안정된 연소를 유지하기 어렵다고 판단하면, 제어 유닛(11)은 스텝 S24에서 현재의 지연된 목표 평형비(TFBYAH; 제1 순위 지연에 의해 보정됨)가 소정의 고속 연소 절환 전이 상태 리미터비(HTFMNT; 안정된 연소를 보장할 수 있는 비율)와 같은지 또는 그보다 큰지를 더 검사한다. 현재의 지연된 목표 평형비(TFBYAH)가 리미터비(HTFMNT)보다 작으면, 제어 유닛(11)은 필요한 평형비(TFBYAH)가 현재의 지연된 목표 평형비(TFBYAH)로부터 리미터비(HTFMNT)로 스텝 S25에서 스텝 변화 방식으로 변화시킨다.
잔류 EGR량(TGEGRD)이 소정치(l)와 같거나 그보다 작고, 또는 지연된 목표 평형비(TFBYAH)가 리미터비(HTFMNT)와 같거나 그보다 크면, 제어 유닛(11)은 스텝 S26에서 필요한 평형비(TFBYAT)를 지연된 평형비(TFBYAH)와 같게 유지함으로써 지연된 목표 평형비(TFBYAH)를 따라 점진적인 증가를 계속한다.
(iii) 지연된 비(TFBYAH)의 현재값으로부터 리미터비(HTFMNT)로의 필요한 평형비(TFBYAH)의 스텝 증가는 공기 연료 혼합물을 농후하게 하고, 엔진 출력 토크를 지연된 목표 평형비(TFBYAH)를 따르는 정상적인 작동에 비해 증가시키게 된다.
따라서, 도3에 도시된 점화 시기 변경 섹션(C)은 점화 시기를 지연시키고 그에 따라 불필요한 토크 변화를 방지하도록 스텝 변화 방식으로, 지연된 목표 평형비(TFBYAH)에 따라 결정된 값으로부터 점화 시기를 변화시킨다. 이 섹션(C)은 점화 시기 변경 수단(105)으로서 기능한다.
도4는 본 발명의 실제예에 따른 제어 처리를 도시하는 흐름도이다.
스텝 S1에서, 제어 유닛(11)은 맵들로부터 회복된 엔진 속도 및 엔진 부하 등의 엔진 작동 조건에 따라 기본 목표 평형비(TFBYAB)를 계산하고, 이 기본 목표 평형비(TFBYAB)로부터 지연된 목표 평형비(TFBYAH)를 계산한다. 지연된 목표 평형비(TFBYAH)는 기본 목표 평형비(TFBYAB)의 스텝 변화에 민감하게 반응하여 점진적으로 변화하기 시작하도록 구성되어 있다.
스텝 S2에서, 제어 유닛(11)은 고속 절환 요구가 있는 경우에 도5의 처리를 수행함으로써 검사한다. 제어 유닛(11)은 고속 가속 요구가 있는 경우에 스텝 S2로부터 S3으로 이행하고, 고속 절환 요구가 없는 경우에 도4의 처리를 종료한다.
스텝 S3에서, 제어 유닛(11)은 고속 연소 절환 시의 전이 상태에서 평형비를 제한하기 위한 리미터비(HTFMNT)를 계산한다. [예를 들어, 리미터비(HTFMNT)는 안정 상태 균질 연소 시의 목표 평형비의 희박 한계와 같게 설정될 수도 있다.] 그러면, 제어 유닛(11)은 다음번 스텝 S4로 이행한다. 리미터비(HTFMNT)는 엔진 작동 조건과는 무관하게 안정된 연소를 보장하기 위한 값에 설정될 수 있다. 이와 달리, 리미터비(HTFMNT)는 변화가능하고, 제어 시스템은 하나 이상의 엔진 작동 조건에 따라 (예를 들어 하나 이상의 맵을 사용함으로써) 리미터비(HTFMNT)를 결정하도록 배열될 수 있다.
스텝 S4에서, 제어 유닛(11)은 연소 절환 판단 섹션(D)에서의 연소 절환 판단 결과를 검사함으로써 현재의 연소 모드가 균질 모드에 있는지의 여부를 검사한다. 제어 시스템은 스텝 S4에서의 대답이 예이면 스텝 S5로 이행하고, 스텝 S4에서의 대답이 아니오이면 평형비 제한 작동이 필요 없는 것으로 판단한 후에 도4의 처리를 종료한다.
스텝 S5에서, 제어 시스템은 평형비 제한 작동(도6의 처리에 따름)을 수행한 후에 도4의 처리를 종료한다.
도8에 도시된 것처럼, 이 실시예의 제어 시스템은 성층 연소로부터 균질 연소로의 절환 개시 후의 전이 상태에서 목표 평형비가 소정의 불안정 연소 구역에 있는지를 검사하고, 평형비가 불안정 연소 구역에 도입되었을 때 목표 평형비를 안정 연소 구역으로 스텝 변화와 같이 급격하게 증가시킨다. 이렇게 함으로써 제어 시스템은 잔류 EGR 가스에 의한 균질 연소에 해로운 나쁜 영향을 피할 수 있다. 이와 달리 도9의 비교예에서는 균질 희박 모드 시의 연소 안정성이 잔류 EGR 가스에 의해 쉽게 영향을 받는다.
또한, 이 실시예의 제어 시스템은 목표 평형비의 스텝 변화에 따라 점화 시기를 변경시키도록 배열되어 있다. 따라서, 제어 시스템은 엔진 연소의 안정성을 유지하고, 목표 평형비의 농후화에 기인하여 불필요한 토크 변동을 방지하고, 매끄러운 주행 성능을 얻을 수 있다.
이 실시예의 제어 시스템은 급가속 요구가 있을 때에만 목표 평형비의 강제 스텝 증가를 수행하도록 배열되고, 목표 평형비가 중간 가속 또는 안정 상태 상황에서 점진적으로 증가하게 해준다. 제어 시스템은 급가속 요구에 민감하게 반응할 수 있는 한편, 연료 효율 및 배기 성능을 중간 가속 및 안정 상태 주행 시의 가능한 최대 수준으로 개선할 수 있다.
이 실시예의 제어 시스템은 다음에 설명하는 방식으로 결정된 평형비를 사용하여 엔진으로의 흡입 공기량 및 연료 공급량을 제어한다.
도3에 도시된 표준 목표 흡입 공기량 계산 섹션(H)은 입력 파라미터로서 가속기 작동량(APS) 및 엔진 속도(Ne), 또는 목표 토크(tTe; APS 및 Ne로부터 계산됨) 및 엔진 속도(Ne)를 수신하고, 예를 들어 맵으로부터의 회복에 의해 입력 파라미터에 따라 표준 목표 흡입 공기량(tTP)을 계산한다. 표준 목표 흡입 공기량(tTP)은 표준 평형비로서의 이론적인 공연비에 의해 결정된 흡입 공기량이다. 표준 목표 흡입 공기량(tTP)은 흡입 행정 시의 흡입 공기량 및 단위 시간당의 흡입 공기량[공기 유동 센서(3)에 의해 감지됨]에 각각 대응하는 기본 연료 분사량(분사 펄스 폭)중 임의의 하나의 형태로 될 수 있다.
도3의 목표 흡입 공기량 계산 섹션(I)은 기본 목표 평형비(TFBYAB)에 대응하는 목표 흡입 공기량(tTP')을 계산한다. 표준 흡입 공기량(tTP)을 기본 목표 평형비(TFBYAB)로 나눔으로써 목표 흡입 공기량(tTP')을 간편하게 결정할 수 있다. 그러나, 도3의 실시예에서는 표준 목표 평형비(tTP)를 기본 목표 평형비(TFBYAB)와 연소 효율(ITAF)의 곱으로 나눔으로써 목표 흡입 공기량(tTP')을 결정한다. 즉, tTP' = tTP/(TFBYAB·ITAF). 연소 효율은 표준 평형비로부터 기본 목표 평형비(TFBYAB)의 차에 따라 다르고, 필요한 연료량은 연소 효율에 따라 다르다. 연소 효율(ITAF)을 고려한 보정 작동에 의해서, 이 실시예의 제어 시스템은 목표 흡입 공기량(tTP')을 결정할 수 있어서 목표 토크의 요구 및 목표 평형비의 요구 양자를 동시에 만족시킬 수 있다.
도3의 목표 드로틀 밸브 개도 계산 섹션(J)은 목표 흡입 공기량(tTP') 및 엔진 속도(Ne)를 수신하여 이로부터 목표 드로틀 밸브 개도(tTPS)를 계산한다. 목표 드로틀 밸브 개도(tTPS)는 목표 흡입 공기량(tTP')을 얻는 데 필요한 드로틀 밸브(9)의 개도이다. 섹션(J)은 목표 드로틀 개도(tTPS)를 나타내는 드로틀 제어 신호(또는 흡입 공기 제어 신호)를 생성하여 이 신호를 드로틀 제어 유닛(10)에 전달한다. 드로틀 제어 신호에 반응하여 드로틀 제어 유닛(10)이 드로틀 밸브(9)를 구동하여 실제 드로틀 개도를 목표 드로틀 개도(tTPS)와 같게 만든다.
연료 공급량은 기본 연료 공급량 계산 섹션(K1) 및 연료량 보정 섹션(K2)에 의해 계산된다.
이 실시예의 기본 연료 공급량 계산 섹션(K1)은 엔진 속도(Ne) 및 공기 유동 센서(3)에 의해 감지된 단위 시간당 흡입 공기량(Q)을 수신하여, 이들 엔진 속도(Ne) 및 단위 시간당 흡입 공기량(Q)에 따라 기본 연료 분사 펄스 폭(TP)을 계산한다. 기본 연료 분사 펄스 폭(TP)은 이론적인 공연비(표준 평형비)에서 1회의 흡입 행정에 대한 흡입 공기량에 대응한다. 기본 연료 공급량 계산 섹션(K1)은 고기 유동 센서(3)의 위치로부터 각 엔진 실린더로의 흡입 공기의 수송(거리/속도) 지연을 나타내는 지연 요소를 도입함으로써 감지된 흡입 공기량(Q)으로부터 각 실린더의 실제 흡입 공기량을 결정하도록 그리고 각 실린더의 실제 흡입 공기량을 사용함으로써 기본 연료 분사 펄스 폭을 결정하도록 하는 형상을 취할 수도 있다.
연료량 보정 섹션(K2)은 기본 펄스 폭(TP)을 필요한 평형비(TFBYAT)로 곱함으로써 효과적인 연료 분사 펄스 폭(TE)을 계산하고, 배터리 전압에 대응하는 무효 펄스 폭(TS)을 부가함으로써 최종 연료 분사 펄스 폭(TI)도 계산한다. 필요한 평형비(TFBYAT)는 평형 리미터 작동이 수행되지 않을 때에는 지연된 목표 평형비(TFBYAH)와 같게 그리고 평형 리미터 작동이 수행될 때에는 리미터비(HTFMNT)와 같게 설정된다.
연료량 보정 섹션(K2)은 최종 펄스 폭(TI)의 연료 분사 펄스 신호(또는 연료 제어 신호)를 연료 분사기(6)에 전달하고, 연료 분사기(6)는 필요한 평형비에 대응하는 양의 연료를 연료 분사 펄스 신호에 반응하여 실린더 안에 직접 분사한다.
도10은 도8에 도시된 평형비의 스텝 변화를 상세하게 도시한다. 필요한 평형비(TFBYAT)는 지연 목표 평형비(TFBYAH)로부터 리미터비(HTFMNT)로 급격하게 변화된다.
이 실시예의 제어 시스템은 도11에 도시된 점화 시기를 지연시킨다.
스텝 S51에서, 제어 유닛(11)은 제어 유닛(11)은 필요한 평형비[TFBYAT; 스텝 변화에 의해 리미터비(HTFMNT)와 같게 설정됨] 및 지연된 평형비(TFBYAH)로부터 필요로 하는 토크 강하 요소(KTRQDN)를 계산한다. 이 실시예에서, KTRQDN = TFBYAT/TFBYAH 이다. 필요로 하는 토크 강하 요소(KTRQDN)는 필요한 평형비(TFBYAT)를 지연된 비(TFBYAH) 이상으로 스텝 변화시킴으로써 1로부터 급격하게 증가된다. 필요로 하는 토크 강하 요소(KTRQDN)는 TFBYAT와 TFBYAH 사이의 차가 영(zero)으로 됨으로써 점진적으로 감소한다.
스텝 S52에서, 제어 유닛(11)은 맵으로부터의 회복에 의해 필요로 하는 토크 강하 요소(KTRQDN)로부터 점화 시기 지연량을 결정한다. TFBYAT = TFBYAH이고 KTRQDN = 1 이면 지연량이 영이 된다. 필요로 하는 토크 강하 요소(KTRQDN)가 증가함으로써 지연량이 지연 한계까지 증가한다.
스텝 S53에서, 제어 유닛(11)은 맵으로부터의 회복에 의해 엔진 속도 및 실린더 흡입 공기량에 따라 기본 점화 시기를 계산하고 스텝 S52에서 결정된 지연량에 따라 기본 점화 시기를 변경시킴으로써 필요한 점화 시기를 결정한다. 제어 유닛(11)은 이렇게 결정된 필요한 점화 시기에 따라 점화 제어 신호를 생성하고, 필요한 점화 시기를 얻도록 점화 시스템을 제어한다.
지연 한계는 도12에 도시된 것처럼 결정된다. 연소 안정성은 지연량이 증가할수록 나빠진다. 지연 한계는 안정된 연소를 유지할 수 있는 최대 지연량이다.
도시된 실시예에서, 제어 시스템은 연소 안정성에 대한 EGR 가스의 영향을 감소시키도록 평형비의 스텝 증가를 생성한다. 본 발명은 상기 실시예에만 제한되지는 않는다. SCV 시스템 또는 VTC 시스템의 전이 조건의 영향에 대하여 연소 안정성을 보호하도록 제어 시스템을 선택적으로 배열할 수 있다. SCV 및 VTC 시스템은 연소 절환 시에 지연되는 경향을 갖고, SCV 또는 VTC 시스템에서의 지연은 연소 안정성을 나쁘게 할 수 있다. 제어 시스템은 소용돌이 제어 밸브의 개도에 따라 전이 SCV 조건 또는 VTC 시스템의 전이 VTC 조건을 개산하고, 전이 SCV 또는 VTC 조건을 모니터링함으로써 연소 안정성을 보장할 수 있는지의 여부를 판단하고, 평형비를 안정된 연소 유지에 필요한 리미터비로 스텝 변화시킨다. 이 리미터비는 EGR, SCV 및 VTC 시스템 각각에 대하여 결정될 수도 있고, 이와 달리 동일 리미터비가 EGR, SCV 및 VTC 시스템에 사용될 수도 있다.
가속기 위치 센서(1) 및 차량의 가속기 페달은 운전자의 가속기 입력량 또는 운전자의 가속 요구를 나타내는 가속기 입력 신호를 생성하기 위한 입력 장치로서 기능한다. 가속기 입력 신호로부터 제어 유닛(11)은 운전자의 가속기 입력량 또는 요구를 나타내는 파라미터를 결정할 수 있다. 도3에 도시된 기본 목표 평형비 계산 섹션(A)은 엔진 부하 파라미터(tTe 등)를 모니터링하여 기본 목표 평형비를 성층 연소 모드에 대한 목표비와 균질 연소에 대한 목표비 사이에서 변화시킴으로써 연소 절환 요구 신호를 생성하기 위한 선택 섹션으로서 기능한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제어 시스템은 엔진 부하 작동 파라미터에 따라 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 연소 절환을 요구하는 절환 요구 신호를 생성하도록 배열된다. 연소 절환 요구 신호에 반응하여, 제어 시스템은 목표 공연비(TFBYAB 등)를 성층 연소 모드에 대한 제1 목표비로부터 균질 연소 모드에 대한 제2 목표비로 변화시키고, 흡입 공기 제어 신호(tTP' 또는 드로틀 제어 신호 등)를 제1 목표비에 대응하는 제1 목표 공기량 수준으로부터 제1 목표비에 대응하는 제2 목표 공기량 수준으로 변화시키고, 필요한 공연비(TFBYAH와 같게 유지된 TFBYAT 등)를 제1 목표비로부터 제2 목표비 쪽으로 시간 경과에 따라 점진적으로 증가시키기 시작하고, 필요한 공연비 신호에 따라 연료 제어 신호를 제어하고, EGR량을 영으로 감소시키도록 EGR 제어 신호를 성층 모드에 대한 성층 모드 EGR 수준으로부터 균질 희박 모드 EGR 수준으로 변화시키고, 실제 잔류 EGR 가스량을 나타내는 개산된 잔류 EGR 가스량(TGEGRD)을 시간 경과에 따라 성층 모드 EGR 수준으로부터 영으로 감소시키기 시작한다. 그러면, 제어 시스템은 필요한 공연비(TFBYAT = TFBYAH 등)가 소정의 임계치와 같거나 그보다 클 때 연소 절환이 연소 절환 요구 신호에 반응하게 해주도록 연소 절환 명령 신호를 생성한다. 이 명령 신호에 반응하여 제어 시스템은 잔류 EGR량이 연소 안정성에 해로운 소정치와 여전히 같거나 그보다 큰 경우에 연소 안정성을 개선하도록 필요한 공연비를 임계치로부터 소정의 농후 수준(HTFMNT 등)으로 급격하게 증가시킨다.
본 발명에 따른 엔진 제어 시스템은 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서의 연소 절환 시에 평형비(또는 공연비)를 충분히 제어할 수 있다.
상기에 설명한 일본 특허 공개 (소)62-110536호의 엔진 제어 시스템은 계산된 목표 엔진 토크 및 엔진 속도로부터만 목표 드로틀 개도를 결정하도록 배열되어 있어서 엔진 작동 조건에 따라 평형비를 충분하게 제어할 수 없게 되어 있다. 엔진 속도 및 엔진 토크를 불변 상태로 유지하면서 공연비를 변화시키기 위해서는 드로틀 개도 및 연료 공급량 양자를 모드 변화시킬 필요가 있다. 공연비가 희박하면, 예를 들어 필요로 하는 흡입 공기량이 이론적인 공연비에 대응하는 양에 비해 증가하고 필요로 하는 연료량이 감소한다. 이러한 종래의 엔진 제어 시스템은 상기 요건을 만족시킬 수 없다.
본 발명에 따른 제어 시스템은 흡입 공기량 및 연료 공급량을 제어함으로써 공연비 및 엔진 토크를 바람직하게 제어하도록 배열되어 있다. 특히, 위상 지연 보정을 수행함으로써 제어 시스템은 엔진 토크가 실질적으로 일정하게 유지되거나 매끄럽게 변화하는 매끄러운 방식으로 공연비를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 EGR 시스템, SCV(소용돌이 제어 밸브) 시스템 및 VTC(가변 밸브 타이밍 제어) 시스템중 적어도 하나를 포함한다. 성층 모드와 균질 모드 사이의 연소 절환 시에, 제어 시스템은 이들 시스템중 적어도 하나의 제어 조건을 변화시킨다. 최적 SCV 개도(연소실 내에서의 공기 유동을 제어하기 위한 소용돌이 제어 밸브의 개도), 최적 VTC 조건(흡입 및 배기 밸브와 중첩 시기의 타이밍 개폐) 및 최적 EGR 조건(외부 및 내부 EGR비 등)은 성층 모드와 균질 모드 사이에서 다르다. 상기 제어 시스템은 상기 제어 조건들을 선택된 연소 모드에 맞춤으로써 방출 특성 및 연소 안정성을 개선할 수 있다.
도시된 실시예에서, 제어 시스템은 NOx를 감소시키도록 성층 모드 시에 외부 EGR을 수행한다. 성층 모드로부터의 연소 절환 직후의 균질 연소 시에 제어 시스템은 공연비가 과도하게 희박하고 EGR이 연소에 해를 끼치기 때문에 외부 EGR을 억제한다. 이 연소 상태에서, NOx 방출 수준은 비교적 낮고, 희박 연소 작동이 연료의 경제성을 개선할 수 있는 동시에 NOx의 양을 억제할 수 있다.
EGR, SCV 및 VTC 조건을 제어하는 것은 안정 상태에서보다 성층 모드와 균질 모드 사이의 전이 상태에서 수행하기가 더 어렵다. 각 시스템은 반응 지연을 수반한다.
대체로, SCV 또는 VTC 시스템의 반응 시간은 수백 ms이다. 따라서, 운전자의 가속 요구에 반응하여 일어나는 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 절환의 경우에, 엔진 시스템은 (각 기구의 절환 작동이 완료될 때까지 기다림으로써) 각 기구의 반응 대신에 평형비를 절환시키도록 배열되면 가속 요구에 대한 타이밍 및 주저로 인해 지연을 일으킬 수 있다.
한편, 가속 능력을 개선하기 위해 평형비를 신속하게 절환시키도록 배열되면, 엔진 시스템은 EGR 조건의 반응에 앞서서 평형비를 변화시키게 되어 연소 열화를 일으키게 된다. 성층 모드로부터 균질 모드로의 절환 시에, 예를 들어 반응 지연은 잔류 EGR 가스 및 연소를 일으키고, 연소는 성층 모드의 말기에 EGR을 즉시 멈추도록 명령 신호가 생성되더라도 잔류 EGR 가스가 연소실 안으로 유동함으로써 나빠지게 된다. 특히, 성층 모드로부터 균질 모드로의 절환 직후의 균질 희박 연소 모드 시에는 잔류 EGR 가스가 연소에 대하여 더 나쁜 영향을 미치는데, 그 이유는 공기 연료 혼합물이 연소 안정성 한계에 근접한 정도로 희박하기 때문이다. 본 발명에 따른 제어 시스템은 성층 모드로부터 균질 모드로의 전이 시에도 연소 안정성을 보장하도록 평형비를 충분하게 제어할 수 있다.
본 출원은 일본 특허 출원 (평)9-177260호에 기초한다. 상기 일본 특허 출원 (평)9-177260호(1997. 7. 2)의 전체 내용을 본 명세서에서 참조하였다.
본 발명에 따르면, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 절환 시에 내연기관의 평형비(또는 공연비)를 충분하게 제어함으로써 연소 안정성과 연소 절환을 확실하게 할 수 있다.

Claims (18)

  1. 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 내연기관의 연소를 변화시키는 장치에 있어서,
    성층 모드로부터 균질 모드로의 절환을 얻도록 성층 연소 모드를 위한 제1 비율 수준으로부터 균질 연소 모드를 위한 제2 비율 수준에 이르기까지 공연비를 점진적으로 변화시키고, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이중의 전이 상태에서 공연비가 소정의 불안정 범위에 도입되었을 때 공연비를 점진적으로 변화시키는 대신에 공연비를 제2 비율 수준으로 급격하게 변화시키기 위한 적어도 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제어기가, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이중의 전이 상태에서 공연비가 불안정 범위에 도입되었을 때 판별 신호를 생성하는 조건 판별 섹션과, 판별 신호가 없을 때 공연비를 제1 비율 수준으로부터 제2 비율 수준으로 점진적으로 증가시키고 판별 신호가 있을 때 공연비를 불안정 범위 외부의 농후 수준으로 증가시키도록 공연비의 점진적 증가를 중단하고 그 대신에 공연비를 강제로 급격하게 변화시키기 위한 제어 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 제어 섹션이 공연비의 강제 급격 변화에 따라 엔진의 점화 시기를 변경시키기 위한 점화 변경 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 조건 판별 섹션은 공연비가 불안정 범위에 있을 때 비율 조건 신호를 생성하고, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이중에 연소 안정성에 바람직하지 않은 전이 상태가 검출되었을 때 전이 조건 신호를 생성하고, 비율 조건 신호 및 전이 조건 신호가 모두 있을 때 판별 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 조건 판별 섹션이 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이 시에 전이 조건을 모니터링하여 이 전이 조건에 따라 전이 조건 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 전이 조건이 엔진의 EGR량이고, 조건 판별 섹션이 내부 EGR량, 내부 EGR비, 외부 EGR량 및 외부 EGR비중 하나에 따라 전이 조건 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제2항에 있어서, 전이 조건 판별 섹션이 가속 요구에 따라 가속 조건 신호를 생성하고, 가속 조건 신호가 있을 때 판별 신호의 발생을 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제2항에 있어서, 제어 섹션이, 판별 신호가 없을 때 제1 비율 수준으로부터 제2 비율 수준으로 점진적으로 증가하고 판별 신호에 반응하여 스텝 변화 방식으로 급격하게 증가하는 필요한 공연비를 나타내는 공연비 제어 신호를 생성하기 위한 공연비 제어 섹션을 포함하고, 제어 섹션이 필요한 공연비를 얻도록 공연비 제어 신호에 따라 엔진으로의 연료 공급량을 제어하기 위하여 연료 제어 신호를 생성하기 위한 연료 제어 섹션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 제어기가 엔진의 엔진 부하를 나타내는 엔진 부하 파라미터를 모니터링하여 이 엔진 부하 파라미터에 따라 성층-균질 연소 절환 요구 신호를 생성하기 위한 선택 섹션을 포함하고, 제어 섹션이 엔진으로의 흡입 공기량을 제어하여 성층-균질 연소 절환 요구 신호에 반응하여 공기 제어 신호를 성층 모드를 위한 제1 공기 제어 수준으로부터 균질 모드를 위한 제2 공기 제어 수준으로 변화시키기 위한 흡입 공기 제어 섹션을 더 포함하고, 공연비 제어 섹션이 성층-균질 연소 절환 요구 신호에 반응하여 제1 비율 수준으로부터 제2 비율 수준으로 점진적으로 변화하는 지연된 공연비를 나타내는 지연된 신호를 생성하여 필요한 공연비를 판별 신호가 없을 때에는 지연된 공연비와 같게 설정하고 판별 신호에 반응하여 농후 수준과 같게 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제어 섹션이 점화 제어 신호를 생성함으로써 엔진의 점화 시기를 제어하고 공연비의 강제 급격 변화와 동시에 스텝 변화 방식으로 점화 시기를 지연시키기 위한 점화 변경 섹션을 더 포함하고, 조건 판별 섹션이 불안정 범위에 있는 지연된 공연비에 반응하여 비율 조건 신호를 생성하고 상층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이 시의 전이 조건에 따라 전이 조건 신호를 생성하고 비율 조건 신호 및 전이 조건 신호가 모두 있을 때 판별 신호를 생성하며, 제어기가 가속 요구를 나타내는 가속기 입력 신호를 수신하고 조건 판별 섹션이 급가속이 요구될 때 가속 요구를 모니터링함으로써 가속 조건 신호를 생성하고 가속 조건 신호가 있을 때 판별 신호의 발생을 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 장치가, 내연기관과, 제어기의 연료 제어 신호에 반응하여 엔진으로의 연료 공급량을 제어하기 위한 연료 시스템과, 제어기의 제어 신호에 반응하여 엔진으로의 흡입 공기량을 제어하기 위한 흡입 시스템과, 점화 제어 신호에 반응하여 점화 시기를 제어하는 점화 시스템과, 엔진 부하 파라미터 및 가속 요구를 나타내는 가속 요구 파라미터를 결정하도록 입력 정보를 수집하여 이 입력 정보를 제어기에 공급하는 일군의 입력 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 장치가, 엔진의 배기 시스템으로부터 흡입 시스템으로 EGR 가스로서의 배기 가스 혼합물을 재순환시키고 제어기에 의해 생성된 EGR 제어 신호에 반응하여 EGR 가스량을 수집하기 위한 EGR 시스템을 더 포함하고, 제어기가 EGR 제어 신호의 크기에 따라 성층 모드로부터 균질 모드로의 절환 후에 개산된 잔류 EGR 가스량을 결정하여 이 잔류 EGR 가스량에 따라 전이 조건 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 내연기관의 연소를 변화시키는 방법에 있어서,
    성층 모드로부터 균질 모드로의 절환을 얻도록 성층 연소 모드를 위한 제1 비율 수준으로부터 균질 연소 모드를 위한 제2 비율 수준에 이르기까지 공연비를 점진적으로 변화시키고, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이중의 전이 조건에서 공연비가 소정의 불안정 범위에 도입되었을 때 공연비를 소정의 불안전 범위 외부로 점진적으로 변화시키는 대신에 공연비를 급격하게 변화시키기 위한 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 제어 단계가, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이중의 전이 조건에서 공연비가 불안정 범위에 도입되었을 때 판별 신호를 생성하는 조건 판별 단계와, 판별 신호가 없을 때 공연비를 제1 비율 수준으로부터 제2 비율 수준으로 점진적으로 증가시키고 판별 신호가 있을 때 공연비를 불안정 범위 외부의 농후 수준으로 증가시키도록 공연비의 점진적 증가를 중단하고 그 대신에 공연비를 강제로 급격하게 변화시키기 위한 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 제어 단계가 공연비의 강제 급격 변화에 따라 엔진의 점화 시기를 지연시키기 위한 점화 변경 보조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 엔진 시스템에 있어서,
    엔진 실린더를 포함하는 직접 분사형 내연기관과,
    엔진을 성층 연소 모드와 균질 연소 모드중 하나에서 작동시키고, 엔진 실린더 안에 연료를 직접 분사하고 연료 제어 신호에 반응하여 엔진 실린더로의 실제 연료 분사량을 변화시키는 연료 분사 시스템과, 흡입 공기 제어 신호에 반응하여 엔진 실린더로의 흡입 공기량을 변화시키기 위한 드로틀 밸브를 갖춘 흡입 시스템과, 엔진의 배기 가스 혼합물을 EGR 가스로서 흡입 시스템에 재순환시키고 EGR 제어 신호에 반응하여 EGR 가스량을 변화시키는 EGR 시스템을 구비한 작동 시스템과,
    엔진 부하를 나타내는 엔진 작동 파라미터를 결정하도록 입력 정보를 수집하기 위한 입력 기구와,
    엔진 작동 파라미터에 따라 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 절환을 요구하는 절환 요구 신호를 생성하며, 목표 공연비를 성층 연소 모드를 위한 제1 목표비로부터 균질 연소 모드를 위한 제2 목표비로 변화시키고, 흡입 공기 제어 신호를 제1 목표비를 얻는 제1 목표 공기량 수준으로부터 제2 목표비를 얻는 제2 목표 공기량 수준으로 변화시키고, 필요한 공연비를 제1 목표비로부터 제2 목표비로 시간 경과에 따라 점진적으로 증가시키기 시작하고, 연료 제어 신호를 필요한 공연비 신호에 따라 제어하고, EGR량을 감소시키도록 EGR 제어 신호를 성층 모드를 위한 성층 모드 EGR 수준으로부터 균질 희박 모드 EGR 수준으로 변화시키고, 실제 잔류 EGR 가스량을 나타내는 개산된 잔류 EGR량을 성층 모드 EGR 수준으로부터 균질 희박 모드 EGR 수준으로 감소시키기 시작함으로써 연소 절환 요구 신호에 반응하며, 필요한 공연비가 소정의 임계치와 같거나 그보다 클 때 연소 절환 요구 신호에 반응하여 연소 절환을 허용하도록 연소 절환 명령 신호를 생성하며, 잔류 EGR량이 여전히 소정치와 같거나 그보다 큰 경우에 연소 안정성을 개선하도록 필요한 공연비를 임계치 수준으로부터 소정의 농후 수준으로 급격하게 증가시킴으로써 연소 절환 명령 신호에 반응하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 작동 시스템이 제어기에 의해 생성된 점화 제어 신호에 반응하여 엔진의 점화 시기를 제어하기 위한 점화 시스템을 더 포함하고, 상기 제어기가 엔진 실린더 내에 생성된 공기 연료 혼합물의 실제 공연비를 급격하게 증가시키도록 필요한 공연비를 스텝 증가시키는 동시에 연소 절환 명령 신호에 반응하여 점화 시기를 급격하게 지연시키기 위해 점화 시기를 스텝 변화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 입력 기구가 운전자의 가속 요구에 따라 가속 입력 신호를 생성하기 위한 제1 기구를 포함하고, 제어기가 가속기 입력 신호에 의해 나타난 운전자의 가속 요구를 모니터링하여 가속기 입력 신호가 급가속을 요구하는 소정 조건에 있을 때에만 필요한 공연비의 스텝 증가를 허용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
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