KR19990023730A - 내연기관용 연료 분사 제어 시스템 - Google Patents

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히라꾸 오오바
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하나와 요시카즈
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Abstract

성층 충전 연소 모드 및 균질 충전 연소 모드를 갖는 종류의 직접 분사 불꽃 점화식 내연 기관에서, 제어기가 검출된 엔진 작동 상채에 따라 연소 모드 중 하나를 선택하고, 계산 부하를 감소시키기 위해 선택된 모드의 연료 분사량만을 계산한다. 제어기는 성층 모드 기간중에는 압축 행정에서만 연료 분사 시기를 계산하고, 성층 모드로부터 균질 모드로의 신속하고 원활한 변환을 위해 균질 모드 및 성층 모드 모두의 기간중 흡입 행정 상의 균질 모드 분사 시기를 계산한다. 성층 모드 기간 중 균질 모드 분사 시기는 성층 모드에 따른 연료 분사량에 따라 계산된다.

Description

내연기관용 연료 분사 제어 시스템
본 발명은 내연 기관에 관한 것이고, 자세하게는 성층 충전 연소 모드 및 균질 충전 연소 모드를 갖는 종류의 엔진의 연료 분사를 제어하는 과정 및 엔진 제어 시스템에 관한 것이다.
최근에 가솔린 엔진과 같은 불꽃 점화 기관에서의 실린더 내 직접 연료 분사 기법이 성층 충전 연소 및 균질 충전 연소를 사용한 연료 효율 및 배기 성능의 향상을 위해 개발중이다.
저부하 및 중부하 영역에서 이같은 종류를 위한 제어 시스템은 스파크 플러그 주위에만 성층 연소가능 혼합물을 생성하도록 압축 행정 중에 연료를 연소실 내로 직접 분사함에 의해 엔진을 성층 연소 모드로 작동시킨다. 이같의 얻어진 성층 연소는 초희박 혼합물로 안정된 연소를 가능하게 하여 엔진의 연료 효율 및 배기 성능을 현저히 향상시킨다.
소정의 엔진 부하에 걸친 고부하 영역에서 엔진은 균질 연소 모드로 작동하여 높은 출력 토크의 요구에 대응한다. 균질 연소 모드에서 연료는 균질 공기 연료 혼합물을 생성하도록 흡기 행정중 분사된다. (어떤 예에서는 균질 모드를 위한 연료 분사 밸브가 흡기 포트에 별도로 제공된다.)
제어 시스템은 하나 이상의 엔진 작동 상태에 따라 연소 모드를 균질 모드와 성층 모드 사이로 변환시킨다.
일본 특허 공개 공보 63(1988)-138118호에 개시된 엔진 제어 시스템은 성층 연소 모드에 따라 연료 분사량 및 분사 시기 그리고 균질 연소 모드에 따라 연료 분사량 및 분사 시기 모두를 항상 계산하도록 배열된다.
본 발명의 목적은 내연 기관의 연소 모드의 변환을 신속하고 용이하게 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
자세하게는 본 발명에 의한 장치 및 방법은 균질 모드 연료 분사량 및 시기 및 성층 모드 연료 분사량 및 시기 모두를 항상 계산할 필요없이 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 변환을 신속하게 달성할 수 있다.
도1은 본 발명의 한 실시예에 의한 엔진 제어 시스템의 개략도.
도2 내지 도9는 도1의 엔진 제어 시스템에 의해 수행되는 제어 과정을 도시한 도면으로서,
도2는 연료 분사 시기를 설정하는 주 루틴의 흐름도이고,
도3은 성층 충전 연소 모드의 연료 분사 시기의 설정을 요구하는 루틴의 흐름도이고,
도4는 연료 분사량을 계산하는 루틴의 흐름도이고,
도5는 균질 충전 연소 모드의 연료 분사 시기의 설정하는 루틴의 흐름도이고,
도6은 성층 충전 연소 모드의 연료 분사 시기를 설정하는 루틴의 흐름도이고,
도7은 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드의 연료 분사 시기를 측정하는 루틴의 흐름도이고,
도8은 균질 충전 연소 모드에 따라 연료 분사를 제어하는 루틴의 흐름도이고,
도9는 성층 충전 연소 모드에 따라 연료 분사를 제어하는 루틴의 흐름도이다.
도10은 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로 전이할 때의 도1의 제어 시스템에서 일어나는 사건들의 순서를 도시하는 시간표.
도11은 균질 연소 모드로부터 성층 연소 모드로 전이할 때의 도1의 제어 시스템에서 일어나는 사건들의 순서를 도시하는 시간표.
도12는 도1에 도시된 제어 시스템이 갖을 수 있는 기능 구역들의 배열을 한예로서 도시한 블록도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 가속기 위치 센서2 : 크랭크각 센서
3 : 공기 유량계4 : 엔진
5 : 온도 센서6 : 연료 분사기
7 : 점화 플러그 8 : 흡기 통로
9 : 드로틀 밸브10 : 드로틀 액츄에이터
11 : 제어 유니트12 : 연소실
본 발명에 의하면, (균질 충전 연소 모드와 같은) 제1 모드 및 (성층 충전 연소 모드와 같은) 제2 모드 사이에서, 제1 모드를 위한 제1 분사 시기 및 제1 분사 시기 보다 늦은 제2 모드를 위한 제2 분사 시기 사이의 연료 분사 시기를 변경함에 의해 내연 기관의 연소 모드의 변경하는 장치 및 방법이 제공된다. 장치 또는 방법은 제1 모드의 제1 연료 분사량 또는 제2 모드의 제2 연료 분사량 중 어느 하나를 선택적으로 계산하고, 제1 모드의 작동 기간 및 제2 모드의 작동 기간 모두의 도중에 제1 연료 분사량 및 제2 연료 분사량 중 어느 하나에 따른 제1 분사 시기를 계산하는 제어기 또는 제어 방법을 포함한다.
제어기 또는 제어 방법은 목표 연소 모드로서 제1 및 제2 모드 중 하나를 선택하고, 제1 모드가 선택되면 제1 연료 분사량만을 계산하고 제2 모드가 선택되면 제2 연료 분사량만을 계산하며, 제1 모드가 선택되었을 때 및 제2 모드가 선택되었을 때 모두에서 제2 분사 시기보다 빠른 제1 분사 시기를 계산하고, 제1 모드가 선택되면 제1 분사량에 따라 제2 모드가 선택되면 제2 분사량에 따라 제1 분사 시기를 계산하도록 배열될 수 있다.
장치는 엔진의 연소실로 직접 연료를 분사하는 직접 연료 분사 시스템이 갖추어진 내연 기관의 형태일 수 있다.
본 발명에 의한 장치 및 방법은 연료 분사량 및 시기를 계산하기 위해 컴퓨터에 인가되는 부하와 같은 계산 부하를 감소시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 한 실시예에 의한 내연 기관 또는 엔진 시스템을 도시한다.
도1의 엔진 시스템은 입력 장치를 포함하는 입력 구역, 제어 구역 및 액츄에이터로서의 역할을 하는 출력 장치를 포함하는 출력 구역을 포함하는 엔진 제어 시스템의 형태이다.
본 예의 입력 구역은 (엔진을 적절하게 표시하는 의미에서) 내연 기관(4)의 가속 시스템의 위치를 검출하는 가속기 위치 센서(1)와, 크랭크각 센서(2)와, 엔진(4)로의 단위 시간당 흡기량을 검출하는 공기 유량계(또는 공기 유동 센서, 3)와, 엔진 냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서(5)를 포함한다. 본 예의 가속기 센서(1)는 엔진 시스템이 장착되는 차량의 가속기 페달의 개방도(또는 가압도)를 검출한다. 본 예의 크랭크각 센서(2)는 각 실린더의 기준 피스톤 위치(예를 들어 BTDC 110°CA)의 신호를 위한 기준 신호(REF)와, 각 단위 크랭크각의 위치 신호(POS)를 주기적으로 발생시킨다. 제어 시스템은 단위 시간당 위치 신호의 수를 측정하여 또는 기준 신호의 발생 주기를 측정하여 엔진 속도(Ne)를 결정할 수 있다.
엔진(4)은 각 실린더를 위한 점화 플러그(7) 및 연료 분사기(6)를 갖춘 실린더 블록 조립체를 포함한다. 각 실린더의 연료 분사기(6)는 연료 분사 제어 신호에 응답하여 실린더의 연소실(12) 내로 직접 분사하고, 점화 플러그(7)는 연소실(12) 내의 점화를 개시한다. 엔진(4)의 연료 분사 시스템은 성층 연소 모드 및 균질 연소 모드 중 하나로 연료 분사기(6)를 작동시키도록 되어있다. 저부하 및 중부하 엔진 작동 영역에서 각 실린더의 연료 분사기(6)는 점화 플러그(7) 주위에 근접하여 성층 연소가능 혼합물을 형성하여 초희박 연료 공기 혼합물로 성층 충전 연소를 이룰 수 있도록 압축 행정 중 연소실(12) 내로 연료를 분사한다. 고 엔진 부하 영역에서 각 실린더의 연료 분사기(6)는 균질 연소 모드로 제어되고, 실린더 전체에서 균질 혼합물을 형성하여 더 많은 출력을 제공하는 균질 연소를 이루도록 흡기 행정 중 연소실(12) 내로 연료를 분사한다. 연료 분사기(6)는 엔진(4)에서 연소 상태를 제어하기 위한 액츄에이터(또는 액츄에이터의 일부분)으로서의 역할을 한다. 도1의 내연 기관(4)은 적어도 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드를 갖는 직접 분사형 스파크 점화 엔진이다.
드로틀 밸브(9)가 엔진(4)의 흡기 통로(8)에 배치된다. 드로틀 액츄에이터(또는 드로틀 제어 유니트, 10)가 드로틀 밸브(9)의 개방도를 전자 제어하기 위해 배열된다.
엔진 제어 유니트(또는 제어기, 11)가 엔진 작동 상태의 입력 정부를 수집하기 위해 입력 구역으로부터의 신호를 수용하고, 엔진 작동 상태에 따라 드로틀 액츄에이터(10)를 통한 드로틀 밸브(9)의 개방도와, 각 연료 분사기(6)의 연료 분사 시기 및 연료 분사량(또는 연료 공급량)과 각 스파크 플러그(7)의 점화 시기를 제어한다.
엔진 제어 유니트(11)는 제어 구역의 주 부품이다. 예를 들어 제어 유니트(11)는 적어도 중앙 처리 유니트(CPU)와, ROM 및 RAM을 갖는 메모리 구역을 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터를 포함한다.
도2 내지 도9는 엔진 제어 유니트(11)에 의해 수행되는 연료 분사 제어 과정을 도시한다.
도2는 연료 분사 시기(I/T)를 설정하는 기본 루틴을 도시한다. 제어 유니트(11)는 크랭크각 센서(2)로부터 기준 신호(REF)를 받을 때마다 도2의 루틴을 수행한다.
단계(S1)에서 제어 유니트(11)는 균질 연소 모드에 따라 흡기(또는 도입) 행정상의 균질 모드 연료 분사 시기를 설정한다.
단계(S2)에서 제어 유니트(11)는 성층 모드 연료 분사 시기를 설정하는 요청이 있는 지를 결정한다.
요청이 있으면, 제어 유니트(11)는 단계(S2)로부터 단계(S3)로 진행하고, 단계(S3)에서 성층 연소 모드에 따라 압축 행정상의 성층 모드 연료 분사 시기를 설정한다.
성층 분사 시기를 설정하는 요청이 없으면, 제어 유니트(11)는 성층 모드 분사 시기를 결정하지 않고 이 루틴을 종료한다.
그러므로 균질 모드의 흡기 행정 분사 시기는 연소 모드가 균질 모드인지 성층 모드인지에 관계없이 설정되고, 성층 모드의 압축 행정 분사 시기는 설정이 요구될 때(즉 단계(S2)의 답이 긍정일 때)에만 설정된다.
도3은 성층 모드 분사 시기를 설정하는 요청이 있는 지를 결정하는 루틴을 도시한다.
단계(S11)에서 제어 유니트(11)는 원하는 목표 연소 모드가 균질 연소 모드인지 여부를 결정한다.
본 예에서 제어 유니트(11)는 목표 연소 모드를 이하의 방식으로 결정한다.
제어 유니트(11)는 처음에 원하는 연소 모드(균질 모드 또는 성층 모드)와 목표 등가비를 예를 들어 하나 이상의 소정의 맵으로부터의 정보 검색에 의한 엔진 속도 및 엔진 부하와 같은 엔진 작동 조건에 따라 결정한다. 본 예의 제어 유니트(11)는 원하는 연소 모드 및 목표 동가비를 결정하는 기초 변수로서 엔진 속도 및 엔진 부하를 사용하고, 엔진 냉각수 온도같은 하나 이상의 다른 엔진 작동 상태를 보조 변수로서 사용한다. 목표 등가비가 성층 연소 모드 및 균질 연소 모드 사이의 연소 모드 변환을 필요로하는 엔진 작동 상태의 변화에 응답하여 계단형 변화와 같은 계단형 방식으로 변화할 때 엔진의 실제 등가비를 즉시 변경하는 것은 불가능하며, 이는 드로틀 밸브(9)의 이동의 지연과 흡기 시스템의 체적에 기인한 지연 때문에 흡기 공기량 변화의 지연 때문이다. 그러므로 본 예의 제어 시스템은 흡기 공기량의 지연 변화와 보조를 맞추도록 목표 등가비상의 위상 지연 보정을 행함으로썩 지연 목표 등가비(TFBYAD)를 결정하고, 지연 보정된 (지연된) 등가비를 사용하여 엔진 출력 토크를 원활하게 변동시킨다. 또한 본 예의 제어 시스템은 지연된 등가비가 소정의(중첩) 영역일 때 연소 모드의 변화를 허용하여, 성층 모드 및 균질 모드 사이의 연소 모드의 변경 전후 모두에서 안정된 연소를 보장한다. 이 영역에서 성층 모드의 원하는 등가비 및 균질 모드의 원하는 등가비는 서로 중첩한다. 본 예에서 제어 시스템은 연소 모드 변경을 위한 적절한 영역을 한정하는 소정의 임계값과 지연된 등가비를 비교하여 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중 하나를 선택한다. 예를 들어 제어 시스템은 목표 연소 모드로서 지연된 등가비가 임계값(TFACH)과 같거나 그보다 높을 때에는 균질 모드 목표 연소 모드로 선택하고, 지연된 등가비가 임계값(TFACH)보다 낮을 때에는 성층 연소 모드를 목표 연소 모드로 선택한다. 예를 들어 엔진 제어 유니트(11)는 엔진 부하를 지시하는 엔진 작동 변수가 성층 연소 모드를 필요로 하는 영역(예를 들어 저부하 또는 중부하 영역)으로부터 균질 연소 모드를 필요로 하는 영역(예를 들어 고부하 영역)으로의 변동할 때 균질 모드를 선택하도록 (단계(S11)의 답 예에 대응하는) 신호 상태의 선택 신호를 발생시키고, 지연된 등가비는 성층 모드로부터 균질 모드로의 변경을 허용하는 소정 범위로 진입한다.
목표 연소 모드가 성층 연소 모드일 때 제어 유니트(11)는 단계(S11)에서 단계(S12)로 직접 진행한다. 제어 유니트(11)는 단계(S12)에서 성층 모드 분사 시기를 단계(S3)에서 설정할 것을 요구하는 요구 신호를 발생시킨다. 성층 모드가 목표 연소 모드로 선택될 때 성층 충전 연소는 모든 실린더에 대해 적합하고, 그러므로 제어 시스템은 성층 모드 분사 시기의 설정을 즉시 요구한다.
목표 연소 모드가 균질 연소 모드일 때, 제어 유니트(11)는 단계(S11)로부터 단계(S13)로 진행하여 엔진(4)의 임의의 하나 이상의 실린더에 성층 모드 연료 분사의 요청이 남아 있는 지를 결정한다. 남아있으면 제어 유니트(11)는 단계(S13)으로부터 단계(S12)로 진행하여 성층 모드 분사 시기의 설정을 요구한다. 실린더중 아무것도 성층 모드 분사를 요구하지 않으면, 제어 유니트(11)는 성층 모드 분사 시기 설정을 요구하는 요구 신호를 발생시키지 않고 도3의 루틴을 종료한다.
균질 모드로부터 성층 모드로 연소 변경시 연료 분사 시기는 늦어지는 방향으로 변경된다. 그러므로 제어 시스템은 연소 변경후의 제1 압축 행정으로부터 성층 모드 연료 분사를 수행할 수 있다. 그러므로 목표 연소 모드가 성층 모드일 때 균질 모드로부터 연소 변경의 직후의 전이 상태에서도 단지 성층 모드 분사 시기만을 계산하는 것으로 충분하다.
성층 모드로부터 균질 모드로 연소 변경의 경우에는 반대로 연료 분사 시기가 앞서는 방향으로 변경된다. 그러므로 본 실시예의 제어 시스템은 성층 모드 분사 시기 계산의 필요가 균질 모드로의 변경 직후에 사라지지 않는다고 가정한다. 제어 시스템은 균질 모드로의 연소 변경 후에 과도적으로 하나 이상의 실린더에 압축 행정에서 성층 모드 연료 분사를 계속한다. 성층 모드 분사를 하나 이상의 실린더가 필요로 할 때 제어 유니트(11)는 목표 연소 모드가 균질 모드로 변경된 후에도 성층 모드 분사 시기의 설정을 요구하는 요구 신호를 발생시킨다.
제어 시스템은 엔진 부하 및 엔진 속도를 감시하고 엔진 작동 상태에 따라 성층 모드 분사 시기 설정 요청이 있는 지를 판단하도록 배열될 수 있다. 또는 제어 시스템은 단지 성층 모드 연료 분사를 위해 각 실린더의 요청을 검사함으로써 요청 신호를 발생시킬 지를 결정하도록 배열될 수 있다.
도4는 (도12의 연료 분사량 계산 구역(101)에 대응하는) 연료 분사량 계산 루틴을 도시한다. 제어 유니트(11)는 (예를 들어 10 msec의) 소정 길이의 일정한 간격으로 도4의 유동을 주기적으로 수행한다.
단계(S21)에서 제어 유니트(11)는 목표 연소 모드가 균질 모드인지 여부를 결정한다.
균질 연소가 목표이면 제어 유니트(11)는 단계(S21)로부터 단계(S22)로 진행하고, 균질 연소 모드에 따른 연료 분사량(CTIH)을 계산한다.
본 예에서 균질 모드 연료 분사량(CTIH)은 이하의 방식으로 계산된다. 처음에 엔진 속도(Ne) 및 공기 유량계(3)에 의해 검출된 실체 흡입 공기량(Q)으로부터 제어 유니트(11)는 기초 연료 분사량 Tp (Tp = k·Q/Ne, k는 상수)를 계산한다. 기초 연료 분사량 Tp은 [통상적으로 이론 공연비에 대응하는 값(=1)인] 표준 등가비에서의 연료량이다. 그후 기초 연료 분사량(Tp)은 전술한 위상 지연 목표 등가비 TFBYAD와, 냉각수 온도와 같은 엔진 작동 상태로부터 결정된 수정 계수 THOS와, 연소 효율 인자(또는 연소 효율 수정 인자) ITAF와, 축전지 전압 수정량 Ts에 의해 이하의 식에 따라 수정된다.
CTIH = Tp·TFBYAD·THOS·ITAFH + Ts
이 식에서 연소 효율 인자 ITAF는 균질 모드 연소 효율 인자 ITFAH와 동등하게 설정된다. 연소 효율은 목표 등가비 및 EGR비(배기 가스 재순환 비)에 의존하여 변동가능하다. 또한 연소 효율은 연소 모드에 의해 영향을 받는다. 그러므로 제어 유니트(11)는 균질 모드의 맵과 성층 모드의 맵 중 어느 하나를 사용하여, 변수로서의 목표 등가비 및 EGR 비에 따라 연소 효율 인자 ITAF를 결정한다. 단계(S22)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드의 맵을 사용하여 균질 모드 연소 효율 인자 ITFAH를 결정하고 이를 CTIH를 결정하는 데 이용한다. 그러므로 연소 효율은 균질 충전 연소 및 성층 충전 연소 사이에서 상이하며, 그러므로 제어 시스템은 서로로부터 별개고 연소 모드 각각의 연료 분사량을 계산한다. 본 발명의 본 실시예에 의한 제어 시스템은 선택된 연소 모드의 연료 분사량만을 결정하도록 배열된다. 이 배열은 균질 모드를 위한 연료 분사량 및 성층 모드를 위한 연료 분사량 모두를 항상 계산하도록 배열된 시스템에 비해 계산 부하를 감소시킬 수 있다.
단계(S22')에서 제어 유니트(11)는 성층 모드 연료 분사량 CTIS를 0으로 설정한다.
단계(S23)에서 제어 유니트(11)는 단계(S22)에서 계산된 연료 분사량 CTIH를 다음 연료 분사를 수용할 예정의 #n 실린더를 위한 다음의 균질 모드 연료 분사량 TISETHn으로서 설정한다.
단계(S24)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 연료 분사량(CTIH)의 계산이 종료되었음을 지시하기 위해 CTIH 계산 플래그 FCTIH(상태 신호)를 설정한다.
목표가 성층 연소이면, 제어 유니트(11)는 단계(S21)로부터 단계(S25)로 진행한다. 단계(S25)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 분사량 CTIH의 계산과 같은 방식으로 성층 연소 모드에 의한 성층 모드 연료 분사량 CTIS를 계산한다. CTIS의 계산에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 효율 인자 ITAFH 대신에 성층 연소 모드를 위한 맵에 의해 결정되는 성층 모드 연소 효율 인자 ITAFS를 사용한다.
단계(S25')에서 균질 모드 연료 분사량은 0으로 설정된다.
단계(S26)에서 제어 유니트(11)는 대응 실린더를 위한 성층 모드 연료 분사량 TISETSn으로서 성층 모드 연료 분사량 CTIS를 설정한다.
단계(S27)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 연료 분사량 CTIH가 종료되지 않았음을 지시하기 위해 CTIH 계산 플래그 FCTIH를 재설정한다.
도5는 (도12의 균질 모드 분사 시기 계산 구역(103)에 대응하는) 균질 연소 모드의 연료 분사 시기 설정을 위한 (도2의 단계(S1)의) 서브루틴을 도시한다.
단계(S31)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 연료 분사량 CTIH 및 성층 모드 연료 분사량 CTIS 중 큰 것을 선택한다.
본 예의 제어 시스템은 선택된 연소 모드의 연료 분사량만을 계산하고, 선택되지 않은 연료 분사량을 0으로 유지한다. 목표 연소 모드가 균질 모드일 때 균질 모드 연료 량 CTIH만이 계산되고 성층 모드 량 CTIS는 0으로 설정된다. 목표 연소 모드가 성층 모드일 때 단지 성층 모드 연료량 CTIS만이 계산되고 균질 모드 량 CTIH는 0으로 유지된다. 그러므로 단계(S31)에서 제어 유니트(11)는 균질 연소 모드 기간중 균질 모드 연료 분사량 CTIH를 선택하고, 성층 연소 모드 기간 중 성층 모드 연료 분사량 CTIS를 선택한다.
단계(S32)에서 제어 유니트(11)는 연료 분사량과 엔진 속도(Ne)를 변수로서 갖는 맵으로부터의 검색에 의해 연료 분사의 순간 현재 기준 신호 REF로부터 크랭크각(또는 각거리)의 형태로 균질 모드 연료 분사 시기 TITMH를 결정한다. 제어 유니트(11)는 균질 모드 연료 분사 시기 TITMH를 결정하기 위해 단계(S31)에서 선택된 연료 분사량과 엔진 속도(Ne)를 변수로서 사용한다.
그러므로 목표 모드가 성층 모드일 때, 제이 시스템은 균질 모드 분사 시기 TITMH를 결정하기 위해 성층 모드 분사량 CTIS를 사용한다. 그러므로 이 제어 시스템은 성층 모드 중 균질 모드 분사 시기를 결정하고 연료 분사량 계산 부하를 증가시키지 않고 균질 모드로의 연소 변경을 준비한다.
소정의 엔진 토크를 발생시키는 데 필요한 성층 모드 분사량 CTIS은 같은 엔진 토크에 대해 균질 모드 분사량 CTIH과 동등하지 않으며 이는 성층 연소 모드 및 균질 연소 모드 사이의 등가빙에 대응하는 연소 효율의 차 때문이다. 성층 모드 및 균질 모드 사이의 분사량의 이 차는 연료 분사 시기의 이동을 일으킨다. 그러나 연료 분사 시기의 이동은 충분히 작아 제어 시스템은 성층 모드 분사량에 기초한 균질 모드 분사 시기의 계산에도 불구하고 정상적이고 확실한 연소를 유지할 수 있다.
단계(S33)에서, 제어 유니트(11)는 REFH 카운터에서 현재의(또는 최근의) 기준 신호 REF로부터 균질 모드 분사 시기 TITMH에 의한 연료 분사의 올바른 순간까지 계수될 기준 신호 REF의 수 INJOFH를 설정한다.
단계(S34)에서, 제어 유니트(11)는 대응 분사기의 점화까지, 각 위치 신호 POS의 수령시 하나씩 하향 계수하는 POSH 카운터에서, 전술한 REFH 카운터에 의해 계수되는 최종 기준 신호 REF로부터 균질 모드 연료 분사 시기 TITMH에 따른 연료 분사의 순간까지 크랭크 각 ANGTMH를 설정한다.
도6은 (도12의 성층 모드 분사 시기 계산 구역(102)에 대응하는) 성층 연소 모드의 연료 분사 시기를 설정하는 (도2에 도시된 단계(S3)의) 서브루틴을 도시한다.
단계(S41)에서 제어 유니트(11)는 엔진 속도(Ne)와 성층 모드 연료 분사량CTIS을 변수로서 갖는 맵으로부터의 검색에 의해 현재 기준 신호 REF로부터 분사 순간까지의 크랭크각(또는 각 거리)의 형태로 성층 모드 연료 분사 시기 TITMS를 결정한다.
단계(S42)에서 제어 유니트(11)는 REFS 카운터에서, 현재 기준 신호 REF로부터 성층 모드 시기 TITMS에 따른 연료 분사의 순간까지 계수되는 기준 신호 REF의 수를 설정한다.
단계(S43)에서 제어 유니트(11)는 POSS 카운터에서, 전술한 REFS 카운터에 의해 계수되는 최종 기준 신호 REF로부터 성층 모드 연료 분사 시기 TITMS의 순간 까지의 크랭크각 ANGTMS를 설정한다.
본 예에서 제어 시스템은 성층 연소 모드 및 균질 연소 모드 각각에 대해 위치 신호 POS를 계수하는 POS 카운터 및 기준 신호 REF를 계수하는 REF 카운터를 갖는다. 그러므로 제어 시스템은 성층 모드 분사 시기를 결정하는 측정 조작과 균질 모드 분사 시기를 결정하는 측정 조작을 병렬로 수행할 수 있다.
도7은 (도12의 측정 구역(104)에 대응하는) 각 연소 모드의 연료 분사 개시 시기를 측정하는 루틴을 도시한다. 이 루틴은 단위 크랭크각(매 1도)의 일정 간격으로 수행된다.
단계(S51)에서 제어기는 POSH 카운터에서 크랭크각 ANGTMS와 POSS 카운터에서 크랭크각 ANGTMS 각각을 감소시킨다. POSH 카운터에서의 크랭크각 ANGTHM는 균질 모드 분사 시기에 의해 특정된 분사 순간 전에 남아있는 크랭크각을 나타낸다. POSS 카운터의 크랭크각 ANGTMS는 성층 모드 분사 시기에 의해 특정된 분사 순간 전에 남아있는 크랭크각을 나타낸다.
단계(S52)에서 제어 유니트(11)는 남아있는 크랭크각 ANGTMH가 0과 동등해졌는 지를 결정한다.
남아있는 크랭크각 ANGTMH가 0과 동등할 때 제어 유니트(11)는 단계(S52)로부터 단계(S53)로 진행하고, (도8에 도시된 바와 같이) 단계(S53)에서 균질 모드 연료 분사를 수행한다.
크랭크각 ANGTMH가 0이 아니면 제어 유니트(11)는 단계(S52)로부터 단계(S54)로 진행한다. 또는 제어 유니트(11)는 단계(S53) 후에 단계(S54)로 진행한다. 단계(S54)에서 제어 유니트(11)는 남아있는 크랭크각(ANGTMS)가 0과 동등하게 되었는 지를 결정한다.
크랭크각 ANGTMS가 0과 같을 때 제어 유니트(11)는 단계(S54)로부터 단계(S55)로 진행하고 (도9에 도시된 바와 같이) 단계(S55)에서 성층 모드 연료 분사를 수행한다.
본 예에서, 후술하는 바와 같이 제어 시스템은 대응 연료 분사량이 0일 경우 균질 모드 또는 성층 모드 분사 시기에서 소정 실린더에 연료 분사를 수행하지 않는다.
도8은 (도12의 연료 분사 제어 구역(105)에 대응하는) 도7의 단계(S53)에 도시된 균질 모드 연료 분사 제어의 루틴을 도시한다.
단계(S61)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 연료 분사량 CITH의 계산이 종료되었는 지 여부를 전술한 CITH 계산 플래그 FCTIH(단계(S24) 또는 (S27)에서의 설정 또는 재설정)를 점검하여 결정한다.
균질 모드 연료 분사량 CITH가 이미 종료되었으면, 그래서 플래그 FCTIH가 설정 상태이면, 제어 유니트(11)는 단계(S61)로부터 단계(S62)로 진행한다. 단계(S62)에서 제어 유니트(11)는 대응하는 #n 실린더에 대한 성층 모드 연료 분사량 TISETSn을 0으로 재설정하여 성층 연소를 정지시킨다.
그후 단계(S63)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 연료 분사량 TISETHn을 독취한다.
단계(S64)에서 제어 유니트(11)는 연료 분사기(밸브)의 온(on) 시간을 측정하는 카운터(INJCNT)에 (펄스폭으로 대표되는) 균질 모드 연료 분사량 TISETHn을 저장한다.
단계(S65)에서 제어 시스템은 대응 #n 실린더의 연료 분사기의 활성화를 개시한다. 그러므로 분사기는 연료를 #n 실린더 내로 TISETHn에 대응하는 양의 연료를 분사한다. 그러므로 제어 시스템은 균질 연소를 수행한다.
단계(S66)에서 제어 유니트(11)는 균질 모드 분사 플래그 FHOMO(상태 신호)를 균질 모드 연료 분사가 카운터 INJCNT에 저장된 시간동안 대응 분사기를 활성화함에 의해 수행된 것을 지시하도록 설정한다.
균질 모드 분사 시기에 의해 균질 모드 연료 분사량 CTIH의 계산이 아직 종료되지 않았으면(즉 계산이 아직 시작되지 않았거나 계산이 아직 진행 중이면), 제어 유니트(11)는 단계(S61)로부터 단계(S67)로 진행하고 단계(S67)에서 #n 실린더에 대응하는 균질 모드 연료 분사량 TISETHn을 재설정한다. 그러므로 제어 시스템은 소정의 실린더의 균질 모드 연료 분사 시기가 균질 모드 연료 분사량의 계산 완료 이전에 도달하면 엔진의 소정의 실린더에서 성층 모드로부터 균질 모드로의 변경을 유보시킨다.
도9는 (도12의 연료 분사 제어 구역에 대응하는) 단계(S55)의 성층 모드 연료 분사 제어의 루틴을 도시한다.
단계(S71)에서 제어 유니트(11)는 흡기 행정의 균질 모드 연료 분사가 수행되었는지 여부를 전술한 균질 모드 분사 플래그 FHOMO를 검사함으로써 결정한다.
균질 모드 연료 분사가 이미 수행되었고, 그러므로 균질 모드 분사 플래그 FHOMO가 설정 상태이면 제어 유니트(11)는 단계(S71)로부터 단계(S72)로 진행한다. 단계(S72)에서 제어 유니트(11)는 대응 #n 실린더의 성층 모드 연료 분사량 TISETSn을 0으로 재설정하여 성층 모드 연료 분사를 방지한다. 이 방식으로 제어 시스템은 이중 연료 분사에 의한 공기 연료 혼합물의 원치않는 농후화를 방지할 수 있다. 성층 모드로부터 균질 모드로의 목표 변경후에도 제어 유니트(11)는 성층 모드 연료 분사량 TISETSn을 유지하고, 연소 변경 전에 계산된 저장된 성층 모드 연료 분사량 TISETSn에 기초하여 성층 모드 연료 분사를 수행한다.
균질 모드 연료 분사가 수행되지 않고, 그래서 균질 모드 분사 플래그 FHOMO가 재설정 상태로 유지되면, 제어 유니트(11)는 단계(S71)로부터 단계(S73)으로 진행하고 대응 #n 실린더의 성층 모드 연료 분사량 TISETSn을 독취한다. 균질 모드로부터 성층 모드로의 연소 변경시 흡입 행정 연료 분사의 정지로부터 압축 행정 분사 시기까지 성층 모드 분사량을 계산하는 충분한 시간이 있다.
그후 단계(S74)에서 제어 유니트(11)는 성층 모드 연료 분사량 TISETSn을 연료 분사기의 온(on) 시간을 측정하는 카운터에 저장한다.
단계(S75)에서 제어 시스템은 대응 #n 실린더의 연료 분사기의 활성화를 개시한다. 분사기는 연료를 #n 실린더 내로 TISETSn에 대응하는 양으로 분사한다. 제어 시스템은 성층 연소를 수행한다.
본 예의 제어 시스템은 균질 모드의 작동중 균질 모드 분사량 및 균질 모드 분사 시기만을 계산하므로 계산 부하가 감소한다. 균질 모드로부터 성층 모드로의 연소 변경의 경우에 제어 시스템은 변경 결정 이후에 적시에 성층 모드 분사 시기를 계산할 수 있으며, 이는 압축 행정의 성층 모드 분사 시기가 흡기 행정의 균질 모드 분사 시기보다 충분히 늦기 때문이다.
더욱이 제어 시스템은 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 변경을 신속하고 원활하게 수행하도록 배열된다. 실린더로의 연료 분사가 분사 시기를 계산하고, 다음 기준 신호를 기다리고, 다음 기준 신호의 수령시 카운터에 계산된 분사 시기를 설정함으로써 준비된다. 이들 작동은 많은 양의 시간을 필요로 하며, 성층 모드로부터 균질 모드로의 변경시 지연을 초래하기 쉽다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템은 항상 균질 모드 분사 시기를 계산하고, 계산의 결과에 따라 균질 모드를 위해 카운터를 설정한다. 그러므로 카운터에 의한 카운트다운 과정중에 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 모드 변경 결정이 이루어져도 제어 시스템은 균질 모드 분사 시기에서 균질 모드 분사량으로 연료를 분사함으로써 균질 모드 연료 분사를 적시에 달성할 수 있다.
분사 시기는 분사량에 따라 결정된다. 성층 충전 연소중 균질 모드 분사 시기를 계산할 때 본 발명의 실시예에 의한 제어 시스템은 성층 모드 분사량으로 균질 모드 분사량을 대체한다. 제어 시스템은 성층 모드 기간중 균질 모드 분사량의 계산을 생략하여 컴퓨터 시스템의 부담을 경감한다.
도5의 단계(S31)는 성층 모드 분사량 CTIS와 균질 모드 분사량 CTIH 중 큰것을 선택하도록 배열된다. 또는 단계(S31)를 목표 연소 모드를 검사함에 의해 CTIS 및 CTIH 중 하나를 선택하도록 배열하는 것이 가능하다. 이 경우 제어 유니트(11)는 균질 모드 분사 시기 TITMH를 계산하는 데 사용되는 분사량으로서 목표 연소 모드가 균질 모드일 때의 균질 모드 분사량 CTIH를 선택하고, 목표 연소 모드가 성층 모드일 때 성층 모드 분사량 CTIS를 선택한다.
도10 및 도11은 이 제어 시스템의 작동을 도시한 시간표이다.
도10은 성층 충전 연소로부터 균질 충전 연소로의 변경의 행동을 도시한다.
성층 충전 연소 모드의 기간중 제어 시스템은 기준 신호 REF의 각 입력에 반응하여 성층 모드 분사 시기 TITMS에 따라 성층 모드의 카운터를 설정하고, 카운트가 0으로 감소되었을 때 분사 예정인 대응 실린더에 성층 모드 연료 분사를 수행한다. 동시에 제어 시스템은 균질 모드 분사 시기 TITMH를 계산하고, (도10에 도시된 p1) 균질 모드 분사 시기 TITMH에 따라 균질 모드 카운터를 설정하고, 균질 모드로의 변경의 준비로 카운트다운을 개시한다. 그러나 이 경우 각 실린더의 균질 모드 연료 분사량 TISETHn은 0이고, 그러므로 제어 시스템은 균질 모드 연료 분사를 수행하지 않는다.
성층 모드로부터 균질 모드로의 변경이 요구되고 결정되면, 제어 시스템은 엔진 작동 상태의 가장 최근의 값에 따라 균질 모드 연료 분사량 TISETHn을 계산한다. 균질 모드 분사량 TISETHn의 계산 완료후 제어 시스템은 균질 모드 분사 시기 지점에 첫 번째로 도달한 실린더(도10의 예에서는 #4 실린더)로부터 순서대로 균질 연료 분사를 수행한다. #4 실린더에 대해 균질 모드 분사 시기의 계산 및 카운터 설정은 균질 모드로의 목표 모드의 변경 이전에 행해진다. 그러므로 균질 모드로의 변경후 제어 시스템은 단지 균질 모드 분사량의 계산에 의해 균질 충전 연소를 위한 준비 완료 상태가 되고 (p2에서) 균질 모드 연료 분사를 제시간에 수행한다. 제어 시스템은 연소 모드를 균질 모드로 즉시 변경할 수 있다.
흡입 행정상의 균질 모드 분사 시기가 지났으나 현재 작동 사이클의 압축 행정상의 분사 시기는 다가오는 실린더(도10의 예에서 #2 및 #3 실린더)에 대해 제어 시스템은 압축 행정상의 성층 모드 분사 기기에서 연료 분사를 수행한다. 이 성층 모드 분사의 연료 분사량은 균질 모드로의 변경 이전에 계산된 성층 모드 연료 분사량의 크기와 같게 설정된다.
본 실시예에 의한 제어 시스템은 하나 이상의 실린더에 의해 성층 모드 분사가 필요한 한 목표 모드의 균질 모드로의 변경후의 전이 기간 중 성층 모드 분사 시기의 계산을 계속한다. 제어 시스템은 각 엔진 실린더를 감시하도록 배열되고, 각 엔진 실린더가 성층 모드 분사 시기의 계산 정지를 허용하는 소정 상태에 도달할 때까지 성층 모드 연료 분사 시기 계산을 계속한다. 제어 시스템은 균질 모드 연료 분사가 각 실린더에 행해질 때까지, 또는 균질 충전 연소 모드의 점화 시기가 설정될 때까지, 또는 제1 균질 모드 연소가 수행될 때까지 성층 모드 분사 기기의 계산을 계속한다. 도시된 실시예에서 성층 모드 분사 시기의 계산이 계속되는 전이 기간은 엔진의 한 엔진 작동 사이클과 같거나 더 짧다.
도11은 균질 연소로부터 성층 연소로의 변경의 경우의 행동을 도시한다. 균질 모드로부터 성층 모드로의 목표 모드의 변경 결정후에, 제어 시스템은 성층 모드로의 전이를 즉시 달성할 수 있다. 균질 모드 연료 분사가 아직 수행되지 않은 그러므로 성층 모드 분사가 허용되는 하나 이상의 실린더(도11의 예에서 #4 및 #1 실린더)에 대해, 제어 시스템은 성층 모드 분사 시기 및 성층 모드 분사량 TISETSn을 계산하고 그후 (p5에서) 압축 행정상의 성층 모드 연료 분사를 수행한다.
도시된 실시예에서, 제어 시스템은 도12에 도시된 이하의 구역들을 포함한다.
연료량 계산 구역(101)이 목표 연소 모드에 따라 성층 모드 연료 분사량(CTIS) 및 균질 모드 연료 분사량(CTIH) 중 단지 하나를 계산한다.
성층 모드 분사 시기 계산 구역(102)이 성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량(CTIS)에 따라 성층 모드 분사 시기(TITMS)를 계산한다.
균질 모드 분사 시기 계산 수단(103)이 균질 모드가 선택되었을 때 균질 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기(TITMH)를 계한하고, 성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기(TITMH)를 계산한다.
측정 구역(104)이 균질 모드 분사 시기에 의해 한정된 제1 분사 시간과, 성층 모드 분사 시기에 의해 한정된 제2 분사 시간을 신호한다.
연료 분사 제어 구역(105)이 하나 이상의 연료 분사기를 포함하는 연료 분사 시스템(106)에 연료 분사 제어 신호를 보냄으로써 흡입 행정상의 제1 분사 시간에서의 균질 모드 연료 분사 및 압축 행정상의 제2 분사 시간에서의 성층 모드 연료 분사 중 어느 하나를 수행한다.
선택 구역(107)이 하나 이상의 엔진 작동 상태들에 따라 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드중 하나를 목표 연소 모드로서 선택한다.
선택 구역(104)은 크랭크각의 감시에 의해 균질 모드 분사 시기에 따른 제1 분사 시간을 신호하는 제1 소구역 또는 카운터(104a)와, 크랭크각의 감시에 의해 성층 모드 분사 시기에 따른 제2 분사 시간을 신호하는 제2 소구역 또는 카운터(104b)를 포함할 수 있다.
본 출원은 일본 특허 출원 제9-225329호에 기초한다. 1997년 8월 21일에 출원된 일본 특허 출원 제9-225329호의 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 포함되었다.
상기 구성에 의해 본 발명은 성층 모드로부터 균질 모드로의 연소 변환을 신속하게 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 직접 분사 내연 기관에 있어서,
    균질 연소 모드를 위한 흡기 행정상의 균질 모드 분사 시기와 성층 연소 모드를 위한 압축 행정상의 성층 모드 분사 시기 사이로 연료 분사 시기를 변경함으로써 균질 충전 연소 모드와 성층 충전 연소 모드 사이에서 엔진의 연소 모드를 변경하기 위해 엔진의 연소실로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 시스템과,
    균질 연소 모드를 위한 균질 모드 연료 분사량 및 성층 연소 모드를 위한 성층 모드 연료 분사량 중 하나만을 선택적으로 계산하고, 균질 연소 모드 기간 및 성층 연소 모드 기간 모두의 도중에 균질 모드 연료 분사량 및 성층 모드 연료 분사량 중 계산된 것에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 제어기는 성층 모드 및 균질 모드 중 하나를 목표 연소 모드로 선택하고, 균질 모드가 선택되면 균질 모드 연료 분사량만을 계산하고 성층 모드가 선택되면 성층 모드 연료 분사량만을 계산하며, 균질 모드가 선택되었을 때 및 성층 모드가 선택되었을 때 모두에 균질 모드 분사 시기를 계산하며, 균질 모드가 선택되면 균질 모드 분사량에 따라 그리고 성층 모드가 선택되면 성층 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  3. 제2항에 있어서, 제어기는 균질 모드 분사량이 성층 모드 분사량보다 크거나 같으면 균질 모드 분사량과 같고, 성층 모드 분사량이 균질 모드 분사량보다 크면 성층 모드 분사량과 같은 더큰 연료 분사량을 결정하기 위해 균질 모드 분사량과 성층 모드 분사량을 비교하고, 더큰 연료 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  4. 제2항에 있어서, 제어기는 목표 연소 모드에 따라 성층 모드 연료 분사량 및 균질 모드 연료 분사량 중 하나만을 계산하는 연료량 계산 구역과, 균질 모드가 선택되었을 때 균질 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하고 성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하는 균질 모드 분사 시기 계산 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  5. 제4항에 있어서, 제어기는 성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량에 따라 성층 모드 분사 시기를 계산하는 성층 모드 분사 시기 계산 구역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  6. 제5항에 있어서, 제어기는 균질 모드 분사 시기에 의해 설정된 제1 분사 시간과 성층 모드 분사 시기에 의해 설정된 제2 분사 시기를 신호하는 측정 구역과, 흡입 행정상의 제1 분사 시간에서 균질 모드 연료 분사 및 압축 행정상의 제2 분사 시간에서 성층 모드 연료 분사 중 어느 하나를 수행하는 연료 분사 제어 구역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  7. 제6항에 있어서, 엔진은 엔진 작동 상태를 검출하는 입력 구역을 더 포함하고, 제어기는 엔진 작동 상태에 따라 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중 하나를 목표 연소 모드로 선택하는 선택 구역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  8. 제7항에 있어서, 입력 구역은 엔진의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 센서를 포함하고, 측정 구역은 크랭크각의 감시에 의해 균질 모드 분사 시기에 따라 제1 분사 시간을 신호하는 제1 측정 소구역과 크랭크각의 감시에 의해 성층 모드 분사 시기에 다라 제2 분사 시간을 신호하는 제2 측정 소구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  9. 제7항에 있어서, 성층 모드 분사 시기 계산 구역은 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 목표 연소 모드의 변경후에 일시적으로 성층 모드 분사 시기의 계산을 계속하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  10. 제9항에 있어서, 성층 모드 분사 시기 계산 구역이 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 목표 연소 모드의 변경으로부터 엔진의 연소 모드가 예외 실린더 없이 균질 모드로 완전히 변경될 때까지의 일시적 기간 동안 성층 모드 분사 시기의 계산을 계속하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  11. 제9항에 있어서, 연료 분사 제어 구역은 성층 모드로부터 균질 모드로의 목표 연소 모드의 변경 후에 엔진의 각 실린더에 흡기 행정상의 균질 모드 연료 분사가 수행되었는 지를 검사하고, 균질 모드로의 변경 전에 연료량 계산 구역에 의해 계산된 성층 모드 분사량의 가장 최근의 값에 기초한 성층 모드 연료 분사를, 흡기 행정상의 소정 실린더에 균질 모드 연료 분사가 수행되지 않으면 압축 행정상의 소정 실린더에 수행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  12. 제2항에 있어서, 제어기는 엔진의 각 실린더의 상태를 나타내는 개별 실린더 상태 신호를 감시하고, 균질 모드로의 목표 연소 모드의 변경후에 엔진의 모든 실린더의 개별 실린더 상태 신호가 성층 모드 연료 분사의 정지를 허용하는 소정의 신호 상태일 때까지 성층 모드 분사 시기의 계산을 계속하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  13. 제12항에 있어서, 제어기는 성층 연소 모드 작동 중 얻어진 성층 모드 분사량의 가장 최근값을 저장하고, 균질 모드로의 연소 모드의 변경후에 성층 모드 분사 시기의 계산에서 성층 모드 분사량의 가장 최근값을 사용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  14. 직접 분사 내연 기관에 있어서,
    균질 연소 모드를 위한 흡기 행정상의 균질 모드 분사 시기와 성층 연소 모드를 위한 압축 행정상의 성층 모드 분사 시기 사이로 연료 분사 시기를 변경함으로써 균질 충전 연소 모드와 성층 충전 연소 모드 사이에서 엔진의 연소 모드를 변경하기 위해 엔진의 연소실로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 시스템과,
    엔진 작동 상태를 검출하는 센서와,
    엔진 작동 상태에 따라 균질 모드 및 성층 모드 중 하나를 목표 연소 모드로 선택하고, 균질 모드가 선택되면 균질 모드 연료 분사량만을 그리고 성층 모드가 선택되면 성층 모드 연료 분사량만을 계산하고, 균질 모드가 선택되었을 때와 성층 모드가 선택되었을 때 모두에서 균질 모드 분사 시기를 계산하고, 균질 모드가 선택되었을 때는 균질 모드 분사량에 따라 그리고 성층 모드가 선택되었을 때는 성층 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  15. 제14항에 있어서, 제어기는
    엔진 작동 상태에 따라 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중 하나를 목표 연소 모드로 선택하는 선택 구역과,
    목표 연소 모드에 따라 균질 모드 연료 분사량 및 성층 모드 연료 분사량 중 하나만을 계산하는 연료량 계산 구역과,
    성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량에 따라 성층 모드 분사 시기를 계산하는 성층 모드 분사 시기 계산 구역과,
    균질 모드가 선택되었을 때 균질 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하고 성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량에 따라 성층 모드 분사 시기를 계산하는 균질 모드 분사 시기 계산 구역과,
    균질 모드 분사 시기에 의해 설정된 제1 분사 시간과 성층 모드 분사 시기에 의해 설정된 제2 분사 시간을 신호하는 측정 구역과,
    흡기 행정상의 제1 분사 시간에서 균질 모드 연료 분사 및 압축 행정상의 제2 분사 시간에서 성층 모드 연료 분사 중 어느 하나를 수행하는 연료 분사 제어 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  16. 균질 연소 모드를 위한 흡기 행정상의 균질 모드 분사 시기와 성층 연소 모드를 위한 압축 행정상의 성층 모드 분사 시기 사이로 연료 분사 시기를 변경함으로써 균질 충전 연소 모드와 성층 충전 연소 모드 사이에서 엔진의 연소 모드를 변경하기 위해 엔진의 연소실로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 시스템을 갖는 직접 분사 내연 기관을 제어하는 엔진 제어 과정에 있어서,
    엔진 작동 상태에 따라 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중 하나를 목표 연소 모드로 선택하는 선택 단계와,
    목표 연소 모드에 따라 균질 모드 연료 분사량 및 성층 모드 연료 분사량 중 하나만을 계산하는 연료량 계산 단계와,
    균질 모드가 선택되었을 때 균질 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하고 성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량에 따라 균질 모드 분사 시기를 계산하는 균질 모드 분사 시기 계산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 과정.
  17. 제16항에 있어서, 성층 모드가 선택되었을 때 성층 모드 분사량에 따라 성층 모드 분사 시기를 계산하는 성층 모드 분사 시기 계산 단계와,
    균질 모드 분사 시기에 의해 설정된 제1 분사 시간과 성층 모드 분사 시기에 의해 설정된 제2 분사 시간을 신호하는 측정 단계와,
    흡기 행정상의 제1 분사 시간에서 균질 모드 연료 분사 및 압축 행정상의 제2 분사 시간에서 성층 모드 연료 분사 중 어느 하나를 수행하는 연료 분사 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 과정.
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