KR19990062686A

KR19990062686A - 직접 분사 엔진의 제어기

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Publication number: KR19990062686A
Application number: KR1019980052203A
Authority: KR
Inventors: 다께시 아따고; 고오사꾸 시마다; 가쯔오 사이또오; 순이찌 미쯔이시
Original assignee: 하나와 요시카즈; 닛산 지도우샤 가부시키가이샤; 가나이 쓰도무; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 1999-07-26
Also published as: DE19855601A1; DE19855601C2; US6092502A; JP3554167B2; JPH11166421A; KR100645940B1

Abstract

직접 분사 엔진의 제어기는 기본적으로 공기 흡입 포트부에 배치된 와류 제어 밸브, 연료 분사 밸브 및 가변 연료 압력 조정기를 구비하고, 또한 가변 연료 압력 조정기에 의해 연료 압력을 제어하기 위한 수단, 운전 조건을 검출하는 수단 및 연소 상태를 검출하는 수단을 추가로 구비하며, 운전 조건 및 연소 상태에 기초하여 와류 제어 밸브의 밸브 개도를 제어하는 수단을 구비한다.

Description

직접 분사 엔진의 제어기

본 발명은 직접 분사 엔진의 제어기 특히, 직접 분사 엔진에 공급되는 흡기에 와류를 부과하는 와류 제어 밸브의 개도를 제어하기 위한 직접 분사 엔진의 제어기에 관한 것이다.

지금까지는 직접 분사 엔진에서는 공연비(A/F)를 40 또는 그 이상에서 희박 연소시킬 필요가 있었고 따라서, 와류 또는 텀블이라고 일컬어지는 가스 유동을 각 실린더 연소실의 공기에 부과했다. 일반적으로 가스 유동과 같은 다양한 부과 수단이 있지만, 적절한 가스 유동은 흡입관의 형상 및 와류 제어 밸브의 조합에 의해 생성된다.

와류 제어 밸브를 사용한 와류 생성 및 제어 기술의 한 종래 실시예가 일본 특허 공개(평) 7-293260호에 개시되어 있다. 일본 특허 공개(평) 7-293260호에 개시된 기술은, 엔진의 운전 조건에 기초하여 연료 분사 밸브를 제어함으로써 연소 방식(연소 상태)을 성층 연소 또는 균질 연소로 전환하는 연료 분사식 엔진에 있어서, 와류의 생성 생태를 변화시키는 연소 방식의 전환에 따라 와류 제어 밸브를 제어함으로써 연소 조건을 개선하는 것이다. 실질적으로 상기한 성층 연소 및 균질 연소 중 하나는 엔진의 회전수 및 엔진 부하에 기초하여 연료 분사 밸브의 분사 상태를 변화시키기 위한 제어에 따라 선택되는데, 스로틀 밸브의 완전 개도 근처의 개도 위치를 제외한 위치에서 성층 연소 및 균질 연소가 선택되면 와류 제어 밸브는 폐쇄되도록 제어되고, 스로틀 밸브의 완전 개도 근처의 개도 위치에서 균질 연소가 선택이 되면 와류 제어 밸브는 개방되도록 제어된다.

일반적으로 엔진 연소실로 공급되는 와류의 속도는 엔진이 고속 및 높은 토오크로 운전됨에 따라 공기의 양이 증가함으로써 자연적으로 커지고 와류 제어 밸브의 개도는 회전 속도 및 엔진 토오크가 더 커질수록 작아지도록 제어될 필요가 있다. 그러나, 와류 제어 밸브의 개도는 상기한 항목 이외에도 엔진의 운전 조건 및 연소 상태를 고려하여 제어할 필요가 있다.

즉, 본 발명자의 연구에 의하면, 엔진에서의 연소 안정도, 스모그의 발생, 탄화 수소의 발생 등은 이후에 언급될 것처럼 연료 분사 밸브의 연료 분사 시기 및 점화 장치의 점화 시기에 따라 결정되고, 엔진의 연소 제어는 상기한 연료 분사 밸브의 분사 시기 및 점화 장치의 점화 시기를 고려할 필요가 있으며, 연소 안정도 및 탄화 수소의 발생 등은 상기한 와류 속도에 영향을 받고, 연소 안정도의 최적 영역 및 탄화 수소 발생의 최소 영역이 적절한 와류 속도를 선택함으로써 존재하게 된다. 또한, 상기한 연소 안정도 및 탄화 수소 발생 등은 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료 압력에 의해서도 영향을 받는다. 그러므로, 상기한 와류 제어 밸브가 와류를 조정하기 위해 개방 또는 폐쇄되도록 제어될 때, 연소 안전성 등과 연료 압력과 같은 연소 상태에 관하여 고려할 필요가 있다.

또한, 액추에이터 및 엔진 제어 시스템이 비정상일 경우에 와류 제어 밸브 개도를 유지할 필요가 있다.

상기한 종래의 기술에서, 와류의 생성 및 와류의 변화는 연료 분사 밸브의 분사 상태를 변화시키도록 제어한 후 와류 제어 밸브를 개방 또는 폐쇄하도록 제어하여 엔진에서의 성층 연소 및 균질 연소에 대응하게 제어된다. 그러나, 이 기술은 와류 제어 밸브를 엔진 회전수, 엔진 출력 등과 같은 엔진 운전 조건과 직접 대응하여 개방 또는 폐쇄하도록 제어하지 않고, 엔진에서의 연소 안정도, 연소 분사 밸브로부터 분사되는 연료 압력 또는 액추에이터 및 엔진 제어 시스템의 이상과 같은 연소 조건을 고려하지 않는다. 그러므로 이 기술은 엔진의 연소 상태 및 운전 조건에 기초하여 적절한 와류를 정밀하게 제어할 수 없다.

본 발명은 상기한 문제의 관점에서 이루어졌고, 그 목적은 초희박 공연비를 포함하는 연소 조건하에서 직접 분사 엔진에서 안정된 연소를 일으키는 연소에 영향을 주는 인자인 와류 제어 밸브의 개도를 정밀하게 제어할 수 있는 제어기를 마련하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 직접 분사 엔진의 제어기는 제어기가 기본적으로 공기 흡입 포트부에 배치된 와류 제어 밸브, 연료 분사 밸브 및 가변 연료 압력 조정기를 구비하고, 또한 가변 연료 압력 조정기에 의한 연료 압력 제어 장치, 운전 조건을 검출하는 장치 및 연소 상태를 검출하는 장치를 구비하며, 또한 운전 조건 및 연소 상태에 기초하여 와류 제어 밸브의 밸브 개도를 제어하는 장치를 구비한다는 점에서 특징지워진다.

본 발명에 따른 직접 분사 엔진 제어기의 바람직한 실질적인 측면은 상기한 와류 제어 밸브의 기본 개도 위치가 엔진의 회전수 및 상기한 운전 조건의 목표 토오크에 기초하여 제어되고 와류 제어 밸브의 개도 위치가 각 연소 상태(균질 연소, 성층 연소 등)에 따라 다양한 소정의 밸브 개도 위치에 대한 엔진의 목표로 소정의 공연비에 기초하여 제어된다는 점에서 특징지워진다.

또한, 와류 제어 밸브의 밸브 개도 위치는 연료 분사 밸브의 작동 연료 압력에 기초하여 보정하기 위해 제어되거나 또는 엔진 연소시에 엔진에서의 연소 안정도를 나타내는 인자에 의해 안정되도록 보정 제어된다.

또한, 와류 제어 밸브의 밸브 개도 위치가 액추에이터 및/또는 엔진의 제어 시스템이 이상이 있을 때, 엔진 출력을 감소시키지 않기 위해 개방되도록 보정 제어되고 밸브 개도 위치가 개방되도록 제어될 때, 밸브 개도 위치가 제한되어 시간당 엔진 출력의 증가비가 소정값보다 커지지 않는다.

상기한 것과 같이 구성된 본 발명의 직접 분사 엔진의 제어기는 연소 가능한 공기 연료 혼합기를 점화 플러그 근처에서 생성하기 위해 엔진의 연소와 직접 관련된 상기한 와류 제어 밸브의 개도를 엔진의 연소에 영향을 주고, 엔진에서 공급되는 동일한 공연비에서도 활용하는 운전 조건 및 연소 상태에 기초한 인자에 따라 제어하여, 연소 가능한 분무 연료의 도달 상태는 와류 제어 밸브 개도 및 연료 압력에 의해 영향을 받는다.

그러므로, 직접 분사 엔진에 본래 설계되어 있는 와류 제어 밸브의 개도 제어는 전체 엔진 제어를 방해하지 않으면서 수행될 수 있고, 엔진의 최적 연소에 적합한 와류는 엔진의 연소 상태 및 연료 압력을 고려하여 와류 제어 밸브의 개도를 보정하도록 제어함으로써 생성될 수 있다.

따라서, 직접 분사 엔진은 실린더에 연료를 분사하는 연료 분사 밸브, 점화 장치, 엔진 실린더 내에서의 가스 유동성을 생성하는 와류 제어 밸브 등과 같은 부품이 필요하고 이들 부품을 제어할 필요가 있다. 본 발명은 상기 부품들을 상기한 것처럼 제어함으로써 공연비, 분사 시기 및 점화 시기 및 가스 유동성을 적절히 그리고 정밀하게 제어할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 직접 분사 엔진 제어 시스템의 전체 구성을 도시한 개략 다이아그램.

도2는 도1의 직접 분사 엔진에서의 연소 안정도의 특성을 도시한 다이아그램.

도3은 도1의 직접 분사 엔진에서의 스모그 발생의 특성을 도시한 다이아그램.

도4(a), 도4(b) 및 도4(c)는 도1의 직접 분사 엔진에서의 와류 속도에 대한 스모그의 발생, 탄화 수소의 발생 및 연소 안정도 특성들을 각각 도시한 다이아그램.

도5(a), 도5(b) 및 도5(c)는 도1의 직접 분사 엔진에서의 연료 압력에 대한 스모그의 발생, 탄화 수소의 발생 및 연소 안정도 특성들을 각각 도시한 다이아그램.

도6은 연료 압력을 고려한 도2의 직접 분사 엔진에서의 연소 안정도의 특성을 도시한 다이어그램.

도7은 와류의 속도를 고려한 도2의 직접 분사 엔진에서의 연소 안정도의 특성을 도시한 다이어그램.

도8은 도1의 직접 분사 엔진의 운전 조건(엔진 회전수 및 엔진 출력) 및 연소 상태 영역(성층 연소, 균질 연소 등.) 사이의 관계를 도시한 다이아그램.

도9는 도1의 직접 분사 엔진이 장착된 차량의 주행 조건(차량 속도 및 공연비)과 엔진의 연소 상태 영역(성층 연소, 균질 연소 등) 사이의 관계를 도시한 다이아그램.

도10은 도1의 직접 분사 엔진의 운전 조건(엔진 회전수 및 엔진 출력), 연소 상태 영역(성층 연소, 균질 연소 등.) 및 연료 압력 사이의 관계를 도시한 다이아그램.

도11은 도1의 직접 분사 엔진의 운전 조건(엔진 회전수 및 엔진 출력), 연소 상태 영역(성층 연소, 균질 연소 등.) 및 와류 속도 사이의 관계를 도시한 다이아그램.

도12는 도1의 직접 분사 엔진의 흡입관 포트부 및 와류 제어 밸브의 구성을 도시한 개략 다이아그램.

도13은 도12의 와류 제어 밸브용 구동 모터 전압, 밸브 개도 및 와류수의 관계를 도시한 다이아그램.

도14는 도1의 직접 분사 엔진의 운전 조건(엔진 회전수 및 엔진 출력)과 와류 제어 밸브의 개도와의 관계를 도시한 다이아그램.

도15는 도12의 와류 제어 밸브의 개도와 엔진에서의 연소 안정도 사이의 관계를 도시한 다이아그램.

도16은 도12의 와류 제어 밸브의 개도와 엔진의 Cv 값의 관계를 도시한 다이아그램.

도17은 도1의 직접 분사 엔진의 운전 조건(엔진 회전수 및 엔진 출력)과 와류 제어 밸브의 작동 영역을 도시한 다이아그램.

도18은 도1에서의 직접 분사 엔진(와류 제어 밸브)의 제어 흐름(I)을 도시한 플로우챠트.

도19는 도1에서의 직접 분사 엔진(와류 제어 밸브)의 제어 흐름(II)을 도시한 플로우챠트.

도20은 도1에서의 직접 분사 엔진(와류 제어 밸브)의 제어 흐름(III)을 도시한 플로우챠트.

도21은 도1에서의 직접 분사 엔진(와류 제어 밸브)의 제어 흐름(IV)을 도시한 플로우챠트.

도22는 도1에서의 직접 분사 엔진(와류 제어 밸브)의 제어 흐름(V)을 도시한 플로우챠트.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진

9 : 흡입관부

13 : 연료 분사 밸브

16 : 크랭크각 센서

18 : 스로틀 센서

20 : A/F 센서

31 : 가변 와류 제어 밸브

32 : 가변 연료 압력 조정기

33 : 연료 압력 센서

본 발명에 따른 직접 분사 엔진의 제어기에 관한 실시예에 대하여 도면을 참조하며 상세하게 설명한다.

도1은 본 실시예에 의한 엔진(1) 제어 시스템의 전체 구조를 도시한다. 도1에서, 엔진(1)에 흡입되는 공기는 에어크리너(2)의 입구부(2a)에서 흡기되어, 흡기 미터(3) 및 흡기 유량을 제어하기 위한 스로틀 밸브(5)가 배치된 스로틀 본체(6)를 흘러가서 컬렉터(7)에 들어간다. 여기서, 스로틀 밸브(6)는 이를 구동하는 모터에 연결되어 있고, 흡기 유량을 제어하기 위하여 모터(10)에 의해 구동되도록 구성되어 있다.

컬렉터(7)에 도달한 흡기는 엔진(1)의 실린더들에 각각 연결된 흡입관(9)으로 분배되고 각 실린더(8)의 연소실(8a)로 도입된다. 흡입관(9)의 각각은 연속 가변 와류 제어 밸브(31)를 구비하는데, 이 제어 밸브는 실린더(8)의 흡기 개구 가변 와류 제어 밸브(31)를 조정하는 모터 액추에이터(35)를 전기적으로 제어 할 수 있다. 가변 와류 제어 밸브(31)를 조정함으로써, 이곳을 흐르는 흡기에 편향력이 부과된다. 편향력이 부과된 공기는 편향력에 해당하는 속도의 와류로 변하고 연료 분무와 혼합되어 후술하는 것과 같이 실린더(8)의 연소실(8a)에 흡입된다. 와류는 연소 상태에 상당한 영향을 준다.

반면에, 가솔린과 같은 연료는 연료 펌프(12)에 의해 연료 탱크(11)로부터 흡입되고 펌프(12)에 의해 가압되어 연료 분사 밸브(13) 및 소정의 범위 내로 연료 압력을 제어하기 위한 배관에 의해 배치된 가변 연료 압력 조정기(32)를 구비한 연료 시스템에 공급된다. 연료 압력은 연료 압력 센서(33)에 의해 측정된다. 상기한 연료는 각 실린더(8)의 연소실(8a)에 개방된 개구를 가진 연료 분사 밸브(13)로부터 연소실(8a)에 분사된다.

연소실(8a)로 유입된 공기와 분사 연료는 혼합되어 점화 코일(17)로부터 전압이 인가된 점화 플러그(24)에 의해 점화되어 연소된다.

엔진(1)의 연소실(8a) 내에서 연소중에 생성된 배기 가스는 배기관(19)에 도입되어 촉매장치(22)를 통해 엔진 외부로 방출된다. 배기관(19)내의 배기 가스의 일부는 관(23)을 통해 컬렉터(7)로 재순환된다. 관(23)의 경로중에, 전기 제어 EGR 밸브(21)가 배기 가스의 재순환량을 제어하기 위해 장착된다. 전기 제어 EGR 밸브(21)는 그의 개구 면적이 밸브(21)의 상류측과 하류측 사이의 압력차와 배기 가스의 공연비에 기초하여 전기적으로 제어되도록 구성되고, 제어되는 개구 면적에 의해 EGR량을 결정한다.

상기한 공기 유동 미터(3)는 흡입되는 공기량을 나타내는 신호를 출력하고, 이 신호는 제어 유니트(15)에 입력된다. 상기한 스로틀 본체(6)는 스로틀 밸브(5)의 개도를 감지하기 위해 장착된 스로틀 센서(18)를 구비하고, 스로틀 센서(18)는 그 출력이 제어 유니트(15)에 입력되도록 제작되어 있다.

크랭크각 센서(16)는 회전하는 캠축(도시 생략) 및 2 °내지 4 °의 정밀도로 크랭크축의 회전 위치를 나타내는 출력 신호에 의해 구동된다. 신호는 제어 유니트(15)에 입력된다. 상기한 각각의 신호에 따라 연료 분사 시기, 점화 시기, 와류 제어 밸브(31) 등이 제어된다.

배기관(19)에 장착된 A/F 센서(20)는 배기 가스 및 그의 출력 신호로부터 실제 운전에서의 공연비를 검출하고, 또한 신호들은 제어 유니트(15)에 입력된다. 상세한 설명이 생략되었지만, A/F의 특성은 출력 전압과 비례 관계이다.

또한, 제어 유니트(15)는 엔진(1)의 운전 조건을 검출하는 여러 종류의 센서 등으로부터 신호를 입력하여, 소정의 처리 과정을 실행하고, 처리 과정의 결과로써 다양한 제어 신호를 생성하여 제어 신호를 연료 분사 밸브(13), 점화 코일(17), 스로틀 밸브 작동 모터(10), 전기 제어 EGR 밸브(21) 등에 출력하여 연료 공급 제어, 점화 시기 제어, 흡기 유동 제어, 배기 가스 조정 대응 제어 등에 영향을 주게 된다.

또한, 제어 유니트(15)에서 엔진 회전수의 변화량은 크랭크각 센서(16)의 처리 신호로부터 계산되고, 변화량은 엔진(1)의 연소 안전성(CPi)과 깊은 관련을 갖는다.

이와 같은 직접 분사 엔진(1)에서 연소될 혼합 가스의 공연비가 화학량론비보다 희박하게 설정이 되어 있을 때 도2 및 도3에 도시된 것과 같은 특성을 얻을 수 있다. 실험 데이타는 토오크 및 회전수가 각각 일정하면서 40의 공연비로 희박한 조건하에서 엔진이 운전하는 상태에서 얻어진다. 도2는 성층 연소시 엔진 성능중에서 엔진 안정도을 도시하고 이로부터 CPi는 연료 분사 시기 및 점화 시기(안정성은 저비율(%)의 위치에서 향상됨)의 변화에 따른 엔진 변화시 연소 안정성을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 도3은 마찬가지로 최고점(스모그 발생 빈도는 작은 수치값일 때 적음)을 갖는 스모그의 데이터를 도시한다.

도2 및 도3 각각이 40의 공연비일 때의 결과를 도시하지만, 도4(a) 내지 도4(c) 각각은 엔진(1) 실린더(8)에서의 공기 회전력을 나타내는 와류의 속도가 상기 최고점에서 변화하는 경우에 있어서 데이터를 도시한다. 도4(a) 내지 도4(c)는 엔진에서의 엔진 스모그, 탄화수소(HC) 및 연소 안정도(CPi)을 도시하는데, 이들 각각은 성층 연소 성능을 나타내는 대표적 특성들이다. 도4(b)에서의 탄화수소(HC)의 배기 및 도4(c)에서의 연소 안정도는 와류의 속도에 영향을 받고, 각각은 최적값을 갖는다. 또한, 도4(c)에 도시된 것과 같은 엔진에서의 연소 안정도는 후술할 것과 같이 와류 속도 즉, 와류 제어 밸브의 개도를 변화시킴으로써 제어될 수 있다.

다음에 도5(a) 내지 도5(c)는 연료를 엔진(1)의 실린더(8)에 분사 및 공급하기 위한 분사기의 연료 압력과 엔진 성능의 관계를 도시한다. 또한 여기서 엔진 특성들 즉, 도5(a)의 엔진 스모그, 도5(b)의 탄화수소(HC) 및 도5(c)의 연소 안정도는 도4(a) 내지 도4(c)에서의 것과 동일하고, 와류의 속도 뿐 아니라 연료 압력도 연소에 영향을 준다는 것을 알 수 있으며 연료 압력은 최적값을 갖는다고 이해할 수 있다. 도6 및 도7은 도4(a) 내지 도4(c) 및 도5(a) 내지 도5(c)에서 성층 연소에 관해 설명된 연료 압력 및 와류 속도의 정량적인 영향을 각각 도시한다. 도6에서의 연료 압력에 관하여 설명하면, 연소의 최적점(저비율(%)의 등고선에 의해 지시되는 부분)이 연료 분사 시기 및 점화 시기의 관계에서 존재하지만, 그러나, 상기한 최적점은 연료 압력이 변함에 따라 이동한다. 도7의 성층 연소에서의 와류의 속도의 영향에 관하여서도 연료 압력에서의 것과 동일하게 설명될 수 있다. 실제의 제어에서, 도4(a) 내지 도4(c) 및 도5(a) 내지 도5(c)에 도시된 데이터가 연료 분사 시기 및 점화 시기가 동일 엔진의 운전 조건하에서 소정의 값으로 각각 주어지기 때문에 얻어진다. 도6에서 화살표로 도시된 것과 같은 성능에서의 변화는 한 예이다.

도8 및 도9는 각각 엔진 내의 연소 상태(성층 연소, 균질 연소)의 영역과 엔진 운전 조건(엔진 회전수 및 엔진 출력)과의 관계 및 연소 영역 상태와 차량 주행 조건(차량 속도 및 공연비)과의 관계를 도시한다. 직접 분사 엔진 시스템의 경우에서 기본적으로 연료 소비는 성층 연소(엔진의 압축 행정시 연료가 분사되고 즉시 연소되도록 점화되는 연소 방법)에 의하지만, 그러나 엔진이 높은 토오크를 필요로 할 때에는, 통상적인 포트 분사에서와 동일한 방법으로 엔진의 흡입 행정시 분사 연료에 의해 영향을 받는 균질 연소가 적용된다.

중간 영역(약성층 영역 또는 균질 희박 영역)이 성층 연소 및 균질 연소 사이에 존재한다. 도8은 엔진 회전수와 상기한 이유를 위해 엔진에 필요한 출력과의 관계에 기초하여 형성된 연소 영역을 도시한다. 도9는 차량 속도와 공연비의 관계에 기초한 연소 영역을 도시한다. 통상적인 차량 속도(100 Km/h 또는 그 이하)에서는 기본적으로 성층 연소가 취해지지만, 차량이 경사지를 운전할 때와 같은 조건에서는 연소가 균질 연소에 도달한다.

다음에, 도10은 엔진의 회전수 및 출력에 대한 연료 압력 맵의 예를 도시하고, 연료 압력은 목적하는 연소 조건 및 연소 상태에 따라 결정된다. 도11은 목적하는 연소 상태를 얻기 위해서 필요한 와류 속도를 도시하고 와류 속도는 엔진(1)으로 흡입되는 공기의 양 및 와류 제어 밸브(31)의 개도에 의해 결정된다.

도12는 흡입관부(9) 및 와류 제어 밸브(31)의 구성을 도시한다. 도12에서, 상기한 와류 제어 밸브(31)는 흡입 포트(9b)의 통로를 조이도록 엔진(1)의 각 실린더(8)의 두개의 흡입 포트(9a 및 9b)중 하나에 마련되고 전기 모터(35)가 와류 제어 밸브(31)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 마련된다. 즉, 상기한 와류 제어 밸브(31)는 제어 유니트(C/U, 15)로부터의 지시에 의한 목표 개도가 설정되어 있다. 도13은 와류 제어 밸브(31)의 성능을 도시한다. 와류 제어 밸브(31)의 개도는 직류 모터(35)에 의해 설정되어 흡기는 목표한 속도의 와류 공기가 된다. 엔진의 공기 유량이 특정되면, 와류 속도가 도13에 도시된 특성 곡선으로부터 제어될 수 있다.

도14는 실제 엔진에 적용된 와류 제어 밸브(31)의 개도 맵을 도시한다. 와류 제어 밸브(31)의 개도는 엔진의 속도가 높아지고 토오크가 커질수록 일반적으로 축소된다. 그 이유는 와류 속도가 엔진으로의 공기 유량이 증가하고 흡기 저항이 가능한한 적게 전해지도록 되어 있기 때문에 자연적으로 빨라지기 때문이다. 후술할 것과 같이, 기본 개도로서 도14에 도시된 와류 제어 밸브(31)의 개도를 취하여 엔진의 운전은 제어된다.

다음에, 도15는 와류 제어 밸브(31)의 개도와의 관계에서 엔진에서의 연소 안정성을 도시하고, 연소 안정성은 동일 운전 조건하에서 와류 제어 밸브(31)의 특정 개도에서 최소값을 갖는다. 다시 말해서, 와류 제어 밸브(31)의 개도를 엔진의 안정성 CPi가 최소화하도록 제어된다면 충분하다는 것을 주목하여야 한다. 또한, 와류 제어 밸브(31)가 엔진에서의 공기 흡입 저항을 일으킨다고 설명되었으며 도16은 이를 설명하기 위한 다이아그램이다. 도1에서, 동일 엔진의 운전 조건(고회전수, 엔진의 고부하)하에서, 와류 제어 밸브(31)의 개도가 커질수록(공기 유동 통로 면적이 적을수록), 엔진(1)에서의 흡입 저항의 역수를 나타내는 Cv 값이 줄어들게 된다. 그러므로, 와류 제어 밸브(31)의 완전 개방 영역을 도17에 도시한 것과 같이 설정할 필요가 있다.

다음에, 도18 내지 도22를 참조하면, 본 실시예에 의한 와류 제어 밸브(31)를 작동하기 위한 엔진 제어기의 구체적인 제어 유동이 설명되어 있다.

도18은 엔진의 안정도가 상술한 것과 같이 엔진에 공급되는 연료 분사시의 연료 압력에 의하여 영향을 받으므로, 연료 압력의 보정을 위한 플로우차트이다. 도18에서 회전수, 연료 압력, 엔진 부하는 단계 181에서의 엔진의 운전 조건을 측정하기 위해 입력되고, 단계 182로 진행된다. 단계 182에서 와류 제어 밸브의 기본 개도가 맵상에서 검색된다. 단계 183에서, 상기한 와류 제어 밸브(31)의 개도가 엔진(1)으로 공급되는 연료 압력 밸브의 기능에 기초하여 보정된다. 여기서는 실측값이 연료 압력값으로 사용된다. 이에따라, 운전 조건에 의해 결정되는 연료 압력에 기초한 맵에 의해 얻어지는 와류 제어 밸브의 개도은 이상과 같이 보정되고 엔진의 실재 운전시에 발생한 오류는 흡수될 수 있고 따라서, 이 제어는 맵에만 따라 설정된 경우보다 넓은 연소 안정도의 영역을 설정할 수 있다.

도19는 엔진의 연소 안정도를 더욱 개선하기 위해 와류 제어 밸브(31)의 개도를 능동적으로 제어하는 흐름도를 도시한다. 단계 191 및 단계 192는 도18에서의 단계 181 및 단계 182와 동일한 것으로 즉, 와류 제어 밸브의 기본 개도는 운전 조건에 따라 와류 제어 밸브(31)의 개도를 설정하기 위해서 맵으로부터 검색된다. 다음에, 단계 193에서 상기한 개도 설정의 결과에 기초한 엔진의 연소 안정도(CPi)가 측정되고 단계 194로 진행한다. 단계 194에서, 상기한 연소 안정도(CPi)는 목표값과 비교되어 목표값보다 큰 값이면 즉, 안정도가 불량하면 단계 195로 진행한다. 단계 195에서, 와류 제어 밸브(31)의 개도는 엔진(1)의 연소 안정도를 개선하기 위해 폐쇄 쪽으로 제어된다. 또한 단계 194에서 연소 안정도(CPi)가 목표값보다 작으면, 단계 196으로 진행하고 와류 제어 밸브의 개도는 도16에 설명된 Cv 값의 감소 가능성을 고려하여 소정의 개도에 의해 개방 쪽으로 작동된다. 연소 안정도(CPi)가 목표값보다 작은 경우에는 단계 196에서의 다른 방법처럼 와류 제어 밸브(31)의 개도를 있는 그대로 유지하는 한 방법이 있다. 단계 197에서 와류 제어 밸브(31)로의 출력은 단계 195 또는 단계 196에서의 와류 제어 밸브(31)의 개방 신호 또는 폐쇄 신호에 기초하여 설정된다.

도20은 Cv 값이 작아지지 않도록 제어하기 위한 제어 흐름도이다. 도20에서, 단계 201 및 단계 202는 도19에서의 단계 191 및 단계 192과 동일한 것이고, 와류 제어 밸브의 기본 개도가 엔진 운전 조건에 종속되는 맵으로부터 검색되어 와류 제어 밸브의 개도는 설정된다. 단계 203에서, 완전 개방이 필요한 조건이 이루어질 때 와류 제어 밸브(31)의 완전 개도 조건이 판단되어 단계 204로 진행된다. 단계 204에서 와류 제어 밸브(301)는 즉시 완전히 개방된다. 단계 203에서 와류 제어 밸브(31)가 완전 개방되는 데 필요한 조건은 Cv 값을 증가시키는 모든 요소를 포함하고 도17에 도시된 조건에만 제한되어서는 않된다. 단계 203에서 완전 개방에 필요한 조건이 이루어지지 않는다고 판단되는 경우에는 단계 205로 진행하고 단계 205에서 통상적인 제어가 계속된다.

도21은 Cv 값이 작아지지 않는 상기한 조건의 예에 대한 제어를 설명하는 플로우챠트이다. 단계 211 및 212는 도20에서의 단계 201 및 단계 202와 동일한 것이고, 와류 제어 밸브의 기본 개도는 엔진 운전 조건에 따른 맵으로부터 검색되어 와류 제어 밸브의 개도가 설정된다. 단계 213에서 엔진 신호가 접수된다. 엔진 신호는 엔진 운전 조건, 엔진과 관련된 모든 액추에이터 및 센서들이 정상인지 또는 비정상인지 진단하는 진단 장치로부터 접수된다. 단계 214에서 엔진이 정상인지 또는 비정상인지가 상기한 엔진 신호에 기초하여 판단된다. 단계 214에서 제어 시스템에서 임의의 비정상이 발생된다고 판단되는 경우에 단계 216으로 진행하고 다른 제어 부품과 마찬가지로 와류 제어 밸브의 개도는 고정되어 제2의 파손 발생을 방지한다. 비정상이 전혀 없다고 판단되는 경우에는 유동은 통상적인 제어가 계속되는 단계 215로 진행한다. 단계 217에서 와류 제어 밸브(31)로의 출력은 단계 215 또는 단계 216에서 와류 제어 밸브(31)의 개방 신호 또는 폐쇄 신호에 기초하여 설정된다.

도22는 도19에서 설명된 것처럼 엔진에서의 연소 안정도 개선이 좌측 및 우측 뱅크를 갖는 V 형식 엔진에 양호하게 적용되는 경우에 있어서 제어 흐름을 도시한다.

여기서 와류 제어 밸브(31)가 좌측 및 우측 뱅크의 각각에 장착된다. 단계 221에서 회전수, 연료 압력, 엔진 부하 등이 엔진 조건을 측정하기 위해 입력되고 단계 222로 진행한다. 단계 222에서 연료 및 점화 조건은 엔진 운전 조건에 따라 설정되고 단계 223으로 진행한다. 통상적으로 동일 데이터가 좌측 및 우측 뱅크의 각각에 설정되지만, 그러나 개별적인 뱅크에 다른 최적 데이터를 설정하는 것이 바람직하다. 단계 223에서 와류 제어 밸브(31)의 개도가 설정된다. 와류 제어 밸브(31)의 개도는 이후의 단계에서 보정되므로 여기서는 동일한 값으로 설정된다.

다음에 단계 224에서 엔진의 좌측 및 우측 뱅크에서의 연소 변화가 판단되는데, 변화가 기준값보다 큰 경우라면 단계 225로 진행된다. 단계 225에서 어느 뱅크가 불량한지(어느 뱅크의 연소 변화가 더 큰지)가 판단되는데 우측 뱅크에서의 연소 변화가 큰 경우라면, 단계 227로 진행하고 우측 뱅크에서의 와류 제어 밸브(31)의 개도는 소정의 개도만큼 폐쇄되도록 설정된 후 단계 229로 진행한다. 상기 단계 225에서, 좌측 뱅크의 연소 변화가 더 크다면 단계 228로 진행하여 좌측 뱅크의 와류 제어 밸브(31)의 개도는 변동량을 일정 영역내로 수렴하게 하는 소정의 개도로 폐쇄되도록 조정되고 단계 229로 진행한다.

또한, 단계 224에서 엔진의 좌측 뱅크 및 우측 뱅크의 연소 변화가 판단되었지만, 변화량이 기준값보다 적은 경우에는 단계 226으로 진행한다. 단계 226에서 통상적인 제어가 계속된다. 단계 229에서, 와류 제어 밸브(31)로의 출력은 단계 226, 단계 227 또는 단계 228에서의 와류 제어 밸브(31)의 개방 신호 또는 폐쇄 신호에 기초하여 설정된다.

상기한 것과 같이, 본 발명의 실시예가 상세히 설명되었지만, 본 발명은 실시예에 제한되지 않고 청구항에 기재된 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양하게 수정될 수 있다.

상기한 설명으로부터 명백하여진 것과 같이, 본 발명에 의한 직접 분사 엔진의 제어기는 전체 엔진의 제어를 방해하지 않으면서 직접 분사 엔진이 목표하는 와류 제어 밸브의 개도를 제어할 수 있다. 또한, 엔진의 최적 연소에 적합한 더 적절하고 정밀한 와류는 엔진의 연소 상태 및 연료 압력을 고려하여 와류 제어 밸브의 개도를 보정 제어함으로써 생성될 수 있다.

Claims

공기 흡입 포트부에 배치된 와류 제어 밸브를 갖춘 직접 분사 엔진의 제어기에 있어서,

상기 와류 제어 밸브가 와류 제어 밸브의 개도가 상기 직접 분사 엔진의 운전 조건 및 연소 상태에 기초하여 제어 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
공기 흡입 포트부에 배치된 와류 제어 밸브, 연료 분사 밸브 및 가변 연료 압력 조정기를 갖춘 직접 분사 엔진의 제어기에 있어서,

상기 제어기가,

상기 가변 연료 압력 조정기에 의해 연료 압력을 제어하는 수단,

운전 조건을 검출하는 수단,

연소 상태를 검출하는 수단 및

운전 조건 및 연소 상태에 기초하여 상기 와류 제어 밸브의 개도를 제어하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와류 제어 밸브의 기본 개도 위치가 회전수 및 상기 운전 조건의 목표 토오크에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와류 제어 밸브의 개도 위치가 상기 엔진의 목표로써 설정된 공연비에 기초하여 각 연소 상태(균질 연소, 성층 연소 등)에 적합하게 설정된 밸브 개도 위치로 제어되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 있어서, 와류 제어 밸브의 밸브 개도 위치가 엔진 연소를 안정화시키도록 상기 엔진에서 연소 안정도를 나타내는 인자에 의해 보정 제어되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 와류 제어 밸브의 밸브 개도 위치가 연료 분사 밸브의 작동 연료 압력에 기초하여 보정 제어되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
제3항에 있어서, 와류 제어 밸브의 밸브 개도 위치가 상기 엔진의 액추에이터 또는 제어 시스템중 하나가 비정상인 경우에도 엔진 출력이 감소되지 않게 개방되도록 보정 제어되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
제7항에 있어서, 상기 와류 제어 밸브의 밸브 개도 위치가 상기 엔진의 액추에이터 또는 제어 시스템중 하나가 비정상적인 경우에도 엔진 출력이 감소되지 않게 개방되도록 제어될 때, 밸브 개도 위치는 시간당 엔진 출력 증가비가 소정값보다 커지지 않도록 제한되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.
제2항에 있어서, 상기 가변 연료 압력 조정기의 연료 압력이 연소 안정도를 표시하는 인자에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 엔진의 제어기.