KR20000057556A - 내연기관의 연소 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진(1)은 기통(#1 내지 #4)에 공급되는 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브(11)을 구비하고, 전자 제어 장치(ECU)(30)는 엔진(1)의 토오크 변동을 빠르게 목표치에 근접시키기 위해 연료 분사량과 배기 가스 재순환(EGR)량 양자를 증감시킨다. 또한, EGR량의 변화에 따라 토오크 변동이 과잉으로 변화하지 않은 EGR량의 영역에 토오크 변동의 목표치가 위치하도록 연료 분사량을 증감시키면 토오크 변동이 목표치에 대하여 증대측에 크게 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

Description

내연 기관의 연소 제어 장치{Combustion control device for internal combustion engine}
종래, 일반의 차량용 엔진에서는 연료 분사 밸브로부터의 연료가 흡기 포트에 분사되고, 연소실에는 연료와 공기의 균질 혼합기가 공급된다. 이러한 엔진에서는 액셀 조작에 대응하여 작동하는 스로틀 밸브에 의해서 흡기 통로가 개폐되고, 이 개폐에 의해 엔진의 연소실에 공급되는 흡입 공기량(결과적으로는 연료와 공기가 균질로 혼합된 기체의 양)이 조정되고, 그 결과 엔진 출력이 제어된다.
그러나, 상기의 소위 균질 연소에 의한 기술로서는 스로틀 밸브의 조임 동작에 따라 큰 흡기 부하가 발생하여, 펌핑 로스가 커져 효율은 낮아진다. 이것에 대하여, 스로틀 밸브의 조임을 작게 하고, 또한 연소실에 직접 연료를 공급함으로써 점화 플러그 근방에 가연 혼합기를 부착하여, 해당 부분의 공연비(空燃比)를 높여 착화성을 향상시키도록 한 소위 「성층 연소」라는 기술이 공지되어 있다.
이 기술이 적용된 엔진에는 점화 플러그 주위를 향해 연료를 직접 분사공급하는 성층 연소용 연료 분사 밸브가 설치되어 있다. 그리고, 엔진의 저부하시에는 성층 연소용 연료 분사 밸브로부터 연료를 분사시킴으로써 점화 플러그 주위에 연료를 편재 공급함과 동시에 스로틀 밸브를 열어 상기 「성층 연소」를 실행한다. 이것에 의해, 연비가 향상된과 동시에, 펌핑 로스가 낮아지게 되어 있다.
또한, 이러한 엔진에서는 예를 들면 특개평 7-1195l3호 공보에 기재된 장치와 같이, 배기 가스 재순환(EGR)기구를 설치하여 배출물의 저감을 도모하도록 하고 있다. 이 EGR 기구는 엔진의 배기 통로와 흡기 통로를 연통하는 EGR 통로 및 동 EGR 통로를 개폐하기 위한 EGR 밸브를 구비하고 있다. 그리고, 엔진이 낮은 부하영역에 있을 때, EGR 밸브를 개폐 제어함으로써 부하가 높아질수록 재순환되는 배기의 양(EGR량)을 감량하도록 하고 있다. 이러한 제어를 함으로써 공기 과잉율이 낮아지게 되어 촉매 장치에 있어서의 질소 산화물의 정화 성능이 향상된다.
또한, 상기 공보에는 EGR량을 제어함으로써 엔진의 토오크 변동(출력 변동)을 목표치에 근접하게 하여, 토오크 변동 억제와 배출물 저감이 함께 달성시키는 기술도 개시되어 있다. 즉, 토오크 변동이 목표치보다 커졌을 때 EGR량을 감량함으로써 토오크 변동을 목표치 이하로 억제한다. 그리고, 토오크 변동이 목표치보다 작아졌을 때 EGR량을 증량함으로써 토오크 변동을 목표치에 근접하게 함과 동시에, 엔진으로부터 배출되는 질소 산화물의 양을 저감시키도록 하고 있다.
그런데, 상기 「성층 연소」의 실행시에는 EGR량의 증감과 토오크 변동과의 관계가 연료 분사량을 일정하게 하는 조건으로 도 22에 도시된다. 즉, EGR량이 적은 영역에서는 EGR량의 증감에 따라 변화하는 토오크 변동의 변화량은 작고 EGR량이 많은 영역에서는 EGR량의 증감에 따라 변화하는 토오크 변동의 변화량은 커진다. 또한, EGR량이 적은 영역에서 EGR량의 변화에 따라 변화하는 토오크 변동의 변화량이 작은 것은 「성층 연소」로서는 점화 플러그 주위의 연료에 짙은 혼합기가 존재하고, EGR량의 변화에 의해 혼합기의 연소 상태가 변화하기 어렵기 때문이다.
EGR량과 토오크 변동의 이러한 관계에 있어서, 현재, 도 22의 A점에 EGR량이 있다고 하면 토오크 변동은 목표치보다도 매우 작은 상태가 되기 때문에, 상기 토오크 변동을 목표치에 근접하게 하기 위해서는 EGR량을 증량하기 위한 제어가 행해여진다. 그 결과, 토오크 변동은 A점에서 목표치인 B점을 향해 도면 22에 실선으로 도시된 형태로 변화한다.
그러나, 상술된 바와 같이 EGR량이 적은 영역에서는 EGR량을 증가시켜도 토오크 변동은 작은 변화량만이 증가하지 않기 때문에, 토오크 변동을 빠르게 목표치에 근접시킬 수가 없다.
또한, EGR량이 많은 영역에서는 EGR량의 변화에 따라 토오크 변동이 과잉으로 변화하기 때문에 토오크 변동을 정확히 목표치에 제어하는 것이 곤란하게 된다. 즉, EGR량의 변화에는 응답 지연이 있어 EGR 밸브가 개방되어 변경되어도 EGR량은 즉시 변화하지 않는다. 이 때문에, 예를 들면 토오크 변동이 목표치보다 커지면 (도 22의 화살표 C), EGR량를 감량할 때의 응답 지연으로 인하여 토오크 변동이 목표치에 대하여 증대값에서 크게 벗어나게 된다. 그리고, 이러한 과잉의 토오크 변동은 운전 성능의 저하를 가져온다.
한편, 최근에는 엔진의 연료 소비을 향상시키기 위해, 연소실에 흡입되는 균질 혼합기의 공연료 소비를 이론 공연료 소비보다 큰 값으로 하여, 그 혼합기에 와류를 발생시켜서「희박 연소(린번)」를 하는 경우가 있다.
「희박 연소」의 실행시에는 EGR량을 많게 할수록 혼합기에의 착화성이 저하됨과 동시에, 혼합기에 있어서의 화염 전파 속도가 느려진다. 그 때문에, EGR량이 과도하게 많아지면 혼합기에의 착화가 행해지지 않거나 착화하더라도 연소할수 없게 되는 경우가 있어 엔진의 토오크 변동이 증대하게 된다.
또한, 「희박 연소」의 실행시에는 단위 부피당 혼합기에 포함되는 연료가 적어지기 때문에 연료 분사 밸브로부터의 연료 분사량이 변화하였을 때에도 엔진의 토오크 변동이 커지거나 작게 되기도 한다. 그 때문에, 예를 들면 연료 분사 밸브에 있어서의 설계상 치수 공차 등에 의해 연료 분사량이 필요량보다 적어진 경우에는 엔진의 토오크 변동이 커진다. 또한, 연료 분사 밸브에 있어서의 설계상의 치수 공차 등에 의해 연료 분사량이 필요량보다 많아진 경우에는 엔진의 토오크 변동이 작게 된다.
상기 공보에 기재된 기술에서는 상기 치수 공차 등에 의해 연료 분사량이 필요량보다 적어져 엔진의 토오크 변동이 커지면 EGR량을 감소시킴으로써 토오크 변동을 억제하여 목표치에 근접되게 하고자 한다. 그러나, 이 경우에 있어서의 토오크 변동의 증대는 연료 분사 밸브의 설계상의 치수 공차 등에 의해 연료 분사량이 감소한 것에 기인하기 때문에, EGR량을 감소하더라도 토오크 변동은 안정되지 않는다. 따라서, 토오크 변동에 의해 엔진에 발생하는 서징도 안정되지 않는다. 또한, EGR량을 감소시킴으로써 질소 산화물(NOx)의 배출량이 증가하기 때문에 배출물의 악화를 초래하게 된다.
본 발명은 내연 기관의 배기계에서 배출된 배기의 일부를 해당 내연 기관의 흡기계에 재순환시키는 내연 기관의 연소 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 기본적인 개념을 도시하는 블록도.
도 2는 본 발명의 기본적인 개념을 도시하는 다른 블록도.
도 3은 본 발명의 제 l 실시예인 엔진의 연소 제어 장치를 도시하는 개략 구성도.
도 4은 도 3의 엔진의 기통 부분을 확대하여 도시하는 단면도.
도 5는 제 1실시예에 있어서의 연료 분사량 및 EGR량을 제어하기 위한 처리 과정을 도시하는 플로우 챠트.
도 6은 토오크 변동의 계산 방법을 설명하기 위한 설명도.
도 7은 토오크 변동의 영역을 도시하는 그래프.
도 8은 제 1실시예에 있어서의 토오크 변동, 연료 분사량 및 EGR량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 9는 제 1실시예에 있어서의 토오크 변동, 연료 분사량 및 EGR량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 10은 제 1실시예에 있어서의 NOx, 연료 분사량 및 EGR량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 11은 본 발명의 제 2실시예에 있어서의 연료 분사량 및 EGR량을 제어 하기 위한 처리 과정을 도시하는 플로우 챠트.
도 12는 제 2실시예에 있어서의 토오크 변동의 영역을 도시하는 그래프.
도 13은 제 2실시예에 있어서의 토오크 변동, 연료 분사량 및 EGR량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 14은 제 2실시예에 있어서의 NOx, 연료 분사량 및 EGR량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 15는 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 연료 분사량 및 EGR량을 제어하기 위한 처리 과정을 도시하는 플로우 챠트.
도 16은 제 3실시예에 있어서의 학습 영역을 도시하는 학습 맵.
도 17은 제 3실시예에 있어서의 기본 연료 분사량을 구하기 위한 기본 연료 분사량 맵.
도 18은 본 발명의 제 4실시예에 있어서의 연료 분사량 및 EGR량을 제어하기 위한 처리 과정을 도시하는 플로우 챠트.
도 19는 제 4실시예에 있어서의 연료 분사량 및 EGR량을 제어하기 위한 처리 과정을 도시하는 플로우 챠트.
도 20은 제 4실시예에 있어서의 연료 보정량, EGR량 및 NOx 배출량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 21은 제 4실시예에 있어서의 연료 보정량, EGR량 및 토오크 변동 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 22은 종래의 엔진에 있어서의 토오크 변동, 연료 분사량 및 EGR량 사이의 관계를 도시하는 그래프.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 배출물의 악화를 억제하면서 내연 기관의 출력 변동을 빠르게 목표치에 근접시킬 수 있는 내연 기관의 연소 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 내연 기관의 연소 제어 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 내연 기관(M1)의 기통내에 연료를 분사하는 연료 분사 수단(M2)과 상기 내연 기관(M1)의 배기계에서 배출되는 배기의 일부를 내연 기관(M1)의 흡기계에 재순환시키는 배기 재순환 수단(M3)과, 상기 내연 기관(Ml)의 출력 변동을 검출하는 출력 변동 검출 수단(M4)과, 상기 출력 변동 검출 수단(M4)에 의해 검출된 출력 변동에 근거하여, 이 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해 상기 연료 분사 수단(M2)에 의한 연료 분사량을 제어함과 동시에, 상기 배기 재순환 수단(M3)에 의해 재순환되는 배기의 양을 제어하는 제어 수단(M5)을 구비하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 연료 분사 수단(M2)으로부터 분사된 연료는 내연 기관(M1)의 기통내에 공급되어 이 연료와 공기로 이루어진 혼합기에 의해 연소가 행하여진다. 그리고, 내연 기관(M1)의 출력 변동이 목표치로부터 벗어난 경우에는 출력 변동을 목표치에 가깝도록 제어 수단(M5)이 연료 분사 수단(M2)에 의한 연료 분사량을 증감시킴과 동시에 내연 기관(M1)의 흡기계에 재순환되는 배기의 양을 증감시킨다. 즉, 연료 분사량의 증감과 재순환되는 배기의 양의 증감에 의해 내연 기관(M1)의 출력 변동이 목표치에 근접되기 때문에 출력 변동을 빠르게 목표치에 근접시킬 수 있게 된다.
제 1실시예에서는 상기 제어 수단(M5)은 내연 기관(M1)의 출력 변동이 목표치보다 작은 경우에 상기 연료 분사량을 감량함과 동시에 상기 재순환되는 배기의 양을 증량한다. 또한, 상기 제어 수단(M5)은 내연 기관(M1)의 출력 변동이 목표치보다 큰 경우 상기 연료 분사량를 증량함과 동시에 상기 재순환되는 배기의 양을 감량한다.
통상, 성층 연소 할 때의 혼합기의 공연비는 이론 공연비보다 크다. 따라서, 내연 기관(M1)의 출력 변동이 목표치보다 작은 경우에 연료 분사량을 감량하면 출력 변동은 커진다. 이 때, 재순환되는 배기를 증량하면 혼합기의 착화성 및 화염 전파성이 저하되기 때문에 출력 변동이 커진다. 따라서, 출력 변동이 목표치보다 작게 되도 연료 분사량의 감량과 재순환 배기의 증량에 의해 출력 변동을 확실히 목표치에 근접될 수 있다. 또한 내연 기관(M1)의 출력 변동이 목표치보다 큰 경우 연료 분사량을 증량하면 출력 변동은 작아진다. 이 때, 재순환되는 배기를 감량하면 동일하게 출력 변동은 작아진다. 따라서, 출력 변동이 목표치보다 커져도 연료 분사량의 증량과 재순환 배기의 감량에 의해 출력 변동을 확실히 목표치에 근접되게 될 수 있다.
제 1실시예에서는 상기 제어 수단(M5)은 내연 기관(Ml)의 출력 변동이 목표치보다 작은 경우 상기 연료 분사량을 감량하여 상기 출력 변동이 더욱 작게 되었을 때, 상기 재순환되는 배기의 양을 증량한다. 또한 상기 제어 수단(M5)은 내연 기관(M1)의 출력 변동이 목표치보다 큰 경우 상기 연료 분사량을 증량하여 상기 출력 변동이 더욱 커졌을 때 상기 재순환되는 배기의 양을 감량한다.
즉, 내연 기관(M1)의 토오크 변동이 목표치로부터 약간 증대측으로 변화하거나, 목표치로부터 약간 감소측으로 변화하였을 때 재순환 배기량을 증감시키기 전에 연료 분사량만을 증감시켜 토오크 변동을 목표치에 근접되게 한다. 이 경우, 재순환 배기량이 증감하지 않기 때문에 배출물 악화가 방지된다. 또한, 재순환 배기량을 증대시키지 않고서 연료 분사량을 감소시킨 경우에는 내연 기관(M1)의 연료 소비가 향상된다.
제 1실시예에서는 상기 내연 기관(M1)은 균질 연소와 성층 연소를 선택적으로 하는 것이며, 성층 연소시에 내연 기관(M1)의 출력 변동을 목표치에 근접되게 하기 위해 연료 분사량을 증량 보정할 때의 최대 연료 보정량을 균질 연소시에 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해 연료 분사량을 증량 보정할 때의 최대 연료 보정량보다 작게 설정한다.
이렇게 성층 연소시에 있어서의 최대 연료 보정량을 균질 연소시에 있어서의 최대 연료 보정량보다 작게 설정해 놓으면, 점화 플러그 주위에 연료가 짙은 혼합기가 존재하는 성층 연소시에 있어서도 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 내연 기관의 연소 제어 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 같이, 내연 기관(M1)의 기통내에 연료를 분사하는 연료 분사 수단(M12)과 상기 내연 기관(M11)의 배기계로부터 배출되는 배기의 일부를 내연 기관(Ml1)의 흡기계에 재순환시키는 배기 재순환 수단(M13)과 상기 내연 기관(M11)의 출력 변동을 검출하는 출력 변동 검출 수단(M14)과 상기 출력 변동 검출 수단(M14)에 의해서 검출된 출력 변동에 근거하여 이 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해 상기 연료 분사 수단(M12)에 의한 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단(M15)과 상기 분사량 제어 수단(M15)에 의해서 제어된 연료 분사량에 근거하여, 상기 내연 기관(M11)의 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해 상기 배기 재순환 수단(M13)에 의해 재순환되는 배기의 양을 제어하는 재순환량 제어 수단(M16)을 구비하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 연료 분사 수단(Ml2)에 의한 연료 분사량은 분사량 제어 수단(M15)에 의해 내연 기관(M1l)의 출력 변동을 목표치에 근접되게 되도록 증감된다. 또한, 분사량 제어 수단(M15)에 의해서 증감된 연료 분사량에 근거하여 내연 기관(M11)의 출력 변동을 목표치에 근접되게 하기 위해 재순환되는 배기의 양이 배기 재순환 수단(M13)에 의해서 제어되기 때문에, 재순환되는 배기량이 지나치게 적음으로써 배출물이 악화되는 것을 방지할 수 있게 된다.
제 1실시예에서는 상기 분사량 제어 수단(M15)은 내연 기관(M11)의 출력 변동이 목표치보다 작은 경우에 상기 연료 분사량을 감량한다. 또한, 상기 분사량 제어 수단(M15)은 내연 기관(M11)의 출력 변동이 목표치보다 큰 경우에 상기 연료 분사량을 증가시킨다. 이것에 의해, 출력 변동이 목표치에 근접되게 된다.
제 1실시예에서는 상기 재순환량 제어 수단(Ml6)은 상기 분사량 제어 수단 (M15)에 의해서 제어된 연료 분사량이 정해진 증감 범위내에서 증량측으로 벗어난 경우에 재순환되는 배기의 양을 감량한다. 또한, 상기 재순환량 제어 수단(M16)은 상기 분사량 제어 수단(M15)에 의해서 제어된 연료 분사량이 상기 증감 범위내에서 떨어질수록 재순환되는 배기의 감소량을 크게 한다.
분사량 제어 수단(M15)에 의해서 제어되는 연료 분사량은 예를 들면 내연 기관(M1)에 있어서의 흡기계나 연료계의 치수 공차 등에 의해 필요량에 따라 증감된다. 그리고, 이 연료 분사량이 예를 들면 상기 치수 공차 등에 의해 연료 분사량이 증감되었을 때의 증감 범위내에서 증량측으로 벗어난 경우에 출력 변동이 목표치에 근접되게 되도록 재순환량 제어 수단(M16)에 의해서 내연 기관(M11)의 흡기계에 재순환되는 배기의 양이 줄어든다. 이 때문에, 상기 공차에 의해서 연료 분사량이 필요량보다 적어져 내연 기관(M11)의 출력 변동이 커졌을 때 출력 변동을 목표치에 근접되게 하기 때문에 재순환되는 배기의 양이 감소되지 않는다. 또한, 분사량 제어 수단(M15)에 의해서 제어되는 연소 분사량이 상기 증감 범위내에서 떨어질수록 재순환되는 배기의 감소량을 크게 하기 때문에, 이 연료 분사량이 상기 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 증량측으로 대폭 벗어난 경우에 도 내연 기관(M11)의 출력 변동을 확실히 억제할 수 있다.
따라서, 희박 연소를 하는 내연 기관(M11)에 있어서 예를 들면 내연 기관(M11)의 흡기계나 연료계의 치수 공차 등에 의해서 연료 분사량이 필요량보다 적어졌을 때, 재순환되는 배기가 감소되어 배출물이 악화되는 것을 확실히 방지할 수 있게 된다.
제 1실시예에서는 상기 재순환량 제어 수단(M16)은 상기 분사량 제어 수단 (M15)에 의해 제어된 연료 분사량이 정해진 증감 범위내에서 감량측으로 벗어난 경우에 재순환되는 배기의 양을 증량한다. 또한, 상기 재순환량 제어 수단(M16)은 상기 분사량 제어 수단(M15)에 의해서 제어된 연료 분사량이 상기 증감 범위내에서 떨어질수록 재순환되는 배기의 증대량을 크게 한다.
여기서는 분사량 제어 수단(M15)에 의해서 제어되는 연료 분사량이 예를 들면 상기 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 감량측으로 벗어난 경우, 그 증감 범위내에서 떨어질수록 재순환되는 배기의 증대량이 커지도록 제어된다. 따라서, 희박 연소를 하는 내연 기관(M11)에 있어서, 분사량 제어 수단(M15)에 의해 증감된 연료 분사량이 예를 들면 상기 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내로부터 감량측으로 대폭 벗어난 경우에 있어서도 배출물 악화를 확실히 억제할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 있어서의 내연 기관의 연소 제어 장치를 차량용 엔진에 적용한 각 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다,
(제 1실시예)
도 3은 차량에 탑재된 통내 분사식 엔진의 연소 제어 장치를 도시하는 개략구성도이다. 내연 기관으로서의 엔진(1)은 예를 들면 4개의 기통(#1 내지 #4)을 구비하여, 이들 각 기통(#1 내지 #4)의 연소실 구조가 도 4에 도시되어 있다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이 엔진(1)은 실린더 블록(2)내에 피스톤을 구비하고 있고, 이 피스톤은 실린더 블록(2)내에서 왕복 운동한다. 실린더 블록(2)의 상부에는 실린더 헤드(4)가 설치되고, 상기 피스톤과 실린더 헤드(4) 사이에는 연소실(5)이 형성되어 있다. 또한, 이 장치에서는 기통(#1 내지 #4) 하나 하나에 4개의 밸브가 각각 배치되어 있고, 도면에서 6a는 제 1흡기 밸브, 6b는 제 2흡기 밸브, 7a는 제 1흡기 포트, 7b는 제 2흡기 포트, 8은 한쌍의 배기 밸브, 9는 한쌍의 배기 포트로 표시되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이 같이, 제 2흡기 포트(7a)는 헬리컬형 흡기 포트로 이루어지고, 제 2흡기 포트(7b)는 대략적으로 직선형태로 연장되는 스트레이트 포트로 이루어진다. 또한, 실린더 헤드(4) 내벽면의 중앙부에는 점화 플러그(10)가 설치되어 있다.
이 점화 플러그(l0)에는 도시하지 않은 배전기를 통하여 점화기(12)로부터의 고전압이 인가되도록 되어 있다. 그리고, 이 점화 플러그(10)의 점화 타이밍은 점화기(12)로부터의 고전압의 출력 타이밍에 의해 결정된다. 또한, 제 1흡기 밸브(6a) 및 제 2흡기 밸브(6b) 근방의 실린더 헤드(4) 내벽면 주변부에는 연료 분사 밸브(11)가 배치되어 있다. 즉, 이 장치에 있어서는 연료 분사 밸브(11)로부터의 연료는 직접적으로 기통(#1 내지 #4)내에 분사되도록 되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 각 기통(#l 내지 #4)의 제 1흡기 포트(7a) 및 제 2흡기 포트(7b)는 각각 각 흡기 매니폴드(15)내에 형성된 제 1흡기통로(15a) 및 제 2흡기통로(l5b)를 통하여 서지 탱크(16)내에 연결되어 있다. 각 제 2흡기 통로(15b)내에는 각각 와류 제어 밸브(17)가 배치되어 있다. 이들의 와류 제어 밸브(17)는 공통의 샤프트(18)를 통하여 예를 들면 스텝 모터(19)에 연결되어 있다. 이 스텝 모터(19)는 후술하는 전자 제어 장치(이하 단지「ECU」라고 한다)(30)로부터의 출력 신호에 따라서 제어된다. 또, 상기 스텝 모터(19) 대신에 엔진(1)의 흡기 포트(7a, 7b)의 압력에 따라서 제어되는 것을 사용할 수 있다.
상기 서지 탱크(16)는 흡기 덕트(20)를 통하여 에어 클리너(21)에 연결되고, 흡기 덕트(20)내에는 스텝 모터(22)에 의해 개폐되는 스로틀 밸브(23)가 설치되어 있다. 즉, 이 장치의 스로틀 밸브(23)는 소위 전자 제어식인 것이며, 기본적으로는 스텝 모터(22)가 상기 ECU(30)로부터의 출력 신호에 따라서 구동됨으로써 스로틀 밸브(23)가 개폐 제어된다. 그리고, 이 스로틀 밸브(23)의 개폐에 의해 흡기 덕트(20)을 통과하여 연소실(5)내에 도입되는 흡입 공기량이 조절되도록 되어 있다.
또한, 스로틀 밸브(23) 근방에는 그 개도(스로틀 개도)를 검출하기 위한 스로틀 센서(25)가 설치되어 있다. 또한, 상기 각 기통(#l 내지 #4)의 배기 포트(9)에는 배기 매니폴드(14)가 접속되어 있다. 그리고, 연소후의 배기 가스는 상기 배기 매니폴드(l4)을 통하여 배기 덕트(14a)에 배출되도록 되어 있다.
또한, 이 연소 제어 장치에서는 공지의 배기 가스 재순환(EGR) 기구(51)가 설치되어 있다. 이 EGR 기구(51)는 배기 가스 재순환 통로로서의 EGR 통로(52)와 이 통로(52)의 도중에 설치된 EGR 밸브(53)를 포함하고 있다. EGR 통로(52)는 스로틀 밸브(23)의 하류측 흡기 덕트(20)와 배기 덕트(14a)사이를 연통하도록 설치되어 있다. 또한, EGR 밸브(53)는 밸브 시트, 밸브체 및 스텝 모터(모두 도시하지 않음)를 내장하고 있다. EGR 밸브(53)의 개도는 스텝 모터가 밸브체를 밸브 시트에 대하여 단속적으로 변위시킴으로써 조절된다. 그리고, EGR 밸브(53)가 열림으로써 배기 덕트(14a)에 배출된 배기 가스의 일부가 EGR 통로(52)로 흐른다. 이 배기 가스는 EGR 밸브(53)를 통하여 흡기 덕트(20)에 흐른다. 즉, 배기 가스의 일부가 EGR 기구(51)에 의해 흡입 혼합기중에 재순환한다. 이 때, EGR 밸브(53)의 개도가 조절됨으로써 배기 가스의 재순환량(EGR량)이 조정되도록 되어 있다.
그런데, 상술한 ECU(30)는 디지털 컴퓨터로 이루어져 있고, 버스(31)를 통하여 서로 접속된 RAM(임의접근기억장치)(32), ROM(판독전용기억장치)(33), 마이크로 프로세서로 이루어지는 CPU(중앙처리장치)(34), 입력 포트(35) 및 출력 포트(36)를 구비하고 있다.
스로틀 밸브(23)를 조작하기 위한 액셀 페달(24)에는 해당 액셀 패달(24)의 밟는 양에 비례한 출력 전압을 발생하는 액셀 센서(26A)가 접속되고, 이 액셀 센서(26A)에 의해 액셀 개도가 검출된다. 이 액셀 센서(26A)의 출력 전압은 A/D 변환기(37)를 통하여 입력 포트(35)에 입력된다. 또한, 동일하게 액셀 페달(24)에는 액셀 페달(24)의 밟는 양이「0」인 것을 검출하기 위한 전폐 스위치(26B)가 설치되어 있다. 즉, 이 전폐 스위치(26B)는 액셀 페달(24)의 밟는 양이「0」인 경우에 전폐 신호로서「1」인 신호를, 그렇지 않은 경우에는「0」인 신호를 발생시킨다. 그리고, 해당 전폐 스위치(26B)의 출력 전압도 입력 포트(35)에 입력되도록 되어 있다.
또한, 상사점 센서(27)는 예를 들면 1번 기통(#1)이 흡기 상사점에 달하였을 때에 출력 펄스를 발생시키고, 이 출력 펄스가 입력 포트(35)에 입력된다. 크랭크각 센서(28)는 예를 들면 크랭크 샤프트가 30°CA 회전할 때마다 출력 펄스를 발생하여, 이 출력 펄스가 입력 포트에 입력된다. CPU(34)에서는 상사점 센서(27)의 출력 펄스와 크랭크각 센서(28)의 출력 펄스로부터 크랭크 위치나 엔진 회전수(NE)가 산출되고 판독된다.
또한, 상기 샤프트(18)의 회전 각도는 와류 제어 밸브 센서(29)에 의해 검출되고, 이것에 의해 와류 제어 밸브(17)의 개도가 측정된다. 그리고, 와류 제어 밸브 센서(29)의 출력은 A/D 변환기(37)를 통하여 입력 포트(35)에 입력된다.
더불어, 상기 스로틀 센서(25)에 의해 스로틀 개도가 검출된다. 이 스로틀 센서(25)의 출력은 A/D 변환기(37)를 통하여 입력 포트(35)에 입력된다.
또한, 이 연소 제어 장치에서는 서지 탱크(16)내의 압력(흡기압)을 검출하는 흡기압 센서(61)가 설치되어 있다. 또한 엔진(1)의 냉각수 온도(냉각수온)를 검출하는 수온 센서(62)가 설치되어 있다. 그리고, 이들 양 센서(61, 62)의 출력도 A/D 변환기(37)를 통하여 입력 포트(35)에 입력되게 되어 있다.
한편, 출력 포트(36)은 대응하는 구동 회로(38)를 통하여 각 연료 분사 밸브(11), 각 스텝 모터(19, 22), 점화기(12) 및 EGR 밸브(53)(스텝 모터)에 접속되어 있다. 그리고, ECU(30)는 각 센서(25 내지 29, 61, 62)로부터의 신호에 근거하여 ROM(33)내에 격납된 제어 프로그램에 따라서 연료 분사 밸브(11), 각 스텝 모터(19, 22), 점화기(12)(점화 플러그(10)) 및 EGR 밸브(53) 등의 동작을 제어한다.
다음에, 제 l실시예의 연소 제어 장치에 의한 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어에 관하여 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 「성층 연소」의 실행시에 있어서, ECU(30)를 통하여 실행되는 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어를 위한 처리 과정을 도시한 것이며, 소정 크랭크각마다의 각도 인터럽트로 실행된다.
상기 도면에 도시하는 처리 루틴에 있어서, ECU(30)는 스텝(Sl01)의 처리로서 상사점 센서(27) 및 크랭크각 센서(28)로부터의 출력 펄스에 기인하여 엔진(1) 전체에서의 토오크 변동(dln)을 계산한다. 이 토오크 변동(dln)은 각 기통(#1 내지 #4)에서 발생하는 각각의 토오크 변동(dln1 내지 dln4)의 평균치이고, 하기에 도시하는 식(1)에 의해 산출된다.
dln = (dln1 + dln2 + dln3 + dln4)/4…(1)
또한, 각 기통(#1 내지 #4)에 있어서, 연소마다 각각 발생하는 토오크(T)는 하기의 식(2)에 나타내는 관계가 있다.
T∝ (30°/tb)2- (30°/ta)2…(2)
상기 식에 있어서, ta는 엔진(1)의 크랭크 샤프트가 상사점을 포함한 소정의 크랭크 각도분(θ1)(도6 참조)를 통과하는 데 걸리는 시간이다. 또한, tb는 크랭크 샤프트가 상사점으로부터 90°진각하여 위치하는 소정의 크랭크 각도분(θ2)(도 6 참조)을 통과하는 데 걸리는 시간이다. 또한 크랭크 각도분(θ1)과 크랭크 각도분(θ2)과는 같은 값으로 이루어져 있으며, 예를 들면 각각 30°로 된다.
그리고, 예를 들면 기통(#1)에 발생하는 토오크 변동(dln1)은 하기 식(3)에 나타나는 바와 같이, 기통(#1)에서 연소마다 발생하는 토오크(T)의 차에 의해서 산출된다.
dln1={(30°/tb1)2-30°/ta1)2}
-{(30°/tb1-1)2-(30°/ta1-1)2} …(3)
기통(#2 내지 #4)에 발생하는 토오크 변동(dln2 내지 dln4)도, 상기 기통(#1)에 있어서 토오크 변동(dln1)과 마찬가지로 하여 산출된다. 이렇게 산출된 각 기통(#1 내지 #4)의 토오크 변동(dln1 내지 dln4)에 근거하여, 엔진(1) 전체의 토오크 변동(dln)이 상기 식(1)에 의해서 산출된다.
그 후, 스텝 S102로 진행하여, ECU30은 산출한 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 소정치(Cl)를 가산한 것(「dlnlvl+Cl」)보다 큰지의 여부를 판단한다. 그리고, 「dln＞dlnlvl+Cl」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 7에 도시되는 영역(A)내에 있는 경우에는 스텝 S103으로 진행한다. 토오크 변동(dln)이 영역(A)내에 있는 경우, 그 토오크 변동(dln)과 EGR량은 도 8에 실선(X1)으로 나타내는 관계가 되며, 이 토오크 변동(dln)과 연료 분사량은 도 9에 실선(Y1)으로 나타내는 관계가 되고, NOx 배출량과 연료 부사량은 도 10에 실선(Zl)으로 나타내는 관계가 된다.
ECU30은 스텝 S103의 처리로서, 전회에 연료 분사량 보정을 실시했을 때의 연료 보정량(faf)에 소정치(Cfuel)를 가산한 것(「faf+Cfuel」)을 새로운 연료 보정량(faf)으로서 설정한다. 또한, ECU30은 전회에 EGR량 보정을 실시했 때의 EGR 보정량(kegr)으로부터 소정치(Cegr)를 감산한 것(「kegr-Cegr」)을 새로운 ECR 보정량(kegr)으로서 설정한다. 즉, 상기 스텝 S103에 의해. 연료 분사량이 증량 보정됨과 동시에 EGR량이 감량 보정되다.
현재, EGR량 및 연료 분사량이 실선(X1)(도 8), Y1(도 9), Z1(도 10)상의 1)점으로 나타나는 상태에 있다고 하면, 상기와 같이 연료 분사량이 증량되면 토오크 변동(dln)은 작게 된다. 이것은 성층 연소를 실시할 때의 혼합기의 공연비가 이론 공연비보다도 크기 때문이다. 또한, 상기한 바와 같이 EGR량이 감량되면, 혼합기의 착화성 및 화염 전파성이 향상하기 때문에, 이러한 경우도 토오크 변동(dln)은 작게 된다. 그 결과, 토오크 변동(dln)과 EGR량은 도 8에 실선(X2)으로 나타난 관계로 이행하며, 실선(X1)상의 P점은 실선(X2)상의 Q점으로 향하여 이행한다. 또한, 토오크 변동과 연료 분사량은 도 9에 실선(Y2)으로 나타난 관계로 이행하며, 실선(Y1)상의 P점은 실선(Y2)상의 Q점으로 이행한다. 또한, NOx 배출량과 연료 분사량의 관계는 도 10에 실선(Z2)으로 나타난 관계로 이행하며, 실선(Z1)상의 P점은 실선(Z2)상의 Q점으로 이행한다.
이렇게 해서 연료 분사량의 증량과 EGR량의 감량의 양쪽을 실시함으로서, P점에서 Q점으로의 이행이 행하여져 토오크 변동(dln)이 빠르게 작게 되기 때문에, 동 토오크 변동(dln)는 빠르게 또한 확실하게 목표치(dlnlvl)에 근접하게 된다. 또한, 상기 P점에서 Q점으로의 이행에 의해, 목표치(dlnlvl)가 EGR량의 변화에 따라 토오크 변동이 지나치게 변화하지 않은 영역에 있는 Q점에 위치하는 것이 된다. 따라서, 토오크 변동(dln)이 Q점의 상태로부터 목표치(dlnlvl)보다도 커졌을 때(도 8의 화살표R) 그 토오크 변동(dln)의 증가량은 완만하기 때문에 동 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 대하여 증대측으로 크게 벗어나는 것은 없다. 첨가하여, 「성층연소」에 있어서는, EGR량의 변화에 대한 NOx 배출량의 변화가 작기 때문에 상기 P점에서 Q점으로의 이행에 의해 NOx가 과도하게 증가하는 것도 방지된다.
한편, 상기 스텝 S102에 있어서, 「dln＞dlnlvl+C1」가 아니라고 판단한 경우에는 스텝 S104로 진행한다. 스텝 S104의 처리로서, ECU30은 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)로부터 소정치(Cl)을 감산한 것(「dlnlvl-Cl」)보다 작은지의 여부를 판단한다. 그리고, 「dln＜dlnlvl-Cl」이 아닌 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 7에 도시되는 영역(B)내에 있는 경우, ECU30은 이러한 처리 루틴을 일단 종료시킨다. 또한, 「dln＜dlnlvl-Cl」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 영역(C)내에 있는 경우에는 스텝 S105로 진행한다. 토오크 변동(dln)이 영역(C)내에 있는 경우, 그 토오크 변동(dln)과 EGR량은 도 8에 실선(X3)으로 나타난 관계가 되며, 동 토오크 변동(dln)과 연료 분사량은 도 9에 실선(Y3)으로 나타난 관계가 되고, NOx 배출량과 연료 분사량은 도 10에 실선(Z3)으로 나타난 관계가 된다.
스텝 S105에 있어서, ECU30은 전회에 연료 분사량 보정를 실시했을 때의 연료 보정량(faf)에서 소정치(Cfuel)를 감산한 것(「faf-Cfuel」)을 새로운 연료 보정량(faf)으로서 설정한다. 또한, ECU30은 전회에 EGR량 보정을 실시했을 때의 EGR 보정량(kegr)에 소정치(Cegr)를 가산한 것(「kegr+Cegr」)을 새로운 EGR 보정량(kegr)으로서 설정한다. 즉, 스텝 S105에 의해, 연료 분사량이 감량 보정됨과 동시에 EGR량이 증량 보정된다.
현재, EGR량 및 연료 분사량이 실선(X3(도 8), YS(도 9), Z3(도 10))상의 S점으로 나타나는 상태에 있을 때, 상술한 바와 같이 연료 분사량이 감량되면 토오크 변동(bln)은 커진다. 이것은 성층 연소를 실시할 때의 혼합기의 공연비가 이론 공연비보다 크기 때문이다. 또한, 상술한 바와 같이 EGR량이 증량되면 혼합기의 착화성 및 화염 전파성이 저하하기 때문에 토오크 변동(dln)은 마찬가지로 커진다. 그 결과, 토오크 변동(dln)과 EGR량은 도 8에 실선(X4)으로 나타난 관계로 이행하며, 실선(X3)상의 S점은 실선(X4)상의 T점으로 향하여 이행한다. 또한, 토오크 변동과 연료 분사량은 도 9에 실선(Y4)으로 나타난 관계로 이행하며, 실선(Y3)상의 S점은 실선(Y4)상의 T점으로 이행한다. 또한, NOx 배출량과 연료 분사량과의 관계는 도 10에 실선(Z4)으로 나타난 관계로 이행하며, 실선(Z3)상의 S점은 실선(Z4)상의 T점으로 이행한다.
이와 같이 연료 분사량의 감량과 EGR량의 증량 양쪽을 실시함으로서, S점에서 T점으로의 이행이 행하여져 토오크 변동(dln)이 빠르게 크게 되기 때문에, 토오크 변동(dln)은 빠르고 또한 확실하게 목표치(dlnlvl)에 근접하게 된다. 또한, 상기 S점으로부터 T점으로의 이행에 의해, 목표치(dlnlvl)가 EGR량의 변화에 따라 토오크 변동이 지나치게 변화하지 않는 영역에 있는 T점에 위치하는 것이 된다. 따라서, 토오크 변동(dln)이 T점의 상태로부터 목표치(dlnlvl)보다 커졌을 때(도 8의 화살표U) 그 토오크 변동(dln)의 증가량은 완만하기 때문에 변동(dln)이 목표치(dlnlVl)에 대하여 증대측에 크게 벗어나는 것은 없다. 또한, 상기 S점에서 T점으로의 이행으로서는 EGR량이 증량되기 때문에, NOx 배출량의 저감을 도모할 수 있게 된다.
ECU30은 이와 같이, 스텝 S103 또는 스텝 S105의 처리를 실시한 후, 스텝 S106으로 진행한다. 상기 스텝 S106에 있어서, ECU30은 연료 보정량(faf)이 그 허용 범위의 최소치(fafmin)이상(「(fafmin≤faf」)인지의 여부를 판단한다. 그리고, 「fafmin≤faf」가 아닌 경우에는 스텝 S107로 진행하며, 연료 보정량(faf)를 최소치(최소 연료 보정량)(fafmin)에서 가드한 후에 스텝 S110으로 진행한다. 또한, 상기 스텝 S106에 있어서「fafmin≤faf」라고 판단한 경우에는 스텝 S108로 진행하며, ECU30은 연료 보정량(faf)이 그 허용 범위의 최대치(fafmax) 이하(「faf≤ fafmax」)인지의 여부를 판단한다. 그리고, 「faf≤fafmax」가 아닌 경우에는 스텝 S109로 진행하며, 연료 보정량(faf)를 최대치(최대 연료 보정량)(fafmax)로 가드한 후에 스텝 S110으로 진행한다. 또한, 상기 스텝 S108에 있어서 「faf≤fa)max」인 경우에는, 연료 보정량(faf)이 허용 범위내에 있는 취지를 판단하여 스텝 S110으로 직접 진행한다.
ECU30은 스텝 S110의 처리로서, EGR 보정량(kegr)이 그 허용 범위의 최소치(kegrmin) 이상(kegrmin≤kegr」)인지의 여부를 판단한다. 그리고, 「kegrmin≤kegr」가 아닌 경우에는 스텝 S111로 진행하며, ECR 보정량(kegr)을 최소치(최소 EGR 보정량)(kegrmin)로 안내한다. 또한, 상기 스텝 S110에 있어서 「kegrmin≤kegr」라고 판단한 경우에는 스텝 S112로 진행하며, ECU30은 EGR 보정량(kegr)이 그 허용 범위의 최대치(kegrmax) 이하(「kegr≤kegrmax」)인지의 여부를 판단한다. 그리고, 「kegr≤kegrmax」가 아닌 경우에는 스탭 S113으로 진행하여, EGR 보정량(kegr)을 최대치(최대 ECR 보정량)(kegrmax)로 안내한다.
이상 상술한 양태에서 연소 제어가 실행되는 본 실시 형태에 의하면, 상기 (a) 내지 (c)에 나타나는 효과가 얻어지게 된다.
(a) 연료 분사량의 증감과 EGR량의 증감 양쪽에 의해, 엔진(1)의 토오크 변동(dln)을 목표치(dlnlvl)에 근접하도록 하였기 때문에, 그 토오크 변동(dln)을 빠르게 또한 확실하게 목표치(dlnlvl)에 근접시킬 수 있다.
(b) 연료 분사량을 증감시킴으로서, 목표치(dlnlvl)를 ECR량의 변화에 따라 토오크 변동(dln)이 지나치게 변화하지 않은 EGR량의 영역에 위치시키도록 하였기 때문, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 대하여 증대측으로 크게 벗어나는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 대하여 증대측으로 크게 벗어나는 것에 의해, 운전 성능이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
(c) 「성층 연소」에 있어서는, EGR량의 변화에 대한 NOx 배출량의 변화가 작기 때문에, 도 10의 P점으로부터 Q점으로의 이행시에 NOx가 지나치게 증가하는 것은 없다. 따라서, 배출물이 악화되는 것을 방지할 수 있다.
(제 2실시형태)
다음에, 본 발명의 제 2실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 본 실시형태는 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어의 제어 양태만이 제 1실시형태와 다르며, 도 3 및 도 4에 도시하는 장치의 구성이 제 1실시형태와 동일하다.
도 11은 본 실시형태에 있어서 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어를 실시하기 때문에 처리 루틴을 나타내는 것이다. 이 루틴도 소정 크랭크각 마다의 각도 인터럽트로 실행된다.
그런데, 상기 도면에 도시되는 처리 루틴에 있어서, ECU30은 스텝 S201의 처리로서, 제 1실시형태의 스텝 S101과 마찬가지로 하여, 엔진(1)의 토오크 변동(dln)을 계산한다. 그 후, 스텝 S202로 진행하며, ECU30은 산출한 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 소정치(Ch1)를 가산한 것(「dlnlvl+Ch1」)보다 큰지의 여부를 판단한다. 그리고, 「dln＞dlnlvl+Ch1」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 12에 도시되는 영역(A)내에 있는 경우에는 스텝 S203으로 진행한다.
스텝 S203에 있어서, ECU30은 연료 보정량(faf)을 증가시켜 연료 분사량을 증량 보정한다. 그 후, 스텝 S204로 진행하며, ECU30은 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 소정치(Ch2)를 가산한 것(「dlnlvl+Ch2」)보다 큰지의 여부를 판단한다. 또한, 소정치(Ch2)는 상기 소정치(Ch1)보다도 큰 값으로 설정되어 있다. 그리고, 「dln＞dlnlvl+Ch2」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 12에 도시되는 영역(D)내에 있는 경우에는 스텝 S205로 진행한다. 상기 스텝 S205에 있어서, ECU30은 EGR 보정량(kegr)을 감소시켜 EGR량을 감량하며 스텝 S206으로 진행한다. 또한, 스텝 S204에서 「dln＞dlnlvl+Ch2」가 아니라고 판단한 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 12에 도시되는 영역(E)내에 있는 경우에는 직접 스텝 S206으로 진행한다.
이러한 연료 분사량 제어 및 EGR 제어에 있어서는, 소정치(Ch1)보다 소정치(Ch2)쪽이 크기 때문에, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)보다도 크게 되면, 우선 연료 분사량이 증량된 후 EGR량이 감량되게 된다. 따라서, 도 13에 p점으로 나타내는 바와 같이, 토오크 변동(dla)이 목표치(dlnlvl)로부터 약간 증대측으로 변화한 경우, EGR량은 감량하지 않고 연료 분사량만이 증량되어 p점은 q점으로 이행하며, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 근접한다. 이 경우, EGR량이 감소하지 않기 때문에, 도 14에 도시되는 바와 같이 p점이 q점으로 이행할 때에 NOx 배출량이 증가하는 것없이 배출물의 악화를 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 스텝 S202에 있어서 「dln＞dlnlvl+Ch1」이 아니라고 판단한 경우, 스텝 S214로 진행한다. ECU30은 스텝 S214의 처리로서, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에서 소정치(Cl1)을 감산한 것(「(dlnlvl-Cl1」)보다 작은지의 여부를 판단한다. 그리고, 「dln＜dlnlvl-Cl1」이 아닌 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 12에 도시되는 영역(B)내에 있는 경우, ECU30은 상기 처리 루틴을 일단 종료시킨다. 또한, 「dln＜dlnlvl-Cl1」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 12에 도시되는 영역(C)내에 있는 경우에는 스텝 S215로 진행한다.
스텝 S215에 있어서, ECU30은 연료 보정량(faf)을 감소시켜 연료 분사량을 감량 보정한다. 그 후, 스텝 S216으로 진행하며, ECU30은 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 소정치(Cl2)을 감산한 것(「dlnlvl-Cl2」)보다 작은지의 여부를 판단한다. 또한, 소정치(Cl2)는 상기 소정치(Cl1)보다도 큰 값으로 설정되어 있다. 그리고, 「dln＜dlnlvl-Cl2」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 12에 도시되는 영역 (F)내에 있는 경우에는 스텝 S217로 진행한다. 상기 스텝 S217에 있어서, ECU30은 EGR 보정량(kegr)을 증가시켜 EGR량을 증량하여 스텝 S206으로 진행한다. 또한, 스텝 S216에서 「dln＜dlnlvl-Cl2」가 아니라고 판단한 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 12에 도시되는 영역(G)내에 있는 경우에는 직접 스텝 S206으로 진행한다.
이러한 연료 분사량 제어 및 EGR 제어에 있어서는, 소정치(Cl1)보다 소정치 (Cl2)쪽이 크기 때문에, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)보다도 작게 되면, 우선 연료 분사량이 감량된 후 EGR량이 증량되는 것이 된다. 따라서, 도 13에 s점으로 나타내는 바와 같이, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)로부터 약간 감소측으로 변화한 경우, EGR량은 증량되지 않게 연료 분사량만이 감량하여 s점은 t점으로 이행하며, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 근접한다. 이 경우, 도 14에 나타내는 바와 같이 s점에서 t점으로 이행할 때, EGR량을 증가시키지 않고 연료 분사량을 감소시킨 분량, 연료 소비율을 향상시킬 수 있도록 된다.
또한, 스텝 S206 내지 S2l3은 제 1실시형태에 있어서 스텝 S100 내지 S113와 같기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
이상 상술한 양태에서 연소 제어가 실행되는 본 실시형태에 의하면, 상기 제 1실시형태의 효과에 첨가하여, 하기 (d)내지(f)에 나타나는 효과를 얻을 수 있다.
(d) 소정치(Ch1)보다 소정치(Ch2)를 크게하여, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlv1)보다도 커졌을 때, 먼저 연료 분사량이 증량되고 나서 EGR량이 감량되도록 하였다. 따라서, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)로부터 약간 증대측으로 변화한 경우, EGR량은 감량되지 않고 연료 분사량만이 증량되어 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 근접한다. 이 경우, EGR량이 감소하지 않기 때문에, NOx 배출량이 증가하는 일은 없으며 배출물 악화를 방지할 수 있다.
(e) 소정치(Cl1)보다 소정치(Cl2)를 크게하여, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)보다도 작게 되었을 때, 우선 연료 분사량이 감량되고 나서 EGR량이 증량되도록 한다. 따라서, 토오크 변동(dln)이 목표치(dInlvl)에서 약간 감소측으로 변화한 경우, EGR량은 증량되지 않고 연료 분사량만이 감량되어 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 근접한다. 이 경우, EGR량을 증가시키지 않고 연료 분사량을 감소시킨 분량, 연료 소비율을 향상시킬 수 있다.
(f) EGR 기구(51)에 있어서는, EGR 밸브(53)의 개도 변경에 대한 EGR량 변화의 응답 지연이 발생하지만, 상술한 바와 같이 토오크 변동(dln)이 조금만 목표치(dlnlvl)에서 떨어진 경우에는 연료 분사량의 증감만으로 대응한다. 그 때문에, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)부근에서 크고 작을 때에 EGR 밸브(53)가 과잉 반응해 버리는 것을 방지하여, EGR 밸브(53)의 개도 변경에 대한 EGR량 변화의 응답 지연에 의해서 EGR량이 부적절한 값이 되는 것을 저지할 수 있다.
(제 3실시형태)
다음에 본 발명의 제 3실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 한편, 본 실시형태도, 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어의 제어 양태만이 제 1 및 제 2실시형태와 다르며, 도 3 및 도 4에 도시되는 장치의 구성이 제 1실시형태와 동일하다.
본 실시형태의 ECU30은 도 16에 도시되는 학습 맵과 도 17에 도시되는 기본연료 분사량 맵을 각각 RAM 32 및 ROM 33에 기억하고 있다. 학습 맵은 엔진 회전수와 연료 분사량에 근거하여 구획되는 연료 보정량(faf) 및 EGR량 보정량(kegr)에 대하여 복수의 학습 영역(noarea)을 갖고 있다. 또한, 기본 연료 분사량 맵에는 액셀 개도와의 대응하에 기본 연료 분사량의 값이 등록되어 있다. 실제의 연료 분사량은 연료 보정량(faf)를 사용하여 동기본 연료 분사량을 보정하는 것에 의해 결정된다.
연료 보정량(faf) 및 EGR 보정량(kegr)은 상기 제 1실시형태로 상세하게 설명한 바와 같이, 토오크 변동(dln)을 목표치(dlnlvl)에 근접하도록 변경된다. 그리고 본 실시형태에 있어서는, 그 변경되는 연료 보정량(faf) 및 EGR 보정량(kegr)의 값이 엔진(1)의 운전 영역에 따라서, 즉 그 때마다 엔진 회전수와 연료 분사량에 따라서 학습된다. 이 때문에, 도 16에 도시되는 어느 학습 영역(noarea)내에서 엔진(1)이 운전되고 있을 때, 연료 보정량(faf)이 변경됨으로서, 연료 분사량이 도 17에 실선(L1)으로 나타나는 기본 연료 분사량에 대하여 예를 들면 2점쇄선(L2)으로 나타난 바와 같이 증량된 상태가 될 때가 있다. 또한, 엔진 회전수를 일정하게 한 상태에서, 상기 학습 영역(noarea)에서 이웃의 학습 영역(noarea)으로 이동하도록 엔진(1)의 운전 상태가 변화할 때에는, 그 학습 영역(noarea)에서 별도로 연료 보정량(faf)이 변경됨으로서, 연료 분사량이 실선(L1)으로 나타난 기본 연료 분사량에 대하여 예들 들면 2점쇄선(L3)으로 나타난 바와 같이 감량된 상태가 될 때도 있다.
따라서, 별도의 학습 영역(noarea)으로 이동하도록 엔진의 운전 상태가 변경되었을 때, 원래의 학습 영역(noarea)에서 변경된 연료 보정량(faf)이 동 학습 영역(noarea)에 남아 있으면, 액셀 개도에 대응하여 변화하는 연료 분사량은 2점쇄선(L2, L3)으로 나타난 바와 같이 시간에 따라 변하게 된다. 이 경우, 액셀 개도를 크게하여 가면 학습 영역(noarea)이 변해가는 부분에서 연료 분사량이 크게 변화하기 때문에 엔진(1)에 쇼크가 발생한다.
도 15에 도시되는 본 실시형태의 처리 루틴은 이러한 연료 보정량(faf)의 변화에 기인하는 쇼크가 발생하지 않도록, 학습 영역(noarea)이 변해갈 때에는 연료 보정량(faf)을 초기 상태(예를 들면 승산 보정인 경우는「1」, 가감산 보정인 경우는「0」등)로 되돌리도록 한 것이다.
즉, 도면에 도시되는 처리 루틴에 있어서, ECU30은 스텝 S301의 처리로서 연료 분사량 및 엔진 회전수에 근거하여 학습 영역(noarea)이 변했는지의 여부를 판단한다. 그리고 학습 영역(noarea)이 변한 경우에는 스텝 S302로 진행하여 연료 보정량(faf)을 초기치로 되돌린다. 그 후, 스텝 S303으로 진행한다. 한편, 스텝 S301에서 학습 영역(noarea)이 변하지 않는다고 판단한 경우에는 직접 스텝 S303으로 진행한다.
또한, 스텝 S303 내지 S315는 제 1실시형태에 있어서의 스텝 S101 내지 S113과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
이상 상술한 양태에서 연소 제어가 실행되는 본 실시형태에 의하면, 제 1실시형태의 효과에 첨가하여 하기(g)에 도시되는 효과가 얻어진다.
(g) 학습 영역(noarea)이 변했을 때에는, 연료 보정량(faf)을 초기치로 되돌리는 것으로 한다. 이 때문에, 연료 분사량이 크게 변화하여 쇼크가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 상기 각 실시형태는 예를 들면 아래와 같이 변경할 수도 있다.
(1) 상기 각 실시형태에서는, 엔진(1)이 「성층연소」를 실행하는 경우에 대하여 설명하였지만, 「성층연소」를 실행할 때보다도 고부하인 엔진(1)의 운전 영역에서는「균질 린연소(균질 린번)」을 실행하도록 해도 된다. 이 경우, 엔진(1)은 부하에 맞추어 연소 방식을 전환하여, 「성층연소」와「균질 린연소」의 어느 쪽인가 한쪽을 실행한다. 그리고, 「균질 린연소」실행시에도, 토오크 변동(dln)을 목표치(dlnlvl)에 근접하도록 연료 보정량(faf)을 변경하여 연료 분사량을 증감시킨다. 이 구성에 있어서, 「성층연소」실행시에 있어서의 연료 보정량(faf)의 최대치(최대 연료 보정량)(fafmnax)를, 「균질 린연소」실행시에 있어서의 연료 보정량(faf)의 최대치(최대 연료 보정량)(fafmax)보다도 작은 값으로 설정한다. 이와 같이 하면, 점화 플러그(10)의 주위에 연료가 짙은 혼합기가 존재하는 「성층연소」시에 있어서도, 연료 분사량 과다에 의한 실화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
(2) 상기 각 실시형태에서는, 엔진(1)의 출력 변동으로서 토오크 변동(dln)을 검출하여 그 토오크 변동(dln)을 목표치(dlnlvl)에 근접하도록 연료 분사량 및 EGR량을 증감시켰지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 엔진(1)의 출력 변동에 대응한 값이 되는 공연비를 동 엔진(1)에 설치한 공연비 센서에 의해 검출한다. 그리고, 공연비 센서에 의해서 검출되는 엔진(1)의 실제 공연비를 상기목표치(dlnlvl)에 대응하는 공연비(목표 공연비)에 근접하도록 연료 분사량 및 EGR량을 증감시켜도 된다.
(3) 토오크 변동(dln)을 검출하는 대신에, 연소실(5)내의 압력을 검출하기 위한 통내압 센서를 마련하여, 엔진(1)의 출력 변동에 대응하여 변화하는 통내압력 최대시기를 통내압 센서에 의해서 검출한다. 그리고, 통내압 센서에 의해서 검출되는 실제의 통내압력 최대시기를 상기 목표치(dlnlvl)에 대응하는 통내압력 최대 시기(목표 통내압력 최대시기)에 근접하도록 연료 분사량 및 EGR량을 증감시켜도 된다.
(4) 통내압 센서에 의해 엔진(1)의 출력 변동에 대응하여 변화하는 연소압을 검출하여, 실제의 연소압을 상기 목표치(dlnlvl)에 대응하는 연소압(목표 연소압)(10)에 근접하도록 연료 분사량 및 EGR량을 증감시켜도 된다.
(5) 토오크 변동(dln)을 검출하는 대신에, 엔진(1)의 출력 변동에 대응하여 변화하는 크랭크 시프트의 회전 속도를 검출하여, 동 검출된 회전 속도를 상기 목표치(dlnlvl)에 대응하는 크랭크 샤프트의 회전 속도(목표 회전 속도)에 근접하도록 연료 분사량 및 EGR량을 증감시켜도 된다.
(6) 제 2실시형태에 있어서, 제 3실시형태와 같이 학습 영역(noarea)이 변했을 때, 연료 보정량(faf)를 초기치로 되돌리도록 해도 된다. 이 경우, 제 2실시형태와 제 3실시형태 양쪽의 효과를 얻을 수 있다.
(제 4실시형태)
다음에 본 발명에서의 내연 기관의 연소 제어 장치를, 「희박연소」를 실시하는 차재용 엔진에 적용한 제 4실시형태를 도면을 참도하여 상세하게 설명한다. 한편, 본 실시형태는 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어의 제어 양태만이 제 1실시형태와 다르며, 도 3 및 도 4에 도시되는 장치의 구성은 제 1실시형태와 동일하다.
본 실시형태의 연소 제어 장치에 의한 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어에 대하여 도 18 및 도 19을 참조하여 설명한다. 도 18 및 도 19는 ECU30을 통하여 실행되는 연료 분사량 제어 및 EGR량 제어를 위한 처리 루틴을 나타낸 것으로서, 소정 크랭크각 마다의 각도 인터럽트로써 실행된다.
도면에 도시되는 처리 루틴에 있어서, ECU30은 스텝 S401의 처리로서, EGR량 변경후 카운터(cegr)에서 「1」을 감산한다. 상기 EGR량 변경후 카운터(cegr)는 전회 EGR량이 변경되고 나서의 시간 경과(각도 경과)에 따라 「l」씩 카운트다운이 행하여지는 것이다. 또한, EGR량 변경후 카운터(cegr)의 초기치는 후술하는 소정치(Cc)이며, 이 소정치(Cc)는 과도하게 EGR량의 변경이 행하여지지 않도록 설정된다.
그 후, 스텝 S402로 진행하며, ECU30은 EGR량 변경후 카운터(cegr)가 「0」이상인지의 여부를 판단한다. 그리고, EGR량 변경후 카운터(cegr)가 「0」보다 작은 경우에는 스텝 S403으로 진행하여, 스텝 S403에서 EGR량 변경후 카운터(cegr)를「0」으로 설정한 후, 스텝 S404로 진행한다. 또한, 스텝 S402에 있어서, EGR량 변경후 카운터(cegr)가 「0」이상인 경우에는 직접 스텝 S404로 진행한다.
스텝 S404에 있어서, ECU30은 상사점 센서(27) 및 크랭크각 센서(28)로부터의 출력 펄스에 근거하여, 엔진(1) 전체에 있어서의 토오크 변동(dln)을 계산한다. 이 토오크 변동(dln)은 상기 식(l) 내지 (3)에 근거하여 인출된다.
그 후, 스텝 S405로 진행하며, ECU30은 산출한 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에 소정치(C1)를 가산한 것(「dlnlvl+C1」)보다 큰지의 여부를 판단한다. 그리고, 「dln＞dlnlvl+C1」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 7에 도시되는 영역(A)내에 있는 경우에는 스텝 S406으로 진행한다. 또한, 「dln＞dlnlvl+C1」가 아닌 경우에는 스텝 S411(도 19)로 진행한다.
또한, 스텝 S406 이후는 연료 분사량의 증량 보정 제어 및 EGR량의 감량 보정 제어를 실시하기 위한 처리 루틴을 나타내며, 스텝 S411(도 19) 이후는 연료 분사량의 감량 보정 제어 및 EGR량의 증량 보정 제어를 실시하기 위한 처리 루틴을 나타내는 것이다.
상기 스텝 S405에서의 판단에 근거하여 스텝 S406으로 진행한 경우, ECU30은 전회에 연료 분사량 보정을 실시했을 때의 연료 보정량(faf)에 소정치(Cf)를 가산한 것(「faf+Cf」)을 새로운 연료 보정량(faf)으로서 설정한다. 즉, 동 스텝 S406에 의해 연료 분사량은 증량 보정된다. 그 후, 스텝 S407로 진행하며, ECU30은 새롭게 설정된 연료 보정량(faf)이 연료 보정 판정 최대치(fafmax) 이하인지의 여부를 판단한다.
한편, 상기 스텝 S405에서의 판단후에 스텝 S411로 진행한 경우, ECU30은 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에서 소정치(C1)를 감산한 것(「dlnlvl-C1」)보다 작은지의 여부를 판단한다. 그리고,「dln＜dlnlvl-C1」이 아닌 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 도 7에 도시되는 영역(B)내에 있는 경우, ECU30은 이 처리 루틴을 일단 종료시킨다. 또한, 「dln＜dlnlvl-C1」인 경우, 즉 토오크 변동(dln)이 영역(C)내에 있는 경우에는 스텝 S412로 진행한다.
스텝 S412에 있어서, ECU30은 전회에 연료 분사량 보정을 실시했을 때의 연료 보정량(faf)에서 소정치(Cf)를 감산한 것(「faf-Cf」)을 새로운 연료 보정량(faf)으로서 설정한다. 즉, 동 스텝 S412에 의해 연료 분사량은 감량 보정된다. 그 후, 스텝 S413으로 진행하며, ECU30은 새롭게 설정된 연료 보정량(faf)이 연료 보정 판정 최소치(fafmin) 이상인지의 여부를 판단한다.
여기서, 상기 연료 보정 판정 최대치(fafmax) 및 연료 보정 판정 최소치(fafmin)는 아래와 같이 하여 요청되고 있다. 즉, 연료 분사량의 보정을 실시해도 동 분사량이 변화하지 않은 값(예를 들면 승산 보정인 경우는「l」, 가감산 보정인 경우는「0」등)에 연료 보정량(faf)를 설정하여, 그 상태에서의 연료 분사 밸브(11)에서의 연료 분사량을 측정한다. 이 경우, 연료 분사 밸브(11)로부터의 연료 분사량은 동 밸즈(11)에서의 설계상의 치수 공차등에 의해 원래 분사되어야 할 이론상의 값에 대하여 증감하는 것으로 된다. 그리고, 치수 공차등에 의해 상기 이론치에 대하여 가장 증량했을 때의 연료 분사량과 같은양의 연료 분사량을 연료 분사량 보정에 의해서 얻는 데 필요하게 되는 연료 보정량(faf)이 연료 보정 판정 최대치(fafmax)로서 설정된다. 또한, 치수 공차등에 의해 상기 이론치에 대하여 가장 감량했을 때의 연료 분사량과 같은양의 연료 분사량을 연료 분사량보정에 의해서 얻는 데 필요하게 되는 연료 보정량(faf)이 연료 보정 판정 최소치(fafmin)로서 설정된다.
이와 같이 연료 보정 판정 최대치(fafmax) 및 연료 보정 판정 최소치(fafmin)를 설정하였기 때문에, 스텝 S407에서 「faf≤fafmax」라고 판단한 경우나, 스텝 S413에서「faf≥fafmin」라고 판단한 경우에는, 연료 분사 밸브(11)의 연료 분사량은 치수 공차등에 의해 동 분사량이 증감되었을 때의 증감 범위내에 있는 것으로 된다.
따라서, 상술 바와 같이 판단된 경우에는, 엔진(1)의 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에서 떨어진 영역(A, C)(도 7)에 있는 것은, 연료 분사 밸브의 설계상의 치수 공차등에 의해 발생하는 연료 분사량의 증감(격차)가 원인이 되는 경우도 있다. 즉, 그 격차에 의해 연료 분사량이 필요량보다도 많아지거나 적어지기도 한 경우도, 토오크 변동(dln)이 목표치(dlnlvl)에서 떨어지는 원인이 된다. 그 때문, 스텝 S407, 413에 있어서, 각각 「faf≤fafmax」 「faf≥fafmin」라고 판단한 경우에는, EGR량을 변화시키는 일 없이, 상기 처리 루틴을 일단 종료시킨다.
한편, 스텝 S407에 있어서, 「faf≤fafmax」가 아니라고 판단한 경우, 연료 분사 밸브(11)의 연료 분사량은 치수 공차등에 의해 동 분사량이 증감되었을 때의 증감 범위내에서 증량측으로 벗어나는 것이 된다. 이 경우, 스텝 S408로 진행하며, ECU30은 EGR량 변경후 카운터(cegr)가 「0」인지의 여부를 판단한다. 즉, 이 스텝 S408에 의해, EGR량이 과잉으로 변경되지 않도록 전회 EGR량이 변경되고 나서 소정 시간 경과했는지의 여부를 판단한다. 그리고. 「cegr= 0」이 아닌 경우에는 이 처리 루틴을 일단 종료시키고, 「cegr=0」인 경우에는 스텝 S409로 진행한다.
ECU(30)는 스텝 S409의 처리로서, 전회에 EGR량 보정을 행하였을 때의 EGR 보정량(kegr)으로부터 소정치(Ce)를 감산한 것(kegr-Ce)을 새로운 EGR 보정량 (kegr)으로서 설정한다. 즉, 동스텝 S409에 의해 EGR량은 감량 보정된다. 그 후. 스텝 S410으로 진행하여, ECU(30)는 EGR량 변경 후 카운터(cegr)를 소정치(Ce)로 설정한다. 또한, 소정치(Ce)는 상술된 바와 같이 과도하게 EGR량의 변경이 행하여지지 않도록 설정된다.
또한, 스텝 S413에 있어서, 「faf≥fafmin」이 아니라고 판단한 경우, 연료 분사 밸브(11)의 연료 분사량은 치수 공차 등에 의해 동 분사량이 증감되었을 때의 증감 범위내에서 감량측으로 벗어나게 된다. 이 경우, 스텝 S414로 진행하고, ECU(30)는 상기 스텝 S408과 마찬가지로 EGR량 변경후 카운터(cegr)가 「0」인지의 여부를, 즉 전회의 EGR량 변경 후로부터 소정 시간이 경과하였는지의 여부를 판단한다. 그리고, 「cegr=0」이 아닌 경우에는 이 처리 루틴을 일단 종료시키고, 「cegr=0」인 경우에는 스텝 S415로 진행한다.
ECU(30)는 스텝 S415의 처리로서, 전회에 EGR량 보정을 행하였을 때의 EGR 보정량(kegr)에 소정치(Ce)를 가산한 것(「kegr+ Ce」)을 새로운 EGR 보정량(kegr)로서 설정한다. 즉, 동 스텝 S405에 의해 EGR량은 증량 보정된다. 그 후, 스텝 S416으로 진행하며, ECU(30)는 스텝 S410과 마찬가지로 EGR량 변경 후 카운터(cegr)를 소정치(Ce)로 설정한다.
이상 상술된 양태로 연료 분사량 및 EGR량이 보정 제어되는 본 실시예에 의하면, 하기(a)에 나타내는 효과를 얻게 된다.
(a) 상기 처리 루틴에서는 엔진(1)의 토오크 변동(d1n)을 목표치(dlnlvl)에 가까이 하기 위해 연료 분사량을 감소시켰을 때, 그 연료 분사량이 연료 분사 밸브 (11)의 설계상의 치수 공차 등에 의해 증감하는 연료 분사량의 증감 범위내에 있는 경우에는 EGR량을 변화시키지 않는다. 그 때문에, 상기 치수 공차 등에 의해 연료 분사량이 필요량보다도 적게 되어 엔진(1)의 출력 변동(dln)이 커졌을 때 (「dln> dlnlvl+C1」, 종래와 달리 출력 변동(dln)을 목표치(dlnlvl)에 가까이 하기 위해서 EGR량이 감소되지 않는다. 따라서, 「희박연소」를 행하는 엔진(1)에 있어서, 상기 공차 등에 의해 연료 분사량이 필요량보다도 적어졌을 때, EGR량이 저감되어 배출물이 악화되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예는 예를 들면 아래와 같이 변경할 수 있다.
(1) 본 실시예에 있어서, 연료 보정량(faf)이 높은 최대치(fafnax)보다 큰 보정량(fafM1)보다도 더욱 커진 경우에, 연료 보정량(faf)이 보정량(fafM1)보다도 더욱 커지기 이전의 EGR량 보정에 의해 얻어진 EGR 보정량(kegr)에서 소정치(Ce)보다도 큰 값인 소정치(CeB1)를 감산함으로써 새로운 EGR 보정량을 설정하도록 하여도 된다. 이 경우, 보정이 이루어진 후의 연료 분사량이 연료 분사 밸브(11)의 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 증량측으로 떨어질수록 EGR의 감소량이 크게 된다. 따라서, 보정이 이루어진 연료 분사량이 상기 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 증량측으로 대폭으로 벗어난 경우에 있어서도, EGR량의 감량에 의해 엔진(1)의 출력 변동을 확실하게 억제할 수 있다.
(2) 상기 (1)의 경우에 있어서, 최대치(fafmax)보다도 큰 복수(예를 들면 3개)의 보정량(fafM1 내지 fafM3)을 순차 큰 값으로 설정하고, 이들의 보정량(fafM 1 내지 fafM3)에 대응하여, EGR 보정량의 설정에 사용하는 복수(3개)의 소정치(CeB1 내지 CeB3)를 순차 큰 값으로 설정하여도 된다. 이 경우에 있어서도, 보정이 이루어진 후의 연료 분사량이 연료 분사 밸브(11)의 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 증량측으로 떨어질수록, EGR량의 감소량이 크게 되기 때문에, 상기 (1)과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(3) 본 실시예에 있어서, 연료 보정량(faf)이 최소치(fafmin)보다 작은
보정량(fafm1)보다도 더욱 작게 된 경우에는 연료 보정량(faf)이 보정량(fafm1)보다도 더욱 작게되기 이전의 EGR량 보정에 의해 얻어진 EGR 보정량(kegr)에 소정치(Ce)보다도 큰 값인 소정치(Ceb1)를 가산함으로써 새로운 EGR 보정량을 설정하도록 할 수 있다. 이 경우, 보정이 이루어진 후의 연료 분사량이 연료 분사 밸브(11)의 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 감량측으로 대폭 벗어난 경우에 있어서도, ECLR 량의 증량에 의해 배출물의 악화를 확실하게 방지할 수 있다.
(4) 상기 (3)의 경우에 있어서, 최소치(fafmin)보다 작은 복수(예를 들면 3개)의 보정량(fafm1 내지 fafm3)을 순차 작은 값으로 설정하고, 이들의 보정량(faf m1 내지 fafm3)에 대응하여, EGR 보정량의 설정에 사용하는 복수(3개)의 소정치(Ceb1 내지 Ceb3)를 순차 큰 값으로 설정할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 보정이 이루어진 후의 연료 분사량이 연료 분사 밸브(11)의 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위 내에서 감량측으로 떨어질수록, EGR의 증가량이 크게 되기 때문에. 상기 (3)와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(5) 본 실시예에서는 연료 분사 밸브(11) 등의 연료 시스템의 치수 공차 등에 의거하여 연료 보정 판정 최소치(fafmin) 및 연료 보정 판정 최대치(fafmax)의 설정을 행하였지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 공연비 센서를 사용하여 실제의 공연비를 측정하여, 동공연비가 흩어졌을 때의 최소치 및 최대치를 구한다. 그리고, 그 최소치 및 최대치에서의 연료 분사량과 같은 값의 연료 분사량을 연료 분사량 보정에 의해서 얻는 데 필요하게 되는 연료 보정량(faf)이 연료 보정 판정 최소치(fafmin) 및 연료 보정 판정 최대치(fafmax)로서 설정되도록 할 수 있다. 이 경우, 연료 보정 판정 최소치(fafmin) 및 연료 보정 판정 최대치(fafmax)는 연료 분사 밸브(11) 등의 연료 시스템의 치수 공차뿐만 아니라, 스로틀 밸브 등의 흡기 시스템의 치수 공차를 고려한 값이 된다.
(6) 일반적으로, 연료 보정량(faf, EGR량 및 NOx 배출량의 사이에는 도 20에 도시된 관계가 있으며, 연료 보정량(faf), EGR량 및 토오크 변동 사이에는 도 21에 도시된 관계가 있다. 이들 관계를 이용하여 토오크 변동 및 NOx 배출량을 만족하는 등급의 연료 보정량(faf)의 최소치 및 최대치를 실험에 의해서 구하여, 그 최소치 및 최대치를 연료 보정 판정 최소치(fafmin) 및 연료 보정 판정 최대치(fafmax)로서 설정하도록 하여도 된다.
(7) 본 실시예에서는 엔진(1)의 출력 변동으로서, 예를 들면, 엔진(1)의 출력 변동에 대응한 값이 되는 공연비를, 동 엔진(1)에 설치된 공연비 센서에 의해 검출한다. 그리고, 공연비 센서에 의해 검출되는 엔진(1)의 실제의 공연비를, 상기 목표치(dlnlv1)에 대응하는 공연비(목표 공연비)에 가까이 하도록 연료 분사량을 증감시켜도 된다.
(8) 토오크 변동(dln)을 검출하는 대신에, 연소실(5)내의 압력을 검출하기 위한 통내압 센서를 설치하여, 엔진(1)의 출력 변동에 대응하여 변화하는 통내 압력 최대 시기를 통내압 센서에 의해서 검출한다. 그리고. 통내압 센서에 의해서 검출되는 실제의 통내 압력 최대 시기를 상기 목표치(dlnlv1)에 대응하는 통내 압력 최대 시기(목표 통내 압력 최대 시기)에 가까이 하도록 연료 분사량을 증감시켜도 된다.
(9) 토오크 변동(dln)을 검출하는 대신에, 엔진(1)의 출력 변동에 대하여 변화하는 크랭크 샤프트의 회전 속도를 검출하고, 동 검출된 회전 속도를 상기 목표치(dlnlv1)에 대응하는 크랭크 샤프트의 회전 속도(목표 회전 속도)에 가까이 하 도록 연료 분사량을 증감시켜도 된다.
본 발명에 의하면, 내연 기관의 출력 변동이 목표치로부터 벗어난 경우에는 연료 분사량의 증감과 재순환되는 배기량의 증감의 양쪽에 의해, 출력 변동이 목표치에 가까이 되기 때문에, 출력 변동을 빠르게 목표치에 근접시킬 있다.
제 1실시예에 의하면, 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다도 작게 된 경우에, 연료 분사량의 감량과 재순환 배기의 증량에 의해 출력 변동은 크게 된다. 또한, 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다도 커진 경우, 연료 분사량의 증량과 재순환 배기의 감량에 의해 출력 변동은 작게 된다. 따라서. 출력 변동이 목표치보다도 작게 되거나 크게 되어도, 연료 분사량의 증감과 재순환 배기의 증감에 의해 동출력 변동을 확실하게 목표치에 근접되게 할 수 있다.
제 1실시예에 의하면, 내연 기관의 토오크 변동이 목표치로부터 약간 증대측으로 변화하거나, 목표치로부터 약간 감소측에 변화하였을 때에는 재순환 배기량을 증감시키기 전에, 연료 분사량만을 증감시켜, 토오크 변동을 목표치에 가까이 한다. 이 경우에 재순환 배기량이 감소하지 않기 때문에, 배출물 악화가 방지된다. 또한, 재순환 배기량을 증대시키지 않고, 연료 분사량을 감소시킨 경우에는 내연 기관의 연비가 향상한다.
제 1실시예에 의하면, 성층 연소시의 최대 연료 보정량은 균질 연소시의 최대 연료 보정량 보다도 작게 되기 때문에, 점화 플러그 주위에 연료의 진한 혼합기체가 존재하는 성층 연소시에 있어서도 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 내연 기관의 출력 변동을 목표치에 근접되게 되도록 증감된 연료 분사량에 의거하여 내연 기관의 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해 재순환되는 배기량이 증감된다. 이 때문에, 재순환되는 배기량이 지나치게 적은 것에 의한 배출물 악화가 억제된다. 따라서, 내연 기관의 희박 연소시에 있어서, 배기 재순환량 제어가 병용되는 경우에도, 상기 기관의 배출물이 악화하는 것을 제어할 수 있다.
제 1실시예에 의하면, 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다도 작은 경우에 상기 연료 분사량을 감량하여, 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다도 큰 경우에 상기 연료 분사량을 증량한다. 이로 인해, 출력 변동이 목표치에 근접되게 된다.
제 1실시예에 의하면, 연료 분사량은 예를 들면 내연 기관에 있어서의 흡기 시스템이나 연료 시스템의 치수 공차 등에 기인하여 필요량에 대하여 증감된다. 그리고, 이 연료 분사량이 예를 들면 상기 치수 공차 등에 의해 연료 분사량이 증감되었을 때의 증감 범위내에서 증량측으로 벗어난 경우에, 출력 변동이 목표치에 근접되도록, 내연 기관의 흡기 시스템에 재순환되는 배기량이 감소된다. 그러므로, 상기 공차에 의해 연료 분사량이 필요량보다도 적게 되어 내연 기관의 출력 변동이 커졌을 때, 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해서 재순환되는 배기량이 저감되지 않는다. 또한, 연료 분사량이 상기 증감 범위내에서 증대측으로 떨어질수록 재순환되는 배기의 감소량을 크게 하기 때문에, 이 연료 분사량이 상기 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 증대측으로 대폭 벗어난 경우에 있어서도, 내연 기관의 출력 변동을 확실하게 억제할 수 있다.
따라서, 희박 연소를 행하는 내연 기관에 있어서, 예를 들면 상기 기관의 흡기 시스템이나 연료 시스템의 치수 공차 등에 의해서 연료 분사량이 필요량보다도 적어졌을 때, 재순환되는 배기가 저감되어 배출물이 악화되는 것을 확실하게 방지할 수 있게 된다.
제 1실시예에 의하면, 연료 분사량이 예를 들면 상기 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 감량측으로 벗어난 경우, 그 증감 범위내에서 떨어질수록 재순환되는 배기의 증가량이 커지도록 제어된다. 따라서, 희박 연소를 행하는 내연 기관에 있어서, 연료 분사량이 예를 들면 상기 치수 공차 등에 의한 연료 분사량의 증감 범위내에서 감량측으로 대폭으로 벗어난 경우에 있어서도, 배출물 악화를 확실하게 억제할 수 있게 된다.

Claims (13)

  1. 내연 기관의 기통내에 연료를 분사하는 연료 분사 수단과,
    상기 내연 기관의 배기 시스템으로부터 배출되는 배기의 일부를 상기 내연 기관의 흡기 시스템으로 재순환시키는 배기 재순환 수단과,
    상기 내연 기관의 출력 변동을 검출하는 출력 변동 검출 수단과.
    상기 출력 변동 검출 수단에 의해서 검출된 출력 변동에 의거하여, 이 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해, 상기 연료 분사 수단에 의한 연료 분사량을 제어하는 동시에, 상기 배기 재순환 수단에 의해서 재순환되는 배기량을 제어하는 제어 수단을 구비하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 수단은 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다 작은 경우 상기 연료 분사량을 감량하는 동시에 상기 재순환되는 배기량을 증량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어 수단은 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다 큰 경우 상기 연료 분사량을 증량하는 동시에 상기 재순환되는 배기량을 감량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어 수단은 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다 작은 경우 상기 연료 분사량을 감량하고, 상기 출력 변동이 더욱 작게 되었을 때, 상기 재순환되는 배기량을 증량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제어 수단은 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다 큰 경우 상기 연료 분사량을 증량하여, 상기 출력 변동이 더욱 커졌을 때, 상기 재순환되는 배기량을 감량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 내연 기관은 균질 연소와 성층 연소를 선택적으로 행하는 것으로, 성층 연소시 내연 기관의 출력 변동을 목표치에 근접시키기기 위해 연료 분사량을 증량 보정했을 때의 최대 연료 보정량이, 균질 연소시 상기 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해 연료 분사량을 증량 보정했을 때의 최대 연료 보정량보다 작게 설정된 내연 기관의 연소 제어 장치.
  7. 내연 기관의 기통내에 연료를 분사하는 연료 분사 수단과,
    상기 내연 기관의 배기 시스템으로부터 배출되는 배기의 일부를 상기 내연 기관의 흡기 시스템으로 재순환시키는 배기 재순환 수단과,
    상기 내연 기관의 출력 변동을 검출하는 출력 변동 검출 수단과,
    상기 출력 변동 검출 수단에 의해 검출된 출력 변동에 따라, 이 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해 상기 연료 분사 수단에 의한 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단과,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 제어된 연료 분사량에 따라, 상기 내연 기관의 출력 변동을 목표치에 근접시키기 위해, 상기 배기 재순환 수단에 의해 재순환되는 배기량을 제어하는 재순환량 제어 수단을 구비한 내연 기관의 연소 제어 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 분사량 제어 수단은 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다 작은 경우 상기 연료 분사량을 감량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 분사량 제어 수단은 내연 기관의 출력 변동이 목표치보다 큰 경우 상기 연료 분사량을 증량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 재순환량 제어 수단은 상기 분사량 제어 수단에 의해제어된 연료 분사량이 이미 정해진 증감 범위내에서 증량측으로 벗어난 경우 재순환되는 배기량을 감량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 재순환량 제어 수단은 상기 분사량 제어 수단에 의해 제어된 연료 분사량이 상기 증감 범위내에서 떨어질수록 재순환되는 배기의 감소량을 크게 하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 재순환량 제어 수단은 상기 분사량 제어 수단에 의해 제어된 연료 분사량이 이미 정해진 증감 범위내에서 감량측으로 벗어난 경우 재순환되는 배기량을 증량하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 재순환량 제어 수단은 상기 분사량 제어 수단에 의해 제어된 연료 분사량이 상기 증감 범위내에서 떨어질수록 재순환되는 배기의 증대량을 크게 하는 내연 기관의 연소 제어 장치.
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