KR20000071792A

KR20000071792A - 내연기관용 연소제어장치 및 연소제어방법

Info

Publication number: KR20000071792A
Application number: KR1020000021573A
Authority: KR
Inventors: 하라다준
Original assignee: 와다 아끼히로; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2000-11-25
Also published as: EP1048835B1; KR100358543B1; DE60004918D1; JP2000314335A; DE60004918T2; JP3414318B2; EP1048835A2; EP1048835A3; US6257198B1

Abstract

공조장치(50)가 엔진의 워터 재킷(20) 내에서 순환하는 냉각수를 이용하여 차량 실내를 난방 한다. 엔진의 전자제어장치(80)는 엔진부하가 높을 때 균질 연소를 수행하고 엔진부하가 낮을 때 성층연소를 수행하도록 엔진을 제어한다. 그러나, 전자제어장치(80)는 공조장치(50)의 승온능력이 부족할 때에는 균질연소를 수행하도록 엔진을 제어한다. 이에 따라, 엔진의 열효율이 낮아지고 연소가스로부터 냉각수로 전달되는 열량이 증가한다. 그 결과, 공조장치(50)의 승온능력은 충분하여 진다.

Description

내연기관용 연소제어장치 및 연소제어방법 {COMBUSTION CONTROL APPARATUS AND COMBUSTION CONTROL METHOD FOR ENGINE}

본 발명은 열원으로서 엔진 냉각수를 이용하는 히터를 갖춘 차량에 탑재되는 내연기관, 특히 층상급기연소(stratified-charge combustion; 또는 성층연소 (stratified combustion))를 수행하는 내연기관용 연소제어장치 및 연소제어방법에 관한 것이다.

종래에는, 점화 플러그 근처의 엔진의 연소실 내로 연료를 균일하지 않게 분사시키는 성층연소, 및 연소실 내에 연료를 균일하게 분배시키는 균질급기연소 (homogeneous-charge combustion; 균질연소(homogeneous combustion))를 수행하는 엔진이 제안되어 왔다(예컨대, 일본공개특허공보(KOKAI) Hei 8-189405호 참조).

일반적으로, 성층연소 동안, 연소실의 내벽에 접촉하는 연소가스의 온도는 비교적 낮기 때문에, 내벽을 통해 엔진 냉각수로 전달되는 열량은 감소된다. 이에 따라, 냉각 손실이 균질연소보다 낮게 된다. 성층연소 동안에는 공기-연료 혼합물이 상대적으로 희박하므로, 스로틀 밸브는 보다 넓게 개방된다. 이에 따라, 펌핑 손실(pumping loss)이 균질연소보다 낮게 된다.

냉각 손실 및 펌핑 손실이 감소됨으로써, 성층연소에서는 연료소비량이 가능한 많이 감소되며, 또한 균질연소에 의해 제공되는 것과 동일한 엔진출력을 제공한다.

성층연소를 수행하는 엔진이 연료를 적게 소비하기는 하지만, 자동차의 실내온도를 높이기 위한 온수식 히터를 갖춘 자동차에 사용하는 경우에는 하기와 같은 심각한 문제를 야기한다.

성층연소동안 냉각수에 전달되는 열의 비율이 낮기 때문에, 냉각수의 온도 또한 균질연소보다 낮게 된다. 온수식 히터는 열원으로서 이러한 냉각수를 사용하기 때문에, 산출 열량이 부족할 수 있다.

특히, 전술한 일본공개특허공보에 개시되어 있는 바와 같이 상대적으로 연료 분사량을 감소시키는 공전시와 같은 엔진 저부하 모드에서 성층연소가 수행되는 경우에는, 연소실에서 생성되는 연소열의 양은 더 작다. 나아가, 이는 산출 열량을 감소시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 자체 열원으로서 엔진 냉각수를 이용하는 히터의 승온능력을 향상시키는 내연기관용 연소제어장치 및 연소제어방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엔진 및 공조장치의 개략 구성도.

도 2는 제 1 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시하는 플로우차트.

도 3은 제 1 및 제 2 판단치의 설정에 이용되는 연산용 데이터를 도시하는 도표.

도 4는 연소가스로부터 엔진 냉각수로 전달되는 단위 시간당 열량의 변화를 도시하는 시간 도표.

도 5는 제 2 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시하는 플로우차트.

도 6은 제 2 실시예에 따른 엔진의 각종 제어치의 설정 절차를 도시하는 플로우차트.

도 7은 제 1 판단치 및 제 3 판단치의 설정에 이용되는 연산용 데이터를 도시하는 도표.

도 8은 제 3 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시하는 플로우차트.

도 9는 제 1 내지 제 3 판단치의 설정에 이용되는 연산용 데이터를 도시하는 도표.

도 10은 제 4 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시하는 플로우차트.

도 11은 제 1 및 제 2 판단치의 설정에 이용되는 연산용 데이터를 도시하는 도표.

도 12는 제 5 실시예에 따른 엔진의 각종 제어치의 설정 절차를 도시하는 플로우차트.

도 13은 냉각수온도와 스로틀 위치간의 관계를 나타내는 도표.

도 14는 연소 가스로부터 엔진 냉각수로 전달되는 단위 시간당 열량 및 냉각수온도간의 관계를 나타내는 도표.

도 15는 제 6 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시하는 플로우차트.

도 16은 제 7 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시하는 플로우차트.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 엔진 11 : 실린더 헤드

12 : 실린더 블록 13 : 실린더

14 : 연소실 17 : 스로틀 밸브

20 : 워터 재킷 30 : 점화 플러그

31 : 점화장치 32 : 인젝터

50 : 공조장치 51 : 히터 코어

69 : 흡기압 센서 70 : 크랭크각 센서

71 : 캠각 센서 72 : 냉각수온도 센서

73 : 가속 센서 74 : 차량 실내온도 센서

75 : 외기온도 센서 76 : 온도설정 스위치

80 : 전자제어장치 82 : 연산부

84 : 기억부 90 : 자동차

92 : 차량실내

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 자동차에 사용되는 내연기관을 제어하는 장치를 제공한다. 이 자동차의 히터는 열원으로서 엔진 냉각수를 이용한다. 엔진은 공기와 연료의 혼합물을 연소실 내에 균일하지 않게 분사시키는 성층연소모드로 운전된다. 본 장치는 판단수단 및 제어기를 포함한다. 판단수단은 히터의 승온능력이 부족한지를 판단한다. 히터의 승온능력이 부족하다고 판단되면, 제어기가 엔진을 제어하여, 성층연소모드의 열효율 이하로 엔진 열효율을 강하시킨다.

또한, 본 발명은 자동차에 사용되는 내연기관을 제어하는 방법을 제공한다. 이 자동차의 히터는 열원으로서 엔진 냉각수를 이용한다. 엔진은 공기와 연료의 혼합물을 연소실 내에 균일하지 않게 분사시키는 성층연소모드로 운전된다. 본 방법은 히터의 승온능력이 부족한가를 판단하는 단계와, 그리고 히터의 승온능력이 부족하다고 판단되면 성층연소모드의 열효율 이하로 엔진 열효율을 강하시키도록 엔진을 제어하는 단계를 포함한다.

이외의 본 발명의 양태 및 장점들은 첨부된 도면과 관련된 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다. 첨부된 도면은 본 발명의 요지를 예시하는 것이다.

제 1 실시예

자동차에 탑재되는 실린더 내부 분사식 가솔린 엔진용 연소제어장치에 적합한 본 발명의 제 1 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 자동차(90) 내부에 설치되는 엔진(10), 엔진(10)용 연소제어장치, 및 공조장치(50)의 개략 구성도이다. 엔진(10)은 실린더 헤드(11)와 실린더 블록(12)을 가진다. 피스톤(15)이 위치되는 다수의 실린더(13; 도 1에는 하나만 도시됨)가 실린더 블록(12) 내에 형성된다. 각각의 피스톤(15), 관련 실린더(13) 및 실린더 헤드(11)는 연소실(14)을 형성한다.

실린더 헤드(11)와 실린더 블록(12) 내부에 워터 재킷(20)이 형성된다. 워터 펌프(60)가 엔진 냉각수를 워터 재킷(20) 내에서 순환시켜서, 실린더 헤드(11)와 실린더 블록(12)을 냉각시킨다. 실린더 헤드(11)와 실린더 블록(12)을 냉각시키는 동안, 엔진 냉각수는 열을 흡수하여 자체 온도가 상승한다.

연소실(14)과 연통하는 흡기 통로(16)가 실린더 헤드(11) 내에 형성된다. 흡입 공기의 양을 조절하는 스로틀 밸브(17)가 흡기 통로(16) 내에 설치된다. 흡기 통로(16) 내의 스로틀 밸브(17) 하류에 와류 컨트롤 밸브(18)가 설치되어, 연소실(14) 내에서 흡입 공기에 의해 형성되는 와류의 세기를 조절한다. 스로틀 밸브(17)와 와류 컨트롤 밸브(18)의 작동은 스로틀 모터(33)와 와류 모터(34)에 의해 각각 제어된다. 스로틀 밸브의 각(스로틀각; TA) 및 와류 컨트롤 밸브(18)의 각(와류각)은 모터(33 및 34)에 각각 입력되는 구동 신호에 의거하여 설정된다.

관련 연소실(14) 내로 연료를 직접 분사하는 인젝터(32)가 각각의 실린더(13)들과 관련하여 실린더 헤드(11)상에 설치된다. 이송 파이프(도시 생략)를 통해 인젝터(32)로 고압 연료가 공급된다. 분사되는 연료의 양과 연료분사시기는 각각의 인젝터(32)에 입력되는 구동 신호에 따라 설정된다.

관련 연소실(14) 내에서 공기-연료 혼합물을 점화시키는 점화 플러그(30)가 실린더 헤드(11)에 설치된다. 각각의 점화 플러그(30)는 점화 코일(도시 생략)과 결합되는 점화장치(31; igniter)에 접속된다. 각각의 점화 플러그(30)의 점화시기는 점화장치(31)에 입력되는 구동 신호에 따라 설정된다.

전술한 스로틀각, 와류각, 분사량, 분사시기 및 점화시기는 전자제어장치(80; ECU)에 의해 제어된다. 상기 전자제어장치(80)는 계산작업을 수행하는 연산부(82)와, 프로그램에 이용되는 다양한 종류의 프로그램 및 데이터를 기억하는 기억부(84)와, 모터(33 및 34), 인젝터(32), 점화장치(31) 등에 구동 신호를 출력하는 출력부(86)와, 그리고 다양한 센서로부터 신호를 입력받는 입력부(88)를 포함한다.

센서들 중의 하나는 흡입 공기의 압력(흡기압; PM)을 검출하는 흡기압 센서(69)이다.

크랭크각 센서(70) 및 캠각 센서(71)는 엔진(10)의 크랭크축과 캠축(둘 다 도시 생략) 부근에 설치된다. 이들 센서(70 및 71)로부터 수득된 검출신호에 의거하여, 크랭크축의 회전속도(엔진속도; NE) 및 크랭크축의 회전위상(크랭크각; CA)이 검출된다.

엔진 냉각수의 온도(냉각수온도; THW)를 검출하는 냉각수온도 센서(72)가 실린더 블록(12)에 설치된다. 가속 페달(78)의 위치(액셀러레이션 각; ACCP)를 검출하는 가속 센서(73)가 가속 페달(78)의 부근에 설치된다.

차량 실내(92)의 온도(실내온도; THC)를 검출하는 온도 센서(74)가 차량 실내(92)에 설치된다. 외부공기의 온도(외기온도; THA)를 검출하는 외기온도 센서(75)가 외부공기에 노출되도록 자동차상에 설치된다.

센서(69 내지 75)가 전자제어장치(80)의 입력부(88)에 접속되어, 그들의 검출신호들이 입력부(88)로 송신된다. 전술한 센서(69 내지 75)를 포함하는 각종 센서들로부터 수득된 검출신호에 의거하여, 전자제어장치(80)는 예컨대 엔진(10)과 관련된 연소제어와 같은 각종 유형의 제어를 실행한다.

예를 들면, 엔진(10)의 연소모드는 전자제어장치(80)가 실행하는 연소제어 하에서 균질연소와 성층연소 사이에서 전환된다.

연소모드가 균질연소로 전환되는 경우에는, 흡입행정 동안 연료가 분사된다. 따라서, 분사된 연료는 점화시기까지 연소실(14) 내에 균일하게 분포되고, 공기-연료 혼합물의 연료 농도가 연소실(14) 내의 모든 곳에서 거의 동일할 때 연소가 일어난다. 공기-연료 혼합물의 공연비는 이론 공연비(A/F = 14.7)로 설정된다.

연소모드가 성층연소로 전환되는 경우에는, 압축행정 동안 연료가 분사된다. 따라서, 분사된 연료는 점화시기에 연소실(14) 내에서 균일하지 않게 분포된다. 연료는 점화 플러그(30) 근처에 집중되며, 고농도의 연료를 갖는 공기-연료 혼합물 층이 점화 플러그(30)에 인접할 때 연소가 일어난다. 공기-연료 혼합물의 공연비(연소실(14) 내의 평균 공연비)는 희박하게 되고(A/F = 23 내지 50), 또한 이론 공연비보다 높다.

엔진출력을 일정하게 취할 때, 균질연소모드 및 성층연소모드에서의 공기-연료 혼합물의 공연비(A/F(n)), 스로틀각(TA(n)), 분사시기(AINJ(n)), 연소실(14) 내에 실제 분사된 연료 분사량(최종 분사량; QINJF(n)), 펌핑 손실(LP(n)), 및 냉각 손실(LC(n))(n = 0 또는 2: n = 0은 성층연소모드를 나타내고, n = 2는 균질연소모드를 나타냄)은 하기의 식(1a 내지 6a)에 의해 주어지는 관계를 만족시킨다. 분사시기(AINJ(n))가 클수록, 시간은 더 촉진된다.

A/F(0) > A/F(2) ... (1a)

TA(0) > TA(2) ... (2a)

AINJ(0) < AINJ(2) ... (3a)

QINJF(0) < QINJF(2) ... (4a)

LP(0) < LP(2) ... (5a)

LC(0) < LC(2) ... (6a)

식(5a 및 6a)에 의해 알 수 있는 바와 같이, 균질연소에 있어서의 펌핑 손실 및 냉각 손실은 성층연소보다 크며, 그리고 균질연소에 있어서의 엔진 열효율은 성층연소보다 낮다.

이하, 공조장치(50)의 구성 및 작동을 설명한다.

이 공조장치(50)는 차량 실내(92)의 온도를 소정 온도로 조절하며, 또한 히터 코어(51), 증발기(53) 및 송풍 팬(52)을 포함한다.

공조장치(50)로 유입되는 공기를 가열하는 히터 코어(51)는 가열 핀(도시 생략)을 갖춘 다수의 파이프(도시 생략)를 포함한다. 파이프의 내부는 엔진 냉각수가 순환하는 순환통로이다. 순환통로의 도입구(도시 생략)는 실린더 헤드(11)의 워터 재킷(20)에 접속되고, 그리고 순환통로의 도출구(도시 생략)는 워터 펌프(60)를 통해 실린더 블록(12)의 워터 재킷(20)에 접속된다. 따라서, 워터 펌프(60)로부터 펌핑된 엔진 냉각수는 실린더 블록(12)과 실린더 헤드(11)를 거쳐 순환통로로 유입되어 이 순환통로로부터 워터 펌프(60)로 복귀한다.

공조장치(50)로 유입되는 공기를 냉각시키는 증발기(53)는 냉각 핀(도시 생략)을 갖춘 다수의 파이프(도시 생략)를 포함한다. 파이프의 내부는 냉각수가 순환하는 순환통로이다.

송풍 팬(52)에 의해, 외부공기 또는 (차량 실내(92)에 존재하는) 내부공기가 유입통로(56)를 통해 공조장치(50)로 유입되고, 또한 공조된 외부공기 또는 내부공기가 분출구(58)로부터 차량 실내(92)로 보내진다.

내/외부공기 전환 댐퍼(59)가 유입통로(56) 내에 설치되고, 이 댐퍼(59)는 자신의 위치에 따라서 내부공기 유입상태나 외부공기 유입상태로 전환시킨다. 이 댐퍼(59)의 위치는 내/외부공기 선택 스위치(77)의 위치에 따라 전자제어장치(80)에 의해 제어된다.

송풍 팬(52)의 작동에 의해 공조장치(50) 내로 유입되는 공기(내부공기 또는 외부공기)는 증발기(53)의 각 파이프에 근접하여 통과한다. 이 때, 냉각 핀이 공기로부터 열을 흡수하여, 공기가 냉각된다. 증발기(53)의 각 파이프에 가깝게 통과하는 공기의 부분은 또한 히터 코어(51)의 각 파이프에 근접하여 통과한다. 가열 핀으로부터 공기로 열이 전달되므로, 공기의 온도는 상승한다. 온도 상승량은 냉각수온도(THW)에 따라 변화하고, 또한 냉각수온도(THW)가 증가하면 같이 증가한다.

히터 코어(51)와 증발기(53) 사이에 온도조절 댐퍼(57)가 설치되어, 히터 코어(51)를 통과하는 공기의 양을 조절한다. 히터 코어(51)를 통과하는 공기는 댐퍼(57)의 위치에 따라서 증발기(53)를 통과한 공기의 일부이다. 댐퍼(57)의 위치는 온도설정 스위치(76)의 위치에 의거하여 전자제어장치(80)에 의해 제어된다.

예를 들어, 상기 온도설정 스위치(76)가 최저온측으로 설정되면, 온도조절 댐퍼(57)의 위치는 공기가 히터 코어(51)를 통과하지 못하도록 조절된다. 그 결과, 증발기(53)에 의해 냉각된 공기가 공조된 공기로서 직접 차량 실내(92)로 유입된다. 즉, 온도설정 스위치(76)가 최저온으로 설정되면, 히터 코어(51)는 차량 실내(92)의 온도에 영향을 미치지 않는다.

온도설정 스위치(76)가 고온측으로 설정되면, 온도조절 댐퍼(57)의 위치는 히터 코어(51)를 통과하는 공기의 양을 증가시키도록 변경된다. 이에 따라, 공조된 공기의 온도가 증가하여, 차량 실내(92)의 온도 상승속도를 증가시킨다.

만일 차량 실내(92)의 온도가 증가할 때 엔진 냉각수의 온도가 낮다면, 공조장치(50)는 충분한 열을 발생시킬 수 없을 것이다. 이를 피하기 위하여, 연소실(14) 내의 연소 가스로부터 엔진 냉각수로 전달되는 열량은 엔진(10)의 연소상태를 제어함으로써 제어된다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 연소 제어를 상세히 설명한다.

도 2는 엔진이 균질연소모드 또는 성층연소모드에서 운전되어야 하는지를 결정하는 순서를 도시한 플로우차트이다. 이 플로우차트에 도시된 순서(운전모드 설정루틴)는 소정의 크랭크각(CA)마다의 중단 루틴으로서 전자제어장치(80)에 의해 반복적으로 실행된다.

운전모드 설정루틴을 수행함에 있어, 먼저 엔진속도(NE) 및 액셀러레이션 각(ACCP)이 판독되고(단계 S110), 그리고 기본 분사량(QINJB)이 상기 두 개의 매개변수에 의거하여 산출된다(단계 S120). 기본 분사량(QINJB)은 운전모드가 성층연소모드일 때 엔진속도(NE) 및 액셀러레이션 각(ACCP)에 따라 엔진출력을 제공하는데 필요한 연료의 양이며, 또한 엔진(10)의 부하(엔진부하)에 상당한다.

그 다음, 제 1 판단치(QINJBa) 및 제 2 판단치(QINJBb)가 엔진속도(NE)에 의거하여 설정된다(단계 S130). 판단치(QINJBa 및 QINJBb)는 운전모드를 판단하는데 이용된다.

특히, 제 2 판단치(QINJBb)는 공조장치(50)가 충분한 열을 제공할 수 있는지의 여부를 판단하는 근거인 임계수준이 된다. 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 이하인 경우에는, 연소실(14) 내에 발생되는 연소열량이 작으며 엔진 냉각수에 전달되는 열량이 작다. 이러한 경우에는, 공조장치(50)가 충분한 양의 열을 제공할 수 없다고 판단된다.

엔진속도(NE) 및 판단치(QINJBa 및 QINJBb) 사이의 관계를 정의하는 연산용 데이터는 전자제어장치(80)의 기억부(84)에 기억되고, 판단치(QINJBa 및 QINJBb)가 상기 연산용 데이터에 의거하여 설정된다.

도 3은 연산용 데이터를 도시하는 도표이다. 도시된 바와 같이, 엔진속도(NE)가 일정하게 주어지면, 판단치(QINJBa 및 QINJBb)는 항상 QINJBa(NE) > QINJBb(NE)의 관계를 만족시킨다.

판단치(QINJBa 및 QINJBb)가 설정된 후, 판단치(QINJBa 및 QINJBb)는 기본 분사량(QINJB)과 비교된다(단계 S140 및 단계 S150).

기본 분사량(QINJB)이 제 1 판단치(QINJBa) 이상이라고 판단된 경우에는(단계 S140에서 "예"), 엔진(10)의 운전모드는 균질연소모드로 설정되고 운전모드 지시치(FMODE)는 2로 설정된다(단계 S180). 운전모드 지시치(FMODE)는 선택된 운전모드에 적합한 엔진(10)용 제어치 각각을 결정하기 위한 또 다른 루틴에 이용된다.

기본 분사량(QINJB)이 제 1 판단치(QINJBa)보다 작거나 제 2 판단치(QINJBb)보다 크다고 판단된 경우에는(단계 S140에서 "아니오", 단계 S150에서 "아니오"), 운전모드가 성층연소모드로 설정되고 운전모드 지시치(FMODE)는 0으로 설정된다(단계 S160).

기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 이하라고 판단된 경우에는(단계 S140에서 "아니오", 단계 S150에서 "예"), 공조장치(50)가 충분한 양의 열을 제공할 수 없다고 판단되고 운전모드는 균질연소모드로 설정된다(단계 S180).

기본 분사량(QINJB)을 각각의 판단치(QINJBa 및 QINJBb)와 비교함으로써, 엔진속도(NE)가 일정할 때에도 엔진(10)의 운전모드는 기본 분사량(QINJB) 또는 엔진부하에 따라 상이한 모드로 설정된다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 엔진속도(NE)가 소정치(NE1)에 머물러있더라도, 기본 분사량(QINJB)이 소정치(QINJB1)일 때(QINJB1 > QINJBa(NE1)) 운전모드는 균질연소모드로 설정되고, 그리고 기본 분사량(QINJB)이 소정치(QINJB2)일 때(QINJBb(NE1) < QINJB2 < QINJBa(NE1)) 운전모드는 성층연소모드로 설정된다. 또한, 기본 분사량(QINJB)이 소정치(QINJB3)일 때(QINJB3 < QINJBb(NE1)), 운전모드는 균질연소모드로 설정된다.

이상의 방법에 있어서 엔진(10)의 운전모드를 균질연소 또는 성층연소로 설정할 때, 상기 루틴은 일시적으로 종료된다.

독립적인 루틴에 있어서, 전자제어장치(80)는 운전모드 지시치(FMODE)에 의거하여 선택된 운전모드에 적합하도록 엔진(10)용 각종 제어치들을 설정한다. 이 때, 전자제어장치(80)는 선택된 운전모드(연소모드)에 상관없이 기본 분사량(QINJB)(엔진부하)에 따라 소정의 엔진출력을 확보하도록 각종 제어치를 설정한다. 그러므로, 균질연소모드 상태의 최종 분사량(QINJF)은 성층연소모드 상태의 최종 분사량, 즉 기본 분사량(QINJB)보다 항상 크다.

전술한 바와 같이, 운전모드는 기본 분사량(QINJB)이 큰, 엔진 고부하 영역에서 균질연소모드로 설정된다. 운전모드가 기본 분사량(QINJB)이 작은, 엔진 저부하 영역에서 성층연소모드로 기본적으로 설정되지만, 공전시와 같이 기본 분사량(QINJB)이 최소가 될 때 운전모드는 균질연소모드로 다시 설정된다.

도 4는 엔진의 운전상태(엔진속도(NE) 및 기본 분사량(QINJB))가 도 3의 점(A)의 상태로부터 점(B)의 상태를 거쳐 점(C)의 상태로 순차적으로 변화할 때, 연소가스로부터 엔진 냉각수로 전달되는 단위 시간당 열량(전달 열량)의 변화를 나타내는 시간 도표이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 엔진의 운전상태가 도 3의 점(A)의 상태로부터 점(B)의 상태로 변하는 기간(시간(ta)으로부터 시간(tb)까지의 기간) 동안, 전달 열량은 연료 분사량이 감소됨에 따라 점차 감소한다.

운전상태가 점(B)에 도달하고(기본 분사량(QINJB) = 제 2 판단치(QINJBb)) 운전모드가 성층연소로부터 균질연소로 전환될 때(시간(tb)), 펌핑 손실 및 냉각 손실이 증가하고 엔진의 열효율은 떨어진다. 이에 따라, 엔진출력으로 전환되는 연소열량이 감소된다. 그러므로, 성층연소모드에 필요한 연료보다 더 많은 연료가 균질연소모드에서 필요하고, 그리고 증가된 냉각 손실은 엔진 냉각수로 전달되는 연소열의 속도를 증가시킨다. 그 결과, 전달 열량은 시간(tb)에서 일시적으로 증가한다.

운전상태가 도 3의 점(B)으로부터 점(C)까지 이동하는 동안의 기간(시간(tb)에서 시간(tc)까지의 기간)에, 전달 열량이 연료 분사량의 감소에 따라 감소하지만, 전달 열량은 운전상태가 성층연소모드로 설정될 때 발생하는 전달 열량(도 4에 이점쇄선으로 도시된 전달 열량)보다는 항상 크다. 그러므로, 엔진 냉각수의 온도 증가는 공조장치(50)가 충분한 열량을 산출할 수 있도록 촉진된다.

이하, 본 실시예의 이점을 설명한다.

(1) 공조장치(50)가 충분한 열을 제공할 수 없다고 판단될 때에는, 엔진의 열효율이 성층연소모드의 열효율보다 낮아지도록 연소모드가 제어된다. 따라서, 성층연소모드에서 요구되는 것보다 더 많은 연료가 필요하고, 연소실(14)에서 연소가스로부터 엔진 냉각수로 전달되는 열량이 증가한다. 이에 따라, 엔진 냉각수온도의 증가가 촉진되어, 공조장치(50)는 더 많은 열을 제공하게 된다.

(2) 운전모드가 균질 모드로 설정되기 때문에, 증가된 냉각 손실이 성층연소모드의 온도 이상으로 연소실(14)의 내벽과 접촉하는 연소가스의 온도를 상승시킨다. 이에 따라서, 엔진 냉각수로 더 많은 연소열이 전달된다. 그러므로, 공조장치(50)는 충분한 열량을 제공할 수 있다.

(3) 또한, 엔진 냉각수로 전달되는 열량과 높은 상관성을 갖는 엔진부하(기본 분사량(QINJB))는 소정의 판단치(제 2 판단치(QINJBb))와 비교된다. 엔진부하가 판단치 이하인 때에는 공조장치(50)가 충분한 열량을 제공할 수 없다고 판단된다.

제 2 실시예

제 2 실시예에 대한 설명의 초점은 제 1 실시예와의 차이점에 주로 맞춰질 것이다. 제 1 실시예에서는 공조장치(50)가 충분한 열량을 제공할 수 없다고 판단되었을 때 운전모드가 성층연소모드로 설정되었지만, 제 2 실시예에서는 공조장치(50)에 의한 충분한 열량 공급을 보장하도록 운전모드가 아성층연소모드(semi-stratified combustion mode)로 설정된다.

먼저, 아성층연소를 성층연소 및 균질연소와 비교하여 설명하면 다음과 같다. 연소모드가 아성층연소로 전환되면, 연료는 성층연소에서와 같이 압축행정에서 분사된다. 그러므로, 분사된 연소는 연소실(14) 내에 균일하지 않게 분포되어, 점화시 점화 플러그(30)의 근처에 집중된다.

그러나, 아성층연소에서는 스로틀각(TA)이 더 작고 연료분사시기가 성층연소에 비해 더 증대된다. 따라서, 흡기량이 증가되고 연소실(14)에 분사된 연료는 보다 분산된다.

그 결과, 아성층연소에 있어서 점화 플러그(30) 근방의 혼합물 층과 다른 장소의 혼합물 층의 연료 농도간의 차이는 성층연소에 비해 적다. 즉, 성층연소모드에 비해 아성층연소모드의 성층강도(stratification)가 약하다.

엔진출력을 일정하게 취할 때, 아성층연소모드, 성층연소모드 및 균질연소모드에 있어서, 혼합물의 공연비(A/F(n)), 스로틀각(TA(n)), 분사시기(AINJ(n)), 연료 분사량(QINJF(n)), 펌핑 손실(LP(n)), 및 냉각 손실(LC(n))(n = 0, 1 또는 2: n = 0은 성층연소모드, n = 1은 아성층연소모드, 및 n = 2는 균질연소모드를 나타냄)은 하기의 식(1b 내지 6b)에 의해 주어지는 관계를 만족시킨다. 분사시기(AINJ(n))가 클수록, 시간은 더 촉진된다.

A/F(0) > A/F(1) > A/F(2) ... (1b)

TA(0) > TA(1) > TA(2) ... (2b)

AINJ(0) < AINJ(1) < AINJ(2) ... (3b)

QINJF(0) < QINJF(1) < QINJF(2) ... (4b)

LP(0) < LP(1) < LP(2) ... (5b)

LC(0) < LC(1) < LC(2) ... (6b)

식(5b 및 6b)에 의해 알 수 있는 바와 같이, 아성층연소에 있어서의 펌핑 손실 및 냉각 손실은 성층연소보다는 크지만 균질연소보다는 작다. 그러므로, 아성층연소에 있어서의 엔진 열효율은 성층연소보다는 낮지만 균질연소보다는 크다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 제 2 실시예의 연소 제어를 상세히 설명한다. 도 5는 제 2 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시한 플로우차트이다. 도 2의 플로우차트의 상응하는 단계와 동일한 도면부호를 갖는 도 5의 플로우차트의 단계는 앞서 설명하였기에 생략한다.

운전모드 설정루틴을 수행함에 있어, 먼저 엔진속도(NE) 및 액셀러레이션 각(ACCP)이 판독되고, 그리고 기본 분사량(QINJB)이 상기 매개변수들에 의거하여 산출된다(단계 S110 및 S120). 그 다음, 제 1 판단치(QINJBa) 및 제 3 판단치(QINJBc)가 엔진속도(NE)에 의거하여 설정된다(단계 S132).

제 3 판단치(QINJBc)는 공조장치(50)가 충분한 열을 제공할 수 있는지의 여부를 판단하는 근거인 임계수준이 된다. 기본 분사량(QINJB)이 제 3 판단치(QINJBc) 이하인 경우에는, 연소실(14) 내에 발생되는 연소열량이 작으며 엔진 냉각수에 전달되는 열량이 작다. 따라서, 이러한 경우에는 공조장치(50)가 충분한 양의 열을 제공할 수 없다고 판단된다.

엔진속도(NE) 및 판단치(QINJBa 및 QINJBc) 사이의 관계를 정의하는 연산용 데이터는 기억부(84)에 기억되어, 판단치(QINJBa 및 QINJBc)가 상기 연산용 데이터에 의거하여 설정된다.

도 7은 연산용 데이터를 도시하는 도표이다. 도시된 바와 같이, 엔진속도(NE)가 일정하게 주어지면, 판단치(QINJBa 및 QINJBc)는 항상 QINJBa(NE) > QINJBc(NE)의 관계를 만족시킨다.

그 다음, 판단치(QINJBa 및 QINJBc)는 기본 분사량(QINJB)과 비교된다(단계 S140 및 단계 S145).

기본 분사량(QINJB)이 제 1 판단치(QINJBa) 이상이라고 판단된 경우에는(단계 S140에서 "예"), 엔진(10)의 운전모드는 균질연소모드(FMODE = 2)로 설정된다(단계 S180).

기본 분사량(QINJB)이 제 1 판단치(QINJBa)보다 작거나 제 3 판단치(QINJBc)보다 크다고 판단된 경우에는(단계 S140에서 "아니오", 단계 S145에서 "아니오"), 운전모드가 성층연소모드(FMODE = 0)로 설정된다(단계 S160).

기본 분사량(QINJB)이 제 3 판단치(QINJBc) 이하라고 판단된 경우에는(단계 S140에서 "아니오", 단계 S145에서 "예"), 공조장치(50)가 충분한 열량을 제공할 수 없다고 판단되고, 엔진(10)의 운전모드가 아성층연소모드로 설정되고, 그리고 운전모드 지시치(FMODE)가 0으로 설정된다(단계 S170).

이상의 방법에 있어서 엔진(10)의 운전모드를 균질연소, 성층연소 또는 아성층연소로 설정할 때, 상기 루틴은 일시적으로 종료된다.

전자제어장치(80)는 운전모드 지시치(FMODE)의 값에 의거하여 엔진(10)용 각종 제어치들을 설정한다.

이하, 제어치를 설정하는 상세한 절차를 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에 도시된 순서는 소정의 크랭크각(CA)마다의 중단 루틴으로서 전자제어장치(80)에 의해 반복적으로 실행된다.

제어치를 설정함에 있어, 먼저, 운전모드 지시치(FMODE)가 0 인지 1인지를 판단한다(단계 S210). 즉, 현재 운전모드가 성층연소(아성층연소를 포함)인지 균질연소인지를 판단한다. 현재 운전모드가 균질연소모드라고 판단되면(단계 S210에서 "아니오"), 엔진(10)의 각종 제어치는 균질연소모드에 적합하도록 설정된다(단계 S260). 균질연소모드에서, 흡기압 센서(69)에 의해 검출된 흡기압(PM)이 엔진부하를 나타내는데 이용되고, 그리고 각종 제어치가 흡기압(PM) 및 엔진속도(NE)에 의거하여 설정된다. 균질연소모드에서 엔진(10)의 각종 제어치가 설정될 때, 이 루틴은 일시적으로 종료된다.

현재 운전모드가 성층연소 또는 아성층연소로 판단되면(단계 S210에서 "예"), 먼저 , 스로틀각(TA), 분사시기(AINJ), 최종 연료 분사량(QINJF = 기본 분사량(QINJB)) 등의 값들이 성층연소에 적합하도록 기본 분사량(QINJB) 및 엔진속도(NE)에 의거하여 계산된다(단계 S220).

그 후, 현재 운전모드가 아성층연소모드인지를 판단한다(단계 S230). 현재 운전모드가 아성층연소모드가 아닐 때에는(단계 S230에서 "아니오"), 이 루틴이 일시적으로 종료된다.

반면에, 현재 운전모드가 아성층연소모드라고 판단된 경우에는(단계 S230에서 "예"), 스로틀각(TA), 연료분사시기(AINJ) 및 최종 연료분사량(QINJF)을 위한 보정량(DTA, DAINJ 및 DQINJ) 각각이 계산된다. 보정량(DTA, DAINJ 및 DQINJ)에 의거하여, 스로틀각(TA), 연료분사시기(AINJ) 및 최종 연료분사량(QINJF)이 보정된다. 이들 제어치(TA, AINJ 및 QINJF)는 아성층연소모드에 적합하도록 설정된다(단계 S240 내지 S252).

먼저, 스로틀각(TA)의 폐쇄량(DTA)이 기본 분사량(QINJB) 및 엔진속도(NE)에 의거하여 계산되고(단계 S240), 그리고 성층연소를 위한 현재 스로틀각(TA)은 폐쇄량(DTA)에 의해 감소된다(단계 S242).

연료분사시기(AINJ)의 촉진량(DAINJ)은 폐쇄량(DTA)에 의거하여 계산된다(단계 S244). 이러한 계산이 수행될 때, 촉진량(DAINJ)은 폐쇄량(DTA)이 증가함에 따라 증가한다. 성층연소모드를 위한 현재 연료분사시기(AINJ)는 촉진량(DAINJ)에 의해 촉진된다(단계 S246).

촉진량(DAINJ)은 하기의 이유를 위해 폐쇄량(DTA)에 의거하여 계산된다. 스로틀각(TA)이 폐쇄량(DTA)에 의거하여 감소될 때에는, 흡기량이 감소하여 점화 플러그(30) 근처의 혼합물의 농도를 증가시킨다. 그 결과로 점화 실패가 일어날 수 있다. 이것은 폐쇄량(DTA)이 증가할수록 더 심각해지는 경향이 있다.

그러므로, 연료 분사에서 점화까지 걸리는 시간은 폐쇄량(DTA)이 증가할 때 연료분사시기(AINJ)를 조절함으로써 증가된다. 이에 따라, 점화 플러그(30) 근처의 혼합물의 농도가 과도하게 높아지는 것을 방지하도록 분사 연료의 분산이 증가된다.

폐쇄량(DTA) 및 촉진량(DAINJ)에 의거한 스로틀각(TA) 및 연료분사시기(AINJ)의 이러한 보정은 스로틀 밸브(17)를 폐쇄시키고 연소실 내의 분사 연료의 분산을 증가시킨다. 이에 따라, 성층연소모드에 비해 아성층연소모드에서의 펌핑 손실 및 냉각 손실이 증가한다. 그 결과, 엔진의 열효율의 감소에 따라 엔진출력이 떨어진다. 그러므로, 아성층연소모드에서는 성층연소모드에서 산출되는 것과 동일한 엔진출력을 산출하기 위하여 더 많은 연료가 필요하다.

엔진출력의 강하를 보상하기 위한 연료 분사량(DQINJ)의 증가치는 폐쇄량(DTA)에 의거하여 계산된다(단계 S250). 폐쇄량(DTA)이 클수록, 엔진 열효율은 낮아진다. 그러므로, 연료 분사량 증가치(DQINJ)는 큰 값이 되도록 계산된다. 기본 분사량(QINJB)은 연료 분사량 증가치(DQINJ)에 의거하여 증가되고, 그리고 보정된 분사량은 아성층연소모드의 최종 연료 분사량(QINJF)과 같이 설정되고(단계 S252), 그 후 루틴은 일단 종료한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 연소 제어에 따라서, 운전모드는 공조장치(50)가 저부하 운전 영역에 충분한 열을 제공할 수 없다고 판단될 때, 성층연소모드의 성층강도보다 낮은 성층강도를 갖는 아성층연소모드로 변경된다. 그러므로, 엔진의 열효율은 펌핑 손실 및 냉각 손실의 증가에 따라서 강하한다. 이에 따라, 엔진부하(기본 분사량(QINJB)에 따른 엔진출력을 유지하기 위해서는 더 많은 연료가 필요하다. 그 결과, 연소실(14) 내의 연소가스로부터 엔진 냉각수로 전달되는 열량이 증가하여, 엔진 냉각수의 온도가 증가한다.

아성층연소모드의 성층강도가 성층연소모드에 비해 낮지만, 연소실(14)의 내벽과 접촉하는 연소가스의 온도는 균질연소모드에 비해 낮기 때문에 냉각 손실이 크게 증가하지는 않는다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예는 제 1 실시예의 이점 (1) 및 (3) 외에도 하기의 이점을 더 갖는다.

(4) 공조장치(50)가 충분한 열을 제공할 수 없는 상황을 방지하는 동시에, 연료 소비의 증가를 최대한 제한한다.

제 3 실시예

제 3 실시예에 대한 설명은 주로 제 2 실시예와의 차이에 관한 것이다. 본 실시예에 따라서, 공조장치(50)가 충분한 열량을 제공할 수 없다고 판단된 때에는, 승온능력에 의거하여 균질연소모드 또는 아성층연소모드로 운전모드를 설정한다.

이하, 본 실시예의 연소 제어를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.

도 8은 본 실시예에 따른 운전모드 설정루틴의 절차를 나타내는 플로우차트이다. 도 5의 플로우차트의 상응 단계와 동일한 도면부호를 갖는 도 8의 플로우차트의 단계는 이미 설명되었으므로 생략된다.

운전모드 설정루틴을 수행함에 있어, 먼저 엔진속도(NE) 및 액셀러레이션 각(ACCP)에 의거하여 기본 분사량(QINJB)이 산출된다(단계 S110 및 S120). 그 다음, 제 1 판단치(QINJBa), 제 2 판단치(QINJBb) 및 제 3 판단치(QINJBc)가 엔진속도(NE)에 의거하여 설정된다(단계 S134). 이들 매개변수 중, 제 1 판단치(QINJBa) 및 제 3 판단치(QINJBc)는 제 2 실시예에서와 동일하다.

제 2 판단치(QINJBb)는 공조장치(50)의 승온능력을 판단하는데 사용된다. 엔진부하(기본 분사량(QINJB))가 감소할 때, 연소실(14) 내에 발생된 연소열량이 감소하므로, 엔진 냉각수로 전달되는 열이 감소한다. 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 이하인 때에는, 공조장치(50)의 승온능력이 상대적으로 낮다고 판단된다. 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb)보다 클 때에는, 공조장치(50)의 승온능력이 상대적으로 크다고 판단된다.

도 9는 엔진속도(NE) 및 각각의 판단치(QINJBa, QINJBb 및 QINJBc)간의 관계를 나타내는 각 연산용 데이터를 도시하는 도표이다. 도시된 바와 같이, 엔진속도(NE)가 일정할 때, 판단치(QINJBa, QINJBb 및 QINJBc)는 항상 QINJBa(NE) > QINJBb(NE) > QINJBc(NE)의 관계를 만족시킨다.

그 다음, 제 1 내지 제 3 판단치(QINJBa, QINJBb 및 QINJBc)는 기본 분사량(QINJB)과 비교된다(단계 S140, 단계 S145 및 단계 S147).

기본 분사량(QINJB)이 제 3 판단치(QINJBc) 이하라고 판단된 경우에는(단계 S140에서 "아니오", 단계 S145에서 "예"), 기본 분사량(QINJB)은 제 2 판단치(QINJBb)와 다시 비교된다(단계 S147). 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb)보다 크다고 판단되면(단계 S147에서 "아니오"), 엔진(10)의 운전모드는 아성층연소모드로 설정되고 운전모드 지시치(FMODE)는 1로 설정된다(단계 S170).

기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 이하인 경우에는(단계 S147에서 "예"), 공조장치(50)의 승온능력이 상대적으로 낮고 부족하다. 따라서, 엔진(10)의 운전모드는 균질연소모드로 설정되고 운전모드 지시치(FMODE)는 2로 설정된다(단계 S180).

본 실시예의 연소 제어에 있어서, 공조장치(50)가 엔진의 저부하 운전 영역에서 약한 승온능력을 갖는다고 판단된 경우에는, 운전모드는 아성층연소모드 또는 균질연소모드로 설정된다. 공조장치(50)의 승온능력이 상대적으로 낮다고 판단된 경우에는, 운전모드가 균질연소모드로 설정되어 최저 엔진 열효율을 제공한다.

그러므로, 공조장치(50)의 승온능력이 상대적으로 낮은 경우에는, 엔진 냉각수의 온도가 급속히 상승하여 승온능력을 급속히 향상시킨다. 반면에, 공조장치(50)의 승온능력이 상대적으로 높은 경우에는, 엔진 열효율의 감소가 제한되어 연료 소비의 증가를 제한한다.

(5) 엔진 열효율의 감소 정도가 공조장치(50)의 승온능력에 따라서 적절하게 설정된다. 이에 따라, 연료 소비를 제한하는 신뢰성 있는 승온능력이 제공된다.

(6) 공조장치(50)의 승온능력의 정도가 승온능력과 높은 상관성을 갖는 엔진부하(기본 분사량(QINJB))에 의거하여 판단되기 때문에, 승온능력의 정도를 적절히 추정하는 것이 가능하다.

제 4 실시예

제 4 실시예에 대한 설명은 주로 제 1 실시예와의 차이점에 대한 것이다. 제 1 실시예에서는 제 2 판단치(QINJBb)가 오직 엔진속도(NE)에 의거해서 설정되었지만, 본 실시예에서는 엔진속도(NE) 및 냉각수온도(THW)에 의거하여 제 2 판단치(QINJBb)가 설정된다.

이하, 본 실시예의 연소 제어를 전술된 도 2와 함께 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.

본 실시예의 운전모드 설정루틴은 도 2의 플로우차트에 도시된 루틴과 다음과 같은 차이점을 갖는다.

기본 분사량(QINJB)이 엔진속도(NE) 및 액셀러레이션 각(ACCP)에 의거하여 계산될 때(도 2의 단계 S120), 먼저 제 1 판단치(QINJBa)가 도 10에 도시된 바와 같이 엔진속도(NE)에 의거하여 설정된다(단계 S135). 그 다음, 제 2 판단치(QINJBb)가 엔진속도(NE) 및 냉각수온도(THW)에 의거하여 설정된다(단계 S136).

엔진속도(NE), 냉각수온도(THW) 및 제 2 판단치(QINJBb)간의 관계를 정의하는 연산용 데이터와 엔진속도(NE) 및 제 1 판단치(QINJBa)간의 관계를 정의하는 연산용 데이터가 기억부(84)에 기억된다. 판단치(QINJBa 및 QINJBb) 각각이 연산용 데이터에 의거하여 설정된다.

도 11은 연산용 데이터를 나타내는 도표이다. 도시된 바와 같이, 엔진속도(NE)가 일정할 때, 제 2 판단치(QINJBb)는 냉각수온도(THW)가 증가함에 따라 감소된다.

판단치(QINJBa 및 QINJBb) 각각이 설정되면, 이들 판단치(QINJBa 및 QINJBb)는 기본 분사량(QINJB)과 비교되고, 그 결과에 따라서 운전모드가 성층연소모드 또는 균질연소모드로 설정된다(도 2에서 단계 S140 내지 S180).

전술한 바와 같이, 본 실시예의 연소 제어에 따라서, 제 2 판단치(QINJBb)는 냉각수온도(THW)가 증가함에 따라 감소된다. 그러므로, 제 2 판단치(QINJBb)는 공조장치(50)가 충분한 열량을 제공할 수 있는지의 여부를 결정하는데 보다 정확하며 효과적이다.

공조장치(50)의 승온능력은 연소가스로부터 엔진 냉각수로 이미 전달된 열량에 더하여, 연소가스로부터 엔진 냉각수로 현재 전달되는 열량 또는 현재 엔진부하에 따라서 변경된다. 예를 들면, 엔진부하가 낮고 엔진 냉각수로 현재 전달되는 열량이 작을 때에도, 이미 엔진 냉각수로 전달된 열량이 냉각수온도(THW)를 충분하게 상승시킨다면 공조장치(50)의 승온능력이 충분해질 수 있다. 반면에, 엔진부하가 높고 엔진 냉각수로 현재 전달되는 열량이 클 때에도, 엔진 냉각수로 전달된 열량이 작고 냉각수온도(THW)가 매우 낮다면 공조장치(50)의 승온능력은 부족해질 수 있다.

그러므로, 냉각수온도(THW)에 의거하여 제 2 판단치(QINJBb)를 설정함으로써, 냉각수온도(THW)의 변화에 따른 공조장치(50)의 승온능력의 변화가 이루어진다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예는 제 1 실시예의 이점 (1) 내지 (3) 외에도 하기의 이점을 더 갖는다.

(7) 공조장치(50)가 충분한 열량을 제공하는지를 정확하게 판단할 수 있기 때문에, 연료소비를 제한하면서 공조장치(50)에 의하여 충분한 열량을 효과적으로 제공할 수 있다.

제 5 실시예

이하, 제 5 실시예를 제 2 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다. 제 2 실시예에서는 스로틀각(TA)의 폐쇄량(DTA)이 오직 기본 분사량(QINJB) 및 엔진속도(NE)에 의거하여 설정되지만, 본 실시예에서는 냉각수온도(THW), 기본 분사량(QINJB) 및 엔진속도(NE)에 의거하여 폐쇄량(DTA)이 설정된다.

이하, 본 실시예의 연소 제어를 이미 상술된 도 6과 함께 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

본 실시예에 있어서 각종 제어치를 설정하는 절차는 다음과 같은 점에서 도 6의 제 2 실시예의 절차와 다르다.

아성층연소모드가 선택되었다고 판단되면(도 6의 단계 S230에서 "예"), 도 12에 도시된 바와 같이 폐쇄량(DTA)은 기본 분사량(QINJB), 엔진속도(NE) 및 냉각수온도(THW)에 의거하여 계산된다(단계 S241).

냉각수온도(THW)는 공조장치(50)의 승온능력을 추정하는데 이용된다. 냉각수온도(THW)가 낮을수록, 추정된 공조장치(50)의 승온능력은 낮아진다.

기본 분사량(QINJB), 엔진속도(NE), 냉각수온도(THW) 및 폐쇄량(DTA)간의 관계를 정의하는 연산용 데이터가 기억부(84)에 기억된다. 폐쇄량(DTA)은 상기 연산용 데이터에 의거하여 계산된다.

도 13은 기본 분사량(QINJB) 및 엔진속도(NE) 양자 모두 일정할 때의 냉각수온도(THW)와 폐쇄량(DTA)간의 관계를 나타내는 도표이다. 도시된 바와 같이, 냉각수온도(THW)가 감소함에 따라, 즉 추정된 공조장치(50)의 승온능력이 감소함에 따라, 계산된 폐쇄량(DTA)이 증가한다.

이러한 방법으로 폐쇄량(DTA)이 계산될 때, 스로틀각(TA)이 폐쇄량(DTA)에 의거하여 보정되고, 그리고 연료분사시기(AINJ) 및 최종 연료 분사량(QINJF)은 폐쇄량(DTA)에 의거하여 아성층연소모드에 또한 적합하도록 계산된다(도 6에서 단계 S242 내지 S252).

본 실시예의 연소 제어에 따라서, 공조장치(50)의 승온능력이 부족하다는 판단에 의해 운전모드가 아성층연소모드로 설정될 때, 아성층연소모드에서의 스로틀각(TA)의 폐쇄량(DTA)은 공조장치(50)의 추정 승온능력이 감소함에 따라 증가된다.

폐쇄량(DTA)이 증가하면, 연료분사시기(AINJ)가 더 빨라지고, 최종 연료분사량(QINJF)이 증가한다. 그러므로, 공조장치(50)의 승온능력이 낮을수록, 아성층 모드에서의 성층강도의 감소가 커진다.

냉각수온도(THW)가 낮고 공조장치(50)의 승온능력이 낮다고 판단되었을 때, 엔진 열효율의 감소 정도가 증가하고, 단위 시간당 엔진 냉각수로 전달되는 열량이 증가한다(도 14 참조). 결국, 엔진 냉각수의 온도가 더 빨리 상승되고 공조장치(50)의 승온능력이 신속하게 향상된다. 반면에, 냉각수온도(THW)가 높아서 공조장치(50)의 승온능력이 높다고 판단되었을 때에는, 엔진 열효율의 감소 정도가 제한된다. 그 결과, 엔진 냉각수로 전달되는 열이 적어서 연료 소비가 제한된다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예는 제 1 실시예의 이점 (1), (3) 및 제 2 실시예의 이점(4) 외에도 하기의 이점을 더 갖는다.

(8) 아성층 모드에서의 성층강도는 거의 공조장치(50)의 승온능력에 따라 설정되기 때문에, 공조장치(50)에 의한 부족한 가열이 방지되는 동시에 연료 소비가 제한된다.

(9) 공조장치(50)의 승온능력이 승온능력과 높은 관련성을 갖는 냉각수온도(THW)에 의거하여 추정되기 때문에, 승온능력이 정확하게 추정된다.

제 6 실시예

이하, 제 6 실시예를 제 1 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다. 본 실시예에 따라서, 기본 분사량(QINJB)이 각각의 판단치(QINJBa 및 QINJBb)와 비교되고, 히터 코어(51)를 통과한 온풍의 온도(소정의 유속으로 히터 코어(51)를 통과한 직후의 공기 온도)가 공조장치(50)에 의한 충분한 열제공을 보장하는 소정의 온도보다 높다고 판단되면, 운전모드가 이들 판단 결과에 의거하여 설정된다.

이하, 본 실시예에 있어서의 연소 제어를 도 15를 참조하여 상세히 설명한다.

도 15는 본 실시예에 따른 운전모드 설정루틴의 절차를 도시한 플로우차트이다. 도 2의 플로우차트의 대응 단계와 동일한 도면부호를 갖는 도 15의 플로우차트의 단계들은 이미 설명하였으므로 생략한다.

본 운전모드 설정루틴을 실행함에 있어서, 기본 분사량(QINJB)은 각각의 판단치(QINJBa 및 QINJBb)와 비교된다(단계 S140 및 S150). 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 이하라고 판단되면(단계 S150에서 "예"), 히터 코어(51)를 통과한 온풍의 온도가 소정의 온도(예컨대, 50℃)보다 높은지를 판단한다(단계 S155).

이러한 판단에 따라 다음 순서가 수행된다. 먼저, 공조장치(50)가 내/외부 공기 선택 스위치(77)에 의거하여 외기 또는 내기를 흡입하는지를 판단한다. 공조장치(50)가 외부로부터 공기를 흡입한 경우에는, 온풍의 온도가 냉각수온도(THW) 및 외기온도(THA)에 의거하여 추정되어, 이 추정 온도가 소정의 온도보다 높은지를 판단한다. 공조장치(50)가 차량 실내(92)로부터 공기를 흡입하는 경우에는, 온풍의 온도가 냉각수온도(THW) 및 차량 실내(92)의 온도(THC)에 의거하여 추정되어, 이 추정 온도가 소정의 온도보다 높은지를 판단한다.

온풍의 온도는 예컨대, 하기의 식을 이용하여 추정할 수 있다.

외부 공기가 흡입되는 경우에는,

THE = THA + K1(THW - THA) + K2 ... (7)

내부 공기가 흡입되는 경우에는,

THE = THC + K1(THW - THC) + K2 ... (8)

여기서, THE는 온풍의 온도이고, K1 및 K2는 상수이다.

상기 판단에 있어서, 냉각수온도(THW)는 히터 코어(51)로부터 공기로 전달되는 열량과 상관성이 있으며, 그리고 외기온도(THA) 및 실내온도(THC)는 히터 코어(51)에 의해 가열되기 전의 공기의 초기온도와 상관성이 있다.

온풍온도가 소정의 온도보다 낮거나 같다고 판단되면(단계 S155에서 "아니오"), 운전모드는 균질연소모드(FMODE = 2)로 설정된다(단계 S180). 그러므로, 이 경우에는 엔진 냉각수의 온도가 증가하여 공조장치(50)의 승온능력이 신속하게 향상된다.

온풍온도가 소정 온도보다 크다고 판단되면(단계 S155에서 "예"), 운전모드는 성층연소모드(FMODE = 0)로 설정된다(단계 S160). 그러므로, 이 경우에는 연료소비가 감소한다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 연소 제어에 따라서, 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 이하라고 판단되면, 온풍온도가 소정 온도보다 높은지를 판단한다. 운전모드는 온풍온도가 소정 온도보다 높다고 판단된 경우에만 균질연소모드로 설정된다.

이에 따라서, 히터 코어(51)를 통과한 온풍의 온도가 공조장치(50)에 의해 충분한 승온능력을 제공할 수 있도록 충분하게 높은 경우에는 운전모드가 균질연소모드로 설정되는 것이 방지된다. 따라서, 연소 효율이 불필요하게 감소되지 않는다.

그러므로, 이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예는 제 1 실시예의 이점 (1) 내지 (3) 외에도 하기의 이점을 더 갖는다.

(10) 히터 코어(51)를 통과한 온풍의 온도에 의거하여 공조장치(50)가 충분한 열을 제공할 수 있는지를 보다 정확하게 판단하기 때문에, 연소 효율의 불필요한 감소를 방지하여 연료 소비가 최대한 감소된다.

(11) 히터 코어(51)를 통과한 온풍의 온도가 가열되기 전의 공기의 초기온도와 엔진 냉각수로 전달되는 열량에 의거하여 판단된다. 따라서, 보다 낳은 정보를 기초로 하기 때문에 판단이 더욱 신뢰성 있다.

제 7 실시예

이하, 제 7 실시예를 제 1 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다. 본 실시예에 따라서, 기본 분사량(QINJB)이 각각의 판단치(QINJBa 및 QINJBb)와 비교되고, 온도설정 스위치(76)의 설정점이 판단되어, 운전모드가 이들 판단 결과에 의거하여 설정된다.

이하, 본 실시예에 있어서의 연소 제어를 도 16을 참조하여 상세히 설명한다.

도 16은 본 실시예에 따른 운전모드 설정루틴을 도시한 플로우차트다. 도 2의 플로우차트의 대응 단계와 동일한 도면부호를 갖는 도 16의 플로우차트의 단계들은 이미 설명하였으므로 생략한다.

본 운전모드 설정루틴을 실행함에 있어서, 기본 분사량(QINJB)은 각각의 판단치(QINJBa 및 QINJBb)와 비교된다(단계 S140 및 S150). 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 이하라고 판단되면, 온도설정 스위치(76)가 저온(최저온 위치)으로 설정되었는지를 판단한다(단계 S157).

온도설정 스위치(76)가 최저온 위치로 설정되지 않았다고 판단되면(단계 S157에서 "아니오"), 운전모드는 균질연소모드(FMODE = 2)로 설정된다(단계 S180). 그러므로, 이 경우에는 엔진 냉각수의 온도가 신속하게 증가하여 공조장치(50)의 승온능력이 신속하게 향상된다.

온도설정 스위치(76)가 최저온 위치로 설정되었다고 판단되면(단계 S157에서 "예"), 공조장치(50)에 의해 차량 실내(92)의 온도를 상승시킬 필요가 없으며 엔진 냉각수의 온도를 증가시킬 필요가 없다. 그 결과, 운전모드는 성층연소모드(FMODE = 0)로 설정된다(단계 S160). 그러므로, 이 경우에는 연료소비가 감소한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 연소 제어에 따라서, 공조장치(50)가 온도를 상승시킬 필요가 있는지를 온도설정 스위치(76)의 위치에 의거하여 판단한다. 온도 상승의 필요가 없다고 판단된 경우에는, 운전모드를 균질연소모드로 설정하는 것이 금지되고, 그리고 엔진부하(기본 분사량(QINJB))가 판단치(제 2 판단치(QINJBb)) 이하인 경우에 운전모드는 성층연소모드로 설정된다.

이에 따라서, 운전모드가 균질연소모드로 변경되는 것이 방지되어 승온능력이 불필요하게 상승되는 것이 방지된다. 따라서, 연소 효율의 불필요한 감소가 회피되어, 연료 효율이 향상된다.

(12) 연료 효율이 더욱 향상된다.

기타 실시예

전술한 실시예들의 구성을 다음과 같이 변경시킬 수 있다.

제 1 실시예에 있어서, 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb)의 이하라고 판단되어 운전모드가 균질연소모드로 설정된 경우에, 공조장치(50)의 승온능력이 추정된다. 이러한 추정 승온능력이 감소되면, 균질연소에 있어서 점화시기가 지연될 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 공조장치(50)의 승온능력이 낮은 경우에, 점화시기의 지연은 연소효율을 감소시켜서 동일한 엔진출력을 발생시키는데 더 많은 연료가 소비된다. 이에 따라 냉각손실도 증가한다. 그러므로, 엔진 열효율의 감소 정도가 증가하여, 엔진 냉각수의 온도가 상승된다. 이에 따라, 공조장치(50)의 승온능력이 신속하게 향상된다. 반면에 공조장치(50)의 승온능력이 높은 경우에는, 점화시기가 촉진되어 냉각손실이 감소된다. 이에 따라, 연소효율의 감소가 방지되어 연료소비가 제한된다.

그러므로, 엔진 열효율의 감소 정도가 공조장치(50)의 승온능력에 따라서 설정된다. 이에 따라서, 연료소비가 제한되는 동시에 승온능력이 부적절하게 발생하는 것이 방지된다.

공조장치(50)의 승온능력은 제 5 실시예와 관련하여 전술된 하기의 방법 중 어느 하나를 사용하여 추정될 수 있다.

(a1) 냉각수온도(THW)가 낮을수록 승온능력이 낮다고 추정한다.

(a2) 엔진부하(예컨대, 기본 분사량(QINJB))가 낮을수록 승온능력이 낮다고 추정한다.

(a3) 차량 실내온도(THC) 및 외기온도(THA) 중 적어도 하나를 참조하여, 그 온도가 낮을수록 승온능력이 낮다고 추정한다.

제 5 실시예에서, 공조장치(50)의 승온능력이 추정방법(a2 또는 a3)을 사용하여 추정될 수도 있다. 특히, 추정방법(a2)이 사용된 경우, 스로틀각(TA)의 폐쇄량(DTA)이 엔진부하(기본 분사량(QINJB))의 감소에 따라 증가한다. 따라서, 폐쇄량(DTA)은 성층연소모드로부터 아성층연소모드로 전환될 때 상대적으로 더 작다. 이에 따라, 운전모드의 전환시 엔진의 연소상태의 급속한 변경이 제한될 수 있어서, 엔진출력의 과도적 변경이 방지된다.

제 5 실시예에서, 기본 분사량(QINJB)이 제 2 판단치(QINJBb) 또는 제 3 판단치(QINJBc) 이하인 경우에는 운전모드가 균질연소모드 또는 아성층연소모드로 설정된다. 냉각수온도(THW), 외기온도(THA) 및 차량 실내온도(THC) 중의 적어도 하나가 소정의 임계온도 이하인 경우에, 운전모드는 균질연소모드 또는 아성층연소모드로 설정될 수도 있다.

제 5 실시예에서, 제 2 판단치(QINJBb) 또는 제 3 판단치(QINJBc)는 냉각수온도(THW), 외기온도(THA) 및 차량 실내온도(THC) 중의 하나가 증가할 때에 감소할 수도 있다.

제 3 실시예에 있어서, 엔진부하 상태하의 기본 분사량(QINJB)이 제 3 판단치(QINJBc) 이하인 경우에, 기본 분사량(QINJB)은 제 2 판단치(QINJBb)와 비교되고, 이 비교결과에 의거하여 엔진모드는 아성층연소모드 또는 균질연소모드로 전환된다. 이러한 운전모드의 전환은 공조장치(50)의 승온능력과 상관 있는 매개변수, 즉 냉각수온도(THW), 외기온도(THA) 및 차량 실내온도(THC)에 의거한다.

이 경우, 냉각수온도(THW), 외기온도(THA) 및 차량 실내온도(THC) 중 적어도 하나가 참조온도이며, 운전모드는 이 참조온도가 소정의 임계온도 이하인 경우에는 균질연소모드로 설정되고 참조온도가 소정의 임계온도보다 높은 경우에는 아성층연소모드로 설정된다.

제 1 내지 제 7 실시예에 있어서, 제 2 판단치(QINJBb) 또는 제 3 판단치(QINJBc)가 온도설정 스위치(76)의 위치에 의거하여 변경될 수 있도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 예컨대 온도설정 스위치(76)의 온도 설정이 높을수록 제 2 판단치(QINJBb) 또는 제 3 판단치(QINJBc)가 커진다.

제 1 내지 제 5 실시예에 있어서, 공조장치(50)가 충분한 열량을 제공하지 못한다고 판단될 때, 운전모드는 판단과 동시에 균질연소모드 또는 아성층연소모드로 전환된다. 판단된 상태가 소정의 기간에 걸쳐 계속되는 경우에만 운전모드가 전환될 수도 있다. 이에 따라, 운전모드의 빈번한 전환에 기인한 엔진의 연소상태의 저하가 방지될 수 있다.

제 6 실시예에 있어서, 히터 코어(51)를 통과한 온풍의 온도를 추정할 때 외기온도(THA) 및 차량 실내온도(THC)가 이용된다. 그러나, 그러한 온풍온도는 온도(THW, THA 및 THC) 중의 단 하나에 의거하여 추정될 수도 있다.

제 5 실시예에 있어서, 아성층연소모드의 성층강도 또는 균질연소모드의 점화시기의 지연은 히터 코어(51)를 통과한 온풍의 추정 온도에 의거하여 변경될 수 있다. 이 경우, 추정 온도가 감소되면 성층강도가 감소되거나 점화시기의 지연이 증가된다. 온풍의 온도를 추정할 때, 제 6 실시예와 관련하여 전술된 추정방법 중 하나를 이용할 수도 있다.

제 5 실시예에 있어서, 공조장치(50)가 충분한 열을 제공할 수 없다고 판단되면, 성층강도는 예컨대 와류각을 조절하여 와류의 강도를 낮춤으로써 감소될 수도 있다.

제 7 실시예에 있어서, 온도설정 스위치(76)가 최저온도위치로 설정되면 운전모드는 균질연소모드로 설정되는 것이 금지된다. 운전모드가 균질연소모드 또는 아성층연소모드로 설정되는 것을 금지하도록, 상기 금지 처리가 제 2 내지 제 6 실시예에도 이용될 수 있다.

비록 전술한 각각의 실시예에서 공조장치(50)가 난방 및 냉방 능력을 갖춘 것으로 설명되었지만, 공조장치(50)는 난방 능력만을 갖춘 유형일 수도 있다.

본 발명의 실시예는 예로서 기술된 것으로서 본 발명을 제한하지 않으며, 이는 첨부된 청구범위의 범위 내에서 변경될 수 있다.

본 발명에 따른 내연기관용 연소제어장치 및 연소제어방법에 의하여, 자체 열원으로서 엔진 냉각수를 이용하는 히터의 승온능력이 향상된다.

Claims

차량 내부에 탑재되는 내연기관용 연소제어장치로서, 상기 차량은 열원으로서 엔진 냉각수를 사용하는 히터(50)를 가지며, 또한 공기 및 연료의 혼합물이 연소실(14) 내에 균일하지 않게 분사되는 성층연소모드로 엔진이 운전되는, 내연기관용 연소제어장치에 있어서,

상기 히터(50)의 승온능력의 부족 여부를 판단하는 판단수단(80), 및

상기 히터(50)의 승온능력이 부족하다고 판단되면 성층연소모드의 열효율 이하로 엔진 열효율을 강하시키도록 엔진을 제어하는 제어기(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 1 항에 있어서, 엔진은 혼합물이 연소실(14) 내에서 균일하게 분포되는 균질연소모드 및 성층연소모드를 포함하는 다수의 연소모드로부터 선택된 연소모드에서 운전되고, 이 때 상기 히터(50)의 승온능력이 부족하다고 판단되면 상기 제어기(80)가 엔진을 균질연소모드에서 운전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 1 항에 있어서, 엔진은 성층연소모드보다 작은 성층강도를 갖는 아성층연소모드 및 성층연소모드를 포함하는 다수의 연소모드로부터 선택된 연소모드에서 운전되고, 이 때 상기 히터(50)의 승온능력이 부족하다고 판단되면 상기 제어기(80)가 엔진을 아성층연소모드에서 운전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 히터(50)의 승온능력의 부족이 증가하면 상기 제어기(80)가 엔진 열효율을 크게 강하시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 4 항에 있어서, 엔진은 성층연소모드보다 작은 성층강도를 갖는 아성층연소모드 및 성층연소모드를 포함하는 다수의 연소모드로부터 선택된 연소모드에서 운전되고, 이 때 상기 히터(50)의 승온능력이 부족하다고 판단되면 상기 제어기(80)가 엔진을 아성층연소모드에서 운전되도록 제어하고, 그리고 상기 히터(50)의 승온능력의 부족이 증가하면 상기 제어기(80)가 성층강도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 4 항에 있어서, 엔진은 혼합물이 연소실(14) 내에서 균일하게 분포되는 균질연소모드 및 성층연소모드를 포함하는 다수의 연소모드로부터 선택된 연소모드에서 운전되고, 이 때 상기 히터(50)의 승온능력이 부족하다고 판단되면 상기 제어기(80)가 엔진을 균질연소모드에서 운전되도록 제어하고, 그리고 상기 히터(50)의 승온능력의 부족이 증가하면 상기 제어기(80)가 점화시기를 지연시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 4 항에 있어서, 엔진부하가 감소되면 상기 히터(50)의 승온능력의 부족이 증가한다고 상기 제어기(80)가 추정하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 4 항에 있어서, 실내온도, 외기온도 및 냉각수온도 중의 하나 이상이 감소되면 상기 히터(50)의 승온능력의 부족이 증가한다고 상기 제어기(80)가 추정하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 판단수단(80)이 엔진부하에 의거하여 상기 히터(50)의 승온능력의 부족 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 9 항에 있어서, 상기 판단수단(80)은 엔진부하가 소정의 판단치보다 크지 않으면 상기 히터(50)의 승온능력이 부족하다고 판단하며, 그리고 상기 판단수단(80)은 실내온도, 외기온도 및 냉각수온도 중의 하나 이상이 증가되면 상기 판단치를 감소시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기(80)가 실내온도를 증가시키라는 요구를 받지 않는 한, 상기 제어기(80)는 엔진 열효율을 강하시키지 않는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어장치.
차량 내부에 탑재되는 내연기관용 연소제어방법으로서, 상기 차량은 열원으로서 엔진 냉각수를 사용하는 히터(50)를 가지며, 또한 공기 및 연료의 혼합물이 연소실(14) 내에 균일하지 않게 분사되는 성층연소모드로 엔진이 운전되는, 내연기관용 연소제어방법에 있어서,

상기 히터(50)의 승온능력의 부족 여부를 판단하는 단계, 및

상기 히터(50)의 승온능력이 부족하다고 판단되면 성층연소모드의 열효율 이하로 엔진 열효율을 강하시키도록 엔진을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어방법.
제 12 항에 있어서, 상기 엔진 열효율을 강하시키도록 엔진을 제어하는 단계는 혼합물이 연소실(14) 내에서 균일하게 분포되는 균질연소모드에서 운전되도록 엔진을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어방법.
제 12 항에 있어서, 상기 엔진 열효율을 강하시키도록 엔진을 제어하는 단계는 성층연소모드보다 작은 성층강도를 갖는 아성층연소모드에서 운전되도록 엔진을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어방법.
제 12 항에 있어서, 상기 엔진 열효율을 강하시키도록 엔진을 제어하는 단계는 상기 히터(50)의 승온능력의 부족이 증가하면 엔진 열효율을 크게 강하시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연소제어방법.