KR20000077089A - 통내 분사형 내연기관 - Google Patents

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KR20000077089A
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나까무라히로까즈
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Abstract

기관운전을 제어하는 전자제어 유닛(4O)은 내연기관이 중 고부하운전상태의 출력특성의 향상이 요구된 때에, 공기 연료비 피드백 제어를 실행하면서 흡입행정중에 연료를 분사하는 제 1 운전 모드를 실행한다. 그리고, 촉매승온요구 등에 따라, 상기 제 1 운전 모드로부터 이론 공기 연료비 근방의 소정 공기 연료비를 목표치로 한 공기 연료비 피드백 제어를 하면서 압축행정으로 연료를 분사하는 제 2 운전 모드로 절환된다. 더욱이, 이러한 각 운전 모드로의 절환에 있어서 공기 연료비 피드백의 공기 연료비 보정계수를 증감 보정하여, O2센서(22)의 출력반전점의 시프트를 촉진하여 각 운전 모드로의 절환에 따른 목표 공기 연료비의 시프트에 기인하는 공기 연료비 제어의 불안정화를 방지한다.
그 결과, 이론 공기 연료비 근방의 압축행정분사를 안정적으로 실시하는 제 2 운전 모드에 의해, 배기정화장치(30)를 승온시킴으로써, 배기정화성능을 향상할 수 있음과 동시에, 제 1 운전 모드의 실행에 의해 출력특성의 향상 등이 도모된다.

Description

통내 분사형 내연기관{Internal Combustion Engine of Cylinder Injection Type}
본 발명은 통내 분사형 내연기관에 관한 것이다.
근래에, 기관출력 및 연료 소비율의 향상을 도모한 통내 분사형 내연기관이 실용화되고 있다. 이런 종류의 내연기관은 예를 들면, 일본국 특개평 8-3124O4호 공보에 개시된 바와 같이 기관출력이 요구되는 중 고부하영역에서는 이론 공기 연료비를 목표치로 한 공기 연료비 피드백 제어를 행하면서 흡입행정에서 연료를 분사하는 한편, 저부하영역에서는 이론 공기 연료비보다도 연료가 희박한 초박(lean) 공기 연료비(예를 들면, 공기 연료비 25이상)가 되도록 오픈 루프제어를 행하면서 압축행정에서 연료를 분사한다.
즉, 통내 분사형 내연기관에서의 압축행정분사는 주로 연료 소비율향상을 의도하여 초박 공기 연료비에서의 성층연소를 실행한다. 그 결과, 통내 분사형 내연기관의 압축행정 분사는 오로지 희박 공기 연료비 영역에서 실시되어 있다.
그러나, 이런 종류의 내연기관은 흡입 통로내에 연료를 분사하는 종래형 내연기관에 비교하여 초박 공기 연료비에서의 운전이 행하여지기 때문에 배기가스 온도가 저하하고 한번 활성상태로 된 촉매가 불활성상태에 빠지거나, 연료분사시기가 운전상태에 의하여 흡입행정과 압축행정 사이에서 변화되기 때문에 토오크 변동이 발생은 등 여러가지 문제점이 있다.
본 발명자들은 상술의 문제에 대하여 유효한 수단을 찾아내기 위해 압축행정분사에서 목표 공기 연료비를 초박 공기 연료비 영역외로 변화시키는 실험을 거듭한 결과, 이론 공기 연료비 근방의 공기 연료비 영역에서 압축행정분사를 실시했을 때의 기관특성이 흡입행정 분사시의 것과 비교하여 크게 다르다는 것을 알았다.
본 발명의 목적은 압축행정분사에서 공기 연료비 영역을 확장했을 때 기관특성변화를 활용하여 통내 분사형 내연기관특유의 문제를 해결할 수 있는 통내 분사형 내연기관을 제공하는 데에 있다.
청구항1 기재의 실시형태에 의한 본 발명의 통내 분사형 내연기관은 이론 공기 연료비를 제 1 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 실행하면서 흡입행정분사를 행하는 제 1 운전 모드와 이론 공기 연료비 근방의 소정 공기 연료비를 제 2 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 실행하면서 압축행정분사를 행하는 제 2 운전 모드를 가지고 각 운전 모드를 소정 조건하에서 선택적으로 절환하는 것을 특징으로 한다.
이러한 통내 분사형 내연기관에 의하면, 이론 공기 연료비에서의 흡입행정분사 또는 이론 공기 연료비 근방에서의 압축행정분사가 선택적으로 행하여져, 분사형태가 바뀜에 따른 기관특성변화의 활용에 의해 배기가스특성 또는 출력특성의 향상 등이 도모된다.
상기 실시형태의 발명에 있어서, 바람직하게는 운전모드 절환수단은 내연기관이 중 고부하운전상태에 있을 때에 운전 모드를 제 1 운전 모드로 절환하여, 배기정화장치의 촉매의 승온이 요구되는 운전상태에 있을 때에 운전 모드를 제 2 운전 모드로 절환된다. 바람직하게는, 제 2 운전 모드에서의 공기 연료비 피드백 제어에 있어서의 제 2 목표 공기 연료비를 이론 공기 연료비보다도 아주 희박한 연료공기 연료비로 설정된다.
본 발명자들의 상기 실험에 의하면, 이론 공기 연료비 근방에서의 압축행정분사를 실시했을 때의 일산화탄소(CO) 등의 환원성분 및 잉여산소(O2) 배출량은 이론 공기 연료비에서의 흡입행정분사시의 것과 비교하여 증대된다. 즉, 이론 공기 연료비 근방에서의 압축행정분사가 행하여지면, 연소실의 국소에 농후공기 연료비 영역이 발생하여, 불완전 연소가 발생하여 C0가 대부분 발생하는 한편, 그 이외의 연소실영역에서는 O2가 대부분 존재하게 된다. 이 때문에, 이론 공기 연료비 근방에서의 압축행정분사시의 C0 및 O2의 배출량은 이론 공기 연료비에서의 흡입행정 분사시보다도 증대된다. 그리고, 연소실에서 배출된 CO와 O2가 촉매장치에 도달하면, 촉매의 작용하에서 C0와 O2와의 산화반응이 발생하여, 이것에 따른 반응열에 의해 촉매온도가 상승한다. 따라서, 중부하운전영역에서 소요기관출력을 발생가능하게 함과 함께, 촉매승온 요구에 따른 촉매승온이 가능하다. 희박 공기 연료비에서의 압축행정분사에 의해 농후실화나 연비악화가 방지되고, 또한 스모크의 배출이 억제되어 배기특성이 향상한다.
상기 실시형태의 발명에 있어서, 바람직하게는, 공기 연료비 검출수단이 산소 농도 검출수단에 의해 구성된다. 상기 산소 농도 검출수단을 이용하는 것에 의해 공기 연료비 피드백 제어에 관련한 센서계가 간단하고 저렴하게 되어 제어자체도 간단하게 된다.
또한, 산소 농도검출수단의 출력은 보통은 이론 공기 연료비에 있어서 제 1 출력치와 제 2 출력치 사이에서 반전된다. 그리고, 공기 연료비 피드백 제어에서는, 일반적으로 이 출력반전에 따라서 공기 연료비 보정값이 가변 조정된다. 따라서, 이러한 산소 농도검출수단은 제 1 출력치와 제 2 출력치 사이에서 출력이 반전하는 출력반전점(제 1 출력반전점)을 갖는다.
본 발명자 등의 실험에 의하면, 이론 공기 연료비 근방에서의 압축행정분사에 의해 환원성분 및 잉여산소의 배출량이 증대한 경우, 산소 농도검출수단의 구성에 따라서는, 산소 농도 검출수단의 출력반전점이 이론 공기 연료비로부터 시프트된다. 예를 들면, 원통상의 지루코니아 소자의 내외표면에 촉매작용을 갖는 다공질의 백금전극을 피복하여 이루어진 산소 센서를 이용한 경우, 이론 공기 연료비 근방에서의 압축행정분사 실시중에 있어 센서 출력반전점(제 2 출력반전점)은 이론 공기 연료비에 대응하는 상기 제 1 출력반전점에서 공기 연료비에서 0.3 내지 1.0 정도 희박 측에 시프트된다. 이 때문에, 제 2 운전 모드에서는 희박 측에 시프트된 산소 센서 출력반전점에 있어 피드백 제어를 행함으로써 환원성분 및 잉여산소의 최적화가 도모되고, 예를 들면 배기통로에 구비된 촉매장치의 승온 등을 효율적으로 행할 수 있다.
상기 실시형태의 발명에 있어서, 바람직하게는, 공기 연료비 피드백 제어에 있어 산소 농도검출수단의 출력에 따라 가변되는 공기 연료비 보정값을 운전 모드로 절환될 때 증감 보정한다.
산소 센서출력의 반전에 따라 공기 연료비 보정값을 가변하는 공기 연료비 피드백 제어에 의하면, 상술한 바와 같이 센서 출력반전점이 희박 측에 시프트함으로써, 제 1 운전 모드와 제 2 운전모드 사이에서의 운전 모드 절환 직후는, 산소 센서출력의 출력반전점의 시프트가 늦어짐으로써, 공기 연료비 보정값의 적정화가 늦고(도 8 참조), 운전 모드 절환에 따른 새로운 목표 공기 연료비로 옮겨갈 때까지 시간을 요하고, 공기 연료비 제어상의 안정성이 손상되는 경우가 있다.
그래서, 상기한 바와 같이 공기 연료비 보정값을 운전 모드 절환시에 증감 보정하고(도 6 참조), 이것에 의해 운전 모드절환 직후의 실제 공기 연료비를 새로운 목표 공기 연료비로 강제적으로 가까이 하여, 공기 연료비가 새로운 목표 공기 연료비로 옮겨갈 때까지의 소요시간을 단축하여 공기 연료비 제어의 안정화를 도모한다. 즉, 흡입행정 분사와 압축행정 분사 사이로의 절환에 따라 연료분사시기가 변화된 경우에도, 새로운 목표 공기 연료비에 근거한 공기 연료비 피드백 제어가 조기에 개시된다.
상기 실시형태의 발명에 있어서, 더욱 바람직하게는, 운전 모드가 제 1 운전 모드로부터 제 2 운전 모드에 절환되는 경우에 제 1 운전 모드에서의 공기 연료비 보정값을 감산 보정하고(도 6 참조), 또한, 제 2 운전 모드에서 제 1 운전 모드로 절환하는 경우에는 제 2 운전 모드에서 공기 연료비 보정값을 가산보정한다. 감산·가산의 보정량은 고정값이더라도 좋고, 또는, 미리 설정해 둔 맵에서 기관운전상태(예를 들면, 기관회전수와 체적효율)에 따라 요청되는 것이라도 좋다. 이 바람직한 실시예에 의하면, 운전 모드 절환시의 공기 연료비 보정값의 보정이 적정히 행하여진다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 관련한 통내 분사형 내연기관의 개략도.
도 2는 현행주기의 운전모드 판정제어 루틴을 도시한 플로우 챠트.
도 3은 직전주기의 운전 모드판정제어 루틴을 도시한 플로우 챠트.
도 4는 본 실시형태의 공기 연료비 제어 루틴의 일부를 도시한 플로우 챠트.
도 5는 본 실시형태의 공기 연료비 제어 루틴의 잔부를 도시한 플로우 챠트.
도 6은 도4 및 도5의 본 실시형태의 공기 연료비 제어 루틴에 의한 피드백계수의 시간경과에 따른 변화를 흡입 O2-F/B 모드로부터 압축 O2-F/B 모드로의 이행전후에 관해 도시한 도면.
도 7은 02센서출력, 촉매표면에서의 CO 농도 및 O2농도 및 배기 가스중의 O2농도 및 CO 농도의 각각과 공기 연료비와의 관계를 흡입행정분사 및 압축행정분사의 각각에 대하여 도시한 도면.
도 8은 흡입 O2-F/B 모드로부터 압축 O2-F/B 모드로의 이행시 피드백계수에 관해 감산보정을 실시하지 않는 경우에 있어서의 피드백계수의 시간경과에 따른 변화를 도시한 도면이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 엔진 2 : 실린더 헤드
4 : 점화 플러그 6 : 연료분사밸브
10 :흡입 매니홀드 11 : 스로틀밸브
11a : 스로틀센서 12 : 배기 매니홀드
13 : 크랭크각 센서 14 : 냉각수 온도센서
20 : 배기관 22 : O2센서
30 : 배기 정화 촉매장치 32 : 배기온도 센서
40 : ECU
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 관한 내연기관은 예를 들면, 통내분사형 불꽃 점화식 직렬4기통 가솔린 엔진(1)으로 이루어진 기관본체를 구비하고, 엔진(1)의 실린더 헤드(2)에는 각 기통마다 점화 플러그(4)와 전자식 연료분사밸브(6)가 부착되어 있다. 연료 탱크로부터 연료분사밸브(6)로의 연료공급은 연료공급장치의 저압연료 펌프 및 고압 연료펌프에 의하여 소망 압력으로 행하여 진다.
실리더 헤드(2)에는 흡입 덕트 및 배기 덕트가 각 기통마다 형성되고, 각 흡입 덕트 및 각 배기 덕트는 흡입 매니홀드(10)의 일단 및 배기 매니홀드(12)의 일단에 각각 접속되어 있다. 흡입 매니홀드(10)의 타단에는 스로틀밸브(11)가 구비되어 있다. 배기 매니홀드(12)는 바람직하게는, 배기합류부의 용적이 크고 미연 연료성분과 잉여산소와의 반응을 촉진하는 반응형의 것으로 이루어진다.
배기 매니홀드(12)에 접속된 배기관(배기통로)(20)에는 배기 정화 촉매장치 (30)와, 배기 가스중의 O2농도, 즉 실제 공기 연료비를 검출하는 O2센서(산소 농도 검출수단)(22)와가 마련되어 있다. O2센서(22)는 스토이키오(stoichiometric)에 있어서 그 출력이 크게 변화되는 특성을 가지고, O2센서 출력전압은 농후 공기 연료비측에서 큰 값(제 1 출력치)이 되는 한편, 희박 공기 연료비측에서는 제로 근방의 작은 값(제 2 출력치)이 된다. 배기정화촉매장치(30)는 희박 공기 연료비 운전시에 있어서의 배기 가스중의 NOx를 HC 존재하에서 선택적으로 정화하는 선택환원형 NOx 촉매(30a)와 그 하류측에 배치된 삼원 촉매(30b)를 구비하고, 삼원 촉매(3Ob)의 하류측에는 배기정화 촉매장치(30)의 온도를 나타내는 배기 가스온도를 검출하는 배기온도 센서(32)가 마련되어 있다.
통내 분사형 내연기관의 종합적인 제어를 행하는 ECU(전자 컨트롤 유닛)(40)은 입출력장치, 기억장치, 중앙처리장치, 타이머카운터를 구비하고 있다. ECU(40)의 입력측에는 스로틀밸브(11)가 설치되고 스로틀의 열림정도(θth)를 검출하는 스로틀센서(11a), 크랭크각 및 엔진회전속도(Ne)를 검출하는 크랭크각 센서(13), 엔진냉각수 온도를 검출하는 냉각수 온도센서(14), O2센서(22), 배기온도센서(32) 등이 접속되고, 그 출력측에는 점화플러그(4)나 연료분사밸브(6) 등이 접속되어 있다. ECU(40)는 센서류로부터의 검출정보에 근거하여 연료분사량, 연료분사시기나 점화시기 등의 최적치를 구하고, 연료분사 타이밍이나 점화 타이밍을 제어한다.
상세하게는, ECU(운전 모드절환수단)(40)는 스로틀 열림 정도(θth)와 엔진회전속도(Ne)와에 따라 엔진부하에 대응하는 목표 평균 유효압(Pe)을 구하고, 연료분사 모드 설정맵(도시 않음)을 참조하여 목표평균 유효압(Pe)과 엔진회전속도(Ne)와에 따라서 연료분사 모드(운전 모드)를 설정된다. 예를 들면, 목표평균 유효압(Pe)과 엔진회전속도(Ne)와가 모두 작을 때에는, 초박 공기 연료비(예를 들면, 공기 연료비 25 내지 40정도)를 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 오픈 루프 제어를 실시하면서 압축행정에서 연료를 분사하는 압축행정분사 모드를 선택한다. 한편, 목표평균 유효압(Pe) 또는 엔진회전속도(Ne)의 어느 한편이 커지면, 흡입행정에서 연료를 분사하는 흡입행정분사 모드를 선택한다. 흡입행정 분사 모드는 희박 공기 연료비(예를 들면, 공기 연료비 15 내지 22정도)를 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 오픈 루프제어가 행하여지는 흡입 희박 모드와, 스토이키오를 목표 공기 연료비로 하는 공기 연료비 피드백 제어가 행하여지는 흡입행정 피드백모드(제 1 운전 모드)와, 농후 공기 연료비를 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 오픈 루프 제어가 행하여지는 오픈 루프 모드를 포함한다. 이하에 있어서, 흡입 O2-F/B 모드는 흡입행정 공기 연료비 피드백 모드를 의미한다.
또한, 배기정화촉매장치(3O)의 온도가 낮은 엔진운전상황에서는 스토이키오, 또는 이것보다 조금 연료가 희박한 약희박 공기 연료비(예를 들면, 공기 연료비 14.7 내지 16)를 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 하면서 압축행정분사를 하는 압축행정 O2피드백 모드(제 2 운전 모드)가 선택된다. 이하에 있어서, 압축 O2-F/B 모드는, 압축행정 O2피드백 모드를 의미한다.
그리고, 연료분사밸브의 개방시간(Tinj)은 다음식으로부터 결정된다.
Tinj = TB×KFB×K+TD
여기서, TB는 부피효율(EV)과 연료분사밸브의 게인으로부터 요구되는 기본분사시간을 나타내고, KFB는 02-F/B 공기 연료비 보정계수를 나타낸다. 또한, K는 냉각수온도 보정계수, 대기온도 보정계수, 대기압 보정계수 등의 각종 보정계수의 곱을 나타내고, TD는 연료분사밸브의 분사 무효 시간이다. 보정계수(공기 연료비 보정값) KFB는 피드백 제어의 적분항 1 및 비례항(P) 및 불휘발성 RAM에 저장된 02-F/B 학습치 KLRN에 의해 값1을 증감 보정하는 것에 의해 얻는다. 즉, 피드백 보정계수 KFB는 O2센서 출력전압(V)이 임계값(VS)(예를 들면, 0.5 V)보다도 크고 현재의 공기 연료비가 이론 공기 연료비보다도 린일 때, 값1과 학습치(KLRN)와의 합으로부터 희박화 적분게인(IGL)과 비례항(P)과의 합을 감함으로써 구할 수 있다. 피드백 보정계수 KFB는 O2센서출력전압 V가 임계값VS(예를 들면, 0.5 V)보다도 작고 현재의 공기 연료비가 이론 공기 연료비보다도 농후일때, 값1과 학습치 KLRN과의 합에 농후화 적분 게인(IGR)과 비례항(P)과의 합을 가하는 것에 의해 구할 수 있다(도 6 참조).
촉매장치온도가 낮은 상황은 엔진작동중의 배기온도저하에 의해 배기정화촉매장치(30)가 활성온도이하의 저온이 되는 경우와, 엔진(1)이 장시간 정지하고 있었기 때문에 배기정화촉매장치(30)가 저온이 되는 경우(냉간 시동시)로 대별된다.
엔진작동 중에, 예를 들면 저회전역에 있어서 초박 공기 연료비의 압축행정분사 모드에서의 엔진운전이 소정시간에 걸쳐 계속했을 때, 또는 배기온도(32)에 의해 검출된 배기온도가 허용온도보다도 저하했을 때(소정조건), 배기온도가 저하하는 운전상황에 도달했다고 판별한다. 상기 어느쪽의 운전상황의 경우에도, 엔진회전속도(Ne), 목표평균 유효압(Pe), 차속(V)이 각각 미리 설정된 소정치를 상회하고 있을 때, 즉, 배기온도가 높게 되는 엔진운전상태가 아닐 때에는, 압축 O2-F/B 모드로 이행하고, 이 모드에서의 엔진운전이 소정 시간에 걸쳐 실시된다.
본 운전 모드에서는 상술한 바와 같이, 스토이키오 또는 약희박 공기 연료비를 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 실시하면서 압축행정 분사를 행하므로, 농후 공기 연료비 상태가 통내의 국소에 형성되어, 연료의 불완전 연소에 의해 일산화탄소가 비교적 많이 발생하는 동시에 연소에 의해 발생한 수소가 그대로 존재한다. 한편, 농후 공기 연료비 영역으로부터 이격된 연소실내의 부분에서는 잉여산소가 많이 존재한다. 이 결과, 일산화탄소나 수소 및 잉여산소가 동시에 배기 매니홀드(12)로 배출되어, 그 대부분은 배기정화촉매장치(30)에 도달하기 때문에 선택형 NOx 촉매(30a)와 삼원 촉매(30b)에서의 CO나 H2의 산화반응에 따른 반응열에 의하여 배기정화촉매장치(30)가 승온한다.
압축 O2-F/B 모드에서의 목표 공기 연료비를 희박 공기 연료비측으로 할수록 연료 분사량이 감소하기 때문에, CO 발생량이 줄어 스모크발생량이 감소한다. 바람직하게는, 점화시기와 분사종료시기를 스모크발생량이 저감하고 또한 CO를 충분히 얻을 수 있도록, 예를 들면 점화시기를 5°BTDC 및 분사종료시기를 55°BTDC로 설정된다. 즉, 점화시기와 분사종료시기와의 간격을 40°CA 내지 60°CA로 설정된다.
한편, 엔진의 냉간 시동에 따라 촉매장치온도가 저하한 경우(소정조건), 또한 O2센서가 활성화되어 있으면, 압축 O2-F/B 모드에서의 엔진운전이 행하여진다. 한편 O2센서가 활성화되어 있지 않으면, 도시하지않은 아이들 스위치가 오프, 엔진회전속도(Ne), 목표평균 유효압(Pe), 차속(V)이 각각 미리 설정된 소정치 이하로 또한 냉각수온이 난기온도이하 일 때, 즉, 토오크부족 및 과승온의 염려가 있을 때, 흡입행정 또는 압축행정에 있어 주연료의 분사를 행한 후, 팽창행정에서 부연료의 분사를 행하는 2단분사, 또는 약희박(오픈 루프)을 실시한다. 2단분사에서는 부연료의 분사에 의한 미연연료성분이 반응형 배기 매니홀드의 작용하에서 연소하여 배기온도가 상승한다. 2단분사 계속시간 판별타이머 등에 의하여 촉매온도가 최저활성화 온도 이상으로 도달하였다고 판정하고, 또한 O2센서가 미활성인 경우, 압축 약희박(오픈 루프)을 실시한다.
상술한 바와 같이, 압축 O2-F/B 모드에서의 엔진운전에 의한 배기 가스승온에 의하여 촉매를 활성상태로 할 수 있다. 그렇지만, 이론 공기 연료비에 대응하는 제 1 출력반전점에서 출력이 반전하는 O2센서를 이용하여 흡입행정 공기 연료비 피드백 제어를 행하는 운전상태에서, 상기 O2센서를 이용함과 동시에 상기 02센서출력의 반전에 따라 보정계수 KFB를 가변으로 하는 압축 O2-F/B 모드제어를 행하는 운전상태로 절환하면, 압축 O2-F/B 모드에서는 상기 O2센서의 출력반전점(제 2 출력반전점)이 이론 공기 연료비의 제 1 출력반전점에서 공기 연료비로 0.3 내지 1.O 정도 희박 측으로 시프트하게 된다. 이러한 운전 모드 절환시에, 운전 모드의 절환 직후에 상기 02센서출력의 제 2 출력반전점의로 시프트가 늦어짐에 따라 공기 연료비 보정값의 적정화가 늦어 질 수 있다(도 7 및 도 8 참조). 도 7에서 02센서 출력 등의 공기 연료비에 의존하여 변화되는 변수를 흡입행정분사에 대해서는 파선으로 도시하고, 압축행정분사에 대해서는 실선으로 도시한다.
본 실시형태에서는 운전 모드절환시의 공기 연료비 제어를 안정화하도록, ECU(공기연료비 보정수단)(4O)는 도 4 및 도 5에 도시한 공기 연료비 제어루틴을 소정주기로 실행한다.
최초에, 이러한 공기 연료비 제어전에, 도 2 및 도 3에 도시한 제어 루틴에 있어서, 현재주기 및 직전주기의 운전 모드 판정이 행하여진다. 도 2의 제어루틴에 있어서, 우선 ECU(40)에 의해 현재의 행정이 압축 O2-F/B 모드의 상태인가를 판정한다(단계 S50). 이 판정결과가 긍정(YES)이면, 현재의 행정이 압축 O2-F/B 모드인 것으로 하여 F1을 0으로 셋트한다(단계 S52). 단계 S50에서의 판정결과가 부정(NO)인 경우에는, 단계 S51로 진행하고, 현재의 행정이 흡입02-F/B 모드인가 아닌가를 판정한다(단계 S51). 이 판정결과가 긍정인 경우에는, 단계 S53에 진행하여, 현재의 행정이 흡입02-F/B 모드인 것으로 하여 F1을 1로 셋트한다. 단계 S51의 판정결과가 부정인 경우에는, 단계 S54에 진행하고, 현재의 행정이 압축 O2-F/B 모드 또는 흡입 O2-F/B 모드의 어느 쪽도 해당하지 않는 것으로서, F1을 2로 셋트한다.
도 3의 제어 루틴에서는 우선 ECU(40)에 의해 직전주기의 행정이 압축 02-F/B 모드의 상태인가를 판정한다(스텝 S60). 이 판정결과가 긍정(YES)이면, 직전주기의 행정이 압축 O2-F/B 모드인 것으로 하여 F2를 0로 셋트한다(단계 S62). 단계 S60에서의 판정결과가 부정(NO)인 경우에는, 단계 S61로 진행하고, 직전의 행정이 흡입 O2-F/B 모드인 가 아닌가가 판정된다(단계 S61). 이 판정결과가 긍정인 경우에는 단계 S63으로 진행하고, 직전주기의 행정이 흡입02-F/B 모드인 것으로 하여 F2를 1로 셋트한다. 단계 S61의 판정결과가 부정인 경우에는, 단계 S64로 진행하고, 직전주기의 행정이 압축 O2-F/B 모드 또는 흡입 O2-F/B의 어느 것에도 해당하지 않는 운전 모드인 것으로 하여, F2를 2로 셋트한다.
이와 같이, 도 2 및 도 3의 운전 모드판정제어 루틴에 의해, 소정주기에서 현행주기 및 직전의 운전 모드판정결과가 갱신된다.
도 4 및 도 5에 도시한 공기 연료비 루틴에서는, 우선 단계 S2로, 도 2 및 도 3에 도시한 제어 루틴에 있어서의 현행주기 및 직전주기의 운전 모드판정결과를 플러그 F1, F2로 셋트한다.
현시점의 운전 모드가 압축 O2-F/B 모드가 아닌(F1≠0) 것이 단계S4에서 판별되면, 현재의 운전 모드가 흡입 O2-F/B 모드(F1= 1)인가 아닌가를 판별한다(단계 S16). 이 판결결과가 부정(NO), 즉 현재주기의 운전 모드가 압축 O2-F/B 모드나 흡입 O2-F/B 모드 이외의 운전 모드(일괄하여 오픈 루프 모드(F1= 2)로 칭한다)이면, O2-F/B 공기 연료비 보정계수 KFB를 값「1.0」으로 설정된다(단계 S22).
현재주기의 운전 모드가 압축 O2-F/B 모드(F1= 0)이면, 전회주기의 운전 모드가 흡입 O2-F/B 모드인가 아닌가가 판별된다(단계 S6). 단계 S6의 판별결과가 긍정(YES) 즉, 흡입 O2-F/B 모드(F2= 1)에서 압축 O2-F/B 모드로의 이행 직후이면, PI 제어에 근거한 O2-F/B 모드에서의 보정계수의 갱신치 KFB(=1+P+I+KLRN)에서 오프셋값 K0S을 감함으로써 O2-F/B 공기 연료비 보정계수 KFB를 구한다(단계 S10). 단계 S6의 판정결과가 부정이면, 단계 S8에서 직전주기의 운전 모드가 압축 O2-F/B 모드인가 아닌가가 판별된다. 이 결과가 긍정(F2=0)이면, 압축 O2-F/B 모드가 계속되고 있는 것이기 때문에, 보정계수KFB에는 보통의 PI제어(1+P+I+KLRN)가 적용된다(단계 S12). 한편 단계 S8의 판정결과가 부정(F2≠ 0)이면, 흡입 O2-F/B 모드 또는 압축 O2-F/B 모드이외의 운전 모드에서 압축 O2-F/B 모드로의 이행시점이기 때문에, O2-F/B 모드에서의 보정계수 KFB는 O2-F/B 보정계수의 초기치 KFB0에서 오프셋값 KOS를 감하는 것으로 설정된다(단계 S14).
한편 도 5에 도시된 루틴에 있어서, 단계 S6 및 S18의 판정결과에서, 압축O2-F/B 모드에서 흡입 O2-F/B 모드로의 절환시(F=1, F2= 0)에는, O2-F/B 모드에서의 보정계수 KFB(=1+P+I+KLRN)에 오프셋값 K0S를 가하는 것에 의해 O2-F/B 공기 연료비 보정계수 KFB가 구해진다(단계 S24). 또한, 단계 S20에서 전회주기의 모드가 O2-F/B 모드 이외라고 판정된 경우, 02-F/B 모드 이외의 운전 모드로부터 흡입02-F/B 모드로의 이행시점(F1=1, F2=2)이 되기 때문에, 02-F/B 모드에서의 보정계수의 초기치 KFBO가 02-F/B 공기 연료비 보정계수 KFB로서 설정된다(단계 S28). 흡입02-F/B가 계속되는 경우(F1=1, F2=1), KFB는 PI 제어에 근거하여 갱신된다(단계 S26).
여기서, 감산·가산의 보정량 Kos는 고정값이라도 좋고, 또는 미리 설정해둔 맵에서 엔진운전상태(예를 들면, 엔진회전수와 부피효율)에 따라 요청되는 것이라도 좋다.
상술한 바와 같이, 흡입 02-F/B 모드 또는 오픈 루프 모드에서 압축 O2-F/B 모드로 절환하는 경우 및 압축 O2-F/B 모드로부터 흡입 O2-F/B 모드로 절환하는 경우에 보정계수 KFB를 증감 보정에 의해, 모드절환 직후의 실제 공기 연료비를 새로운 목표 공기 연료비로 강제적으로 근접시킬 수 있고, 공기 연료비가 새로운 목표 공기 연료비로 옮겨가기까지의 소요시간이 단축되어 새로운 목표 공기 연료비에 기초하여 공기 연료비 피드백 제어가 조기에 시작되어, 공기 연료비 제어의 안정화가 도모된다(도 6 참조).
본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 엔진운전영역, 운전 모드의 구분설정 및 보정계수 KFB의 오프셋 조정을 해야 되는 모드절환의 종별은 실시형태에 한정되지 않는다. 또한, 실시형태에서는, 배기 가스특성의 향상을 도모하도록 이론 공기 연료비근방에서의 압축행정분사를 촉매승온 요구에 따라 행하도록 하였지만, 이 압축행정분사를 촉매승온 요구 이외의 기관특성향상, 예를 들면 드라이브의 가속요구가 있고, 초박 공기 연료비를 목표 공기 연료비로 하는 압축행정분사 모드에서 흡입 행정 피드백 모드 또는 오픈 루프 모드로 이행할 때에 압축행정 O2피드백 모드를 통하여 모드변경하는 것에 의해 모드 변경에 따른 토오크 쇼크를 억제하여 기관출력특성을 향상하기 위해 실시하여도 좋다. 이 경우, 소정조건이란 촉매온도가 아니라 예를 들면, 액셀레이터의 열림 정도나 스로틀의 열림 정도 등의 변화율 등으로 나타난다.

Claims (11)

  1. 연소실을 향하여 배치된 연료분사 밸브로부터 상기 연소실내로 연료를 분사하는 통내 분사형 내연기관에 있어서,
    상기 내연기관의 배기통로에 설치되고 배기배기연료비를 검출하는 공기 연료비檢出 검출수단과;
    이론 공기 연료비를 제 1 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 실행하면서 흡입행정중에 연료를 분사하는 제 1 운전 모드와 이론 공기 연료비 근방의 소정 공기 연료비를 제 2 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 실행하면서 압축행정중에 연료를 분사하는 제 2 운전 모드를 갖는 운전 모드절환수단을 구비하고,
    상기 운전 모드절환수단은 상기 제 1 및 제 2 운전 모드 사이에서 소정 조건하에서 선택적으로 절환되는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공기 연료비 검출 수단은 배기 가스중의 산소 농도에 따라 농후공기 연료비를 나타내는 제 1 출력치와 희박 공기 연료비를 나타내는 제 2 출력치 사이에서 출력이 변화되는 산소 농도 검출수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 산소 농도검출수단은 상기 제 1 운전모드 운전중의 상기 제 1 목표 공기 연료비에 있어 상기 제 1 출력치와 상기 제 2 출력치 사이에서 출력이 변화되는 제 1 출력반전점과, 상기 제 2 운전 모드의 운전중의 상기 이론 공기 연료비보다도 연료가 희박한 상기 제 2 목표 공기 연료비에 있어 상기 제 1 출력치와 상기 제 2 출력치 사이에서 출력이 변화되는 제 2 출력반전점과를 가지며, 그리고,
    상기 제 1 및 제 2 운전 모드에서 공기 연료비 피드백 제어를 상기 산소 농도검출수단의 출력에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 제 1 및 제 2 운전 모드에서 공기 연료비 피드백 제어에 있어 상기 산소 농도 검출수단의 출력에 따라 각각 공기 연료비 보정값을 설정하는 공기 연료비 보정수단을 더 구비하고,
    상기 공기 연료비 보정수단은 상기 운전 모드 절환될 때에 상기 공기 연료비 보정값을 증감 보정하는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 공기 연료비 보정수단은 운전 모드가 상기 제 1 운전 모드로부터 상기 제 2 운전 모드로 절환될 때 상기 제 1 운전 모드에 있어 설정된 공기 연료비 보정값을 감산 보정하고, 또한 상기 공기 연료비 보정수단은 상기 제 2 운전 모드로부터 상기 제 1 운전 모드로 절환될 때 상기 제 2 운전 모드에 있어 설정된 공기 연료비 보정값을 가산 보정하는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 운전 모드절환수단은 상기 내연기관이 출력특성의 향상이 요구되는 중 고부하 운전상태에 있을 때 운전 모드를 상기 제 1 운전 모드로 절환되고, 상기 내연기관이 배기정화장치의 촉매의 승온이 요구되는 운전상태에 있을 때에 운전 모드를 상기 제 2 운전 모드로 절환되는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 운전 모드절환수단은 상기 제 2 운전 모드에서의 공기 연료비 피드백 제어에 있어 상기 제 2 목표 공기 연료비를 상기 이론 공기 연료비보다도 연료가 희박한 공기 연료비로 설정되는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  8. 연소실을 향하여 배치된 연료분사 밸브로부터 상기 연소실내로 연료를 분사하는 통내 분사형 내연기관에 있어서,
    이론 공기 연료비를 제 1 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 실행하면서 흡입행정중에 연료를 분사하는 제 1 운전 모드를 적어도 설정하는 운전 모드설정수단과;
    상기 제 1 운전 모드의 운전중에 있어, 배기 가스중의 산소 농도에 따라 농후 공기 연료비를 나타내는 제 1 출력치와 희박 공기 연료비를 나타내는 제 2 출력치 사이에서 출력이 변화되는 제 1 출력반전점을 갖는 산소 농도 검출수단과;
    상기 내연기관의 운전상태에 따라, 상기 설정된 제 1 운전 모드 및 상기 산소 농도 검출수단의 출력에 따라 상기 연료분사밸브로부터 공급되는 연료를 제어하는 연료 제어수단과를 구비하고,
    상기 운전 모드설정수단은 목표 공기 연료비를 상기 제 1 목표 공기 연료비보다도 연료가 희박한 제 2 목표 공기 연료비로 압축행정분사를 하는 것에 따라 환원성분 및 잉여산소의 배출량을 증대하는 제 2 운전 모드로 설정되고, 더욱이,
    상기 연료 제어수단은 상기 제 2 운전 모드에 따른 연료 제어를 실행하고, 그것에 의하여 상기 산소 농도 검출장치는 상기 산소 농도 검출장치의 상기 제 1 출력반전점을 상기 제 1 출력반전점보다도 연료희박측으로 상기 제 1 출력치와 상기 제 2 출력치 사이에서 출력이 변화되는 제 2 출력반전점으로 시프트되는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 연료 제어 수단은 상기 설정된 제 2 운전 모드 및 상기 제 2 출력반전점으로 시프트된 상기 산소 농도 검출장치의 출력에 따라 연료를 제어함으로써 압축행정에 있어 공기 연료비 피드백 제어를 실행할 수 있는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 각 운전 모드에서의 공기 연료비 피드백 제어에 있어 상기 산소 농도검출수단의 출력에 따라 각각 공기 연료비 보정값을 설정하는 공기 연료비보정수단을 더 구비하고, 그리고,
    상기 공기 연료비보정수단은 상기 각 운전 모드간의 모드 절환에 앞서 상기 공기 연료비 보정값을 증감 보정하는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
  11. 연소실을 향하여 배치된 연료분사밸브로부터 상기 연소실내에 연료를 분사하는 통내 분사형 내연기관에 있어서,
    상기 내연기관의 배기통로에 설치되고 배기공기 연료비를 검출하는 공기 연료비검출수단과;
    이론 공기 연료비를 제 1 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 피드백 제어를 실행하면서 흡입행정중에 연료를 분사하는 제 1 운전 모드와 이론 공기 연료비근방의 소정 공기 연료비를 제 2 목표 공기 연료비로 한 공기 연료비 제어를 실행하면서 압축행정중에 연료를 분사하는 제 2 운전모드를 갖는 운전 모드절환수단과를 구비하고, 여기에서, 상기 운전 모드절환수단은 상기 내연기관이 출력특성의 향상이 요구되는 중 고부하운전상태에 있을 때에 운전 모드를 상기 제 1 운전 모드로 절환하여, 상기 내연기관이 배기정화장치의 촉매의 승온이 요구되는 운전상태에 있을 때에 운전 모드를 상기 제 2 운전 모드로 절환하는 것을 특징으로 하는 통내 분사형 내연기관.
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