KR20020019547A - 디젤 엔진 제어 - Google Patents

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KR20020019547A
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이토야마히로유키
오사무라겐스케
도우쿠라노부스케
이와노히로시
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하나와 요시카즈
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

제어 유니트(41)는 디젤 엔진(1)의 주행 조건에 따라 배기 재순환 밸브(6)의 개방을 제어한다. 제어 유니트(41)는 주행 조건에 따라 밸브(6)의 개방 및 엔진의 목표 초과 공기 팩터에 기초하여 배기가스 재순환 밸브에 의해 재순환된 배기가스중 공기량을 고려하여 엔진(1)에 공급된 가스 혼합 및 목표 흡기 신선공기량의 등가비를 연산한다. 목표 흡기 신선공기량에 따라 과급기(50)를 제어하고, 등가비로부터 연산된 연료분사량에 따라 연료공급장치를 제어하므로, 엔진(1)의 초과 공기 팩터 및 배기가스 재순환 밸브(6)의 배기가스 재순환률은 최적치로 각각 제어된다.

Description

디젤 엔진 제어{DIESEL ENGINE CONTROL}
1998년 일본국 특개평 제10-288043호 공보는 엔진의 배기가스 재순환(EGR)률 및 초과 공기 팩터의 비를 일정치로 유지하므로서 매연과 미립자의 발생량 및 산화질소(NOx)의 발생량이 억제되는 차량용 디젤 엔진을 개시하고 있다.
본 발명은 흡기 통로에서 유속을 조정하는 기구 및 배기가스 재순환 장치가 제공된 차량용 디젤 엔진에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 제어 장치의 개략도이다.
도 2는 디젤 엔진에 설치되는 일반 레일 연료분사장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어기에 의해 실행되는 목표 연료분사량(Qsol)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 4는 제어기에 의해 저장된 기본 연료분사량 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 5는 제어기에 의해 실행된 EGR 밸브의 개방면적(Aev)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 6은 제어기에 의해 저장된 EGR 밸브 상승량의 용적을 도시하는 도표이다.
도 7은 제어기에 의해 실행된 실린더에 대하여 목표 EGR량(Tqek)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 8은 제어기에 의해 실행된 실린더 흡기 신선공기량(Qac)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 9는 제어기에 의해 실행된 흡기 통로의 흡기 신선공기 유속(Qas0)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 10은 제어기에 의해 저장된 흡기 공기량 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 11은 제어기에 의해 실행된 목표 EGR률(Megr)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 12는 제어기에 의해 저장된 기본 목표 EGR률(Megrb)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 13은 제어기에 의해 저장된 수온 보정계수(Kegr_tw)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 14는 제어기에 의해 실행된 완전 연소 판정 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 15는 제어 유니트에 의해 실행된 과급기의 압력 제어치의 듀티치 (Dtyvnt)를 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 16은 도 15와 유사하지만 다른 본 발명의 제2 실시예를 도시한다.
도 17은 제어 유니트에 의해 실행된 흡기 밸브 위치의 EGR률(Megrd)을 연산하는 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 18은 제어 유니트에 의해 실행된 시간 상수 등가치(Kkin)를 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 19는 제어 유니트에 의해 실행된 체적 효율 등가 기본치(Kinb)의 도면의 용적을 도시하는 순서도이다.
도 20은 제어 유니트에 의해 실행된 목표 흡기 공기량(tQac)을 연산하기 위한 서브루틴을 도시하는 순서도이다.
도 21은 제어 유니트에 의해 실행된 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)를 연산하기 위한 서브루틴을 도시하는 순서도이다.
도 22는 제어 유니트에 의해 저장된 목표 초과 공기 팩터 기본치(Tlambb)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 23은 제어 유니트에 의해 저장된 수온 보정계수(Klamb_Tw)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 24는 제어 유니트에 의해 실행된 실제 EGR량(Qec)을 연산하기 위한 서브루틴을 도시하는 순서도이다.
도 25는 제어 유니트에 의해 실행된 가변 연료분사 노즐의 목표 개방(Rvnt)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 26은 제어 유니트에 의해 저장된 목표 개방(Rvnt)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 27은 도 25와 유사하지만 다른, 본 발명의 제2 실시예를 도시한다.
도 28은 도 26과 유사하지만 다른, 본 발명의 제2 실시예를 도시한다.
도 29는 제어 유니트에 의해 실행된 목표 개방의 개방 루프 제어량(Avnt_f)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 30은 제어 유니트에 의해 실행된 목표 개방의 피드백 제어량(Avnt_fb)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 31은 제어 유니트에 의해 실행된 목표 개방의 선형화 처리를 실행하기 위한 서브루틴을 도시하는 순서도이다.
도 32는 제어 유니트에 의해 저장된 목표 개방(Rvnt)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 33은 가변 노즐의 개방면적과 과급 압력 사이의 관계를 도시하는 도표이다.
도 34는 제어 유니트에 의해 실행된 과급기의 압력 제어 밸브의 듀티치(Dtyvnt)를 설정하기 위한 서브루틴을 도시하는 순서도이다.
도 35는 제어 유니트에 의해 실행된 듀티 선택 신호 플래그(fvnt2)를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 36은 제어 유니트에 의해 실행된 듀티치의 온도 보정량(Dty_t)을 보정하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 37은 제어 유니트에 위해 저장된 기본 배기가스 온도(Texhb)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 38은 제어 유니트에 위해 저장된 수온 보정계수(Ktexh_Tw)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 39는 제어 유니트에 위해 저장된 온도 보정량(Dty_t)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 40은 과급기의 액츄에이터의 온도 특성을 도시하는 도표이다.
도 41은 제어 유니트에 의해 저장된 가변 노즐이 완전히 닫힐 때, 가변 노즐의 개방이 일정하거나 증가할 때의 듀티치(Duty_h)의 도면의 용적의 도표이다.
도 42는 제어 유니트에 의해 저장된 가변 노즐이 완전히 개방될 때, 가변 노즐의 개방이 일정하거나 증가할 때의 듀티치(Duty_l)의 도면의 용적의 도표이다.
도 43은 도 41과 유사하지만, 가변 노즐의 개방이 감소중인 경우를 도시한다.
도 44는 도 42와 유사하지만, 가변 노즐의 개방이 감소중인 경우를 도시한다.
도 45는 본 발명이 따른 명령 개방 선형화 처리치 및 듀티치 사이의 관계에서 이력현상을 도시하는 도표이다.
도 46은 제어 유니트에 의해 실행된 작동 체크 서브루틴을 도시하는 순서도이다.
도 47은 제어 유니트에 의해 실행된 듀티치(Dtyvnt)를 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 48은 제어 유니트에 의해 저장된 제어 패턴치(Duty_pu)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 49는 제어 유니트에 의해 저장된 듀티치(Duty_p_ne)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 50은 제어 유니트에 의해 실행된 EGR량 피드백 보정계수(Kqac00), EGR 유속 피드백 보정계수(Kqac0), 및 EGR 유속 학습 보정계수(Kqac)를 연산하기 위한 서브루틴을 도시하는 순서도이다.
도 51은 제어 유니트에 의해 실행된 피드백 허용 플래그(fefb)를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 52는 제어 유니트에 의해 실행된 학습치 반영 허용 플래그(felrn2)를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 53은 제어 유니트에 의해 실행된 학습치 허용 플래그(felrn)를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 54는 제어 유니트에 의해 실행된 EGR량 피드백 보정계수(Kqac00)를 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 55는 제어 유니트에 의해 저장된 보정 게인(Gkfb)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 56은 제어 유니트에 의해 저장된 수온 보정계수(KgfbTw)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 57은 제어 유니트에 의해 실행된 EGR 유속 피드백 보정계수(Kqac0)를 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 58은 제어 유니트에 의해 저장된 EGR 유속의 보정 게인(Gkfbi)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 59는 제어 유니트에 의해 저장된 수온 보정계수(KgfbiTw)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 60은 제어 유니트에 의해 저장된 오차비 학습치(Rqacn)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 61은 제어 유니트에 의해 실행된 학습치를 갱신하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 62는 제어 유니트에 의해 저장된 학습률(Tclrn)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 63은 제어 유니트에 의해 실행된 EGR치 유속(Cqe)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 64는 제어 유니트에 의해 저장된 EGR치 유속(Cqe)의 도면의 용적을 도시하기 위한 도표이다.
도 65는 제어 유니트에 의해 저장된 흡기 공기 온도 보정계수(Klamb_ta)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 66은 제어 유니트에 의해 저장된 대기압 보정계수(Klamb_pa)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 67은 제어 유니트에 의해 실행된 풍부 스파이크 플래그(frspk)를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 68은 제어 유니트에 의해 실행된 최종 목표 연료분사량(Qfin)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 69는 제어 유니트에 의해 실행된 목표 트로틀 개방(TVO)을 연산하기 위한 루틴을 도시하는 순서도이다.
도 70은 제어 유니트에 의해 저장된 최소 신선공기량 기본치(aQacb)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 71은 제어 유니트에 의해 저장된 부하 보정계수(kaQqc)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 72는 제어 유니트에 의해 저장된 신선공기량비(tDNV)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
도 73은 제어 유니트에 의해 저장된 목표 트로틀 개방(TVO)의 도면의 용적을 도시하는 도표이다.
배기가스 통로에 NOx 트랩이 설치된 디젤 엔진에서, 트랩에 축적된 NOx를 환원시키기 위해서는, EGR률을 변화시키지 않고 하나 이하의 초과 공기 팩터를 감소시키고, 환원제로서 배기 통로에 탄화수소(HC)를 공급하여야 한다. 그러나, 이 제어 장치에서, 다른 상수를 유지하면서 초과 공기 팩터 및 EGR률 중의 하나를 변화시키는 것은 불가능하다.
또한, 매연 및 미립자의 발생량 및 산화질소(NOx)의 발생량을 억제하기 위하여 요구되는 초과 공기 팩터 및 EGR률은 항상 일정할 필요는 없다.
그러므로, 본 발명의 목적은 요구되는 초과 공기 팩터 및 EGR률을 독립적으로 제어하는 것이 가능하도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 초과 공기 팩터를 정확하게 제어하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위해서, 본 발명은 신선공기를 흡입하는 흡기 통로, 흡기 통로의 신선공기의 흡입량을 변화시키는 조정장치, 엔진의 배기가스를 배출하는 배기 통로, 흡기 통로로 배기가스의 일부를 재순환시키는 배기가스 재순환 밸브 및 엔진에 연료를 공급하는 연료 공급 장치를 구비하는 엔진 제어 장치가 제공된다.
상기 엔진은 흡기 통로에 의해 흡입된 신선공기 및 배기가스 재순환 밸브에 의해 재순환된 배기가스의 혼합에 의해 연료를 연소한다.
제어 장치는 엔진의 주행 조건을 검출하는 센서, 흡기 통로의 신선공기 흡입량을 검출하는 센서 및 마이크로프로세서를 구비한다. 상기 마이크로프로세서는 주행 조건에 따라 배기가스 재순환 밸브의 목표 배기가스 재순환치를 판정하고, 목표 배기가스 재순환치에 기초하여 배기가스 재순환 밸브를 제어하고, 주행 조건에 따라 제1 목표치를 연산하고, 제1 목표치 및 목표 배기가스 재순환치에 기초하여 제2 목표치를 연산하고, 제2 목표치에 기초하여 조정장치를 제어하고, 제2 목표치에 기초하여 연료공급장치를 제어하도록 프로그램된다.
제1 목표치는 엔진에 공급된 공기량과 연료량 사이의 관계를 나타내고 반면, 제2 목표치는 흡기 통로에 의해 흡입된 신선공기량과 엔진에 공급된 연료량 사이의 관계를 나타내며,
또한, 본 발명은 엔진의 주행조건을 검출하는 장치, 흡기 통로의 신선공기 흡입량을 검출하는 장치, 주행 조건에 따라 목표 배기가스 재순환치를 판정하는 장치, 목표 배기가스 재순환치에 기초하여 배기가스 재순환 밸브를 제어하는 장치,주행 조건에 따라 제1 목표치를 연산하는 장치, 제1 목표치 및 목표 배기가스 재순환치에 기초하여 제2 목표치 및 엔진에 공급된 연료량을 연산하는 장치, 제2 목표치에 기초하여 조정장치를 제어하는 장치, 및 제2 목표치에 기초하여 연료공급장치를 제어하는 장치를 구비하는 엔진 제어 장치를 제공한다.
제1 목표치는 엔진에 공급된 공기량과 연료량 사이의 관계를 나타내고 반면, 제2 목표치는 흡기 통로에 의해 흡입된 신선공기량과 엔진에 공급된 연료량 사이의 관계를 나타내며,
또한, 본 발명은 엔진의 주행조건을 검출하는 단계, 흡기 통로의 신선공기 흡입량을 검출하는 단계, 주행 조건에 따라 목표 배기가스 재순환치를 판정하는 단계, 목표 배기가스 재순환치에 기초하여 배기가스 재순환 밸브를 제어하는 단계, 주행 조건에 따라 제1 목표치를 연산하는 단계, 제1 목표치 및 목표 배기가스 재순환치에 기초하여 제2 목표치 및 엔진에 공급된 연료량을 연산하는 단계, 제2 목표치에 기초하여 조정장치를 제어하는 단계, 및 제2 목표치에 기초하여 연료공급장치를 제어하는 단계를 구비하는 엔진 제어 방법을 제공한다.
제1 목표치는 엔진에 공급된 공기량과 연료량 사이의 관계를 나타내고 반면, 제2 목표치는 흡기 통로에 의해 흡입된 신선공기량과 엔진에 공급된 연료량 사이의 관계를 나타내며,
본 발명의 다른 특징뿐만 아니라 장점에 대한 설명은 명세서의 나머지부분에서 설명되고 첨부도면에 도시된다.
(제1 실시예)
도 1을 참조로 하면, 디젤 엔진(1)은 흡기 통로(3) 및 배기 통로(2)를 구비한다. 디젤 엔진(1)은 열 발생의 패턴이 저온 예혼합 연소에 기인한 단일 단계 연소가 되도록 구성된 다중 실린더 디젤 엔진이다. 이러한 디젤 엔진은 1999년 일본국 특개평 제 8-86251호 공보에 개시되어 있다. 흡기 통로(3)의 흡기 공기는 컬렉터(3A)를 통해 디젤 엔진의 각각의 실린더에 공급된다. 가변 용량 과급기(50)의 압축기(55)가 컬렉터(3A)의 흡기 통로(3)의 상류에 설치된다. 소용돌이 제어 밸브는 흡기 통로(3)로부터 각각의 실린더를 이끄는 흡기 포트에 설치된다. 디젤 엔진(1)이 저부하에서 저회전 속도로 주행중일 때, 통로의 부분을 닫으며, 디젤 엔진(1)의 연소실(1A)로 유입하는 공기의 흐름으로 소용돌이를 일으킨다.
연소실(1A)은 큰 직경의 환형 연소실을 구비한다. 이것은 동일 직경의 실린더 공동이 피스톤 상에 캡 표면을 따라 저부에 형성되는 연소실이다. 원뿔형 부분이 공동의 저부에 형성된다. 그러므로, 공동의 외부로부터 유입하는 소용돌이에 대한 저항이 감소되며, 공기 및 연료의 혼합이 증진된다. 또한, 공동의 형상으로 인해, 피스톤이 내려감에 따라 공동의 중심으로부터 외부로 소용돌이가 퍼진다.
디젤 엔진(1)은 일반 레일 형식의 연료분사장치(10)를 구비하다.
도 2를 참조로 하면, 연료분사장치(10)는 연료 탱크(11), 연료 공급통로 (12), 공급 펌프(14), 일반 레일(16)에 형성된 축압실(16A) 및 모든 실린더에 공급되는 노즐(17)을 구비한다. 공급 펌프(14)로부터 공급된 연료가 고압 연료통로(15)를 통해 축압실(16A)에 저장된 후, 각각의 노즐(17)에 분배된다.
노즐(17)은 저장된 후 밸브(18), 저장된 후(19), 저장된 후(19)에 대한 연료 통로(20),저장된 후(21), 유압 피스톤(22), 복귀 스프링(23), 유압 피스톤(22)에 고압 연료를 이끄는 연료 통로(24) 및 연료 통로(24)에 수평으로 삽입된 저장된 후 저장된 후 밸브(25)를 구비한다. 복귀 스프링(23)은 저장된 후(21)저장된 후 통해 도면의 하부의 폐쇄 방향으로 저장된 후 밸브(18)를 민다. 유압 피스톤(22)은 저장된 후(21)의 상부 가장자리와 접촉한다.
저장된 후 밸브(25)는 저장된 후(16A)에 연결된 저장된 후(A), 연료 통로(24)에 연결된 저장된 후(B) 및 배수 통로(28)에 연결된 저장된 후(C)저장된 후 구비한다. 저장된 후 밸브(25)가 오프(OFF)일 때, 포트(A 및 B)가 연결되고, 포트(B 및 C)는 차단된다. 그러므로, 연료 통로(20 및 24)가 연결되고, 고압 연료가 축압실(16A)로부터 유압 피스톤 (22)상부와 노즐실(19) 양자로 안내된다. 유압 피스톤(22)의 압력 수용 면적이 니들 밸브(18)의 압력 수용 면적보다 더 크므로, 이러한 상태에서, 니들 밸브(18)는 밸브 시트에 안착되고, 이에 의해 노즐(17)은 닫힌다.
삼방향 밸브(25)가 온(ON)인 상태에서, 포트(A 및 B)는 차단되고, 포트(B 및 C)가 연결된다.
따라서, 유압 피스톤(22)을 하향으로 미는 연료 통로(24)의 연료압력이 배수 통로(28)를 통해 연료 탱크(11)로 배출되며, 니들 밸브를 상향으로 작용시키는 노즐실(19)의 연료압력으로 인해 니들 밸브(18)가 상승되며, 노즐실(19)의 연료가 노즐(17)의 끝단에서 구멍으로부터 분사된다. 삼방향 밸브(25)가 오프 상태로 복귀된다면, 축압실(16A)의 연료압력은 다시 유압 피스톤을 하향으로 작동하며, 니들 밸브(18)는 밸브 시트에 안착되어, 연료 분사가 종료된다.
즉, 연료 분사 개시시기가 삼방향 밸브(25)의 오프(OFF)로부터 온(ON)까지의 변환 시기에 의해 조정되며, 연료분사량은 온(ON)상태 존속기간에 의해 조정된다. 그러므로, 축압실(16A)의 압력이 동일하다면, 연료분사량은 삼방향 밸브(25)의 온(ON)시간을 더 길게 증가시킨다.
또한, 축압실(16A)의 압력을 조정하기 위해서, 연료분사장치(10)는 공급 펌프(14)에 의해 배출된 잉여연료를 연료공급통로(12)로 복귀시키는 복귀통로(13)를 구비한다. 복귀통로(13)에는 압력 조정 밸브(31)가 설치된다. 압력 조정 밸브 (31)는 복귀 통로(13)를 개폐하며, 축압실(16A)에 대한 연료분사량을 변화시키므로서 축압실(16A)의 압력을 조정한다.
축압실(16A)의 연료압력은 노즐(17)의 연료분사압과 동일하며, 연료분사률은 축압실(16)의 높은 연료압력보다 더 높아진다. 삼방향 밸브(25) 및 압력 조정 밸브(31)는 제어 유니트(41)로부터 입력신호에 따라 기능을 한다.
연료분사장치(10)의 상기 구조는 제 13회 국제 내연 기관 학회 논문집의 73 페이지 내지 77페이지에 공지되어 있다.
이제, 도 1을 다시 참조하면, 배기가스는 배기 통로(2)에서 과급기(50)의 배기가스 터빈(52)을 구동한 후, 촉매 컨버터(62)를 통해 대기 측으로 배출된다. 디젤 엔진(1)이 희박 공연비하에서 작동할 때, 촉매 컨버터(62)는 산화질소(NOx)를방취하고, 디젤 엔진(1)이 풍부 공연비하에서 작동할 때, 배기가스 중에 함유된 탄화수소(HC)에 의해 방취된 NOx를 감소시킨다.
과급기(50)는 배기가스 터빈(52) 및 배기가스 터빈(52)의 회전에 따라 흡기 통로에서 흡기 신선공기를 과급시키는 압축기(55)를 구비한다. 압축기(55)가 흡기 통로(3)의 중간에 설치되고, 흡기 통로(3)는 디젤 엔진(1)에 압축기(55)에 의해 압축된 공기를 공급한다. 압력 액츄에이터(54)에 의해 구동된 가변 노즐(53)은 배기가스 터빈(52)입구에 제공된다.
압력 액츄에이터(54)는 신호 압력에 따라 가변 노즐(53)을 구동하는 다이어프램 액츄에이터(59) 및 제어 유니트(41)로부터 신호 입력에 따라 신호 압력을 발생시키는 압력 제어 밸브(56)를 구비한다.
제어 유니트(41)는 디젤 엔진(1)의 회전 속도가 낮을 때 노즐 개방을 감소시키도록 가변 노즐(53)을 제어한다. 그러므로, 배기가스 터빈(52)에 안내된 배기가스의 유속은 소정의 과급 압력에 도달되도록 증가된다. 반면에, 디젤 엔진(1)의 회전 속도가 높을 때, 제어 유니트(41)는 저항 없이 배기가스 터빈(52)에 배기가스를 안내하기 위해 가변 노즐(53)을 완전히 개방하도록 제어한다.
디젤 엔진(1)에서 기체연료 혼합이 연소될 때, 유해한 산화질소(NOx)가 형성된다. 산화질소량은 연소 온도에 주로 의존하며, 산화질소의 발생량은 연소 온도를 낮게 만듦으로서 억제될 수 있다. 본 디젤 엔진(1)은 배기 재순환(EGR)에 의해 연소실(1A)에서 산소 농도를 감소시키며, 이로 인해 저온 연소를 실현한다. 이러한 목적으로, 디젤 엔진(1)은 배기가스 터빈(52)의 배기 통로(2) 상류에 연결한 배기가스 재순환(EGR) 통로(4) 및 흡기 통로(3)의 컬렉터(3A)를 구비한다. 음압 제어 밸브(5) 및 냉각장치(7)로부터 제공된 음압을 제어하기 위해 반응하는 다이어프램 형 배기가스 재순환(EGR) 밸브(6)가 EGR 통로(4)에 설치된다.
음압 제어 밸브(5)는 제어기(41)로부터 듀티 신호 입력에 응하여 음압을 발생하며, 이에 의해 EGR 밸브(6)를 통해 배기가스 재순환률(EGR률)을 변화한다.
예컨대, 디젤 엔진(1)의 저회전 속도, 저부하 범위에서, EGR률은 최대 100%이며, 디젤 엔진(1)의 회전 속도 및 부하가 증가함에 따라, EGR률은 감소된다. 고부하에서, 배기가스 온도가 높기 때문에, 많은 양의 EGR이 실행된다면 흡기 공기 온도는 상승할 것이다. 흡기 공기 온도가 상승한다며, 산화질소(NOx)는 더 이상 감소하지 않으며, 분사된 연료의 점화 지연이 더 짧아지고, 예혼합 연소를 얻는 것이 불가능해 진다. 그러므로, EGR률은 디젤 엔진(1)의 회전 속도 및 부하가 증가하는 것과 같은 단계에서 감소하게 된다.
냉각 장치(7)는 엔진 냉각수의 부분을 EGR 통로(4) 주위에 물재킷(8)으로 안내하며, EGR 통로(4)에서 재순환된 배기가스를 냉각한다. 물 재킷(8)의 냉각수 입구(7A)에는 제어 유니트(41)로부터 신호에 따라 냉각수의 재순환량을 조정하는 흐름 제어 밸브(9)가 설치된다.
압력 조정 밸브(31), 삼방향 밸브(25), 음압 제어 밸브(5), 압력 액츄에이터 (54) 및 흐름 제어 밸브(9)는 제어 유니트(41)로부터 신호에 의해 각각 제어된다. 제어 유니트(41)는 CPU, RAM, ROM 및 입출력 인터페이스(I/O interface)가 장착된 마이크로컴퓨터를 구비한다.
축압실(16A)의 연료압력을 검출하는 압력 센서(32), 차량 가속기 페달의 개방(Cl)을 검출하는 가속기 개방 센서(33), 디젤 엔진(1)의 회전 속도(Ne) 및 크랭크각을 검출하는 크랭크각 센서(34), 디젤 엔진(1)의 실린더를 확인하는 실린더 확인 센서(35), 디젤 엔진(1)의 냉각수온(Tw)을 검출하는 수온 센서(36), 흡기 공기 온도(Ta)를 검출하는 흡기 공기 온도 센서(37), 대기압(Pa)을 검출하는 대기압 센서(38) 및 압축기(55)의 흡기 통로(3) 상류의 흡기 공기 유속을 검출하는 공기 기류 미터(39)로부터 검출치에 따른 신호가 제어 유니트(41)에 입력된다.
흡기 공기 온도 센서(37), 대기압 센서(38) 및 공기 기류 미터(39)는 흡기 트로틀(60)의 흡기 통로(3) 상류에 장착된다.
디젤 엔진(1) 및 가속기 개방(Cl)의 회전 속도(Ne)에 기초하여, 제어 유니트 (41)는 노즐(17)의 목표 연료분사량 및 축압실(16A)의 목표 압력을 연산한다. 압력 센서(32)에 의해 검출된 축압실(16A)의 실제 압력이 목표 압력과 일치하도록 축압실(16A)의 연료압력이 압력 조정 밸브(31)의 개폐에 의해 피드백 제어된다.
또한, 삼방향 밸브(25)의 온(ON)에 대한 변환시기에 의해 디젤 엔진(1)의 주행 조건에 응하여 연산된 목표 연료분사량 및 연료분사 개시시기에 따라 제어 유니트(41)가 삼방향 밸브(25)의 온(ON)시간을 제어한다. 예컨대, 디젤 엔진(1)이 높은 EGR률 하에서 저회전 속도, 저부하 상태일 때, 연료분사 개시시기는 분사된 연료의 점화지연이 길도록 피스톤의 상사점 근처에서 지연된다. 이러한 지연에 기인해, 점화 시간의 연소실(1A) 온도는 낮아지며, 높은 EGR률에 기인한 매연의 발생은 예혼합 연소비를 증가하므로서 억제된다. 반면에, 분사 개시시기는 디젤 엔진(1)의 회전 속도 및 부하가 증가함에 따라 앞당겨진다. 이는 하기의 이유에 기인한다. 구체적으로, 점화 지연 주기가 일정할지라도, 점화 지연 주기를 변환하므로서 얻어진 점화 지연 크랭크각은 엔진 속도 증가에 비례하여 증가한다. 그러므로, 소정의 크랭크 각에서 분사된 연료를 점화하기 위하여, 분사 개시시기는 고회전 속도로 앞당겨질 필요가 있다.
또한, 제어 유니트(41)는 디젤 엔진(1)의 초과 공기 팩터 및 EGR률을 제어한다.
제어 유니트(41)는 디젤 엔진(1)의 주행 조건으로부터 목표 EGR률(Megrd)에 기초하여 EGR 밸브(6)를 제어한다. 마찬가지로, 제1 목표치인 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)는 디젤 엔진(1)의 주행 조건으로부터 판정된다. 목표 흡기 신선공기량(tQac) 및 제2 목표치인 목표 등가비(Tfbya)는 엔진(1)의 흡기 밸브 위치에서 EGR률에 따라 목표 초과 공기 팩터(Tlamb) 및 실제 EGR률(Megrd)로부터 판정된다. 과급기(50)의 가변 노즐(53)의 개방은 목표 흡기 신선공기량(tQac)에 따라 판정된다. 다른 한편으로, 최종 목표 연료분사량(Qfin)은 등가비(Tfbya) 및 실린더 흡기 신선공기량(Qac)으로부터 판정된다.
초과 공기 팩터 및 EGR률은 디젤 엔진(1)의 주행 조건에 따라 우선치로서 독립적으로 설정되며, 설정 초과 공기 팩터 및 EGR률이 획득되도록 과급 압력 및 연료분사량이 제어된다.
등가비는 공연 혼합의 이론 공연비(=14.7)/재공연비에 의해 한정된다. 초과 공기 팩터는 공연비/이론 공연비의 공연비에 의해 한정된다. 공연 혼합의 공연비는 디젤 엔진(1)에 공급된 공기 및 연료의 비율이다. 희박 공연비 하에서, 등가비는 1보다 작고, 초과 공기 팩터는 1보다 크다. 풍부 공연비 하에서, 등가비는 1보다 크고, 초과 공기 팩터는 1보다 작다. 여기서, 공연비는 연료에 대한 공기의 비율이며, 초과 공기 팩터가 큰 상태 하에서 배기가스 재순환을 실행하는 디젤 엔진에서, 재순환된 배기가스에 상당한 양의 신선공기가 있다. 그러므로, 등가비 및 초과 공기 팩터를 정확하게 제어하기 위해 제어 유니트(41)는 재순환된 배기가스(4)에 함유된 공기량을 고려하여 연료분사장치(10)의 연료분사량 및 과급기(50)를 통해 공급된 신선공기를 제어한다.
다음으로, 제어 유니트(41)에 의해 실행된 EGR 밸브(6)의 제어에 대해 설명한다.
도 3, 도 4 및 도 8 내지 도 14는 1998년 일본국 특개평 제 10-288071호 공보에 공지되어 있다.
우선, 과급 압력 및 EGR량의 제어에 사용되는 일반 매개변수를 연산하기 위한 루틴이 도시된다. 일반 매개변수는 연료 분사 장치(10)의 목표 연료분사량 (Qsol), EGR 밸브(6)의 목표 EGR률(Megr), 시간 상수 등가치(Kkin), 실제 EGR률 (Megrd), 실린더 흡기 신선공기량(Qac), 흡기 통로(3)의 흡기 신선공기 유속 (Qas0), 실제 EGR량(Qec) 및 목표 흡기 신선공기량(tQac)이다.
시간 상수 등가치(Kkin)는 EGR 밸브(6)와 디젤 엔진(1)의 흡기 밸브 사이에 삽입된 컬렉터(3A)에 기인한 EGR 제어 지연을 나타내는 값이다. 실제 EGR률(Megrd)은 디젤 엔진(1)의 흡기 밸브를 관통하는 흡기 공기의 EGR률을 도시한다. 실제 EGR률(Megrd)은 목표 EGR률(Megr)에 관하여 제1 순서 지연을 변화시킨다. 이러한 매개변수의 연산은 과급 압력 제어 루틴 및 EGR량 제어 루틴에 관계없이 실행된다.
우선, 도 3을 참조로 하여, 목표 연료분사량(Qsol)을 연산하기 위한 루틴을 설명한다. 각각의 실린더 연소 사이클의 각각의 기준위치에 대한 크랭크각 센서 (34)에 의해 REF신호 출력에 동기적으로 이 루틴이 실행된다. 4행정 사이클 엔진의 경우에는, REF신호는 4기통 엔진에 대하여 매 180°마다, 6기통 엔진에 대하여 매 120°마다 출력된다.
우선, 스텝(S1)에서, 엔진 속도(Ne)가 판독되고, 스텝(S2)에서, 가속기 개방 (Cl)이 판독된다.
스텝(S3)에서, 기본 연료분사량(Mqdrv)은 엔진 회전 속도(Ne) 및 가속기 개방(Cl)에 기초하여 도 4에 도시된 도면을 조사하므로서 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장되어 있다.
스텝(S4)에서, 목표 연료분사량(Qsol)은 기본 연료분사량(Mqdrv)에 엔진 냉가 수온(Tw) 등에 기초하여 증가 보정을 추가하므로서 연산된다.
그러나, 상기 루틴은 EGR 가스 중에 잔류 공기량을 고려하지 않았다. 그래서, 본 발명에 따라서, 연료분사 장치(10)에 의한 실제 연료분사량은 상기 루틴에서 연산된 목표 연료분사량(Qsol)과 동일 할 필요는 없지만, 후술되는 최종 목표 연료분사량(Qfin)과 동일해야 한다.
다음으로, 도 11을 참조로 하여, 목표 EGR률(Megr)을 연산하기 위한 루틴을설명한다. 이 루틴은 또한 REF신호와 동기적으로 실행된다.
제어 유니트(41)는 스텝(S51)에서, 우선 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 엔진 냉각수온(Tw)을 판독한다.
스텝(S52)에서, 도 12에 도시된 도면을 참조로 하면, 기본 목표 EGR률 (Megrb)은 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)으로부터 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장되어 있다. 이 도면에서, 기본 목표 EGR률(Megrb)은 엔진의 작동 주파수가 높은 범위에서 더 높게 설정된다. 이 범위는 회전 속도(Ne) 및 부하 모두가 작은 범위에 상응한다. 이 도면에서, 부하는 엔진 출력이 높고, 매연이 발생되기 쉬울 때, 목표 연료량(Qsol) 등에 의해 나타내므로, 이러한 범위에서, 기본 목표 EGR률은 낮은 값을 가지도록 설정된다.
스텝(S53)에서, 도 13에 도시된 도면을 참조로 하면, 기본 목표 EGR률 (Megrb)의 수온 보정계수(Kegr_Tw)는 냉각 수온(Tw)으로부터 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장되어 있다.
스텝(S54)에서, 목표 EGR률(Megr)은 기본 목표 EGR률(Megrb) 및 수온 보정계수(Kegr_Tw)로부터 하기의 식(1)에 의해 연산된다.
Megr = Megrb·Kegr_tw (1)
스텝(S55)에서, 디젤 엔진이 완전 연소 상태인지의 여부를 판정하는 도 14에 도시된 서브루틴이 실행된다.
이 루틴을 기술하여, 스텝(S61)에서 우선, 엔진 회전 속도(Ne)가 판독되고, 스텝(S62)에서, 완전 연소 회전 속도에 상응하는 슬라이스 수준(NRPMK)을 판정하는 엔진 회전 속도(Ne) 및 완전 연소가 비교된다.
슬라이스 수준(NRPMK)은 예컨대, 400rpm으로 설정된다. 엔진 회전 속도(Ne)가 슬라이스 수준(NRPMK)을 초과할 때, 루틴은 스텝(S63)으로 진행한다.
여기서, 카운터치(Tmrkb)가 소정 시간(TMRKBP)보다 클 때, 카운터치(Tmrkb)는 소정 시간(TMRKBP)과 비교되며, 완전 연소 플래그가 스텝(S64)에서 온(ON)으로 바뀌며, 서브루틴은 종료된다.
엔진 회전 속도(Ne)가 스텝(S62)에서 슬라이스 수준(NRPMK)이하일 때, 서브루틴은 스텝(S66)으로 진행한다. 여기서, 카운터치(Tmrkb)는 0으로 정리되며, 완전 연소 플래그는 다음 스텝(S67)에서 오프(OFF)로 바뀌며, 서브루틴은 종료된다.
카운터치(Tmrkb)가 스텝(S63)에서 소정 시간(TMRKBP)이하일 때, 카운터치 (Tmrkb)는 스텝(S65)에서 증가되며, 서브루틴은 종료된다.
이 서브루틴에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 슬라이스 수준(NRPMK)을 초과할지라도, 완전 연소 플래그가 즉시 온(ON)으로 바뀌지 않으며, 이 상태가 소정 시간 (TMRKBP)동안 계속된 후, 완전 연소 플래그는 바로 온(ON)으로 변한다.
다시 도 11을 참조로 하여, 도 14의 서브루틴을 실행한 후, 제어 유니트(41)는 스텝(S56)에서 완전 연소 플래그를 판정한다. 완전 연소 플래그가 온(ON)일 때, 도 11의 서브루틴은 종료된다. 완전 연소 플래그가 오프(OFF)일 때, 목표 EGR률(Megr)은 스텝(S57)에서 0으로 재설정되며, 도 11의 서브루틴은 종료된다.
도 17 및 18을 참조로 하여, 시간 상수 등가치(Kkin) 및 실제 EGR률(Megrd)을 연산하기 위한 루틴을 설명한다. 실제 EGR률(Megrd)은 목표 EGR률(Megr)에 대하여 제1 순서 지연에 의해 변한다. 시간 상수 등가치(Kkin) 및 실제 EGR률 (Megrd)이 상호관계를 가짐에 따라 함께 설명된다.
도 18은 시간 상수 등가치(Kkin)를 연산하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 REF신호와 동기적으로 실행된다.
제어 유니트(41)는 스텝(S91)에서 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량 (Qsol) 및 실제 EGR률의 이전 선행치(Megrdn-1(%))를 판독한다. 이전 선행치 (Megrdn-1)은 루틴이 실행되었을 때의 이전 선행 경우에서 연산된 Megrd값이다.
스텝(S92)에서, 체적 효율 등가 기본치(Kinb)는 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 19에 도시된 도면을 조사하여 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)으로부터 연산된다.
스텝(S93)에서, 체적 효율 등가 기본치(Kinb)는 하기 식(2)으로부터 연산된다. EGR이 실행될 때, 흡기 공기에서 신선공기의 비율은 떨어지고, 체적 효율은 감소한다. 이 감소는 체적 효율 등가 기본치(Kinb)를 통해 체적 효율 등가치(Kin)의 연산에 반영된다.
(2)
스텝(S94)에서, 컬렉터(3A)의 용량에 상응하는 시간 상수 등가치(Kkin)는 체적 효율 등가치(Kin)에 상수(KVOL)를 곱하므로서 연산된다.
상수(KVOL)는 하기 식(3)으로 표현된다.
KVOL = (VE/NC)/VM (3)
단, VE = 디젤 엔진(1)의 배기량,
NC = 디젤 엔진(1)의 기통수, 및
VM = 컬렉터(3A)로부터 흡기 밸브까지 통로의 용적.
도 17은 실제 EGR률(Megrd)을 연산하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 1/100초의 간격으로 실행된다.
제어 유니트(41)는 스텝(S81)에서 우선, 목표 EGR률(Megr)을 판독한다.
다음 스텝(S82)에서, 시간 상수 등가치(Kkin)가 판독된다. 시간 상수 등가치(Kkin)를 연산하는 도 18의 루틴은, REF신호와 동기적으로 실행되며, 실제 EGR률(Megrd)을 연산하는 이 루틴은 1/100초 간격으로 실행된다. 그러므로, 시간 상수 등가치(Kkin)는 도 17의 루틴의 실행 이전 즉시 도 18의 루틴에 의해 연산된 시간 상수 등가치(Kkin)이다. 마찬가지로, 도 18의 루틴에 의해 판독된 실제 EGR률의 이전 선행치(Megrdn-1)는 도 18의 루틴의 실행 바로 이전 도 17의 루틴에 의해 연산된 실제 EGR률이다.
스텝(S83)에서, 실제 EGR률(Megrd)은 목표 EGR률(Megr), 이전 선행치(Megrdn-1) 및 시간 상수 등가치(Kkin)를 이용하여 하기 식(4)으로부터 연산된다.
Megrd = Megr·Ne·Ke2# + Megrdn-1·(1 - Kkin·Ne·KE2#) (4)
단, KE2# = 상수.
이 식에서, Ne· KE2#은 각각의 실린더의 흡기 스트로크당 EGR률 및 단위 시간당 EGR률을 변환하기 위한 값이다.
다음으로, 도 8을 참조로 하여, 실린더 흡기 신선공기량(Qac)을 연산하기 위한 루틴을 설명한다. 이 루틴은 REF신호와 동기적으로 실행된다. 실린더 흡기 신선공기량(Qac)은 디젤 엔진(1)의 하나의 실린더의 흡기 밸브 위치에 흡기 신선공기량으로 표현한다. 실린더 흡기 신선공기량(Qac)은 공기 흐름 미터(39)에 의해 검출된 흡기 통로(3)의 신선공기 유속(Qas0)으로부터 연산되지만, 공기 흐름 미터(39)가 압축기(55)의 상류에 위치되므로서, 실린더 흡기 신선공기량(Qac)은 공기가 컬렉터(3A)를 통해 실린더에 채택된 공기 흐름 미터(39)를 관통하기까지 시간을 고려하여 연산된다.
우선, 스텝(S31)에서, 제어 유니트(41)는 흡기 통로(3)의 엔진 회전 속도 (Ne) 및 신선공기 유속(Qas0)을 판독한다.
스텝(S32)에서, 흡기 신선공기 유속(Qas0)은 하기 식(5)에 의해 실린더당 흡기 신선공기량(Qac0)으로 변환된다.
(5)
단, KCON# = 상수
상수 KCON#는 흡기 통로(3)의 흡기 신선공기 유속(Qas0)을 실린더당 흡기 신선공기량(Qac0)으로 변환하기 위한 상수이다.
4기통 엔진에서, 두 개의 실린더는 각각 회전에서 공기 흡입을 실행하므로 상수(KCON#)는 30이다. 6기통 엔진에서, 세 개의 실린더는 각각 회전에서 공기 흡입을 실행하므로 상수(KCON#)는 20이다.
공기 흐름 미터(39)를 관통한 공기가 실제로 실린더에 채택될 때까지 상당한 시간이 요구된다. 이러한 시간 차이를 보정하기 위해서, 제어 유니트(41)는 스텝 (S33, S34)의 처리를 실행한다.
스텝(S33)에서, 공기 흐름 미터(39)로부터 컬렉터(3A)의 입구까지 요구 시간을 고려하면, L이 실행된 루틴 이전에 EGR 유속 피드백 보정계수였던 Qac0의 값(Qac0n-L)은 컬렉터(3A)에서 실린더당 흡기 신선공기량(Qacn)으로서 설정된다. L의 값은 실험적으로 판정된다.
스텝(S34)에서, 컬렉터(3A)로부터 디젤 엔진(1)의 각각의 실린더의 흡기 밸브까지의 시간 차이를 고려하면, 실린더 흡기 신선공기량(Qac)은 제1 순서 지연의 식(6)에 의해 연산된다.
Qac = Qacn-1·(1 - Kkin) + Qacn·Kkin (6)
단, Kkin = 시간 상수 등가치, 및
Qacn-1= 루틴이 실행된 이전 선행 경우에 연산된 Qac.
공기 흐름 미터(39)로부터 제어 유니트(41)에 입력된 신호는 아날로그 전압 신호(Us)이며, 제어 유니트(41)는 아날로그 전압 신호(Us)를 도 9에 도시된 루틴에 의해 흡기 통로(3)의 흡기 공기 유속(Qas0)으로 변환한다. 이 루틴은 4/1000초의 간격으로 실행된다. 스텝(S41)에서, 제어 유니트(41)는 아날로그 전압 신호를 판독하며, 스텝(S42)에서, 도 10에 도시된 도면을 조사하므로서 이것을 유속(Qas0_d)으로 변환한다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에서 미리 저장된다.
또한, 스텝(S43)에서, 가중 평균 처리는 유속(Qas0_d)을 실행하고, 얻어진 값은 흡기 통로(3)의 흡기 신선공기 유속(Qas0)으로 간주된다.
다음으로, 도 24를 참조로 하여, 실제 EGR량(Qec)을 연산하기 위한 루틴을 설명한다. 실제 EGR량은 흡기 밸브 위치에서 실린더당 EGR량에 일치한다. 이 루틴은 1/100초의 간격으로 실행된다.
우선 스텝(S111)에서, 제어 유니트(41)는 컬렉터(3A)의 입구에서 실린더당 흡기 신선공기량(Qacn), 목표 EGR률(Megr) 및 컬렉터 용량에 따른 시간 상수 등가치(Kkin)를 판독한다. 컬렉터(3A)의 입구에 실린더당 흡기 신선공기량(Qacn)동안,도 8의 루틴에 의해 연산된 값이 사용되며, 시간 상수 등가치(Kkin)동안, 도 18의 루틴에 의해 연산된 값이 사용된다.
다음 스텝(S112)에서, 컬렉터(3A)의 입구에서 실린더당 EGR량(Qec0)은 하기 식(7)에 의해 연산된다.
Qec0 = Qacn·Mger (7)
다음 스텝(S113)에서, 실제 EGR량(Qec)은 하기 식(8)에 의해 연산되며, 루틴은 종료된다.
Qec = Qec0·Ne·KE# + Qecn-1·(1 - Kkin·Ne·KE#) (8)
도 20은 목표 흡기 신선공기량(tQac)을 연산하기 위한 루틴을 도시한다. 목표 흡기 신선공기량(tQac)은 컬렉터(3A)의 입구에 목표 신선공기량에 상응한다. 이 루틴은 1/100초의 간격으로 실행된다.
도 20을 참조로 하여, 우선, 스텝(S101)에서, 제어 유니트(41)는 실제 EGR률(Megrd)을 판독한다.
스텝(S102)에서, 도 21에 도시된 서브루틴에 의해, 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)가 연산된다.
도 21을 참조로 하여, 스텝(S401)에서, 엔진 회전 속도(Ne), 기본 연료분사량(Mqdrv), 냉각 수온(Tw), 흡기 공기 온도(Ta) 및 대기압(Pa)이 판독된다. 기본 연료분사량(Mqdrv)은 도 3의 스텝(S3)에 의해 연산되는 값이다.
스텝(S402)에서, 목표 초과 공기 팩터 기본치(Tlambb)는 엔진 회전 속도(Ne) 및 기본 연료분사량(Mqdrv)에 기초하여 도 22에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다.
여기서, 이 도면의 특징에 대해 설명한다.
종래 기술에서, 매연의 발생을 방지하기 위해서, 디젤 엔진(1)의 고부하 범위에서만 초과 공기 팩터에 제한이 적용되었다. 다른 한편으로, 본 발명에 따라, 최적 초과 공기 팩터가 엔진 회전 속도(Ne) 및 기본 연료분사량(Mqdrv)의 모든 범위에 설정된다.
특히, 목표 초과 공기 팩터 기본치(Tlambb)는 큰 기본 연료분사량(Mqdrv)보다 작게 설정된다.
또한, 초과 공기 팩터 기본치(Tlambb)는 고회전 속도 범위에서 고회전 속도(Ne)보다 작게 설정된다.
스텝(S403)에서, 수온 보정계수(Klamb_tw)는 냉각 수온(Tw)에 기초하여 도 23에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다.
스텝(S404)에서, 흡기 공기 온도 보정계수(Klamb_ta)는 흡기 공기 온도(Ta)에 기초하여 도 65에 도시된 도면을 조사하여 연산된다.
이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다.
스텝(S405)에서, 대기압 보정계수(Klamb_pa)는 대기압(Pa)에 기초하여 도 66에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다.
스텝(S406)에서, 풍부 스파이크 플래그(frspk)는 도 67에 도시된 서브루틴을 이용하여 설정된다.
풍부 스파이크 플래그(frspk)는 풍부 스파이크가 허용되는지의 여부를 판정하는 플래그이다. 상술한 것과 같이, 촉매 컨버터(62)는 풍부 공연비하에서 배출된 탄화수소(HC)에 의해 방취된 산화질소(NOx)를 감소시킨다. 이 때문에, 디젤 엔진(1)의 공연 비는 일시적으로 풍부하게, 즉, 1보다 작게 초과 공기 팩터를 설정한다. 이 작동은 풍부 스파이크로 언급된다. 풍부 스파이크 플래그(frspk)가 1일 때, 풍부 스파이크 조건들이 만족됨을 나타낸다. 풍부 스파이크 플래그(frspk)가 0일 때, 풍부 스파이크 조건들이 만족되지 않음을 나타낸다.
도 67을 참조로 하여, 우선, 스텝(S381)에서, 제어 유니트(41)는 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 냉각 수온(Tw)을 판독한다.
스텝(S372) 내지 스텝(S374)에서, 풍부 스파이크 조건들이 만족되는지의 여부가 판정된다. 특히, 냉각 수온(Tw)이 소정 온도(TWRSK#)보다 높을 때, 엔진 회전 속도(Ne)는 소정 회전 속도 범위에 있으며, 목표 연료분사량(Qsol)은 소정 분사량 범위에 있고, 풍부 스파이크 조건들이 만족된 것으로 판정된다. 예컨대, 배기가스 온도는 저부하 범위와 같이 낮을 때, HC에 의한 NOx의 환원은 원활하지 않으며, 이 경우에서, 목표 연료분사량(Qsol)이 소정 분사 범위 이하임에 따라, 풍부스파이크 조건들이 만족되지 않는다.
스텝(S372) 내지 스텝(S374)의 조건중 어느 하나가 만족되지 않을 때, 스텝(S381)에서, 서브루틴은 풍부 스파이크 종료 플래그(frspk1)를 0으로 재설정하고, 스텝(S383)에서, 풍부 스파이크 플래그(frspk)는 0으로 재설정되며, 서브루틴은 종료된다. 풍부 스파이크 종료 플래그(frspk1)는 풍부 스파이크가 종료하였는지의 여부를 나타내는 플래그이다. frspk = 1일 때는, 풍부 스파이크가 종료한 것으로 나타나며, frspk = 0일 때는, 풍부 스파이크가 종료하지 않은 것으로 나타난다.
다른 한편으로, 스텝(S372) 내지 스텝(S374)의 모든 조건들이 만족될 때, 풍부 스파이크 조건들이 만족된 것으로 판정되어, 서브루틴은 스텝(S375)으로 진행한다.
스텝(S375)에서, 이전 선행치(frspkn-1)가 0인지의 여부가 판정되고, frspkn-1은 서브루틴이 실행된 이전 선행 경우에서 설정된 풍부 스파이크 종료 플래그이다. 이전 선행치(frspkn-1)가 0일 때, 스텝(S376)에서, 풍부 스파이크 플래그의 이전 선행치(frspkn-1)가 1인지의 여부가 판정된다. 이전 선행치(frspkn-1)가 1이 아니면, 풍부 스파이크 플래그 조건들은 서브루틴의 현재 실행에 기인하여 제일 먼저 만족된다. 이 경우, 스텝(S377)에서, 타이머치(Ctrrh)가 소정치(TMRRSK#)로 설정되고, 스텝(S382)에서, 풍부 스파이크 플래그(frspk)는 1로 설정되며, 서브루틴이 종료된다.
스텝(S375)에서, 풍부 스파이크 플래그의 이전 선행치(frspkn-1)가 0이 아니라면, 즉, 1이라면, 풍부 스파이크는 미리 종료된 것이다. 이 경우, 스텝(S383)에서, 풍부 스파이크 플래그(frspk)는 0으로 재설정되며, 서브루틴은 종료된다.
스텝(S376)에서, 풍부 스파이크 플래그의 이전 선행치(frspkn-1)가 1일 때, 풍부 스파이크 조건들이 서브루틴의 최종 실행으로부터 연속적으로 만족되는 것을 나타낸다. 이 경우, 서브루틴은 스텝(S378)으로 진행하며, 타이머치(Ctrrh)는 감소된다. 다음 스텝(S379)에서, 타이머치(Ctrrh)가 0인지의 여부가 판정된다.
스텝(S379)에서, 타이머치(Ctrrh)가 0이 아니라면, 제어 유니트(41)는 스텝(S382)에서 풍부 스파이크 플래그(frspk)를 1로 설정하며, 서브루틴은 종료된다. 타이머치(Ctrrh)가 스텝(S379)에서 0이라면, 제어 유니트(41)는 스텝(S380)에서 풍부 스파이크 종료 플래그(frspk1)를 1로 설정하고, 스텝(S383)에서 풍부 스파이크 플래그(frspk)를 0으로 재설정하며, 서브루틴은 종료된다.
이 서브루틴에서, 풍부 스파이크 조건들이 만족될 때, 풍부 스파이크가 아직 실행되지 않았다면, 풍부 스파이크 플래그(frspk)는 소정치(TMRRSK#)에 상응하는 시간 동안 1로 설정된다. 풍부 스파이크의 종료 후, 풍부 스파이크 조건들이 연속할지라도 풍부 스파이크 플래그(frspk)는 1로 설정되지 않으며, 풍부 스파이크 조건들이 일단 만족되지 않고 다시 만족될 때만 풍부 스파이크 플래그(frspk)는 다시 1로 설정된다. 이렇게, 풍부 스파이크는 불필요하게 실행되지는 않는다. 이 과정 때문에, 불필요한 풍부 스파이크가 실행되지 않으므로, 풍부 스파이크로 인한 연비성능 또는 배기가스 조성의 악화가 최소가 되도록 억제된다.
이제, 도 21의 서브루틴으로 되돌아가서, 스텝(S407)에서, 제어 유니트(41)는 스텝(S406)에서 설정된 풍부 스파이크 플래그(frspk)가 1인지의 여부를 판정한다.
frspk가 1이면, 즉, 풍부 스파이크 조건들이 만족되면, 스텝(S409)에서, 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)는 1.0보다 작은 고정치(TLAMRC#)로 설정되며, 서브루틴은 종료된다.
다른 한편, frspk가 1이 아닐 때, 즉, 풍부 스파이크 조건들이 만족되지 않을 때, 스텝(S408)에서, 목표 초과 공기 기본치(Tlambb)에 세 개의 보정계수(Klamb_tw, Klamb_ta 및 Klamb_Pa)를 곱하여 얻은 값은 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)로 설정되며, 서브루틴은 종료된다.
여기서, 수온 보정계수(Klamb_tw)는 저온에서 증가하는 마찰과 대향하여 초과 공기 팩터를 증가 방향으로 보정하고, 연소를 안정화시킨다.
흡기 공기 온도가 높은 범위일 때, 흡기 공기 온도 보정계수(Klamb_ta)는 초과 공기 팩터를 증가 방향으로 보정하고, 공기 농도의 하락을 보상하며, 연소 온도를 감소시킨다. 흡기 공기 온도(Ta)에 대한 고온 범위는, 예컨대, 80℃ 이상의 범위이다.
대기압 보정계수(Klamb_Pa)는 대기압(Pa)이 1기압 이하인 고영역 높이에서 초과 공기 팩터를 증가시키고, 공기 농도의 하락을 보상한다.
풍부 스파이크는 NOx의 감소뿐만 아니라, 배기가스 온도의 증가를 실행할 수있다. 이 경우, 스텝(S409)에서 사용된 고정치(TLABRC#)는 1.1 에서 1.2까지로 설정되며, 도 67의 순서도에서 풍부 스파이크 플래그(frspk)를 1로 설정하기 위한 조건들은 배기가스 온도를 상승시키기 위해 풍부 스파이크가 요구되는지를 판정하기 위한 또다른 스텝으로 변경될 수 있다.
이렇게, 도 21의 서브루틴에 의해 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)를 설정한 후, 도 20의 스텝(S103)에서, 제어 유니트(41)는 목표 초과 공기 팩터(Tlamb) 및 실제 EGR률(Megrd)을 이용한 하기 식(9)에 의해 목표 등가비(Tfbya)를 연산한다.
Tfbya = {Tlamb + Megrd·(Tlamb - 1)}/Tlamb2(9)
식(9)은 하기 개념을 기초로 한 근사값이다.
초과 공기 팩터(lamb)는 이론 공연비인 14.7로 공연비를 나누어 얻은 값이며, 일반적으로 하기 식(10)으로 정의된다.
lamb = Ga/(Gf·14.7) (10)
단, Ga = 신선공기량, 및
Gf = 연료분사량.
그러나, 종종 초과 공기에 의해 주행되는 디젤 엔진(1)에서, 신선공기의 일부는 연소에 기여하지 않고 배출된다. 그러므로, 배기가스 재순환이 초과 공기 상태에서 실행될 때, 신선공기의 일정량은 EGR 밸브(6)를 통해 흡기 공기로 재순환된 배기가스를 함유한다.
흡기 공기로 재순환된 배기가스를 함유한 신선공기를 고려한 초과 공기 팩터(lamb)는 하기 식(11)으로 나타낼 수 있다.
lamb = {Ga + Ge·(lamb - 1)/lamb}/(Gf·14.7) (11)
단, Ga = EGR량.
식(11)에서, (lamb - 1)/lamb는 EGR 가스중의 신선공기의 비율을 나타낸다.
식(11)은 하기 식(12)으로 다시 쓰여질 수 있다.
lamb = Ga·{1 + (Ge/Ga)·(lamb - 1)/lamb}/(Gf·14.7)
= {Ga/(Gf·14.7)}·{1 + (Ge/Ga)·(lamb - 1)/lamb} (12)
여기서, Ge/Ga는 EGR률에 상응한다.
다른 한편, 본 발명에 따른 제어 장치에서, 등가비(fbya)는 하기 식(13)으로 정의된다.
fbya = Gf·14.7/Ga (13)
이론상으로, 이것은 식(13)에서 사용된 신선공기량(Ga)을 EGR에 기인한 배기가스가 함유된 공기량에 부가하여 획득된 양이지만, 본 제어 장치에서, 등가비(fbya)는 근사치로서 식(13)에 정의된다.
식(12)의 우변상의 Ga/(Gf·14.7)는 1/fbya와 동등하다. 식(12)에서 이를 치환하면, 하기 식(14)이 얻어진다.
lamb = (1/fbya)·{1 + Megrd·(lamb - 1)/lamb} (14)
등가비(fbya)로 식(14)을 다시 쓰면, 하기 식(15)이 얻어진다.
fbya = (1/lamb)·{1 + Megrd·(lamb - 1)/lamb} (15)
식(9)은 식(15)에서 등가비(fbya)를 목표 등가비(Tfbya)로, 초과 공기 팩터(lamb)를 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)로 각각 대체하여 얻어진다.
EGR률(Megrd)이 목표 등가비(Tfbya)의 연산에 이용되는 이유는 하기와 같다.
디젤 엔진(1)이 과도 주행 상태일 때, EGR 가스가 디젤 엔진(1)의 연소실로 유입할 때까지 요구되는 시간에 기인해, 연소실의 목표 등가비(Tfbya) 및 가스량에 기초한 연료분사량이 일치하지 않고, 초과 공기 팩터의 제어에 오류가 발생한다. 그러나, 이 지연을 고려한 실제 EGR률(Megrd)이 목표 등가비(Tfbya)의 연산에서 목표 EGR률(Megrd) 대신에 사용되므로, 이 오류가 제거될 수 있다.
이렇게 근사식(9)에 의해 목표 등가비(Tfbya)를 연산한 후, 도 20의 스텝(S104)에서, 제어 유니트(41)는 목표 등가비(Tfbya)를 이용한 하기 식(16)에 의해 목표 흡기 신선공기량(tQac)을 연산하며, 서브루틴은 종료된다.
tQac = Mqdrv·BLAMB#/Tfbya (16)
단, BLAMB# = 14.7.
제어 유니트(41)에 의해 EGR 밸브(6)의 제어뿐만 아니라 흡기 신선공기량 및 연료분사량의 제어가 이들 공통 매개변수, 즉, 목표 연료분사량(Qsol), 시간 상수 등가치(Kkin), 목표 EGR률(Megr), 실제 EGR률(Megrd), 실린더 흡기 신선공기량(Qac), 실제 EGR량(Qec) 및 목표 흡기 신선공기량(tQac)에 기초하여 실행된다.
다음으로, 도 5를 참조로 하여, EGR 밸브(6)의 목표 개방면적(Aev)의 연산을 설명한다. 이 루틴은 REF신호가 입력되는 매 시간마다 실행된다.
우선, 스텝(S11)에서, 제어 유니트(41)는 도 7에 도시된 서브루틴을 이용한 EGR 밸브(6)의 목표 EGR량(Tqec)을 연산한다.
도 7을 참조로 하여, 우선 스텝(S21)에서, 제어 유니트(41)는 컬렉터(3A)의 입구에 실린더당 흡기 신선공기량(Qacn)을 판독한다. 컬렉터(3A)의 입구에 실린더당 흡기 신선공기량(Qacn)은 도 8의 스텝(S33)에서 연산된 값이다.
다음 스텝(S22)에서, 목표 EGR률(Megr)이 판독된다. 목표 EGR률(Megr)은 도11의 루틴에 의해 연산된 값이다.
다음 스텝(S23)에서, 요구 EGR량(Mqec)은 하기 식(17)에 의해 연산된다.
Mqec = Qacn·Megr (17)
다음 스텝(S24)에서, 지연 처리는 도 18의 루틴에 의해 연산된 시간 상수 등가치(Kkin)를 이용하여 하기 식(18)에 의해 요구 EGR량(Megrd)이 실행되며, 디젤 엔진(1)의 흡기 밸브 위치에서 실린더당 요구 EGR량에 상응하는 중간치(Rqec)로 변환된다.
Rqec = Mqec·Kkin + Rqecn-1·(1 - Kkin) (18)
단, Rqecn-1= 서브루틴이 실행된 이전 선행 경우에 연산된 Rqec.
스텝(S25)에서, 사전 처리가 EGR 밸브(6)의 위치에서 실린더당 목표 EGR량(Tqec)을 연산하기 위해, 중간치(Rqec) 및 요구 EGR량(Mqec)을 이용한 하기 식(19)에 의해 실행된다.
Tqec = GKQEC·Mqec - (GKQEC - 1)·Rqecn-1(19)
최종 스텝(S26)에서, 실린더당 목표 EGR량(Tqec)은 하기 식(20)에 의해 단위 시간당 목표 EGR량(Tqek)으로 변환된다.
Tqek = Tqec·(Ne/KCON#)/Kqac00 (20)
단, Kqac00 = EGR량 피드백 보정계수.
EGR량 피드백 보정계수(Kqac00)는 차후에 설명한다.
다음으로, 다시 도 5를 참조로 하여, 단위 시간당 목표 EGR량(Tqek)을 연산한 후, 제어 유니트(41)는 도 63의 서브루틴을 이용하여 스텝(S12)에서 EGR 밸브 유속(Cqe)을 연산한다.
도 63을 참조로 하여, 스텝(S361)에서, 제어 유니트(41)는 실제 EGR량(Qec), 실제 EGR률(Megrd) 및 실린더 흡기 신선공기량(Qac)을 판독한다.
스텝(S362)에서, 도 50에 도시된 서브루틴에 의해, EGR 유속 피드백 보정계수(Kqac0) 및 EGR 유속 학습 보정계수(Kqac)가 연산된다.
도 50을 참조로 하여, 스텝(251)에서, 우선, 제어 유니트(41)는 목표 흡기 신선공기량(tQac), 실린더 흡기 신선공기량(Qac), 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)을 판독한다.
스텝(S252)에서, 목표 흡기 신선공기량(tQac)의 지연 처리치(tQacd)는 도 8의 루틴에 의해 연산된 목표 흡기 신선공기량(tQac) 및 시간 상수 등가치(Kkin)로부터 하기 식(21)을 이용하여 연산된다. 이 값은 디젤 엔진(1)의 흡기 밸브 위치에서 목표 흡기 공기량에 상응한다.
tQacd = tQac·Kkin·KQA# + tQacdn-1·(1 - Kkin·KQA#) (21)
단, KQA# = 상수, 및
tQacdn-1= 서브루틴이 실행되는 이전 선행 경우에 연산된 tQacd.
다음 스텝(S253)에서, EGR 밸브 개방의 제어와 연관된 피드백 허용 플래그(fefb), 학습 허용 플래그(felrn) 및 학습치 반영 허용 플래그(felrn2)가 판독된다.
이들 플래그는 각각 도 51, 도 52 및 도 53 에 도시된 독립 루틴에 의해 설정된다.
도 51은 피드백 허용 플래그(fefb)를 설정하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 1/100(초) 간격으로 실행된다.
도 51을 참조로 하여, 우선 스텝(S271)에서, 제어 유니트(41)는 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol), 실제 EGR률(Megrd) 및 수온(Tw)을 판독한다.
연속한 스텝(S272) 내지 스텝(S275)에서, EGR량 피드백 제어 조건들이 판정된다.
스텝(S272)에서, 실제 EGR률(Megrd)이 소정치(MEGRFB#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(MEGRFB#)는 배기가스 재순환이 실제로 실행되는지를 검사하는 값이다. 스텝(S273)에서, 냉각 수온(Tw)이 소정치(TwFBL#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(TwFBL#)가 30℃로 설정된다. 스텝(S274)에서, 목표 연료분사량(Qsol)이 소정치(QSOLFBL#)를 초과하는지의 여부가 판정된다.
소정치(QSOLFBL#)는 디젤 엔진(1)이 연료 차단 상태가 아닌지를 검사하기 위한 값이다. 스텝(S275)에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정치(NeFBL#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(NeFBL#)는 디젤 엔진(1)의 회전을 정지하는 저속 범위에 차량이 없는지를 검사하기 위한 값이다.
스텝(S272) 내지 스텝(S275)의 모든 조건들이 만족될 때, 서브루틴은 스텝(S276)으로 진행하고 타이머치(Ctrfb)를 증가시킨다.
다음 스텝(S278)에서, 타이머치(Ctrfb)가 소정치(TMRFB#)보다 큰지의 여부가 판정된다. 소정치(TMRFB#)는 예컨대, 1초보다 작은 값으로 설정된다. 이 판정 결과가 긍정일 때, 서브루틴은 스텝(S279)에서 피드백 허용 플래그(fefb)를 1로 설정하며, 서브루틴은 종료된다. 다른 한편, 스텝(S272) 내지 스텝(S275) 중의 어느 한 조건이 만족되지 않을 때, 서브루틴은 타이머치(Ctrfb)를 0으로 재설정하며, 다음 스텝(S280)으로 진행한다.
스텝(S278)의 판정이 부정이면, 서브루틴은 또한 스텝(S280)으로 진행한다.
스텝(S280)에서, 피드백 허용 플래그(fefb)는 0으로 재설정되며, 서브루틴은 종료된다.
이 서브루틴에 따라, 피드백 허용 플래그(fefb)는 스텝(S272) 내지 스텝(S275)의 모든조건이 만족되지 않는 상태에서만 1로 설정되며, 소정치(TMRFB#)를 초과하는 시간동안 연속하며, 다른 경우에는, 피드백 허용 플래그(fefb)는 0으로 재설정된다.
도 52는 학습치 반영 허용 플래그(felrn2)를 설정하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 또한 1/100(초)의 간격으로 실행된다.
도 52를 참조로 하여, 우선 스텝(S291)에서, 제어 유니트(41)는 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol), 실제 EGR률(Megrd) 및 냉각 수온(Tw)을 판독한다.
연속한 스텝(S292) 내지 스텝(S295)에서, EGR량 학습치 반영 조건들이 판정된다.
스텝(S292)에서, 실제 EGR률(Megrd)이 소정치(MEGRLN2#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(MEGRLN2#)는 배기가스 재순환이 실제로 실행되는지를 조사하기 위한 값이다. 스텝(S293)에서, 냉각 수온(Tw)이 소정치(TwLNL2#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(TwLNL2#)는 20℃로 설정된다. 스텝(S294)에서, 목표 연료분사량(Qsol)이 소정치(QSOLLNL2#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(QSOLLNL2#)는 디젤 엔진(1)이 연료 차단 상태가 아닌 것을 조사하기 위한 값이다. 스텝(S295)에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정치(NeLNL2#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(NeLNL2#)는 디젤 엔진(1)이 회전을 정지하는 저속 범위에 차량이 없는 가를 조사하기 위한 값이다.
스텝(S292) 내지 스텝(S295)의 모든 조건들이 만족될 때만, 서브루틴은 스텝(S296)으로 진행하고 타이머치(Ctrln2)는 증가한다.
다음 스텝(S298)에서, 타이머치(Ctrln2)가 소정치(TMRLN2#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(TMRLN2#)는 0.5초로 설정된다. 판정 결과가 긍정일 때, 서브루틴은 스텝(S299)에서 학습치 반영 허용 플래그(felrn2)를 1로 설정하며, 서브루틴은 종료된다.
다른 한편, 스텝(S292) 내지 스텝(S295)중의 어느 하나가 만족되지 않을 때, 스텝(S297)에서, 서브루틴은 타이머치(Ctrln2)를 0으로 재설정하며, 다음 스텝 (S300)으로 진행한다. 스텝(S298)의 판정이 부정일 때, 루틴은 또한 스텝(S300)으로 진행한다.
스텝(S300)에서, 학습치 반영 허용 플래그(felrn2)가 0으로 재설정되며, 서브루틴은 종료된다.
도 53은 학습 허용 플래그(felrn)를 설정하기 위한 루틴을 도시한다. 이 루틴은 1/100(초)의 간격으로 또한 실행된다.
도 53을 참조로 하여, 우선 스텝(S311)에서, 제어 유니트(41)는 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol), 실제 EGR률(MEGRD) 및 수온(Tw)을 판독한다.
연속한 스텝(S312) 내지 스텝(S317)에서, EGR량 학습 허용조건들이 판정된다.
스텝(S312)에서, 실제 EGR률(Megrd)이 소정치(MEGRLN#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(MEGRLN#)는 배기가스 재순환이 실제로 실행되는 것을 조사하기 위한 값이다. 스텝(S313)에서, 냉각 수온(Tw)이 소정치(TwLNL#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(TwLNL#)는 70℃ 내지 80℃로 설정된다. 스텝(S314)에서, 목표 연료분사량(Qsol)이 소정치(QSOLLNL#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(QSOLLNL#)는 디젤 엔진(1)이 연료 차단 상태가 아닌지를 조사하기 위한 값이다. 스텝(S315)에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정치(NeLNL#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(NeLNL#)는 디젤 엔진(1)이 회전을 정지하는 저속 범위에 차량이 없는지를 조사하기 위한 값이다. 스텝(S316)에서, 피드백 허용 플래그(fefb)가 1인지의 여부가 판정된다. 스텝(S317)에서, 학습치 반영 허용 플래그(felrn2)가 1인지의 여부가 판정된다.
스텝(S312) 내지 스텝(S317)의 모든 조건들이 만족될 때만, 서브루틴은 스텝(S318)로 진행하며, 타이머치(Ctrln)는 증가된다.
다음 스텝(S320)에서, 타이머치(Ctrln)가 소정치(TMRLN#)를 초과하는지의 여부가 판정된다. 소정치(TMRLN#)는 4초로 설정된다. 이 판정의 결과가 긍정일 때, 서브루틴은 스텝(S321)에서 학습 허용 플래그(felrn)를 1로 설정하며, 서브루틴은 종료된다. 반면에, 스텝(S312) 내지 스텝(S317)의 조건 중 어느 하나가 만족되지 않는다면, 스텝(S319)에서, 서브루틴은 타이머치(Ctrln)를 0으로 재설정하며, 다음 스텝(S322)으로 진행한다. 서브루틴은 또한, 스텝(S320)의 판정 결과가 부정일 때 스텝(S322)으로 진행한다. 스텝(S322)에서, 학습 허용 플래그(felrn)가 0으로 재설정되며, 서브루틴은 종료된다.
다시 도 50을 참조로 하여, 이 피드백 허용 플래그(fefb), 학습치 반영 허용 플래그(felrn2) 및 학습 허용 플래그(felrn)를 판독한 후, 스텝(S254)에서, 제어 유니트(41)는 피드백 허용 플래그(fefb)가 1인지의 여부를 판정한다.
피드백 허용 플래그(fefb)가 1일 때, 스텝(S255)에서 EGR량의 피드백 보정계수(Kqac00), 스텝(S256)에서 EGR 밸브 유속(Cqe)의 피드백 보정계수(Kqac0)를 연산한 후, 제어 유니트(41)는 스텝(S259)으로 진행한다.
다른 한편, 스텝(S254)에서 피드백 허용 플래그(fefb)가 1이 아닐 때, 제어 유니트(41)는 스텝(S257)에서 EGR량의 피드백 보정계수(Kqac00)를 1로 설정하고, 스텝(S258)에서 피드백 보정계수(Kqac0)를 1로 설정하고, 이후 스텝(S259)으로 진행한다.
이제, 스텝(S255)에서 실행된 EGR량의 피드백 보정계수(Kqac00)의 연산 및 스텝(S256)에서 실행된 EGR 밸브 유속의 피드백 보정계수(Kqac0)의 연산에 대해 설명한다.
EGR량의 피드백 보정계수(Kqac00)의 연산은 도 54의 서브루틴에 의해 실행된다.
도 54를 참조로 하여, 스텝(S331)에서, 우선 제어 유니트(41)는 목표 흡기 공기량의 지연 처리치(tQacd), 실린더 흡기 신선공기량(Qac), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 냉각 수온(Tw)을 판독한다. 지연 처리치(tQacd)는 도 50의 스텝(S252)에서 연산된 값이다.
스텝(S332)에서, EGR 유속의 보정 게인(Gkfb)은 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)에 기초하여, 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 55에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 다음 스텝(S333)에서, 보정 게인의 수온 보정계수(KgfbTw)는 냉각수온(Tw)에 기초하여, 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 56에 도시된 도면을 조사하여 연산된다.
최종 스텝(S334)에서, EGR량의 피드백 보정계수(Kqac00)는 보정 게인(Gkfb) 및 수온 보정계수(KgfbTw)를 이용한, 하기 식(22)에 의해 연산된다.
Kqac00 = (tQacd/Qac - 1)·Gkfb·KgfbTw + 1 (22)
(tQacd/Qac - 1), 식(22)의 우변의 제 1항은, 실린더 신선공기량(Qac)에 대한 목표 흡기 공기량 지연 처리치(tQacd)의 오차비이다. 그러므로, EGR량의 피드백 보정계수(Kqac00)는 1을 중심으로 하는 값이다.
EGR 밸브 유속의 피드백 보정계수(Kqac0)의 연산은 도 57에 도시된 서브루틴에 의해 실행된다.
도 57을 참조로 하여, 스텝(S341)에서, 우선 제어 유니트(41)는 지연 처리치(tQacd), 실린더 흡기 신선공기량(Qac), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 냉각 수온(Tw)을 판독한다
스텝(S342)에서, EGR 밸브 유속의 보정 게인(Gkfbi)은 엔진 회전 속도(Ne) 및 연료분사량(Qsol)에 기초하여, 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 58에 도시된 도면을 조사하여 연산된다.
스텝(S343)에서, 보정 게인의 수온 보정계수(KgfbiTw)는 냉각수온(Tw)에 기초하여, 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 59에 도시된 도면을 조사하여 연산된다.
다음 스텝(S344)에서, 오차비(Rqac0)는 보정 게인(Gkfbi) 및 수온 보정계수(KgfbiTw)를 이용한 하기 식(23)에 의해 연산된다.
Rqac0 = (tQacd/Qac - 1)·Gkfbi·KgfbiTw + Rqac0n-1(23)
단, Rqac0n-1= 서브루틴이 실행된 이전 선행 경우에서 연산된 Rqac0.
다음 스텝(S345)에서, 오차비(Rqac0)에 1을 더하여, EGR 밸브 유속의 피드백 보정계수(Kqac0)가 연산된다. 그러므로, EGR 밸브 유속의 피드백 보정계수(Kqac0)는 오차비의 적분에 비례하는 값이다.
이제, 다시 도 50을 참조로 하여, EGR량의 피드백 보정계수(Kqac00) 및 EGR 밸브 유속의 피드백 보정계수(Kqac0)를 설정한 후, 스텝(S259)에서, 제어 유니트(41)는 학습치 반영 허용 플래그(felrn2)가 1인지의 여부가 판정된다.
학습치 반영 허용 플래그(felrn2)가 1일 때, 즉, 학습치의 EGR량 제어에 반영이 허용될 때, 스텝(S260)에서, 제어 유니트(41)는 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)에 기초하여, 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 60에 도시된 도면을 조사하여 오차비 학습치(Rqacn)를 판독한다. 다음 스텝(S261)에서, EGR 유속 학습 보정계수(Kqac)는 오차비 학습치(Rqacn)에 1을 더하여 연산된다.
학습치 반영 허용 플래그(felrn2)가 스텝(S259)에서 1이 아닐 때, 제어 유니트(41)는 스텝(S262)에서 EGR 유속 학습 보정계수(Kqac)를 1로 설정한다.
스텝(S261) 또는 스텝(S262)의 처리후, 스텝(S263)에서, 제어 유니트(41)는 학습 허용 플래그(felrn)가 1인지의 여부를 판정한다.
학습 허용 플래그(felrn)가 1일 때, 스텝(S264)에서, 제어 유니트(41)는 오차비의 현재값(Rqacp)을 연산하기 위해 EGR 유속 피드백 보정계수(Kqac0)로부터 1을 감한다. 다음 스텝(S266)에서, 학습치는 도 61의 서브루틴을 이용하여 갱신되며, 서브루틴은 종료된다..
학습 허용 플래그(felrn)가 1이 아닐 때, 스텝(S265)에서, 제어 유니트(41)는 오차비의 현재값(Rqacp)을 0으로 재설정하여, 도 50의 서브루틴을 종료한다.
다음으로, 스텝(S266)에서 실행된 학습치의 갱신에 대해 설명한다.
도 61을 참조로 하여, 스텝(S351)에서, 우선 제어 유니트(41)는 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 스텝(S264)에서 연산된 오차비(Rqacp)를 판독한다.
스텝(S352)에서, 학습률(Tclrn)은 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량 (Qsol)에 기초하여, 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 62에 도시된 도면을 조사하여 연산된다.
스텝(S353)에서, 오차비 학습치(Rqacn)는 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)에 기초하여, 도 60의 전술한 도면을 조사하여 연산된다.
다음 스텝(S354)에서, 하기 공식(24)에 의한 가중 평균 처리가 스텝(S351)에서 판독된 오차비(Rqacp)에 부가되며, 오차비 학습치의 갱신이 실행된다.
Rqacn(new) = Rqacp·Tclrn + Rqacn(old)·(1 - Tclrn) (24)
단, Rqacn(new) = 도면에 쓰여지는 오차비 학습치(Rqacn),
Rqacp = 스텝(S351)에서 판독된 오차비, 및
Rqacn(old) = 스텝(S353)에서 도면으로부터 판독된 오차비 학습치(Rqacn).
다음 스텝(S355)에서, 도 60의 도면의 저장치는 이렇게 연산된 오차비 학습치(Rqacn(new))를 이용하여 중첩된다.
도 61의 서브루틴을 종료하므로서, 제어 유니트(41)는 도 50의 서브루틴의 처리를 종료한다.
다시, 도 63을 참조로 하여, 제어 유니트(41)는 스텝(S362)에서 연산된 EGR 유속 피드백 보정계수(Kqac0) 및 EGR 유속 학습 보정계수(Kqac)를 이용하여 하기 식(25)에 의해 보정된 실제 EGR량(Qec_h)을 스텝(S363)에서 연산한다.
Qec_h = Qec·Kqac·Kqac0 (25)
스텝(S364) 내지 스텝(S367)에서, EGR 작동이 시작할 때 보정된 실제 EGR량(Qec_h)의 초기치가 설정된다. 스텝(S364)에서, 보정된 실제 EGR량(Qec_h)이 0인지의 여부가 판정된다. 보정된 실제 EGR량(Qec_h)이 0일 때, 즉, EGR이 작동하지 않을 때, 보정된 실제 EGR량(Qec_h)은 스텝(S365)에서 하기 식(26)에 의해 설정되고, 루틴은 스텝(S366)으로 진행한다. 보정된 실제 EGR량이 스텝(S364)에서 0이 아닐 때, 루틴은 스텝(S365)을 우회하여, 스텝(S366)으로 진행한다.
Qec_h = Qac·MEGRL# (26)
단, MEGRL# = 상수.
스텝(S366)에서, 실제 EGR률(Megrd)이 0인지의 여부가 판정된다.
실제 EGR률(Megrd)이 0일 때, 실제 EGR률(Megrd)은 스텝(S367)에서 상수(MEGRL#)에 동일하게 설정되며, 루틴은 스텝(S368)으로 진행한다. 실제 EGR률(Megrd)이 0이 아닐 때, 루틴은 스텝(S367)을 우회하여 스텝(S368)으로 진행한다.
EGR 밸브(6)가 완전 폐쇄될 때, EGR 밸브(6)의 EGR 밸브 유속은 0이며, 식(25 및 26)은 EGR 작동이 시작할 때, 즉, EGR 밸브(6)가 개방을 시작할 때, 유속 연산에 사용되는 매개변수의 초기치를 설정하기 위한 식이다. 상수(MEGRL#)는 예컨대, 0.5로 설정될 수 있다.
EGR 작동이 시작할 때의 EGR 밸브(6)의 상류 및 하류 차압은 디젤 엔진의 주행조건에 따라 다르며, 그 결과, EGR 작동이 시작할 때의 EGR 밸브 유속 또한, 다르다. EGR 밸브(6)가 개방을 시작할 때의 EGR 밸브(6)의 상류 및 하류 차압은 실린더 흡기 신선공기량(Qac)을 따른다. 따라서, EGR 작동이 시작할 때의 EGR 밸브유속의 정밀한 연산은 식(26)에 의해 실린더 흡기 신선공기량(Qac)에 직접적으로 비례하는 Qec_h의 초기치를 만들므로 인해 개선될 수 있다.
이제, 스텝(S368)에서, 제어 유니트(41)는 보정된 실제 EGR량(Qec_h) 및 실제 EGR률(Mergd)에 기초하여 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 64에서 도시된 도면을 조사하므로 EGR 밸브 유속(Cqe)을 연산하며, 서브루틴은 종료된다.
서브루틴인 종료될 때, 제어 유니트(41)는 도 5의 스텝(S12)의 과정을 종료한다. 도 5의 다음 스텝(S13)에서, 제어 유니트(41)는 스텝(S11)에서 연산된 단위 시간당 목표 EGR량(TqeK), 및 스텝(S12)에서 연산된 EGR 밸브 유속(Cqe)을 이용하여 하기 식(27)에 의해 EGR 밸브의 개방면적(Aev)을 연산한다
Aev = Tqek/ Cqe (27)
획득된 목표 EGR 밸브 개방면적(Aev)은 예를 들면, 도 6의 도면을 사용한 압력 제어 밸브(5)의 리프트량 또는 상응신호로 변환된다. EGR 밸브(6)를 구동하는 압력 제어 밸브(5)에 이러한 매개변수에 기초한 신호를 출력하므로, 제어 유니트(41)는 목표 EGR 밸브의 개방면적(Aev)에 대한 EGR 밸브(6)의 개방을 제어한다.
도 64의 지도에 도시된 것과 같이, EGR 밸브 유속(Cqe)의 특성은 비선형이며, EGR 밸브 유속(Cqe)의 피드백 제어의 감도가 디젤 엔진(1)의 주행조건에 의해 쉽게 영향을 받는다. 그래서, EGR 밸브 유속의 피드백 보정계수(Kqac0)가 EGR 밸브 유속과 즉시 곱해진다면 EGR 밸브 유속(Cqe)의 값은 불안정해질 수 있다. 따라서, EGR 밸브 유속의 피드백 보정계수(Kqac0)는 EGR 밸브 유속(Cqe)의 곱셈 대신에 보정된 실제 EGR률(Qec_h)의 연산에 대한 식(25)에 사용된다. 이렇게, 보정된 실제 EGR량(Qec_h)으로부터 도 64의 도면을 이용하여 EGR 밸브 유속(Cqe)을 연산하므로, EGR 밸브 유속(Cqe)의 피드백 제어의 여분이 유지되고, 감도의 분산이 억제된다.
또한, 도 64의 도면에서, 특성이 가파르게 경사진 우측 모서리 근처부근에서, EGR 밸브 유속(Cqe)의 연산에 부조화가 발생하는 경향이 있다. EGR 밸브 유속(Cqe)에 부조화가 발생하면, 식(27)에 의해 연산된 EGR 밸브의 개방면적(Aev)에서 또한 오류가 발생한다.
이 오류를 억제시키기 위해, EGR량 피드백 보정량(Kqac00)은 식(27)의 분자인 단위 시간당 목표 EGR량(Tqek)의 연산에 적용된다. 식(22)에 의해, EGR량 피드백 보정량(Kqac00)은 실린더 흡기 신선공기량(Qac)에 대한 목표 신선공기 지연 과정치(tQacd)의 오차비에 직접 비례하도록 만들어진다. 이 비례 제어 때문에, 도 64의 도면상의 부조화가 즉시 보정될 수 있다.
EGR량 피드백 보정량(Kqac00)의 연산을 위한 식(22)에서, 보정 게인(Gkfb)이 1이고 디젤 엔진(1)의 예열이 완료된다면, 식(22)은 하기와 같이 단순화될 것이다.
Kqac00 = (tQacd/Qac - 1) + 1
여기서, 실린더 흡기 신선공기량(Qac)이 목표치(tQacd)보다 작다면, Kqac00값은 보다 큰 값이며, 식(20)에 의해 연산된 목표 EGR량(Tqec)은 즉시 감소한다.그래서, 트로틀(60)을 통해 취한 신선공기량은 상대적으로 증가하며, 실린더 흡기 신선공기량(Qac)은 목표치(tQacd)를 변환한다.
이는 EGR 밸브(6)의 제어에 대한 설명으로 끝을 맺는다.
다음으로, 과급기(50)의 가변 노즐(53)의 제어에 대해 설명한다.
과급 압력은 과급기(50)의 압력 제어 밸브(56)에 출력된 신호의 듀티치(Dtyvnt)에 의해 제어된다. 듀티치(Dtyvnt)가 0이면, 압력 제어 밸브(56)는 완전 개방하고 듀티치가 1이면, 완전 폐쇄된다.
도 15에 도시된 루틴은 듀티치(Dtyvnt)를 판정한다. 이 루틴은 1/100초의 간격으로 실행된다.
우선, 제어 유니트(41)는 스텝(S71)에서 실제 EGR률(Megrd)을 판독한다. 스텝(S72)에서, 제어 유니트(41)는 도 20의 서브루틴에 의해 연산된 흡기 신선공기량(tQac)을 판독한다.
스텝(S73)에서, 제어 유니트(41)는 도 24의 루틴에 의해 연산된 실제 EGR량(Qec)을 판독한다.
다음 스텝(S74)에서, 제어 유니트(41)는 가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)을 판독한다. 여기서, 개방은 노즐이 완전히 개방될 때, 개방면적에 대한 퍼센트로서 가변 노즐(53)의 개방면적을 나타내는 값이다. 그러므로, 노즐이 완전히 개방될 때, 개방은 100%이며, 완전히 폐쇄될 때, 개방은 0%이다. 과급기(50)의 용량에 영향을 미치지 않는 보편 값으로서 가변 노즐(53)의 개방을 나타내기 위하여 개방이 사용되지만, 물론 가변 노즐(53)의 개방면적이 사용될 수 있다.
가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)은 도 25에 도시된 루틴에 의해 연산된다. 이 루틴은 REF신호와 동기적으로 도 15의 주요 루틴에 관계없이 실행된다.
도 25를 참조로 하여, 스텝(S121)에서, 제어 유니트(41)는 우선 목표 흡기 공기량(tQac), 실제 EGR량(Qec), 엔진 회전 속도 및 목표 연료분사량(Qsol)을 판독한다. 다음 스텝(S122)에서, 가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)을 연산하기 위한 흡기 신선공기량 등가치(tQas0)는 하기 식(28)에 의해 연산된다.
tQas0 = (tQac + Qsol·QFGAN#)·Ne/KCON# (28)
단, KCON# = 상수.
스텝(S123)에서, EGR량 등가치(Qes0)는 하기 식(29)에 의해 연산된다.
Qes0 = (Qec + Qsol·QFGAN#)·Ne/KCON# (29)
식(28) 및(29)에서, Ne/KCON#은 실린더당 흡기 공기량 또는 EGR량을 단위 시간당 값으로 변환하기 위한 계수이다.
또한, 식(28) 및 (29)에서, 디젤 엔진(1)의 부하에 따른 목표 개방(Rvnt)을 변화하기 위하여 목표 흡기 신선공기량(tQac) 또는 실제 EGR량(Qec)에 Qsol·QFGAN#이 부가된다.
디젤 엔진(1)의 부하를 나타내는 목표 연료분사량(Qsol)의 효과는게인(QFGAN#)에 의해 조정된다. 하기 설명에서, 이렇게 연산된 tQas0는 흡기 공기량 등가치로 언급되며, Qes0는 설정된 EGR량 등가치로 언급된다.
다음 스텝(S124)에서, 가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)은 설정된 흡기 공기량 등가치(tQas0) 및 설정된 EGR량 등가치(Qes0)에 기초하여 미리 저장된 도 26에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다.
이 도면에 의해 상술된 목표 개방(Rvnt)의 특성을 도시하면, 흡기 신선공기량 등가치(tQas0)가 크게 설정된 도면의 우측면 영역에 있어서, 목표 개방(Rvnt)은 설정된 EGR량 등가치(Qes0)의 증가에 의하여 감소한다. 이는 하기의 이유 때문이다. EGR량이 증가함에 따라 신선공기가 감소하고, 그러므로, 공연비가 풍부해지며 매연이 용이하게 발생된다. 이러한 상황을 피하기 위해, EGR량이 더욱 더 증가하는 과급기(50)의 과급 압력을 상승시킴으로서 목표 개방(Rvnt)이 감소되며, 신선공기 흡기량은 증가된다.
흡기 공기량 등가치(tQas0)가 작은 도면의 좌측 영역에서, 과급기(50)의 과급 효율은 적다. 이 도면의 이 영역에서, 목표 개방(Rvnt)은 흡기 공기량 등가치 (tQas0)가 감소함에 따라 감소된다. 이는 이 영역에서 목표 개방(Rvnt)이 증가된다면, 배기가스 터빈(52)을 회전시키기 위해 요구되는 배기압이 성립되기 어렵기 때문이다. 이는 또한 가속기 페달의 완전 개방에 의해 차량이 가속될 때, 가변 노즐(53)의 초기 개방이 작다면, 과급에 기인한 가속 효과가 크기 때문이다.
이 도면에서, Rvnt = Small로 지시된 범위의 목표 개방(Rvnt)은 약 20%이다.Rvnt = Large로 지시된 범위의 목표 개방(Rvnt)은 연비 성능이 강조된다면 약 30%로 설정되며, 배기가스 정화가 강조된다면, 약 60%이다.
이제, 도 15의 스텝(S74)에서 목표 개방(Rvnt)을 판독한 후, 스텝(S75)에서, 제어 유니트(41)는 도 29에 도시된 서브루틴을 사용하여 목표 개방(Rvnt)을 위한 사전 처리를 부가한다. 이 사전 처리는 가변 노즐(53)을 구동하는 압력 액츄에이터(54)를 작동하기 위해 요구되는 시간에 기초하여 작동하는 지연을 보상하기 위한 목적이다. 이 처리는 압력 제어 밸브(56)를 사용한 압력 액츄에이터(54)의 작동에 요구되며, 다이아프램 액츄에이터(59)는 스텝 모터와 비교되는 큰 응답 지연을 가진다.
도 29를 참조로 하여, 제어 유니트(41)는 우선 스텝(S141)에서 목표 개방 (Rvnt)을 판독한다.
스텝(S142)에서, 서브 루틴이 수행되었을 때, 이전 선행 경우에서 연산된 개방 예상치(Cavntn-1)가 목표 개방(Rvnt)과 비교된다. 개방 예상치(Cavntn-1)는 차후에 스텝(S150)에서 설명된다.
Rvnt ＞ Cavntn-1일 때, 가변 노즐(53)은 개방 방향으로 작동중이다. 이 경우에는, 스텝(S143)에서, 서브루틴은 소정치(GKVNTO#)로 사전 보정 게인(Gkvnt)을 설정하고, 스텝(S144)에서, 소정치(TCVNTO#)로 사전 보정 시간 상수 등가치(Tcvnt)를 설정하며, 스텝(S150)으로 진행한다.
여기서, 시간 상수 등가치(Tcvnt)는 시간 상수의 역이며, 큰 값이 응답이 더빠름을 나타낸다.
다른 한편, 스텝(S142)에서 Rvnt ≤ Cavntn-1일 때, 서브루틴은 스텝(S145)에서 Rvnt ＜ Cavntn-1인지의 여부를 판정한다.
Rvnt ＜ Cavntn-1일 때, 가변 노즐(53)은 폐쇄방향으로 작동중이다. 이 경우에는, 서브루틴은 스텝(S146)에서 사전 보정 게인(Gkvnt)을 소정치(GKVNTC#)로 설정하며, 스텝(S147)에서 사전 보정 시간 등가치(Tcvnt)를 소정치(TCVNTC#)로 설정하며, 스텝(S150)으로 진행한다. 여기에서, GKVNTO# ＜ GKVNTC# 및 TCVNTO# ＜ TCVNTC#이다.
가변 노즐(53)이 폐쇄될 때, 이렇게 설정하는 이유는 배기가스 압력이 저항력으로서 작용하기 때문이며, 그러므로, 노즐이 가변 노즐(53)의 작동을 촉진시키도록 개방될 때보다 게인을 더 크게 설정하고, 시간 상수를 더 작게 설정하는 것이 바람직하다. 시간 상수를 작게 만든다는 것은 상기 언급한 것과 같이, 시간 상수 등가치(Tcvnt)를 크게 만든다는 것을 의미한다.
스텝(S145)에서, 목표 개방(Rvnt)이 개방 예상치(Cavntn-1)보다 작지 않을 때, 즉, Rvnt가 Cavntn-1과 동일할 때, 스텝(S148)에서, 서브루틴은 이전 선행치 (Gkvntn-1)와 동일한 사전 보정 게인(Gkvnt)을 설정하며, 이전 선행치(Tcvntn-1)와 동일한 사전 보정 시간 상수 등가치(Tcvnt)를 설정하여, 스텝(S150)으로 진행한다.
스텝(S150)에서, 개방 예상치(Cavnt)는 사전 보정 시간 상수 등가치(Tcvnt)및 목표 개방(Rvnt)을 이용한 하기 식(30)으로부터 연산된다.
Cavnt = Rvnt·Tcvnt + Cavntn-1·(1 - Tcvnt) (30)
단, Cavntn-1= 서브루틴이 실행된 이전 선행 경우에서 연산된 Cavnt.
다음의 스텝(S151)에서, 목표 개방의 개방 루프 제어량(Avnt_f)은 개방 예상치(Cavnt) 및 목표 개방(Rvnt)을 이용한 하기 식(31)에 의해 연산된다.
Avnt_f = Gkvnt·Rvnt - (Gkvnt - 1)·Cavntn-1(31)
도 29의 서브루틴을 수행한 후, 제어 유니트(41)는 도 15의 루틴으로 복귀하며, 스텝(S76)에서 도 30에 도시된 서브루틴을 이용한 목표 개방(Rvnt)의 피드백 보정량(Avnt_fb)을 연산한다.
도 30을 참조로 하여, 스텝(S161)에서, 제어 유니트(41)는 우선 목표 흡기 신선공기량(tQac), 목표 EGR률(Megr), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 실린더 흡기 신선공기량(Qac)을 판독한다.
스텝(S162)에서, 목표 EGR률(Megr)은 소정치(MEGRLV#)와 비교된다. 소정치 (MEGRLV#)는 도 20의 스텝(S102)에서 사용되었던 값과 동일하다. 여기에서, 소정치(MEGRLV#)와 목표 EGR률(Megr)을 비교하므로서 배기가스 재순환을 실행하는지의여부가 판정된다.
Megr ≥MEGRLV#는 배기가스 재순환이 실행되어야 하는 영역이다. 이 경우에는, 서브루틴은 스텝(S164)으로 진행하며, 목표 흡기 신선공기량(tQac)의 오차율(dQac)은 하기 식(32)에 의해 실제 흡기 공기량(Qac)에 관하여 연산된다.
dQac = (tQac/Qac) - 1 (32)
목표 흡기 신선공기량(tQac)이 실린더 흡기 신선공기량(Qac)보다 더 클 때, 오차율(dQac)은 양(+)의 값을 취하고, 목표 흡기 신선공기량(tQac)이 실린더 흡기 신선공기량(Qac)보다 더 작을 때, 오차율(dQac)은 음(-)의 값을 취한다.
목표 흡기 신선공기량(tQac)이 실린더 흡기 신선공기량(Qac)과 동일하다면, 오차율(dQac)은 0이다.
Megr ＜ MEGRLV#는 배기가스 재순환이 실행되지 않는 영역이다. 이 경우에는, 서브루틴은 스텝(S163)에서 오차율(dQac)을 0으로 설정한다.
오차율(dQac)을 설정한 후, 서브루틴은 스텝(S165)으로 진행한다.
스텝(S165)에서, 목표 개방(Rvnt)의 피드백 제어에 사용된 피드백 게인 보정계수(Kh)가 제어 유니트(41)에서 미리 저장된 도면을 조사하여, 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)으로부터 연산된다. 이 도면은 보정계수(Kh)에 목표 연료분사량(Qsol)에 의해 나타낸 디젤 엔진(1)의 부하 및 디젤 엔진(1)의 회전 속도(Ne)를 더 크게 증가하도록 설정된다.
다음 스텝(S166)에서, 비례 피드백 게인(Kp), 적분 피드백 게인(Ki) 및 미분 피드백 게인(Kd)은 보정계수(Kh)와 비례 상수(KPB#), 적분 상수(KIB#) 및 미분 상수(KDB#)를 각각 곱하므로서 연산된다.
스텝(S167)에서, 이들 게인에 기초하여, 가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)의 피드백 제어량(Avnt_fb)은 종래 공지된 비례/적분/미분 제어식을 이용하여 연산된다.
상기 연산후, 제어 유니트(41)는 도 15의 루틴으로 복귀하며, 스텝(S77)에서 도 31에 도시된 서브루틴을 사용한 목표 개방(Rvnt)상에서 선형화 처리를 실행한다.
도 31을 참조로 하여, 스텝(S171)에서, 제어 유니트(41)는 목표 개방(Rvnt)의 개방 루프 제어량(Avnt_f) 및 피드백 제어량(Avnt_fb)을 판독한다.
다음 스텝(S172)에서, 명령 개방(Avnt)은 이들 제어량을 합하여 연산된다.
다음 스텝(S173)에서, 명령 개방(Avnt)의 선형화 처리치(Ratdty)는 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 32의 도면을 조사하여 명령 개방(Avnt)으로부터 연산된다.
이 처리 후, 제어 유니트(41)는 도 15의 루틴으로 다시 복귀하며, 스텝(S78)에서 도 34에 도시된 서브루틴을 사용한 듀티치(Dtyvnt)를 판정한다.
도 34의 서브루틴은 가변 노즐(53)의 압력 제어 밸브(56)에 대해 출력된 신호의 듀티치(Dtyvnt)를 설정한다. 이 선형화는 하기의 이유를 위해 요구된다.
도 33에서, EGR이 실행되지 않을 때, 과급 압력의 변화폭은 동일하지만 개방면적(dA0 및 dA1)은 다르다. EGR이 실행될 때, 이러한 차이는 더욱 더 클 수 있다. 바꾸어 말하면, 고정된 피드백 게인에 의해, 과급 압력을 정밀하게 제어하는 것은 어렵다. 과급 압력의 신속한 응답을 보장하기 위해서, 피드백 게인(Kh)은 주행 조건에 따라 변화하도록 설정된다.
도 34를 참조로 하여, 스텝(S181)에서, 제어 유니트(41)는 디젤 엔진(1)의 엔진 회전속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol), 명령 개방의 선형화 처리치(Ratdty),사전 보정 시간 상수 등가치(Tcvnt) 및 수온(Tw)을 판독한다.
스텝(S182)에서, 듀티 신호 변화 플래그는 도 35에 도시된 서브루틴을 이용하여 설정된다.
도 35를 참조로 하여, 스텝(S201)에서 제어 유니트(41)는 우선, 명령 개방(Avnt) 및 사전 보정 시간 상수 등가치(Tcvnt)를 판독한다.
스텝(S202)에서, 명령 개방 예상치(Adlyvnt)는 하기 식(33)에 의해 연산된다.
Adlyvnt = Avnt·Tcvnt + Adlyvntn-1·(1 - Tcvnt) (33)
단, Adlyvntn-1= 서브루틴이 수행된 이전 선행 경우에 연산된 Adlyvnt치.
여기서, 명령 개방(Avnt)과 명령 개방 예상치(Adlyvnt) 사이 관계는 목표 개방(Rvnt)과 개방 예상치(Cavnt) 사이 관계와 상응한다.
다음 스텝(S203)에서, 명령 개방 예상치(Adlyvnt)는 시간(M) 이전에 실행된 서브루틴에 의해 연산된 명령 개방 예상치(Adlyvntn-M)와 비교된다.
Adlyvnt ≥Adlyvntn-M일 때, 명령 개방은 증가하거나 일정하다. 이 경우에는, 서브루틴은 스텝(S204)에서, 작동 방향 플래그(fvnt)를 1로 설정하며, 스텝(S206)으로 진행한다.
스텝(S206)에서, Adlyvnt = Adlyvntn-M인지의 여부가 판정된다. Adlyvnt = Adlyvntn-M일 때, 스텝(S207)에서, 듀티 유지 플래그(fvnt2)는 1로 설정되고, 서브루틴은 종료된다.
Adlyvnt = Adlyvntn-M이 만족되지 않을 때, 루틴은 스텝(S208)으로 진행한다.
스텝(S203)에서, Adlyvnt ＜ Adlyvntn-M일 때, 명령 개방은 감소하는 것을 나타낸다. 이 경우에는, 서브루틴은 스텝(S205)에서 작동 방향 플래그(fvnt)를 0으로 재설정하며, 루틴은 스텝(S208)으로 진행한다.
스텝(S208)에서, 듀티 유지 플래그(fvnt2)는 0으로 재설정되며, 서브루틴은 종료된다.
따라서, 두개의 플래그(fvnt 및 fvnt2)를 설정한 후, 제어 유니트(41)는 도 34의 스텝(S183)에서 듀티치 온도 보정량(Dty_t)을 판독한다. 듀티치 온도 보정량(Dty_t)은 REF신호와 동기적으로 독립적으로 실행된 도 36의 루틴에 의해 연산된다.
도 36을 참조로 하여, 스텝(S211)에서, 제어 유니트(41)는 우선 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 냉각 수온(Tw)을 판독한다.
스텝(S212)에서, 기본 배기가스 온도(Texhb)는 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도(37)에 도시된 도면을 조사하여 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)으로부터 연산된다. 기본 배기가스 온도(Texhb)는 디젤 엔진(1)의 예열완료후의 배기가스 온도이다.
다음 스텝(S213)에서, 수온 보정계수(Ktexh_Tw)는 냉각 수온(Tw)에 기초하여, 제어 유니트(41)가 저장된 도 38에 도시된 도면을 조사하여 연산된다.
스텝(S214)에서, 배기가스 온도(Texhi)는 수온 보정계수(Ktexh_Tw)와 기본 배기가스 온도(Texhb)를 곱하여 연산된다.
다음 스텝(S215)에서, 실제 배기가스 온도(Texhdly)는 하기 식(34)에 의해 배기가스 온도(Texhi)와 제1 순서 처리 지연을 부가하여 연산된다. 이 값은 배기가스 온도의 변화에 열관성에 기인한 지연을 고려한 값이다.
Texhdly = Texhi·KEXH# + Texhdlyn-1·(1 - KEXH#) (34)
단, KEXH# = 상수, 및
Texhdlyn-1= 서브루틴이 실행되었을 때 이전 선행 경우에 연산된 Texdly.
다음 스텝(S216)에서, 기본 배기가스 온도(Texhb)와 이 실제 배기가스 온도(Texhdly)의 차이(dTexh)가 연산된다.
최종 스텝(S217)에서, 듀티치 온도 보정량(Dty_t)은 차이(dTexh)에 기초하여, 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 39에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 스텝(S216 및 S217)처리의 의미는 차후에 상세히 설명한다.
서브루틴의 종료 후, 제어 유니트(41)는 도 34의 서브루틴으로 복귀하며, 스텝(S184)후 처리를 실행한다. 스텝(S184) 내지 스텝(S189)은 듀티치와 이력현상처리를 더한 스텝들이다.
도 45에 관한 이력현상 처리를 설명하면, 명령 개방(Avnt)의 선형화 처리치(Ratdty)가 증가할 때, 듀티치는 가변 노즐(53)이 완전 개방될 때의 명령신호(Duty_l_p) 및 가변 노즐(53)이 완전 폐쇄될 때의 명령신호(Duty_h_p)를 결합하는 직선에 따라 변화된다. 다른 한편으로, 선형화 처리치(Ratdty)가 감소할 때, 듀티치는 가변 노즐(53)이 완전 개방될 때의 명령신호(Duty_l_n) 및 가변 노즐(53)이 완전 폐쇄될 때의 명령신호(Duty_h_n)를 연결하는 직선에 따라 변화된다. 도면에서, 가변 노즐(53)이 거의 폐쇄되는 영역에서 두 직선이 교차하지만, 이 영역은 압력 제어 밸브(56)의 실제 제어에 사용되지 않는 영역이다. 이들 특성들은 디젤 엔진(1)이 완전 예열했다는 가정으로 설정된다. 실제 배기가스 온도(Texhdly)가 낮을 때, 압력 액츄에이터(54)는 도 40에 도시된 것과 같이, 동일 듀티치보다 높은 가변 노즐(53) 개방 특성을 가진다. 그러므로, 배기가스 온도에 기인한 압력 액츄에이터(54)의 특성의 차이를 보상하기 위해, 도 36의 스텝(S216 및 S217)에서 연산된 온도 보정량(Dty_t)을 적용할 필요가 있다.
이제, 제어 유니트(41)는 스텝(S184)에서 작동 방향 플래그(fvnt)를 판정한다. 작동 방향 플래그(fvnt)가 1일 때, 즉, 명령 개방(Avnt)이 증가하거나 일정할 때, 스텝(S185 및 S186)의 처리가 실행된다. 스텝(S185)에서, 가변 노즐(53)이 완전 폐쇄될 때의 듀티치(Duty_h)는 도 41에 도시된 Duty_h_p 도면을 조사하여 목표 연료분사량(Qsol)을 기초로 하여 연산된다.
다음 스텝(S186)에서, 가변 노즐(53)이 완전 개방될 때의 듀티치(Duty_l)는 도 42에 도시된 Duty_l_p 도면을 조사하여 연산된다. 이 처리후, 서브루틴은 스텝(S189)으로 진행한다.
작동 방향 플래그(fvnt)가 스텝(S184)에서 0일 때, 즉 명령 개방(Avnt)이 감소할 때, 스텝(S187 및 S188)의 처리가 실행된다. 스텝(S187)에서, 가변 노즐(53)이 완전 폐쇄될 때의 듀티치(Duty_h)는 도 43에 도시된 Duty_h_n 도면을 조사하여 목표 연료분사량(Qsol)을 기초로 하여 연산된다. 다음 스텝(S188)에서, 가변 노즐(53)이 완전 개방될 때의 듀티치(Duty_l)는 도 44에 도시된 Duty_l_n 도면을 조사하여 목표 연료분사량(Qsol)을 기초로 하여 연산된다.
이 처리후, 서브루틴은 스텝(S189)으로 진행한다.
스텝(S189)에서, 명령 듀티 기본치(Dty_h)는 상기 처리에서 알아낸 듀티치(Duty_h 및 Duty_l), 명령 개방(Avnt)의 선형화 처리치(Ratdty) 및 온도 보정량(Dty_t)을 이용한 하기 식(35)에 의해 선형 내삽법 처리를 실행하므로서 연산된다.
Dty_h = (Duty_h - Duty_l)·Ratdty + Duty_l + Dty_t (35)
명령 개방(Avnt)이 감소하는 경우 및 감소하지 않는 경우에 선형 내삽법 처리에 이용된 직선을 변화시킴으로서, 명령 듀티 기본치(Dty_h)는 동일한 선형화 처리치(Ratdty)이기 때문에 명령 개방(Avnt)이 감소하는 경우에 다른 경우보다 작아진다.
다음 스텝(S190)에서, 듀티 유지 플래그(fvnt2)가 판정된다. 듀티 유지 플래그(fvnt2)가 1일 때, 즉, 명령 개방 예상치(Adlyvnt)가 변화하지 않을 때, 명령 듀티치(Dtyv)는 스텝(S191)에서 서브루틴이 실행된 이전 선행 경우에 연산된 듀티치(Dtyvntn-1)와 동일하게 설정된다. 듀티치(Dtyvntn-1)는 차후에 상세히 설명한다.
듀티 보존 플래그(fvnt2)가 0일 때, 즉, 명령 개방 예상치(Adlyvnt)가 변화할 때, 스텝(S192)에서, 명령 듀티치(Dtyv)는 스텝(S189)에서 연산된 명령 듀티 기본치(Dty_h)와 동일하게 설정된다.
따라서, 스텝(S191) 또는 스텝(S192)에서 명령 듀티치(Dtyv)를 판정한 후, 최종 스텝(S193)에서, 제어 유니트(41)는 명령 듀티치(Dtyv)에 기초한 도 46의 서브루틴을 이용하여 가변 노즐(53)의 작동 체크를 실행한다.
도 46을 참조로 하여, 스텝(S221)에서, 제어 유니트(41)는 우선 명령 듀티치(Dtyv), 엔진 회전 속도(Ne), 목표 연료분사량(Qsol) 및 냉각수온(Tw)을 판독한다.
연속하는 스텝(S222) 내지 스텝(S225)에서, 작동 체크 조건이 만족되는지의 여부가 판정된다. 작동 체크는 이들 조건들이 모두 만족될때만 실행된다.
스텝(S222)에서, 목표 연료분사량(Qsol)이 소정치(QSOLDIZ#)보다 작은지의 여부가 판정된다. 이 조건이 만족될 때, 디젤 엔진(1)이 연료차단을 실행하는 것을 의미한다.
스텝(S223)에서, 엔진 회전 속도(Ne)가 소정치(NEDIZ#)보다 작은지의 여부가 판정된다. 이 조건이 만족될 때, 디젤 엔진(1)의 회전 속도(Ne)가 중간 또는 저속 범위임을 의미한다.
스텝(S224)에서, 냉각 수온(Tw)이 소정치(TwDIZ#)보다 작은지의 여부가 판정된다. 이 조건이 만족될 때, 디젤 엔진(1)의 예열이 완전하지 않음을 의미한다.
스텝(S225)에서, 작동 체크 플래그(Fdiz)가 0인지의 여부가 판정된다. 이 조건이 만족될 때, 작동 체크가 아직 실행되지 않았음을 의미한다.
모든 조건들이 만족될 때, 작동 체크 카운터치(CtFdiz)가 스텝(S226)에서 증가되며, 루틴은 스텝(S227)으로 진행한다.
스텝(S222) 내지 스텝(S224)의 판정결과 중의 어느 하나가 만족되지 않을 때, 서브루틴은 스텝(S233)에서 작동 체크 플래그(Fdiz)를 0으로 재설정하며, 스텝(S234)으로 진행한다. 그러나, 작동 체크 플래그(Fdiz)가 스텝(S225)에서 1일 때, 즉시 스텝(S234)으로 진행한다.
스텝(S227)에서, 작동 체크 카운터치(CtFdiz)는 소정의 상한치(CTRDIZH#)와비교된다.
작동 체크 카운터치(CtFdiz)가 상한치(CTRDIZH#)보다 작을 때, 스텝(S228)에서, 작동 체크 카운터치(CtFdiz)는 소정의 하한치(CTRDIZL#)와 비교된다. 작동 체크 카운터치(CtFdiz)가 하한치(CTRDIZL#)보다 작지 않을 때, 스텝(S229)에서, 듀티치(Dtyvnt)는 도 47에 도시된 서브루틴을 이용하여 작동 체크에 대해 설정된다.
상한치(CTRDIZH#)가 예를 들어, 7초로 설정되고, 하한치(CTRDIZL#)가 예를 들어, 2초로 설정되는 경우에는, 작동 체크를 위한 듀티치는 상한치와 하한치 사이 차이의 5초 간격에서만 설정된다.
여기서, 도 47을 참조로 하여, 작동 체크를 위한 듀티치를 설정하는 서브루틴에 대해 설명한다.
제어 유니트(41)는, 스텝(S241)에서, 우선 작동 체크 카운터치(CtFdiz) 및 엔진 회전 속도(Ne)를 판독한다.
다음 스텝(S242)에서, 제어 패턴치(Duty_pu)는 작동 체크 카운터치(CtFdiz)와 하한치(CTRDIZL#)의 차이에 기초하여 도 48에 도시된 도면을 조사하여 설정된다. 이 도면에는 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다. 작동 체크 카운터치(CtFdiz)가 하한치(CTRDIZL#)를 초과한 후 경과된 시간에 따른 짧은 주기에 의해 0과 1 사이에서 반복적으로 변화하도록 제어 패턴치(Duty_pu)가 설정된다.
다음 스텝(S243)에서, 압력 제어 밸브(56)에 명령된 듀티치(Duty_p_ne)는 엔진 회전 속도(Ne)에 기초하여 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도 49에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 듀티치(Duty_p_ne)는 가변 노즐(53)의 개폐 작동을 조사하기 위한 듀티가 엔진 회전 속도(Ne)에 따라 다른 것으로 가정하여 설정된다. 예를 들면, 가변 노즐(53)이 폐쇄될 때, 배기가스 압력에 대향하여 반드시 닫혀야만 한다. 배기가스 압력은 엔진 회전속도(Ne)증가와 일치하여 증가한다.
또한, 엔진 회전 속도(Ne)가 고속 범위일 때, 작동 체크를 위한 가변 노즐(53)의 폐쇄는 엔진 주행 환경에 주요한 영향을 갖는다. 그러므로, 고속 범위에서, 엔진 주행 환경에 대한 영향을 감소시키도록 엔진 회전속도(Ne)가 증가함에 따라 듀티치(Duty_p_ne)가 감소된다.
다음 스텝(S244)에서, 듀티치(Dtyvnt)는 제어 패턴치(Duty_pu)에 듀티치 (Duty_p_ne)를 곱하여 연산되며, 서브루틴은 종료된다.
이렇게, 도 47의 서브루틴이 종료되므로, 도 46의 스텝(S229)의 처리는 종료되고, 도 46의 서브루틴도 역시 종료된다.
다른 한편으로, 도 46의 스텝(S227)에서, 작동 체크 카운터치(CtFdiz)가 상한치(CTRDIZ#)보다 작지 않을 때, 스텝(S230)의 처리가 실행된다. 여기서, 작동체크 카운터치(CtFdiz) 작동의 이전 선행치(CtFdizn-1)가 상한치(CTRDIZH#)와 비교된다. 이전 선행치(CtFdizn-1)가 상한치(CTRDIZH#)보다 작다면, 이는 이 서브루틴의 반복 실행에서 먼저 상한치(CTRDIZH#)에 도달한 CTRDIZH#을 의미하며, 듀티치(Dtyvnt)가 스텝(S231)에서 0으로 설정되며, 작동 체크 플래그(Fdiz)가 스텝(S232)에서 1로 설정되며, 서브루틴은 종료된다.
작동 체크가 완료될 때, 스텝(S231)에서 듀티치(Dtyvnt)를 0으로 설정하므로, 가변 노즐(53)은 완전 개방한다. 이 작동은 이후 실행되는 정상 제어동안 정밀한 제어를 유지하는데 목적이 있다. 작동 체크 플래그(Fdiz)를 1로 설정하므로, 스텝(S225)의 판정 결과는 이후 서브루틴의 실행 시에 항상 부정이다. 이는 가변 노즐(53)의 작동 체크가 디젤 엔진(1)을 시동한 후 즉시 실행되는 것을 의미한다.
다른 한편으로, 작동 체크 카운터치(CtFdiz)의 이전 선행치(CtFdizn-1)가 스텝(S230)에서 상한치(CTRDIZH#)보다 작지 않을 때, 서브루틴은 스텝(S234)으로 진행한다. 스텝(S234)에서, 작동 체크 카운터치(CtFdiz)는 0으로 재설정되며, 루틴은 스텝(S235)으로 진행한다.
작동 체크 카운터치(CtFdiz)가 스텝(S228)에서 소정의 하한치(CTRDIZL#)보다 작을 때, 서브루틴은 또한, 스텝(S235)으로 진행한다.
스텝(S235)에서, 작동 체크를 위한 듀티치(Dtyvnt)는 스텝(S191) 또는 스텝(S192)에서 판정되며, 서브루틴은 종료된다. 이 경우에는, 그러므로, 가변 노즐(53)의 정상 제어가 실행된다.
특히, 압력 액츄에이터(54)의 작동이 저온 등에서와 같이 불안정할 때, 가변 노즐(53)의 작동 체크는 가변 노즐(53)의 작동을 매끄럽게 만들며, 과급 압력의 제어에 신뢰성을 증가시킨다.
이렇게, 도 46의 서브루틴을 종료하므로, 도 34의 서브루틴의 스텝(S193)의과정이 종료되고 도 34의 서브루틴도 역시 종료된다. 또한, 도 34의 서브루틴이 종료하므로, 도 15의 스텝(S72)의 과정이 종료되고 도 15의 주요루틴도 역시 종료된다.
전술한 것과 같이, 제어 유니트(41)는 과급기(50)의 가변 노즐(53)의 개방 제어를 실행하여 신선공기량을 제어하며, 트로틀(60)의 개방 제어를 실행하여 또한 신선공기량을 제어할 수 있다. 그러나, 트로틀(60)이 폐쇄된다면, 연비 성능은 펌프손실이 증가하므로 손상된다. 그러므로, 목표 흡기 신선공기량(tQac)이 최소치(aQac)보다 클 때, 신선공기량은 가변 노즐(53)의 개방 제어에 의해 제어되고, 목표 흡기 신선공기량(tQac)이 최소치(aQac)보다 작을때 신선공기량은 트로틀(60)의 개방 제어에 의해서만 제어된다. 최소치(aQac)는 가변 노즐(53)이 완전 폐쇄될 때 흡기 공기량에 상응하는 값이다.
제어 유니트(41)는 도 69에 도시된 루틴을 실행하므로 신선 공기량을 제어한다. 이 루틴은 1/100초 간격으로 실행된다.
스텝(S411)에서, 우선, 엔진 회전 속도(Ne), 목표 EGR률(Megr), 기본 연료분사량(Mqdrv) 및 목표 흡기 신선공기량(tQac)이 판독된다.
다음 스텝(S412)에서, 과급기(50)의 가변 노즐(53)이 제어될 수 있는 최소 신선공기량 기본치(aQacb)는 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 EGR률(Megr)로부터 도 70에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 이 도면에 따라, 최소 신선공기량 기본치(aQacb)는 큰 목표 EGR률(Megr)을 감소시킨다. 또한, 최소 신선공기량 기본치(aQacb)는 엔진 고회전 속도(Ne)를 증가시킨다.
다음 스텝(S413)에서, 부하 보정계수(kaQqc)는 기본 연료분사량(Mqdrv)으로부터 도 71에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 기본 연료분사량(Mqdrv)으로 나타낸 디젤 엔진(1)상의 부하가 클수록, 과급 압력은 크고, 과급기(50)를 통해 공급되는 신선공기량도 크다. 그러므로, 부하에 따라 최소 신선공기량 기본치(aQacb)를 증가시키기 위하여, 부하 보정계수(kaQqc)가 제공된다. 또한, 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다. 부하 보정계수(kaQqc)는 도면에 도시된 것과 같이, 기본 연료분사량(Mqdrv)이 노즐(7)의 분사당 10mg일 때 1.0이 되도록 설정된다.
다음 스텝(S414)에서, 최소치(aQac)는 부하 보정계수(kaQqc)에 최소 신선공기량 기본치(aQacb)를 곱하여 연산된다.
다음 스텝(S415)에서, 목표 흡기 신선공기량(tQac)은 최소치(aQac)와 비교된다. 목표 흡기 신선공기량(tQac)이 최소치(aQac)보다 작지 않을 때, 트로틀(60)의 목표 트로틀 개방(TVO)은 스텝(S419)에서 소정치(TVOWOT#)로 설정되며, 루틴은 종료된다. 소정치(TVOWOT#)는 트로틀(60)의 완전 개방 상태에 상응하는 값이며, 트로틀(60)의 회전각도가 변환될 때, 대략 80°에 상응한다.
다른 한편으로, 목표 신선공기량(tQac)이 최소치(aQac)보다 작을 때, 가변 노즐(53)이 완전 폐쇄될지라도 목표 신선공기량(tQac)에 도달할 수 없다. 이 경우에는, 루틴은 스텝(S416)으로 진행하며, 신선공기량비(tDNV)는 목표 흡기 신선공기량(tQac)으로부터 도 72에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 이 도면은 제어 유니트(41)에 미리 저장된다. 신선공기량비(tDNV)는 중량유량인 목표 흡기 신선공기량(tQac)을 트로틀(60)에 의해 제어되는 체적유량으로 변환하여 이용된 값이다.
다음 스텝(S417)에서, 목표 트로틀 개방면적(tAtvo)은 엔진 회전 속도(Ne) 및 엔진 배기가스량(VOL#)에 신선 공기량비(tDNV)를 곱하여 연산된다. 또한, 트로틀(60)의 목표 트로틀 개방(TVO)은 스텝(S418)에서 목표 트로틀 개방면적(tAtvo)으로부터 도 73에 도시된 도면을 조사하여 연산된다. 또한, 이 도면은 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된다.
제어 유니트(41)는 이렇게 연산된 목표 트로틀 개방(TVO)에 기초하여 트로틀 액츄에이터(61)를 제어하여 목표 트로틀 개방(TVO)에 대한 트로틀(60)의 개방을 제어한다.
또한, 제어 유니트(41)는 목표 등가비(Tfbya)에 기초하여 도 68의 루틴을 실행하여 연료분사장치(10)의 분사량을 제어한다. 이 루틴은 REF신호와 동기적으로 실행된다.
도 68을 참조로 하여, 스텝(S391)에서, 목표 등가비(Tfbya) 및 실린더 흡기 신선공기량(Qac)이 판독된다.
다음 스텝(S392)에서, 최종 목표 연료분사량(Qfin)은 하기 식(36)에 의해 연산되고, 루틴은 종료된다.
Qfin = (Qac/BLAMB#)·Tfbya (36)
단, BLAME# = 14.7.
제어 유니트(41)는 연산된 목표 최종 연료분사량(Qfin)에 기초하여 삼방향 밸브(25)의 듀티 제어에 의해 연료분사장치(10)의 노즐(17)의 연료분사량을 제어한다.
그러므로, 본 제어장치에서, 제어 유니트(41)는 우선, 주행 조건에 기초하여 EGR 밸브(6)의 목표 EGR률(Megr)을 판정하고, EGR 밸브(6)의 개방을 제어한다. 이후, 목표 초과 공기 팩터(Tlamb) 및 초과 EGR률(Megr)에 기초하여 목표 등가비(Tfbya)를 판정한다.
이 목표 등가비(Tfbya)에 기초한 과급기(50)의 가변 노즐(53)을 제어하므로, 신선공기량이 제어되고, 연료분사장치(10)의 연료분사량이 또한 목표 등가비(Tfbya)에 기초하여 제어된다.
그러므로, 초과 공기 팩터 및 EGR률은 주행 조건에 따른 최적 비례로 제어될 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 12의 도면에 기초한 EGR률(Megr)의 비 및 도 22의 도면에 기초한 목표 초과 공기 팩터(Tlamb)는 주행 조건에 따라 최적 비례로 변화된다. 그러므로, 최적 연소는 디젤 엔진(1)이 과도 상태일지라도 실행될 수 있다.
또한, 초과 공기 팩터 및 EGR률 중의 하나만이 필요하면 변화될 수 있다. 예컨대, 풍부 스파이크의 실행이 요구될 때, EGR률이 일정한 안정 상태에서. 초과 공기 팩터는 목표 초과 공기 팩터를 1.0 이하로 설정하므로 단순히 EGR률을 일정하게 유지하는 동안 변화될 수 있다. 마찬가지로, EGR률은 목표 초과 공기 팩터를 일정하게 유지하는 동안 변화될 수 있다.
또한, 목표 등가비(Tfbya)는 EGR에 기인한 재순환 배기가스에서 공기를 고려하여 연산되어서, 디젤 엔진(1)의 초과 공기 팩터는 고정밀로 제어될 수 있다.
본 제어장치에서, 목표 초과 공기 팩터 기본치(Tlambb)는 큰 기본 연료분사량(Mqdrv)보다 작게 설정된다. 그러므로, 운전자가 가속기 페달을 가압할 때, 초과 공기 팩터는 감소하며 토오크는 증가한다. 반면에, 가속기 페달의 가압이 작을 때, 초과 공기 팩터는 증가하며 토오크는 감소한다. 그러므로, 본 발명은 차량의 주행안정성에 반하는 효과를 나타내지 않는다.
(제2실시예)
다음으로, 도 16을 참조로 하여, 본 발명의 제2실시예는 과급기(50)의 압력제어에 연관하여 설명한다.
본 실시예에 따라서, 도 16에 도시된 루틴은 과급기의 압력제어 밸브의 듀티치(Dtyvnt)를 연산하기 위한 도 15의 루틴을 대신하여 사용된다. 도 15의 루틴의 경우와 같이, 도 16의 루틴도 또한, 1/100초 간격으로 실행된다.
도 15의 루틴에서, 가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)은 실제 EGR량(Qec)에 기초하여 연산되었지만, 도 16의 루틴에서, 목표 개방(Rvnt)은 실제 EGR률(Megrd)에 기초하여 연산된다.
특히, 도 16의 루틴에서, 실제 EGR량(Qec)을 연산하는 도 15의 스텝(S73)의 과정이 생략된다. 동시에, 도 27에 도시된 루틴은 가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)의 연산시 도 25에 도시된 루틴을 대신하여 적용된다. 나머지 과정에 대한 설명은 제1실시예의 과정과 동일하다.
도 27을 참조로 하여, 스텝(S131)에서, 제어 유니트(41)는 목표 흡기 신선공기량(tQac), 실제 EGR률(Megrd), 엔진 회전 속도(Ne) 및 목표 연료분사량(Qsol)을 판독한다.
스텝(S132)에서, 도 15의 스텝(S122)의 연산과 동일한 연산이 실행되며, 설정 흡기 신선공기량 등가치(tQas0)가 연산된다.
스텝(S133)에서, 가변 노즐(53)의 목표 개방(Rvnt)은 설정 흡기 신선공기량 등가치(tQas0) 및 실제 EGR률(Megrd)에 기초하여 제어 유니트(41)의 메모리에 미리 저장된 도면을 조사하여 연산된다.
제1실시예의 도 26의 도면에서, 수직 축은 EGR률 등가치(Qes0)를 나타내지만, 도 28의 도면에서, 수직 축은 실제 EGR률(Megrd)을 나타낸다. 두 도면은 이들 매개변수에 대하여만 다르고, 획득된 목표 개방(Rvmt)의 특성은 어느 도면이 이용될지라도 동일하다.
일본국 특개평 제2000-146236호(2000년 5월 18일자 출원)의 내용들은 이로써 참조로 통합된다.
본 발명이 본 발명의 특정 실시예를 참조로 상기에서 설명하였지만, 본 발명은 상기 설명한 실시예에 제한되지는 않는다. 상기 설명된 실시예의 변경 및 변화가 상기 기술의 견지에서 당분야의 숙련된 기술자들에서 발생할 수 있다.
예컨대, 본 발명은 또한 흡기 통로(3)에 트로틀(60)을 대신하여 배기 통로(2)에 트로틀이 제공되는 디젤 엔진이 적용될 수 있다. 또한, 저온 예혼합 연소를 실행하는 디젤 엔진뿐만 아니라, 확산 연소가 예혼합연소를 따르는 일반 디젤 엔진도 적용될 수 있다.
과급기는 가변 노즐(53)을 구비하는 과급기(50)로 제한되지 않고, 과급기의 다른 형태도 이용가능하다. 예컨대, 본 발명은 유속에 따라 과급 압력을 변화시키는 과급기 및 배기가스가 배기가스 터빈을 우회하는 폐기밸브를 구비하는 고정용량 과급기도 또한 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 과급기를 이용한 엔진이 적용될 수 있다. 이들 모든 경우에서, 신선공기량은 과급기의 유속을 변화시키는 기구의 개방면적과 같은 가변 노즐의 개방 또는 개방면적을 변화시키는 액츄에이터의 개방 상태와 유사한 매개변수를 이용하여 제어될 수 있다.
상기에서 설명한 것과 같이, 본 발명은 독립적으로 요구되는 디젤엔진의 초과 공기 팩터 및 EGR률의 제어를 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 초과 공기 팩터의 제어의 정확성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 자동차의 디젤 엔진의 배기 배출을 개선한다.

Claims (12)

  1. 신선공기를 흡입하는 흡기 통로(3), 흡기 통로(3)의 신선공기의 흡입량을 변화시키는 조정장치(50, 53, 60), 엔진(1)의 배기가스를 배출하는 배기 통로(2), 흡기 통로(3)로 배기가스의 일부를 재순환시키는 배기가스 재순환 밸브(6), 및 엔진(1)에 연료를 공급하는 연료 공급 장치(10)를 구비하며, 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 신선공기 및 배기가스 재순환 밸브(6)에 의해 재순환된 배기가스의 혼합에 의해 연료를 연소하는 엔진 제어 장치에 있어서,
    엔진(1)의 주행 조건을 검출하는 센서(33, 34, 36, 37, 38, 41),
    흡기 통로(3)의 신선공기 흡입량을 검출하는 센서(39), 및
    주행 조건에 따라 목표 배기가스 재순환치를 판정하는 단계(S22),
    목표 배기가스 재순환치에 기초하여 배기가스 재순환 밸브(6)를 제어하는 단계(S13),
    주행 조건에 따라, 엔진(1)에 공급된 공기량과 연료량 사이의 관계를 나타내는 제1 목표치를 연산하는 단계(S102),
    제1 목표치 및 목표 배기가스 재순환치에 기초하여, 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 신선공기량과 엔진(1)에 공급된 연료량 사이의 관계를 나타내는 제2 목표치를 연산하는 단계(S103),
    제2 목표치에 기초하여 조정장치(50, 53, 60)를 제어하는 단계(S78, S124), 및
    제2 목표치에 기초하여 연료공급장치(10)를 제어하는 단계(S78, S124)로 프로그램된 마이크로프로세서(41)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(41)는,
    제1 목표치 및 목표 배기가스 재순환 밸브에 기초하여, 배기가스 재순환 밸브(6)에 의해 재순환된 배기가스에 함유된 재순환 공기량을 연산하는 단계(S103), 및 재순환 공기량에 기초하여 제1 목표치를 변경하므로 제2 목표치를 연산하는 단계(S103)로 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(41)는,
    하기 식
    Tfbya = {Tlamb + Megrd·(Tlamb - 1)}/Tlamb2
    단, Tfbya = 제2 목표치,
    Tlamb = 제1 목표치,
    Megrd = 목표 배기가스 재순환치에 소정의 지연처리를 실행하여 획득한 값에 의해 제2 목표치를 연산하는 단계(S103)로 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 조정 장치(50, 53, 60)는 배기가스 통로(2)에 배기가스의 압력에 따라 흡기 통로(3)에 신선공기를 과급하는 과급기(50)를 구비하고, 상기 과급기(50)는 배기가스 압력을 조정하는 가변 노즐(53)을 구비하며, 상기 마이크로프로세서(41)는 제2 목표치 및 목표 배기가스 재순환 밸브로부터 가변 노즐(53)의 목표 개방치를 연산하는 단계(S124) 및 목표 개방치를 가변 노즐(53)의 개방치로 제어하는 단계(S78)로 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조정장치(50, 53, 60)는 과급기(50)에 신선 공기 공급량을 조정하는 트로틀(60)을 더 구비하고, 상기 마이크로프로세서(41)는 제2 목표치(S104)로부터 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 목표 신선공기량을 연산하는 단계(S104), 및 신선 공기 목표량이 소정의 유속보다 적을 때 감소된 개방에 트로틀(60)을 제어하는 단계(S415 내지 S418)로 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 목표치는 혼합의 공연비 및 이론공연비의 비인 초과 공기 팩터이며, 주행 조건 검출 센서(33, 34, 36, 41)는 엔진(1)의 부하를 검출하는 센서를 구비하며, 상기 초과 공기 팩터는 큰 부하에 작게 설정되는 단계(S402)인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 주행 조건 검출 센서(33, 34, 36, 41)는 엔진(1)의 냉각 수온을 검출하는 센서, 신선공기의 온도를 검출하는 센서(37) 및 대기압을 검출하는 센서(38)중의 하나를 구비하며, 상기 마이크로프로세서(41)는 냉각 수온, 신선공기 온도 및 대기압 중의 하나에 기초하여 제1 목표치를 연산하는 단계(S403 내지 S405)로 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 목표치는 혼합의 공연비 및 이론 공연비의 비인 초과 공기 팩터이며, 상기 디젤 엔진(1)은 배기가스 통로(2)에서 산화질소를 환원시키는 촉매 컨버터(62)를 더 구비하며, 상기 마이크로프로세서(41)는 촉매 컨버터(62)에 의해 산화질소를 환원시키는 조건이 만족되는지의 여부를 판정하는 단계(S407), 및 환원 조건이 만족될 때, 마이크로프로세서(41)는 일시적으로 초과 공기 팩터치를 1.0보다 작은 값으로 설정하는 단계(S409)로 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(41)는,
    소정 시간 주기보다 긴 시간 동안 초과 공기 팩터가 1.0이하가 되는 것을 방지하는 단계(S379, S380)로 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(41)는,
    제2 목표치로부터 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 신선 공기의 목표량을 연산하는 단계(S104), 및 신선 공기 목표량 및 목표 배기가스 재순환 밸브에 기초하여 조정장치(50, 53, 60)의 목표 제어치를 판정하는 단계(S83, S112, S113, S123, S124)로 더 프로그램된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  11. 신선공기를 흡입하는 흡기 통로(3), 흡기 통로(3)의 신선공기의 흡입량을 변화시키는 조정장치(50, 53, 60), 엔진(1)의 배기가스를 배출하는 배기 통로(2), 흡기 통로(3)로 배기가스의 일부를 재순환시키는 배기가스 재순환 밸브(6), 및 엔진(1)에 연료를 공급하는 연료 공급 장치(10)를 구비하며, 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 신선공기 및 배기가스 재순환 밸브(6)에 의해 재순환된 배기가스의 혼합에 의해 연료를 연소하는 엔진 제어 장치에 있어서,
    엔진(1)의 주행 조건을 검출하는 수단(33, 34, 36, 37, 38, 41),
    흡기 통로(3)의 신선공기 흡입량을 검출하는 수단(39),
    주행 조건에 따라 배기가스 재순환 밸브(6)의 목표 배기가스 재순환치를 판정하는 수단(41, S22),
    목표 배기가스 재순환치에 기초하여 배기가스 재순환 밸브(6)를 제어하는 수단(41, S13),
    주행 조건에 따라, 엔진(1)에 공급된 공기량과 연료량 사이의 관계를 나타내는 제1 목표치를 연산하는 수단(41, S102),
    제1 목표치 및 목표 배기가스 재순환치에 기초하여, 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 신선공기량과 엔진(1)에 공급된 연료량 사이의 관계를 나타내는 제2 목표치를 연산하는 수단(41, S103),
    제2 목표치에 기초하여 조정장치(50, 53, 60)를 제어하는 수단(41, S78, S124), 및
    제2 목표치에 기초하여 연료공급장치(10)를 제어하는 수단(41, S78, S124)을 구비하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 장치.
  12. 신선공기를 흡입하는 흡기 통로(3), 흡기 통로(3)의 신선공기의 흡입량을 변화시키는 조정장치(50, 53, 60), 엔진(1)의 배기가스를 배출하는 배기 통로(2), 흡기 통로(3)로 배기가스의 일부를 재순환시키는 배기가스 재순환 밸브(6), 및 엔진(1)에 연료를 공급하는 연료 공급 장치(10)를 구비하며, 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 신선공기 및 배기가스 재순환 밸브(6)에 의해 재순환된 배기가스의 혼합에 의해 연료를 연소하는 엔진 제어 방법에 있어서,
    엔진(1)의 주행 조건을 검출하는 단계,
    흡기 통로(3)의 신선공기 흡입량을 검출하는 단계,
    주행 조건에 따라 배기가스 재순환 밸브(6)의 목표 배기가스 재순환치를 판정하는 단계(S22),
    목표 배기가스 재순환치에 기초하여 배기가스 재순환 밸브(6)를 제어하는 단계,
    주행 조건에 따라, 엔진(1)에 공급된 공기량과 연료량 사이의 관계를 나타내는 제1 목표치를 연산하는 단계,
    제1 목표치 및 목표 배기가스 재순환치에 기초하여, 흡기 통로(3)에 의해 흡입된 신선공기량과 엔진(1)에 공급된 연료량 사이의 관계를 나타내는 제2 목표치를 연산하는 단계,
    제2 목표치에 기초하여 조정장치(50, 53, 60)를 제어하는 단계, 및
    제2 목표치에 기초하여 연료공급장치(10)를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 제어 방법.
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