KR20030079758A

KR20030079758A - 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치

Info

Publication number: KR20030079758A
Application number: KR10-2003-0020733A
Authority: KR
Inventors: 카츠히코 미야모토; 히데오 나카이; 카츠유키 마에다; 세이지 시오타
Original assignee: 미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤; 미츠비시 지도샤 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2003-10-10
Also published as: US6901908B2; DE10315252A1; US20030221665A1; KR100570433B1; JP2003293833A; JP4410454B2; DE10315252B4

Abstract

내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 엔진(1)이 콜드 상태에서 시동된 경우는, 엔진의 점화 시기(IGT)를 지연 제어하여 엔진 회전수(Ne)를 목표 회전수(Neo)로 피드백 제어하는 점화 시기 회전수 제어(m1)를 실행한 후에, 엔진(1)의 흡입 공기량(Qa)을 제어하여 엔진 회전수(Ne)를 목표 회전수(Neo)로 피드백 제어하는 흡기량 회전수 제어(m2)를 실행한다. 이로써, 지연각(retard angle) 부족에 의해 배기 온도 상승이 불충분하게 되어 촉매 컨버터(21)의 활성화가 지연되는 것을 방지할 수 있다.

Description

내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치{IDLE SPEED CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

발명의 분야

본 발명은, 내연 기관의 아이들 회전수를 운전 상태에 따라 제어하는 아이들 회전수 제어 장치에 관한 것이다. 특히, 워밍업(warm-up) 촉진을 위한 점화 시기 제어에 따라 아이들 회전수를 제어하는 아이들 회전수 제어 장치에 관한 것이다.

관련 기술의 설명

내연 기관은 그 콜드 스타트시에(cold started) 아이들 운전의 안정화를 도모할 필요가 있다. 또한, 조기에 촉매의 활성화를 도모하고, 배기 가스의 정화 성능을 확보하도록 워밍업 촉진을 도모할 필요가 있다.

그래서, 내연 기관은 그 콜드 상태(cold mode)에서의 아이들 운전시에, 아이들 회전의 안정화를 도모하도록 목표 아이들 회전수를 보통때보다 높게 설정하고 있다. 그리고 나서, 내연 기관의 점화 시기를 보통의 점화 시기보다 지연되도록 보정함으로써, 배기 온도를 상승시키고 있다. 동시에, 내연 기관의 흡입 공기량을 증량시킴으로써, 점화 시기 지연의 보정에 수반하는 내연 기관의 발생 토크의 저하를억제하고 있다.

예를 들면, 도 14에 도시한 아이들 회전수 제어 장치에서는, 워밍업 운전시에 있으면, 전자 제어식의 스로틀 밸브(ETV)의 개방도(θs)가 시점 t1에서 워밍업 목표 초기 개방도(θs1)로 전환된다. 그리고, 초기 개방도는 경시적으로 수정되어 간다. 이 스로틀 밸브 개방도의 변화에 따라 흡입 공기량(Qa)도 증감하고, 엔진 회전수(Ne)도 증감한다. 시동 초기에 있어서, 엔진 회전수(Ne)는 목표 아이들 회전수(Ne1)를 상회하여 오버슈트한다. 그 후, 엔진 회전수(Ne)는, 흡입 공기량(Qa) 및 점화 시기(IGT)에 대응하는 목표 아이들 회전수(Ne1)로 수렴을 시작한다.

이 경우, 전자 제어식의 스로틀 밸브는, 도 14에 도시한 바와 같이, ETV의 개방도(θs) 지령에 응하여 같은 값을 유지하도록 오픈 루프 제어된다. 점화 장치는 도 14에 도시한 바와 같이, 점화 시기(IGT)의 지령에 응하여 같은 값을 유지하도록 피드백 제어된다. 이로써, 엔진 회전수(Ne)가 목표 아이들 회전수(Ne1)로 수렴하고, 그 변동이 수정되게 된다.

또한, 워밍업 운전은 내연 기관의 워밍업 완료시(t2)에 정상 상태로 전환된다. 그 때, ETV의 개방도(θs)가 정상시의 개방도(θsn)로 전환되고, 점화 시기(IGT)도, 정상시의 점화 시기(IGT)로 단계적로 전환되고, 정상시의 목표 아이들 회전수(Nen)로 경시적로 전환된다.

특개평10-299631호 공보에 기재된 종래 예는, 내연 기관의 아이들링 운전시에, 점화 시기를 지연시켜 배기 온도를 상승시키고, 촉매 장치의 온도를 상승시켜서 촉매 장치의 정화 성능을 조기에 확보하도록 하고 있다. 이 종래 예는, 점화 시기 지연의 보정과 아울러 흡입 공기량을 증량시킴으로써, 점화 시기 지연의 보정에 수반하는 내연 기관의 발생 토크의 감소나 회전수의 변동을 억제하도록 하고 있다.

그런데, 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 전자 제어식의 스로틀 밸브는 그 개방도의 제어치(θs)가 같더라도, 스로틀 밸브의 경년 변화(aging changes)나, 제품간의 편차에 의해, 흡입 공기량(Qa)에 어긋남이 생기기 쉽다.

그런데, 도 14에 도시한 종래의 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치나, 특개평10-299631호 공보에 개시되어 있는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치에서는, 흡입 공기량을 오픈 루프 제어하고 있다.

이 때문에, 특히, 흡입 공기량(Qa)이 감소측(파선 참조)으로 어긋남(△q)이 생기고 있는 상황에서는, 목표의 점화 시기(IGT)를 수정함으로써 목표의 아이들 회전수(Ne)를 피드백 제어하였다 하더라도, 목표의 점화 시기(IGT)가 이른 시각측(파선 참조)으로 어긋남량(△IGT)만큼 변위하게 되어 버린다. 이와 같은 상황에서는, 목표 점화 시기(IGT)의 지연량이 어긋남량(△IGT)만큼 작게 되어 불충분하게 되고, 배기 온도 상승이 불충분하게 된다. 그 결과, 촉매의 활성화가 지연되고, 그 만큼, 차량의 배기 가스의 총 배출량이 늘어나 버려서, 개선이 요망되고 있다.

본 발명의 목적은, 스로틀 밸브의 개방도에 경년 변화나 제품간의 편차에 의한 어긋남이 생겼다 하더라도, 워밍업시에, 흡입 공기량과 점화 시기를 함께 목표치로 피드백 제어함으로써, 지연각(retard angle)의 부족에 의해 배기 온도 상승이 불충분하게 되어 촉매 활성화가 지연되는 것을 방지할 수 있는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 배기계에 촉매 장치가 장착되고 아이들 운전시의 회전수를 목표 회전수로 제어하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 기관이 콜드 상태에서 시동된 경우는, 상기 기관의 점화 시기를 지연시켜 상기 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하는 점화 시기 회전수 제어를 실행한 후에, 상기 기관의 흡입 공기량을 제어하여 상기 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하는 흡기량 회전수 제어를 실행한다.

이와 같이, 콜드 스타트시는 우선 점화 시기를 지연시켜 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하기 때문에, 조기에 배기 온도를 상승시켜서 촉매 장치의 승온을 앞당길 수 있고, 응답성 좋게 기관 회전수를 목표 회전수로 제어할 수 있고 기관 회전수의 급상승을 억제하여 콜드 스타트시의 미연 연료(unburned fuel)의 배출도 억제할 수 있다. 그 후는, 흡입 공기량을 제어하여 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하기 때문에, 점화 시기 지연에 의한 촉매 승온 효과를 효율적으로 발휘시키면서 아이들 회전수를 안정시킬 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치를 장비한 엔진 및 제어계의 전체 대략 구성도.

도 2는 도 1의 아이들 회전수 제어 장치의 운전 상태에서의 경시적 변화 특성도.

도 3은 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 수온 대 시동 후 소정 시간 맵의 특성도.

도 4는 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 수온 대 목표 회전수 맵의 특성도.

도 5는 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 수온 대 린화 계수 맵의 특성도.

도 6은 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 수온 대 ETV 개방도 맵의 특성도.

도 7은 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 메인 루틴의 상부 순서도.

도 8은 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 메인 루틴의 하부 순서도.

도 9는 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 페이즈①의 서브루틴의 순서도.

도 10은 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 페이즈②의 서브루틴의 순서도.

도 11은 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 페이즈③의 서브루틴의 순서도.

도 12는 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 페이즈④의 서브루틴의 순서도.

도 13은 도 1의 아이들 회전수 제어 장치에서 이용하는 페이즈⑤의 서브루틴의 순서도.

도 14는 종래의 아이들 회전수 제어 장치의 운전 상태에서의 경시적 변화 특성도.

♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠

1 : 엔진2 : 컨트롤러

8 : 연료 분사 밸브9 : 점화 플러그

11 : 점화 회로21 : 촉매 컨버터

m1 : 점화 시기 회전수 제어m2 : 흡기량 회전수 제어

△θc : 크랭크각 정보A1 : 연료량 제어부

A2 : 점화 제어부D(Tinj) : 연료 분사 출력

IGT : 점화 시기Ne : 엔진 회전수

Neo : 목표 엔진 회전수Tinj : 연료 분사량

Qa : 흡입 공기량D(Tinj)

도 1은 본 발명의 한 실시 형태로서의 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치와, 동 장치를 장비하는 내연 기관으로서의 엔진(1)을 도시하였다.

도 1에 도시한 엔진(1)은 차량의 구동원으로서 사용되고, 그 흡기계 및 연료공급계, 점화계는 컨트롤러(2)에 의해 제어되고 있다.

엔진(1)은 실린더 블록(3) 내에 복수의 연소실(4)(도 1에서는 하나만 기재하였다)을 구비하고 있다. 동 연소실(4) 내의 도시하지 않은 피스톤의 운동은 크랭크 샤프트(5)에 의해 회전력으로 변환되고, 도시하지 않은 회전 구동계로 전달된다. 크랭크 샤프트(5)에는 크랭크각 센서(6)가 대응 설치되고, 크랭크각 센서(6)에 의해 크랭크 각 정보(△θc)를 컨트롤러(2)에 출력하고 있다. 컨트롤러(2)는 크랭크 각 정보(△θc)에 의거하여 엔진 회전수(Ne)를 도출하고 있다.

엔진(1)의 실린더 헤드(7)에는 연소실(4)을 개폐하는 흡배기 밸브(v1, v2) 및 점화 플러그(9)가 장착되고, 각 기통의 흡기 포트에는 연료 분사 밸브(8)가 장착된다.

이 중, 연료 분사 밸브(8)에는 연료 공급계로부터 연료가 공급되고 있다. 연료 분사 밸브(8)는, 컨트롤러(2) 내의 연료량 제어부(A1)가 운전 상태로부터 도출한 연료 분사량(Tinj)에 대응하는 펄스 폭의 연료 분사 출력(D(Tinj))을 받아서 분사 작동을 한다.

점화계의 점화 플러그(9)는 점화 회로(11)에 접속되어 있다. 점화 회로(11)는 컨트롤러(2) 내의 점화 제어부(A2)로부터의 점화 시기(IGT)의 신호를 받은 때에, 동 점화 시기(IGT)에 점화 출력(D_IGT)을 점화 플러그(9)에 발하여 점화 구동한다.

흡기계는 에어 클리너(12)로부터의 흡기를 전자 제어식의 스로틀 밸브(이후단지 ETV(13)라고 기록한다)를 장비하는 흡기관(14)을 통하여 서지 탱크(15)로 인도하고, 서지 탱크(15)의 흡기를 흡기 다기관(16)을 통하여 흡기 밸브(v1)의 개방시에 연소실(4)로 인도할 수 있다. ETV(13)는 컨트롤러(2) 내에 스로틀 밸브 구동부(A3)를 구비하고, 동 구동부(A3)로부터의 개방 밸브 출력(Pobj)을 받은 때에, 밸브 개방도를 전환하도록 구성되어 있다.

ETV(13)의 회전축에는 스로틀 개방도 센서(17)가 장착되고, 이로부터 발하여지는 스로틀 개방도(θs) 신호는 컨트롤러(2)에 입력된다. 또한, 흡기관(14)에는 흡입 공기량(Qa)을 검출하는 에어 플로우 센서(18)가 장착되고, 흡입 공기량(Qa) 신호는 컨트롤러(2)에 입력된다.

배기계는 배기관(19)의 도중에 촉매 컨버터(21)를 장착하고, 동 촉매 컨버터의 상류측에 공연비 센서(22)를 장비한다. 공연비 센서(22)의 공연비(A/F) 신호는 컨트롤러(2)에 입력된다.

촉매 컨버터(21)는 내부에 촉매 담체(211)를 개재하여 3원촉매를 배열 구비하고 있다. 3원촉매는, 배기 가스의 공연비(A/F)가 이론공연비로 조정되고 촉매 활성화가 이루어진 운전 범위에 있어서, 배기 가스중의 HC, CO, NOx를 무해화 처리하여 대기중으로 방출한다.

도 1에 있어서, 컨트롤러(2)는, 크랭크각 센서(6)로부터 크랭크각 정보(△θc) 및 엔진 회전수(Ne)를, 스로틀 개방도 센서(17)로부터 스로틀 개방도(θs)를, 에어 플로우 센서(18)로부터 흡입 공기량(Qa)을, 공연비 센서(22)로부터 공연비(A/F)를, 액셀 개방도 센서(23)로부터 액셀 페달 밟는량(θa)을, 실린더 블록(3)에 장착된 수온 센서(24)로부터 냉각수의 수온(wt)을, 차속 센서(25)로부터 차속(Vc)을, 각각 입력한다.

게다가, 컨트롤러(2)의 스로틀 밸브 구동부(A3)는, 정상시에 있어서, 액셀 페달 개방도(θa), 차속(Vc), 페달 가감 속도(△Pa) 등에 따라 보통 때의 밸브 개방도(Pobjn)를 구하거나, 또는, 냉각수의 수온(wt) 등에 따라 워밍업시 밸브 개방도(Pobju)를 구하고, 그리고 나서 연산된 보통 때의 밸브 개방도(Pobjn), 워밍업시 밸브 개방도(Pobju)에 대응하는 각 출력 신호(D(Pobj))를 ETV(13)에 출력하고, 흡기량 제어 처리를 행하고 있다.

컨트롤러(2)의 연료량 제어부(A1)는, 정상시에 있어서, 엔진 회전수(Ne)와 액셀 페달 개방도(θa)에 따라 기본 연료 분사량(Tb)을 구하고, 이것에 수온(wt), 가감 속도(Vacc) 등의 보정치(Twt Tacc)를 더하여 연료 분사량(Tinj)(= Tb + Twt + Tacc)을 도출한다. 그리고 나서, 연산된 연료 분사량(Tinj) 상당의 출력 신호(D(Tinj))를 연료 분사 밸브(8)에 출력하고, 연료 분사량 제어를 행하고 있다.

컨트롤러(2)의 점화 제어부(A2)는, 정상시에 있어서, 액셀 페달 개방도(θa) 등에 따른 기본 점화 시기(IGTb)와 운전 상태에 따른 지연 보정치(△IGT)로부터 점화 시기(IGT)를 도출한다. 그리고 나서, 연산된 점화 시기(IGT)에 대응하는 출력 신호(D(IGT))를 점화 회로(11)를 통하여 점화 플러그(9)에 각각 출력하여 점화 처리를 행하고 있다.

이와 같이 컨트롤러(2)는, 정상시에 있어서, 흡기계, 연료 공급계, 점화계의 기본적인 주지의 제어를 실행하고, 여기서는, 특히, 시동시에 아이들 회전수 제어수단(M1)으로서도 기능한다.

컨트롤러(2)의 아이들 회전수 제어 수단(M1)은 엔진이 콜드 상태, 즉, 여기서는 수온(wt)이 82℃ 미만에서 시동된 경우, 엔진(1)의 점화 시기(IGT)가 지연되도록 제어하여 엔진 회전수(Ne)를 목표 회전수(Neo)로 피드백 제어하는 점화 시기 회전수 제어(m1)를 실행한다. 그 후에, 컨트롤러(2)는 엔진(1)의 흡입 공기량(Qa)을 제어하여 엔진 회전수를 목표 회전수(Neo)로 피드백 제어하는 흡기량 회전수 제어(m2)를 실행한다.

이 흡기량 회전수 제어(m2)는, 점화 시기 회전수 제어(m1)에 의해 콜드 상태용의 목표 점화 시기(지연 목표 점화 시기)(IGTc)와 실제 점화 시기(IGTn)와의 차가 소정치(△IGT1)(1℃A) 이하이며 또한 목표 회전수(Neo)와 실제 회전수(Nen)와의 차(△Ne)가 소정 회전수(△Ne2)(30rpm) 이하로 된 후, 1초 후에 있어서 실행된다.

또한, 아이들 회전수 제어 수단(M1)은 점화 시기 회전수 제어(m1)중에, 목표 회전수(Neo)에 대한 실제 회전수(Nen)의 크기에 따라 점화 시기를 지연하는 동시에, 콜드 상태용의 목표 점화 시기(지연 목표 점화 시기)(IGTc)에 대한 실제 점화 시기(IGTn)의 진척 정도(degree of advancement)에 따라 워밍업시 밸브 개방도(흡기 스로틀 개방도)(Pobj)를 증대 수정한다.

또한, 아이들 회전수 제어 수단(M1)은, 점화 시기 회전수 제어(m1)의 종료 후에, 엔진 회전수(Ne)의 변동량에 대응하여 해당 변동을 억제하도록 점화 시기(IGT)를 지연 목표 점화 시기(IGTc)로 제어하고, 그 후에 흡기량 회전수 제어(m2)를 실행한다.

또한, 아이들 회전수 제어 수단(M1)은 흡기량 회전수 제어(m2)시에 기관 공연비를 희박하게(린(lean)화) 한다.

또한, 아이들 회전수 제어 수단(M1)은 흡기량 회전수 제어중에 회전 각속도(dNe)가 허용치(±dNe) 이내로 되는 범위에서 기관 공연비를 린화한다(희박하게 한다).

또한 아이들 회전수 제어 수단(M1)은 흡기량 회전수 제어(m2)중에, 회전수의 변동량에 대응하여 해당 변동을 억제하도록 점화 시기(IGT)를 제어한다.

다음에, 도 1의 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치의 작동을 도 2의 운전 상태 경시 변화 특성선도를 이용하고, 또한, 컨트롤러(2)의 각 제어 처리에서 이용하는 도 7 내지 도 13의 각 제어 루틴에 따라 설명한다.

컨트롤러(2)는 도시하지 않은 메인 스위치의 온과 함께 도 7, 8의 메인 루틴을 소정 제어 사이클마다 반복한다.

메인 스위치가 시점 ta에서 온 하여 시동 판정이 이루어지면, 메인 루틴의 단계 s1에서, 각 운전 상태를 나타내는 데이터가 받아들여지고, 단계 s2에서 촉매 승온 제어 플래그(FLG1)가 세트(온)인지의 여부를 판단한다. 제어 시작시이면 오프로서 단계 s3으로 진행하고, 세트이면 단계 s7로 진행한다. 단계 s3에서는 시동 시작 조건이 충족되어 있는지를 판정한다.

이 시동 시작 조건으로서는, 우선, 수온(wt)이 받아들여지고, 수온 상당의 시동 후 소정 시간(Tst)이 도 3의 시동 후 소정 시간 맵(Ma)에서 판독되고, 기억 처리된다.

뒤이어, 수온(wt)이 하한 온도(wt1)(예를 들면, 5℃)와 상한 온도(wt2)(예를 들면, 50℃)의 범위에 있는 것을 판정한다.

또한, ETV(13)에 대응 설치된 도시하지 않은 아이들 스위치가 온이고 아이들 운전 중인 것을 판정한다.

또한, 차속(Vc)이 정차(停車) 판정치(소정치 : 2.5km/h) 미만인지 판정한다. 또한, 엔진 회전수(Ne)가 하한치(예를 들면, 800rpm)와 상한치(예를 들면, 2500rpm)의 사이에 있는 것을 시동 후 소정 경과 시간(Tst)(예를 들면, 2초) 후에 판정한다.

이와 같은 시동 시작 조건이 성립하면 단계 s4로 진행하고, 불성립, 즉 워밍업 종료 후나, 콜드 상태인 채로 엔진 회전수를 과도하게 상승시키거나 주행에 들어간 경우이면, 현재 제어 처리는 종료된다.

단계 s4에서는 시동 시작 당초의 엔진 회전수(Ne)가 정상적으로 상승하였는지를 소정치(Ne1)(예를 들면, 800rpm)를 단숨에 상회하였는지의 여부로 판정하고, 상회하지 않으면 현재 제어 처리는 종료되고, 그렇지 않으면 단계 s5로 진행한다. 단계 s5에서는, 시동 시작 조건이 성립하고 있음에 의해 촉매 승온 제어 플래그(FLG1)를 세트하고, 단계 s6의 페이즈①, 즉, 도 2중의 시점 tb로부터 시점 tc 사이의 콜드 스타트 상승 범위에서의 제어로 들어가고, 여기서, 점화 시기 회전수 제어(m1) 및 흡기량 회전수 제어(m2)를 행한다.

도 9에 도시한 페이즈①의 서브루틴의 단계 a1에 도달하면, 수온(wt)에 대응하는 목표 회전수(아이들 회전수)(Neo)가 미리 설정되어 있는 아이들 회전수맵(Mb)(도 4 참조)으로부터 도출된다. 동 아이들 회전수 맵(Mb)에서는 예를 들면, +82℃로부터 -32℃까지의 수온(wt)의 강하에 따라 상승하도록 목표 회전수(아이들 회전수)(Neo)를 설정할 수 있다.

단계 a2에서는 수온(wt)에 대응하는 점화 최대 지연각 클립 값(ignition maximum retard angle clip value)(예를 들면, 1℃A)이 미리 설정되고, 단계 a3에서는 수온(wt)에 대응하는 지연 목표 점화 시기(IGTc)(설정치이고, 도 2 참조)가 미리 설정된다.

뒤이어 단계 a4에 이르면, 여기서는 공연비의 린화 계수(Krfstr)가 린화 계수 맵(leaning factor map; Mc)에 의해 수온(wt)에 대응하여 설정된다. 린화 계수 맵(Mc)에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 예를 들면, 수온(wt)의 상승에 응하여 감소하도록 린화 계수(Krfstr)가 설정된다. 이와 같은 린화 계수(Krfstr)는, 시동 직후 증량, 워밍업 증량 제어 등의 보통 제어치(Tinj)에 승산함으로써 공연비 린화를 도모하는데 이용된다. 여기서, 린화 계수(Krfstr)는 시동 후 소정 회전수를 초과한 때(1300rpm)에 초기치가 세트되고, 그 이전은 1.0으로 설정한다.

뒤이어 단계 a5에 이르면, 목표 회전수(Neo)에서 실제 회전수(Nen)를 감산한 회전 편차(△Ne)가 구하여진다. 이 때, 실제 회전수(Nen)가 목표 회전수(Neo)보다 크게 되어 오버슈트하고 있으면 회전 편차(△Ne)가 부의 값으로 된다.

단계 a6에서는 점화 시기 회전수 제어(m1)에 이용하기 위해, 회전 편차(△Ne)에 대응하는 점화 시기 보정치의 비례항(P항)(Pgainmap(△Ne))이 미리 설정된 도시하지 않은 맵에 의해 도출된다. 회전 편차(△Ne)가 부의 값인 경우, 비례항(P항)이 부로 되고, 지연각(retard angle)에 기여하는 값으로 된다.

뒤이어, 단계 a7에서는 회전 편차(△Ne)에 대응하는 점화 시기 보정치의 적분항(I항(n))(Igainmap(△Ne))이 미리 설정된 도시하지 않은 맵에 의해 도출되고, 이것에 이전 값(I(n - 1))이 가산되는 것에 의해 연산된다.

그리고 나서 단계 a8에서는 금회의 점화 시기(IGT)가 기본 점화 시기(IGT_B)와, 비례항(P항)과, 적분항(I항(n))을 가산함에 의해 산출된다. 이 점화 시기(IGT) 신호를 받은 점화 회로(11)는 점화 시기(IGT)에 점화 출력(D_IGT)으로 점화 플러그(9)를 점화 구동시키고, 점화 시기 피드백 제어가 이루어진다.

뒤이어 단계 a9에서는, 금회의 점화 시기(IGT)가 점화 최대 지연각 클립 값(예를 들면, 1℃A)보다 작은지의 여부를 판단하고, 작으면 단계 a10에서 금회 값을 점화 최대 지연각 클립 값으로 클립하고, 그렇지 않으면, 그대로 단계 a11로 진행한다.

단계 a11에서는, 페이즈①이 시점 tb에서 시작된 직후 흡기량 회전수 제어(m2)에서 이용되는 시동 직후 개방도(흡기 스로틀 개방도)(Pobjs)를 연산한다. 여기서는 미리 설정된 시동 직후 개방도 맵(Md)으로부터 수온(wt)에 대응하는 값으로서 설정된다. 시동 직후 개방도 맵(Md)에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 수온(wt)의 상승에 응하여 시동 직후 개방도(Pobjs)가 크게 설정된다.

단계 a12에서는, 단계 a3에서 구한 수온(wt)에 대응하는 지연 목표 점화 시기(IGTc)로부터 실제 점화 시기(IGTn)를 감산하여 편차(△IGT)를 구하고, 단계 a13으로 진행한다.

단계 a13에서는, 점화 시기의 편차(△IGT)를 제거하는데(즉, 점화 시기(IGT)를 목표 점화 시기(IGTc)에 가깝게 하는데) 필요한 ETV(13)의 개방도의 편차 수정 가산치(ETVADD)를 도출한다. 여기서는 미리 설정된 편차 수정치 맵(도시하지 않음)으로부터 대응치를 구하고, 단계 a14로 진행한다.

단계 a14에서는 금회의 ETV 개방도 증대량(ETVRTD(n))을 전회 값(ETVRTD(n-1)에 편차 수정 가산치(ETVADD)를 가산하여 연산한다. 그리고 나서, 단계 a15에서는 금회의 ETV 개방도(Pobj)를 단계 a11에서 구한 시동 직후 개방도(흡기 스로틀 개방도)(Pobjs)에 금회의 ETV 개방도 증대량(ETVRTD(n))을 가산하여 구하고, 동 ETV 개방도(Pobj)에 현 개방도를 피드백 제어하고, 메인 루틴으로 복귀한다.

이와 같이, 페이즈①에 있어서, 점화 시기 회전수 제어(m1)에 의해 목표 회전수(Neo)와 실제 회전수(Nen)의 회전 편차(△Ne)가 클수록 점화 시기(IGT)를 크게 수정하여 회전 편차(△Ne)를 목표치측으로 응답성 좋게 수렴시키도록 피드백 제어가 이루어진다. 그리고 나서, 흡기량 회전수 제어(m2)에 의해 지연 목표 점화 시기(IGTc)와 실제 점화 시기(IGTn)와의 편차(△IGT)를 흡수하도록, 금회의 ETV 개방도(Pobj)를 구하고, ETV(13)에 ETV 개방도 출력(D(Pobj))을 출력하여, ETV 개방도(Pobj)로 전환하여 구동시키고, 지연각에 의한 회전 저하를 수정하도록 도 2의 ETV 개방도(Pobj)선에 따른 증가 경향으로 피드백 제어가 이루어진다.

이와 같이, 콜드 스타트시는 우선 점화 시기(IGT)를 지연 목표 점화 시기(IGTc)로 지연 제어하고(단계 a2, a3), 엔진 회전수(Ne)를 목표 회전수(아이들회전수)(Neo)로 피드백 제어하기 때문에, 조기에 배기 온도를 상승시켜서 촉매 컨버터(21)의 3원촉매의 승온을 앞당기고, 촉매 활성화에 의한 배기 가스 중의 HC CO, NOx의 무해화를 조기에 달성할 수 있고, 응답성 좋게 엔진 회전수(Ne)를 목표 회전수(Neo)로 제어할 수 있어서 엔진 회전의 급상승을 억제하여 콜드 스타트시의 미연 연료의 배출도 억제할 수 있다. 게다가, 시점 tb 이후, ETV(13)의 ETV 개방도(Pobj)를 구하여 흡입 공기량(Qa)을 제어하여 엔진 회전수(Ne)를 목표 회전수(Neo)로 피드백 제어하기 때문에, 점화 시기 지연에 의한 촉매 승온 효과를 효율적으로 발휘시키면서 아이들 회전수(Neo)의 저하를 억제하여 안정시킬 수 있다.

메인 루틴의 단계 s7에 이르면, 여기서는 페이즈①의 처리가 계속중인지의 여부를 판정하고, 처리가 종료되지 않으면 단계 s8측으로, 종료하면 단계 s11로 진행한다.

단계 s8에서는, 목표 회전수(Neo)에서 실제 회전수(Nen)를 감산한 회전 편차(△Ne)가 구하여지고, 단계 s9로 진행한다.

단계 s9에서는, 페이즈①로부터 페이즈②(도 2 참조)로의 전환 조건이 충족되는지의 여부를 판정하고, 충족되지 않으면, 상술한 시동 시작 조건이 충족되어 있는지를 판정하는 단계 a12로 진행하고, 전환 조건이 충족되면 단계 s10으로 진행한다.

단계 s9에서, 페이즈②로의 전환 조건을 판정한다. 여기서는 회전 편차(△Ne)가 회전 하한치(△Ne1)(-100rpm : 오버슈트 때)와 회전 상한치(△Ne2)(30rpm)의 사이에 있다. 또한, 콜드 상태용의 목표 점화 시기(지연목표 점화 시기)(IGTc)와 실제 점화 시기(IGTn)의 차가 소정치(△IGT1)(1℃A) 이하로 된 후, Tα(0.1)초 경과한 상태에 있는 것을 판정한다.

이 대신에, 시동 후 T1초를 경과하고, 회전 편차(△Ne)가 회전 상한치(△Ne2)(30rpm) 미만이며, 또한 콜드 상태용의 목표 점화 시기(지연 목표 점화 시기)(IGTc)와 실제 점화 시기(IGTn)와의 차가 소정치(△IGT1)(1℃A) 미만의 상태가 소정 시간(적절히 설정)(Tα') 경과한 상태에 있는지를 판정하여도 좋다.

이상, 점화 시기 및 회전수가 목표치 측으로 수렴함으로써 페이즈①가 완료되고, 페이즈②로의 전환 조건이 충족되고, 단계 s10로 진행한다.

도 10에 도시한 페이즈②의 서브루틴의 단계 b1에 있어서, 피드백 제어인 점화 시기 회전수 제어(m1)가 리셋되고, 금회의 점화 시기를 지연 목표 점화 시기(IGTc)로 고정한다.

또한, 단계 b2에서는, 피드백 제어인 흡기량 회전수 제어(m2)가 리셋되고, 최신의 페이즈①에서의 최종치인 ETV(13)의 개방도(Pobj)를 금회의 ETV 개방도로서 고정한다.

단계 b3에서는, 평균 회전수(Nef)를 전전회, 전회, 금회의 각 회전수 데이터를 이용하여, (Ne(n - 2) + Ne(n - 1) + Ne(n))/3으로서 연산한다. 또한, 단계 a1과 마찬가지로 최신의 목표 회전수(Neo)(수온에 대응)를 구한다. 그리고 나서, 이들 중의 큰 쪽의 값과 실제 회전수(Ne(n))의 편차(△Ne)를 구한다. 또한, 이로써 회전 변동과, 목표 회전수(Neo)(수온에 대응)를 함께 고려한 제어를 할 수 있다. 그리고 나서, 여기서의 편차(△Ne)에 대응하는 점화 변조 게인(δ)(도시하지 않은게인 맵에서 설정)을 설정하고, 동 게인을 지연 목표 점화 시기(IGTc)에 승산하여 변조 처리가 이루어지고, 최신의 목표 점화 시기(IGT)(= IGTc×δ)가 산출된다. 이 때, 회전 안정화를 확보하기 위해, 진척각(15℃A), 지연각(-2℃A)의 범위의 보정 제한이 설정되고, 메인 루틴으로 복귀한다.

메인 루틴의 단계 s11에 이르면, 여기서는 페이즈②의 처리중인지의 여부를 판정하고, 처리중이면 단계 s13측으로, 처리중이 아니면 단계 s15로 진행한다.

단계 s13에서는 소정 시간, 여기서는 0.3초의 경과를 기다리고, 그 동안은 단계 s12로 진행하고, 경과 후는 단계 s14의 페이즈③의 제어로 진행한다.

도 11에 도시한 페이즈③의 서브루틴의 단계 c1에 이르면, 금회의 점화 시기(IGT)를 지연 목표치(IGTc)로 설정한다. 또한, 단계 c2에서는, 단계 b3의 제어 처리와 마찬가지로, 회전 편차(△Ne)에 의거하여 최신의 목표 점화 시기(IGT)(= IGTc ×δ)가 산출되고, 동 목표 점화 시기(IGT)로 점화 구동 처리가 이루어진다.

단계 c3에 이르면, 크랭크각 센서(6)로부터의 크랭크각 신호(△θc)를 기초로, 같은 값의 시계열 데이터로부터 크랭크 축(5)의 회전 각속도(△θc)를 구하고, 또한 같은 값을 미분하여 회전 각가속도(θacc)를 산출한다. 뒤이어, 단계 c4에서 회전 각가속도(θacc)가 소정치인 실화(misfire) 판정 가속도(△θc1)보다 작은지의 여부를 판정하고, 현재의 지연 처리에서 실화가 없다라고 단계 c5에서 판정된 경우에 단계 c6으로 진행하고, 현재의 지연 처리에서 실화가 발생한다라고 판정되면 단계 c7로 진행하여 린 한계 제어로 진행한다.

여기서 실화에 의해 단계 c7에 이르면, 단계 a4에서 구한 공연비의 린화 계수(Krfstr)의 전회치(Krfstr(n-1))를 받아들이고, 이것에 리치화 가산치(β1)를 가산하여 금회의 린화 계수(Krfstr(n))를 연산하고, 역으로, 실화가 없음에 의해 단계 c6에 이르면, 단계 a4에서 구한 린화 계수의 전회치(Krfstr(n-1))로부터 린화 감산치(β2)를 감산하여 금회의 린화 계수(Krfstr(n))를 연산하고, 각각 단계 c8로 진행한다.

단계 c8에서는 단계 c6, c7의 각가속도 린화 계수(Krfstr)에 린화를 위한 보정 계수(γ)를 승산하여 연료 보정 계수(Kacc)를 연산하고, 동 연료 보정 계수(Kacc)를 사용하여 수정된 연료 분사 출력(D(Tinj))으로 연료 분사 밸브(8)을 구동한다.

뒤이어, 단계 c9에서는 공연비 린화시 ETV 보정량(ETVLEAN)을 린화 계수(Krfstr)에 대응하는 값으로 설정한다.

뒤이어, 단계 c10에 있어서는, 목표 회전수(Neo)에서 실제 회전수(Nen)를 감산한 회전 편차(△Ne)가 구하여진다. 단계 c11에 이르면, 회전 편차(△Ne)를 배제하는데 필요한 ETV(13)의 개방도 편차 수정치(△ETVFB)를 도출한다. 여기서는 미리 설정된 개방도 편차 수정치 맵(도시하지 않는다)으로부터 회전 편차(△Ne)에 응한 증가 수정치(△ETVFBmap(△Ne))를 EVT 회전 F/B 보정치로서 연산하고, 단계 c12로 진행한다.

단계 c12에서는 페이즈③ 돌입시의 ETV(13)의 개방도(Pobja)에 단계 c9에서의 린화시 ETV 보정량(ETVLEAN(n))과 단계 c11에서의 EVT 회전 F/B 보정치(△ETVFB)를 가산하여 금회의 ETV 개방도(Pobj)를 연산하고, 메인 루틴으로복귀한다.

메인 루틴의 단계 s15에 이르면, 여기서는 페이즈③의 처리중인지의 여부를 판정하고, 처리중이면 단계 s16으로, 처리중이 아니면 단계 s18로 진행한다.

단계 s16에서는 페이즈③로부터 페이즈④(도 2 참조)로의 전환 조건이 충족되는지의 여부를 판정하고, 충족되지 않으면 시동 시작 조건이 충족되고 있는지를 판정하는 단계 a12로, 전환 조건이 충족되면 페이즈④의 처리를 행하는 단계 s17로 진행한다.

단계 s16에서의 페이즈④로의 전환 조건은, 린화 계수(Krfstr)가 목표치(린화 제한치 : 예를 들면 15.5)로 되고, 소정 시간(0.3초)이 경과하였는지를 판단한다. 여기서 목표치는 NOx의 배출량이 증가하지 않는 범위에서, HC의 증가도 억제하는 것을 고려하여 적절히 설정된다.

도 12에 도시한 페이즈④의 서브루틴의 단계 d1에 이르면, 여기서는 점화 제어를 페이즈③의 단계 c1, c2와 마찬가지로 처리한다. 단계 d2에서는 ETV(13)의 개방도(θs) 제어를 페이즈③의 단계 c3 이하의 처리와 마찬가지로 처리한다.

단계 d3에서는 단계 c6, c7에서 구한 린화 계수(Krfstr)를 린화 제한치{여기서는 0.95(A/F : 15.5)}로 하여, 연료 제어를 행하고 메인 루틴으로 복귀한다.

메인 루틴의 단계 s18에 이르면, 여기서는 페이즈④의 처리중인지의 여부를 판정하고, 처리중이 아니면 단계 s19로, 처리중이면 단계 s12로 진행한다. 단계 s12에서는 상술한 시동 시작 조건이 충족되고 있으면 금회의 제어를 종료하고, 충족되지 않으면, 즉, 상술한 시동 시작 조건을 이탈하고 있으면 단계 s19의 페이즈⑤의 처리로 진행한다.

도 13에 도시한 페이즈⑤의 서브루틴의 단계 e1에 이르면, ETV(13)의 개방도 제어를 회전수 피드백 제어로부터 보통 제어로 되돌린다.

단계 e2에서는 점화 제어를 공기량의 움직임을 모의(模擬)한 행정마다의 2단계 테일링(tailing)에 의해 보통 제어로 되돌린다.

단계 e3에서는 공연비 린화 계수를 1제어 행정마다 소정 기울기에서 1.0측으로 되돌리고, 메인 루틴으로 돌아온다.

메인 루틴의 단계 s20에 이르면, 여기서는 페이즈⑤의 처리중인지의 여부를 판정하고, 처리가 종료되지 않으면 그대로 이번 회의 제어를 종료하고, 페이즈⑤의 처리가 종료면 단계 s21로 진행하고, 거기서 시동 시작 조건이 성립한 시점에서 온 되어 있던 촉매 승온 제어 플래그(FLG1)을 리셋하고, 이번 회의 제어를 종료한다.

상술한 바와 같이, 도 1의 아이들 회전수 제어 장치는, 콜드 스타트시에는 우선 점화 시기를 지연 제어하여 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하기 때문에, 조기에 배기 온도를 상승시켜서 촉매 장치의 승온을 앞당길 수 있고, 응답성 좋게 기관 회전수를 목표 회전수로 제어할 수 있어서 기관 회전수의 급상승을 억제하여 콜드 스타트시의 미연 연료의 배출도 억제할 수 있다. 그 후는, 흡입 공기량을 제어하여 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하기 때문에, 점화 시기 지연에 의한 촉매 승온 효과를 효율적으로 발휘시키면서 아이들 회전수를 안정시킬 수 있다.

점화 시기 회전수 제어(m1)중에 있어서 목표 점화 시기(IGT)로 수렴하는 동시에 목표 회전수(Neo)로도 수렴한(단계 a1 내지 a10) 후에 흡기량 회전수 제어(m2)(단계 a11 내지 a15)를 실행하기 때문에, 점화 시기와 회전수가 함께 적절하게 되고 나서 흡기량 회전수 제어(m2)로 이행시킬 수 있어서, 지연된 점화 시기(IGTc)에 의해 촉매 승온 효과를 효율적으로 발휘시키면서 흡기량 제어에 의해 아이들시의 목표 회전수(Neo)를 안정시킬 수 있다.

점화 시기 회전수 제어(m1)중에는, 목표 회전수(Neo)에 대한 실제 회전수(Nen)의 크기에 따라 점화 시기(IGT)를 지연시키는 동시에, 콜드 상태용의 목표 점화 시기(IGTc)에 대한 실제 점화 시기(IGTn)의 진척 정도(△IGT)에 따라 시동 직후 개방도(흡기 스로틀 개방도)(Pobjs)를 증대시키기 때문에(단계 a11 내지 a15), 금후에 예측되는 점화 시기 지연량에 따라 흡기 스로틀 개방도를 증대시키게 된다. 이로써, 점화 시기 지연에 의한 출력 저하를 흡기량 제어에 의해 응답성 좋게 보상할 수 있어서, 안정된 운전 상태를 유지하면서 점화 시기를 효과적으로 지연시킬 수 있다. 또한, 흡기 스로틀 개방도의 증대에 수반하는 공기량의 증대에 의한 회전 상승에 대응하여, 점화 시기가 지연되게 되기 때문에, 이 점에서도, 점화 시기를 효과적으로 지연시킬 수 있다.

점화 시기 회전수 제어(m1)에 있어서, 회전수의 변동량에 대응하여 해당 변동을 억제하도록 점화 시기를 제어하고(단계 a10), 그 후에 회전수가 안정되고 나서 흡기량 회전수 제어(m2)(단계 a12 내지 a15)를 실행하기 때문에, 흡기량 회전수 제어(m2)를 안정된 상태에서 시작시킬 수 있고, 점화 시기 지연에 의한 촉매 승온효과를 효율적으로 발휘시키면서 아이들시의 목표 회전수(Neo)를 안정시킬 수 있다.

점화 시기 회전수 제어(m1)를 종료 후에, 기관 공연비(A/F)를 린화(페이즈③의 제어에서 단계 c2부터 c7)하면서, 흡기량 회전수 제어(m2)(단계 c10 내지 c12)를 실행하기 때문에, 미연 연료의 배출을 효율적으로 억제하면서, 점화 시기 지연에 의한 촉매 승온 효과도 효율적으로 발휘시킬 수 있다.

회전 각속도(△θc)가 허용치 이내로 되는 범위에서 린화하면서 흡기량 회전수 제어(m2)로 이행하기 때문에, 미연 연료의 배출을 효율적으로 억제하면서, 점화 시기 지연에 의한 촉매 승온 효과도 효율적으로 발휘시킬 수 있다.

흡기량 회전수 제어(m2)중에는, 엔진 회전수(Ne)의 변동량(△Ne)에 대응하여 해당 변동을 억제하도록 점화 시기(IGT)를 제어한다고 한 경우(단계 a5부터 단계 a10)에는, 흡기량 회전수 제어(m2)에 더하여 엔진 회전수(Ne)의 변동량(△Ne)에 대응하여 점화 시기(IGT)를 제어하기 때문에, 흡기량과 점화 시기로 효과적으로 회전수(Ne)를 안정시킬 수 있고, 점화 시기(IGT)를 크게 변경시킬 필요가 없기 때문에, 점화 시기 지연에 의한 촉매 승온 효과를 효율적으로 발휘시킬 수 있다.

Claims

내연기관의 배기계에 장착된 촉매 장치(21)와,

상기 기관에 마련된 점화 플러그(9)를 점화 구동시키는 점화 구동 장치(11)와,

상기 기관의 흡입 공기량을 조정하는 흡입 공기량 조정 장치(l3)와,

상기 점화 구동 장치(11) 및 흡입 공기량 조정 장치(13)의 작동을 제어하는 제어 장치(2)를 구비하고, 아이들 운전시의 회전수를 목표 회전수로 제어하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서,

상기 제어 장치는, 기관이 콜드 상태(cold mode)에서 시동된 경우는, 상기 점화 구동 장치에 의한 상기 기관의 점화 시기를 지연 제어하여 상기 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하는 점화 시기 회전수 제어(m1)를 실행한 후에, 상기 흡입 공기량 조정 장치의 작동을 제어하여 상기 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어하는 흡기량 회전수 제어(m2)를 실행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 점화 시기 회전수 제어에 의해 콜드 상태용의 목표 점화 시기와 실제 점화 시기와의 차가 소정치 이하로 되며 또한 상기 목표 회전수와 실제 회전수와의 차가 소정 회전수 이하로 된 후에 작동하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 점화 시기 회전수 제어중에는, 목표 회전수에 대한 실제 회전수의 크기에 따라 점화 시기를 지연시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 점화 시기 회전수 제어중에는, 콜드 상태용의 목표 점화 시기에 대한 실제 점화 시기의 진척 정도(degree of advancement)에 따라 흡기 스로틀 개방도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 점화 시기 회전수 제어중에는, 점화 시기를 서서히 지연시키면서 상기 기관의 회전수를 목표 회전수로 피드백 제어함과 함께 흡기 스로틀 개방도를 서서히 증대시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 점화 시기 회전수 제어를 종료 후에, 회전수의 변동량에 대응하여 해당 변동을 억제하도록 점화 시기를 제어하고, 그 후에 상기 흡기량 회전수 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 기관의 공연비를 조정하는 공연비 조정 장치를 또한 구비하고,

상기 제어 장치는, 상기 흡기량 회전수 제어시에 기관 공연비를 린화하도록 상기 공연비 조정 장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 7항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 흡기량 회전수 제어중에, 회전 각속도가 허용치 이내로 되는 범위에서 기관 공연비를 린화하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 흡기량 회전수 제어중에는, 회전수의 변동량에 대응하여 해당 변동을 억제하도록 점화 시기를 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 아이들 회전수 제어 장치.