KR20040028606A - 디젤 엔진의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

디젤 엔진의 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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KR20040028606A
KR20040028606A KR10-2003-7003662A KR20037003662A KR20040028606A KR 20040028606 A KR20040028606 A KR 20040028606A KR 20037003662 A KR20037003662 A KR 20037003662A KR 20040028606 A KR20040028606 A KR 20040028606A
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오카다나오키
사토츠네히로
마츠모토요시유키
나카오마사미
사하라마사노리
하브고우지
스가노히로무
야마모토마사루
모리츠네히로
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마츠다 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 개개의 분사기간의 차이에 의해 발생하는 분사기 성능의 변화 또는 노화에 따른 변화의 영향을 받지 않고 정확한 연료 분사를 실행하는 것이 가능한 디젤 엔진 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 디젤 엔진 제어 장치는, 디젤 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 분사기와, 분사기로의 전류 공급 시기를 변경하는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단과, 소정의(안정된) 분사 상태가 성립될 때의 전류 공급 시기가 소정의 연소 상태에 필요한 양의 연료를 분사하기 위한 전류 공급 시기인지를 판정하는 판정 수단과, 판정된 전류 공급 시기에 기초하여 분사량 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 제어 데이터 보정 수단을 포함한다.

Description

디젤 엔진의 제어 장치 및 제어 방법{DIESEL ENGINE CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD}
디젤 엔진에서, 연료의 분사량은 하나 이상의 연료 분사기로의 전류 공급 시기를 변경하여 연료 분사 시기를 변경하는 것에 의해 제어된다. 그러나, 전류 공급 시기와 연료 분사량 사이의 관계는 개개의 분사기의 성능의 차이와, 노화에 따른 변화 등으로 인해 상이한 분사기마다 다르기 때문에 정확한 연료 분사는 어렵다. 특히, 이러한 곤란성은 1회 분사당 분사량이 적은 저부하 저 rpm 영역과 각 행정 중에 분사된 연료의 양을 둘 이상의 분사로 분할하는 분할 연료 분사에서 나타난다.
대응 특허로서 미국 특허 제 6,053,150 호 및 유럽 특허 공보 947686 호가 있는 미 심사된 일본 특허 공개 11-287149 호에 이러한 곤란성을 극복하는 장치가개시되어 있는 바, 이 장치는 커먼 레일 압력(common rail pressure)의 변화로부터 파일럿 연료 분사(pilot fuel injection)의 개시를 결정하는 것에 의해 연료 분사에 필요한 최소 전류 공급 시기를 검출한다.
다른 한편, 대응 특허로서 미국 특허 제 6,244,241 호 및 유럽 특허 제 647684 호가 있는 미 심사된 일본 특허 공개 11-343911 호에는, 공연비를 검출하기 위한 O2센서의 출력에 기초하여 1회 분사당 분사량을 판정하고 그리고 판정된 분사량 및 분사시의 분사 펄스(전류 공급 시기) 출력의 폭으로부터 전류 공급 시기와 분사량 사이의 관계를 검출하는 장치가 개시되어 있다. 미 심사된 일본 공보 제 2000-227036 호 및 제 2001-98991 호에도 이와 동일한 장치가 개시되어 있다.
커먼 레일 압력이 동력학적 인자 등에 의해 영향을 받기 때문에, 상기 일본 특허 공보 제 11-287149 호는 작은 분사 구역에서 연료 분사를 정확히 검출할 수 없다. 더욱이, 이 장치는 연료 분사에 필요한 전류 공급 시기의 하한값을 검출할 수는 있지만, 점화를 가능하게 하는 양의 연료가 분사되었는지의 여부를 정확히 검출할 수 없다. 즉, 안정된 점화에 필요한 전류 공급 시기의 하한을 정확히 검출할 수 없다.
일본 공보 11-343911 호의 장치는 가솔린 엔진에 특유한 공연비의 피드백 제어용 O2센서를 이용하므로, 디젤 엔진에는 적용될 수 없다.
본 발명의 목적은 파일럿 분사와 같은 소량의 분사시에도 정확한 연료 분사가 가능한 디젤 엔진 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개개의 분사기 사이의 차이에 의해 발생하는 분사기 성능의 차이 또는 노화에 따른 변화의 영향을 받지 않고 정확한 연료 분사를 실행하는 것이 가능한 디젤 엔진 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명은 디젤 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 분사기와, 분사기로의 전류 공급 시기를 변경하는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단과, 규정된(안정된) 연소 상태가 성립될 때의 전류 공급 시기가 규정된 연소 상태에 필요한 연료의 양을 분사하기 위한 전류 공급 시기인지를 판정하는 판정 수단과, 판정된 전류 공급 시기에 기초하여 분사량 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 제어 데이터 보정 수단을 포함하는 디젤 엔진 제어 장치를 제공한다.
판정 수단은 규정된 저부하 저 rpm 작동 중에 전류 공급 시기를 판정하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 디젤 엔진은 소정의 작동 상태에 응답하여 각 사이클 중에 분사된 연료의 양을 다수의 분사로 분할하는 분할 연료 분사를 실행하고 그리고 판정 수단은 분할 연료 분사 중에 판정을 내린다.
이 경우에, 공회전 또는 다른 규정된 저 부하, 저 rpm 작동 상태 중에, 안정된 작동 상태, 즉 안정된 점화 및 안정된 연소에 의해 발생하는 자립 회전으로 표시되는 작동 상태(규정된 연소 상태)를 달성하기 위해 필요한 사이클 당, 기통 당 연료 분사량(필수 분사량)은 실질적으로 엔진 사양 등에 의해서만 예컨대, 5 ㎣로결정되고, 그리고 이러한 연료 분사량에 관하여 분사기로의 전류 공급 시기가 결정된다. 예컨대, 5 ㎣의 이러한 필요 분사량은 소정의 비율로 분할되어 복수의 분사 단계에서 분사된다. 복수의 분사 단계의 각각에서 분사량은 분할 비에 따라 결정되고, 따라서 각 분사 단계에 대한 전류 공급 시기가 결정된다.
그 결과, 분할 비에 기초한 전류 공급 시기를 이용하여 규정된 저 부하 저 rpm 작동 상태에서 분할 연료 분사를 실행하고, 안정된 작동 상태(규정된 연소 상태)를 달성하도록 전류 공급 시기를 조정하고, 안정된 작동 상태가 성립될 때 적어도 분사량이 최소가 되는 분사 단계의 전류 공급 시기를 그 분사 단계의 분사량에 대응하는 전류 공급 시기로 규정하여, 그것에 의해 디젤 엔진의 작동중에 운전자에게 무언가 이상한 느낌을 주지 않고 작은 분사 구역에서 전류 공급 시기의 하한의 정확한 조절 및 실용 구역내의 분사량-전류 공급 시기 특성의 정확한 제어를 가능하게 함으로써, 개개의 분사기 사이의 변화에 의해 발생하는 분사기 성능의 변화 또는 노화에 따른 변화로부터의 영향이 없이, 전류 공급 시기의 제어를 통해 소량의 연료의 안정된 분사를 달성할 수 있다.
판정 수단 및 제어 데이터 보정 수단은 다중 연료 분사 압력에서 전류 공급 시기 판정 및 제어 데이터 보정을 실행하는 것이 바람직하다. 이에 의해서 실용 영역 내에서 상이한 분사 압력의 보정이 가능하므로, 작동 상태의 변화에 대한 응답이 가능하다.
제어 데이터 보정 수단은 현재의 기본 전류 공급 시기와 판정된 전류 공급 시기 사이의 편차를 연산하는 것이 바람직하고, 그리고 연산된 편차를 바탕으로 상기 다중 연료 분사 압력 이외의 분사 압력에서 제어 데이터를 보정한다. 이에 의해서, 분사기로의 전류 공급의 시기와 실용 영역의 분사 압력 변화의 범위내의 분사량 사이의 관계를 소수의 단계에서 보정하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 판정 수단은 엔진이 규정된 엔진 속도가 달성된 규정된 연소 상태에 있는지를 판정한다. 바람직하게는, 디젤 엔진은 복수의 기통 및 판정 수단을 갖추고 있고, 판정 수단 및 제어 데이터 보정 수단은 각 기통마다 개별적으로 전류 공급 시기를 판정하고 제어 데이터를 보정한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 디젤 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 분사기와; 분사기로의 전류 공급 주기를 변화시킴으로써 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단과; 분사기가 주 연료 분사 전에 주 연료 분사의 분사량보다 적은 분사량의 파일럿 분사를 실시하게 하도록 규정된 작동 상태에서 작동하는 파일럿 분사 제어 수단과; 전류 공급 주기를 변경하여 파일럿 분사의 분사량을 변화시키는 것에 의해 실화(misfire) 상태를 발생시키는 실화 발생 수단과; 실화 상태를 식별하기 위한 실화 식별 수단과; 실화가 검출될 때 분사기로의 전류 공급 시기를 실화 제한 전류 공급 시기로 설정하는 실화 제한 설정 수단과; 실화 제한 전류 공급 시기에 기초하여 파일럿 분사 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 파일럿 제어 보정 수단을 포함하는 디젤 엔진 제어 장치를 제공한다.
이러한 구성에서, 디젤 엔진이 공회전 또는 다른 규정된 저 부하 저 rpm 작동 상태에 있을 때, 파일럿 분사에 의해 점화 안정성이 달성되는 상태로부터 사이클 당 분사량을 변화시킴이 없이 파일럿 분사가 정지되어야 하면 실화가 발생되는한계까지 분사 시점이 지연된다. 이 상태에서, 전류 공급 시기와 각 분사기의 분사량 사이의 관계는 사이클 당 분사량을 변화시킴이 없이 분사기로의 전류 공급 시기를 변화시키고 그리고 실제의 실화 발생 한계(전류 공급 시기의 하한)를 검출하는 것에 의해 검출되고, 그 후에 검출 결과에 기초하여 연료 분사 제어를 보정한다. 그 결과, 개개의 분사기 사이의 차이 또는 노화에 따른 변화에 의해 영향을 받지 않고 안정된 파일럿 분사 제어 등을 달성할 수 있다.
실화 식별 수단은 크랭크각의 회전 속도에 기초하여 실화를 식별하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 디젤 엔진은 복수의 기통을 구비하고 있고, 실화 식별 수단은 실화된 기통내의 폭발시의 크랭크축 회전 속도와 다른 기통내의 폭발시의 크랭크축 회전 속도간의 차이에 기초하여 실화 상태를 식별한다.
실화 식별 수단은 크랭크축의 회전 속도차가 규정된 값과 동일하거나 그보다 큰 경우 실화 상태의 발생을 식별하는 것이 바람직하다. 파일럿 제어 보정 수단은 실화 한계 전류 공급 시기에 규정된 시기를 합산하는 것에 의해서 얻는 시기를 파일럿 분사의 전류 공급 시기의 하한값으로서 설정하는 것이 바람직하다. 실화 발생, 실화 식별, 실화 한계 설정 및 파일럿 제어 보정은 각각 다중 연료 분사 압력에서 실행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 디젤 엔진은 복수의 기통을 구비하고 있고, 그리고 실화 발생, 실화 식별, 실화 한계 설정 및 파일럿 제어 보정은 각 기통마다 개별적으로 실행한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 연료를 연소실 내에 직접 분사하기 위한 분사기로의 전류 공급 시기를 변경하는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 디젤 엔진 제어 방법을 제공한다. 이 방법은, 규정된 연소 상태가 달성되었을 때의 전류 공급 시기가 규정된 연소 상태에 필요한 양의 연료를 분사하기 위한 전류 공급 시기인 지를 판정하는 단계와; 판정한 전류 공급 시기에 기초하여 분사량 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 연료를 연소실 내에 직접 분사하기 위한 분사기로의 전류 공급 시기를 변화시킴으로써 연료 분사량을 제어하는 디젤 엔진 제어 방법을 제공한다. 이 방법은 분사기를 주 연료 분사 전에 주 연소 분사의 분사량보다 적은 분사량의 파일럿 분사를 실행하게 하는 규정된 작동 상태에서 실행하는 단계와; 전류 공급 시기를 변경하여 파일럿 분사의 분사량을 변화시키는 것에 의해 실화 상태를 발생시키는 단계와; 실화 상태를 식별하는 단계와; 실화가 검출될 때 분사기로의 전류 공급 시기를 실화 한계 전류 공급 시기로 설정하는 단계와; 실화 한계 전류 공급 시기에 기초하여 파일럿 분사 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 디젤 엔진의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 디젤 엔진에서 소량의 연료의 정확한 분사를 가능하게 하는 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 디젤 엔진 제어 장치의 전체의 구성을 도시하는 개략도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 분사 상태를 도시하는 타임 챠트,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에서 보정 단계를 실행하기 위해 ECU에 의해실행되는 처리의 세부 항목을 도시하는 흐름도,
도 4는 분사 압력이 전류 공급 시기에 따라 변화하는 것을 도시하는 그래프,
도 5는 분사량이 전류 공급 시기에 따라 변화하는 것을 도시하는 그래프,
도 6은 실제의 전류 공급 시기와 참조 분사 공급 시기 사이의 편차 TQ를 도시하는 그래프,
도 7은 상이한 분사 압력에서 연료 분사량이 전류 공급 시기에 따라 변화하는 것을 도시하는 그래프,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에서의 분사 상태를 설명하는 타임 챠트,
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에서 보정 제어 중에 개개의 기통의 크랭크축 회전 속도 등을 도시하는 타임 챠트,
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에서 한계치를 설정하는 예를 설명하는 그래프,
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에서 보정 제어를 실행하기 위한 ECU에 의해 실행되는 처리의 세부 항목을 도시하는 흐름도,
도 12는 분사 압력이 전류 공급 시기에 따라 변화하는 것을 도시하는 그래프,
도 13은 분사량이 전류 공급 시기에 따라 변화하는 것을 도시하는 그래프.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 디젤 엔진 제어 장치의 전체의 구성을 도시하는 개략도이다. 이 실시예는 자동차에 장착된 직렬 4기통 직접 분사 디젤 엔진에 본 발명을 적용한 것을 나타낸다.
도 1에서, 참조 부호(1)은 본 실시예의 제어장치에 의해 제어되는 주 엔진 유닛을 나타낸다. 주 엔진 유닛(1)은 도면의 평면에 대해 수직으로 정렬된 4개의 기통(2)을 구비하고 있다. 피스톤(3)이 각 기통(2) 내에 설치되어 그 안에서 왕복운동 가능하다. 각 피스톤(3)의 상부면에는 연소실 부분을 형성하는 요부(4)가 형성되어 있다. 연료를 기통 내로 직접 분사하기 위해 각 기통(2)의 상부 중앙에 솔레노이드형 분사기(연료 분사 밸브)(5)가 설치되어 있다.
이 분사기(5)는 분지 관(7)을 통해 커먼 레일(6)에 연결되어 있다. 커먼 레일(6)은 분사기(5)의 코어 밸브의 개방 압력보다 고압상태로 연료를 저장하고 이 연료를 분사기(5)에 분배한다. 분사기(5)에 전류가 공급되면 연료 통로를 개방하는 자력이 형성되어 분사 노즐의 코어 밸브가 커먼 레일(6)로부터의 연료의 압력에 의해 개방된다. 따라서, 커먼 레일(6)로부터 공급되는 연료는 분사 노즐의 선단에 있는 복수의 분사구를 통해 관련된 기통(2)에 직접 분사된다. 분사기(5)로부터 분사되는 연료의 양은 전류 공급 시기를 제어하는 것에 의해 제어된다. 솔레노이드형 분사기 대신에 액츄에이터로서 압전 요소를 이용하는 분사기가 사용될 수 있다.
커먼 레일(6)은 내부 연소 압력(커먼 레일 압력)을 검출하는 연료 압력 센서(8)를 구비하고 있다. 커먼 레일(6)은 고압 연료 공급관(9)에 의해 연료 공급 펌프(10)에 접속되어 있고, 연료 공급 펌프(10)는 연료 공급관(12)에 의해 연료 탱크(13)에 접속되어 있다.
연료 공급 펌프(10)는 주 엔진 유닛(1)의 크랭크축(15)으로부터 구동 축(14)에 공급되는 회전에 의해 구동된다. 연료 공급 펌프(10)는 연료 공급관(12)을 통해 연료 탱크(13)의 내부로부터 연료를 흡인하고 그리고 연료를 고압 연료 공급관(9)을 통해 커먼 레일(6)에 반송한다. 이 실시예는 연료 공급 펌프(10)의 작동을 제어함으로써 커먼 레일의 압력을 변경할 수 있도록 구성되어 있다.
연료 공급관(12)의 중간에는 히터를 구비한 연료 필터(16)가 설치되어 있다. 연료 공급 펌프(10)에는, 가압 연료의 일부를 연료 반송관(19)으로 배출시킴으로써 압력을 조절하는 솔레노이드형 압력 조절기(17)가 설치되어 있다.
커먼 레일(6)은 커먼 레일의 압력이 규정된 값을 초과할 때 커먼 레일(6)로부터 연료를 방출하는 압력 제한기(18)를 구비한다. 압력 제한기(18)로부터 방출된 연료는 연료의 일부를 분사기(5)로부터 연료 탱크(13)에 반송하기 위해 사용되는 연료 반송관(19)을 통해 연료 탱크(13)로 반송된다.
주 엔진 유닛(1)은 크랭크축(15)의 회전 각도를 검출하는 크랭크각 센서(20)와, 캠축의 회전 각도를 검출하기 위한 캠 각도 센서(21)와, 냉각제의 온도를 검출하는 냉각제 온도 센서(22)를 구비하고 있다.
도시하지는 않았지만, 크랭크각 센서(20)는 크랭크축의 선단에 설치된 검출 플레이트와, 이 검출 플레이트의 외주에 면하도록 배치된 자기 픽업(magnetic pickup)을 구비한다. 크랭크각 센서(20)는 검출 플레이트의 전체의 외주에 걸쳐 이격된 각도[예컨대, 15°의 CA(크랭크각도)로 이격됨]로 형성된 치형부(돌기부)의통과에 응답하여 펄스를 출력한다. 이 실시예에서, 이러한 펄스 신호에 기초하여 크랭크축의 회전 속도를 검출할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 크랭크각 센서(20)와 마찬가지로, 캠 각 센서(21)는 캠축의 외주면상의 적절한 위치에 형성된 다수의 치형부(돌기부)의 통과에 응답하여 펄스를 출력하는 자기 픽업을 구비한다.
에어클리너(23)를 통해 여과된 공기를 기통(2) 내에 공급하기 위한 흡기 통로(24)가 주 엔진 유닛(1)의 한쪽(도 1의 좌측)에 접속되어 있다. 흡기 통로(24)의 하류측 단부에 서지 탱크(surge tank)(25)가 설치되어 있다. 서지 탱크(25)는 분지 통로를 통해 각 기통(2)의 흡기 포트(26)에 접속되어 있다.
서지 탱크(25)의 상류의 흡기 통로(24)의 부분에는, 상류로부터 하류측을 향하여, 흡기의 유량을 검출하는 기류 센서(28)와, 터보 과급기(turbo supercharger)의 구성요소인 송풍기(29)와, 송풍기(29)에 의해 압축된 공기를 냉각시키는 인터쿨러(intercooler)(30)와, 흡기 온도 센서(31)와, 흡기 압력 센서(32)와, 부압(negative pressure)에 의해 작동하는 흡기 셔터 밸브(shutter valve)(33)가 설치되어 있다.
흡기 셔터 밸브(33)는 부압 액츄에이터(34)에 의해 개폐된다. 부압 액츄에이터(34)는 크랭크축(15)에 의해 구동되는 진공 펌프(35)를 부압원으로 이용한다. 작동 압력은 2개의 솔레노이드 밸브(36, 37)에 의해 조절되어 흡기 셔터 밸브(33)를 엔진 작동 상태에 따라 완전 폐쇄 및 완전 개방 사이의 임의 상태로 유지한다. 흡기 셔터 밸브(33)는 완전 폐쇄되는 경우에도 공기의 유입을 허용하도록 설계되어있다.
서지 탱크(25)와 각 기통(2)의 흡기 포트(26)를 연결하는 분지 통로(27)에는, 부압에 의해 작동하는 와류 제어 밸브(38)가 설치되어 있다. 이 와류 제어 밸브(38)는 부하 액츄에이터(39)에 의해 개폐된다. 이 부하 액츄에이터(39)는 진공 펌프(35)를 부압원으로 이용하고, 그리고 솔레노이드 밸브(40)의 제어하에서 엔진 작동 상태에 따라 와류 제어 밸브(38)를 개폐한다.
기통(2)으로부터 배기 가스를 배출하는 배기 매니폴드(41)가 주 엔진 유닛(1)의 반대쪽의 (도 1의 우측)측면부에 접속되어 있다. 배기 매니폴드(41)의 하류의 집합부에는 배기 통로(42)가 접속되어 있다. 이 배기 통로(42)에는, 상류측으로부터 하류측을 향하여, 터보 과급기의 구성요소인 터빈(43)과, 배기 가스중에 존재하는 유해 성분(미연소 HC, CO, NOx및 PM 등)을 제거하기 위한 예비 촉매 변환기(44) 및 주 촉매 변환기(45)와, 소음기(46)가 배치되어 있다.
배기 통로(42)의 터빈(43) 및 흡기 통로(24)의 송풍기(29)는 터보 과급기(47)를 구성한다. 상세하게 도시하지는 않았지만, 터보 과급기(47)는 가동 플랩을 이용하여 터빈(43)으로의 배기 통로의 단면적(노즐 단면적)을 변화시키는 소위 VGT(variable geometry turbo)이다. 플랩은 진공 펌프(35)를 부압원으로 이용하는 부압 액츄에이터(48)에 의해 회전한다. 이 부압 액츄에이터는 솔레노이드(49)에 의해 부압 제어상태로 소정의 회전 위치에 유지된다. 진공 펌프(35)로부터의 부압은 일방향 밸브(51)를 통해 에어 크리너(23)에 설치된 진공실(50)에 전달되고 그리고 진공실(50)로부터 솔레노이드(49)를 통해 부압 액츄에이터(48)에 전달된다.
배기 매니폴드(41)로부터 흡기 통로(24)내의 흡기 셔터 밸브(33)의 하류의 지점까지 배기 가스의 일부를 순환시키는 배기 가스 순환(ERG) 통로(52)가 설치되고, ERG 통로(52) 내에는 부압 작동에 의해 개방도를 조절할 수 있는 배기 가스 순환(ERG) 밸브(53)가 설치된다. ERG 밸브(53)는 진공 부압원으로서 진공 펌프(53)를 사용하여 개폐된다. ERG 밸브(53)의 작동 압력은 2개의 솔레노이드(54, 55)에 의해 조절되어, ERG 통로(52)의 단면적을 직선형으로 변화시키고 그에 따라서 흡기 통로(24)로 순환되는 배기 가스의 유량을 조절한다.
각 기통의 분사기(5)와, 연료 공급 펌프(10)와, 흡기 셔터 밸브(33)와, 터보 과급기[터빈(43)]과, ERG 밸브(53) 등의 작동은 전기 제어 유닛(ECU)(57)에 의해 제어된다.
ECU(57)에는 연료 압력 센서(8)의 출력 신호, 크랭크각 센서(20)로부터의 출력 신호, 캠 각 센서(21)의 출력 신호, 냉각제 온도 센서(22)의 출력 신호, 기류 센서(28)의 출력 신호, 흡기 온도 센서(31) 및 흡기 압력 센서(32)의 출력 신호, 및 가속기 페달 누름 센서(도시 안됨)로부터의 가속기 페달 누름 신호를 포함하는 다양한 신호가 입력된다.
ECU(57)는 주로 가속기 페달의 누름 양에 기초하여 목표 연료 분사량을 결정하고, 분사기(5)로의 전류 공급을 제어하며, 연료 분사량 및 연료 분사 시점을 제어한다. 또한, 그것은 연료 공급 펌프(10)의 작동을 제어하여 커먼 레일 압력, 즉연료 분사 압력을 제어한다.
이 실시예에서, 목표 엔진 토크 및 엔진 속도에 관하여 기본 연료 분사량을 결정하는 기본 분사량 맵이 ECU(57)의 메모리에 저장된다. 먼저, 가속 페달 누름 센서의 출력 신호로부터 연산된 목표 토크와 크랭크각 센서(20)의 출력 신호로부터 연산된 엔진 rpm을 어드레스 데이터로서 이용하는 기본 분사량 맵으로부터 기본 분사량을 판독한다. 그 다음, 냉각제 온도와 과급기 압력 등에 대해 기본 분사량을 보정함으로써 분사량을 결정한다. 그 다음, 전류 공급 시기와 ECU(57)에 기억된 분사량 사이의 관계를 규정하는 맵에 기초하여 결정된 분사량을 달성하는데 필요한 전류 공급 시기를 결정한다.
유사하게, 연료 분사 시점이 결정되고 그에 따라서 전류 공급 시점이 결정된다.
이 실시예에서, 고부하 영역의 연료 주입은 압축 행정의 상사점(TDC) 근방에서 동시에 실행된다. 저부하 및 중간부하 영역에서는, 분할 연료 분사가 실행된다. 즉, 각 행정마다 연료의 양이 분사 부분으로 분할된다. 상세하게는, 압축 행정 중에, 소정량의 연료(예컨대, 나중에 실행되는 주 분사의 10 내지 40%)가 파일럿 분사로서 먼저 분사되고 나머지 연료는 주 분사로서 TDC 근방에 분사된다.
또한, 주 분사의 개시 시점을 앞당기는 것에 의해서, 엔진 작동 상태가 고 부하측으로 변경함에 따라 연료 분사량을 그에 비례하여 증가시킬 필요성이 충족된다.
이러한 방식으로 결정되는 전류 공급 시점 및 전류 공급 시기에 기초하여 분사기(5)로의 전류의 공급이 실행된다.
ERG 밸브(53) 작동의 제어(ERG 제어)에서, 엔진 작동 상태에 따라, 예컨대 전체의 기통(2)에 대해 공통의 소망하는 공기 과잉율이 설정되고, 기류 센서(28)의 출력 신호로부터 기통(2)에 공급되는 실제의 흡기량이 결정되며, 검출된 값과 각 기통(2)의 연료 분사량에 기초하여 배기 가스 순환량을 제어하여 목표 공기 과잉률을 얻는다. 다시 말해서, 기통(2)마다 배기 가스 순환을 조절하는 것에 의해, 새로운 공기의 흡입량을 변화시켜 각 기통(2)의 공기 과잉률을 목표 공기 과잉률로 제어한다.
흡기 셔터 밸브(33)의 제어에서는, ERG 제어에 의해 소정 량의 배기 가스를 순환시키기 위해, 주로 엔진이 공회전하는 경우, 흡기 셔터 밸브(33)가 완전히 폐쇄되어 흡기 통로(24)내에 부압을 발생시킨다. 공회전 이외의 작동 상태에서는, 흡기 셔터 밸브(33)는 대체로 완전 개방된 상태로 유지된다.
이 실시예의 제어 시스템에서, ECU(57)는 예컨대, 전류 공급 시기와 기통(2)의 분사기(5)로의 연료 분사량 사이의 관계를 규정하는 맵을 보정하기 위한 보정 제어를 실행한다.
소정의 조건의 전체를 만족하는 경우, 즉 냉각제의 온도 범위가 60 내지 85℃이고, 외기 온도의 범위가 0 내지 35℃이고, 그리고 공회전이 판정된 후 40초가 경과한 경우, 이러한 보정 제어는 점화(IG) 스위치를 100회 켤 때마다 또는 차량 주행 거리가 10,000km가 될 때마다 자동적으로 개시된다. 이러한 보정 제어는 예컨대, 차량 제작의 완료시에 시험 단자 ON 신호가 입력되는 경우에도 개시된다.
보정 제어가 진행되고 있는 동안, 커먼 레일 압력은 일정하게 유지되고, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 전체의 기통의 분사 상태(#1 내지 #4)는 연료가 동일한 양으로 4번 또는 5번 분할하여 분사되는 분할 연료 분사이다. 또한, 분사기(5)로의 전류 공급 시기가 전체의 기통(2)에서 동시에 변경되어 안정된 공회전 상태를 실현한다. 그와 동시에, 크랭크각 속도의 변화에 기초하여 각 기통의 연료 상태가 판정되고, 분사기(5)로의 전류 공급 시기를 조정하기 위한 기통간 보정을 실행하여 실린더 내로 분사되는 연료의 양을 균일하게 한다. 안정된 공회전 속도에 도달하는 경우, 그 때의 전류 공급 시기가 안정된 공회전 속도를 달성하는데 필요한 연료 분사량을 분사하기 위한 전류 공급 시기로서 규정된다. 이러한 전류 공급 시기에 기초하여, 분사기마다 전류 공급 시기와 연료 분사량간의 관계를 규정하는 맵이 보정된다.
이하에서, 이러한 제 1 실시예의 제어 시스템에 의해 실행되는 보정 제어의 특징에 대해서 설명할 것이다. 도 3은 보정 제어 중에 ECU(57)에 의해 실행되는 처리의 세부사항을 도시한 흐름도이다.
S1 단계에서, 순서의 진행 직후에, 연료 분사량이 5 부분의 연료 분사를 분할하는 것이 가능한지를 결정한다. S1 단계의 결과가 '아니오' 이면 무언가 비정상적인 것을 의미하는 판정이고, 선행하는 사이클의 보정 값이 유지되는 S2 단계로 제어가 진행된다. S1 단계의 결과가 '예' 이면, 연소에 관한 전체의 설정이 고정되는 S3 단계로 제어가 진행된다. 다시 말해서, EGR 밸브(53), 흡기 셔터 밸브(33), 및 와류 제어 밸브(38)를 이용한 제어가 종료되고, 목표 VGT 과급 압력이 고정된다. 또한, 커먼 레일 압력(분사 압력)이 35MPa로 설정되고, 그리고 분사기(5)가 5개의 동일한 부분으로 분할된 연료를 분사하는 분할 연료 분사가 실행된다. 이 때 분사기(5)의 개폐에 의해서 발생되는 압력파의 영향을 고려하여, 분사 단계 사이의 분사를 동일하게 하기 위한 구간 보정이 실행된다.
그 다음, S4 단계에서, 전체의 기통의 분사기(5)로의 전류 공급 시기가 동시에 변경되어 연료 분사량을 조절함으로써, 엔진의 목표 공회전 속도를 달성한다. 그 다음, S5 단계에서, 목표 공회전 속도가 달성되었는지를 식별한다. S5 단계의 결과가 '아니오' 이면, S4 단계로 제어가 복귀되고, 전체의 기통의 분사기(5)로의 전류 공급 시기를 변화시키는 것에 의해 연료 분사량을 다시 조절한다. S5 단계의 결과가 '예' 이면, 목표 공회전 속도가 달성되었을 때 분사기(5)로의 전류 공급 시기가 목표 공회전 속도를 달성하는데 필요한 전류 공급 시기로서 메모리에 기억된다. 상세하게는, 이러한 전류 공급 시기는 목표 공회전 속도(필요한 분사량)를 달성하는데 필요한 사이클 당 연료 분사량을 5개의 동일한 부분으로 분할하는 것에 의해 달성되는 분사량과 일치한다. 엔진의 필요한 분사량이 가령 5㎣인 경우, 각각의 분할 분사의 분사량은 5로 나눈 양 또는 1 ㎣ 이다. 그에 따라서, 1㎣의 연료를 분사하는데 필요한 전류 공급 시기를 얻는다.
그 다음, S7 단계에서, 4개의 기통 중 하나가 참조 기통으로 규정되고 다른 기통의 분사기로부터의 연료 분사량이 참조 기통의 분사기로부터의 연료 분사량과 일치되어, 분사기(5)로부터의 연료 분사량이 전체의 기통에서 동일하게 된다. 구체적으로는, 예컨대 제 1 기통이 참조 기통으로서 규정되고 제 1 기통의 분사기(5)로의 전류 공급 시기가 고정되어 분할 분사의 분사량이 제 1 기통에서 균일하게 된다. 그 다음, 기통간 보정이 실행되어 다른 기통의 폭발시의 크랭크축의 회전 속도차를 제 1 기통의 폭발시의 회전 속도차와 동일하게 하도록 다른 기통(2)의 분사기(5)로의 전류 공급 기간을 조정한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 분사 압력과 전류 공급 시기 사이의 관계는 상이한 분사기마다 다르기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이 전류 공급 시기가 동일한 경우에도 분사량은 기통마다 상이하다. 그러나, 이러한 차이는 기통간 보정에 의해 제거된다.
그 다음, S8 단계에서, 엔진 속도 또는 기통간 변화를 안정시키기 위한 대기 시간 또는 사이클로서 소정의 시기 또는 소정의 사이클이 확립되었는가를 점검한다. S8 단계의 결과가 '아니오' 인 경우, 소정의 시간 또는 사이클이 경과하지 않으면, S7 단계로 제어가 복귀한다. S8 단계의 결과가 '예'인 경우, 소정의 시간 또는 사이클이 경과한 것으로 판정되면, S9 단계로 제어가 진행된다. S9 단계에서는, S4 단계에서 얻은 전류 사이클의 커먼 레일 압력(35 MPa)에서 전류 공급 시기와 분사량 사이의 관계에 기초하여 각 분사기에 대해 전류 공급 시기와 연료 공급량 사이의 관계를 규정하는 ECU(57)에 기억된 맵이 보정된다.
그 다음, S10 단계에서, 3개의 상이한 커먼 레일 압력에 대해 보정 제어가 완료되었는지 점검한다. 결과가 '아니오' 이면, S11 단계로 제어가 진행된다. S11 단계에서, 목표 커먼 레일 압력은 보정 제어가 아직 실행되지 않은 압력(55MPa 또는 85MPa)으로 변화되고, 그 다음 S5 단계로 제어가 복귀된다. S9 단계의 결과가 '예' 이면, 보정 제어가 종료된다. 커먼 레일 압력은 최저치로부터 최고치까지차례대로 양호하게 변화된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전체의 분사기에 대해 각 분사 압력에서 전류 공급 시기와 연료 분사량 사이의 관계가 확립된다. 분사 단계의 수가 동일한 분사 압력에 대해 일정하게 유지되지만, 분사 압력이 높은 경우 4개 등의 감소된 수의 분사 단계를 이용하여 보정 제어를 실행할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
이러한 보정 제어는 개개의 특성의 차이, 노화에 따른 성능 저하 등에 기인하여 분사기(5) 사이에 존재할 수도 있는 동일한 전류 공급 시기에 대한 분사량의 차이를 보정하므로, 전체의 기통 사이에서 연료 분사를 균일하게 하는 것이 가능하다.
맵 보정에서는, 각 기통 및 각 커먼 레일 압력에 대해 실제의 전류 공급 시기와 소정의 기본 전류 공급 시기 사이의 편차(TQ)를 계산하고, 이러한 편차를 사용하여 맵을 보정값으로 갱신하고, 그리고 보정 제어에 사용되는 것 이외의 커먼 레일 압력에서 전류 공급 시기의 보정에 이러한 편차를 반영하는 것이 바람직하다. 그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 실제로 터득한 분사 압력의 하한(35MPa) 이하 및 상한(85MPa) 이상의 커먼 레일 압력에서, 하한 및 상한의 보정값을 유지하는 것이 바람직하다.
이러한 제 1 실시예에 따른 제어 시스템에 의해서, 사이클 당 필요한 분사량이 예컨대 5㎣인 경우, 제어 시스템은 각각 1/5㎣의 연료를 분사하는데 필요한 전류 공급 시기를 확립할 수 있다. 따라서, 더욱 소량의 연료의 정확한 분사를 달성할 수 있다.
상술한 실시예에서, 흐름도의 순서에 의해 실행되는 보정 제어는 분할 연료 분사의 분사 단계의 수를 5로 고정시킨다. 그러나, 그 대신 동일한 처리 기간의 과정에서 분할 연료 분사의 수를 계속 변화시키면서 제어를 실행할 수 있다. 그러한 제어에 의해 맵 보정을 더욱 정확하게 하는 것이 가능하다.
제 1 실시예는 분할 연료 분사의 전체의 단계에서 동일한 연료 분사량을 확립하도록 구성되어 있지만, 분사량은 그 대신 상이한 단계마다 상이하게 될 수 있다. 이 경우에는, 적어도 분사량이 최소인 분사 단계의 전류 공급 시기가 변경되는 제어를 실행함으로써 작은 분사 구역에서 정확한 분사를 위한 전류 공급 시기를 확립할 수 있다.
(제 2 실시예)
제 2 실시예에 따른 제어 시스템은 실화 검출법에 의해 파일럿 분사의 하한값(실화 한계에서의 전류 공급 시기)을 검출하고 그리고 검출된 값에 기초하여 엔진 제어를 실행한다. 제 2 실시예의 엔진 제어 시스템의 기본 구성은 제 1 실시예의 것과 동일하다.
파일럿 분사가 실행되지 않는 경우 엔진이 실화하여, 파일럿 분사를 위한 전류 공급 시기를 변화시키고, 실화가 검출될 때(실화 한계)의 전류 공급 시기를 파일럿 분사를 위한 최소 전류 공급 시기로 규정하고, 또 파일럿 분사를 위한 맵을 보정하는 것에 의해, 의도적으로 실화 상태를 발생시키는 상태를 확립함으로써 보정 제어를 실시한다.
구체적으로는, 먼저 도 8에 예시한 바와 같이, 각 기통에서 파일럿 분사 및주 분사로 구성된 연료 분사를 실행하는 것에 의해 공회전 운전이 확립된다. 그 다음, 주 분사의 분사량과 파일럿 분사의 분사량의 합으로 이루어진 총 분사량(필요 분사량)의 분사 시점이, 도 8에 화살표(D)로 표시한 바와 같이 분사가 주 분사만인 경우에 실화가 발생하는 한계 분사 시점(점선 곡선)까지 지연된다.
그 다음, 이러한 지연된 상태에서, 보정의 대상(예컨대, 제 1 기통 #1)인 하나의 기통에 대해, 사이클당 총 분사량을 변화시킴이 없이 이중 점선 곡선으로 표시된 바와 같은 파일럿 분사(P)를 발생시키는 전류 공급 시기를 변화(점진적으로 감소 또는 증가시킴)시킴으로써, 실화 한계를 검출한다.
실화 한계에서 검출된 전류 공급 시기는 보정의 대상인 기통(이하, "대상 기통"이라 칭함)에서 파일럿 분사를 위한 전류 공급 시기의 하한값으로서 규정되고, 이 값은 갱신된 값으로서 기억된다.
그 다음, 유사하게, 상이한 커먼 레일 압력에서 기통에 대해 실화 한계가 검출되고, 전류 공급 시기의 하한값이 갱신된다.
대상 기통(도 8의 제 1 기통)에 대해서만 분사 시점을 지연시키는 것으로 충분하다. 그러나, 실화 한계의 검출은 전체의 기통에 대해 35MPa, 55MPa, 85MPa 등의 상이한 커먼 레일 압력에서 실시하는 것이 바람직하다. 고 분사압(예컨대, 85MPa)에서는, 엔진의 소음이 커지고 사용자가 무언가 고장이 났다는 생각을 할 수도 있으므로, 전체의 기통에서의 지연을 제어하여 소음이 적은 반 실화(semi-misfire)를 발생시키는 것이 바람직하다.
제 2 실시예에서는, 엔진 회전 속도 변동(각속도 변동)으로부터 실화 한계를검출한다. 제 1 실시예에 대해 설명한 바와 같이, 크랭크각 센서(20)의 검출 판의 주변부상에 15°CA(크랭크 각)의 간격으로 이격된 치형부가 형성된다. 이들 치형부 중 하나, 즉 여기서 대상 기통으로 가정하는 제 4 기통(#4)보다 점화 순서에서 앞선 제 3 기통(#3)의 상사점(TDC)을 검출한 제 7 치형부의 통과 시간과 상사점후(ATDC) 105°CA를 검출한 제 2 치형부의 통과 시간 차이의 시간차로부터 값을 계산한다. 이 계산치는 회전 속도차(회전 속도차 4)에 대응하는 회전 속도 시간차(회전 속도 시간차 4)로서, 즉 회전 속도 변동으로 규정된다. 이러한 계산된 값이 소정의 값을 초과하는 지점이 실화 한계로 규정되고, 그리고 대상 기통(제 4 기통 #4)으로의 파일럿 분사의 전류 공급 시기가 파일럿 분사의 전류 공급 주기의 하한값으로 규정된다.
따라서, 이러한 방식으로, 회전 속도차(회전 속도 시간차)가 소정의 값(절대값)과 동일한지 더 큰지를 점검하는 것에 의해 회전 속도차를 이용하는 실화 한계 검출을 달성할 수 있다. 검출된 실화 한계에서의 전류 공급 시기 또는 연소 안전성을 위하여 전류 공급 시기에 소정의 전류 공급 시기를 가산하는 것에 의해 달성되는 전류 공급 시기가 연료 분사 제어의 전류 공급 시기의 하한치로 규정된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 예컨대 실화 한계 회전 속도차의 작은 회전 속도차 측(안정된 연소측)에 한계값(b)을 규정할 수 있고, 그리고 회전 속도차가 a가 될 때 전류 공급 시기(b)를 전류 공급 시기의 하한값으로 가정하여 맵을 보정할 수 있다.
다른 방법으로는, 도 10에 c로 표시된 실화 분사점을 참조할 수 있고, 그리고 변곡점(c)(회전 속도차가 작고 점화가 안정된 지점) 아래의 소정량의 지점에 한계치(a)를 규정할 수 있다.
다른 기통에 대한 회전 속도차에 기초하여 실화를 식별하는 것도 가능하다. 예컨대, 제 1 기통의 회전 속도가 검출되는 경우 제 1 기통과 제 4 기통 사이의 회전 속도차로부터 전류 공급 시기의 하한값을 구할 수 있고, 또는 제 3 기통의 회전 속도가 검출되는 경우 제 3 기통과 제 2 기통 사이의 회전 속도차로부터 전류 공급 시기의 하한값을 구할 수 있다.
바람직하게는, 커먼 레일 압력(분사 압력)이 실용 범위, 예컨대 35MPa, 55MPa, 및 85MPa에서 사용 가능한 복수의 분사 압력으로 변화되고, 실화 한계가 각 분사 압력에서 소정의 횟수만큼 검출되고, 그리고 각 압력에서 기통마다 얻은 결과가 다른 분사 압력의 보정에 반영된다.
실화 한계가 현재 검출되는 기통과 실화 한계가 다음에 검출될 기통이 점화 순서로 인접하게 배치된다. 후자의 기통은 각속도 변동 및 실화의 영향을 받을 수도 있고, 연속된 실화 및 실속에 이르게 된다. 따라서, 점화 순서가 제 1 기통(#1), 제 3 기통(#3), 제 4 기통(#4), 제 2 기통(#2)인 엔진에서는, 제 1 기통, 제 2 기통, 제 4 기통, 제 3 기통의 순서로 실화 검출을 실행하는 것이 바람직하다.
이하에서, 제 2 실시예의 제어 시스템에 의해 실행되는 보정 제어의 특징에 대해 설명할 것이다. 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에서 보정 제어를 실시하기 위해 ECU(57)에 의해 수행되는 처리의 세부사항을 도시하는 흐름도이다.
제 1 실시예에서와 같이, 소정의 조건의 전체가 만족되는 경우, 즉 냉각제의 온도 범위가 60 내지 85℃이고, 외기 온도 범위가 0 내지 35℃이고, 공회전이 식별된 후 40초가 경과한 경우에, 점화(IG) 스위치가 100번 켜질 때마다 또는 차량의 주행 거리가 10,000Km에 달할 때마다 이 실시예의 제어 시스템에 의해 실행되는 보정 제어도 자동적으로 개시된다. 예컨대, 차량 제작의 완료시에 시험 단자의 ON 신호가 입력되는 경우에도 이러한 보정 제어가 개시된다.
순서의 진행 직후에, S201 단계에서, 연소에 관한 전체의 설정이 고정되어 안정된 공회전 상태를 얻는다. 다시 말해서, ERG 밸브(53), 흡기 셔터 밸브(33) 및 와류 제어 밸브(38)를 이용하는 제어가 종료되고 목표 VGT 과급 압력이 고정된다. 또한, 커먼 레일 압력(분사압)은 35MPa로 고정된다. 또한, 소정 순서로 보정될 기통(#n)에 대하여 파일럿 분사를 위한 전류 공급 시기인 Q 지시값(파일럿 분사 지시값)이 고정되고, 주 분사 시점이 고정되며, 또한 분사기(5)의 개폐에 의해 발생하는 압력파의 영향을 고려하여 파일럿 간격이 고정된다.
그 다음, S202 단계에서, 보정의 대상인 기통(#n)(이하, "대상 기통"이라 칭함)만의 분사 시점을 실화 한계 직전의 시점까지 지연시키고 고정시키며, 이에 일치하여 주 부누사 시점 및 파일럿 간격을 다시 변화시키고 고정시킨다. 대상 기통(#n)의 분사 시점 및 파일럿 간격은 파일럿 분사가 0이 되는 경우 실화가 실패 없이 발생하는 조건을 확립하도록 설정된다. 이 조건은 커먼 레일 압력에 따라 다르다. 이 때, 다른 기통의 분사 시점 및 파일럿 간격도 유사하게 변경될 수 있다.
그 다음, S203 단계에서, 연료 분사량(전류 공급 시기) 조정을 이용하는 공회전 속도 제어(ICS)에 의해 엔진 속도가 안정화되고, 회전 속도(각 속도)의 변동이 기통 사이에서 균일하게 되도록 전체의 기통에서 연료 분사량을 조절하는 기통간 보정을 실행한다. 이 때, 기통간 보정은 주 분사기의 전유 공급 시기만을 변화시키는 것에 의해 실행된다.
그 다음, S204 단계에서, 기통간 보정을 종료한다. 기통(5)의 기통간 보정의 보정값을 저장한다.
그 다음, S205 단계에서, 대상 기통(#n)의 분사기의 파일럿 분사의 전류 공급 시기가 점차 감소되고, 주 분사의 전류 공급 시기가 감소량만큼 증가한다. 그 다음, S206 단계에서, 대상 기통(#n)의 폭발시에 크랭크축의 회전 속도를 소정 횟수만큼 검출한다.
또한, S207 단계에서, 검출된 회전 속도와 기준 속도 사이의 차이가 한계치를 초과한 횟수가 소정 횟수와 동일한지 또는 그 이상인지를 판정한다. S207 단계의 결과가 "예" 이면, 실화가 발생한 것으로 확인된다. S207 단계의 결과가 "아니오" 이면, 실화가 발생하지 않은 것으로 판정되고 S205 단계로 제어가 복귀되어 S205 내지 S207 단계의 처리를 반복한다.
S207 단계의 결과가 "예" 이면, 실화에서 파일럿 분사의 전류 공급 시기(TQ)가 하한값으로 규정되는 S208 단계로 제어가 진행된다. 그 다음, S209 단계에서, 하한값(TQ)에 소정의 여유값(α)을 가산하고, 그 합을 대상 기통(#n)의 파일럿 분사 전류 공급 시기(TQ)로 규정하며, 각 분사 시기마다 연료 분사량과 전류 공급간의 관계를 나타내는 맵을 보정한다. 이것에 의해, 학습 대상인 기통(#n)에 대해제 1 분사압력 단계의 학습을 종료한다. 선행하는 보정의 시간으로부터의 저하를 고려하여, Q 지시값을 선행하는 보정의 값과 소정의 가이드 값의 합(예컨대, 선행하는 기통의 TQ 값 + 0.5)으로 규정한다.
그 다음, S210 단계에서, 파일럿 분사 전류 공급 기간(TQ)이 전체의 커먼 레일 압력에 대해 종료되었는지를 판정한다. S210 단계의 결과가 "아니오"이면, S210 단계로 제어가 복귀되며, 커먼 레일 압력의 목표 값이 55MPa 또는 85MPa로 변화되고, S201 단계 또는 S209 단계가 반복된다. 커먼 레일 압력은 최저치로부터 최고치까지 순서대로 양호하게 변화된다.
S210 단계의 결과가 "예" 이면, 즉, 3개의 커먼 레일 압력에 대해 실화 한계의 결정이 종료되면, 전체의 4 기통에 대해 실화 한계의 결정이 종료했는지를 판정하는 S211 단계로 제어가 진행된다.
S211 단계의 결과가 "아니오"이면, 대상 기통이 변경되고, 전체의 기통의 보정이 완료될 때까지 S201 내지 S210 단계가 반복된다. 전체의 기통에 대해 실화 한계의 결정이 완료되면, S212 단계로 제어가 진행하며, S212 단계에서는, 정상 조건으로 복귀되고, ISC 및 기통간 보정 제어가 실행되며, 제어가 종료된다. 이 때의 보정량은 주 분사의 분사 지시값(Q)만을 반영한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 분사기의 전류 공급 시기-분사량 특성의 경향은 개별적으로 상이하므로, 도 13에 도시된 바와 같이, 전류 공급 시기가 동일한 경우에도 분사압은 상이하다. 이것에 의해 개개의 기통 사이의 분사량이 변화되지만, 이러한 변화는 본 실시예의 보정 제어에 의해 제거된다.
이러한 제 2 실시예에서, 파일럿 분사 및 주 분사의 총 분사량을 일정하게 유지하기 위해 주 분사량은 파일럿 분사량의 변화에 따라 변화된다. 변형예로, 주 분사량을 일정하게 유지할 수 있고, 파일럿 분사량만 변화시킬 수 있다.
최적의 보정을 달성하기 위한 각종 요건, 예컨대 분사 시점 및 간격 등은 가해진 커먼 레일 압력(분사 압력)에 따라 상이하므로, 상술한 실시예들은 각 커먼 레일 압력마다 분사 시점, 간격 등을 개별적으로 설정하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 실시예에서, 전체의 분사압 또는 기통 보정의 후에 그리고 다음의 분사압 또는 기통 보정으로 진행하기 전에 보정 결과를 확인하는 순서를 제공하고, 약 10회의 작동 사이클을 실행하며, 그 후 실화가 발견되지 않으면 다음 보정으로 진행하는 것이 가능하다.
또한, 보정 제어의 과정에서 원래의 보정 조건 또는 공회전 구역으로부터의 일탈이 발생하는 경우 보정 제어가 종료되는 구성을 채용할 수 있다.
또한, 도 3의 흐름도의 S8 단계 또는 도 11의 흐름도의 S207 단계에서 10번 이상의 연속된 '아니오' 결과가 발생하는 경우 다음 점화 스위치가 켜질 때까지 추가의 학습을 실행하지 않는 구성을 채용할 수 있다.
기통에 의해 또 압력에 의해 종료 플래그(completion flag)가 확립되므로, 보정 제어가 중간에서 종료하는 경우, 다음 번에 종료 지점으로부터 재개할 수 있다.
제 1 실시예의 다단계 분사 방법 및 제 2 실시예의 실화 검출 방법을 조합하여 실화 한계를 학습하고 또 실행 구역의 연료 분사량 변화의 범위 내에서 분사량 특성을 보정할 수 있다.
본 발명은, 예컨대 연료 분사용 분사기로서 압전 소자에 의해 작동하는 액츄에이터를 구비한 것을 이용하는 디젤 엔진에 적용될 수 있다.
본 발명은 파일럿 분사에 한정되지 않고, 예컨대 저속 저부하 작동 중에 2 부분, 3 부분 또는 그 이상의 대략 균등한 부분으로 분사를 분할하는 분할 연료 분사와, 주 분사 후의 폭발 행정에서 실행하는 후기 분사를 포함하는 다양한 유형의 분할 연료 분사에 폭넓게 적용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 디젤 엔진 제어 장치에 있어서,
    디젤 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 분사기와,
    분사기로의 전류 공급 시기를 변경하는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단과,
    소정의 연소 상태가 달성될 때의 전류 공급 시기가 소정의 연소 상태에 필요한 양의 연료를 분사하는 전류 공급 시기인 것을 판정하는 판정 수단과,
    판정된 전류 공급 시기에 기초하여 상기 분사량 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 제어 데이터 보정 수단을 포함하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판정 수단은 소정의 저부하 저 rpm 작동 중에 전류 공급 시기를 판정하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 디젤 엔진은 소정의 작동 상태에 응답하여 각 사이클 중에 분사된 연료의 양을 복수의 분사로 분할하는 분할 연료 분사를 실행하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정 수단 및 상기 제어 데이터 보정 수단은 복수의 연료 분사압에서 전류 공급 시기 판정 및 제어 데이터 보정을 실행하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 데이터 보정 수단은 미리 조정된 기본 전류 공급 시기와 판정된 전류 공급 시기 사이의 편차를 연산하고, 그리고 연산된 편차에 기초하여 상기 복수의 연료 분사압 이외의 분사압에서 제어 데이터를 보정하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정 수단은 소정의 엔진 속도가 달성될 때 엔진이 소정의 연소 상태에 있는지를 판정하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디젤 엔진은 복수의 기통을 구비하고 있고,
    상기 판정 수단 및 제어 데이터 보정 수단은 각 기통마다 개별적으로 전류 공급 시기를 판정하고 제어 데이터를 보정하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  8. 디젤 엔진 제어 장치에 있어서,
    디젤 엔진의 연소실내로 연료를 직접 분사하는 분사기와,
    상기 분사기로의 전류 공급 기간을 변경시키는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단과,
    상기 분사기가 주 연료 분사 전에 주 분사의 분사량보다 적은 분사량의 파일럿 분사를 실행하도록 소정의 작동 상태에서 작동하는 파일럿 분사 제어 수단과,
    전류 공급 시기를 변경하여 파일럿 분사의 분사량을 변화시키는 것에 의해 실화 상태를 발생시키는 실화 발생 수단과,
    실화 상태를 식별하는 실화 식별 수단과,
    실화가 검출될 때 분사기로의 전류 공급 시기를 실화 한계 전류 공급 시기로 설정하는 실화 한계 설정 수단과,
    실화 한계 전류 공급 시기에 기초하여 파일럿 분사 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 파일럿 제어 보정 수단을 포함하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실화 식별 수단은 크랭크각의 회전 속도에 기초하여 실화를 식별하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 디젤 엔진은 복수의 기통을 구비하고 있고,
    상기 실화 식별 수단은 실화한 기통의 폭발시의 크랭크축 회전 속도와 다른 기통의 폭발시의 크랭크축 회전 속도의 차이에 기초하여 실화 상태를 식별하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 실화 식별 수단은 회전 속도차가 소정의 값과 동일하거나 더 클 때 실화 상태의 발생을 식별하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일럿 제어 보정 수단은 실화 제한 전류 공급 시기에 소정의 시기를 가산하여 얻는 시기를 파일럿 분사의 전류 공급 시기로 설정하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실화 발생, 실화 식별, 실화 한계 설정 및 파일럿 제어 보정이 복수의 연료 분사압에서 각각 실행되는
    디젤 엔진 제어 장치.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디젤 엔진은 복수의 실린더를 구비하고 있고,
    상기 실화 발생, 실화 식별, 실화 한계 설정 및 파일럿 제어 보정이 각 기통마다 개별적으로 실행되는
    디젤 엔진 제어 장치.
  15. 각각의 주 분사중에 분사된 연료의 양을 소정의 작동 상태의 복수의 분사로 분할하는 분할 연료 분사를 실행하는 디젤 엔진 제어 장치에 있어서,
    디젤 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 분사기와,
    상기 분사기로의 전류 공급 시기를 변경하는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 분사량 제어 수단과,
    분할 연료 분사 중에, 소정의 연소 상태에 도달할 때의 전류 공급 시기가 소정의 연소 상태에 필요한 양의 연료를 분사하기 위한 전류 공급 시기인지를 판정하는 판정 수단과,
    판정된 전류 공급 시기에 기초하여 분사량 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 제어 데이터 보정 수단과,
    분사기가 주 연료 분사 전에 주 분사의 분사량 보다 적은 분사량의 파일럿 분사를 실행하도록 하기 위해 소정의 작동 상태에서 작동하는 파일럿 분사 제어 수단과,
    전류 공급 시기를 변경하여 파일럿 분사의 분사량을 변화시키는 것에 의해 실화 상태를 발생시키는 실화 발생 수단과,
    실화 상태를 식별하는 실화 식별 수단과,
    실화가 검출될 때 분사기로의 전류 공급 시기를 실화 한계 전류 공급 시기로 설정하는 실화 한계 설정 수단과,
    실화 한계 전류 공급 시기에 기초하여 파일럿 분사 제어 수단의 제어 데이터를 보정하는 파일럿 제어 보정 수단을 포함하는
    디젤 엔진 제어 장치.
  16. 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 분사기로의 전류 공급 시기를 변경하는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 디젤 엔진 제어 방법에 있어서,
    소정의 연소 상태가 성립될 때의 전류 공급 시기가 소정의 연소 상태에 필요한 양의 연료를 분사하기 위한 전류 공급 시기인지를 판정하는 단계와,
    판정된 전류 공급 시기에 기초하여 분사량 제어 수단의 보정 제어 데이터를보정하는 단계를 포함하는
    디젤 엔진 제어 방법.
  17. 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 분사기로의 전류 공급 시기를 변경하는 것에 의해 연료 분사량을 제어하는 디젤 엔진 제어 방법에 있어서,
    상기 분사기가 주 연료의 분사 전의 주 분사의 분사량 보다 적은 분사량의 파일럿 분사를 실행하도록 하는 소정의 작동 상태에서 실행하는 단계와,
    전류 공급 시기를 변경하여 파일럿 분사의 분사량을 변화시키는 것에 의해 실화 상태를 발생시키는 단계와,
    실화 상태를 식별하는 단계와,
    실화가 검출될 때 분사기로의 전류 공급 시기를 실화 한계 전류 공급 시기로 설정하는 단계와,
    실화 상태 전류 공급 시기에 기초하여 파일럿 분사 제어 수단의 제어 데어터를 보정하는 단계를 포함하는
    디젤 엔진 제어 방법.
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