KR20040095146A - 연료분사제어장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

시시각각 변화하는 요구연료분사량에 신속하게 대응시켜 적절한 연료를 분사시킴과 동시에 에너지효율을 개선시켜 전자식 연료분사장치에 대응 가능한 연료분사제어장치 및 연료분사방법을 제공한다.
연료를 가압하면서 분사하는 전자식 연료분사장치를 제어하기 위한 장치에 있어서, 연료분사용 솔레노이드를 구동하는 구동수단과, 연료분사기간을 규정하는분사 사이클신호와 PWM 사이클신호에 의거하여 솔레노이드 구동신호를 생성하여 상기 구동수단에 공급하는 구동신호 생성수단과, 요구연료분사량에 대응한 듀티비의상기 PWM 사이클신호를 생성하고, 그 PWM 사이클신호와 상기 분사 사이클신호를 상기 구동신호 생성수단에 공급하는 제어수단과의 각 수단을 가진다.

Description

연료분사제어장치 및 제어방법{FUEL INJECTION CONTROLLER AND CONTROLLING METHOD}
2륜차를 포함하는 자동차용 엔진 등의 내연기관에 대하여 시시각각 변화하는요구연료분사량에 대응하여 적절한 양의 연료를 적절한 타이밍으로 공급하는 것은내연기관의 성능을 최대한으로 끌어 내는 가장 중요한 팩터이다.
기화기(카뷰레터)를 사용하지 않고 연료펌프나 압력조정기에 의하여 소정의압력으로 제어된 연료를, 연료분사노즐로부터 분사하는 전자제어식의 연료분사장치는 연료분사노즐의 작동시간(노즐 개방시간)을 적정하게 제어함으로써 요구연료분사량에 대응한 정확한 연료분사제어를 가능하게 한다. 이 때문에 최근 특히 4륜 자동차에 있어서는 종래의 카뷰레터방식을 대신하여 전자식 연료분사시스템이 널리 채용되기에 이르고 있다.
연료분사노즐의 개폐제어는, 해당 노즐에 결합된 솔레노이드에 전압을 인가하여 노즐을 개방함으로써 연료를 분사하고, 인가전압을 차단하여 노즐을 폐쇄함으로써 연료분사를 정지시킨다.
도 15는 이와 같은 연료분사장치에 있어서의 연료분사용 솔레노이드(이하, 적절히「솔레노이드」라 함)(11)를 구동하는 종래기술에 관한 구동제어회로의 예를 나타낸다. 여기에 나타낸 구동제어회로에 있어서는 외부의 제어회로(도시 생략)로부터 구동신호가 가해지고, 이 구동신호가 저레벨이 되면 솔레노이드(11)에 접속된 FET(전계효과트랜지스터)(12)가 온상태가 되어 연료분사가 개시되게 된다.
도 15에 나타내는 예에서는 외부의 제어회로로부터 주어지는 구동신호는 소정주기의 연속되는 펄스신호로서, 이 펄스신호는 온과 오프를 일정한 듀티비(1주기에 있어서의 온시간 비율)를 가지고 반복하는 것이다. FET(12)가 오프상태로부터온상태로 전환되면 솔레노이드(11)에 전원전압(예를 들면 DC12V)이 인가되어 솔레노이드(11)에 전류가 흐르기 시작한다. 솔레노이드(11)는 유도부하이기 때문에 이솔레노이드가 흐르는 전류(솔레노이드전류)는 FET(12)의 온 시점은 제로이나, FET (12)의 온 기간동안 서서히 증가하여 간다. 그리고 FET(12)가 온으로부더 오프로전환되면, 이 솔레노이드전류는 프라이휠다이오드(13)로 환류하고, 그곳에서 전력이 소비되어 서서히 감소하여 간다. 그리고 솔레노이드전류가 일정한 값 이하로저하한 시점에서 분사노즐(도시 생략)로부터의 연료분사가 정지하게 된다.
그러나, 엔진측으로부터의 시시각각 변화하는 요구연료분사량에 신속하게 대응시키기 위해서는, FET(12) 오프시 이후의 솔레노이드전류의 감소시간을 빠르게 함으로써 분사시간의 정밀하고 치밀한 제어를 가능하게 하는 것이 필요하게 되는경우가 있다. 이 때문에 FET(12) 오프시 이후의 분사노즐로부터의 연료분사 계속시간을 되도록 단축하도록 솔레노이드(11)에 도 16에 예시한 바와 같은 여러가지 스너버회로(14a 내지 14d)를 설치하는 것이 행하여져 왔다.
그러나 도 15에 나타내는 구동회로에 16에 예시하는 바와 같은 스너버회로를설치하여 일정한 듀티비를 가지는 연속되는 소정주기의 펄스신호를 구동신호로서 사용하였다 하여도 솔레노이드(11)에 흐르는 전류는 큰 전류(수 암페어단위)이기 때문에 솔레노이드전류의 감소시간을 빠르게 하는 것에는 무리가 있어, 급속하게 변화하는 요구연료분사량에 신속하게 대응한 적절한 연료분사는 곤란하였다.
또 솔레노이드전류를 스너버회로에 있어서, 단지 열로서 방산시키게 되면 그만큼 엔진시스템 전체의 에너지효율을 저하시킴과 동시에, 보다 큰 용량의 배터리를 필요로 하고 있던 것이다.
그런데, 최근 본 발명자들은 연료펌프나 레귤레이터에 의하여 가압되어 보내져 온 연료를 분사하는 종래 타입의 연료분사시스템과는 달리, 그 자체에서 연료를가압하여 분사하는 전자식 연료분사펌프를 사용한 연료분사장치(이하, 「전자식 연료분사장치」라 함)를 개발하고 있다.
이 전자식 연료분사장치에 있어서는, 종래의 연료분사장치와 달리 연료분사량이 솔레노이드의 구동시간 폭뿐만 아니라, 솔레노이드의 전류치에 의해서도 크게영향받는다는 특성을 가지고 있다. 또 구동신호의 펄스폭이 넓어지면 과대한 전류가 솔레노이드에 흐르게 되어 소정의 연료분사에 필요한 값을 초과하는 만큼의 전류는 쓸데없이 소비되게 된다. 또 엔진 고회전시 등의 분사노즐 완전개방에 있어서의 연료분사량을 확보하기 위하여 아이들회전시의 펄스폭을 현저하게 짧게 할 필요가 있었으나, 솔레노이드에 대한 전압인가 후에 있어서의 연료분사가 개시되기까지의 무효시간 등의 문제로부터 펄스폭을 소정시간 이하로 하는 것은 한계가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 엔진측으로부터의 시시각각 변화하는 요구연료분사량에 신속하게 대응시켜 적절한 연료를 분사시킴과 동시에 에너지효율을 개선시키고, 특히 전자식 연료분사장치에 대응 가능한 연료분사제어장치 및 연료분사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 내연기관에 연료를 공급하기 위한 전자제어식의 연료분사제어방법및 그 제어장치에 관한 것으로, 특히 내연기관측으로부터의 시시각각 변화하는 요구연료분사량에 대하여 신속하게 대응하여 요구된 연료분사량을 정확하게 분사하기위한 연료분사제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 연료분사제어장치의 구성을 설명하는 도,
도 2는 본 발명에 관한 연료분사제어장치를 구성하는 회로의 예를 나타내는도,
도 3은 도 2에 나타내는 회로에 있어서의 DCP 구동신호, PWM 신호, PWM 구동신호 및 PWM 구동직류의 각 파형을 모식적으로 나타내는 파형도,
도 4는 PWM 신호의 듀티에 대한 PWM 구동전류값의 관계를 나타내는 특성도,
도 5는 본 연료분사제어장치에 있어서 정전류제어를 행하는 경우의 구동시간에 대한 구동전류의 변화의 모양을 모식적으로 나타내는 도,
도 6은 본 연료분사제어장치에 있어서 저부하시에 구동전류를 낮게 하는 제어를 행하는 경우의 구동펄스와 구동전류의 파형을 모식적으로 나타내는 도,
도 7은 본 연료분사제어장치에 있어서 과여자를 행하는 경우의 DCP 구동신호, PWM 신호, PWM 구동신호 및 구동전류 등의 파형을 모식적으로 나타내는 도,
도 8은 본 연료분사제어장치에 있어서 전구동을 행하는 경우의 전구동 펄스,구동 펄스, 구동전류 및 연료분사의 파형을 모식적으로 나타내는 도,
도 9는 도 5와의 비교를 위해 본 연료분사제어장치에 있어서 정전류제어를 행하지 않은 경우의 구동시간에 대한 구동전류의 변화를 모식적으로 나타내는 도,
도 10은 도 6과의 비교를 위해 본 연료분사제어장치에 있어서 저부하시에 구동전류를 낮게 하는 제어를 행하지 않은 경우의 구동펄스와 구동전류의 파형을 모식적으로 나타내는 도,
도 11은 도 8과의 비교를 위해 올해 연료분사제어장치에 있어서 전구동을 행하지 않은 경우의 구동펄스, 구동전류 및 연료분사의 파형을 모식적으로 나타내는도,
도 12는 본 연료분사제어장치를 전자식 연료분사장치에 적용한 연료분사시스템(전자식 연료분사시스템)의 예를 나타내는 도,
도 13은 본 연료분사제어방법의 기본적 공정을 설명하는 플로우차트,
도 14는 본 연료분사제어방법의 기본적 공정에 있어서, 솔레노이드전류 측정치에 있어서 PWM 사이클신호의 듀티비를 보정하는 경우의 플로우차트의 예를 나타내는 도,
도 15는 종래 타입의 연료분사장치에 있어서의 PWM 구동방법을 설명하기 위한 회로도,
도 16은 연료분사용 솔레노이드의 구동정지에 의해 발생하는 에너지를 소비하기 위한 스너버회로의 예를 나타내는 도이다.
본원은 상기 목적을 달성하기 위하여 연료를 가압하면서 분사하는 전자식 연료분사장치를 제어하기 위한 장치로서, 연료분사용 솔레노이드를 구동하는 구동수단과, 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와 PWM 사이클신호(펄스폭 변조 사이클신호)에 의거하여 솔레노이드 구동신호를 생성하여 상기 구동수단에 공급하는구동신호생성수단과, 요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호를 생성하고, 그 PWM 사이클신호와 상기 분사 사이클신호를 상기 구동신호생성수단에 공급하는 제어수단과의 각 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치를 제공하는 것이다.
이와 같이 본 발명에 있어서는 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호의 2개의 신호를 사용함으로써 연료분사량을 정밀하고 치밀하게 제어 가능하고, 또한 요구연료분사량의 변동에 대하여 신속하게 대응 가능한 연료분사제어를 가능하게 하고 있는 것이다.
여기서, 상기 PWM 사이클신호의 듀티비는, 엔진의 안정된 아이들링 회전시나일정 회전시 등에 있어서는 1 연료분사 사이클기간 중 일정하게 유지하고, 요구연료분사량의 급격한 변동에 대응하여 1 연료분사 사이클기간 중에 있어서의 상기 PWM 사이클신호의 듀티비를 변화시키는 것도 가능하다.
또한 연료분사제어장치에 있어서는, 상기 연료분사용 솔레노이드에 흐르는코일전류를 측정하는 코일전류 검출수단을 가지고, 상기 코일전류 측정치에 따라 상기 PWM 사이클신호의 듀티비를 조정한다. 이에 의하여 솔레노이드전류치에 의하여 그 연료분사량이 영향받는 전자식 연료분사장치의 특성을 개선한 것이다.
또한 연료분사제어장치는, 상기 연료분사용 솔레노이드의 구동정지에 의하여방출되는 에너지를 충전하도록 접속된 콘덴서와, 그 콘덴서에 충전된 에너지를 상기 솔레노이드의 구동에너지로서 재이용하기 위한 방전제어회로를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 방전제어회로는 상기 콘덴서에 전원전압을 초과하는전압이 충전되어 있고 또한 상기 분사 사이클신호가 온인 경우에 상기 콘덴서에 충전된 에너지를 상기 솔레노이드에 공급하기 위한 스위치수단을 가진다.
이에 의하여 솔레노이드로부터 방출되는 에너지를 재이용하여 엔진시스템의에너지효율을 높임과 동시에, 차량에 탑재하는 배터리용량의 저감화를 가능하게 한것이다. 또한 이 방전제어는 솔레노이드에 대한 전압 인가후에 있어서의 연료분사가 개시되기까지의 무효시간을 대폭으로 단축하는 것도 가능하게 한 것이다.
그리고 상기 제어수단은 상기 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호를출력하기 전에 연료분사를 일으키지 않게 하는 범위의 솔레노이드 구동신호를 상기구동수단에 공급하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 또 다른 무효시간의 단축화를 가능하게 한 것이다.
본원은, 또한 연료를 가압하면서 분사하는 전자식 연료분사장치를 제어하기위한 방법으로서, 요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호를 생성하는 행정과, 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와 함께 상기 PWM 사이클신호를 출력하는 행정과, 상기 분사 사이클신호와 상기 PWM 사이클신호에 의거하여 솔레노이드 구동신호를 생성하는 행정과, 상기 솔레노이드 구동신호에 의하여 연료분사용 솔레노이드를 구동하는 행정의 각 행정을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사제어방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 솔레노이드 구동신호에 의하여 연료분사용 솔레노이드를 구동하는 행정과, 상기 연료분사용 솔레노이드에 흐르는 코일전류를 측정하는 행정과,상기 코일전류 측정치에 따라 상기 PWM 사이클신호의 듀티비를 조정하는 행정을 설치함으로써 솔레노이드 전류치에 의하여 그 연료분사량이 영향받는 전자식 연료분사장치의 특성을 개선 가능하게 한 것이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 12는 본 발명에 관한 연료분사제어장치를 전자식 연료분사장치에 적용한연료분사시스템(전자식 연료분사시스템)의 예를 나타낸다. 도 12에 나타내는 바와같이 이 전자식 연료분사시스템은 연료탱크(201) 내의 연료를 압송하는 전자구동펌프인 플런저펌프(202)와, 플런저펌프(202)에 의해 소정의 압력으로 가압되어 압송된 연료를 통과시키는 오리피스부를 가지는 입구 오리피스 노즐(203)과, 입구 오리피스 노즐(203)을 통과한 연료가 소정의 압력 이상일 때(엔진의) 흡기통로 내를향하여 분사하는 분사노즐(204)과, 엔진의 운전정보에 의거하여 플런저펌프(202) 등에 제어신호를 출력하도록 구성된 제어유닛(ECU)(206)을 그 기본구성으로서 구비하고 있다. 여기서 본 발명에 관한 연료분사제어장치에 있어서의 제어수단은 구동드라이버(205) 및 상기 제어유닛(206)에 해당한다. 제어유닛(206)은 마이크로프로세서(또는 원칩 마이크로프로세서) 및 이것에 접속되는 인터페이스 및 외부 메모리 등 (도시 생략)에 의하여 구성된다.
도 1은 본 발명에 관한 연료분사제어장치의 구성을 설명하는 것이다. 도 1에 있어서 연료분사용 솔레노이드(이하, 「솔레노이드」 또는 「DCP」 라 함)(2)는플런저펌프(202)(도 12)를 구성한다. 본 제어장치는 솔레노이드(2)를 구동하기 위한 구동회로(3)와 구동회로(3)에 PWM 구동신호를 공급하기 위한 구동신호생성회로 (4)를 포함한다.
또 본 연료분사제어장치에는 솔레노이드(2)의 구동정지시에 솔레노이드(2)에흐르고 있던 전류를 받아 들임과 함께 솔레노이드(2)로부터 방출되는 에너지를 축적하기 위한 콘덴서(5)와, 콘덴서(5)에 축적된 에너지를 다시 솔레노이드를 구동하기 위한 에너지로서 재이용하기 위한 방전제어회로(6)와, 콘덴서(5)에 축적된 에너지가 구동회로(3)나 전원측으로 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드(7,8)와, 솔레노이드(2)의 구동시에 솔레노이드(2)로부터 그라운드측으로 흐르는 구동전류를 검출하는 전류검출회로(9)가 설치되어 있다. 구동회로(3), 구동신호생성회로(4), 콘덴서(5), 방전제어회로(6), 다이오드(7, 8) 및 전류검출회로(9)는 도 12에 나타낸 구동드라이버(205)에 포함된다.
도 2는 본 발명에 관한 연료분사제어장치의 구성예를 나타내는 회로도이다.도 2에 나타내는 바와 같이 솔레노이드(DCP)(2)의 한쪽 끝은 제 1 다이오드(7)의 캐소드단자에 접속되어 있다. 제 1 다이오드(7)의 애노드단자는 예를 들면 12V의배터리전원단자에 접속되어 있다. 이에 의하여 제 1 다이오드(7)는 부하측으로부터 전원측으로 전류가 역류하는 역류방지회로를 형성하고 있다.
한편, 솔레노이드(2)의 다른쪽 끝은 제 1 N 채널(FET31)의 드레인단자 및 제 2 다이오드(8)의 애노드단자에 접속되어 있다. 제 1 N 채널(FET31)의 소스단자는제 1 저항(91)을 거쳐 접지되어 있다. 제 1 N 채널(FET31)은 솔레노이드에 구동전류를 공급하기 위한 스위치(본 발명의「구동수단」)를 구성한다. 그리고 저항(91)은 뒤에서 설명하는 바와 같이 솔레노이드(2)에 흐르는 전류를 측정하기 위한 것으로 저저항치의 저항을 사용한다.
제 2 다이오드(8)의 캐소드단자는 제 1 콘덴서(5)의 양극측 단자에 접속되어있다. 이 제 1 콘덴서(5)는 솔레노이드(2)의 구동정지시에 방출되는 에너지를 충전하기 위한 것이다. 제 1 콘덴서(5)의 음극측 단자는 접지되어 있다. 또 제 1 콘덴서(5)의 양극측 단자는 제 2 N 채널(FET61)의 드레인단자에 접속되어 있다. 제 2 N 채널(FET61)의 소스단자는 솔레노이드(2)의 제 1 다이오드(7)를 거쳐 전원단자에 접속되어 있는 쪽의 한쪽 끝에 접속되어 있다. 이 제 2 N 채널(FET61)은 제 1 콘덴서(5)에 충전된 에너지를 솔레노이드(2)를 구동하는 에너지로서 재이용하도록 제 1 콘덴서의 양극측 단자를 솔레노이드(2)의 한쪽 끝에 접속한다.
제 1 N 채널(FET31)의 온, 오프를 제어하기 위하여 제어유닛(206) 내의 마이크로컴퓨터로부터 DCP 구동신호와 PWM 신호가 공급된다. 여기서 DCP 구동신호는연료분사기간을 규정하는 신호이다. 그리고 PWM 신호는 엔진측으로부터의 요구연료분사량에 따라 제어유닛(206) 내에서 생성된 소정의 듀티비를 가지는 펄스신호이다.
DCP 구동신호 입력단자(131)에는 제 1 인버터(101)의 입력단자가 접속되어 있다. 제 1 인버터(101)의 출력단자는 제 2 저항(102)을 거쳐 예를 들면 DC 5V(제어전압)로 풀업되어 있고, 제 3 저항(106)을 거쳐 제 1 npn 트랜지스터(108)의 베이스단자에 접속되어 있다. 제 1 npn 트랜지스터(108)의 에미터단자는 접지되어있음과 동시에 제 4 저항(107)을 거쳐 베이스단자에 접속되어 있다.
한편, PWM 신호 입력단자(132)에는 제 2 인버터(111)의 입력단자가 접속되어있다. 제 2 인버터(111)의 출력단자는 제 5 저항(112)을 거쳐 예를 들면 5V로 풀업되어 있고, 제 6 저항(43)을 거쳐 제 2 npn 트랜지스터(41)의 베이스단자에 접속되어 있다. 제 2 npn 트랜지스터(41)의 에미터단자는 접지되어 있음과 동시에, 제 7 저항(42)을 거쳐 베이스단자에 접속되어 있다.
제 1 npn 트랜지스터(108)의 콜렉터단자 및 제 2 npn 트랜지스터(41)의 콜렉터단자는 모두 제 8 저항(32)을 거쳐 예를 들면 12V로 풀업되어 있음과 동시에, 제 9 저항(33)을 거쳐 제 1 N 채널(FET31)의 게이트단자에 접속되어 있다. 여기서 제 2 npn 트랜지스터(41), 제 6 저항(43) 및 제 7 저항(42)은 구동금지회로(4)를 구성한다. 이 제 2 npn 트랜지스터(41)가 온일 때는 제 1 N 채널(FET31)의 게이트전압을 로우로 하여 제 1 N 채널(FET31)을 오프로 한다. 상기한 제 1 인버터(101)와 제 1 npn 트랜지스터(108) 및 이 구동금지회로(4)가 구동신호 생성수단을 구성하고있다. 그리고 제 1 N 채널(FET31), 제 8 저항(32) 및 제 9 저항(33)은 구동회로 (3)를 구성한다.
제 1 인버터(101)의 출력단자는 제 10 저항(103)을 거쳐 제 3 npn 트랜지스터(105)의 베이스단자에 접속되어 있다. 제 3 npn 트랜지스터(105)의 에미터단자는 접지되어 있음과 동시에, 제 11 저항(104)을 거쳐 베이스단자에 접속되어 있다.제 3 npn 트랜지스터(105)의 콜렉터단자는 제 12 저항(66)을 거쳐 제 2 N 채널 (FET61)의 게이트단자에 접속되어 있다. 이에 의하여 DCP 구동신호가 온일 때에만방전제어회로(6)를 구성하는 제 2 N 채널(FET61)이 온되도록 되어 있다.
제 1 다이오드(7)의 캐소드단자와 솔레노이드(2)와의 접속노드에는 제너다이오드(62)의 애노드단자, 제 3 다이오드(67)의 애노드단자 및 제 2 콘덴서(64)의 한쪽의 단자가 접속되어 있다. 제너다이오드(62)의 캐소드단자는 제 4 다이오드(63)의 애노드단자에 접속되어 있음과 동시에, 제 16 저항(68)을 거쳐 제 2 N 채널 (FET61)의 드레인단자에 접속되어 있다.
제 3 다이오드(67)의 캐소드단자는 제 2 N 채널(FET61)의 게이트단자에 접속되어 있다. 제 4 다이오드(63)의 캐소드단자는 제 2 콘덴서(64)의 또 한쪽의 단자에 접속되어 있음과 동시에, 제 13 저항(65)을 거쳐 제 3 npn 트랜지스터(105)의 콜렉터단자에 접속되어 있다. 제 2 N 채널(FET61), 제너다이오드(62), 제 3 다이오드(67), 제 4 다이오드(63), 제 12 저항(66), 제 13 저항(65), 제 16 저항(68) 및 제 2 콘덴서(64)는 방전제어회로(6)를 구성하고 있다.
저항(91)의 제 1 N 채널(FET31)의 소스단자에 접속된 단자는, 오퍼레이션 앰플리파이어(92)의 비반전 입력단자에 접속되어 있다. 그리고 오퍼레이션 앰플리파이어(92)의 반전 입력단자는 제 14 저항(93)을 거쳐 저항(91)의 다른쪽 끝에 접속되어 접지되어 있다. 오퍼레이션 앰플리파이어(92)의 출력단자는 DCP 전류신호 출력단자(133)에 접속되어 있다. 오퍼레이션 앰플리파이어(92)의 반전 입력단자와출력단자 사이에는 제 15 저항(94) 및 제 3 콘덴서(95)가 병렬접속되어 있다. 오퍼레이션 앰플리파이어(92)의 양전원 단자에는 제 4 콘덴서(96)가 접속되어 있다.오퍼레이션 앰플리파이어(92)의 음전원 단자는 접지되어 있다.
제 1 저항(91), 오퍼레이션 앰플리파이어(92), 제 14 저항(93), 제 15 저항 (94), 제 3 콘덴서(95) 및 제 4 콘덴서(96)는 전류검출회로(9)를 구성하고 있다. 솔레노이드(2)에 흐른 전류는 저항(91)의 양쪽 끝에 전압을 발생시키고, 그 전압은 이 전류검출회로(9)에 있어서 증폭되어 제어유닛(206)측에 입력되게 된다. 오퍼레이션 앰플리파이어(92)의 출력단자는 그라운드측과, 예를 들면 5V의 전압이 인가된단자와의 사이에서 역방향으로 직렬 접속된 제 5 다이오드(121) 및 제 6 다이오드 (122)의 접속노드에 접속되어 있다. 또 DCP 전류신호 출력단자(133)에는 제 5 콘덴서(123)가 접속되어 있다.
다음에 도 2에 나타내는 회로의 동작을 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 3은 DCP 구동신호, PWM 신호, PWM 구동신호 및 PWM 구동전류의 각 파형을모식적으로 나타내는 파형도이다. 여기서 DCP 구동신호는 상기한 바와 같이 연료분사기간을 규정하는 펄스신호이다. PWM 신호는 엔진측으로부터의 요구연료분사량에 대응하여 0 내지 100%의 범위에서 임의로 듀티가 변경되는 신호이다. PWM 구동신호는 DCP 구동신호와 PWM 신호에 의거하여 생성되어 제 1 N 채널(FET31)의 게이트단자에 공급되는 신호이다. 또 PWM 구동전류란 솔레노이드(2)를 흐르는 전류(솔레노이드전류)이다.
도 2 및 도 3에 있어서 DCP 구동신호가 로우레벨일 때, 제 1 npn 트랜지스터 (108)는 온상태이기 때문에 제 1 N 채널(FET31)의 게이트 전압이 로우레벨이 되고,제 1 N 채널(FET31)은 오프상태이다. 이 상태에서는 솔레노이드(2)에 전류가 흐르지 않기 때문에 연료분사는 일어나지 않는다. 이때 제 3 npn 트랜지스터(105)도 온상태이기 때문에 제 2 N 채널(FET61)도 마찬가지로 오프상태이다.
DCP 구동신호가 하이레벨일 때에는 제 1 npn 트랜지스터(108)는 오프상태이다. 이때 PWM 신호가 하이레벨이면 제 2 npn 트랜지스터(41)는 오프상태이기 때문에 제 1 N 채널(FET31)의 게이트 전압은 하이레벨이다. 따라서 전원으로부터 솔레노이드(2)에 전류가 흘러 들어와 PWM 구동전류가 서서히 증대한다. 이때 제 3 npn트랜지스터(105)는 오프상태이기 때문에 제 2 N 채널(FET61)은 온상대가 된다.
한편, 제 1 npn 트랜지스터(108)가 오프상태이더라도 PWM 신호가 로우레벨이면 제 2 npn 트랜지스터(41)는 온상태이기 때문에 제 1 N 채널(FET31)의 게이트전압이 로우레벨이 되고, 제 1 N 채널(FET31)은 오프상태이다. 따라서 솔레노이드 (2)에는 전원측으로부터는 전류가 흘러 들어 오지 않는다. 그러나 제 2 N 채널 (FET61)이 온상태이기 때문에 PWM 신호가 로우레벨일 때에 솔레노이드(2)에 흐르는프라이휠 전류는 제 2 다이오드(8)를 통하여 제 2 N 채널(FET61)에 흘러 소비된다.따라서 PWM 구동전류는 서서히 감소한다. 제 2 N 채널(FET61)의 온저항은 낮기 때문에 손실이 적고, 발열 등도 억제된다.
DCP 구동신호가 하이레벨로부터 로우레벨로 전환되면 제 1 N 채널(FET31) 및제 2 N 채널(FET61)이 함께 온상태로부터 오프상태로 전환된다. 그 때문에 솔레노이드(2)에 흐르고 있던 전류는 제 2 다이오드(8)를 통하여 제 1 콘덴서(5)로 흘러축적된다. 그에 의하여 제 1 콘덴서(5)의 전압이 급상승하여 솔레노이드(2)에 흐르는 전류가 제로가 된다. 따라서 급속하게 연료분사가 정지된다. 그리고 상기한 DCP 구동신호가 로우레벨일 때의 상태가 된다.
DCP 구동신호가 로우레벨로부터 하이레벨로 전환되면 제 1 N 채널(FET31) 및제 2 N 채널(FET61)이 모두 오프상태로부터 온상태로 전환된다. 그 때문에 제 1 콘덴서(5)의 방전이 일어나고, 제 1 콘덴서(5)로부터 솔레노이드(2)에 큰 전류가 흘러 PWM 구동전류의 상승이 급격해진다. 따라서 연료분사의 응답성이 향상한다. 그리고 상기한 DCP 구동신호가 하이레벨일 때의 상태가 된다.
이상의 동작이 행하여지고 있는 동안, 솔레노이드(2)로부터 제 1 N 채널 (FET31)을 통하여 그라운드측으로 흐르는 구동전류는 전류검출회로(9)의 제 1 저항 (91)에 있어서 전압신호로서 검출된다. 검출된 전압신호는 오퍼레이션 앰플리파이어(92)로 증폭되고, DCP 전류신호로서 제어유닛(206) 내의 마이크로컴퓨터에 보내지고, 디지털신호로 변환되어 구동전류의 목표치와 비교된다. 그리고 전류검출회로(9)에서 검출된 전류치가 목표치에 일치하도록 마이크로컴퓨터에 의하여 PWM 신호의 듀티가 조정된다. 즉 구동전류의 피드백제어가 행하여지고 있다.
도 4는 PWM 신호(PWM 구동신호)의 듀티에 대한 PWM 구동전류치의 관계를 나타내는 특성도이다. PWM 신호의 듀티는 0 내지 100%의 범위에서 가변이고, 마이크로컴퓨터에 의하여 적절하게 선택된다. 도 4에 나타내는 바와 같이 PWM 신호의 듀티가 0 내지 100%의 범위에서 변화되면 PWM 구동신호의 듀티도 0 내지 100%의 범위에서 변화되고, 그것에 따라 PWM 구동전류가 OA로부터 최대 전류(예를 들면 1OA)까지 변화된다. 즉 본 실시형태에 의하면 PWM 신호의 듀티의 조정에 의하여 PWM 구동전류를 조정할 수 있다. 이것을 이용하여 본 실시형태에서는 이와 같은 다양한전류제어를 필요에 따라 적절하게 조합하여 행한다.
제 1 전류제어형태로서 도 5에 나타내는 바와 같이 제 1 콘덴서(5)의 방전에의하여 PWM 구동전류가 급격하게 상승하고, 솔레노이드(2)의 구동에 필요한 최소한의 전류치에 달하는 전류 증가기간(Ta) 후에 정전류기간(Tb)을 설치한다. 정전류 기간(Tb)에서는 솔레노이드(2)의 구동에 필요한 최소한의 정전류가 솔레노이드(2)에 흐르는 제어를 행한다. 이와 같은 정전류제어를 행하지 않은 경우에는 도 9에나타내는 바와 같이 전류증가기간(Ta) 후에 솔레노이드(2)의 인덕턴스값과 저항치에 의한 시정수로 전류가 증가하여 가기 때문에, 솔레노이드(2)의 구동에 필요한 최소한의 전류치를 초과하는 만큼, 즉 연료분사가 시작되는 전류치를 초과하는 만큼의 전류가 낭비된다. 따라서 본 실시형태에 의하면 구동전류의 낭비를 없앨 수 있다.
제 2 전류제어형태로서, 도 6에 나타내는 바와 같이 엔진의 저부하시에 솔레노이드(2)에 흐르는 구동전류를 낮게 억제하는 제어를 행한다. 이에 의하여 엔진의 저부하시에는 단위시간당의 연료분사량이 낮아지기 때문에 DCP 구동신호의 펄스폭을 넓게 할 수 있다. 이와 같은 전류제어를 행하지 않은 경우에는 도 10에 나타내는 바와 같이 구동 펄스폭이 좁아져 연료분사량의 정밀도가 낮아진다. 따라서본 실시형태에 의하면 저부하시의 유량 정밀도를 높일 수 있어 연료분사량의 다이 내믹레인지를 넓힐 수 있다.
제 3 전류제어형태로서, 엔진의 1 행정 중에 정전류제어의 전류치를 적절하게 변화시키는 제어를 행한다. 이에 의하여 엔진의 1 행정 중에 있어서 단위시간당의 연료분사량을 적절하게 변화시킬 수 있다. 따라서 본 실시형태에 의하면 예를 들면 종래의 카뷰레터와 같이 흡입공기에 따라 연료의 분사를 행하기도 하고, 배기가스대책으로서 연료의 무화를 촉진하기 위하여 흡입행정 이외일 때에 고온의 엔진흡기밸브에 연료를 분사하는 등의 최적의 연료분사 패턴이 얻어진다.
제 4 전류제어형태로서 엔진운전 중에 가속판정이 이루어져 가속증량이 필요하게 되었을 때에 솔레노이드(2)에 흐르는 구동전류를 예를 들면 최대로 하는 제어를 행한다. 이에 의하여 가속시에 단시간으로 보다 많은 연료를 분사할 수 있기 때문에 가속증량의 지연을 방지 가능하게 된다. 따라서 본 실시형태에 의하면 가속시의 연료제어특성이 향상한다. 또 가속의 크기에 따라 솔레노이드(2)에 흐르는구동전류의 크기를 제어함으로써 가속의 크기에 따른 양의 연료를 분사시킬 수도 있다.
제 5 전류제어형태로서, 도 7에 나타내는 바와 같이 구동전류의 상승시에 일정기간 솔레노이드(2)에 큰 구동전류를 흘리는 과여자의 제어를 행한다. 이는 마이크로컴퓨터의 내부 데이터로서 ROM 등에 기억되어 있는 구동전류의 목표치(목표 DCP 구동전류)에 따라 구동전류의 상승시에 예를 들면 PWM 신호의 듀티를 1OO%로 하고, 일정시간 경과 후에 듀티를 50%로 함으로써 실현된다. 이에 의하여 전류제어의 고속화가 가능해진다. 또한 도 7에 나타내는 과여자신호는 구동전류를 일정시간 높게 하는 타이밍을 나타내는 신호이다.
제 6 전류제어형태로서, 도 8에 나타내는 바와 같이 실제로 연료가 분사되기전에 연료분사가 일어나지 않을 정도의 전류를 솔레노이드(2)에 흘리는 제어를 행한다. 이는 연료분사시에 DCP 구동신호로서 먼저 솔레노이드(2)에 연료를 분사하지 않을 정도의 전류를 흘리기 위한 펄스신호(이것을 전구동 펄스라 함)를 공급하고, 그후에 연료를 분사시키기 위한 펄스신호(구동펄스)를 공급함으로써 실현된다.
전구동 펄스공급시에는 PWM 신호의 듀티가 작기 때문에, 솔레노이드(2)에 연료분사가 일어나지 않을 정도의 전류가 흘러 솔레노이드(2)가 연료를 분사하지 않는 범위에서 구동된다. 그것에 의하여 연료분사 전에 전자식 연료분사장치의 퍼지행정 및 승압행정이 거의 종료된다. 그리고 퍼지행정 및 승압행정이 거의 종료된시점에서 연료를 분사시키기 위한 펄스신호(구동펄스)의 공급에 의하여 연료분사가일어날 정도의 전류가 솔레노이드(2)에 흘러 연료가 분사된다.
이에 의하여 연료를 분사하기 위한 구동펄스가 공급되고 나서 실제로 연료의분사가 일어나기까지의 무효시간이 대폭으로 단축된다. 이와 같은 전구동의 전류제어를 행하지 않은 경우에는 도 11에 나타내는 바와 같이 무효시간이 길어지고, 특히 아이들회전시 등의 유량이 작을 때에 연료제어 정밀도의 악화를 초래한다. 따라서 본 실시형태에 의하면 연료제어 정밀도의 악화를 방지할 수 있다. 특히 아이들회전시 등에 있어서의 연료제어 정밀도의 악화의 방지에 유효하다.
다음에 본 발명에 관한 연료분사제어방법의 공정의 흐름을 플로우차트에 의거하여 설명한다.
도 13은 본 연료분사제어방법의 기본적 공정을 설멍하는 것이다. 본 연료분사제어장치에 대한 전원의 투입 등에 의하여 제어프로그램이 시작된다.
제어유닛(206)(도 12)을 구성하는 마이크로프로세서(본 제어장치)는, 외부(예를 들면 엔진측)로부터 내연기관의 부하상대 등에 따라 최적의 구동출력을 발생시키기 위한 요구연료분사량을 나타내는 데이터를 수신한다(단계 11). 다음에 수신한 요구연료분사량(데이터)에 대응한 듀티비의 PWM 사이클신호를 생성한다(단계 12). 요구연료분사량(데이터)과 이것에 대응하는 듀티비의 대응관계는 미리 본 제어장치를 구성하는 메모리 내에 기억되어 있다.
본 제어장치는 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와 상기에 있어서생성된 PWM 사이클신호를 구동신호생성수단(도 1에 있어서의 부호 4)에 출력한다 (단계 13 및 단계 14). 구동신호생성수단은 분사 사이클신호와 PWM 사이클신호의앤드를 취하여 솔레노이드 구동신호를 생성한다(단계 15). 이 솔레노이드 구동신호는 구동회로(도 1에 나타내는 부호 3)에 출력되어 DCP(솔레노이드)(2)가 구동된다(단계 16). 그리고 구동정지시에 DCP(솔레노이드)(2)가 발생하는 에너지는 콘덴서(5)에 충전되고(단계 17), 이후의 DCP(솔레노이드)의 구동 에너지로서 재이용되게 된다. 그리고 본 제어회로의 전원차단 등에 의하여 연료분사 정지신호의 입력에 의해(단계 18) 본 제어플로우는 정지한다.
도 14는 본 연료분사제어방법의 도 13에 있어서 설명한 기본적 공정에 있어서, 솔레노이드전류를 항상 측정하여 그 측정치에 의거하여 솔레노이드의 구동시간등을 조정하는 경우의 제어플로우를 설명하는 것이다.
도 13에 나타낸 공정과 마찬가지로 본 연료분사제어장치에 대한 전원의 투입 등에 의하여 제어프로그램이 시작된다. 본 제어장치는 외부로부터 내연기관의 부하상태 등에 따라 최적의 구동출력을 발생시키기 위한 요구연료분사량을 나타내는데이터를 수신하고(단계 21), 수신한 요구연료분사량(데이터)에 대응한 듀티비의 PWM 사이클신호를 생성하는 것이다(단계 22).
여기서 본 제어장치는 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호를 구동신호생성수단에 대하여 출력하고(단계 23), 동시에 상기에 있어서 생성된 PWM 사이클신호를 출력한다(단계 24). 구동신호생성수단은 분사 사이클신호와 PW 사이클신호의 앤드를 취하여 솔레노이드 구동신호를 작성하고(단계 25), 구동회로는 이 솔레노이드 구동신호에 의하여 DCP(솔레노이드)(2)를 구동한다(단계 26).
여기서 본 제어장치는 솔레노이드전류를 측정한다(단계 27). 도 13과 마찬가지로 DCP(솔레노이드)의 구동정지시에 생기는 발생하는 에너지는 그 때마다 콘덴서(5)에 충전된다(단계 28). 여기서 단계 27에 있어서 측정된 솔레노이드 전류치가 단계 22에 있어서 생성된 PWM 사이클신호의 듀티비를 수정할 필요가 있는지의여부의 판단이 이루어진다(단계 29). 이 판단은 예를 들면 솔레노이드 전류치가 요구연료분사량에 대응한 미리 상정되어 있는 범위 내에 있는지의 여부에 의한다.여기서 수정의 필요가 있다고 판단된 경우에는 PWM 사이클신호의 듀티비를 보정하고(단계 30), 이 보정된 듀티비의 PWM 사이클신호에 의하여 DCP(솔레노이드)는 구동제어되게 되는 것이다. 그리고 븐 제어회로의 전원차단 등에 의하여 연료분사정지신호의 입력에 의하여(단계 31), 본 제어플로우는 정지되는 것이다.
이상에 있어서 본 발명은 상기한 실시형태에 한정하지 않고, 여러가지 변경가능하다. 예를 들면 PWM 신호를 마이크로컴퓨터로 발생시키는 대신에 PWM 신호를발생하는 회로를 설치하고, 그곳에서 PWM 신호를 발생시키도록 하여도 좋다. 또 DCP 전류신호와 구동전류의 목표치를 마이크로컴퓨터로 비교하는 대신에 그것들을비교하는 비교회로를 설치하고, 그곳에서 비교하도록 하여도 좋다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 연료분사제어장치에 있어서는 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와 PWM 사이클신호에 의거하여 솔레노이드 구동신호를 생성하여 상기 구동수단에 대하여 공급하는 구동신호 생성수단과, 요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호를 생성하여 그 PWM 사이클신호와 상기 분사 사이클신호를 상기 구동신호 생성수단에 공급하는 제어수단과의각 수단을 가진다. 이와 같이 본 발명에 있어서는 연료분사기간을 규정하는 분사사이클신호와 요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호의 2개의 신호를 사용함으로써 연료분사량을 정밀하고 치밀하게 제어하는 것을 실현하고, 또한요구연료분사량의 변동에 대하여 신속하게 대응 가능한 연료분사제어를 실현한 것이다.
또 본 발명에 관한 연료분사제어장치는 상기 연료분사용 솔레노이드의 구동정지에 의하여 방출되는 에너지를 충전하는 방전제어회로를 구비함으로써 솔레노이드로부터 방출되는 에너지를 재이용하여 엔진시스템의 에너지효율을 높임과 동시에배터리용량의 저감화도 실현한 것이다.
본 발명은 내연기관에 연료를 공급하기 위한 전자제어식의 연료분사제어방법및 그 제어장치에 관한 것으로, 특히 내연기관측으로부터의 시시각각 변화되는 요구연료분사량에 대하여 신속하게 대응하고, 요구된 연료분사량을 정확하게 분사하기 위한 연료분사제어방법 및 제어장치에 관한 것으로, 산업상의 이용가능성을 가진다.

Claims (13)

  1. 연료를 가압하면서 분사하는 전자식 연료분사장치를 제어하기 위한 장치에 있어서,
    연료분사용 솔레노이드를 구동하는 구동수단과,
    연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와 PWM 사이클신호에 의거하여 솔레노이드 구동신호를 생성하여 상기 구동수단에 공급하는 구동신호 생성수단과,
    요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호를 생성하고, 그 PWM사이클신호와 상기 분사 사이클신호를 상기 구동신호생성수단에 공급하는 제어수단과의 각 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 PWM 사이클신호의 듀티비는 1 연료분사 사이클기간 중 일정한 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어수단은 1 연료분사 사이클기간 중에 있어서의 상기 PWM 사이클신호의 듀티비를 변화시키는 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 연료분사용 솔레노이드에 흐르는 코일전류를 측정하는 코일전류 검출수단을 가지고, 상기 제어수단은 상기 코일전류 측정치에 따라 상기 PWM 사이클신호의 듀티비를 조정하는 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 연료분사용 솔레노이드의 구동정지에 의하여 방출되는 에너지를 충전하도록 접속된 콘덴서와, 그 콘덴서에 충전된 에너지를 상기 솔레노이드의 구동 에너지로서 재이용하기 위한 방전제어회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 방전제어회로는 상기 콘덴서에 전원전압을 초과하는 전압이 충전되어 있고 또한 상기 분사 사이클신호가 온인 경우에, 상기 콘덴서에 충전된 에너지를 상기 솔레노이드에 공급하기 위한 스위치수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호를 출력하기전에 연료분사를 발생시키지 않는 범위의 솔레노이드 구동신호를 상기 구동수단에공급하는 것을 특징으로 하는 연료분사제어장치.
  8. 연료를 가압하면서 분사하는 전자식 연료분사장치를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호를 생성하는 행정과,
    연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와 함께 상기 PWM 사이클신호를 출력하는 행정과,
    상기 분사 사이클신호와 상기 PWM 사이클신호에 의거하여 솔레노이드 구동신호를 생성하는 행정과,
    상기 솔레노이드 구동신호에 의하여 연료분사용 솔레노이드를 구동하는 행정과의 각 행정을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사제어방법.
  9. 연료를 가압하면서 분사하는 전자식 연료분사장치를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    요구연료분사량에 대응한 듀티비의 상기 PWM 사이클신호를 생성하는 행정과,
    연료분사기간을 규정하는 분사 사이클신호와 같이 상기 PWM 사이클신호를 출력하는 행정과,
    상기 분사 사이클신호와 상기 PWM 사이클신호에 의거하여 솔레노이드 구동신호를 생성하는 행정과,
    상기 솔레노이드 구동신호에 의하여 연료분사용 솔레노이드를 구동하는 행정과,
    상기 연료분사용 솔레노이드에 흐르는 코일전류를 측정하는 행정과,
    상기 코일전류 측정치에 따라 상기 PWM 사이클신호의 듀티비를 조정하는 행정과의 각 행정을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사제어방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 PWM 사이클신호의 듀티비는 1 연료분사 사이클기간 중 일정한 것을 특징으로 하는 연료분사제어방법.
  11. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 PWM 사이클신호의 듀티비는 1 연료분사 사이클기간 중에 있어서 변화시키는 것을 특징으로 하는 연료분사제어방법.
  12. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 연료분사용 솔레노이드의 구동정지에 의하여 방출되는 에너지를 충전하는 행정과,
    상기 충전된 에너지를 연료분사기간 중에 상기 연료분사용 솔레노이드에 공급하는 행정을 가지고,
    상기 에너지를 상기 솔레노이드의 구동 에너지로서 재이용하는 것을 특징으로 하는 연료분사제어방법.
  13. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    제일 먼저 연료분사를 발생시키지 않는 범위의 솔레노이드 구동신호에 의해 상기 연료분사용 솔레노이드를 구동하는 행정을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사제어방법.
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