KR20050085945A - 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법 - Google Patents

예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법 Download PDF

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고우 아사이
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Abstract

예혼합압축 자착화식 내연기관에서, 각 운전상황에 따라 최적의 자착화시기를 얻도록 함으로써 연소의 개선을 도모하는 것을 목적으로 한다. 연소실 내에서 흡기와 연료를 미리 혼합하고, 압축함으로써 자착화시키는 내연기관의 제방법으로서, 배기밸브(9)를 압축행정 중에 일시적으로 재계개시킴과 더불어, 이 재계개의 밸브닫힘시기를 자유로이 변경함으로서, 각 운전영역에서 최적의 자착화시기가 얻어지는 유효압축비가 되도록, 상기재계개의 밸브닫힘시기를 변경한다. 기관회전수와 부하로부터 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기 맵을 형성하여, 이 밸브닫힘시기 맵에 의해 배기밸브(9)의 밸브닫힘시기를 변경한다. 특히, 부하가 작은 운전영역에서는 유효압축비를 높이고, 부하가 커지게 됨에 따라 유효압축비를 낮아지도록 한다.

Description

예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법 {METHOD OF CONTROLLING PREMIX COPRESSION SELF-IGNITING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법에 관한 것으로, 주로 디젤기관에 적합한 제어방법에 관한 것이다.
이런 종류의 예혼합압축 자착화식(豫混合壓縮自着火式) 내연기관은, 디젤기관의 연소개선을 위해 개발된 것으로, 연소실 내에서 미리 연료와 공기의 혼합기체를 형성하고서, 이 혼합기체를 피스톤에 의한 단열압축(斷熱壓縮)으로 승온, 승압시켜 연료의 착화점에서 자착화(self-igniting)시키는 연소방식이다. 이 방식에 의하면 디젤기관에서 초희박연소(super-lean combustion)가 가능해져, NOx와 스모크의 저감을 달성할 수가 있게 된다. 종래의 예로는 일본국 특개 2001-271671호 공보 및 동 특개 2001-280164호 공보 등에 기재된 것을 들 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 제어방법을 실시하는 예혼합압축 자착화식 디젤기 관의 개략도,
도 2는, 배기용 가변형동밸브장치의 사시도,
도 3은, 도 2의 배기캠의 축심과 직각인 절단면에서의 단면도로서, 양 배기캠을 병렬로 도시한 도면,
도 4는, 도 2의 가변동밸브장치의 재계개용 캠의 평면도,
도 5는, 재계개를 실행하는 피스톤행정을 나타낸 실린더의 단면개략도,
도 6은, 본 발명에 따른 제1제어방법을 나타낸 플로우차트,
도 7은, 배기밸브 재계개와 기통내 온도의 변화의 관계를 나타낸 도면,
도 8은, 기통내 온도와 착화지연의 관계를 나타낸 도면,
도 9는, 당량비와 자착화온도의 관계를 나타낸 도면,
도 10은, 기관회전수 및 부하의 변화에 대한 유효운전영역을 나타낸 도면,
도 11은, 밸브닫힘시기 맵을 나타낸 도면,
도 12는, 재계개의 밸브닫힘시기와 분사개시시기의 관계를 나타낸 도면,
도 13은, 본 발명에 따른 제2제어방법을 나타낸 플로우차트,
도 14는, EGR률과 착화시기의 관계를 나타낸 도면,
도 15는, EGR률과 목표유효압축비의 관계를 나타낸 도면,
도 16은, 본 발명에 따른 제3제어방법을 나타낸 플로우차트,
도 17은, 흡기온도와 착화시기의 관계를 나타낸 도면,
도 18은, 흡기온도와 목표유효압축비의 관계를 나타낸 도면,
도 19는, 본 발명에 따른 제4제어방법을 나타낸 플로우차트,
도 20은, 냉각수온도와 착화시기의 관계를 나타낸 도면,
도 21은, 냉각수온도와 목표유효압축비의 관계를 나타낸 도면,
도 22는, 본 발명에 따른 제6제어방법을 나타낸 플로우차트,
도 23은, 착화특성과 유효운전영역과의 관계를 나타낸 도면,
도 24는, 본 발명에 따른 제7제어방법을 나타낸 플로우차트,
도 25는, 기통내압의 변화를 나타낸 도면이다.
(발명이 해결하려는 기술적 과제)
유효압축비가 고정되어져 있는 종래의 디젤기관의 경우, 부하(당량비)가 증가하면 압축 도중에 자착화 타이밍이 빨라져 이른바 노킹현상을 일으키는 경우가 있다. 이 노킹은 기관소음의 증대 및 열효율의 저하를 초래한다.
반대로 저부하시에는, 압축 후에도 압력 및 온도 등의 착화요건이 갖춰지지 않은 경우가 있어, 실화(失火)를 초래하는 일이 있다.
예혼합압축 자착화식 내연기관의 자착화는, 기본적으로 혼합기체의 온도와 기통내압(cylinder internal pressure)에 의해 좌우되는 것으로, 이 온도와 기통내압은 유효압축비가 주된 요인으로 되어 결정되게 된다. 예컨대 지나치게 빨리 착화되는 이른바 과조착화(過早着火)에 의한 노킹을 회피하기 위해서는, 압축 도중의 혼합기체의 온도 및 압력의 상승을 자착화 한계치 이하로 억제할 필요가 있고, 또 최선의 착화시기, 즉 압축상사점 부근에서 자착화를 일으키기 위해서는 압축상사점에서의 온도 및 압력을 최적으로 제어할 필요가 있게 된다.
(발명의 목적)
본 발명은, 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기를 변경함으로써 유효압축비를 변경하고, 그에 의해 각종 운전영역에서 최적 타이밍에서 자착화할 수 있게 제어할 수 있도록 하여 노킹 및 실화를 방지하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 기술적 방법)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 청구범위 제1항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 연소실 내에서 공기와 연료를 미리 혼합해서 압축함으로써 자착화시키는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법에서, 배기밸브를 압축행정 중에 일시적으로 재계개(再啓開)시키고, 또 당해 재계개(reopening)의 밸브닫힘시기(valve closure timing)를 자유로이 변경함으로써, 유효압축비를 각 운전영역에서 최적의 자착화시기(self-ignition timing)가 얻어지는 유효압축비로 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제2항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 제1항에서, 부하가 작은 운전영역에서는 유효압축비를 높이고, 부하가 커짐에 따라 유효압축비가 낮아지도록 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제3항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 기관회전수와 부하에 따라 각 운전영역에서 최적의 착화시기가 얻어지는 밸브닫힘시기를 기입한 상기 재계개의 밸브닫힘시기 맵(map)을 작성하고, 내연기관의 운전 중 기관회전수와 부하를 검출하여, 상기 밸브닫힘시기 맵에 기해 재계개의 밸브닫힘시기를 변경하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제4항에 가재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 제1항에서, 연료분사 개시시기를 상기 재계개의 밸브닫힘시기 보다 늦도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제5항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 제1항에서, 기관에 EGR장치를 갖춰 EGR률을 검출하여, EGR률이 높은 운전영역에서는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 빠르게 함으로써 유효압축비를 높이고, EGR률이 낮은 운전영역에서는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦어지도록 함으로써 유효압축비를 낮추도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제6항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 제1항에서, 흡기온도를 검출하여, 흡기온도가 높을 때는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦게 함으로써 유효회숙비를 낮게 하고, 흡기온도가 낮을 때는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 빨라지도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제7항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 제1항에서, 냉각수온도를 검출하여, 냉각수온도가 낮을 때는 배기밸브의 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 빠르게 함으로써 유효압축비를 높이고, 냉각수온도가 높을 때에는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦추도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제8항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서, 이상연소검출센서에 의해 노킹 등 이상연소를 검출하여, 이상연소시에는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦도록 하여, 이상연소가 생기지 않는 범위 내의 가장 높은 유효압축비로 변경되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구범위 제9항에 기재된 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서, 각 운전역에서 최고기통내압을 허용범위 내로 억제하는 제한유효압축비 맵을 작성하는 운전영역으로, 각 운전영역에서 제한유효압축비를 넘지 않도록 상기 재계개의 닫힘시기를 설정하는 것을 특징으로 한다.
(발명의 효과)
이상 설명한 바와 같은 본 발명은, 연소실 내에서 공기와 연료를 미리 혼합하고 압축함으로써 자착화시키는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법에서, 배기밸브를 압축행정 중에 일시적으로 재계개시키고, 또 당해 재계개의 밸브닫힘시기를 자유로이 변경함으로써, 유효압축비가 각 운전영역에서 최적의 자착화시기가 얻어지는 유효압축비로 변경되도록 되어 있기 때문에, 다음과 같은 이점이 있게 된다.
(1) 종래, 제어가 곤란하였던 예혼합압축 자착화식 내연기관의 착화시기를, 배기밸브의 재계개의 변경조절, 특히 그 밸브닫힘시기를 변경조절함으로써 제어하도록 되어 있어서, 각 운전영역에서 최적의 유효압축비와 더불어 최적의 자착화시기를 간단하고 정확하게 제어할 수 있고, 그에 따라 과조착화의 억제(열효율의 저하 저지), 연소소음의 저감 및 넓은 운전범위에서 저분사의 연소가 쉽게 실현될 수 있게 된다. 또, 착화지연에 의한 실화도 효과적으로 막을 수가 있다.
(2) 상기 (1)의 구성에 더해, 부하가 적은 운전영역에서는 유효압축비를 높이고, 부하가 커짐에 따라 유효압축비를 낮아지도록 배기밸브 재계개의 밸브닫힘시기를 제어하도록 하면, 부하 감소시에는 착화지연을 보정해서 양호한 착화성을 확보할 수 있고, 또 부하 증대시에는 과조착화을 억제하여 노킹 등을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
(3) 상기 (1)의 구성에 더해, 기관회전수와 부하에 의해 배기밸브의 재계개의 닫힘시기 맵을 형성하고서, 이 배기밸브의 재계개 밸브닫힘시기 맵에 의해 배기밸브의 밸브닫힘시기를 변경하도록 하면, 전자제어기관에서 센싱이 일반적으로 되어 있는 기계회전수와 부하를 매개변수로 이용하게 됨으로써, 제어논리가 간소해져 간편하게 배기밸브의 동작을 정의(定義)할 수가 있게 된다.
(4) 상기 (1)의 구성에 더해, 연료분사 개시시기를 상기 재계개의 밸브닫힘시기 보다 늦도록 하면, 재계개시에 분사연소가 배기구멍으로부터 빠져나가는 것을 방지할 수 있어 연소의 낭비를 막을 수가 있다.
(5) 상기 (1)의 구성에 더해, EGR장치를 가진 내연기관에서 EGR률이 높은 운전영역에서는 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기를 빨라지게 함으로써 유효압축비를 높히고, EGR률이 낮은 운전영역에서는 배기밸브의 재계관의 밸브닫힘시기를 늦춤으로써 유효압축비를 낮아지도록 하면, EGR률의 변경에 수반해서 혼합기체의 착화성(자착화시기)이 변화하더라도 최적의 착화시기로 보정할 수가 있다.
(6) 상기 (1)의 구성에 더해, 흡기(급기)온도를 검출하여, 흡기온도가 높을 때에는 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기를 늦어지게 함으로써 유효압축비를 낮추고, 흡기온도가 낮을 때에는 재계개의 밸브닫힘시기를 빨라지도록 하면, 흡기온도의 변화에 수반해서 혼합기체의 착화성이 변화하더라도 최적의 착화시기에 그를 보정할 수가 있다.
(7) 상기 (1)의 구성에 더해, 냉각수온도를 검출하여, 냉각수온도가 낮을 때에는 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기를 빨리함으로써 유효압축비를 높이고, 냉각수온도가 높을 때에는 재계개의 밸브닫힘시기를 늦추도록 하면, 냉각수온도의 변화에 따라 혼합기체의 착화성이 변화하더라도 최적의 착화시기에 그것을 보정할 수가 있게 된다.
(8) 상기 (1)의 구성에 더해, 노크센서에 의해 노크를 검출한 때에는, 유효압축비를 내림과 더불어 노크한계 내에서 가장 높은 유효압축비를 유지하도록 하면, 운전조건의 큰 변화에 의해, 가령 상기 각 제어 하에서 과조착화에 의한 노킹 등이 생겨도, 노킹이 생기지 않는 범위까지 보정할 수 있음과 더불어 노크가 생기지 않은 상태로 열효율을 높게 유지할 수 있게 된다.
(9) 각 운전역에서 최고기통내압을 허용범위 내로 억제하는 제한유효압축비 맵을 작성하여, 각 운전영역에서 제한유효압축비를 넘지 않도록 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기를 설정해 놓으면, 만일 상기 각 제어 하에서 과대한 기통내압이 발생하는 상황이 되더라도 간단하고 신속하게 기통내압을 최고기통내압 보다 낮게 보정할 수 있어, 실린더 등에 영향을 끼치지 않도록 할 수가 있다.
(10) 한편, 배기밸브를 압축행정에서 재계개하는 효과로는, 과급기(過給器)를 가진 내연기관에서 과급기의 성능을 높여 과급압을 증가시켜도, 배출되는 급기가 급기포트로부터 연소실로 들어가는 가압급기의 저항으로 되지 않아, 급기유량을 충분히 확보할 수 있음과 더불어, 과급기의 부담이 경감되어 과급기의 효율이 향상된다. 또, 급기밸브의 닫힘을 지연시키는 방법에 비해 급기포트에서의 급기온도의 상승을 막을 수 있어 충전효율의 저하를 막을 수가 있다.
이하, 첨부도면에 기해 본 발명을 상세히 설명한다.
[기관의 개략]
도 1 ~ 도 5는 본 발명에 의한 제어방법을 실시하기 위한 예혼합압축 자착화식 디젤기관으로서, 그 중 도 1은 실린더부분과 흡배기장치 및 제어기기의 배치를 포함한 개략도이다. 이 도 1에서, 실린더(1) 내에는 피스톤(2)이 끼워짐과 더불어 당해 피스톤(2)의 정벽(頂壁)과 실린더(1)로 연소실(3)이 형성되고, 연소실(3)의 천정면에는 흡기공(5)와 배기공(6)이 개구함과 더불어 전자제어식 연료분사 밸브(7)가 배치되어 있다. 흡기공(5)과 배기공(6)에는 각각 흡기밸브(8)와 배기밸브(9)가 배치되고, 양 밸브(8, 9)는 각각 흡기용 밸브장치(10)와 배기용 가변형 동밸브장치(actuating valve system; 11)에 연동하도록 연결되어 있다. 배기용 가변형(可變型) 동(動)밸브장치(11)는, 압축행정 중 배기밸브(9)를 일시적으로 재계개하도록 구성되고, 또 재계개의 밸브닫힘시기를 밸브닫힘시기 변경수단으로 변경할 수 있도록 되어 있다.
기관주변기기로서 엔진콘트롤러(15)를 구비함과 더불어, 과급기(16), 인터쿨러(17) 및 EGR(배기가스 재순환)장치(18)를 구비하도록 되어 있다. 상기 흡기공(5)은, 흡기통로(20), 인터쿨러(17), 흡기관(21), 과급기(16)의 압력부(16a), 흡기관(22)을 거쳐 외기와 연통하고, 배기공(6)은, 배기통로(25), 과급기(16)의 터빈부(16b) 및 배기관(26) 등을 거쳐 외기와 연통하도록 되어 있다. 상기 배기통로(25)와 흡기통로(20) 사이는 EGR장치(18)의 EGR관(28)이 연통하도록 되어 있고, 당해 EGR관(28)에는 개도(開度)를 조절할 수 있는 EGR밸브(30)가 설치되어 있다.
엔진콘트롤러(15)에는, CPU, 연산장치 및 각종 기억장치와 더불어, 분사 장치 ECU(분사밸브 전자제어유니트; 31)와 동밸브장치 ECU(동밸브장치 제어유니트; 32)가 포함되어 있다. 엔진콘트롤러(15)의 출력부에는 상기 연료분사밸브(7) 및 동밸브장치(10, 11)가 접속되어 있고, 연료분사밸브(7)는 분사장치 ECU(31)에 의해 연료분사량 및 분사개시시기가 제어되고, 동밸브장치(10, 11)는 상기 동밸브장치 ECU(32)에 의해 밸브개폐시기가 제어되도록 되어 있다. 특히 상기 배기용 가변형 동밸브장치(11)에서는, 배기밸브(9)의 재계개의 밸브닫힘시기가 제어되도록 되어 있다.
엔진콘트롤러(15)의 입력부에는, 기관회전수센서(36) 및 부하센서(37)가 접속됨과 더불어, 필요에 따라 EGR률 인식장치(39), 공기(흡기)유량센서(40), 흡기온도센서(41), 냉각수온도센서(42) 및 이상연소 검출센서(노크센서 등; 43)가 접속되어 있다.
또, EGR밸브(30)에는 EGR률 인식장치(39)가 설치되어 EGR률을 검출(인식)하도록 되어 있다. 액셀장치(44) 또는 연료분사펌프의 연료증감기구 등에는 부하센서(37)가 설치되어, 부하(負荷)로서 연료분사량을 검출하도록 되어 있다. 이상연소센서(43)는, 실린더(1)의 측벽 또는 실린더(1) 내에 배치되어, 실린더(1)의 이상진동 또는 연소실 내의 이상압력변동을 검출함으로써 노킹 등의 이상연소를 검출하도록 되어 있다. 공기유량센서(40)는 과급기(16) 보다 상류 측의 흡기관(22)에 설치되어, 흡기관(22) 내를 흐르는 공기유량을 검출하도록 되어 있다. 기관회전수센서(36)는, 크랭크축 또는 크랭크축으로 고정된 기어(45) 또는 호일 등에 배치되어, 크랭크축회전수(기관회전수)를 검출하도록 되어 있다. 냉각수온도센서(42)는, 예컨대 실린더 주위의 냉각수쟈켓에 배치되어, 실린더 주변의 냉각수온도를 검출하도록 되어 있다. 한편, 당해 실시예에서는 상기와 같이 EGR장치를 가진 내연기관에 적용하도록 되어 있으나, EGR장치를 갖추지 않은 내연기관에 적용할 수도 있다.
[배기용 가변형 동밸브장치의 구체적인 예]
도 1의 배기용 가변형 동밸브장치(11)는, 앞에서 설명한 것과 같이 재계개 할 수 있도록 구성됨과 더불어 재계개의 밸브닫힘시기가 변경될 수 있도록 되어 있는바, 그 구체화 예를 도 2 ~ 도 4를 가지고 설명한다. 도 2 ~ 도 4의 배기용 가변형 동밸브장치(11)는 복수의 캠을 이용한 동밸브장치로서, 그중 도면 2는 이를 사시도를 나타낸 것으로, 배기밸브용 캠축(50)에는 배기행정용 주캠산(main cam thread; 51)을 가진 제1배기캠(52)과, 재계개용 가동캠산(movable cam thread; 53)을 가진 제2배기캠(54)이 형성되어 있고, 이들 각 배기캠(52, 54)은 각각 타페트(tappet; 60, 61)를 매개로 같은 배기용 로커암(62)에 연결되어 동시에 같이 사용되도록 구성되어 있다. 여기서, 상기 제1배기캠(52)은 캠축(50)과 일체로 형성되어 있으나, 제2배기캠(53)은 도 3에 도시된 것과 같이 캠축(50)과 별개로 형성되어, 회전방향으로는 캠축(50)과 일체로 회전하지만, 축심방향으로는 위치만 변경될 수 있도록 키 또는 스프라인으로 끼워 맞춰져 있다.
도 4는 제2배기캠(54)의 평면도로서, 가동캠산(53)이 축방향을 따라서 원주방향 폭이 변화되도록 되어 있어, 캠축(50)에 대해 제2배기캠(54)의 축방향위치를 변경함으로써, 타페트(61)가 접하는 캠산(53)의 프로파일이 변경되어, 재계개의 밸브개시기 및 밸브닫힘시기를 변경할 수 있도록 되어 있다. 이 실시예에서는, 재계개의 밸브열림시기가 항상 하사점(下死點) 부근이 되도록, 캠산(53)의 회전방향 앞쪽 끝(53a)이 축심방향과 평행하도록 설정되는 한편, 밸브닫힘시기는 임의로 변화될 수 있도록, 캠산(53)의 회전방향의 뒤쪽 끝(53b)이 축심방향에 대해 경사지도록 되어 있다. 한편, 도 4는 가동캠산(53)의 형상을 명확히 하기 위해 가동캠산(53)과 제2배기캠(54)의 캠원(cam circle)의 경계를 실선으로 나타내었지만, 실제로는 단부를 갖지 않고 매끄럽게 연속되어 있다.
도 2 ~ 도 4에 도시된 배기용 가변형 동밸브장치(11)는 단순한 한가지 예로서, 이와 같은 구조의 외에, 예컨대 도 2와 같이 배기행정용 주캠산(51)을 가진 제1배기캠(52)과, 재계개용 가동력무산(53)을 가진 제2배기캠(54)을 가진 배기용 가변형 동밸브장치에서, 재계개용 제2배기캠(54)을 캠축(50)에 대해 회전방향으로 위치변경할 수 있도록 하고, 재계개용 가동캠산(53)의 위치를 회전방향으로 늦춰줌으로써 밸브닫힘시기를 변경할 수 있도록 할 수도 있다. 이 경우에는, 가동캠산(53)의 회전방향 앞쪽 끝의 밸브열림시기에 대응하는 부분이 제1배기캠(52)의 주캠산(51)과 항상 오버랩되게 형성되도록 한다.
또, 배기행정용 캠산과 재계개용 캠산을 일체로 갖춘 배기캠을 복수 종류로 갖추는 한편, 각 재계개용 캠산의 위상(位相)을 다른 것으로 함으로써, 복수단식(複數段式)으로 절환할 수 있는 구조가 되도록 할 수도 있다.
[재계개행정(reopening stroke)]
도 5는 기관의 배기밸브 재계개(再啓開)의 모습을 나타내고 있는바, 상단(上段)에 도시된 흡기행정에서는 흡기밸브(8)가 열려져 있어 흡기가 흡기공(5)으로부터 연소실(3) 내로 공급되고, 중단(中段)에 도시된 피스톤 상승과정의 압축행정 전기(前期)에는, 흡기밸브(8)이 닫혀짐과 동시에 하사점 부근으로부터 배기밸브(9)가 일시적으로 재계개되어 연소실(3) 내의 압축 압력을 배기공(6)으로부터 뽑아내도록 되어 있다. 그리고, 하단에 도시된 압축행정 중기 및 후기에는, 재계개의 배기밸브(9)도 닫혀 실질적으로 흡기가 압축될 수 있게 된다. 즉, 배기밸브(9)를 하사점 부근 위치에서부터 일시적으로 재계개됨으로써 압축개시시기가 늦춰지도록 하고, 그에 따라 유효압축비를 내릴 수가 있게 된다.
[연소제어방법 1]
연소제어방법을 설명하기에 앞서, 도 7 ~ 도 10을 가지고 배기밸브(9)의 재계개에서의 밸브닫힘시기와 기통내 온도 및 착화시기와의 관계(도 7), 기통내 온도와 착화지연과의 관계(도 8), 당량비(부하)와 자착화온도의 관계(도 9)와 기관회전수 및 부하의 변화에 대한 기관의 유효운전영역(도 10)의 관계를 설명한다.
(기통내 온도와 착화지연과의 관계)
도 8은, 기통내 온도 및 기통내 압력의 변화와 착화지연과의 관계를 나타낸 가실험의 데이터로서, 변화곡선(G1, G2, G3)이 기통내 압력이 G1 < G2 < G3의 관계로 되어 있다. 또, 각 변화곡선(G1, G2, G3)은 기통내 온도가 높아질수록 자착화지연(self-ignition delay)이 짧아지게 된다. 이는 공통하는 특성이지만, 저압력의 곡선(G1)에서부터 곡선(G2, G3)으로 압력이 높아짐에 따라 착화지연이 짧아지는 것으로 이해할 수 있다.
(배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기와 기통내 온도 및 착화시기와의 관계)
도 7은, 배기밸브의 재계개(B0 ~ B3)의 밸브닫힘시기(θec)가 예컨대 θ0, θ1, θ2, θ3으로 변화한 경우에, 기통내 온도(AO ~ A3)가 어떻게 변화하는지를 나타낸 도면이다. 종축은 배기밸브 리프트량 및 기통내 온도이고, 횡축은 크랭크각도이다. 이 도 7에 의해, 재계개의 밸브닫힘시기(θec)가 θ0으로부터 θ3으로 순차로 지연됨에 따라 유효압축비가 낮아지게 됨으로써, 기통내 온도의 상승이 늦어짐과 더불어 착화시기가 늦어지는 것으로 이해될 수 있다.
구체적으로 설명하자면, 도 7에는 밸브닫힘시기(θec)가 θ0으로부터 θ3까지 변화하는 4가지의 재계개(BO, B1, B2, B3)가 예로 나타내어져 있는바, 각 재계개(B0 ~ B3)의 밸브열림시기는 압축행정 하사점(배기행정 하사점; BDC) 부근에 모아져 있다. 기통내 온도의 변화곡선(AO, A1, A2, A3)은 각각 재계개(B0, B1, B2, B3)에 대응하도록 되어 있다. 또, Tf1, Tf2, Tf3는 당량비(equivalent ratio) 등의 조건에 따라 변화하게 되는 자착화온도를 나타내고 있다.
이 도 7에서, 밸브닫힘시기(θec)가 가장 빠른 재계개(BO)의 경우는, 긴 실압축행정(actual compression stroke)을 확보함으로써 유효압축비가 높아지고, 그에 따라 온도상승이 가장 빨리, 또 기통내 최고온도도 가장 높아지게 된다. 상기 재계개(BO)에 대해 재계개(B1, B2 및 B3)와 같이 밸브닫힘시기(θec)가 늦어짐 따라 유효압축비가 순차로 낮아져, 온도상승이 늦어짐과 더불어 기통내 최고온도도 내려가게 된다.
착화시기(ignition timing)는, 각 기통내 온도변화곡선(AO, A1, A2, A3)과 자착화온도(Tf1, Tf2, Tf3)와의 교차점으로부터 구해지지만, 어떤 자착화온도(Tf1, Tf2, Tf3)의 경우에도 가장 빠른 밸브닫힘시기(θ0)에 대응하는 기통내 변화곡선(AO)에서의 착화시기가 가장 빨라지고, 밸브닫힘시기가 θ1, θ2 및 θ3로 지연됨에 따라, 그들에 대응하는 변화곡선(AI, A2 및 A3)의 착화시기는 순차로 늦어지게 된다. 즉, 재계개의 밸브닫힘시기(θec)가 빨라지면 자착화시기도 빨라지고, 밸브닫힘시기(θec)가 늦어지면 자착화시기도 늦어지는 관계로 되어 있다.
(당량비(부하)와 기통내 온도와의 관계)
도 9는 당량비와 자착화온도와의 관계를 나타내는 것으로, 연소실 내의 혼합기체의 당량비가 높아짐에 따라, 즉 부하가 증대함에 따라 자착화온도가 내려가게 된다. 즉, 부하(분사량)가 증가하면, 자착화온도가 내려가고, 그에 따라 자착화시기가 빨라짐을 알 수 있다.
(기관회전수 및 부하의 변화에 대한 유효운전영역)
도 10은 당량비(부하) 및 기관회전수의 변화에 대한 기관의 유효운전영역을 나타내고 있는바, 유효운전영역 내를 유효압축비의 고, 중, 저 3가지로 구분되어 있으나, 이는 편의상의 표현으로서, 최적의 자착화시기를 확보하기 위한 유효압축비는 실제로는 무단계(無段階)로 변경된다.
이 도 10에서, 앞에서 설명된 것과 같이, 당량비(부하)가 큰 경우에는 자착화온도가 내려가는 경향이 있기 때문에, 유효압축비를 낮춰줌으로써 자착화시기를 늦추어 상사점 부근의 최적이 시기까지 변경함으로써, 최적의 연소를 얻을 수가 있게 된다. 한편, 당량비(부하)가 작은 경우에는 분사량(또는 당량비)이 적어져 자착화온도가 오르는 경향이 있기 때문에, 유효압축비를 높여줌으로써 자착화시기를 앞당겨 상사점 부근의 최적의 시기로 변경함으로써, 최적의 연소를 얻을 수가 있게 된다.
(재계개의 밸브닫힘시기 맵)
도 11은, 도 1의 엔진콘트롤러의 기억장치에 기입되는 재계개의 밸브닫힘시기 맵으로서, 도 7 ~ 도 9에서 설명한 관계에 가해, 부하에 관해서는 부하의 증가에 따라 밸브닫힘시기를 늦추는 한편, 기관회전수에 관해서는 기관회전수의 증가에 따라 밸브닫힘시기를 빨라지도록 해서, 모든 운전상황에서 최적의 유효압축비 및 상사점 부근의 최적의 착화시기가 얻어지도록 작성되어 있다.
(재계개의 밸브닫힘시기에 대한 연료분사시기의 설정)
도 12는, 횡축이 크랭크각도이고, 종축은 그 상단이 기통내 온도, 중단이 배기밸브 리프트량, 하단이 연료분사를 나타내고 있다. 분사시기의 제어에 관해서는, 도 1의 엔진콘트롤러(15)의 기억장치에 부하 및 기관회전수에 대응한 분사시기 맵이 기입되지만, 그에 더해 분사시기 맵에 의해 구해진 분사개시시기(θi)와 밸브닫힘시기 맵에 의해 구해진 밸브닫힘시기(θec)를 비교해서, 분사시기(θi)가 밸브닫힘시기(θec) 보다 빠른 경우에는, 도 12와 같이 분사개시시기(θi)를 밸브닫힘시기(θec) 보다 크랭크각도(α)만큼 늦어지게 제어하도록 프로그램에 기입되어 있다.
(기관회전수와 부하에 의한 연소제어의 개요)
도 6은 기관회전수(N)와 부하(당량비; L)에 의해 기관의 연소제어가 행해지는 경우의 프로우차트인바, 이 도 6에서는 EGR률, 흡기온도, 공기유량 및 냉각수온도는 고려에 넣지 않았다.
도 6의 단계 S1에서, 검출된 기관회전수(N)와 부하(L)를 입력하고, 단계S2-1에서, 동밸브장치 ECU(32; 도 1)에 의해 밸브닫힘시기 맵(도 11)에 기해, 입력된 기관회전수(N)와 부하(L)에 대응한 최적의 착화시기가 얻어지는 밸브닫힘시기(θec)를 구한다.
한편, 단계 S2-2에서는, 분사장치(ECU; 31; 도 1)에 의해 분사시기 맵에 기해, 기관회전수와 부하에 응한 최적의 분사시기를 구한다. 구체적으로는, 분사 개시시기(θi)와 분사종료시기가 구해진다.
단계 S2-1, 2-2로부터 각각 단계 S3으로 진행하여 밸브닫힘시기(θec)와 분사개시시기(θi)를 비교해서 밸브닫힘시기(θec)가 분사개시시기보다 빠른지 여부를 판별하고, YES이면 즉 밸브닫힘시기(θec)가 빠르면 단계 S4로 진행되어, 앞에서 구해진 밸브닫힘시기(θec)와 분사개시시기(θi)로 되도록 도 1의 연료분사밸브(7) 및 배기용 가변동밸브장치(11)를 제어한다.
단계 S4에서 NO라면 밸브닫힘시기(θec)가 분사개시시기(θi)보다 늦은 경우에는, 그대로는 분사연소가 배기공(6)을 거쳐 빠져나가기 때문에, 단계 S5에서 먼저 분사개시시기(θi)와 밸브닫힘시기(θec)와의 차이를 구하고, 단계 S6에서 밸브닫힘시기(θec)에 대한 적성인 지연각(α)을 구하고, 단계 S7에서 분사 개시시기(θi)를 밸브닫힘시기(θec)보다 각도(α)만큼 지연된 시기로 변경하여, 도 1의 연료분사밸브(7) 및 배기용 가변동밸브장치(11)를 제어한다.
다음에는 재계개의 밸브닫힘시기(θec)의 변경에 따른 유효압축비 및 자착화의 착화시기의 제어에 대해, 도 7에 기해 조금 더 구체적으로 설명한다.
도 7에서, 자착화온도가 Tf2인 운전상태에서 상사점 TDC 부근의 최적의 착화시기(E2)를 얻기 위해서는, 기통내 온도변화곡선(A2)에 대응하는 기통내 온도변화가 필요하게 되지만, 당해 기통내 온도변화곡선(A2)을 얻기 위해서는, 밸브닫힘시기(S2)의 재계개(B2)에서 운전할 필요가 있게 된다. 즉, 기관회전수 및 부하의 변화에 따라 자착화온도가 Tf2에서 운전하는 경우, 밸브닫힘시기 맵에 기해 온도변화곡선(A2)에 대응하는 밸브닫힘시기(θ2)가 구해져, 당해 밸브닫힘시기(θ2)에 의해 배기용 가변형 동밸브장치(11; 도 1)가 구동되게 된다.
상기 기통내 온도변화곡선(A2)의 상태로 부하가 증가하여 자착화온도가 Tf3 까지 내려간 경우에는, 자착화의 착화시기는 점 E2로부터 점 E4까지 옮겨지지만, 과조착화에 의해 연소이상(노킹)을 일으킬 가능성이 있게 된다. 이에 대해, 밸브닫힘시기 맵에 기해 밸브닫힘시기(θec)를 θ3까지 늦쳐줌으로써 유효압축비를 내려 기통내 온도곡선을 A3까지 변화시키면, 자착화의 착화시기가 점 E4로부터 상사점 부근의 점 E3로 옮겨져 최적의 착화시기가 얻어질 수 있게 된다.
반대로 기통내 온도변화곡선(A2)의 상태로부터 부하가 감소해서 자착화온도가 Tf1까지 오른 경우에는, 자착화의 착화시기는 점 E2로부터 점 E5로 옮겨지지만, 상사점 보다 늦어지기 때문에 착화조건이 갖춰지지 않아 실화의 가능성이 있게 된다. 이에 대해서는 밸브닫힘시기 맵에 기해 밸브닫힘시기(θec)를 θ1까지 빨라지게 해서 유효압축비를 올려 기통내 온도변화곡선(A1)까지 변화시키면, 자착화의 착화시기가 상사점 부근의 점 E1로 옮겨져 최적의 착화시기가 얻어질 수 있게 된다.
이와 같이 기관회전수 및 부하의 변화에 따라 배기밸브(9)의 재계개의 밸브닫힘시기(θec)를 변경함으로써, 각 운전영역에서 최적인 유효압축비를 실현하고, 그에 따라 자착화시기를 상사점 또는 그 근방의 최적의인 시기로 쉽게 제어할 수가 있게 된다.
한편 도 12에서, 본 실시예에서는 분사시기가 초기분사(M1)와 후기분사(M2)의 2회로 나눠지지만, 초기분사(M1)는 대체로 압축행정의 중기(中期)부터 중전기(中前期) 근방으로 설정되게 된다.
[제어방법 2]
도 13 ~ 도 15는, 상기 제어방법 1에 EGR률을 매개변수(parameter)의 하나로서 부가한 제어방법이다. 기본적인 제어는 제어방법 1에서 설명하였기 때문에 중복설명은 생략하고, EGR률에 관해서만 설명한다. 입력요소로는, 도 1의 EGR률 인식장치(39)에 의해 인식되는 EGR률과, 공기유량센서(40)로부터의 공기유량이 더해지게 된다.
도 14는 EGR률와 자착화의 착화시기와의 관계를 나타낸 것으로, EGR률이 커지면 연소실 내의 혼합 중의 C02가 증가하고, 그에 따라 착화시기가 지연되어 착화성이 저하되는 것이 나타나 있다.
도 15는 EGR률과 목표유효압축비의 관계를 나타내고 있는바, 상기와 같이 EGR률의 증가에 따라 착화성이 나빠지기 때문에, 착화성을 향상시키기 위해는 EGR률이 커지는 데에 대응해서 목표유효압축비를 크게 할 필요가 있게 된다. 그를 위해서는, 도 11과 같은 밸브닫힘시기 맵에서 EGR률의 변화를 부가하는 경우에, EGR률이 높아지는 것에 대응해서 밸브닫힘시기가 빨라지도록 설정하고, 그에 따라 유효압축비를 높여 착화시기가 상사점 부근의 최적의 위치가 되도록 작성한다.
도 13은 플로우차트로서, 단계 S1-1에서 기관회전수(N) 및 부하(L)를 입력하고, 단계 S1-2에서 EGR률과 공기유량을 입력한다. 단계 S2에서, 분사장치 ECU에 의해 분사량 맵에 기해, 입력된 기관회전수(N)와 부하(L)로부터 최적의 기본분사량을 구해 단계 S3으로 진행한다. 당해 단계 S3에서는, 상기 기본분사량과 EGR률, 공기유량으로 혼합기체의 당량비를 구해 단계 S4로 진행한다.
단계 S4에서는, 상기 구해진 당량비로부터 요구유효압축비를 구해 단계 S5에 진행한다. 단계 S5에서는, 구해진 요구유효압축비로부터 밸브닫힘시기(θec)를 구해 단계 S6로 진행하여, 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기(θec)를 상기 구해진 밸브닫힘시기로 변경한다.
한편, 단계 S3에서 분사량과 공기유량으로 임시의 당량비를 계산하고, 단계 S4에서는 파선으로 도시된 것과 같이 EGR률을 가미해서 혼합기체의 실제의 당량비를 구하는 공정으로 할 수도 있다.
요컨대, 기본적으로는 EGR률의 증가에 대해서는, 밸브닫힘시기(θec)를 빨라지게 해서 유효압축비를 높이고, 반대로 EGR률의 감소에 대해서는, 밸브닫힘시기(θec)를 늦추어 유효압축비를 낮아지도록 제어한다.
[제어방법 3]
도 16 ~ 도 18은, 상기 제어방법 2에 흡기(급기)온도를 다시 매개변수의 하나로 부가시킨 제어방법이다. 흡기온도 이외의 매개변수에 의한 제어방법은 상기 제어방법 1 및 2에 설명되어 있기 때문에 중복 설명은 피하고, 여기서는 흡기온도에 관한 것만 설명하기로 한다. 제어의 입력요소로는, 흡기온도센서로부터 급기(흡기)온도가 가해지는 것이다.
한편, 도 1은 과급기(16)를 가진 디젤기관이기 때문에, 당해 제어방법 2의 설명에서는, 「흡기(吸氣)」, 「흡기온도」및 「흡기온도센서」를 각각 「급기(給氣)」, 「급기온도」및 「급기온도센서」라 부르기로 하여 설명한다.
도 17은 급기온도와 착화시기와의 관계이고, 급기온도가 낮아짐에 따라, 착화시기가 지연되어 착화성이 저하됨을 나타내고 있다.
도 18은 급기온도와 목표유효압축비의 관계를 나타내고 있는바, 상기와 같이 급기온도의 저하에 의해 착화성이 나빠지기 때문에, 착화성을 향상시키기 위해서는 급기온도가 저하되는 데에 대응해서 목표유효압축비를 커지게 할 필요가 있다. 그를 위해서는, 도 11의 밸브닫힘시기 맵에서 급기온도의 변화를 가미하는 경우에, 급기온도가 낮아짐에 대응해서 밸브닫힘시기(θec)가 빨라지도록 설정하여, 자착화의 착화시기가 상사점 부근의 최적의 위치가 되도록 한다.
도 16은 플로우차트로서, 단계 S1-1, S1-2, S2 및 S3는 도 13과 마찬가지되어 있어서 그에 대한 중복설명은 생략한다. 단계 S1-3에서는, 기관회전수 등과 병행해서 급기온도를 입력한다. 단계 S4에서, 단계 S3에서 구해진 당량비와 급기온도로부터 요구유효압축비(required effective compression ratio)를 구해 단계 S5로 진행한다. 단계 S5에서는, 구해진 요구유효압축비로부터 밸브닫힘시기(θec)를 구하고서 단계 S6로 진행하여, 배기밸브의 재계개의 폐시기(θec)를 상기 구해진 밸브개시기로 변경한다.
요컨대, 기본적으로는, 급기(흡기)온도의 저하에 대해서는 밸브닫힘시기(θec)를 빨라지게 해서 유효압축비를 높히고, 반대로 흡기온도의 상승에 대해서는 밸브닫힘시기(θec)를 늦추어 유효압축비를 낮아지도록 제어한다.
[제어방법 4]
도 19 ~ 도 21은, 상기 제어방법 2에 냉각수온도를 다시 매개변수의 하나로 부가시킨 제어방법이다. 냉각수온도 이외의 매개변수에 의한 제어방법은 제어방법 1 및 2에 설명되어 있기 때문에, 여기서는 냉각수온도에 관한 것만 설명한다. 제어의 입력요소로는, 도 1의 냉각수온도센서(42)로부터의 냉각수온도가 부가되게 된다.
도 20은 냉각수온도와 자착화시기의 관계를 나타낸 것으로서, 냉각수온도가 낮아짐에 따라 실린더의 온도가 저하됨으로써 착화시기가 지연되어 착화성이 저하됨을 나타내고 있다.
도 21은 냉각수온도와 목표유효압축비의 관계를 나타낸 것으로, 상기와 같이 냉각수온도의 저하에 따라 착화성이 나빠지기 때문에, 착화성을 향상시키기 위해서는 냉각수온도가 저하되는 것에 대응해서 목표유효압축비를 커지게 할 필요가 있다. 그를 위해서는, 도 11과 같은 밸브닫힘시기 맵에서 냉각수온도의 변화를 가미하는 경우에, 냉각수온도가 낮아지는 데에 대응해서 밸브닫힘시기(θec)를 빨라지도록 설정해서, 자착화의 착화시기(θi)가 상사점 부근의 최적위치가 되도록 한다.
도 19는 플로우차트로서, 단계 S1-1, S1-2, S2 및 S3은 도 13과 마찬가지여서 설명은 생략한다. 단계 S1-3에서는, 기관회전수 등과 병행해서 냉각수온도를 입력한다. 단계 S4에서, 단계 S3에서 구해진 당량비와 냉각수온도로부터 요구유효압축비를 구해 단계 S5로 진행한다. 단계 S5에서는, 구해진 요구유효압축비로부터 밸브닫힘시기(θec)를 구해 단계 S6로 진행하여, 밸브닫힘시기(θec)를 상기 구해진 밸브닫힘시기로 변경한다.
요컨대, 기본적으로는, 냉각수온도의 저하에 대해서는 밸브닫힘시기(θec)를 빨라지게 해서 유효압축비를 높이고, 반대로 냉각수온도의 상승에 대해서는 밸브닫힘시기(θec)를 늦추어 유효압축비를 낮아지도록 제어한다.
[제어방법 5]
도 22 및 도 23은, 상기 제어방법 1 ~ 4 등에 더해 너무 빠른 조착화에 의한 노킹 또는 급격한 압력상승에 의한 연소소음을 보다 확실하게 방지하기 위해, 도 1의 이상연소센서(43)에 의한 이상연소의 검출을 매개변수의 하나로 부가시킨 제어방법이다. 이상연소센서(43)로는 구체적으로 노크센서(knock sensor)를 이용한다. 한편, 노크센서 이외의 매개변수에 의한 제어방법은 제어방법 1 ~ 4에서 설명되어 있기 때문에 여기서는 노크센서에 관한 것만 설명한다.
도 23은 착화특성을 나타내고 있는바, 횡축은 유효압축비, 종축은 착화시기, Y는 자착화의 착화특성선이다. 빗금으로 나타낸 영역은 허용착화시기 한계(H1)와, 허용유효압축비 한계(H2)로 에워싸여진 유효운전영역(연소허용영역)으로서, 착화특성이 유효운전영역에서 벗어나면 지나친 조착화에 의한 노킹이 일어나게 된다.
상기와 같이 착화특성이 유효운전영역에서 벗어난 경우에, 동 영역 내로 되돌려지도록 배기밸브의 재계개의 밸브닫힘시기(θec)를 늦추어 유효압축비를 내리도록 제어한다. 단, 유효압축비를 내리는 경우에는, 유효운전영역내에서 가능한한 높은 유효압축비가 확보할 수 있도록 유효압축비를 내린다.
구체적으로는, 착화특성선(Y) 상의 유효운전영역 외의 점 X1에서 운전하고 있는 경우에, 노킹이 생겨 이상연소센서(43)로 그것을 검출한 경우에는, 유효운전영역의 한계선(H1, H2) 사이에 가까운 점 X2 근방으로 유효압축비가 내려가도록 밸브닫힘시기를 늦춘다.
도 22는 플로우차트로서, 단계 S1 ~ S6까지는 상기 제어방법 2 ~ 5를 조합한 것이어서 설명은 생략한다. 단계 S7에서, 이상연소 검출센서로부터의 이상검지신호가 입력되어 있는지 여부를 판별하여, 이상연소가 생기지 않은 경우, 즉 NO인 경우에는 그대로 제어가 종료된다. 단계 S7에서, YES인 경우, 즉 과조착화에 의해 노킹이 생기기 시작한 경우에는 단계 S8로 진행하여, 밸브닫힘시기(θec)를 소정 각도(δθ)만큼 지연시켜 단계 S6으로 되돌린다.
요컨대, 기관회전수, 부하, 흡기온도 및 EGR 등의 검출에 기해 연소를 제어하거나, 또는 노킹 등의 이상연소가 발생하는 경우에는 이상연소센서에 의한 제어로 이상연소를 해소하도록 한다.
한편, 이상연소센서로는, 착화지연에 의한 실화 등을 검출하는 센서를 이용할 수도 있는바, 이 경우는 이상연소가 검출되면 재계개의 밸브닫힘시기를 빨라지게 함으로써 유효압축비를 올려 착화시기를 빨라지게 한다.
[제어방법 6]
도 24 및 도 25는, 상기 제어방법 1 ~ 4에 각 운전영역에서의 기통내압이 허용최고기통내압(allowable maximum cylinder internal pressure)을 넘지 않도록 억제하는 제어를 부가한 것이다. 각 운전영역에서 허용최고기통내압에 대응하는 제한유효압축비 맵을 작성하여, 배기용 가변형 동밸브장치로의 지시신호가 제한유효압축비 맵(limiting effective compression ratio map)의 값을 넘지 않도록 재계개의 밸브닫힘시기를 늦추어, 기통내 압력이 허용최고기통내압을 넘지 않도록 제어한다.
도 25는, 종축이 배기밸브리프트(exhaust valve lift)와 기통내압을 나타내고, 횡축이 크랭크각(crank angle)을 나타내는 것으로서, 이 도 25에서 어떤 운전영역의 허용기통내압이 Pa일 때, 밸브닫힘시기가 θ1의 재계개(B1)로 운전하고 있으면, 기통내압(P1)은 허용최고기통내압(Pa)을 넘게 되어 실린더에 영향을 주게 된다.
이에 대해, 최고유효압축비 맵에 기해 밸브닫힘시기를 θ2 까지 늦어지게 함으로써 유효압축비를 내려, 허용최고기통내압(Pa) 보다 낮은 기통내압(P2) 까지 내린다. 유효압축비를 내리는 정도는, 기통내압(P2)의 최고점이 허용최고기통내압(Pa) 부근에서 정지해 있도록 설정한다. 즉, 허용최고기통내압(Pa)의 영역 내에서 될 수 있으면 높은 기통내압을 얻을 수 있도록 설정한다.
도 24는 플로우차트로서, 단계 S1 ~ S4까지는 상기 제어방법 2 ~ 4를 조합한 것이어서 설명은 생략한다. 단계 S5에서, 요구유효압축비가 최고유효압축비맵의 최고유효압축비의 값보다 작은지 여부를 판별하여, YES, 즉 작다고 하면 단계 S6로 진행해서, 요구유효압축비에 대응하는 밸브닫힘시기(θec)를 구하고, 구해진 밸브닫힘시기(θec) 및 분사개시시기(θi)에 따라 기관을 구동한다.
상기 단계 S5에서 NO인 경우, 즉 요구 유효압축비가 최고유효압축비 맵의 최고유효압축비를 넘는 경우에는 단계 S7로 진행해서, 최고유효압축비보다 작아지도록 요구유효압축비를 보정하고, 다시 단계 S5로 되돌려진다.
요컨대, 기관회전수, 부하, 흡기온도 및 EGR 등의 검출에 기해 연소를 제어하더라도, 또한 기통내압이 허용최고기통내압을 웃도는 경우에는, 밸브닫힘시기 (θec)를 늦춰줌으로써 유호압력비를 내려 기통내압의 지나친 상승에 다른 영향을 막는다.
[기타의 실시예]
본 발명은, 가스, 가솔린직접분사식 내연기관에도 적용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법은, 넓은 범위의 내연기관에 이용될 수 있으나, 특히 디젤기관의 제어에 적합하다.

Claims (9)

  1. 연소실 내에서 공기와 연료를 미리 혼합해서 압축함으로써 자착화시키는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법에서, 배기밸브를 압축행정 중에 일시적으로 재계개시키고, 또 당해 재계개의 밸브닫힘시기를 자유로이 변경함으로써, 유효압축비를 각 운전영역에서 최적의 자착화시기가 얻어지는 유효압축비로 변경하도록 하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 부하가 작은 운전영역에서는 유효압축비를 높히고, 부하가 커짐에 따라 유효압축비를 낮추도록 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 제어하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  3. 제1항에 있어서, 기관회전수와 부하에 따라 각 운전영역에서 최적의 착화시기가 얻어지는 밸브닫힘시기를 기입한 상기 재계개의 밸브닫힘시기 맵을 작성하고, 기관운전 중 기관회전수와 부하를 검출하여, 상기 밸브닫힘시기 맵에 기해 재계개의 밸브닫힘시기를 변경하도록 하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  4. 제1항에 있어서, 연료분사 개시시기를 상기 재계개의 밸브닫힘시기 보다 늦어지도록 하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  5. 제1항에 있어서, 기관에 EGR장치를 갖춰 EGR률을 검출하여, EGR률이 높은 운전영역에서는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 빠르게 함으로써 유효압축비를 높이고, EGR률이 낮은 운전영역에서는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦어지도록 함으로써 유효압축비를 낮아지게 하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  6. 제1항에 있어서, 흡기온도를 검출하여, 흡기온도가 높을 때는, 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦어지게 함으로써 유효회숙비를 낮게 하고, 흡기온도가 낮을 때는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 빨라지도록 하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  7. 제1항에 있어서, 냉각수온도를 검출하여, 냉각수온도가 낮을 때는 배기밸브의 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 빠르게 함으로써 유효압축비를 높이고, 냉각수온도가 높을 때에는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦어지도록 하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 이상연소검출센서에 의해 노킹 등 이상연소를 검출하여, 이상연소시에는 상기 재계개의 밸브닫힘시기를 늦어지도록 함으로써, 이상연소가 생기지 않는 범위 내의 가장 높은 유효압축비로 변경되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 각 운전역에서 최고기통내압을 허용범위 내로 억제하는 제한유효압축비 맵을 작성하여, 각 운전역에서 제한유효압축비를 넘지 않도록 상기 재계개의 닫힘시기를 설정하는 것을 특징으로 하는 예혼합압축 자착화식 내연기관의 제어방법.
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