KR20060059182A - 내연 기관용 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진 부하율의 목표값이 계산된다. 실제 엔진 부하율을 목표 엔진 부하율과 동일하게 하는데 요구되는 목표 스로틀 개구는 스로틀 밸브 하류의 흡입 통로 내의 압력인 흡입 파이프 압력을 기초로 계산된다. 목표 흡입 공기량이 계산된 목표 흡입 공기량으로 유지되는 가정하에서의 실제 스로틀 개구가 수렴하는 스로틀 개구인 수렴 스로틀 개구가 계산된다. 최종 목표 스로틀 개구는 엔진 과도 작동중일 때 목표 스로틀 개구로 설정되고, 엔진 정상 작동 중일 때 수렴 스로틀 개구로 설정된다. 그 다음, 스로틀 밸브는 실제 스로틀 개구가 최종 목표 스로틀 밸브와 동일하게 되도록 구동된다.
스로틀 개구, 스로틀 밸브, 엔진 부하율, 흡입 파이프, 엔진 정상 작동, 흡입 공기량

Description

내연 기관용 제어 장치{Control device for internal combustion engine}
도 1은 내연 기관의 전체도.
도 2는 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 도표.
도 3은 KLT를 설명하는 맵.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 타임차트.
도 5a 및 도 5b는 각각 순방향 흡입 모델과 역방향 흡입 모델의 도표.
도 6a 및 도 6b는 각 계산 모델을 설명하기 위한 도표.
도 7은 μA(θt)를 설명하는 맵.
도 8a 및 도 8b는 각각 k1 및 k2를 설명하는 맵.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)를 계산하기 위한 루틴을 설명하는 플로차트.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 엔진 본체 2 : 실린더 블록
3 : 실린더 헤드 4 : 피스톤
5 : 연소 챔버 6 : 흡입 밸브
7 : 흡입 포트 8 : 배기 밸브
9 : 배기 포트 10 : 스파크 플러그
11 : 흡입 브랜치 12 : 서지 탱크
13 : 흡입 덕트 14 : 에어 크리너
15 : 연료 인젝터 16 : 스텝 모터
17 : 스로틀 밸브 18 : 배기 매니폴드
19 : 배기 파이프 20 : 촉매 변환기
30 : 전자 제어 유닛 31 : 양 방향 버스
32 : 롬 33 : 램
34 : CPU 35 : 입력 포트
36 : 출력 포트 37 : A/D 변환기
38 : 구동 회로 40, 43 : 센서
41 : 공기 유량계 42 : 가속 페달
44 : 크랭크 각 센서
본 발명은 내연 기관을 위한 제어 장치에 관한 것이다.
목표 흡입 공기량이 계산되고, 실제 흡입 공기량을 목표 흡입 공기량과 동일하게 하기 위해 요구되는 목표 스로틀 개구가 계산되고, 실제 스로틀 개구가 목표 스로틀 개구와 동일하게 되도록 스로틀 밸브가 액추에이터에 의해 구동되는 내연 기관이 공지되어있다(일본 특허 공개 공보 No. 5-65845 참조).
엔진이 가속되어 목표 흡입 공기량이 순차적으로 증가될 때, 예를 들어, 목표 스로틀 개구와 실제 스로틀 개구는 갑자기 증가하고 그 후 갑자기 감소하고, 그 후 재빠르게 실제 흡입 공기량을 목표값와 동일하게 하기 위해 특정값으로 수렴한다. 즉, 목표 흡입 공기량이 증가되거나 감소될 때, 상기 스로틀 개구는 넓게 변동하거나 진동한다.
다른 한편으로, 엔진이 가속되거나 감속될 때 상기 목표 흡입 공기량이 연속적으로 증가하거나 감소하지만, 엔진의 정상 작동(steady operation)이 진행중일 때 목표 흡입 공기량이 교대로 또는 반복적으로 증가 및 감소된다. 상술한 스로틀 개구에서의 변동은 목표 흡입 공기량이 다소 증가하거나 감소할 때에도 발생할 것이다. 따라서, 엔진의 정상 작동이 진행중일 때, 스로틀 개구가 큰 진폭으로 변동될 수 있다. 더욱이, 상기 스로틀 밸브 또는 액추에이터의 내구성은 짧은 주기의 시간에 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 엔진의 정상 작동이 진행중일 때 스로틀 개구가 변동되는 것을 방지할 수 있는 내연 기관용 제어 장치를 제공하고, 그에 의하여 스로틀 밸브와 스로틀 밸브를 구동하기 위한 수단의 내구성이 짧은 주기의 시간 내에 저하되는 것을 방지하는 것이다.
본 발명에 따르면, 흡입 통로와 흡입 통로에 배치된 스로틀 밸브를 갖는 내연기관용 제어 장치를 제공하는 것으로 상기 제어 장치는, 흡입 공기량의 목표값을 계산하기 위한 목표 공기량 계산 수단과, 실제 흡입 공기량을 목표 흡입 공기량과 동일하게 하기 위해 요구되는 목표 스로틀 개구를 계산하기 위한 목표 스로틀 개구 계산 수단, 엔진의 정상 작동이 진행중일 때 수렴 스로틀 개구를 계산하고 수렴 스로틀 개구에 대한 최종 목표 스로틀 개구를 설정하기 위한 설정 수단, 및 실제 스로틀 개구가 최종 목표 스로틀 개구와 동일하도록 상기 스로틀 밸브를 구동하는 구동수단을 포함하며, 상기 수렴 스로틀 개구는 목표 흡입 공기량이 목표 공기량 계산 수단에 의해 계산된 목표 흡입 공기량으로 유지되는 가정하에서의 실제 스로틀 개구가 수렴하는 스로틀 개구인 제어 장치가 제공된다.
본 발명은 이하 설명과 같은 본 발명과 적합한 실시예의 설명으로부터 보다 충분하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명이 불꽃 점화식(spark-ignition type) 내연 기관에 적용된 예를 도시한다. 대안적으로, 본 발명은 또한 압축 점화식(compression-ignition type) 내연 기관에 적용될 수 있다.
도 1에서는, 한 예로, 네 개의 실린더를 갖는 엔진 본체(1), 실린더 블록(2), 실린더 헤드(3), 피스톤(4), 연소 챔버(5), 흡입 밸브(6), 흡입 포트(7), 배기 밸브(8), 배기 포트(9) 그리고 스파크 플러그(10)를 각각 지시하고 있다. 흡입 포트(7)는 대응하는 흡입 브랜치(11)를 통하여 서지 탱크(12)에 연결되고, 서지 탱크(12)는 흡입 덕트(13)을 통하여 에어 크리너(14)에 연결된다. 연료 인젝터(15)는 각 흡입 브랜치(11) 내에 배치되고, 스텝 모터(16)에 의해 구동되는 스로틀 밸브(17)는 흡입 덕트(13) 내에 배치된다. 본 명세서에 있어서, 스로틀 밸브(17) 하 류의 흡입 덕트(13), 서지 탱크(12), 흡입 브랜치(11), 및 흡입 포트(7)는 흡입 파이프(IM)라고 언급된다.
다른 한편으로, 배기 포트(9)는 배기 매니폴드(18)와 배기 파이프(19)를 통하여 촉매 변환기(20)로 연결되고, 촉매 변환기(20)는 머플러(도시 생략)을 통하여 외부 대기로 통하게 된다.
전자 제어 유닛(30)은 양 방향성 버스(31)를 통해 서로 연결된 롬(read-only memory)(32), 램(random access memory)(33), CPU(microprocessor)(34), 입력 포트(35) 및 출력 포트(36)를 포함하는 디지털 컴퓨터로 구성된다. 스로틀 개구 센서(40)는 스로틀 밸브(17)의 개구, 즉 스로틀 개구(θt)를 감지하기 위하여 스로틀 밸브(17)에 부착된다. 공기 유량계(air flow meter)(41)는 엔진의 흡입 통로를 통해 흐르는 흡입의 유량을 감지하기 위해 스로틀 밸브(17) 상류의 흡입 덕트(13)에 부착된다. 공기 유량계(41)는 대기 온도(Ta)(K)를 감지하기 위한 내장형 대기 온도 센서를 갖는다. 또한, 가속 페달(42)은 가속 페달(42)의 누름(ACC)을 감지하기 위한 부하 센서(43)와 연결된다. 가속 페달(42) 누름(ACC)은 소정의 부하를 나타낸다. 센서(40), (41) 및 (43)의 출력 전압은 대응하는 A/D 변환기(37)를 통하여 입력 포트(35)에 입력된다. 더욱이, 입력 포트(35)는 예를 들어, 크랭크샤프트의 30˚회전에 대한 출력 펄스를 발생하기 위한 크랭크 앵글 센서(44)에 연결된다. CPU(34)는 크랭크 각 센서(44)로부터의 출력 펄스에 기초하여 엔진 속도(NE)를 계산한다. 다른 한편으로, 출력 포트(36)는 대응하는 구동 회로(38)를 통하여 전자 제어 유닛(30)으로부터 출력 신호에 기초하여 제어되는 스파크 플러그(10), 연료 인젝터(15), 및 스텝 모터(16)에 연결된다.
도 2 에서는, 본 발명에 따른 실시예에 있어서, 흡입 공기량을 나타내는 엔진 부하율(KL)(%)의 목표값(KLT)은 먼저 계산된다. 목표 엔진 부하율(KLT)은 가속 페달(42)의 누름(ACC)에 기초하여 계산되고, 미리 도 3에 도시된 맵의 형태로 롬(32)에 저장될 수 있다. 그 다음에, 실제 엔진 부하율(KL)을 목표값(KLT)과 동일하게 하는데 필요한 스로틀 개구인 목표 스로틀 개구(θtT)는 역방향 흡입 모델(reverse intake model)(후에 설명됨)을 이용하여 목표 엔진 부하율(KLT)로부터 계산된다. 또한, 목표 엔진 부하율이 계산된 KLT로 유지된다는 가정하의 실제 스로틀 개구가 수렴하는 스로틀 개구인 수렴 스로틀 개구(θtCV)는 역방향 스로틀 모델(reverce throttle model)(후에 설명됨)을 이용하여 목표 엔진 부하율(KLT)로부터 계산된다.
그 후, 엔진 정상 작동 중인지 과도 작동(transient operation) 중인지가 판단된다. 예를 들어, 가속 페달(42)의 누름(ACC)의 변화량 또는 변화율이 예정값보다 큰 때에는 엔진 과도 작동 중이라고 판단되고, 누름(ACC)의 변화량 또는 변화율이 예정값보다 작은 때에는 엔진 정상 작동 중이라고 판단된다. 그 다음, 최종 목표 개구(θtTf)는 엔진 과도 작동 중일 때 목표 스로틀 개구(θtT)로 설정되고, 엔진 정상 작동 중일 때에는 수렴 스로틀 개구(θtCV)로 설정된다. 그 후, 스로틀 밸브(17)는 실제 스로틀 개구(θt)가 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)와 동일하게 되도록 스텝 모터(16)에 의해 구동된다.
더욱 도 2를 언급하면, 흡입 파이프(IM)내의 압력이 흡입 파이프 압력 (Pm(kPa))으로 언급된다면, 실제 스로틀 개구(θt)가 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)와 동일하게 된 때에 실현되는 흡입 파이프 압력(Pm)은 순방향 흡입 모델을 사용하여 최종 목표 개구(θtTf)로부터 계산된다(후에 설명됨). 목표 엔진 부하율(KLT), 목표 스로틀 개구(θtT), 수렴 스로틀 개구(θtCV), 및 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)는 반복적으로 계산되며, 계산된 흡입 파이프 압력(Pm)을 이용하여 다음 처리 주기의 목표 스로틀 개구(θtT) 및 수렴 스로틀 개구(θtCV)가 계산된다.
다음으로, 본 발명에 따른 실시예는 도 4a 및 4b를 참조하여 목표 엔진 부하율(KLT)이 증가하고 그 후 일정하게 유지되는 경우의 예로서 더욱 설명될 것이다.
도 4a는 엔진 과도 작동 중인 경우를 도시한다. 목표 엔진 부하율(KLT)이 도 4a의 화살표에 의해 도시된 바와 같이 크게 증가한 때, 이 경우에 목표 스로틀 개구(θtT)와 동일한 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)는 갑자기 증가한 후 갑자기 감소하고, 그 후 특정값으로 수렴한다. 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)가 이런 방식으로 행동하는 이유는 역방향 흡입 모델(도 2 참조)에 의해 계산된 목표 스로틀 개구 (θtT)가 예를 들어, 스로틀 밸브(17)의 단일 구동/작동에 의해 실제 엔진 부하율(KL)이 목표율(KLT)과 동일하게 하는데 필요한 스로틀 개구이기 때문이다. 결과적으로, 실제 엔진 부하율(KL)은 신속히 증가하고, 신속히 목표율(KLT)과 동일하게 되고, 목표율을 유지한다.
다른 한편으로는, 도 4b는 엔진 정상 작동 중인 경우를 도시한다. 목표 엔진 부하율(KLT)이 도 4b의 화살표에 의해 도시된 바와 같이 약간 증가한 때, 목표 스로틀 개구(θtT)는 갑자기 증가하고 그 후 갑자기 감소하며, 그 후 변이 공정과 같이 수렴 스로틀 개구(θtCV)로 수렴한다. 따라서, 만일 최종 목표 스로틀 개구 (θtTf)가 목표 스로틀 개구(θtT)로 설정되고 실제 스로틀 개구(θt)가 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)와 동일하도록 제어된다면, 스로틀 개구(θt)는 바람직하지 않게 넓게 변동할 수 있다.
다른 한편으로는, 만일 실제 스로틀 개구(θt)가 수렴 스로틀 개구(θtCV)로 바뀌어서 유지된다면, 실제 엔진 부하율(KL)은 상대적으로 천천히 증가하고, 그 후 목표 엔진 부하율(KLT)로 수렴한다. 이 경우, 스로틀 개구(θt)는 넓게 변동하지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 실시예에 있어서, 최종 목표 개구(θtTf)는 엔진 정상 작동 중일 때 수렴 스로틀 개구(θtCV)로 설정된다. 이 경우, 실제 엔진 부하율(KL)이 목표율(KLT)과 동일하게 하는 데에는 상대적으로 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 그러나, 이는 엔진 정상 작동에서 목표 엔진 부하율(KLT)이 약간 변화하기 때문에 어떤 문제도 발생되지 않는다.
엔진 정상 작동에서, 흡입 파이프 압력(Pm)은 목표 개구(θtT)보다 오히려 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)에 기초하여 계산된다는 것을 유의하라. 이는 흡입 파이프 압력(Pm)의 정확한 계산을 보장한다.
상술한 엔진 부하율(KL)은 예를 들어 다음 식(1)에 의해 계산된다 :
Figure 112005067090607-PAT00001
(1)
여기서 Mc는 흡입 행정(intake stroke)이 완결될 때 각 실린더로 충전된 공기의 양인 실린더 내에 충전된 공기량(g); DSP는 엔진의 변위(ℓ); NCYL은 실린더의 수; 및 ρastd는 기준 상태(1기압 및 25℃)에서의 공기 밀도(=약 1.2 g/ℓ)를 나타낸다.
만일 흡입 파이프(IM)로부터 실린더(CYL)로 흡입되는 공기의 유속이 실린더 내 흡입 유속(mc)(g/s)이라고 언급한다면, 실린더 내 충전된 공기량(Mc)은 다음 식(2)에 의해 표현된다 :
Mc = mcㆍtiv (2)
여기서 tiv는 일 흡입 행정을 수행하도록 각 실린더에 요구되는 시간 주기(초)를 나타낸다.
계수를 kk로 교체함으로서, 엔진 부하율(KL)은 또한 다음 식(3)으로 표현될 수 있다 :
KL = kkㆍmc (3)
다른 한편으로는, 역방향 흡입 모델 및 순방향 흡입 모델은 흡입의 흐름을 모델링하는 계산 모델이다. 다음으로, 순방향 흡입 모델이 설명될 것이다.
본 발명에 따른 실시예에서, 도 5a에서 도시된 바와 같이 순방향 흡입 모델은 스로틀 모델, 흡입 파이프 모델, 및 흡입 밸브 모델로 구성된다.
스로틀 모델이 먼저 설명될 것이다. 스로틀 모델은 스로틀 밸브(17)를 관통하는 흡입 흐름을 모델링하는 계산 모델이다. 흡입 파이프(IM)에서의 공기의 온도가 흡입 파이프 온도(Tm)(K)로 언급되었음을 유의하라.
도 6a에서 도시된 바와 같이, 스로틀 밸브(17)의 상류의 압력과 온도는 각각 대기압(Pa)과 대기온도(Ta)이며, 스로틀 밸브(17)의 하류의 압력과 온도는 각각 흡입 파이프 압력(Pm)과 흡입 파이프 온도(Tm)라고 가정하면, 스로틀 밸브(17)을 관통하는 공기의 유속인 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)(g/s)은 스로틀 밸브(17)을 관통하는 공기의 선형 속도(vt)(㎧)를 이용하여 다음 식(4)에 의해 표현된다 :
mt = μtㆍAtㆍvtㆍρm (4)
여기서, μt는 스로틀 밸브(17)에서의 흐름 계수, At는 스로틀 밸브(17)의 개구 면적(㎡), 그리고 ρm은 스로틀 밸브(17)의 하류 또는 흡입 파이프(IM) 내의 공기의 밀도(㎏/㎥)를 나타낸다. 흐름 계수(μt) 및 개구 면적(At)은 각각 스로틀 개구(θt)의 함수임을 유의하라.
더욱이, 스로틀 밸브(17)의 상류와 하류 공기에 대한 에너지 보존 법칙은 다음 식(5)에 의해 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00002
(5)
여기서 Cp는 정압 비열을 나타낸다.
더욱이, 스로틀 밸브(17)의 무한대 거리의 상류에서 흡입 파이프(IM)의 단면적은 무한대로 크고 공기 유속은 영이라는 것을 고려할 때, 스로틀 밸브(17)의 상류 및 하류 공기에 대한 운동량 보존 법칙은 다음 식(6)에 의해 표현된다 :
ρmㆍv2 = Pa - Pm (6)
따라서, 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)은 스로틀 밸브(17)의 상류에서의 상태 방정식[Pa=ρaㆍRㆍTa, 여기서 ρa가 스로틀 밸브(17)의 상류 또는 대기 중에서의 공기 밀도(㎏/㎥), 그리고 R은 가스 상수를 나타낸다.], 스로틀 밸브(17)의 하류에서의 상태 방정식(Pm=ρmㆍRㆍTm), 및 상기 식(4), 식(5), 및 식(6)으로부터 다음 식(7)에 의해 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00003
(7)
Figure 112005067090607-PAT00004
여기서, μA(θt)는 흐름 계수(μt) 및 개구 면적(At)을 함께 나타내는 스로틀 개구(θt)의 함수를 나타낸다. 함수 μA(θt)는 사전 실험으로부터 획득되고, 도 7에 도시된 바와 같이 맵의 형태로 롬(32)에 저장된다.
식(7)으로부터 계산되는 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)은 흡입 파이프 압력이 Pm과 동일하게 될 때 실현된 스로틀 밸브 관통 공기 유속을 나타내며, 이때 스로틀 개구가 θt로 전환된다.
다음으로, 흡입 파이프 모델이 설명될 것이다. 흡입 파이프 모델은 흡입 파이프(IM) 내의 흡입 흐름을 모델링하는 계산 모델이다.
본 발명에 따른 실시예의 흡입 파이프 모델은 흡입 파이프(IM)의 질량 보존 법칙 및 에너지 보존 법칙에 초점을 맞춘다. 특히, 흡입 파이프(IM)에 유입되는 공기의 유속은 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)과 동일하고 흡입 파이프(IM)로부터 유출되는 공기의 유속은 도 6b에 도시된 바와 같이 실린더 내 흡입 유속(mc)과 동일하며, 따라서 흡입 파이프(IM)의 질량 보존 법칙 및 에너지 보존 법칙은 각각 다음 식(8) 및 식(9)에 의해 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00005
(8)
Figure 112005067090607-PAT00006
(9)
여기서 Mm은 흡입 파이프(IM) 내에 존재하는 공기량(g), t는 시간, Vm은 흡입 파이프(IM)의 부피(㎥), 그리고 Cv는 정적 비열을 나타낸다.
식(8) 및 식(9)는 상태 방정식(PmㆍVm=MmㆍRㆍTm), 메이어의 관계식(Mayer's relation)(Cp=Cv+R), 비열 비(K)(=Cp/Cv), 및 압력-온도 비(PBYT)(=Pm/Tm)를 이용하여 각각 다음 식(10) 및 식(11)으로 다시 쓸 수 있다 :
Figure 112005067090607-PAT00007
(10)
Figure 112005067090607-PAT00008
(11)
실제 계산에 있어서, 식(10) 및 식(11)은 계산의 시간 간격(ㅿt) 및 계산 주 기의 횟수를 나타내는 매개변수(i)를 이용하여 각각 식(12) 및 식(13)과 같이 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00009
(12)
Figure 112005067090607-PAT00010
(13)
더욱이, 흡입 파이프 온도(Tm)는 다음 식(14)으로부터 계산된다 :
Figure 112005067090607-PAT00011
(14)
식(13)으로부터 계산된 흡입 파이프 압력(Pm(i))은 흡입 파이프 압력 및 온도가 Pm(i-1) 및 Tm(i-1)와 동일하게 될 때 실현된 흡입 파이프 압력을 나타내며, 이 경우 공기가 mt(i-1)에 의해 흡입 파이프(IM)로 유입되고 mc(i-1)에 의해 흡입 파이프(IM)로부터 유출된다.
다음으로, 흡입 밸브 모델이 설명될 것이다. 흡입 밸브 모델은 흡입 밸브(6)를 관통하는 흡입 흐름을 모델링하는 계산 모델이다.
실린더 내 흡입 유속(mc)과 흡입 파이프 압력(Pm) 또는, 보다 정확하게는 흡입 밸브(6)의 닫힘 시간(closing time)에서의 흡입 파이프 압력(Pm) 사이에는 선형 관계가 있다는 것이 실험 및 이론적으로 증명되었다. 본 발명에 따른 실시예의 흡 입 밸브 모델은 이 관계에 초점을 맞추고, 따라서 실린더 내 흡입 유속(mc)은 다음 식(15)에 의해 표현된다 :
mc = k1 ㆍPm - k2 (15)
여기서 k1 및 k2는 엔진 속도(NE)와 같은 엔진 작동 조건에 따라서 설정되는 상수이며, 각각 도 8a 및 도 8b에서 도시된 맵의 형태로 사전에 롬(32)에 저장된다.
식(15)으로부터 계산된 실린더 내 흡입 유속(mc)은 흡입 파이프 압력이 Pm과 동일하게 될 때 실현되는 실린더 내 흡입 유속을 나타낸다.
따라서, 식(7)에서 (θt, Pm)이 (θtTf, Pmo)로 대체되며, 식(7)으로부터 계산된 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt), 식(15)으로부터 계산된 실린더 내 흡입 유속(mc), 및 식(12) 및 식(14)으로부터 계산된 흡입 파이프 온도(Tm)를 사용하여 식(13)으로부터 계산된 흡입 파이프 압력(Pm)은 실제 스로틀 개구(θt)가 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)와 동일하게 될 때에 실현되는 흡입 파이프 압력을 나타낸다. Pmo는 이전 계산 주기에서의 흡입 파이프 압력(Pm)을 나타내는 것을 유의하라.
다음으로, 역방향 흡입 모델이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예에서, 역방향 흡입 모델은 도 5b에서 도시된 바와 같이 역방향 스로틀 모델, 역방향 흡입 파이프 모델, 및 역방향 흡입 밸브 모델로 구성된다. 역방향 스로틀 모델, 역방향 흡입 파이프 모델, 및 역방향 흡입 밸브 모델은 각각 스로틀 모델, 흡입 파이프 모델, 및 흡입 밸브 모델에 있어서 역방향의 계산을 수행하기 위한 것이다.
역방향 흡입 밸브 모델이 먼저 설명될 것이다. 역방향 흡입 밸브 모델에서, 흡입 파이프 압력(Pm)은 실린더 내 흡입 유속이 mc와 동일한 때 식(15)으로부터 유 도된 다음 식(16)에 의해 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00012
(16)
다음으로, 역방향 흡입 파이프 모델이 설명될 것이다. 흡입 파이프 압력 및 온도가 Pmo 및 Tmo와 동일할 때, 이 경우 공기가 mt에 의해 흡입 파이프(IM)로 유입되고 mc에 의해 흡입 파이프(IM)로부터 유출될 때 실현되는 흡입 파이프 압력이 Pm과 동일하다고 가정하면, 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)은 식(13)으로부터 유도된 다음 식(17)으로 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00013
(17)
다음으로, 역방향 스로틀 모델이 설명될 것이다. 스로틀 개구(θt)는 스로틀 밸브 관통 공기 유속이 mt와 동일한 때 식(7)으로부터 유도된 다음 식(18)에 의해 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00014
(18)
여기서 μA- 1는 μA의 역함수를 나타낸다.
따라서 식(16)으로부터 계산되며 식(16)에서 mt가 mcT로 교체된 경우의 흡입 파이프 압력(Pm)은 흡입 파이프 압력(Pm)의 목표값(PmT)을 나타내고, 여기서 mcT는 목표 엔진 부하율(KLT)에 상응하는 실린더 내 흡입 유속(mc)의 목표값을 나타낸다. 더욱이, 식(17)으로부터 계산되며 식(17)에서 Pm이 PmT로 교체된 경우의 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)은 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)의 목표값(mtT)을 나타낸다. 더욱이, 식(18)으로부터 계산되며 식(18)에서 mt가 mtT로 교체된 경우의 스로틀 개구(θt)는 실제 엔진 부하율(KL)을 목표 엔진 부하율(KLT)과 동일하게 만드는데 필요한 목표 스로틀 개구(θtT)를 나타낸다.
목표 실린더 내 흡입 유속(mcT)은 식(3)으로부터 유도된 다음 식(19)으로부터 계산될 수 있다 :
Figure 112005067090607-PAT00015
(19)
다른 한편으로는, 실제 엔진 부하율(KL)이 목표율(KLT)로 수렴 및 유지된 때, 스로틀 밸브 관통 공기 유속(mt)은 실린더 내 흡입 유속(mc) 또는 목표 실린더 내 흡입 유속(mcT)과 동일하게 된다. 게다가, 이 경우 흡입 파이프 압력(Pm)인 수렴 흡입 파이프 압력(PmCV)은 실질적으로 상수이며, 식(16)으로부터 유도된 다음 식(20)에 의하여 표현된다 :
Figure 112005067090607-PAT00016
(20)
따라서, (mt, Pmo)가 (mcT, PmCV)로 교체된 경우 식(18)으로부터 계산된 스로틀 개구(θt)는 수렴 스로틀 개구(θtCV)를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)의 계산 루틴을 도시한다. 이 루틴은 미리 정해진 시간마다 인터럽션(interruption)에 의해 실행된다.
도 9를 언급하면, 단계(100)에서는, 목표 엔진 부하율(KLT)이 도 3에서 도시된 맵으로부터 계산된다. 그 다음 단계(101)에서는, 목표 스로틀 개구(θtT)가 역방향 흡입 모델을 이용하여 계산된다. 그 다음 단계(102)에서는, 수렴 스로틀 개구(θtCV)가 계산된다. 그 다음 단계(103)에서는, 엔진 정상 작동중인지가 판단된다. 만일 엔진 정상 작동중인 경우라면, 루틴은 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)가 수렴 스로틀 개구(θtCV)로 설정되는 단계(104)로 간다. 그 다음, 처리 주기는 종료된다. 대조적으로, 만일 엔진 과도 작동중이라면, 루틴은 단계(103)로부터 최종 목표 스로틀 개구(θtTf)가 목표 스로틀 개구(θtT)로 설정되는 단계(105)로 간다. 그 다음, 처리 주기는 종료된다.
수렴 스로틀 개구(θtCV)는 엔진 정상 작동중일 경우라고 판단될 때에만 계산될 수 있다는 것을 유의하라.
본 발명에 따르면, 엔진 정상 작동중일 때 스로틀 개구가 변동되는 것을 방지할 수 있는 내연기관용 제어 장치를 제공하고, 그에 의하여 스로틀 밸브와 스로틀 밸브를 구동하기 위한 수단의 내구성이 짧은 주기의 시간 내에 저하되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
비록 본 발명이 설명의 목적으로 선택된 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 기본적 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위에서 당업자에 의해 많은 변경이 또한 행해질 수 있다는 것이 명백하다.
엔진 부하율의 목표값이 계산된다. 실제 엔진 부하율을 목표 엔진 부하율과 동일하게 하는데 요구되는 목표 스로틀 개구는 스로틀 밸브 하류의 흡입 통로 내의 압력인 흡입 파이프 압력을 기초로 계산된다. 목표 흡입 공기량이 계산된 목표 흡입 공기량으로 유지되는 가정하에서의 실제 스로틀 개구가 수렴하는 스로틀 개구인 수렴 스로틀 개구가 계산된다. 최종 목표 스로틀 개구는 엔진 과도 작동중일 때 목표 스로틀 개구로 설정되고, 엔진 정상 작동 중일 때 수렴 스로틀 개구로 설정된다. 그 다음, 스로틀 밸브는 실제 스로틀 개구가 최종 목표 스로틀 밸브와 동일하게 되도록 구동된다.

Claims (11)

  1. 흡입 통로와 상기 흡입 통로 내에 배치된 스로틀 밸브를 갖는 내연기관용 제어장치로서,
    흡입 공기량의 목표값을 계산하기 위한 목표 공기량 계산 수단과,
    실제 흡입 공기량을 목표 흡입 공기량과 동일하게 하기 위해 요구되는 목표 스로틀 개구를 계산하기 위한 목표 스로틀 개구 계산 수단과,
    엔진의 정상 작동이 진행중일 때 수렴 스로틀 개구를 계산하고 수렴 스로틀 개구에 대한 최종 목표 스로틀 개구를 설정하기 위한 설정 수단, 및
    실제 스로틀 개구가 상기 최종 목표 스로틀 개구와 동일하도록 상기 스로틀 밸브를 구동하기 위한 구동수단을 포함하며,
    상기 수렴 스로틀 개구는 상기 목표 흡입 공기량이 상기 목표 공기량 계산 수단에 의해 계산된 상기 목표 흡입 공기량으로 유지되는 가정하에서의 실제 스로틀 개구가 수렴하는 스로틀 개구인 내연기관용 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 설정 수단은 엔진 과도 작동중일 때 최종 목표 스로틀 개구를 목표 스로틀 개구 계산 수단에 의하여 계산된 목표 스로틀 개구로 설정하는 내연기관용 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스로틀 밸브 하류의 흡입 통로 내의 압력인 흡입 파 이프 압력을 최종 목표 스로틀 개구에 기초하여 반복적으로 평가하는 평가 수단을 부가로 포함하는 내연기관용 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 목표 스로틀 개구 계산 수단은 미리 평가된 흡입 파이프 압력 및 목표 흡입 공기량에 기초하여 목표 스로틀 개구를 계산하는 내연기관용 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 목표 스로틀 개구 계산 수단은,
    상기 목표 흡입 공기량에 기초하여 상기 흡입 통로로부터 실린더로 흡입되는 공기의 유속인 실린더 내 흡입 유속의 목표값과,
    상기 계산된 목표 실린더 내 흡입 유속에 기초한 흡입 파이프 압력의 목표값과,
    사전에 평가된 흡입 파이프 압력 및 계산된 목표 흡입 파이프 압력에 기초하여 스로틀 밸브를 관통하는 공기의 유속인 스로틀 밸브 관통 공기 유속의 목표값, 및
    사전에 평가된 흡입 파이프 압력 및 계산된 목표 스로틀 밸브 관통 공기 흐름에 기초하여 목표 스로틀 개구를 계산하는 내연기관용 제어 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 설정 수단은 사전에 평가된 흡입 파이프 압력 및 목표 흡입 공기량에 기초하여 수렴 스로틀 개구를 계산하는 내연기관용 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 설정 수단은,
    상기 목표 흡입 공기량에 기초하여 흡입 통로로부터 실린더로 흡입되는 공기의 유속인 실린더 내 흡입 유속의 목표값과,
    상기 계산된 목표 실린더 내 흡입 유속에 기초하여 실제 흡입 공기량이 목표 흡입 공기량에 수렴할 때 실현되는 흡입 파이프 압력인 수렴 흡입 파이프 압력, 및
    사전에 평가된 흡입 파이프 압력 및 계산된 목표 실린더 내 흡입 유속에 기초하여 수렴 스로틀 개구를 계산하는 내연기관용 제어 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 평가 수단은,
    사전에 평가된 흡입 파이프 압력 및 최종 목표 스로틀 개구에 기초하여 스로틀 밸브를 관통하는 공기의 유속인 스로틀 밸브 관통 공기 유속과,
    사전에 평가된 흡입 파이프 압력에 기초하여 흡입 통로로부터 실린더로 흡입되는 공기의 유속인 실린더 내 흡입 유속, 및
    사전에 평가된 흡입 파이프 압력, 평가된 스로틀 밸브 관통 공기 유속, 및 평가된 실린더 내 흡입 유속에 기초하여 새로운 흡입 파이프 압력을 평가하는 내연기관용 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 설정 수단은 요구되는 엔진 부하의 변화량 또는 변화율이 예정값보다 클 때는 엔진 과도 작동중이고, 요구되는 엔진 부하의 변화량 또는 변화율이 예정값보다 작을 때는 엔진 정상 작동중이라고 판단하는 내연기관용 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 목표 공기량 계산 수단은 요구되는 엔진 부하에 기초하여 목표 흡입 공기량을 계산하는 내연기관용 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 수단은 스텝 모터를 포함하는 내연기관용 제어 장치.
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