KR20070007858A - 내연 기관의 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 저하될 가능성이 있는 경우라도, 연료 제어 및 점화시기 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에, 제조 비용을 삭감할 수 있는 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다. 이 제어 장치는, 밸브 리프트, 캠 위상 및 압축비에 따라 제1 추정 흡기량을 산출하고, 에어플로우 센서에 의해 검출된 공기의 유량에 따라 제2 추정 흡기량을 산출하며, 기관 회전수, 밸브 리프트, 캠 위상 및 압축비에 기초하여 산출한 추정 유량(Gin_vt)이 Gin_vt≤Gin1에 있을 때에는 연료 분사량을 제1 추정 흡기량에 따라 결정하고, Gin2≤Gin_vt에 있을 때에는 제2 추정 흡기량에 따라 결정한다.

Description

내연 기관의 제어 장치{CONTROLLER OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 기통 내에 흡입되는 흡입 공기량이 가변 흡기 기구에 의해 자유자재로 변경되는 내연 기관의 연료량 및 점화시기를 제어하는 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 기통 내에 흡입되는 흡입 공기량이 가변 흡기 기구에 의해 자유자재로 변경되는 내연 기관의 제어 장치로서, 특허 문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 이 제어 장치는 가변 흡기 기구를 통해 흡입 공기량을 제어하는 것이며, 내연 기관의 흡기 통로 내의 공기 유량을 검출하는 에어플로우 센서와, 크랭크 샤프트의 회전 상태를 검출하는 크랭크각 센서와, 액셀러레이터 페달의 개방도(이하 「액셀러레이터 개방도」라고 한다)를 검출하는 액셀러레이터 개방도 센서와, 이들의 센서로부터의 검출 신호가 입력되는 컨트롤러를 구비하고 있다. 컨트롤러는 크랭크각 센서의 검출 신호에 기초하여 기관 회전수를 산출하는 동시에, 에어플로우 센서의 검출 신호에 기초하여 흡입 공기량을 산출한다. 또한, 내연 기관에는 가변 흡기 기구로서, 스로틀 밸브 기구 및 가변 밸브 리프트 기구가 설치되어 있고, 이 스로틀 밸브 기구에 의해 흡기 통로 내의 공기 유량이 자유자재로 변경되는 동시에, 가변 밸브 리프트 기구에 의해 흡기 밸브의 리프트(이하 「밸브 리프트」라고 한다) 가 자유자재로 변경된다.

이 제어 장치에서는, 후술하는 바와 같이 컨트롤러에 의해 흡입 공기량이 제어된다. 우선, 기관 회전수, 액셀러레이터 개방도 및 흡입 공기량 등에 기초하여, 내연 기관이 어떠한 운전 부하 영역에 있는지가 판정된다. 그리고, 내연 기관이 아이들 운전 영역을 포함하는 저회전 및 저부하 영역에 있다고 판정되었을 때에는 가변 밸브 리프트 기구를 통해 밸브 리프트가 소정의 로우 리프트로 제어되는 동시에, 스로틀 밸브 기구를 통해 스로틀 밸브의 개방도가 기관 회전수 및 액셀러레이터 개방도에 따른 값으로 제어된다. 한편, 내연 기관이 중회전 및 중부하 영역으로부터 고회전 및 고부하 영역에 있다고 판정되었을 때에는, 스로틀 밸브가 완전 개방 상태로 제어되는 동시에, 밸브 리프트가 기관 회전수 및 액셀러레이터 개방도에 따른 값으로 제어된다.

[특허 문헌 1] : 일본 특허 공개 제2003-254100호 공보

상기 종래의 제어 장치에서는, 에어플로우 센서의 분해능이 낮음에 기인하여 흡입 공기량을 적절히 산출할 수 없게 되는 경우가 있다. 예컨대, 내연 기관에는 흡기 통로 내의 유동 저항을 저감하여 기통 안으로의 흡기의 충전 효율을 높이기 위해 흡기 통로의 구경을 큰 값(즉 대구경)으로 설정한 것이 있다. 이와 같은 내연 기관에 상기 종래의 제어 장치를 적용한 경우, 내연 기관이 저회전 및 저부하 영역에 있을 때에는 흡기 유속이 매우 낮은 값이 되기 때문에, 상기 종래의 제어 장치에서는 에어플로우 센서의 분해능이 낮음에 기인하여 흡입 공기량을 적절히 산출할 수 없게 되고, 흡입 공기량 제어의 제어 정밀도가 저하한다. 그 결과, 이와 같이 흡입 공기량에 기초하여 연소실에 공급하는 연료량을 제어하면 그 제어 정밀도도 저하되어 버림으로써, 연비 및 배출 가스 특성의 악화를 초래할 우려가 있다. 이에 더하여, 상기 종래의 제어 장치가 적용된 내연 기관에는 스로틀 밸브 기구가 설치되기 때문에, 그만큼 흡기 통로 내의 유동 저항이 상승해 버린다.

또한, 내연 기관에서는 고부하 영역에서 흡기 맥동이 발생하거나 흡기 유속이 너무 높아지는 것에 의해, 에어플로우 센서의 검출 신호에 기초하여 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 저하되는 경우도 있고, 이와 같은 경우에도 전술한 문제가 발생해 버린다.

한편, 내연 기관의 점화시기 제어에서는 내연 기관의 부하를 나타내는 부하 파라미터로서, 기관 회전수 및 흡입 공기량을 이용하는 동시에, 그와 같은 부하 파라미터에 대하여 점화시기의 맵값이 미리 설정된 점화시기 맵을 이용하는 방법이 종래부터 행해지고 있고, 전술한 대구경의 내연 기관에서도 이와 같은 제어 방법에 의해 점화시기를 제어하는 것이 상정된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 종래의 제어 장치에서는 저부하 영역에서 에어플로우 센서의 분해능이 낮음에 기인하여 흡입 공기량을 적절히 산출할 수 없기 때문에 점화시기 제어의 제어 정밀도 역시 저하되어 버린다. 또한, 기통에서의 흡기의 충전 효율이 기관 회전수에 따라 변화하는 것에 기인하여, 노킹이 발생하기 시작하는 고부하 영역에서의 흡입 공기량의 최대값도 기관 회전수에 따라 변화되어 버리기 때문에, 이와 같은 고부하 영역에서는 설정 기관 회전수마다 흡입 공기량의 설정수 및 그 최대값을 서로 다르게 하면서, 섬세하고 치밀하게 설정할 필요가 있다. 이에 따라, 점화시기 맵의 데이터수가 증 대함으로써, 데이터 샘플링을 위한 측정 횟수가 증대하는 동시에, ROM 등의 기억 매체의 용량 업을 초래해 버리고, 그 결과 제조 비용이 증대한다. 이에 더하여, 전술한 바와 같이, 고부하 영역에서 에어플로우 센서의 검출 신호에 기초하여 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 저하하는 내연 기관에서도 점화시기 제어의 제어 정밀도가 저하되어 버린다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 저하될 가능성이 있는 경우라도, 연료 제어 및 점화시기 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에, 제조 비용을 삭감할 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 양태에 의하면, 기통 내에 흡입되는 흡입 공기량이 가변 흡기 기구에 의해 자유자재로 변경되는 내연 기관에서 연소실 내에 공급되는 연료량을 제어하는 내연 기관의 제어 장치로서, 가변 흡기 기구의 동작 상태를 나타내는 동작 상태 파라미터를 검출하는 동작 상태 파라미터 검출 수단과, 동작 상태 파라미터에 따라 흡입 공기량의 추정값으로서 제1 추정 흡기량을 산출하는 제1 추정 흡기량 산출 수단과, 내연 기관의 흡기 통로 내를 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기 유량 검출 수단과, 공기의 유량에 따라서 흡입 공기량의 추정값으로서 제2 추정 흡기량을 산출하는 제2 추정 흡기량 산출 수단과, 내연 기관의 부하를 나타내는 부하 파라미터를 검출하는 부하 파라미터 검출 수단과, 연료량을 부하 파라미터가 소정의 제1 범위에 있을 때에는 제1 추정 흡기량에 따라 결정하는 동시에, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는 제2 추정 흡기량에 따라 결정하는 연료량 결정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치가 제공된다.

이 내연 기관의 제어 장치의 구성에 의하면, 제1 추정 흡기량이 흡입 공기량의 추정값으로서, 가변 흡기 기구의 동작 상태를 나타내는 동작 상태 파라미터에 따라 산출되고, 제2 추정 흡기량이 흡입 공기량의 추정값으로서, 내연 기관의 흡기 통로 내를 유동하는 공기의 유량에 따라 산출되는 동시에, 연소실 내에 공급되는 연료량이 내연 기관의 부하를 나타내는 부하 파라미터가 소정의 제1 범위에 있을 때에는 제1 추정 흡기량에 따라 결정된다. 따라서, 이 소정의 제1 범위를, 공기 유량 검출 수단에 의해 검출된 공기의 유량의 신뢰성이 낮아지는 것으로 인하여 제1 추정 흡기량의 신뢰성이 제2 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역으로 설정함으로써, 그와 같은 부하 영역에서도 제1 추정 흡기량에 따라 연료량을 적절히 결정할 수 있다. 예컨대, 흡기 통로가 대구경으로 설정되어 있는 내연 기관의 경우에는, 저부하 영역에서 공기의 유량이 매우 작은 값이 됨으로써, 제1 추정 흡기량의 신뢰성이 제2 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하기 때문에, 소정의 제1 범위를 그와 같은 저부하 영역으로 설정하면 좋다. 한편, 고부하 영역에서 흡기 맥동이 발생하거나 흡기 유속이 너무 높아지는 것에 의해, 제1 추정 흡기량의 신뢰성이 제2 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하는 내연 기관의 경우에는, 소정의 제1 범위를 그와 같은 고부하 영역으로 설정하면 좋다.

또한, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는, 연소실 내에 공급되는 연료량이 검출 흡기량에 따라 결정되기 때문에, 이 소정의 제2 범위를 제2 추정 흡기량의 신뢰성이 제1 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역으로 설정함으로써, 이와 같은 부하 영역에서도 연료량을 제2 추정 흡기량에 따라 적절히 산출할 수 있다. 이상과 같이, 제1 추정 흡기량의 신뢰성이 제2 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역, 및 그 반대의 부하 영역에서도 연료량을 적절히 결정할 수 있기 때문에 연료 제어의 제어 정밀도, 즉 공연비 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 연비 및 배기 가스 특성을 향상시킬 수 있다 (또한, 본 명세서에서의 「동작 상태 파라미터의 검출」, 「부하 파라미터의 검출」 및 「공기의 유량의 검출」은 동작 상태 파라미터, 부하 파라미터 및 공기의 유량을 센서에 의해 직접 검출하는 것에 한하지 않고, 산출 또는 추정하는 것도 포함한다).

바람직하게는, 소정의 제1 범위 및 소정의 제2 범위는 서로 중복되지 않도록 설정되어 있고, 연료량 결정 수단은 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 소정의 제2 범위 사이에 있을 때에는 연료량을 제1 추정 흡기량 및 제2 추정 흡기량에 따라 결정한다.

이 바람직한 양태의 구성에 의하면, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 소정의 제2 범위 사이에 있을 때에는 연료량이 제1 추정 흡기량 및 제2 추정 흡기량에 따라 결정되기 때문에, 연료량의 결정에 이용하는 흡입 공기량의 추정값을 제1 추정 흡기량 및 제2 추정 흡기량 중 하나로부터 다른 하나로 직접 전환하는 경우와 달리, 연료량의 변화에 기인하는 토크 단차의 발생 등을 방지할 수 있고, 운전성을 향상시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어 장치는 공기 유량 검출 수단이 고장났는지의 여부를 판정하는 제1 고장 판정 수단을 더 포함하고, 연료량 결정 수단은 제1 고장 판정 수단에 의해 상기 공기 유량 검출 수단이 고장났다고 판정되었을 때에는, 부하 파라미터의 값에 관계없이 연료량을 제1 추정 흡기량에 따라 산출한다.

이 바람직한 양태의 구성에 의하면, 공기 유량 검출 수단이 고장났다고 판정되었을 때에는, 부하 파라미터의 값에 관계없이 연료량이 제1 추정 흡기량에 따라 산출되기 때문에, 공기 유량 검출 수단의 고장에 기인하여 제2 추정 흡기량의 신뢰성이 저하되었을 때에도 연료량을 제1 추정 흡기량에 따라 적절히 산출할 수 있고, 연료 제어에 있어서 양호한 제어 정밀도를 확보할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어 장치는 가변 흡기 기구가 고장났는지의 여부를 판정하는 제2 고장 판정 수단과, 제2 고장 판정 수단에 의해 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는 흡입 공기량이 소정값이 되도록 가변 흡기 기구를 구동하는 구동 수단을 더 포함하고, 연료량 결정 수단은 제2 고장 판정 수단에 의해 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는 소정값에 따라 연료량을 결정한다.

이 바람직한 양태의 구성에 의하면, 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는, 흡입 공기량이 소정값이 되도록 가변 흡기 기구가 구동되는 동시에, 연료량이 소정값에 따라 결정되기 때문에, 이 소정값을 적절한 값으로 설정함으로써 기관 출력의 상승에 따른 가속을 방지할 수 있는 동시에, 기관 회전수의 저하에 따른 감속을 방지하면서 운전을 속행할 수 있다. 이에 따라, 내연 기관이 차량의 동력원으로서 이용되는 경우에는 차량에서의 최소 필요 주행 성능을 확보할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 양태에 의하면, 내연 기관의 기통 내에 흡입되는 흡입 공기량을 산출하는 흡입 공기량 산출 수단과, 내연 기관의 기관 회전수를 검출하는 기관 회전수 검출 수단과, 기관 회전수에 따라 기관 회전수로 기통 내에 흡입 가능한 최대 흡입 공기량을 산출하는 최대 흡입 공기량 산출 수단과, 흡입 공기량과 최대 흡입 공기량 중 하나와 다른 하나의 비, 및 기관 회전수에 따라 내연 기관의 점화시기를 결정하는 점화시기 결정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치가 제공된다.

이 내연 기관의 제어 장치의 구성에 의하면, 내연 기관의 점화시기가 흡입 공기량과 최대 흡입 공기량의 비 및 기관 회전수에 따라 결정되기 때문에, 비 및 기관 회전수에 대하여 설정된 점화시기 맵을 이용하여 점화시기를 결정하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 점화시기를 결정하는 경우, 흡입 공기량과 최대 흡입 공기량의 중 하나와 다른 하나의 비는 값 0부터 값 1까지의 범위 내의 값, 또는 값 1부터 무한대의 범위 내의 값이 되는 동시에, 흡입 공기량이 최대 흡입 공기량에 가까운 값이 되고 노킹이 발생하는 고부하 영역에서는 비가 값 1을 포함하는 값 1 부근의 값이 되며, 기관 회전수의 서로 다른 복수의 설정값에 대하여 설정값마다 변동하는 일이 없어진다. 이에 따라, 점화시기 맵의 데이터를 기관 회전수 및 비에 따라 설정한 경우, 그 설정 데이터 수를 기관 회전수의 복수의 설정값 사이에서, 비에 대하여 동일한 수로 설정하는 것이 가능하게 되기 때문에, 점화시기 맵의 데이터를 기관 회전수 및 흡입 공기량에 대하여 설정하는 종래의 경우와 비교해서 총 데이터 수를 줄일 수 있고, 그만큼 ROM 등의 기억 매체의 기억 용량을 삭감할 수 있어 제조 비용을 삭감할 수 있다.

바람직하게는, 내연 기관은 흡입 공기량을 자유자재로 변경하는 가변 흡기 기구를 구비하고, 상기 제어 장치는 가변 흡기 기구의 동작 상태를 나타내는 동작 상태 파라미터를 검출하는 동작 상태 파라미터 검출 수단과, 내연 기관의 흡기 통로 내를 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기 유량 검출 수단과, 내연 기관의 부하를 나타내는 부하 파라미터를 검출하는 부하 파라미터 검출 수단을 더 포함하며, 흡입 공기량 산출 수단은 흡입 공기량을 부하 파라미터가 소정의 제1 범위에 있을 때에는 동작 상태 파라미터에 따라 산출하는 동시에, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는 공기의 유량에 따라 산출한다.

이 바람직한 양태의 구성에 의하면, 흡입 공기량이 부하 파라미터가 소정의 제1 범위에 있을 때에는 가변 흡기 기구의 동작 상태를 나타내는 동작 상태 파라미터에 따라 산출되는 동시에, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는 내연 기관의 흡기 통로 내를 유동하는 공기의 유량에 따라 산출되며, 이와 같이 산출된 흡입 공기량에 따라 점화시기가 결정된다. 따라서, 이 소정의 제1 범위를, 동작 상태 파라미터의 검출값의 신뢰성이 공기의 유량의 검출값의 신뢰성을 상회하는 것으로 인하여, 동작 상태 파라미터에 따라 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 공기의 유량에 따라 산출된 흡입 공기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역으로 설정함으로써, 이와 같은 부하 영역에서도 흡입 공기량에 따라 점화시기를 적절히 결정할 수 있다. 예컨대 전술한 바와 같이, 흡기 통로가 대구경으로 설정되어 있는 내연 기관의 경우에는, 소정의 제1 범위를 저부하 영역으로 설정하면 좋고, 한편 고부하 영역에서 공기의 유량의 검출값의 신뢰성이 동작 상태 파라미터의 검출값의 신뢰성보다 낮아지는 내연 기관의 경우에는, 소정의 제1 범위를 그와 같은 고부하 영역으로 설정하면 좋다.

또한, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는 흡입 공기량이 공기의 유량에 따라 산출되기 때문에, 이 소정의 제2 범위를, 공기의 유량의 신뢰성이 동작 상태 파라미터의 신뢰성을 상회하는 것으로 인하여, 공기의 유량에 따라 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 동작 상태 파라미터에 따라 산출된 흡입 공기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역으로 설정함으로써, 이와 같은 부하 영역에서도 흡입 공기량에 따라 점화시기를 적절히 결정할 수 있다. 이상과 같이, 공기의 유량에 따라 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 동작 상태 파라미터에 따라 산출된 흡입 공기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역 및 그 반대의 부하 영역에서도 점화시기를 적절히 결정할 수 있기 때문에, 점화시기 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 연비 및 연소 안정성을 향상시킬 수 있다.

보다 바람직하게는, 소정의 제1 범위 및 소정의 제2 범위는 서로 중복되지 않도록 설정되어 있고, 흡입 공기량 산출 수단은 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 소정의 제2 범위 사이에 있을 때에는 흡입 공기량을 동작 상태 파라미터 및 공기 유량에 따라 산출한다.

이 바람직한 형태의 구성에 의하면, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 소정의 제2 범위 사이에 있을 때에는 흡입 공기량이 동작 상태 파라미터 및 공기 유량에 따라 산출되기 때문에, 점화시기의 결정에 이용하는 흡입 공기량을 공기의 유량에 따라 산출된 값 및 동작 상태 파라미터에 따라 산출된 값 중 하나로부터 다른 하나로 직접 전환하는 경우와 달리, 점화시기의 변화에 기인하는 토크 단차의 발생 등을 방지할 수 있고, 운전성을 향상시킬 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 제어 장치는 공기 유량 검출 수단이 고장났는지의 여부를 판정하는 제1 고장 판정 수단을 더 포함하고, 흡입 공기량 산출 수단은 제1 고장 판정 수단에 의해 공기 유량 검출 수단이 고장났다고 판정되었을 때에는 부하 파라미터의 값에 관계없이 흡입 공기량을 동작 상태 파라미터에 따라 산출한다.

이 바람직한 양태의 구성에 의하면, 공기 유량 검출 수단이 고장났다고 판정되었을 때에는, 부하 파라미터의 값에 관계없이 흡입 공기량이 동작 상태 파라미터에 따라 산출되기 때문에, 공기 유량 검출 수단의 고장에 기인하여 공기의 유량의 검출값의 신뢰성이 저하되었을 때에도 점화시기를 적절히 산출할 수 있고, 점화시기 제어에서의 양호한 제어 정밀도를 확보할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 제어 장치는 가변 흡기 기구가 고장났는지의 여부를 판정하는 제2 고장 판정 수단과, 제2 고장 판정 수단에 의해 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는 흡입 공기량이 소정값이 되도록 가변 흡기 기구를 구동하는 구동 수단과, 제2 고장 판정 수단에 의해 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는 기관 회전수의 목표가 되는 고장시 목표 회전수를 설정하는 고장시 목표 회전수 설정 수단을 더 포함하고, 점화시기 결정 수단은 제2 고장 판정 수단에 의해 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에 기관 회전수가 고장시 목표 회전수가 되도록 소정의 피드백 제어 알고리즘에 의해 점화시기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

이 바람직한 양태의 구성에 의하면, 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는 흡입 공기량이 소정값이 되도록 가변 흡기 기구가 구동되는 동시에, 기관 회전수가 고장시 목표 회전수가 되도록 소정의 피드백 제어 알고리즘에 의해 점화시기가 결정되기 때문에, 소정값 및 고장시 목표 회전수를 적절한 값으로 설정함으로써 기관 회전수의 상승에 따른 가속을 방지할 수 있는 동시에, 기관 회전수의 저하에 따른 감속을 방지하면서 운전을 속행할 수 있다. 이에 따라, 내연 기관이 차량의 동력원으로서 이용되는 경우에는 차량에서의 최소 필요 주행 성능을 확보할 수 있다.

상기 본 발명의 제1 양태 및 제2 양태에서, 바람직하게는 가변 흡기 기구는 내연 기관의 흡기 캠 샤프트의 크랭크 샤프트에 대한 위상을 변경하는 가변 캠 위상 기구, 내연 기관의 흡기 밸브의 리프트를 변경하는 가변 밸브 리프트 기구, 및 내연 기관의 압축비를 변경하는 가변 압축비 기구 중 적어도 하나를 포함한다.

이 바람직한 양태의 구성에 의하면, 가변 흡기 기구가 내연 기관의 흡기 캠 샤프트의 크랭크 샤프트에 대한 위상을 변경하는 가변캠 위상 기구, 내연 기관의 흡기 밸브의 리프트를 변경하는 가변 밸브 리프트 기구, 및 내연 기관의 압축비를 변경하는 가변 압축비 기구 중 적어도 하나를 포함하기 때문에, 스로틀 밸브 기구를 생략하는 것이 가능해지고, 그만큼 흡기 통로 내의 유동 저항을 저감하며, 충전 효율을 높일 수 있는 동시에 제조 비용을 삭감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치가 적용된 내연 기관의 개략적인 구성을 도시하는 모식도.

도 2는 제어 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.

도 3은 내연 기관의 가변식 흡기 구동 밸브 기구 및 배기 구동 밸브 기구의 개략적인 구성을 도시하는 단면도.

도 4는 가변식 흡기 구동 밸브 기구의 가변 밸브 리프트 기구의 개략적인 구성을 도시하는 단면도.

도 5의 (a)는 리프트 액추에이터의 짧은 아암이 최대 리프트 위치에 있는 상태를 도시하는 도면이고, 도 5의 (b)는 최소 리프트 위치에 있는 상태를 도시하는 도면이다.

도 6의 (a)는 가변 밸브 리프트 기구의 하부 링크가 최대 리프트 위치에 있을 때의 흡기 밸브의 밸브 개방 상태를 도시하는 도면이고, 도 6의 (b)는 최소 리프트 위치에 있을 때의 흡기 밸브의 밸브 개방 상태를 도시하는 도면이다.

도 7은 가변 밸브 리프트 기구의 하부 링크가 최대 리프트 위치에 있을 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 곡선(실선)과, 최소 리프트 위치에 있을 때의 밸브 리프트 곡선(2점 쇄선)을 각각 도시하는 도면.

도 8은 가변 캠 위상 기구의 개략적인 구성을 모식적으로 도시한 도면.

도 9는 가변 캠 위상 기구에 의해 캠 위상이 최지각값(most retarded value)으로 설정되어 있을 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 곡선(실선)과, 캠 위상이 최지 각값으로 설정되어 있을 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 곡선(2점 쇄선)을 각각 도시한 도면.

도 10의 (a)는 압축비가 저압축비로 설정되어 있을 때의 가변 압축비 기구의 전체 구성을 모식적으로 도시하는 도면이고, 도 10의 (b)는 압축비가 고압축비로 설정되어 있을 때의 가변 압축비 기구에서의 제어축 및 압축비 액추에이터 부근의 구성을 도시하는 도면.

도 11은 연료 분사 컨트롤러의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.

도 12는 기본 추정 흡기량(Gcyl_vt_base)의 산출에 이용하는 맵의 일례를 도시하는 도면.

도 13은 보정계수(K_gcyl_vt)의 산출에 이용하는 맵의 일례를 도시하는 도면.

도 14는 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)의 산출에 이용하는 테이블의 일례를 도시하는 도면.

도 15는 이행 계수(Kg)의 산출에 이용하는 테이블의 일례를 도시하는 도면.

도 16은 점화시기 컨트롤러의 개략적인 구성을 도시하는 블록도.

도 17은 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)의 산출에 이용하는 테이블의 일례를 도시하는 도면.

도 18은 보정계수(K_gcyl_max)의 산출에 이용하는 맵의 일례를 도시한 도면이다.

도 19는 Cr=Crmin&Cain=Cainrt용의 기본 점화시기 맵의 일례를 도시하는 도 면.

도 20은 Cr=Crmin&Cain=Cainad용 기본 점화시기 맵의 일례를 도시한 도면.

도 21은 산출 흡기량(Gcyl) 및 엔진 회전수(NE)를 파라미터로서 설정된 기본 점화시기 맵의 비교예를 도시하는 도면.

도 22는 연료 분사 제어 처리를 도시하는 흐름도.

도 23은 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)의 산출 처리를 도시하는 흐름도.

도 24는 점화시기 제어 처리를 도시하는 흐름도.

도 25는 통상 점화시기 제어 처리를 도시하는 흐름도.

도 26은 가변 기구 제어 처리를 도시하는 흐름도.

도 27은 엔진 시동중, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)의 산출에 이용하는 테이블의 일례를 도시하는 도면.

도 28은 엔진 시동중, 목표 캠 위상(Cain_cmd)의 산출에 이용하는 테이블의 일례를 도시하는 도면.

도 29는 촉매 난기 제어중, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)의 산출에 이용하는 맵의 일례를 도시하는 도면.

도 30은 촉매 난기 제어중, 목표 캠 위상(Cain_cmd)의 산출에 이용하는 맵의 일례를 도시하는 도면.

도 31은 통상 운전중, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)의 산출에 이용하는 맵의 일례를 도시하는 도면.

도 32는 통상 운전중, 목표 캠 위상(Cain_cmd)의 산출에 이용하는 맵의 일례 를 도시하는 도면.

도 33은 통상 운전중, 목표 압축비(Cr_cmd)의 산출에 이용하는 맵의 일례를 도시하는 도면.

도 34는 가변 밸브 리프트 기구, 가변 캠 위상 기구, 가변 압축비 기구 및 에어플로우 센서의 고장 판정 처리를 도시하는 흐름도.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관의 제어 장치에 관해서 설명한다. 이 제어 장치(1)는 도 2에 도시하는 바와 같이, ECU(2)를 구비하고, 이 ECU(2)는 후술하는 바와 같이, 내연 기관(이하 「엔진」이라고 한다)(3)의 운전 상태에 따라 연료 분사 제어 및 점화시기 제어 등의 제어 처리를 실행한다.

도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 엔진(3)은 다수 조의 기통(3a) 및 피스톤(3b)(1조만 도시)을 갖는 직렬 다기통 가솔린 엔진이며, 도시하지 않는 자동 변속기 부착 차량에 탑재되어 있다. 엔진(3)은, 기통(3a)마다 설치되고 흡기 포트 및 배기 포트를 각각 개폐하는 흡기 밸브(4) 및 배기 밸브(7)와, 흡기 밸브(4) 구동용 흡기 캠 샤프트(5) 및 흡기 캠(6)과, 흡기 밸브(4)를 개폐 구동하는 가변식 흡기 구동 밸브 기구(40)와, 배기 밸브(7) 구동용 배기 캠 샤프트(8) 및 배기 캠(9)과, 배기 밸브(7)를 개폐 구동하는 배기 구동 밸브 기구(30)와, 압축비를 변경하는 가변 압축비 기구(80)와, 연료 분사 밸브(10), 그리고 점화 플러그(11)(도 2 참조) 등을 구비하고 있다. 또한, 이하의 설명에서 엔진(3)은 직렬 4기통 엔진 으로 한다.

흡기 밸브(4)는 그 스템(4a)이 가이드(4b)에 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춰져 있고, 이 가이드(4b)는 실린더 헤드(3c)에 고정되어 있다. 또한, 흡기 밸브(4)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상하의 스프링 시트(4c, 4d)와, 이들 사이에 설치된 밸브 스프링(4e)을 구비하고, 이 밸브 스프링(4e)에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 압박되어 있다.

또한, 흡기 캠 샤프트(5) 및 배기 캠 샤프트(8)는 각각 홀더(도시 생략)를 통해 실린더 헤드(3c)에 회전 가능하게 부착되어 있다. 이 흡기 캠 샤프트(5)의 일단부 상에는 흡기 스프로켓(도시 생략)이 동축으로 배치되고, 회전 가능하게 설치되어 있다. 이 흡기 스프로켓은 타이밍 벨트(도시 생략)를 통해 크랭크 샤프트(3d)에 연결되고, 후술하는 가변 캠 위상 기구(70)를 통해 흡기 캠 샤프트(5)에 연결되어 있다. 이상의 구성에 의해 흡기 캠 샤프트(5)는 크랭크 샤프트(3d)가 2 회전할 때마다 1 회전한다. 또한, 흡기 캠(6)은 흡기 캠 샤프트(5) 상에 이것과 일체로 회전하도록 기통(3a)마다 설치되어 있다.

또한, 가변 흡기 구동 밸브 기구(40)는 흡기 캠 샤프트(5)의 회전에 따라 각 기통(3a)의 흡기 밸브(4)를 개폐 구동하는 동시에, 흡기 밸브(4)의 리프트 및 밸브 타이밍을 무단계로 변경하는 것이며, 이에 관해서는 이하에서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 「흡기 밸브(4)의 리프트(이하「밸브 리프트」라고 한다)」는 흡기 밸브(4)의 최대 양정을 나타내는 것으로 한다.

한편, 배기 밸브(7)는 그 스템(7a)이 가이드(7b)에 미끄럼 이동 가능하게 끼 워 맞춰져 있고, 이 가이드(7b)는 실린더 헤드(3c)에 고정되어 있다. 또한, 배기 밸브(7)는 상하의 스프링 시트(7c, 7d)와, 이들 사이에 설치된 밸브 스프링(7e)을 구비하고, 이 밸브 스프링(7e)에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 압박되어 있다.

또한, 배기 캠 샤프트(8)는 이것과 일체로 형성된 배기 스프로켓(도시 생략)을 구비하고, 이 배기 스프로켓 및 타이밍 벨트(도시 생략)를 통해 크랭크 샤프트(3d)에 연결되어 있으며, 이에 따라 크랭크 샤프트(3d)가 2 회전할 때마다 1 회전한다. 또한, 배기 캠(9)은 배기 캠 샤프트(8) 상에 이것과 일체로 회전하도록 기통(3a)마다 설치되어 있다.

또한, 배기 구동 밸브 기구(30)는 로커 아암(31)을 구비하고, 이 로커 아암(31)이 배기 캠(9)의 회전에 따라 피벗 운동함으로써, 밸브 스프링(7e)의 압박력에 대항하면서 배기 밸브(7)를 개폐 구동한다.

한편, 연료 분사 밸브(10)는 기통(3a)마다 설치되고, 연료를 연소실 내에 직접 분사하도록 경사진 상태로 실린더 헤드(3c)에 부착되어 있다. 즉, 엔진(3)은 직접 분사 엔진으로 구성되어 있다. 또한, 연료 분사 밸브(10)는 ECU(2)에 전기적으로 접속되어 있고, ECU(2)에 의해 후술하는 바와 같이, 밸브 개방 시간 및 밸브 개방 타이밍이 제어되며, 이에 따라 연료 분사 제어가 실행된다.

또한, 점화 플러그(11)도 기통(3a)마다 설치되고, 실린더 헤드(3c)에 부착되어 있다. 점화 플러그(11)는 ECU(2)에 전기적으로 접속되어 있고, ECU(2)에 의해 후술하는 점화시기에 따른 타이밍에 연료실 내의 혼합기를 연소시키도록 방전 상태가 제어된다.

한편, 엔진(3)에는 크랭크각 센서(20) 및 수온 센서(21)가 설치되어 있다. 이 크랭크각 센서(20)는 마그넷 로터 및 MRE 픽업으로 구성되어 있고, 크랭크 샤프트(3d)의 회전에 따라 펄스 신호인 CRK 신호 및 TDC 신호를 ECU(2)에 출력한다. 이 CRK 신호는 소정 크랭크각(예컨대 10°)마다 1 펄스가 출력되고, ECU(2)는 이 CRK 신호에 기초하여 엔진(3)의 기관 회전수(이하「엔진 회전수」라고 한다)(NE)를 산출한다. 또한, TDC 신호는 각 기통(3a)의 피스톤(3b)이 흡기 행정의 TDC 위치보다 약간 앞의 소정의 크랭크각 위치에 있는 것을 나타내는 신호이며, 소정 크랭크각마다 1 펄스가 출력된다. 본 실시예에서는 크랭크각 센서(20)가 부하 파라미터 검출 수단 및 기관 회전수 검출 수단에 상당하고, 엔진 회전수(NE)가 부하 파라미터에 상당한다.

또한, 수온 센서(21)는, 예컨대 서미스터 등으로 구성되어 있고, 엔진 수온(TW)을 나타내는 검출 신호를 ECU(2)에 출력한다. 이 엔진 수온(TW)은 엔진(3)의 실린더 블록(3h) 내를 순환하는 냉각수의 온도이다.

또한, 엔진(3)의 흡기관(12)에서는, 스로틀 밸브 기구가 생략되어 있는 동시에, 그 흡기 통로(12a)가 대구경으로 형성되어 있고, 이에 따라 유동 저항이 통상의 엔진보다 작아지도록 설정되어 있다. 이 흡기관(12)에는 에어플로우 센서(22) 및 흡기 온도 센서(23)(도 2 참조)가 설치되어 있다.

이 에어플로우 센서(22)(공기 유량 검출 수단)는 열선식 에어플로우 미터로 구성되어 있고, 흡기 통로(12a) 내를 유동하는 공기의 유량(이하「공기의 유량」이라고 한다)(Gin)을 나타내는 검출 신호를 ECU(2)에 출력한다. 또한, 공기 유 량(Gin)의 단위는 g/sec이다. 또한, 흡기 온도 센서(23)는 흡기 통로(12a) 내를 유동하는 공기의 온도(이하「흡기 온도」라고 한다)(TA)를 나타내는 검출 신호를 ECU(2)에 출력한다.

또한, 엔진(3)의 배기관(13)에는 촉매 장치(도시 생략)의 상류측에 LAF 센서(24)가 설치되어 있다. LAF 센서(24)는 지르코니아 및 백금 전극 등으로 구성되고, 이론 공연비보다 풍부한 농후 영역으로부터 극 희박 영역에 이르는 광범위한 공연비의 영역에서, 배기 가스중의 산소 농도를 선형으로 검출하며, 이것을 나타내는 검출 신호를 ECU(2)에 출력한다. ECU(2)는 이 LAF 센서(24)의 검출 신호값에 기초하여, 배기 가스중의 공연비를 나타내는 검출 공연비(KACT)를 산출한다. 또한, 이 검출 공연비(KACT)는 구체적으로는 공연비의 역수에 비례하는 당량비로서 산출된다.

다음에, 전술한 가변 흡기 구동 밸브 기구(40)에 관해서 설명한다. 이 가변 흡기 구동 밸브 기구(40)는 도 4에 도시하는 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(5), 흡기 캠(6), 가변 밸브 리프트 기구(50) 및 가변 캠 위상 기구(70) 등으로 구성되어 있다.

이 가변 밸브 리프트 기구(50)(가변 흡기 기구)는, 흡기 캠 샤프트(5)의 회전에 따라 흡기 밸브(4)를 개폐 구동하는 동시에, 밸브 리프트(Liftin)를 소정의 최대값(Liftinmax)와 최소값(Liftinmin) 사이에서 무단계로 변경하는 것이며, 기통(3a)마다 설치된 4절 링크식의 로커 아암 기구(51)와, 이들 로커 아암 기구(51)를 동시에 구동하는 리프트 액추에이터(60)(도 5 참조) 등을 구비하고 있다.

각 로커 아암 기구(51)는 로커 아암(52) 및 상하의 링크(53, 54) 등으로 구성되어 있다. 이 상부 링크(53)의 일단부는 상부 핀(55)을 통해 로커 아암(52)의 상단부에 피벗 장착되어 있고, 타단부는 로커 아암 샤프트(56)에 피벗 장착되어 있다. 이 로커 아암 샤프트(56)는 홀더(도시 생략)를 통해 실린더 헤드(3c)에 부착되어 있다.

또한, 로커 아암(52)의 상부 핀(55)상에는 롤러(57)가 피벗 설치되어 있다. 이 롤러(57)는 흡기 캠(6)의 캠면에 접촉되어 있고, 흡기 캠(6)이 회전할 때, 그 캠면에 의해 안내되면서 흡기 캠(6) 상을 회전한다. 이에 따라, 로커 아암(52)은 상하 방향으로 구동되는 동시에, 상부 링크(53)가 로커 아암 샤프트(56)를 중심으로 하여 회전 운동한다.

또한, 로커 아암(52)의 흡기 밸브(4)측 단부에는 조정 볼트(52a)가 부착되어 있다. 이 조정 볼트(52a)는, 흡기 캠(6)의 회전에 따라 로커 아암(52)이 상하 방향으로 이동하면, 밸브 스프링(4e)의 압박력에 대항하면서 스템(4a)을 상하 방향으로 구동하고, 흡기 밸브(4)를 개폐한다.

또한, 하부 링크(54)의 일단부는 하부 핀(58)을 통해 로커 아암(52)의 하단부에 피벗 장착되어 있고, 하부 링크(54)의 타단부에는 연결축(59)이 피벗 장착되어 있다. 하부 링크(54)는 이 연결축(59)을 통해 리프트 액추에이터(60)의 후술하는 짧은 아암(65)에 연결되어 있다.

한편, 리프트 액추에이터(60)는 도 5에 도시한 바와 같이, 모터(61), 너트(62), 링크(63), 긴 아암(64) 및 짧은 아암(65) 등을 구비하고 있다. 이 모 터(61)는 ECU(2)에 접속되고, 엔진(3)의 헤드 커버(3g)의 외측에 배치되어 있다. 모터(61)의 회전축은 수나사가 형성된 나사축(61a)으로 되어 있고, 이 나사축(61a)에 너트(62)가 나사 결합되어 있다. 이 너트(62)는 링크(63)를 통해 긴 아암(64)에 연결되어 있다. 이 링크(63)의 일단부는 핀(63a)을 통해 너트(62)에 피벗 장착되고, 타단부는 핀(63b)을 통해 긴 아암(64)의 일단부에 피벗 장착되어 있다.

또한, 긴 아암(64)의 타단부는 피벗축(66)을 통해 짧은 아암(65)의 일단부에 부착되어 있다. 이 피벗축(66)은 단면이 원형으로 형성되고, 엔진(3)의 헤드 커버(3g)를 관통하는 동시에, 이것에 피벗 지지되어 있다. 이 피벗축(66)의 피벗 운동에 따라 긴 아암(64) 및 짧은 아암(65)은 피벗축과 일체로 피벗 운동한다.

또한, 짧은 아암(65)의 타단부에는 전술한 연결축(59)이 피벗 장착되어 있고, 이에 따라 짧은 아암(65)은 연결축(59)을 통해 하부 링크(54)에 연결되어 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 가변 밸브 리프트 기구(50)의 동작에 관해서 설명한다. 이 가변 밸브 리프트 기구(50)에서는, ECU(2)로부터의 후술하는 리프트 제어 입력(U_Liftin)이 리프트 액추에이터(60)에 입력되면 나사축(61a)이 회전하고, 그에 수반하는 너트(62)의 이동에 의해 긴 아암(64) 및 짧은 아암(65)이 피벗축(66)을 중심으로 하여 피벗 운동하는 동시에, 이 짧은 아암(65)의 피벗 운동에 따라 로커 아암 기구(51)의 하부 링크(54)가 하부 핀(58)을 중심으로서 피벗 운동한다. 즉, 리프트 액추에이터(60)에 의해 하부 링크(54)가 구동된다.

이 때, ECU(2)의 제어에 의해, 짧은 아암(65)의 피벗 운동 범위는 도 5의 (a)에 도시된 최대 리프트 위치와 도 5의 (b)에 도시된 최소 리프트 위치 사이에서 규제되고, 이에 따라 하부 링크(54)의 피벗 운동 범위도 도 4에 실선으로 도시된 최대 리프트 위치와 도 4에 2점 쇄선으로 도시된 최소 리프트 위치 사이에서 규제된다.

하부 링크(54)가 최대 리프트 위치에 있는 경우, 로커 아암 샤프트(56), 상하의 핀(55, 58) 및 연결축(59)에 의해 구성되는 4절 링크에서는 상부 핀(55) 및 하부 핀(58)의 중심간의 거리가 로커 아암 샤프트(56) 및 연결축(59)의 중심간의 거리보다 길어지도록 구성되어 있고, 이에 따라 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 흡기 캠(6)이 회전하면 흡기 캠과 롤러(57)의 접촉점의 이동량보다 조정 볼트(52a)의 이동량이 커진다.

한편, 하부 링크(54)가 최소 리프트 위치에 있는 경우, 상기 4절 링크에서는 상부 핀(55) 및 하부 핀(58)의 중심간의 거리가 로커 아암 샤프트(56) 및 연결축(59)의 중심간의 거리보다 짧아지도록 구성되어 있고, 이에 따라 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 흡기 캠(6)이 회전하면 흡기 캠과 롤러(57)의 접촉점의 이동량보다 조정 볼트(52a)의 이동량이 작아진다.

이상의 이유에 의해, 흡기 밸브(4)는 하부 링크(54)가 최대 리프트 위치에 있을 때에는 최소 리프트 위치에 있을 때보다 큰 밸브 리프트(Liftin)로 밸브 개방된다. 구체적으로, 흡기 캠(6)의 회전 중에 흡기 밸브(4)는, 하부 링크(54)가 최대 리프트 위치에 있을 때에는 도 7에 실선으로 도시된 밸브 리프트 곡선에 따라 밸브 개방하고, 밸브 리프트(Liftin)는 그 최대값(Liftinmax)을 나타낸다. 한편, 하부 링크(54)가 최소 리프트 위치에 있을 때에는 도 7에 2점 쇄선으로 도시된 밸브 리프트 곡선에 따라 밸브 개방하고, 밸브 리프트(Liftin)는 그 최소값(Liftinmin)을 나타낸다.

따라서, 이 가변 밸브 리프트 기구(50)에서는, 액추에이터(60)를 통해 하부 링크(54)를 최대 리프트 위치와 최소 리프트 위치 사이에서 회전 운동시킴으로써, 밸브 리프트(Liftin)을 최대값(Liftinmax)과 최소값(Liftinmin) 사이에서 무단계로 변화시킬 수 있다.

또한, 이 가변 밸브 리프트 기구(50)에는 록 기구(도시 생략)가 설치되어 있으며, 리프트 제어 입력(U_Liftin)이 후술하는 고장시용 값(U_Liftin_fs)으로 설정되어 있고, 단선 등에 의해 ECU(2)로부터 리프트 제어 입력(U_Liftin)이 리프트 액추에이터(60)에 입력되지 않을 때에는, 가변 밸브 리프트 기구(50)의 동작이 상기 록 기구에 의해 록 된다. 즉, 가변 밸브 리프트 기구(50)에 의한 밸브 리프트(Liftin)의 변경이 금지되고, 밸브 리프트(Liftin)가 최소값(Liftinmin)으로 유지된다. 또한, 이 최소값(Liftinmin)은 캠 위상(Cain)이 후술하는 록 값으로 유지되면서 압축비(Cr)가 최소값(Crmin)으로 유지되어 있는 경우에서, 흡입 공기량으로서 후술하는 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)을 확보할 수 있는 값으로 설정되어 있다. 이 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)(소정값)은 정차중에는 아이들 운전이나 엔진 시동을 적절히 행할 수 있는 동시에, 주행중에는 저속 주행 상태를 유지할 수 있는 값으로 설정되어 있다.

또한, 엔진(3)에는 피벗각 센서(25)가 설치되어 있고(도 2 참조), 이 피벗각 센서(25)는 피벗축(66), 즉 짧은 아암(65)의 피벗각을 검출하여 그 검출 신호를 ECU(2)에 출력한다. ECU(2)는 이 피벗각 센서(25)의 검출 신호에 기초하여, 밸브 리프트(Liftin)를 산출한다. 본 실시예에서는 피벗각 센서(25)가 동작 상태 파라미터 검출 수단 및 부하 파라미터 검출 수단에 상당하고, 밸브 리프트(Liftin)가 동작 상태 파라미터 및 부하 파라미터에 상당한다.

다음에, 전술한 가변 캠 위상 기구(70)(가변 흡기 기구)에 관해서 설명한다. 이 가변 캠 위상 기구(70)는 흡기 캠 샤프트(5)의 크랭크 샤프트(3d)에 대한 상대적인 위상(이하 「캠 위상」이라고 한다)(Cain)을 무단계로 진각측(進角側) 또는 지각측(遲角側)으로 변경하는 것이며, 흡기 캠 샤프트(5)의 흡기 스프로켓측 단부에 설치되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가변 캠 위상 기구(70)는 하우징(71), 3-블레이드 베인(72), 유압 펌프(73) 및 전자기 밸브 기구(74) 등을 구비하고 있다.

이 하우징(71)은 흡기 캠 샤프트(5) 상의 흡기 스프로켓과 일체로 구성되어 있고, 서로 등간격으로 형성된 3개의 칸막이 벽(71a)을 구비하고 있다. 베인(72)은 흡기 캠 샤프트(5)의 흡기 스프로켓측 단부에 동축으로 부착되고, 흡기 캠 샤프트(5)로부터 외측을 향해 방사형으로 연장되어 있는 동시에, 하우징(71) 내에 회전 가능하게 수용되어 있다. 또한, 하우징(71)에서는 칸막이 벽(71a)과 베인(72) 사이에 3개의 진각실(75) 및 3개의 지각실(76)이 형성되어 있다.

유압 펌프(73)는 크랭크 샤프트(3d)에 연결된 기계식의 것이며, 크랭크 샤프트(3d)가 회전하면, 그에 따라 엔진(3)의 오일 팬(3e)에 축적된 윤활용 오일을 유 로(77c)를 통해 빨아들이는 동시에, 오일을 승압한 상태에서 유로(77c)를 통해 전자기 밸브 기구(74)에 공급한다.

전자기 밸브 기구(74)는 스풀 밸브 기구(74a) 및 솔레노이드(74b)를 조합시킨 것이며, 진각 유로(77a) 및 지각 유로(77b)를 통해 진각실(75) 및 지각실(76)에 각각 접속되어 있는 동시에, 유압 펌프(73)로부터 공급된 유압을 진각 유압(Pad) 및 지각 유압(Prt)으로서 진각실(75) 및 지각실(76)에 각각 출력한다. 전자기 밸브 기구(74)의 솔레노이드(74b)는 ECU(2)에 전기적으로 접속되어 있고, ECU(2)로부터 후술하는 위상 제어 입력(U_Cain)이 입력되었을 때, 스풀 밸브 기구(74a)의 스풀 밸브체를 위상 제어 입력(U_Cain)에 따라 소정의 이동 범위 내에서 이동시킴으로써, 진각 유압(Pad) 및 지각 유압(Prt)을 모두 변화시킨다.

이상의 가변 캠 위상 기구(70)에서는, 유압 펌프(73)의 동작 중에 전자기 밸브 기구(74)가 제어 입력(U_Cain)에 따라 작동함으로써, 진각 유압(Pad)이 진각실(75)에 지각 유압(Prt)이 지각실(76)에 각각 공급되고, 이에 따라 베인(72)과 하우징(71) 사이의 상대적인 위상이 진각측 또는 지각측으로 변경된다. 그 결과, 전술한 캠 위상(Cain)이 최지각값(Cainrt)(예컨대, 캠각 0°에 상당하는 값)과 최진각값(Cainad)(예컨대, 캠각 55°에 상당하는 값) 사이에서 연속적으로 변화하고, 이에 따라 흡기 밸브(4)의 밸브 타이밍은 도 9에 실선으로 도시된 최지각 타이밍과, 도 9에 2점 쇄선으로 도시된 최진각 타이밍 사이에서 무단계로 변경된다.

또한, 이 가변 캠 위상 기구(70)에는 록 기구(도시 생략)가 설치되어 있고, 유압 펌프(73)로부터의 공급 유압이 낮을 때, 위상 제어 입력(U_Cain)이 후술하는 고장시용 값(U_Cain_fs)으로 설정되어 있을 때, 및 단선 등에 의해 위상 제어 입력(U_Cain)이 전자기 밸브 기구(74)에 입력되지 않을 때에는, 상기 록 기구에 의해 가변 캠 위상 기구(70)의 동작이 록 된다. 즉, 가변 캠 위상 기구(70)에 의한 캠 위상(Cain)의 변경이 금지되고, 캠 위상(Cain)이 소정의 록 값으로 유지된다. 이 소정의 록 값은, 전술한 바와 같이 밸브 리프트(Liftin)가 최소값(Liftinmin)으로 유지되고, 또한 압축비(Cr)가 최소값(Crmin)으로 유지되어 있는 경우에, 흡입 공기량으로서 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)을 확보할 수 있는 값으로 설정되어 있다.

이상과 같이, 본 실시예의 가변 흡기 구동 밸브 기구(40)에서는, 가변 밸브 리프트 기구(50)에 의해 밸브 리프트(Liftin)가 무단계로 변경되는 동시에, 가변 캠 위상 기구(70)에 의해 캠 위상(Cain), 즉 흡기 밸브(4)의 밸브 타이밍이 전술한 최지각 타이밍과 최진각 타이밍 사이에서 무단계로 변경된다. 또한, ECU(2)에 의해 후술하는 바와 같이 가변 밸브 리프트 기구(50) 및 가변 캠 위상 기구(70)를 통해 밸브 리프트(Liftin) 및 캠 위상(Cain)이 각각 제어된다.

한편, 흡기 캠 샤프트(5)는 가변 캠 위상 기구(70)에 대한 반대측 단부에 캠각 센서(26)(도 2 참조)가 설치되어 있다. 이 캠각 센서(26)는, 예컨대 마그넷 로터 및 MRE 픽업으로 구성되어 있고, 흡기 캠 샤프트(5)의 회전에 따라 펄스 신호인 CAM 신호를 소정의 캠각(예컨대 1°)마다 ECU(2)에 출력한다. ECU(2)는 이 CAM 신호 및 전술한 CRK 신호에 기초하여 캠 위상(Cain)을 산출한다. 본 실시예에서는 캠각 센서(26)가 동작 상태 파라미터 검출 수단 및 부하 파라미터 검출 수단에 상당하고, 캠 위상(Cain)이 동작 상태 파라미터 및 부하 파라미터에 상당한다.

다음에, 도 10를 참조하면서, 전술한 가변 압축비 기구(80)(가변 흡기 기구)에 관해서 설명한다. 이 가변 압축비 기구(80)는 피스톤(3b)의 상사점 위치, 즉 피스톤(3b)의 스트로크를 변경함으로써, 압축비(Cr)를 소정의 최대값(Crmax)과 최소값(Crmin) 사이에서 무단계로 변경하는 것이며, 피스톤(3b)과 크랭크 샤프트(3d) 사이에 연결된 복합 링크 기구(81)와, 복합 링크 기구(81)의 움직임을 제어하기 위한 제어축(85), 그리고 제어축(85)을 구동하기 위한 압축비 액추에이터(87) 등으로 구성되어 있다.

복합 링크 기구(81)는 상부 링크(82), 하부 링크(83) 및 제어 링크(84) 등으로 구성되어 있다. 상부 링크(82)는 소위 커넥팅 로드에 상당하는 것이며, 그 상부 단부가 피스톤 핀(3f)을 통해 피스톤(3b)에 피벗 연결되고, 하단부가 핀(83a)을 통해 하부 링크(83)의 일단부에 피벗 연결되어 있다.

하부 링크(83)는 삼각 형상의 것이고, 상부 링크(82)와의 연결 단부 이외의 2개의 단부는 각각 크랭크핀(83b)을 통해 크랭크 샤프트(3d)에, 제어핀(83c)을 통해 제어 링크(84)의 일단부에 피벗 연결되어 있다. 이상의 구성에 의해, 피스톤(3b)의 왕복 운동이 복합 링크 기구(81)를 통해 크랭크 샤프트(3d)에 전달되고, 크랭크 샤프트(3d)의 회전 운동으로 변환된다.

또한, 제어축(85)은 크랭크 샤프트(3d)와 마찬가지로, 도면 중의 깊이 방향으로 연장되어 있고, 실린더 블록에 피벗지지된 피벗축부(85a)와, 피벗축부와 일체로 형성된 편심축부(85b), 그리고 아암(86)을 구비하고 있다. 이 편심축부(85b)에는 제어 링크(84)의 하단부가 피벗 연결되어 있다. 또한, 아암(86)의 선단부는 포 크부(86a)로 되어 있고, 이 포크부(86a)에는 압축비 액추에이터(87)의 구동축(87b)의 선단부가 피벗 연결되어 있다.

압축비 액추에이터(87)는 모터 및 감속 기구(모두 도시 생략)를 조합시킨 것이며, 이들을 내장하는 케이싱(87a)과, 이 케이싱(87a)으로부터 출몰하는 방향으로 이동 가능한 구동축(87b) 등을 구비하고 있다. 이 압축비 액추에이터(87)에서는, 후술하는 ECU(2)로부터의 압축비 제어 입력(U_Cr)에 의해 모터가 정·역회전 방향으로 구동되면, 구동축(87b)이 케이싱(87a)으로부터 가장 돌출하는 저압축비 위치[도 10의 (a)에 도시된 위치]와 케이싱(87a)측으로 가장 후퇴하는 고압축비 위치[도 10의 (b)에 도시된 위치] 사이에서 이동한다.

이상의 구성에 의해, 이 가변 압축비 기구(80)에서는, 액추에이터(87)의 구동축(87b)이 저압축비 위치로부터 고압축비 위치측으로 이동하면, 아암(86)을 통해 제어축(85)이 피벗축부(85a)를 중심으로 하여 도면 중의 반시계 방향으로 피벗 운동하도록 구동되고, 그에 따라 편심축부(85b)가 아래쪽으로 이동한다. 이에 의해, 제어 링크(84) 전체가 아래로 내리눌러지고, 그에 따라 하부 링크(83)가 크랭크 핀(83b)을 중심으로 하여 도면 중의 시계 방향으로 피벗 운동하는 동시에, 상부 링크(82)가 피스톤 핀(3f)을 중심으로 하여 도면 중의 반시계 방향으로 피벗 운동한다. 그 결과, 피스톤 핀(3f), 상부 핀(83a) 및 크랭크 핀(83b)이 저압축비 위치일 때보다 직선형으로 근접함으로써, 피스톤(3b)이 상사점에 도달했을 때의 피스톤 핀(3f)과 크랭크 핀(83b)을 연결하는 직선 거리가 길어지고[즉, 피스톤(3b)의 스트로크가 길어지고], 연소실의 용적이 작아지는 것에 의해 압축비(Cr)가 높아진다.

한편, 이와는 반대로, 액추에이터(87)의 구동축(87b)이 고압축비 위치로부터 저압축비 위치측으로 이동하면, 피벗축부(85a)가 도면 중의 시계 방향으로 피벗 운동하고, 그에 따라 편심축부(85b)가 위쪽으로 이동함으로써, 제어 링크(84) 전체가 위로 밀어 올려진다. 이에 따라, 상기와는 전혀 반대 동작에 의해 하부 링크(83)가 반시계 방향으로 피벗 운동하는 동시에, 상부 링크(82)가 시계 방향으로 피벗 운동한다. 이에 의해, 피스톤(3b)이 상사점에 도달했을 때의 피스톤 핀(3f)과 크랭크 핀(83b)을 연결하는 직선 거리가 짧아지고[즉, 피스톤(3b)의 스트로크가 짧아지고], 연소실의 용적이 커지는 것에 의해 압축비(Cr)가 낮아진다. 이상과 같이, 이 가변 압축비 기구(80)에서는 제어축(85)의 피벗각을 변경하는 것에 의해, 압축비(Cr)가 전술한 소정의 최대값(Crmax)과 최소값(Crmin) 사이에서 무단계로 변경된다.

또한, 이 가변 압축비 기구(80)에는 록 기구(도시 생략)가 설치되어 있고, 압축비 제어 입력(U_Cr)이 후술하는 고장시용 값(U_Cr_fs)으로 설정되어 있을 때, 그리고 단선 등에 의해 압축비 제어 입력(U_Cr)이 압축비 액추에이터(87)에 입력되지 않을 때에는, 상기 록 기구에 의해 가변 압축비 기구(80)의 동작이 록 된다. 즉, 가변 압축비 기구(80)에 의한 압축비(Cr)의 변경이 금지되고, 압축비(Cr)가 최소값(Crmin)으로 유지된다. 이 최소값(Crmin)은 전술한 바와 같이, 밸브 리프트(Liftin)가 최소값(Liftinmin)으로 유지되면서, 캠 위상(Cain)이 소정의 록 값으로 유지되어 있는 경우에, 흡입 공기량으로서 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)을 확보할 수 있는 값으로 설정되어 있다.

또한, 엔진(3)에는 제어축(85) 부근에 제어각 센서(27)가 설치되어 있고(도 2 참조), 이 제어각 센서(27)는 제어축(85)의 회전 운동각을 나타내는 검출 신호를 ECU(2)에 출력한다. ECU(2)는 이 제어각 센서(27)의 검출 신호에 기초하여 압축비(Cr)를 산출한다. 본 실시예에서는 제어각 센서(27)가 동작 상태 파라미터 검출 수단 및 부하 파라미터 검출 수단에 상당하고, 압축비(Cr)가 동작 상태 파라미터 및 부하 파라미터에 상당한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, ECU(2)에는 액셀러레이터 개방도 센서(28) 및 이그니션·스위치(이하 「IG·SW」라고 한다)(29)가 접속되어 있다. 이 액셀러레이터 개방도 센서(28)는 차량의 액셀러레이터 페달(도시 생략)의 흡입량(이하 「액셀러레이터 개방도」라고 한다)(AP)을 나타내는 검출 신호를 ECU(2)에 출력한다. 또한, IG·SW(29)은 이그니션 키(도시 생략) 조작에 의해 ON/OFF 되는 동시에, 그 ON/OFF 상태를 나타내는 신호를 ECU(2)에 출력한다.

ECU(2)는, CPU, RAM, ROM 및 I/O 인터페이스(모두 도시 생략) 등으로 이루어지는 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있고, 전술한 각종 센서(20 내지 28)의 검출 신호 및 IG·SW(29)의 ON/OFF 신호 등에 따라 엔진(3)의 운전 상태를 판별하는 동시에, 각종 제어를 실행한다. 구체적으로, ECU(2)는 후술하는 바와 같이 운전 상태에 따라 연료 분사 제어 및 점화시기 제어를 실행한다. 이에 더하여, 가변 밸브 리프트 기구(50) 및 가변 캠 위상 기구(70)를 통해 밸브 리프트(Liftin) 및 캠 위상(Cain)을 각각 제어하는 동시에, 가변 압축비 기구(80)를 통해 압축비(Cr)를 제어한다.

또한, 본 실시예에서는 ECU(2)가 동작 상태 파라미터 검출 수단, 제1 추정 흡기량 산출 수단, 제2 추정 흡기량 산출 수단, 부하 파라미터 검출 수단, 연료량 결정 수단, 제1 고장 판정 수단, 제2 고장 판정 수단, 구동 수단, 흡입 공기량 산출 수단, 기관 회전수 검출 수단, 최대 흡입 공기량 산출 수단, 점화시기 결정 수단 및 고장시 목표 회전수 설정 수단에 상당한다.

다음에, 본 실시예의 제어 장치(1)에 관해서 설명한다. 이 제어 장치(1)는, 연료 분사 제어를 실행하는 연료 분사 컨트롤러(100)(도 11 참조)와, 점화시기 제어를 실행하는 점화시기 컨트롤러(120)(도 16 참조)를 구비하고, 이들은 모두 구체적으로는 ECU(2)에 의해 구성되어 있다.

우선, 연료 분사 컨트롤러(100)(연료량 결정 수단)에 관해서 설명한다. 이 연료 분사 컨트롤러(100)는 후술하는 바와 같이, 각 연료 분사 밸브(10)에 대한 연료 분사량(TOUT)(연료량)을 산출하는 것이며, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 추정 흡기량 산출부(101, 102), 이행 계수 산출부(103), 증폭 요소(104, 105), 가산 요소(106), 증폭 요소(107), 공연비 보정계수 산출부(108), 총 보정계수 산출부(109), 승산 요소(110) 및 연료 부착 보정부(111)를 구비하고 있다.

이 제1 추정 흡기량 산출부(101)(제1 추정 흡기량 산출 수단)에서는, 후술하는 바와 같이 엔진 회전수(NE), 밸브 리프트(Liftin), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)에 따라 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)이 산출된다.

구체적으로는, 우선 엔진 회전수(NE) 및 밸브 리프트(Liftin)에 따라 도 12에 도시된 맵을 검색함으로써, 기본 추정 흡기량(Gcyl_vt_base)을 산출한다. 동 도면에서, NE1 내지 NE3은 NE1<NE2<NE3의 관계가 성립하는 엔진 회전수(NE)의 소정값이며, 이 점은 이하의 설명에서도 유사하다.

이 맵에서, 기본 추정 흡기량(Gcyl_vt_base)은, NE=NE1 또는 NE2의 경우, 밸브 리프트(Liftin)가 작은 영역에서는 밸브 리프트(Liftin)가 클수록 보다 큰 값으로 설정되고, 밸브 리프트(Liftin)가 최대값(Liftinmax)에 가까운 영역에서는 밸브 리프트(Liftin)가 클수록 보다 작은 값으로 설정되어 있다. 이것은 저·중회전 영역에서는 밸브 리프트(Liftin)가 최대값(Liftinmax)에 가까운 영역에서 보다 큰 값이 될수록 흡기 밸브(4)의 밸브 개방 시간이 길어짐으로써, 흡기의 블로우 백에 의해 충전 효율이 저하되기 때문이다. 또한, 기본 추정 흡기량(Gcyl_vt_base)은, NE=NE3의 경우, 밸브 리프트(Liftin)가 클수록 보다 큰 값으로 설정되어 있다. 이것은, 고회전 영역에서는 밸브 리프트(Liftin)가 큰 영역에서도 흡기의 관성력에 의해 상기 흡기의 블로우 백이 잘 발생하지 않게 되기 때문에 밸브 리프트(Liftin)가 클수록 충전 효율이 보다 높아지는 것에 기인한다.

또한, 엔진 회전수(NE) 및 캠 위상(Cain)에 따라 도 13에 도시된 맵을 검색함으로써, 보정계수(K_gcyl_vt)를 산출한다. 이 맵에서, 보정계수(K_gcyl_vt)는, NE=NE1 또는 NE2의 경우, 캠 위상(Cain)이 최지각값(Cainrt)에 가까운 영역에서는 최지각값(Cainrt)에 가까울수록 보다 작은 값으로 설정되고, 그 이외의 영역에서는 캠 위상(Cain)이 최진각값(Cainad)측의 값일수록 보다 작은 값으로 설정되어 있다. 이것은 저·중회전 영역에서는 캠 위상(Cain)이 최지각값(Cainrt)에 가까운 영역에서 최지각값(Cainrt)에 가까울수록 흡기 밸브(4)의 밸브 폐쇄 타이밍이 늦어짐으로 써 흡기의 블로우 백에 의해 충전 효율이 저하되기 때문이며, 그 이외의 영역에서는 캠 위상(Cain)이 최진각값(Cainad)에 가까울수록 밸브 오버랩의 증대에 따른 내부 EGR량의 증대에 의해 충전 효율이 저하되기 때문이다. 또한, NE=NE3의 경우, 보정계수(K_gcyl_vt)는 캠 위상(Cain)이 최지각값(Cainrt)에 가까운 영역에서는 일정값(값 1)으로 설정되고, 그 이외의 영역에서는 캠 위상(Cain)이 최진각값(Cainad)측의 값일수록 보다 작은 값으로 설정되어 있다. 이것은 고회전 영역에서는 캠 위상(Cain)이 최진각값(Cainad)에 가까운 영역에서도 전술한 흡기의 관성력에 의해 흡기의 블로우 백이 잘 발생하지 않게 되는 것에 기인한다.

또한, 압축비(Cr)에 따라, 도 14에 도시된 테이블을 검색함으로써, 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)를 산출한다. 이 테이블에서 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)는 압축비(Cr)가 높을수록 보다 큰 값으로 설정되어 있다. 이것은, 가변 압축비 기구(80)에서는 압축비(Cr)가 높을수록 피스톤(3b)의 스트로크가 보다 길어지고, 배기량이 보다 커지는 것에 기인한다.

그리고, 이상과 같이 산출한 기본 추정 흡기량(Gcyl_vt_base), 보정계수(K_gcyl_vt) 및 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)를 이용하여 하기 식(1)에 의해 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)이 산출된다.

Gcyl_vt=K_gcyl_vt·K_gcyl_cr·Gcyl_vt_base …… (1)

또한, 이행 계수 산출부(103)에서는 이행 계수(Kg)가 이하와 같이 산출된다. 우선, 제1 추정 흡기량 산출부(101)에서 산출된 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt) 및 엔진 회전수(NE)를 이용하여 하기 식(2)에 의해 추정 유량(Gin_vt)(단위: g/sec)을 산출한다.

Gin_vt=2·Gcyl_vt·NE/60 …… (2)

이어서, 이 추정 유량(Gin_vt)에 따라 도 15에 도시된 테이블을 검색함으로써, 이행 계수(Kg)를 산출한다. 동 도면에서, Gin1, 2는 Gin1<Gin2의 관계가 성립하는 소정값이다. 이 소정값(Gin1)은, Gin_vt≤Gin1의 범위에서는 흡기 통로(12a) 내의 공기 유량이 작기 때문에, 에어플로우 센서(22)의 분해능에 기인하여 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성이 후술하는 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성을 상회하는 값으로 설정되어 있다. 또한, 소정값(Gin2)은, Gin2≤Gin_vt의 범위에서는 흡기 통로(12a) 내의 공기 유량이 크기 때문에, 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성이 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성을 상회하는 값으로 설정되어 있다. 또한, 이 테이블에서, 이행 계수(Kg)는 Gin_vt≤Gin1의 범위에서는 값 0으로, Gin2≤Gin_vt의 범위에서는 값 1로 설정되어 있는 동시에, Gin1<Gin_vt<Gin2의 범위에서는 값 0과 값 1 사이이면서, 추정 유량(Gin_vt)에 비례하는 값으로 설정되어 있다. 이 이유에 관해서는 후술한다.

한편, 제2 추정 흡기량 산출부(102)(제2 추정 흡기량 산출 수단)에서는, 공기 유량(Gin) 및 엔진 회전수(NE)에 기초하여 하기 식(3)에 의해 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)(단위: g)이 산출된다.

Gcyl_afm=Gin·60/(2·NE) …… (3)

증폭 요소(104, 105)에서는, 이상과 같이 산출된 제1 및 제2 추정 흡기 량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)을 각각 (1-Kg), Kg 배로 증폭한 값이 산출된다. 그리고, 가산 요소(106)에서는, 이와 같이 증폭된 값에 기초하여 하기 식(4)의 가중 평균 연산에 의해 산출 흡기량(Gcyl)이 산출된다.

Gcyl=Kg·Gcyl_afm+(1-Kg)·Gcyl_vt …… (4)

이 식(4)을 참조하면 명백한 바와 같이, Kg=0일 때, 즉 전술한 Gin_vt≤Gin1의 범위에서는 Gcyl=Gcyl_vt이 되고, Kg=1일 때, 즉 Gin2≤Gin_vt의 범위에서는 Gcyl=Gcyl_afm이 되는 동시에, 0<Kg<1일 때, 즉 Gin1<Gin_vt<Gin2의 범위에서는 산출 흡기량(Gcyl)에 있어서 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)의 가중의 정도는 이행 계수(Kg)의 값에 의해 결정된다.

또한, 증폭 요소(107)에서는, 산출 흡기량(Gcyl)(흡입 공기량)에 기초하여 하기 식(5)에 의해 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)이 산출된다.

Tcyl_bs=Kgt·Gcyl …… (5)

여기서, Kgt는 연료 분사 밸브(10)마다 미리 설정되는 환산 계수이다.

또한, 공연비 보정계수 산출부(108)에서는, 검출 공연비(KACT) 및 목표 공연비(KCMD)에 따라 피드백 제어 알고리즘을 포함하는 소정의 제어 알고리즘(도시 생략)에 의해 공연비 보정계수(KSTR)가 산출된다.

또한, 총 보정계수 산출부(109)에서는, 엔진 수온(TW) 및 흡기 온도(TA) 등의 운전 상태를 나타내는 각종 파라미터에 따라 도시하지 않은 맵 및 테이블을 검색함으로써, 각종 보정계수를 산출하는 동시에, 이들 각종 보정계수를 서로 승산함으로써, 총 보정계수(KTOTAL)가 산출된다.

그리고, 승산 요소(110)에서는 하기 식(6)에 의해 요구 연료 분사량(Tcyl)이 산출된다.

Tcyl=Tcyl_bs·KSTR·KTOTAL …… (6)

또한, 연료 부착 보정부(111)에서는, 이상과 같이 산출된 요구 연료 분사량(Tcyl)에 소정의 연료 부착 보정 처리를 실시함으로써, 연료 분사량(TOUT)이 산출된다. 그리고, 연료 분사 밸브(10)의 연료 분사 타이밍 및 밸브 개방 시간이, 이 연료 분사량(TOUT)에 기초하는 값이 되도록 연료 분사 밸브(10)가 제어된다.

이상의 식 (5), (6)에 나타난 바와 같이, 연료 분사 컨트롤러(100)에서는 연료 분사량(TOUT)이 산출 흡기량(Gcyl)에 기초하여 산출되고, 식(4)에 나타난 바와 같이, Kg=0일 때에는 Gcyl=Gcyl_vt가 되며, Kg=1일 때에는 Gcyl=Gcyl_afm으로 된다. 이는, 전술한 바와 같이 Gin_vt≤Gin1의 범위에서 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성이 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성을 상회하므로, 이와 같은 범위에서는 연료 분사량(TOUT)을 보다 신뢰성이 높은 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 기초하여 산출함으로써 양호한 산출 정밀도를 확보하기 때문이다. 또한, Gin2≤Gin_vt의 범위에서는 흡기 통로(12a) 내의 공기 유량이 크며, 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성이 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성을 상회하므로, 이와 같은 범위에서는 연료 분사량(TOUT)을 보다 신뢰성이 높은 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)에 기초하여 산출함으로써 양호한 산출 정밀도를 확보하기 때문이다.

또한, 0<Kg<1일 때에는 산출 흡기량(Gcyl)에 있어서 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)의 가중의 정도가 이행 계수(Kg)의 값에 의해 결정된다. 이 것은, Gcyl_vt와 Gcyl_afm 중 어느 하나로부터 다른 하나로 직접 전환하면, 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)의 값의 차가 큰 것에 기인하여 토크 단차가 발생하는 경우가 고려되기 때문에, 이를 방지하기 위해서이다. 즉, 전술한 바와 같이 이행 계수(Kg)가 0<Kg<1이 되는 Gin1<Gin_vt<Gin2의 범위에서는 이행 계수(Kg)가 추정 유량(Gin_vt)에 비례하는 값이 되도록 설정되어 있기 때문에, 추정 유량(Gin_vt)이 Gin1 및 Gin2 사이에서 변화되면, 이에 따라 이행 계수(Kg)가 서서히 변화함으로써, 산출 흡기량(Gcyl)이 Gcyl_vt와 Gcyl_afm 중 어느 하나의 값으로부터 다른 하나의 값으로 서서히 변화하게 된다. 그 결과, 토크 단차의 발생을 방지할 수 있다.

이어서, 도 16를 참조하면서, 점화시기 컨트롤러(120)(점화시기 결정 수단)에 관해서 설명한다. 동 도면에 도시된 바와 같이, 점화시기 컨트롤러(120)에서는, 그 일부가 전술한 연료 분사 컨트롤러(100)와 같이 구성되어 있기 때문에, 이하 동일한 구성에 관해서는, 동일한 부호를 붙이는 동시에 그 설명은 생략한다. 점화시기 컨트롤러(120)는 후술하는 바와 같이, 점화시기(Iglog)를 산출하는 것이고, 제1 및 제2 추정 흡기량 산출부(101, 102), 이행 계수 산출부(103), 증폭 요소(104, 105), 가산 요소(106), 최대 추정 흡기량 산출부(121), 제산 요소(122), 기본 점화시기 산출부(123), 점화 보정값 산출부(124) 및 가산 요소(125)를 구비하고 있다.

최대 추정 흡기량 산출부(121)(최대 흡입 공기량 산출 수단)에서는, 후술하는 바와 같이 엔진 회전수(NE), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)에 따라 최대 추정 흡 기량(Gcyl_max)(최대 흡입 공기량)이 산출된다. 구체적으로는, 우선 엔진 회전수(NE)에 따라 도 17에 도시된 테이블을 검색함으로써, 최대 추정 흡기량의 기본값(Gcyl_max_base)을 산출한다. 이 테이블에서는, 기본값(Gcyl_max_base)은 저·중회전 영역에서는 엔진 회전수(NE)가 높을수록 보다 큰 값으로 설정되고, 고회전 영역에서는 엔진 회전수(NE)가 높을수록 보다 작은 값으로 설정되어 있는 동시에, 중회전 영역의 소정값일 때에 그 최대값을 나타내도록 설정되어 있다. 이는 운전성의 관점으로부터 중회전 영역의 소정값일 때에 충전 효율이 가장 높아지도록 흡기계가 구성되어 있기 때문이다.

또한, 엔진 회전수(NE) 및 캠 위상(Cain)에 따라 도 18에 도시된 맵을 검색함으로써 보정계수(K_gcyl_max)를 산출한다. 이 맵에서 보정계수(K_gcyl_max)는, NE=NE1 또는 NE2의 경우, 캠 위상(Cain)이 최지각값(Cainrt)에 가까운 영역에서는 최지각값(Cainrt)에 가까울수록 보다 작은 값으로 설정되고, 그 이외의 영역에서는 캠 위상(Cain)이 최진각값(Cainad) 측의 값일수록 보다 작은 값으로 설정되어 있다. 또한, NE=NE3의 경우, 보정계수(K_gcyl_max)는 캠 위상(Cain)이 최지각값(Cainrt)에 가까운 영역에서는 일정값(값 1)으로 설정되고, 그 이외의 영역에서는 캠 위상(Cain)이 최진각값(Cainad)측의 값일수록 보다 작은 값으로 설정되어 있다. 이와 같이 보정계수(K_gcyl_max)가 설정되어 있는 이유는 전술한 보정계수(K_gcyl_vt)의 산출에 이용하는 도 13의 맵의 설명에서 기술한 이유와 동일하다.

또한, 전술한 바와 같이, 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)를 압축비(Cr)에 따라 도 14에 도시된 테이블을 검색함으로써 산출한다. 그리고, 이상과 같이 산출한 최 대 추정 흡기량의 기본값 Gcyl_max_base, 보정계수(K_gcyl_max) 및 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)를 이용하고, 하기 식(7)에 의해 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)이 산출된다.

Gcyl_max=K_gcyl_max·K_gcyl_cr·Gcyl_max_base …… (7)

한편, 제산 요소(122)에서는, 정규화 흡기량(Kgcyl)(비)이 하기 식(8)에 의해 산출된다.

Kgcyl=Gcyl/Gcyl_max …… (8)

또한, 기본 점화시기 산출부(123)에서는, 후술하는 바와 같이 정규화 흡기량(Kgcyl), 엔진 회전수(NE), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)에 따라 기본 점화시기 맵을 검색함으로써, 기본 점화시기(Iglog_ map)가 산출된다. 이 경우, 기본 점화시기 맵으로서는 Cr=Crmin용의 1조의 맵과, Cr=Crmax용의 1조의 맵이 준비되어 있고, Cr=Crmin용의 1조는 도 19에 도시된 Cr=Crmin&Cain=Cainrt용의 맵과, 도 20에 도시된 Cr=Crmin&Cain=Cainad용의 맵과, Cr=Crmin이면서 캠 위상(Cain)이 최지각값(Cainrt)과 최진각값(Cainad) 사이에 있을 때 복수 단계의 캠 위상(Cain)의 값에 각각 대응하여 설정된 복수의 맵(도시 생략)으로 구성되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, Cr=Crmax용 1조의 맵도 Cr=Crmin용 1조의 맵과 마찬가지로 구성되어 있다.

이상의 기본 점화시기 맵의 검색에서는 정규화 흡기량(Kgcyl), 엔진 회전수(NE), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)의 값에 기초하여 복수의 값을 선택하는 동시에, 이 복수의 선택값의 보간 연산에 의해 기본 점화시기(Iglog_map)가 산출된다.

이상과 같이, 기본 점화시기 산출부(123)에서는, 기본 점화시기 맵의 맵값을 설정하기 위한 파라미터로서 정규화 흡기량(Kgcyl)을 이용하는데, 그 이유는 다음과 같다. 즉, 종래와 같이, 정규화 흡기량(Kgcyl) 대신에 산출 흡기량(Gcyl)을 파라미터로서 사용하여 기본 점화시기 맵의 맵값을 설정한 경우, 예컨대 도 21에 도시된 기본 점화시기 맵을 얻을 수 있다. 동 도면에 도시된 바와 같이, 이 기본 점화시기 맵에서는 산출 흡기량(Gcyl)의 최대 설정값이 서로 다른 동시에, 산출 흡기량(Gcyl)이 큰 영역(타원으로 둘러싼 영역), 즉 노킹이 발생하기 시작하는 고부하 영역에서의 맵값의 설정수(검은 원으로 나타낸 격자점의 수)가 엔진 회전수(NE)마다 변동되고 있다. 이것은 기통(3a)에서의 흡기의 충전 효율이 엔진 회전수(NE)에 따라 변화되는 데 기인하여, 노킹이 발생하기 시작하는 고부하 영역에서의 흡입 공기량의 최대값도 엔진 회전수(NE)에 따라 변화되어 버리기 때문이다.

이에 비하여, 기본 점화시기 산출부(123)의 기본 점화시기 맵에서는, 산출 흡기량(Gcyl) 대신에 정규화 흡기량(Kgcyl)을 파라미터로서 이용하고 있기 때문에, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 노킹이 발생하기 시작하는 고부하 영역, 즉 Kgcyl이 값 1을 포함하는 값 1 부근의 영역에서도 엔진 회전수의 각 설정값(NE1 내지 NE3) 사이에서 맵값의 수를 동일한 수로 설정할 수 있고, 이에 따라 설정 데이터 수를 도 21의 맵보다 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시예와 같이, 산출 흡기량(Gcyl) 대신에 정규화 흡기량(Kgcyl)을 파라미터로서 이용함으로써, ECU(2)의 ROM의 기억 용량을 저감할 수 있고, 그만큼 제조 비용을 삭감할 수 있기 때문이다.

또한, 전술한 점화 보정값 산출부(124)에서는, 흡기 온도(TA), 엔진 수온(TW) 및 목표 공연비(KCMD) 등에 따라 도시하지 않는 맵 및 테이블을 검색함으로써, 각종 보정값이 산출되고, 이들 각종 보정값에 기초하여 점화 보정값(Diglog)이 산출된다.

또한, 가산 요소(125)에서는, 점화시기(Iglog)가 하기 식(9)에 의해 산출된다.

Iglog=Iglog_map+Diglog …… (9)

그리고, 점화 플러그(11)가 이 점화시기(Iglog)에 따른 방전 타이밍에 방전하도록 제어된다.

이하, 도 22를 참조하면서, ECU(2)에 의해 실행되는 연료 분사 제어 처리에 관해서 설명한다. 본 처리는 각 연료 분사 밸브(10)에 대하여 연료 분사량(TOUT)을 산출하는 것이며, TDC 신호의 발생 타이밍에 동기하여 실행된다.

우선, 단계 1(도면에서는 「S1」로 줄여서 나타내었다. 이하 동일)에서, 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)을 산출한다. 이 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)의 산출 처리는, 구체적으로 도 23에 도시된 바와 같이 실행된다. 즉, 우선 단계 10에서 전술한 식(3)에 의해 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)을 산출한다.

이어서, 단계 11에서 전술한 방법에 의해 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)을 산출한다. 즉, 엔진 회전수(NE) 및 밸브 리프트(Liftin)에 따라 도 12에 도시된 맵을 검색함으로써 기본 추정 흡기량(Gcyl_vt_base)을 산출하고, 엔진 회전수(NE) 및 캠 위상(Cain)에 따라 도 13에 도시된 맵을 검색함으로써 보정계수(K_gcyl_vt)를 산출 하며, 또한 압축비(Cr)에 따라 도 14에 도시된 테이블을 검색함으로써 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)를 산출한다. 그리고, 이들 3개의 값 Gcyl_vt_base, K_gcyl_vt, K_gcyl_cr에 기초하여 전술한 식(1)에 의해 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)을 산출한다.

이어서, 단계 12에서는 전술한 식(2)에 의해 추정 유량(Gin_vt)을 산출한다. 그 후, 단계 13으로 진행하여 가변 기구 고장 플래그(F_VDNG)가 「1」인지의 여부를 판별한다.

후술하는 고장 판정 처리에서, 가변 밸브 리프트 기구(50), 가변 캠 위상 기구(70) 및 가변 압축비 기구(80) 중 적어도 하나가 고장났다고 판정되었을 때에는 가변 기구 고장 플래그(F_VDNG)가 「1」로 설정되고, 모두 정상이라고 판정되었을 때에는 가변 기구 고장 플래그(F_VDNG)가 「0」으로 설정된다. 또한, 이하의 설명에서는 가변 밸브 리프트 기구(50), 가변 캠 위상 기구(70) 및 가변 압축비 기구(80)를 통합하여 「3개의 가변 기구」라고 한다.

단계 13의 판별 결과가 "아니오"이고, 3개의 가변 기구가 모두 정상일 때에는, 단계 14로 진행하며, 에어플로우 센서 고장 플래그(F_AFMNG)가 「1」인지의 여부를 판별한다. 후술하는 고장 판정 처리에서, 에어플로우 센서(22)가 고장났다고 판정되었을 때에는 에어플로우 센서 고장 플래그(F_AFMNG)가 「1」로 설정되고, 정상으로 판정되었을 때에는 에어플로우 센서 고장 플래그(F_AFMNG)가 「0」으로 설정된다.

단계 14의 판별 결과가 "아니오"이고, 에어플로우 센서(22)가 정상일 때에는 단계 15로 진행하며, 전술한 바와 같이 이행 계수(Kg)를 추정 유량(Gin_vt)에 따라 도 15에 도시된 테이블을 검색함으로써 산출한다.

한편, 단계 14의 판별 결과가 "예"이고, 에어플로우 센서(22)가 고장났을 때에는 단계 16으로 진행하며, 이행 계수(Kg)를 값 0으로 설정한다.

단계 15 또는 16에 이어지는 단계 17에서는, 전술한 식(4)에 의해 산출 흡기량(Gcyl)을 산출한다. 이어서, 단계 18에서 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)을 환산 계수와 산출 흡기량의 곱(Kgt·Gcyl)으로 설정한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 13의 판별 결과가 "예"이고, 3개의 가변 기구 중 적어도 하나가 고장났다고 판정되었을 때에는 단계 19로 진행하며, 산출 흡기량(Gcyl)을 전술한 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)으로 설정한다. 이어서, 전술한 단계 18을 실행한 후, 본 처리를 종료한다.

도 22를 다시 참조해 보면, 단계 1에서, 이상과 같이 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)을 산출한 후, 단계 2로 진행하고, 총 보정계수(KTOTAL)를 산출한다. 구체적으로는, 전술한 바와 같이 각종 운전 파라미터[예컨대 흡기 온도(TA), 대기압(PA), 엔진 수온(TW), 액셀러레이터 개방도(AP) 등]에 따라 각종 테이블이나 맵을 검색함으로써 각종 보정계수를 산출하는 동시에, 이들 각종 보정계수를 서로 승산함으로써, 총보정계수(KTOTAL)가 산출된다.

이어서, 단계 3으로 진행하고, 액셀러레이터 개방도(AP) 및 산출 흡기량(Gcyl)에 따라 도시하지 않은 맵을 검색함으로써, 목표 공연비(KCMD)를 산출한다. 이 목표 공연비(KCMD)는 기본적으로는 촉매 장치의 배출 가스 정화 성능을 양호한 상태로 유지하기 위해 이론 공연비(14.5)로 설정된다.

이어서, 단계 4로 진행하며, 공연비 보정계수(KSTR)를 목표 공연비(KCMD) 및 검출 공연비(KACT)에 따라 피드백 제어 알고리즘을 포함하는 소정의 제어 알고리즘에 의해 산출한다.

이어서, 단계 5로 진행하여 전술한 식(6)에 의해 요구 연료 분사량(Tcyl)을 산출한다. 이 후, 단계 6에서, 전술한 바와 같이 요구 연료 분사량(Tcyl)에 소정의 연료 부착 보정 처리를 실시함으로써, 연료 분사량(TOUT)을 산출한다. 이 후 본 처리를 종료한다. 이에 따라, 연료 분사 밸브(10)의 연료 분사 타이밍 및 밸브 개방 시간이 연료 분사량(TOUT)에 기초하는 값이 되도록, 연료 분사 밸브(10)가 제어된다.

이어서, 도 24를 참조하면서, ECU(2)에 의해 실행되는 점화시기 제어 처리에 관해서 설명한다. 본 처리는 후술하는 바와 같이 점화시기(Iglog)를 산출하는 것이고, TDC 신호의 발생 타이밍에 동기하여 전술한 연료 분사 제어 처리에 계속해서 실행된다.

이 처리에서는, 우선 단계 30에서, 전술한 가변 기구 고장 플래그(F_VDNG)가 「1」인지의 여부를 판별한다. 이 판별 결과가 "아니오"이고, 3개의 가변 기구가 모두 정상일 때는 단계 31로 진행하며, 엔진 시동 플래그(F_ENGSTART0가 「1」인지의 여부를 판별한다.

이 엔진 시동 플래그(F_ENGSTART)는, 도시하지 않은 판정 처리에서 엔진 회전수(NE) 및 IG·SW(29)의 출력 신호에 따라 엔진 시동 제어 중, 즉 크랭킹 중인지의 여부를 판정함으로써 설정되는 것이며, 구체적으로는 엔진 시동 제어 중일 때에 는 「1」로, 그 이외일 때에는 「0」으로 각각 설정된다.

단계 31의 판별 결과가 "예"이고, 엔진 시동 제어 중일 때에는 단계 32로 진행하며, 점화시기(Iglog)를 소정의 시동 시간용 값(Ig_crk)(예컨대 BTDC10°)으로 설정한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 31의 판별 결과가 "아니오"이고 엔진 시동 제어 중일 때에는, 단계 33으로 진행하며, 액셀러레이터 개방도(AP)가 소정값(APREF)보다 작은지의 여부를 판별한다. 이 소정값(APREF)은 액셀러레이터 페달을 밟지 않은 것을 판별하기 위한 것이고, 액셀러레이터 페달을 밟지 않은 것을 판별 가능한 값(예컨대 1°)으로 설정되어 있다.

이 판별 결과가 "예"이고 액셀러레이터 페달을 밟지 않았을 때에는, 단계 34로 진행하며, 엔진(3)의 시동 종료 직후부터의 경과 시간인 촉매 난기 제어의 실행 시간(Tcat)이 소정값(Tcatlmt)(예컨대 30 초)보다 작은지의 여부를 판별한다. 이 촉매 난기 제어는 배기관(13)에 설치된 촉매 장치 내의 촉매를 엔진 시동 후에 급속히 활성화시키기 위한 것이다. 이 판별 결과가 "예"이고, Tcat<Tcatlmt일 때에는 촉매 난기 제어를 실행해야 하는 것으로 판단되며, 단계 35로 진행하고, 촉매 난기용 값(Ig_ast)을 산출한다. 이 촉매 난기용 값(Ig_ast)은 구체적으로는 하기 식 (10) 내지 (12)의 응답 지정형 제어 알고리즘(슬라이딩 모드 제어 알고리즘 또는 백-스텝핑 제어 알고리즘)에 의해 산출된다.

또한, 식 (10) 내지 (12)에서 기호(k)를 붙인 각 이산 데이터는 소정의 제어 주기(본 실시예에서는 TDC 신호의 발생 주기)에 동기하여 샘플링(또는 산출)된 데이터인 것을 나타내고, 기호 k는 각 이산 데이터의 샘플링 사이클의 순서를 나타내고 있다. 예컨대, 기호 k는 이번의 제어 타이밍에 샘플링된 값인 것을, 기호 k-1은 앞의 제어 타이밍에 샘플링된 값인 것을 각각 나타내고 있다. 이 점은 이하의 이산 데이터에서도 유사하다. 또한, 이하의 설명에서는 각 이산 데이터에서의 기호(k) 등을 적절하게 생략한다.

식 (10)에서, Ig_ast_base는 소정의 촉매 난기용의 기준 점화시기(예컨대 BTDC5°)를 나타내고, Krch, Kadp는 소정의 피드백 게인을 나타내고 있다. 또한, σ는 식 (11)과 같이 정의되는 전환 함수이다. 동 식 (11)에서, pole은 -1<pole<0의 관계가 성립하도록 설정되는 응답 지정 파라미터이며, Enast는 식 (12)에 의해 산출되는 추종 오차이다. 식 (12)에서, NE_ast는 소정의 촉매 난기용의 목표 회전수(예컨대 1800 rpm)이다. 이상의 제어 알고리즘에 의해 촉매 난기용 값(Ig_ast)은, 엔진 회전수(NE)를 상기 촉매 난기용의 목표 회전수(NEast)에 수속시키는 값으로서 산출된다.

이어서, 단계 36으로 진행하고, 점화시기(Iglog)를 상기 촉매 난기용 값(Ig_ast)으로 설정한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 33 또는 34의 판별 결과가 "아니오"일 때, 즉 Tcat≥Tcatlmt일 때, 또는 액셀러레이터 페달을 밟고 있을 때에는, 단계 37로 진행하고, 통상 점화시기 제어 처리를 실행한다.

이 통상 점화시기 제어 처리는, 구체적으로는 도 25에 도시된 바와 같이 실행된다. 우선, 단계 50에서 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)을 전술한 수법에 의해 산출한다. 즉, 엔진 회전수(NE)에 따라 도 17에 도시된 테이블을 검색함으로써, 최대 추정 흡기량의 기본값(Gcyl_max_base)을 산출하고, 엔진 회전수(NE) 및 캠 위상(Cain)에 따라 도 18에 도시된 맵을 검색함으로써, 보정계수(K_gcyl_max)를 산출하며, 또한 압축비 보정계수(K_gcyl_cr)를 압축비(Cr)에 따라 도 14에 도시된 테이블을 검색함으로써 산출한다. 그리고, 이상과 같이 산출한 3개의 Gcyl_max_base, K_gcyl_ max, K_gcyl_cr에 기초하여, 전술한 식 (7)에 의해 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)을 산출한다.

이어서, 단계 51에서 정규화 흡기량(Kgcyl)을 전술한 식 (8)에 의해 산출한다. 이 후, 단계 52에서 기본 점화시기(Iglog_map)를 전술한 수법에 의해 산출한다. 즉, 정규화 흡기량(Kgcyl), 엔진 회전수(NE), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)에 따라 도 19 및 도 20 등의 기본 점화시기 맵을 검색하고, 복수의 값을 선택하는 동시에, 이 복수의 선택값의 보간 연산에 의해 기본 점화시기(Iglog_map)를 산출한다.

다음에, 단계 53에서 점화 보정값(Diglog)을 전술한 수법에 의해 산출한다. 즉, 흡기 온도(TA), 엔진 수온(TW) 및 목표 공연비(KCMD) 등에 따라 도시하지 않은 맵 및 테이블을 검색함으로써, 각종 보정값을 산출하고, 이들 각종의 보정값에 기초하여 점화 보정값(Diglog)을 산출한다. 이어서, 단계 54에서 점화시기(Iglog)를 전술한 식 (9)에 의해 산출한다.

도 24를 다시 참조해 보면, 단계 37에서 이상과 같이 통상 점화시기 제어 처리를 실행한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 30의 판별 결과가 "예"이고, 3개의 가변 기구 중 적어도 하나가 고장났을 때에는 단계 38로 진행하며, 고장시용 값(Ig_fs)을 산출한다. 이 고장시용 값(Ig_fs)은 구체적으로는 하기 식 (13) 내지 (15)의 응답 지정형 제어 알고리즘(슬라이딩 모드 제어 알고리즘 또는 백-스텝핑 제어 알고리즘)에 의해 산출된다.

상기 식 (13)에서, Ig_fs_base는 소정의 고장시용의 기준 점화시기(예컨대 TDC±0°)를 나타내고, Krch#, Kadp#는 소정의 피드백 게인을 나타내고 있다. 또한, σ#는 식 (14)와 같이 정의되는 전환 함수이다. 동 식 (14)에서, pole#는 -1<pole#<0의 관계가 성립하도록 설정되는 응답 지정 파라미터이며, Enfs는 식 (15)에 의해 산출되는 추종 오차이다. 식 (15)에 있어서, NE_fs는 소정의 고장시 목표 회전수(예컨대 2000 rpm)이다. 이상의 제어 알고리즘에 의해 고장시용 값(Ig_fs)은 엔진 회전수(NE)를 상기 고장시 목표 회전수(NE_fs)에 수속시키는 값으로서 산출된다.

이어서, 단계 39로 진행하고, 점화시기(Iglog)를 상기 고장시용 값(Ig_fs)으로 설정한 후, 본 처리를 종료한다.

이하, 도 26을 참조하면서, ECU(2)에 의해 실행되는 가변 기구 제어 처리에 관해서 설명한다. 본 처리는 3개의 가변 기구를 각각 제어하기 위한 3개의 제어 입력(U_Liftin, U_Cain, U_Cr)을 산출하는 것이며, 소정의 제어 주기(예컨대 5 msec)로 실행된다.

이 처리에서는, 우선 단계 60에서 전술한 가변 기구 고장 플래그(F_VDNG)가 「1」인지의 여부를 판별한다. 이 판별 결과가 "아니오"이고, 3개의 가변 기구가 모두 정상일 때에는 단계 61로 진행하며, 전술한 엔진 시동 플래그(F_ENGSTART)가 「1」인지의 여부를 판별한다.

이 판별 결과가 "예"이고, 엔진 시동 제어 중일 때에는 단계 62로 진행하며, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)를 엔진 수온(TW)에 따라 도 27에 도시된 테이블을 검색함으로써 산출한다.

이 테이블에서, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)는 엔진 수온(TW)이 소정값(TWREF1)보다 높은 범위에서는 엔진 수온(TW)이 낮을수록 보다 큰 값으로 설정되 는 동시에, TW≤TWREF1의 범위에서는 소정값(Liftinref)으로 설정되어 있다. 이것은, 엔진 수온(TW)이 낮은 경우 가변 밸브 리프트 기구(50)의 마찰이 증대하기 때문에 그것을 보상하기 위해서이다.

이어서, 단계 63에서 목표 캠 위상(Cain_cmd)을 엔진 수온(TW)에 따라 도 28에 도시된 테이블을 검색함으로써 산출한다.

이 테이블에서, 목표 캠 위상(Cain_cmd)은 엔진 수온(TW)이 소정값(TWREF2) 보다 높은 범위에서는 엔진 수온(TW)이 낮을수록 보다 지각측의 값으로 설정되어 있는 동시에, TW≤TWREF2의 범위에서는 소정값(Cainref)으로 설정되어 있다. 이것은, 엔진 수온(TW)이 낮은 경우 캠 위상(Cain)을 엔진 수온(TW)이 높은 경우보다 지각측으로 제어하고, 밸브 오버랩을 작게 함으로써, 흡기 유속을 상승시켜 연소의 안정화를 도모하기 위해서이다.

이어서, 단계 64에서 목표 압축비(Cr_cmd)를 소정의 시동시용 값(Cr_cmd_crk)으로 설정한다. 이 시동시용 값(Cr_cmd_crk)은 크랭킹 중의 엔진 회전수(NE)를 상승시키고, 미연에 HC의 발생을 억제할 수 있는 저압축비측의 값으로 설정되어 있다.

이어서, 단계 65로 진행하고, 하기 식 (16) 내지 (19)에 나타내는 목표값 필터형 2자유도 슬라이딩 모드 제어 알고리즘에 의해 리프트 제어 입력(U_Liftin)을 산출한다.

동 식 (16)에서, Krch_lf는 소정의 도달측 게인을, Kadp_lf는 소정의 적응측 게인을 각각 나타내고, 또한 σ_lf는 식 (17)과 같이 정의되는 전환 함수이다. 동 식 (17)에서, pole_lf는 -1<pole_lf<0의 관계가 성립하도록 설정되는 응답 지정 파라미터이며, E_lf는 식 (18)에 의해 산출되는 추종 오차이다. 동 식 (18)에서, Liftin_cmd_f는 목표 밸브 리프트의 필터값이며, 식 (19)에 나타낸 일차 지연 필터 알고리즘에 의해 산출된다. 동 식 (19)에서, pole_f_lf는 -1<pole_f_lf<0의 관계가 성립하도록 설정되는 목표값 필터 설정 파라미터이다.

다음에, 단계 66으로 진행하고, 하기 식 (20) 내지 (23)에 나타내는 목표값 필터형 2자유도 슬라이딩 모드 제어 알고리즘에 의해 위상 제어 입력(U_Cain)을 산출한다.

동 식 (20)에서, Krch_ca는 소정의 도달측 게인을, Kadp_ca는 소정의 적응측 게인을 각각 나타내고, 또한 σ_ca는 식 (21)과 같이 정의되는 전환 함수이다. 동 식 (21)에서, pole_ca는 -1<pole_ca<0의 관계가 성립하도록 설정되는 응답 지정 파라미터이며, E_ca는 식 (22)에 의해 산출되는 추종 오차이다. 동 식 (22)에서, Cain_cmd_f는 목표 캠 위상의 필터값이며, 식 (23)에 나타내는 일차 지연 알고리즘에 의해 산출된다. 동 식 (23)에서, pole_f_ca는 -1<pole_f_ca<0의 관계가 성립하도록 설정되는 목표값 필터 설정 파라미터이다.

다음에, 단계 67로 진행하고, 하기 식 (24) 내지 (27)에 나타내는 목표값 필터형 2자유도 슬라이딩 모드 제어 알고리즘에 의해 압축비 제어 입력(U_Cr)을 산출한다.

동 식 (24)에서, Krch_cr은 소정의 도달측 게인을, Kadp-cr은 소정의 적응측 게인을 각각 나타내고, 또한 o_cr은 식 (25)과 같이 정의되는 전환 함수이다. 동 식 (25)에서, pole_cr은 -1<pole_cr<0의 관계가 성립하도록 설정되는 응답 지정 파라미터이며, E_cr은 식 (26)에 의해 산출되는 추종 오차이다. 동 식 (26)에서, Cr_cmd_f는 목표 압축비의 필터값이며, 식 (27)에 나타내는 1차 지연 필터 알고리즘에 의해 산출된다. 동 식 (27)에서, pole_f_ cr은 -1<pole_f_cr<0의 관계가 성립하도록 설정되는 목표값 필터 설정 파라미터이다.

이상의 단계 67에서 압축비 제어 입력(U_Cr)을 산출한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 61의 판별 결과가 "아니오"이고, 엔진 시동 제어 중이 아닐 때에는 단계 68로 진행하며, 액셀러레이터 개방도(AP)가 소정값(APREF)보다 작은지의 여부를 판별한다. 이 판별 결과가 "예"이고, 액셀러레이터 페달을 밟지 않을 때에는 단계 69로 진행하며, 촉매 난기 제어의 실행 시간(Tcat)이 소정값(Tcatlmt)보다 작은지의 여부를 판별한다.

이 판별 결과가 "예"이고, Tcat<Tcatlmt일 때에는 촉매 난기 제어를 실행해야 하는 것으로 판단되며, 단계 70으로 진행하고, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)를 촉매 난기 제어의 실행 시간(Tcat) 및 엔진 수온(TW)에 따라 도 29에 도시된 맵을 검색함으로써 산출한다. 동 도면에서 TW1 내지 TW3는 TW1<TW2<TW3의 관계가 성립하는 엔진 수온(TW)의 소정값을 나타내고, 이 점은 이하의 설명에서도 마찬가지이다.

이 맵에서, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)는 엔진 수온(TW)이 낮을수록 보다 큰 값으로 설정되어 있다. 이것은, 엔진 수온(TW)이 낮을수록 촉매의 활성화에 요구되는 시간이 길어지기 때문에, 배기 가스 볼륨을 크게 함으로써 촉매의 활성화에 요구되는 시간을 단축하기 위해서이다. 이에 더하여, 이 맵에서, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)는 촉매 난기 제어의 실행 시간(Tcat)이 짧고, 즉 어느 정도 시간이 경과하기까지는 실행 시간(Tcat)이 길수록 보다 큰 값으로 설정되고, 실행시간(Tcat)이 어느 정도 경과한 후에는 실행 시간(Tcat)이 길수록 보다 작은 값으로 설정되어 있다. 이것은 실행 시간(Tcat)의 경과에 따른 엔진(3)의 난기가 진행됨으로써 마찰이 저하된 경우에, 흡입 공기량을 저감하지 않으면 엔진 회전수(NE)를 목표값에 유지하기 위해 점화시기가 지나치게 지연 제어된 상태가 되고, 연소 상태가 불안정하게 되어 버리기 때문에, 그것을 방지하기 위해서이다.

이어서, 단계 71에서 목표 캠 위상(Cain_cmd)을 촉매 난기 제어의 실행 시간(Tcat) 및 엔진 수온(TW)에 따라 도 30에 도시된 맵을 검색함으로써 산출한다.

이 맵에서, 목표 캠 위상(Cain_cmd)은 엔진 수온(TW)이 낮을수록 보다 진각측의 값으로 설정되어 있다. 이것은, 엔진 수온(TW)이 낮을수록 전술한 바와 같이 촉매의 활성화에 요구되는 시간이 길어지기 때문에, 펌핑 손실을 감소시켜 흡입 공기량을 증대시킴으로써, 촉매의 활성화에 요구되는 시간을 단축하기 위해서이다. 이에 더하여, 이 맵에서, 목표 캠 위상(Cain_cmd)은 촉매 난기 제어의 실행 시간(Tcat)이 짧은 때에는 실행 시간(Tcat)이 길수록 보다 지각측의 값으로 설정되고, 실행 시간(Tcat)이 어느 정도 경과한 후에는 실행 시간(Tcat)이 길수록 보다 진각측의 값으로 설정되어 있다. 이것은, 도 29의 설명에서 기술한 것과 동일한 이유에 기인한다.

이어서, 단계 72에서 목표 압축비(Cr_cmd)를 소정의 난기 제어용값(Cr_cmd_ast)으로 설정한다. 이 난기 제어용 값(Cr_cmd_ast)은, 촉매의 활성화에 요구되는 시간을 단축하기 위해 열 효율을 저하시키고, 배출 가스 온도를 높일 수 있는 저압축비측의 값으로 설정되어 있다.

단계 72에 이어서, 전술한 바와 같이, 단계 65 내지 67을 실행한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 68 또는 69의 판별 결과가 "아니오"일 때, 즉 Tcat≥Tcatlmt일 때, 또는 엑셀러레이터 페달을 밟을 때에는 단계 73으로 진행하고, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)를 엔진 회전수(NE) 및 액셀러레이터 개방도(AP)에 따라 도 31에 도시된 맵을 검색함으로써 산출한다. 동 도면에서 AP1 내지 AP3는 AP1<AP2<AP3의 관계가 성립하는 액셀러레이터 개방도(AP)의 소정값을 나타내고, 이 점은 이하의 설 명에서도 마찬가지이다.

이 맵에서, 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)는 엔진 회전수(NE)가 높을수록, 또는 액셀러레이터 개방도(AP)가 클수록, 보다 큰 값으로 설정되어 있다. 이것은, 엔진 회전수(NE)가 높을수록, 또는 액셀러레이터 개방도(AP)가 클수록, 엔진(3)에 대한 요구 출력이 크기 때문에, 보다 큰 흡입 공기량이 요구되는 것에 의한다.

이어서, 단계 74에서 목표 캠 위상(Cain_cmd)을 엔진 회전수(NE) 및 액셀러레이터 개방도(AP)에 따라 도 32에 도시된 맵을 검색함으로써 산출한다. 이 맵에서, 목표 캠 위상(Cain_cmd)은 액셀러레이터 개방도(AP)가 작으면서 중회전 영역에 있을 때에는, 그 이외일 때보다 진각측의 값으로 설정되어 있다. 이것은, 그와 같은 운전 상태에서는 내부 EGR량을 저감하고 펌핑 손실을 감소시켜야 하기 때문이다.

다음에, 단계 75에서 목표 압축비(Cr_cmd)를 엔진 회전수(NE) 및 액셀러레이터 개방도(AP)에 따라 도 33에 도시된 맵을 검색함으로써 산출한다. 이 맵에서, 목표 압축비(Cr_cmd)는 엔진 회전수(NE)가 높을수록, 또는 액셀러레이터 개방도(AP)가 클수록, 보다 작은 값으로 설정되어 있다. 이것은 고부하 영역이 될수록, 즉 노킹이 발생하기 쉬워질수록, 낮은 압축비로 인해, 점화시기가 지나치게 지연 제어된 상태가 되는 것을 방지하고, 연소 효율의 저하를 방지하기 위해서이다.

단계 75에 이어서, 전술한 바와 같이, 단계 65 내지 67을 실행한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 60의 판별 결과가 "예"이고 3개의 가변 기구 중 적어도 하나가 고장났을 때에는, 단계 76으로 진행하고, 리프트 제어 입력(U_Liftin)을 소정의 고장시용 값(U_Liftin_fs)으로, 위상 제어 입력(U_Cain)을 소정의 고장시용 값(U_Cain_fs)으로, 압축비 제어 입력(U_Cr)을 소정의 고장시용 값(U_Cr_fs)으로 각각 설정한 후, 본 처리를 종료한다. 이에 따라, 전술한 바와 같이, 밸브 리프트(Liftin)가 최소값(Liftinmin)으로, 캠 위상(Cain)이 소정의 록 값으로, 압축비(Cr)가 최소값(Crmin)으로 각각 유지되고, 이에 따라 정차 중에는 아이들 운전이나 엔진 시동을 적절히 실행할 수 있는 동시에, 주행 중에는 저속 주행 상태를 유지할 수 있다.

다음에, 도 34를 참조하면서, ECU(2)에 의해 실행되는 3개 가변 기구 및 에어플로우 센서(22)의 고장 판정 처리에 관해서 설명한다. 본 처리는 3개의 가변 기구 및 에어플로우 센서(22)가 고장났는지의 여부를 판정하는 것이며, 소정의 제어 주기(예컨대 5 msec)로 실행된다.

이 처리에서는, 우선 단계 80에서, 가변 밸브 리프트 기구(50)가 고장 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 구체적으로는 밸브 리프트(Liftin)와 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)와의 편차의 절대값이 소정의 임계값을 넘는 상태가 소정 시간 이상 계속되었을 때, 또는 리프트 제어 입력(U_Liftin)의 절대값이 소정값을 넘는 상태가 소정 시간 이상 계속되었을 때에는, 가변 밸브 리프트 기구(50)가 고장 상태에 있다고 판별되고, 그 이외일 때에는 가변 밸브 리프트 기구(50)가 정상이라고 판별된다.

이 판별 결과가 "예"이고 가변 밸브 리프트 기구(50)가 고장 상태에 있을 때 에는, 그것을 나타내기 위해 단계 81로 진행하며, 리프트 기구 고장 플래그(F_VDNG1)를 「1」로 설정한다. 한편, 단계 80의 판별 결과가 "아니오"이고 가변 밸브 리프트 기구(50)가 정상일 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 82로 진행하며, 리프트 기구 고장 플래그(F_VDNG1)를 「0」으로 설정한다.

단계 81 또는 82에 이어지는 단계 83에서는, 가변 캠 위상 기구(70)가 고장 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 구체적으로는, 캠 위상(Cain)과 목표 캠 위상(Cain_cmd)의 편차의 절대값이 소정의 임계값을 넘는 상태가 소정 시간 이상 계속했을 때, 또는 위상 제어 입력(U_Cain)의 절대값이 소정의 임계값을 넘는 상태가 소정 시간 이상 계속되었을 때에는, 가변 캠 위상 기구(70)가 고장 상태에 있다고 판별되고, 그 이외일 때에는 가변 캠 위상 기구(70)가 정상이라고 판별된다.

이 판별 결과가 "예"이고 가변 캠 위상 기구(70)가 고장 상태에 있을 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 84로 진행하며 위상 기구 고장 플래그(F_VDNG2)를 「1」로 설정한다. 한편, 단계 83의 판별 결과가 "아니오"이고 가변 캠 위상 기구(70)가 정상일 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 85로 진행하며 위상 기구 고장 플래그(F_VDNG2)를 「0」으로 설정한다.

단계 84 또는 85에 이어지는 단계 86에서는, 가변 압축비 기구(80)가 고장 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 구체적으로는, 압축비(Cr)와 목표 압축비(Cr_cmd)의 편차의 절대값이 소정의 임계값을 넘는 상태가 소정 시간 이상 계속되었을 때, 또는 압축비 제어 입력(U_Cr)의 절대값이 소정의 임계값을 넘는 상태가 소정 시간 이상 계속되었을 때에는, 가변 압축비 기구(80)가 고장 상태에 있다고 판별되고, 그 이외일 때에는 가변 압축비 기구(80)가 정상이라고 판별된다.

이 판별 결과가 "예"이고 가변 압축비 기구(80)가 고장 상태에 있을 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 87로 진행하며 압축비 기구 고장 플래그(F_VDNG3)를 「1」로 설정한다. 한편, 단계 86의 판별 결과가 "아니오"이고, 가변 압축비 기구(80)가 정상일 때에는, 그것을 나타내기 위해서 단계 88로 진행하며 압축비 기구 고장 플래그(F_VDNG3)를 「0」으로 설정한다.

단계 87 또는 88에 이어지는 단계 89에서는, 이상의 3가지의 고장 플래그(F_VDNG1 내지 3)가 모두 「0」인지의 여부를 판별한다. 이 판별 결과가 "아니오"이고 3개의 가변 기구 중 적어도 하나가 고장났을 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 90에 진행하며 가변 기구 고장(F_VDNG)을 「1」로 설정한다.

한편, 단계 89의 판별 결과가 "예"이고 3가지의 가변 기구가 모두 정상일 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 91로 진행하며 가변 기구 고장(F_VDNG)을 「0」으로 설정한다.

단계 90 또는 91에 이어지는 단계 92에서는, 에어플로우 센서(22)가 고장 상태에 있는지의 여부를 판별한다. 구체적으로는, 에어플로우 센서(22)가 정상적인 경우의 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 대한 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 상한값 및 하한값이 미리 설정되어 있는 고장 판정 테이블을, 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 따라 검색한다. 그리고, 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)이 상한값 및 하한값의 검색값에 의해 규정되는 범위를 벗어난 경우에는 에어플로우 센서(22)가 고장 상태 있다고 판별되고, 범위 내에 있을 때에는 에어플로우 센서(22)가 정상이라고 판별된다.

단계 92의 판별 결과가 "예"이고 에어플로우 센서(22)가 고장 상태에 있을 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 93으로 진행하며 에어플로우 센서 고장 플래그(F_AFMNG)를 「1」로 설정한 후, 본 처리를 종료한다.

한편, 단계 92의 판별 결과가 "아니오"이고 에어플로우 센서(22)가 정상일 때에는, 그것을 나타내기 위해 단계 94로 진행하며 에어플로우 센서 고장 플래그(F_AFMNG)를 「0」으로 설정한 후, 본 처리를 종료한다.

이상과 같이, 본 실시예의 제어 장치(1)에 의하면, 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)이 밸브 리프트(Liftin), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)에 따라 산출되고, 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)이 에어플로우 센서(22)에 의해 검출된 공기 유량(Gin)에 따라 산출된다. 그리고, 산출 흡기량(Gcyl)이 식 (4)에 의해 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)의 가중 평균값으로서 산출되는 동시에, Gin_vt≤Gin1의 범위에서는 Gcyl=Gcyl_vt가 되고, Gin2≤Gin_vt의 범위에서는 Gcyl=Gcyl_afm이 된다.

연료 분사 제어 처리에서는, 연료 분사량(TOUT)이 산출 흡기량(Gcyl)에 기초하여 산출되기 때문에, Gin_vt≤Gin1일 때, 즉 흡기 통로(12a) 내의 공기 유량이 작아서 에어플로우 센서(22)의 검출 신호의 신뢰성이 낮고, 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성이 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성을 상회할 때에는, 신뢰성이 보다 높은 쪽의 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 기초하여 연료 분사량(TOUT)을 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 또한, Gin2≤Gin_vt일 때, 즉 흡기 통로(12a) 내의 공기 유량이 커서 에어플로우 센서(22)의 검출 신호의 신뢰성이 높고, 제2 추정 흡 기량(Gcyl_afm)의 신뢰성이 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성을 상회할 때에는, 신뢰성이 보다 높은 쪽의 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)에 기초하여 연료 분사량(TOUT)을 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 이상과 같이, 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성이 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성을 상회하는 저부하 영역, 또는 그 반대의 부하 영역에서도 연료 분사량(TOUT)을 정밀도 좋게 산출할 수 있기 때문에, 연료 분사 제어의 제어 정밀도, 즉 공연비 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 연비 및 배출 가스 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 산출 흡기량(Gcyl)에 있어서 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)의 가중의 정도가 이행 계수(Kg)의 값에 의해 결정되는 동시에, Gin1<Gin_vt<Gin2일 때에는 이행 계수(Kg)가 추정 유량(Gin_vt)에 비례하는 값이 되도록 설정되어 있기 때문에, 추정 유량(Gin_vt)이 Gin1 및 Gin2 사이에서 변화되면 그에 따라 이행 계수(Kg)가 서서히 변화함으로써, 산출 흡기량(Gcyl)이 Gcyl_vt, Gcyl_afm 중 하나의 값으로부터 다른 하나의 값으로 서서히 변화된다. 이에 따라, 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm) 중 하나로부터 다른 하나로 직접 전환되면 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)의 차가 크기 때문에, 연료 분사량(TOUT)이 변화되는 데 기인하여 토크 단차가 발생하는 경우라도, 그것을 방지할 수 있다.

또한, 에어플로우 센서(22)가 고장 상태에 있다고 판정되었을 때에는, Gcyl=Gcyl_vt가 되고 연료 분사량(TOUT)이 모든 부하 영역에서 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 따라 산출되기 때문에, 에어플로우 센서(22)의 고장에 기인하여 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성이 저하되었을 때라도 연료 분사량(TOUT)을 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 따라 적절히 산출할 수 있고, 연료 분사 제어에서의 양호한 제어 정밀도를 확보할 수 있다.

또한, 3개의 가변 기구 중 적어도 하나가 고장 상태에 있다고 판정되었을 때에는, 흡입 공기량이 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)이 되도록, 3개의 가변 기구에의 제어 입력(U_Liftin, U_Cain, U_Cr)이 모두 소정의 고장시용 값(U_Liftin_fs, U_Cain_fs, U_Cr_fs)으로 각각 설정된다. 이에 더하여, 단선 등에 의해 제어 입력(U_Liftin, U_Cain, U_Cr)이 각각 3개의 가변 기구에 입력되지 않을 때라도, 록 기구에 의해 밸브 리프트(Liftin), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)가, 흡입 공기량이 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)이 되는 값으로 유지된다. 이에 따라, 흡입 공기량의 증대에 기인하는 엔진 출력의 상승을 방지할 수 있고, 그에 따른 가속을 방지할 수 있는 동시에, 엔진 회전수(NE)의 저하에 의한 감속을 방지하면서 운전을 속행할 수 있고, 그 결과 차량의 최소 필요 주행 성능을 확보할 수 있다.

한편, 점화시기 제어에서는, 기본 점화시기(Iglog_map)가 정규화 흡기량(Kgcyl) 및 엔진 회전수(NE)에 대하여 설정된 점화시기 맵을 이용하여 산출된다. 이 정규화 흡기량(Kgcyl)은 산출 흡기량(Gcyl)과 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)의 비로서 산출되기 때문에, 값 0부터 값 1까지의 범위 내의 값으로 하는 동시에, 산출 흡기량(Gcyl)이 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)에 가까운 값이 되고 노킹이 발생하는 고부하 영역에서는 정규화 흡기량(Kgcyl)이 값 1을 포함하는 값 1 부근의 값이 되며, 서로 다른 엔진 회전수(NE)의 설정값(NE1 내지 NE3)에 대해서도 점화시기 맵의 설정 데이터 수를 설정값(NE1 내지 NE3) 사이로, 정규화 흡기량(Kgcyl)에 대하여 동일한 수로 설정할 수 있다. 이에 따라, 점화시기 맵의 데이터를 엔진 회전수(NE) 및 흡입 공기량에 대하여 설정하는 종래의 경우와 비교해서 데이터 총수를 줄일 수 있고, 그만큼 ROM 등의 기억 매체의 기억 용량을 삭감할 수 있어 제조 비용을 삭감할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 점화시기(Iglog)는 산출 흡기량(Gcyl)과 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)의 비인 정규화 흡기량(Kgcyl)을 이용하여 산출되기 때문에, Gin_vt≤Gin1일 때, 또는 Gin2≤Gin_vt일 때, 즉 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm) 중 하나의 신뢰성이 다른 하나를 상회하는 부하 영역에서도, 보다 신뢰성이 높은 쪽의 값에 기초하여 점화시기(Iglog)를 정밀도 좋게 산출할 수 있다. 이에 따라, 점화시기 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있고, 그 결과 연비 및 연소 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 산출 흡기량(Gcyl)은 Gin1<Gin_vt<Gin2의 범위에서는 추정 유량(Gin_vt)이 Gin1 및 Gin2 사이에서 변화되면 Gcyl_vt, Gcyl_afm 중 하나의 값으로부터 다른 하나의 값으로 서서히 변화되기 때문에, 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm) 중 하나로부터 다른 하나로 직접 전환될 때, 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm)의 큰 차로 인하여 점화시기(Iglog)의 변화에 기인한 토크 단차가 발생하는 경우라도, 토크 단차를 방지할 수 있다.

또한, 에어플로우 센서(22)가 고장 상태에 있다고 판정되었을 때에는, 전술한 바와 같이 Gcyl=Gcyl_vt가 되며, 모든 부하 영역에서 정규화 흡기량(Kgcyl)이 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 따라 산출되는 동시에, 그와 같은 정규화 흡기량(Kgcyl)을 이용하여 점화시기(Iglog)가 산출되기 때문에, 에어플로우 센서(22)의 고장에 기인하여 제2 추정 흡기량(Gcyl_ afm)의 신뢰성이 저하되었을 때라도, 점화시기(Iglog)를 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)에 따라 적절히 산출할 수 있고, 점화시기 제어에 있어서 양호한 제어 정밀도를 확보할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 3개의 가변 기구 중 적어도 하나가 고장 상태에 있다고 판정되었을 때, 또는 단선 등에 의해 제어 입력(U_Liftin, U_Cain, U_Cr)이 각각 3개의 가변 기구에 입력되지 않을 때라도, 록 기구에 의해 밸브 리프트(Liftin), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)가 흡입 공기량이 소정의 고장시용 값(Gcyl_fs)이 되는 값으로 유지되는 동시에, 엔진 회전수(NE)가 고장시 목표 회전수(NE_fs)가 되도록 응답 지정형 제어 알고리즘[식(13) 내지 (15)]에 의해 점화시기의 고장시용 값(Ig_fs)이 제어된다. 이에 따라, 엔진 회전수(NE)의 상승에 따른 가속을 방지할 수 있는 동시에, 엔진 회전수(NE)의 저하에 의한 감속을 방지하면서 운전을 속행할 수 있고, 그 결과 차량의 최소 필요 주행 성능을 확보할 수 있다.

또한, 엔진(3)의 스로틀 밸브 기구가 생략되어 있는 동시에, 흡기 통로(12a)가 대구경으로 구성되어 있기 때문에, 그만큼 흡기 통로(12a) 내의 유동 저항을 저감하고, 충전 효율을 높일 수 있는 동시에, 제조 비용을 삭감할 수 있다.

또한, 실시예는 본 발명의 제어 장치(1)를 차량용 내연 기관(3)에 적용한 예이지만, 본 발명의 제어 장치는 이에 한하지 않고, 선박용 및 발전용 등의 여러 가지 용도의 내연 기관에 적용 가능하다.

또한, 실시예는 가변 흡기 기구로서, 가변 밸브 리프트 기구(50), 가변 캠 위상 기구(70) 및 가변 압축비 기구(80)를 이용한 예이지만, 가변 흡기 기구는 이들에 한하지 않고, 엔진(3)의 연소실 내에 흡입되는 흡입 공기량을 변경 가능한 것이면 좋다. 예컨대, 가변 흡기 기구로서, 종래 같은 스로틀 밸브 기구를 이용하더라도 좋다.

또한, 실시예는, 비로서 정규화 흡기량(Kgcyl)을 Kgcyl=Gcyl/Gcyl_max로 설정한 예이지만, Kgcyl=Gcyl_max/Gcyl로 설정하더라도 좋다. 이와 같이 설정한 경우, 정규화 흡기량(Kgcyl)이 값 1로부터 무한대의 범위의 값이 되는 동시에, 산출 흡기량(Gcyl)이 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)에 가까운 값이 되는 영역, 즉 노킹이 발생하는 고부하 영역에서는 정규화 흡기량(Kgcyl)이 값 1을 포함하는 값 1 부근의 값이 되고, 복수의 엔진 회전수(NE)의 설정값 사이에서 변동되는 일이 없어진다. 그 결과, 실시예와 마찬가지로, 기본 점화시기 맵의 설정 데이터수를 복수의 엔진 회전수(NE)의 설정값 사이에서, 정규화 흡기량(Kgcyl)에 대하여 동일한 수로 설정하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 기본 점화시기 맵의 데이터를 엔진 회전수(NE) 및 흡입 공기량에 대하여 설정하는 경우와 비교해서 데이터 총수를 줄일 수 있고, 그 만큼 ROM 등의 기억 매체의 기억 용량을 삭감할 수 있어 제조 비용을 삭감할 수 있다.

한편, 실시예는 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt) 및 추정 유량(Gin_vt)을 부하 파라미터인 엔진 회전수(NE), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)에 따라 산출한 예이지만, 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt) 및 추정 유량(Gin_vt)의 산출에 이용하는 부하 파라미터 는 이에 한하지 않고, 엔진(3)의 부하를 나타내는 것이면 좋다. 예컨대, 목표 캠 위상(Cain_cmd) 및 목표 압축비(Cr_cmd)를 이용하더라도 좋고, 밸브 리프트(Liftin) 및/또는 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd)를 이용하더라도 좋다.

또한, 실시예는 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)을 엔진 회전수(NE), 캠 위상(Cain) 및 압축비(Cr)에 따라 산출한 예이지만, 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)을 엔진 부하를 나타내는 다른 파라미터에 따라 산출하더라도 좋다. 예컨대, 최대 추정 흡기량(Gcyl_max)을 엔진 회전수(NE)와, 목표 캠 위상(Cain_cmd) 및/또는 목표 압축비(Cr_cmd)에 따라 산출하더라도 좋고, 엔진 회전수(NE)와, 밸브 리프트(Liftin) 및 목표 밸브 리프트(Liftin_cmd) 중 어느 하나에 따라 산출하더라도 좋다.

또한, 실시예는, 흡기 통로가 대구경으로 구성되어 있어, 공기 유량(Gin)이 작을 때, 즉 저부하일 때에는 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성이 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)을 상회하는 동시에, 고부하일 때에는 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성이 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)을 상회하는 내연 기관(3)에 본 발명의 제어 장치(1)를 적용한 예이지만, 본 발명의 제어 장치(1)는 이에 한하지 않고, 제1 및 제2 추정 흡기량(Gcyl_vt, Gcyl_afm) 사이에서, 양자의 신뢰성의 높고 낮음이 역전된 부하 영역을 갖는 엔진에도 적용 가능하다. 예컨대, 저부하 영역에서는 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)의 신뢰성이 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)을 상회하는 동시에, 고부하 영역에서는 흡기 맥동이 발생하거나, 흡기 유속이 너무 높아지거나 하는 것에 의해 제1 추정 흡기량(Gcyl_vt)의 신뢰성이 제2 추정 흡기량(Gcyl_afm)을 상회하는 내연 기관에 적용하더라도 좋다. 그 경우에는 식 (4)에서의 Gcyl_afm의 승산항을 (1-Kg)로 하고, Gcyl_vt의 승산항을 Kg로 설정하면 좋다.

또한, 실시예는 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)을 환산 계수와 산출 흡기량의 곱(Kgt·Gcyl)으로서 산출한 예이지만, 기본 연료 분사량(Tcyl_bs)을 산출 흡기량(Gcyl)에 따라 테이블을 검색함으로써 산출하도록 구성하더라도 좋다. 그 경우에는 각 연료 분사 밸브(10)에 대하여 미리 설정된 테이블을 이용하면 좋다.

이 내연 기관의 제어 장치에 의하면, 제1 추정 흡기량이 흡입 공기량의 추정값으로서, 가변 흡기 기구의 동작 상태를 나타내는 동작 상태 파라미터에 따라 산출되고, 제2 추정 흡기량이 흡입 공기량의 추정값으로서, 내연 기관의 흡기 통로 내를 유동하는 공기의 유량에 따라 산출되는 동시에, 연소실 내에 공급되는 연료량이 내연 기관의 부하를 나타내는 부하 파라미터가 소정의 제1 범위에 있을 때에는 제1 추정 흡기량에 따라 결정된다. 따라서, 공기 유량 검출 수단에 의해 검출된 공기의 유량의 신뢰성이 낮기 때문에, 상기 소정의 제1 범위를, 제1 추정 흡기량의 신뢰성이 제2 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역으로 설정함으로써, 그와 같은 부하 영역에서도, 제1 추정 흡기량에 따라 연료량을 적절히 결정할 수 있다.

또한, 부하 파라미터가 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는 연소실 내에 공급되는 연료량이 검출 흡기량에 따라 결정되기 때문에, 이 소정의 제2 범위를, 제2 추정 흡기량의 신뢰성이 제1 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역으로 설정함으로써, 이와 같은 부하 영역에서도 연료량을 제2 추정 흡 기량에 따라 적절히 산출할 수 있다. 이상과 같이, 제1 추정 흡기량의 신뢰성이 제2 추정 흡기량의 신뢰성을 상회하는 부하 영역, 및 그 반대의 부하 영역에서도 연료량을 적절히 결정할 수 있기 때문에, 연료 제어의 제어 정밀도, 즉 공연비 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그 결과, 연비 및 배출 가스 특성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은, 내연 기관의 제어 장치에 적용하여 산출된 흡입 공기량의 신뢰성이 저하될 가능성이 있는 경우에서도 연료 제어 및 점화시기 제어의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 연비 및 배출 가스 특성을 향상시킬 수 있는 동시에, 제조 비용을 삭감할 수 있는 점에서 유용하다.

Claims (11)

1. 기통 내에 흡입되는 흡입 공기량이 가변 흡기 기구에 의해 자유자재로 변경되는 내연 기관에서, 연소실 내에 공급되는 연료량을 제어하는 내연 기관의 제어 장치로서,

   상기 가변 흡기 기구의 동작 상태를 나타내는 동작 상태 파라미터를 검출하는 동작 상태 파라미터 검출 수단과,

   상기 동작 상태 파라미터에 따라 상기 흡입 공기량의 추정값으로서 제1 추정 흡기량을 산출하는 제1 추정 흡기량 산출 수단과,

   상기 내연 기관의 흡기 통로 내를 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기 유량 검출 수단과,

   상기 공기의 유량에 따라 상기 흡입 공기량의 추정값으로서 제2 추정 흡기량을 산출하는 제2 추정 흡기량 산출 수단과,

   상기 내연 기관의 부하를 나타내는 부하 파라미터를 검출하는 부하 파라미터 검출 수단, 그리고

   상기 부하 파라미터가 소정의 제1 범위에 있을 때에는, 상기 연료량을 상기 제1 추정 흡기량에 따라 결정하는 동시에, 상기 부하 파라미터가 상기 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는, 상기 연료량을 상기 제2 추정 흡기량에 따라 결정하는 연료량 결정 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 제1 범위 및 상기 소정의 제2 범위는 서로 중복되지 않도록 설정되어 있고,

   상기 연료량 결정 수단은, 상기 부하 파라미터가 상기 소정의 제1 범위와 상기 소정의 제2 범위 사이에 있을 때에는, 상기 연료량을 상기 제1 추정 흡기량 및 상기 제2 추정 흡기량에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 공기 유량 검출 수단이 고장났는지의 여부를 판정하는 제1 고장 판정 수단을 더 포함하고,

   상기 연료량 결정 수단은, 상기 제1 고장 판정 수단에 의해 상기 공기 유량 검출 수단이 고장났다고 판정되었을 때에는, 상기 부하 파라미터의 값에 관계없이, 상기 연료량을 상기 제1 추정 흡기량에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가변 흡기 기구가 고장났는지의 여부를 판정하는 제2 고장 판정 수단과,

   상기 제2 고장 판정 수단에 의해 상기 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는, 상기 흡입 공기량이 소정값이 되도록 상기 가변 흡기 기구를 구동하는 구동 수단을 더 포함하고,

   상기 연료량 결정 수단은, 상기 제2 고장 판정 수단에 의해 상기 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는, 상기 소정값에 따라 상기 연료량을 결정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 흡기 기구는, 상기 내연 기관의 흡기 캠 샤프트의 크랭크 샤프트에 대한 위상을 변경하는 가변 캠 위상 기구, 상기 내연 기관의 흡기 밸브의 리프트를 변경하는 가변 밸브 리프트 기구, 및 상기 내연 기관의 압축비를 변경하는 가변 압축비 기구 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
6. 내연 기관의 기통 내에 흡입되는 흡입 공기량을 산출하는 흡입 공기량 산출 수단과,

   상기 내연 기관의 기관 회전수를 검출하는 기관 회전수 검출 수단과,

   상기 기관 회전수에 따라, 상기 기관 회전수로 상기 기통 내에 흡입 가능한 최대 흡입 공기량을 산출하는 최대 흡입 공기량 산출 수단과,

   상기 흡입 공기량 및 상기 최대 흡입 공기량 중 하나와 다른 하나의 비 및 상기 기관 회전수에 따라, 상기 내연 기관의 점화시기를 결정하는 점화시기 결정 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 내연 기관은, 상기 흡입 공기량을 자유자재로 변경하는 가변 흡기 기구를 구비하고,

   상기 가변 흡기 기구의 동작 상태를 나타내는 동작 상태 파라미터를 검출하는 동작 상태 파라미터 검출 수단과,

   상기 내연 기관의 흡기 통로 내를 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기 유량 검출 수단과,

   상기 내연 기관의 부하를 나타내는 부하 파라미터를 검출하는 부하 파라미터 검출 수단

   을 더 포함하며, 상기 흡입 공기량 산출 수단은, 상기 흡입 공기량을, 상기 부하 파라미터가 소정의 제1 범위에 있을 때에는, 상기 동작 상태 파라미터에 따라 산출하는 동시에, 상기 부하 파라미터가 상기 소정의 제1 범위와 다른 소정의 제2 범위에 있을 때에는, 상기 공기의 유량에 따라 산출하는 것을 특징으로 내연 기관의 제어 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 소정의 제1 범위 및 상기 소정의 제2 범위는 서로 중복되지 않도록 설정되어 있고,

   상기 흡입 공기량 산출 수단은, 상기 부하 파라미터가 상기 소정의 제1 범위와 상기 소정의 제2 범위 사이에 있을 때에는, 상기 흡입 공기량을 상기 동작 상태 파라미터 및 상기 공기의 유량에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 공기 유량 검출 수단이 고장났는지의 여부를 판정하는 제1 고장 판정 수단을 더 포함하고,

   상기 흡입 공기량 산출 수단은, 상기 제1 고장 판정 수단에 의해 상기 공기 유량 검출 수단이 고장났다고 판정되었을 때에는, 상기 부하 파라미터의 값에 관계없이, 상기 흡입 공기량을 상기 동작 상태 파라미터에 따라 산출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 가변 흡기 기구가 고장났는지의 여부를 판정하는 제2 고장 판정 수단과,

    상기 제2 고장 판정 수단에 의해 상기 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는, 상기 흡입 공기량이 소정값이 되도록 상기 가변 흡기 기구를 구동하는 구동 수단과,

    상기 제2 고장 판정 수단에 의해 상기 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는, 상기 기관 회전수의 목표가 되는 고장시 목표 회전수를 설정하는 고장시 목표 회전수 설정 수단

    을 더 포함하고, 상기 점화시기 결정 수단은, 상기 제2 고장 판정 수단에 의해 상기 가변 흡기 기구가 고장났다고 판정되었을 때에는, 상기 기관 회전수가 상기 고장시 목표 회전수가 되도록, 소정의 피드백 제어 알고리즘에 의해 상기 점화시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가변 흡기 기구는, 상기 내연 기관의 흡기 캠 샤프트의 크랭크 샤프트에 대한 위상을 변경하는 가변 캠 위상 기구, 상기 내연 기관의 흡기 밸브의 리프트를 변경하는 가변 밸브 리프트 기구, 및 상기 내연 기관의 압축비를 변경하는 가변 압축비 기구 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.

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