KR20070061767A - 흡입 공기량 편차 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 기통을 갖는 내연 기관에 있어서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치에 관한 것으로서, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있도록 한다.
연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시킨다. 그 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하고, 구한 토크 또는 회전수의 변화폭을 기통간의 흡입 공기량의 편차의 정도를 나타내는 지표값으로서 출력한다.
내연 기관, 연료 분사량, 스토이키, 흡입 공기량

Description

흡입 공기량 편차 검출 장치{INTAKE AIR QUANTITY VARIATION DETECTING DEVICE}
본 발명은 복수의 기통을 갖는 내연 기관에 있어서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 검출 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 흡기 밸브의 작용각이나 리프트량을 변경할 수 있는 가변동 밸브 장치를 구비한 내연 기관에 사용하기에 적합한 검출 장치에 관한 것이다.
종래 흡기 밸브의 작용각이나 리프트량을 가변 제어할 수 있는 가변동 밸브 장치를 구비한 내연 기관이 알려져 있다. 이러한 종류의 내연 기관에서는 흡기 밸브의 작용각 및 리프트량을 가변 제어함으로써, 스로틀 밸브 (throttle valve) 를 사용하지 않고, 그 작용각 및 리프트량에 따라 흡입 공기량을 제어할 수 있다. 이 경우, 흡기관 내에 부압이 발생하지 않게 되기 때문에, 내연 기관의 펌핑 로스 (pumping loss) 를 줄이는 것이 가능해진다.
그러나, 가변동 밸브 장치를 구비하는 내연 기관에서는 흡입 공기량은 작용각 및 리프트량에 따라 정해지기 때문에, 기통간에 작용각 및 리프트량에 편차가 있으면, 그것이 기통간에 흡입 공기량이 흩어지는 원인이 된다. 작용각 및 리프트량의 편차가 흡입 공기량의 편차에 주는 영향은, 특히, 흡입 공기량이 적은 소(小)작용각·소(小)리프트시에 현저해져, 흡입 공기량의 편차가 과대해지면 내연 기관의 토크 변동을 초래하거나, 배기 에미션 (emission) 의 악화를 초래하거나 한다. 이 때문에, 가변동 밸브 장치를 구비하는 내연 기관에서는, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하여 편차가 허용 범위에 들어가도록 각 기통의 작용각 및 리프트량을 조정할 것이 요구된다.
기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 방법으로는, 예를 들면, 기통마다의 연소 상태를 검출하고, 그 편차로부터 검출하는 방법을 생각할 수 있다. 기통마다의 연소 상태의 편차를 검출하는 방법에 관해서는 특허 문헌 1 등에 기재되어 있다. 또, 기통마다의 흡입 기관 부압의 변화량, 기통마다의 공연비 또는 기통마다의 연소압을 검출하고, 이들 편차로부터 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 방법도 생각할 수 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 2831483호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평4-299084호
특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 2004-176689호
특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 평5-156979호
발명의 개시
발명이 해결하려고 하는 과제
그러나, 앞서 열거한 각 검출 방법에서는, 검출시의 계측 오차가 크기 때문에, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출하기 어렵다. 기통간의 흡입 공기량의 편차 상태를 정확하게 파악할 수 없으면, 흡기 밸브의 작용각 및 리프트량을 기통마다 정확하게 조정할 수도 없다.
본 발명은 상기 기술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 기통간의 흡인 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있도록 한, 흡입 공기량 편차 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
제 1 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 복수의 기통을 갖는 내연 기관에서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
연료 분사량을 스토이키 (stoichiometric) 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시키는 분사량 제어 수단,
상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 연산 수단, 및
상기 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭을, 기통간의 흡입 공기량의 편차의 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
상기 변화폭이 상기 기준값을 초과할 때에는, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 3 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
상기 변화폭이 상기 기준값을 하회할 때에는, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 4 발명은, 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단은, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 소정량 증대측으로 또는 소정량 감소측으로 주기적으로 변화시키도록 구성되어 있으며,
상기 연산 수단은, 토크 또는 회전수의 변화로부터 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 추출하고, 추출한 변동 성분의 진폭을 상기 변화폭으로서 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 제 5 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 복수의 기통을 갖는 내연 기관에 있어서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
상기 복수의 기통 중 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시키는 분사량 제어 수단,
상기 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 연산 수단, 및
상기 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭을, 상기 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 6 발명은, 제 5 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
상기 변화폭이 상기 기준값을 초과할 때에는, 상기 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 과잉측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 7 발명은, 제 5 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
상기 변화폭이 상기 기준값을 하회할 때에는, 상기 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 부족측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 8 발명은, 제 5 내지 제 7 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단은, 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 소정량 증대측으로 또는 소정량 감소측으로 주기적으로 변화시키도록 구성되어 있으며,
상기 연산 수단은, 토크 또는 회전수의 변화로부터 상기 특정 기통의 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 추출하고, 추출한 변동 성분의 진폭을 상기 변화폭으로서 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 제 9 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 복수의 기통을 갖는 내연 기관에 있어서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시키는 분사량 제어 수단,
상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 기통마다 구하는 연산 수단, 및
상기 연산 수단에 의해 구해진 기통마다의 토크 또는 회전수의 변화폭을, 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 10 발명은, 제 9 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 기통마다 비교하는 비교 수단과,
상기 변화폭이 상기 기준값을 초과할 때에는, 당해 기통에 있어서의 흡입 공기량의 과잉측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 11 발명은, 제 9 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 기통마다 비교하는 비교 수단과,
상기 변화폭이 상기 기준값을 하회할 때에는, 당해 기통에 있어서의 흡입 공기량의 부족측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 12 발명은, 제 9 내지 제 11 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단은, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 소정량 증대측으로 또는 소정량 감소측으로 주기적으로 변화시키도록 구성되어 있으며,
상기 연산 수단은, 기통마다 샘플링한 토크 또는 회전수의 변화로부터 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 추출하고, 추출한 변동 성분의 진폭을 각 기통에 있어서의 상기 변화폭으로서 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 제 13 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 복수의 기통을 갖는 내연 기관에 있어서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
상기 복수의 기통 중 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시키는 제 1 분사량 제어 수단,
상기 제 1 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 제 1 연산 수단,
상기 제 1 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭이 소정의 기준값을 초과하지 않은 경우에는, 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시키는 제 2 분사량 제어 수단,
상기 제 2 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 제 2 연산 수단, 및
상기 제 1 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭, 및 상기 제 2 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭을, 상기 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 제 14 발명은, 제 4, 제 8, 제 12 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 분사량 제어 수단은, 인간이 체감할 수 있는 주파수 대역 밖의 주파수에 의해 연료 분사량을 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하고 있다.
제 15 발명은, 제 1 내지 제 14 중 어느 하나의 발명에 있어서, 기통간의 흡입 공기량의 편차를, 기통간의 흡기 밸브의 작용각 및/또는 리프트량의 편차로 환산하는 환산 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
발명의 효과
기통간의 흡입 공기량에 편차가 있는 경우, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시키면, 흡입 공기량의 편차의 정도에 따라 토크 또는 회전수에 변화가 나타난다. 제 1 발명에 의하면, 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭이, 기통간의 흡입 공기량의 편차의 정도를 나타내는 지표값으로서 출력되기 때문에, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있다.
특히, 제 2 발명에 의하면, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시킴으로써, 흡입 공기량이 적정 또는 부족측으로 어긋나 있는 기통에서는 토크의 변동이 생기지 않는데 비해, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통에서는 어긋난 정도에 따라 토크의 변동이 생긴다. 따라서, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭과 소정의 기준값을 비교함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 허용 레벨을 초과하고 있는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
또, 제 3 발명에 의하면, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시킴으로써, 흡입 공기량이 적정 또는 과잉측으로 어긋나 있는 기통에서는 일정한 토크 변동이 생기는데 비해, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통에서는 어긋난 정도에 따라 토크의 변동이 작아진다. 따라서, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭과 소정의 기준값을 비교함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 허용 레벨을 초과하고 있는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
또한, 제 4 발명에 의하면, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량으로부터 주기적으로 변화시키고, 그 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 토크 또는 회전수의 변화로부터 추출함으로써, 내연 기관의 운전 상태가 정상 상태인지 과도 상태인지에 관계없이, 흡인 공기량의 편차의 정도를 정확하게 파악할 수 있다.
제 5 발명에 의하면, 특정 기통의 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭이, 당해 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력되기 때문에, 당해 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 정확하게 검출할 수 있다. 그리고, 전체 기통에 대하여 각각 흡입 공기량의 어긋난 정도를 검출함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 복수의 기통 중 특정 기통의 연료 분사량을 변화시키기 때문에, 전체적인 연료 분사량의 변화를 작게 할 수 있어, 토크나 공연비의 변동을 억제할 수 있다.
특히, 제 6 발명에 의하면, 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시킴으로써, 당해 특정 기통의 흡입 공기량이 적정 또는 부족측으로 어긋나 있는 경우에는 토크의 변동이 생기지 않는데 비해, 흡인 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 경우에는 어긋난 정도에 따라 토크의 변동이 생긴다. 따라서, 특정 기통에 있어서의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭과 소정의 기준값을 비교함으로써, 당해 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
또, 제 7 발명에 의하면, 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시킴으로써, 당해 특정 기통의 흡입 공기량이 적정 또는 과잉측으로 어긋나 있는 경우에는 일정한 토크 변동이 생기는데 비해, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 경우에는 어긋난 정도에 따라 토크의 변동이 작아진다. 따라서, 특정 기통에 있어서의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭과 소정의 기준값을 비교함으로써, 당해 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량이 부족측으로 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
또한, 제 8 발명에 의하면, 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량으로부터 주기적으로 변화시키고, 그 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 토크 또는 회전수의 변화로부터 추출함으로써, 내연 기관의 운전 상태가 정상 상태인지 과도 상태인지에 관계없이, 당해 특정 기통에 있어서의 흡인 공기량의 어긋난 정도를 정확하게 파악할 수 있다.
제 9 발명에 의하면, 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭이 기통마다 구해지고, 그것이 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력되기 때문에, 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 정확하게 검출할 수 있다. 그리고, 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 검출함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 기통마다 연료 분사량을 변화시키는 경우와 비교하여, 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 단시간에 검출할 수 있다.
특히, 제 10 발명에 의하면, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시킴으로써, 흡입 공기량이 적정 또는 부족측으로 어긋나 있는 기통에서는 토크의 변동이 생기지 않는데 비해, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통에서는 어긋난 정도에 따라 토크의 변동이 생긴다. 따라서, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 기통마다 구하여 소정의 기준값과 비교함으로써, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있는지 여부를 기통마다 정확하게 판정할 수 있다.
또, 제 11 발명에 의하면, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시킴으로써, 흡입 공기량이 적정 또는 과잉측으로 어긋나 있는 기통에서는 일정한 토크 변동이 생기는데 비해, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통에서는 어긋난 정도에 따라 토크의 변동이 작아진다. 따라서, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 기통마다 구하여 소정의 기준값과 비교함으로써, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있는지 여부를 기통마다 정확하게 판정할 수 있다.
또한, 제 12 발명에 의하면, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량으로부터 주기적으로 변화시키고, 그 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 기통마다 샘플링한 토크 또는 회전수의 변화로부터 추출함으로써, 내연 기관의 운전 상태가 정상 상태인지 과도 상태인지에 관계없이, 흡입 공기량의 어긋난 정도를 기통마다 정확하게 파악할 수 있다.
제 13 발명에 의하면, 특정 기통에 있어서의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시키고, 그 때의 토크 또는 회전수의 변화폭이 당해 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력된다. 또, 상기의 변화폭이 기준값을 초과하지 않은 경우에는, 특정 기통에 있어서의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시키고, 그 때의 토크 또는 회전수의 변화폭도 당해 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력된다. 이에 따라, 당해 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 경우에 일어날 수 있는 실화를 방지하면서, 당해 특정 기통에 있어서의 흡인 공기량의 어긋난 정도를 정확하게 검출할 수 있다.
또, 제 14 발명에 의하면, 연료 분사량을 주기적으로 변화시킴으로써 토크에 변동이 생겼다 하더라도, 그 주파수는 인간이 체감할 수 있는 주파수 대역 밖이기 때문에, 승무원에게 위화감이나 불쾌감을 주는 일이 없다는 이점이 있다.
제 15 발명에 의하면, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 기통간의 흡기 밸브의 작용각 및/또는 리프트량의 편차로 환산되기 때문에, 흡입 공기량의 편차를 수정하기 위한 작업이 용이해진다는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 로서의 흡입 공기량 편차 검출 장치가 적용된 내연 기관의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 내연 기관의 발생 토크와 통내 공연비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3 은 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켰을 때의, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통에 있어서의 통내 공연비, 토크, 회전수의 변화에 대하여 나타내는 도면이다.
도 4 는 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켰을 때의, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통에 있어서의 통내 공연비, 토크, 회전수의 변화에 대하여 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 1 에서 실행되는 작용각 편차 검출 루틴의 플로 우차트이다.
도 6 은 도 5 의 루틴에서 실행되는 필터 처리의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시형태 2 에서 실행되는 작용각 편차 검출 루틴의 플로우차트이다.
도 8 은 본 발명의 실시형태 3 에서 실행되는 작용각 편차 검출 루틴의 플로우차트이다.
도 9 는 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시켰을 때의, 흡인 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통에 있어서의 통내 공연비, 토크, 회전수의 변화에 대하여 나타내는 도면이다.
도 10 은 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시켰을 때의, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통에 있어서의 통내 공연비, 토크, 회전수의 변화에 대하여 나타내는 도면이다.
도 11 은 본 발명의 실시형태 5 에서 실행되는 작용각 편차 검출 루틴의 플로우차트이다.
*부호의 설명*
2 : 내연 기관
4 : 흡기 통로
6 : 배기 통로
10 : 연소실
12 : 흡기 밸브
14 : 배기 밸브
16 : 가변동 밸브 장치
18 : 인젝터
22 : 액츄에이터
24 : 제어축
28 : 크랭크 샤프트
30 : ECU
32 : 에어 플로우 미터
34 : 크랭크각 센서
#1 : 제 1 기통
#2 : 제 2 기통
#3 : 제 3 기통
#4 : 제 4 기통
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
실시형태 1.
이하, 도 1 내지 도 6 을 참조하여 본 발명의 실시형태 1 에 대하여 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시형태로서의 흡입 공기량 편차 검출 장치가 적용된 내 연 기관의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시형태에 관련된 내연 기관 (2) 은, 4 개의 기통 (#1∼#4) 을 갖는 직렬 4 기통 엔진으로서 구성되어 있다.
내연 기관 (2) 은 공기를 도입하는 흡기 통로 (4) 와 연소 가스를 배출하는 배기 통로 (6) 를 갖고 있다. 흡기 통로 (4) 의 상류단에는 에어클리너 (20) 가 구비되고, 에어클리너 (20) 의 바로 하류 부분에는 흡입 공기량 (시간당 공기의 유입량) 을 측정하는 에어 플로우 미터 (32) 가 배치되어 있다. 흡기 통로 (4) 의 하류측 단부와 배기 통로 (6) 의 상류측 단부는 각각 각 기통 (#1∼#4) 의 연소실 (10) 에 접속되어 있다. 흡기 통로 (4) 의 하류부에는 기통 (#1∼#4) 마다 인젝터 (18) 가 부착되어 있다.
연소실 (10) 과 흡기 통로 (4) 의 접속부에는 그 연통 상태를 제어하는 흡기 밸브 (12) 가 형성되어 있다. 연소실 (10) 과 배기 통로 (6) 의 접속부에는 그 연통 상태를 제어하는 배기 밸브 (14) 가 형성되어 있다. 흡기 밸브 (12) 와 배기 밸브 (14) 는 모두 도시하지 않은 캠 샤프트로부터의 구동력을 입력받아 개폐 동작한다. 특히, 흡기 밸브 (12) 에는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량을 가변 제어할 수 있는 가변동 밸브 장치 (16) 가 기통 (#1∼#4) 마다 형성되어 있다. 각 가변동 밸브 장치 (16) 는, 공통의 제어축 (24) 에 의해 연결되어 있으며, 제어축 (24) 을 액츄에이터 (예를 들면, 모터 ; 22) 에 의해 회전 구동함으로써, 모든 가변동 밸브 장치 (16) 가 일체적으로 구동되도록 되어 있다. 이 내연 기관 (2) 에서는, 도시하지 않은 엑셀레이터 페달의 조작에 따라 액츄에이터 (22) 를 조작하고, 가변동 밸브 장치 (16) 를 구동시켜 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량을 가변 제어함으로써, 스로틀 밸브를 사용하지 않고 흡입 공기량을 제어할 수 있다.
또한, 가변동 밸브 장치 (16) 의 구조에 대한 한정은 없지만, 예를 들면, 다음과 같이 구성할 수 있다. 캠 샤프트와 흡기 밸브 (12) 사이에 캠의 동작과 동기하여 요동하는 요동 암을 구비한다. 요동 암은 제어축 (24) 의 회전에 따라 흡기 밸브 (12) 에 대한 기본적인 상대 각도를 변화시킬 수 있도록, 자유도를 가지고 내연 기관 (2) 에 설치된다. 이러한 구성에 있어서, 제어축 (24) 이 회전 운동하면, 요동 암과 흡기 밸브 (12) 기준의 상대 각도가 변화한다. 그리고, 이 상대 각도가 변화하면, 캠의 가압력이 요동 암에 전달되기 시작한 후, 즉, 캠의 작용으로 인하여 요동 암이 요동하기 시작한 후, 요동 암이 실제로 흡기 밸브 (12) 를 밀어 내리기 시작할 때까지의 기간에 변화가 발생한다. 이 때문에, 상기의 구성에 의하면, 제어축 (24) 의 회전 위치를 액츄에이터 (22) 로 제어함으로써, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량의 크기를 변화시킬 수 있다.
또, 내연 기관 (2) 은 그 제어 장치로서 ECU (Electronic Control Unit ; 30) 를 구비하고 있다. ECU (30) 의 출력측에는 상기 기술한 인젝터 (18) 나 가변동 밸브 장치 (16) 등의 여러 가지 기기가 접속되어 있다. ECU (30) 의 입력측에는, 상기 기술한 에어 플로우 미터 (32) 외에, 크랭크각 센서 (34) 등의 여러 가지 센서류가 접속되어 있다. 크랭크각 센서 (34) 는 크랭크 샤프트 (28) 가 일정 각도 회전할 때마다 신호를 출력시키는 센서이다. ECU (30) 는 각 센서의 출력에 기초하여, 소정의 제어 프로그램에 따라 각 기기를 구동시키도록 되어 있으며, 본 발명의 흡입 공기량 편차 검출 장치로서도 기능하도록 되어 있다.
다음으로, 도 2 내지 도 4 를 사용하여, 흡입 공기량의 편차 검출의 기본적인 생각에 대하여 설명한다. 우선, 도 2 는 내연 기관의 발생 토크와 통내의 공연비 (A/F) 의 관계를 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 공연비가 스토이키보다도 리치 (rich) 측에 있는 경우에는, 공연비에 대한 토크의 변화는 거의 없다. 즉, 토크의 공연비에 대한 감도는 작다. 이것은 스토이키를 초과하는 만큼의 연료는 산소가 부족하기 때문에 연소되지 않아, 토크에 거의 기여하지 않기 때문이다. 한편, 공연비가 스토이키보다도 린측에 있는 경우에는, 토크는 공연비에 따라 크게 변화하여, 공연비가 린 (lean) 이 될수록 토크도 작아진다. 즉, 토크의 공연비에 대한 감도는 크다. 이것은 공급한 연료는 모두 연소되어, 연소한 연료량에 따라 토크가 정해지기 때문이다. 본 발명에서는, 이러한 공연비에 대한 토크의 감도차를 이용하여 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출한다.
도 3 및 도 4 는 아이들 (idle) 상태에 있어서, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켰을 때의 통내 공연비, 토크, 회전수의 변화에 대하여 나타내고 있다. 내연 기관 (2) 의 스토이키 운전시, 내연 기관 전체적인 공연비는 스토이키로 되어 있다. 그러나, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량에 대해 기통간 편차가 있는 경우에는, 흡입 공기량이 표준량보다도 과잉으로 되어 있는 기통과, 흡입 공기량이 표준량보다도 부족한 기통이 존재하여, 전자의 기통에서 공연비는 스토이키보다도 린이 되고, 후자의 기통에서 공연 비는 스토이키보다도 리치로 되어 있다.
흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통 (린 기통이라고 함) 에서는, 상기와 같이 연료 분사량을 변화시켰을 때, 통내 공연비, 토크, 회전수는 각각 도 3 에 나타내는 바와 같이 변화한다. 우선, 통내 공연비는 스토이키를 통과하여 린측과 리치측으로 주기적으로 변화한다. 통내 공연비가 린측에 있을 때의 토크의 공연비에 대한 감도는 큰 데 비해, 통내 공연비가 리치측에 있을 때에는 토크의 공연비에 대한 감도는 작다. 이 때문에, 린 기통에서는, 통내 공연비가 리치측에 있을 때에는 토크는 대략 일정해지고, 통내 공연비가 린측에 있을 때에는 린의 정도에 따라 토크는 저하된다. 그 결과, 린 기통의 토크는 통내 공연비의 변화와 동일한 주기로 변화하게 된다. 또, 아이들 상태에서는, 토크에 따라 회전수가 변화하기 때문에, 회전수도 토크와 동일한 변화를 나타내게 된다. 도 3 중에 나타내는 토크의 진동 진폭 (ΔT) 이나 회전수의 진동 진폭 (ΔNe) 은, 스토이키 운전시의 통내 공연비가 스토이키에서 린측으로 크게 어긋나 있을수록 커진다.
이에 대해, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통 (리치 기통이라고 함) 에서는, 상기와 같이 연료 분사량을 변화시켰을 때, 통내 공연비, 토크, 회전수는 각각 도 4 에 나타내는 바와 같이 변화한다. 우선, 통내 공연비는 스토이키보다 리치측의 영역에서 주기적으로 변화한다. 그러나, 통내 공연비가 리치측에 있을 때에는 토크의 공연비에 대한 감도는 작기 때문에, 리치 기통에서는 통내 공연비의 변화에 관계없이 토크는 대략 일정해진다. 또, 아이들 상태에서는 회전수도 토크와 동일하게 대략 일정해진다.
이상의 사실로부터, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시키고, 그 때의 토크 또는 회전수의 변화를 모니터링함으로써, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통의 존재를 검출할 수 있다. 즉, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통이 있는 경우에는, 토크나 회전수에 주기적인 변화가 생기게 된다. 또, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통이 존재한다면, 반대로 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통도 반드시 존재하게 된다. 따라서, 토크나 회전수의 주기적인 변화는, 기통간에 흡입 공기량에 편차가 있음을 나타내고 있다.
또, 린 기통에 있어서의 흡입 공기량의 과잉측으로 어긋난 정도가 클수록, 토크나 회전수의 진동 진폭도 커진다. 린 기통에 있어서의 흡입 공기량의 과잉측으로 어긋난 정도가 크면, 반대로 리치 기통에 있어서의 흡입 공기량의 부족측으로 어긋난 정도도 크다고 할 수 있다. 즉, 기통간의 흡인 공기량의 편차가 크다고 할 수 있다. 따라서, 토크 또는 회전수의 변화를 모니터링하고, 그 진동 진폭을 측정함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차의 정도를 정확하게 파악하는 것이 가능해진다.
다음으로, ECU (30) 에 의해 실행되는 처리에 대하여 설명한다. 도 5 의 플로우차트는, ECU (30) 에 의해 실행되는 루틴을 나타내고 있다. 이 루틴에서는, 상기 기술한 기본적인 생각에 기초하여 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량의 편차가 검출되고, 그 결과에 기초하여 작용각 및 리프트량을 보정할 필요가 있 는지 여부의 판정이 실시된다.
도 5 에 나타내는 루틴의 최초의 스텝 100 에서는, 내연 기관 (2) 의 제어 모드로서 작용각 및 리프트량 (이하에서는, 간단히 작용각이라고 함) 의 편차를 검출하는 검출 모드가 선택되었는지 여부가 판정된다. 검출 모드는 예를 들면, 차량의 운전 중, 일정한 주행 거리마다 정기적으로 자동 선택되도록 되어 있다. 또, 내연 기관 (2) 의 시운전시나 정비시의 진단 모드의 하나로서도 선택할 수 있도록 되어 있다.
검출 모드가 선택된 경우, ECU (30) 에서 액츄에이터 (22) 로의 지령 신호에 따라 각 기통의 가변동 밸브 장치 (16) 가 조작되고, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 는 그 작용각을 소정의 소작용각으로 설정된다. 작용각이 소작용각으로 설정됨으로써, 흡기 밸브 (12) 의 리프트량은 작용각에 연동하여 소리프트량으로 변경된다. 이와 같이 흡기 밸브 (12) 를 소작용각으로 설정하는 것은, 작용각이 작을수록, 작용각의 편차가 흡입 공기량의 편차에 주는 영향이 커지는 것에 의한다. 즉, 작용각의 편차가 검출하기 쉬워지기 때문이다. 흡기 밸브 (12) 를 소작용각으로 설정한 상태에서, 내연 기관 (2) 의 아이들 운전이 실시된다 (이상, 스텝 102).
다음의 스텝 104 에서는, 인젝터 (18) 로부터의 연료 분사량이 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화된다. 이 연료 분사량의 변동 조작은, 어느 특정한 기통뿐만 아니라, 모든 기통에 대하여 동일하게 실시된다. 또, 연료 분사량의 변동 주파수는, 인간이 감지하기 쉬운 주파수역에서 벗어나 설정되어 있다. 이것은 검출 모드를 차량의 운전 중에 실행하는 경우, 연료 분사 량의 변동에 따른 토크나 회전수의 변동이 승무원에게 위화감으로서 전달되지 않도록 하기 위해서이다.
연료 분사량을 주기적으로 변화시키면, 다음으로, 그 때의 회전수가 모니터링된다 (스텝 106). 내연 기관 (2) 의 회전수 (단위 시간당 회전수) 는, 크랭크각 센서 (34) 로부터의 크랭크각 신호를 처리함으로써 취득할 수 있다. 모니터링된 회전수는 메모리에 버퍼링된다.
회전수의 모니터링 시간이 소정 시간에 이르면, 버퍼링한 회전수의 데이터가 FFT 등에 의해 필터 처리되어, 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분이 추출된다 (스텝 108). 이 필터 처리에 의해, 예를 들면, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 에어콘 등의 보조기기 부하의 변화에 따라 회전수가 변화된 경우라 하더라도, 연료 분사량의 변동 주기 (ΔT) 와 동일 주기의 변동 성분을 추출함으로써, 이러한 외란의 영향을 받지 않고, 연료 분사량의 변동에 따른 회전수의 변동을 정확하게 추출하는 것이 가능해진다.
다음의 스텝 110 에서는, 우선 스텝 108 에서 검출된 회전수의 변동으로부터 그 진폭이 측정된다. 상기 기술한 바와 같이, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켰을 때의 회전수의 진폭은, 기통간의 흡입 공기량의 편차량에 관계하고 있으며, 흡입 공기량의 편차량이 클수록 회전수의 진폭은 커진다. 또, 기통간의 흡입 공기량의 편차는 작용각의 편차가 클수록 커진다. 즉, 기통간의 작용각의 편차량이 클수록, 회전수의 진폭도 커진다. 스텝 110 에서는, 측정된 회전수의 진폭을 미리 준비된 대응 테이블에 조합함으로 써, 기통간에 생긴 작용각의 편차량이 산출된다.
다음의 스텝 112 에서는, 스텝 110 에서 산출된 작용각의 편차량이 소정의 허용값을 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 허용값은 흡입 공기량의 편차가 토크 변동이나 배기 에미션에 주는 영향과 계측 오차를 고려하여 설정되어 있다. 작용각의 편차량이 허용값 미만인 경우에는, 현재로서는, 문제가 되는 흡입 공기량의 편차는 생기지 않았다고 판단할 수 있다. 이 경우에는, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 보정할 필요는 없기 때문에, 특별한 처리를 실시하지 않고 본 루틴은 종료된다.
한편, 스텝 112 의 판정의 결과, 작용각의 편차량이 허용값 이상으로 되어 있는 경우에는, 기통간에 무시할 수 없을 정도의 흡입 공기량의 편차가 생겼다고 판단할 수 있다. 이 경우에는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 보정할 필요가 있기 때문에, ECU (30) 는 운전자나 정비사에게 작용각에 편차가 있음을 알리기 위한 신호를 출력한다 (스텝 114). 이 신호는 흡기 밸브 (12) 의 작용각이 적정하게 보정되어, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 해소될 때까지 출력된다.
이상의 루틴에 의하면, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있으며, 그 검출 결과에 따라 흡기 밸브 (12) 의 작용각 (및 리프트량) 을 적정하게 보정함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 신속하게 해소할 수 있다. 또한, 흡기 밸브 (12) 의 작용각의 편차는, 가변동 밸브 장치 (16) 의 설치 상태를 기통마다 조정함으로써 보정할 수 있다. 단, 각 기통의 가변동 밸브 장치 (16) 에 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 자동 조정할 수 있는 기능이 붙어 있다면, 스텝 110 에서 산출되는 작용각의 편차량 (또는, 회전수의 변동폭) 에 기초하여 자동 조정하도록 해도 된다.
또한, 상기 기술한 실시형태에 있어서는, ECU (30) 에 의한 상기 스텝 104 의 처리의 실행으로 인하여 제 1 발명의 「분사량 제어 수단」이 실현되고, 상기 스텝 106, 108, 110 의 처리의 실행으로 인하여 제 1 발명의 「연산 수단」이 실현되고, 상기 스텝 112, 114 의 처리의 실행으로 인하여 제 1 발명의 「출력 수단」이 실현되고 있다.
실시형태 2.
다음으로, 도 7 을 참조하여 본 발명의 실시형태 2 에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시형태 2 로서의 흡입 공기량 편차 검출 장치는, 실시형태 1 에 있어서, ECU (30) 에, 도 5 의 루틴 대신에 도 7 의 루틴을 실행시킴으로써 실현시킬 수 있다.
실시형태 1 에서는, 기통간에 생긴 흡입 공기량의 편차를 검출하고 있지만, 어느 기통의 흡입 공기량이 많고, 어느 기통의 흡입 공기량이 적은지까지는 검출하도록 되어 있지 않다. 각 기통의 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량을 개별적으로 조정해 갈 때에는, 흡입 공기량의 기준값으로부터의 편차량을 기통마다 파악할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 기통마다의 흡입 공기량의 어긋난 정도는, 상기 기술한 기본적인 생각에 기초하여 연료 분사량을 기통마다 제어함으로써 검출할 수 있다. 즉, 어느 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켰을 때, 토크나 회전수에 주기적인 변화가 생 기는 경우에는, 당해 기통의 흡입 공기량은 과잉측으로 어긋나 있다고 판단할 수 있으며, 게다가, 회전수 등의 변동의 진폭이 클수록, 흡인 공기량의 과잉측으로 어긋난 정도는 크다고 판단할 수 있다. 따라서, 연료 분사량을 기통마다 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화를 모니터링하고, 그 진동 진폭을 측정함으로써, 흡입 공기량의 과잉측으로 어긋난 정도를 기통마다 파악하는 것이 가능해진다.
도 7 의 플로우차트는, 본 실시형태에 있어서 ECU (30) 에 의해 실행되는 루틴을 나타내고 있다. 이 루틴에서는, 상기 기술한 기본적인 생각에 기초하여 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량의 어긋난 정도가 기통마다 검출되고, 그 결과에 기초하여 작용각 및 리프트량을 보정할 필요가 있는지 여부의 판정이 실시된다.
도 7 에 나타내는 루틴의 최초의 스텝 200 에서는, 현재의 제어 모드가 작용각 및 리프트량 (이하에서는, 간단히 작용각이라고 함) 의 편차를 검출하는 검출 모드가 선택되었는지 여부가 판정된다. 검출 모드가 선택되었을 경우, 스텝 202 의 처리가 실행된다. 스텝 202 에서는, ECU (30) 에서 액츄에이터 (22) 로의 지령 신호에 의해 각 기통의 가변동 밸브 장치 (16) 가 조작되고, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 는 그 작용각을 소정의 소작용각으로 설정된다. 그리고, 흡기 밸브 (12) 를 소작용각으로 설정한 상태에서, 내연 기관 (2) 의 아이들 운전이 실시된다.
다음의 스텝 204 에서는, 어느 특정 기통의 연료 분사량만 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화된다. 또한, 스토이키 운전시의 분 사량이란, 내연 기관 전체의 공연비, 즉, 전체 기통의 평균 공연비가 스토이키가 되도록 각 기통의 연료 분사량을 조정했을 때의, 당해 특정 기통의 연료 분사량이다. 이 때의 연료 분사량의 변동 주파수는, 인간이 감지하기 쉬운 주파수역에서 벗어나 설정되어 있다. 특정 기통 이외의 기통의 연료 분사량은, 스토이키 운전시의 연료 분사량으로 유지된다. 본 스텝의 최초 실행시에는, 특정 기통은 제 1 기통 (#1) 으로 설정되어 있다.
제 1 기통 (#1) 의 연료 분사량을 주사적으로 변화시키면, 다음으로, 그 때의 회전수가 모니터링되어 메모리에 버퍼링된다 (스텝 206). 회전수의 모니터링 시간이 소정 시간에 이르면, 버퍼링한 회전수의 데이터가 FFT 등으로 필터 처리되고, 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분이 추출된다 (스텝 208).
다음의 스텝 210 에서는, 우선, 스텝 208 에서 검출된 회전수의 변동으로부터 그 진폭이 측정된다. 어느 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켰을 때의 회전수의 진폭은, 당해 기통에 있어서의 흡입 공기량의 기준값 (스토이키를 실현시킬 수 있는 흡입 공기량) 에서 과잉측으로 어긋난 양에 관계되어 있으며, 흡입 공기량의 과잉측으로 어긋난 양이 클수록 회전수의 진폭은 커진다. 또, 흡입 공기량의 과잉측으로 어긋난 정도는, 당해 기통에 있어서의 작용각의 기준값에서 대작용각측으로 어긋난 양이 커질수록 커진다. 즉, 당해 기통에 있어서의 작용각의 대작용각측으로 어긋난 양이 클수록, 회전수의 진폭도 커진다. 스텝 210 에서는, 측정된 회전수의 진폭을 미리 준비된 대응 테이블에 조합함으로써, 당해 기통에 생긴 작용각의 어긋난 양이 산출된다.
스텝 212 에서는, 전체 기통에 대하여 작용각이 어긋난 정도가 검출되었는지 여부가 판정된다. 미검출의 기통이 남아 있는 경우에는 스텝 216 으로 진행되어, 연료 분사량의 변동 조작이 실시되는 특정 기통의 변경이 실시된다. 구체적으로는, 현재의 특정 기통이 기통 번호 #n 인 기통인 경우, 다음의 기통 번호 #n+1 의 기통으로 특정 기통이 변경된다. 스텝 216 의 처리 후에는, 다시 스텝 204 내지 212 의 처리가 실시된다. 스텝 204 에서는, 스텝 216 으로 설정된 특정 기통의 연료 분사량만 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화된다. 이상의 루프는, 전체 기통의 검출이 종료되어 스텝 212 의 조건이 성립될 때까지 반복 실행된다.
스텝 212 의 조건이 성립한 경우, 스텝 214 의 판정이 실시된다. 스텝 2 14 에서는, 상기의 루프의 실행으로 인하여 산출된 기통마다의 작용각의 어긋난 양으로부터, 기통간의 작용각의 편차량이 산출된다. 그리고, 산출된 작용각의 편차량이 소정의 허용값을 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 작용각의 편차량이 허용값 미만인 경우에는, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 보정할 필요는 없기 때문에, 특별한 처리를 실시하지 않고 본 루틴은 종료된다.
한편, 스텝 214 의 판정의 결과, 작용각의 편차량이 허용값 이상으로 되어 있는 경우에는, 기통간에 무시할 수 없을 정도의 흡입 공기량의 편차가 생겼다고 판단할 수 있다. 이 경우에는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 기통마다 보정할 필요가 있기 때문에, ECU (30) 는 운전자나 정비사에게 작용각에 편차가 있음을 알리기 위한 신호를 출력한다 (스텝 218). 이 신호에는, 기통마다의 작용각의 어긋난 양이 정보로서 포함되어 있다. ECU (30) 로부터의 신호는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각이 기통마다 적정하게 보정되어, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 해소될 때까지 출력된다.
이상의 루틴에 의하면, 실시형태 1 과 동일하게, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있다. 게다가, 기통마다의 작용각의 어긋난 양, 상세하게는, 흡입 공기량이 기준값보다도 과잉측으로 어긋나게 되는 대작용각측으로 어긋난 양도 검출할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 (및 리프트량) 을 기통마다 보정할 때에 그 보정량을 용이하게 파악할 수 있어, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 보다 신속하게 해소할 수 있다. 게다가, 본 실시형태에 의하면, 검출 모드에서 연료 분사량의 변동 조작이 실시된다는 것은, 복수의 기통 중 어느 1 개의 기통뿐이기 때문에, 배기 공연비의 변동을 작게 하여 배기 에미션에 대한 영향을 작게 할 수 있다는 이점도 있다.
또한, 상기 기술한 실시형태에 있어서는, ECU (30) 에 의한 상기 스텝 204, 212, 216 의 처리의 실행으로 인하여 제 5 발명의 「분사량 제어 수단」이 실현되고, 상기 스텝 206, 208, 210 의 처리의 실행으로 인하여 제 5 발명의 「연산 수단」이 실현되고, 상기 스텝 214, 218 의 처리의 실행에 인하여 제 5 발명의 「출력 수단」이 실현되고 있다.
실시형태 3.
다음으로, 도 8 을 참조하여 본 발명의 실시형태 3 에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시형태 3 으로서의 흡입 공기량 편차 검출 장치는, 실시형태 1 에 있어서, ECU (30) 에, 도 5 의 루틴 대신에 도 8 의 루틴을 실행시킴으로써 실현될 수 있다.
실시형태 2 에서는, 복수의 기통 중 특정 기통의 연료 분사량만을 변동시킴으로써, 당해 기통의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 검출하고 있다. 그러나, 각 기통에서는 순서대로 연소가 일어나고 있어, 토크나 회전수는, 현재 연소 행정에 있는 기통의 연소 상태의 영향을 받아 변동한다. 따라서, 실시형태 1 과 같이 전체 기통의 연료 분사량을 동일하게 변동시키는 경우에서 있어서도, 각 기통의 연소 행정에 있어서의 토크나 회전수의 변화를 기통마다 모니터링하여 그 진동 진폭을 측정함으로써, 흡입 공기량의 어긋난 정도를 기통마다 파악할 수 있다.
도 8 의 플로우차트는, 본 실시형태에 있어서 ECU (30) 에 의해 실행되는 루틴을 나타내고 있다. 이 루틴에서는, 상기 기술한 기본적인 생각에 기초하여 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량의 어긋난 정도가 기통마다 검출되고, 그 결과에 기초하여 작용각 및 리프트량을 보정할 필요가 있는지 여부의 판정이 실시된다.
도 8 에 나타내는 루틴의 최초의 스텝 300 에서는, 현재의 제어 모드가 작용각 및 리프트량 (이하에서는, 간단히 작용각이라고 함) 의 편차를 검출하는 검출 모드가 선택되었는지 여부가 판정된다. 검출 모드가 선택되었을 경우, 스텝 302 의 처리가 실행된다. 스텝 302 에서는, ECU (30) 로부터 액츄에이터 (22) 에 대한 지령 신호에 의해 각 기통의 가변동 밸브 장치 (16) 가 조작되고, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 는 그 작용각을 소정의 소작용각으로 설정된다. 그리고, 흡기 밸브 (12) 를 소작용각으로 설정한 상태에서, 내연 기관 (2) 의 아이들 운전이 실시된다.
다음의 스텝 304 에서는, 전체 기통의 연료 분사량이 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화된다. 이 때의 연료 분사량의 변동 주파수는, 인간이 감지하기 쉬운 주파수역에서 벗어나 설정되어 있다.
다음의 스텝 306 에서는, 연료 분사량을 주기적으로 변화시켰을 때의 회전수가 기통마다 모니터링되어 메모리에 버퍼링된다. 모니터링 기간은, 각 기통의 연소 행정 등 중에, 각 기통의 연소가 회전수에게 주는 영향을 다른 기통의 연소와 구별해 확인할 수 있는 기간으로 설정되어 있다. 회전수의 모니터링 시간이 소정 시간에 이르면, 버퍼링한 회전수의 데이터가 FFT 등에 의해 필터 처리되어, 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분이 기통마다 추출된다 (스텝 308).
다음의 스텝 310 에서는, 우선 스텝 308 에서 검출된 회전수의 변동으로부터 그 진폭이 측정된다. 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켰을 때에 기통마다 모니터링되는 회전수의 진폭은, 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 기준값 (스토이키를 실현시킬 수 있는 흡입 공기량) 에서 과잉측으로 어긋난 양에 관계하고 있으며, 흡입 공기량의 과잉측으로 어긋난 양이 클수록 회전수의 진폭은 커진다. 또, 흡입 공기량의 어긋난 정도는, 당해 기통 에 있어서의 작용각의 대작용각측으로 어긋난 양이 클수록 커진다. 즉, 작용각의 대작용각측으로 어긋난 양이 큰 기통일수록, 기통마다 모니터링되는 회전수의 진폭도 커진다. 스텝 310 에서는, 기통마다 모니터링된 회전수의 진폭을 미리 준비된 대응 테이블에 조합함으로써, 각 기통에 생긴 작용각의 어긋난 양이 산출되고, 산출된 기통마다의 작용각의 어긋난 양으로부터 기통간의 작용각의 편차량이 산출된다.
다음의 스텝 312 에서는, 스텝 310 에서 산출된 작용각의 편차량이 소정의 허용값을 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 작용각의 편차량이 허용값 미만인 경우에는, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 보정할 필요는 없기 때문에, 특별한 처리를 실시하지 않고 본 루틴은 종료된다.
한편, 스텝 312 의 판정 결과, 작용각의 편차량이 허용값 이상으로 되어 있는 경우에는, 기통간에 무시할 수 없을 정도의 흡입 공기량의 편차가 생겼다고 판단할 수 있다. 이 경우에는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 기통마다 보정할 필요가 있기 때문에, ECU (30) 는 운전자나 정비사에게 작용각에 편차가 있음을 알리기 위한 신호를 출력한다 (스텝 314). 이 신호에는 기통마다의 작용각이 어긋난 양이 정보로서 포함되어 있다. ECU (30) 로부터의 신호는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각이 기통마다 적정하게 보정되어, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 해소될 때까지 출력된다.
이상의 루틴에 의하면, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 정확하게 검출할 수 있다. 또, 흡입 공기량이 기준값보다도 과잉측으로 어긋나게 되는, 작용각의 대작용각측으로 어긋난 양을 기통마다 검출할 수도 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 실시형태 2 와 동일하게, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 (및 리프트량) 을 기통마다 보정할 때에 그 보정량을 용이하게 파악할 수 있어, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 신속하게 해소할 수 있다.
또한, 상기 기술한 실시형태에 있어서는, ECU (30) 에 의한 상기 스텝 304 의 처리의 실행으로 인하여 제 9 발명의 「분사량 제어 수단」이 실현되고, 상기 스텝 306, 308, 310 의 처리의 실행으로 인하여 제 9 발명의 「연산 수단」이 실현되고, 상기 스텝 312, 314 의 처리의 실행으로 인하여 제 9 발명의 「출력 수단」이 실현되고 있다.
실시형태 4.
다음으로, 도 9 및 도 10 을 참조하여 본 발명의 실시형태 4 에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시형태 4 로서의 흡입 공기량 편차 검출 장치는, 실시형태 1 에 있어서, ECU (30) 에, 도 3 및 도 4 를 사용하여 설명한 흡입 공기량의 편차 검출의 기본적인 생각 대신에, 도 9 및 도 10 을 사용하여 설명되는 생각에 기초하여 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량의 편차를 검출함으로써 실현시킬 수 있다.
이하, 도 9 및 도 10 을 사용하여, 본 실시형태에서 채용된 흡입 공기량의 편차 검출의 기본적인 생각에 대하여 설명한다. 도 9 및 도 10 은 아이들 상태 에 있어서, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시켰을 때의 통내 공연비, 토크, 회전수의 변화에 대하여 나타내고 있다.
흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통 (리치 기통이라고 함) 에서는, 상기와 같이 연료 분사량을 변화시켰을 때, 통내 공연비, 토크, 회전수는 각각 도 9 에 나타내는 바와 같이 변화한다. 우선, 통내 공연비는 스토이키를 통과하여 리치측과 린측으로 주기적으로 변화한다. 도 2 를 사용하여 설명한 바와 같이, 통내 공연비가 리치측에 있을 때에는 토크의 공연비에 대한 감도는 작은 데 비해, 통내 공연비가 린측에 있을 때의 토크의 공연비에 대한 감도는 크다. 이 때문에, 리치 기통에서는, 통내 공연비가 리치측에 있을 때에는 토크는 대략 일정해지고, 통내 공연비가 린측에 있을 때에는 린의 정도에 따라 토크는 저하된다. 회전수도 동일한 변화를 나타낸다. 도 9 중에 나타내는 토크의 진동 진폭 (ΔT) 이나 회전수의 진동 진폭 (ΔNe) 은 스토이키 운전시의 통내 공연비가 스토이키에서 리치측으로 크게 어긋나 있을수록 작아진다.
이에 대해, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통 (린 기통이라고 함) 에서는, 상기와 같이 연료 분사량을 변화시켰을 때, 통내 공연비, 토크, 회전수는 각각 도 10 에 나타내는 바와 같이 변화된다. 우선, 통내 공연비는, 스토이키보다도 린측의 영역에서 주기적으로 변화한다. 통내 공연비가 린측에 있을 때에는 토크의 공연비에 대한 감도는 크기 때문에, 토크나 회전수도 통내 공연비의 파형과 대략 동일한 파형으로 주기적으로 변화한다. 이 때의 토크의 진동 진폭 (ΔT) 이나 회전수의 진동 진폭 (ΔNe) 은 대략 최대값이 되고, 스토이키 운전시의 통내 공연비가 스토이키에서 린측으로 어느 만큼 어긋나 있는지에 관계없이 대략 일정한 크기가 된다.
이상의 사실로부터, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시키고, 그 때의 토크 또는 회전수의 변화를 모니터링함으로써, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통의 존재를 검출할 수 있다. 즉, 흡인 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통이 있는 경우에는, 토크나 회전수의 진동 진폭은, 전체 기통에서 흡입 공기량이 적정한 경우의 진동 진폭보다도 감소하게 된다. 또, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 기통이 존재한다면, 반대로 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 기통도 반드시 존재하게 된다. 따라서, 토크나 회전수의 진동 진폭의 감소는 기통간에 흡입 공기량에 편차가 있음을 나타내고 있다.
또, 리치 기통에 있어서의 흡입 공기량의 부족측으로 어긋난 정도가 클수록, 토크나 회전수의 진동 진폭은 작아진다. 리치 기통에 있어서의 흡입 공기량의 부족측으로 어긋난 정도가 크면, 반대로 린 기통에 있어서의 흡입 공기량의 과잉측으로 어긋난 정도도 크다고 할 수 있다. 즉, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 크다고 할 수 있다. 따라서, 토크 또는 회전수의 변화를 모니터링하고, 그 진동 진폭을 측정함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차의 정도를 정확하게 파악하는 것이 가능해진다.
상기 기술한 기본적인 생각에 기초하여 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량의 편차를 검출하기 위한 루틴은, 실시형태 1 과 동일하게, 도 5 의 플로우차트에 의해 설명할 수 있다. 우선, 최초의 스텝 100 에서는 검출 모드가 선택되었는지 여부가 판정되고, 다음의 루틴 102 에서는 각 기통의 흡기 밸브 (12) 를 소작 용각으로 설정한 상태에서 내연 기관 (2) 의 아이들 운전이 실시된다.
다음의 스텝 104 에서는, 인젝터 (18) 로부터의 연료 분사량이 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화된다. 연료 분사량을 주기적으로 변화시키면, 다음으로, 그 때의 회전수가 모니터링되어 메모리에 버퍼링되고 (스텝 106), 버퍼링한 회전수의 데이터로부터 연료 분사량의 변동 주파수와 동일 주파수의 변동 성분이 추출된다 (스텝 108).
다음의 스텝 110 에서는, 스텝 108 에서 검출된 회전수의 변동으로부터 그 진폭이 측정된다. 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시켰을 때의 회전수의 진폭은, 기통간의 흡입 공기량의 편차량이 클수록 작아진다. 또, 기통간의 흡입 공기량의 편차는 작용각의 편차가 클수록 커진다. 즉, 기통간의 작용각의 편차량이 클수록, 회전수의 진폭은 작아진다. 스텝 110 에서는, 측정된 회전수의 진폭을 미리 준비된 대응 테이블에 조합함으로써, 기통 사이에 생긴 작용각의 편차량이 산출된다.
다음의 스텝 112 에서는, 스텝 110 에서 산출된 작용각의 편차량이 소정의 허용값을 초과하고 있는지 여부가 판정되고, 작용각의 편차량이 허용값 이상으로 되어 있는 경우에는, 작용각에 편차가 있는 것을 알리기 위한 신호가 출력된다 (스텝 114). 이 검출 신호에 따라, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 (및 리프트량) 을 기통마다 보정함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 신속하게 해소할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서, 도 9 및 도 10 을 사용하여 설명한 흡입 공기량의 편차 검출의 생각은, 실시형태 2 및 실시형태 3 에 관련된 흡기 밸브 (12) 의 작용각 및 리프트량의 편차 검출에도 적용할 수 있다. 이 경우에는, 이하에 간단하게 설명하는 바와 같이, 작용각의 기준값에서 소작용각측으로 어긋난 양을 기통마다 검출할 수 있다.
우선, 실시형태 2 에 관련된 편차 검출에 대한 적용에서는, 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시키고, 그 때의 회전수의 진폭이 계측된다. 계측된 회전수의 진폭은, 당해 기통에 있어서의 흡입 공기량의 기준값에서 부족측으로 어긋난 양에 관계하고 있으며, 부족측으로 어긋난 양이 클수록 회전수의 진폭은 작아진다. 또, 흡입 공기량의 부족측으로 어긋난 정도는, 당해 기통에 있어서의 작용각의 기준값에서 소작용각측으로 어긋난 양이 클수록 커진다. 즉, 작용각의 소작용각측으로 어긋난 양이 클수록 회전수의 진폭은 작아진다. 따라서, 측정된 회전수의 진폭을 미리 준비된 대응 테이블에 조합함으로써, 당해 기통에 생긴 작용각의 소작용각측으로 어긋난 양을 구할 수 있다.
실시형태 3 에 관련된 편차 검출에 대한 적용에서는, 전체 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시키고, 그 때의 회전수의 진폭이 기통마다 계측된다. 기통마다 계측되는 회전수의 진폭은, 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 기준값에서 부족측으로 어긋난 양에 관계하고 있으며, 부족측으로 어긋난 양이 클수록 회전수의 진폭은 작아진다. 또, 흡입 공기량의 부족측으로 어긋난 정도는, 당해 기통에 있어서의 작용각의 기준값에서 소작용각측으로 어긋난 양이 클수록 커진다. 즉, 작용각의 소작용각측으로 어긋난 양이 클수록 회전수의 진폭은 작아진다. 따라서, 기통마다 계측된 회전수의 진폭을 미리 준비된 대응 테이블에 조합함으로써, 각 기통에 생긴 작용각의 소작용각측으로 어긋난 양을 구할 수 있다.
실시형태 5.
다음으로, 도 11 을 참조하여 본 발명의 실시형태 5 에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시형태 5 로서의 흡입 공기량 편차 검출 장치는, 실시형태 1 에 있어서, ECU (30) 에, 도 5 의 루틴 대신에 도 11 의 루틴을 실행시킴으로써 실현시킬 수 있다.
실시형태 2 및 실시형태 3 에 관련된 편차 검출에 의하면, 작용각의 기준값에서 대작용각측으로 어긋난 양을 기통마다 검출할 수 있다. 또, 실시형태 4 에서 설명한 바와 같이, 도 9 및 도 10 을 사용하여 설명한 흡입 공기량의 편차 검출의 생각을, 실시형태 2 및 실시형태 3 에 관련된 편차 검출에 적용함으로써, 작용각의 기준값에서 소작용각측으로 어긋난 양을 기통마다 검출할 수도 있다. 따라서, 이들 2 개의 방법을 조합하면, 작용각의 어긋난 정도가 기준값에 대해 대작용각측으로 어긋난 정도라 하더라도, 또는 소작용각측으로 어긋난 정도라 하더라도, 그 편차량을 기통마다 검출하는 것이 가능해진다고 생각된다.
예를 들면, 실시형태 2 에 관련된 편차 검출의 방법을 응용하는 경우, 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시키고, 계속해서, 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시킨다. 이에 의하면, 특정 기통에 생긴 작용각의 어긋난 정도가 기준값에 대해 대 작용각측의 어긋난 정도라 하더라도, 또는 소작용각측의 어긋난 정도라 하더라도, 그 어긋난 양을 정확하게 검출할 수 있다. 그 결과, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 (및 리프트량) 을 기통마다 보정할 때, 그 보정량을 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다.
또, 실시형태 3 에 관련된 편차 검출의 방법을 응용하는 경우에는, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화시켜 기통마다 회전수를 모니터링하고, 계속해서, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화시켜 기통마다 회전수를 모니터링한다. 이에 따르면, 리치 기통과 린 기통의 쌍방의 존재를 검출할 수 있으며, 각 기통의 작용각의 어긋난 정도가 대작용각측인지 소작용각측인지를 불문하고, 그 어긋난 양을 정확하게 검출하는 것이 가능해진다.
그런데, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시키는 경우, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 원래 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 린 기통에서는, 통내 공연비가 더욱 린화되게 된다. 공연비에는 연료를 정상적으로 연소시킬 수 있는 연소 가능 범위가 있기 때문에, 통내 공연비가 지나치게 린화되면, 그 린 기통에서는 실화를 초래할 가능성이 있다. 따라서, 린 기통에 있어서의 통내 공연비가 연소 가능 범위의 린측의 한계 (린 한계) 를 초과하지 않도록 연료 분사량을 변화시킬 필요가 있지만, 연료 분사량의 감소측으로의 변화폭을 작게 하면, 흡입 공기량이 부족측으로 어긋나 있는 리치 기통을 정확하게 검출할 수 없게 될 우려가 있다.
린 기통에 있어서의 실화를 초래하지 않고, 리치 기통을 정확하게 검출하기 위해서는, 린 기통 이외의 기통에 대해서만 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시키도록 하면 된다. 즉, 리치 기통의 검출에 앞서 린 기통을 검출하고, 그 후, 린 기통 이외의 기통에 대하여 기통마다 리치 기통의 검출을 실시하도록 하면 된다. 이에 따르면, 연료 분사량의 감소측으로의 변화폭을 작게 할 필요가 없어, 리치 기통을 정확하게 검출할 수 있다.
도 11 의 플로우차트는, 본 실시형태에 있어서 ECU (30) 에 의해 실행되는 루틴을 나타내고 있다. 이 루틴에서는, 상기 기술한 바와 같이, 우선, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋난 정도가 기통마다 검출되고, 계속해서, 흡입 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 린 기통 이외의 기통에 대하여, 흡입 공기량의 부족측으로 어긋난 정도가 기통마다 검출된다. 그리고, 그 결과에 기초하여 작용각 및 리프트량을 보정할 필요성이 있는지의 판정이 실시된다.
도 11 에 나타내는 루틴의 최초의 스텝 400 에서는, 현재의 제어 모드가 작용각 및 리프트량 (이하에서는, 간단히 작용각이라고 함) 의 편차를 검출하는 검출 모드가 선택되었는지 여부가 판정된다. 검출 모드가 선택된 경우, 스텝 402 의 처리가 실행된다. 스텝 402 에서는, ECU (30) 에서 액츄에이터 (22) 로의 지령 신호에 따라 각 기통의 가변동 밸브 장치 (16) 가 조작되어, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 는 그 작용각을 소정의 소작용각으로 하여 설정된다. 그리고, 흡기 밸브 (12) 를 소작용각으로 설정한 상태에서, 내연 기관 (2) 의 아이들 운전이 실시된다.
다음의 스텝 404 에서는, 카운터 n 이 초기화 (n=1) 된다. 이 카운터 n 은, 연료 분사량이 주기적으로 변화되는 특정 기통의 기통 번호를 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 실시형태 2 와 동일하게, 연료 분사량을 기통마다 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화를 모니터링하고, 그 진동 진폭을 측정함으로써, 흡입 공기량의 어긋난 정도를 기통마다 파악하는 방법을 채용하고 있다.
스텝 406 에서는, 특정 기통 (제 n 기통) 의 연료 분사량만 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화된다. 그리고, 그 때의 토크 또는 회전수의 변화가 모니터링되고, 그 진동 진폭에 기초하여 당해 특정 기통에 생긴 작용각의 대작용각측으로 어긋난 양이 산출된다. 또한, 스텝 406 에서 실시되는 처리의 상세한 내용은, 도 7 의 루틴에 있어서의 스텝 204 내지 스텝 210 에서 설명한 처리와 동일한 내용이다.
스텝 408 에서는, 전체 기통에 대하여 작용각의 대작용각측으로 어긋난 정도가 검출되었는지 여부가 판정된다. 미검출의 기통이 남아 있는 경우에는 스텝 410 으로 진행되고, 연료 분사량의 변동 조작이 실시되는 특정 기통이 제 n 기통에서 제 n+1 기통으로 변경된다. 스텝 408 의 처리 후에는, 다시 스텝 406 의 처리가 실시된다. 스텝 406 에서는, 스텝 410 에서 설정된 특정 기통의 연료 분사량만 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 주기적으로 변화된다. 이상의 루프는, 전체 기통의 검출이 종료되어 스텝 408 의 조건이 성립될 때까지 반복 실행된다.
스텝 408 의 조건의 성립 후, 카운터 n 은 다시 초기화 (n=1) 된다 (스텝 412). 다음의 스텝 414 에서는, 현재의 특정 기통 (제 1 기통) 이, 흡인 공기량이 과잉측으로 어긋나 있는 린 기통, 바꾸어 말하면, 작용각이 대작용각측으로 어긋나 있는 작용각 대기통인지 여부가 판정된다. 제 1 기통이 린 기통인지 여부의 판정은, 스텝 406 에서의 검출 결과에 기초하여 실시된다. 판정의 결과, 제 1 기통이 린 기통인 경우에는 스텝 420 으로 진행되고, 특정 기통이 제 1 기통에서 제 2 기통으로 변경된다. 특정 기통의 변경 후, 다시, 스텝 414 의 판정이 실시되고, 새로 설정된 특정 기통에 대하여 린 기통인지 여부의 판정이 실시된다.
스텝 414 의 판정의 결과, 특정 기통 (제 n 기통) 이 린 기통이 아닌 경우에만, 스텝 416 의 처리가 실행된다. 스텝 416 에서는, 특정 기통의 연료 분사량만 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 주기적으로 변화된다. 그리고, 그 때의 토크 또는 회전수의 변화가 모니터링되고, 그 진동 진폭을 미리 준비된 대응 테이블에 조합함으로써, 당해 특정 기통에 생긴 작용각의 소작용각측으로 어긋난 양이 산출된다.
스텝 416 에서는, 린 기통 이외의 전체 기통에 대하여 작용각의 소작용각측으로 어긋난 정도가 검출되었는지 여부가 판정된다. 미검출의 기통이 남아 있는 경우에는 스텝 420 으로 진행되고, 연료 분사량의 변동 조작이 실시되는 특정 기통이 다음의 기통 번호의 기통으로 변경된다. 스텝 420 처리 후에는, 스텝 414 에서 현재의 특정 기통이 린 기통인지 여부가 판정된다. 판정의 결과, 특정 기통이 린 기통인 경우에는 스텝 420 으로 되돌아오고, 특정 기통은 다시 다음 의 기통 번호의 기통으로 변경된다. 그리고, 스텝 420 에서 재설정된 특정 기통이 린 기통으로 판정되지 않은 경우에만 스텝 416 의 처리가 실행된다. 이상의 루프는, 린 기통 이외의 전체 기통의 검출이 종료되어 스텝 418 의 조건이 성립될 때까지 반복 실행된다.
스텝 418 의 조건이 성립된 경우, 스텝 422 의 판정이 실시된다. 스텝 422 에서는, 상기의 스텝 406, 408, 410 의 루프의 실행으로 인하여 기통마다 산출된 작용각의 대작용각측으로 어긋난 양과, 상기의 스텝 414, 416, 418, 420 의 루프의 실행으로 인하여 기통마다 산출된 작용각의 소작용각측으로 어긋난 양으로부터, 기통간의 작용각의 편차량이 산출된다. 그리고, 산출된 작용각의 편차량이 소정의 허용값을 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 작용각의 편차량이 허용값 미만인 경우에는, 각 기통의 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 보정할 필요가 없기 때문에, 특별한 처리를 실시하지 않고 본 루틴은 종료된다.
한편, 스텝 422 의 판정의 결과, 작용각의 편차량이 허용값 이상으로 되어 있는 경우에는, 기통간에 무시할 수 없을 정도의 흡입 공기량의 편차가 생겼다고 판단할 수 있다. 이 경우에는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각을 기통마다 보정할 필요가 있기 때문에, ECU (30) 는 운전자나 정비사에게 작용각에 편차가 있음을 알리기 위한 신호를 출력한다 (스텝 424). 이 신호에는 기통마다의 작용각의 어긋난 양이 정보로서 포함되어 있다. ECU (30) 로부터의 신호는, 흡기 밸브 (12) 의 작용각이 기통마다 적정하게 보정되어, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 해소될 때까지 출력된다.
이상의 루틴에 의하면, 린 기통에 있어서의 작용각의 대작용각측으로 어긋난 양을 정확하게 검출할 수 있음과 함께, 그 린 기통에 있어서의 실화를 초래하지 않고, 리치 기통에 있어서의 작용각의 소작용각측으로 어긋난 양도 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 흡기 밸브 (12) 의 작용각 (및 리프트량) 을 기통마다 보정할 때에 그 보정량을 보다 정확하게 파악할 수 있어, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 보다 신속하게 해소할 수 있다.
또한, 상기 기술한 실시형태에 있어서는, ECU (30) 에 의한 상기 스텝 406 의 처리의 실행으로 인하여, 제 13 발명의 「제 1 분사량 제어 수단」및 「제 1 연산 수단」이 실현되어 있다. 또, ECU (30) 에 의한 상기 스텝 414, 416 의 처리의 실행으로 인하여, 제 13 발명의 「제 2 분사량 제어 수단」및「제 2 연산 수단」이 실현되고 있다. 또, ECU (30) 에 의한 상기 스텝 422, 424 의 처리의 실행으로 인하여, 제 13 발명의 「출력 수단」이 실현되고 있다.
기타.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 다음과 같이 변형하여 실시해도 된다.
상기 각 실시형태에서는, 내연 기관 (2) 의 아이들 운전 중에 검출 모드를 실행시키고 있는데, 검출 모드는 부분 부하 운전시에도 실행시킬 수 있다. 이 경우에는, 회전수 대신에 토크의 변동을 측정하고, 그 진동 진폭으로부터 기통간의 작용각의 편차를 검출하는 것이 바람직하다. 내연 기관 (2) 의 발생 토크는, 연소압이나 크랭크 샤프트 (28) 의 각속도로부터 산출하는 등, 공지된 방법으로 구할 수 있다. 또한, 검출 모드의 실행은 토크가 대략 일정한 정상 상태에는 한정되지 않고, 토크가 변화되고 있는 과도 상태라 하더라도 실행시킬 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, FFT 등에 의한 필터 처리를 실시하면, 토크의 변화로부터 연료 분사량의 변동 주파수와 동일 주파수의 변동 성분을 추출할 수 있기 때문이다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측으로 주기적으로 변화시키고 있는데, 증대측 또는 감소측으로 일시적으로 변화시키기만 하면 된다. 이 경우에도, 내연 기관의 토크나 회전수에는 기통간의 흡입 공기량의 편차에 따른 변화가 나타나기 때문에, 그 변화폭을 측정함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출할 수 있다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 본 발명을 흡기 밸브 (12) 에 가변동 밸브 장치 (16) 를 구비하는 내연 기관에 적용하고 있는데, 가변동 밸브 장치 (16) 를 구비하지 않는 내연 기관에도 적용할 수 있다. 이러한 내연 기관에서도 본 발명을 적용함으로써, 흡기 밸브 (12) 의 설치 오차 등에 따른 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출할 수 있으며, 검출 결과에 따라 흡기 밸브 (12) 의 설치를 기통마다 보정함으로써, 기통간의 흡입 공기량의 편차를 신속하게 해소할 수 있다. 또, 각 기통에 흡기 제어 밸브를 구비하는 내연 기관이라면, 본 발명에 의해 흡입 공기량의 편차를 검출함으로써, 흡기 제어 밸브의 개방도의 편차를 검출할 수 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 기통을 갖는 내연 기관에서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
    연료 분사량을 스토이키 (stoichiometric) 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시키는 분사량 제어 수단,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 연산 수단, 및
    상기 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭을, 기통간의 흡입 공기량의 편차의 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
    상기 변화폭이 상기 기준값을 초과할 때에는, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
    상기 변화폭이 상기 기준값을 하회할 때에는, 기통간의 흡입 공기량의 편차가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단은, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 소정량 증대측으로 또는 소정량 감소측으로 주기적으로 변화시키도록 구성되어 있으며,
    상기 연산 수단은, 토크 또는 회전수의 변화로부터 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 추출하고, 추출한 변동 성분의 진폭을 상기 변화폭으로서 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  5. 복수의 기통을 갖는 내연 기관에서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
    상기 복수의 기통 중 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량 에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시키는 분사량 제어 수단,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 연산 수단, 및
    상기 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭을, 상기 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
    상기 변화폭이 상기 기준값을 초과할 때에는, 상기 특정 기통에 있어서의 흡입 공기량의 과잉측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 비교하는 비교 수단과,
    상기 변화폭이 상기 기준값을 하회할 때에는, 상기 특정 기통에서의 흡입 공 기량의 부족측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단은, 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 소정량 증대측으로 또는 소정량 감소측으로 주기적으로 변화시키도록 구성되어 있으며,
    상기 연산 수단은, 토크 또는 회전수의 변화로부터 상기 특정 기통의 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 추출하고, 추출한 변동 성분의 진폭을 상기 변화폭으로서 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  9. 복수의 기통을 갖는 내연 기관에서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
    연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측 또는 감소측 중 어느 일방으로 변화시키는 분사량 제어 수단,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 기통마다 구하는 연산 수단, 및
    상기 연산 수단에 의해 구해진 기통마다의 토크 또는 회전수의 변화폭을, 각 기통에 있어서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출 력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 기통마다 비교하는 비교 수단과,
    상기 변화폭이 상기 기준값을 초과할 때에는, 당해 기통에 있어서의 흡입 공기량의 과잉측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단에 의해 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시켰을 때의 상기 변화폭과 소정의 기준값을 기통마다 비교하는 비교 수단과,
    상기 변화폭이 상기 기준값을 하회할 때에는, 당해 기통에서의 흡입 공기량의 부족측으로의 어긋난 정도가 허용 레벨을 초과하고 있다고 판정하는 판정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단은, 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 소 정량 증대측으로 또는 소정량 감소측으로 주기적으로 변화시키도록 구성되어 있으며,
    상기 연산 수단은, 기통마다 샘플링한 토크 또는 회전수의 변화로부터 연료 분사량의 변동 주파수와 동일한 주파수의 변동 성분을 추출하고, 추출한 변동 성분의 진폭을 각 기통에서의 상기 변화폭으로서 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  13. 복수의 기통을 갖는 내연 기관에서 기통간의 흡입 공기량의 편차를 검출하는 장치로서,
    상기 복수의 기통 중 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 증대측으로 변화시키는 제 1 분사량 제어 수단,
    상기 제 1 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 제 1 연산 수단,
    상기 제 1 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭이 소정의 기준값을 초과하지 않은 경우에는, 상기 특정 기통의 연료 분사량을 스토이키 운전시의 분사량에서 감소측으로 변화시키는 제 2 분사량 제어 수단,
    상기 제 2 분사량 제어 수단에 의해 상기 특정 기통의 연료 분사량을 변화시켰을 때의 토크 또는 회전수의 변화폭을 구하는 제 2 연산 수단, 및
    상기 제 1 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭, 및 상기 제 2 연산 수단에 의해 구해진 토크 또는 회전수의 변화폭을, 상기 특정 기통에 있어 서의 흡입 공기량의 어긋난 정도를 나타내는 지표값으로서 출력하는 출력 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  14. 제 4 항, 제 8 항, 또는 제 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사량 제어 수단은, 인간이 체감할 수 있는 주파수 대역 밖의 주파수에 의해 연료 분사량을 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기통간의 흡입 공기량의 편차를, 기통간의 흡기 밸브의 작용각 및/또는 리프트량의 편차로 환산하는 환산 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 흡입 공기량 편차 검출 장치.
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