KR20070086034A - 내연 기관용 제어 장치 - Google Patents

내연 기관용 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20070086034A
KR20070086034A KR1020077013138A KR20077013138A KR20070086034A KR 20070086034 A KR20070086034 A KR 20070086034A KR 1020077013138 A KR1020077013138 A KR 1020077013138A KR 20077013138 A KR20077013138 A KR 20077013138A KR 20070086034 A KR20070086034 A KR 20070086034A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel injection
engine
internal combustion
combustion engine
information
Prior art date
Application number
KR1020077013138A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100881877B1 (ko
Inventor
후미카즈 사토우
다쿠야 이코마
Original Assignee
도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 filed Critical 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Publication of KR20070086034A publication Critical patent/KR20070086034A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100881877B1 publication Critical patent/KR100881877B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F02M63/0275—Arrangement of common rails
    • F02M63/0285—Arrangement of common rails having more than one common rail
    • F02M63/029—Arrangement of common rails having more than one common rail per cylinder bank, e.g. storing different fuels or fuels at different pressure levels per cylinder bank
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode
    • F02D41/3029—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode further comprising a homogeneous charge spark-ignited mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/046—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into both the combustion chamber and the intake conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3076—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special conditions for selecting a mode of combustion, e.g. for starting, for diagnosing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/46—Details, component parts or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus covered by groups F02M69/02 - F02M69/44
    • F02M69/462—Arrangement of fuel conduits, e.g. with valves for maintaining pressure in the pipes after the engine being shut-down
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

엔진 ECU 는, 엔진 냉각제 온도 (THW) 를 검출하는 단계 (S100), 엔진 냉각제 온도 (THW) 가 온도 한계치 (THW(TH)) 와 같거나 더 높은 경우(S110 에서 예)에 연료 분사비 (또는 DI 비율) r 을 산출하는 맵으로서 온간 상태용 맵을 선택하는 단계 (S120), 엔진 냉각제 온도 (THW) 가 온도 한계치 (THW(TH)) 보다 더 낮은 경우(S110 에서 아니오)에 연료 분사비 (또는 DI 비율) r 을 산출하는 맵으로서 냉간 상태용 맵을 선택하는 단계 (S130), 및 엔진 속도, 부하율, 및 선택된 맵에 근거하여 실린더내 분사기와 흡기 매니폴드 분사기 (또는 DI 비율) r 을 산출하는 단계 (S140) 를 포함하는 프로그램을 수행한다.

Description

내연 기관용 제어 장치{CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 실린더 안으로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 기구(실린더내 분사기) 및 흡기 매니폴드 또는 흡기 포트 안으로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 기구(흡기 매니폴드 분사기)를 가지는 내연 기관용 제어 장치에 관한 것이고, 특히 제 1 및 제 2 연료 분사 기구 사이의 연료 분사비를 결정하는 기술에 관한 것이다.
엔진의 흡기 매니폴드로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 밸브(종래 기술에서 흡기 매니폴드 분사기) 및 엔진의 연소실로 연료를 항상 분사하는 제 2 연료 분사 밸브(종래 기술에서 실린더내 분사기)를 가지며, 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 낮을 때 제 1 연료 분사 밸브(흡기 매니폴드 분사기)로부터의 연료 분사를 멈추고 엔진 부하가 정해진 부하보다 높을 때 제 1 연료 분사 밸브로부터의 연료 분사를 야기하도록 구성되는 내연 기관이 공지되어 있다.
이러한 내연 기관에 있어서, 그 작동 상태에 따라 성층 연소와 균질 연소 사이에서 전환되도록 구성된 내연 기관이 공지되어 있다. 성층 연소에서, 연료의 희박 연소를 위해서 점화 플러그 근처에서 국부적으로 성층된 공기-연료 혼합물을 형성하도록 압축 행정 중에 실린더내 분사기로부터 연료가 분사된다. 균질 연소에서, 연료의 연소를 위해서 균질한 공기-연료 혼합물을 형성하도록 연소실에서 연료가 확산된다.
일본공개특허공보 제 2001-020837 호는 작동 상태에 따라 성층 연소와 균질 연소 사이에서 전환되고 연소실로 직접 연료를 분사하는 주 연료 분사 밸브 및 각각의 실린더의 흡기 포트로 연료를 분사하는 부 연료 분사 밸브를 가지는 엔진용 연료 분사 제어 장치를 개시한다. 이 엔진용 연료 분사 제어 장치는 주 연료 분사 밸브와 부 연료 분사 밸브 사이의 연료 분사비가 엔진의 작동 상태에 근거하여 다양한 방식으로 정해진다는 것을 특징으로 한다.
이 엔진용 연료 분사 제어 장치에 따르면, 연소실로 연료를 직접 분사하는 주 연료 분사 밸브만을 사용하여 성층 연소가 수행되고, 주 연료 분사 밸브 및 부 연료 분사 밸브 둘 다를 사용하여(또는 몇몇 경우에서 부 연료 분사 밸브만을 사용하여) 균질 연소가 수행된다. 이에 의해, 높은 동력의 엔진의 경우에도 주 연료 분사 밸브의 용량을 작게 할 수 있다. 공회전 중 등의 저부하 영역에서의 주 연료 분사 밸브의 분사 기간/분사량 특성에서의 선형성이 향상되고, 이것은 연료 분사량의 제어에서의 정확성을 차례로 향상시킨다. 따라서, 양호한 성층 연소를 유지하는 것과, 그에 따른 공회전 등의 저부하 작동의 안정성을 향상시키는 것이 가능하다. 균질 연소에서, 주 및 부 연료 분사 밸브 둘 다가 사용되어, 직접 연료 분사의 이점과 흡기 포트 분사의 이점을 둘 다 가질 수 있다. 따라서, 양호한 균질 연소를 유지할 수 있다.
일본공개특허공보 제 2001-020837 호에 개시된 엔진용 연료 분사 제어 장치에서, 성층 연소와 균질 연소가 상태에 따라 사용되고, 제어 장치는 점화 제어, 분 사 제어, 및 스로틀 제어로 나누어지고 각각의 연소 방식에 대응하는 제어 프로그램을 필요로 한다. 특히, 연소 방식 사이의 전환시에, 이 제어는 상당한 변경을 필요로 하여, 변환시에 바람직한 제어(연료 효율, 배출 정제 성능의)를 실행하기가 어렵게 한다. 또한, 희박 연소가 수행되는 성층 연소 영역에서, 삼원 촉매(three-way catalyst)가 작용하지 않아서, 이 경우에, 희박한 NOX 촉매가 사용될 필요가 있어 비용을 증가시킨다.
상기에 근거하여, 성층 연소가 수행되지 않고 전체 영역에서 균질 연소를 수행하는 실린더내 분사기만을 가지는 직접 분사 엔진이 개발되었고, 따라서 성층 연소와 균질 연소 사이의 전환을 위한 제어를 필요로 하지 않으며 고가의 희박한 NOX 촉매를 필요로 하지 않는다.
그러나, 이러한 직접 분사 엔진에서, 균질 연소는 단지 실린더내 분사기만을 사용하여 전체 영역에서 수행된다. 이것은 엔진의 저속 및 고부하 상태에서 불충분한 균질성 및 큰 토크 변동을 가져올 수 있다. 상기 일본공개특허공보 제 2001-020837 호는 균질 연소가 수행되는 영역에서, 분사되는 연료의 총량에 대한 흡기 포트로 연료를 분사하는 부 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료량의 비가 엔진 출력(엔진 속도 및 부하)의 증가에 따라 증가한다는 것을 단순히 개시할 뿐, 상기 문제에 대한 해결책을 제공하지 못한다.
본 발명의 목적은, 실린더 안으로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 기구 및 흡기 매니폴드 안으로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 기구 중 하나 또는 둘 다를 사용하여 연료 분사를 수행하는 내연 기관용 제어 장치로서, 성층 연소와 균질 연소의 조합과 관련된 문제를 해결할 수 있고, 또한 집적 분사 엔진의 경우에 균질 연소와 관련된 문제를 해결할 수 있는 내연 기관용 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 제어 장치는 실린더로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 기구 및 흡기 매니폴드로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 기구를 가지는 내연 기관을 제어한다. 제어 장치는 내연 기관이 정상 작동 상태에 있는지를 판정하는 판정 유닛, 및 내연 기관이 정상 작동 상태에 있다고 판정되면 균질 연소만이 수행되도록 내연 기관의 작동 상태와 관련된 정보에 근거하여 제 1 및 제 2 연료 분사 기구를 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 상기 정보는 제 1 연료 분사 기구가 엔진의 속도가 소정의 고속 영역으로 이동함에 따라 증가되는 연료 분사비를 가지는 것을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 제 1 연료 분사 기구(예를 들어, 실린더내 분사기) 및 제 2 연료 분사 기구(예를 들어, 흡기 매니폴드 분사기) 둘 다가 연료 분사를 위해 사용되는 경우에, 실린더내 분사기 및 흡기 매니폴드 분사기 사이의 연료 분사비는, 예를 들어 내연 기관의 온간 상태 및 냉간 상태에 대해 개별적으로 정해지는 내연 기관의 작동 상태(예를 들어, 그 엔진 속도 및 부하로 판정)에 근거하여 제어된다. 이것은 전체 영역에 걸쳐 균질 연소를 실행시킬 수 있어서, 종래 문제가 해결된다. 정상 작동 상태 이외에 작동 상태의 예로서 공회전 중의 촉매 난기 작동이 있다는 점에 유의해야 한다. 특히, 저속 및 고부하 영역에서, 실린더내 분사기로부터 분사되는 연료에 의해 형성되는 공기-연료 혼합물의 혼합이 조잡해지고, 연소실 내의 이러한 비균질 공기-연료 혼합물은 불안정한 연소를 가져올 수 있다. 따라서, 본 발명에서 이러한 문제가 발생하기 어려운 영역에서는 엔진 속도가 증가함에 따라 실린더내 분사기의 연료 분사비를 증가시킨다. 결국, 실린더로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 기구 및 흡기 매니폴드로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 기구 중 하나 또는 둘 다를 사용하여 연료 분사가 수행되는 내연 기관용 제어 장치로서, 성층 연소와 균질 연소의 조합과 관련된 문제 및 집적 분사 엔진의 경우에 균질 연소와 관련된 문제를 해결할 수 있는 내연 기관용 제어 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 엔진의 상태가 소정의 저속 영역으로 이동함에 따라 제 1 연료 분사 기구의 연료 분사비를 감소시키는 것과 일반적으로 동등하다.
바람직하게는, 상기 정보는 내연 기관의 온도가 변함에 따라 제 1 및 제 2 연료 분사 기구의 제어 영역이 변하도록 정해진다. 이 경우에, 제어 장치는 내연 기관의 온도를 검출하는 검출 유닛을 더 포함하고, 제어 유닛은 검출된 온도와 정보에 근거하여 연료 분사 기구를 제어한다.
본 발명에 따르면, 실린더내 분사기와 흡기 매니폴드 분사기 사이의 연료 분사비는 내연 기관의 온도에 근거하여 정해지거나(예를 들어, 내연 기관의 온간 상태와 냉간 상태에 대해 개별적으로), 그 사이의 연료 분사비는 내연 기관의 온도를 매개변수로서 사용하여 정해진다. 따라서, 다른 특성의 연료 공급 분사기의 영역이 내연 기관의 온도에 따라 변할 수 있게 함으로써, 이중 분사기를 가지는 고성능의 내연 기관용 제어 장치를 제공할 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 정보는 내연 기관의 온도가 더 낮아짐에 따라 제 2 연료 분사 기구의 제어 영역이 더 높은 엔진 속도의 영역을 포함하기 위해 확장되도록 정해진다.
본 발명에 따르면, 내연 기관의 온도가 낮아질수록 실린더내 분사기에서의 침전물의 침전이 더 제한된다. 따라서, 흡기 매니폴드 분사기에 대한 큰 분사 영역(흡기 매니폴드 분사기 및 실린더내 분사기 둘 다가 사용되는 영역을 포함)을 보장할 수 있고, 공기-연료 혼합물의 균질성을 향상시킬 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 정보는 제 1 연료 분사 기구가 엔진의 부하가 소정의 높은 영역으로 이동함에 따라 감소되는 연료 분사비를 가지는 것을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 저속 및 고부하 영역에서, 실린더내 분사기로부터 분사되는 연료에 의해 형성되는 공기-연료 혼합물의 혼합이 조잡해지고, 연소실 내의 이러한 비균질 공기-연료 혼합물은 불안정한 연소를 가져올 수 있다. 따라서, 본 발명에서 이러한 문제가 발생하기 쉬운 영역에서는 엔진 부하가 증가함에 따라 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비를 감소시킨다. 이것은, 불안정한 연소의 원인이 되는 엔진으로부터의 토크 출력의 변동을 감소시킬 수 있다. 본 발명이 엔진의 부하가 소정의 저부하 영역으로 이동함에 따라 제 1 연료 분사 기구의 연료 분사비를 증가시키는 것과 일반적으로 동등하다는 점에 유의해야 한다.
더 바람직하게는, 판정 유닛은 내연 기관이 공회전시 촉매 난기 작동 중에 비정상 작동 상태에 있다고 판정한다. 그리고, 제어 유닛은 비정상 작동 상태에서 성층 연소가 수행되도록 제 1 연료 분사 기구를 제어하는 비정상 작동 상태 제어기를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 비정상 작동 상태와 동일시되는 촉매 난기 작동 중에, 촉매의 난기는 성층 연소로 촉진되고, 균질 연소는 나머지 정상 작동 상태(내연 기관의 온간 상태 및 냉간 상태 둘 다)에서 수행된다. 이것은 제어가 복잡해지는 것을 방지한다.
여기서 사용되는 성층 연소는 성층 연소와 반성층 연소를 둘 다 포함한다. 반성층 연소에서, 흡기 매니폴드 분사기는 연소실 전체에 희박하고 균질한 공기-연료 혼합물을 생성하기 위해 흡기 행정에서 연료를 분사하고, 실린더-내부 분사기는 점화 플러그 근처에 진한 공기-연료 혼합물을 생성하기 위해 압축 행정에서 연료를 분사하여, 연소 상태를 향상시킨다. 이러한 반성층 연소는 이하의 이유 때문에 촉매 난기 작동에서 바람직하다. 촉매 난기 작동에서, 고온 연소 가스가 촉매에 도달하도록 점화 시기를 상당히 지연시키고 양호한 연소 상태(공회전 상태)를 유지할 필요가 있다. 또한, 일정량의 연료가 공급될 필요가 있다. 이 필요조건들을 충족시키기 위해 성층 연소가 사용되는 경우에, 연료의 양이 부족할 것이다. 균질 연소에 있어서는, 양호한 연소 상태를 유지하기 위해 지연되는 양이 성층 연소의 경우에 비해 적다. 이러한 이유로, 비록 성층 연소와 반성층 연소 중 하나가 사용될 수 있다고 할지라도, 상기 반성층 연소는 촉매 난기 작동에서 사용되기에 바람직하다.
더 바람직하게는, 상기 정보는 내연 기관의 온도가 높을 때 제 1 연료 분사 기구만이 소정의 낮은 엔진 부하 영역에서 사용되도록 정해진다.
내연 기관의 온간 상태에서, 실린더내 분사기의 분사 구멍의 온도가 높고, 침전물이 분사 구멍에 쌓이기 쉽다. 그러나, 본 발명에 따르면, 실린더내 분사기를 이용하여 연료를 분사하는 것이 분사 구멍에서의 온도를 낮출 수 있어, 그에 의해 그 안에 침전물이 쌓이는 것이 방지된다. 또한, 실린더내 분사기의 막힘을 방지하면서 실린더 내부 분사의 최소 연료 분사량이 보장될 수 있다. 따라서, 균질 연소가 상기 영역에서 실린더내 분사기를 사용하여 수행된다.
더 바람직하게는, 상기 정보는 내연 기관의 온도가 낮을 때 제 2 연료 분사 기구만이 소정의 낮은 엔진 부하 영역에서 사용되도록 정해진다.
내연 기관의 냉간 상태에서, 그 부하가 낮은 경우에, 흡기량이 적어지고, 연료는 미립화되기 어려워진다. 이러한 영역에서, 실린더내 분사기를 사용하는 연료 분사로 양호한 연소를 보장하기가 어렵다. 또한, 특히 저부하 및 저속 영역에서는, 실린더내 분사기를 이용한 고출력이 불필요하다. 따라서, 상기 영역에서 실린더내 분사기 대신에 흡기 매니폴드 분사기만이 사용되어, 공기-연료 혼합물의 균질성을 향상시킬 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 정보는 내연 기관의 엔진 속도 및 부하율에 의해 정해지는 제 1 및 제 2 연료 분사 기구 사이의 연료 분사비를 나타내는 정보를 포함한다.
본 발명에 따르면, 실린더내 분사기와 흡기 매니폴드 분사기 사이의 연료 분사비는 내연 기관의 엔진 속도 및 부하율에 근거하여 정해지고, 정상 작동 상태에서 균질 연소가 특정 엔진 속도 및 부하율로 실행된다.
더 바람직하게는, 제 1 연료 분사 기구는 실린더내 분사기이고, 제 2 연료 분사 기구는 흡기 매니폴드 분사기이다.
본 발명에 따르면, 제 1 연료 분사 기구로서의 실린더내 분사기 및 제 2 연료 분사 기구로서의 흡기 매니폴드 분사기를 사용하여 연료 분사를 수행하는 내연 기관용 제어 장치로서, 성층 연소와 균질 연소의 조합과 관련된 문제 및 집적 분사 엔진의 경우에 균질 연소와 관련된 문제를 해결할 수 있는 내연 기관용 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치에 의해 제어되는 엔진 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치로서의 역할을 하는 엔진 ECU 에 저장되는 온간 상태에 대한 DI 비율 맵을 보여준다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치로서의 역할을 하는 엔진 ECU 에 저장되는 냉간 상태에 대한 DI 비율 맵을 보여준다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치로서의 역할을 하는 엔진 ECU 에 의해 수행되는 프로그램의 제어 구조를 설명하는 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명할 것이다. 이하의 설명에서, 동일한 부분은 동일한 참조 기호를 가지며 또한 동일한 명칭과 기능을 가진다. 따라서, 그 상세한 설명을 반복하지 않을 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 내연 기관의 제어 장치로서의 역할을 하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 제어되는 엔진 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1 에서, 직렬 4 기통 가솔린 엔진이 도시되지만, 본 발명의 적용은 이러한 엔진에 한정되지 않는다.
도 1 에 도시되었듯이, 엔진 (10) 은 4 개의 실린더 (112) 를 포함하고, 각각의 실린더 (112) 는 대응하는 흡기 매니폴드 (20) 를 통해 공통된 서지 탱크(surge tank) (30) 로 각각 연결된다. 서지 탱크 (30) 는 흡기 덕트 (40) 를 통해 공기 청정기 (50) 로 연결된다. 공기 유량계 (42) 는 흡기 덕트 (40) 에 배치되고, 전동기 (60) 에 의해 구동되는 스로틀 밸브 (70) 도 흡기 덕트 (40) 에 배치된다. 스로틀 밸브 (70) 는 가속 페달 (100) 와 관계 없이, 엔진 ECU (300) 의 출력 신호에 의해 제어되는 그 개도를 가진다. 각각의 실린더 (112) 는 공통의 배기 매니폴드 (80) 에 연결되고, 이 배기 매니폴드 (80) 는 삼원 촉매 변환기 (90) 에 연결되어 있다.
각각의 실린더 (112) 는 실린더 안으로 연료를 분사하는 실린더내 분사기 (110) 및 흡기 포트 또는/및 흡기 매니폴드 안으로 연료를 분사하는 흡기 매니폴드 분사기 (120) 를 가진다. 분사기 (110, 120) 는 엔진 ECU (300) 로부터의 출력 신호에 의해 제어된다. 또한, 각각의 실린더에 대한 실린더내 분사기 (110) 는 공통된 연료 공급관 (130) 으로 연결된다. 연료 공급관 (130) 은 연료 공급관 (130) 을 향하는 방향의 유동을 가능하게 하는 체크 밸브 (140) 를 통해 엔진 구동형 고압 연료 펌프 (150) 에 연결된다. 본 실시형태에서, 개별적으로 제공된 두 분사기를 가지는 내연 기관이 설명되었지만, 본 발명은 이러한 내연 기관에 한정되지 않는다. 예를 들어, 내연 기관은 실린더내 분사 및 흡기 매니폴드 분사 둘 다를 실행할 수 있는 하나의 분사기를 가질 수 있다.
도 1 에 도시되었듯이, 고압 연료 펌프 (150) 의 방출부 측은 전자기 스필(spill) 밸브 (152) 를 통해 고압 연료 펌프 (150) 의 흡입부 측으로 연결된다. 전자기 스필 밸브 (152) 의 개도가 작아질수록, 고압 연료 펌프 (150) 로부터 연료 공급관 (130) 으로 공급되는 연료의 양이 커진다. 전자기 스필 밸브 (152) 가 완전히 개방되면, 고압 연료 펌프 (150) 로부터 연료 공급관으로의 연료 공급이 정지된다. 전자기 스필 밸브 (152) 는 엔진 ECU (300) 의 외부 신호에 의해 제어된다.
각각의 흡기 매니폴드 분사기 (120) 는 저압부 측에서 공통된 연료 공급관 (160) 에 연결된다. 연료 공급관 (160) 및 고압 연료 펌프 (150) 는 공통된 연료 압력 조절기 (170) 를 통해 전동기 구동형의 저압 연료 펌프 (180) 에 연결된다. 또한, 저압 연료 펌프 (180) 는 연료 필터 (190) 를 통해 연료 탱크 (200) 로 연결된다. 연료 압력 조절기 (170) 는, 저압 연료 펌프 (180) 로부터 배출되는 연료의 압력이 미리 정해진 연료 압력보다 높을 때, 저압 연료 펌프 (180) 로부터 배출된 연료의 일부를 연료 탱크 (200) 로 되돌려 보내도록 구성된다. 이것은 흡기 매니폴드 분사기 (120) 로 공급되는 연료의 압력과 고압 연료 펌프 (150) 로 공급되는 연료의 압력이 상기 미리 정해진 연료 압력보다 높아지는 것을 방지한다.
엔진 ECU (300) 는 디지털 컴퓨터로 실행되고, 양방향 버스 (310) 을 통해 서로 연결되는 ROM (Read Only Memory) (320), RAM (Random Access Memory) (330), CPU (Central Processing Unit) (340), 입력 포트 (350), 및 출력 포트 (360) 를 포함한다.
공기 유량계 (42) 는 흡기량에 비례하는 출력 전압을 발생시키고, 이 출력 전압은 A/D 변환기 (370) 를 통해 입력 포트 (350) 로 입력된다. 냉각제 온도 센서 (380) 는 엔진 (10) 에 부착되고, 엔진의 냉각제 온도에 비례하는 출력 전압을 발생시키며, 이 출력 전압은 A/D 변환기 (390) 를 통해 입력 포트 (350) 로 입력된다.
연료 압력 센서 (400) 는 연료 공급관 (130) 에 부착되고, 연료 공급관 (130) 내의 연료 압력에 비례하는 출력 전압을 발생시키며, 이 출력 전압은 A/D 변환기 (410) 를 통해 입력 포트 (350) 로 입력된다. 공기-연료 비 센서 (420) 는 삼원 촉매 변환기 (90) 의 상류에 위치하는 배기 매니폴드 (80) 에 부착된다. 공기-연료 비 센서 (420) 는 배기 가스 내의 공기 농도에 비례하는 출력 전압을 발생시키며, 출력 전압은 A/D 변환기 (430) 를 통해 입력 포트 (350) 로 입력된다.
본 실시형태의 엔진 시스템의 공기-연료 비 센서 (420) 는 엔진 (10) 에서 연소된 공기-연료 혼합물의 공기-연료 비에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 전 범위 공기-연료 비 센서(선형 공기-연료 비 센서)이다. 공기-연료 비 센서 (420) 로서, 엔진 (10) 에서 연소되는 공기-연료 혼합물의 공기-연료 비가 이론적 인 공기-연료 비에 대해서 농후한지 또는 희박한지를 온/오프 방식으로 검출하는 O2 센서가 사용될 수 있다.
가속 페달 (100) 은 가속 페달 (100) 의 하강 정도에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 가속 페달 위치 센서 (440) 와 연결되고, 이 출력 전압은 A/D 변환기 (450) 를 통해 입력 포트 (350) 로 입력된다. 또한, 엔진 속도를 나타내는 출력 펄스를 발생시키는 엔진 속도 센서 (460) 가 입력 포트 (350) 에 연결된다. 엔진 ECU (300) 의 ROM (320) 은 상기 가속 페달 위치 센서 (440) 와 엔진 속도 센서 (460) 에 의해 얻어지는 엔진 부하율과 엔진 속도에 근거한 작동 상태와 관련하여 정해지는 연료 분사량의 값, 및 엔진 냉각제 온도에 근거한 그 보정값을 맵(map) 의 형태로 미리 저장한다.
도 2 및 도 3 을 참조하여, 엔진 (10) 의 작동 상태와 관련된 정보와 동일시되는 실린더내 분사기 (110) 및 흡기 매니폴드 분사기 (120) 사이의 연료 분사비를 각각 나타내는 맵을 설명하겠다. 여기서, 두 분사기 사이의 연료 분사비는 분사되는 연료의 전체 양에 대한 실린더내 분사기 (110) 로부터 분사되는 연료의 양의 비로 표현될 수도 있을 것이고, 이것은 "실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비" 또는 "DI (Direct Injection) 비율 r" 이라 한다. 맵은 엔진 ECU (300) 의 ROM (320) 에 저장된다. 도 2 는 엔진 (10) 의 온간 상태용 맵을 나타내고, 도 3 은 엔진 (10) 의 냉간 상태용 맵을 나타낸다.
도 2 및 도 3 에서 도시된 맵에서, 엔진 (10) 의 엔진 속도를 표시하는 횡축 과 부하율을 표시하는 종축으로 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비 또는 DI 비율 r 이 백분율로 표현된다.
도 2 및 도 3 에 도시되었듯이, DI 비율 r 이 엔진 (10) 의 엔진 속도 및 부하율에 의해 정해지는 각각의 작동 영역에 대해 정해진다. "DI 비율 r = 100%" 는 연료 분사가 단지 실린더내 분사기 (110) 만을 사용하여 수행되는 영역을 나타내고, "DI 비율 r = 0%" 는 연료 분사가 단지 흡기 매니폴드 분사기 (120) 만을 사용하여 수행되는 영역을 나타낸다. "DI 비율 r ≠ 0%, DI 비율 r ≠ 100%, 및 0% < DI 비율 r < 100%" 는 연료 분사가 실린더내 분사기 (110) 와 흡기 매니폴드 분사기 (120) 둘 다를 사용하여 수행되는 영역을 나타낸다. 일반적으로, 실린더내 분사기 (110) 는 출력 성능의 증대에 기여하고, 흡기 매니폴드 분사기 (120) 는 공기-연료 혼합물의 균일성에 기여한다. 다른 특성을 가지는 두 종류의 분사기는 엔진 (10) 의 엔진 속도와 부하율에 따라 적절하게 선택되어, 엔진 (10) 의 정상 작동 상태(공회전 중에서의 촉매 난기 상태 등의 비정상 작동 상태가 아닌)에서 균질 연소만이 수행된다(제 1 발명에 대응).
또한, 도 2 및 도 3 에 도시되었듯이, 실린더내 분사기 (110) 와 흡기 매니폴드 분사기 (120) 사이의 연료 분사비는 엔진의 온간 상태 및 냉간 상태용 맵에서 DI 비율 r 로 개별적으로 정의된다. 맵은 엔진 (10) 의 온도 변화에 따른 실린더 내 분사기 (110) 및 흡기 매니폴드 분사기 (120) 의 다른 제어 영역을 나타내도록 구성된다. 엔진 (10) 의 온도가 소정의 온도 한계치와 같거나 더 높게 검출되는 경우에, 도 2 에 도시된 온간 상태용 맵이 선택되고, 그렇지 않으면, 도 3 에 도시된 냉간 상태용 맵이 선택된다. 실린더내 분사기 (110) 및 흡기 매니폴드 분사기 (120) 중 하나 또는 둘 다는 선택된 지도에 근거하여 엔진 (10) 의 엔진 속도 및 부하율에 따라 제어된다(제 2 발명에 대응).
이제, 도 2 및 도 3 에서 정해진 엔진 (10) 의 엔진 속도 및 부하율을 설명하겠다. 도 2 에서, NE(1) 는 2500~2700rpm 에서 정해지고, KL(1) 은 30~50% 에서 정해지며, KL(2) 은 60~90% 에서 정해진다. 도 3 에서, NE(3) 는 2900~3100rpm 에서 정해진다. 즉, NE(1) < NE(3) 이다. 도 2 에서의 NE(2) 및 도 3 에서의 KL(3), KL(4) 도 적절하게 정해진다.
도 2 및 도 3 을 비교하면, 도 3 에 도시된 냉간 상태용 맵의 NE(3) 는 도 2 에 도시된 온간 상태용 맵의 NE(1) 보다 더 크다. 이것은 엔진 (10) 의 온도가 낮아질수록, 흡기 매니폴드 분사기 (120) 의 제어 영역이 더 높은 엔진 속도의 영역을 포함하도록 확장된다는 것을 보여준다(제 3 발명에 대응). 즉, 엔진 (10) 이 저온인 경우에, 침전물이 실린더내 분사기 (110) 의 분사 구멍에 쌓이기 어렵다(연료가 실린더내 분사기 (110) 로부터 분사되지 않는 경우에도). 따라서, 흡기 매니폴드 분사기 (120) 를 이용하여 연료 분사가 수행되는 영역이 확장될 수 있고, 그에 의해 균질성을 향상시킨다.
도 2 와 도 3 을 비교하면, "DI 비율 r = 100%" 는 엔진 (10) 의 엔진 속도가 온간 상태용 맵에서 NE(1) 와 같거나 더 높은 영역, 및 엔진 속도가 냉간 상태용 맵에서 NE(3) 이거나 더 높은 영역에서 유지된다. 또한, 저속 영역을 제외하고는, "DI 비율 r = 100%" 는 부하율이 온간 상태용 맵에서 KL(2) 이상인 영역, 및 부하율이 냉간 상태용 맵에서 KL(4) 이상인 영역에서 유지된다. 이것은, 엔진 속도가 소정의 고속인 영역에서는 단지 실린더내 분사기 (110) 만을 이용하여 연료 분사가 수행되고, 부하율이 소정의 높은 레벨인 영역에서는 주로 실린더내 분사기 (110) 만을 이용하여 연료 분사가 수행된다는 것을 의미한다. 그러나, 저속 및 고부하 영역에서는, 실린더내 분사기 (110) 로부터 분사되는 연료에 의해 형성되는 공기-연료의 혼합이 조잡하여, 연소실 내부의 이 비균질 공기-연료 혼합물이 불안정한 연소를 가져올 수 있다. 따라서, 이러한 문제가 발생하기 어려운 영역에서는 엔진 속도가 증가함에 따라 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비를 증가시키고(제 1 발명에 대응), 반면에 이러한 문제가 발생하기 쉬운 영역에서는 엔진 부하가 증가함에 따라 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비를 감소시킨다(제 4 발명에 대응). 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비 또는 DI 비율 r 에서의 이 변화는 도 2 및 도 3 에서의 십자형 화살표로 나타난다. 이러한 방식으로, 불안정한 연소로 인한 엔진의 출력 토크의 변동이 억제될 수 있다. 이러한 방법은 엔진의 상태가 소정의 저속 영역으로 갈 때 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비를 감소시키거나, 엔진의 상태가 소정의 저부하 영역으로 갈 때 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사비를 증가시키는 방법과 거의 동등하다는 점에 유의해야 한다. 또한, 관련된 영역(도 2 및 도 3 에서 십자형 화살표로 표시)을 제외하고, 단지 실린더내 분사기 (110) 만을 이용하여 연료 분사가 수행되는 영역(고속측 및 저부하측)에서는, 연료 분사가 단지 실린더내 분사기 (110) 만을 이용하여 수행되는 경우에도 균질한 공기-연료 혼합물이 쉽게 얻어질 수 있다. 이 경우 에, 실린더내 분사기 (110) 로부터 분사된 연료는 (연소실로부터 열을 흡수함으로써) 증발 잠열을 가지면서 연소실 내에서 미립화된다. 따라서, 공기-연료 혼합물의 온도는 압축시에 감소되어서, 노킹 방지(antiknock) 성능이 향상된다. 또한, 연소실의 온도가 감소되면서, 흡기 효율이 향상되어 높은 동력 출력을 가능하게 한다.
도 2 에서의 온간 상태용 맵에서, 부하율이 KL(1) 이거나 더 낮을 때 단지 실린더내 분사기 (110) 만을 이용하여 연료 분사가 수행된다. 이것은 엔진 (10) 의 온도가 높을 때, 실린더내 분사기 (110) 만이 소정의 저부하 영역에서 사용된다는 것을 나타낸다(제 6 발명에 대응). 엔진 (10) 이 온간 상태에 있을 때, 침전물이 실린더내 분사기 (110) 의 분사 구멍에 쌓이기 쉽다. 그러나, 연료 분사가 실린더내 분사기 (110) 를 이용하여 수행되는 경우에, 분사 구멍의 온도가 낮아질 수 있어서, 그에 의해 침전물의 축적이 방지된다. 또한, 실린더내 분사기 (110) 의 최소 연료 분사량을 보장하면서, 실린더내 분사기 (110) 가 막히는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 영역에서 실린더내 분사기 (110) 만이 사용된다.
도 2 및 도 3 을 비교하면, 도 3 에서의 냉간 상태용 맵에만 "DI 비율 r = 0%" 의 영역이 있다. 이것은, 엔진 (10) 의 온도가 낮을 때 소정의 저부하 영역 (KL(3) 이거나 더 낮은) 에서 단지 흡기 매니폴드 분사기 (120) 만을 이용하여 연료 분사가 수행된다는 것을 나타낸다(제 7 발명에 대응). 엔진 (10) 이 저온이고 부하가 낮으며 흡기량이 적으면, 연료가 미립화되기 힘들다. 이러한 영역 에서는, 실린더내 분사기 (110) 로부터의 연료 분사로 양호한 연소를 보장하기가 어렵다. 또한, 특히 저부하 및 저속 영역에서는, 실린더내 분사기 (110) 를 이용한 높은 동력 출력이 불필요하다. 따라서, 상기 영역에서 실린더내 분사기 (110) 를 사용하지 않고 흡기 매니폴드 분사기 (120) 만을 사용하여 연료 분사가 수행된다.
또한, 정상 작동 이외에 작동에서, 즉 엔진 (10) 의 공회전시 축매 온간 상태(비정상 작동 상태)에서, 실린더내 분사기 (110) 는 성층 연소(stratified charge combustion)를 수행하도록 제어된다(제 5 발명에 대응). 촉매 난기 작동 중에 성층 연소를 야기함으로써, 촉매의 난기가 촉진되고, 따라서 배기가스의 배출이 향상된다.
엔진 (10) 에서, 흡기 행정에 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사 시기를 정함으로써 균질 연소가 이루어지고, 압축 행정에 시기를 정함으로써 성층 연소가 이루어진다. 즉, 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사 시기를 압축 행정에서 정하는 경우, 진한 공기-연료 혼합물이 점화 플러그 근처에 국부적으로 위치할 수 있어서, 연소실 전체에서의 희박한 공기-연료 혼합물은 성층 연소를 실행하도록 점화된다. 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사 시기가 흡기 행정에서 정해진다 할지라도, 진한 공기-연료 혼합물을 점화 플러그 근처에 국부적으로 위치시킬 수 있다면 성층 연소는 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 성층 연소는 성층 연소와 반성층 연소를 둘 다 포함한다. 반성층 연소에서, 흡기 매니폴드 분사기 (120) 는 연소실 전체에 희박하고 균질 한 공기-연료 혼합물을 생성하기 위해 흡기 행정에서 연료를 분사하고, 실린더-내부 분사기 (110) 는 점화 플러그 근처에 진한 공기-연료 혼합물을 생성하기 위해 압축 행정에서 연료를 분사하여, 연소 상태를 개선한다. 이러한 반성층 연소는 이하의 이유 때문에 촉매 난기 작동에서 바람직하다. 촉매 난기 작동에서, 고온 연소 가스가 촉매에 도달하도록 점화 시기를 상당히 지연시키고 양호한 연소 상태(공회전 상태)를 유지할 필요가 있다. 또한, 일정량의 연료가 공급될 필요가 있다. 이 필요조건들을 충족시키기 위해 성층 연소가 사용되는 경우에, 연료의 양이 부족할 것이다. 균질 연소에 있어서는, 양호한 연소를 유지하기 위해 지연되는 양이 성층 연소의 경우에 비해 적다. 이러한 이유로, 비록 성층 연소와 반성층 연소 중 하나가 사용될 수 있다고 할지라도, 상기 반성층 연소는 촉매 난기 작동에서 사용되기에 바람직하다.
도 4 를 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치로서의 역할을 하는 엔진 ECU (300) 에 의해 수행되는 프로그램의 제어 구조가 설명될 것이다.
단계(이하 "S" 라 한다) 100 에서, 엔진 ECU (300) 는 냉각제 온도 센서 (380) 로부터의 데이터 입력에 근거하여 엔진 냉각제 온도 THW 를 검출한다. S100 에서, 엔진 ECU (300) 는, 검출된 엔진 냉각제 온도 THW 가, 예를 들어 70~90℃ 에서 정해질 수 있는 소정의 온도 한계치 THW(TH) 와 같거나 더 높은지를 판정한다. 엔진 냉각제 온도 THW 가 온도 한계치 THW(TH) 와 같거나 더 높으면(S110 에서 예), 프로세스는 S120 으로 진행한다. 그렇지 않으면(S110 에서 아니오), 프로세스는 S130 으로 진행한다.
S120 에서, 엔진 ECU (300) 는 온간 상태용 맵(도 2)을 선택한다.
S130 에서, 엔진 ECU (300) 는 냉간 상태용 맵(도 3)을 선택한다.
S140 에서, 엔진 ECU (300) 는 선택된 맵에 근거하여 엔진 (10) 의 엔진 속도와 부하율로부터 DI 비율 r 을 산출한다. 엔진 (10) 의 엔진 속도는 엔진 속도 센서 (460) 로부터의 데이터 입력에 근거하여 산출되고, 부하율은 차량의 주행 상태 및 가속 페달 센서 (460) 로부터의 데이터 입력에 근거하여 산출된다.
S150 에서, 엔진 ECU (300) 는 DI 비율 r = 100% 인 경우의 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사량 및 분사 시기를 산출하거나, DI 비율 r = 0% 인 경우의 흡기 매니폴드 분사기 (120) 의 연료 분사량 및 분사 시기를 산출하거나, DI 비율 r ≠ 0% 또는 DI 비율 r ≠ 100% (0% < DI 비율 r < 100%) 인 경우의 실린더내 분사기 (110) 및 흡기 매니폴드 분사기 (120) 의 연료 분사량 및 분사 시기를 산출한다.
S160 에서, 엔진 ECU (300) 는 산출된 연료 분사량 및 분사 시기에 근거하여 실린더내 분사기 (110) 및 흡기 매니폴드 분사기 (120) 를 제어하여, 연료 분사를 일으킨다.
상기 구조와 순서도에 근거하여 본 실시형태의 내연 기관용 제어 장치로서의 역할을 하는 엔진 ECU (300) 에 의해 제어되는 엔진 (10) 의 작동을 이하 설명하겠다.
[엔진 시동시]
예를 들어, 엔진 (10) 이 냉간인 상태에서 엔진 (10) 을 시동시킨 직후에, 엔진 ECU (300) 는 엔진 (10) 이 도 2 내지 도 4 의 어느 것에도 대응되지 않는 비 정상 작동 상태에 있다고 가정하여 엔진 (10) 을 제어한다. 이 상태에서, 촉매는 비활성이고, 배기 가스의 대기로의 배출을 피할 수 있다. 따라서, 엔진은 성층 연소 모드에 들어가고, 연료는 성층 연소를 실행하기 위해 실린더내 분사기 (110) 로부터 분사된다. 이 경우에, 성층 연소는 몇 초에서 몇 십초 동안 지속된다.
여기서의 성층 연소는 전술한 것처럼, 성층 연소와 반성층 연소를 둘 다 포함한다는 점을 유의해야 한다.
[엔진의 냉간 상태에서]
엔진 (10) 의 온도는 그 시동 후에 올라간다. 냉간 상태용 맵 (도 3) 은 엔진 (10) 의 온도 (엔진 냉각제 온도 THW) 가 소정의 온도 한계치 (예를 들어, 80℃) 에 도달할 때까지 선택된다(S110 에서 아니오).
실린더내 분사기 (100) 의 연료 분사비, 즉 DI 비율 r 은 선택된 냉간 상태용 맵(도 3) 및 엔진 (10) 의 엔진 속도와 부하율에 근거하여 산출된다. 얻어진 DI 비율 r 은 연료 분사량 및 분사 시기를 산출하기 위해 사용되고(S150), 그에 근거하여 실린더내 분사기 (110) 및 흡기 매니폴드 분사기 (120) 가 연료 분사를 수행하기 위해 제어된다. 이 상태에서, 균질한 연소가 도 3 에 나타나는 영역에서 이루어진다.
[엔진의 온간 상태]
엔진 (10) 의 온도(엔진 냉각제 온도 THW)가 더 증가해서, 소정의 온도 한계치 (예를 들어, 80℃) 와 같거나 더 높아지면(S110 에서 예), 온간 상태용 맵(도 2)이 선택된다.
실린더내 분사기 (100) 의 연료 분사비, 즉 DI 비율 r 은 선택된 온간 상태용 맵(도 2) 및 엔진 (10) 의 엔진 속도와 부하율에 근거하여 산출된다. 산출된 DI 비율 r 에 근거하여 연료 분사량 및 분사 시기가 산출되고(S150), 그에 근거하여 실린더내 분사기 (110) 및 흡기 매니폴드 분사기 (120) 가 연료 분사를 수행하기 위해 제어된다. 이 상태에서, 균질한 연소가 도 2 에 나타나는 영역에서 이루어진다.
전술하였듯이, 본 발명의 엔진 ECU 에 의해 제어되는 엔진에서, 연료 분사가 실린더내 분사기 및 흡기 매니폴드 분사기 둘 다를 이용하여 수행되는 경우에, 그 사이의 연료 분사비는, 예를 들어 내연 기관의 온간 상태 및 냉간 상태에 대한 별도로 준비된 맵에 근거하여 제어되고, 엔진의 엔진 속도 및 부하율에 따라 정해진다. 이 때, 연료 분사비의 제어는 균질한 연소가 전체 영역에 걸쳐 이루어지도록 맵에 근거하여 수행된다. 따라서, 직접 분사 엔진의 경우의 균질 연소의 제어에 관한 문제 뿐만 아니라 성층 연소와 균질 연소 사이의 전환의 제어에 관련된 종래의 문제도 해결될 수 있다.
상기 엔진 (10) 에서 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사 시기가 거의 전체 영역에 대응하는 기본 영역에서 흡기 행정으로 정해지더라도, 이하의 이유 때문에 실린더내 분사기 (110) 는 압축 행정에서 연료를 분사하도록 시기가 정해지는 것이 바람직하다는 점에 유의해야 한다(여기서, 기본 영역이란 흡기 매니폴드 분사기 (120) 가 흡기 행정에서 연료를 분사하게 하고 실린더내 분사기 (110) 가 압축 행 정에서 연료를 분사하게 함으로써, 촉매 난기 상태에서만 수행되는 반성층 연소가 수행되는 영역 이외의 영역을 가리킨다). 그러나, 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사 시기는 이하의 이유 때문에 연소를 안정화하기 위해 일시적으로 압축 행정에서 정해질 수 있다.
실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사 시기가 압축 행정에서 정해지는 경우에, 실린더 내의 온도가 상대적으로 높더라도 공기-연료 혼합물은 분사된 연료에 의해 냉각된다. 이것은 냉각 효과와 그에 따른 노킹 방지 성능을 향상시킨다. 또한, 실린더내 분사기 (110) 의 연료 분사 시기가 압축 행정에서 정해지는 경우에, 연료 분사에서 점화까지의 시간이 짧아서, 분사된 연료의 강한 침투력을 보장하여 연소율이 증가한다. 노킹 방지 성능의 향상 및 연소율의 증가는 연소에서의 변동을 방지할 수 있고, 따라서 연료 안정성이 향상된다.
여기서 공개되는 실시형태는 예시적이고 모든 태양에서 비제한적이라는 것을 알아야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아닌, 청구항의 용어에 의해 정해지고, 청구항의 용어와 동등한 범위 및 의미 내에서 어떠한 변경도 포함할 수 있다.

Claims (18)

  1. 실린더 안으로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 기구 및 흡기 매니폴드 안으로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 기구를 가지는 내연 기관용 제어 장치로서,
    상기 내연 기관이 공회전 상태에 있지 않은 경우에 정상 작동 상태에 있다고 판정하는 판정 유닛, 및
    상기 내연 기관이 상기 정상 작동 상태에 있다고 판정되면 균질 연소만이 수행되도록 상기 내연 기관의 작동 상태와 관련된 정보에 근거하여 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 기구를 제어하는 제어 유닛을 포함하고,
    상기 정보는 상기 제 1 연료 분사 기구가 엔진의 속도가 소정의 고속 영역으로 이동함에 따라 증가되는 연료 분사비를 가지는 정보인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 변함에 따라 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 기구의 제어 영역이 변하도록 정해지고,
    상기 제어 장치는 상기 내연 기관의 온도를 검출하는 검출 유닛을 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은 검출된 온도와 상기 정보에 근거하여 상기 연료 분사 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 더 낮아짐에 따라 상기 제 2 연료 분사 기구의 제어 영역이 더 높은 엔진 속도의 영역을 포함하기 위해 확장되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 제 1 연료 분사 기구가 엔진의 부하가 소정의 높은 영역으로 이동함에 따라 감소되는 연료 분사비를 가지는 정보인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 공회전시 촉매 난기 작동 중에 성층 연소가 수행되도록 상기 제 1 연료 분사 기구를 제어하는 작동 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 높을 때 상기 제 1 연료 분사 기구만이 소정의 낮은 엔진 부하 영역에서 사용되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 낮을 때 상기 제 2 연료 분사 기구만이 소정의 낮은 엔진 부하 영역에서 사용되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 엔진 속도 및 부하율에 의해 정해지는 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 기구 사이의 연료 분사비를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 연료 분사 기구는 실린더내 분사기이고,
    상기 제 2 연료 분사 기구는 흡기 매니폴드 분사기인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  10. 실린더 안으로 연료를 분사하는 제 1 연료 분사 수단 및 흡기 매니폴드 안으로 연료를 분사하는 제 2 연료 분사 수단을 가지는 내연 기관용 제어 장치로서,
    상기 내연 기관이 공회전 상태에 있지 않은 경우에 정상 작동 상태에 있다고 판정하는 판정 수단, 및
    상기 내연 기관이 상기 정상 작동 상태에 있다고 판정되면 균질 연소만이 수행되도록 상기 내연 기관의 작동 상태와 관련된 정보에 근거하여 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하고,
    상기 정보는 상기 제 1 연료 분사 수단이 엔진의 속도가 소정의 고속 영역으로 이동함에 따라 증가되는 연료 분사비를 가지는 정보인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 변함에 따라 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단의 제어 영역이 변하도록 정해지고,
    상기 제어 장치는 상기 내연 기관의 온도를 검출하는 검출 수단을 더 포함하며,
    상기 제어 수단은 검출된 온도와 상기 정보에 근거하여 상기 연료 분사 수단을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 더 낮아짐에 따라 상기 제 2 연료 분사 수단의 제어 영역이 더 높은 엔진 속도의 영역을 포함하기 위해 확장되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 제 1 연료 분사 수단이 엔진의 부하가 소정의 높은 영역으로 이동함에 따라 감소되는 연료 분사비를 가지는 정보인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 공회전시 촉매 난기 작동 중에 성층 연소가 수행되도록 상기 제 1 연료 분사 수단을 제어하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 높을 때 상기 제 1 연료 분사 수단만이 소정의 낮은 엔진 부하 영역에서 사용되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 온도가 낮을 때 상기 제 2 연료 분사 수단만이 소정의 낮은 엔진 부하 영역에서 사용되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 내연 기관의 엔진 속도 및 부하율에 의해 정해지는 상기 제 1 및 제 2 연료 분사 수단 사이의 연료 분사비를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
  18. 제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 연료 분사 수단은 실린더내 분사기이고,
    상기 제 2 연료 분사 수단은 흡기 매니폴드 분사기인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 제어 장치.
KR1020077013138A 2004-11-11 2005-11-07 내연 기관용 제어 장치 KR100881877B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004328108A JP4487735B2 (ja) 2004-11-11 2004-11-11 内燃機関の制御装置
JPJP-P-2004-00328108 2004-11-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070086034A true KR20070086034A (ko) 2007-08-27
KR100881877B1 KR100881877B1 (ko) 2009-02-06

Family

ID=35501289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077013138A KR100881877B1 (ko) 2004-11-11 2005-11-07 내연 기관용 제어 장치

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7302928B2 (ko)
EP (1) EP1809881B1 (ko)
JP (1) JP4487735B2 (ko)
KR (1) KR100881877B1 (ko)
CN (1) CN100580240C (ko)
AU (1) AU2005302987B2 (ko)
BR (1) BRPI0517548A (ko)
CA (1) CA2576439C (ko)
ES (1) ES2537003T3 (ko)
RU (1) RU2349783C1 (ko)
WO (1) WO2006051924A1 (ko)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4379251B2 (ja) * 2004-08-02 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置および制御方法
JP2006258007A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP4333721B2 (ja) * 2006-09-22 2009-09-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
DE102008002511B4 (de) * 2008-06-18 2018-12-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bei kombinierter Direkt- und Saugrohreinspritzung, Computerprogramm, Computerprogrammprodukt
JP4720875B2 (ja) * 2008-08-26 2011-07-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
DE102008042615B4 (de) 2008-10-06 2023-09-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Kraftstoffeinbringung in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors
DE102008044056A1 (de) 2008-11-25 2010-05-27 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffeinspritzvorrichtung
US20100161199A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Gauthier Eric Fuel consumption saving system and a method of operation thereof
US7845335B2 (en) * 2009-03-23 2010-12-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Operating strategy for HCCI combustion during engine warm-up
US8515649B2 (en) * 2010-05-25 2013-08-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel injection device for internal combustion engine
JP5831556B2 (ja) 2011-12-02 2015-12-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射システム
DE102012022712A1 (de) * 2012-11-21 2014-05-22 Deutz Aktiengesellschaft Dieselpartikelfilter und Verfahren zur Regeneration desselben
KR101752582B1 (ko) * 2013-04-03 2017-06-29 도요타지도샤가부시키가이샤 연료 분사 장치
JP6111899B2 (ja) * 2013-06-28 2017-04-12 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
JP5920368B2 (ja) * 2014-01-17 2016-05-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US9528448B2 (en) * 2015-02-19 2016-12-27 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for fuel ethanol content estimation and engine control
JP6554863B2 (ja) 2015-03-30 2019-08-07 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
WO2016162911A1 (ja) * 2015-04-06 2016-10-13 日産自動車株式会社 内燃機関の制御装置および制御方法
JP6507824B2 (ja) 2015-04-27 2019-05-08 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
JP6507822B2 (ja) 2015-04-27 2019-05-08 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
JP6507823B2 (ja) 2015-04-27 2019-05-08 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
JP6308166B2 (ja) * 2015-04-28 2018-04-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US9650977B2 (en) * 2015-06-22 2017-05-16 Ford Global Technologies, Llc Method and system for torque control
US11454189B2 (en) * 2015-06-29 2022-09-27 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for port fuel injection control
DE102015214595A1 (de) 2015-07-31 2017-02-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffeinspritzung
DE102015215038A1 (de) 2015-08-06 2017-02-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit dualer Kraftstoffeinspritzung
CN106481469B (zh) * 2015-08-28 2019-09-10 长城汽车股份有限公司 双燃料发动机喷油控制方法、控制装置、发动机及车辆
JP2017057797A (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 燃料噴射制御装置
CN106545406B (zh) * 2015-09-21 2019-01-18 上海汽车集团股份有限公司 汽车及燃气发动机、发动机ecu、喷射燃气的控制方法
DE102015224402A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffzumessung für den Betrieb eines Verbrennungsmotors
US20170306878A1 (en) * 2016-04-20 2017-10-26 GM Global Technology Operations LLC Engine with direct injection and port fuel injection adjustment based upon engine oil parameters
US9885309B1 (en) * 2016-07-19 2018-02-06 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for dual fuel injection
CN108506133A (zh) * 2017-02-24 2018-09-07 联合汽车电子有限公司 一种发动机系统及其燃油喷射方法
FR3102212B1 (fr) * 2019-10-16 2022-03-18 Psa Automobiles Sa Moteur à combustion interne à essence à allumage par compression
JP7505470B2 (ja) * 2021-10-14 2024-06-25 トヨタ自動車株式会社 内燃機関

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3832043B2 (ja) 1997-09-29 2006-10-11 マツダ株式会社 筒内噴射式エンジン
JP3414303B2 (ja) * 1998-03-17 2003-06-09 日産自動車株式会社 直噴火花点火式内燃機関の制御装置
DE19853799A1 (de) * 1998-11-21 2000-05-25 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zur Gemischbildung bei einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung
EP1039112A3 (de) * 1999-03-23 2000-12-13 DaimlerChrysler AG Brennstoffzuführungsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine
JP2001020837A (ja) * 1999-07-07 2001-01-23 Nissan Motor Co Ltd エンジンの燃料噴射制御装置
JP3920526B2 (ja) * 2000-03-08 2007-05-30 トヨタ自動車株式会社 火花点火式成層燃焼内燃機関
JP3963088B2 (ja) * 2001-09-06 2007-08-22 マツダ株式会社 火花点火式直噴エンジンの制御装置
JP4134910B2 (ja) * 2004-01-16 2008-08-20 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP2005256675A (ja) 2004-03-10 2005-09-22 Toyota Motor Corp 内燃機関の運転制御方法及び内燃機関運転制御装置、並びに内燃機関
JP4462079B2 (ja) * 2004-11-11 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101057068A (zh) 2007-10-17
AU2005302987A1 (en) 2006-05-18
WO2006051924A1 (en) 2006-05-18
RU2349783C1 (ru) 2009-03-20
ES2537003T3 (es) 2015-06-01
BRPI0517548A (pt) 2008-10-14
US7302928B2 (en) 2007-12-04
RU2007121657A (ru) 2008-12-20
AU2005302987B2 (en) 2010-12-16
US20060096572A1 (en) 2006-05-11
EP1809881A1 (en) 2007-07-25
CN100580240C (zh) 2010-01-13
CA2576439C (en) 2011-06-21
CA2576439A1 (en) 2006-05-18
JP2006138252A (ja) 2006-06-01
JP4487735B2 (ja) 2010-06-23
EP1809881B1 (en) 2015-05-13
KR100881877B1 (ko) 2009-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100881877B1 (ko) 내연 기관용 제어 장치
KR100912844B1 (ko) 내연기관용 제어 장치
US7198031B2 (en) Control device of internal combustion engine
US7367317B2 (en) Control apparatus for internal combustion engine
JP4462079B2 (ja) 内燃機関の制御装置
KR100898884B1 (ko) 내연 엔진용 제어 장치
US20060207241A1 (en) Control apparatus for internal combustion engine
JP4453524B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4337710B2 (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130111

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140107

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150105

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160105

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170103

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee