KR20080007260A - 직접 분사식 내연기관 및 그 제어 방법 - Google Patents

직접 분사식 내연기관 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20080007260A
KR20080007260A KR1020077027229A KR20077027229A KR20080007260A KR 20080007260 A KR20080007260 A KR 20080007260A KR 1020077027229 A KR1020077027229 A KR 1020077027229A KR 20077027229 A KR20077027229 A KR 20077027229A KR 20080007260 A KR20080007260 A KR 20080007260A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
internal combustion
temperature
combustion engine
intake
Prior art date
Application number
KR1020077027229A
Other languages
English (en)
Inventor
다케시 아시자와
히로시 노무라
오사무 도미노
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 KR20080007260A publication Critical patent/KR20080007260A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • 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
    • 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)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

직접 분사식 내연기관 (1-1) 에 있어서, 밸브 타이밍이 가변적인 가변 흡입 밸브 (41) 가 공기 흡입 경로 (5) 와 연소실 (A) 이 상호 소통하는 공기 흡입 밸브로서 사용된다. 직접 분사식 내연기관 (1-1) 은 가변 흡입 밸브 (41) 의 밸브 타이밍을 제어하는 가변 흡입 밸브 제어부 (75), 및 연소실 (A) 안으로 도입되는 흡기의 온도를 얻는 흡기 온도 취득부 (74) 를 포함한다. 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브 (21) 를 통해서 연소실 (A) 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 흡기 온도가 낮다면, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍은 진각되어서, 실제 압축비가 증가된다.

Description

직접 분사식 내연기관 및 그 제어 방법{DIRECT-INJECTION INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 직접 분사식 내연기관 및 직접 분사식 내연기관의 제어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연료를 분사하는 직접 분사식 내연기관 및 직접 분사식 내연기관의 제어 방법에 관한 것이다.
최근에, 직접 분사식 내연기관은 일반적으로 이용가능하고, 연료는 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 직접 분사된다. 직접 분사식 내연 기관에 있어서, 연소 모드는 내연기관이 작동하는 상태에 따라서, 성층 급기(stratified-charge) 연소에서 균질 급기(homogeneous-charge) 연소로 변화한다. 성층 급기 연소는 엔진의 시동시 등의, 저부하 및 저속 작동 동안에 주로 행해진다. 성층 급기 연소가 행해질 때, 연료는 적어도 압축 행정 및 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사된다.
직접 분사식 내연기관의 종류로서, 월 가이드(wall-guided) 직접 분사식 내연기관이 이용가능하다. 월 가이드 직접 분사식 내연기관에 있어서, 성층 급기 연소가 행해지는 동안에 분사된 연료는 실린더의 벽면 또는 피스톤 정부 (crown portion) 를 따라 점화 플러그를 향해 이동한다. 점화 플러그를 향해 이동할 때, 연료는 공기 흡입 경로로부터 연소실 안으로 미리 도입된 흡기와 혼합한다. 공연 혼합물이 점화 플러그의 점화에 의해 점화되어서, 혼합물의 연료가 연소하게 된다.
일본 특허 공개 공보 제 2002-138933 에 기재된 바와 같이, 스프레이 가이드 (spray-guided) 직접 분사식 내연기관이 이용가능하다. 스프레이 가이드 직접 분사식 내연기관에 있어서, 성층 급기 연소 동안에 분사된 연료는 공기 흡입 경로로부터 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 혼합물을 형성하게 된다. 이에 따라, 혼합물이 점화 플러그의 점화에 의해 점화되어서 혼합물의 연료가 연소하게 된다. 스프레이 가이드 직접 분사식 내연기관의 경우에, 연료 분사 밸브를 통해서 연소실 안으로 분사된 연료는 연료가 실린더의 벽면 또는 피스톤의 정부를 따라 이동하게 함으로써 점화 플러그를 향하게 하는 것이 아니고, 또는 연소실의 흡기의 흐름에 의해 점화 플러그를 향하도록 하는 것도 아니다.
직접 분사식 내연기관에 대해서, 성층 급기 연소 동안에 연료 분사 밸브를 통해서 분사되는 연료를 기화시키는데 이용될 수 있는 시간은 연료가 흡입 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 균질 급기 연소에 비해 짧다. 왜냐하면, 성층 급기 연소가 행해질 때, 연료가 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되어서, 연소가 분사될 때부터 혼합물이 점화 플러그의 점화에 의해 전화될 때까지의 기간이 짧아지기 때문이다. 따라서, 직접 분사식 내연기관에 대해서, 성층 급기 연소 동안에, 연소실 안으로 흡입 경로로부터 도입된 흡입 가스의 온도가 낮기 때문에 연소실의 온도, 즉, 실린더내 온도가 낮을 때 연소가 악화될 수 있다는 문제점이 있다.
특히, 스프레이-가이드 직접 분사식 내연기관에 있어서, 월-가이드 직접 분사식 내연기관과 달리, 분사된 연료는 연료가 실린더의 벽면 또는 피스톤 정부를 따라 이동하도록 함으로써 점화 플러그를 향하지 않는다. 이 때문에, 실린더 블록 및 피스톤 등의 열원이 연료의 기화를 보조하는 것이 어렵다. 따라서, 스프레이-가이드 직접 분사식 내연기관에 있어서, 흡기의 온도가 낮기 때문에 실린더내 온도가 낮아질 때 연소가 더 악화된다는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명은 성층 급기 연소 동안에 연소의 악화를 방지하는 직접 분사식 내연기관 및 직접 분사식 내연기관의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태는 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 연료가 공기 흡입 경로를 통해 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 공연 혼합물을 형성하는 직접 분사식 내연기관으로서, 실제 압축비를 제어하는 실제 압축비 제어 수단, 및 실린더내 온도를 대표하는 값을 얻기 위한 대표값 취득 수단을 포함하고, 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 실제 압축비 제어 수단은 실제 압축비를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 양태는 제 1 양태에 따른 직접 분사식 내연기관으로서, 밸브 타이밍이 가변적인 가변 흡입 밸브가 공기 흡입 경로 및 연소실을 상호 소통시켜주는 공기 흡입 밸브로서 이용되고, 실제 압축비 제어 수단은 가변 흡입 밸브의 밸브 타이밍을 제어하기 위한 가변 흡입 제어 수단이며, 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때 가변 흡입 밸브 제어 수단은 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍을 진각시킨다.
본 발명의 제 3 양태는 제 2 양태에 따른 직접 분사식 내연기관으로서, 가변 흡입 밸브 제어 수단은 얻어진 대표값의 감소에 비례하여 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍의 진각량을 증가시킨다.
본 발명의 이러한 양태들에 따라서, 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해서 연료가 분사될 때, 예컨대 가변 흡입 밸브 제어 수단은 흡기 온도 및 냉각제 온도 등의 실린더내 온도를 대표하는 얻어진 대표값이 낮을 때 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍을 진각시킨다. 이러한 방식으로, 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍은 피스톤이 하사점에 위치하는 시점에 근접하게 되고, 연소실 안으로 도입되는 공기량이 증가하게 되고, 실제 압축비가 증가하게 된다. 예를 들어, 실제 압축비는 얻어진 대표값, 즉 실린더내 온도의 감소에 비례하여 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍의 진각량을 증가시킴으로써 증가된다. 따라서, 성층 급기 연소 동안에, 연소실의 연료가 기화되기 어렵더라도, 실제 압축비는 증가되어서 실린더내 온도가 증가하게 된다. 이러한 방식으로, 연료의 기화가 가속된다.
본 발명의 제 4 양태는 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 연료가 공기 흡입 경로를 통해 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 공연 혼합물을 형성하는 직접 분사식 내연기관으로서, 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사될 연료의 압력을 제어하는 연료 압력 제어 수단, 및 실린더내 온도를 대표하는 값을 얻기 위한 대표값 취득 수단을 포함하고, 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 연료 압력 제어 수단이 연료 압력을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 양태는 제 4 양태에 따른 직접 분사식 내연기관으로서, 연료 압력 제어 수단은 얻어진 대표값의 감소에 비례하여 연료 압력의 증가량을 증가시킨다.
본 발명의 이들 양태에 따라서, 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연료가 분사될 때, 연료 압력 제어 수단은 흡기 온도 및 냉각제의 온도 등의 실린더내 온도를 대표하는 얻어진 대표값이 낮을 때 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사될 연료의 압력을 증가시킨다. 이러한 방식으로, 연료 안으로 분사될 때 일어나는 연료의 무화가 촉진된다. 예를 들어, 연료 압력의 증가량은 얻어진 대표값, 즉 실린더내 온도의 감소에 비례하여 증가된다. 따라서, 분사된 연료의 무화가 촉진된다. 이에 따라, 성층 급기 연소 동안에, 연소실의 연료가 기화되기 어렵더라도, 연료의 무화가 촉진되어서, 연료를 기화시키기가 용이해진다. 이러한 방식으로, 연료의 기화가 가속된다.
본 발명의 제 6 양태는 제 1 ~ 5 양태 중 어느 하나에 따른 직접 분사식 내연기관으로서, 공기 흡입 경로를 통해 연소실 안으로 도입되는 흡기의 온도를 감지하는 흡기 온도 감지 수단, 및 직접 분사식 내연기관에서 순환하는 냉각제의 온도를 감지하는 냉각제 온도 감지 수단 중 하나 이상을 더 포함하고, 대표값 취득 수단에 의해 얻어지는 대표값은 감지된 흡기 온도 및 감지된 냉각제 온도 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 양태에 따라서, 대표값 취득 수단은 대표값으로서, 실린더내 온도를 대표하고 실린더내 온도에 직접적인 영향을 주는 흡기 온도 및 실린더내 온도를 대표하며 실린더내 온도에 간접적인 영향을 주는 냉각제의 온도 중 적어도 하나를 얻는다. 따라서, 실린더내 온도의 변화는 연소실의 어떠한 온도 센서 없이도 정확하게 얻어진다.
본 발명의 제 7 양태는 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 연료가 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 공연 혼합물을 형성하는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법으로서, 실린더내 온도를 대표하는 값을 얻는 단계를 포함하고, 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 실제 압축비를 증가시킨다.
본 발명의 양태에 따른 직접 분사식 내연기관 및 직접 분사식 내연기관의 제어 방법은 성층 급기 연소 동안에 연소실의 연료의 기화를 가속함으로써 연소의 악화를 방지할 수 있다.
도 1 은 제 1 실시형태의 스프레이-가이드 직접 분사식 내연기관의 구성예를 도시한다.
도 2A 는 연소실과 관련한 점화 플러그 및 연료 분사 밸브의 배열을 도시한다.
도 2B 는 도 2A 의 라인 2B-2B 를 따르는 단면도를 도시한다.
도 3 은 제 1 실시형태의 직접 분사식 내연기관의 작동 흐름을 도시한다.
도 4 는 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 맵을 도시한다.
도 5 는 제 2 실시형태의 스프레이 가이드-직접 분사식 내연기관의 구성예를 도시한다.
도 6 은 제 2 실시형태의 직접 분사식 내연기관의 작동 흐름을 도시한다.
도 7 은 연료 압력(P) 맵을 도시한다.
도면을 참조하여 이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하에 설명된 실시형태로 한정되지는 않는다. 본 실시형태는 당업자들에 의해 용이하게 실현될 수 있는 구성요소 및/또는 이러한 구성 요소들과 실질적으로 동일한 것을 포함한다.
도 1 은 제 1 실시형태에 따른 스프레이-가이드 직접 분사식 내연기관의 구성예를 도시한다. 도 2A 는 연소실과 관련한 점화 플러그 및 연료 분사 밸브의 배열을 도시한다. 도 2B 는 도 2A 의 라인 2B-2B 를 따르는 단면도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 직접 분사식 내연기관 (1-1) 은 연료 공급 장비 (2); 다수의 실린더 (일렬로 배치된 4 개의 실린더, 제 1 실시형태 참조) 로 구성된 내 연기관 본체 (3); 내연기관 본체 (3) 와 연결된 흡입 경로 (5); 내연기관 본체 (3) 와 연결된 배기 경로 (6); 직접 분사식 내연기관 (1-1) 의 작동을 제어하는 작동 제어기인 ECU (Electronic Control Unit)(7) 를 포함한다.
연료 공급 장비 (2) 는 연료 탱크 (22) 에 저장된 예컨대 가솔린 등의 연료를 직접 분사식 내연기관 (1-1) 에 공급하는데 사용된다. 연료 공급 장비 (2) 는 연료 분사 밸브 (21), 연료 탱크 (22), 저압 연료 펌프 (23), 고압 연료 펌프 (24), 및 연료 공급 배관 (도시되지 않음) 을 포함한다.
내연기관 본체 (3) 의 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 는 연료 분사 밸브 (21) 를 구비한다. 연료 분사 밸브 (21) 는 저압 연료 펌프 (23) 및 고압 연료 펌프 (24) 에 의해 승압된 연료를 실린더 (30a ~ 30d) 의 각각의 연소실 (A) 안으로 분사한다. 연료 분사 밸브 (21) 는 도 2A 및 2B 에 도시된 바와 같이, 스프레이를 안내할 수 있도록 점화 플러그 (36)(뒤에 설명됨) 근처에 배치된다. 연료 분사 밸브 (21) 의 연료의 분사 방향은, 성층 급기 연소 동안에, 즉 연료가 압축 행정 및 팽창 행정 중 적어도 한 행정 동안에 연료 분사 밸브 (21) 를 통해서 연소실 (A) 안으로 분사될 때, 연소실 (A) 안으로 분사된 연료 (B) 가 점화 플러그 (36) 근처에서 공연 혼합물을 형성하기 위해서 한 쌍의 가변 흡입 밸브 (41)(뒤에 설명됨) 를 통해 공기 흡입 경로 (5) 에서 연소실 (A) 로 미리 도입된 흡기와 혼합되도록 설정된다. ECU (7) 는 연료 분사 밸브 (21) 의 연료 분사량 및 분사 시점을 제어하는데, 즉, 연료 분사 제어를 수행한다.
고압 연료 펌프 (24) 는 저압 연료 펌프 (23) 에 의해서 압력이 증가되는 연 료 탱크 (22) 로부터 공급된 연료의 압력을 더 증가시킨다. 가변 밸브 시스템 (4) 의 흡입 캠축 (camshaft)(43) 에 부착된 펌프 구동 캠 (도시되지 않음) 의 회전은 고압 연료 펌프 (24) 를 구동시킨다. 흡입 캠축 (43) 은 캠축 (35) 의 회전과 연동하여 회전한다. 따라서, 고압 연료 펌프 (24) 는 내연기관 (1-1) 의 출력에 의해 구동된다.
고압 연료 펌프 (24) 는 솔레노이드 스필 밸브 (도시되지 않음) 를 구비된다. 솔레노이드 스필 밸브는 저압 연료 펌프 (23) 에 의해서 압력이 증가되는 고압 연료 펌프 (24) 안으로 흐르는 연료의 양을 조절한다. 고압 연료 펌프 (24) 는 솔레노이드 스필 밸브 (도시되지 않음) 를 통한 연료 유입량을 조절함으로써 고압 연료 펌프 (24) 로부터 방출될, 즉 연료 분사 밸브 (21) 를 통해서 연소실 (A) 안으로 분사될 연료의 압력인 연료 압력 (P) 을 조절한다. ECU (7) 는 고압 연료 펌프 (24) 안으로 흐르는 연료의 양을 조절하는데, 즉, 솔레노이드 스필 밸브 (도시되지 않음) 를 통해 유입량 조절을 수행한다.
내연기관 본체 (3) 는 실린더 블록 (31), 실린더 블록 (31) 에 고정된 실린더 헤드 (32), 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 에 제공된 연결 로드 (34) 및 피스톤 (33), 크랭크축 (35), 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 에 제공된 점화 플러그 (36), 및 가변 밸브 시스템 (4) 을 포함한다. 내연 기관 본체 (3) 의 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 에 있어서, 연소실 (A) 은 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 의 피스톤 (33), 실린더 블록 (31), 및 실린더 헤드 (32) 에 의해 형성된다. 실린드 헤드 (32) 에 있어서, 공기 흡입 포트 (37) 및 배기 포트 (38) 는 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 마다 형성되어 있고, 각각 공기 흡입 경로 (5) 및 배기 경로 (6) 에 연결되어 있다. 피스톤 (33) 은 연결 로드 (34) 에 자유롭게 회전가능하게 결합되어 있다. 연결 로드 (34) 는 크랭크축 (35) 에 자유롭게 회전가능하게 결합되어 있다. 따라서, 공연 혼합물이 연소실 (A) 에서 연소될 때 피스톤 (33) 은 실린더 블록 (31) 에서 왕복운동하여서 크랭트축 (35) 이 회전하도록 한다.
점화 플러그 (36) 는 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 마다 형성되어 있다. 점화 플러그 (36) 는 실린더 (30a ~ 30d) 의 연소실 (A) 에서 혼합물을 점화하기 위해 ECU (7) 로부터의 점화 신호에 따라 발화한다. 점화 플러그 (36) 는 도 2A 및 2B 에 도시된 바와 같이, 스프레이를 안내할 수 있도록 상기에 설명된 바와 같이 연료 분사 밸브 (21) 근처에 배치된다. ECU (7) 는 점화 플러그 (36) 의 점화 시점을 제어하는데, 즉 점화 제어를 수행한다.
크랭크 각도 센서 (39) 는 크랭크 각도 (CA), 크랭크축 (35) 의 회전각을 감지하여 ECU (7) 에 각도를 출력한다. ECU (7) 는 내연기관 (1-1) 의 회전수를 결정하여서, 크랭크 각도 센서 (39) 에 의해 감지된 크랭크각에 근거하여 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 를 판별한다.
가변 밸브 시스템 (4) 은 가변 흡입 밸브 (41) 및 가변 배기 밸브 (42) 가 개폐하도록 한다. 가변 밸브 시스템 (4) 은, 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 에 형성된 한 쌍의 가변 흡입 밸브 (41) 및 한 쌍의 가변 배기 밸브 (42), 흡입 캠축 (43), 배기 캠축 (44), 가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45), 및 가변 배기 밸브 타이밍 기구 (46) 를 포함한다. 가변 흡입 밸브 (41) 는 공기 흡입 포트 (37) 와 연소실 (A) 사이에 배치되어 있고, 흡입 캠축 (43) 의 회전에 의해 개폐된다. 가변 배기 밸브 (42) 는 배기 포트 (38) 와 연소실 (A) 사이에 배치되어 있고, 배기 캠축 (44) 에 의해 개폐된다. 흡입 캠축 (43) 및 배기 캠축 (44) 은 타이밍 체인을 통해 캠축 (35) 과 결합되어, 캠축 (35) 의 회전과 연동하여 회전한다.
가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45) 는 흡입 캠축 (43) 과 캠축 (35) 사이에 배치되어 있다. 가변 배기 밸브 타이밍 기구 (46) 는 배기 캠축 (44) 과 캠축 (35) 사이에 배치되어 있다. 가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45) 및 가변 배기 밸브 타이밍 기구 (46) 는 흡입 캠축 (43) 및 배기 캠축 (44) 의 위상을 각각 연속적으로 변화시키는 연속 가변 타이밍 기구이다.
진각실 및 지각실 (도시되지 않음) 이 가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45) 및 가변 배기 밸브 타이밍 기구 (46) 에 각각 형성된다. 가변 밸브 시스템 (4) 의 오일 제어 밸브 (도시되지 않음) 로부터 진각실 및 지각실 중 하나로 오일이 공급된다. 흡입 캠축 (43) 및 배기 캠축 (44) 의 위상은 오일이 진각실로 공급될 때 진각되거나, 또는 오일이 지각실로 공급될 때 지각된다. 가변 밸브 시스템 (4) 은 흡입 캠축 (43) 및 배기 캠축 (44) 의 위상을 변화시킴으로써 가변 흡입 밸브 (41) 및 가변 배기 밸브 (42) 의 밸브 타이밍을 조정한다. 특히, 가변 밸브 시스템 (4) 은 가변 흡입 밸브 (41) 및 가변 배기 밸브 (42) 의 밸브 타이밍을 진각 또는 지각시킨다. 보다 특히, 가변 밸브 시스템 (4) 은 가변 흡입 밸브 (41) 및 가변 배기 밸브 (42) 의 밸브 타이밍의 진각량 및 지각량을 제어한다.
각각이 가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45) 및 가변 배기 밸브 타이밍 기구 (46) 에 대응되는 두 개의 오일 제어 밸브 (도시되지 않음) 가 오일 제어 밸브에 제공된 스풀 밸브의 위치를 이동시킴으로써 각각의 가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45) 및 가변 밸브 배기 타이밍 기구 (46) 의 진각실 및 지각실 중 하나에 오일을 공급한다. 두 개의 스풀 밸브의 위치의 제어, 즉, 가변 흡입 밸브 (41) 의 밸브 타이밍의 제어 및 가변 배기 밸브 (42) 의 밸브 타이밍의 제어가 뒤에 설명될 ECU (7) 에 의해 수행된다. 가변 밸브 시스템 (4) 에는 흡입 캠 위치 센서 (47) 및 배기 캠 위치 센서 (48) 가 형성되어 있다. 흡입 캠 위치 센서 (47) 및 배기 캠 위치 센서 (48) 는 각각 흡입 캠축 (43) 및 배기 캠축 (44) 의 회전 위치를 감지하여서 ECU (7) 에 위치를 출력한다. 제 1 실시형태에 있어서, 가변 밸브 시스템 (4) 은 각각 가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45) 및 가변 배기 밸브 타이밍 기구 (46) 를 사용하여 가변 흡입 밸브 (41) 및 가변 배기 밸브 (42) 모두의 밸브 타이밍을 조정한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시형태는 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 가변 밸브 시스템 (4) 에는 가변 흡입 타이밍 기구 (45) 만이 형성될 수도 있다. 이 경우에, 가변 밸브 시스템 (4) 은 가변 흡입 밸브 (41) 만의 밸브 타이밍을 조정한다.
공기 흡입 경로 (5) 는 외부로부터 공기를 흡입하여, 내연기관 본체 (3) 의 실린더 (30a ~ 30d) 의 연소실 (A) 안으로 공기를 도입하는데 사용된다. 공기 흡입 경로 (5) 는 에어 클리너 (51), 에어 유입량 미터 (52), 스로틀 밸브 (53), 에어 클리너 (51) 와 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 의 공기유량계 (37) 를 연결하는 공기 흡입 통로 (54), 및 흡기 온도 센서 (55) 를 포함한다. 에어 클리너 (51) 는 공기 흡입 통로 (54) 및 공기 흡입 포트 (37) 를 통해 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 의 연소실 (A) 안으로 도입된 공기로부터 먼지 입자를 제거한다. 공기유량계 (52) 는 실린더 (30a ~ 30d) 안으로 도입된 각각의 공기량, 즉, 흡기량을 감지하여, ECU (7) 에 공기량을 출력한다. 스텝핑 모터 등의 액츄에이터 (53a) 가 스로틀 밸브 (53) 를 구동시킨다. 스로틀 밸브 (53) 은 실린더 (30a ~ 30d) 의 연소실 (A) 로 도입될 각각의 흡기량을 조절한다. ECU (7) 는 스로틀 밸브 개도 제어, 즉, 뒤에 설명될 스로틀 밸브 (53) 의 개도를 제어한다. 흡기 온도 센서 (55) 는 에어 클리너 (51) 의 하류측에서 공기 흡입 통로 (54) 에 설치된다. 에어 클리너 (51) 의 하류측에서 공기 흡입 통로 (54) 에 설치된 흡기 온도 센서 (55) 는 공기 흡입 경로 (5) 로부터 공기 흡입 포트 (37) 를 통해 연소실 (A) 안으로 도입된 흡기의 흡기 온도 (T) 를 감지하여, ECU (7) 에 이 흡기 온도를 출력한다.
배기 경로 (6) 는 배기 가스 정화 장치 (61), 소음기 (머플러)(도시되지 않음), 및 배기 가스 정화 장치 (61) 를 통해 실린더 (30a ~ 30d) 의 각각의 배기 포트 (38) 와 소음기 (머플러) 를 연결시키는 배기 통로 (62) 로 구성되어 있다. 배기 가스 정화 장치 (61) 는 배기 통로 (62) 를 통해서 도입된 배기 가스에 함유된 유해 물질들을 제거한다. 유해 물질들을 제거함으로써 정화된 배기 가스는 소음기 (머플러)(도시되지 않음) 를 통해 대기중으로 방출된다. 배기 가스 정화 장치 (61) 의 상류에 위치된 배기 통로 (62) 에는, 배기 통로 (62) 안으로 방출될 배기 가스의 공연비를 감지하여 ECU (7) 에 공연비를 출력하는 A/F 센서 (63) 가 형성되어 있다. 배기 가스의 공연비는 A/F 센서 (63) 대신에 배기 통로 (62) 안으로 방출될 배기 가스의 산소 함량을 감지하는 O2 센서에 의해 감지될 수도 있다.
ECU (7) 는 직접 분사식 내연기관 (1-1) 의 작동을 제어한다. 다양한 입력 신호가 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 장착된 차량의 여러 위치에 부착된 센서로부터 ECU (7) 에 공급된다. 특히, 다양한 입력 신호는 예컨대 , 크랭크축 (35) 에 제공된 크랭크 각도 센서 (39) 에 의해 감지된 크랭크 각도의 신호, 흡입 캠 위치 센서 (47) 및 배기 캠 위치 센서 (48) 에 의해 각각 감지된 흡입 캠축 및 배기 캠축의 회전 위치의 신호, 공기유량계 (52) 에 의해 감지된 흡기량 신호, 흡기 온도 센서 (55) 에 의해 감지된 흡기 온도 (T) 의 신호, 가속기-페달 센서 (8) 에 의해 감지된 가속기-페달 작동량의 신호, 및 A/F 센서 (63) 에 의해 감지된 공연비의 신호가 있다.
ECU (7) 는 저장부 (73) 에 저장된 다양한 맵 및 이 입력 신호에 근거하여 다양한 출력 신호를 출력한다. 특히, 다양한 출력 신호는, 예컨대, 연료 분사 밸브 (21) 의 연료 분사 제어를 수행하기 위한 분사 신호, 고압 연료 펌프 (24) 안으로 흘러가는 연료 양의 제어를 수행하기 위한 고압 연료 펌프 제어 신호, 점화 플러그 (24) 의 점화 제어를 수행하기 위한 점화 신호, 가변 흡입 밸브 (41) 의 제어를 수행하기 위한 가변 흡입 밸브의 진각/지각량 신호, 가변 배기 밸브 (42) 의 제어를 수행하기 위한 가변 배기 밸브의 진각/지각량 신호, 및 스로틀 밸브 (53) 의 개도의 제어를 수행하기 위한 스로틀 밸브 개도 신호가 있다.
ECU (7) 는 입력 신호를 입력하고 출력 신호를 출력하는 입/출력부 (I/O)(71), 처리부 (72), 및 흡기 온도 (T) 및 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍에 근거하여 만들어지는 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 맵, 연료 분사량 맵 등의 다양한 맵을 저장하는 저장부 (73) 를 포함한다. 처리부 (72) 는 적어도, 대표값 취득 수단인 흡기 온도 취득부 (74) 및 실제 압축비 제어 수단 (제 1 실시형태에서는 가변 흡입 밸브 제어 수단) 인 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 를 갖는다. 처리부 (72) 는 메모리 및 CPU (Central Processing Unit) 를 포함한다. 처리부 (72) 는 직접 분사식 내연기관 (1-1) 의 작동 제어에 근거하여 만들어진 프로그램을 메모리에 로딩하여 실행시킴으로써 직접 분사식 내연기관 (1-1) 의 작동 제어 등을 실시할 수도 있다. 저장부 (73) 는 플래시 메모리 등의 비휘발성 메모리, ROM (Read Only Memory) 등의 읽기만이 가능한 비휘발성 메모리, RAM (Random Access Memory) 등의 읽고 쓰는것이 가능한 휘발성 메모리, 또는 이 메모리 유형들의 조합으로 구성될 수 있다.
다음으로, 제 1 실시형태의 직접 분사식 내연기관 (1-1) 의 작동, 특히, 성층 급기 연소 동안에 수행되는 실제 압축비 제어 (제 1 실시형태에서는 가변 흡입 밸브 제어) 가 설명된다. 도 3 은 제 1 실시형태의 직접 분사식 내연기관의 작동 흐름을 도시한다. 도 4 는 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 맵을 도시한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, ECU (7) 의 처리부 (72) 는 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 성층 급기 연소가 발생하는 상태에서 작동하는지의 여부를 결정한다(ST101). 특히, 처리부 (72) 는 실린더 (30a ~ 30d) 의 압축 행정 및 팽창 행정 중 적어도 한 행정 동안에 각각의 실린더 (30a ~ 30d) 의 연소실 (A) 안으로 연료가 분사되는지의 여부를 결정한다.
처리부 (72) 가 성층 급기 연소가 일어나는 상태에서 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 작동하고 있음을 결정한다면, 흡기 온도 취득부 (74) 는 흡기 온도 센서 (55) 에 의해 감지된 흡기 온도 (T) 를 얻게 된다(ST102). 감지된 흡기 온도 (T) 는 공기 흡입 경로 (5) 로부터 연소실 (A) 안으로 도입될 흡기의 온도이다. 따라서, 흡기 온도 (T) 는 실린더내 온도에 직접적인 영향을 주게 된다. 따라서, 실린더내 온도는 흡기 온도 (T) 의 변화에 거의 비례하여 변하게 된다. 이 때문에, 실린더내 온도의 변화는 연소실 (A) 의 어떠한 온도 센서 없이도 정확하게 얻어질 수 있다.
다음으로, 처리부 (72) 의 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 는 얻어진 흡기 온도 (T) 및 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 (S) 과 흡기 온도 (T) 에 근거하여 만들어져 저장부 (73) 에 저장되어 있는 도 4 에 도시된 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍으로부터 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 (S) 을 계산한다(ST103). 도 4 에 도시된 바와 같이, 가변 흡입 밸브 폐쇄 맵은, 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮을 때, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍이 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 작동하는 상태에 의존하는 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍인 원하는 폐쇄 타이밍 (S1) 에 비해 진각되도록 설정된다. 특히, 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 맵은, 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮을 때 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍의 진각량이 흡기 온도 (T) 의 감소에 비례하여 증가하도록 설정된다. 따라서, 얻어진 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮으면, 계산된 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 (S) 은 원하는 폐쇄 타이밍 (S1) 의 진각측에 있게 된다. 소정의 흡기 온도 (T1) 는 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮은 흡기 온도 (T) 가 연소에 악영향을 끼칠 수도 있는 온도를 의미한다. 예컨대, 소정의 흡기 온도 (T1) 은 냉간 시동시에 발생하는 흡기 온도이고, 보다 구체적으로, 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 정지한 후에 충분한 시간이 경과되기 때문에 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 작동할 때의 온도에 비해 실린더내 온도 및 배기 가스 정화 장치의 정화 촉매의 온도가 충분히 낮을 때의 흡기 온도를 말한다.
다음으로, 처리부 (72) 의 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 는 계산된 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 (S) 에 근거하여, 가변 흡입 밸브 (41) 의 밸브 타이밍의 제어인 가변 흡입 밸브 제어를 수행한다 (ST104). 예컨대, 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 는 계산된 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 (S) 과 원하는 폐쇄 타이밍 (S1) 사이의 차이인 진각량에 근거하여, 가변 흡입 밸브 타이밍 기구 (45) 의 진각실에 오일을 공급한다. 이러한 방식으로, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍은 진각된다. 특히, 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 성층 급기 연소가 일어나는 상태에서 작동하고, 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 연료가 분사될 때, 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 는 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍을 피스톤 (33) 이 하사점 (bottom dead center) 에 위치한 시점에 가깝게 하도록 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍을 진각시킨다. 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 는 흡입 캠 위치 센서 (47) 에 의해 감지된 흡입 캠축 (43) 의 회전 위치로부터, 가변 흡입 밸브 (41) 의 실제 폐쇄 타이밍이 가변 흡입 폐쇄 타이밍 (S) 과 실제로 일치하는지 여부를 결정할 수도 있고, 또한 가변 흡입 밸브 (41) 의 실제 폐쇄 타이밍이 계산된 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 (S) 과 일치하도록 피드백 제어를 수행할 수도 있다. 얻어진 실린더내 온도 (T) 가 소정 실린더내 온도 (T1) 이상인 것으로 결정되면, 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 는 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 (S) 이 원하는 폐쇄 타이밍 (S1) 과 일치하도록 가변 흡입 밸브 제어를 수행하게 된다.
가변 흡입 밸브 제어부 (75) 가 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 시점을 진각시키기 때문에, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 시점은 피스톤 (33) 이 하사점에 위치하는 시점과 가까워져서, 연소실 (A) 안으로 도입될 공기량을 증가시키고, 실제 압축비를 증가시킨다. 제 1 실시형태에 있어서, 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 는 실린더내 온도를 대표하는 얻어진 대표값인 흡기 온도 (T) 의 감소에 비례하여 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 시점의 진각량을 증가시킴으로써 실제 압축비를 증가시키게 된다. 따라서, 성층 급기 연소 동안에, 연소실 (A) 의 연료가 기화되기 어렵더라도, 연료의 기화는 실제 압축비를 증가시킴으로써 가속된다. 이러한 방식으로 연소의 악화가 방지된다.
제 2 실시형태의 직접 분사식 내연기관 (1-2) 은 제 1 실시형태의 직접 분사식 내연기관 (1-1) 의 경우와 마찬가지로 스프레이 가이드 직접 분사식 내연기관이다. 도 5 는 제 2 실시형태의 스프레이 가이드 직접 분사식 내연기관의 구성예 를 도시한다. 도 5 에 도시된 직접 분사식 내연기관 (1-2) 은, 얻어진 흡기 온도 (T) 가 낮을 때, 연료분사 밸브 (21) 를 통해 연소실 (A) 안으로 분사될 연료의 연료 압력 (P) 이 증가된다는 점에서, 도 1 에 도시된 직접 분사식 내연기관 (1-1) 과 다르다. 제 2 실시형태의 직접 분사식 내연기관 (1-2) 의 기본 구성요소 중에서, 제 1 실시형태의 직접 분사식 내연기관 (1-1) 의 기본 구성요소와 동일한 구성요소 (도 1 과 도 5 에서 동일한 도면 부호로 표기됨) 가 간단하게 설명되거나, 또는 생략될 것이다.
연료의 기화를 가속시키는 방법으로서, 실린더내 온도를 증가시키는 상기 설명된 방법 외에, 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 분사된 연료의 무화 (atomization) 를 촉진시키는 방법이 있다. 제 2 실시형태에서, 연료의 무화를 촉진하기 위해서, 연료 분사 밸브 (21) 를 통해서 분사된 연료의 연료 압력 (P) 을 증가시킨다. 고압 연료 펌프 (24) 는 연료의 연료 압력 (P) 을 증가시키고, 이는 상기에 설명된 바와 같이 고압 연료 펌프 (24) 의 솔레노이드 스필 밸브 (도시되지 않음) 를 통한 연료 유입량을 조절함으로써 이루어지게 된다.
연료 공급 장비 (2) 에는 연료 압력 센서 (25) 가 형성되어 있다. 제 2 실시형태에서 고압 연료 펌프 (24) 와 연료 분사 밸브 (21) 사이에 부착된 연료 압력 센서 (25) 는 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 분사될 연료의 연료 압력을 감지하여, ECU (7) 에 그 압력을 출력한다.
ECU (7) 의 처리부 (72) 는 연료 압력 제어부 (76) 를 갖는데, 이는 고압 연료 펌프 (24) 의 솔레노이드 스필 밸브 (도시되지 않음) 를 통한 연료 유입량의 제 어, 즉 연료 압력 (P) 의 제어를 수행한다. ECU (7) 의 저장부 (73) 에는, 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 맵 대신에, 연료 분사 밸브 (21) 을 통해 분사될 연료의 연료 압력 (P), 및 흡기 온도 (T) 에 근거하여 만들어진 연료 압력 맵이 저장된다.
다음으로, 제 2 실시형태의 직접 분사식 내연기관 (1-2) 의 작동, 특히 성층 급기 연소 동안에 수행되는 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 분사될 연료의 연료 압력 (P) 의 제어가 설명될 것이다. 도 6 은 제 2 실시형태의 직접 분사식 내연기관의 작동 흐름을 도시한다. 도 7 은 연료 압력 맵을 도시한다. 직접 분사식 내연기관 (1-2) 이 성층 급기 연소가 일어나는 상태에서 작동할 때 수행되는 도 6 에 도시된 연료 압력 제어가 간략히 설명될 것이고, 이 연료 압력 제어는 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 성층 급기 연소가 일어나는 상태에서 작동할 때에 수행되는 도 3 에 도시된 대응 가변 흡입 밸브 제어와 동일하다.
먼저, 도 6 에 도시된 바와 같이, ECU (72) 의 처리부 (72) 는 직접 분사식 내연기관 (1-2) 이 성층 급기 연소가 일어나는 상태에서 작동하는지 여부를 결정한다 (ST201). 처리부 (72) 가 직접 분사식 내연기관 (1-2) 이 성층 급기 연소가 일어나는 상태에서 작동하고 있음을 결정한다면, 흡기 온도 취득부 (74) 는 흡기 온도 센서 (55) 에 의해 감지된 흡기 온도 (T) 를 얻게 된다 (ST202).
다음으로, 처리부 (72) 의 연료 압력 제어부 (76) 는 저장부 (73) 에 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 분사될 연료의 연료 압력 (P) 및 흡기 온도 (T) 에 근거하여 만들어져 저장되어 있는 도 5 에 도시된 연료 압력 맵 및 얻어진 흡기 온도 (T) 로부터 연료 압력 (P) 을 계산한다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 연료 압력 맵 은, 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮을 때, 연료 압력 (P) 이 직접 분사식 내연기관 (1-1) 이 작동하는 상태에 의존하는 연료 압력인 원하는 연료 압력 (P1) 이상으로 증가하도록 설정된다. 특히, 연료 압력 맵은, 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮을 때, 연료 압력 (P) 의 증가량이 흡기 온도 (T) 의 감소에 비례하여 증가하도록 설정된다. 따라서, 얻어진 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮으면, 계산된 연료 압력 (P) 은 원하는 연료 압력 (P1) 보다 높게 된다. 제 1 실시형태의 경우에서와 같이, 소정의 흡기 온도 (T1) 는 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮은 흡기 온도 (T) 가 연소에 악영향을 줄 수도 있는 온도를 의미한다.
처리부 (72) 의 연료 압력 제어부 (76) 는 계산된 연료 압력 (P) 에 근거하여, 고압 연료 펌프 (24) 의 솔레노이드 스필 밸브 (도시되지 않음) 를 통한 연료 유입량의 제어, 즉 연료 압력 (P) 의 제어인 연료 압력 제어를 수행한다 (ST204). 예를 들어, 연료 압력 제어부 (76) 는 계산된 연료 압력 (P) 과 원하는 연료 압력 (P1) 사이의 차이인 증가량에 근거하여, 상기 설명된 솔레노이드 스필 밸브 (도시되지 않음) 를 통해 고압 연료 펌프 (24) 안으로 들어오는 연료 유입량을 증가시킨다. 특히, 직접 분사식 내연기관 (1-2) 이 성층 급기 연소가 일어나는 상태에서 작동할 때, 즉, 연료가 압축 행정 및 팽창 행정 중 적어도 한 행정 동안에 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 분사될 때, 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 연소실 (A) 안으로 분사될 연료의 연료 압력 (P) 은 증가된다. 연료 압력 제어부 (76) 는 연료 압력 센서 (25) 에 의해 감지된 연료 압력으로부터, 실제 연료 압력이 계산된 연료 압력 (P) 과 동일한지를 결정할 수 있고, 실제 연료 압력이 계산된 연료 압력 (P) 과 동일하게 되도록 피드백 제어를 수행할 수도 있다. 얻어진 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 이상인 것으로 결정되면, 연료 압력 제어부 (76) 는 연료 압력 (P) 이 원하는 연료 압력 (P1) 과 같아지도록 연료 압력 제어를 수행한다.
연료 분사 밸브 (21) 를 통해 분사될 연료의 연료 압력 (P) 의 증가는 연소실 (A) 안으로 분사되는 연료의 무화를 촉진한다. 특히, 제 2 실시형태에 있어서, 연료 압력 제어부 (76) 는 실린더내 온도를 대표하는 얻어진 대표값인 흡기 온도 (T) 의 감소에 비례하여 연료 압력 (P) 의 증가량을 증가시킴으로써 연료의 무화를 촉진한다. 따라서, 성층 급기 연소 동안에, 연소실 (A) 의 연료가 기화되기 어렵더라도, 연료의 기화는 연료의 무화를 촉진함으로써 가속된다. 이러한 방식으로, 연소의 악화가 방지될 수 있다.
상기에 설명된 제 1 및 제 2 실시형태에서, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍의 진각량, 및 연료의 연료 압력 (P) 의 증가는 흡기 온도 (T) 의 감소에 따라 제어된다. 그러나, 흡기 온도 (T) 가 소정의 흡기 온도 (T1) 보다 낮은 것으로 결정되면 연료의 연료 압력 (P) 또는 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍의 진각량이 특정량만큼 증가되도록 가변 흡입 밸브 제어 및 연료 압력 제어가 수행될 수도 있다.
제 1 및 제 2 실시형태에 있어서, 흡기 온도 (T) 가 아니라 실린더내 온도에 근거하여 만들어지는 맵이 연료 압력 맵 또는 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍 맵으 로서 이용될 수도 있다. 이 경우에, 가변 흡입 밸브 폐쇄 타이밍부 (75) 및 연료 압력 제어부 (76) 는 감지된 흡기 온도로부터 계산된 실린더내 온도 및 연료 압력 또는 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍과 실린더내 온도 사이의 관계를 나타내는 맵으로부터 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍의 진각량 또는 연료 압력의 증가량을 계산할 수 있다.
제 1 및 제 2 실시형태에서, 감지된 흡기 온도 (T) 가 얻어진다. 그러나, 흡기 온도 대신에, 예컨대, 직접 분사식 내연기관 (1-1 또는 1-2) 에서 순환하는 냉각제의 온도가 얻어질 수도 있다. 냉각제의 온도의 변화는 실린더 블록 (31) 및 피스톤 (33) 등의 열원의 열량의 변화에 대응한다. 따라서, 연소실 (A) 안으로 도입된 흡기는 열원에 의해 가열되어서, 실린더내 온도를 증가시키게 된다. 이러한 방식으로, 냉각제의 온도는 실린더내 온도에 간접적인 영향을 주게 된다. 특히, 실린더내 온도는 냉각제의 온도의 변화에 따라 변화한다. 따라서, 연소실 (A) 의 어떠한 온도 센서도 없이, 실린더내 온도의 변화량을 정확하게 얻는 것이 가능하다. 흡기 온도 취득부 (74) 는 흡기 온도 및 냉각제의 온도를 얻어서, 얻어진 온도에 근거하여 연료 압력 제어 및 가변 흡입 밸브 제어를 수행할 수도 있다.
제 1 실시형태에 있어서, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍의 진각량 및 연료의 연료 압력 (P) 의 증가량은 흡기 온도 (T) 의 감소에 따라 제어된다. 그러나, 제어는 흡기 온도 (T) 및 연료 온도의 감소에 따라 수행될 수도 있다. 연료 온도의 변화는 연료 분사 밸브 (21) 를 통해 분사되는 연료의 기화에 영향을 준다. 연료의 온도가 낮을수록, 연료는 기화되기가 더 어려워진다. 이러한 이유 때문에, 가변 흡입 밸브 제어부 (75) 및 연료 압력 제어부 (76) 는 감지된 연료 온도의 감소에 비례하여 연료의 연료 압력 (P) 의 증가량 또는 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍의 진각량을 증가시킬 수도 있다.
제 1 및 제 2 실시형태에 있어서, 흡기 온도 (T) 가 낮을 때, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍이 진각되거나, 또는 연료의 연료 압력 (P) 이 증가되도록 제어가 수행된다. 그러나, 예를 들어, 실린더내 온도 (T) 에 따라서, 가변 흡입 밸브 (41) 의 폐쇄 타이밍은 진각될 수도 있고 연료의 연료 압력 (P) 이 증가될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 연료가 공기 흡입 경로를 통해 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 공연 혼합물을 형성하는 직접 분사식 내연기관으로서,
    실제 압축비를 제어하는 실제 압축비 제어 수단, 및
    실린더내 온도를 대표하는 값을 얻기 위한 대표값 취득 수단을 포함하고,
    압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 실제 압축비 제어 수단은 실제 압축비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 밸브 타이밍이 가변적인 가변 흡입 밸브가 공기 흡입 경로 및 연소실을 상호 소통시켜주는 공기 흡입 밸브로서 이용되고,
    실제 압축비 제어 수단은 가변 흡입 밸브의 밸브 타이밍을 제어하기 위한 가변 흡입 제어 수단이며,
    압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때 가변 흡입 밸브 제어 수단은 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍을 진각시키는 직접 분사식 내연기관.
  3. 제 2 항에 있어서, 가변 흡입 밸브 제어 수단은 얻어진 대표값의 감소에 비 례하여 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍의 진각량을 증가시키는 직접 분사식 내연기관.
  4. 제 2 항에 있어서, 얻어진 대표값이 소정의 값보다 낮을 때 가변 흡입 밸브 제어 수단은 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍의 진각량을 소정량 만큼 증가시키는 직접 분사식 내연기관.
  5. 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 연료가 공기 흡입 경로를 통해 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 공연 혼합물을 형성하는 직접 분사식 내연기관으로서,
    연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사될 연료의 압력을 제어하는 연료 압력 제어 수단, 및
    실린더내 온도를 대표하는 값을 얻기 위한 대표값 취득 수단을 포함하고,
    압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 연료 압력 제어 수단이 연료 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연 기관.
  6. 제 5 항에 있어서, 연료 압력 제어 수단은 얻어진 대표값의 감소에 비례하여 연료 압력의 증가량을 증가시키는 직접 분사식 내연기관.
  7. 제 5 항에 있어서, 얻어진 대표값이 소정의 값보다 낮을 때 연료 압력 제어 수단은 연료 압력의 증가량을 소정량 만큼 증가시키는 직접 분사식 내연기관.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 대표값 취득 수단은 실린더내 온도, 흡기 온도, 냉각제 온도, 및 연료의 온도 중 하나 이상을 얻는 직접 분사식 내연기관.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 흡입 경로를 통해 연소실 안으로 도입되는 흡기의 온도를 감지하는 흡기 온도 감지 수단, 및 직접 분사식 내연기관에서 순환하는 냉각제의 온도를 감지하는 냉각제 온도 감지 수단 중 하나 이상을 더 포함하고,
    대표값 취득 수단에 의해 얻어지는 대표값은 감지된 흡기 온도 및 감지된 냉각제 온도 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 직접 분사식 내연기관.
  10. 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 연료가 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 공연 혼합물을 형성하는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법으로서,
    실린더내 온도를 대표하는 값을 얻는 단계를 포함하고,
    압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 실제 압축비를 증가시키는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 직접 분사식 내연기관은, 밸브 타이밍이 가변적이고 공기 흡입 경로와 연소실을 상호 소통시켜주는 가변 흡입 밸브를 포함하고,
    압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍이 진각되는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍의 진각량은 얻어진 대표값의 감소에 비례하여 증가되는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 얻어진 대표값이 소정의 값보다 낮을 때 가변 흡입 밸브의 폐쇄 타이밍의 진각량은 소정량 만큼 증가되는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  14. 압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 분사되는 연료가 연소실 안으로 도입된 흡기와 혼합하여 점화 플러그 근처에서 공연 혼합물을 형성하는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법으로서,
    실린더내 온도를 대표하는 값을 얻는 단계를 포함하고,
    압축 행정 또는 팽창 행정 동안에 연료 분사 밸브를 통해 연소실 안으로 연 료가 분사될 때, 얻어진 대표값이 낮다면, 연료의 압력을 증가시키는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 연료 압력의 증가량이 얻어진 대표값의 감소에 비례하여 증가되는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 얻어진 대표값이 소정의 값보다 낮을 때 연료 압력의 증가량은 소정량 만큼 증가되는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 실린더내 온도, 흡기 온도, 냉각제의 온도, 및 연료의 온도 중 하나 이상이 실린더내 온도를 대표하는 값으로서 얻어지는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
  18. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 직접 분사식 내연기관은 공기 흡입 경로를 통해 연소실 안으로 도입되는 흡기의 온도를 감지하는 흡기 온도 감지 수단, 및 직접 분사식 내연기관을 순환하는 냉각제의 온도를 감지하는 냉각제 온도 감지 수단 중 하나 이상을 포함하고,
    흡기의 온도 및 냉각제의 온도 중 하나 이상이 실린더내 온도를 대표하는 값으로서 얻어지는 직접 분사식 내연기관의 제어 방법.
KR1020077027229A 2005-09-21 2006-09-20 직접 분사식 내연기관 및 그 제어 방법 KR20080007260A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005274165A JP2007085232A (ja) 2005-09-21 2005-09-21 筒内直噴内燃機関
JPJP-P-2005-00274165 2005-09-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080007260A true KR20080007260A (ko) 2008-01-17

Family

ID=37499256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077027229A KR20080007260A (ko) 2005-09-21 2006-09-20 직접 분사식 내연기관 및 그 제어 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20080210196A1 (ko)
EP (1) EP1926896A2 (ko)
JP (1) JP2007085232A (ko)
KR (1) KR20080007260A (ko)
CN (1) CN101189419A (ko)
WO (1) WO2007034302A2 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5045368B2 (ja) * 2007-10-18 2012-10-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP2009103014A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009264280A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Fuji Heavy Ind Ltd 筒内燃料噴射エンジンの制御装置
US8826887B2 (en) 2009-12-28 2014-09-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Spark ignition type internal combustion engine
EP2397674B1 (en) * 2010-06-18 2012-10-24 C.R.F. Società Consortile per Azioni Internal combustion engine with cylinders that can be de-activated, with exhaust gas recirculation by variable control of the intake valves, and method for controlling an internal combustion engine
US9279371B2 (en) * 2012-04-10 2016-03-08 Ford Global Technologies, Llc System and method for monitoring an engine and limiting cylinder air charge
DE102014200057A1 (de) * 2013-01-11 2014-07-17 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zur Verringerung der Partikelrohemission einerfremdgezündeten Brennkraftmaschine
JP2016008601A (ja) * 2014-06-26 2016-01-18 日産自動車株式会社 内燃機関
JP6476102B2 (ja) * 2015-09-30 2019-02-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の制御装置
JP2018204491A (ja) * 2017-06-01 2018-12-27 株式会社デンソー 制御システム
CN115977809B (zh) * 2022-12-30 2024-09-24 蜂巢动力系统(江苏)有限公司 可变气门正时系统控制方法及装置、车辆、可读存储介质

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3070334B2 (ja) * 1993-04-16 2000-07-31 トヨタ自動車株式会社 ディーゼル機関の燃料噴射制御装置
JP3298352B2 (ja) * 1995-03-16 2002-07-02 日産自動車株式会社 ディーゼルエンジン
EP0886058B1 (en) * 1997-06-19 2004-11-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel pressure control apparatus for fuel injection system of engine
SE521782C2 (sv) * 1998-10-26 2003-12-09 Volvo Ab Sätt att styra förbränningsprocessen i en förbränningsmotor samt motor med organ för styrning av motorns ventiler
DE10042381A1 (de) * 2000-08-29 2002-03-28 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Steuerung des Verdichtungsverhältnisses an einer Verbrennungskraftmaschine
AT5300U1 (de) * 2001-09-06 2002-05-27 Avl List Gmbh Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007034302A2 (en) 2007-03-29
JP2007085232A (ja) 2007-04-05
CN101189419A (zh) 2008-05-28
US20080210196A1 (en) 2008-09-04
EP1926896A2 (en) 2008-06-04
WO2007034302A3 (en) 2007-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7406942B2 (en) Direct-injection internal combustion engine and method of controlling the direct-injection internal combustion engine
KR20080007260A (ko) 직접 분사식 내연기관 및 그 제어 방법
US7664594B2 (en) Starting system and method of internal combustion engine
US9599036B2 (en) Method and system for diagonal blow-through exhaust gas scavenging
EP0806559B1 (en) Method of controlling the operation of an internal combustion engine of the two-stroke cycle and direct fuel injection type and internal combustion engine
US6899077B2 (en) Method for operating a multiple injection internal combustion engine in the starting phase
CN103375285B (zh) 部分停用的内燃发动机和该类型的内燃发动机的操作方法
US7128044B1 (en) Engine control with variable control valve
CN103375283A (zh) 部分停用的内燃发动机和该类型的内燃发动机的操作方法
KR100269839B1 (ko) 원통내 분사형 불꽃 점화식 내연 엔진의 제어 장치
US20200102898A1 (en) Cylinder deactivation change apparatus
JP4918910B2 (ja) 内燃機関
US9890722B2 (en) Fuel injection control method for internal combustion engine
JP2010203414A (ja) 内燃機関の制御装置
JP6245114B2 (ja) 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP5082938B2 (ja) 火花点火式内燃機関
JP4400421B2 (ja) デュアル噴射型内燃機関の制御方法
JP2016217286A (ja) エンジンシステムの制御装置
US20170298841A1 (en) Diesel engine and method for operating a diesel engine
JP5585528B2 (ja) 可変圧縮比機構を備える筒内噴射式火花点火内燃機関
JP5640512B2 (ja) 火花点火式内燃機関
JP4978322B2 (ja) 燃料供給装置
JP2008057403A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2004346752A (ja) 内燃機関の制御装置およびその制御方法
JP2004232577A (ja) 圧縮自着火運転が可能なエンジン

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application