KR20080039509A - 내연기관의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

내연기관의 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 내연기관의 제어장치는, 내연기관의 시동 직후에 촉매 워밍업을 위한 점화시기(θ)를 점진적으로 지연시키는 것을 시작한다. 상기 점화시기(θ)가 소정의 기준시기(θref) 이하로 지연되는 경우, 연료증량플래그(F1)가 1로 설정되어 연료분사량의 증량 보정을 개시하게 된다. 상기 내연기관의 제어장치는 그 후에 스로틀 개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)까지 점진적으로 증가시키는 것을 시작한다. 상기 연료분사량의 증량 보정은, 스로틀 개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과한 후에 종료된다. 이러한 형태는 요건에 따른 연료분사량의 증량 보정을 가능하게 하므로, 연료 경제성과 배기가스배출을 개선하게 된다.
Figure P1020087007061
촉매변환, 내연기관, 워밍업, 스로틀, 개방도

Description

내연기관의 제어장치 및 제어방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
한 가지 제안된 내연기관의 제어장치는 점화시기를 지연시켜, 비워밍업(non-warm-up) 상태로 내연기관의 시동 시 연료분사량의 증량 보정을 수행함으로써, 상기 내연기관으로부터의 배기의 촉매 변환을 위한 촉매변환장치에 포함된 배기가스제어촉매(emission control catalyst)의 워밍업을 가속화하게 된다(예컨대, 일본특허공개공보 제H08-86236호 참조). 상기 연료분사량의 증량 보정은 점화시기를 지연하기 시작하는 동시에 개시되어, 지연된 점화시기에 의해 야기될 수 있는 미점화 가능성과 공회전속도제어밸브의 증가된 개방도에 의해 야기될 수 있는 공연비의 린(lean) 상태를 방지하게 된다. 상기 연료분사량의 증량 보정은 공회전속도제어밸브의 개방도를 증가시키는 종점에서 종료된다. 이러한 제어 기술은 공연비의 린 상태를 방지하여 촉매의 워밍업을 가속화시키는 것을 목적으로 한다. 고속의 촉매 워밍업은 내연기관으로부터의 배기의 고속촉매변환을 가능하게 하여 배기가스배출을 개선할 수 있게 된다.
내연기관의 시동 시의 촉매 워밍업은 배기가스배출을 개선하는데 이점이 있다. 하지만, 부적절한 시기에 수행되는 연료분사량의 증량 보정은 연료 경제성을 악화시켜, 과도한 연료분사에 의한 불량 배기가스배출을 유발할 수도 있다. 따라서, 적절한 시기에 연료분사량의 증량 보정을 개시하여, 상기 연료분사량의 증량 보정을 적절한 시기에 종료하는 것이 매우 요구된다.
본 발명의 내연기관의 제어장치 및 이에 대응하는 내연기관의 제어방법에서는, 비워밍업 상태로 내연기관의 시동 시 점화시기의 지연에 의한 촉매 워밍업의 공정에 있어서 최적의 시기에 연료분사량의 증량 보정을 개시할 필요가 있다. 또한, 본 발명의 내연기관의 제어장치 및 이에 대응하는 내연기관의 제어방법에서는, 비워밍업 상태로 내연기관의 시동 시 점화시기의 지연에 의한 촉매 워밍업의 공정에 있어서 최적의 시기에 연료분사량의 증량 보정을 종료할 필요도 있다.
상기 목적 및 기타 관련된 목적의 적어도 일부를 달성하기 위하여, 본 발명의 내연기관의 제어장치 및 이에 대응하는 내연기관의 제어방법은 후술하는 구성을 가진다.
본 발명은 점화시기가 변경가능하고, 배기시스템에 제공되어 내연기관으로부터의 배기의 촉매 변환을 위한 배기가스제어촉매가 충전된 촉매변환장치가 탑재된 내연기관을 제어하기 위한 제1 내연기관의 제어장치에 관한 것으로, 상기 제1 내연 기관의 제어장치는, 비워밍업(non-warm-up) 상태의 배기가스제어촉매로 상기 내연기관의 시동 직후 점화시기를 점진적으로 지연시키는 것을 시작하도록 시동시점화제어를 수행하고, 상기 제1 내연기관의 제어장치는 시동시연료분사제어를 수행하며, 상기 시동시점화제어에 의한 상기 점화시기의 점진적인 지연의 시작 이후, 소정의 증량 조건을 만족할 때까지, 상기 시동시연료분사제어는 목표공연비를 달성하기 위해 연료분사밸브의 연료분사량을 특정 연료분사량으로 조절하고, 상기 소정의 증량 조건을 만족한 후, 상기 시동시연료분사제어는 상기 목표공연비를 달성하기 위해 상기 특정 연료분사량으로부터 상기 연료분사밸브의 연료분사량을 증가시키도록 상기 연료분사량의 증량 보정을 개시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 내연기관의 제어장치에 있어서는, 점화시기의 점진적인 지연의 개시 이후 소정의 증량 조건을 만족할 때까지, 목표공연비를 달성하기 위한 특정 연료분사량을 갖도록 연료분사밸브가 제어된다. 소정의 증량 조건의 만족 후, 목표공연비를 달성하기 위한 특정 연료분사량보다 많은 연료분사증가량을 갖도록 연료분사밸브가 제어된다. 점화시기의 지연에 의한 촉매의 워밍업 공정에서는, 연료분사량의 증량 보정이 상기 점화시기의 지연 개시 이후 소정의 증량 조건의 만족 시에 시작된다. 이러한 형태는 내연기관의 시동 시의 연료 경제성을 효과적으로 개선시켜, 점화시기의 지연 개시와 동시와 수행되는 연료분사량의 증량 보정에 비해, 과도한 연료 분사로 배기가스배출이 불량하게 되는 것을 방지한다. 예를 들어, 소정의 증량 조건은 상기 점화시기가 특정 각도로 지연되는 조건일 수도 있다. 또다른 예시에서는, 소정의 증량 조건이 상기 시동시점화제어에 의한 상기 점화시기의 점진적인 지연의 시작 이후 소정 시간이 경과한 조건일 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에 있어서, '목표공연비를 달성하기 위한 특정 연료분사량'은, 화학양론적 공연비를 달성하기 위한 기본 연료분사량을 상기 내연기관의 동작 조건에 대응하는 보정계수에 곱하여 계산된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내연기관의 제어장치는, 상기 시동시연료분사제어에 의한 상기 연료분사량의 증량 보정의 개시 이후, 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키는 것을 시작하도록 시동시스로틀제어를 수행한다. 상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시스로틀제어에 의해 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 후, 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 이러한 형태는 바람직하게도 증가된 스로틀 개방도에 수반되는 공연비의 린 상태를 방지하여, 린공연비방지제어의 종점에서 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 증가된 스로틀 개방도는 흡기량을 증가시켜 촉매의 워밍업을 가속화시킨다. 이러한 제1 내연기관의 제어장치의 일 실시형태에 있어서, 상기 시동시연료분사제어는 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후 소정의 시간이 경과한 후, 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 소정의 시간은 증가된 스로틀 개방도로 인해 저감된 공기유량을 반영한다. 이러한 제1 내연기관의 제어장치의 또다른 실시형태에 있어서, 상기 시동시스로틀제어는 상기 내연기관에 대한 출력 요건에 응답하여 취소된다. 상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시스로틀개방도의 취소의 경우, 상기 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 시동시스로틀제어의 취소는 연료분사량의 증량 보정의 종료 타이밍을 잃게 한다. 이 경우, 연료분사량의 증량 보정은 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 종료된다. 이러한 형태는 바람직하게도 연료분사량의 증량 보정이 요구사항없이 계속되는 것을 방지한다.
상기 제1 내연기관의 제어장치의 일 실시형태에 있어서, 상기 시동시연료분사제어는, 상기 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 이러한 형태는 연료분사량의 증량 보정이 과도하게 긴 시간주기동안 계속되는 것을 효과적으로 방지한다.
상기 제1 내연기관제어장치의 또다른 실시형태에 있어서, 상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시연료분사제어의 종료 직전의 최후 공연비를 토대로 감쇠 정도에 의해 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 이러한 형태는 바람직하게도 연료분사량의 증량 보정의 종료에 의한 공연비의 갑작스런 변화를 방지한다.
본 발명은 배기시스템에 제공되어 내연기관으로부터의 배기의 촉매 변환을 위한 배기가스제어촉매가 충전된 촉매변환장치가 탑재된 내연기관을 제어하기 위한 제2 내연기관의 제어장치에 관한 것으로, 상기 제2 내연기관의 제어장치는, 비워밍업 상태의 배기가스제어촉매로 상기 내연기관의 시동 이후 시동시스로틀제어를 제1시기에 수행하되, 상기 시동시스로틀제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키는 것을 시작하며, 상기 제2 내연기관의 제어장치는, 상기 내연기관의 시동 이후에 시동시연료분사제어를 제2시기에 수행하되, 상기 시동시연료분사제어는, 목표공연비를 달성하기 위해 특정 연료분사량으로부터 연료분사밸브의 연료분사량을 증가시키도록 연료분사량의 증량 보정을 개시하며, 상기 시동시연료분사제어는, 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 내연기관의 제어장치에 있어서, 상기 시동시스로틀제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키기 시작하도록 상기 내연기관의 시동 이후 제1시기에 수행된다. 상기 내연기관의 시동 이후의 제2시기에서는, 연료분사량의 증량 보정이 연료분사밸브를 제어하도록 개시되어, 목표공연비를 달성하기 위한 특정 연료분사량보다 많은 연료분사증가량을 가지도록 한다. 상기 시동시연료분사제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 후 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 증가된 스로틀 개방도는 흡기량을 증가시켜 촉매의 워밍업을 가속화시킨다. 이러한 형태는 바람직하게도 증가된 스로틀 개방도에 수반되는 공연비의 린 상태를 방지하여, 상기 린공연비방지제어의 종점에서 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 제2 내연기관의 제어장치는 연료분사량의 적절한 증량 보정을 보장하므로, 내연기관의 시동 시의 연료 경제성을 개선시키고, 과도한 연료분사에 의한 배기가스배출의 불량을 막게 된다.
상기 제2 내연기관의 제어장치의 일 실시형태에 있어서, 상기 시동시연료분사제어는 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후 소정의 시간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 소정의 시간은 증가된 스로틀 개방도로 인해 저감된 공기유량을 반영한다. 이러한 형태는 연료분사량의 증량 보정을 적절한 시기에 종료하는 것을 보장한다.
상기 제2 내연기관의 제어장치의 또다른 실시형태에 있어서, 상기 시동시스로틀제어는 상기 내연기관에 대한 출력 요건에 응답하여 취소된다. 상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시스로틀개방도의 취소의 경우, 상기 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 시동시스로틀제어의 취소는 연료분사량의 증량 보정의 종료 타이밍을 잃게 한다. 이 경우, 연료분사량의 증량 보정은 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 종료된다. 이러한 형태는 바람직하게도 연료분사량의 증량 보정이 요구사항없이 계속되는 것을 방지한다.
본 발명은 점화시기가 변경가능하고, 배기시스템에 제공되어 내연기관으로부터의 배기의 촉매 변환을 위한 배기가스제어촉매가 충전된 촉매변환장치가 탑재된 내연기관을 제어하기 위한 제1 내연기관의 제어방법에 관한 것으로, 상기 제1 내연기관의 제어방법은, 비워밍업 상태의 배기가스제어촉매로 상기 내연기관의 시동 직후 점화시기를 점진적으로 지연시키는 것을 시작하도록 시동시점화제어를 수행하고, 상기 제1 내연기관의 제어방법은 시동시연료분사제어를 수행하며, 상기 시동시점화제어에 의한 상기 점화시기의 점진적인 지연의 시작 이후, 소정의 증량 조건을 만족할 때까지, 상기 시동시연료분사제어는 목표공연비를 달성하기 위해 연료분사밸브의 연료분사량을 특정 연료분사량으로 조절하고, 상기 소정의 증량 조건을 만족한 후, 상기 시동시연료분사제어는 상기 목표공연비를 달성하기 위해 상기 특정 연료분사량으로부터 상기 연료분사밸브의 연료분사량을 증가시키도록 상기 연료분사량의 증량 보정을 개시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 내연기관의 제어방법에 있어서는, 점화시기의 점진적인 지연의 개시 이후 소정의 증량 조건을 만족할 때까지, 목표공연비를 달성하기 위한 특정 연료분사량을 갖도록 연료분사밸브가 제어된다. 소정의 증량 조건의 만족 후, 목표공연비를 달성하기 위한 특정 연료분사량보다 많은 연료분사증가량을 갖도록 연료분사밸브가 제어된다. 점화시기의 지연에 의한 촉매의 워밍업 공정에서는, 연료분사량의 증량 보정이 상기 점화시기의 지연 개시 이후 소정의 증량 조건의 만족 시에 시작된다. 이러한 형태는 내연기관의 시동 시의 연료 경제성을 효과적으로 개선시켜, 점화시기의 지연 개시와 동시와 수행되는 연료분사량의 증량 보정에 비해, 과도한 연료 분사로 배기가스배출이 불량하게 되는 것을 방지한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내연기관의 제어방법은, 상기 시동시연료분사제어에 의한 상기 연료분사량의 증량 보정의 개시 이후, 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키는 것을 시작하도록 시동시스로틀제어를 수행한다. 상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시스로틀제어에 의해 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 후, 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 이러한 형태는 바람직하게도 증가된 스로틀 개방도에 수반되는 공연비의 린 상태를 방지하여, 린공연비방지제어의 종점에서 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 증가된 스로틀 개방도는 흡기량을 증가시켜 촉매의 워밍업을 가속화시킨다.
이러한 제1 내연기관의 제어방법의 일 실시형태에 있어서, 상기 시동시연료분사제어는 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후 소정의 시 간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 이러한 형태는 연료분사량의 증량 보정이 과도하게 긴 시간주기동안 계속되는 것을 효과적으로 방지한다.
상기 제1 내연기관제어방법의 또다른 실시형태에 있어서, 상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시연료분사제어의 종료 직전의 최후 공연비를 토대로 감쇠 정도에 의해 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 이러한 형태는 바람직하게도 연료분사량의 증량 보정의 종료에 의한 공연비의 갑작스런 변화를 방지한다.
본 발명은 배기시스템에 제공되어 내연기관으로부터의 배기의 촉매 변환을 위한 배기가스제어촉매가 충전된 촉매변환장치가 탑재된 내연기관을 제어하기 위한 제2 내연기관의 제어방법에 관한 것으로, 상기 제2 내연기관의 제어방법은 비워밍업 상태의 배기가스제어촉매로 상기 내연기관의 시동 이후 시동시스로틀제어를 제1시기에 수행하되, 상기 시동시스로틀제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키는 것을 시작하고, 상기 제2 내연기관의 제어방법은 상기 내연기관의 시동 이후 시동시연료분사제어를 제2시기에 수행하되, 상기 시동시연료분사제어는 목표공연비를 달성하기 위해 특정 연료분사량으로부터 연료분사밸브의 연료분사량을 증가시키도록 연료분사량의 증량 보정을 개시하며, 상기 시동시연료분사제어는 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 내연기관의 제어방법에 있어서, 상기 시동시스로틀제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키기 시작하도록 상기 내연 기관의 시동 이후 제1시기에 수행된다. 상기 내연기관의 시동 이후의 제2시기에서는, 연료분사량의 증량 보정이 연료분사밸브를 제어하도록 개시되어, 목표공연비를 달성하기 위한 특정 연료분사량보다 많은 연료분사증가량을 가지도록 한다. 상기 시동시연료분사제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 후 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 증가된 스로틀 개방도는 흡기량을 증가시켜 촉매의 워밍업을 가속화시킨다. 이러한 형태는 바람직하게도 증가된 스로틀 개방도에 수반되는 공연비의 린 상태를 방지하여, 상기 린공연비방지제어의 종점에서 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 제2 내연기관의 제어방법은 연료분사량의 적절한 증량 보정을 보장하므로, 내연기관의 시동 시의 연료 경제성을 개선시키고, 과도한 연료분사에 의한 배기가스배출의 불량을 막게 된다.
상기 제2 내연기관의 제어방법의 또다른 실시형태에 있어서, 상기 시동시스로틀제어는 상기 내연기관에 대한 출력 요건에 응답하여 취소된다. 상기 시동시연료분사제어는 상기 시동시스로틀개방도의 취소의 경우, 상기 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 상기 시동시스로틀제어의 취소는 연료분사량의 증량 보정의 종료 타이밍을 잃게 한다. 이 경우, 연료분사량의 증량 보정은 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 종료된다. 이러한 형태는 바람직하게도 연료분사량의 증량 보정이 요구사항없이 계속되는 것을 방지한다.
부적절한 시기에 수행되는 연료분사량의 증량 보정은 연료 경제성을 악화시 켜, 과도한 연료분사에 의한 불량 배기가스배출을 유발할 수도 있다. 하지만 본 발명에 따르면, 적절한 시기에 연료분사량의 증량 보정을 개시하여, 상기 연료분사량의 증량 보정을 적절한 시기에 종료할 수 있다.
또한, 본 발명의 내연기관의 제어장치 및 이에 대응하는 내연기관의 제어방법에서의하면, 비워밍업 상태로 내연기관의 시동 시 점화시기의 지연에 의한 촉매 워밍업의 공정에 있어서 최적의 시기에 연료분사량의 증량 보정을 개시할 수 있다.
나아가, 본 발명의 내연기관의 제어장치 및 이에 대응하는 내연기관의 제어방법에서는, 비워밍업 상태로 내연기관의 시동 시 점화시기의 지연에 의한 촉매 워밍업의 공정에 있어서 최적의 시기에 연료분사량의 증량 보정을 종료할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하는 한 가지 모드를 바람직한 실시예로서 후술한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 내연기관의 제어장치가 탑재된 하이브리드자동차(20)의 구성을 개략적으로 예시한다. 예시된 바와 같이, 상기 실시예의 하이브리드자동차(20)는 엔진(22), 상기 엔진(22)의 출력축으로서의 기능을 하는 크랭크축(26)과 댐퍼(28)를 통해 링크되는 3축식동력분배통합기구(three shaft-type power distribution integration mechanism; 30), 상기 동력분배통합기구(30)와 링크되어 전력을 발생시킬 수 있는 모터(MG1), 상기 동력분배통합기구(30)와 연결된 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)에 부착된 리덕션기어(35), 상기 리덕션기어(35)와 링크된 또다른 모터(MG2), 및 전체 동력출력장치를 제어하는 하이브리드전자제어유닛(70)을 포함한다.
상기 엔진(22)은 동력을 출력하기 위해 가솔린 또는 경유와 같은 탄화수소 연료를 사용하는 내연기관이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 에어클리너(air cleaner; 122)에 의해 클리닝되어 스로틀밸브(124)를 통해 흡인된 공기는 연료분사밸브(126)에 의해 분사되는 분무 가솔린과 공연혼합물(air-fuel mixture)로 혼합된다. 상기 공연혼합물은 흡입밸브(128)를 통해 연소실 안으로 도입된다. 상기 도입된 공연혼합물은 스파크플러그(130)에 의해 이루어지는 스파크로 점화되어 폭발적으로 연소되게 된다. 연소에너지에 의한 피스톤(132)의 왕복운동은 상기 크랭크축(26)의 회전운동으로 변환된다. 상기 엔진(22)으로부터의 배기는 (3원촉매로 충전된) 촉매변환장치(134)를 통해 상기 배기 내에 포함된 독성 성분, 즉 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 및 질소산화물(NOx)을 무해 성분으로 변환하게 되며, 외부 공기로 배출된다.
상기 엔진(22)은 엔진전자제어유닛(이하, 엔진 ECU라 함)(24)의 제어 하에 있다. 상기 엔진 ECU(24)는 그 입력포트(도시안됨)를 통해 상기 엔진(22)의 상태들을 측정 및 검출하는 각종 센서들로부터 신호들을 수신한다. 상기 입력포트를 통해 엔진 ECU(24) 내로 입력되는 신호들은 에어클리너(122)에 부착된 온도센서(122a)로부터의 흡기온도(Ta), 상기 크랭크축(26)의 회전위치로서 검출되는 크랭크위치센서(140)로부터의 크랭크 위치, 상기 엔진(22) 내의 냉각수의 온도로서 측정되는 수온센서(142)로부터의 냉각수온도(Tw), 연소실과의 가스 흡기 및 배기를 위한 흡기밸브(128) 및 배기밸브를 개폐하도록 구동되는 캠축의 회전위치로서 검출되는 캠위치센서(144)로부터의 캠 위치, 스로틀밸브(124)의 개방도 또는 위치로서 검출되는 스로틀밸브위치센서(146)로부터의 스로틀밸브위치, 상기 엔진(22)의 부하로서 흡기량으로 검출되는 진공센서(148)로부터의 흡기량(Qa), 촉매변환장치(134)의 상류에 위치한 공연비센서(135a)로부터의 공연비(AF), 및 상기 촉매변환장치(134)의 하류에 위치한 산소센서(135b)로부터의 산소 신호를 포함한다. 상기 엔진 ECU(24)는 그 출력포트(도시안됨)를 통해 엔진(22)을 구동 및 제어하기 위한 개별적인 제어신호 및 구동신호, 예컨대 연료분사밸브(126)에 대한 구동신호, 스로틀밸브(124)의 위치를 조절하기 위한 스로틀밸브모터(136)에 대한 구동신호, 점화장치와 통합된 점화코일(138)에 대한 제어신호, 및 흡기밸브(128)의 개폐시기를 변경하기 위한 가변밸브타이밍기구(150)에 대한 제어신호를 출력한다. 상기 엔진 ECU(24)는 하이브리드전자제어유닛(70)과 통신한다. 상기 엔진 ECU(24)는 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 수신되는 제어신호들에 응답하여 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하는 한편, 상기 엔진(22)의 구동 상태들에 관한 데이터를 요구사항들에 따라 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다. 상기 엔진 ECU(24)는 또한 크랭크위치센서(140)에 의해 검출되는 크랭크축(26)의 크랭크위치 또는 회전위치로부터 상기 엔진(22)의 회전속도(Ne)를 계산한다.
상기 동력분배통합기구(30)는 외부기어인 선기어(31), 내부기어이면서 상기 선기어(31)와 동심적으로 배치된 링기어(32), 상기 선기어(31) 및 링기어(32)와 맞물리는 다수의 피니언기어(33), 및 각각의 축상에서 자유 선회(free revolution) 및 자유 회전(free rotation)을 가능하게 하는 방식으로 상기 다수의 피니언기어(33)를 유지시키는 캐리어(34)를 구비한다. 즉, 상기 동력분배통합기구(30)는 회 전성분으로서 선기어(31), 링기어(32), 및 캐리어(34)의 차동운동을 고려하는 유성기어기구로서 구성되어 있다. 상기 동력분배통합기구(30)에서의 캐리어(34), 선기어(31) 및 링기어(32)는 각각 링기어축(32a)을 통해 상기 엔진(22)의 크랭크축(26), 모터(MG1) 및 리덕션기어(35)와 결합되어 있다. 상기 모터(MG1)는 발전기로서의 기능을 하는 한편, 상기 엔진(22)으로부터 출력되고 상기 캐리어(34)를 통해 입력되는 동력은 기어비에 따라 상기 선기어(31) 및 상기 링기어(32)로 분배된다. 상기 링기어축(32a)은 기어기구(60) 및 차동기어(62)를 통해 하이브리드자동차(20)의 구동차륜(63a, 63b)에 링크되어 있다.
상기 모터(MG1, MG2)는 양자 모두 발전기로서 뿐만 아니라 모터로서도 작동될 수 있는 공지된 동기식전동기발전기(synchronous motor generators)로 구성된다. 상기 모터(MG1, MG2)는 전력라인(54) 상에서 각각의 인버터(41, 42)를 통해 배터리(50)와 연결된다. 두 모터(MG1, MG2)의 동작들은 모터전자제어유닛(이하, 모터 ECU라 함)(40)에 의해 제어된다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG1, MG2)의 동작들을 제어하는데 필요한 각종 신호들, 예컨대 상기 모터(MG1, MG2)에서의 회전자들의 회전위치들을 검출하는 회전위치검출센서(43, 44)로부터의 신호 및 전류센서들(도시안됨)에 의해 측정되고 상기 모터(MG1, MG2)로 인가될 상전류들을 수신한다. 상기 모터 ECU(40)는 스위칭 제어 신호들을 상기 인버터(41, 42)로 출력한다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 전달되는 제어 신호들에 응답하여, 상기 모터(MG1, MG2)들의 동작을 제어하도록 하이브리드전자제어유닛(70)과 통신하는 한편, 상기 모터(MG1, MG2)의 동작 상태들에 관한 데이터를 상 기 요구사항들에 따라 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다.
상기 배터리(50)는 배터리전자제어유닛(이하, 배터리 ECU라고 함)(52)의 제어 하에 있다. 상기 배터리 ECU(52)는 상기 배터리(50)의 제어에 필요한 각종 신호들, 예컨대 배터리(50)의 단자들 사이에 배치된 전압센서(도시안됨)에 의해 측정되는 상호단자전압, 상기 배터리(50)의 출력단자와 연결되어 있는 전력라인(54)에 부착된 전류센서(도시안됨)에 의해 측정되는 충방전 전류, 및 상기 배터리(50)에 부착된 온도센서(51)에 의해 측정되는 배터리 온도(Tb)를 수신한다. 상기 배터리 ECU(52)는 상기 요구사항들에 따른 통신을 통해 상기 배터리(50)의 상태들에 관한 데이터를 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다. 상기 배터리 ECU(52)는, 상기 배터리(50)의 제어를 위하여, 상기 전류센서에 의해 측정되는 축전된 충방전 전류를 토대로, 상기 배터리(50)의 충전 상태(SOC)를 계산한다.
상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 CPU(72)를 포함하는 마이크로프로세서, 처리 프로그램들을 저장하는 ROM(74), 임시로 데이터를 저장하는 RAM(76), 및 예시되지 않은 입출력포트와 예시되지 않은 통신포트로 구성되어 있다. 상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 상기 입력포트를 통해 각종 입력을 수신한다: 점화스위치(80)로부터의 점화신호, 변속레버(81)의 현재위치를 검출하는 변속위치센서(82)로부터의 변속위치(SP), 액셀러레이터페달(83)의 밟는 정도를 측정하는 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달(85)의 밟는 정도를 측정하는 브레이크페달위치센서(86)로부터의 브레이크페달위치(BP), 및 차량속도센서(88)로부터의 차량속도(V). 상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 상기 통 신포트를 통해 상기 엔진 ECU(24), 상기 모터 ECU(40) 및 상기 배터리 ECU(52)와 통신하여, 앞서 언급한 바와 같이 각종 제어 신호들과 데이터를 상기 엔진 ECU(24), 상기 모터 ECU(40) 및 상기 배터리 ECU(52)와 주고 받게 된다.
이렇게 구성된 상기 실시예의 하이브리드자동차(20)는, 차량속도(V) 및 운전자가 액셀러레이터페달(83)을 밟는 정도에 대응하는 액셀러레이터개방도(Acc)를 토대로, 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)으로 출력될 요구토크를 계산한다. 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)는 상기 계산된 요구토크에 대응하는 동력의 필요한 레벨을 상기 링기어축(32a)으로 출력하기 위한 동작 제어를 겪는다. 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)의 동작 제어는 토크변환구동모드, 충방전구동모드 및 모터구동모드 가운데 한 가지를 선택적으로 실행한다. 상기 토크변환구동모드는, 필요한 레벨의 동력과 등가인 동력량을 출력하기 위해 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하는 한편, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 모든 동력이 상기 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의하여 토크 변환되도록 그리고 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어한다. 상기 충방전구동모드는, 배터리(50)를 충전 및 방전하는데 소모되는 전력량과 필요한 레벨의 동력의 합에 등가인 동력량을 출력하기 위해 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하는 한편, 상기 배터리(50)의 충전 또는 방전과 동시에, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 일부가 상기 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의하여 토크 변환되도록 그리고 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어한다. 상기 모터구동모드는 상기 엔진(22)의 동작들을 중단시키고, 필요한 레 벨의 동력에 등가인 동력량을 상기 링기어축(32a)에 출력하도록 상기 모터(MG2)를 구동 및 제어한다.
상기 설명은 상술된 구성을 갖는 실시예의 하이브리드자동차(20)의 동작들, 특히 하이브리드자동차(20)의 시스템 작동 시 엔진(22)의 제1시동을 위한 일련의 동작 제어에 관한 것이다. 상기 하이브리드자동차(20)를 모터구동모드로 구동할 때 상기 엔진(22)의 시동 시에는, 상기 모터(MG1)가 동력분배통합기구(30)를 통해 엔진(22)을 구동하기 위한 구동토크(motoring torque)를 출력하도록 제어된다. 상기 모터(MG2)는 링기어축(32a)에 대한 요구토크 및 상쇄토크의 합의 출력을 보장하도록 제어된다. 상쇄토크는 엔진(22)을 구동하는 경우 동력분배통합기구(30)를 통해 링기어축(32a)에 대한 출력토크를 상쇄한다. 상기 요구토크는 링기어축(32a)에 출력될 요구사항으로서 운전자가 액셀러레이터페달(83)을 밟는 정도에 응답하여 설정된다. 도 3은 모터(MG1, MG2)에 의한 엔진(22)의 구동 개시 시에 상기 엔진 ECU(24)에 의해 실행되는 시동제어처리순서를 도시한 흐름도이다.
상기 시동제어처리순서에 있어서, 상기 엔진 ECU(24)는 우선 공회전구동상태 하의 개방도보다 약간 작은 값으로 스로틀개방도(TH)의 감소를 위해 스로틀밸브(124)를 폐쇄하도록 스로틀모터(136)를 작동시키고, 스파크플러그(130)의 점화시기(θ)를 소정의 시동점화시기(θst)로 조절한다(단계 S100). 상기 시동점화시기(θst)는 실험적으로 또는 엔진(22)의 초기 폭발에 대한 높은 가능성을 갖는 점화시기로 결정된다. 상기 엔진 ECU(24)는 엔진(22)의 입력회전속도(Ne)가 소정의 기준속도(Nref)에 도달하거나 이를 초과할 때까지 기다려(단계 S110, S120), 연료분 사밸브(126)로부터의 연료분사 및 스파크플러그(130)에 의한 점화를 제어하도록 연료분사제어 및 점화제어를 개시한다(단계 S130). 상기 엔진 ECU(24)는 그 후에 스파크플러그(130)의 점화시기(θ)의 점진적인 지연을 개시하여, 촉매변환장치(134) 내에 포함된 촉매를 신속하게 워밍업하게 된다(단계 S140). 상기 스파크플러그(130)의 지연된 점화시기(θ)는, 보통의 점화시기에 의해 결정된 연소시기에 비해, 보다 늦은 시기에 상기 엔진(22) 내의 공연혼합물의 연소를 유도한다. 따라서, 비교적 높은 온도의 배기가 촉매변환장치(134)로 공급되어, 상기 촉매변환장치(134) 내에 포함된 촉매를 신속하게 워밍업하게 된다. 점화시기(θ)의 갑작스런 지연은 미점화를 유발할 수도 있다. 이러한 실시예의 시동 제어는 스파크플러그(130)의 점화시기(θ)를 점진적으로 지연시켜 이러한 미점화 가능성을 막게 된다. 따라서, 상기 점화 제어는 미점화가 발생하지 않는 것을 체크하면서(즉, 스무드 연소 체크) 상기 스파크플러그(130)의 점화시기(θ)를 점진적으로 지연시킨다.
점화시기(θ)가 소정의 기준시기(θref) 밑으로 지연되는 경우(단계 S150), 연료증량플래그(F1)가 1로 설정된다(단계 S160). 상기 지연된 점화시기(θ)는 미점화(misfire)에 대한 가능성을 증가시킨다. 따라서, 연료분사밸브(126)로부터의 연료분사량의 증량 보정이 수행되어 미점화 가능성을 막게 된다. 연료분사제어의 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 엔진 ECU(24)는 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t1)이 경과할 때까지 기다려(단계 S170), 촉매 워밍업을 위해 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시키도록 스로틀밸브(124)를 점진적으로 개방하기 시작한다. 상기 스로틀개방도(TH)는 흡기량을 증가시켜 상기 촉매변환장치(134) 내에 포함된 촉매의 보다 신속한 워밍업을 성취하도록 넓어진다. 상기 지연된 점화시기(θ)와 증가된 흡기량의 조합은 상기 촉매변환장치(134) 내에 포함된 촉매의 신속한 워밍업을 달성한다. 본 실시예에 있어서는, 이러한 일련의 제어공정을 촉매워밍업제어라고 한다.
상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 경우(단계 S190) 또는 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과한 경우(단계 S200), 상기 엔진 ECU(24)는 연료증량플래그(F1)를 0으로 재설정하고, 연료증량중단플래그(F2)를 1로 설정한다(단계 S210). 이러한 플래그(F1, F2)의 설정치는 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 그 후, 상기 엔진 ECU(24)는 도 3의 시동제어처리순서로부터 빠져나간다. 하이브리드자동차(20)를 모터구동모드로 구동할 때 촉매워밍업제어의 실행을 가능하게 하는 통상적인 상태에서, 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과한 시기는 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 시기보다 빠르게 온다. 통상적인 상태에서, 상기 엔진 ECU(24)는 이에 따라 연료증량플래그(F1)를 0으로 재설정하고, 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과한 때의 타이밍에 연료증량중단플래그(F2)를 1로 설정한다. 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과하기를 기다리는 것은 상기 스로틀개방도(TH)의 증가와 흡기량의 실제 증가간의 시간 지연(time lag)을 고려한다. 연료분사량의 증량 보정은 스로틀개방 도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후에 종료된다. 이는 스로틀개방도(TH)의 증가 종료가 결국 상기 증가된 스로틀개방도(TH)의 상태에서 발생하는 린공연비(AF)의 현상을 종료시키기 때문이다. 이러한 형태는 요구사항없이 연료분사량의 증량 보정을 계속하는 것이 아니라, 증량 보정을 바로 취소한다. 다른 한편으로, 하이브리드자동차(20)를 모터구동모드로 구동할 때 촉매워밍업제어의 실행을 할 수 없는 비정상 상태(extraordinary state)에서는, 시동 제어가 점화시기(θ)를 점진적으로 지연시켜 흡기량을 점진적으로 증가시키는 촉매워밍업제어를 취소한다. 상기 하이브리드자동차(20)는 상기 엔진(22)으로부터의 출력 동력을 요청하기 위해예컨대 촉매워밍업제어 시에 운전자가 액셀러레이터페달(83)을 많이 밟는 것에 응답하거나 또는 촉매워밍업제어 시에 차량속도(V)의 많은 증가에 응답하여 비정상 상태로 된다. 상기 촉매워밍업제어의 취소는 스로틀개방도(TH)의 증가를 중단시킨다. 따라서, 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과할 때까지 기다리는 것이 의미가 없다. 즉, 이러한 비정상 상태의 경과 시기에 연료분사량의 증량 보정을 종료하는 것은 비현실적이다. 이러한 비정상 상태의 현상을 고려하여, 상기 실시예의 시동제어공정은 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 후에 연료분사량의 증량 보정을 종료한다. 이러한 형태는 요구사항없이 연료분사량의 증량 보정이 장시간동안 계속되는 것을 효과적으로 방지한다.
엔진시동 시의 연료분사제어를 상세히 설명한다. 도 4는 엔진(22)의 시동 시 엔진 ECU(24)에 의해 실행되는 연료분사시간설정처리순서를 도시한 흐름도이다. 이 러한 연료분사시간설정처리순서는 도 3의 시동제어처리순서의 실행 시의 인터럽트공정으로서 반복해서 실행된다.
상기 연료분사시간설정처리순서에 있어서, 상기 엔진 ECU(24)는 우선 연료분사제어에 필요한 각종 데이터, 예컨대 엔진(22)의 회전속도(Ne), 진공센서(148)로부터의 흡기량(Qa), 온도센서(122a)로부터의 흡기온도(Ta), 수온센서(142)로부터의 냉각수온도(Tw), 및 공연비센서(135a)로부터의 공연비(AF)를 입력한다(단계 S300). 기본연료분사시간(TP)은 엔진(22)의 입력된 회전속도(Ne), 입력된 흡기량(Qa), 및 입력된 흡기온도(Ta)에 따라 설정된다(단계 S310). 상기 기본연료분사시간(TP)은 화학양론적 공연비를 성취하도록 설정된다.
연료분사보정계수(FF)는 연료분사제어의 개시 이후 경과된 시간 't', 입력된 냉각수온도(Tw), 및 입력된 흡기온도(Ta)로부터 계산된다(단계 S320). 상기 연료분사보정계수(FF)는 예컨대 두 시간계수, 수온계수 및 흡기온도계수의 합으로 주어진다. 상기 두 시간계수는 상이한 감쇠 정도에서 시간 't'가 경과함에 따라 감쇠된다. 상기 수온계수는 냉각수온도(Tw)의 증가에 따라 감쇠된다. 상기 흡기온도계수는 소정의 기준온도(예컨대, 25℃)와 흡기온도(Ta)간의 온도차를 반영한다. 상기 실시예에서는, 상기 계산된 연료분사보정계수(FF)가 기준값 '1'에 비해 충분히 작게 되고, 예컨대 0.3보다 크지 않은 절대값을 가진다.
공연비피드백보정계수(FAF)는 그 후에 1로 설정된다(단계 S330). 상기 공연비피드백보정계수(FAF)는 목표 공연비(예컨대, 화학양론적 공연비)와 공연비센서(135a)에 의해 측정된 공연비(AF)간의 편차를 보정하는데 사용된다. 연료증량플 래그(F1)가 0과 같게 되면(단계 S340: yes), 증량 보정값(TK)이 0으로 설정된다(단계 S350). 다른 한편으로, 상기 연료증량플래그(F1)가 1과 같게 되면(단계 S340: no), 증량보정값(TK)은 특정증량시간(Tset)으로 설정된다(단계 S360). 단계 S350 또는 단계 S360에서 증량보정값(TK)을 설정한 후, 상기 엔진 ECU(24)는 연료증량종료플래그(F2)가 1과 같은 지의 여부를 식별한다(단계 S370). 상기 연료증량종료플래그(F2)가 0으로 식별되는 경우(단계 S370: no), 연료분사시간(TAU)은 아래에 주어진 수학식 1에 따라 설정된 기본연료분사시간(TP), 설정된 연료분사보정계수(FF), 설정된 공연비피드백제어계수(FAF), 및 설정된 증량보정값(TK)으로부터 계산된다(단계 S390):
TAU = TP·FAF·(1+FF) + TK
단계 S390에서 연료분사시간(TAU)의 계산 후, 상기 엔진 ECU(24)는 상기 연료분사시간설정처리순서로부터 빠져나간다. 연료증량플래그(F1)와 연료증량종료플래그(F2) 양자 모두가 0으로 재설정되면, 상기 증량보정값(TK)은 0과 같게 설정된다. 이에 따라, 연료분사량의 증량 보정이 없게 된다. 연료증량플래그(F1)가 1로 설정되고, 연료증량종료플래그(F2)가 0으로 재설정되면, 상기 증량보정값(TK)은 특정증량시간(Tset)으로 설정된다. 이에 따라, 연료분사량의 증량 보정은 상기 증량보정값(TK)의 설정치에 의해 수행된다. 상기 특정증량시간(Tset)은 지연된 점화시기(θ)의 상태에서 발생하는 미점화 가능성을 막기 위해 필요한 연료분사시간의 증분일 수도 있고, 또는 증가된 스로틀개방도(TH)의 상태에서 발생하는 미점화 가능 성을 막기 위해 필요한 연료분사시간의 증분일 수도 있다.
다른 한편으로, 상기 연료증량종료플래그(F2)가 1로 식별되면(단계 S370: yes), 증량보정값(TK)은 공연비(AF)를 토대로 스무딩공정(smoothing process)에 제공된다(단계 S380). 연료분사시간(TAU)은 상기 주어진 수학식 1에 따라 스무딩된 증량보정값(TK)으로부터 계산된다(단계 S390). 단계 S390에서 연료분사시간(TAU)의 계산 후, 상기 엔진 ECU(24)는 이러한 연료분사시간설정처리순서로부터 빠져나간다. 상기 공연비(AF)에 기초한 스무딩공정은 리치(rich)공연비(AF)의 상태에서 보다 작은 값을 스무딩 정도로 설정하여, 증량보정값(TK)이 0으로 신속하게 접근하는 것을 달성하는 한편, 린공연비(AF)의 상태에서 보다 큰 값을 스무딩 정도로 설정하여, 상기 증량보정값(TK)이 0으로 느리게 접근하는 것을 달성하게 된다. 이러한 형태는 연료분사량의 증량 보정의 종료에 의한 연료분사량의 갑작스런 변경으로 수반되는 공연비(AF)의 현저한 변동을 효과적으로 방지하므로, 안정된 연료분사제어를 보장하게 된다.
도 5는 도 3의 시동제어공정에 따라 엔진회전속도(Ne), 공연비(AF), 점화시기(θ), 스로틀개방도(TH), 및 상기 엔진의 시동 시 연료증량플래그(F1)를 도시한 타임차트이다. 공연비(AF)의 그래프에서, 실선 곡선은 상기 실시예의 시동제어공정에 따른 연료분사량의 증량 보정에 의한 공연비(AF)의 변량을 보여주는 반면, 일점쇄선 곡선은 연료분사량의 증량 보정이 없는 공연비(AF)의 변량을 보여준다. 시점(T0)에서, 모터(MG1, MG2)는 엔진(22)의 모니터링을 개시하도록 제어된다. 엔진 모니터링의 개시 시, 시동제어공정은 스로틀개방도(TH)를 감소시키고, 점화시기 (θ)를 소정의 시동점화시기(θst)로 조절한다(도 3의 단계 S100). 상기 연료분사제어 및 점화제어는 상기 엔진(22)의 회전속도(Ne)가 소정의 기준속도(Nref)에 도달하거나 이를 초과할 때의 시점(T1)에서 시작한다(단계 S110 내지 S130). 연료분사제어 및 점화제어의 개시 후, 상기 시동제어공정은 점화시기(θ)를 점진적으로 지연시키는 것을 개시한다(단계 S140). 점화시기(θ)가 소정의 기준시기(θref) 이하로 지연될 때의 시점(T2)에서는, 연료증량플래그(F1)가 1로 설정된다(단계 S150, S160). 연료증량플래그(F1)에 1을 설정하기 때문에(도 4의 연료분사시간설정처리순서의 단계 S340), 상기 증량보정값(TK)은 특정증량시간(Tset)으로 설정된다(단계 S360). 이러한 설정치는 연료분사량의 증량 보정을 개시한다. 이러한 연료분사량의 증량 보정이 없으면, 상기 공연비(AF)가 린 상태로 상승하여 미점화에 대한 가능성을 높인다. 하지만, 상기 실시예의 시동제어처리순서는 연료분사량의 증량 보정을 실행한다. 이는 상기 공연비(AF)를 화학양론적 공연비(AF0)보다 약간 더 리치 상태로 유지시키므로, 미점화 가능성을 효과적으로 방지한다. 소정의 기준 시기(θref) 이하로 점화시기(θ)를 지연시킨 후에 개시하는 연료분사량의 증량 보정은, 보다 이른 시기에 수행되는 연료분사량의 증량 보정에 비해 연료 경제성 및 배기가스배출을 현저하게 개선시킨다. 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t1)이 경과한 때의 시점(T3)에서, 상기 시동제어공정은 감소된 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 점진적으로 증가시키는 것을 개시한다(단계 S170, S180). 상기 점화시기(θ)는 동시에 조절되어 미점화 가능성을 막게 된다. 상기 증가된 스로틀 개방도(TH)는 연료분사량의 증량 보정이 없을 때에 공연비(AF)를 린 상태로 이동시킨 다. 하지만, 연료분사량의 증량 보정을 실행하면, 상기 공연비(AF)를 화학양론적 공연비(AF0)보다 약간 더 리치 상태로 유지하므로, 미점화 가능성을 효과적으로 막게 된다. 점진적으로 증가하는 스로틀개방도(TH)는 시점(T4)에서 소정의 목표 개방도(THset)에 도달한다. 시점(T4) 이후 소정의 시간(t3)이 경과한 때의 시점(T5)에서는, 상기 시동제어공정이 연료증량플래그(F1)를 0으로 재설정하고, 연료증량종료플래그(F2)를 1로 설정한다(단계 S190 내지 S210). 이러한 설정치는 연료분사량의 증량 보정을 종료시킨다. 즉, 상기 실시예의 시동제어공정은 상기 증량 보정의 필요성이 사라질 때에 상기 연료분사량의 증량 보정을 신속하게 종료시킨다. 연료분사량의 증량 보정의 종료시기에서는, 공연비(AF)를 토대로 상기 증량보정값(TK)이 스무딩 공정에 제공된다. 이는 바람직하게도 연료분사량의 갑작스런 변화에 수반되는 공연비(AF)의 현저한 변동을 제한하므로, 안정된 연료분사제어를 보장하게 된다. 스무딩 공정의 정도를 보기 위하여, 상기 시동제어공정에서 간단히 0으로 재설정된 연료증량플래그(F1)는 도 5의 타임차트에서 0으로 스무딩되도록 도시되어 있다. 점화시기(θ)의 지연 및 흡기량의 증가는 상기 엔진(22)으로부터의 출력 동력을 요청하기 위해 촉매워밍업제어 시 운전자가 액셀러레이터페달(83)을 많이 밟는 것에 응답하거나 또는 촉매워밍업제어 시 차량속도(V)의 많은 증가에 응답하여 바로 취소된다. 이러한 취소는 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시키는 것이 불가능하게 된다. 이 경우, 연료분사량의 증량 보정은 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 때의 시점(T6)에 종료된다. 이러한 형태는 바람직하게도 요구사항없이 연료분사량의 증량 보정이 장시간동안 계속되는 것을 방지한다.
상술된 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서, 시스템 작동 시 상기 엔진(22)의 첫번째 시동에서는, 상기 점화시기(θ)가 지연되어 상기 촉매변환장치(134) 내에 포함된 촉매의 워밍업을 가속화시키게 된다. 미점화 가능성을 막기 위해서는, 점화시기(θ)가 소정의 기준시기(θ) 이하로 지연될 때에 연료분사량의 증량 보정이 개시된다. 이러한 타이밍에 수행되는 연료분사량의 증량 보정은 바람직하게도 상기 시동 타이밍보다 약간 늦은 타이밍으로 또는 점화시기(θ)를 지연시키기 시작할 때에 수행되는 연료분사량의 증량 보정에 비해, 연료 경제성 및 배기가스배출을 개선시킨다. 상기 스로틀개방도(TH)는 촉매의 워밍업을 가속화시키기 위해 증가된다. 상기 연료분사량의 증량 보정은, 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과한 후에 종료된다. 이러한 형태는 증량 보정의 필요성이 사라질 때에 연료분사량의 증량 보정을 신속하게 종료시킨다. 신속한 종료는 바람직하게도 연료분사량의 과도한 증량 보정에 의해 야기되는 곤란함의 가능성, 예컨대 낮은 연료 경제성 및 불량한 배기가스배출을 방지한다. 상기 촉매워밍업제어는 엔진(22)의 출력 동력의 요구사항에 응답하여 취소될 수도 있다. 이 경우, 연료분사량의 증량 보정은 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 후에 종료된다. 이러한 형태는 바람직하게도 연료분사량의 증량 보정이 요구사항없이 장시간동안 계속되는 것을 방지한다. 상기 연료분사량의 증량 보정의 종료 시기에서는, 공연비(AF)를 토대로 증량보정값(TK)이 스무딩 공정에 제공된다. 이는 바람직하게도 연료분사량의 증량 보정 의 종료에 의한 연료분사량의 갑작스런 변화에 수반되는 공연비(AF)의 현저한 변동을 제한하므로, 안정된 연료분사제어를 보장하게 된다.
상기 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서, 연료분사량의 증량 보정은 점화시기(θ)가 소정의 기준시기(θ) 이하로 지연될 때에 개시된다. 하지만, 증량 보정의 개시가 이러한 시기로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 연료분사량의 증량 보정은 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 개시될 수도 있다. 또다른 예시에서는, 연료분사량의 증량 보정이 점화시기(θ)의 지연 개시 이후 소정의 시간이 경과한 후에 개시될 수도 있다.
상기 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서, 연료분사량의 증량 보정은 스로틀개방도(TH)를 소정의 목표 개방도(THset)로 증가시킨 이후 소정의 시간(t3)이 경과한 후에 종료된다. 하지만, 증량 보정의 종료가 이러한 시기로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 연료분사량의 증량 보정은 스로틀개방도(TH)가 소정의 목표 개방도(THset)에 도달한 때에 종료될 수도 있다. 또다른 예시에서는, 연료분사량의 증량 보정이 스로틀개방도(TH)의 증가 개시 이후 소정의 시간이 경과한 후에 종료될 수도 있다.
상기 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서, 점화시기(θ)의 지연 개시 이후 스로틀개방도(TH)의 증가가 개시된다. 그러나, 상기 스로틀개방도(TH) 증가 개시는 상기 시점으로 한정되지 안흔ㄴ다. 예를 들어, 스로틀개방도(TH)의 증가는 점화시기(θ)의 지연 개시와 동시에 개시될 수 있다.
상기 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서, 상기 촉매의 워밍업은 흡기량(Qa)을 증가시키는 관점에서 스로틀개방도(TH)를 증가시킴으로써 그리고 점화시기(θ)를 지연시킴으로써 구현된다. 하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 촉매의 워밍업은 점화시기(θ)만을 지연시킴으로써 그리고 스로틀개방도(TH)를 증가시키지 않고도 구현될 수도 있다. 또다른 예시에서는, 촉매의 워밍업이 스로틀개방도(TH)만을 증가시킴으로써 그리고 점화시기(θ)의 지연없이 구현될 수도 있다. 전자의 점화시기(θ)의 지연만에 의한 촉매의 워밍업에서는, 연료분사량의 증량 보정이 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 후에 종료된다. 후자의 스로틀개방도(TH)의 증가만에 의한 촉매의 워밍업에서는, 연료분사량의 증량 보정이 스로틀개방도(TH)의 증가를 개시하는 시기 또는 상기 엔진(22)의 개시 이후 소정의 시간이 경과한 후에 개시된다.
상기 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서, 상기 엔진(22)의 출력 동력의 요구사항에 응답하여 촉매워밍업제어를 취소하는 경우에는, 연료분사량의 증량 보정이 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 후에 종료된다. 하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 상기 연료분사량의 증량 보정은, 엔진(22)의 출력 동력의 요구사항에 관계없이 또는 요구사항없이, 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 후에 종료될 수도 있다. 이러한 수정된 형태에서는, 스로틀개방도(TH)의 증가가 생략될 수도 있다.
상기 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서는, 연료분사량의 증량 보정의 종료 시, 공연비(AF)를 토대로 증량보정값(TK) 이 스무딩 공정에 제공된다. 하지만, 스무딩 공정은 본질적인 것이 아니라, 여타의 적절한 기술이 공연비(AF)에 따라 연료분사량의 증분을 감쇠하도록 채택될 수도 있다. 상기 연료분사량의 증량 보정은 연료분사량의 증분의 감쇠없이 바로 감쇠될 수도 있다.
상기 실시예의 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 있어서, 상기 시동제어는 시스템 작동 시 엔진(22)의 첫번째 시동 시에 촉매변환장치(134)에 포함된 촉매를 워밍업하기 위해 수행된다. 하지만, 상기 시동제어는 시스템 작동 시 상기 엔진(22)의 첫번째 시동이 발생한 경우에 제한적으로 수행되지 않는다. 상기 시동제어는 상기 촉매변환장치(134)에 포함된 촉매의 워밍업이 불완전하기만 하면 상기 엔진(22)의 여하한의 후속 시동 시에 수행될 수도 있다.
상기 실시예는 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 관한 것이다. 상기 내연기관의 제어장치는 또한 구동모터가 없는 종래의 자동차 상에 장착될 수도 있다. 본 출원에서는, 구동 요구에 대한 신속한 응답을 위하여, 스로틀개방도(TH)의 증가 및 그에 따른 촉매의 워밍업에 대한 흡기량(Qa)의 증가를 생략하는 것이 바람직하다. 연료분사량의 증량 보정은 상기 엔진(22)의 시동 이후 소정의 시간(t2)이 경과한 후에 종료된다.
본 발명에 따른 내연기관의 제어장치는 열차차량 및 여타의 차량을 포함하는 여하한의 이동체 뿐만 아니라 자동차, 선박과 보트 및 항공기 상에 장착될 수도 있다. 본 발명에 따른 내연기관의 제어장치는 이 밖에도 여하한의 고정 설비에 설치될 수도 있다.
상기 실시예는 하이브리드자동차(20) 상에 장착된 내연기관의 제어장치에 관한 것이다. 본 발명의 기술은 이러한 제어장치로 제한되는 것이 아니라, 대응하는 내연기관의 제어방법에 의해 작동될 수도 있다.
상술된 실시예는 모든 실시형태에 있어서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 주된 특징들의 범위 또는 기술적 사상에서 벗어나지 않고도 수많은 수정, 변경 및 변형들이 가능하다. 본 명세서는 청구범위의 균등론의 의미와 범위 내에서의 모든 변경을 포함하려는 의도로 기술되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 제어장치가 탑재된 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 예시한 도면;
도 2는 상기 실시예의 하이브리드자동차 상에 장착된 엔진의 구조를 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 상기 실시예의 하이브리드자동차 내의 엔진 ECU에 의해 실행되는 시동제어처리순서를 도시한 흐름도;
도 4는 상기 엔진 ECU에 의해 실행되는 연료분사시간설정처리순서를 도시한 흐름도; 및
도 5는 엔진회전속도(Ne), 공연비(AF), 점화시기(θ), 스로틀개방도(TH), 및 상기 엔진의 시동 시 연료증량플래그(F1)를 도시한 타임차트이다.

Claims (5)

  1. 배기시스템에 제공되어 내연기관으로부터의 배기의 촉매 변환을 위한 배기가스제어촉매가 충전된 촉매변환장치가 탑재된 내연기관을 제어하기 위한 내연기관의 제어장치에 있어서,
    상기 내연기관의 제어장치는 비워밍업(non-warm-up) 상태의 배기가스제어촉매로 상기 내연기관의 시동 이후 시동시(start-time)스로틀제어를 제1시기에 수행하되, 상기 시동시스로틀제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키는 것을 시작하며,
    상기 내연기관의 제어장치는 상기 내연기관의 시동 이후에 시동시연료분사제어를 제2시기에 수행하되, 상기 시동시연료분사제어는 목표공연비를 달성하기 위해 특정 연료분사량으로부터 연료분사밸브의 연료분사량을 증가시키도록 연료분사량의 증량 보정을 개시하며,
    상기 시동시연료분사제어는 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시동시연료분사제어는, 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후 소정의 시간이 경과한 이후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료하 는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시동시스로틀제어는 상기 내연기관에 대한 출력 요건에 응답하여 취소되고,
    상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시스로틀개방도의 취소의 경우, 상기 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  4. 배기시스템에 제공되어 내연기관으로부터의 배기의 촉매 변환을 위한 배기가스제어촉매가 충전된 촉매변환장치가 탑재된 내연기관을 제어하기 위한 내연기관의 제어방법에 있어서,
    상기 내연기관의 제어방법은, 비워밍업(non-warm-up) 상태의 배기가스제어촉매로 상기 내연기관의 시동 이후에 시동시(start-time)스로틀제어를 제1시기에 수행하되, 상기 시동시스로틀제어는 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 점진적으로 증가시키는 것을 시작하고,
    상기 내연기관의 제어방법은, 상기 내연기관의 시동 이후 시동시연료분사제어를 제2시기에 수행하며,
    상기 시동시연료분사제어는, 목표공연비를 달성하기 위해 특정 연료분사량으로부터 연료분사밸브의 연료분사량을 증가시키도록 연료분사량의 증량 보정을 개시 하고,
    상기 시동시연료분사제어는, 상기 스로틀 개방도를 소정의 목표 개방도로 증가시킨 이후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시동시스로틀제어는 상기 내연기관에 대한 출력 요건에 응답하여 취소되고,
    상기 시동시연료분사제어는, 상기 시동시스로틀개방도의 취소의 경우, 상기 내연기관의 시동 이후 소정의 시간이 경과한 후에 상기 연료분사량의 증량 보정을 종료하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
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