KR20100020996A

KR20100020996A - 내연기관의 연료 압력 제어 장치

Info

Publication number: KR20100020996A
Application number: KR1020107000489A
Authority: KR
Inventors: 세이지 히로와타리; 마사나오 이도가와; 마사히코 데라오카; 도시타카 후지키
Original assignee: 도요타 지도샤（주）; 야마하하쓰도키 가부시키가이샤
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-15
Publication date: 2010-02-23
Also published as: US7853398B2; EP1931869A2; WO2007023753A3; US20090093943A1; KR20100019567A; CN101248262A; JP2007056849A; WO2007023753A2; KR20080034202A

Abstract

엔진 ECU 는, 저 연료 압력 제어의 실행이 허가되고, 엔진 속도 (NE) 가 임계값보다 낮고, 대기압이 임계값보다 높다고 하는 조건들이 실현되어 저 연료 압력 제어 실행 조건이 성립했을 경우 (S310에서 예), 저 연료 압력 제어를 실행함으로써, 연료 압력의 상한 가드 값을 설정하는 단계 (S320) 와 상한 가드 값을 초과하지 않는 범위 내에서, 목표 연료 압력이 되도록 연료 압력을 제어하는 단계 (S330) 를 포함한 프로그램을 실행한다. 엔진 부하율이 임계값보다 높은 상태에서, 고부하 영역에서의 연료 분사량을 감량하는 보정량이 임계값보다 클 때, 리치 판정이 ON 이면, 저 연료 압력 제어가 허용된다.

Description

내연기관의 연료 압력 제어 장치 {FUEL PRESSURE CONTROL APPARATUS FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 엔진의 제어장치에 관한 것으로서 특히, 제 1 압력 및 제 2 압력 중 어느 하나의 압력이 되도록 연료 압력이 조정되는 엔진의 제어장치에 관한 것이다.

종래, 엔진에 분사된 연료량이 분사기로부터의 연료 분사 주기를 제어함으로써 제어된다. 이 분사기에서는, 분사기의 분사 구멍을 차단하는 니들을 슬라이딩시키는 솔레노이드에 전류를 공급하여 이 분사구멍을 연다. 따라서, 분사기로부터의 연료 분사 주기가 솔레노이드에 전류를 공급하는 주기에 따라 결정된다. 솔레노이드에 상기 전류를 공급하는 주기가 충분히 길면, 니들이 정확하게 움직이고, 따라서 연료 분사 주기와 그러므로, 분사량을 적절하게 제어할 수 있다. 상기 솔레노이드에 전류를 공급하는 주기가 짧으면, 니들의 이동량이 충분하지 않기 때문에, 니들 움직임이 불안정해진다. 그 때문에, 연료 분사 주기와 그러므로, 연료 분사량이 불안정하게 될 수 있다. 따라서, 연료 분사 주기에는 하한치가 제공된다. 그러나, 연료 분사 주기의 하한치를 제공하는 경우에는, 하한치보다 연료 분사 주기를 짧게하여, 연료 분사량을 감량할 수가 없게 된다. 그 때문에, 연료 분사 주기가 하한치에 이르도록 짧아졌을 경우 (적은 연료 분사량이 요구되는 경우) 에는, 연료의 압력 (연료 압력) 을 낮춤으로써, 단위시간에 분사되는 연료량을 감량하는 기술이 있다.

일본 공개특허공보 평 9－21369 호에 기재된 내연기관의 연료 분사 제어장치는, 연료를 가압하는 연료 가압부와, 연료 가압부에 의해 가압된 연료를 분사하는 연료 분사부와, 엔진 작동 상태에 따라 연료 분사부에 의해 분사되어야 할 연료량을 설정하는 연료 분사량 설정부와, 연료 분사량 설정부에 의해 설정된 연료 분사량에 기초하여, 미리 정해진 분사 종료시기에 대한 분사 개시 시기를 설정하는 분사 개시시기 설정부와, 연료 분사량 설정부에 의해 설정된 연료 분사량이 적을 때에 연료 가압부의 압력을 낮추는 압력 변경부를 포함한다.

상기 공보에 기재된 연료 분사 제어장치에 따르면, 엔진의 작동 상태에 따라 연료 분사량 설정부가 설정하는 분사량에 기초하여, 분사 개시시기 설정부는 미리 정해진 분사 종료시기에 대한 분사 개시시기를 설정한다. 연료 분사량 설정부 에 의해 설정된 분사량이 적을 때에는, 압력 변경부는 연료 가압부의 가압력을 낮추도록 제어하여 연료 압력은 낮아진다. 이로써, 단위시간에 분사되는 연료량을 줄일 수가 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 평 9－21369호에 기재된 연료 분사 제어장치와 같이, 연료 가압부의 압력, 즉 연료 압력을 낮추면, 연료의 무화 (atomization) 가 악화된다(무화된 상태로 분사되는 연료가 줄어들 수 있다). 연료의 무화가 악화되면, 공기-연료의 연소 상태가 변화해, 엔진의 출력이 크게 변동할 수 있다.

본 발명의 목적은, 연료 압력의 저하로 인한 출력의 변동을 억제할 수 있는 엔진의 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 엔진의 제어 장치는 연료를 분사하는 연료 분사 기구를 제어하기 위한 제어부와, 연료의 압력을 제 1 압력이 되도록 조정하는 제 1 제어 및 상기 연료의 압력을 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력이 되도록 조정하는 제 2 제어 중 어느 하나를 실행하기 위한 조정부와, 대기압을 검출하는 검출부와, 대기압이 미리 정해진 압력보다 낮은 경우에, 제 1 제어에서 제 2 제어로의 전환을 금지하는 금지부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 연료가 연료 분사 기구로부터 분사된다. 연료 압력은 제 1 압력이 되도록 조정되거나 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력이 되도록 조정 된다. 연료 압력이 제 2 압력이 되도록 조정되는 경우에는, 연료 압력의 저하로 인해서, 무화된 상태에서 분사되는 연료가 감량해, 연료의 무화가 악화될 수 있다. 이 때, 대기압이 낮고, 흡입 공기량이 적은 상태이면, 불안정한 연소 상태가 한층 더 불안정하게 되어, 엔진의 출력이 크게 변동한다. 이는 엔진 스톨 (stall) 을 일으킬 수도 있다. 따라서, 대기압이 미리 정해진 압력보다 낮은 경우, 제 1 제어로부터 제 2 의 제어로의 전환은 금지된다. 이로써, 불안정한 연소 상태에서, 연료 압력이 저하되는 것을 억제할 수 있고 따라서, 연소 상태가 급변하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연료 압력의 저하로 인해서 출력의 변동을 억제할 수 있는 엔진의 제어장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면 상기 엔진의 제어장치는 연료를 분사하는 연료 분사 기구를 제어하기 위한 제어부와, 연료의 압력을 제 1 압력이 되도록 조정하는 제 1 제어 및 적어도 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 낮은 영역에서 제 1 압력보다 낮고, 또한 엔진 부하가 높은 경우에는 낮은 경우에 비해, 제 1 압력과의 차이가 작은 제 2 압력이 되도록 상기 연료의 압력을 조정하는 제 2 제어 중 어느 하나를 실행하는 조정부와, 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 높은 경우에, 제 1 제어로부터 제 2 제어로의 전환을 허용하는 허용부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 가압된 연료가 연료 분사 기구로부터 분사된다. 연료 압력은, 제 1 압력이 되도록 조정되거나 적어도 엔진의 부하가 미리 정해진 부하보다 낮은 영역에서 제 1 압력보다 낮고, 또한 엔진의 부하가 높은 경우에는 낮은 경우에 비해, 제 1 압력과의 차이가 작은 제 2 압력이 되도록 조정되거나 한다. 제 2 압력이 되도록 연료 압력이 조정되는 경우에는, 무화 상태에서 분사되는 연료는 연료 압력이 낮아져서 감량되어, 연료의 무화가 악화될 수 있다. 연료 무화의 악화로, 공기 연료 공기-연료의 연소 상태가 변화한다. 이로써, 제 1 압력과 제 2 압력과의 차이가 큰 작동 상태에서, 연료 압력이 제 1 압력으로부터 제 2 압력까지 저하되면, 공기-연료의 연소 상태가 급변해, 엔진의 출력이 크게 변동할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 엔진의 부하가 미리 정해진 부하보다 높은 경우에, 제 1 제어로부터 제 2 제어로 전환되는 것을 허용한다. 즉, 제 1 압력과 제 2 압력과의 차이가 큰 저부하 상태에서 제어가 전환되는 것을 억제하면서 제 1 압력과 제 2 압력과의 차이가 작은 고부하 상태에서 제어를 전환할 수 있다. 이로써, 제어의 전환시, 연료 압력이 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연료 압력의 저하에 의한 엔진의 출력 변동을 억제할 수 있는 엔진의 제어장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면 엔진의 제어장치는 연료를 분사하는 연료 분사 기구를 제어하기 위한 제어부와, 연료 분사량을 보정하기 위한 보정부와, 연료의 압력을 제 1 압력이 되도록 조정하는 제 1 제어 및 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력이 되도록 조정하는 제 2 제어 중 어느 하나를 실행하기 위한 조정부와, 연료 분사량을 감량시키는 보정량이 미리 정해진 보정량보다 큰 경우에, 제 1 제어로부터 제 2 제어로 전환하는 전환부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 가압된 연료가 연료 분사 기구로부터 분사된다. 연료 분사량은, 예를 들어 공연비에 기초하여 보정된다. 연료 압력은 제 1 압력이 되도록 조정되거나 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력이 되도록 조정된다. 제 2 압력이 되도록 연료 압력이 조정되는 경우에, 연료 압력이 저하되어 무화된 상태에서 분사되는 연료는 감량되어, 연료의 무화는 악화될 수 있다. 연료의 무화가 악화되면, 공기-연료의 연소 상태가 변화한다. 따라서, 예를 들어 요구되는 연료 분사량이 실제로 줄어들고 나서, 연료 압력이 제 1 압력으로부터 제 2 압력까지 저하되면, 연료 분사량이 적기 때문에 불안정한 연소 상태는 더 불안정하게 될 수 있다. 이 경우, 엔진의 출력이 크게 변동할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 연료 분사량을 감량하는 보정량이 미리 정해진 보정량보다 크고, 연료 분사 주기가 하한치에 이를 가능성이 높다고 말할 수 있는 경우에는, 제 1 제어로부터 제 2 제어로 전환된다. 이로써, 연료 분사량이 실제로 적게 되기 전에 (감량 보정 후의 연료 분사량이 많은 상태에서), 미리 연료 압력이 낮아지게 한다. 따라서, 연료 분사량 (감량 보정 후의) 이 적고, 연소 상태가 불안정한 상태에서, 연소 상태가 더 불안정해 지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연료 압력의 저하로 인한 출력의 변동을 억제할 수 있는 엔진의 제어장치를 제공할 수 있다.

바람직하게는 엔진의 공연비가 미리 정해진 공연비보다 낮을 때 보정부에서 연료 분사량을 감량하는 보정이 실행된다.

본 발명에 따르면, 공연비가 미리 정해진 공연비 (예를 들어 화학량론적 공연비) 보다 더 리치한 경우에, 연료 분사량을 감량하는 보정 (린 보정) 이 수행된다. 이러한 감량 보정에 의한 보정량이 미리 정해진 보정량보다 크고 상기와 같이 연료 분사 주기가 하한치에 이를 가능성이 높을 경우, 제 1 제어는 제 2 제어로 전환된다. 이로써, 연료 분사량이 실제로 적게 되기 전에 (감량 보정 후의 연료 분사량이 많은 경우에), 미리 연료 압력을 낮출 수 있다. 따라서, 연료 분사량 (감량 보정 후) 이 적고 연소 상태가 불안정한 상태에서, 연소 상태가 더 불안정해지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연료 압력의 저하로 의한 출력의 변동을 억제할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치에 의해 제어되는 엔진의 전체 구성을 나타낸다.
도 2 는 도 1 의 부분 확대도이다.
도 3 은 연료 압력의 상한 가드 값을 설정하기 위한 맵이다.
도 4 는 목표 연료 압력과 상한 가드 값을 비교하여 나타내었다.
도 5 내지 도 7 은 각각 본 발명의 실시형태에 따른 제어 장치와 같은 엔진 ECU 가 수행하는 프로그램의 제어 구조를 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 이하에는, 같거나 상응하는 부분은 같은 참조 번호를 배정하였다. 이들의 명칭과 기능도 동일하다. 따라서, 그에 대한 상세 설명은 반복하지 않는다.

도 1 은 본 발명의 제어 장치에 의해 제어되는 직접 분사 엔진의 전체 구성을 나타낸다. 엔진 본체 (10) 는 실린더 블록 (100) 의 상부를 덮는 실린더 헤드 (110) 가 있는 실린더 블록 (100) 을 갖는다. 실린더 블록 (100) 에 형성된 실린더 (100A) 내에 피스톤 (120) 이 미끄러질 수 있는 방식으로 수용되어 있다. 실린더 (100A) 내의 피스톤 (120) 의 왕복 운동은 크랭크축 (130) 의 회전 운동으로 전환되고, 이 회전 운동은 변속기 (300) 등에 전달된다. 엔진 시동시, 크랭크축 (130) 은 플라이휠 (140) 을 통해 스타터 (30) 에 연결된다. 플라이휠 (140) 과 변속기 (300) 사이에 클러치 (310) 가 배치된다.

본 실시형태에서, 변속기 (300) 는 운전자의 수동 작동에 의해 변속되는 수동변속기이다. 클러치 (310) 는 운전자의 작동에 의해 결합되거나 결합해제된다.

피스톤 (120) 상방에는 연소실 (1000) 이 형성되고, 이 연소실은 실린더 블록 (100) 과 실린더 헤드 (110) 에 의해 분할된다. 공기-연료 혼합물은 연소실 (1000) 내에서 연소되고, 폭발력에 의해 피스톤 (120) 을 왕복 운동하게 한다. 공기-연료 혼합물은 실린더 헤드 (110) 를 관통하여 연소실 (1000) 안으로 돌출된 점화 플러그 (150) 로 점화된다.

공기-연료 혼합물을 구성하는 공기는 실린더 헤드 (110) 와 이 실린더 헤드 (110) 에 연결된 흡입 파이프 내부에 형성된 흡입 통로 (1010) 를 통해 공급된다. 연소실 (1000) 로부터의 배기는 배기 통로 (1020) 를 통해 전달된다. 실린더 헤드 (110) 는 흡입 통로 (1010) 와 연소실 (1000) 사이의 연통/차단을 전환시키는 흡기 밸브 (160) 및 배기 통로 (1020) 와 연소실 (1000) 사이의 연통/차단을 전환시키는 배기 밸브 (170) 를 갖추고 있다.

흡입 파이프 내에는 개도에 따라 흡입 통로 (1010) 내의 공기 유량을 조정하는 플랩형 스로틀 밸브 (190) 가 배치된다. 더 명확하게는, 스로틀 밸브 (190) 는 엔진의 흡입 공기량을 조정한다. 스로틀 밸브 (190) 는 작동장치에 의해 작동되는 전자기형이다. 공회전 상태에서 흡입 공기량을 조정하는 밸브가 스로틀 밸브 (190) 에 추가되어 배치될 수 있다. 스로틀 밸브 (190) 의 개도를 조정하는 것 대신에, 또는 이에 추가하여 흡입 밸브 (160) 의 리프트량을 조정함으로써 흡입 공기량을 조정할 수 있다.

배기 통로 (1020) 의 하류에 촉매 (200) 가 제공된다. 촉매 (200) 는 삼원 촉매이다. 촉매 (200) 는 연소 후의 공기-연료 혼합물, 즉 배기가스를 정화한다. 촉매 (200) 에 의해 정화된 배기가스는 차량 외부로 배출된다.

공기-연료 혼합물을 구성하는 연료는 전자기형의 분사기 (210) 를 통해 공급된다. 분사기 (210) 는 실린더 헤드 (110) 를 관통하여 배치되고, 선단 노즐부로부터 연소실 (1000) 로 (실린더 내로) 연료를 분사하게 구성되어 있다. 분사기 (210) 대신에 또는 이에 추가하여 흡입 포트 또는 흡입 통로 (1010) 안으로 연료를 분사하는 분사기가 배치될 수 있다.

저압 펌프 (240) 및 고압 펌프 (230) 가 연료 탱크 (250) 에서 흡입되는 연료의 압력을 두 단계로 높여, 결과적인 연료를 분사기 (210) 에 공급한다. 고압 펌프 (230) 는 엔진 본체 (10) 의 크랭크축 (130) 으로부터 벨트 등을 통해 전달되는 동력으로 구동된다. 저압 펌프 (240) 는 전기 모터에 의해 구동된다. 시동시, 분사기 (210) 는 또한 저압 펌프 (240) 로부터 연료를 공급받는다.

스파크 플러그 (150), 스로틀 밸브 (190), 분사기 (210) 등과 같은 엔진 부분을 제어하는 엔진 제어 컴퓨터 (이하에서는, 엔진 ECU (Electronic Control Unit) 라고 기재한다) (60) 가 제공된다. 엔진 ECU (60) 는 CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory) 및 ROM (Read Only Memory) 을 포함하는 일반적인 구성을 갖고, 다양한 센서등으로부터 검출된 신호에 기초하여 점화 플러그 (150) 를 작동시키고, 스로틀 밸브 (190) 에 제어 신호를 출력해 스로틀 밸브 (190) 의 개도 (스로틀 개방위치) 를 조정하고, 미리 정해진 주기 동안 미리 정해진 시기에 분사기 (210) 의 노즐을 열기 위하여 제어 신호에 의해 분사기 (210) 로 전류를 공급한다.

분사기 (210) 의 노즐이 개방되어 있는 주기, 즉 연료 분사 주기는 하한치가 설정된다. 연료 분사 주기가 극단적으로 짧으면, 분사기 (210) 의 분사 구멍을 차단하는 니들이 정확하게 이동하지 못하고, 이 경우 목표 연료 분사량의 연료를 분사하기가 어려울 수 있다.

엔진 ECU (60) 에 연결된 센서는 공기 유량계 (510), 크랭크각 센서 (520), A/F 센서 (530), 스로틀 위치 센서 (540), 엑셀레이터 위치 센서 (550), 차량 속력 센서 (560), 냉각제 온도 센서 (580) 및 대기압 센서 (590) 를 포함한다.

공기 유량계 (510) 는 흡입 통로 (1010) 내에 흐르는 공기의 양을 측정한다. 크랭크각 센서 (520) 는 엔진 회전수 (NE) 를 검출하기 위하여 펄스 신호를 출력한다. A/F 센서 (530) 는 배기 통로 (1020) 에서 공연비를 측정한다. 스로틀 위치 센서 (540) 는 스로틀 밸브 (190) 의 개도를 검출한다. 엑셀레이터 위치 센서 (550) 는 엑셀레이터 페달 (420) 의 개도 (밟혀진 정도) 를 검출한다. 차량 속력 센서 (560) 는 차량 속력 (차바퀴의 회전) 을 검출하기 위한 펄스 신호를 출력한다. 냉각제 온도 센서 (580) 는 엔진의 온도를 나타내는 엔진 냉각제의 온도를 검출한다. 대기압 센서 (590) 는 차량 외부의 대기압을 검출한다.

시동시, 운전자가 키를 조작하면, 엔진 ECU (60) 는 점화 (IG) ON 신호와 시동 ON 신호를 받는다. 클러치 페달 (430) 의 스트로크 레벨이 최대 레벨이 될 때, 중립 시동 스위치 (570) 가 ON 이 되고, ON 신호는 엔진 ECU (60) 에 입력된다.

엔진 ECU (60) 는 공기 유량계 (510) 등에 의해 검출된 흡입 공기량에 기초하여 연료 분사량을 제어한다. 이 때, 엔진 ECU (60) 는 다양한 센서로부터의 신호에 기초하여 최적의 연소 상태를 얻기 위해, 분사량과 분사 주기를 엔진 회전수 및 엔진 부하에 따라 제어한다. 이 엔진 본체 (10) 에서, 실린더 안으로 연료를 직접 분사하기 위해 분사 주기 제어와 분사량 제어를 동시에 수행한다. 더욱이, 엔진 ECU (60) 는 크랭크각 센서 (520), 캠 위치 센서 등 (노킹 센서를 포함하여) 에 의해 검출된 신호에 기초하여 최적의 점화 시기를 얻기 위해 점화 시기의 제어를 수행한다. 이러한 제어를 통해 엔진 본체 (10) 의 높은 출력과 낮은 배기 배출을 얻을 수 있다.

더욱이, 본 실시형태에서, 엔진 ECU (60) 는 A/F 센서 (530) 로 검출된 공연비의 피드백 제어를 수행한다. 공연비가 목표 공연비 (예를 들어, 화학량론적 공연비) 가 되도록 상기 엔진 ECU 는 연료 분사량의 피드백 보정량 및 그 학습치 (연료 분사량의 일정 편차값을 나타냄) 을 산출한다.

본 실시형태에서, 공연비가 린한 경우 (화학량론적 공연비보다 린할 때) 피드백 보정량이 증가하고, 공연비가 리치한 경우 (화학량론적 공연비보다 리치할 때) 피드백 보정량을 감량하도록 산출된다.

흡입 공기량에 따라 분할된 각 학습 영역마다 학습치가 계산된다. 미리 정해진 학습 조건을 만족하는 경우, 맵에 기초하여 결정된 갱신량을 전회 산출된 학습치에 가산 또는 전회 산출된 학습치로부터 감산하여 새로운 학습치를 얻는다. 미리 정해진 학습 조건은, 예를 들어 피드백 보정량의 평균치 (제어 중심치) 가 임계값 (1) 보다 작다고 하는 조건, 또는 이 값이 임계값 (2) (임계값 (2) > 임계값 (1)) 보다 크다고 하는 조건이 될 수 있다.

과다한 연료 분사량으로 (즉, 목표 연료 분사량보다 실제 연료 분사량이 더 큰 경우) 더 작은 학습치가 얻어진다. 한편, 연료 분사량이 부족한 경우 (즉, 목표 연료 분사량보다 실제 연료 분사량이 더 적은 경우) 더 큰 학습치가 얻어진다.

연료 분사량은 피드백 보정량이 양수인 경우 증가하고, 피드백 보정량이 음수이면 감량한다. 동일하게, 학습치가 양수인 경우 연료분사량이 증가하고 음수 학습치이면 감량한다. 공연비의 피드백 제어에 의한 최후의 연료 보정량은 피드백 보정량과 학습치의 합에 상응한다.

피드백 보정량 및 학습치을 얻기 위해서는 공지된 일반적인 기술이 이용될 수 있으므로, 더 자세한 설명은 기재하지 않는다.

도 2 를 참조하여, 고압 펌프 (230) 에 대해 한층 더 설명한다. 고압 펌프 (230) 는, 캠 (232) 에 의해 상하로 미끄러지도록 구동되는 주요 구성요소인 펌프 플런저 (234), 전자기 스필 밸브 (236) 및 체크 밸브 (238) 를 갖는다.

펌프 플런저 (234) 가 캠 (232) 에 의해 하방으로 이동하는 동안, 전자기 스필 밸브 (236) 가 열려, 연료가 도입된다 (흡입된다). 고압 펌프 (230) 에서 배출되는 연료의 양은 스필 밸브 (236) 를 닫는 시기를 바꾸어 제어되고, 펌프 플런저 (234) 는 캠 (232) 에 의해 상방으로 이동한다.

펌프 플런저 (234) 가 상방으로 이동하는 동안의 압축 스트로크에서, 전자기 스필 밸브 (236) 를 닫는 시기가 더 빨라지면 더 많은 양의 연료가 배출되고, 밸브를 닫는 시기가 늦어지면 더 적은 양의 연료가 배출된다. 가장 많은 양의 연료가 배출되는 경우의 전자기 스필 밸브 (236) 의 구동 효율을 100 % 로 설정하고, 가장 적게 배출되는 경우의 구동 효율을 0 % 로 설정한다. 구동 효율이 0 % 일 때, 전자기 스필 밸브 (236) 는 열려 있고, 이 경우 캠 (232) 이 (엔진의 회전을 따라서) 회전을 계속하는 한 펌프 플런저 (234) 는 상하로 미끄러지더라도, 전자기 스필 밸브 (236) 가 닫히지 않기 때문에 연료는 압축되지 않는다.

압축된 연료는 체크 밸브 (238) 를 밀어 열고, 분사기 (210) 에 전달된다. 고압 펌프 (230) 에서 배출되는 연료량은 구동 효율을 이용하여 조정되고, 이에 의해 연료 압력이 조정된다.

연료 압력의 목표치, 즉 목표 연료압은 엔진 회전수 (NE) 와 부하율 (KL) 을 파라미터로 하는 미리 정해진 2 차원 맵을 이용하여 산출된다. 목표 연료압은 부하율 (KL) 이 더 높을수록 (엔진 부하가 더 높을수록) 목표 연료 압력은 더 높아지도록 산출된다.

본 실시형태에서, 연료 압력은 고연료 압력 제어뿐만 아니라 저 연료 압력 제어로도 제어되는데, 이 고연료 압력 제어로 연료 압력을 목표 연료 압력이 되도록 제어하고, 저 연료 압력 제어로 상한 가드 (guard) 값을 연료 압력에 대해 설정된다. 상기 상한 가드값은 도 3 에 나타난 바와 같이 부하율을 파라미터로 하는 1 차원 맵를 이용하여 설정된다.

연료 분사 주기가 저 연료 압력 제어의 수행 전후에 동일하다면, 학습치에 의해 미리 결정된 값 (예를 들어 40 %) 이 감소하기 시작해서 저 연료 압력 제어를 수행하기 이전의 연료 분사량이 저 연료 압력 제어를 수행한 후의 연료 분사량과 일치하도록 상한 가드값을 설정하는 맵을 작성한다.

즉, 저 연료 압력 제어의 수행 이전과 이후 연료 분사 주기가 일정하다면, 학습치에 의해 미리 정해진 값 (예를 들어 40 %) 만큼 줄어든 저 연료 압력 제어를 수행하기 이전의 연료 분사량이 저 연료 압력 제어를 수행한 이후의 연료 분사량과 같아지도록 상한 가드 값이 설정된다.

여기서, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 부하율이 낮은 경우가 부하율이 높은 경우에 비해 목표 연료 압력을 더 낮게 설정한다. 따라서, 부하율이 더 낮은 경우가 부하율이 더 높은 경우에 비해 상한 가드값 또한 더 낮아진다. 더욱이, 부하율이 낮을 때보다 높을 때 목표 연료 압력과 상한 가드 값의 차이는 더 작아진다.

상한 가드 값은 적어도 엔진의 부하 (부하율) 가 미리 정해진 부하 (부하율) 보다 낮은 저부하 영역에서 일반적인 목표 연료 압력보다 더 낮게 설정된다.

상한 가드 값은 부하율과 증량 계수의 곱에 기초하여 설정될 수 있는데, 이 증량 계수는 냉각제 온도가 낮은 경우, 스로틀 밸브가 완전히 열린 위치에 있을 때 또는 촉매 (200) 의 과열억제시, 연료 분사량을 증가시키기 위해 설정된다.

이하에서는, 본 실시형태에 따른 제어 장치인 엔진 ECU (60) 가 실행하는 프로그램의 제 1 제어 구조에 대해 도 5 를 참조하여 설명한다.

단계 (이하에서는 "S" 로 약칭) 100 에서, 엔진 ECU (60) 는 미리 정해진 시간 이상동안 리치 판정 조건이 유지되었는지 여부를 판정한다.

A/F 센서 (530) 가 작동되었음을 포함하여 학습 가능 조건 및 연료 중단에서 회복된 후 미리 정해진 시간 이상이 경과했다는 조건 및 연료 분사량을 감량하는 보정량 (이하에서는, "연료 감량 보정량" 이라고 한다) 이 임계값보다 큰 조건 및 학습 영역이 바뀌지 않는 조건 모두 충족된 경우, 리치 판정 조건이 성립되었다고 판정된다.

A/F 센서 (530) 가 작동되지 않을 경우, 공연비를 검출할 수 없고, 학습치는 정확하게 산출되지 않기 때문에 학습이 가능하다고 나타내는 조건이 만족되었는지 아닌지에 대한 판정이 이루어진다.

연료 중단에서 회복된 후 공연비가 잠시동안 불안정하고, 그 동안 피드백 보정량을 정확하게 산출할 수 없기 때문에, 연료 중단에서 회복된 때부터 미리 정해진 시간 이상이 경과했다는 조건이 만족되었는지 아닌지에 대한 판정이 이루어진다.

연료 분사량을 감량하는 보정을 통해 분사기 (210) 로부터의 연료 분사량, 즉 연료 분사 주기가 하한치에 이르게 될 가능성이 높은지 여부를 판정하기 위해 연료 감량 보정량이 임계값보다 크다는 조건이 만족되었는지 아닌지에 대한 판정이 이루어진다.

학습 영역, 즉 흡입 공기량이 변하면, 연료 분사량이 동일하더라도 공기 유량계 (510) 의 검출 결과에 포함된 오류로 인해 공연비가 변하게 되고, 이 경우 피드백 보정량 및/또는 공연비를 정밀하게 산출할 수 없기 때문에, 학습 영역이 바뀌지 않는다는 조건이 만족되었는지 아닌지에 대한 판정이 이루어진다.

리치 판정 조건이 미리 정해진 시간 이상 유지된다면 (S100 에서 예), 과정은 S110 으로 진행된다. 그렇지 않다면 (S100 에서 아니오), 과정은 S120 으로 진행된다. S110 에서, 엔진 ECU (60) 는 현재 학습 영역에서 리치 판정을 ON 으로 설정한다.

S120 에서, 엔진 ECU (60) 는 학습치의 산출이 현재 학습 영역에서 완료되었는지의 여부를 판정한다. 예를 들어, 학습치 산출이 완료되었을 때, 플래그 (flag) 를 설정하고, 플래그의 존재/부존재를 확인하여 학습치의 산출이 완료했는지의 여부에 대한 판정이 이루어질 수 있다. 학습치의 산출이 완료되면 (S120 에서 예), 과정은 S130 으로 진행된다. 그렇지 않다면 (S120 에서 아니오), 과정은 종료된다.

S130 에서, 엔진 ECU (60) 는 미리 정해진 시간 이상 동안 리치 판정 취소 조건을 유지하였는지의 여부를 판정한다.

학습치에서 얻은 연료 감량 보정량이 임계값보다 작다는 (즉, 학습치가 임계값보다 작다는) 조건을 만족하는 경우, 리치 판정 취소 조건이 만족되었다고 판정된다. 또한, 연료 중단에서 회복된 이후 미리 정해진 시간 이상이 경과하고 있다는 조건 및 연료 분사량을 감량하기 위한 보정량이 임계값보다 작다는 조건 및 학습 영역이 변하지 않는다는 조건을 만족시킨 경우 리치 판정 취소 조건이 만족되었다고 판정한다.

리치 판정 취소 조건이 미리 정해진 시간 이상 유지되면 (S130 에서 예), 과정은 S140 으로 진행된다. 그렇지 않으면 (S130 에서 아니오), 과정은 종료된다.

S140 에서, 엔진 ECU (60) 는 현재 학습 영역에서 리치 판정을 OFF 로 한다.

도 6 을 참조하여 이하에서, 본 실시형태에 따른 제어 장치인 엔진 ECU (60) 가 실행하는 프로그램의 제 2 제어 구조를 설명한다.

S200 에서, 엔진 ECU (60) 는 엔진의 부하율이 임계값보다 높은지를 판별한다. 엔진의 부하율이 임계값보다 높으면 (S200 에서 예), 과정은 S210 으로 진행한다. 만약 그렇지 않으면 (S200 에서 아니오), 과정은 S230 으로 진행한다.

S210 에서, 엔진 ECU (60) 는, 고부하측의 모든 학습 영역 (예를 들어 흡입 공기량이 최대인 학습 영역과 흡입 공기량이 두번째로 많은 학습 영역) 에서, 리치 판정이 ON 인지의 여부를 판정한다. 리치 판정이 ON 이면 (S210 에서 예), 과정은 S220 으로 진행한다. 만약 그렇지 않으면 (S210 에서 아니오), 과정은 S230 으로 진행한다.

S220 에서, 엔진 ECU (60) 는 저 연료 압력 제어를 허용한다. S230 에서는 엔진 ECU (60) 는 저 연료 압력 제어를 금지한다.

도 7 을 참조하여, 연료 압력을 제어하기 위해 본 실시형태의 제어장치인 엔진 ECU (60) 가 실행하는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다.

S300 에서, 엔진 ECU (60) 는 엔진 회전수 (NE) 와 부하율을 파라미터로 하는 맵에 기초하여, 목표 연료 압력을 산출한다.

S310 에서, 엔진 ECU (60) 는 저 연료 압력 제어 실행 조건이 성립하는지의 여부를 판정한다. 저 연료 압력 제어의 실행이 허가되고 있다는 조건 및 엔진 회전수 (NE) 가 임계값보다 낮다고 하는 조건 및 대기압이 임계값보다 높다고 하는 조건 모두가 성립했을 경우, 저 연료 압력 제어 실행 조건이 성립한다고 판정된다.

저 연료 압력 제어 실행 조건이 성립하면 (S310 에서 예), 과정은 S320 로 진행한다. 만약 그렇지 않으면 (S310 에서 아니오), 과정은 S330 로 진행한다.

S320 에서, 엔진 ECU (60) 는 저 연료 압력 제어를 실행해, 연료 압력의 상한 가드 값을 설정한다.

S330 에서, 엔진 ECU (60) 는 상한 가드 값을 넘지 않는 범위 내에서, 목표 연료 압력이 되게 연료 압력을 제어한다. 특히, 목표 연료 압력이 상한 가드 값보다 큰 경우에는, 상한 가드 값을 얻도록 연료 압력이 제어된다. 상한 가드 값이 설정되어 있지 않은 경우나, 목표 연료 압력이 상한 가드 값보다 크지 않은 경우, 목표 연료 압력을 얻도록 연료 압력이 제어된다.

전술한 바와 같은 구조 및 순서도에 근거하여, 본 실시 형태에 따라 제어장치인 엔진 ECU (60) 의 작동에 대해 설명한다.

엔진 작동 중, 분사기 (210) 를 포함하는 연료 공급계에서의 문제로 인해, 목표 연료 분사량에 비해 실제의 연료 분사량이 과잉이 될 경우 예를 들어, 공연비는 목표 공연비보다 리치가 된다. 이 경우, 공연비의 피드백 제어에 의해, 연료 분사량을 감량하는 보정이 (린 보정) 수행된다.

학습이 가능하다는 조건, 연료 중단으로부터 회복하고 나서 미리 정해진 시간 이상 경과하고 있다는 조건, 그리고 학습 영역이 변하지 않는다는 조건 모두가 성립한 상태에서, 공연비는 정밀하게 산출될 수 있다. 이 상태에서의 연료 감량 보정량은 신뢰성이 높다.

따라서, 학습이 가능하고, 연료 중단으로부터 회복하고 나서 미리 정해진 시간 이상 경과하고 있으며, 학습 영역이 변화하지 않음을 나타내는 조건 및 연료 감량 보정량이 임계값보다 크다는 조건 모두가 미리 정해진 시간 이상 유지되었을 경우 (S100 에서 예), 리치 판정이 ON 으로 설정된다 (S110).

이 상태에서는, 연료의 감량 보정량이 크다. 따라서, 저 속도 및 저부하 작동시처럼, 요구되는 연료 분사량이 적은 상태에서, 연료 분사량은 한층 더 감량될 수 있으며, 따라서 연료 분사 주기는 더 짧아지게 된다. 연료 분사 주기가 연료 분사 주기의 하한치까지 짧아지면, 분사 주기는 더 이상 짧아질 수 없다. 다시 말해, 공연비가 도달할 수 있는 목표 공연비 (예를 들어 화학량론적 공연비) 까지 연료 분사량을 감량할 수는 없다는 것이다.

따라서, 저 연료 압력 제어 실행이 허가되는 조건 및 엔진 회전수 (NE) 가 임계값보다 낮다는 조건 및 대기압이 임계값보다 높다고 하는 조건 (S310 예) 의 실행으로 저 연료 압력 제어의 실행이 성립을 될 때, 저부하 영역에서 목표 연료 압력보다 낮은 상한 가드 값이 설정되고 (S320), 이 상한 가드 값을 넘지 않도록 연료 압력이 제어된다(S330).

이로써, 저부하 영역에서 연료 압력이 낮아지게 되고 따라서, 연료 분사 주기가 하한치와 일치하여도, 연료 분사량을 감량할 수 있다. 그 결과, 공연비를 정밀하게 제어할 수 있다.

이 때, 엔진의 부하율이 임계값보다 높은 작동 상태에서 (S200 에서 예), 고부하측의 리치 판정이 ON 이라고 (S210에서 예) 판정되면, 저 연료 압력 제어가 허가된다(S220). 그렇지 않으면, 저 연료 압력 제어는 금지된다(S230).

이러한 방식으로, 목표 연료 압력과 상한 가드 값과의 차이가 작은 고부하 영역에서만, 일반적인 연료 압력 제어에서 저 연료 압력 제어로 전환시킬 수 있다. 그 때문에, 목표 연료 압력과 상한 가드 값의 차이가 큰 저부하 영역에 서는, 연료 압력이 급변하는 것을 억제해, 연료의 무화가 갑자기 악화되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 연소 상태가 급변하여 엔진 출력이 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.

더 나아가, 고부하측의 연료의 감량 보정량이 임계값보다 클 때 , 리치 판정이 ON 이면 (S210 에서 예), 저 연료 압력 제어가 허가되고 (S220), 그렇지 않으면 저 연료 압력 제어는 금지된다. 따라서, 연료 분사량이 감량하기 전, 즉 연료 분사 주기가 하한치에 이르기 전에, 일반적인 연료 압력 제어에서 저 연료 압력 제어로 전환할 수 있다.

이로써, 저부하 영역에서 연료 분사량이 불충분하기 때문에, 연소 상태가 불안정한 상태에서, 연료 압력이 급변하는 것을 억제해, 연료의 무화가 갑자기 악화되는 것을 억제할 수 있다. 이 연소 상태가 더 불안정하게 되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 엔진의 출력이 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.

게다가 엔진 회전수 (NE) 가 임계값보다 낮다고 하는 조건이 성립하지 않으면, 저 연료 압력 제어 실행 조건이 성립하지 않고 (S310 에서 아니오), 상한 가드 값이 설정되지 않는다. 따라서, 고 회전 상태에서는 연료 압력이 낮아지지 않는다. 이로써, 고 회전 저부하 상태에서 연료 압력이 낮아지는 것을 억제 할 수 있다. 상기 고 회전 고부하 상태로 되었을 경우에 연료 압력이 신속하게 상승하지 않는 바람직하지 않은 상태를 억제하고, 그렇지 않으면 이 고 회전 저부하 상태는 부족한 연료 분사량을 야기할 수 있다. 그 결과, 촉매 (200) 에 도입된 과도하게 높은 공연비를 갖는 배기가 촉매 (200) 에 도입됨으로 인한, 이 촉매 (200) 의 온도 상승을 억제할 수 있다.

게다가 대기압이 임계값보다 높다고 하는 조건이 성립하지 않으면, 저 연료 압력 제어 실행 조건이 성립하지 않고 (S310 에서 아니오), 상한 가드 값이 설정되지 않는다. 따라서, 연료 압력은 낮아지지 않는다. 부족한 흡입 공기량 때문에, 특히 공회전수가 일반적인 상태보다 낮은 상태에서 저 연료 압력 제어를 실행하는 바람직하지 않은 상태를 억제할 수 있다. 따라서, 저 공회전수가 한층 더 낮아질 때 일어나는, 엔진 스톨 (stall) 을 억제할 수 있다.

상기와 같이, 본 실시 형태의 제어장치인 엔진 ECU 에 따르면, 엔진의 부하율이 임계값보다 높은 작동상태에서만, 저 연료 압력 제어가 허가된다. 이로써, 목표 연료 압력과 상한 가드 값과의 차이가 작은 고부하 영역에서만, 일반적인 연료 압력 제어는 저 연료 압력 제어로 전환될 수 있다. 상기 목표 연료 압력과 상한 가드 값과의 차이가 큰 저부하 영역에서, 연료 압력이 급변하는 것을 억제해, 연료의 무화가 갑자기 악화되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연소 상태가 급변하여 엔진 출력이 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.

더 나아가, 고부하측의 연료의 감량 보정량이 임계값보다 크기 때문에, 리치 판정이 ON 일때, 저 연료 압력 제어가 허가된다. 이로써, 연료 분사량이 적게 되기 전, 즉 연료 분사 주기가 하한치에 이르기 전에, 일반적인 연료 압력 제어는 저 연료 압력 제어로 전환될 수 있다. 따라서, 저부하 영역 등에서처럼 불충분한 연료 분사량때문에 연소 상태가 불안정한 상태에서, 연료 압력이 급변하는 것을 억제해, 연료의 무화가 갑자기 악화되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연소 상태가 한층 더 불안정하게 되는 것을 억제해, 엔진의 출력이 크게 변동하는 것을 억제할 수 있다.

게다가 대기압이 임계값보다 높다고 하는 조건이 성립하지 않으면, 저 연료 압력 제어 실행 조건이 성립하지 않고, 연료 압력이 낮아지지 않는다. 또, 불충분한 흡입 공기량 때문에 특히 아이들 회전수가 통상보다 높은 상태에서 저 연료 압력 제어를 실행하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 공회전수가 한층 더 감소하여 엔진 스톨을 야기하는 엔진출력의 큰 변동을 억제할 수 있다. 여기서 개시된 실시형태는, 모든 면에 대한 예시적이고, 제한적이지는 않다고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명보다는 특허 청구의 범위에 의해 정의되고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하고자 한다.

Claims

연료를 분사하는 연료 분사 기구 (210) 를 제어하는 제어부 (60) 와,
상기 연료의 압력을 엔진 부하에 따라 변하는 제 1 압력이 되도록 조정하는 제 1 제어 및, 상기 연료의 압력을 상기 엔진 부하에 따라 변하는 제 2 압력으로서, 적어도 상기 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 낮은 영역에서는 상기 제 1 압력보다 더 낮고 그리고 엔진 부하가 낮을 때보다 엔진 부하가 높을 때에 상기 제 1 압력과의 차이가 더 작은 제 2 압력이 되도록 조정하는 제 2 제어 중 어느 하나를 실행하는 조정부 (60) 와,
상기 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 높은 경우에, 제 1 제어로부터 상기 제 2 제어로의 전환을 허용하는 허용부 (60) 를 포함하는 엔진의 제어 장치.
연료를 분사하는 연료 분사 수단 (210) 을 제어하는 제어 수단 (60) 과,
상기 연료의 압력을 엔진 부하에 따라 변하는 제 1 압력이 되도록 조정하는 제 1 제어 및, 상기 연료의 압력을 상기 엔진 부하에 따라 변하는 제 2 압력으로서, 적어도 상기 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 낮은 영역에서는 상기 제 1 압력보다 더 낮고 그리고 엔진 부하가 낮을 때보다 엔진 부하가 높을 때에 상기 제 1 압력과의 차이가 더 작은 제 2 압력이 되도록 조정하는 제 2 제어 중 어느 하나를 실행하는 조정수단 (60) 과,
상기 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 높은 경우에, 상기 제 1 제어로부터 제 2 제어로의 전환을 허용하는 수단 (60) 을 포함하는 엔진의 제어 장치.
연료를 분사하는 분사기 (210) 를 제어하는 ECU (60) 를 포함하고,
상기 ECU (60) 는
상기 연료의 압력을 엔진 부하에 따라 변하는 제 1 압력이 되도록 조정하는 제 1 제어 및, 상기 연료의 압력을 상기 엔진 부하에 따라 변하는 제 2 압력으로서, 적어도 상기 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 낮은 영역에서는 상기 제 1 압력보다 더 낮고 그리고 엔진 부하가 낮을 때보다 엔진 부하가 높을 때에 상기 제 1 압력과의 차이가 더 작은 제 2 압력이 되도록 조정하는 제 2 제어 중 어느 하나를 실행하고, 또한,
상기 엔진 부하가 미리 정해진 부하보다 높을 때, 상기 제 1 제어에서 제 2 제어로의 전환을 허용하도록 되어 있는 엔진의 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 엔진 부하가 상기 미리 정해진 부하보다 낮은 경우에, 제 1 제어에서 제 2 제어로의 전환을 금지하는 금지부 (60) 를 더 포함하는 엔진의 제어 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 엔진 부하가 상기 미리 정해진 부하보다 낮은 경우, 제 1 제어에서 제 2 제어로의 전환을 금지하는 금지 수단 (60) 을 더 포함하는 엔진의 제어 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 엔진 부하가 상기 미리 정해진 부하보다 낮은 경우, 상기 ECU (60) 는 상기 제 1 제어에서 제 2 제어로의 전환을 금지하는 엔진의 제어 장치.