KR890005021B1 - 내연기관의 연료분사 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 연료분사 제어장치

제 1도는 종래 및 본원 발명에 의한 장치의 구성도.

제 2 도 및 제 3도는 각기 역분사가 있을 경우의 흡입공기 검출량의 특성도 및 공기유량 센서의 출력의 특성도.

제 4 도는 종래에 있어서의 역분사에 의한 오차의 보정방법을 나타낸 도면.

제 5 도는 본원 발명 장치의 요부 동작을 나타낸 계통도.

제 6 도는 본원 발명에 의한 공기밀도와 스로틀 밸브 개폐도와의 관계를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

1 : 내연기관 2 : 연료분사 밸브

3 : 열선식 공기유량 센서 5 : 흡기스로틀 밸브

8 : 제어장치 9 : 점화장치

본원 발명은 자동차용 내연기관의 흡입공기량 계측치의 처리에 관한 연료분사 제어장치에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 내연기관의 연료분사 제어장치로서 제 1도에 나타낸 것이 있었다. 도면에 있어서, (1)은 내연기관, (2)는 내연기관(1)에 연료를 공급하는 전자구동식의 인젝터(연료분사 밸브), (3)은 기관에 흡입되는 공기량을 검출하는 열선식 공기유량센서, (5)는 흡기관(6)의 일부에 설치되어 기관으로의 흡입공기량을 조절하는 흡기스로틀 밸브, (7)은 기관의 온도를 검출하는 수온센서, (8)은 공기유량 센서(3)에서 얻어지는 공기량신호에서 기관에 공급해야 할 연료량을 연산하고, 인젝터(2)에 요구 연료량에 대응한 펄스폭을 인가하는 제어장치이다. 또, (9)는 기관의 소정 회전각마다 펄스신호를 발생하는 점화장치, (11)은 연료탱크, (12)는 연료를 가압하기 위한 연료펌프, (13)은 인젝터(2)에 공급하는 연료의 압력을 일정하게 유지하기 위한 연료압축 레규레이터, (14)는 배기관이다. 또, (80)-(84)는 제어장치 (8)의 구성 요소이며, (80)은 입력 인터훼이스회로, (81)은 마이크로프로세서이고, 마이크로프로세서(81)는 각종 입력신호를 처리하여, ROM(82)에 미리 기억된 프로그램에 따라 내연기관(1)의 흡기관(6)에 공급해야 할 연료량을 연산하며, 인젝터(2)의 구동신호를 제어한다. (83)은 마이크로프로세서(81)가 연산 실행중에 데이터를 일시 기억하기 위한 RAM, (84)는 인젝터(2)를 구동하는 출력 인터훼이스회로이다.

다음에, 상기 구성의 종래 장치의 동작을 설명한다. 공기유량 센서(3)에 의해 검출된 기관으로의 흡입공기량신호를 근거로 하여 제어장치(8)에 의해 기관에 공급해야 할 연료량을 연산하는 동시에, 점화장치(9)에서 얻어지는 회전펄스 주파수로부터 기관의 회전수를 구하고, 기관 1회전당의 연료량을 산출하여, 점화펄스에 동기해서 인젝터(2)에 소요 펄스폭을 인가한다. 그리고, 기관이 요구하는 공기-연료비율은 기관의 온도가 낮을 때는 리치(rich)쪽으로 설정할 필요가 있으며, 수온센서(7)에서 얻어지는 온도신호에 따라 인젝터(2)에 인가하는 펄스폭을 증대 보정한다. 또, 기관의 가속을 스로틀 밸브(5)의 개폐도의 변화에 의해 검출하여 공기-연료비율을 리치 보정하도록 하고 있다.

그런데, 상기 종래 장치에 있어서, 연료제어에 사용하는 열선식 공기유량 센서(3)는 흡입공기량을 중량으로 검출할 수 있기 때문에 대기압의 보정수단을 성치할 필요가 없다고 하는 뛰어난 특징을 갖지만, 그 반면, 엔진의 밸브오버랩(overlap)에 의해 생기는 공기의 역분사에 민감하며, 역분사를 포함하여 흡입공기량 신호로서 검출하기 때문에, 실제의 흡입공기량보다도 많은 출력신호를 발생한다. 이 역분사는 특히 기관의 저속 전개(全開)시에 발생하기 쉬우며, 제 2도에 나타낸 바와 같이 실제의 흡입공기는 시간(t_R)에 있어서 흡입되고 있지 않음에도 불구하고, 역분사에 의해 마치 흡입공기가 증가한 것과 같은 파형으로 된다. 그 결과, 공기유량 센서(3)의 출력은,제 3도에 나타낸 바와 같이 저속 전개영역에 있어서 실제의 값(도면의 파선으로 나타낸 값) 보다도 상당히 큰 값을 나타낸다. 기관이나 흡입계의 레이아웃(lay out)등에도 따르지만, 통상 역분사에 의한 오차는 최대 50%정도나 되기 때문에, 이대로는 실용에 제공될 수 없다. 이와 같은 오차를 보상하기 위해 제 4도에 나타낸 바와 같이 공기유량 센서 (3)에서 얻어지는 출력신호(a)를 무시하고, 미리 기관이 흡입되는 최대흡기량(불균일성을 포함)을 ROM(82)에 설정해 두고, 예를들면 MAX(maximum)로 나타낸 바와 같이 기관의 실제 흡입공기량의 평균치(b)에 대해 약간 큰 값(예를들면 10%)로 클립(clip)하는 방법이 제안되어 있다. 그런데, 이 방법에서는 MAX로 나타낸 클립치는 시이레벨(sea level)이며 또한 상온에 있어서의 기관의 최대 흡입공기량을 설정하게 되기 때문에 대기압이 낮은 고지 주행이나 흡입공기 온도가 높을 경우에는 실제의 공기밀도의 저하에 의해 공기-연료 비율이 대폭 리치쪽으로 시프트하여, 연료를 낭비할 뿐만 아니라 실화를 초래할 가능성도 있다. 또, 흡입공기은도가 낮을 때에는 공기-연료비율이 리인(lean)쪽으로 변동한다고 하는 문제점도 있다. 또한 이와 같은 흡입공기의 역분사에 의한 공기유량 센서(3)의 검출 오차를 보정하는 방법으로서 역분사에 의한 파형을 판단하여 감산하는 방법도 제안되어 있지만, 역분사의 파형은 기관의 회전수나 스로틀 밸브 개폐도에 대해 여러가지로 상이하며, 양호한 정밀도로 보정하는 것은 곤란했었다.

종래 장치에서는 상기와 같이 저속 전개시에 생기는 공기의 역분사에 의해 열선식 공기유량 센서(3)가 흡입공기량을 실제의 값보다도 많게 검출해 버려, 공기-연료비율을 적절히 제어할 수 없는 운전영역이 존재한다고 하는 문제점이 있었다.

본원 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 대기압이 시이레벨과 다를 경우나 대기온도가 상온과 다를 경우에 있어서도 공기-연료비율을 정확히 제어할 수 있는 내연기관의 연료분사 제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본원 발명에 의한 내연기관의 연료분사 제어장치는 공기유량 센서의 출력 또는 이 출력에 의한 연료공급량을 소정의 상한치로 제한하는 수단과, 이 상한치를 기관의 회전수, 공기유량 센서의 출력 및 흡기 스로틀 밸브 개폐도에 의해 보정하는 수단을 갖는 것이다.

공기유량 센서의 출력 등이 실제 보다도 커졌을 경우에 이것을 소정의 상한치로 제한하는 동시에, 공기밀도가 기준과 다를 경우에는 이것을 보정수단에 의해 보정한다.

다음에 본원 발명의 실시예를 도면에 의해 설명한다. 이 실시예에 의한 장치의 구성은 제 1도와 외견상은 같지만, 특히 ROM(82)등의 기능이 다르다. 제 5도는 이 실시예에 의한 장치의 동작을 나타낸 계통도이며, 특히 일점쇄선으로 둘러싼 부분이 종래와 다른 부분이다. 그리고, 본원 발명과 직접 관계가 없는 부분은 생략했다. 먼저 스텝(S1)에서는 기관의 회전수(N)를 해독하고, 이 회전수(N)를 사용하여 스텝(S2)에서 이 회전수에 대응하는 최대 흡입공기량(MAX_S)를 검색한다. 검색의 구단으로서는 회전수를 입력으로 하는 함수를 사용한 연산을 하는 것, 또는 회전수에 대응해서 미리 MAX_S의 데이터를 기억시켜 둔 맵(map) 데이터를 검색하는 방식의 것 등이 있다. 그리고, 이 MAX_S의 데이터는 시이레벨로 구한 것이다. 다음에 스텝(S3)에서 그때 기관이 흡입하고 있는 흡입공기량(Q)을 해독한다. 종래 장치에서는 스텝(S8)로 이행하지만, 이 실시예 에서는 스텝(S4)로 이행한다. 스텝(S4)에서는 스텝(S1) (S3)에서 해독한 현재의 회전수(N) 및 홈입공기량(Q) 을 사용하여, 흡기 스로틀 밸브(5)의 예상 개폐도(θ_S)를 구한다. θ_S를 구하기 위해서는 기관을 시이레벨에서 운전했을 때에 회전수(N) 및 흡입공기량(Q)과 스로틀 밸브 개폐도(θ)와의 관계를 미리 기억시킨 맵 데이터를 검색하는 방법 등이 있다. 스텝(S5)에서는 현재의 스로틀 밸브 개폐도(θ_H)를 구한다. 만약 기관이 시이레벨에 있다면 θ_H=θ_S로 되고, 기관이 고지에 있을 경우에는 시이레벨과 같은 출력을 얻기 위해서는 스로틀 밸브(5)를 더 열 필요가 있으므로, θ_H>θ_S로 된다. 이 실시예는 스로틀 밸브 개폐도의 이와 같은 관계에서 기관이 운전되고 있는 고도 내지 공기밀도에 관련하는 파라미터를 구하고, 최대 흡입공기량(MAX)의 값을 보정하려고 하는 것이다. 실험에 의해 구한 공기밀도와 θ_S/θ_H의 관계는 제 6도에 나타낸 바와 같다.

동 도면에 있어서, P_H, P_S는 각기 고지의 대기압 및 시이레벨의 대기압을 나타내며, T_H, T_S는 각기 고지에 있어서의 흡입공기 온도 및 시이레벨에서 스로틀 밸브 개폐도(θ_S)의 맵 데이터를 정했을 때의 기준흡입공기 온도를 나타낸다. 따라서, P_H· T_S/P_S· T_H는 시이레벨의 기준 공기밀도에 대해 현재 운전중인 공기밀도의 비율을 나타낸다. 이 제 6도에 의해 명백한 바와 같이 θ_H/θ_S의 값은 공기밀도와 대략 직선적인 상관을 나타낸다. 따라서, θ_H/θ_S를 평가하여 그 때의 공기밀도를 산출하고, 시이레벨에서 정한 최대 흡입공기량(MAX_S)을 보정하여, 그 고도에서의 타당한 최대 흡입공기량(MAX_H)을 구할 수 있다.

다시 제 5도에 의해서 설명한다. 스텝(S6)에서는 앞서 구한 θ_S, θ_H에서 θ_H/θ_S를 연산하여, 예를들면 함수

에 의해 보정치 (CMP)를 연산한다. 여기서, A, B는 제 6도의 특성을 직선으로 간주했을 때의 정수이며, 따라서 CMP는 (P_H/P_S) · (T_S/T_H) 즉 현재의 흡입공기 밀도화 시이레벨에 있어서의 기준 흡입공기 밀도와의 비율을 나타내는 파라미터를 뜻하는 값이다. 그리고 CMP의 계산은 상기 함수연산 이외에, θ_H,θ_S를 주파라미터로 하는 여러가지 함수연산 또는 맵 데이터의 검색으로 실행할 수 있다. 다음에, 스텝(S7)에서는 스텝(S2)에서 검색한 최대 흡입공기량(MAX_S)과 스텝(S6)에서 구한 보정치(CMP)에 의해 MAX_H=MAX×CMP의 연산을 하여, 현재의 고도에 대응하는 최대 흡입공기량(MAX_H)를 구한다. 이 계산은 기관의 행정당 흡입공기 질량이 그때의 대기 밀도에 비례하는 것과 CMP=(P_H/P_S) · (T_S/T_H)의 관계에 의한 것임은 물론이다. 다음에, 스텝(S8)에서는 스텝(S3)에서 해독한 흡입공기량(Q)과 최대 흡입공기량(MAX_H)를 비교하고, Q>MAX_H이면 스텝(S9)에서 Q=MAX_H로 하여 Q가 과잉 출력되고 있는 것을 MAX_H로 클립한다.

또, Q<MAX_H이면 Q=MAX_H의 클립은 행해지지 않으며, 해독한 Q가 그대로 연료공급량 연산의 다음 공정(도시 생략)으로 이행한다.

그리고, 제 5도의 실시예에 있어서는 최대 흡입공기량(MAX)을 보정하는 경우를 나타냈지만, 흡입공기량(Q)에 대응해서 공급하는 연료량, 구체적으로 인젝터(2)의 구동 펄스폭의 최대치를 보정치(CMP)에 의해 보정하는 방법도 가능함은 물론이다. 또, 제 6도에 나타낸 바와 같은 공기밀도와 스로틀 밸브 개폐도와의 밀접한 관계를 볼 수 있는 것은, (1)기관의 흡입공기량이 스로틀 밸브(5)에 율속(律速)되고 있을 경우 즉 스로틀밸브(5)의 개폐도가 소정의 범위내에 있을 경우, (2)흡입공기에 역분사가 없고, 정확한 흡입공기량을 측정 가능한 범위내에 흡입공기량 또는 회전수가 있을 경우, (3)기관의 난기운전시 또는 가감속시와 같은 과도상태에 있지 않을때, 등의 경우에 한정된다. 따라서, 제 6도에 있어서의 보정치(CMP)의 연산은 상기와 같은 여러 조건이 성립되었을 때 하는 것이 좋다. 또, 상기 조건을 붙였다고 하더라도 약간의 변동이 보정치 (CMP)에 나타나는 것은 피할 수 없다. 그래서 보정치 (CMP)를 적정한 주파수 특성의 필터를 통한 다음, 보정에 사용하도록 하면 더욱 좋다. 또, 시이레벨에 있어서는 보정치(CMP)의 약간의 변동에 의해 보정 후의 최대 흡입공기량(MAX_H)이 변동하는 것은 바람직하지 못하기 때문에, CMP가 1에 가가운 범위에서는 1에 고정시키는 따위의 보호처리가 바람직하다.

이상과 같이 본원 발명에 의하면, 종래에 있어서의 공기유량 센서의 출력 등을 제한하는 소정의 상한치가 시이레벨에서 정해지며, 이 값이 고지에서도 채용되기 때문에 공기-연료비율의 리치시프트(rich shift)가 생긴다고 하는 결점을, 스로틀 밸브 개폐도와 흡입공기량과 회전수의 관계로부터 고도에 대응하는 보정치를 구하고, 이 보정치에 의해 상기 상한치를 보정하도록 해서 제거하고 있다. 또, 보정에 사용하는 스로틀 밸브 개폐도 등의 파라미터는 종래부터 사용되고 있는 것으로서 특별한 센서를 필요로 하지 않으므로 원가 상승과 같은 일은 생기지 않는다.

Claims (3)

1. 내연기관의 흡입공기량을 검출하는 열선식 공기유량 센서와, 공기유량 센서의 출력신호에 의해 기관에 대한 연료공급량을 연산하는 제어장치와, 이 제어장치에 의해 구동되며, 소정 연료량을 분사하는 연료분사밸브를 구비한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 제어장치는 공기유량 센서의 출력 또는 이 출력에 의한 연료공급량을 소정의 상한치(MAX)로 제한하는 수단과, 기관의 회전수, 공기유량 센서와 출력 및 기관의 흡입공기량을 조절하는 흡기스로틀 밸브의 개폐도의 관계에 의해 상기 상한치(MAX)의 값을 보정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보정수단은 기관이 흡기스로틀 밸브의 개폐도와, 기관의 회전수 및 공기유량 센서의 출력중 최소한 하나 이상에 의해 정하는 소정 동작상태에 있을 때에 작동하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 보정수단은 공기유량 센서의 출력과 기관의 회전수에서 얻어진, 흡기스로틀 밸브의 개폐도의 예측치(θ_S)와 현재의 흡기스로틀 밸브의 개폐도(θ_H)와의 비율에 의한 값에 의해 상기 상한치(MAX)를 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.

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