KR900000145B1 - 내연기관의 연료제어장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 연료제어장치
제1도는 이 발명에 의한 연료제어장치의 구성도.
제2도는 동내연기관의 연료제어장치의 구체적인 일실시예를 표시하는 구성도.
제3도는 이 발명에 관한 내연기관의 흡기계의 모델을 표시하는 구성도.
제4도는 그 크랭크각에 대한 흡입공기량의 관계표시도.
제5도는 동내연기관의 과도시의 흡입공기량의 변화를 표시하는 파형도.
제6도, 제8도 및 제9도는 이 발명의 일실시예에 의한 내연기관의 연료제어장치의 동작을 표시하는 프로우챠아트.
제7도는 동내연기관의 연료제어장치의 AFS출력주파수에 대한 기본구동시간 변환계수의 관계표시도.
제10도는 제8, 9도의 프로우의 타이밍을 표시하는 타이밍챠아트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 내연기관 12 : 드로틀밸브
13 : 기류센서(카르만와류량계) 14 : 인젝터
15 : 흡기관 17 : 크랭크각센서
18 : 수온센서 20 : AN 검출수단
21 : AN 연산수단 22 : 제어수단, 그리고 도중 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시한다.
이 발명은 내연기관의 흡입공기량을 흡기량센서에 의하여 검출하고 이 검출출력에 의하여 내연기관의 연료 공급량을 제어하는 내연기관의 연료제어장치에 관한 것이다.
내연기관의 연료제어를 행하는 경우는 드로틀밸브의 상류에 흡기량센서(이하 AFS로 약칭)를 배치하고 이 정보와 엔징 회전수에 의하여 1흡기당의 흡입공기량을 구하여 공급연료량을 제어하는 것이 활용되고 있다.
그런데 공기의 흡입통로에서 드로틀밸브의 상류에 AFS를 배치하고 내연기관의 흡입공기량을 검출하려고 하는 경우 드로틀밸브가 급격이 열렸을 때는 드로틀밸브와 엔진간의 흡입통로에 충전하는 공기량도 계량하므로, 실제로 흡입되는 공기량이상으로 계량하게 되므로 그대로 연료량을 제어하면은 농후혼합(Over rich)이되는 결함이 생겼다.
이때문에 종래에서는 AFS의 출력 즉 소정의 크랭크각에서의 검출흡기량을 AN(t), 소정의 크랭크각의(n-1)회 및 n회째에 내연기관에 흡입되는 공기량을 각각 AN(n-1) 및 AN(n), 필터정수를 K로 하였을 경우에
AN(n)=K1×AN(n-1)+K2×XAN(t)
의 식에 의하여 AN(n)를 계산하고 이 AN(n)를 사용하여 연료제어를 행하는 것이 있으며 이것은 소정의 크랭크각마다의 흡입공기량을 평활화하여 적정한 연료제어를 실시하는 것이었다.
그런데 상기 종래장치에서는 흡기량의 보정연산을 행하므로 1흡기이상의 연산지연이 생기며 또 가속시에는 흡기관내의 공기의 존재에 의하여 흡기량 검출수단의 검출출력에도 지연이 생겨 연료량이 부족하게 되는 문제점이 있었다.
또한 냉각수온에 따라 흡기관내에 부착하는 연료량이 달라지므로 공급연료량에 변동이 생기는 문제점이 있었다.
이 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서 가속시에 있어서도 연료량이 부족되는 일 없는 내연기관의 연료제어장치를 제공하는데 목적이 있다.
이 발명에 관한 내연기관의 연료제어장치는 흡기량이 증가한 것을 검출하는 흡기량증가 검출수단을 설치하여 흡기량이 증가한 경우에 공급연료량을 증가하도록 하고 또 수온검출수단의 출력에 의하여 그 증가량을 증감시키도록 한 것이다.
내연기관을 가속한 경우에는 흡기량이 증가하고 이에 따라 공급연료량도 증가시킬 필요가 있지만은 흡기량의 연산이나 제어계의 지연 때문에 연료량이 부족하게 된다.
그래서 이 발명에서는 흡기량의 증가를 검출하여 공급연료량을 증가하며 또 냉각수온에 의하여도 공급연료량을 증감시키도록 한다.
이하 이 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다. 제3도는 내연기관의 흡기계 모델을 표시하며, 1은 내연기관으로 1행정당 Vc의 용적을 가지면 카르만와류량계인 AFS(13), 드로틀밸브(12), 서어지탱크(11) 및 흡기관(15)를 통하여 공기를 흡입하고 연료는 인젝터(14)에 의하여 공급된다.
또 여기서 드로틀밸브(12)에서 내연기관(1)까지의 용적을 Vs라 한다. 16은 배기관이다.
제4도는 내연기관(1)에서의 소정의 크랭크각에 대한 흡입공기량의 관계를 표시하며, (a)는 내연기관(1)의 소정의 크랭크각(이하 SGT라 칭한다)를 표시한다. (b)는 AFS(13)를 통과하는 공기량 Qa, (C)는 내연기관(1)이 흡입하는 공기량 Qe, (d)는 AFS(13)의 출력펄스 f를 표시한다.
또 SGT의 (n-2)∼(n-1)회째의 동작기간을 t(n-1), (n-1)∼n회째의 동작기간을 to로 하고 기간 t(n-1) 및 to에 AFS(13)을 통과하는 흡입공기량을 각각 Qa(n-1) 및 Qa(n), 기간 to(n-1) 및 to에 내연기관(1)이 흡입하는 공기량을 각각 Qe(n-1) 및 Qe(n)로 한다.
그리고 기간 t(n-1) 및 to일때의 서어지탱크(11)내의 평균 압력과 평균흡기온도를 각각 Ps(n-1) 및 Ps(n) 와 Ts(n-1) 및 Ts(n)로 한다.
여기서 예를 들면, Qa(n-1)은 t(n-1)간의 AFS(13)의 출력펄스수에 대응한다. 또 흡기온도의 변화율은 작으므로 Ts(n-1) ≒ Ts(n)로 하며 내연기관(1)의 충전효율이 일정하다고 하면,
Ps(n-1) ㆍVc=Qe(n-1)ㆍRㆍTs(n)…(1)
Ps(n) ㆍVc=Qe(n)ㆍRㆍTs(n)…(2)
로 된다. 단 R은 정수이다.
그리고 기간 tn에 서어지탱크(11) 및 흡기관(15)에 잔류하는 공기량을 ΔQa(n)로 하면,
Figure kpo00001
로 되며(1)-(3)식에 의하여
Figure kpo00002
를 얻는다.
따라서 내연기관(1)이 기간 tn에 흡입하는 공기량 Qe(n)를 AFS(13)를 통과하는 공기량 Qa(n)에 기준하여 (4)식에 의하여 계산할 수가 있다.
여기서 Vc=0.5l Vs=2.5l라 하면
Qe(n)=0.83×Qe(n-1)+0.17×Qa(n)…(5)
로 된다.
제5도에 드로틀밸브(12)가 열렸을 때의 상태를 표시한다. 이 제5도에서, (a)는 드로틀밸브(12)의 개도, (b)는 AFS(13)을 통과하는 흡입공기량 Qe이며 오우버슈우트(Over shoot)한다. (c)는 (4)식으로 보정한 내연기과(1)이 흡입하는 공기량 Qe이며, (d)는 서어지탱크(11)의 압력 P이다. (e)는 Qe의 변화량 Qe를 표시하며, (f)는 연료공급량 f를 표시한다. 여기서 f1은 Qe에 기준한 것이며 F2는
ΔQe에 기준하여 보정한 것이다.
제1도는 이 발명에 의한 내연기관의 연료제어장치의 구성을 표시하며, 10은 AFS(13)의 상류측에 설치된 에어크리너이며, AFS(13)은 내연기관(1)에 흡입되는 공기량에 때라 제4도(d)에 표시한 바와 같은 펄스를 출력하며, 크랭크각센서(17)은 내연기관(1)의 회전에따라 제4도(a)와 같이 펄스(예를 들면 펄스의 리딩엣지에서 다음 리딩엣 까지 크랭크 각으로 180°로 한다)를 출력한다.
20은 AN 검출수단이며 AFS(13)의 출력과 크랭크 각센서(17)의 출력에 의하여 내연기관(1)의 소정크랭크 각도간에 드러오는 AFS(13)의 출력펄스수를 계산한다. 21은 AN 연산수단이며 이것은 AN 검출수단(20)의 출력에 의하여 (5)식과 같은 계산을 실시하여 내연기관(1)이 흡입한다고 상정되는 공기량에 대응하는 AFS(13)의 출력상당의 펄스수를 계산한다.
또 제어수단(22)는 AN 연산수단(21)의 출력내연기관(1)의 냉각수온을 검출하는 수온센서(18)(에를 들면 더미스터)의 출력에 의하여 내연기관(1)이 흡입하는 공기량에 대응하여 인젝터(14)의 구동시간을 제어하며 이 예의하여 내연기관에 공급하는 연료량을 제어한다.
제2도는 이 실시예의 보다 구체적 구성을 표시하며, 30은 AFS(13), 수온센서(18) 및 크랭크각(17)의 출력신호를 입력으로 하여 내연기관(1)의 각 기통마다에 설치된 4개의 인젝터(14)를 제어하는 제어장치이며, 이 제어장치(30)은 제1도의 AN 검출수단(20)∼제어수단(22)에 상당하고 ROM(41) RAM(42)를 구비한 마이크로 컴퓨터(이하 CPU로 약칭)(40)에 의하여 실현된다.
또 31은 AFS(13)의 출력에 접속된 2분주기, 32는 2분주기(31)의 출력을 한쪽의 입력으로 하고 다른쪽 입력단자를 CPU(40)의 입력 P1에 접속한 배타적 논리화게이트이며, 그 출력단자는 카운터(33) 및 CPU(40)의 입력 P3에 접속된다.
34는 수온센서(18)과 A/D변환기(35)간에 접속된 인터페이스, 36은 파형정형회로로 크랭크각센서(17)의 출력이 입력되어 그 출력은 CPU(40)의 개입중단입력 P4, 및 카운터(37)에 입력된다.
또 38은 개입중단입력 P5에 접속된 타이머, 39는 도시않된 축전지의 전압을 A/D변환하여 CPU(40)에 출력하는 A/D변환기, 43은 CPU(40)과 드라이버(44)간에 설치된 타이머이며 드라이버(44)의 출력은 각인젝터(14)에 접속된다.
다음에 상기 구성의 동작을 설명한다. AFS(13)의 출력은 2분주기(31)에 의하여 분주되어 CPU(40)에 의하여 제어되는 배타적논리화게이트(32)를 통하여 카운터(33)에 입력된다. 카운터 (33)은 게이트(32)의 출력의 트레일링엣지(Trailing edge)간의 주기를 측정한다.
CPU(40)은 게이트(32)의 트레일링엣지가 개입중단입력 P3에 입력되어 AFS(13)의 출력펄스주기 또는 이것의 2분주기 마다 개입중단을 행하여 카운터(33)의 주기를 측정한다.
수온센서(18)의 출력은 인터페이스(34)에 의하여 전압이 변환되어 A/D변환기(35)에 의하여 소정시간마다 디지틀치로 변환되어 CPU(40)에 입력된다.
크랭크각센서(17)의 출력은 파형정형회로(36)을 통하여 CPU(40)의 개입중단입력 P4및 카운터(37)에 입력된다.
CPU(40)은 크랭크각센서(17)의 리딩엣지(leading edge)마다 개입중단처리를 행하여 크랭크각센서(17)의 리딩엣지간의 주기를 카운터(37)의 출력으로부터 검출한다. 타이머(38)은 소정시간마다 CPU(40)의 개입중단 입력 P5로 개입중단신호를 발신한다.
A/D변환기(39)는 도시 않된 축전지전압을 A/D변환하여 CPU(40)은 소정시간마다 이축전지전압의 데이터를 입력한다. 타이머(43)은 CPU(40)에 사전세트되어 CPU(40)의 출력구 P2로부터 발동되어서 소정의 펄스폭을 출력하며 이 출력이 드라이버(44)를 통하여 인젝터(14)를 구동한다.
다음에 CPU(40)의 동작을 제6도, 제8-9도의 프로우챠아트에 의하여 설명한다. 먼저 제6도는 CPU(40)의 메인프로그램을 표시하며 CPU(40)에 리세트신호가 입력되면은 스탭(100)에서 RAM(42), 입출력구등을 초기설정하며 스탭(101)에서 수온센서(18)의 출력을 A/D변환하여 RAM(42)에 WT로서 기억한다. 스탭(102)에서 축전지전압을 A/D변환하여 RAM(42)로 VB로서 기억한다.
스탭(103)에서는 크랭크각센서(17)의 주기 TR보다 30/TR의 계산을 행하여 회전수 Ne를 계산한다.
스탭(104)에서 후술하는 부하데이터 AN와 회전수 Ne에 의하여 ANㆍNe/30의 계산을 행하고 AFS(13)의 출력주파수 Fa를 계산한다.
스탭(105)에서는 출력주파수 Fa와 제7도와 같은 Fa에 대하여 설정된 f1에 의하여 기본구동시간 변환계수 Kp를 계산한다. 스탭(106a)에서는 변환계수 Kp를 수온데이터 WT에 의하여 보정하고 구동시간 변환계수 K1로서 RAM(42)에 기억한다.
스탭(106b)에서는 가속중량시의 기본구동시간 변환계수 KPA를 수온데이터 WT에 의하여 보정하여 구동시간 변환계수 KIA로서 RAM(42)에 기억한다.
즉 수온이 낮을 때는 연료가 보다 많이 흡기관(15)내에 부착하여 2분만큼 보다 많은 연료량을 필요로하며 수온이 높을때는 부착연료량이 적어 공급연료량이 적어도 된다.
스탭(107)에서는 축전지전압데이터 VB에 의하여 미리 ROM(41)에 기억된 데이터레이블 f3을 매핑(mapping)하여 데드타임(dead time)을 계산하여 RAM(42)에 기억한다. 스탭(107)의 처리후는 다시스탭(101)처리를 반복한다. 제8도는 개입중단입력 P3즉 AFS(13)의 출력신호에 대한 개입중단 처리를 표시한다.
스탭 (201)에서는 카운터(33)의 출력 TF를 검출하여 카운터(33)를 털어버린다. 이 TF는 게이트(32)의 리딩엣지(leading edge)간의 주기이다. 스탭(202)에서 RAM(42)내의 분주표식이 세트되어있으면은 스탭(203)에서 TF를 2분주하여 AFS(13)의 출력펄스주기 TA로서 RAM(42)에 기억한다.
다음에 스탭(204)에서 적산펄스데이터 PR에 잔여펄스데이터 PD를 2배한 것을 가산하여 새로운 적산펄스데이터 PR로 한다. 이 적산펄스데이터 PR은 크랭크각센서 (17)의 리딩엣지간에 출력되는 AFS(13)의 펄스수를 적산하는 것이며 AFS(13)의 1펄스에 대하여 처리의 편의상 156배하여 취급하고 있다. 스탭(202)에서 분주표식이 리세트되어 있으면 스탭(205)에서 주기 TF를 출력펄스주기 TA로 하여 RAM(42)에 기억하고 T 스탭(206)에서 적산펄스데이터 PR에 잔여펄스데이터 PD를 가산한다.
스탭(207)에서는 잔여펼스데이터 PD에 156을 설정한다. 스탭(208)에서 분주표식이 리세트되어있는 경우는 TF〉 2mec, 세트되어 있는 경우는TF〈 4msec이면은 스탭(210)으로 그외의 경우는 스탭(209)로 진행한다.
스탭(209)에서는 분주표식을 세트하며 스탭(210)에서는 분주표식을 털어버리고 스탭(211)에서 P1을 반전시킨다. 따라서 스탭(209)의 처리의 경우는 AFS(13)의 출력펄스를 2분주한 타이밍으로 개입중단입력 P3로 신호가 들어가며, 스탭(210)의 처리가 행하여지는 경우는 AFS(13)의 출력펄스 마다에 개입중단입력 P3로 입력된다.
스탭(209)(211) 처리후 개입중단 처리를 완료한다. 제9도는 크랭크각센서(17)의 출력에 의하여 CPU(40)의 개입 중단입력 P4에 개입중단 신호가 발생한 경우의 개입중단 처리를 표시한다.
스탭(301)에서 크랭크각센서(17)의 리딩엣지간의 주기를 카운터(37)에 의하여 판독하여 주기 TR로서 RAM(42)에 기억하며 카운터(37)을 털어버린다. 스탭 (302)에서 주기 TR내에 AFS(13)의 출력펄스가 있는 경우는 스탭(303)에서 그 직전의 AFS(13)의 출력펄스의 시각 to1과 크랭크각센서(17)의 이번회의 개입중단 시각 to2의 시간차 Δt=to2-to1을 계산하여 이것을 주기 Ts로 하며 주기 TR내에 AFS(13)의 출력펄스가 없는 경우는 주기 TR를 주기 Ts로 한다.
스탭(305)에서는 156XTs/TA의 계산에 의하여 시간차 Δt를 AFS(13)의 출력펄스데이터 ΔP로 변환한다.
즉 전회의 AFS(13)의 출력펄스 주기와 이번회의 AFS(13)의 출력펄스 주기가 동일하다고 가정하여 펄스데이터 ΔP를 계산한다. 스탭(306)에서는 펄스데이터 ΔP가 156보다 적으면은 스탭(308)로, 크면은 스탭(307)에서 ΔP를 156에 클립(Clip)한다.
스탭(308)에서는 잔여펄스데이터 PD에서 펄스데이터 ΔP를 감산하여 새로운 잔여펄스데이터 ΔP로 한다. 스탭(309)에서는 잔여펄스데이터 PD가 정이면은 스탭(313a)로, 다른 경우에는 펄스데이터 ΔP의 계산치가 AFS(13)의 출력펄스보다도 지나치게 크므로 스탭(310)에서 펄스데이터 ΔP를 PD와 같게하여 스탭(312)에서 잔여펄스데이터 PD를 제로(0)로 한다.
스탭(313)에서는 적산펄스데이터 PR에 펄스데이터ΔPㄹ르 가산하고 새로운 직산펄스데이터 PR로 한다. 이 데이터 PR이 이번회의 크랭크각센서(17)의 리딩엣지간에 AFS(13)이 출력하였다고 상정되는 펄스수에 상당한다. 스탭(314)에서는 (5)식에 상당하는 계산을 행한다. 즉 크랭크각센서(17)의 전회 리딩엣지까지에 계산된 부하데이터 AN과 적산펄스데이터 PR에 의하여 K1AN+(K2)PR의 계산을 행하며 결과를 이번회의 새로운 부하데이터 AN로 한다.
스탭(315)에서는 이 부하데이터 AN이 소정치 α보다 크면은 스탭(316)에 α에 클립하여 내연기관(1)의 전개시에 있어서도 부하데이터 AN이 실제치보다도 크게 되지 않도록 한다.
스탭(317)에서 적산펄스데이터 PR를 털어버린다. 스탭(318a)에서 부하데이터 AN과 구동시간 변환계수 K1,데드타임 TD에 의하여 구동시간 데이터 T1= ANㆍK1+ TD의 계산을 행한다.
또 스탭(318b)에서는 새로운 부하데이터 AN과 전회의 부하데이터 ANOLD와의 차 ΔAN을 구하고 스탭(318c)에서는 ΔAN이 β1보다 큰지의 여부를 판정하여 작은 경우는 스탭(318g)로 진행한다.
또 ΔAN〉β1의 경우에는 스탭(318d)에서 ΔAN이 β2보다 큰지의 여부를 판정하여 작은 경우에는 스탭(318f)로 진행하고, 큰 경우에는 스탭(318e)에서 ΔAN을 β2에 클립하여 스탭(318f)에 진행한다.
스탭(318f)에서는 T1과 ΔAN과 KIA에 의하여 구동시간 데이터 T1을 구하고 스탭(318g)에서 ALOLD=AN로하여 RAM(42)에 기억한다.
다음에 스탭(319)에서 구동시간 데이터 T1을 타이머(43)에 설정하고 스탭 (320)에서 타이머(43)을 발동시키므로서 T1에 따라 인젝터(14)가 4개 동시에 구동되며 개입중단처리를 완료한다. 제10도는 제6도 및 제8-9도의 처리의 분주표식을 털어버릴때의 타이밍을 표시한 것이며 (a)는 분주기(31)을 출력을 표시하며, (b)는 크랭크각센서(17)의 출력을 표시한다. (c)는 잔여펄스데이터 PD를 표시하며 분주기(31)의 리딩엣지 및 트레일링엣지(trailing edge)(AFG(13)의 출력펄스의 리딩엣지)마다 156에 설정되어 크랭크각센서(17)의 리딩엣지마다에 예를 들면 PDI=PD-156xTS/TA
의 계산결과로 변경된다(이것은 스탭(305)-(312)의 처리에 상당한다.)
(d)는 적산펄스데이터 PR의 변화를 표시하며 분주기(31)의 출력의 리딩엣지 또는 트레일링엣지마다 잔여펄스데이터 PD가 적산되는 상태를 표시하고 있다.
또 상기 실시예에서는 크랭크각센서(17)의 리딩엣지간의 AFS(13)의 출력펄스를 계산하였지만 이것은 트레일링엣지간이라도 무방하여 또 크랭크각센서(17)의 수주기간의 AFS(13) 출력펄스수를 계산하여도 된다.
또 AFS(13)의 출력펄스를 계산하였지만 출력펄스수에 AFS(13)의 출력주파수에 대응한 정수를 곱한 것을 계수하여도 된다.
또한 크랭크각의 검출에 크랭크각센서(17)말고 내연기관(1)의 점화신호를 사용하여도 같은 효과가 있다.
이상과 같이 이 발명에 의하면 내연기관의 가속시에 흡기량증가 검출수단에 의하여 흡기량의 증가를 검출하고 이에 따라 공급연료량을 증가하도록 하였으며 흡기량의 연산지연이나 제어계의 지연에 의한 연료량의 부족을 보정할 수 가 있으며 또 냉각수온에 의하여도 연료량을 증감할 수가 있어 적정한 공연비제어를 실시할 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 내연기관에 흡입되는 공기량을 검출하는 기류센서, 내연기관의 회전에 대응하여 출력을 발생하는 회전센서, 이 회전센서의 출력 및 상기 기류센서 출력에 기준하여 상기 내연기관의 1흡기당의 흡기량의 검출하는 AN 검출수단, 이 AN 검출수단의 출력에 기준하여 필요연료량을 연산하는 AN연산수단, 이 AN 연산수단의 출력에 의하여 상기 내연기관의 연료공급량을 제어하는 제어수단. 흡입공기량이 증가한 것을 검출하는 흡기량증가 검출수단을 구비하고 상기 흡기량증가 검출수단의 출력에 의하여 상기 제어수단을 제어하며 상기 내연기관으로의 연료공급량을 증가하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.
  2. 내연기관에 흡입되는 공기량을 검출하는 기류센서, 내연기관의 회전에 대응하여 출력을 발생하는 회전센서, 이 회전센서의 출력 및 상기 기류센서의 출력에 기준하여 상기 내연기관의 1흡기당의 흡기량을 검출하는 AN 검출수단, 이 AN 검출수단의 출력에 기준하여 필요연료량을 연산하는 AN 연산수단, 이 AN 연산수단의 출력에 의하여 상기 내연기관으로의 연료공급량을 제어하는 제어수단, 흡입공기량이 증가한 것을 검출하는 흡기량증가 검출 수단 및 상기 내연기관의 냉각수온을 검출하는 수온 검출수단을 구비하고 가속시에 상기 흡기량 검출수단의 출력에 의하여 연료 공급량을 증가하는 동시에 상기 수온 검출수단의 출력에 의하여 그 증가량을 증가하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공급연료량의 증가분에 제한을 설정한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.
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