KR900002312B1 - 내연기관의 연료제어장치 - Google Patents

내연기관의 연료제어장치 Download PDF

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미쯔비시 덴기 가부시끼 가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 연료제어장치
제 1 도는 본 발명에 관계되는 연료제어장치의 구성도.
제 2 도는 상기 내연기관의 연료제어장치의 구체예로서의 일실시예를 도시한 구성도.
제 3 도는 본 발명에 관계되는 내연기관의 흡기계의 모델을 도시한 구성도.
제 4 a도 내지 제 4d 도는 크랭크각에 대한 흡입 공기량의 관계를 도시한 도.
제 5a 도 내지 제 5d 도는 상기 내연기관의 과도시의 흡입 공기량의 변화를 도시한 파형도.
제 6 도, 제 8 도 및 제 9 도는 본 발명의 일실시예에 의한 내연기관의 연료제어장치의 동작을 도시한 플로우챠트.
제 7 도는 상기 내연기관의 연료제어장치의 AFS출력 주파수에 대한 기본 구동시간 변환 계수의 관계를 도시한 도.
제 10a 도 내지 제 10d 도는 제 8 도, 제 9 도의 흐름의 타이밍을 도시한 타이밍챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 내연기관 12 : 드로틀 밸브
13 : 공기 흐름 센서(칼만 와류량 계) 14 : 인젝터
15 : 흡기관 17 : 크랭크각 센서
20 : AN검출수단 21 : AN연산수단
22 : 제어수단 31 : 분주기
본 발명은 내연기관의 흡입 공기량을 흡기량 센서에 의해 검출하고, 이 검출 출력에 의해 내연기관의 연료 공급량을 제어하는 내연기관의 연료제어장치에 관한 것이다.
내연기관의 연료제어를 행하는 경우에 드로틀 밸브의 상류에 흡기량 센서(이하 AFS라 칭한다)를 배치하고, 이 정보와 엔진 회전수에 의해 1흡기당의 흡입 공기량을 구하고, 공급 연료량을 제어하는 것이 행해지고 있다.
그런데, 공기의 흡입 통로에 있어서의 드로틀 밸브의 상류에 AFS를 배치하여 내연기관의 흡입 공기량을 검출하고자 하는 경우, 드로틀이 급격히 열릴 때에는 드로틀 밸브와 엔진간의 흡입 통로에 충전하는 공기량도 계량하므로, 실제로 내연기관에 흡입되는 공기량 이상으로 계량해버리고, 그대로 연료량을 제어하면서 오버 리치로 된다고 하는 단점이 생긴다. 이때문에 종래에서는 AFS의 출력 즉 소정의 크랭크각에 있어서의 검출흡기량을 AN(t), 소정의 크랭크각의 n-1회 및 n회째 내연기관에 흡입하는 공기량을 각각 AN(n-1) 및 AN(n), 필터 정수를 K로 한 경우에
AN=(n)=K1XAN (n-1)+K2×AN(t)
의 식에 의해 AN(n)을 계산하고, 이 AN(n)을 사용하여 연료 제어를 행하는 것이 있고, 이것은 소정의 크랭크각마다의 흡입 공기량을 평활화 하고, 적정한 연료 제어를 행하는 것이었다.
그런데, 상기 종래 장치에 있어서는, 흡기량 센서가 예를들어 칼만 와류식의 경우, 부하에 응하여 40내지 1200HZ정도 변화하고, 더우기 고부하에서는 AFS의 출력 주기가 크게 변동하기 때문에 컴퓨터 처리가 따라가지 못하고, A/N을 정확히 검출할 수 없고, 정확한 공연비 제어를 행할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 고부하 영역에서도 A/N을 정확히 검출할 수 있고, 정확한 공연비 제어를 행할 수 있는 내연기관의 연료제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관계되는 내연기관의 연료제어장치는, 기관의 부하의 크기에 응하여 흡기량 검출 수단의 출력 주파수의 분루비를 변경하는 수단을 설치한 것이다.
본 발명에 관계되는 분주비 변경 수단은, 고부하시에 분주비를 크게 한다. 이때문에 컴퓨터의 처리시간을 확보할 수 있고, A/N을 정확히 검출할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 설명한다.
제 3 도는 내연기관의 흡기계의 모델을 나타내고, 참고번호(1)는 내연기관으로서 1행정당 Vc의 용적을 가지고 칼만 와류량계인 AFS(13), 드로틀 밸브(12), 서지 탱크(11) 및 흡기관(15)을 통하여 공기를 흡입하고, 연료는 인젝터(14)에 의해 공급된다. 또 여기서 드로틀 밸브(12)로부터 내연기관(1)끼지의 용적을 Vs로 한다. 참고번호(16)는 배기관이다.
제 4 도는 내연기관(1)에 있어서의 크랭크 각에 대한 흡입 공기량의 관계를 도시하고, 제 4a 도는 내연기관(1)의 소정의 크랭크각(이하, SGT로 칭한다)을 나타낸다. 제 4b 도는 AFS(13)를 통과하는 공기량 Qa, 제 4c 도는 내연기관(1)이 흡입하는 공기량 Qe, 제 4d 도는 AFS(13)의 출력 펄스 f를 나타낸다. 또, SGT의 n-2에서 n-1회째의 입상 기간을 tn-1, n-1에서 n회째의 입상 기간을 tn으로 하고, 기간 tn-1 및 tn에 AFS(13)를 통과하는 흡입 공기량을 각각 Qa(n-1) 및 Qa(n), 기간 tn-1, 및 Qn에 내연기관(1)이 흡입하는 공기량을 각각 Qe(n-1) 및 Qe(n)로 한다. 더우기, 기간 tn-1 및 tn시의 서지 탱크 (11)내의 평균 압력과 평균 흡기 온도를 각각 Ps(n-1) 및 Ps(n)와 Ts(n-1) 및 Ts(n)으로한다. 여기서 예를들면 Qa(n-1)은 tn-1 사이의 AFS(13)의 출력 펄스 수에 대응한다. 또, 흡기 온도의 변화율은 작으므로 Ts(n-1)≒Ts(n)로 하고, 내연기관(1)의 충전 효율을 일정하게 하면,
Ps(n-1)·Vc=Qe(n-1)·R·Ts(n)…………………………………………(1)
Ps(n)·Vc=Qe(n)·R·Ts(n)…………………………………………………(2)
로 된다. 단, R은 정수이다. 그리고 기간 tn에 서지 탱크(11) 및 흡기관(15)에 모이는 공기량을 △Qa(n)으로 하면,
Figure kpo00001
으로 되고, (1) 내지 (3)식으로부터
Figure kpo00002
가 얻어진다. 따라서, 내연기관(1)이 기간 tn에 흡입하는 공기량Qe(n)을, AFS(13)를 통과하는 공기량 Qa(n)에 기초하여 (4)식에 계산할 수 있다. 여기서, Vc =0.5l, Vs =2.5l로 하면,
Qe(n)=0.83×Qe(n-1)+0.17×Qa(n)………………………………………(5)
로 된다. 제 5 도에 드로틀 밸브(12)가 열린 경우의 상태를 나타낸다. 이 제 5 도에 있어서, 제 5a 도는 드로틀 밸브(12)의 개방도, 제 5b 도는 AFS(13)를 통과하는 흡입 공기량 Qa의, 오버 슛 한다. 제 5c 도는 (4)식에서 보정한 내연기관(1)이 흡입하는 공기량 Qe이고, 제 5d 는 서지 탱크(11)의 압력 P이다.
제 1 도는 본 발명에 의한 내연기관의 연료 제어 장치의 구성을 도시하고, 참고번호(10)는 상류측에 배치되는 공기 청정기이고, AFS(13)는 내연기관(1)으로 흡입되는 공기량에 응하여 제 4d 도에 도시하는 바와 같은 펄스(예를 들면 펄스의 입상으로부터 다음 입상까지 크랭크각으로 180°으로 한다)를 출력한다. 참고번호(20)는 AN검출수단이고, AFS(13)의 출력과 크랭크각 센서(17)의 출력으로 되고, 내연기관(1)의 소정 크랭크 각도 사이로 들어오는 AFS(13)의 출력 펄스수 A/N을 계산한다. 참고번호(21)는 AN 연산수단이고, 이것은 AN 검출수단(20)의 출력으로부터(5)식과 똑같은 계산을 행하고, 내연기관(1)이 흡입한다고 생각되는 공기량에 대응하는 AFS(13)의 출력 상당의 펄스 수를 계산한다. 또, 제어수단(22)은 AN연산수단(21)의 출력, 내연기관(1)의 냉각수온을 검출하는 수온 센서(18) (예를들어, 서미스터)의 출력 및 아이들 상태를 검출하는 아이들 스위치(19)의 출력으로부터, 내연기관(1)이 흡입하는 공기량에 대응하여 인젝터(14)의 구동시간을 제어하고, 이에 의해 내연기관(1)으로 공급하는 연료량을 제어한다.
제 2 도는 본 실시예의 보다 구체적인 구성을 나타내고, 참고번호(30)는 AFS(13), 수온센서(18), 아이들 스위치(19) 및 크랭크각 센서(17)의 출력 신호를 입력으로 하고 내연기관(1) 각 기통마다에 설치된 4개의 인젝터(14)를 제어하는 제어장치이며, 이 제어장치(30)는 제 1 도의 AN 검출수단(20)내지 제어수단(22)에 상당하고, ROM(41),RAM(42)을 마이크로컴퓨터(이하, CPU라 칭한다) (40)에 의해 실현된다. 또, 참고번호(31)는 AFS(13)의 출력에 접속된 2분주기, 참고번호(32)는 2분주기(31)의 출력을 한쪽의 입력으로 하고 다른쪽의 입력단자를 CPU(40)의 입력 P1에 접속한 배타적 논리합 게이트이고, 그 출력단자는 카운터(33)및 CPU(40)의 입력 P3에 접속된다. 참고번호(34a)는 수온센서(18)와 A/D컨버터(35)와의 사이에 접속된 인터페이스, 참고번호(34b)는 아이들 스위치(19)와 CPU(40)와의 사이에 접속된 인터페이스, 참고번호(36)는 파형 정형 회로로 크랭크각 센서(17)의 출력이 입력되고, 그 출력은 CPU(40)의 인터럽트 입력 P4및 카운터(37)에 입력된다. 또 참고번호(38)는 인터럽트 입력 P5에 접속된 타이머, 참고번호(39)는 도시하지 않는 배터리의 전압을 A/D변환하고 CPU(40)로 출력하는 A/D컨버터, 참고번호(43)는 CPU(40)와 드라이버(44)와의 사이에 설치된 타이머로써 드라이브(44)의 출력은 각 인젝터(14)에 접속된다.
다음에, 상기 구성의 동작을 설명한다. AFS(13)의 출력은 2분주기(13)에 의해 분주되고, CPU(40)에 의해 제어 되는 배타적 논리합 게이트(32)를 통하여 카운터(33)에 입력된다. 카운터(33)는 게이트(32)의 출력의 입하 에지 사이의 주기를 측정한다. CPU(40)는 게이트(32)의 입하를 인터럽트 입력P3로 입력되고, AFS(13)의 출력 펄스 주기 또는 이것을 2분주한때마다 인터럽트 처리를 행하고, 카운터(33)의 주기를 측정한다. 수온 센서(18)의 출력은 인터페이스(34)에 의해 전압으로 변화되고, A/D컨버터(35)에 의해 측정시간마다 디지탈 값으로 변환되어 CPU(40)에 취입된다. 크랭크각 센서(17)의 출력은 파형 정형회로(36)를 통하여 CPU(40)의 인터럽트 입력 P4및 카운터(37)로 입력된다. 아이들 스위치(19)의 출력은 인터페이스(34b)를 통하여 CPU(40)에 입력된다. CPU(40)는 크랭크각 센서(17)의 입상마다 인터럽트 처리를 행하고, 크랭크각 센서(17)의 입상사이의 주기를 카운터(37)의 출력으로부터 검출한다. 타이머(38)는 소정시간마다 CPU(40)의 인터럽트 입력 P5로 인터럽트 신호를 발생한다. A/D 컨버터(39)는 도시하지 않은 배터리 전압을 30-12참조. A/D 변환하고, CPU(40)는 소정 시간마다 이 배터리 전압의 데이타를 취입한다. 타이머(43)는 CPU(40)에 프리셋트 되고, CPU(40)의 출력 포트 P2로부터 트리거 되어 소정의 펄스폭을 출력하고, 이 출력이 드라이버(44)를 통하여 인젝터(14)를 구동한다.
다음에 CPU(40)의 동작을 제 6 도, 제 8 도 내지 제 9 도의 플로우챠트에 의해 설명한다. 우선, 제 6 도는 CPU(40)의 메인 프로그램을 도시하고, CPU(40)에 리셋트 신호가 입력되면 스탭(100)에서 RAM(42), 입출력 포트등을 초기 설정하고, 스탭(101)에서 스온 센서(18)의 출력을 A/D변환하고, RAM(42)에 WT로서 기억한다. 스탭(102)에서 베터리 전압을 A/D변환하여 RAM(42)에 VB로서 기억 한다. 스탭(103)에서는 크랭크각 센서(17)의 주기 TR로부터 30/TR의 계산을 행하고, 회전수 Ne를 계산한다. 스탭(104)에서 후술하는 부하 데이타 AN과 회전수 Ne로부터 AN,Ne/30의 계산을 행하고, AFS(13)의 출력 주파수 Fa를 계산한다. 스탭(105)에서는 출력주파수 Fa로부터 제 7 도에 도시하는 바와 같이 Fa에 대하여 설정된 F1으로부터 기본 구동시간 변환계수 Kp를 계산한다. 스탭(106)에서는 변환계수Kp를 수온 데이타 WT에 의해 보정하고 구동시간 변환계수 KI으로서 RAM(42)에 기억한다. 스탭(107)에서는 배터리 전압 데이타 VB로부터 미리 ROM(41)에 기억된 데이타 테이블 F3를 팹핑하고, 사장시간 TD를 계산하고 RAM(42)에 기억한다. 스탭(107)의 처리후는 제차 스탭(101)의 처리를 반복한다.
제 8 도는 인터럽트 입력 P3즉 AFS(13)의 출력 신호에 대한 인터럽트 처리를 도시한다. 스탭(201)에서는 카운터(33)의 출력 TF를 검출하고 카운터(33)를 클리어한다. 이 TF는 게이트(32)의 입상 사이의 주기이다. 스탭(202)에서 RAM(42)내의 분주 플래그가 셋트되어 있으면 스탭(203)에서 TF를 2분하여 AFS(13)의 출력 펄스 주기 TA로서 RAM(42)에 기억한다. 다음에 스탭(204)에서 적산 펄스 데이타 PR에 나머지 펄스 데이타 PD를 2배한 것을 가산하고, 새로운 적산 펄스 데이타 PR로 한다. 이 적산 펄스 데이타 PR은 크랭크각 센서(17)의 입상사이에 출력되는 AFS(13)의 펄스수를 적산하는 것이고, AFS(13)의 1펄스에 대해 처리마다 156배 하여 취급하고 있다. 스탭(202)에서 분주 플래그가 리셋트 되어 있으면 스탭(205)에서 주기 TF를 추력 펄스 주기 TA로서 RAM(42)에 기억하고, 스탭(206)에서 적산 펄스 데이타 PR에 나머지 펄스 데이타 PD를 가산한다. 스탭 (207)에서는 나머지 펄스 데이타 PD에 156을 설정한다. 스탭(208)에서는 AN(A/N을 약칭하여 기재한 것임) 즉 크랭크각센서(17)의 입상 사이에 있어서의 AFS(13)의 펄스수가 소정치 β보다 큰지 아닌지를 판단하고, 크다면 스탭(210)으로 진행하고, 작다면 스탭(209)으로 진행한다. 스탭(209)에서는 분주 플레그가 리셋트 되어 있는 경우는 TA〉2msec, 셋트되어 있는 경우는 TA〉4msec이면 스탭(211)으로, 그 이외의 경우는 스탭(210)으로 진행한다. 스탭(210)에서는 분주 플래그를 셋트하고, 스탭(211)에서는 분주 플래그를 클리어 하여 스탭(212)에서 P1을 반전시킨다. 따라서, 스탭(210)의 처리의 경우는, AFS(13)의 출력 펄스를 2분주한 타이밍에서 인터럽트 입력 P3로 신호가 들어가고, 스탭(211)의 처리가 행해지는 경우에는 AFS(13)의 출력 펄스마다 인터럽트 입력 P3로 신호가 들어간다. 스탭(210,212) 처리후, 인터럽트 처리를 완료한다.
제 9 도는 크랭크각 센서(17)이 출력에 의해 CPU(40)의 인터럽트 입력 P4에 인터럽트 신호가 발생한 경우의 인터럽트 처리를 도시한다.
스탭(301)에서 트랭크각 센서(17)의 입상 사이의 주기를 카운터(37)로부터 독입하고, 주기 TR로서 RAM(42)에 기억하고, 카운터(37)를 클리어한다. 스탭(302)에서 주기 TR내에 AFS(13)의 출력 펄스가 있는 경우는, 스탭(303)에서 그 직전의 AFS(13)의 출력 펄스의 시각 t1과 크랭크각 센서(17)의 금회의 인터럽트 시각 t2의 시간차 △t=t2-t1을 계산하고, 이것을 주기 TS로 하고, 주기 TR내에 AFS(13)의 출력 펄스가 없는 경우는 주기 TR을 주기TS로 한다. 스탭(305a)에서는 분주 플레그가 셋트되어 있는지 아닌지를 판단하고, 리셋트 되어 있는 경우는 스탭(305b)에서 156×TS/2·TA의 계산으로부터, 셋트되어 3--17참조 시간차 △t를 AFS(13)의 출력펄스 데이타 △P로 변환한다. 즉 전회의 AFS(13)의 주기와 금회의 AFS(13)의 출력 펄스 주기가 동일하다고 가정하여 펄스 데이타 △P를 계산한다. 스탭(306)에서는 펄스 데이타 △P가 156보다 작으면 스탭(308)으로, 크면 30-1참7에서는 나머지 펄스 데이타 PD로부터 펄스 데이타 △P를 감산하고, 새로운 나머지 펄스 데이타 △P로 한다. 스탭(309)에서는 나머지 펄스 데이타 PD가 바르다면 스탭(313)으로, 다른 경우에는 펄스 데이타 △P의 계산치가 AFS(13)의 출력 펄스보다도 너무 크므로 스탭(310)에서 펄스 데이타 △P를 PD와 똑같이 하고, 스탭(312)에서 나머지 펄스 데이타를 제로로 한다. 스탭(313a)에서는 분주 플레그가 셋트되어 있는지 아닌지를 판단하고, 리셋트의 경우에는 스탭(313b)에서 적산 펄스 데이타 PR에 펄스 데이타 △P를 가산하고, 셋트의 경우에는 스탭(313C)에서 PR에 2·△P를 가산하고, 새로운 적산 펄스 데이타 PR로 한다. 이 데이타 PR가 금회의 크랭크각 센서(17)의 입상 사이에 AFS(13)가 출력하였다고 생각되는 펄스 수에 상당한다. 스탭(314)에서는 (5)식에 상당하는 계산을 행한다. 즉, 크랭크각 센서(17)의 전회의 입상까지에 계산된 부하 데이타 AN과 적산 펄스 데이타 PR로부터, 아이들 스위치(19)가 온이면 아이들 상태로 판정 하여 AN=K2AN+(1-K2)PR의 계산을 행하고, 아이들 스위치(23)이 오프이면 K1AN+(1-K1)PR의 계산을 행하고 (K1〉K2), 결과를 금회의 새로운 부하 데이타 AN으로 한다. 스탭(315)에서는 이 부하 데이타 AN가 소정치 α보다 크면 스탭(316)에서 α로 그립하고, 내연기관(1)의 완전 개방시에 있어서도 부하 데이타AN가 실제값 보다도 너무 크게 되지 않도록 한다. 스탭(317)에서 적산 펄스 데이타 PR을 클리어한다. 스탭(318)에서 부하 데이타 AN과 구동시간 변환계수 K1, 사장시간 T9로부터 구동시간 데이타 T1= AN·K1+TD의 계산을 행하고, 스탭(319)에서 구동 시간 데이타 T1을 타이머 (43)에 설정하고, 스탭(320)에서 타이머(43)를 트리거함으로써 데이타 T1에 응하여 인젝터 (14)가 4개 동시에 구동되고, 인터럽트 처리가 완료한다.
제 10 도는 제 6 도 및 제 8 도 내지 제 9 도의 처리의 분주 플래그 클리어시의 타이밍을 도시한 것으로서, 제 10a 도는 분주기 (31)의 출력을 나타내고, 제 10b 도는 크랭크각 센서(17)의 출력으로 나타낸다. 제 10c 도는 나머지 펄스 데이타 PD를 나타내고, 분주기(31) 입상 및 입하(AFS(13)의 출력 펄스의 입상)마다 156으로 설정되고, 크랭크각 센서(17)의 입상마다 예를 들면 PDI=PD-156×TS/TA의 계산 결과로 변경된다(이것은 스탭(305내지 312)의 처리에 상당한다). 제 10d 도는 적산 펄스 데이타 PR의 변화를 나타내고, 분주기(31)의 출력의 입상 또는 입하마다, 나머지 펄스 데이타 PD가 적산되는 모양을 나타내고 있다.
상기 실시예에서는 이상과 같이 A/N의 값이 소정치보다크다면 AFS(13)의 출력 주파수의 분주비를 크게 하고, A/N의 연산 시간을 확보할 수가 있다.
또, 상기 실시예에서는 크랭크각 센서(17)의 입상 사이의 AFS(13)의 출력펄스를 카운트 하였지만, 이것은 입하 사이에서도 되고, 또 크랭크각 센서(17)의 수 주기 사이의 AFS(13)의 출력펄스를 카운트해도 좋다. 그리고, AFS(13)의 30-20 참조 출력 펄스를 카운트해도 좋다. 그리고, AFS(13)의 출력 주파수에 대응한 정수를 곱한 것을 계수해도 좋다. 더우기, 크랭크각의 검출에 크랭크각 센서(17)가 아니고 내연 기관(1)의 점화 신호를 사용해도 똑같은 효과를 나타낸다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 기관의 부하가 큰 경우에는 흡기량 검출 수단의 출력 주파수의 분주비를 크게 해두고, AN 검출 수단에 의한 A/N검출을 위한 처리 시간을 확보할 수가 있으며, A/N을 정확히 검출 할 수가 있다. 이 때문에 A/N에 기초한 연료 제어를 정확히 행할 수 있다.

Claims (1)

  1. 기관의 흡입 공기량에 비례한 주파수를 출력하는 흡기량 검출수단과, 기관의 소정의 크랭크각의 구간에 있어서의 흡기량 검출수단의 출력을 검출하는 AN검출수단과, AN검출 수단의 출력에 응한 구동 펄스폭으로 인젝터를 구동하는 제어 수단을 구비한 내연기관의 연료 제어 장치에 있어서, 기관의 부하의 크기에 응하여 흡기량 검출 수단의 출력 주파수의 분주비를 변경하는 수단을 구비하고, 고부하시에는 분주비를 크게 하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 제어 장치.
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