KR920002455B1 - 내연기관의 공연비 제어장치 - Google Patents

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Description

내연기관의 공연비 제어장치

제1도는 본 발명의 특징인 마이크로프로세서를 포함하는 A/F 비제어장치의 대략적인 전체 구조도.

제2도는 과도한 공기비율(λ)로 표현되는 바와 같이 A/F비에 관하여 배출된 탄화수소의 농도(H)와 산소센서의 출력전압(Vs) 및 연료소비(F)에서 변화를 보이는 것으로 엔진의 안정한 연소한계의 변화에 의해 야기된 문제점을 설명하는 다이어그램.

제3a도 내지 제3d도는 과도한 공기비율(λ)에 관하여 펄스진폭(Vs)의 관계와 산소센서의 출력전압(Vs)에서 펄스를 설명하는 도면.

제4도는 엔진의 안정한 연소한계에서 경시 변화를 극복하기 위하여 A/F비의 피이드백 제어에서 센서출력전압(Vs)을 위한 기준치의 수정조작의 원리를 설명하는 도면.

제5도는 본 발명의 제1실시예에 따라 센서출력전압(Vs)의 기준을 수정하기 위해 제1도에서 마이크로프로세서에 의해 실행되는 처리작업을 도시한 플로우차트.

제6도는 엔진에 가해진 부하에 대하여 바람직한 과도공기비율(λ)의 맵을 도시한 다이어그램.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따라 센서출력전압(Vs)의 기준을 수정하기 위해 제1도에서 마이크로프로세서에 의해 실행되는 처리 작업을 도시한 플로우차트.

제8a도 내지 제8e도는 불점화가 발생된 실린더를 확인하는 방식을 설명하는 타임차트.

제9도는 본 발명의 제3실시예에 따라 센서출력전압(Vs)의 기준을 수정하기 위해 제1도에서 마이크로프로세서에 의해 실행되는 처리작업을 도시한 플로우차트.

제10도는 본 발명의 제4실시예의 조작원리를 도시한 기능 블록다이어그램.

제11도는 과도한 공기비율(λ)의 기준과 실제값(λ(real)) 사이의 차이(e)에 있는 펄스를 도시한 것으로 제4실시예의 조작을 설명하는 도면.

제12도는 제4실시예에 따라 센서출력전압(Vs)의 기준을 수정하기 위해 제1도에서 마이크로프로세서에 의해 실행되는 처리작업을 도시한 플로우차트.

제13도는 본 발명의 제5실시예의 조작원리를 설명하는 도면.

제14도는 제5실시예의 일부 형상을 도시한 개략도.

제15도는 제5실시예에 따라 센서출력전압(Vs)의 기준을 수정하기 위해 제1도에서 마이크로프로세서에 의해 실행되는 처리작업을 도시한 플로우차트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 마이크로프로세서 12 : 엔진

14 : 실린더 16 : 피스톤

18 : 흡입파이프 20 : 밸브

22 : 연소실 24 : 분사밸브

26 : 드로틀밸브 28 : 드로틀센서

30 : 점화플러그 32 : 점화장치

34 : 배기파이프 36 : 산소센서

38 : 히이트 구동장치 및 제어회로 40 : 온도센서

42 : 크랭크축 44 : 크랭크각 센서

60 : 고체 전해질

본 발명은 내연기관의 공연비제어장치에 관한 것으로, 특히 내연기관의 안정한 연소한계의 경시변화를 극복하 ㄹ수 있는 제어장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이 내연기관에서 엔진이 공급된 연료 혼합물이 희박하게 되기 때문에 연료소비율은 작게되고 이에 따라 배출된 탄화수소와 일산화탄소의 양은 감소하게 된다. 잠시동안 연료혼합물의 공연(A/F)비를 증가시키는 것으로 배출된 질소산화물은 A/F비가 어떤 값 즉 약 16 내지 17을 초과한 후에 감소된다. 따라서 최근 자동차 분야에서 희박혼합기 연소시스템이 실행되고 있으며, 여기서 내연기관이 18 내지 19 또는 이 이상의 A/F비의 희박연료 혼합물로 작동된다. 이로써 연료소비는 많이 절약되며, 배기가스에 있는 유해성분의 양은 상당히 감소된다.

그러나 연료혼합물이 어느 한계를 초과하여 더 희박하게 될 때 엔진의 연소상태는 더 악화되고, 이에 의해 엔진의 안정한 작동이 손상되기 때문에 불점화가 일어나기 쉽다. A/F 비의 상기 한계는 이하에서 안정연소한계라 칭한다. 안정연소한계는 개개의 엔진들에 고유한 것이고, 또한 경시변화에 영향을 받을 수 있다. 더우기 다음 설명에 있어서 A/F비가 안정연소한계 보다 더 작은 영역은 안정연소영역이라 칭하고, A/F비가 상기 한계를 초과하는 영역은 불점화 영역이라 칭한다.

따라서 희박혼합기 연소시스템에서 연료혼합물의 A/F비의 바람직한 값은 안정연소영역내에서 가능한한 안정연소 한계에 가깝게 설정되고, 엔진의 공급된 연료혼합물은 실제 A/F비가 바람직한 값을 따르도록 제어되어야 한다. 이렇게 하기 위해 보통의 희박혼합기 연소시스템은 예를들면 배기가스에 있는 잔류산소의 농도로 부터 실제 A/F비를 검출하도록 산소센서를 제공하고, 바람직한 희박 A/F비가 달성되도록 A/F비의 피이드백 제어를 실행하기 위해 산소센서의 출력신호를 마이클로프로세서에 입력시키는 것으로 구성될 수 있다.

엔진의 안정연소한계는 A/F비의 농후측을 향하여 또는 어떤 경우에 희박측을 향하여 이동되도록 경시변화를 겪는다. 엔진의 안정연소한계가 농후 A/F비측을 향하여 변화한다면 공급된 연료 혼합물의 A/F 비는 엔진에 대해 너무 희박하게 되어 불점화 없이 안정한 작동을 계속할 수 없게 된다. 이와 반대로 안정연소한계가 희박 A/F 비측을 향하여 변화한다면 엔진은 연료소비가 악화되는 결과로 필요이상으로 더 농후한 연료혼합물을 공급받게 된다.

이런 단점은 극복하기 위해 희박혼합기 연소시스템에서 벼노하를 안정연소한계 내에서 조정하고 A/F 비의 바람직한 값을 새로운 안정연소한계에 상응하는 새로운 값으로 변화시킬 필요가 있다. 바람직한 A/F 비의 변화는 미합중국 특허 제4,562,818호(1986년 1월 7일에 특허됨)에서 공지된 바와 같이 엔진의 회전수의 변화, 실린더의 내부압력의 변화 또는 엔진에 의해 발생된 토오크의 변화와 같이 변수를 기초로 하여 엔진의 연소상태의 변화를 검출함으로써 지금까지 수행되어 왔다.

그러나 상기에서 언급한 바와 같이 변수들은 피스톤과 커넥팅로드등에 의해 야기되는 엔진의관성과 차몸체의 관성과 진동시스템과 같은 외부인자에 의해 쉽게 영향을 받게 되고, 상기한 외부인자의 영향으로부터 따로따로 연소상태에서의 변화를 검출하는 것이 어렵게 된다. 그 결과 안정연소한계의 변화를 검출하는 정밀도와 바람직한 A/F 비의 정확한 제어는 상기한 외부인자 때문에 희생되다.

본 발명의 목적은 엔진의 안정연소한계의 경시변화를 정밀하게 검출할 수 있고, 안정연소한계의 검출된 변화에 따라 A/F 비의 바람직한 값을 변화시킬 수 있으며, 이에 의해 그때 엔진의 연소조건에 상응하는 A/F 비의 연료혼합물을 엔진에 공급하는 내연기관의 공연비제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징은 내연기관에서 엔진의 연소상태가 엔진의 배기파이프에 있는 산소센서로 부터 획득되는 연소상태 신호에 입각하여 검출되고 엔진에서 배출되는 미연가스량에 좌우되는 것이며, A/F 비의 피이브백 제어에 의해 설정된 산소센서의 출력전압에 대한 기준치가 연소상태 신호의 검출치에 따라 수정되는 것이다.

본 발명의 실시예에서 연소상태 신호로써 산소센서의 출력신호에 포함된 펄스성분의 진폭을 나타내는 신호나 또는 작동온도를 초기 설정된 일정치에서 유지하기 위해 산소센서를 가열하기 위한 가열전류에 비례하는 신호가 사용된다. 상기 연소상태 신호가 미리 제공된 기준치와 구별될 때 안정연소한계의 변화를 인식하게 된다.

이것에 따라 상기와 같은 신호가 종래 기술에서 사용된 인자보다 더 직접적으로 또 밀접하게 엔진에서 불저화의 발생에 좌우되기 때문에 엔진의 안정연소한계의변화는 정밀하게 검출될 수 있어 연료혼합물의 A/F 비의 적절한 피이드백 제어가 달성될 수 있다.

더우기 안정연소한계가 많은 경우에 희박측을 향하여 변화하기 때문에 센서출력전압의기준수정을 그런 경우에 단지 행해질 수 있다. 그러나 안정연소한계가 농후측을 향하여 변화할 때 상기 수정이 행해진다면 엔진이 불필요하게 농후한 연료혼합물의 고급을 차단하기 때문에 연료소비는 더 개선될 것이다.

센서출력전압의 기준치는 초기 설정된 수정량에 따라 현재치를 변화시킴으로써 수정된다. 수정량은 연소상태 신호의 실제치와 기준치 사이의 차이에 비례하여 결정될 수 있다. 그러나 단순한 것이 필요하다면 상기 차이에 관계없이 일정치에서 설정될 수도 있다.

더우기 두 종류의 수정량이 제공될 수 있고, 여기서 안정연소한계가 희박측을 향하여 변화하는 경우에 대한 하나의 수정량은 농후측을 향하여 변화하는 경우에 대한 다른 수정량과 다르게 될 수 있다. 바람직하게 이 경우에서 수정량들이 가변이거나 또는 일정이거나 여하간에 제1수정량은 제2수정량보다 더 크게 된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명과 첨부도면을 참고하여 더욱 명백하게 될 것이고, 특히 청구범위에서 잘 지적될 것이다.

산소센서의 출력전압에 포함된 펄스성분에 관계된 시호가 연소상태 신호로 사용되는 여러 실시예가 설명되어 있다고 할지라도 이들 실시예의 기초가 되는 작동원리는 상세한 설명을 하기 전에 기술될 것이다.

제2도를 참고하여 내연기관에 있는 희박혼합기 연소시스템을 간략히 설명한다. 도면에서는 이론치(14.7)에 대한 A/F 비의 실제치의 비율인 것으로 과도공기비(λ)로 표현되는 A/F 비에 관하여 배기파이프에 제공된 산소센서의 출력특성곡선(Vs)과 배기가스에 포함된 탄화수소의 농도(H)와 연료소비(F)에서의 변화를 도시하고 있다. 이하에서 A/F 비를 과도공기비(λ)로 표현한다.

더우기 제2도에서 해칭으로 된 A선은 내연기관의 안정연소 한계를 표현한다. A선에 관하여 좌측 영역은 엔진이 안정하게 작동될 수 있는 안정연소 영역이다. 이와 반대로 A선에 관하여 우측영역은 엔진이 불점화되기 쉬운 불점화 영역이다.

도면에서 명백한 바와 같이 연료소비 (F)는 연료혼합물이 희박하게 됨에 따라 안정연소영역에서 감소되고, 그러나 엔진이 불점화영역에서 작동될 때 연료소비는 다시 급격하게 증가된다. 안정연소한계(A)의 가까이에 연료소비(F)의 최소점이 있다. 따라서 엔진이 안정연소한계(A)에 가까운 과도공기비(λo)의 연료혼합물로 작동된다면 엔진의 가장 경제적인 작동을 얻을 수 있다. 또한 배출된 탄화수소의 농도(H)의 변화에서도 비슷한 경향이 나타난다. 따라서 엔진이 λo에서 유지되는 연료혼합물의 과도공기비로 작동된다면 배출된 탄화수소량은 극소화될 수 있다.

내연기관의 희박혼합기 연소 시스템을 위한 A/F 비의 제어에 있어서 바람직한 과도공기비(λo)는 안정연소영역내에서 안정연소한계(A)에 매우 근접되게 설정된다. 바람직한 과도공기비는 A/F 비의 견지에서 보통 18 내지 19또는 이 이상에서 설정된다. 과도공기비(λo)하에서 산소센서는 제2도에 도시된 바와 같이 출력특성곡선(Vs)상의 Po 점에서 작동하고 출력전압(Vso)을 일으킨다. 따라서 Vso는 A/F 비의 피이드백 제어를 위한 센서출력전압(Vs)의 기준으로써 결정된다. 엔진에 공급된 연료는 산소센서의 실제 출력전압(Vs)이 상기와 같이 결정된 기준(Vso)을 따르도록 피이드백 제어에 의해 조정된다. 이로써 배출되는 탄화수소량과 연료소비는 많이 감소된다.

다음에 안정연소한계의 변화를 검출하는 것에 대해 설명한다. 제2도에서 출력특성곡선(Vs)상의 P₁또는 P₂점으로 도시된 바와 같이 엔진에 공급되는 연료 혼합물의 과도공기비(λ)가 그 때에 엔진의 안정연소한계(A)를 초과할 정도로 크다면 엔진은 불점화가 야기되고, 미연 혼합물이 엔진으로부터 배출된다. 상기한 바와 같이 탄화수소는 배출되는 미연혼합물을 포함한다. 따라서 불점화가 빈번하게 발생되면 연료소비가 악화될 뿐만 아니라 배출되는 탄화수소량도 증가하게 된다.

불점화가 더 빈번하게 반복되면 배출되는 미연혼합물량은 더 많이 증가된다. 따라서 배출된 미연혼합물은 불점화의 정도 즉 불점화 실린더의 수 및/또는 어떤 시간동안 불점화의 발생빈도를 검출하는 데에 중요한 표시로써 사용될 수 있다. 더우기 이들 과도공기비의 영역에서 일산화탄소와 질소산화물과 같이 탄화수소 이외의 다른 성분의 양은 매우 적으며, 따라서 다른 성분들은 이 목적에 대해 고려할 필요가 없다.

여기서 배출되는 미연 혼합물은 공기 뿐만 아니라 미연연료를 포함하는 것이다. 즉 일시적으로 배기가스에 있는 잔류산소는 농도는 불점화의 발생시마다 높게 된다. 잔류산소 농도에서 이런 변화는 배기파이프에 제공된 산소센서로 검출될 수 있다. 따라서 배출되는 미연가스에서의변화는 원래 잔류산소농도를 검출하도록 되어 있는 산소센서의 출력전압에서의 변화를 감시함으로써 파악할 수 있다.

그런데 예를 들어 4사이클의 4실린더 엔진중 한 실린더가 불점화를 반복한다고 가정하면 불점화는 거의 엔진의 2회전마다 한번씩 발생하게 되어 미연혼합물이 불점화와 동시에 많이 배출된다. 즉 실린더가 계속 불점화되는 동안에 배출된 미연혼합물의 양은 맥동하게 되고, 이에 따라 산소센서의 출력 전압도 맥동하게 된다. 센서출력전압의 맥동성분의 진폭은 매우 밀접하게 불점화의 정도에 따라 좌우된다.

이것은 제3a도 내지 제3d도를 참조하여 상세히 설명한다. 산소센서가 Po점(제2도 참조) 즉 안정연소영역에서 작동된다면 센서출력전압(Vso)은 제3a도에 도시한 바와 같이 맥동성분을 거의 포함하지 않는다. 센서가 P₁점(제2도 참조) 즉 불점화영역이지만 안정연소한계(A)에 비교적 가까운 위치에서 작동된다면 센서출력전압(Vs1)은 제3b도에 도시한 바와 같이 진폭(Vs₁)을 갖는 맥동성분을 포함한다. 더우기 센서가 P2점(제2도 참조) 즉 안정연소한계(A)로 부터 P₁보다 더 멀리 있는 위치에서 작동된다면 센서출력전압(Vs₂)은 제3c도에 도시한 바와 같이 진폭(Vs₂)을 갖는 더 큰 맥동성분을 포함한다.

따라서 제3d도에서 실곡선으로 도시한 바와 같은 관계는 과도공기비(λ)와 센서출력전압(Vs)의 맥동성분의 진폭(V_S) 사이에서 관찰할 수 있다. 안정연소한계(A)를 초과할 때 진폭(V_S)은 과도공기비(λ)에 비례적으로 증가된다. 제3d도에서 점곡선은 배출된 탄화수소의 맥동성분의 진폭을 나타낸다. 도면에 도시한 바와 같이 배출된 탄화수소의 맥동성분의 진폭에서의 변화가 센서출력전압(V_S)의 맥동성분의진폭(V_S)에서의 변화와 같은 경향을 나타낸다는 것을 상기 설명으로 알 수 있다.

본 발명의 어떤 실시예는 여기에서 설명한 바와 같이 제3d도에 도시한 바와 같은 V_S의 관계를 이용한다. 다음에는 이들 실시예들의 기초가 되는 작동원리를 제4도를 참고하여 설명한다.

이미 설명한 바와 같이 안정연소한계(A)는 B선으로 도시한 바와 같이 농후측을 향하여 변화되거나 또는 C선으로 도시한 바와 같이 희박측을 향하여 변화될 수 있다. 먼저 엔진의 현재 안정연소한계가 A선으로 도시한 바와 같이 λ₀가 바람직한 과도공기비로써 설정된다고 가정한다. 이때 λ₀에 대응하는 V_SD는 센서출력전압(VS)의 기준(V_S(ref)으로써 결정된다. 희박혼합기 연소시스템을 위한 제어장치는 실제 출력전압(V_S)이 기준(VS(ref))을 따르도록 연료혼합물의 A/F 비를 제어한다.

안정연소한계가 A선에서부터 B선으로 변화된다면 과도공기비(λ)에 대한 V_S의 관계는 A'곡선에서부터 B'곡선으로 변화된다. 그 결과 안정연소한계(A)하에서 설정된 바람직한 과도공기비(λ0)는 안정연소한계(B)하에서 불점화영역으로 떨어진다.

따라서 새로운 바람직한 과도공기비(λb)는 안정연소한계(B)하에서 안정연소영역에 있도록 설정된다. 바람직한 과도공기비(λb)의 결정은 다음과 같이 행해진다. 안정연소한계(A)하에서 센서출력전압(V_S0)의 맥동성분의 진폭(V_S0)은 미리 기준(VS(ref))오로써 설정된다. 이때 센서출력전압(V_S0)의 맥동성분의 진폭이 먼저 검출된다. λ에 대한 V_S의 관계가 A'곡선에서부터 B'곡선으로 변화함에도 불구하고 과도공기비가 아직 λ₀에 있기 때문에 검출된 진폭은 V_Sb이다.

다음에 V_Sb와 V_S(ref)사이의 차이(△V_Sb)를 얻는다. 바람직한 과도공기비(λ0)는 상기 얻어진 (△V_Sb)에 입각하여 즉 △V_Sb에 비례하여 수정되고, 이에 의해 새로운 바람직한 과도공기비(λ_b)가 결정된다.

더욱이 λb에 대응하는 VSb은 A/F비의 피이드백 제어를 위한 센서출력전압(V_S)의 새로운 기준으로써 결정된다.

안정연소한계는 제4도에 있는 C선으로 도시한 바와 같이 희박측을 향하여 변화될 수 있다. 이때 과도공기비(λ)에 대한 V_S의 관계는 C'곡선으로 도시한 바와 같이 된다. A'와 C'곡선의 명백한 형태비교로서 바람직한 과도공기비는 안정연소한계(A)하에서 설정된 λ₀에 비교하여 안정연소한계(C)하에서 다소 큰 값에서 설정될 수 있다. 그렇지만 엔진이 λ₀에서 유지되는 과도공기비로 계속 작동된다면 결과적으로 엔진은 필요량보다 더 많은 연료를 소비한다.

따라서 새로운 바람직한 과도공기비는 안정연소한계의 변화와 동일하게 설정되어야 한다. 또한 이 경우에 바람직한 과도공지비의 재설정은 상기한 바와 같은 방식으로 행해질 수 있다. 그때 맥동성분의 진폭(V_S)이 먼저 검출된다. λ에 대한 V_S의 관계가 A' 곡선에서부터 C'곡선으로변화함에도 불구하고 과도공기비가 아직 λ₀에 있기 때문에 검출된 진폭(V_S)이 V_SC와 동등하게 된다. 다음에 V_SC와 이미 유지되고 있는 V_S(ref) 사이의 차이(△V_SC)가 얻어진다. 바람직한 과도공기비(λ₀)는 상기 얻어진 △V_SC에 입각하여 새로운 바람직한 과도 공기비(λc)로 변환된다. 더욱이 λc에 대응하는 VSV는 센서출력전압(V_S)의 새로운 기준(V_S(ref))으로써 결정된다.

제1도를 참조하여 A/F 제어장치의 전체구조를 설명하며, 이 장치는 본 발명의 특징인 신호처리작업을 실행하기 위한 마이크로프로세서(10)를 구비한다. 상기 처리작업은 내연기관을 제어하기 위해 공지의 마이크로프로세서(10)로 행해져야 하는 임무들 중 한 임무로써 포함될 수 있다.

마이크로프로세서(10)의 자체 형상은 공지이다. 즉, 이 마이크로프로세서는 초기설정된 임무들을 위한 프로그램을 실행하는 중앙처리장치(CPU)와, 프로그램의 실행을 위해 필요한 여러 고정데이타와 프로그램들을 보관하는 독출전용기억정치(ROM)와, 일시적으로 여러 데이터를 보관하는 등속호출 기억장치(RAM)를 구비한다. 더욱이 후술하는 제어장치나 이런 센서들을 마이크로프로세서에 접속하기 위해 여러 가지 입력/출력 인터페이스가 제공된다. 이들 성분들은 마이크로프로세서(10)내에 제공된 버스라인에 의해 서로서로 접속된다.

본 발명에 의해 특징으로 되는 마이크로프로세서(10)의 신호 처리작업은 이후에 상세히 설명한다.

제1도에서 엔진(12)은 단일 실린더(14)와 피스톤(16)으로 표현된다. 엔진(12)에는 흡입파이프(18)가 연결되며, 이 흡입파이프의 한 단부에 흡입밸브(20)가 제공된다. 밸브(20)가 개발될 때 연료혼합물이 흡입파이프(18)를 통하여 연소실(22)로 도입된다. 흡입파이프(18)의 다른 단부에는 공기필터(도시하지 않음)가 연결되어 있다.

흡입파이프(18)에는 연료분사밸브(24)와 드로틀밸브(26)가 있다. 분사밸브(24)는 압력조정된 연료를 공급하고, 이에 따라 분산된 연료량은 마이크로프로세서(10)로부터 가해진 신호(T₁)에 의해 결정되는 개방시간에 정확히 비례한다. 드로틀밸브(26)에 마이크로프로세서(10)에 드로틀밸브(26)의 개방정도를 표시하는 신호(α)를 일으키는 드로틀센서(28)가 부착된다.

공기유량센서는 제1도에 포함되지 않는다. 이것은 분사될 연료량이 엔진(12)의 회전수와 드로틀밸브(26)의 개방정도에 입각하여 결정되는 타입의 엔진(12)이기 때문이다. 그러나 본 발명은 한 엔진타입으로 제한되는 것이 아니라 분사될 연료량이 회전수와 흡입공기량에 입각하여 결정되는 타입의 엔진에도 물론 적용될 수 있다. 그 경우에 드로틀센서(28)의 대신에 또는 드로틀센서에 부가하여 드로틀밸브(26)의 상류측에 공기 유량계가 제공될 것이며, 이 공기유량계는 마이크로프로세서(10)에 연결되는 출력신호와 흡입공기량을 검출한다.

더욱이 엔진(12)은 점화플러그(30)를 구비하며, 고전압이 마이크로프로세서(10)에서 점화장치(32)로 제공된 신호(S_g)의 타이밍에 점화장치(32)에 의해 점화플러그로 가해진다. 이에 의해 연소실(22)로 도입된 연료혼합물이 연소되며, 출구밸브(도시하지 않음)가 개방될 때 배기가스는 배기파이프(34)로 배출된다.

배기파이프(34)의 적절한 위치에 장착된 산소센서(36)는 산화지르코늄과 같은 고체전해질로 이루어지는 공지의 타입이다. 센서(36)는 히이터 구동장치와 제어회로(38)에 의해 약 800℃의 온도로 가열된다. 센서(36)의 출력은 과도공기비의 검출치를 표시하는 (λ)로써 회로(38)를 통하여 마이크로프로세서(10)로 전달된다.

엔진(12)의 크랭크축(42)은 크랭크각 센서(44)를 구비하며, 이 센서는 마이크로프로세서(10)에 엔진(12)의 회전수를 표시하는 신호(N)를 보낸다. 더욱이 엔진(12)은 실린더(14)의 벽에 온도센서(40)를 구비하며, 이 센서는 엔진냉각수의 온도를 검출하여 마이크로프로세서(10)에 검출된 온도를 표시하는 출력신호(T_W)를 보낸다.

도시한 구조에서 엔진제어장치를 위한 공지의 마이크로프로세서와 같은 방식에서 마이크로프로세서(10)는 각각 드로틀센서(28)와 크랭크각센선(44)가 만드는 신호(α)와 (N)을 수신하고, 수신된 신호에 입각하여 초기 설정된 처리를 실행하여 분사펄스신호(T₁)를 분사밸브(24)로 보낸다. 분사될 기본적인 연료랑애 Q_f라고 하면, 상기 처리는 Q_f=f(α,N)의 관계에 따라 행해진다.

이렇게 결정된 분사될 기본적인 연료량은 제어회로(38)를 통하여 산소센서 (36)로부터 주어지는 실제 검출된 A/F 비의 신호(λ)에 따라 수정된다. 센서(40)로 부터의 냉각수온도(TW)의 신호는 분사될 연료량의 수정을 고려하여 취해질 수 있다.

수정된 분사될 연료량의 신호는 신로(T₁)로써 분사밸브(24)에 가해진다. 점화장치(32)에 점화타이밍신호는 분사될 기본적인 열료량에 따라 결정된다.

상기에서 언급한 바와 같이 마이크로프로세서(10)의 기능은 예를들면 ＂내연기관의 제어시스템＂이란 명칭의 미합중국 특허출원 제030,432호(1987년 3월 26일자로 출원되었고 본 출원의 양수인에게 양도함)에 공지되어 있다. 더욱이 상기한 바와 같이 본 발명은 분사될 연료량을 결정하는 방식으로 제한되는 것이 아니다. 따라서 마이크로프로세서(10)의 이 기능에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.

제5도의 플로우차트를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따라 마이크로프로세서 (10)에 의해 실행되는 임무를 설명한다. 이 임무는 너무 빈번하게 행해질 필요가 없다. 왜냐하면 엔진의 안정연소한계의 경시변화는 너무 자주 일어나는 것이 아니라 오랜 기간에 걸쳐 조금씩 연장되는 것이다. 따라서 상당히 낮은 중요사항이 이 임무에 주어질 수 있으며, 모든 임무들 가운데 이 임무가 마이크로프로세서(10)에 의해 실행되어야 한다. 이 임무는 예를들면 약 150밀리초마다 충분히 실행된다.

이 임무의 처리연산은 엔진이 희박혼합기 연소영역에서 작동되는 동안 행해진다. 희박혼합기 연소시스템을 채택하는 내연기관이라도 전(full)부하영역에서 즉, 증부하가 엔진에 가해질 때 농후연료혼합물로 작동되어야 한다. 엔진은 또한 고속영역에서 즉 엔진이 고속에서 회전될 필요를 가질 때 농후연료혼합물로 작동된다. 따라서 이 처리연산은 희박혼합기 연소영역에서 실행되어야 하며, 여기서 엔진이 희박연료혼합물로 작동된다.

따라서 이 임무의 개시후 먼저 엔지(12)이 희박혼합기 연소영역인지 아닌지를 단계(501)에서 판단한다. 이 판단은 엔지(12)의 회전수와 드로틀밸브(26)의 개방도에 입각하여 수행된다. 엔진(12)의 작동상태가 희박혼합기 연소영역에 있지 않다면 마이크로프로세서(10)에 의한 연산은 다른 임무를 위한 루틴의 실행으로 전달되고, 이 임무의 처리 연산이 종료된다.

엔진(12)이 희박혼합기 연소영역에서 작동된다면 센서출력전압(V_S)의 맥동성분의 진폭(V_S)은 단계(503)에서 판독된다. 진폭(V_S)은 다음 방법으로 얻어지며 미리 마이크로프로세서(10)에 저장된다. 즉 센서출력전압(V_S)이 제3a도 내지 3c도에 도시한 바와 같이 맥동성분과 베이스(직류)성분을 포함하기 때문에 직류성분이 예를들면 축전기에 의해 먼저 제거된다. 다음에 발췌된 맥동성분은 전(full)파정류를 받게 되어 V_S의 맥동진폭에 비례하여 V_S를 얻을 수 있다.

단계(505)에서 판독된 V_S가 기준(V_S(ref))보다 더 큰지 동등한지 또는 아닌지를 판단한다. 기준(V_S(ref))은 제4도를 참고하여 이미 설명한 바와 같은 방식으로 미리 결정된다. VS가 VS(ref)와 같거나 또는 더 크다면 차이(

V_S)는 단계(507)에서 V_S로부터 V_S(ref)를 공제함으로서 구해진다. 다음의 단계(509)에서 새로운 과도공기비(λ')는 현재의 과도공기비(λ)로부터 차이(△V_S)에 비례하는 수정량(K₁ㆍ△V_S)을 공제함으로써 구해지고, 여기서 K1은 비례상수이다.

V_S가 V_S(ref)보다 더 작다면 차이(△V_S)는 단계(511)에서 V_S(ref)로부터 V_S공제함으로서 구해진다. 다음에 단계(513)에서 새로운 과도공기비(λ')는 차이(△VS)에 비례하는 수정량(K₂ㆍ△V_S)을 현재의 과도공기비(λ)에 부가함으로써 구해지고, 여기서 K₂는 비례 상수이다.

새로운 과도공기비(λ')가 상기와 같이 구해진 후에 센서출력전압(V_S)의 기준(V_S(ref))은 단계(515)에서 수정되고, 이 처리연산이 종료된다. 기준(VS(ref))은 새로운 과도공기비(λ')에 입각하여 산소센서(36)의 출력특성곡선에 따라 쉽게 구해질 수 있다.

단계(509)와 (513)에서 상수(K₁)과 (K₂)는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 그러나 바람직하게는 K₁이 K₂보다 더 크다. 이것은 농후축을 향하는 안정연소한계의 변화가 검출될 때 예를 들면 한 번의 수정 작동에 의해 기준(V_S(ref))이 재빨리 수정되기 때문이다.

이와는 대조적으로 안정연소한계가 희박측을 향하여 변화될 때 기준(V_S(ref))은 다소 느리게 예를들면 여러번의 수정작동에 의해 수정될 수 있어 새로이 설정될 과도공기비가 변화된 안정연소한계하에서 불점화 영역으로 결코 떨어지지 않는다.

더욱이 상기 실시예에서 수정량은 V_S와 V_S(ref) 사이의 차이(△V_S)에 비례하여 결정된다. 그러나 단순한 제어를 필요로 한다면 미리 경험적으로 결정되는 상수값은 차이(△V_S)에 관계없이 그들 수정량으로써 사용될 수 있다. 이 경우에서 안정연소한계가 농후측을 향하여 변화하는 경우에 대한 수정량의 값은 안정연소한계가 희박측을 향하여 변화하는 경우에 대한 수정량의 값보다 바람직하게 더 크다.

제6도에는 과도공기비의 맵상에서 상기 임무의 결과가 도시되어 있다. 도면에서 가로좌표는 흡입파이프(18)내에서 부압에 의해 측정될 수 있는 것으로 엔진에 가해진 부하를 표현한다. 보통 마이크로프로세서(10)에는 여러패턴의 맵이 제공되며, 이것은 파라미터로써 엔진(12)의 회전수에 따라 달라진다.

엔진(12)의 어떤 회전수에서 맵의 패턴은 도면에서 실선으로 도시되어 있다. A/F비제어의 일반작동에서 마이크로프로세서(10)는 이 맵으로부터 부하에 대해 바람직한 과도공기비(λ)를 보상하고, 보상된 바람직한 과도공기비(λ)에 입각하여 연료 혼합물의 A/F비를 제어한다. 상기한 바와 같이 본 실시예에 따라 맵에서 희박혼합기 연소영역의 바람직한 과도공기비는 도면에서 파선(λ_b)과 (λ_c)으로 도시한 바와 같이 기준(V_S(_ref))으로부터 센서출력전압(V_S)의 맥동성분의 진폭(V_S)의 편차에 따라 재설정된다.

센서출력전압(V_S)의 기준(V_S(_ref))은 이렇게 재설정된 λ_b와 λ_c에 입각하여 수정된다. 따라서 안정연소한계가 농후측을 향하여 변화되는 것이 검출될 때 원점비(λ₀)보다 작은 과도공기비(λ_b)는 그것에 따라서 새로이 설정되고, 연료혼합물의 A/F비의 피이드백제어는 더 작은 비(λ_b)에 입각하여 수정되는 것으로 센서출력전압(VS)의 기준(V_S(ref))을 이용하여서 수행된다. 그 결과 엔진(12)은 더 큰 과도공기비(λ_c)와 이에 비례하는 기준(V_S(_ref))에 입각하여 희박한 연료혼합물을 공급받으며, 이에 의해 연료소비가 개선된다.

제5도의 플로우챠트에서 기준(V_S(_ref))의 수정연산은 효과적으로 있는 A/F비의 피이드백 제어로 수행된다. 이 경우에서 이 피이드백 제어의 영향이 센서출력전압(V_S)상에 다소간 나타나고, 이 결과 상기 영향이 전혀 없는 맥동성분의 진폭(V_S)의 변화를 잡는 것이 어렵게 될 수 있다.

다음에 다음 변형은 상기 실시예에 대해 고찰될 수 있다. 단개(503)에서 V_S를 판독하기 전에 지령단계가 있으며, 이것에 의해 A/F비의 피이드백 제어 루우프가 개방된다. A/F비 제어의 개방된 루우프하에서 상기한 바와 같이 과도공기비(λ)의 바람직한 값의 재설정과 이에 따른 기준(V_S(_ref))의 수정연산이 수행되고, V_S(_ref)가 단계(515)에서 수정된 후 제어루우프는 다시 폐쇄된다. 이것에 따라 기준(V_S(_ref))은 피이드백 제어의 어떤 영향없이 정밀하게 수정될 수 있다.

상기 실시예에서 바람직한 과도공기비의 재설정 즉 λ'의 계산은 별도의 루우프에 의해 즉 V_S(_ref) 사이의 관계에 응하여 단계(507),(509)와 단계(511),(513)에 의해 수행된다. 새로운 바람직한 과도공기비(λ')의 설정은 더 단순한 방식으로 될 수 있다. 제7도는 본 발명의 다른 실시예에 따라 마이크로프로세서(10)에 의해 실행되는 처리 임무의 플로우차트이며, 여기서 새로운 과도공기비(λ')가 더 단순한 방식으로 결정된다.

도면에서 단계(701),(703),(707)는 각각 제5도에 있는 단계(501),(503), (515)와 같은 기능을 하고, 따라서 상세히 설명을 생략한다. 새로운 바람직한 과도공기비(λ')는 단계(705)에 표시된 식에 따라 구해진다. 식으로부터 명백한 바와 같이 새로운 바람직한 과도공기비(λ')는 V_S(_ref)와 V_S사이의 차이에 의거하며, 여기서 차이의기호 즉 정 또는 부가 참작된다.

즉 V_S가 V_S(_ref)보다 더 크다면 차이는 부로 되고, 새로운 바람직한 과도공기비(λ')는 현재의 비(λ)보다 더 작게된다. 이와 대조적으로 V_S가 V_S(_ref)보다 더 작다면 차이는 정으로 되고, 새로운 바람직한 과도공기비(λ')는 현재의 비(λ)보다 더 크게 된다.

그런데 불화점화 일어나는 어떤 실린더가 확인된다면 확인된 실린더에 대한 바람직한 과도공기비(λ)만이 변화되는 것이 바람직하다. 예를 들어 엔진의 어떤 실린더의 안정연소한계가 농후측을 향하여 변화된다면 단지 그 실린더에서 불점화가 발생되고 나머지 다른 실린더는 안정연소를 계속한다.

이런 경우에 엔진은 단지 불점화 실린더에 공급된 연료혼합물이 농후하게 됨으로써 안정하게 계속 작동될 수 있다. 그렇지만 모든 실린더에 공급된 연료혼합물이 농후하게 되면 연료소비는 불필요하게 증가하고 또한 배기되는 유독가스도 증가한다. 다음에서는 제3실시에에 대해 설명하며, 여기서 불점화 실린더가 확인되고 단지 실린더를 위한 바람직한 과도공기비가 재설정된다.

먼저 제8a도 내지 8e도를 참조하여 불점화실린더를 확인하는 방법을 설명한다. 이들 도면에서 제8a도에도시한 신호는 엔진의 2회전마다 주기적으로 발생되는 기준실린더신호이다. 이 신호는 예를들면 크랭크각센서에 의해 발생된 크랭크각 신호이고, 기준 실린더 예를들면 제1실린더의 연소행정을 표시한다. 기준실린더신호에 입각하여 제8b도에 도시된 바와 같이 신호는 시간지연(t_d)을 고려하여 발생되고, 여기서 기준실린더의연소후에 배기가스는 배기파이프에 있는 산소센서에 도달한다. 제8b도에서 시간(t_r)은 주기적인 기준실린더 신호의 한 사이클에 대응한다.

제8c도는 산소센서의 출력전압(V_S)의 맥동성분의 파형을 도시한 것이다. 도면에 도시한 바와 같이 피이크전압은 불점화의 발생과 동시에 센서출력전압(VS)에 나타난다. 제8d도에 도시한 바와 같이 펄스신호는 제8c도에 도시한 바와 같이 센서 출력전압(V_S)의 맥동성분을 만듦으로써 구해진다. 제8d도의신호에서 제8b도의 신호와 제8d도의 신호사이의 시간(t_c)은 기준실린더의 연소행정과 불점화 실린더의 연소행정사이의 시간에 상당한다. 따라서 기준실린더 신호의 한 사이클(t_r)에 대한 시간(t_c)의비가 구해진다면 불점화실린더는 비로써 확인될 수 있다.

더욱이 기준실린더에서 연소후 배기가스가 산소센서에 도달하는 것으로 제8b도에 도시한 바와 같이 시간지연(t_d)은 엔진의 회전수에 비례하는 것으로 배기파이프를 통하여 지나는 배기가스의 속도에 따라 변한다. 따라서 시간(t_d)은 제8e도에 도시한 바와같이 엔진의 회전수(N)에 따라 변화도리 필요가 있다.

제9도를 참조하여 제3실시예에 따라 마이크로프로세서(10)에 의해 실행되는 처리임무를 설명한다. 또한 엔진(12)의 실린더수가 4개라고 한다.

이 실시예에서 시간(t_c)의 다수(J)의 평균치는 불점화 실린더의 확실한 판단을 확실히 하기위해 상기 시간(t_c)으로써 사용된다. 제9도의 플로우챠트에서 단계(901) 내지 (903)은 그 목적을 위해 제공된다.

단계(901),(903)에서 마이크로프로세서(10)는 이 임무의 처리연산을 위해 시작된다. 즉 시간(t_c)의 누적총계(T_c)를 기억하기 위해 마이크로프로세서(10)에 있는 기억영역은 단계(901)에서 클리어되고, 변수(j)는 단계(903)에서 일치하여 설정된다. 그 후에 단계(905)에서 시간(t_c)의 검출치가 판독되고, 단계(907)에서 검출된 시간(t_c)은 이전의 총계(T_c)에 부가되며, 새로운 총계(T_c)가 구해진다. 다음에 j가 J를 초과하는지 안하는지가 단계(909)에서 판단된다. j가 J에 도달하지 않으면 단계(911)에서 j에 하나가 부가되고, 상기한 바와 같이 연산은 j가 J에 도달할 때까지 매 반복시 마다 새로이 검출되는 시간(t_c)을 반복한다.

이렇게 구해진 총계(T_c)은 단계(913)에서 J에 의해 나누어져 평균치(tc(ave))가 구해진다. 다음에 한 사이클(t_r)은 단계(915)에서 판독되고, t_r에 대한 t_c(_ave)의 비(R)는 단계(917)에서 계산된다. 이 실시예에서 엔진(12)이 4실린더 엔지이기 때문에, 비(R)에 대한 기준(R₁),(R₂),(R₃)은 불검화실린더를 확인하기 위해 제공되고, 많아야 세 번의 비교는 단계(919),(921),(923)에 도시한 바와 같이 계산된 비(R)와 이것의 기준(R₁),(R₂),(R₃) 사이에서 수행되며, 이에 의해 불점화실린더가 확인될 수있다.

이 이후에 대응하는 단계(925),(927),(929),(931)에서 새로운 바람직한 과도공기비(λ_1'),(λ_2'),(λ_3') 또는 (λ_4')는 현재의 바람직한 과도공기비(λ₁),(λ₂),(λ₃) 또는 (λ₄)로부터 일정한 수정량(C(λ))을 제공함으로써 구해진다. 다음에 단계(933)에서 센서출력전압(V_S)를 위한 기준(V_S(ref))은 상기와 같이 결정된 새로운 바람직한 과도공기비(λ_1'),(λ_2'),(λ_3') 또는 (λ₄')에 입각하여 산소센서(36)의 출력특성곡선에 따라 수정된다.

제9도의 실시예에서 새로운 바람직한 고도공기비(λ_1'),(λ_2'),(λ_3') 또는 (λ_4')는 불점화의 정도를 무시하면서 현재의 비(λ₁),(λ₂),(λ₃) 또는 (λ₄)로부터 일정한 수정량(C_(λ))를 공제함으로써 결정되었다. 그러나 현재의 실시예와 제5도나 또는 제7도의 실시예를 결합함으로써 새로운 바람직한 과도공기비(λ_1'),(λ_2'),(λ_3') 또는 (λ4')는 불점화의 정도에 따른 수정량에 입각하여 결정될 수 있다.

이 방식에서 상기 실시예에 따라서 안정연소한계가 변화되는 어떤 실린더에 공급된 연료혼합물의 과도공기비(λ)만이 새로이 설정된다. 그 결과 엔진의 모든 실린더가 불필요하게 농후하거나 또는 희박한 연료혼합물을 일전하게 공급받지 못하기 때문에 연료소비는 악화되지 않거나, 또는 안정연소한계가 변화하지 않는 실린더에서 불점화의 발생은 방지될 수 있다.

지금까지 설명한 모든 실시예에서 산소센서의 출력전압은 엔진의 안정연소한계의 변화를 검출하기 위해 직접적으로 사용되었다. 다음에 제10도를 참조하여 본 발명의 제4실시예를 설명하고, 여기서 센서출력전압이 같은 목적을 위해 간접적으로 사용된다. 즉 산소센서에 의해 검출된 실제치(λ(real))와 바람직한 과도공기비(λ)사이의 차이는 안정연소한계의 변화를 검출하기 위해 사용된다. 본 실시에에 따라 A/F비 제어시스템은 기능적인 블록다이어그램을 형태로 제10도에 도시되어 있다.

블록다이어그램에서 블록(50)이 제6도에 도시한 바와 같이 같은 특성을 갖는 맵을 표시하고, 바람직한 과도공기비(λ)는 회전수와 부하에 입각하여 블록(50)의 맵을 보상함으로써 구해진다. λ와 λ(ref)사이의 차이(e)는 감산기(52)에서 구해진다. 차이(e)는 비례적분(P1) 요소(블록(54))를 통하여 지나서 연료분사시간(T₁)을 결정하기 위한 하나의 제어인자(β)로 변환된다. 블록(54)의 식에서 K₄는 상수이고 T₁은 적분시간 상수이다. 또한 블록(54)은 비례적분 및 미분(PID)요소로 될 수 있다. 블록(54)의 요소는 제어에서 필요에 따라 선정될 수 있다.

블록(56)에서 분사시간(T₁)은 배터리전압에 있는 변화를 보상하기 위해 수정계수(C_B), 흡입공기량(Q_a), 회전수(N) 및 제어인자(β)에 입각하여 이 블록에 표시된 식에 따라 결정된다. 더욱이 이 식에서 K₅는 상수이고 ΣCOEF는 여러 종류의 수정계수이다.

ΣCOEF로써 냉각수온도를 위한 수정계수, 배기가스 재순환을 위한 수정계수, 연료압력을 위한 수정계수 등을 독립적으로 사용할 수 있고, 또는 이들을 일부 결합이나 전부결합하여 사용할 수 있다. 블록(56)은 분사밸브(24)로 분사펄스를 보내고, 분사펄스의 펄스폭은 이렇게 구해진 분사시간(T₁)에 비례한다.

이미 언급한 바와 같이 산소센서(36)에 의해 검출된 실제 과도공기비(λ(ref))는 불점화의 정도에 따라 엔진에서 불점화의 발생에 따라 맥동한다. 따라서 λ와 λ(ref)사이의 차이(e)의는 제11도에 도시한 바와 같이 불점화의 정도에 따라 진폭(e_a)으로 맥동한다. 본 실시예에서 맥동차이(e)의 진폭(ea)은 센서출력전압(V_S)의 차이(V_S(ref))를 수정하기 위해 사용된다. 제12도는 본 실시에에 따라 마이크로프로세서 (10)에 의해 실행되는 처리임무의 플로우차트이다.

먼저 엔진(12)의 작동상태가 희박한 혼합기 연소영역에 있는지 아닌지를 단계(1201)에서 판단한다. 이 단계에서 판단이 부이라면 마이크로프로세서(10)의 연산은 다른 임무를 위한 루우틴의 실행으로 이동되고, 이 임무의 처리연산은 종료된다. 엔진(12)이 희박혼합기 연소영역에서 작동된다면 진폭(e_a)은 단계(1203)에서 판독된다. 진폭(e_a)은 상기한 바와 같이 유사한 방식으로, 즉 전파 정류에 의해 제11도에 도시한 바와 같이 신호를 정류함으로써 구해질 수 있다. 이렇게 구해진 e_a는 단계(105)에서 미리 준비한 기준(e_a(ref))과 비교된다.

e_a가 e_a(ref)와 동등하거나 또는 더 크다는 것이 판별되면 안정연소한계는 농후측을 향하여 변화된다는 것을 의미한다. 그때 판독된 진폭(e_a)에 비례하는 수정량 (K₆ㆍe_a)은 현재의 바람직 과도공기비(λ)로부터 공제되고, 이에 의해 λ보다 더 작은 새로운 바람직한 과도공기비(λ')가 설정될 수 있다(예를 들면 단계(1207)). 이와 대조적으로 e_a가 e_a(ref)보다 더 작다면 이것은 안정연소한게가 희박측을 향하여 변화한다는 것을 의미한다. 따라서 새로운 바람직한 과도공기비(λ')는 판독된 진폭(e_a)에 관계없이 현재의 비(λ)에 일정한 수정량(C_(λ))을 부가함으로써 구해지고, 이에의해 λ보다 더 큰 λ'는 재설정될 수 있다(예를 들면 단계(1209)). 물론 단계(1207)에서 K₆ㆍe_a대신에 일정한 수정량과, 단계(1209)에서 새로운 과도공기비(λ')를 설정하기 위해 진폭(e_a)에 따른 수정량을 사용하는 것이 가능하다.

새로운 바람직한 과도공기비(λ')가 이 방식에서 결정된 후에 기준(V_S(ref))은 단계(1211)에서 새로운 바람직한 과도공기비(λ')에 따라 수정되고, 이 이후에 이 임무의 처리연산이 종료된다. 본 실시예에 따라 센서출력전압(V_S)를 위한 기준(V_S(ref))의 수정은 A/F비의 피이드백 제어 루우프가 개방되지 않으며서 달성될 수 있다.

상기 실시예에서 연소상태신호는 산소센서의 출력전압에 직접 또는 간접으로 관련된 신호들로부터 구해진다. 다음에서는 제5실시예를 설명하며, 여기서 산소센서의 가열전류는 연소상태 신호로서 사용된다.

제14도에서는 본 실시예에서 사용된 산소센서시스템의 전반적인 형상을 개략적으로 도시하고 있다. 도면에 도시한 바와 같이 감지부는 산회지르코늄과 같은 중공형의 고체전해질(60)로 이루어지며, 이 전해질은 배기파이프(34)의 벽(62)을 통하여 돌출된다. 중공형의 고체전해질(60)의일단부는 폐쇄되고 다른 단부는 대기중으로 개방된다. 고체전해질(60)의 양측에는 두 전극(64),(66)이 있다. 잘 알려진 바와 같이 배기가스가 통하여 지날 수 있는 것으로 전극(64)상에 다공성의 확산층과 고체전해질(60)을 에워싸는 보호커버가 있다고 할지라도 도면에는 생략되어 있다.

일정한 전류는 타이밍 신호에 응하여 온 또는 오프되는 것으로 스위치(68)를 통하여 일정전류원(70)에 의해 전극(64),(66) 사이에 공급된다. 이와 동시에 고체전해질(60)의 내부저항(r)에 비례하는 전압은 샘플홀드회로(72)에 인가된다. 회로(72)에 인가된 전압은 비교기(80)에 있는 기준전압(V_C)와 비교된다. 비교기(80)의 출력은 저항기(76)를 통하여 트랜지스터(74)의 베이스에 연결되고, 이에 의해 히이터(67)는 샘플-홀드회로(72)로 부터의 신호와 기준(V_C)사이의 차이에 따라 전압원(V_B)에 의해 히이터 전류(I_h)를 공급받는다. 이런 구조로 고체전해질(60)의 내부전항(r)은 일정하게 유지되도록 제어된다. 히이터전류(I_h)는 저항기(78)를 가로질러 나타나는 전압(V_h)으로써 검출된다.

불점화가 엔진(12)에서 일어나고 미연가스가 엔진으로부터 배출된다면 고체전해질(60)은 저온의 미연가스에 노출되어 고체전해질(60)의 온도가 감소되며 내부전항(r)이 증가된다. 다음에 히이터전류(I_h)가 증가되고 고체전해질(60)의 내부 저항이 감소되어 일정하게 유지된다.

이런 방식에서 히이터전류(I_h)는 배출되는 미연가스량에 죄우된다. 따라서 제13도에 도시한 바와 같이 히이터전류(I_h)는 안정연소영역에서 일정하게 유지되고, 그러나 불점화 영역에서 히이터전류는 배출된 미연가스의 상당부를 설명하는 것으로 탄화수소량에 비례하여 증가된다. 따라서 산소센서(36)의 출력전압에 유사하게 히이터전류(I_h)는 엔진(12)의 안정연소한계의 변화를 검출하는 중요한 표시로서 사용될 수 있다.

제15도는 본 실시에에 따라 마이크로프로세서(10)에 의해 실행되는 처리임무의 플로우챠트를 도시한 것이다. 단계(1501)에서 먼저 엔진(12)의 작동상태가 희박혼합기 연소영역에 있는지 아닌지를 판단한다. 엔진(12)이 희박혼합기 연소영역에서 작동되지 않는다면 마이크로프로세서(10)의 연산은 다른 임무를 위한 루우틴의 실행에 전달되고, 이 임무의 처리연산은 종료된다.

엔진(12)이 희박혼합기 연소영역에서 작동된다면 히이터전류(I_h)에 비례하는 전압(V_h)은 단계(1503)에서 판독된다. 센서부를 냉각하는 효과는 엔진(12)의 회전수(N)에 좌우되는 것으로 배기파이프(34)를 통하여 흐르는 배기가스의 속도로 변화된다. 따라서 엔진(12)의 회전수(N)는 단계(1505)에서 판독되고 다음 단계에서 판별된다.

본 실시예에서 회전수의 판별은 n판별레벨을 사용하여 수행된다.

즉 회전수를 위해 기준 N₁,N₂,ㆍㆍㆍ,N_n-1의 (n-1)을 제공하고, 이들 기준에 판독된 N의 비교는 각 단계(1507),(1509),(1511)에서 수행된다. 상기 비교결과에 입각하여기준 δ₁,δ₂,ㆍㆍㆍ,δ_n들중 하나는 대응하는 단계(1513),(1515) 또는 (1517)에서 결정된다. 다음에 판독된 V_h가 상기와 같이 결정된 기준(δ)와 동등하거나 더 큰지 아닌지를 단계(1519)에서 판단한다.

V_h가 δ와 동등하거나 더 크다면 새로운 바람직한 과도공기비(λ')는 현재의 바람직한 과도공기비(λ)(예를 들면 단계(1521))로부터 일정치(C_(λ))를 공제함으로써 구해진다. 이와 대조적으로 V_h가 δ에 도달하지 않으면 새로운 바람직한 과도공기비(λ')는 현재의 바람직한 과도공기비(λ)(예를들면 단계(1523))에 일정치(C_(λ))를 부가함으로써 구해진다. 상기와 같이 구해진 새로운 바람직한 과도공기비(λ')에 입각하여 센서출력전압(V_S)을 위한 기준(V_S(ref))은 단계(1525)에서 수정되고, 이 임무의 처리연산은 종료된다.

그런데 새로운 바람직한 과도공기비(λ')가 구해지고 기준(V_S(ref))이 새로운 바람직한 과도공기비(λ')에 입각하여 결정된 후에 엔진(12)의 안정연소한계는 다시 변화할 수 있다. 안정연소한계에 있는 이 변화에 응하여 과도공기비(λ)와 이에 따른 기준(V_S(ref))은 다시 변화되어야 한다. 이 변화는 상기와 같은 방식으로 수행될 수 있다. 그러나 이 변화에서 다른 새로운 과도공기비는 현재의 바람직한 과도공기비(λ)로써 미리 구해진 새로운 바람직한 과도공기비(λ_b또는 λ_c)를 사용함으로써 설정되고, 다른 새로운 기준(V_S(ref))은 다른 새로움 과도공기비에 입각하여 결정된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따라서 불점화의정도가 엔진의 배기파이프에 있는 산소센서로부터 유도될 수 있으며 배출된 미연가스량에 좌우되는 연소상태신호에 입각하여 검출되고, A/F비의 피이드백 제어를 위해 산소센서의 출력전압의 기준이 연소상태 신호에 따라 수정되기 때문에, 안정연소한계에서 경시변화는 정밀하게 검출될 수 있고, 센서출력전압을 위한 새로운 기준은 변화된 안정연소한계에 매우 가까운 값에서 결정된다.

본 발명에서 안정연소한계가 농후측을 향하여 변화한다고 할지라도 엔진은 불점화가 방지된다. 이와 대조적으로 안정연소한계가 희박측을 향하여 변화할 때 바람직한 과도공기비는 더 크게 되며, 이에 의해 연료소비의 악화가 방지된다.

본 발명의 여러 형태의 실시예를 설명하고 도시하였지만 여러 변화와 변형이 본 발명의 정신과 범위를 벗어남 없이 첨부된 청구범위내에서 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있다

Claims (30)

1. 연료공급신호에 응하여 엔진에 소정량의 연료를 공급하는 연료공급수단과; 상기 엔진의 배기중에 설치되고 엔진에 공급된 연료혼합물의 공기/연료비에 응하여 신호를 발생하는 산소센서수단과; 상기 산소센서수단의 출력전압에 함유되는 맥동성분을 검출하는 수단과; 상기 엔진의 부하에 입각하여 공연비의 소망치와 이 소망공연비의 설정치에 대응하는 센서출력전압의 기준치를 설정하고 상기 산소센서수단의 실제 출력전압을 상기 기준치에 추종시켜서 상기 연료공급 신호를 발생하는 마이크로 프로세서 수단

   으로 이루어지며, 연료혼합물의 공연비를 소정치로 제어하는 내연기관의 공연비 제어장치에 있어서, 상기 마이크로프로세서 수단은 상기 엔진의 운전이 희박연소 영역에 있는지 아닌지의 여부를 판단하고 만약 그 영역에 있다고 판단되었을 때 처리동작을 다음으로 진행하는 단계와; 검출된 맥동성분의 크기를 미리 준비된 목표치와 비교하고 그 차이를 구하는 단계와; 상기 비교단계의 결과에 따라 상기 소망 공연비의 값을 새로운 값으로 변경하는 단계와; 상기 소망 공연비의 새로운 값에 의거하여 상기 센서출력 전압의 기준치를 수정하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 변경단계에서는 상기 검출 맥동 성분이 그 목표치 보다 큰 경우 소망공연비의 현재치로부터 소정의 수정량을 감산함으로서 상기 소망공연비를 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 상기 비교단계에서 구한 차이에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 일정치로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 변경단계에서는 상기 검출 맥동성분이 그 목표치 보다 큰 경우에 소망 공연비의 현재치로부터 제1수정량을 감산하고, 또 상기 맥동성분이 상기 목표치보다 작은 경우에 상기 소망 공연비의 현재치에 제2수정량을 가산함으로서 상기 소망공연비를 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2수정량을 상기 비교 단계에서 구한 차이에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1수정량을 얻기 위한 비례상수가 상기 제2수정량을 얻기 위한 비례상수보다 큰 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2수정량을 일정치로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1수정량이 상기 제2수정량보다 큰 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서 수단이 불점화를 일으키고 있는 실린더를 검출하고, 그 불점화 실린더를 위한 소망공연비 만을 상기 소망공연비의 현재치로부터 소정의 수정량을 감산함으로써 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
11. 제10항에 있어서, 기준 실린더의 불점화시 센서 출력 전압에 피이크값이 나타나려는 시점으로부터 실제로 센서출력 전압 피이크값이 나타나는 시점까지의 시간 간격에 의거하여 상기 불점화 실린더를 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
12. 제11항에 있어서, 복수회 측정된 상기 시간 간격의 평균치에 의거하여 상기 불점화 실린더를 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 상기 비교단계에서 구한 차이에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
14. 제10항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 일정치로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
15. 연료 공급 신호에 따라 엔진에 소정양의 연료를 공급하는 연료 공급수단과; 상기 엔진의 배기중에 설치되어 상기 엔진에 공급되는 연료혼합물의 공연비에 다른 신호를 발생하는 것이고 또한 검출부가 히터에 의해 일정한 동작온도로 가열되고 있는 산소센서 수단과; 상기 히터에 공급되는 전류를 검출하는 수단과; 상기 엔진의 부하에 의거한 공연비의 소망치와 이 소망 공연비의 설정치에 대응한 센서 출력전압의 기준치를 설정하고, 상기 산소센서 수단의 실제의 출력전압을 상기 기준치에 추종시키는 상기 연료공급신호를 발생하는 마이크로프로세서수단으로 이루어지며, 연료 혼합물의 공연비를 소정치로 제어하는 내연기관의 공연비 제어장치에 있어서, 상기 마이크로 프로세서 수단은 상기 엔진의 운전이 희박연소 영역에 있는지 아닌지의 여부를 판단하여 만약 그 영역에 있다고 판단되었을 때 처리동작을 다음으로 진행하는 단계와; 검출히터전류를 미리 준비된 히터 전류 목표치와 비교하고 그 차이플 구하는 단계와; 상기 비교단계의 결과에 따라 상기 소망공연비의 값을 새로운 값으로 변경하는 단계와; 상기 소망 공연비의 새로운 값에 의거하여 상기 센서 출력 전압의 기준치를 수정하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 변경단계에서는 상기 검출히터 전류가 그 목표치 보다 큰 경우 소망공연비의 현재치로부터 소정의수정량을 감산함으로써, 상기 소망공연비를 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 히터 전류 목표치를 상기 엔진의 회전수에 따라 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 상기 비교단계에서 구한 차이에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
19. 제16항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 일정치로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
20. 제15항에 있어서, 상기 변경단계에서는 상기 검출히터전류가 그 목표치 보다 큰 경우에는 소망 공연비의 현재치로부터 제1수정량을 감산하고, 또 상기 검출히터 전류가 상기 목표치 보다 작은 경우에는 상기 소망공연비의 현재치에 제2수정량을 가산함으로서 상기 소망 고연비를 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 히터 전류 목표치를 상기 엔진의 회전수에 따라 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
22. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2수정량을 상기 비교단계에서 구한 차이에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 제1수정량을 얻기 위한 비례상수가 상기 제2수정량을 얻기 위한 비례상수 보다 큰 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
24. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제2수정량을 일정치로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 제1수정량이 상기 제2수정량 보다 콘 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
26. 제15항에 있어서, 상기 마이크로프로세서 수단이 불점화를 일으키고 있는 실린더를 검출하고, 그 불점화 실린더를 위한 소망공연비만을 상기 소망공연비의 현재치로부터 소정의 수정량을 감산함으로써 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
27. 제26항에 있어서, 기준 실린더의 불점화시 히터 전류에 피이크값이 나타나려는 시점으로부터실제로 히터 전류피이크값이 나타나는 시점까지 시간 간격에 의거하여 상기 불점화 실린더를 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
28. 제27항에 있어서, 복수회 측정된 상기 시간 간격의 평균치에 의거하여 상기 불점화 실린더를 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
29. 제26항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 상기 비교단계에서 구한 차이에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
30. 제26항에 있어서, 상기 소정의 수정량을 일정치로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.

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