KR920007894B1 - 내연기관의 연료제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 연료제어장치

제1도는 이 발명에 의한 내연기관의 연료제어장치 구성도.

제2도는 동상의 구체적 예로서의 한 실시예를 표시하는 구성도.

제3도는 이 발명에 관한 내연기관의 흡기계의 모델을 표시하는 구성도.

제4도는 동상의 크랭크각에 대한 흡입공기량의 관계를 표시하는 도면.

제5도는 동상의 내연기관과 과도시의 흡입공기량의 변화를 표시하는 파형도.

제6도, 제8도 및 제9도는 이 발명의 한 실시예에 의한 내연기관의 연료제어장치의 동작을 표시하는 플로차트.

제7도는 동상의 연료제어장치의 AFS 출력주파수에 대한 기본구동시간변환계수의 관계를 표시하는 도면.

제10도는 제8,9도의 플로타이밍을 표시하는 타이밍플로차트.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 내연기관 12 : 스로틀밸브

13 : 흡기량센서(air flow sencor; 카르먼와류량검출장치)

14 : 인젝터(injector) 15 : 흡기관

17 : 크랭크각센서 20 : AN 검출수단

21 : AN 연산수단 22 : 제어수단

31 : 분주기(分周器)

이 발명은 내연기관의 흡입공기량을 카르먼와류(karman 渦流)를 이용하여 검출하고, 이 검출출력에 의하여 내연기관의 연료공급량을 제어하는 내연기관의 연료제어장치에 관한 것이다.

유체중에 원주형 물체를 설치하면 원주형 물체의 양측면부근에서 물체의 표면으로부터 흐름이 벗어나서 규칙적이고 교호로 와류가 생기고, 이 와류는 곧 성장하여 하류로 와류열이 되어 흘러간다.

이 와류열을 카르먼와류열(karman vortex street)이라고 부르고 있으며, 일반적으로 알려져 있는 현상이다.

그리고 종래 예컨대 일본국 특공소 51-13428호 공보에 표시되어 있는 바와 같이 카르먼와류의 생성수가 유체의 유속과 밀접한 관계가 있는 것을 이용하여 카르먼와류의 생성수를 계수하여 유체의 유속 또는 유량을 알 수 있도록 한 장치가 여러 가지 제안되어 있다.

그런데, 공기의 흡입통로인 기관의 스로틀밸브(throttle valve)상류에 상기와 같은 카르먼와류량 검출장치를 배치하여 내연기관의 흡입공기량을 측정하려는 경우 스로틀이 급격하게 열렸을때에는 스로틀밸브와 내연기관사이의 흡입통로에 충전하는 공기량도 계량하므로 실제에 내연기관에 흡입되는 공기량 이상으로 계량되어 버리며, 그대로 연료량을 제어하면 오버리치(over rich)로 되는 결함이 생기게 된다.

또 이것을 방지하는 수단으로 일정치로 공기량을 제한하도록 하고 있으나, 이것으로서는 적정한 제어를 할 수 없는 문제점이 있었다.

이 발명은 상기의 문제점을 해소시키기위해서 안출된 것으로서, 흡입공기량 변동의 과도기에 있어서도 공연비(空燃比)를 적정하게 제어할 수 있는 내연기관의 연료제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 관한 내연기관의 연료제어장치는 흡입공기량의 검출출력을 소정의 크랭크각의 구간에서 검츨하는 AN 검출수단에 의해 얻어진 결과를 AN_(t)로 하고, 소정크랭크각의 n-1회째 및 n회째에 내연기관이 흡입하는 공기량에 상당하는 AN 검출수단의 출력상당치를 각각 AN_(n-1)및 AN_(n)로 하였을 경우에, AN_(n)=K₁*AN_(n-1)+K₂*AN_(t)에 의하여 AN_(n)를 계산하는 AN 연산수단의 AN_(n)를 바탕으로 하여 내연기관으로의 공급연료량을 제어하도록 한다.

이 발명의 내연기관의 연료제어장치에 있어서는 AN 연산수단에서, AN_(n)=K₁* AN_(n-1)+K₂*AN_(t)로 표시되도록 보정하여 내연기관의 흡입하는 공기량에 가까운 값을 계산하고 이 AN_(n)를 바탕으로 하여 제어수단으로 공급연료량을 제어한다.

이하, 이 발명의 한 실시예를 설명하기에 앞서 이 발명의 원리를 설명하기 위한 내연기관의 흡기계의 모델 및 이 발명에 의한 내연기관의 연료제어장치의 구성을 설명하기로 한다.

제3도는 내연기관의 흡기계의 모델을 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서, 1은 내연기관이며, 1행정당 Vc의 용적을 가지며, 카르먼와류량검출장치인 흡기량센서 (air flow sensor:이하 AFS라 칭한다)(13), 스로틀밸브(12), 서지탱크(11), 흡기관 (15)을 통하여 공기를 흡입하고, 연료는 인젝터(14)에 의하여 공급된다.

또 여기에서 스로틀밸브(12)에서 내연기관(1)까지의 용적을 Vs라 한다. 제4도는 상기 내연기관(1)에 있어서의 소정의 크랭크각에 대한 흡입공기량의 관계를 표시한 것이다.

이 제 4도에 있어서, (a)는 내연기관(1)의 소정의 크랭크각(이하 SGT)라 한다)를 나타내고, (b)는 AFS(13)을 통과하는 공기량, (c)는 내연기관(1)이 흡입하는 공기량, (d)는 AFS(13)의 출력펄스를 나타낸다.

또 SGT의 n-2~n-1회째의 상승기간을 t_n-1,n-1~n회째의 상승기간을 t_n라 하고, 기간 t_n-1및 t_n에 AFS(13)를 통과하는 흡기공기량을 각각 Qa_(n-1),Qa_(n),기간 t_n-1및 t_n에 내연기관(1)이 흡입하는 공기량을 각각 Qe_(n-1),Qe_(n)라 한다.

또한 기간 t_n-1및 t_n때의 서지탱크(11)내의 평균압력과 평균흡기온도를 각각 Ps_(n-1)및 Ps_(n)와 Ts_(n-1)및 Ts_(n)라 한다.

여기서 예컨대, Qa_(n-1)는 t_(n-1)사이의 AFS(13)의 출력펄스수에 대응한다.

또 흡기온도의 변화율은 작으므로 Ts_(n-1)≒Ts_(n)호하고 내연기관(1)의 충전효율을 일정하게 하면,

로 된다.

단 R은 정수이다.

그리고 기간 t_n에 서지탱크(11) 및 흡기관(15)에 고이는 공기량을 △Qa_(n)라하면,

로 되며 상기(1),(2),(3)식에 의하여

가 얻어진다.

따라서, 내연기관(1)이 기간 t_n에 흡입되는 공기량을 AFS(13)을 통과하는 공기량Qa_(n)와 (4)식에서 계산할 수 있다.

여기서 하면

라 하면

로 된다.

제5도에 스로틀밸브(12)가 열렸을 경우의 상태를 표시한다.

이 제5도에 있어서, (a)는 스로틀밸브(12)의 개도, (b)는 AFS(13)를 통과하는 흡입공기량이며, 오버슈트(OVer Shoot)한다. (C)는 (4)식에서 보정한 내연기관 (1)이 흡입하는 공기량이고, (d)는 서지탱크(11)의 압력이다.

이 발명은 (4)식과 같은 보정에 의하여 내연기관(1)이 흡입하는 공기량에 가까운 값을 계산하고 과도시기에도 공연비를 적정하게 제어하는 것이다.

제1도는 이 발명에 의한 내연기관의 연료제어장치의 구성을 표시하는 도면이다.

도면중, 10은 AFS(13)의 상류측에 설치되는 공기청정기이며,(13)은 내연기관 (1)에 흡입되는 공기량에 따라 제4(d)도에 표시한 것과 같이 펄스를 출력하고, 크랭크각센서(17)는 내연기관(1)의 회전에 따라 제4도(a)에 표시한 것과 같이 펄스(예컨대 펄스의 상승에서 다음의 상승까지 크랭크각으로 180라 한다)를 출력한다.

20은 AN 검출수단으로서, AFS(13)의 출력과 크랭크각센서(17)의 출력에 의하여 내연기관(1)의 소정크랭크각도 사이에 들어가는 AFS(13)의 출력펄스수를 계산한다.

21은 AN 연산수단이며, 이것은 검출수단(20)의 출력에서 상기 (5)식과 같이 계산하고, 내연기관(1)이 흡입하는 것으로 생각되는 공기량에 대응하는 AFS(13)의 출력상당의 펄스수를 계산한다.

또 제어수단(22)은 연산수단(21)의 출력 및 내연기관(1)의 냉각수온을 검출하는 수온센서(18)(예컨대 서미스터등)의 출력에서 내연기관(1)이 흡입하는 공기량에 대응하여 인젝터(14)의 구동시간을 제어하고, 이것에 의하여 내연기관(1)에 공급하는 연료량을 제어한다.

제2도는 이 발명에 의한 내연기관의 제어장치의 구체적예로서의 한 실시예이다.

이 제2도에 있어서, 1-18은 제1도에 표시한 각 구성과 같기 때문에 대응하는 부분에 동일부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

30은 AFS(13), 수온센서(18) 및 크랭크각센서(17)의 출력신호를 입력으로 하여 내연기관(1)의 각 기통마다 설치한 4개의 인젝터(14)를 제어하는 제어장치이며, 이 제어장치(30)는 제1도에 있어서의 AN 검출수단(20)~제어수단(22)에 상당하고, ROM(41),RAM(42)를 내장하여 마이크로컴퓨터(40)에 의하여 실현된다.

또 31은 (13)의 출력에 접속된 2분주기, 32는 이 2분주기(31)의 출력을 한쪽의 입력으로 하고 다른 쪽의 입력단자를 마이크로컴퓨터(40)의 입력P₁에 접속한 배타적논리화게이트(排他的論理花 gate)인데 그 출력단자는 카운터(33)에 접속됨과 동시에 마이크로컴퓨터(40)의 입력P₃에 접속되어 있다.

34는 수온센서(18)와 변환기(35)사이에 접속된 인터페이스(interface), 36은 파형정형회로인데, 크랭크각센서(17)의 출력이 입력되고 그 출력은 마이크로컴퓨터 (40)의 인터럽트 입력 P₄및 카운터(37)에 입력된다.

또 38은 인터럽트입력 P₅에 접속된 타이머, 39는 도시하지 않은 전지의 전압을 A/D로 변환하여 마이크로컴퓨터(40)에 출력하는 변환기, 43은 마이크로컴푸터 (40)와 드라이버(44)의 사이에 설치된 타이머이며, 드라이버(44)의 출력은 각 인젝터(14)에 각각 접속되어 있다.

다음에 이러한 구성의 내연기관의 제어장치의 동작에 대하여 설명한다. AFS (13)의 출력은 2분주기(31)에 의하여 분주되고 마이크로컴퓨터(40)에 의해 제어되는 배타적논리화게이트(32)를 통하여 카운터(33)에 입력된다.

카운터(33)는 게이트(32)의 출력의 하강사이의 주기를 측정한다. 마이크로컴퓨터(40)는 게이트(32)의 하강을 인터럽트입력 P₃에 입력시켜 AFS(13)의 출력펄스주기 또는 이것을 2분주기할때마다 인터럽트처리하여 카운터(33)의 주기를 측정한다.

수온센서(18)의 출력은 인터페이스(34)에 의해 전압으로 변환되고, 변환기 (35)에 의하여 소청시간마다 디지털치로 변환되어 마이크로컴퓨터(40)에 입력된다.

크랭크각센서(17)의 출력은 파형정형회로(36)를 통하여 마이크로컴퓨터(40)의 인터럽트입력 P₄및 카운터(37)에 입력된다.

마이크로컴퓨터(40)는 크랭크각센서(17)의 상승할때마다 인터럽트 처리한다.

크랭크각센서(17)의 상승간의 주기를 카운터(37)의 출력에서 검출한다.

타이머(38)는 소정시간마다 마이크로컴퓨터(40)의 인터럽트입력에 인터럽트 P₅에 인터럽트 신호를 발생시킨다.

변환기(39)는 도시하지 않은 전지전압을 A/D로 변환시키고, 마이크로컴퓨터 (40)는 소정시간마다 이 전지전압의 데이터를 입력한다.

타이머(43)는 마이크로컴퓨터(40)에 프리세트되어 마이크로컴퓨터(40)의 출력포트 P₂에서 트리거되어 소정의 펄스폭을 출력한다.

이 출력이 드라이버(44)를 통하여 인젝터(14)를 구동시킨다.

또한 미아크로컴퓨터(40)의 동작을 제6도,제8도 내지 제9도의 플로차트에 의하여 설명한다.

제6도는 마이크로컴퓨터(40)의 메인프로그램을 표시한 것이다.

우선 마이크로컴vb터(40)에 리세트신호가 입력되면 스텝(100)에서 마이크로컴퓨터(40)내의 RAM(42),입출력포트등을 초기 설정하고, 스텝(101)에서 수온센서( 18)의 출력을 A/D 변환하여 RAM(42)에 WT로서 기억시킨다.

스텝(102)에서 전지전압을 A/D 변환시켜 RAM(42)에 VB로서 기억시킨다. 스텝 (103)에서 후술하는 크랭크각센서(17)의 주기 TR에서 30/TR의 계산을 행하여 회전수 Ne를 계산한다.

스텝(104)에서 후술하는 부하데이터 AN와 상기 회전수 Ne에서 AN·Ne을 계산하여 AFS(13)의 출력주파수 Fa를 계산한다.

스텝(105)에서 상기 출력주차수 Fa에 의하여 제7도에 표시한 것과 같이 이 에 Fa대해 설정된 f₁에서 기본 구동시간 변환계수 Kp를 계산한다.

스텝(106)에서 이 변환계수 Kp를 상기 수온데이터 WT에 의하여 보정하고 구동시간변환계수 K₁으로서 RAM(42)에 기억된다.

스텝(107)에서 전지전압데이터 VB에서 미리 ROM(41)에 기억된 데이터테블 f₃를 매핑(mapping)하고 무효시간 TD를 계산하여 RAM(42)에 기억시킨다.

스텝(107)의 처리후는 재차 스텝(101)의 처리를 되풀이한다.

제8도는 인터럽트입력 P₃, 즉 RAM(13)의 출력신호에 대한 인터럽트처리를 나타낸다.

스텝(201)에서 카운터(33)의 출력 T_F를 검출하고 카운터(33)를 털어 버린다.

이 T_F는 게이트(32)가 상승간의 주기이다.

스텝(202)에서 RAM(42)내의 분주플래그(flag)가 세트되어 있으면 스텝(203)에서 상기 T_F를 ½배로 하여 RAM(13)의 출력펄스주기 TA로서 RAM(42)에 기억된다.

다음에 스텝(204)에서 적산펄스데이터 P_R에 나머지 펄스데이터P_O를 2배한 것을 가산하여 새로운 적산펄스데이터 P_R로 한다.

이 적산펄스데이터 P_R는 크랭크각센서(17)의 상승간에 출력되는 AFS(13)의 펄스수를 적산하는 것이고 AFS(13)의 1펄스에 대한 처리의 편리상 156배하여 취급하고 있다.

스텝(202)에서 상기 분주플래그가 리세트되어 있으면 스텝(205)에서 상기 주기 T_F를 출력펄스주기 T_A로서 RAM(42)에 기억하고 스텝(206)에서 적산펄스데이터 P_R에 나머지 펄스데이터 P_D를 가산한다.

스텝(207)에서 나머지 펄스데이터 P_D에 156을 설정한다.

스텝(208)에서 상기 분주플래그가 리세트되어 잇을 경우는 T_F＞2m sec,세트되어 있을 경우는 T_F＞4m sec이면 스텝(210)으로, 그 외의 경우는 스텝(209)으로 진행한다.

스텝(209)에서는 상기 분주플래그를 세트시킨다.

스텝(210)에서는 분주플래그를 털어버리고 스텝(211)에서 P₁을 반전시킨다.

따라서 스텝(209)의 처리의 경우는, AFS(13)의 출력펄스를 2분주한 타이밍으로 인터럽트입력 P₃에 신호가 입력되어 스텝(210)의 처리가 행해질 경우에는 AFS (13)의 출력펄스마다 인터럽트입력 P₃에 신호가 입력된다.

스텝(209)(211)처리후 인터럽트처리를 완료한다.

제9도는 크랭크각센서(17)의 출력에 의하여 마이크로컴퓨터(40)의 인터럽트입력 P₄에 인터럽트신호가 발생한 경우의 인터럽트처리를 표시한다.

스텝(301)에서 크랭크각센서(17)가 상승간의 주기를 카운터(37)에서 판독하여 주기 T_R로서 RAM(42)에 기억하고, 카운터(37)를 털어버린다. 스텝(302)에서 상기 주기 T_R내에 AFS(13)의 출력펄스가 있는 경우는 스텝(303)에서 그 직전의 AFS(13)의 츨력펄스의 시각 t₁과 크랭크각센서(17)의 이번회의 인터럽트시각 t₂의 시간차 △t=t₂-t₁를 계산하고, 이것을 주기 Ts로 하여 상기 주기 T_R내에 AFS(13)의 출력펄스가 없는 경우는 상기 주기 T_R를 주기 T_S로 한다.

다음에 스텝(305)에서 156×T_S/T_A의 계산에서 상기 시간차 △t를 AFS(13)의 출력펄스데이터로 △p변환한다.

즉 전회(煎回)의 AFS(13)의 출력펄스주기와 이번회의 AFS(13)의 출력펄스주기가 동일하다고 가정하여 상기 펄스데이터 △p를 계산하다. 스텝(306)에서 상기 펄스데이터 △p가 156보다 작으면 스텝(308)으로, 그러지 않으면 스텝(307)에서 △p를 156으로 클립(clip)한다.

스텝(308)에서 나머지 펄스데이터 P_D로부터 펄스데이터 △p를 감산하고, 새로운 나머지 펄스데이터 P_D로 한다.

스텝(309)에서 나머지 펄스데이터가 (+)이면, 스텝(313)으로, 그렇지 않으면 상기 펄스데이터 △p의 계산치가 AFS(13)의 출력펄스보다도 지나치게 크므로, 스텝(310)에서 상기 펄스데이터 △p를 P_D와 동일하게 하고, 스텝(312)에서 나머지 펄스데이터를 영(zero)로 한다.

스텝(312A)에서 분주플래그가 세트되어 있으면 스텝(312B)에서 △p를 2배로 한다.

스텝(313)에서 적산펄스데이터 P_R에 펄스데이터 △p를 가산하여 새로운 적산펄스데이터 P_R로 한다.

이 데이터 P_R가 이번회의 크랭크각센서(17)의 상승간에 AFS(13)가 출력하였다고 생각되는 펄스수에 행당한다.

스텝(314)에서 상기 (5)식에 상당한는 계산을 한다.

즉, 크랭크각센서(17)의 전회의 상승까지 계산된 부하데이터 AN와 상기 적산펄스데이터 P_R에서 K₁·AN+K₂·P_R의 계산을 행하며, 그 결과를 이번회의 새로운 부하데이터 AN으로 한다.

스텝(315)에서 이 부하데이터 AN이 소정치 α보다 크면 스텝(316)에서 α로 클립하고 내연기관(1)의 전개(全開)시에 있어서도 상기 부하데이터 AN가 실제의 값보다도 지나치게 크게 되지 않도록 한다.

스텝(317)에서 적산펄스데이터 P_R를 털어버린다.

스텝(318)에서 상기 부하데이터 AN와 구동시간변환계수 K₁, 무효시간 T_D에서 구동시간데이터 T₁=AN·K₁+T_D를 계산하다.

스텝(319)에서 구동시간데이터 T₁을 타이머(43)에 설정하고 스텝(320)에서 타이머(43)를 트리거함으로써 상기 데이터 T₁에 따라 인젝터(14)가 4개 동시에 구동되어 인터럽트처리가 완료된다.

제10도는 제6도,제8,9도의 처리의 상기 분주플래그클리어할때의 타이밍을 표시한 것으로서, (a)는 분주기(31)의 출력을 나타내며, (b)는 크랭크각센서(17)의 출력을 표시한다.

또 (e)는 나머지 펄스데이터 P_D를 나타내며 분주기(31)의 상승 및 하강((AFS 13)의 출력 펄스의 상승)마다 156으로 설정되어 크랭크각센서(17)의 상승마다 예컨대 P_D1=P_D-156×T_S/T_A의 계산결과로 변경된다(이것은 스텝(305)-(312)의 처리에 해당한다).

(d)는 적산펄스데이터 P_R의 변화를 표시한 것인데, 분주기(31)의 출력의 상승 또는 하강마다 나머지 펄스데이터 P_D가 적산되는 상태를 표시하고 있다.

상기 실시예에서는 크랭크각센서(17)의 상승간의 AFS(13)의 출력펄스를 카운트하였지만, 이것은 하강간이라도 괜찮으며 또 크랭크각센서(17)의 수주기간의 펄스수를 카운트하여도 된다.

또한 상기 실시예에서는 AFS(13)의 출력펄스를 카운트하였으나, 출력펄스수에 AFS(13)의 출력주파수에 대응한 정수를 곱한 것을 계산하여도 된다.

또한 크랭크각의 검출을 크랭크각센서(17)가 아닌 내연기관(1)의 점화신호를 사용하여도 상기 실시예와 같은 효과를 나타낸다.

이와 같이 상기 실시예에서는 크랭크각센서(17)의 출력에 동기하여 연료연산을 하므로 제어의 응답성이 양호하다.

또 (5)식과 같이 필터처리하므로 적산펄스데이터 P_R가 어느정도의 편차가 생겨도 이것이 평균화되어 인젝터구동시간의 변동율이 억제된다.

이상과 같이 이 발명의 내연기관의 연료제어장치에 의하면 소정의 크랭크각의 사이에서 검출한 흡입공기량에서 식 AN₍₁₎=K₁×AN_(n-1)+K₂×AN_(t)와같은 필터처리를 하여 기관으로의 공급연료량을 제어하도록 구성하였으므로 내연기관이 실제로 흡입하는 공기량에 대응하여 공급연료량을 제어할 수 있어 과도시에도 공연비를 적정하게 제어할 수 있다. 또 이와 같이 계산된 부하데이터를 다른 제어, 예를들면 전자진각의 진각치의 맵(map)데이터의 부하정보로서 사용할 수 있으며 이와 같이하면 과도시의 진각치로 적정하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 내연기관의 흡입공기량을 카르먼와류량검출장치에 의하여서 검출하고, 이 검출출력을 상기 내연기관의 소정의 크랭크각의 구간에서 검출하는 AN 검출수단, 이 AN 검출수단으로 얻어진 결과를 AN_(t)로 하여 상기 소정의 크랭크각의 n-1회 및 n회째에 내연기관이 흡입하는 공기량에 상당하는 AN 검출수단의 출력상당치를 각각 AN_(n-1)및 AN_(n)으로 하였을 경우에 식, AN_(n)=K₁×AN_(n-1)+K₂×AN_(t)에 의하여 AN_(n)를 계산하는 AN 연산수단, 상기 AN_(n)를 바탕으로 상기 내연기관으로의 공급연료량을 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 식의 연산을 상기 소정의 크랭크각에 동기하여 실행함을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 검출수단은 카르먼와류량검출장치의 출력을 분주하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.
4. 제1항에 있어서, 내연기관의 스로틀밸브하류측의 용적을 Vs, 1행정당의 용적을 Vc로 하였을 경우에 상기 K₁, K₂는 아래와 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.

   

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