KR930000174B1

KR930000174B1 - 내연기관의 연료제어장치

Info

Publication number: KR930000174B1
Application number: KR1019890010827A
Authority: KR
Inventors: 요시아끼 간노; 지로 스미다니
Original assignee: 미쓰비시전기주식회사; 시끼모리야
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1989-07-29
Publication date: 1993-01-11
Also published as: DE3926321C2; JPH0249947A; US5044343A; DE3926321A1; KR900003523A

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 연료제어장치

제1도는 이 발명의 연료제어장치의 구성도.

제2도는 이 발명의 구체적예로서의 한 실시예를 나타낸 구성도.

제3도는 이 발명에 관한 내연기관의 흡기계 모델을 나타낸 구성도.

제4도는 그 크랭크각에 대한 흡입공기량의 관계를 나타낸 도면.

제5도는 동내연기관의 과도시의 흡입공기량의 변화를 나타낸 파형도.

제6도, 제8도 및 제9도는 이 발명의 한 실시예의 의한 내연기관의 연료제어장치의 동작을 나타내는 플로차트.

제7도(a)는 동내연기관의 연료제어장치의 AFS출력 주파수에 대한 기본구동시간 변환계수의 관계를 나타내는 도면.

제7도(b)-(d)는 수온, 회전수, 부하에 의한 보정계수의 변화를 나타내는 도면.

제10도는 제8, 9도의 플로타이밍을 나타내는 타이밍차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 12 : 스로틀밸브

13 : 에어플로센서(카르만와 유량계) 14 : 인젝터

15 : 흡기관 17 : 크랭크각센서

18 : 수온센서 20 : AN 검출수단

21 : AN 연산수단 22 : 제어수단

이 발명은 내연기관의 흡입공기량을 흡기량센서에 의하여 검출하고 이 검출출력에 의하여 내연기관의 연료공급량을 제어하는 내연기관의 연료제어장치에 관한 것이다.

내연기관의 연료제어를 행할 경우에 스로틀밸브의 상류에 흡기량센서(이하 AFS라 부른다)를 설치하고, 이 정보와 엔진회전수에 의하여 1흡기(吸氣)당의 흡입 공기량을 구하여 연료공급량을 제어하고 있다.

그런데, 공기의 흡입통로에 있어서의 스로틀밸브상류에 AFS를 설치하여 내연기관의 흡입공기량을 검출하려고 할때, 스로틀밸브가 급격하게 열렸을때는 스로틀밸브와 엔진사이의 흡입통로에 충전되는 공기량도 계량하게 되므로 실제로 내연기관에 흡입되는 공기량이상으로 계량하게 되어, 이대로 연료량을 제어하면 오버리치(over rich)되는 불합리성이 생긴다.

이 때문에 종래에서는 AFS의 출력측 소정의 크랭크각에 있어서, 검출흡기량 AN(t), 소정의 크랭크각의 n-1회 및 n회째에 내연기관의 흡입하는 공기량을 각각 AN(n-1) 및 AN(n), 필터정수를 K로한 경우에, AN(n)=K₁×AN(n-1)+K₂×AN(t)의 식에 의하여 AN(n)을 계산하고 이 AN(n)을 사용하여 연료를 제어하는 것이 있으며 이것은 소정의 크랭크각마다의 흡입공기량을 평활화하여 적정한 연료를 제어하는 것이였다.

그런데, 상기한 종래 장치에서는, 흡기량을 보정 연산하는 것이므로 1흡기 이상의 연산지연을 생기게 하며 또 감속시에는 흡기관내의 공기의 존재 때문에 흡기량 검출수단의 검출출력에도 지연이 생겨 연료량이 과잉으로 되는 문제가 있었다.

즉 제3도에 나타낸 흡기계 모델에 있어서, 인잭터(14)에서 공급된 연료는 일부가 흡기관(15)에 부착하고 일부는 엔진(1)에 흡입된다. 따라서, 엔진(1)의 흡기행정에서 흡입되는 혼합기를 형성하는 연료는 인덱터(14)에서 분사되는 량의 일부와 당해 흡기행정이전에 흡기관(15)에 부착한 연료량의 합이다.

연료가 흡기관(15)에 부착하는 부착량은 엔진(1)의 부하가 클수록 인잭터(14)에서 공급되는 연료량이 많기 때문에 이것에 비례하여 많아진다. 또 엔진 회전수가 높을수록 단위시간당의 흡기행정수가 많아지므로, 연료량이 과잉으로 되는 사이클수가 많아진다. 따라서, 과잉으로 되는 율은 엔지부하가 클수록 또 회전수가 높을수록 커진다. 이 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 감속시에 연료가 오버리치로 되는 것을 방지할 수 있는 내연기관의 연료제어장치를 얻는데 그 목적이 있다.

이 발명의 내연기관의 연료제어장치는 1흡기당의 흡입공기량이 감소된 것을 검출하는 수단과, 상기 감소량에 따라 공급연료량을 감소시킴과 동시에 이 공급연료량의 감소량을 엔진회전수 및 1흡기당의 흡입공기량에 따라 변화시키는 수단을 설치한 것이다.

이 발명에 있어서는, 엔진이 감속시에 1흡기당의 흡기량의 감소도에 따라 공급연료량을 감소시키고 이 공급연료량의 감소량은 엔진회전수 및 1흡기당의 흡기량 즉 엔진부하에 따라 변화시킨다. 다음에, 이 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제3도는 내연기관의 흡기계의 모델을 표시한 것인데, 1은 엔진으로서, 1행정단 Vc의 용적을 갖고 있으며, 카르만와류량계인 AFS(13), 스로틀밸브(12), 서지탕크( 11) 및 흡기관(15)을 통하여 공기를 흡입하며, 연료는 인덱터(14)에 의하여 공급된다.

또 여기에서 스로틀밸브(12)에서 엔진(1)까지의 용적을 Vs라 한다. 16은 배기관이다.

제4도는 엔진(1)에 있어서, 소정의 크랭크각에 대한 흡입공기량의 관계를 나타내며, (a)는 엔진(1)의 소정의 크랭크각(이하 SGT라 한다)을 나타낸다. (b)는 AFS(13)을 통과하는 공기량 Qa, (c)는 엔진(1)이 흡입하는 공기량 Qe, (d)는 AFS(13)의 출력펄스를 f를 나타낸다.

또 SGT의 n-2∼n-1회째의 상승기간을 t_n-1, n-1∼n회째의 상승기간을 t_n라 하고 기간 t_n-1 및 t_n에 AFS(13)을 통과하는 흡입공기량을 각각 Qa(n-1) 및 Qa(n), 기간 t_n-1및 t_n에 엔진(1)이 흡입하는 공기량을 각각 Qe(n-1) 및 Qe(n)라 한다.

또한, 기간 t_n-1및 t_n인때의 서지탱크(11)내의 평균압력과, 평균흡기온도를 각각 Ps(n-1) 및 Ps(n)와 Ts(n-1) 및 Ts(n)라 한다. 여기에서, 예컨대, Qa(n-1)는 T_n-1동안의 AFS(13)이 출력펄스수에 대응시킨다. 또 흡기온도의 변화율은 작으므로 Ts(n-1)≒Ts(n)라 하고 엔진(1)의 충전효율을 일정하게 하면,

Ps(n-1)·Vc=Qe(n-1)·R·Ts(n) (1)

Ps(n)·Vc=Qe(n)·R·Ts(n) (2)

가 된다.

단 R는 정수이다. 그리고, 기간 tn에 서지탱크(11)및 흡기관(15)에 남아있는 공기량을 △Qa(n)라하면

로 되면 (1)-(3)식에서

가 얻어진다.

따라서 엔진(1)이 기간 tn에 흡입하는 공기량 Qe(n)을, AFS(13)을 통과하는 공기량 Qa(n)을 바탕으로 하여 (4)식에 의해 계산할 수 있다.

여기서 Vc=0.5ι, Vs=2.5ι라 하면

Qe(n)=0.83×Qe(n-1)+0.17×Qa(n)(5)

로 된다.

제5도에 스로틀밸브(12)가 닫쳤을때의 상태를 나타낸다.

제5도에 있어서, (a) 는 스로틀밸브(12)의 개도, (b)는 AFS(13)를 통과하는 흡입공기량 Qa이며 오버슈트(Over shoot)한다. (c)는 (4)식에서 보정한 엔진(1)이 흡입하는 공기량 Qe이며 (d)는 서지탱크(11)의 압력 P이다. (e)는 Qe의 변화량 △Qe를 나타내며, (f)는 연료공급량을 표시한다. 여기에서 f1는 Qe을 바탕으로 한 것이며, f2는 △Qe를 바탕으로 하여 보정한 것이다. 제1도는 이 발명에 의한 내연기관의 연료제어 장치의 구성도인데, 10은 AFS(13)의 상류측에 설치되는 에어클리너로서, AFS(13)는 엔진(1)에 흡입되는 공기량에 따라 제4도(d)에 표시한 것과 같은 펄스를 출력하며, 크랭크각센서(17)는 엔진(1)의 회전에 따라 제4도(a)에 표시한 것과 같은 펄스(예컨대 펄스의 상승에서 다음의 상승까지 크랭크각으로 180。라 한다)를 출력한다. (20)은 AN검출수단으로서, AFS(13)의 출력과 크랭크각센서(17)의 출력에 의하여 엔진(1)의 소정크랭크각도간에 들어가는 AFS(13)의 출력펄스수를 계산한다. 21은 AN연산 수단이며 이것은 AN검출수단(20)의 출력에 의하여 (5)식과 같은 계산을 한다. 엔진(1)이 흡입하리라고 생각되는 공기량에 대응하는 AFS(13)의 출력에 상당한 펄스수를 계산한다. 또 제어수단(22)은 AN 연산수단(21)의 출력, 엔진(1)의 냉각수온을 검출하는 수온센서(18)(예로서 서미스터)출력에 의하여 엔진(1)이 흡입하는 공기량에 대응하는 인젝터(14)의 구동시간을 제어하며, 이로 인하여 엔진(1)에 공급하는 연료량을 제어한다.

제2도는 이 실시예의 구체적 구성을 나타내며, 30은 AFS(13), 수온센서(18)및 크랭크각센서(17)의 출력신호를 입력으로 하며 엔진(1)의 각 기통마다 설치된 4개의 인젝터(14)를 제어하는 제어장치인데, 이 제어장치(30)는 제1도의 AN검출수단( 20)-제어수단(22)에 해당되며, ROM(41), RAM(42)을 가진 마이크로 컴퓨터(이하 CPU라 약칭한다)(40)에 의하여 실현된다.

또, 31은 AFS(13)의 출력에 접속된 2분주기, 32는 2분주기(31)의 출력을 한 쪽의 입력으로 하고 다른쪽의 입력단자를 CPU(40)의 입력 P1에 접속시킨 배타적 논리와 게이트로써, 그 출력단자는 카운터(33) 및 CPU(40)의 입력 P₃에 접속시킨다.

34는 수온센서(18)와 A/D컨버터(35)의 사이에 접속된 인터페이스, 36은 파형정형회로인데, 크랭크각센서(17)의 출력이 입력되며 그 출력은 CPU(40)의 인터럽트 입력 P4 및 카운터(37)에 입력된다. 그리고, 38은 인터럽트인력 P5에 접속된 타이머, 39는 도시하지 않은 배터리 전압을 A/D변환시키고, CPU(40)으로 출력하는 A/D 컨버터, 43은 CPU(40)와 드라이버(44)의 사이에 설치된 타이머로서, 드라이버(44)의 출력은 각 인젝터(14)에 접속된다.

다음에, 상기 구성의 동작을 설명한다.

AFS(13)의 출력은 2분주기(31)에 의하여 분주되고 CPU(40)에 의하여 제어되는 배타적 논리화게이트(32)를 통하여 카운터(33)에 입력된다. 카운터(33)는 게이트(32)의 출력의 하강애지(edge)간의 주기로서 측정한다. CPU(40)는 게이트(32)의 하강이 인터럽트 입력 P3에 입력되어 AFS(13)의 출력펄스주기 또는 이것을 2분주시킬때마다 인터럽트처리하여 카운터(33)의 주기를 측정한다. 수온센서(18)의 출력은 인터페이스(34)에 의하여 전압으로 변환되고 A/D컨버터(35)에 의하여 소정시간마다 디지탈치로 변환되어 CPU(40)으로 들어간다. 크랭크각센서(17)의 출력은 파형정형회로(36)을 통하여 CPU(40)의 인터럽트 입력 P4 및 카운터(37)에 입력된다. CPU( 40)는 크랭크각센서(17)의 상승마다 인터럽트 처리하여 크랭크각센서(17)의 상승동안의 주기를 카운터(37)의 출력에서 검출한다. 타이머(38)는 소정시간마다 CPU(40)의 인터럽트 입력 P5로 인터럽트신호를 발생시킨다. A/D컨버터(39)는 도시하지 않은 배터리전압을 A/D변환시키며 CPU(40)는 소정시간마다 이 배터리전압의 데이터를 입력한다. 타이머(43)는 CPU(40)에 프리세트되고 CPU(40)의 출력포트 P2에 의하여 트리거되어 소정의 펄스폭을 출력시키며 이 출력이 드라이버(44)를 통하여 각 인덱터( 14)를 구동시킨다. 다음에, CPU(40)의 동작을 제6도, 제8도 내지 제9도의 플로차트에 의하여 설명한다.

우선, 제6도는 CPU(40)의 메인프로그램을 나타내는 것인데, CPU(40)에 리세트신호가 입력되면, 스텝(100)에서 RAM(42), 입력포트 등을 초기치 설정하고 스탭(101)에서 수온센서(18)의 출력을 A/D변환시켜 RAM(42)에 WT로서 기억시킨다. 스텝(102)에서 배터리전압을 A/D변환시켜 RAM(42)에 VB로서 기억시킨다. 배터리(103)에서는 크랭크각센서(17)의 주기 T_R에 의하여 30/T_R의 계산을 하여 회전수 Ne을 게산한다.

스텝(104)에서 부하 데이터 AN과 회전수 Ne에 의하여 AN, Ne/30의 계산을 하여 AFS(13)의 출력주파수 Fa을 계산한다. 스텝(105)에서는 출력주파수 Fa에 의하여 제7도(a)에 표시한 것과 같이 Fa에 대하여 설정된 f1에 의하여 기본 구동시간 변환계수 K_p를 계산한다. 스텝 (106a)에서는 변환계수 K_p를 수온데이터 WT에 의하여 보정하며 구동시간 변환계수 K1으로서 RAM(42)에 기억시킨다.

스텝(106b)에서는 가속중량시의 기본구동시간변환계수 K_SA를를 수온데이터 WT, 회전수 Ne 및 부하데이터 AN에 의하여 보정시키며 구동시간 변환계수 K_lA으로서 RAM(42)에 기억시킨다.

제7도(b)-(d)는 이들의 보정계수의 변화를 나타낸다. 즉, 수온이 낮을때는 연료가 보다 많이 흡기관(15)내에 부착하며 그만큼 보다 많은 연료량을 필요로 하며, 수온이 높을때는 부착연료량이 적어서 공급연료량도 적어도 된다. 회전수와 부하에 대하여는 비례적으로 변화시킨다. 스텝(107)에서는 배터리전압 데이터 VB에 의하여 미리 RAM(41)에 기억된 데이터테이블 f3를 매핑(mapping)하며 데드타임(dead time) T_D를 계산하여 RAM(42)에 기억시킨다. 스텝(107)의 처리는 재차 스텝(101)의 처리를 반복한다. 제8도는 인터럽트 P3 즉 AFS(13)의 출력신호에 대한 인터럽트 처리를 표시한다. 스텝(201)에서는 카운터(33)의 출력 T_F를 검출하여 카운터(33)를 클리어시킨다. 이 T_F는 게이트(32)의 상승동안의 주기이다. 스텝(202)에서 주기 T_F를 출력펄스 주기 T_A로서 RAM(42)에 기억시키며 스텝(203)에서 적산 펄스 데이터 P_R에 잔여 펄스데이터 P_D를 가산시킨다. 스텝(204)에서는 잔여펄스데이터 P_D에 156을 설정하고 스텝(205)에서는 P1을 반전시킨다.

스텝(205)처리후 인터럽트처리를 완료한다.

제9도는 크랭크각센서(17)의 출력에 의하여 CPU(40)의 인터럽트입력 P4에 인터럽트신호가 발생하였을 때의 인터럽트 처리를 나타낸다. 스켑(301)에서 크랭크각센서(17)의 상승 동안의 주기를 카운터(37)에서 판독하며 주기 T_R로서 RAM(42)에 기억시켜 카운터(37)를 클리어한다. 스텝(302)에서 주기 T_R내에 AFS(13)의 출력펄스가 있는 경우는 스텝(303)에서 그 직전의 AFS(13)의 출력펄스의 시각 t₁과 크랭크각센서(17)의 이번회(今回)의 인터럽트 시각 t₂의 시간차 △t=t₂-t₁을 계산하며 이것을 주기 Ts로 하고 주기 T_R내에 AFS(13)의 출력 펄스가 없는 경우는 주기 T_R를 주기 Ts라 한다.

스텝(305)에서는 156×Ts/T_A의 계산에 의하여 시간차 △t를 AFS(13)의 출력펄스데이터 △P로 변환시킨다.

즉 전번회(前回)는 AFS(13)의 출력펄스주기와 이번회의 AFS(13)의 출력 펄스주기가 동일하다고 가정하여 펄스데이터 △P를 계산한다. 스텝(306)에서는 펄스데이터 △P 가 156보다 작으면 스텝(308)으로, 크면 스텝(307)에서 △P를 156으로 클립(clip)한다. 스텝 (308)에서는 잔여펄스데이터 △P_D에서 펄스데이터 △P를 감산하여 새로운 잔여 펄스데이터 △P로 한다.

스텝(309)에서는 잔여펄스데이터 P_D가 (+)이면 스텝(313a)로 기타의 경우에는 펄스데이터 △P의 계산치가 AFS(13)의 출력펄스보다 지나치게 크므로 스텝(310)에서 펄스데이터 △P를 P_D와 동일하게 하며 스텝(312)에서 잔여펄스데이터를 영(零)으로 한다.

스텝(313)에서는 적산 펄스데이터 P_R에 펄스데이터 △P를 가산하며 새로운 적산 펄스데이터 P_R로 한다.

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

스텝(314)에서는 (5)식에 해당하는 계산을 한다.

즉 크랭크각센서(17)의 전번회의 상승까지 계산된 부하데이터 AN과 적산펄스데이터 P_R에서 K1 AN+(K2) P_R의 계산을 한다. 그 결과를 이번회의 새로운 부하 데이터 AN으로 한다.

스텝(315)에서는 이 부하데이터 AN이 소정치 α보다 크면 스텝(316)에서 α로 클립하고 엔진(1)의 전개(全開)시에 있어서도 부하 데이터 AN이 실제의 값보다 지나치게 크지 않도록 한다.

스텝(317)에서 적산 펄스데이터 P_R를 클리어한다. 스텝(318a)에서 부하 데이터 AN과 구동시간 변환계수 K1, 데드타임 T_D에 의하여 구동시간 데이터 T1=AN ·K1+T_D의 계산을 한다. 또 스텝(318b)에서는 새로운 부하 데이터 AN과 전번회의 부하 데이터 AN_OLD의 차 △AN을 구하며 스텝(318c)에서는 △AN이 -β₁보다 작은지의 여부를 판정하여, 큰 경우에는 스텝(318a)로 진행한다. 또, △AN이 -β₁의 경우에는 스텝(318d)에서 △AN이 -β₂보다 작은지의 여부를 판정하여 큰 경우에는 스텝(318f)로 진행하며, 작은 경우에는 스텝(318e)로 진행하여 △AN을 -△β₂로 클립하며 스텝(318f)로 진행한다. 스텝(318f)에서는, T1과 △AN과 K_IA에 의하여 구동시간 데이터 T1을 구하여 스텝(318g)에서 AN_OLD=AN으로서 데이터갱신하여 RAM(42)에 기억시킨다. 다음에, 스텝(319)에서 구동시간 데이터 T₁을 타이머(43)에 설정하고 스텝(320)에서 타이머(43)가 트리거함으로써 T₁에 따라 인젝터(14)가 4개 동시에 구동되어 인터럽트 처리가 완료된다. 제10도는 제6도 및 제8도 내지 제9도의 처리를 분주(分周) 플래그클리어(flag clear)할때의 타이밍을 나타낸 것이며 (a)는 분주기(31)의 출력을 표시하며 (b)는 크랭크각센서(17)의 출력을 표시하고, (c)는 잔여펄스 데이터 P_D를 표시한다. 분주기(31)의 상승 및 하강 (AFS(13)의 출력펄스의 상승)마다 156으로 설정하고, 크랭크각센서(17)의 상승마다 예컨대 P_Df=P_D-156×Ts/T_A의 계산결과로 변경된다(이것은 스텝 305-312의 처리에 해당된다).

(d)는 적산펄스데이터 P_R의 변화를 나타내며 분주기(31)의 출력이 상승 또는 하강마다 잔여 펄스데이터 P_D가 적산되는 상태를 표시한다. 상기 실시예에서는, 크랭크각센서(17)의 상승하는 동안의 AFS(13)의 출력펄스를 카운트하였지만, 이는 하강하는 동안에서도 되며 또 크랭크각센서(17)의 수주기 동안의 (AFS(13)의 출력펄스수를 카운트하여도 된다.

또 AFS(13)의 출력펄스를 카운트하였지만, 출력펄스수에 AFS(13)의 출력주파수에 대응한 정수(定數)를 곱한 것을 계수하여도 된다.

또한 크랭크각이 검출에 크랭크각센서(17)가 아닌 내연기관(1)의 점화신호를 사용하여도 동일한 효과가 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 이 발명에 의하면 내연기관의 감속시에 1흡기당의 흡기량의 감소를 검출하고 이에 따라 공급연료량을 감속시키도록 하였으며 흡기량의 연산지연이나 제어계의 지연에 의한 연료량의 과잉을 보정할 수 있고, 또 공급연료량의 감소량을 엔진회전수나 부하에 따라 변화시키고 있으므로 오버리치 되기 쉬운 고회전 고부하영역에서도 적정한 공연비를 제어할 수 있는 것이다.

Claims

내연기관의 1흡기당의 흡입공기량을 검출하는 AN검출수단의 출력을 바탕으로 하여 내연기관에의 공급연료량을 제어하는 내연기관의 연료제어장치에 있어서, 내연기관의 회전수를 검출하는 수단과, 1흡기당의 흡입공기량이 감소된 것을 검출하는 수단과, 상기 감소량에 따라 공급연료량을 감소시킴과 동시에 공급연료량의 감소량을 엔진회전수와 1흡기당의 흡입공기량 중 적어도 한쪽에 따라 변화시키는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료제어장치.