KR930000347B1 - 내연기관용 공연비제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관용 공연비제어장치

제1도는 본원 발명의 일실시예를 나타내며, 내연기관의 공기의 흡입로의 구성도로서, 연료분사장치 및 열선식 공기유량계와 교정장치의 블록도.

제2도는 유량변화 및 검정곡선의 교정의 플로도.

제3도 및 제4도는 제1도에 있어서의 스로틀밸브개폐도 설정장치를 나타낸 개관도.

본원 발명은 내연기관용 공연비제어장치에 관한 것이며, 특히 흡기중의 먼지, 기름 등 오염된 입자의 센서부에의 부착에 의해서 야기되는 출력의 경시(經時)변화에 대처하는데 적합한 공기유량계를 이용한 내연기관용 공연비제어장치에 관한 것이다.

내연기관의 고성능화나 배기가스 규제의 강화에 수반하여 연소제어장치의 일부로서의 흡입공기유량계도 정밀한 공연비제어를 행할 수 있도록 더욱 고도의 정밀도와 내구성이 요구되어 왔다. 그러나, 이것을 실현하기 위해서는 예를들면 열선식 공기유량계의 경우, 열선에 부착되는 먼지 등이 문제로 된다.

열선식 공기유량계는 공기의 흐름중에 전기적으로 가열한 발열저항체를 배치하여 공기유량의 변화에 의한 방열량의 변화 즉 전기회로적으로는 발열저항체가 브리지회로의 하나의 저항으로 되어 있기 때문에 그 발열량의 변화를 발생시키는 저항체 양단의 전압의 변화를 취하여 유량을 검지한다. 일반적으로, 발열저항체의 저항치(환언하면 온도)를 일정하게 유지하도록 회로가 구성된다. 발열소자는 저항치가 온도의존성이 좋은 백금, 니켈 등의 선, 박(箔), 막을 발열저항체 본체로 하여, 단독 또는 세라믹스, 유리, 폴리이미드수지 등의 보빈에 감거나 또는 기판에 접합하는 등의 방법으로 형성되어 있다. 본 명세서에서는 발열소자를 총칭하여 열선소자 또는 열선이라고 한다.

흡입공기에 먼지가 포함되어 있으면, 그것이 열선에 부착되고, 발열저항체의 공기에 대한 열전달율이 변화하며, 저항체의 냉각특성이 변화한다. 이 결과, 유량이 일정해도 발열저항체의 저항치를 일정하게 유지하기 위한 저항체 양단의 전압 즉 센서로서의 출력치가 변화하므로, 미리 부여된 센서출력과 유량의 검정곡선에 의해 유량을 구하면, 먼지가 부착되는데 따라 경시변화를 일으켜서, 유량의 측정 정밀도가 나빠지고, 공연비제어의 정밀도가 나빠진다.

그 대책으로서 예를들면 일본국 특개소 54(1979)-76182호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 열선을 통상의 동작온도이상으로 가열하여 부착된 먼지를 연소시키는 방식이나, 일본국 특개소 59(1984)-190624호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 열선의 상류부에 장해물을 배치하여, 열선에 직접 부착되는 먼지입자수의 경감을 도모하는 방법이 검토되고 있다.

열선을 통상의 동작온도이상으로 가열하여 부착된 먼지를 연소시키는 방식에 있어서는 가열된 열선상에서 먼지입자에 함유되어 있는 규소화합물 등이 융해하여 유리화되어서, 더욱 강하게 열선에 부착함으로써 열선의 방열특성이 변화하거나, 또한 열선의 상류부에 장해물을 배치하여 열선에 직접 부착되는 먼지입자수의 경감을 도모하는 방법은 열선의 바로 앞에 장해물을 배치하기 때문에 그 후류내에 열선을 배치하는 것으로 되고, 출력신호에 잡음이 실리게 되는 등의 결점이 있으므로, 열선식 공기유량계의 경시변화의 대책방법으로서는 그다지 효과적이 아니라고 하는 문제점이 있었다.

본원 발명의 목적은 상기 결점을 개선하여 공기유량계의 경년(經年)변화를 보상하고, 고정밀도 공연비를 제어할 수 있는 내연기관용 공연비제어장치를 제공하는데 있다.

상기 과제는 내연기관의 흡입공기유량에 대응하는 신호를 발생하는 센서와, 이 신호를 흡입공기유량치로 환산하는 제1의 유량변환함수를 내장한 제1의 공기 유량산출수단과, 최소한 흡입공기유량을 제어하는 공기유량제어밸브의 개폐도와 내연기관의 회전수로부터 흡입공기유량치를 산출하는 제2의 공기유량산출수단과, 흡입공기가 통과하는 통로에 연료를 분사하는 연료분사장치를 구비하고, 상기 제2의 공기 유량산출수단이 흡입공기유량을 제어하는 공기 유량제어밸브의 개폐도를 소정의 개폐도로 설정한 상태에서 외기온도, 대기압과 내연기관의 회전수와 흡입공기유량의 관계를 나타내는 제2의 유량변환함수에 의거하여 외기온도, 대기압과 내연기관의 회전수로부터 흡입공기유량을 산출하고, 이 산출된 흡입공기유량치에 의거하여 상기 유량변환함수를 교정하고, 상기 제1의 공기유량산출수단에 의해서 산출된 흡입공기유량치에 의거하여 상기 연료분사장치를 제어하여 공연비제어를 행하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공연비제어장치에 의하여 달성된다.

제1의 공기 유량산출수단은 센서로부터의 흡입공기유량에 대응하는 신호를 입력하여 제1의 유량변환함수에 의거하여 흡입공기유량을 산출하고, 제2의 공기유량산출수단은 공기유량제어밸브의 개폐도를 소정 각도로 설정한 상태에서 내연기관의 회전수를 입력하여 제2의 유량변환함수에 의거하여 흡입공기유량을 산출한다. 여기서, 제2의 공기유량산출수단은 유량을 산출하는 파라미터로서 내연기관의 회전수에 더하여, 외기온도, 대기압을 가하면 산출정밀도가 향상된다. 또, 공기유량제어밸브의 개폐도를 아이들링시 완전개방으로 세트하는데 있어서 공기유량제어밸브를 개폐하는 와이어의 중간에 형상기억합금을 배설하여, 아이들링시에는 통상 완전폐쇄로 되어 있는 공기유량제어밸브를 형상기억합금에 제어전류를 통전함으로써 완전개방으로 한다.

다음에, 본원 발명의 일실시예에 대하여 제1도~제4도에 따라서 설명한다.

제1도는 내연기관의 공기의 흡입로를 구성하는 부품, 열선식 공기유량계, 또한 교정장치를 나타낸다. 외부공기는 흡기부(1)로부터 유입되고, 유로(2)를 지나 엔진의 흡입실(3)에 공급된다. 흡기부(1)와 엔진의 흡입실(3) 사이에는 흡입공기량을 제어하는 스로틀밸브(4)가 있고, 그 상류에 예를 들면 미합중국 특허출원 제 207,525호에 개시된 열선식 공기유량계의 센서부(5)가 유로(2)내에 돌출하여 설치되어 있으며, 또 스로틀밸브의 하류에는 예를들면 미합중국 특허출원 제 211,261호에서 개시된 연료분사밸브(7)가 설치되어 있다.

통상, 유로(2)내를 흐르는 유량은 열선식 공기유량계의 센서부(5)로부터의 출력신호가 메모리를 가진 변환기(6)를 통과함으로써 유량신호로서 구해진다. 그리고, 변환기(6)의 내부에는 출력신호에서 유량신호로 변환하는 검정곡선 g이 기억되어 있다.

다음에, 교정장치(8)의 작동형태를 설명한다. 이 장치(8)는 열선식 공기유량계의 경시변화가 허용치를 초과했을 때부터, 즉 주행거리가 설정치를 초과했을 때 또는 스로틀밸브의 개폐도 θo와 엔진회전수 Nj로부터 구한 유량과 센서(5)로 구한 유량의 차가 설정치를 초과했을 때부터, 아이들링시 또는 주행시에 자동적으로 또는 수동으로 작동시킨다. 교정장치(8)가 작동상태로 되면 먼저 스로틀밸브(4)의 개폐도가 밸브개폐도설정기(9)로부터의 신호로 θo에 설정된다. 다음에, θo가 고정된 채로 연료분사량이 연료분사량설정기(10)로부터의 신호로 Gj로 설정된다. 이로써, 엔진의 회전수검출 (11)의 출력은 일정회전수 Nj로 된다. 이 회전수 Nj와 별도로 설정된 온도, 압력센서 (12)로부터 외기온도 To, 대기압 Po의 신호를 변환장치(13)에 입력하면 상기 설정상태에 대응한 유량 Mj이 구해진다. 단, 변환장치(13)에는 스로틀밸브(4)의 개폐도가 θo일때의 엔진회전수 N 및 표준외기온도 Ts, 표준대기압 Ps과 유량 M의 관계를 표시하는 데이타가 메모리에 내장되어 있다. 이와 같이하여 구해진 유량 Mj의 신호를 검정곡선교정회로(14)에 보내고, 별도로 얻어진 열선식 공기 유량계의 센서부(5)로부터의 출력신호 ej와 합쳐서, 1쌍의 교정을 위한 데이터를 작성한다. 이상의 수속을 연료분사량 Gj을 변경하여 n회 반복하여 유량신호 Mj와 센서출력신호 ej의 관계를 구함으로써, 검정곡선 g의 재교정이 행하여지고, 새로운 검정곡선이 변환기(6)에 보내지며, 교정장치(8)의 작동이 완료된다.

다음에, 제2도에 의해 유량변화 및 검정곡선의 교정의 플로를 설명한다.

제2도는 제1도의 변환장치(13)와 검정곡선교정회로(14)에 있어서의 마이크로콤퓨터의 소프트웨어를 나타내는 플로차트이다.

스텝(21)에서 미리 입력된 표준온도 Ts, 표준대기압 Ps에 있어서의 엔진회전수 Nj와 그때의 유량 fj(j=1,2,…M)이 실험데이터로부터 엔진회전수와 유량의 관계를 나타내는 f=f(N)을 최소자승법으로 산출한다. 스텝(22)에서 j=0으로 하고, 스텝(23)에서 현재의 유량계산에 필요한 데이터를 입력한다. 스텝(24)에서 엔진회전수 Nj일때의 표준상태에서의 유량 Mj을 Mj=f(Nj)에서 구하고, 다시 스텝(25)에서 온도 To일때의 유량 Nj을 Mj의 보정에 의해 구한다. 그리고, 스텝(26)에서 Mj와 센서출력신호 ei를 1조의 데이터로서 기억해 둔다. 스텝(27)에 의해 이상의 스텝(23)에서 (26)까지를 엔진의 회전수의 데이터수 jmax까지 반복한다. 다음에, 이 데이터(Mj,ej)(j=1,2,…jmax)를 기초로 스텝(28)에서는 유량 M과 센서출력신호 e의 관계 M=g(e)를 최소자승법으로 구한다. 이로써, 센서출력신호치와 흡입공기량의 관계를 나타내는 새로운 검정곡선이 완성된다. 이 새로운 검정곡선에 의거하여 센서출력신호 e가 흡입공기유량을 구하고, 이 값에 의거하여 연료분사장치의 연료공급량을 제어한다. 이로써, 정밀도가 높은 공연비제어를 행할 수 있다. 그리고, 이상의 검정은 단시간에 행하여지므로, 주행시에 각도 θo로 되었을 때를 판정하여 검정을 행하여도 되며, 데이터베이스로서 스로틀밸브각도 θo와 엔진회전수 Nj와 유량 Mj을 맵으로 하여 메모리에 기억시켜 두고 검정해도 된다.

그리고, 유량측정에 요구되는 정밀도에 따라서 대기압 Po을 일정하게 하고, 유량을 구할 때의 식 f에서 Po를 빼면 교정장치는 간단하게 된다. 또, 식 f는 엔진의 생산시에 공장내에서 구해도 되며, 내연기관이 완성되어 운전되는 초기단계에 센서(5)의 출력신호를 사용하여 구해도 된다.

제3도는 스로틀밸브개폐도를 θo(완전개방)으로 설정하기 위한 장치를 나타낸다. 통상 스로틀밸브(4)는 엔진이 아이들링시는 와이어(20)에 인장력이 작용하지 않기 때문에 스프링(21)의 힘에 의해 완전폐쇄의 상태로 되어 있다. 그러나, 교정장치(8)가 작동하면 와이어(20)의 일부를 구성하는 형상기억합금(22)이 통전에 의해 가열되어 수축하기 때문에 와이어(20)에 인장력이 작용하여 스프링(21)의 힘을 이겨내어 스로틀밸브를 열고, 스토퍼(23)로 개폐도를 θo(완전개방)에 고정시킨다. 그리고, (24)는 액셀페달이다.

제4도는 스로틀밸브의 개폐도를 전동모터로 제어하는 것이다. (31)은 전동모터, (32)는 감속기어이다. 이 경우에는 전동모터의 회전각도를 설정함으로써 용이하게 스로틀밸브의 개폐도를 설정할 수 있다.

그리고, 열선식 공기유량계의 교정방법으로서는 교정용의 열선식 유량계를 별도로 구비한다든가 열선과는 별도로 피토(pitot)관식 유량계를 구비하는 것도 고려할 수 있으나, 어느것이나 2중장치를 구비하게 되는 것이다. 이에 대해 본원 발명은 엔진주위에 본래 장비된 장치에 다소의 개량을 가하는 것만으로 교정을 가능하게 하는 점에 있어서 우수하다. 또, 열선식 공기유량계를 사용함으로써 배기가스중의 O₂를 계측하는 O₂센서를 불필요하게 할 수도 있다.

본원 발명에 의하면, 아이들링시 공기유량제어밸브의 개폐도를 소정개폐도로 하여 내연기관의 회전수로부터 구한 흡입공기유량을 기준으로하고, 동기에 계측한 흡입공기유량계의 교정을 행하므로, 이 흡입공기유량계의 경년변화에 의한 정밀도열화를 방지할 수 있다. 그러므로, 정확한 공연비제어를 행할 수 있다. 또, 파라미터로서 내연기관의 회전수에 외기온도, 대기압을 가함으로써 교정의 정밀도가 향상된다. 또, 아이들링시 공기유량계제어밸브의 개폐도를 소정개폐도로 하는데 있어서 형상기억합금을 사용함으로써 간단한 장치로 개폐도를 소정개폐도로 유지할 수 있다.

Claims (3)

1. 내연기관의 흡입공기유량에 대응하는 신호를 발생하는 센서와, 이 신호를 흡입공기유량치로 환산하는 제1의 유량변환함수를 내장한 제1의 공기유량산출수단과, 최소한 흡입공기유량을 제어하는 공기유량제어 밸브의 개폐도와 내연기관의 회전수로부터 흡입공기유량치를 산출하는 제2의 공기유량산출수단과, 흡입공기가 통과하는 통로에 연료를 분산하는 연료분사장치를 구비하고, 상기 제2의 공기유량산출수단이 흡입공기유량을 제어하는 공기유량제어밸브의 개폐도를 소정의 개폐도로 설정한 상태에서 외기온도, 대기압과 내연기관의 회전수와 흡입공기유량의 관계를 나타내는 제2의 유량변환함수에 의거하여 외기온도, 대기압과 내연기관의 회전수로부터 흡입공기유량을 산출하고, 이 산출된 흡입공기유량치에 의거하여 상기 유량변환함수를 교정하고, 상기 제1의 공기유량산출수단에 의해서 산출된 흡입공기유량치에 의거하여 상기 연료분사 장치를 제어하여 공연비 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공연비제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기유량제어밸브의 개폐도를 완전개방으로 설정하는 장치가 아이들링시는 상기 공기유량제어밸브에 설치된 스프링의 작용에 의해 완전폐쇄로 되고, 이 공기유량제어밸브에 풀리를 통해서 접속된 와이어를 액셀페달에 접속하여 액셀페달을 조작하여 상기 공기유량제어밸브의 개폐도를 조정하도록 구성된 장치의 상기 와이어의 중간을 절단하여 형상기억합금으로 접속하고, 아이들링시는 상기 형상기억 합금을 제어하여 상기 공기유량제어밸브를 완전개방으로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공연비제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 공기유량산출수단에 의해서 산출된 흡입공기유량치와 상기 제2의 공기유량산출수단에 의해서 산출된 흡입공기유량치와의 차이가 허용치를 초과했을 때, 상기 제1의 유량변환함수를 교정하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공연비제어장치.

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