KR950003269B1 - 내연기관의 점화시기 제어장치 - Google Patents

내연기관의 점화시기 제어장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 점화시기 제어장치
제1도는 이 발명의 한 실시예에 의한 내연기관의 점화시기 제어장치의 전체구성표시도.
제2(a)도는 동상 실시예에서의 압력센서의 한실시예를 표시하는 정면도.
제2(b)도는 제2(a)도의 단면도.
제3도는 상기 압력센서의 부착상태를 표시하는 일부를 단면하여 표시한 정면도.
제4도는 상기 실시예를 설명하기 위한 실린더내 압력상승비율이 최대가 되는 크랭크각 θ(dp/dθ)max와 기관의 출력토크의 관계를 표시하는 특성도.
제5도는 상기 실시예를 설명하기 위한 점화시기와 θ(dp/dθ)max의 관계를 표시하는 특성도.
제6도는 상기 실시예의 θ(dp/dθ)max를 구하는 플로차트.
제7도는 상기 실시예의 점화시기제어를 행하는 플로차트.
제8도는 종래의 점화시기 제어장치의 전체구성표시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
7 : 크랭크각센서 12 : 제어장치
14 : 압력센서
그리고 도면중 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시한다.
이 발명은 차량등의 내연기관의 점화시기 제어장치에 관한 것이다.
종래의 내연기관의 점화시기 제어장치로서는 예를들면 일본특개소 57-59060호 공보나 동특개소 57-59061호 공보등에 공시된 것이 있으며, 제8도에 기관전체의 구성도를 표시한다.
도면에서, 1은 공기청정기, 2는 흡입공기량을 계측하는 흡기량계, 3은 스로틀밸브, 4는 흡기매니폴드, 5는 기관의 실린더, 6은 기관의 냉각수온을 검출하는 수온센서, 7은 크랭크각센서, 8은 배기매니폴드, 9는 배기온을 검출하는 배기온센서, 10은 연료분사밸브, 11은 점화플러그, 12는 제어장치, 13은 점화장치이다.
크랭크각센서(17)는 예를들면 크랭크각의 기준위치마다(4기통기관에서는 180도마다, 6기통기관에서는 120도마다)에 기준위치펄스를 출력하고, 또 단위각도마다(예를 들면 1도마다)에 단위펄스를 출력한다.
그리고 제어장치(12)내에서, 이 기준펄스가 입력된 후의 단위각펄스의 수를 계산함으로써 그때의 크랭크각을 알 수가 있다.
또 단위각 펄스의 주파수 또는 주기를 계측함으로써 기관의 회전속도를 알수도 있다.
그리고 제8도예에서 배전기내에 크랭크각센서(7)가 설치되어 있는 경우를 예시하고 있다.
제어장치(12)는 예를 들면 CPU, RAM, ROM, 입출력인터페이스등으로 된 마이크로컴퓨터로 구성되고, 상기 흡기량계(2)로부터 수신되는 흡기량 신호 S1, 수온센서(6)로부터 수신되는 수온신호 S2, 크랭크각센서로부터 수신되는 크랭크각신호 S3, 그리고 도시생략된 스로틀전폐신호등을 입력하고 그들 신호에 대응한 연산에 의하여 점화시기를 산출하며 그 점화시기에 점화하도록 점화장치(13)에 점화신호 S7을 출력하여 점화플러그(11)를 구동하도록 구성하고 있었다.
상기 연산은 기관의 회전수 N와 흡입공기량 Q에 대응한 기본점화시기를 미리 맵로서 기억하고 그때의 기관회전수 N와 흡입공기량 Q에 의하여 맵치를 판독하며 또한 수온등에 의한 보정량을 가산 혹은 곱셈하여 점화시기를 구하는 것이었다.
종래의 점화시기 제어장치는 이상과 같이 구성되어 있었으므로 기관특성의 경시변화, 제조상의 오차등에 의하여 점화시기맵의 설정시와 실사용시에서의 MBT점(minimum advance for best torque)가 상이한 경우 최대로크를 얻게되는 점화시기로 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.
이 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 경시변화, 제조상의 오차에는 관계없이 자동적으로 항상 최대토크를 얻게 되는 점화시기로 제어할 수 있는 내연기관의 점화시기 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 의한 내연기관의 점화시기 제어장치는 차량등의 내연기관의 실린더내 압력상승비율을 검출하는 검출수단과, 상기 기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각검출수단과, 상기 양검출수단으로부터의 검출신호를 입력하고 실린더내의 압력상승비율이 최대가 되는 크랭크각을 연산하는 연산수단과, 이 연산수단에 의한 연산치를 목표치와 비교하고 그 편차를 없애도록 상기 기관의 점화시기를 제어하는 제어수단을 구비한 것이다.
이 발명에서는 실린더내의 압력상승비율이 최대가 되는 크랭크각을 검출하고 그 크랭크각이 미리 설정한 목표치와 일치되도록 점화시기를 피드백제어하도록 한 것이다.
다음은 이 발명의 한 실시예를 도면에 의하여 설명한다.
제1도는 이 발명의 주요구성도이다.
제1도에 있어서, 종래예를 나타낸 제8도와 동일부분에는 동일부호를 붙여서 그 중복설명을 피하고 제8도와 다른 부분을 주체로 기술한다.
제1도에서, 1∼13은 제8도와 같으며, 14는 실린더내 압력을 검출하는 압력센서이다.
이 압력센서(14)는 점화플러그(11)의 와셔대신 사용되고 실린더내 압력의 변화를 전기신호로써 인출하는 것이다.
또 제어장치(12)는 예를들면 마이크로컴퓨터로 구성되고 흡기량계(2)로부터 수신되는 흡입공기량신호 S1, 수온센서(6)로부터 수신되는 수온신호 S2, 크랭크각센서로부터 수신되는 크랭크각신호 S3, 도시생략된 스로틀전폐신호 및 압력센서(14)로부터 수신되는 압력신호 S6 등을 입력하고 이들 신호에 대응한 연산으로 점화시기를 산출하여서 그 점화시기에 점화하도록 점화장치(13)에 점화신호 S7을 출력하여서 점화플러그(11)를 구동하도록 구성한다.
제2도는 압력센서(14)의 한 예를 표시하는 도면이며, 제2(a)도는 그 정면도, 제2(b)도는 제2(a)도의 단면도이다.
이 도면에서, 14A는 압전소자, 14B는 마이너스전극, 14C는 플러그전극이다.
또 제3도는 상기 압전센서(14)의 부착도이며 실린더헤드(15)에 점화플러그(11)의 체결에 의하여 고착되어 있다.
다음은 이 발명의 본질인 실린더내 압력의 상승비율이 최대로 되는 크랭크각과 기관의 출력토크, 점화시기의 관계에 대하여 설명한다.
제4도는 이 발명의 본질인 실린더내 압력의 크랭크각 1도당 상승비율이 최대가 되는 크랭크각 θ(dp/dθ)max와 기관의 출력토크의 관계를 나타낸 것이다.
제4도에서 알 수 있듯이, 부하와 회전수에 관계없이 출력토크가 최대로 되는 θ(dp/dθ)max는 대략 일정하게 된다.
이예에서는 출력토크가 최대로 되는 θ(dp/dθ)max는 ATDC 8°로 되어 있다(이후 출력토크가 최대로 되는 θ(dp/dθ)max를 MBT라 함).
또 제5도는 점화시기와 θ(dp/dθ)max의 관계를 표시한 것이다.
동도에서 알 수 있듯이, 점화시기와 θ(dp/dθ)max는 대응관계에 있으므로 점화시기를 제어함으로써 θ(dp/dθ)max가 제어된다.
상기로부터 θ(dp/dθ)max가 θMBT가 되도록 점화시기를 제어하면은 항상 최대토크를 얻게 되는 것을 알 수 있다.
다음은 동작을 설명한다.
먼저 제6도의 플로차트를 참조하여 θ(dp/dθ)max를 구하는 처리에 관하여 설명한다.
제6도의 플로차트는 크랭크각센서(7)로부터의 1도마다의 펄스에 의하여 기동되는 인터럽트루틴이며, 기동되면은 스텝(100)에서 기준펄스가 입력된 후의 1도마다의 펄스수를 계산함으로써 이때의 크랭크각 θ를 구한다.
스텝(101)에서는 스텝(100)에서 구한 크랭크각 θ가 연소 TDC전의 θ1도에서 연소 TDC후의 θ2도까지의 범위(θ1,θ2는 θ(dp/dθ)max을 구할 수 있는 범위등을 고려하여 미리 정해둔다)에 있는지를 판단하고 "yes"이면은 스텝(102)에서 실린더내 압력 p(θ)의 A/D치를 판독한후 스텝(103)에 진행한다.
"NO이면은 메인루틴으로 복귀하고 다음의 1도마다의 펄스를 기다린다.
스텝(103)에서는 상기 크랭크각이 θ1도인지를 판정하고 θ1도면은 스텝(104)에서 상기 실린더내 압력의 A/D치 p(θ)를 사용하여 p1=p(θ), △p=0로 하여 메모리에 기억하고 메인루틴으로 복귀한다.
한편 θ1도가 아니면은 스텝(105)에서 다시 θ2도인지를 판단한다.
만약 θ2도가 아니면은 스텝(106)으로 진행하고 △p2=p(θ)-p1을 계산하여 메모리에 기억하는 동시에 스텝(107)로 진행한다.
또 θ2도이면은 θ(dp/dθ)max 연산완료플래그를 세트하고(스텝 108) 메인루틴으로 복귀한다.
스텝(107)에서는 △p2
Figure kpo00001
△p1인지를 판단한다.
"yes"면은 △p1=△p2로 하고 △p1의 내용을 갱신하고(스텝 109) 메인루틴으로 복귀한다.
"NO"면은 압력상승비율이 최대로 되었다고 판단할 수 있으므로 θ(dp/dθ)max=θ로 하여 메모리에 기억하고(스텝 110) 메인루틴으로 복귀한다.
이상의 과정에 의하여, 연소 TDC전의 θ1도에서 연소 TDC후의 θ2도까지의 범위에서 실린더내 압력의 크랭크각 1도당 상승비율이 최대로 되는 크랭크각 θ(dp/dθ)max을 구할 수가 있다.
다음에 제7도의 플로차트를 참조하여 θ(dp/dθ)max를 사용한 점화시기 제어에 관하여 설명한다.
제7도의 플로차트에 표시한 프로그램은 제6도의 프로그램에서 θ(dp/dθ)max를 구하고, θ(dp/dθ)max 연산완료플래그가 세트되는 족족 실행되는 프로그램이며 먼저 스텝(200)에서는 기관의 회전수 N와 흡입공기량 Q를 판독한다.
다음에 스텝(201)에서는 미리 기억해둔 기본점화시기맵을 기관의 회전수 N와 흡입공기량 Q에 대응하여 판독하고 기본점화시기 θo를 구한다.
스텝(202)에서는 피드백제어에 필요한 오차신호 θe=θr-θ(dp/dθ)max를 계산하고 (θ(dp/dθ)max의 목표치 θr는 통상 θMBT의 값을 미리 설정해둔다), θ(dp/dθ)max의 연산완료플래그를 리세트한다.
스텝(203)에서는 오차신호 θe로부터 연산하여 피드백수정량 θfb를 계산한다.
여기서 제5도의 점화시기에 대한 θ(dp/dθ)max의 경사는 점화시기가 지각측이 될수록 크게 된다.
이때문에 오차신호 θe를 그대로 비례적분연산하여 점화시기수정량 θfb를 구하면은 점화시기의 피드백제어성이 진각측과 지각측에서 차이가 생기게 된다. 그래서 목표치 θr을 기준으로 진각측과 지각측에서 피드백제어게인을 상이한 값으로 하면은 상기 제어성의 차이를 개선할 수 있다.
상기한 스텝(203)의 피드백수정량 θfb의 산출에서는 θ(dp/dθ)max가 목표치 θr에 대하여 진각측인지 지각측인지를 판정하고, 각각의 경우에 대하여 오차신호 θe로부터 피드백수정량 θfb으로의 변환계수(피드백게인)를 상이한 값으로 설정하여, 이 값을 사용하여 산출하는 과정이 포함되고 있다.
마지막 스텝(204)에서는 최종적인 점화시기 θig를 맵에서 판독한 기본점화시기 θo와 피드백수정량 θfb의 화로서 구한다.
그리고 최종적인 점화시기 θig에 점화하도록 점화장치(13)에 점화신호 S6을 출력하고 점화플러그(11)를 구동하여 혼합기체에 점화한다.
여기서 기관의 아이들링시나 경부하시와 같은 운전영역에서는 실린더내 압력상승비율의 최대각 θ(dp/dθ)max은 대단히 불안정한 거동을 나타내기 때문에 점화시기를 피드백제어하는데는 적당치 않다.
그래서 경부하시의 소정운전영역에서는 θ(dp/dθ)max에 의한 피드백제어는 행하지 않는다.
따라서 제7도의 플로차트의 스텝(204)에서는 최종적인 점화시기 θig를 구하기 전에 소정운전 영역인지 아닌지를 판정하고 경부하시등의 피드백제어를 하지 않는 운전영역의 경우에는 최종적인 점화시기 θig를 기본점화시기 θo로 하고 그이외의 운전영역에서는 θig를 기본점화시기 θo와 피드백수정량 θfb의 화로 하고 있다.
그리고 상술한 피드백제어를 하지 않는 소정운전영역은 아이들링시나 경부하시 뿐만 아니고 기관의 연소가 안정안되는 시동시나 저수온시등의 조건을 포함하여도 된다.
또 이 실시예에서는 실린더내 압력의 상승비율로써 단위크랭크각당의 값인 dp/dθ를 사용하였지만 단위시간당치인 (dp/dt)를 사용하여도 같은 제어가 가능하다.
왜냐하면 크랭크각 θ, 회전수 N와 시간 t 사이에는 θ=6Nt의 관계가 있으므로(θ는 도, N는 rpm, t는 Sec일때), 기관회전수 N가 변화하지 않으면 dθ=6Ndt가 성립하고, (dp/dθ)max=(dp/dt)max/(6N)가 되고 θ(dp/dθ)max 대신에 (dp/dt)max를 사용할 수 있다.
그리고 이 실시예에서는 실린더내 압력상승비율이 최대가 되는 크랭크각 θ(dp/dθ)max를 프로그램상 구하는 경우를 설명하였지만 한편 예를 들면 실린더내압의 신호파형에 대하여 피크치홀드회로등을 사용함으로써 회로적으로 θ(dp/dθ)max를 구할 수도 있다.
또 이 실시예에서는 θ(dp/dθ)max의 제어목표치 θr를 최대토크를 구할 수 있는 값에 설정하였으나 고부하에서는 노킹영역에 들어가는 경우도 있다.
이 대책으로서는 목표치 θr를 미리 맵으로서 노킹이 발생하지 않는 범위에서 최대토크를 구하게 되는 값으로 설정해 두고 기관회전수 N와 흡입공기량 Q 등에 의하여 판독해도 된다.
또 이 실시예에서는 실린더내 압력의 절대치가 측정될 수 있는 경우를 설명하였지만 압력의 변화비율이 측정되는 경우에는 상술한 것을 보다 용이하게 된다.
이상과 같이 이 발명에 의하면 실린더내 압력상승비율의 최대각 θ(dp/dθ)max를 검출연산하고 상기 연산치를 목표치와 비교하여 그 편차를 없애도록 점화시기를 제어하는 구성으로 하였으므로 경시변화, 제조상의 오차등에 관계없이 자동적으로 항상 최대토크를 얻는 점화시기로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 차량등의 내연기관의 실린더내 압력상승비율을 검출하는 검출수단과, 상기 기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출수단과, 상기 양 검출수단으로부터의 검출신호를 입력하고 실린더내의 압력상승비율이 최대로 되는 크랭크각을 연산하는 연산수단과, 이 연산수단에 의한 연산치를 목표치와 비교하고 그 편차를 없애도록 상기 기관의 점화시기를 피드백제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화시기 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 피드백제어의 게인을 진각방향과 지각방향에서 상이한 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화시기 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 소정운전영역에서는 상기 피드백제어를 행하지 않는 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화시기 제어장치.
KR1019900003409A 1989-03-15 1990-03-14 내연기관의 점화시기 제어장치 KR950003269B1 (ko)

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