KR970003152B1 - 내연기관제어장치 및 방법 - Google Patents

내연기관제어장치 및 방법 Download PDF

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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

내용없음

Description

내연기관제어장치 및 방법
제1도는 본 발명에 의한 내연기관제어장치의 한 실시예를 나타내는 구성도,
제2도는 본 발명에 의한 내연기관제어장치의 한 실시예를 나타내는 플로차트,
제3도는 본 발명에 의한 내연기관제어장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도,
제4도는 제3도의 실시예에 의한 점화제어시의 2차전압을 나타내는 파형도,
제5도는 종래의 내연기관제어장치를 나타내는 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기준위치센서(기통군식별수단) 20 : 마이크로컴퓨터
41 : 이온전류검출기(기통판별수단) 42 : 점화파형검출기(기통판별수단)
L : 기준위치신호 S3 : 압축행정에 있는 기통을 시별하는 단계
S7 : 기통군을 동시에 제어하는 단계 S9 : 각기통을 독립적으로 제어하는 단계
본 발명은, 자동차용 휘발유엔진등의 내연기관을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히 원가인하를 실현시킨 내연기관제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차용 휘발유엔진등의 내연기관은 복수의 기통(예:4기통)에 의해 흡기, 압축, 폭발 및 배기의 4사이클로 구동되고 있다.
이때 각 기통은 피스턴에 의해 압축된 혼합개스에 점화플러그로 불꽃을 튀겨 혼합개스를 연소시켜 출력을 얻을 필요가 있으나, 연소에 의해 발생한 압력이 피스턴을 밀어내는 힘으로 효율적으로 작용하도록 최적한 크랭크 위치에서 충분한 에너지의 불꽃을 튀기게 하는 일은 중요한 제어항목이 된다.
이와같은 내연기관에 있어서, 각 기통마다의 점화기에 의한 점화시기 및 분사기에 의한 연료분사순서등을 최적하게 제어하기 위해, 마이크로컴퓨터를 사용하여 전자적으로 연산을 이루고 있다. 이 연산제어를 행하기 위해, 마이크로컴퓨터는 각종 운전조건 외에, 내연기관의 회전과 동기된 기통마다 기준위치신호 및 특정기통에 대응한 기통식별신호를 입력시켜 각 기통마다의 동작위치를 식별하여 가장 적절한 시각에 제어를 행하고 있다.
보통 기준위치신호 및 기통식별신호를 발생하는 수단으로서는, 내연기관의 캠축 또는 크랭크축의 회전을 검출하여 동기신호를 발생시키는 회전신호 발생기가 사용된다.
제5도는 4기통엔진의 종래형의 내연기관제어장치를 나타내는 구성도이다.
이 도면에 있어서 1은 내연기관의 구동축인 크랭크축이고, 복수의 기통(도시생략)의 피스턴에 연결되어 회전구동되도록 되어 있다. 2는 크랭크축(1)과 동기되어 회전하는 캠축, 3은 크랭크축(1)과 캠(2)를 연결하는 타이밍밸트이다.
일반적인 4사이클엔진에 있어서는 크랭크축(1)이 2회전하는 동안에 흡입, 압축, 폭발 및 배기가 이루어지기 때문에, 크랭크축(1)의 2회전에 대해 캠축(2)가 1회전하고, 캠축(2)는 각 기통의 4사이클동작의 1주기에 동기되어 1회전하도록 되어 있다. 또, 4기통엔진의 경우, 각 기통의 동작위치는 크랭크축(1)에 대해서 1회전의 1/2주기분(180。)씩 위상차가 나도록 되어 있고, 캠축(2)에 대해서는 1/4주기씩 위상차가 나게 되어 있다.
4는 캠축(2)에 연결되어 있는 회전신호발생기의 회전축, 5는 회전축(4)의 한쪽 끝에 부착된 기준위치검출용의 회전판이다. 6 및 7은 회전원판(5)에 형성된 길쭉한 구멍의 창(窓)이고, 외주측의 4개의 창(6)은 각 기통마다의 기준위치(소정회전각도)에 대응하고, 또, 내주측의 1개의 창(7)은 특정기통의 창(6)에 대응하도록 뚫려 있다.
8은 회전원판(5)의 일부의 대향 배치된 고정판이고, 9 및 10은 고정판(8)에 고정된 포토커플러로 된 센서이며, 9는 창(6)에 대향 배치된 기준위치센서, 10은 창(7)에 대향 배치된 기통식별센서이다. 여기서, 창(6)의 회전방향으로 앞선 전방쪽의 끝부분이 각 기통마다의 제1의 기준위치에 대응하고, 회전방향 후방쪽의 끝부분이 각 기통마다의 제2의 기준위치에 대응하고 있으며, 기준위치센서(9)로부터 나오는 기준위치신호 L1은 제1의 기준위치에서 신호가 오르고, 제2의 기준위치에서 신호가 내리는 펄스파형으로 되고, 또, 기통식별센서(10)에서 나오는 기통식별신호 L2는 특정기통망의 기준위치신호 L1에 대응해서 레벨 "1"을 나타내는 펄스파형으로 된다.
11은 크랭크축(1)에 대한 배치된 또 다른 기준위치센서이고, 근접센서 또는 반사형의 포토센서등으로 이루어지고, 예를들면 크랭크축(1)의 1회전마다 기통군의 기준위치신호 L을 출력하도록 되어 있다.
20은 전자제어장치를 구성하는 마이크로컴퓨터(이하 ECU라 한다)이고, 기준위치신호 L1 및 기통식별신호 L2(또는 기준위치신호 L)와, 도시되지 않은 각종센서로부터 나오는 운전조건신호에 따라 각 기통의 연료제어 및 점화제어를 행하도록 되어 있다.
31은 ECU(20)에 의해 구동되는 파워트랜지스터, 32는 1차코일이 파워트랜지스터(31)에 접속된 점화코일, 33은 점화코일(32)의 차코일에 접속된 점화플러그이고, 이들은 #1~#4의 각 기통에 대응해서 설치되어 있다.
다음에, 각 기통의 점화제어를 행할 경우의 예에 대해 제5도에 나타내어진 종래의 내연기관제어장치의 동작에 대해 설명한다.
크랭크축(1)과 연동되는 캠축(2)에 의해 회전신호발생기의 회전원판(5)가 회전하게되면, 기준위치센서(9)로부터 창(6)에 대응한 기준위치신호 L1이 출력되고, 기통식별센서(10)으로부터는 창(7)에 대응한 기통식별신호 L2가 출력된다.
보통, SGT(크랭크각 기준신호)라 불리는 기준위치신호 L1은 #1~#4의 각 기통마다의 제1의 기준위치 B75°에서 신호가 오르고, 제2의 기준위치 B5。에서 신호가 내린다. 제1의 기준위치 B75°는 각 기통마다의 크랭크각도 0。(TDC: 상사점)에서 75°앞서 위치를 가르키고, 제어기준 및 최종통전각에 상당한다. 또, 신호가 내리는 기준위치 B 5°(TDC에서 5°앞서 위치)는 크랭킹시의 최초 점화각도에 상당한다.
또, SGC라 불리는 기통식별신호 L2는 특정기통의 기준위치신호 L1이 발생될 때 출력되고, 예를들면 #1기통을 식별하기 위해 사용된다.
이와 같이 얻어진 2종류의 신호, 즉 기준위치신호 L1 및 기통식별신호 L2는 운전조건신호와 공히 마이크로컴퓨터(20)에 입력된다. 마이크로컴퓨터(20)은 식별된 각 기통에 점화제어신호를 분배하고, 다 아는 바와 같이 #1기통, #3기통, #4기통, #2기통의 순서에 따라 파워트랜지스터(31)을 통전시켜 점화코일(32)를 구동시키고 점화플러그(33)에서 불꽃을 발생시킨다.
이때, #1기통 및 #4기통(또는 #3기통 및 #2기통)은 서로 크랭크축(1)의 1회전분(360°)만큼 위상차가 나있고, 한쪽이 압축행정인 때 다른 쪽은 배기행정에 있게된다.
한편, 크랭크축(1)에 설치된 기준위치센서(11)에서 나오는 기준위치신호 L은 압축행정 또는 배기행정에 있는 2개의 기통의 기준위치에 대응하고 있다. 따라서 마이크로컴퓨터(20)은 기준위치신호 L을 사용한 경우에는, 배기행정 및 압축행정에 있는 #1기통 및 #4기통(또는 #3기통 및 #2기통)을 동시에 점화제어한다. 또, 배기행정에 있는 기통을 점화제어한다 하더라도 폭발은 일어나지 않으므로 특별히 지장은 없다.
종래의 내연기관장치는 이상과 같이, 기준위치신호 L1을 생성하기 위한 기준위치센서(9)외에, 기통식별신호 L2를 생성하기 위한 기통식별센서(10)을 필요로 하고 있다. 따라서 기준위치센서를 크랭크축(1)에 부착하고, 기통식별센서(10)을 캠축(2)에 부착하도록 하는 , 개별적으로 센서를 부착하는 시스팀의 경우, 센서장착구성이 번잡하게 되고, 원가인하를 도모할 수 없는 문제점이 있었다.
또, 기통식별센서(10)을 사용치 않는 종래의 내연기관제어방법은 기준위치신호 L에만 의존하여 복수의 기통을 항상 동시에 제어하고 있으므로, 통전등에 쓸데없는 전력을 소비하고, 원가인하를 도모할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결키 위해 이루어진 것으로, 센서의 장착구성을 간략회시킴과 동시에, 쓸데없는 전력소비를 방지하고 원가인하를 실현시킨 내연기관제어장치 및 방법을 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 관한 내연기관제어장치는, 내연기관의 회전과 동기되어 구동제어되는 복수의 기통중, 압축행정 및 배기행정에 있는 기통군을 식별하는 기통군식별수단과, 식별된 기통군중에서 압축행정에 있는 기통을 식별하는 기통판별수단과, 이 기통판별수단에 의해 판별된 기통순서에 따라 각 기통을 제어하는 분배수단을 갖춘 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관제어방법은, 압축행정 및 배기행정에 있는 기통군을 점화시켜 압축행정에 있는 기통을 판별하는 단계와, 압축행정에 있는 기통의 판별이 될 수 없는 경우에는 기통군을 동시에 제어하는 단계와, 압축행정에 있는 기통의 식별이 될 수 있는 경우에는 각 기통을 독립적으로 제어하는 단계를 포함하는 것이다.
본 발명에 의한 내연기관제어장치에 있어서는 압축행정에 있는 기통을 동시점화시켜 기통의 동작상태를 식별하고, 이 식별결과에 따라 각 기통을 제어한다, 또, 본 발명에 따른 내연기관제어방법에 있어서는 기통의 식별이 될 수 없는 경우에, 압축행정 및 배기행정에 있는 기통군을 동시에 제어하고 기통식별이 가능하게 된 시점에서 소정순서로 각 기통을 독립적으로 제어한다.
다음에, 본 발명의 한 실시예를 도면과 같이 설명한다.
제1도는 본 발명의 하 실시예에 따른 내연기관제어장치를 나타내는 구성도이고, 1~3, 11, 31~33은 상술한 바와같은 것이다.
또, 여기서는 복수의 기통중의 하나의 점화부(31)~(33)만을 대표적으로 도시하고 있다.
40은 20에 대응하는 ECU이고, 프로그램의 일부가 변경되고 있는 것으로 족하다, 도, 기준 위치센서(11)은, CEU(40)내의 프로그램과 공동으로 압축행정 및 배기행정에 있는 기통군을 식별하는 기통군식별수단을 구성하고 있다.
41은 점화 플러그(33)와 ECU(40)사이에 삽입된 이온전류검출기이고, ECU(40)내의 프로그램과 공동으로 기준위치신호 L로서 식별된 기통군 중 압축행정에 있는 기통을 판별하는 기통판별수단을 구성하고 있다.
또, ECU(40)은 기통판별수단에 의해 판별된 기통순서에 따라 각 기통을 제어하는 분배수단을 갖추고 있다.
D1은 점화 코일(32)와 점화 플러그(33)사이에 삽입된 역류방지다이오드, D2는 점화플러그(33)와 이온전류검출기(41)사이에 삽입된 역류방지다이오드이다.
이온전류검출기(41)은, 이온전류원 직류전원 E와, 직류전원 E에 직렬접속된 부하저항기 R1, 직류전원 E 및 부하저항기 R1으로 이루어진 직렬회로에 병렬접속된 분압저항기 R2 및 R3로 구성되어 있고, 부하저항기 R1과 분압저항기 R2와의 접속점이 역류방지다이오드 D2를 통해서 점화 플러그(33)으로 접속되고, 분압저항기 R2 및 R3의 접속점이 ECU(40)에 접속되어 있다. 이와같은 이온전류검출기(41)은, 특정기통의 점화플러그(33)에만 접속되거나 또는 각 기통의 점화 플러그(33)에 각각 접속되어도 좋다.
다음에는, 제2도의 기통식별인터럽트루틴을 나타내는 플로차트를 참조하면서 점화제어를 행하는 경우의 본 발명의 한 실시예의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 이온전류검출을 나타내는 카운터 CNT 및 기통식별의 확정을 나타내는 플래그(Flag)F를 각각 0에 리셋시킴과 동시에, 기통식별 확정기준이 되는 소정회수 n을 초기설정한다(S1 단계).
계속해서, 플래그 F를 참조하고, 기통식별이 확정되고 있는가(F=1)의 여부를 판정한다(S2 단계).
초기상태에 있어서는, 기통식별이 확정되어 있지 않으므로 F=0이고, S3 단계로 진행하여 이온전류 Ⅰ의 검출결과에 따라 압축행정과 식별이 가능한지 여부를 판정한다.
이때, 각 기통이 동시점화제어되고 있으면, 전기통에 연료분사가 이루어짐과 동시에, 위상이 180°다른 2개의 기통씩(예 : #1 및 #4기통) 동시점화가 이루어진다. 즉, 크랭크축(1)의 근방에 배치된 기준위치센서(11)에 의해, 크랭크축(1)의 반(半) 회전(180°)마다와 1회전(360°)마다의 기준위치신호 L이 얻어지므로, ECU(40)은 기준위치신호 L에 따라 압축행정 및 배기행정에 있는 기통군을 식별하고, 이들을 동시점화시킬 수 있다.
만약, 점화된 기통이 압축행정에 있으면, 점화플러그(33)의 방전에 의해 폭발이 일어나고, 점화플러그(33)사이에 많은 이온이 발생한다.
또, 배기행정에 있으면 점화 플러그(33)에서 폭발이 일어나지 않으므로 이온은 거의 생성되지 않는다.
이온전류검출기(41)은, 직류전원 E에 의해, 점화 플러그(33)을 통해서 흐흐는 2차전압측으로부터의 이온 전류 Ⅰ를 검출하고, 이것을 부하저항기 R1에 발생하는 전압으로 변환하고, 또, 분압 저항기 R2 및 R3에 의해 이온전류 Ⅰ에 상당한 전압치 V1로 변환해서 ECU(40)에 입력시킨다.
ECU(40)은 입력된 전압치 V1가 미리 설정된 한계치보다 작으면, S3 단계에서 압축행정의 식별이 불가능한 것으로 판단하고, 이온전류검출용(압축행정판정용)의 카운터 CNT를 감소시킨다(S4 단계). 단, 카운터 CNT는 최소치 0로 클립되므로 마이너스의 값으로 되는 일은 없다.
한편, 전압치 V1가 한계치 이상으로 된 경우는 S3 단계에 있어서, 대상기통이 압축행정에 있다는 것을 식별하고 카운터 CNT를 증가시킨다(S5 단계). 단 카운터 CNT는 최대치 n으로 클립되므로, 소정회수 n을 초과하는 일은 없다.
다음에, 카운터 CNT가 소정 회수 n에 도달했는지 여부를 판정하고(S6 단계), 소정 회수 n에 도달하지 않으면, 같은 식으로 동시점화(S7 단계)시키고, S2 단계로 되돌아 간다.
이렇게 하여, 소정회수 n 만큼 계속해서 압축행정이 식별된 경우만 플래그 F 가 1로 되므로, 검출착오등에 의해 플래그 F가 1이 되는 일 등은 없고 기통판별의 신뢰성이 향상된다.
이리하여, 기통판별이 이루어지면, S2 단계에서, 기통식별확정플래그 F=1이 판정되고, 각 기통마다의 독립점화가 이루어지고(S9 단계), 기통식별인터럽트루틴은 종료된다.
이때, ECU(40)은, 기준위치 L로부터 식별된 기통군과, 이온전류 Ⅰ에 상당한 전압치 V1로부터 판별된 기통에 따라 각 점화코일(32)에 대한 구동신호를 생성한다. 이들의 구동신호는, 각 기통의 압축행정의 종료시기 부근에 대응하도록, 기통수분(分)만큼 출력된다.
이와같이, 이온전류 Ⅰ의 검출에 따른 기통판별이 확정되기까지는 동시점화제어(S7 단계)를 행하고, 기통판별이 확정된 다음에는 독립점화제어(S9 단계)를 행한다.
이때, 기준위치센서(11)에 의해 기통군의 식별이 이루어지고, 기통식별센서(10)(제5도 참조)의 대용으로 이온전류 Ⅰ의 검출에 의한 압축행정 기통의 판별이 이루어진다. 따라서, 기통식별센서(10)을 사용치 않는 간단한 구성으로 점화제어가 실행될 수 있다. 또 제5도와 같은 기통식별센서(10)과 병용하면, 식별착오 등을 확실히 방지할 수 있고, 또 신뢰성 높은 점화제어가 가능하다.
또, 상기 실시예에 있어서는 점화제어에 대해 설명했으나, 연료제어에 적용해도 같은 효과를 얻을 수 있다는 것은 두말할 필요 없다.
연료제어의 경우, 기통판별이 미확정인 시동시점에 있어서는 전 기통에 대한 연료의 동시분사가 이루어지고, 기통판별확정후에는 각 기통에 대한 시퀀스분사가 이루어진다.
또, 동시점화제어시의 이온전류 Ⅰ을 검출해서 압축행정에 있는 기통(연소기통)을 판별했으나, 이온전류검출기(41) 대신에 기통내압력센서를 기통마다에 부착해서, 기통내 압력에 따라 연소기통을 판별해도 좋다.
이 경우, TDC에 있어서 소정치 이상의 압력을 나타내는 기통이 압축행정에 있는 기통과 판별된다.
또 제3도와 같이, 이온전류검출기(41) 대신으로, 점화파형검출기(42)를 사용해서 기통판별 수단을 구성해도 좋다, 이 경우, 점화파형검출기(42)는 점화플러그(32)에 있어서의 불꽃방전의 점화파형 즉 2차전압파형 W를 검출한다.
제3도에 있어서, D3 및 D4는 점화플러그(33)와 점화파형검출기(42)사이에 직렬로 삽입된 역류방지다이오드 및 부하저항기, 43은 점화파형검출기(42)와 ECU(40)사이에 필요한 따라 삽입된 주파수필터(하이패스필터)이다.
점화가 이루어진 경우의 2차전압파형 W는 제4도와 같이 표시되고, 대상기통이 배기행정에 있을 경우는 방전초기에 작은 피크가 나타난 다음 완만한 파형이 계속되고, 한편, 대상기통이 압축행정에 있을 경우는 방전초기에 큰 피크가 나타난 다음 폭발연소에 의한 고주파성분의 파형이 계속된다.
만약, 2차 전압파형 W의 피크치에 따라 기통식별을 할 경우에는, 최초의 피크파형만으로 기통판별이 가능하므로 주파수필터(43)은 필요가 없다. 그러나, 2차전압파형 W의 적분치에 따라 기통판별이 이루어지는 경우에는 주파수필터(43)을 삽입하는 것이 좋다, 기통판별이 2차전압파형 W의 적분치를 사용한 경우, 피크파형 다음에 계속되는 고주파성분도 검출되므로, 압축기통의 판별이 한층 확실해 진다.
이 실시예의 경우, 불꽃방전에 관련된 2차전압파형 W를 점화파형검출기(42)로 검출하고, 이것을 주파수필터(43)을 통해서 ECU(40)에 입력시킨다.
ECU(40)은 2차전압파형 W의 피크레벨 또는 적분레벨을 소정치와 비교하는, 소정치 이상이 되었을 경우, 대상기통이 압축행정에 있다고 판별한다 .
따라서, 동작은 제2도의 플로차트와 같고, 카운터 CNT가 2차전압파형의 검출회수를 입력시키게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 내연기관의 회전과 동기되어 구동제어되는 복수의 기통 중에, 압축행정 및 배출행정에 있는 기통군을 식별하는 기통군식별수단과, 식별된 기통군 중에 압축행정에 있는 기통을 판별하는 기통판별수단과, 이 기통판별수단에 의해 판별된 기통순서에 따라 각 기통을 제어하는 분배수단을 갖추고, 압축행정 및 배기행정에 있는 기통을 동시 점화시켜 기통의 동작상태를 식별하고, 이 식별결과에 따라 각 기통을 제어하도록 하였으므로, 기통 식별센서가 필요 없게 되고, 원가인하를 실현시킨 내연기관제어장치가 얻어지는 효과가 있다.
또 본 발명에 따르면, 압축행정 및 배기행정이 있는 기통군을 점화시켜 압축행정 있는 기통을 판별하는 단계와, 압축행정에 있는 기통의 판별이 이루어질 수 없을 경우에는 기통군을 동시에 제어하는 단계와, 압축행정에 있는 기통을 판별할 수 있는 겨응에는 각 기통을 독립적으로 제어하는 단계를 갖추었으므로, 쓸데 없는 전력을 소비하는 일 없이 경제적인 내연기관제어방법을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 내연기관의 회전과 동기되어 구동제어되는 복수의 기통중에서 내연기관에 장치된 이온전류검출장치에 의해 압축행정 및 배기행정에 있는 기통군을 식별하는 기통군식별수단과, 식별된 상기 기통군중에서 압축 행정에 있는 기통을 판별하는 기통판별수단과, 이 상기판별수단에 의해 판별된 기통순서에 따라 상기 각 기통을 제어하는 분배수단을 갖춘 내연기관제어장치.
  2. 내연기관의 회전과 동기되어 구동제어되는 복수의 기통중에, 압축행정 및 배기 행정에 있는 기통군을 점화시켜 압축행정에 있는 기통을 판별하는 단계와, 상기 압축행정에 있는 기통의 판별이 될 수 없을 경우에는, 상기 기통군을 동시에 제어하는 단계와, 상기 압축행정에 있는 기통의 판별이 이루어진 경우에는 상기 각 기통을 독립적으로 제어하는 단계를 포함하는 내연기관제어방법.
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