KR100317158B1

KR100317158B1 - 내연기관의아이들링속도제어시스템

Info

Publication number: KR100317158B1
Application number: KR1019980030567A
Authority: KR
Inventors: 다까오 가와사끼
Original assignee: 하나와 요시카즈; 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2002-02-19
Anticipated expiration: 2018-07-29
Also published as: KR19990014271A; JPH1144241A; US5975049A; DE69820352T2; EP0894960A2; EP0894960A3; EP0894960B1; DE69820352D1

Abstract

내연 기관은 함께 결합되어 있는 보조 장치를 구비한다. 엔진의 아이들링 속도 제어 장치는 엔진의 작동 조건에 따라 엔진에 공급된 공기량을 제어하는 제1 공기량 제어 장치와, 보조 장치의 부하가 엔진에 가해지면 엔진에 공급된 공기량을 제어하는 제2 공기량 제어 장치와, 엔진에 공급된 혼합물의 공연비를 변동시키는 공연비 변동 장치를 포함한다. 아이들링 속도 제어 장치용 제어 유닛은 보조 장치의 부하가 실제로 엔진에 가해지는지 여부를 판단하는 제1 부분과, 화학 양론적 공연비로 엔진의 아이들링 작동 중 보조 장치의 부하에 대응하는 보정 공기량을 유도해내는 제2 부분과, 엔진이 목표 공연비로 아이들링하면 엔진에 의해 요구되는 필요 공기량을 유도해내는 제3 부분과, 제1 부분이 엔진에 보조 장치의 부하가 가해지는지를 판단하면 보정 공기량과 필요 공기량 사이의 차이를 계산하는 제4 부분과, 제1 공기량 제어 장치를 제어하여 제4 부분에 의해 계산된 차이에 따라 엔진에 공급된 공기량을 보정하는 제5 부분을 포함한다.

Description

내연 기관의 아이들링 속도 제어 시스템{IDLING SPEED CONTROL SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 일반적으로 내연 기관의 아이들링 속도 제어 시스템에 관한 것이며, 특히 보조 장치의 부하가 엔진의 출력에 가해지더라도 엔진의 아이들링 운전성을 잘 유지할 수 있는 유형의 아이들링 속도 제어 시스템에 관한 것이다.

공기 조화기, 파워 스티어링 펌프 등과 같은 보조 장치의 부하가 엔진의 출력에 가해지더라도 엔진의 아이들링 운전성을 만족스럽게 유지하기 위해, 지금까지 다양한 제어 시스템이 제안되어 왔고 실제로 사용되고 있다. 보통, 그러한 제어 시스템에서는 엔진에 공급되는 공기량이 부하를 감지하자마자 증가된다. 이러한 제어 시스템 중 하나가 일본 공개 특허 소54-76723에 개시되어 있다. 즉, 이 공보에 의하면 엔진이 아이들링상태에 있을 때 공기 조화기가 온되면 엔진의 아이들링 속도는 엔진에 공급되는 공기량을 증가시킴으로써 맵에서 검색된 목표치까지 증가된다. 그러한 방법으로 바람직하지 않은 엔진 정지 및/또는 공기 조화기의 성능 결함이 방지된다.

그러나 지금까지는 소위 "희박 연소 또는 직접 분사 가솔린 엔진"에서 그러한 아이들링 속도 제어 시스템을 사용하는 것에 대해 거의 고려하지 않았다. 공지된 바와 같이, 직접 분사 가솔린 엔진은 연소 챔버 내에 배치된 연료 분사기를 구비하고 있어서 연료는 실린더 내로 직접 분사된다. 그러한 엔진 특성때문에 아이들링은 초희박 혼합물의 성층 충전 연소로 수행되어 연료의 경제성을 개선시킨다. 그러나 공지된 바와 같이 성층 희박 혼합물의 연소는 엔진에 가해진 부하에 매우 민감해서 만일 상기 종래의 아이들링 속도 제어 시스템이 직접 분사 가솔린 엔진에 단순히 응용될 뿐이라면 엔진이 보조 장치로부터 부하를 받자마자 만족스러운 아이들링 운전성을 나타내거나 유지시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 보조 장치의 부하가 엔진에 가해지더라도 직접 분사 가솔린 엔진 등과 같은 내연 기관의 아이들링 운전성을 잘 유지시킬 수 있는 제어 시스템과 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 함께 결합되어 있는 보조 장치를 구비한 내연 기관의 아이들링 속도 제어 시스템이 제공된다. 아이들링 속도 제어 시스템은 엔진의 작동 조건에 따라 엔진에 공급되는 공기량을 제어하는 제1 공기량 제어 장치와, 보조 장치의 부하가 엔진에 가해지면 엔진에 공급되는 공기량을 제어하는 제2 공기량 제어 장치와, 엔진에 공급되는 혼합물의 공연비를 변동시키는 공연비 변동 장치를 포함한다. 아이들링 속도 제어 시스템에서 채택된 제어 유닛은 보조 장치의 부하가 엔진에 실제로 가해지는지 여부를 판단하는 제1 부분과, 화학 양론적 공연비로 엔진의 아이들링 작동하에서 보조 장치의 부하에 대응하는 보정 공기량을 유도해내는 제2 부분과, 엔진이 목표 공연비로 아이들링하면 엔진에 의해 요구되는 필요 공기량을 유도해내는 제3 부분과, 제1 부분이 엔진에 보조 장치의 부하가 가해지는 지를 판단하면 보정 공기량과 필요 공기량 사이의 차이를 계산하는 제4 부분과, 제4 부분에 의해 계산된 차이에 따라 엔진에 공급되는 공기량을 보정하기 위해서 제1 공기량 제어 장치를 제어하는 제5 부분을 포함한다.

도1은 본 발명의 아이들링 속도 제어 시스템이 실제로 적용된 직접 분사 가솔린 엔진의 개략도.

도2는 파워 스티어링 펌프의 부하에 기초하여 수행된 공기량 보정 제어를 도시한 블록 다이어그램

도3은 목표 토크와 실제 엔진 속도에 의해 결정된 엔진 작동 조건에 대응하는 당량비를 위한 맵.

도4는 엔진으로의 공기 공급이 바이패스 밸브를 통해서만 이루어질 때 발생하는 공기의 부족분을 설명하는 그래프.

도5a는 스티어링 휘일의 회전각과 파워 스티어링 펌프의 부하 사이의 관계를 도시한 그래프.

도5b는 파워 스티어링 펌프의 부하에 대한 공기의 보정량을 설명하는 도면.

도6은 본 발명의 아이들링 속도 제어 시스템에서 수행된 공기량 보정 제어의 전체를 도시한 블록 다이어그램.

도7은 저응답 피드 포워드 제어를 위해 공기량 보정 제어를 수행하는 프로그램 작동 단계를 도시한 흐름도.

도8은 고응답 피드 포워드 제어를 위해 공기량 보정 제어를 수행하는 프로그램 작동 단계를 도시한 흐름도.

도9는 본 발명의 개념을 도시한 블록 다이어그램.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 직접 분사 가솔린 엔진

12 : 실린더 헤드

13 : 연소 챔버

15 : 흡기구

26 : 파워 스티어링 펌프

도면의 도1을 참고하면, 직접 분사 가솔린 엔진(10)에 실제로 적용된 본 발명의 아이들링 속도 제어 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 직접 분사 가솔린 엔진(10)은 피스톤(11)의 상면(11a)과 실린더 헤드(12)의 하면 사이에 형성된 연소 챔버(13)를 가지고 있다. 실린더 헤드(12)는 연소 챔버(13)의 상부에 배치된 두 개의 흡기구(15)를 가진다. 각 흡기구(15)는 흡기구(15)를 개폐하는 흡기 밸브(14)를 구비하고 있다. 실린더 헤드(12)는 연소 챔버(13)의 상부에서 연장된 두 개의 배기구(17)도 가진다.

분사 노즐이 연소 챔버(13)쪽으로 향해 있는 연료 분사기(18)가 두 개의 흡기구(15) 사이에 배치되어 있다. 연소 챔버(13)의 상부에는 점화 플러그(19)가 배치되어 있다. 그래서 엔진(10) 작동 중 연료는 연료 분사기(18)에 의해 연소 챔버(13) 내로 직접 분사되고, 연소 챔버(13)의 공연 혼합물은 점화 플러그(19)에 의해 점화된다. 도시된 바와 같이, 피스톤(11)의 상면(11a)에는 연료 분사기(18)와 점화 플러그(19)를 연결하는 가상선 아래의 위치에 캐비티(20)가 형성되어 있다.

엔진(10)의 작동 중 공기는 공기 정화기(21), 공기 흡기 덕트(22), 흡기구(15) 및 흡기 밸브(14)를 통해 연소 챔버(13)로 유입된다. 작동기(24)에 의해 작동되는 전기적으로 제어된 드로틀 밸브(23)가 공기 흡기 덕트(22) 내에 배치되어 있다. 즉, 엔진(10)의 작동 조건에 따라 엔진(10)으로 공급되는 공기량(Q)이 제어된다. 더 상세하게는 드로틀 밸브(23)의 개도는 구동자에 대한 요망 사항(즉, 액셀러레이터 페달의 행정 속도, 액셀러레이터 페달의 답입도 등) 및 관련 자동차의 작동 조건(즉, 차속, 엔진 속도 등)에 기초하여 계산된 엔진의 목표 토크에 따라 제어된다. 이 시스템에 대한 상세한 사항은 1997년 2월 21일에 출원된 미국 특허 출원 제08/804,454호 및 일본 특허 출원 평9-167613에 기초한 미국 특허 출원 제( )호(번호 미확인)에 기재되어 있다.

저부하 및 중간 부하 영역하에서는 연료 분사기(18)에 의한 연료 분사가 압축 행정의 마무리 단계에서 이루어져 성층 충전 연소용 점화 플러그(19)하에서 성층 혼합물이 형성된다. 반면, 고부하 영역하에서는 연료 분사가 흡기 행정 중에 이루어져 균질 충전 연소용 연소 챔버(13)에서 균질 혼합물을 형성한다. 연료 분사기(18)와 드로틀 밸브(23)는 공연비 변동 수단의 일부를 구성한다.

드로틀 밸브(23)를 우회하는 우회 통로(25)가 공기 흡기 덕트(22)로 연결되어 있다. 즉, 우회 통로(25)의 상류측 단부는 드로틀 밸브(23)의 상류측 위치에서 공기 흡기 덕트(22)에 연결된다. 우회 통로(25)는 그 안에서 바이패스 밸브(27)를 전기적으로 제어한다. 바이패스 밸브(27)는 파워 스티어링 펌프(26)가 여기되면 우회 통로(25)를 개방한다.

엔진(10)의 작동은 마이크로컴퓨터를 포함한 제어 유닛(30)에 의해 제어된다. 엔진 속도(Ne)를 나타내는 크랭크각 센서(31)에서 나온 신호, 냉각 수온(Tw)을 나타내는 수온 센서(32)에서 나온 신호, 흡기 공기량(Q)을 나타내는 공기 유동계(33)에서 나온 신호, 상기 드로틀 밸브(23)의 개도(θ)를 나타내는 개도 센서(34)에서 나온 신호, 가연성 혼합물에서 공연비를 나타내는 공연비 센서(35)에서 나온 신호, 파워 스티어링 온/오프 조건을 나타내는 파워 스티어링 스위치(36)에서 나온 신호, 공기 조화기의 온/오프 조건을 나타내는 공기 조화기 스위치(37)에서 나온 신호, 방열기 팬의 온/오프 조건을 나타내는 방열기 팬 스위치(38)에서 나온 신호, 교류 발전기의 온/오프 조건을 나타내는 부하 스위치(39)에서 나온 신호, 공기 조화기의 압축기의 온/오프 조건을 나타내는 공기 조화기 계전기(40)에서 나온 신호, 방열기 팬 모터의 온/오프 조건을 나타내는 방열기 팬 계전기(41)에서 나온 신호로 된 다양한 정보 신호가 제어 유닛(30)에 입력된다. 파워 스티어링 스위치(36)는 파워 스티어링 펌프(26)의 토출압이 소정의 수준을 초과하면 온 신호를 발생하고, 공기 조화기 스위치(37)는 공기 조화기를 온으로 전환하는 조작자(즉, 구동자)에 의해 수동 조작되면 온 신호를 발생한다. 공기 조화기 스위치(37)는 객실의 온도가 소정의 수준으로 증가하면 자동적으로 온으로 전환되는 자동식이다. 공기 조화기 계전기(40)는 제어 유닛(30)에서 나온 온 신호를 받자마자 압축기를 작동 구동시키는 회로를 설치하고 있다. 즉, 회로의 설치로 공기 조화기 계전기(40)로부터 온 신호가 나온다.

입력된 정보 신호를 처리함으로써 제어 유닛(30)은 엔진(10)의 현상태를 판단한다. 이렇게 판단된 상태에 기초하여 제어 유닛(30)은 드로틀 밸브(23)의 개도(θ)와 점화 플러그(19)의 점화 시기를 제어한다. 파워 스티어링 스위치(36)에서 나온 온/오프 신호는 전기적으로 제어된 바이패스 밸브(27)로도 전해진다.

제어 유닛(30)은 피드백 제어, 보정 공기량의 유도, 필요 공기량의 유도, 보정 공기량 및 필요 공기량 사이의 차이 계산, 흡기 공기량의 보정, 흡기 진공의 검지 및 공기 유동 시기 지연에 대한 보정과 같은 다양한 기능을 가진다. 제어 유닛(30)과 파워 스티어링 스위치(36)는 이하에서 밝혀지는 바와 같이 소위 "부하 적용 판단 수단"을 구성한다. 원한다면, 전기적으로 제어된 바이패스 밸브(27)외에도 공기 조화기, 방열기 팬 및/또는 교류 발전기의 작동에 따라 우회 통로(25)를 개폐하는 전기적으로 제어된 또다른 밸브가 제공될 수 있다.

이하에서, 성층 충전 연소로 아이들링 작동 중 파워 스티어링 펌프(26)의 부하가 실제로 엔진의 출력에 가해지면 수행되는 공기량 보정이 도2를 참고하여 기술될 것이다.

(1) 당량비 (φ)(=1/λ)에 기초한 보정

화학 양론적 공연비의 혼합물의 연소하에서 파워 스티어링 펌프(26)의 부하가 가해짐으로써 요구되는, 엔진(10)으로 공급된 공기량의 보정은 우회 통로(25)에서 바이패스 밸브(27)만 작동시킴으로써 수행된다. 즉, 바이패스 밸브(27)만을 제어함으로써 파워 스티어링 펌프(26)의 부하에 대응하는 공기가 추가로 얻어진다. 그러나 성층 충전 연소하에서 공연비는 높고, 즉 공연 혼합물은 희박하고 대량의 공기가 필요하므로 도4에 도시된 바와 같이 그러한 연소하에서는 공기량 보정이 바이패스 밸브(27)에 의해 수행된다면 엔진(10)에 의해 실제로 요구되는 공기량은 부족하게 된다. 이러한 공기의 부족을 제거하기 위해 본 발명에서는 다음 방식이 제공된다.

먼저, 보정 공기량(C)(즉, 부족한 공기량)은 다음 수학식으로 계산된다.

C = X - Y

여기서, X : 필요 공기량(즉, 바이패스 밸브(27)를 통해 유동하는데 이론적으로 필요한 공기량), Y : 실제 유동 공기량(즉, 바이패스 밸브(27)를 통해 실제로 유동하는 공기량)

실제 유동 공기량은 엔진(10)의 공연비에 따라 변동하므로 실제 유동 공기량에는 다음과 같은 보정이 필요하다.

Ya = (화학 양론적 공연비의 혼합물의 연소하에서 실제 유동 공기량(Y))

×(당량비(φ))

당량비(φ)는 도3에 도시된 맵과 같은 맵에서 검색되어 제공된다. 맵은 목표 토크와 실제 엔진 속도(Ne)에 의해 결정된 엔진 작동 조건에 대응하는 규정 당량비(φ)를 제공한다. 그러한 맵의 상세한 사항은 1997년 7월 29일에 "내연 기관용 제어 시스템"이라는 발명의 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제08/901,963호에 개시되어 있다.

(2) 흡기 진공에 기초한 보정

공연비의 증가로 엔진(10)에 요구되는 공기량이 증가하여 흡기 덕트(22)에서의 공기 유동량도 증가하고, 이로써 흡기 덕트(22) 내의 흡기 진공을 저하시킨다. 따라서 흡기 덕트(22)에서의 공기 유동량은 바이패스 밸브(27)가 완전히 개방되더라도 저감된다. 그래서 흡기 진공에 대한 실제 유동 공기량을 보정하는 것이 필요하다.

보정은 다음과 같이 이루어진다.

Yb=(화학 양론적 공연비의 혼합물의 연소하에서 실제 유동 공기량(Y))

×(당량비(φ))

×(흡기 진공 기초 보정 계수(B))

흡기 진공 기초 보정 계수(B)는 흡기 진공 대응치(QHO)에 기초하여 제공된 맵에서 검색된다는 것을 알아야 한다. 이 값(QHO)은 다음 수학식에서 계산된다.

QHO=Ne × V/θ

여기서, Ne:엔진 속도, V:엔진 변위, θ:드로틀 밸브의 개도

흡기 진공 기초 보정 계수(B)는 다음 부등식을 만족한다는 것을 알아야 한다.

0 ≤ B ≤ 1

원한다면, 계산된 흡기 진공 대응치(QHO)에 대체하여 흡기 덕트(22)에 장착된 센서에 의해 직접 감지된 흡기 진공이 보정 계수(B)를 얻는 데 사용될 수 있다.

(3) 필요 공기량의 보정

화학 양론적 공연 혼합물의 혼합 연소하에서 실제 유동 공기량(Y)은 파워 스티어링 펌프(26)의 부하에 따라 변동한다. 부하는 직접 감지될 수 없으므로 보정 공기량은 부하가 필요 공기량(X)에 대응하는 것에 관한 다음 수학식에서 계산된다.

보정 공기량 = (필요 공기량(X)) - (필요 공기량(X) × 당량비(φ) × 흡기 진공 보정 계수(B)) = (필요 공기량(X)) × (1 - 당량비(φ) × 흡기 진공 보정 계수(B))

(4) 필요 공기량(X)

도5a의 특성 곡선에서 알 수 있는 바와 같이, 파워 스티어링 펌프(26)의 부하는 스티어링도에 따라 변동한다. 즉, 스티어링이 시작되자마자 파워 스티어링 펌프(26)의 부하는 곡선의 만곡 지점까지 순간적으로 증가하고, 그 후에는 스티어링도의 증가에 따라 점차적으로 증가한다. 상술한 바와 같이 부하는 직접 검지될 수 없다. 따라서 도5b에서 알 수 있는 바와 같이 필요 공기량(X)은 도5a의 곡선의 만곡 지점에 대응하는 기초량(고정치)과 도5a의 곡선의 완만한 증가 부분에 대응하는 변동량 중 큰 값에서 선정된다. 도5b에서 "최대량"으로 지칭된 피크는 파워 스티어링 펌프(26)의 최대 부하에 대응하는 초기치이고, 그 초기치는 시간의 경과에 따라 완만하게 저하된다는 것을 알아야 한다. 초기치의 저하율은 엔진(10)에 공급된 공기량의 피드백 제어를 위해 결정된다는 것도 알아야 한다.

공기의 특성(즉, 압축성)에 의해 유발된 공기 유동 시기 지연을 다루기 위해 고응답 F/F(피드 포워드) 제어는 점화 시기와 기초량에 대한 연료 분사량에 적용된다. 사실, 파워 스티어링 펌프(26)의 부하가 검지된 시간과 실제 필요 공기량이 실린더 내에 유입된 시간 사이에는 공기 유동 시기 지연을 유발하는 시간 간격이 필연적으로 존재한다.

위에서 알 수 있는 바와 같이, 파워 스티어링 펌프(26)의 시동 때문에 펌프(26)의 부하가 엔진에 가해지면 점화 시기와 분사 연료량은 파워 스티어링 펌프(26)의 부하에 대응한 보정 공기량에 기초하여 고응답 F/F(피드 포워드) 제어를 통해 보정된다.

상기외에도 흡기 진공 기초 보정 계수(B)에 기초하여 당량비(φ)와 흡기 진공용 보정 계수((1-φ×B))가 계산되며, 보정 계수((1-φ×B))가 기초량과 변동량 중 상기 큰 값과 곱해져 보정 공기량을 제공한다. 우회 통로(25)에 있는 전기적으로 제어된 바이패스 밸브(27)가 보정 공기량에 기초하여 저응답 F/F(피드 포워드) 제어를 통해 작동된다. 저응답 F/F 제어는 공기 유동 시기 지연없이 수행된 제어이다.

도6은 본 발명의 아이들링 속도 제어 시스템에서 수행된 공기량 보정 제어의전체를 도시한 블록 다이어그램이다. 더 상세하게는, 도6은 파워 스티어링 펌프(26)의 작동에 의해 수행된 공기량 보정이 공기 조화기, 방열기 팬 및 교류 발전기의 작동에 의해 수행된 공기량 보정과 결합된 예를 도시한다.

먼저, 저응답 F/F 제어용 공기량 보정은 도6 및 도7을 참고하여 기술될 것이다. 도7은 저응답 F/F제어를 위해 수행된 프로그램 작동 단계를 도시한 흐름도이다.

도7의 흐름도에 있어서, 단계(S1)에서 파워 스티어링 스위치(36)에서 나온 신호(PSSW)(도6 참조)에 기초하여 파워 스티어링 펌프(26) 작동 중인지 여부에 관한 판단이 수행된다. 만일 "예"이면, 즉 파워 스티어링 펌프(26)가 작동 중이면, 작동 흐름은 단계(S2)로 진행한다. 반면, 만일 "아니오"라면, 즉 파워 스티어링 펌프(26)가 작동 상태가 아니면 작동 흐름은 단계(S8)로 진행된다. 단계(S2)에서 화학 양론적 공연비 혼합물의 연소가 유지되는 동안 바이패스 밸브(27)에 의해 얻어진 최대 보정 공기량(QPS)이 유도된다. 이러한 유도는 제어 유닛(30)에 설치된 ROM(메모리만 판독)에서 저장된 선정 맵을 검색함으로써 얻어진다. 단계(S2) 이후에는 작동 흐름이 단계(S3)로 진행한다. 이 단계(S3)에서 파워 스티어링 펌프(26)의 최대 부하에 대응한 보정 공기량 초기치(QPSUI)와 보정 공기량 초기치(QPSUI)가 소정의 시간이 경과된 후 0까지 감소하는 감소율(DQPSU)이 유도된다. 이러한 유도도 제어 유닛(30)에서 저장된 선정 맵을 검색함으로써 수행된다. 다음 수학식 6에서 파워 스티어링 펌프(26)의 작동 후 시간(t)이 경과한 시점에서 보정 공기량(QPSU)이 계산된다.

QPSU = QPSUI - DQPSU × t

그 후, 단계(S4)에서는 단계(S2)에서 유도된 보정 공기량(QPU)을 단계(S3)에서 계산된 보정 공기량(QPSU)과 비교하여 더 크거나 높은 값을 선정하고 이를 보정 공기량(QPSA)으로서 설정한다.

단계(S5)에서는 센서(34), 센서(31)에 의해 감지된 엔진 속도(Ne) 및 엔진(10)의 엔진 변위에 의해 감지된 드로틀 밸브 개도(θ)에 기초하여 흡기 덕트(22)에서 흡기 진공에 대응하는 값(QHO)이 상기 수학식 3을 이용하여 계산된다.

단계(S6)에서는 흡기 진공 기초 보정 계수(B)가 흡기 진공 대응치(QHO)에 기초하여 제공된 맵에서 검색된다. 도6의 블록 다이어그램에서 도시된 바와 같이, 계수(B)는 초기치로서 0을 가지며 값(QHO)의 증가에 따라 점차적으로 증가되고 1에서 포화된다.

단계(S7)에서는 당량비(φ)와 흡기 진공 기초 보정 계수(B)를 사용함으로써 보정 공기량(QPSA)이 다음 수학식 7을 사용해서 더 보정된다.

QPSA = QPSA × (1 - φ × B)

단계(S8)에서는 공기 조화기, 방열기 및 교류 발전기의 총부하에 대응하는 보정 공기 총량(QLD)이 유도된다. 이러한 유도는 다음 단계를 거침으로써 수행된다.

(s-1) 공기 조화기 스위치(37)에서 나온 신호(ACSW)(도6 참조)를 처리함으로써 공기 조화기가 작동 중인지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"라면, 즉 공기 조화기가 온이면 압축기의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDAC)이 맵에서 검색된다. 보정 공기량(QLDAC)이 압축기가 온이 된 직후 최대치를 보이고 나서, 시간이 경과함에 따라 소정의 감소율로 점차적으로 감소하고 소정의 시간 후에 일정치를 보인다.

(s-2) 방열기 팬 스위치(38)에서 나온 신호(RFNSW)(도6 참조)를 처리함으로써 방열기 팬이 작동 중인지 여부에 대해 판단이 수행된다. 만일 "예"라면, 즉 방열기 팬이 작동 중이면 방열기 팬의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDRFN)이 맵에서 검색된다. 이러한 보정 공기량(QLDRFN)은 고정치를 보인다.

(s-3) 부하 스위치(39)에서 나온 신호(LOADSW)(도6 참조)를 처리함으로써 교류 발전기가 작동 중인지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"라면, 즉 교류 발전기가 작동 중이면 교류 발전기의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDALT)이 맵에서 검색된다. 이러한 보정 공기량(QLDALT)은 고정치를 보인다.

(s-4) 다음 수학식 8을 사용함으로써 보정 공기 총량(QLD)가 유도된다.

QLD = QLDAC + QLDRFN + QLDALT

단계(S9)에서 다음 수학식 9를 사용함으로써 저응답 F/F 제어용 보정 공기량(QISC)이 유도된다.

QISC = QPSA + QLD

유도된 보정 공기량(QISC)에 기초하여 제어 유닛(30)은 엔진(10)의 아이들링 작동성을 개선하기 위해 흡기 덕트(22)에 설치된 드로틀 밸브(23)를 제어한다.

고응답 F/F 제어용 공기량 보정은 도6 및 도8을 참고하여 기술된다. 도8은 고응답 F/F 제어를 위해 수행된 프로그램 작동 단계를 도시한 흐름도이다.

도8의 흐름도에서는 단계(S10)에서 파워 스티어링 스위치(36)에서 나온 신호(PSSW)(도6 참조)에 기초하여 파워 스티어링 펌프(26)가 작동 중인지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"라면, 즉 파워 스티어링 펌프(26)가 작동 중이라면 작동 흐름은 단계(S11)로 진행한다. 반면, 만일 "아니오"라면, 즉 파워 스티어링 펌프(26)가 작동 중이 아니라면 작동 흐름은 단계(S14)로 진행한다. 단계(S11)에서 화학 양론적 공연비 혼합물의 연소를 유지하는 동안 바이패스 밸브(27)에 의해 얻어진 최대 보정 공기량(QPS)이 유도된다. 이러한 유도는 제어 유닛(30)에 설치된 ROM에서 저장된 선정 맵을 검색함으로써 얻어진다. 단계(S11) 이후 작동 흐름은 단계(S12)으로 진행한다. 이 단계(S12)에서 불가피한 공기 유동 시기 지연을 다루기 위해 보정 공기량(QPS)으로 보정이 이루어져 실제로 엔진(10)에 공급된 실제 필요 공기량(ANAA)를 유도해낸다. 즉, 보정 계수(cf)와 경과 시간 사이의 관계를 도시한 선정 맵을 참조하여 이루어진다. 보정은 다음 수학식을 사용함으로써 수행된다.

ANAA = QPS × cf

여기서, cf : 보정 계수

단계(S13)에서 공기 흡기 덕트(22) 내의 드로틀 밸브(23)만을 작동시킴으로써 부족한 공기량을 유도해낸다. 불충분한 공기량(INAA)을 유도하기 위해 다음 수학식 11이 수행된다.

INAA = QPS - ANAA

단계(S14)에서 공기 조화기, 방열기 팬 및 교류 발전기의 부하에 대응하는 보정 공기량 중 공기 유동 시기 지연에 의해 유발된 부족한 공기량만이 다음 단계에서 유도된다.

(s-1) 공기 조화기 스위치(37)에서 나온 신호(ACSW)(도6 참조)를 처리함으로써 공기 조화기가 작동 중인지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"라면, 즉 공기 조화기가 온이면 압축기의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDAC)이 맵에서 검색된다.

(s-2) 방열기 팬 스위치(38)에서 나온 신호(RFNSW)(도6 참조)를 처리함으로써 방열기 팬이 작동 중인지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"라면, 즉 방열기 팬이 작동 중이면 방열기 팬의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDRFN)이 맵에서 검색된다.

(s-3) 부하 스위치(39)에서 나온 신호(LOADSW)(도6 참조)를 처리함으로써 교류 발전기가 작동 중인지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"라면, 즉 교류 발전기가 작동 중이면 교류 발전기의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDALT)이 맵에서 검색된다.

(s-4) 다음 수학식 12를 사용함으로써 보정 공기 총량(QLD)가 유도된다.

QLD = QLDAC + QLDRFN + QLDALT

(s-5) 공기 유동 시기 지연을 고려하여 보정 공기 총량(QLD)으로 보정이 이루어져 엔진(10)에 실제로 공급된 실제 필요 공기량(QTRQQLD)을 유도해낸다. 이러한 양(QTRQQLD)을 유도해내기 위해 상기 단계(S12)에서 기술된 것과 실질적으로 같은 보정 과정이 취해진다.

(s-6) 공기 조화기 계전기(40)에서 나온 신호(ACRLY)(도6 참조)를 처리함으로써 공기 조화기의 압축기가 실제로 작동 중인지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"이면, 즉 압축기가 실제로 작동하고 있으면 압축기의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDAC＇)이 맵에서 검색된다. 이러한 보정 공기량(QLDAC＇)은 압축기의 시동 직후 최대치를 보이다가 시간이 경과함에 따라 소정의 감소율로 저하되고 소정의 시간 후 일정치를 보인다.

(s-7) 방열기 팬 계전기(41)에서 나온 신호(RFNRLY)(도6 참조)를 처리함으로써 방열기 팬의 모터가 실제로 작동하고 있는지 여부에 대한 판단이 수행된다. 만일 "예"이면, 즉 방열기 팬의 모터가 실제로 작동 중이면 모터의 부하에 대응하는 보정 공기량(QLDRFN＇)이 맵에서 검색된다. 이러한 양(QLDRNF＇)은 고정치를 보인다.

(s-8) 다음 수학식 13을 사용함으로써 보정 공기 총량(QTRQEST)이 유도된다.

QTRQEST = QLDAC＇ + QLDRFN＇ + QLDALT

(s-9) 다음 수학식 14를 사용함으로써 실제로 부족한 공기량(AIAA)이 유도된다.

AIAA = QTRQEST - QTRQQLD

단계(S15)에서 다음 수학식 15는 고응답 F/F 제어를 위해 사용된 보정 공기량(QADVFF)을 유도하기 위해 수행된다.

QADVFF = INAA(단계(S13)에서 유도된 양) + AIAA(단계(S14)에서 유도된 양)

보정 공기량(QADVFF)에 기초하여 제어 유닛(30)은 공기 유동 시기 지연을 다루는 방식으로 연료 분사기(18)와 점화 플러그(19)를 제어한다.

상술한 바에서 알 수 있듯이 본 발명의 아이들링 속도 제어 시스템에서는 다음 작동이 예측된다.

즉, 엔진(10)의 아이들링 작동하에서 파워 스티어링 펌프(26)가 엔진(10)에 부하를 가하도록 작동되면 엔진(10)의 화학 양론적 공연비 혼합물의 연소하에서 파워 스티어링 펌프(26)의 부하에 대응하는 보정 공기량(QPSA)이 먼저 유도된다. 보정 공기량(QPSA)으로서 바이패스 밸브(27)에 의해 제공된 최대 보정 공기량(QPS)과 수학식 6에 의해 제공된 보정 공기량(QPSU) 중 큰 값이 선정된다. 따라서 파워 스티어링 펌프(26)의 부하가 변동해도 공기량은 아이들링 속도 제어가 파워 스티어링펌프(26)의 최대 부하에 대응한 공기량으로 시작하기 때문에 제어의 초기 단계에서 공기량의 부족을 보이는 일은 결코 발생하지 않는다. 따라서 엔진의 아이들링 운전성은 파워 스티어링 펌프(26)의 부하가 엔진의 출력에 가해지더라도 잘 유지된다.

보정 공기량(QPSA)은 수학식 7에서 정의된 바와 같이 당량비(φ)와 흡기 진공(QHO)을 고려하여 보정된다. 이는 공연비의 변화에 의해 야기된 보정 공기량(QPSA)의 변동과 흡기 진공의 변동이 쉽게 유도되므로 본 발명에 의한 아이들링 속도 제어를 간편하게 해준다는 것을 의미한다.

공기 조화기, 방열기 팬 및 교류 발전기의 총부하에 대응한 보정 공기 총량(QLD)이 계산된다. 보정 공기량(QISC)(즉, QPSA + QLD)에 기초하여 엔진(10)에 공급되는 공기량은 드로틀 밸브(23)에 의해 제어된다. 따라서 엔진(10)이 대량의 공기를 요하는 성층 충전 연소로 아이들링 작동 중에 있더라도 자동적으로 공기 요구량을 충족시키는 공기량으로 적합한 보정이 행해진다. 즉, 엔진의 아이들링 운전성은 그러한 연소 중일지라도 저하되지 않는다.

연료 분사기(18)와 점화 플러그(19)는 보정 공기량(QADVFF)에 기초하여 고응답 F/F(피드 포워드) 제어에 따라 제어된다. 즉, 본 발명에서 공기량의 보정외에도 공기 유동 시기 지연을 고려한 보정이 아이들링 속도 제어를 수행하는데 이용된다. 즉, 아이들링 속도 제어는 더 정밀하게 이루어진다.

본 발명의 개념은 도9에 의해 설명된다.

1997년 6월 30일에 출원된 일본 특허 출원 평9-204460의 내용이 참고로 여기에 기술되었다.

통상적으로 양도된 다음과 같은 미국 특허 출원들은 본 출원의 주제와 유사한 주제에 관한 것이다. (1) 1997년 2월 21일에 출원된 일련 번호 제08/804,454호 (2) 두 개의 일본 특허 출원 평9-134585 및 평9-134586을 기초로 한 제( )호(번호 미확인) (3) 일본 특허 출원 평9-167613을 기초로 한 제( )호(번호 미확인).

본 발명의 제어 시스템과 제어 방법에 따르면, 보조 장치의 부하가 엔진에 가해지더라도 직접 분사 가솔린 엔진과 같은 내연 기관의 아이들링 운전성은 잘 유지될 수 있게 된다.

Claims

엔진에 의해 가동되는 보조 장치를 구비한 내연 기관의 아이들링 속도 제어 시스템에 있어서,

엔진의 작동 조건에 따라 엔진에 공급되는 공기량을 제어하는 제1 공기량 제어 장치와,

보조 장치의 부하가 상기 엔진에 가해지면 엔진에 공급되는 공기량을 제어하는 제2 공기량 제어 장치와,

엔진에 공급되는 혼합물의 공연비를 변동시키는 공연비 변동 장치와,

보조 장치의 부하가 실제로 엔진에 가해지는지 여부를 판단하는 제1 부분과,

화학 양론적 공연비로 엔진의 아이들링 작동 중 보조 장치의 부하에 대응하는 보정 공기량을 유도해내는 제2 부분과,

목표 공연비에서 엔진이 아이들링하는 경우 엔진에 의해 요구되는 필요 공기량을 유도해내는 제3 부분과,

상기 제1 부분이 엔진에 보조 장치의 부하가 가해지는지를 판단하면 상기 보정 공기량과 상기 필요 공기량 사이의 차이를 계산하는 제4 부분과,

상기 제4 부분에 의해 계산된 상기 차이에 따라 엔진에 공급되는 공기량을 보정하기 위해 상기 제1 공기량 제어 장치를 제어하는 제5 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 공기량 제어 장치는 전기적으로 제어되는 드로틀 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제2 공기량 제어 장치는 엔진에 가해진 보조 장치의 부하에 응답하여 자동적으로 개방하도록 되어 있는 전기적으로 제어된 바이패스 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 공기량 제어 장치는 엔진에 가해진 보조 장치의 부하에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 공기량 제어 장치를 제어하여 피드백 제어 기술을 통해 엔진의 아이들링 속도를 목표치까지 이끄는 피드백 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제3 부분에 의해 유도된 필요 공기량은 엔진에 공급되는 공연비 혼합물에 의해 실제로 요구되는 공기량인 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제3 부분은 필요 공기량을 유도하기 위해 엔진에 공급되는 혼합물의 기존 공연비에 따라 상기 보정 공기량으로 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제7항에 있어서, 엔진의 흡기 덕트에서 나타나는 흡기 진공을 유도해내는 흡기 진공 검지부를 더 포함하고, 상기 제3 부분은 유도된 흡기 진공에 따라 상기 필요 공기량의 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 보정 공기량을 유도하기 위해 상기 제2 공기량 제어 장치에 의해 제공된 최대 공기량과 보조 장치의 최대 부하에 대응하는 소정의 초기 공기량으로부터 시간의 경과에 따라 점차적으로 저하되는 변동 공기량 중 더 큰 값을 선정하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제9항에 있어서, 엔진으로 향한 공기 유동의 지연을 보정하고, 공기 유동 시기 지연을 참고하여 보정 공기량으로 보정하여 엔진으로 실제로 공급되는 실제 필요 공기량을 유도해내는 공기 유동 시기 지연 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제10항에 있어서, 상기 공기 유동 시기 지연 보정부는 보정 공기량과 실제 필요 공기량 사이의 차이에 기초하여 점화 시기와 분사 연료량 중 적어도 하나를 보정하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 엔진은 연료 직접 분사식인 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 시스템.
엔진의 작동 조건에 따라 엔진에 공급되는 공기량을 제어하는 제1 공기량 제어 장치와, 보조 장치의 부하가 엔진에 가해지면 엔진으로 공급되는 공기량을 제어하는 제2 공기량 제어 장치와, 엔진으로 공급되는 혼합물의 공연비를 변동시키는 공연비 변동 장치를 구비한 보조 장치를 가진 내연 기관의 아이들링 속도 제어 방법에 있어서,

보조 장치의 부하가 엔진에 실제로 가해지는지 여부를 결정하는 단계와,

화학 양론적 공연비로 엔진의 아이들링 작동 중 보조 장치의 부하에 대응하는 보정 공기량을 유도하는 단계와,

목표 공연비로 엔진이 아이들링하면 엔진에 의해 요구되는 필요 공기량을 유도하는 단계와,

보조 장치의 부하가 엔진에 실제로 가해지면 상기 보정 공기량과 상기 필요 공기량 사이의 차이를 계산하는 단계와,

상기 차이에 따라 엔진에 공급되는 공기량을 보정하기 위해 제1 공기량 제어 장치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이들링 속도 제어 방법.