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KR100394847B1 - 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR100394847B1
KR100394847B1 KR10-2001-0036292A KR20010036292A KR100394847B1 KR 100394847 B1 KR100394847 B1 KR 100394847B1 KR 20010036292 A KR20010036292 A KR 20010036292A KR 100394847 B1 KR100394847 B1 KR 100394847B1
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South Korea
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fuel injection
internal combustion
combustion engine
fuel
injection
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우에다카츠노리
타카가키마사유키
아오키쥰
마츠바라죠지
타케다타다쿠니
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 운전 상태(내연기관 부하 및 내연기관 회전속도)에 따라 주로 압축행정시에 연료 분사를 행하는 압축행정 분사모드와, 주로 흡기행정시에 연료 분사를 행하는 흡기행정 분사모드로 전환 가능한 실린더 내 분사 엔진에 있어서, 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 시기를 연료가 상기 내연기관 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 내연기관에 관한 온도를 검출하고, 검출된 온도가 낮을 때일수록 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정한다. 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량을 보정된 연료 분사 시기중에 분사할 수 없을 때에는 1연소 사이클중의 흡기행정에 계속되는 압축행정중에 요구되는 연료 분사량에 대한 나머지 연료를 분사하는 시기를 설정하고, 보정된 연료 분사 시기에 의거하여 내연기관 내로의 연료 분사를 제어한다. 이것에 의해 HC, 스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 확실히 억제할 수 있다.

Description

실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치 및 그 제어방법{FUEL INJECTION TIMING CONTROL SYSTEM FOR DIRECT INJECTION TYPE INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 불꽃 점화식의 4 사이클 내연기관에 이용하는데 적합한 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
종래, 연료 분사밸브(injector)로부터의 연료를 실린더 내에 직접 분사할 수 있는 실린더 내 분사 엔진에서는 중고 부하시에는 흡기행정중에 연료 분사를 행하여 실린더 내에서의 공기와 연료와의 균일 혼합을 도모하고 있다. 이 흡기행정에 있어서, 연료의 분사 개시 시기가 이르면 연료 분무가 피스톤 정상면(頂上面)에 충돌하여 피스톤 정상면에 연료 액막(液膜)이 형성되고, 그 결과 스모크나 HC가 비교적 다량으로 배출된다.
또한, 분사 종료 시기가 늦으면, 연료 분무의 일부가 실린더의 내벽면(라이너 벽면)에 부착되고, 실린더 내벽면의 오일에 흡착되고, 증발되지 않은 채로 피스톤에 의해 긁혀 떨어지기 때문에 오일 희석이 된다.
또한, 이러한 경향은 연료의 기화가 촉진되지 않는 엔진 냉각상태시일수록 현저하다.
따라서, 실린더 내 분사 엔진에서는 흡기행정중에 연료 분사를 행하는 경우, 어떤 한정된 크랭크각 내에서 연료 분사를 행하여야 한다. 그리고, 이와 같이 연료 분사 기간을 한정함으로써 스모크나 HC의 발생을 방지하거나 오일 희석을 방지하고 있다.
그렇지만, 고 부하시(예를 들면, 전개(全開) 운전시)에 흡입 공기량에 따른 연료를 분사하고자 하면, 기관 회전 속도가 높기 때문에 모든 연료를 상기한 크랭크각 내에서 분사할 수가 없어, HC, 스모크나 오일 희석을 피할 수 없는 경우가 있었다.
또한, HC, 스모크나 오일 희석을 회피하고자, 흡기행정중에 연료 분사를 행할 때에, 연료 분사 기간을 HC, 스모크나 오일 희석이 문제가 되지 않는 소정의 기간(크랭크각 범위)로 제한하면, 이 소정 기간은 엔진의 운전 상태에 따라서 다르기 때문에 연료량 부족이 생긴다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 흡기행정중에 연료 분사를 허용하는 타이밍을 적절히 설정하여, HC, 스모크나 오일 희석의 발생을 방지할 수 있도록 한, 실린더 내 분사형 내연기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명의 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치는 운전 상태(내연기관 부하 및 내연기관 회전속도)에 따라 주로 압축행정시에 연료 분사를 행하는 압축행정 분사모드와 주로 흡기행정시에 연료 분사를 행하는 흡기행정 분사모드로 전환 가능하고, 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 시기를 연료가 상기 내연기관 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관에 관한 온도를 검출하고, 검출된 온도가 낮을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정하고, 상기 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량을 보정된 연료 분사 시기중에 분사할 수 없을 때에는 1연소 사이클중의 상기 흡기행정에 계속되는 압축행정중에 상기 요구되는 연료 분사량에 대한 나머지 연료를 분사하는 시기를 설정하고, 보정된 연료 분사 시기에 의거하여 상기 내연기관 내에의 연료 분사를 제어한다.
이 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치에 의하면, 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 시기를 연료의 상기 내연기관 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 보정한다고 하는 간단한 구성으로, HC, 스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 확실히 억제할 수 있고, 또한 가격 증가나 중량 증가를 수반하는 일 없이 더 한층의 고 출력화, 저 연료 소비율화를 도모할 수 있다. 또한, 검출된 온도가 낮을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정함으로써, 예를 들면, 냉각상태 시동시에 있어서도, HC, 스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 실린더 내 분사형 내연기관의 전체 구성을 도시한 모식도.
도 2는 본 발명의 1실시형태에 관한 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사의 양태를 도시한 모식도.
도 3은 본 발명의 1실시형태에 관한 실린더 내 분사형 내연기관의 특성을 도시한 도면으로서, 도 3(a)는 수온에 대응하여 설정된 연료 분사 개시 한계 및 연료 분사 종료 한계를 기억하는 분사 한계 수온 맵을 도시한 도면이며, 도 3(b)는 회전 속도에 대응하여 설정된 연료 분사 개시 한계 및 연료 분사 종료 한계를 기억하는 분사 한계 Ne 맵을 도시한 도면이며, 도 3(c)는 수온에 대응하여 설정된 연료 분사 개시 한계 및 연료 분사 종료 한계를 기억하는 분사 한계 부하 맵을 도시한 도면.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 연소실 2 : 흡기통로
2a : 에어 실린더 2b : 에어 플로센서(AFS)
2c : 스로틀밸브 2d : 스로틀 포지션센서(TPS)
3 : 배기통로 4 : 흡기밸브
5 : 배기밸브 6 : 3원촉매
7 : 점화 플러그 8 : 인젝터
9 : 크랭크샤프트 20 : ECU(제어 유닛)
이하, 도면에 의해 본 발명의 1실시형태에 관한 실린더 내 분사형 내연기관에 관하여 설명하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 실린더 내 분사형 내연기관(이하, 단지 엔진이라 한다)의 연소실(1)에는 흡기밸브(4)를 통하여 흡기통로(2)가 접속됨과 동시에, 배기밸브(5)을 통하여 배기통로(3)가 접속되어 있다. 또한, 흡기통로(2)에는 에어 실린더(2a), 흡입 공기량을 검출하는 에어 플로센서(이하, AFS라고 한다)(2b), 흡입 공기량을 제어하는 스로틀밸브(2c), 스로틀밸브(2c)의 개방도를 검출하는 스로틀 포지션센서(이하, TPS라고 한다)(2d) 등이 마련되어 있다. 또한, 배기통로(3)에는 배기중의 O2농도를 검출하는 O2센서(배기센서)(3a) 및 배기 정화 촉매로서의 3원촉매(이하, 단지 촉매라고 한다)(6)가 마련되어 있다.
또한, 연소실(1)에는 인젝터(8)가 연소실(1)에 연료를 직접 분사하도록 그 개구가 연소실(1)을 향하여 배치되어 있다.
이러한 구성에 의해, 스로틀밸브(2c)의 개방도에 따라 에어 실린더(2a)를 통하여 흡입된 공기가 흡기통로(2) 및 흡기밸브(4)를 통하여 연소실(1) 내에 흡입되고, ECU(제어 유닛)(20)로부터의 신호에 의거하여 인젝터(8)로부터 분사된 연료와 혼합되게 되어 있다. 그리고, 점화 플러그(7)를 적절한 타이밍으로 점화시켜 혼합기를 연소시킨 후, 연소실(1) 내에서 배기밸브(5)을 통하여 배기통로(3)로 배기가스가 배출되고, 촉매(6)로 정화되고 나서 도시하지 않는 머플러에서 소음되어 배출되게 되어 있다.
또한, 이 엔진에는 상술한 AFS(2b), TPS(2d), O2센서(3a) 외에, 촉매 온도센서나 크랭크샤프트(9)에 부설된 크랭크각센서(9a)나, 실린더 블록 내의 워터 재킷(1a) 내에 삽입 설치되어 엔진의 냉각 수온을 검출하는 냉각 수온센서(1c)가 마련되어 있고, 이들의 센서로부터의 검출 정보가 ECU(20)로 보내여지게 되어 있다.
여기서, 실린더 내 분사 엔진에서는 연소실(1) 내에서 흡입 공기를 세로 와류(도 1에 있어서, 시계 회전의 텀블류)로서 생성하고, 압축행정에서 연료 분사를 행함에 의해, 점화 플러그(7) 부근에 소량의 연료를 모아 층상 연소시킬 수 있게 되어 있다. 그리고, 이러한 압축행정에 있어서의 연료 분사의 경우에는 혼합기 전체로서는 극히 희박(lean)한 공연비에서의 연소(희박 연소)가 행하여지게 되어 있다(희박 운전모드).
또한, 연료 분사의 양태으로서는 상기 이외에도, 흡기행정으로 연료 분사를 행하는 모드가 마련되고 있고, 이 흡기행정 분사모드에는 공연비가 이론공연비(스토이키오메트릭) 부근이 되도록 O2센서(3a)(도시생략)로부터의 검출 정보 등에 따라서 피드백 제어를 하는 스토이키오메트릭 운전모드나, 스토이키오메트릭보다도 농후(rich)한 공연비로 운전을 하는 농후 운전모드가 설정되어 있다.
상술한 바와 같이, 각 운전모드의 선택은 ECU(20)에 의해 운전 상태에 따라 행하여진다. 즉, ECU(20)에서는 TPS(2d) 및 크랭크각센서(9a)의 검출 정보에 의거하여 엔진 부하(Pe) 및 엔진 회전 속도(Ne)가 계산되고, 이들의 정보에 따라 엔진의 운전모드가 설정되게 되어 있고, 엔진 부하(Pe) 및 엔진 회전 속도(Ne)가 커질수록, 희박 운전, 스토이키오메트릭 운전, 농후 운전의 순으로 운전모드가 설정되게 되어 있다.
그리고, 흡기행정 분사시에는 도 2에 도시한 바와 같이, 피스톤(10)의 정상면에 형성된 캐비티(14)를 향하여 인젝터(7)로부터 연소실(1) 내로 연료가 분사되어 분무(15)가 형성되고, 그 후, 피스톤(10)이 상승으로 바뀌어 연료(분무(15))와 공기가 교반되게 되어 있다. 그리고, 피스톤(10)이 상사점 부근에 도달하면 점화 플러그(7)가 점화되고, 혼합기가 연소하는 것이다.
그런데, 도 1에 도시한 바와 같이, ECU(20)에는 각 운전모드에 있어서, 엔진의 운전 상태에 따라 필요한 연료 분사량이 산출되고, 이 연료 분사량으로부터 인젝터(8)의 밸브 개방 작동시간(연료 분사 기간)을 설정하고, 또한, 연료 분사 개시 시기 또는 연료 분사 종료 시기를 설정하는 연료 분사 시기 설정장치(20a)가 마련되어 있다.
또한, ECU(20)에는 연료 분사 시기 설정장치(20a)에 의해 설정된 연료 분사 시기에 의거하여 연료 분사를 행할 때의 인젝터(8)의 작동을 제어하기 위한 연료 분사 시기 제어장치(20b)(제어 유닛)가 마련되어 있다.
또한, 본 발명에서는 ECU(20)에 연료 분사 시기 설정장치(20a)에 의해 설정된 흡기행정 분사모드의 연료 분사 기간 및 연료 분사 종료 시기로부터 산출된 연료 분사 개시 시기를 보정하는 기능과, 보정된 연료 분사 개시 시기로부터 연료 분사 종료 시기까지의 연료 분사 기간 동안에 요구되는 연료량을 분사할 수 없었던 경우에, 1연소 사이클중의 직후의 압축행정중에 요구된 연료량에 대한 나머지 연료를 분사하는 시기를 설정하는 기능을 갖는 연료 분사 시기 보정장치(20c)(보정 유닛)가 마련되어 있다.
그리고, 연료 분사 시기 보정장치(20c)(보정 유닛)에서는 온도 검출장치로서의 수온센서(1c)에서의 정보에 의거하여, 수온(Wt)이 낮게 될수록 분사 개시 시기를 지각시키게 되어 있다. 여기서, 수온(Wt)은 연료의 엔진 내(실린더 내벽(11)이나 피스톤(10)의 정상면)에 연료 분무의 일부가 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터의 하나이다. 즉, 수온(Wt)이 높게 될수록 연료 분무의 기화가 촉진되고, 연료가 엔진 내에 부착되는 일이 없어진다. 또한, 냉각상태 시동시와 같이 수온(Wt)이 낮은 경우에는 연료 분무의 기화가 그다지 촉진되지 않고, 빠른 시기에 연료를 분사하면 실린더 내벽(11)에 액막이 생성되어, 스모크나 HC가 발생할 우려가 있다.
그래서, 흡기행정 분사시에는 예를 들면, 도 3(a)에 도시한 바와 같은 맵(분사 한계 수온 맵)에 의해, 수온에 따라서 적어도 연료 분사 개시 시기가 보정(변경)되게 되어 있는 것이다. 여기서, 도 3(a)는 스모크 등이나 오일 희석이 생기지 않는 연료 분사 시기의 특성을 도시한 것으로서, 실험에 의해 얻어진 특성을 도시한 것이다. 또한, 종축은 크랭크각(°, BTDC)이며, 횡축은 수온(Wt)을 도시하고 있다. 또한, 도 3(a)에 있어서, 선(A1)은 그 이상 이르게 연료 분사를 시작하면 스모크나 HC가 발생하는 연료 분사 개시 한계이며, 선(A2)은 그 이상 늦게까지 연료 분사를 계속하면 오일 희석이 생기는 연료 분사 종료 한계를 도시하고 있다.
그리고, 도 3(a)로부터는 스모크 등의 발생을 억제하기 위해서는 저온일때 일수록 연료 분사 개시 시기를 늦출 필요가 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 흡기행정 분사가 행하여질 때에는 수온에 따라 연료 분사 개시 시기가 지연되게 되어 있는 것이다.
즉, 보통은 연료 분사 시기 설정장치(20a)에서, 엔진의 운전 상태에 따라,우선 요구되는 연료 분사량(연료 분사 기간)이 설정된다. 다음에, 흡기행정 내에서 확실히 연료 분사가 종료하도록 연료 분사의 종료 시기가 설정된다. 그리고, 이러한 연료 분사 기간 및 연료 분사 종료 시기가 우선적으로 결정됨에 의해, 필연적으로 연료 분사 개시 시기가 설정되어 있었다.
이 때문에, 종래의 연료 분사 제어에서는 연료 분사 기간 및 연료 분사 종료 시기의 요구 때문에, 연료 분사 개시 시기가 선(A1)보다도 윗쪽의 영역으로 들어와버려, 스모크나 HC가 발생할 우려가 있었다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는 연료 분사 제어에 대하여 극히 자유도가 높은 실린더 내 분사형 내연기관의 특징을 살려, 연료 분사 시기 보정장치(20c)에서, 흡기행정의 연료 분사시에는 적어도 연료 분사 기간 및 연료 분사 종료 시기에서 산출된 연료 분사 개시 시기가 선(A1)과 선(A2) 사이에 들어가도록, 종래에 비교하여 연료 분사 개시 시기를 리타드(지각)시키게 되어 있는 것이다. 구체적으로는 상술한 바와 같이, 연료 분사 개시 시기가 연료 분사 개시 한계선(A1)의 선상(연료 분사 개시 한계의 시기), 또는 그 아래쪽 부근(연료 분사 개시 한계보다도 약간 지각된 시기)의 영역이 되도록 리타드되게 되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 연료 분사 종료 시기가 도 3(a)에 도시한 연료 분사 종료 한계선(A2)를 넘는것 같으면, 일단 이 연료 분사 종료 한계(A2)의 바로 앞에서 연료 분사를 종료하고, 직후의 압축행정에 있어서 요구된 연료량에 대한 나머지 연료가 추가 분사되게 되어 있다.
또한, 상기한 엔진(내연기관)에 관한 온도로서는 냉각 수온(Wt)에 한정되는것이 아니라, 윤활유의 온도, 각종 유압기기(예를 들면, 오토매틱 트랜스미션)의 작동유 온도 및 배기 온도 등, 엔진(내연기관)에 관한 온도를 널리 적용할 수 있다.
그런데, 본 실시형태에서는 연료 분사 개시 시기가 또한 엔진 회전 속도(Ne) 및 부하(Pe)에 따라 지각 되게 되어 있다.
여기서, 도 3(b), (c)는 그래프의 횡축이 각각 엔진 회전 속도(Ne), 부하(Pe)(부피 효율(Ev))인것 이외는 도 3(a)와 같고, 역시 실험에 의해 얻어진 연료 분사 기간에 관한 특성을 도시한 것이다. 그리고, 도 3(b), 3(c)에 도시한 바와 같이, 엔진 회전 속도(Ne)가 낮게 될수록 또는 고 부하가 될수록(즉, 연료 분사량이 증가할수록) 연료 분사 개시 한계 및 연료 분사 종료 한계 시간이 늦게 되고, 반대로, 엔진 회전 속도가 높게 될수록, 또는 저 부하가 될수록(즉, 연료 분사량이 감소할수록) 연료 분사 개시 한계 및 연료 분사 종료 한계가 이르게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 스모크 등의 발생을 억제하기 위해서는 저속, 고 부하일수록 연료 분사 개시 시기를 늦출 필요가 있다.
그래서, 연료 분사 시기 제어장치(20a)에서는 엔진 회전 속도 검출장치로서의 크랭크각센서(9a)로부터의 정보에 의거하여, 엔진 회전 속도(Ne)가 낮게 될수록 연료 분사 개시 시기를 지연시키게 되어 있다. 구체적으로는 연료 분사 개시 시기가 도 3(b)에 도시한 맵(분사 한계 Ne 맵)의 연료 분사 개시 한계선(B1)의 선상(연료 분사 개시 한계의 시기), 또는 그 아래쪽 부근(연료 분사 개시 한계보다도 약간 지각된 시기)의 영역이 되도록 지연되게 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 연료 분사 종료 시기가 도 3(b)에 도시한 연료 분사 종료 한계선(B2)을 넘을것 같으면, 일단 이 연료 분사 종료 한계(B2)의 바로 앞에서 연료 분사를 종료하고, 직후의 압축행정에 있어서 요구된 연료량에 대한 나머지 연료가 추가 분사되게 되어 있다.
또한, 마찬가지로, 부하 검출장치로서의 에어 플로센서(2b)로부터의 정보에 의거하여, 엔진 부하(Pe)가 높게 될수록 연료 분사 개시 시기를 지연시키게 되어 있다. 이 경우에도, 연료 분사 개시 시기가 도 3(c)에 도시한 맵(분사 한계 부하 맵)의 연료 분사 개시 한계선(C1)의 선상(연료 분사 개시 한계의 시기), 또는 그 아래쪽 부근(연료 분사 개시 한계보다도 약간 지각된 시기)의 영역이 되도록 리타드되게 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 연료 분사 종료 시기가 도 3(c)에 도시한 연료 분사 종료 한계선(C2)을 넘을것 같으면, 일단 이 연료 분사 종료 한계(C2)의 바로 앞에서 연료 분사를 종료하고, 직후의 압축행정에 있어서 요구된 연료량에 대한 나머지 연료가 추가 분사되게 되어 있다.
또한, 여기서는 엔진의 부하(Pe)로서, 에어 플로센서(2b)로부터의 정보에 의거하여 산출된 부피 효율(Ev)이 이용되게 되어 있지만, 이 대신에 액셀러레이터 개방도나 스로틀 개방도를 이용하여도 좋다.
본 실시형태의 실린더 내 분사형 내연기관은 상술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 흡기행정 분사시에는 각종 센서로부터의 정보에 의거하여, 연료 분사 시기 보정장치(20c)에 의해, 연료 분사 기간 및 연료 분사 종료 시기로부터 산출된 연료 분사 개시 시기가 보정(변경)된다.
그리고, 구체적으로는 이 때의 연료 분사 개시 시기가 아래와 같이 하여 보정(변경)된다.
·엔진 수온(Wt)이 낮을수록 연료의 분사 시작을 지연시킨다.
·엔진 회전 속도(Ne)가 낮을수록 연료의 분사 시작을 지연시킨다.
·고 부하일수록 연료의 분사 시작을 지연시킨다.
또한, 이 때에는 연료 분사 개시 시기가 연료 분사 개시 한계에 설정되어 연료 분사가 행하여진다. 그리고, 연료 분사 종료 한계까지 흡기행정 분사모드에 있어서 요구된 전 연료를 분사할 수 없는 경우에는 연료 분사 종료 한계에서 일단 연료 분사가 중단되고, 그 후에 계속되는 압축행정에서 나머지 연료가 분사된다. 또한, 이 때에는 실린더 내벽(11)에 연료가 부착되지 않는(즉, 오일 희석이 생기지 않는다) 압축행정 중기에 나머지 연료 분사가 행하여진다.
이와 같이, 이 실린더 내 분사형 내연기관에서는 연료가 엔진 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여, 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 변경함에 의해, 연료 분사 기간이, HC,스모크 발생 영역이나 오일 희석 발생 영역에 들어가는 것이 방지된다.
구체적으로는 온도가 낮을 때일수록 흡기행정 분사에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지연시키기 때문에, 예를 들면, 냉각상태 시동시에 있어서의 HC,스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 회전 속도가 낮을 때일수록 흡기행정 분사에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지연시키기 때문에, 예를 들면, 아이들시의 HC,스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 부하가 높을 때일수록 당해 흡기행정 분사에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지연시키기 때문에, 고 부하 운전시의 HC,스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 확실히 억제할 수 있는 이점이 있다.
또한, 연료를 확실하며 또한 깨끗하게 연소시킬 수 있기 때문에, 고 출력, 저 연료 소비율로 엔진을 운전할 수 있는 이점을 갖고 있으며 새롭게 추가하는 부품이 없기 때문에, 가격 증가나 중량 증가를 초래하는 일 없이, 운행성의 향상과 실용 연료 소비율의 향상을 도모할 수 있는 이점도 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위로 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시형태에서는 연료가 엔진 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서, 내연기관에 관한 온도(수온(Wt))와, 엔진 회전 속도(Ne)와, 엔진 부하(Pe)(부피 효율(Ev))의 3개를 적용하고 있지만, 본 발명에서는 적어도 이들의 파라미터중 하나의 파라미터를 이용하여 연료 분사 개시 시기를 변경하도록 구성하면 좋고, 물론 그 밖에 연료가 엔진 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 연료 분사 개시 시기를 변경하도록 하여도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는 연료의 엔진 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서의, 엔진에 관한 온도, 엔진 회전 속도 및 엔진 부하의 적어도 하나의 파라미터에 의거하여 마찬가지로 연료 분사 개시 시기를 보정하는 취지로 설명했지만, 이하와 같이 보정할 수도 있다.
즉, 연료의 엔진 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터중의 변화 속도가빠른 파라미터를 이용하여 설정된 연료 분사 개시 한계에 의거하여 연료 분사 개시 시기를 보정하고, 또한, 변화 속도의 비교적 느린 파라미터를 이용하여 다시 보정을 가하여도 좋다.
·처음에, 엔진 회전 속도(변화 속도가 빠른 파라미터) 및 엔진 부하(변화 속도가 빠른 파라미터)를 파라미터로 한 도시하지 않은 맵을 이용하여 연료 분사 개시 시기를 보정한다.
·다음에, 상기 회전 속도와 부하에 의거하는 맵으로 보정된 연료 분사 개시 시기를 엔진에 관한 온도(변화 속도의 비교적 느린 파라미터)로 다시 보정한다.
다음에, 본 발명의 1실시형태에 관한 실린더 내 분사형 내연기관의 변형예에 관해서 설명한다. 상술한 실시형태에서는 흡기행정 분사시에는 연료 분사 시기 설정장치(20a)에 있어서, 연료 분사 기간과 연료 분사 종료 시기가 우선적으로 결정되고, 이에 수반하여 연료 분사 개시 시기가 산출되고, 다시 연료 분사 시기 보정장치(20c)에 의해 연료 분사 개시 시기가 예를 들면, 도 3(a)의 연료 분사 개시 한계선(A1)의 후가 되도록 보정되어 있다.
한편, 변형예에 있어서는 흡기행정 분사시에는 연료 분사 시기 설정장치('20a)에서, 엔진의 운전 상태에 따라 필요한 연료 분사량이 산출되고, 이 연료 분사량으로부터 인젝터(8)의 밸브 개방 작동시간(연료 분사 기간)을 설정하는 동시에, 예를 들면, 도 3(a)의 연료 분사 개시 한계선(A1)에 따라서 연료 분사 개시 시기가 우선적으로 결정되고, 이에 수반하여 연료 분사 기간과 연료 분사 개시 시기로부터 연료 분사 종료 시기가 산출된다.
그리고, 이 때의 연료 분사 개시 시기가 도 3(a) 내지 도 3(c)의 연료 개시 한계선(A1, B1, C1)에 의거하여, 아래와 같이 하여 보정(변경)된다.
·엔진 수온(Wt)이 낮을수록 연료의 분사 시작을 지연시킨다.
·엔진 회전 속도(Ne)가 낮을수록 연료의 분사 시작을 지연시킨다.
·고 부하일수록 연료의 분사 시작을 지연시킨다.
또한, 변형예에서도, 상술한 실시형태와 같이, 연료 분사 종료 시기가 도 3(a)에 도시한 연료 분사 종료 한계선(A2)를 넘을것 같으면, 일단 이 연료 분사 종료 한계(A2)의 바로 앞에서 연료 분사를 종료하고, 직후의 압축행정에 있어서 요구된 연료량에 대한 나머지 연료가 추가 분사되게 되어 있다.
또한, 다른 변형예로서는 흡기행정 분사모드시에는 연료 분사 시기 설정장치(20a)에 있어서, 예를 들면, 도 3(a)의 연료 분사 개시 한계선(A1) 및 연료 분사 종료 한계선(A2)에 의거하여, 흡기행정중의 연료 분사 개시 시기와 연료 분사 종료 시기를 우선적으로 결정하고, 이 연료 분사 개시 시기에서 연료 분사 종료 시기까지의 흡기행정의 연료 분사 기간 동안에, 엔진의 운전 상태에 따라 필요한 연료 분사량을 분사할 수 없을 때에, 직후의 압축행정에 있어서 요구된 연료량에 대한 나머지 연료를 추가 분사하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 시기를 연료의 상기 내연기관 내에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 보정한다고 하는 간소한 구성으로, HC, 스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 확실히 억제할 수 있고, 또한 가격 증가나 중량 증가를 수반하는 일 없이 더 한층의 고 출력화, 저 연료 소비율화를 도모할 수 있다. 또한, 검출된 온도가 낮을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정함으로써, 예를 들면, 냉각상태 시동시에 있어서도, HC, 스모크의 발생 및 오일 희석의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

Claims (16)

  1. 내연기관 부하 및 내연기관 회전속도에 따라 주로 압축행정시에 연료 분사를 행하는 압축행정 분사모드와, 주로 흡기행정시에 연료 분사를 행하는 흡기행정 분사모드로 전환 가능한 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치에 있어서,
    상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 시기를 연료의 상기 내연기관의 실린더 내벽이나 피스톤에 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 보정하는 보정 유닛, 상기 보정 유닛은 상기 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량을 상기 보정 유닛에 의해 보정된 연료 분사 시기중에 분사할 수 없을 때에는 1연소 사이클중의 상기 흡기행정에 계속되는 압축행정중에 상기 요구되는 연료 분사량에 대한 나머지 연료를 분사하는 시기를 설정하고,
    상기 보정 유닛에 의해 보정된 연료 분사 시기에 의거하여 상기 내연기관 내로의 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 구비하고,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관에 관한 온도를 검출하고, 검출된 온도가 낮을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관의 회전 속도를 검출하고, 검출된 회전 속도가 낮을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관의 부하를 검출하고, 검출된 부하가 높을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관에 관한 온도에 더하여, 상기 내연기관의 회전 속도 및 부하를 검출하고, 검출된 회전 속도가 낮을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정하고, 또한, 검출된 부하가 높을 때일수록 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 지각측으로 보정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서, 상기 온도보다도 변화 속도가 빠른 상기 내연기관의 회전 속도 및 부하를 검출하고, 검출된 회전 속도 및 부하에 의거하여 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 보정한 후, 보정된 연료 분사 개시 시기를 검출된 온도에 의거하여 다시 보정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량에 대응하는 연료 분사 기간 및 연료 분사 종료 시기로부터 연료 분사 개시 시기를 설정하는 연료 분사 시기 설정장치를 더 구비하고,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 미리 정해진 연료 분사 개시 한계를 기억하는 분사 한계 맵을 포함하고, 상기 연료 분사 개시 시기를 상기 분사 한계 맵 및 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 보정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량에 대응하는 연료 분사 기간 및 연료 분사 개시 시기로부터 연료 분사 종료 시기를 설정하는 연료 분사 시기 설정장치를 더 구비하고,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 미리 정해진 연료 분사 개시 한계를 기억하는 분사 한계 맵을 포함하고, 상기 연료 분사 개시 시기를 상기 분사 한계 맵 및 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 보정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 유닛은 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 미리 정해진 연료 분사 개시 한계 및 연료 분사 종료 한계를 기억하는 분사 한계 맵을 포함하고, 흡기행정 분사모드시의 연료 분사 개시 시기 및 연료 분사 종료 시기를 상기 분사 한계 맵 및 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 각각 설정하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어장치.
  9. 내연기관 부하 및 내연기관 회전속도에 따라 주로 압축행정시에 연료 분사를 행하는 압축행정 분사모드와, 주로 흡기행정시에 연료 분사를 행하는 흡기행정 분사모드로 전환 가능한 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법에 있어서,
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관에 관한 온도를 검출하고,
    상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 시기를 검출된 온도가 낮은 때일수록 지각측으로 보정하고,
    상기 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량을 보정된 연료 분사 시기중에 분사할 수 없을 때에는 1연소 사이클중의 상기 흡기행정에 계속되는 압축행정중에 상기 요구되는 연료 분사량에 대한 나머지 연료를 분사하는 시기를 설정하고;
    보정된 연료 분사 시기에 의거하여 상기 내연기관 내로의 연료 분사를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관의 회전 속도를 검출하고,
    상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 검출된 회전 속도가 낮은 때일수록 지각측으로 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관의 부하를 검출하고,
    상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 검출된 부하가 높을 때일수록 지각측으로 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서 상기 내연기관에 관한 온도에 더하여, 상기 내연기관의 회전 속도 및 부하를 검출하고,
    상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 검출된 회전 속도가 낮은 때일수록 지각측으로 보정하고, 또한, 상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 검출된 부하가 높을 때일수록 지각측으로 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터로서, 상기 온도보다도 변화 속도가 빠른 상기 내연기관의 회전 속도 및 부하를 검출하고,
    상기 흡기행정시에 있어서의 연료 분사 개시 시기를 검출된 회전 속도 및 부하에 의거하여 보정한 후, 보정된 연료 분사 개시 시기를 검출된 온도에 의거하여 다시 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량에 대응하는 연료 분사 기간 및 연료 분사 종료 시기로부터 연료 분사 개시 시기를 설정하는 연료 분사 시기 설정장치로서,
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 미리 정해진 연료 분사 개시 한계를 기억하는 분사 한계 맵을 구비하고,
    상기 연료 분사 개시 시기를 상기 분사 한계 맵 및 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 내연기관은 상기 흡기행정 분사모드시에 요구되는 연료 분사량에 대응하는 연료 분사 기간 및 연료 분사 개시 시기로부터 연료 분사 종료 시기를 설정하는 연료 분사 시기 설정장치이며;
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 미리 정해진 연료 분사 개시 한계를 기억하는 분사 한계 맵을 더 구비하고,
    상기 연료 분사 개시 시기를 상기 분사 한계 맵 및 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 미리 정해진 연료 분사 개시 한계 및 연료 분사 종료 한계를 기억하는 분사 한계 맵을 구비하고,
    상기 연료 분사 개시 시기 및 상기 연료 분사 종료 시기를 상기 분사 한계 맵 및 연료의 상기 내연기관 내의 실린더 내벽이나 피스톤에의 부착되기 쉬움을 나타내는 파라미터에 의거하여 각각 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 내 분사형 내연기관의 연료 분사 시기 제어방법.
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