KR100454320B1

KR100454320B1 - 엔진의 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR100454320B1
Application number: KR10-2001-7015947A
Authority: KR
Inventors: 다가지노보루; 미즈노히로유기; 후와나오히데
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2004-10-26
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: BR0012186B1; KR20020019461A; US6612284B1; CN1109189C; JP2001003781A; WO2000079110A1; EP1205656A4; CN1357081A; BR0012186A; EP1205656A1; JP3332011B2

Abstract

본 발명에서 엔진은 균질 연소 모드 또는 성층 연소 모드로 운전된다. 실행 중인 연소 모드에 관계없이, 엔진의 운전상태에 근거하여 집약 목표 스로틀 개방도가 산출된다. 집약 목표 스로틀 개방도는 균질 연소 모드의 실행 시에 요구되는 엔진 토크를 반영한다. 균질 연소 모드의 실행 시에는 엔진 토크를 조정하기 위해서, 집약 목표 스로틀 개방도에 근거하여 스로틀 밸브의 개방도가 조정된다. 성층 연소 모드의 실행 시에는 엔진 토크를 조정하기 위해서, 집약 목표 스로틀 개방도에 근거하여 연료 분사량이 조정된다. 다시 말하면 양 연소 모드 어떤 것이 실행되는 경우에도 집약 목표 스로틀 개방도에 근거하여 엔진 토크가 조정된다. 따라서, 다른 양 연소 모드간에 있어서 엔진 토크 특성을 용이하게 조화시킬 수 있다.

Description

엔진의 제어장치 및 제어방법{DEVICE AND METHOD FOR ENGINE CONTROL}

일반적인 자동차용 엔진에서는 흡기 통로를 통해서 연소실 내로 흡입되는 공기와 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료가 혼합되어 혼합기(混合氣)가 형성된다. 엔진은 그 혼합기를 연소실 내에서 연소시킴으로써, 동력을 발생시킨다. 흡기 통로에는 스로틀 밸브가 설치된다. 운전자에 의한 액셀 페달의 조작량(이하, 단순히 액셀 조작량이라고 함)에 따라서, 연소실로 흡입되는 공기의 양이 스로틀 밸브에 의해서 조정된다. 그에 따라서, 연소실로 충전되는 혼합기의 양이 변화하고, 엔진의 출력 토크(torque)가 조정된다.

일본 특개평 1O-103135호 공보에 개시된 전자 스로틀 제어장치에서는 차륜의 미끄러짐(slip)을 방지하기 위한 트랙션(traction) 제어나 차량 속도를 일정하게 유지하기 위한 오토 크루즈 제어(auto cruise control) 등, 엔진 토크의 자동 조정에 따른 각종의 전자 제어가 행하여진다. 이들의 제어가 행하여질 때, 액셀 조작 이외의 차량 운전상태를 나타내는 각종 파라미터에 따라서, 액셀 조작량에 근거하는 스로틀 개방도가 보정된다. 그 결과, 흡입 공기량이 조정되고, 엔진 토크가 요구치로 조정된다.

한편, 최근에는 연료 소비율을 향상시키는 것 및 충분한 엔진 출력을 얻는 것의 양립을 도모하기 위해서, 엔진의 운전상태에 따라서 연소 모드가 전환되는 형태의 엔진이 제안되어 실용화되고 있다. 이와 같은 형태의 엔진은 예를 들면 일본 특개평 8-189405호 공보에 개시되어 있다.

상기한 공보에 개시된 엔진은 고출력이 요구되는 고회전 시 또는 고부하 시에는 균질 연소 모드로 운전된다. 균질 연소 모드에서의 운전 시에는 엔진의 흡기 행정에서 연료가 분사된다. 분사 연료는 공기와 균질하게 혼합되고, 그 균질 혼합기에 점화 플러그에 의해 점화가 이루어진다.

그다지 고출력이 요구되지 않는 저회전 또는 저부하 시에는 엔진은 성층 연소 모드로 운전된다. 성층 연소 모드에서의 운전 시에는 엔진의 압축 행정에서 연료가 연소실 내에 분사된다. 분사 연료는 피스톤의 헤드부의 오목부에 닿아 점화 플러그 주위에 모이고, 점화 플러그 주위에 연료 농도가 높은 혼합기가 형성된다. 따라서, 점화 플러그에 의한 점화가 양호하게 행하여진다. 더욱이, 연소실 내에 있어서의 혼합기의 평균 공연비는 이론 공연비보다도 커지기 때문에, 연료 소비율이 향상된다. 또한, 혼합기의 평균 공연비를 이론 공연비보다도 크게 하기 위해서, 스로틀 밸브가 균질 연소 시에 비하여 크게 개방되기 때문에, 펌핑 로스가 저감된다.

상기한 바와 같은 연소 모드 전환 형태의 엔진에 있어서도 트랙션 제어나 오토 크루즈 제어 등, 엔진 토크의 자동 조정에 따른 각종의 전자 제어가 행하여진다. 엔진이 균질 연소 모드로 운전될 때에는 상기한 바와 같이, 액셀 조작량 이외의 차량 운전상태를 나타내는 각종 파라미터에 따라서 스로틀 개방도가 보정된다. 그 결과, 흡입 공기량이 조절되고 필요한 엔진 토크를 얻을 수 있다. 연료 분사량은 예를 들면 스로틀 개방도의 조정 결과 얻어지는 흡입 공기량에 따라서 정해지고, 엔진 토크의 요구치를 직접적으로 고려하여 정해지는 것은 아니다.

이것에 대하여, 엔진이 성층 연소 모드로 운전될 때에는 스로틀 개방도의 변경에 의해서 흡입 공기량을 조절하더라도 엔진 토크가 변화되기 어렵다. 그 때문에, 엔진 토크는 연료 분사량에 따라서 조정된다. 구체적으로는 성층 연소 시에는 연료 분사량이 기본적으로 액셀 조작량에 근거하여 구해진다. 구해진 연료 분사량은 액셀 조작량 이외의 차량 운전상태를 나타내는 각종 파라미터에 따라서 보정된다. 그 결과, 필요한 엔진 토크를 얻을 수 있다. 스로틀 개방도는 성층 연소에 적합한 값이 되도록, 연료 분사량에 따라서 정해지고, 엔진 토크의 요구치를 직접적으로 고려하여 정해지는 것은 아니다.

상기한 바와 같이, 균질 연소 시에는 엔진 토크를 조정하기 위한 제어치로서 스로틀 개방도가 사용되고, 성층 연소 시에는 엔진 토크를 조정하기 위한 제어치로서 연료 분사량이 사용된다. 그러나, 엔진 토크가 엔진의 연소 모드에 따라서 다른 제어치에 의해서 조정되면 균질 연소 시와 성층 연소 시로 엔진 토크 특성을 조화시키는 것이 어려워진다.

균질 연소 모드를 양호하게 실행하기 위해서는 요구되는 엔진 토크치를 스로틀 개방도에 정확하게 반영시킬 필요가 있다. 성층 연소 모드를 양호하게 실행하기 위해서는 요구되는 엔진 토크치를 연료 분사량에 정확하게 반영시킬 필요가 있다. 그를 위해서는 요구되는 엔진 토크치에 대하여 균질 연소 시의 스로틀 개방도를 적합하게 하기 위한 실험, 및 요구되는 엔진 토크치에 대하여 성층 연소 시의 연료 분사량을 적합하게 하기 위한 실험을 각각 미리 행할 필요가 있다. 즉, 스로틀 개방도 및 연료 분사량이라는 다른 2개의 제어치마다 실험을 행할 필요가 있기 때문에 실험이 번잡해진다.

본 발명은 연소 모드를 전환하는 형태의 엔진의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 1 실시예에 있어서의 엔진을 도시하는 단면도.

도 2는 도 1에 도시하는 엔진의 제어장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도.

도 3은 액셀 밟는 양 ACCP의 변화에 대한 비선형 목표 스로틀 개방도 TA1의 추이를 도시하는 그래프.

도 4는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt의 산출 순서를 도시하는 흐름도.

도 5는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt의 변화에 대한 보상치 TAh 및 실제의 스로틀 개방도 TAr의 추이를 도시하는 타임차트.

도 6은 최종 연료 분사량 Qfin의 산출 순서를 도시하는 흐름도.

도 7은 흡기 온도 보정 계수 Ktha를 산출할 때 참조되는 맵.

도 8은 대기압 보정 계수Kpa2를 산출할 때 참조되는 맵이다.

도 9는 수온 보정 계수 Kthw를 산출할 때 참조되는 맵.

도 10a는 예측 흡기 압력 PMFWD 및 가상 흡기 압력 PMv의 산출 순서를 도시하는 흐름도.

도 10b는 도10a의 계속을 도시하는 흐름도.

도 11은 대기압 보정 계수 Kps1을 산출할 때 참조되는 맵.

도 12는 보정 후 흡기 압력 PMh, 서서히 변하는 값 PMSM, 필터 출력 PMSM1Si, 및 실제의 흡기 압력 PMr의 추이를 도시하는 타임차트.

본 발명의 목적은 다른 복수의 연소 모드간에서의 엔진 토크 특성을 용이하게 조화시킬 수 있는 동시에, 엔진 토크를 제어하기 위한 제어치에 관한 실험을 용이하게 할 수 있는 엔진의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 연소실 내에 있어서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 토크를 발생시키는 엔진의 제어장치를 제공한다. 엔진은 제 1 연소 모드 및 제 2 연소 모드로부터 선택된 연소 모드로 운전된다. 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 조정수단에 의해서 조정된다. 엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 조정수단과는 다른 제 2 조정수단에 의해서 조정된다. 상기 제어장치는 엔진의 운전상태에 근거하여, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때에 요구되는 엔진 토크를 반영한 토크 반영치를 산출하는 산출수단과, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 1 조정수단을 제어하는 제 1 제어수단과, 엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 2 조정수단을 제어하는 제 2 제어수단을구비한다.

본 발명에 의하면 엔진에 요구되는 토크는 제 1 연소 모드 및 제 2 연소 모드 어떤 것이 실행되는 경우라도 하나의 토크 반영치에 반영된다. 제 1 연소 모드가 실행될 때에는 엔진 토크를 조정하기 위해서, 토크 반영치에 근거하여 제 1 조정수단이 제어된다. 제 2 연소 모드가 실행될 때에는 엔진 토크를 조정하기 위해서, 토크 반영치에 근거하여 제 2 조정수단이 제어된다. 다시 말하면 양 연소 모드 어떤 것이 실행되는 경우에도 공통의 목표 제어치인 토크 반영치에 근거하여 엔진 토크가 조정된다. 따라서, 다른 양 연소 모드간에서 엔진 토크 특성을 용이하게 조화시킬 수 있다.

본 발명은 또, 연소실 내에 있어서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 토크를 발생시키는 엔진의 제어방법을 제공한다. 엔진은 제 1 연소 모드 및 제 2 연소 모드로부터 선택된 연소 모드로 운전된다. 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 제어치에 따라서 변경된다. 엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 제어치와는 다른 제 2 제어치에 따라서 변경된다. 상기 제어방법은 엔진의 운전상태에 근거하여, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때에 요구되는 엔진 토크를 반영한 토크 반영치를 산출하는 공정과, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 1 제어치를 조정하는 공정과, 엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 2 제어치를 조정하는 공정을 구비한다.

이하, 본 발명을 직렬 4기통의 자동차용 직접 분사 가솔린 엔진에 적용한 1 실시예를 도 1 내지 도 12에 따라서 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 엔진(11)은 실린더 블록(11a) 내에 왕복 이동 가능하게 설치된 네 개의 피스톤(12; 도 1에는 하나만 도시)을 구비한다. 각 피스톤(12)의 정상면에는 오목부(12a)가 형성된다. 각 피스톤(12)은 연결 로드(13; connecting rod)를 통해서, 출력축인 크랭크 샤프트(14)에 연결된다. 피스톤(12)의 왕복 운동은 연결 로드(13)에 의해서 크랭크 샤프트(14)의 회전 운동으로 변환된다.

크랭크 샤프트(14)에는 시그널 로터(14a; signal rotor)가 장착된다. 이 시그널 로터(14a)의 외주에는 복수의 돌기(14b)가 크랭크 샤프트(14)의 축선을 중심으로 하여 등각도 간격으로 설치된다. 시그널 로터(14a)의 외주면과 대향하도록, 크랭크 포지션 센서(14c)가 설치된다. 크랭크 샤프트(14)가 회전하면 시그널 로터(14a)의 각 돌기(14b)가 순차 크랭크 포지션 센서(14c)와 대향하는 위치를 통과한다. 그에 따라서, 크랭크 포지션 센서(14c)는 펄스형의 검출 신호를 발생시킨다.

실린더 블록(11a)에는 냉각 수온 THW를 엔진(11)의 온도로서 검출하는 수온 센서(11b)가 설치된다. 실린더 블록(11a)의 상단에는 실린더 헤드(15)가 장착된다. 실린더 헤드(15)와 각 피스톤(12) 사이에는 연소실(16)이 형성된다. 각 연소실(16)에는 실린더 헤드(15)에 형성된 흡기 포트(17) 및 배기 포트(18)가 접속된다. 각 흡기 포트(17)에는 흡기 밸브(19)가 설치된다. 각 배기 포트(18)에는 배기 밸브(20)가 설치된다.

실린더 헤드(15)에는 흡기 밸브(19)를 구동하기 위한 흡기 캠 샤프트(21),및 배기 밸브(20)를 구동하기 위한 배기 캠(cam) 샤프트(22)가 각각 회전 가능하게 지지된다. 이들의 캠 샤프트(21, 22)는 타이밍 벨트 및 기어(모두 도시하지 않음)를 통해서 크랭크 샤프트(14)에 연결된다. 흡기 캠 샤프트(21)가 회전하면 흡기 밸브(19)가 흡기 포트(17)를 연소실(16)에 대하여 선택적으로 접속 및 차단한다. 배기 캠 샤프트(22)가 회전하면 배기 밸브(20)가 배기 포트(18)를 연소실(16)에 대하여 선택적으로 접속 및 차단한다.

흡기 캠 샤프트(21)의 한 단의 외주면에는 적어도 하나의 돌기가 설치된다. 실린더 헤드(15)에는 돌기(21a)를 검출하기 위한 캠 포지션 센서(21b)가 설치된다. 흡기 캠 샤프트(21)가 회전하면 돌기(21a)가 캠 포지션 센서(21b)와 대향하는 위치를 통과한다. 그에 따라서, 캠 포지션 센서(21b)는 검출 신호를 발생시킨다.

흡기 포트(17)에는 흡기관(30)이 접속된다. 배기 포트(18)에는 배기관(31)이 접속된다. 흡기관(30) 및 흡기 포트(17)는 흡기 통로(32)를 형성하고, 배기관(31) 및 배기 포트(18)는 배기 통로(33)를 형성한다. 흡기 통로(32)의 상류부에는 스로틀 밸브(23)가 설치된다. 이 스로틀 밸브(23)는 직류 모터로 이루어지는 스로틀용 모터(24)에 의해서 구동되어, 흡기 통로(32)의 개방량을 조정한다. 스로틀 밸브(23)의 개방도(스로틀 개방도)는 스로틀 포지션 센서(44)에 의해서 검출된다.

스로틀용 모터(24)는 기본적으로 자동차의 실내에 설치된 액셀 페달(25)의 밟는 양(액셀 밟는 양 ACCP)에 근거하여 제어된다. 자동차의 운전자가 액셀 페달(25)을 밟는 조작하면 액셀 밟는 양 ACCP가 액셀 포지션 센서(26)에 의해서 검출된다. 액셀 포지션 센서(26)의 검출 신호에 근거하여 스로틀용 모터(24)가 제어되어, 스로틀 밸브(23)의 개방도가 조절된다. 그 결과, 흡기 통로(32)의 공기 유통 면적이 변화하여, 연소실(16)로 흡입되는 공기의 양이 조정된다.

스로틀 밸브(23)보다도 하류측의 흡기 통로(32)에는 같은 통로(32) 내의 압력을 검출하는 진공 센서(36)가 설치된다. 스로틀 밸브(23)보다도 상류측의 흡기 통로(32)에는 흡기 온도 센서(37)가 설치된다. 흡기 온도 센서(37)는 흡기 통로(32)를 통과하는 공기의 온도(흡기 온도 THA)를 검출한다.

실린더 헤드(15)에는 연소실(16) 내에 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(40)와, 연소실(16) 내에 충전되는 연료와 공기의 혼합기에 대하여 점화를 행하는 점화 플러그(41)가 설치된다. 각 점화 플러그(41)에 의한 혼합기로의 점화 시기는 점화 플러그(41)의 상부에 설치된 점화기(41a; ignitor)에 의해서 조정된다.

연료 분사 밸브(40)로부터 연소실(16) 내로 분사된 연료는 흡기 통로(32)를 통해서 연소실(16)에 흡입된 공기와 혼합되고, 그 결과, 연소실(16) 내에서 공기와 연료의 혼합기가 형성된다. 연소실(16) 내의 혼합기는 점화 플러그(41)에 의해서 점화가 이루어져 연소하고, 연소 가스는 배기로서 배기 통로(33)로 보내진다.

다음으로, 도 1에 도시하는 엔진(11)의 제어장치의 전기적 구성을 도 2에 근거하여 설명한다. 제어장치는 연료 분사량 제어, 연료 분사 시기 제어, 점화 시기 제어 및 스로틀 개방도 제어 등, 엔진(11)의 운전상태를 제어하기 위한 전자 제어 유닛(92; 이하, ECU라고 함)을 구비한다. 이 ECU(92)는 ROM(93), CPU(94), RAM(95) 및 백업 RAM(96)을 구비하는 산출 논리 연산회로로서 구성된다.

ROM(93)은 각종 제어 프로그램이나 그것들의 제어 프로그램이 실행될 때 참조되는 맵을 기억한다. CPU(94)는 ROM(93)에 기억된 제어 프로그램이나 맵에 근거하여 연산 처리를 실행한다. RAM(95)은 CPU(94)에서의 연산 결과나 각 센서로부터 입력된 데이터를 일시적으로 기억한다. 백업 RAM(96)은 엔진(11)의 정지 시에 RAM(95)에 기억된 데이터를 보존하는 불휘발성 메모리이다. ROM(93), CPU(94), RAM(95) 및 백업 RAM(96)은 버스(97)를 통해서 서로 접속되는 동시에, 외부 입력회로(98) 및 외부 출력회로(99)에 접속된다.

외부 입력회로(98)에는 수온 센서(11b), 크랭크 포지션 센서(14c), 캠 포지션 센서(21b), 액셀 포지션 센서(26), 진공 센서(36), 흡기 온도 센서(37), 및 스로틀 포지션 센서(44)가 접속된다. 외부 출력회로(99)에는 스로틀용 모터(24), 연료 분사 밸브(40), 및 점화기(41a)가 접속된다.

ECU(92)는 엔진(11)의 운전상태에 따라서, 엔진(11)의 연소 모드를 성층 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 전환한다. 구체적으로는 ECU(92)는 크랭크 포지션 센서(14c)로부터의 검출 신호에 근거하여, 엔진 회전수 NE를 구한다. ECU(92)는 또, 후술하는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt와 엔진 회전수 NE에 근거하여, 엔진 부하를 나타내는 기본 연료 분사량 Qbse를 구한다. 그리고, ECU(92)는 기본 연료 분사량 Qbse 및 엔진 회전수 NE에 근거하여, 실행해야 할 엔진(11)의 연소 모드를 선택한다. 예를 들면 EUC(92)는 엔진(11)의 고회전 시 또는 고부하 시에는 균질 연소 모드를 선택하고, 엔진(11)의 저회전 시 또는 저부하 시에는 성층 연소 모드를 선택한다.

균질 연소 모드가 선택된 경우, ECU(92)는 엔진(11)의 흡기 행정 중에, 기본 연료 분사량 Qbse로부터 구해지는 최종 연료 분사량 Qfin에 대응한 양의 연료를 연료 분사 밸브(40)에 분사시킨다. 그 결과, 연소실(16) 내에는 이론 공연비와 같거나 또는 그것보다도 큰 공연비를 갖는 균질 혼합기가 형성된다. ECU(92)는 또, 스로틀 개방도 및 점화 시기가 균질 연소에 적합한 것이 되도록, 스로틀용 모터(24) 및 점화기(41a)를 제어한다.

성층 연소 모드가 선택된 경우, ECU(92)는 엔진(11)의 압축 행정 중에, 기본 연료 분사량 Qbse로부터 구할 수 있는 최종 연료 분사량 Qfin에 대응한 양의 연료를 연료 분사 밸브(40)에 분사시킨다. 그 결과, 연소실(16) 내에는 불균질한 혼합기가 형성된다. 또한, 연소실(16) 내의 혼합기 전체의 평균 공연비는 균질 연소 시의 혼합기의 공연비보다도 커진다. ECU(92)는 또, 스로틀 개방도 및 점화 시기가 성층 연소에 적합한 것으로 되도록 스로틀용 모터(24) 및 점화기(41a)를 제어한다.

성층 연소 모드의 실행 시에 있어서, 엔진(11)의 압축 행정 중에 분사된 연료는 피스톤(12)의 오목부(12a; 도 1)에 들어가, 점화 플러그(41)의 주위에 모인다. 그 때문에, 점화 플러그(41) 주위에 연료 농도가 높은 혼합기가 형성되고, 점화 플러그(41)에 의한 점화가 양호하게 행하여진다. 더욱이, 연소실(16) 내에서의 혼합기의 평균 공연비는 균질 연소 시보다도 커지기 때문에, 연료 소비율이 향상된다. 또한, 혼합기의 평균 공연비를 크게 하기 위해서, 스로틀 개방도가 균질 연소 시에 비하여 커지기 때문에 펌핑 로스가 저감된다.

도 4는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt를 산출하기 위한 루틴을 도시하는 흐름도이다. 집약 목표 스로틀 개방도 TAt는 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 어떤 것이 실행되는 경우에도 엔진(11)의 출력 토크를 제어하기 위한 값으로서 이용된다. 이 도 4의 산출 루틴은 ECU(92)를 통하여 예를 들면 소정 시간마다의 시간 인터럽트로 실행된다.

ECU(92)는 우선 스텝S101에 있어서, 현재의 연소 모드에 관계없이 액셀 밟는 양 ACCP에 근거하여, 균질 연소에 적합한 기본 스로틀 개방도 TAbse를 산출한다. 기본 스로틀 개방도 TAbse는 액셀 밟는 양 ACCP가 커질 수록 커진다. 계속해서 ECU(92)는 스텝S102에 있어서, 비선형 보정 계수H를 액셀 밟는 양 ACCP에 근거하여 산출한다. ECU(92)는 스텝S103에 있어서, 기본 스로틀 개방도 TAbse에 비선형 보정 계수 H를 곱함으로써, 비선형 목표 스로틀 개방도 TA1을 산출한다. 비선형 목표 스로틀 개방도 TA1은 액셀 밟는 양 ACCP의 변화에 대하여 최적의 엔진 출력 토크 특성을 얻을 수 있도록, 액셀 밟는 양ACCP의 변화에 대하여 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이 변한다.

다음으로, ECU(92)는 스텝S104에 있어서, ISC 보정량, 오토 크루즈 보정량, 에어컨 부하 보정량 및 파워 스티어링(power steering) 부하 보정량 중, 가장 큰 것을 가산치A로서 선택한다. 이들의 보정량은 비선형 목표 스로틀 개방도 TA1을 보정하기 위한 것으로, 선택된 보정량이 가산치A로서 비선형 목표 스로틀 개방도 TA1에 가산된다.

엔진(11)의 출력 토크는 액셀 밟는 양 ACCP뿐만 아니라, 그 이외의 차량 운전상태를 나타내는 여러가지 파라미터에 따라서 조정된다. 상기한 ISC 보정량, 오토 크루즈 보정량, 에어컨 부하 보정량 및 파워 스티어링 부하 보정량은 엔진(11)의 출력 토크를 조정하기 위해서, 비선형 목표 스로틀 개방도 TA1에 가산되는 값이다. 다시 말하면 이들의 보정량은 엔진(11)에 요구되는 토크치를 반영한 값으로, 차량 운전상태를 나타내는 각종 파라미터에 따라서 결정된다.

ISC 보정량은 아이들 스피드 컨트롤(ISC)이 실행될 때에 요구된다. ISC는 엔진(11)의 아이들 운전 시에 실행된다. ISC의 실행 시, ISC 보정량에 의해서 엔진(11)의 출력 토크가 조정되고, 엔진 회전수 NE가 미리 정해진 값으로 조정된다.

오토 크루즈 보정량은 차량 속도를 일정하게 유지하기 위한 오토 크루즈 제어가 실행될 때 구해진다. 오토 크루즈 제어의 실행 시, 오토 크루즈 보정량에 의해서 엔진(11)의 출력 토크가 조정되어, 차량 속도가 일정하게 유지된다.

에어컨 부하 보정량은 자동차에 탑재된 에어컨의 구동에 필요한 엔진 토크를 보상하기 위해서 구해진다. 에어컨의 구동시, 에어컨 부하 보정량에 의해서 엔진(11)의 출력 토크가 증대된다.

파워 스티어링 부하 보정량은 자동차의 파워 스티어링장치의 구동에 필요한 엔진 토크를 보상하기 위해서 구해진다. 파워 스티어링장치의 구동 시, 파워 스티어링 부하 보정량에 의해서 엔진(11)의 출력 토크가 증대된다.

ECU(92)는 스텝S105에 있어서, 비선형 목표 스로틀 개방도 TA1에 상기 가산치A를 더하여 얻어진 값, 시프트 목표 개방도 TA2, 및 트랙션 목표 개방도 TA3 중, 가장 큰 것을 최대 목표 개방도 Omax로서 선택한다. 시프트 목표 개방도 TA2는 시프트 시 토크 제어를 실행할 때 구해지고, 트랙션 목표 개방도 TA3은 트랙션 제어를 실행할 때 구해진다. 시프트 목표 개방도 TA2 및 트랙션 목표 개방도 TA3은 엔진(11)의 출력 토크를 조정하기 위해서, 스로틀 개방도를 나타내는 값으로서 구해진다. 다시 말하면 이들의 목표 개방도 TA2, TA3은 엔진(11)에 요구되는 토크치를 반영한 값이고, 차량 운전상태를 나타내는 각종 파라미터에 따라서 결정된다.

시프트때의 토크 제어는 자동차에 탑재된 자동 변속기의 변속 시에 생기는 쇼크를 억제하기 위한 제어이다. 자동 변속기의 변속 시, 시프트 목표 개방도 TA2에 의해서 엔진(11)의 출력 토크가 조정되어 변속 쇼크가 억제된다. 트랙션 제어는 차륜의 미끄러짐 방지를 의도한 제어이다. 예를 들면 자동차의 가감속시에, 트랙션 목표 개방도 TA3에 의해서 엔진(11)의 출력 토크가 조정되어, 차륜의 미끄러짐이 방지된다.

또, 상기 스텝 S105에서 사용되는 시프트 목표 개방도 TA2는 시프트 시 토크 제어에 있어서 스로틀 개방도를 증대할 필요가 있을 때의 값이다. 또한, 스텝 S105에서 사용되는 트랙션 목표 개방도 TA3은 트랙션 제어에 있어서 스로틀 개방도를 증대시킬 필요가 있을 때의 값이다. 따라서, 이들의 제어에 있어서 스로틀 개방도를 감소할 필요가 있을 때에는 스텝 S105에서는 시프트 목표 개방도 TA2 및 트랙션 목표 개방도 TA3이 최대 목표 개방도 Omax의 결정을 위해서 사용되지 않는다.

ECU(92)는 스텝S106에서는 상기 최대 목표 개방도Omax, 시프트 시 토크 제어에 있어서 스로틀 개방도를 감소시킬 필요가 있을 때의 시프트 목표 개방도TA2, 및 트랙션 제어에 있어서 스로틀 개방도를 감소시킬 필요가 있을 때의 트랙션 목표 개방도TA3 중, 가장 작은 것을 최소 목표 개방도Cmin으로서 선택한다.

다음의 스텝 S107에 있어서, ECU(92)는 최소 목표 개방도Cmin을 집약 목표 스로틀 개방도TAt로서 설정한 후, 본 루틴을 일단 종료한다. 또, 최소 목표 개방도 Cmin이 미리 정해진 상한치보다 큰 경우에는 그 상한치가 집약 목표 스로틀 개방도 TAt로서 설정된다. 또한, 최소 목표 개방도 Cmin이 미리 정해진 하한치보다 작은 경우에는 그 하한치가 집약 목표 스로틀 개방도 TAt로서 설정된다.

도 4의 루틴이 실행됨에 따라, 가산치 A, 시프트 목표 개방도 TA2 및 트랙션 목표 개방도 TA3을 포함하는 각종의 제어치, 다시 말하면 엔진(11)에 요구되는 토크치를 반영한 집약 목표 스로틀 개방도 TAt를 얻을 수 있다. 또, 엔진(11)에 요구되는 토크치를 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 정확하게 반영시키기 위해서, 요구되는 엔진 토크치에 대하여 각 제어치를 적합하게 하기 위한 실험이 미리 행하여진다.

다음으로, 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 따라서 실행되는 엔진 토크 제어에 대해서 설명한다.

균질 연소 모드로의 운전 시에는 ECU(92)는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt와 스로틀 포지션 센서(44)에 의해서 검출되는 실제의 스로틀 개방도 TAr에 근거하여 스로틀용 모터(24)를 제어하여, 스로틀 밸브(23)의 개방도를 조정한다.

스로틀용 모터(24)를 제어할 때, ECU(92)는 하기의 식(1)에 근거하여, 스로틀용 모터(24)의 움직임을 보상하기 위한 보상치 TAh를 산출한다.

수학식 1에 있어서, dTAr/dt는 실제의 스로틀 개방도 TAr을 시간 t에 대해서 미분하여 얻어지는 값이다. Kd는 소정의 계수이다. 상기 수학식 1에 근거하여 산출되는 보상치TAh는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt의 변화 중에 있어서는 실제의 스로틀 개방도 TAr보다도 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 가까운 값이 된다.

ECU(92)는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt와 상기 보상치 TAh의 차 e2를 하기의 수학식 2에 의해서 산출한다. 그리고, ECU(92)는 그 차 e2가 제로에 가까워지도록, 즉 보상치 TAh가 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 가까워지도록 스로틀용 모터(24)를 구동한다.

여기서, 시간 경과에 따라 집약 목표 스로틀 개방도 TAt가 변화할 때에 있어서, 보상치 TAh 및 실제의 스로틀 개방도 TAr이 어떻게 추이하는지를 도 5에 도시한다.

도 5에 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이 집약 목표 스로틀 개방도 TAt가 변화하면 그에 따라서 보상치 TAh가 가는 실선으로 도시하는 바와 같이, 그 집약 목표 스로틀 개방도 TAt의 근방으로 추이한다. 이 보상치 TAh와 집약 목표 스로틀 개방도 TAt의 차 e2가 제로에 가까워지도록 스로틀용 모터(24)를 제어하면 실제의 스로틀 개방도 TAr은 집약 목표 스로틀 개방도 TAt의 추이에 대하여 굵은 실선으로도시하는 바와 같이 소정의 응답 지연으로 추이한다. 이렇게 해서 실제의 스로틀 개방도 TAr에 응답 지연을 초래하는 것은 실제의 스로틀 개방도 TAr의 오버슈트를 방지하기 위해서이다.

ECU(92)는 또, 실제의 스로틀 개방도 TAr 및 진공 센서(36)에 의해서 검출되는 실제의 흡기 압력 PMr 등으로부터 예측 흡기 압력 PMFWD를 산출한다. 이 예측 흡기 압력 PMFWD는 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시에 있어서의 흡기 압력을 예측한 값으로, 그 산출 순서에 대해서는 후술하는 도 10a 및 도 10b의 흡기 압력 산출 루틴에 의해서 명확해진다.

ECU(92)는 또한, 예측 흡기 압력 PMFWD 및 엔진 회전수 NE에 근거하여 기본 연료 분사량 Qbse를 산출한다. 기본 연료 분사량 Qbse는 예측 흡기 압력 PMFWD 및 엔진 회전수 NE가 커질수록 큰 값이 된다. ECU(92)는 연료 분사 밸브(40)를 구동하여, 기본 연료 분사량 Qbse로부터 구해지는 최종 연료 분사량 Qfin에 대응한 양의 연료를 엔진(11)의 흡기 행정 중에 연소실(16) 내에 분사시킨다. 그 결과, 균질 연소가 행하여지고, 엔진 토크가 요구치로 조정된다.

상기한 바와 같이, 엔진(11)이 균질 연소 모드로 운전될 때에는 엔진(11)에 요구되는 토크치를 반영한 집약 목표 스로틀 개방도TAt에 따라서 스로틀 개방도가 조정되고, 흡입 공기량 및 흡기 압력이 결정된다. 그 결과, 엔진(11)의 출력 토크가 요구치로 조정된다. 연료 분사량은 혼합기의 공연비가 균질 연소에 적합한 값이 되도록, 실제의 스로틀 개방도TAr 및 실제의 흡기 압력PMr을 반영한 예측 흡기 압력PMFWD에 따라서 정해진다.

한편, 엔진(11)이 성층 연소 모드로 운전될 때에는 ECU(92)는 현재의 엔진 운전상태로 균질 연소를 실행하였다고 가정한 경우에 있어서의 실제의 스로틀 개방도 TAr을 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여 가상 스로틀 개방도 TAv로서 산출한다. 구체적으로는 도 5에 도시하는 바와 같이, 집약 목표 스로틀 개방도 TAt의 추이와 보상치 TAh의 추이가 거의 같기 때문에, 우선 TAh=TAt라고 가정한다. 이 가정을 조건으로, ECU(92)는 상기 수학식 1 등에 근거하는 보상치TAh의 산출과 반대의 순서에 의해, 집약 목표 스로틀 개방도 TAt로부터 실제의 스로틀 개방도 TAr을 산출하고, 그 실제의 스로틀 개방도 TAr을 가상 스로틀 개방도 TAv로 한다.

다음으로, ECU(92)는 가상 스로틀 개방도 TAv에 근거하여, 현재의 엔진 운전상태로 균질 연소를 실행하였다고 가정한 경우에 있어서의 흡기 압력을 가상 흡기 압력 PMv로서 산출한다. 이 가상 흡기 압력 PMv의 산출 순서에 대해서는 후술하는 도 10a 및 도10b의 흡기 압력 산출 루틴에 의해서 분명해진다. 그리고, ECU(92)는 가상 흡기 압력 PMv 및 엔진 회전수 NE에 근거하여 기본 연료 분사량 Qbse를 산출한다. 기본 연료 분사량 Qbse는 가상 흡기 압력 PMv 및 엔진 회전수 NE가 커질 수록 큰 값이 된다. ECU(92)는 연료 분사 밸브(40)를 구동하여, 기본 연료 분사량 Qbse로부터 구해지는 최종 연료 분사량 Qfin에 대응한 양의 연료를 엔진(11)의 압축 행정 중에 연소실(16) 내에 분사시킨다. 그 결과, 성층 연소가 실행되어, 엔진 토크가 요구치로 조정된다.

상기한 바와 같이, 엔진(11)이 성층 연소 모드로 운전될 때에는 엔진(11)에 요구되는 토크치를 반영한 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 따라서 연료 분사량이조절됨으로써, 엔진(11)의 출력 토크가 요구치로 조정된다.

또, ECU(92)는 기본 연료 분사량 Qbse에 따라서, 성층 연소에 적합한 목표 스로틀 개방도인 성층시 목표 스로틀 개방도 TAts를 산출한다. 이 성층 시 목표 스로틀 개방도 TAts는 흡입 공기량, 다시 말하면 혼합기의 공연비가 성층 연소에 적합한 값이 되도록 정해진다. ECU(92)는 또, 균질 연소 시와 같은 순서로, 성층 시 목표 스로틀 개방도 TAts에 근거하여 보상치 TAh를 산출하고, 보상치 TAh 및 실제의 스로틀 개방도 TAr에 근거하여 스로틀용 모터(24)를 제어한다. 그 결과, 균질 연소 시와 같이, 실제의 스로틀 개방도 TAr이 성층시 목표 스로틀 개방도 TAts의 변화에 대하여 소정의 응답 지연으로 변화하여, 실제의 스로틀 개방도 TAr의 오버슈트(overshooting)가 방지된다.

다음으로, 최종 연료 분사량 Qfin의 산출 순서에 대해서, 도 6의 흐름도를 참조하여 설명한다. 도 6에 도시되는 연료 분사량 산출 루틴은 ECU(92)을 통하여 소정 시간마다의 시간 인터럽트로 실행된다.

ECU(92)는 우선 스텝S201에 있어서, 가상 흡기 압력 PMv 또는 예측 흡기 압력 PMFWD를 산출한다. 가상 흡기 압력 PMv 및 예측 흡기 압력 PMFWD의 구체적인 산출 순서에 대해서는 후술하는 도 10a 및 도 1Ob의 흡기 압력 산출 루틴에 의해서 분명해진다.

ECU(92)는 균질 연소 시에는 예측 흡기 압력 PMFWD와 엔진 회전수 NE에 근거하여, 연료 분사 제어 및 점화 시기 제어 등의 엔진 부하에 따른 제어에 필요한 각종 제어치를 산출한다. ECU(92)는 이들의 제어치에 근거하여, 엔진 부하에 따라서엔진(11)을 제어한다. 또한, ECU(92)는 성층 연소 시에는 가상 흡기 압력 PMv와 엔진 회전수 NE에 근거하여, 엔진 부하에 따른 제어에 필요한 각종 제어치를 산출하고, 이들의 제어치에 근거하여, 엔진 부하에 따라서 엔진(11)을 제어한다.

다음으로, ECU(92)는 스텝S202에 있어서, 가상 흡기 압력 PMv 또는 예측 흡기 압력 PMFWD를 흡기 압력 PM으로서 사용하여, 하기의 수학식 3에 의해서 기본 연료 분사량 Qbse를 산출한다. 기본 연료 분사량 Qbse는 흡기 압력PM에 흡기 온도 보정 계수 Ktha 및 소정의 정수 K를 곱함으로써 산출된다.

또한, 도 10a 및 도 10b에 따라서 나중에 설명하지만, 가상 흡기 압력 PMv 및 예측 흡기 압력 PMFWD를 산출할 때는 부피 효율 ηv가 사용된다. 상기 수학식 3에 있어서의 흡기 온도 보정 계수 Ktha는 흡기 온도 THA의 변화에 의한 부피 효율 ηv의 변화를 보상하기 위한 것이다. ECU(92)는 흡기 온도 센서(37)로부터의 검출 신호에 근거하여 흡기 온도 THA를 구하는 동시에, 흡기 온도 보정 계수 Ktha를 흡기 온도 THA에 근거하여 도 7의 맵을 참조하여 산출한다. 흡기 온도 보정 계수 Ktha는 흡기 온도 THA가 높아질 수록 작아진다. 따라서, 기본 연료 분사량 Qbse는 흡기 온도 THA가 낮아질 수록 큰 값이 된다.

ECU(92)는 스텝 S203에 있어서, 모드 보정 계수 Kmode를 산출한다. 이 모드 보정 계수 Kmode는 균질 연소와 성층 연소의 연소 효율의 차에 따른 요구 연료 분사량의 차를 보상하기 위한 보정 계수이다. ECU(92)는 현재의 연소 모드에 따라서모드 보정 계수 Kmode를 산출한다. 이 모드 보정 계수 Kmode는 연소 효율이 성층 연소 시보다도 낮아지는 균질 연소 시에는 1.0으로 설정된다. 균질 연소 시에 성층 연소 시보다도 연소 효율이 낮아지는 것은, 균질 연소 시에는 성층 연소 시에 비하여 펌프 손실이나 냉각 손실이 커지기 때문이다.

ECU(92)는 연소 효율이 높아지는 성층 연소 시에는 예를 들면 기본적인 모드 보정 계수 Kmode인 0.8에 대기압 보정 계수 Kpa2를 곱함으로써, 최종적인 모드 보정 계수 Kmode를 산출한다. 엔진(11)의 펌프 손실은 대기압 PA에 따라서 변화하여, 대기압 PA가 내려가면 균질 연소와 성층 연소 사이의 펌프 손실의 차가 작아진다. 그래서, ECU(92)는 대기압 보정 계수 Kpa2를 대기압 PA에 근거하여 도 8의 맵을 참조하여 산출한다. 대기압 PA는 엔진(11)의 시동 시에 진공 센서(36)로부터의 검출 신호에 근거하여 구해진다. 대기압 보정 계수 Kpa2는 대기압 PA가 낮아질 수록 커지고, 대기압 PA가 높아질 수록 작아진다. 그리고, 기본적인 모드 보정 계수인 Kmode의 0.8에 대기압 보정 계수 Kpa2를 곱함으로써, 최종적인 모드 보정 계수 Kmode는 대기압 PA가 낮을 때에는 예를 들면 0.85처럼 값이 커진다.

ECU(92)는 계속되는 스텝 S204에 있어서, 기본 연료 분사량 Qbse에 수온 보정 계수 Kthw 및 모드 보정 계수 Kmode를 곱하여 최종 연료 분사량 Qfin을 산출한 후, 본 루틴을 일단 종료한다. 수온 보정 계수 Kthw는 냉각 수온 THW의 변화에 의한 마찰 손실 등의 연소 효율의 변화를 보상하기 위한 보정 계수이다. ECU(92)는 수온 센서(11b)로부터의 검출 신호에 근거하여 냉각 수온 THW를 구하는 동시에, 수온 보정 계수 Kthw를 냉각 수온 THW에 근거하여 도 9의 맵을 참조하여 산출한다.수온 보정 계수 Kthw는 냉각 수온 THW가 높아질 수록 작아진다. 따라서, 최종 연료 분사량 Qfin은 냉각 수온 THW가 낮아질 수록 증량된다.

또한, 상기한 바와 같이 기본 연료 분사량 Qbse를 모드 보정 계수 Kmode로 보정함으로써, 연소 모드간에서의 연소 효율의 차이에 따라서 최종 연료 분사량 Qfin이 조정된다. 연소 효율이 높은 성층 연소 시에는 균질 연소 시보다도 최종 연료 분사량 Qfin이 감량된다. 이러한 연소 모드간에서의 연소 효율의 차이를 가미하여 산출되는 최종 연료 분사량 Qfin에 근거하여 연료 분사 제어를 행함으로써, 어떤 연소 모드를 실행하였을 때라도 연료 분사량 제어에 근거하는 엔진 출력 토크 제어의 정밀도가 향상된다.

또한, 엔진(11)의 펌프 손실은 성층 연소 시와 균질 연소 시가 다르고, 그 연소 모드간에서의 펌프 손실의 차는 대기압 PA에 따라서 변화한다. 그러나, 최종 연료 분사량 Qfin의 산출에 사용되는 모드 보정 계수 Kmode가 대기압 보정 계수 Kpa2에 의해 보정되기 때문에, 상기 펌프 손실의 차가 대기압 PA에 따라서 변화하는 것에 따른 엔진 출력 토크 제어의 정밀도 저하가 방지된다.

다음으로, 도 6의 스텝 S201의 처리, 즉 예측 흡기 압력 PMFWD 및 가상 흡기 압력 PMv의 산출 순서에 대해서, 도 10a 및 도 10b의 흐름도를 참조하여 자세히 설명한다.

도 10a에 도시하는 바와 같이, ECU(92)는 우선 스텝 S301에 있어서, 현재의 실제의 스로틀 개방도 TAr 또는 가상 스로틀 개방도 TAv와, 엔진 회전수 NE에 근거하여 기본 흡기 압력 PMbse를 산출한다. 기본 흡기 압력 PMbse는 균질 연소 시에는 실제의 스로틀 개방도 TAr 및 엔진 회전수 NE에 근거하여 산출되고, 성층 연소 시에는 가상 스로틀 개방도 TAv 및 엔진 회전수 NE에 근거하여 산출된다.

ECU(92)는 스텝 S302에 있어서, 기본 흡기 압력 PMbse에 대기압 보정 계수 Kps1을 곱함으로써, 보정 후 흡기 압력 PMh를 산출한다. 대기압 보정 계수 Kps1은 대기압 PA에 근거하여 도 11의 맵을 참조하여 산출된다. 대기압 보정 계수 Kps1은 대기압 PA가 높아질 수록 커진다. 따라서, 보정 후 흡기 압력 PMh는 대기압 PA가 높아질 수록 커진다.

다음의 스텝 S303의 처리는 그 후의 스텝 S304, S305의 처리와 관계하고 있다. 즉, 스텝 S304에서는 보정 후 흡기 압력 PMh를 서서히 변하게 처리함으로써 서서히 변하는 값 PMSM이 산출되고, 스텝 S305에서는 서서히 변하는 값 PMSM이 제 1 기억치 PMSM1로서 기억된다. 그리고, 스텝 S303에서는 ECU(92)는 전 회(前回)의 스텝 S305의 처리로 기억된 제 1 기억치 PMSM1을 전 회의 서서히 변하는 값 PMSMi-l로서 설정한다.

이와 같이 스텝 S304의 서변 처리에 의해서 산출된 서서히 변하는 값 PMSM을 스텝 S305에 있어서 제 1 기억치 PMSM1로서 기억하는 것은 후술하는 스텝 S308의 처리에서 서서히 변하는 값 PMSM을 사용하여 별도의 처리를 실행하고, 그 처리에 의해서 서서히 변하는 값 PMSM이 변화하기 때문이다. 이 경우에도 상기 스텝 S303에서 제 1 기억치 PMSM1을 전 회의 서서히 변하는 값 PMSMi-l로 함으로써, 스텝 S304의 서변 처리를 적절하게 행할 수 있다.

상기 스텝 S303의 처리가 실행된 후, ECU(92)는 스텝 S304에 있어서, 하기의수학식 4에 근거하여 금회의 서서히 변하는 값 PMSMi를 산출한다. 즉, 정상 시의 보정 후 흡기 압력 PMh로부터 전 회의 서서히 변하는 값 PMSMi-l을 빼고 또한 더욱 소정치 n으로 나누고, 그 나눗셈한 값을 전 회의 서서히 변하는 값 PMSMi-l에 더함으로써 금회의 서서히 변하는 값 PMSMi가 산출된다.

여기서, 보정 후 흡기 압력 PMh의 변화에 대한 서서히 변하는 값 PMSM의 추이 경향을 도 12에 도시한다. 동 도면에 있어서는 보정 후 흡기 압력 PMh의 추이를 파선으로 도시하고, 서서히 변하는 값 PMSM의 추이를 굵은 실선으로 도시한다. 또한, 맵 연산 등에 의해 산출되는 보정 후 흡기 압력 PMh가 파선으로 도시하는 바와 같이 추이하는 데 대하여, 실제의 흡기 압력 PMr은 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이 추이한다.

이 도 12로부터 분명한 바와 같이, 예를 들면 액셀 밟는 양 ACCP의 변화에 따라서 보정 후 흡기 압력 PMh가 파선으로 도시하는 바와 같이 변화하였을 때, 그 보정 후 흡기 압력 PMh의 변화에 대하여 서서히 변하는 값 PMSM이 굵은 실선으로 도시하는 바와 같이 완만하게 추이한다. 보정 후 흡기 압력 PMh의 변화에 대하여 서서히 변하는 값 PMSM이 어느 정도 완만하게 추이하는지는 상기 식 (4)에 있어서의 소정치n에 의해서 결정된다. 이 소정치 n은 미리 실험 등에 의해 설정된 도시하지 않은 맵을 참조하여, 보정 후 흡기 압력 PMh와 엔진 회전수 NE에 근거하여 산출된다.

스텝 S304에서 산출된 서서히 변하는 값 PMSM이, 스텝 S305에서 제 1 기억치 PMSM1로서 기억되면 스텝 S306으로 진행한다. 스텝 S306 내지 S308의 처리는 현시점에서 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시에 있어서의 서서히 변하는 값 PMSM을 예측하여 산출하기 위한 것이다.

ECU(92)는 스텝 S306에 있어서, 현시점에서 흡기 밸브(19)의 폐쇄시 까지 스텝 S304의 처리가 행하여지는 회수(서변 처리 회수)T/△t를 산출한다. 즉, 현시점으로부터 흡기 밸브(19)의 폐쇄시까지의 시간 T를 구하고, 그 시간 T를 본 루틴의 실행주기△t로 나눗셈함으로써, 서변 처리 회수 T/△t를 산출한다.

계속해서 ECU(92)는 스텝 S307에 있어서, 현재 기억되어 있는 제 1 기억치 PMSM1, 즉 최신의 서서히 변하는 값 PMSM을 전 회의 서서히 변하는 값 PMSMi-l로서 설정한다. 또한, ECU(92)는 스텝S308에 있어서, 상기 서서히 변하는 처리 회수T/△t분만큼 상기 수학식 4에 의한 서서히 변하는 처리를 실행하여, T/△t 회의 서서히 변하는 처리 후의 서서히 변하는 값 PMSMi, 즉 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시의 서서히 변하는 값 PMSMi를 산출한다. 그 후, ECU(92)는 스텝 S309에 있어서, 서서히 변하는 값 PMSMi를 제 2 기억치 PMSM2로서 기억한다.

지금, 도 12에 일점쇄선 L1로 도시하는 시점에서 상기 스텝S304의 처리가 행하여진다고 하면 그 처리에 의해서 산출되는 금회의 서서히 변하는 값 PMSMi가 제 1 기억치 PMSM1로서 기억된다. 그리고, 계속해서 스텝 S308의 처리가 행하여지면 2점쇄선 L2로 도시하는 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시에 있어서의 서서히 변하는 값 PMSMi가 산출되고, 그 서서히 변하는 값 PMSMi가 거의 일점쇄선 L1로 도시하는 시점에서 제 2 기억치 PMSM2로서 기억된다.

이와 같이 제 1 및 제 2 기억치 PMSM1, PMSM2의 기억 처리가 행하여진 후에는 그 기억치 PMSM1, PMSM2의 차△P1(PMSM2-PMSM1)을 사용하여, 흡기 밸브(19)의 폐쇄시에 있어서의 흡기 압력을 예측할 수 있다. 즉, 현시점(일점쇄선L1)에 있어서 진공 센서(36)에 의해 검출되는 실제의 흡기 압력 PMr에, 상기 양 기억치 PMSM1, PMSM2의 차△P1을 더함으로써, 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시에 있어서의 흡기 압력을 얻을 수 있다.

그런데, 진공 센서(36)의 출력에는 흡기 통로(32) 내를 흐르는 공기의 맥동(脈動)에 의한 영향이 생기기 때문에, 그 영향을 제거하기 위해서 통상은 진공 센서(36)의 출력을 CR 필터 등에 의해서 필터 처리한다. 따라서, 상기 흡기 압력PMr은 실제로는 CR 필터 등에 의한 필터 처리의 시간 상수(time constant)만큼 적정치로부터 어긋나고, 그 어긋난 몫만큼 예측되는 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시의 흡기 압력이 부정확해진다.

도 10b의 스텝S311 내지 S313의 처리는 상기한 흡기 압력 PMr의 어긋남을 고려하여 제 1 기억치 PMSM1을 필터 처리하고, 그 필터 출력 PMSM1Si를 사용하여 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시의 흡기 압력을 정확하게 예측하기 위한 것이다.

도 10b에 도시하는 바와 같이, ECU(92)는 스텝 S310에 있어서, 현재의 연소 모드가 균질 연소 모드인지의 여부를 판단하고, 균질 연소 모드이면 스텝 S311로 진행한다. ECU(92)는 스텝 S311에 있어서, 제 1 기억치 PMSM1을 하기의 수학식 5에 근거하여 필터 처리한다. 수학식 5에 있어서, PMSM1Si는 제 1 기억치 PMSM1의필터 출력이고, 소정치 m은 해당 필터 처리의 시정수가 상기 CR 필터에 의한 필터 처리의 시정수와 같아지도록 설정되는 것이다.

이 수학식 5에 근거하여 구해진 필터 출력 PMSM1Si는 도 12에 굵은 실선으로 도시하는 바와 같이 서서히 변하는 값 PMSM(제 1 기억치PMSM1)이 변화하였을 때에는 도면 중에 가는 실선으로 도시하는 바와 같이 추이한다.

계속해서 ECU(92)는 스텝 S312에 있어서, 제 2 기억치 PMSM2로부터 필터 출력 PMSM1Si를 빼서,그것들의 차△P2를 산출한다. 또한, ECU(92)는 스텝S313에 있어서, 실제의 흡기 압력 PMr에 차△P2를 더하고, 그 더한 값에 또한 부피 효율 ηv를 곱한 값을 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시에 있어서의 흡기 압력인 예측 흡기 압력 PMFWD로서 산출한다.

또, 부피 효율 ηv는 전 회의 예측 흡기 압력 PMFWD와 엔진 회전수 NE에 근거하여, 도시하지 않은 맵을 참조하여 산출된다. 예측 흡기 압력 PMFWD가 산출된 후, ECU(92)는 본 루틴을 일단 종료하고, 도 6의 루틴으로 되돌아간다.

예를 들면 도 12에 일점쇄선 L1로 도시하는 시점에서 제 1 및 제 2 기억치 PMSM1, PMSM2의 기억 처리가 행하여진 경우, 그 시점에서의 제 1 기억치 PMSM1의 필터 출력 PMSM1Si가 예측 흡기 압력 PMFWD의 산출에 사용된다. 즉, 일점쇄선 L1로 도시하는 시점에서의 제 2 기억치 PMSM2와 필터 출력 PMSM1Si의 차 △P2를 실제의 흡기 압력 PMr에 더함으로써, 예측 흡기 압력 PMFWD가 산출된다. 그 결과, 흡기 압력 PMr에 CR 필터의 시정수에 따른 어긋남이 생기더라도 그 예측 흡기 압력 PMFWD를 정확한 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시의 흡기 압력으로서 산출할 수 있다.

한편, 상기 스텝 S310에 있어서, 현재의 연소 모드가 균질 연소 모드가 아니고 성층 연소 모드라고 판단되면 스텝 S314로 진행한다. ECU(92)는 스텝 S314에 있어서, 제 2 기억치 PMSM2에 부피 효율 ηv를 곱한 값을 가상 흡기 압력 PMv로서 산출한다. 또, 부피 효율 ηv는 전 회의 가상 흡기 압력 PMv와 엔진 회전수 NE에 근거하여, 도시하지 않은 맵을 참조하여 산출된다. 가상 흡기 압력 PMv가 산출된 후, ECU(92)는 본 루틴을 일단 종료하고, 도 6의 루틴으로 되돌아간다.

상기한 가상 흡기 압력 PMv는 현재의 엔진 운전상태에서 균질 연소를 실행하였다고 가정한 경우에서의 흡기 밸브(19)의 폐쇄 시의 흡기 압력, 즉 상기 예측 흡기 압력 PMFWD에 대응한 가상치에 상당한다. 균질 연소 시에는 예측 흡기 압력 PMFWD가 실제의 흡기 압력 PMr에 근거하여 거의 정확하게 산출된다. 이것에 대하여, 성층 연소 시에는 가상 흡기 압력 PMv는 실제의 흡기 압력 PMr에 관계없이 제 2 기억치 PMSM2에 근거하여 산출되지만, 스텝 S304, S314의 처리에 의해서 거의 정확하게 산출된다.

즉, 상기 스텝 S304에서는 보정 후 흡기 압력 PMh 및 엔진 회전수 NE에 근거하여 구해지는 소정치 n이 서변 처리(gradual change process)에 사용된다. 이 소정치 n을 산출하기 위해서 사용되는 맵은 가상 흡기 압력 PMv가 정확하게 예측 흡기 압력 PMFWD에 대응한 값이 되도록, 미리 실험 등에 의해서 설정된다. 또한, 스텝 S314에서는 전 회의 가상 흡기 압력 PMv와 엔진 회전수 NE에 근거하여 구해지는 부피 효율 ηv가 사용된다. 이 부피 효율 ηv를 산출하기 위해서 사용되는 맵은 가상 흡기 압력 PMv가 정확한 값이 되도록, 미리 실험 등에 의해서 설정된다.

본 실시예는 이하에 도시하는 이점을 갖는다.

균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 어떤 것이 실행되는 경우에도 엔진(11)의 출력 토크를 제어하기 위한 공통치로서, 집약 목표 스로틀 개방도 TAt가 사용된다. 이 집약 목표 스로틀 개방도 TAt는 현재의 엔진 운전상태로 균질 연소를 실행하였다고 가정한 경우에 요구되는 엔진 토크를 반영한 값이다. 다시 말하면 집약 목표 스로틀 개방도TAt는 균질 연소 모드에 적합한 스로틀 개방도의 목표치이다.

균질 연소 시에는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 실제의 스로틀 개방도 TAr이 가까워지도록, 스로틀용 모터(24)가 구동되어, 스로틀 밸브(23)의 개방도가 조절된다. 그 결과, 흡입 공기량이 변경되어, 엔진 토크가 요구치로 조절된다. 성층 연소 시에는 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여, 현재의 엔진 운전상태로 균질 연소를 실행하였다고 가정한 경우에 있어서의 흡기 압력이, 가상 흡기 압력 PMv로서 산출된다. 이 가상 흡기 압력 PMv에 근거하여, 기본 연료 분사량 Qbse가 산출된다. 그리고, 연료 분사 밸브(40)가 구동되어, 기본 연료 분사량 Qbse로부터 구해지는 최종 연료 분사량 Qfin에 대응한 양의 연료가 연소실(16)에 분사됨으로써, 엔진 토크가 요구치로 조절된다.

상기한 바와 같이, 엔진(11)에 요구되는 토크는 균질 연소 시와 성층 연소 시의 어떤 경우에도 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 반영된다. 균질 연소 시에는엔진 토크를 조정하기 위해서, 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여 스로틀 개방도가 제어된다. 성층 연소 시에는 엔진 토크를 조정하기 위해서, 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여 연료 분사량이 제어된다. 다시 말하면 양 연소 모드 어떤 것이 실행되는 경우라도 공통의 목표 제어치인 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여 엔진 토크가 조정된다. 따라서, 균질 연소 시와 성층 연소 시에 엔진 토크 특성을 용이하게 조화시킬 수 있다.

요구되는 토크치를 엔진(11)에 발휘시키기 위해서는 요구되는 엔진 토크치가 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 정확하게 반영될 필요가 있다. 그 때문에, 엔진 토크치를 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 적합하게 하기 위한 실험이 미리 행하여진다. 본 실시예에서는 균질 연소 시와 성층 연소 시의 어떤 경우에 있어서나 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여 엔진 토크가 제어되기 때문에, 적합 실험을 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 대해서만 행하는 것만으로도 된다. 이것은 엔진 토크를 제어하기 위한 제어치에 관한 실험을 용이하게 한다.

엔진 부하를 나타내는 기본 연료 분사량 Qbse에 근거하여, 실행해야 할 연소 모드가 결정된다. 이 기본 연료 분사량 Qbse는 양 연소 모드의 어떤 실행 시라도 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여 산출된다. 엔진(11)에 요구되는 토크치에 따라서 집약 목표 스로틀 개방도 TAt가 변화하면 기본 연료 분사량 Qbse도 변화한다. 다시 말하면 양 연소 모드의 어떤 실행 시라도 기본 연료 분사량 Qbse에는 엔진(11)에 요구되는 토크치가 반영된다. 따라서, 엔진(11)에 요구되는 토크치에 적합한 연소 모드가, 기본 연료 분사량 Qbse에 근거하여, 항상 적절하게 선택되어실행된다. 다시 말하면 요구 토크치를 반영한 집약 목표 스로틀 개방도 TAt에 근거하여, 실행해야 할 연소 모드가 적절하게 결정된다.

예를 들면 종래 기술에서는 성층 연소 시에는 액셀 밟는 양 및 엔진 회전수에 근거하여, 기본 연료 분사량이 산출된다. 엔진 토크의 자동 조정에 따른 제어가 행하여질 때, 기본 연소 분사량이 엔진에 요구되는 토크치에 따라서 보정되어, 최종 연료 분사량이 구해진다. 이 최종 연료 분사량에 대응하는 양의 연료가 분사됨으로써, 엔진은 요구되는 토크를 발휘한다. 그러나, 최종 연료 분사량이 요구 토크치에 따른 보정에 의해서 성층 연소에 적합하지 않을 만큼 커진 경우에도 기본 연소 분사량에 근거하여 결정된 성층 연소 모드는 속행된다. 이것은 요구 토크치에 적합한 연소 모드가 적절하게 선택되지 않은 것을 의미한다.

이것에 대하여, 본 실시예에서는 성층 연소 시에 있어서, 기본 연료 분사량 Qbse가 엔진(11)에 요구되는 토크치에 따라서, 성층 연소에 적합하지 않을 만큼 커지면 연소 모드가 균질 연소로 바뀐다. 그 때문에, 요구 토크치에 적합한 연소 모드가 적절하게 선택된다.

또, 상기 실시예는 예를 들면 아래와 같이 변경할 수도 있다.

상기 실시예에서는 기본 연료 분사량 Qbse를 엔진 부하를 나타내는 값으로서 사용하여 연소 모드를 결정하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 액셀 밟는 양 ACCP를 엔진 부하를 나타내는 값으로서 사용하여 연소 모드를 결정하여도 좋다.

본 실시예에서는 스로틀 개방도 제어 및 연료 분사량 제어에 의해서 엔진 토크가 조정되지만, 예를 들면 점화 시기 제어 등 다른 제어에 의해서 엔진 토크가 조정되어도 좋다.

Claims

연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 토크를 발생시키는 엔진의 제어장치로서, 엔진은 제 1 연소 모드 및 제 2 연소 모드로부터 선택된 연소 모드로 운전되고, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 조정수단에 의해서 조정되고, 엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 조정수단과는 다른 제 2 조정수단에 의해서 조정되는 엔진의 제어장치에 있어서,

상기 제어장치는,

엔진의 운전상태에 근거하여, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때 요구되는 엔진 토크를 반영한 토크 반영치를 산출하는 산출수단과,

엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 1 조정수단을 제어하는 제 1 제어수단 및,

엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 2 조정수단을 제어하는 제 2 제어수단을 구비하고,

상기 제 1 연소 모드는 혼합기가 연소실 내에 균질하게 존재하는 균질 연소 모드이고, 제 2 연소 모드는 혼합기가 연소실에 편재하는 성층 연소 모드이며, 제 1 조정수단은 연소실로의 흡입 공기량을 조정하기 위한 스로틀 밸브를 포함하고, 제 2 조정수단은 연소실에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브를 포함하며, 제 1 제어수단은 토크 반영치에 근거하여 스로틀 밸브의 개방도를 조정하고, 제 2 제어수단은 토크 반영치에 근거하여 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 양을 조정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 토크 반영치는 스로틀 밸브의 개방도의 목표치인 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
제 1 항에 있어서,

엔진이 성층 연소 모드로 운전될 때, 상기 제 2 제어수단은 엔진의 현재의 운전상태로 균질 연소 모드가 실행되었다고 가정하였을 때의 연소실에 흡입되는 공기의 압력을 토크 반영치에 근거하여 가상 흡기 압력으로서 산출하고, 제 2 제어수단은 그 가상 흡기 압력에 근거하여 연료 분사량을 추가로 조정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
제 4 항에 있어서,

엔진이 성층 연소 모드로 운전될 때, 상기 제 2 제어수단은 엔진의 현재의 운전상태로 균질 연소 모드가 실행되었다고 가정하였을 때의 스로틀 밸브의 개방도를 토크 반영치에 근거하여 가상 스로틀 개방도로서 산출하고, 제 2 제어수단은 그 가상 스로틀 개방도에 근거하여 상기 가상 흡기 압력을 추가로 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 토크 반영치에 근거하여 실행해야 할 연소 모드를 결정하는 결정수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 토크를 발생시키는 엔진의 제어장치로서, 엔진은 연소실로의 흡입 공기량을 조정하기 위한 스로틀 밸브와, 연소실에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브를 구비하고, 엔진은 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드로부터 선택된 연소 모드로 운전되는 엔진의 제어장치에 있어서,

상기 제어장치는,

실행 중인 연소 모드에 관계없이, 엔진의 운전상태에 근거하여, 엔진이 균질 연소 모드로 운전될 때에 요구되는 엔진 토크를 반영한 토크 반영치를 산출하는 산출수단과,

엔진이 균질 연소 모드로 운전될 때, 엔진 토크를 조정하기 위해서, 상기 토크 반영치에 근거하여 스로틀 밸브의 개방도를 제어하는 제 1 제어수단과,

엔진이 성층 연소 모드로 운전될 때, 엔진 토크를 조정하기 위해서, 상기 토크 반영치에 근거하여 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 양을 제어하는 제 2 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
제 7 항에 있어서,

상기 산출수단은 균질 연소 모드에 적합한 스로틀 밸브의 목표 개방도를 상기 토크 반영치로서 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진의 제어장치.
연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 토크를 발생시키는 엔진의 제어방법으로, 엔진은 제 1 연소 모드 및 제 2 연소 모드로부터 선택된 연소 모드로 운전되고, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 제어치에 따라서 변경되고, 엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때에는 엔진 토크가 제 1 제어치와는 다른 제 2 제어치에 따라서 변경되는 엔진의 제어방법에 있어서,

상기 제어방법은,

엔진의 운전상태에 근거하여, 엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때에 요구되는 엔진 토크를 반영한 토크 반영치를 산출하는 공정과,

엔진이 제 1 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 1 제어치를 조정하는 공정과,

엔진이 제 2 연소 모드로 운전될 때, 상기 토크 반영치에 근거하여 제 2 제어치를 조정하는 공정을 구비하고,

상기 제 1 연소 모드는 혼합기가 연소실 내에 균질하게 존재하는 균질 연소 모드이고, 제 2 연소 모드는 혼합기가 연소실에 편재하는 성층 연소 모드이며,

상기 토크 반영치에 근거하여 제 1 제어치를 조정하는 공정은 연소실로의 흡입 공기량을 조정하기 위한 스로틀 밸브의 개방도를, 토크 반영치에 근거하여 조정하는 공정을 포함하고,

토크 반영치에 근거하여 제 2 제어치를 조정하는 공정은 연소실에 분사되는 연료의 양을 토크 반영치에 근거하여 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 엔진의 제어방법.
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