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KR100683540B1 - 내연기관용 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법 - Google Patents

내연기관용 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법 Download PDF

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KR100683540B1
KR100683540B1 KR1020040092031A KR20040092031A KR100683540B1 KR 100683540 B1 KR100683540 B1 KR 100683540B1 KR 1020040092031 A KR1020040092031 A KR 1020040092031A KR 20040092031 A KR20040092031 A KR 20040092031A KR 100683540 B1 KR100683540 B1 KR 100683540B1
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fuel injection
fuel
combustion
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misfire
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모토키 오타니
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

내연기관은 실린더내 분사밸브 및 흡기포트 분사밸브를 포함한다. 상기 기관은 적어도 성층 린 연소 및 균질 연소로부터 선택되는 연료방식으로 작동된다. ECU는 상기 기관의 작동상태에 따라 연소방식을 선택하고 그 선택된 연소방식에 대응하는 연료분사방식으로 연료분사밸브를 제어한다. 성층 린 연소 또는 균질 연소로 엔진이 작동되는 동안에 실화가 검출된 경우, ECU는 흡기포트 분사밸브로부터 주입된 연료량 대 실린더내에 공급된 전체 연료량의 비가 증가되도록 연료분사방식을 전환한다. 그 결과, 연비가 저하되지 않으면서 실화가 억제된다.

Description

내연기관용 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법{FUEL INJECTION CONTROL APPARATUS AND FUEL INJECTION CONTROL METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
첨부한 도면과 함께 현재 바람직한 실시예의 이하의 서술내용을 참조하면, 본 발명의 목적과 장점을 쉽게 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 연료분사제어장치를 예시하는 블록도;
도 2는 실화방지능력을 갖는 연소방식과 연비와의 관계를 예시하는 블록도;
도 3은 연료분사를 제어하는 순서를 도시한 플로우차트이다.
본 발명은 실린더내에 연료를 분사하는 제1연료분사밸브 및 흡기통로내에 연료를 분사하는 제2연료분사밸브를 포함하는 내연기관에서의 연료분사를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래에는, 실린더내에 연료를 분사하는 실린더내 분사밸브(in-cylinder injection valve)를 갖는 내연기관에서는, 피스톤의 압축행정 동안 연소실내에 연료를 분사하기 위해 "압축행정분사"가 실행되므로, 공연비(air-fuel)가 화학양론 적(stoichiometric) 공연비보다 희박한(lean) 성층 린 연소(stratified lean combustion)가 실행된다. 성층 린 연소로, 화학양론적 또는 보다 농후한(rich) 공연비를 갖는 가연 공연 혼합기(combustible air-fuel mixture)는 점화 플러그의 부근에서만 생성된다. 따라서, 연소실내의 전체 공연비가 희박한 경우라도, 연소가 안정화된다. 그 결과로, 연비가 상당히 향상된다.
하지만, 예를 들어 연료분사량이 분사밸브의 노즐상에 수집된 디포짓(deposit)으로 인해 요구되는 연료분사량 이하로 떨어지게 되면, 점화 플러그 부근의 공연 혼합기의 공연비는 화학양론적 공연비보다 희박하게 되며, 이는 실화(misfire)를 유발 할 수 있다. 이러한 실화는, 예를 들어 기관이 아이들링(idling)인 경우, 요구되는 연료분사량이 적은 기관의 운전범위에서 쉽게 발생한다.
일본 특개평 특허 공보 제 2002-130007호는, 성층 화학양론적 연소가 실화에 대한 대책(measure)으로서 성층 린 연소 동안에 실행되는 것을 개시한다. 성층 화학양론적 연소로, 흡기행정과 압축행정 동안에 연료가 분사되므로, 전체 연소실내의 공연비는 화학양론적 공연비가 됨에 따라, 공연비가 점화 플러그 부근의 화학양론적 공연비보다 농후한 공연 혼합기를 생성한다. 그 결과, 희박한 공연비로 인한 실화가 감소된다.
그런데, 실린더내 분사밸브를 갖는 내연기관에서는, 심지어 연료가 흡기행정 중에 분사되는 균질한 화학양론적 연소 중에도 실화가 생길 수 있다. 이는, 흡기행정 중에 연료가 분사되는 경우, 분사된 연료는 점화될 때까지 전체 연소실 전역으로 충분히 확산되지 않기 때문이다. 그 결과, 비균질한 공연 혼합기로 인해, 점화 플러그 부근의 공연비가 희박해지며, 이는 실화가 생기게 할 수 있다.
이 방식으로, 균질 연소로 희박한 공연비로 인한 실화에 대한 대책으로서, 점화 플러그 부근의 공연비를 농후하게 하기 위해 상술된 성층 화학양론적 연소를 실행하는 것은 효과적이다.
희박한 공연비로 인한 실화에 대한 대책으로서, 점화 플러그 부근의 공연비를 농후하게 하기 위해 연료분사량을 증가시키는 것은 효과적이다. 하지만, 연료분사량이 성층 린 연소로보다 많은 성층 화학양론적 연소를 실행하는 것은 연비를 감소시킨다.
성층 화학양론적 연소로, 상술된 바와 같이 공연비가 화학양론적 공연비보다 농후한 공연 혼합기가 점화 플러그 부근에 생성되므로, 전체 연소실내의 공연비는 화학양론적 공연비가 된다. 그러므로, 연소실내로 분사된 연료 중 일부가 연소되지 않고 방출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 실린더내에 연료를 분사하는 연료분사밸브 및 흡기통로내에 연료를 분사하는 연료분사밸브를 포함하는 내연기관에서 연비가 감소되는 것을 방지하면서 실화가 용이하게 방지되는 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적에 따라 또한 상술된 목적 및 다른 목적을 달성하기 위해, 내연기관용 연료분사제어장치가 제공된다. 상기 기관은 기관의 실린더내에 연료를 분 사하는 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로내에 연료를 분사하는 제2연료분사밸브를 가진다. 상기 기관은 적어도 성층 린 연소 및 균질 연소로부터 선택된 연소방식으로 작동된다. 상기 장치는, 제어수단, 실화검출수단 및 전환수단을 포함한다. 제어수단은 기관의 작동상태에 따라 연소방식을 선택하고, 선택된 연소방식에 대응하는 연료분사방식으로 연료분사밸브를 제어한다. 성층 린 연소가 선택된 경우, 제어수단은 기관의 압축행정 중에 연료를 분사하도록 제1연료분사밸브를 유도한다. 균질 연소가 선택된 경우, 제어수단은 기관의 흡기행정 중에 연료를 분사하도록 제1연료분사밸브를 유도한다. 실화검출수단은 실린더내의 실화를 검출한다. 성층 린 연소 또는 균질 연소로 기관이 작동하는 동안에 실화검출수단에 의해 실화가 검출된 경우, 전환수단은 제2연료분사밸브로부터 분사된 연료량 대 실린더로 공급된 전체 연료량의 비가 증가되도록 연료분사방식을 전환한다.
본 발명은 내연기관용 연료분사제어방법을 더 제공한다. 상기 기관은 기관의 실린더내에 연료를 분사하는 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로내에 연료를 분사하는 제2연료분사밸브를 가진다. 상기 기관은 적어도 성층 린 연소 및 균질 연소로부터 선택된 연소방식으로 작동된다. 상기 방법은, 기관의 작동 상태에 따라 연소방식을 선택하는 단계; 선택된 연소방식에 대응하는 연료분사방식으로 연료분사밸브를 제어하는 단계를 포함하되, 성층 린 연소가 선택된 경우, 제1연료분사밸브는 기관의 압축행정 중에 연료를 분사하고, 균질 연소가 선택된 경우, 상기 제1연료분사밸브는 기관의 흡기행정 중에 연료를 분사하며; 실린더내의 실화를 모니터링하는 단계; 및 성층 린 연소 또는 균질 연소로 기관이 작동하는 동안에 실화가 검출된 경우, 제2연료분사밸브로부터 분사된 연료량 대 실린더내로 공급된 전체 연료량의 비가 증가되도록 연료분사방식을 전환하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 원리를 예시의 방식으로 예시한 첨부한 도면과 연계하여 본 발명의 다른 실시형태 및 장점들을 서술한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 서술된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 연료분사제어장치는 4-사이클 실린더 분사식 내연기관(11)에 적용된다. 기관(11)은 실린더(12)내에 수용되는 피스톤(13)을 포함한다. 피스톤(13)은 연결 로드(connecting rod; 15)를 통해 기관(11)의 출력 샤프트인 크랭크샤프트(14)로 연결된다. 연결 로드(15)는 피스톤(13)의 왕복운동을 크랭크샤프트(14)의 회전으로 변환시킨다.
연소실(16)은 실린더(12)내의 피스톤(13) 위에 형성된다. 기관(11)은 연소실(16)내에 연료를 직접 분사하는 제1연료분사밸브로서 기능하는 실린더내 분사밸브(17)를 포함한다. 실린더내 분사밸브(17)는 연료 공급 기구(미도시됨)를 통해 고도로 가압된 연료를 수용한다. 공급된 연료의 압력은 사전설정된 밸브로 조정된다. 실린더내 분사밸브(17)가 개방되도록 작동되는 경우, 연소실(16)내에 연료가 분사된다.
연료(11)는 연료실(16)내에 생성된 공연 혼합기를 점화하는 점화 플러그를 포함한다. 점화 플러그(18)에 의해 공연 혼합기를 점화시키는 타이밍은 점화 플러그(18) 위에 제공된 이그나이터(igniter; 19)에 의해 조정된다. 피스톤(13)의 상단면은, 실린더내 분사밸브(17)에 의해 분사된 연료로 성층 공연 혼합기를 생성하고 그리고 그 공연 혼합기가 점화 타이밍시 점화 플러그(18)의 부근에 도달하기에 적합하도록 형상화된다.
연소실(16)은 흡기통로(20) 및 배기통로(21)에 연결된다. 연소실(16)과 흡입통로(20)와의 결합부는 흡기포트(20a)를 형성한다. 제2연료분사밸브로서 기능하는 흡기포트 분사밸브(22)는 흡기통로(20)에 노출되도록 제공된다. 흡기포트 분사밸브(22)는 흡기포트(20a)를 향해 연료를 분사한다. 흡기포트 분사밸브(22)는 연료 공급 기구(미도시됨)를 통해 고도로 가압된 연료를 수용한다. 공급된 연료의 압력은 사전설정된 값으로 조정된다. 흡입포트분사밸브(22)가 개방되도록 작동되는 경우, 흡기포트(20a)를 향해 연료가 분사된다. 제2연료분사밸브는 흡기포트(20a)의 부근에 제공된 흡기포트 분사밸브(22)로 제한되지 않으며, 흡기통로(20)내의 서지 탱크(surge tank)내에 제공될 수 있다.
상기 장치는 점화 플러그(18) 및 이그나이터를 제어하는 전자 제어 유닛(ECU)(30) 및 ECU(30)에 의해 실행되는 제어시에 사용되는 다양한 센서들을 포함한다. ECU(30)는 주요한 구성요소로서 마이크로컴퓨터로 구성되며, 중앙처리장치(CPU), 리드 온리 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함한다. 이 실시예에서, 기관(11)의 작동 상태를 검출하는 센서들로서, 회전속도센서(31) 및 페달센서(32)가 제공된다. 회전속도센서(31)는 크랭크샤프트(14)의 시간당 회전수 또는 기관 속도를 검출하고, 페탈센서(32)는 가속 페달(미도시됨)의 억압량(depression amount)을 검출한다. 또한, 회전속도센서(31)는 기관(11)의 실화를 검출하는 센서로서 기능한다. 이들 센서(31, 32)의 검출 신호는 ECU(30)로 송신된다.
회전속도센서(31) 및 페달 센서(32)로부터의 검출 신호에 기초하여, ECU(30)는 기관 작동 상태를 검출하고 검출된 기관 작동 상태에 따라 성층 린 연소, 성층 화학양론적 연소 및 균질 화학양론적 연소로부터 연소방식을 검출한다. 그 후, ECU(30)는 결정된 연소방식에 따라 연료분사 타이밍 및 연료분사량을 설정한다. 설정된 연료분사 타이밍 및 연료분사량에 따라, ECU(30)는 실린더내 분사밸브(17) 및 흡기포트 분사밸브(22) 중 적어도 하나가 연료를 분사하도록 유도한다. 연료분사량은 연료분사압력 및 연료분사기간에 기초하여 결정된다.
이 실시예에서, ECU(30) 및 회전속도센서(31)는 실화검출수단을 형성한다. 부연하면, 회전속도센서(31)로부터의 검출신호에 기초하여, ECU(30)는 실화가 기관(11)에 발생하였는지를 검출한다. 보다 상세하게는, ECU(30)는 기관회전속도의 변동(fluctuation)에 기초하여 기관(11)내의 실화의 발생을 검출한다. 연소실(16)내에서, 점화 플러그(18) 부근의 공연 혼합기의 공연비가 화학양론적 공연비보다 희박한 경우에, 실화가 야기된다.
실화가 검출된 경우, ECU(30)는 기관작동상태에 따라 결정된 연소방식을 점화 플러그(18) 부근의 공연 혼합기의 공연비가 화학양론적 공연비에 접근하도록 하는 연소방식으로 전환한다. 즉, 실화를 검출한 후에, ECU(30)는 기관작동상태에 따른 연소방식의 성능보다 실화를 억제하는 연소방식의 성능을 보다 우선시한다.
다음, 도 2를 참조하여 실화방지능력 및 연비와 각 연소방식의 관계를 서술한다. 도 2는 실린더내 분사밸브(17)로부터 연료를 분사함으로써 실행되는 성층 린 연소, 균질 화학양론적 연소 및 성층 화학양론적 연소와, 흡기포트 분사밸브(22)로 부터 연료를 분사함으로써 실행되는 균질 화학양론적 연소와의 실화방지능력 및 연비와의 각각의 관계를 도시한다.
성층 린 연소는 전체 연소실(16)내에서 공연비가 초희박한(super lean) 동안에 연료가 연소되는 연소방식이다. 성층 린 연소를 실행하기 위해서, ECU(30)는 실린더내 분사밸브(17)가 피스톤(13)의 압축행정 동안 연료를 분사하도록 한다.
균질 화학양론적 연소는 전체 연소실(16)내에서 공연비가 화학양론적 공연비인 동안에 연료가 분사되는 연소방식이다. 실린더내 분사밸브(17)로부터의 연료 분사로 균질 화학양론적 연소를 실행하는 경우, ECU(30)는 실린더내 분사밸브(17)가 피스톤(13)의 흡기행정 동안에 연료를 분사하도록 한다. 한편, 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사로 균질 화학양론적 연소를 실행하는 경우, ECU(30)는 흡기포트(20a)내에 체류시킨 공연 혼합기가 피스톤(13)의 흡기행정 동안에 연료실(16)내로 도입되도록 흡기포트 분사밸브(22)로부터 연료분사 타이밍을 조정한다.
성층 화학양론적 연소는 전체 연소실(16)내에서 공연비가 화학양론적 공연비인 동안에 연료가 연소되는 연료 방식이다. 성층 화학양론적 연소를 실행하기 위해서, ECU(30)는 실린더내 분사밸브(17)가 피스톤(13)의 압축행정 중에 연료를 분사하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연비는 전체 연소실(16)내의 공연비를 성층 링 연소로는 희박하게 함으로써 최적화된다. 하지만, 점화 플러그(18) 부근의 공연비가 희박하기 때문에, 실화가 발생하기 쉽다. 그러므로, 성층 린 연소는 가장 낮은 실화방지능력을 가진다.
실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소로, 공연 혼합기를 균질화하기 위해 흡기행정 동안에 연료를 분사하는 동안에 전체 연소실(16)내의 공연비는 화학양론적 공연비이도록 조정된다. 그러므로, 실린더내 연료분사로 인한 균질 화학양론적 연소의 실화방지능력은 성층 린 연소의 실화방지능력보다 높다. 하지만, 실린더내 연료분사로 인한 균질 화학양론적 연소의 연비는 성층 린 연소의 연비보다 좋지 않다.
흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소의 실화방지능력은 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소의 실화방지능력보다 훨씬 더 높다. 이는, 연료가 연소실(16)로 분사되는 때로부터 혼합기가 점화되는 때까지의 시간이 극히 짧기 때문에, 분사된 연료가 충분히 확산되지 않으며 혼합기가 비균질하기 때문이다. 다시 말해, 흡기포트 연료분사 시, 연료가 연소실(16)로부터 분사되는 때로부터 혼합기가 점화되는 때까지의 시간이 비교적 길기 때문에, 공연 혼합기는 충분히 균질화된다. 하지만, 흡입포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소의 연비는 실린더내 연소분사에 의한 균질 화학양론적 연소의 연비보다 좋지 않다.
성층 화학양론적 연소로, 공연 혼합기는, 전체 연소실(16)내의 공연비가 화학양론적 공연비이도록 조정하는 한편, 압축행정 동안에 연료를 분사함으로써 성층화된다. 따라서, 점화 플러그(18) 부근의 공연비가 농후해진다. 그러므로, 성층 화학양론적 연소는 가장 높은 실화방지능력을 가진다. 하지만, 점화 플러그(18) 부근의 공연비는 과도하게 농후해질 수 있다. 이러한 경우, 연소실(16)내에 분사된 연료의 일부가 연소되지 않고 방출될 수 있다. 그러므로, 성층 화학양론적 연소는 가 장 낮은 연비를 가진다.
이 방식으로, 실화방지능력 및 연비는 서로 상반된다. 실화의 발생시에 가장 높은 실화방지능력을 가지는 성층 화학양론적 연소를 실행하면, 연비가 저하된다.
그러므로, 이 실시예에서, 실화방지능력과 연비와의 관계를 고려하여, 연비의 악화가 최소화되고 실화의 발생이 신뢰성있게 억제되도록 연소분사방식이 전환된다. 보다 상세하게, 실린더내 연소분사에 의한 성층 린 연소 또는 실린더내 연소분사에 의한 균질 화학양론적 연소 중에 실화가 발생한 경우, ECU(30)는 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소를 실행하도록 연료분사방식을 전환한다.
도 3은 이 실시예에 따른 연료분사제어의 순서를 도시하는 플로우차트이다. 도 3에 도시된 제어 루틴(control routine)은 ECU(30)에 의해 실행되며, 이는 ECU(30)의 ROM에 저장된 프로그램에 따라 연료분사방식을 전환하는 전환수단으로서 기능한다.
루틴에 들어가는 경우, ECU(30)는 단계 S110에서 기관(11)이 아이들링인지를 판단한다. 기관이 아이들링인 것을 판단한 경우, ECU(30)는 단계 S111로 진행하고 실린더내 연료분사에 의한 성층 린 연소가 실행되고 있는지를 판단한다. 성층 링 연소가 실행되고 있다는 것을 판단한 경우, ECU(30)는 단계 S112로 진행한다.
한편, 성층 린 연소가 단계 S111에서 실행되고 있지 않다는 것을 판단한 경우, ECU(30)는 단계 S113으로 진행하고 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소가 실행되고 있는지를 판단한다. 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소가 실행되고 있는 것을 판단한 후, ECU(30)는 단계 S112로 진행한다.
단계 S112에서, ECU(30)는 회전속도센서(31)로부터의 검출 신호에 기초하여 실화가 발생되었는지를 판단한다. 실화가 발생되었다는 것을 판단한 후, ECU(30)는 단계 S114로 진행한다. 단계 S114에서, ECU(30)는 실린더내 분사밸브(17)로부터 흡기포트 분사밸브(22)로 연료를 분사하도록 연료분사밸브를 전환함에 따라, 흡기포트연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소를 실행한다. 보다 상세하게는, ECU(30)는 실린더내 분사밸브(17)로부터의 연료분사를 중지시키고, 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사만을 시작함에 따라, 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소를 실행한다. 그 결과로, 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 및 성층 린 연소에 비해, 점화 플러그(18) 부근의 공연비는 화학양론적 공연비에 보다 근접하며, 이는 실화 가능성을 감소시킨다.
하지만, 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 중에도, 실화의 발생가능성은 여전히 존재한다. 예를 들어, 실린더내 연료분사에 의한 성층 린 연소가 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소로 전환되는 경우, 공연비는 일시적으로 희박해진다. 이는 실화를 유발할 수 있다.
그러므로, 단계 S115에서, ECU(30)는 회전속도센서(31)로부터의 검출 신호에 기초하여 흡기포트분사에 의한 균질 화학양론적 연소 중에 실화가 발생했는지를 판단한다. 실화가 발생하였다고 판단한 경우, ECU(30)는 단계 S116으로 진행한다. 단계 S1116에서, ECU(30)는 흡기포트 분사밸브(22)로부터 실린더내 분사밸브(17)로 연료를 분사하도록 연료분사밸브를 전환함에 따라, 실린더내 연료분사에 의한 성층 화학양론적 연소를 실행한다. 그 결과, 실화가 신뢰성있게 방지된다.
이 실시예는 다음과 같은 장점들을 제공한다.
(1) 실린더내 연료분사에 의한 성층 린 연소 중에 또는 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 중에 실화가 발생하는 경우, 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사량 대 전체 연료분사량의 비가 증가된다. 보다 상세하게, 실린더내 연료분사에 의한 성층 린 연소 중에 또는 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 중에 실화가 발생하는 경우, 실린더내 분사밸브(17)에 의한 연료분사가 중지되고 흡기포트 분사밸브(22)로부터만 분사되므로, 흡기포트연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소가 실행된다. 실화에 대한 대책으로서, 성층 화학양론적 연소가 가장 효과적이다. 하지만, 성층 화학양론적 연소는 연비를 상당히 저하시킨다. 이와 대조적으로, 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소는 연비의 감소를 필적할만하게 억제시킨다. 그러므로, 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소가 실행되도록 연료분사방식을 전환함으로써, 연비가 나빠지는 것을 방지하고 실화가 생기는 것을 방지한다.
(2) 예시된 실시예에서, 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 또는 성층 린 연소가 기관이 아이들링인 동안에 실행되고 있는 때에 실화가 발생하는 경우, 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소가 실행되도록 연료분사방식이 전환된다. 연료분사량이 작은 작동 상태에서, 특히 기관이 아이들링인 경우에 실화가 발생되기 가장 쉽다. 예시된 실시예에 따르면, 기관(11)이 아이들링인 경우에 실화방지능력과 연비와의 관계를 고려하는 한편 실화에 대한 적절한 대책이 취해진다.
(3) 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소가 시작되는 경우에도 실화가 생기는 경우, 가장 높은 실화방지능력을 가지는 성층 화학양론적 연소가 실행된다. 따라서, 실화는 신뢰성있게 방지된다.
상기 예시된 실시예는 다음과 같이 수정될 수 있다.
실화가 검출되는 경우의 연소방식의 전환은 하기에 예시된 바와 같이 변경될 수 있다.
(A1) 실린더내 연료분사에 의한 성층 린 연소 중에 또는 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 주에 실화가 발생하는 경우(도 3의 단계 S112의 결과가 YES인 경우), 균질 화학양론적 연소는 실린더내 분사밸브(17)와 흡기포트 분사밸브(22) 둘 모두로부터의 연료분사에 의해 실행될 수 있다. 이 경우, 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사가 시작되고, 실화가 억제될 때까지, 분사밸브(22)로부터의 연료분사량의 비가 증가되며 실린더내 분사밸브(17)로부터의 연료분사량의 비가 감소된다. 이러한 연료분사방식의 전환은 연비가 나빠지는 것을 방지하면서 신뢰성있게 실화를 억제한다.
(A2) 실화가 흡입포트연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 중에 발생했다고 판단되는 경우(도 3의 단계 S115의 결과가 YES인 경우), 성층 화학양론적 연소는 압축행정 중에 실린더내 분사밸브(17)로부터의 연료분사 및 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사에 의해 실행될 수 있다. 연료가 분사밸브(17, 22) 둘 모두로부터 분사되는 성층 화학양론적 연소는 실화를 신뢰성있게 방지한다.
(A3) 실화가 흡기포트연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 중에 발생했다 고 판단된 경우(도 3의 단계 S115의 결과가 YES인 경우), 성층 화학양론적 연소는 압축행정 및 흡기행정 중에 실린더내 분사밸브(17)로부터의 연료분사에 의해 실행될 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 성층 화학양론적 연소를 실행함으로써 실화가 신뢰성있게 방지된다.
예시된 실시예에서, 실린더내 분사밸브(17)가 연료를 분사하고 있는 때에 실화가 발생한 경우, 즉 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 또는 성층 린 연소 중에 실화가 발생한 경우, 연료분사방식은 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사량 대 전체 연료분사량의 비가 증가되도록 전환된다. 하지만, 연료분사방식은, 실린더내 분사밸브(17)와 흡기포트 분사밸브(22)로부터 둘 다 분사되는 동안에 실화가 발생하는 경우, 동일한 방식으로 전환될 수 있다. 이 경우, 연료분사방식은 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사량 대 전체 연료분사량의 비가 분사밸브(17, 22) 둘 모두로부터 연료를 분사하는 동안에 증가되도록 전환된다.
또한, 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 및 성층 린 연소 이외의 연소방식 중에, 소량의 연료분사로 인해 실화가 발생하는 경우, 연료분사방식은 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사량 대 전체 연료분사량의 비가 증가되도록 전활될 수 있어, 따라서 실화에 대한 대책을 취할 수 있다.
연소방식은 기관이 아이들링인 동안에 실린더내 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소 또는 성층 린 연소가 실행되고 있는 상태 이외의 상태에서 전환될 수 있다. 예를 들어, 기관이 낮은 부하로 작동되고 있는 상태에도, 소량의 연료분사로 인해 실화가 발생하는 경우, 연료분사방식은 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료 분사량 대 전체 연료분사량의 비가 증가되도록 전환될 수 있어, 따라서 실화에 대한 대책을 취할 수 있다.
예시된 실시예에서, 연료분사방식은 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사량 대 전체 연료분사량의 비가 실화의 발생에 기초하여 증가되도록 전환된다. 이 경우, 연료분사량의 증가된 비는 필요하다면 실화의 빈도수에 따라 변경될 수 있다.
예시된 실시예에서, 연소가 흡기포트 연료분사에 의한 균질 화학양론적 연소로 전환된 후에 실화가 검출되는 경우, 성층 화학양론적 연소가 실행된다. 하지만, 성층 화학양론적 연소 대신에, 흡기포트 분사밸브(22)로부터의 연료분사량 대 전체 연료분사량의 비가 더욱 증가될 수 있다.
이 실시예에서, 회전속도센서(31) 및 ECU(30)는 실화검출수단을 형성한다. 하지만, 예를 들어, 연소실(16)내의 연소압력을 검출하는 연소압력센서 및 ECU(30)가 실화검출수단을 형성할 수 있으므로, ECU(30)는 연소압력센서로부터의 검출신호에 기초하여 실화를 검출한다. 이러한 연소압력센서로의 구성은 실화의 검출정확성을 개선한다.
예시된 실시예에서, ECU(30)는 회전속도센서(31)로부터의 검출신호에 기초하여 기관(11)의 실화를 검출하고 실화검출의 결과에 기초하여 연료분사방식을 전환한다. 하지만, 이 방식으로 실화가 검출되는 경우 이외에도, ECU(30)는 실화를 유발하는 상태, 에를 들어 연소 변동을 검출하고 검출결과에 기초하여 연소방식을 전환할 수 있다.
본 예시 및 실시예는 예시를 위한 것이지 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 명세서에 주어진 세부사항들로 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항의 균등론 및 범위내에서 수정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 흡기포트 분사밸브 이외에도 실린더내 분사밸브를 구비한 내연기관에 있어서, 실화가 발생하였을 때에 연비를 크게 악화시키는 일 없이 실화를 적절히 억제할 수 있는 내연기관의 연료분사제어장치가 제공된다.

Claims (12)

  1. 내연기관용 연료분사제어장치에 있어서,
    상기 기관은, 상기 기관의 실린더내에 연료를 분사하는 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로내에 연료를 분사하는 제2연료분사밸브를 가지고, 적어도 성층 린 연소와 균질 연소로부터 선택된 연소방식으로 작동되며,
    상기 기관의 작동상태에 따라 상기 연소방식을 선택하고 상기 선택된 연소방식에 대응하는 연료분사방식으로 상기 연료분사밸브들을 제어하는 제어수단을 포함하되, 상기 성층 린 연소가 선택된 경우, 상기 제어수단은 상기 기관의 압축행정 동안에 상기 제1연료분사밸브가 연료를 분사하도록 하고, 상기 균질 연소가 선택된 경우, 상기 제어수단은 상기 기관의 흡기행정 동안에 상기 제1연료분사밸브가 연료를 분사하도록 하며,
    상기 실린더내의 실화를 검출하는 실화검출수단; 및
    전환수단을 포함하되, 상기 기관이 상기 성층 린 연소 또는 상기 균질 연소로 작동되는 동안에 상기 실화검출수단에 의해 실화가 검출된 경우, 상기 전환수단은 상기 제2연료분사밸브로부터 분사된 연료량 대 상기 실린더내에 공급된 전체 연료량의 비가 증가되도록 상기 연료분사방식을 전환하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실화검출수단에 의해 실화가 검출되는 경우, 상기 전환수단은 상기 제1연료분사밸브가 연료를 분사하는 것을 중지하도록 하여 상기 제2연료분사밸브만이 연료를 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성층 린 연소 또는 균질 연소가 실행되는 경우, 상기 제어수단은 상기 제1연료분사밸브만이 연료를 분사하도록 하고, 상기 실화검출수단에 의해 실화가 검출되는 경우, 상기 전환수단은 상기 제1연료분사밸브가 연료를 분사하는 것을 중지하도록 하여 상기 제2연료분사밸브만이 연료를 분사함에 따라, 균질 화학양론적 연소로 상기 기관을 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실화검출수단에 의해 실화가 검출되는 경우, 상기 전환수단은 상기 제1연료분사밸브와 상기 제2연료분사밸브 둘 모두가 연료를 분사하는 동안에 상기 제2연료분사밸브로부터 분사된 연료량의 비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성층 린 연소 또는 상기 균질 연소가 실행되는 경우, 상기 제어수단은 상기 제1연료분사밸브만이 연료를 분사하도록 하고, 상기 실화검출수단에 의해 실 화가 검출되는 경우, 상기 전환수단은 상기 제1연료분사밸브와 상기 제2연료분사밸브 둘 모두가 연료를 분사하도록 함에 따라, 균질 화학양론적 연소로 상기 기관을 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  6. 제4항에 있어서,
    실화가 검출되는 때로부터 실화가 억제되는 때까지, 상기 전환수단은 상기 제2연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비를 점차 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료분사방식이 실화의 검출로 인해 전환되고 상기 연료분사방식의 전환 후에도 여전히 상기 실화검출수단에 의해 실화가 검출되는 경우, 상기 전환수단은 상기 기관의 압축행정 중에 상기 제1연료분사밸브가 연료를 분사하도록 함으로써, 성층 화학양론적 연소로 상기 기관을 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료분사방식이 실화의 검출로 인해 전환되고 상기 연료분사방식의 전환 후에도 여전히 상기 실화검출수단에 의해 실화가 검출되는 경우, 상기 전환수단은 상기 기관의 압축행정 중에 상기 제1연료분사밸브가 연료를 분사하도록 하고 또 한 상기 제2연료분사밸브가 연료를 분사하도록 함으로써, 성층 화학양론적 연소로 상기 기관을 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료분사방식이 실화의 검출로 인해 전환되고 상기 연료분사방식의 전환 후에도 여전히 상기 실화검출수단에 의해 실화가 검출되는 경우, 상기 전환수단은 상기 기관의 압축행정 및 흡기행정 중에 상기 제1연료분사밸브가 연료를 분사하도록 함으로써, 성층 화학양론적 연소로 상기 기관을 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기관이 아이들링인 경우, 상기 전환수단은 실화의 검출에 기초하여 상기 연료분사방식을 전환하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기관이 아이들링인 경우, 상기 전환수단은 실화의 검출에 기초하여 상기 연료분사방식을 전환하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  12. 내연기관용 연료분사제어방법에 있어서,
    상기 기관은, 상기 기관의 실린더내에 연료를 분사하는 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로내에 연료를 분사하는 제2연료분사밸브를 가지고, 적어도 성층 린 연소와 균질 연소로부터 선택된 연소방식으로 작동되며,
    상기 기관의 작동 상태에 따라 상기 연소방식을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 연소방식에 대응하는 연료분사방식으로 상기 연료분사밸브들을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 성층 린 연소가 선택된 경우, 상기 제1연료분사밸브는 상기 기관의 압축행정 중에 연료를 분사하고, 상기 균질 연소가 선택된 경우, 상기 제1연료분사밸브는 상기 기관의 흡기행정 중에 연료를 분사하며,
    상기 실린더내의 실화를 모니터링하는 단계; 및
    상기 기관이 상기 성층 린 연소 또는 상기 균질 연소로 작동되는 동안에 실화가 검출된 경우, 상기 제2연료분사밸브로부터 분사된 연료량 대 상기 실린더내에 공급된 전체 연료량의 비가 증가되도록 상기 연료분사방식을 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어방법.
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