KR19980035418A - Direct control of air-fuel ratio using wide band sensor - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
본 발명은 공연비를 직접 제어하므로 제어의 정확성과 그 자체값으로 그 상태의 공연비를 측정 가능하여 보다 빠른 제어로 차량의 연료제어가 용이하도록 하는 와이드밴드센서를 이용한 공연비 직접 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air-fuel ratio direct control method using a wideband sensor to directly control the air-fuel ratio, so that it is possible to measure the air-fuel ratio of the state with its accuracy and its own value, thereby facilitating fuel control of the vehicle.
종래에는 배기계에 산소센서를 이용하여 이로부터 출력되는 신호를 엔진 ECU로 송출하여 비례적분제어를 통해 공연비를 간접적으로 제어하도록 이루어져 있으므로 제어시간이 느리고 경우에 따라서는 정확한 제어가 곤란한 문제점이 있었다.Conventionally, since an oxygen sensor is used in an exhaust system to send an output signal from the engine ECU to indirectly control the air-fuel ratio through proportional integral control, the control time is slow and in some cases, accurate control is difficult.
본 발명은 초기에는 주어진 부하(아이들부하, 전부하, 부분부하)에서 각 부하에 따른 기본공연비로 제어하는 한편, 이와 동시에 배기계통의 와이드밴드센서에서 산소농도를 검출한후 이로부터 유동성분을 제거하도록 필터링하여 목표 공연비를 연산하고, 상기 목표 공연비와 실제 측정 공연비를 비교하여 그 차를 구하되 미리 설정되어 있는 상,하한치를 넘지 않는 범위내에서 산정하며, 여기에 엔진부하와 엔진회전수의 비례팩터와 적분팩터에 의한 공연비와 단위시간당의 공연비변화분을 합산하여 공연비를 산출한 후 이로써 연료 인젝에서 분사되는 연료을 제어하도록 하는 단계로 이루어져 있는 발명임.The present invention initially controls the basic performance ratio according to each load at a given load (idle load, full load, partial load), while at the same time detecting the oxygen concentration in the wideband sensor of the exhaust system and removing the flow component therefrom. Calculate the target air-fuel ratio by filtering so as to calculate the difference by comparing the target air-fuel ratio with the actual measured air-fuel ratio, but not exceeding the preset upper and lower limits, and the proportion of the engine load and the engine speed After calculating the air-fuel ratio by summing the air-fuel ratio by the factor and the integral factor and the air-fuel ratio change per unit time, thereby controlling the fuel injected from the fuel inject.
Description
본 발명은 전자제어 연료분사장치를 채용하고 있는 자동차에서의 공연비제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와이드밴드센서를 통해 공연비를 검출하여 이로써 공연비를 직접 제어하도록 하는 와이드밴드센서를 이용한 공연비 직접 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air-fuel ratio control method in an automobile employing an electronically controlled fuel injection device, and more particularly, to directly control an air-fuel ratio by using a wideband sensor to detect the air-fuel ratio through a wideband sensor and thereby directly control the air-fuel ratio. It is about a method.
일반적으로 전자제어식 연료 분사 장치는 연료의 분사량을 제어하기 위한 콘트롤러로서 컴퓨터를 사용하고 있는데, 컴퓨터에서는 엔진의 회전속도, 흡입 공기량, 냉각수의 온도, 흡입 공기온도 등의 상태를 각종 센서로 부터 입력받아 자동차의 운전조건에 가장 적합한 분사량으로 연산하여 출력신호를 인젝터에 보내 연료를 분사하도록 하고 있다.In general, an electronically controlled fuel injection device uses a computer as a controller for controlling the injection amount of fuel. The computer receives a state such as engine rotation speed, intake air amount, coolant temperature, intake air temperature, etc. from various sensors. It calculates the injection amount most suitable for the driving conditions of the vehicle and sends the output signal to the injector to inject fuel.
그리하여 공연비의 향상, 엔진의 효율 향상 및 주행성능의 향상, 유해 배출가스의 감소를 향상시켜 주고 있다.This improves the air-fuel ratio, improves engine efficiency, improves driving performance, and reduces harmful emissions.
이때 컴퓨터에서는 연료가 완전 연소되기 위해 이론상 필요한 공기와 연료의 중량비를 유지하도록 흡입공기의 양과 분사 연료의 양을 조절하여 주고 있으며, 보통 가솔린의 이론상 공연비는 14.7:1로 정하여져 있다.At this time, the amount of intake air and the amount of injected fuel are controlled to maintain the weight ratio of air and fuel theoretically necessary for the fuel to be completely burned. In general, the theoretical air-fuel ratio of gasoline is set at 14.7: 1.
한편, 자동차의 배기계통에는 배기 파이프의 도중 또는 배기 매니폴드에 촉매콘버터를 설치하여 배기가스가 이를 통과토록 하므로써 배기가스중의 유해한 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)을 무해한 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 질소(N2)로 산화, 환원시키고 있다.On the other hand, in the exhaust system of automobiles, a catalytic converter is installed in the exhaust pipe or in the exhaust manifold so that the exhaust gas passes therethrough, so that harmful carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are harmless. It is oxidized and reduced with carbon dioxide (CO2), water vapor (H2O) and nitrogen (N2).
그리고 이와 같은 촉매콘버터의 전방이나 후방 또는 그 양쪽에 설치되는 산소센서가 배기가스중 산소 농도를 검출하여 엔진에 공급되는 혼합기가 삼원촉매의 정화율이 가장 높은 이론 공연비가 되도록 컴퓨터를 사용하여 제어하고 있다.The oxygen sensor installed at the front or the rear of the catalytic converter or both of them detects the oxygen concentration in the exhaust gas, and the mixer supplied to the engine is controlled using a computer so that the purification ratio of the three-way catalyst is the highest theoretical air-fuel ratio. have.
도 1은 촉매콘버터의 전방에 산소센서가 설치되어 공연비를 피드백 제어함을 설명하기 위한 장치도이고, 도 2는 산소센서의 기전력과 신호와의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is an apparatus diagram for explaining feedback control of an air-fuel ratio by installing an oxygen sensor in front of a catalytic converter, and FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between an electromotive force and a signal of an oxygen sensor.
엔진(10)에는 연료를 분사하는 인젝터(12)가 설치되어 있고, 엔진(10)에 흡입되는 공기량을 검출하여 컴퓨터(14)로 송출하도록 에어플로미터(16)가 설치되어 있으며, 배기계통의 산소량을 검출하여 컴퓨터(14)로 송출하도록 된 산소센서(18)가 촉매콘버터(20)의 전방에 설치되어 있다.The engine 10 is provided with an injector 12 for injecting fuel, and an air flow meter 16 is installed to detect the amount of air sucked into the engine 10 and send it to the computer 14. An oxygen sensor 18 which detects the amount of oxygen and sends it to the computer 14 is provided in front of the catalytic converter 20.
그리하여 산소센서(18)가 배기가스중의 산소농도를 검출하여 컴퓨터(14)로 송출하면 컴퓨터(14)에서는 이론공연비보다 높은가 낮은가 즉 혼합기가 농후한가 희박한가를 판단한후 그 결과에 따라 연료 인젝터(12)의 통전시간을 제어하여 연료분사량을 증감하게 된다.Thus, when the oxygen sensor 18 detects the oxygen concentration in the exhaust gas and sends it to the computer 14, the computer 14 determines whether it is higher or lower than the theoretical performance ratio, that is, whether the mixer is rich or not, and accordingly, the fuel injector 12 By controlling the energization time of), the fuel injection amount is increased or decreased.
이는 실제적으로 컴퓨터내에 설정된 일정한 비교전압과 산소센서(18)로 부터의 신호전압을 비교기로 비교함으로써 판단하게 된다.This is actually judged by comparing the constant comparison voltage set in the computer with the signal voltage from the oxygen sensor 18 with a comparator.
즉 도 2에 도시된 바와 같이 산소센서(18)의 기전력이 비교전압보다도 더 높을 때에는 공급 혼합기의 공연비가 이론공연비보다도 진한 것으로 판정하고, 연료 인젝터의 통전시간을 짧게 제어하여 연료분사량을 감소시킨다.That is, as shown in FIG. 2, when the electromotive force of the oxygen sensor 18 is higher than the comparative voltage, it is determined that the air-fuel ratio of the supply mixer is darker than the theoretical performance ratio, and the energization time of the fuel injector is controlled to reduce the fuel injection amount.
그러나 짙은 혼합기가 공급되었다고 하면 배기가스중의 잔존산소 농도는 낮아지고 산소센서(18)의 기전력은 높아지며 그에 따라 컴퓨터(14)는 연료 인젝터의 통전시간을 짧게 제어하여 연료분사량을 감소시킨다.However, if a thick mixer is supplied, the residual oxygen concentration in the exhaust gas is lowered and the electromotive force of the oxygen sensor 18 is increased, so that the computer 14 controls the energization time of the fuel injector to reduce the fuel injection amount.
그 결과 공연비가 희박해지면 배출가스중의 산소농도는 높아지고 산소센서(18)의 기전력은 낮아진다. 이때 컴퓨터(14)는 반대로 연료인젝터에의 통전시간을 길게하여 연료분사량을 증량한다. 그 결과 또다시 공연비는 진하게 되며 최초의 제어가 반복된다. 그리고 이러한 사이클을 반복함으로써 공연비를 이론공연비 부근에 좁은 범위로 제어하고 있다.As a result, when the air-fuel ratio is diminished, the oxygen concentration in the exhaust gas is high and the electromotive force of the oxygen sensor 18 is low. At this time, the computer 14 conversely lengthens the energization time to the fuel injector and increases the fuel injection amount. As a result, the air-fuel ratio becomes dark again and the initial control is repeated. By repeating these cycles, the air-fuel ratio is controlled in a narrow range near the theoretical performance ratio.
이와 같이 종래에는 배기계통에 설치되어있는 산소센서에 의해 배기가스중에 포함되어 있는 산소농도를 검출하여 컴퓨터(ECU)로 송출하여 컴퓨터에서 비례적분(PID)제어를 통해 다시 연료분사량을 증감한후 제어하는 과정을 반복하는 공연비 피드백 방법을 사용하고 있으므로 제어속도가 느리고 경우에 따라서는 정확한 제어가 곤란한 문제점이 있었다.As described above, the oxygen sensor included in the exhaust system is used to detect the oxygen concentration contained in the exhaust gas and send it to the computer (ECU), and then increase and decrease the fuel injection amount through the proportional integral (PID) control from the computer. Since the air-fuel ratio feedback method of repeating the process is used, the control speed is slow and, in some cases, accurate control is difficult.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명한 것으로, 와이드밴드센서를 이용하여 공연비를 직접 제어하도록 함으로써 제어의 정확성과 그 자체값으로 그 상태의 공연비를 측정 가능하여 보다 빠른 제어로 차량의 연료제어가 용이하도록 하는 와이드밴드센서를 이용한 공연비 직접 제어방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.The present invention is invented to solve the above problems, by controlling the air-fuel ratio directly by using a wideband sensor, it is possible to measure the air-fuel ratio of the state with the accuracy of control and its own value to control the fuel of the vehicle faster. An object of the present invention is to provide a direct air-fuel ratio control method using a wideband sensor to facilitate.
도 1은 종래 산소센서에 의한 공연비 보정장치의 원리도를 설명하기 위한 장치도,1 is a device diagram for explaining the principle diagram of the conventional air-fuel ratio correction device by the oxygen sensor,
도 2는 도 1에 따른 산소센서의 기전력과 신호와의 관계를 나타내는 도면,2 is a view showing the relationship between the electromotive force and the signal of the oxygen sensor according to FIG.
도 3은 본 발명에 따른 목표 공연비를 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도,3 is a flowchart illustrating a method of detecting a target air-fuel ratio according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 직접 공연비값을 검출하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of detecting a direct air-fuel ratio value according to the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
10 - 엔진, 12 - 인젝터,10-engine, 12-injector,
14 - 컴퓨터, 16 - 에어플로미터,14-computer, 16-airflow meter,
18 - 산소센서, 20 - 촉매콘버터.18-oxygen sensor, 20-catalytic converter.
이하 본 발명의 일실시예에 대한 구성 및 작용효과를 예시도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 초기에는 주어진 부하(아이들부하, 전부하, 부분부하)에서 각 부하에 따른 기본공연비로 제어하는 한편, 이와 동시에 배기계통의 와이드밴드센서에서 산소농도를 검출한후 이로부터 유동성분을 제거하도록 필터링하여 목표 공연비를 연산하고, 상기 목표 공연비와 실제 측정 공연비를 비교하여 그 차를 구하되 미리 설정되어 있는 상,하한치를 넘지 않는 범위내에서 산정하며, 여기에 엔진부하와 엔진회전수의 비례팩터와 적분팩터에 의한 공연비와 단위시간당의 공연비변화분을 합산하여 공연비를 산출한 후 이로써 연료 인젝에서 분사되는 연료을 제어하도록 하는 단계로 이루어져 있다.The present invention initially controls the basic performance ratio according to each load at a given load (idle load, full load, partial load), while at the same time detecting the oxygen concentration in the wideband sensor of the exhaust system and removing the flow component therefrom. Calculate the target air-fuel ratio by filtering so as to calculate the difference by comparing the target air-fuel ratio with the actual measured air-fuel ratio, but not exceeding the preset upper and lower limits, and the proportion of the engine load and the engine speed After calculating the air-fuel ratio by summing the air-fuel ratio by the factor and the integral factor and the air-fuel ratio change per unit time, thereby controlling the fuel injected from the fuel inject.
도 3은 본 발명에 따른 목표 공연비를 검출하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for detecting a target air-fuel ratio according to the present invention.
초기에는 부분부하 조건에 해당되는 공연비로서 연료분사량을 제어하고, 이어 현재의 엔진의 상태가 아이들상태인지, 전부하상태인지 또는 부분부하상태인지를 각종 센서로 부터 정보를 입력받는 엔진 ECU(전자제어장치)에서 판단하고 그때의 흡입공기량을 판단하여 그에 따른 기본 공연비로서 제어한다.Initially, the fuel injection amount is controlled as an air-fuel ratio corresponding to the partial load condition, and then the engine ECU which receives information from various sensors to determine whether the current engine is in an idle state, a full load state or a partial load state. Device), and the amount of intake air at that time is determined and controlled as the basic air-fuel ratio accordingly.
이로 부터 출력되는 공연비에 엔진의 운전조건 변화에 따라 결정되는 각종 보정 팩터를 감안하여 실제 제어하고자 하는 목표 공연비를 판단한다.The target air-fuel ratio to be controlled is determined in consideration of various correction factors determined according to the change in operating conditions of the engine.
목표 공연비를 판단하고나면 도 4와 같은 방법으로 공연비를 직접 제어한다.After determining the target air-fuel ratio, the air-fuel ratio is directly controlled in the same manner as in FIG. 4.
즉 배기계통에 설치되는 와이드센서를 통해 배출가스 중에 포함되어 있는 산소량을 검출하여 현재의 공연비를 검출하게 되면 이로 부터 이론공연비에 근접시키고자 하는 목표 공연비와 비교한다.That is, when the amount of oxygen contained in the exhaust gas is detected through a wide sensor installed in the exhaust system and the current air-fuel ratio is detected, it is compared with the target air-fuel ratio to be close to the theoretical performance ratio.
앞의 비교단계에서 측정된 공연비와 목표 공연비간의 차가 사전에 설정되어 있는 상한치나 하한치를 넘게 되면 상한치나 하한치로 설정되어 있는 공연비를 에러가 감안된 공연비로서 판단하고, 여기에 비례요소와 적분요소가 감안됨과 더불어 단위 시간당 공연비의 변화분을 합산하여 실제의 제어 공연비를 판단한다.If the difference between the air-fuel ratio and the target air-fuel ratio measured in the previous comparison step exceeds the preset upper or lower limit, the air-fuel ratio set as the upper or lower limit is judged as an air-to-air ratio considering the error. In addition, the actual control air-fuel ratio is determined by summing changes in air-fuel ratios per unit time.
이로부터 엔진 ECU는 연료 인젝터의 작동시간을 제어하여 연료를 분사하는 연료분사량 제어동작을 수행한다.From this, the engine ECU performs a fuel injection amount control operation of injecting fuel by controlling the operation time of the fuel injector.
상기한 바와 같이 본 발명은 초기 공연비는 현재의 공연비 추세를 기반으로 판단하고, 그 벗어나는 차이(에러)를 단위시간당으로 보상하여 보다 정확하고 빠른 제어를 실현할 수 있을 뿐 아니라 연비저감에도 큰 역할을 하게 할 수 있는 장점이 있다.As described above, the present invention determines the initial air-fuel ratio based on the current air-fuel ratio trend, and compensates the deviation (error) per unit time to realize more accurate and faster control as well as play a big role in reducing fuel efficiency. There is an advantage to this.
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