KR970008659B1 - 내연기관의 운전 제어방법 및 그 전자제어장치 - Google Patents

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Description

내연기관의 운전 제어방법 및 그 전자제어장치

제1도는 본 발명에 따른 전자제어장치의 전체적인 구성을 보여주는 블럭도.

제2도는 제1의 제어장치에서 인터럽트신호 발생부를 보여주는 블럭도.

제3(a)~(g)도는 인터럽트신호를 발생하는 제2도의 제어장치의 검출동작을 설명하는 기능블럭도.

제4도는 제어장치의 검출동작을 설명하는 기능블럭도.

제5도는 제1도에서 보여주는 전자제어장치의 동작을 설명하는 기능블럭도.

제6도는 제5도의 검출동작을 설명하기 위한 장치의 각부 파형도.

제7도는 제어장치에 사용되는 기본 점화시기의 도해적인 맵.

제8도는 제어장치에 사용되며 복수영역으로 분할되는 맵으로서, 점화시기를 보정하기 위한 맵에 대한 블럭도.

제9도 및 제10도는 본 발명에 따른 토오크와 점화시기, 공연비 사이의 연관 그래프.

제11(a) 및 11(b)도는 점화시기를 보정하기 위한 제7도의 맵의 내용 그래프.

제12도는 본 발명에 사용되는 노킹의 점화시기 보정량을 검색하는 맵의 내용그래프.

제13도 내지 제15도는 본 발명의 제어장치에 실행되는 루틴을 설명하는 플로우챠트.

제16(a) 내지 16(c)도는 본 발명을 실제 채용하여 얻어지는 효과를 설명하기 위해 실제 측정값을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 자동차등에 장착된 내연기관의 운전을 전자적으로 제어하는 방법과 그 방법을 실행하기 위한 전자제어장치에 관한 것이다.

종래에는 자동차등에 장착된 내연기관을 제어하는 방법으로, 흡입공기량, 회전수와 같은 내연기관의 운전상태를 나타내는 여러가지 데이터를 검출하고, 마이크로 컴퓨터와 같은 전자제어장치를 사용하여 점화시기와 내연기관에 공급되는 연료량을 연산하여 결정하며, 공급된 연료량에 따라 결정된 연료분사량과 점화장치의 점화시기를 제어하는 방법이 광범위하게 이용되었다. 내연기관의 운전을 제어하는 그러한 방법에서 공급된 연료량을 연산하기 위해 사용되는 흡입공기량을 나타내는 데이터는 이전 싸이클의 데이터이다. 예를 들어 가속시에 실린더에 흡입된 공기량은 공급되는 연료량을 연산하기 위해 사용된 흡입공기량과 다르고, 거기에서 내연기관에서 발생하는 토오크가 변동하여 진동이 발생하게 되고 따라서 운전자에게 불쾌한 승차감을 준다. 이것은 일반적으로, 실린더내의 공연(A/F)비가 희박한 경우는 적은 토오크가 발생하고, 공연비가 농후한 경우는 많은 토오크가 발생하기 때문이다.

그러한 과도 기간 동안 연료공급의 최적제어를 달성하기 위한 것으로, 예를 들어 연료분사밸브가 개방되기 바로 전에 입력된 데이터에 기초하여 연료분사밸브가 개방된 다음에 즉시 예측 데이터를 산출하여 공급되는 연료량을 결정하는 일본국 공개 소 No.261625/1987가 연료분사 제어장치로서 제안되었다.

상기 언급한 종래 기술의 연료분사 제어장치에서, 연료분사 밸브가 개방된 바로 다음의 데이터는 연료분사밸브가 개방되기 바로 전의 데이터로부터 예측된다. 실질적으로, 이러한 예측은 매우 어렵기 때문에 실제 흡입된 공기량과 다르고 최적의 공연비(A/F) 제어의 수행을 어렵게 한다. 예를 들어, 흡입공기량을 예측하는 것은 매우 어려우며, 특히 엔진 회전수가 소량씩 상하로 변화하는 무부하 운전상태(idling operation condition)에서는 흡입 고기량의 예측이 매우 어렵다. 이러한 조건에서 내연기관은 진동의 증가로 인하여 연속적으로 크고 작은 토오크를 발생하게 된다.

종래기술에 내재된 상기 기술한 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 내연기관의 각 실린더에서 A/F비가 최적치로부터 벗어나더라도 토오크에서 진동이 발생하지 않도록 하며, 진동을 억제하여 토오크를 유연하게 발생하도록 하는 내연기관의 운전 제어하는 방법과 그 전자제어장치를 제공하는데 있다.

상기 기술한 본 발명의 목적은, 연료분사밸브가 개방되기 전에 입력된 흡입공기량과 엔진의 회전수에 의해 각 실린더에 공급된 연료량을 검출하고, 엔진점화시기의 제어에 기초하여 연료분사밸브가 개방된 엔진의 각 실린더에 흡입된 실제 흡입공기량을 검출하는 단계를 포함하는 내연기관의 운전제어방법의 첫번째 관점에 의해 성취된다.

상기 첫번째 관점의 특징에 의하면, 최소한 (a) 내연기관의 회전수와, (b) 연료분사밸브가 개방되기 전에 입력된 흡입공기량에 의하여 각 실린더에 공급된 필요 연료량을 결정하는 단계와, 결정된 상기 필요연료량에 의해 상기 엔진에 연료를 분사하는 연료분사밸브를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 연료분사밸브가 개방된 다음 관련 실린더에 흡입행정에서 실제 흡입공기량을 검출하고, 실제 흡입공기량에 기초하여 상기 관련 실린더의 점화시기를 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 멀티 실린더의 운전을 제어하는 방법이 제공된다.

본 발명의 두번째 관점에 의하면, 엔진의 회전수에 따라 실린더에 공급되는 연료량을 결정하는 수단과, 연료분사밸브가 개방돌기 전에 입력된 흡입공기량을 결정하는 수단과, 신호를 생성하기 위하여 연료분사 밸브가 개방된 다음에 엔진 실린더내에 흡입된 실제 흡입공기량을 검출하는 수단과, 상기 실린더의 엔진점화시기를 제어하기 위하여 상기 신호를 이용하는 수단으로 이루어진 내연기관의 전자연료제어장치가 제공된다.

상기 두번째 관점의 특징에서는 내연기관의 전자제어장치가, 내연기관의 운전상태를 표시하는 각종데이터를 검출하는 검출수단과, 점화시기 제어출력과 최소한의 연료공급 제어출력을 출력하고 검출수단으로부터 검출신호를 수신하는 제어회로 수단과, 상기 제어회로 수단으로부터 상기 연료공급 제어출력에 따라 연료를 분사하는 연료분사밸브와, 상기 제어회로 수단으로부터 점화시기 제어출력에 따라 점화용 고전압을 발생하는 점화장치로 이루어지고, 상기 제어회로가 상기 연료분사 밸브의 밸브 개방시기 전에 입력된 흡입공기량과 내연기관의 회전수에 의하여 각 실린더에 공급되는 필요 연소량을 결정하고, 실제 흡입공기량에 기초하여 점화시기를 제어하기 위하여 상기 연료분사밸브의 밸브 개방시기 다음에 각 실린더의 흡입행정에서 실제 흡입공기량을 검출하는 것을 특징으로 하는 전자제어장치가 제공된다.

상기 기술한 본 발명에 따른 내연기관의 운전제어방법과 그 전자제어장치에 의하면, 공급되는 필요연료량을 결정하기 위해 사용된 연료분사밸브의 개방시기 전의 흡입공기량을 검출하고, 또한 개방시기 다음의 흡입행정에서 실제 흡입공기량이 검출된다. 이것은 내연기관의 실린더내에 충전된 혼합물의 최적 공연(A/F)비로부터의 편차를 얻을 수 있도록 한다. 일반적으로 내연기관의 각 실린더의 토오크와 점화시기 사이에는 일정한 관계가 존재한다. 즉, 점화시기가 진각되면 큰 토오크가 발생하고, 다른 한편 점화시기가 지각되면 적은 토오크가 발생한다. 본 발명은 이러한 사실에 주목하여, 각 실린더의 최적치로부터 실제 A/F비가 벗어남에 의해 생기는 토오크의 진동을 억제하도록 점화시기가 적절하게 제어되고, 이에 따라, 진동의 발생을 억제하면서 평탄한(유연한) 토오크를 생성한다.

본 발명의 일례로서 첨부된 도면을 참조하여 기술한다.

제1도는 본 발명에 따른 내연기관의 운전제어방법을 실현하기 위한 전자제어장치를 갖춘 내연기관을 도시한다. 제1도에서, 예를 들면 자동차에 장착되는 6실린더 엔진인 내연기관 엔진(1)(제1도에서는 단지 하나만 도시)은 흡기관(3)과 실린더(2)에 연결된 배기관(4)를 구비한다. 드로틀밸브(5)는 흡기관(3)의 상류측에 제공되고, 그의 개방각은 흡입공기량을 결정하며, 상기 밸브(5)는 가속페달(도시생략)의 각에 따라 제어된다. 드로틀 개구부 센서(6)는 드로틀 밸브(5)에 의해 기계적으로 연결되어, 드로틀 밸브(5)의 개방각에 따라 전기 신호(θ)가 발생된다.

드로틀밸브(5)의 상류측에는 공기정화기(7)과 부착된 공기유량센서(8)가 제공되어, 드로틀밸브(5)에 의해 제어되는 흡입공기량을 측정한다. 흡입공기량을 측정하기 위한 공기유량센서(8)는 카르만의 소용될이 시스템(Karman vortex system), 기계적 댐퍼시스템, 열선시스템 중에서 선택할 수가 있다. 산소센서(9)는 실린더(2)로부터 방출되는 배기가스의 농도(예를 들면, 농후상태 혹은 희박상태)를 2진 데이터로서 검출하기 위하여 배기관(4)의 일부분에 제공된다.

내열기관(1)내의 피스톤의 왕복운동을 플라이휠(11)을 회전하기 위해 크랭크축(도시생략)에 의한 회전운동으로 변화한다. 플라이휠(11)의 원주를 따라서 스타트모터(도시생략)의 피니언에 맞물린 기어(111)가 구성되고, 포지션센서(12)는 내연기관(1)의 회전각을 검출하기 위하여 플라이휠(11)의 기어(111)의 외측에 구성된다. 포지션센서(12)는 예를 들면 전자기픽업등에 의해 구성되고, 기어(111)의 톱니가 센서를 통과할 때마다 포지션 펄스신호(P)를 발생한다. 더구나 크랭크축의 회전에 연관되어 회전하는 캠축기구(13)는 다음에 기술되는 바와 같이 특정한 크랭크포지션을 나타내는 기준포지션 펄스신호(K)를 발생하는 기준포지션 센서(14)과 함께 제공된다. 또한 센서(14)는 예를 들면 전자기픽업 등과 같은 것에 의해 구성된다. 내연기관(1)의 실린더벽에는 냉각수의 온도를 검출하고 온도신호(T_w)를 발생하는 수온센서(15)가 제공된다.

전술한 각종 센서, 예를 들면, 드로틀 개방센서(6), 공기유량센서(8), 산소센서(9), 포지션센서(12), 기준포지션센서(14) 및 수온센서(15)로 부터의 각종 출력인 θ, Q, O₂, P, K 및 T_w는 내연기관의 운전상태를 나타내기 위한 데이터로서 제어회로장치(100)로 입력된다. 제1도에서 보여주는 바와 같이, 제어회로장치(100)는 마이크로 컴퓨터에 의해 구성되며, 예를 들면 후에 기술될 제어출력신호를 발생하고 상기 언급한 각종 센서로부터의 출력을 수신하는 입/출력 집적회로(I/O LSI)와, 동작을 실행할 중앙처리장치(CPU)(102)와, 각종 실행 프로그램과 데이터를 저장할 판독전용(ROM)(103)와 연산에 필요한 각종 데이터를 일시적으로 저장할 랜덤액세스메모리(RAM)(104)를 구비한다. 더구나 상기 I/O LSI(101)는 아날로그 신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D변환기(105)를 포함하며, 데이터버스(106,107,108)를 통하여 CPU(102), ROM(103) 및 RAM(104)에 전기적으로 연결된다.

상기 I/O LSI(101)로부터 출력되는 제어신호는, 예를 들면 내연기관에 공급되는 연료량을 제어하는 연료공급제어신호(Pinj)와 점화시기를 제어하는 점화시기 제어신호(Pign)를 포함한다. 특히, 연료공급제어신호(Pinj)는 내연기관의 각 실린더용 흡기관(3)의 연관벽에 장착된 연료분사밸브(분사기)(16)의 개방을 제어한다. 예를 들어, 구동펄스는 트랜지스터를 구비하는 구동회로(17)를 통하여 분사기(16)의 전자코일(도시생략)로 공급된다. 점화시기 제어신호(Pign)는 점화코일에 일차전류를 단속적으로흘려 점화를 위한 고전압을 발생하는 점화장치(18)로 입력된다. 점화를 위한 고전압은 내연기관(1)의 각 실린더에 제공된 점화플러그(19)에 전기적으로 연결되고, 이에 따라 점화를 위한 고전압은 내연기관(1)의 각 실린더(2)에 채워진 혼합물을 폭발시킨다. 축전지(20)는 구동회로(17), 점화장치(18), 제어회로장치(100) 및 각종센서등에 요구되는 전원을 공급하기 위하여 자동차에 장착된다.

상기 기술한 장치에서 내연기관(I)에 흡입된 공기는 드로틀밸브(5)에 의해 제어되고, 흡입공기량(Q)은 공기유량센서(8)에 의해 검출된다. 내연기관의 회전수는 플라이휠(11)의 기어(111)의 톱니를 이용하여 매번 발생된 신호(P)로부터 단위 시간당 각변화를 구함으로써 얻어진다. 더나아가, 내연기관(1)의 상태를 나타내는 냉각수의 온도(T_w)는 수온센서(15)에 의해 검출되고, 드로틀밸브(5)의 개방각(θ)은 드로틀 개방센서(6)에 의해 검출된다. 제어회로(100)는, 각종센서에 의해 검출되며 내연기관의 운전상태를 나타내는 데이터 및 분사될 연료량에 기초하여 점화시기를 결정한다. 즉 구동회로(17)와 점화장치(18)는 상기 장치(100)에서 출력되는 점화시기 제어신호(Pign)와 연료공급 제어신호(Pinj)에 의해 구동되고, 이에 따라 분사기(16)는 개방되며 점화스파크 플러그(19)는 점화된다.

다음에, 제2도를 참조하여 후술되는 것은, 흡입행정을 나타내는 신호를 발생하는 LSI(101)회로로서, 예를 들면 본 발명의 제어장치에 사용된 내연기관의 각 실린더용 흡기실린더 기준신호를 발생하는 회로이다. 제2도에서 보여주는 바와 같이, 흡기실린더 기준신호를 발생하는 회로는 내연기관의 회전수를 검출하는 포지션 센서(12)로부터 포지션 펄스신호(P)를 수신하고 또한 기준포지션 센서(14)로부터 출력되는 기준포지션 펄스신호(K)를 수신하는 카운터(201), 2개의 비교레지스터 A와 B(202,203), OR회로(204) 및 제1실린더 판별회로(205)로 구성된다.

흡기실린더 기준신호(인터럽트)를 발생하기 위해 구성된 이러한 회로의 동작은 상기 장치의 각부에서의 파형을 보여주는 제3(a)~3(f)도를 참조하여 기술한다. 제3(a)도에서 보여주는 바와 같이, 먼저 포지션센서로부터 출력되는 포지션 펄스신호(P)는 크랭크축의 회전 단위각마다 온, 오프(하이, 로우)를 반복한다. 한편, 제3(b)도를 참조하면, 기준포지션센서(14)로부터 출력되는 기준포지션 펄스신호(K)가 내연기관(1)의각 실린더마다 발생한다. 예를 들면 상기 실시예의 6실린더의 경우 120도마다 발생한다. 이들 신호는 각 실린더의 압축상사점(TDC) 70도 이전에 발생하도록 조절되고, 제1실린더를 위한 펄스신호(제3(b)도에서 가장 좌측)는 다른 실린더를 위한 펄스신호폭 보다 훨씬 더 넓은 폭을 가진다. 즉, 항상 기준포지션 펄스신호(K)의 펄스폭을 검사함으로서 내연기관의 제1실린더의 판별이 가능하게 된다. 제1실린더 판별회로(205)는 항상 기준포지션 펄스신호를 검사하고, 기준포지션 펄스신호(K)중 제1실린더 신호(넓은 신호)의 저하시 턴온되고 다음 펄스에 의해 턴오프되며, 이에 따라 제3(c)도에서 보여주는 바와 같이 그의 출력단자에서 제1실린더 판별신호(D_1st)를 발생한다.

한편, 카운터(201)는 기준포지션 펄스신호(K)의 상승시 포지션 펄스신호(P)가 카운터업하도록 설계되었다. 제3(d)도는 카운터(201)의 카운트값을 보여준다. 카운터(201)의 카운트값(제3(d)도)은 두 비교레지스터(202,203)로 보내진다. 이들 비교레지스터(202,203)중에서, 비교레지스터 A(202)는 각 실린더의 상사점을 판별하기 위한 것으로, 예를 들면 기준포지션 펄스신호(K)가 상사점(TDC:top dead center) 70도 이전 포지션으로 설정되었기 때문에 수차값 "70"으로 설정된다. 즉 포지션 펄스(P)는 각 회전각 마다 출력되기 때문에 상기 신호(K)로부터의 70번째 펄스신호(P)는 상사점을 나타낸다.

다른 한편, 비교레지스터 B(203)는 각 실린더의 하사점(BDC:bottom dead center)을 판별하기 위한 것으로, 본 실시예에서 기준포지션 펄스신호(K)(제3(b)도)가 하사점 10도 전으로 조절되기 때문에, 수치값 "10"으로 설정된다.

비교레지스터 A(202), B(203)는 카운터(201)의 카운트값이 설정치(70이나 10)에 일치할 때 출력을 발생하고, 실린더 번호(4)의 TPC와 BDC를 보여주는 제3(e)도에서 도시된 바와 같이 OR회로(204)를 통하여 각 실린더의 상사점(TDC)과 하사점(BDC)에 따라 인터럽트신호(Int)를 발생한다.

상응하는 실린더를 판별하기 위하여, 제어회로장치(100)는 매 인터럽트신호(Int)마디 상응하는 RAM의 내용을 카운트업하고, 인터럽트(Int)는 위치 수치 0~11을 할당한다. 즉 제3(f)도에서 보여주는 바와 같이, 인터럽트신호(Int)는 제1실린더 판별회로(205)로부터 출력되는 제1실린더 판별신호(D_1st)가 온상태일 때 "1"으로 설정되고, 그뒤 메인터럽트신호(Int)마다 카운트업된다.

제3(g)도에서 보여주는 바와 같이, 이렇게 발생된 인터럽트신호(Int)는 할당된 번호에 상응하는 내연기관의 실린더의 흡입행정을 나타낸다. 다음의 도표 1은 인터럽트 신호의 번호와 실린더의 흡입행장 사이의 관계를 보여준다.

[표 1]

상기 도표는 ROM(103)에서 저장되고, 제어회로장치(100)는 실린더의 흡입행정을 쉽게 판별할 수가 있게 된다.

제4도는 본 발명에서 요구되는 바와 같이, 내연기관(1)의 실린더 내의 흡입행정에서 흡입공기의 평균량(Q)과 내연기관의 평균회전수(N)를 결정하기 위한 구성의 블럭도이다. 제4도는 제어회로장치(100)내의 CPU(102)에 의해 그 기능이 실행되는 것을 보여주고, 여기에서 카운터 A(1001)는 클럭 A(102)에 의해 발생된 1μsec의 클럭펄스(CL₄)를 수신하고 카운트업한다. 제2도와 제3(e)도에서 보여주는 인터럽트신호(Int)의 발생시기에 대응하여, 카운터 A의 카운트값은 입력 캡춰레지스터(1003)로 전송된 다음에 RAM(104)에 저장된다. 이때 동도면에 도시된 바와 같이 입력 캡춰레지스터(1003)에서 RAM(104)로 전송된 데이터는 인터럽트신호(Int)의 번호(0~11)에 대응하는 영역(REFTMO~REFTM11)으로 전송된다. 예를 들면, Int 0가 발생하면 데이터는 REFTM0에 저장되고, Int111이 발생하면 데이터는 REFTM 11에 저장된다.

데이터(REFTM0~REFTM11)를 이용하여, CUP(102)는 하기에 기술되는 방법에서 실린더의 흡입행정에 상응하는 평균회전수(AVRPM)를 결정한다. 예를 들어, 제3(g)도에서 분명하게 보여주는 바와 같이, 4번째 실린더의 흡입행정에 대응하는 평균회전수(AVRPM4)는 다음의 공식에 의해 구해진다.

AVRPM4(rpm)=(60×10³×10³)/[2×(REFTM3-REFTM0)]

이와 같은 방법으로, AVRPM1~AVRPM6가 구해진후 RAM(104)의 각부분 AVRPM0~AVRPM11에 저장된다.

각 실린더 즉 관련 실린더의 평균 흡입공기량을 결정하기 위하여, 클럭 B(1004)에 의해 발생된 대략 2msec의 클럭펄스(CL_B)가 카운터 B(1005)에 의해 카운트업되고, 공기유량계(8)의 아날로그 신호는 각 클럭 펄스마다 A/D변환기(105)에 의해 디지탈신호로 변화된다. 카운터 B(1005)는 인터럽트신호(Int)에 의해 리세트된다. 이렇게 변환된 디지탈신호는 각 인터럽트신호마다 인터럽트신호(Int)의 번호(0~11)에 대응하여 RAM(104)내의 상응하는 영역(AFMAD0~AFMAD11)으로 더해진다. A/D변환 발생횟수는 카운터 B(1005)의 카운터값에 일치하는 인터럽트신호(Int)에 의해 결정되고, 변환된 신호는 인터럽트신호(Int)의 번호(0~11)에 대응하는 RAM(104)내 영역(ACDNT0~ADCNT11)에 저장된다.

흡기공기량의 평균량(AFMQ)는 상기 기술한 데이터 AFMAD와 ADCN를 이용하여 구한다. 예를 들면, 4번째 실린더에서 흡입공기의 평균량(AFMQA4)은 다음의 식에 따라 제3(g)도를 참조하여 구해진다.

AFMQA4=(AFMAD0+AFMAD1+AFMAD2)/(ADCNT0+ADCNT1+ADCNT2)

상기 기술한 전자제어장치의 동작은, 상기 장치의 기능을 개략적으로 보여주는 제5도와 장치의 각부파형을 보여주는 제6도를 참조하여 기술한다. 기능 개략도인 제5도는 제1도에서 보여주는 전자제어장치의 구성에 기초한 제어회로장치의 기능을 블럭으로 보여준다.

먼저, 가속 또는 감속시의 응답특성을 개선하기 위하여, 분사될 연료량은 다음과 같이 연산된다.:회전수(N)(회전수 검출블럭 a)를 구하기 위하여, 매 회전각 마다 생성된 포지션 펄스신호(P)가 소정의 주기로 샘플링된다. 다음에, 소정의 주기(흡입공기량 검출블럭 b)동안 공기유량계(8)로부터 출력신호(Q)를 샘플링하여 흡입공기량(Q_a)를 구한다. 그런뒤, 이렇게 검출된 회전수와 흡입공기량에 기초하여, 종래의 방법에서와 같이 O₂신호를 산소센서(9)에 피드백시키는 동안 소정의 간격으로 연료분사펄스폭(T_p)가 연산된다(연료분사량 연산블럭 c). 그런뒤, 이 연산된 연료분사펄스폭(T_p)에 따라, 연료분사밸브(16)를 구동하기 위한 펄스신호(Pinj)가 연료분사기를 위해 발생되고(연료공급제어 d), 이에 따라 내연기관(1)으로 상기 연산된 연료량이 공급된다.

통상의 점화시기 연산에 있어서, 회전수 검출블럭(a)에서 구해진 회전수(N)와 분사연료량 연산블럭(C)에서 구해진 연료분사펄스폭(T_p)에 기초하여, 제7도에서 보여주는 기본 점화시기의 맵으로부터 기본점화시기(θign)가 구해진다. 기본점화시기는, 통상적인 방법에서와 같이 점화장치를 구동하기 위한 펄스신호(Pign)(점화시기 제어블럭 f)를 발생하기 위하여, 냉각수의 온도(T_w)와 같은 내연기관의 상태를 나타내는 검출신호(상태검출블럭 e로부터)에 의해 보정된다.

그러나 본 발명에서는 다음과 같은 기능들이 상기 기술한 기능동작에 부가하여 제공된다.

제2도 및 제3도에서 보여주는 바와 같이 인터럽트신호(Int0~11)는 기준포지션 펄스신호(K)와 포지션 펄스신호(P)를 이용하여 내연기관의 실린더 흡입행정에 상응하여 발생되고(인터럽트신호 발생블럭 g), 각 실린더의 흡입행정에서 실린더로 실제 흡입되는 공기량과 그 주기동안에 실제 회전수는 상기 인터럽트신호(Int)을 이용하여 구해진다(흡입공기량 검출블럭 h와 실제 회전수 검출블럭 i). 또한 제4도에서 보여주는 바와 같이 실제 흡입공기량과 실제회전수는 AFMAD0~11와 AVRPM0~11로부터의 각 실린더의 흡입행정에서의 평균흡입공기량(AFMQa) 및 평균회전수(AVRPM)으로부터 구해진다. 이러한 데이터에 기초하여 각 실린더에서 실제 요구되는 연료분사량이 연산된다(연료분사량의 실제필요량 연산블럭 j). 다음에는 이렇게 연산한 실제 필요한 연료분사량이, (이전에) 연산되고 분사된 연료량을 나타내는 연료분사펄스폭(Tp)와 비교되며, 이에 따라 실린더내의 공연비(A/F)의 편차(△A/F)가 구해지고 상기 △A/F를 이용하여 기본 점화시기를 보정한다(△A/F 연산보정블럭 K).

전술한 동작은, 내연기관의 6개 실린더중 제1실린더의 동작을 보여주는 제6도 참조하여 기술된다. 제6(a)도는 기준포지션 펄스신호(K)를 보여주고, 제6(b)도는 인터럽트신호(Int)를 보여주며, 제6(c)도는 제1실린더의 행정(배기, 흡기, 압축, 폭발)을 보여준다. 제6(d)도는 분사될 연료량을 계산하기 위한 분사기 구동 펄스발생 인터럽트신호를 보여준다. 상기 인터럽트신호가 발생하는 순간, 연료분사 펄스폭(Tp)은 상기 인터럽트신호가 발생할 때보다 빠른 시기(A)에서 입력된 내연기관의 회전수(Ne)와 흡입공기량(Q_a)에 기초하여 분사될 연료량을 연산함으로써 결정된다.

제6(e) 및 6(f)도에서 보여주는 내연기관의 실제동작에 있어서, 이들 값(Qa, Ne)은 변화를 겪게 되는데, 특히 무부하동작 중이나 가감속시에 변화하게 된다. 그러므로 상기 시기(A)에 이들 값(Qa, Ne)은 다음의 흡입행정에서의 이들 값과는 다르다. 따라서, 본 발명에서 제1실린더의 흡입행정에서 실제 흡입된 공기량 예를 들면 제1실린더의 흡입행정에서의 흡입공기의 평균량(AFMQa)과, 실제 회전수 예를 들면 평균회전수(AVRPM)를 제5도의 블록 h 및 i에서 알 수가 있고, 이것에 의하여 제1실린더의 실제 A/F(A/F2)비는 분사되는 연료량이 계산되며, 이전에 분사된 연료량을 연산하는데 이용되었던 계산된 공연비 A/F(A/F1)와 비교되어, 이에 따라 시기(B)에서 그들 사이의 차가 구해진다.

구해진 이들의 차 △A/F를 이용함으로서, 실린더에 의해 발생된 토오크를 균일하게 하여 안정된 동작을 얻을 수 있도록 보다 적절하게 점화시기가 제어된다(제6(g)도-제11도에서 보여주는 증가된 토오크를 발생하는 농후혼합).

제8도는 제7도에서 보여주는 기본점화시기의 맵에서 보정량을 구하기 위한 점화시기 보정 맵을 보여준다. 점화식 보정맵은, 도면에 도시된 바와 같이 연료분사 펄스폭(Tp)과 회전수(Ne)에 의한 복수개의 영역으로 분할되는데, 예를들면, P₁N₁~P₄N₄(16영역)으로 분할된다.

일반적으로, 실린더에서 충전된 연료의 공연(A/F)비와 발생된 토오크 사이의 관계와, 발생된 토오크와 점화시기 사이의 관계가 제9도 및 10도에서 도시된다. 예를 들어, 만약 지금 제1실린더의 흡입행정에서 흡입된 실제 공기량이 변하고 실제공연비(A/F2)가 상기 기술한 공연비 흡입된 실제 공기량이 변하고 실제공연비(A/F2)가 상기 기술한 공연비(A/F1)보다 농후하다면, 발생하는 토오크는 Tq1에서 Tq2로 변화하므로 Tq=Tq2-Tq1만큼 증가한다(제9도). 실제공연비(A/F)에서의 편차에 의한 토오크의 변화를 제거하고 안정된 토오크를 얻기 위하여, 본 발명에서는 제10도에서 바와 같이 공연비(A/F)가 A/F1일 때 생성하게 되는 토오크(Tq1)를 감소시키기 위해 점화시기가 지연된다. 즉, 연료분사량을 결정하는데 이용되는 점화시기(여기에서 ADV로 표시)는 △Rq만큼 토오크를 감소하는데 충분한 양만큼 지연된다. 그 결과 ADV1은 ADV2로 보정된다.

제11(a) 및 11(b)도는 전술한 점화시기를 보정하기 위한 점화식 보정 맵(제8도)의 영역내용(P₁N₁~P₄N₄)을 보여준다. 이들 도면에서 분명하게 보여주는 바와 같이, 토오크에서의 변화량(△Tq)은 결정된 목표공연비(A/F1)와 실제공연비(A/F2)사이의 차(△A/F=A/F2-A/F1)에 의해 구해진다. 제11(a)도의 예에서, 실제공연비(A/F2)는 △A/F만큼 더 농후하며, 발생된 토오크는 발생되어야 할 토오크(Tq1)보다는 △Tq만큼 더 크다. 따라서, 제11(b)도의 관계를 이용하여, 발생된 토오크를 △Tq만큼 감소시키는데 필요한 점화식 보정량(△ADV)을 구한다. 이들 관계는 사전에 ROM(103)내에 저장되고 맵 검색에 의해 쉽게 구할 수 있다.

일반적으로 안정된 상태에 관한 상기 실시예에서는, 먼저 기본점화 시기를 구하여 결정된 후 그 후에 구해지는 점화시기 보정량(△ADV)만큼 보정된다. 본 발명에서, 가속 또는 감속의 과도상태에서 기본점화시기(ADV)를 구하지 않고도 실제 공연비(A/F2)를 구할 수가 있고, 점화시기는 실제공연비(A/F2)에 기초하여 결정된다. 그러한 제어는 예를 들면, 드로틀밸브(5)의 개방각의 변화량이 소정치 이하일 즉, 운전자가 일정한 토오크를 기대할 경우, 또는 연료분사 펄스폭이 소정치 이하일 때 즉 내연기관에서 발생되는 토오크가 일정한 상태를 유지해야만 할 때에 실행된다.

가속 또는 감속 동안과 같이, 드로틀밸브(5)의 개방각의 변화량이 소정치보다 크게되면 노킹이 발생하기 쉬우며, 노킹을 방지하도록 제어동작을 실행해야 한다. 노킹은 공연비(A/F)가 14.7~13.5인 영역에서 발생하기 쉽다. 본 발명에서 목표공연비(A/F)는 예를 들어, 가속시에 발생하는 토오클르 증가시키기 위하여 13.0으로 제어된다. 그러나실제에 있어서는 공연비(A/F)는 가속 또는 감속시 전술한 노킹영역에 들어간다. 이러한 경우에 있어서, 제12도에 원하는 A/F 비 및 실제 A/F비 사이의 편이에 기초하여 점화시기를 보정함으로써 노킹를 방지할 수 있다. A/F를 나타내며 종좌표는 기본 점화시기를 정정하기 위한 점화 시간 보정량 KNKADV를 나타낸다.

다음의 제13~15도는 마이크로 컴퓨터를 사용하여 상기 기술한 동작을 실행하는 플로우챠트를 보여준다.

첫째, 제13도의 플로우챠트에서 보여주는 동작은 어떤 실린더가 분사펄스폭에 대응하는지를 판별하고, RAM(104)내에 상기 분사펄스폭을 홀드시키기 위한 것이다. 즉, 제6도의 파형도에 따라 분사기 구동펄스발생 인터럽트는 제6(d)도에서 보여주는 바와 같이 제1실린더에 상응한다. 그러므로 단계 400에서 "YES"를 판정하고 단계 406으로 프로그램 실행을 진행하여, 분사기에 의해 실제 분사된 연료는 상기 RAM내의 ING1에 세트되고 상기 프로그램은 실행을 종료한다. 다음에 분사펄스폭이 제2실린더에 상응하게 되면, 이 프로그램은 단계 401에서의 결정에 따라 단계 407으로 진행한다. 따라서, 각 실린더에 상응하는 실제의 연료분사폭은 상기 기술한 바와 같은 방법으로 RAM내의 INJ1~INJ6에 세트된다.

제14도에서 보여주는 플로우챠트에서, 그 순차는 각 실시예의 흡입행정의 시작과 종료에서 발생되는 인터럽트 신호(Int 0~11)에 의해 시작되고, 점화시기를 보정하기 위하여 각 실린더의 A/F비의 편차를 연산한다. 먼저 단계 200에서, 인터럽트 신호(Int)의 수(0~11)에 기초하여 어떤 실린더가 흡입행정을 종료했는지를 판단한다. 전술한 도표 1에서 명백하게 보여주는 바와 같이 Int의 번호에 기초하여 상기 판단을 쉽게 할 수가 있다. 이 경우에 있어서, 예를 들어 제1실린더의 경우는 Int의 번호가 "0"인지 아닌지의 여부를 검사해야 한다. 단계 200에서 "NO"가 결정되며, 이 프로그램은 단계 206으로 진행하여 수치 n(n은 1부터 정수)에 1이 더해지고, 단계 207에서 소정의 수와 비교된다. 상기 6실린더 내연기관의 경우에 있어서, 이 프로그램은 상기 수치가 6보다 크게되면 종료한다. 그러므로 여기에서 상기 수치는 "7"로 세트된다.

다음에 단계 200에서 "YES"(제1실린더의 흡입행정의 종료에 상응함)을 결정하면 이 프로그램은 단계 201로 진행하여 상응하는 실린더의 흡입행정에서 평균회전수(AVRPM)를 구한다. 다음 단계 202에서, 흡입공기의 평균량(AFMQa)이 결정된다. 도시된 첨자 n은 실린더 번호에 대응하며 1은 시작, 6은 종료를 나타내는 정수이다. 단계 203에서 목표공연비(A/F1)(=14.7)를 구하는데 필요한 연료분사량(TRGTP)은 상기값 AVRPM과 AFMQa에 의해 연산된다. 단계 204에서, 이미 분사된 연료량(INJn)에 대한 비율로 부터, 다음의 식을 따르는 실린더내의 실제공연비 A/F2는 RAM(104)의 INJ1~INJ6로 세트된다.

그런뒤, 단계 205에서 편차 즉, 실린더내의 실제공연비인 A/F비는 다음의 식에 의해 연산된다.

△A/F=A/F2-A/F1

최종적으로 단계 208에서 이렇게 구해진 △A/F에 의해 점화식 보정량이 검색되고 프로그램은 종료된다.

제15도의 플로우챠트는 점화시기 보정량을 검색하기 위한 루틴(208)을 상세하게 설명한다. 상기 점화식 보정량을 검색하기 위한 루틴에서의 첫번째 단계(2081)에서 내연기관의 회전수(Ne)가 판독되고, 단계(2082)에서 연산된 연료분사펄스폭(Tp)이 판독되며, 단계(2083)에서, 이들 값 Ne 및 Tp에 의해 기본점화시기가 검색된다. 이 검색은 제7도에서 보여주는 맵을 이용하여 실행한다.

그런뒤 단계(2084)에서, 드로틀밸브(제1도에 도시)의 회전각 θ에서의 변화량이 소정의 값(ACLBL)이상인지의 여부를 결정한다. 즉 △THV>ACLBL이 "NO"이면, 정상동작(steady operation)으로 결정되어 프로그램은 토오크를 일정하도록 제어하는 단계로 진행한다. 즉 단계 2085에서의 단계 2081에서 구해진 회전수(Ne)와 단계 2082에서 구해진 연료분사 펄스폭(Tp)을 이용하여 제8도에 도시된 맵(8)으로부터 현재 연료분사 펄스폭(Tp)을 이용하여 제8도에 도시된 맵(8)으로부터 현재 동작중인 내연기관내의 영역(P_iN_i)이 검색된다. 그런뒤 다음단계 2086으로 진행하여 검색된 영역(P_iN_i)내에저장된 관계(제11(a)도)로부터 토오크의 증감분(△Tq)을 연산한다. 그런뒤 단계 2087에서 상기 구해진 △Tq를 이용하여 점화시기 보정량(△ADV)이 구해지고, 단계 2088에서 기본점화시기로부터 점화식 보정량을 가감하여 점화시기가 결정된다.

다른 한편, 가속 또는 감속동안 단계 2084에서 "YES"를 결정하면, 즉 △THV>ACLBL을 충족하면(과도상태), 프로그램은 단계 2089로 진행하고 거기에서 제12도에서 보여주는 그래프로부터 점화시기 보정량(KNKADV)이 연산된다. 그런뒤 프로그램은 단계 2088로 진행하여 점화시기를 보정한 뒤 상기 과정을 종료한다.

최종적으로 제16(a)~16(c)도는 본 발명에 따른 동작제어방법을 채용하여 토오크가 제어될 때 얻어지는 효과를 설명한다. 엔진의 회전수의 변화(제16(a)도)와 내연기관의 롤방향에서의 진동을 야기시키는 가속의 변화(제16도(c)도)가 종래 기술의 그들과 비교하여 현저하게 저감되는 것을 보여준다. 제16(b)도는 상사점(BTDC°)전의 점화시기의 상대적인 변화를 보여준다.

본 발명의 내연기관 동작제어방법 및 그 전자제어장치를 사용하더라도 토오크의 변화를 최소화할 수 있도록 점화시기를 적절하게 조절함으로써, 생성된 토오크 변화가 거의 없는 안정된 출력을 내는 내연기관을 실현할 수 있는 매우 큰 기술효과를 갖는다.

Claims (10)

1. 연료 분사 밸브(16)가 개방되기 전에 내연 기관의 회전수(Ne) 및 수납된 흡입 공기량(Qa)에 따라 각각의 실린더에 공급되어야 할 필요 연료량(Pinj)을 검출하는 단계와, 이렇게 검출된 연료공급량에 따라 상기 엔진에 연료를 분사하도록 상기 연료 분사 밸브를 제어(17)하는 단계를 포함하여 이루어지는 다중 실린더형 내연기관의 운전 제어 방법에 있어서, 상기 연료 분사 밸브가 개방된 후에 이에 관련된 실린더의 흡기 행정에서의 실제 흡입공기량(AFMQa)을 검출하는 단계와, 검출된 상기 흡입공기량(AFMQa)과 분사된 연료량(Pinj)으로 부터 구해지는 실제 공연비(A/F2)를 검출하는 단계와, 상기 연료분사밸브의 개방전에 필요 연료량을 결정하기 위한 사용되는 예상 공연비(A/F1)와 상기 연료 분사 밸브의 개방후의 실제 공연비(A/F2) 사이의 차(△A/F)를 구하고 이렇게 구해진 상기 공연비 차(△A/F)에 의해 발생하는 토오크 변화량(△Tq)이 소거되도록 기본 점화시기(ADV1)를 보정하는 단계와, 드로틀 개방각의 변화량(△THV)에 따라 정상 상태 조건과 과도 상태 조건을 선택하는 선택 단계와, 상기 공연비 차(△A/F)와 상기 선택단계에 의해 선택된 운전 조건에 의해 기본점화시기(ADV1)를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 방법.
2. 연료 분사 밸브(16)가 개방되기 전에 내연기관의 회전수(Ne) 및 수납된 흡입 공기량(Qa)에 따라 각각의 실린더에 공급되어야 할 필요 연료량(Pinj)을 검출하는 단계와, 이렇게 검출된 연료공급량에 따라 상기 엔진에 연료를 분사하도록 상기 연료 분사 밸브를 제어(17)하는 단계를 포함하여 이루어지는 다중 실린더형 내연기관의 운전 제어방법에 있어서, 상기 연료 분사 밸브가 개방된 후에 이에 관련된 실린더의 흡기 행정에서의 실제 흡입공기량(AFMQa)를 검출하는 단계와, 검출된 상기 흡입공기량(AFMQa)과 분사된 연료량(Pinj)으로 부터 구해지는 실제공연비(A/F2)를 검출하는 단계와, 상기 연료 분사 밸브의 개방전에 필요 연료량을 결정하기 위해 사용되는 예상 공연비(A/F1)와 상기 연료 분사 밸브의 개방 후의 실제 공연비(A/F2) 사이의 차(△A/F)를 연산하는 단계와, 이렇게 연산된 상기 공연비 차(△A/F)에 의해 발생하는 토오크 변화량(△Tq)이 소거되도록 기본 점화시기(ADV1)를 보정하는 단계와, 드로틀 개방각의 변화량(△THV)에 따라 정상 상태 조건과 과도 상태 조건을 선택하는 선택 단계와, 상기 공연비 차(△/AF)와 상기 선택단계에 의해 선택된 운전 조건에 의해 기본 점화시기(ADV1)를 보정하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기한 정상 상태 조건과 과도 상태 조건에서의 선택에 의해 정상 상태에서는 토오크가 일정하게 유지되도록 점화시기가 보정되고,과도 상태에서는 노킹의 발생이 억제되도록 점화시기가 보정되게 수행되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 필요 연료량의 결정과 동시에 상기 연료 분사 밸브가 개방되기 전에 검출된 흡입공기량(Qa)과 엔진의 회전수(Ne)에 의해 최초로 기본점화시기(ADV1)를 결정하고, 상기 점화시기르 결정하기 위하여 상기 관련 실린더의 상기 흡입행정에서와 상기 연료분사밸브의 개방후에 상기 실제 흡입공기량(AFMQa)에 따라 상기 기본점화시기(ADV1)를 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 방법.
4. 제1,제2, 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 엔진수온(Tw)을 결정하고, 그것에 따라 제2점화각을 결정하며, 상기 제2점화각에 의해 상기 점화시기를 변경하는 단계를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 방법.
5. 제1,제2,제3 또는 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 실제 흡입공기량(AFMQa)은 흡입행정 중에 복수의 간격에서 흡입공기량을 측정하고 상기 흡입행정 중에 상기 흡입공기량의 평균치를 구함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 방법.
6. 연료 분사 밸브(16)가 개방되기 전에 내연기관의 회전수(Ne) 및 수납된 흡입공기량(Qa)에 따라 각각의 실린더에 공급되어야 할 필요 연료량(Pinj)을 검출하는 수단과, 이렇게 검출된 연료공급량에 따라 상기 엔진에 연료를 분사하도록 상기 연료 분사 밸브를 제어(17)하는 수단을 포함하여 이루어지는 다중 실린더형 내연기관의 운전 장치에 있어서, 상기 연료 분사 밸브가 개방된 후에 이에 관련된 실리더의 흡기 행정에서의 실제 흡입공기량(AFMQa)를 검출하는 수단과, 검출된 상기 흡입공기량(AFMQa)과 분사된 연료량(Pinj)으로 부터 구해지는 실제 공연비(A/F2)를 검출하는 수단과, 상기 연료 분사 밸브의 개방전에 필요 연료량을 결정하기 위해 사용되는 예상 공연비(A/F1)와 상기 연료 분사 밸브의 개방후의 실제 공연비(A/F2) 사이의 차(△A/F)를 구하고 이렇게 구해진 상기 공연비 차(△A/F)에의해 발생하는 토오크 변화량(△Tq)이 소거되도록 기본 점화시기(ADV1)를 보정하는 수단과, 드로틀 개방각의 변화량(△THV)에 따라 정상 상태 조건과 과도 상태 조건을 선택하는 선택 수단과, 상기 공연비 차(△A/F)와 상기 선택단계에 의해 선택된 운전 조건에 의해 기본점화시기(ADV1)를 보정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 장치.
7. 연료 분사 밸브(16)가 개방되기 전에 내연기관의 회전수(Ne) 및 수납된 흡입공기량(Qa)에 따라 각각의 실린더에 공급되어야 할 필요 연료량(Pinj)을 검출하는 수단과, 이렇게 검출된 연료공급량에 따라 상기 엔진에 연료를 분사하도록 상기 연료 분사 밸브를 제어(17)하는 수단을 포함하여 이루어지는 다중 실린더형 내연기관의 운전 제어 장치에 있어서, 상기 연료 분사 밸브가 개방된 후에 이에 관련된 실린더의 흡기 행정에서의 실제 흡입공기량(AFMQa)를 검출하는 수단과, 검출된 상기 흡입공기량(AFMQa)과 분사된 연료량(Pinj)으로 부터 구해지는 실제 공연비(A/F2)를 검출하는 수단과, 상기 연료 분사 밸브의 개방전에 필요 연료량을 결정하기 위해 사용되는 예상 공연비(A/F)와 상기 연료 분사 밸브의 개방의 실제 공연비(A/F2) 사이의 차(△A/F)를 연산하는 수단과, 이렇게 연산된 상기 공연비 차(△A/F)에 의해 발생하는 토오크 변화량(△Tq)이 소거되도록 기본 점화시기(ADV1)를 보정하는 수단과, 드로틀 개방각의 변화량(△THV)에 따라 정상 상태 조건과 과도 상태 조건을 선택하는 선택수단과, 상기 공연비 차(△A/F)와 상기 선택단계에 의해 선택된 운전 조건에 의해 기본 점화시기(ADV1)를 보정하는 수단을 포함하여 이루어지며, 상기한 정상 상태 조건과 과도 상태 조건에서의 선택에 의해, 정상 상태에서는 토오크가 일정하게 유지되도록 점화시기가 보정되고, 과도 상태에서는 노킹의 발생이 억제되도록 점화시기가 보정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 장치.
8. 제6항 또는 제7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 필요 연료량의 결정과 동시에 상기 연료 분사 밸브가 개방되기 전에 검출된 흡기공기량(Qa)과 엔진의 회전수(Ne)에 의해 최초로 기본점화시기(ADV1)를 결정하는 수단과, 상기 점화시기를 결정하기 위하여 상기 관련 실린더의 상기 흡입행정에서와 상기 연료 분사 밸브의 개방 후에 상기 실제 흡입공기량(AFMQa)에 따라 상기 기본 점화시기(ADV1)를 보정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 장치.
9. 제6, 제7 또는 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 엔진수온(Tw)을 결정하고, 그것에 따라 제2점화각을 결정하며, 상기 제2점화각에 의해 상기 점화시기를 변경하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 장치.
10. 제6, 제7, 제8 또는 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 실제 흡입공기량(AFMQa)은 흡입행정 중에 복수의 간격에서 흡입공기량을 측정하고 상기 흡입행정 중에 상기 흡입공기량의 평균치를 구함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전 제어 장치.