KR0121317B1 - 동적 작동상태 변경에 대한 보상을 제공하는 내연기관용 연료분사 시스템 - Google Patents

동적 작동상태 변경에 대한 보상을 제공하는 내연기관용 연료분사 시스템

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KR0121317B1
KR0121317B1 KR1019890702131A KR890702131A KR0121317B1 KR 0121317 B1 KR0121317 B1 KR 0121317B1 KR 1019890702131 A KR1019890702131 A KR 1019890702131A KR 890702131 A KR890702131 A KR 890702131A KR 0121317 B1 KR0121317 B1 KR 0121317B1
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Abstract

연료분사 펄스(t1)의 길이가 흡입 매니폴드 압력(p) 측정결과로부터 발생된 엔진 부하신호(TL)에 기초되고, 또한, 다른 동적 작동 상태 사이의 천이동안에 연료분사 신호를 위한 보상이 제공되는 형태의 내연기관용 연료분사 시스템에 관한 것이다. 엔진 부하를 나타내는 흡입 매니폴드 압력값을 위한 천이 보상은 증분의 압력 차이(△p)에 의존하여 압력값을 수정하므로써 달성된다. 이 목적을 위해서 사용된 압력 차이값(△p)은 측정된 증분의 매니폴드 압력 차이(△p)가 예정된 임계차를 초과할 때 다른 엔진-종속 인자(F1,F2)에 의해 수정될 수 있다.

Description

동적 작동상태 변경에 대한 보상을 제공하는 내연기관용 연료분사 시스템
본 발명을 별첨 도면을 참조하여 단지 한 예로서 이하 기술한다.
제1도는 본 발명에 따라 부하계산을 포함하는 콘트롤 프로그램의 일부를 도시하는 블록 다이어그램.
제2도는 엔진점화와 동시에 작동하고 분사 주기 계산에 사용되는 주 콘트롤 프로그램의 일부를 도시하는 다이어그램.
제3도는 흡입 매니폴드내의 압력과 이 압력을 스캐닝(scan)하여 평균압력을 확립하기 위한 방법을 설명하기 위한 다이어그램.
제4도는 천이단계 동안의 흡입 매니폴드 압력의 변화를 도시하는 다이어그램.
제5도 내지 제7도는 본 발명의 작동원리의 기초를 설명하기 위한 특성곡선.
본 발명은, 연료분사 펄스(pulse)의 길이가 흡입 매니폴드 압력 측정결과로 부터 발생된 엔진 부하신호에 기초되고, 또한, 종속 또는 감속과 같은 다른 동적 작동 상태 사이의 천이동안에 연료분사 신호를 위한 보상이 제공되는 형태의 내연기관용 연료분사 시스템에 관한 것이다.
소정의 특성을 가진 엔진 흡입 매니폴드 압력 값(엔진 부하값)을 순차적으로 검출하므로써 엔진의 공기 혼합물(mixture)의 종속 농후화(enrichment)의 적절한 시기를 결정하는 것이 본 출원인이 과거에 출원한 바 있는 독일연방공화국출원 DE-3216983호(GB 2120412B)에 공지되었다. 예로서, 소정 갯수의 연속적 부하값이 특정 관계에 따라 크기가 증가할 때 종속 농후화가 제공될 수 있었다.
종속 또는 감속 동안에 천이 보상 효과를 위한 한가지 주요 조건은 분사 지속시간의 계산에 사용되는 부하 정보의 현실성이다. 압력 시스템에 있어서, 엔진의 흡입 매니폴드내의 평균압력은 정적인 경우의 부하계산에 사용될 수 있다. 따라서, 세그멘탈(segmental) 시스템에서 평균압력은 한 흡입기간에 걸쳐 압력의 고주파 적분에 의해 얻어지고, 인크리멘탈(incremental) 시스템에서 평균압력은 예로서 이중감지(180도 간격으로 감지)에 의해 결정된다.
본 발명의 목적은 천이상태 동안에 보상을 얻기 위한 개략된 수단을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 이 목적은, 증분의 압력 차이값에 따라 신속작용 천이보상을 제공하도록 엔진 부하를 나타내는 흡입 매니폴드 압력값을 수정하므로써 달성된다.
이러한 방법은 종속 농후화 동안에 감속시 연료 공기 혼합물의 희박화(leaning out) 동안에 마찬가지로 적절이 작용한다는 이점을 갖는다.
측정된 증분의 흡입 매니폴드 압력차이 값이 소정의 기준치(threshold)를 초과하면, 압력 차이값은 다른 엔진 종속 인자(engine-dependant factor)에 의해 편리하게 수정된다.
양호한 실시예에서, 압력 차이의 제1기준치를 초과한 경우에는, 엔진 부하를 나타내는 압력은 압력차이 값에 따라 부가적으로 수정되며, 압력 차이값 자체는 제1엔진온도 종속인자에 의해 수정되고, 압력 차이값의 제2기준치를 초과한 경우에는, 압력 차이값에 제2보다 높은 엔진온도 종속인자에 의해 수정된다.
상술한 방법은 신속작용 응답을 갖는 천이보상(transition compensation with a fast-acting response)을 제공한다. 추가적으로, 완속 시간상수(slow time constant)에 의해 조정되는 압력 차이값의 계속적 합산(running summation)에 따라 서서히 압력치를 수정하므로써 완속 작용 보상(slow acting compensation)이 제공될 수 있다.
연소의 주기 전체에 걸쳐서 흡입 매니폴드 압력의 평균치와 수정 피크치(rectified peak value)가 확립되면 부가적 이점이 제공되는데, 이때에, 피크치가 평균치를 소정의 기준치 이상 초과하면, 천이보상을 제공하기 위해 증분의 압력 차이값에 따라 수정된 상기 압력치를 제공하기 위해 평균치는 피크치에 의해 대치된다.
본 시스템의 작동은 다음과 같은 이론적 가정에 기초하였는바, 즉, 제1작동점과 제2작동점 사이에 엔진 부하의 변화가 있을 때마다 흡입 매니폴드내 벽상의 연료 필름과 매니폴드내에 수용된 연료/공기 혼합물과의 사이에 새로운 평형을 얻기 위해서는 일정한 초과량 또는 감소량이 요구된다. 특히 소위 웨트(wet) 흡입 매니폴드 싱글-포인트(single point) 분사의 경우에는, 린-번(lean-burn) 혼합물을 얻기 위해 매니 폴드내에 존재할 필요가 있는 적정(correct) 연료량의 결정에 있어서 결정적 역할을 할 벽 필름량(wall film quantity)이 알려져 있다.
가장 일반적인 형태로서, 이러한 관계는 엔진 부하와 엔진 회전속도에 대하여 벽 필름량이 도시된 특성필드(characteristic field)에 의해 기술될 수 있다. 부하와 속도의 변화에 의한 작동점의 변화의 경우에, 추가적으로 증가 또는 보류되어야 할 연료량이 특성필드로부터 얻어진다.
제5도는 다수의 실제 엔진 속도(N1, N2, N3… Nn) 각각에 대응하여 엔진 부하(TL)에 대하여 도시된 벽 필름량(WF)의 일련의 곡선으로 나타내어진 특성 필드를 도시한다.
따라서 벽 필름량은 다음과 같이 표시될 수 있다.
즉
WF=특성 필등(TL,N)
일련의 특성 필드의 곡선을 부하(TL)에 대하여 도시된 하나의 특성 곡선(제6도 참조)으로 조합시키므로써 상황은 단순화될 수 있다. 속도의 영향은 하나의 인자(N), 즉, 실제 속도값에 의해 기술될 수 있다.
이 경우에, 벽 필름량은 다음과 같이 표시될 수 있다. 즉,
WF=K1×특성곡선(TL)×(1-K2N)
이때 K1과 K2는 상수이다.
벽 필름량(WF)과 부하(TL) 사이의 관계를 직선적 관계로 가정하므로써, 제7도와 같이 더욱 단순화될수 있다.
따라서, 벽 필름량은 다음 식에 의해 주어진다.
WF=K1×TL×(1-K2N) (1)
천이보상을 달성하기 위한 본 기술에 있어서, 상술한 가정이 설정된 바, 즉, 부하와 벽 필름량의 사이에 직선적 관계가 있다고 가정되었다.
엔진 부하(TL)는 흡입 매니폴드 압력(P)에 비례한다는 것이 알려져 있으므로, 벽 필름량은 관련 매니폴드 압력(P)을 확정하므로써 즉각적으로 계산될 수 있다.
본 기술의 한 특징에 따라서, 정적 구동상태 동안에는 엔진 부하(TL)를 결정하기 위해 평균압력치(P⒯)가 사용되지만, 엔진속도 천이동안에는 평균압력치(P⒯)는 주 피크 압력에 의해 대치된다.
평균 압력치(P⒯)를 결정하기 위해서, 흡입 매니폴드 압력 곡선은 콘트롤 장치 프로그램(제3도 참조)에 의해 고주파로 스캐닝(scan)된다. 스캐닝 값은 합산 등록기( summing resistor)(도시되지 않음)에서 합산된다. 각각의 연소주기(TD)가 완료되면, 스캐닝(scanning)의 최소수에 도달하였는지 검토된다. 최소수에 도달하지 않으면, 합산은 다음 연소주기(TD)가 완료될 때까지 계속 된다. 그러나 만약 최소수에 도달하면, 압력판독치의 합은 압력의 평균치를 제공하도록 스캐닝의 수에 의해 나누어진다.
압력의 피크치는 소프트웨어(제4도 참조)를 사용하여 흡입 매니폴드 압력의 펄스(pulsing) 신호를 정류하므로써 계산된다. 피크치는 스캐닝의 시간 래스터(rester)내에 형성된다.
제1도를 참조하면, 제1도는 본 발명의 실시예의 시스템의 첫번째 부분을 도시하는데, 라인(10)상의 스캐닝된 압력치의 합은 12에서 라인(14) 상의 스캐닝의 수에 의해 나누어져서 라인(16)상에 평균 압력을 제공한다. 압력 평균치는 인자(1-K2N)에 의해 곱해져서 방정식(1)에 적합 하도록 수정되는데, 여기서 K2는 상수이며 N은 순간적 실제 엔진 속도에 대응한다. 이것은 기본적 원하는 벽 필름량(WF)에 대응하는 수정된 평균 압력치(P⒯)를 제공한다.
평균 압력치(P⒯)는 라인(20)에 의해 비교장치(18)의 한 입력부에 적용된다. 상기 측정된 피크 압력치에 대응하는 값은 라인(22)에 의해 비교장치(18)의 제2입력부에 적용된다.
각각의 연소주기(TD)가 완료되면, 라인(22)상의 피크 압력치는 라인(20)상의 평균 압력치와 비교된다. 예로서 제4도에서 한 작동상태(A)와 더 높은 작동상태(B) 사이의 천이시간에 대응하는 기간(t1) 동안의 경우와 같이, 피크치가 평균치를 초과하여 일정 소정의 기준치에 도달하면, 라인(26)에 앞서 공급되었던 평균치가 라인(22)으로부터 피크 압력치에 의해 대치되도록 스위치(24)가 변환되도록 배치되었다. 이 방법에 의하여 최신의 부하값이 부하(TL) 계산에 사용되었다.
본 기술의 또 다른 특징에 따라서, 라인(26)상의 압력신호는 신속 콤포넨트와 완속 콤포넨트에서 발생하는 천이보상을 제공하도록 수정된다.
신속 콤포넨트는 압력변화(△P)가 다른 소정 기준치를 초과시 다른 인자에 의해 압력치를 수정하는 것을 포함한다. 압력 차이값(△P)은 회로 블럭(28)에서 P(t-1)의 값을 확정하고 가산기(adder)(30)에서 P⒯의 값을 가산하여 얻어진다. △P의 값은 기준치 장치(threshold device)(32)내에서 두개의 소정 기준치에 대해 검토된다. 제1기준치를 초과할 경우, △P는 곱셈기(multiplier)(34)에서 온도 곡선으로부터 얻어진 인자(F1)에 의해 곱해 진다. 라인(36)상의 결과치는 가산기(38)에 의하여 라인(26)상의 압력신호를 가산 증가시키는데에 사용된다. 만약에 압력 차이값(△P)이 제2기준치를 초과할 때에는, △P는 다른 보다 큰 온도 종속인자(F2)에 의해 곱해진다. 그러나, 후자의 증가된 양은 주어진 킥-다운(kick-down) 작동동안에 단한번 분사되도록 배열되었다. 더구나, 분사가 통상적으로 일어나지 않는 점화 기간에서 △P 점프(jump)가 발생하면 증가된 양은 중간 작동에서 배출될 수 있다.
후자의 제2기준치 방법은 발생할 부하와 벽 필름량의 사이의 실제적 비직선적 관계에 적용될 수 있다.
보상의 완속 콤포넨트를 제공하기 위하여, 압력 차이값(△P)은 상술한 주 프로그램 경로의 뒤에 있는 제2프로그램 경로내에서 합산된다. 이 합산은, 지수함수에 따라서 점화기간과 동시에 작동되는 합산등록기(40)내에 달성된다. 합산등록기(40)는 기억기능을 제공한다. 입력된 △P 값은 등록기(40)내에서 합산되는데, 그 출력은 곱셈 소자(43)내에서 인자(K)에 의해 수정되고, 가산기(41)내에서 입력된 △P 값으로부터 감산되어, 등록기의 내용은 분사되지 않은 잔여량을 항상 나타낸다. 인자(K)는 등록기가 비워지는 속도(emptyingrate)를 결정하는데, 왜냐하면, 등록기의 내용의 소정 부분에는 각각의 분사 펄스가 공급되고 감산되기 때문이다. 선(42)상에 제공된 조절된 값은 분사를 위한 추가량으로 해석되며, 가산기(44)에 의해 삽입되고, 표준화 인자를 사용하여 분사량으로 변환된다. 따라서 △P 합산등록기(40)는 완속 시간 상수에 의해 수정되는 분사 지속시간의 기억장치를 나타낸다.
분사가 급속히 증가함에 따라서, 연료분사 잔여량은 부하변동시 흡입 매니폴드내의 벽 필름량이 증가 또는 감소될 때에 보상된다.
제2도를 참조하면, 분사시간(Ti)은 제1도의 회로에 의해 출력된 보상압력이 도면부호(46)에서 제어장치 상수에 의해 곱하여지고, 그 결과가 도면부호(48)에서 제어 장치 옵셋(offset)에 합산되므로써 확정된다. 제어장치 상수는 매니폴드 압력과 분사시간 사이에 관계의 상수이며, 실제로는 사용된 특정 분사밸브에 의존한다. 콘트롤 장치 옵션은 매니폴드 압력과 분사시간 사이의 관계에서 기본적 부가수정이다. 주위 압력의 영향은 도면부호(50)에서 고려된다.
곱셈 수정은 또한 도면부호(54)에서 (a)특성 필드 수정(52)에 따라 수행되고, 도면부호(56)에서 (b) 엔진의 워밍-업, (c) 엔진의 재시동, (d) 펌프 전압수정 및 (e) 흡입 공기 수정에 따라 수행된다. 합산 수정은 도면부호(58)에서 밸브 전압 레벨에 따라 수행된다.
분사 주기(T1)는 시간-결정(time-critical) 프로그램부내에서 점화 완료주기(TD)로부터 얻은 부하정보를 가지고 계산되어야 하므로, 완속 변경가능변수를 배경(background) 프로그램에서 계산 되고, 결합되어 신속 프로그램 레벨(rapid program lever)로 전달된다.
따라서, 천이보상을 위한 유효한 수단을 제공하기 위해, 압력 차이값(△P)이 사용되고, 분사량으로 재표준화되는 시스템이 제공되었다. 이 기술은 가속 농후화 및 희박화 또는 감속 동안에 대칭적으로 작용한다. 적용 변수의 수는 제한되고, 변수들은 간단히 적용될 수 있다. 추가적 이점은 이 방법이 특성 필드 범위 전체에 걸쳐서 희박화를 보상하는 것이다.
그러나, 본 발명은, 매우 신속한 개스 서지(surge)의 경우 또는 조절밸브가 이미 거의 완전 개방된 때에 가스 서지가 개시된 경우에는 제한된다는 것을 주목해야 한다. 이 경우에는 특히 싱글-포인트 분사 시스템에 있어서 조절 밸브 전위차계 위치를 고려하는 것이 필요하다.

Claims (7)

  1. 연료분사 펄스(t1)의 길이는 흡입 매니폴드 압력(P) 측정결과 발생된 엔진부하 신호(TL)에 기초되고, 신속작용 천이 보상을 제공하기 위하여 흡입 매니폴드 압력값(즉, 평균치 또는 피크치)을 수정하여 다른 동적 작동 상태들 사이에서 천이 동안의 연료 분사 신호를 위한 보상이 제공되는 내연기관용 연료분사 시스템에 있어서, 이전에 측정된 압력값과 실제값의 차이에 따른 제1보상값과, 시간 상수에 의해 제어되는 상기 압력차이 값들의 연속적 합산값에 따른 제2보상값이 상기 실제 압력값에 가산되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력 차이값(△P)은 상기 측정된 증분 흡입 매니폴드 압력 차이값(△P)이 소정 기준치를 초과할 때 다른 엔진-종속인자에 의해 수정되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다른 엔진-종속인자는 엔진 작동온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 압력 차이값의 제1기준치를 초과할 때, 압력(P)은 상기 압력 차이값(△P)에 따라 부가적으로 수정되고, 상기 압력 차이값(△P) 자체는 제1엔진 온도 종속인자(F1)에 의해 수정되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 압력 차이값(△P)의 제2기준치를 초과할 때, 상기 압력 차이값(△P)은 높은 제2엔진온도 종속인자(F2)에 의해 수정되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 연소의 전체 주기에 걸쳐서 흡입 매니폴드 압력의 평균치가 수정된 파크치가 확정되고, 상기 피크치가 소정의 기준치 이상으로 상기 평균치를 초과할 때, 천이보상을 제공하기 위해 증분 압력 차이값(△P)에 따라 수정된 압력을 제공하도록 상기 평균치는 상기 피크치에 의해 대치되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  7. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, K2는 상수이고 N은 엔진 실제 순간 속도인데, 흡입 매니폴드 압력은 원하는 벽 필름량에 대응하는 수정 압력치(P⒯)를 제공하기 위해 인자(1-K2N)에 의해 곱해지는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
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