KR0146697B1 - 내연기관의 제어방법 및 제어장치 - Google Patents

내연기관의 제어방법 및 제어장치

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미다 가쓰시게
가부시기 가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 자동차용 내연기관에 있어서 상반하는 두 개의 성능요구를 양립시키는 새로운 내연기관 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 새로운 제어시스템에 있어서는 자동차의 액셀페달의 밟는 양이 최소치에서 최대치보다도 작은 소정치까지의 범위에서는 액셀페달의 밟는 양에 따라 내연기관의 드로틀밸브개방도가 변화하고, 액셀페달의 밟는 양이 소정치에서 최대치까지의 범위에서 드로틀밸브가 전개가 되도록 설정된다.
그리고 액셀페달의 밟는 양이 최소치에서 소정치까지의 사이에는 제1공연비의 혼합기를공급하고, 소정치에서 최대치까지의 범위에서는 제1공연비와는 다른 제2의 공연비의 혼합기를 공급하도록 제어된다.

Description

내연기관의 제어방법 및 제어장치
제1도는 본 발명의 방법을 실시하는 시스템의 구체적 예를 나타내는 것으로 일부를 단면으로 나타낸 계통도
제2a도와 2b도는 드로틀 챔버내의 구조와 밸브구동 특성을 나타낸 도면
제3도는 본 발명 방법의 일실시예를 나타내는 개념도
제4도는 상기 시스템의 컨트롤러의 내부논리를 나타내는 블럭도
제5도는 상기 시스템을 이용하여 실시하는 본 발명의 방법 과정을 나타내는 플로우챠트
제6도, 제7도, 제8도 및 제9도는 공연비의 결정에 이용하는 테이블, 점화시기의 결정에 이용하는 테이블, 공연비의 결정에 이용하는테이블 및 점화시기의 보정에 이용하는 테이블 예를 나타내는 도
제10a 와 10b는 본 발명 방법으로 결정한 공연비와 이때의 발생 토르크와의 관계를 종래 기술과 비교하여 나타낸 선도
제11도는 본 발명의 방법을 실시하는 시스템의 다른 실시예를 나타내는 것으로 일부를 단면으로 나타낸 계통도
제12도는 제11도에 나타내는 실시예에 있어서 드로틀밸브 구동시스템의 상세를 나타내는 계통도
제13도는 본 발명에 의한 제어시스템의 또 다른 실시예를 나타낸 도면
제14도는 제13도의 실시예의 제어플로우챠트
제15도와 제16도는 제14도의 제어플로우로 이용되는 EGR을 맵
제17a와 17b도는 본 발명의 EGR 을 제어와 종래 방식의 EGR을 제어를 비교한 도이다
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 엔진 2 : 에어크리너
4 : 드로틀밸브 5 : 컨트롤러
8 : 액셀페달 10 : 액셀페달센서
13 : 밸브축 17 : 드로틀밸브
18 : 리턴스프링 22 : 타이어
31 : 배터리 45 : 모터
53 : 배기관
본 발명은 내연기관의 제어방법과 제어장치에 관한 것으로, 특히 연비의 향상과 NOX의 저감에 적합한 내연기관의 새로운 제어시스템에 관한 것이다.
자동차 엔진은 낮은 연비와 높은 최대마력의 두 개의 요구에 대응하기 위하여 드로틀밸브를 낮은 밸브 개방도에서 중간정도 열은 상태에서는 경제혼합기 또는 희박혼합기를 공급하여 연비 저감을 도모하고, 한편 드로틀밸브 전개부근에서는 출력혼합비의 농후혼합기를 공급하여 요구 최대마력을 얻도록 하고 있다.
이 경우 액셀페달을 밟는 양에 대하여 엔진의 출력 토르크가 급변하지 않도록 드로틀밸브 전개위치의 충분직전부터 희박 혼합기에서 농후혼합기로 서서히 변화시키는 공연비 제어커브에 설정되어 있다. 그 때문에 희박혼합기를 공급할 수 있는 밸브개방도 영역은 제한된다. 따라서, 희박혼합기보다도 농후혼합기의 영역이 드로틀밸브 전개의 충분직전의 밸브개방도에서 전개밸브 개방도까지의 운전영역을 자치하게 되고, 희박혼합기에서의 운전영역이 좁혀져 버린다.
그러나 연비를 저감하기 위해서는 농후혼합기의 운전영역을 줄이고 희박혼합기의 운전영역을 확대할 필요가 있다.
게다가, 그것과 동시에 요구 최대마력은 유지하도록 할 필요가 있기 때문에 밸브전개에 있어서 출력혼합비의 농후혼합기를 공급하는 것도 채우지 않으면 안된다.
또한 배기가스중의 유해성분의 하나인 NOX( 질소산화물)의 저감을 위하여 많은 자동차용 내연기관에 있어서는 배기가스환류(Exhaust Gas Recirculation, 생략하여 EGR)가 행하여지고 있다. 통상, EGR은 중부하 운전영역으로 최대의 EGR을 주고 있으나, 최대마력 운전영역에서는 EGR은 행하여 지지 않는다. 그 때문에 드로틀밸브 전개의 충분직전의 중간정도의 밸브개방도에서 전개밸브 개방도까지의 운전영역에서는 서서히 EGR양을 감소시켜가고, 밸브전개시에는 EGR양을 영으로 하도록 제어하고 있다. 따라서, 드로틀밸브 전개의 충분직전 밸브개방도에서 전개밸브개방도까지의 운전영역을 EGR양이 적은 영역이 차지하게되고, EGR을 충분히 거는 운전영역이 좁혀져보려 결과로서 NOX의 저감이 불충분하게 된다.
NOX를 저감하기 위해서는 EGR양의 비교적 많은 운전영역을 확대할 필요가 있다. 게다가, 그것과 동시에 요구 최대마력은 유지하도록 할 필요가 있기 때문에 밸브전개시에 있어서 EGR 양을 영으로 채우지 않으면 안된다.
본 발명의 제1목적은 상기 과제를 해결하고 연비의 저감과 요구최대마력의 달성을 양립시킨 내연기관의 제어방법과 제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 과제를 해결하고 NOX의 저감과 요구최대마력의 달성을 양립시킨 내연기관의 제어방법과 제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 자동차용 내연기관에 있어서 상반하는 두 개의 성능요구를 양립시키는 새로운 내연기관 제어시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 새로운 제어시스템에 있어서는 자동차의 액셀페달의 밟는 양이 최소치에서 최대치보다도 작은 소정치까지의 범위에서는 액셀페달의 밟는 양에 따라 내연기관의 드로틀밸브의 밸브개방정도가 변화하고, 액셀페달의 밟는 양이 소정치에서 최대치까지의 범위에서는 드로틀밸브가 전개로 되도록 설정된다.
그리고 상기 제1의 목적을 달성하기 위해서는 액셀페달의 밟는 양이 최소치에서 소정치까지의 사이에서는 제1공연비의 혼합기를 공급하고 소정치에서 최대치까지의 범위에서는 제1공연비는 다른 제2공연비의 혼합비를 공급하도록 제어된다.
또한 상기 제2목적을 달성하기 위하여 액셀페달의 밟는 양이 최소치에서 소정치까지의 사이에서는 흡입공기량과 기관회전수의 값에 따라 EGR 양을 결정하고, 소정치에서 최대치까지의 범위에서는 액셀페달의 밟는 양과 기관회전수의 값은로 EGR양을 결정하도록 된다.
본 발명에 의한 제1실시예의 내연기관제어 방법에 있어서는 드로틀밸브가 낮은 밸브개방도에서 전개가 되기까지의 범위에서는 제1의 공연비로서 희박혼합기를 기관에 공급하고, 드로틀밸브가 전개가 되고나서 액셀페달을 또한 최대량까지 밟을 수 있는 범위에서는 제1의 공연비보다도 짙은 농후혼합기가 공급된다.
이와 같은 제어에 의하여 희박혼합기의 운전영역을 드로틀밸브 전개영역까지 확대할 수 있고, 저연비가 가능하게 된다.
게다가, 액셀페달을 밟는 양이 최대치가 되는 점에서는 출력 공연비의 농후혼합기가 공급됨으로 기관의 요구최대마력은 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 다른 실시예의 제어방법에 의하면 드로틀밸브가 낮은 밸브개방도로부터 전개가 되기까지의 범위에서는 통상의 EGR양 제어를 행하고, 드로틀밸브가 전개로 되고나서 액셀페달을 또한 최대량까지 밟을 수 있는 범위에서는 액셀페달의 밟는 양의 증가에 따라 서서히 EGR양을 통상 제어할때보다 적어지기 때문에 드로틀밸브 전개까지 EGR을 충분히 걸 수가 있다. 동시에 액셀페달의 밟는 양이 최대치가 되는 점에서는 EGR양이 영이되기 때문에 기관의 요구 최대마력은 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 실시예들의 제어방법에서는 드로틀밸브 전개부근의 고부하 운전영역에서는 종래의 기관과 비교하여 같은 출력토르크를 얻지만, 본 발명에 의한 방법이 드로틀밸브 밸브개방도가 보다 크기 때문에 기관의 펌핑로스가 저하되고, 그만큼 기관의 열효울이 높아진다. 이것은 연비의 저하를 초래한다.
이하, 도면으 참조하면서 본 발명에 의한 내연기관의 제어방법과 제어장치에 관하여 설명한다.
본 발명에 의한 내연기관 제어장치의 제1도에 나타내는 실시예인 것은 엔진(1)과, 에어크리너(2)와 드로틀쳄버(42)에 설치된 드로틀밸브(4)와, 연료분사량 및 점화시기를 결정하는 마이크로 컴퓨터를 포함하는 컨트롤러(5)와, 액셀페달(8)로 대표하여 나타내는 출력제어기구와, 액셀와이어(17)로 대표하여 나타내는 드로틀밸브 구동기구와, 연료분사밸브(6)로 대표하는 연료분사계와, 점화전(7)으로 대표하는 점화계와, 상기 에어크리너(2)의 공기배출측에 설치된 공기유량계(3)와 드로틀밸브 개도를 검출하기 위한 드로틀밸브 개도계(9)와, 엑샐밟는 양을 검출하기 위하여 액셀페달센서(10)와, 엔진회전계(11)를 구바하여 구성되어 있다. 또한, 상기 공기유량계(3)를 대산하여 드로틀쳄버(42)의 공기출구측에 흡입압력계(3')를 설치하여도 좋다. 12는 배기관에 구비된 공연비 검출용인 O2센서이며, 그 출력은 컨트롤러(5)에 가해지고, 연료분사량의 결정시에 이용된다.
여기에서 본 발명의 중요한 특징인 드로틀쳄버(42)에 있어서 드로틀밸브(4)와 드로틀밸브 구동기구(17)의 구조를 제2a도와 제2b도를 참조하여 설명한다.
드로틀밸브(4)ㅂ에는 나비식밸브가 사용되고 있다. 드로틀밸브구동기구(17)는 제2a도에 나타낸 바와 같이 드로틀밸브(4)의 밸브축(13)주위에 설치되거나 드로틀밸브(4)를 여는 방향으로 부착되어 있는 토션스프링(13)과, 밸브축(13)에 일체로 설치된 레버(14)와 밸브축(13)과 평행하게 고정된 드럼축(16)과, 이 드럼축(16)주위에 회전가능하게 설치된 액셀링크드럼(15)과 이 액셀링크드럼(15)에 상기 레버(14)와 걸어맞춤 가능한 위치에 설치된 핀(19)과 제1도에 나타내는 액셀페달(8)과, 제2a도에 나타내는 액셀링크드럼(15)을 연결하고 있는 액셀와이어(17)와, 드럼축(16)의 주위에 설치되었거나 액셀링크드럼(15)을 되돌리는 방향으로 회전부세하고 있는 리턴스프링(17)과 드로틀밸브(4)가 전개위치까지 개조작된 후 그것이상의 회전을 규제하는 스토퍼(도시생략)를 가지고 있다. 그리고 이 드로틀밸브 구동기구에서는 액셀페달(8)을 밟으면 액셀와이어(17)가 제2a도의 화살표 a방향으로 끌리고, 액셀링크드럼(15)이 리턴스프링(18)의 탄성력에 대항하여 상기 제2a 도의 화살표 b방향으로 회전하고, 액셀링크드럼(15)에 설치된 핀(19)이 상기 화살표 b방향으로, 결국 레버(14)로부터 떨어지는 방향으로 이동하고, 이에 따라 토션스프링(13)의 탄성력에 의하여 밸브축(13)을 거쳐 드로틀밸브(4)가 시계 방향으로 회전하고, 드로틀밸브(4)가 열리도록되어 있다.
반대로 액셀페달(8)의 밟음을 완만하게 하면, 리턴스프링(17)의 탄성력에 의하여 액셀링크드럼(15)이 상기 화살표 b반대방향으로 회전조작되고, 액셀링크드럼(15)에 설치된 핀(19)도 상기 화살표 b반대방향으로 이동하고, 이 핀(19)에 의하여 레버(14)가 토션스프링(13)에 저항하여 눌러져 시계반대방향으로 이동하고, 이것에 따라 밸브축(13)을 거쳐 드로틀밸브(4)가 시계반대방향으로 회전하고, 드로틀밸브(4)가 닫히도록 되어 있다. 또, 이 드로틀밸브 개폐수단은 드로틀밸브(4)가 전개하고, 스토퍼(도시생략)에 의하여 전개위치에 규제된 후도 미리 결정된 액셀 밟음양의 최대치까지 액셀페달(8)을 밟을 수 있도록 구성되어 있다. 상기 드로틀밸브 개방도계(9)는 제2a도에 나타낸 바와 같이 밸브축(12)에 부설되고, 드로틀밸브 개방도(θth)를 검출하고 그 검출치를 제1도에나타내는 컨트롤러(5)에 보내도록 되어 있다.
상기 액셀페달센서(10)는 제2a도에 나타내는 바와 같이, 드럼축(16)에 부설되고 액셀 밟는 각도(θA)를 검출하고 그 검출치도 컨트롤러(5)에 보내도록 되어 있다.
제2b도에는 제2a도의 구조의 드로틀밸브 구동기구의 드로틀밸브 구동특성을 나타낸다. 종축의 드로틀밸브 개도는 전폐상태에서 횡축의 액셀페달 밟는 양의 증가에 대응하여 증가하나, 액셀페달의 밟는 양이 최대치(θAmax)에 달하기 전의 소정치(θAw)에서 전개된다. 소정치(θAw)이후 액셀페달 밟는 양 최대치 (θAmax)까지 드로틀밸브는 전개인 채이다.
소정치(θAw)의 값은 엔진의 종류에 따라서 출력 토오크의 증가경향이 순조롭게 행하여지도록 결정되었으나, 예를 들면 최대치(θAmax)의 2/3 정도가 선택된다.
제3도는 본 발명에 의한 내연기관 제어방법인 제1도의 실시예의 개념도이다.
이 실시예에서는 액셀페달(8)에 부설된 액셀페달센서(10)에 의하여 액셀페달(8)의 밟는 양 각도(θA)를 검출하고, 그 검출치를 컨트롤러에 보낸다.
한편, 액셀페달(8)에 드로틀밸브 구동기구(17)를 거쳐 연접된 드로틀밸브(4)에 부설된 드로틀밸브 개방도계(9)에 의하여 드로틀밸브 개방도(θth)를 검출하고 그 검출치도 컨트롤러(5)에 보낸다.
한편, 공기유량계(3)에 의하여 흡입공기유량(Qa)를 검출하고, 그 검출치도 컨트롤러(5)에 보낸다. 공기유량제(3)를 대신하여 흡기압력계(3')에 의하여 흡기압력(Pb)을 검출하고 이것을 컨트롤러에 보내도 좋다.
또한 엔진에 부설된 엔진회전계(11)에 의하여 엔진회전수(N)를 검출하고 그 검출치도 컨트롤러에 보낸다.
컨트롤러에서는 액셀페달에서 액셀밟는 각도(θA)를 파악하고 공기유량제(3)에서 공기유량(Qa)를 파악하여 연산하고, 드로틀밸브가 낮은 밸브개방도에서 전개까지의 운전영역에서는 엔진에 희박혼합기 (예를 들면 air fuel ratio 로 내지 25 정도)를 공급해야 하고, 연료 분사계에 지령을 보낸다. 또, 컨트롤러는 드로틀밸브(4)가 전개후 액셀페달이 다시 밟히는 운전영역에서는 액셀페달센서(10)로부터의 검출치(θA)에 대응시켜 연료혼합량을 증대시키고 엔진에 농후혼합기를 공급해야만 하고, 연료분사계(6)에 지령을 보낸다. 또한, 컨트롤러는 공기유량계(3)로부터 공기유량(Qa)을 파악하고 엔진회전계(11)로부터 엔진회전수(N)를 파악하고 공기유량(Qa)/엔진회전수(N)와, 엔진회전수(N)로부터 점화시기(Adv)를 결정하고 점화계(7)에 점화신호를 보낸다.
공기유량계(3)는 제1도에 나타내는 바와 같이 에어크리너(2)의 공기출구측에서 공기유량(Qa)을 검출하고, 그 검출치도 컨트롤러(5)에 보내도록 되어 있다. 또, 공기유량제(3) 대신에 흡기압력제(3')를 사용했을 때는 제1도에 나타내는 바와 같이 드럼틀챔버(42)의 공기출구측에서 흡기력(Pb)을 검출하고 이 검출치도 컨트롤러(5)에 보내도록 되어 있다.
엔진회전계(11)는 제1도에 나타내는 바와 같이 크랭크축에 부설되고 엔진회전수(N)를 검출하고 그 검출치도 컨트롤러(5)에 보내도록 되어 있다.
컨트롤러(5)의 내부에는 제4도에 나타내는 바와 같이 마이크로 프로세서인 CPU(20)와, 각 기기나 회로사이에서 신호의 접수를 행하기 위한 버스(21)와 타이머(22)와 개입중단 제어부(23)와, 회전수카운터(24)와, 디지탈 입력포트(25)와, 아날로그 입력포트(26)와, RAM(27)과, ROM(28)과 출력회로(29,30)가 설치되어 있다. 또, 컨트롤러(5)의 외부에는 배터리(31)가 설치되어 있다. 32는 컨트롤러(5)의 각부에 전압을 공급하는 전원회로이다.
CPU(20)에서는 공연비 F/A 나 실제의 연료분사량(Ti),점화시기(Adv)의 보정치(a) 등의 연산을 행하고, 그 연산결과를 소요부소에 보내도록 되어 있다.
회전수 카운터(24)에서는 엔진회전수(N)를 카운트하도록 되어 있다.
RAM(27)에는 제6도, 제7도, 제8도 및 제9도에 나타내는 2차원 테이블 등의 데이타가 격납되어 있다.
ROM(28)은 RAM(27)에 격납되어 있는 데이타를 독출하도록 되어 있다.
아날로그 입력포트(26)에서는 액셀 밟는 각도(θA)와, 드로틀밸브 개방도(θth)와, 냉각수온도(Tw), 공기유량(Qa) 또는 흡기압력(Pb)을 파악하도록 되어 있다.
출력회로(29)에는 점화전으로 대표되는 점화계(7)가 접속되어 있다.
출력회로(30)에서는 연료분사밸브로 대표되는 연료분사계(6)가 접속되어 있다.
배터리(31)는 키스위치(IG)을 온하면 컨트롤러(5)에 동작용 전력을 공급하도록 되어 있다 .또한, RAM(27)에는 배터리(31)를 통하여 항시 전력이 공급되고 있다.
다음에 컨트롤러(5)의 작용에 관련하여 본 발명 방법의 일예를 설명한다.
우선 제5도에 나타내는 스탭(33)에서 컨트롤러(5)에 공기유량(Qa) (또는 흡기압력 Pb)이나 엔진회전수(N), 냉각수온도(Tw), 드로틀밸브 개방도(θth)를 파악하고, 공기유량(Qa) 및 엔진회전수(N)로, 스탭(34)에서 기본연료분사량(Tb)의 연산을 행한다.
Figure kpo00001
다음에 스탭(35)에 의하여 드로틀밸브(4)의 전개여부를 판정한다. 이 판정은 드로틀밸브 개방도계(9)의 검출치가 소정치를 넘어섰는지 아닌지에 의한 판정방법 또는 드로틀밸브(4)의 전개만을 검출하는 전개스위치(도시생략)에서의 전개검출신호에 의한 판정방법을 사용한다.
판정의 결과 드로틀밸브(4)이 전개하지 않는 경우는 제2b도의 액셀밟는 양이 0 내지 θAw의 범위이다. 이 경우 스탭(40)에 있어서 제6도에 나타내는 엔진회전수(N)와 Qa/N의 2차원 테이블에서 설정 공연비(KMR)를 독출하고, 제7도에 나타내는 엔진회전수(N)와 Qa/N의 2차원 테이블에서 점화시기(Adv)를 독출한다. 다음에 스탭(41)에 있어서 하기 식으로 실제의 연료분사량(Ti)를 구한다.
Figure kpo00002
스탭(41)에서 구한 실제의 연료분사량(Ti)에 관한 출력신호는 제4도에 나타내는 출력회로(30)로부터 연료분사계(6)에 보내지고 스탭(40)에서 구한 점화시기Adv)에 관한 출력신호는 상기 제4도에 나타내는 출력회로(29)로부터 점화계(7)로 보내진다. 따라서, 드로틀밸브(4)가 전폐에서 전개까지의 운전영역에서는 흡입공기량(Qa)과 회전수(N)로 연료분사량이 결정되고, 저.중밸브 개방정도 영역에서 희박혼합기를 공급해야만 하고 연료분사계(6)에 출력신호로서 지령을 보낸다.
한편, 스탭(35)에서 조절판(4)이 전개로 판정된 경우에는 제2b도의 액셀 밟는 양이 θAw내지 최대치 범위이다.
이 경우, 액셀페달센서(10)에서 액셀 밟는 각도(θA)를 파악하고, 스탭(37)에서 설정공연비(KMR)와 점화시기(Adv)를 구한다. 설정공연비(KMR)는 제8도에 나타내는 엔진회전수(N)와 액셀 밟는 각도(θA)의 2차원 테이블에서 독출한다. 점화시기(Adv)는 제7도에 나타내는 엔진회전수(N)와 Qa/N의 2차원 테이블에서 독출한다.
다음에 스탭(38)에서 실제의 연료분사량(Ti)(Ti = KMR·TP)과 또한 점화시기의 보정치(a)를 제P9도에 나타내는 엔진회전수(N)와 연료분사량(Ti)의 2차원 테이블에서 독출한다. 그리고 보정치(a)를 가한 점화시기 (Adv(1+a))를 연산하고 스탭(39)에서 실제의 연료분사량(Ti)를 제4도에 나타내는 출력회로(30)로부터 연료분사계(6)에 출력하고 보정치(a)를 가한 점화시기(Adv)를 상기 제4도에 나타내는 출력회로(29)에서 점화계(7)에 출력한다. 여기에서 드로틀밸브(4)의 전개운전영역에서는 액셀 밟는 각도(θA)에 대응하여 연료혼합량을 증대시키고, 농후혼합기를 공급해야만하고 연료분사계에 출력신호로서의 지령을 보낸다.
제10a도는 본 발명의 방법에 있어서 밸브개방도와 공연비(A/F)와 그때의 발생토르크와의 관계를 종래기술과 비교하여 나타낸 선도이다. 제10b도는 액셀 밟는 양과 공연비와 발생토르크와의 관계를 나타낸다.
종래 기술에서는 액셀 밟는 각도(θA)가 최대일 때, 드로틀밸브를 전개로 하고 제10a도에 파선으로 나타낸 바와 같이 결정된 공연비(A/F)는 드로틀밸브가 중개방도점에서 전개까지의 운전영역으로 드로틀밸브개방도에 거의 비례한 발생토르크를 얻을 수 있도록 서서히 농후혼합기를 공급하고, 드로틀밸브 개방도가 전개일 때, 최대발생 토르크를 얻을 수 있도록 농후혼합기를 공급하도록 하고 있다. 이 때문에 종래 기술에서는 희박혼합기의 공급영역이 좁다.
이것에 대하여 본 발명 방법에서는 제2b도와 제10b도에 나타내는 바와 같이 액셀 밟는 각도(θA)가 최대치가 되기전(θAw)에 드로틀밸브개방도를 전개로 하고 있다. 따라서, 제10a도 실선으로 나타내는 바와 같이 드로틀밸브가 낮은 밸브개방도에서 전개직전까지의 운전영역에서 희박혼합기를 공급한다. 또, 드로틀밸브(4)가 전개후 또 다시 액셀페달(8)을 밟으면 드로틀밸브(4)는 전개인 채, 액셀페달(8)을 밟으 수 있도록 하고 있다. 따라서 본 발명의 방법에서는 희박혼합기의 공급영역을 확대할 수 있으므로 그만큼 연비를 저감하는 것이 가능하게 된다.
그리고 드로틀밸브(4)가 전개후, 액셀페달(8)을 밟는 운전영역에서는 액셀 밟는 각도(θA)에 대응하여 연료혼합량을 증대시켜 농후혼합기를 얻을 수 있도록 하고 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 있어서, 액셀페달 밟는 각도(θA)가 최대치(θAmax)일 때의 공연비(A/F)를 종래기술에 있어서 드로틀밸브 전개시의 공연비(A/F)와 같게 하면 본 발명방법과 종래 기술의 양자에서 최대발생 토르크 혹은 최대마력을 같게 하는 것이 가능하게 된다. 바꿔말하면 본 발명이 방법에서 종래기술과 동일한 발생토르크를 얻을 경우에는 드로틀밸브개방도가 커지기 때문에 엔진의 펌핑로스가 적어지고, 엔진효율이 높아지는효과가 있다.
다음에 제11도는 본발명방법을 실시하는 장치의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 일부를 단면으로 나타낸 계통도, 제12도는 제11도에 나타내는 실시예에 있어서 드로틀밸브 구동계의 상세함을 나타내는 계통도이다.
이 실시예에서는 제11도에 나타내는 바와 같이 제1도에 나타내는 실시예의 기계적인 드로틀밸브 구동기구를 대신하여 컨트롤러(5)에 드로틀밸브 액츄에이트(43)가 접속되어 있다.
상기 드로틀밸브 액츄에이터(43)는 제12도에 나타내는 바와 같이 모터구동회로(44)와 모터(45)를 가지고 있다.
상기 모터(45)의 출력축에는 구동기어(46)가 설치되어 있다.
한편, 드로틀밸브(4)의 밸브축(12)에는 피동기어(47)가 설치되어 있고 이 피동기어(47)는 구동기어(46)에 맞물리도록 되어 있다.
그리고 이 실시예에서는 액셀 밟는 각도(θA)를 컨트롤러(5)에 입력하고, 컨트롤러(5)에서의 출력신호로 드로틀밸브 액츄에이트(43)의 모터제어회로(44)를 제어한다.
모터제어회로(44)는 모터(45)를 구동하고, 모터(45)는 구동기어(46)와 피동기어(47)를 통하여 제2b도의 특성과 마찬가지로 전개까지는 액셀 밟는 각도(θA)에 대응하여 드로틀밸브(4)를 개페시키고, 전개후는 드로틀밸브(4)를 전개로 한채 액셀을 밟을 수 있도록 하고 있다.
이 실시예에서는 액셀 밟는 각도(θA)와 드로틀밸브개방도(θth)의 관계를 컨트롤러(5)의 소프트웨어를 바꿈으로서 임의로 조절할 수 있는 효과가 있다.
이 제11도, 제12도에 나타내는 실시예의 다른 구성, 작용 및 효과에 관해서는 상기 제1도 내지 제10도에 나타내는 실시예와 마찬가지이다.
다음에 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 제어시스템을 이하에 설명한다. 제13도에 그 실시예의 시스템의 전체를 나타낸다. 참조번호가 제1도와 제11도와 같은 것을 동일한 구성요소를 나타내는 것으로 설명은 생략한다.
제13도에 있어서는 EGR 제어장치가 제1도의 시스템에 부가되어 있다. EGR은 앞에도 기술한 바와 같이 베기가스 속의 유행성분의 NOX를 저감하는 데도 유효하다. 동시에 EGR을 설치함으로써 EGR이 없는 경우에 비하여 동일 출력 토르크를 얻기 위해서는 보다 큰 개방도가 되기 때문에 엔진의 펌핑로스는 적어지고 엔진효울이 향상한다.
EGR제어장치(50)는 배기관(53)에서 흡기관(55)에 이루는 통로(56)의 도중에 설치된다. EGR제어장치(50)는 모터(51)에서 구동되는 계량부(52)를 가지고 있다. 컨트롤러(5)로부터 EGR양 신호를 받은 모터(51)는 EGR양, 신호에 따라 계량부(52)를 조정하고 통로(56)의 단면적을 변화시켜 소정의 EGR양을 흡기관(55)에 공급한다.
다음에 제13도의 실시예의 동작을 설명한다.
우선 제14도에 나타내는 스탭(56)에서 컨트롤러(5)에 공기유량(Qa)(또는 흡기압력 Pb)이나, 엔진회전수(N), 냉각수온도(Tw), 드로틀밸브개방도(θth)를 파악하고, 공기유량(Qa) 및 엔진회전수(N)로 스탭(57)에서 기본연료분사량(Tp)의 연산을 행한다.
Figure kpo00003
다음에 스탭(58)에 의하여 드로틀밸브(4)의 개방여부를 판정한다. 이 판정은 드로틀밸브개방도계(9)의 검출치가 소정치를 넘어섰는지 아닌지에 의한 판정방법 또는 드로틀밸브(4)의 전개만을 검출하는 전개스위치(도시생략)로의 전개검출신호에 의한 판정방법을 사용한다.
판정결과, 드로틀밸브(4)가 전개하지 않는 경우는 제2b도의 액셀 밟는 양이 0 내지 θAw 범위이다. 이 경우, 스탭(59)에 있어서, 제6도에 나타내는 엔전회전수(N)와 Qa/N의 2차원 테이블로부터 설정공연비(KMR)를 독출하고 제7도에 나타내는 엔진회전수(N)와 Qa/N의 2차원 테이블에서 점화시기(Adv)를 독출하고 또한 제15도의 테이블에서 EGR를 (ER)을 독출한다.
다음에 스탭(60)에 있어서 하기 식으로 실제의 연료분사량(Ti)를 구한다.
Ti = KMR·TP
스탭(60)에서 구한 실제의 연료분사량(Ti)에 관하 출력신호는 제4도에 나타내는 출력회로(30)로부터 연료분사계(6)에 전해지고, 스탭(59)에서 구한 점화시기(Adv)에 관한 출력신호는 상기 제4도에 나타내는 출력신호(29)로부터 점화계(7)에 보내진다. 따라서, 드로틀밸브(4)가 전폐에서 전개까지의 운정영역에서는 흡입공기량(Qa)과 회전수(N)로 연료분사량이 결정되고 저.중밸브개방도 영역에서 이론공연비의 혼합기를 공급해야만 하고 연료분사계(6)에 출력신호로서의 지령을 보낸다.
한편 스탭(58)에서 드로틀밸브(4)가 전개라고 판정된 경우에는 제2b도의 액셀 밟는 양이 θAw 내지 최대치 범위이다.
이 경우 스탭(61)에서 컨트롤러(5)로 액셀페달센서(10)로부터 액셀 밟는 각도(θA)를 파악하고 스탭(62)에서 설정공연비(KMR)와 점화시기(Adv)를 구한다. 설정공연비(KMR)와 EGR율 (ER)은제8도와 제16도에 나타내는 엔진회전수(N)와 액셀 밟는 각도(θA)의 2차원 테이블에서 각각 독출한다. 점화시기(Adv)는 제7도에 나타내는 엔진회전수(N)와 Qa/N의 2차원 테이블에서 독출한다.
다음에 스탭(63)에서 실제 연료분사량(Ti)(Ti=KMR·TP)과 또한 점화시기의 보정치(a)를 제9도에 나타내는 엔진회전수(N)와 연료분사량(Ti)의 2차원 테이블에서 독출한다.
그리고 보정치(a)를 가한 점화시기 (Adv(1+a))를 연산하고, 스탭(64)에서 실제의 연료분사량(Ti)을 제4도에 나타내는 출력회로(30)로부터 연료분사계(6)에 출력하고,보정치(a)를 가한 점화시기(Adv)를 상기 제4도에 나타내는 출력회로(29)로부터 점화계(7)에 출력한다. 여기에서 드로틀밸브(4)의 전개 운전영역에 액셀 밟는 각도(θA)에 대응하여 연료혼합량을 증대시키고 농후혼합기를 공급해야만 하고 연료분사계에 출력신호로서의 지령을 보낸다.
제17a도는 본 발며의 방법에 있어서 밸브개방도와 EGR율(ER)과 그때의 발생토르크와의 관계를 종래기술과 비교하여 나타낸 선도이다. 제17b도는 액셀 밟는 양과 EGR율(ER)과 발생토르크와의 관계를 나타낸다.
종래 기술에서는 액셀 밞는 각도(θA)가 최대일 때 드로틀밸브를 전개로하여, 제17a도에 파선으로 나타내는 바와 같이 결정된 EGR율(ER)은 드로틀밸브가 저개방도의 점에서 중개방도까지의 운전영역으로 드로틀밸브개방도에 대하여 거의 일정한 EGR 율을 얻을수 있도록 EGR 제어장치(50)를 제어하고, 드로틀밸브개방도가 중전도에서 전개에 이를 때 서서히 EGR율을 줄이고 밸브의 전개에서 EGR율이 영이 된다. 이 때문에 종래기술에서는 EGR의 동작운전영역이 좁다.
이것에 대하여 본 발명방법으로 제2b 도와 제10b도에 나타낸 바와 같이 액셀 밟는 각도(θA)가 최대치가 되기전(θAw)에 드로틀밸브개방도를 전개로 하고 있다. 따라서 제17a도에서 실선으로 나타내는 바와 같이 드로틀밸브가 저밸브개방도에서 전개직전까지의 운전영역에서 EGR율을 일정하게 한다. 또 드로틀밸브(4)가 전개후 다시 액셀페달(8)을 밟으면 드로틀밸브(4)는 전개인 채, 액셀페달(8)을 밟을 수 있도록 하고 있다. 따라서 본 실시예에서는 EGR영역을 확대할 수 있으므로 그만큼 NOX와 연비를 저감하는 것이 가능하게 된다.
그리고 드로틀밸브(4)가 전개후 다시 액셀페달(8)을 밟는 운전영역에서는 액셀 밟는 각도(θA)에 대응하여 EGR율을 감소시켜 최대 밟는 각도(θAmax)에서는 EGR율이 영이 되도록 하고 있다.
이 실시예에 의하면 EGR영역을 확대하여 NOX를 저감하면 마찬가지로 최대 출력시의 EGR은 영으로 하고 게다가 연비를 저감할 수 있다.

Claims (15)

  1. 액셀페달에 의해 흡기통로의 드로틀밸브를 제어하여 엔진출력을 제어하는 내연기관의 제어방법에 있어서: 드로틀밸브는 액셀페달 왕복운동량의 최소치로부터 최대치 보다 작은 소정치까지의 범위에서 상기 액셀페달 왕복운동량에 따라 변화하며, 상기 드로틀밸브는 상기 왕복운동량의 상기 소정치로부터 상기 최대치까지의 범위에서 전개상태가 되도록 상기 드로틀밸브의 작동을 설정하는 단계와; 상기 최소치로부터 상기 소정치에 도달될 때까지의 상기 액셀페달 왕복운동량의 범위에 대응하는 상기 드로틀개방도에서 제 1공연비의 공연혼합기를 공급하는 단계; 및 상기 소정치로부터 상기 최대치까지의 상기 액셀페달 왕복운동량의 범위에 대응하는 상기 드로틀개방도에서 상기 제1공연비와 다른 제 2공연비의 공연혼합기를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1공연비의 공연혼합기를 공급하는 단계는 상기 내연기관의 실린더 공기유량 및 회전수에 의거하는 상기 제 1공연비를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 제 2공연비의 공연혼합기를 공급하는 단계는 상기 내연기관의 상기 액셀페달 왕복운동량 및 상기 회전수에 의거하는 상기 제 2공연비를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1공연비 및 상기 제 2공연비를 결정하는 상기 단계들에서, 상기 제 1공연비는 상기 제 2공연비 보다 희박한 측으로 설정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1공연비를 결정하는 상기 단계에서, 상기 제 1 공연비는 엔진 회전당 흡기 유량치 및 엔진회전수에 의거하여 결정되는 다양한 범위에서의 공연비 값을 지시하는 제 1맵을 참조하여 결정되며, 상기 제 2공연비를 결정하는 상기 단계에서, 상기 제 2공연비는 상기 액셀페달 왕복운동량 및 엔진회전수의 값에 의거하여 결정되는 다양한 범위에서의 공연비 값을 지시하는 제 2맵을 참조하여 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 공연비의 공연혼합기를 공급하는 상기 단계들은 엔진회전 당 흡기유량치 및 상기 제 1 및 제 2공연비 값에 의거하여 연료 유량치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 액셀페달 왕복운동량의 최소치 및 상기 소정치 사이의 범위에 대응하는 상기 드로틀개방도의 범위에서 상기 실린더 공기유량 및 상기 엔진회전수에 의거하는 기본점화시기를 결정하는 단계와; 상기 소정치 및 최대치 사이의 상기 액셀페달 왕복운동량의 범위에 대응하는 상기 드로틀개방도의 범위에서 상기 기본 점화시기에 보정치를 부가하여 점화시기를 결정하는 단계; 및 상기 연료유량 및 상기 엔진회전수에 의거하는 상기 보정치를 결정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 액셀페달 왕복운동량의 상기 최소치로부터 상기 소정치까지의 범위에 대응하는 상기 드로틀개방도 범위에서의 상기 내연기관의 상기실린더 공기유량 및 엔진속도에 의거하는 배기환류량을 결정하는 단계; 및 상기 액셀페달 왕복운동량의 상기 소정치로부터 상기 최대치까지의 범위에 대응하는 상기 드로틀개방도 범위에서의 상기 액셀페달 왕복운동량 및 상기 엔진속도에 의거하는 상기 EGR 량을 결정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제 1공연비의 공연혼합기를 공급하는 단계는 상기 내연기관의 실린더 공기유량 및 회전수에 의거하는 상기 제 1 공연비를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 제 2공연비의 공연혼합기를 공급하는 단계는 상기 내연기관의 상기 액셀페달 왕복운동량 및 상기 회전수에 의거하는 상기 제 2공연비를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어방법.
  9. 액셀페달에 의해 흡입통로의 드로틀밸브를 제어하여 엔진출력을 제어하는 내연기관의 제어장치에 있어서: 액셀페달 왕복운동량을 검출하는 수단; 드로틀개방도를 검출하는 수단; 상기 액셀페달 및 상기 드로틀밸브 사이에 배치되며, 상기 액셀페달 왕복운동량의 최소치로부터 최대치 보다 작은 소정치까지의 제 1 범위에서의 상기 액셀페달 왕복운동량에 따라 상기 드로틀개방도가 변화되도록 설정되고, 상기 액셀페달 왕복운동량의 상기 소정치로부터 상기 최대치까지의 제 2 범위에서 상기 드로틀밸브가 전개상태가 되도록 설정되어 상기 드로틀밸브를 구동하는 수단; 상기 드로틀개방도의 검출치로부터 상기 드로틀밸브의 전개상태여부를 결정하는 수단; 및 상기 드로틀밸브가 전개상태가 아니라는 결정이 행해지는 경우 제 1공연비의 공기혼합기를 공급하며, 상기 드로틀밸브가 전개상태라는 결정이 행해지는 경우 상기 제 1공연비와 다른 제 2공연비의 공연혼합기를 공급하는 연료공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 연료공급장치는 상기 엔진의 실린더 공기유량을 측정하는 수단, 상기 엔진속도를 측정하는 수단, 및 상기 내연기관의 상기 실린더 공기유량 및 엔진속도에 의거하는 상기 제 1공연비를 결정하며 상기 액셀페달 왕복운동량 및 엔진속도에 의거하는 상기 제 2 공연비를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 엔진의 배기관 및 흡입관 사이에 연결되는 배기환류통로, 상기 배기환류통로의 배기환류량을 제어하는 EGR밸브, 및 상기 내연기관의 상기 실린더 공기유량 및 엔진속도에 의거하는 EGR유량을 결정하며, 상기 액셀페달 왕복운동량 및 엔진속도에 의거하는 EGR유량을 결정하는 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  12. 제 11항에 있어서 상기 연료공급장치는 상기 엔진의 흡기유량을 측정하는 수단, 상기 엔진속도를 측정하는 수단, 및 상기 엔진의 상기 실린더 공기유량 및 엔진속도에 의거하는 상기 제 1공연비를 결정하며 상기 액셀페달 왕복운동량 및 엔진속도에 의거하는 상기 제 2공연비를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 드로틀밸브 구동수단은 상기 액셀페달 및 상기 드로틀밸브를 기계적으로 연결하는 장치인 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  14. 제 10항에 있어서,상기 드로틀밸브구동수단은 상기 액셀페달 왕복운동량을 전기신호로 변환하는 기계적변위/전기신호 변환수단, 및 상기 전기신호값에 따라 상기 드로틀밸브를 구동하는 전기신호/기계적변위 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 엔진속도 및 실린더 공기유량으로부터 기본연료공급량 값을 계산하는 수단, 상기 제 1또는 제2 공연비 및 상기 기본연료공급량으로부터 실제 실제연료공급량을 계산하는 수단, 및 상기 실제연료공급량 및 상기 엔진속도에 의거하는 기본점화시기를 결정하는 수단을 더욱 구비하며; 상기 점화시기를 결정하는 상기 수단은 상기 기본점화시기에 상기 실제 연료공급량 및 상기 엔진속도에 의거하여 결정되는 보정치를 부가하여 실제점화시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
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