KR100879485B1

KR100879485B1 - 내연기관의 제어 장치

Info

Publication number: KR100879485B1
Application number: KR1020077015383A
Authority: KR
Inventors: 다카시 와타나베
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2009-01-20
Also published as: US7185633B2; CN101115917A; CN100575685C; EP1844225A1; KR20070090231A; US20060174856A1; JP4453566B2; JP2006214373A; EP1844225B1; DE602005018110D1; WO2006082694A1

Abstract

내연기관이 아이들 상태인지 비 아이들 상태인지는 스로틀 개도에 기초하여 판정된다. 실린더 내 분사와 포트 분사 사이의 연료 분사 비율 (DI 비율) 을 제어하기 위한 DI 비율 제어는 아이들 상태와 비 아이들 상태에서 상이한 제어 모드 (#1, #2) 에 따라 실행된다. 상기 DI 비율 제어 모드는 공연비 제어를 방해하는 연료 부착이 발생하기 쉬운 엔진 냉간 상태에서, 아이들 상태와 비 아이들 상태 사이의 천이에 따라 기본적으로 변화되는 반면, 천이 유예 기간 (DT) 은 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이에 의해 발생한다. 상기 천이 유예 기간 동안, 제어 모드는 아이들 상태와 비 아이들 상태 사이의 천이와 관계없이 고정되어 있다. 이는 DI 비율의 간헐적인 변화를 방지하고, 따라서 엔진 출력의 변동을 방지한다.

Description

내연기관의 제어 장치{CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 제어 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 실린더내 연료 분사를 위한 제 1 연료 분사 기구 (실린더내 분사기) 와 흡기 매니폴드 및/또는 흡기 포트내 연료 분사를 위한 제 2 연료 분사 기구 (흡기 매니폴드 분사기) 가 제공되는 내연기관의 연료 분사 비율 설정 제어에 관한 것이다.

대응하는 실린더의 연소실에 직접 연료를 분사하기 위한 실린더내 분사기와 대응하는 실린더의 흡기 포트에 연료를 분사하기 위한 흡기 매니폴드 분사기를 모두 갖는 내연기관에 있어서, 균질 연소 운전 동안의 운전 조건에 따라 두 가지 종류의 분사기 사이의 연료 분사 비율의 제어를 위한 구성이 알려져 있다 (예컨대, 일본 특허 공개공보 No. 10-103118, 이하에 또한 "특허 문헌 1" 이라고 함). 특히, 이 특허 문헌 1 은 이 분사기 사이의 연료 분사 비율의 전환 시에 공연비의 변동을 방지하는 구성을 제안하는데, 이는 각 분사기로부터 분사된 연료가 실린더에 도입될 때까지 요구되는 시간차를 고려한 것이다.

상기한 바와 같이, 실린더내 분사기와 흡기 매니폴드 분사기 모두를 사용하는 내연기관에 있어서, 이들 분사기 사이의 연료 분사 비율을 제어하는 것이 필요하다. 일반적으로, 내연기관의 바람직한 운전 조건을 얻기 위해 연료 분사 비율을 설정하는 방법은, 요구되는 엔진 출력이 매우 작은 아이들 (idle) 상태와 가속 페달의 조작에 대응하는 엔진 출력이 요구되는 비 아이들 (non-idle) 상태 사이에 서로 상이하다.

이 때문에, 연료 분사 비율의 제어를 위해서는, 아이들 상태와 비 아이들 상태에 대해 상이한 제어 방법이 요구된다. 이 아이들 상태와 비 아이들 상태 사이에 천이가 빈번하게 발생할 때, 연료 분사 비율의 설정 값이 빈번하게 변화될 것이고, 이 때문에 공연비 등의 불안정에 의해 연소 효율이 저하될 수 있고, 이에 의해 엔진 출력이 변동된다. 이러한 문제는 특히 공연비 제어를 방해하는 연료 부착이 발생하기 쉬운 엔진 냉간 상태에서 두드러진다.

본 발명은 상기 명시된 문제점을 해결하기 위해 이루어졌다. 본 발명의 목적은, 실린더 내 연료 분사를 위한 제 1 연료 분사 기구 (실린더내 분사기) 와 흡기 매니폴드 내 연료 분사를 위한 제 2 연료 분사 기구 (흡기 매니폴드 분사기) 가 제공되는 내연기관의 제어 장치로서, 아이들 상태와 비 아이들 상태에 따라 변하는 제어 방법으로 연료 분사 비율 제어를 안정화할 수 있고, 이에 의해 엔진 출력의 변동을 방지할 수 있는, 내연기관의 제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 실린더 내 연료 분사를 위한 제 1 연료 분사 기구와 흡기 매니폴드 내 연료 분사를 위한 제 2 연료 분사 기구를 갖는 내연기관의 제어 장치를 제공하고, 이 제어 장치는 상태 판정부, 제 1 연료 분사 비율 제어부, 제 2 연료 분사 비율 제어부, 제 1 선택부와 제 2 선택부를 포함한다. 상기 상태 판정부는 예컨대 스로틀 (throttle) 개도에 기초하여 내연기관이 아이들 상태인지 비 아이들 상태인지 판정한다. 상기 제 1 연료 분사 비율 제어부는 아이들 상태에 대응해서, 내연기관의 조건 (예컨대, 온도) 에 기초하여, 내연기관에 요구되는 총 연료 분사량에 대한 제 1 연료 분사 기구와 제 2 연료 분사 기구 사이의 연료 분사 비율을 제어한다. 상기 제 2 연료 분사 비율 제어부는 비 아이들 상태에 대응해서, 내연기관의 조건 (예컨대, 온도, 엔진 속도, 부하율, 운전자의 요구 (액셀 밟음량), 변속 등) 에 기초하여 연료 분사 비율을 제어한다. 상기 제 1 선택부는 엔진 냉간 상태에서 비 아이들 상태에서 아이들 상태로 천이한 후 정해진 기간 (천이 유예 기간) 동안 제 2 연료 분사 비율 제어부를 고정적으로 선택하여 연료 분사 비율을 설정한다. 상기 제 2 선택부는 상기 정해진 기간 이외의 기간 동안 상태 판정부의 판정 결과에 따라 제 1 또는 제 2 분사 비율 제어부 중 하나를 선택하여 연료 분사 비율을 결정한다.

상기 설명된 내연기관의 제어 장치에 따라, 연료 분사 비율 제어 (DI 비율 제어) 는 아이들 상태와 비 아이들 상태에서 상이한 제어 방법에 따라 실시된다. 공연비 제어를 방해하는 연료 부착이 발생하기 쉬운 엔진 냉간 상태에 있어서, 그 제어 방법은 아이들 상태와 비 아이들 상태 사이의 천이에 응하여 빈번하게 변한다. 이리하여, 단시간 내에 연료 분사 비율이 간헐적이고 불연속적으로 변하는 것이 방지될 수 있고, 따라서 엔진 냉간 상태에서 연료 분사 비율 (DI 비율) 설정의 불연속적인 변화에 기인한 벽면에의 연료의 부착 조건의 변화로 인해 공연비의 양호한 제어가 어렵게 되는 원하지 않는 상황을 방지할 수 있다. 그 결과, 공연비 제어성의 저하를 방지할 수 있고, 이에 의해 엔진 출력의 변동을 방지한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 내연기관의 제어 장치에 있어서, 제 1 연료 분사 비율 제어부는 요구되는 총 연료 분사량이 엔진 냉간 상태에서는 제 2 연료 분사 기구로부터 분사되도록 연료 분사 비율을 설정한다.

상기 설명된 내연기관을 위한 제어 장치에 따르면, 실린더 내에 연료의 무화 (霧化) 가 촉진되기 어려운 엔진 냉간 상태에서, 제 1 연료 분사 기구로부터의 실린더 내 분사는 실행되지 않는다. 따라서, 실린더 내부 (연소실 내부) 의 부착된 연료에 의한 윤활 성능의 저하뿐만 아니라 배기 성능의 저하도 방지할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 내연기관의 제어 장치에 있어서, 정해진 기간의 길이는 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이시에 흡기 매니폴드에 부착된 연료의 예상량에 기초하여 가변적으로 설정된다. 이러한 경우, 특히, 부착된 연료의 예상량은 적어도 천이 직전의 스로틀 개도에 기초하여 산출된다.

상기 설명된 내연기관의 제어 장치에 있어서, 정해진 기간 (천이 유예 기간, 이 기간 동안에는 연료 분사 비율 (DI 비율) 제어 방법이 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이에 관계없이 고정됨) 의 길이는 천이시 부착된 연료의 양이 많아질수록 공연비의 변동이 발생하기 쉽다는 점을 고려하여 설정될 수 있다. 그 결과, 연료 분사 비율 (DI 비율) 설정의 간헐적인 변화를 보다 확실하게 방지할 수 있고, 따라서, 공연비 제어성의 저하, 즉 엔진 출력의 변동을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 주된 이점은, 실린더내 연료 분사를 위한 제 1 연료 분사 기구 (실린더내 분사기) 와 흡기 매니폴드 내 연료 분사를 위한 제 2 연료 분사 기구 (흡기 매니폴드 분사기) 가 제공되는 내연기관에 있어서, 아이들 상태와 비 아이들 상태에 대해 상이한 제어 방법을 사용하는 연료 분사 비율 제어가 특히 엔진 냉간 상태에서, 안정적으로 실행될 수 있고, 이에 의해 엔진 출력의 변동이 방지될 수 있다는 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시 형태에 따른 내연기관의 제어 장치인 엔진 ECU (Electronic Control Unit) 에 의해 제어되는 엔진 시스템의 개략 구성도이다.

도 2 는 본 발명의 실시 형태에 따른 내연기관의 제어 장치에 의한 DI 비율 제어를 도시한 개념도이다.

도 3 은 본 발명의 실시 형태에 따른 DI 비율 제어의 엔진 냉간 상태에서의 모드 전환의 예를 도시한 파형도이다.

도 4 는 본 발명의 실시 형태에 따른 내연기관의 제어 장치에 의한 DI 비율 제어 (모드 선택) 를 도시한 순서도이다.

이하에서, 본 발명의 실시 형태가 도면의 참조에 의해 상세하게 설명될 것이다. 이하에, 도면에서 동일하거나 대응하는 부분은 동일한 참조 부호가 할당되었고, 괜찮다면 그에 대한 상세한 설명은 하지 않을 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시 형태에 따른 내연기관의 제어 장치인 엔진 ECU (Electronic Control Unit) 에 의해 제어되는 엔진 시스템의 개략 구성도이다. 도 1 에서 직렬 4 기통 가솔린 엔진이 나타나 있지만, 본 발명은 도시된 엔진에 한정되지 않는다.

도 1 에 나타나듯이, 이 엔진 (내연기관) (10) 은 네 개의 실린더 (112) 를 포함하고, 이 실린더는 대응하는 흡기 매니폴드 (20) 를 통해 공통 서지 탱크 (surge tank) (30) 에 연결되어 있다. 서지 탱크 (30) 는 흡기 덕트 (40) 를 통해 공기 청정기 (50) 에 연결되어 있다. 흡기 덕트 (40) 에는, 공기 유량계 (42) 와 전기 모터 (60) 에 의해 구동되는 스로틀 밸브 (throttle valve) (70) 가 배치되어 있다. 스로틀 밸브 (70) 의 개도는 가속 페달 (100) 과는 독립적으로, 엔진 ECU (300) 의 출력 신호에 기초하여 제어된다. 실린더 (112) 들은 공통 배기 매니폴드 (80) 에 연결되어 있고, 이 공통 배기 매니폴드 (80) 는 삼원 촉매 컨버터 (90) 에 연결되어 있다.

각 실린더 (112) 에 대해, 실린더 내로 연료를 분사하기 위한 실린더내 분사기 (110) 와 흡기 포트 및/또는 흡기 매니폴드 내로 연료를 분사하기 위한 흡기 매니폴드 분사기 (120) 가 제공된다. 분사기 (110, 120) 는 엔진 ECU (300) 의 출력 신호에 기초하여 제어된다.

별개로 제공되는 두 개의 분사기를 갖는 내연기관이 본 실시 형태에서 설명되고 있지만, 본 발명은 이러한 내연기관에 제한되지 않는다. 예컨대, 이 내연기관은 실린더내 분사와 흡기 매니폴드 분사 모두의 기능을 하는 하나의 분사기를 가질 수 있다.

도 1 에 나타나듯이, 실린더내 분사기 (110) 는 공통 연료 분배관 (130) 에 연결되어 있다. 연료 분배관 (130) 은, 연료 분배관 (130) 을 향한 유동을 가능하게 하는 체크 밸브 (140) 를 통하여 엔진 구동식 고압 연료 펌프 (150) 에 연결되어 있다. 고압 연료 펌프 (150) 의 배출 측은 전자기 스필 밸브 (152) 를 통하여 고압 연료 펌프 (150) 의 흡입 측에 연결되어 있다. 전자기 스필 밸브 (152) 의 개도가 작아질 수록, 고압 연료 펌프 (150) 에서 연료 분배관 (130) 으로 공급되는 연료의 양은 증가한다. 전자기 스필 밸브 (152) 가 완전히 개방되면, 고압 연료 펌프 (150) 에서 연료 분배관 (130) 으로의 연료 공급은 정지된다. 전자기 스필 밸브 (152) 는 엔진 ECU (300) 의 출력 신호에 기초하여 제어된다.

흡기 매니폴드 분사기 (120) 는 저압 측의 공통 연료 분배관 (160) 에 연결되어 있다. 연료 분배관 (160) 과 고압 연료 펌프 (150) 는 공통 연료압 조절기 (170) 를 통하여 전기 모터 구동식의 저압 연료 펌프 (180) 에 연결되어 있다. 또한 저압 연료 펌프 (180) 는 연료 필터 (190) 를 통해 연료 탱크 (200) 에 연결되어 있다. 저압 연료 펌프 (180) 에서 방출된 연료의 압력이 미리 정해진 연료압보다 높을 때 연료압 조절기 (170) 는 저압 연료 펌프 (180) 에서 방출된 연료의 일부를 연료 탱크 (200) 로 돌려보내도록 구성되어 있다. 이리하여, 흡기 매니폴드 분사기 (120) 에 공급되는 연료의 압력과 고압 연료 펌프 (150) 에 공급되는 연료의 압력이 상기 설명된 미리 정해진 연료압보다 높아지는 것이 방지된다.

엔진 ECU (300) 은 디지털 컴퓨터로 구성되어 있고, ROM (Read Only Memory) (320), RAM (Ramdom Access Memory) (330), CPU (Central Processing Unit) (340), 입력 포트 (350), 그리고 출력 포트 (360) 를 포함하고, 이들은 양방향 버스 (310) 를 통해 서로 연결되어 있다.

공기 유량계 (42) 는 흡입 공기량에 비례하는 출력 전압을 발생시키고, 공기 유량계 (42) 의 출력 전압은 A/D 컨버터 (370) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력된다. 냉각제 온도 센서 (380) 가 엔진 (10) 에 부착되어 있고, 엔진 냉각제 온도에 비례하는 출력 전압을 발생시킨다. 냉각제 온도 센서 (380) 의 출력 전압은 A/D 컨버터 (390) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력된다.

연료압 센서 (400) 가 연료 분배관 (130) 에 부착되어 있고, 연료 분배관 (130) 내의 연료압에 비례하는 출력 전압을 발생시킨다. 연료압 센서 (400) 의 출력 전압은 A/D 컨버터 (410) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력된다. 공연비 센서 (420) 가 삼원 촉매 컨버터 (90) 의 상류에 위치한 배기 매니폴드 (80) 에 부착된다. 공연비 센서 (420) 는 배기 가스의 산소 농도에 비례하는 출력 전압을 발생시키고, 공연비 센서 (420) 의 출력 전압은 A/D 컨버터 (430) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력된다.

본 실시 형태의 엔진 시스템의 공연비 센서 (420) 는 엔진 (10) 에서 연소되는 공기 연료 혼합물의 공연비에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 전역 공연비 센서 (선형 공연비 센서) 이다. 공연비 센서 (420) 로서, 산소 (O₂) 센서가 사용될 수 있는데, 이는 온/오프 (on/off) 식으로 엔진 (10) 내에서 연소되는 혼합물의 공연비가 이론 공연비에 대해 농후한지 또는 희박한지를 탐지한다.

가속 페달 (100) 은 가속 페달 (100) 의 밟음량에 비례하는 출력 전압을 발 생시키는 액셀 밟음량 센서 (440) 에 연결되어 있다. 액셀 밟음량 센서 (440) 의 출력 전압은 A/D 컨버터 (450) 를 통해 입력 포트 (350) 에 입력된다. 엔진 속도를 나타내는 출력 펄스를 발생시키는 엔진 속도 센서 (460) 가 입력 포트 (350) 에 연결되어 있다. 엔진 ECU (300) 의 ROM (320) 은 상기 설명한 액셀 밟음량 센서 (440) 와 엔진 속도 센서 (460) 에 의해 각각 얻어진 엔진 부하율과 엔진 속도에 기초해서 운전 조건에 대응하여 설정되는 연료 분사량 (총 연료 분사량) 값과 엔진 냉각제 온도에 기초한 보정 값을 각각 맵의 형태로 미리 저장한다.

엔진 ECU (300) 은 정해진 프로그램을 실행하여 각 센서의 신호에 기초해서 엔진 시스템의 전체적인 작동을 제어하기 위한 다양한 제어 신호를 발생시킨다. 이 제어 신호는 출력 포트 (360) 와 구동 회로 (470) 를 통해 엔진 시스템을 구성하는 장치와 회로에 전달된다.

본 발명의 실시 형태에 따른 엔진 (10) 에 있어서, 실린더내 분사기 (110) 와 흡기 매니폴드 분사기 (120) 양쪽 모두는 각 실린더 (112) 에 대해 제공된다. 따라서, 요구되는 총 연료 분사량에 대한 실린더내 분사기 (110) 와 흡기 매니폴드 분사기 (120) 사이의 연료 분사 비율을 제어하는 것이 필요하다.

이하에서, 상기 분사기 사이의 연료 분사 비율은 DI (직접 분사) 비율 (r) 로 나타낼 것이며, 이 DI 비율 (r) 은 요구되는 총 연료 분사량에 대한 실린더내 분사기 (110) 에서 분사되는 연료의 양의 비율이다. 보다 구체적으로는, "DI 비율 (r) = 100 %" 는 연료가 실린더내 분사기 (110) 에서만 분사되는 것을 의미하고, "DI 비율 (r) = 0 %" 는 연료가 흡기 매니폴드 분사기 (120) 에서만 분사되는 것을 의미한다. "DI 비율 (r) ≠ 0 %", "DI 비율 (r) ≠ 100 %", 그리고 "0 % < DI 비율 (r) < 100 %" 는 각각 연료 분사가 실린더내 분사기 (110) 와 흡기 매니폴드 분사기 (120) 를 모두 사용하여 실행되고 있는 것을 의미한다. 일반적으로, 실린더내 분사기 (110) 는 출력 성능의 증가에 기여하는 반면, 흡기 매니폴드 분사기 (120) 는 혼합 공기 연료 혼합물의 균질성에 기여한다.

도 2 는 본 발명의 실시 형태에 따른 DI 비율 제어를 도시한 개념도이다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 내연기관의 제어 장치에 있어서, DI 비율 제어는 두 가지 모드를 취하는데, 모드 #1 은 아이들 상태에 대응하고, 모드 #2 는 비 아이들 상태에 대응한다. 즉, DI 비율 제어 또는 연료 분사 비율은 모드 #1 과 모드 #2 에서 상이한 제어 방법에 의해 행해진다.

아이들 상태에 대응하는 모드 #1 에서, 엔진 출력은 거의 요구되지 않는다. 따라서, 바람직한 DI 비율은 엔진 온도 조건에 기초하여 설정된다.

보다 구체적으로, 엔진 냉간 상태에서, 실린더 내의 연료의 무화가 촉진되기 어렵고, 따라서, 실린더 내 분사기에서 분사된 연료는 엔진 피스톤의 정상면 (피스톤 정상면) 과 실린더의 내주면 (실린더 내주면) 에 다량으로 부착되는 경향이 있다. 이 피스톤 정상면에 부착된 연료는 그 후의 엔진 연소 동안 점차적으로 무화되어 불완전 연소를 야기하게 되며, 이는 검은 연기 또는 미연소 성분의 증가를 초래하고, 이에 의해 배기 성능의 저하를 야기한다. 또한, 실린더 내주면에 부착된 연료는 엔진 피스톤의 윤활유와 혼합되어 윤활유가 묽게 되고, 이는 윤활 성능의 저하를 초래할 수 있다. 이 때문에, 엔진 냉간 상태에서 실린더내 분사기 (110) 에서의 연료 분사는 피하는 것이 바람직하다.

한편, 엔진 온간 상태에서, 연료 분사가 흡기 매니폴드 분사기에서만 실행된다면, 상기 실린더내 분사기는 항상 고온의 연소 가스에 노출될 것이고, 분사된 연료의 기화에 의한 냉각 효과를 얻을 수 없을 것이다. 실린더내 분사기의 선단부가 고온에 노출되면, 분사 구멍에 연료가 부착하기 쉽다. 이 때문에, 엔진 온간 상태에서는 실린더내 분사기 (110) 를 통하여 연료 분사를 실행하는 것이 바람직하다.

따라서, 모드 #1 에서, 연료 분사는 냉각제 온도 센서 (380) 에 의해 측정되는 엔진 냉각제 온도에 따라 제어된다. 엔진 온간 상태에서, DI 비율 (r) 은 100 % 로 설정되고, 실린더 내 분사만이 단독 실행된다. 엔진 냉간 상태에서는, DI 비율 (r) 은 0 % 로 설정되고, 흡기 매니폴드 분사 (포트 분사) 만이 단독 실행된다.

이에 대하여, 비 아이들 상태에 대응하는 모드 #2 에 있어서, DI 비율 (r) 은 엔진 온도뿐만 아니라 다른 엔진 조건 (엔진 속도, 부하율 등) 도 반영하여 준비되는 맵에 따라, 양호한 연소 조건이 얻어지도록 설정된다.

여기서, 예컨대 아이들 상태와 비 아이들 상태는 스로틀 밸브 (70) 의 개도 (스로틀 개도) 와 기준 개도 사이의 비교에 기초하여 판정된다. 상기 기준 개도는 액셀 밟음량 = 0 인 상태에서 목표 아이들 엔진 속도를 유지하기 위해 요구되는 스로틀 개도에 대응하는 "아이들 개도" 에 정해진 값을 더하여 얻어지는 값으로 설정된다. 상기 목표 아이들 엔진 속도는 냉각제 온도, 공기 조화 부하, 전기 부하 등에 따라 상이한 값으로 설정되고, 따라서 상기 아이들 개도 또한 상황에 따라 변한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 DI 비율 제어는 아이들 상태와 비 아이들 상태에 있어서 상이한 제어 방법을 사용하여 실행된다. 이는 DI 비율 설정 값이 기본적으로 모드 #1 과 모드 #2 사이의 천이 시에 불연속적이라는 것을 의미한다. 따라서, 단시간 내의 모드 (#1) 과 모드 (#2) 사이의 빈번한 천이는 DI 비율 설정 값의 간헐적인 변화를 야기할 것이다.

엔진 냉간 상태에서, 분사기 (110, 120) 에서 분사된 연료의 벽면에 대한 부착은 실린더 내와 흡기 매니폴드 양쪽 모두에서 발생할 수 있다. 따라서, 이 DI 비율 설정 값이 간헐적으로 변한다면, 연료의 벽면에 대한 부착의 조건은 대응적으로 변하고, 이러한 경우 공연비는 변하기 쉽다. 즉, 포트 분사가 모드 #1 (아이들 상태에서) 에서 단독으로 실행되는 엔진 냉간 상태에서, 단시간 내에 모드 #1 과 DI 비율 (r) 이 0 % 이상으로 설정될 수 있는 모드 #2 (비 아이들 상태) 사이에 빈번한 천이가 발생한다면, 공연비의 양호한 제어는 흡기 매니폴드 내의 연료의 부착 조건 변화에 의해 어려워질 것이다. 이상의 관점에서, 본 실시 형태에서, 이제 설명될 천이 유예 기간이 엔진 냉간 상태에 있어서 DI 비율 제어 모드 설정에 제공된다.

도 3 은 본 발명의 실시 형태에 따른 DI 비율 제어의 엔진 냉간 상태에서의 모드 전환의 예를 나타낸다.

도 3 을 참조하면, 시간 t0 에서, 스로틀 개도는 기준 개도보다 커지게 되 고, 엔진 (10) 은 아이들 상태에서 비 아이들 상태로 전환된다. 이에 대응하여, 이 DI 비율 제어는 아이들 상태에 대응하는 모드 #1 에서 모드 #2 로 변한다. 포트 분사가 시간 t0 전에 모드 #1 에서 단독으로 실행되는 반면, t0 이후에는, 실린더내 분사와 포트 분사 양쪽 모두 실행 가능하게 된다.

시간 t1 일 때, 스로틀 개도는 기준 개도보다 작게 되고, 엔진 (10) 은 비 아이들 상태에서 아이들 상태로 다시 전환된다. 하지만, 엔진 냉간 상태에서 DI 비율 설정 모드의 천이는 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이를 즉시 따르지는 않는다. 구체적으로 말하면, 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이 이후의 정해진 기간 동안, 즉, 정해진 천이 유예 기간 ΔT 가 경과하는 시간 t1 과 시간 t2 사이의 기간 동안, DI 비율 설정 모드의 천이는 발생하지 않고 DI 비율 제어 모드가 모드 #2 로 고정된다.

천이 유예 기간 △T 의 끝의 시간 t2 에서, 이 시점에서의 스로틀 개도에 기초하여 엔진 (10) 이 아이들 상태인지 비 아이들 상태인지가 다시 판정된다. 이 스로틀 개도가 이 시점 (아이들 상태) 에서의 기준 개도보다 작다면, DI 비율 제어 모드는 다시 모드 #1 로 돌아간다.

반대로, 시간 t1 에서 시간 t2 까지의 기간 동안 스로틀 개도가 다시 이 기준 개도 (비 아이들 상태) 와 같거나 더 크게 되고 이 비 아이들 상태가 시간 t2 에서 유지된다면 (도 3 에 파선으로 도시됨), 이 DI 비율 제어 모드는 시간 t2 이후라도 모드 #2 를 유지한다.

이러한 DI 비율 제어로, 아이들 상태와 비 아이들 상태 사이의 빈번하게 반 복되는 천이와 이에 대응하는 DI 비율 제어 모드의 빈번한 변화로 인해 엔진 냉간 상태에서 단시간 내에 DI 비율 (r) 이 간헐적이고 불연속적으로 변화하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 공연비의 제어성의 저하를 방지할 수 있고, 이에 의해 엔진 출력의 변동을 방지한다.

엔진 온간 상태에서, 연료 부착은 발생하기 어렵다. 또한, 아이들 운전 동안, 실린더내 분사기 (110) 의 막힘을 방지하기 위해 적극적인 실린더 내 분사가 요구된다. 따라서, 엔진 온간 상태에서는, 상기 천이 유예 기간을 두지 않고, DI 비율 제어 모드 설정이 아이들 상태와 비 아이들 상태 사이의 천이에 대응하여 즉각 실행된다.

도 4 는 본 발명에 따른 내연기관의 제어 장치에 의한 DI 비율 제어 (모드 선택) 를 도시한 순서도이다. 도 4 의 순서도에 따른 DI 비율 설정을 위한 모드 선택은 엔진 ECU (300) 에 미리 설치된 프로그램의 활성에 의해 실행된다.

도 4 를 참조하여, 본 실시 형태의 DI 비율 제어에 따르면, 상기 스로틀 개도에 기초하여, 또는 보다 명확하게는 이 스로틀 개도와 기준 개도를 비교하여 엔진 (10) 이 아이들 상태인지 비 아이들 상태인지가 판정된다 (S100 단계). 또한, 냉각제 온도 센서 (380) 에 의해 측정된 엔진 냉각제 온도에 기초하여 엔진 냉간 상태인지 아닌지가 판정된다 (S110 단계).

엔진 온간 상태에서는 (S110 단계에서 NO 판정), 상기 DI 비율 제어 모드는 S100 단계에서 판정된 상태에 따라 선택된다. 즉, 이 DI 비율은 아이들 상태에서는 모드 #1 에 따라 설정되는 반면, 비 아이들 상태에서는 모드 #2 에 따라 설정 되고 (S200 단계), DI 비율 제어를 위한 모드 설정이 종료된다.

한편, 엔진 냉간 상태에서 (S110 단계에서 YES 판정), 도 3 에 나타낸 천이 유예 기간 △T 동안인지 아닌지가 판정된다 (S120 단계).

천이 유예 기간 △T 동안이 아니라면 (S120 단계에서 NO 판정), S100 단계에서의 판정에 기초하여 비 아이들 상태에서 아이들 상태로 천이가 있었는지 여부가 판정된다 (S130 단계). 즉, 도 3 에서의 시간 t1 에서와 같이 스로틀 개도의 변화가 있었는지 여부가 판정된다.

비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이가 없었다면 (S130 단계에서 NO 판정), 이 DI 비율 제어 모드는 S100 단계에서 판정된 조건에 따라 선택되고 (S200 단계), DI 비율 제어를 위한 모드 설정은 종료된다.

한편, 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이가 있었다면 (S130 단계에서 YES 판정), 천이 유예 기간 △T 의 길이가 설정되고 (S135 단계), 천이 유예 기간 △T 이 시작된다. △T 의 경과를 탐지하기 위한 카운트 값이 초기화 (카운트 값 = 0) 된다 (S140 단계). 이때, DI 비율 제어를 위해, 아이들 상태로의 천이에도 불구하고, 비 아이들 상태에 대응하는 모드 #2 가 고정적으로 선택되고 (S210 단계), DI 비율 제어를 위한 모드 설정은 종료된다.

상기 천이 유예 기간이 시작될 때, S120 단계의 판정은 YES 이고, 카운트 값은 그때마다 증가된다 (S150 단계). 카운트 값을 정해진 값과 비교하여 천이 유예 기간 △T 이 경과했는지 아닌지를 판정한다 (S160 단계). 이 카운트 값을 위해, 시간 이외에, 엔진 점화 횟수 등이 이용될 수 있다.

따라서, 상기 천이 유예 기간의 시작에서부터 정해진 기간 △T 가 경과할 때까지 (S160 단계에서 NO 판정), S210 단계가 실행되고 이 DI 비율 설정은 비 아이들 상태에 대응하는 모드 #2 로 고정된다. 그런 후 DI 비율 제어를 위한 모드 설정은 종료된다.

한편, 천이 유예 기간의 개시로부터 정해진 기간 △T 가 경과했으면 (S160 단계에서 YES 판정), 이 천이 유예 기간은 종료되고 (S170 단계), S200 단계가 실행된다. 이리하여, DI 비율 제어 모드는 S100 단계에서의 판정에 따라, 즉 그 시점의 스로틀 개도에 기초하여, 아이들 상태에서 모드 #1 로, 비 아이들 상태에서는 모드 #2 로 설정되고, DI 비율 제어를 위한 모드 설정은 종료된다.

상기 설명한 순서도에 따른 DI 비율 제어를 위한 모드 선택은 도 2 와 도 3 에 나타낸 DI 비율 설정 모드 선택을 이행한다. 그 결과, 본 실시 형태에 따른 내연기관에 있어서, 아이들 상태와 비 아이들 상태 사이의 천이에 대응한 DI 비율 제어 모드의 빈번한 전환으로 인해, 엔진 냉간 상태에서 단시간 내에 DI 비율 (r) 이 간헐적이고 불연속적으로 변하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 공연비의 제어성의 저하를 방지하는 것이 가능하고, 따라서 엔진 출력의 변동을 방지할 수 있다.

천이 유예 기간 △T 의 설정 (S135 단계) 에 대해, 상기 설명되었듯이 정해진 고정 값의 설정 이외에, 엔진 조건에 따른 다양한 설정이 이용될 수 있다. 예컨대, 이 천이 유예 기간의 길이는, 천이 유예 기간이 개시될 때 흡기 매니폴드에 부착된 연료의 양이 많아질수록 공연비의 변동이 더 발생하기 쉬운 점을 고려하 여 결정될 수 있다. 명확하게는, 흡입 공기량 (스로틀 개도), 엔진 부하, 연료 분사량, 엔진 냉각제 온도 등이 부착된 연료의 양을 예측할 수 있는 인자로 사용될 수 있고, 이 천이 유예 기간의 길이는 이러한 예상 인자에 따라 결정될 수 있다. 이러한 경우, 예컨대 예상 인자에 대해 천이 유예 기간 (△T) 의 길이의 결정을 위한 표가 미리 준비될 수 있고, 이 천이 유예 기간의 길이는 이 표에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 설명한 실시 형태의 구성에 있어서, 실린더내 분사기 (110) 와 흡기 매니폴드 분사기 (120) 는 본 발명의 "제 1 분사 수단" 과 "제 2 분사 수단" 에 각각 대응한다. 또한, DI 비율 제어에 있어서, 모드 #1 (도 2) 과 모드 #2 (도 2) 는 본 발명의 "제 1 연료 분사 비율 제어 수단" 과 " 제 2 연료 분사 비율 제어 수단" 에 각각 대응한다.

또한, 도 4 에 나타낸 순서도에 있어서, S100 단계는 본 발명의 "상태 판정 수단" 에 대응하고, S210 단계와 S200 단계는 본 발명의 "제 1 선택 수단" 과 "제 2 선택 수단" 에 각각 대응한다.

여기서 설명된 실시 형태는 모든 점에서 예시가 되고 제한적이지 않다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명보다는 청구항에 의해 규정되고, 청구항의 범위 내에 있거나 동일한 의미의 모든 변형을 포함하도록 한다.

본 발명은 차량 등에 장착된 내연기관의 연료 분사 제어에 적용될 수 있다.

Claims

실린더 내 연료 분사를 위한 제 1 연료 분사 수단 (110) 과 흡기 매니폴드 (20) 내 연료 분사를 위한 제 2 연료 분사 수단 (120) 을 갖는 내연기관 (10) 의 제어 장치 (300) 로서,

상기 내연기관이 아이들 상태인지 비 아이들 상태에 있는지를 판정하기 위한 상태 판정 수단 (S100),

아이들 상태에 대응해서, 상기 내연기관의 조건에 기초하여 이 내연기관에 요구되는 총 연료 분사량에 대한 제 1 연료 분사 수단과 제 2 연료 분사 수단 사이의 연료 분사 비율 (r) 을 제어하기 위한 제 1 연료 분사 비율 제어 수단 (#1),

비 아이들 상태에 대응해서, 상기 내연기관의 조건에 기초하여 연료 분사 비율을 제어하기 위한 제 2 연료 분사 비율 제어 수단 (#2),

엔진 냉간 상태 동안 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이 이후 정해진 기간 (△T) 동안 상기 제 2 연료 분사 비율 제어 수단을 선택하여 연료 분사 비율을 설정하는 제 1 선택 수단 (S210) 과,

상기 정해진 기간 이외의 기간 동안 상기 상태 판정 수단의 판정 결과에 따라 제 1, 제 2 연료 분사 비율 제어 수단 중 하나를 선택하여 연료 분사 비율을 설정하는 제 2 선택 수단 (S200) 을 포함하는 내연기관의 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연료 분사 비율 제어 수단 (#1) 은 요구되는 상기 총 연료 분사량이 엔진 냉간 상태에서는 제 2 연료 분사 수단 (120) 에서 분사되도록 연료 분사 비율을 설정하는 내연기관의 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정해진 기간의 길이는 비 아이들 상태에서 아이들 상태로의 천이시에 상기 흡기 매니폴드 (20) 에 부착된 연료의 예상량에 기초하여 가변적으로 설정되는 내연기관의 제어 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 부착된 연료의 예상량은 적어도 상기 천이 직전의 스로틀 개도에 기초하여 산출되는 내연기관의 제어 장치.
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