KR20070100222A - 내연 기관 및 내연 기관의 시동 방법 - Google Patents

내연 기관 및 내연 기관의 시동 방법 Download PDF

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나오끼 오사다
요시따까 마쯔끼
마사히꼬 유우야
아쯔시 미쯔호리
다다노리 야나이
다까쯔구 가따야마
쇼오따 하마네
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 내연 기관은 연소실 압력, 엔진 온도, 피스톤 위치, 엔진 정지 이래 경과한 시간, 또는 이런 고려 사항들의 조합에 기초하여 점화 연소를 제어함으로써 크랭킹에 의해 또는 크랭킹없이 점화 연소 시동된다.
내연 기관, 크랭킹, 점화 연소, 제어기, 공기-연료 혼합기

Description

내연 기관 및 내연 기관의 시동 방법 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND STARTING METHOD THEREOF}
2004년 12월 28일자로 출원된 일본특허출원 제2004-380654호에 개시된 내용이 전체적으로 본원 명세서에 참조로써 결합되었다.
향상된 시동 방법에 따라 작동되도록 구성된 내연 기관, 특히 크랭킹없이, 즉 크랭크샤프트를 회전시키지 않고 시동되는 내연 기관이 본원 명세서에 개시되어 있다.
내연 기관용 시동 방법 및 장치가 예컨대 일본특허출원공개 평2-271073호에 개시되어 있다. 이 장치를 사용하면, 실린더는 대응하는 피스톤이 상사점에 도달한 후에 배기 행정이 발생하기 전에 정지하는 것으로 확인되었다. 이렇게 확인된 실린더 내로 연료를 분사하고 연료를 점화시킴으로써, 직접 분사식 내연 기관은 시동 모터나 리코일 스타터와 같은 추가적인 크랭킹 수단(이하, 간단하게 '스타터'라 한다)을 사용하지 않고 시동된다.
본 발명의 내연 기관은 스타터의 사용없이(즉, 크랭킹없이) 신뢰성 있는 시동을 달성하기 위해 점화가 실패하는 것을 방지하기 위한 것이다.
본 발명의 내연 기관은 연소실 내에 공기-연료 혼합기를 생성하도록 연소실 내로 연료를 분사하는 연료 분사기와, 연소실 내에서 연소를 일으키도록 공기-연료 혼합기를 점화하기 위한 점화 플러그와, 엔진이 정지한 후에 엔진을 시동하기 위한 토크를 제공하도록 연소를 제어하는 제어기를 포함하고, 제어기는 연소실 내에 공기량에 기초하여 연료 분사와 점화 사이에 시간 간극을 조정한다.
본 발명의 내연 기관과 방법의 이러한 그리고 다른 특징 및 잇점은 첨부된 도면과 관련해서 이하의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도1은 본 발명의 내연 기관의 실시예에 따른 내연 기관의 개략도이다.
도2는 피스톤 센서로부터의 출력 신호의 예를 도시한 챠트이다.
도3은 크랭킹없이 시동하는 것이 가능하게 하는 연소실 내에 공연비(혼합비)의 범위를 도시한 다이어그램이다.
도4는 제1 실시예에 따른 아이들 정지 제어(엔진의 정지 및 재시동)를 도시한 흐름도이다.
도5는 도4에 이어지는 흐름도이다.
도6은 기본 연료 분사량과 기본 점화 지연 시간을 정하기 위한 챠트의 예이다.
도7은 연소 분사량에 대한 제1 보정 계수(Kf1)를 정하기 위한 챠트의 예이다.
도8은 연료 분사량에 대한 제2 보정 계수(Kf2)를 정하기 위한 챠트의 예이 다.
도9는 점화 지연 시간에 대한 제1 보정 계수(Kt1)를 정하기 위한 챠트의 예이다.
도10은 점화 지연 시간에 대한 제2 보정 계수(Kt2)를 정하기 위한 챠트의 예이다.
도11은 제2 실시예에 따른 아이들 정지 제어(엔진의 정지 및 재시동)를 도시한 흐름도이다.
도12는 도11에 이어지는 흐름도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 연소실(2)은 실린더 헤드(3)와, 실린더 블록(4)과, 실린더 블록(4)의 실린더 보어 내에 끼워지는 피스톤(5)으로 형성됩니다. 실린더 헤드(3)는 내부에 흡기 통로 또는 흡기 포트(6)와 배기 통로 또는 배기 포트(7)를 갖고, 이 모두는 연소실(2) 내로 개방된다. 포트(6, 7)를 개폐하는 흡기 밸브(8)와 배기 밸브(9)는 (도시되지 않은) 흡기 밸브 캠과 배기 밸브 캠에 의해 구동된다. 한편, 공지된 구조를 갖는 (도시되지 않은) 가변 밸브 기구가 흡기 밸브(8)에 가깝게 배치되어 흡기 밸브(8)의 개폐 시기를 제어한다. 다르게는, 가변 밸브 기구는 배기 밸브(9)에 가깝게 배치될 수 있다.
연소실(2) 내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브(10)와 연소실(2) 내에 공기-연료 혼합기를 스파크 점화하기 위한 점화 플러그(11)가 실린더 헤드(3) 내에 배치되고, 이 모두는 연소실(2) 내로 향한다.
흡기 포트(6)는 흡기 매니폴드(12)와 연결되고, 이어서 흡기 매니폴드(12)는 그 상류에서 흡기관(14)과 연결되고, 흡기 콜렉터(13)가 그들 사이에 개재된다. 흡기관(14)에는 흡입 공기로부터 먼지 등을 제거하기 위한 공기 청정기(15)와, 흡입 공기량을 검출하기 위한 공기 유량계(16)와, 흡입 공기량을 제어하는 쓰로틀 밸브(17)가 공기 입구의 상류로부터 순서대로 배치된다. 흡기관(14)의 쓰로틀 밸브(17)의 상류에서 흡기관(14)으로부터 연장된 우회 통로(18)가 쓰로틀 밸브(17)를 우회하여 흡기 콜렉터(13)에 연결된다. 아이들 제어 밸브(19)가 우회 통로(18) 내에 배치되어 우회 공기량을 제어한다.
쓰로틀 밸브(17)의 상류에서 제1 블로바이 통로(20)가 흡기관(14)과 실린더 블록(4) 내의 크랭크케이스를 서로 연결하고, 제2 블로바이 통로(21)가 흡기 콜렉터(13)와 실린더 헤드(3)의 헤드 커버 내에 로커 챔버를 상호 연결한다. 이들 블로바이 통로(20, 21)에 의해, 엔진(1) 내에 발생된 블로바이 가스는 흡기관(14)에 의해 도입된 흡입 공기에 의해 흡기 콜렉터(13)로 환기된다. 블로바이 가스의 압력을 제어하는 압력 제어 밸브(PCV)와 블로바이 가스의 유동 속도를 제어하는 블로바이 제어 밸브(23)가 제2 블로바이 통로(21) 내에 배치된다.
엔진(1)에는 크랭크샤프트의 회전을 개시하기 위해 하부에 배열된 스타터 모터(24)와 같은 크랭킹 수단 또는 보조 장치가 마련된다.
쓰로틀 밸브 개방(TVO)을 검출하는 쓰로틀 밸브 개방 센서(31)와, 크랭크각 센서(32)와, 캠각 센서(33)와, 물(냉각수) 온도 센서(34)와, 차량 속도 센서(35)와, 변속기의 기어 위치를 검출하는 기어 위치 센서(36)와, 브레이크의 상태(온/오 프)를 검출하는 브레이크 센서(37)와 같은 다양한 센서로부터의 신호가 제어 유닛(C/U) 또는 제어기(30)에 전송된다.
수신된 검출 신호에 기초하여, 제어 유닛(30)은 가변 밸브 기구, 연료 분사 밸브(10), 점화 플러그(11), 쓰로틀 밸브(17), 아이들 제어 밸브(19), 블로바이 제어 밸브(23), 스타터 모터(24) 등을 제어한다.
제어 유닛(30)은 크랭크각 센서(32)로부터의 검출 신호에 기초하여 엔진의 회전수(Ne)를 판정할 수 있고, 또한 캠각 센서(33)와 크랭크각 센서(32)의 검출 신호에 기초하여 특정 스트로크에서 실린더를 확인할 수 있으며, 추가로 피스톤(5)의 정지 위치를 판정할 수 있다. 구체적으로, 피스톤의 정지 위치는 이하에서 설명된 바와 같이 검출된다.
크랭크 풀리는 (도시되지 않은) 매 30도에 배치된 돌출부(또는 오목부)를 갖고, 2개의 피스톤 위치 센서(38)는 그 주변 상에 15도 위상 이동하여 배열된다(도면에 도시된 바와 같이, 크랭크각 센서(32)는 피스톤 센서들에서와 같이 사용될 수 있다). 피스톤 위치 센서(38)는 돌출부(또는 오목부)가 그것을 관통하여 통과할 때 온 또는 오프 신호를 발생시킨다. 그리고, 2개의 피스톤 위치 센서(38)의 온 또는 오프 신호의 상승 및 하락을 연속적으로 처리함으로써, 카운팅 작업이 수행된다. 2개의 피스톤 위치 센서(38)로부터의 온 또는 오프 신호의 순서가 역전되면(도2 참조), 카운팅 다운 작업이 수행되어 피스톤(5)의 정지 위치가 카운트값에 기초하여 검출된다. 이는 이러한 방법의 단지 일 예이기 때문에, 피스톤(5)의 정지 위치는 다른 방법으로 달성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
소정의 아이들 정지 조건이 만족되면(예컨대, 변속기의 기어가 D범위 내에 설정되어 있고, 브레이크가 활성화 또는 온 상태에 있고, 차량 속도가 제로인 경우), 제어 유닛(30)은 아이들 정지를 수행하여 엔진(1)을 자동적으로 정지시킨다. 아이들 정지동안 소정의 아이들 정지 해제 조건이 만족되면(예컨대, 아이들 정지 조건이 만족된 후에 브레이크가 비활성 또는 오프 상태에 있고, 운전자에 의해 드라이빙 오프(driving-off) 작업이 수행되는 경우), 아이들 정지를 해제하고 엔진(1)을 자동적으로 재시동하기 위한 아이들 정지 제어가 수행된다.
팽창 스트로크에서 실린더 내에 연료를 분사하고 점화함으로써, 본 실시예에 따른 엔진(1)은 스타터의 사용없이(즉, 크랭킹없이) 재시동한다. 도3에 도시된 바와 같이 시동하기에 충분한 토크(연소압)를 얻기 위해, 연소실(2) 내의 점화시에는 소정의 범위 내에 있는 혼합비(공연비)를 갖는 것이 필요하다. 따라서, 크랭킹없이 시동하는 것을 더욱 신뢰성 있게 달성하기 위해서는 다음과 같은 단계가 요구된다. (1) 연소실 내의 공기량을 정확하게 판정하고 적절한 연료량을 분사하는 단계 및 (2) 가장 최적의 공연비 상태에서 점화가 수행되도록 연소실 내에 분사된 연료의 기화 특성을 고려하는 단계. 그러므로, 본 실시예에서는, 엔진의 휴지 또는 정지동안의 누출(leaking)로 인해 연소실 압력이 하강하는 것을 고려하여, 시동을 위한 점화 시기 및 연료 분사량이 판정된다.
도4 및 5는 제어 유닛(30)에 의해 매 소정 시간에 수행되는 아이들 정지 제어(엔진의 정지 및 재시동)를 도시한 흐름도이다.
단계(S1)에서는, 아이들 정지 조건이 만족되는지 여부가 판정된다. 아이들 정지 조건이 만족되면, 프로세스는 단계(S2)로 이동한다. 조건이 만족되지 않으면, 프로세스는 종료된다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 (1) 기어가 D범위 내에 설정되어 있을 때, (2) 차량 속도가 제로일 때(또는 제로에 가까울 때), 그리고 (3) 브레이크가 활성일 때(온일 때) 아이들 정지 조건이 만족되지만, 이러한 조건들로 한정되지는 않는다.
단계(S2)에서, 엔진 정지를 위한 지시가 생성되고, 그 후 각 실린더로의 연료 공급이 중지되고 엔진이 정지된다.
단계(S3)에서, 엔진 정지가 확인되고, 프로세스는 단계(S4)로 이동한다.
단계(S4)에서, 팽창 스트로크에서 실린더 및 그 피스톤의 정지 위치(크랭크 정지각)가 검출된다.
단계(S5)에서, 정지 타이머의 카운팅 작업이 개시된다. 카운트 타이머의 카운트값(TC1)은 엔진의 정지로부터(즉, 엔진의 정지 개시로부터) 경과된 시간에 대응한다.
단계(S6)에서, 아이들 정지 해제 조건(즉, 재시동 조건)이 만족되는지 여부가 판정된다. 아이들 정지 해제 조건이 만족되면 프로세스는 단계(S8)로 이동하고, 만족되지 않으면 엔진의 정지 조건은 아무 변화없이 유지된다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 (1) 브레이크가 오프일 때, 그리고 (2) 드라이빙 오프 작업(예컨대 가속기를 가압)이 운전자에 의해 수행될 때 아이들 정지 해제 조건이 만족되지만, 이러한 조건들로 한정되지는 않는다.
단계(S7)에서는, 카운트 타이머의 카운트값(TC1)이 소정값(Tst) 이하인지 여 부가 판정된다. TC1 ≤ Tst이면, 즉 엔진 정지로부터 경과 시간이 소정 범위 내에 있으면, 프로세스는 단계(S8)로 이동한다. TC1 > Tst이면, 즉, 엔진 정지로부터 경과 시간이 소정 범위를 초과하면, 실린더압은 소정값 이하로 떨어진 것으로 가정하여 프로세스는 단계(S19)로 이동한다. 한편, 소정값(Tst)은 일정하거나 또는, 예컨대 아이들 정지 조건이 만족되기 전에 엔진의 작동 상태에 응답하여 변하도록 설정될 수 있다. 그에 따라, 단계(S19)에서, 스타터 모터(24)를 구동함으로써 그리고 동시에 소정의 연료량을 분사하고 점화를 실행함으로써 크랭크샤프트를 회전시켜(크랭킹) 연소가 개시된다. 즉, 정지로부터 경과된 시간이 소정값을 초과하면, 종래 방식으로 재시동이 수행된다.
단계(S8)에서는, 단계(S4)에서 검출된 피스톤의 정지 위치에 기초하여, 도6에 도시된 바와 같은 곡선에 따라 연료 분사로부터 팽창 스트로크에서 실린더의 점화까지의 시간의 기본값(t0, 기본 점화 지연 시간)과 기본 연료 분사량(f0)이 확정된다. 피스톤 정지 위치로부터 연소실 체적이 유도되며, 판정된 연소실 체적에 의해 연소실 내에 공기량(Q)이 계산될 수 있다. 따라서, 피스톤 정지 위치를 검출함으로써, (기준 상태에 있어서) 연료 분사량과 점화 지연 시간이 소정의 목표 혼합비(시동시 목표 공연비, 도3 참조)를 달성하도록 정해질 수 있다. 도6에 도시된 챠트는 이러한 고려로부터 마련된 것이다.
단계(S9)에서는, 카운트 타이머의 카운트값(TC1, 즉 엔진 정지로부터 경과 시간)에 기초하여, 기본 연료 분사량(f0)을 보정하기 위한 제1 보정 계수(Kf1)가 도7에 도시된 챠트에서와 같이 계산된다. 엔진 정지 후에, 피스톤 링 등을 통한 가스 누출은 연소실 압력 및 대응하는 공기 밀도(즉, 공기량)의 하강을 야기하고, 따라서 연료 분사량을 감소시키는 것이 필요하다. 도7에 도시된 챠트는 이러한 고려로부터 마련된다. 특히, 제1 보정 계수(Kf1)는 엔진 정지동안 실린더 압력의 시간 경과 변화량(그리고, 수반된 공기의 변화량)을 계산하고, 계산된 값에 기초하여 기본 연료 분사량(f0)을 보정하도록 작용한다. 엔진 정지로부터 경과 시간이 길어짐에 따라 실린더 압력의 시간 경과 변화량이 더욱 크게 되고, 그에 따라 더 적은 연료 분사량이 요구된다(감소 보정). 제1 보정 계수(Kf1)를 확정할 때 연료 압력을 고려하도록 연료 압력 센서가 제공될 수 있다.
단계(S10)에서는, 물 온도 센서(34)에 의해 (엔진 온도에 대응하는) 물 또는 냉각수 온도가 검출되고, 검출된 물 온도에 기초하여 기본 연료 분사량(f0)을 보정하기 위한 제2 보정 계수(Kf2)가 계산되고, 도8에 도시된 챠트로 표현된다. 엔진 온도가 낮으면, 분사된 연료가 빨리 기화되지 않고 실린더 벽 등에 부착되어, 고온에서와 비교하여 기화된 연료의 비율이 낮게 될 위험이 있다. 따라서, 시동시 목표 공연비를 달성하기 위해, 엔진 온도가 전형적으로 엔진 정지 기간에 존재하는 소정의 온도 또는 온도 임계값에 비해 더욱 낮아짐에 따라, 요구되는 연료 분사량이 더욱 커진다. 도8에 도시된 챠트는 이런 상태를 나타낸다. 제2 보정 계수(Kf2)에 의해, 엔진 온도가 소정의 임계값에 비해 더욱 높아짐에 따라, 연료 분사량이 더욱 적어지도록 보정된다(감소 보정).
단계(S11)에서, 기본 연료 분사량(f0)과 제1 보정 계수(Kf1) 및 제2 보정 계수(Kf2)를 곱함으로써 연료 분사량(F)이 정해진다(F = f0ㆍKf1ㆍKf2).
단계(S12)에서, 정지 타이머의 카운트값(TC1, 엔진 정지로부터 경과 시간)에 기초하여, 기본 점화 지연 시간(t0)을 보정하기 위한 제1 보정 계수(Kt1)가 도9에 도시된 챠트에 나타난 바와 같이 계산된다. 전술한 바와 같이, 피스톤 링 등을 통한 가스 누출은 엔진 정지 후에 실린더 압력의 하강이 감소하도록 하기 때문에, 실린더 압력의 차이는 분사된 연료의 기화(분무) 특성이 변하도록 하고, 이것은 기화 안정 시간 등에 있어서의 변화를 야기한다(일반적으로, 실린더 압력이 엔진 정지 시간에 통상 존재하는 소정 압력 또는 압력 임계값에 비해 더욱 높아짐에 따라, 기화 안정 시간은 길어진다). 따라서, 최적의 시간에 점화를 실시하기 위해, 기화 특성(기화 안정 시간)을 고려한 점화 지연 시간을 정하는 것이 필요하다. 이에 따라 도9에 도시된 챠트가 마련된다. 즉, 제1 보정 계수(Kt1)는 엔진의 정지동안 정지로부터 경과된 시간에 기초하여 실린더 압력에 있어서의 시간 경과 변화량을 계산하고, 변화량에 기초하여 기본 점화 지연 시간(t0)을 보정하도록 작용한다. 엔진 정지로부터 더 긴 경과 시간에 대해서는(즉, 소정의 임계값에 비해 더 작은 실린더 압력에 대해서는), 점화 지연 시간이 더 길게 지연되도록 보정된다(지연 보정). 한편, 제1 보정 계수(Kt1)를 정할 때 연료 압력을 고려하도록 전술한 연료 압력 센서가 제공될 수 있다.
단계(S13)에서는, 물 온도(즉, 엔진 온도)에 기초하여, 기본 점화 지연 시간(t0)을 보정하기 위한 제2 보정 계수(Kt2)가 도10에 도시된 챠트에 나타난 바와 같이 계산된다. 분사된 연료의 기화 특성은 연소실 온도의 변화에 의해 변화되기 때문에, 이 보정은 온도 변화를 고려하여 최적의 시간에 점화하기 위한 것이다. 도10의 챠트는 제2 보정 계수(Kt2)에 따라, 엔진 온도가 비교적 높을 때 점화 지연 시간이 더 길게 지연되도록 보정된다(지연 보정).
단계(S14)에서, 기본 점화 지연 시간(t0)에 제1 보정 계수(Kt1) 및 제2 보정 계수(Kt2)를 곱함으로써 점화 지연 시간(Twait)이 계산된다(Twait = t0ㆍKt1ㆍKt2). 아이들 피스톤 정지 위치에 연소실 체적 하에 정상 온도 상태에서는, 실린더 압력이 200 Kpa인 조건에 경과 시간이 대응할 때, 점화 지연 시간(Twait)으로서 150msec가 적용될 수 있다. 동일한 조건에서, 실린더 압력이 100 Kpa인 조건에 경과 시간이 대응할 때, 점화 지연 시간(Twait)으로서 100msec가 적용될 수 있다. 지연 시간을 최소 요구값으로 만듦으로써, 엔진 시동까지의 지연이 최소로 될 수 있다.
단계(S15)에서, 정해진 연료 분사량(F)을 분사하기 위한 연료 분사 명령이 팽창 스트로크에서 실린더의 연료 분사 밸브(10)에 전해진다. 또한, 분사 타이머가 카운팅을 시작한다. 분사 타이머의 카운트값(TC2)은 연료 분사(의 완료)로부터 경과 시간에 대응한다.
단계(S16)에서, 연료 분사로부터 경과 시간이 점화 지연 시간(Twait)에 도달하는지(즉, TC2≥Twait) 여부가 판정된다. TC2≥Twait가 만족되면, 프로세스는 단계(S17)로 이동하고, 팽창 스트로크에서 실린더의 점화 플러그(11)에 점화 명령이 전해져서 점화가 이루어진다.
단계(S18)에서, 정지 타이머와 분사 타이머의 카운트값이 지워진다.
제1 실시예에 따르면, 아이들 정지 후의 시간에서는, 엔진 정지동안 실린더 압력에 있어서의 시간 경과 변화가 정지 후에 경과한 시간 및 제어 매개변수에 기초하여 계산된다. 즉, 실린더 압력에 있어서의 계산된 시간 경과 변화에 기초하여 연료 분사량과 점화 지연 시간이 보정되고, 그로 인해 재시동을 위한 점화 시간에서의 연소실 공연비의 최적 조건이 달성된다. 제어 유닛(30)은 연소실 내의 공기량에 기초하여 연료 분사와 점화 사이에 시간 간극을 조정한다. 따라서, 신뢰성 있는 점화가 달성될 수 있고, 크랭킹 없는 시동이 향상될 수 있다.
또한, 엔진 정지로부터 경과된 시간이 소정 시간을 초과하고 실린더 압력이 소정값 아래로 떨어진 것으로 판정되면, 스타터 모터와 같은 보조 수단에 의해 시동이 수행되고(연소 시동이 보조로 수행된다, 앞선 단계(S19)의 설명 참조), 그로 인해 실린더 압력이 소정값 아래로 감소함으로 인해 시동에 필요한 토크가 더 이상 연소 시동만으로는 달성될 수 없을 때에도 신뢰성 있는 시동이 달성될 수 있다.
제2 실시예는 (도시되지 않은) 실린더 압력 센서가 제공되고, 연료 분사량과 점화 지연 시간이 그렇게 검출된 실린더 압력에 기초하여 보정되고, 피스톤(5)의 정지 위치가 연소 개시에 적절한 위치로 보정되는 점에서 제1 실시예와 다르다.
도11 및 도12는 각각 소정 시간에 수행된 제2 실시예에 따른 아이들 정지 제어(엔진의 정지 및 재시동)를 도시한 흐름도이다.
단계(S21) 내지 단계(S24)는 도4에 도시된 단계(S1) 내지 단계(S4)와 동일하다. 단계(S25)에서는, 도4에 도시된 단계(S6)에서와 동일한 방식으로 아이들 정지 해제 조건(즉, 재시동 조건)이 만족되는지 여부가 판정된다. 아이들 정지 해제 조건이 만족되면, 프로세스는 단계(S26)로 이동한다. 그렇지 않으면, 엔진의 정지 조건은 아무 변화없이 유지된다.
단계(S26)에서는, 실린더 압력(Pc, 연소실 압력)이 실린더 압력 센서에 의해 검출된다.
단계(S27)에서는, 검출된 실린더 압력(Pc)이 소정값(Ps) 이상인지 여부가 판정된다(Pc≥Ps). Pc≥Ps이면, 프로세스는 단계(S28)로 진행한다. 반면, Pc < Ps이면, 프로세스는 단계(S39) 및 단계(S40)를 통해 단계(S28)로 이동한다.
단계(S39)에서는, 단계(S24)에서 검출된 피스톤 정지 위치가 (소정 범위 내에)소정 위치와 일치하는지 여부가 판정된다. 한편, 연료 분사 및 점화에 의해 시동하기에 충분한 토크를 얻도록 소정 위치(범위)가 정해지고, 예컨대 6 실린더 엔진에 대해서는 약 ATDC 60도(4 실린더 엔진에 대해서는 약 ATDC 90도)로 가정된다. 피스톤 정지 위치가 소정 위치와 일치한다면 프로세스는 단계(S41)로 이동하고, 그렇지 않다면 프로세스는 단계(S40)로 이동한다.
단계(S40)에서는, 피스톤 정지 위치가 소정 위치로 보정된다. 이 보정은 스타터 모터(24)에 의해 수행될 수 있지만, 이에 한정되지 않으며 임의의 적절한 방식으로 수행될 수 있다. 프로세스는 피스톤 정지 위치를 보정한 후에 단계(S28)로 이동한다.
단계(S28) 내지 단계(S38)는 도4 및 도5에 도시된 단계(S8) 내지 단계(S18)와 같다.
제1 실시예와 동일한 방식에서, 아이들 정지 후에 재시동 시에, 엔진 정지동안 실린더 압력에 있어서의 시간 경과 변화는 정지 후에 경과된 시간에 기초하여 계산되고, 제어 매개변수, 즉 연료 분사량과 점화 시간(점화 지연 시간)이 실린더 압력에 있어서의 계산된 시간 경과 변화에 기초하여 보정되고, 그로 인해 재시동을 위한 점화 시에 최적의 연소실 혼합비가 달성된다. 이것에 의해 신뢰성 있는 점화가 달성될 수 있고, 크랭킹 없는 시동이 향상될 수 있다.
특히, 실린더 압력이 소정값 아래로 떨어지면, 피스톤 정지 위치(즉, 연소실 체적)가 적절한 위치로 보정되고, 동시에 제어 매개변수, 즉 연소 시동을 위한 연료 분사량 및 점화 시간(점화 지연 시간)이 검출된 실린더 압력에 기초하여 보정되고, 그로 인해 시동에 필요한 토크를 제공하고 크랭킹 없는 시동이 신뢰성 있게 실시된다.
제1 및 제2 실시예에서는 연료 점화량 및 점화 지연 시간이 직접 분사식 내연 기관에 대해 보정되지만, 본 엔진에 제한되지 않는다. 예컨대, 전형적인 내연 기관은 연료가 연소실 내에 남거나, 연료 점화량 및 점화 지연 시간 중 하나만이 보정되도록 작동될 수 있다.
또한, 기본 연료 분사량(f0)이 정해지고 보정되지만, 연소실 내에 공기량(Q)을 보정하고 보정된 공기량에 기초하여 목표 공연비를 달성하기 위해 요구되는 연료 분사량을 정하도록 배열될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 실시예는 아이들 정지 제어에서 재시동하기 위한 것이지만, 다음과 같이 전술한 흐름도를 수정함으로써 소정 시간에 시동하도록 적용될 수 있다. 간략하게는, 우선 단계(S1)에서(또는 단계(S21)에서) 점화 스위치가 오프 되었는지 여부가 판정되고, 오프 되었다면 프로세스는 단계(S2, 또는 단계(S22))로 이동한다. 그리고, 단계(S6, 또는 단계(S25))에서, 점화 스위치가 온 되었는지 여부가 판정되고, 그렇다면 프로세스는 단계(S7, 또는 단계(S26))로 이동한다. 이 수정예에 의해 크랭킹 없는 시동이 언제나 신뢰성 있게 달성된다.
또한, 제1 실시예와 제2 실시예에서의 제어는 실시예들 사이에 부분적으로 교환될 수 있다. 예컨대, 제1 실시예의 단계(S5) 및 단계(S7)(엔진 정지로부터 경과된 시간에 기초한 판정)는 제2 실시예의 단계(S26)(검출된 실린더 압력에 기초한 판정)로 대체될 수 있고, 또는 제2 실시예의 단계(S39) 및 단계(S40)(피스톤 정지 위치의 보정)가 제1 실시예의 단계(S19)(크랭크 시동) 전에 추가될 수 있다. 따라서, 실린더 압력이 비교적 낮더라도, 신속하고 신뢰성 있는 시동이 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 엔진 및 방법이 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 이는 단지 설명을 위한 것이며 이에 한정되지 않고, 첨부된 청구항은 당해 기술 분야에서 허용되는 한 넓게 해석된다.

Claims (39)

  1. 연소실 내에 공기-연료 혼합기를 생성하도록 연소실 내에 연료를 분사하기 위한 연료 분사기와,
    연소실 내에서 연소를 일으키도록 공기-연료 혼합기를 점화하기 위한 점화 플러그와,
    엔진이 정지한 후에 엔진을 시동하기 위한 토크를 제공하도록 연소를 제어하기 위한 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 연소실 내에 공기량에 기초하여 연료 분사와 점화 사이에 시간 간극을 조정하는 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 엔진이 정지한 이래 경과한 시간을 판정함으로써 연소실 내에 공기량을 판정하는 내연 기관.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 연소실 내에 압력을 판정함으로써 연소실 내에 공기량을 판정하는 내연 기관.
  4. 제3항에 있어서, 엔진이 정지한 순간으로부터 경과한 시간량을 판정하는 타이머를 추가로 포함하며,
    상기 제어기는 경과한 시간에 기초하여 압력을 판정하는 내연 기관.
  5. 제3항에 있어서, 연소실 내에 압력을 판정하고 이렇게 판정된 압력에 따른 신호를 생성하기 위한 압력 센서를 추가로 포함하고,
    상기 제어기는 압력 센서로부터 신호를 수신하도록 연결되는 내연 기관.
  6. 제1항에 있어서, 내연 기관 내의 공기량이 소정 임계값에 비해 더욱 적어짐에 따라, 시간 간극이 더욱 짧아지는 내연 기관.
  7. 제1항에 있어서, 엔진의 온도를 판정하기 위한 온도 센서를 추가로 포함하고,
    상기 제어기는 엔진의 온도에 기초하여 시간 간극을 조정하는 내연 기관.
  8. 제7항에 있어서, 온도가 소정 임계값에 비해 더욱 높아짐에 따라, 시간 간극이 더욱 짧아지는 내연 기관.
  9. 제1항에 있어서,
    실린더 보어가 내부에 형성된 실린더 블록과,
    흡기 통로와 배기 통로를 내부에 구비하고, 상기 실린더 블록에 연결된 실린더 헤드와,
    실린더 보어 내에 활주식으로 배치되어 연소실을 한정하는 피스톤과,
    피스톤 위치 감지 장치를 추가로 포함하고,
    상기 제어기는 엔진이 정지한 때에 피스톤 위치가 팽창 스트로크 내에 있는지 여부가 피스톤 위치 감지 장치에 의해 감지됨으로써 판정되고, 피스톤 위치에 기초하여 시간 간극을 조정하는 내연 기관.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 내연 기관 내에 공기량에 기초하여 분사될 연료량을 조정하는 내연 기관.
  11. 제10항에 있어서, 공기량이 더욱 적어짐에 따라, 연료량이 더욱 적어지는 내연 기관.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어기는 엔진의 온도에 기초하여 분사될 연료량을 조정하는 내연 기관.
  13. 제12항에 있어서, 온도가 소정 임계값에 비해 더욱 높아짐에 따라, 연료량이 더욱 적어지는 내연 기관.
  14. 제1항에 있어서,
    실린더 보어가 내부에 형성된 실린더 블록과,
    흡기 통로와 배기 통로를 내부에 구비하고, 상기 실린더 블록에 연결된 실린 더 헤드와,
    실린더 보어 내에 활주식으로 배치되어 연소실을 한정하는 피스톤과,
    피스톤 위치 감지 장치를 추가로 포함하고,
    상기 제어기는 엔진이 정지한 후에 피스톤 위치가 팽창 스트로크 내에 있는지 여부를 판정하고, 피스톤 위치 감지 장치에 의해 감지된 피스톤 위치에 기초하여 분사될 연료량을 정하는 내연 기관.
  15. 제1항에 있어서, 엔진의 시동을 보조하기 위한 보조 장치를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 연소실 내에 압력이 소정 임계값보다 더 낮을 때 보조 장치를 작동하는 내연 기관.
  16. 제15항에 있어서, 상기 보조 장치는 엔진을 크랭킹하기 위한 스타터 모터인 내연 기관.
  17. 제15항에 있어서, 상기 보조 장치는 엔진이 정지한 때에 피스톤을 팽창 스트로크 내에 위치로 위치 변경시키는 내연 기관.
  18. 실린더 보어가 내부에 형성된 실린더 블록과,
    흡기 통로와 배기 통로를 내부에 구비하고, 상기 실린더 블록에 연결된 실린더 헤드와,
    실린더 보어 내에 활주식으로 배치되어 연소실을 한정하는 피스톤과,
    연소실 내에 공기-연료 혼합기를 생성하도록 연소실 내에 직접 연료를 공급하기 위한 연료 분사기와,
    공기-연료 혼합기의 연소를 점화하도록 작동 가능한 점화 플러그와,
    엔진이 정지한 후에 엔진을 시동하기 위한 토크를 발생시키도록 연소를 조정하기 위한 제어기와,
    엔진이 정지한 순간부터 경과된 시간을 판정하기 위한 타이머를 포함하며,
    상기 제어기는 경과된 시간에 기초하여 연료 분사 및 연소의 점화 사이에 시간 간극을 조정하는 내연 기관.
  19. 제18항에 있어서, 연소실 내에 공기량이 더욱 적어짐에 따라, 시간 간극이 더욱 짧아지는 내연 기관.
  20. 제19항에 있어서, 엔진의 온도를 판정하기 위한 온도 센서를 추가로 포함하고,
    상기 제어기는 엔진의 온도에 기초하여 시간 간극을 조정하는 내연 기관.
  21. 제20항에 있어서, 온도가 더욱 높아짐에 따라, 시간 간극은 더욱 짧아지는 내연 기관.
  22. 제21항에 있어서,
    실린더 보어가 내부에 형성된 실린더 블록과,
    흡기 통로와 배기 통로를 내부에 구비하고, 상기 실린더 블록에 연결된 실린더 헤드와,
    실린더 보어 내에 활주식으로 배치되어 연소실을 한정하는 피스톤과,
    피스톤 위치 감지 장치를 추가로 포함하고,
    상기 제어기는 엔진이 정지한 때에 피스톤 위치가 팽창 스트로크 내에 있는지 여부가 피스톤 위치 감지 장치에 의해 감지됨으로써 판정되고, 피스톤 위치에 기초하여 시간 간극을 조정하는 내연 기관.
  23. 연소실 내에 공기량을 판정하기 위한 수단과, 연소실 내에 공기량에 기초하여 분사기로부터 연소실 내로의 연료 분사와 점화 사이에 시간 간극을 보정하기 위한 수단을 포함하는 직접 시동 내연 기관.
  24. 연소실을 갖는 내연 기관을 시동하는 방법으로,
    연소실 내에 공기량을 판정하는 단계와,
    연소실 내로 직접 연료를 분사하는 단계와,
    연소실 내에 공기량에 기초하여 연료 분사와 연소실 내에 공기-연료 혼합기의 점화 사이에 시간 간극을 조정하는 단계와,
    정지된 상태로부터 엔진을 시동하기 위한 토크를 발생시키도록 조정된 시간 간극의 종료 시에 공기-연료 혼합기를 점화하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 정지된 상태에서 내연 기관을 시동하는 방법으로,
    크랭킹없이 점화 연소를 실시하는 단계와,
    제어 매개변수를 사용하여 점화 연소를 보정하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제어 매개변수는 엔진 정지 순간부터 경과된 시간에 기초하여 계산된 실린더 압력에 있어서의 시간 경과 변화에 근거한 점화 시기의 보정인 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제어 매개변수는 연료 분사로부터의 점화 지연 시간인 방법.
  28. 제26항에 있어서, 시간에 따른 실린더 압력의 변화가 더욱 커지거나 엔진 정지로부터 경과된 시간이 더욱 길어짐에 따라, 점화 지연 시간은 더욱 길게 지연되도록 보정되는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 점화 지연 시간은 엔진 온도에 기초하여 감소되도록 추가로 보정되는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 엔진 온도가 더욱 높아짐에 따라, 점화 지연 시간은 더욱 길게 지연되도록 보정되는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 점화 지연 시간은 엔진 정지동안 팽창 스트로크에서 실린더의 피스톤 정지 위치에 기초하여 정해지는 방법.
  32. 제26항에 있어서, 상기 제어 매개변수는 연료 분사량인 방법.
  33. 제32항에 있어서, 시간에 따른 실린더 압력의 변화가 더욱 커지거나 엔진 정지로부터 경과된 시간이 더욱 길어짐에 따라, 연료 분사량은 더욱 적어지도록 보정되는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 연료 분사량은 엔진 온도에 기초하여 추가로 보정되는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 엔진 온도가 더욱 높아짐에 따라, 연료 분사량은 더욱 적어지도록 보정되는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 연료 분사량은 엔진 정지동안 팽창 스트로크에서 실린더 내에 피스톤 정지 위치에 기초하여 설정되는 방법.
  37. 제25항에 있어서, 실린더 압력이 소정값 아래로 떨어지거나 엔진 정지로부터 경과된 시간이 다른 소정값을 초과하면, 엔진의 점화 연소 시동을 보조하는 단계를 포함하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 보조하는 단계는 스타터 모터에 의해 엔진을 크랭킹하는 단계 또는 피스톤의 정지 위치를 조정하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  39. 크랭킹없이 점화 연소에 의해 내연 기관을 시동하는 방법이며, 엔진 정지동안 실린더 압력에 있어서의 시간 경과 변화가 검출되거나 계산되고, 연료 분사량과 점화 지연 시간 중 적어도 하나가 엔진 정지동안 실린더 압력에 기초하여 보정되는 방법.
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