KR900003859B1 - 내연기관의 운전제어장치 - Google Patents

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가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼
미다 가쓰시게
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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 운전제어장치
제 1 도는 본원 발명에 의한 내연기관의 구성도.
제 2 도는 제 1 도에 나타낸 콘트롤유니트의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
제 3 도는 본원 발명에 있어서의 서어징(surging) 현상의 검출방법의 설명도.
제 4 도는 본원 발명의 실시예에서 사용되는 필터링동작을 설명하는 타임차아트.
제 5 도는 본원 발명의 실시예에 의해 보정동작이 실시되었을 때 회전수와 연료분사시간의 관계를 나타낸 도면.
제 6 도는 본원 발명의 실시예에 의한 제어장치의 동작을 나타낸 플로우차아트. 이 플로우차아트에 따른동작은 제 2 도의 콘트롤유니트에서 실시된다.
제 7 도는 본원 발명의 또 다른 실시예에 의하여 보정동작이 실시되었을 때의 회전수와 보정된 점화각간의 관계를 나타내는 도면.
제 8 도는 또 다른 실시예에 의한 보정방법의 예를 나타낸 도면.
제 9 도는 본원 발명의 또 다른 실시예에 의한 제어장치의 동작을 나타낸 플로우차아트. 이 플로우차아트에 따른 동작은 제 2 도의 콘트롤유니트에서 실시된다.
제 10 도는 종래의 기술과 비교하여, 자동차의 감속시의 본원 발명의 효과를 나타낸 도면.
제 11 도는 종래의 기술과 비교하여, 자동차의 정속운전시의 본원 발명의 효과를 나타낸 도면.
본원 발명은 자동차가 저속력을 운행하는 동안 발생하는 충격이나 서어징(surging)을 방지할 수 있는 자동차용 내연기관의 운전제어장치에 관한 것이다.
연료분사제어장치와 분사시간 즉 분사될 연료량을 갖춘 자동차용 내연기관에 있어서, 분사될 연료의 양은 엔진의 부하(흡입관의 흡기 또는 압력)와 엔진의 회전수에 따라 정해지며, 저속으로 주행하고 있는 자동차를 감속시킬 목적으로 스로틀밸브를 갑자기 닫으면, 자동차의 차체에 감속충격 또는 서어징(가속변동)이 발생한다는 것이 알려져 있다. 이 현상은 스로틀밸브를 갑자기 닫으므로서 흡입관의 흡기가 갑자기 감소되며, 원래 흡기량에 따라 계산되는 분사시간이 또한 너무 감축되는 현상으로 인해서 발생한다. 그 결과 연소실내의 공기 연료 혼합비가 커지고 과도한 리인상태가 되므로, 필요한 토오크가 발생하지 않고 소위 마이너스토오크가 생긴다. 이 마이너스 토오크는 자동차의 특성주파수와 공명하여 충격이나 서어징을 발생시킨다. 이것을 방지하기 위하여, 일본국 특허공개공보 제 1984-231144호에는 스로틀밸브가 어떤 작동상태하에서 닫아지면 일정기간동안 스로틀밸브가 닫힌 상태 직전의 연료분사시간을 그대로 유지한 후 서서히 분사시간을 단축하는 방법이 개시되어 있다.
또, 엔진브레이크를 걸었을 때 엔진의 회전수가 소정값보다 많으면 연료분사가 중단되는 내연기관이 있다. 연료분사가 재개되면, 연료가 갑자기 증가되므로서 발생하는 가속충격을 방지하기 위하여 연료감축제어를 하게 된다. 이와 같은 제어에 있어서, 흡입관 내벽에 부착된 연료는 연료중단중 완전히 증발되며, 분사재개후 분사된 연료는 흡입관 내벽을 적시는데 소비되어, 연소실에서는 일시적으로 과도 리인상태가 발생한다. 이것도 또한 충격이나 서어징을 발생시킨다. 이와 같은 종류의 충격이나 서어징을 방지하기 위하여, 일본국 특허공개공보 제 1985-30446호에는 예를들면 분사를 재개했을 때 분사시간이 일단 감축된 후 소정의 비율만큼 증가되는 방법이 개시되어 있다.
상기와 같은 종래의 기술에 있어서는, 충격이나 서어징이 실제로 발생하는지 그 여부에 관계없이 충격이나 서어징의 방지를 위한 제어를, 즉 자동차의 감속시에 반드시 연료를 리치하게 한다. 그러므로 종래 기술은 배기정화성능상 문제가 된다. 더우기, 종래 기술은 자동차의 정상속도 주행시에 있어서의 서어징에 대해서는 별효과가 없으나, 서어징은 엔진의 불규칙적인 연소나 도로면등의 상태에 따라 발생하기도 한다.
본원 발명의 목적은 자동차의 저속주행중 발생하는 감속충격 또는 서어징을 배기정화성능을 해치지 않고 방지할 수 있는 내연기관의 운전제어장치를 제공하는데 있다.
본원 발명의 특징은 내연기관에 있어서, 분사될 연료량과 점화시간을 최소한 엔진의 회전수를 포함한 엔진의 작동상태를 나타내는 파라미터에 따라서 그 출력을 변경하므로서 제어되며, 내연기관의 회전수의 변화율이 플러스방향(증가방향)이고 그 절대 값이 소정값보다 클 경우에 내연기관의 출력을 감소하는 방향으로 보정하며, 내연기관의 회전수의 변화율이 마이너스방향(감소방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에내연기관의 출력을 증가하는 방향으로 보정하는데 있다.
본원 발명에 의하면, 감속충격이나 서어징을 감소시키기 위한 제어는 그것이 실제로 감지되었을때만 발생초기에 실시한다. 그러므로 엔진에 공급되는 혼합기는 필요 이상으로 농후하게 되지 않게 때문에 배기의 정화성능의 저하를 회피할 수 있다. 또, 본원 발명은 자동차가 정속주행시 발생하는 서어징에 대하여 효과적으로 기능을 발휘한다.
제 1 도에 의하여 본원 발명이 적용되는 내연기관의 전체 구성을 개략적으로 설명한다. 이 도면에 있어서(10)은 엔진을 가리키며, 이 엔진의 연소실(14)은 실린더(12)와 피스톤(16)에 의해 형성된다. 흡기관(18)의 일단과 배기관(20)의 일단은 연소실(14)에 접속되어 있다. 흡기관(18)의 타단은 콜렉터부분(22)을 통해 스로틀밸브가 설치되어 있는 스로틀보디(24)에 접속되어 있으며, 스로틀보디(24)는 덕트(26)를 통하여 에어클리이너(28)에 접속되어 있다 (30)은 에어클리이너(28)의 입구이다. 엔진(10)내에 흡입된 공기량은 덕트(26)에 부착된 공기유량계(32)에 의해 개량된다. 공기유량계(32)로서는, 예를들면 열선식 공기유량계를 사용할 수 있다. 공기유량계(32)에 의해 계량된 흡입공기의 신호는 콘트롤유니트(34)에 입력된다.
흡기관(18)에는 연료분사밸브(인젝터) (36)가 설치되어 있으며, 분사밸브(36)는 연료펌프(42)와 연료필터(44)를 통해 연료펌프(40)가 연료탱크(38)로부터 보내온 연료를 개방기간중 엔진(10)이 흡입한 공기중에 분사하며, 분사량은 콘트롤유니트(34)로부터의 신호에 따라 변한다. 이 개방기간(분사시간)을 보정하므로서 연소실(14)내에 흡입되는 공기와 연료의 혼합비율이 제어된다. 또 인젝터(36)에 공급되는 연료압이 소정값이상으로 되었을때 연료의 일부를 연료탱크(38)로 되돌려 보내는 연료압 레규레이터(46)가 설치되어 있다.
상기한 공기량에 관한 신호 이외에, 다음과 같은 신호를 콘트롤유니트(34)에 입력한다. 우선 그중의 하나가 엔진의 회전수에 관한 신호이며, 이것은 디스트리뷰더(48)내에 결합되어 있는 크랭크각 검출기로부터 보내진다. 다음은 스로틀보디(24)에 부착된 아이들 스위치에서 오는 신호이며, 이것은 스로틀밸브가 닫혀 있다는 것을 나타낸다. 콘트롤유니트(34)는 또 냉각수온도검출기(50)로부터 신호를 수신하며, 이것으로 엔진(10)의 온도가 콘트롤유니트에 보내진다. 이러한 신호를 수신하면, 콘트롤유니트(34)는 인젝터(36), 연료펌프(40) 및 점화코일(52)로 이들 신호를 보낸다 점화코일(52)에 보낸 신호는 디스트리뷰터(48)에 공급되는고전압의 발생시기를 제어하며, 즉 이 신호는 점화시간을 변경하므로서 엔진(10)의 출력을 보정한다.
제 2 도는 상기 콘트롤유니트(34)의 구성을 개략적으로 나타낸다 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 콘트롤유니트(34)는 버스를 통해 접속되어 있는 프로세싱유니트(MPU), 리드온리메모리(ROM) 및 랜덤액세스메도리(RAM)로 이루어져 있는 공지의 마이크로프로세서로 형성되어 있다. 또 MPU 에는 버스를 통해 입출력(I/O)회로가 접속되어 있으며, 이 회로를 통해 MPU는 제 1 도에서 실명한 공기유량계, 크랭크각검출기, 아이들스위치 및 냉각수 온도검출기로부터의 신호와 함께 스타터스위치, 산소검출기 및 배터리전압검출기로부터 신호를 수신한다. 또 입출력회로에 접속 되어야 할 검출기나 장치는 여기에서 설명한 것들에 한정되거나, 또는 이것들이 모두 함께 본원 발명을 실시하는데 필요한 것들이라고 해석해서는 아니된다. 이러한 검출기나 장치로부터 신호를 수신하면, MPU는 소정의 절차를 수행하고 신호를 I/O 회로를 통해 인젝터, 점화코일 및 연료펌프로 출력한다. 제 1 도에는, 단지 1개의 인젝터(36)가 나타나 있지만, 이 경우 4기통엔진의 배기통마다 1개의 인젝터가 설치되어 있다.
다음은 제 3 도 내지 제 5 도 에 있어서, 본원 발명의 실시예에 의한 충격이나 서어징의 검출원리와 그 감축방법에 관해 설명한다.
서어징이 발생하면, 엔진(10)의 회전수가 변화한다. 또 제 3 도(a) 및 제 3 도(b)에서 명백한 바와 같이, 엔진의 부하시와 비부하시의 변화상태를 비교하면, 그 변화의 정도가 매우 상이하다 즉, 부하상태하에서 엔진의 회전수의 변화율 △N은 비부하상태하에서의 엔진의 그것보다 훨씬 크다. 그러므로 서어징에 의해 발생되는 회전수의 변화는 적당한 드레시호울드 △NR을 기준으로 판정할 수 있다.
제 4 도는 서어징을 검출하는 시간 및 서어징을 감축시키기 위한 동작을 나타낸 것이다. 서어징으로 인하여 제 4 도(a)에서와 같이 회전수가 변화하였다고 가정하면, 제 4 도(b)에서와 같은 신호가 △N
Figure kpo00001
△NR기간중 발생한다. 다음에 상술하는 필터링동작이 제 4 도(b)의 신호의 발생과 동시에 시작되어, 제 4 도(b)의 신호가 소멸된 후의 시간 T1까지 계속된다.
다음 제 5 도에 의하여 필터링동작에 관해 설명한다. 필터링 동작은 다음과 같은 식으로 나타낸 바와 같은 소위 순환형 디지탈 필터에 의해 실시된다.
N = Ny+G(Ny-NY-1)
식중, N은 이 필터링 공정에 의해 보정된 회전수를 나타내며, 이것은 이 기간의 연료의 분사시간(연료분사펄스폭)을 계산하는데 사용된다. Nx는 이때의 필터링동작을 위해 받아들인 실제 엔진의 회전수를 나타내며, Nx-1는 보정된 회전수를 나타내며, 이것은 전번의 연료분사시간을 계산하는데 사용되며, G는 상수이다.
여기서 엔진의 회전수가 제 5 도(a)의 실선이 나타낸 바와 같이 변화하였다고 가정한다. 이 도면에 있어서 회전수는 단계별로 변화한다. 그 이유는 그것이 콘트롤유니트(34)에 입력된 신호의 형태로 나타나며, 즉 실선은 샘플값의 변화를 나타내며, 매 샘플링할때마다 콘트롤유니트(34)에 입력되기 때문이다. 상기한 바와같은 필터링공정을 제 5 도(a)의 실선으로 나다낸 바와 같은 회전수의 신호에 적용하면 신호는 제 5 도(a)의 파선으로 나타낸 바와 같이 변화된다. 파선으로 표시된 수치는 상기 식으로 얻은 N이다. 도면에서 명백한바와 같이, 실제 회전수가 감소하는 방향으로 변하면, 보정된 회전수는 실제의 것보다 낮게 된다. 이와 반대로, 실제회전수가 증가하는 방향으로 변하면, 보정된 회전수는 실제의 것보다 높게 된다. 이것은 상기 식에 의해 나타낸 필터링동작의 의미를 나타낸다. 필더링공정은 회전수가 증가로부터 감소방향으로 또는 이와반대로 변화할때의 경우로부더 y번에 걸쳐 실시된다.(도면에서 단계수로 나타남) 필터링공정의 y번의 회수는 자동차의 특성 주파수에 따르게 되므로 실험결과 최종적으로 결정되어야 한다.
연료분사기간 Tp는 이와 같이 보정된 회전수에 의하여 계산된다. 분사시간 Tp를 구하는 방법은 공지된 방법이며, 즉 Qa/N 관계에서 기본적으로 구할 수 있다. 여기서 Qa는 흡입공기량이며, N은 엔진의 회전수이다. 필터링공정의 보정에 의해 구한 회전수는 상기 관계에서 N로 사용된다.
이와 같이 구한 분사시간 Tp는 제 5 도(b)의 파선으로 나타낸 바와 같이 된다. 도면상 실선은 필터링공정에 의한 회전수의 보정없이, 제 5 도(a)의 실선에 의해 나타낸 회전수에 따라 계산된 분사시간 Tp를 나타낸다. 다음의 설명의 편의상, 전자의 분사시간은 보정된 분사시간이라고 하고, 후자는 본래의 분사시간이라고 한다. 도면에 명백한 바와 같이, 엔진의 회전수가 감소방향으로 변하면, 분사시간은 본래의 것보다 더 길게 되도록 보정되며, 엔진의 출력은 증가하고 회전수의 저하는 적절하게 된다. 이와 반대로, 엔진의 회전수가 증가하는 방향으로 변하면, 분사시간은 본래의 것보다 더 짧게 되도록 보정되며, 엔진의 출력은 감소되며 회전수의 증가는 또한 적절하게 된다. 제 5 도(b)의 빗금친 부분은 분사시간의 보정값을 나타낸다.
상기 동작은 제 6 도의 동작 플로우에 의하여 콘트롤유니트(34)에 포함되어 있는 MPU에 의해 실시된다. 다음에 동작 플로우에 대하여 설명한다.
동작이 시작된 후, 회전수 N은 소정의 샘플시간에서 샘프링하여, 스텝(100)에서 MPU로 읽어 넣는다. 스텝(102)에서 이번의 샘플시간에서 읽은 N와 전번의 샘플시간에서 읽은 N1와의 변화율 △N을 구하고, 스텝(102)에서 △N
Figure kpo00002
△NR을 판단한다. △N〈△NR) 일때는 동작은 스텝(110)으로 이행해서, 이번 샘플시간에서 읽은 N을 기억장치의 소정 어드레스에 격납한다. △N
Figure kpo00003
△NR일때는 스텝(104)으로 이행하여 변화율△N의 부호가 반전했는지의 여부를 조사하고, 반전하지 않았을 경우에는 스텝(110)으로 이행한다. 그리고△N의 부호가 반전했을 경우에는 스텝(105)에서 스텝(108)까지로 이루어지는 피터링공정으로 동작은 이행한다. 이 공정에서, 필터링동작은 y번 반복된다. 필터링공정을 완료한 후 동작은 스텝(110)으로 이행되며, 스텝(100)에서 읽은 회전수 N을 기억장치의 소정 어드레스에 격납한다.
상기한 바와 같이, 충격이나 서어징을 억제하기 위한 제어는 실제로 검출될때만 실시한다.(스텝 102 참조) 또 제 5 도(b)에서 명백한 바와 같이, 리치보정은 항상 리인보정을 수반한다. 대체로, 연소실 안으로 흡입된 혼합기는 리치하지 않으며, 배기가스는 악화되지 않는다.
다음은 제 7 도 내지 제 9 도에 의하여 다른 실시예를 설명한다. 공지된 바와 같이 내연기관의 출력은 점화시간을 제어하므로서 또한 조정될 수 있다. 보통 엔진의 동작상태를 나타내는 검출된 파라미터에 따라서, 기억장치에 격납된 점화시간 맵으로부터 판독한 각에서 점화를 실시한다.
이와 같이, 맵에서 판독한 점화시간 ADVM에 따라 엔진이 동작되면, 회전수의 변화는 제 7 도(a)와 같이 된다고 가정한다. 본 실시예에서 엔진의 회전수가 감소방향으로 변할때에는 점화시간은 ADVM에 대하여 촉진되며 엔진의 출력은 증가하고, 회전수의 저하는 적절하게 된다. 엔진회전수가 증가방향으로 변할때에는 점화시간은 ADVM에 대하여 지연되며, 엔진의 출력은 감소되고 회전수의 증가는 적절하게 된다.
제 8 도는 보정값의 예를 나타낸다. 이 도면에 있어서, 횡좌표는 보정 동작의 개시부터의 순서를 나타낸다. 즉 보정값은 보정동작의 순서에 따라 변한다. 또 종좌표는 보정값의 절대값 △ADV를 나타낸다. 회전수가 감소방향으로 변할때는, 각 보정순서에 상응하는 수치 △ADV를 점화시간 맵으로부터 판독한 현재의 점화각 ADVM에 가산한다. 이와 반대로, 회전수가 증가하는 방향으로 변할때에는 각 보정순서에 상응하는 수치 △ADV를 현재의 점화각 ADVM으로부터 감산한다. 제 8 도에 나타낸 바와 같은 관계는 기억장치내에 레이블형식으로 격납할 수 있다.
또, 제 8 도의 보정값은 매 보정할때마다 감소된다. 그러나 매번마다 보정값을 선정하는 방법은 이에 한정되지 않는다. 예를들면, 두번째의 보정값은 첫번째의 것보다 더 큰것을 선택할 수도 있다. 가장 큰 수치를 회전수의 변화율이 그 최대값을 나타내는 때의 보정값에 대응하도록 하는 것이 바람직스럽다. 이것에 따르면, 회전수가 가장 급변할때에 가장 큰 보정값이 가산되므로, 충격이나 서어징을 감소시키는 효과가 향상된다.
상기 동작은 제 9 도의 동작 플로우에 따라, 콘트롤유니트(34)의 MPU에 의해 실시된다. 이 도면의 동작플로우는 제 6 도의 그것과 거의 동일하다. 스텝(106')이 제 6 도의 플로우와 상이한 주요점이다. 이 스텝(106')의 동작은 상기한 바와 같다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
본 실시예의 변형으로서 다음과 같은 것을 고려할 수 있다. 스텝(106')에서 제 9 도에서와 같이 점화시간 ADV를 보정하기 위한 계산 대신에 분사시간 Tp를 보정하기 위한 계산을 실시한다. 즉 보정된 분사시간Tp은 적절히 선정된 일정값 또는 일정율에 의해 실제 회전수에 따라(보정된 회전수가 아니라)실제 계산된 분사시간 Tp을 변경하여 얻는다.
제 10 도 및 제 11 도는 종래의 기술과 비교하여 본원 발명의 효과를 나타내며, 여기서 제 10 도는 자동차의 감속시 효과를 나타내고, 제 11 도는 정속주행시의 효과를 나타낸다. 본원 발명에 의하면, 감속시나 정속주행시에 있어서 다같이 서어징을 감축시킬 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
또 상기 실시예는 독립적 또는 조합에서 효과적으로 실시할 수 있다. 예를들면, 충격이나 서어징의 발생을 검출하는데 있어서, 연료분사와 점화시간의 양자를 보정하면 충격이나 서어징의 감축 효과는 더욱 향상된다.
상기와 같이 본원 발명을 실시할 장치의 몇 가지 형태에 대해서 설명했지만, 본원 발명의 기술적 사상과 범위에서 일탈하지 않는 한 특허청구의 범위내에서 변경 또는 변형을 할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

Claims (6)

  1. 최소한 엔진의 회전수를 포함한 엔진의 동작상태를 나타내는 파라미터에 따라서 분사될 연료량과 점화시간을 변경하므로써 그 출력이 제어되는 내연기관의 운전제어장치에 있어서, 내연기관의 회전수의 변화율이 플러스방향(증가방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 내연기관의 출력을 감소하는 방향으로 보정하고, 내연기관의 회전수의 변화율이 마이너스방향(감소방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 내연기관의 출력을 증가하는 방향으로 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 엔진의 회전수의 변화율이 플러스방향(증가방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 실제로 검출한 회전수보다 많게 되도록 보정하고, 엔진의 회전수의 변화율이 마이너스방향(감소방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 실제로 검출한 회전수보다 적게 되도록 보정된 회전수를 사용하여 얻은 분사펄스에 따라서, 연료분사를 실시하므로서 내연기관의 출력을 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 엔진의 회전수의 변화율이 플러스방향(증가방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 분사될 연료량이 감소되고, 엔진의 회전수의 변화율이 마이너스방향(감소방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 분사될 연료량이 증가되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 엔진의 회전수의 변화율이 플러스방향(증가방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 점화시기를 지연시키고, 엔진의 회전수의 변화율이 마이너스방향(감소방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 점화시기를 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전제어장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 엔진의 회전수의 변화율이 플러스방향(증가방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 점화시기를 지연시키고, 엔진의 회전수의 변화율이 마이너스방향(감소방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 점화시기를 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전제어장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 엔진의 회전수의 변화율이 플러스방향(증가방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 점화시기를 지연시키고, 엔진의 회전수의 변화율이 마이너스방향(감소방향)이고 그 절대값이 소정값보다 클 경우에 점화시기를 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 운전제어장치.
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