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KR100680683B1 - 내연 기관용 제어 장치 - Google Patents

내연 기관용 제어 장치 Download PDF

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KR100680683B1
KR100680683B1 KR1020040111596A KR20040111596A KR100680683B1 KR 100680683 B1 KR100680683 B1 KR 100680683B1 KR 1020040111596 A KR1020040111596 A KR 1020040111596A KR 20040111596 A KR20040111596 A KR 20040111596A KR 100680683 B1 KR100680683 B1 KR 100680683B1
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KR
South Korea
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state
control
gas
amount
oxygen concentration
Prior art date
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KR1020040111596A
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Inventor
고바야시가즈오
하라구찌히로시
Original Assignee
가부시키가이샤 덴소
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Publication date
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Abstract

본 발명의 목적은 필요 토크를 포함한 현재의 제어 상태가 설정된 제어 상태와 다르더라도 배출의 악화를 억제하는 것이다. ECU(5)는 EGR 밸브(42)를 제어하는 제어 파라미터인 상태량이 목표값으로서 확립되는 방식으로 EGR 밸브(42)의 제어량을 확립한다. ECU(5)는 신선 공기량, 배기 산소 농도, 및 흡기 산소 농도 중에서 제어 파라미터인 상태량을 선택하고, EGR 밸브(42)의 작동량은 이들 중 최소값이다.
엔진 제어, 배출, 신선 공기량, 배기 산소 농도, 흡기 산소 농도

Description

내연 기관용 제어 장치 {Control Device for Internal Combustion Engine}
도1은 제1 실시예에 따른 제어 장치를 구비한 디젤 엔진의 개략도.
도2는 ECU에 의해 실행되는 기능의 주요 부분을 도시하는 블록 선도.
도3은 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제1 흐름도.
도4는 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제1 그래프.
도5는 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제2 그래프.
도6은 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제2 흐름도.
도7은 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제3 그래프.
도8은 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제4 그래프.
도9는 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제3 흐름도.
도10은 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제5 그래프.
도11은 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제6 그래프.
도12는 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제4 흐름도.
도13은 제어 기능의 주요 부분을 설명하기 위한 제7 그래프.
도14는 제어 기능의 주요 부분을 도시하는 선도.
도15a는 제어 장치의 기능을 설명하기 위한 그래프.
도15b는 종래의 장치의 기능을 설명하기 위한 그래프.
도16은 본 발명에 따른 내연 기관의 변형을 도시하는 선도.
도17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 ECU에 의해 실행되는 제어 기능의 흐름도.
도18은 본 발명에 따른 다른 변형을 도시하는 선도.
도19는 종래의 내연 기관을 설명하기 위한 제1 그래프.
도20은 종래의 내연 기관을 설명하기 위한 제2 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진
5 : ECU
42 : EGR 밸브
51 : 필요 토크 변동 계산 수단
53 : 제어 파라미터 선택 수단
63 : 공기 유량계
65 : 흡기 산소 농도 센서
66 : 배기 산소 농도 센서
521 : 목표 신선 공기량 계산 수단
522 : 목표 흡기 산소 농도 계산 수단
523 : 목표 배기 산소 농도 계산 수단
본 발명은 내연 기관 엔진용 제어 장치에 관한 것이다.
내연 기관용 제어 장치는 분사기와 같은 내연 기관의 부품을 제어하며, 연료의 분사 시점 및 연료의 양이 결정되는 분사기의 개방/폐쇄 시점을 조정한다. 제어 장치의 제어 유닛은 가속기의 밟힘값 및 내연 기관의 작동 상태의 검출 결과에 기초하여 연료 분사 시점 및 연료의 양을 결정한다. 연료를 적절하게 연소시키기 위해, 가스의 양은 연료와의 혼합 가스를 만들기 위한 흡기 스로틀 밸브 및 EGR 밸브(exhaust-gas recirculation valve)와 같은 가스 조정 수단에 의해 제어된다.
가스 조정 수단의 제어는 가스 조정 수단의 작동량에 따라 변하는 엔진 상태의 상태량을 검출하여 검출된 상태량이 목표값과 일치하는 방식으로 가스 조정 수단의 작동량을 확립함으로써 실행된다. 상태량의 목표값은 배출 수준이 소정의 수준 아래로 제한되는 방식으로 확립된다. 제어 유닛에서, 필요 토크를 포함한 제어 상태와 상태량의 목표값 사이의 관계가 맵 내에 저장된다. 배기 산소 농도, 신선 공기의 양, 흡기 산소 농도, 및 흡기 공기 압력이 상태량으로서 사용된다.
배출을 감소시키기 위해, 고압 분사 및 다중 분사가 개발되고 있다. 그러나, 이러한 분사는 다음의 문제점을 갖는다. 즉, 고압 분사가 짧은 분사 기간을 일으키기 때문에, 분사 시점의 오류가 분사되는 연료량의 오류에서 지배적이다. 다중 분사에서, 각각의 분사기로부터 분사되는 연료량의 합은 동력 행정에서 분사되는 연료량에 대응한다. 분사 회수가 증가되므로, 각각의 분사기 내의 오류가 축적된다. 결과적으로, 필요 토크에 대응하는 목표 상태량은 실제로 발생되는 토크 에 대응하는 상태량과 달라지고, 이에 의해 배출이 악화된다.
JP-2001-90580 A호는 분사기를 활성화하는 시간으로부터 분사기를 개방하는 시간까지의 시간 지연이 학습 분사로부터 도출되고 그 다음 시간 지연은 연료 분사 기간을 제어하는 구동 펄스의 길이 및 출력 시점으로 반영되는 시스템을 개시한다.
JP-2001-90580 A1호에 개시된 시스템은 분사기의 특성을 평균화하는데 바람직하다. 그러나, 분사기의 작동 분산은 고려되지 않는다. 도19는 필요 토크에 대한 목표 신선 공기량의 특성을 도시한다. 목표 신선 공기량(GA_TRG)은 일정하지 않고 필요 토크(T)에 따라 변한다. 선(fGA(NE, T))은 엔진 상태(NE, T)에서의 목표 신선 공기량(GA_TRG)을 나타낸다. 따라서, 필요 토크(T0)가 실제로 분사되는 연료량이 토크(T0 ± ΔT)를 발생시키는 범위 내에서 분산될 때, 적절한 목표 신선 공기량(GA_TRG)은 분사되는 연료량의 분산에 따라 GA_TRG0(= fGA(NE, TO))로부터 벗어난다. 편차(ΔGA_TRG)가 균일하게 변하면, 편차(ΔGA_TRG)는 ｜fGA(NE, T0 + ΔT) - fGA(NE, T0 - ΔT)｜로서 추정될 수 있다. 신선 공기량은 도20에 도시된 바와 같이 EGR 비율로 변환될 수 있다. 실제로 분사되는 연료량에 대해 필요한 신선 공기량이 GA_TRG0로부터 벗어나면, 목표 신선 공기량을 GA_TRG0로서 설정함으로써 변환된 EGR 비율(EGR0)과 실제로 분사되는 연료량에 대해 적합한 EGR 비율 사이에 편차(ΔEGR)가 발생된다. 결과적으로, 배출 수준은 소정의 수준 이외로 악화될 수 있다.
본 발명은 상기 관점에서 이루어졌으며, 본 발명의 목적은 배출을 효과적으로 제한할 수 있는 내연 기관용 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 가스 조정 수단의 작동량의 편차가 가스 조정 제어에서 사용되는 작동량의 종류에 따라 변한다는 본 발명자의 발견에 기초한다.
본 발명에 따르면, 내연 기관용 제어 장치는 분사되는 연료와의 혼합 가스를 만드는 가스를 조정하기 위한 가스 조정 수단과, 가스 조정 수단의 작동량에 따라 변하는 엔진 상태를 표시하는 상태량을 검출하기 위한 가스 조정 의존 상태량 검출 수단을 포함한다.
제어 장치는 검출된 상태량이 필요 토크를 포함한 현재의 제어 상태에 대해 확립된 목표값으로 전환되는 방식으로 가스 조정 수단의 작동량이 확립되는 가스 조정 제어를 수행하기 위한 가스 조정 제어 수단을 더 포함한다.
가스 조정 의존 상태량 검출 수단은 상이한 종류의 상태량을 검출하는 복수의 가스 조정 의존 상태량 검출 수단을 포함한다. 가스 조정 제어 수단은 한 종류의 상태량에 기초한 가스 조정 제어를 다른 종류의 상태량에 기초한 가스 조정 제어로 변경한다.
따라서, 내연 기관의 부품들의 작동이 제어 상태에 대해 오류를 갖더라도, 가스 조정 제어 수단은 가스 조정 제어를 다른 가스 제어 상태로 변경한다. 전자의 가스 조정 제어는 비교적 큰 작동량의 편차를 갖는 한 종류의 상태량에 기초한다. 후자의 가스 조정 제어는 비교적 작은 작동량의 편차를 갖는 다른 종류의 상태량에 기초한다. 목표 상태량에 기초한 가스 조정 수단의 작동량의 편차가 감소 되어 배출을 최소로 제한한다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 장점은 유사한 부분이 유사한 도면 부호에 의해 표시되는 첨부된 도면을 참조하여 이루어지는 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예가 이하에서 도면을 참조하여 설명될 것이다.
(제1 실시예)
도1 및 도2는 이하에서 간단히 엔진으로 불리는, 자동차용 디젤 엔진의 구성을 도시한다. 엔진(1)은 본 발명의 연료 제어 장치를 갖춘 압축 점화식 내연 기관이다. 복수의 실린더를 갖는 엔진(1)은 각각의 실린더에 각각 대응하는 분사기(21, 22, 23, 24)를 구비한다. 분사기(21, 22, 23, 24) 각각은 소정의 기간 중에 소정의 시점에서 연료를 분사하도록 개방된다. 연료는 커먼 레일로부터 각각의 분사기(21 - 24)로 공급된다. 연소된 연료의 배기 가스는 상류부에서 각각의 실린더와 연통하는 배기 매니폴드(33)를 통해 그리고 촉매(36)를 구비한 배기 파이프(34)를 통해 주위로 방출된다. 엔진(1)은 각각의 실린더 내에 (도시되지 않은) 흡기 밸브 및 배기 밸브를 구비한 종래의 것이다.
연료와의 공연 혼합기를 생성하는 가스가 흡기 매니폴드(32)로부터 공급된다. 흡기 매니폴드(32)는 신선 공기를 흡입하도록 흡기 파이프(31)와 연통한다. 배기 가스의 일부를 재생하는 EGR 파이프(35)가 흡기 매니폴드(32)와 배기 매니폴드(33) 사이에 연결된다. 각각의 실린더로 공급되는 가스는 신선 공기에 더하여 배기 가스를 포함한다. EGR 비율에 대응하는 재생 배기 가스의 양은 EGR 밸브(42)에 의해 제어된다. 흡기 파이프(31)는 신선 공기의 양을 조정하는 흡기 스로틀 밸브(41)를 구비한다. 과급기(43)가 또한 흡기 매니폴드(32)와 배기 매니폴드(33) 사이에 제공되어, 배기 가스를 이용하여 신선 공기를 강제 흡입한다. 과급기(43)는 흡기 파이프(31) 내의 압축기(431) 및 배기 파이프(34) 내의 터빈(432)을 포함한다. 터빈(432)은 압축기(431)를 구동한다. 과급기(43)의 과급 용량은 가변적이다. 과급기(43)는 이하에서 가변 터보(43)로 불린다.
전기 제어 유닛(5; ECU)이 엔진 속도 센서(61), 흡기 스로틀 밸브(41)의 개방각을 검출하는 스로틀 위치 센서(62), 신선 공기의 양을 검출하는 공기 유량계(63)와 같은 엔진에 장착된 센서에 의해 감지되는 엔진 상태에 기초하여 분사기(21 - 24)의 제어를 실행한다. 흡기 매니폴드(32)는 흡기 공기 압력을 검출하는 흡기 공기 압력 센서(64), 신선 공기 내의 산소 농도를 검출하는 흡기 산소 농도 센서(65), 배기 가스 내의 산소 농도를 검출하는 배기 산소 농도 센서(66)를 구비한다. 커먼 레일은 커먼 레일 내의 연료 압력 및 분사기(21 - 24) 내의 연료 압력을 검출하는 압력 센서를 구비한다. 엔진은 다른 종래의 센서를 구비한다.
ECU(5)에 의해 실행되는 EGR 밸브(42)의 제어가 이하에서 설명된다. 신선 공기의 양, 흡기 산소 농도, 및 배기 산소 농도는 검출값이 목표값으로 전환되는 방식으로 EGR 밸브(42)의 EGR 비율을 결정하기 위한 제어 파라미터로서 사용된다. 파라미터의 목표값은 필요 토크와 목표값 사이의 관계가 저장되어 있는 맵에 기초하여 결정된다.
ECU(5)는 신선 공기량의 목표값을 계산하기 위한 목표 신선 공기량 계산 수단(521), 목표 흡기 산소 농도 계산 수단(522), 및 목표 배기 산소 농도 계산 수단(523)을 포함한다. 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)는 각각의 상기 수단 내로 입력된다. 필요 토크 변동(ΔT)은 필요 토크 변동 계산 수단 내에서 계산되어 상기 수단으로 입력된다. 필요 토크 변동(ΔT)은 분사기(21 - 24)의 작동 분산으로 인한 토크의 분산에 대응하는 필요 토크의 변동량이다. 필요 토크 변동(ΔT)은 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이 엔진 상태에 따라 추정될 수 있다.
목표 신선 공기량 계산 수단(521), 목표 흡기 산소 농도 계산 수단(522), 및 목표 배기 산소 농도 계산 수단(523)에 의해 계산된 목표값들은 각각 피드백량 계산 수단(54) 내로 입력된다. 공기 유량계(63)에 의해 검출된 신선 공기량, 흡기 산소 농도 센서(65)에 의해 검출된 흡기 산소 농도, 배기 산소 농도 센서(66)에 의해 검출된 배기 산소 농도가 피드백량 계산 수단(54) 내로 입력된다. 피드백량은 검출된 신선 공기량과 목표값 사이, 검출된 흡기 산소 농도와 목표값 사이, 그리고 검출된 배기 산소 농도와 목표값 사이의 편차에 기초하여 계산된다. 피드백량의 계산은 신선 공기량, 흡기 산소 농도, 및 배기 산소 농도 중 하나에 대해 실행된다. EGR 밸브 작동량 계산 수단(55)은 피드백량에 기초하여 EGR 밸브(42)의 작동량을 계산한다. 피드백량의 계산은 PID 제어 또는 현대적인 제어 이론에 의해 실행된다.
피드백량 계산 수단(54)에서, 피드백량은 EGR 밸브(42)의 제어 파라미터로서 상기 세 종류의 상태량에 대해 계산될 수 있다. 제어 파라미터 선택 수단(53)은 효과적인 하나의 파라미터를 선택한다. 제어 파라미터 선택 수단(53)은 목표 신선 공기량, 목표 흡기 산소 농도, 및 목표 배기 산소 농도에 기초하여 신선 공기량, 흡기 산소 농도, 및 배기 산소 농도 중에서 EGR 밸브(42)의 제어 파라미터를 선택한다.
목표 신선 공기량 계산 수단(521)에 의해 실행되는 절차가 도3에 도시되어 있다. 단계(S301)에서, 현재의 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)가 읽힌다. 단계(S102)에서, 목표 신선 공기량(GA_TRG)이 단계(S101)에서 읽힌 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)에 기초하여 계산된다 (수학식 1). 엔진 속도("ne") 및 필요 토크("t")에 기초하여 계산된 목표 신선 공기량은 fGA(ne, t)에 의해 표현된다. 도4는 필요 토크(T)에 대한 목표 신선 공기량(GA_TRG)의 특성을 도시한다.
[수학식 1]
GA_TRG = fGA(NE, T)
단계(S103)에서, 필요 토크 변동(ΔT)이 읽힌다.
단계(S104)에서, 이론적인 목표값 계산 수단이 엔진 상태(ne, t)가 엔진 상태(NE, T - ΔT)일 때 목표 신선 공기량(GA_TRG')과, 엔진 상태(ne, t)가 엔진 상태(NE, T + GA_TRG")일 때 목표 신선 공기량(GA_TRG")을 계산한다 (수학식 2-1 및 2-2). GA_TRG' 및 GA_TRG"는 토크(T)가 ΔT만큼 변경될 때의 이론적인 목표 신선 공기량이다.
[수학식 2-1]
GA_TRG' = fGA(NE, T - ΔT)
[수학식 2-2]
GA_TRG" = fGA(NE, T + ΔT)
단계(S105)에서, 이론 작동량 분산 계산 수단이 이하에서 EGR 편차로 불리는 EGR 비율 편차(ΔEGRGa)를 계산한다 (수학식 3). EGR 편차(ΔEGRGa)는 신선 공기량이 EGR 밸브에 대한 제어 파라미터로서 사용되면서 필요 토크가 ±ΔT의 범위 내에서 변할 때의 이론적인 EGR 비율의 분산이다. EGR 비율(EGRGa)은 엔진 속도("ne"), 필요 토크("t"), 및 신선 공기량("ga")에 기초하여 계산될 때, f EGR_GA(ne, t, ga)에 의해 표현된다. 맵과 같은 종래의 계산 방법이 계산을 위해 사용될 수 있다. 도5는 신선 공기량(Ga)에 대한 EGR 비율(EGRGa)의 특성을 도시한다. EGR 비율(EGRGa)이 계산된 후에, 루틴이 종료된다. 단계(S102)에서 계산된 목표 신선 공기량(GA_TRG)은 피드백량 계산 수단(54)으로 출력된다. 단계(S105)에서 계산된 EGR 편차(ΔEGRGa)는 제어 파라미터 선택 수단(53)으로 출력된다.
[수학식 3]
ΔEGRGa = ｜fEGR_GA(NE, T, GA_TRG') - fEGR_GA(NE, T, GA_TRG")｜
목표 흡기 산소 농도 계산 수단(522)에 의해 실행되는 절차가 도6에 도시되어 있다. 단계(S201)에서, 현재의 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)가 읽힌다. 단계(S202)에서, 목표 흡기 산소 농도(INO2_TRG)가 단계(S201)에서 읽힌 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)에 기초하여 계산된다 (수학식 4). 엔진 속도("ne") 및 필요 토크("t")에 기초하여 계산된 목표 흡기 산소 농도는 fINO2(ne, t)에 의해 표현된다. 맵과 같은 종래의 계산 방법이 계산을 위해 사용될 수 있다. 도7은 필요 토크(T)에 대한 목표 흡기 산소 농도(INO2_TRG)의 특성을 도시한다.
[수학식 4]
INO2_TRG = fINO2(NE, T)
단계(S203)에서, 필요 토크 변동(ΔT)이 읽힌다. 단계(S204)에서, 이론 목표값 계산 수단이 엔진 상태(NE, T - ΔT)의 경우에 목표 흡기 산소 농도(INO2_TRG')와, 엔진 상태(NE, T + ΔT)의 경우에 목표 흡기 산소 농도(INO2_TRG")를 계산한다 (수학식 5-1 및 5-2). INO2_TRG' 및 INO2_TRG"는 토크(T)가 ΔT만큼 변경될 때의 이론적인 목표 흡기 산소 농도이다.
[수학식 5-1]
INO2_TRG' = fINO2(NE, T - ΔT)
[수학식 5-2]
INO2_TRG" = fINO2(NE, T + ΔT)
단계(S205)에서, 이론 작동량 분산 계산 수단이 EGR 편차(ΔEGRINO2)를 계산한다 (수학식 6). EGR 편차(ΔEGRINO2)는 흡기 산소 농도가 EGR 밸브에 대한 제어 파라미터로서 사용되면서 필요 토크가 ±ΔT의 범위 내에서 변할 때의 이론적인 EGR 비율의 분산이다. EGR 비율(EGRINO2)은 엔진 속도("ne"), 필요 토크("t"), 및 흡기 산소 농도("ino2")에 기초하여 계산될 때, fEGR_INO2(ne, t, ino2)에 의해 표현된다. 맵과 같은 종래의 계산 방법이 계산을 위해 사용될 수 있다. 도8은 흡기 산소 농도(INO2)에 대한 EGR 비율(EGRINO2)의 특성을 도시한다. EGR 비율(EGRINO2)이 계산된 후에, 루틴이 종료된다. 단계(S202)에서 계산된 목표 흡기 산소 농도(INO2_TRG)는 피드백량 계산 수단(54)으로 출력된다. 단계(S205)에서 계산된 EGR 편차(ΔEGRINO2)는 제어 파라미터 선택 수단(53)으로 출력된다.
[수학식 6]
ΔEGRINO2 = ｜fEGR_INO2(NE, T, INO2_TRG') - fEGR_INO2(NE, T, INO2_TRG")｜
목표 배기 산소 농도 계산 수단(523)에 의해 실행되는 절차가 도9에 도시되어 있다. 단계(S301)에서, 현재의 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)가 읽힌다. 단계(S302)에서, 배기 흡기 산소 농도(EXO2_TRG)가 단계(S301)에서 읽힌 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)에 기초하여 계산된다 (수학식 7). 엔진 속도("ne") 및 필요 토크("t")에 기초하여 계산된 목표 배기 산소 농도는 fEXO2(ne, t)에 의해 표현된다. 맵과 같은 종래의 계산 방법이 계산을 위해 사용될 수 있다. 도10은 필요 토크(T)에 대한 목표 배기 산소 농도(EXO2_TRG)의 특성을 도시한다.
[수학식 7]
EXO2_TRG = fEXO2(NE, T)
단계(S303)에서, 필요 토크 변동(ΔT)이 읽힌다. 단계(S304)에서, 이론 목표값 계산 수단이 엔진 상태(NE, T - ΔT)의 경우에 목표 배기 산소 농도 (EXO2_TRG')와, 엔진 상태(NE, T + ΔT)의 경우에 목표 배기 산소 농도(EXO2_TRG")를 계산한다 (수학식 8-1 및 8-2). EXO2_TRG' 및 EXO2_TRG"는 토크(T)가 ΔT만큼 변경될 때의 이론적인 목표 배기 산소 농도이다.
[수학식 8-1]
EXO2_TRG' = fEXO2(NE, T - ΔT)
[수학식 8-2]
EXO2_TRG" = fEXO2(NE, T + ΔT)
단계(S305)에서, 이론 작동량 분산 계산 수단이 EGR 편차(ΔEGREXO2)를 계산한다 (수학식 9). EGR 편차(ΔEGREXO2)는 배기 산소 농도가 EGR 밸브에 대한 제어 파라미터로서 사용되면서 필요 토크가 ±ΔT의 범위 내에서 변할 때의 이론적인 EGR 비율의 분산이다. EGR 비율(EGREXO2)은 엔진 속도("ne"), 필요 토크("t"), 및 배기 산소 농도("exo2")에 기초하여 계산될 때, fEGR_EXO2(ne, t, exo2)에 의해 표현된다. 맵과 같은 종래의 계산 방법이 계산을 위해 사용될 수 있다. 도11은 배기 산소 농도(EXO2)에 대한 EGR 비율(EGREXO2)의 특성을 도시한다. EGR 비율(EGREXO2)이 계산된 후에, 루틴이 종료된다. 단계(S302)에서 계산된 목표 배기 산소 농도(EXO2_TRG)는 피드백량 계산 수단(54)으로 출력된다. 단계(S305)에서 계산된 EGR 편차(ΔEGREXO2)는 제어 파라미터 선택 수단(53)으로 출력된다.
[수학식 9]
ΔEGREXO2 = ｜fEGR_EXO2(NE, T, EXO2_TRG') - fEGR_EXO2(NE, T, EXO2_TRG")｜
도12는 제어 파라미터 선택 수단(53)에 의해 실행되는 절차를 도시한다. 단계(S401)에서, EGR 편차(ΔEGRGa, ΔEGRINO2, ΔEGREXO2)가 읽힌다. 단계(S402)에서, 제어 파라미터는 신선 공기량, 흡기 산소 농도, 및 배기 산소 농도 중에서 선택된다. 즉, ECU(5)는 EGR 편차(ΔEGRGa)가 EGR 편차(ΔEGRGa, ΔEGRINO2, ΔEGREXO2) 중에서 최소값인지를 결정한다. 예이면, 제어 파라미터는 신선 공기량에 의해 확립된다. 아니오이면, 최소값이 EGR 편차(ΔEGRINO2, ΔEGREXO2) 중에서 EGR 편차(ΔEGRINO2)인지가 결정된다. 예이면, 제어 파라미터는 흡기 산소 농도에 의해 확립된다. 아니오이면, 제어 파라미터는 배기 산소 농도에 의해 확립된다. 제어 파라미터가 확립된 후에, 루틴이 종료된다.
도13은 필요 토크에 대한 EGR 편차의 특성을 도시한다. 도13은 세 가지 상태량, 신선 공기량, 흡기 산소 농도, 및 배기 산소 농도 중에서 선택된 제어 파라미터를 도시한다. 최소 상태량이 제어 파라미터로서 선택된다.
이에 의해, 필요 토크에 대응하는 분사 연료량의 명령값과 실제로 분사되는 연료량 사이에 오류가 있더라도, 오류로 인한 배출이 억제된다. EGR값의 제어가 EGR 밸브의 많은 조정을 필요로 하는 파라미터 대신에 EGR 밸브의 최소 조정을 필요로 하는 파라미터 하에서 수행되기 때문이다.
EGR 편차(ΔEGRGa, ΔEGRINO2, ΔEGREXO2)가 연료 분사량의 오류에 의해 야기되는 EGR 비율 분산과 동일하다고 고려된다. EGR 편차는 필요 토크의 변동에 따라 변한다. EGR 편차가 올바르게 추정되면, 제어 파라미터의 선택은 더욱 적절하게 수행된다.
필요 토크 변동(ΔT)을 계산하는 필요 토크 변동 계산 수단(51)이 이하에서 설명된다.
도14는 분사 기간 분산이 필요 토크에 기초하여 계산된 분사 기간을 입력하여 분사 기간 분산 맵에 따라 계산되는, 필요 토크 변동 계산 수단이 실행하는 절차를 도시한다. 1회 연료 분사당 연료 분사량은 분사 기간 분산 및 분사 압력을 입력하여, 맵에 따라 계산된다. 1회 분사는 밸브의 1회 개방 및 폐쇄에 대한 분사에 대응한다. 다중 분사의 경우에, 분사량의 편차가 분사 회수에 따라 축적되므로, 1회 분사당 분사량의 편차는 동력 행정당 분사량의 편차를 얻기 위해 분사 회수에 의해 곱해진다. 그 다음, 분사량의 편차는 필요 토크 변동(ΔT)을 얻기 위해 분사량과 토크 사이의 변환 계수에 의해 곱해진다. 분사량이 증가함에 따라, 토크는 비례적으로 증가한다. 필요 토크 변동(ΔT)은 분사 기간, 분사 압력, 및 다중 분사 회수와 같은 엔진 상태에 따라 계산된다. 따라서, 적절한 필요 토크 변동(ΔT)이 얻어진다.
도15a 및 도15b는 신선 공기량이 EGR 밸브(42)를 제어하기 위한 제어 파라미터로서 사용되는 종래의 제어 장치의 배출과 본 발명의 제어 장치의 배출을 비교하기 위한 그래프이다. 작동 분산을 갖는 열화된 분사기가 제어 장치 내에 사용되더라도, 입상 물질(PM) 및 NOx가 종래의 제어 장치(15B)에서보다 본 발명(도15a)에서 더욱 억제된다.
명령 신호에 의한 분사량과 실제 분사량 사이의 오류는 분사기(21 - 24)의 노화에 의한 열화에 의해 점진적으로 증가한다. 노화에 의한 열화로 인한 오류의 경향을 반영함으로써, 필요 토크 변동이 더욱 정밀하게 얻어진다. 이러한 예가 도16에 설명되어 있다. 필요 토크 변동 계산 수단은 도14에 도시된 것과 기본적으로 동일하다. 이하에서 주로 차이점이 설명된다.
효과 계수가 통합 마일리지가 입력되는 효과 계수 맵에 따라 계산된다. 효과 계수는 통합 마일리지와 분사 기간 분산 사이의 관계의 계수이다. 맵으로부터 도출된 분사 기간 분산을 효과 계수에 의해 곱함으로써, 노화에 의한 열화 후의 분사기(21 - 24)의 분사 기간 분산이 얻어질 수 있다. 통합 마일리지는 주행거리계를 제어하는 ECU로부터 도출된다. 분사기(21 - 24)의 열화는 엔진에 비해 천천히 진행한다. 따라서, 통합 마일리지에 대한 신호를 빈번하게 수신하는 것은 불필요하다. 통합 마일리지에 대한 신호는 시동될 때마다 수신될 수 있다. 효과 계수는 소정의 마일리지마다 갱신될 수 있다. 이에 의해, 효과 계수 필요 토크와 실제 연료 분사에 의해 얻어지는 실제 토크 사이의 편차가 더욱 정밀하게 추정될 수 있다.
효과 계수 맵은 통합 마일리지와 효과 계수 사이의 맵이다. 통합 주행 기간, 통합 분사 회수, 통합 분사량, 또는 통합 엔진 회전수가 통합 마일리지 대신에 이용될 수 있다. 이러한 통합값은 분사기(21 - 24)의 경과 시간 또는 작동 회수에 따라 증가하는 변수이다.
필요 토크에 대한 목표 신선 공기량과 같은 상태량의 특성 및 목표 상태량에 대한 EGR 비율의 특성은 간단히 변경된다. 따라서, EGR 편차는 토크가 T - ΔT일 때의 시간과 토크가 T + ΔT일 때의 시간 사이의 EGR 비율의 차이에 의해 한정된다. EGR 비율을 더욱 정밀하게 얻기 위해, 토크의 셋 이상의 지점, 예를 들어 T - ΔT, T + ΔT 및 T 사이의 최대값과 최소값 사이의 차이가 EGR 편차로서 확립될 수 있다.
(제2 실시예)
도17은 제2 실시예에 따른 내연 기관의 ECU에 의해 실행되는 EGR 밸브의 제어 절차를 도시한다. 기본 단계들은 제1 실시예와 동일하다. 그들 사이의 차이점은 EGR 밸브 제어의 제어 파라미터의 선택 절차이다. 이하에서 주로 차이점이 설명된다. 단계(S501)에서, 엔진 속도(NE) 및 필요 토크(T)가 읽힌다. 단계(S502)에서, 제어 파라미터는 제어 파라미터 선택 맵에 따라 선택된다. 표준 필요 토크 변동(ΔT)에 의해 제1 실시예의 EGR 편차를 계산하여, 제어 파라미터는 제어 파라미터 선택 맵에 추가되고, 제어 파라미터는 신선 공기량, 흡기 산소 농도, 및 배기 산소 농도 중에서 선택되고, EGR 편차는 이들 중 최소값이다.
본 실시예에 따르면, 제어 파라미터를 선택하는데 있어서 EGR 편차를 계산하고 비교할 필요가 없어서, 계산 부하가 감소될 수 있다.
본 발명의 구성은 전술한 실시예로 제한되지 않으며, 임의의 다른 변형된 실시예가 얻어질 수 있다. 예를 들어, EGR 밸브(42)의 제어 파라미터로서 선택되는 상태량은 신선 공기량, 흡기 산소 농도, 및 배기 산소 농도의 세 가지 및 이들 중 두 가지로 제한되지 않는다. EGR 비율에 따라 변경 가능한 상태량은 전술한 상태량에 추가되거나 그에 의해 대체될 수 있다. 가스 조정 수단은 EGR 밸브로 제한되지 않는다. 도18은 가변 터보(43)가 가스 조정 수단으로서 제공된 루틴을 도시한다. 제어 파라미터는 신선 공기량 및 흡기 공기 압력 센서(64)에 의해 검출된 흡 기 압력 중 하나이다. 피드백량 계산 수단(54A)은 검출값이 목표값에 대응하는 방식으로 가변 터보(43)의 상태량의 피드백량을 계산한다. 목표값은 목표 신선 공기량 및 목표 흡기 압력을 포함한다. 목표 흡기 압력은 엔진 속도(NE), 필요 토크(T) 및 필요 토크 변동(ΔT)에 기초하여 목표 흡기 압력 계산 수단(524)에 의해 계산된다. 제어 파라미터 선택 수단(53A)은 제어 파라미터로서 신선 공기 및 흡기 압력 중 하나를 선택한다. 제어 파라미터 선택 수단은 가변 터보(43)의 작동량의 편차가 제1 실시예와 마찬가지로 더 작은 것을 선택한다.
흡기 및 배기 밸브 또는 배기 스로틀 밸브의 개방 및 폐쇄 시점을 제어하는 가변 밸브 타이밍 제어기가 가스 조정 수단으로서 사용될 수 있다. 이러한 장치는 분사된 연료와의 혼합 공기를 생성하는 가스의 양 및 조성을 조정할 수 있다.
가스 조정 수단을 제어하기 위한 제어 파라미터인 상태량은 가스 조정 수단의 작동량에 따라 변경되는 상태량이다. 소정의 모델에 따라 추정될 수 있는 흡기 공기량, EGR 비율, 또는 엔진 상태가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 엔진 제어 장치에 의하면, 현재의 제어 상태가 설정된 제어 상태와 다르더라도 배출의 악화를 억제할 수 있다.

Claims (8)

  1. 분사된 연료와의 혼합 가스를 만드는 가스를 조정하기 위한 가스 조정 수단과,
    상기 가스 조정 수단의 작동량에 따라 변하는 엔진 상태를 표시하는 상태량을 검출하기 위한 가스 조정 의존 상태량 검출 수단(63, 65, 66)과,
    검출된 상태량이 필요 토크를 표시하는 현재의 제어 상태에 대해 확립된 목표값으로 전환되는 방식으로 가스 조정 수단의 작동량이 확립되는 가스 조정 제어를 수행하기 위한 가스 조정 제어 수단(5)을 포함하고,
    상기 가스 조정 의존 상태량 검출 수단(63, 65, 66)은 상이한 종류의 상태량을 검출하는 복수의 가스 조정 의존 상태량 검출 수단(63, 65, 66)을 포함하고,
    상기 가스 조정 제어 수단(5)은 한 종류의 상태량에 기초한 가스 조정 제어를 다른 종류의 상태량에 기초한 가스 조정 제어로 변경하는 내연 기관용 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 조정 제어 수단(5)은 제어 상태가 현재의 제어 상태를 포함하는 범위 내에 있을 때 가스 조정 수단의 작동량의 편차가 최소가 되는 상태량에 기초하여 가스 조정 제어를 실행하는 내연 기관용 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스 조정 제어 수단(5)은 현재의 제어 상태를 포함하는 소정의 범위 내에서 상태량의 이론적인 목표값을 계산하는 이론 목표값 계산 수단(521, 522, 523)과, 이론적인 목표값에 대한 가스 조정 수단의 이론적인 작동량의 편차를 계산하는 이론 작동량 편차 계산 수단(521, 522, 523)과, 작동량의 편차가 최소인 상태량에 기초하여 가스 조정 제어를 선택하는 선택 수단(53)을 포함하는 내연 기관용 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 상태 및 엔진 상태 중 하나에 기초하여 소정의 범위(T-ΔT ~ T+ΔT)를 설정하기 위한 필요 토크 변동 계산 수단(51)을 더 포함하는 내연 기관용 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가스 조정 제어 수단(5)은 제어 상태와 각종 상태량 사이의 관계를 기억하고, 현재의 제어 상태에 대응하는 상태량에 기초하여 가스 조정 제어를 실행하는 내연 기관용 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 엔진 상태를 표시하는 상태량은 신선 공기량, 흡입 산소 농도 및 배기 산소 농도 중에서 하나 이상을 포함하는 내연 기관용 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스 조정 수단은 필요 토크가 작은 경우 상태량으로서 신선 공기량을 기초로 가스 조정 제어를 실행하고, 필요 토크가 큰 경우 상태량으로서 흡입 산소 농도를 기초로 가스 조정 제어를 실행하고, 필요 토크가 더 큰 경우 상태량으로서 배기 산소 농도를 기초로 가스 조정 제어를 실행하는 내연 기관용 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가스 조정 수단은 필요 토크가 작은 경우 상태량으로서 흡기 산소 농도를 기초로 가스 조정 제어를 실행하고, 필요 토크가 큰 경우 상태량으로서 배기 산소 농도를 기초로 가스 조정 제어를 실행하는 내연 기관용 제어 장치.
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