KR20040074591A - 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치 - Google Patents

다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치 Download PDF

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KR20040074591A
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intake
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히토미미츠오
야마우치다케토시
신야요시유키
스미다고우지
하야시다카요시
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마츠다 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 린 번 운전의 연비 개선 효과를 확보함과 아울러 희박 "NOx" 촉매의 필요 없이 3원 촉매만을 사용하여 개선된 배기가스 정화 성능을 제공하고자 의도된다. 다기통 불꽃 점화 엔진은, 배기 및 흡기 행정이 서로 중복되는 한 쌍의 선행 및 후속 기통에서, 현재 배기 행정에 있는 선행 기통(2A, 2D)으로부터 배출된 배기 가스가 기통간 가스 채널(22)을 통해 현재 흡기 행정에 있는 후속 기통(2B, 2C) 내에 직접 도입되고, 저 부하 저속 운정 영역에서 후속 기통(2B, 2C)으로부터만 배출된 가스가 3원 촉매(24)를 구비한 배기 통로(20)에 이르도록 구성된다. 각 기통으로의 연료 공급은, 이론 공연비보다 소정량 만큼 더 큰 공연비의 희박 혼합 상태에서 선행 기통(2A, 2D)의 연소가 실행되고 그리고 선행 기통(2A, 2D)으로부터 도입된 연소 가스에 연료를 공급함으로써 형성되는 이론 공연비의 상태에서 후속 기통(2B, 2C)의 연소가 실행되도록 제어된다.

Description

다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR SPARK-IGNITION ENGINE}
불꽃 점화 엔진의 각 기통 내의 공기 및 연료의 혼합물이 이론 공연비(stoichiometric air-fuel ratio)보다 큰 공연비에서 연소하는 "희박(lean)" 공연비의 상태에서 연소를 실행함으로서 연비의 향상을 달성하기 위한 공지 기술이 존재한다. 이러한 유형의 기술의 일례는 일본 공개 특허 공보 제 1998-274085 호에 도시되어 있는바, 상기 특허에서는, 연소실 내에 연료를 직접 분사하는 연료 분사기를 이용하고, 저속 저부하 영역의 압축 행정 도중에 연료를 분사함으로써 성층 연소(stratified charge combustion)를 실시하고, 그것에 의해 극히 희박한 혼합 연소를 달성한다.
이러한 유형의 엔진에서는, 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 NOx를 이론 공연비에서 부근에서 정화시키는 성능이 높은 통상의 3원 촉매(three-way catalyst)만을 배기가스 정화기로 이용함으로써 린 번(lean burn) 운전 상태에서 산화질소(NOx)에 관해서 충분한 배기가스 정화 성능을 달성하는 것이 불가능하다. 따라서, 상술한 특허 공개 공보에 도시되어 있는 바와 같이, 산소가 풍부한 분위기에서 NOx를 흡착하고 그리고 산소의 농도가 감소한 분위기에서 NOx를 방출하고 환원시키는 희박 NOx촉매가 엔진에 제공된다. 이러한 종류의 희박 NOx촉매를 사용하는 경우 린 번 운전 상태에서 희박 NOx촉매에 의해 흡착된 NOx의 양이 감소되면, 상기 공보에 개시되어 있는 바와 같이 주 연소를 위해 연료가 분사될 뿐만 아니라 팽창 행정 도중에 추가의 양의 연료가 분사되어 공연비를 감소시키고 CO를 생성함으로써 NOx의 방출 및 환원을 촉진시킨다.
종래의 린번 작동을 실행하는 상술한 엔진은 린번 작동상태 도중에 NOx정화 성능을 제공하기 위해 희박 NOx촉매를 필요로 한다. 또한, 이러한 유형의 엔진은 이론 공연비에서 엔진이 작동하는 고 부하 영역과 같은 엔진 운전 영역에서 배기가스를 정화하기 위해 3원 촉매를 필요로 한다. 3원 촉매와 함께 제공되는 희박 NOx촉매는 소정량의 NOx를 흡착할 수 있는 능력을 제공하기 위해 비교적 용량이 클 필요가 있고 그리고 3원 촉매에 비해서 고가이므로, 이러한 희박 NOx촉매의 제공은제조 비용면에서 불리하다.
또한, 희박 NOx촉매의 정화 성능을 유지하기 위해서는, 상술한 바와 같이 흡착된 NOx의 양이 증가하는 특정 시간 간격으로 NOx의 방출 및 환원을 촉진시키도록 추가의 양의 연료를 공급함으로써 공연비를 일시적으로 감소시키는 것이 필요하다. 이것은 린 번 작동에 의해 제공되는 연비 개선 효과를 저해시킨다.
또한, 희박 NOx촉매는 사용 연료가 유황을 다량 함유하는 경우 황화작용에 의해 오염되기 쉽다. 따라서, 희박 NOx촉매는 촉매 가열 및 환원제의 공급과 같은 재생 처리를 하여 이러한 유황 피독을 방지해야 한다. 이러한 희박 NOx촉매의 재생 처리는 연비 개선 효과의 감소 및 그것의 내구성의 저하를 초래하기 쉽다.
본 발명은 종래 기술의 상술한 문제점을 고려하여 개발된 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 희박 NOx촉매를 필요로 함이 없이 3원 촉매만 사용하여 개선된 배기가스 정화 성능을 제공하는 것이 가능한 동시에, 린 번 작동의 연비 개선 효과를 보증하는 불꽃 점화 엔진의 제어 장치를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명의 제어 장치는 개개의 기통이 일정한 위상차를 두고 흡입, 압축, 팽창 및 배기 행정의 연속 사이클을 거치는 다기통 불꽃 점화 엔진에 사용하도록 되어 있다. 상기 다기통 불꽃 점화 엔진에 있어서는, 적어도 저부하 저속 운전 영역에서 신선한 공기 및 가스 유로가 접속되어 2기통 접속 상태를 형성하며, 연소 및 흡기 행정이 서로 중복되는 한 쌍의 전후 기통에서, 현재 배기 행정에 있는 선행 기통으로부터 배기된 연소 가스가 기통간 가스 채널을 통해 현재 흡기 행정에 있는 후속 기통으로 직접 도입되고, 그리고 후속 기통으로부터 배기되는 가스만이 3원 촉매를 구비한 배기 통로에 이르도록 되어 있다. 제어 장치는, 엔진이 2기통 접속 상태에 있을 때, 이론 공연비보다 소정량 만큼 더 큰 공연비의 희박 혼합 상태에서 선행 기통의 연소가 실행되고, 선행 기통의 연소에 의해 생성되는 연소 가스에 후속 기통의 연료가 공급되며, 이론 공연비의 상태에서 후속 기통의 연소가 실행되는 방식으로, 개개의 기통으로의 연료 공급을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.
이러한 구성에서는, 적어도 저부하 저속 운전 영역에서 "희박" 공연비에서 후속 기통의 연소가 실행되어, 열효율의 증가 및 펌핑 손실의 감소에 의해 상당한 연비 개선 효과가 달성되고, 또한 선행 기통에서 생성되는 NOx의 양이 비교적 저 레벨로 유지된다. 한편, 선행 기통으로부터 후속 기통으로 연소 가스가 도입되기 때문에, 상당량의 배기 가스가 배기 가스 재 순환(EGR: emission gas recirculation)에 의해 도입될 때 발생하는 것과 동등한 상태가 후속 기통에서 확립된다. 그 결과, 후속 기통에서는 펌핑 손실이 감소되고, NOx의 발생이 충분히 감소된다. 또한, 연소 가스에 연료를 공급함에 의해서 형성되는 이론 공연비의 상태하에서 후속 기통의 연소가 실행되기 때문에, 3원 촉매에 의해서만 충분한 배기가스 정화 성능이 달성되고, 그리고 희박 NOx촉매를 제공할 필요가 없다.
선행 기통으로부터 배기되는 고온 가스가 기통간 가스 채널을 통과하는 동안, 가스의 온도는 그 길이를 따른 적절한 방열(heat dissipation)에 의해 조정된다. 연소 가스 및 과잉 공기가 혼합되고 균일하게 분산된 이러한 가스가 후속 실린더에 도입되기 때문에, 다량의 EGR 가스의 도입에 대해서 이상 상태가 확립된다. 또한, 연료는 비교적 고온의 가스에 도입되기 때문에, 연료의 기화가 가속되고 후속 기통의 연소가 소망의 형태로 수행된다.
본 발명의 불꽃 점화 엔진용 제어 장치에 있어서, 하나의 기통의 배기 행정이 다른 기통의 흡기 행정과 타이밍이 완전히 일치하거나, 또는 하나의 기통의 배기 행정이 다른 기통의 흡기 행정에 선행하고 부분적으로 일치하는 경우, 2개의 기통이 상술한 한 쌍의 선행 및 후속 실린더를 구성할 수도 있다. 선행 및 후속 기통이 이러한 조건을 만족시키면, 선행 기통으로부터 방출되는 연소 가스는 기통간 가스 채널을 통해 후속 기통에 도입되고, 펌핑 손실은 효과적으로 감소된다.
바람직하게는, 제어 장치는 고부하 고속 운전 영역에서 독립 기통 형태를 형성하도록 신선한 공기 및 가스 유로를 전환하기 위한 유로 전환기를 더 포함한다. 상기 독립 기통의 형태에서는 각 기통의 흡기구 및 배기구는 서로 독립적으로 작동하여 신선한 공기가 흡기 통로를 통해 각 기통의 흡기구에 도입되고 그리고 각 기통의 배기구를 통해 방출된 배기 가스가 배기 통로에 이르도록 한다. 상술한 제어기는 고부하 고속 운전 영역에서 각 기통의 공연비를 이론 공연비와 같게 하거나 또는 그보다 작게 한다.
이러한 구성은 저부하 저속 운전 영역에서 연비 및 배기가스의 특성을 개선시키고 그리고 고부하 고속 운전 영역에서 엔진의 출력 성능을 확보하는 역할을 한다.
상술한 구조에서는, 흡기 통로에 연결된 흡기구, 배기 통로에 연결된 제 1 배기구 및 기통간 가스 채널에 연결된 제 2 배기구가 선행 기통에 구비되는 것이 바람직하고, 후속 기통에는 흡기 통로에 연결된 제 1 흡기구, 기통간 가스 채널에 연결된 제 2 흡기구 및 배기 통로에 연결된 배기구가 구비되며, 유로 변환기는 선행 기통의 제 1 및 제 2 배기구를 개폐하기 위한 제 1 및 제 2 배기 밸브 뿐만아니라 후속 기통의 제 1 및 제 2 흡기구를 개폐하기 위한 제 1 및 제 2 흡기 밸브를 작동 상태와 정지 상태 사이에서 개별적으로 전환하는 밸브 정지 기구와, 저속 저부하 운전 영역에서는 제 1 배기 밸브 및 제 1 흡기 밸브를 정지 상태로 설정하고 제 2 배기 밸브 및 제 2 흡기 밸브를 작동 상태로 설정하고 그리고 고부하 고속 운전 영역에서는 제 1 배기 밸브 및 제 1 흡기 밸브를 작동 상태로 설정하고 제 2 배기 밸브 및 제 2 흡기 밸브를 정지 상태로 설정하는 밸브 정지 기구 제어기를 포함한다.
이러한 구성은, 밸브 정지 기구를 제어함으로써 신선한 공기 및 가스 유로를 저속 저부하 운전 영역과 고속 고부하 운전 영역에 적합하도록 용이하게 전환하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 2기통 접속 상태에서 연소가 실행되는 특수 운전 모드와 각 기통의 흡기구 및 배기구가 엔진 운전 상태에 따라 서로 독립적으로 작동하는 상태에서 연소가 실행되는 정상 운전 모드 사이에서 엔진이 전환 가능하고, 제어 장치는 흡기 공기의 파동을 검출하기 위한 흡기 공기 파동 검출기를 더 포함한다. 제어 장치는, 엔진 작동모드의 전환시에 있어서 신선한 공기 및 가스 유로가 흡기 공기 파동 검출기로부터의 검출 신호 출력과 관련하여 유로 전환기에 의해 전환되었는지를 판단하고, 그리고 유로의 전환이 검출된 시점 다음의 유로의 전환 후에 선택되는 운전 모드에 대응하는 공연비 제어 작업을 실행한다.
이러한 구성에 있어서, 제어 장치는 엔진이 특수 운전 모드와 정상 운전 모드 사이에서 전환될 때 유로 전환기에 의한 유로의 전환의 완료를 확인함과 동시에 새로 선택된 운전 모드에 대응하는 공연비 제어 작업을 실행한다.
운전 모드가 상술한 바와 같은 엔진 작동 상태에 따라 전환되는 경우에, 제어 장치는, 바람직하게는 흡기 공기량을 검출하기 위한 흡기 공기량 검출기로부터의 검출 신호 출력과 관련하여 흡기 공기 파동의 주기의 급격한 변화가 확인되는 시점에서 유로의 전환이 완료되었다고 판단해야 한다.
이러한 구성은, 흡기 공기량 검출기로부터의 검출 신호 출력과 관련하여 흡기 및 배기 유로의 전환시에 발생하는 흡기 공기 파동의 시점 변화를 검출함으로써 유로의 전환이 실제로 행해졌는지를 정확하게 판단하는 것을 가능하게 한다.
상술한 방식으로 흡기 공기 파동의 주기의 급격한 변화를 점검하는데 있어서는, 흡기 공기 파동의 주기가 단축된 것이 확인될 때 2기통 접속 상태로부터 각 기통 형태로의 유로의 전환이 실행된 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
이러한 배치에 따르면, 흡기 및 배기 유로가 2기통 상호접속 상태로부터 신선한 공기가 각 기통에 도입는 상태를 만드는 각 기통 형태로 전환될 때 단위 시간당 흡기 공기 파동의 수의 증가의 결과로서 흡기 공기 파동의 주기가 단축된다. 2기통 접속 상태로부터 각 기통 형태로의 전환이 흡기 공기 파동의 주기의 이러한 변화를 바탕으로 유로 변환기에 의해 실행된 것을 정확히 판단하는 것이 가능하다.
각 기통에 제공된 밸브 조작 기구에 의해 결정되는 밸브 상승량을 변화시킴으로써 흡기 및 배기 유로를 변화시키는 것이 가능하다.
이러한 배치에 따르면, 특수 운전 모드와 정상 운전 모드 사이의 운전 모드의 전환이 신속하게 행해지고, 그리고 각 기통에 제공된 밸브 조작 기구에 의해 결정되는 밸브 상승량을 변화시킴으로써 흡기 공기 파동 검출기로부터의 검지 신호 출력과 관련하여 유로를 전환시키는 작업이 완료된 것을 확인한 후에, 유로의 전환 후에 선택된 운전 모드에 대응하는 연비 제어 작업이 수행된다.
운전 모드가 전술한 바와 같이 엔진 작동 상태에 따라 전환되는 경우에는, 흡기 및 배기 행정이 서로 중복되는 복수 쌍의 선행 기통 및 후속 기통을 제공하고, 그리고 복수 쌍의 선행 및 후속 기통 중 하나에서 유로의 전환이 처음 확인되는 시점 다음에 전체의 선행 및 후속 기통 쌍의 유로의 전환 후에 선택된 운전 모드에 따른 연비 제어 작업을 수행하는 것이 바람직하다.
이러한 배치에 따르면, 복수 쌍의 선행 및 후속 기통의 유로의 전환을 일정한 순서로 실행하면서 흡기 공기 파동 검출기로부터의 검지 신호 출력과 관련하여 한 쌍의 선행 및 후속 기통에서 유로의 전환이 확인되는 시점에서, 전체 쌍의 선행 및 후속 기통에서 연비 유로의 전환 후에 선택된 운전 모드에 따른 연비 제어 작업이 수행된다. 그 결과, 새롭게 선택된 운전 모드에 따른 공연비 제어 작업이 신속하고 정확하게 실행된다.
운전 모드가 전술한 바와 같이 엔진 작동 상태에 따라 전환되는 경우에, 엔진 작동 상태의 변화 후에 전환 신호가 유로 변환기에 출력되고 그리고 흡기 공기 파동 검출기로부터의 검출 신호 출력과 관련하여 흡기 파동의 변화의 발생이 확인되는 시점에서 유로가 전환된 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
이러한 배치는, 흡기 공기 파동 검출기의 검출 오류 또는 그것의 검지 신호에 포함된 소음에 기인하는 부정확한 판단을 방지하고 그리고 상술한 검지 신호에 따라 유로의 전환이 실행된 것을 정확하게 확인한 다음 유로의 전환 후에 선택되는 운전 모드에 따른 공연비 제어 작업을 수행하는 것을 가능하게 한다.
유로 전환 신호가 유로 전환기에 출력된 것을 확인하는 시점에서 엔진 운전 모드의 전환 후에, 제어 장치가 연비 제어 작업을 실행할 준비를 하면, 흡기 파동 검출기로부터의 검지 신호 출력에 따른 흡기 파동의 변화의 발생의 결과로서 전환 신호가 유로 전환기에 출력되고 그리고 유로의 전환이 수행된 것을 정확하게 확인한 다음에, 유로의 전환 후에 선택되는 운전 모드에 대응하는 연비 제어 작업이 신속하게 수행된다.
바람직하게는, 본 발명의 제어 장치는 이론 공연비를 검출하는 3원 촉매를 구비한 배기 통로에 배치된 배기 가스 농도 검출기와, 희박 혼합 상태를 검출하는 기통간 가스 채널 내에 배치된 배기 가스 농도 검출기를 추가로 포함하며, 제어기는, 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 선행 기통의 공연비가 이론 공연비보다 일정량만큼 더 크게 되고 그리고 후속 기통의 공연비가 이론 공연비와 동일하게 되도록,각 배기 가스 농도 검출기에 의해 검출된 값을 바탕으로 각 기통내에 분사되는 연료의 양을 피드 백 제어한다.
이러한 구성은, 그러한 제어 작업을 정확하게 수행하여 선행 기통에서는 일정한 공연비를 얻고 후속 기통에서는 이론 공연비를 얻는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 본 발명의 제어 장치는 연료를 선행 기통내에 직접 분사하는 연료 분사기를 구비하며, 상술한 제어기는 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 내부에 희박 혼합 상태를 형성하는 동안 압축 행정 도중에 연료 분사기로부터 연료를 분사함으로써 선행 기통에서 성층 연소를 발생시킨다.
이러한 구성에서는, 선행 기통의 연소는 "희박" 공연비에서도 성층에 의해 바람직한 형태로 실행된다.
후속 기통내에 연료를 직접 주입하는 연료 주입기가 엔진에 구비되고, 그리고 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 제어기가 그 내부에 이론 공연비를 형성하는 동안 그의 압축 행정 도중에 연료의 적어도 일부를 분사함으로써 후속 기통에 성층 연소를 발생시키면, 후속 기통에서 성층 연소 또는 약간의 성층 연소가 발생되므로, EGR 작동에 의해 다량의 배기 가스가 생성될 때 발생하는 것과 동일한 상태에서도 후속 기통의 연소는 바람직한 형태로 실행된다.
변형예로, 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 그 내부에 이론 공연비를 형성하는 동안 제어기는 후속 기통에서 균일한 성층 연소를 발생시킬 수도 있다. 이것은, 예컨대 선행 기통으로부터 후속 기통으로 도입된 연소 가스의 충분히 높은 온도에 기인하여 후속 기통에서 연료가 균일하게 확산될 때에도 연소성을 유지하는것이 가능한 경우에 효과적이다.
연료를 후속 기통에 직접 분사하기 위해 후속 기통의 흡기 통로에 배치된 연료 분사기가 엔진에 구비될 수도 있다. 이 흡기 통로는 기통간 가스 채널을 구성하고, 그리고 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 이론 공연비를 내부에 형성하는 동안 제어기는 그의 흡기 행정 도중에 연료를 분사함으로써 후속 기통에 균일한 성층 연소를 일으킬 수도 있다.
이러한 배치에 따르면, 선행 기통으로부터 후속 기통으로 도입된 배기 가스의 열이 적당하게 분산되고, 과잉 공기 및 연소 가스가 혼합된 다량의 이상 EGR 가스에 연료가 공급되어, 연료와 EGR 가스의 혼합 및 연료의 기화가 가속화되고 그리고 다량의 EGR 가스가 내부에 도입되어 후속 기통의 연소성이 향상된다. 그 결과, 다량의 배기 가스가 EGR 동작에 의해 도입되는 경우에도, 연소 가스, 공기 및 연료의 혼합성 및 연료의 기화성의 향상에 의해, 배기가스 및 연비 성능이 향상되고 후속 기통의 자동 점화 동작 가능성이 증가된다.
엔진이 2기통 접속 상태인 경우, 선행 기통의 공연비를 이론 공연비의 대략 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 배치는 "희박" 공연비에 의해 얻는 연비 개선 효과를 충분히 증가시키고, 후속 기통내에 도입된 연소 가스 중의 과잉 공기의 양이 너무 작게 되는 것을 방지하고, 그리고 후속 기통의 연소성을 보증하는 역할을 한다.
바람직하게는, 본 발명의 제어장치는, 제어기가 다음의 구성요소를 포함하도록 구성되어야 한다. 이러한 구성요소는, 엔진이 2기통 형태인 경우, 선행 기통내의 연소는 이론 공연비보다 일정량만큼 더 큰 공연비에서 희박 혼합 상태에서 실행되고 그리고 후속 기통 내의 연소는 이론 공연비의 상태에서 실행되도록, 선행 기통내에 도입되는 흡입 공기의 양을 바탕으로 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사될 연료의 양의 합을 계산하는 총 연료 분사량 계산기와; 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 선행 기통에 의해 발생되는 토크와 후속 기통에 의해 발생되는 토크 사이의 균형이 달성되도록 선행 기통의 공연비와 후속 기통의 공연비간의 비를 설정하기 위한 공연비 설정기와; 공연비 설정기에 의해 설정된 공연비와 총 연료 분사량 계산기에 의해 계산된 분사될 연료의 양의 합의 비를 바탕으로 선행 기통과 후속 기통내에 분사될 최종 연료량을 계산하는 최종 연료 분사량 계산기이다.
이러한 구성에서, 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사될 연료의 양은 상술한 바와 같이 결정되고, 그리고 그와 같이 결정된 연료의 양은, 2기통 접속 상태로 연소가 실행되는 특수 운전 모드에서 선행 기통에 의해 발생된 토크와 후속 기통에 의해 발생된 토크 사이에 균형이 달성되도록 분사된다. 따라서, 펌핑 손실을 포함하는 열효율의 차이에 기인하는 선행 기통에 의해 발생된 토크와 후속 기통에 의해 발생된 토크 사이의 차이의 발생이 회피되고 억제된다.
공연비 설정기에 의해 설정된 공연비의 비는 선행 기통 및 후속 기통의 펌핑 손실 또는 열효율에 관한 변수를 기초로 결정될 수도 있다. 상술한 공연비의 비는, 선행 기통 및 후속 기통에 의해 발생되는 실험에 의해 얻는 토크에 대한 데이터로부터 또는 선행 기통 및 후속 기통의 펌핑 손실 및 열효율에 관한 변수로부터 결정될 수도 있다.
바람직하게는, 상술한 제어기는 비 설정기에 의해 얻은 공연비의 비에 기초하여 예측되는 선행 기통 및 후속 기통의 연소의 상태가 정상 가연 영역내에 속하는지를 미리 판단하는 연소성 판단부를 추가로 포함한다. 정상 가연 영역에서는, 연소성 판단부의 판단 결과가 최종 연료 분사량 계산기가 긍정적인 경우에만, 최종 연료 분사량 계산기가 비 설정기에 의해 설정된 공연비의 비에 기초하여 분사될 연료의 최종 양을 계산한다.
이러한 구성에서, 상술한 바와 같이 결정되는 공연비의 비에 기초하여 분사될 연료량의 계산은, 선행 기통과 후속 기통간의 토크 균형을 이론상으로 달성할 수 있는 공연비의 비를 얻는 경우에도, 공연비의 비에 따라 선행 기통 또는 후속 기통의 연소를 정상으로 하기 어려우면, 불발이나 비정상적 연소(노킹)을 피할 수 있도록 억제된다.
연소성 판단부의 판단 결과가 부정적이면, 최종 연료 분사량 계산기는 바람직하게는 개개의 기통에서 정상 연소가 실행될 수 있는 영역 내에 미리 설정된 비에 기초하여 개개의 기통 내에 분사될 연료의 최종 양을 계산해야 한다. 이러한 배치는 선행 기통 및 후속 기통에서 불발 및 비정상 연소의 발생을 방지하는 역할을 한다.
바람직하게는, 상술한 제어기는, 엔진이 2기통 접속 상태인 경우, 후속 기통의 연소를 압축 자동 점화에 의해서 또는 강제 점화에 의해서 행하는 지를 선택하기 위한 점화 제어기를 추가로 포함하며, 비 설정기는 연소가 압축 자동 점화에 의해서 또는 강제 점화에 의해서 행해지는지에 따라서 설정될 공연비의 비를 변화시킨다.
이러한 구성에서, 후속 기통의 열효율이 향상되기 때문에, 후속 기통의 연소가 특수 운전 모드에서 압축 자동 점화에 의해 행해지는 경우, 선행 기통 및 후속 기통에 의해 발생되는 토크의 차이는 증가할 것이다. 그러나, 압축 자동 점화가 실행되지 않는 경우와는 상이한 공연비의 비 또는 후속 기통의 열효율의 향상을 고려하여 결정된 비가 설정되기 때문에, 압축 자동 점화가 실행되지 않는 경우에서와 같이, 선행 기통 및 후속 기통에 의해 발생되는 토크의 차이의 발생이 회피되고 억제된다.
바람직하게는, 본 발명의 제어 장치는, 엔진의 다음의 방식으로 제어되도록 하여야 한다. 즉, 엔진이 2기통 접속 상태인 운전 영역의 적어도 일부에서 후속 기통에서 압축 자동 점화에 의한 연소를 실행하고, 그리고 엔진이, 2기통 접속 상태가 형성되고 또 엔진이 여전히 후속 기통의 온도가 압축 자동 점화에 의한 연소에 적합한 레벨에 도달하지 않은 것으로 판단되는 특정 저온 상태에 있는 운전 영역에 있는 경우, 후속 기통의 공연비가 이론 공연비와 실질적으로 동일하게 되어 그 내부에 강제 연소에 의한 연소를 실행하는 한편, 선행 기통의 공연비는 후속 기통에서 압축 자동 점화에 의해 연소가 실행되는 경우보다 크게 된다.
이러한 배치에 따르면, 후속 기통의 전체의 연소실의 혼합물은 그 내부에서 압축 자동 점화에 의한 연소가 실행되는 경우에 연소하므로, 어떠한 일도 하지 않는 지연 연소를 방지하고 그리고 높은 연비 개선 효과를 얻는 것이 가능하다. 엔진이, 후속 기통의 온도가 압축 자동 점화에 의한 연소에 적합한 레벨에 도달하지않고 그리고 강제 점화에 의한 연소가 후속 기통에서 실행되는 저온 상태에 여전히 있는 경우, 선행 기통의 공연비가 증가하기 때문에 열효율이 향상된다. 흡입 공기의 양이 일정하게 유지되면 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사되는 연료의 총량이 일정하게 유지되기 때문에, 후속 기통 내에 분사된 연료의 양은 선행 기통 내에 분사된 연료의 양이 공연비를 증가시키기 위해 감소되는 만큼 증가한다. 그럼에도 불구하고, 후속 기통내의 연료의 기화가 가속되고, 결과적으로 선행 기통으로부터 인도된 고온 연소 가스가 후속 기통 내에 도입되기 때문에, 연소성이 향상되고, 후속 기통의 펌핑 손실은 선행 기통에서보다 작아진다. 이런 방식으로 후속 기통에서 연소되는 연료의 비율을 증가시킴으로써, 후속 기통의 온도를 신속히 증가시키고 그리고 그것을 압축 자체 연소에 의한 연소 상태로 신속히 변환시키는 동시에 전체의 연비를 더욱 향상시키는 것이 가능하다.
바람직하게는, 선행 기통의 공연비는 엔진이 특정 저온 상태에 있을 때 공기 과잉률(excess air factor)이 3과 동일하거나 그보다 크게 되고 그리고 선행 기통에서 성층 연소가 실행되도록 설정된다.
이러한 배치에 따르면, 예컨대 약 50의 극히 "희박한" 공연비를 생성하기 위해 선행 기통의 공기 과잉률을 3 이상으로 함으로써, 열효율을 상당히 향상시키고 현저한 연비 개선 효과를 얻는 것이 가능하다. 예컨대, 연료의 총량의 1/2가 후속 기통에 공급되는 경우에 비해서, 이러한 배치에서 후속 기통에 공급되는 연료의 양은 30% 정도 증가한다. 이것은 연비 개선에 상당히 기여하고 그리고 후속 기통의 온도를 신속하게 상승시키는 역할을 한다. 후속 기통이 극단적인 "희박" 공연비로설정되는 경우에도, 점화점에서 점화 플러그 주위의 연료 농도가 증가하는 성층 연소를 실행함으로서 후속 기통의 안정된 연소 상태를 형성하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 선행 기통의 공연비는, 고 부하 영역에 비해서 엔진이 2기통 접속 상태인 운전 영역의 측정 저부하 범위에서 비교적 크다.
이러한 배치에 따르면, 엔진 부하가 낮을수록 상술한 특정 저 부하영역에서 선행 기통의 공연비는 더 커지고, 결과적으로 연비를 더욱 개선할 수 있다.
바람직하게는, 상술한 측정 저온 상태의 제어 작업은, 엔진이 아이들링 속도에 있거나 또는 그에 가까운 경우에 수행되어야 한다. 이것은, 엔진이 아이들링 속도에 있거나 또는 그 부근에 있는 저부하 저속 운전 영역에 있는 경우에도, 후속 기통의 온도를 신속히 증가시킴으로써 불발이 없는 안정된 연소를 달성하고 그리고 높은 연비 개선 효과를 얻는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 불꽃 점화 엔진용 제어 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 개개의 기통의 연소 상태를 제어하여 다기통 엔진의 연비 및 배기가스의 특성을 향상시키기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치를 구비한 전체의 엔진의 전반적인 평면도,
도 2는 엔진 본체 및 관련 요소의 개략적 단면도,
도 3은 제어 시스템의 블록 다이어그램,
도 4는 엔진 운전 영역을 도시하는 설명 그래프,
도 5는 밸브 정지 기구의 특정한 구조를 도시하는 단면 정면도,
도 6은 밸브 정지 기구의 특정한 구조를 도시하는 단면 평면도,
도 7은 중앙 태핏 및 측면 태핏의 특정한 구조를 도시하는 서시도,
도 8은 밸브 정지 기구의 다른 특정 구조의 일례를 도시하는 단면 정면도,
도 9는 개개의 기통의 연료 분사 시기 및 점화 시기 뿐만 아니라 배기 행정 및 흡기 행정의 시기를 도시하는 다이아그램,
도 10은 저부하 저속 운전 영역에 형성된 실제의 신선한 공기 및 가스 유로를 도시하는 설명 다이아그램,
도 11은 고부하 또는 고속 운전 영역에 형성된 실제의 신선한 공기 및 가스 유로를 도시하는 설명 다이아그램,
도 12는 후속 기통 내로의 연료 분사 시기의 다른 예를 도시하는 다이아그램,
도 13은 후속 기통 내로의 연료 분사 시기의 또 다른 예를 도시하는 다이아그램,
도 14는 다른 실시예에 따른 제어 시스템의 블록 다이아그램,
도 15는 특수 운전 모드로부터 정상 운전 모드로의 전환 시기를 도시하는 타임 차트,
도 16은 정상 운전 모드로부터 특수 운전 모드로의 전한을 도시하는 타임 차트,
도 17은 운전 모드 전환 제어 동작을 도시하는 흐름도,
도 18은 다른 실시예에 따른 제어 시스템의 블록 다이아그램,
도 19는 도 18에 도시된 연료 제어기의 기능적 구성을 도시하는 블록 다이아그램,
도 20은 또 다른 실시예에 따른 제어 시스템의 블록 다이아그램,
도 21은 엔진 운전 영역을 도시하는 개략도,
도 22는 개개의 기통의 연료 분사 시기 및 점화 시기 뿐만 아니라 흡기 행정 및 배기 행정의 시기를 도시하는 다이아그램,
도 23은 개개의 기통의 공기 과잉률을 도시하는 다이아그램,
도 24는 개개의 기통 내에 분사된 연료의 양을 도시하는 그래프,
도 25는 엔진 부하와 잉여 공기 인자간의 관계를 도시하는 그래프,
도 26은 다른 실시예에 따른 흡기구 및 배기구, 기통간 가스 채널 및 관련 요소의 구성을 도시하는 평면도,
도 27은 다른 실시에에 따른 유로 변환기 및 관련 요소를 도시하는 평면도,
도 28은 엔진 작동 상태가 도 27의 실시예에 따라 변화될 때 온오프 밸브가 전환되는 전환 가능한 주기를 도시하는 개략도,
도 29는 또 다른 실시예에 따른 유로 변환기 및 관련 요소를 도시하는 개략 평면도,
도 30은 후속 기통의 흡기 채널 내에 연료 분사기가 제공되는 실시예를 개략 도시하는 평면도,
도 31은 터보 과급기를 설치한 실시예를 도시하는 개략 평면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치를 구비한 엔진의 개략 구성을 도시하고, 도 2는 엔진 본체의 하나의 기통과, 기통에 설치된 흡기 및 배기 밸브 등의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 이들 도면을 참조하면, 엔진 본체(1)는 다수의 기통을 구비한다. 상세하게는, 엔진 본체는 도시된 실시예에서 2A 내지 2D로 명시된 4개의 기통을 갖는 바, 각 기통(2A-2D)에는 각각 하나의 피스톤(3)이 끼워지고 피스톤(3)의 상부에는 연소실(4)이 형성되어 있다.
각 기통(2)의 연소실(4)의 상부에는 점화 플러그(7)가 설치되는데, 이 점화 플러그(7)의 말단부가 연소실(4)의 내부에 배치된다. 점화 플러그(7)는 점화 시기의 전자 제어를 가능하게 하는 점화 회로(8)에 접속된다.
각 기통(2)의 연소실(4)의 일 측면에는, 연료를 연소실(4) 내에 직접 분사하기 위한 연료 분사기(9)가 설치된다. 이 연료 분사기(9)는 도시되지 않은 니들 밸브 및 솔레노이드를 내장하고 있다. 연료 분사기(9)는, 후술하는 펄스 신호 입력에 의해 구동되면, 펄스 신호의 펄스 길이에 대응하는 주기 동안의 펄스 입력 시기에 니들 밸브를 개방시키고, 그리고 펄스 신호에 의해 결정된 일정량의 연료를 분사한다. 도시하지는 않았지만, 연료 펌프로부터 연료 공급 통로를 통해 연료 분사기(9)에 연료가 공급되며, 연료 공급 시스템은 각 압축 행정에서 연소실(4)의 내부 압력보다 높은 연료 압력을 제공하도록 구성된다.
흡기구(11, 11a, 11b) 및 배기구(12, 12a, 12b)는 각 기통(2A-2D)의 연소실(4)에 개방되어 있다. 흡기 통로(15) 및 배기 통로(20)가 흡기 밸브(31,31a, 31b) 및 배기 밸브(32, 32a, 32b)에 의해 개폐되는 이들 흡기구 및 배기구에 각각 접속되어 있다.
각 기통(2A-2D)은 일정한 위상차(phase delay)를 두고 흡기, 압축, 팽창 및 배기 행정의 연속 사이클을 거친다. 4기통 엔진[이하, 기통(2A-2D)을 기통 열의 일단부로부터 볼 때 제 1 기통(2A), 제 2 기통(2B), 제 3 기통(2C), 제 4 기통(2D)이라 칭함]에서, 상술한 사이클은 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 기통(2A), 제 3 기통(2C), 제 4 기통(2D) 및 제 2 기통(2B)의 순서로 180°의 연속 위상차를 두고 실행된다. 도 9에서, "EX"는 배기 행정을 나타내고, "IN"은 흡기 행정을 나타내며, "F"는 연료 분사를 나타내고, "S"는 점화를 나타낸다.
배기 및 흡기 행정이 중복되는 2개의 기통 사이에 기통간 가스 채널(22)이 설치되어, 배기 및 흡기 행정의 중복 주기 도중에 배기 행정의 기통(이하, 본 발명의 명세서에서는 선행 기통이라 칭함)으로부터 흡기 행정의 기통(이하, 본 발명의 명세서에서는 후속 기통이라 칭함)까지 기연 가스가 인도될 수 있도록 한다. 본 실시예의 4기통 엔진에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 기통(2A)의 배기 행정(EX)은 제 2 기통(2B)의 흡기 행정(IN)과 중복되고, 제 4 기통(2D)의 배기 행정(EX)은 제 3 기통(2C)의 흡기 행정(IN)과 중복된다. 따라서, 제 1 기통(2A) 및 제 2 기통(2B)이 하나의 기통 쌍을 구성하는 한편, 제 4 기통(2D) 및 제 3 기통(2C)이 다른 기통 쌍을 구성하며, 제 1 기통(2A) 및 제 4 기통(2D)은 선행 기통이고, 제 2 기통(2B) 및 제 3 기통(2C)은 후속 기통이 된다.
구체적으로는, 각 기통(2A-2D)의 흡기구 및 배기구(11, 11a, 11b, 12, 12a,12b)와, 거기에 접속된 흡기 및 배기 채널(15, 20)과 기통간 가스 채널(22)은 후술하는 바와 같이 구성된다.
신선한 공기를 도입하기 위한 흡기구(11)와, 연소 가스(배기 가스)를 배기 통로(20) 내로 배출시키기 위한 제 1 배기구(12a)와, 연소 가스를 각 후속 기통으로 전송하기 위한 제 2 배기구(12b)가 선행 기통인 제 1 기통(2A) 및 제 4 기통(2D)에 설치된다. 후속 기통인 제 2 기통(2B) 및 제 3 기통(2C)에는, 신선한 공기를 도입하기 위한 제 1 흡기구(11a)와, 선행 기통(2A, 2D)으로부터 연소 가스를 도입하기 위한 제 2 흡기구(11b)와, 연소 가스를 배기 통로(20)로 배출하기 위한 배기구(12)가 설치된다.
도 1에 도시된 예에서는, 도시된 바와 같이 각 연소실의 좌측 절반부에 병렬 배치로, 제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)에 2개의 흡기구(11)가 각각 설치되고, 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)에는 2개의 제 1 흡기구(11a)가 각각 설치된다. 또한, 도시된 바와 같이 각 연소실(4)의 우측 절반부에서 병렬 배치로, 제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)에 하나의 제 1 배기구(12a) 및 제 2 배기구(12b)가 각각 설치되고, 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)에는 하나의 제 2 흡기구(11b) 및 배기구(12)가 각각 설치된다.
흡기 통로(15)로부터 분지된 각 흡기 채널(16)의 하류 단부는 제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)의 흡기구(11)에 또는 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)의 제 1 흡기구(11a)에 접속된다. 각각의 분지된 흡기 채널(16)의 하류 단부 근방에는, 공통 샤프트에 의해 연동하는 다수의 스로틀 밸브(17)가 설치되어 있다. 다수의 스로틀 밸브(17)는 제어 신호에 따라 액츄에이터(18)에 의해 구동되어, 흡입 공기의 양을 조절한다. 그 접속부의 상류의 공통 흡기 통로(15)에는, 흡입 공기량을 검출하기 위한 기류 센서(19)가 설치된다.
배기 통로(20)로부터 분지된 각 배기 채널(21)의 상류 단부는 제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)의 제 1 배기구(12a)에 접속되거나 또는 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)의 배기구(12)에 접속된다. 제 1 기통(2A)과 제 2 기통(2B) 사이에 그리고 제 3 기통(2C)과 제 3 기통(2D) 사이에 기통간 가스 채널(22)이 설치된다. 기통간 가스 채널(22)의 상류 단부는 선행 기통인 제 1 기통 및 제 4 기통(2A, 2D)의 제 2 배기구(12b)에 접속되는 한편, 기통간 가스 채널(22)의 하류 단부는 후속 기통인 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)의 제 2 흡기구(11b)에 접속된다.
각각의 분지된 배기 채널(21)의 하류의 배기 통로(20)의 접속부에, O2센서(23)(이론 공연비를 검출하기 위한 배기 가스 농도 검출기의 역할을 함)가 설치되고, 이 O2센서(23)의 더 하류에는 3원 촉매(24)가 설치된다. 공지된 바와 같이, 3원 촉매(24)는, 배기 가스의 공연비가 이론 공연비와 거의 동일할 때(즉, 공기 과잉률 λ=1) HC, CO 및 NOx에 대해서 높은 정화 성능을 나타내는 촉매이다. 상술한 O2센서(23)는, 배기 가스중의 산소의 농도를 측정함으로써 공연비를 검출하는 것으로, 특히 이론 공연비 부근에서 출력이 급격히 변화되는 λO2센서로 형성된다.
상술한 기통간 가스 채널(22)의 각각에는, 배기 가스중의 산소 농도의 변화에 따라 출력이 직선형으로 변화하는 직선형 O2센서(25)("희박" 공연비를 검출하기위한 배기 가스 농도 검출기의 역할을 함)가 설치된다.
각 기통(2A-2D)의 상술한 흡기구 및 배기구를 개폐하기 위한 흡기 및 배기 밸브 및 그들을 제어하는 밸브 작동 기구는 다음과 같이 구성된다.
제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)의 흡기구(11), 제 1 흡기구(12a) 및 제 2 흡기구(12b)는 흡기 밸브(31), 제 1 배기 밸브(32a) 및 제 2 배기 밸브(32b)를 각각 구비한다. 유사하게, 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)의 제 1 흡기구(11a), 제 2 흡기구(11b) 및 배기구(12)는 제 1 흡기 밸브(31a), 제 2 흡기 밸브(31b) 및 배기 밸브(32)를 각각 구비한다. 각 기통(2A-2D)의 흡기 및 배기 행정이 상술한 일정한 위상차를 두고 수행되도록 각 캠축(33, 34)를 포함하는 밸브 작동 기구는, 이들 흡기 및 배기 밸브를 일정한 시기에서 개폐하도록 구동한다.
상술한 흡기 및 배기 밸브 중에서, 제 1 배기 밸브(32a), 제 2 배기 밸브(32b) 및 제 1 흡기 밸브(31a)는 각 밸브를 작동 상태와 정지 상태 사이에서 전환시키기 위한 밸브 정지 기구(35)를 각각 구비한다. 예컨대, 캠축(33, 34)의 캠과 밸브 자루 사이에 끼워진 태핏에 설치된 이들 밸브 정기 기구(35)의 각각은, 캠의 동작이 밸브에 전달되어 유압 오일의 공급 및 배출에 따라 밸브를 개폐하는 상태와, 캠의 동작이 전달되지 않아 밸브가 정지하게 되는 상태 사이에서 관련 밸브를 전환시킬 수 있다. 밸브 정지 기구(35)의 구성에 대해서는 하기에 보다 구체적으로 설명할 것이다.
제 1 배기 밸브(32a)의 밸브 정지 기구(35) 및 제 1 흡기 밸브(31a)의 밸브 정지 기구(25)에 대한 유압 오일의 공급 및 배출용의 통로(36)에는, 제 1 제어 밸브(37)가 설치되는 한편, 제 2 배기 밸브(32b)의 밸브 정지 기구(35) 및 제 2 흡기 밸브(31b)의 밸브 정지 기구(35)에 대한 유압 오일의 공급 및 배출용의 통로(38)에는, 제 2 제어 밸브(39)가 설치된다(도 3 참조).
도 3은 구동/제어 시스템의 구성을 도시하고 있다. 이 도면을 참조하면, 기류 센서(19), O2센서(25) 및 직선형 O2센서(25)로부터 출력된 신호가 엔진 제어용 마이크로컴퓨터를 포함하는 ECU(전자 제어 유닛)(40)에 입력된다. 또한, 엔진의 작동 상태를 판단하기 위해 엔진 속도를 검출하는 엔진 속도 센서(51) 및 스로틀의 개방도(가속기의 가압량)를 검출하는 가속기 페달 가압 센서(52)로부터의 신호가 ECU(40)에 입력된다. 한편, ECU(40)는 각 연료 분사기(9)와, 다수의 스로틀 밸브(17)의 액츄에이터(17) 뿐만 아니라 제 1 및 제 2 제어 밸브(37, 39)에 제어 신호를 출력한다.
ECU(40)는 운전 상태 판별기(41), 밸브 정지 기구 제어기(42), 흡입 공기량 제어기(43) 및 연료 분사 제어기(44)를 포함한다.
운전 상태 판별기(41)는 엔진 속도 센서(51) 및 가속기 페달 가압 센서(52)로부터의 신호에 근거하여 엔진의 운전 상태(엔진 속도 및 부하)를 조사하고, 그리고 엔진 운전 상태가 도 4에 도시된 저부하 저속측의 운전 영역(A) 또는 고부하 고속측의 운전 영역(B) 중 어느 영역에 있는지를 판별한다.
밸브 정지 기구 제어기(42)는 엔진 운전 상태가 저부하 저속측의 운전 영역(A) 또는 고부하 고속측의 운전 영역(B) 중 어느 영역에 있는지에 따라 상술한제어 밸브(37, 39)의 각각을 제어함으로써 각 밸브 정지 기구(35)를 다음과 같이 제어한다.
운전 영역(A): 제 1 배기 밸브(32a) 및 제 1 흡기 밸브(31a)가 정지상태에 있는 반면 제 2 배기 밸브(32b) 및 제 2 흡기 밸브(31b)는 운전 상태에 있다.
운전 영역(B): 제 1 배기 밸브(32a) 및 제 1 흡기 밸브(32a)가 작동상태에 있는 반면, 제 2 배기 밸브(32b) 및 제 2 흡기 밸브(31b)는 정지 상태에 있다.
밸브 정지 기구 제어기(42) 및 그것에 의해 제어되는 각 밸브 정지 기구(35)는 하기에 상세히 설명하는 바와 같이 가스 유로를 전환하기 위한 유로 전환기를 구성한다.
흡입 공기량 제어기(43)는 엑츄에이터(18)를 제어함으로써 각 스로틀 밸브(17)의 개방(스로틀 개방)을 제어한다. 흡입 공기량 제어기(43)는, 예컨대 엔진 운전 상태에 기초한 맵(map)으로부터 목표 흡입 공기량을 구하고, 그리고 얻는 목표 흡입 공기량에 따라 스로틀 개방을 제어한다. 저부하, 저속 운전 영역(A)에서, 분지된 흡기 채널(16)을 통한 후속 기통[제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)]으로의 흡입 공기의 도입이 차단되고, 선행 기통으로부터 도입된 가스중의 과잉 공기가 후술하는 바와 같이 연소에 사용된다. 따라서, 2개의 선행 및 후속 기통의 전체의 연료의 연소에 필요한 공기가 선행 기통[제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)]에 공급되도록 스로틀 개방이 조절된다.
상술한 연료 분사 제어기(44)는, 엔진 운전 상태에 따라 각 기통(2A-2D)에 설치된 연료 분사기(9)로부터 분사될 연료의 양과 분사 시기를 제어하는 역할을 한다. 특히, 연료 분사 제어기(44)는 엔진 운전 상태가 운전 영역(A) 또는 운전 영역(B) 중 어느 영역에 있는지에 따라 연료 분사를 상이하게 제어한다.
구체적으로는, 엔진 운전 상태가 저부하 저속측의 운전 영역(A)에 있는 경우, 연료 분사 제어기(44)는, 공연비가 이론 공연비보다 크게 되고, 바람직하게는 이론 공연비의 2배와 거의 같게 되도록, 선행 기통[제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)] 내에 분사되는 연료의 양을 제어하여, 희박 혼합물을 형성하고, 그리고 압축 행정 도중에 연료를 분사하여 선행 기통(2A, 2D)에 성층 연소를 형성하도록 분사 시기를 설정한다. 한편, 연료 분사 제어기(44)는, 선행 기통(2A, 2D)으로부터 도입되는 "희박" 공연비의 연소 가스 내에 연료를 공급함으로써 이론 공연비를 달성하도록 후속 기통[제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)] 내로 분사되는 연료의 양을 제어하고, 그리고 연소 가스가 풍부한 분위기에서 점화 및 연소가 가능하도록 분사 시기를 설정한다. 일례로서, 점화성을 확보하기 위해 압축 행정 도중에 연료가 분사된다.
상술한 연료 분사량의 제어 작업은, 기류 센서(19), O2센서(23) 등으로부터의 출력에 기초하여 피드백 제어에 의해 수행된다. 구체적으로는, 선행 기통(2A, 2D)에서 일정한 "희박" 공연비를 생성하고 또 후속 기통(2B, 2C)에서 이론 공연비를 생성하도록 흡입 공기량에 기초하여 각 기통마다 기본 연료 분사량이 연산된다. 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사되는 연료량은 기통간 가스 채널(22)에 설치된 선형 O2센서(25)로부터의 출력에 기초하여 피드백에 의해서 보정되고, 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사되는 연료량은 배기 통로(20)에 서치된 O2센서(23)로부터의 출력에 기초하여 피드백에 의해 보정된다.
한편, 엔진 운전 상태가 고부하 고속측의 운전 영역(B)에 있는 경우, 연료 분사량은 각 기통(2A-2D)의 이론 공연비와 동일하거나 더 큰 공연비를 생성하도록 제어된다. 예컨대, 공연비는 운전 영역(B)의 대부분의 영역에서 이론 공연비와 동일하게 되고, 그리고 완전 스로틀 부하 영역 및 그 부근에서는 풍부한 혼합물을 생성하도록 이론 공연비보다 작게 된다. 이러한 엔진 운전 상태에서, 분사 시기는 흡기 행정에서 각 기통(2A-2D) 내에 연료를 분사함으로써 균일한 연소를 형성하도록 설정된다.
도 5 내지 7은 흡기 및 배기 밸브를 작동 상태와 정지 상태 사이에서 전환시키기 위한 기구[도 1 내지 3에 도시된 밸브 정지 기구(35)]의 특정 예를 도시하고 있고, 도 8은 상기 기구의 다른 특정한 예를 도시하고 있다.
이들 도면을 참조하면, 흡기 및 배기 밸브를 구동시키기 위한 밸브 작동 기구의 각 캠축는, 흡기 또는 배기 밸브를 상승시켜 개폐하기 위한 제 1 캠(33)과, 흡기 또는 배기 밸브가 상승하지 않도록 하여 폐쇄 상태에 유지하는 한 쌍의 제 2 캠(34)을 구비한다. 제 1 캠(33)의 동작이 밸브에 전달되는 상태와 제 1 밸브의 동작이 이들 캠(33, 34)과 흡기 또는 배기 밸브 사이에 전달되지 않는 상태 사이에서 캠축을 전환하기 위한 기구가 제공된다. 도 5 내지 7에 도시된 기구(35a)는 밸브 작동 기구의 제 1 캠(33)에 대응하는 위치에 설치된 중앙 태핏(61)과, 제 2 캠(34)에 대응하는 위치에 설치된 한 쌍의 돌출부(63)를 갖는 측면 태핏(62)과, 측면 태핏(62)의 바닥과 중앙 태핏(61)의 바닥 사이에 배치되어 중앙 태핏(61)을 그의 상부면이 제 1 캠(33)과 긴밀한 접촉을 유지하는 방향으로 가압하기 위한 한 쌍의 압축 코일 스프링(64)을 포함한다.
중앙 태핏(61) 및 측면 태핏(62)의 2개의 돌출부(63)에는, 대응 위치에 잠금구멍(65, 66)이 형성되며, 중앙 태핏(61)이 도 5에 도시된 상부 위치에 있을 때 이들 잠금 구멍(65, 66)은 단일의 관통 구멍을 형성하도록 정렬된다. 중앙 태핏(61)의 잠금 구멍(65)에, 플랜지(67a)를 갖는 잠금 핀(67)이 축방향으로 활주 가능하게 끼워진다. 측면 패핏(62)의 돌출부(63) 중 하나에 형성된 잠금 구멍(66)에는, 제 1 플런저(75) 및 그 제 1 플런저(75)를 잠금 핀(67)에 대해 가압하기 위한 압축 코일 스프링으로 형성된 추진기(pusher)(76)를 수용하는 공동을 갖는 제 1 홀더(68)가 끼워지는 한편, 다른 돌출부(63)에 형성된 잠금 구멍(66)에는, 제 2 플런저(69)를 보유하기 위한 제 2 홀더(70)가 끼워진다.
중앙 태핏(61)의 잠금 구멍(65)에는, 잠금 핀(67) 및 이 잠금 핀(67)을 그의 기부 단부 방향으로[제 2 플런저(69)를 향해] 가압하기 위한 압축 코일 스프링으로 형성된 추진기(73)의 양단부를 유지하는 제 1 및 제 2 부시(71, 72)가 끼워진다. 정상 상태에서, 잠금 핀(67)의 플랜지(67a)는, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 추진기(73, 76)의 추진력에 의해 플랜지(67a)가 제 2 부시(72)의 말단부와 접촉하는 원위치에 위치하므로, 잠금 핀(67)은 중앙 태핏(61)의 잠금 구멍(65)과 제 2 홀더(70) 사이의 틈새를 메우도록 적응되고, 그것에 의해 중앙 태핏(61)과 측면 태핏(62)이 맞물린 상태로 유지된다. 그 결과, 제 1 캠(33)에 의해 작동되는 중앙 태핏(61)의 구동력이 측면 태핏(62)을 통해 흡기 또는 배기 밸브의 자루 단부(74)에 전달되어, 흡기 또는 배기 밸브를 개폐시킨다.
유압 오일 공급 및 배출용의 후술하는 통로(36a)로부터 제 2 플런저(69)의 기단부와 제 2 홀더(70)의 바닥 사이의 관로에 유압 오일이 공급되면, 제 1 플런저(75)를 향해 가압된 잠금 핀(67)은, 그 잠금 핀(67)이 중앙 태핏(61)의 잠금 구멍(65) 내에 수용되어 추진기(73)의 추진력을 압도하는 작동 위치까지 도 5에 화살표로 도시된 방향으로 이동하고, 그리고 제 1 홀더(68)를 향해 가압된 제 1 플런저(75)는, 제 1 플런저(75)가 제 1 홀더(68) 내에 수용되어 추진기(76)의 추진력을 압도하는 작동 위치까지 도 5에 화살표로 표시된 방향으로 이동하며, 그것에 의해 중앙 태핏(61)이 측면 태핏(62)으로부터 분리된다. 그 결과, 측면 태핏(62)을 통한 흡기 또는 배기 밸브로의 제 1 캠(33)의 구동력의 전달이 차단되어, 흡기 또는 배기 밸브를 폐쇄 상태에 유지한다.
도 8에 도시된 기구(35b)는 도 5 내지 7에 도시된 기구(35a)와 동일한 형태로 구성되지만, 잠금 핀(67)이 중앙 태핏(61)의 잠금 구멍(65) 내에 수용되고 또 제 2 플런저(69)가 제 2 홀더(70) 내에 수용되는 원래 위치에 유지된 정상 상태에서, 중앙 태핏(61)이 측면 태핏(62)으로부터 분리되는 점이 상이하다.
정상 상태에서, 제 2 전환 기구(35B)로의 유압 오일의 공급이 차단되므로, 관련 흡기 또는 배기 밸브는 폐쇄 상태에 유지된다. 또한, 오일 공급 및 배출용의 후술하는 통로(36A)로부터 제 2 플런저(69)의 기단부와 제 2 홀더(70)의 바닥 사이의 관로에 유압 오일이 공급됨에 따라, 제 2 플런저(69)의 말단부는 중앙 태핏(61)의 잠금 구멍(65) 내에 진입하고, 제 2 플런저(69)에 의해 가압된 잠금 핀(67)은제 1 홀더(68)를 향해서 가압되어 플런저(73)의 추진력을 압도하며, 그리고 도 8에 도시된 바와 같이 잠금 핀(67)의 말단부가 제 1 홀더(68) 내에 배치되는 작동 위치까지 이동하며, 그것에 의해 중앙 태핏(61) 및 측면 태핏(62)이 함께 결합된다. 그 결과, 제 1 캠(33)의 구동력이 측면 태핏(62)을 통해 흡기 또는 배기 밸브의 자루 단부(74)에 전달되어, 흡기 또는 배기 밸브블 개폐시킨다.
상술한 특정 실시예를 도 1 내지 도 3의 밸브 정지 기구(35)에 적용하는 경우, 예컨대도 5 내지 도 7의 기구(35a)는 바람직하게는 선행 기통(2A, 2D)의 제 1 배기 밸브(32a) 및 후속 기통(2B, 2C)의 제 1 흡기 밸브(31a)에 채용되어야 하는 한편, 도 8의 기구(35b)는 바람직하게는 선행 기통(2A, 2D)의 제 2 배기 밸브(32b) 및 후속 기통(2B, 2C)의 제 2 흡기 밸브(31b)에 채택되어야 한다.
이러한 배치에 의하면, 상술한 제 1 배기 밸브(32a) 및 제 1 흡기 밸브(31a)는 제 1 캠(33)의 구동력이 밸브(31a, 32a)에 전달되는 상태로 자동적으로 설정되고, 그리고 상술한 제 2 배기 밸브(32b) 및 제 2 흡기 밸브(31b)는 엔진 정지 상태에서 제 1 캠(33)의 구동력이 밸브(31b, 32b)에 전달되지 않는 상태로 자동적으로 설정된다. 따라서, 엔진 시동시에 상술한 기구(35a, 35b)에 유압 오일 압력을 공급할 필요 없이 각 기통(2A-2D)에 신선한 공기가 도입되는 상태를 만드는 것이 가능하다. 이것은 엔진 시동의 용이함을 확보하는 역할을 한다.
이하, 도 9 내지 11을 참조하여, 본 발명의 상술한 장치의 작용 효과를 설명한다.
저부하 저속측의 운전 영역(A)에서, 상술한 바와 같이 제 1 배기 밸브(32a)및 제 1 흡기 밸브(31a)는 정지 상태에 있는 반면, 제 2 배기 밸브(32b) 및 제 2 흡기 밸브(31b)는 운전 상태에 있으므로, 도 10에 도시된 바와 같은 실제의 신선한 공기 및 가스의 유로가 형성된다. 그 결과, 선행 기통(제 1 및 제 4 기통)(2A, 2D)으로부터 방출된 연소 가스가 기통간 가스 채널(22)을 통해 각 후속 기통(제 2 및 제 3 기통)(2B, 2C) 내에 직접 도입되고 그리고 후속 기통(2B, 2C)으로부터만 방출된 연소 가스가 3원 촉매(24)와 관련된 배기 통로(20)에 인도되는 이중 2기통 접속 상태가 형성된다.
이 상태에서, 흡기 행정에서 흡기 통로(15)를 통해 선행 기통(2A, 2D) 내에 신선한 공기가 도입되고(도 10에 화살표 "a"), 각 선형 O2센서(25)에 의해 검출된 공연비가 상술한 일정 "희박" 공연비와 동일하게 되도록 연료 분사량이 피드백 제어된 상태로 압축 행정에서 선행 기통(2A, 2D) 내에 연료가 분사되며, 혼합물이 일정한 점화 시점에서 점화되어 "희박" 공연비에서 성층 연소를 실행한다(도 9 참조).
그 후, 선행 기통(2A, 2D)의 배기 행정이 후속 기통(2B, 2C)의 흡기 행정과 중복되는 기간 동안 선행 기통(2A, 2D)으로부터 방출된 연소 가스가 기통간 가스 채널(22)을 통해 각 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입된다(도 9의 공백 화살표 및 도 10의 화살표"b"). 선행 기통(2A, 2D)으로부터 도입된 "희박" 공연비의 연소 가스와 새로 공급된 연료의 혼합에 의해 이론 공연비를 달성하도록, O2센서(23)의 출력에 기초하여 연료 분사량이 제어된 상태로 적절한 시기(예컨대, 압축 행정 중에)에후속 기통(2B, 2C) 내에 연료가 분사되고, 혼합물은 후속 기통(2B, 2C)내에서 연소를 실행하도록 일정한 점화 시점에서 연소된다(도 9 참조). 후속 기통(2B, 2C)에서의 연소 후에, 결과적인 연소 가스가 3원 촉매(24)와 관련된 배기 통로(20) 내에 방출된다(도 10의 화살표 "c").
상술한 바와 같이, 선행 기통(2A, 2D) 내에서 "희박" 공연비에서 성층 연소가 실행되기 때문에, 선행 기통(2A, 2D) 내의 열효율이 향상되고 펌핑 효율이 감소되며, 그의 복합 효과에 의해 연비가 상당히 개선된다. 한편, 후속 기통(2B, 2C)에서, 공기 과잉 상태에서 추가의 연료가 연소 가스에 공급되어 이론 공연비로 제어되면서 혼합물이 연소된다. 따라서, 후속 기통(2B, 2C)의 열효율이 "희박" 공연비에서 성층 연소가 실행되는 선행 기통(2A, 2D)에 비해서 약간 낮더라도, 펌핑 손실의 감소에 의해 충분한 연비 개선 효과를 달성하는 것이 가능하다.
또한, 후속 기통(2B, 2C)으로부터 배기 통로(20) 내로 방출되는 가스가 이론 공연비 상태이기 때문에, 종래의 린번 엔진과는 달리 린 NOx촉매를 제공할 필요가 없고, 그리고 3원 촉매(24)만으로 충분한 배기가스 정화 성능이 확보된다.
상술한 바와 같이 린 NOx촉매를 제공할 필요가 없으므로, 린 NOx촉매에 의해 흡착된 NOx의 양이 증가할 때 NOx의 방출 및 환원을 가속화시키기 위해 공연비를 일시적으로 저하시킬 필요가 없고, 그것에 의해 연비 개선효과의 감소를 회피할 수 있다. 또한, 이 실시예의 배치는 상술한 유황에 의한 린 NOx촉매의 피독의 문제점을 발생시키지 않는다.
또한, 이 실시예에서는 NOx의 방출이 충분히 감소된다. 이것은, 이들 기통(2A, 2D)에서 생성된 NOx의 양을 비교적 낮은 레벨로 유지함으로써, 선행 기통(2A, 2D)의 공연비가 이론 공연비의 2배와 거의 동일하거나 그 이상으로 되고, 그리고 선행 기통(2A, 2D)으로부터 후속 기통(2B, 2C) 내에 연소 가스가 도입되어 EGR 작동에 의해 다량의 배기 가스가 도입되는 경우 발생되는 것과 동등한 상태를 형성하기 때문이다. 이 실시예의 배치는 그러한 관점에서도 배기 가스의 품질을 향상시키기에 유리하다.
상술한 바와 같이, 선행 기통(2A, 2B)으로부터 각 기통간 가스 채널(22)을 통해 후속 기통(2B, 2C) 내에 연소 가스가 도입된다. 예컨대, 각 기통간 가스 채널(22)의 길이를 조정하는 것에 의해 방열량을 조정하고, 그것에 의해 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입된 연소 가스의 온도를 조정하는 것이 가능하다. 이러한 방법으로 연소 가스의 온도를 조정하고 또한 후속 기통(2B, 2C) 내로의 연료 분사 시기를 적절하게 조정함으로써, 다량의 배기 가스가 도입되는 후속 기통(2B, 2C) 내의 양호한 점화성 및 연소성을 유지하는 것이 가능하다.
선행 기통(2A, 2D)으로부터 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입되는 과잉 공기 대 가스의 비가 감소할 때 후속 기통(2B, 2C) 내의 연소성이 줄어들지만, 후속 기통(2B, 2C)내의 공연비가 이론 공연비의 2배와 거의 동일하게 되는 한 후속 기통(2B, 2C)의 연소성은 유지될 수 있다.
한편, 고압 고속측의 운전 영역(B)에서, 상술한 바와 같이, 제 1 배기밸브(32a) 및 제 1 흡기 밸브(31a)가 운전 상태에 있는 한편, 제 2 배기 밸브(32b) 및 제 2 흡기 밸브(31b)는 정지 상태에 있으므로, 도 11에 도시된 바와 같은 실제의 신선한 공기 및 가스 유로가 형성된다. 그 결과, 각 기통(2A-2D)의 흡기구(11, 11a) 및 배기구(12, 12a)가 실질적으로 서로 독립적으로 작동하여, 흡기 통로(15) 및 흡기구(11, 11a)를 통해 각 기통(2A-2D) 내에 신선한 공기가 도입되고, 그리고 기통(2A-2D)으로부터 각 배기구(12, 12a)를 통해 배기구(20) 내에 연소 가스가 배출된다. 이러한 운전 영역(B)에서, 흡입 공기량 및 분사 연료량은, 공연비가 이론 공연비와 동일하거나 그보다 작게 되도록 유지되어, 풍부한 혼합물을 형성함으로써 엔진의 출력 성능을 유지한다.
상기 실시예에서는, 압축 행정 중에 연료 분사 시점을 설정함으로써 후속 기통(2B, 2C) 내에 이론 공연비의 성층 연소가 실행되지만, 도 12에 도시된 바와 같이, 흡기 행정 및 압축 행정 중에 연료를 2번 분사함으로써 후속 기통(2A, 2B)의 각각에 대해 다 시점 연료 분사(F1, F2)를 수행할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 점화 플러그(7) 주변의 연료의 과도한 집중을 방지하고 그리고 약 성층 상태에서 연소를 실행하는 것이 가능하다.
예컨대 선행 기통(2A, 2D)으로부터 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입된 연소 가스의 충분한 고온에 의해, 후속 기통(2B, 2C)에 연료가 불균일하게 분산되어도 점화성을 유지하는 것이 가능한 경우에는, 도 13에 도시된 바와 같이 흡기 행정 중에 연료를 한번만 분사함으로써 후속 기통(2B, 2C)의 각각에 대해 한번의 연료 분사를 실행할 수도 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 시스템을 도시하고 있다. 이 실시예에서, 이중 2기통 접속 상태(도 10 참조)를 형성하도록 가스 유로(도 1 참조)가 접속되고 그리고 선행 기통(2A, 2D)에서 "희박" 공연비에서의 연소가 실행되는 한편 후속 기통(2B)에서 이론 공연비에서의 연소가 실행되는 운전 모드(이하, 이 운전 모드는 특수 운전 모드라 칭함)와 각 기통(2A-2D)의 흡기구 및 배기구가 서로 독립적으로 작동하면서 소정의 공연비에서 연소가 실행되는 운전 모드(이하, 이 운전 모드는 정상 운전 모드라 칭함) 사이에서, 엔진 운전 상태에 따라 엔진이 전환되고, 여기서 운전 모드 전환시에 특별히 고안된 제어 동작이 실행된다. 도 14를 참조하면, ECU(14')는 도 3에 도시된 ECU(40)와 동일한 수단(41-44) 이외에 전환 제어기(45)를 포함한다. 기류 센서(19), O2센서(23), 선형 O2센서(25), 엔진 속도 센서(51), 가속기 페달 가압 센서(52) 및 수온 센서(53)로부터 출력된 신호가 ECU(40')에 입력된다.
전환 제어기(45)는, 엔진의 운전 영역이 저부하 저속측의 운전 영역(A)으로부터 도 4에 도시된 고부하 고속측의 운전 영역(B)으로 또는 그 반대로 변화되었다고 상술한 운전 상태 판별기(41)가 판단할 때, 기류 센서(19)로 형성된 흡입 공기량 검출기에 의해 검출된 흡입 공기량의 변화 및 엔진 속도 센서(51)에 의해 검출된 엔진 속도의 변화에 기초하여, 엔진의 크랭크샤프트가 특정 회전수만큼 회전하는 동안 발생하는 흡입 공기 파동의 수에 따라 흡입 공기 파동의 주기(시간 간격)를 검출함으로써 상술한 가스 유로가 전환되었는지를 판단하는 역할을 한다.
신선한 공기가 선행 기통(2A, 2D) 내에만 도입되는 이중 2기통 접속 상태에서는, 엔진의 크랭크샤프트가 일회전하는 동안 2번의 흡입 공기의 파동이 발생한다. 한편, 공기가 각 기통(2A-2D) 내에 개별적으로 도입되는 상술한 독립 기통 상태에서는, 엔진의 크랭크샤프트가 일회전하는 동안 4번의 흡입 공기의 파동이 발생하므로, 흡입 공기 파동의 주기는 이러한 흡입 공기 파동 수의 증가에 의해 약 절반 정도 급격히 감소한다. 따라서, 전환 제어기(45)는, 흡입 공기 파동의 주기 변화를 검출함으로써 흡입 공기 및 배기 가스 유로가 상술한 유로 전환기에 의해 전환되었는지를 판단할 수 있다. 유로 전환기에 의한 흡입 공기 및 배기 가스 유로의 전환의 결과로서, 전환 제어기(45)가, 흡입 공기 유로가 이중 2기통 접속 상태와 독립 기통 상태 사이에서 전환된 것을 확인한 시점 후에, 유로 전환이 수행된 후에 선택된 운전 모드에 대응하는 공연비 제어 동작이 실행된다.
보다 상세하게는, 운전 상태 판별기(41)가 엔진의 운전 영역이 저부하 저속측의 운전 영역(A)으로부터 고부하 고속측의 운전 영역(B)으로 변환된 것을 판단한 시기(T1)에서 운전 상태 판별기(41)로부터 유로 전환기로 전환 신호가 출력된 후에, 도 15에 도시된 바와 같이 선행 기통인 제 1 기통(2A, 2D)의 흡기 및 배기 밸브와 후속 기통인 제 2 기통(2B, 2C)의 흡기 및 배기 밸브가 동시에 폐쇄된 상태로 설정되는 시기(T2)에서, 상술한 2기통(2A, 2B)에 대한 유로의 전환이 개시된다. 그 다음, 이러한 유로의 전환의 실행의 결과로서 제 2 기통(2B) 내에 신선한 공기가 동비되는 시기(T3)에서 발생하는 흡입 공기 파동을 검출할 때, 전환 제어기(45)는 흡입 공기 기류의 전환이 완료된 것으로 판단한다. 이 시점에서, 각 기통(2A-2D)의 공연비가 이론 공연비에 거의 대응하는 값으로 설정되는 정상 운전 모드에서 엔진이 곧 공연비 제어 동작의 상태로 전환된다.
상술한 것 외에, 선행 기통인 제 4 기통(4D)과 후속 기통인 제 3 기통(2C)의 유로는, 2 기통(2D, 2C)의 흡기 및 배기 밸브가 동시에 폐쇄 상태로 설정되는 시기(T4)에서 전환되고, 이 시기(T4)는, 전환 제어기(45)가 흡입 공기 유료의 전한이 완료된 것으로 판단하는 시기(T3)과 거의 일치한다. 상술한 유로의 전환의 완료시에 제 3 기통(2C) 내로의 신선한 공기의 도입이 시작되는 시기(T5)에서, 특수 운전 모드로부터 정상 운전 모드로의 전환이 완료된다. 운전 상태 판별기(41)로부터 유로 전환기에 전환 신호가 출력되는 시기(T1)로부터 스로틀 밸브(17)의 개방을 점차 증가시킴으로써 운전 모드 전환 후의 공연비 제어 동작을 실행할 준비가 개시된다.
또한, 운전 상태 판별기(41)가 엔진의 운전 영역이 고부하 고속측의 운전 영역(B)으로부터 저부하 저속측의 운전 영역(A)으로 전환된 것을 판단하는 시기(T11)에서, 운전 상태 판별기(41)로부터 유로 전환기에 전환 신호가 출력된 후에, 선행 기통인 제 1 기통(2A)의 흡기 및 배기 밸브와 후속 기통인 제 2 기통(2B)의 흡기 및 배기 밸브가 도 16에 도시된 바와 같은 폐쇄 상태로 동시에 설정되는 시기(T12)에서, 상술한 2 기통(2A, 2B)에 대한 유로의 전환이 개시된다. 그 다음, 이러한 유로의 전환의 실행 결과로서 제 2 기통(2B) 내로의 신선한 공기의 도입이 차단되는 시기(T13)에서 흡입 공기 파동의 손실을 검출하면, 전환 제어기(45)는 흡입 공기 유로의 전환이 완료된 것으로 판단한다. 이 시점에서, 각 기통(2A-2D)의 공연비가 이론 공연비에 거의 대응하도록 설정되는 특수 운전 모드에서, 엔진이 공연비 제어 동작의 상태로 즉시 전환된다.
상술한 것 외에, 선행 기통인 제 4 기통(2D) 및 후속 기통인 제 3 기통(2C)의 유로는, 2기통(2D, 2C)의 흡기 및 배기 밸브가 동시에 폐쇄 상태로 설정되는 시기(T14)에서 전환되고, 이러한 시기(T14)는, 전환 제어기(45)가 흡입 공기 유로의 전환이 완료된 것으로 판단하는 시기(T13)와 거의 일치한다.
이하, 도 17을 참조하여, 본 발명에 따른 제어 장치에 의해 수행되는 엔진 제어 동작을 설명한다. 이 제어 동작을 개시한 후에, 제어 장치는, 엔진 운전 상태의 변화 후에 운전 상태 판별기(41)로부터 유로 전환기의 밸브 정지 기구 제어기(42)에 전환 신호가 출력되었는지를 판단한다(단계 S1). 단계 S1의 판단 결과가 긍정적인 것으로 나타나는 시점에서, 그것의 전환 후에 선택된 운전 모드에 대응하는 공연비 제어 동작을 실행하기 위한 준비가 시작된다(단계 S2).
그 후, 제어기(45)를 전환하여 흡입 공기 파동의 주기가 기류 센서(19)의 검지 신호에 대응하여 급변하였는지를 결정하는 판단을 하고(단계 14), 단계 S1의 판단 결과가 긍정적인 것으로 나타나는 시점에서, 그것의 전환 후에 선택되는 동작 모드에 대응하는 상술한 공연비 제어 동작을 실행한다(단계 S5). 엔진이 예컨대, 특수 운전 모드에서 정상 운전 모드로 전환되면, 각 기통(2A-2D)의 공연비가 이론 공연비에 대응하는 값과 거의 동일하게 되도록 흡입 공기량 및 분사 공기량이 제어된다. 한편, 엔진이 정상 운전 모드에서 특수 운전 모드로 전환되면, 이들 기통(2A, 2D) 내에 연료를 분사함으로써 공연비가 이론 공연비보다 일정량만큼 큰희박 혼합 상태에서 선행 기통(2A, 2D)의 연소가 실행되고, 그리고 선행 기통(2A, 2D) 및 후속 기통(2B, 2C)으로부터 흡입되는 연소 가스를 공급함으로써 공연비가 이론 공연비에 대응하는 값과 거의 동일하게 되는 상태로 후속 기통(2B, 2C)의 연소가 실행되도록, 흡입 공기량 및 분사 공기량이 제어된다.
이 실시예의 상술한 장치는, 상술한 운전 모드에서 기류 센서(19)로 형성된 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 유로가 유로 전환기에 의해서 전환되었는지를 판단하고, 그리고 유로의 전환이 검출된 시점 다음의 유로 전환 후에 선택된 동작 모드에 대응하는 연비 제어 동작을 실행하도록 구성된다. 따라서, 특수 동작 모드와 정상 동작 모드 사이의 전환이 실행되면, 상술한 검지 신호에 관하여 유로의 전환의 완료가 유로 전환기에 의해서 확인된 후에, 유로 전환 후에 선택된 동작 모드에 대응하는 공연비 제어 동작이 적절하게 수행된다.
특수 동작 모드로부터 정상 동작 모드로의 전환시에는, 예컨대 어떤 이유로 인한 유로 전환의 지연에 의해 상술한 독립 기통 상태가 아직 완료되지 않더라도, 각 기통(2A-2D)의 공연비가 이론 공연비와 거의 동일하게 되는 상태로 연소가 실행되는 정상 동작 모드에 대한 공연비 제어 동작이 실행되면, 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입되는 불충한 양의 신선한 공기에 의한 불발과 같은 문제가 발생할 수 있다. 이 실시예에서는, 이러한 유형의 문제를 효과적으로 방지하고 그리고 유로가 독립 기통 상태로 전환된 것을 확인할 때 정상 동작 모드에 대한 연소 제어 동작을 적절하게 수행하는 것이 가능하다.
정상 동작 모드로부터 특수 동작 모드로의 전환시에는, 예컨대 유로 전환의지연에 의해 상술한 이중 2기통 접속 상태가 아직 완료되지 않더라도, 희박 혼합물을 형성하기 위해 공연비가 이론 공연비보다 소정량 만큼 크게 된 상태로 선행 기통(2A, 2D)의 연소가 실행되는 한편, 공연비가 이론 공연비와 거의 동일하게 된 상태로 후속 기통(2B, 2C)내의 연소가 실행되는 특수 동작 모드에 대한 연비 제어 동작이 수행되면, 선행 기통(2A, 2D) 및 후속 기통(2B, 2C)의 공연비가 증가할 때 발생되는 NOx가 배기 통로(20)에 이르게 되는 문제점이 발생한다. 이 실시예에서는, 이러한 유형의 문제를 효과적으로 방지하고 그리고 유로가 이중 2기통 접속 상태로 전환된 것을 확인할 때 특수 동작 모드에 대해 연소 제어 동작을 적절하게 수행하는 것이 가능하다.
본 실시예의 장치는, 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 흡입 공기 파동 주기의 급변이 탐지되는 시점에서, 유로 전환이 완료된 것을 판단하도록 구성되어 있기 때문에, 흡기 통로(15)에 설치된 기존의 흡입 공기 파동 검출기[유로 센서(19)]로부터 출력된 검지 신호에 관하여 유로가 실제로 전환되었는지의 여부를 정확하게 판단하는 것이 가능하다. 게다가, 흡입 공기량 검출기, 즉 흡입 공기 파동 검출기는, 음속으로 전달되는 흡입 공기 파동의 변화를 검출하기 때문에, 흡입 공기 파동의 주기를 신속하게 검출할 수 있는 이점이 있다.
더욱이, 본 발명의 장치가, 상술한 바와 같이 각 기통(2A-2D)에 설치된 흡기 및 배기 밸브를 구동시키기 위한 밸브 작동 기구에 의해 결정되는 밸브 상승량을 밸브 정지 기구 제어기(42)에 의해 변화시킴으로써, 흡입 공기 및 배기 가스의 유로를 변화시키도록 구성되는 경우에는, 엔진을 특수 동작 모드와 정상 동작 모드 사이에서 전환시킬 때 그들 유로를 신속하게 전환시키는 것이 가능하고, 그리고 상술한 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 유로 전환이 완료된 것을 확인함과 동시에 유로 전환 후에 선택된 동작 모드에 따라 연비 제어 동작을 적절하게 수행하는 것이 가능하다.
흡기 행정 및 배기 행정이 서로 중복되는 여러 쌍의 선행 및 후속 기통을 구비한 본 실시예의 엔진은, 여러 쌍의 선행 및 후속 기통 중 하나에서 유로의 전환이 처음 확인되는 시점 다음에 선행 및 후속 기통 쌍의 전체에서 유로의 전환 후에 선택되는 동작 모드에 따라 연비 제어 동작을 실행하도록 구성된다. 여러 쌍의 선행 및 후속 기통의 유로가 일정한 순서로 전환되더라도, 상술한 흡입 공기 파동 검출기로부터의 검지 신호에 관하여 제 1 쌍의 선행 및 후속 기통에서 유로의 전환이 확인되는 시점에서, 유로 전환 후에 선택된 동작 모드에 대응하는 공연비 제어 동작이 전체의 선행 및 후속 기통 쌍에서 수행된다. 따라서, 동작 모드에 대응하는 연비 제어 동작을 신속하고 적절하게 실행하는 것이 가능하다.
게다가, 본 실시예의 장치는, 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 엔진 운전 상태의 변화 및 흡입 공기 파동 변화의 발생이 확인된 후에, 전환 신호가 유로 전환시에 출력되는 시점에서 유로가 전환되었다는 것을 판단하도록 구성된다. 이러한 구성은 검지 신호에 포함된 흡입 공기 파동 검출기의 신호의 검지 오류에 의한 부정확한 판단을 방지하고, 상술한 전환 신호에 기초하여 유로가 전환된 것을 정확히 판단하며, 그리고 판단 결과에 따라 공연비 제어 동작을 적절하게 수행하는 것을 가능하게 한다.
게다가, 본 실시예의 장치는, 예컨대 유로 전환 신호가 유로 전환기에 출력된 것을 확인하는 시점에 각 스로틀 밸브(17)의 개방을 변경함으로써 흡입 공기량을 조정하는 동작과 같은 동작 모드 전환 후의 공연비 제어 동작을 수행하는 준비를 시작하도록 구성된다. 이러한 구성은, 엔진 운전 상태의 변화 후에 유로 전환기에 전환 신호가 출력되고 그리고 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 따른 흡입 공기 파동 변화의 발생의 결과로서 유로가 전환되는 것을 확인함과 동시에, 유로 전환 후에 선택된 동작 모드에 대응하는 연비 제어 동작을 신속하게 수행할 수 있는 점에서 유리하다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 시스템을 도시하고 있다. 이 실시예에서, ECU(80)는 운전 상태 판별기(81), 온도 상태 판별기(82), 모드 설정기(83), 밸브 정지 기구 제어기(84), 흡입 공기량 제어기(85), 연료 제어기(86) 및 점화 제어기(87)를 포함한다.
도 3의 운전 상태 판별기(41)와 유사하게, 운전 상태 판별기(81)는, 엔진 운전 상태(엔진 속도 및 부하)가 도 4에 도시된 운전 영역(A 또는 B)에 속하는 지를 판단한다.
온도 상태 판별기(82)는 수온 센서(53)로부터 출력된 신호에 기초하여 엔진 온도의 상태를 검사한다. 구체적으로는, 그것은 엔진이 수온(엔진 온도)이 일정한 값과 동일하거나 그보다 낮은 저온 영역 또는 수온이 일정한 값보다 높은 고온 영역에 있는지를 판단한다.
모드 설정기(83)는 배기 행정에 있는 선행 기통(2A, 2D)으로부터 후속 기통(2B, 2C) 내에 직접 도입된 연소 가스를 연소시키기 위해 상술한 운전 영역(A)에서 특정 운전 모드를 선택하고, 그리고 개개의 기통(2A-2D) 내의 혼합물을 서로 독립적으로 연소시키기 위해 상술한 운전 영역(B)에서 정상 운전 모드를 선택한다.
도 3의 밸브 정지 기구 제어기(42)와 유사하게, 밸브 정기 기구 제어기(84)는, 엔진이 운전 영역(A 또는 B)에 있는지의 여부에 따라 상술한 제어 밸브(37, 39)를 제어함으로써 개개의 밸브 정지 기구(35)를 제어한다.
도 3의 흡입 공기량 제어기(43)와 유사하게, 흡입 공기량 제어기(85)는, 예컨대 엔진 운전 상태에 기초하여 맵으로부터 목표 흡입 공기량을 구하고 그리고 얻어진 목표 흡입 공기량에 따라 스로틀 개방을 제어한다.
연료 제어기(86)는 기본적으로는 도 3의 연료 분사 제어기(44)와 동일한 동작을 수행한다. 구체적으로는, 특수 동작 모드가 선택되면, 연료 제어기(86)가 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사되는 연료량을 제어하여, 공연비가 이론 공연비보다 더 크게 되고, 바람직하게는 이론 공연비의 2배 이상과 동일하게 되어 희박 혼합물을 형성하도록 하고, 그리고 압축 행정 중에 연료를 분사하는 분사 시기를 설정하여 선행 기통(2A, 2D)에서 성층 연소를 생성한다. 한편, 연료 제어기(86)는 후속 기통(2B, 2C)에 분사되는 연료량을 제어하여, 선행 기통(2A, 2D)으로부터 도입된 "희박" 공연비의 미연소 가스 내에 연료를 공급함으로써 이론 공연비를 달성하고, 그리고 연소 가스가 풍부한 분위기에서 점화 및 연소를 가능하게 하도록 분사 시기를 설정한다. 정상 운전 모드가 선택되면, 연료 제어기(86)는 각 기통(2A-2D) 내의공연비를 이론 공연비와 동일하거나 그보다 작게 하도록 분사 연료량을 제어하고, 그리고 균일한 혼합물을 생성하도록 흡기 행정 중에 연료를 분사하는 분사 시기를 설정한다.
특수 운전 모드가 선택되면, 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사된 연료량 대 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료량의 비는, 선행 기통(2A, 2D) 내에 도입된 공기의 양에 대해서 2 기통 쌍 내에 도입된 연료의 총량이 이론 공연비를 생성하고 그리고 선행 기통(2A, 2D)에 의해 생성된 토크와 후속 기통(2B, 2C)에 의해 생성된 토크 사이에 균형이 달성되도록 조정된다.
이와 관련하여, 연료 제어기(86)의 구성을 도 19를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 19에 도시된 바와 같이, 연료 제어기(86)의 기본 구성은, 총 연료 분사량 계산기(86a), 최종 연료 분사량 계산기(86b), 토크 균형 공연비 설정기(86c), 연소성 판단부(86d) 및 분배기 설정기(86e)를 포함한다.
총 연료 분사량 계산기(86a)는 기류 센서(19)에 의해 검출된 흡입 공기의 양을 기초로 연료 분사기(9)로부터 분사된 연료의 양을 계산한다. 특히, 특수 운전 모드가 선택되면, 총 연료 분사량 계산기(86a)는 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양과 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사된 연료의 양의 합 또는 총 연료 분사량을 계산한다. 이 경우에, 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 공기의 양에 대해서 분사된 연료의 총량이 상술한 바와 같이 이론 공연비를 생성하도록 총 연료 분사량이 계산된다.
최종 연료 분사량 계산기(86b)는 분사될 최종 연료량을 구한다. 정상 운전모드가 선택되면, 최종 연료 분사량 계산기(86b)는 최종 연료 분사량 계산기(86a)에 의해 계산된 최종 연료 분사량을 총 연료 분사량으로서 채택한다. 한편, 특수 운전 모드가 선택되면, 최종 연료 분사량 계산기(86b)는 총 연료 분사량 및 후술하는 분포 비로부터 선행 기통(2A, 2D) 및 후속 기통(2B, 2C)내에 분사된 연료의 양을 계산하고 그리고 이러한 양을 최종 연료 분사량으로 채택한다.
특수 운전 모드가 선택되면, 토크 균형 공연비 설정기(86c), 연소성 판단부(86d) 및 분포 비 설정기(86e)는 그 기능을 수행한다.
토크 균형 공연비 설정기(86c)는 엔진 속도 센서(51) 및 가속기 페달 가압 센서(52)로부터 공급된 신호로부터 결정된 엔진 운전 상태(엔진 속도 및 부하)에 따른 미리 프로그래밍된 맵으로부터 선행 기통(2A, 2D)에 대한 공연비를 계산한다. 이 맵은 예컨대, 펌핑 손실을 포함하는 열효율 차이 때문에 발생하는 선행 기통(2A, 2D)과 후속 기통(2B, 2C) 사이의 차이를 주기적으로 미리 결정하고, 그리고 이러한 토크의 차이가 "0"이 되도록 설계에 의해서 구한 공연비를 보정하는 것에 의해서 생성되며, 공연비는 이론 공연비보다 큰, 바람직하게는 설계로부터 계산하는 이론 공연비의 거의 2배 이상인 "희박" 공연비와 동일한 값이다. 맵은 그러한 값을 엔진 운전 상태와 연관시킨다.
연소성 판단부(86d)는 수온 센서(53) 및 맵으로부터 출력된 신호에 의해 판단한 엔진 온도에 따라 토크 균형 공연비 설정기(86c)에 의해 계산된 공연비에 기초하여 연소가 정상적으로 실행되었는가를 미리 판단하고, 그리고 그 판단 결과를 분포 비 설정기(86e)에 출력한다.
분포 비 설정기(86e)는 선행 및 후속 기통(2A-2D) 내에 분사될 연료 분포 비(상술한 총 연료 분사량)를 상술한 맵으로부터 얻은 선행 기통(2A, 2D)의 공연비와 후속 기통(2B, 2C)의 공연비(이론 공연비) 사이의 비로부터 결정한다. 연소성 판단부(86d)의 판단 결과가 긍정적이면, 즉 정상 연소를 수행할 수 있다고 판단하면, 분포 비 설정기(86e)는 토크 균형 공연비 설정기(86c)에 의해 계산한 공연비의 비에 기초하여 연료 분포비를 결정하고 그리고 판단 결과를 최종 연료 분사량 계산기(86)에 출력한다. 한편, 연소성 판단부(86d)의 판단 결과가 부정적이면, 즉 불발 또는 노킹의 가능성이 존재한다고 판단하면, 가령 분포 비 설정기(86e)는, 선행 및 후속 기통(2A-2D) 내에서 정상 연소가 실행될 수 있는 영역 내에 미리 설정된 분포 비, 예컨대 선행 기통(2A, 2D)의 공연비가 설계에 의해 결정된 값(즉, 토크 차이에 따른 보정 전의 값)과 동일하게 되는 경우 얻는 분포 비를 최종 연료 분사량 계산기(86b)에 출력한다. 이 실시예에서, 분포 비 설정기(86b) 및 최종 연료 분사량 계산기(86b)는 함께 최종 연료 분사량 제어기를 구성한다.
이하, 본 실시예의 상기 장치의 작용 효과를 설명한다.
이 실시에에서도, 이중 2기통 접속 상태에서 연소가 실행되는 특수 운전 모드가 저부하 저속측의 운전 영역(A)에서 선택되는 한편, 서로 독립적으로 작용하는 각 기통(2A-2D)의 흡기구(11, 11a) 및 배기구(12, 12a)에 의해서 연소가 수행되는 정상 운전 모드는 고부하 고속측의 운전 영역(B)에서 선택된다. 특히, 특수 운전 모드에서, 선행 기통(2A, 2D) 및 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사된 연료의 양은, 선행 및 후속 기통(2A-2D)에 의해 발생되는 토크 사이에 균형이 달성되도록 제어된다. 이것은 엔진의 소음, 진동, 및 거친(NVH) 성능을 바람직한 형태로 개선하는 역할을 한다. 선행 기통(2A, 2D)과 후속 기통(2B, 2C) 사이에 펌핑 손실을 포함하는 열효율의 차이가 존재하기 때문에, 선행 기통(2A, 2D)과 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사되는 연료의 양이 동일한 레벨로 제어되는 경우 기통 사이의 토크 차이에 의해 소음 및 진동일 발생하는 것으로 추정된다. 그러나, 이 실시예에서는, 연료 분사량이 상술한 바와 같이 연료 제어기(86)에 의해 제어되므로, 선행 기통(2A, 2D)과 후속 기통(2B, 2C) 사이에는 토크 차이가 거의 발생하지 않으며, 따라서 토크 차이에 인한 진동 발생을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다.
게다가, 연료 제어기(86)는, 분사될 연료의 양(분포 비)을 설정하는 과정에서 각 선행 및 후속 기통(2A-2D)에서 연소가 정상적으로 실행되는 지를 미리 판단하고[이 판단은 연소성 판단부(86d)에 의해서 실행됨], 그리고 정상 연소가 수행될 수 없는 가능성이 있는 경우 정상 연소가 가능한 영역 내에서 분사될 연료의 양을 결정하기 때문에, 선행 및 후속 기통(2A-2D)에 의해 생성되는 토크 사이에서 균형이 달성되도록 분사될 연료의 양을 제어함으로써, 불발 또는 노킹의 발생과 같은 문제점을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다. 보다 상세하게는, 발생된 토크의 균형의 달성이 우선시 되면, 분사될 연료의 양(분포 비)은 선행 또는 후속 기통의 공연비가 정상 연소가 가능한 영역을 초과하는 영역 내에서 설정되어, 잠재적으로 불발 또는 노킹을 유발한다. 그러나, 본 발명의 장치에서는, 상술한 판단을 미리 한 후에 분사될 연료의 양이 결정되므로, 선행 및 후속 기통(2A-2D) 내에 분사될 연료의 양은, 정상 연소가 가능한 영역 내에 속하도록 지속적으로 제어된다. 따라서, 불발 및 노킹을 방지하고 정상 운전 상태를 유지하는 것이 가능하다.
본 실시예의 변형예에서, 선행 기통(2A, 2D)으로부터의 연소 가스의 도입의 결과로서 후속 기통(2B, 2C)의 온도가 상승하는 현상을 이용하여, 압축 자동 점화에 의해 후속 기통(2B, 2C)에서 연소를 실행하는 동안 선행 기통(2A, 2D)과 후속 기통(2B, 2C) 사이에서 발생되는 토크 사이의 균형을 달성하기 위해 분사될 연료의 양을 제어하는 것이 가능하다.
예컨대, 연료 제어기(86)는, 엔진 온도 상태의 판단에 기초하여, 후속 기통(2B, 2C)의 연소가 저온에서 강제 점화에 의해서 실행되는 강제 점화 모드와 후속 기통(2B, 2C)의 연소가 고온에서 압축 자동 점화에 의해서 실행되는 압축 자동 점화 모드를 선택한다. 특히, 압축 자동 점화 모드에서, 연료 제어기(86)는 흡기 행정 중에 연료를 분사하도록 엔진을 제어한다. 변형예로서, 연료 제어기(86)는, 특수 운전 모드가 도 20 내지 25에 도시된 후술하는 실시예에서와 같이 선택되는 운전 영역(A)의 고부하 영역에서 압축 자동 점화 모드를 선택한다.
선행 기통(2A, 2D) 및 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사될 연료의 양은, 상술한 압축 자동 점화 모드에서도 선행 및 후속 기통(2A-2D)에 의해 발생되는 토크 사이에 균형이 달성되도록 제어되기 때문에, NVH 성능이 향상되어, 소망의 운전 상태를 확보하는 것이 가능하다. 본 실시예의 이러한 변형예서는, 토크 균형 공연비 설정기(86c)가 강제 점화 모드에 대해 공연비의 비를 결정하기 위한 맵 이외에, 압축 자동 점화 모드에 대해 공연비의 비를 결정하기 위한 맵을 별도로 저장하고 그리고 공연비의 비가 선택된 모드에 대응하는 맵에 기초하여 설정되도록 장치를 구성하는것이 필요하다. 하기에 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 강제 점화가 실행되는 경우에 비해서 압축 자동 점화가 실행되는 경우에 열효율이 향상된다. 따라서, 선행 기통(2A, 2D)과 후속 기통(2B, 2C)에 의해 발생되는 토크 사이의 차이는, 강제 점화 모드에서보다 압축 자동 점화 모드에서 더욱 크게 되는 것으로 생각된다. 강제 점화의 경우에 사용된 것과 동일한 맵에 기초하여 공연비의 비를 결정함으로써 선행 기통(2A, 2D) 및 후속 기통(2B, 2C)에 의해 발생되는 토크 사이의 차이를 완벽히 제거하기가 곤란하기 때문에, 상술한 압축 자동 점화 모드 및 강제 점화 모드에 대해 별개의 맵이 필요하다.
상술한 실시예에서, 선행 및 후속 기통(2A-2D) 내에 분사될 연료의 양을 결정하기 위한 기초로서 사용되는 맵[즉, 공연비의 비를 설정하기 위해 토크 균형 공연비 설정기(86c)에 기억된 맵)에 저장된 값은, 선행 기통(2A, 2D)과 후속 기통(2B, 2C)에 의해서 발생된 토크 사이의 차이를 실험에 의해서 결정하고, 그리고 이러한 토크 차이가 "0"이 되도록 설계에 의해서 결정된 공연비를 보정하는 것에 의해서 얻는다. 여기서 결정된 공연비는 이론 공연비보다 크고, 바람직하게는 설계로부터 계산된 이론 공연비의 2배 이상과 동일한 "희박" 공연비와 거의 동일한 값이다. 물론, 설계 값을 이용하여 선행 및 후속 기통(2A-2D)의 펌핑 손실 및 열효율에 관한 변수로부터 이론적으로 얻은(또는 계산한) 값을 사용하는 것도 가능하다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 시스템을 도시한 것이다. 이 도면에 도시된 ECU(90)는, 가스 유로가 적어도 저속 저부하 영역에서 이중 2기통 접속 상태(도 10 참조)를 형성하도록 접속된 상태로 연소를 실행하기 위한 제어기를 구성한다. 그것은 운전 상태 판별기(91)와, 밸브 정지 기구 제어기(92)와, 흡입 공기량 제어기(93)와, 연소 제어기(94)를 포함한다.
운전 상태 판별기(91)는, 엔진 속도 센서(51) 및 가속기 페달 가압 센서(52)로부터 전송되는 신호에 기초하여 엔진의 운전 상태(엔진 속도 및 부하)를 검사하고, 그리고 엔진 운전 상태가 도 21에 도시된 저부하 저속측의 운전 영역(A)[하위 영역(A1, A2)을 포함함] 또는 고부하 고속측의 운전 영역(B) 중 어느 영역에 속하는지를 판단한다. 운전 영역(A)중에서, 작동 하위 영역(A1)은, 후속 기통(2B, 2C)의 온도가 압축 자동 점화에 의한 연소에 적절한 레벨에 도달하지 않는 저온 상태에 엔진이 여전히 있는 저 부하측의 영역이다. 작동 하위 영역(A1)은 후속 기통(2B, 2C)의 온도에 따라 가변적이다. 엔진수의 온도가 비교적 낮으면, 예컨대 후속 기통(2B, 2C)의 온도도 낮으므로, 작동 하위 영역(A1)이 확장된다. 반대로, 엔진수의 온도가 높으면, 작동 하위 영역(A1)은 감소한다. 운전 영역(A)도 엔진 아이들링 상태를 포함한다. 한편, 작동 하위 영역(A2)은 후속 기통(2B, 2C)에서 압축 자동 점화에 의해 연소가 실행되는, 작동 하위 영역(A1)보다 고 부하의 영역이다.
원칙적으로는, 운전 상태 판별기(91)는 상술한 이중 2기통 접속 상태에서는 연소를 실행하기 위해 운전 영역(A)에서 특수 운전 모드를 선택하고 그리고 상술한 독립 기통 상태에서는 연소를 실행하기 위해 운전 영역(B)에서 정상 운전 모드를 선택한다.
밸브 정지 기구 제어기(92) 및 흡입 공기량 제어기(93)의 작동은 도 3에 도시된 밸브 정기 기구 제어기(42) 및 흡입 공기량 제어기(43)와 각각 동일하다.
연소 제어기(94)는 연료 분사 제어기(95) 및 점화 제어기(96)를 포함하고, 연소 제어기(94)는, 특히 엔진이 특수 운전 모드 또는 정상 운전 모드 중 어떤 모드로 작동하는지에 따라 연소(즉, 연료 분사 및 점화)를 상이하게 제어한다.
특수 운전 모드가 선택되면, 선행 기통[제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)] 내에 분사되는 연료의 양은 이론 공연비보다 큰 "희박" 공연비를 생성하도록 제어되고, 분사 시기는 압축 행정에서 연료를 분사하여 성층 혼합물을 생성하도록 설정되며, 점화 시기는 압축 행정의 상사점 중심 부근에서 강제 점화를 실행하도록 설정된다. 한편, 후속 기통[제 2 및 제 4 기통(2B, 2C)] 내에 분사되는 연료의 양은, 선행 기통(2A, 2D)으로부터 도입된 연소 가스에 추가의 연료를 공급하는 것에 의해 실제의 이론 공연비를 생성하도록 제어되고, 분사 시기는 흡기 행정에서 연료를 분사하도록 설정된다. 연소 제어기(94)는, 엔진이 도 21의 작동 하위 영역(A1)에서 작동할 때 강제 점화에 의해 연소를 유발하고, 그리고, 엔진이 도 21의 작동 하위 영역(A2)에서 작동할 때는 압축 자동 점화에 의해 연소를 유발한다.
도 23은, 흡입 공기의 양이 변화되지 않는 상태에서 특수 운전 모드에서 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양과 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사된 연료의 양 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 23에서, 수평 축은 선행 기통(2A, 2D)의 각각에 분사된 연료의 양(F1)을 나타내고, 수직 축은 후속 기통(2B, 2C)의 각각에 분사된 연료의 양(F2)을 나타낸다.
선행 기통(2A, 2D) 내에 도입된 흡입 공기의 양에 관하여 이론 공연비를 생성하기 위해 선행 기통(2A, 2D)의 각각에 소정량의 연료가 공급되는 경우, 연료의 양(F1, F2)은 도 23에 도시된 바와 같은 방정식 F1+F2=F0로 표현되는 관계를 갖는다. 따라서, 각 선행 기통(2A, 2C) 내에 분사되는 연료의 양(F1)이 증가 또는 감소할 때, 각 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사되는 연료의 양(F2)은 그와 반대로 변화한다.
고 부하 영역[도 21의 작동 하위 영역(A2)]에서, 각 기통(2A, 2D) 내에 분사되는 연료의 양(F1)이 이론 공연비를 생성하기 위해 공급될 연료의 양(F0)의 1/2와 동일하게 되는 점(도 23의 G 점)이 기준으로 사용되고, F1 대 F0의 비는 부하에 따라 변화한다. 구체적으로는, F1/F0의 비는 부하가 감소함에 따라 감소한다. 한편, 저 부하 영역[도 23의 작동 하위 영역(A1)]에서, 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사되는 연료의 양(F1)은 이론 공연비를 생성하기 위해 공급될 연료의 양(F0)의 1/3과 같거나 그보다 작은 값(도 21의 H 점)으로 설정된다. 이 경우에, 각 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사되는 연료의 양(F2)은 연료의 양(F0)의 2/3과 동일하거나 그보다 크다.
도 24는 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양과 선행 및 후속 기통(2A-2D)의 공기 과잉률간의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 24에서, 수평 축은 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)을 나타내고, 수직 축은 각 기통(2A-2D)의 공기 과잉률을 나타낸다. 공기 과잉률(λ)은, 이론 공연비(λ=1)가 공연비의 몇 배인지를 나타내는 변수이다. 각 기통(2A-2D) 내에 분사된 연료의 양 간에도 23에 도시된 F1 + F2 = F0의 관계가 존재하는 경우, 선행 기통(2A, 2D)의 공기 과잉률(λ)은 도 24에 도시된 바와 같은 방정식 λ = F0/F1에 의해 얻는다. 이 관계에서 알 수 있는 바와 같이, 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)이 증가할 때는 공기 과잉률(λ)이 감소하고, 그리고 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)이 감소할 때는 공기 과잉률(λ)이 감소한다.
각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)이 이론 공연비를 생성하기 위해 공급될 연료의 양의 1/2이면(도 23의 G 점), 선행 기통(2A, 2D)의 공기 과잉률은 2가 된다(도 24의 G1 점). 또한, 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)이 이론 공연비를 생성하기 위해 공급될 연료(G0)의 양의 1/3이면(도 23의 H 점), 선행 기통(2A, 2D)의 공기 과잉률(λ)은 3이 된다(도 24의 H1 점). 저부하측의 작동 하위 영역(A1)에서, 공기 과잉률은 3과 동일하거나 그보다 크다(λ≥3). 예컨대, 공기 과잉률은 λ=3.4(공연비 ≒ 50)로 설정된다.
한편, 각 후속 기통(2B, 2C)내에 분사된 연료의 양(F2)은, 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)이 도 23에 도시된 바와 같이 증가 또는 감소할 때 그와 반대로 변화한다. 따라서, 공연비는 이론 공연비와 대체로 동일하게 되고, 공기 과잉률(λ)은 도 24에 G2 및 H2 점으로 도시된 바와 같이 후속 기통(2B, 2C)에서 λ=1로 일정하게 유지된다.
도 25는 실선"a" 및 점선"b"가 정상 온도 및 저온에서의 엔진 특성을 각각 나타내는 특수 운전 모드에서 선행 기통(2A, 2D)의 엔진 부하와 공기 과잉률(λ)간의 관계를 도시하는 그래프이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 공기 과잉률(λ)은엔진 부하가 작아질 때 점차 커지도록(희박한 혼합물을 생성하도록) 설정된다. 그래프에서 엔진 특성이 급변하는 굴곡점은, 후속 기통에서 강제 점화가 실행되거나 압축 점화가 실행되는 영역 사이의 경계와 일치한다. 구체적으로는, 선행 기통(2A 2D)의 공기 과잉률(λ)은, 특히 후속 기통(2B, 2D)에서 강제 연소에 의해 연소가 실행될 때 커지도록 설정된다.
이하, 본 실시예의 상술한 장치의 작용 효과를 설명한다.
이 실시예에서도 저부하 저속측의 운전 영역(A)에서는 특수 운전 모드가 선택되는 한편, 고부하 고속측의 운전 영역(B)에서는 정상 운전 모드가 선택된다. 특수 운전 모드에서, 엔진은 이중 2기통 접속 상태(도 10 참조)로 설정된다. 이 상태에서, 흡기 행정에서 흡기 통로(15)를 통해 각 선행 기통(2A, 2D)내에 신선한 공기가 도입되고, 그리고 선행 기통(2A, 2D)에 희박 혼합물을 생성하기 위해 공연비가 이론 공연비보다 크게 되도록 분사 연료의 양이 피드 백 제어되면서 압축 행정에 연료가 분사된다. 그 다음, 혼합물은 일정한 점화점에서 점화되어 연소를 일으킨다. 한편, 후속 기통(2B, 2C)에서는, 선행 기통(2A, 2D)으로부터 도입된 "희박: 공연비의 연소 가스와 새로 공급된 연료의 혼합에 의해 공연비가 이론 공연비와 실질적으로 동일하게 되도록 분사 연료의 양을 제어하면서 흡기 행정에서 연료가 분사된다. 그 다음, 엔진이 저 부하 영역[도 21의 작동 하위 영역(A1)]에 있을 때는 강제 점화에 의해 연소가 실행되는 한편, 엔진이 고 부하 영역[도 21의 작동 하위 영역(A2)]에 있을 때는 압축 행정에서 상사점 중앙 부근의 연소실(4) 내의 압력 및 온도 상승의 결과로서 압축 자동 점화에 의해 연소가 실행된다.
본 실시예에서 열효율 및 연비가 특별히 개선된다. 이것은, 선행 기통(2A, 2D)의 각각에 도입된 연료의 양(F1)이 총 연료 량(F10)의 1/3과 동일하거나 그보다 작은 값으로 설정되고, 그리고 공기 과잉률을 3과 같거나 그보다 크게 하는(λ≥3)극히 "희박한" 공연비에서 성층 연소가 실행되기 때문이다. 한편, 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사된 연료의 양(F2)은 총 연료 량(F0)의 2/3과 같거나 그보다 큰 값으로 설정되고, 그리고 이론 공연비(λ)에서 실질적으로 강제 연소에 의해서 연소가 실행된다.
후속 기통(2B, 2C) 내에 도입된 흡입 공기는 선행 기통(2A, 2D)으로부터 순환된 고온 연소 가스이기 때문에, 연료의 기화가 가속되어, 후속 기통(2B, 2C)의 연소성 및 펌핑 손실의 개선이 선행 기통(2A, 2D)에서보다 적은 결과가 발생한다. 제어된 후속 기통(2B, 2C)에서 연소된 연료의 비율이 증가함에 따라, 연비가 전체적으로 더욱 개선된다.
게다가, 이들 기통에 공급되는 연료의 양이 증가함에 따라 후속 기통(2B, 2C)의 온도는 비교적 신속하게 상승한다. 후속 기통(2B, 2C)의 온도가 증가하면 작동 하위 영역(A1)이 작게 되므로, 이들 기통을 작동 하위 영역(A2)으로 변환하기가 보다 용이하게 된다. 이 때문에, 후속 기통(2B, 2C)은 압축 자동 점화에 의해 연소 상태로 조기에 변환될 수 있으므로 추가의 연비 개선을 달성할 수 있다.
상술한 제어 동작은 아이들링 엔진 속도 부근에서도 수행되기 때문에, 불발이 없는 안정된 연소를 달성하는 것이 가능하고 그리고 후속 기통(2B, 2C) 내의 온도를 신속히 증가시킴으로써 고 연비 개선 효과를 얻는 것이 가능하다.
작동 하위 영역(A2)에서 특수 운전 모드가 선택되면, 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)이 각 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사된 연료의 양(F2)과 동일하게 되는 점이 기준으로 사용되고, 그리고 각 선행 기통(2A, 2D) 내에 분사된 연료의 양(F1)의 비율은 엔진 부하가 증가함에 따라 증가한다. 이 때문에, 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입된 연소 가스의 온도는 더욱 증가하기 쉽고, 이 결과 압축 자동 점화에 의한 점화성이 증가한다. 다른 한편, 후속 기통(2A, 2C) 내의 온도는 이미 충분히 증가되었기 때문에 압축 자동 점화에 의한 연소가 실행된다. 따라서, 후속 기통(2B, 2C)의 전체 연소실(4) 내의 혼합물은 순식간에 연소한다. 따라서, 어떠한 일도 생성하지 않는 지연 연소를 방지하고 그리고 고 연비 개선 효과를 얻는 것이 가능하다.
게다가, 특수 동작 모드에서 엔진 부하가 감소함에 따라 선행 기통(2A, 2D)의 공연비는 점진적으로 큰 값으로 설정(희박 혼합물을 생성하기 위해)되기 때문에, 엔진 부하의 변화에 관한 공연비의 변화 추세를 역전시킴이 없이 연비 개선 효과를 얻는 것이 가능하다. 이것은 제어 동작을 용이하게 하게 안정된 연소를 달성하는데 도움이 된다.
도 21에 도시된 작동 하위 영역(A1)은 후속 기통(2B, 2C)의 온도가 압축 자동 점화에 의한 연소에 적합한 레벨에 도달하지 않은 저온 상태인 것으로 판단되고 그리고 이 상태는 본 실시예에서 엔진 수온과 같은 변수에 따라 가변적인 것으로 간주되지만, 저온 상태를 판단하는데 흡입 공기 온도와 같은 다른 변수를 추가로 고려할 수도 있다. 변형예로, 후속 기통(2B, 2C) 내의 온도를 평가하기 위해 온도평가 장치가 설치될 수도 있거나, 또는 후속 기통(2B, 2C) 내의 온도를 직접 또는 간접 측정하여, 평가되거나 측정된 온도에 기초하여 저온 상태를 판단할 수 있다.
도 5에 도시된 엔진 특성은 선행 기통(2A, 2D)의 공기 과잉률(λ)을 설정하는데 반드시 사용할 필요는 없지만, 우측으로 내려가는 곡선으로 표시된 다른 엔진 특성을 사용할 수도 있다. 또한, 그러한 곡선은 엔진 속도나 다른 상태에 따라 더욱 미세하게 분할될 수도 있다.
지금까지 본 발명의 몇몇 실시예에 대해서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 거기에 한정되지 않고 다양한 대안 및 변화가 가능하다. 본 발명의 다른 실시예 및 그의 변형을 하기에 설명한다.
(1) 흡기구 및 배기구와 기통간 가스 채널을 도 26에 도시된 바와 같이 배열될 수도 있다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 선행 기통인 제 1 및 제 2 기통(2A, 2D)은 연소실의 좌반부에는 흡기구(11)가 설치되고, 연소실(4)의 우반부에는 제 1 배기구(12a) 및 제 2 배기구(12b)가 각각 설치된다. 또한, 후속 기통인 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)은, 연소실(4)의 좌반부에는 제 1 흡기구(11a) 및 제 2 흡기구(11b)가 설치되고 그리고 연소실(4)의 우반부에는 배기구(12)가 각각 설치된다. 각 기통간 가스 채널(22)은 선행 기통(2A, 2D)의 제 2 배기구(12b)를 후속 기통(2B, 2C)의 제 2 흡기구(11b)에 연결하고, 이 기통간 가스 채널(22)은 그 기통 열과 수직인 엔진 본체(1)를 가로질러 뻗어 있다. 그 이외의 엔진의 구성은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 동일하다.
(2) 상술한 각 실시예에서 유로 전환기는 밸브 정지 기구(35)를 사용하여 형성되지만, 유로 전환기는 도 27에 도시된 바와 같이 유동 채널에 설치된 온오프 밸브를 사용하여 형성될 수도 있다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 후속 기통인 제 2 및 제 3 기통(2B, 2C)의 제 1 흡기구(11a)에 개별적으로 접속된 분지 흡기 채널(16)에 흡기 온오프 밸브(101, 102)가 설치되고, 선행 기통인 제 1 및 제 4 기통(2A, 2D)의 제 1 배기구(12a)에 개별적으로 접속된 분지 배기 채널(21)에 배기 온오프 밸브(103,104)가 설치된다. 또한, 제 1 기통(2A)과 제 2 기통(2B)의 사이와 제 4 기통(2D)과 제 3 기통(2C)의 사이의 기통간 가스 채널(22)에 가스 채널 온오프 밸브(105, 106)가 설치되어 있다. 도시되지 않은 액츄에이터에 의해 구동되는 이들 온오프 밸브(101-106)는 각 유동 채널을 개방한 상태(개방 상태)와 각 유동 채널을 폐쇄한 상태(폐쇄 상태) 사이에서 개별적으로 전환 가능하다.
상술한 온오프 밸브(101-106)는, 엔진이 저부하 저속측의 운전 영역(A) 또는 고부하 고속측의 운전 영역(B) 중 어느 영역에 있는 지에 따라 도시되지 않은 제어기에 의해 다음과 같이 제어된다.
운전 영역 A : 흡기 온오프 밸브(101, 102) 및 배기 온오프 밸브(103, 104)는 폐쇄 상태에 있는 한편, 가스 채널 온오프 밸브(105, 106)는 개방 상태에 있다.
운전 영역 B : 흡기 온오프 밸브(101, 102) 및 배기 온오프 밸브(103, 104)는 개방 상태에 있는 한편, 가스 채널 온오프 밸브(105, 106)는 폐쇄 상태에 있다.
엔진 운전 상태가 운전 영역(A, B) 사이에서 전환될 때, 각 온오프밸브(101-106)는 도 28에 도시된 밸브 전환 가능 기간 중에 개폐상태 사이에서 전환 가능하여야 한다. 구체적으로는, 한 쌍의 선행 및 후속 기통의 배기 행정과 흡기 행정이 중복되는 기간 중에 각 온오프 밸브의 상태가 전환되면, 선행 기통으로부터 흡인된 연소 가스가 신선한 공기와 혼합되고 그들이 후속 기통 내에 함께 도입되는 문제가 발생한다. 따라서, 제 1 기통(2A)의 배기 행정 및 제 2 밸브(2B)의 흡기 행정이 중복되는 기간을 제외한 기간 내에 온오프 밸브(101, 103, 105)가 전한되어야 하고, 그리고 제 4 기통(2D)의 배기 행정과 제 3 기통(2C)의 흡기 행정이 중복되는 기간을 제외한 기간 내에 온오프 밸브(102, 104, 106)가 전환되어야 한다.
온오프 밸브(101-106) 및 그들을 이러한 형태로 제어하는 제어기가 상술한 유로 전환기를 함께 구성한다.
각 기통(2A-2D)의 포트에 설치된 흡기 밸브(31), 제 1 및 제 2 배기 밸브(32a, 32b), 제 1 및 제 2 흡기 밸브(31a, 31b) 및 배기 밸브(32)가 도시되지 않은 밸브 작동 기구에 의해 연속적으로 개폐된다. 각 연료 분사기(9)로부터의 연료 분사의 제어 동작은 상기 실시예와 동일하다.
도 27에 참조부호 110으로 도시된 것은 흡기 통로(15)에 설치된 스로틀 밸브이다.
엔진은 운전 영역(A)에서 이중 2기통 접속 상태로 설정되고 이 실시예에서도 선행 기통에서 극히 희박한 혼합물 연소가 실행된다. 운전 영역(A)에서, 선행 기통(2A, 2D)으로부터 방출된 연소 가스는 기통간 가스 채널(22)을 통해 각 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입되고, "희박" 공연비의 연소 가스와 새로 공급된 연료의 혼합에 의해 이론 공연비가 생성되는 상태에서 후속 기통(2B, 2C) 내의 연소가 실행되고, 그리고 후속 기통(2B, 2C)으로부터만 방출된 연소 가스가 3원 촉매(24)와 결합된 배기 통로(20)에 도달한다. 다른 한편, 운전 영역(B)에서는, 각 기통(2A-2D)의 흡기구(11, 11a) 및 배기구(12, 12a)는 서로 독립적으로 작동하므로, 흡기 통로(15) 및 흡기구(11, 11a)를 통해 각 기통(2A-2D) 내에 신선한 공기가 도입되고 그리고 각 기통(2A-2D)의 배기구(12, 12a)를 통해 방출된 연소 가스가 배기 통로(20)에 도달한다. 본 실시예는 이러한 형태로 상술한 기본 실시예와 동일한 동작 및 작용 효과를 제공한다.
이 실시예에 따르면, 유로 전환기의 구조가 비교적 간단하게 될 수 있다. 엔진 운전 상태가 전환되면, 온오프 밸브(101-106)는 도 28에 도시된 전환 가능한 기간동안 전환되어야 하고, 그 전환 시기에 현저히 높은 정확도가 필요하지 않으므로, 그 제어 동작이 용이하다.
(3) 각 기통(2A-2D)에 대한 유동 채널 및 유로 전환기를 도 29에 도시된 바와 같이 구성할 수도 있다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 엔진 본체(1)의 기통(2A-2D)에 대해 개별적으로 개방된 흡기구(111) 및 배기구(112)가 설치되며, 도시되지 않은 밸브 작동 기구가 이들 흡기구 및 배기구(111, 112)에 제공된 흡기 밸브(113) 및 배기 밸브(114)를 연속적으로 개폐한다. 기통(2A-2D)의 흡기구(111)에 분지 흡기 채널(115A-115D)이 접속되는 한편, 기통(2A-2D)의 배기구(112)에는 분지 배기 채널(116A-116D)이 접속된다. 선행 기통(제 1 및 제 4 기통)(2A, 2D)의 분지 배기 채널(116A, 116D)의 접속점과 후속 기통(제 2 및 제 3 기통)(2B, 2C)의 분지 배기 채널(116B, 116C)의 접속점 사이에 기통간 가스 채널(117)이 접속되며, 기통간 가스 채널(117)에 제 1 온오프 밸브(118)가 설치된다.
선행 기통(2A, 2D)의 분지 흡기 채널(115A, 115D)의 접합부는 항상 흡기 통로(15)의 상류부에 접속되고, 선행 기통(2B, 2C)의 분지 흡기 채널(115B, 115C)의 접속점과 흡기 통로(15)의 상류부 사이의 접속부에는 이 접속부를 개폐하기 위한 제 2 온 오프 밸브(119)가 설치된다. 다른 한편, 후속 기통(2B, 2C)의 분지 배기 채널(116B, 116C)의 접속점은 항상 배기 통로(20)의 하류부에 접속되고, 선행 기통(2A, 2D)의 분지 배기 채널(116A, 116D)의 접속점과 배기 통로(20)의 하류부 사이의 접속부에는 이 접속부를 개폐하기 위한 제 3 온 오프 밸브(120)가 설치된다.
상술한 온 오프 밸브(118-120)는 엔진 운전 상태가 저부하 저속측의 운전 영역(A) 또는 고부하 고속 측의 운전 영역(B) 중 어느 영역에 있는지에 따라서 도시되지 않은 제어기 의해 다음과 같이 제어된다.
운전 영역 A : 제 1 온 오프 밸브(118)는 개방 상태에 있는 한편, 제 2 및 제 3 온 오프 밸브(119, 120)는 폐쇄 상태에 있다.
운전 영역 B : 제 1 온 오프 밸브(118)는 폐쇄 상태에 있는 한편, 제 2 및 제 3 온 오프 밸브(119, 120)는 개방 상태에 있다.
이러한 형태의 온 오프 밸브(118-120) 및 그의 제어용 제어기는 함께 상술한유로 전환기를 구성한다. 각 연료 분사기(9)로부터의 연료 분사의 제어 동작은 상술한 실시예와 동일하다.
이 실시예에서도 엔진은 운전 영역(A)에서 이중 2기통 접속 상태로 설정되며, 여기서 선행 기통(2A, 2D)으로부터 방출된 연소 가스가 흡기 및 배기 행정이 중복되는 2개의 기통 사이의 기통간 가스 채널(117)을 통해 후속 기통(2B, 2C) 내에 직접 도입되고, 그리고 후속 기통(2B, 2C)으로부터만 방출된 연소 가스는 3원 촉매(24)와 결합된 배기 통로(20)에 도달한다. 다른 한편, 운전 영역(B)에서, 각 기통(2A-2D)의 흡기구(111) 및 배기구(112)는 서로 독립적으로 작용하므로, 신선한 공기가 흡기 통로(15) 및 흡기구(111)를 통해서 각 기통(2A-2D) 내에 도입되고, 각 기통(2A-2D)의 배기구(112)를 통해 방출된 연소 가스가 배기 통로(20)에 도달한다.
(4) 지금까지 설명한 바와 같이, 후속 기통(2B, 2C) 내에 연료가 불균일하게 확산되는 경우에도 연소성이 유지될 수 있으면, 후속 기통(2B, 2C)에 설치된 연료 분사기는 반드시 연소실(4) 내에 연료를 직접 분사하는 직접 분사식일 필요는 없다. 예컨대, 도 30에 도시된 바와 같이 기통간 가스 채널을 구성하는 분지 흡기 채널(115B, 115C)에, 연료를 후속 기통(2B, 2C) 내에 분사하기 위한 연료 분사기(9')가 설치될 수도 있다. 이 경우에, 후속 기통(2B, 2C)에 이론 공연비를 생성하도록 연료 분사기(9')로부터 흡기 행정에서 연료를 분사함으로써 후속 기통(2B, 2C)에서 균일한 연료가 수행된다.
이러한 배치에 따르면, 선행 기통(2A, 2D)으로부터 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입된 배기 가스의 열이 적당하게 방열되고, 후속 기통(2B, 2C) 내에 가스를 도입하는 과정 중에 과잉 공기와 연소 가스가 혼합되는 다량의 이상적 EGR 가스에 연료가 공급된다. 그 결과, 연료의 기화 및 EGR 가스와의 혼합이 가속화되고, 다량의 EGR 가스가 그 내부에 도입되면서 후속 기통(2B, 2C)의 연소성은 더욱 향상된다.
(5) 또한, 도 31에 도시된 터보 과급기(130)와 같은 과급기가 상술한 실시예의 각각에 설치될 수도 있다. 도 31을 참조하면, 터보 과급기(130)는 배기 통로(20)에 설치된 터빈(131)과, 흡기 통로(15)에 설치된 압축기(132)를 포함한다. 터빈(131)은 배기 통로(20)를 통해 흐르는 배기 가스의 에너지에 의해 회전되며, 그것에 의해 터빈(131)과 연동하는 압축기(132)가 회전하고 고 흡입 공기압을 생성한다. 참조 부호 133으로 도시된 것은, 압축기(132)의 하류의 흡기 통로(15)에 설치된 인터쿨러이다.
이러한 배치는 상술한 이중 2기통 접속 상태를 비교적 고부하 영역까지 이용함으로써 연비 개선 효과를 달성하는 것을 가능하게 한다.
(6) 상술한 실시예에서는, 엔진 운전 상태가 저부하 저속측의 운전 영역(A)이나 고부하 고속측의 운전 영역(B) 중 어느 영역에 있는지에 따라 가스 유로가 유로 전환기에 의해서 전환되지만, 전체의 엔진 운전 영역에서 상술한 이중 2기통 접속 상태를 형성하도록 가스 유로가 접속될 수도 있다.
(7) 본 발명의 장치는 4기통 엔진 이외의 다기통 엔진에도 적용 가능하다. 예컨대, 6기통 엔진에서, 하나의 기통의 배기 행정은 다른 기통의 흡기 행정과 그 시기가 완전히 일치하지 않는다. 그러한 경우에, 각 쌍의 선행 및 후속 기통은 하나의 기통의 배기 행정이 다른 기통의 흡기 행정보다 선행하고 그것과 부분적으로일치하도록 되어야 한다.
(8) 상술한 실시예의 구성은 EGR 동작이 선행 기통(2A, 2D)에서만 수행되도록 수정될 수도 있다. 선행 기통(2A, 2D)에서 생성되는 NOx의 양이 감소되고 그리고 선행 기통(2A, 2D)으로부터 후속 기통(2B, 2C) 내에 도입된 연소 가스가 선행 기통(2A, 2D)에서 EGR 동작이 수행되는 것과 동일한 방식으로 그 내부에서 생성된 NOx의 양을 감소시키는 역할을 하기 때문에, NOx의 방출을 효과적으로 감소시키는 것이 가능하다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 제어 장치는 린 번 동작에 의해 달성되는 선행 기통 내의 열효율의 향상 및 펌핑 손실의 감소에 의해 연비를 상당히 개선하고, 그리고 3원 촉매만을 사용하여 충분한 배기가스 정화 기능을 실현하는 역할을 한다. 따라서, 린 NOx촉매의 설치가 불필요하게 되어, 결과적으로 비용이 감소되고, 그리고 린 번 동작 중에 (풍부한 혼합물을 생성하기 위해) 공연비를 일시적으로 감소시킬 필요가 없게 되어, 혼합물의 일시적 풍부화에 의한 연비 개선 효과의 감소를 회피하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 제어 장치는 린 NOx 촉매의 황산 피독의 문제를 없애는 역할을 한다.
또한, 선행 기통으로부터 방출된 고온 연소 가스가 기통간 가스 채널을 통해 후속 기통 내에 도입된다. 기통간 가스 채널의 설치는, 그 길이를 따른 방열에 의해 가스 온도를 조정하고 또 미연소 가스와 과잉 공기를 충분하게 혼합시켜, 후속 기통에서 향상된 연소성을 제공하는 역할을 한다.

Claims (34)

  1. 각 기통이 일정한 위상차를 두고 흡기, 압축, 팽창 및 배기 행정을 거치는 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치로서, 적어도 저부하 저속 운전 영역에서 2기통 접속 상태를 형성하도록 신선한 공기 및 가스의 유로가 접속되어, 흡기 및 배기 행정이 서로 중복되는 한 쌍의 선행 및 후속 기통에서, 현재 배기 행정에 있는 선행 기통으로부터 방출된 연소 가스가 기통간 가스 채널을 통해 현재 흡기 행정에 있는 후속 기통 내에 직접 도입되고 그리고 후속 기통으로부터만 방출된 가스가 3원 촉매를 구비한 배기 통로에 이송되도록 되어 있는, 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치에 있어서,
    엔진이 2기통 접속 상태에 있을 때, 이론 공연비보다 소정량 만큼 더 큰 공연비의 희박 혼합 상태에서 선행 기통의 연소가 실행되고 선행 기통의 연소에 의해 생성된 연소 가스에 후속 기통의 연료가 공급되고 그리고 이론 공연비의 상태에서 후속 기통의 연소가 실행되도록 각 기통에 대한 연료 공급을 제어하는 제어기를 포함하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 기통의 배기 행정이 다른 기통의 흡기 행정과 시기가 완전히 일치하는 경우에 또는 하나의 기통의 배기 행정이 다른 기통의 흡기 행정 보다 선행하고그것과 부분적으로 일치하는 경우에 2개의 기통이 상기 선행 및 후속 기통의 쌍을 구성하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    고부하 고속 운전 영역에서, 흡기 통로를 통해 각 기통의 흡기구에 신선한 공기가 도입되고 또 각 기통의 배기구를 통해 배출된 배기 가스가 배기 통로에 이송되도록 각 기통의 흡기구 및 배기구가 서로 독립적으로 작동하는 독립 기통 상태를 형성하기 위해 신선한 공기 및 가스 유로를 전환하는 유로 전환기를 더 포함하며,
    상기 제어기는 고 부하 고속 운전 영역에서 각 기통의 공연비를 이론 공연비와 동일하거나 그보다 작게 하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선행 기통은 흡기 통로에 접속된 흡기구와, 배기 통로에 접속된 제 1 배기구와, 기통간 가스 채널에 접속된 제 2 배기구를 구비하는 한편, 상기 후속 기통은 흡기 통로에 접속된 제 1 흡기구와, 기통간 가스 채널에 접속된 제 2 흡기구와, 배기 통로에 접속된 배기구를 구비하며, 상기 유로 전환기는,
    선행 기통의 제 1 및 제 2 배기구를 개폐하는 제 1 및 제 2 배기구 뿐만 아니라 후속 기통의 제 1 및 제 2 흡기구를 개폐하는 제 1 및 제 2 흡기 밸브를 작동 상태와 정지 상태 사이에서 개별적으로 전환하는 밸브 정지 기구와,
    저속 저부하 운전 영역에서 제 1 배기 밸브 및 제 1 흡기 밸브를 정지 상태로 설정하고 또 제 2 배기 밸브 및 제 2 흡기 밸브를 작동 상태로 절정하며, 또한 고부하 고속 운전 영역에서는 제 1 배기 밸브 및 제 1 흡기 밸브를 작동 상태로 설정하고 또 제 2 배기 밸브 및 제 2 흡기 밸브를 정지 상태로 설정하는 밸브 정지 기구 제어기를 더 포함하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 2기통 접속 상태에서 연소가 실행되는 특수 운전 모드와 엔진 운전 상태에 따라 각 기통의 흡기구 및 배기구가 서로 독립적으로 작용하는 상태에서 연소가 실행되는 정상 운전 모드 사이에서 전환 가능하며, 상기 제어 장치는,
    흡입 공기 파동을 검출하기 위한 흡입 공기 파동 검출기를 더 포함하며,
    상기 제어 장치는, 엔진 운전 모드의 전환시에, 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 신선한 공기 및 가스 유로가 유로 전환기에 의해서 전환되었는지를 판단하고, 그리고 유로의 전환이 검출된 시점 다음의 유로의 전환 후에 선택된 운전 모드에 대응하는 공연비 제어 동작을 수행하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 흡입 공기량을 검출하기 위한 흡입 공기량 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 흡입 공기 파동의 주기의 급변이 확인되는 시점에서 유로의 전환이 완료된 것으로 판단하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 흡입 공기 파동의 주기가 단축된 것을 확인할 때 2기통 접속 상태로부터 독립 기통 상태로의 유로의 전환이 실행된 것으로 판단하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 흡기 및 배기 유로는 각 기통에 제공된 밸브 작동 기구에 의해 결정되는 밸브 상승량을 변경하는 것에 의해서 변화되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    흡기 및 배기 행정이 서로 중복되는 여러 쌍의 선행 및 후속 기통이 제공되고, 상기 제어 장치는, 여러 쌍의 선행 및 후속 기통 기통 중 하나에서 유로의 전환이 처음 확인된 시점 다음의 전체의 선행 및 후속 기통 쌍의 유로의 전환 후에 선택된 운전 모드에 대응하는 공연비 제어 동작을 수행하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 엔진 운전 상태의 변화 후에 유로 전환기에 전환 신호가 출력된 시점에서 유로가 전환되고 그리고 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 흡입 공기 파동의 변화의 발생이 확인된 것을 판단하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    유로 전환 신호가 유로 전환기에 출력된 것을 확인한 시점에서 엔진 운전 모드의 전환 후에 상기 제어 장치가 공연비 제어 동작을 실행할 준비를 시작하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치가,
    이론 공연비를 검출하기 위해서 3원 촉매를 구비한 배기 통로에 배치된 배기 가스 농도 검출기와,
    희박 혼합 상태를 검출하기 위해 기통간 가스 채널 내에 배치된 배기 가스농도 검출기를 더 포함하며,
    상기 제어기는, 엔진이 2기통 접속 상태에 있는 경우 선행 기통의 공연비가 이론 공연비보다 일정량 만큼 더 크게 되고 또 후속 기통의 공연비가 이론 공연비와 동일하게 되도록 각 배기 가스 농도 검출기에 의해 검출된 값에 기초하여 각 기통 내에 분사되는 연료의 양을 피드백 제어하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진은 선행 기통 내에 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사기를 구비하며, 상기 제어기는 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 압축 행정 도중에 희박 혼합 상태를 생성하면서 연료 분사기로부터 연료를 분사하는 것에 의해서, 선행 기통에 성층 연소를 발생시키는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 엔진은 후속 기통에 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사기를 더 구비하며, 상기 제어기는 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 이론 공연비를 생성하면서 그의 압축 행정 도중에 연료의 적어도 일부를 분사하는 것에 의해서 후속 기통 내에 성층 연소를 발생시키는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어기는 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 이론 공연비를 생성하면서 후속 기통 내에 균일한 연소를 발생시키는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 엔진은 후속 기통 내에 연료를 직접 분사하기 위해 후속 기통의 흡기 통로 내에 배치된 연료 분사기를 더 포함하며, 상기 흡기 통로는 기통간 가스 채널을 구성하고, 상기 제어기는, 엔진이 2기통 접속 상태인 경우 그 내부에 이론 공연비를 생성하면서 흡기 행정 도중에 연료를 분사하는 것에 의해서 후속 기통에 균일한 연료를 발생시키는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우, 상기 선행 기통 내의 공연비는 이론 공연비의 2배와 거의 동일하게 되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 선행 기통의 연소가 이론 공연비보다 일정량만큼 더 큰 공연비의 상기 희박 혼합 상태에서 실행되고 그리고 후속 기통의 연소가 상기 이론 공연비의 상태에서 실행되도록 선행 기통 내에 도입된 흡입 공기량에 기초하여 선행 기통과 후속 기통 내에 분사될 연료량의 합을 계산하는 총 연료 분사량 계산기와,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 선행 기통에 의해 발생되는 토크와 후속 기통에 의해 발생되는 토크 사이에 균형이 달성되도록 엔진 운전 상태에 따라 선행 기통의 공연비 대 후속 기통의 공연비의 비를 설정하는 비 설정기와,
    상기 비 설정기에 의해 설정된 공연비와 상기 총 연료 분사량 계산기에 의해 계산된 분사될 연료의 양의 합에 기초하여 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사될 연료의 최종 양을 계산하는 최종 연료 분사량 계산기를 더 포함하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 비 설정기에 의해 설정된 공연비의 비는, 선행 기통 및 후속 기통의 펌핑 손실 또는 열효율에 관한 변수에 기초하여 결정되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 비 설정기에 의해 얻은 공연비의 비에 기초하여 예상되는 선행 기통 및 후속 기통 내의 연소 상태가 정상 가연성 영역에 있는지를 미리 판단하는 가연성 판단부를 더 포함하고,
    상기 최종 연료 분사량 계산기는 상기 가연성 판단부의 판단 결과가 긍정적인 경우에만 상기 비 설정기에 의해 설정된 공연비의 비에 기초하여 분사될 연료의 최종 량을 계산하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 최종 연료 분사량 계산기는, 상기 가연성 판단부의 판단 결과가 부정적인 경우에 각 기통에서 정상 연소가 실행될 수 있는 영역 내에 미리 설정된 비에 기초하여 각 기통 내에 분사될 연료의 최종 양을 계산하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 엔진 운전 상태에 따라 후속 기통 내의 연소를 압축 자동 점화에 의해서 실행하는지 또는 강제 점화에 의해서 실행하는 지를 선택하기 위한 점화 제어기를 더 포함하며,
    상기 비 설정기는 연소가 압축 자동 점화에 의해 또는 강제 점화에 의해 실행되는 지에 따라 설정될 공연비의 비를 변화시키는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진이 2기통 접속 상태인 운전 영역의 적어도 일부에서 후속 기통 내에 압축 자동 점화에 의해 연소를 실행하도록 엔진이 제어되고, 상기 엔진이 2기통 접속 상태가 형성되는 운전 영역에 있고 그리고 후속 기통의 온도가 압축 자동 점화에 의한 연소에 적합한 레벨에 도달하지 않은 것으로 판단되는 특정 저온 상태에 엔진이 여전히 있는 경우에, 후속 기통의 공연비가 강제 점화에 의해 연소를 실행하도록 이론 공연비와 실질적으로 동일하게 되는 반면, 선행 기통의 공연비는 후속 기통에서 압축 자체 점화에 의해 연소가 실행되는 경우보다 크게 되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 선행 기통의 공연비는 공기 과잉률이 3과 실질적으로 동일하거나 그보다 크게 되도록 설정되고, 엔진이 상기 특정 저온 상태에 있을 때 상기 선행 기통에서 성층 연소가 실행되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 선행 기통의 공연비는, 고 부하 영역에 비해서 엔진이 2기통 접속 상태에 있는 운전 영역의 특정 저 부하 영역에서 비교적 크게 되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 특정 저온 상태에 대한 제어 동작은 엔진이 아이들링 속도에 있거나 또는 그 부근에 있을 때 수행되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  27. 점화 플러그를 구비한 각 기통이 소정의 위상차를 두고 흡기, 압축, 팽창 및 배기 행정의 연속 사이클을 거치는 4사이클 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치로서, 상기 엔진은 현재 배기 행정에 있는 선행 기통으로부터 배출된 연소 가스를 현해 흡기 행정에 있는 후속 기통 내에 도입하기 위해 배기 및 흡기 행정이 서로 중복되는 한 쌍의 선행 및 후속 기통을 연결하는 기통간 가스 채널을 구비하는, 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치에 있어서,
    상기 선행 기통은 흡기 통로에 접속된 흡기구와, 배기 통로에 접속된 제 1 배기구와, 기통간 가스 채널에 접속된 제 2 배기구를 구비하는 한편, 상기 후속 기통은 흡기 통로에 접속된 제 1 흡기구와, 기통간 가스 채널에 접속된 제 2 흡기구와, 배기 통로에 접속된 배기구를 구비하며,
    상기 선행 기통의 제 1 및 제 2 배기구를 개폐하는 제 1 및 제 2 배기 밸브 뿐만 아니라 상기 후속 기통의 제 1 및 제 2 흡기구를 개폐하는 제 1 및 제 2 흡기 밸브가 작동 상태와 정지 상태 사이에서 개별적으로 전환 가능하고,
    제 2 배기 밸브 및 제 2 흡기 밸브를 작동 상태에 이르게 함으로써 현재 배기 행정인 선행 기통으로부터 배출된 연소 가스가 현재 흡기 행정인 후속 기통 내에 도입되도록 저부하 저속 운전 영역에서 2기통 접속 상태가 형성되고,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 상기 후속 기통의 배기구로부터 방출된 배기 가스가 배기 통로에 설치된 3원 촉매를 통과하며,
    상기 제어 장치는,
    엔진이 2기통 상태인 경우, 이론 공연비보다 소정량 만큼 더 큰 공연비의 희박 상태에서 선행 기통의 연소가 실행되고 후속 기통의 연료가 선행 기통의 연소에 의해 생성된 연소 가스에 공급되고 그리고 이론 공연비의 상태에서 후속 기통의 연소가 실행되도록 각 기통으로의 연료 공급을 제어하는 제어기를 포함하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 2기통 접속 상태에서 연소가 실행되는 특수 운전 모드와 각 기통의 흡기 및 배기 동작이 서로 독립적으로 수행되는 상태에서 연소가 실행되는 정상 운전 모드 사이에서 전환 가능하고, 엔진 작동 상태에 따라 제 1 배기 밸브 및 제 1 흡기 밸브는 작동 상태로 설정되고 또 제 2 배기 밸브 및 제 2 흡기 밸브는 정지 상태로 설정되며, 상기 제어 장치는,
    흡기 공기 파동을 검출하기 위한 흡기 공기 파동 검출기를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는, 엔진 운전 모드의 전환시에 흡입 공기 파동 검출기로부터 출력된 검지 신호에 관하여 신선한 공기 및 가스 유로가 유로 전환기에 의해 전환되었는지를 판단하고 그리고 유로의 전환이 검출된 시점 다음의 유로의 전환 후에 선택된 운전 모드에 대응하는 공연비를 수행하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 이론 공연비보다 소정량 만큼 더 큰 공연비의 희박 혼합 상태에서 선행 기통의 연소가 수행되고 그리고 상기 이론 공연비의 상태에서 후속 기통의 연소가 수행되도록 선행 기통 내에 도입된 흡입 공기의 양에 기초하여 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사될 연료의 양의 합을 계산하는 총 연료 분사량 계산기와,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 선행 기통에 의해 발생되는 토크와 후속 기통에 의해 발생되는 토크 사이에 균형이 달성되도록 엔진 운전 상태에 따라 선행 기통의 공연비 대 후속 기통의 공연비의 비를 설정하는 비 설정기와,
    상기 비 설정기에 의해 설정된 공연비와 상기 총 연료 분사량 계산기에 의해 계산된 분사될 연료의 양의 합에 기초하여 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사될 연료의 최종 량을 계산하는 최종 연료 분사량 계산기를 더 포함하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  30. 제 27 항에 있어서,
    엔진은 운전 영역의 적어도 일부에서 압축 자동 점화에 의해 후속 기통에서 연소를 실행하도록 제어되고, 그리고 엔진이 2기통 접속 상태가 형성되는 운전 영역에 있고 또한 후속 기통의 온도가 압축 자동 점화에 의한 연소애 적합한 레벨에 도달하지 않은 것으로 판단되는 특정 저온 상태에 엔진이 여전히 있을 때, 강제 점화에 의한 연소를 실행하도록 후속 기통의 공연비가 이론 공연비와 실질적으로 동일하게 되는 한편, 선행 기통의 공연비가 후속 기통에서 압축 자동 점화에 의해 연소가 실행되는 경우보다 더 크게 되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  31. 각 기통이 일정한 위상차를 두고 흡기, 압축, 팽창 및 배기 행정을 거치는 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치로서, 흡기 및 배기 행정이 서로 중복되는 한 쌍의 선행 및 후속 기통에서, 현재 배기 행정에 있는 선행 기통으로부터 방출된 연소 가스가 기통간 가스 채널을 통해 현재 흡기 행정에 있는 후속 기통 내에 직접 도입되고 그리고 후속 기통으로부터만 배출된 가스가 3원 촉매를 구비한 배기 통로에 전달되도록, 적어도 저 부하 저속 운전 영역에서 2기통 접속 상태를 형성하기 위해 신선한 공기 및 가스의 유로가 접속되는, 다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치가 엔진 제어용 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 엔진이 2기통 접속 상태에 있을 때 이론 공연비보다 소정량 만큼 더 큰 공연비의 희박 혼합 상태에서 선행 기통의 연소가 실행되고 선행 기통의 연소에 의해 생성된 연소 가스에 후속 기통의 연료가 공급되고 그리고 이론 공연비의 상태에서 후속 기통의 연소가 실행되도록 각 기통에 대한 연료 공급을 제어하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    엔진은, 상기 2기통 접속 상태에서 연소가 실행되는 특수 운전 모드와 엔진 운전 상태에 따라 각 기통의 흡기구 및 배기구가 서로 독립적으로 작동하면서 연소가 실행되는 정상 운전 모드 사이에서 전환 가능하고,
    상기 제어 장치는 흡입 공기 파동을 검출하는 기류 센서를 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 엔진 운전 모드의 전환시에, 기류 센서로부터 출력된 검지 신호에 관하여 유로 전환기에 의해서 신선한 공기 및 가스 유로가 전환되었는지를 판단하고 그리고 유로의 전환이 검출된 시점 다음의 유로의 전한 후에 선택된 운전 모드에 대응하는 공연비 제어 동작을 실행하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 엔진 제어용 제어 유닛은,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 이론 공연비보다 소정량 만큼 더 큰 공연비의 상기 희박 혼합 상태에서 선형 기통의 연소가 실행되고 그리고 상기 이론 공연비의 상태에서 후속 기통의 연소가 실행되도록 선행 기통 내에 도입된 흡입 공기의 양에 기초하여 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사될 연료의 양의 합을 계산하고,
    엔진이 2기통 접속 상태인 경우 선행 기통에 의해 발생된 토크와 후속 기통에 의해 발생된 토크 사이에 균형이 달성되도록 엔진 운전 상태에 따라 선행 기통에 대한 공연비 대 후속 기통에 대한 공연비의 비를 설정하고,
    상기 공연비의 비 및 분사될 연료의 양에 기초하여 선행 기통 및 후속 기통 내에 분사될 최종 연료의 양을 계산하는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
  34. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 제어용 제어 유닛은, 엔진이 2기통 접속 상태인 운전 영역의 적어도 일부에서 후속 기통 내에 압축 자동 점화에 의한 연소를 실행하도록 엔진을 제어하고, 그리고 엔진이 2기통 접속 상태가 형성되는 운전 영역에 있고 또한 후속 기통의 온도가 압축 자동 점화에 의한 점화에 적합한 레벨에 도달하지 않은 특정 저온 상태에 엔진이 여전히 있을 때, 강제 점화에 의한 연소를 실행하도록 후속 기통의 공연비가 이론 공연비와 실질적으로 동일하게 되는 한편 선행 기통의 공연비는 후속 기통에서 압축 자동 점화에 의해 연소가 실행되는 경우보다 크게 되는
    다기통 불꽃 점화 엔진용 제어 장치.
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