KR100228977B1 - 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

자동차의 주행상태에 따라 이미 설정되어 있는 동작상태로 가변밸브 타이밍 장치의 동작이 이루어지고 있는지를 판단하여 비정상적으로 동작상태가 이루어질 경우엔 운전자가 신속하게 인식할 수 있도록 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단장치 및 그 방법을 제공하기 위하여, 크랭크 샤프트의 회전동작에 따라 해당하는 주기의 펄스신호가 출력되는 크랭크 포지션 감지수단과; 캠 샤프트의 회전동작에 따라 해당하는 주기의 펄스신호가 출력되는 캠 샤프트 포지션 감지수단과; 엔진에 인가되는 부하정도에 따라 출력신호의 상태가 가변되는 엔진부하 감지수단과; 자동차의 주행상태에 따라 설정된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 판단한 후, 크랭크 포지션 감지수단과 캠 샤프트 포지션 감지수단에서 인가되는 신호의 위상차를 산출하여 실제 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 판단하여 자동차의 주행상태에 따른 설정상태와 실제의 동작상태가 같지 않을 경우엔 오동작 경고신호를 출력하는 동작 제어수단과; 동작 제어수단에서 인가되는 오동작 경고신호에 따라 동작하여 사용자가 가변 밸브 타이밍 장치의 오동작상태를 신속하게 인식할 수 있도록 하는 동작 상태 표시수단으로 이루어져 있다.

Description

가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단장치 및 그 방법

제1도는 이 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단 장치의 블럭도,

제2도는 이 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단방법의 동작 순서도,

제3도는 (a)∼(c)는 이 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 감시장치의 동작 타이밍도,

제4도는 이 발명의 실시예에 따른 엔진의 주행영역에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 영역도이다.

이 발명은 가변 밸브 타이밍(variable valve timing) 장치의 동작 판단장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, 가변 밸브 타이밍의 동작상태를 정확하게 운전자가 확인할 수 있도록 하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 가변밸브 타이밍 장치의 동작 판단장치 및 그 방법에 관한 것이다.

자동차의 주행동작에 필요한 공기를 해당 실린더에 공급하고,

연소된 연소가스를 대기로 배출시키기 위해, 엔진의 각 실린더에는 흡/배기 밸브가 각각 장착되어 있다.

따라서 엔진의 출력효율이나 성능에 따라 상기 흡/배기 밸브의 갯수를 가변시켜 원하는 성능을 갖는 자동차를 개발할 수 있도록 한다.

일반적으로 4 사이클 엔진의 캠 샤프트(cam shaft)는 타이밍 벨트(timing belt)에 의해 크랭크 샤프트(crank shaft)의 2회전마다 1회전하도록 스프로킷(sprocket)의 기어비가 구성되어 있으므로 캠 샤프트의 회전에 따라 로커암(rocker arm)이 작동되고, 상기 로커 암의 운동에 의해 흡/배기 밸브의 개폐동작을 실행한다.

그러므로 엔진의 회전속도에 비례하는 캠 샤프트의 회전동작에 따라 흡/배기 밸브의 개폐상태가 가변되므로, 엔진의 연소동작에 필요한 공기의 흡입시간과 연소가스의 배출동작이 정확한 시간에 이루어질 수 있도록 한다.

그러나 자동차의 주행상태에 따라 엔진의 동작상태가 가변되므로, 좀더 효율적으로 자동차의 주행상태에 맞게 엔진의 동작이 이루어질 수 있도록 흡/배기 밸브의 개폐동작이 이루어지는 작동시간을 조절한다.

그러므로 크랭크 샤프트에 가변 밸브 타이밍 장치를 장착하여 자동차의 주행영역에 따라 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 가변시켜 캠 샤프트의 위상을 가변시킨다.

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 캠 스프로킷 옆에 장착되어 있고, 가변 밸브 타이밍 장치가 동작할 경우 캠 스프로킷에 형성되어 있는 타이밍 체인과 접속하여 캠 샤프트를 설정된 양만큼 해당 방향으로 회전시켜 캠의 동작범위를 설정치만큼 가변시키게 된다.

따라서 상기와 같은 가변 밸브 타이밍 장치의 동작에 의해 가변되는 캠의 위치변화에 따라 로커 암의 작동범위가 가변되어 흡/배기 밸브의 작동시간을 조절한다.

그러나 환경오염에 대한 관심도가 높아짐에 따라 자동차의 배기 가스 규제가 더욱 강화됨에 따라 엔진의 완전연소를 추구하게 된다.

따라서 자동차의 주행상태에 따라 설정되어 있는 정확한 시기에 가변 밸브 타이밍 장치가 동작하지 않을 경우에, 엔진의 연소효율이 감소되어 대기를 오염시키는 비연소 가스의 배출량이 증가하는 문제점이 발생한다.

특히, 종래에는 흡/배기 밸브의 동작시간을 조정하는 가변 밸브 타이밍 장치의 오동작여부를 정확하게 판단할 수 있는 별도의 감지장치가 없었으므로, 엔진의 동작상태를 정확하게 점검하지 않은 이상 오동작상태를 확인할 수 없는 문제가 발생한다.

그러므로 자동차의 주행상태와 무관한 가변 밸브 타이밍 장치의 동작으로 비연소 가스가 다량 배출될 경우에도 자동차 운전자가 이를 확인할 수 없으므로 불필요한 연료의 소모를 증가시키고 대기오염을 더욱 가중시키는 문제가 발생한다.

따라서 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동차의 주행상태에 따라 이미 설정되어 있는 동작상태로 가변 밸브 타이밍 장치의 동작이 이루어지고 있는지를 판단하여 비정상적으로 동작상태가 이루어질 경우엔 운전자가 신속하게 인식할 수 있도록 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은,

크랭크 샤프트의 회전동작에 다라 해당하는 주기의 펄스신호가 출력되는 크랭크 포지션 감지수단과;

캠 샤프트의 회전동작에 따라 해당하는 주기의 펄스신호가 출력되는 캠 샤프트 포지션 감지수단과;

엔진에 인가되는 부하정도에 따라 출력신호의 상태가 가변되는 엔진 부하 감지수단과;

상기 크랭크 포지션 감지수단과 캠 샤프트 포지션 감지수단과 엔진 부하 감지수단에 연결되어, 자동차의 주행상태에 따라 설정된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 판단한 후, 크랭크 포지션 감지수단과 캠 샤프트 포지션 감지수단에서 인가되는 신호의 위상차를 산출하여 실제 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 판단하여 자동차의 주행상태에 따른 설정상태와 실제의 동작상태가 같지 않을 경우엔 오동작 경고신호를 출력하는 동작 제어수단과;

상기 동작 제어수단과 연결되어, 동작 제어수단에서 인가되는 오동작 경고신호에 따라 동작하여 사용자가 가변 밸브 타이밍 장치의 오동작상태를 신속하게 인식할 수 있도록 하는 동작 상태 표시수단으로 이루어져 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 또다른 구성은,

크랭크 포지션 감지수단과 엔진부하 감지수단에서 인가되는 신호에 따라 엔진의 회전수와 부하상태를 판단하여 주행영역에 따라 설정되어 있는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 판단하는 단계와;

판단된 엔진의 주행영역이 일정 시간 지속될 경우에, 크랭크 포지션 감지수단과 캠 포지션 감지수단에서 인가되는 신호의 위상차를 산출하는 단계와;

산출된 신호의 위상차를 제1설정 범위안에 포함되는지를 판단하는 단계와;

산출된 신호의 위상차가 제1설정 범위안에 포함되지 않을 경우에, 제2설정범위안에 포함되는지를 판단하는 단계와;

신호의 위상차가 제1설정범위나 제2설정범위안에 포함될 경우에, 엔진의 주행상태에 따라 설정되는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태와 신호의 위상차에 의해 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 일치하는지를 판단하는 단계와;

엔진의 주행상태에 따라 설정되는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태와 신호의 위상차에 의해 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 일치할 경우엔 가변 밸브 타이밍의 동작상태를 정상상태로 판단하고, 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 동일하지 않거나 신호의 위상차가 제2설정범위를 벗어날 경우에 동작 상태 표시수단으로 구동신호를 출력하는 단계로 이루어져 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 이 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 제1도는 이 발명의 실시예에 따라 가변 밸브 타이밍 감시장치의 블럭도, 제2도는 이 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 감사방법의 동작 순서도, 제3도의 (a)∼(c)는 이 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 감사장치의 동작 타이밍도, 제4도는 이 발명의 실시예에 따른 엔진의 주행영역에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 영역도이다.

제1도를 참고로 하여 이 발명의 구성을 살펴보면, 크랭크 축에 장착되어 있는 크랭크 포지션 휠(crank position wheel)에 형성되어 있는 톱니바퀴의 회전동작 따라 펄스신호가 출력되는 크랭크 포지션 센서(11)와, 상기 홉기 캡 샤프트에 형성되어 있는 다웰 핀(dowel pin)에 의해 흡기 캠 샤프트의 회전동작에 따라 해당 주기의 펄스 신호가 출력되는 홀 센서(12)와, 가속페달의 동작에 따라 개도상태가 가변되는 스로틀 밸브의 동작상태에 출력신호의 상태가 가변되는 스로틀 포지션 센서(13)와, 상기 크랭크 포지션 센서(11)와 홀 센서(12)와 스로틀 포지션 센서(13)의 출력신호를 입력받아 엔진의 동작상태에 따라 설정되는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태와 크랭크 포지션 센서(11)와 홀 센서(12)에서 출력되는 신호에 의해 판단되는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태에 따라 가변 밸브 타이밍 장치가 오동작상태로 판단되면 경고신호를 출력하는 동작 제어부(2)와,

상기 동작 제어부(2)와 연결되어 출력되는 경고신호에 따라 동작상태가 가변되어 운전자가 가변 밸브 타이밍 장치의 오동작상태를 신속하게 판단할 수 있도록 하는 동작상태 표시부(3)로 이루어져 있다.

상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.

먼저, 각 동작에 필요한 전원이 공급되어, 가변 벨트 타이밍의 동작상태를 판단하기 위한 동작을 실행한다(S10).

그러므로 동작 제어부(2)는 제3도의 (a)와 같은 형태로 출력되는 크랭크 포지션 센서(11)의 출력신호를 이용하여 현재 동작하고 있는 엔진의 회전수를 판단하고, 스로틀 포지션 센서(13)에서 인가되는 신호를 이용하여 현재 엔진에 인가되는 부하상태를 판단한다(S20).

엔진에 인가되는 부하정도를 감지하기 위해 동작제어부(2)는 상기 스로틀 포지션 센서(13)뿐만 아니라 서지탱크(surge tank)내의 부압을 감지하여 해당하는 신호를 출력하는 서지탱크 압력센서나 흡기통로를 통해 흡입되는 공기량에 따라 출력신호의 상태가 가변되는 에어 플로우(air flow) 센서의 출력신호를 이용할 수 있다.

상기와 자동차의 주행상태에 따라 가변되는 엔진의 회전수와 부하정도가 판단되면, 동작 제어부(2)는 엔진의 회전수와 부하정도에 따라 이미 설정되어 있는 데이터 맵을 이용하여, 주행중인 엔진의 주행영역을 판단한다(S30).

그러므로 상기와 같이 엔진의 주행영역이 판단되면, 제4도와 같이 엔진의 주행영역에 따라 이미 설정되어 있는 가변 밸브 타이밍 장치의 온/오프 영역에 대한 데이타를 이용하여 현재, 자동차의 주행영역에서 가변 밸브 타이밍 장치가 동작상태인가 또는 비동작상태인가를 판단한다(S40).

상기와 같이 가변 밸브 타이밍 장치의 온/오프상태가 판단되면, 동작 제어부(2)는 크랭크 포지션 센서(11)와 스로틀 포지션 센서(13)에서 인가되는 신호를 이용하여 판단되는 엔진의 주행영역이 설정된 시간동안 같은 영역을 유지하고 있는지를 비교 판단한다(S50).

따라서 판단된 자동차의 운전영역이 설정된 시간동안 지속되지 않고 주행상태가 가변될 경우엔, 동작 제어부(2)는 자동차의 주행상태가 안정화되지 않는 상태로 판단하여 별도의 제어동작을 실행하지 않고 초기단계(S20)로 넘어간다.

그러나 판단된 자동차의 운전영역이 설정된 시간동안 지속될 경우엔, 동작 제어부(2)는 크랭크 포지션 센서(11)와 홀센서(12)에서 인가되는 신호를 판독하여, 두 신호 사이에 발생하는 위상차(θ)를 산출한다(S60).

가변 밸브 타이밍 장치를 동작시키지 않을 경우와 동작시킬 경우에 도시되지 않은 캠 샤프트의 위치가 설정된 만큼 가변되어 흡기 캠 샤프트에 장착되어 있는 다웰 핀의 위치가 가변되므로, 제3도의 (b)와 (c)처럼 소정의 위상차가 발생한다.

그러므로 상기와 같이 가변 밸브 타이밍 장치의 동작여부에 따라 홀 센서(12)의 출력신호의 위상차이가 가변되므로, 크랭크 포지션 센서(11)의 출력신호와 홀센서(12)의 출력신호 사이에도 가변 밸브 타이밍 장치의 동작여부에 따라 발생하는 위상차(θ)는 가변된다.

상기와 같이 크랭크 포지션 센서(11)와 홀센서(12)에서 출력되는 두 신호의 위상차(θ)가 산출되면, 동작 제어부(2)는 산출되는 위상차(θ)가 제1설정 범위안에 포함되는지를 판단한다(S80).

상기 제1설정범위는 엔진의 회전수와 부하정도에 따라 설정되어 있는 데이타 맵에 의해 설정된 범위중에서 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 온상태를 유지하는 구간이다.

상기 제1설정 범위는 가변 밸브 타이밍 장치가 동작상태일 때, 크랭크 포지션 센서(11)와 홀 센서(12)의 출력신호 사이에 발생할 수 있는 두 신호의 위상차이의 범위이다.

따라서 두 센서(11, 12)에서 출력되는 신호의 위상차(θ)가 이미 설정되어 있는 제1설정 범위안에 포함될 경우엔, 동작 제어부(2)는 크랭크 포지션 센서(11)와 홀센서(12)의 출력신호에 의해 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 상태는 동작상태로 판단한다.

그러므로 실제 엔진의 동작상태에 따라 설정되어 있는 상태로 가변 밸브 타이밍 장치의 동작이 이루어지는지를 판단한다.

따라서 동작 제어부(2)는 상기 단계(S40)에서 엔진의 동작상태에 따라 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태와 두 센서(11, 12)의 출력신호에 따라 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 서로 일치한지를 판단한다(S90).

그러므로 각 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 서로 동일한 상태를 유지할 경우에, 동작 제어부(2)는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 엔진의 동작상태에 따라 설정되어 있는 상태로 정상 동작하고 있는 상태로 판단한다.

그러나 각 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 서로 같지 않을 경우엔, 자동차의 주행상태에 맞게 가변 밸브 타이밍 장치의 동작이 이루어지지 않는 상태로 판단하여 동작 상태 표시부(3)로 구동신호를 출력한다(S100).

따라서 상기 동작 상태 표시부(3)의 동작상태가 가변되어, 자동차 운전자는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 신속하게 판단할 수 있다.

그러나 크랭크 포지션 센서(11)의 출력신호와 홀 센서(12)의 출력신호 사이에 발생하는 위상차(θ)가 제1설정범위에 포한되지 않을 경우엔, 동작 제어부(2)는 가변 밸브 타이밍 장치의 비동작상태에 해당하는 제2설정범위에 포함되는지를 판단한다(S80).

그러므로 산출된 두 신호의 위상차이가 설정되는 제2설정범위 안에 포함될 경우엔 동작 제어부(2)는 크랭크 포지션 센서(11)와 홀 센서(12)에서 출력되는 신호에 의해 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 상태를 비동작 상태로 판단한다.

따라서 상기한 것과 같이 엔진의 동작상태에 따라 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태와 두 센서(11, 12)의 출력신호에 따라 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 비동작상태가 서로 일치한지를 판단한다(S90).

그러므로 각 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 서로 동일한 상태를 유지할 경우에, 동작 제어부(2)는 가변 밸브 타이밍 장치가 엔진의 동작상태에 따라 설정되어 있는 상태로 정상 동작하고 있는 상태로 판단한다.

따라서 동작 제어부(2)는 상기 단계(S20)로 넘어가 엔진의 회전수와 부하정도를 판단한다.

그러나 크랭크 포지션 센서(11)와 홀 센서(12)에서 출력되는 신호의 위상차이가 제2설정 범위를 벗어날 경우나, 상기 단계(S90)에서 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 서로 다를 경우엔, 현재 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 비정상상태로 판단하여 동작 상태 표시부(3)를 구동시키기 위한 구동신소를 출력한 후(S100), 주 프로그램으로 되돌아간다(S110).

상기 동작 상태 표시부(3)는 운전자가 용이하게 상태변화를 인식할 수 있는 계기판 등에 경고음이나 경고등을 이용하여 신속하게 가변 밸브 타이밍 장치의 오동작 상태를 판단할 수 있도록 한다.

그러므로 상기와 같이 엔진의 홉/배기 밸브의 개폐동작을 자동차의 주행상태에 따라 제어하는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 자동차 운전자가 용이하게 판단할 수 있으므로, 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 자동차의 주행상태에 무관하게 오동작을 실행할 경우에 신속하게 오동작 상태를 판단할 수 있다.

그리고 기존에 이용되는 각 센서를 이용하여 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 판단할 수 있으므로 새로운 기능을 추가하기 위한 하드웨어 설계의 어려움이나 많은 설계비용의 상승문제를 해소할 수 있다.

Claims (2)

1. 크랭크 포지션 감지수단과 엔진부하 감지수단에서 인가되는 신호에 따라 엔진의 회전수와 부하상태를 판단하여 주행영역에 따라 설정되어 있는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태를 판단하는 단계와;

   판단된 엔진의 주행영역이 일정 시간 지속되지 않을 경우 상기 엔진에 인가되는 부하상태를 판단하는 단계로 넘어가고, 판단된 엔진의 주행영역이 일정 시간 지속될 경우에, 크랭크 포지션 감지수단과 캠 포지션 감지수단에서 인가되는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 유무에 따른 신호의 위상차를 산출하는 단계와;

   상기 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 유무에 따라 산출된 신호의 위상차를 제1설정 범위안에 포함되는지를 판단하는 단계와;

   상기 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 유무에 따라 산출된 신호의 위상차가 제1설정 범위안에 포함되지 않을 경우에, 제2설정 범위안에 포함되는지를 판단하는 단계와;

   상기 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 유무에 따른 신호의 위상차가 제1설정 범위나 제2설정 범위 안에 포함될 경우에, 엔진의 주행상태에 따라 설정되는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태와 신호의 위상차가 상기 제1설정범위 혹은 제2설정 범위에 있는지에 따라 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 일치하는지를 판단하는 단계와;

   엔진의 주행상태에 따라 설정되는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태와 상기 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 유무에 따른 신호의 위상차에 의해 판단된 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 일치할 경우엔 가변 밸브 타이밍의 동작상태를 정상 상태로 판단하고, 가변 밸브 타이밍 장치의 동작상태가 동일하지 않거나 상기 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 유무에 따른 신호의 위상차가 제2설정 범위를 벗어날 경우에 동작 상태 표시수단으로 구동신호를 출력하는 단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단방법.
2. 제1항에 있어서,

   제1설정 범위는,

   밸브 타이밍 장치가 동작상태일 때 크랭크 포지션 감지수단과 캠 포지션 감지수단에서 출력되는 신호사이에 발생하는 위상차이고,

   제2설정 범위는,

   밸브 타이밍 장치가 비동작 상태일 때 크랭크 포지션 감지수단과 캠 포지션 감지수단에서 출력되는 신호 사이에 발생하는 위상차를 나타내는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 판단방법.