KR100495887B1 - 내연기관의 밸브타이밍 제어장치 - Google Patents

내연기관의 밸브타이밍 제어장치 Download PDF

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Abstract

록핀의 불량으로 인한 진각제어 불량을 없애고 배기가스의 품질, 연비, 구동성 악화를 개선할 수 있는 밸브타이밍 제어장치를 얻는다.
내연기관의 크랭크샤프트와 동기 회전하는 제1의 회전체, 내연기관의 캠샤프트에 고정된 제2의 회전체 및 제1의 회전체에 대해 제2의 회전체를 제1의 상대각도로 록하는 록기구를 갖는 캠위상 액추에이터와; 내연기관의 유압을 발생하는 오일펌프와 제1의 상대각도에서의 록상태를 해제해서 제2의 상대각도로 변경하기 위한 유압에 대응한 전류치를 산출하는 연산수단과; 전류치에 따라 제2의 회전체의 캠위상을 조정하기 위한 유압을 공급하는 유압 조정수단을 구비하고, 연산수단은 록기구의 록상태 및 록해제 상태를 판정해서 록상태의 경우에 록을 해제시킨다.

Description

내연기관의 밸브타이밍 제어장치{VALVE TIMING CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 운전조건에 따라 흡기밸브와 배기밸브의 개폐타이밍(밸브타이밍)을 조정하기 위한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 관한 것이다.
종래 내연기관(엔진)의 흡기밸브 또는 배기밸브의 밸브타이밍을 변경 가능하게하는 장치가 여러가지 제안되어 있고 그 밸브타이밍 제어장치를 갖는 내연기관의 구성도를 도 8에 도시한다.
도 8에서는 내연기관(1101)이 흡입하는 공기를 정화하는 에어클리너(1102)와, 흡입하는 공기량을 계량하는 에어플로센서(1103)와, 흡입관(1104)과, 흡입하는 공기량을 조절하고 내연기관(1101)의 출력을 컨트롤하는 스로틀 밸브(1105)와, 흡입한 공기량에 부합하는 연료를 공급하는 인젝터(1106)를 도시하고 있다.
또, 내연기관(1101)의 연소실내의 혼합기체를 연소시키는 불꽃을 발생하는 점화플러그(1111)와, 점화플러그(1111)에 고전압에너지를 공급하는 점화코일(1110)과, 연소한 배기가스를 배출하는 배기관(1107)과, 배기가스내의 잔존 산소량을 검출하는 02 센서(1108)와, 배기가스내의 유해가스인 THC,CO,NOx를 동시에 정화할 수 있는 3원촉매(1109)를 도시하고 있다.
또, 소정위치에 돌기(도시없음)가 설치되고, 크랭크 샤프트에 부착되어 크랭크 샤프트와 일체로 회전하는 크랭크각 검출용의 센서플레이트(1116)과, 센서플레이트(1116)의 돌기(도시않음)가 크랭크각센서(1115)를 가로지를 때에 신호를 생성하여 크랭크각을 검출하는(크랭크 샤프트의 위치를 검출하는) 크랭크각센서(1115)를 도시하고 있다.
또, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대각도를 변화시키는 캠위상 액추에이터(1113)와, 크랭크각센서와 같이 캠각 검출용 센서플레이트(도시않음)의 돌기에 의해 펄스신호를 발생하고 캠각을 검출하는 캠각센서(1112)를 도시하고 있다.
또, 캠위상 액추에이터(1113)에 공급되는 유압(油壓)을 조정해서 크랭크 샤프트에 대한 캠샤프트의 상대각도(캠위상)를 제어하는 오일컨트롤밸브(유압조정수단)(1114)과, 캠위상의 제어를 하는 동시에 내연기관(1101)의 제어를 행하는 ECU(연산수단)(1117)을 도시하고 있다.
또, 캠위상 액추에이터(1113)를 구동하는 유압을 발생하는 동시에 내연기관 (1101)의 기구 부품의 윤활유를 각 부분에 압력을 이용하여 전달하는 오일펌프(1118)와, 오일펌프(1118)로부터 오일컨트롤밸브(1114)로 압력을 이용하여 전달되는 오일의 유압을 검출하는 유압센서(1119)를 도시하고 있다.
또, 오일펌프(1118)로부터 오일컨트롤밸브(1114)로 압력을 이용하여 전달되는 오일의 온도를 검출하는 오일온도센서(1120)와, 내연기관(1101)을 냉각하는 냉각수(1121)와, 냉각수(1121)의 온도를 검출하는 수온센서(1122)를 표시하고 있다.
종래의 내연기관(1101)의 밸브타이밍 제어장치(캠위상 액추에이터)(1113)로는 예를들면 도 9 ~ 도 13에 도시한 것이 알려져 있다.
도 9는 종래의 베인식 밸브타이밍 제어장치의 내부구성을 표시하는 도면이고, 도 10은 도9의 A - A선으로 절취한 종단면도이다.
또, 도 11은 종래의 베인식 밸브타이밍 제어장치의 록기구(잠금기구) 및 록해제기구(잠금해제기구)의 요부를 확대한 사시도이고, 도 12 및 도 13은 록기구 및 록해제기구의 종단면도이다.
다음에 도 9 ~ 도 13을 참조 하면서 종래의 밸브타이밍 제어장치(1113)에 대해 설명한다.
캠위상 액추에이터(밸브타이밍 제어장치)(1113)는 엔진의 출력축인 크랭크 샤프트(도시않음) 등을 통해 연결되어 크랭트샤프트와 동기 회전하는 제1의 회전체 (1)를 구비하고 있다.
이 제1의 회전체(1)는 크랭크샤프트와 일체로 회전하는 스프로켓(sprocket)(2)과, 내주부에서 돌출해서 다수의 유압실을 구성하는 다수의 돌기형상의 슈(shoe)(3a)를 갖는 케이스(3)와, 케이스(3)의 슈(3a)에 의해 구성되는 유압실을 덮는 커버(4)를 볼트 등으로 체결부재(5)에 의해 일체화해서 된 것이다.
케이스(3)의 내측에는 제1의 회전체(1)와 상대적 회전이동 가능한 로터(제2의 회전체)(6)가 배치되어 있고 이 로터(6)는 흡기밸브 또는 배기밸브의 개폐에 관여하는 캠샤프트(7)에 볼트 등의 체결부재(8)에 의해 일체 고정되어 있다. 이 로터(6)는 케이스(3)의 슈(3a)에 의해 다수 구성되는 유압실을 진각측 유압실(9)와 지각측의 유압실(10)로 구분하는 다수의 베인(6a)을 가지고 있다.
또, 캠샤프트(7)내에는 진각측(진행각측)의 유압실(9)에의 유압을 배급하는 제1의 유로 (압력실 공급통로)(11)와, 지각측(지연각측) 유압실(10)에의 유압을 배급하는 제2의 유로(압력실 공급통로)(12)가 설치되어 있다.
케이스(3)의 슈(3a)의 선단부 및 로터(6)의 베인(6a)의 선단부에는 진각측(進角側) 유압실(9)과 지각측(遲角側) 유압실(10) 사이의 오일누설을 방지하는 밀봉수단(13)이 각각 배치되어 있다.
로터(6)의 하나의 베인(6a)에는 후술하는 록핀을 수납하는 수납구멍(14)이 형성되어 있고, 이 수납구멍(14)에는 제1의 회전체(1)와 제2의 회전체와의 상대적 회전이동을 규제하는 대략 원통 형상의 스트레이트 핀인 록핀(록부재, 록기구)(15)이 배치되어 있다.
록핀(lock pin)(15)은 캠위상 액추에이터내에 유압력이 없는 엔진의 시동시에 캠샤프트(7)에 일체 고정된 캠(도시않음)의 반발력에 의해 로터(6)가 회전방향으로 진동하고, 이 진동에 의해 로터(6)가 제1의 회전체(1)에 대해 접촉 및 분리를 반복함으로서 생기는 충돌음의 발생을 억제하기 위한 것이다.
이 때문에 록핀(15)은 수납구멍(14)내의 후방벽과 록핀(15) 사이에 배치된 코일스프링등의 작동수단(록수단)(16)에 의해 제1의 회전체(1)를 향해 항상 작동되고 후술하는 결합구멍내에 결합이 가능하다.
또, 수납구멍(14)에는 록핀(15)의 배압(背壓)을 장치의 외부로 배출하기 위한 배출구멍(록해제기구)(17)이 형성되어 있다.
한편, 제1의 회전체로서의 스프로켓(2)에는 제2의 회전체로서의 로터(6)가 제1의 회전체(1)에 대해서 가장 지각측으로 되는 최지각 위치에 위치했을 때에 록핀(15)의 감입(嵌入)을 받는 위치에 결합구멍(록기구)(18)이 형성되어 있다.
결합구멍(18)의 내벽과 록핀(15)의 외벽과의 사이에는 록해제 유압실(18a)이 형성되어 있다.
수납구멍(14)을 갖는 베인(6a)에는 진각측 유압실(9) 및 지각측 유압실(10)중 압력이 높은 쪽을 선택해서 전환하고, 그 압력을 록핀(15)이 결합된 결합구멍(18)내에 공급해서 록핀(15)에 의한 결합구멍(18)에의 결합(록)을 해제하는 체크밸브(록 해제기구)(19)가 설치되어 있다.
이 체크밸브(19)는 로터(6)의 베인(6a)내에 형성된 제1록 해제 유압공급로(록 해제기구)(20) 및 스프로켓(2)에 형성된 제2록 해제 유압 공급로(록 해제기구) (21)를 경유해서 결합구멍(18)내에 연통하고 있다.
또, 체크밸브(19)와 진각측 유압실(9)은 진각측 압력 분배통로(록 해제기구)(22)를 경유해서 연통해 있고, 체크밸브(19)와 지각측 유압실(10)은 지각측 압력 분배통로(록 해제기구)(23)를 경유해서 연통하고 있다.
지각측 유압실(10)과 수납구멍(14)의 배압부(14a)는 퍼지통로(24)를 경유해서 연통하고 있다.
다음에 종래의 밸브타이밍 제어장치의 동작에 대해 설명한다.
ECU(1117)는 내연기관(1101)의 운전상태에 의해 목표위상각을 산출한다. 또 크랭크각센서(1115)에서 산출한 크랭크각과, 캠각센서(1112)에서 검출한 캠각에 의해 밸브타이밍인 검출위상각을 산출하고 목표위상각과 검출위상각과의 편차를 산출한다.
또, 검출위상각과 목표위상각과의 편차에 따라 검출위상각을 목표위상각에 일치 시키도록 오일컨트롤밸브(1114)의 통전 전류치 또는 듀티비(Duty 비)를 산출한다.
오일컨트롤밸브(1114)는 산출치에 따라 캠위상 액추에이터(1113)에 대한 오일의 유로를 선택하고 공급유압을 조정함으로서 밸브타이밍을 제어한다.
내연기관(1101)의 시동시 오일컨트롤밸브(1114)는 캠위상 액추에이터(1113)의 지각측유압실(10)에 오일이 공급되도록 제어된다.
한편, 내연기관(1101)의 정지시에는 캠위상 액추에이터(1113)내 및 오일펌프 (1118)로부터 캠위상 액추에이터(1113)까지의 유로내의 오일은 오일팬에 떨어질 가능성이 있고, 그 경우 시동시에는 유로내의 에어 또는 에어를 포함한 오일을 지각측 유압실(10)에 도입시켜, 퍼지통로(24), 배압부(14a), 배출구멍(17)을 통해서 캠위상 액추에이터의 외부로 배출시킨다.
내연기관(1101)의 시동후 지각측 압력 분배통로(23)로부터의 유압이 록해제 유압실(18a)에도 도입되지만, 가압수단(urging force)(16)의 가압력(biasing force)에 의해 록핀(15)은 결합구멍(18)에서 빠지지 않는 상태로 보존되고, 시동시에 록핀(15)이 결합구멍(18)에서 빠져서 로터(6)가 덜걱거림으로서 생기는 이상음(abnormal noise)의 발생을 억제하고 있다.
시동시에는 오일펌프(1118)로 부터의 유압이 지각측유압실(10)에 공급되는 도중 지각측 유압실(10)내의 에어는 통로(24)를 거쳐 배출구멍(17)에서 장치 외부로 배출된다. 에어가 배출되면 배압부(14a)내로 공급된 오일에 의해 잔류 유압이 발생하고 해제 유압을 높여서 록해제를 저지하고 있다.
내연기관(1101)의 시동후, 예를들면 운전자가 액셀페달을 밟음으로서 진각측으로의 지령이 나온 경우, ECU(1117)는 진각측 유압실(9)에 유압을 도입하도록 오일컨트롤밸브(1114)를 제어한다.
진각측유압실(9)의 오일은 진각측 압력 분배통로(22)를 통해서 록해제 유압실 (18a)에 도입되고 록해제 유압실(18a)에 도입된 오일의 유압은 가압수단(16)의 가압력에 반발해서 록핀(15)의 선단을 해제방향으로 가압한다.
오일컨트롤밸브(1114)는 지각측 유압실(10)의 오일을 배출하는 위치로 제어되므로 지각측유압실(10)의 오일은 오일컨트롤밸브(1114)를 통해서 오일팬에 배출된다.
따라서, 록핀(15)은 결합구멍(18)에서 빠져서 록해제 된다. 로터(6)는 가동 가능해지고 진각측 유압실(9)의 유압에 의해 로터(6)가 진각측으로 동작함으로서 진각제어가 된다.
종래의 내연기관의 밸브타이밍 제어장치는 이상과 같이 밸브타이밍을 제어하는 경우 내연기관(1101)의 시동직후나 회전속도의 이상 저하에 의한 유압저하로 록핀(15)이 결합구멍(18)에 결합된 상태에서 운전상태의 변화 등에 의해 록핀(15)이 결합구멍(18)에 결합하는 위치에서 목표위상각이 급변하면, 결합구멍(18)에 들어 있는 록핀(15)이 결합구멍(18)으로부터 빠지는 것이 아니라, 로터(6)의 동작이 빨라지고 록핀(15)이 결합구멍(18)에서 빠지지 않고 짓눌린 상태가 되어 로터(6)를 원하는 방향으로 동작시킬 수 없다는 문제점이 있었다.
또, 록핀(15)이 달라붙어서(sticking, jam), 밸브타이밍을 목표위상각으로 제어할 수 없는 경우 구동성, 연비 및 배기가스의 품질 등의 악화를 초래해 버린다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 된 것으로 록핀(15)이 달라붙음으로 인한 진각제어 불량을 없애고 배기가스의 품질, 연비 및 구동성의 악화를 개선할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치는 내연기관의 크랭크 샤프트와 동기 회전하는 제1의 회전체와, 내연기관의 캠샤프트에 고정된 제2의 회전체와, 제1의 회전체에 대해 제2의 회전체를 제1의 상대각도로 록(locking)하는 록기구를 갖는 캠위상 액추에이터와, 내연기관의 유압을 발생하는 오일펌프와, 제1의 상대각도에서의 록상태를 해제해서 제2의 상대각도로 변경하기 위한 전류치를 산출하는 연산수단과, 제2의 회전체의 캠위상을 조정하기 위한 유압을 공급하는 유압조정수단을 구비하고, 연산수단은 록기구의 록상태 및 록해제 상태를 판정해서 록상태인 경우에, 록을 해제시키는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 내연기관의 운전상태를 표시하는 제1의 파라미터 또는 밸브타이밍 제어장치의 작동상태를 표시하는 제2의 파라미터에 의해 록상태 및 록해제 상태를 판정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 제1의 파리미터를 표시하는 내연기관의 회전속도에 의해 록상태 및 록해제 상태를 판정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 제1의 파라미터를 표시하는 내연기관의 냉각수 온도에 의해 록상태 및 록해제 상태를 판정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 제1의 파라미터를 표시하는 내연기관의 유압에 의해 록상태 및 록해제 상태를 판정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 제2의 파라미터를 표시하는 제2의 상대각도의 검출치가 소정의 최지각 위치의 범위내에 있는 경우 록상태라고 판정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 제2의 파라미터를 표시하는 제2의 상대각도의 검출치가 소정치 이상인 경우에, 록해제 상태라고 판정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 제1의 파라미터에 따라 산출된 제2의 상대각도의 목표치가 소정치 이상이고, 또 제2의 상대각도의 검출치가 소정량 이하인 상태가 소정기간 동안 계속하는 경우, 록상태라고 판정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 검출치가 목표치에 달하는 유압 조정수단의 제어량을 학습하는 제어량 학습수단을 구비하고 제어량 학습수단의 학습상태에 따라 소정기간을 결정하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 내연기관의 운전상태를 표시하는 제1의 파라미터에 따라 산출된 제2의 상대각도의 목표치, 또는 제1의 파라미터에 의해 록해제를 금지하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 제1의 파라미터를 표시하는 내연기관의 시동으로부터의 경과시간이 소정치에 달하기까지의 사이에 록의 해제를 금지하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 목표치가 소정치 이하인 경우에 록의 해제를 금지하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 연산수단은 록상태라고 판정되는 경우 제1의 상대각도에서 제2의 상대각도로 변경하는 위상피드백제어를 금지하는 것이다.
실시의 형태 1.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태 1에 대해 상세하게 설명한다.
또, 본 발명의 실시의 형태 1을 표시하는 구성은 전술(도 8 ~ 도 13참조)과 동일하고 일부 다른 ECU(1117)의 동작 이외에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2를 참조하면서 ECU(1117)에 의한 록상태의 판정동작에 대해 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 동작을 표시하는 플로차트이다.
위상 피드백제어에 의한 목표위상각 Vt가 산출되면 도 1 ~ 도 2의 순으로 루틴이 실시된다.
도 7에서 검출위상각 Vd가 소정량(예를들면 5[degCA]) 이상인지를 판정한다 (스텝 S101).
스텝(S101)에서 검출위상각 Vd가 소정량(5[degCA]) 이상인 경우(즉 YES), 로터(6)는 진각측으로 동작되어 있으므로 록핀(15)은 결합구멍(18)에서 빠져 록핀(15)이 해제상태라고 판정하고, 핀록플래그에「0」을 세트하고, 도 1에서의 처리루틴을 종료한다(스텝 S102).
한편, 스텝(S101)에서 검출위상각 Vd가 소정량(5[degCA])보다 작은 경우(즉 NO), 로터(6)가 진각측으로 동작하고 있지 않으므로 록핀(15)이 결합구멍(18)에서 빠지지 않고 록핀(15)이 해제상태가 아니라고 판정하며, 내연기관(1101)이 스타터(도시않음)에 의한 시동상태(시동모드)인지 아닌지 판정한다(스텝 S103).
스텝(S103)에서 시동모드인 경우(즉 YES), 내연기관(1101)이 아직 시동상태이고, 내연기관(1101)의 정지상태에서 오일펌프(1118)로부터의 유압이 발생되어 있지 않으므로 록핀(15)은 결합구멍(18)에 결합되고, 록핀(15)이 록상태라고 판정하고, 핀록플래그에 「1」을 세트하며, 도 1에서의 처리루틴을 종료한다(스텝 S105).
한편, 스텝(S103)에서 시동모드가 아닌 경우(즉 NO), 내연기관(1101)의 회전속도 Ne와, 냉각수 온도 thw와의 수치에 의해 록핀(15)의 록상태를 판정한다(스텝 S104 ).
스텝(S104)에서 회전속도 Ne가 소정치(예를들면 600[r/m])보다 작고, 또 냉각수 온도 thw가 소정치(예를들면 90[℃])보다 높은 경우(즉 YES), 록핀(15)이 록상태라고 판정하고, 핀록플래그에「1」을 세트한다.
한편, 스텝(S104)에서 회전속도 Ne와 냉각수 온도 thw가 판정조건에 해당하지 않는 경우(즉 NO), 그대로 도 1에서의 처리루틴을 종료한다.
또, 핀록플래그의 값은 초기화되지 않고 처리루틴이 종료된다. 따라서, 도 1에서 내연기관(1101)이 시동모드가 아니고 회전속도 Ne가 소정치 이상이고, 또 냉각수 온도 thw이 소정치 이하인 경우, 도 2에서는 과거에 세트된 값에 따라 제어동작의 판정을 하게 되나, 핀록플래그의 값에 「1」이 세트되어 있어도 시동후는 반드시 핀해제제어를 실시해야 하므로 과거의 값을 사용하는 것은 특별히 문제가 되지 않는다.
계속해서, 도 1에서의 록상태의 판정결과에 따라 도 2의 처리루틴을 실시하고 각 판정결과에 대응한 제어를 한다.
도 2에서 목표위상각 Vt가 소정치(예를들면 5[degCA]) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S201).
스텝(S201)에서 목표위상각 Vt가 소정치 보다도 작을 경우(즉 NO), 진각제어는 실시하지 않고 최지각 위치에서의 제어를 한다(스텝 S202).
또, 스텝(S201)에서 목표위상각 Vt가 소정치 이상인 경우(즉 YES), 핀록플래그가「1」인지 아닌지를 판정한다(스텝 S203).
스텝(S203)에서 핀록플래그가「1」이 아닌 경우(즉 NO), 록해제 상태라고 판정해서 통상의 진각제어를 실시하고(스텝 S204),「1」인 경우(즉 YES), 록상태라고 판정해서 록핀(15)을 록해제하기 위한 핀해제 제어를 실시한다(스텝 S205).
또, 스텝(S205)의 핀해제 제어는 예를들면 록핀(15)이 결합구멍(18)에서 빠지는 것보다 늦고 로터(6)을 동작시키기 위해 진각측유압실(9)에서 유압도입을 느리게 하고 오일컨트롤밸브(1114)에서 전류를 서서히 증가시킨다.
이와같이 밸브타이밍 제어장치의 동작상태를 표시하는 검출위상각이나 내연기관의 운전상태를 표시하는 회전속도 Ne, 냉각수 온도 thw에 의해 록핀(15)의 록상태를 판정하고 각 판정결과에 따라 제어를 한다.
또, 록상태를 판정한 경우의 진각제어시에만 핀해제 제어를 실시함으로서 핀해제 제어에 의한 진각동작 지연이 발생하는 빈도가 저감된다.
록상태라고 판정하면 진각제어시에 핀해제 제어를 실시함으로서 록핀(15)이 찌그러지는 일 없이 진각제어가 가능해 진다. 따라서, 록핀(15)의 찌그러짐에 의한 진각불량을 방지할 수가 있고 진각불량에 의한 구동성, 연비, 배기가스의 품질의 악화를 방지할 수가 있다.
실시의 형태 2.
또, 상기 실시의 형태 1에서는 검출위상각 Vd, 회전속도 Ne 및 냉각수 온도 thw에 의해 록상태를 판정하였으나 검출위상각 Vd나 내연기관(1101)의 유압 Po에 의해 록상태를 판정해도 된다.
본 발명의 실시의 형태 2를 표시하는 구성은 전술(도 8 ~ 도 13 참조)과 동일하고 일부 다른 ECU(1117)의 동작 이외에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 또 도 2에서의 처리도 동일하고 상세한 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면서 ECU(1117)에 의한 록상태의 판정동작에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 동작을 표시하는 플로차트이다.
도 3에서 검출진각량 Vd가 소정치(예를들면 5[degCA]) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S301).
스텝(S301)에서 검출위상각 Vd가 소정치 이상인 경우(즉 YES). 록해제 상태라고 판정하고, 핀록플래그에「0」을 세트하고, 도 3에서의 처리루틴을 종료한다(스텝 S302).
한편, 스텝(S301)에서 검출위상각 Vd가 소정치 보다 작을 경우(즉 NO), 내연기관(1101)의 유압 Po가 소정치(예를들면 50[kPa])보다 작은지 아닌지를 판정한다(스텝 S303).
스텝(S303)에서 유압 Po가 소정치보다 작은 경우(즉 YES), 록핀(15)이 록상태라고 판정하고, 핀록플래그에「1」을 세트하고, 도 3에서의 처리루틴을 종료한다(스텝 S304).
한편, 스텝(S303)에서 유압 Po가 소정치 이상인 경우(즉 NO), 그대로 도 3에서의 처리루틴을 종료한다.
또, 핀록플래그의 값은 초기화되지 않고 처리루틴이 종료한다. 따라서, 도 3에서 검출위상각 Vd가 소정치보다 작고, 유압 Po가 소정치 이상인 경우, 도 2에서는 과거에 세트된 값에 따라 록해제의 판정을 하게되나, 핀록플래그의 값이 「1」이라도 시동후는 반드시 핀해제 제어를 해야 하므로 과거의 값을 사용하는 것에 특별한 문제는 없다.
유압검출에는 오일펌프(1118)로부터 오일컨트롤밸브(1114)까지의 유압통로에 유압센서(유압 검출수단)(1119)를 설치할 필요가 있다. 이 경우 배관통로에서의 저항에 의해 오일펌프 출구부근 보다도 하류에 있는 오일컨트롤밸브 입구 부근쪽이 유압이 저하해 있으므로 유압센서(1119)는 오일컨트롤밸브 입구 부근에 부착하는 쪽이 정확한 유압검출이 가능하다.
또, 오일컨트롤밸브(1114)에서 다시 유압이 저하하는 경우가 있으므로 오일컨트롤밸브(1114) 보다도 하류측에 유압센서(1119)를 부착하는 것이 더 한층 록핀 (15)에 걸리는 유압을 정확하게 검출할 수 있다.
도 3에서 록상태의 판정후는 전술과 같이 도 2를 실시하고 진각제어시의 핀해제 제어의 실시 가부 판정을 하고 록상태인 경우는 핀해제 제어를 실시하고 록해제 상태이면 통상의 진각제어를 실시한다.
이와 같이 유압센서(1119)로 유압을 직접 검출하고 검출한 유압에 의해 록상태를 판정함으로서 보다 확실하게 록상태의 판정이 가능해 진다.
또, 록상태라고 판정한 경우의 진각제어시에만 핀해제 제어를 실시함으로서 핀해제 제어에 의한 진각동작 지연이 발생하는 빈도가 저감된다.
또, 록상태라고 판정된 경우에는 핀해제 제어를 실시함으로서 록핀(15)의 찌그러짐을 방지할 수가 있고, 록핀(15)의 찌그러짐으로 인한 진각불량에 의한 구동성, 연비, 배기가스의 품질의 악화를 방지하는 것이 가능해진다.
실시의 형태 3.
또, 상기 실시의 형태 2에서는 검출위상각 Vd나 유압 Po에 의해 록상태를 판정 하였으나 검출위상각 Vd만으로 록상태를 판정해도 된다.
본 발명의 실시의 형태 3을 표시하는 구성은 전술(도 8 ~ 도 13 참조)과 동일하고 일부 다른 ECU(1117)의 동작 이외에 대해서는 상세하게 설명하는 것을 생략한다, 또 도 2에서의 처리도 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면서 록상태의 판정동작에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 동작을 표시하는 플로차트이다.
도 4에서 검출위상각 Vd가 소정치(예를들면 5[degCA]) 보다 작은지를 판정한다(스텝 S401).
스텝(S401)에서 검출위상각 Vd가 소정치 보다 작은 경우(즉 YES), 록상태라고 판정해서 핀록플래그에「1」을 세트하고, 도 4에서의 처리루틴을 종료한다(스텝 S402).
한편, 스텝(S401)에서 검출위생각 Vd가 소정치 이상인 경우(즉 NO), 록해제되었다고 판정해서 핀록플래그「0」을 세트하고, 도 4에서의 처리루틴을 종료한다 (스텝 S403).
록상태의 판정후는 전술과 같이 도 2의 처리루틴을 실시하고 진각제어시의 핀해제 제어의 실시 여부 판정을 하고 록상태일때는 핀해제 제어를 실시 후 진각제어를 한다.
이와같이 검출 진각량만으로 록상태를 판정하는 바와 같이 간단한 제어에 의해 록상태를 판정하는 것이 가능해지고 록상태 판정후의 최지각 위치로 부터의 진각제어시는 핀해제 제어를 실시함으로서 록핀(15)의 찌그러짐을 방지할 수가 있고, 록핀(15)의 찌그러짐으로 인해서 진각불량이 되는 구동성, 연비, 배기가스의 품질의 악화를 방지하는 것이 가능해 진다.
실시의 형태 4.
또, 상기 실시의 형태 3에서는 검출위상각 Vd 및 유압 Po에 의해 록상태를 판정 하였으나 목표위상각 Vt에의 제어시간에 의해 록상태를 판정해도 된다.
본 발명의 실시의 형태 4를 표시하는 구성은 전술(도 8 ~ 도 13 참조)과 동일하고 일부 다른 ECU(1117)의 동작 이외에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 또 도 2에서의 처리도 동일하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면서 록상태의 판정동작에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 동작을 표시하는 플로차트이다.
도 5에서 목표위상각 Vt가 소정치(예를들면 10[degCA]) 이상이고, 또 검출위상각 Vd가 소정치(예를들면 5[degCA]) 이하인지 아닌지를 판정한다(스텝 S501).
스텝(S501)에서 목표위상각 Vt가 소정치 이상이고, 또 검출위상각 Vd가 소정치 이하인 경우(즉 YES), 카운터 Cadv를 「1」만큼 카운트업 한다(스텝 S502).
스텝(S501)에서 목표위상각 Vt와 검출위상각 Vd가 조건에 해당하지 않은 경우(즉 NO), 카운터 Cadv에「0」을 세트한다(스텝 S503).
다음에, 목표위상각 Vd에 따라 목표위상각 Vt와 검출위상각 Vd가 대략 일치한 상태에서의 오일컨트롤밸브(1114)의 제어전류치를 학습하는 보존 전류학습치가 산출되어 있는가(학습이 종료되었는지)의 여부를 판정한다.(스텝 S504).
스텝(S504)에서 보존 전류학습치가 학습종료된 경우(즉 YES), 카운터 Cadv가 소정치(예를들면 16회) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S505).
한편, 스텝(S504)에서 보존 전류학습치가 미학습인 경우(즉 NO), 카운터 Cadv가 학습종료된 경우 보다 큰 소정치(예를들면 160회) 이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S506).
스텝(S505)에서 카운터 Cadv가 소정치 이상인 경우(즉 YES), 미진각플래그(unadvance flag)에「1」을 세트하고(스텝S507). 카운터 Cadv가 소정치 보다 작은 경우(즉 NO), 미진각플래그에「0」을 세트한다(스텝 S508).
스텝(S506)에서 Cadv가 소정치 이상이 경우 (즉 YES), 미진각플래그에「1」을 세트하고(스텝 S509), 카운터 Cadv가 소정치 보다 작은 경우(즉 NO), 미진각플래그에「0」을 세트한다(스텝 S510).
또, 이 도 5의 처리루틴은 소정시간 마다(예를들면 25[ms]마다)에 실시되고 있고 16[회]이면 0.4[sec], 160[회]이면 4[sec]의 시간 경과가 계수된다.
계속해, 미진각플래그가「1」인지 아닌지를 판정하고(스텝 S511), 미진각플래그가「1」인 경우(즉 YES), 록상태라고 판정하고 핀록플래그에「1」을 세트하고(스텝 S512), 미진각플래그가「1」이 아닌 경우(즉 NO), 록해제 되었다고 판정하고 핀록플래그에「0」을 세트해서(스텝 S513), 도 5에서의 처리루틴을 종료한다.
소정시간 경과 후의 록상태의 판정후는 전술과 같이 도 2의 처리루틴을 실시하고 진각제어시의 핀해제 제어의 실시 가부 판정을 하고 록상태인 경우는 핀해제 제어를 실시후 진각제어를 한다.
이와 같이 목표위상각 Vt가 진각측으로 지령하고 있는데도 불구하고 검출위상각 Vd가 목표위상각 Vt에 추종하지 않고 소정량 이하의 지각측에 있는 상태가 소정기간 계속하는 경우에는, 록핀(15)이 록상태라고 판정해서 핀해제 제어를 실시함으로서 록핀(15)의 찌그러짐으로 인한 진각불량에 의한 구동성, 연비, 배기가스의 품질의 악화를 방지할 수가 있다.
실시의 형태 5.
또, 상기 실시의 형태 1 ~ 4에서는 내연기관(1101)의 시동후 바로 록핀(15)의 해제 제어를 하였으나, 시동후 소정기간은 해제 제어를 하지 않도록 제어해도 된다.
본 발명의 실시의 형태 5를 표시하는 구성은 전술(도 8 ~ 도 13)과 동일하고, 일부 다른 ECU(1117)의 동작 이외에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면서 ECU(1117)에 의한 위상피드백제어의 동작에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시의 형태 5에 의한 동작을 표시하는 타임차트이다.
도 6에서, 시간경과(가로축)에 대한 내연기관(1101)의 각 파라미터의 동작(세로축)을 표시한다.
우선, 시점 A에서, 스타터가 회전하면 내연기관(1101)이 시동상태(시동모드)가 되고, 시동후 카운터 Cst에 소정치(예를 들면 5[sec])를 세트한다.
시점 B에서, 회전속도 Ne가 올라가면, 내연기관(1101)이 시동되었다고 판정해 스타터를 해제해서 시동상태(시동모드)를 종료시키는 동시에 시동후 카운터 Cst가 카운트다운을 개시한다.
시점 C에서, 회전속도 Ne가 상승하면, 내연기관(1101)의 운전상태로부터 산출되는 목표위상각 Vt(파선)은 진각측으로 변화하나(진각량이 증가하도록 목표위상각이 산출된다), 시동후 카운터 Cst가 카운트 다운 중이므로 ECU(1117)에서 지령되는 목표위상각(실선)은 최지각인채로 한다.
시점 D에서, 시운후 카운터 Cst가 0에 달하면, 시동후로부터 소정시간 (5[sec]) 경과하였다고 하고, ECU(1117)에서 지령되는 목표위상각 Vt(실선)를 운전상태에서 산출되는 목표위상각(파선)에 일치시키고, 진각측으로 제어하도록 지령한다.
목표위상각 Vt가 진각측으로 변화한 것에 인해 검출위상각 Vd(일점쇄선)를 목표위상각 Vt(실선)에 추종시키도록 제어하는 것이나, 시동직후이므로 록핀(15)이 록상태라고 판정하고, 핀해제 제어를 하며, 오일컨트롤밸브(1114)에의 제어전류를 서서히 상승시키도록 제어하여 록을 해제시킨다.
시점 E에서, 검출위상각(일점쇄선)이 소정치(예를 들면 5[degCA]) 이상이 되면, 록이 해제되었다고 판정하고, 그 이후는 목표위상각 Vt(실선)와 검출위상각 Vd(일점쇄선)와의 편차에 의해 검출위상각 Vd(일점쇄선)를 목표위상각 Vt(실선)에 추종하도록 위상피드백제어를 실시한다.
내연기관의 시동직후는 캠위상 액추에이터내에 오일이 충만되어 있지 않고 록핀(15)이 해제되면 이상음이 발생하는 경우가 있다. 이상음이 발생하고 있는 상태에서는 캠위상 액추에이터(1113)의 케이스(3)와 로터(6)는 강한 충격으로 부딪치고 있는 상태이므로 캠위상 액추에이터를 체결하고 있는 나사가 느슨해질 가능성이 있고, 나사가 헐거워지면 내연기관이 파손될 수 있다.
따라서, 캠위상 엑추에이터내에 오일이 충만되어 있지 않은 시동후 소정기간 사이는 목표위상각 Vt를 진각측으로의 지령값으로 하지 않음으로 해서 록핀(15)의 해제를 방지하고, 이상음의 발생을 방지한다.
실시의 형태 6.
또, 상기 실시의 형태 5에서는 내연기관(1101)의 시동후 소정기간 사이 해제 제어를 하지 않도록 제어하였으나, 내연기관(1101)의 운전상태로부터 산출한 목표위상각 Vt가 소정량에 도달할 때까지의 사이에 해제 제어를 하지 않도록 제어해도 된다.
본 발명의 실시의 형태 6을 표시하는 구성은 전술(도 8 ~ 도 13 참조)과 동일하고, 일부 다른 ECU(1117)의 동작이외에 대해서는 상세한 기술을 생략한다.
도 7을 참조하면서 ECU(1117)에 의한 위상피드백제어의 동작에 대해 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시의 형태 6에 의한 동작을 표시하는 타임차트이다.
도 7에서, 시간경과(가로축)에 대한 내연기관(1101)의 각 파라미터의 동작(세로축)을 표시한다.
시점 A에서, 스타터가 회전하면, 내연기관(1101)이 시동상태(시동모드)가 되고, 시동후 카운터 Cst에 소정값(예를 들면 5[sec])를 세트한다.
시점 B에서, 회전속도 Ne가 상승하면, 내연기관(1101)이 시동하였다고 판정하고, 스타터를 해제해서 시동상태(시동모드)를 종료하는 동시에, 시동후 카운터 Cst가 카운트다운을 개시한다.
시점 C로부터 시점 D의 사이, 회전속도 Ne의 상승에 의해 내연기관(1101)의 운전상태로부터 산출되는 목표위상각 Vt(파선)는 진각측으로 변화하나(진각량이 증가하도록 목표위상각이 산출된다), 목표위상각 Vt가 소정치(예를 들면, 5[degCA]) 이하이므로, ECU(1117)로부터 지령되는 목표위상각 Vt(실선)는 최지각인 0으로 한다.
시점 D에서, 내연기관(1101)의 운전상태에서 산출되는 목표위상각 Vt(파선)가 소정치(예를 들면, 5[degCA])보다 커지면, ECU(1117)로부터 지령치가 되는 목표위상각 Vt(실선)는 진각측으로 변화하고, 검출위상각 Vd(일점쇄선)를 목표위상각(실선)에 추종시키도록 제어하는 것이나, 내연기관(1101)은 시동직후이므로 록핀 (15)은 록상태로 있다고 판정하고, 핀해제 제어를 하며, 오일컨트롤밸브의 제어전류를 서서히 상승시키도록 제어해서 록을 해제시킨다.
시점 E에서, 검출위상각 Vd(일점쇄선)가 소정치(예를 들면, 5[degCA]) 이상이 되면, 록이 해제되었다고 판단하고, 그 이후는 목표위상각 Vt(실선)와 검출위상각 Vd(일점쇄선)와의 편차에 의해 검출위상각 Vd(일점쇄선)를 목표위상각 Vt(실선)에 추종하도록 위상피드백제어를 실시한다.
시동직후로부터의 핀해제 판정이 안되는 진각영역에서는 위상피드백제어를 실시하면, 록핀(15)이 록상태이므로 제어량이 발산해 버리고, 록핀(15)이 해제후 검출위상각 Vd에 의한 목표위상각 Vt에의 추종이 불량해지고, 구동성, 연비, 배기가스의 품질이 악화된다.
이와 같이 운전상태로부터 산출되는 목표위상각 Vt가 소정치 이상이 될 때까지는 목표위상각 Vt를 최지각 위치로 지정하고, 진각제어를 실시하지 않고 핀 해제판정이 안되는 진각영역에서의 위상피드백제어를 금지시킴으로서 록핀(15)이 록상태임에도 불구하고 위상피드백제어를 실시함으로써, 제어량의 발산을 방지하고, 구동성, 연비, 배기가스의 품질의 악화를 방지한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 내연기관의 크랭크샤프트와 동기회전하는 제1의 회전체와, 내연기관의 캠샤프트에 고정된 제2의 회전체와, 제1의 회전체에 대해 제2의 회전체를 제1의 상대각도로 록하는 록기구를 갖는 캠위상 액추에이터와, 내연기관의 유압을 발생하는 오일펌프와, 제1의 상대각도에서의 록상태를 해제해서 제2의 상대각도로 변경하기 위한 전류치를 산출하는 연산수단과, 제2의 회전체의 캠위상을 조정하기 위한 유압을 공급하는 유압조정수단을 구비하고, 연산수단은 록기구의 록상태 및 록해제상태를 판정해서 록상태인 경우에 록을 해제시키므로 록상태라고 판정한 경우의 진각제어시에만 핀해제 제어를 실시함으로서 핀해제 제어에 의한 진각 동작지연의 발생빈도가 저감되고, 록핀의 찌그러짐에 의한 진각불량을 방지하고, 진각불량에 의한 구동성, 연비, 배기가스의 품질의 악화를 방지할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 장치가 얻어지는 효과가 있다.
또, 본 발명에 의하면, 연산수단은 내연기관의 운전상태를 표시하는 제1의 파라미터 또는 밸브타이밍 제어장치의 작동상태를 표시하는 제2의 파라미터에 의해 록상태 및 록해제상태를 판정하므로 내연기관의 운전상태나 밸브타이밍 제어장치의 작동상태에 의해 록상태를 판정하고, 진각제어시에 핀해제 제어를 실시해서 록핀이 찌그러지는 일없이 진각제어가 가능해지고, 록핀의 찌그러짐에 의한 진각불량을 방지하고, 진각불량에 의한 구동성, 연비, 배기가스의 품질의 악화를 방지할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 장치가 얻어지는 효과가 있다.
또, 본 발명에 의하면, 연산수단은 내연기관의 운전상태를 표시하는 제1의 파라미터에 따라 산출된 제2의 상대각도의 목표치 또는 제1의 파라미터에 의해 록의 해제를 금지하므로 이상음의 발생을 방지할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 장치가 얻어지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시의형태 1에 의한 동작을 표시하는 플로차트,
도 2는 본 발명의 실시의형태 1 ~ 4에 의한 동작을 표시하는 플로차트,
도 3은 본 발명의 실시의형태 2에 의한 동작을 표시하는 플로차트,
도 4는 본 발명의 실시의형태 3에 의한 동작을 표시하는 플로차트,
도 5는 본 발명의 실시의형태 4에 의한 동작을 표시하는 플로차트,
도 6은 본 발명의 실시의형태 5에 의한 동작을 표시하는 타임차트,
도 7은 본 발명의 실시의형태 6에 의한 동작을 표시하는 타임차트,
도 8은 밸브타이밍 제어장치를 갖는 내연기관의 구성도,
도 9는 종래의 베인식 밸브타이밍 조정장치의 내부구성을 표시하는 횡단면도,
도 10은 종래의 밸브타이밍 제어장치를 단면시한 종단면도,
도 11은 종래의 밸브타이밍 제어장치에서 록ㆍ록해제기구의 요부를 확대한 사시도,
도 12는 록ㆍ록해제기구의 종단면도,
도 13은 록ㆍ록해제기구의 종단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
3 : 케이스, 6 :로터,
9 : 진각측유압실, 15 : 록핀,
18 : 결합구멍, 1101 : 내연기관,
1114 : 오일컨트롤밸브, 1117 : ECU,
1118 : 오일펌프, 1119 : 유압센서.

Claims (3)

  1. 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 있어서,
    내연기관의 크랭크샤프트와 동기회전하는 제1의 회전체, 상기 내연기관의 흡기밸브 또는 배기밸브를 개폐구동하는 캠샤프트에 고정된 제2의 회전체 및 상기 제1의 회전체에 대해 상기 제2의 회전체를 제1의 상대각도로 록하는 록기구를 포함하는 캠위상 액추에이터와;
    상기 내연기관의 유압을 발생하는 오일펌프와;
    상기 제1의 상대각도에서의 록상태를 해제해서 제2의 상대각도로 변경하기 위한 전류치를 산출하는 연산수단과;
    상기 제2의 회전체의 캠위상을 조정하기 위한 유압을 공급하는 유압조정수단
    을 구비하고,
    상기 연산수단은,
    록기구의 록상태 및 록해제상태를 판정하여 상기 록상태인 경우에 록을 해제시키기 위하여,
    상기 내연기관의 운전상태를 나타내는 제1의 파라미터 또는 상기 밸브타이밍 제어장치의 작동상태를 나타내는 제2의 파라미터에 의해, 상기 록상태 및 상기 록해제상태를 판정하거나,
    상기 제1의 파라미터를 나타내는 상기 내연기관의 냉각수 온도에 의해, 상기 록상태 및 상기 록해제상태를 판정하는 것을 특징으로 내연기관의 밸브타이밍 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연산수단은 상기 내연기관의 운전상태를 표시하는 제1의 파라미터에 따라 산출된 상기 제2의 상대각도의 목표치 또는 상기 제1의 파라미터에 의해 록의 해제를 금지하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치.
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