KR100508327B1 - 내연기관의 밸브타이밍 제어장치 - Google Patents

내연기관의 밸브타이밍 제어장치 Download PDF

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Abstract

밸브타이밍(캠각)의 검출 정밀도를 향상시킨 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻는다.
펄스의 크랭크각 신호를 생성하는 크랭크각 센서(14)와, 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트(15c),(16c)의 상대위상을 변경시키는 캠각 변경수단과, 각 기통을 식별하고 또, 변경된 캠각을 검출하기 위한 캠각 신호를 생성하는 캠각 센서(17), (18)와, 크랭크각 신호에 의하여 기준 크랭크각을 산출하는 기준 크랭크각 산출수단과, 크랭크각을 산출하는 기준 크랭크각 산출수단과, 크랭크각 신호 및 캠각 신호에 의하여 캠각을 산출하는 캠각 산출수단과, 운전상태에 따라 목표 캠각과 일치하도록 캠 샤프트의 상대위상을 제어하는 캠각 제어수단(21A)등을 구비하고, 캠각 산출수단은 크랭크각 신호의 펄스수를 계수하여 캠각을 산출한다.

Description

내연기관의 밸브타이밍 제어장치{VALVE TIMING CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
이 발명은 내연기관의 운전상태에 따라 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위상(캠각)을 제어하여 흡기 및 배기의 밸브타이밍을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 특히, 크랭크각 신호 및 캠각 신호에 의한 캠각의 산출 오차를 감소시킴으로서, 드라이버빌리티(driveability), 연비 및 배기가스의 악화를 방지시키는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 관한 것이다.
근래, 자동차 등에 탑재된 내연기관(엔진)에 있어서는 환경에 대한 배려에서 엔진으로부터 대기중으로 방출되는 배기가스중의 유해물질에 대한 규제가 엄격하며, 배기가스중의 유해물질을 감소시키는 것이 요구된다.
일반적으로 유해한 배기가스를 감소시키기 위하여는 2가지 방법이 알려져 있는데 하나는 엔진에서 직접 배출되는 유해가스를 감소시키는 방법이고, 다른 하나는 배기관의 도중에 설치된 촉매 컨버터(이하, 촉매라 한다)에 의해서 후처리하여 감소시키는 방법이다.
이 촉매는 주지하는 바와 같이 어느 정도의 온도에 도달하지 않으면 유해가스를 무해화하는 반응이 일어나지 않으므로 엔진의 냉기 시동시에 있어서도 촉매를 빨리 승온시켜 활성화시키는 것이 중요한 과제로 된다.
근래, 엔진 출력을 향상시키기 위하여, 또는 배기 및 연비를 감소시키기 위하여 운전상태에 따라 실린더로의 흡배기용 밸브타이밍을 변경할 수 있는 밸브타이밍 제어장치가 채용되게끔 되어 있다.
이와 같은 종래의 장치에 있어서는 엔진의 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위치를 변경시키는 가변수단(액추에이터)을 설치하여 크랭크각 위치 및 캠 샤프트의 상대위상을 검출하여 가변수단의 기준위치를 기억시키고, 엔진 운전상태에 따라 캠 샤프트의 상대위상을 제어하도록 되어 있다.
종래, 이와 같은 밸브타이밍 제어장치로서 일본 특개평6-299876호 공보에 게재되어 있는 것이 있다.
상기 공보에 게재된 종래 장치는 흡기용 및 배기용 캠 샤프트의 적어도 한쪽에 OCV(오일 제어밸브) 및 액추에이터로 되는 캠각 변경수단을 설치하여 캠각 변경수단의 비작동시에 크랭크각과 캠각의 상대위상차를 읽어서 밸브타이밍을 제어하도록 하는 것이다.
단, 상기 종래 장치의 크랭크각 센서는 크랭크각 신호로서 내연기관의 각 기통의 제어행정에 대한 1펄스만(제어 기준이 되는 크랭크각 위치에 대응)을 생성하고 있으며, 이 크랭크각 신호와 캠각 신호에 의하여 상대위상(캠각)을 검출하고 있다.
그러나, 이와 같은 1행정에 대하여 1펄스의 크랭크각 신호를 사용한 경우 캠각을 산출하기 위하여 각 펄스간의 시간을 계측할 필요가 있다.
또, 1행정에 대하여 복수 펄스로 되는 크랭크각 신호를 사용하였을 경우에도 캠각을 검출하기 위하여는 동일하게 각 펄스간의 시간을 계측할 필요가 있다.
도 8은 일반적인 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 표시한 블럭 구성도로서, 엔진(1)의 주변부와의 관계를 표시하고 있다.
도 8에 있어서, 엔진(1)에는 에어클리너(2) 및 에어플로센서(3)를 통하여 흡기관(4)으로부터의 흡입공기가 공급된다.
에어클리너(2)는 엔진(1)에 대한 흡입공기를 정화하고, 에어플로센서(3)는 엔진(1)의 흡입공기량을 계측한다.
흡기관(4)내에는 스로틀밸브(5), 아이들 스피드 컨트롤밸브(이하,「ISCV」라 한다)(6) 및 인젝터(7)가 설치되어 있다.
스로틀밸브(5)는 흡기관(4)을 통과하는 흡입공기량을 조절하여 엔진(1)의 출력을 제어하고, ISCV(6)은 스로틀밸브(5)를 바이패스시켜 통과하는 흡입공기를 조절하여 아이들링시의 회전수 제어를 한다.
인젝터(7)는 흡입공기량에 알맞는 연료를 흡기관(4)에 공급시킨다.
엔진(1)의 연소실내에는 점화플러그(8)가 설치되어 있으며, 점화플러그(8)는 연소실내의 혼합기를 연소시키기 위한 스파크를 발생시킨다.
점화코일(9)은 점화플러그(8)에 고전압 에너지를 공급한다.
배기관(10)은 엔진(1)내에서 연소된 배기가스를 배출시킨다.
배기관(10)내에는 O2 센서(11) 및 촉매(12)가 설치되어 있으며, O2 센서(11)는 배기가스내의 잔존 산소량을 검출한다.
촉매(12)는 공지의 삼원 촉매로 되어 있으며, 배기가스내의 유해가스(THC, CO, NOx)를 동시에 정화할 수 있는 것이다.
크랭크각 검출용의 센서 플레이트(13)는 엔진(1)에 의하여 회전되는 크랭크 샤프트(도시하지 않음)와 일체로 회전되며, 소정 크랭크각(10°CA)마다 돌기(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 또, 각 기통의 기준위치에 대응하는 크랭크각 위치에 절결치 부분이 설치되어 있다.
크랭크각 센서(14)는 센서 플레이트(13)에 대향 배치되어 있으며, 센서 플레이트(13)위의 돌기가 크랭크각 센서(14)를 횡단할 때에 전기 신호(크랭크각 신호의 펄스)를 생성시켜서 크랭크 샤프트의 회전위치(크랭크각)를 검출한다.
엔진(1)에는 흡기관(4) 및 배기관(10)으로의 연통 및 차단을 하는 밸브가 설치되어 있으며, 흡기용 및 배기용의 각 밸브의 구동타이밍은 크랭크 샤프트의 1/2의 속도로 회전하는 캠 샤프트(후술한다)에 의하여 결정된다.
캠 위상 가변용 액추에이터(15),(16)는 흡기용 및 배기용의 각 밸브타이밍을 개별적으로 변경시킨다.
구체적으로는 각 액추에이터(15),(16)는 서로 구분된 지연각 유압실 및 지각 유압실(도시하지 않음)을 갖고 있으며, 크랭크 샤프트에 대한 각 캠 샤프트(15c), (16c)의 회전위치(회전위상 : 캠각)를 상대적으로 변경시킨다.
캠각 센서(17),(18)는 캠각 검출용 센서 플레이트(도시하지 않음)에 대향 배치되어 있으며, 크랭크각 센서(14)와 동일하게 캠각 검출용 센서 플레이트상의 돌기에 의하여 펄스 신호(캠각 신호)를 생성시켜서 캠각을 검출한다.
캠각 신호에 포함된 펄스는 기통 식별 신호로서 기능을 함과 동시에 캠각 변경수단에 의하여 변경된 캠 샤프트의 캠각을 검출하기 위하여도 사용된다.
오일 컨트롤 밸브(이하, 「OCV」라 한다)(19),(20)는 오일 펌프(도시하지 않음)와 함께 유압공급장치를 구성하고 있으며, 각 액추에이터(15),(16)에 공급되는 유압을 전환시켜서 캠 위상을 제어한다. 또, 오일 펌프는 크랭크 샤프트에 의하여 구동되어 오일을 공급하게 되는 것이다.
마이크로 컴퓨터로 되는 ECU(21)는 엔진(1)의 제어수단을 구성하고 있으며, 각종 센서수단(3),(11),(14),(17),(18)에 의하여 검출되는 운전상태에 따라 인젝터 (7) 및 점화플러그(8)를 제어함과 동시에 각 캠 샤프트(15c),(16c)의 캠각 위상을 제어한다.
또, 여기에서는 도시하지 않았지만, 스로틀 밸브(5)에는 스로틀 개도를 검출하는 스로틀 개도 센서가 설치되어 있으며, 엔진(1)에는 냉각수온을 검출하는 수온센서가 설치되어 있고, 스로틀 개도 및 냉각수온은 각종 센서정보와 같이 엔진(1)의 운전상태를 표시하는 정보로서 ECU(21)에 입력된다.
도 8과 같이 VVT기구를 갖는 엔진(1)에 있어서는 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 (15c),(16c)의 상대적인 위상위치를 변경하기 위한 액추에이터(15),(16)가 설치되어 있다.
다음에, 도 8에 표시된 종래 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 일반적인 엔진 제어동작에 관하여 구체적으로 설명한다.
우선, 에어플로센서(3)는 엔진(1)의 흡입공기량을 계측하여 운전상태를 표시하는 검출 정보로서 ECU(21)에 입력시킨다.
ECU(21)는 계측된 흡입공기량에 알맞게 연료량을 연산하여 인젝터(7)를 구동시킴과 동시에 점화코일(9)의 통전시간 및 차단 타이밍을 제어하여 점화플러그(9)를 구동시켜서 엔진(1)의 연료실내의 혼합기를 적절한 타이밍에서 점화시킨다.
또, 스로틀 밸브(5)는 엔진(1)에로의 흡입공기량을 조절하여 엔진(1)의 출력 토크를 제어한다.
엔진(1)의 실린더내에서 연소된 후의 배기가스는 배기관(10)을 통하여 배출된다.
이때, 배기관(10)의 도중에 설치된 촉매(12)는 배기가스중의 유해물질인 HC(미연소가스), CO 및 NOx을 무해한 CO2 및 H2O로 정화시켜서 대기중으로 배출시킨다.
여기에서, 촉매(12)에 의한 정화효율을 최대한으로 하기 위하여 배기관(10)에는 CO2 센서(11)가 부착되어 있으며, CO2 센서(11)는 배기가스중의 잔존 산소량을 검출하여 ECU(21)에 입력시킨다.
이로 인하여, ECU(21)는 연소전의 혼합기가 이론 공연비가 되도록 인젝터(7)에서 분사되는 연료량을 피드백 제어한다.
또, ECU(21)는 운전상태에 따라 액추에이터(15),(16)(VVT기구)를 제어하여 흡기용 및 배기용 밸브타이밍을 변경시킨다.
도 9는 크랭크각 신호 및 캠각 신호의 각 펄스 파형을 표시한 타이밍 차트이다.
도 9에 있어서, 각 크랭크각 위치는, 각 기통 #1 ~ #4의 압축 상사점의 바로 직전의 각도로 표시되어 있다.
즉, BO5(BTDC5°)는 상사점(TDC)의 직전 5°를 표시하고, B75는 상사점의 직전 75°를 표시하고 있다. #1 ~ #4는 각각 압축 상사점으로 되는 기통을 표시한다.
크랭크각 센서(14)는 소정 간격의 크랭크각(10°CA)마다 펄스를 크랭크각 신호로서 생성시킨다.
또, 도 9내의 파선 펄스위치에서 표시한 바와 같이 크랭크각 신호는 소정 위치(B95, 또는 B95 및 B105)에 펄스가 생성되지 않는 부분(절결치 부분에 대응)을 갖고 있다.
한편, 캠각 센서(17),(18)는 캠각 신호로서, 소정 위치(B135, 또는 B135 및 B100)에서 펄스를 생성하도록 되어 있다. 또, 도 9내의 크랭크각 신호 및 캠각 신호의 출력위치(크랭크각 위치)는 제조오차 등을 포함하지 않는 이상적 설계치로서 표시되어 있다.
ECU(21)는 크랭크각 신호의 절결치 부분에 의하여 크랭크각의 기준위치 (B75)를 산출하고, 크랭크각 신호의 기준위치간에 있어서 절결치수(1치 절결 : B95만 절결치, 또는 2치 절결 : B95 및 B105가 절결치)와 캠각 신호의 펄스수에 의하여 기통 식별을 한다.
캠각 변경수단을 구성하는 액추에이터(15),(16)의 작동에 의하여 캠각이 진각측으로 동작하면 캠각 센서(17),(18)의 신호도 진각측으로 동작한다.
액추에이터(15),(16)의 동작 범위가 50°CA라고 하면, 최진각시(도 9내의 하단 참조)에 있어서 캠각 신호의 펄스는 최지연각시(도 9의 중단 참조)보다 50°CA 만큼 진각한 위치에 생성된다.
다음에, 도 9를 참조하면서 종래 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각의 검출 동작에 관하여 설명한다.
도 8내의 ECU(21)는 캠각의 산출 기준으로 되는 크랭크각 신호의 크랭크각 위치(B75)를 사용하여 캠각 신호(B135)의 크랭크각 위치까지의 각도 θc를 산출하고, 이 각도 θc에 의하여 밸브타이밍에 대응된 캠각을 산출한다.
이때, 크랭크각 신호의 기준위치(B75)에서 캠각 신호의 펄스 검출위치 (B135)까지의 각도 θc를 산출하기 위하여는 크랭크각 신호의 각 기준위치(B75)의 시간간격과 크랭크각 신호의 기준위치(B75)에서 캠각 신호(B135)까지의 시간(Tc)의 관계가 사용되게 된다.
도 10은 엔진(1)의 정상 운전시(1667[r/m]에서 운전중)에 있어서, 일정한 크랭크각(10°CA)마다 회전에 요하는 시간을 표시한 설명도이다. 도 10에 있어서, 횡축은 크랭크각[deg CA], 종축은 시간[ms]을 표시한다.
도 10에 있어서, 55[deg CA]는 B65에서 B55까지(10°CA)의 회전에 요하는 시간을 표시한다.
또, 압축 상사점으로 되는 0[deg CA]부근에 있어서는 흡입공기의 압축저항에 의하여 10°CA만큼 회전하는데 요하는 시간이 길어진다.
반대로, 압축 상사점 이후는 연소에 의하여 발생하는 토크에 의하여 10°CA만큼 회전하는데 요하는 시간은 짧아진다.
도 10에 표시한 바와 같이 정상 운전중에 있어서도 180[deg CA]마다 압축 상사점 부근에서 최대치로 되는 정현파 주기에 근사한 시간변동이 발생한다.
도 11은 도 10의 시간 변동을 테이블로서 표시한 설명도이다.
도 11에 표시한 바와 같이 엔진(1)의 회전 속도가 1667[r/m]의 경우에는 180 [deg CA]만큼 회전하기 위하여는 18[ms]의 시간을 요하고, 이때에 10[deg CA]간의 평균 시간은 1[ms]이다.
또, 엔진(1)의 압축 및 연소에 의한 주기 변동에 의하여 캠각 신호의 펄스신호 위치(B135)에서 크랭크각 신호의 기준위치(B75)까지의 60[deg CA]간의 회전에 요하는 시간은 5.568[ms]로 된다.
따라서, 상기의 종래 장치와 같이 주기시간을 사용하여 캠각을 산출하는 경우 캠각 신호(B135)에서 크랭크각 신호의 기준위치(B75)까지의 각도 θc'는 아래의 식(1)에 의하여 표시된다.
θc' = 5.568[ms] / 18[ms] ×180[deg CA]
= 55.68[deg CA] ㆍㆍㆍ(1)
따라서, 산출각도(θc')와 실제각도(θc)간의 계측 오차(Δθ는 아래의 식 (2)에 의하여 표시된다.
Δθ = θc - θc'
= 60[deg CA] - 55.68[deg CA]
= 4.32[deg CA] ㆍㆍㆍ(2)
종래의 내연기관의 밸브타이밍 제어장치는 이상과 같이 내연기관이 정상 운전되는 경우에 있어서도 압축, 연소등의 각 공정에 의하여 각속도 변동이 있으며, 캠각을 산출하는데 크랭크각 센서의 기준 신호간의 시간과 크랭크각 신호와 캠각 신호의 시간에 의하여 산출하기 때문에 산출된 캠각은 각속도 변동의 영향에 의하여 오차를 생기게 하는 문제점이 있었다.
또, 각 기준위치(B75)의 시간 간격과 크랭크각 신호의 기준위치(B75)에서 캠각 신호(B135)까지의 시간(Tc)과의 관계를 사용하고 있으므로 산출각도(θc')와 실제의 각도(θc)와의 사이에 계측오차(Δθ)가 발생되고, 특히 가속시나 감속시에 있어서는 정상 운전시보다 캠각의 산출오차가 커지는 문제점이 있었다.
이 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 캠각의 산출오차를 감소시킴으로서 캠각을 고정밀도로 산출하여 고정밀도로 제어가능하게 하고, 드라이버빌리티, 연소 및 배기가스의 악화를 방지시키는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치는, 내연기관의 운전상태를 검출하는 센서수단과, 내연기관의 크랭크 샤프트의 회전각도에 대응하여 복수의 펄스로 되는 크랭크각 신호를 생성하는 크랭크각 센서와, 크랭크 샤프트의 회전에 동기하여 내연기관의 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동시키는 흡기용 및 배기용 캠 샤프트와, 흡기용 및 배기용 캠 샤프트의 적어도 한쪽에 부착되어 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위상을 변경하기 위한 캠각 변경수단과, 캠각 변경수단에 의하여 변경되는 캠 샤프트에 부착되어 내연기관의 각 기통을 식별함과 동시에 캠각 변경수단에 의하여 변경된 캠 샤프트의 캠각을 검출하기 위한 캠각 신호를 생성하는 캠각 센서와, 크랭크각 신호에 의하여 기준 크랭크각을 산출하는 기준 크랭크각 산출수단과, 크랭크각 신호 및 캠각 신호에 의하여 캠각을 산출하는 캠각 산출수단과, 내연기관의 운전상태와 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각에 의하여 캠각 변경수단을 제어하고, 운전상태에 따라 목표 캠각과 일치되도록 캠 샤프트의 상대위상을 제어하는 캠각 제어수단을 구비하고, 캠각 산출수단은 크랭크각 신호의 펄스 수를 계수하여 캠각을 산출하는 것이다.
또, 이 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각 산출수단은 크랭크 샤프트의 크랭크각 위치를 기억하는 기억수단을 포함하며, 크랭크각 신호의 전회 펄스의 검출 타이밍에서 이번회 펄스의 검출 타이밍까지의 사이에 캠각 신호가 검출된 경우에는 이번회 펄스의 검출 타이밍의 크랭크각 위치를 기억수단에 기억시켜서 기억된 크랭크각 위치를 사용하여 캠각을 산출하는 것이다.
또, 이 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각 산출수단은 크랭크각 신호의 각 펄스간에서 캠각 신호가 검출된 경우에는 각 펄스간의 계측시간과 캠각 신호와 크랭크각 신호의 사이의 계측시간을 사용하여 캠각을 산출하는 것이다.
또, 이 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각 제어수단은 캠각의 기준위치를 학습하는 캠각 학습수단을 포함하며, 캠각 학습수단은 캠각 변경수단의 비작동시에 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각과 크랭크각 위치의 설계치와의 각도 편차를 학습하는 것이다.
또, 이 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각 제어수단은 캠각의 기준위치를 학습하는 캠각 학습수단을 포함하며, 캠각 학습수단은 캠각 변경수단의 비작동시에 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각에 상당하는 크랭크각 위치를 학습하는 것이다.
또, 이 발명에 관한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각 제어수단은 캠각 학습수단에 의하여 학습된 기준위치를 사용하여 캠각 변경수단은 제어하는 것이다.
(발명의 실시의 형태)
실시의 형태 1.
이하, 도면을 참조하면서 이 발명의 실시의 형태 1에 관하여 상세하게 설명한다.
도 1은 이 발명의 실시의 형태 1을 표시한 블럭 구성도이며, 도 1에 있어서, 상기 도 8 설명에서와 동일한 내용에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
또, 도 1내의 ECU(21A)는 상술한 바와 같이 액추에이터(15),(16)를 제어하여 캠각(상대위상)을 제어함과 동시에 엔진(1)을 제어하도록 되어 있다.
즉, ECU(21A)는 크랭크각 신호에 의하여 기준 크랭크각을 산출하는 기준 크랭크각 산출수단과, 크랭크각 신호 및 캠각 신호에 의하여 캠각을 산출하는 캠각 산출수단과, 캠 샤프트의 상대위상을 제어하는 캠각 제어수단 등을 구비하고 있다.
ECU(21A)내의 캠각 제어수단은 엔진(1)의 운전상태와 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각에 의하여 액추에이터(15),(16)(캠각 변경수단)를 제어하여 운전상태에 따라 목표 캠각과 일치하도록 캠 샤프트(15c),(16c)의 상대위상을 제어한다.
이 경우, ECU(21A)내에 있어서, 캠각 제어수단의 일부 기능만이 상술(도 8참조)한 ECU(21)와 다르다.
즉, ECU(21A)내의 캠각 산출수단은 도 9와 같이 다수의 펄스로 되는 크랭크각 신호를 사용하여 캠각 신호의 검출위치(B135)에서 크랭크각 신호의 기준위치 (B75)까지 검출된 크랭크각 신호의 펄스수(크랭크각 신호에 의한 인터러프트 발생 회수)를 계수하여 캠각을 산출하도록 되어 있다.
이 경우, 크랭크각 센서(14)에서의 크랭크각 신호 및 캠각 센서(17),(18)에서의 캠각 신호가 설계치와 같이 생성되면 크랭크각 신호의 크랭크각 위치(B135)와 캠각 신호의 펄스위치(B135)가 일치되므로 시간차는 발생하지 않는다.
도 9에 있어서, 캠각 신호의 검출위치(B135)에서 크랭크각 신호의 기준위치 (B75)까지의 크랭크각 신호의 펄스수를 계수하면, #3 기통의 크랭크각 위치(B05)의 직전의 기준위치(B75)의 검출 시점에 있어서는 크랭크각 신호의 펄스수는「4」로 된다.
이때의 기준위치(B75)의 직전의 절결치수는「2치 절결」이므로 절결치 부분의 크랭크각 간격은 30[deg CA]로 된다.
따라서, 캠각 신호(B135)에서 크랭크각 신호의 기준위치(B75)까지의 각도 θc'는 아래의 식(3)에 의하여 표시된다.
θc' = 10[deg CA] ×3 + 30[deg CA] ×1
= 60[deg CA] ㆍㆍㆍ(3)
상기 식(3)에서 산출된 각도 θc'는 실제의 각도 θc에 대하여 계측 오차가 생기는 일은 없다.
상기 식(3)에 있어서는, 크랭크각 신호의 기준위치(B75)에서의 각도차를 캠각으로서 산출하였으나, 도 9의 펄스 신호의 경우 크랭크각 신호마다 크랭크각 위치의 절대치를 알 수 있으므로 캠각 신호의 검출위치(B135)의 펄스 발생각도를 절대치(또는 설계치)와의 각도차로서 산출하여도 된다.
도 2는 펄스 위치가 설계치와 다른 경우의 크랭크각 신호 및 캠각 신호를 표시한 설명도이다.
예컨대, 캠각 신호의 검출위치(B135)가 센서 부착 오차 등에 의하여 설계치에서 벗어나는 경우에는 도 2에 표시한 바와 같이 크랭크각 신호의 펄스 사이에 캠각 신호가 생성되게 된다.
또, 밸브타이밍 진각측에 제어되어 있는 경우에 있어서도 도 2와 같은 펄스 패턴이 많이 발생한다.
이 경우, 캠각 신호의 검출위치(B135)를 사이에둔 크랭크각 신호의 펄스간의 시간(Δt)과 캠각 신호의 검출위치(B135)와 크랭크각 신호의 펄스위치와의 사이의 시간차(Δtc)를 사용하여 시간차(Δtc)에 상당하는 각도를 산출할 수 있다. 구체적인 산출방법에 관하여는 후술한다.
도 3 ~ 도 6은 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 밸브타이밍 산출처리에서 밸브타이밍 제어처리까지의 동작을 표시한 플로차트이다.
도 3은 캠각 신호의 검출시에 있어서 펄스간의 시간 산출처리 및 각도 산출처리를 표시하고 있다.
또, 도 4는 밸브타이밍 제어모드의 산출처리를 표시하고, 도 5는 도 4내의 실밸브타이밍의 산출처리를 표시하며, 도 6은 밸브타이밍 제어의 제어량 산출처리를 표시한다.
도 3의 인터러프트 처리는 크랭크각 센서(14)에서 일정한 크랭크각(10°CA)마다 크랭크각 신호의 펄스가 발생하였을 때에 실행된다. 또, 도 4 ~ 도 6의 인터러프트 처리는 크랭크각 신호의 기준위치(B75)가 검출될 때마다 실행된다.
이하, 도 3을 참조하면서 크랭크각 신호의 펄스간의 각도(ΔAng)의 산출처리 동작에 관하여 설명한다.
도 3에 있어서, 우선 전회의 크랭크각 신호에서 이번회의 크랭크각 신호까지의 사이에 캠각 신호가 있었는지의 여부를 판정한다(스텝 S1).
또한, 캠각 신호에 관하여는 별도의 인터러프트 처리(도시하지 않음)가 실행되고 있으며, 이 인터러프트 처리내에서 캠각 신호가 있었던 것을 플러그로서 기억되도록 되어 있다.
스텝 S1에 있어서, 캠각 신호가 없음(즉, NO)으로 판정되면, 다른 처리를 실행하지 않고 도 3의 처리과정을 거친다.
또, 캠각 신호가 있다고(즉, YES)로 판정되면, 이번회의 크랭크각 신호의 발생시간(t)과 전회의 크랭크각 시각(t[i-1])과의 차, 즉 크랭크각 신호의 펄스발생간의 시간을 크랭크각 신호 주기시간(Δt(=t-t[i-1]))으로서 기억시킨다(스텝 S2).
계속하여, 이번회의 크랭크각 신호의 발생시각(t)과 캠각 신호의 발생시각 (tc)와의 차를 캠 신호 주기시간(Δtc(=t-tc))으로서 기억하고(스텝 S3), 이 처리를 실행하고 있는 시각에 있어서 크랭크각 위치(Ang)를 기억시킨다(스텝 S4).
이때, 상술한 바와 같이 크랭크각 신호에는 정해진 크랭크각 위치에 절결치가 존재하므로 현재의 크랭크각 위치(Ang)를 파악할 수 있는 것이다.
다음에, 현재의 크랭크각 위치(Ang)에서 전회의 크랭크각 위치(Ang[i-1])를 감산시켜서 크랭크각 신호의 펄스간의 각도(ΔAng(=Ang-Ang[i-1])를 산출하고(스텝 S5), 도 3의 처리과정을 거친다.
크랭크각 신호의 펄스간의 각도(ΔAng)는 도 11과 같이, 통상적으로는 10 [deg CA]이지만, 절결치 부분에 있어서는 20[deg CA] 또는 30[deg CA]중 어느 하나로 된다.
다음에, 도 4를 참조하여 밸브타이밍 제어모드를 결정하기 위한 산출처리에 관하여 설명한다.
도 4에 있어서, 우선 운전상태에서 목표 밸브타이밍(Vt)을 산출한다(스텝 S11).
이때, ECU(21A)내의 메모리에는 엔진(1)의 회전속도 및 부하(충전효율)에서 참조 가능한 2차원 지도로서, 목표 밸브타이밍(Vt)이 설정되어 있다. 따라서, 스텝 S11의 산출처리 시점에서의 엔진 회전속도와 충전효율에서 2차원 지도를 참조하여 목표 밸브타이밍(Vt)을 구할 수 있는 것이다.
다음에, 도 5(후술한다)의 산출처리를 이용하여 실밸브타이밍(Vd)를 산출하고(스텝 S12), 목표 밸브타이밍(Vt)에서 실밸브타이밍(Vd)을 감산시켜서 타이밍 편차량(Ve)을 산출한다(스텝 S13).
계속하여, 목표 밸브타이밍(Vt)이 0인지 여부를 판정하고(스텝 S14), Vt = 0(즉, YES)라고 판정되면, 최지연각 모드로서(스텝 S15), 도 4의 처리과정을 거친다.
한편, 스텝 S14에 있어서, Vt ≠0(즉, NO)라고 판정되면, 계속하여 타이밍 편차량 Ve가 1[deg CA]보다 큰 지의 여부를 판정한다(스텝 S16).
스텝 S16에 있어서, Ve > 1[deg CA](즉, YES)라고 판정되면, 피드백 제어용의 PD모드로서(스텝 S17), 도 4의 처리과정을 거친다.
또, 스텝 S16에 있어서, Ve 1[deg CA](즉, NO)라고 판정되면, 유지모드로서(스텝 S18), 도 4의 처리과정을 거친다.
다음에, 도 5를 참조하여 도 4내의 스텝 S12(실밸브타이밍 산출처리 동작)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 5에 있어서, 우선 캠 신호 주기시간(Δtc)을 크랭크각 주기시간(Δt)으로 나눈 값에 크랭크각 신호의 펄스간 각도(ΔAng)를 곱셈하고, 다시 현재의 크랭크각 위치(Ang)를 가산시켜서 아래의 식(4)에 의하여 검출 밸브타이밍(Ac)을 산출한다(스텝 S21).
Δc = (Δtc / Δt) ×ΔAng ㆍㆍㆍ(4)
다음에, 최지연각 학습조건이 성립되는지의 여부를 판정한다(스텝 S22). 최지연각 학습조건은 최지연각 모드(도 4내의 스텝 S15)로 된 후 소정시간(1[sec])이 경과하였을 때에 성립한다.
스텝 S22에 있어서, 최지연각 학습조건이 성립된다고(즉, YES)판정되면, 검출 밸브타이밍(Ac)에서 밸브타이밍 설계치(Ad)를 감산시켜서 최지연각 학습치 (ALr=(Ac-Ad))를 산출한다(스텝 S23).
이와 같이 최지연각 학습치(ALr)로서 검출 밸브타이밍(Ac)과 밸브타이밍 설계치(Ad)와의 타이밍 편차가 학습된다.
또, 스텝 S22에 있어서, 최지연각 학습조건이 성립되지 않는다고(즉, NO)판정되면, 스텝 S23은 실행되지 않는다.
최지연각 학습지(ALr)는 차탑재 배터리에 의하여 백업되는 ECU(21A)내의 RAM에 기억되어 점화스위치가 OFF된 후(엔진(1) 정지후)에도 기억 유지된다.
최후에 검출 밸브타이밍(Ac)에서 밸브타이밍 설계치(Ad) 및 최지연각 학습치 (ALr)를 감산시켜서 실밸브타이밍(Vd)를 산출하고(스텝 S24), 도 5의 처리과정을 거친다.
다음에 도 6을 산출하면서, 실밸브타이밍(Vd)을 목표 밸브타이밍(Vt)으로 추종 제어시키기 위한 제어량의 산출처리에 관하여 설명한다.
도 6에 있어서, 우선 최지연각 모드인지의 여부를 판정하고(스텝 S31), 최지연각 모드라고(즉, YES)판정되면, 제어전류치(I)를 0[mA]로 설정하고(스텝 S32), 도 6의 처리과정을 거친다.
한편, 스텝 S31에 있어서, 최지연각 모드가 아니라고(즉, NO)판정되면, 계속하여 유지 모드인지를 판정한다(스텝 S33).
스텝 S32에 있어서, 유지 모드라고(즉, YES)판정되면, 제어전류치(I)에 유지전류 학습치(H)를 설정하고(스텝 S34), 도 6의 처리과정을 거친다.
유지전류 학습치(H)는 실밸브타이밍(Vd)이 목표 밸브타이밍(Vt)에 거의 추종되어 있는 상태(밸브타이밍 편차량 Ve 1[deg CA])에서의 제어전류치를 학습한 값이다.
한편, 스텝 S33에 있어서, 유지 모드가 아니라고(즉, NO)판정되면, PD 모드라고 보고, 편차량(Ve)과 비례 게인(P gain)을 곱셈하여 비례치(P)를 산출한다(스텝 S35).
계속하여, 편차량(Ve)에서 전회의 편차량(Ve[i-1])을 감산한 것에 미분게인 (D gain)을 곱셈하여 미분치(D)를 산출한다(스텝 S36).
또, 비례치(P)와 미분치(D)와 유지전류 학습치(H)를 가산하여 제어전류치(I)를 산출하고(스텝 S37), 도 6의 처리과정을 거친다.
이리하여, 제어전류치(I)가 산출된 후에는 OCV 구동회로에서 검출되는 전류치가 제어전류치(I)와 일치되도록 듀티(Duty)치를 피드백 제어함으로서, OCV에서 액추에이터(15),(16)(도 1참조)으로의 유량이 조절된다. 그 결과, 실밸브타이밍 (Vd)은 목표 밸브타이밍(Vt)과 일치되도록 제어된다.
이와 같이 다수의 펄스열로 되는 크랭크각 신호를 사용하여 캠각 신호의 검출 직후의 크랭크각 신호의 검출시각에서의 크랭크각 위치와, 크랭크각 신호의 펄스간의 시간과, 캠각 신호와 크랭크각 신호와의 사이의 시간계수에 의하여 검출 밸브타이밍(Ac)을 산출할 수 있는 것이다.
따라서, 주기변동시나 과도운전시에 있어서 검출 밸브타이밍(Ac)의 검출오차를 없앨 수가 있으므로 밸브타이밍(캠각)을 정확하게 제어할 수 있는 것이다.
또, 캠각의 산출오차가 억제되므로 고정밀도로 캠각을 산출할 수 있고, 또 캠각을 고정밀도로 제어할 수 있으므로 엔진(1)의 운전성능을 향상시켜서 배기가스, 연비 및 드라이버빌리티의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
실시의 형태 2.
상기 실시의 형태 1에서는 스텝 S23, S24에 있어서, 밸브타이밍 설계치(Ad)를 감산시켜서 최지연각 학습치(ALr) 및 실밸브타이밍(Vd)를 산출하였으나, 밸브타이밍 설계치(Ad)를 감산하지 않고, 최지연각 학습치(ALr) 및 실밸브타이밍(Vd)을 산출하여도 된다.
도 7은 이 발명의 실시의 형태 2에 의한 최지연각 학습치(ALr) 및 실밸브타이밍(Vd)의 산출처리 동작을 표시한 플로차트이다.
도 7에 있어서, 스텝 S21 및 S22는 상술(도 5참조)과 동일한 처리이므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
도 7에 있어서, 우선 검출 밸브타이밍(Ac)을 산출하여(스텝 S21), 최지연각 학습조건이 성립되었는지를 판정하여(스텝 S22), 최지연각 학습조건이 성립되었다고(즉, YES) 판정되면, 검출 밸브타이밍(Ac)을 그대로 최지연각 학습치(ALr)로서 산출한다(스텝 S43).
또, 검출 밸브타이밍(Ac)에서 최지연각 학습치(ALr)를 감산시킨 값을 실밸브타이밍(Vd)로서 산출하고(스텝 S44), 도 7의 처리과정을 거친다.
이와 같이, 검출 밸브타이밍(Ac)을 그대로 최지연각 학습치(ALr)로서 학습하고, 검출 밸브타이밍(Ac)과 최지연각 학습치(ALr)와의 편차를 실밸브타이밍(Vd)으로서 산출한다.
이로 인하여, 실밸브타이밍(Vd)을 목표 밸브타이밍(Vt)에 추종시키기 위한 제어를 실행하여도 상기 실시의 형태 1과 거의 동등한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 캠각의 검출오차를 억제할 수 있으므로 배기가스, 연비 및 드라이버빌리티의 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
상기 실시의 형태 1, 2에서는 흡기용 및 배기용의 양방 밸브에 관련시켜서 캠각 변경수단(액추에이터(15),(16) 및 OCV(19),(20))을 설치하였으나, 흡기용 또는 배기용중 어느 한쪽의 밸브만 관련시켜서 캠각 변경수단을 설치하여도 된다.
이상과 같이, 이 발명에 의하면 내연기관의 운전상태를 검출하는 센서수단과, 내연기관의 크랭크 샤프트의 회전각도에 대응하여 복수의 펄스로 되는 크랭크각 신호를 생성하는 크랭크각 센서와, 크랭크 샤프트의 회전에 동기하여 내연기관의 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동시키는 흡기용 및 배기용의 캠 샤프트와, 흡기용 및 배기용 캠샤프트중 적어도 한쪽에 부착되어 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위상을 변경하기 위한 캠각 변경수단과, 캠각 변경수단에 의하여 변경된 캠 샤프트에 부착되어 내연기관의 각 기통을 식별함과 동시에 캠각 변경수단에 의하여 변경된 캠 샤프트의 캠각을 검출하기 위한 캠각 신호를 생성하는 캠각 센서와, 크랭크각 신호에 의하여 기준 크랭크각을 산출하는 기준 크랭크각 산출수단과, 크랭크각 신호 및 캠각 신호에 의하여 캠각을 산출하는 캠각 산출수단과, 내연기관의 운전상태와 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각에 의하여 캠각 변경수단을 제어하여 운전상태에 따라 목표 캠각과 일치하도록 캠 샤프트의 상대위상을 제어하는 캠각 제어수단 등을 구비하고, 캠각 산출수단은 크랭크각 신호의 펄스수를 계수하여 캠각을 산출하고, 캠각의 산출오차를 감소하도록 하였으므로 캠각을 고정밀도로 산출하여 고정밀도로 제어가능하게 하여 드라이버빌리티, 연비 및 배기가스의 악화를 방지시킨 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면 캠각 산출수단은 크랭크 샤프트의 크랭크각 위치를 기억하는 기억수단을 포함하고, 크랭크각 신호의 전회 펄스의 검출 타이밍에서 이번회 펄스의 검출 타이밍까지의 사이에 캠각 신호가 검출되었을 경우에는 이번회 펄스의 검출 타이밍의 크랭크각 위치를 기억수단에 기억시켜서 기억된 크랭크각 위치를 사용하여 캠각을 산출하도록 하였으므로 캠각을 고정밀도로 산출하여 고정밀도로 제어가능한 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면 캠각 산출수단은 크랭크각 신호의 각 펄스 사이에서 캠각 신호가 검출되었을 경우에는 각 펄스 사이의 계측시간과, 캠각 신호와 크랭크각 신호와의 사이의 계측시간을 사용하여 캠각을 산출하도록 하였으므로 캠각을 고정밀도로 산출하여 고정밀도로 제어할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면 캠각 제어수단을 캠각의 기준위치를 학습하는 캠각 학습수단을 포함하고, 캠각 학습수단은 캠각 변경수단의 비작동시에 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각과 크랭크각 위치의 설계치와의 각도편차를 학습하도록 하였으므로 캠각을 고정밀도로 산출하여 고정밀도로 제어할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면 캠각 제어수단은 캠각의 기준위치를 학습하는 캠각 학습수단을 포함하고, 캠각 학습수단은 캠각 변경수단의 비작동시에 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각에 상당하는 크랭크각 위치를 학습하도록 하였으므로 캠각을 고정밀도로 산출하여 고정밀도로 제어할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면 캠각 제어수단은 캠각 학습수단에 의하여 학습된 기준위치를 사용하여 캠각 변경수단을 제어하도록 하였으므로 캠각을 고정밀도로 산출하여 고정밀도로 제어할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 이 발명의 실시의 형태 1을 표시한 블럭 구성도.
도 2는 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 캠각 산출처리 동작을 표시한 타이밍 차트.
도 3은 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 크랭크각 신호의 펄스간 각도를 산출하기 위한 처리 동작을 표시하는 플로차트.
도 4는 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 밸브타이밍 제어모드의 산출처리를 표시하는 플로차트.
도 5는 도 4내의 실밸브타이밍의 산출처리를 구체적으로 표시한 플로차트.
도 6은 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 밸브타이밍 제어의 제어량 산출처리를 표시한 플로차트.
도 7은 이 발명의 실시의 형태 2에 의한 실밸브타이밍의 산출처리를 표시한 플로차트.
도 8은 종래의 내연기관의 밸브타이밍 제어장치를 표시한 블럭 구성도.
도 9는 다수의 펄스 신호로 되는 크랭크각 신호의 생성 패턴을 캠각 신호와 함께 표시한 타이밍 차트.
도 10은 종래의 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각 산출처리 동작을 파형에 의하여 표시한 설명도.
도 11은 종래의 내연기관의 밸브타이밍 제어장치에 의한 캠각 산출 처리동작을 테이블에 의하여 표시한 설명도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진, 3 : 에어플로센서,
4 : 흡기관, 7 : 인젝터,
8 : 점화플러그, 9 : 점화코일,
10 : 배기관, 11: 02 센서,
12 : 촉매, 14 : 크랭크각 센서,
17, 18 : 캠각 센서, 15, 16 : 액추에이터,
19, 20 : OCV(오일 컨트롤 밸브), 21A : ECU.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 내연기관의 운전상태를 검출하는 센서수단과,
    상기 내연기관의 크랭크 샤프트의 회전각도에 대응하여 복수의 펄스로 되는 크랭크각 신호를 생성시키는 크랭크각 센서와,
    상기 크랭크 샤프트의 회전에 동기하여 내연기관의 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동시키는 흡기용 및 배기용 캠 샤프트와,
    상기 흡기용 및 배기용 캠 샤프트 중 적어도 한쪽에 부착되어 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위상을 변경시키기 위한 캠각 변경수단과,
    상기 캠각 변경수단에 의하여 변경되는 캠 샤프트에 부착되어 내연기관의 각 기통을 식별함과 동시에 캠각 변경수단에 의하여 변경된 캠 샤프트의 캠각을 검출하기 위한 캠각 신호를 생성시키는 캠각 센서와,
    상기 크랭크각 신호에 의하여 기준 크랭크각을 산출하는 기준 크랭크각 산출수단과,
    상기 크랭크각 신호 및 캠각 신호에 의하여 캠각을 산출하는 캠각 산출수단과,
    상기 내연기관의 운전상태와 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각에 의하여 캠각 변경수단을 제어하고, 운전상태에 따라 목표 캠각과 일치되도록 캠 샤프트의 상대위상을 제어하는 캠각 제어수단
    을 구비하고,
    상기 캠각 산출수단은 크랭크 샤프트의 크랭크각 위치를 기억시키는 기억수단을 포함하고, 크랭크각 신호의 전회 펄스의 검출 타이밍에서 이번회 펄스의 검출 타이밍까지의 사이에 캠각 신호가 검출된 경우에는 이번회 펄스의 검출 타이밍의 크랭크각 위치를 기억수단에 기억시켜서 기억된 크랭크각 위치를 사용하여 캠각을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치.
  3. 내연기관의 운전상태를 검출하는 센서수단과,
    상기 내연기관의 크랭크 샤프트의 회전각도에 대응하여 복수의 펄스로 되는 크랭크각 신호를 생성시키는 크랭크각 센서와,
    상기 크랭크 샤프트의 회전에 동기하여 내연기관의 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동시키는 흡기용 및 배기용 캠 샤프트와,
    상기 흡기용 및 배기용 캠 샤프트 중 적어도 한쪽에 부착되어 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 상대위상을 변경시키기 위한 캠각 변경수단과,
    상기 캠각 변경수단에 의하여 변경되는 캠 샤프트에 부착되어 내연기관의 각 기통을 식별함과 동시에 캠각 변경수단에 의하여 변경된 캠 샤프트의 캠각을 검출하기 위한 캠각 신호를 생성시키는 캠각 센서와,
    상기 크랭크각 신호에 의하여 기준 크랭크각을 산출하는 기준 크랭크각 산출수단과,
    상기 크랭크각 신호 및 캠각 신호에 의하여 캠각을 산출하는 캠각 산출수단과,
    상기 내연기관의 운전상태와 캠각 산출수단에 의하여 산출된 캠각에 의하여 캠각 변경수단을 제어하고, 운전상태에 따라 목표 캠각과 일치되도록 캠 샤프트의 상대위상을 제어하는 캠각 제어수단
    을 구비하고,
    상기 캠각 산출수단은 크랭크각 신호의 각 펄스간에서 캠각 신호가 검출되었을 경우에는 각 펄스간의 계측시간과, 캠각 신호와 크랭크각 신호와의 사이의 계측시간을 사용하여 캠각을 산출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브타이밍 제어장치.
KR10-2003-0017828A 2002-07-16 2003-03-21 내연기관의 밸브타이밍 제어장치 KR100508327B1 (ko)

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