KR100534989B1 - 내연기관의 가변 밸브기구 기능 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 엔진의 착석음으로 밸브의 안착여부를 판단하기 어려움에 따라 이를 밸브 시트가 엔진 블록에 접촉 될 때의 신호를 전기적으로 판단할 목적으로;

내연기관의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 동작상태 변화를 검출하는 내연기관 동작상태 검출수단과; 상기 내연기관 동작상태 검출수단에 의해 검출되는 밸브 동작상태, 캠 위치, 크랭크 각 위치 등을 입력받아 크랭크 각 위치 변화에 따라 엔진 회전수를 연산 한 후, 밸브의 닫힌 시점과 밸브의 열린 시점에서의 캠과 크랭크 각의 차에 따라 밸브의 정상 동작여부를 판단하여, 비정상 동작시 경고신호와 에러코드 및 밸브의 가변 동작을 전환시키기 위한 소정의 제어신호를 출력하는 엔진 제어 수단과; 상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 밸브의 동작을 가변시키고, 운전석 앞 클러스터의 소정의 위치에 구비된 경고등을 점등시켜 운전자에게 경고하는 구동수단으로 이루어져 있어서, 엔진 제어 장치에서 가변 밸브 작동 지시에 의한 캠 샤프트의 정상 작동여부 및 밸브 열림 시간을 정확하게 판단할 수 있고, 가변 밸브 장치의 고장 진단 기능을 향상시킬 수 있다.

Description

내연기관의 가변 밸브기구 기능 진단장치 {A continuous variable valve timing function diagnosis apparatus}

본 발명은 내연기관의 가변 밸브기구 기능진단 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브시트 스위치 구조를 이용하여 각 밸브 시트의 안착 여부를 판단함으로써, 가변 밸브 작동지시에 의한 캠 샤프트의 정상 작동여부 및 밸브 열림 시간을 정확하게 판단할 수 있는 내연기관의 가변 밸브기구 기능진단 장치에 관한 것이다.

일반적으로 저, 중속 운전시의 높은 토크 특성과 고속 운전시의 출력향상을 양립시킬 목적으로 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 리프트 특성을 예를 들면 고속용 캠과 저속용 캠을 운전 조건에 응하여 나눠 사용함으로써 다르게 하고, 이렇게 해서 흡, 배기의 타이밍 혹은 흡기량을 제어하는 것이 알려져 있다.(일본국 특개소 63-167016호 공보, 일본국 특개소 63-57805호 공보, 일본국 특개평 5-171909호 공보 등)

근래, 내연기관에 있어서는 배기 방출 성능에 관계된 장치의 기능 진단을 행하는 것이 요구되고 있다.

가변밸브기구에 대해서도, 그 작동이 정상으로 행해지지 않으면, 배기 방출 악화의 요인이 되므로, 기능진단의 대상이 되고 있다. 종래의 가변 밸브 기구의 기능진단 장치에서는, 가동부가 유압경로에 유압을 검출하는 센서를 설치하고, 그 유압에 의해 가변밸브 기구의 기능 상태를 직접 또는 간접적으로 진단하는 방법이 채용되고 있다.

그런데, 상기한 내연기관의 가변밸브 기구의 기능진단 장치에서는 유압에 의해 가변밸브 기구의 기능을 진단하는 방법이므로, 가변밸브 기구의 가공이 곤란하고, 또 본래의 기능인 밸브 타이밍의 변화에 의해 충전 효율의 변화를 검지 한다는 것이 어려우므로, 더욱 정확하게 가변밸브 기구의 기능을 진단할 필요가 있다.

따라서, 종래에는 상기한 기존의 문제점을 개선하기 위하여 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 가변밸브기구의 기능 진단장치로 대한민국 특허 등록번호 제264908호 (명칭 : 내연기관의 가변밸브기구의 기능진단장치)에 상세히 설명되어 있다. 즉, 상기한 종래의 발명은 내연기관(1)에 구비된 캠 센서(2)와 크랭크 각 센서(4)를 이용하여 밸브 타임을 검출하고, 내연기관의 밸브의 착석음 검지센서(3)에서 검출되는 주파수에 의해 밸브의 착석음을 엔진에서 발생되는 음과 구분하여 엔진 제어 장치(5)의 가변밸브 작동지시에 따라 캠 샤프트(CAM SHAFT)가 정상적으로 작동하는지를 판별하였다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 밸브의 착석음은 이상연소음인 노킹(Knocking)음과 구분이 불가하여 정확한 작동상태를 판별하지 못하는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량 엔진의 착석음으로 밸브의 안착여부를 판단하기 어려움에 따라 이를 밸브 시트가 엔진 블록에 접촉 될 때의 신호를 전기적으로 판단할 수 있는 내연기관의 가변 밸브기구 기능 진단 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

내연 기관의 가변 밸브 기구에 있어서, 상기 가변 밸브 기구는 밸브의 개방 및 닫힘 상태 변화에 따라 가변되는 전압차에 의해 밸브의 상태를 검출하는 밸브 상태 검출부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기에서 밸브 상태 검출부는 흡기 또는 배기 포트 외부에 노출되는 스탬의 소정의 위치에 구비되어 있다.

상기에서 스탬은 흡기 또는 배기 포트와 절연부재에 의해 절연되어 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은,

내연기관의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 동작상태 변화를 검출하는 내연기관 동작상태 검출수단과;

상기 내연기관 동작상태 검출수단에 의해 검출되는 밸브 동작상태, 캠 위치, 크랭크 각 위치 등을 입력받아 크랭크 각 위치 변화에 따라 엔진 회전수를 연산 한 후, 밸브의 닫힌 시점과 밸브의 열린 시점에서의 캠과 크랭크 각의 차에 따라 밸브의 정상 동작여부를 판단하여, 비정상 동작시 경고신호와 에러코드 및 밸브의 가변 동작을 절환시키기 위한 소정의 제어신호를 출력하는 엔진 제어 수단과;

상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 밸브의 동작을 가변시키고, 운전석 앞 클러스터의 소정의 위치에 구비된 경고등을 점등시켜 운전자에게 경고하는 구동수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은,

내연기관이 시동되면, 사용되는 모든 변수를 초기화하고, 흡, 배기 밸브 중 해당하는 밸브의 닫힘 여부를 판단하는 단계와;

해당 밸브의 닫힌 시점에서 캠 각, 크랭크 각을 검출하는 단계와;

해당 밸브의 열림 여부를 판단하는 단계와;

해당 밸브의 열린 시점에서의 캠 각, 크랭크 각 및 가변밸브 동작상태를 검출하여, 해당 밸브의 닫힌 시점과 열린 시점에서의 캠 각과 크랭크 각의 차를 산출하여 밸브의 정상 동작여부를 판단하는 단계와;

해당 밸브의 비정상 동작시 에러코드와 경고신호 및 밸브 가변 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 내연기관의 가변 밸브기구 기능진단 장치 구성 블록도 이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 가변 밸브가 닫힌 상태의 도 2의 A 부분 확대 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 가변 밸브가 열린 상태의 도 3의 부분 사시도 이고, 도 5는 본 발명에 적용되는 내연기관의 가변 밸브기구 기능진단 방법 동작 순서도 이다.

내연기관의 가변 밸브 기구 기능 진단 장치는 도 2에 도시되어 있듯이, 내연기관(10)의 동작상태 검출장치(110, 120 및 130)는 내연기관의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 동작상태 변화를 검출한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 내연기관 동작상태 검출장치에 의해 검출되는 밸브 동작상태, 캠 위치, 크랭크 각 위치 등을 입력받아 크랭크 각 위치 변화에 따라 엔진 회전수를 연산 한 후, 밸브의 닫힌 시점과 밸브의 열린 시점에서의 캠과 크랭크 각의 차에 따라 밸브의 정상 동작여부를 판단하여, 비정상 동작시 경고신호와 에러코드 및 밸브의 가변 동작을 절환시키기 위한 소정의 제어신호를 출력한다.

구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 밸브의 동작을 가변시키고, 운전석 앞 클러스터의 소정의 위치에 구비된 경고등을 점등시켜 운전자에게 경고한다.

상기에서, 내연기관 동작상태 검출장치는 내연 기관의 동작상태 변화에 따라 가변되는 흡, 배기 밸브의 닫힘 및 열림 상태를 검출하는 밸브 상태 검출부(110)와;

상기 내연기관 동작상태 변화에 따라 가변되는 캠의 위치 변화를 검출하는 캠 각 검출부(120)와;

상기 내연기관 동작상태 변화에 따라 가변되는 크랭크 각의 위치 변화를 검출하는 크랭크 각 검출부(130)로 이루어져 있다.

상기에서 구동장치(300)는 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 가변 밸브의 동작을 전환시키는 밸브 절환 기구부(310)와;

상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 운전자에게 차량 점검 요구를 위한 경고등을 점등시키는 경고부(320)로 이루어져 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 가변 밸브 닫힘 상태를 도시한 사시도로서, 내연 기관의 가변 밸브 기구에 있어서, 상기 내연기관의 가변 밸브(11)는 흡기 또는 배기 포트(12)의 소정의 위치를 관통하여 캠 샤프트(미도시)의 회전 동작상태 변화에 따라 상, 하 운동하며 상기 흡기 또는 배기 포트(12)의 개방 및 닫힘 상태 변화에 따라 가변되는 전압차에 의해 밸브의 상태를 검출하는 밸브 상태 검출부(110)가 흡기 또는 배기 포트(12) 외측 밸브 스탬(14)의 일측에 구비되어 있어, 검출신호를 엔진 제어 장치(200)로 출력한다.

상기 가변 밸브(11)의 스탬(14)은 흡기 또는 배기 포트(12)의 관통공에 구비된 밸브 가이드(15)와 스탬 엔드(16)는 캠 샤프트(미도시)와 접촉하며, 스프링(13)을 탄지하는 스프링 리테이너(19) 사이에 절연부재(17)에 의해 지지되어 있다.

또한, 상기 흡기 또는 배기 포트(12)는 샤시 접지 되어 있고 밸브 상태 검출부(110)를 포함한 밸브 스탬(14)측으로 전원이 인가된 상태에서, 밸브(11)가 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 흡기 또는 배기 포트(12)와 결합되는 닫힘 상태가 되면 엔진 제어 장치(200)로 전압 신호(0V)가 인가되고, 밸브(11)가 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 상기 흡기 또는 배기 포트(12)로부터 떨어져 열림 상태가 되면 상기 엔진 제어 장치(200)로 전압 신호(+5V)가 인가되도록 한다. 즉, 엔진 제어 장치(200)에서는 상기 가변 밸브(11)의 동작상태에 따라 밸브 상태 검출부(110)로부터 인가되는 전압 신호를 검출하여, 밸브의 열림 또는 닫힘 상태를 판단하게 된다.

상기한 구성으로 이루어진 내연기관 가변 밸브 기구 기능 진단 방법을 첨부한 도 5를 참조하여 예를 들어 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 설명을 함에 있어서, 4기통 내연기관에서 1번 기통의 흡기 포트에 구비된 밸브의 동작상태를 예를 들어 설명한다.

차량에 전원이 인가되어 내연기관이 시동되면, 엔진 제어 장치(200)는 사용되는 모든 변수를 초기화시킨다(S100).

상기에서 내연기관이 시동됨에 따라, 내연기관 동작상태 검출장치는 내연기관 동작상태 변화에 따라 가변되는 4기통 또는 6기통 내연기관의 흡기 또는 배기 포트에 각각 구비된 밸브의 개방 또는 닫힌 상태, 캠 각 및 크랭크 각 등을 검출하며, 엔진 제어 장치(200)는 상기 내연기관 동작상태 검출장치에서 검출되는 밸브 상태, 캠 각 및 크랭크 각 등을 입력받고자 소정의 제어신호를 출력하면, 내연기관 동작상태 검출장치는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 검출되는 밸브 상태, 캠 각 및 크랭크 각 등을 출력한다.

이에, 엔진 제어 장치(200)는 동작되는 내연기관의 흡기 또는 배기 포트(12) 중 해당 포트에 구비되어 있는 밸브(11)의 상태를 판단한다(S110).

상기에서 밸브(11)가 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 해당 포트(12)에 닫혀있는 상태로 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 밸브(11)가 닫혀 있는 시점부터 타이머를 작동시켜 시간을 체크하고, 현재의 크랭크 각(MES_CPS)과 캠 각(MES_CMP) 및 현 엔진 회전수(MES_RPM)를 메모리에 구비된 임시 변수에 저장한다(S120).

상기에서 엔진 회전수는 크랭크 각의 변화에 따라 설정된 프로그램에 의해 산출할 수 있다.

VS_CRK_STRAT(A) = MES_CPS

VS_CAM_STRAT(A) = MES_CMP

VS_RPM = MES_RPM

이어서, 엔진 제어 장치(200)는 내연기관의 밸브 열림여부를 판단한다(S130).

상기에서 밸브(11)가 흡기 포트(12)로부터 떨어져 열림으로 연료 및 공기가 유입되는 시점이 판단되면 엔진 제어 장치(200)는 타이머를 정지시키고, 경과된 시간(VSI_VS(A)TIMER)과 밸브가 열린 시점에서의 크랭크 각, 캠 각을 메모리의 임시 변수에 저장하고, 가변 밸브 (CVVT : continuous variable valve timing)의 동작여부를 판단한다(S140).

상기에서, CVVT가 동작됨이 판단되면 VVT =1, CVVT가 동작되지 않음이 판단되면 VVT = 0으로 입력한다.

VS_CRK_STP(A) = MES_CPS

VS_CAM_STP(A) = MES_CMP

그리고, 엔진 제어 장치(200)는 상기 S120의 밸브가 닫힌 시점과 S140의 밸브가 열린 시점에서의 크랭크 각과 캠 각의 차를 산출한다(S150).

VS_CLS_CPS(A) = VS_CRK_STP(A) - VS_CRK_STRAT(A)

VS_CLS_CMP(A) = VS_CMP_STP(A) - VS_CMP_STRAT(A)

이어서, 엔진 제어 장치(200)는 상기에서 산출되는 크랭크 각과 캠 각의 차와 엔진 회전수 및 CVVT의 동작 조건 등이 메모리에 설정된 밸브 정상 작동 판단 조건과 비교하여, 밸브가 정상적으로 작동하고 있는가를 판단한다(S160).

상기에서 밸브가 비정상적으로 작동됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 밸브를 정상적으로 작동시키기 위한 밸브 가변 제어신호를 출력하고, 운전자에게 엔진 점검 요구를 위한 경고등 점등 제어신호를 출력함과 동시에 해당 에러코드를 발생시켜 해당 메모리에 저장한 다음, 밸브의 닫힘 상태를 판단하는 단계(S110)로 리턴한다(S170).

하지만, 상기에서 밸브가 정상적으로 작동함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 계속적으로 밸브의 상태를 판단하기 위한 단계(S110)로 리턴한다.

그러나, 상기(S130)에서 밸브 닫힌 상태에서 정상적으로 열린 상태로 전환되지 않음이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 밸브가 열리지 않는 시점부터 밸브가 닫혀있는 시간을 카운트하며, 상기 카운트되는 시간이 밸브가 정상적으로 닫혀 있는 기준 시간을 만족하는가를 판단한다(S180).

상기에서 카운트되는 밸브 닫힘 시간이 정상적인 밸브 닫힘 기준 시간을 만족함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 밸브 상태를 판단하는 단계(S110)로 리턴한다.

하지만, 상기에서 카운트되는 밸브 닫힘 시간이 정상적인 밸브 닫힘 기준 시간을 경과함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 밸브가 정상적으로 열리지 않음을 판단하여 밸브를 정상적으로 작동시키기 위한 밸브 가변 제어신호를 출력하고, 운전자에게 엔진 점검 요구를 위한 경고등 점등 제어신호를 출력함과 동시에 해당 에러코드를 발생시켜 해당 메모리에 저장한 다음, 밸브의 닫힘 상태를 판단하는 단계(S110)로 리턴한다(S185).

이로써, 각 밸브시트의 안착 여부를 전기적인 신호로 판단함으로써, 엔진 제어 장치에서 가변 밸브 작동 지시에 의한 캠 샤프트의 정상 작동여부 및 밸브 열림 시간을 정확하게 판단할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 차량 엔진의 착석음으로 밸브의 안착여부를 판단하기 어려움에 따라 이를 밸브 시트가 엔진 블록에 접촉 될 때의 신호를 전기적으로 판단함으로써, 엔진 제어 장치에서 가변 밸브 작동 지시에 의한 캠 샤프트의 정상 작동여부 및 밸브 열림 시간을 정확하게 판단할 수 있고, 가변 밸브 장치의 고장 진단 기능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 내연기관의 가변 밸브기구 기능진단 장치 구성 블록도 이고,

도 2는 본 발명에 적용되는 내연기관의 가변 밸브기구 기능진단 장치 구성 블록도 이며,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 가변 밸브가 닫힌 상태의 도 2의 A 부분 확대 사시도 이고,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 가변 밸브가 열린 상태의 도 3의 부분 사시도 이고,

도 5는 본 발명에 적용되는 내연기관의 가변 밸브기구 기능진단 방법 동작 순서도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 내연기관

110 : 밸브 상태 검출부 120 : 캠 각 검출부

130 : 크랭크 각 검출부 200 : 엔진 제어 수단

300 : 구동수단 310 : 절환기구부

320 : 경고부

Claims (8)

1. 내연 기관의 가변 밸브 기구에 있어서,

   상기 내연기관의 가변 밸브는 밸브의 개방 및 닫힘 상태 변화에 따라 가변되는 전압차에 의해 밸브의 상태를 검출하기 위해 흡기 또는 배기 포트 외부에 노출되는 스탬의 일측에 구비된 밸브 상태 검출부를 포함하는 구성인 것을 특징으로 하는 내연기관의 가변 밸브기구 기능 진단장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 스탬과 흡,배기 포트 및 스탬과 스프링 리테이너간에는 각각 절연부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가변 밸브기구 기능 진단장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제