KR100632416B1 - 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치 - Google Patents

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마사나오 이도가와
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

관련 공정 제어 또는 분리 공정 제어 중에 어느 하나가 엔진 작동 상태에 따라 밸브 타이밍 제어용으로 선택된다. 상기 관련 공정 제어 하에서, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 엔진 작동 상태에 따라 계산되고, 상기 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR은 이것에 더 가까워진다. 또한, 엔진 작동 상태에 따라 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 OVP 및 실제 변위각 INR을 토대로, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP이 계산되고, 상기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR은 이것에 더 가까워진다. 분리 공정 제어 하에서, 타겟 변위각들 INP, EXP은 엔진 작동 상태에 따라 계산되고, 실제 변위각들 INR, EXR은 이들에 더 가까워진다.

Description

내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치 {APPARATUS FOR CONTROLLING VALVE ACTUATION IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치에 관한 것이다.
차량에 장착된 내부 연소 엔진들 중에, 일부가 엔진의 파워 출력을 증가시키고 엔진으로부터의 방출의 청정도를 개선시키기 위하여 유입 밸브 및 배기 밸브와 같은 엔진 밸브의 타이밍(개방 및 폐쇄) 및 리프트를 포함하는 성능을 변화시키는 가변 밸브 활성화 기구를 가지는 것이 알려져 있다. 이러한 내부 연소 엔진에서, 가변 밸브 활성화 기구는 엔진의 작동 상태를 토대로 제어되고, 엔진 밸브의 활성화는 엔진의 주어진 작동 상태에 대하여 최적화되도록 조정된다. 이러한 조정은 내부 연소 엔진의 파워 출력을 증가시키거나 내부 연소 엔진으로부터 방출 청정도를 개선시키는 작용을 한다.
예를 들어, 내부 연소 엔진이 고출력을 조성하기 위해 필요한 경우에, 엔진 밸브의 활성화는 엔진의 유입 저장 효율(intake charging efficiency)을 증가시키도록 조정된다. 유입 저장 효율을 증가시키기 위하여 이러한 방식으로 엔진 밸브의 활성화를 조정함으로써, 연소 챔버들이 최대 부피의 혼합 가스로 채워지는 상태에서 연소가 달성될 수 있으며, 이에 따라 내부 연소 엔진의 파워 출력이 증가된 다.
내부 연소 엔진의 파워 요구가 그렇게 높지 않은 경우에, 연소에 악영향을 미치지 않는 범위내에서 내부 EGR량을 최대화시키도록 엔진 밸브의 활성화가 조정된다. 따라서, 내부 EGR량이 밸브 오버랩 양에 따라 변화됨에 따라, 상기 범위내에서 내부 EGR량의 최대값을 제공하는 밸브 오버랩을 달성하도록 엔진 밸브의 활성화가 조정된다. 이러한 방식으로 내부 EGR량을 실행가능한 최대값으로 증가시켜, 연소 온도가 낮아지더라도 질소 산화물(NOx)의 생성이 억제되어, NOx에 대하여 내부 연소 엔진의 개선된 방출 내용물(contents)을 달성할 수 있다.
부수적으로, 작동시에 밸브들이 가변적인 또 다른 내부 연소 엔진에서, 유입 밸브의 활성화 및 배기 밸브의 활성화가 유입 저장 효율을 증가시키고 방출 청정도를 개선시키기 위하여 내부 EGR량의 보다 효율적인 조정을 위하여 개별적으로 변화된다. 예를 들어, 일본 특허 공보 제 11-218035호는 유입 밸브의 타이밍을 변화시키기 위한 가변 밸브 활성화 기구 및 배기 밸브의 활성화를 변화시키기 위한 가변 밸브 활성화 기구가 제공되는 구성이 개시되어 있으며, 유입 밸브 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍은 이들 가변 밸브 활성화 기구를 개별적으로 제어하여 변화될 수 있다.
이러한 내부 연소 엔진에서, 유입 밸브의 타겟 밸브 타이밍 및 배기 밸브의 타겟 밸브 타이밍은 엔진의 작동 상태에 따라 별도로 계산된다. 그런 다음, 2개의 가변 밸브 활성화 기구의 구동이 제어되어, 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍이 개별적으로 계산된 각각의 타겟 밸브 타이밍에 도달한다. 이러한 방식으로 유 입 밸브 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍을 조정하여, 내부 연소 엔진의 출력을 증가시키기 위하여 유입 저장 효율을 증가시키고 방출 청정도를 개선시키는 내부 EGR량의 조정이 더 효과적으로 이루어질 수 있다.
밸브 오버랩 양이, 유입 밸브 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 제공되는 내부 연소 엔진의 작동 상태에 대응하는 최적량을 달성하도록 제어되는 경우에, 유입 밸브의 타겟 밸브 타이밍 및 배기 밸브의 타겟 밸브 타이밍은 밸브 오버랩이 상기 최적량을 달성할 수 있는 값으로 설정된다. 그런 다음, 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍이 그들 각각의 타겟 타이밍으로 변화된다. 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍의 이러한 변화는 결국 밸브 오버랩 양을 그 최적값(이하, 타겟 밸브 오버랩이라 일컬어짐)에 수렴시켜, 밸브 오버랩 양이 그 최적값에 도달하게 된다.
그러나, 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍을 그들 각각의 타겟 밸브 타이밍으로 변화시키는 공정에서, 변화에 응답하는 지연이 타겟 밸브 오버랩과 밸브 오버랩 양의 편차를 일으킬 것이다. 예를 들어, 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍이 그들 각각의 타겟 밸브 타이밍으로 수렴되는 상태로부터, 타겟 밸브 오버랩이 엔진의 작동 상태의 변화 또는 어떤 원인에 의해 변화되고, 획득된 변경된 타겟 밸브 오버랩으로, 2개의 밸브의 각각의 타겟 밸브 타이밍이 변화되는 것으로 생각할 수 있다. 이러한 경우에, 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍이 그들의 각각의 타겟 밸브 타이밍으로 변화하기 시작하는 시점에서부터 타겟 타이밍에 수렴될 때까지, 밸브 오버랩 양은 타겟 밸브 오버랩에서 벗어난다(is off).
유입 밸브 및 배기 밸브가 앞당기는 방향(advancing direction) 또는 지연시키는 방향 중에 하나로 엔진의 작동 상태에 따라 변화되는 동안에, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로 조정되는 상태가 발생할 수 있다. 이러한 상태에서, 밸브 오버랭 양은 유입 밸브의 밸브 타이밍이 변화될 때의 응답 속도와 배기 밸브의 밸브 타이밍이 변화될 때의 응답 속도간의 차에 의해 너무 크거나 너무 작게 만들어질 수 있다. 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍들의 변화들간의 응답 속도의 차는 주위 환경에 의한 것이며, 동일한 가변 밸브 활성화 기구가 유입 밸브측 및 배기 밸브측에 사용도더라도, 길이가 다른 2개의 기구를 구동시키는데 사용되는 오일 공급 경로 및 상술된 응답 속도의 차이를 일으키는 이러한 차에 대하여 이것을 피할 수 없다.
2가지의 밸브 타이밍이 타겟 밸브 타이밍으로 앞당겨지거나 지연될 때, 유입 밸브와 배기 밸브간 사이에서 밸브 다이밍의 변화에 응답하는 어떤 속도의 차가 발생하는 경우에, 일단, 타겟 밸브 오버랩에서 멀어지는 방향으로 밸브 오버랩 양이 변화한다. 바로 직후에, [I] 내지 [IV]에 표시된 각각의 상황에 대하여, 밸브 타겟 밸브 오버랩으로부터 멀어지는 오버랩 양의 변화가 후술된다.
[I] 유입 밸브 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 타겟 밸브 타이밍으로 앞당겨지고 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩을 향해 감소되는 경우.
이러한 경우에, 유입 밸브의 밸브 타이밍은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 이동되는(앞당겨지는) 한편, 배기 밸브의 밸브 타이밍은 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 이동되어(앞당겨져서), 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩과 더 가까워진다. 그러나, (밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로)유입 밸브 밸브 타이밍을 앞당기는 응답 속도가 (밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로)배기 밸브의 밸브 타이밍을 앞당기는 응답 속도보다 빠른 경우에, 일단, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 멀어지는 방향으로 증가되고 변화한다. 따라서, 밸브 타이밍을 변화시키는 공정에서, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 크게 벗어날 것이다.
[Ⅱ] 유입 밸브 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 타겟 밸브 타이밍으로 앞당겨지고, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩을 향해 증가되는 경우.
이러한 경우에, [I]에서와 같이, 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍이 변화된다. 그러나, (밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로)유입 밸브의 밸브 타이밍을 앞당기는 응답 속도가 (밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로)배기 밸브의 밸브 타이밍을 앞당기는 응답 속도보다 느린 경우에, 일단, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 멀어지는 방향으로 단축되고 변화된다. 따라서, 밸브 타이밍을 변화시키는 공정에서, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 크게 벗어날 것이다.
[Ⅲ] 유입 밸브 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 타겟 밸브 타이밍으로 지연되고, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩을 향해 감소되는 경우.
이러한 경우에, 유입 밸브의 밸브 타이밍이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화(지연)되고, 배기 밸브의 밸브 타이밍은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화(지연)되어, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩에 더 가까워진다. 그러나, (밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로)유입 밸브의 밸브 타이밍을 지연시키는 응답 속도가 (밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로)배기 밸브의 밸브 타이밍을 지연시키는 응답 속도보다 느린 경우에, 일단, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 멀어지는 방향으로 확장되고 변화된다. 따라서, 밸브 타이밍을 변화시키는 공정에서, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 크게 벗어날 것이다.
[Ⅳ] 유입 밸브 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 타겟 밸브 타이밍으로 지연되고, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩을 향해 증가되는 경우.
이러한 경우에, [Ⅲ]에서와 같이, 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍이 변화된다. 그러나, (밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로)유입 밸브의 밸브 타이밍을 지연시키는 응답 속도가 (밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로)배기 밸브의 밸브 타이밍을 지연시키는 응답 속도보다 빠른 경우에, 일단, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 멀어지는 방향으로 단축되고 변화된다. 따라서, 밸브 타이밍을 변화시키는 공정에서, 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 크게 벗어날 것이다.
상술된 바와 같이, 타겟 밸브 타이밍쪽으로 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍을 변화시키는 공정에서 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩으로부터 벗어나는 경우에, 엔진의 작동 상태에 대하여 다음의 문제점들이 발생할 것이다.
밸브 오버랩 양이 증가하는 방향으로 타겟 밸브 오버랩으로부터 벗어나는 경우에, 내부 EGR량이 너무 커지고 연소 온도를 심하게 떨어뜨리거나 유입 통로로부 터 배기 통로로 가솔린 누출(blow-by)을 일으켜서, 연소의 불안정을 증가시킬 것이다. 또한, 내부 EGR량이 너무 큰 경우에, 연소시에 연소 챔버에 존재하는 가스에서 연소에 기여하지 않는 가스들이 대응하는 산소 부피의 감소에 따라 과도하게 증가하여, 산소 부족 조건에서의 연소를 일으키고, 이에 따라 내부 연소 엔진으로부터 HC방출이 증가하게 된다.
한편, 밸브 오버랩 양이 감소하는 방향으로 타겟 밸브 오버랩으로부터 벗어나는 경우에, 내부 EGR량이 너무 작아지게 된다. 따라서, 내부 EGR로 인한 연소 온도의 저하가 NOx의 발생을 억제하기에 불충분한 온도를 만들게 되어, 내부 연소 엔진으로부터 NOx의 방출을 증가시키게 된다. 또한, 타겟 밸브 오버랩으로부터 감소하는 방향으로의 밸브 오버랩 양의 편차는 내부 연소 엔진의 연료 효율의 저하를 가져온다.
부수적으로, 타겟 밸브 오버랩으로부터 밸브 오버랩 양의 편차로부터 발생되는 엔진 작동 상태에 관한 상술된 문제들은 밸브 오버랩 양이 유입 밸브 및 배기 밸브의 리프트와 같은 밸브들의 밸브 타이밍 이외에 밸브 활성화를 개별적으로 변화시켜 조정되는 종류의 내부 연소 엔진에도 마찬가지이다.
본 발명의 목적은 유입 및 배기 밸브 모두의 활성화가 변화될 수 있는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화를 제어하는 장치를 제공하는 것이며, 이에 따라, 그 밸브 활성화가 변화될 때 엔진 작동 상태가 만족할 만하게 유지될 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타 목적을 달성하기 위하여, 유입 및 배기 밸브를 가지는 내부 연소 엔진내의 밸브 활성화를 제어하는 장치가 제공된다. 장치는 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화가 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어한다. 장치는, 제1계산 수단, 제2계산 수단 및 선택 수단을 포함한다. 엔진의 작동 상태에 따라, 제1계산 수단은 제1밸브의 타겟 밸브 활성화 및 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 계산한다. 제1밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브 중에 하나이다. 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 및 제1밸브의 실제 밸브 활성화를 토대로, 제1계산 수단이 제2밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산한다. 제2밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브 중에 나머지 하나이다. 엔진의 작동 상태에 따라, 제2계산 수단이 유입 밸브의 타겟 밸브 활성화 및 배기 밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산한다. 선택 수단은 엔진의 작동 상태에 따라, 유입 밸브의 타겟 밸브 활성화 및 배기 밸브의 타겟 밸브 활성화로서 제1계산 수단의 계산 결과 및 제2계산 수단의 계산 결과 중에 하나를 선택한다. 선택 수단은 엔진의 부하가 사전 설정된 값 이상인 경우에 제2계산 수단의 계산 결과를 선택한다.
본 발명은 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진내의 밸브 활성화를 제어하는 또 다른 장치를 제공한다. 상기 장치는 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화가 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어한다. 상기 장치는 제1계산 수단, 제2계산 수단 및 선택 수단을 포함한다. 엔진의 작동 상태에 따라, 제1계산 수단은 제1밸브의 타겟 밸브 활성화 및 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 계산한다. 제1밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브 중에 하나이다. 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 및 제1밸브의 실제 밸브 활성화를 토대로, 제1계산 수단이 제2밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산한다. 제2밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브중에 나머지 하나이다. 엔진의 작동 상태에 따라, 제2계산 수단은 유입 밸브의 타겟 밸브 활성화 및 배기 밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산한다. 선택 수단은 엔진의 작동 상태에 따라, 제1계산 수단의 계산 결과 및 제2계산 수단의 계산 결과 중에 하나를 유입 밸브의 타겟 밸브 활성화 및 배기 밸브의 타겟 밸브 활성화로 선택한다. 선택 수단은 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화가 대응하는 타겟 밸브 활성화로 각각 수렴되고 밸브들의 밸브 오버랩 양이 타겟 밸브 오버랩 양으로 수렴될 때 제1계산 수단의 계산 결과를 선택한다.
또한, 본 발명은 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진내의 밸브 활성화를 제어하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화가 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어한다. 상기 장치는 제1계산 수단, 제2계산 수단 및 선택 수단을 포함한다. 엔진의 작동 상태에 따라, 제1계산 수단은 제1밸브의 타겟 밸브 활성화 및 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 계산한다. 제1밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브 중에 하나이다. 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 및 제1밸브의 실제 밸브 활성화를 토대로, 제1계산 수단이 제2밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산한다. 제2밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브중에 나머지 하나이다. 엔진의 작동 상태에 따라, 제2계산 수단은 유입 밸브의 타겟 밸브 활성화 및 배기 밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산한다. 선택 수단은 엔진의 작동 상태에 따라, 제1계산 수단의 계산 결과 및 제2계산 수단의 계산 결과 중에 하나를 유입 밸브의 타겟 밸브 활성화 및 배기 밸브의 타겟 밸브 활성화로 선택한다. 선택 수단은 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화가 상기 밸브 오버랩 양을 증가시키거나 감소시키도록 모두 변화될 때 제2계산 수단의 계산 결과를 선택한다.
본 발명의 또 다른 형태에서, 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진내의 밸브 활성화를 제어하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화가 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어한다. 상기 장치는 1차 공정 제어 수단 및 2차 공정 제어 수단을 포함한다. 1차 공정 제어 수단은 엔진의 작동 상태에 따라 제1밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산한다. 제1밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브 중에 하나이다. 1차 공정 제어 수단은 제1밸브의 밸브 활성화가 계산된 밸브 활성화가 되도록 제어한다. 2차 공정 제어 수단은 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 토대로 제2밸브의 타겟 밸브 활성화를 계산하고, 오버랩 양은 엔진의 작동 상태 및 제1밸브의 실제 밸브 활성화에 따라 계산된다. 제2밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브중에 나머지 하나이다. 엔진의 작동 상태에 따라, 2차 공정 제어 수단은 제2밸브의 밸브 활성화가 계산된 밸브 활성화가 되도록 제어한다. 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화 중에 하나가 밸브 오버랩 양을 증가시키도록 변화되고, 나머지 밸브 활성화가 밸브 오버랩 양을 감소시키도록 변화될 때, 1차 공정 제어 수단 및 2차 공정 제어 수단은 밸브 오버랩 양의 감소와 관련되는 밸브를 제1밸브로 설정하고 밸브 오버랩 양의 증가와 관련된 밸브를 제2밸브로 설정하여 밸브 활성화 제어를 실행한다.
본 발명의 또 다른 형태에서, 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진내의 밸브 활성화를 제어하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 유입 밸브의 밸브 활성화 및 배기 밸브의 밸브 활성화가 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어한다. 상기 장치는 1차 공정 제어 수단 및 2차 공정 제어 수단을 포함한다. 1차 공정 제어 수단은 엔진의 작동 상태에 따라 제1밸브의 타겟 밸브 타이밍을 계산한다. 제1밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브 중에 하나이다. 1차 공정 제어 수단은 제1밸브의 밸브 타이밍이 계산된 밸브 타이밍이 되도록 제어한다. 2차 공정 제어 수단은 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 토대로 제2밸브의 타겟 밸브 타이밍을 계산하고, 오버랩 양은 엔진의 작동 상태 및 제1밸브의 실제 밸브 타이밍에 따라 계산된다. 제2밸브는 유입 밸브 및 배기 밸브중에 나머지 하나이다. 2차 공정 제어 수단은 제2밸브의 밸브 타이밍이 계산된 밸브 타이밍이 되도록 제어한다. 유입 밸브의 밸브 타이밍 및 배기 밸브의 밸브 타이밍 모두가 앞당겨질 때, 1차 공정 제어 수단 및 2차 공정 제어 수단은 배기 밸브를 제1밸브로 설정하고 유입 밸브를 제2밸브로 설정하여 밸브 타이밍 제어를 실행한다. 유입 밸브의 밸브 타이밍 및 배기 밸브의 밸브 타이밍 모두가 지연될 때, 1차 공정 제어 수단 및 2차 공정 제어 수단은 유입 밸브를 제1밸브로 설정하고 배기 밸브를 제2밸브로 설정하여 밸브 타이밍 제어를 실행한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 활성화 제어 장치가 제공된 전체 엔진의 개략적인 도면;
도 2는 유입 캠샤프트와 배기 캠샤프트의 변위각들과 밸브 오버랩 양과의 관 계를 나타내는 도면;
도 3(a) 내지 도 3(c)는 유입 캠샤프트의 실제 변위각 INR과 배기 캠샤프트의 실제 변위각 EXR이 각각의 타겟 변위각 INP 및 EXP로 수렴되고, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP로 수렴되는 상태를 나타내는 도면;
도 4(a) 내지 도 4(c)는 유입 캠샤프트의 실제 변위각 INR과 배기 캠샤프트의 실제 변위각 EXR이 각각의 타겟 변위각 INP 및 EXP로 수렴되고, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP로 수렴되는 상태를 나타내는 도면;
도 5(a) 내지 도 5(c)는 유입 캠샤프트의 실제 변위각 INR과 배기 캠샤프트의 실제 변위각 EXR이 각각의 타겟 변위각 INP 및 EXP로 수렴되고, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP로 수렴되는 상태를 나타내는 도면;
도 6은 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍을 제어하는 공정을 나타내는 흐름도;
도 7은 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍을 제어하는 공정을 나타내는 흐름도;
도 8은 유입 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍을 제어하는 공정을 나타내는 흐름도;
도 9(a) 내지 도 9(c)는 밸브 오버랩 양이 증가할 때 제1관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR, 및 실제 밸브 오버랩 양 OVR 및 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 변화를 나타내는 타임 차트(time chart);
도 10(a) 내지 도 10(c)는 밸브 오버랩 양이 증가할 때 제2관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR, 및 실제 밸브 오버랩 양 OVR 및 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 11(a) 내지 도 11(c)는 밸브 오버랩 양이 감소할 때 제1관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR, 및 실제 밸브 오버랩 양 OVR 및 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 12(a) 내지 도 12(c)는 밸브 오버랩 양이 감소할 때 제2관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR, 및 실제 밸브 오버랩 양 OVR 및 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 13(a) 내지 도 13(b)는 밸브 오버랩 양이 증가할 때 분리 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR, 및 실제 밸브 오버랩 양 OVR 및 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 14(a) 내지 도 14(b)는 밸브 오버랩 양이 감소할 때 분리 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR, 및 실제 밸브 오버랩 양 OVR 및 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 15(a) 내지 도 15(b)는 유입 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 앞당겨지고 제1관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 및 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 16(a) 내지 도 16(b)는 유입 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 앞당겨지고 제2관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 및 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 17(a) 내지 도 17(b)는 유입 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 지연되고 제1관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 및 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR의 변화를 나타내는 타임 차트;
도 18(a) 내지 도 18(b)는 유입 및 배기 밸브 모두의 밸브 타이밍이 지연되고 제2관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 실제 변위각 INR, 및 타겟 변위각 EXP 및 실제 변위각 EXR의 변화를 나타내는 타임 차트.
본 발명의 일 실시예가 도 1 내지 도 18(b)를 참조하여 후술된다.
도1에 도시된 엔진(1)에서, 연소 챔버(3)는 유입 통로(2)를 통해 흐르는 공기 및 주입 밸브(4)에 의해 주입되는 연료로 이루어진 혼합 가스로 채워지고, 이러한 혼합 가스는 점화 플러그(5)에 의해 점화된다. 이러한 점화가 연소 챔버(3)내의 혼합 가스를 연소시킬 때, 그 결과물인 연소 에너지가 피스톤(6)을 왕복 운동시킨다. 이러한 피스톤(6)의 왕복 운동은 연결 로드(8)에 의해 엔진(1)의 출력 샤프트인 크랭크 샤프트(9)의 회전으로 변환된다. 한편, 연소에 의해 발생된 가스는 배기 가스로서 연소 챔버(3)로부터 배출 통로(7)로 배출된다.
엔진(1)에서, 유입 밸브(20)의 개폐에 의해 유입 통로(2)와 연소 챔버(3)간의 연통이 설정되거나 차단되고, 배기 밸브(21)의 개폐에 의해 배출 통로(7)와 연소 챔버(3)간의 연통이 설정되거나 차단된다. 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)는 크랭크 샤프트(9)의 회전이 전달되는 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 회전에 따라 개폐되고, 캠샤프트(22, 23)의 유입 캠 및 배기 캠에 의해 각각 가압된다.
유입 캠샤프트(22)에는 크랭크 샤프트(9)의 회전에 대하여 유입 캠샤프트(22)의 회전 위상을 변화시켜 유입 밸브(20)의 활성화로서 밸브 타이밍(개방/폐쇄 타이밍)을 변화시키는 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25)가 제공된다. 이러한 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25)를 유압으로 구동시키고 유입 밸브(20)의 개방 주기를 앞당기거나 지연시켜, 유입 밸브(20)의 개방 주기 및 폐쇄 주기가 변화된다.
또한, 배기 캠샤프트(23)에는 크랭크 샤프트(9)의 회전에 대하여 배기 캠샤프트(23)의 회전 위상을 변화시켜 배기 밸브(21)의 활성화로서 밸브 타이밍(개방/폐쇄 타이밍)을 변화시키는 배기측 가변 밸브 타이밍 기구(31)가 제공된다. 이러한 배기측 가변 밸브 타이밍 기구(31)를 유압으로 구동시키고 배기 밸브(21)의 개방 주기를 앞당기거나 지연시켜, 배기 밸브(21)의 개방 주기 및 폐쇄 주기가 변화된다.
다음은 엔진(1)의 밸브 활성화 제어 장치의 전기적인 구성을 설명한다.
엔진(1)에서, 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25) 및 배기측 가변 밸브 타이 밍 기구(31)의 수압 구동(hydraulic driving)은 엔진(10)의 작동을 제어하기 위하여 자동차에 장착된 전기 제어 유닛(35)을 통해 제어된다. 검출 신호들은 후술되는 다양한 센서들로부터 전기 제어 유닛(35)으로 들어온다.
크랭크 위치 센서(10)는 크랭크 샤프트(9)의 회전에 대응하는 신호를 공급한다.
유입측 캠 위치 센서(24)는 유입 캠샤프트(22)의 회전 위치를 검출한다.
배기측 캠 위치 센서(32)는 배기 캠샤프트(23)의 회전 위치를 검출한다.
액셀러레이터 위치 센서(14)는 차량의 운전자가 액셀러레이터 페달(13)을 밟는 누름 정도(액셀러레이터 페달 누름 정도)를 검출한다.
스로틀 위치 센서(15)는 유입 통로(2)상에 제공되고, 상기 통로(2)의 기류 면적을 변화시키도록 개폐되는 스로틀 밸브(11)의 어퍼처를 검출한다.
진공 센서(12)는 유입 통로(2)내의 스로틀 밸브(11) 하류의 섹션에서 압력(흡입 압력)을 검출한다.
전기 제어 유닛(35)은 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25)의 활성화를 제어하여 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍을 제어한다. 이러한 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍 제어에서, 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25)는 밸브(20)의 실제 밸브 타이밍이 타겟 밸브 타이밍에 근접하게 되도록 구동된다. 여기서, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각이 유입 밸브(20)의 실제 밸브 타이밍으로 사용되고, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각이 유입 밸브(20)의 타겟 밸브 타이밍으로 사용된다.
또한, 전기 제어 유닛(35)은 배기측 가변 밸브 타이밍 기구(31)의 활성화를 제어하여 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍을 제어한다. 이러한 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍 제어에서, 배기측 가변 밸브 타이밍 기구(31)는 배기 밸브(21)의 실제 밸브 타이밍이 타겟 밸브 타이밍에 근접하게 되도록 구동된다. 여기서, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각이 배기 밸브(21)의 실제 밸브 타이밍으로 사용되고, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각이 배기 밸브(21)의 타겟 밸브 타이밍으로 사용된다.
부수적으로, 밸브 타이밍 제어에 사용되는 변위각은 크랭크 샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 나타내고, 그 변이 정도는 크랭크각(℃A)으로 전환된다.
유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각은 크랭크 위치 센서(10) 및 유입측 캠 위치 센서(24)로부터의 검출 신호로부터 계산된다. 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍이 최대로 지연될 때 0℃A로 가정되는 실제 변위각은, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍이 그것의 최대로 지연된 타이밍으로부터 얼마나 앞당겨졌는지를 나타낸다. 또한, 배기 밸브(21)의 실제 변위각은 크랭크 위치 센서(10) 및 배기측 캠 위치 센서(32)로부터의 검출 신호로부터 계산된다. 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍이 최대로 앞당겨질 때 0℃A로 가정되는 이러한 실제 변위각은, 배기 밸브(21)가 그것의 최대로 앞당겨진 타이밍으로부터 얼마나 지연되었는지를 나타낸다.
다음으로, 변위각과 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 오버랩 양간의 관계가 크랭크각의 변이에 대한 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 변화를 나타내는 도 2의 타임 차트를 참조하여 설명된다.
밸브 오버랩 양은 배기 밸브(21)가 폐쇄될 때부터 유입 밸브(20)가 개방될 때까지의 변화량에 대응하는 값이다. 예를 들어, 배기 밸브(21)가 폐쇄된 시간으 로부터 크랭크각이 θ만큼 변화된 후에 유입 밸브(20)가 개방되면, 이것은 -θ의 값을 가진다. 이러한 밸브 오버랩 양은 예를 들어, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 및 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 모두가 0℃A일 때, 도 2에 점선으로 표시된 바와 같이 초기값 OV0(예를 들어, 본 실시예에서는 -24℃A)을 가진다. 따라서, 실제 밸브 오버랩 양 OVR이 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR 및 초기값 OV0을 이용하여 아래의 수학식(1)로 표현될 수 있다.
OVR = INR + EXR + OV0
OVR : 실제 밸브 오버랩 양
INR : 유입 캠샤프트의 실제 변위각
EXR : 배기 캠샤프트의 실제 변위각
OV0 : 밸브 오버랩 양의 초기값
다음으로, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 제어가 약술된다.
본 실시예에서는, 3가지 방식의 밸브 타이밍 제어가 엔진의 작동 상태에 따라, 분리 공정 제어, 제1관련 공정 제어 및 제2관련 공정 제어를 포함하는 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)에 적용된다. 분리 공정 제어는 엔진의 작동 상태에 따라, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21) 스스로가 밸브 타이밍(실제 변위각 INR 및 EXR)을 선택값으로 변경하도록 우선 순위가 주어지는 밸브 타이밍 제어의 방식이 다. 제1 및 제2관련 공정 제어는 엔진의 작동 상태에 대응하는 최적값으로 밸브 오버랩 양 OVR을 유지하도록 우선 순위가 주어지는 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍을 제어하는 빙식이다.
분리 공정 제어, 제1관련 공정 제어 및 제2관련 공정 제어가 각각 상세히 후술된다.
[분리 공정 제어]
이러한 방식의 밸브 타이밍 제어는 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP 및 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP을 이용한다.
엔진 속도 및 엔진 부하를 토대로 사전 설정된 맵을 토대로 계산되는 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 그 때의 엔진 작동 상태에 대응하는 유입 캠샤프트(22)의 최적 변위각 INP을 나타내는 값이다(이하, 절대 타겟 변위각이라 일컬어짐). 여기서, 엔진 속도는 크랭크 위치 센서(10)로부터의 검출 신호를 토대로 계산되고, 엔진 부하는 엔진 속도와 관련된 파라미터들 및 엔진(1)의 공기 유입량을 토대로 계산된다. 이러한 목적으로 이용할 수 있는 이러한 파라미터들에는 엔진(1)의 흡입 압력, 스로틀 어퍼처, 액셀러레이터 페달 누름 정도 등등이 포함된다.
한편, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 엔진 속도 및 엔진 부하와 상술된 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP를 토대로 사전 설정된 맵을 참조하여 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 토대로 이하의 수학식(2)을 이용하여 계산된다.
EXP = OVP - (INP + OV0)
EXP : 배기 캠샤프트의 타겟 변위각
OVP : 타겟 밸브 오버랩
INP : 유입 캠샤프트의 타겟 변위각
OV0 : 밸브 오버랩 양의 초기값
수학식(2)는 밸브 오버랩 양 OVR을 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로 대체하고, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR을 타겟 변위각 EXP으로 대체함으로써 변위각과 밸브 오버랩 양간의 상술된 수학식(1)의 관계를 수정하여 얻어진다. 부수적으로, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP은 이 때의 엔진 작동 상태에 대응하는 최적 밸브 오버랩 양의 이론적인 값이다. 따라서, 수학식(2)을 이용하여 계산된 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 이 때의 엔진 작동 상태에 대응하는 배기 캠샤프트(23)의 최적 변위각을 나타낸다(이하, 절대 타겟 변위각이라 일컬어짐).
상술된 바와 같이, 분리 공정 제어시에, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 INP 및 EXP은 엔진의 작동 상태에 대응하는 각각의 최적값으로 계산된다. 이러한 분리 공정 제어시에, 타겟 변위각 INP 및 EXP에 대한 계산 로직은 제2계산 수단에 대응하고, 이하, 분리 공정 제어 계산 로직이라 일컬어진다. 분리 공정 제어시에, 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25) 및 배기측 가변 밸브 타이밍 기구(31)의 구동은 실제 변위각 INR 및 EXR이 분리 공정 제어 계산 로직에 의해 계산된 타겟 변위각 INP 및 EXP에 가까워지도록 제어된다.
이러한 분리 공정 제어시에, 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP와 항상 일치하게 변하는 경우에, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하면서, 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP로 신속하게 변화되는 것을 의미한다. 그러나, 실제 변위각 INR 및 EXR의 변이가 타겟 변위각 INP 및 EXP의 변이에 뒤떨어지기 때문에, 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 신속하게 변화될 수 있더라도, 지연 기간 동안에, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는 것이 어렵다. 따라서, 분리 공정 제어시에, 밸브 타이밍 제어는 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는 것 보다 실제 변위각 INR 및 EXR의 타겟 변위각 INP 및 EXP으로의 신속한 변화에 더 우선 순위를 매긴다.
이에 더하여, 이러한 분리 공정 제어시에, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍 제어 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍 제어는 분리 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어에 대응한다.
[제1관련 공정 제어]
이러한 방식의 밸브 타이밍 제어는 또한 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP 및 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP을 이용한다. 분리 공정 제어하에서와 같이, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 엔진 속도 및 엔진 부하를 토대로 하는 맵을 참조하여 계산된다. 한편, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 타겟 밸브 오버랩 양 OVP 및 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR을 토대로 이하의 수학식(3)을 이용하여 계산된다.
EXP = OVP - (INP +OV0)
EXP : 배기 캠샤프트의 타겟 변위각
OVP : 타겟 밸브 오버랩
INR : 유입 캠샤프트의 실제 변위각
OV0 : 밸브 오버랩 양의 초기값
이러한 수학식(3)은 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP을 실제 변위각 INR으로 대체함으로써 상술된 수학식(2)을 수정하여 얻어진다. 따라서, 수학식(3)을 이용하여 계산된 배기 샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 이 때의 엔진 작동 상태에 대응하는 최적 밸브 오버랩 양 즉, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지할 수 있는 배기 캠샤프트(23)의 변위각을 나타내는 값을 나타낸다. 따라서, 수학식(3)을 이용하여 계산된 타겟 변위각 EXP이 항상 이 때의 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)은 아니다.
상술된 바와 같이, 제1관련 공정 제어하에서, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 엔진의 작동 상태에 대응하는 최적값으로 계산되고, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 타겟 밸브 오버랩 양 OVP이 타겟 변위각 INP쪽으로 변하는 실제 변위각 INR에 대응하게 유지되도록 계산된다. 이러한 제1관련 공정하에서 타겟 변위각 INP 및 EXP에 대한 계산 로직은 제1계산 수단에 대응하고, 이하, 제1관련 공정 제어 계산 로직이라 일컬어진다. 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25) 및 배기측 가변 밸브 타이밍 기구(31)의 구동은 실제 변위각 INR 및 EXR이 제1관련 공정 제어에 대한 계산 로직에 의해 계산된 타겟 변위각 INP 및 EXP에 더 가까워지도록 제어된다.
부수적으로, 제1관련 공정 제어에서, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍의 제어는 1차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어에 대응하고, 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍 제어는 2차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어에 대응한다. 따라서, 제1관련 공정 제어시에, 1차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어가 유입 밸브(20)에 적용되고, 2차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어가 배기 밸브(21)에 적용된다.
이러한 제1관련 공정 제어시에, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍이 변화될 수 있다. 즉, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 변위각이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하면서 변화될 수 있다. 또한, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 변위각들의 변화시에 응답 속도가 상이하더라도, 응답 속도의 차로 인하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 멀어지는 밸브 오버랩 양 OVR의 변이가 작게 유지될 수 있다. 따라서, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 제어로서 제1관련 공정 제어를 실행함으로써, 밸브 타이밍의 변화 시기에 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 밸브 오버랩 양 OVR의 편차로 인한 엔진 작동 상태의 저하가 억제되어, 엔진 작동 상태를 만족할 만하게 유지할 수 있다.
그러나, 배기 캠샤프트(23)의 변위각은 제1관련 공정 제어하에서 내내 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 변화되기 때문에, 배기 캠샤프트(23)의 변위각이 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)에 도달하는 동안(in reaching) 대응하여 지연된다. 따라서, 제1관련 공정 제어시에, 밸브 타이밍 제어는 실제 변위각 INR 및 EXR의 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위 각)으로의 신속한 변화 보다 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는데 우선 순위를 매긴다.
[제2관련 공정 제어]
이러한 방식의 밸브 타이밍 제어는 또한 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP 및 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP을 이용한다. 그러나, 제1관련 공정 제어에서와 달리, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 분리 공정 제어하에서와 같이 수학식(2)을 이용하여 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)으로 계산된다. 한편, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 EXP은 타겟 밸브 오버랩 양 OVP 및 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR을 토대로 하는 아래의 수학식(4)을 이용하여 계산된다.
INP = OVP -(EXR + OV0)
INP : 유입 캠샤프트의 타겟 변위각
OVP : 타겟 밸브 오버랩
EXR : 배기 캠샤프트의 실제 변위각
OV0 : 밸브 오버랩 양의 초기값
이러한 수학식(4)은 밸브 오버랩 양 OVR을 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로 대체하고 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR을 타겟 변위각 INP으로 대체함으로써 변위각과 밸브 오버랩 양간의 관계의 상기 수학식(1)을 수정하여 얻어진다. 수학식(4)을 이용하여 계산된 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 타겟 밸브 오버 랩 양 OVP을 타겟 변위각 EXP을 향해 변하는 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR에 대응하게 유지하는 값(절대 타겟 변위각)이다. 따라서, 수학식(4)을 이용하여 계산된 타겟 변위각 INP이 항상 이 때의 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)은 아니다.
이러한 제2관련 공정 제어시에 타겟 변위각 INP 및 EXP에 대한 계산 로직은 제1계산 수단에 대응하고, 이하 제2관련 공정 제어에 대한 계산 로직이라 일컬어진다. 유입측 가변 밸브 타이밍 기구(25) 및 배기측 가변 밸브 타이밍 기구(31)의 구동은 실제 변위각 INR 및 EXR이 제2관련 공정 제어에 대한 계산 로직에 의해 계산된 타겟 변위각 INP 및 EXP에 더 가까워지도록 제어된다.
부수적으로, 제2관련 공정 제어에서, 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 제어는 1차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어에 대응하고, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍 제어는 2차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어에 대응한다. 따라서, 제2관련 공정 제어시에, 1차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어가 배기 밸브(21)에 적용되고, 2차 공정 제어 수단에 의한 밸브 활성화 제어가 유입 밸브(20)에 적용된다.
이러한 제2관련 공정 제어시에, 또한 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍이 변화될 수 있다. 즉, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 변위각이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하면서 변화될 수 있다. 또한, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 변위각들의 변화시에 응답 속도가 상이하더라도, 응답 속도의 차로 인하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 멀어지는 밸브 오버랩 양 OVR의 변이가 작게 유지될 수 있다. 따라서, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 제어로서 제2관련 공정 제어를 실행함으로써, 밸브 타이밍의 변화 시기에 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 밸브 오버랩 양 OVR의 편차로 인한 엔진 작동 상태의 저하가 억제될 수 있고, 엔진 작동 상태를 만족할 만하게 유지할 수 있다.
그러나, 유입 캠샤프트(22)의 변위각은 제2관련 공정 제어하에서 내내 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 변화되기 때문에, 유입 캠샤프트(22)의 변위각이 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)에 도달하는 동안에 대응하여 지연된다. 따라서, 제2관련 공정 제어시에, 밸브 타이밍 제어는 실제 변위각 INR 및 EXR의 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)으로의 신속한 변화 보다 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는데 우선 순위를 매긴다.
다음은, 도 6 내지 도 8을 참조하여 엔진 작동 상태에 따라 상술된 분리 공정 제어, 제1관련 공정 제어 및 제2관련 공정 제어의 사용을 분화시키는 방법이 기술된다. 부수적으로, 이들 도면들은 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍을 제어하는 밸브 타이밍 제어 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이러한 밸브 타이밍 제어 루틴은 예를 들어, 전기 제어 유닛(35)에 의하여 각각 사전 설정된 크랭크각에서의 각도 차단(angle interruption)에 의해 실행된다.
유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 영향 즉, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 각각의 실제 변위각 INR 및 EXR의 영향은 엔진의 작동 상태에 따라, 밸브 오버랩 양 OVR 또는 실제 변위각 INR 및 EXR 자체에서 기인할 수 있다. 엔진 작동 상태가 밸브 오버랩 양 OVR 또는 실제 변위각 INR 및 EXR 자체에 의해 영향을 받는지의 여부는 그 때의 엔진 작동 상태에 따라 변한다. 이러한 요인을 충분히 고려하고, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는데 우선 순위를 매기는 제1 또는 제2관련 공정 제어 또는 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 변위각)으로의 실제 변위각 INR 및 EXR의 신속한 변화에 우선 순위를 매기는 분리 공정 제어를 수행할지의 여부가 엔진 작동 상태에 따라 선택된다.
따라서, 엔진이 실제 변위각 INR 및 EXR 자체에 의해 크게 영향을 받는 작동 상태에 있는 경우에, 분리 공정 제어가 선택된다. 이러한 분리 공정 제어하에서, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 INP 및 EXP은 분리 공정 제어 계산 로직에 의해 계산된다. 엔진이 밸브 오버랩 양 OVR에 의해 크게 영향을 받는 작동 상태에 있는 경우에, 제1 또는 제2관련 공정 제어가 선택된다. 제1관련 공정 제어하에서, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 INP 및 EXP은 제1관련 공정 제어 계산 로직에 의해 계산된다. 제2관련 공정 제어하에서, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 INP 및 EXP은 제2관련 공정 제어 계산 로직에 의해 계산된다.
엔진의 작동 상태에 따라, 분리 공정 제어, 제1관련 공정 제어 및 제2관련 공정 제어의 분화된 사용의 특정 예시들이 후술된다.
엔진 작동 상태가 실제 변위각들 INR 및 EXR 자체에 의해 크게 영향을 받는 상황은 예를 들어, 엔진 부하가 큰 상황일 수 있다. 엔진 부하가 큰 경우에, 엔진(1)은 높은 출력을 조성해야 하고, 밸브 오버랩 양 OVR을 조정하여 배기 청정도를 개선시키는 것보다 실제 변위각 INR 및 EXR 자체를 조정하여 엔진의 파워 출력을 증가시키는데 우선 순위가 주어진다. 또한, 엔진 부하가 클 때의 연소시에 공기 유입이 증가하고 연소 챔버(3)내에 존재하는 산소의 양이 따라서 증가하기 때문에, 밸브 오버랩 양 OVR(내부 EGR량)이 다소 변하더라도, 연소 상태에 거의 변화를 일으키지 않고 엔진 작동에 영향을 미치지 않는다. 엔진이 큰 부하를 받을 때 제1 또는 제2관련 공정 제어가 수행되면, 실제 변위각 INR 및 EXR의 타겟 변위각 INP 및 EXP(절대 타겟 변위각)으로의 신속한 변화 보다 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는데 우선 순위가 주어져서, 필요한 엔진 출력을 달성할 수 없으며 엔진(1)의 성능을 저하시킬 것이다.
상기 내용을 고려하여, 밸브 타이밍 제어 루틴에서, 엔진 부하가 사전 설정된 레벨 α이상인 것으로 결정되는 경우에, 이것은 엔진 부하가 큰 것(S101: 도 6에서 YES)을 의미하며, 분리 공정 제어가 실행되고(S102), 실제 변위각 INR 및 EXR의 타겟 변위각 INP 및 EXP(절대 타겟 변위각)으로의 신속한 변경이 시도될 것이다. 따라서, 상술된 바와 같이, 엔진이 큰 부하를 받을 때, 엔진(1)의 성능 저하가 억제될 수 있다. 한편, S102단계에서 엔진 부하가 사전 설정된 레벨 α 미만인 것으로 결정되면, 제어는 S103 및 이후의 단계로 처리를 진행한다.
부수적으로, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP내의 변이에 따라 변화되는 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 더 커지는지 더 작아지는지의 여부에 따라 제1 또는 제2관련 공정 제어 중에 하나와 분리 공정 제어 사이에서 밸브 타이밍 제어를 스위칭하는 것을 생각할 수 있다. 이러한 스위칭을 수행함으로 써, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 커지는지 또는 작아지는지의 여부에 따라 보다 바람직한 밸브 타이밍 제어가 선택될 수 있다.
예를 들어, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 작아지는 경우에 제1 또는 제2관련 공정 제어 중에 하나를 수행하고, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 커지는 경우에 분리 공정 제어를 수행하는 것을 생각할 수 있다. 부수적으로, 제1 또는 제2관련 공정 제어 중에 하나가 수행되는 경우에, 타겟 변위각 INP 및 EXP는 제1 또는 제2관련 공정 제어 계산 로직에 의해 계산되며, 어느 쪽으든 적용가능하다. 분리 공정 제어가 수행될 때, 타겟 변위각 INP 및 EXP은 분리 공정 제어 계산 로직에 의해 계산된다. 그러나, 밸브 타이밍 제어가 이러한 방식으로 스위칭되는 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR은 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 각각 수렴하고, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP로 수렴하는 상태에서의 타겟 값보다 약간 작은 값을 가지게 된다.
한편, 반대로 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 작아지는 경우에 분리 공정 제어를 수행하고 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 커지는 경우에 제1 또는 제2관련 공정 제어 중에 하나를 수행하는 것을 생각할 수도 있다. 그러나, 밸브 타이밍 제어가 이러한 방식으로 스위칭되는 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR은 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 각각 수렴하고, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP로 수렴하는 상태에서의 타겟 값보다 약간 큰 값을 가지게 된다.
이하, 단독으로 분리 공정 제어 하에서는 실제 변위각 INR 및 EXR이 각각 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 수렴하고, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP로 수렴하는 상태인 것으로 간주된다. 그런 다음, 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 수렴하더라도, 실제 변위각 INR 및 EXR이 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같은 타겟 변위각 INP 및 EXP와 완전히 동일해지는 것이 아니라, 약하게 동요하여 타겟 변위각 INP 및 EXP으로의 접근 및 이탈을 교대로 반복한다. 또한, 실제 변위각 INR 및 EXR이 상술된 바와 같이 동요하는 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR은 또한 도 3(c)에 도시된 바에 따라 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로의 접근 및 이탈을 반복한다.
이러한 상태에서, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 커지거나 작아지는 경우에만 관련 공정 제어가 수행되면, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 약간 크거나 작아지는 상기 문제가 발생할 것이다.
따라서, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 작아지는 경우에만 관련 공정 제어가 실행되면, 실제 변위각 INR 및 EXR의 변이가 타겟 변위각 INP 및 EXP를 넘어서 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 더 발생하고, 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로는 거의 발생하지 않을 것이다. 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화되는 경우에, 실제 변위각 INR 및 EXR을 절대 타겟 변위각으로 신속하게 변화시키는것 보다 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는데 우선 순위가 주어진다. 따라서, 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로의 개별적인 실제 변위각 INR 및 EXR의 변화가 허용된다. 이와 반대로, 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서 밸브 오버랩 양을 증 가시키는 방향으로 변화되는 경우에는, 이들 실제 변위각 INR 및 EXR을 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 신속하게 변화시키는데 우선 순위가 주어진다. 따라서, 타겟 변위각 INP 및 EXP를 넘어서 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로의 개별적인 실제 변위각 INR 및 EXR의 변화가 금지된다.
이러한 이유로, 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 그들이 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 수렴하더라도 실제 변위각 INR 및 EXR 모두가 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화된다. 따라서, 밸브 오버랩 양 OVR은 도 4(c)에 도시된 바와 같이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 약간 작은 값을 가진다. 따라서, NOx 방출로 인한 배기 가스의 정화 및 연비 개선에 장애가 발생하여, 대응하는 내부 EGR량의 부족 및 연비에 대한 악영향이 생기는 것은 말할 것도 없다.
한편, 밸브 오버랩 양이 현재보다 더 커질 때만 관련 공정 제어가 실행되는 경우에, 실제 변위각 INR 및 EXR의 변이가 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서서 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 더 발생하고, 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로는 거의 발생하지 않는다. 실제 변위각 INR 및 EXR이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화하면, 실제 변위각 INR 및 EXR을 절대 타겟 변위각으로 신속하게 변화시키는 것보다 타겟 밸브 오버랩 양을 유지하는데 더 우순 순위가 주어진다. 따라서, 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서서 실제 변위각 INR 및 EXR을 증가시키는 방향으로의 개별적인 실제 변위각 INR 및 EXR의 변화가 허용된다. 이와 반대로, 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서서 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화하면, 이들 실 제 변위각 INR 및 EXR을 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 신속하게 변화시키는데 우선 순위가 주어진다. 따라서, 타겟 변위각 INP 및 EXP을 넘어서서 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로의 개별적인 실제 변위각 INR 및 EXR의 변화가 금지된다.
이러한 이유로, 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 그들이 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 수렴하더라도 실제 변위각 INR 및 EXR 모두가 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화된다. 따라서, 밸브 오버랩 양 OVR은 도 5(c)에 도시된 바와 같이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 약간 큰 값을 가진다. 따라서, HC 방출의 증가를 억제하고 연소를 안정화시키는데 대한 장애를 제공하여, 대응하는 내부 EGR량의 감소 및 불안정한 연소가 생기는 것은 말할 것도 없다.
상술된 문제점들에 대처하기 위하여, 도 6 내지 도 8에 표시된 밸브 타이밍 제어 루틴에서, (도 6의) 단계 S103 내지 S105의 처리가 수행된다. 따라서, 단계 S103에서, 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 각각 수렴하는지의 여부를 판정하고, 단계 S104에서, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로 수렴하는지의 여부를 판정한다. 단계 S103 및 S104 모두에서 긍정적으로 판정된 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 커지는지 작아지는지의 여부에 관계없이 제1 또는 제2관련 공정 제어 중에 하나가 실행된다(S105).
따라서, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 커지는지 작아지는지의 여부에 관계없이 관련 공정 제어가 실행되기 때문에, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 밸브 오버랩 양 OVR의 약간의 편차가 억제된다. 따라서, NOx 방출로 인한 배기 가스의 정화 및 연비를 개선하거나, HC 방출 증가를 억제하고 연소를 안정화시키는데 대한 장애로서, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP와 밸브 오버랩 양 OVR과의 약간의 편차로 인한 이러한 문제점들을 억제할 수 있게 된다. 한편, 단계 S103 또는 단계 S104 중에 어느 하나에서 부정적인 것으로 판정되면, 제어는 (도 7의) 단계 S106부터 처리를 진행한다.
부수적으로, 유입 밸브(20)에 대하여, 밸브 타이밍을 앞당기는 것은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 밸브 타이밍을 변화시키는 것을 의미하며, 밸브 타이밍의 지연은 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 밸브 타이밍을 변화시키는 것을 의미한다. 한편, 배기 밸브(21)에 대하여, 밸브 타이밍을 앞당기는 것은 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 밸브 타이밍을 변화시키는 것을 의미하며, 밸브 타이밍의 지연은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 밸브 타이밍을 변화시키는 것을 의미한다.
따라서, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍의 앞당김 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍 지연이 동시에 일어나는 경우에, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 실제 변위각 INR 및 EXR은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화할 것이다. 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍 지연 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 앞당김이 동시에 일어나면, 실제 변위각 INR 및 EXR 모두가 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화할 것이다. 이러한 경우에, 제1 또는 제2관련 공정 제어가 실행되면, 실제 변위각 INR 및 EXR을 타겟 변위각 INP 및 EXP(절대 타겟 변위각)으로 신속히 변화시키는 것보다 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는데 우선 순위가 주어지기 때문에 이하의 문제점들이 발생한다.
먼저, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 실제 변위각 INR 및 EXR이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변하는 경우를 생각해 보자. 이러한 상태는 타겟 밸브 오버랩 양 OVP이 증가할 때 즉, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 타겟 변위각 INP 및 EXP이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변할 때 발생한다.
이러한 경우에, 제1관련 공정 제어가 실행되면, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR이 도 9(a)에 점선으로 도시된 바와 같이 타겟 변위각 INP을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변할 것이다. 그러나, 타겟 변위각 INP을 향한 실제 변위각 INR의 이러한 변이는 서서히 일어난다. 따라서, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR에 따라 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 도 9(b)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 극적으로 변화한다. 그런 다음, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR이 도 9(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 EXP을 향해 변화한다. 이와 대조적으로, 적절한 타겟 변위각 EXP은 도 9(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이와 함께 도 9(b)에 실선으로 도시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화한다. 그 결과, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR(도 9(b)에 점선으로 표시)이 타겟 변위각 EXP(도 9(b)에 실선으로 도시)을 넘어서 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화하고, 도 9(c)에 실선으로 도시된 타겟 밸브 오버랩 양 OVP이 동일한 도면에 점선으로 도시된 밸브 오버랩 양 OVR을 넘어간다.
이러한 경우에, 제2관련 공정 제어가 실행되면, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR이 도 10(b)에 점선으로 도시된 바와 같이 타겟 변위각 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변할 것이다. 그러나, 타겟 변위각 EXP을 향한 실제 변위각 EXR의 이러한 변이는 서서히 일어난다. 따라서, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR에 따라 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 도 10(a)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 극적으로 변화한다. 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR은 도 10(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 INP을 향해 변화한다. 이와 대조적으로, 적절한 타겟 변위각 INP은 도 10(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이와 함께 도 10(a)에 실선으로 도시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화한다. 그 결과, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR(도 10(a)에 점선으로 표시)이 타겟 변위각 INP(실선으로 도시)을 넘어서 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화하고, 점선으로 도시된 밸브 오버랩 양 OVR이 도 10(c)에 실선으로 도시된 타겟 밸브 오버랩 양 OVP에 이르지 못한다.
유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 실제 변위각 INR 및 EXR이 상술된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화할 때, 제1 또는 제2관련 공정 제어가 실행되면, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 넘어간다. 그 결과, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP상에 밸브 오버랩 양 OVR의 수렴이 지 연되고, 과도한 내부 EGR량이 내부 연소 엔진으로부터의 HC 방출 및 연소의 불안정성을 증가시킨다.
다음으로, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 실제 변위각 INR 및 EXR이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변하는 경우를 생각해 보자.
이러한 상태는 타겟 밸브 오버랩 양 OVP이 감소할 때 즉, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 타겟 변위각 INP 및 EXP이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변할 때 발생한다.
이러한 경우에, 제1관련 공정 제어가 실행되면, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR이 도 11(a)에 점선으로 도시된 바와 같이 타겟 변위각 INP을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변할 것이다. 그러나, 타겟 변위각 INP을 향한 실제 변위각 INR의 이러한 변이는 서서히 일어난다. 따라서, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR에 따라 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 도 11(b)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 극적으로 변화한다. 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR은 도 11(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 EXP을 향해 변화한다. 이와 대조적으로, 적절한 타겟 변위각 EXP은 도 11(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이와 함께 도 11(b)에 실선으로 도시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화한다. 그 결과, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR(도 11(b)에 점선으로 표시)이 타겟 변위각 EXP(실선으로 도시)을 넘어서 밸브 오버 랩 양을 감소시키는 방향으로 변화하고, 점선으로 도시된 밸브 오버랩 양 OVR이 도 11(c)에 실선으로 도시된 타겟 밸브 오버랩 양 OVP에 이르지 못한다.
이러한 경우에, 제2관련 공정 제어가 실행되면, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR이 도 12(b)에 점선으로 도시된 바와 같이 타겟 변위각 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변할 것이다. 그러나, 타겟 변위각 EXP을 향한 실제 변위각 EXR의 이러한 변이는 서서히 일어난다. 따라서, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR에 따라 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 도 12(a)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 극적으로 변화한다. 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR은 도 12(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 INP을 향해 변화한다. 이와 대조적으로, 적절한 타겟 변위각 INP은 도 12(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이와 함께 도 12(a)에 실선으로 도시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화한다. 그 결과, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR(도 12(a)에 점선으로 표시)이 타겟 변위각 INP(실선으로 도시)을 넘어서 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화하고, 점선으로 도시된 밸브 오버랩 양 OVR이 도 12(c)에 실선으로 도시된 타겟 밸브 오버랩 양 OVP에 이르지 못한다.
유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 실제 변위각 INR 및 EXR이 상술된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화할 때, 제1 또는 제2관련 공정 제어가 실행되면, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP에 이 르지 못한다. 그 결과, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP상에 밸브 오버랩 양 OVR의 수렴이 지연되고, 내부 EGR량의 부족이 NOx 방출로 인한 내부 연소 엔진의 배기 가스 정화 및 연비 개선에 장애를 수반한다.
상술된 문제점들에 대처하기 위하여, 도 6 내지 도 8에 표시된 밸브 타이밍 제어 루틴에서, (도 7의) 단계 106 내지 108의 처리가 수행된다.
따라서, 단계 S106에서, 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 실제 변위각 INR 및 EXR의 변이가 일어나는지의 여부가 판정된다. 이러한 판정은 예를 들어, 이하의 2가지 조건이 충족되는지의 여부에 따라 이루어진다.
유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 INR을 뺀 나머지가 양의 값이다. 즉, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍을 앞당기도록 지시된다.
배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 EXR을 뺀 나머지가 양의 값이다. 즉, 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍의 딜레잉이 지시된다.
2가지 조건이 모두 충족되면, 단계 S106에서 긍정적인 판정이 이루어지고, 단계 S108로 공정이 진행된다.
그런 다음, 단계 S107에서, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 실제 변위각 INR 및 EXR을 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화시키도록 지시가 내려지는지의 여부가 판정된다. 이러한 판정은 예를 들어, 다음의 2가지 조 건이 충족되는지의 여부에 따라 이루어진다.
유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 INR을 뺀 나머지가 음의 값이다. 즉, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍의 딜레잉이 지시된다.
배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 EXR을 뺀 나머지가 음의 값이다. 즉, 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍을 앞당기도록 지시된다.
2가지 조건이 모두 충족되면, 단계 S107에서 긍정적인 판정이 이루어지고, 단계 S108로 공정이 진행된다. 한편, 단계 S106 및 S107에서 부정적인 판정이 이루어지면, 제어는 (도 8의) 단계 S109 부터 처리를 진행한다.
공정이 단계(S108)로 진행되면, 실제 변위각 INR 및 EXR을 타겟 변위각 INP 및 EXP(절대 타겟 변위각)으로 신속히 변화시키는데 우선 순위를 매기는 분리 공정 제어가 실행된다. 분리 공정 제어가 실행되는 경우에, 실제 변위각 INR 및 EXR이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향 또는 감소시키는 방향으로 변화되는지의 여부에 관계없이 상기 넘어감(overshooting) 또는 이르지 못함(undershooting) 모두가 발생하지 않는다.
따라서, 실제 변위각 INR 및 EXR 모두가 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화되는 경우에, 분리 공정 제어하에서, 타겟 변위각 INP 및 EXP이 도 13(a) 및 도 13(b)에 실선으로 표시된 바와 같이, 엔진의 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화한다. 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 INR 및 EXR은 도 13(a) 및 도 13(b)에 점선으로 표시된 바와 같이, 타겟 변위각 INP 및 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화한다. 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP(절대 타겟 변위각)에 접근하도록 개별적으로 변화됨에 따라, 밸브 오버랩 양 OVR에 의한 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 넘어감 및 이것이 수반할 수 있는 여하한의 문제점들이 억제된다.
실제 변위각 INR 및 EXR 모두가 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화되는 경우에, 분리 공정 제어하에서, 타겟 변위각 INP 및 EXP이 도 14(a) 및 도 14(b)에 실선으로 표시된 바와 같이, 엔진의 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화한다. 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 INR 및 EXR은 도 14(a) 및 도 14(b)에 점선으로 표시된 바와 같이, 타겟 변위각 INP 및 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화한다. 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP(절대 타겟 변위각)에 접근하도록 개별적으로 변화됨에 따라, 밸브 오버랩 양 OVR에 의한 타겟 밸브 오버랩 양 OVP의 이르지 못함 및 이것이 수반할 수 있는 여하한의 문제점들이 억제된다.
부수적으로, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21) 모두의 밸브 타이밍이 앞당겨지거나 지연되어, 밸브 오버랩 양의 증가 및 감소 방향 사이에서 불균형을 일으키는 경우에 있을 수 있다.
따라서, [1] 2가지 밸브 모두의 밸브 타이밍이 앞당겨진 경우에, 유입 밸브 (20)의 밸브 타이밍이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화되고(앞당겨지고), 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화된다(앞당겨진다). 이러한 경우에, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화되고, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화된다.
또한, [2] 2가지 밸브 모두의 밸브 타이밍이 지연된 경우에, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화(지연)되고, 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화(지연)된다. 이러한 경우에, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화되고, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화된다.
제1 또는 제2관련 공정 제어가 이러한 상태에서 실행되면, 이하의 현상이 발생하는 것으로 입증되었다. 이제, 상기의 상황 [1] 및 [2] 모두에서 제1관련 공정 제어가 실행될 때 발생하는 현상 및 제2관련 공정 제어가 실행될 때 발생하는 현상이 개별적으로 기술된다.
상황 [1]에서, 제1관련 공정 제어가 실행될 때 :
이러한 경우에, 밸브 타이밍을 변화시키기 시작할 때, 먼저 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP이 도 15(a)에 실선으로 표시된 바와 같이, 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR은 도 15(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 INP을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 적절한 실제 변위각 INR에 대하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 도 15(b)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 시프트된다. 실제 변위각 EXR은 도 15(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 타겟 변위각 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화된다.
배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로의 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이에 응답하여 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화한다. 따라서, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이의 시작이, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이의 시작에 비하여 사전 설정된 시간 길이 △t1 만큼 지연되고, 밸브 오버랩 양 OVR이 이러한 지연에 대응하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 일시적으로 커진다.
상황 [1]에서, 제2관련 공정 제어가 실행될 때 :
이러한 경우에, 밸브 타이밍을 변화시키기 시작할 때, 먼저 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP이 도 16(b)에 실선으로 표시된 바와 같이, 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR은 도 16(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 적절한 실제 변위각 EXR에 대하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 도 16(a)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 시프트된다. 실제 변위각 INR은 도 16(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 타겟 변위각 INP을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화된다.
유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR은 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로의 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이에 응답하여 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화한다. 따라서, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이의 시작이, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이의 시작에 비하여 사전 설정된 시간 길이 △t2 만큼 지연되고, 밸브 오버랩 양 OVR이 이러한 지연에 대응하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 일시적으로 작아진다.
상황 [2]에서, 제1관련 공정 제어가 실행될 때 :
이러한 경우에, 밸브 타이밍을 변화시키기 시작할 때, 먼저 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP이 도 17(a)에 실선으로 표시된 바와 같이, 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR은 도 17(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 INP을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 적절한 실제 변위각 INR에 대하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP은 도 17(b)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 시프트된다. 실제 변위각 EXR은 도 17(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 타겟 변위각 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화된다.
배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR은 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로의 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이에 응답하여 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화한다. 따라서, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이의 시작이 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이의 시작에 비하여 사전 설정된 시간 길이 △t3 만큼 지연되고, 밸브 오버랩 양 OVR이 이러한 지연에 대응하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 일시적으로 작아진다.
상황 [2]에서, 제2관련 공정 제어가 실행될 때 :
이러한 경우에, 밸브 타이밍을 변화시키기 시작할 때, 먼저 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP이 도 17(b)에 실선으로 표시된 바와 같이, 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR은 도 17(b)에 점선으로 표시된 바와 같이 이러한 타겟 변위각 EXP을 향해 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화하기 시작한다. 적절한 실제 변위각 EXR에 대하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하도록 계산되는 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP은 도 17(a)에 실선으로 표시된 바와 같이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 시프트된다. 실제 변위각 INR은 도 17(a)에 점선으로 표시된 바와 같이 타겟 변위각 INP을 향해 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화된다.
유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로의 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이에 응답하여 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화한다. 따라서, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR의 변이의 시작이 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR의 변이의 시작에 대하여 사전 설정된 시간 길이 △t4 만큼 지연되고, 밸브 오버랩 양 OVR이 이러한 지연에 대응하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 일시적으로 커진다.
이제, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 넘어서는 밸브 오버랩 양 OVR의 증가 및 감소의 엔진(1)에 대한 영향을 고려한다.
밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 넘어서 증가되는 경우에, 과도하게 큰 내부 EGR량이 엔진(1)의 HC 방출을 증가시킬 뿐만 아니라, 연소를 불안정하게 하여, 최악의 경우에 실속(stalling)을 유발할 수 있는 불발(misfire)을 초래한다. 한편, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP 이하로 감소되는 경우에, 과도하게 작은 내부 EGR량이 엔진(1)의 NOx 방출 증가를 일으키고 연비를 저하시키지만, 엔진(1)의 실속을 유발하는 심각한 악영향을 일으키지는 않는다. 따라서, 엔진 성능의 신뢰성을 증가시키는 관점에서, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP 이하로 감소하는 것을 감수하더라도 밸브 오버랩 양 OVR이 모든 수단에 의하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 초과하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 내용을 고려하여, 도 6 내지 도 8에 도시된 밸브 타이밍 제어 루틴에서 (도 8의) 단계 S109 내지 S114가 실행된다.
단계 S109 및 S110에서, 상황이 상기 [1]에 기술된 바와 같은지의 여부가 판정된다.
따라서, 먼저, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR을 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화시키도록 지시되는지의 여부가 판정된다(S109). 여기서, 판정은 예를 들어, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 INR을 뺀 나머지가 양의 값인지의 여부, 달리 말하면, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍을 앞당기도록 지시되는지의 여부를 토대로 이루어진다.
그런 다음, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR을 밸브 오버랩 양을 감소 시키는 방향으로 변화시키도록 지시되는지의 여부가 판정된다(S110). 여기서, 판정은 예를 들어, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 EXR을 뺀 나머지가 음의 값인지의 여부, 달리 말하면, 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍을 앞당기도록 지시되는지의 여부를 토대로 이루어진다.
단계 S109 및 S110 모두에서 판정이 긍정적인 경우에, 상황이 상기 [1]에 기술된 바와 같은 것으로 판정되고 제2관련 공정 제어가 실행될 것이다(S111). 이러한 경우에, 제2관련 공정 제어가 상기 [1]에 기술된 상황에서 실행되기 때문에, [1]상황에서 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP를 넘는 것과, 이것이 수반하는 엔진 작동에 대한 악영향을 방지할 수 있다. 한편, S109 및 S110 중에 어느 하나에서 판정이 부정적인 경우에, 제어는 단계 S112부터 처리를 진행한다.
단계 S112 및 S113에서, 상황이 상기 [2]에 기술된 바와 같은지의 여부가 판정된다.
따라서, 먼저, 유입 캠샤프트(22)의 실제 변위각 INR을 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화시키도록 지시되는지의 여부가 판정된다(S112). 여기서, 판정은 예를 들어, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 INR을 뺀 나머지가 음의 값인지의 여부, 달리 말하면, 유입 밸브(20)의 밸브 타이밍을 지연시키도록 지시되는지의 여부를 토대로 이루어진다.
그런 다음, 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR을 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화시키도록 지시되는지의 여부가 판정된다(S113). 여기서, 판정은 예를 들어, 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP(절대 타겟 변위각)으로부터 실제 변위각 EXR을 뺀 나머지가 양의 값인지의 여부, 달리 말하면, 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍을 지연시키도록 지시되는지의 여부를 토대로 이루어진다.
단계 S112 및 S113 모두에서 판정이 긍정적인 경우에, 상황이 상기 [2]에 기술된 바와 같은 것으로 판정되고 제1관련 공정 제어가 실행될 것이다(S114). 이러한 경우에, 제1관련 공정 제어가 상기 [2]에 기술된 상황에서 실행되기 때문에, [2]상황에서 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 넘는 것과, 이것이 수반하는 엔진 작동에 대한 악영향을 방지할 수 있다.
상세히 기술된 본 발명에 따른 실시예는 아래의 이점을 제공한다.
(1) 제1 또는 제2관련 공정 제어 하에서, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 변위각이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하면서 변할 수 있다. 또한, 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 변위각들의 변화에서 응답 속도의 차가 발생하더라도, 이러한 응답 속도의 차로 인하여 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 밸브 오버랩 양 OVR의 여하한의 변동도 최소한으로 유지될 수 있다. 따라서, 이들 관련 공정 제어 중에 어느 하나의 실행으로 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23)의 변위각이 변할 때, 엔진 작동 상태에 악영향을 미치는 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 밸브 오버랩 양 OVR의 편차를 방지할 수 있어, 엔진 작동 상태를 만족할 만하게 유지할 수 있다.
(2) 실제 변위각 INR 및 EXR이 엔진 작동 상태에 영향을 미칠 때, 밸브 오버랩 양 OVR이 엔진 작동 상태에 영향을 미치거나 실제 변위각 INR 및 EXR 자체가 엔진 작동 상태에 영향을 미칠 수 있다. 밸브 오버랩 양 OVR이 엔진 작동 상태에 영 향을 미치는지 또는 실제 변위각 INR 및 EXR 자체가 엔진 작동 상태에 영향을 미치는지의 여부는 그 때의 엔진 작동 상태에 따라 좌우된다. 예를 들어, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 유지하는데 우선 순위가 주어진 제1 또는 제2관련 공정 제어가 엔진 부하가 클 때 실행되면, 필요한 엔진 출력이 달성될 수 없고 엔진(1)의 성능이 저하된다. 그러나, 엔진 부하가 사전 설정된 레벨 α보다 작은 경우에, 실제 변위각 INR 및 EXR을 타겟 변위각 INP 및 EXP(절대 타겟 변위각)으로 신속하게 변화시키는데 우선 순위가 주어진 분리 공정 제어가 수행되고, 이에 따라 상술된 엔진(1)의 성능 저하가 억제될 수 있다.
(3) 밸브 타이밍 제어가 분리 공정 제어와, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 위로 변화되는지 아래로 변화되는지의 여부에 따른 어느 하나의 관련 공정 제어 사이에서 상이한 경우에, 엔진 작동 상태에 일부 문제점들이 발생할 수 있다. 예를 들어, 실제 변위각 INR 및 EXR이 타겟 변위각 INP 및 EXP으로 수렴하고, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로 수렴할 때, 이러한 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR은 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 약간 크거나 작은 값을 가지고, 이것은 엔진 작동에 악영향을 끼칠 것이다. 그러나, 이러한 상황에서, 밸브 오버랩 양 OVR이 현재보다 커지는지 작아지는지의 여부와 관계없이, 제1 또는 제2관련 공정 제어 중에 하나가 실행된다. 따라서, 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로부터 밸브 오버랩 양 OVR의 상술된 약간의 편차를 억제할 수 있고, 이러한 편차가 엔진 작동 상태에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
(4) 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 타겟 변위각 INP 및 EXP(실제 변위각 INR 및 EXR)이 밸브 오버랩 양을 증가시키거나 감소시키는 방향으로 변화될 때, 제1 또는 제2관련 공정 제어가 실행중인 경우에, 문제가 발생할 것이다. 따라서, 그들이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변할 때, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP을 넘어간다. 그들이 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변할 때, 밸브 오버랩 양 OVR은 타겟 밸브 오버랩 양 OVP에 이르지 못한다. 그러나, 이러한 상황에서 분리 공정 제어가 실행되고, 이에 따라 넘어감 또는 이르지 못함의 발생이 억제됨에 따라, 발생할 수 있는 어떤 문제점들이 억제될 수 있다.
(5) 유입 캠샤프트(22) 및 배기 캠샤프트(23) 모두의 타겟 변위각 INP 및 EXP(실제 변위각 INR 및 EXR)이 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향과 감소시키는 방향 사이에서 상이하게 변화될 때, 제1 또는 제2관련 공정 제어를 실행시키는 방법에 따라 엔진 작동의 악영향이 심각해질 수 있다.
예를 들어, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21) 모두의 밸브 타이밍이 앞당겨질 때, 유입 캠샤프트(22)의 변위각은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변화되고, 배기 캠샤프트(23)의 변위각은 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변화된다. 예를 들어, 제1관련 공정 제어가 실행중인 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 커져서, 엔진 작동 상태에 심각한 악영향을 미칠것이다. 그러나, 제2관련 공정 제어가 이러한 상태에서 실행되고 상술된 바와 같은 엔진 작동에 대한 악영향이 억제되기 때문에, 엔진의 실속과 같은 최악의 상황의 위험성이 최소화되어 엔진 작동의 신뢰성을 향상시키게 된다.
유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21) 모두의 밸브 타이밍이 지연되는 경우에, 유입 캠샤프트(22)의 변위각은 밸브 오버랩 양을 감소시키는 방향으로 변하고, 배기 캠샤프트(23)의 변위각은 밸브 오버랩 양을 증가시키는 방향으로 변한다. 예를 들어, 제2관련 공정 제어가 실행중인 경우에, 밸브 오버랩 양 OVR이 타겟 밸브 오버랩 양 OVP보다 커져서, 엔진 작동에 심각한 악영향에 일으킬 것이다. 그러나, 제1관련 공정 제어가 이러한 상태에서 실행되고 상술된 바와 같은 엔진 작동에 대한 악영향이 억제되기 때문에, 엔진의 실속과 같은 최악의 상황의 위험성이 최소화되어 엔진 작동의 신뢰성을 향상시키게 된다.
또한, 상술된 본 발명에 따른 실시예들이 예를 들어, 후술되는 바와 같이 수정될 수 있다.
엔진 부하의 상대적인 레벨을 결정하는 사전 설정된 레벨 α이 어떤 값일 수 있지만, 엔진에 대하여 큰 부하를 나타내는 값을 사용하는 것이 바람직하다.
배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP을 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)으로 결정시에, 이것은 엔진 속도 및 엔진 부하를 토대로 하는 맵을 참조하여 계산된다. 그런 다음, 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP을 엔진 작동 상태에 대응하는 최적값(절대 타겟 변위각)으로 결정시에, 이것은 다음의 수학식(5)을 이용하여 계산될 수 있다.
INP = OVP - (EXP + OV0)
INP : 유입 캠샤프트의 타겟 변위각
EXP : 배기 캠샤프트의 타겟 변위각
OVP : 타겟 밸브 오버랩
OV0 : 밸브 오버랩 양의 초기값
이러한 수학식(5)은 밸브 오버랩 양 OVR을 타겟 밸브 오버랩 양 OVP으로 대체하고 배기 캠샤프트(23)의 실제 변위각 EXR을 타겟 변위각 EXP으로 대체하여 밸브 오버랩 양과 변위각간의 관계의 상기 수학식(1)을 수정하여 얻어진다.
맵으로부터 배기 캠샤프트(23)의 타겟 변위각 EXP을 계산하고 수학식으로 유입 캠샤프트(22)의 타겟 변위각 INP을 계산하는 상기 방법은, 타겟 변위각 INP 및 EXP이 절대 타겟 변위각으로 계산되는 분리 공정 제어 뿐만 아니라, 제1 및 제2관련 공정 제어에도 적용될 수 있다.
상기에서 변위각이 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 밸브 타이밍을 나타내는 값들로 사용되었지만, 밸브(20 및 21)의 밸브 타이밍을 나타내는 여타의 파라미터들이 대신 사용될 수도 있다.
본 발명은 밸브 타이밍이 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 기능 활성화에 따라 가변적이지만, 유입 밸브(20) 및 배기 밸브(21)의 기능 활성화에 따라 시프팅 경향을 취할 수 있도록 유입 및 배기측에 가변 밸브 리프트 기구가 제공된 엔진에도 이용가능하다. 이러한 경우에, 유입 및 배기측의 가변 밸브 리프트 기구의 구동이 밸브 오버랩 양을 규제하도록 제어된다.
본 발명은 스파크 점화식 엔진(1)에 적용되지만, 디젤 엔진과 같이 그들의 활성화를 변화시키도록 유입 밸브 및 배기 밸브 모두에 대한 가변 밸브 활성화 기 구가 제공되는 여타의 형식의 엔진에도 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 유입 밸브의 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 밸브 활성화가 각각 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어하고,
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 제1밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 계산하고, 상기 제1밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 하나이고, 상기 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 및 상기 제1밸브의 실제 밸브 활성화를 토대로, 제2밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하고, 상기 제2밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 나머지 하나인 것을 특징으로 하는 제1계산 수단;
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 상기 유입 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하는 제2계산 수단; 및
    상기 유입 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화로서, 상기 엔진 작동 상태에 따라 상기 제1계산 수단의 계산 결과 및 상기 제2계산 수단의 계산 결과 중에 하나를 선택하고, 상기 엔진 부하가 사전 설정된 값 이상일 때, 상기 제2계산 수단의 계산 결과를 선택하는 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치.
  2. 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 유입 밸브의 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 밸브 활성화가 각각 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어하고,
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 제1밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 계산하고, 상기 제1밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 하나이고, 상기 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 및 상기 제1밸브의 실제 밸브 활성화를 토대로, 제2밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하고, 상기 제2밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 나머지 하나인 것을 특징으로 하는 제1계산 수단;
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 상기 유입 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하는 제2계산 수단; 및
    상기 유입 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화로서, 상기 엔진 작동 상태에 따라 상기 제1계산 수단의 계산 결과 및 상기 제2계산 수단의 계산 결과 중에 하나를 선택하고, 상기 유입 밸브의 상기 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 밸브 활성화가 각각 상기 대응하는 타겟 밸브 활성화로 수렴되고, 상기 밸브들의 상기 밸브 오버랩 양이 상기 타겟 밸브 오버랩 양으로 수렴될 때, 상기 제1계산 수단의 계산 결과를 선택하는 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선택 수단은 상기 밸브 오버랩 양이 현재보다 작아지는 경우와 상기 밸브 오버랩 양이 현재보다 커지는 경우에 상이한 계산 수단의 계산 결과를 선택하고,
    상기 유입 밸브의 상기 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 밸브 활성화가 각각 상기 대응하는 타겟 밸브 활성화로 수렴되고, 상기 밸브들의 상기 밸브 오버랩 양이 상기 타겟 밸브 오버랩 양으로 수렴될 때, 상기 밸브 오버랩 양이 현재보다 커지는지 작아지는지의 여부에 관계없이 상기 제1계산 수단의 계산 결과를 선택하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치.
  4. 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 유입 밸브의 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 밸브 활성화가 각각 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어하고,
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 제1밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양을 계산하고, 상기 제1밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 하나이고, 상기 계산된 타겟 밸브 오버랩 양 및 상기 제1밸브의 실제 밸브 활성화를 토대로, 제2밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하고, 상기 제2밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 나머지 하나인 것을 특징으로 하는 제1계산 수단;
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 상기 유입 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하는 제2계산 수단; 및
    상기 유입 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화로서, 상기 엔진 작동 상태에 따라 상기 제1계산 수단의 계산 결과 및 상기 제2계산 수단의 계산 결과 중에 하나를 선택하고, 상기 유입 밸브의 상기 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 밸브 활성화가 모두 상기 밸브 오버랩 양을 증가시키거나 감소시키도록 변화될 때, 상기 제2계산 수단의 계산 결과를 선택하는 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치.
  5. 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 유입 밸브의 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 밸브 활성화가 각각 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어하고,
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 제1밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하고, 상기 제1밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 하나이고, 상기 제1밸브의 상기 밸브 활성화가 상기 계산된 밸브 활성화가 되도록 제어하는 1차 공정 제어 수단; 및
    오버랩 양이 상기 엔진의 작동 상태에 따라 계산되는 상기 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양 및 상기 제1밸브의 실제 밸브 활성화를 토대로 제2밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하고, 상기 제2밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 나 머지 하나이고, 상기 제2밸브의 상기 밸브 활성화가 상기 계산된 밸브 활성화가 되도록 제어하는 2차 공정 제어 수단을 포함하고,
    상기 유입 밸브의 상기 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 밸브 활성화 중에 하나가 상기 밸브 오버랩 양을 증가시키도록 변하고, 나머지 하나의 밸브 활성화가 상기 밸브 오버랩 양을 감소시키도록 변할 때, 상기 1차 공정 제어 수단 및 상기 2차 공정 제어 수단은 상기 밸브 오버랩 양의 감소와 관련되는 상기 밸브를 상기 제1밸브로 설정하고, 상기 밸브 오버랩 양의 증가와 관련되는 상기 밸브를 상기 제2밸브로 설정하여 상기 밸브 활성화 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 상기 유입 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화 및 상기 배기 밸브의 상기 타겟 밸브 활성화를 계산하고, 각각의 밸브의 상기 밸브 활성화가 상기 대응하는 타겟 밸브 활성화가 되도록 제어하는 분리 공정 제어 수단을 더 포함하고,
    상기 1차 공정 제어 수단 및 상기 2차 공정 제어 수단에 의한 상기 밸브 활성화 제어 및 상기 분리 공정 제어 수단에 의한 상기 밸브 활성화 제어가 상기 엔진의 작동 상태에 따라 선택적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치.
  7. 유입 및 배기 밸브를 구비한 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치에 있어서,
    상기 장치는 상기 유입 밸브의 밸브 타이밍 및 상기 배기 밸브의 밸브 타이밍이 각각 대응하는 사전 설정된 타겟 밸브 타이밍 되도록 제어하고,
    상기 엔진의 작동 상태에 따라, 제1밸브의 상기 타겟 밸브 타이밍을 계산하고, 상기 제1밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 하나이고, 상기 제1밸브의 상기 밸브 타이밍이 상기 계산된 밸브 타이밍이 되도록 제어하는 1차 공정 제어 수단; 및
    오버랩 양이 상기 엔진의 작동 상태에 따라 계산되는 상기 밸브의 타겟 밸브 오버랩 양 및 상기 제1밸브의 실제 밸브 타이밍을 토대로 제2밸브의 상기 타겟 밸브 타이밍을 계산하고, 상기 제2밸브는 상기 유입 밸브 및 상기 배기 밸브 중에 나머지 하나이고, 상기 제2밸브의 상기 밸브 타이밍이 상기 계산된 밸브 타이밍이 되도록 제어하는 2차 공정 제어 수단을 포함하고,
    상기 유입 밸브의 상기 밸브 타이밍 및 상기 배기 밸브의 상기 밸브 타이밍이 모두 앞당겨진 경우에, 상기 1차 공정 제어 수단 및 상기 2차 공정 제어 수단은 상기 배기 밸브를 상기 제1밸브로 설정하고, 상기 유입 밸브를 상기 제2밸브로 설정하여 상기 밸브 타이밍 제어를 실행하고,
    상기 유입 밸브의 상기 밸브 타이밍 및 상기 배기 밸브의 상기 밸브 타이밍이 모두 지연된 경우에, 상기 1차 공정 제어 수단 및 상기 2차 공정 제어 수단은 상기 유입 밸브를 상기 제1밸브로 설정하고, 상기 배기 밸브를 상기 제2밸브로 설 정하여 상기 밸브 타이밍 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진의 밸브 활성화 제어 장치.
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