KR100984661B1 - 가변 밸브 타이밍 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

ECU 는 엔진 속도 (NE) 를 검출하는 단계(S100); 및 엔진 속도 (NE) 가 문턱값 (NE(0)) 이하이면(S102 에서 "예"), 흡기 VVT 기구의 전기 모터로의 전력 공급을 중단하는 단계(S104)를 포함하는 프로그램을 실행한다.
흡기 밸브, 배기 밸브, 개방/폐쇄 타이밍, 액츄에이터, 변화 기구, 작동 유닛, 제어 수단

Description

가변 밸브 타이밍 장치 및 그의 제어 방법 {VARIABLE VALVE TIMING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은 가변 밸브 타이밍 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 액츄에이터의 작동량에 따른 변화량에 의해 밸브가 열리고/닫히는 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
VVT(가변 밸브 타이밍)는 통상적으로 작동 조건에 따라 흡기 밸브 또는 배기 밸브가 열리고/닫히는 위상(크랭크 각도)을 변화시킨다고 알려져 있다. 일반적으로, VVT는 흡기 밸브 또는 배기 밸브가 열리고/닫히도록 하는 캠축을 스프로킷 등에 대해 회전시킴으로써 위상을 변화시킨다. 캠축은 유압 또는 전기 모터로서 그러한 액츄에이터에 의해 회전된다. 특히, 전기 모터가 캠축을 회전시키기 위해 사용되는 경우에는, 캠축이 유압으로 회전되는 경우와 비교하여 캠축을 회전시키는 토크를 얻기 어렵다. 그러므로, 전기 모터가 캠축을 회전시키는데 사용되는 경우에는, 전기 모터의 출력 축의 회전 속도는 감속 기구 등에 의해 감소되며, 이에 의해 캠축을 회전시킨다. 이 경우, 위상 이동의 정도는 감속 기구에 의해 제한된다.
일본 특허 공개 공보 제 2004-150397 호는 큰 정도의 위상 이동의 자유를 갖 는 밸브 타이밍 조절 장치를 개시한다. 일본 특허 공개 공보 제 2004-150397 호에 개시된 밸브 타이밍 조절 장치는, 공기 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 하나가 개방 폐쇄 타이밍을 조절하기 위해, 구동 토크를 내연 기관의 구동축으로부터 공기 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 하나를 열고 닫는 구동축으로 전달하는 전달 시스템에 제공된다. 밸브 타이밍 조절 장치는 구동축으로부터의 구동 토크에 의해 회전 중심선 주위를 회전하는 제 1 회전자; 구동축이 동일한 속도로 회전하도록 하기 위해 제 1 회전자와 함께 그리고 제 1 회전자와 같은 방향으로 회전 중심선 주위를 회전하는, 제 1 회전자에 대해 회전가능한 제 2 회전자; 및 제어 부재를 가지며 회전 중심선으로부터 제어 부재의 반경 방향 거리를 변화시키는 제어 장치를 포함한다. 제 1 회전자는 그 회전 중심선으로부터 그 반경 방향 거리를 변화시키기 위해 연장되는 제 1 트랙을 형성하는 제 1 구멍을 규정한다. 제 1 구멍은 제 1 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하며, 제 1 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 1 회전자가 회전하는 방향인 제 1 구멍의 두 측면에서 일어난다. 제 2 회전자는 회전 중심선으로부터 그 반경 방향 거리를 변화시키기 위해 연장되고 제 2 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하는 제 2 트랙을 형성하는 제 2 구멍을 규정하며, 제 2 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 2 회전자가 회전하는 방향인 제 2 구멍의 두 측면에서 일어난다. 제 1 트랙 및 제 2 트랙은 제 1 회전자의 회전 방향 및 제 2 회전자의 회전 방향을 따라 서로를 향해 경사진다. 이 밸브 타이밍 장치에서, 전기 모터가 토크를 발생시키지 않는 경우에, 위상은 유지된다.
이 공보에 기재된 밸브 타이밍 조절 장치에 따르면, 제 1 회전자의 제 1 구 멍은 회전 중심선으로부터 그 반경 방향 거리를 변화시키기 위해 연장되고 제 1 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하는 제 1 트랙을 형성하며, 제 1 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 1 회전자가 회전하는 방향인 제 1 구멍의 두 측면에서 일어난다. 게다가, 제 2 회전자의 제 2 구멍은 회전 중심선으로부터 그 반경 방향 거리를 변화시키기 위해 연장되고 제 2 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하는 제 2 트랙을 형성하며, 제 2 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 2 회전자가 회전하는 방향인 제 2 구멍의 두 측면에서 일어난다. 여기서, 제 1 트랙 및 제 2 트랙은 제 1 회전자의 회전 방향 및 제 2 회전자의 회전 방향을 따라 서로를 향해 경사진다. 그러므로, 제어 장치가 회전 중심선으로부터 제어 부재의 반경 방향 거리를 변화시키도록 작용하는 경우, 제어 부재는 제 1 구멍 및 제 2 구멍 중 적어도 하나에 대해 누르며, 이에 의해 제어 부재는 제 1 트랙 및 제 2 트랙 모두를 통과하고, 따라서 제 2 회전자는 제 1 회전자에 대해 회전하도록 된다. 전술한 방식으로 작동하는 밸브 타이밍 조절 장치에서, 제 1 회전자에 대한 제 2 회전자의 위상 이동의 정도는 제 1 트랙과 제 2 트랙의 길이에 의존하며 그 정도는 제 1 트랙과 제 2 트랙이 서로를 향해 경사진 정도이다. 그 회전 중심선으로부터 그 반경 방향 거리를 변화시키도록 제 1 트랙과 제 2 트랙을 연장함으로써, 트랙의 길이 및 상호간의 경사를 결정하는데 상대적인 자유가 얻어진다. 다음으로, 이는 제 1 회전자에 대해 제 2 회전자의 위상 이동의 정도, 및 이에 따라 구동축에 대한 구동축의 위상 이동의 정도를 설정하는데 자유를 증가시킨다.
여기서, 일본 특허 공개 공보 제 2004-150397 호에 기재된 밸브 타이밍 조절 장치에서, 위상이 전기 모터에 의해 변화될 수 있는 경우, 이 위상은 모든 작동 상태에서 항상 정확하게 제어될 수 없다. 그러나, 일본 특허 공개 공보 제 2004-150397 호는 이 위상이 정확히 제어될 수 없는 경우를 고려하지 않으므로, 이 위상은 이 위상이 제어되는 경우 목표 위상과 다르게 변화될 수 있다.
본 발명의 목적은 위상의 정확성의 악화를 억제할 수 있는 가변 밸브 타이밍 장치 등을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치는 엔진의 흡기 밸브와 배기 밸브 중 적어도 어느 하나의 개방/폐쇄 타이밍을 변화시킨다. 가변 밸브 타이밍 장치는 상기 가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터; 상기 액츄에이터의 작동량에 따른 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키는 변화 기구; 및 작동 유닛을 포함한다. 상기 작동 유닛은 상기 액츄에이터를 제어함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하고, 상기 엔진의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면 상기 개방/폐쇄 타이밍의 제어를 중단한다.
본 발명에 따르면, 개방/폐쇄 타이밍은 액츄에이터의 작동량에 따른 변화량으로 변화된다. 여기서, 만약 엔진 속도가 낮고 캠축의 회전 속도가 낮으면, 위상은, 예를 들어 캠축이 회전할 때 코일 부분을 통과하는 마그네틱 플럭스에의 변화에 기초하여 위상을 검출하기 위해 캠축에 제공되는 캠 각도 센서 플레이트에 대향하여 제공되는 캠 위치 센서에서 정확히 검출되지 않는다. 만약 실제 위상이 잘못 검출되는 상태에서 위상이 제어되면, 이 위상은 작동 상태에 적합하지 않게 된다. 그리하여, 엔진의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 개방/폐쇄 타이밍의 제어가 중단된다. 따라서, 실제 위상이 잘못 검출되는 경우 위상의 제어가 억제될 수 있다. 그 결과, 위상의 정확성의 악화를 억제할 수 있는 가변 밸브 타이밍 장치를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 작동 유닛은 상기 액츄에이터로의 전력 공급을 제어함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하며, 상기 엔진의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 상기 액츄에이터로의 전력 공급을 중단함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍의 제어를 중단한다.
본 발명에 따르면, 개방/폐쇄 타이밍은 액츄에이터로의 전력 공급을 제어함으로써 제어된다. 엔진의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 액츄에이터로의 전력 공급이 중단된다. 따라서, 실제 위상이 잘못 검출되는 상태에서 위상의 제어가 억제될 수 있다. 그 결과, 위상의 정확성의 악화가 방지될 수 있다.
바람직하게는, 상기 변화 기구는 상기 개방/폐쇄 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키며, 상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 더 큰 제 2 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시킨다. 상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 1 영역에 있는 경우 및 상기 개방/폐쇄 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 모두에서, 상기 엔진의 회전 속도가 상기 소정의 회전 속도 이하이면, 상기 작동 유닛이 상기 액츄에이터로의 전력 공급을 중단시켜 상기 개방/폐쇄 타이밍의 제어를 중단한다.
본 발명에 따르면, 개방/폐쇄 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우, 상기 개방/폐쇄 타이밍은 액츄에이터의 작동량에 대한 제 1 변화량으로 변화된다. 개방/폐쇄 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우, 상기 개방/폐쇄 타이밍은 액츄에이터의 작동량에 대한 제 1 변화량보다 더 큰 제 2 변화량으로 변화된다. 따라서, 개방/폐쇄 타이밍은 제 2 영역에서 넓게 변화될 수 있다. 한편, 제 1 영역에서, 개방/폐쇄 타이밍의 변화량은 작으며, 다시 말해, 감속 기어비가 높다. 그러므로, 액츄에이터가 토크를 발생시키지 않는 경우에도, 예를 들어 엔진이 작동할 때 캠축에 작용하는 토크에 의해 액츄에이터가 구동되는 일이 잘 일어나지 않는다. 그러므로, 개방/폐쇄 타이밍은 잘 변화되지 않는다. 따라서, 제 1 영역에서, 엔진의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 액츄에이터로의 전력 공급이 중단되어 개방/폐쇄 타이밍을 유지하게 된다. 따라서, 위상의 정확성의 악화가 방지될 수 있다. 한편, 제 2 영역에서, 액츄에이터가 토크를 발생시키지 않는 상태에서, 예를 들어 엔진이 작동할 때 캠축에 작용하는 토크가 액츄에이터를 구동하며 이에 의해 개방/폐쇄 타이밍을 변화시킬 수 있다. 그러나, 엔진의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 액츄에이터로의 전력 공급이 중단된다. 따라서, 실제 위상이 잘못 검출되는 상태에서 위상의 제어가 억제될 수 있다. 그러므로, 위상의 잘못된 제어가 방지될 수 있다. 그 결과, 위상의 정확성의 악화가 방지될 수 있다.
도 1 은 가변 밸브 타이밍이 본 발명의 한 실시형태에 따라 설치되는 차량의 엔진의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 2 는 흡기 밸브의 위상을 규정하는 맵을 보여준다.
도 3 은 흡기 VVT 기구를 보여주는 횡단면이다.
도 4 는 도 3 의 A-A 를 따른 횡단면이다.
도 5 는 도 3 의 B-B 를 따른 (제 1)횡단면이다.
도 6 은 도 3 의 B-B 를 따른 (제 2)횡단면이다.
도 7 은 도 3 의 C-C 를 따른 횡단면이다.
도 8 은 도 3 의 D-D 를 따른 횡단면이다.
도 9 는 흡기 VVT 기구의 감속 기어비를 전체로서 보여준다.
도 10 은 스프로킷에 대한 가이드 플레이트의 위상과 흡기 밸브의 위상 사이의 관계를 보여준다.
도 11 은 도 1 에서 ECU 에 의해 실행된 프로그램의 제어 구조를 도시하는 플로우차트이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 한 실시형태가 이후 설명된다. 다음 설명에서, 유사한 구성요소는 같은 참조번호에 의해 표시된다. 그것들은 또한 동일하게 이름지어지고 동일하게 기능한다. 그러므로, 그 상세한 설명은 반복되지 않는다.
도 1 을 참조하여, 본 발명의 한 실시형태에 따라, 가변 밸브 타이밍 장치가 설치되는 차량의 엔진에 관해 설명한다.
엔진 (1000) 은 각각 4개의 실린더의 한 그룹을 포함하는 "A" 뱅크 (1010) 와 "B" 뱅크 (1012) 를 갖는 V형 8기통 엔진이다. 여기에, V8 엔진 이외의 어떠 한 엔진도 사용될 수 있다.
엔진 (1000) 내로, 공기가 에어 클리너 (1020) 로부터 흡입된다. 흡입된 공기의 양은 스로틀 밸브 (1030) 에 의해 조절된다. 스로틀 밸브 (1030) 는 모터에 의해 구동되는 전자 스로틀 밸브이다.
공기는 흡기 매니폴드 (1032) 를 통해 실린더 (1040) 안으로 공급된다. 공기는 실린더 (1040)(연소실) 안에서 연료와 혼합된다. 실린더 (1040) 내로, 연료가 분사기 (1050) 로부터 직접 분사된다. 다시 말해, 분사기 (1050) 의 분사 구멍이 실린더 (1040) 내에 제공된다.
연료가 흡기 행정에서 분사된다. 연료 분사 타이밍은 흡기 행정에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명에서, 엔진 (1000) 은 실린더 (1040) 내에 배치되어 있는 분사기 (1050) 의 분사 구멍을 갖는 직접 분사 엔진으로서 설명된다. 그러나, 직접 분사 분사기 (1050) 에 더하여, 포트 분사기가 제공될 수 있다. 게다가, 단지 포트 분사기만이 제공될 수 있다.
실린더 (1040) 에서의 공기-연료 혼합물은 스파크 플러그 (1060) 에 의해 점화되며 따라서 연소된다. 연소 후의 공기-연료 혼합물, 즉 배출 가스는 3원 촉매 (1070) 에 의해 정화되고 이후 차량의 외부로 배출된다. 공기-연료 혼합물은 연소되어 피스톤 (1080) 을 아래로 누르며 이에 의해 크랭크축 (1090) 을 회전시킨다.
실린더 (1040) 의 꼭대기에, 흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 가 제공된다. 흡기 밸브 (1100) 는 크랭크축 (1120) 에 의해 구동된다. 배기 밸브 (1110) 는 배기 캠축 (1130) 에 의해 구동된다. 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 은 체인 및 기어와 같은 부품으로 결합되어 같은 회전 속도로 회전된다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상(개방/폐쇄 타이밍)은 흡기 캠축 (1120) 에 제공되는 흡기 VVT 기구 (2000) 에 의해 제어된다. 배기 밸브 (1110) 의 위상(개방/폐쇄 타이밍)은 배기 캠축 (1130) 에 제공되는 배기 VVT 기구 (3000) 에 의해 제어된다.
본 실시형태에서, 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 은 VVT 기구에 의해 회전되어 흡기 밸브 (1100) 와 배기 밸브 (1110) 의 각각의 위상을 제어한다. 여기에, 위상 제어 방법은 전술한 것에 제한되지 않는다.
흡기 VVT 기구 (2000) 는 전기 모터 (2060)(도 3 에 보여지지 않음) 에 의해 작동된다. 전기 모터 (2060) 는 ECU(전자 제어 유닛) (4000) 에 의해 제어된다. 전기 모터 (2060) 의 전류 및 전압은 전류계(보여지지 않음) 및 전압계(보여지지 않음)에 의해 검출되고 측정값은 ECU (4000) 에 입력된다.
배기 VVT 기구 (3000) 는 유압으로 작동된다. 여기에, 배기 VVT 기구 (3000) 가 전기 모터에 의해 작동될 수 있는 반면 흡기 VVT 기구 (2000) 는 유압으로 작동된다.
ECU (4000) 에, 회전 속도 및 크랭크축 (1090) 의 크랭크 각도를 나타내는 신호가 크랭크 각도 센서 (5000) 로부터 입력된다. 또한, ECU (4000) 에, 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 의 각각의 위상을 나타내는 신호(흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 의 각각의 위상을 나타내는 신호)(위상: 회전 방향으 로의 캠축 위치)가 캠 위치 센서 (5010) 로부터 입력된다.
캠 위치 센서 (5010) 는 캠축이 회전할 때 코일 부분을 통해 흐르는 마그네틱 플럭스의 변화에 기초하여 위상을 검출하기 위해 캠축에 제공되는 캠 각도 센서 플레이트(보여지지 않음)에 대향하여 제공되는 전자 마그네틱 픽업 센서이다.
게다가, ECU (4000) 에, 냉각제 온도 센서 (5020) 로부터 엔진 (1000) 의 물 온도(냉각제 온도)를 나타내는 신호 및 엔진 (1000) 의 흡입 공기의 양(엔진으로 끌어진 또는 흡입된 공기의 양)을 나타내는 공기 유량계 (5030) 로부터의 신호가 입력된다.
센서로부터 입력된 이 신호 및 메모리(보여지지 않음)에 저장된 맵과 프로그램에 기초하여, ECU (4000) 는 예를 들어 스로틀 개방 위치, 점화 타이밍, 연료 분사 타이밍, 분사된 연료의 양, 흡기 밸브 (1100) 의 위상 및 배기 밸브 (1110) 의 위상을 제어하며, 이로 인해 엔진 (1000) 이 원하는 작동 상태에서 작동된다.
본 실시형태에서, 도 2 에 보여지듯이 ECU (4000) 는 파라미터로서 엔진 속도 (NE) 및 흡입 공기량 (KL) 을 사용하는 맵에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 결정한다. 각각의 냉각제 온도를 위한 다수의 맵이 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 결정하기 위해 저장된다.
도 2 에 보여지는 맵에서, 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에서의 위상 및 CA(2)(CA(2)는 CA(1)에 대해 진각됨)와 최진각 사이의 제 2 영역에서의 위상이 규정된다. 한편, CA(1) 과 CA(2) 사이의 제 3 영역에서의 위상은 규정되지 않는다.
다음에서, 흡기 VVT 기구 (2000) 의 다른 설명이 주어진다. 여기에, 배기 VVT 기구 (3000) 는 아래 설명하듯이 흡기 VVT 기구 (2000) 와 동일하게 구성될 수 있다.
도 3 에 보여지듯이, 흡기 VVT 기구 (2000) 는 스프로킷 (2010), 캠 플레이트 (2020), 링크 기구 (2030), 가이드 플레이트 (2040), 감속기 (2050), 및 전기 모터 (2060) 로 구성된다.
스프로킷 (2010) 은 체인 등을 통해 크랭크축 (1090) 에 결합된다. 스프로킷 (2010) 의 회전 속도는 크랭크축 (1090) 의 회전 속도의 절반이다. 흡기 캠축 (1120) 에는 스프로킷 (2010) 의 회전 축선과 동심으로 그리고 스프로킷 (2010) 에 대해 회전 가능하게 제공된다.
캠 플레이트 (2020) 는 핀(1) (2070) 로 흡기 캠축 (1120) 에 결합된다. 캠 플레이트 (2020) 는 스프로킷 (2010) 의 내부에서 흡기 캠축 (1120) 과 함께 회전한다. 여기서, 캠 플레이트 (2020) 및 흡기 캠축 (1120) 은 하나의 유닛으로 통합될 수 있다.
링크 기구 (2030) 는 암(1) (2031) 및 암(2) (2032) 로 구성된다. 도 3 의 A-A 를 따른 횡단면인 도 4 에 보여지듯이, 한 쌍의 암(1) (2031) 이 흡기 캠축 (1120) 의 회전 축선에 관하여 서로에 대해 점대칭이 되도록 스프로킷 (2010) 안에 제공된다. 각각의 암(1) (2031) 은 암이 핀(2) (2072) 에 대해서 회전하도록 스프로킷 (2010) 에 결합된다.
도 3 의 B-B 를 따른 횡단면인 도 5 에 보여지듯이, 그리고 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 도 5 에서의 상태에 관해 진각된 상태를 보여주는 도 6 에 보여 지듯이, 암(1) (2031) 및 캠 플레이트 (2020) 는 암(2) (2032) 에 의해 결합된다.
암(2) (2032) 은 핀(3) (2074) 을 중심으로 암(1) (2031) 에 대해 회전할 수 있도록 지지된다. 또한, 암(2) (2032) 는 핀(4) (2076) 을 중심으로 캠 플레이트 (2020) 에 대해 회전할 수 있도록 지지된다.
한 쌍의 링크 기구 (2030) 는 흡기 캠축 (1120) 이 스프로킷 (2010) 에 대해 회전하도록 하며, 이에 의해 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변화시킨다. 따라서, 어떠한 손상 등의 결과로서 한 쌍의 링크 기구 (2030) 중 하나가 고장나더라도, 나머지 다른 링크 기구가 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변화시키기 위해 사용될 수 있다.
도 3 으로 돌아가 보면, 가이드 플레이트 (2040) 와 마주보는 표면인 각각의 링크 기구 (2030)(암(2) (2032)) 의 표면에, 제어 핀 (2034) 이 제공된다. 제어 핀 (2034) 에는 핀(3) (2074) 이 동심으로 제공된다. 각 제어 핀 (2034) 은 가이드 플레이트 (2040) 에 제공되는 가이드 홈 (2042) 에서 슬라이딩한다.
각 제어 핀 (2034) 은 가이드 플레이트 (2040) 의 가이드 홈 (2042) 에서 슬라이딩하여 반경 방향으로 이동한다. 각 제어 핀 (2034) 의 반경 방향 이동은 흡기 캠축 (1120) 을 스프로킷 (2010) 에 대해서 회전시킨다.
도 3 의 C-C 를 따른 횡단면인 도 7 에 보여지듯이, 가이드 홈 (2042) 은 가이드 플레이트 (2040) 의 회전이 각 제어 핀 (2034) 을 반경 방향으로 이동시키도록 나선형 모양으로 형성된다. 여기서, 가이드 홈 (2042) 의 모양은 이에 제한되지는 않는다.
제어 핀 (2034) 이 가이드 플레이트 (2040) 의 축 중심으로부터 반경 방향으로 더 이동됨에 따라, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 더 크게 늦추어진다. 다시 말해, 그 위상의 변화량은 제어 핀 (2034) 의 반경 방향 이동에 의해 발생되는 링크 기구 (2030) 의 작동량에 대응하는 값을 갖는다. 대안적으로, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 제어 핀 (2034) 이 가이드 플레이트 (2040) 의 축 중심으로부터 반경 방향으로 더 이동됨에 따라 더 크게 진각될 수 있다.
도 7 에 보여지듯이, 제어 핀 (2034) 이 가이드 홈 (2042) 의 일단부에 접하면, 링크 기구 (2030) 의 작동이 억제된다. 그러므로, 제어 핀 (2034) 이 가이드 홈 (2042) 의 일단부에 접하는 위상은 최지각 또는 최진각의 위상이다.
도 3 으로 돌아가면, 가이드 플레이트 (2040) 에서, 가이드 플레이트 (2040) 와 감속기 (2050) 를 서로 결합하기 위한 다수의 함몰부 (2044) 가 감속기 (2050) 와 마주보는 표면에 제공된다.
감속기 (2050) 는 외치 기어 (2052) 와 내치 기어 (2054) 로 구성된다. 외치 기어 (2052) 는 기어가 스프로킷 (2010) 과 함께 회전하도록 스프로킷 (2010) 에 대해 고정된다.
내치 기어 (2054) 는 가이드 플레이트 (2040) 의 함몰부 (2044) 에 받아들여지는 다수의 돌출부 (2056) 를 갖는다. 내치 기어 (2054) 는 전기 모터 (2060) 의 출력 축의 축 중심 (2064) 에 대해 편심되어 형성된 커플링 (2062) 의 편심 축선 (2066) 을 중심으로 회전 가능하게 지지된다.
도 8 은 도 3 의 D-D 를 따른 횡단면을 보여준다. 내치 기어 (2054) 는 그 치부의 일부분이 외치 기어 (2052) 와 맞물리도록 제공된다. 전기 모터 (2060) 의 출력 축의 회전 속도가 스프로킷 (2010) 의 회전 속도와 동일한 경우, 커플링 (2062) 과 내치 기어 (2054) 는 외치 기어 (2052)(스프로킷 (2010)) 의 회전 속도와 같은 회전 속도로 회전한다. 이 경우, 가이드 플레이트 (2040) 는 스프로킷 (2010) 의 회전 속도와 같은 회전 속도로 회전하며 따라서 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 유지된다.
전기 모터 (2060) 가 커플링 (2062) 을 축 중심 (2064) 을 중심으로 외치 기어 (2052) 에 대해 회전시킬 때, 이에 따라 내치 기어 (2054) 는 편심 축선 (2066) 을 중심으로 회전하면서 그 내치 기어 (2054) 전체는 축 중심 (2064) 을 중심으로 공전한다. 내치 기어 (2054) 의 회전 운동은 가이드 플레이트 (2040) 를 스프로킷 (2010) 에 대해 회전시키며 따라서 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 변화된다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상은 감속기 (2050), 가이드 플레이트 (2040) 및 링크 기구 (2030) 에 의해서 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도(전기 모터 (2060) 의 작동량)의 감소만큼 변화된다. 여기서, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도가 증가되어 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변화시킬 수 있다.
도 9 에 보여지듯이, 흡기 VVT 기구 (2000) 의 감속 기어비(위상의 변화량에 대한 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도의 비)는 전체로서 흡기 밸브 (1100) 의 위상에 따른 값을 가질 수 있다. 본 실시형태에서, 감속 기어비가 높아질수록, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로 킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도에 대한 위상의 변화량은 더 작아진다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최지각으로부터 CA(1) 까지의 제 1 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 의 감속 기어비는 전체로서 R(1) 이다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(2)(CA(2) 는 CA(1) 에 대해 진각되어 있음) 로부터 최진각까지의 제 2 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 의 감속 기어비는 전체로서 R(2)(R(1)>R(2)) 이다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(1) 로부터 CA(2) 까지의 제 3 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 의 감속 기어비는 전체로서 소정의 변화율로 변화한다((R(2)-R(1))/(CA(2)-CA(1)).
가변 밸브 타이밍 장치의 흡기 VVT 기구 (2000) 의 기능이 아래 설명될 것이다.
흡기 밸브 (1100)(흡기 캠축 (1120)) 의 위상이 진각되는 경우, 전기 모터 (2060) 는 가이드 플레이트 (2040) 를 스프로킷 (2010) 에 대해 회전시키도록 작동되며, 이에 의해 도 10 에 보여지듯이 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 진각된다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(1) 로 감소되어 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시킨다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(2) 와 최진각 사이의 제 2 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(2) 로 감소되어 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시킨다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 지각되는 경우, 그 위상이 진각되는 경우의 방향과 반대되는 방향으로 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 스프로킷 (2010) 에 대해 회전된다. 위상이 지각되는 경우, 위상이 진각되는 경우와 유사하게, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 있으면, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(1) 로 감소되어 위상을 지각시킨다. 또한, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(2) 와 최진각 사이의 제 2 영역에 있으면, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(2) 로 감소되어 위상을 지각시킨다.
따라서, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 방향이 같은 한, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역 및 CA(2) 와 최진각 사이의 제 2 영역 모두에서 진각되거나 지각될 수 있다. 여기서, CA(2) 와 최진각 사이의 제 2 영역에서 위상은 더욱 진각되거나 더욱 지각될 수 있다. 따라서, 위상은 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있다.
또한, 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에서의 감속 기어비가 높기 때문에, 엔진 (1000) 이 작동할 때 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축을 회전시키기 위해서는 큰 토크가 필요하다. 그러므로, 예를 들어 전기 모터 (2060) 가 정지하는 경우, 전기 모터 (2060) 가 토크를 생성하지 않더라도, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 야기되는 전기 모터 (2060) 의 출력 축의 회전이 억제될 수 있다. 그러므로, 제어 하에서 결정된 위상으로부 터의 실제 위상의 변화가 억제될 수 있다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(1) 과 CA(2) 사이의 제 3 영역 사이에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 소정의 변화율로 변화하는 감속 기어비로 감소되며, 이 결과 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 진각되거나 지각될 수 있다.
따라서, 위상이 제 1 영역에서 제 2 영역으로 또는 제 2 영역에서 제 1 영역으로 변화하는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도에 대한 위상의 변화량은 점차적으로 증가되거나 감소될 수 있다. 이와 같이, 위상의 변화량의 갑작스러운 단계적 변화가 억제될 수 있어 위상의 갑작스러운 변화가 억제된다. 따라서, 위상을 제어하기 위한 성능이 향상될 수 있다.
게다가, 상기 기재와 같이, 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 결정하기 위해 사용하는 맵에서, 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에서의 위상 및 CA(2) 와 최진각 사이의 제 2 영역에서의 위상이 규정된다. 한편, CA(1) 과 CA(2) 사이의 제 3 영역에서의 위상은 규정되지 않는다.
따라서, 흡기 VVT 기구 (2000) 는 위상이 감소 기어비가 변화하는 제 3 영역에서 떨어지도록 제어되는 것이 억제될 수 있다. 그러므로, 변화된 감속 기어비 때문에 위상의 변화량이 거의 예측되지 않는 영역에서 위상이 제어되는 것이 억제될 수 있다. 그 결과, 위상의 정확성의 악화가 방지될 수 있다.
도 11 을 참조하여, 본 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍을 제어하는 ECU (4000) 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조가 설명될 것이다.
단계(이후 S 로 축약됨) 100 에서, ECU (4000) 는 크랭크축 (1090) 의 회전 속도, 즉 엔진 속도 (NE) 를 크랭크 각도 센서 (5000) 로부터 전달된 신호에 기초하여 검출한다.
S102 에서, ECU (4000) 는 엔진 속도 (NE) 가 문턱값 (NE(0)) 이하인지 아닌지를 결정한다. 만약 엔진 속도 (NE) 가 문턱값 (NE(0)) 이하이면(S102 에서 "예"), 프로세스는 S104 로 진행한다. 만약 그렇지 않으면(S102 에서 "아니오"), 프로세스는 S200 으로 진행한다. S104 에서, ECU (4000) 는 전기 모터 (2060) 로의 동력 공급을 중단한다. 여기서, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 제 1 영역 또는 제 2 영역에 있든 아니든, 전기 모터 (2060) 에의 동력 공급은 중단된다.
S200 에서, 엔진 속도 (NE) 와 흡입 공기량 (KL) 에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 목표 위상을 결정하기 위해 ECU (4000) 는 상기 설명한 바와 같이 도 2 에 보여지는 맵을 사용한다.
S202 에서, ECU (4000) 는 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 목표 위상이 되도록 전기 모터 (2060) 를 작동시킨다.
S204 에서, ECU (4000) 는 흡기 캠축 (1120) 의 위상, 즉 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 캠 위치 센서 (5010) 로부터 전달된 신호에 기초하여 검출한다.
S206 에서, ECU (4000) 는 흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차가 문턱값 이하가 되는지 아닌지를 결정한다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차가 문턱값 이하이면(S206 에서 "예"), 프로세스는 S208 로 진행한 다. 만약 아니면(S206 에서 "아니오"), 프로세스는 S202 로 되돌아간다.
S208 에서, ECU (4000) 는 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 있는지 아닌지를 결정한다. 만약 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 제 1 영역에 있으면(S208 에서 "예"), 프로세스는 S210 으로 진행한다. 만약 아니면(S208 에서 "아니오"), 프로세스는 S212 로 진행한다.
S210 에서, ECU (4000) 는 전기 모터 (260) 로의 전력 공급을 중단한다. S212 에서, ECU (4000) 는 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전을 방지하기 위해 전기 모터 (2060) 로의 전력 공급을 계속한다. 다시 말해, 전기 모터 (2060) 로의 전력 공급이 계속되는 상태에서, 흡기 밸브 (1100) 의 위상 변화는 중단된다.
본 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 작동이 상기 설명된 바와 같이 그 구조 및 플로우차트에 기초하여 설명될 것이다.
엔진 (1000) 의 작동 동안에, 엔진 속도 (NE) 는 크랭크 각도 센서 (5000) 로부터 전달된 신호에 기초하여 검출된다(S100). 만약 엔진 속도 (NE) 가 낮고 엔진 속도 (NE) 가 문턱값 (NE(0)) 이하이면(S102 에서 "예"), 흡기 캠축 (1120) 의 회전 속도가 낮다고 말할 수 있다. 이 경우, 캠 위치 센서 (5010) 의 코일 부분에서의 마그네틱 플럭스의 변화가 충분하지 않으며, 따라서 캠 위치 센서 (5010) 는 흡기 캠축 (1120) 의 회전 속도를 정확히 검출할 수 없는 상태, 즉 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 검출할 수 없는 상태에 있다고 말할 수 있다.
위상이 그러한 상태에서 제어되더라도, 위상은 제어되도록 거의 실행되지 않 는다. 반대로, 위상은 작동 상태에 적합하지 않게 될 수 있다. 그리하여, 위상의 제어를 중단시키기 위해, 전기 모터 (2060) 로의 전력 공급이 중단된다(S104).
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 제 1 영역에 있는 경우에 전기 모터 (2060) 로의 전력 공급이 중단되면, 높은 감속 기어비 때문에, 전기 모터가 토크를 발생시키지 않는 상태에서도 전력 공급을 중단하는 시간에서의 위상이 유지된다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 제 2 영역에 있는 경우에 전기 모터 (2060) 로의 전력 공급이 중단되면, 그렇게 높지 않은 감속 기어비 때문에, 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 스프로킷 (2010) 에 대해 회전하며 이에 의해 위상이 변화될 수 있다. 그러나, 이 위상은 가끔 유지될 수 있다.
한편, 엔진 속도 (NE) 가 문턱값 (NE(0)) 보다 높으면(S102 에서 "아니오"), 캠 위치 센서 (5010) 의 코일 부분에서의 마그네틱 플럭스의 변화는 충분하여 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 검출하기 위한 준비 상태가 얻어진다. 이 경우, 상기 설명한 바와 같이 도 2 에 보여지는 맵을 사용하고, 엔진 속도 (NE) 와 흡입 공기량 (KL) 에 기초하여, 흡기 밸브 (1100) 의 목표 위상이 결정된다(S200). 전기 모터 (2060) 는 목표 위상이 얻어지도록 작동된다(S202).
흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차가 문턱값 이하가 되는 경우(S206 에서 "예"), 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 있는지 아닌지를 결정한다(S208).
제 1 영역에서는(S208 에서 "예"), 상기 언급한 바와 같이, 감속 기어비가 높다. 그러므로, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않는 상태에서도, 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 잘 회전되지 않는다. 다시 말해, 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 스프로킷 (2010) 과 같은 회전 속도로 회전되더라도(회전시켜지더라도), 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전은 잘 야기되지 않으며 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 잘 변화되지 않는다.
그리하여, 전기 모터 (2060) 에의 전력 공급이 중단된다(S210). 따라서, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 전기 모터 (2060) 에의 전력 공급이 중단되는 상태에서 유지될 수 있다. 그러므로, 결국 연료 경제성이 높아진다.
한편, 제 1 영역의 외부에서(S208 에서 "아니오"), 감속 기어비는 높지 않다. 그러므로, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않는 상태에서, 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 스프로킷 (2010) 에 대해 회전되어, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 유지되지 않을 수 있다. 따라서, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전을 야기하지 않는 토크를 발생시키기 위하여 전기 모터 (2060) 로의 전력 공급이 계속된다(S212).
상기 기재와 같이, 본 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치에서, 엔진 속도 (NE) 가 문턱값 (NE(0)) 보다 낮은 경우, 전기 모터로의 전력 공급이 중단되며 이에 의해 위상의 제어를 중단시킨다. 따라서, 위상이 정확히 검출될 수 없는 상태에서 위상의 제어가 억제될 수 있다. 그러므로, 위상의 정확성의 악화가 방지될 수 있다.
여기에 기재된 실시형태는 예시적이며 모든 점에서 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명보다는 청구항의 사항으로 규정되며, 청구항의 사항과 동등한 범위 및 의미 내의 어떠한 변형도 포함하도록 의도된다.

Claims (9)

  1. 엔진 (1000) 의 흡기 밸브 (1100) 와 배기 밸브 (1110) 중 적어도 어느 하나의 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서,
    상기 가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터 (2060);
    상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 따른 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키는 변화 기구 (2000, 3000); 및
    작동 유닛 (4000) 을 포함하며,
    상기 변화 기구 (2000, 3000) 는 상기 개방/폐쇄 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키며, 상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 더 큰 제 2 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키고,
    상기 작동 유닛 (4000) 은 상기 액츄에이터 (2060) 로의 전력 공급을 제어함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하고, 상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 1 영역에 있는 경우 및 상기 개방/폐쇄 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 모두에서, 상기 엔진 (1000) 의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 상기 액츄에이터 (2060) 로의 전력 공급을 중단시켜 상기 개방/폐쇄 타이밍의 제어를 중단하는 가변 밸브 타이밍 장치.
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  4. 흡기 밸브 (1100) 와 배기 밸브 (1110) 중 적어도 어느 것의 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 가변 밸브 타이밍 장치는 상기 가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터 (2060) 와 상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 따른 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키는 변화 기구 (2000, 3000) 를 포함하며,
    상기 변화 기구 (2000, 3000) 는 상기 개방/폐쇄 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우에 상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키며, 상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 더 큰 제 2 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키고,
    상기 제어 방법은 상기 액츄에이터 (2060) 를 제어함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하는 상기 단계는
    상기 액츄에이터 (2060) 로의 전력 공급을 제어함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하는 단계, 및
    상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 1 영역에 있는 경우 및 상기 개방/폐쇄 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 모두에서, 엔진 (1000) 의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 상기 액츄에이터 (2060) 로의 전력 공급을 중단시켜 상기 개방/폐쇄 타이밍의 제어를 중단하는 단계를 포함하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어 방법.
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  7. 엔진 (1000) 의 흡기 밸브 (1100) 와 배기 밸브 (1110) 중 적어도 어느 하나의 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서,
    상기 가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터 (2060);
    상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 따른 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키는 변화 기구 (2000, 3000); 및
    상기 액츄에이터 (2060) 를 제어함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하는 제어 수단 (4000) 을 포함하며,
    상기 변화 기구 (2000, 3000) 는 상기 개방/폐쇄 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우에 상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키며, 상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우에 상기 액츄에이터 (2060) 의 작동량에 대해 상기 제 1 변화량보다 더 큰 제 2 변화량으로 상기 개방/폐쇄 타이밍을 변화시키고,
    상기 제어 수단 (4000) 은 상기 액츄에이터 (2060) 로의 전력 공급을 제어함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍을 제어하는 수단, 및
    상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 1 영역에 있는 경우 및 상기 개방/폐쇄 타이밍이 상기 제 2 영역에 있는 경우 모두에서, 상기 엔진 (1000) 의 회전 속도가 소정의 회전 속도 이하이면, 상기 액츄에이터 (2060) 로의 전력 공급을 중단함으로써 상기 개방/폐쇄 타이밍의 제어를 중단하는 수단을 포함하는 가변 밸브 타이밍 장치.
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