KR101025144B1

KR101025144B1 - 가변 밸브 타이밍 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101025144B1
Application number: KR1020087023098A
Authority: KR
Inventors: 젠이치로 마시키; 야스미치 이노우에; 요시히토 모리야; 하루유키 우루시하타
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2011-03-31
Also published as: KR20090004880A; WO2007099770A1; JP2007255410A; JP5038662B2; US20100222990A1; EP1989405A1; US8165785B2

Abstract

ECU는 흡기 밸브의 위상이 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 있는 경우(S108 에서 '예'인 경우), 전기 모터에 대한 전력 공급을 중단하는 단계를 포함하는 프로그램을 실행한다. 흡기 밸브의 위상이 제 1 영역에 있는 경우, 전기 모터의 출력 축과 스프로킷 사이의 상대적 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(1) 으로 감속되어, 흡기 밸브의 위상을 변경한다. 흡기 밸브의 위상이 CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 있는 경우, 전기 모터의 출력 축과 스프로킷 사이의 상대적 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(2) (R(l)>R(2)) 로 감속되어, 흡기 밸브의 위상을 변경한다.

가변 밸브 타이밍 장치, 가변 밸브 타이밍 장치의 제어 방법.

Description

가변 밸브 타이밍 장치 및 그 제어 방법{VARIABLE VALVE TIMING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREFOR}

본 발명은 가변 밸브 타이밍 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 액츄에이터의 작동량에 따른 변화량에 의하여 밸브가 개폐되는 타이밍을 변경하는 가변 밸브 타이밍 장치, 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

종래부터, 흡기 밸브 또는 배기 밸브가 개폐되는 위상(크랭크각)을 운전 상태에 따라 변경하는 VVT (가변 밸브 타이밍, Variable Valve Timing) 이 알려져 있다. 일반적으로, VVT 는 흡기 밸브나 배기 밸브를 개폐시키는 캠축을 스프로킷등에 대해 상대적으로 회전시킴으로써 위상을 변경한다. 캠축은 유압이나 전기 모터와 같은 액츄에이터에 의해 회전된다. 특히 전기 모터가 캠축을 회전시키는 데 사용되는 경우, 캠축이 유압으로 회전되는 경우에 비해 캠축을 회전시키는 토크를 얻기 어렵다. 그 때문에, 전기 모터가 캠축을 회전시키는 데 사용되는 경우에는, 전기 모터의 출력 축의 회전 속도가 감속 기구 등에 의해 감소됨으로써 캠축을 회전시킨다. 이 경우, 위상의 변화폭은 감속 기구에 의해 제한된다.

일본특허공개공보 제 2004-150397 호는 위상 변화폭의 자유도가 높은 밸브 타이밍 조정 장치를 개시한다. 일본특허공개공보 제 2004-150397 호에 개시된 밸브 타이밍 조정 장치는 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 하나를 개폐하기 위하여 내연 기관의 구동축으로부터의 구동 토크를 종동축으로 전달하기 위한 전달 시스템에 구비되고, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 적어도 하나의 개폐 타이밍을 조정한다. 밸브 타이밍 조정 장치는, 구동축으로부터의 구동 토크에 의해 회전 중심선 주위로 회전하는 제 1 로터, 제 1 로터의 회전과 함께 회전 중심선 주위로 제 1 로터와 동일 방향으로 회전하여 종동축을 동시에 회전시키는 제 2 로터로서, 제 1 로터에 대해 상대 회전 가능한 제 2 로터, 및 제어 부재를 갖고 제어 부재의 회전 중심선으로부터의 반경 방향 거리를 변화시키는 제어 장치를 포함한다. 제 1 로터는 회전 중심선으로부터의 반경 방향 거리를 변화시키도록 연장하는 제 1 트랙을 형성하는 제 1 구멍을 한정한다. 제 1 구멍은 제 1 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하며, 제 1 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 1 로터가 회전하는 제 1 구멍의 양측에서 일어난다. 제 2 로터는 회전 중심선으로부터의 반경 방향 거리를 변화시키도록 연장하는 제 2 트랙을 형성하는 제 2 구멍부분을 한정하고, 제 2 구멍은 제 2 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하며, 제 2 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 2 로터가 회전하는 제 2 구멍의 양측에서 일어난다. 제 1 트랙 및 제 2 트랙은 제 1 로터의 회전 방향 및 제 2 로터의 회전 방향을 따라 서로에 대해 경사를 이룬다. 이 밸브 타이밍 장치에 있어서는, 전기 모터가 토크를 발생시키지 않는 경우, 위상은 유지된다.

이 문헌에 기재된 밸브 타이밍 조정 장치에 따르면, 제 1 로터의 제 1 구멍은 회전 중심선으로부터의 반경 방향 거리를 변화시키도록 연장하는 제 1 트랙을 형성하여, 제 1 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하며, 제 1 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 1 로터가 회전하는 제 1 구멍의 양측에서 일어난다. 또한, 제 2 로터의 제 2 구멍은, 회전 중심선으로부터의 반경 방향 거리를 변화시키도록 연장하는 제 2 트랙을 형성하여, 제 2 트랙을 통과하는 제어 부재와 접촉하며, 제 2 구멍과 제어 부재 사이의 접촉은 제 2 로터가 회전하는 제 2 구멍의 양측에서 일어난다. 여기서, 제 1 트랙 및 제 2 트랙은 제 1 로터의 회전 방향 및 제 2 로터의 회전 방향을 따라 서로 경사를 이룬다. 그 때문에, 제어 장치가 제어 부재의 회전 중심선으로부터의 반경 방향 거리를 변화시키는 경우, 제어 부재는 제 1 구멍 및 제 2 구멍의 적어도 하나를 가압하며, 이에 의해 제어 부재는 제 1 트랙 및 제 2 트랙을 함께 통과하여, 제 2 로터는 제 1 로터에 대해 상대 회전한다. 상기와 같은 방식으로 작동하는 밸브 타이밍 조정 장치에서, 제 1 로터에 대한 제 2 로터의 위상 변화폭은 제 1 트랙 및 제 2 트랙의 길이와, 제 1 트랙 및 제 2 트랙의 상호 경사 정도에 의존한다. 회전 중심선으로부터의 반경 방향 거리를 변화시키도록 제 1 트랙 및 2 트랙을 연장함으로써, 트랙의 길이와 상호 경사의 정도를 비교적 자유롭게 설정할 수 있게 된다. 다음으로, 제 1 로터에 대한 제 2 로터의 위상 변화폭의 정도, 및 나아가서는 구동축에 대한 종동축의 위상 변화폭에 대한 설정 자유도가 높아지게 된다.

하지만, 일본특허공개공보 2004-150397 호에 개시된 밸브 타이밍 조정 장치에서와 같이, 전기 모터가 토크를 발생시키지 않는 경우, 즉 전기 모터에 대한 전력 공급을 중단했을 경우, 위상을 유지하기 위해서는, 캠축으로부터 전기 모터에 전달되는 토크에 의해 전기 모터의 출력 축이 회전되지 않도록 전기 모터의 작동량에 대한 위상 변화량의 비율인 감속 기어비가 증가되어야 한다. 그러나 감속 기어비가 크면 개폐 타이밍이 변경될 수 있는 영역은 좁아진다.

본 발명의 목적은 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 위상을 유지할 수 있고 넓은 범위에서 개폐 타이밍을 변화시킬 수 있는 가변 밸브 타이밍 장치 등을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따른 가변 밸브 타이밍 장치는 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 어느 하나의 개폐 타이밍을 변경한다. 가변 밸브 타이밍 장치는 가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우에는 액츄에이터의 작동량에 대한 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우에는 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 큰 제2의 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 변경 기구, 및 작동 유닛을 포함한다. 작동 유닛은 액츄에이터에 대한 전력 공급을 제어함으로써 개폐 타이밍을 제어하고, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 액츄에이터 에 대한 전력 공급을 중단함으로써, 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어한다.

본 발명에 따르면, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우, 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 개폐 타이밍이 변경된다. 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우에는, 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 큰 제 2 변화량으로 개폐 타이밍이 변경된다. 따라서, 제 2 영역 내에서 개폐 타이밍은 넓게 변화될 수 있다. 한편, 제 1 영역에서 개폐 타이밍의 변화량은 작다. 즉 감속 기어비가 크다. 그로 인해, 액츄에이터가 토크를 발생시키지 않는 상태에 있는 경우에도, 예를 들어 엔진이 작동됨에 따라 캠축에 작용하는 토크에 의해 액츄에이터의 구동에 의하여 야기되는 개폐 타이밍의 변화는 억제될 수 있다. 따라서, 제 1 영역에서 액츄에이터에 대한 전력 공급은 중단되고 이에 의해 개폐 타이밍은 유지된다. 그로 인해, 액츄에이터에 대한 전력공급을 중단함으로써 개폐 타이밍을 유지하고 넓은 범위에서 개폐 타이밍을 변화시킬 수 있는 가변 밸브 타이밍 장치를 제공하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 변경 기구는 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 액츄에이터의 작동량에 대해 제 2 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 것 외에, 개폐 타이밍이 제 1 영역 및 제 2 영역과 상이한 제 3 영역에 있는 경우, 액츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비율이 변화되도록 액츄에이터의 작동량에 따라 개폐 타이밍을 변경한다. 작동 유닛은 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역 가운데, 제 3 영역 이외의 영역에서 목표 개폐 타이밍을 설정하고, 개폐 타이밍이 목표 타이밍이 되도록 개폐 타이밍을 제어한다.

본 발명에 따르면, 개폐 타이밍이 제 3 영역에 있는 경우, 액츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비율, 즉 감속 기어비가 변화되도록 개폐 타이밍이 변경된다. 예를 들어, 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 영역에서 감속 기어비는 변화된다. 이에 따라, 개폐 타이밍이 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로, 또는 제 2 영역으로부터 제 1 영역으로 변화되는 경우, 액츄에이터의 작동량에 대한 개폐 타이밍의 변화량은 점진적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 그로 인해, 개폐 타이밍의 변화량이 갑자기 단계적으로 변화하는 것이 억제되어 개폐 타이밍의 갑작스러운 변화를 억제할 수 있다. 하지만, 그와 같은 제 3 영역에서, 액츄에이터의 작동량에 대한 개폐 타이밍의 변화량을 예측하는 것이 어렵기 때문에 제어성은 악화되고, 이로 인해 개폐 타이밍의 정확도를 악화시키게 된다. 따라서, 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3의 영역 가운데, 제 3 영역 이외의 영역에서, 목표 개폐 타이밍이 설정된 후, 이 목표 타이밍이 달성되도록 개폐 타이밍이 제어된다. 이에 따라, 개폐 타이밍은 제 1 영역 및 제 2의 영역 중 적어도 어느 하나의 영역 내의 타이밍으로 설정될 수 있다. 그로 인해, 개폐 타이밍의 제어성이 악화되는 것이 억제될 수 있고, 개폐 타이밍의 정밀도가 악화되는 것이 억제될 수 있다.

보다 바람직하게는, 제 1 영역은 제 2 영역보다 지각되는 영역이다.

본 발명에 따르면, 지각되는 영역에서, 액츄에이터에 대한 전력 공급이 중단됨으로써 개폐 타이밍이 유지된다. 이에 따라, 예를 들어 개폐 타이밍이 지각되는 영역 내에서 설정되는 빈도가 높은 엔진에 있어서, 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단하는 빈도는 증가될 수 있다. 그로 인해, 궁극적으로는 연비가 향상될 수 있다.

바람직하게는, 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결된 캠축을 회전시켜 개폐 타이밍을 변화시킨다. 개폐 타이밍이 제 1 영역 내에 있는 경우, 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면 작동 유닛은 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면 작동 유닛은 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어한다.

본 발명에 따르면, 내연 기관의 회전 속도, 즉 내연 기관의 출력 축의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면, 액츄에이터에 대한 전력 공급이 중단되어 개폐 타이밍을 유지한다. 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면, 액츄에이터에 전력이 공급되어 개폐 타이밍을 유지한다. 이에 따라, 내연 기관의 구동에 의해 캠축 상에 작용하는 토크가 작기 때문에 액츄에이터에 전력을 공급하지 않고도 개폐 타이밍이 유지될 수 있는 경우에는 액츄에이터에 대한 전력 공급은 중단될 수 있다. 내연 기관의 구동에 의해 캠축 상에 작용하는 토크가 크기 때문에 개폐 타이밍이 변화될 수 있는 경우에는 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 개폐 타이밍은 정확하게 유지될 수 있다.

바람직하게는, 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결되는 캠축을 회전시킴으로써 개폐 타이밍을 변화시킨다. 개폐 타이밍이 제 1 영역 내에서 가장 지연된 타이밍인 경우, 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어한다.

본 발명에 따르면, 내연 기관의 회전 속도, 즉 내연 기관의 출력 축의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면, 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 개폐 타이밍을 제 1 영역 내의 가장 지연된 타이밍으로 유지한다. 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면, 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 제 1 영역 내의 가장 지연된 타이밍으로 개폐 타이밍을 유지한다. 이에 따라, 내연 기관의 구동으로 인하여 캠축에 작용하는 토크가 작기 때문에 액츄에이터에 전력을 공급하지 않고도 가장 지연된 타이밍으로 개폐 타이밍이 유지될 수 있는 경우에는, 액츄에이터에 대한 전력 공급은 중단될 수 있다. 내연 기관의 구동으로 인하여 캠축에 작용하는 토크가 크기 때문에 개폐 타이밍이 변화될 수 있는 경우에는, 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 개폐 타이밍은 가장 지연된 타이밍으로 정확하게 유지될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치가 장착된 차량 엔진을 나타내는 개략도.

도 2 는 흡기 밸브의 위상을 한정하는 맵을 나타내는 도.

도 3 은 흡기 VVT 기구를 나타내는 단면도.

도 4 는 도 3 의 A-A 를 따라 절단한 단면도.

도 5 는 도 3 의 B-B 를 따라 절단한 (제 1) 단면도.

도 6 은 도 3 의 B-B 를 따라 절단한 (제 2) 단면도.

도 7 은 도 3 의 C-C 를 따라 절단한 단면도.

도 8 은 도 3 의 D-D 를 따라 절단한 단면도.

도 9 는 흡기 VVT 기구 전체로서의 감속 기어비를 나타내는 도.

도 10 은 스프로킷에 대한 가이드 플레이트의 위상과 흡기 밸브의 위상 사이의 관계를 나타내는 도.

도 11 은 본 발명의 제 1 실시형태에서 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트.

도 12 는 본 발명의 제 2 실시형태에서 흡기 밸브의 위상을 한정하는 맵을 나타내는 도.

도 13 은 본 발명의 제 3 실시형태에서 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트.

도 14 는 본 발명의 제 4 실시형태에서 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일한 요소는 동일한 부호로 표시된다. 동일한 요소는 명칭 또한 동일하며 동일하게 기능한다. 따라서, 그것들에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.

제 1 실시형태

도 1 을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른, 가변 밸브 타이밍 장치가 장착된 차량의 엔진에 대해 설명한다.

엔진 (1000) 은, 각각 4 개의 실린더를 포함하는 "A" 뱅크 (1010) 및 "B" 뱅크 (1012) 를 갖는 V형-8기통 엔진이다. 여기서, V8 엔진 이외의 임의의 엔진이 사용될 수도 있다.

엔진 (1000) 내로는, 공기가 클리너 (1020) 로부터 흡입된다. 흡입되는 공기량은 스로틀 밸브 (1030) 에 의해 조정된다. 스로틀 밸브 (1030) 는 모터에 의해 구동되는 전자 스로틀 밸브이다.

공기는 흡기 매니폴드 (1032) 를 통해 실린더 (1040) 로 공급된다. 공기는 실린더 (1040) (연소 챔버) 내에서 연료와 혼합된다. 연료는 분사기 (1050) 로부터 실린더 (1040) 내로 직접 분사된다. 다시 말해, 분사기 (1050) 의 분사구멍이 실린더 (1040) 내에 구비되어 있다.

연료는 흡기 행정에서 분사된다. 연료 분사 타이밍은 흡기 행정에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태에서, 엔진 (1000) 은 실린더 (1040) 내에 배치된 분사기 (1050) 의 분사 구멍을 갖는 직접 분사 엔진으로서 설명된다. 하지만, 직접 분사 분사기 (1050) 외에 포트 분사기가 구비될 수도 있다. 또한, 포트 분사만 구비될 수도 있다.

실린더 (1040) 내의 공기-연료 혼합물은 점화 플러그 (1060) 에 의해 점화되어 연소된다. 연소 후의 공기-연료 혼합물, 즉 배기가스는, 삼원촉매 (1070) 에 의해 정화된 후, 차량 외부로 배출된다. 공기-연료 혼합물은 피스톤 (1080) 을 하방으로 가압하여 크랭크축 (1090) 을 회전시킨다.

실린더 (1040) 의 상부에는, 흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 가 구비된다. 흡기 밸브 (1100) 는 흡기 캠축 (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 부분들에 의해 연결되어 동일한 회전 속도로 회전한다.

흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 는 타이밍 벨트 또는 체인을 통하여 크랭크축 (1090) 에 연결된다. 흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1100) 는 크랭크축 (1090) 의 회전과 함께 회전된다.

흡기 밸브 (1100) 는 흡기 캠축 (1120) 에 구비된 흡기 VVT 기구 (2000) 에 의해 그 위상 (개폐 타이밍) 이 제어된다. 배기 밸브 (1110) 는, 배기 캠축 (1130) 에 구비된 배기 VVT 기구 (3000) 에 의해, 위상 (개폐 타이밍) 이 제어된다.

본 발명의 실시형태에서, 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 은 VVT 기구에 의해 회전됨으로써, 흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 각각의 위상을 제어한다. 여기서, 위상 제어 방법은 상기 언급한 것에 한정되지 않는다.

흡기 VVT 기구 (2000) 는 전기 모터 (2060) (도 3 에서 도시 생략) 에 의해 작동된다. 전기 모터 (2060) 는, ECU (4000) (전자 제어 유닛) 에 의해 제어된다. 전기 모터 (2060) 의 전류 및 전압은 전류계(도시 생략) 및 전압계 (도시 생략) 에 의해 검출되고 측정값은 ECU (4000) 에 입력된다.

배기 VVT 기구 (3000) 는 유압에 의해 작동한다. 여기서, 흡기 VVT 기구 (2000) 는 유압에 의해 작동할 수 있는 반면, 배기 VVT 기구 (3000) 는 전기 모터에 의해 작동할 수도 있다.

ECU (4000) 에는, 회전 속도 (즉, 엔진 속도 NE) 및 크랭크축 (1090) 의 크랭크 각을 나타내는 신호가 크랭크 각 센서 (5000) 로부터 입력된다. 또한, ECU (4000) 에는, 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 의 각각의 위상 (위상: 회전 방향에서의 캠축의 위치) 을 나타내는 신호 (흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 의 각각의 위상을 나타내는 신호) 가 캠 위치 센서 (5010) 로부터 입력된다.

또한 ECU (4000) 에는, 냉각수 온도 센서 (5020) 로부터의 엔진 (1000) 의 수온 (냉각수 온도) 을 나타내는 신호, 및 공기 유량계 (5030) 로부터의 엔진 (1000) 의 흡기량 (엔진 (1000) 에 흡입되는 공기량) 을 나타내는 신호가 입력된다.

센서로부터 입력된 이러한 신호, 및 메모리 (도시 생략) 에 저장된 맵과 프로그램에 기초하여, ECU (4000) 는 예를 들어 엔진 (1000) 이 원하는 작동 상태에서 작동되도록, 스로틀 개도, 점화 타이밍, 연료 분사 타이밍, 연료 분사량, 흡기 밸브 (1100) 의 위상, 및 배기 밸브 (1110) 의 위상 등을 제어한다.

본 발명의 실시형태에서, ECU (4000) 는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 엔진 회전 속도 (NE) 와 흡기량 (KL) 을 파라미터로 사용하는 맵에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 결정한다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 결정하기 위해, 각 냉각수 온도에 대한 복수개의 맵이 저장된다.

이하에서는, 흡기 VVT 기구 (2000) 에 대해 보다 자세히 설명한다. 여기서, 배기 VVT 기구 (3000) 는 이하에 설명하는 흡기 VVT 기구 (2000) 와 동일하게 구성될 수도 있다.

도 3 에 나타낸 바와 같이, 흡기 VVT 기구 (2000) 는, 스프로킷 (2010), 캠 플레이트 (2020), 링크 기구 (2030), 가이드 플레이트 (2040), 감속기 (2050), 전기 모터 (2060) 로 구성된다.

스프로킷 (2010) 은, 체인등을 경유하여 크랭크축 (1090) 에 연결된다. 스프로킷 (2010) 의 회전 속도는, 크랭크축 (1090) 의 회전 속도의 절반이다. 흡기 캠축 (1120) 은 스프로킷 (2010) 의 회전 축선과 동심이며 스프로킷 (2010) 에 대해 상대적으로 회전 가능하도록 구비된다.

캠 플레이트 (2020) 는 핀(1) (2070) 에 의해 흡기 캠축 (1120) 에 연결된다. 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 일체화될 수도 있다.

링크 기구 (2030) 는 아암(1) (2031) 및 아암(2) (2032) 으로 구성된다. 도 3 의 A-A 를 따라 절단한 단면도인 도 4 에 나타낸 바와 같이, 흡기 캠축 (1120) 의 회전 축선에 대해 서로 점대칭이 되도록, 1 쌍의 아암(1) (2031) 이 스프로킷 (2010) 내에 구비된다. 각 아암(1) (2031) 은, 핀(2) (2072) 주위로 회전할 수 있도록 스프로킷 (2010) 에 연결된다.

도 3 의 B-B 를 따라 절단한 단면도인 도 5, 및 도 5 의 상태로부터 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 진각된 상태인 도 6 에 나타난 바와 같이, 아암(1) (2031) 및 캠 플레이트 (2020) 는 아암(2) (2032) 에 의해 연결된다.

아암(2) (2032) 은 핀(3) (2074) 주위로 아암(1) (2031) 에 대하여 회전할 수 있도록 지지된다. 또한, 아암(2) (2032) 은 핀(4) (2076) 주위로 캠 플레이트 (2020) 에 대해 회전할 수 있도록 지지된다.

1 쌍의 링크 기구 (2030) 는 흡기 캠축 (1120) 이 스프로킷 (2010) 에 대해 상대적으로 회전하여 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변경하도록 한다. 이로 인해, 1 쌍의 링크 기구 (2030) 중 하나가 손상 등의 결과로 파괴되는 경우라도, 다른 하나의 링크 기구가 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변경하는 데 사용될 수 있다.

도 3 을 참조하면, 각 링크 기구 (2030) (아암(2) (2032)) 의 가이드 플레이트 (2040) 측의 표면에 제어 핀 (2034) 이 구비된다. 제어 핀 (2034) 은 핀(3) (2074) 과 동심으로 형성된다. 각 제어 핀 (2034) 은 가이드 플레이트 (2040) 에 구비된 가이드 홈 (2042) 내에서 미끄러진다.

각 제어 핀 (2034) 은 가이드 플레이트 (2040) 의 가이드 홈 (2042) 내를 미끄러져 반경 방향으로 이동한다. 각 제어 핀 (2034) 의 반경 방향 이동은 흡기 캠축 (1120) 이 스프로킷 (2010) 에 대해 상대적으로 회전할 수 있게 한다.

도 3 의 C-C 를 따라 절단한 단면도인 도 7 에 나타난 바와 같이, 가이드 홈 (2042) 은 가이드 플레이트 (2040) 의 회전이 각 제어 핀 (2034) 을 반경 방향으로 이동시키도록 나선 형상으로 형성된다. 여기서, 가이드 홈 (2042) 의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다.

제어 핀 (2034) 이 가이드 플레이트 (2040) 의 축선 중심으로부터 반경 방향으로 이동됨에 따라, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 보다 큰 정도로 지각된다. 즉, 위상의 변화량은 제어 핀 (2034) 의 반경 방향 이동에 의해 발생하는 링크 기구 (2030) 의 작동량에 대응한 값을 갖는다. 대안적으로는, 제어 핀 (2034) 이 가이드 플레이트 (2040) 의 축선 중심으로부터 반경 방향으로 이동됨에 따라, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 보다 큰 정도로 진각될 수도 있다.

도 7 에 나타난 바와 같이, 제어 핀 (2034) 이 가이드 홈 (2042) 의 일 단부에 접하는 경우, 링크 기구 (2030) 의 작동은 제한된다. 그로 인해, 제어 핀 (2034) 이 가이드 홈 (2042) 의 일 단부에 접하는 위상은 최대 지각 또는 최대 진각의 위상이 된다.

다시 도 3 을 참조하면, 가이드 플레이트 (2040) 에는 가이드 플레이트 (2040) 및 감속기 (2050) 를 서로 연결하기 위하여 복수개의 오목부 (2044) 가 감속기 (2050) 측 표면에 형성된다.

감속기 (2050) 는 외치 기어 (2052) 및 내치 기어 (2054) 로 구성 된다. 외치 기어 (2052) 는 스프로킷 (2010) 과 함께 회전하도록 스프로킷 (2010) 에 대해 고정된다.

내치 기어 (2054) 에는 가이드 플레이트 (2040) 의 오목부 (2044) 에 수용되는 복수개의 볼록부 (2056) 가 형성된다. 내치 기어 (2054) 는 전기 모터 (2060) 의 출력 축의 축선 중심 (2064) 에 대해 편심되어 형성된 커플링 (2062) 의 편심 축선 (2066) 주위로 회전 가능하도록 지지된다.

도 8 은 도 3 의 D-D 를 따라 절단된 단면도를 나타낸다. 내치 기어 (2054) 는 기어의 치부 중 일부가 외치 기어 (2052) 로 맞물리도록 구비된다. 전기 모터 (2060) 의 출력 축의 회전 속도가 스프로킷 (2010) 의 회전 속도와 동일한 경우, 커플링 (2062) 및 내치 기어 (2054) 는 외치 기어 (2052) (스프로킷 (2010)) 와 같은 회전 속도로 회전한다. 이 경우, 가이드 플레이트 (2040) 는 스프로킷 (2010) 와 같은 회전 속도로 회전하고, 이에 따라 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 유지된다.

전기 모터 (2060) 가 커플링 (2062) 으로 하여금 축선 중심 (2064) 주위로 외치 기어 (2052) 에 대해 상대적으로 회전하도록 하면, 이에 따라 내치 기어 (2054) 전체는 축선 중심 (2064) 주위로 공전하면서, 0편심 축선 (2066) 주위로 회전한다. 내치 기어 (2054) 의 회전운동은 가이드 플레이트 (2040) 로 하여금 스프로킷 (2010) 에 대해 상대적으로 회전하도록 하며, 이에 의해 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 변경된다.

감속기 (2050), 가이드 플레이트 (2040) 및 링크 기구 (2030) 에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적인 회전의 회전 속도 (전기 모터 (2060) 의 작동량) 가 감소됨으로써 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 변화한다. 여기서, 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변경하기 위해 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적인 회전의 회전 속도는 증가될 수 있다.

도 9 에 나타난 바와 같이, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속 기어비 (위상 의 변화량에 대한 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전의 회전 속도비) 는, 흡기 밸브 (1100) 의 위상에 따른 값을 가질 수 있다. 본 발명의 실시형태에서는, 감속 기어비가 커질수록 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전의 회전 속도에 대한 위상의 변화량은 보다 작아진다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각으로부터 CA(1) 까지의 제 1 영역에 있는 경우에는, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속 기어비는 R(1) 이다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(2) (CA(2) 는 CA(1) 에 대해 진각) 로부터 최대 진각까지의 제 2 영역에 있는 경우에는, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속 기어비는 R(2) (R(1)>R(2)) 이다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA (1) 로부터 CA (2) 까지의 제 3 영역에 있는 경우에는, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속 기어비는 미리 정해진 변화율 ((R(2)-R(1))/(CA(2)-CA(1)) 로 변화한다.

가변 밸브 타이밍 장치의 흡기 VVT 기구 (2000) 의 기능을 이하에서 설명한다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상 (흡기 캠축 (1120)) 이 진각되는 경우에는, 가이드 플레이트 (2040) 를 스프로킷 (2010) 에 대해 상대적으로 회전시키도록 전기 모터 (2060) 가 작동되고, 이에 의해 도 10 에 나타난 바와 같이, 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시킨다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 있는 경 우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 과의 상대적 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(1) 로 감속되어 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시킨다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사의의 상대적 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(2) 로 감속되어, 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시킨다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 지각되는 경우에는, 위상이 진각되는 경우와는 반대 방향으로 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 스프로킷 (2010) 에 대해 상대적으로 회전된다. 위상이 지각되는 경우, 진각되는 경우와 마찬가지로, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 있을 때는, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(1) 로 감속되어 위상이 지각된다. 또한, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 있을 때는, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전의 회전 속도는 감속 기어비 R(2) 로 감속되어 위상이 지각된다.

이에 따라, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적인 회전의 방향이 같은 한, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역 및 CA(2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역 양쪽 모두에 대해 진각되거나 지각될 수 있다. 여기서, CA(2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 대해서, 위상은 더욱 진각되거나 지각될 수 있다. 이로 인해, 위상은 넓은 범위에서 변화될 수 있다.

또한, 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역에 대해 감속 기어비가 크기 때문에, 엔진 (1000) 이 작동함에 따라 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축을 회전시키기 위해 큰 토크가 필요하게 된다. 그로 인해, 전기 모터 (2060) 가 예컨대 정지되는 경우, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않는 경우라도, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 회전되는 것이 억제될 수 있다. 그로 인해, 제어 하에서의 미리 정해진 위상으로부터 실제 위상이 변화하는 것이 억제될 수 있다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA(1) 와 CA(2) 사이의 제 3 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전의 회전 속도는 미리 정해진 변화율로 변화하는 감속 기어비로, 감속되어, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이나 진각 되거나 지각 되거나 한다.

이에 따라, 위상이 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 또는 제 2 영역으로부터 제 1 영역에 변화하는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전의 회전 속도에 대한 위상의 변화량은 점진적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 위상의 변화량이 단계적으로 급변하는 것을 억제하여, 위상의 갑작스러운 변화를 억제할 수 있다. 이에 따라, 위상 제어 성능이 향상될 수 있다.

도 11 을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치를 제어하는 ECU (4000) 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 설명하기로 한다.

단계 (이하 S 로 약자 표기) (100) 에서, ECU (4000) 는 전술한 도 2 에 나 타낸 맵을 이용하여 엔진 속도 (NE) 및 흡기량 (KL) 에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 목표 위상을 결정한다.

S102 에서, ECU (4000) 는 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 목표 위상이 되도록 전기 모터 (2060) 를 작동한다.

S104 에서, ECU (4000) 는 캠 위치 센서 (5010) 로부터 송신된 신호에 기초하여 흡기 캠축 (1120) 의 위상, 즉 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 검출한다.

S106 에서, ECU (4000) 는 흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차이가 임계값 이하인지 여부를 판정한다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차이가 임계값 이하가 되면 (S106 에서 '예'), 처리는 S108 로 간다. 그렇지 않은 경우 (S106 에서 '아니오'), 처리는 S102 로 되돌아간다.

S108 에서, ECU (4000) 는, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역 내에 있는지 여부를 판별한다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 제 1 영역 내에 있으면 (S108 에서 '예'), 처리는 S110 로 간다. 그렇지 않은 경우 (S108 에서 '아니오'), 처리는 S112 로 간다.

S110 에서, ECU (4000) 는 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급을 중단한다. S112 에서, ECU (4000) 는 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전을 방지하도록, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급을 지속한다. 보다 구체적으로, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급이 지속되는 상태에서, 흡기 밸브 (1100) 의 위상 변화는 정지된다.

전술한 바와 같은 구조 및 플로우차트에 기초하여 본 발명의 실시형태에 따 른 가변 밸브 타이밍 장치의 작동에 대해 설명한다.

엔진 (1000) 의 작동 동안, 전술한 도 2 에 나타낸 맵을 이용해, 엔진 회전 속도 (NE) 와 흡기량 (KL) 에 기초하여, 흡기 밸브 (1100) 의 목표 위상이 결정된다 (SlOO). 이 목표 위상이 달성되도록 전기 모터 (2060) 가 작동된다 (S102).

흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차이가 임계값 이하가 되면 (S106 에서 '예'), 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역내에 있는지 여부가 판별된다 (S108).

전술한 바와 같이, 제 1 영역 내에서 (S108 에서 '예') 감속 기어비는 크다. 그러므로, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않는 상태에 있는 경우라도, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 회전되기 어렵다. 즉, 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 스프로킷 (2010) 과 같은 회전 속도로 회전되지만 (회전하도록 강요되지만), 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적인 회전은 생기기 어렵고, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 변하기 어렵다.

그러면, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 중단된다 (S110). 이에 따라, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급이 중단된 상태에서, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 유지될 수 있다. 그로 인해, 궁극적으로 연비가 향상될 수 있다.

한편, 제 1 영역 외부에서는 (S108 에서 '아니오'), 감속 기어비는 크지 않다. 그러므로, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않는 상태에서, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 스프로킷 (2010) 에 대해 상대적으로 회전되어 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 유지될 수 없을 수도 있다. 이에 따라, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전을 일으키지 않는 그러한 토크를 발생시키도록 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 지속된다(S112)

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치에서, 흡기 밸브의 위상이 최대 지각으로부터 CA(1) 까지의 제 1 영역에 있는 경우에는 흡기 VVT 기구 전체의 감속 기어비는 R(1) 이 된다. 흡기 밸브의 위상이 CA(2) 로부터 최대 진각까지의 제 2 영역에 있는 경우에는 흡기 VVT 기구 전체의 감속 기어비는 R(1) 보다 작은 R(2) 가 된다. 이에 따라, 위상은 제 2 영역 내에서 크게 변화될 수 있다. 또한, 흡기 밸브의 위상이 제 1 영역 내에 있는 경우에는, 전기 모터가 토크를 발생시키지 않는 상태에서도 흡기 밸브의 위상이 변화되기 어렵다. 그로 인해, 전기 모터에 대한 전력 공급은 중단된다. 그 결과, 궁극적으로는 연비가 향상될 수 있다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 제 1 영역의 일부의 위상 (예를 들어 최대 지각의 위상) 인 경우에서만, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급이 중단되어 위상이 유지되는 점을 주목해야 한다.

캠 위치 센서 (5010) 로부터 송신된 신호에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 검출하는 대신에 또는 그에 추가하여, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 전기 모터 (2060) 의 회전 속도 (누적 회전수) 로부터 검출될 수도 있다.

제 2 실시형태

이하에서는, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는 흡기 밸브 (1100) 의 목표 위상이 CA(1) 와 CA(2) 사이의 제 3 영역 내에 있는 것으로 결정되지 않는 점에서 전술한 제 1 실시형태와 다르다. 다른 구조는 전술한 제 1 실시형태와 같다. 그 기능 또한 동일하다. 그로 인해, 그에 대한 상세한 설명은 여기서 반복하지 않는다.

도 12 에 나타낸 바와 같이, 흡기 밸브 (1100) 의 위상 (목표 위상) 을 결정하기 위해서 사용되는 맵에서, 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역 내에서의 위상 및 CA(2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역 내에서의 위상은 정해져 있다. 한편, CA(1) 와 CA(2) 사이의 제 3 영역 내에서의 위상은 정해져 있지 않다.

이로 인해, 위상이 감속 기어비가 변화하는 제 3 영역내에 있도록 흡기 VVT 기구 (2000) 가 제어되는 것이 억제될 수 있다. 그로 인해, 변화된 감속 기어비 때문에 위상의 변화량이 예측되기 어려운 영역에서 위상이 제어되는 것이 억제될 수 있다. 그 결과, 위상의 정확도 악화는 억제될 수 있다.

또한, 도 12 에 나타낸 맵은 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 보다 높은 빈도로 제 1 영역 내에서의 위상이 되도록 만들어진다. 그로 인해, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급을 중단함으로써 위상이 유지되는 빈도가 증가될 수 있다. 그로 인해, 연비는 보다 향상될 수 있다.

제 3 실시형태

이하에서는, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 흡기 밸브의 위상이 최대 지각으로부터 CA(1) 까지의 제 1 영역 내에 있는 경우, 엔진 회전수 (NE) 가 임계값 NE(0) 이하이면, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급이 중단되어 위상이 유지된다는 점에서 전술한 제 1 실시형태와 다르다. 다른 구조에 대해서는, 전술한 제 1 실시형태와 같다. 그 기능 또한 같다. 그로 인해, 그것들에 대한 상세한 설명은 여기서 반복하지 않는다.

도 13 을 참조하면, 본 실시의 형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치를 제어하는 ECU (4000) 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다. 전술한 제 1 실시형태에 있어서와 동일한 처리는 같은 단계 번호로 표시되고 여기서 그것들의 설명은 반복하지 않는다.

S200 에서, ECU (4000) 는 크랭크 각 센서 (5000) 로부터 전송된 신호에 기초하여 엔진 속도 (NE) 를 검출한다. S202 에서, ECU (4000) 는 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하 인지 여부를 결정한다. 엔진 회전수 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하인 경우에는 (S202에서 ‘예’), 처리는 S110 로 간다. 그렇지 않은 경우에는 (S202 에서 ‘아니오’), 처리는 S112 로 간다.

본 실시의 형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 작동에 대해서는 전술한 구조 및 플로우차트에 기초하여 설명한다.

엔진 (1000) 의 작동 동안, 전술한 도 2 에 나타낸 맵을 이용하여 엔진 속도 (NE) 및 흡기량 (KL) 에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 목표 위상이 결정된다 (SlOO). 전기 모터 (2060) 는 이 목표 위상이 달성되도록 작동된다 (S102).

흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차이가 임계값 이하가 되면 (S106 에서 ‘예’), 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역 내에 있는지 여부가 결정된다 (Sl08).

제 1 영역 내에서는 (S108 에서 ‘예’), 감속 기어비가 크다. 그러므로, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않는 상태에서도, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 회전되기 어렵다. 다시 말해, 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 스프로킷 (2010) 과 같은 속도로 회전 (강제로 회전) 됨에도 불구하고, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적인 회전은 일어나기 어려우며, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 변화되기 어렵다.

하지만, 엔진 속도 (NE) 가 높은 경우, 즉 흡기 캠축 (1120) 의 회전 속도가 높으면 흡기 캠축 (1120) 에 큰 토크가 작용할 수 있다. 이 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 회전될 수 있다.

이에 따라, 엔진 회전수 (NE) 가 검출되고 (S200), 검출된 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하인 경우에는 (S202 에서 ‘예’), 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 중단된다 (S110).

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA(1) 사이의 제 1 영역 내에 있는 경우에도 (S108 에서 ‘예’), 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 보다 높으면 (S202 에서 ‘아니오’), 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전을 일으키지 않는 토크를 발생시키도록 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 지속된다 (S112).

이로 인해, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 회전될 수 있는 상태에서 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급이 중단되는 것이 억제될 수 있다. 그로 인해, 위상은 정확하게 유지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치에서, 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하인 경우에는 전기 모터에 대한 전력 공급은 중단되고, 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 보다 높은 경우에는 전기 모터에 대한 전력 공급은 지속되어 위상이 유지된다. 이에 따라, 전기 모터의 출력 축이 흡기 캠축에 작용하는 토크에 의해 회전될 수 있는 상태에서, 전기 모터에 대한 전력 공급은 중단되지 않으며, 전력 공급은 지속된다. 그로 인해, 위상은 정확하게 유지될 수 있다.

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 제 1 영역의 일부의 위상 (예를 들어 최대 지각의 위상) 인 경우, 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하이면 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 중단되어 위상을 유지하고, 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 보다 높으면 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 지속되어 위상을 유지할 수 있다.

제 4 실시형태

이하에서는, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는 흡기 밸브의 위상이 최대 지각의 위상인 경우, 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하이면 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 중단되어 위상을 유지한다는 점에서 전술한 제 1 실시형태와 다르다. 다른 구조는 전술한 제 1 실시형태와 동일하다. 그 기능 또한 동일하다. 따라서, 그것들에 대한 상세한 설명은 여기 서 반복하지 않는다.

도 14 를 참조하여, 본 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치를 제어하는 ECU (4000) 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다. 전술한 제 1 실시형태에서와 같은 처리는 같은 단계 번호로 표시되며 여기서 그 설명은 반복하지 않는다.

S300 에서, ECU (4000) 는 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각의 위상, 즉 제 1 영역내의 최대 지각의 위상인지 여부를 판별한다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각의 위상인 경우에는 (S300 에서 ‘예’), 처리는 S302 로 간다. 그렇지 않은 경우 (S300 에서 ‘아니오’), 처리는 S112 로 간다.

S302 에서, ECU (4000) 는 크랭크 각 센서 (5000) 로부터 송신된 신호에 기초하여 엔진 속도 (NE) 를 검출한다. S304 에서, ECU (4000) 는 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하인지 여부를 결정한다. 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하인 경우에는 (S304 에서 ‘예’), 처리는 S110 로 간다. 그렇지 않은 경우 (S304 에서 ‘아니오’), 처리는 S112 로 간다.

본 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 작동은 전술한 바와 같은 구조 및 플로우차트에 기초하여 설명한다.

엔진 (1000) 의 작동 동안, 전술한 도 2 에 나타낸 맵을 이용하여, 엔진 속도 (NE) 와 흡기량 (KL) 에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 목표 위상이 결정된다 (S100). 전기 모터 (2060) 은 이 목표 위상이 되도록 작동된다 (S102).

흡기 밸브 (1100) 의 위상과 목표 위상 사이의 차이가 임계값 이하인 경우에 는 (S106 에서 ‘예’), 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각의 위상인지 여부가 결정된다 (S300).

최대 지각의 위상은 제 1 영역 내의 위상이다. 전술한 바와 같이, 제 1 영역 내에서는 감속 기어비가 크기 때문에, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않는 상태에서도 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 회전되기 어렵다. 다시 말해, 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 스프로킷 (2010) 과 동일한 회전 속도로 회전 (강제로 회전) 됨에도 불구하고, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전은 일어나기 어렵고, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 변화되기 어렵다.

하지만, 엔진 속도 (NE) 가 높으면, 즉 흡기 캠축 (1120) 의 회전 속도가 높으면 흡기 캠축 (1120) 에 큰 토크가 작용 할 수 있다. 이 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 회전될 수 있다.

이에 따라, 엔진 속도 (NE) 가 검출되고 (S200), 검출된 엔진 회전수 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하이면 (S304 에서 ‘예’), 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 중단된다 (S110).

흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각의 위상인 경우에도 (S300 에서 ‘예’), 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 보다 높으면 (S304 에서 ‘아니오), 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대적 회전을 일으키지 않는 토크를 발생시키도록, 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급은 지속된다 (S112). 본 실시형태에서, 제어 핀 (2034) 이 가이드 홈 (2042) 의 단부에 대해 가압되도 록 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급이 지속 되어, 위상을 최대 지각의 위상으로 유지한다.

이에 따라, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축이 회전될 수 있는 상태에서 전기 모터 (2060) 에 대한 전력 공급이 중단되는 것이 억제될 수 있다. 그로 인해, 위상은 정확하게 유지될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가변 밸브 타이밍 장치에서, 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 이하이면 전기 모터에 대한 전력 공급은 중단되고, 엔진 속도 (NE) 가 임계값 (NE(0)) 보다 높으면 전기 모터에 대한 전력 공급은 지속되어, 위상을 최대 지각의 위상으로 유지한다. 이에 따라, 흡기 캠축에 작용하는 토크에 의해 전기 모터의 출력 축이 회전될 수 있는 상태에서, 전기 모터에 대한 전력 공급은 중단되지 않고, 전력 공급을 지속할 수 있다. 그로 인해, 위상은 정확하게 유지될 수 있다.

여기 개시된 실시형태는 모든 점에서 제한적인 것이 아니라 예시로서 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 나타나며, 특허 청구 범위와 균등 범위 내의 모든 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 어느 하나의 개폐 타이밍을 변경하는 가변 밸브 타이밍 장치로서,

가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터,

개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우에는 상기 액츄에이터의 작동량에 대한 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우에는 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 큰 제2의 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 변경 기구, 및

작동 유닛을 포함하고,

상기 작동 유닛은 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 제어함으로써 개폐 타이밍을 제어하고, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써, 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하는 가변 밸브 타이밍 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 변경 기구는 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 2 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 것 외에, 상기 개폐 타이밍이 제 1 영역 및 제 2 영역과 상이한 제 3 영역에 있는 경우, 상기 액츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비율이 변화되도록 상기 액츄에이터의 작동량에 따라 개폐 타이밍을 변경하고,

상기 작동 유닛은 상기 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역 가운데, 상기 제 3 영역 이외의 영역에서 목표 개폐 타이밍을 설정하고, 상기 개폐 타이밍이 목표 타이밍이 되도록 개폐 타이밍을 제어하는 가변 밸브 타이밍 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 지각되는 영역인 가변 밸브 타이밍 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결된 캠축을 회전시켜 상기 개폐 타이밍을 변화시키고,

상기 개폐 타이밍이 상기 제 1 영역 내에 있는 경우, 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면 상기 작동 유닛은 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면 상기 작동 유닛은 상기 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하는 가변 밸브 타이밍 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결되는 캠축을 회전시킴으로써 개폐 타이밍을 변화시키고,

상기 개폐 타이밍이 상기 제 1 영역 내에서 가장 지연된 타이밍인 경우, 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면, 상기 작동 유닛은 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면, 상기 작동 유닛은 상기 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하는 가변 밸브 타이밍 장치.
흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 어느 하나의 개폐 타이밍을 변경하고, 가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터, 및 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우에는 상기 액츄에이터의 작동량에 대한 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우에는 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 큰 제2의 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 변경 기구를 포함하는, 가변 밸브 타이밍 장치에 대한 제어 방법으로서,

상기 제어 방법은 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 제어함으로써 개폐 타이밍을 제어하는 단계를 포함하고,

개폐 타이밍을 제어하는 단계는, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하는 단계를 포함하는, 가변 밸브 타이밍 장치에 대한 제어 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 변경 기구는 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 2 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 것 외에, 상기 개폐 타이밍이 제 1 영역 및 제 2 영역과 상이한 제 3 영역에 있는 경우, 상기 액츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비율이 변화되도록 상기 액츄에이터의 작동량에 따라 개폐 타이밍을 변경하고,

상기 제어 방법은 상기 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역 가운데, 상기 제 3 영역 이외의 영역에서 목표 개폐 타이밍을 설정하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 개폐 타이밍을 제어하는 단계는 상기 개폐 타이밍이 목표 타이밍이 되도록 개폐 타이밍을 제어하는 단계를 포함하는, 가변 밸브 타이밍 장치에 대한 제어 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 지연된 영역인, 가변 밸브 타이밍 장치에 대한 제어 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결된 캠축을 회전시켜 상기 개폐 타이밍을 변화시키고,

상기 개폐 타이밍이 상기 제 1 영역 내에 있는 경우, 상기 개폐 타이밍을 제어하는 단계는, 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면 상기 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하는 단계를 포함하는, 가변 밸브 타이밍 장치에 대한 제어 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결되는 캠축을 회전시킴으로써 개폐 타이밍을 변화시키고,

상기 개폐 타이밍이 상기 제 1 영역 내에서 가장 지연된 타이밍인 경우, 상기 개폐 타이밍을 제어하는 단계는, 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면 상기 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하는 단계를 포함하는, 가변 밸브 타이밍 장치에 대한 제어 방법.
흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 어느 하나의 개폐 타이밍을 변경하는 가변 밸브 타이밍 장치로서,

가변 밸브 타이밍 장치를 작동시키는 액츄에이터,

개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우에는 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 있는 경우에는 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량보다 큰 제2의 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 변경 기구, 및

상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 제어함으로써 개폐 타이밍을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하고,

상기 제어 수단은 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써, 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하는 수단을 포함하는 가변 밸브 타이밍 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 변경 기구는 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 1 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하고, 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 상기 액츄에이터의 작동량에 대해 제 2 변화량으로 개폐 타이밍을 변경하는 것 외에, 상기 개폐 타이밍이 제 1 영역 및 제 2 영역과 상이한 제 3 영역에 있는 경우, 상기 액츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비율이 변화되도록 상기 액츄에이터의 작동량에 따라 개폐 타이밍을 변경하고,

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 추가로, 상기 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역 가운데, 상기 제 3 영역 이외의 영역에서 목표 개폐 타이밍을 설정하기 위한 설정 수단을 포함하고,

상기 제어 수단은 상기 개폐 타이밍이 목표 타이밍이 되도록 개폐 타이밍을 제어하기 위한 수단을 포함하는 가변 밸브 타이밍 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역보다 지연된 영역인 가변 밸브 타이밍 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결된 캠축을 회전시켜 상기 개폐 타이밍을 변화시키고,

상기 개폐 타이밍이 상기 제 1 영역 내에 있는 경우, 상기 제어 수단은 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면 상기 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하기 위한 수단을 추가로 포함하는 가변 밸브 타이밍 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 장치는 내연 기관의 출력 축에 연결되는 캠축을 회전시킴으로써 개폐 타이밍을 변화시키고,

상기 개폐 타이밍이 상기 제 1 영역 내에서 가장 지연된 타이밍인 경우, 상기 제어 수단은 상기 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 낮으면 상기 액츄에이터에 대한 전력 공급을 중단함으로써 상기 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하고, 내연 기관의 회전 속도가 미리 정해진 회전 속도보다 높으면 상기 액츄에이터에 전력을 공급함으로써 개폐 타이밍이 유지되도록 개폐 타이밍을 제어하기 위한 수단을 포함하는 가변 밸브 타이밍 장치.