KR101371497B1 - 가변 흡기 시스템의 제어장치 및 방법 - Google Patents

가변 흡기 시스템의 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량에 장착되는 흡기 시스템으로, 엔진 회전수와 흡기부압 및 가변 플랩의 열림각에 따라 가변 플랩의 열림각을 최적으로 제어하여 각각의 운전영역에서 성능 최적화를 제공하는 가변 흡기 시스템이 개시된다.
본 발명은 엔진 회전수와 연소실에 유입되는 공기의 흡기압력을 검출하고, 엔진 회전수로부터 운전영역을 판정하는 과정; 흡기압력을 적용하여 운전영역별 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하는 과정; 액추에이터를 구동시켜 가변 플랩을 목표 열림각으로 조정하는 과정; 액추에이터의 작동 위치를 분석하여 가변 플랩의 열림각을 검출하고, 목표 열림각을 추종하지 못하여 액추에이터의 구동을 보정하여 가변 플랩의 열림각을 목표 열림각으로 추종시키는 과정을 포함한다.

Description

가변 흡기 시스템의 제어장치 및 방법{CONTROL DEVICE AND METHOD FOR VARIABLE INTAKE SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량에 장착되는 흡기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 회전수와 흡기부압 및 가변 플랩의 열림각에 따라 가변 흡기밸브의 각도를 최적으로 제어하여 각각의 운전영역에서 성능 최적화를 제공할 수 있도록 하는 가변 흡기 시스템의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에 장착되는 가변 흡기 시스템은 엔진의 부하에 따라 보조 덕트를 개폐함으로써 흡기압력의 손실을 발생시키지 않고, 소음성능을 개선시키는 시스템이다.
종래의 차량에 장착되는 가변 흡기 시스템은 두 갈래로 분지되는 흡기 덕트를 에어 크리너 하우징에 접속한 구조로 이루어지며, 엔진이 저속 영역이면 흡기 덕트의 일측만 개방하고, 엔진이 고속영역이면 흡기 덕트의 쌍방을 모두 개방할 수 있다.
상기 가변 흡기 시스템은 두 개의 흡기 덕트 중 어느 하나를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브 어셈블리, 밸브 어셈블리에 구동력을 제공하는 액추에이터가 구비된다.
상기 액추에이터는 반능동 타입과 능동 타입으로 구분될 수 있다.
반능동 타입의 액추에이터는 솔레노이드를 이용한 진공식 액추에이터, 자석을 이용한 자연 개폐식 액추에이터를 예로 들 수 있으며, 능동 타입의 액추에이터는 DC 모터가 사용된다.
그런데, 종래 기술에서 반능동 타입의 액추에이터는 흡기 덕트의 개방 면적을 조절하기가 어렵고, 엔진의 최대 RPM에서 완전 개방이 제공되지 않아 흡압 상승으로 인해 최대 출력이 손실되며, 가속 부밍의 선형성이 저하되고 응답 속도가 느리다는 단점이 있다.
또한, 종래 기술에서 능동 타입의 액추에이터는 반능동 타입의 액추에이터에 비하여 모드에 따라서 가변적 개방이 가능하고 응답성이 빠른 장점이 있으나, 고가의 DC모터를 사용하므로, 원가가 상승하게 되고, 동력을 전달하는 부분이 복잡하며, 코킹 부위 등에서 소음이 발생하게 되고, 신속하고 정확한 제어가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 단점을 개선하기 위한 것으로, 그 목적은 운전 영역에 따라 가변 흡기밸브를 신속하고 정확한 제어하여 가속 부밍의 선형화를 제공하고, 흡기부압의 손실을 최소화하며 소음 저감을 최적화하여 엔진의 성능향상을 제공하고자 한다.
또한, 가변 흡기밸브의 열림각을 피드백 제어하여 엔진의 부하 영역에 따라 구간별 원하는 흡기 압력의 목표값을 최적의 상태로 추적시켜 최적의 엔진 출력을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 특징은 엔진의 운전영역에 따라 열림각이 조정되어 엔진에 유입되는 공기량을 조절하는 가변 플랩; 시동 온 상태에서 엔진의 회전수를 검출하는 엔진회전수검출부; 엔진에 유입되는 공기의 흡기압력을 검출하는 압력검출부; 엔진의 운전영역별 흡기압력의 목표값과 가변 플랩의 열림각을 맵 데이터로 저장하는 메모리부; 엔진 회전수를 분석하여 운전영역을 판단하고, 메모리부에 설정된 맵 데이터를 적용하여 운전영역별 목표 공기량과 목표 공기량에 따른 가변 플랩의 열림각을 결정하여 가변 플랩의 열림각을 조정하는 제어부; 상기 제어부에서 인가되는 전류 제어신호에 구동되어 상기 가변 플랩의 열림각을 조정하는 액추에이터; 상기 액추에이터의 작동 위치를 검출하여 제어부에 피드백 정보로 제공하는 위치검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 제어장치가 제공된다.
상기 제어부는 엔진의 운전영역이 저속,저부하의 조건이면 소음 성능영역으로 판정하고, 흡기부밍 저감을 위해 설정된 맵 데이터를 적용하여 목표 공기량과 목표 공기량에 따른 가변 플랩의 열림각을 결정하여 가변 플랩의 열림각을 조정할 수 있다.
상기 제어부는 가변 플랩의 열림각을 조정하여 흡기부밍 저감을 실행하는 상태에서 위치검출부의 정보로부터 액추에이터의 스트로크와 가변 플랩의 열림각을 검출하여 목표 열림각을 추종하도록 액추에이터의 구동을 보정할 수 있다.
상기 제어부는 엔진의 운전영역이 중고속 조건이면 흡압 성능영역으로 판정하고, 메모리부에 설정된 맵 데이터를 적용하여 흡압 성능향상을 위한 목표 공기량과 목표 공기량에 따른 가변 플랩의 열림각을 결정하여 가변 플랩의 열림각을 조정할 수 있다.
상기 제어부는 중고속의 운전영역에서 압력센서로 검출되는 흡기압력과 엔진회전수를 실시간 피드백 조건으로 적용하여 목표 공기량과 목표 공기량에 따른 가변 플랩의 열림각을 결정하여 흡입 공기량을 운전영역 추적시킬 수 있다.
상기 제어부는 중고속 운전영역에서 흡기압력과 엔진회전수를 실시간 조건으로 적용하여 가변 플랩의 열림각을 조정하는 상태에서 위치검출부의 정보로부터 액추에이터의 스트로크와 가변 플랩의 열림각을 검출하여 목표 열림각을 추종하도록 액추에이터의 구동을 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은 엔진 회전수와 연소실에 유입되는 공기의 흡기압력을 검출하고, 엔진 회전수로부터 운전영역을 판정하는 과정; 흡기압력을 적용하여 운전영역별 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하는 과정; 액추에이터를 구동시켜 가변 플랩을 목표 열림각으로 조정하는 과정; 액추에이터의 작동 위치를 분석하여 가변 플랩의 열림각을 검출하고, 목표 열림각을 추종하지 못하여 액추에이터의 구동을 보정하여 가변 플랩의 열림각을 목표 열림각으로 추종시키는 과정을 포함하는 가변 흡기 시스템의 제어방법이 제공된다.
상기 엔진 회전수로 판단되는 운전영역과 흡기압력을 실시간 피드백 정보로 적용하여 운전영역별 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정할 수 있다.
상기 운전영역이 저속,저부하의 조건이면 흡기부밍 저감을 위해 설정된 맵 데이터를 적용하여 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하고, 액추에이터의 작동으로 가변 플랩의 열림각을 조정할 수 있다.
상기 운전영역이 중고속 영역이면 흡압 성능을 위해 운전영역과 흡기압력에 대하여 설정된 맵 데이터를 적용하여 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하고, 액추에이터의 작동으로 가변 플랩의 목표 열림각을 조정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가변 밸브 어셈블리를 작동시키는 액추에이터로 보이스-코일 모터와 같은 리니어 모터를 사용하므로, 기존의 반능동 타입에 비해 가속 부밍의 선형화를 제공할 수 있고, 흡기부압의 손실을 최소화할 수 있으며, 소음저감을 최적화하여 엔진의 출력 성능향상을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 능동 타입에 비해 원가가 저렴하고 소음이 없으며, 가변 밸브의 열림각을 피드백 제어함으로써, 각각의 엔진 영역에서 흡기압력의 목표값을 신속하고 정확하게 추적시킬 수 있어 최적의 엔진성능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 일 부분을 도시한 사시도이다.
도 3,4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 다른 일 부분을 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템에 적용되는 액추에이터를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 제어절차를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템(100)은 엔진의 각 연소실로 공기를 공급하기 위한 엔진의 흡기 시스템에 적용될 수 있다.
상기 가변 흡기 시스템(100)은 연소실로 공급되는 공기를 필터링하는 에어 크리너에 구성되는 바, 엔진의 운전영역에 따라 각 연소실로 공급해 주는 공기량을 가변적으로 조절하기 위한 것이다.
예를 들면, 상기 가변 흡기 시스템(100)은 공기를 흡입하는 두 개의 덕트를 에어 크리너에 구성하여 엔진의 운전영역이 저속 구간이면 하나의 덕트를 통해 연소실로 공기를 공급하고, 엔진의 운전영역이 중고속 구간이면 흡기의 부족을 보충하기 위해 두 개의 덕트를 통해 각 연소실로 공기를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 가변 흡기 시스템(100)은 기존의 반능동 타입에 비해 가속 부밍의 선형화를 제공할 수 있고, 흡기부압과 소음저감의 최적화를 제공할 수 있어 엔진 출력성능을 향상시킬 수 있으며, 기존의 능동 타입에 비해 원가가 저렴하고 소음이 없으며 신속 정확한 제어가 가능한 구조로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 일 부분을 도시한 사시도이고, 도 3,4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 가변 흡기 시스템의 다른 일 부분을 도시한 부분 절개 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템에 적용되는 액추에이터를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 가변 흡기 시스템(100)은 기본적으로, 에어 크리너 본체(10)와, 밸브 하우징(20), 밸브 어셈블리(30), 액추에이터(50), 동력전달유닛(70), 흡기압력센서(80) 및 제어기(90)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 에어 크리너 본체(10)는 엔진의 각 연소실로 공급되는 공기(흡기)를 필터링하는 것으로서, 공기중의 이물질을 제거하는 필터 엘리먼트(도면에 도시되어 있지 않음)를 포함하고 있다.
상기 에어 크리너 본체(10)는 흡입공기가 유입되는 두 개의 흡입부가 형성되는바, 각 흡입부에는 공기를 흡입하는 메인덕트(11)와 보조덕트(13)가 설치된다.
상기 메인덕트(11)는 엔진의 운전영역이 저속일 때 흡입공기를 연소실로 공급하기 위한 것이며, 보조덕트(13)는 엔진의 운전영역이 중고속 이상일 때 메인덕트(11)와 함께 흡입공기를 연소실로 공급하기 위한 것이다.
그리고, 상기 에어 크리너 본체(10)에는 메인덕트(11)와 보조덕트(13)를 통해 흡입되는 공기를 연소실로 배출하기 위한 배출부(도면에 도시되어 있지 않음)를 형성하고 있다.
이러한 에어 크리너 본체(10)는 당 업계에서 널리 사용되는 공지 기술의 에어 크리너로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밸브 하우징(20)은 뒤에서 더욱 설명될 밸브 어셈블리(30)와 액추에이터(50)를 장착하기 위한 것으로서, 에어 크리너 본체(10)의 내부에서 플랜지를 통해 보조덕트(13)의 단부에 연결되게 설치된다.
상기 밸브 하우징(20)은 보조덕트(13)와 연결되는 관로를 지니며 에어 크리너 본체(10)의 내부에 고정되게 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밸브 어셈블리(30)는 밸브 하우징(20)과 통하는 보조덕트(13)의 관로 개방량을 선택적으로 조절하기 위한 것이다.
이러한 밸브 어셈블리(30)는 밸브 하우징(20)의 자유단에 구성되는 바, 밸브 프레임(31), 밸브 샤프트(33) 및 플랩부재(35)를 포함하고 있다.
상기 밸브 프레임(31)은 원형의 링 형상으로 이루어지며, 밸브 하우징(20)의 자유단에 고정되게 설치된다.
상기 밸브 샤프트(33)는 밸브 하우징(20)의 내부 중심 방향을 가로지르며 밸브 프레임(31)에 회전 가능하게 설치되는 바, 부시와 부시 가이드 등을 통해 밸브 프레임(31)에 회전 가능하게 설치될 수 있다.
여기서, 상기 밸브 샤프트(33)는 밸브 프레임(31)을 관통하여 밸브 하우징(20)의 자유단 외측으로 돌출되게 배치된다.
그리고, 상기 플랩부재(35)는 밸브 하우징(20)의 관로를 실질적으로 개폐시키는 밸브체로서 구비되며, 밸브 하우징(20)의 관로에 대응하는 플레이트 형상으로 밸브 샤프트(33)에 고정되게 설치된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 액추에이터(50)는 밸브 어셈블리(30)의 밸브 샤프트(33)에 구동력(회전력)을 제공하기 위한 것으로서, 밸브 하우징(20)의 외측면에 고정되게 설치된다.
상기 액추에이터(50)는 보이스-코일 모터와 같은 리니어 모터(51)를 예로 들 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 리니어 모터(51)는 플레밍의 왼손 법칙을 이용한 것으로, 영구자석에 인가되는 전류에 의해 전후진 직선 운동을 하는 모터축(52)을 포함하고 있다.
구체적으로, 상기 리니어 모터(51)는 도 4에서와 같이, 모터축(52)과, 모터 하우징(53), 가변저항(54), 영구자석(55), 코일(56), 지지판(57) 및 전극(59)을 포함한다.
상기 모터 하우징(53)은 장착 브라켓(54)을 통해 밸브 하우징(20)의 외측면에 고정되게 장착되며, 위에서 언급한 바 있는 모터축(52)이 한 쪽으로 돌출되게 설치된다.
상기 영구자석(55)은 모터 하우징(53)의 내부에 설치되고, 코일(56)이 감기며 모터축(52)이 가이드부재(61)를 통해 직선이동 가능하게 설치될 수 있다.
따라서, 상기 리니어 모터(51)는 영구자석(55)의 자기장에 놓여 있는 코일(56)에 전류가 인가되면, 그 전류에 비례하여 모터축(52)이 가이드부재(61)를 통해 직선 운동을 하게 된다.
이때, 모터 하우징(53)의 내부에 설치되는 가변저항(54)과 나선형으로 구성되는 전극(59)이 접촉되어 가이드 부재(61)의 직선 운동에 따른 이동거리를 검출하여 가이드 부재(61)의 위치에 따라 스트로크와 밸브의 열림각을 산출할 수 있도록 한다.
상기 지지판(57)은 모터축(52)에 고정되며, 모터 하우징(53)의 내부에서 모터축(52)의 직선 운동을 지지한다.
모터 하우징(53)의 내벽과 지지판(57) 사이에 탄성부재가 장착되어 지지판(57)에 탄발력을 발휘한다.
즉, 상기 코일(56)에 전류가 인가되며 모터축(52)이 직선 운동을 한 상태에서 전류를 차단하게 되면, 그 모터축(52)은 지지판(57)에 작용하는 탄성부재의 탄성 복원력에 의해 원래의 위치로 복원될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 동력 전달유닛(70)은 리니어 모터(51)의 모터축(52)과 밸브 어셈블리(30)의 밸브 샤프트(33)를 연결하며, 모터축(52)의 직선운동을 회전운동으로 변환하는 기능을 하게 된다.
본 발명의 실시예에서, 제어기(90: 도 2 참조)는 시스템의 전반적인 운용을 제어하며, 엔진의 운전영역에 따라 액추에이터(50)의 리니어 모터(51)를 제어하여 유입되는 공기량을 조정한다.
상기 제어기(90)는 엔진의 운전영역이 저속이면 설정된 맵 데이터를 적용하여 리니어 모터(51)를 통해 밸브 어셈블리(30)를 작동시킴으로써, 소음저감 최적화가 제공되는 보조덕트(13)의 개량량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어기(90)는 엔진의 운전영역이 중고속이면 리니어 모터(51)를 통해 밸브 어셈블리(30)를 작동시킴으로써, 흡압성능 최적화가 제공되는 보조덕트(13)의 개방량을 조절할 수 있다.
즉, 상기 제어기(90)는 엔진의 운전영역별 조건에 따라 보조덕트(13)의 개방량을 산출하고, 보조덕트(13)의 개방량에 상응하는 전류를 리니어 모터(51)에 인가하여 리니어 모터(51)의 작동에 의한 밸브 어셈블리(30)의 구동으로서 보조덕트(13)의 개방량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어기(90)는 각각의 운전영역에서 흡기압력을 검출하여 소음저감 또는 흡기압력 성능향상을 위해 목표 공기량을 산출하고, 목표 공기량을 추종할 수 있도록 밸브 어셈블리(30)의 개방량을 조절한다.
또한, 상기 제어기(90)는 밸브 어셈블리(30)의 개방량을 조절하여 목표 공기량을 추종하는 상태에서 밸브 어셈블리(30)의 열림각을 검출한 다음 열림각 보정을 실행하여 목표 공기량의 추종과 그에 따라 소음저감의 최적화 및 흡기압력의 성능 향상을 제공할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 실시예는 엔진의 운전영역이 저속으로 검출되면 메인덕트(11)를 통해 공기를 흡입하여 엔진의 연소실로 공급한다.
이때, 제어기(90)는 설정된 맵 데이터를 적용하여 현재의 운전영역에 대한 공기량을 결정한 다음 액추에이터(50)의 리니어 모터(51)를 제어함으로써 가변 플랩의 열림각을 조정한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진의 운전영역이 저속조건인 경우 메인덕트(11)를 통해 흡입되는 공기를 엔진의 연소실로 공급하게 되므로, 흡기소음을 저감할 수 있으며, 흡기 소음저감을 위해 별도로 설치되는 레조네이터를 삭제할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 운전영역이 중고속으로 검출되면 제어기(90)는 엔진의 운전영역에 따른 보조덕트(13)의 개방량을 산출하고, 보조덕트(13)의 개방량에 상응하는 전류를 리니어 모터(51)의 코일(56)에 인가한다.
그러면, 상기 리니어 모터(51)는 영구 자석(55)의 자기장에 놓여 있는 코일(56)에 전류가 인가됨으로써 그 전류에 비례해 모터축(52)이 가이드부재(61)를 통해 직선 운동을 하게 된다.
즉, 상기 리니어 모터(51)의 모터축(52)은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 모터 하우징(53)의 외측으로 전진 이동하게 되고, 지지판(57)과 함께 이동하면서 탄성부재(59)를 가압한다.
이에, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 모터축(52)이 전진 이동함에 따라 동력 전달유닛(70)의 제1 내지 제3 링크부재(71, 72, 73)에 의한 링크 작동으로 밸브 샤프트(33)를 회전시킨다.
그러면, 상기 밸브 샤프트(33)가 회전함에 따라 플랩부재(35)는 보조 덕트(13)와 통하는 밸브 하우징(20)의 관로를 개방한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진의 운전영역이 중고속일 때에는 메인덕트(11)와 보조덕트(13)를 통해 흡입 공기를 엔진의 각 연소실로 공급할 수 있게 된다.
그리고, 압력센서로 흡기부압의 상태를 검출하여 흡압성능이 최적의 조건으로 유이될 수 있도록 목표 공기량 및 플랩부재(35)의 열림각을 결정하여 최적의 공기량이 흡입될 수 있도록 한다.
또한, 접촉저항(54)을 통해 플랩부재(35)의 열림각을 검출하여 목표 공기량을 추종하도록 결정된 목표 열림각을 추종시킴으로써, 흡입 공기량의 제어에 안정성 및 신뢰성을 제공할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 엔진의 운전영역이 중고속일 때에는 메인덕트(11)와 보조덕트(13)를 통해 공기를 흡입하여 엔진의 연소실로 공급할 수 있으므로, 엔진의 출력을 더욱 증대시킬 수 있다.
상기와 같은 상태에서 엔진의 운전영역이 저속구간으로 전환하게 되면, 제어기(90)는 리니어 모터(51)로 인가되는 전류를 차단한다.
그러면, 리니어 모터(51)의 모터축(52)은 지지판(57)에 작용하는 탄성부재의 탄성 복원력에 의해 원래의 위치로 복원되고, 이에 따라 동력 전달유닛(70)에 의해 밸브 어셈블리(30)의 밸브 샤프트(33)가 회전함으로 플랩부재(35)에 의해 밸브 하우징(20)의 관로를 폐쇄할 수 있게 된다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 가변 흡기 시스템(100)에 의하면, 밸브 어셈블리(30)를 작동시키는 액추에이터(50)로서 보이스-코일 모터와 같은 리니어 모터(51)를 사용하므로, 기존의 반능동 타입에 비해 가속 부밍의 선형화 및 흡기 부압과 소음 저감의 최적화로 엔진 출력을 향상시킬 수 있으며, 기존의 능동 타입에 비해 원가가 저렴하고 소음이 없으며 신속 정확한 제어가 가능하다는 효과가 기대된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템의 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예는 엔진회전수(101)와 압력검출부(103), 제어부(103), 메모리부(104), 액추에이터(105), 가변 플랩(106) 및 위치검출부(107)를 포함한다.
엔진회전수검출부(101)는 엔진이 시동 온되면 엔진의 회전수를 검출하여 그에 대한 정보를 전기적 신호로 제어부(102)에 제공한다.
압력검출부(102)는 MAF(Mass Air Flow)센서로 적용되며, 가변플랩(106)의 작동에 따라 연소실로 유입되는 흡기압력을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(103)에 제공한다.
제어부(103)는 엔진회전수검출부(101)에서 제공되는 엔진 회전수를 분석하여 운전영역을 판단하고, 엔진의 운전영역이 저속 저부하의 조건으로 판단되면 흡기부밍의 소음저감을 위해 설정된 맵 데이터를 적용하여 가변 플랩(106)의 목표 열림각을 결정한다.
상기 제어부(103)는 엔진 회전수의 분석으로 판단되는 운전영역이 엔진이 중고속 이상으로 판정되면 설정된 맵 데이터를 적용하여 목표 흡압성능과 가변 플랩(106)의 목표 열림각을 결정한다.
그리고, 상기 제어부(103)는 액추에이터(104)의 구동을 통해 가변 플랩(106)을 개방시켜 중고속 운전영역에서 엔진으로 많은 공기량이 흡입될 수 있도록 하여 엔진의 출력 성능 향상이 제공될 수 있도록 하며, 목표 흡압성능을 추종하기 위해 엔진회전수검출부(101)에서 제공되는 엔진 회전수와 압력검출부(102)에서 제공되는 흡기압력에 따라 가변 플랩(106)의 열림각을 실시간 피드백 제어하여 흡입되는 공기량을 조절한다.
또한, 상기 제어부(103)는 위치검출부(107)에서 제공되는 액추에이터(105)의 작동 위치로부터 스트로크와 가변 플랩(106)의 열림각을 검출하여 목표 열림각을 추종하도록 액추에이터(105)의 구동을 보정한다.
메모리부(104)는 엔진의 운전 영역별 흡기 압력의 목표값과 가변 플랩의 열림각이 맵 데이터로 설정된다.
액추에이터(105)는 상기 제어부(103)에서 인가되는 전류 제어신호에 구동되어 가변 플랩(106)의 열림각을 조정한다.
위치검출부(107)는 상기 액추에이터(105)의 작동 위치를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(103)에 피드백 정보로 제공한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 흡기 시스템 제어장치가 적용되는 차량의 엔진이 시동 온되면(S101) 엔진회전수검출부(101)는 엔진 회전수를 검출하여 그에 대한 정보를 전기적 신호로 제어부(103)에 제공한다(S102).
이때, 제어부(103)는 엔진 회전수를 분석하여 엔진의 운전영역을 판정하고 엔진의 운전영역이 저속, 저부하의 조건으로 운전되고 있는지 판단한다(S103).
상기 S103에서 제어부(103)는 엔진의 운전영역이 저속, 저부하의 조건인 것으로 판단되면 소음 성능영역의 운전으로 판정하고(S113), 흡기부밍의 소음저감을 위해 메모리부(104)에 설정된 맵 데이터를 적용하여 운전영역의 목표 공기량을 결정하고(S114), 목표 공기량에 따른 가변 플랩(106)의 열림각을 결정한다(S107).
그리고, 제어부(103)는 액추에이터(105)의 구동을 통해 가변 플랩(106)을 목표 열림각으로 조절하여 저속 운전영역에서 흡기부밍을 최소화시켜 소음저감이 제공되도록 한다(S108).
상기 가변 플랩(106)을 개방시킨 상태에서 제어부(103)는 위치검출부(107)로부터 액추에이터(105)의 작동 위치를 검출한다(S109).
그리고, 제어부(103)는 액추에이터(105)의 작동 위치로부터 스트로크와 가변 플랩(106)의 열림각을 분석하여 목표 열림각을 추종하고 있는지 판단한다(S110).
상기 S110에서 제어부(103)는 가변 플랩(106)의 열림각이 목표 열림각을 추종하지 못하면 보정량을 추출하여 목표 열림각을 추종하도록 액추에이터(105)의 구동을 보정한다(S111).
상기 S110에서 제어부(103)는 가변 플램(106)의 열림각이 목표 열림각을 추종하는 상태로 판단되면 액추에이터(105)의 위치를 고정하여 가변 플랩(106)의 열림각을 고정시킴으로써, 엔진의 운전영역이 저속인 조건에서 가속부밍의 선형화를 제공하여 소음저감에 대한 성능 향상을 제공한다(S112).
그러나, 상기 S103에서 제어부(103)는 엔진의 운전영역이 중고속 조건인 것으로 판단되면 흡기부밍의 소음저감 보다는 흡압 성능향상을 위한 운전영역으로 판정한다(S104).
이후, 압력검출부(102)의 정보로부터 연소실로 흡입되는 공기의 압력(흡기압력)을 검출하여(S105), 흡기압력이 설정된 기준 압력의 범위에 포함되는지 판단한다(S106).
상기 S106에서 흡기압력이 설정된 기준 압력의 범위에 포함되지 않으면 흡압 성능 향상을 위해 메모리부(104)에 설정된 맵 데이터를 적용하여 현재의 운전영역에 대한 목표 공기량을 결정하고, 목표 공기량에 따른 가변 플랩(106)의 열림각을 결정한다(S107).
그리고, 제어부(103)는 액추에이터(105)의 구동을 통해 가변 플랩(106)을 목표 열림각으로 조절하여 중고속 운전영역에서 보다 많은 공기량이 연소실로 유입될 수 있도록 한다(S108).
상기와 같이 가변 플랩(106)의 열림각을 조절하는 상태에서 제어부(103)는 위치검출부(107)로부터 액추에이터(105)의 작동 위치를 검출한다(S109).
그리고, 제어부(103)는 액추에이터(105)의 작동 위치로부터 스트로크와 가변 플랩(106)의 열림각을 분석하여 목표 열림각을 추종하고 있는지 판단한다(S110).
상기 S110에서 제어부(103)는 가변 플랩(106)의 열림각이 목표 열림각을 추종하지 못하면 보정량을 추출하여 목표 열림각을 추종하도록 액추에이터(105)의 구동을 보정한다(S111).
상기 S110에서 제어부(103)는 가변 플램(106)의 열림각이 목표 열림각을 추종하는 상태로 판단되면 액추에이터(105)의 위치를 고정하여 가변 플랩(106)의 열림각을 고정시킴으로써, 엔진의 운전영역이 중고속인 조건에서 보다 많은 공기량을 연소실로 유입시켜 흡압 성능향상을 제공한다(S112).
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10... 에어 크리너 본체 11... 메인덕트
13... 보조덕트 20... 밸브 하우징
30... 밸브 어셈블리 31... 밸브 프레임
33... 밸브 샤프트 35.. 플랩부재
50, 105.. 액추에이터 51... 리니어 모터
52... 모터축 53... 모터 하우징
55... 영구 자석 56... 코일
57... 지지판 59... 탄성부재
61... 가이드부재 80,103.. 압력검출부
90... 제어기 101.. 엔진회전수검출부
103.. 압력검출부 103.. 제어부
104.. 메모리부 106.. 가변플랩
107.. 위치검출부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 엔진 회전수와 연소실에 유입되는 공기의 흡기압력을 검출하는 과정;
    흡기압력을 적용하여 운전영역별 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하는 과정;
    액추에이터를 구동시켜 가변 플랩을 목표 열림각으로 조정하는 과정;
    액추에이터의 작동 위치를 분석하여 가변 플랩의 열림각을 검출하고, 목표 열림각을 추종하지 못하여 액추에이터의 구동을 보정하여 가변 플랩의 열림각을 목표 열림각으로 추종시키는 과정;
    을 포함하고,
    상기 엔진 회전수로 판단되는 운전영역과 흡기압력을 실시간 피드백 정보로 적용하여 운전영역별 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하는 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 제어방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 운전영역이 저속,저부하의 조건이면 흡기부밍 저감을 위해 설정된 맵 데이터를 적용하여 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하고, 액추에이터의 작동으로 가변 플랩의 열림각을 조정하는 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 제어방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 운전영역이 중고속 영역이면 흡압 성능을 위해 운전영역과 흡기압력에 대하여 설정된 맵 데이터를 적용하여 목표 공기량과 가변 플랩의 열림각을 결정하고, 액추에이터의 작동으로 가변 플랩의 목표 열림각을 조정하는 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 제어방법.
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