KR101427051B1 - 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 엔진의 동작에 따른 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 리프트를 연속적으로 가변시키는 연속 가변 밸브 리프트 장치에서 센서 없이 제어값을 추정하여 밸브 리프트를 제어함으로써 센서의 수를 줄이고 개발비 및 단가를 절감할 수 있도록 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치는, 캠 샤프트에 제 1 캠이 구비되고, 상기 캠 샤프트와 나란하게 제어축 샤프트가 구비되며, 상기 제어축 샤프트에 결합된 제어축 레버와 엔진과 스윙암이 회전 가능하게 결합되며, 상기 스윙암에 제 2 캠이 피봇(Pivot) 운동 가능하게 상기 제 1 캠과 접촉하며, 브러시리스 직류(이하 BLDC) 모터의 회전에 따라 웜 기어를 통해 상기 제어축 샤프트가 회전되고, 상기 스윙암에 스윙암 샤프트로 연결된 상기 제 2 캠이 피봇 운동에 의해 상기 제 1 캠과 접촉하여 밸브 개폐부를 개폐하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치에 있어서, 상기 BLDC 모터의 홀 센서(Hall Sensor) 수(H)와 센서 마그넷(Sensor Magnet)의 극(Pole) 수(P)에 따라 상기 BLDC 모터의 회전(Revolution)당 스테이트(State) 수(S)를 결정하고, 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)를 산출하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법{Method and apparatus for contolling a Continuous Variable Valve Lift system}
본 발명은 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 차량 엔진의 동작에 따른 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 리프트를 연속적으로 가변시키는 연속 가변 밸브 리프트 장치에서 센서 없이 제어값을 추정하여 밸브 리프트를 제어함으로써 센서의 수를 줄이고 개발비 및 단가를 절감할 수 있도록 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량 엔진에서는 실린더 내 흡기와 배기의 흐름을 제어하고, 실리더 내의 기밀을 유지하기 위해 흡기 밸브 및 배기 밸브가 필요하다. 즉, 압축 행정과 폭발 행정 시에 흡/배기 밸브가 모두 닫혀 실린더 내의 기밀을 유지하고, 흡입 행정과 배기 행정 시에 각각 흡기 밸브 또는 배기 밸브만이 열려 연료가스의 흡입과 연소가스의 배출이 이루어진다.
이때, 밸브의 개폐는 캠 샤프트에 형성된 캠이 밸브의 단부를 로커아암(스윙아암)을 통해 누름으로써 이루어지며, 캠 샤프트는 크랭크 샤프트의 회전력을 타이밍 체인 또는 타이밍 벨트를 매개로 전달받아 회전되는 것이다.
여기서, 밸브의 기밀성, 흡/배기 가스의 양 등을 결정짓는 중요한 요소는 밸브 리프트(Valve Lift)로써, 이는 밸브 페이스가 밸브 시트로부터 떨어지는 거리를 의미한다.
흡기 밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 흡입시 실린더 내로 유입되는 외기 또는 연료 가스의 양이 많아지고, 배기 밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 배기시 배출되는 연소가스의 양이 늘어나 흡/배기 효율이 높아진다.
한편, 밸브 리프트를 모터와 소정 구성의 기구를 통해 연속적으로 가변시킬 수 있도록 된 것이 연속 가변 밸브 리프트(Continuous Variable Valve Lift, 이하 CVVL) 장치이다.
CVVL 장치는 각 자동차 제조사마다 다양한 형태로 개발되어 있으며, 그 명칭을 달리하기도 하나, 모두 하이밸브리프트(high valve lift) 작동상태와 로우밸브리프트(low valve lift) 작동상태의 원활한 전환과 하이/로우 밸브리프트 및 로스트 모션각(lost motion angle)의 제어를 통해 엔진 출력을 향상시키고 연비를 개선하고 있다.
즉, 종래 CVVL 장치에 있어서는 차량의 시동 온(ON) 상태에서 엔진 회전수와 스로틀 개도 및 흡기 압력의 변화를 각각 검출하고, 검출된 엔진 회전수와 스로틀 개도 및 흡기 압력에 대응하는 부하 조건을 결정한다. 엔진 제어부가 결정된 부하 조건에 대응하는 흡/배기 밸브의 개폐 타이밍과 밸브 리프트를 산출하고, 산출된 흡/배기 밸브의 개폐 타이밍과 밸브 리프트에 상응하여 모터를 구동해 흡/배기 밸브의 개폐 타이밍과 밸브 리프트를 조절하는 것이다.
그런데, 종래 CVVL 장치는 엔진 제어부의 제어에 따라 브러쉬리스 직류 모터(BLDC Motor)를 구동하여 다수 개의 밸브 리프트를 제어하기 위해 포지션 센서(Position Sensor)나 여러 개의 밸브 리스트 센서(Valve Lift Sensor)를 구비해야 함에 따라 개발비 및 단가가 증가하는 문제점이 있었다. 따라서, CVVL 장치에서 센서 수를 줄임으로써 개발비 및 단가를 절감할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0121692호(공개일 : 2009년11월26일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 차량 엔진의 동작에 따른 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 리프트를 연속적으로 가변시키는 연속 가변 밸브 리프트 장치에서 센서 없이 제어값을 추정하여 밸브 리프트를 제어함으로써 센서의 수를 줄이고 개발비 및 단가를 절감할 수 있도록 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 캠 샤프트에 제 1 캠이 구비되고, 상기 캠 샤프트와 나란하게 제어축 샤프트가 구비되며, 상기 제어축 샤프트에 결합된 제어축 레버와 엔진과 스윙암이 회전 가능하게 결합되며, 상기 스윙암에 제 2 캠이 피봇(Pivot) 운동 가능하게 상기 제 1 캠과 접촉하며, 브러시리스 직류(이하 BLDC) 모터의 회전에 따라 웜 기어를 통해 상기 제어축 샤프트가 회전되고, 상기 스윙암에 스윙암 샤프트로 연결된 상기 제 2 캠이 피봇 운동에 의해 상기 제 1 캠과 접촉하여 밸브 개폐부를 개폐하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치에 있어서, 상기 BLDC 모터의 홀 센서(Hall Sensor) 수(H)와 센서 마그넷(Sensor Magnet)의 극(Pole) 수(P)에 따라 상기 BLDC 모터의 회전(Revolution)당 스테이트(State) 수(S)를 결정하고, 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)를 산출하는 모터 제어부를 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치가 제공된다.
여기서, 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)는, 상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)을 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각으로 나누어 산출하고, 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각은 360도를 상기 BLCD 모터의 회전당 스테이트수(S)로 나누어 산출하게 된다.
또한, 상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)은, 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)와 상기 BLDC 모터의 샤프트와 웜 기어 간 감속비(1:N)를 이용하여 산출하게 된다.
또한, 상기 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)는, 밸브 리프트 범위(Valve Lift Range, LR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 산출하게 된다.
그리고, 상기 모터 제어부는, 상기 제어축 샤프트가 상기 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전하도록 제어하게 된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 캠 샤프트에 제 1 캠이 구비되고, 상기 캠 샤프트와 나란하게 제어축 샤프트가 구비되며, 상기 제어축 샤프트에 결합된 제어축 레버와 엔진과 스윙암이 회전 가능하게 결합되며, 상기 스윙암에 제 2 캠이 피봇(Pivot) 운동 가능하게 상기 제 1 캠과 접촉하며, 브러시리스 직류(이하 BLDC) 모터의 회전에 따라 웜 기어를 통해 상기 제어축 샤프트가 회전되고, 상기 스윙암에 스윙암 샤프트로 연결된 상기 제 2 캠이 피봇 운동에 의해 상기 제 1 캠과 접촉하여 밸브 개폐부를 개폐하도록 제어하는 모터 제어부를 포함하는 장치의 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법에 있어서, (a) 상기 모터 제어부가 상기 BLDC 모터의 홀 센서(Hall Sensor) 수(H)와 센서 마그넷(Sensor Magnet)의 극(Pole) 수(P)에 따라 상기 BLDC 모터의 회전(Revolution)당 스테이트(State) 수(S)를 결정하는 단계; (b) 상기 모터 제어부가 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)를 산출하는 단계; 및 (c) 상기 모터 제어부가 상기 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 상기 제어축 샤프트가 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전하도록 제어하는 단계를 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법이 제공된다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 모터 제어부가 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)에 대해, 상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)을 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각으로 나누어 산출하고, 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각은 360도를 상기 BLCD 모터의 회전당 스테이트수(S)로 나누어 산출하게 된다.
또한, 상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)은, 상기 모터 제어부가 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)와 상기 BLDC 모터의 샤프트와 웜 기어 간 감속비(1:N)를 이용하여 산출하게 된다.
또한, 상기 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)는, 상기 모터 제어부가 밸브 리프트 범위(Valve Lift Range, LR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 산출하게 된다.
그리고, 상기 모터 제어부는, 상기 제어축 샤프트가 상기 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전할 때, 밸브 리스트의 높이가 상기 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)로 되도록 제어하게 된다.
본 발명에 의하면, 연속 가변 밸브 리프트 장치에서 센서 없이 제어값을 추정하여 밸브 리프트를 제어하게 됨으로써 센서의 수를 줄이고 개발비 및 단가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치의 전반적인 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 일부 구성의 전개도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 제2 캠의 구성을 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 설치 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CVVL 제어 장치의 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 1 Revolution당 6 개 스테이트와 3 개의 센서 신호를 조합한 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치의 전반적인 구성을 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치(100)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 캠 샤프트(10)에 제 1 캠(20)이 구비되고, 캠 샤프트(10)와 나란하게 제어축 샤프트(30)가 구비되며, 제어축 샤프트(30)에 결합된 제어축 레버(40)와 엔진(90)과 스윙암(50)이 회전 가능하게 결합되며, 스윙암(50)에 제 2 캠(60)이 피봇(Pivot) 운동 가능하게 제 1 캠(20)과 접촉하며, 브러시리스 직류(이하 BLDC) 모터(76)의 회전에 따라 웜 기어(74)를 통해 제어축 샤프트(30)가 회전되고, 스윙암(50)에 스윙암 샤프트(52)로 연결된 제 2 캠(60)이 피봇 운동에 의해 제 1 캠(20)과 접촉하여 밸브 개폐부(92)를 개폐하게 된다.
스윙암(50)은 연결부(560)를 통해 엔진(90)에 결합되어 피봇 운동을 하고, 엔진(90)은 실린더 헤드 또는 밸브 트레인을 포함한다. 스윙암(50)에는 스윙암 샤프트(52)가 구비되고, 제 2 캠(60)이 스윙암 샤프트(52)를 중심으로 피봇 운동할 수 있다. 즉, 스윙암 샤프트(52)가 스윙암(50)의 피봇 운동의 중심이 되는 것이다.
제어축 레버(40)에는 슬라이딩부(42)가 형성되고, 스윙암(50)은 슬라이딩부(42)를 따라 이동 가능하게 구비되는 컨트롤 핀(54)을 통해 제어축 레버(40)와 결합한다.
제 2 캠(60)은 제 1 캠(20)과 접촉하는 접촉부(62) 및 밸브 개폐부(92)를 개폐하는 드라이빙부(64)를 포함한다. 접촉부(62)에는 접촉부 롤러(62)가 구비된다.
모터 제어부(110)는 다음 수학식 1과 같이 BLDC 모터(76)의 홀 센서(Hall Sensor) 수(H)와 센서 마그넷(Sensor Magnet)의 극(Pole) 수(P)에 따라 BLDC 모터의 회전(Revolution)당 스테이트(State) 수(S)를 결정한다.
Figure 112013087163081-pat00001
즉, 모터 제어부(110)는 센서 마그넷의 극 수(P)에 홀 센서의 수(H)를 곱하여 BLDC 모터(76)의 회전당 스테이트 수(S)를 산출하는 것이다.
또한, 모터 제어부(110)는 다음 수학식 2와 같이 제어축 샤프트(30)의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)를 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)를 산출하게 된다.
Figure 112013087163081-pat00002
따라서, 모터 제어부(110)는, 제어축 샤프트(30)가 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전하도록 제어하게 된다.
여기서, BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)는, 다음 수학식 3과 같이 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)을 BLDC 모터의 스테이트당 회전각으로 나누어 산출하고, BLDC 모터의 스테이트당 회전각은 360도를 BLCD 모터의 회전당 스테이트수(S)로 나누어 산출하게 된다.
Figure 112013087163081-pat00003
수학식 3에서, BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)은, 다음 수학식 4와 같이 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)와 BLDC 모터의 샤프트와 웜 기어 간 감속비(1:N)를 이용하여 산출하게 된다.
Figure 112013087163081-pat00004
즉, 모터 제어부(110)는 제어축 샤프트(30)의 회전각 범위(AR)에 BLDC 모터(76)의 샤프트와 웜 기어 간 감속비(N)를 곱하여 BLCD 모터(76)의 풀 스트로크에서의 총 회전각(x)을 산출하게 되는 것디다.
또한, 모터 제어부(110)는 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)에 대해, 수학식 5와 같이 밸브 리프트 범위(Valve Lift Range, LR)를 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 산출하게 된다.
Figure 112013087163081-pat00005
따라서, 모터 제어부(110)는, 제어축 샤프트(30)가 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전할 때, 산출된 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)로 밸브 리프트의 높이가 되도록 제어하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CVVL 제어 장치의 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 CVVL 제어 장치(100)는 먼저 모터 제어부(110)가 수학식 1과 같이 BLDC 모터의 홀 센서(Hall Sensor) 수(H)에 센서 마그넷(Sensor Magnet)의 극(Pole) 수(P)를 곱하여 BLDC 모터의 회전(Revolution)당 스테이트(State) 수(S)를 결정한다(S610).
예를 들면, 모터 제어부(110)는 BLDC 모터(76)의 극 수가 6 개이고, 홀 센서의 수가 3 개인 경우, 수학식 1에 따라 BLDC 모터(76)의 회전당 스테이트 수를 18 개로 결정하게 되는 것이다. 즉, 홀 센서 하나의 출력을 확인했을 때, 극수의 1/2 만큼의 펄스가 출력되므로, 스테이트는 극 수만큼 설정되는 것이다. 일반적으로 홀센서를 3 개 사용하면 하나의 극이 차지하는 각도의 1/3의 위치에 배치되어 홀 센싱 출력 3 개를 조합하게 되면 각 스테이트를 3 개의 스테이트로 더 나눌 수 있다.
6극 BLDC 모터(76)는 1 회전(Revolution)당 3 개의 펄스를 출력하므로, 6 개의 스테이트를 가지며, 도 7에 도시된 바와 같이 3 개의 센서 신호를 조합했을 때 수학식 1에 따라 총 18 개의 스테이트를 갖게 된다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 1 Revolution당 6 개 스테이트와 3 개의 센서 신호를 조합한 예를 나타낸 도면이다.
이어, 모터 제어부(110)는 수학식 4와 같이 제어축 샤프트의 회전각 범위(AR)에 BLDC 모터의 샤프트와 웜 기어 간 감속비(N)를 곱하여 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)을 산출한다(S620).
예를 들면, 모터 제어부(110)는 제어축 샤프트(30)의 회전각 범위(AR)가 180°이고, BLDC 모터(760)의 샤프트와 웜 기어(74) 간 감속비가 1:100이라면, 풀 스트로크 시 BLDC 모터(76)의 총 회전각(x)은 18,000°로 산출하게 되는 것이다.
이어, 모터 제어부(110)는 수학식 3과 같이 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)을 BLDC 모터의 스테이트당 회전각으로 나누어 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)를 산출한다(S630).
여기서, BLDC 모터의 스테이트당 회전각은 360도를 BLCD 모터의 회전당 스테이트수(S)로 나누어 산출하게 된다. 즉, 360도를 18 스테이트로 나누면 BLDC 모터의 스테이트당 회전각은 20°가 된다. 따라서, AR 18,000°를 20°로 나누면 Overall Range에서의 BLDC 모터의 스테이트 총 수(Max)는 900 스테이트를 얻을 수 있다.
이어, 모터 제어부(110)는 수학식 2와 같이 제어축 샤프트의 회전각 범위(AR)를 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)를 산출한다(S640).
예를 들어, 제어축 샤프트(30)의 회전각 범위(AR)가 180°이면, BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)는 0.2°를 얻을 수 있다.
이어, 모터 제어부(110)는 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 제어축 샤프트가 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전하도록 제어한다(S650).
즉, 모터 제어부(110)는 BLDC 모터의 하나 스테이트당 제어축 샤프트(30)가 0.2°로 회전되도록 제어하게 되는 것이다.
이어, 모터 제어부(110)는, 제어축 샤프트가 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전할 때, 밸브 리프트의 높이가 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)로 되도록 제어하게 된다(S660).
여기서, BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)는, 수학식 5와 같이 모터 제어부가 밸브 리프트 범위(Valve Lift Range, LR)를 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 산출하게 된다.
엔진(90)의 작동 상태에 따라 밸브의 작은 개폐가 요구되는 경우, 모터 제어부(110)는 BLDC 모터(76)를 제어하여 제어축 샤프트(30)를 반시계 방향으로 회전시킨다. 따라서, 제어축 샤프트(30)와 연결된 제어축 레버(40)도 반시계 방향으로 회전하여 컨트롤 핀(54)이 슬라이딩부(42)를 따라 이동한다. 슬라이딩부(420)는 스윙암(50)이 연결부(56)를 중심으로 회전할 수 있도록 타원 형상으로 형성될 수 있다. 제어축 레버(40)의 반시계 방향으로의 회전에 따라 스윙암(50)은 연결부(56)를 중심으로 반시계 방향으로 회전한다. 이에, 스윙암 샤프트(52)가 이동하여 드라이빙부(64)와 밸브 개폐부 롤러(94)와의 상대적인 접촉 위치가 이동하게 된다. 즉, 하이 리프트 모드에서 로우 리프트 모드로 밸브의 작동이 변경되면, 밸브 개폐부 롤러(94)와 드라이빙부(64)의 상대적인 접촉 위치가 이동하게 되고, 로우 리프트 모드에서 드라이빙부(64)의 상대적인 접촉 위치가 이동하여 밸브 리프트(L)가 상대적으로 작아지게 된다.
한편, 로우 리프트 모드에서 하이 리프트 모드로 전환되면, 제어축 샤프트(30)는 시계 방향으로 회전하며, 스윙암(50)도 시계 방향으로 회전한다. 따라서, 밸브 개폐부 롤러(94)와 드라이빙부(64)의 상대적인 접촉 위치가 이동하여 밸브 리프트(L)가 증가한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량 엔진의 동작에 따른 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 리프트를 연속적으로 가변시키는 연속 가변 밸브 리프트 장치에서 센서 없이 제어값을 추정하여 밸브 리프트를 제어함으로써 센서의 수를 줄이고 개발비 및 단가를 절감할 수 있도록 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 차량 엔진의 동작에 따른 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 리프트를 연속적으로 가변시키는 연속 가변 밸브 리프트 장치에서 센서 없이 제어값을 추정하여 밸브 리프트를 제어함으로써 센서의 수를 줄이고 개발비 및 단가를 절감할 수 있도록 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치 및 방법에 적용할 수 있다.
100 : CVVL 제어 장치 110 : 모터 제어부
10 : 캠 샤프트 20 : 제 1 캠
30 : 제어축 샤프트 40 : 제어축 레버
42 : 슬라이딩부 50 : 스윙암
52 : 스윙암 샤프트 54 : 컨트롤 핀
56 : 연결부 60 : 제 2 캠
62 : 접촉부 롤러 64 : 드라이빙부
72 : 웜 휠 74 : 웜 기어
76 : BLDC 모터 90 : 엔진
92 : 밸브 개폐부 94 : 밸브 개폐부 롤러

Claims (10)

  1. 캠 샤프트에 제 1 캠이 구비되고, 상기 캠 샤프트와 나란하게 제어축 샤프트가 구비되며, 상기 제어축 샤프트에 결합된 제어축 레버와 엔진과 스윙암이 회전 가능하게 결합되며, 상기 스윙암에 제 2 캠이 피봇(Pivot) 운동 가능하게 상기 제 1 캠과 접촉하며, 브러시리스 직류(이하 BLDC) 모터의 회전에 따라 웜 기어를 통해 상기 제어축 샤프트가 회전되고, 상기 스윙암에 스윙암 샤프트로 연결된 상기 제 2 캠이 피봇 운동에 의해 상기 제 1 캠과 접촉하여 밸브 개폐부를 개폐하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 홀 센서(Hall Sensor) 수(H)와 센서 마그넷(Sensor Magnet)의 극(Pole) 수(P)에 따라 상기 BLDC 모터의 회전(Revolution)당 스테이트(State) 수(S)를 결정하고, 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)를 산출하는 모터 제어부;
    를 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)는, 상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)을 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각으로 나누어 산출하고, 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각은 360도를 상기 BLCD 모터의 회전당 스테이트수(S)로 나누어 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)은, 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)와 상기 BLDC 모터의 샤프트와 웜 기어 간 감속비(1:N)를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)는, 밸브 리프트 범위(Valve Lift Range, LR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터 제어부는, 상기 제어축 샤프트가 상기 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 장치.
  6. 캠 샤프트에 제 1 캠이 구비되고, 상기 캠 샤프트와 나란하게 제어축 샤프트가 구비되며, 상기 제어축 샤프트에 결합된 액추에이팅 레버와 엔진과 스윙암이 회전 가능하게 결합되며, 상기 스윙암에 제 2 캠이 피봇(Pivot) 운동 가능하게 상기 제 1 캠과 접촉하며, 브러시리스 직류(이하 BLDC) 모터의 회전에 따라 웜 기어를 통해 상기 제어축 샤프트가 회전되고, 상기 스윙암에 스윙암 샤프트로 연결된 상기 제 2 캠이 피봇 운동에 의해 상기 제 1 캠과 접촉하여 밸브 개폐부를 개폐하도록 제어하는 모터 제어부를 포함하는 장치의 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 모터 제어부가 상기 BLDC 모터의 홀 센서(Hall Sensor) 수(H)와 센서 마그넷(Sensor Magnet)의 극(Pole) 수(P)에 따라 상기 BLDC 모터의 회전(Revolution)당 스테이트(State) 수(S)를 결정하는 단계;
    (b) 상기 모터 제어부가 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)를 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 모터 제어부가 상기 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 상기 제어축 샤프트가 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전하도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 모터 제어부가 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)에 대해, 상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)을 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각으로 나누어 산출하고, 상기 BLDC 모터의 스테이트당 회전각은 360도를 상기 BLCD 모터의 회전당 스테이트수(S)로 나누어 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 풀 스트로크(Full Stroke)에서의 총 회전각(x)은, 상기 모터 제어부가 상기 제어축 샤프트의 회전각 범위(Rotation Angle Range, AR)와 상기 BLDC 모터의 샤프트와 웜 기어 간 감속비(1:N)를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)는, 상기 모터 제어부가 밸브 리프트 범위(Valve Lift Range, LR)를 상기 BLDC 모터의 전체범위(Overall Range)에서의 스테이트 총수(Max)로 나누어 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 모터 제어부는, 상기 제어축 샤프트가 상기 BLDC 모터의 하나의 스테이트에 대해 상기 BLDC 모터의 스테이트당 제어축 회전 각도(A)로 회전할 때, 밸브 리스트의 높이가 상기 BLDC 모터의 스테이트당 밸브 리프트(L)로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 제어 방법.
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