KR101558392B1 - 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템은 밸브를 리프트시키는 캠이 돌출되어 형성된 캠샤프트, 상기 캠샤프트의 일측에 장착되고, 내부에 지각실이나 진각실이 형성되는 가변기구, 상기 지각실이나 상기 진각실로 유압을 공급하여 상기 캠샤프트의 회전을 지각시키거나 진각시키는 오일컨트롤밸브, 상기 캠의 회전위치를 감지하는 캠위치감지부, 및 상기 캠위치감지부로부터 상기 캠샤프트의 위치신호를 감지하고, 상기 위치신호의 변동이 설정범위를 초과하면 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 가변시키는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템{CONTROL SYSTEM OF VARIABLE VALVE TIMING DEVICE}
본 발명은 흡기밸브의 리프트시기를 진각, 중간, 및 지각 상태로 가변적으로 제어함으로써 전체적인 에너지 소비 효율을 향상시키고 출력을 향상시키는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템에 관한 것이다.
내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다. 공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다.
또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.
그런데, 엔진의 회전 속도나 부하 등 운전 조건에 따라 최적의 흡기밸브/배기밸브 개폐시점 및 개방 시간이 달라진다.
즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 타이밍 (lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타이밍이 달라지게 된다.
따라서, 밸브의 리프트타이밍을 지각시키거나 진각시키는 기술이 소개되었고, 엔진의 운행조건에 따라서 밸브의 리프트 타이밍을 조절함으로써 연소효율을 향상시킬 수 있다.
특히, CVVT(연속 가변밸브 제어) 시스템은 엔진의 밸브 개폐시기를 엔진 회전수에 따라 최적화 제어하여 연비향상, 배출가스저감, 저속 토크 증대 및 출력 향상의 효과를 가져온다.
아울러, 흡/배기 밸브의 밸브오버랩을 증대하여 펌핑로스를 저감하여 연비 향상 효과가 있고, 엔진조건에 따른 밸브오버랩 최적화로 내부 EGR에 의한 미연소가스의 재연소 효과로 배출가스 저감 효과가 있고, 엔진조건에 따른 흡기 밸브타이밍 최적화로 체적효율을 증대하여 저속 토크 증대 및 출력향상 효과가 있다.
최근엔 기존 CVVT 시스템의 응답성 및 작동 영역 제한에 대한 문제점을 개선한 중간위상 CVVT 시스템에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 중간위상 CVVT 시스템은 캠의 위치를 최지각(흡기), 최진각(배기) 위치가 아닌, 중간 위치에서 제어를 하기 때문에 응답성이 빠르고 캠의 사용 영역을 넓힐 수 있어, 연비 향상 및 배출가스 저감 효과가 우수하다.
한편, 중간위상 CVVT 시스템의 경우 정밀 제어를 통한 응답성 향상 및 연비향상 효과를 얻을 수 있지만, 솔레노이드 밸브의 PWM 제어 주파수와 엔진의 캠에 공진이 발생하는 경우 캠 위치가 흔들리는 현상이 발생한다. 이런 경우 캠의 제어성과 안정성에 문제가 발생할 수 있고, 엔진의 성능 및 안정성에 악영향을 미치게 된다. 종래기술로써, 일본 공개 특허 2000-145471가 있다.
본 발명의 목적은 오일컨트롤밸브를 통해서 캠을 진각/지각시키는 구조에서캠의 회전위치가 요동치는 경우에 이러한 요동을 저감시킴으로써 엔진의 성능과 안정성을 향상시키는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템은 밸브를 리프트시키는 캠이 돌출되어 형성된 캠샤프트, 상기 캠샤프트의 일측에 장착되고, 내부에 지각실이나 진각실이 형성되는 가변기구, 상기 지각실이나 상기 진각실로 유압을 공급하여 상기 캠샤프트의 회전을 지각시키거나 진각시키는 오일컨트롤밸브, 상기 캠의 회전위치를 감지하는 캠위치감지부, 및 상기 캠위치감지부로부터 상기 캠샤프트의 위치신호를 감지하고, 상기 위치신호의 변동이 설정범위를 초과하면 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 가변시키는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 변동은 상기 위치신호의 진동폭을 포함할 수 있다.
상기 변동은 상기 위치신호와 미리 설정된 목표값 사이의 차이값일 수 있다.
상기 미리 설정된 목표값은 운행조건에 따라서 가변될 수 있다.
상기 가변기구는 상기 캠의 위치를 진각위치와 지각위치 사이에 중간위치로 유지하는 로킹핀을 포함할 수 있다.
상기 가변기구는 회전력을 전달받는 회전력전달부를 포함하고, 상기 회전력전달부는 체인 또는 벨트를 통해서 회전력을 전달받을 수 있다.
상기 제어부가 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 가변시킨 후에, 상기 위치신호의 변동특성이 설정범위에 포함되면, 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 복귀시킬 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 위치센서를 통해서 캠의 위치가 설정폭을 벗어나 흔들리는 것으로 판단되면, 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 가변시킴으로써 캠이 공진에 의해서 흔들리는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
아울러, 캠의 위치가 흔들리는 것이 방지되어, 캠의 제어성과 안정성을 향상시킬 수 있고, 엔진의 성능 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템의 일부 개략적인 내부 측면도 및 밸브의 리프트를 보여주는 그래프를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 제어시스템에서 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에서 밸브의 움직임을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템의 일부 개략적인 내부 측면도 및 밸브의 리프트를 보여주는 그래프를 포함한다.
도 1을 참조하면, 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템은 캠(미도시)이 형성된 캠샤프트(170), 진각실(110)과 지각실(130)이 형성된 스프라켓(100), 로킹핀(120), 캠위치센서(150), 오일컨트롤밸브(140), 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 캠위치센서(150)는 상기 캠샤프트(170) 또는 상기 캠샤프트(170)에 배치되는 캠의 위치를 감지하고, 이 감지신호를 상기 제어부(150)로 전달한다. 상기 제어부(150)는 상기 캠위치센서(150)에서 전달된 감지신호를 통해서 상기 캠샤프트(170)의 회전위치 또는 캠의 위치를 연산(선택)하고, 운행조건에 따라서 상기 오일컨트롤밸브(140)를 제어한다.
상기 오일컨트롤밸브(140)는 상기 스프라켓(100) 내부에 형성된 진각실(110) 또는 지각실(130)로 유압을 공급하여, 상기 스프라켓(100)을 기준으로 상기 캠샤프트(170)를 진각시키거나 지각시킨다.
즉, 상기 진각실(110)로 유압이 공급되면, 상기 스프라켓(100)을 기준으로 상기 캠샤프트(170)가 시계방향으로 회전하여, 상기 캠샤프트(170)에 형성된 캠이 진각된다. 그리고, 상기 지각실(130)로 유압이 공급되면, 상기 스프라켓(100)을 기준으로 상기 캠샤프트(170)가 시계 반대방향으로 회전하여, 상기 캠샤프트(170)에 형성된 캠이 지각된다.
상기 로킹핀(120)은 별도로 공급되는 유압에 의해서 작동하여 상기 스프라켓(100)과 상기 캠샤프트(170)를 고정하여 상기 캠샤프트(170)가 지각위치와 진각위치 사이의 중간위치에 고정되도록 한다.
따라서, 엔진의 운행조건에 따라서 배기밸브 또는 흡기밸브가 진각위치, 중간위치, 및 지각위치로 각각 제어된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 스프라켓(100)은 체인을 통해서 엔진의 크랭크샤프트로부터 회전력을 전달받을 수 있고, 상기 스프라켓(100)은 풀리로 대체될 수 있다. 특히, 상기 풀리는 벨트를 통해서 엔진의 크랭크샤프트로부터 회전력을 전달받을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 제어시스템에서 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S200에서 상게 제어부(150)가 제어를 시작하고, S210에서 상기 제어부는 캠 공진 방지 로직을 수행한다.
상기 캠 공진 방지 로직을 통해서 상기 제어부(150)는 상기 진각실(110) 또는 상기 지각실(130)로 유압을 공급하여, 상기 캠샤프트(170)의 위치를 제어하고, 그 과정에서 상기 캠샤프트(170)의 회전위치가 변동되는 것을 미연에 방지한다.
S220에서 상기 제어부(150)는 상기 캠위치센서(150)로부터 상기 캠샤프트(170)의 회전위치를 감지하고, 그 감지신호는 미리 설정된 목표값에서 일정한 범위 내에서 상승과 하락을 반복하여 변동폭을 형성한다. 그리고, 상기 제어부(150)는 그 변동폭이 설정값을 초과하는 지를 판단한다.
감지신호의 변동폭이 설정값을 초과하는 것으로 판단되면, S230에서 상기 제어부(150)는 상기 오일컨트롤밸브(140)의 PWM듀티를 제어하는 신호의 주파수를 미리 설정된 값으로 가변시킨다.
그리고, S240에서 상기 제어부(150)는 상기 캠위치센서(150)로부터 상기 캠샤프트(170)의 회전위치를 감지하고, 그 감지신호의 변동폭이 설정값을 초과하는 지를 다시 판단한다.
상기 감지신호의 변동폭이 설정값 미만인 것으로 판단되면, S250에서 상기 제어부(150)는 상기 오일컨트롤밸브(140)의 PWM듀티를 제어하는 신호의 주파수를 복귀시키고, 상기 감지신호의 변동폭이 설정값 이상인 것으로 판단되면, S210 또는 S220을 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에서 밸브의 움직임을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 상기 오일컨트롤밸브(140)를 제어하는 PWM듀티의 주파수 및 캠의 위치를 각각 나타낸다.
상기 캠위치는 상기 캠샤프트(170)의 회전위치와 대응하고, 운행조건에 따라서 목표값이 설정되고, 상기 캠위치는 상기 목표값을 따라서 가변된다.
그러나, 상기 오일컨트롤밸브(140)에서 공급되는 유압의 변동이나 기타 다른 이유로 상기 캠위치는 상기 목표값을 중심으로 설정된 영역 안에서 일정한 주파수의 주기를 가지고 변동한다.
상기 캠위치의 변동폭이 설정값을 초과하는 영역은 공진영역으로 판단되고, 본 발명의 실시예에서 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 제어 주파수를 가변시킴으로써, 상기 캠위치의 변동폭이 줄어들어 공진영역이 정상영역으로 전환된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 캠위치의 변동폭이 설정값을 초과하는 것으로 판단되면, 공진영역으로 판단될 수 있다. 그리고, 상기 캠위치의 변동폭은 상기 목표값을 기준으로 연산될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 스프라켓 110: 진각실
120: 로킹핀 130: 지각실
140: 오일컨트롤밸브 150: 제어부
160: 캠위치센서 170: 캠샤프트

Claims (7)

  1. 밸브를 리프트시키는 캠이 돌출되어 형성된 캠샤프트;
    상기 캠샤프트의 일측에 장착되고, 내부에 지각실이나 진각실이 형성되는 가변기구;
    상기 지각실이나 상기 진각실로 유압을 공급하여 상기 캠샤프트의 회전을 지각시키거나 진각시키는 오일컨트롤밸브;
    상기 캠의 회전위치를 감지하는 캠위치감지부; 및
    상기 캠위치감지부로부터 상기 캠샤프트의 위치신호를 감지하고, 상기 위치신호의 변동특성이 설정범위를 초과하면 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 가변시키는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 변동특성은 상기 위치신호의 진동폭을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 변동특성은 상기 위치신호와 미리 설정된 목표값 사이의 차이값인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 미리 설정된 목표값은 운행조건에 따라서 가변되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 가변기구는 상기 캠의 위치를 진각위치와 지각위치 사이에 중간위치로 유지하는 로킹핀; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 가변기구는 회전력을 전달받는 회전력전달부; 를 포함하고,
    상기 회전력전달부는 체인 또는 벨트를 통해서 회전력을 전달받는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 제어부가 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 가변시킨 후에,
    상기 위치신호의 변동특성이 설정범위에 포함되면, 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 PWM듀티의 주파수를 초기값으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치의 제어시스템.
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