KR101693941B1 - 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법은 중간 위상 CVVT(Continuously Variable Valve Timing System)의 위치제어를 시작한 엔진 ECU(Electronic Control Unit)가 캠 위치를 읽고, 중간 위상 CVVT의 파킹(Parking)에 일치되는 캠 위치를 판단한 후 캠 위치지각(CAM undershoot)이 방지되도록 엔진점화시기를 보상해주며, 엔진점화시기의 보상 후 엔진작동조건에 따른 점화시기제어로 복귀됨으로써 중간위상CVVT에서 CVVT 작동 시 캠 위치 Undershoot(CVVT 지각)현상에 따른 엔진 RPM Drop을 방지하고, 특히 중간위상CVVT 성능개선이 점화시기 보상을 통한 소프트웨어적으로 구현됨으로써 시간/비용 과다로 현실적으로 적용하기 어려운 중간위상 CVVT 하드웨어 구조 및 유로 개선이 요구되지 않는 특징을 갖는다.

Description

점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법{Improving Operation Method of Middle Phase type Continuously Variable Valve Timing System by Ignition time Compensation}
본 발명은 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 캠 위치지각현상(CAM undershoot)에 따른 엔진의 RPM Drop이 해소된 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법에 관한 것이다.
최근 들어 연비향상, 배출가스저감, 저속 토크 증대 및 출력 향상에 대한 높은 요구에 맞춰 엔진의 흡/배기밸브 개폐시기를 엔진 회전수에 따라 최적화 제어하는 연속 가변 밸브 제어 시스템(Continuously Variable Valve Timing System 또는 Camshaft Phaser System, 이하 CVVT)의 성능 개선을 필요로 하고 있다.
이러한 CVVT 성능개선요구를 시스템 응답성 향상 및 캠 작동 영역 확장으로 달성한 예로서, 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템(Middle Phase type Continuously Variable Valve Timing System, 이하 중간위상 CVVT)가 있다. 특히, 상기 중간위상 CVVT에서는 스풀(또는 플런저)의 움직임으로 유로를 형성하는 솔레노이드 밸브(일례로, OCV(Oil-Flow Control Valve))가 적용되고, PWM DUTY(Pulse Width Modulation Duty)를 인가하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)가 위치제어를 수행하며, 위치제어 수행 시 캠의 위치를 최지각(흡기), 최진각(배기) 위치가 아닌 중간 위치(파킹)에서 제어함으로써 CVVT대비 시스템 응답성이 빨라지고 캠 사용 영역이 넓혀진다.
그러므로, 중간위상 CVVT에서는 흡/배기 밸브의 밸브오버랩 증대에 의한 펌핑로스 저감으로 연비가 향상되는 효과를 더욱 높이고, 엔진조건에 따른 밸브오버랩 최적화를 통한 내부 EGR에 의한 연소가스 재연소로 배출가스 저감효과를 더욱 향상하며, 엔진조건에 따른 흡기 밸브타이밍 최적화에 의한 체적효율 증대로 저속 토크 증대 및 출력향상 효과를 더욱 높임으로써 CVVT대비 연비 향상 및 배출가스 저감 효과의 개선을 가져온다.
일본공개특허 2011-163270(2011년8월25일)
하지만, 엔진 시동시 엔진 ECU에서는 중간 위상 CVVT의 파킹 위치에서 진각 위치로 위치제어가 이루어짐으로써 오일 유로가 지각 유로를 지나서 진각 유로에 진입하지만, 일부 악조건에서 중간위상 CVVT가 지각 유로를 지나는 순간 중간위상 CVVT가 지각 되면서 엔진의 RPM DROP을 가져올 수 있다. 특히. 엔진의 RPM DROP은 엔진 시동 안정성 악화 및 소비자 불만을 유발한다. 일례로, -7도의 캠위치지각현상(undershoot)은 약 150RPM 정도의 RPM DROP으로 나타난다.
이러한 엔진의 RPM DROP 현상은 파킹 => 지각 => 홀딩 => 진각 유로 순서로 움직이는 플런저의 전기적 응답속도를 빨리함으로써 지각 유로로 오일이 유입되지 않도록 지각 유로를 빠르게 지나가도록 해 해소될 수 있으나, 전기 에너지가 인가되는 솔레노이드 밸브의 플런저가 움직이기 시작하는 순간까지 Dead Zone이 존재함으로써 플런저 응답 속도 향상에 물리적 한계가 존재할 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 물리적 한계성을 갖는 밸브 플런저 응답성 향상 대신 점화시기를 보상함으로써 캠 위치지각현상(CAM undershoot)에 따른 엔진의 RPM Drop이 해소된 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법은 (A) 중간 위상 CVVT(Continuously Variable Valve Timing System)의 위치제어를 시작한 엔진 ECU(Electronic Control Unit)가 캠 위치를 읽고, (B) 상기 엔진 ECU가 상기 중간 위상 CVVT의 파킹(Parking)에 일치되는 캠 위치를 판단하면, 캠 위치지각(CAM undershoot)이 방지되도록 엔진점화시기를 보상해주며, (C) 상기 엔진점화시기의 보상 후 엔진작동조건에 따른 점화시기제어로 복귀되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진점화시기 보상은 상기 중간 위상 CVVT의 지각 통과 전 수행된다. 상기 엔진점화시기 보상은 상기 엔진 ECU가 읽은 캠 위치에 따른 엔진의 현재점화시기를 보상한다. 상기 현재점화시기의 보상은 캠 위치지각(CAM undershoot)이 방지되는 CVVT 보상점화시기를 현재점화시기에 더하여 이루어진다.
상기 엔진작동조건에 따른 점화시기제어의 복귀는 캠 위치로 판단된다. 상기 캠 위치는 상기 중간 위상 CVVT의 지각을 벗어난 위치이다.
이러한 본 발명은 중간위상CVVT에서 CVVT 작동 시 캠 위치 Undershoot(CVVT 지각)현상에 따른 엔진 RPM Drop 문제점을 해결하고, RPM Drop 문제점 개선을 통해 차량의 안정성 증대 및 고객 불만을 예방할 수 있다.
또한, 본 발명은 중간위상CVVT 성능개선이 점화시기 보상을 통한 소프트웨어적으로 구현됨으로써 시간/비용 과다로 현실적으로 적용하기 어려운 중간위상 CVVT 하드웨어 구조 및 유로 개선이 요구되지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템의 캠 위치제어(파킹/지각/홀딩/진각)의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 점화시기 보상 구간을 예시한 캠 위치 선도의 예이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 점화시기 보상을 통한 중간위상 CVVT 작동성능 향상 방법으로서, 이러한 제어는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)에서 이루어짐으로 설명된다.
도시된 바와 같이, 작동제어조건에서 중간 위상 CVVT를 제어하는 엔진 ECU는 CVVT 토크보상모드(S30)를 수행함에 그 특징을 갖는다. 이러한 이유는 중간 위상 CVVT가 파킹(Detent 또는 Locking) => 지각 => 홀딩 => 진각 유로 순서에 따른 작동 상태를 나타낸 도 2를 통해 알 수 있다. 도시된 바와 같이, 중간위상 CVVT에는 OCV(10-1)가 구비되고, 상기 OCV(10-1)에는 흡기밸브와 배기밸브를 제어하는 캠(10-3)에 이어진 유압회로(10-2)가 연결되고, 상기 유압회로(10-2)에는 상기 캠(10-3)을 최지각과 최진각의 중간 위치에서 고정하는 락핀(Lock Pin)(10-4)이 구비되며, PWM 듀티신호로 OCV(10-1)의 플런저(또는 스풀)위치가 이동됨으로써 유압회로(10-2)에 대한 오일 유로 제어가 이루어진다. 그러므로, 엔진 ECU가 파킹상태에서 OCV(10-1)에 인가하는 PWM 듀티신호는 최지각과 최진각의 중간위치에서 캠(10-3)을 고정시킨 락핀(10-4)의 파킹상태가 해제되는 오일 흐름을 발생시키고, 이어서 OCV(10-1)에 인가되는 또 다른 PWM 듀티신호는 캠(10-3)의 상태를 지각 -> 홀딩 -> 진각으로 전환시키거나 그 역으로 전환시키게 된다.
이로부터, 엔진 시동시 엔진 ECU가 중간 위상 CVVT를 파킹 위치에서 목표 위치인 홀딩 또는 진각 위치로 위치 제어할 때 지각 위치를 지나감을 알 수 있고, 이 경우 오일은 중간위상 CVVT가 지각 유로를 지나는 순간 지각유로로 유입되지 않아야 캠 위치지각(CAM undershoot)이 방지될 수 있음을 알 수 있다.
그러므로, S30의 CVVT 토크보상모드에서는 물리적 한계성을 갖는 OCV(10-1) 대신 지각에서 진각으로 진행하는 캠 위치를 이용한 점화시기 보상 방식이 적용됨으로써 캠 위치지각(CAM undershoot)의 해소 및 엔진 RPM Drop의 방지가 이루어진다.
구체적으로, S10과 같이 엔진 ECU가 작동제어조건에 의해 중간 위상 CVVT를 제어하기 시작하면, S20과 같이 캠 포지션을 읽은 후 S30과 같이 중간 위상 CVVT의 위치 제어를 위한 CVVT 토크보상모드 진입여부를 판단한다. 이때, CVVT 토크보상모드는 현재 캠 위치가 파킹 위치이고, 중간 위상 CVVT 작동시 목표 위치가 홀딩 또는 진각 위치가 되는 조건을 적용한다.
S30에서 CVVT 토크보상모드 진입이 필요하지 않으면 엔진 ECU는 점화시기 보상을 적용하지 않고 중간 위상 CVVT 위치를 제어하는데, 이는 엔진 ECU로 위치제어되는 중간 위상 CVVT가 이미 지각유로를 지나갔음을 의미한다. 여기서, CVVT 토크보상모드가 적용되지 않는 중간 위상 CVVT 위치제어는 지각유로에서 점화시기 보상 없이 파킹 => 지각 => 홀딩 => 진각 유로로 제어됨을 의미한다.
반면, S30에서 CVVT 토크보상모드 진입이 필요하면, 엔진 ECU는 S40과 같이 엔진토크보상제어시작모드로 진입함으로써 S50과 같이 점화시기보상이 이루어진다. 상기 점화시기보상은 엔진의 기본 작동 조건에 따른 현재 점화시기에 CVVT 보상 점화시기 값을 더해서 정해진다.
수학식 : 점화시기보상 = 현재 점화시기 + CVVT 보상점화시기
여기서, CVVT 보상 점화시기는 실차에 대한 차량 평가를 통해 구해져 엔진 ECU에 데이터나 맵으로 저장되는 값이므로, 차량마다 최적 Calibration이 다르므로 구체적인 값은 특정되지 않는다.
점화시기보상 적용시점은 도 3을 통해 예시되는데, 도 3의 "A"는 엔진 RPM Drop이 발생되는 캠 위치 값이므로 "A"는 점화시기보상 적용시점을 나타낸다. 그러므로, 점화시기보상 결과는 중간 위상 CVVT 위치제어 시 파킹에서 지각으로 넘어가는 지각유로에서 캠 위치지각(CAM undershoot)의 해소 및 엔진 RPM Drop의 방지가 이루어질 수 있다.
S50에서 점화시기보상이 이루어지고 나면, 엔진 ECU는 S60과 같이 CVVT 토크보상해제조건을 확인한다. 이를 위해, 엔진 ECU는 다시 캠 위치를 읽어 캠 포지션이 지각 위치를 지났는지를 판단한다. 이는, 캠 포지션이 지각 위치를 지나면 엔진 RPM Drop의 원인인 캠 위치지각(CAM undershoot)이 해소됨으로써 엔진 토크 보상이 필요 없기 때문이다.
S60에서 캠 포지션이 지각 위치를 지나지 않았으면 S40으로 피드백되어 점화시기보상제어를 지속하고, 반면, S60에서 캠 포지션이 지각 위치를 지났으면 S70으로 진입해 엔진토크보상을 해제함으로써 CVVT 토크보상모드가 종료된다.
그러면, 엔진 ECU는 목표위치인 홀딩 또는 진각으로 중간 위상 CVVT 위치제어를 지속하여 준다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법은 중간 위상 CVVT의 위치제어를 시작한 엔진 ECU가 캠 위치를 읽고, 중간 위상 CVVT의 파킹(Parking)에 일치되는 캠 위치를 판단한 후 캠 위치지각(CAM undershoot)이 방지되도록 엔진점화시기를 보상해주며, 엔진점화시기의 보상 후 엔진작동조건에 따른 점화시기제어로 복귀됨으로써 중간위상CVVT에서 CVVT 작동 시 캠 위치 Undershoot(CVVT 지각)현상에 따른 엔진 RPM Drop을 방지하고, 특히 중간위상CVVT 성능개선이 점화시기 보상을 통한 소프트웨어적으로 구현됨으로써 시간/비용 과다로 현실적으로 적용하기 어려운 중간위상 CVVT 하드웨어 구조 및 유로 개선이 요구되지 않는다.
10 : 중간위상CVVT(Middle Phase Control Continuously Variable Valve Timing System)
10-1 : 오일제어밸브(Oil-Flow Control Valve)
10-2 : 유압회로 10-3 : 캠
10-4 : 락핀(Lock Pin)

Claims (6)

  1. (A) 중간 위상 CVVT(Continuously Variable Valve Timing System)의 위치제어를 시작한 엔진 ECU(Electronic Control Unit)가 캠 위치를 읽고,
    (B) 상기 엔진 ECU가 상기 중간 위상 CVVT의 파킹(Parking)에 일치되는 캠 위치를 판단하면, 캠 위치지각(CAM undershoot)이 방지되도록 엔진점화시기를 보상해주며,
    (C) 상기 엔진점화시기의 보상 후 엔진작동조건에 따른 점화시기제어로 복귀되고;
    상기 엔진점화시기의 보상은 상기 위치제어 시 상기 파킹에서 지각으로 넘어가는 지각유로를 적용시점으로 하는
    것을 특징으로 하는 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진점화시기 보상은 상기 지각 통과 전 수행되는 것을 특징으로 하는 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 엔진점화시기 보상은 상기 엔진 ECU가 읽은 캠 위치에 따른 엔진의 현재점화시기를 보상하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 엔진점화시기의 보상은 캠 위치지각(CAM undershoot)이 방지되는 CVVT 보상점화시기를 현재점화시기에 더하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (C)에서, 상기 엔진작동조건에 따른 점화시기제어의 복귀는 캠 위치로 판단되는 것을 특징으로 하는 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 캠 위치는 상기 중간 위상 CVVT의 지각을 벗어난 위치인 것을 특징으로 하는 점화시기 보상을 통한 중간위상 연속 가변 밸브 제어 시스템 작동성능 향상 방법.
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