KR101791341B1

KR101791341B1 - 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법 및 장치

Info

Publication number: KR101791341B1
Application number: KR1020160064354A
Authority: KR
Inventors: 백진욱; 백수황
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-10-27

Abstract

본 발명의 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법은 CMP센서(Camshaft Position Sensor)의 펄스로 계산된 cmp_rpm(revolution per minute)이 기준 rpm인 ref_rpm보다 작아 IG_OFF로 판단되면, 액추에이터(10)의 IG_OFF 시 위치제어를 위해 캠 샤프트를 0°로 설정한 후 배터리의 검출전압 bat_vol를 기준전압인 ref_vol와 비교하고, bat_vol이 ref_vol 보다 높으면 배터리로 구동된 액추에이터(10)의 출력으로 숏 사이드 위치제어가 이루어지는 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어를 수행하며,bat_vol이 ref_vol 보다 낮으면 배터리로 구동된 액추에이터(10)의 출력을 캠 샤프트에 부 토크(Negative Torque)가 걸릴 때 캠 샤프트에 부가하여 숏 사이드 위치제어가 이루어지는 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 구현됨으로써 IG_OFF에 의한 배터리(40)의 전압 강하 하에서도 시동 시 CVVD(1)의 숏 사이드 위치로 인한 엔진 시동성 문제가 발생되지 않는 특징을 구현한다.

Description

엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법 및 장치{Continuously Variable Valve Duration Apparatus for Developing On Demanding Engine Ignition Position and Controlling Method thereof}

본 발명은 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 관한 것으로, 특히 엔진시동오프(IGNITION OFF)에 의한 배터리 전압강하 상태에서 정확한 엔진시동위치확립으로 시동성 저하가 발생되지 않도록 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 연비향상, 배출가스저감, 저속 토크 증대 및 출력 향상에 대한 높은 요구를 맞추기 위해선 밸브(흡기 또는 배기 밸브)개폐시기를 엔진 회전수에 따라 최적화 제어하고, 특히 엔진 오프(OFF) 시 흡기 밸브의 정확한 동작 타이밍을 위해 시동 위치의 정확성 유지가 요구된다.

이를 위한 기술로서, 연속가변밸브타이밍(Continuously Variable Valve Timing, 이하 CVVT)의 기술이 있다. 상기 CVVT는 캠 샤프트를 직접 제어하는 방식이고, 특히 중간위상(Middle Phase)제어로 시스템 응답성 향상 및 캠 작동 영역 확장이 이루어진다.

다른 기술로서, 연속 가변 밸브 듀레이션(Continuously Variable Valve Duration, 이하 CVVD)의 기술이 있다. 상기 CVVD는 액추에이터(또는 모터)와 밸브 리프터를 적용함으로써 CVVT와 같이 밸브 듀레이션(valve duration)이 고정된 상태로 밸브 열림/닫힘 시점을 동시에 변경시켜주는 대신 밸브 듀레이션을 엔진의 동작 상태에 따라 가변 시킬 수 있다. 그러므로 상기 CVVD는 독자적으로 적용되거나 CVVT 성능 향상을 위해 CVVT와 함께 구성될 수 있다.

특히, 상기 CVVD는 액추에이터의 위치를 숏 사이드(short-side)와 롱 사이드(long-side)로 정의하고, 엔진시동오프(IGNITION OFF, 이하 IG_OFF) 시 숏 사이드 복귀로 정확한 시동 위치를 확보함으로써 엔진의 시동성을 유지시켜준다. 여기서, 상기 숏 사이드와 롱 사이드(long-side)의 위치는 360°회전 각도에서 0°를 숏 사이드 위치로 정의하고 173°를 롱 사이드 위치로 정의할 수 있다.

일례로, 상기 CVVD의 IG_OFF CVVD 제어는 캠 샤프트 포지션 센서(Camshaft Position Sensor, 이하 CMP 센서)의 펄스로부터 캠 회전수인 CMP RPM(revolution per minute)를 계산하고, 계산된 CMP RPM이 일정 이하로 낮아진 경우 이를 IG_OFF로 간주함으로써 액추에이터 위치를 숏 사이드로 복귀시켜 준다. 이러한 IG_OFF CVVD 제어는 CMP 센서를 이용함으로써 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어로 칭할 수 있다.

그 결과, 상기 CVVD는 엔진 시동(IGNITION ON)이 숏 사이드의 위치에서 이루어지도록 함으로써 엔진 시동성을 유지할 수 있다.

국내공개공보 10-2013-0063819(2013년06월17일)

하지만 상기 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어는 IG_OFF 시 발생되는 배터리의 전압 강하에 의한 영향을 반영하지 못함으로써 제어 완료 후 CVVD의 숏 사이드 위치 정확도 불량을 가져올 수 있다.

그 결과 CVVD의 숏 사이드 위치 제어가 이루어졌음에도 정확하지 못한 숏 사이드의 위치가 엔진 시동성의 문제로 발전될 수 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 IG_OFF CVVD 제어를 기존 방식의 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어와 배터리 전압 강하가 고려된 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 구분함으로써 IG_OFF에 의한 배터리 전압 강하 상황에서도 숏 사이드의 위치 제어의 정확도가 확보되고, 특히 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어 시 밸브 트레인(valve train)의 스프링 반력을 받는 캠 샤프트의 부 토크(negative torque)를 이용함으로써 추가적인 하드웨어 없이 엔진 시동성을 확보할 수 있는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법 및 장치의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법은 (A) IG_OFF에 의한 캠 샤프트 회전수 저하 시 액추에이터의 출력 부족을 가져 오는 배터리의 전압강하 상태가 컨트롤러에 의해 판단되는 시동오프검증단계; (B) 상기 캠 샤프트에 부 토크(Negative Torque)가 걸릴 때 상기 컨트롤러에 의해 상기 액추에이터가 상기 배터리로 구동되고, 상기 액추에이터의 출력이 상기 캠 샤프트에 부가되는 시동위치확립단계; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 부 토크는 밸브 트레인(valve train)의 밸브 쪽 스프링 반력으로 상기 캠 샤프트에 걸혀 형성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 시동오프검증단계는, (a-1) CMP센서(Camshaft Position Sensor)로부터 cmp 펄스를 획득하여 cmp_rpm(revolution per minute)을 계산해 캠 샤프트 회전수로 정의하는 단계, (a-2) 상기 캠 샤프트 회전수 저하가 상기 cmp_rpm으로 판단되는 단계, (a-3) 상기 캠 샤프트 회전수 저하 시 상기 캠 샤프트의 정지위치가 설정되는 단계, (a-4) 상기 배터리의 전압을 검출하여 bat_vol로 정의하고, 상기 배터리 전압 강하 상태가 상기 bat_vol으로 판단되는 단계로 구분된다. 상기 캠 샤프트 회전수 저하 판단은 상기 cmp_rpm에 대한 기준 rpm을 ref_rpm으로 정의하고, 상기 cmp_rpm이 상기 ref_rpm보다 작은 경우이다. 상기 정지위치는 각도로 설정되고, 상기 액추에이터의 숏 사이드 각도와 동일하다. 상기 배터리 전압 강하 판단은 상기 bat_vol에 대한 기준 전압을 ref_vol으로 정의하고, 상기 bat_vol이 상기 ref_vol보다 작은 경우이다.

바람직한 실시예로서, 상기 시동오프검증단계에서는 숏 사이드의 위치제어가 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어로 이루어지고, 상기 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어는 상기 bat_vol이 상기 배터리 전압 강하 상태가 아닐 때 상기 컨트롤러가 상기 부 토크(Negative Torque)에 대한 고려 없이 상기 액추에이터를 상기 배터리로 구동하고, 상기 액추에이터의 출력이 상기 캠 샤프트에 부가된다.

바람직한 실시예로서, 상기 시동위치확립단계는, (b-1) 상기 배터리 전압강하 상태에서 상기 캠 샤프트의 캠 토크 변동(CAM Torque Fluctuation)과 CMP 센서의 cmp 펄스를 검출하는 단계, (b-2) 상기 부 토크가 상기 캠 토크 변동과 상기 cmp 펄스의 매치로부터 검출되는 단계, (b-3) 상기 액추에이터의 출력이 상기 캠 샤프트에 부가되도록 상기 배터리로 상기 액추에이터가 구동되는 단계, (b-4) 상기 액추에이터의 구동은 상기 배터리의 기준 전압인 reference voltage보다 낮은 전압인 Brown-out_Voltage 도달 전 까지 이루어지는 단계로 구분된다. 상기 액추에이터의 구동 시 가해지는 듀티(DUTY)는 상기 reference voltage에서 상기 Brown-out_Voltage의 사이에서 시간의 흐름에 따라 작아진다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 CMP센서(Camshaft Position Sensor)의 펄스로 계산된 cmp_rpm(revolution per minute)이 기준 rpm인 ref_rpm보다 작아 IG_OFF로 판단되면, CVVD 액추에이터의 IG_OFF 시 위치제어를 위해 캠 샤프트를 0ㅀ로 설정한 후 배터리의 검출전압 bat_vol를 기준전압인 ref_vol와 비교하고, bat_vol이 ref_vol 보다 높으면 배터리로 구동된 액추에이터의 출력으로 숏 사이드의 위치제어가 이루어지는 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어를 수행하며, bat_vol이 ref_vol 보다 낮으면 배터리로 구동된 CVVD 액추에이터의 출력을 캠 샤프트에 부 토크(Negative Torque)가 걸릴 때 캠 샤프트에 부가하여 숏 사이드의 위치제어가 이루어지는 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 구분하는 CVVD 컨트롤러; 엔진 시동 오프 시 상기 CVVD 컨트롤러의 제어로 구동되고, 엔진 시동 위치인 숏 사이드(short-side)로 제어되는 CVVD 액추에이터; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 CVVD 컨트롤러는 CMP 센서의 펄스가 입력되는 CMP 인터페이스, 상기 액추에이터로 듀티(DUTY)를 출력하는 드라이버, 상기 CMP 인터페이스와 상기 드라이버를 제어하며 배터리의 전압 모니터링과 상기 액추에이터의 포지션 출력(position output)을 검출하는 마이컴(Micro Controller)이 포함된다.

바람직한 실시예로서, 상기 CVVD 액추에이터는 상기 CVVD 컨트롤러의 제어로 정역회전되는 모터, 상기 모터의 토크를 증대하는 감속기, 상기 감속기로 회전되어 상기 숏 사이드의 위치제어가 이루어지는 샤프트 캐리어가 포함된다.

바람직한 실시예로서, 상기 CVVD 컨트롤러는 엔진을 제어하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)와 연계된다.

이러한 본 발명의 CVVD는 IG_OFF 시 CVVD의 숏 사이드의 위치 제어가 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어와 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 구분됨으로써 다음과 같은 장점 및 효과가 있다.

첫째, 엔진 오프에 의한 배터리 전압 강하 상황에서도 숏 사이드 위치 정확도가 유지된다. 둘째, 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어에 캠 샤프트의 부 토크(negative torque)를 이용함으로써 캠 샤프트에 인가되는 밸브 트레인의 스프링 반력을 활용할 수 있다. 셋째, 엔진 시동 오프 후 시동 시 CVVD의 숏 사이드 위치로 인한 엔진 시동성 문제가 발생되지 않는다. 넷째, CVVD를 CVVT와 함께 적용하여 CVVT 성능 향상을 도모 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 IG_OFF CVVD 제어 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 CVVD 시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 숏 사이드 및 롱 사이드의 제어의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 선도이며, 도 5는 본 발명에 따른 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어에 적용되는 캠 샤프트의 토크-시간 선도의 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어 시 CMP 신호와 캠 토크 및 인가 듀티(duty)가 갖는 관계 선도의 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, S10 내지 S42는 IG_OFF 절차에 배터리 전압을 적용하기 위한 단계이고, S50은 충분한 배터리 전압 하에서 IG_OFF CVVD 제어가 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어로 수행되는 단계이며, S60 내지 S63은 배터리의 전압 강하로 부족한 배터리 전압 하에서 IG_OFF CVVD 제어가 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 수행되는 단계이고, S70은 IG_OFF CVVD 제어 완료 단계이다.

그러므로 상기 IG_OFF CVVD 제어방법은 CMP센서(Camshaft Position Sensor)의 펄스에 기반한 CMP RPM(캠 샤프트 회전수)과 배터리 전압을 함께 고려하고, 배터리 전압 강하 정도에 따라 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어와 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 구분된다. 특히, 상기 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어는 캠 샤프트의 부 토크(Negative Torque)에 기여되는 밸브 트레인의 스프링 반력을 이용함으로써 기존과 같은 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어와 달리 배터리 전압 강하 상황에서도 엔진 시동성에 문제가 되지 않도록 숏 사이드 위치를 0°로 정확하게 유지함에 그 특징이 있다.

이하, 상기 IG_OFF CVVD 제어를 도 2 내지 도 6을 참조로 상세히 설명한다.

S10은 CVVD 동작 상태로서, 이는 엔진 구동 상태에서 CVVD가 컨트롤러의 제어로 밸브 트레인의 밸브 듀레이션(duration)이 제어되는 노말 오퍼레이션(normal operation)의 상태를 의미한다.

도 2는 CVVD(1)의 예로서, 상기 CVVD(1)는 CVVD 액추에이터(10)와 CVVD 컨트롤러(20)로 구성된다.

구체적으로, 상기 CVVD 액추에이터(10)는 정역회전되는 모터(11), 모터(11)의 토크를 증대하는 감속기(13)를 포함하고, 상기 감속기(13)는 샤프트 캐리어(15)를 출력축으로 한다. 이 경우, 상기 샤프트 캐리어(15)는 캠 샤프트에 직접 연결되나 필요 시 밸브 리프트 기구를 제어하는 컨트롤 샤프트에 연결될 수 있으며, 상기 밸브 리프트 기구는 밸브 듀레이션을 가변시켜준다.

구체적으로, 상기 CVVD 컨트롤러(20)는 IG_OFF CVVD 제어를 수행하는 컨트롤러이며, 마이컴(Micro Controller)(21), CMP 인터페이스(23), 드라이버(25)를 포함하고, CMP센서(Camshaft Position Sensor)(30), 배터리(40), 엔진을 제어하는 엔진 ECU(50)(Engine Electronic Control Unit)와 연계된다. 그러므로 상기 마이컴(21)은 CMP 인터페이스(23)를 통해 CMP센서(30)의 검출 값을 입력받고, 드라이버(25)를 통해 모터(11)의 전류를 제어한다. 또한, 상기 마이컴(21)은 모터(11)의 포지션 출력(position output)을 직접 입력 받으며, 배터리(40)의 전압을 직접 모니터링(monitoring)하면서 엔진 ECU(50)와 상호 통신한다.

이하, 제어 주체는 CVVD 컨트롤러(20)이며, CVVD 컨트롤러(20)는 필요 시 엔진 ECU(50)와 협조제어를 수행할 수 있다. 이후 상기 CVVD 컨트롤러(20)는 컨트롤러로 칭한다.

S20은 IG_OFF 판단 단계이다. 이 경우 컨트롤러는 S21과 같이 cmp 펄스를 검출하고, cmp 펄스로부터 cmp_rpm을 산출하고, S22와 같이 IG_OFF 판단 조건을 적용한다. 이때, cmp 펄스 검출은 CMP(30)의 검출 값이 입력되는 CMP 인터페이스(23)를 통해 마이컴(21)에서 이루어지고, cmp_rpm은 캠 샤프트 rpm(revolution per minute)을 의미한다.

IG_OFF 판단 조건 : cmp_rpm < ref_rpm ---- 식 1

여기서, cmp_rpm은 검출된 cmp 펄스에 의한 캠 샤프트 산출 rpm이고, ref_rpm은 IG_OFF 판단을 위한 캠 샤프트 기준 rpm으로 약 300rpm이 적용된다. "<"는 ref_rpm이 cmp_rpm 보다 큰 관계를 나타내는 부등호이다.

그러므로 S22에서 cmp_rpm이 300rpm(ref_rpm) 보다 큰 경우 IG_OFF 상태로 볼 수 없으므로 S21로 복귀하여 cmp 펄스 검출과 cmp_rpm 산출을 반복하는 반면 cmp_rpm 이 300rpm(ref_rpm)보다 작은 경우 IG_OFF 상태이므로 S30으로 진행한다.

S30은 IG_OFF 펙터(factor)설정단계이다. 이 경우 컨트롤러는 S31과 같이 IG_OFF 펙터를 설정한다.

IG_OFF Factor : Target angle = 0° ---- 식 2

여기서, Target angle은 캠 샤프트의 정지위치(즉, 시동위치각도)로서 0°는 IG_ON 시 캠 샤프트의 시동위치이다. 그러므로 식 2는 액추에이터(10)에 의한 샤프트 캐리어(15)의 숏 사이드 위치와 동일하다. "="는 Target angle이 0°와 동일한 관계를 나타내는 부등호이다.

도 3을 참조하면, 샤프트 캐리어(15)의 회전각도는 0°에서 173°이고, 0°는 숏 사이드 위치를 173°는 롱 사이드 위치를 나타낸다. 그러므로 IG_OFF 시 Target angle를 IG_OFF Factor로 설정하여 0°로 함은 샤프트 캐리어(15)의 현재 위치를 숏 사이드 위치로 보내기 위한 조건이다.

S40은 IG_OFF CVVD 제어모드 판단 단계이다. 이 경우 컨트롤러는 S41과 같이 배터리 전압을 검출하고, S42와 같이 배터리 전압 조건을 적용한다. 이때, 배터리 전압은 배터리(40)를 모니터링하는 마이컴(21)에서 검출된다.

배터리 전압 조건 : bat_vol < ref_vol ---- 식 3

여기서, bat_vol은 배터리(40)의 검출 전압(Voltage)이고, ref_vol은 배터리(40)의 사용 가능한 기준 전압이며, 약 7V 이하가 적용된다. "<"는 ref_vol가 bat_vol 보다 큰 관계를 나타내는 부등호이다.

도 4의 IG_OFF 시 배터리(40)의 전압-시간 선도를 참조하면, 전압은 reference voltage(ref_vol)를 기준으로 하여 시간당 급격한 감소된다. 그러므로 bat_vol이 7V(ref_vol) 보다 큰 경우 S50의 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어로 전환하고, 반면 bat_vol이 7V(ref_vol) 보다 작은 경우 S60의 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 전환된다.

S50은 CMP기반 IG_OFF CVVD 제어 단계이다. 이 경우 컨트롤러는 배터리(40)의 전류 공급 하에서 드라이버(25)로 모터(11)에 DUTY(예, Pulse Width Modulation Duty)를 주고, 모터(11)의 포지션 출력(position output)을 참조하여 Target angle을 0°로 제어한다. 그 결과 배터리(40)의 전류 공급 하에서 감속기(13)의 샤프트 캐리어(15)는 숏 사이드 위치인 0°에 정확히 위치된다.

S60은 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어 단계이고, S61 내지 S63으로 구분된다. 도 4의 IG_OFF 시 배터리(40)의 전압-시간 선도를 참조하면, 전압은 시간이 흐름에 따라 reference voltage로부터 Brown-out_Voltage로 강하된다. 이로부터 전압은 reference voltage 이하 전압에서 Brown-out_Voltage 이상 전압의 일반제어구간(배터리 적용구간)과 Brown-out_Voltage 이하 전압의 제어불능구간(배터리 미 적용구간)으로 구분된다. 그러므로 일반제어구간(배터리 적용구간)의 배터리 전압은 모터(11)의 구동에 이용될 수 있다. 그 결과 컨트롤러는 일반제어구간(배터리 적용구간)의 배터리 전압으로 부터 불충분하지만 모터(11)의 출력을 얻을 수 있다. 여기서, Brown-out(또는 Brown Out)은 5V로 공급되는 전원이 5V 이하로 떨어져 프로세서가 예측하지 못했던 동작을 함과 같이 프로세서에 공급되는 전원이 부족한 경우를 의미한다. 그러므로 상기 Brown-out_Voltage는 배터리(40)가 모터(11)를 전혀 구동하지 못하는 배터리 전압을 나타낸다.

S61은 캠 토크 변동(CAM Torque Fluctuation)을 검출하는 단계이다. 도 5의 4기통 엔진에서 캠 샤프트 RPM 300(cpm_rpm 300)(또는, 크랭크 샤프트 RPM 600))일 때 토크-시간 선도를 참조하면, 캠 토크는 밸브 트레인(valve train)의 스프링 반력으로 밸브에 의해 캠 샤프트에 인가되고, 캠 토크 변동은 캠 샤프트의 1 회전(360ㅀ)당 4번씩 발생된다. 통상, 저 RPM 일수록 밸브에 의해 캠 샤프트에 인가되는 캠 토크가 증가된다. 그러므로 캠 토크 변동의 크기는 밸브 쪽 스프링 반력 크기를 나타낸다. 이 경우 컨트롤러는 밸브 트레인에 구비된 토크 센서로부터 토크를 검출할 수 있다.

S62는 부 토크(Negative Torque)에서 Full Duty(100%)를 인가하는 단계이다. 도 6의 CMP 신호와 토크 및 듀티(duty)의 관계 선도를 참조하면, 캠 샤프트는 밸브 트레인(valve train)의 스프링 반력으로 회전부하가 작게 걸리는 부 토크(Negative Torque)의 구간이 1회전 당 반복되고, 부 토크(Negative Torque)가 걸리는 위치는 토크-시간 선도와 CMP센서(30)의 CMP 신호 파형 매칭을 통해 파악된다. 이 경우 CMP 신호 파형은 로우(Low)와 하이(High)(또는 하이(High)와 로우(Low))로 1회 반전하는 half moon typeCMP 신호 파형을 적용한다.

그 결과 컨트롤러는 캠 샤프트의 부 토크 구간진입 시 배터리(40)의 일반제어구간(배터리 적용구간)의 전류가 모터(11)에 공급되도록 드라이버(25)로 모터(11)에 100% DUTY(예, Pulse Width Modulation Duty)를 주고, 모터(11)의 포지션 출력(position output)을 참조하여 Target angle을 0°로 제어한다.

S63은 IG_OFF CVVD 제어 중단을 판단하는 단계이다. 이 경우 컨트롤러는 Brown-out_Voltage를 검출하여 IG_OFF CVVD 제어중단조건을 적용한다. 이때, Brown-out_Voltage는 배터리(40)를 모니터링하는 마이컴(21)에서 검출된다.

IG_OFF CVVD 제어중단조건 : ref_vol > Brown-out_vol ---- 식 4

여기서, Brown-out_vol은 배터리(40)의 Brown-out_Voltage이고, ">"는 ref_vol가 Brown-out_vol 보다 큰 관계를 나타내는 부등호이다. 그러므로 reference voltage는 시간의 흐름으로 Brown-out_Voltage로 강하되므로 컨트롤러가 모터(11)로 전달하는 100% DUTY의 크기의 절대 값도 도 6과 같이 시간의 흐름에 따라 작아진다.

따라서 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어 시 모터(11)는 일반제어구간(배터리 적용구간)의 배터리 전압으로 부터 출력을 발생하고, 발생된 출력을 부 토크 구간에서 캠 샤프트에 100%로 전달함으로써 배터리(40)의 전압 강하에 의한 모터(11)의 부족한 출력을 보강한다. 그 결과 배터리(40)의 부족한 전압 하에서 감속기(13)의 샤프트 캐리어(15)는 숏 사이드 위치인 0°에 정확히 위치된다.

S70은 S50의 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어 단계 또는 S60의 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어가 완료된 IG_OFF CVVD 제어 완료 상태이다. 그러므로 CVVD(1)는 엔진 시동성에 문제가 되지 않도록 숏 사이드의 위치에서 엔진 시동(IGNITION ON)이 이루어진다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 CVVD(1)에서 구현되는 IG_OFF CVVD 제어방법은 CMP센서(Camshaft Position Sensor)의 펄스로 계산된 cmp_rpm(revolution per minute)이 기준 rpm인 ref_rpm보다 작아 IG_OFF로 판단되면, 액추에이터(10)의 IG_OFF 시 위치제어를 위해 캠 샤프트를 0°로 설정한 후 배터리의 검출전압 bat_vol를 기준전압인 ref_vol와 비교하고, bat_vol이 ref_vol 보다 높으면 배터리로 구동된 액추에이터(10)의 출력으로 숏 사이드 위치제어가 이루어지는 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어를 수행하며,bat_vol이 ref_vol 보다 낮으면 배터리로 구동된 액추에이터(10)의 출력을 캠 샤프트에 부 토크(Negative Torque)가 걸릴 때 캠 샤프트에 부가하여 숏 사이드 위치제어가 이루어지는 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 구현됨으로써 IG_OFF에 의한 배터리(40)의 전압 강하 하에서도 시동 시 CVVD(1)의 숏 사이드 위치로 인한 엔진 시동성 문제가 발생되지 않는다.

1 : CVVD(Continuously Variable Valve Duration)
10 : CVVD 액추에이터 11 : 모터
13 : 감속기 15 : 샤프트 캐리어
17 : 컨트롤 샤프트 19 : 리프터
20 : CVVD 컨트롤러 21 : 마이컴(Micro Controller)
23 : CMP 인터페이스 25 : 드라이버
30 : CMP센서(Camshaft Position Sensor)
40 : 배터리
50 : 엔진 ECU(Engine Electronic Control Unit)

Claims

(A) 엔진시동오프에 의한 캠 샤프트 회전수 저하 시 액추에이터의 출력 부족을 가져 오는 배터리의 전압강하 상태가 컨트롤러에 의해 판단되는 시동오프검증단계;
(B) 상기 캠 샤프트에 부 토크(Negative Torque)가 걸릴 때 상기 컨트롤러에 의해 상기 액추에이터가 상기 배터리로 구동되고, 상기 액추에이터의 출력이 상기 캠 샤프트에 부가되는 시동위치확립단계;
가 포함된 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 부 토크는 밸브 트레인(valve train)의 밸브 쪽 스프링 반력으로 상기 캠 샤프트에 걸리는 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 시동오프검증단계는, (a-1) CMP센서(Camshaft Position Sensor)로부터 cmp 펄스를 획득하여 cmp_rpm(revolution per minute)을 계산해 캠 샤프트 회전수로 정의하는 단계, (a-2) 상기 캠 샤프트 회전수 저하가 상기 cmp_rpm으로 판단되는 단계, (a-3) 상기 캠 샤프트 회전수 저하 시 상기 캠 샤프트의 정지위치가 설정되는 단계, (a-4) 상기 배터리의 전압을 검출하여 bat_vol로 정의하고, 상기 배터리 전압 강하 상태가 상기 bat_vol으로 판단되는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 캠 샤프트 회전수 저하 판단은 상기 cmp_rpm에 대한 기준 rpm을 ref_rpm으로 정의하고, 상기 cmp_rpm이 상기 ref_rpm보다 작은 경우인 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 ref_rpm은 300rpm인 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 정지위치는 각도로 설정되고, 0°인 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 정지위치의 각도는 상기 액추에이터(10)의 숏 사이드 각도와 동일한 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 배터리 전압 강하 판단은 상기 bat_vol에 대한 기준 전압을 ref_vol으로 정의하고, 상기 bat_vol이 상기 ref_vol보다 작은 경우인 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 ref_vol은 7V 이하인 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 시동오프검증단계는, (a-5) 상기 bat_vol이 상기 배터리 전압 강하 상태가 아니면, 상기 컨트롤러는 상기 부 토크(Negative Torque)에 대한 고려 없이 상기 액추에이터를 상기 배터리로 구동하고, 상기 액추에이터의 출력이 상기 캠 샤프트에 부가되는 부 토크 미적용 단계를 더 포함하고, 상기 부 토크 미적용 단계는 상기 배터리로 구동된 상기 액추에이터의 출력으로 숏 사이드의 위치제어가 이루어지는 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어인
것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 시동위치확립단계는, (b-1) 상기 배터리 전압강하 상태에서 상기 캠 샤프트의 캠 토크 변동(CAM Torque Fluctuation)과 CMP 센서(Camshaft Position Sensor)의 cmp 펄스를 검출하는 단계, (b-2) 상기 부 토크가 상기 캠 토크 변동과 상기 cmp 펄스의 매치로부터 검출되는 단계, (b-3) 상기 액추에이터의 출력이 상기 캠 샤프트에 부가되도록 상기 배터리로 상기 액추에이터가 구동되는 단계, (b-4) 상기 액추에이터의 구동은 상기 배터리의 기준 전압인 reference voltage보다 낮은 전압인 Brown-out_Voltage 도달 전 까지 이루어지는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 액추에이터의 구동 시 가해지는 듀티(DUTY)는 상기 reference voltage에서 상기 Brown-out_Voltage의 사이에서 시간의 흐름에 따라 작아지는 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 12에 있어서, 상기 듀티(DUTY)는 100% DUTY인 것을 특징으로 하는 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 의한 엔진시동오프 시 연속 가변 밸브 듀레이션 제어방법이 수행되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
엔진시동오프 시 엔진 시동 위치인 숏 사이드(short-side)로 움직이는 CVVD 액추에이터;
CMP센서(Camshaft Position Sensor)의 펄스로 계산된 cmp_rpm(revolution per minute)이 기준 rpm인 ref_rpm보다 작아 IG_OFF로 판단되면, 상기 CVVD 액추에이터의 IG_OFF 시 위치제어를 위해 캠 샤프트의 정지위치를 0°로 설정한 후 배터리의 검출전압 bat_vol를 기준전압인 ref_vol와 비교하고, 상기 bat_vol이 상기 ref_vol의 비교결과로 상기 숏 사이드의 위치제어를 CMP(Camshaft Position) 기반 IG_OFF CVVD 제어와 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어로 구분하는 CVVD (Continuously Variable Valve Duration) 컨트롤러;
가 포함된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
청구항 15에 있어서, 상기 CMP 기반 IG_OFF CVVD 제어는 상기 bat_vol이 상기 ref_vol 보다 높으면 상기 배터리로 구동된 상기 CVVD 액추에이터의 출력으로 상기 숏 사이드의 위치제어가 이루어지며, 상기 배터리 기반 IG_OFF CVVD 제어는 상기 bat_vol이 상기 ref_vol 보다 낮으면 배터리로 구동된 상기 CVVD 액추에이터의 출력을 캠 샤프트에 부 토크(Negative Torque)가 걸릴 때 상기 캠 샤프트에 부가하여 상기 숏 사이드의 위치제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
청구항 15에 있어서, 상기 CVVD 컨트롤러는 상기 CMP 센서의 펄스가 입력되는 CMP 인터페이스, 상기 액추에이터로 듀티(DUTY)를 출력하는 드라이버, 상기 CMP 인터페이스와 상기 드라이버를 제어하며 상기 배터리의 전압 모니터링과 상기 액추에이터의 포지션 출력(position output)을 검출하는 마이컴(Micro Controller)이 포함된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
청구항 15에 있어서, 상기 CVVD 액추에이터는 상기 CVVD 컨트롤러의 제어로 정역회전되는 모터, 상기 모터의 토크를 증대하는 감속기, 상기 감속기로 회전되어 상기 숏 사이드의 위치제어가 이루어지는 샤프트 캐리어가 포함된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
청구항 18에 있어서, 상기 샤프트 캐리어는 상기 숏 사이드를 0°로 하고, 롱 사이드(long-side)를 173°로 하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
청구항 15에 있어서, 상기 CVVD 컨트롤러는 엔진을 제어하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)과 연계되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.