KR101826705B1 - 솔레노이드 밸브를 이용한 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법 및 시스템 - Google Patents

솔레노이드 밸브를 이용한 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법 및 시스템 Download PDF

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문병헌
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Abstract

본 발명은 솔레노이드를 이용한 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전 영역에 적합한 캠을 선택적으로 구동시킬 수 있도록 구비된 다단 가변 밸브 리프트 시스템이 정상적으로 동작하지 않는 상황을 인지하여 진단하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 다단(Multi-Step) 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량의 현재 상태의 운전영역을 판단하는 단계; 운전자에 의한 요구토크를 측정하는 단계; 구동토크를 측정하는 단계; 상기 현재 상태의 운전영역을 기초로, 상기 요구토크 대비 상기 구동토크의 비교에 따른 오차를 연산하는 단계; 상기 오차가 제1설정값을 벗어난 음의 퍼센티지로 연산되는 경우 저단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하고, 제2설정값을 벗어난 양의 퍼센티지로 연산되는 경우 고단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하는 단계; 및 저단 캠프로파일 상태 또는 고단 캠프로파일 상태로 판단되는 경우 캠프로파일 이상 동작 정보를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법을 제공한다.

Description

솔레노이드 밸브를 이용한 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법 및 시스템{MULTIPLE STEP VVL DIAGNOSIS METHOD AND SYSTEM USING SOLENOID VALVE}
본 발명은 솔레노이드를 이용한 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전 영역에 적합한 캠을 선택적으로 구동시킬 수 있도록 구비된 다단 가변 밸브 리프트 시스템이 정상적으로 동작하지 않는 상황을 인지하여 진단하는 방법에 관한 것이다.
자동차에 탑재되는 내연기관은 연소실에 받아들인 연료와 공기를 연소시킴으로써 자동차가 주행할 수 있도록 동력을 형성한다. 여기서 공기를 흡입할 때에는 캠 샤프트(cam shaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입된다. 공기를 배출할 때에는 캠 샤프트의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출된다.
일반적으로 흡기밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 흡입 시 실린더 내로 유입되는 외기 또는 연료 가스의 양이 많아지고, 배기밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 배기시 배출되는 연소가스의 양이 늘어나 흡/배기 효율이 높아진다.
적절하게 흡기 및 배기 밸브의 밸브 특성을 제어하기 위해, 엔진의 운전 상태에 따라 밸브의 기밀성, 흡/배기 가스의 양을 가변시키는 가변 밸브 리프트(VVL; Variable Valve Lift) 장치가 개발되고 있다.
엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 가변 밸브 리프트 장치의 캠 샤프트에는 밸브를 다른 리프트로 구동시키는 복수 개의 캠이 구비될 수 있다. 나아가 복수 개의 캠은 연속적으로 배치되어 다단(Multi-Step)을 형성할 수 있다. 복수 개의 캠이 구비되는 경우, 밸브 리프트의 변경은 하이 캠 또는 로우 캠이 상황에 따라 선택적으로 밸브헤드 측을 가압한다. 이때 캠이 캠 샤프트의 축방향으로 이동됨으로써 하이 캠 또는 로우 캠이 선택적으로 작동된다.
엔진 효율을 향상시킬 수 있는 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치는 현재 엔진의 운전영역에 적합한 캠프로파일로 구동되지 않을 경우, 상황에 맞는 출력이 나오지 않게 되므로 차량의 운전성에 문제를 발생시킬 수 있다.
다단 가변 밸브 리프트 장치는 아직 실용화되지 않은 단계로서, 현재까지는 동작 판단에 대한 적절한 진단 방법이 구비되어 있지 않다. 밸브 리프트 장치에 각종 센서류 또는 하드웨어적인 요소를 설치하여 장치의 정상 동작 여부를 진단할 수도 있으나, 이러한 추가적인 구성을 무작위적으로 사용하는 경우 비용상승이 수반되고, 시스템의 제어가 복잡해지는 단점이 있다.
한편, 캠 샤프트에는 캠절환 매개부가 연결될 수 있고, 캠절환 매개부에는 엑츄에이터에 의해 작동되는 핀에 의해 캠프로파일이 변경될 수 있도록 가이드 홈이 형성되는데, 종래의 기술에서는 상기 핀을 OCV(Oil Control Valve) 등의 유압 엑츄에이터를 사용하여 제어하였기 때문에 제어의 신속성 및 정밀성이 떨어지는 등의 문제가 있었다.
종래 대한민국 공개 특허 1994-0034220, 1994-0039697 등에서 가변 밸브 시스템에서 고장 진단 방법을 개시하고는 있으나, 대부분 스로틀 개도량에 따른 정보에 의존하거나, 엔진룸 내부에서 감지 및 판독되는 흡입 공기량을 통해 오동작 경고 신호를 송출하는 방식을 취하고 있다. 이러한 방식은 이상(unusual) 동작 상태를 파악하기에 간접적인 방식이므로 측정오차가 크고, 그 결과 동작 진단에 대한 신뢰성이 매우 떨어지는 문제가 있다.
이하 후술하는 본 명세서는 전술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서 다단 가변 밸브 리프트 장치에 대한 보다 직접적인 동작 진단 방법 및 그 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다단(Multi-Step) 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량의 현재 상태의 운전영역을 판단하는 단계; 운전자에 의한 요구토크를 측정하는 단계; 캠의 구동으로부터 출력되는 구동토크를 측정하는 단계; 상기 현재 상태의 운전영역을 기초로, 상기 요구토크 대비 구동토크의 비교에 따른 오차를 연산하는 단계; 상기 오차가 제1설정값을 벗어난 음의 퍼센티지로 연산되는 경우 저단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하고, 제2설정값을 벗어난 양의 퍼센티지로 연산되는 경우 고단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하는 단계; 및 저단 캠프로파일 상태 또는 고단 캠프로파일 상태로 판단되는 경우 캠프로파일 이상 동작정보를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 저단 캠프로파일 상태 여부와 고단 캠프로파일 상태 여부의 판단은 일정주기 T마다 수행할 수 있다.
여기서는 해당 운전영역에서 시간에 따른 토크 상승률이 기 설정된 값 이상으로 측정되는 경우, 상기 일정주기 T는 작아지도록 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면 상기 구동토크는 운전영역과 캠프로파일에 따른 룩업테이블로 구비할 수 있다.
한편, 상기 운전영역은 토크영역의 전 범위에서 밸브 리프트의 모드에 따라 구분되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모드는 솔레노이드밸브의 구동에 의해 절환되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 캠프로파일 이상 정보 출력 결과, 캠프로파일 이상 동작 상태로 판단되는 경우,
상기 일 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법은 솔레노이드밸브의 구동에 의한 절환시, 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값 측정에 따른 솔레노이드밸브 이상 정보 출력 단계를 더 포함할 수 있다.
나아가 상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값 측정 이전에 솔레노이드밸브 전원 인가 전류값을 측정하고, 상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값이 솔레노이드밸브 전원 인가 전류값에 기초하였을 때, 소정의 변곡값 이상으로 출력되지 않는 경우 솔레노이드밸브 이상 정보로서 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편,본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 솔레노이드밸브 구동부; 다단(Multi-Step) 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량의 현재 상태의 운전영역을 인지하고, 운전자에 의한 요구토크와, 캠의 구동으로부터 출력되는 실제 구동토크와, 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값을 측정하는 인터페이스부; 상기 요구토크와 구동토크의 연산된 오차에 따라 저단 캠프로파일 상태인지 여부와 고단 캠프로파일 상태인지 여부를 판단하는 캠프로파일 이상 동작여부 판단부; 상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값을 측정하여 솔레노이드밸브 절환시 솔레노이드밸브의 이상 동작여부를 판단하는 솔레노이드밸브 이상 동작여부 판단부; 및 상기 캠프로파일 이상 동작여부 판단부 및 솔레노이드밸브 이상 동작여부 판단부로부터의 신호를 입력받고, 상기 솔레노이드밸브 구동부에 제어명령을 내리는 제어부;를 포함하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법을 이용하면 별도의 하드웨어적인 추가구성 없이도 다단 가변 밸브 리프트 시스템이 현재 상태의 운전영역과 적합한 캠프로파일로서 구동되는지 여부를 진단할 수 있다. 별도의 하드웨어의 설치의 필요성을 줄이므로 시스템 구축에 소요되는 비용을 크게 절감할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법은 종래에 비해 보다 직접적이고 정확한 진단 알고리즘을 제공한다.
종래에는 오일 등을 이용한 유압엑츄에이터를 이용하여 캠을 절환시켰기에 동작이 지연되는 등의 문제가 있었으나, 본 발명에서는 솔레노이드밸브를 이용하므로 제어명령에 따라 매우 빠른 응답성을 가지는 캠절환 동작이 가능해졌다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 장치의 개념도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전영역을 나타내는 개념도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법의 블록도이다.
도4는 캠프로파일 이상 동작 여부를 일정주기에 따라 판단하는 예시를 나타내는 도면이다.
도5는 운전영역에 따른 구동토크의 범위를 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법의 블록도이다.
도7은 본 발명의 솔레노이드밸브에 통전되는 전류값의 정상상태(usual state)와 이상상태(unusual state)를 나타내는 도면이다.
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드밸브 이상 동작 진단 방법을 나타내는 블록도이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 동작 진단 시스템의 신호흐름선도이다
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법 및 시스템'을 상세하게 설명한다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결 및 전기적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치에 대하여 설명하고, 이후에 본 발명의 주요 특징이 되는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법을 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 장치의 개념도이다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전영역을 나타내는 개념도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치는 캠 샤프트(10), 캠(20), 캠 절환부(30), 캠절환 매개부(40)를 포함한다.
캠 샤프트(10)는 엔진의 크랭크 샤프트의 회전에 의해 회전한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 캠(20)은 캠 샤프트(10)의 외주면에 설치되어 엔진부(100)의 흡기밸브(미도시)와 배기밸브(미도시)를 작동시켜 적어도 하나 이상의 실린더를 동작시킨다. 캠(20)은 그 중심에 중공이 형성되고, 이 중공을 통해 캠 샤프트(10)가 삽입되어 캠 샤프트(10)와 일체로 회전하며, 캠절환 매개부(40)와 연결되어 캠 샤프트(10)의 축방향으로 캠절환 매개부(40)와 일체로 슬라이딩될 수 있다.
이러한 캠(20)은 기 설정된 복수 개의 설정 토크영역(Area 1) 내에서 토크 상승 방향(f1, f2) 또는 토크 하강 방향(f3, f4)으로의 다단 제어가 가능하도록 캠 샤프트(10)에 복수 개가 형성된다. 여기서 다단은 도면에 도시된 바와 같이 3개의 단일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 4개 또는 5개 그 이상의 다단을 갖도록 구성될 수도 있다.
즉, 본 발명의 설정 토크영역(Area 1)은 도2에 도시된 바와 같이 하나의 엔진에서 출력될 수 있는 토크의 전 범위를 기 설정된 엔진토크값(τa, τb, ...)을 중심으로 복수 개의 영역으로 구분한 것으로서, 구분된 설정 토크영역(Area 1)의 개수 및 범위는 다단의 개수에 대응하여 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 도 3은 설정 토크영역(Area 1)을 고토크(H, High)영역, 중토크(M, Middle)영역, 저토크(L,Low)영역으로 구분한 것을 예시로 들어 설명한다. 한편 본 발명에서 말하는 운전영역(Area 2)은 설정 토크영역(Area 1)에서 선택된 어느 하나의 영역을 의미할 수 있다. 운전영역은 토크가 상승되는 경우 예컨대, L to M(f1) 또는 M to H(f2)로 변경될 수 있으며, 토크가 하강되는 경우 예컨대, H to M(f3) 또는 M to L(f4)로 변경될 수 있다.
예컨대 설정 토크영역(Area 1)을 3개의 영역으로 구분할 경우, 캠(20)은 3개의 다단으로 구성되고, 또 연속적으로 이웃하게 설치될 수 있는데, 이웃한 3개의 캠(20) 각각은 저속 저부하 캠(21), 저속 중부하 캠(22), 고속 저/고부하 캠(23)으로 구분될 수 있으며, 각각 서로 다른 형상과 크기는 실시예에 따라 달리 형성될 수 있다. 만약 설정 토크영역(Area 1)을 도면에 도시된 바와 달리 4개의 토크영역으로 나눈다면, 캠(20)은 각각 저속 저부하, 저속 고부하, 고속 저부하 및 고속 고부하용 캠(20)으로 구분될 수 있다.
상기한 바와 같이 캠(20)은 복수 개의 다단을 갖도록 마련되는 바 엔진의 운전영역에 따라 캠 샤프트(10)의 축방향으로 이동되어 어느 하나 이상이 선택되어 구동하게 된다.
캠 절환부(30)는 캠절환 매개부(40)를 캠 샤프트(10)의 축방향으로 이동시켜 캠(20)을 절환시키는 구성으로서, 가이드 홈부(31), 핀부(32) 및 솔레노이드밸브(33)를 포함하여 구성될 수 있다. 종래에는 오일을 이용한 유압엑츄에이터를 이용하여 캠을 절환시켰기에 동작이 지연되는 등의 문제가 있었으나, 본 발명에서는 솔레노이드밸브를 이용하므로 제어명령에 따라 매우 빠른 응답성을 보이는 캠절환 동작이 가능해졌다.
가이드 홈부(31)는 캠절환 매개부(40)의 외주면에 형성되는 것으로서, 핀부(32)가 솔레노이드밸브(33)의 동작에 의해 가이드 홈부(31)에 선택적으로 삽입되고, 캠절환 매개부(40)의 회전시 가이드 홈부(31)를 따라 슬라이딩되어 캠절환 매개부(50)가 캠 샤프트(10)의 축방향으로 이동하게 이동하도록 한다.
따라서, 각 설정 토크영역(Area 1)의 변경에 대응되도록 해당 핀부(32)를 동작시킴으로써 해당 운전영역(Area 2)에 대응되는 캠 절환이 이루어지게 된다.
다음으로, 본 발명의 주요 특징인 다단 가변 밸브 리프트의 동작 진단 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법의 블록도이다. 도4는 캠프로파일 이상 동작 여부를 일정주기에 따라 판단하는 예시를 나타내는 도면이다. 도5는 운전영역에 따른 구동토크의 범위를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트의 동작 진단 방법은 다단(Multi-Step) 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량의 현재 상태의 운전영역을 판단하는 단계(S310); 운전자에 의한 요구토크를 측정하는 단계(S320); 캠의 구동으로부터 출력되는 실제 구동토크를 측정하는 단계(S330); 상기 현재 상태의 운전영역을 기초로, 상기 요구토크 대비 구동토크의 비교에 따른 오차를 연산하는 단계(S340); 상기 오차가 제1설정값을 벗어난 음의 퍼센티지로 연산되는 경우 저단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하고, 제2설정값을 벗어난 양의 퍼센티지로 연산되는 경우 고단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하는 단계(S350); 및 저단 캠프로파일 상태 또는 고단 캠프로파일 상태로 판단되는 경우 캠프로파일 이상 정보를 출력하는 단계(S360);를 포함할 수 있다.
여기서의 운전영역이라 함은 복수 개의 영역으로 구분되는 설정 토크영역(Area 1)에서 선택되는 어느 하나의 영역을 의미할 수 있다. 전술한 바와 같이 각 설정 토크영역(Area 1)의 변경에 대응되도록 해당 핀부(32)를 동작시킴으로써 해당 운전영역(Area 2)에 대응되는 캠 절환이 이루어지게 되는데, 그 결과 운전영역(Area 2)이 어느 하나의 설정 토크영역에서 인접하는 다른 설정 토크영역으로 변경(L -> M, M -> H, 또는 H -> M, M -> L)될 수 있다.
운전영역을 판단하는 단계(S310)에서는 현재 상태의 운전영역이 어느 영역에 있는지 여부를 판단한다. 설정 토크영역이 3개의 다단으로 나누어지는 일 실시예에 따르면 운전영역이 저토크(L), 중토크(M) 고토크(H) 영역 중 어느 하나의 영역에 있는 것으로 판단될 수 있다. 이러한 판단은 차량에 설치된 디스플레이 장치를 통해 사용자가 시각적으로 확인할 수 있도록 할 수 있다.
요구토크 측정 단계(S320)에서의 요구토크는 엔진의 차속, 냉각수온, 엑셀페달에 대한 답력 또는 엑셀페달의 위치 센서 등을 통해 획득되는 운전자의 의지에 따른 토크 정보를 의미한다. 여기서 요구토크 측정방식은 접촉식 또는 비접촉식 방식으로 측정될 수 있는데, 예컨대 비접촉식의 경우 고감도 자기 센서를 이용하거나, 정전 용량식 또는 광학식 센서를 이용하여 요구토크를 검출한다.
구동토크 측정 단계(S330)에서의 구동토크는 회전체인 캠 샤프트(10)에 작용되는 회전 모멘트를 의미할 수 있는데, 여기서의 구동토크 역시 접촉식 또는 비접촉식 방식으로서 측정될 수 있다.
오차를 연산하는 단계(S340)에서는 현재 상태의 운전영역 즉, 고토크(H), 중토크(M), 저토크(L) 영역 중에서의 어느 하나의 상태에 기초하여, 요구토크 대비 구동토크를 비교한다. 따라서, 각 실시예에 따른 오차는 특정한 퍼센티지 값으로 도출될 수 있다.
캠프로파일 상태를 판단하는 단계(S350)에서는 오차가 제1설정값을 벗어난 음의 퍼센티지로 연산되는 경우와, 제2설정값을 벗어난 양의 퍼센티지로 연산되는 경우를 판단할 수 있다. 여기서 제1설정값과 제2설정값이란 캠프로파일 이상 상태를 결정짓는 경계값으로서 서로 다르게 설정될 수 있으며, 운전영역에 따라 각각 다른 값을 갖도록 설정될 수도 있다. 음의 퍼센티지로 연산된다는 것은 요구토크보다 구동토크가 더 작다는 것을 의미하며, 양의 퍼센티지로 연산된다는 것은 요구토크보다 구동토크가 더 크다는 것을 의미한다.
쉽게 말하면 오차의 절대값이 제1설정값의 절대값과 제2설정값의 절대값보다 큰 경우 캠프로파일은 이상 상태(unusual condition), 즉 오류 상태로 구동되고 있음을 나타낸다. 이때 오차가 -값을 갖는다면 해당 운전영역에 적합한 토크의 크기로 구동되지 않고 저단 캠프로파일 상태에서 캠(20)이 밸브 리프트 장치와 맞물려 부족한 토크가 발생한다는 것을 의미하고, 오차가 +값을 갖는 경우에도 해당 운전영역에 적합한 토크의 크기로 구동되지 않고 고단 캠프로파일 상태에서 캠(20)이 밸브 리프트 장치와 맞물려 과도한 토크가 발생한다는 것을 의미한다.
다만 설정 토크영역별로 허용오차를 두도록 제1설정값과 제2설정값을 설정함으로써 동작 진단 방법의 오판 가능성을 어느정도 낮출 수 있게된다.
예를 들면, 현재 상태의 운전영역이 중토크(M)영역일 때, 제1설정값은 -7%로 설정될 수 있으며 제2설정값은 +5%로 설정될 수 있다. 요구토크 대비 구동토크의 비교에 따라 연산된 오차가 음의 퍼센티지로서 -10%의 값을 갖는다면 이는 제1설정값을 벗어나게 된 것이기에 저단 캠프로파일 상태인 것으로 판단된다. 그 결과 중토크(M)영역에 적합한 캠(22)이 아닌 다른 캠(21)이 연결된 것으로서, 캠프로파일 동작이 이상 상태임을 진단할 수 있다. 본래는 고단의 캠(22)에서 구동되고 있어야 하는데 실제로는 저단의 캠(21)에서 구동되고 있는 상태로 볼 수 있다. 본 실시예에서의 음의 허용오차는 -7%까지이므로 만약 음의 퍼센티지로서 -2%값이 연산되면 제1설정값을 벗어나지 않으므로 캠프로파일 정상 상태인 것으로 판단된다.
다른 예로서, 요구토크 대비 구동토크의 비교에 따라 연산된 오차가 양의 퍼센티지로서 +10%의 값을 갖는다면 이는 제2설정값을 벗어나게 된 것이기에 고단 캠프로파일 상태인 것으로 판단된다. 그 결과 중토크(M)영역에 적합한 캠(22)이 아닌 다른 캠(23)이 연결되어 캠프로파일 동작이 이상 상태임을 진단할 수 있다. 본래는 저단의 캠(22)에서 구동되고 있어야 하는데 실제로는 고단의 캠(23)에서 구동되고 있는 상태로 볼 수 있다. 본 실시예에서의 양의 허용오차는 +5%까지이므로 만약 양의 퍼센티지로서 +3%이 연산되면 제1설정값을 벗어나지 않으므로 캠프로파일 정상 상태인 것으로 판단된다.
나아가 연산된 오차가 제1설정값과 제2설정값 사이의 값을 갖는다면 캠프로파일 동작이 정상 범주 안에 있는 것으로 보고 캠프로파일이 정상상태임을 나타낸다. 즉, 연산된 오차가 -7% 이상 +5%이하의 범위의 값을 갖는 것으로 연산된다면, 이는 허용 오차범위로서 현재 중토크(M)영역에 적합한 캠(22)이 연결되어 캠프로파일 동작이 정상 상태임을 진단할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 실시예는 저단 캠프로파일 상태 또는 고단 캠프로파일 상태로 판단되는 경우 캠프로파일 이상 정보를 출력하는 단계(S360);를 포함할 수 있으며, 여기서는 캠프로파일 동작 진단 결과에 따라 오류코드를 출력하고 오류 정보를 표출하여 운전자가 인식 가능하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 저단 캠프로파일 상태 여부와 고단 캠프로파일 상태 여부의 판단을 일정주기 T마다 할 수 있다. 정해진 주기마다 캠프로파일 상태를 진단하여 캠프로파일 구동의 신뢰성을 확보할 수 있다.
이때, 해당 운전영역에서 시간에 따른 토크 상승률이 기 설정된 값 이상으로 측정되는 경우, 상기 일정주기 t는 작아지도록 설정할 수 있다. 여기서 토크 상승률의 대상이 되는 토크는 구동토크를 의미할 수 있다. 도 4를 참조하면, 시간의 흐름에 따른 토크가 급격히 증가하는 구간이 도시되어 있는데, 이와 같이 토크가 급격히 증가하는 구간에서 일정주기 T가 너무 길면 구간 내의 토크의 실제 변화 정도를 추종하지 못하고 캠프로파일 동작 진단에 오류가 발생하게 될 수 있다. 따라서 일정주기 T를 조절해줌으로써 더욱 정확한 동작 진단이 가능해진다. 또한, 다단 가변 밸브 리프트 장치에서 토크가 급격히 증가하는 구간에서 일정주기 T가 너무 길면, 다단의 급속한 변경을 감지하지 못하고 중간 단을 생략한 채 캠프로파일 동작을 진단하는 오류를 범할 수 있는 바, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이러한 위험을 해소할 수 있게 된다.
한편, 도5를 참조하면 설정 토크영역 마다 각 영역에 유효한 구동토크값의 범위를 갖는다. 저토크(L) 영역에서 구동토크는 τ1 내지 τ2의 유효한 값을 가질 수 있으며, 중토크(M) 영역에서 구동토크는 τ3 내지 τ4의 유효한 값을 가질 수 있고, 고토크(H) 영역에서 구동토크는 τ5 내지 τ6의 유효한 값을 가질 수 있다. 상기 요구토크 대비 구동토크의 오차를 연산하기 위한 상기 제1설정값과 제2설정값은 차량의 특성 정보와 운전영역에 따른 정보를 반영하여, 룩업테이블(Look-Up Table)로 구비되어 저단 캠프로파일 상태 여부와 고단 캠프로파일 상태 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.
전술한 실시예에서 참조부호 S310, S320, S321, S322, S330, S340, S341, S342, S350, S351, S352, S360은 반드시 당해 내용간의 선후관계, 즉 순서를 결정하는 것은 아님을 유의해야 한다. 예컨대, 현재 운전영역 판단(S310)에 앞서 요구토크 측정(S321), 구동토크 측정(S322)을 할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법을 설명하기로 한다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법의 블록도이다. 도7은 본 발명의 솔레노이드밸브에 통전되는 전류값의 정상상태와 이상상태를 나타내는 도면이다. 도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드밸브 이상 동작 진단 방법을 나타내는 블록도이다. 도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드밸브를 이용한 가변 밸브 리프트 동작 진단 시스템의 신호흐름선도이다.
전술한 운전영역은 토크영역의 전 범위에서 밸브 리프트 모드에 따라 구분될 수 있다. 여기서 밸브 리프트 모드라 함은 설정 토크영역에 대응되는 개념이며, 모드에 따라 캠이 기 설정된 복수 개의 설정 토크영역(Area 1) 내에서 토크 상승 방향(f1, f2) 또는 토크 하강 방향(f3, f4)으로의 다단 제어될 수 있음을 의미한다.
본 실시예가 전술한 실시예와 다른 점은 동작 진단 방법에 있어서 추가적으로 솔레노이드밸브의 동작을 진단한다는 것이다. 도 6을 참조하면, 캠프로파일 이상 동작 진단 이후에 솔레노이드밸브 이상 동작을 수행할 수 있다. 앞서 말한 바와 같이 참조부호가 당해 내용의 선후관계를 의미하는 것은 아니지만, 바람직하게는 다단 가변 밸브 리프트 시스템 전체의 동작에 대한 오류 여부를 진단하고 그 다음에 내부적인 원인, 즉 솔레노이드밸브 엑츄에이터로부터 비롯 되었는 지, 아닌 지 여부를 진단하는 것이 좋다. 종래에는 솔레노이드밸브를 이용한 다단 가변 밸브 리프트 시스템에에 대한 기술이 거의 없고, 이에 따라 다단 가변 밸브 리프트 시스템의 동작을 제대로 진단하고자 하는 방법 또한 전무하기 때문에 동작 진단에 대한 체계를 확립함이 바람직하다.
도 7을 참조하여 설명하면, 솔레노이드밸브에 통전되는 전류값을 측정(전류를 흐르게 한 뒤 다시 피드백 받음)하여 정상상태(usual state)인지 이상상태(unusual state)인지 여부를 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 캠프로파일 이상 정보 출력 결과, 캠프로파일이 이상 동작 상태로 판단되는 경우, 상기 솔레노이드밸브의 구동에 의한 절환시, 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값 측정에 따른 솔레노이드밸브 이상 동작정보 출력 단계를 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값 측정 이전에 솔레노이드밸브 전원 인가 전류값을 측정하고, 상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값이 솔레노이드밸브 전원 인가 전류값에 기초하였을 때, 소정의 변곡값 이상으로 출력되지 않는 경우 솔레노이드밸브가 이상 동작 상태인 것으로 정의할 수가 있다.
실험결과 정상 상태의 전류값은 솔레노이드밸브 절환시에 변곡점(point of inflection)이 형성됨을 알 수가 있었다. 솔레노이드밸브에 전압을 인가 했을 때 일정한 전류값이 흐르게 되며, 전원 오프시에는 상기 전류값이 단순히 하강하는 것이 아니라 특이점을 갖게 되는 것을 실험적으로 확인할 수 있었다. 도 7에는 그 예시로서 매우 짧은 시간(t)에서의 전류 변화양상을 나타내는데, 정상적인 상태에서는 전류값이 특정 변곡점(POI)을 가지고 Ib선을 따라 진행하지만 이상 동작 시에는 전류값이 변곡점을 형성하지 않고 Ia선을 따라 진행한다.
보다 구체적으로 도 8을 참조하면, 캠프로파일의 변경 요청이 필요한 상황에서 솔레노이드밸브 전원 인가 전류값을 먼저 측정하고, 이후 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값을 측정하여, 변곡점(POI)가 형성되는 지를 관찰한다. 전류값 특성이 실험적으로 획득한 정상 상태에서의 변곡점(POI) 특성과 같은 경우에는 솔레노이드밸브가 정상 동작하는 것으로 진단하고, 전류값 특성이 실험적으로 획득한 정상 상태에서의 변곡점(POI) 특성과 다른 경우에는 솔레노이드밸브가 이상 동작하는 것으로 진단한다.
이러한 동작 진단 방법 또한 별도의 하드웨어적인 추가 구성 없이도 전류값의 특성만을 관찰하여 다단 가변 밸브 리프트 시스템이 현재 엔진의 엔진운전 영역과 적합하게 캠프로파일이 구동되는지 여부를 진단할 수 있다는 장점을 갖는다.
마지막으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 동작 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에서 다단 가변 밸브 리프트 동작 시스템은 솔레노이드밸브 구동부(200); 다단(Multi-Step) 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량의 현재 상태의 운전영역을 인지하고, 운전자에 의한 요구토크와, 캠의 구동으로부터 출력되는 실제 구동토크와, 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값을 측정하는 인터페이스부(300); 상기 요구토크와 구동토크의 연산된 오차에 따라 저단 캠프로파일 상태인지 여부와 고단 캠프로파일 상태인지 여부를 판단하는 캠프로파일 이상 동작여부 판단부(410); 상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값을 측정하여 솔레노이드밸브 절환시 솔레노이드밸브의 이상 동작여부를 판단하는 솔레노이드밸브 이상 동작여부 판단부(420); 및 상기 캠프로파일 이상 동작여부 판단부 및 솔레노이드밸브 이상 동작여부 판단부로부터의 신호를 입력받고, 상기 솔레노이드밸브 구동부에 제어명령을 내리는 제어부(500);를 포함할 수 있다.
도 9를 참조했을 때, 실선으로 그려진 화살표는 제어부의 구동 명령에 따라 물리적인 힘이 작용하는 것을 도시하고, 파선으로 그려진 화살표는 각 구성요소간의 신호흐름을 도시한다.
제어부(500)는 다단 가변 밸브 리프트 시스템의 캠프로파일의 변경에 관한 제어를 수행한다. 여기서 제어부(500)는 ECU, VCU가 해당될 수 있다.
인터페이스부(300)는 센서류(미도시)로부터 차량, 내연기관과 솔레노이드밸브로부터의 상태 정보를 입력받고, 이러한 정보를 캠프로파일 이상 동작여부 판단부 또는 솔레노이드밸브 이상 동작여부 판단부로 전송할 수 있다. 다시말해 캠프로파일 변경 제어에 필요한 신호를 시스템을 이루는 각 구성요소와 주고 받는다.
캠프로파일 이상 동작여부에 대한 정보와 솔레노이드밸브 이상 동작여부에 대한 정보는 제어부에 입력되어, 제어부가 솔레노이드밸브에 제어명령을 내릴 수 있도록 구성된다.
위와 같은 기능을 갖는 구성요소들을 가짐으로써, 솔레노이드밸브를 이용한 다단 가변 밸브 리프트 시스템에서 아직까지 실용화되지 않았던 동작 진단에 대한 판단이 가능해졌다.
상기한 내용을 정리하면 별도의 하드웨어적인 구성 없이도 다단 가변 밸브 리프트 시스템이 현재 상태의 운전영역과 적합한 캠프로파일로서 구동되는지 여부를 진단할 수 있고, 별도의 하드웨어를 줄이므로 시스템 구축에 소요되는 비용을 크게 절감하게 되는 장점을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법은 종래에 비해 보다 직접적이고 정확한 진단 알고리즘을 제공하는 장점을 갖는다.
종래에는 오일을 이용한 유압밸브를 이용하여 캠을 절환 시켰기에 동작이 지연되는 등의 문제가 있었으나, 본 발명에서는 솔레노이드밸브를 이용하므로 제어명령에 따라 매우 빠른 응답성을 가지는 캠절환 동작이 가능해진다.
본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
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 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 캠 샤프트
20 : 캠
30 : 캠 절환부
40 : 캠절환 매개부
100 : 내연기관
200 : 솔레노이드밸브
300 : 인터페이스부
400 : 이상 동작여부 판단부
500 : 제어부

Claims (9)

  1. 다단(Multi-Step) 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량의 현재 상태의 운전영역을 판단하는 단계;
    운전자에 의한 요구토크를 측정하는 단계;
    구동토크를 측정하는 단계;
    상기 현재 상태의 운전영역을 기초로, 상기 요구토크 대비 상기 구동토크의 비교에 따른 오차를 연산하는 단계;
    상기 오차가 제1설정값을 벗어난 음의 퍼센티지로 연산되는 경우 저단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하고, 제2설정값을 벗어난 양의 퍼센티지로 연산되는 경우 고단 캠프로파일 상태인 것으로 판단하는 단계; 및
    저단 캠프로파일 상태 또는 고단 캠프로파일 상태로 판단되는 경우 캠프로파일 이상 동작 정보를 출력하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    저단 캠프로파일 상태 여부와 고단 캠프로파일 상태 여부의 판단은 일정주기 T마다 판단하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    해당 운전영역에서 시간에 따른 토크 상승률이 기 설정된 값 이상으로 측정되는 경우, 상기 일정주기 T는 작아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요구토크 대비 구동토크의 오차를 연산하기 위한 상기 제1설정값과 제2설정값은 차량의 특성 정보와 운전영역에 따른 정보를 반영하여, 룩업테이블로 구비되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 운전영역은 토크영역의 전 범위에서 밸브 리프트의 모드에 따라 구분되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모드는 솔레노이드밸브의 구동에 의해 절환되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캠프로파일 이상 동작 정보 출력 결과, 캠프로파일이 이상 동작 상태로 판단되는 경우
    상기 솔레노이드밸브의 구동에 의한 절환시, 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값 측정에 따른 솔레노이드밸브 이상 동작정보 출력 단계를 더 포함하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값 측정 이전에 솔레노이드밸브 전원 인가 전류값을 측정하고,
    상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값이 솔레노이드밸브 전원 인가 전류값에 기초하였을 때, 소정의 변곡값 이상으로 출력되지 않는 경우 솔레노이드밸브 이상 정보로서 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 방법.
  9. 솔레노이드밸브 구동부;
    다단(Multi-Step) 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량의 현재 상태의 운전영역을 인지하고, 운전자에 의한 요구토크와, 캠의 구동으로부터 출력되는 실제 구동토크와, 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값을 측정하는 인터페이스부;
    상기 요구토크와 구동토크의 연산된 오차에 따라 저단 캠프로파일 상태인지 여부와 고단 캠프로파일 상태인지 여부를 판단하는 캠프로파일 이상 동작여부 판단부;
    상기 솔레노이드밸브 전원 오프 전류값을 측정하여 솔레노이드밸브 절환시 솔레노이드밸브의 이상 동작여부를 판단하는 솔레노이드밸브 이상 동작여부 판단부; 및
    상기 캠프로파일 이상 동작여부 판단부 및 솔레노이드밸브 이상 동작여부 판단부로부터의 신호를 입력받고, 상기 솔레노이드밸브 구동부에 제어명령을 내리는 제어부;를 포함하는 다단 가변 밸브 리프트 동작 진단 시스템.

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