KR101865693B1

KR101865693B1 - 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101865693B1
Application number: KR1020180048630A
Authority: KR
Inventors: 이진노
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2018-06-08
Also published as: KR20180048509A

Abstract

연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치는 차량 상태 정보에 따른 요구 압력을 검출하는 요구 압력 검출부; 흡기 매니폴드 내의 현재 압력을 검출하는 현재 압력 검출부; 및 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하는지 여부에 따라 요구 압력에 대응되는 목표 공기량을 정량적으로 계산하여 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브를 제어하는 압력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING PRESSURE OF CONTINUOUS VARIABLE VALVE LIFT SYSTEM}

본 발명은 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기 매니폴드 내 압력을 요구 압력에 따라 정량적으로 제어하는 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

연속 가변 밸브 리프트 시스템(Continuous Variable Valve Lift;CVVL)은 엔진의 회전속도에 따라 흡기밸브 및 배기밸브의 동작을 적절하게 구현하기 위해, 흡기밸브 및 배기밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 또는 흡기밸브 및 배기밸브가 엔진회전수에 따라 다른 밸브 리프트로 동작하도록 한다.

이러한 연속 가변 밸브 리프트 시스템에서, 흡입 공기량은 연비 향상 및 배출가스의 저감을 목적으로 스로틀 밸브의 개도량을 통해 흡입 공기의 압력을 제어한다.

이 경우, 종래의 연속 가변 밸브 리프트 시스템은 MAF(Mass Air Flow), MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서를 기준으로 스로틀 밸브를 PID(Proportional Integral Differential) 방식을 통해 제어하여 흡입 공기유량을 조절하였다.

그러나, 종래의 PID 방식은 오버 슈트, 언더 슈트 등의 에러가 발생하였고, 사용자의 의도에 적합하게 요구 압력 제어 속도를 제어하기 어려웠으며, 변화하는 목표값을 추종하는데에 부족하다는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0064088호(2009.06.18)의 '가변 밸브 리프트 장치'에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 압력을 변화시키기 위해 필요한 공기량을 정량적으로 계산하여 이를 기반으로 스로틀 밸브를 제어함으로써, 흡입 공기의 압력 제어 안정성을 향상시키고 차량 연비 및 성능을 향상시키는 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치는 차량 상태 정보에 따른 요구 압력을 검출하는 요구 압력 검출부; 흡기 매니폴드 내의 현재 압력을 검출하는 현재 압력 검출부; 및 상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이가 존재하는지 여부에 따라 상기 요구 압력에 대응되는 목표 공기량을 정량적으로 계산하여 상기 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브를 제어하는 압력 제어부를 포함하며, 상기 압력 제어부는 실린더에 유입되어야 할 실린더 필요 공기량 및 흡기 매니폴드 내에 추가적으로 흡입되어야 할 추가 공기량을 합산하여 상기 목표 공기량을 계산하며, 상기 압력 제어부는 상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이가 존재하면 상기 추가 공기량을 계산하는 추가 공기량 계산부; 상기 추가 공기량과 실린더 필요 공기량을 합산하여 상기 목표 공기량을 계산하는 목표 공기량 계산부; 및 상기 목표 공기량에 따라 상기 스로틀 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 포함하되, 상기 추가 공기량은 흡기 매니폴드 내 상기 현재 압력이 기 설정된 압력변화량으로 상기 요구 압력에 도달하는데 필요한 공기량이며, 상기 압력변화량은 상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이에 비례하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 방법은 압력 제어부가 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하면 흡기 매니폴드 내에 추가적으로 흡입되어야 할 추가 공기량을 계산하는 단계; 상기 압력 제어부가 상기 추가 공기량과 실린더에 유입되어야 할 실린더 필요 공기량을 합산하여 목표 공기량을 계산하는 단계; 및 상기 압력 제어부가 상기 현재 압력이 상기 요구 압력에 도달할 때까지 상기 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 추가 공기량은 흡기 매니폴드 내 상기 현재 압력이 기 설정된 압력변화량으로 상기 요구 압력에 도달하는데 필요한 공기량이며, 상기 압력변화량은 상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이에 비례하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법은 압력을 변화시키기 위해 필요한 공기량을 정량적으로 계산하여 이를 기반으로 스로틀 밸브를 제어함으로써, 흡입 공기의 압력 제어 안정성을 향상시키고 차량 연비 및 성능을 향상시킨다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 방법을 도시한 순서도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치는 요구 압력 검출부(10), 현재 압력 검출부(20), 압력 제어부(30) 및 스로틀 밸브(40)를 포함한다.

스로틀 밸브(40)는 흡기 매니폴드(Intake manifold)에 설치되어 압력 제어부(30)의 제어신호에 응답하여 흡기 매니폴드 내부로 흡입되는 공기량을 제어한다. 이러한 스로틀 밸브(40)의 동작에 따라 흡기 매니폴드 내 흡입 공기의 공기량이 변화되며, 이 공기량의 변화에 따라 흡기 매니폴드 내 압력이 제어된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치는 상기한 흡기 매니폴드 내부의 압력을 제어하기 위해 필요한 공기량을 정량적으로 계산하고, 계산된 공기량을 기반으로 스토를 밸브를 제어함으로써, 흡기 매니폴드 내 압력을 좀 더 정량적 및 직관적으로 제어할 수 있다.

요구 압력 검출부(10)는 흡기 매니폴드 내부에 필요한 요구 압력을 검출한다.

요구 압력은 엔진 부하나 엔진 회전수, 실린더 내부의 충진율 등에 따라 기 설정된 흡기 매니폴드 내 공기 압력이다. 이러한 요구 압력은 상기한 바와 같이 사전에 설정되며, 차량 상태 정보, 예를 들어 엔진의 회전수, 냉각수의 온도, 차속, 변속단 정보, 클러치의 동작 상태, 스로트 밸브의 개도량, 액셀레이터의 개도량, 공연비 중 적어도 하나 이상에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

현재 압력 검출부(20)는 흡기 매니폴드 내 현재 압력을 검출한다.

압력 제어부(30)는 요구 압력 검출부(10)에 의해 검출된 요구 압력과 현재 압력 검출부(20)에 의해 검출된 현재 압력 간의 차이에 따라 요구 압력에 대응되는 목표 공기량을 정량적으로 계산하고 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브(40)를 제어하는 것으로써, 추가 공기량 계산부(31), 목표 공기량 계산부(32) 및 밸브 제어부(33)를 포함한다.

여기서, 목표 공기량은 흡기 매니폴드 내 압력이 요구 압력에 도달하기 위해 흡기 매니폴드로 흡입되어야 할 공기량, 즉 스로틀 밸브 제어를 통해 흡입되어야 할 공기량이다. 이러한 목표 공기량에는 스로틀 밸브(40)를 통해 흡입되는 흡기 매니폴드로 흡입되어야 할 추가 공기량 및 흡기 매니폴드로부터 밸브 리프트를 통해 실린더로 유입되어야 할 실린더 필요 공기량이 포함된다. 즉, 목표 공기량은 흡기 매니폴드로 유입되어야 하는 공기량 뿐만 아니라 흡기 매니폴드에서 실린더로 유입되어야 하는 공기량을 모두 포함하는 공기량이다.

추가 공기량 계산부(31)는 요구 압력 검출부(10)와 현재 압력 검출부(20)로부터 요구 압력과 현재 압력을 각각 입력받는다. 이어 추가 공기량 계산부(31)는 요구 압력과 현재 압력을 비교하여 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하는지 여부를 판단한다.

판단 결과 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하지 않으면, 추가 공기량 계산부(31)는 현재의 스로틀 밸브 개도량 제어를 계속 유지한다. 반면에, 흡기 매니폴드 내 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하면, 추가 공기량 계산부(31)는 기 설정된 압력변화량을 이용하여 추가 공기량을 계산한다.

추가 공기량은 현재 압력이 요구 압력에 도달하기 위해 현재 압력이 기 설정된 압력변화량으로 요구 압력에 도달하는데 필요한 공기량으로써, 흡기 매니폴드 내의 충진율 차원의 공기 질량에 해당된다.

추가 공기량은 다음과 같이 계산된다.

추가 공기량=압력변화량/(엔진회전수×대기압×(실린더체적÷흡기 매니폴드 체적)×(흡기 매니폴드 내부 온도÷절대온도))

여기서, 압력변화량(기울기)은 현재 압력으로부터 요구 압력에 도달하기 위한 단위시간당 압력의 변화량으로써, 사전에 설정되는 값이다. 이 압력변화량에 현재 압력에서 요구 압력에 도달하는 시간이 서로 상이하며 요구 압력에 도달하는 속도가 조절될 수 있다. 이러한 압력변화량은 현재 압력과 요구 압력 간의 차이에 비례하여 설정되며 이를 통해 요구 압력에 도달하는 시간을 일정하게 유지할 수 있다.

이러한 압력변화량=(유입공기량으로 계산한 충진율-실린더 충진율)×엔진회전수×대기압×(실린더체적÷흡기 매니폴드 체적)×(흡기 매니폴드 내부 온도÷절대온도))를 기반으로 생산자 등에 의해 사전에 설정될 수 있다.

유입공기량으로 계산한 충진율은 추가 공기량을 통해 충진율 차원으로 변환한 값(%)이고, 실린더 충진율은 흡기 매니폴드로부터 밸브 리프트를 통해 실린더로 유입되는 공기량, 즉 실린더 필요 공기량을 충진율 차원으로 변환한 값(%)이다.

목표 공기량 계산부(32)는 상기한 차량 상태 정보와 엔진 부하 등에 따라 실린더 필요 공기량을 검출한다. 여기서, 실린더 필요 공기량은 차량 상태 정보와 엔진 부하 등에 따라 사전에 설정된다.

또한, 목표 공기량 계산부(32)는 추가 공기량 계산부(31)로부터 추가 공기량을 입력받고, 이 추가 공기량을 상기한 실린더에 유입되어야 할 실린더 필요 공기량과 합산하여 목표 공기량을 계산한다. 여기서, 목표 공기량은 상기한 바와 같이 흡기 매니폴드 내 압력이 요구 압력에 도달하기 위해 흡기 매니폴드로 흡입되어야 할 공기량이므로, 요구 압력에 도달하기 위해 스로틀 밸브(40)를 통해 흡입되는 공기량 및 흡기 매니폴드 내부의 공기가 밸브 리프트를 통해 실린더로 유입되어야 할 실린더 필요 공기량이 모두 포함되어야 한다.

밸브 제어부(33)는 목표 공기량 계산부(32)에 의해 계산된 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브(40)를 제어한다. 즉, 밸브 제어부(33)는 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브(40)를 제어함으로써, 흡기 매니폴드 내 현재 압력이 요구 압력을 추종하게 되며, 이 과정은 현재 압력이 요구 압력에 도달할 때까지 반복된다.

여기서, 밸브 제어부(33)는 상기한 압력변화량에 따라 흡기 매니폴드의 공기량을 제어하는 바, 압력변화량이 상대적으로 적을 경우에는 도 2 의 (a)에 도시된 바와 같이 요구 압력에 도달하는 시간이 상대적으로 길게 소요되며, 압력변화량이 상대적으로 많을 경우에는 도 2 의 (b)에 도시된 바와 같이 요구 압력에 도달하는 시간이 상대적으로 짧게 소요된다.

여기서, 압력변화량은 상기한 바와 같이 사전에 설정되는 것인 바, 생산자 등은 압력변화량을 조절함으로써 요구 압력을 제어하는 속도를 조절할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 방법을 도 3 을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 방법을 도시한 순서도이다.

도 3 을 참조하면, 먼저 요구 압력 검출부(10)가 차량 상태 정보, 예를 들어 엔진의 회전수, 냉각수의 온도, 차속, 변속단 정보, 클러치의 동작 상태, 스로트 밸브의 개도량, 액셀레이터의 개도량, 공연비 중 적어도 하나 이상에 따라 요구 압력을 검출하고, 현재 압력 검출부(20)는 흡기 매니폴드 내 현재 압력을 검출한다(S10).

이어 압력 제어부(30)는 요구 압력 검출부(10)와 현재 압력 검출부(20)로부터 요구 압력과 현재 압력을 각각 입력받고, 요구 압력과 현재 압력을 비교하여 요구 압력과 현재 압력 간의 차이를 검출한다(S20).

이 경우, 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하지 않으면, 압력 제어부(40)는 현재의 스로틀 밸브 개도량 제어를 계속 유지한다.

반면에, 흡기 매니폴드 내 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하면, 압력 제어부(30)는 기 설정된 압력변화량을 이용하여 추가 공기량을 계산한다(S30). 즉, 압력 제어부(30)는 다음의 수학식을 이용하여 추가 공기량을 계산한다.

이어, 압력 제어부(30)는 상기한 차량 상태 정보와 엔진 부하 등에 따라 실린더 필요 공기량을 검출하고 추가 공기량 계산부(31)로부터 추가 공기량을 입력받은 후, 상기한 실린더에 유입되어야 할 실린더 필요 공기량과 추가 공기량을 합산하여 목표 공기량을 계산한다(S40).

이와 같이 목표 공기량이 계산됨에 따라, 압력 제어부(30)는 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브(40)를 제어하여 현재 압력이 요구 압력을 추종하도록 하고, 이 과정을 현재 압력이 요구 압력에 도달할 때까지 반복한다(S50,S60).

이 경우 압력 제어부(30)는 상기한 압력변화량에 따라 흡기 매니폴드의 공기량을 제어하는 바, 요구 압력을 제어하는 속도를 조절할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치 및 방법은 실제 압력을 변화시키기 위해 필요한 공기량을 정량적으로 계산하여 이를 기반으로 스로틀 밸브(40)를 제어함으로써, 흡입 공기의 압력 제어 안정성을 향상시키고 차량 연비 및 성능을 향상시킨다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10: 요구 압력 검출부
20: 현재 압력 검출부
30: 압력 제어부
31: 추가 공기량 계산부
32: 목표 공기량 계산부
33: 밸브 제어부
40: 스로틀 밸브

Claims

차량 상태 정보에 따른 요구 압력을 검출하는 요구 압력 검출부;
흡기 매니폴드 내의 현재 압력을 검출하는 현재 압력 검출부; 및
상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이가 존재하는지 여부에 따라 상기 요구 압력에 대응되는 목표 공기량을 정량적으로 계산하여 상기 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브를 제어하는 압력 제어부를 포함하며,
상기 압력 제어부는 실린더에 유입되어야 할 실린더 필요 공기량 및 흡기 매니폴드 내에 추가적으로 흡입되어야 할 추가 공기량을 합산하여 상기 목표 공기량을 계산하며,
상기 압력 제어부는 상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이가 존재하면 상기 추가 공기량을 계산하는 추가 공기량 계산부; 상기 추가 공기량과 실린더 필요 공기량을 합산하여 상기 목표 공기량을 계산하는 목표 공기량 계산부; 및 상기 목표 공기량에 따라 상기 스로틀 밸브를 제어하는 밸브 제어부를 포함하되,
상기 추가 공기량은 흡기 매니폴드 내 상기 현재 압력이 기 설정된 압력변화량으로 상기 요구 압력에 도달하는데 필요한 공기량이며,
상기 압력변화량은 상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이에 비례하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 장치.
압력 제어부가 요구 압력과 현재 압력 간의 차이가 존재하면 흡기 매니폴드 내에 추가적으로 흡입되어야 할 추가 공기량을 계산하는 단계;
상기 압력 제어부가 상기 추가 공기량과 실린더에 유입되어야 할 실린더 필요 공기량을 합산하여 목표 공기량을 계산하는 단계; 및
상기 압력 제어부가 상기 현재 압력이 상기 요구 압력에 도달할 때까지 상기 목표 공기량에 따라 스로틀 밸브를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 추가 공기량은 흡기 매니폴드 내 상기 현재 압력이 기 설정된 압력변화량으로 상기 요구 압력에 도달하는데 필요한 공기량이며,
상기 압력변화량은 상기 요구 압력과 상기 현재 압력 간의 차이에 비례하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 시스템의 압력 제어 방법.