KR101875629B1 - 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법이 개시된다. 엔진에 형성된 메인 갤러리 내부의 오일 압력을 감지하고; 상기 메인 갤러리의 오일 압력에 따라 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 설정하여, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동을 개시하여, 엔진 출력 향상 및 배기가스 배출 저감을 도모할 수 있다.

Description

연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법{Control method of continuously variable valve timing}

본 발명은 연속 가변 밸브 타이밍장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 단축하여 유해한 배기가스의 배출을 저감할 수 있도록 한 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 엔진에는 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 구비되고, 상기 연소실로 유입되는 공기나 혹은 공기와 연료의 혼합기의 유입을 제어하는 흡기밸브와, 상기 연소실로부터 배출되는 배기가스의 유출을 제어하기 위한 배기밸브를 포함하는 밸브 트레인이 구비되어 있다.

또한 연료의 연소로 발생된 동력을 전달받아 회전되는 크랭크 샤프트의 회전 운동에 연동하는 캠에 의해 상기 밸브 트레인의 흡배기 밸브가 작동되면서 상기 연소실을 개폐하게 된다.

상기 캠은 일정한 프로파일을 갖도록 형성됨에 따라 상기 흡배기 밸브도 항상 일정한 리프트 값을 가지게 되고, 상기 캠의 리프트 값에 따라 흡배기 밸브를 통해 연소실로 유출입되는 공기와 배기가스의 유출입 양도 일정하게 설정된다.

그런데 차량의 엔진의 운전 상태에 따라 흡배기 밸브의 개폐시기를 적절히 조절하면, 엔진의 출력을 향상시키고 동시에 배기가스의 배출도 저감할 수 있는 바, 이와 같이 엔진의 운전 상태에 따라 흡배기 밸브의 개폐시기를 조절하는 가변 밸브 타이밍장치가 개발되고 있다.

연속 가변 밸브 타이밍장치는 가변 밸브 타이밍장치의 일종으로서, 밸브 타이밍을 설정된 범위 내의 임의의 값으로 제어할 수 있는 장치를 말하며, 그 작동 동력원에 따라 유압식 혹은 기계식 등으로 구분될 수 있고, 유압식 가변 밸브 타이밍장치는 제어의 정밀성, 작동의 신뢰성의 향상으로 주로 사용되고 있다.

최근에는 차량의 배기가스에 의한 환경오염의 문제가 대두되면서 배기가스 배출 규제가 강화되고 있는 바, 종래에 연속 가변 밸브 타이밍장치가 차량 엔진의 시동후 일정 시간이 경과(약 5초 경과)된 이후에만 작동 개시함에 따라 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 이전에 차량 엔진으로부터 배출되는 유해한 배기가스로 인한 환경오염이 문제시 되었다.

즉, 종래에 엔진 오일의 유압에 의해 작동하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 경우, 엔진 내부 유로내의 엔진 오일의 유무, 엔진 오일 온도 및 엔진 오일 점도에 따라 엔진 시동 후 오일 펌프에 의해 토출된 엔진 오일이 연속 가변 밸브 타이밍장치까지 공급되어 적절한 오일 압력이 형성되기까지 경과 시간이 필요한 데, 이러한 필요 경과시간을 설정함에 있어 여러 가지 환경 조건을 고려하여 가장 긴 시간, 예를 들면 약 5초로 설정하고 있었다.

그러나, 엔진의 시동후 소정 시간이 경과하기까지 연속 가변 밸브 타이밍장치가 작동되지 않음으로 인해, 그 시간 동안에 배출되는 유해한 배기가스를 저감해야 할 필요가 있었고, 이를 위해 본 발명은 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 단축하여 유해한 배기가스의 저감을 도모하고자 한다.

즉, 본 발명은 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 적절히 가변적으로 단축 조절하여, 연속 가변 밸브 타이밍장치의 휴지 시간을 줄여서 유해한 배기가스의 배출을 저감할 수 있는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법은, 엔진에 형성된 메인 갤러리 내부의 오일 압력을 감지하고; 상기 메인 갤러리의 오일 압력에 따라 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 설정하여, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동을 개시하며, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동을 개시한 이후에 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있는 지의 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 판단 결과, 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있지 않으면, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치를 흔들어 주는 세이킹 작업을 수행하며, 상기 세이킹 작업은 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 진각 유압실과 지각 유압실에 상기 오일 압력이 교대로 공급되게 하여 이루어지고, 상기 작동 개시 시점은 상기 메인 갤러리의 내부 오일 압력이 소정 압력에 도달한 시점에 제1상수값을 곱하고, 제2상수값을 더하여 설정될 수 있다.

상기 메인 갤러리에는 상기 엔진의 구동에 따라 작동되는 오일펌프에 의해 상기 오일 압력이 형성될 수 있다.

상기 메인 갤러리로부터 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치에 오일을 공급하기 위한 오일 통로가 각각 분지되어 형성될 수 있다.

상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로에는 오일의 유동을 제어하기 위한 오일 제어 밸브가 각각 설치되어, 상기 오일 제어 밸브의 제어를 통해 상기 작동 개시가 이루어질 수 있다.

상기 오일 압력은 상기 메인 갤러리에 설치된 오일 압력 스위치 혹은 오일 압력 감지 센서에 의해 이루어질 수 있다.

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상기 제1상수값은 1.5이고, 상기 제2상수값은 1일 수 있다.

상기 작동 개시 시점은 상기 메인 갤러리의 내부 오일 압력이 소정 압력에 도달한 시점이 0.5초 이하이면 2초로 하고, 0.5초 이상이면 5초로 설정할 수 있다.

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상기 판단은 캠 포지션 센서를 통해 캠의 위상을 감지하는 것에 의해 이루어질 수 있다.

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상기 세이킹 작업 이후에 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있는 지의 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 세이킹 작업 이후에 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있는 지의 여부에 대한 판단 결과, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있지 않으면, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치를 파킹 상태로 유지할 수 있다.

상기 파킹 상태를 유지한 이후에 오일의 온도가 5℃ 이상으로 상승하면, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동을 개시할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법에 의하면, 엔진 오일 유로에 설치된 오일 압력 센서 혹은 오일 압력 스위치를 매개로 엔진 오일 유로의 오일 압력을 확인 후에, 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 설정함으로써, 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점이 빨라져 유해한 배기가스의 배출을 저감할 수 있다.

또한 EM(Emission) 시험과 같이 소킹(Soaking; 차량의 운행 정지후 방치상태) 기간이 짧은 경우에는 엔진 시동후 약 2초 이내의 짧은 시간 내에도 연속 가변 밸브 타이밍장치를 작동시켜 엔진의 출력 향상 및 연비 저감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법이 적용되는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 유동 통로를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법에 의한 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 결정하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법이 적용되는 연속 가변 밸브 타이밍장치는 유압에 의해 작동되어 흡기 밸브 및 배기 밸브의 개폐 시기를 조절하는 장치로서, 오일 펌프에서 펌핑된 유압이 메인 갤러리(10)를 통해 배기 밸브의 연속 가변 밸브 타이밍장치로 공급되게 하는 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로(20)와, 흡기 밸브의 연속 가변 밸브 타이밍장치로 공급되게 하는 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로(30)를 각각 포함할 수 있다.

상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로(20)의 입구에는 오일의 유동을 제어하기 위해 오일 제어 밸브(Oil Control Valve; 40)가 설치될 수 있고, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로(30)의 입구에는 오일의 유동을 제어하기 위해 오일 제어 밸브(미도시)가 설치될 수 있다.

상기 양측의 오일 제어 밸브(40)는 엔진제어유니트(ECU)의 제어신호를 인가받아 작동되면서 배기 밸브측 오일통로(20)로의 오일의 유동을 제어하게 된다.

상기 오일 펌프를 통해 공급된 오일의 압력, 특히 메인 갤러리(10) 내부의 압력을 감지하기 위해 오일 압력 스위치 혹은 오입 압력 감지 센서(50)가 상기 메인 갤러리(10)에 설치될 수 있다.

상기 오일 압력 감지 센서(50)에 감지한 오입 압력은 상기 엔진제어유니트(ECU)가 입력받아 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 판단하게 되어 있다.

도 2를 참조하면, 상기 엔진제어유니트(ECU)는 상기 메인 갤러리(10)의 오일 압력이 연속 가변 밸브 타이밍장치를 작동하기 위한 충분한 압력이 형성된 것인지를 판단하기 위해 상기 오일 압력 스위치의 오프 시간 혹은 오일 압력 감지 센서(50)의 센싱 신호를 입력 받아 판단한다.

즉 메인 갤러리(10)의 내부 오일 압력이 적정 압력에 도달한 시점을 t1이라 하면, 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점 t2를 하기의 수식에 따라 설정한다.

(수학식1)

t2 = a * t1 + b

상기 수학식1에서 상수 a는 1.5이고, 상수 b는 1로 할 수 있다.

또한 보다 간단히 t1이 0.5초 이하이면, t2는 2초, 0.5초 이상이면, t2는 5초로 설정할 수 있다.

엔진제어유니트(ECU)가 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점 t2를 설정하면, 상기 오일 제어 밸브(40)에 작동 신호를 인가하여 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치에 엔진 오일이 공급되게 하여, 흡기 밸브 빛 배기 밸브의 개폐 시기가 엔진의 운전 상태에 따라 연속적으로 가변되게 하여, 엔진의 출력 및 연비 향상과 배기가스 저감을 도모할 수 있다.

도 3을 참조하면, 엔진제어유니트(ECU)는 도시된 제어 순서도에 따라 제어를 실행할 수 있다.

먼저 엔진 시동을 감지한다(S10). 엔진이 시동되면 오일 펌프가 작동하여 메인 갤러리(10)에 오일이 공급된다.

이어서 오일 압력 스위치 신호 혹은 오일 압력 감지 센서(50)의 감지 신호를 입력받아(S20), 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점(t2)을 상기와 같이 연산 혹은 설정한다(S30).

엔진제어유니트(ECU)는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점(t2)에 상기 오일 제어 밸브(40)에 제어신호를 인가하여, 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치에 오일 압력이 공급되게 한다(S40).

상기와 같이 엔진 오일이 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치에 오일 압력이 공급되게 한 다음에 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동하는 지의 여부를 판단한다(S50).

이러한 판단 혹은 추종은 캠 포지션 센서를 통해 캠의 위상을 감지하여 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있는 지의 여부를 판단할 수 있다.

계속해서 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있으면, 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 로직을 종료하고, 연속 가변 밸브 타이밍장치의 내부 저항이나 스턱 현상(Struck; 록크 핀이 잠김)이 등이 발생되어 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되지 않으면, 연속 가변 밸브 타이밍장치를 흔들어 주는 세이킹(Shaking) 작업을 실행한다 (S60).

상기 세이킹 작업은 엔진 오일은 연속 가변 밸브 타이밍장치의 진각 유압실과 지각 유압실에 교대로 공급되게 하여 연속 가변 밸브 타이밍장치를 흔들어 줄 수 있다.

세이킹 작업 이후에 다시 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동하는 지의 여부를 판단하고(S70), 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되지 않으면 연속 가변 밸브 타이밍장치를 파킹(Parking)상태로 유지한다(S80).

즉, 세이킹 이후에도 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되지 않으면, 엔진 오일의 온도가 충분히 상승되지 않은 것이므로, 엔진 오일 온도가 적절한 온도까지 상승할 동안에 연속 가변 밸브 타이밍장치를 파킹 상태로 유지하여 작동 대기시킨다.

연속 가변 밸브 타이밍장치의 파킹 상태란 록크 핀이 엔진 오일의 유압에 의해 해제되지 않고 잠겨 있는 상태를 말한다.

이어서 엔진 오일의 온도가 예를 들면 5℃ 이상으로 충분히 상승한 것인지를 판단하고(S90), 엔진 오일의 온도가 5℃ 이상으로 충분히 상승했으면, 오일 제어 밸브(40)에 제어 신호를 인가하여 연속 가변 밸브 타이밍장치를 작동 개시한다(S100).

상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따라 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 제어하면, 대기 온도가 -7℃ 이하의 온도에서 EM(Emission) 평가 모드(1일 소킹후 평가)에서 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 충분히 단축시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기와 같은 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점의 단축으로 MPI 차량의 배기 가스 중의 비메테인 탄화수소(NMHC; Non-Methane Hydro-Carbon)를 약 15 ~ 17% 저감할 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 메인 갤러리
20: 배기 밸브측 오일 통로연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로
30: 흡기 밸브측 오일 통로연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로
40: 오일 제어 밸브
50: 오일 압력 감지 센서

Claims (15)

1. 엔진에 형성된 메인 갤러리 내부의 오일 압력을 감지하고;
   상기 메인 갤러리의 오일 압력에 따라 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동 개시 시점을 설정하여, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동을 개시하며,
   상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동을 개시한 이후에 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있는 지의 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
   상기 판단 결과, 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있지 않으면, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치를 흔들어 주는 세이킹 작업을 수행하며,
   상기 세이킹 작업은 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 진각 유압실과 지각 유압실에 상기 오일 압력이 교대로 공급되게 하여 이루어지고,
   상기 작동 개시 시점은 상기 메인 갤러리의 내부 오일 압력이 소정 압력에 도달한 시점에 제1상수값을 곱하고, 제2상수값을 더하여 설정되는 것을 특징으로 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 갤러리에는 상기 엔진의 구동에 따라 작동되는 오일펌프에 의해 상기 오일 압력이 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 메인 갤러리로부터 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치에 오일을 공급하기 위한 오일 통로가 각각 분지되어 형성된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로와 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 오일 통로에는 오일의 유동을 제어하기 위한 오일 제어 밸브가 각각 설치되어, 상기 오일 제어 밸브의 제어를 통해 상기 작동 개시가 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 오일 압력은 상기 메인 갤러리에 설치된 오일 압력 스위치 혹은 오일 압력 감지 센서에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1상수값은 1.5이고, 상기 제2상수값은 1인 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 작동 개시 시점은 상기 메인 갤러리의 내부 오일 압력이 소정 압력에 도달한 시점이 0.5초 이하이면 2초로 하고, 0.5초 이상이면 5초로 설정하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 판단은 캠 포지션 센서를 통해 캠의 위상을 감지하는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제1항에 있어서,
    상기 세이킹 작업 이후에 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있는 지의 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 세이킹 작업 이후에 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있는 지의 여부에 대한 판단 결과, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치가 정상적으로 작동되고 있지 않으면, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치를 파킹 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 파킹 상태를 유지한 이후에 오일의 온도가 5℃ 이상으로 상승하면, 상기 흡기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치와 상기 배기 밸브측 연속 가변 밸브 타이밍장치의 작동을 개시하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍장치의 제어방법.

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