KR101956024B1 - 2단 가변 밸브 리프트 시스템의 밸브 리프트 전환 지연 판단 장치 및 제어 방법 - Google Patents

2단 가변 밸브 리프트 시스템의 밸브 리프트 전환 지연 판단 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2단 가변 밸브 리프트 장치에 있어서 밸브 리프트 전환의 지연 여부를 판단하고 상기 전환의 지연 발생 시에는 이를 제어하기 위한 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 변위를 측정하는 선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer; LVDT) 센서, 유압을 형성하는 가변 오일 펌프, 상기 가변 오일 펌프에서 형성된 유압을 통하여 상기 흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 리프트를 로우 리프트와 하이 리프트 사이에서 전환시키는 오일 컨트롤 밸브(Oil Control Valve; OCV) 그리고 상기 LVDT 센서로부터의 변위 데이터와 엔진 운전 조건의 일반 데이터들을 제공 받아 상기 전환의 지연 발생 여부를 판단하고 상기 전환의 지연 발생 시 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압을 조절하는 제어부를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치와 그 제어 방법이 개시된다. 이를 통해 2단 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 전환의 지연 현상 발생 시 이에 신속히 대처함으로써 연비 개선, 엔진 손상 방지 및 안전성을 확보할 수 있다.

Description

2단 가변 밸브 리프트 시스템의 밸브 리프트 전환 지연 판단 장치 및 제어 방법{Apparatus and Method for Judging and Controlling the Delay of Valve Lift Change in 2-Step Variable Valve Lift System}
본 발명은 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 밸브 리프트 전환 시 밸브의 기계적 변위 측정을 통해 밸브 리프트 전환의 지연 유무를 판단하고, 전환의 지연 발생 시에는 이에 신속히 대처함으로써 밸브 리프트 전환 지연의 제어성 향상과 연비 개선, 자동차 운행의 안전성 향상을 도모하기 위한 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
내연기관은 연소실에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 발생시킨다. 공기를 흡입할 때에는 캠축의 구동에 의해 흡기밸브가 열리게 되고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입된다. 또한, 연소 발생 후 캠축의 구동에 의해 배기밸브가 열리게 되고 배기밸브가 열려있는 동안 연소 가스가 연소실에서 배출된다.
최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 조절된다. 적절한 리프트 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 엔진 회전속도의 변화에 따라 달라지기 때문이다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진 회전수에 따라 연속적으로 적절한 리프트로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트 장치가 연구되고 있다.
2단 가변 밸브 리프트 장치는 일반적으로 밸브 리프트 크기에 따라 하이 리프트(high lift) 또는 로우 리프트(low lift) 상태로 작동한다. 밸브가 열리는 높이가 큰 것을 하이 리프트, 작은 것을 로우 리프트라고 한다. 즉, 밸브 리프트는 밸브가 열리는 높이의 크기를 의미한다. 일반적으로 흡기밸브의 밸브 개폐 시기나 밸브 리프트를 제어하여 연비 개선 등의 목적을 달성하는데 배기 가스 특성도 개선하기 위하여 배기밸브의 개폐 시기나 밸브 리프트를 함께 제어하는 경우도 있다.
2단 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 제어 시 설계된 높이에 에러가 발생하거나 밸브 리프트 전환이 지연되면 목적하는 엔진 성능을 구현할 수 없게 되고 연비 저하 등의 문제가 발생한다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도1은 종래 기술에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 조절 시스템의 블록도이다.
도1을 참조하면, 종래의 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 조절 시스템은 엔진 운전 조건의 일반 데이터를 제어부(10)에 제공하는 각종 센서들(도시되지 않음), 상기 제어부(10)에서 인가된 제어 신호에 따라 오일 밸브 정지 장치(도시되지 않음)로의 유압을 개폐하는 오일 컨트롤 밸브(20)와 유압 조절에 의해 송출되는 오일 공급량을 0에서부터 최대치까지 변화시킬 수 있는 가변 오일 펌프(30), 상기 복수 개의 센서들로부터 제공받은 데이터를 활용하여 로우 리프트 또는 하이 리프트로의 전환 시점을 판단하며 상기 전환 및 밸브 리프트 조절을 위해 상기 오일 컨트롤 밸브(20)와 상기 가변 오일 펌프(30)에 제어 신호를 인가하는 제어부(10)를 포함한다. 상기 제어부(10)는 엔진 컨트롤 유닛(Engine Control Unit; ECU)일 수 있다.
상기 복수 개의 센서들이 상기 제어부(10)에 제공하는 일반 데이터에는 오일 온도, 오일 압력, 엔진 RPM, 연료량, 캠축의 각위치(angular position) 등이 포함된다.
상기 오일 컨트롤 밸브(20)는 상기 제어부(10)의 명령에 따라 오일 밸브(도시되지 않음)를 개폐함으로써 상기 가변 오일 펌프(30)에 의한 가변적인 오일 공급을 원천적으로 차단하거나 개방한다. 즉, 상기 가변 오일 펌프(30)에 의해 증가 또는 감소되는 유압이 상기 오일 컨트롤 밸브(20)에 의하여 개폐된다. 상기 오일 컨트롤 밸브(20)는 밸브 리프트를 로우 리프트와 하이 리프트 사이에서 전환시키는 필수 구성요소이다.
상기 가변 오일 펌프(30)는 통상 연비 개선 목적으로 개발된 것으로 상기 제어부(10)가 상기 가변 오일 펌프(30)의 솔레노이드(도시되지 않음)를 비례 제어함으로써 오일 압력 및 오일 공급량을 조절한다. 연비 중요 구간에서는 오일 압력 및 오일 공급량을 감소시키고 성능 중요 구간에서는 오일 압력 및 오일 공급량을 증가시킨다. 일반적으로 상기 가변 오일 펌프(30)에 의해 오일 압력 및 오일 공급량이 증가할 경우 가변 밸브 리프트 장치는 하이 리프트 상태가 되며 감소할 경우 로우 리프트 상태가 된다. 오일 압력 및 오일 공급량의 증가 또는 감소에 따라 흡기 또는 배기 밸브 장치가 하이 리프트와 로우 리프트 사이에서 전환되는 메커니즘은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제어부(10)는 상기 오일 컨트롤 밸브(20)와 상기 가변 오일 펌프(30)의 작동을 제어하기 위한 일련의 명령을 실행할 수 있으며, 상기 복수 개의 센서들로부터 입수된 일반 데이터를 통해 차량의 작동 상태를 판단하여 적절한 밸브 리프트 전환 시점을 결정하여 하이 리프트 또는 로우 리프트 조절을 제어한다.
상기 오일 컨트롤 밸브(20)와 상기 가변 오일 펌프(30)의 작동은 상기 제어부(10)에 미리 입력된 통상의 제어 로직에 따라 제어된다. 이는 오일 온도, 오일 압력, 엔진의 RPM, 연료량, 캠축의 각위치 등에 따라 미리 정해진 제어 로직으로서 이를 미리 입력된 오일 펌프 제어 로직으로 명명한다. 상기 통상의 오일 펌프 제어 로직은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략 하기로 한다.
종래 기술에 의하면, 상기 제어부(10)는 밸브 리프트 전환의 지연 여부를 판단하지 못하므로 운전자가 2단 가변 밸브 리프트 장치의 정상 작동 여부를 확인하는 것이 불가능하며 밸브 리프트 전환 지연 현상이 발생하여도 이에 대한 신속한 대처를 할 수 없는 문제점이 있었다.
대한민국 특허청 공개특허공보 [10-2013-0066837]
해당 사항 없음
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진 컨트롤 유닛(Engine Control Unit; ECU)에 엔진 운전 조건의 일반 데이터와 함께 밸브 리프트 전환의 지연 여부 판단을 위한 정보를 제공함으로써 밸브 리프트 전환 지연 현상의 신속한 대처 및 연비 개선을 목적으로 한다.
또한, 가변 밸브 리프트 장치의 이상 작동 시 작동 상태를 운전자에게 알리거나 주행 상태를 안전 모드로 전환시킴으로써 엔진 손상 방지 및 자동차 운행의 안전성 향상을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 변위를 측정하는 선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer; LVDT), 유압을 형성하는 가변 오일 펌프, 상기 가변 오일 펌프에서 형성된 유압을 통하여 상기 흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 리프트를 로우 리프트와 하이 리프트 사이에서 전환시키는 오일 컨트롤 밸브(Oil Control Valve; OCV) 그리고 상기 LVDT로부터의 변위 데이터와 엔진 운전 조건의 일반 데이터들을 제공 받아 상기 전환의 지연 발생을 판단하고 전환의 지연 발생 시 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연이 발생하는 경우 상기 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압을 증가시키도록 되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부는 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연이 발생하는 경우 상기 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압을 감소시키도록 되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 상기 일반 데이터들 중 캠축의 위상 데이터를 제어부에 전달하도록 된 캠축 위치 센서를 구성요소로서 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 LVDT 센서의 코일 어셈블리는 흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 밸브 가이드부에 장착되고 밸브 스템이 상기 LVDT의 코어 역할을 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법은 밸브 리프트의 전환이 완료되었는지를 판단하는 단계 그리고 밸브 리프트의 전환이 완료되지 않았으면 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압의 크기를 조절하는 단계를 포함한다.
상기 전환이 완료되었는지를 판단하는 단계는 상기 LVDT 센서에 의해 측정된 밸브 리프트 크기가 현재 시점의 캠축의 각위치(angular position)에 대응하여 요구되는 밸브 리프트 크기와 동일 범위 이내가 아니면 상기 전환이 완료되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 조절은 엔진 사이클 당 1회씩 정상 엔진 사이클 설정값의 회수 이내로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법은, 상기 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되었는지를 판단함과 동시에 밸브 리프트의 전환이 완료되었는지를 다시 판단하는 단계, 그리고 상기 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되지 않았고 밸브 리프트의 전환도 완료되지 않았으면 추가 압력 조정 회수 설정값 만큼 상기 조절이 추가로 수행되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전환 지연은 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연을 포함하며, 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연이 발생하였으면, 상기 조절은 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압의 크기가 증가되도록 되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전환 지연은 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연을 포함하며, 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연이 발생하였으면, 상기 조절은 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압의 크기가 감소되도록 되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연 시 상기 방법은 미리 설정된 상기 조절의 최대 회수가 초과되면 림프홈(limp home) 모드로 진입하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 방법은 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연 시 상기 방법은 미리 설정된 상기 조절의 최대 회수가 초과되면 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 2단 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 전환의 지연 현상 발생 시 이에 신속히 대처함으로써 연비 개선, 엔진 손상 방지 및 안전성을 확보할 수 있게 된다.
도1은 종래 기술에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 조절 시스템의 블록도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 조절 시스템의 블록도이다.
도3은 선형 가변 차동 변압기(LVDT)의 개략도이다.
도4는 실린더 블록의 단면도로서 본 발명의 실시 예에 따른 LVDT 장착 가능 부위를 도시한다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연 판단 및 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연 판단 및 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 조절 시스템의 블록도이다.
도2에 따르면, 종래 기술의 구성 요소들 이외에 선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer; LVDT) 센서(40)가 더 포함된다.
상기 LVDT 센서(40)는 동일 축 상에 1차 코일과 차동 접속된 2차 코일을 감고 코일 내에 코어(또는 가동 철심이라 한다)를 넣은 변압기로서 변위 측정용 변환기이다. 엔진 운전 조건의 일반 데이터에 추가하여 상기 LVDT 센서(40)에 의한 밸브 장치의 변위 데이터를 활용하게 됨으로써 종래의 밸브 리프트 조절뿐만 아니라 밸브 리프트 전환 지연 제어도 가능하게 된다.
도2에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 전환 지연 제어의 원리를 설명하면 다음과 같다.
로우 리프트 또는 하이 리프트의 조절은 미리 입력된 오일 펌프 제어 로직에 따라 상기 오일 컨트롤 밸브(20)와 상기 가변 오일 펌프(30)를 작동시킴으로써 이루어지므로 이는 종래 기술과 동일하다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 상기 제어부(10)는 상기 LVDT 센서(40)로부터 입수된 변위 데이터가 표상하는 현재의 밸브 리프트 크기가 미리 입력된 오일 펌프 제어 로직에 따라 요구되는 밸브 리프트 크기(하이 리프트 또는 로우 리프트)와 동일 범위 이내인지 비교함으로써 밸브 리프트 전환의 지연 여부를 판단한다. 상기 LVDT 센서에 의해 측정된 현재의 밸브 리프트 크기가 미리 입력된 오일 펌프 제어 로직이 요구하는 밸브 리프트 크기(하이 리프트 또는 로우 리프트)의 동일 범위 보다 작거나 크다면 상기 제어부(10)는 밸브 리프트 전환에 지연이 발생한 것으로 판단한다. 여기서 동일 범위란 오차 범위 이내를 의미할 수 있다. 이에 따라 상기 제어부(10)가 상기 지연이 발생한 것으로 판단한 때에는 상기 제어부(10)는 통상의 밸브 리프트 조절과는 별개로 상기 가변 오일 펌프(30)에서 형성하는 유압을 추가적으로 제어함으로써 상기 지연을 제어한다. 상기 제어부(10)는 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환이 지연된 경우 상기 가변 오일 펌프(30)에서 형성하는 유압을 증가시킬 수 있으며 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환이 지연된 경우는 상기 가변 오일 펌프(30)에서 형성하는 유압을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 상기 제어부(10)가 현재의 밸브 리프트 크기와 통상의 제어 로직에 따라 요구되는 밸브 리프트 크기(하이 리프트 또는 로우 리프트)를 비교함에 있어서는, 캠축 위치 센서(도시되지 않음)에 의해 측정된 캠축의 각위치에 대응하여 요구되는 밸브 리프트 크기가 제어 로직에 미리 설정되어 있는 경우를 포함할 수 있다. 이 경우 현재 시점의 캠축의 각위치에 대응하여 요구되는 밸브 리프트 크기(하이 리프트 또는 로우 리프트)와 상기 LVDT 센서(40)에 의해 측정된 현재 시점의 밸브 리프트 크기를 비교함으로써 밸브 리프트 전환의 지연 여부를 판단한다.
도3은 선형 가변 차동 변압기(LVDT)의 개략도이다.
도3에 따르면, 상기 LVDT 센서(40)는 코일 어셈블리와 코어를 포함한다. 코일 어셈블리는 1차 코일과 2차 코일의 조합으로 구성되며 1차 코일에 일정한 교류전압을 인가하면 2차 코일 각각에 전압이 발생한다. 코어는 가동 철심이라고도 하며, 2차 코일 각각에 발생한 전압을 코어가 차동 접속함으로써 코어의 상대적인 변위에 비례하는 교류출력 전압을 얻을 수 있다.
도4는 실린더 블록의 단면도로서 본 발명의 실시 예에 따른 LVDT 장착 가능 부위를 도시한다
도4에는 밸브 가이드부(50)와 밸브 스템(60)이 도시되어 있다.
상기 밸브 스템(60)은 일단에 밸브가 직접 연결된 로드(rod)로서, 캠(도시되지 않음)의 회전 운동에 의해 직선 방향으로 동작함으로써 밸브를 개폐시키는 역할을 한다.
상기 밸브 가이드부(50)는 상기 밸브 스템(60)의 직선 운동을 안내하는 실린더 형상의 공간을 지칭한다.
도4에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에서 상기 LVDT 센서(40)의 코일 어셈블리는 밸브 가이드부(50)에 장착되고 상기 LVDT 센서(40)의 코어 역할은 밸브 스템(60)이 수행함으로써 밸브 개폐 시의 변위를 측정할 수 있게 된다. 상기 밸브 가이드부(50)는 고정되어 있고 상기 밸브 스템(60)은 밸브 개폐 시 직선 운동을 하게 되므로 상기 밸브 가이드부(50)에 대한 상기 밸브 스템(60)의 상대적인 변위가 발생하기 때문이다. 상기 밸브 스템(60)의 원주면을 상기 LVDT 센서(40)의 코어가 둘러 싸면서 장착되거나 원주면에 단순 부착됨으로써 상기 밸브 스템(60)이 코어(또는 가동 철심)의 역할을 수행할 수 있다.
이와 같이 LVDT의 일반적인 구조를 고려할 때 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 상기 LVDT 센서(40) 장착 가능 부위는 도4에 표시한 확대도 내의 점선 부분이다. 또한 흡기계뿐만 아니라 필요하다면 배기계에도 대응하는 동일 부위에 장착하여 사용하는 것이 가능하다. 엔진의 실린더 블록의 설계 변경에 의해 상기의 상대적인 변위 발생 부위가 변경되거나 추가된다면 LVDT 장착 가능 부위도 변경되거나 추가될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연 판단 및 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연 판단 및 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 도5 및 도6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 전환 지연 판단 및 제어 방법을 설명한다.
먼저 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환의 경우(도5)를 살펴본다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 상기 제어부(10)는 오일 온도, 오일 압력, 엔진의 RPM, 연료량, 캠축 위치 등 엔진 운전 조건의 일반 데이터를 각종 센서들로부터 검출한다(S10).
상기 제어부(10)는 미리 입력된 오일 펌프 제어 로직에 따라 상기 일반 데이터에 대응하는 차량의 작동 상태를 판단하여 밸브 리프트를 로우 리프트에서 하이 리프트로 전환하라는 제어 신호를 상기 오일 컨트롤 밸브(OCV, 20)와 상기 가변 오일 펌프(30)에 인가한다(S20). 이에 따라 상기 가변 오일 펌프(30)는 오일 압력 및 공급량을 증가시킨다(S20).
상기 제어부(10)는 상기 LVDT 센서(40)로부터 측정된 현재 시점의 밸브 리프트 크기 데이터를 입수(S30)하여 하이 리프트 상태로의 전환이 완료되었는지를 판단한다(S40). 이 때 하이 리프트와 동일 범위 이내의 밸브 리프트 크기가 측정되었다면 전환이 완료된 것으로, 그렇지 않다면 전환이 완료되지 않은 것으로 판단하도록 미리 설정될 수 있다. 여기서 동일 범위란 미리 설정된 오차 허용 범위를 의미할 수 있다.
상기 제어부(10)가 밸브 리프트의 전환이 완료되지 않은 것으로 판단한 경우에는 상기 가변 오일 펌프(30)에서 형성하는 유압의 크기를 상향 조절하는 단계(S50)를 더 거친다.
상기 조절은 엔진 사이클 당 1회씩 수행될 수 있다. 이를 위해 상기 제어부(10)는 오일 압력 및 공급량을 증가시키라는 제어 신호를 엔진 사이클 당 1회씩 상기 가변 오일 펌프(30)에 인가한다. 여기서 엔진 사이클이란 내연 기관에서 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정으로 이루어지는 사이클을 의미한다.
로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연 시의 상기 조절 단계(S50)는 상기 제어부(10)에 의해 정상 엔진 사이클 설정값 만큼 수행된다. 여기서 정상 엔진 사이클 설정값이란 상기 제어부(10)에 임의로 설정할 수 있는 값으로서 정상적인 조절 회수로 인정되는 엔진 사이클 수를 의미한다. 상기 조절에 의해 상기 제어부(10)에 미리 설정된 정상 엔진 사이클 설정값 이내에서 전환이 완료된다면, 상기 제어부(10)는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치가 정상 작동하는 것으로 판단하고 상기 조절을 종료한다(S40, S60, S90).
만일 하이 리프트로의 전환이 완료되지 않고 상기 조절 회수가 상기 제어부(10)에 미리 설정된 정상 엔진 사이클 설정값을 초과하면 추가 조절하는 단계(S70)를 더 거칠 수 있다. 이 경우, 상기 조절(S50)은 1차 조절이 되고 상기 추가 조절(S70)은 2차 조절이 된다.
상기 제어부(10)는 2차 조절을 수행하는 경우, 상기 1차 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되었는지를 판단함과 동시에 밸브 리프트의 전환이 완료되었는지를 다시 판단하는 단계(S60)를 거친다.
이 경우 상기 1차 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되지 않았고 이와 동시에 밸브 리프트의 전환도 완료되지 않았다면 상기 제어부(10)는 추가 압력 조정 회수 설정값 만큼 상기 추가 조절하는 단계(S70)를 수행한다. 여기서 추가 압력 조정 회수 설정값이란 상기 제어부(10)에 임의로 설정할 수 있는 값으로서 상기 추가 조절을 허용할 수 있는 최대 엔진 사이클 수를 의미한다. 상기 추가 조절에 의해 상기 제어부(10)에 미리 설정된 추가 압력 조정 횟수 설정값 이내에서 전환이 완료된다면, 상기 제어부(10)는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치가 정상 작동하는 것으로 판단하고 상기 추가 조절을 종료한다(S60, S90).
만일 하이 리프트로의 전환이 완료되지 않고 상기 추가 조절 회수가 상기 제어부(10)에 미리 설정된 추가 압력 조정 횟수 설정값을 초과하면 상기 제어부(10)는 비상 조치로서 배출가스 자가진단(On-Board Diagnostics; OBD) 대응을 하거나 림프홈(limp-home) 모드로 진입하게 할 수 있다(S80). 여기서 림프홈 모드란 출력 제한 모드로서, 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연 시에는 엔진 손상 우려가 크기 때문에 상기 제어부(10)에 미리 설정된 출력 제한 또는 엔진 RPM 제한 이상으로는 차량이 작동할 수 없도록 강제하는 모드이다. 또한 상기 추가 조절에 의해서도 전환이 완료되지 않는 경우 불안정한 엔진 상태를 운전자에게 알리고 경고함으로써 안전 운전에 도움을 줄 수 있다(S80).
본 발명의 실시 예가 상기 추가 조절이 없이 상기 1차 조절만으로 이루어지는 경우에는, 하이 리프트로의 전환이 완료되지 않은 채 상기 1차 조절 회수가 상기 제어부(10)에 미리 설정된 정상 엔진 사이클 설정값을 초과하면 상기 제어부(10)는 곧바로 상기한 OBD 대응, 림프홈 모드 진입 또는 운전자에게 경고 등의 비상 조치(S80)를 취할 수 있다.
본 발명의 실시 예가 1차 조절만으로 이루어지는 경우이든 1차 조절과 함께 2차 조절도 이루어지는 경우이든 상기 제어부(10)에 미리 설정된 상기 조절의 최대 회수 초과 시 비상 조치 단계(S80)를 실행할 수 있다. 여기서 상기 조절의 최대 회수는 1차 조절만 수행되는 경우에는 정상 엔진 사이클 설정값이고 1차 조절과 2차 조절이 함께 수행되는 경우에는 정상 엔진 사이클 설정값에 추가 압력 조정 회수 설정값을 더한 값이 된다.
도5에서는 본 발명의 바람직한 실시 예로서 1차 조절과 2차 조절이 함께 수행되는 경우를 나타내었다.
다음으로 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환의 경우(도6)를 살펴본다.
본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 상기 제어부(10)는 오일 온도, 오일 압력, 엔진의 RPM, 연료량, 캠축 위치 등 엔진 운전 조건의 일반 데이터를 각종 센서들로부터 검출한다(S10).
상기 제어부(10)는 미리 입력된 오일 펌프 제어 로직에 따라 상기 일반 데이터에 대응하는 차량의 작동 상태를 판단하여 밸브 리프트를 하이 리프트에서 로우 리프트로 전환하라는 제어 신호를 상기 오일 컨트롤 밸브(OCV, 20)와 상기 가변 오일 펌프(30)에 인가한다(S20). 이에 따라 상기 가변 오일 펌프(30)는 오일 압력 및 공급량을 감소시킨다(S20).
상기 제어부(10)는 상기 LVDT 센서(40)로부터 측정된 현재 시점의 밸브 리프트 크기 데이터를 입수(S30)하여 로우 리프트 상태로의 전환이 완료되었는지를 판단한다(S40'). 이 때 로우 리프트와 동일 범위 이내의 밸브 리프트 크기가 측정되었다면 전환이 완료된 것으로, 그렇지 않다면 전환이 완료되지 않은 것으로 판단하도록 미리 설정될 수 있다. 여기서 동일 범위란 미리 설정된 오차 허용 범위 값을 의미할 수 있다.
상기 제어부(10)가 밸브 리프트의 전환이 완료되지 않은 것으로 판단한 경우에는 상기 가변 오일 펌프(30)에서 형성하는 유압의 크기를 하향 조절하는 단계(S50')를 더 거친다.
상기 조절은 엔진 사이클 당 1회씩 수행될 수 있다. 이를 위해 상기 제어부(10)는 오일 압력 및 공급량을 감소시키라는 제어 신호를 엔진 사이클 당 1회씩 상기 가변 오일 펌프(30)에 인가한다. 여기서 엔진 사이클이란 내연 기관에서 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정으로 이루어지는 사이클을 의미한다.
하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연 시의 상기 조절 단계(S50')는 상기 제어부(10)에 의해 정상 엔진 사이클 설정값 만큼 수행된다. 여기서 정상 엔진 사이클 설정값이란 상기 제어부(10)에 임의로 설정할 수 있는 값으로서 정상적인 조절 회수로 인정되는 엔진 사이클 수를 의미한다. 상기 조절에 의해 상기 제어부(10)에 미리 설정된 정상 엔진 사이클 설정값 이내에서 전환이 완료된다면, 상기 제어부(10)는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치가 정상 작동하는 것으로 판단하고 상기 조절을 종료한다(S40', S60', S90).
만일 로우 리프트로의 전환이 완료되지 않고 상기 조절 회수가 상기 제어부(10)에 미리 설정된 정상 엔진 사이클 설정값을 초과하면 추가 조절하는 단계(S70')를 더 거칠 수 있다. 이 경우, 상기 조절(S50')은 1차 조절이 되고 상기 추가 조절(S70')은 2차 조절이 된다.
상기 제어부(10)는 2차 조절을 수행하는 경우, 상기 1차 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되었는지를 판단함과 동시에 밸브 리프트의 전환이 완료되었는지를 다시 판단하는 단계(S60')를 거친다.
이 경우 상기 1차 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되지 않았고 이와 동시에 밸브 리프트의 전환도 완료되지 않았다면 상기 제어부(10)는 추가 압력 조정 회수 설정값 만큼 상기 추가 조절하는 단계(S70')를 수행한다. 여기서 추가 압력 조정 회수 설정값이란 상기 제어부(10)에 임의로 설정할 수 있는 값으로서 상기 추가 조절을 허용할 수 있는 최대 엔진 사이클 수를 의미한다. 상기 추가 조절에 의해 상기 제어부(10)에 미리 설정된 추가 압력 조정 횟수 설정값 이내에서 전환이 완료된다면, 상기 제어부(10)는 본 발명의 실시 예에 따른 가변 밸브 리프트 장치가 정상 작동하는 것으로 판단하고 상기 추가 조절을 종료한다(S60', S90).
만일 로우 리프트로의 전환이 완료되지 않고 상기 추가 조절 회수가 상기 제어부(10)에 미리 설정된 추가 압력 조정 횟수 설정값을 초과하면 상기 제어부(10)는 비상 조치로서 배출가스 자가진단(On-Board Diagnostics; OBD) 대응을 하거나 불안정한 엔진 상태를 운전자에게 알리고 경고함으로써 안전 운전에 도움을 줄 수 있다(S80'). 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연 발생 시에는 림프홈 모드로의 진입 조치는 시행되지 않아도 된다. 이는 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연의 경우와 비교할 때 엔진 손상 우려가 거의 없기 때문이다.
본 발명의 실시 예가 상기 추가 조절이 없이 상기 1차 조절만으로 이루어지는 경우에는, 로우 리프트로의 전환이 완료되지 않은 채 상기 1차 조절 회수가 상기 제어부(10)에 미리 설정된 정상 엔진 사이클 설정값을 초과하면 상기 제어부(10)는 곧바로 상기한 OBD 대응 또는 운전자에게 경고 등의 비상 조치(S80')를 취할 수 있다.
본 발명의 실시 예가 1차 조절만으로 이루어지는 경우이든 1차 조절과 함께 2차 조절도 이루어지는 경우이든 상기 제어부(10)에 미리 설정된 상기 조절의 최대 회수 초과 시 비상 조치 단계(S80')를 실행할 수 있다. 여기서 상기 조절의 최대 회수는 1차 조절만 수행되는 경우에는 정상 엔진 사이클 설정값이고 1차 조절과 2차 조절이 함께 수행되는 경우에는 정상 엔진 사이클 설정값에 추가 압력 조정 회수 설정값을 더한 값이 된다.
도6에서는 본 발명의 바람직한 실시 예로서 1차 조절과 2차 조절이 함께 수행되는 경우를 나타내었다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 제어부 20: 오일 컨트롤 밸브
30: 가변 오일 펌프 40: 선형 가변 차동 변압기(LVDT) 센서
50: 밸브 가이드부 60: 밸브 스템

Claims (15)

  1. 가변 밸브 리프트 장치에 있어서,
    흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 변위를 측정하는 선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer; LVDT) 센서;
    유압을 형성하는 가변 오일 펌프;
    상기 가변 오일 펌프에서 형성된 유압을 통하여 상기 흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 리프트를 로우 리프트와 하이 리프트 사이에서 전환시키는 오일 컨트롤 밸브(Oil Control Valve; OCV); 그리고
    상기 LVDT 센서로부터의 변위 데이터와 엔진 운전 조건의 일반 데이터들을 제공 받아 상기 전환의 지연 발생을 판단하고 전환의 지연 발생 시 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압을 조절하는 제어부;
    를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연이 발생하는 경우 상기 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압을 증가시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연이 발생하는 경우 상기 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압을 감소시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 일반 데이터들 중 캠축의 위상 데이터를 제어부에 전달하도록 된 캠축 위치 센서를 더 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 LVDT 센서의 코일 어셈블리는 흡기밸브 또는 배기밸브 중 적어도 하나의 밸브 가이드부에 장착되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    밸브 스템이 상기 LVDT 센서의 코어 역할을 하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  7. 가변 오일 펌프에서 형성된 유압에 의하여 밸브의 리프트를 로우 리프트와 하이 리프트 사이에서 전환시키는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법에 있어서,
    LVDT 센서에 의해 측정된 밸브 리프트 크기를 이용하여 밸브 리프트의 전환이 완료되었는지를 판단하는 단계; 그리고
    밸브 리프트의 전환이 완료되지 않았으면, 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압의 크기를 조절하는 단계;
    를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    밸브 리프트의 전환이 완료되었는지를 판단하는 단계는
    LVDT 센서에 의해 측정된 밸브 리프트 크기가 현재 시점의 캠축의 각위치(angular position)에 대응하여 요구되는 밸브 리프트 크기와 동일 범위 이내가 아니면 상기 전환이 완료되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조절은 엔진 사이클 당 1회씩 정상 엔진 사이클 설정값의 회수 이내로 수행되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되었는지를 판단함과 동시에 밸브 리프트의 전환이 완료되었는지를 다시 판단하는 단계; 그리고
    상기 조절이 정상 엔진 사이클 설정값 회수 이내로 수행되지 않았고 밸브 리프트의 전환도 완료되지 않았으면 추가 압력 조정 회수 설정값 만큼 상기 조절이 추가로 수행되는 단계;
    를 더 포함하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브 리프트의 전환 지연은 로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연을 포함하며,
    로우 리프트에서 하이 리프트로의 전환 지연이 발생하였으면, 상기 조절은 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압의 크기가 증가되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브 리프트의 전환 지연은 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연을 포함하며,
    하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 지연이 발생하였으면, 상기 조절은 가변 오일 펌프에서 형성하는 유압의 크기가 감소되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 조절이 추가로 수행되는 회수가 미리 설정된 최대 회수를 초과하면 림프홈(limp home) 모드로 진입하는 단계;
    를 더 포함하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방법은 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 방법은 미리 설정된 상기 조절의 최대 회수가 초과되면 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함하는 가변 밸브 리프트 장치의 제어 방법.
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