KR101967457B1 - 엔진의 vvl 및 cda 동시 제어방법 - Google Patents

엔진의 vvl 및 cda 동시 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진에서의 VVL 및 CDA 동시 제어방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 저부하 운전 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 엔진의 일부 기통(실린더)을 휴지 상태로 제어하고 나머지 기통(실린더)을 통해 동력을 발생시키거나, 각각의 실린더공간으로 인입되는 흡기량을 제어함으로써, 차량 연비의 향상을 도모하기 위한 밸브제어방법에 대한 것이다.

Description

엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법 {Simultaneous control of VVL and CDA in engine}
본 발명은 엔진에서의 VVL 및 CDA 동시 제어방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 저부하 운전 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 엔진의 일부 기통을 휴지 상태로 제어하고 나머지 기통을 통해 동력을 발생시키거나, 엔진의 실린더로 인입되는 흡기량을 제어함으로써, 차량 연비의 향상을 도모하기 위한 밸브제어방법에 대한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 유가의 상승 등으로 인하여 차량의 연비 개선에 관한 운전자들의 관심이 증가하고 있으며, 연비를 개선하며 운전자의 주행을 돕는 기술들이 개발되고 있다.
그 중에서 연비를 개선하기 위해서 엔진의 실린더 내부로 흡입되는 공기의 저항을 줄이는 펌핑로스(pumping loss)기술이 개발되고 있다. 실린더 내부 혼합기의 압축과 팽창시에 실린더 또는 홉/배기 밸브의 펌핑에서 발생되는 에너지 손실, 예를 들어 흡입->압축->폭발->배기 순서로 진행되는 4행정 사이클 기관의 경우 폭발행정 단계를 제외한 모든 행정단계에서 에너지 손실이 발생한다. 이 경우, 펌핑로스란 특히 흡기에 의해 생기는 동력 손실을 일컫는 말이며, 펌핑로스를 저감하는 기술은 구체적으로 VVL(Variable Valve Lift), CDA(Cylinder De-Activation)와 같은 기술들이 있다.
대표적으로, 밸브의 리프트를 제어하는 VVL 기술은 실린더 내부로 인입되는 흡입공기의 양을 만족하기 위해 흡기 밸브캠의 Lift를 작게 하고 대신 쓰로틀 개도량을 늘려 엔진의 저부하 영역에서 발생하는 흡기 저항을 최소화 하는 방법이다.
또한, 기통 휴지 기술(CDA)은 엔진의 저부하 운전 조건에서는 기통의 일부를 휴지 상태로 제어하여, 나머지 기통만을 구동시킴으로써 엔진 효율을 증대시키고 연비를 향상시키는 기술이다. 저부하 운전 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 모든 기통을 작동시켜 동력을 발생시킬 경우에는 잉여 동력이 발생되기 때문에 기통 휴지 기술의 목적은 일부 기통은 휴지 상태로 제어하고 나머지 기통을 통해 동력을 발생시킴으로써, 연비의 향상을 도모할 수 있는 것이다.
종래 기술에서는 상기 VVL 기술과 CDA 기술 각각을 개별적으로 사용하여야 하는 밸브제어 기구들과 그 방법만이 개시되었다. 하지만, 운전 영역을 단순히 고속/중속/저속 등의 영역으로 나누던 과거와 달리, 현재는 사용자 편의 및 연비 효율 증대를 위해 다양한 운전 영역에 따라 VVL 기술과 CDA 기술을 융합해야 할 필요성이 제기되는 바, 이하 후술하는 본 발명에서는 엔진에서의 VVL 기술과 CDA 기술을 동시에 사용하며 이를 제어하는 방법을 개시하기로 한다.
미국 등록특허 US 9,194,261 B2
본 발명 목적은 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법을 제공함에 있다.
이를 위해, 엔진에서 요구되는 토크를 구간(모드)별로 나누어, VVL 제어와 CDA 제어를 선택적으로 적용하며, 각각의 모드 간을 상호 연결할 수 있도록 VVL와 CDA 밸브제어를 구체적으로 로직화하여 사용할 수 있는 제어방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진 흡/배기 밸브의 제어맵을 맵핑하는 제어맵 맵핑단계, 상기 제어맵 맵핑단계를 통해 맵핑된 제어맵의 영역을 구분하는 영역 구분단계, 소정의 엔진 요구 토크 값을 기준으로 현재 엔진 요구 토크를 계산하여 CDA 모드 진입 가능여부를 결정하는 CDA모드 진입토크 계산단계 및 CDA 모드 진입토크 계산단계에 따라, CDA 밸브 제어 결정 후 구동 결정된 밸브의 공기 유입량에 따라 토크를 비교하는 리프트별 토크 비교단계를 포함하는 직렬4기통 엔진에서의 VVL 및 CDA 동시 제어방법이 제공되는 것이 가능하다.
이 경우, 반드시 직렬4기통으로 한정되는 것을 아니며, 해당 구성을 포함한 기타 병렬 구조 또는 6기통 이상의 엔진도 본 발명의 영역에 포함된다 할 것이다.
상기 제어맵 맵핑단계는 엔진의 회전수 및 엔진 요구 토크량을 토대로, 엔진 흡/배기 밸브의 CDA 제어여부 및 VVL 제어여부에 대한 제어맵을 맵핑하는 것이 바람직하다.
상기 영역 구분단계는 엔진의 회전수와 엔진의 요구 토크량에 의하여 제어맵의 개별 섹션이 제1영역 내지 제4영역 중 어느 하나의 영역으로 구분되며, 각 영역은 각각 상이한 흡/배기 밸브 제어를 수행할 수 있다.
상기 제1영역은 4기통의 흡기 밸브에 대한 노말 리프트 제어를 수행하고, 상기 제2영역은 4기통의 흡기 밸브에 대한 로우 리프트 제어를 수행하며, 상기 제3영역은 2기통의 흡/배기 밸브에 대하여 CDA 제어를 수행하며, 나머지 2기통의 흡기 밸브에 대하여는 노말 리프트 제어를 수행하고, 상기 제4영역은 2기통의 흡/배기 밸브에 대하여 CDA 제어를 수행하며, 나머지 2기통의 흡기 밸브에 대하여는 노말 리프트 제어를 수행하는 것이 가능하다.
또한, 상기 리프트별 토크 비교단계는 상기 CDA 모드 진입토크 계산단계를 통해 CDA 모드에 진입 가능한 토크량이 계산된 경우, 2기통 흡/배기 밸브 제어에 대하여는 CDA 제어를 수행하며, 나머지 2기통 흡기 밸브 제어에 대하여는 VVL 제어여부를 판단하는 VVL 제어 판단단계를 추가적으로 진행할 수 있다.
상기 VVL 제어 판단단계를 통해, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 큰 경우, 로우 리프트 밸브제어를 수행하며, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 작은 경우, 추가적으로 운전모드 제어맵을 검토하는 제어맵 검토단계를 추가적으로 진행하는 것이 가능하다.
상기 제어맵 검토단계에 따라 현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 로우 리프트 값에 해당하는 제1영역 결과가 도출된 경우, 2기통 로우 리프트 흡기 밸브제어를 수행하고, 제어맵의 노말 리프트 값에 해당하는 제2영역 결과가 도출된 경우, 2기통 흡기 노말 리프트 밸브제어를 수행하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 리프트별 토크 비교단계는 상기 CDA모드 진입토크 계산단계를 통해 CDA 모드에 진입 불가능한 토크량이 계산된 경우, 4기통 흡/배기 밸브 제어에 대하여 CDA 제어를 수행하지 않으며, 4기통 흡기 밸브 제어에 대하여는 VVL 제어여부를 판단하는 VVL 제어 판단단계를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 VVL 제어 판단단계를 통해, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 큰 경우, 4기통 흡기 밸브에 대해 로우 리프트 밸브제어를 수행하며, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 작은 경우, 추가적으로 운전모드 제어맵을 검토하는 제어맵 검토단계를 수행하는 것이 가능하다.
상기 제어맵 검토단계에 따라, 현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 로우 리프트 값에 해당하는 제3영역 결과가 도출된 경우, 4기통 로우 리프트 흡기 밸브제어를 수행하고, 현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 노말 리프트 값에 해당하는 제4영역 결과가 도출된 경우, 4기통 노말 리프트 흡기 밸브제어를 수행하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, VVL과 CDA를 유기적으로 연계하여 차량의 엔진이 요구하는 토크에 따른 모드별로 흡기 저항(pumping loss)을 줄일 수 있는 밸브 제어방법을 사용할 수 있어 연료를 절감하며, 연비를 향상 가능한 장점이 있다.
도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로커 암의 노말 리프트 밸브 제어구조를 도시한 것이고, (b)는 상기 로커 암의 로우 리프트 밸브 제어구조를 도시한 도면이며, (c)는 상기 로커 암의 CDA 밸브 제어구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 VVL 밸브 제어와 CDA 밸브 제어를 위한 각각의 OCV의 연결상태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 요구 토크 별 구분 영역을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 내 흡기압에 대한 유입되는 공기량에 대한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 VVL 및 CDA 밸브에 대한 동시 제어방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "부", "유닛", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 저부하 운전 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 엔진의 일부 기통을 휴지 상태로 제어하고 나머지 기통을 통해 동력을 발생시키거나, 일부 기통으로 인입되는 흡기량을 제어함으로써, 차량 연비의 향상을 도모하기 위한 밸브제어 기구 및 그 제어방법에 대한 것이다.
도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로커 암의 노말 리프트 밸브 제어구조를 도시한 것이고, (b)는 상기 로커 암의 로우 리프트 밸브 제어구조를 도시한 도면이며, (c)는 상기 로커 암의 CDA 밸브 제어구조를 도시한 단면도이다.
또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 VVL 밸브 제어와 CDA 밸브 제어를 위한 각각의 OCV의 연결상태를 나타내는 개략도이다.
도 1의 (a) 내지 (c)와 도 2를 참고하면, 본 발명이 적용되는 직렬4기통을 포함하는 다수유형 엔진에서의 밸브를 제어하는 캠 로브(10) 및 로커 암(20) 등의 구조를 확인할 수 있다.
구체적으로, 캠 샤프트(미도시) 또는 캠/로커 암 어셈블리(80, 90)는 각각 흡기와 배기측으로 나뉘어 일 예시로 표현된 직렬4기통 엔진의 양측으로 2개 구비되는 것이 가능하다.
여기서, 하나의 상기 캠 샤프트는 상기 캠 로브를 통해 대응되는 로커 암과 결합하여 하나의 캠/로커 암 어셈블리(80, 90)를 형성할 수 있다.
상기 캠 로브(10)는, 상기 캠 샤프트의 외주면에 형성된 돌기를 의미할 수 있으며, 상기 캠 샤프트는 상기 캠 샤프트의 일측에 형성된 기어(미도시)를 통해 회전력을 제공받으며, 외주면에 형성된 캠 로브와 함께 회전하는 것이 가능하다.
이 경우, 상기 캠 샤프트와 함께 회전하는 캠 로브는 각각 돌출높이가 상이한 2개 이상의 개별 로브를 포함하는 것이 가능하고, 상기 돌출높이가 상이한 2개 이상의 개별 로브들은 이에 대응하는 제1연결 암(22), 제2연결 암(23)을 가압하여, 상기 제1연결 암(22), 제2연결 암(23) 및 제2밸브 암(24)을 포함하여 구성된 로커 암 부재를 통해 각 흡기 밸브(30, 40)에 대한 개별제어가 가능하다. 캠 로브(Zero)는 돌출높이가 가장 낮은 캠 로브에 해당하며, 상기 캠 로브(Zero)는 원통형의 캠 샤프트의 외주면을 의미할 수 있으며, 따라서, 상기 캠 로브(Zero)에 의하여는 로커 암 또는 로커 암의 대응되는 제2밸브 암(24)을 가압하지 않는 것이 가능하다.
보다 구체적으로, 도 1 (a)를 참고하면, 상기 로커 암(20)의 내부에는 VVL유로(27) 및 CDA유로(28)가 형성될 수 있으며, 이를 통해 VVL유로(27) 및 CDA유로(28) 양방향으로 유압이 가해질 수 있다.
상기 로커 암(20)의 내부에 형성된 VVL유로(27) 및 CDA유로(28)를 통해 유압이 가해지면, 각각의 유로에 인입된 VVL락킹핀(25) 또는 CDA락킹핀(26)이 유압에 의해 수평방향으로 이동할 수 있으며, 이러한 VVL락킹핀(25) 또는 CDA락킹핀(26)의 이동으로 인해 각 분리구성된 상기 제1연결 암, 제2연결 암 및 제2밸브 암에 대한 밸브와의 접촉을 컨트롤할 수 있다.
이 경우, 도 1에 도시된 바와 같은 상기 로커 암(20)에 형성된 다수개의 유로 또는 락킹핀은 상기 로커 암(20)을 구성하는 상기 제1밸브 암(21), 제1연결 암(22), 제2연결 암(23) 및 제2밸브 암(24)을 관통하며 형성되는 원통형상의 연결부(각 로커암의 도시된 단면)의 내측에 구비되며, 상기 제1밸브 암(21), 제1연결 암(22), 제2연결 암(23) 및 제2밸브 암(24)이 가압되어 하방으로 구동하더라도, 상기 원통형상의 연결부는 구동하지 않으며, 상기 원통형상의 연결부를 중심으로 양측으로 연장된 상기 제1밸브 암(21), 제1연결 암(22), 제2연결 암(23) 및 제2밸브 암(24)의 각 단부가 상방 또는 하방으로 구동하며 흡기 밸브(30, 40)에 대한 제어를 실시하는 것이 가능하다.
즉, 각각 상이한 돌출높이를 가지며 형성된 강체 캠 로브의 구성을 통해 상기 캠 샤프트의 중심축을 기준으로 가장 큰 회전반경을 가지는 캠 로브(Normal)는 이와 대응되는 상기 제1연결 암(22)을 가압하게 되며, 이에 따라 상기 제1연결 암은 상기 캠 로브(Normal)와의 접촉에 의해 큰 구동폭을 가지며 하방으로 밀리며, 이와 연결된 부재들을 함께 큰 구동폭으로 하방으로 밀며 최하부에 위치한 제1밸브(30) 및 제2밸브(40)를 하방으로 리프트 시킬 수 있다.
(a)에서는 상기 VVL락킹핀(25)이 상기 제1연결 암과 제2연결 암을 연결하며, 상기 CDA락킹핀(26)이 상기 제2연결 암(23)과 제2밸브 암(24)을 연결하여 하나의 강체로서 구동하게 할 수 있으므로, 가장 큰 회전반경을 가지는 캠 로브(Normal)에 의해 상기 제1연결 암(22)이 하방으로 구동하고, 제2연결 암(23) 및 제2밸브 암(24)은 이와 대응되는 캠 로브(Low, Zero)와는 접촉하지 못하고 상기 제1연결 암과 함께 하방으로 구동할 수 있다.
따라서, 상기 제2밸브 암(24) 및 상기 제2밸브 암(24)과 같은 강체(Rigid) 구성으로 형성된 제1밸브 암(21)은 제1연결 암(22)의 구동폭에 따라 가장 큰 구동폭을 가지며, 흡기 밸브(30, 40)의 노말 리프트 제어를 수행하는 것이 가능하다.
(b)에서는 상기 VVL락킹핀(25)이 VVL유로에 가해지는 유압에 의하여 상기 제2연결 암 방향으로 이동하여 상기 제2연결 암(23)과 상기 제2밸브 암(24)을 연결하며, 상기 CDA락킹핀(26)이 상기 제2연결 암(23)과 제2밸브 암(24)을 연결하여 하나의 강체로서 구동하게 할 수 있으므로, 캠 로브(Normal)에 비해 상대적으로 작은 회전반경을 가지는 캠 로브(Low)에 의해 상기 제2연결 암이 하방으로 구동하고, 제2밸브 암은 이와 대응되는 캠 로브(Zero)와는 접촉하지 못하고 상기 제2연결 암과 함께 하방으로 구동할 수 있다.
이 경우, 상기 제1연결 암(22)은 상기 캠 로브(Normal)에 의해 전술한 바와 같은 가장 큰 구동폭을 가지며, 하방으로 구동하나, VVL락킹핀(25) 또는 CDA락킹핀(26)과의 연결이 해제되어, 단독으로 하방으로 이동할 뿐, 밸브의 직접적 제어를 수행하는 상기 제1밸브 암(21) 및 제2밸브 암(24)의 구동에는 영향을 미치지 않는 것이 가능하다.
따라서, 상기 제2밸브 암(24) 및 상기 제2밸브 암(24)과 같은 강체(Rigid) 구성으로 형성된 제1밸브 암(21)은 제2연결 암의 구동폭에 따라 캠 로브(Normal)에 비해 상대적으로 작은 구동폭을 가지며, 흡기 밸브(30, 40)의 로우 리프트 제어를 수행하는 것이 가능하다.
(c)에서는 상기 CDA락킹핀(26)이 CDA유로에 가해지는 유압에 의하여 상기 제1연결 암 방향으로 이동하여 상기 제1연결 암(22)과 상기 제2연결 암(23)을 연결하며, 상기 VVL락킹핀(25)과 함께 상기 제1연결 암(22)과 제2연결 암(23)을 연결하여 하나의 강체로서 구동하게 할 수 있으므로, 캠 로브(Low)에 비해 상대적으로 작은 회전반경(캠 샤프트 외주면 자체)을 가지는 캠 로브(Zero)에 의해 제2밸브 암(24)은 이와 대응되는 캠 로브(Zero)와는 접촉하지 못하거나 접하는 정도에 그쳐 상기 제1밸브 암(21)과 함께 하방으로 구동하지 않는 것이 가능하다.
이 경우, 상기 제1연결 암은 상기 캠 로브(Normal)에 의해 전술한 바와 같은 가장 큰 구동폭을 가지며, 하방으로 구동하며, 상기 VVL락킹핀(25) 및 CDA락킹핀(26)과 연결되어, 상기 제2연결 암(23)과 함께 하방으로 구동하고, 밸브의 직접적 제어를 수행하는 상기 제1밸브 암(21) 및 제2밸브 암(24)의 구동(정지상태)에는 영향을 미치지 않는 것이 가능하다.
따라서, 상기 제2밸브 암(24) 및 상기 제2밸브 암(24)과 같은 강체(Rigid) 구성으로 형성된 제1밸브 암(21)은 캠 로브(Zero)의 구동폭(Zero)에 따라, 흡기 밸브(30, 40)의 CDA 제어를 수행하는 것이 가능하다.
도 2를 참고하면, 4기통 엔진에 구비되는 각각의 밸브/실린더 어셈블리(70, 71,72, 73, 74)를 확인하는 것이 가능하며, 상기 밸브/실린더 어셈블리의 밸브와 연결되어 직접적인 밸브제어를 수행하는 흡기 또는 배기 캠/로커 암 어셈블리(90)를 확인할 수 있다.
도 1을 설명하며 전술한 바와 같이, VVL제어 및 CDA제어는 유압으로 컨트롤 되는 것이 바람직하므로, 이러한 유압으로 통해 컨트롤 가능한 구성인 VVL OCV(VVL Oil Control Valve, 50) 및 CDA OCV(OCV Oil Control Valve, 60)가 각각 제1밸브/실린더 어셈블리(71) 내지 제4밸브/실린더 어셈블리(74)의 흡기측 캠/로커 암 어셈블리(80), 제2밸브/실린더 어셈블리(72) 내지 제3밸브/실린더 어셈블리(73)의 흡기측 및 배기측 캠/로커 암 어셈블리(80, 90)에 결합하는 것이 바람직하다.
따라서, 밸브의 CDA제어시에는, 제2밸브/실린더 어셈블리(72) 내지 제3밸브/실린더 어셈블리(73)의 흡기측 및 배기측 캠/로커 암 어셈블리(80, 90)에 대한 제로 리프트가 수행되므로, 2기통에 대한 전술한 바와 같은 CDA제어 수행이 가능하고, 이에 추가적으로 제1밸브/실린더 어셈블리(71) 및 제4밸브/실린더 어셈블리(74)에 대한 흡기측 캠/로커 암 어셈블리(80)에 대한 노말 리프트 또는 로우 리프트가 수행되어 VVL 제어가 가능함을 확인할 수 있다.
이와 더불어, CDA제어를 진행하지 않는 경우에도, 각각 제1밸브/실린더 어셈블리(71) 내지 제4밸브/실린더 어셈블리(74)의 흡기측 캠/로커 암 어셈블리(80)에 대한 노말 리프트 또는 로우 리프트가 수행되어 VVL 제어가 가능함을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 VVL 및 CDA 밸브에 대한 동시 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참고하여 본 발명의 제어로직을 순차적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진 흡/배기 밸브의 제어맵을 맵핑하는 제어맵 맵핑단계, 상기 제어맵 맵핑단계를 통해 맵핑된 제어맵의 영역을 구분하는 영역 구분단계, 소정의 엔진 요구 토크 값을 기준으로 현재 엔진 요구 토크를 계산하여 CDA 모드 진입 가능여부를 결정하는 CDA모드 진입토크 계산단계 및 CDA 모드 진입토크 계산단계에 따라, CDA 밸브 제어 결정 후 구동 결정된 밸브의 공기 유입량에 따라 토크를 비교하는 리프트별 토크 비교단계를 포함하는 엔진에서의 VVL 및 CDA 동시 제어방법이 제공되는 것이 가능하다.
상기 제어맵 맵핑단계는 엔진의 회전수 및 엔진 요구 토크량을 토대로, 엔진 흡/배기 밸브의 CDA 제어여부 및 VVL 제어여부에 대한 제어맵을 맵핑하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 현재 엔진의 회전수와 운전자(엔진)가 요구하는 토크량을 파라미터로 하는 제어맵을 맵핑하는 것이 가능하되, 이와 같은 제어맵 각각의 섹션을 세분화하여 이를 이용하여 밸브제어가 가능하도록 영역을 지정하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 요구 토크 별 구분 나타내는 개략도이다.
일 예로써, 제어에 활용할 수 있도록 운전자(엔진)가 요구하는 토크량에 대하여 제어에 앞서 미리 가상의 영역을 설정하는 것이 가능하며, 각각의 제어 양상에 따라 4가지 이상의 영역(제1영역 내지 제4영역)으로 구분하여 설정하는 것이 바람직하다.
상기 영역 구분단계는 엔진의 회전수와 엔진의 요구 토크량에 의하여 맵핑된 제어맵의 개별 섹션이 미리 설정된 제1영역 내지 제4영역 중 어느 하나의 영역으로 구분되며, 각 영역의 구분을 통해 각각 상이한 흡/배기 밸브 제어로직을 수행할 수 있다.
이렇게 설정된 제어맵의 제4영역은 4기통의 흡기 밸브에 대한 노말 리프트 제어를 수행하고, 제3영역은 4기통의 흡기 밸브에 대한 로우 리프트 제어를 수행하며, 제2영역은 2기통의 흡/배기 밸브에 대하여 CDA 제어를 수행하며, 나머지 2기통의 흡기 밸브에 대하여는 노말 리프트 제어를 수행하고, 상기 제1영역은 2기통의 흡/배기 밸브에 대하여 CDA 제어를 수행하며, 나머지 2기통의 흡기 밸브에 대하여는 로우 리프트 제어를 수행하는 것이 가능하다.
결론적으로, 현재 엔진의 회전수와 운전자(엔진)가 요구하는 토크량을 기초로 하여 맵핑된 제어맵상 영역 값에 해당하는 밸브 제어를 수행하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 내 흡기압에 대한 유입되는 공기량에 대한 그래프이다.
상기 그래프의 x축은 4기통 엔진의 각 실린더 내부의 흡기압이며, y축은 실린더 내로 유입되는 공기량에 해당한다.
이 경우, 노말 리프트 제어는 EGR제어를 동반 수행하는 경우 실린더 내부에 여분의 배기가스를 남기고 나머지 배기가스를 배출하므로, 유입 공기량의 절반가량이 실린더 내부에 잔류하게 된다.
이와 대비하여 로우 리프트 제어는 EGR제어를 동반 수행하는 경우 노말 리프트와 마찬가지로 유입 공기량의 절반가량이 실린더 내부에 잔류하게 되더라도 애초 로우 리프트 특성상 애초 유입되는 공기량이 노말 리프트에 비해 적으므로, 그래프상 초반 흡기압의 지표가 상이할 수 있다.
이와 같은 특성에 따라, 실린더 내 유입되는 공기량이 상대적으로 우세한 제어방법(리프트)이 나뉘게 된다.
저 토크를 요구하는 운전구간에서는 로우 리프트 제어에 따른 출력 토크 값이 결과적으로 우세(P1 흡기압에 대한 실린더 내의 공기유입량이 로우 리프트 토크가 우세)하며, 고 토크를 요구하는 운전구간에서는 노말 리프트 제어에 따른 출력 토크 값이 결과적으로 우세(P3 흡기압에 대한 실린더 내의 공기유입량이 노말 리프트 토크가 우세)하다고 할 수 있다(P2 흡기압에 대한 실린더 내의 공기유입량은 동일).
차량의 토크 값 또는 엔진회전수의 가파른 증가는 연비효율의 저감과 직결되므로, 이하 단계에서는 노말 리프트 제어에 비하여 로우 리프트 제어의 빈도를 증가시킬 수 있는 방향으로 제어로직을 형성함이 바람직하다.
이에 따라, 상기 리프트별 토크 비교단계는 상기 CDA 모드 진입토크 계산단계를 통해 CDA 모드에 진입 가능한 토크량(제1영역 또는 제2영역)이 계산된 경우, 2기통(제2,3밸브/실린더 어셈블리) 흡/배기 밸브 제어에 대하여는 CDA 제어를 수행하며, 나머지 2기통(제1,4밸브/실린더 어셈블리) 흡기 밸브 제어에 대하여는 VVL 제어여부를 판단하는 VVL 제어 판단단계를 추가적으로 진행할 수 있다.
상기 VVL 제어 판단단계를 통해, 실린더 내부의 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 큰 경우, 로우 리프트 밸브제어를 수행하며, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 작은 경우, 바로 노말 리프트 제어를 수행하지 않고 연비향상 및 주행안정성을 확보하기 위하여 추가적으로 운전모드 제어맵을 검토하는 제어맵 검토단계를 추가적으로 진행하는 것이 가능하다.
상기 제어맵 검토단계에 따라 현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 로우 리프트 수행에 해당하는 제1영역 결과가 도출된 경우, 2기통(제1,4밸브/실린더 어셈블리) 로우 리프트 흡기 밸브제어를 수행하고, 제어맵의 노말 리프트 수행에 해당하는 제2영역 결과가 도출된 경우, 2기통(제1,4밸브/실린더 어셈블리) 흡기 노말 리프트 밸브제어를 수행하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 상기 리프트별 토크 비교단계는 상기 CDA모드 진입토크 계산단계를 통해 CDA 모드에 진입 불가능한 토크량이 계산된 경우, 4기통(제1 내지 제4밸브/실린더 어셈블리) 흡/배기 밸브 제어에 대하여 CDA 제어를 수행하지 않으며, 4기통(제1 내지 제4밸브/실린더 어셈블리) 흡기 밸브 제어에 대하여는 VVL 제어여부를 판단하는 VVL 제어 판단단계를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 VVL 제어 판단단계를 통해, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 큰 경우, 4기통(제1 내지 제4밸브/실린더 어셈블리) 흡기 밸브에 대해 로우 리프트 밸브제어를 수행하며, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 작은 경우, 추가적으로 운전모드 제어맵을 검토하는 제어맵 검토단계를 수행하는 것이 가능하다.
상기 제어맵 검토단계에 따라, 현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 로우 리프트 수행에 해당하는 제3영역 결과가 도출된 경우, 4기통(제1 내지 제4밸브/실린더 어셈블리) 로우 리프트 흡기 밸브제어를 수행하고, 현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 노말 리프트 수행에 해당하는 제4영역 결과가 도출된 경우, 4기통(제1 내지 제4밸브/실린더 어셈블리) 노말 리프트 흡기 밸브제어를 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 설명 또는 도면상에 기재된 직렬4기통의 구성은 발명의 이해를 돕기위하여 예시로 사용된 일 유형의 엔진일 뿐, 본 발명이 해당 직렬4기통에 한정되어 적용됨을 나타내지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 캠 로브
20 : 로커 암
21 : 제1밸브 암
22 : 제1연결 암
23 : 제2 연결 암
24 : 제2 밸브 암
25 : VVL 락킹핀
26 : CDA 락킹핀
27 : VVL 유로
28 : CDA 유로
30 : 제1밸브
40 : 제2밸브
50 : VVL OCV
60 : CDA OCV
70 : 밸브/실린더 어셈블리
71 : 제1밸브/실린더 어셈블리
72 : 제2밸브/실린더 어셈블리
73 : 제3밸브/실린더 어셈블리
74 : 제4밸브/실린더 어셈블리
80 : 흡기 캠 로브/로커 암 어셈블리
90 : 배기 캠 로브/로커 암 어셈블리

Claims (15)

  1. 엔진 흡/배기 밸브의 제어맵을 맵핑하는 제어맵 맵핑단계;
    상기 제어맵 맵핑단계를 통해 맵핑된 제어맵의 영역을 구분하는 영역 구분단계;
    소정의 엔진 요구 토크 값을 기준으로 현재 엔진 요구 토크를 계산하여 CDA 모드 진입 가능여부를 결정하는 CDA모드 진입토크 계산단계; 및
    CDA 모드 진입토크 계산단계에 따라, CDA 밸브 제어 결정 후 구동 결정된 밸브의 공기 유입량에 따라 토크를 비교하는 리프트별 토크 비교단계;
    를 포함하되,
    상기 리프트별 토크 비교단계는,
    상기 CDA모드 진입토크 계산단계를 통해 CDA 모드에 진입 가능한 토크량이 계산된 경우, 소정의 실린더 흡/배기 밸브 제어에 대하여는 CDA 제어를 수행하며, 나머지 실린더 흡기 밸브 제어에 대하여는 VVL 제어여부를 판단하는 VVL 제어 판단단계;를 진행하고,
    상기 VVL 제어 판단단계를 통해, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 큰 경우에는 로우 리프트 밸브제어를 수행하며,
    공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 작은 경우에는 추가적으로 운전모드 제어맵을 검토하는 제어맵 검토단계;를 진행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어맵 맵핑단계는,
    엔진의 회전수 및 엔진 요구 토크량을 토대로, 엔진 흡/배기 밸브의 CDA 제어여부 및 VVL 제어여부에 대한 제어맵을 맵핑하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영역 구분단계는,
    엔진의 회전수와 엔진의 요구 토크량에 의하여 제어맵의 개별 섹션이 제1영역 내지 제4영역 중 어느 하나의 영역으로 구분되며, 각 영역은 각각 상이한 흡/배기 밸브 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1영역은,
    흡기 밸브에 대한 노말 리프트 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2영역은,
    흡기 밸브에 대한 로우 리프트 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제3영역은,
    소정의 실린더의 흡/배기 밸브에 대하여 CDA 제어를 수행하며, 나머지 실린더의 흡기 밸브에 대하여는 로우 리프트 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제4영역은,
    소정의 실린더의 흡/배기 밸브에 대하여 CDA 제어를 수행하며, 나머지 실린더의 흡기 밸브에 대하여는 노말 리프트 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어맵 검토단계에 따라,
    현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 로우 리프트 값에 해당하는 제1영역 결과가 도출된 경우, 소정의 실린더에 로우 리프트 밸브제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어맵 검토단계에 따라,
    현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 노말 리프트 값에 해당하는 제2영역 결과가 도출된 경우, 소정의 실린더에 노말 리프트 밸브제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  12. 제1항에 있어서,
    상기 리프트별 토크 비교단계는,
    상기 CDA모드 진입토크 계산단계를 통해 CDA 모드에 진입 불가능한 토크량이 계산된 경우, 전체 흡/배기 밸브 제어에 대하여 CDA 제어를 수행하지 않으며,
    전체 흡기 밸브 제어에 대하여는 VVL 제어여부를 판단하는 VVL 제어 판단단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  13. 제12항에 있어서,
    상기 VVL 제어 판단단계를 통해, 공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 큰 경우, 전체 흡기 밸브에 대해 로우 리프트 밸브제어를 수행하며,
    공기 유입량에 따른 로우 리프트 토크 값이 노말 리프트 토크 값보다 작은 경우, 추가적으로 운전모드 제어맵을 검토하는 제어맵 검토단계;
    를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어맵 검토단계에 따라,
    현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 로우 리프트 값에 해당하는 제3영역 결과가 도출된 경우, 전체 로우 리프트 흡기 밸브제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어맵 검토단계에 따라,
    현재 엔진 회전수 및 엔진 요구 토크 값에 대응하여 제어맵의 노말 리프트 값에 해당하는 제4영역 결과가 도출된 경우, 전체 노말 리프트 흡기 밸브제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 VVL 및 CDA 동시 제어방법
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