KR102023150B1 - 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치 및 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법 - Google Patents

가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치 및 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

액추에이터에 의하여 캠 위상을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치가 적어도 엔진 정지 상태의 엔진 회전 각도와 캠 위상 각도에 기초하여 엔진 시동 직후의 액추에이터의 조작량을 보정한다.

Description

가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치 및 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법{CONTROL UNIT FOR VARIABLE VALVE TIMING MECHANISM AND CONTROL METHOD FOR VARIABLE VALVE TIMING MECHANISM}
본 발명은 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 변화시킴으로써, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 적어도 한쪽의 밸브 타이밍 (개폐 타이밍)을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구 (VTC)의 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
엔진 운전 상태에 따라서 밸브 타이밍을 변경하기 위하여, 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 액추에이터로 변화시키는 VTC는 공지(公知)이다. VTC를 탑재한 엔진에서는, 일본 공개 특허 공보 2009－13975호 공보에 기재되는 바와 같이, 엔진 정지시에 VTC를 시동에 적합한 밸브 타이밍으로 변경함으로써, 엔진의 시동성을 확보한 기술이 제안되어 있다.
그런데, 캠 샤프트의 단부에 장착되는 VTC는 캠 샤프트의 회전에 수반하여, 밸브 스프링의 반력 및 가동부의 질량에 따른 관성력으로 이루어지는 교번 토크 (캠 토크)를 받는다. 캠 토크의 교번 주파수가 VTC의 구동 주파수 이하가 되는 엔진 저회전역에 있어서는 캠 토크를 평균값으로서 파악할 수 있는 엔진 고회전역과는 달리, 밸브 스프링의 반력이 지배적이 되고, 캠 토크는 거의 정현파의 파형을 취하게 된다. 또한, 캠 토크의 크기에 따라서는 엔진 시동 직후에 VTC의 각도가 변동하여, 엔진 시동에 적합한 VTC 각도를 유지할 수 없게 될 우려가 있다.
액추에이터에 의하여 캠 위상을 변경하는 VTC의 제어 장치는 적어도 엔진 정지 상태의 엔진 회전 각도와 캠 위상 각도에 기초하여 엔진 시동 직후의 액추에이터의 조작량을 보정한다.
이 발명의 다른 목적과 여러 가지 실시 형태는, 첨부 도면에 관련된한 실시형태에 대한 다음의 설명으로 명백하게 될 것이다.
도 1은 차량용 엔진 시스템의 구성도이다.
도 2는 VTC의 상세를 나타내는 사시도이다.
도 3은 제어 프로그램의 메인 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 4는 엔진 정지시의 제어를 실시하는 서브 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 캠 토크 특성을 추정하는 맵의 설명도이다.
도 6은 엔진 시동시의 제어를 실시하는 서브 루틴의 제1 실시예를 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 정토크가 VTC에 작용하는 엔진 정지 상태에 대한 설명도이다.
도 8은 정토크가 VTC에 작용한 상태에서 시동하였을 경우의 작용의 설명도이다.
도 9는 부토크가 VTC에 작용하는 엔진 정지 상태의 설명도이다.
도 10은 부토크가 VTC에 작용한 상태에서 시동하였을 경우의 작용의 설명도이다.
도 11은 정지 위치에 따른 토크가 작용하는 엔진 정지 상태의 설명도이다.
도 12는 정지 위치에 따른 크기의 토크가 VTC에 작용한 상태에서 시동하였을 경우의 작용의 설명도이다.
도 13은 오일 온도에 따른 보정 계수를 산출하는 맵의 설명도이다.
도 14는 VTC 조작량의 보정을 중지하는 조건 및 그 작용의 설명도이다.
도 15는 통상시의 제어를 실시하는 서브 루틴을 나타내는 플로우차트이다.
도 16은 엔진 시동시의 제어를 실시하는 서브 루틴의 제2 실시예를 나타내는 플로우차트이다.
도 17은 엔진 회전 속도에 따른 보정 계수를 산출하는 맵의 설명도이다.
도 18은 VTC 조작량의 보정을 중지하는 다른 조건 및 그 작용의 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 VTC의 제어 장치가 적용되는 차량용 엔진의 시스템 구성을 나타낸다.
엔진(10)은, 예를 들면 직렬 4기통 가솔린 엔진이며, 각 기통에 흡기 (흡입 공기)를 도입하기 위한 흡기관(12)에는 엔진(10)의 부하의 일례로서의 흡기 유량(Q)를 검출하는 흡기 유량 센서(14)가 장착되어 있다. 흡기 유량 센서(14)로서는, 예를 들면 에어 플로우 미터 등의 열선식 유량계를 사용할 수 있다. 또한, 엔진(10)의 부하로서는, 흡기 유량(Q)에 한정하지 않고, 예를 들면, 흡기 부압, 과급 압력, 스로틀 개도, 액셀 개도 등, 토크와 밀접하게 관련하는 상태량을 사용할 수 있다.
각 기통의 연소실(16)에 흡기를 도입하는 흡기 포트(18)에는 그 개구를 개폐하는 흡기 밸브(20)가 설치되어 있다. 흡기 밸브(20)의 흡기 상류에 위치하는 흡기관(12)에는 흡기 포트(18)를 향하여 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(22)가 장착되어 있다. 연료 분사 밸브(22)는 전자 코일에의 통전에 의하여 자기 흡인력이 발생하면, 스프링에 의하여 폐변 방향으로 가압 지지되고 있는 밸브 본체가 리프트하여 개변하여, 연료를 분사하는 전자식의 분사 밸브이다. 연료 분사 밸브(22)에는 그 개변 시간에 비례한 연료가 분사되도록, 소정 압력으로 압력 조절된 연료가 공급되고 있다.
연료 분사 밸브(22)로부터 분사된 연료는 흡기 포트(18)와, 흡기 밸브(20)와의 간극을 거쳐 연소실(16)에 흡기와 함께 도입되고, 점화 플러그(24)의 불꽃 점화에 의하여 착화 연소하고, 그 연소에 의한 압력이 피스톤(26)을 크랭크 샤프트 (도시 생략)를 향하여 내리누름으로써, 크랭크 샤프트를 회전 구동시킨다.
또한, 연소실(16)으로부터 배기를 도출하는 배기 포트(28)에는, 그 개구를 개폐하는 배기 밸브(30)가 배치되고, 배기 밸브(30)가 개변함으로써, 배기 포트(28)와 배기 밸브(30)의 간극을 통하여 배기가 배기관(32)로 배출된다. 배기관(32)에는 촉매 컨버터(34)가 설치되어 있고, 배기 내의 유해 물질은 촉매 컨버터(34)에 의하여 무해 성분으로 정화된 후에 배기관(32)의 종단 개구로부터 대기 중에 방출된다. 이 때, 촉매 컨버터(34)로서는, 예를 들면 배기 중의 CO (일산화탄소), HC (탄화수소) 및 NOx (질소산화물)를 동시에 정화하는 삼원 촉매를 사용할 수 있다.
흡기 밸브(20)를 개폐 구동하는 흡기 캠 샤프트(36)의 단부에는 크랭크 샤프트에 대한 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 위상을 변화시킴으로써, 흡기 밸브(20)의 밸브 타이밍을 변경하는 VTC(38)가 장착되어 있다. VTC(38)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 크랭크 샤프트의 회전 구동력을 전달하는 캠 체인이 감겨지는 캠 스프로켓(38A)과 일체화되고, 감속기가 내장된 전동 모터(38B) (전동 액추에이터)에 의하여, 캠 스프로켓(38A)에 대하여 흡기 캠 샤프트(36)를 상대 회전시킴으로써, 밸브 타이밍을 진각 또는 지각시킨다. 이 때, 도 2에 있어서 부호 38C로 나타내는 것은 전동 모터(38B)에 전력을 공급하는 하네스를 접속하기 위한 커넥터이다.
또한, VTC(38)로서는, 도 2에 나타내는 구성의 것에 한정하지 않고, 전동 모터, 유압 모터 등의 각종 액추에이터에 의하여 밸브 타이밍을 변경 가능하면, 어떠한 구성을 이루고 있어도 좋다. 또한, VTC(38)는 흡기 밸브(20)에 한정하지 않고, 흡기 밸브(20) 및 배기 밸브(30)의 적어도 한쪽에 비치할 수 있고 있으면 좋다.
연료 분사 밸브(22), 점화 플러그(24) 및 VTC(38)는 마이크로컴퓨터 (프로세서)를 내장한 전자 제어 장치(40)에 의하여 제어된다. 전자 제어 장치(40)는 각종 센서로부터의 신호를 입력하고, 미리 기억된 제어 프로그램에 따라서, 연료 분사 밸브(22), 점화 플러그(24) 및 VTC(38)의 각 조작량을 결정하여 출력한다. 연료 분사 밸브(22)에 따른 연료 분사 제어에 있어서는, 예를 들면 각 기통의 흡기 행정에 맞추어 개별 연료 분사를 실시하는 이른바 「시퀀셜 분사 제어」를 실시한다. 또한, VTC(38)의 제어는 전자 제어 장치(40)와는 다른 별체의 전자 제어 장치로 실시하도록 하여도 좋다.
전자 제어 장치(40)에는 흡기 유량 센서(14)의 신호에 추가하여, 엔진(10)의 냉각수 온도 (수온) Tw를 검출하는 수온 센서(42), 엔진(10)의 회전 속도(Ne)를 검출하는 회전 속도 센서(44), 크랭크 샤프트의 회전 각도 (기준 위치로부터의 각도) θCRK를 검출하는 크랭크 각도 센서(46), 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM를 검출하는 캠 각도 센서(48)의 각 신호가 입력된다. 이 때, 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK는 엔진 회전 각도의 일례로서 들 수 있는 동시에, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도θCAM는 캠 위상 각도의 일례로서 들 수 있다. 또한, 전자 제어 장치(40)에는 스타터 스위치의 ON/OFF 신호를 입력 가능하도록, 예를 들면, CAN (Controller Area Network) 등의 차재(車載) 네트워크를 통하여, 엔진(10)을 전자 제어하는 엔진 제어 장치(50)와 접속시키고 있다. 또한, 흡기 유량(Q), 수온(Tw), 회전 속도(Ne), 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK 및 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM는 각 센서로부터 읽어들이는 대신에, 엔진 제어 장치(50)로부터 읽어들이도록 하여도 좋다.
전자 제어 장치(40)는 후술하는 VTC(38)의 제어에 추가하여, 다음과 같이 연료 분사 밸브(22) 및 점화 플러그(24)를 제어한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 흡기 유량 센서(14) 및 회전 속도 센서(44)로부터 흡기 유량(Q) 및 회전 속도(Ne)를 각각 읽어들이고, 이들에 기초하여 엔진 운전 상태에 따른 기본 연료 분사량을 산출한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 수온 센서(42)로부터 수온(Tw)를 읽어들여, 기본 연료 분사량을 수온(Tw) 등으로 보정한 연료 분사량을 산출한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 엔진 운전 상태에 따른 타이밍으로, 연료 분사량에 따른 연료를 연료 분사 밸브(22)로부터 분사하고, 점화 플러그(24)를 적절하게 작동시켜 연료와 흡기와의 혼합 기체를 착화 연소시킨다. 이 때, 전자 제어 장치(40)는 도시를 생략한 공연비 센서로부터 공연비를 읽어들여, 배기 중의 공연비가 이론 공연비에 가까워지도록, 연료 분사 밸브(22)를 피드백 제어한다.
도 3은 전자 제어 장치(40)가 기동된 것을 계기로 하여, 전자 제어 장치(40)가 반복적으로 실행하는 제어 프로그램의 메인 루틴의 일례를 나타낸다.
스텝 1 (도에서는 「S1」라고 약기한다. 이하 동일.)에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 엔진 제어 장치(50)로부터 스타터 스위치의 신호를 읽어들이고, 이것이 ON로부터 OFF로 변화하는 지 아닌지를 통하여, 엔진(10)의 정지 지령이 있었는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 엔진(10)의 정지 지령이 있었다고 판정하면 처리를 스텝 2로 진행하는 한편 (Yes), 엔진(10)의 정지 지령이 없었다고 판정하면 처리를 스텝 3으로 진행한다 (No).
스텝 2에서는, 전자 제어 장치(40)가, 엔진 정지시의 제어를 실시하는 서브 루틴 (상세에 대하여는 후술한다)을 실행한다.
스텝 3에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 엔진 제어 장치(50)로부터 스타터 스위치의 신호를 읽어들여, 이것이 OFF로부터 ON으로 변화하였는지 여부를 통하여, 엔진(10)의 시동 지령이 있었는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 엔진(10)의 시동 지령이 있었다고 판정하면 처리를 스텝 4로 진행하는 한편 (Yes), 엔진(10)의 시동 지령이 없었다고 판정하면 처리를 스텝 5로 진행한다 (No).
스텝 4에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진 시동시의 제어를 실시하는 서브 루틴 (상세에 대하여는 후술한다)을 실행한다.
스텝 5에서는, 전자 제어 장치(40)가 통상시의 제어, 즉 엔진 정지시 또는 엔진 시동시의 제어는 아닌, 엔진 가동 중의 제어를 실시하는 서브 루틴 (상세에 대하여는 후술한다)을 실행한다.
이와 같은 메인 루틴에 의하면, 엔진 정지 지령이 있었을 경우에는 엔진 정지시의 제어가 실행되고, 엔진 시동 지령이 있었던 경우에는 엔진 시동시의 제어가 실행된다. 또한, 엔진 정지 지령 또는 엔진 시동 지령이 없는 경우에는 엔진 가동 중의 통상시의 처리가 실행된다.
도 4는 전자 제어 장치(40)가 실행하는 엔진 정지시의 제어를 실시하는 서브 루틴의 일례를 나타낸다.
스텝 11에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 플래시 ROM (Read Only Memory)으로부터 제어값을 읽어들임으로써, 엔진(10)의 시동에 적절한 VTC(38)의 목표 각도를 산출한다.
스텝 12에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 실제 각도 (기준 위치로부터의 실제 각도)를 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 크랭크 각도 센서(46) 및 캠 각도 센서(48)로부터, 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK 및 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM를 각각 읽어들인다. 또한, 전자 제어 장치(40)는, 예를 들면 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM로부터 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK를 감산함으로써, 진각측을 플러스값으로 한, VTC(38)의 실제 각도를 구한다.
스텝 13에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 목표 각도와 실제 각도와의 편차에 기초하여, VTC(38)의 조작량 (예를 들면, 전동 모터(38B)의 듀티비 등)을 산출한다.
스텝 14에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 조작량을 액추에이터로서의 전동 모터(38B)에 출력한다.
스텝 15에서는, 전자 제어 장치(40)가, VTC(38)의 실제 각도가 목표 각도에 도달하였는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 실제 각도가 목표 각도에 도달하였다고 판정하면 처리를 스텝 16으로 진행하는 한편 (Yes), 실제 각도가 목표 각도에 도달하고 있지 않다고 판정하면 처리를 스텝 12로 되돌린다 (No).
스텝 16에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 회전 속도 센서(44)로부터 회전 속도(Ne)를 읽어들이고, 이것이 0이 되었는지 아닌지를 통하여, 엔진(10)이 정지하였는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 엔진(10)이 정지하였다고 판정하면 처리를 스텝 17로 진행하는 한편 (Yes), 엔진(10)이 정지하고 있지 않다고 판정하면 대기한다 (No). 요컨데, 전자 제어 장치(40)는 엔진(10)이 정지할 때까지 대기한다.
스텝 17에서는, 전자 제어 장치(40)가 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도에 따른 캠 토크 특성 (캠 토크 방향 및 그 크기 등)을 산출 (추정)한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 엔진(10)이 정지하였다고 판정할 때까지, 크랭크 각도 센서(46)로부터 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK를 차례로 읽어들여, 엔진(10)이 정지하였을 때의 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK를 구한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는, 예를 들면 캠 샤프트가 정지하였을 때의 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK에 엔진(10)의 시동에 적절한 VTC(38)의 목표 각도를 가산함으로써, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도를 산출한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는, 예를 들면 도 5에 나타내는 캠 샤프트의 회전 각도에 따른 캠 토크가 설정된 맵을 참조하여, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도에 따른 캠 토크 특성을 구한다. 또한, 도 5에 나타내는 맵에 있어서, 캠 토크가 플러스값을 취하는 「정토크」는 VTC(38)를 지각 방향으로 변동시키는 한편, 캠 토크가 마이너스값을 취하는 「부토크」는 VTC(38)를 진각 방향으로 변동시킨다.
또한, 정토크는, 예를 들면 캠 샤프트의 회전 저항 등에 의하여, 부토크보다 커진다.
스텝 18에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 플러시 ROM 등의 불휘발성 메모리에, 캠 토크 특성을 기록한다.
이와 같은 엔진 정지시의 제어에 의하면, VTC(38)가 엔진(10)의 시동에 적절한 목표 각도까지 변경된다. 이 때문에, 엔진(10)을 재시동하는 경우에, 엔진(10)의 시동성을 확보할 수 있다.
또한, 엔진(10)이 완전하게 정지하면, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도에 따른 캠 토크 특성이 산출되고, 이것이 불휘발성 메모리에 기록된다. 이 때문에, 엔진(10)의 재시동시에, 캠 각도 센서(48)에 의하여 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM를 검출할 수 없는 경우에도, 엔진(10)을 정지하였을 때의 캠 토크 특성을 특정할 수 있다. 또한, 엔진(10)의 재시동시에, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 속도를 검출 가능한 센서를 사용하는 경우에는 스텝 16 내지 스텝 18의 처리를 생략하여도 된다.
또한, VTC(38)의 실제 각도를 목표 각도에 수속하는 처리는 엔진 제어 장치(50)에 의하여 스타터 스위치의 신호키 오프가 검지되고 나서 엔진(10)이 정지하기까지 실시하면, 캠 토크의 영향이 적어도 된다. 이 때, VTC(38)의 전동 모터(38B)가 충분한 토크를 발생할 수 있는 경우에는, 엔진(10)이 정지한 후에도, VTC(38)의 실제 각도를 목표 각도로 변경하는 것이 가능하기 때문에, 이 처리는 엔진 정지 후이어도 좋다.
도 6은 전자 제어 장치(40)가 실행하는 엔진 시동시의 제어를 실시하는 서브 루틴의 제1 실시예를 나타낸다. 또한, 엔진 시동시의 제어는 엔진 제어 장치(50)에 의하여 스타터 스위치의 키 온이 검지되고 나서 캠 토크 방향이 변화할 때까지 계속하여 실행된다. 또한, 도 4에 나타내는 플로우차트와 공통되는 처리에 있어서는 중복 설명을 배제하기 위하여, 그 설명을 간략화한다 (이하 같음).
스텝 21에서는, 전자 제어 장치(40)가 불휘발성 메모리로부터 엔진(10)이 정지하였을 때의 캠 토크 특성을 읽어들인다.
스텝 22에서는, 전자 제어 장치(40)가, 캠 토크 특성을 분석함으로써, 캠 토크가 정토크인지 아닌지, 즉, 엔진 시동시에 VTC(38)를 지각측에 변동시키는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 캠 토크가 정토크라고 판정하면 처리를 스텝 23으로 진행하는 한편 (Yes), 캠 토크가 부토크라고 판정하면 처리를 스텝 24로 진행한다 (No).
스텝 23에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진 시동시의 VTC 조작량으로서 정토크를 지우는 조작량, 즉, 플러스값의 소정값 (고정값)을 취하는 조작량을 설정한다.
스텝 24에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진 시동시의 VTC 조작량으로서 부토크를 없애는 조작량, 즉, 마이너스값의 소정값 (고정값)을 취하는 조작량을 설정한다.
스텝 25에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 조작량을 전동 모터(38B)에 출력한다.
스텝 26에서는, 전자 제어 장치(40)가, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도에 따른 캠 토크 특성을 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 크랭크 각도 센서(46)로부터 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK를 읽어들이고, 예를 들면, 캠 샤프트가 정지하였을 때의 크랭크 샤프트의 회전 각도 θCRK에 엔진(10)의 시동에 적절한 VTC(38)의 목표 각도를 가산함으로써, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도를 산출한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는, 예를 들면 도 5에 도시하는 맵을 재차 참조하여, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도에 따른 캠 토크 특성을 구한다.
이 때, VTC(38)의 목표 각도는 통상적으로는, 예를 들면 엔진(10)의 회전 속도 및 부하에 따른 목표 각도가 설정된 맵으로부터 구한다. 그러나, 엔진 시동시에는 윤활유의 온도가 저온일 가능성이 높기 때문에, 시동성을 중시하여 흡기량 및 압축을 확보하는 방향의 밸브 타이밍으로 한다. 또한, 아이들링 스톱시 등의 핫 리스타트시에는 디컴프레션을 위하여, 흡기 밸브(20)를 지연하여 닫는 밸브 타이밍으로 한다. 또한, 하이브리드 자동차로 모터 발진하는 경우에는, 원칙적으로 흡기 밸브(20)을 지연하여 닫는 밸브 타이밍으로 하지만, 냉기시에 시동할 가능성이 있는 경우에는 그러하지 않다.
스텝 27에서는, 전자 제어 장치(40)가, 예를 들면 스텝 21에서 읽어들인 캠 토크 특성과, 스텝 26에서 산출한 캠 토크 특성을 비교함으로써, 엔진 시동시의 제어를 개시하였을 때의 캠 토크 방향이 변화 (반전)하였는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 캠 토크 방향이 변화하였다고 판정하면 처리를 종료시키는 한편 (Yes), 캠 토크 방향이 변화하고 있지 않다고 판정하면 처리를 스텝 25로 되돌린다 (No).
이와 같은 엔진 시동시의 제어에 의하면, 엔진 정지 상태의 캠 토크가 정토크, 즉, VTC(38)를 지각방향으로 변동시키는 토크이면, 엔진 시동시의 VTC 조작량으로서 정토크를 없애는 조작량이 설정된다. 여기에서는, 예를 들면 캠 토크 특성으로부터 구하는 토크량이 여기에서의 주된 외란으로서 포착되고, 이 상황에서도 VTC(38)의 위상각을 유지할 수 있는 모터 토크를 발생시킬 수 있는 조작량을 설정한다. 한편, 엔진 정지 상태의 캠 토크가 부토크, 즉, VTC(38)를 진각 방향으로 변동시키는 토크이면, 엔진 시동시의 VTC 조작량으로서 부토크를 없애는 조작량이 설정된다. 또한, 캠 토크 방향이 역전할 때까지, 캠 토크 방향에 따른 VTC 조작량이 VTC(38)에 출력된다.
따라서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(36)가 흡기 밸브(20)를 개변하기 시작하여, VTC(38)가 정토크를 받는 위치에서 정지하였을 경우, VTC(38)는 정토크를 받아 지각측으로 변동하려고 한다. 그러나, 도 8에 도시하는 바와 같이, 스타터 스위치가 ON이 된 직후의 크랭크 샤프트가 움직이기 시작하는 영역에서는 VTC 조작량이 플러스값을 취하는 소정값이 되고, VTC(38)가 받는 정토크를 지우기 위하여, VTC(38)의 각도 변동을 억제할 수 있다. 이 때, 크랭크 샤프트가 움직이기 시작하는 영역의 캠 토크의 영향이 크기 때문에, 이 영역에 있어서, 캠 토크를 지우도록 하면, VTC(38)의 각도 변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(36)가 흡기 밸브(20)를 폐변하기 시작하여 VTC(38)가 부토크를 받는 위치에서 정지하였을 경우, VTC(38)는 부토크를 받아 진각측으로 변동하려고 한다. 그러나, 도 10에 도시하는 바와 같이, 스타터 스위치가 ON이 된 직후의 크랭크 샤프트가 움직이기 시작하는 영역에서는 VTC 조작량이 마이너스값을 받는 소정값이 되고, VTC(38)가 받는 부토크를 지우기 때문에, VTC(38)의 각도 변동을 억제할 수 있다.
또한, 크랭크 샤프트 움직이기 시작하는 영역으로부터 크랭킹 영역으로 이행한 후에는 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM의 검출을 하게 되고, VTC(38)의 목표 각도와 실제 각도와의 사이에 편차가 생기기 때문에, 이 편차를 작게 하는 피드백 제어에 의하여 VTC(38)가 목표 각도에 수속된다.
이 때문에, 엔진 시동시에는 엔진 시동에 적절한 VTC(38)의 각도가 유지되어 시동성을 확보할 수 있다.
이 때, 스타터 스위치가 ON이 된 직후에 있어서의 VTC 조작량은 캠 토크의 정부(正負)에 따른 고정값을 취하는 소정값이 아니라, 도 5에 도시하는 맵을 다시 참조하여, 캠 샤프트의 회전 각도 θCRK에 따른 캠 토크의 크기에 비례하는 조작량으로 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 도 11에 도시하는 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(36)가 흡기 밸브(20)를 개변하는 도중의 위치에서 정지하였을 경우, 엔진 시동시에는 그 정토크의 크기에 비례한 VTC 조작량이 VTC(38)에 출력된다. 이 때문에, 스타터 스위치를 ON으로 한 직후에는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 캠 토크의 방향 및 크기에 따른 VTC 조작량으로 VTC(38)가 제어되어, 고정값인 소정값으로 제어하는 것보다 고정밀도 제어를 하기 때문에, VTC(38)를 목표 각도로 유지하기 쉬워진다.
또한, 엔진 시동시의 VTC 조작량은 다음과 같이 보정하여도 좋다. 즉, 전동 모터(38B)의 특성으로서 모터 토크는 전류값에 비례하는 동시에, 인가 전압이 일정한 경우에는 온도가 낮을수록 코일 저항이 작아진다. 따라서, 전동 모터(38B)의 온도와 상관이 있는 수온 또는 오일 온도가 낮아지면, 전동 모터(38B)에 흐르는 전류값이 커져서, 모터 토크가 커진다. 이 때문에, 수온 또는 오일 온도에 따라 VTC 조작량을 보정함으로써, 온도 변화에 수반하는 모터 토크의 변동을 고려한 제어를 실시할 수 있다.
또한, 엔진 시동시의 VTC 조작량은 다음과 같이 오일 온도에 따라 보정하여도 좋다. 즉, 오일 온도이 저온인 경우에는 윤활유의 점성이 커지게 되어, VTC(38)에 작용하는 캠 토크가 커진다. 한편, 오일 온도이 고온인 경우에는 흡기 캠 샤프트(36)에 있어서의 유막 형성이 얇아져서 프릭션이 증가하기 때문에, VTC(38)에 작용하는 캠 토크가 커진다. 이에, 도 13에 도시하는 바와 같이, 오일 온도에 따른 보정 계수가 설정된 맵을 참조하여, 오일 온도에 따른 보정 계수를 구하여, VTC 조작량에 보정 계수를 곱함으로써, VTC 조작량을 보정한다. 이와 같이 하면, 윤활유의 점성을 고려한 제어를 실시할 수 있다.
이상 설명한 엔진 시동시의 제어에 있어서는, 캠 토크 방향이 변화할 때까지, VTC 조작량이 보정되어 있었지만, 도 14에 도시하는 바와 같이, 크랭킹 영역으로 이행하여, 캠 각도 센서(48)에 의하여 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도 θCAM를 검출할 수 있게 될 때까지 VTC 조작량을 보정하여도 좋다. 이와 같이 하면, 피드백 제어를 실행할 수 있게 될 때까지, VTC 조작량이 보정되므로, VTC(38)의 각도 유지 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 엔진(10)이 정지하고 있는 동안에, 예를 들면, 어떠한 외력에 의하여, 크랭크 샤프트의 회전 각도가 변화하였을 경우에는 캠 토크 특성의 변동에 의한 오보정을 억제하기 위하여, VTC 조작량의 보정을 취소하도록 하여도 된다.
도 15는 전자 제어 장치(40)가 실행하는 통상시의 제어를 실시하는 서브 루틴의 일례를 나타낸다.
스텝 31에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진 운전 상태에 따른 VTC(38)의 목표 각도를 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 흡기 유량 센서(14), 수온 센서(42) 및 회전 속도 센서(44)로부터 흡기 유량(Q), 수온(Tw) 및 회전 속도(Ne)를 각각 읽어들인다. 또한, 전자 제어 장치(40)는, 예를 들면 수온마다 회전 속도 및 흡기 유량에 따른 목표 각도가 설정된 테이블을 참조하여, 수온(Tw), 회전 속도(Ne) 및 흡기 유량(Q)에 따른 목표 각도를 구한다.
스텝 32에서는, 전자 제어 장치(40)가 스텝 12와 같은 방법으로 VTC(38)의 실제 각도를 산출한다.
스텝 33에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 목표 각도와 실제 각도와의 편차에 기초하여, VTC(38)의 조작량을 산출한다.
스텝 34에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC 조작량을 전동 모터(38B)에 출력한다.
스텝 35에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 실제 각도가 목표 각도에 도달하였는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 실제 각도가 목표 각도에 도달하였다고 판정하면 처리를 종료시키는 한편 (Yes), 실제 각도가 목표 각도에 도달하고 있지 않다고 판정하면 처리를 스텝 32로 되돌린다 (No).
이와 같은 통상시의 제어에 의하면, VTC(38)가 엔진 운전 상태에 따른 목표 각도로 제어된다. 이 때문에, 엔진 운전 상태에 따른 목표 각도를 적절히 설정함으로써, 예를 들면, 응답성, 토크, 연비 등을 향상시킬 수 있다.
도 16은 전자 제어 장치(40)가 실행하는 엔진 시동시의 제어를 실시하는 서브 루틴의 제2 실시예를 나타낸다. 또한, 엔진 시동시의 제어는 엔진 제어 장치(50)에 의하여 스타터 스위치의 키 온이 검지되고 나서 엔진 회전 속도(Ne)가 어느 정도 상승할 때까지 계속하여 실행된다. 또한, 앞서 설명한 제1 실시예와 공통되는 처리에 대하여는 중복되는 설명을 배제하는 관점에서, 그 설명을 간단하게 한다.
스텝 41에서는, 전자 제어 장치(40)가 불휘발성 메모리로부터 엔진(10)이 정지하였을 때의 캠 토크 특성을 읽어들인다.
스텝 42에서는, 전자 제어 장치(40)가 캠 토크 특성을 분석함으로써, 캠 토크가 정토크인지 아닌지, 즉, 엔진 시동시에 VTC(38)를 지각측으로 변동시키는지 아닌지를 판정한다. 또한, 전자 제어 장치(40)는 캠 토크가 정토크라고 판정하면 처리를 스텝 43으로 진행하는 한편 (Yes), 캠 토크가 부토크라고 판정하면 처리를 스텝 44로 진행한다 (No).
스텝 43에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진 시동시의 VTC 조작량으로서 정토크를 없애는 조작량, 즉, 플러스값의 소정값을 취하는 조작량을 설정한다.
스텝 44에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진 시동시의 VTC 조작량으로서 부토크를 없애는 조작량, 즉, 마이너스값의 소정값을 취하는 조작량을 설정한다.
스텝 45에서는, 전자 제어 장치(40)가 엔진(10)의 회전 속도에 따라 VTC 조작량을 보정하기 위한 보정 계수를 산출한다. 즉, 전자 제어 장치(40)는 회전 속도 센서(44)로부터 회전 속도(Ne)를 읽어들이고, 도 17에 도시하는 바와 같이, 엔진 회전 속도에 따른 보정 계수가 설정된 맵을 참조하여, 회전 속도(Ne)에 따른 보정 계수를 구한다. 또한, 도 17에 나타내는 맵에서는 엔진 회전 속도가 낮을수록 보정 계수가 커진다, 요컨데, 엔진 회전 속도가 커질수록 보정 계수가 작아지는 특성을 가지고 있다. 이것은 VTC 조작량을 서서히 작게 함으로써, VTC 조작량이 급격하게 변화하는 것을 억제하고, 매끄러운 제어를 실시하기 때문이다.
스텝 46에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC 조작량에 보정 계수를 곱함으로써, VTC 조작량을 보정한다.
스텝 47에서는, 전자 제어 장치(40)가 VTC(38)의 조작량을 전동 모터(38B)에 출력한다.
스텝 48에서는, 전자 제어 장치(40)가, 스텝 26과 같은 방법에 의하여, 흡기 캠 샤프트(36)의 회전 각도에 따른 캠 토크 특성을 산출한다.
스텝 49에서는, 전자 제어 장치(40)가, 회전 속도 센서(44)로부터 회전 속도(Ne)를 읽어들이고, 이것이 캠 토크를 평균값으로서 파악할 수 있는 고회전역을 규정하는 소정값 이상인지 아닌지를 판정한다.
또한, 전자 제어 장치(40)는 회전 속도(Ne)가 소정값 이상이라고 판정하면 처리를 종료시키는 한편 (Yes), 회전 속도(Ne)가 소정값 미만이라고 판정하면 처리를 스텝 42로 되돌려보낸다 (No).
이와 같은 엔진 시동시의 제어에 의하면, 앞서 설명한 제1 실시예의 작용 및 효과에 추가하여 도 18에 도시하는 바와 같이, 피드백 제어가 충분히 실행되지 않고, 캠 토크를 평균값으로서 파악할 수 없는 시동 초기까지 VTC 조작량이 보정되므로, VTC(38)의 각도 유지 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 엔진 회전 속도에 따라 VTC(38)의 조작량이 보정되므로, 과도한 보정이 억제되어 VTC(38)의 각도 변동을 매끄럽게할 수 있다.
또한, 각 실시예에 기재된 사항의 일부를 치환하거나 적절하게 조합하여도 된다.
2012년 3월 21일에 출원된 일본특허출원제2012-063831호의 전체 내용은 참조로써 여기에 통합된다.
본원 발명을 설명하기 위하여 선택된 실시예만 들었지만, 이 기술 분야의 통상의 기술자라면 첨부한 청구범위에 규정된 본원 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것은 분명할 것이다. 또한, 본원 발명에 따른 실시예들에 대한 전술한 설명들은 예시를 위한 것일 뿐, 첨부된 청구범위와 그 균등물에 의하여 규정하는 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (18)

  1. 액추에이터에 의하여 캠 위상을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치로서, 적어도 엔진 정지시의 엔진 회전 각도와 캠 위상 각도에 기초하여 엔진 시동 직후의 상기 액추에이터의 조작량이 보정되고,
    상기 엔진이 정지하고 있는 동안에 상기 엔진 회전 각도가 변화하였을 경우에는 상기 액추에이터의 조작량의 보정이 취소되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터의 조작량은 엔진 정지시의 엔진 회전 각도와 캠 위상 각도에 기초하여 추정된 캠 토크 특성에 따라 보정되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 캠 토크 특성은 캠 토크의 방향 및 크기 중 적어도 방향인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액추에이터의 조작량은 상기 캠 토크의 방향이 역전할 때까지 보정되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액추에이터의 조작량은 상기 캠 위상 각도가 검출될 때까지 보정되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액추에이터의 조작량은 엔진 회전 속도가 캠 토크를 평균값으로서 파악할 수 있는 소정값 이상이 될 때까지 보정되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터의 조작량은 상기 엔진의 수온 또는 오일 온도에 따라 추가로 보정되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터의 조작량은 엔진 회전 속도에 따라 추가로 보정되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치.
  9. 삭제
  10. 액추에이터에 의하여 캠 위상을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하는 전자 제어 장치가 적어도 엔진 정지시의 엔진 회전 각도와 캠 위상 각도에 기초하여, 엔진 시동 직후의 상기 액추에이터의 조작량을 보정하고,
    상기 전자 제어 장치가 상기 엔진이 정지하고 있는 동안에 상기 엔진 회전 각도가 변화하였을 경우에, 상기 액추에이터의 보정을 취소하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가, 엔진 정지시의 엔진 회전 속도와 캠 위상 각도에 기초하여 캠 토크 특성을 추정하고, 추정한 캠 토크 특성에 따라 상기 액추에이터의 조작량을 보정하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 캠 토크 특성은 캠 토크의 방향 및 크기 중 적어도 방향인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 상기 캠 토크의 방향이 역전할 때까지, 상기 액추에이터의 조작량을 보정하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 상기 캠 위상 각도가 검출될 때까지 상기 액추에이터의 조작량을 보정하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  15. 제10항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 엔진 회전 속도가 캠 토크를 평균값으로서 파악할 수 있는 소정값 이상이 될 때까지, 상기 액추에이터의 조작량을 보정하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 상기 엔진의 수온 또는 오일 온도에 기초하여 상기 액추에이터의 조작량을 추가로 보정하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 전자 제어 장치가 엔진 회전 속도에 따라서, 상기 액추에이터의 조작량을 추가로 보정하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법.
  18. 삭제
KR1020130025834A 2012-03-21 2013-03-11 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 장치 및 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 방법 KR102023150B1 (ko)

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JP2012063831A JP5877095B2 (ja) 2012-03-21 2012-03-21 可変バルブタイミング機構の制御装置

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