KR102298883B1

KR102298883B1 - 우선순위방식 cvvd 제어방법 및 cvvd 시스템

Info

Publication number: KR102298883B1
Application number: KR1020170082576A
Authority: KR
Inventors: 문치호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2021-09-07
Also published as: KR20190002121A

Abstract

본 발명의 우선순위방식 CVVD 제어방법은 밸브 Open/Close 시점 목표 값에 맞춘 밸브 Duration/Timing 목표 값의 계산 후 Duration 제어와 Timing 제어가 이루어지면, 컨트롤러(7)에 의해 듀레이션 액추에이터(3-1)의 Duration 우선제어 후 타이밍 액추에이터(3-2)의 Timing 제어가 이루어지는 Duration 우선제어모드 또는 타이밍 액추에이터(3-2)의 Timing 우선제어 후 듀레이션 액추에이터(3-1)의 Duration 제어가 이루어지는 Timing 우선제어모드의 우선순위방식으로 밸브 Duration/Timing 목표 값 도달이 이루어짐으로써 CVVD 시스템(Continuously Variable Valve Duration)(1)이 Duration 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건 및 Timing 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건으로 CVVD 동작이 최적화되는 특징을 구현한다.

Description

우선순위방식 CVVD 제어방법 및 CVVD 시스템{Method for Controlling Continuously Variable Valve Duration by Priority Order and Continuously Variable Valve Duration System thereby}

본 발명은 CVVD 제어에 관한 것으로, 특히 밸브개폐(Open/Close)시점제어에 대해 듀레이션(duration)과 타이밍(timing)을 우선순위방식으로 제어해 주는 CVVD 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 시스템(연속가변밸브듀레이션), 연속가변밸브타이밍(Continuously Variable Valve Timing, 이하 CVVT), 연속가변밸브리프트(Continuous Variable Valve Lift, 이하CVVL)는 각각 엔진에 적용된 가변 밸브 기구로서, 밸브(흡기 및 배기밸브)에 대한 개폐제어로 내연기관의 성능과 연비를 향상시켜준다.

일례로, 상기 CVVT는 밸브 듀레이션(valve duration)이 고정된 상태에서 캠 샤프트의 위상 제어가 이루어진다. 상기 CVVL은 밸브 듀레이션(valve duration)과 함께 밸브 리프트(valve lift)의 가변 제어가 이루어진다. 상기 CVVD는 CVVT와 연동함으로써 CVVL와 같이 제어 자유도가 떨어지는 밸브 리프트 변화 없이 밸브 듀레이션(valve duration)의 제어가 이루어지고 더불어 밸브 개폐(Open/Close)의 시점이 독립적으로 제어됨으로써 최적의 밸브 개폐 시점 설정을 위한 밸브 타이밍(valve timing)의 제어가 독립적으로 이루어진다.

이를 위해 상기 CVVD는 밸브 듀레이션 제어 액추에이터(Actuator)와 밸브 타이밍 제어 액추에이터(Actuator) 및 듀레이션/타이밍 작동 기구를 포함하고, 컨트롤러(Controller)로 액추에이터를 제어한다.

그 결과 상기 CVVD는 엔진에서 밸브를 열고 닫는 최적의 시점이 엔진의 회전수, 부하 등 작동 조건별로 상이하더라도 각각 최적화된 밸브 듀레이션 및 밸브 타이밍 제어로 엔진 성능과 연비를 크게 향상시켜 줄 수 있다.

국내공개공보 10-2013-0063819(2013년06월17일)

하지만 상기 CVVD은 듀레이션과 타이밍을 동시 제어함으로써 2개의 액추에이터의 각 물리적 특성에 따라 듀레이션 제어 속도와 타이밍 제어 속도가 다를 수 있고, 서로에 대한 제어 속도 차이는 엔진운전조건에 따라 더 심화 될 수 있다. 이로 인해 Duration 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건 및 Timing 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건으로 각각의 액추에이터 제어가 이루어지지 못할 수밖에 없다.

그 결과 상기 CVVD의 듀레이션과 타이밍의 동시 제어 방식은 2개의 액추에이터 각각의 특성차를 고려하지 못함으로써 엔진운전조건과 시스템 간 최적 조화가 이루어지지 못하고, 이는 CVVD의 동식 시 밸브개폐시점제어가 목표 값과 현재 값 사이를 벗어나게 함으로써 원하지 않는 엔진 거동 또는 에미션(emission)에 미치는 악영향이 가중시킬 수 있다. 여기서 현재 값은 설정 또는 계산되어 산출되는 목표 값에 따라 2개의 액추에이터가 동시 동작된 결과 값을 의미한다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 Duration 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건 및 Timing 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건으로 각각의 액추에이터 제어가 이루어지고, 특히 밸브 Open/Close 시점 제어에 따른 밸브 Duration/Timing 목표 값 추종이 Duration 제어와 Timing 제어에 대한 우선순위부여로 2개의 액추에이터 간 특성차를 엔진운전조건에 맞춘 최적 조화의 운영이 이루어짐으로써 액추에이터 간 부조화로 인한 원치 않는 엔진 거동 또는 에미션(emission)에 미치는 악영향을 해소한 우선순위방식 CVVD 제어방법 및 CVVD 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우선순위방식 CVVD 제어방법은 (A) 컨트롤러에 의해 밸브 Open/Close 시점 목표 값이 결정되고, 상기 밸브 Open/Close 시점 목표 값에 맞춰 듀레이션 액추에이터의 밸브 Duration 목표 값과 타이밍 액추에이터의 밸브 Timing 목표 값의 계산이 이루어지는 액추에이터 제어 값 산출모드단계, (B) 상기 듀레이션 액추에이터의 Duration 제어와 상기 타이밍 액추에이터의 Timing 제어가 Duration 우선제어 후 Timing 제어의 Duration 우선제어모드 또는 Timing 우선제어 후 Duration 제어의 Timing 우선제어모드로 선정되는 액추에이터 우선순위결정 모드단계, (C) 상기 Duration 우선제어모드 또는 상기 Timing 우선제어모드의 독자적인 수행으로 상기 밸브 Duration/Timing 목표 값의 도달이 이루어지는 우선제어모드 실행단계;로 구현되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 Duration 우선제어모드는, (c-1) 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태로 상기 밸브 Duration 목표 값에 대한 상기 Duration 제어가 이루어지는 단계, (c-2) 상기 Duration 제어로 상기 밸브 Duration 목표 값에 대한 밸브 Duration 목표 대비 실제 값이 검출되고, 상기 타이밍 액추에이터의 ON 전환이 판단되는 단계, (c-3) 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태가 유지되고 동시에 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태 전환으로 상기 밸브 Duration 목표 값과 상기 밸브 Timing 목표 값이 동시에 도달되는 단계로 구현된다.

바람직한 실시예로서, 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태 전환 판단은 상기 밸브 Duration 목표 값과 상기 밸브 Duration 목표 대비 실제 값 및 Duration 홀드 임계값을 적용하고, 상기 밸브 Duration 목표 값과 상기 밸브 Duration 목표 대비 실제 값의 차이가 상기 Duration 홀드 임계값보다 작을 때 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 Timing 우선제어모드는, (c-4) 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태로 상기 밸브 Timing 목표 값에 대한 상기 Timing 제어가 이루어지는 단계, (c-5) 상기 Timing 제어로 상기 밸브 Timing 목표 값에 대한 밸브 Timing 목표 대비 실제 값이 검출되고, 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태 전환이 판단되는 단계, (c-6) 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태가 유지되고 동시에 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태 전환으로 상기 밸브 Timing 목표 값과 상기 밸브 Duration 목표 값이 동시에 도달되는 단계로 구현된다.

바람직한 실시예로서, 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태 전환 판단은 상기 밸브 Timing 목표 값과 상기 밸브 Timing 목표 대비 실제 값 및 Timing 홀드 임계값을 적용하고, 상기 밸브 Timing 목표 값과 상기 밸브 Timing 목표 대비 실제 값의 차이가 상기 Timing 홀드 임계값보다 작을 때 이루어진다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CVVD 시스템은 밸브 Open/Close 시점 목표 값에 맞춘 밸브 Duration/Timing 목표 값의 계산 이 이루어지고, 듀레이션 액추에이터의 Duration 우선제어 후 타이밍 액추에이터의 Timing 제어가 이루어지는 Duration 우선제어모드 또는 상기 타이밍 액추에이터의 Timing 우선제어 후 상기 듀레이션 액추에이터의 Duration 제어가 이루어지는 Timing 우선제어모드의 우선순위방식으로 상기 밸브 Duration/Timing 목표 값 도달을 구현하는 컨트롤러; 밸브 타이밍 선도와 밸브 듀레이션 선도를 구비하여 상기 컨트롤러에 연계된 순차순위 맵이 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 듀레이션 액추에이터와 상기 타이밍 액추에이터의 각각은 동시작동기구에 연계되고, 상기 동시작동기구는 엔진의 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐하는 캠 샤프트에 연계된다.

이러한 본 발명의 CVVD는 우선순위방식 Duration/Timing 제어를 적용함으로써 하기와 같은 작용 및 효과가 있다.

첫째, Duration 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건 및 Timing 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건으로 CVVD 동작을 구분할 수 있다. 둘째, 듀레이션 액추에이터와 타이밍 액추에이터 간 특성차이 및 엔진운전조건하에서도 밸브 Open/Close 시점 제어에 따른 밸브 Duration/Timing 목표 값 추종이 안정적인 CVVD의 제어 성능으로 도달될 수 있다. 셋째, CVVD의 안정적인 제어 성능이 듀레이션 액추에이터 동작 후 타이밍 액추에이터 동작 또는 타이밍 액추에이터 동작 후 듀레이션 액추에이터 동작으로 구현됨으로써 엔진운전조건과 시스템 운영의 최적 조화가 이루어진다. 넷째, 엔진운전조건에 따른 CVVD 시스템 운영의 최적 조화로 액추에이터 간 특성차이 및 엔진운전조건하에서도 원치 않는 엔진 거동 또는 에미션(emission)에 미치는 악영향을 해소할 수 있다. 다섯째, Duration/Timing 제어에 대한 순차순위적용으로 원가 상승 없이 기존 CVVD에 대한 성능개선이 이루어질 수 있다. 다섯째, CVVD의 성능 개선으로 상품성이 더욱 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 우선순위방식 CVVD 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제어를 구현하는 CVVD 시스템의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 우선순위방식 CVVD 제어를 위한 밸브개폐시점 결정 및 목표 Duration/목표 Timing 계산 시 CVVD 동작 상태의 예이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 듀레이션 제어 우선의 CVVD 동작 상태의 예이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 타이밍 제어 우선의 CVVD 동작 상태의 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 우선순위방식 CVVD 제어방법은 엔진의 밸브 Open/Close 시점에 대한 액추에이터 제어 값 산출 모드(S10~S20), CVVD 제어를 위한 액추에이터 우선순위결정 모드(S30), 듀레이션 액추에이터에 의한 Duration 우선제어모드(S40-1~S40-3), 타이밍 액추에이터에 의한 Timing 우선제어모드(S50-1~S50-3)로 구현된다.

그 결과 CVVD는 Duration 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건과 함께Timing 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건으로 CVVD 동작이 구분되어 적용될 수 있다. 이로부터 CVVD는 밸브 Open/Close 시점 제어에 따른 밸브 Duration/Timing 목표 값 추종이 듀레이션 액추에이터와 타이밍 액추에이터의 특성차를 엔진운전조건에 맞춰 최적으로 조화시켜 Duration/Timing 제어를 구현할 수 있고, 2개의 액추에이터 조화에 의한 시스템 운영으로 엔진운전조건하에서 나타나던 원치 않는 엔진 거동 또는 에미션(emission)에 미치는 악영향이 별도의 하드웨어적 해법 없이 해소될 수 있다.

이하 우선순위방식 CVVD 제어방법을 도 2 내지 도 7을 참조로 상세히 설명한다. 제어 주체는 우선순위 맵(9)과 연계된 컨트롤러(7)이고, 제어 대상은 듀레이션 제어가 이루어지는 듀레이션 액추에이터(3-1)와 타이밍 제어가 이루어지는 타이밍 액추에이터(3-2)이다. 특히 흡기 밸브(120-1)와 배기 밸브(120-2)의 동작은 밸브 동작으로 설명된다. 또한 Duration 제어와 Timing 제어의 빠름은 제어 값 변화 속도를 의미한다.

도 2를 참조하면, CVVD 시스템(1)(Continuously Variable Valve Duration)(연속가변밸브듀레이션 시스템)은 엔진(100)에 적용되고, 컨트롤러(7)에 의해 우선순위방식 듀레이션과 타이밍 동시 제어가 수행된다. 구체적으로 상기 CVVD(1)는 듀레이션 액추에이터(3-1)와 타이밍 액추에이터(3-2) 및 동시 작동 기구(5)를 포함하고, 상기 엔진(100)은 크랭크 샤프트와 벨트로 연동된 캠 샤프트(110), 캠 샤프트(110)와 연계되어 실린더를 개폐하는 흡기 밸브(120-1) 및 배기 밸브(120-2)를 포함하며, 상기 컨트롤러(7)는 엔진(100)의 운전에 따른 엔진 데이터를 입력받고, 듀레이션 액추에이터(3-1)의 듀레이션 제어와 타이밍 액추에이터(3-2)의 타이밍 제어를 위한 우선순위 맵(9)을 포함한다. 특히 상기 우선순위 맵(9)은 밸브 타이밍 선도와 밸브 듀레이션 선도를 구비하며, 이들 선도의 각각은 크랭크 각(x축)과 밸브 리프트(y축)의 좌표계에서 밸브 리프트 변화 없는 크랭크 각에 대한 밸브 열림/닫힘(Open/Close) 시점 이동, 추출 및 계산되는 밸브 개도 값(open value)을 각각 나타낸다.

도 3을 참조하면, 20°/70°CA(Crank Angle)(Open/Close)의 밸브 Open/Close 시점에 대해 50°/20°CA(Duration/Timing)를 Duration/Timing Default로 하고, 듀레이션 액추에이터(3-1)와 타이밍 액추에이터(3-2)의 각각이 Disable(미동작) 또는 Hold(현재 위치 유지)에 따른 제어중지상태(OFF)이고, 엔진(100)의 구동에 따른 엔진운전조건이 밸브 Open/Close 시점의 진각과 함께 Duration이 작아지는 경우에 대한 예를 나타낸다.

이하 밸브 Duration 목표 값은 Dur_Des, 밸브 Timing 목표 값은 Tim_Des, 밸브 Duration 목표 대비 실제 값은 Dur_Act, 밸브 Timing 목표 대비 실제 값은 Tim_Act, 듀레이션 액추에이터(3-1)의 Duration 제어 상태를 홀드(Hold)하기 위한 임계 값(Threshold)으로서 Duration 홀드 임계값은 Dur_Diff, 타이밍 액추에이터(3-2)의 Timing 제어상태를 홀드(Hold)하기 위한 임계 값(Threshold)으로서 Timing 홀드 임계값은 Tim_Diff로 정의된다.

도 1의 액추에이터 제어 값 산출 모드(S10~S20)는 하기와 같이 구현된다. 컨트롤러(7)는 액추에이터 제어 값 산출 모드(S10~S20)에 대해 S10의 밸브 Open/Close 시점 목표 값 결정, S20의 밸브 Duration/Timing 목표 값 계산으로 구분하여 수행한다.

구체적으로 S10의 밸브 Open/Close 시점 목표 값은 -10°/20°CA(Open/Close)로 설정된다. 이때, Timing 시점은 밸브 Peak Lift 기준으로 설정되므로 밸브 Peak Lift 고정시 함께 고정된다. S20의 Dur_Des은 30°CA(Duration)로 Tim_Des은 -20°CA(Timing)으로 계산된다. 이를 위해 컨트롤러(7)는 우선순위 맵(9)과 상호 통신하여 우선순위 맵(9)의 데이터를 이용 및 적용한다.

따라서 액추에이터 제어 값 산출 모드(S10~S20)의 수행결과 컨트롤러(7)는 하기의 데이터를 CVVD(1)의 동작 전시점(Before Driven)으로 한다.

밸브 Open/Close 시점 목표 값 = -10°CA/20°CA(Open/Close)

Dur_Des = 30°CA(Duration)

Tim_Des = -20°CA(Timing)

Dur_Act = 50°~ 30°CA(Duration)

Tim_Act = 20°~ -20°CA(Timing)

이어 도 1의 액추에이터 우선순위결정 모드(S30)는 하기와 같이 구현된다. 일례로 액추에이터 우선순위는 Duration 우선순위와 Timing 우선순위로 구분되어 그 실행 순서가 컨트롤러(7)에 저장됨으로써 컨트롤러(7)는 CVVD 시스템(1)의 동작 시 설정된 실행 순서를 선택하는 방식으로 이루어진다. 또는 컨트롤러(7)는 듀레이션 액추에이터(3-1)와 타이밍 액추에이터(3-2)에 대한 이전 결과를 Timing 제어 대비 더딘 Duration 제어 또는 Duration 제어 대비 더딘 Timing 제어로 구분하고, Timing 제어 대비 더딘 Duration 제어에 대해선 Duration 우선순위로, Duration 제어 대비 더딘 Timing 제어에 대해선 Timing 우선순위로 선택할 수 있다.

이를 위해 컨트롤러(7)는 우선순위 맵(9)의 데이터를 추출 및 계산할 수 있다. 그 결과 컨트롤러(7)는 Duration 우선제어모드(S40-1~S40-3) 또는 Timing 우선제어모드(S50-1~S50-3) 중 하나를 선택하고, 그 선택에 맞춰 듀레이션 액추에이터(3-1)와 타이밍 액추에이터(3-2)를 동작시켜 준다.

먼저 도 1의 Duration 우선제어모드(S40-1~S40-3)는 S40-1의 Duration 제어 수행, S40-2의 Duration 제어 목표도달판단, S40-3의 Timing 제어 수행으로 구현된다.

구체적으로 컨트롤러(7)는 S40-1의 Duration 제어 수행을 위해 듀레이션 액추에이터(3-1)에 출력 신호를 보내 제어상태(ON)로 전환시켜 주고 반면 제어중지상태(OFF)의 타이밍 액추에이터(3-2)에 출력을 보내지 않아 제어중지상태로 유지시키거나 또는 제어상태애서 동작 중지를 위한 출력을 보내 Hold(홀드)로 전환시켜준다. 이 경우 컨트롤러(7)의 출력은 ON/OFF 신호나 PWM DUTY(Pulse Width Modulation Duty)일 수 있고, 출력 신호 크기는 50°CA(Duration)에서 30°CA(Duration)에 맞춰 이루어진다. 그 결과 듀레이션 액추에이터(3-1)가 30°CA(Duration)(밸브 Duration 목표 값)에 맞춰 동작하고 동시에 동시 작동 기구(5)는 듀레이션 액추에이터(3-1)에 맞춰 동작함으로써 캠 샤프트(110)에 연계된 흡기 밸브(120-1)의 밸브 Open 제어가 Duration 제어로 이루어진다.

이어 컨트롤러(7)는 S40-2의 Duration 제어 목표도달판단을 통해 타이밍 액추에이터(3-2)의 제어상태에 대한 전환여부를 결정하여 준다. 상기 Duration 제어 목표도달판단은 하기의 관계식 1을 적용하여 이루어진다.

관계식 1 : Dur_Des - Dur_Act < Dur_Diff

여기서 “”는 절대 값을 의미하고, “<”는 두 값의 크기를 나타낸 부등호로서 “ A < B”에서 A가 B보다 작은 값임을 의미하며, “-”는 두 값을 빼는 빼기 부호이다. Dur_Des는 밸브 Duration 목표 값으로 30°CA(Duration)이고, Dur_Act는 밸브 Duration 목표 대비 실제 값으로 50°~30°CA(Duration) 사이의 특정 값이며, Dur_Diff는 Duration 홀드 임계값으로 5°CA를 적용하나 필요 시 듀레이션 액추에이터(3-1)의 하드웨어 특성에 따라 변경된다.

그러므로 컨트롤러(7)는 Duration 홀드 임계값이 밸브 Duration 목표 값과 밸브 Duration 목표 대비 실제 값의 절대 값 차이보다 크지 않은 경우 Duration 제어가 지속되도록 듀레이션 액추에이터(3-1)의 동작 상태를 유지시켜 준다.

도 4를 참조하면, 듀레이션 액추에이터(3-1)가 제어상태로 되어 Dur_Des에 도달되도록 Dur_Act를 수행하는 반면 타이밍 액추에이터(3-2)가 제어중지상태로 되어 Tim_Des에 도달되기 위한 Tim_Act를 수행하지 않는 상태를 알 수 있다. 즉, 듀레이션 제어가 우선 수행된다.

이후 컨트롤러(7)는 S40-2에서 Duration 홀드 임계값이 밸브 Duration 목표 값과 밸브 Duration 목표 대비 실제 값의 절대 값 차이보다 큰 경우 S40-3의 Timing 제어 수행으로 전환한다.

구체적으로 컨트롤러(7)는 S40-3의 Timing 제어 수행을 위해 타이밍 액추에이터(3-2)에 출력 신호를 보내 제어상태로 전환시켜 주고 동시에 듀레이션 액추에이터(3-1)에도 출력 신호를 보내 제어상태 로 유지시켜 준다. 상기 듀레이션 액추에이터(3-1)의 제어상태 유지는 Dur_Des = Dur_Act로 제어됨을 의미한다.

그러면 듀레이션 액추에이터(3-1)가 30°CA(Duration)(밸브 Duration 목표 값)에 맞춰 동작을 지속하고 동시에 타이밍 액추에이터(3-2)도 -20°CA(Timing)(밸브 Timing 목표 값)에 맞춰 Timing 제어를 수행한다. 상기 듀레이션 액추에이터(3-1)와 상기 타이밍 액추에이터(3-2)의 동작은 동시 작동 기구(5)를 거쳐 캠 샤프트(110)에 연계된 흡기 밸브(120-1)의 밸브 Open 제어가 Duration/Timing 제어로 이루어진다.

도 5를 참조하면, 듀레이션 액추에이터(3-1)가 제어상태로 지속되어 Dur_Act가 Dur_Des에 도달되고 동시에 타이밍 액추에이터(3-2)가 ON 되어 Tim_Act가 Tim_Des에 도달된 상태를 알 수 있다. 그러므로 컨트롤러(7)는 밸브 Open/Close 시점 목표 값 = -10°CA/20°CA(Open/Close)에 대해 Dur_Des = Dur_Act = 30°CA(Duration), Tim_Des = Tim_Act = -20°CA(Timing)에 도달됨으로써 Duration 우선제어모드(S40-1~S40-3)를 완료하고, 밸브 Open/Close 시점 목표 값을 새롭게 설정하기 위한 초기 상태로 전환된다.

한편 도 1의 Timing 우선제어모드(S50-1~S50-3)는 S60-1의 Timing 제어 수행, S50-2의 Timing 제어 목표도달판단, S50-3의 Duration 제어 수행으로 구현된다.

구체적으로 컨트롤러(7)는 S50-1의 Timing제어 수행을 위해 타이밍 액추에이터(3-2)에 출력 신호를 보내 제어상태로 전환시켜 주고 반면 제어중지상태의 듀레이션 액추에이터(3-1)에 출력을 보내지 않아 제어중지상태로 유지시키거나 또는 제어상태에서 동작 중지를 위한 출력을 보내 Hold(홀드)로 전환시켜준다. 이 경우 컨트롤러(7)의 출력은 ON/OFF 신호나 PWM DUTY(Pulse Width Modulation Duty)일 수 있고, 출력 신호 크기는 20°CA(Timing)에서 -20°CA(Timing)에 맞춰 이루어진다. 그 결과 타이밍 액추에이터(3-2)가 -20°CA(Timing)(밸브 Timing 목표 값)에 맞춰 동작하고 동시에 동시 작동 기구(5)는 타이밍 액추에이터(3-2)에 맞춰 동작함으로써 캠 샤프트(110)에 연계된 흡기 밸브(120-1)의 밸브 Open 제어가 Timing 제어로 이루어진다.

이어 컨트롤러(7)는 S50-2의 Timing 제어 목표도달판단을 통해 듀레이션 액추에이터(3-2)의 제어상태에 대한 전환여부를 결정하여 준다. 상기 Timing 제어 목표도달판단은 하기의 관계식 2를 적용하여 이루어진다.

관계식 2 : Tim_Des - Tim_Act < Tim_Diff

여기서 “”는 절대 값을 의미하고, “<”는 두 값의 크기를 나타낸 부등호로서 “ A < B”에서 A가 B보다 작은 값임을 의미하며, “-”는 두 값을 빼는 빼기 부호이다. Tim_Des는 밸브 Timing 목표 값으로 -20°CA(Timing)이고, Tim_Act는 밸브 Timing 목표 대비 실제 값으로 20°~ -20°CA(Timing) 사이의 특정 값이며, Tim_Diff는 Timing 홀드 임계값으로 5°CA를 적용하나 필요 시 타이밍 액추에이터(3-2)의 하드웨어 특성에 따라 변경된다.

그러므로 컨트롤러(7)는 Timing 홀드 임계값이 밸브 Timing 목표 값과 밸브 Timing 목표 대비 실제 값의 절대 값 차이보다 크지 않은 경우 Timing 제어가 지속되도록 타이밍 액추에이터(3-2)의 동작 상태를 유지시켜 준다.

도 6을 참조하면, 타이밍 액추에이터(3-2)가 ON으로 되어 Tim_Des에 도달되도록 Tim_Act를 수행하는 반면 듀레이션 액추에이터(3-1)가 OFF로 되어 Dur_Des에 도달되기 위한 Dur_Act를 수행하지 않는 상태를 알 수 있다.

이후 컨트롤러(7)는 S50-2에서 Timing 홀드 임계값이 밸브 Timing 목표 값과 밸브 Timing 목표 대비 실제 값의 절대 값 차이보다 큰 경우 S50-3의 Duration 제어 수행으로 전환한다.

구체적으로 컨트롤러(7)는 S50-3의 Duration 제어 수행을 위해 듀레이션 액추에이터(3-1)에 출력 신호를 보내 제어상태로 전환시켜 주고 동시에 타이밍 액추에이터(3-2)에도 출력 신호를 보내 제어상태로 유지시켜 준다. 상기 타이밍 액추에이터(3-2)의 제어상태 유지는 Tim_Des = Tim_Act로 제어됨을 의미한다. 그러면 타이밍 액추에이터(3-2)가 -20°CA(Timing)(밸브 Timing 목표 값)에 맞춰 동작을 지속하고 동시에 듀레이션 액추에이터(3-1)도 30°CA(Duration)(밸브 Duration 목표 값)에 맞춰 Duration 제어를 수행한다. 상기 듀레이션 액추에이터(3-1)와 상기 타이밍 액추에이터(3-2)의 동작은 동시 작동 기구(5)를 거쳐 캠 샤프트(110)에 연계된 흡기 밸브(120-1)의 밸브 Open 제어가 Duration/Timing 제어로 이루어진다.

도 7을 참조하면, 타이밍 액추에이터(3-2)가 제어상태로 지속되어 Tim_Act가 Tim_Des에 도달되고 동시에 듀레이션 액추에이터(3-2)가 제어상태로 되어 Dur_Act가 Dur_Des에 도달 된 상태를 알 수 있다. 그러므로 컨트롤러(7)는 밸브 Open/Close 시점 목표 값 = -10°CA/20°CA(Open/Close)에 대해 Dur_Des = Dur_Act = 30°CA(Duration), Tim_Des = Tim_Act = -20°CA(Timing)에 도달됨으로써 Timing 우선제어모드(S50-1~S50-3)를 완료하고, 밸브 Open/Close 시점 목표 값을 새롭게 설정하기 위한 초기 상태로 전환된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 우선순위방식 CVVD 제어방법은 밸브 Open/Close 시점 목표 값에 맞춘 밸브 Duration/Timing 목표 값의 계산 후 Duration 제어와 Timing 제어가 이루어지면, 컨트롤러(7)에 의해 듀레이션 액추에이터(3-1)의 Duration 우선제어 후 타이밍 액추에이터(3-2)의 Timing 제어가 이루어지는 Duration 우선제어모드 또는 타이밍 액추에이터(3-2)의 Timing 우선제어 후 듀레이션 액추에이터(3-1)의 Duration 제어가 이루어지는 Timing 우선제어모드의 우선순위방식으로 밸브 Duration/Timing 목표 값 도달이 이루어짐으로써 CVVD 시스템(1)이 Duration 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건 및 Timing 우선 제어가 필요한 시스템/운전 조건으로 CVVD 동작이 최적화된다.

1 : CVVD 시스템
3-1 : 듀레이션 액추에이터 3-2 : 타이밍 액추에이터
5 : 동시 작동 기구 7 : 컨트롤러
9 : 우선순위 맵
100 : 엔진 110 : 캠 샤프트
120-1 : 흡기 밸브 120-2 : 배기 밸브

Claims

CVVD(Continuously Variable Valve Duration)시스템의 동작 시 컨트롤러에 의해 Duration 제어와 Timing 제어가 Duration 우선제어 후 Timing 제어 또는 Timing 우선제어 후 Duration 제어로 수행되고, 밸브 Open/Close 시점 목표 값에 맞춘 밸브 Duration/Timing 목표 값 도달이 이루어지는 우선순위제어;가 구현되며,
상기 우선순위제어는, (A) 상기 밸브 Open/Close 시점 목표 값이 결정되고, 상기 밸브 Open/Close 시점 목표 값에 맞춰 듀레이션 액추에이터의 밸브 Duration 목표 값과 타이밍 액추에이터의 밸브 Timing 목표 값의 계산이 이루어지는 액추에이터 제어 값 산출모드단계, (B) 상기 Duration 우선제어 후 Timing 제어가 Duration 우선제어모드로, 상기 Timing 우선제어 후 Duration 제어가 Timing 우선제어모드로 선정되는 액추에이터 우선순위결정 모드단계, (C) 상기 Duration 우선제어모드 또는 상기 Timing 우선제어모드의 독자적인 수행으로 상기 밸브 Duration/Timing 목표 값의 도달이 이루어지는 우선제어모드 실행단계;
로 구현되는 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
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청구항 1에 있어서, 상기 Duration 우선제어모드는, (c-1) 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태로 상기 밸브 Duration 목표 값에 대한 상기 Duration 제어가 이루어지는 단계, (c-2) 상기 Duration 제어로 상기 밸브 Duration 목표 값에 대한 밸브 Duration 목표 대비 실제 값이 검출되고, 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태 전환이 판단되는 단계, (c-3) 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태가 유지되고 동시에 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태 전환으로 상기 밸브 Duration 목표 값과 상기 밸브 Timing 목표 값이 동시에 도달되는 단계
로 구현되는 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태 전환 판단은 상기 밸브 Duration 목표 값과 상기 밸브 Duration 목표 대비 실제 값 및 Duration 홀드 임계값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태 전환은 상기 밸브 Duration 목표 값과 상기 밸브 Duration 목표 대비 실제 값의 차이가 상기 Duration 홀드 임계값보다 작을 때 인 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 밸브 Duration 목표 값과 상기 밸브 Duration 목표 대비 실제 값의 차이는 절대 값인 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 Duration 홀드 임계값은 5°CA(Crank Angle)인 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 Timing 우선제어모드는, (c-4) 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태로 상기 밸브 Timing 목표 값에 대한 상기 Timing 제어가 이루어지는 단계, (c-5) 상기 Timing 제어로 상기 밸브 Timing 목표 값에 대한 밸브 Timing 목표 대비 실제 값이 검출되고, 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태 전환이 판단되는 단계, (c-6) 상기 타이밍 액추에이터의 제어상태가 유지되고 동시에 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태 전환으로 상기 밸브 Timing 목표 값과 상기 밸브 Duration 목표 값이 동시에 도달되는 단계
로 구현되는 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태 전환 판단은 상기 밸브 Timing 목표 값과 상기 밸브 Timing 목표 대비 실제 값 및 Timing 홀드 임계값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 9에 있어서, 상기 듀레이션 액추에이터의 제어상태 전환은 상기 밸브 Timing 목표 값과 상기 밸브 Timing 목표 대비 실제 값의 차이가 상기 Timing 홀드 임계값보다 작을 때 인 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 10에 있어서, 상기 Timing 목표 값과 상기 밸브 Timing 목표 대비 실제 값의 차이는 절대 값인 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 10에 있어서, 상기 Timing 홀드 임계값은 5°CA(Crank Angle)인 것을 특징으로 하는 우선순위방식 CVVD 제어방법.
청구항 1 및 청구항 3 내지 12 중 어느 한 항에 의한 우선순위방식 CVVD 제어방법을 수행하는 CVVD 시스템에 있어서,
밸브 Open/Close 시점 목표 값에 맞춘 밸브 Duration/Timing 목표 값의 계산 이 이루어지고, 듀레이션 액추에이터의 Duration 우선제어 후 타이밍 액추에이터의 Timing 제어가 이루어지는 Duration 우선제어모드 또는 상기 타이밍 액추에이터의 Timing 우선제어 후 상기 듀레이션 액추에이터의 Duration 제어가 이루어지는 Timing 우선제어모드의 우선순위방식으로 상기 밸브 Duration/Timing 목표 값 도달을 구현하는 컨트롤러;
밸브 타이밍 선도와 밸브 듀레이션 선도를 구비하여 상기 컨트롤러에 연계된 순차순위 맵;
이 포함되는 것을 특징으로 하는 CVVD 시스템.
청구항 13에 있어서, 상기 듀레이션 액추에이터와 상기 타이밍 액추에이터의 각각은 동시작동기구에 연계되고, 상기 동시작동기구는 엔진의 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐하는 캠 샤프트에 연계된 것을 특징으로 하는 CVVD 시스템.