KR19980019074A - 배기밸브의 타이밍 제어장치(apparatus for controlling timings exhaust valves) - Google Patents

Abstract

배기 밸브의 열림 타이밍을 변화시기는 가변 밸브 타이밍 기구를 구비한 기관에 있어서, 저온 시동시에 기관의 운전성을 악화시기지 않고 촉매와 산소 센서를 조기에 활성화시킨다.

스타트 스윗치가 ON되었을 때의 수온 TW가 소정 온도 이하이면, 촉매 등을활성화시키기 위한 제어 실행을 결정한다· 그리고, 기관 회전 속도 Ne가 완폭(完爆; Complete exp1osion)에 상당하는 회전 속도가 되고 소정 시간 경과한 후에, 배기 밸브의 개 타이밍을 소정 각도 만큼 진각(進角)시기는 제어를 소정 시간동안 수행하고, 연소열 배출에 따라 촉매 등의 온도 상승을 촉진시킨다.

Description

배기 밸브의 타이밍 제어 장치

본 발명은, 배기 밸브의 타이밍 제어 장치에 관한 것이며, 특히, 배기 밸브의 열림 타이밍을 제어하므로써 기관의 배기계에 설치된 산소 센서와 촉매의 활성을 촉진시키는 기술에 관한 것이다.

내연 기관에 있어서, 저온 시동 직후의 배기 가스의 정화를 도모하기 위해서 배기를 정화하는 촉매와 공연비(空燃比) 괴드백 제어에 이용되는 산소 센서등의 배기계에 설치되는 부품을 시동후 조기에 활성화시킬 필요가 있으며, 종래에는 조기 활성을 도모하는 방법으로서 이하의 A∼C에 나타낸바와 같은 방법이 있었다.

A:저온 시동후에 소정 기간만큼 점화 시기를 지각(Phase lag) 보정하므로써, 후 연소(After burning)를 발생시기며 그 배기열을 이용하여 촉매 등의 조기활성을 도모하는 방법.

B: 저온 시동후에, 혼합기(混合氣)의 공연비를 리치(Rich)화시기는 한편,촉매 등의 상류측 배기계에 에어 핌프를 이용해 공기를 강제로 주입시키고, 배기계의 연소열로 촉매 등의 조기 활성을 도모하는 방법.

C:촉매에 대용량의 히터를 내장시기고, 저온 시동후, 상기 히터에 통전하여 강제로 촉매를 가열하는 방법.

그러나, 상기 종래의 방법 A에서는, 배기 온도를 충분히 상승시기기 위해서극단적인 지각 보정을 요하게 되고, 운전성 및 연비 성능이 악화된다는 문제가 있었다.

또한, 방법 B의 경우 에어 펌프와 배기계에 대한 공기의 주입을 제어하는 밸등의 하드 궤어를 설치할 필요게 있게 되고 비용이 증가된다는 문제점이 있었 또한, 방법 C의 경우, 히터 등의 설체에 비용이 들뿐아니라 대용량 히터를 통전시기기 위해서는 기관의 충전계를 개량해야할 필요가 있게되고, 고비용을 초래한다는 문제점이 있었다.

본발명은 상기 문제점에 착안하여 이루어 진 것으로, 운전성과 연비 성능을악화시키지 않으며 대폭적인 비용상승을 초래하지 않고, 촉매 등의 조기 활성을 도모할 수 있는 장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

도 1은 청구항 제 2항에 기재된 발명에 있어서의 장치의 기본 구성 블록도이다.

도 2는 실시 형태의 내연 기관 시스템 구성도이다.

도 3은 실시 형태의 가변 밸브 타이밍 기구를 도시한 부분 단면도이다.

도 4는 촉매 활성을 위한 밸브 타이밍을 제어하는 모습을 도시한 플로우 챠트이다.

도 5는 실시 형태의 열림 타이밍의 진각 보정을 실시하는 기간을 도시한 타임 챠트이다.

도 6은 배기 밸브의 열림 타이밍의 진각 보정과 연소 상태와의 상관 관계를 도시한 타임 챠트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1:내연 기관 2:흡기측 캠축

3:배기측 캠축 4,5:캠 풀리

6:크랭크 풀리 7:타이밍 밸트

8:크랭크축 9:배기 밸브

10:가변 밸브 타이밍 기구

11:플랜저 12:헬리컬(Helical)기어

13:오일 펌프 14:솔레노이드 밸브

20:콘트롤 유닛 21:크랭크각 센서

22:배기측 캠각 센서 23:수온 센서

24:에어 플로우 메터 25:스타트 스윗치

따라서, 청구항 제 1 항에 기재된 본발명은, 기관의 저온 시동시에 소정 기간동안 배기 밸브의 열림 타이밍을 소정 각도만큼 진각(進角;Timing control)시키는 것을 특징으로 한다.

기관 저온 시동시, 즉, 배기계에 설치된 촉매 등의 온도가 낮고 비활성 상태에 있을 때, 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시기므로써(열림 시기를 촉진한다)실린더내의 연소열을 배기계에 적극적으로 배출시기는 것이다. 또한, 청구항 제 2 항에 기재된 발명은, 도 1 에 도시한 바와 같이 구성된다.

도 1 에 있어서, 가변 밸브 타이밍 수단은 배기 밸브의 개페 타이밍을 변화시키는 수단이며, 기관 온도 검출 수단 시동 검출 수단은 각각 기관의 온도, 기관의 시동 상대를 검출한다.

고리고, 열림 타이밍 진각 수단은, 상기 검출된 시동 상태의 기관 온도가 소정 온도이하일 때, 시동후의 소정기간 동안, 배기 밸브의 열림 타이밍을 소정 각도만큼 진각시키기 위해 상기 가변 밸브 타이밍 수단을 제어한다,

이와 같은 구성을 따르면, 시동 상태에서 검출된 기관 온도(냉각수 온도등으로 대표된다)가 소정 온도 이하이더라도, 배기계에 설치되는 촉매 등의 비활성 상태가 추정되면, 가변 밸브 타이밍 수단에 의해서, 배기 밸브의 열림 타이밍을 소정기간동안 진각시켜, 연소열의 배기계로의 배출을 촉진시킨다.

또한, 가변 밸브 타이밍 수단으로서는, 예를 들면, 특개평 6-317117호 공보에 개시된 바와 같이 크랭크축에 대한 캠축의 위상을 조정하므로써, 배기 밸브의개폐 타이밍을 면화시키는 구성과 함께, 특개평 7-238822호 공보에 개시된바와 같은 복수의 캠을 스위칭(切換)하여 이용하는 것이어도 좋고, 캠축을 평행 이동시켜서 리프트 및 타이밍을 변화시키는 구성이도 좋다.

청구항 제 3 항에 기재된 발명에서는, 상기 시동 상태 검출 수단이 완폭후소정 시간이 경과할 때까지를 시동 상태로서 검출하는 구성으로 했다.

이러한 구성을 따르면 완폭후 소정 시간이 경과한 후, 배기 밸브의 열림 타이밍이 진각된다.

청구항 제 4 항에 기재된 발명에서는 상기 시동 상태 검출 수단이 기관의 회전 속도가 소정 회전 속도 이상일 때, 기관의 완폭을 판정하는 구성으로 했다.

이러한 구성을 따르면, 실제 기관 회전 속도가 완폭 상태 상태에 적합한 회전 속도에 달했는지 어떤지에 근거하여 완폭 상태가 판정된다.

청구항 5 항에 기재된 발명에서는, 상기 열림 타이밍 진각 수단이, 기관의저부하 운전 상태일 때에만 배기 밸브의 열림 타이밍을 강제적으로 진각시키는 구성으로 했다.

이러한 구성을 따르면, 비록 저온 시동후의 소정 기간내이더라도, 기관이 고부하 운전 상태일 때에는, 열림 타이밍의 진각 제어는 이루어지지 않고, 저부하 운전 상태에 있어서만 진각 제어가 실행된다.

청구항 제 6 항에 기재된 발명에서는, 상기 열림 타이밍 진각 수단이 배기밸브의 열림 타이밍을 진각시기는 소정 각도틀 기관의 운전 조건에 응하여 가변으로 설정하는 구성으로 했다.

이러한 구성을 따르면, 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시킴과 동시에, 기관의 운전 조건에 응하여 다른 진각 각도가 설정된다.

청구항 제 7 항에 기재된 발명에서는, 상기 열림 타이밍 진각 수단이 기관의운전 조건으로서 기관의 부하와 기관 회전 속도에 응하여 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시키는 소정 각도를 가변으로 설정하는 구성을 했다.

이러한 구성을 따르면, 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시킬 때의 기관의 부하 및 회전 속도에 따라서 진각 속도가 설정되고, 그 진각 각도에 따라서 배기 밸브의 열림 타이밍이 진각된다.

청구항 제 8 항에 기재된 발명에서는 상기 열림 타이밍 진각 수단이 시동 상태의 기관 온도에 응한 소정 시간 만큼 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시기는 구성으로 했다.

이러한 구성을 따르면 시동 상태의 기관 온도 즉, 촉매 등의 온도에 응한 시간 만큼 배기 밸브의 열림 밸브를 진각시키게 된다,

바람직한 실신예의 설명

이하에 본발명의 실시 형태를 설명한다.

도 2 에 도시한 내연 기관 1은, 흡기측 캠축 2 와 배기측 캠축 3을 각각 독립적으로 구비하고 각 캠축 2,3의 단부에 부착된 캠 풀리 4,5에는 크랭크 풀리 6에 권취되어 있는 타이밍 벨트 7이 서로 맞물려 있고 크랭크 측 8의 회전에 동기하여 각 캠 축 2,3이 회전 구동되도륵 되어 있다.

상기 배기축 캠축 3에는 배기 밸브 9의 개폐 타이밍을 면경할 수 있는 가변밸브 타이밍 기구 10 (가변 밸브 타이밍 수단)이 설치되어 있다.

상기 가변 밸브 타이밍 기구 10은 크랭크측 8과 배기측 캠축 3과의 위상을제어하므로써 배기 밸브 9의 개폐 타이밍을 변화시기며 구체적으로는 도 3 에 도시한 바와 같이 구성되어 있다.

도 3 에 있어서, 플랜지 11은, 헬리컬 기어 12를 매개하여 배기측 캠 풀리 5및 배기측 캠축 3과 서로 맞물려 있으며 오일 펌프 13에서 공급되는 작동유의 유압에 의해서 플랜저 11이 축방향으로 이동하면 배기측 캠 풀리 5가 타이밍 벨트 7을매개하여 고정돠므로 배기측 캠축 3이 플랜저 1l과 함께 회전하고 배기측 캠 풀리5와 배기측 캠축 3과의 주방향의 상대 위치가 변화된다. 이로 인하여 크랭크축 8에 대한 배기측 캠축 3 의 위상이 변화되므로써 작동각을 일정하게 하여 배기 밸브9의 개폐 타이밍이 시프트되도록 되어 있다.

상기 플랜저 11에 대한 작동유의 공급은 솔레노이드 밸브 14에 의해서 제어되도록 되어 있으며 솔레노이드 밸브 14에 의하여 작동유의 공급 위치 및 드레인위치를 변환(切換)하므로써 상기 플랜저 11을 축방향으로 왕복 이동시키도록 되어있다.

상기 솔레노이드 밸브 14을 제어하는 콘트롤 유닛 20에는 크랭크각 센서 21,배기측 캠각 센서 22, 수온 센서 23, 에어 믈로우 메터 24, 스타트 스윗치 25등으로부터의 신호가 입력된다.

그리고, 크랭크각 센서 21로 부터의 검출 신호에 근거하여 기관 회전 속도Ne를 산출하는 한편, 그 기관 회전 속도 Ne와 에어 플로우 메터 24에서 검출되는 흡입 공기 유량 Q에 근거하여 기관의 부하를 나타내는 값 TP를 산출하고, 미리 기관 회전 속도 Ne와 기관 부하 TP에 대응하여 배기 밸브의 열림 타이밍의 목표 각도를 기억한 맵을 참조하고 크랭크 각 센서 21, 배기측 캠각 센서 22로부터의 검출신호에 근거하여 검출되는 실제 열림 타이밍이 상기 목표 각도가 되도록 상기 솔레노이드 밸브 14를 피드 백 제어한다.

또한, 특히, 저온 시동시에는 배기계에 설치된 산소 센서와 촉매의 조기 활성을 도모하기 위하여 도 4 의 플로우 챠트에 도시한 바와 같이, 배기 밸브의 열림타이밍을 제어한다. 또한, 열림 타이밍 진각 수단으로서의 기능은 상기 도 4 의 플로우 챠트에 도시한 바와 같이, 콘트롤 유닛 20이 소프트 궤어적으로 구비되어 있으며 시동 검출 수단으로서의 기능은 상기 스타트 스윗치 25와 도 4 의 플로우 챠트에 도시한 콘트롤 유닛 20의 소프트 궤어 기능에 의해서 실현된다.

도 4의 플로우 챠트에 있어서, 스텝 니도면중에는 S1으로 기입되어 있다. 이하 같음)에서는 스타트 스윗치 25의 ON·OFF를 판별한다.

그리고 스타트 스윗치 25가 ON인 크랭크시에는 스텝 2로 진행하고 수온 센서23에서 검출되는 기관의 냉각수 온도 TW가 소정 온도 이하인가의 여부를 판별한다.

또한, 냉각수 온도 TW는 기관의 온도를 대표하는 것이며, 상기 수온 센서 23이 기관 온도 검출 수단에 상당한다.

수온 TW가 소정 온도 이하일 때, 즉, 배기계에 설치된 산소 센서와 촉매 온도가 낮은 비활성 상태로 추정되면 스텝 3으로 진행하여 플래그(Flag) F에 1을 세트하고 다음 스텝 4에서는 타이머 TMST를 제로 리셋한다.

한편, 수온 TW 가 소정 온도를 넘을 때에는 스텝 5로 진행하여 상기 플래그F에 ψ를 셋트한다.

이에 따라, 상기 플래그 F는 배기계에 설치된 촉매 등을 적극적으로 활성화시키는 제어가 요구되는 저온 시동시에 l이 셋트되게 된다.

한편, 스텝 1에서 스타트 스윗치 25가 OFF인 것으로 판별될 때에는 스텝 6으로 진행되고 상기 플래그 F의 판별을 실시하여 플래그 F가 1일 때에만 스텝 7 이후로 진행된다.

스텝 6에서 플래그 F가 1이고, 저온 시동 상태가 판별되면 스텝 7로 진행되고그 때의 기관 회전 속도 Ne가 소정 회전 속도 이상인가의 여부를 판별한다.

여기에서, 상기 소정 회전 속도는 기관의 완폭 상태를 판별하기 위한 문턱치이며, 상기 소정 회전 속도 이상이 될 때까지는 스텝 7에서 스텝 4로 진행되어 상기 타이머 TMST를 제로 로 유시긴다(도 5 참조).

그리고, 기관 회전 속도 TMST가 소정치 (1)이상이 될 때까지는 촉매 등의 조기 활성을 도모하는 제어를 실행하지 않고 본 루틴을 그대로 종료하고 상기 타이머 TMST가 소정치 (1) 이상이 되면 스텝 10으로 진행된다.

스텝 10에서는 상기 타이머 TMST가 소정치 (2) (소정치 (1))미민인가의 여부를 판별하고 (도 5 참조), 상기 타이머 TMST가 소정치 (2) 미만이면 스텝 11로 진행한다.

스텝11에서는 기관 부하 TP가 소정치 이하인 저부하 운전 상태인가의 여부를 판별하고 저부하 운전 상태일때에만 스텝 12로 진행한다.

스텝 12에서는 촉매 등의 조기 활성을 도모하기 위해 통상보다도 진각측에설정되는 저온 시동시용의 목표 각도 맵으로 부터 현재의 기관 부하 TP와 기관 회전 속도 Ne에 대응되는 목표 각도 TG를 검색한다.

그리고, 스텝 13에서는 상기 스텝 12에서 검색한 목표 각도 TG에 근거하여솔레노이드 14를 피드 백 제어하여 통상 보다도 진각측에 설정되는 목표 각도 TG에 실제 배기 밸브의 열림 타이밍이 일치하도록 한다.

또한, 스텝 12,13로 진행되지 않을 때에는, 통상의 목표 각도에 따라서 배기 밸브의 열림 타이밍이 제어되도록 한다.

배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시기면(촉진한다), 연소열을 배기계로 보다많이 배출시킬 수 있으며, 이에 따라, 배기계에 설치된 산소 센서와 촉매 등의 온도 상승을 촉진시켜 조기 활성을 도모할 수 있다(도 6 참조).

따라서, 가변 밸브 타이밍 기구 10을 구비하는 기관이면, 하드 궤어를 추가하지 않고 촉매 등의 조기 활성을 도모할 수 있으며 점화 시기를 지각시기는 경우에 비해 운전성에 큰 영향을 미치지 않고 활성을 촉진시킬 수 있다.

상기 스텝 12에서 검색되는 저온 시동시용의 목표 각도에 근거하는 제어는완폭후 소정 시간 (l)이 경과한 시점을 개시 시기로 하고 완폭후 소정 시간 (2)가 경과한 시점을 종료 시기로 하여 수행되고(도 5 참조) 상기 기간중이더라도 기관이고부하 운전되면 그동안은 통상 열림 타이밍으로 돌아가도록 한다.

기관의 고부하 운전시에는 필요 층분한 배기열을 확보할 수 있으므로, 배기밸브의 열림 타이밍을 통상 보다도 진각시킬 필요가 없으며 또한, 고부하시에는 토오크 발생이 요구되므로 열림 타이밍을 불필요하게 앞당기는 것은 바람직하지 않다. 따라서 저온 시동시용의 목표 각도에 따라서 제어를 실시하는 기간내이더라도기관이 고부하 운전되었을 때에는 통상의 제어로 돌아가도록 했다.

또한, 저온 시동시용의 목표 각도에 근거하는 제어를 완폭후 소정 시간이 경과되어 있으므로 기관이 안정되는 것으로 추정될 때에 실시되므로써 열림 타이밍의진각에 따라서 기관의 안정성이 손상되는 것을 피할 수 있다.

또한, 상기 소정치 (2)를 스타트 스윗치 25가 ON일 때 검출된 수온 TW에 응하여 가변으로 설정하고 시동시의 수온 TW가 낮을 때 일수록 저온 시동시용의 목표각도에 근거하는 제어를 보다 긴 시간 수행시기도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 가변 밸브 타이밍 기구를 도 3 에 도시한 구성으로 한정하지 않으며,열림 타이밍을 면화시킬 수 있는 기구이면, 동시에.리프트양 및/또는 작동각이 변화하는 것이어도 좋다.

청구항 1 및 2 기재된 발명을 따르면, 저온시동시에 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시기므로써, 실린더내의 연소열을 배기계에 적극적으로 배출시켜 상기 연소열에 의해 배기계에 설치되는 촉매 등을 조기에 활성화킬 수 있으며, 가변 밸브타이밍 기구를 구비한 기관이면, 비용 상승을 초래하지 않고 운전성과 연비 성능을 악화시키지 않고 촉매 등의 조기 활성을 도모할 수 있는 효과가 있다.

청구항 제 3 항에 기재된 발명을 따르면, 시동 직후의 불안정 상태로 배기밸브의 열림 타이밍이 진각되어, 기관의 안정성이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

청구항 제 4 항에 기재된 발명을 따르면, 기관의 완폭 상태를 정확히 판정하여 배기 밸브의 열림 타이밍의 진각 제어를 적절히 실행시킬 수 있다는 효과가 있다.

청구항 5항에 기재된 발명에 따르면, 기관이 고부하 운전되어 층분한 배기열이 확보될 수 있는 상태에 있어서, 배기 밸브의 열림 타이밍이 불필요하게 진각되는 것을 막을 수 있는 효과가 있다.

청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 기관의 운전 상태마다 적절한 진각 제어를 실행시켜서 운전성이 악화되지 않고 촉매 등의 조기 활성을 최대한으로 촉진시킬 수 있다는 효과가 있다.

청구항 제 7 항에 기재된 발명에 따르면, 기관의 부하와 기관 회전 속도에따라 다른 적절한 진각 제어를 실행시켜서, 운전성을 악화시기지 않고 촉매 등의 조기 활성을 최대한으로 도모할 수 있는 효과가 있다.

청구항 제 8 항에 기재된 발명에 따르면, 촉매 등의 온도에 따른 시간만 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시킬수 있으며 촉매 등을 활성화시기는데 필요 충분한 시간만 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시킬수 있다는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 기관의 저온 시동시에 소정 기간돔안 배기 밸브의 열림 타이밍을 소정 각도만큼 진각(進角)시키는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍 제어 장치.
2. 배기 밸브의 개폐 타이밍을 변화시기는 가변 밸브 타이밍 수단과;

   기관의 온도를 검출하는 기관 온도 검출 수단과;

   기관의 시동 상태를 검출하는 시동 검출 수단과;

   상기 검출된 시동 상태에서의 기관 온도가 소정 온도 이하일 때, 시동 후의 소정 기간에 있어서, 배기 밸브의 열림 타이밍을 소정 각도 만큼 진각시키도록 상기 가변 밸브 타이밍 수단을 제어하는 열림 타이밍 진각 수단;을 설치한 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 시동 상태 검출 수단이, 완폭(完爆) 후 소정 시간이경과할 때까지를 시동 상태로서 검출하는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 시동 상태 검출 수단이 기관의 회전 속도가 소정 회전 슥도 이상일 때, 기관의 완폭을 판정하는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍 제어 장치.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열림 타이밍 진각 수단이 기관의 저부하 운전 상태일 때에만, 배기 밸브의 열림 타이밍을 강제적으로 진각시키는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍 제어 장치.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열림 타이밍 진각 수단이 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시키는 소정 각도를 기관의 운전 조건에 응하여 가변으로 설정하는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍 제어 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 열림 타이밍 진각 수단이 기관의 운전 조건으로서기관의 부하와 기관 회전 속도에 응하여, 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시키는소정 각도를 가변으로 설정하는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍 제어 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열림 타이밍 진각 수단이 시동 상태중의 기관 온도에 응한 소정 시간 만큼 배기 밸브의 열림 타이밍을 진각시키는 것을 특징으로 하는 배기 밸브의 타이밍 제어 장치.