KR20010005480A - 내연기관 제어장치 - Google Patents

Abstract

캡각센서에 고장이 생겨도 내연기관의 제어를 계속한다.

내연기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출수단과, 크랭크 샤프트에 대하여 가변하는 캠샤프트에 설치되고, 캠각을 검출하는 캠각검출수단과, 캠각검출수단과는 별도로 설치되고, 내연기관의 기통식별을 하기위한 기통식별신호를 발생하는 기통식별신호 발생수단과, 크랭크각에 대한 캠각을 가변하는 밸브타이밍 가변수단과, 밸브타이밍 가변수단을 제어하는 밸브타이밍 제어수단과, 내연기관을 제어하는 내연기관 제어수단을 구비한다.

Description

내연기관 제어장치{CONTROL DEVICE FOR INTERNAL CONMBUSTION ENGINE}

캠각센서에 고장이 생겨도 기관의 제어를 계속하는 것이다.

또, 각 기통마다에 실밸브타이밍을 검출함으로써 밸브타이밍제어의 정밀도를 향상시키는 것이다.

또, 크랭크각 검출수단이 기통식별신호 발생수단을 겸용함으로서 부품의 수의 감소를 도모하는 동시에, 크랭크각 검출수단과, 캠각검출수단이 캠샤프트상에 배설됨으로서 정밀한 밸브타이밍 검출을 가능하게 하는 것이다.

또, 캠각센서의 고장시에는 밸브타이밍의 오버랩을 작게함으로써 기관정지를 방지하는 성능을 향상시키는 것이다.

또, 캠산의 하강측에서 캠각신호를 발생시킴으로써 밸브타이밍제어를 향상시키는 것이다.

이 발명은, 내연기관의 연료, 점화등의 제어를 하는 동시에 흡, 배기밸브의 적어도 한쪽의 밸브타이밍을 제어하는 내연기관 제어장치에 관한 것이다.

종래기술로서, 예컨데 일본국 특개평 7-180565호 공보에 표시된 것이있다.

이것은, 크랭크각에 대한 캠각을 검출하는 수단을 갖고, 캠각신호에 따라 기통식별을 하며, 또한 캠각(밸브타이밍)을 검출하는 것이다.

도 5는 종래장치에서의 구성도를 표시하는 것이다.

1은, 내연기관, 2는 내연기관(1)이 흡입하는 공기를 점화하는 에어클리너, 3은 내연기관(1)이 흡입하는 공기량을 계량하는 에어플로센서, 4는 흡입하는 공기량을 조절하고, 내연기관(1)의 출력을 컨트롤하는 스로틀밸브, 5는 스로틀밸브(4)의 개도를 검출하는 스로틀센서, 6은 흡기관, 7은 흡입한 공기량에 알맞는 연료를 공급하는 인젝터, 8은 내연기관(1)의 연소실내의 혼합가스를 연소시키는 스파크를 발생하는 점화플러그, 9는 연소한 배기가스를 배출하는 배기관, 10은 배기가스내의 잔손산소량을 검출하는 O₂센서, 11은 배기가스내의 유해가스인 THC, CO, NO_X를 동시에 정화할 수 있는 3원촉매이다.

12는 크랭크각 검출용의 센서플레이트로, 크랭크샤프트에 부착되고, 크랭크샤프트와 일체로 회전하고 있다.

13은 크랭크샤프트의 위치를 검출하는 크랭크각센서이고, 센서플레이트(12)의 도시하지않은 돌기가 크랭크각센서(13)을 가로지를때에 신호를 발생하도록 되어 있으며, 크랭크각을 검출한다.

14는 캠각검출용의 센서플레이트, 15는 캠각센서이고, 크랭크각센서와 같이 캠의 센서플레이트(14)의 도시하지않은 돌기가 캠각센서(15)를 가로지를때 신호를 발하고 캠각을 검출한다.

16은, 오일컨트롤밸브이며, 캠샤프트에 부착된 도시하지않은 캠위상 가변용액추에이터로의 유압을 전환하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상을 제어하는 것이다.

17은 엔진컨트롤유닛(이하, ECU라고 한다)이고, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상제어를 하는 동시에, 내여니관(1)의 연료, 점화제어를 하고있다.

18은 점화코일이다.

다음에, 동작에 대하여 도 6으로 설명한다.

크랭크각센서(13)의 출력은, 크랭크각의 소정위치에서 상승, 하강을 하고, 크랭크각이 검출될 수 있도록 되어있다.

캠각센서(15)는, 소정크랭크각에서 신호를 발하도록 되어있으나, 특정기통에서는 신호를 발하지 않도록 되어 있으며, 이 신호의 유무에 의해 기통식별을 하고, 이 기통식별정보에 따라 각 기통마다에 순차, 연료점화등의 제어(시퀀시얼 제어)를 하고 있다.

또, 도 6에 파선으로 표시하는 바와 같이, 크랭크각센서의 하강위치와, 캠각센서의 상승위치와의 차에 의해 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 각도(밸브타이밍)검출을 하고 있으며, EcU(17)는 여러가지 센서출력에 따라 현재의 운전상태에 따른 목표밸브타이밍을 연산하는 동시에 목표밸브타이밍과 검출한 실밸브타이밍과의 편차에 의해 피드백제어를 하고, 실밸브타이밍이 목표밸브타이밍과, 일치하도록 오일컨트롤밸브(16)을 제어하고 있다.

종래의 내연기관 제어장치는 이상과 같이 구성되고, 캠각센서의 출력에 의해 기통식별과 가변밸브타이밍 제어의 양쪽을 하고 있으며, 캠각센서가 고장된 경우에는 밸브타이밍의 제어가 될수 없을 뿐만 아니라, 기통식별까지 할 수 없게됨으로써 연료, 점화의 시퀀시얼 제어가 될수 없게되고, 기관의 운전조건에 알맞는 연료, 점화의 제어를 할 수 없게 된다.

또, 종래장치에서는 특정기통에서 캠각센서의 출력이 발생하지 않도록 하고 있었으므로, 특정기통에서는 실배브타이밍의 검출이 될 수 없고, 밸브타이밍제어의 성능을 향상시킬 수 없다는 과제가 있었다.

도 1은 이 발명에서의 내연기관 제어장치의 구성도

도 2는 이 발명의 한 실시의 형태의 동작을 설명하기 위한 타이밍챠트

도 3은 이 발명의 한 실시의 형태의 동작을 설명하기 위한 타이밍챠트

도 4는 이 발명의 한 실시의 형태의 동작을 설명하기 위한 타이밍챠트

도 5는 종래장치에서의 내연기관제어장치의 구성도

도 6은 종래장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍챠트이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 내연기관 2: 에어클리너

3: 에어플로센서 4: 스로틀밸브

5: 스로틀센서 6: 흡기관

7: 인젝터 8: 점화플러그

9: 배기관 10: O₂센서

11: 촉매 12: 센서플레이트

13: 크랭크각센서 14: 센서플레이트

15: 캠각센서 16: 오일컨트롤밸브

17: ECU 18: 점화코일

19: 크랭크각센서

이 발명에 관한 내연기관 제어장치는, 내연기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출수단과, 크랭크샤프트에 대하여 가변하는 캠샤프트에 설치되고, 캠각을 검출하는 캠각검출수단과, 캠각검출수단과는 별도로 설치되고, 내연기관의 기통식별을 하기 위한 기통식별신호를 발생하는 기통식별신호 발생수단과, 크랭크각에 대한 캠각을 가변하는 밸브타이밍 가변수단과, 밸브타이밍 가변수단을 제어하는 밸브타이밍 제어수단과 내연기관을 제어하는 내연기관 제어수단을 구비한 것이다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에서는, 캠각검출수단은, 내연기관의 각 기통마다에 캠각의 검출신호를 발생하는 것이다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에서는, 기통식별신호 발생수단은 특정기통에서는 타기통과는 다른 신호를 발생하는 동시에 크랭크샤프트에 대하여 고정된 캠샤프트에 설치된 크랭크각 검출수단에 포함되는 것이다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에서는, 캠각검출수단의 고장을 검출하는 고장검출수단을 구비하고, 캠검출수단의 고장시에는 밸브타이밍의 밸브오버랩을 작게하는 것이다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에서는, 캠각 검출수단을 캠산의 하강측에서 신호를 발하는 것이다.

[발명의 실시의 형태]

실시의 형태 1

이하, 이 발명의 한 실시의 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명에서의 구성도이다.

캠샤프트는 크랭크샤프트와, 일체로 회전하는 고정부와, 크랭크샤프트에 대하여 위상이 변화하는 가변부가 있고, 종래장치의 도 5에 대하여, 크랭크각센서 (19)는 캠샤프트의 고정부에 설치되어 있으며, 크랭크각 검출신호를 발한다.

여기서, 흡기측의 밸브타이밍만을 가변하는 경우는, 크랭크 샤프트에 대한 위상제어를 하지않는 배기측에 크랭크각센서(19)를 부착하여도 된다.

또, 흡기, 배기의 어느 한쪽만 밸브타이밍을 가변제어하는 경우에는, 밸브타이밍 가변제어를 하지 않는 쪽의 캠샤프트에 크랭크각센서(19)를 부착하여도 된다.

ECU(17)는 크랭크각센서(19)의 출력에 따라 크랭크각 검출및 기통식별을 한다.

여기서, ECU(17)는, 밸브타이밍 제어수단 및 내연기관 제어수단을 구성하고 있다.

크랭크각센서(19)는, 도 2에 표시하는 신호를 발생하는 것으로, 크랭크각도상서점 전 75도(BTDC 75도)에서 상승하고, 상사점 전 5도(BTDC 5도)에서 하강하는 신호를 발생한다.

또, 기통식별을 하기 위하여 도 2의 A로 표시하는 바와 같은 신호가 부가되어 있으며, 이 신호의 유무에 의해 기통의 특정을 한다.

여기서, 크랭크각센서(19)는 크랭크각 검출수단과, 기통식별신호발생수단을 겸하고 있다.

또, 기통식별을 하기 위한 신호는, 도 2의 A와 같은 부가신호에 한정되는 것은 아니고, 크랭크각신호의 하나가 상사점 전 75도(BTDC 75도)에서 상승하고, 상사점 후 5도(ATDC 5도)에서 하강하는 것과 같은 다른 것에 비하여 하나만큼 길게하는 것으로도 기통식별은 가능하게 된다.

또, 기타의 방법이라도 좋고, 기통식별이 가능하면 그 양식은 묻지않는다.

다음에, 상술과 같은 크랭크각센서(19)를 사용한 내연기관의 제어에 대하여 설명한다.

에어플로센서(3)는 내연기관(1)이 흡입하는 공기량을 계량하고, 공기량에 알맞은 연료량을 Ecu(17)가 연산하여 인젝터(7)를 구동한다.

도 3에서 표시하는 바와 같이 크랭크각센서(19)의 신호에 따라 기통식별을 하고, 그 식별결과에 따라 흡입행정에 있는 기통의 인젝터(7)를 크랭크각도 상사점 전75도인 크랭크각센서(19)의 상승시에 ON하며, 연료를 공급하기 시작한다.

인젝터(7)는 각 기통마다에 흥기밸브부근으로 향하여 연료가 분사되도록 부착되어있다.

공기량에 알맞은 연료량을 공급하는 시간만큼 인젝터(7)를 ON하면 인젝터(7)는 OFF되고 연료공급은 정지된다.

공급된 연료는 흡기관(6)내에서 공기와 혼합한 혼합가스로 되고, 내연 기관(1)의 흡기행정에서 실린더내로 흡입되며, 피스톤의 상승에 의해 압축되고 상사점부근에서 점화플러그(8)에 의해 점화되며, 혼합가스가 연소함으로써 내연기관 (1)은 출력을 발생한다.

점화플러그(8)에서의 점화는, ECU(17)에 의해 점화코일(18)로의 통전제어를 함으로써 시행된다.

ECU(17)는, 크랭크각센서(19)의 기통식별신호에 의해 기통식별을 시행한 압축행정에 있는 기통의 상사점 전75도의 크랭크각센서 상승위치에서 점화코일(17)로의 통전을 개시하고, 내연기관의 운전조건에 알맞은 미리 설정된 점화시기 되면, 점화코일(18)로의 통전은 차단됨으로서 점화플래그(8)에 스파크가 발생하며, 연소실내의 혼합가스가 연소된다.

이와같이, 내연기관의 각 행정(흡기, 압축, 연소, 배기)에 따라서 각 기통마다에 순차, 적절한 타이밍으로 연료공급, 점화제어를 함으로써 기관성능을 충분히 발휘하는 것이 가능하게 된다.

다음에, 가변밸브타이밍 제어에 대하여 설명한다.

여기에서는, 흡기측의 밸브타이밍제어를 예로하여 설명하나, 이 발명은 흡기측의 밸브타이밍뿐만 아니라, 배기측의 밸브타이밍제어에 사용하여도 된다.

또, 이 발명은 밸브타이밍을 가변하는 방식을 위상가변방식으로 설명하고 있으나, 적용에는 그 방식을 묻지않는다.

밸브타이밍이 고정인 내연기관에서는, 크랭크샤프트의 회전을 타이밍벨트, 타이밍체인 등으로부터 풀리, 스프로킷 등에 전달하고, 풀리, 스프로킷과 일체로 회전하고있는 캠샤프트에 회전이 전달된다.

이에 대하여 밸브타이밍 가변시스템에서는, 크랭크샤프트와 캠샤프트의 상대위치가 가변될 수 있는 밸브타이밍 가변수단으로서의 액추에이터를 풀리, 스프로킷 대신에 부착하고 밸브타이밍을 제어가능하게 하고있다.

밸브타이밍은 도 4의 흡기밸브타이밍의 실선으로부터 파선시에서 가변가능하게 되어있고, 실선이 기계적으로 밸브오버랩 최소의 위치에서 정치하는 최지각 위치이며, 파선이 기계적으로 밸브오버랩 최대의 위치에서 정지하는 최진각 위치로 된다.

밸브타이밍을 진각시키는 것은, 밸브오버랩량이 크게 되는 방향으로 제어하는 것이고, 역으로 지각시키는 것을 밸브오버랩량이 작게되는 방향으로 제어하는 것이다.

이 범위내이면 임의의 위치에서 제어하는 것이 가능하다.

밸브타이밍을 가변시키는 액추에이터는 내연기관(1)은 윤활하는 유압으로 구동되고, 오일컨트롤밸브(16)에서 액추에이터로의 유압을 컨트롤함으로서 밸브타이밍을 제어한다.

크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상검출은, 크랭크각센서(19)의 출력신호와, 액추에이터와 함께 가변하는 캠각검출수단으로서의 캠각센서(15)의 출력신호에 의해 검출한다.

도 4로 설명하면, 크랭크각센서(19)의 하강위치(상사점전 5도)에 대한 캠각센서(15)의 상승위치와의 차를 연산함으로써 위상검출을 한다.

밸브타이밍이 최지각위치에 있는 경우(도 4의 실선), 크랭크각센서(19)의 하강위치에 대한 캠각센서(15)의 상승위치의 차는 a이고, 밸브타이밍이 최진각위치(도 4의 파선)에서는, 크랭크각센서(19)의 하강위치에 대한 캠각센서(15)의 상승위치의 차는 b로 된다.

밸브타이밍은 밸브타이밍 가동범위에서 임의의 중간위치에서의 제어도 가능하기 때문에, 크랭크각센서(19)의 하강위치와 캠각센서(15)의 상승위치와의 차는 밸브타이밍 가동범위에서 a에서 b의 범위내의, 밸브타이밍에 대응한 임의의 차로 된다.

ECU(17)는, 여러가지 센서출력에 따라 내연기관(1)의 운전조건을 검출하고, 그 운전조건에 최적인 밸브타이밍을 연산하며, 목표치로 한다.

또, ECU(17)는, 켐각센서(15)와, 크랭크각센서(19)에 의해 검출한 실밸브타이밍이 목표치에 일치되도록 피드백제어를 함으로써 밸브타이밍을 임의의 위치로 제어한다.

여기서, 캠각센서(15)가 어떤 요인에 의해 고장되고, 정상인 출력신호를 발하지 않게 된 경우에 대하여 설명한다.

캠각센서(15)의 이상은, 소정기간에 걸쳐서 신호가 발생되지않게 되는 또는 신호가 하이레벨에 설정되어 버린다는 것이며, 이들은 도시하지 않은 고장검출수단에 의해 검출된다.

그런데, 여기에서 캠각센서(15)가 고장되어 출력이 이상으로 된 경우는, 실밸브타이밍의 검출이 될수 없게 되므로, 밸브타이밍 가변기구의 제어가 될 수없게 된다.

이때, 밸브타이밍을 어떤 위치에 고정하는 것이 필요하게 되나, 이 경우는, 내연기관(1)의 다소의 출력성능저하는 희생하여도 기관정지를 회피하는 성능등을 고려하여 최지각위치(밸브오버랩량 최소)로 제어하도록 한다.

한편, 내연기관(1)의 연료, 점화제어는 캠각센서(15)와는 별도 설치된 크랭크각센서(19)의 부가신호에 의해 기동식별을 하고 있기 때문에 캠각센서의 고장에 영향되는 일없이 정상으로 제어하는 것이 가능하게 된다.

이와같이, 본 실시의 형태 1에 의하면, 내연기관(1)의 기통식별은 크랭크각센서(19)의 출력에 부가신호를 발하도록 하고, 이 부가신호에 의해 기통식별을 한다.

따라서, 캠각센서(15)의 출력신호는 밸브타이밍제어를 하기위한 캠각(밸브타이밍)검출만을 하도록 하므로, 캠각센서에 고장이 생긴 경우는 밸브타이밍 제어는 될 수 없으나, 연료점화제어라는 내연기관(1)의 제어에 대하여는 정상으로 시퀀시얼제어를 할 수 있으므로, 기관운전상태가 극단적으로 악화되는 것과 운전불가로 되는 것이 방지될 수 있다.

또, 실시의 형태 1에서는, 도 2에 표시하는 바와 같이 크랭크각센서(19)로 표시되는 각 기통의 모두에 대응하여 캠각신호를 발생하고 있다.

따라서, 도 6의 종래장치와 같이 특정기통에서 실밸브타이밍을 검출할 수 없다는 일이 없고, 모든 기통에 대하여 실밸브타이밍을 검출할 수 있으므로, 밸브타이밍의 제어성을 향상시킬 수 있다.

또, 도 6의 특정기통에서 캠각신호를 무신호로 하는 것이 아니고, 복수개의 신호로 하는 것도 고려되나, 그 경우에는 신호수가 증가함으로써 신호를 발생시키는 위치의 배치가 곤란하게 되고, 설계의 자유도가 좁게되어 버린다.

따라서, 도 2와 같이 모든 기통에 대하여 캠각신호를 발생하는 동시에 각각의 캠각신호를 하나씩 발생하도록 함으로써, 밸브타이밍의 제어성을 향상할 수 있는 동시에 설계의 자유도를 넓게 할 수 있다.

또, 캠각센서(15) 및 크랭크각센서(19)는 어느 것이나 캠샤프트상에 설치되어 있으므로 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상을 정확하게 검출할 수 있다.

또, 상기 실시의 형태 1에서는 크랭크각센서(19)에 부가신호 A를 발생시켜서 기통식별함으로써 크랭크각 검출수단과, 기통식별신호 발생수단은 겸용하여 부품의 소수화를 도모하고 있으나, 기통식별신호 발생수단으로서 다른 센서를 더 설치하고, 이 다른 센서에 의해 부가신호 A상단의 신호를 발생시키도록 하여도 된다.

실시의 형태 2

크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상검출은 크랭크각센서(19)의 하강위치와 캠각센서(15)의 상승위치와의 위치관계에 의해 검출하고 있는 것은 실시의 형태 1에서 기술하였다.

여기서, 캠샤프트는 타이밍 벨트, 체인등을 통하여 크랭크샤프트로부터의 동력에 의해 구동되어있기 때문에, 검출의 흐트러짐을 작게하기 위하여는 벨트, 체인등의 변형이 없는 상태인 것이 바람직하다.

여기서, 일반적으로 벨트, 체인등은 텐션너(tensioner)에 의해, 항상 변형없이 당겨지도록 되어 있으나, 보다 바람직하게는 밸브가 닫혀지기 시작하고서부터 완전히 닫혀질때까지의 도 4에서 표시하는 X의 구간(캠산의 하강측)에서 캠각센서(15)의 출력신호를 발하도록 하는 것이 좋다.

이 경우, 캠이 밸브를 밀어내림으로서 벨트, 체인등에 장력을 주도록 작용하기 때문에 검출정밀도가 향상된다.

이상과 같이 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에 의하면, 내연기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출수단과, 크랭크각샤프트에 대하여 가변하는 캠샤프트에 설치되고, 캠각을 검출하는 캠각검출수단과, 캠각검출수단과는 별도로 설치되고, 내연기관의 기통식별을 하기 위한 기통식별신호를 발생하는 기통식별신호 발생수단과, 크랭크각에 대한 캠각을 가변하는 밸브타이밍 가변수단과, 밸브타이밍 가변수단을 제어하는 밸브타이밍 제어수단과, 내연기관을 제어하는 내연기관 제어수단을 구비하였으므로, 캠각센서에 고장이 생겨도 내연기관의 제어를 계속할 수 있다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에 의하면, 캠각 검출수단을, 내연기관의 각 기통마다에 캠각의 검출신호를 발생하는 것이므로, 각 기통마다에 실밸브타이밍을 검출함으로써 밸브타이밍 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에 의하면, 기통식별신호 발생수단은, 특정기통에서는 타기통과는 다른 신호를 발생하는 동시에 크랭크샤프트에 대하여 고정된 캠샤프트에 설치된 크랭크각 검출수단에 포함되는 것이므로, 크랭크각 검출수단이 기통식별신호발생수단을 겸용하기 때문에 부품의 소수화가 도모되는 동시에 크랭큭각 검출수단과 캠각 검출수단이 캠샤프트상에 배설됨으로써 정밀한 밸브타이밍 검출을 할 수 있다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에 의하면, 캠각 검출수단이 고장을 검출하는 고장검출수단을 구비하고, 캠각 검출수단의 고장시에는, 밸브타이밍의 밸브오버랩을 작게 하므로, 캠각센서의 고장시에 기관정지의 방지성능을 향상시킬 수 있다.

또, 이 발명에 관한 내연기관 제어장치에 의하면, 캠각 검출수단은 캠산의 하강측에서 신호를 발하므로, 정확한 밸브타이밍검출을 할 수 있다.

Claims (3)

1. 내연기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크각 검출수단과,

   크랭크샤프트에 대하여 가변하는 캠샤프트에 설치되고, 캠각을 검출하는 캠각검출수단과, 상기 캠각 검출수단과는 별도로 설치되고, 상기 내연기관의 기통식별을 하기위한 기통식별신호를 발생하는 기통식별신호 발생수단과, 상기 크랭크각에 대한 상기 캠각을 가변하는 밸브타이밍 가변수단과, 상기 밸브타이밍 가변수단을 제어하는 밸브타이밍 제어수단과, 상기 내연기관을 제어하는 내연기관 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
2. 제 1항에 있어서,

   캠각 검출수단은 내연기관의 각 기통마다에 캠각의 검출신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
3. 제 1항에 있어서,

   기통식별신호 발생수단은, 특정기통에서는 타기통과는 다른 신호를 발생하는 동시에 크랭크샤프트에 대하여 고정된 캠샤프트에 설치된 크랭크각 검출수단에 포함되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.