KR20020049261A - 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법은, 무단 가변 밸브 타이밍 시스템과 전자제어수단이 장착된 차량에서 엔진이 시동되면, 상기 전자제어수단이 냉각수온센서에 의해 검출되는 냉각수 온도를 인가받아 상기 인가되는 냉각수온이 설정된 임계수온 보다 낮은 경우에는 엔진 회전수가 설정된 제1 임계 회전수에 도달될 때까지 대기하여 엔진 오일 압력을 형성시키는 단계와; 상기 엔진 회전수가 상기 제1 임계 회전수를 초과함이 확인되면, 상기 전자제어수단은 상기 오일 제어밸브를 진각시켜 엔진 회전수가 설정된 제2 임계 회전수에 도달되도록 하는 단계를 포함하여 이루어져, 엔진 시동시의 냉각수온이 저온일 경우에 흡기 밸브 타이밍을 최대로 진각하여 엔진의 유효 압축비를 증가시킴으로써 냉시동성을 개선할 수 있다.
Description
본 발명은 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템(Continuously Variable Valve Timing System, 이하 CVVT라 약칭함)의 엔진 시동시 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무단 가변 밸브 타이밍 시스템이 장착된 차량에서 저온 시동시 흡기 밸브 타이밍을 최대로 진각시켜 엔진의 초폭시간을 단축시킴으로써 냉시동성을 개선하기 위한 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 CVVT는 배기가스 저감과 연비향상 및 출력 향상을 목적으로 차량에 적용된다.
도1에는 이러한 CVVT의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.
도1에 따르면, CVVT는 캠축의 회전각을 검출하기 위한 캠포지션 센서(11)와, 크랭크축의 회전각을 검출하기 위한 크랭크 포지션 센서(12)를 포함한다. 더불어, 크랭크축에 의해 구동되는 타이밍 벨트(14)는 가변 밸브 타이밍 유니트(15)를 구동시키게 된다. 상기 가변 밸브 타이밍 유니트(15)는 일반적으로 베인형을 사용한다.
그래서 ECU(13)(Electronic Control Unit)는 상기 캠포지션 센서(11) 및 크랭크 포지션 센서(12)에 의해 검출되는 신호를 인가받아 크랭크 위치에 따라 캠의 밸브 타이밍을 조정한다. 이러한 ECU(13)의 제어신호는 오일 제어밸브(Oil Flow Control Valve)(16)로 전달되어 캠의 회전을 유발하게 된다.
그리고 ECU(13)의 제어신호에 따라 오일 제어밸브(16)가 캠의 회전을 유발하게 되면, 캠포지션 센서(11)가 캠축의 위치를 검출하여 ECU(13)로 되먹임(또는 피드백)하게 된다. 그러면 ECU(13)는 피드백 되어 오는 캠축 위치 정보를 이용하여 캠 회전량을 산정하고, 상기 산정된 캠 회전량에 근거하여 다시 캠축의 위치를 제어하기 위한 신호를 상기 오일 제어밸브(16)로 전달한다. 이러한 피드백 과정을 통해 밸브 타이밍에 대한 무단 가변 제어가 수행된다.
한편, 상기 피드백 제어기능을 원할히 수행하기 위하여 상기 크랭크 위치와 캠 위치에 따른 상기 오일 제어밸브(16)의 제어로직이 상기 ECU(13)에 매핑된다. 그래서 상기 매핑되어 있는 캠 위치와 캠포지션 센서(11)에 의해 검출되는 캠 위치가 서로 상이한 경우에는 ECU(13)가 오일 제어밸브(16)를 제어하여 캠축의 회전을 가감하게 되는 것이다.
도2에는 크랭크각에 따른 밸브 개방 시기를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.
도2에 따르면, ECU(13)는 크랭크각에 따라 배기 행정과 흡기 행정에서의 밸브 개방 시기를 조정하게 되는데, 통상적으로는 흡기 행정의 밸브 타이밍을 진각시키거나 지각시키게 된다. 이때 엔진 오일은 오일 제어밸브(16)와 캠포지션 센서(11)의 검출신호에 따른 ECU(13)의 제어신호를 인가받아 베인 하우징(23)의 좌우측 챔버로 공급된다.
더불어 도3에는 베인형 가변 밸브 타이밍 유니트의 작동 예시도가 도시되어 있다.
도3에 따르면, 로터 베인(21)은 스프로킷에 고정된 베인 하우징(23)의 내측에서 캠축을 중심으로 유동 가능하도록 설치된다. 그래서 상기 로터 베인(21)은 스토퍼핀(22)에 의해 제한되는 범위내에서 베인 하우징(23)의 내측에서 유동하면서 캠축의 회전을 스프로킷에 대해 상대적으로 진각시키거나 지각시키게 된다. 이때 로터 베인(21)은 캠축에 고정된다. 도3a는 밸브 타이밍이 지각되는 경우이고, 도3b는 밸브 타이밍이 진각되는 경우의 예시이다.
그런데 엔진 정지시에는 오일 제어밸브(16)의 오일압이 제거되므로 흡기 밸브의 타이밍이 전지각(또는 최지각) 위치로 이동된다. 이러한 상태에서 시동을 걸기 위하여 크랭킹을 시작하게 되면, 흡기 밸브 타이밍은 전지각 위치로 제어된다.
따라서 상온 상태에서의 차량 시동시에는 큰 문제가 없지만, 영하 20도 정도의 저온에서 시동이 이루어지는 경우에는 시동성이 악화되는 문제점이 있다.
즉, CVVT 적용 엔진의 최지각 위치에서의 기본 밸브 타이밍은 고정 밸브 타이밍이 적용되는 엔진에 대비하여 20도 정도 지각되어 있어 유효 압축비가 낮기 때문에, 실린더실내 압축 말기의 가스 온도가 낮게 되어 연료의 무화 악화 등이 발생될 수 있는 문제점이 있는 것이다.
이러한 유효 압축비의 악화를 현재 적용되고 있는 베타 CVVT 엔진과 MPI(Multi Point Injection) 엔진의 경우를 예시하여 설명하면 다음과 같다.
베타 엔진의 가하학적 압축비는 10.3 이고, 보어*스트로크는 82*93.5 이다. 그리고 밸브 타이밍은 MPI 엔진에서 9/43이고 CVVT 엔진에서는 -11/59(최지각 시)이므로, 유효 압축비는 MPI 엔진에서 9.4 이고 CVVT 엔진에서 8.6 이 된다. 이처럼 CVVT 엔진의 압축비가 약 0.8 정도 낮아지는 것이다.
그래서 흡입 공기 온도를 300K로 가정하면, 압축 후 공기 온도는 MPI 엔진에서 587K이고 CVVT 엔진에서 572K 이며, CVVT 엔진의 압축 온도가 MPI 엔진에 비해 약 20K 정도 낮아지는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 무단 가변 밸브 타이밍 시스템이 장착된 차량에서 저온 시동시 흡기 밸브 타이밍을 최대로 진각시켜 엔진의 초폭시간을 단축시킴으로써 냉시동성을 개선한 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법을 제공하는 데 있다.
도1은 일반적인 CVVT의 개략적인 구성도.
도2는 크랭크각에 따른 밸브 개방 시기를 나타내는 그래프.
도3은 베인형 가변 밸브 타이밍 유니트의 작동 예시도.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법의 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 캠포지션 센서12 : 크랭크 포지션 센서
13 : ECU14 : 타이밍 벨트
15 : 가변 밸브 타이밍 유니트
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법은, 무단 가변 밸브 타이밍 시스템과 전자제어수단이 장착된 차량에서 엔진이 시동되면, 상기 전자제어수단이 냉각수온센서에 의해 검출되는 냉각수 온도를 인가받아 상기 인가되는 냉각수온이 설정된 임계수온 보다 낮은 경우에는 엔진 회전수가 설정된 제1 임계 회전수에 도달될 때까지 대기하여 엔진 오일 압력을 형성시키는 단계와; 상기 엔진 회전수가 상기 제1 임계 회전수를 초과함이 확인되면, 상기 전자제어수단은 상기 오일 제어밸브를 진각시켜 엔진 회전수가 설정된 제2 임계 회전수에 도달되도록 하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
도4에는 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 장착 오류 진단방법의 순서도가 도시되어 있다.
도4에 따르면, 무단 가변 밸브 타이밍 시스템(도1 참조)이 장착된 차량에서 전자제어수단은 엔진의 시동 시점으로부터 냉시동성의 개선을 위한 제어방법을 수행하게 된다. 상기 엔진의 시동 여부는 시동키의 온/오프 스위칭 상태를 검출함으로써 인지할 수 있다(ST21).
그리고 바람직하게는 상기 전자제어수단은 본 발명의 제어방법을 수행하기 위한 제어로직이 식재된 ECU(13)로 구현한다. 그래서 상기 ECU(13)는 초기 크랭킹시 오일 제어밸브(16)를 구동하여 흡기 밸브 타이밍을 진각시켜 초폭이 일어나는 시간을 단축시켜 냉시동성을 개선할 수 있다.
이어서, 상기 단계 ST21에서 엔진의 시동이 확인되면, ECU(13)는 냉각 시스템에 설치된 냉각수온센서에 의해 검출되는 냉각수온을 인가받아 상기 인가되는 냉각수온이 설정된 임계수온 보다 낮은지 여부를 판단한다(ST22).
바람직하게는 상기 냉각수온은 실린더 블록에서 검출되는 냉각수온을 적용하며, 상기 임계수온은 -10°C로 설정한다.
상기 단계 ST22에서 검출된 냉각수온이 상기 임계수온 보다 낮은 경우, ECU(13)는 크랭크 포지션 센서 또는 쓰로틀 포지션 센서를 비롯한 감지수단에 의해 검출되는 신호를 인가받아 엔진 회전수(N)를 산출한다. 그래서 상기 산출된 엔진 회전수(N)가 설정된 제1 임계 회전수에 도달되는지 여부를 판단한다(ST23).
바람직하게는 상기 제1 임계 회전수는 엔진 오일의 압력이 적정 수준으로 형성되도록 하기 위한 엔진 회전수로 설정하는데, 여기서는 30RPM으로 설정한다.
그래서 크랭킹 후 엔진 회전수가 상기 제1 임계 회전수를 초과함이 확인되면, ECU(13)는 엔진 오일 압력이 적정하게 형성된 것으로 판단하여 상기 오일 제어밸브(16)를 최대 진각시킨다(ST24).
상기 오일 제어밸브(16)의 최대 진각은 진각시간(Tocv)을 100%로 설정하여 상기 오일 제어밸브(16)로 공급되는 오일량을 조절함으로써 이루어진다.
그리고 상기 단계 ST24에서 상기 오일 제어밸브(16)가 최대 진각되면, ECU(13)는 엔진 회전수가 설정된 제2 임계 회전수에 도달할 때까지 상기 오일 제어밸브(16)를 최대 진각 상태로 유지시킨다(ST25).
바람직하게는 상기 제2 임계 회전수는 600RPM으로 설정한다.
더불어 상기 단계 ST22에서 검출된 냉각수온이 상기 임계수온 이상이거나 상기 단계 ST25에서 엔진 회전수가 상기 제2 임계 회전수를 초과함이 확인되는 경우, 상기 ECU(13)는 상기 오일 제어밸브(16)의 진각시간(Tocv)를 0%로 설정하여 상기 오일 제어밸브(16)를 최대 지각시킨다(ST26).
이러한 오일 제어밸브(16)의 진각 또는 지각 작동은 도3에 도시된 바와 같이 수행된다.
이상 설명한 본 발명의 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법에 따르면, 엔진 시동시의 냉각수온이 저온일 경우에 오일 제어밸브를 최대 진각시켜 흡기 밸브 타이밍을 최대로 진각하여 엔진의 유효 압축비를 증가시킴으로써 냉시동성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
그리고 엔진의 냉시동시 오일 제어밸브를 최대 진각시켜 엔진 회전수가 적정 수준에 도달하면 통상의 엔진 시동시와 동일하게 오일 제어밸브를 최대 지각시킴으로써, 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 정상적인 작동 성능을 저하시키지 않으면서도 엔진의 냉시동성을 개선하는 효과가 있다.
따라서 현재 베타 엔진 등에 적용되고 있는 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 경우, 가변 밸브 타이밍 유니트는 50도의 작동각을 가지므로 50도 진각시 유효 압축비는 10.26이 되어 압축 말기의 가스온도를 높을 수 있게 되어 시동성이 개선된다. 이때 흡기 행정에서 캠을 50도 진각시 밸브 타이밍은 39/9 로써 유효 압축비와 공기 온도는 아래와 같다.
유효 압축비 = 10.26
압축 후 공기 온도 = 603K(초기 온도 300K 일때)
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위를 한정하는 것이 아니다.
Claims (4)
- (a) 무단 가변 밸브 타이밍 시스템과 전자제어수단이 장착된 차량에서 엔진이 시동되면, 상기 전자제어수단이 냉각수온센서에 의해 검출되는 냉각수 온도를 인가받아 상기 인가되는 냉각수온이 설정된 임계수온 보다 낮은 경우에는 엔진 회전수가 설정된 제1 임계 회전수에 도달될 때까지 대기하여 엔진 오일 압력을 형성시키는 단계와;(b) 상기 엔진 회전수가 상기 제1 임계 회전수를 초과함이 확인되면, 상기 전자제어수단은 상기 오일 제어밸브를 진각시켜 엔진 회전수가 설정된 제2 임계 회전수에 도달되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 상기 제1 임계 회전수는,상기 엔진이 시동된 후 상기 차량내 엔진 오일의 압력을 형성시키는 엔진 회전수로 설정하는 것을 특징으로 하는 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,상기 전자제어수단은 엔진 회전수를 상기 제2 임계 회전수에 도달시키기 위하여 상기 오일 제어밸브를 작동각의 범위내에서 최대 진각시키는 것을 특징으로하는 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,상기 단계 (a)에서 검출된 냉각수온이 상기 임계수온 보다 낮지 않거나 상기 단계 (b)에서 검출된 엔진 회전수가 상기 제2 임계 회전수에 도달된 경우, 상기 전자제어수단은 상기 오일 제어밸브를 최대 지각시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 무단 가변 밸브 타이밍 시스템의 엔진 시동시 제어방법.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |