KR20020064134A - 내연기관의 밸브타이밍 제어장치 - Google Patents

내연기관의 밸브타이밍 제어장치 Download PDF

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Abstract

냉기시동시에 촉매조기활성화를 실현하는 동시에 캠각의 기준위치를 학습해서 제어정밀도를 향상시킨 내연기관의 밸브타이밍제어장치를 얻는다.
캠샤프트(15C),(16C)에 결합된 액추에이터(15),(16)와 액추에이터를 구동하는 유압공급장치(19),(20)와 운전상태에 따라 액추에이터에의 공급유압을 제어해서 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대위상을 변경하는 제어수단(21A)을 구비하고, 냉기아이들시에 밸브타이밍을 최진각위치 또는 최지각위치에 제어해서 기준위치를 학습한다.

Description

내연기관의 밸브타이밍 제어장치{VALVE TIMING CONTROL SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 운전상태에 따라 흡기 및 배기의 밸브타이밍을 제어하는 내연기관의 밸브타이밍제어장치에 관해 특히 냉(冷)기 아이들시에 촉매승온을 촉진시키면서 캠각의 기준위치를 학습함으로서, 난(暖)기후의 아이들제어성을 안정시켜서 회전변동 및 엔진스톱의 발생을 방지하는 동시에, 유해배기가스의 저감을 실현한 내연기관의 밸브타이밍제어장치에 관한 것이다.
근년 자동차에 탑재된 내연기관(엔진)에서는, 환경에 대한 배려에서 엔진으로부터 대기증에 방출되는 배기가스중의 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고, 배기가스중의 유해물질을 저감하는 것이 요구되고 있다.
일반적으로 유해한 배기가스를 저감시키기 위해서는, 두가지의 방법이 알려져 있어, 하나는 엔진에서 직접배출되는 유해가스를 저감하는 방법이고, 다른 하나는 배기관의 도중에 설치된 촉매컨버터(이하 단지 「촉매」라 한다)에 의해 후처리해서 저감하는 방법이다.
이 종류의 촉매는, 주지하는 바와 같이, 어느정도의 온도에 달하지 않으면 유해가스를 무해화하는 반응이 일어나지 않으므로, 예를 들면 엔진의 냉기시동시에도 촉매를 빨리 승온시켜서 활성화시키는 것이 중요한 과제가 된다.
근년 엔진출력을 향상시키기 위해, 또 배기가스 및 연버를 저감시키기 위해 운전상태에 따라 실린더에의 흡배기용의 밸브타이밍을 변경가능한 밸브타이밍제어장치가 채용되게 되었다.
이 종류의 종래장치에서는 엔진의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대위치를 변경하는 가변수단(액추에이터)을 설치하고 크랭크각위치 및 캠샤프트의 상대위상을 검출해서 가변수단의 기준위치를 기억하고 엔진운전상태에 따라 캠샤프트의 상대위상을 제어하도록 되어 있다.
또 가변수단은, 최진각과 최지각사이의 위치에 록기구를 소유하고 엔진시동시에는 록기구에 계합되고 시동후에는 운전상태에 따른 밸브타이밍제어가 실시된다.
즉, ECU로된 제어수단은, 밸브타이밍제어용의 캠샤프트의 회전위상을 검출해서, 회전위상의 변화방향의 움직임을 기계적으로 규제한 상태에서, 캠샤프트의 기준 회전위치와의 위상차를 학습하도록 되어 있다
상기 밸브타이밍제어장치에서, 가변밸브타이밍기구(이하 「VVT기구」라 한다)는 흡기밸브 또는 배기밸브를 구동하는 캠샤프트의 위상을 변화시키기 위해 하우징내에서 회전하는 베인(후술한다)을 갖고 있다.
VVT기구의 베인은 엔진시동시에는, 대략 중간위치(시동시 대응위치)에 보존되어, 크랭크각에 대한 캠각의 상대회동을 규제하고, 시동시에서 소정시간경과후에 회동규제를 해제하도록 되어 있다.
이 종류의 밸브타이밍제어장치는 예를 들면 일본국 특개평 9-324613호 공보등에 참조 할 수가 있다.
도 6은 상기 공보에 참조되는 일반적인 내연기관의 밸브타이밍제어장치를 표시하는 블록구성도이고, 엔진(1)의 주변부와 관련시켜 표시하고 있다.
도 6에서, 엔진(1)에는 에어클리너(2) 및 에어플로센서(3)를 통해서, 흡기관 (4)으로부터의 흡입공기가 공급된다.
에어클리너(2)는 엔진(1)에 대한 흡입공기를 정화하고, 에어플로센서(3)는 엔진(1)의 흡입공기량을 계측한다.
흡기관(4)내에는, 스로틀밸브(5), 아이들스프드컨트롤밸브(이하 「ISCV」라고 함)(6) 및 인젝터(7)에 설치되어 있다.
스로틀밸브(5)는 흡기관(4)을 통과하는 흡입공기량을 조절해서 엔진(1)의 출력을 제어해서, ISCV(6)는, 스로틀밸브(5)를 바이패스해서 통과하는 흡입공기를 조절해서, 아이들링시의 회전수제어를 한다.
인젝터(7)는 흡입공기량에 맞는 연료를 흡기관(4)내에 공급한다.
엔진(1)의 연소실내에는 점화플러그(8)가 설치되어 있고, 점화플러그(8)는 연소실내의 혼합기를 연소시키기 위한 불꽃을 발생한다.
점화코일(9)은, 점화플러그(8)와 고전압에너지를 공급한다.
배기관(10)은, 엔진(1)내에서 연소한 배기가스를 배출한다. 배기관(10)내에는 O2센서(11) 및 촉매(12)가 설치되어 있고, O2센서(11)는 배기가스내의 잔존산소량을 검출한다.
촉매(12)는, 주지하는 3원촉매로 되고, 배기가스내의 유해가스(HC, CO, NOx)를 동시에 정화 할 수가 있다.
크랭크각검출용의 센서플레이트(13)는 엔진(1)에 의해 회전되는 크랭크샤프트(도시않음)와 일체로 회전하고 있고, 소정의 크랭크각위치에 돌기(도시않음)가 설치되어 있다.
크랭크각센서(14)는 센서플레이트(13)에 대향배치되어 있고 센서플레이트 (13)상의 돌기가 크랭크각센서(14)를 가로지를때에 전기신호를 발생해서 크랭크샤프트의 회전위치(크랭크각)를 검출한다.
엔진(1)에는 흡기관(4) 및 배기관(10)에의 연통타이밍을 결정하는 밸브가 설치되어 있고, 흡기용 및 배기용의 각 밸브의 구동타이밍은 크랭크샤프트의 1/2의 속도로 회전하는 캠샤프트(후술하는)에 의해 결정되어 있다.
캠위상가변용의 액추에이터(15) 및 (16)는 흡기용 및 배기용의 각 밸브타이밍을 개별적으로 변경한다.
구체적으로는 각 액추에이터(15) 및 (16)는 서로 구분된 지각유압실 및 진각유압실(후술한다)을 소유하고, 크랭크샤프트에 대한 각 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 회전위치(위상)을 상대적으로 변경한다.
캠각센서(17) 및 (18)는 캠각검출용 센서플레이트(도시않음)에 대향배치되어 있고, 크랭크각센서(14)와 같이, 캠각검출용 센서플레이트상의 돌기에 의해 펄스신호를 발생해서 캠각을 검출한다.
오일컨트롤밸브(이하 「OCV」라 함)(19) 및 (20)는 오일펌프(도시않음)와 함께 유압공급장치를 구성하고 있고, 각 액추에이터(15) 및 (16)에 공급되는 유압을 전환해서 캠위상을 제어한다. 또 오일펌프는 소정유압으로 오일을 공급하도록 되어 있다.
마이크로컴퓨터로된 ECU(21)는 엔진(1)의 제어수단을 구성하고 있고, 각종센서수단(3),(11),(14),(17) 및 (18)에 의해 검출되는 운전상태에 따라 인젝터(7)및 점화플러그(8)를 제어하는 동시에 각 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 캠각위상을 제어한다.
또 여기서는 도시되어 있지 않으나 스로틀밸브(5)에는 스로틀개도를 검출하는 스로틀개도센서가 설치되고, 엔진(1)에는, 냉각수온을 검출하는 수온센서가 설치되어 있고, 스로틀개도 및 냉각수온은 상기 각종 센서정보와 같이, 엔진(1)의 운전상태를 표시하는 정보로서, ECU(21)에 입력된다.
다음에, 도 6에 표시한 종래의 내연기관의 밸브타이밍제어장치에 의한 일반적인 엔진제어동작에 대해 구체적으로 설명한다.
우선, 에어플로센서(3)는 엔진(1)의 흡입공기량을 계측하고 운전상태를 표시하는 검출정보로서 ECU(21)에 입력한다.
ECU(21)은 계측된 흡입공기량에 맞는 연료량을 연산해서, 인젝터(7)를 구동하는 동시에 점화코일(9)의 통전시간 및 차단타이밍을 제어해서 점화플러그(8)를 구동하고 엔진(1)의 연소실내의 혼합기를 적절한 타이밍에서 점화한다.
또 스로틀밸브(5)는 엔진(1)에의 흡입공기량을 조절하고 엔진(1)에서 발생하는 출력을 제어한다.
엔진(1)의 실린더내에서 연소한 후의 배기가스는 배기관(10)을 통해서 배출된다.
이때, 배기관(10)의 도중에 설치된 촉매(12)는, 배기가스중의 유해물질인 HC(미연소가스), CO 및 NOx를 무해한 CO2및 H20에 점화해서 대기중에 배출한다.
여기서, 촉매(12)에 의한 점화효율을 최대한으로 끌어내기 위해 배기관(10)에는 02센서(11)가 부착되어 있고, 02센서(11)는 배기가스중의 잔존산소량을 검출해서 ECU(21)에 입력하고 있다.
이에 의해, ECU(21)는 연소전의 혼합기가 이론공연비가 되도록 인젝터(7)에서 분사되는 연료량을 피드백제어한다.
또, ECU(21)는 운전상태에 따라. 액추에이터(15) 및 (16)(VVT기구)를 제어해서 흡기용 및 배기용의 밸브타이밍을 변경한다.
다음에 도 7~도 14를 참조하면서 종래의 내연기관의 밸브타이밍제어장치에 의한 각 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 위상각제어동작에 대해 구체적으로 설명한다.
또, 밸브타이밍이 변경되지 않고 일반의 엔진(도시않음)의 경우 크랭크샤프트의 회전토크는 타이밍밸브(타이밍체인)로부터 풀리(및 스프로켓)에 전달되고 풀리와 일체회전하는 캠샤프트에 전달된다.
한편 도6과 같이 VVT기구를 갖고 엔진(1)에서는, 상기 풀리 및 스프로켓 대신에 크랭크샤프트와 캠샤프트(15C) 및 (16C)와의 상대적인 위상위치를 변경하기 위한 액추에이터(15) 및 (16)가 설치되어 있다.
도 7은 크랭크각「℃A」의 위상위치와 밸브리프트량(밸브개방량)「㎜」과의 관계를 표시하는 설명도이고, TDC는 각 실린더에서의 압축상사점을 표시하고 있다.
도 7에서 1점쇄선은 기계적으로 정지하는 최지각시의 밸브리프트량의 변화를 표시하고 파선을 기계적으로 정지하는 최진각시의 밸브리프트량의 변화를 표시하고, 실선은 록기구(후술한다)에 의해 설정되는 록위치에서의 밸브리프트량의 변화를 표시한다.
또, TDC를 중심으로 해서, 지각측(도면우측)의 밸브리프트량의 피크위치는 흡기밸브의 전개위치에 대응하고, 진각측(도면좌측)의 밸브리프트량의 피크위치는 배기밸브의 전개위치에 대응한다.
따라서, 지각측 및 진각측에서의 각 피크의 변동폭(1점쇄선과 파선과의 차)은 각 밸브타이밍의 가동범위를 표시하고 있다.
즉 밸브타이밍은 흡기 및 배기의 어느 것에서도 파선에서 1점쇄선까지의 사이에서 가변가능하게 되어 있다.
도 8은 크랭크각센서(14)와 캠각센서(17) 또는 (18)와의 각 출력펄스의 위상관계를 표시하는 타이밍차트이다.
도 8에서는, 최지각시 및 최진각시에서의 캠각센서(17) 또는 (18)의 출력펄스를 표시하고 있다.
또, 크랭크각센서(14)의 출력신호(크랭크각신호)에 대한 캠각센서(17) 또는 (18)의 출력신호의 위상위치는, 캠각센서(17) 및 (18)의 부착위치에 따라 다르다.
여기서 밸브타이밍을 지각시키는 것을 양밸브의 개방개시타이밍이 크랭크각에 대해 지각하는(늦게된다)것을 의미하고, 역으로 밸브타이밍을 진각시키는 것은 흡기용 및 배기용의 양밸브의 개방개시타이밍이 크랭크각에 대해 진각하는(빨라진다)것을 의미한다.
흡기용 및 배기용의 각 밸브의 개방개시타이밍은, VVT기구를 구성하는 액추에이터(15) 및 (16)에 의해 변경되고, 도 7에 표시하는 가동범위내의 임의의 지각위치 또는 진각위치에 제어된다.
도 9~도 11은 거의 동일구조로된 액추에이터(15) 및 (16)의 내부구조를 표시하는 투시도이고, 도 9는 캠각위상이 최지각위치(도 7내의 1점쇄선에 대응)에 조정된 상태, 도 10은 캠각위상이 록위치(도 7내의 실선에 대응)에 조정된 상태, 도 11은 캠각위상이 최진각위치(도 7내의 판선에 대응)에 조정된 상태를 각각 표시하고 있다.
도 9~도 11에서 각 액추에이터(15) 및 (16)는, 화살표방향으로 회전하는 하우징(151)과 하우징(151)과 함께 회전하는 베인(152)과, 하우징(151)내에 설치된 지각유압실(153), 진각유압실(154), 록핀(155) 및 스프링(156)과 베인(152)에 형성된 록 凹부(157)을 구비하고 있다.
하우징(151)에는 크랭크샤프트로부터의 동력이 밸트 및 풀리(도시않음)를 통해서 1/2로 감속되어 전달된다.
베인(152)은, 지각유압실(153) 또는 진각유압실(154)에 선택적으로 유압이 공급되므로서, 하우징(151)내에서 위상위치가 시프트된다.
지각유압실(154)은 베인(152)의 동작범위를 결정하고 있다.
스프링(156)은, 록핀(155)을 돌출방향으로 작동하고 있고 록 凹부(157)는 록핀(155)의 선단과 대향하도록 베인(152)의 소정의 록위치에 설치되어 있다.
또, 록 凹부(157)에는 오일공급구(도시않음)가 설치되어 있고, 지각유압실 (153) 및 진각유압실(154)의 어느 유압이 높은쪽으로부터의 오일이 교체공급되도록 되어 있다.
지각유압실(153) 및 진각유압실(154)(동작범위)내에서 동작해서 위상시프트되는 베인(152)은 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동하기 위한 캠샤프트(15C) 및 (16C)에 결합되어 있다.
또 여기서는 도시하지 않았으나, 배기측의 액추에이터(16)에는, 캠샤프트 (16C)의 반력을 상쇄하기 위해 베인(152)을 진각측에 작동시키기 위한 스프링이 설치되어 있다.
액추에이터(15) 및 (16)는 OCV(19) 및 (20)에서 공급되는 엔진(1)의 윤활유(유압)에 의해 구동된다.
액추에이터(15) 및 (16)의 캠각위상을 도 9~도 11과 같이 제어하기 위해서는 액추에이터(15) 및 (16)내에 유압하는 오일량(유압)이 제어된다.
예를 들면 도 9와 같이 캠각위상을 최지각위치에 조정하기 위해서는, 지각유압실(153)내에 오일을 유입시키면 된다.
역으로, 도 11과 같이 캠각위상을 최진각위치에 조정하기 위해서는, 진각유압실(154)내에 오일을 유입시키면 된다.
OCV(19) 및 (20)는, 지각유압실(153) 및 진각유압실(154)의 어느쪽에 오일을 유입시키는가를 제어한다.
도 12~도 14는 동일구조로된 OCV(19) 및 (20)의 내부구조를 표시하는 측단면도이다.
도 12~도 14에서 각 OCV(19) 및 (20)는 원통상의 하우징(191)과, 하우징 (191)내에 접동이 자유롭게 수납된 스풀(192)과, 스풀(192)을 연속적으로 구동하는 코일(193)과 스풀(192)을 복귀방향에 작동하는 스프링(194)을 구비하고 있다.
하우징(191)은 펌프(도시않음)에 연통된 오리피스(195)와, 액추에이터(15) 또는 (16)에 연통된 오리피스(196) 및 (197)와 오일팬에 연통된 드레인용의 오리피스(198) 및 (199)를 구비하고 있다.
오리피스(196)는 액추에이터(15)의 지각유압실(153) 또는 액추에이터(16)의 진각유압실(154)에 연통되어 있다.
오리피스(197)는 액추에이터(15)의 진각유압실(154) 또는 액추에이터(16)의 지각유압실(153)에 연통되어 있다.
오리피스(196) 및 (197)는 스풀(192)의 축방향위치에 따라, 선택적으로 오일공급용의 오리피스(195)에 연통된다.
오리피스(195)는 도 12에서는 오리피스(196)에 연통되고 도 14에서는 오리피스(197)에 연통되어 있다.
마찬가지로, 드레인용의 오리피스(198) 및 (199)는 스풀(192)의 축방향위치에 따라 선택적으로 오리피스(197) 또는 (196)에 연통된다.
도 12에서는 오리피스(197)와 오리피스(198)가 연통되고, 도 14에서는, 오리피스(196)와 오리피스(199)가 연통되어 있다.
록 凹부(157)내의 오일공급구는, OCV(19) 및 (20)의 여자구동상태(도 14)로오일공급되는 유로구성으로 되어 있고, 록 凹부(157)에의 유압이 스프링(156)의 작동력을 상회하면 록핀(155)이 록 凹부(157)에서 밀어내지고, 록상태가 해제되도록 되어 있다.
도 12는 코일(193)에의 통전전류가 최소치의 경우를 표시하고 있고, 스프링 (194)이 최대한으로 신장되고 있다.
도 12에 표시하는 OCV가 흡기측의 OCV(19)의 경우, 오리피스(195)를 통해서 펌프에서 공급된 오일은, 오리피스(196)를 통해서 액추에이터(15)의 지각유압실 (153)에 유압하고 액추에이터(15)는 도 9에 표시한 상태가 된다.
이로인해 액추에이터(15)의 진각유압실(154)내의 오일은 오리피스(197)를 통해서 OCV(19)에 드레인되고, 또 오리피스(198)를 통해서 오일팬에 드레인된다.
한편 도 12에 표시하는 OCV가 배기측의 OCV(20)인 경우는 상기한 것과는 역이되고, 펌프에서 공급된 오일은, 오리피스(196)를 통해서 액추에이터(16)의 진각유압실(154)에 유압하고 액추에이터(16)는 도 11에 표시한 상태가 된다.
이때, 액추에이터(16)의 지각유압실(153)내의 오리피스(197) 및 (198)를 통해서 오일팬에 드레인된다.
도 12에 표시한 유로구성에 의해 예를 들면 흡기측 및 배기측의 COV(19) 및 (20)의 어느 쪽인가에 단선 등의 무통전이 되는 고장이 발생한 경우에도, 밸브오버랩량이 최소가 되므로 내엔진스톱성에 대해 유리하게 작용한다.
도 14는 코일(193)에의 통전전류가 최대치인 경우를 표시하고 있고, 스프링 (194)이 최소한으로 압축되어 있다.
예를 들면 도 14의 OCV가 흡기측의 OCV(19)인 경우, 펌프에서 공급된 오일은, 오리피스(197)를 통해서 액추에이터(15)의 진각유압실(154)에서 유압하고, 액추에이터(15)의 지각유압실(153)내의 오일은 오리피스(196) 및 (199)를 통해서 드레인된다.
한편 도 14의 OCV가 배기측의 OCV(20)인 경우에는 펌프에서 공급된 오일은 오리피스(197)를 통해서 액추에이터(16)의 지각유압실(153)에 유입하고, 액추에이터(16)의 진각유압실(154)내의 오일은, 오리피스(196) 및 (199)를 통해서 드레인된다.
또, 도 13은 밸브타이밍제어종료위치 또는 록위치(중간위치)에 상당하는 상태를 표시하고, 이때, 액추에이터(15) 및 (16)내의 베인(152)은 임의의 목표위 또는 도 10에 표시한 상태에 있다.
또 도 13의 상태에서 오일공급용측의 오리피스(195)는, 액추에이터측의 오리시피스(196) 또는 (197)에 직접연통되어 있지 않으나 누설오일에 의해 록 凹부 (157)(도 10참조)의 오일공급구에 공급 할 수가 있다.
따라서, 예를 들면 베인(152)의 록위치에 있어도, 누설오일에 의한 공급에의 유압이 스프링(156)의 작동력을 이겨내는 유압(록해제용의 소정유압)에 도달하면 록 凹부(157)에서 록핀(155)이 이탈되어, 베인(152)이 하우징(151)내에서 동작가능한 상태가 된다.
또 록해제용의 소정유압은 스프링(156)의 작동력 등의 조정에 의해 필요 최소한의 임의치에 설정 할 수 있다.
또 밸브타이밍을 결정하는 각 액추에이터(15) 및 (16)의 베인(152)의 위치(위상)는, 캠각센서(17) 및 (18)에서 검출됨으로서, 임의로 제어 할 수 있다.
캠각센서(17) 및 (18)는 크랭크샤프트와 캠샤프트(15C) 및 (16C)와의 상대위치를 검출 할 수 있는 위치에 부착되어 있다. 도 8에서 밸브타이밍이 최진각위치(도 7의 판선참조)에서의 크랭크각센서 출력과의 위상차는 A로 표시되고, 밸브타이밍이 최지각위치(도 7내의 1점쇄선 참조)에서의 크랭크각센서 출력과의 위상차는 B로 표시된다.
ECU(21)는 검출된 위상차 A~B가 목표치와 일치하도록 피드백제어함으로서 임의 위치에서의 밸브타이밍제어를 실행한다.
예를 들면 흡기측에서, 크랭크각센서(14)의 검출타이밍에 대한 캠각센서(17)의 검출위치가, ECU(21)내에서 연산된 목표위치보다도 지각측에 있는 경우에는 캠각센서(17)의 검출위치를 목표위치까지 진각시키기 위해 검출위치와 목표위치와의 편차에 따라 OCV(19)의 코일(193)에의 통전전류량을 제어하고 스풀(192)을 제어한다.
또 목표위치와 검출위치와의 위상차가 큰 경우에는 목표위치에 빨리 추종시키기 위해, OCV(19)의 코일(193)에의 통전량을 증가시킨다. 이로인해 액추에이터 (15)의 진각유압실(154)에 연통된 오리피스(197)의 개구량이 커지고 진각유압실 (154)에의 공급오일량이 증가한다.
이하, 검출위치가 목표위치에 가까워짐에 따라, OCV(19)의 스풀(192)의 위치가 도 13의 상태에 가까워지도록, 코일(193)에의 통전량을 저감시킨다.
그리고, 검출위치와 목표위치가 일치한 시점에서, 도 13에 표시한 바와 같이, 액추에어터(15)의 지각유압실(153), 진각유압실(154)에의 통로를 차단하는 상태가 되도록 코일(193)에의 통전량을 제어한다.
또, 통상의 운전상태(난기후의 주행상태 등)에서의 목표위치는 예를 들면, 운전상태(엔진회전수 및 엔진부하)에 따른 2차원맵치를 미리 ECU(21)내의 ROM에 기역시켜둠으로서, 각 운전상태에 따른 최적한 밸브타이밍이 되도록 설정 할 수 있다.
한편 시동시에는 엔진(1)에 의해 구동되는 오일펌프의 회전수가 불충분하므로 액추에이터(15)에의 공급오일량도 불충분하고, 상기와 같은 유압에 의한 진각위치의 제어는 불가능해진다.
따라서, 도 10에 표시한 바와 같이 록핀(155)을 록 凹부(157)에 계합시킴으로서, 유압부족에 의한 베인(152)의 당황을 방지한다.
이때, 흡기밸브를 과지각시키면, 실압축비가 저하하고 역으로, 흡기밸브를 과진각시키면 배기밸브와의 오버랩기간이 커지므로 흡기밸브를 과지각 또는 과진각시키는 것은 어느 것이나 펌핑로스를 저감시키는 결과가 된다.
따라서 흡기밸브의 과지각제어나 과진각제어는, 시동시(크랭킹시)의 회전수상승 및 초폭발생을 위해서는 유리하나, 실질적인 연소상태가 불충분한 것으로부터 완폭까지 이르지 않고 결국 시동성을 손상하는 결과가 된다.
한편, 배기밸브를 과지각하면, 흡기밸브를 과진각 한 경우과 같이 배기밸브와 흡기밸브와의 오버랩기간이 커지고 역으로, 배기밸브를 과진각하면, 실팽창비가저하해서 연소에너지를 크랭크샤프트에 충분히 전달 할 수가 없게 된다.
따라서 시동시 및 시동직후에는 각 밸브타이밍을 과지각제어해도 과진각제어해도 시동성의 악화상태(또는 시동불가능한 상태)를 초래할 위험이 있다.
그래서, 시동시에서는 도 10과 같이 록핀(155)을 록 凹부(157)에 계합함으로서 베인(152)을 록위치(최지각위치와 최진각위치와의 대략 중간위치)에 고정설정하고 있다.
이하, 시동후에는 엔진회전수의 상승에 따라 균활오일의 유압이 상승하므로 , 스풀(192)이 도 13에 표시하는 위치에 있어도 전술한 누설오일에 의해 액추에이터(15) 및 (16)에도 유압이 공급된다.
따라서 전술한대로 록 凹부(157)에의 유압이 스프링(156)의 작동력을 이겨낸 시점에서, 록 凹부(157)에서 록핀(155)이 이탈되어 베인(152)이 동작가능하게 된다.
이하, 록해제후에 OCV(19) 및 (20)를 제어함으로서 지각유압실(153) 및 진각유압실(154)에 유압공급이 제어되고 밸브타이밍의 지각제어 및 진각제어가 실행된다.
이때, 특히, 엔진(1)의 고회전역에서. 흡기관성효과를 얻는 동시에 체적효율을 증대시켜서 출력을 향상시키기 위해, 시동시보다도 지각측에 밸브타이밍을 제어한다.
이와 같이 엔진시동시에는, 액추에이터(15) 및 (16)의 록핀(155)을 최지각위치와 최진각위치의 대략 중간위치에 록해서 시동성을 향상시켜 엔진시동후(록기구의 해제후)에는 특히 고회전역으로 지각제어함으로서 출력특성을 향상시키고 있다.
다음에, 도 15를 참조하면서, 예를 들면 일본국 특개평 11-229914호 공보에 기재된 종래의 내연기관의 밸브타이밍제어장치에 의한 기준위치의 학습처리동작에 대해 설명한다.
도 15는 상기 공보에 기재된 종래장치의 동작을 표시하는 플로차트이다.
도 15에서, 우선 엔진(1)이 회전중인지 아닌지를 판정하고(스텝 S101), 회전중이 아니(즉, NO)라고 판정되면, 아래의 처리를 실행하지 않고 도 15의 처리루틴을 종료한다.
한편, 스텝 S101에서, 엔진(1)이 회전중이(즉, YES)라고 판정되면, 계속해서 엔진회전수 Ne가 소정회전수 Neo이상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S102).
스텝 S102에서, Ne<Neo(즉, NO)라고 판정되면 도 15의 처리루틴을 종료하고, NeNeo(즉, YES)라고 판정되면 계속해서 엔진(1)의 냉각수온도 Tw가 소정온도 Two이상(난기상태)인지 아닌지를 판정한다(스텝 S103).
스텝 S103에서, 엔진(1)이 냉기상태로 Tw<Two(즉, NO)라고 판정되면, 도 15의 처리루틴을 종료한다.
또, TwTwo(즉, YES)라고 판정되면 오버랩량이 최소가 되는 스토퍼위치에 밸브타이밍을 제어한다(스텝 S104).
계속해서, 소정시간 to가 경과하였는지 아닌지를 판정하고(스텝 S105), 소정시간 to가 경과하고 있지 않다(즉, NO)고 판정되면, 도 15의 처리루틴을 종료한다.
또, 스텝 S105에서 소정시간 to가 경과한(즉, YES)다고 판정되면 크랭크샤프트와 캠샤프트와의 회전위상차 DA1을 산출하고(스텝 S106), 회전위상차 DA1에서 기준회전위상차 DA0을 감산한 값을 편차 DDA로서 산출한다(스텝 S107).
최후에, 편차 DDA를 학습치로서 메모리에 기억하고(스텝 S108), 도 15의 처리루틴을 종료한다.
상기 처리에 의해 엔진(1)의 난기아이들시에 흡기측 밸브타이밍을 최지각위치에 제어하고, 또 배기측 밸브타이밍을 최진각위치에 제어해서 양자의 밸브오버랩량(실린더내의 통과가스량)을 최소화시켜, 난기아이들시의 제어안정성을 향상시킬 수가 있다.
또, 이경우 난기아이들시에 흡기측 및 배기측의 최지각위치 및 최진각위치를 학습치로하므로, 캠각을 변경제어하는일 없이, 통상의 캠위치의 제어범위내에서 기준위치를 학습 할 수가 있다.
또, 전술한 일본국 특개평 9-324613호 공보와 같이, 시동시에 밸브타이밍을 대략 중간위치에서 보존하도록 된 제어장치에서는 통상제어하는 다른 기준위치를 학습하기 위해 캠각변경제어할 필요가 있고, 도 15와 같은 기준위치학습처리를 적용 할 수는 없다.
또 캠각의 기준위치를 학습하기 위해, 통상과는 다른 캠각(최지각위치 및 최진각위치)에 제어할 필요가 있으므로, 엔진성능에 영향을 주어 회전변동 등을 발생하는 염려가 있다.
또, 상기한 어느 종래장치에서도, 배기가스의 개선 및 촉매(12)의 승온촉진이라는 기술관점에 대해서는 아무고려도 되어 있지 않다.
종래의 내연기관의 밸브타이밍제어장치는 이상과 같이 일본국 특개평 9-324613호 공보기재의 장치에서는, 시동시에 캠각을 대략중간위치에 보존하는 종래장치에서도, 기준위치를 학습하기 위해 통상과는 다른 캠각에 제어할 필요가 있고, 역시, 회전변동 등이 발생해서 엔진성능에 영향을 준다는 문제점이 있었다.
또 일본국 특개평 9-324613호 공보기재의 장치에 일본국 특개평 11-229914호 공보기재의 학습처리를 적용하였다고 하면 캠각의 기준위치를 학습하기 위해 통산과는 다른 캠각에 제어함으로서 엔진성능에 영향을 주게되므로 그대로 적용 할 수는 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 된것으로 냉기아이들시에 밸브타이밍을 최진각측(또는 최지각측)에 제어해서 촉매승온을 촉진시키며 캠각의 기준위치를 학습함으로서, 난기후의 아이들제어성을 안정시켜서 회전변동 및 엔진스톱의 발생을 방지하는 동시에, 유해배기가스의 저감을 실현한 내연기관의 밸브타이밍제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 난기후에 기준위치가 미학습이면, 마찬가지로 기준위치를 학습함으로서 난기후의 아이들제어성을 안정시켜서 회전변동 및 엔스토의 발생을 방지하는 동시에 유해배기가스의 저감을 실현한 내연기관의 밸브타이밍제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 난기후에 기준위치가 학습필이면 최진각위치와 최지각위치의 중간위치에 제어해서 아이들제어성을 안정시킨 내연기관의 밸브타이밍제어장치를얻는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 난기후에 기준위치가 미학습인 경우에 기준위치를 학습하는 동시에 회전변동 등이 발생하지 않도록 점화시기 및 연료량을 변경제어해서 회전변동이나 엔진스톱의 발생을 방지하는 동시에, 유해배기가스의 저감을 실현한 내연기관의 밸브타이밍제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 청구항 1에 관한 내연기관의 밸브타이밍제어장치는 내연기관의 운전상태를 검출하는 센서수단과, 내연기관의 크랭크샤프트의 회전에 동기해서 내연기관의 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동하는 흡기용 및 배기용의 캠샤프트와 흡기용 및 배기용의 캠샤프트의 적어도 한쪽에 결합된 액추에이터와, 액추에이터를 구동하기 위한 유압을 공급하는 유압공급장치와, 내연기관의 운전상태에 따라 유압공급장치에서 액추에이터의 공급유압을 제어하고, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대위상을 변경하는 제어수단과, 크랭크샤프트의 회전위치를 검출하는 크랭크각센서와, 캠샤프트의 회전위치를 검출하는 캠각센서를 구비하고 액추에이터는 상대위상의 변경범위를 설정하기 위한 지각유압실 및 진각유압실과 상대위상을 변경범위내의 록위치에 설정하기 위한 록기구와 유압공급장치로부터 공급되는 소정유압에 응답해서 록기구를 해제하기 위한 록해제기구를 소유하고, 제어수단은, 내연기관의 운전상태가 시동시를 표시하는 경우에는 록기구를 구동해서 상대위상을 록위치에 제어하고, 내연기관의 운전상태가 시동후를 표시하는 경우에는 록해제기구에 의해 로기구를 해제하는 동시에 유압공급장치에서 지각유압실 및 진각유압실에의 공급유압을 제어해서, 상대위상의 지각제어 및 진각제어를 실행하고, 운전상태가 냉기아이들상태를 표시하는 경우에는, 상대위상을 최진각측 또는 최지각측에 제어하는 동시에 최진각측 또는 최지각측에서의 크랭크각센서의 검출치와 캠각센서의 상대위상차를 기준위치로해서 학습기억 하는 것이다.
또 본 발명의 청구항 2에 관한 내연기관의 밸브타이밍제어장치는, 청구항 1에서, 제어수단은, 냉기아이들상태에서의 캠샤프트의 제어방향을 내연기관의 배기가스온도가 상승하도록 설정하는 것이다.
또 본 발명의 청구항 3에 관한 내연기관의 밸브타이밍제어장치는, 청구항 1 또는 청구항 2에서 제어수단은, 운전상태가 난기상태를 표시할때에 기준위치가 학습기억되어 있지 않는 경우에는, 캠샤프트의 상대위상을 최진각측 또는 최지각측에 제어해서, 크랭크각센서의 검출치와 캠각센서의 검출치와의 상대위상차를 기준위치로 해서 학습기억 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1을 표시하는 블록구성도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트.
도 6은 종래의 내연기관의 밸브타이밍제어장치를 표시하는 블록구성도.
도 7은 종래의 내연기관의 밸브타이밍제어장치에 의한 위상변경범위를 크랭크각위치에 대한 밸브리프트량의 관계에 의해 표시하는 설명도.
도 8은 일반적인 크랭크각센서 및 캠각센서의 각 출력펄스의 위상관계를 표시하는 타이밍차트.
도 9는 일반적인 액추에이터의 록위치에서의 내부구조를 표시하는 투시도.
도 10은 일반적인 액추에이터의 록위치에서의 내부구조를 표시하는 투시도.
도 11은 일반적인 액추에이터의 최진각위치에서의 내부구조를 표시하는 투시도.
도 12는 일반적인 OCV(유압공급장치)의 비여자상태에서의 내부구조를 표시하는 측단면도.
도 13은 일반적인 OCV의 록상태에서의 내부구조를 표시하는 측단면도.
도 14는 일반적인 OCV의 여자상태에서의 내부구조를 표시하는 측단면도.
도 15는 종래의 내연기관의 밸브타이밍제어장치에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진(내연기관), 3 : 에어플로센서,
4 : 흡기관, 5 : 스로틀밸브,
6 : ISCV(ISC밸브), 7 : 인젝터,
8 : 점화플러그, 9 : 점화코일,
10 : 배기관, 11 : O2센서,
12 : 촉매, 14 : 크랭크각센서,
15,16 : 액추에이터, 15C,16C : 캠샤프트,
17,18 : 캠각센서, 19,20 : OCV(오일컨트롤밸브),
21A : ECU, 152 : 베인,
153 : 지각유압실, 154 : 진각유압실,
155 : 록핀, 156 : 스프링,
157 : 록 凹부, 192 : 스풀,
193 : 코일, 194 : 스프링.
실시의 형태 1.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태 1에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1을 표시하는 블록구성도이고 도 1에서 전술(도 6참조)한것과 같은것에 대해서는 동일부호를 붙혀서 상술하는 것을 생략한다.
이경우, 흡기측 및 배기측의 각 밸브타이밍의 변경제어범위는 도 7에 표시한대로이고, 크랭크각센서출력과 캠각센서출력과의 관계는 도 8에 표시한대로이다.
또, 액추에이터(15) 및 (16)의 구체적 구성은 도 9~도 11에 표시한대로이다. OCV(19) 및 (20)의 구체적 구성은 도 12~도 14에 표시한대로이다.
또, 도 1내의 ECU(21A)는 전술한 바와 같이, 엔진시동시에 록기구에 의해 액추에이터(15) 및 (16)를 록위치에 제어하는 록제어수단과, 엔진시동후에는 록해제기구에 의해 액추에이터(15) 및 (16)를 지각제어 및 진각제어하는 록해제제어수단을 포함한다.
또, ECU(21A)는 엔진(1)의 운전상태가 냉기아이들상태를 표시하는 경우에는 액추에이터(15) 및 (16)의 상대위상에 의해, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 상대위상을 진각측에 제어하는 냉기아이들제어수단을 포함한다.
또, ECU(21A)내의 록해제수단은 엔진(1)이 적어도 냉기아이들상태를 표시하는 경우에, 오일펌프로부터 록해제용 소정유압을 발생시키도록 되어 있다.
또, ECU(21A)는 엔진(1)이 난기아이들상태를 표시하는 경우에는 액추에이터 (15) 및 (16)를 록위치에 제어하는 난기아이들제어수단을 구비하고 있다.
난기아이들시의 액추에이터(15) 및 (16)의 록위치는 엔진(1)의 시동 및 시동직후에 허적한 위치가 되도록 설정되어 있다.
즉, 록핀(155)(도 10참조)에 의한 베인(152)의 록위치는 시동시에 적당한 밸브타이밍이 되도록 설정된다.
전술한 바와 같이 엔진시동시 및 시동직후에 밸브타이밍이 과지각되어도, 과진각되어도, 시동성을 악화시키게 되므로 록핀(155) 및 록 凹부(157)의 상대위치를 도 10에 표시한 중간위치에 한하지 않고 시동시 및 시동직후에 양호한 밸브타이밍이 되도록 미리 설정된다.
또, 엔진 시동후의 냉기아이들에서는 각 밸브의 리프트타이밍을 진각위치(또는 지각위치)에 제어하기 위해, 각 액추에이터(15) 및 (16)의 록핀(155)을 록 凹부 (157)에서 해제시킬 필요가 있다.
이경우도, 액추에이터(15) 및 (16)의 작동(록핀(155)의 계합해제도 포함)에는 엔진(1)의 윤활유압이 사용되고 있고, 엔진윤활유압은 엔진회전수 및 유보등에 의존해서 변화한다.
상술한 바와 같이, 적어도 냉기아이들상태에서 진각제어(또는 지각제어)를 하는 경우에는 록핀(155)을 해제하기 위한 유압을 발생시킬 필요가 있다.
또, 냉기아이들상태에서의 진각제어(또는 지각제어)가 종료된 후에는 액추에이터(15) 및 (16)를 록위치에 제어한다.
이때, 록 해제용의 유압을 보존해서, 록위치 부근에서의 피드백제어를 실행해도 되고 록위치에서 록핀(155)을 계합시켜도 된다.
이 상태에서 차량을 주행시키기 위해 엑셀을 밟으면, 엔진회전수가 상승하므로, 록상태가 해제되고 엔진(1)의 운전상태에 따른 지각위치 또는 진각위치(록위치가 아닌)에서의 제어도 가능해진다.
즉, 도 1에서 액추에이터(15),(16)는 시동시에는 최진각과 최지각과의 사이의 위치에서 록되고, 시동후의 냉기아이들상태에서는 촉매승온효과를 갖는 위치 즉 기계적정지위치의 진각측(또는 지각측)에 제어된다.
또, ECU(21A)는 냉기아이들상태에서의 최진각(또는 최지각)제어에서, 캠각센서(17),(18)에 의해 검출되는 크랭크샤프트와 캠샤프트(15C) 및 (16C)와의 위상차(상대위상)를 기준위치로서 학습하고, 밸브타이밍제어실시시의 위치제어성을 향상시킨다.
기준위치를 학습함으로서, ECU(21A)는 엔진(1)의 난기후에 최진각과 최지각사이에서 상대위상을 제어해서 위치제어성을 높이도록 되어 있다.
또, ECU(21A)는 엔진(1) 난기후에도, 기준위치가 미학습이면 냉기아이들시와 같이 상대위상을 최진각(또는 최지각)제어해서 기준위치를 학습한다. 또 난기시의 제어방향과 동일방향에 설정된다.
다음에 전술한 도 7~도 14와 함께, 도 2의 플로차트를 참조하면서 도 1에 표시한 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 제어동작에 대해 설명한다.
여기서는, 대표적으로 기준위치의 학습시에 최진각제어하는 경우를 표시하 고 있다.
도 2의 처리루틴을 ECU(21A)내에서 소정타이밍마다에 실행된다. 도 2에서 우선 ECU(21A)는 엔진(1)의 운전상태가 시동상태 또는 엔진스톱상태인지 아닌지를 판정한다(스텝 S1).
스텝 S1에서, 엔진(1)이 시동상태 또는 엔진스톱상태(즉, YES)라고 판정되면, OCV(19) 및 (20)의 코일(193)에 대한 공급전류를 최소전류치(MIN)가 설정한(스텝 S6), 도 2의 처리루틴을 빠져나간다.
최소전류치 MIN는 무통전치(=OmA)라도 되나, 다음회의 동작용의 대기전류로서, 100mA정도로 설정해두는 것이 바람직하다.
한편, 스텝 S1에서, 시동상태 또는 엔진스톱상태가 아니(즉, NO)라고 판정되면, 계속해서 엔진(1)이 아이들상태인지의 여부를 판정한다(스텝 S2).
이때 스텝 S2에서의 아이들판정은 주지하는 바와 같이, 아이들스위치의 온오프, 또는 스로틀개도가 전폐인지 아닌지에 의해 실시된다.
스텝 S2에서, 엔진(1)이 아이들상태가 아니라(즉, NO)고 판정되면, 스텝 S7(후술한다)로 진행하고, 아이들상태이(즉, YES)라고 판정되면 계속해서 엔진(1)이 냉기상태인지 아닌지를 판정한다(스텝 S3).
여기서, 냉기상태라는 것은 예를 들면 엔진(1)의 냉각수온 Tw(검출 또는 추측되는)가 소정온도(난기온도에 대응한 40℃)이하를 표시하는 상태에 있다.
냉각수온 Tw가 소정온도이하의 냉기상태에서는, 촉매를 조기에 승온시켜서 활성화시킬 필요가 있다.
스텝 S3에서, 냉각수온 Tw가 소정온도이상(난기상태)이고 엔진(1)이 냉기상태가 아니(즉, NO)라고 판정되면, 스텝 S9(후술한다)로 진행한다.
또, 스텝 S3에서 냉각수온 Tw가 소정온도이하이고, 엔진(1)이 냉기상태라고(즉, YES)판정되면 액추에이터(15) 및 (16)를 진각측의 기계적정지위치에 설정해서 캠각의 상대위상을 최진각으로 제어한다(스텝 S4).
스텝 S4에서는, 배기측의 OCV(20)의 전류가 최소치 MIN에 설정되고 흡기측의 OCV(19)의 전류가 최대치에 설정되는가 또는 목표진각량이 최진각위치가 되도록 설정된다.
상기 최진각제어(스텝 S4)에 계속해서, 최후에 최진각위치에서의 크랭크샤프트와 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 위상차를 기준위치로 해서 학습해서(스텝 S5), 도 2의 처리루틴을 종료한다.
이 학습스텝 S5는 크랭크각과 캠각과의 위상차의 검출치가 최진각위치에 달한 것을 확인하거나, 또는 확실하게 최진각위치에 달한다고 보여지는 시간만큼 대기한후에 실행되는 것이 바람직하다.
또, 냉기아이들시에 스텝 S4에 의해 최진각위치에 제어하는 이유는, 배기밸브의 개방시작의 타이밍을 빠르게함으로서 연소도중의 고온의 연소가스를 배기관 (10)에 배출해서 촉매(12)의 승온촉진효과를 얻어 배기가스를 저감시킬 수가 있다.
또, 밸브타이밍의 최진각제어는, 배기측반응 대상으로 해도되나, 흡기측도 동시에 최진각제어 대상으로 하면 밸브오버랩기간을 확대하지 않고, 배기밸브의 개방개시를 빨리 할 수 있으므로, 아이들안정성을 확보하면서 촉매(12)의 승온효과가 얻어진다는 메릿이 있다.
한편, 도 2내의 스텝 S2에서, 엔진(1)이 아이들상태가 아니라고(즉, NO)판정되면, 계속해서 기준위치가 학습필인(한번이라도 학습한)것인가의 여부를 판정한다 (스텝 S7).
스텝 S7에서, 기준위치가 학습필이라고(즉, YES)판정되면 엔진(1)의 운전상태(예를 들면 화전수나 부하)에 따른 최적한 밸브타이밍제어를 하기 위해 운전상태에 따른 보간맵을 참조해서 목표진각량을 제어하고(스텝 S8), 도 2의 처리루틴을 종료한다.
스텝 S8에서는, ECU(21A)내의 ROM에 맵데이터로서 기억된 목표위치가 되도록 피드백제어가 실행된다.
전술한대로 목표진각위치의 참조맵은, ECU(21A)내의 ROM에 미리 기억되어 있고 맵데이터는 엔진회전수 및 엔진부하에 의해 보간되도록 되어 있다.
또, 스텝S7에서 기준위치가 미학습이라(즉, NO)고 판정되면, 전술한 스텝 S4,S5로 진행하고 최진각제어를 실시하는 동시에 기준위치를 학습한다.
한편, 스텝 S3에서 냉기상태가 아니라(즉, NO)고 판정되면, 계속해서 기준위치가 학습필인지의 여부를 판정해(스텝 S9) 학습필이라(즉, YES)고 판정되면, 목표진각량을 중간록위치에 제어해서(스텝 S10), 도 2의 처리루틴을 종료한다.
스텝(S10)에서 중간록위치는 시동시의 시동성에 적합한 밸브타이밍에 설정되어 있고, 아이들안정성에도 적합하므로 아이들시의 회전변동을 작게 할 수가 있다.
또, 스텝 S9에서 기준위치가 미학습이(즉, NO)라고 판정되면 전술한 스텝 (S4),(S5)으로 진행한다.
스텝 S5에서 기억된 기준위치(학습치)는 일단학습되면 차탑재배터리가 이탈되어 ECU(21A)내의 백업전원이 차단되지 않는 한 보존된다.
따라서 다음번의 엔진시동후에 난기상태에 있는데도 불구하고 최진각제어 및 학습(스텝 S4,S5)을 반복한다는 쓸데없는 처리를 회피 할 수가 있다.
이와 같이, 엔진(1)의 냉기아이들시에는 촉매(12)의 조기승온활성화를 위해 밸브타이밍을 최진각제어해서, 그때의 최진각위치를 기준위치로 해서 학습 할 수가 있다.
또, 엔진(1)의 난기후에 배터리가 이탈되어 학습필의 기준위치가 되는 것 등에 의해, 미학습상태가 된 경우에는 강제적으로 최진각위치에 제어해서, 기준위치를 재학습 할 수가 있다.
이로인해, 통상의 엔진운전상태의 최적 밸브타이밍제어시에 제어성이 향상되므로 엔진성능을 충분히 발휘시킬 수가 있다.
또 도 1에서는 흡기용 및 배기용에 각 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 양쪽에 액추에이터(15) 및 (16)를 설치하였으나, 한쪽의 캠샤프트(15C) 및 (16C)에 대응한 액추에이터(15) 또는 (16)만을 설치해도 된다.
또, 액추에이터(15) 및 (16)로서 도 9~도 11과 같이 하우징(151)내에서 위상변경용의 베인(152)을 회전이동시키는 타입을 사용하였으나, 해리컬타입등 다른 액추에이터를 사용해도 된다.
또, 도 2에서는 냉기아이들시에 기준위치를 학습하기 위해 밸브타이밍을 최진각위치에 제어하였으나, 엔진(1)의 설계사양에 의해서는, 최지각위치에 제어해도 된다.
예를 들어, 엔진(1)에 의해서는, 냉기아이들시에 밸브타이밍을 지각측에 제어함(특히, 배기밸브의 개방동작의 완료타이밍을 늦게 설정한다)으로서 연소가스가 실린더내에 재흡입되고, 연소온도가 저하해서 배기온도가 상승하는 것이다.
따라서, 이종류의 엔진의 경우에는 도 2내의 스텝 S4대신에, 냉기아이들시에 최지각제어해서 촉매(12)의 승온을 촉진시키는 동시에, 최지각위치를 기준위치로서 학습하게 된다.
또 냉기아이들시에 밸브타이밍을 최지각제어 할때는 난기후에 기준위치를 학습 할때에도 최지각제어가 실시된다.
이로서 엔진(1)의 냉기시와 난기시의 거동차를 작게 할 수가 있다.
이와 같이, 냉기아이들시에, 밸브타이밍을 최진각위치(또는 최지각위치)에 제어해서 기준위치를 학습함으로서, 촉매(12)의 조기활성화를 실현함으로서 캠각의 제어정밀도를 향상시킬 수가 있다.
또 난기후에는 학습치(기준위치)를 사용해서 제어하고, 난기후에도 학습치가 미학습인 경우에는 마찬가지로 밸브타이밍을 최진각(또는 최지각)제어해서 기준위치를 학습 할 수가 있다.
실시의 형태2.
또, 상기 실시의 형태 1에서는, 스텝 S7 또는 S9에서 기준위치가 학습필이 아니라고(즉, NO)판정된 경우에, 최진각(또는 최지각)제어에 의한 기준위치를 학습처리(스텝 S4,S5)만을 실행하였으나, 엔진(1)의 제어(연료분사제어, 점화시기제어 등)를 추가해도 된다.
이경우, ECU(21A)는 난기시에 최진각위치(또는 최지각위치)에 제어한 경우 엔진(1)의 회전변동이 발생하는 경우가 있으므로, 연료점화 등을 제어해서 회전변동 및 엔진스톱 등을 방지하도록 되어 있다.
이하, 기준위치가 미학습인 경우에 엔진제어처리를 추가한 본 발명의 실시의 형태 2에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트이고,전술(도 2참조)과 같은 처리에 대해서는 같은 부호를 붙혀서 상술을 생략한다.
도 3에서 스텝 S2에 있어서 아이들상태가 아니(즉, NO)라고 판정되고, 다시 스텝 S7에서 기준위치가 미학습이라고(즉, NO)판정된 경우에는 엔진(1)의 출력제어 (스텝 S11)를 실행하는 동시에 학습스텝(S4),(S5)을 실행한다.
마찬가지로 스텝(S3)에서 냉기상태가 아니라고(즉, N0)판정되고 또 스텝 S9에서 기준위치가 미학습이라고(즉, NO)판정된 경우도, 엔진(1)의 출력제어(스텝 S1)를 실행하는 동시에 학습스텝(S4),(S5)을 실행한다.
스텝(S11),(S12)에서의 엔진출력제어 또는 연료, 점화, ISC 또는 스로틀개도등의 변경이 포함된다.
즉, ECU(21A)는 난기상태에서의 기준위치의 학습기억시에 엔진(1)의 연료량, 점화시기, ISC 및 스로틀개도의 적어도 하나를 제어하고, 학습기억용의(최진각측 또는 최지각측에의)제어전의 상태와 같도록 엔진(1)의 출력토크를 변경한다.
이와 같이 냉기아이들시에는 최진각위치를 기준위치로 해서 학습하고(스텝 S4,S5), 통상제어시에는 학습치(기준위치)를 사용해서 맵제어하고(스텝 S8), 난기시에는 최진각과 최지각의 중간위치에 제어하고(스텝 S10), 기준위치가 미학습인 경우에는 기준위치를 학습하는 동시에, 회전변동이나 엔진스톱을 회피하기 위한 출력제어(스텝 S11,S12)를 실행한다.
일반적으로 배기측의 밸브타이밍을 진각측에 제어하면 밸브개방축의 타이밍이 빨라져 실팽창행정이 단축되므로, 크랭크샤프트의 회전력이 되어 전달되는 연소에너지가 감소하고, 회전변동이나 엔진스톱이 발생 할 염려가 있다.
그래서, 회전변동이나 엔진스톱의 발생을 회피하기 위해, 상기 스텝(S11), (S12)에서 예를 들면 연료의 중량제어(공연비 A/F의 리치화), 점화시기의 진각제어, ISC개도의 중대제어 또는 전자스로틀개도의 중대제어에 의해 엔진(1)의 발생토크를 변경한다.
이때, 배기측의 최진각제어와 동시에, 흡기측의 밸브타이밍도 최진각제어함으로서 밸브오버랩기간을 확대하는일 없이 배기밸브의 개방시기를 빨리 할 수 있으므로, 밸브오버랩 확대에 의한 내부 EGR량의 증가에 기인한 토크저하를 방지 할 수가 있다.
또, 스텝(S4)의 최진각제어 대신에 최지각제어하는 경우에도, 연소가스의 재흡입에 의해 엔진 발생토크가 저하하는 염려가 있으므로 상기와 같이 출력토크제어 (스텝 S11,S12)를 실행함으로서, 회전변동을 제어해서 엔진스톱을 회피 할 수가 있다.
실시의 형태 3.
또, 상기 실시의 형태 1에서는, 냉기아이들시의 최진각(또는 최지각)제어중의 캠각센서(17),(18)의 검출치(기준위치)만을 학습기억했으나, 통상제어중에 밸브오버랩량을 작게하는 방향으로 제어되었을때의 캠각센서(17),(18)의 검출치를 제2의 기준위치로서 학습기억해도 된다.
이경우, ECU(21A)는 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 상대위상이 통상의 맵제어(스텝 S8)되어 있을때에 흡배기밸브의 오버랩량을 작게하는 방향(예를 들면 최지각측)에 상대위상이 제어되었을때의 캠각센서(17),(18)의 검출치를 기준위치로서 학습기억하도록 되어 있다.
즉, 엔진(1)이 냉기상태로, 캠샤프트(15C) 및 (16C)의 상대위상이 난기상태시보다도 진각측(또는 지각측)에 제어되고 있을때 밸브오버랩량이 크게 되는 방향에 있는 경우에는 통상제어상태에서의 오버랩량을 작게하는 방향의 최지각측(또는 최진각측)에 상대위상을 제어했을때의 검출치(제2의 기준위치)를 학습기억한다.
일반적으로 밸브오버랩량이 작은쪽이 아이들안정성 및 내부 EGR량이 저하해서 연소가 안정되므로, 내엔진스톱등에 대해 유리한 것이 알려져 있다.
또 전술한 바와 같이 OCV(19),(20)는 무통전시에는 스프링(194)에 의해 도 12의 상태로 되어 있다.
도 12의 상태에서 밸브오버랩량이 최소가 되는 유로구성으로 함으로서, OCV(19),(20)의 단선고장발생시에도 아이들불안정상태 또는 엔진스톱상태등이 발생하는 일이 없이 페일세이프측에 작용시킬 수가 있다.
따라서 페일세이프측을 기준측으로 했을때의 위치를 학습하고 제어하는 것이 바람직하다.
구체적으로는 기준위치의 학습기억시에서의 제어방향이 최진각측에 설정되었을때는 통상제어중에서의 흡기밸브측의 최지각위치를 제2의 기준위치로서 학습기억한다.
전술한 바와 같이 엔진(1)의 냉기시에는 촉매(12)의 활성화촉진을 위해, 흡배기밸브가 양쪽 모두 최진각제어(스텝 S4)되어 있다. 이때 배기측에서는 최진각측이 밸브오버랩량을 최소화하는 방향이고, 페일세이프측에 작용하므로 특히 문제는 생기지 않는다.
그러나, 흡기측에서는 최지각측이 밸브오버랩량을 최소화하는 페일세이프측이 되므로 최지각측을 제2의 기준위치로서 학습하고 위상각제어를 실행한 쪽이 좋다.
이하, 통상제어중에 제2의 기준위치를 학습기억하도록 한 본 발명의 실시의형태 3에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트이고, 전술(도 2, 도 3참조)와 같은 처리에 대해서는 동일부호를 붙여서 상술을 생략한다.
도 4에서 우선 스텝 S7에서 기준위치가 학습필이라고(즉, YES)라고 판정되면 목표진각량을 운전상태에 따른 최적의 목표위치에 추종하도록 실진각량을 맵제어(스텝 S8)하는 동시에 목표진각량이 최지각위치인가를 판정한다(스텝 S13).
스텝(S13)에서 실진각량도 최지각위치에 추종해서 제어되어 있다고(즉, YES)고 판정되면, 최진각위치의 검출치를 제2의 기준위치로해서 학습기억하고(스텝 S14), 도 4의 처리루틴을 종료한다.
또 스텝 S13에서 실진각량이 최지각위치에 제어되어 있지 않다고(즉, NO)판정되면 스텝(S14)를 실행하지 않고, 도 4의 처리루틴을 종료한다.
이하, ECU(21A)는 냉기아이들상태로 학습기억한 기준위치뿐아니라, 제2의 기준위치를 사용해서 각 밸브의 제어연산을 실행한다.
여기서, 목표진각량에의 실진각량의 추종제어(스텝 S8)에서 기준위치의 변화에 따른 변경이 생기지 않는 쪽이 제어를 심플화해서 프로그램작성공수 등을 적게 할 수가 있다.
이하 제어프로그램의 심플화 및 작성공수의 저감을 실현한 경우의 스텝 S8에 의한 구체적인 처리동작에 대해서 설명한다.
우선, 도 4내의 스텝 S4 및 S5과 같이, 최진각위치를 기준위치로해서 학습기억된 경우, 실진각량을 Ra, 캠각센서에 의한 검출진각량을 Sa, 액추에이터의 작동각을 Da, 최진각학습치를 La라고 하면, 실진각량 Ra는 이하의(1)식과 같이 산출된다.
Ra=Sa+Da-La ···(1)
(1)식에서 작동각 Da는 VVT액추에이터(16),(16)의 최진각측에서 최지각측까지의 각도이다.
한편, 최진각위치가 아니고, 최지각위치를 기준위치로서 학습기억 한 경우, 최지각학습치를 Lr라고 하면, 실진각량 Ra는 아래의 (2)식과 같이 산출된다.
Ra=Sa-Lr ···(2)
상기(1)식,(2)식과 같이 실진각량 Ra의 산출방법을 변경하는 것만으로 그 이후의 제어를 변경 할 필요는 없다.
즉, 흡기측의 위상제어에서 최진각학습치 La가 학습필이고 또 최지각학습치 Lr가 학습미완료인 경우에는, 상기 (1)식을 사용해서 실진각량 Ra를 산출한다.
또, 최진각학습치 La 및 최지각학습치 Lr의 양쪽 모두 학습완료하고 있을때는, 상기 (2)식을 사용해서 실진각량 Ra를 산출한다.
또, 상기(1)식 및 (2)식에서 검출진각량 Sa는 크랭크각(Ac) 및 캠각(Acam)을 사용해서 아래의 (3)식으로 표시된다.
Sa=Ac-Acam ···(3)
(3)식에서, 크랭크각(Ac) 및 캠각(Acam)은, 크랭크각센서(14)의 검출펄스의 하강시간과, 캠각센서(17),(18)의 검출펄스의 상승시간을 각각 각도로 변환된 값이고, ECU(21A)내의 타이머계측에 의해 얻어진다.
본래는, 밸브오버랩량이 작아지는 측의 페일세이프측을 기준위치로서 학습해서 진각제어를 실행해야 하나, 반페일세이프측을 기준위치로서 학습해서 진각제어를 실행해도 페일세이프측을 미학습시의 제어정밀도를 향상시킬 수가 있다.
또, 상술한대로, 실진각량 Ra를 연산하기 위한 (1)식 및 (2)식을 변경하는 것만으로, 그 이후의 제어(예를 들면 PD제어 등)는 동일제어로 되므로, 제어가 심플이고, 프로그램의 개발공수를 저감시킬 수가 있다.
실시의 형태 4.
또 상기 실시의 형태 1에서는 냉기아이들시에 엔진(1)의 제어상태에 대해 특히 언급하지 않았으나 냉기아이들시에 기준위치의 학습처리에 대해 엔진회전수를 업제어해도 된다.
이하, 냉기아이들시에 엔진회전수를 업제어 한 본 발명의 실시의 형태 4에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 제어동작을 표시하는 플로차트이고, 전술(도 2~도 4참조)과 같은처리에 대해서는, 동일부호를 붙혀서 상술을 생략한다.
도 5에서 스텝 S3에서 냉기아이들상태이(즉, YES)라고 판정되면 기준위치의 학습기억(스텝 S4,S5)을 실행할 뿐아니라, 아이들회전수의 업제어(스텝 S15)를 실행하고 아이들회전수를 통상보다 높게한다.
이와 같이, 냉기아이들시에 아이들회전수를 업시킴으로서, 배기가스량이 증가해서 열량이 증가하므로, 촉매(12)의 활성화가 촉진된다.
따라서 밸브타이밍의 진각측제어(스텝 S4)와 합쳐서, 상기 스텝(S15)을 실행하므로서 더욱 촉매승온촉진효과를 나타낸다.
실시의 형태 5.
또, 상기 실시의 형태 4에서는 아이들회전수의 업제어(스텝 S15)를 실행하였으나, 스텝 S15대신에 점화시기의 리터드제어를 실행해도 된다.
이와 같이 냉기아이들시에 점화시기를 리터드제어함으로서 배기가스의 온도가 상승하므로, 전술한 바와 같이 촉매활성화를 더욱 촉진시킬 수가 있다.
또 스텝 S15대신에 연료량의 감량제어(A/F 린화)를 실행해도 된다.
이와 같이, A/F를 린화함으로서, 엔진(1)에서 배출되는 유독가스(THC)량을 감소시킬 수가 있다.
또, 밸브타이밍의 진각제어(스텝 S4)에 대해 상기 아이들회전수의 업제어(스텝 S15)뿐 아니라, 점화시기의 리터드제어 및 연료량의 감량제어(A/F린화)등을 임으로 조합해서 실행하면 각각의 효과가 중첩되는 것을 말할것도 없다.
또 전술한대로, 엔진(1)의 사양에 의해서는 냉기아이들시에 지극측에 제어한쪽이 촉매(12)의 승온촉진효과를 갖는 것이 있으므로, 냉기아이들시 및 기준위치 미학습시에 최지각위치제어해서 기준위치를 학습기억하고, 최지각위치를 기준위치로 해서 진각제어를 실행해도 된다.
이상과 같이, 본 발명의 청구항 1에 의하면, 내연기관의 운전상태를 검출하는 센서수단과, 내연기관의 크랭크샤프트의 회전에 동기해서 내연기관의 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동하는 흡기용 및 배기용의 캠샤프트와 흡기용 및 배기용의 캠샤프트의 적어도 한쪽에 결합된 액추에이터와 액추에이터를 구동하기 위한 유압을 공급하는 유압공급장치와 내연기관의 운전상태에 따라, 유압공급장치에서 액추에이터에의 공급유압을 제어하고 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대위상을 변경하는 제어수단과 크랭크샤프트의 회전위치를 검출하는 크랭크각센서와 캠샤프트의 회전위치를 검출하는 크랭크각센서와 캠샤프트의 회전위치를 검출하는 캠각센서를 구비하고, 액추에이터는 상대위상의 변경범위를 설정하기 위한 지각유압실 및 진각유압실과 상대위상을 변경범위내의 록위치에 설정하기 위한 록기구와, 유압공급장치에서 공급되는 소정유압에 응답해서 록기구를 해제하기 위한 록해제기구를 소유하고, 제어수단은 내연기관의 운전상태가 시동시를 표시하는 경우에는 록기구를 구동해서 상대위상을 록위치에 제어하고, 내연기관의 운전상태가 시동후를 표시하는경우에는 록해제기구에 의해 록기구를 해제하는 동시에, 유압공급장치에서 지각유압실 및 진각유압실에의 공급유압을 제어해서 상대위상의 지각제어 및 진각제어를 실행하고, 운전상태가 냉기아이들상태를 표시하는 경우에는, 상대위상을 최진각측 또는 최지각측에 제어하는 동시에, 최진각측 또는 최지각측에서의 크랭크각센서의 검출치와 캠각센서의 검출치의 상대위상차를 기준위치로서 학습기억하도록 하였으므로 아이들제어성을 안정시켜서 회전변동 및 엔진스톱의 발생을 방지하는 동시에 유해배기가스의 저감을 실현한 내연기관의 밸브타이밍제어장치가 얻어지는 효과가 있다.
또, 본 발명의 청구항 2에 의하면 청구항 1에서, 제어수단은 냉기아이들상태에서의 캠샤프트의 제어방향을 내연기관의 배기가스온도가 상승하도록 설정하도록 하였으므로 확실하게 유해가스의 저감을 실현한 내연기관의 밸브타이밍제어장치가 얻어지는 효과가 있다.
또 본 발명의 청구항 3에 의하면 청구항 1 또는 청구항 2에서, 제어수단은, 운전상태가 난기상태를 표시할때에 기준위치가 학습기억되어 있지 않은 경우에는 캠샤프트의 상대위상을 최진각측에 제어해서 크랭크각센서의 검출치와 캠각센서의 검출치와의 상대위상차를 기준위치로 해서 학습기억하도록 하였으므로 난기후에 기준위치가 미학습인 경우에도 기준위치를 학습 할 수 있는 내연기관의 밸브타이밍제어장치가 얻어지는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 내연기관의 운전상태를 검출하는 센서수단과, 상기 내연기관의 크랭크샤프트의 회전에 동기해서 상기 내연기관의 흡기용 및 배기용의 각 밸브를 구동하는 흡기용 및 배기용의 캠샤프트와, 상기 흡기용 및 배기용의 캠샤프트의 적어도 한쪽에 결합된 액추에이터와, 상기 액추에이터를 구동하기 위한 유압을 공급하는 유압공급장치와, 상기 내연기관의 운전상태에 따라 상기 유압공급장치에서 상기 액추에이터의 공급유압을 제어하고, 상기 크랭크샤프트에 대한 상기 캠샤프트의 상대위상을 변경하는 제어수단과, 상기 크랭크샤프트의 회전위치를 검출하는 크랭크각센서와, 상기 캠샤프트의 회전위치를 검출하는 캠각센서를 구비하고, 상기 액추에이터는 상기 상대위상의 변경범위를 설정하기 위한 지각유압실 및 진각유압실과, 상기 상대위상을 상기 변경범위내의 록위치에 설정하기 위한 록기구와, 상기 유압공급장치에서 공급되는 소정유압에 응답해서 상기 록기구를 해제하기 위한 록해제기구를 소유하고, 상기 제어수단은, 상기 내연기관의 운전상태가 시동시를 표시하는 경우에는, 상기 록기구를 구동해서 상기 상대위상을 상기 록위치에 제어하고, 상기 내연기관의 운전상태가 시동후를 표시하는 경우에는 상기 록해제기구에 의해 상기 록기구를 해제하는 동시에 상기 유압공급장치에서 상기 지각유압실 및 상기 진각유압실에의 공급유압을 제어해서 상기 상대위상의 지각제어 및 진각제어를 실행하고 상기 운전상태가 냉기아이들상태를 표시하는 경우에는 상기 상대위상을 최진각측 또는 최지각측에 제어하는 동시에 상기 최진각측 또는 최지각측에서의 상기 크랭크각센서의검출치와 상기 캠각센서의 검출치와의 상대위상차를 기준위치로 해서 학습기억하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브타이밍제어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은, 상기 냉기아이들상태에서의 상기 캠샤프트의 제어방향을, 상기 내연기관의 배기가스온도가 상승하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브타이밍제어장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은, 상기 운전상태가 난기상태를 표시할때에 상기 기준위치가 학습기억되어 있지 않을때는, 상기 캠샤프트의 상대위상을 상기 최진각측 또는 상기 최지각측에 제어해서, 상기 크랭크각센서의 검출치와, 상기 캠각센서의 검출치와의 상대위상차를 상기 기준위치로서 학습기억하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브타이밍제어장치.
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