KR20070039717A

KR20070039717A - 소음 저감형 ｐｃｖ 밸브 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20070039717A
Application number: KR1020050094919A
Authority: KR
Inventors: 정원조
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2007-04-13

Abstract

본 발명은 소음저감형 PCV 밸브 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 수동식 PCV의 밸브에 있어서 저 RPM시 엔진의 강한 부압에 의해 PCV 밸브가 닫히면서 밸브 바디와의 접촉으로 인한 충격음이 발생하는 것을 개선하기 위해 자기유변유체(Magneto-rheological fluid: 이하 'MR 유체' 라고 함)를 이용하여 차량의 부압조건에 맞는 블로바이 가스량을 최적화하여 배기가스(emission)를 향상시키고, 정밀한 제어를 통한 밸브의 충격음을 최소화 할 수 있도록 한 소음저감형 PCV 밸브 및 그 제어방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 양단부에 유입구 및 배출구가 형성된 밸브몸체와; 상기 배출구의 내부에 설치된 압력센서와; 상기 밸브몸체의 내부에 장착된 MR유체 실(seal)과; 축방향으로 왕복이동 가능하도록 상기 MR유체 실의 내부에 장착된 솔레노이드밸브와; 상기 솔레노이드밸브의 이동을 감쇠시키도록 상기 MR유체 실의 내부에 설치된 제1스프링과; 상기 밸브몸체의 배출구를 개폐하도록 상기 솔레노이드밸브에 축설된 개폐도어; 상기 압력센서의 입력신호를 받아 솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 ECU; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소음저감형 PCV 밸브 및 그 제어방법을 제공한다.

PCV 밸브, 솔레노이드밸브, MR유체, 스프링, 압력센서, ECU

Description

소음 저감형 ＰＣＶ 밸브 및 그 제어방법{Positive Crank case Ventilation valve for decreasing noise}

도 1은 종래기술에 따른 PCV 밸브의 구성을 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브의 작동상태를 나타내는 단면도.

도 4는 MR 유체(Magneto-Rheological Fluid)의 특성을 나타내는 개략도.

도 5는 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브의 제어흐름을 나타내는 플로우 차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : MR유체 11 : 솔레노이드밸브

11a : 플런저 11b : 코일부

12 : ECU 13 : 밸브몸체

14 : MR유체 실 15 : 제1스프링

15a : 지지대 16 : 제2스프링

16a : 지지대 17 : 유입구

18 : 배출구 19 : 압력센서

20 : 가스통로 21 : 개폐도어

일반적으로 자동차의 엔진에는 블로바이 가스를 대기로 방출시키지 않고 재연소시키기 위해 크랭크 케이스에서 흡기계통으로 다시 보내는 블로바이 가스 환원장치 즉, PCV밸브를 설치하고 있다.

종래의 PCV밸브는 도 1에 도시한 바와 같이 크랭크 케이스와 연결된 파이프(100)와, 블로바이 가스의 개도량을 조절하는 밸브(101)와, 흡기 매니폴드와 연결되며 내부에 밸브 및 스프링(102)이 삽입된 바디(103)와, 상기 바디, 밸브 및 파이프를 둘러쌓고 있는 커버(105)로 구성되어 있다.

상기 스프링(102)은 밸브(101)의 외주면에 삽입되고, 상기 바디(103)에는 블 로바이 가스가 흡기매니폴드로 배출되도록 파이프 형태의 배출구(103a)가 형성되며, 배출구(103a) 내부 끝단에는 스프링 쿠션(104)이 밸브(101)와 이격되게 설치되어 밸브(101)가 닫힐 때 충격을 완화시킨다.

이와 같은 구성에 의해, 종래의 PCV 밸브는 저 RPM(High In-mani Vaccum)시 엔진 부압이 높아 PCV밸브를 흡기 매니폴드 방향으로 끌어당겨 밸브(101)가 닫혀 블로바이 가스량을 적게 유입 및 통과시키고, 고 RPM(Law In-mani Vaccum)시 엔진 부압이 낮아 스프링(102)의 복원력에 의해 PCV 밸브를 개방하여 블로바이 가스를 다량으로 유입 및 통과시키게 된다.

그러나, 저 RPM시 엔진의 강한 부압에 의해 PCV 밸브가 닫히면서 바디와의 접촉으로 인한 충격음이 발생하고, 특히 차량별 부압 조건의 차이에 의한 PCV 밸브의 충격소음이 다르므로 기존의 수동적인 방식으로는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 저 RPM 시 즉 엔진 부압이 높아 피스톤을 흡기 매니폴드 쪽으로 끌어 당길시에는 압력센서의 값을 통해 ECU에서 코일에 적합한 전류를 공급하여 MR 댐퍼를 이용한 능동형 정밀제어가 가능함으로써, 차량별 엔진별로 상이한 엔진부압에 따라 최적의 블로바이 가스를 제공하고, 정밀 제어를 통해 밸브와 바디의 접촉에 의한 충격음을 예방할 수 있도록 한 소음저감형 PCV 밸브 및 그 제어방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소음 저감형 PCV 밸브에 있어서,

양단부에 유입구 및 배출구가 형성된 밸브몸체와; 상기 배출구의 내부에 설치된 압력센서와; 상기 밸브몸체의 내부에 장착된 MR유체 실(seal)과; 축방향으로 왕복이동 가능하도록 상기 MR유체 실의 내부에 장착된 솔레노이드밸브와; 상기 솔레노이드밸브의 이동을 감쇠시키도록 상기 MR유체 실의 내부에 설치된 제1스프링과; 상기 밸브몸체의 배출구를 개폐하도록 상기 솔레노이드밸브에 축설된 개폐도어; 상기 압력센서의 입력신호를 받아 솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 ECU; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 MR유체 실의 내부에는 MR(Magneto-rheological)유체가 충진된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 솔레노이드밸브는 축방향으로 왕복이동하는 플런저와, 자속을 발생시키는 코일부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 솔레노이드밸브는 이동을 감쇠시키도록 상기 밸브몸체의 배출구의 내부에 설치된 제2스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 시동키를 온시키는 단계와; 상기 배출구의 내부에 설치된 압력센서가 흡기 매니폴드의 압력값을 감지하여 ECU에 신호입력하는 단계와; ECU가 압력센서의 신호를 입력받아 설정된 압력값과 비교하여 엔진부압에 의한 압력값이 증가 또는 감소하는지를 판단하는 단계와; 상기 압력값이 증가하는 경우에는 ECU가 압력값에 따른 전류를 제어하여 솔레노이드밸브를 작동시키는 단계와; 상기 압력값이 감소하는 경우에는 ECU가 전류를 차단하여 솔레노이드밸브를 정지시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소음 저감형 PCV 밸브.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브를 나타내는 단면도이고, 도 4는 MR 유체(Magneto-Rheological Fluid)의 특성을 나타내는 개략도이다.

본 발명은 기존의 수동적인 방식의 한계를 벗어나기 위해 MR유체(10)를 이용하여 차량의 부압조건에 맞는 블로바이 가스량을 최적화하여 배기가스(EMISSION)를 향상시키고, 정밀한 제어를 통한 밸브의 충격음을 최소화한 소음저감형 PCV 밸브에 관한 것이다.

본 발명은 저 RPM 시 즉 엔진 부압이 높아 솔레노이드밸브(11)를 흡기 매니폴드 쪽으로 끌어 당길시에는 압력센서의 값을 통해 ECU(12)에서 코일에 적합한 전류를 공급하여 MR 댐퍼를 이용한 능동형 정밀제어가 가능하도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명은 밸브몸체(13)와, 밸브몸체(13) 내부에 장착된 MR유체 실(14)과, 이 MR유체 실(14)의 내부에 왕복이동 가능하게 장착된 솔레노이드밸브(11)와, 이 솔레노이드밸브(11)의 이동을 감쇠하는 제1 및 제2스프링(15,16)으로 구성되어 있다.

상기 밸브몸체(13)는 양단에 유입구(17) 및 배출구(18)가 형성되어 크랭크 케이스에서 흡기 매니폴드로 보내는 블로바이 가스의 양을 조절하게 된다.

이때, 상기 유입구(17) 및 배출구(18)의 내부에는 블로바이 가스의 출입이 가능하도록 중공부가 형성되어 있고, 유입구(17)는 크랭크 케이스와 연결되고, 배출구(18)는 흡기 매니폴드와 연결되어 있다.

상기 배출구(18)의 내부에는 압력센서(19)가 설치되어 흡기매니폴드를 통해 엔진의 부압(진공정도)을 측정하게 된다.

상기 밸브몸체(13) 내부에는 MR유체 실(14)(SEAL)이 장착되고, 이 MR유체 실(14)과 밸브몸체(13) 사이에는 블로바이가스가 이동하는 가스통로(20)가 형성되어 있으며, MR유체 실(14)의 내부에는 MR유체(10)가 충진되어 있다.

기존의 수동적인 방식의 한계를 벗어나기 위해 저주파수에서는 충분한 지지강성을 가지면서도 고주파 진동성분을 충분히 차단시킬 수 있는 복합적인 특성을 만족시켜야 하는 바, 최근 선진국을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있는 자기장의 변화에 따라 점성(항복응력)이 변하는 MR(Magneto-rheological)유체(10)를 이용한 반능동 PCV 밸브는 상기한 요건을 만족시키는 데 적합한 특성을 가지고 있다.

이러한 반능동 PCV 밸브는 수동형 유체봉입 PCV 밸브보다 성능이 우수할 뿐만 아니라, 많은 기계요소를 사용하지 않고 감쇠력(damping force)조절을 위해 자기장을 가하기 위한 자극판만을 첨가시키면 되므로 장치의 단순화, 경량화 및 소형화가 가능하며, 가격도 저렴하고 고장가능성이 현격히 줄어드는 장점이 있다.

그리고 광범위하고 연속적인 감쇠력을 발생시키고, 소비전력도 수 와트(Watt) 수준으로 낮고 반응속도가 1∼2 m/sec로 빠르며, 항상 시스템으로부터 에너지를 소실(dissipation)시키므로 안정성 문제가 발생하지 않는다는 장점이 있다.

상기 MR유체(10)의 근본적인 특징은 도 4에 도시한 바와 같이 선형점성액체 상태에서 자기장이 가해짐에 따라 순간적인 제어가 가능한 항복강도를 갖는 반고상태로 변할 수 있고, 또 그 반대작용 즉 전기장을 제거하면 원상태로 되돌아 갈 수 있는 능력을 갖는다는 점이다.

또한, ER유체의 빠른 응답속도의 장점은 그대로 가지고 있으면서 낮은 항복 응력, 좁은 사용 온도범위 특히 불순물에 대한 민감성 등의 단점을 극복할 수 있다.

상기 MR유체 실(14)의 내부에는 솔레노이드밸브(11)가 축방향으로 왕복이동 가능하게 설치되고, MR유체(10)에 의해 솔레노이드밸브(11)의 축방향 이동을 정밀하게 제어하게 된다.

상기 솔레노이드밸브(11)는 실질적으로 축방향으로 설치되어 이동하는 플런저(11a)와, MR유체(10)에 자속을 발생시키는 코일부(11b)로 구성되어 있고, MR유체 실(14)의 일단부에 제1스프링(15)이 코일부(11b)와 일정한 간격으로 삽설되어 있다.

상기 플런저(11a)는 원통형이고, 일부는 MR유체(10)의 내부에 삽설되고 일부는 MR유체 실(14)을 관통하여 배출구(18)까지 연장형성되어 있다.

상기 제1스프링(15)은 솔레노이드밸브(11)의 플런저(11a)의 축방향이동을 감쇠시키는 바, 플런저(11a)의 일측에 삽입되고, 제1스프링(15)의 일단부는 MR유체 실(14)의 내벽면에 고정되고, 제1스프링(15)의 타단부는 지지대(15a)에 의해 지지된다.

상기 지지대(15a)는 플런저(11a)에 고정되고, 엔진의 부압으로 배출구(18) 방향으로 솔레노이드밸브(11)가 이동하게 되면 제1스프링(15)을 가압하여 솔레노이드밸브(11)의 작동을 감쇠시키게 된다.

또한, 상기 플런저(11a)에는 지지대(15a)와 일정한 간격으로 개폐도어(21)가 고정되는데, 지지대(15a)는 MR유체 실(14)의 내부에서 플런저(11a)와 함께 이동하지만 개폐도어(21)는 MR유체 실(14)의 외부에서 플런저(11a)와 함께 이동하면서 배출구(18)를 개폐하게 된다.

상기 배출구(18)로 연장된 플런저(11a)의 끝단에는 제2스프링(16)이 삽입되어 솔레노이드밸브(11)의 작동을 감쇠시키는 바, 제2스프링(16)의 일단부는 배출구(16)에 끝단에 고정되고, 제2스프링(16)의 타단부는 지지대(16a)에 의해 고정된다.

상기 지지대(16a)는 플런저(11a)에 고정되고, 엔진의 부압으로 배출구(16) 방향으로 솔레노이드밸브(11)가 이동하게 되면 제2스프링(16)을 가압하여 솔레노이드밸브(11)의 작동을 감쇠시키게 된다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브의 작동상태를 설명하면 다음과 같다. 상기 PCV 밸브의 작동상대를 저 RPM시와 고 RPM시로 나누어 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

저RPM시 : 흡기 매니폴드의 고진공상태(High In-mani Vaccum)

도 3a에 도시한 바와 같이, 엔진 부압이 높아 솔레노이드밸브(11)가 흡기 매니폴드 쪽으로 이동되고, 배출구(18)에 설치된 압력센서(19)의 값을 통해 ECU(12) 에서 솔레노이드밸브(11)의 코일부(11b)에 적합한 전류를 공급하여 MR유체(10)를 이용한 반능동형 정밀제어가 가능하다.

보다 상세하게는, 상기 엔진 부압이 높게 되면 흡기 매니폴드가 진공상태가 되므로, 흡기 매니폴드와 연결된 배출구(18)가 솔레노이드밸브(11)의 플런저(11a)를 흡입하게 되고, 이 흡입력에 의해 플런저(11a)가 배출구(18) 쪽으로 이동하게 된다.

이때, 상기 MR유체 실(14)의 내부에 설치된 제1스프링(15)이 지지대(15a)에 의해 가압되어 압축되고, 배출구(18)에 삽설된 제2스프링(16)도 지지대(16a)에 의해 가압되어 압축되게 된다.

여기서, 상기 솔레노이드밸브(11)는 배출구(18)의 압력값에 따른 전류값을 변환하는 ECU(12)의 작동신호를 받아 MR유체 실(14)의 내부에서 자속을 발생하고, 이 자속의 변화에 의해 MR유체 실(14)의 내부에 충진된 MR유체(10)가 반고체 상태로 변하여, 이 MR유체(10)의 점성(항복강도)에 따라 MR유체 실(14)의 내부에 설치된 지지대(15a)의 이동량을 정밀제어하게 된다.

상기 지지대(15a)를 제어함으써 제1스프링(15)의 감쇠력을 제어 할 수 있고, 제1스프링(15)의 감쇠력을 제어함은 곧 솔레노이드밸브(11)에 부착된 개폐도어(21)의 속도를 제어하는 것을 의미한다.

또한, 상기 배출구(18)에 삽설된 제2스프링(16)은 솔레노이드밸브(11)의 이동에 의해 배출구(18) 방향으로 지지대(16a)에 의해 가압되고, 이는 제1스프링(15)과 함께 감쇠력의 제어를 보완해 주게 된다.

고RPM시 : 흡기 매니폴드의 저진공상태(Low In-mani Vaccum)

도 3b에 도시한 바와 같이, 엔진의 부압이 낮아 상기 제1 및 제2스프링(15,16)의 복원력에 의해 솔레노이드밸브(11)가 개방되어 다량의 블로바이 가스를 통과시킨다.

또한, 상기 솔레노이드밸브(11)의 복원시 제1 및 제2스프링(15,16)의 복원력을 감쇠시키는 MR유체(10)의 특성과 스프링으로 한층 더 완만한 복원력을 발생시키게 된다.

이와 같은 구성에 의해 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브의 제어흐름을 나타내는 플로우 차트이다.

① 배출구의 내부에 삽설된 압력센서(19)가 흡기 매니폴드의 압력값을 감지하여 ECU(12)에 신호를 입력하게 된다.

② 상기 ECU(12)가 압력센서(19)의 입력신호를 받아 설정된 압력값과 비교하여 입력된 압력값이 설정된 압력값보다 크게 되면, 즉 엔진 부압에 의한 압력값이 증가하면 솔레노이드밸브(11)에 작동신호를 보내어 솔레노이드밸브(11)의 개폐도어(21)가 배출구(18)를 폐쇄하게 된다.

이때, 상기 ECU(12)는 입력된 압력값을 전류값으로 변환하여 압력값에 따라 솔레노이드밸브(11)에 전달되는 전류의 크기를 크게 하므로, 자속이 발생하여 MR유체 실(14)의 내부에 충진된 MR유체(10)가 점성이 점점 강해져 MR유체(10) 속에서 제1스프링(15)의 감쇠력을 크게 할 수 있다.

따라서, MR유체(10)를 이용하여 상기 제1스프링(15)에 의한 감쇠력을 정밀하게 제어할 수 있다.

③ 상기 ECU(12)가 압력센서(19)의 입력신호를 받아 설정된 압력값과 비교하여 입력된 압력값이 설정된 압력값보다 작게 되면, 즉 엔진 부압에 의한 압력값이 감소하면 솔레노이드밸브(11)에 전류를 차단하여 솔레노이드밸브(11)의 작동을 정지시킨다.

이때, 상기 ECU(12)에 의해 전류가 차단되어 솔레노이드밸브(11)의 코일부(11b)에서 자속이 발생하지 않으므로, 상기 MR유체 실(14)의 내부에 충진된 MR유체(10)는 반고체상태에서 선형점성액체 상태로 변하여 제1 및 제2스프링(15,16)의 복원력을 감쇠시킴으로써, 더욱 완만한 복원력을 제공하여 소음의 요소를 최소화할 수 있다.

여기서, 상기 ECU(12)에 설정된 압력값은 차량별/엔진별로 상이한 엔진부압에 따라 조정될 수 있다.

따라서, 저 RPM시 차량별 및 엔진별로 상이한 엔진부압에 따른 최적의 블로바이 가스를 제공하며, 정밀 제어를 통한 솔레노이드밸브(11)와 밸브몸체(13)의 접촉에 의한 충격음을 예방할 수 있다.

또한, 고 RPM시 솔레노이드밸브(11)가 개방될 경우에 스프링의 복원력을 감쇠시키는 MR유체(10)의 특성과 스프링으로 한층 더 완만한 복원력을 발생시켜 소음의 요소를 최소화할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 소음저감형 PCV 밸브에 의하면, 저 RPM시 차량별 및 엔진별로 상이한 엔진부압에 따른 최적의 블로바이 가스를 제공하며, 정밀 제어를 통한 밸브와 바디의 접촉에 의한 충격음을 예방할 수 있다.

또한, 고 RPM시 솔레노이드밸브가 개발될 경우에 스프링의 복원력을 감쇠시키는 MR유체의 특성과 스프링으로 한층 더 완만한 복원력을 발생시켜 소음의 요소를 최소화할 수 있다.

Claims

소음 저감형 PCV 밸브에 있어서,

양단부에 유입구 및 배출구가 형성된 밸브몸체(13)와;

상기 배출구의 내부에 설치된 압력센서(19)와;

상기 밸브몸체의 내부에 장착된 MR유체 실(seal)(14)과;

축방향으로 왕복이동 가능하도록 상기 MR유체 실의 내부에 장착된 솔레노이드밸브(11)와;

상기 솔레노이드밸브의 이동을 감쇠시키도록 상기 MR유체 실의 내부에 설치된 제1스프링(15)과;

상기 밸브몸체의 배출구를 개폐하도록 상기 솔레노이드밸브에 축설된 개폐도어(21);

상기 압력센서의 입력신호를 받아 솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 ECU(12);

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소음 저감형 PCV 밸브.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 MR유체 실의 내부에는 MR(Magneto-rheological)유체(10)가 충진된 것을 특징으로 하는 소음 저감형 PCV 밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 솔레노이드밸브는 축방향으로 왕복이동하는 플런저(11a)와, 자속을 발생시키는 코일부(11b)로 구성된 것을 특징으로 하는 소음 저감형 PCV 밸브.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 솔레노이드밸브는 이동을 감쇠시키도록 상기 밸브몸체의 배출구의 내부에 설치된 제2스프링(16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 저감형 PCV 밸브.
소음 저감형 PCV 밸브의 제어방법에 있어서,

시동키를 온시키는 단계와;

상기 배출구의 내부에 설치된 압력센서가 흡기 매니폴드의 압력값을 감지하여 ECU에 신호입력하는 단계와;

ECU가 압력센서의 신호를 입력받아 설정된 압력값과 비교하여 엔진부압에 의한 압력값이 증가 또는 감소하는지를 판단하는 단계와;

상기 압력값이 증가하는 경우에는 ECU가 압력값에 따른 전류를 제어하여 솔레노이드밸브를 작동시키는 단계와;

상기 압력값이 감소하는 경우에는 ECU가 전류를 차단하여 솔레노이드밸브를 정지시키는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소음 저감형 PCV 밸브.