KR20070088814A

KR20070088814A - 내연 엔진의 시동시 밸브 타이밍 조절 장치

Info

Publication number: KR20070088814A
Application number: KR1020077017179A
Authority: KR
Inventors: 요시히토 모리야
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-29
Also published as: JP2006207398A; CN101107427A; CN101107427B; US20090048758A1; EP1841955A2; KR100895593B1; JP4400466B2; US7603223B2; WO2006080470A3; WO2006080470A2

Abstract

내연 엔진은 한 쌍의 뱅크 중 하나와 각각 대응하는 복수의 가변 밸브 타이밍 메커니즘 (VVT) 을 포함한다. 뱅크 중 하나에 대응하는 VVT에서 비정상이 검출될 때, 정상적으로 기능하는 VVT에 대응하는 뱅크의 엔진의 시동 중의 흡기 밸브의 밸브 클로징 타이밍은 엔진의 정상 시동 중에 생성된 엔진 출력과 비교해 연소에 의해 생성된 출력이 증가하는 밸브 타이밍으로 조절한다. 특히, 정상적으로 기능하는 VVT에 대응하는 뱅크의 엔진의 시동 중의 흡기 밸브의 밸브 클로징 타이밍은 엔진의 흡기 행정의 BDC (Bottom Dead Center) 에 보다 가까워진다. 결과적으로, VVT의 비정상으로 인한 엔진의 시동 성능의 저하가 보상된다.

내연 엔진, 가변 밸브 타이밍, 흡기 밸브, 배기 밸브, BDC

Description

내연 엔진의 시동시 밸브 타이밍 조절 장치{APPARATUS FOR ADJUSTING VALVE TIMING WHEN STARTING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

기술 분야

본 발명은 흡기 밸브 타이밍 또는 배기 밸브 타이밍을 각각 조절하는 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 갖는 엔진을 시동할 때 내연 엔진의 밸브 타이밍을 조절하는 장치에 관한 것이다.

배경

V형 내연기관에 각각의 뱅크의 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 제공하고, 뱅크들 사이의 연소 상태의 차에 따라 밸브 타이밍을 조절하는 기술이 제안되어 왔다 (예를 들어, 일본공개 특허공보 평 10-141097 호 참조). 더욱이, 일본공개 특허공보 제 2004-150397 호는 전동 액츄에이터를 이용하여 밸브 타이밍을 조절하는 기술을 개시한다.

일본공개 특허공보 평 10-141097 호는 밸브 타이밍 제어 장치를 개시한다. 이 공보는 엔진의 시동시 수행된 밸브 타이밍 제어는 직접적으로는 개시하지 않는다. 그러나, 정상 상태에서, 냉각시 또는 가온 후 엔진이 시동되는지 여부에 관계없이 일반화된 밸브 타이밍에 시동된다.

예를 들어, 흡기 밸브 클로징 타이밍은, 일본공개 특허공보 제 2004-150397 호에 개시된 전동 액츄에이터를 갖는 가변 밸브 타이밍 장치를 이용하여 정상 엔진 작동을 위한 클로징 밸브 타이밍 범위 내에서 엔진을 시동시키기 위해 특정 밸브 타이밍으로 설정된다. 엔진이 원활히 회전하고 연소 개시에 의한 엔진의 시동이 상대적으로 초기 시동시에서 완성되도록, 엔진의 회전 저항과 스타터의 구동력 간의 밸런스를 고려하여 이러한 특정 흡기 밸브 클로징 타이밍이 설정된다.

그러나, 기통이, 일본공개 특허공보 평 10-141097 호와 같이 2개의 뱅크 그룹으로 분리되고, 각각의 기통 그룹에 대해 밸브 타이밍이 조절가능한 경우, 뱅크들 중 하나에서 밸브 타이밍 조절이 비정상이 될 수 있다. 일본공개 특허공보 제 2004-150397 호의 경우, 전동 액츄에이터가 고장날 수 있다.

이 경우, 고장난 흡기 캠샤프트는 예를 들어, 전동 액츄에이터에 의해 생성된 밸브 타이밍 조절용 구동력을 받을 수 없기 때문에, 크랭킹 동안 흡기 캠샤프트에서 생성된 회전 저항에 의해 흡기 밸브 타이밍은 가장 지연된 상태로 이동한다. 예를 들어, 전동 액츄에이터에 의해 정상적으로 기능하는 뱅크의 흡기 밸브 타이밍이 조절될 수 있기 때문에, 흡기 밸브 타이밍은 상기 언급된 특정 밸브 클로징 밸브 타이밍으로 설정된다.

그러나, 전체 내연 엔진을 고려하면, 고장난 뱅크의 흡기 밸브 클로징 타이밍은 통상의 엔진 시동시의 흡기 밸브 클로징 타이밍과 비교하면 느리고, 연소실내로 흡기된 공기의 상당한 부분이 흡기 밸브로부터 흡기 포트로 배출된다. 즉, 엔진 시동 초기에 충분한 양의 공기를 연소에 이용할 수가 없다. 따라서, 뱅크 중 하나가 정상적으로 기능하더라도, 전체 내연 엔진의 시동 성능이 저하된다. 특히, 냉각된 엔진을 시동하려면, 가온 후 엔진을 시동할 때 보다 많은 양의 흡기 공기가 필요하다. 따라서, 냉각된 엔진을 시동하면 시동 성능은 현저히 저하될 수 있다.

뱅크의 밸브 타이밍의 비정상적인 조절로 인한 이러한 시동 성능의 저하는 배기 밸브 타이밍을 조절하는 장치를 갖춘 엔진의 경우에도 발생할 수 있다. 즉, 가변 배기 밸브 타이밍 조절 메커니즘은 밸브 오프닝 타이밍을 앞당기는 스프링을 포함한다. 따라서, 엔진을 시동할 때 가변 배기 밸브 타이밍 메커니즘이 고장나고, 예를 들어, 전동 액츄에이터의 구동력이 사용되지 않는다면, 배기 밸브 타이밍은 스프링의 가압력 (urging force) 에 의해 과잉적으로 앞당겨진다. 따라서, 과잉적으로 앞당겨진 배기 밸브 오프닝 타이밍으로 엔진이 시동된다. 따라서, 엔진 시동 초기에 연소하는 동안, 연소실 내 압력을 피스톤을 통해 크랭크샤프트로 전달하는데 실패할 수 있다. 따라서, 뱅크 중 하나가 정상적으로 기능하더라도 전체 내연 엔진의 시동 성능이 저하된다. 냉각된 엔진을 시동하면 시동 성능은 현저히 저하될 수 있다.

이러한 밸브 타이밍 조절의 이상은 단일 뱅크의 흡기 밸브 타이밍과 배기 밸브 타이밍이 조절 가능한 내연 엔진에서도 발생할 수 있다. 즉, 밸브 타이밍 조절 중 하나의 비정상으로 인한 시동 성능의 저하는 다른 밸브 타이밍 조절이 정상적으로 수행되더라도 전체 내연 엔진의 시동 성능을 저하시킬 수 있고, 이러한 저하는 냉각된 엔진을 시동하면 특히 현저하다.

본 발명의 요약

이에 따라, 본 발명의 목적은 복수의 가변 밸브 타이밍 메커니즘 중 일부가 고장일 때 엔진의 시동 성능이 저하되는 것을 방지하는 것이다.

본 발명의 목적에 따라 상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위해, 내연 엔진이 시동할 때 밸브 타이밍을 조절하는 장치가 제공된다. 엔진은 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 갖는다. 각각의 밸브 타이밍 메커니즘은 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 밸브 타이밍을 조절할 수 있다. 밸브 타이밍 조절 장치는 비정상 검출 섹션 및 보상 섹션을 포함한다. 비정상 검출 섹션은 밸브 타이밍 메커니즘에서 비정상을 검출한다. 비정상 검출 섹션이 밸브 타이밍 메커니즘 중 하나 이상의 비정상을 검출할 때, 보상 섹션은, 정상적으로 기능하는 밸브 타이밍 메커니즘들 중 하나 이상에 의해 실현된 엔진의 시동 중의 밸브 타이밍을 엔진의 정상 시동 중에 생성된 출력 (power) 과 비교하여 연소에 의해 생성된 출력을 증가시키는 밸브 타이밍으로 조절한다.

도면의 상세한 설명

본 발명과 본 발명의 목적 및 유익함은 다음에 기재된 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 엔진 및 그 제어 시스템을 도시하는 개략도이다.

도 2는 제 1 실시예에 따른 VVT의 구조를 도시하는 사시도이다.

도 3은 제 1 실시예에 따라 ECU에 의해 실행된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 도시하는 흐름도이다.

도 4a는 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 도시하는 그래프이다.

도 4b는 배기 밸브의 밸브 타이밍을 도시하는 그래프이다.

도 5는 제 1 실시예에 따라 정상 상태의 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 6은 제 1 실시예에 따라 비정상 상태의 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 7은 제 1 실시예에 따라 비정상 상태의 다른 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 8은 제 2 실시예에 따라 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 도시하는 흐름도이다.

도 9는 제 2 실시예에 따라 비정상 상태의 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 10은 제 2 실시예에 따라 비정상 상태의 다른 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 11은 제 3 실시예에 따라 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 도시하는 흐름도이다.

도 12는 제 3 실시예에 따라 비정상 상태의 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 13은 제 3 실시예에 따라 비정상 상태의 다른 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 14는 제 4 실시예에 따라 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 도시하는 흐름도이다.

도 15는 제 4 실시예에 따라 비정상 상태의 제어 예를 도시하는 타이밍도이 다.

도 16은 제 4 실시예에 따라 비정상 상태의 다른 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 17은 제 4 실시예에 따라 비정상 상태의 다른 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 18은 제 4 실시예에 따라 비정상 상태의 다른 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 19는 제 5 실시예에 따른 엔진 및 그 제어 시스템을 도시하는 개략도이다.

도 20은 제 5 실시예에 따라 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 도시하는 흐름도이이다.

도 21은 제 5 실시예에 따라 비정상 상태의 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

도 22는 제 5 실시예에 따라 비정상 상태의 다른 제어 예를 도시하는 타이밍도이다.

본 발명을 실행하기 위한 최선의 모드

도 1은 본 발명에 적용되는 차량 엔진 (2) 및 그 제어 시스템을 도시하는 개략도이다. 엔진 (2) 은 V형 6 기통 가솔린 엔진이다.

엔진 (2) 은 2개의 뱅크 (6, 8) 를 갖는 기통 블록 (4) 을 구비한다. 기통 헤드 (6a, 8a) 가 각각 뱅크 (6, 8) 에 붙는다. 뱅크 (6, 8) 각각은 3개의 기통을 구비한다. 흡기 포트 (6b, 8b) 및 배기 포트 (6c, 8c) 는 각각의 기통에 대응하여 뱅크 (6, 8) 내에 형성된다. 흡기 포트 (6b, 8b) 는 흡기 밸브 (10, 12) 에 의해 오픈 및 클로즈되고, 배기 포트 (6c, 8c) 는 배기 밸브 (14, 16) 에 의해 오픈 및 클로즈된다. 도 1은 모든 기통과 주변 구성 요소를 도시하지만, 뱅크 (6, 8) 내 한 쌍의 기통과 그 관련 구성 요소들만을 도 1을 참고로 하여 다음에 설명한다.

흡기 캠샤프트 (10a, 12a) 는 각각 기통 헤드 (6a, 8a) 에 제공된다. 흡기 밸브 (10, 12) 는 흡기 캠샤프트 (10a, 12a) 와 함께 회전하는 흡기 캠 (10b, 12b) 에 의해 작동된다. 배기 캠샤프트 (14a, 16a) 는 각각 기통 헤드 (6a, 8a) 에 제공된다. 배기 밸브 (14, 16) 는 배기 캠샤프트 (14a, 16a) 와 함께 회전하는 배기 캠 (14b, 16b) 에 의해 작동된다.

흡기 캠샤프트 (10a, 12a) 및 배기 캠샤프트 (14a, 16a) 는 크랭크샤프트 (20) 에 의해 회전되는 크랭크 스프로켓 (20a) 의 회전과 동시에, 크랭크샤프트 (20) 의 회전 속도의 절반, 또는 엔진 속도 (NE) 의 절반으로 회전한다. 크랭크샤프트 스프로켓 (20a) 의 회전력은 점선으로 도시된 타이밍 체인 (20b) 에 의해 캠 스프로켓 (10c, 12c, 14c, 16c) 으로 전달된다. 캠 스프로켓 (10c, 12c, 14c, 16c) 은 캠샤프트 (10a, 12a, 14a, 16a) 에 직접 접속되지 않지만, 가변 밸브 타이밍 메커니즘 (이하, VVT로 칭함; 10d, 12d, 14d, 16d) 을 통해 캠샤프트 (10a 내지 16a) 로 회전력을 전달한다.

VVT (10d 내지 16d) 각각은 전동 액츄에이터를 포함한다. 관련된 전동 액츄에이터의 회전 방향에 따라, VVT (10d 내지 16d) 각각은 관련된 캠 스프로켓 (10c 내지 16c) 에 대하여 밸브들 (10 내지 16) 중 대응하는 하나의 밸브 타이밍을 앞당기거나 지연시킨다. 전동 액츄에이터는 동작 상태에 따라 전자식 제어 유닛 (ECU; 22) 에 의해 제어된다.

VVT (10d 내지 16d) 는, 예를 들어, 일본공개 특허공보 제 2004-150397 호 에 개시된 디바이스일 수도 있다. 도 2의 분해 사시도는 좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 를 도시한다. 우측 뱅크 (8) 는 흡기 밸브 (12) 의 VVT (12d) 와 배기 밸브 (16) 의 VVT (16d) 의 배열이 반대인 것을 제외하고는 아래 설명된 좌측 뱅크 (6) 와 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 (10) 의 VVT (10d) 는 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62), 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64), 제어 플레이트 (66), 전동 액츄에이터로 기능하는 전동 모터 (68), 및 3개의 제어 핀 (70) 을 포함한다. 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 는 캠 스프로켓 (10c) 에 고정되고 캠 스프로켓 (10c) 과 일체하여 회전한다. 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 는 캠 샤프트 (10a) 에 고정되어 캠 샤프트 (10a) 와 일체하여 회전한다. 전동 모터 (68) 는 기통 헤드 (6a) 에 고정되어 회전 토크를 제어 플레이트 (66) 에 인가한다.

제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 및 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 각각은 3개의 나선형 슬릿 (62a, 64a) 을 갖는다. 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 의 나선형 슬릿 (62a) 은 캠샤프트 (10a) 의 회전 방향에 대해 점차적으로 축에서 분리되는 반면, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 의 나선형 슬릿 (64a) 은 회전 방향에 대해 점차적으로 축에 접근한다. 제어 플레이트 (66) 는 캠샤프트 (10a) 의 회전 방향에 대해 점차적으로 축에서 분리된 3개의 나선형 슬릿 (66a) 을 갖는다. 나선형 슬릿 (66a) 은 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 의 나선형 슬릿 (62a) 보다 적게 기울어져 있다.

제어 핀 (70) 은 나선형 슬릿 (62a, 64a, 66a) 을 통해 축 방향을 따라 연장된다. 전동 모터 (68) 는 ECU (22) 에 의해 제어되고, 출력 샤프트 (68a) 를 통해 제어 플레이트 (66) 에 인가된 회전 토크를 조절한다. 전동 모터 (68) 에 구동 전류가 인가되지 않을 때, 캠 스프로켓 (10c) 이 회전한다면, 캠샤프트 (10a) 에서 생성된 회전 저항은 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 와 관련하여 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 의 위상을 지연시키고, 3개의 제어 핀 (70) 은 축을 향해 이동한다. 결과적으로, 흡기 밸브 (10) 의 밸브 타이밍이 최대로 지연된다. 흡기 밸브 (10) 의 밸브 타이밍이 최대로 지연된 밸브 타이밍으로 신뢰성있게 이동하도록, 구동 전류가 전동 모터 (68) 에 인가되지 않을 때, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 가 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 와 관련하여 위상 지연 방향에 있도록 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 와 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 사이에 스프링을 제공할 수도 있다.

흡기 밸브 (10) 의 일정한 밸브 타이밍을 얻기 위해, 위상 지연 방향 또는 캠샤프트 (10a) 의 회전 방향에 역방향으로 위상 유지 회전 토크를 제어 플레이트 (66) 에 인가한다. 이것은 3 개의 제어 핀 (70) 이 축을 향하거나 축으로부터 멀어지게 이동하는 것을 방지하고, 흡기 밸브 (10) 의 밸브 타이밍이 고정된다.

ECU (22) 가 위상 유지 회전 토크가 약해지도록 전동 모터 (68) 를 제어하거나, 캠샤프트 (10a) 의 회전 방향과 동일한 방향 (위상 앞섬 방향) 으로 회전 토크를 제어 플레이트 (66) 에 인가할 때, 제어 플레이트 (66) 는 위상 앞섬 방향으로 회전한다. 이에 따라, 제어 핀 (70) 은 나선형 슬릿 (66a) 에 의해 유도되어 축을 향해 이동하고, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 는 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 와 관련되어 이동하여, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 의 회전 위상이 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 의 회전 위상과 비교하여 지연된다. 따라서, 캠샤프트 (10a) 의 위상은 캠 스프로켓 (10c) 과 관련되어 지연된다. 결과적으로, 흡기 캠 (10b) 에 의해 결정된 흡기 밸브 (10) 의 밸브 타이밍이 지연된다.

반대로, 제어판 (66) 에 위상 지연 방향으로 일정 크기 이상의 회전 토크를 인가하면, 제어판 (66) 이 위상 지연 방향으로 회전하는 것과 같이, 제어 핀 (70) 은 나선형 슬릿 (66a) 에 의해 유도되어 반지름의 외측으로 이동한다. 이에 따라, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 의 회전 위상이 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 의 회전 위상에 상대적으로 앞서도록, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (64) 는 제 1 인게이지먼트 플레이트 (62) 에 관련하여 이동한다. 따라서, 캠샤프트 (10a) 의 위상은 캠 스프로켓 (10c) 과 비교하여 앞선다. 결과적으로, 흡기 캠 (10b) 에 의해 결정된 흡기 밸브 (10) 의 밸브 타이밍이 앞선다.

상기된 구성 및 기능은 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 (12) 의 VVT (12d) 에 공통된다. 따라서, ECU (22) 는 흡기 밸브 (10, 12) 의 밸브 타이밍을 앞서게 하고 지연되게 할 수 있다.

배기 밸브 (14) 의 VVT (14d) 는 제 1 인게이지먼트 플레이트 (72), 제 2 인게이지먼트 플레이트 (74), 제어 플레이트 (76), 전동 모터 (78), 3개의 제어 핀 (80), 및 스프링 (82) 을 포함한다. 제 1 인게이지먼트 플레이트 (72), 제 2 인게이지먼트 플레이트 (74), 제어 플레이트 (76), 전동 모터 (78), 및 제어 핀 (80) 은 흡기 밸브 (10, 12) 의 VVT (10d, 12d) 의 대응 구성 요소의 그것들과 동일한 구조를 갖는다.

그러나, 배기 밸브 (14) 의 VVT (14d) 는 제 1 인게이지먼트 플레이트 (72) 와 제 2 인게이지먼트 플레이트 (74) 사이에 연장된 스프링 (82) 을 갖는다. 스프링 (82) 은, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (74) 가 제 1 인게이지먼트 플레이트 (72) 에 대해 위상 앞섬 방향에 있게 한다. 따라서, 구동 전류가 전동 모터 (78) 에 공급되지 않을 때, 제 2 인게이지먼트 플레이트 (74) 의 위상은 스프링 (82) 의 힘에 의해 제 1 인게이지먼트 플레이트 (72) 에 상대적으로 앞서고, 결과적으로 배기 밸브 (14) 의 밸브 타이밍이 가장 앞선다. 배기 밸브 (14) 의 일정한 밸브 타이밍을 얻기 위해, 전동 모터 (78) 는 위상 앞섬 방향으로 제어 플레이트 (76) 에 일정 크기의 위상 유지 회전 토크를 인가한다. 상기된 구성 및 기능은 우측 뱅크 (8) 내 배기 밸브 (16) 의 VVT (16d) 와 공통이다. 따라서, ECU (22) 는 대응 전동 모터 (78) 를 제어함으로써 배기 밸브 (14, 16) 의 밸브 타이밍을 앞당기거나 지연시킬 수 있다.

흡기 밸브 (10, 12) 의 밸브 타이밍이 상기와 같이 조정되는 흡기 포트 (6b, 8b) 는 도 1에 도시된 바와 같이 서지 탱크 (surge tank;24) 에 모아지고, 서지 탱크 (24) 는 흡기 통로 (26) 를 통해 에어 크리너 (미도시) 를 통과한 공기를 받는다. 흡기 공기 온도 THA를 검출하는 흡기 온도 센서 (28) 와 흡기 공기량 GA를 검출하는 흡기 공기량 센서 (30) 는 흡기 통로 (26) 에 제공된다. 또한, 기통에 대한 흡기 공기량을 조절하는 스로틀 밸브 (32) 가 흡기 통로 (26) 에 제공된다. 스로틀 밸브 (32) 는 전동 모터 (36) 에 의해 구동되고, 스로틀 오프닝 정도 TA를 검출하는 스로틀 오프닝 센서 (34) 를 갖는다.

상기된 방법으로 배기 밸브 (14, 16) 의 밸브 타이밍이 조절되는 배기 포트 (6c, 8c) 는, 배기 매니폴드로 집합된 후, 배기 정화 촉매와 머플러가 제공된 배기관에 접속된다.

ECU (22) 는 흡기 온도 센서 (28), 흡기 공기량 센서 (30), 및 스로틀 오프닝 센서 (34) 뿐만 아니라, 여러 종류의 센서 및 스위치로부터 신호를 수신한다. 즉, ECU (22) 는 크랭크샤프트 (20) 에 제공된 회전 속도 센서 (38), 캠샤프트 (10a 내지 16a) 의 회전 위상을 검출하는 캠 각도 센서 (10e, 12e, 14e, 16e), 액셀러레이터 페달 포지션 센서 (40), 스타터 스위치 (42), 및 엔진 냉각수 온도 THW를 검출하는 냉각수 온도 센서 (43) 로부터 신호를 받는다.

다양한 종류의 연산을 통해 얻어진 이들 신호들 및 제어량에 기초하여, ECU (22) 는 다양한 종류의 디바이스를 제어한다. 즉, ECU (22) 는 스로틀 밸브 (32) 에 의한 흡기 공기량, 연료 분사 밸브 (44, 46) 로부터의 연료 분사량과 분사 타이밍, 점화 플러그 (48, 50) 에 의한 점화 타이밍, VVT (10d 내지 16d) 에 의한 밸브 타이밍, 스타터 모터 (52) 에 의한 엔진 (2) 의 시동을 제어한다.

ECU (22) 에 의해 실행된 처리 중에서, 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 도 3의 플로우차트에 도시한다. 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스에서, ECU (22) 는 엔진 (2) 의 시동 중에 밸브 (10 내지 16) 각각의 밸브 타이밍을 조절한다. 이 프로세스는, 스타터 스위치 (42) 가 턴 온 되었을 때 개시되고, VVT (10d 내지 16d) 의 정상 조절이 완료될 때까지 단시간 주기로 반복 실행된다.

이 프로세스가 개시될 때, ECU (22) 는, 시동이 미완료된 동안 VVT (10d 내지 16d) 의 밸브 타이밍의 조절이 완료될지 여부를 결정한다 (S102). 초기에 조절이 완료되지 않았기 때문에 (S102에서 예), 좌측 뱅크 (6) 및 우측 뱅크 (8) 의 VVT (10d 내지 16d) 가 모두 정상적으로 기능하는지 결정된다 (S104). 초기에, 비정상이 검출되지 않는다. 따라서, VVT (10d 내지 16d) 가 정상적으로 기능한다고 결정된다 (S104에서 예).

이 후, VVT (10d 내지 16d) 는 정상 엔진 시동시 밸브 타이밍으로 밸브 (10 내지 16) 의 밸브 타이밍을 조정하도록 제어된다 (S106). 즉, 흡기 밸브 (10, 12) 의 밸브 타이밍은, 캠 각도 센서 (10e, 12e) 및 회전 속도 센서 (38) 의 검출 값에 기초하여 도 4a에 실선으로 도시된 것과 같이 설정된다. 부가적으로, 배기 밸브 (14, 16) 의 밸브 타이밍은, 캠 각도 센서 (14e, 16e) 및 회전 속도 센서 (38) 의 검출 값에 기초하여 도 4b에 실선으로 도시된 것과 같이 설정된다 (S106). 즉, 위상 지연 값 (θis) 에 의해 연관된 기통의 흡기 행정에서 BDC (Bottom Dead Center) 와 관련되어 흡기 밸브 각각의 클로징 타이밍이 지연되도록 흡기 밸브 타이밍이 설정된다. 위상 지연 값 (θis) 은, 스타터 모터 (52) 에 의해 크랭크 샤프트 (20) 를 회전시킴으로써 엔진 (2) 이 원활하게 시동하고, 엔진 (2) 의 시동 직후 엔진 회전이 연소에 의해 안정되도록 스타터 모터 (52) 의 출력과 연소실 내의 압축 압력 간의 관계를 고려하여 실험 등에 의해 결정된다.

위상 앞섬 값 (θes) 에 의해 연관된 기통의 팽창 행정에서 BDC와 관련되어 배기 밸브 각각의 오프닝 타이밍이 앞서도록 배기 밸브 타이밍이 설정된다. 위상 앞섬 값 (θes) 은, 엔진 (2) 시동 초기에 연소에 의해 얻어진 엔진 (2) 의 회전력과 엔진 (2) 시동 후 밸브 오버랩을 고려하여 결정된 양호한 밸브 타이밍 사이의 밸런스를 고려하여 실험에 의해 결정된다.

정상 엔진 시동시의 이들 밸브 타이밍은 일반화된 엔진 시동시 밸브 타이밍으로서 미리 결정되고 ECU (22) 의 ROM에 저장된다.

실제 밸브 타이밍이 도 4a 내지 4b에 실선으로 도시된 정상 엔진 시동시 밸브 타이밍과 부합하도록, VVT (10d 내지 16d) 에 제공되는 전동 모터 (68, 78) 가 작동한다. 이후, 일시적으로 프로세스가 종료된다.

4개의 전동 모터 (68, 78) 의 제어가 시작될 때, 전동 모터 (68, 78) 에 인가되는 구동 전압과 구동 전류의 값에 기초하여 전동 모터 (68, 78) 의 비정상을 ECU (22) 가 검출할 수 있다.

후속 사이클에서 밸브 타이밍 조절이 여전히 미완료된 것으로 결정된다면 (S102에서 예), 좌측 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 모든 VVT (10d 내지 16d) 가 정상적 으로 기능하는지 여부가 결정된다 (S104). 구동 전압과 구동 전류가 전동 모터 (68, 78) 중 어느 것의 정상 상태의 구동 전압과 구동 전류와 상이하지 않다면, 좌측 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 VVT (10d 내지 16d) 는 정상적으로 기능하는 것으로 결정되고 (S104에서 예), 상술된 정상 엔진 시동 VVT 제어 (S106) 가 계속된다.

도 4에서 실선의 밸브 타이밍이 달성될 때, 조절이 완료된 것으로 결정된다 (S102에서 아니오). 이 경우, 프로세스의 주기적 실행을 정지시키는 프로세스가 수행된다 (S116). 이 방법에서, 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스가 종료되고, 크랭킹 후 제어가 개시된다.

엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스의 주기적 수행 동안, 전동 모터 (68, 78) 중 어느 것에 대한 구동 전압 또는 구동 전류가 정상 상태의 구동 전압 또는 구동 전류와 상이하다면, 좌측 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 모든 VVT (10d 내지 16d) 는 정상적으로 기능하지 않는 것으로 결정된다 (S104에서 아니오). 따라서, 좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 가 정상적으로 기능하는지 여부가 결정된다 (S108). 즉, 우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d, 16d) 중 하나 또는 둘 다가 고장인지 여부가 결정된다.

좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 가 정상적으로 기능한다면 (S108에서 예), 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 (10) 용 VVT (10d) 의 전동 모터 (68) 는, 도 4a에 길고 짧은 대시 라인이 교대로 도시된 보상 밸브 타이밍으로 밸브 타이밍을 변경하도록 작동한다. 즉, 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍이 위상 지연 값 (θis) 에 의한 흡기 행정 BDC와 관련되어 지연된 밸브 타이밍으로부터 변경되고, 흡 기 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 수행된다 (S110). 특히, 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍을 앞당기는 제어가 수행된다.

예를 들어, 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 VVT (12d) 가 고장일 때, 전동 모터 (68) 의 회전 토크는 도 2에 도시된 제어 플레이트 (66) 로 전달되지 않는다. 엔진 (2) 의 크랭킹 동안, 캠샤프트 (12a) 의 회전 저항은 흡기 밸브 (12) 의 밸브 타이밍이 도 4a에 점선 (고장을 의미함) 으로 도시된 바와 같이 가장 지연된 밸브 타이밍이 되게 한다. 흡기 밸브 (12) 의 밸브 클로징 타이밍이 가장 지연된 밸브 타이밍일 때, 흡기 밸브 (12) 를 통해 연소실로 유입되어진 많은 부분의 흡기 공기가 역으로 흡기 포트 (8b) 로 흐른다. 이것은 연소에 사용될 흡기 공기량을 현저하게 감소시켜, 엔진 (2) 의 시동을 방해한다.

우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d) 의 고장으로 인해 시동 성능이 저하될 때, 정상적으로 기능하는 좌측 뱅크 (6) 의 밸브 타이밍을 정상 상태시의 흡기 밸브 타이밍으로 하는 것보다, 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍을 흡기 행정 BDC 에 접근시킴으로써 보다 시동 성능이 개선될 수 있다. 즉, 흡기 공기량이 상술된 바와 같이 고장난 우측 뱅크 (8) 에서 감소하기 때문에, 압축 압력으로 인한 회전 저항도 감소한다. 따라서, 정상적으로 기능하는 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍이, 흡기 공기량을 증가시키기 위해, 흡기 행정 BDC에 접근하여 압축 저항이 증가하더라도, 압축 저항의 증가는 전체 엔진 (2) 에서 상쇄된다. 따라서, 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 공기량은, 정상적으로 기능하는 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 대해 앞당겨진 만큼의 양에 대 응하는 양 만큼 증가한다. 이것은 연소에 이해 생성된 엔진 출력을 증가시키고, 우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d) 만큼 고장으로 인해 시동 성능이 저하되는 것을 방지한다.

예를 들어, 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 VVT (16d) 가 고장일 때, 전동 모터 (78) 의 회전 토크는 도 2에 도시된 제어 플레이트 (76) 에 전달되지 않는다. 엔진 (2) 의 크랭킹 동안, 스프링 (82) 의 가압력은 배기 밸브 (16) 의 밸브 타이밍이 도 4b에 점선 (고장을 의미함) 으로 도시된 바와 같이 가장 앞선 밸브 타이밍이 되게 한다. 배기 밸브 (16) 의 밸브 오프닝 타이밍이 가장 앞서게 될 때, 연소가 개시된 직후 피스톤 (8d) 은 연소실에서 충분한 연소 압력을 받을 수 없다. 이것은, 엔진 (2) 의 안정된 시동을 방해한다.

우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d) 의 고장으로 인해 시동 성능이 저하될 때, 정상적으로 기능하는 좌측 뱅크 (6) 에서 연소에 의해 생성된 출력은, 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍을 흡기 행정 BDC에 접근시킴으로써 증가될 수 있다. 따라서, 연소가 개시된 직후의 전체 엔진 (2) 의 회전 안정성이 개선된다. 결과적으로, 시동 성능의 저하가 방지된다.

정상적으로 기능하는 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍을 위상 지연 값 (θis) 에 의해 지연된 단계부터 흡기 행정 BDC에 접근시키는 프로세스 (S1lO) 를 반복한 후에, 밸브 타이밍 조절이 완료될 때 (S102에서 아니오), 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 종료하기 위해 종료 프로세스를 실행한다 (Sl16)(도 3).

다음으로, 좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 중 하나나 둘 다가 고장이고 (S108에서 아니오), 우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d, 16d) 가 정상적으로 기능하는 (S112에서 예) 경우를 설명한다. 상술된 경우와 반대로, 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 (12) 용 VVT (12d) 의 전동 모터 (68) 는, 도 4a의 길고 짧은 대시 라인이 교대로 도시된 보상 밸브 타이밍으로 밸브 타이밍을 변경하도록 작동한다. 즉, 흡기 밸브 (12) 의 밸브 클로징 타이밍이 위상 지연 값 (θis) 에 의한 흡기 행정 BDC와 관련되어 지연된 밸브 타이밍으로부터 변경되고, 흡기 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행된다 (S114). 특히, 흡기 밸브 (10) 의 밸브 클로징 타이밍을 앞당기는 제어가 실행된다. 상술된 방법으로, 시동 성능의 저하가 방지된다.

좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 가 둘 다 고장일 때 (S112에서 아니오), 종료 프로세스 (S116) 가 실행된 후, 프로세스가 종료한다.

좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 VVT (10d, 16d) 중 어느 하나가 고장일 때 (S104에서 아니오), ECU (22) 는 예를 들어, 대시보드에 제공된 경보등을 켜서 경보 메시지를 출력한다.

이제, 상술된 프로세스에 따라 수행된 제어의 예를 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 5는 정상 상태의 타이밍 차트를 도시하고, 도 6은 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 VVT가 고장난 경우의 타이밍 차트이고, 도 7은 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브가 고장난 경우의 타이밍 차트를 도시한다. 도 5에서, 스타터 스위치 (42) 가 시간 (t1) 에서 턴 온 (스타터 ON) 될 때, 모든 밸브 타이밍이 정상 엔진 시동시 밸브 타이밍으로 이동한다. 도 6 및 도 7에서, 정상적으로 기능하는 좌 측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 클로징 타이밍을 스타터 스위치 (42) 가 턴 온된 직후 (t2, t3) 흡기 행정 BDC 에 접근시켜, 시동 성능의 저하를 방지한다.

상술된 구성에서, ECU (22) 는 비정상 검출 섹션과 보상 섹션에 대응한다. 전동 모터 (68, 78) 에 인가된 구동 전압 및 구동 전류에 기초하여 수행된 VVT (10d 내지 16d) 에 관한 비정상 결정 프로세스는 비정상 검출 섹션에 의해 수행된 프로세스에 대응하고, 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스 (도 3) 중 단계 (S108 내지 S114) 는 보상 섹션에 의해 수행된 프로세스에 대응한다.

제 1 실시예는 다음의 유익함을 갖는다.

(1) 엔진 (2) 시동 중에, 좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 중 한 뱅크 내 VVT (10d 내지 16d) 중 어느 것이 고장일 때, 정상적으로 기능하는 뱅크의 흡기 밸브 클로징 타이밍은 엔진의 정상 시동 중 생성된 출력과 비교하여 연소에 의해 생성된 출력을 증가시키는 밸브 타이밍으로 변경된다. 즉, 정상적으로 기능하는 뱅크의 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하도록 제어된다 (S110, S114). 따라서, 상술된 바와 같이, 뱅크 (6, 8) 중 하나의 고장으로 인한 엔진 (2) 의 시동 성능의 저하는 어느 정도까지는 보상된다. 이 방식에서, 두 개의 뱅크 (6, 8) 중 하나에 속하는 VVT (10d 내지 16d) 중 어느 것이 고장이더라도, 고장으로 인해 시동 성능이 저하되지 않는다.

(2) VVT (10d 내지 16d) 는 전동 액츄에이터 (본 실시예에서 전동 모터; 68, 78) 에 의해 구동된다. 엔진 (2) 시동시, VVT (10d 내지 16d) 는 모터 (68, 78) 의 최대 출력으로 구동될 수 있기 때문에, 밸브 타이밍의 조정 가능 범위가 넓 어진다.

이렇게 넓어진 조정 가능 범위로, 비정상으로 인해 전동 모터 (68, 78) 가 동작을 중단한다면, 흡기 밸브 (10, 12) 의 밸브 클로징 타이밍은 상당한 양만큼 지연되고, 배기 밸브 (14, 16) 의 밸브 오프닝 타이밍은 상당한 양만큼 앞당겨진다. 이것이, 시동 성능을 매우 저하시킨다.

그러나, 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스 (도 3) 가 상술된 방법으로 실행되기 때문에, VVT 고장에 의한 시동 성능의 저하는 어느 정도까지는 보상된다. 따라서, 이러한 비정상으로 인한 시동 성능의 저하는 효율적으로 방지된다.

제 2 실시예는, 도 8에 도시된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스가 도 3에 도시된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 대신하여 실행되는 점에서 제 1 실시예와 상이하다. 다른 구성 요소는 제 1 실시예의 구성 요소와 동일하므로, 도 1과 도 2를 참고하여 설명한다. 더욱이, 도 8의 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스에서, 단계 (S202 내지 S208, S212, 및 S216) 는 도 3의 단계 (S102 내지 S108, S112, 및 S116) 와 동일하다.

차이점은 다음 두 개의 프로세스 (S210, S214) 이다. 즉, 우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d, 16d) 중 적어도 하나가 고장일 때, 좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 는 둘 다 정상적으로 기능하고 (S208에서 예), 좌측 뱅크 (6) 의 배기 밸브 VVT (14d) 는 배기 밸브 (14) 의 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하도록 작동한다 (S210). 좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 중 적어도 하나가 고장일 때, 우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d, 16d) 는 둘 다 정상적으로 기능하고 (S212에서 예), 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 VVT (16d) 는 배기 밸브 (16) 의 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하도록 작동한다 (S214).

배기 밸브 (14, 16) 중 한 밸브의 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하도록, 배기 밸브 (14, 16) 중 대응하는 밸브의 전동 모터 (78) 가 작동하여 밸브 타이밍이 도 4b에 도시된 바와 같이 변경된다. 즉, 배기 밸브 오프닝 타이밍이 위상 앞섬 값 (θes) 에 의한 팽창 행정 BDC와 관련되어 앞당겨진 밸브 타이밍으로부터 변경되고, 팽창 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 수행된다 (S210, S214). 특히, 밸브 오프닝 타이밍을 지연시키는 제어가 수행된다.

제 1 실시예에서 설명된 바와 같이, 좌측 및 우측 뱅크 (6, 8) 중 한 뱅크 내 VVT (10d 내지 16d) 중 어느 것이 고장일 때, 엔진 (2) 의 시동 성능도 그에 따라 저하된다. 그러나, 정상적으로 기능하는 뱅크의 VVT, 예를 들어, 좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 가 정상적으로 기능한다고 가정하면, 좌측 뱅크 (6) 의 배기 밸브 (14) 용 VVT (14d) 는, 배기 밸브 (14) 의 밸브 오프닝 타이밍이 위상 앞섬 값 (θes) 에 의해 팽창 행정 BDC와 관련되어 앞당겨진 밸브 타이밍으로부터 팽창 행정 BDC에 접근하게 하는 제어를 실행하는데 이용된다. 이것은 좌측 뱅크 (6) 의 피스톤 (6d) 으로 하여금, 연소가 개시된 직후 연장 기간 동안 연소실에서 연소 압력을 받도록 허용한다. 따라서, 좌측 뱅크 (6) 는 정상 상태와 비교하여 보다 큰 회전력을 크랭크샤프트 (20) 에 인가한다. 전체 엔진 (2) 의 시동 성능의 저하가 방지된다.

우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d, 16d) 가 정상적으로 기능한다면, 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 (16) 용 VVT (16d) 는, 배기 밸브 (16) 의 밸브 오프닝 타이밍이 위상 앞섬 값 (θes) 에 의해 팽창 행정 BDC와 관련되어 앞당겨진 밸브 타이밍으로부터 팽창 행정 BDC에 접근하게 하는 제어를 실행하는데 이용된다. 이전 경우와 같이 전체 엔진 (2) 의 시동 성능의 저하가 방지된다.

이제, 상술된 프로세스에 따라 실행된 제어의 예를 도 9 및 도 10을 참고로하여 설명한다. 도 9는 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 VVT가 고장인 경우의 타이밍도를 도시하고, 도 10은 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 VVT 가 고장인 경우의 타이밍도를 도시한다. 정상 상태의 타이밍도는 도 5에 도시된 제 1 실시예에 따른 타이밍도와 동일하다. 도 9 및 도 10에서, 정상적으로 기능하는 좌측 뱅크 (6) 의 배기 밸브 오프닝 타이밍을 스타터 스위치 (42) 가 턴 온된 직후 (t12, t13) 팽창 행정 BDC에 접근하게 하여, 시동 성능이 저하되는 것을 방지한다.

엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스 (도 8) 중 단계 (S208 내지 S214) 는 보상 섹션에 의해 실행된 프로세스에 대응한다.

제 2 실시예는 다음의 유익함을 갖는다.

(1) 좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 중 하나의 VVT (10d 내지 16d) 중 어느 것이 고장일 때, 정상적으로 기능하는 뱅크의 배기 밸브 오프닝 타이밍은 엔진의 정상 시동 중에 생성된 출력과 비교하여 연소에 의해 생성된 출력을 증가시키는 밸브 타이밍으로 변경된다. 즉, 정상적으로 기능하는 뱅크의 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하도록 제어된다 (S210, S214). 따라서, 상술된 바와 같이, 뱅크 고장으로 인한 엔진 (2) 의 시동 성능의 저하는 어느 정도까지는 상쇄된다. 이 방법에서, 두 개의 뱅크 (6, 8) 중 하나에 속하는 VVT (10d 내지 16d) 중 어느 것이 고장이더라도, 고장으로 인해 시동 성능이 저하되지 않는다.

(2) 제 1 실시예의 유익함 (2) 과 동일한 유익함이 제공된다.

제 3 실시예는 도 11에 도시된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스가 도 3에 도시된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스 대신 실행되는 점에서 제 1 실시예와 상이하다. 다른 구성 요소는 제 1 실시예의 구성 요소와 동일하므로, 도 1과 도 2를 참고하여 설명한다.

도 11의 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스에서, 단계 (S302 내지 S308, S312, 및 S316) 는 도 3의 단계 (S102 내지 S108, S112, 및 S116) 와 동일하다.

차이점은 다음 두 개의 프로세스 (S310, S314) 이다. 즉, 우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d, 16d) 중 하나 또는 둘 다가 고장일 때, 좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 는 둘 다 정상적으로 기능하고 (S308에서 예), 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브용 VVT (10d) 는 정상 상태의 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하도록 작동한다 (S310). 더욱이, 단계 (S310) 에서, 좌측 뱅크 (6) 의 배기 밸브 (14) 용 VVT (14d) 는, 정상 상태의 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하는 프로세스를 실행하도록 작동된다.

좌측 뱅크 (6) 의 VVT (10d, 14d) 중 하나 또는 둘 다가 고장일 때, 우측 뱅크 (8) 의 VVT (12d, 16d) 는 둘 다 정상적으로 기능하고 (S312에서 예), 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 (12) 용 VVT (12d) 는 정상 상태의 흡기 밸브 클로징 타이밍 이 흡기 행정 BDC에 접근하도록 작동된다 (S314). 더욱이, 단계 (S314) 에서, 우측 뱅크 (6) 의 배기 밸브 (16) 용 VVT (16d) 는, 정상 상태의 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하는 프로세스를 실행하도록 작동된다.

시동 성능의 저하를 방지하는 프로세서로서, 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하는 프로세스와 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하는 프로세스가 실행된다.

이제, 상술된 절차에 따라 실행된 제어의 예를 도 12 및 도 13을 참고로하여 설명한다. 도 12는 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 VVT가 고장인 경우의 타이밍도를 도시하고, 도 13은 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 VVT 가 고장인 경우의 타이밍도를 도시한다. 정상 상태의 타이밍도는 도 5에 도시된 제 1 실시예에 따른 타이밍도와 동일하다. 도 12 및 도 13에서, 정상적으로 기능하는 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 클로징 타이밍을 스타터 스위치 (42) 가 턴 온된 직후 (t22, t23) 흡기 행정 BDC에 접근하게 하여, 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하게 한다. 이것이 시동 성능의 저하를 방지한다.

엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스 (도 11) 중 단계 (S308 내지 S314) 는 보상 섹션에 의해 실행된 프로세스에 대응한다.

제 3 실시예는 다음의 유익함을 갖는다.

(1) 제 3 실시예는 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 유익함과 동일한 유익함을 갖기 때문에, 엔진 (2) 의 시동 성능의 저하가 보다 효율적으로 방지된다.

제 4 실시예는 도 14에 도시된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스가 도 3에 도시된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 대신한 점에서 제 1 실시예와 상이하다. 다른 구성 요소는 제 1 실시예의 구성 요소와 동일하므로, 도 1과 도 2를 참고하여 설명한다.

ECU (22) 는 시동이 완료되지 않은 동안 VVT (10d 내지 16d) 의 밸브 타이밍의 조절이 완료되어야 할지 여부를 결정한다 (S402). 초기에 조절이 완료되지 않았기 때문에 (S402에서 예), 좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 VVT (10d 내지 16d) 가 모두 정상적으로 기능하는지 결정된다 (S404). 초기에, 이상이 검출되지 않는다. 따라서, VVT (10d 내지 16d) 가 모두 정상적으로 기능한다고 결정된다 (S404에서 예). 이 후, VVT (10d 내지 16d) 는 정상 엔진 시동시 밸브 타이밍으로 밸브 타이밍을 조정하도록 제어된다 (S406). 이 단계 (S406) 의 프로세스는 도 3의 단계 (S106) 의 프로세스와 동일하고, 흡기 밸브 타이밍 및 배기 밸브 타이밍은 도 4a 및 4b에 실선으로 도시된 바와 같이 조절된다. 이후, 현재 프로세스가 일시적으로 종료한다.

이 프로세스가 다시 시작되고 완료되지 않았다면 (S402에서 예), 좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 VVT (10d 내지 16d) 가 모두 정상적으로 기능하는지 여부가 결정된다 (S404). 구동 전압 및 구동 전류가 전동 모터 (68, 78) 중 어느 모터의 정상 상태의 구동 전압 및 구동 전류와 상이하지 않다면, 좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 VVT (10d 내지 16d) 는 정상으로 결정되고 (S404에서 예), 상술된 정상 엔진 시동시 VVT 제어 (S406) 가 계속된다.

도 4에 도시된 밸브 타이밍이 달성될 때, 조절이 완료되었는지 결정된다 (S402에서 아니오). 이 경우, 이 프로세스의 주기적 실행을 종료하는 프로세스가 프로세스를 종료하기 위해 실행된다 (S416). 이 방법에서, 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스가 종료하고, 크랭킹 후 제어가 개시된다.

VVT (10d 내지 16d) 가 모두 정상적으로 기능한다면, 도 3에 도시된 정상 상태의 프로세스와 동일한 프로세스가 실행된다.

엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스의 주기적인 실행 동안, 4 개의 전동 모터 (68, 78) 중 어느 것의 구동 전압 또는 구동 전류가 정상 상태의 구동 전압 또는 구동 전류와 상이하다면, 모든 VVT (10d 내지 16d) 는 정상적으로 기능하지 않는 것으로 결정된다 (S104에서 아니오).

이 후, VVT (10d 내지 16d) 중 하나 이상이 정상적으로 기능하는지 여부가 결정된다 (S408). 모든 VVT (10d 내지 16d) 가 고장인 경우 (S408에서 아니오), 단계 (S416) 의 프로세스가 실행되고, 현재 프로세스가 종료한다.

VVT (10d 내지 16d) 중 하나 이상이 정상적으로 기능하고 (S408에서 예), VVT (10d 내지 16d) 중 정상적으로 기능하는 VVT가 흡기 밸브용인 경우, 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행된다 (S410). VVT (10d 내지 16d) 중 정상적으로 기능하는 VVT가 배기 밸브용인 경우, 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행된다 (S414).

예를 들어, 도 15의 타이밍도는 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 (10) 용 VVT (10d) 및 배기 밸브 (14) 용 VVT (14d) 와 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 (16) 용 VVT (16d) 가 정상적으로 기능하고 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 (12) 용 VVT (12d) 가 고장인 경우를 도시한다. 이 경우, 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행되고 (S410), 좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행된다 (S414).

도 16은 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 (10) 용 VVT (10d) 및 배기 밸브 (14) 용 VVT (14d) 와 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 (12) 용 VVT (12d) 가 정상적으로 기능하고, 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 (16) 용 VVT (16d) 가 고장인 경우를 도시한다. 이 경우, 좌측 뱅크 및 우측 뱅크 (6, 8) 의 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행되고 (S410), 좌측 뱅크 (6) 의 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행된다 (S414).

도 17은 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 (10) 용 VVT (10d) 와 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 (16) 용 VVT (16d) 가 정상적으로 기능하고, 좌측 뱅크 (6) 의 배기 밸브 (14) 용 VVT (14d) 와 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 (12) 용 VVT (12d) 가 고장인 경우를 도시한다. 이 경우, 좌측 뱅크 (6) 의 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행되고 (S410), 우측 뱅크 (8) 의 배기 밸브 오프닝 타이밍이 팽창 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행된다 (S414).

도 18은 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 (12) 용 VVT (12d) 만 정상적으로 기능하고, 다른 VVT (10d, 14d, 16d) 가 고장인 경우를 도시한다. 이 경우, 우측 뱅크 (8) 의 흡기 밸브 클로징 타이밍이 흡기 행정 BDC에 접근하게 하는 프로세스가 실행되지만 (S410), 단계 (S414) 의 프로세스는 실행되지 않는다.

이 방법에서, VVT (10d 내지 16d) 중 어느 하나가 고장일 때, VVT (10d 내지 16d) 중 정상적으로 기능하는 모든 VVT에서 시동 성능의 저하를 방지하는 프로세스가 실행된다. VVT (10d 내지 16d) 모두가 정상적으로 기능하는 경우의 타이밍도는 제 1 실시예에 따른 도 5와 동일하다.

엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스 (도 14) 중 단계 (S408 내지 S414) 는 보상 섹션에 의해 실행된 프로세스와 대응한다.

제 4 실시예는 다음의 유익함을 갖는다.

(1) 제 4 실시예는 제 3 실시예의 유익함과 동일한 유익함을 가질 뿐만 아니라, 뱅크 (6, 8) 중 한 뱅크 내 VVT들 중 하나가 고장일 때, 동일한 뱅크 내 다른 VVT가 정상적으로 기능한다면, 시동 성능의 저하를 방지하기 위해 정상적으로 기능하는 VVT가 작동한다. 따라서, 시동 성능의 저하가 보다 유리하게 방지된다.

제 5 실시예는 도 19에 도시된 단일 뱅크를 갖는 엔진 (502) 과 관련된다. 엔진 (502) 에서, 공통 흡기 캠샤프트 (510a) 및 공통 배기 캠샤프트 (514a) 는 모든 기통에 제공된다. 흡기 캠샤프트 (510a) 는 도 2에 도시된 제 1 실시예의 흡기 밸브 VVT (10d) 의 구조와 동일한 구조를 갖는 흡기 밸브 VVT (510d) 를 갖는다. 따라서, 모든 기통의 흡기 밸브 (510) 의 밸브 타이밍은 흡기 밸브 VVT (510d) 에 의해 균일하게 조절된다.

마찬가지로, 배기 캠샤프트 (514a) 는 도 2에 도시된 배기 밸브 VVT (14d) 의 구조와 동일한 구조를 갖는 배기 밸브 VVT (514d) 를 갖는다. 따라서, 모든 기통의 배기 밸브 (514) 의 밸브 타이밍은 배기 밸브 VVT (514d) 에 의해 균일하게 조절된다.

이와 같이 구성된 엔진 (502) 에서, ECU (522) 는 도 20의 흐름도에 도시된 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스를 실행한다. 이 프로세스에서, 단계 (S502 내지 S506, 및 S516) 는 도 14에 도시된 제 4 실시예의 단계들 (S402 내지 S406, 및 S416) 과 동일하다.

도 14와의 차이점은 흡기 밸브 VVT (510d) 및 배기 밸브 VVT (514d) 중 하나가 고장일 때 실행된 프로세스이다. 흡기 밸브 VVT (510d) 가 정상적으로 기능하고, 배기 밸브 VVT (514d) 가 고장일 때 (S508에서 예), 흡기 밸브 VVT (510d) 는 흡기 밸브 클로징 타이밍을 흡기 행정 BDC에 접근시키는 프로세스를 실행한다 (S510). 흡기 밸브 VVT (510d) 가 고장이고, 배기 밸브 VVT (514d) 가 정상적으로 기능할 때 (S512에서 예), 배기 밸브 VVT (514d) 는 배기 밸브 오프닝 타이밍을 팽창 행정 BDC에 접근시키는 프로세스를 실행한다 (S514).

도 21의 타이밍도는, 엔진 (502) 의 시동 중에, 흡기 밸브 VVT (510d) 가 정상적으로 기능하고, 배기 밸브 VVT (514d) 가 고장인 경우를 도시한다. 도 22의 타이밍도는, 엔진 (502) 의 시동 중에, 흡기 밸브 VVT (510d) 가 고장이고, 배기 밸브 VVT (514d) 가 정상적으로 기능하는 경우를 도시한다.

상술된 구성에서, ECU (522) 는 비정상 검출 섹션 및 보상 섹션에 대응한다. 전동 모터에 인가된 구동 전압 및 구동 전류에 기초하여 실행된 VVT (510d 내지 514d) 에 대한 비정상 결정 프로세스는 비정상 검출 섹션에 의해 실행된 프로세스에 대응하고, 엔진 시동시 밸브 타이밍 제어 프로세스 (도 20) 중 단계 (S508 내지 S514) 는 보상 섹션에 의해 실행된 프로세스에 대응한다.

상술된 제 5 실시예는 다음의 유익함을 갖는다.

(1) 심지어 모든 기통에 공통인 흡기 밸브 VVT (510d) 및 배기 밸브 VVT (514d) 를 갖는 엔진 (502) 에서, VVT (510d, 514d) 중 하나가 고장일 때, VVT (510d, 514d) 중 다른 하나는 시동 성능의 저하를 방지하는데 이용될 수 있다. 따라서, 제 5 실시예는 제 1 실시예의 유익함과 동일한 유일함을 갖는다.

이제, 상기 설명된 실시예 이외의 실시예를 설명한다.

(a) 설명된 실시예에서, 흡기 밸브 클로징 타이밍 또는 배기 밸브 오프닝 타이밍은 정상적으로 기능하는 VVT에 의해 BDC에 접근하게 된다. 접근 정도는 밸브 타이밍이 BDC와 정확하게 부합하거나, 밸브 타이밍이 BDC를 포함하는 일정 범위 내에 머무르도록 설정될 수도 있다.

(b) 설명된 실시예에서, 흡기 밸브 클로징 타이밍 또는 배기 밸브 오프닝 타이밍이 접근되는 기준은 BDC이다. 그러나, 엔진 시동시 출력 보상 범위는 대략 각각의 BDC로 설정될 수도 있고, 이들 범위에 접근하도록 밸브 타이밍이 제어될 수도 있다. 시동 성능의 저하를 방지하기 위해, 흡기 밸브 클로징 타이밍 또는 배기 밸브 오프닝 타이밍은 엔진 시동시 출력 보상 범위에 있도록 제어된다.

(c) 도 2에 도시된 VVT의 구조는 하나의 예에 불과하다. 본 발명은, 임의의 VVT가 전동 모터, 전동 모터 이외의 전동 엑츄에이터, 또는 다른 구동원을 이 용하여 밸브 타이밍을 변경하는 한 어떠한 VVT에도 적용될 수 있다.

예를 들어, 본 발명은 캠샤프트 주위에 배치된 위상 앞섬 유압실과 위상 지연 유압실을 갖고, 유압을 이용하여 밸브 타이밍을 조절하는 VVT에 적용될 수도 있다. 이러한 VVT에 본 발명을 적용하기 위해, 유압이 축적되거나, 엔진의 시동 전에 전동 액츄에이터에 의해 유압이 생성된다.

(d) 설명된 제 1 내지 제 4 실시예에서, 엔진 (2) 의 V 각도는 60도이다. 그러나, V 각도는 40도 또는 90도일 수도 있다. 더욱이, 본 발명은 수평 대향형 엔진에 적용될 수도 있다.

(e) 제 1 내지 제 4 실시예에서, VVT는 흡기 밸브 및 배기 밸브 둘 다에 제공된다. 그러나, 좌측 뱅크 및 우측 뱅크의 흡기 밸브 또는 배기 밸브만이 VVT에 제공되도록 구성될 수도 있다. 바꾸어 말하면, 단일 유형 밸브의 2 이상의 세트, 즉, 흡기 밸브의 세트 또는 배기 밸브의 세트에 독립적으로 제어될 수 있는 2 이상의 VVT가 제공될 수도 있다. 이 경우, 설명된 실시예 중 어느 실시예에 설명된 방법으로, VVT 중 하나가 고장남으로써 발생된 시동 성능의 저하는 정상적으로 기능하는 VVT를 제어함으로써 방지될 수 있다.

본 발명은 제 5 실시예와 같이 하나의 뱅크를 갖는 엔진에도 적용될 수도 있는데, 그러나, 기통은 2 이상의 기통 그룹으로 분할되고, 한 가지 유형의 밸브의 2 이상의 세트, 즉, 흡기 밸브의 세트 또는 배기 밸브의 세트에 2 이상의 VVT가 제공된다. 이 경우, 설명된 실시예 중 어느 실시예에 설명된 방법으로, VVT 중 하나가 고장남으로써 발생된 시동 성능의 저하는 정상적으로 기능하는 VVT를 제어함 으로써 방지될 수 있다.

(f) 설명된 실시예에서, 흡기 밸브 타이밍 및 배기 밸브 타이밍은 밸브가 오픈된 동안 전체 기간을 앞당기거나 지연시킴으로서 조절된다. 그러나, 흡기 밸브에서, 밸브 오프닝 타이밍을 변경하지 않고 밸브 클로징 타이밍만 조절될 수도 있다. 배기 밸브에서, 밸브 클로징 타이밍을 변경하지 않고 밸브 오프닝 타이밍만 조절될 수도 있다. 이러한 조절은 설명된 실시예에 따라 밸브 리프트를 조절하는 메커니즘을 VVT에 부가함으로써 가능하다.

Claims

흡기 밸브 또는 배기 밸브의 밸브 타이밍을 조절할 수 있는 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 복수로 갖는 내연 엔진을 시동할 때 밸브 타이밍을 조절하는 장치로서,

상기 밸브 타이밍 메커니즘의 비정상을 검출하는 비정상 검출 섹션; 및

상기 비정상 검출 섹션이 상기 밸브 타이밍 메커니즘 중 하나 이상이 비정상임을 검출할 때, 정상적으로 기능하는 밸브 타이밍 메커니즘 중 하나 이상에 의해 실현된 엔진의 시동 중의 상기 밸브 타이밍을, 상기 엔진의 정상 시동 중에 생성된 출력과 비교하여 연소에 의해 생성된 상기 출력이 증가하는 밸브 타이밍으로 조절하는 보상 섹션을 특징으로 하는 밸브 타이밍 조절 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 흡기 밸브의 상기 밸브 타이밍을 조절하는 상기 가변 밸브 타이밍 메커니즘이 정상적으로 기능한다면, 상기 비정상 검출 섹션이 비정상을 검출할 때, 상기 엔진의 정상 시동 중의 상기 흡기 밸브의 상기 밸브 클로징 타이밍과 비교하여 상기 흡기 밸브의 상기 밸브 클로징 타이밍이 상기 엔진의 상기 흡기 행정의 BDC (Bottom Dead Center) 또는 상기 BDC의 근방으로 설정된 출력 보상 범위에 보다 가깝게 되도록, 상기 보상 섹션은 상기 정상적으로 기능하는 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 제어하는, 밸브 타이밍 조절 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 배기 밸브의 상기 밸브 타이밍을 조절하는 상기 가변 밸브 타이밍 메커니즘이 정상적으로 기능한다면, 상기 비정상 검출 섹션이 비정상을 검출할 때, 상기 엔진의 정상 시동 중의 상기 배기 밸브의 상기 밸브 오프닝 타이밍과 비교하여 상기 배기 밸브의 상기 밸브 오프닝 타이밍이 상기 엔진의 상기 팽창 행정의 BDC 또는 상기 BDC의 근방으로 설정된 출력 보상 범위에 보다 가깝게 되도록, 상기 보상 섹션은 상기 정상적으로 기능하는 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 제어하는, 밸브 타이밍 조절 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

엔진은 복수 그룹의 기통을 포함하고, 상기 각각의 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 상기 기통 그룹 중 하나에 대응하고,

상기 비정상 검출 섹션이 비정상을 검출할 때, 상기 보상 섹션은, 상기 정상적으로 기능하는 가변 밸브 타이밍 메커니즘에 대응하는 상기 기통 그룹의 상기 엔진의 시동 중의 상기 밸브 타이밍을 조절하는, 밸브 타이밍 조절 장치.
제 4 항에 있어서,

엔진은 상기 기통 그룹 중 하나를 각각 갖는 복수의 뱅크를 포함하고, 각각의 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 상기 뱅크 중 하나에 대응하는, 밸브 타이밍 조절 장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 제 1 가변 밸브 메커니즘 및 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 포함하고, 상기 제 1 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 상기 흡기 밸브의 상기 밸브 클로징 타이밍과 상기 배기 밸브의 상기 밸브 오프닝 타이밍 중 하나 이상을 조절할 수 있고, 상기 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 상기 흡기 밸브의 상기 밸브 클로징 타이밍을 조절할 수 있고, 상기 기통 그룹은 제 1 기통 그룹과 제 2 기통 그룹을 포함하고, 상기 제 1 기통 그룹은 상기 제 1 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 갖고, 상기 제 2 기통 그룹은 상기 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 가지며,

상기 비정상 검출 섹션이 상기 제 1 가변 밸브 타이밍 메커니즘에서만 비정상을 검출할 때, 상기 보상 섹션은, 상기 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘이 상기 엔진의 시동 중에 상기 흡기 밸브의 상기 밸브 클로징 타이밍을 조절하게 하는, 밸브 타이밍 조절 장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 제 1 가변 밸브 메커니즘 및 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 포함하고, 상기 제 1 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 상기 흡기 밸브의 상기 밸브 클로징 타이밍과 상기 배기 밸브의 상기 밸브 오프닝 타이 밍 중 하나 이상을 조절할 수 있고, 상기 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 상기 배기 밸브의 상기 밸브 오프닝 타이밍을 조절할 수 있고, 상기 기통 그룹은 제 1 기통 그룹과 제 2 기통 그룹을 포함하고, 상기 제 1 기통 그룹은 상기 제 1 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 갖고, 상기 제 2 기통 그룹은 상기 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘을 가지며,

상기 비정상 검출 섹션이 상기 제 1 가변 밸브 타이밍 메커니즘에서만 비정상을 검출할 때, 상기 보상 섹션은, 상기 제 2 가변 밸브 타이밍 메커니즘이 상기 엔진의 시동 중에 상기 배기 밸브의 상기 밸브 오프닝 타이밍을 조절하게 하는, 밸브 타이밍 조절 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

각각의 가변 밸브 타이밍 메커니즘은 전동 액츄에이터에 의해 구동되는, 밸브 타이밍 조절 장치.