KR20090064019A - 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법 - Google Patents

가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 빠르고 정확하게 캠 샤프트의 위상을 조절할 수 있는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법을 제공한다.
본 발명은, 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이를 계산하는 단계; 상기 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이가 설정값 이상인지 판단하는 단계; 만일 상기 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이가 설정값 이상이면 상기 목표 위상각을 기초로 기본 토크(Tb)를 계산하는 단계; 엔진 회전수와 엔진 오일 온도에 따라 상기 기본 토크를 수정하여 유효 토크(Teff)를 계산하는 단계; 그리고 상기 유효 토크(Teff)에 대응하는 유효 전류(Ieff)를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
가변 밸브 타이밍 기구, 전자 클러치

Description

가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING CONTINUOUS VARIABLE VALVE TIMING APPARATUS}
본 발명은 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐 타이밍을 가변적으로 제어 하는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가변 밸브 타이밍(Continuous Variable Valve Timing; CVVT) 기구는 엔진 회전수 및 차량의 부하 상태에 따라 흡기 및 배기 밸브의 개폐를 조절하는 캠샤프트의 위상을 변화시켜 흡기 밸브 및 배기 밸브의 개폐 시기를 변경한다. 가변 밸브 타이밍 장치를 사용하면 혼합기의 점화시기를 효과적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 배기가스와 연비를 저감하고 엔진의 성능향상을 실현할 수 있다.
종래의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법은 피드백 제어 방법을 사용하였다. 즉, 캠 샤프트의 현재의 위상과 캠 샤프트의 목표 위상각의 차이에 따른 전류를 일정 시간 간격마다 캠샤프트의 위상각을 조절하는 전자 클러치에 인가하여 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하였다.
그러나 상기와 같은 종래의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법은, 피드백 제어에 의하여 캠 샤프트의 위상을 조절하므로 그 조절 속도가 늦은 문제점이 있었다.
또한, 캠 샤프트의 위상각은 엔진 오일의 온도와 엔진 회전수에 따라 다르게 변화하므로 밸브 타이밍을 정밀하게 제어하기가 힘들었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 빠르고 정확하게 캠 샤프트의 위상을 조절할 수 있는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법은, 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이를 계산하는 단계; 상기 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이가 설정값 이상인지 판단하는 단계; 만일 상기 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이가 설정값 이상이면 상기 목표 위상각을 기초로 기본 토크(Tb)를 계산하는 단계; 엔진 회전수와 엔진 오일 온도에 따라 상기 기본 토크를 수정하여 유효 토크(Teff)를 계산하는 단계; 그리고 상기 유효 토크(Teff)에 대응하는 유효 전류(Ieff)를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 유효 토크(Teff)를 계산하는 단계는, 엔진 회전수에 따른 제1보정 상수(Krpm)를 계산하는 단계; 엔진 오일 온도에 따른 제2보정 상수(KT)를 계산하는 단계; 상기 엔진 오일 온도에 따른 마찰 토크(Tf)를 계산하는 단계; 그리고 상기 기본 토크(Tb), 제1보정 상수(Krpm), 제2보정 상수(KT), 마찰 토크(Tf)를 기초로 유효 토 크(Teff)를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 유효 토크(Teff)는, Teff = Tb * Krpm * KT - Tf의 식으로부터 계산될 수 있다.
상기 유효 전류(Ieff)는, Ieff = Teff / b의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서 b는 비례 상수이다.
상기 기본 토크(Tb)는,
Figure 112007090266970-PAT00001
의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서 J는 캠 샤프트의 회전 관성이고, D는 캠 샤프트의 댐핑 계수이며, K는 캠 샤프트의 스프링 상수이고,
Figure 112007090266970-PAT00002
는 목표 위상각이고,
Figure 112007090266970-PAT00003
는 각각 목표 위상각의 1,2차 미분 값이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법에 의하면, 엔진 회전수와 엔진 오일 온도를 고려하여 유효 전류를 계산하고, 이 유효 전류에 따라 전자 클러치를 제어하므로 가변 밸브 타이밍 기구를 정확하고 빠르게 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법이 적용되 는 시스템을 보인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법이 적용되는 시스템은, 캠 샤프트 위치 센서(100), 온도 센서(110), 엔진 회전수 센서(120), 제어 유닛(130), 그리고 전자 클러치(140)를 포함한다.
캠 샤프트 위치 센서(100)는 엔진의 캠 샤프트(도시하지 않음)에 장착되어 있으며, 캠 샤프트의 위상각을 측정하여 이에 대한 신호를 제어 유닛(130)에 전달한다.
온도 센서(110)는 엔진(도시하지 않음)에 장착되어 있으며, 엔진 오일의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 제어 유닛(130)에 전달한다.
엔진 회전수 센서(120)는 크랭크 축(도시하지 않음)에 장착되어 있으며, 크랭크 축의 위상각 변화로부터 엔진 회전수를 측정하고 이에 대한 신호를 제어 유닛(130)에 전달한다.
제어 유닛(130)은 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
상기 제어 유닛(130)은 각 센서들(100, 110, 120)로부터 캠 샤프트의 위상각, 엔진 오일의 온도, 그리고 엔진 회전수에 대한 신호를 전달받는다. 상기 제어 유닛(130)은 상기 신호를 기초로 전자 클러치(140)에 인가되는 유효 전류를 계산한다.
전자 클러치(140)는 상기 제어 유닛(130)의 제어에 의하여 캠 샤프트의 위상 각을 제어한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법의 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 캠 샤프트 위치 센서(100)가 현재의 캠 샤프트 위상각을 측정하면(S210), 제어 유닛(130)은 상기 현재의 캠 샤프트 위상각과 목표 위상각(
Figure 112007090266970-PAT00004
)의 차이를 계산하고(S220), 현재의 캠 샤프트 위상각과 목표 위상각(
Figure 112007090266970-PAT00005
)의 차이가 설정 값 이상인지를 판단한다(S230).
만일 현재의 캠 샤프트 위상각과 목표 위상각()의 차이가 설정 값 미만이면, 캠 샤프트의 위상각 제어가 필요하지 않으므로 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법은 종료된다.
만일 현재의 캠 샤프트 위상각과 목표 위상각(
Figure 112007090266970-PAT00007
)의 차이가 설정 값 이상이면, 상기 목표 위상각(
Figure 112007090266970-PAT00008
)을 기초로 기본 토크(Tb)를 [식 1]로부터 계산한다(S240).
[식 1]
Figure 112007090266970-PAT00009
여기서, J는 캠 샤프트의 회전 관성이고, D는 캠 샤프트의 댐핑 계수이며, K는 캠 샤프트의 스프링 상수이고,
Figure 112007090266970-PAT00010
는 목표 위상각이고,
Figure 112007090266970-PAT00011
는 각각 목표 위상 각의 1,2차 미분 값이다. 상기 캠 샤프트의 회전 관성, 캠 샤프트의 댐핑 계수, 그리고 캠 샤프트의 스프링 상수는 정해진 값이고, 목표 위상각은 측정되는 값이며, 목표 위상각의 1,2차 미분 값은 상기 목표 위상각을 설정 시간동안 측정하여 계산되는 값이다.
그 후, 제어 유닛(130)은 엔진 회전수와 엔진 오일 온도에 따라 상기 기본 토크(Tb)를 수정하여 유효 토크(Teff)를 계산한다.
도 3을 참고로, 상기 유효 토크(Teff)의 계산을 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어 유닛(130)은 엔진 회전수에 따른 제1보정 상수(Krpm)를 계산하고(S250), 엔진 오일 온도에 따른 제2보정 상수(KT)를 계산한다(S260). 또한, 상기 엔진 온도에 따른 마찰 토크(Tf)를 계산한다(S270). 엔진 회전수에 따른 제1보정 상수(Krpm), 엔진 오일 온도에 따른 제2보정 상수(KT), 그리고 엔진 온도에 따른 마찰 토크(Tf)는 많은 실험에 의하여 결정되며, 제어 유닛(130) 내의 맵 테이블에 저장되어 있다.
그 후, 상기 제어 유닛(130)은 상기 기본 토크(Tb), 제1보정 상수(Krpm), 제2보정 상수(KT), 마찰 토크(Tf)를 기초로 유효 토크(Teff)를 계산한다(S280). 상기 유효 토크(Teff)는 [식 2]로부터 계산된다.
[식 2]
Teff = Tb * Krpm * KT - Tf
그 후, 상기 제어 유닛(130)은 상기 유효 토크(Teff)에 대응하는 유효 전류(Ieff)를 계산한다(S290). 상기 유효 전류(Ieff)는 [식 3]으로부터 계산된다.
[식 3]
Ieff = Teff / b
그 후, 상기 제어 유닛(130)은 상기 유효 전류(Ieff)를 전자 클러치(140)에 인가한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법이 적용되는 시스템을 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법에서, 유효 토크를 계산하는 것을 보인 블록도이다.

Claims (5)

  1. 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이를 계산하는 단계;
    상기 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이가 설정값 이상인지 판단하는 단계;
    만일 상기 목표 위상각과 현재의 캠 샤프트 위상각의 차이가 설정값 이상이면 상기 목표 위상각을 기초로 기본 토크(Tb)를 계산하는 단계;
    엔진 회전수와 엔진 오일 온도에 따라 상기 기본 토크(Tb)를 수정하여 유효 토크(Teff)를 계산하는 단계; 그리고
    상기 유효 토크(Teff)에 대응하는 유효 전류(Ieff)를 계산하는 단계;
    를 포함하는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유효 토크(Teff)를 계산하는 단계는,
    엔진 회전수에 따른 제1보정 상수(Krpm)를 계산하는 단계;
    엔진 오일 온도에 따른 제2보정 상수(KT)를 계산하는 단계;
    상기 엔진 오일 온도에 따른 마찰 토크(Tf)를 계산하는 단계; 그리고
    상기 기본 토크(Tb), 제1보정 상수(Krpm), 제2보정 상수(KT), 마찰 토크(Tf)를 기초로 유효 토크(Teff)를 계산하는 단계;
    를 포함하는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유효 토크(Teff)는, Teff = Tb * Krpm * KT - Tf의 식으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유효 전류(Ieff)는, Ieff = Teff / b의 식으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
    (단, 여기서 b는 비례 상수임.)
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기본 토크(Tb)는,
    Figure 112007090266970-PAT00012
    의 식으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
    (단, 여기서 J는 캠 샤프트의 회전 관성이고, D는 캠 샤프트의 댐핑 계수이며, K는 캠 샤프트의 스프링 상수이고,
    Figure 112007090266970-PAT00013
    는 목표 위상각이고,
    Figure 112007090266970-PAT00014
    는 각각 목표 위상각의 1,2차 미분 값임.)
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