KR20100047827A - 밸브 조정 방법, 밸브 제어 장치 및 연료 공급 방법 - Google Patents

밸브 조정 방법, 밸브 제어 장치 및 연료 공급 방법 Download PDF

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KR20100047827A
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니콜라스 게레쯔
장-길헴 댈리시어
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발레오 시스템므 드 꽁트롤르 모뙤르
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Abstract

본 발명은 열 기관(10) 내의 밸브(13)를 제어하는 방법에 관한 것으로, 밸브는 하나의 폐쇄 위치과 하나의 개방 위치를 가지고, 밸브를 개방하는 적어도 하나의 단계를 포함하는 방법으로서, 상기 단계는 밸브를 개방 위치가 되게 하는 적어도 하나의 페이스(I)와 밸브를 폐쇄 위치과 개방 위치의 중간 위치에서 유지되도록 하는 적어도 하나의 페이스(Ⅱ)를 포함한다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 실현하는 장치와 엔진에 연료를 공급하는 방법에 관한 것이다.

Description

밸브 조정 방법, 밸브 제어 장치 및 연료 공급 방법{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A VALVE WITH SEVERAL LIFT PHASES, AND METHOD FOR SUPPLYING A THERMAL ENGINE WITH OXIDANT}
본 발명은 몇 개의 리프트 페이스를 갖는 밸브를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 방법과 장치는, 예를 들면, 자동차의 열 기관의 밸브를 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 열 기관의 연료를 공급하는 방법에 관한 것이다.
자동차 분야에 사용되는 열 기관은 일반적으로 실린더들의 범위를 정하는 블록을 포함하며, 그 블록은 실린더 헤드에 의해 폐쇄된 말단을 가지며 크랭크 축에 연결된 피스톤들의 미끄러짐을 수용한다. 4기통 엔진(four-stroke engines)에서, 실린더 헤드는 유입 및 배출 도관을 장착하고 있으며, 도관은 각각 유입 및 배출 밸브에 결합되어 있고, 각각의 밸브는 실린더 및 그에 대응하는 도관이 소통하는 개방 위치와 실린더와 그에 대응하는 도관이 분리되는 폐쇄 위치 사이에서 움직인다.
밸브, 특히 유입 밸브를 움직이게 하기 위하여, 이제부터 적어도 하나의 밸브와 결합하고, 엔진이 최적의 작동을 하도록 미리 정해진 파라미터들에 따라 작동 기 및 특히 실린더로 안내되는 공기의 충전(charge)을 제어하도록 프로그램된 조종 장치(piloting unit)에 연결되는 전자석 작동기(electromagnetic actuator)를 포함하는 제어 장치들을 사용하는 것이 기대된다.
몇 개의 조종 모드들 및 특히 EIVC와 LIVO 모드들이 있다. EIVC(Early Intake Valve Closing) 모드에서, 밸브가 열리고 나서, 유입된 공기의 양이 충분해지면 닫힌다. 이러한 조종 모드는 캠샤프트에 의해 고전적으로 작동되는 밸브에서 엔진에 종종 추가로 존재하는 펌핑에 의한 손실들을 감소시킨다. 그러나, 이러한 조종 모드는 공기의 유입 시에 실린더에서 교란의 형태를 조장하지 않으며, 연소의 상대적으로 약한 효율을 생성한다. LIVO(Last Intake Valve Opening) 모드에서, 실린더에서 이완이 일어날 때 피스톤의 강하로 인해 유입 밸브는 느리게 개방되고, 그 후에 유입된 공기의 양이 EIVC 모드에서처럼 충분해지면 닫힌다. 펌핑에 의한 손실은 EIVC 모드보다 더 높지만, 연소 효율은 개선된다.
본 발명의 목적은, 특히 열 기관에 있어서 조종된 유입 밸브가 최적의 공기를 유입하도록 하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명에 따르면, 열 기관의 밸브를 제어하는 방법이 제공되며, 밸브는 하나의 폐쇄 위치와 하나의 개방 위치를 가지고, 상기 방법은 밸브를 개방하는 적어도 하나의 단계를 포함하며, 이 단계는 개방 위치에서 밸브를 제공하는 적어도 하나의 페이스와 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 중간 위치에서 밸브를 유지하는 하나의 페이스를 포함한다.
따라서, 본 발명의 방법에서, 몇 개의 개방 위치에서 밸브가 연속적으로 공급되고 유지된다. 이 위치에서 유체의 운행과 흐름은 동일하지 않아서, 이 위치에서 밸브의 연속적인 위치 설정은 장점들을 조합하게 한다. 개방 위치에서 밸브의 공급 페이스는 중간 위치에서 밸브의 유지 페이스에 선행하거나 후행한다.
또한, 본 발명은 이 방법을 실행하는 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 유입 밸브를 움직임으로써 유입 시간 동안 열 기관의 실린더를 연소시키며, 개방 위치에서 밸브를 공급하는 적어도 하나의 페이스 및 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 중간 위치에서 밸브의 하나의 유지 페이스를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.
공기 역학적 교반, 중간 위치에서 개방 및 유지 위치의 공급으로부터 야기되는 필링(filling)의 속도와 손실은 특히 동일하지 않아서, 이들 두 페이스의 연속됨은 장점들을 조합하게 한다.
밸브를 제어하는 첫 번째 모드에 따르면, 개방 위치에서 밸브의 공급 페이스는 중간 위치에서의 밸브의 유지 페이스에 선행한다.
개방 위치에서 공급 페이스는 제한된 충전의 손실이 있는 실린더의 필링의 대부분을 보증해주는 한편, 중간 위치에서 유지 페이스는 실린더에서 연료의 충전의 공기역학적 교반, 바람직하게 유입 시간 후 압축 시간까지, 연소를 촉진하는 공기역학적 교반을 유지해준다.
제어의 두 번째 모드에 따르면, 개방 위치에서 밸브의 공급 페이스는 중간 위치에서 밸브의 유지 페이스에 후행한다.
중간 위치에서 유지 페이스는 밸브의 이동에 필요한 에너지의 소비를 제한함으로써 개방 위치로 향하는 밸브의 차후 이동을 용이하게 하는 한편, 개방 위치에서 밸브의 공급은 제한된 충전의 손실이 있는 실린더의 필링의 대부분을 보증해 준다. 여기서 또한, 개방 위치에서 공급 페이스는 실린더에서, 바람직하게는 유입 시간에 후행하는 압축 시간까지, 연료의 충전의 공기역학적 교반의 유지를 가능하게 해준다.
바람직하게, 공급 및 유지 페이스는 실린더에 유입되는 연료의 충전의 기능에서 정해진 지속 시간(duration)을 가진다.
연료의 충전은 직접적으로 유지 페이스의 지속 시간에 달려있어서, 이러한 목적으로 유입 도관 상에 수문을 공급하는 것은 불필요하다.
바람직하게, 유입 시간에 후행하는 연료의 압축 시간의 시작에 근접하여 폐쇄 위치에서 밸브가 공급되게 하기 위해 지속 시간이 주어진다.
따라서, 연료의 유입에 의해 제공된 연료의 공기역학적 교반은 압축 시간의 시작 때까지 유지되어, 이의 가연성을 향상시키고 양질의 연소를 얻도록 해준다.
본 발명의 다른 특징들과 장점들은 본 발명에 한정되지 않는 특별한 실시예들에 따른 설명에 나타나 있다.
하기와 같은 첨부된 도면들이 참조된다.
도 1은 본 발명의 실시를 가능하게 하는 열 기관의 부분 개략도,
도 2는 실린더의 엔진의 부분 개략도,
도 3 및 도 4는 조종의 두 모드에 따른 밸브의 일시적인 리프트 프로파일을 나타내는 두 도면.
여기 기술된 본 발명은 4기통, 즉 유입, 압축, 이완, 배출 싸이클에 따라 기능하는 내부 연소를 갖는 열 기관에 적용하는 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 열 기관은 라인 상에 4개의 실린더(1, 2, 3, 4)의 범위를 정하는 블록(10)을 포함한다. 실린더(1, 4)는 실린더(2, 3)의 가장자리에 있다. 각 실린더(1, 2, 3, 4)는 한 쪽에는 실린더 헤드(6)에 의해, 다른 쪽에는 높은 위치 (최고점은 아닌)과 낮은 위치 (최저점은 아닌) 사이의 실린더(1, 2, 3, 4)에서 슬라이딩 모션으로 움직이는 피스톤(7)에 의해 닫히고, 블록(10)에서 회전하며 장착되는 크랭크축(9)을 가진 크랭크(8)에 의해 연결되는 챔버(chamber; 5)의 경계를 정한다.
각 연소 챔버(5)에서, 실린더 헤드(6)에 마련된 유입 도관(11) 및 배출 도관(12)이 나타난다. 유입 도관(11)과 배출 도관(12)은 각각 유입 밸브(13)와 배출 밸브(14)가 장착되어 개방 및 폐쇄의 두 위치 사이를 각각 전자기 작동기들(15, 16)에 의해 움직인다.
그 자체로 알려진 방식으로, 각 작동기(15, 16)는 두 개의 전자석들이 장착된 몸체를 포함하는데, 두 전자석들 사이에는 밸브의 꼬리 상에서 지지하기 위해 배열된 반대 말단을 갖는 구동 줄기의 말단에 상호 의존적인 자석 팔레트가 장착되어 있다. 또한, 각 구동기는, 그 자체로 알려진 방식으로, 밸브의 개방 위치에서 팔레트를 가리키는 작동기의 몸체의 면과 작동기의 줄기의 어깨 사이에 삽입되는 스프링과 폐쇄 위치에서 밸브를 가리키는 실린더 헤드의 면과 밸브의 꼬리의 어깨 사이에 삽입되는 스프링을 포함하는 이동하는 탄성 수단들을 포함한다.
연소 챔버(5)에서 나타나게 하기 위해 점화 플러그(19)가 실린더 헤드(6)상에서 장착된다. 점화 플러그(19)는 잘 알려져 있지만 여기에 도시되지 않은 점화 회로에 연결되어 있다.
탄화 수소를 함유한 공급 장치의 인젝터(20)는 또한 실린더 헤드(6)상에 장착된다.
전자석들은, 예를 들면, 줄기의 위치의 포획에 의해 제공되는 위치의 신호의 이탈에 의해 얻어지는 활동 줄기 d<1>의 명령의 전류(current) 및 이동 속도로부터, 도시되지 않은 제어 수단을 경유하여 그 자체로 공지된 방법으로 제어 장치(17, 18)를 경유하여 제어된다.
그 자체로 알려진, 제어 장치(17, 18)는 하나의 전자적 유닛이며, 보통 VCU(Valve Control Unit)라고 하며, 다음을 포함한다.
- 메모리에 포함된 데이터 및 엔진(30)의 제어 유닛(또는 ECU; Engine Control Unit)에 의해 전해지는 데이터로부터 프로그램을 실행할 수 있는 프로세서를 결합하는 제어 데이터 모듈; 및
- 제어 모듈에 의해 제어되고 이것을 공급하기 위한 작동기에 연결된 파워 모듈
각 유입 밸브(13)의 작동기(15)의 제어 장치(17)에 의해 실행되는 프로그램 은 개방 위치에서 밸브의 적어도 하나 이상의 공급 페이스와 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 중간 위치에서 밸브의 유지 페이스를 포함하는 밸브의 개방을 실행하기 위해 배열된다. 개방 위치에서 공급 페이스와 중간 위치에서 유지 페이스는 실린더에 유입되는 연료의 충전의 기능에서 정해진 지속 시간을 가진다. 중간 위치를 가지는 유입 리프트 밸브(13)는 또한 실린더에 유입되는 연료의 충전의 기능에 의해 조정될 수 있다.
또한, 유입 시간에 후행하는 연료의 압축 시간의 시작 근처에서 밸브가 폐쇄 위치에서 제공되도록 지속 기간이 정해진다.
개방 위치에서 유입 밸브(13)의 유지는 여기서 실현되지 않는다. 작동기(15)는 이 위치가 그 후에 밸브를 느슨하게 하여 밸브가 폐쇄 위치로 떠날 때까지 밸브를 인도하도록 조종된다.
도 2를 참조하면, 개방 위치(I)에서 밸브의 공급 페이스는 중간 위치(Ⅱ)에서 밸브의 유지 페이스에 선행한다.
도 3을 참조하면, 개방 위치(I)에서 밸브의 공급 페이스는 중간 위치(Ⅱ)에서 밸브의 유지 페이스에 후행한다.
작동기(15)의 제어 장치(17)를 가진 일시적인 프로파일을 실행하기 위해, 제어 유닛(30)은 이 프로파일을 재건하게 해주는 정보 프레임(information frame)을 통신 버스 상으로 보낸다. 제어 장치(17)는 이동의 끝을 감지할 때까지 버퍼 메모리에 그것의 프레임을 저장한다.
통신의 첫 번째 방법에 따르면, 프레임은 하기와 같이 3중의 정보를 포함한 다.
- 바람직한 리프트(예를 들면, ㎜단위로 함)
- 상기 리프트의 끝의 위치(크랭크 축 각에서)
- 바람직한 리프트의 시작 위치(크랭크 축 각에서)
예를 들어, 다음의 연속적인 프레임을 가질 수 있다.
- 2㎜, 20°, 50°(프레임 1)
- 10㎜, 90°, 120°(프레임 2)
- 0㎜, 150°, 180°(프레임 3)
제어 장치(17)는 이러한 프레임을 기억하고 다음 구동 싸이클에 그것들을 적용한다. 연속된 프레임의 프로파일의 정의의 끝은 하기에 의해 감지된다.
- 마지막 프레임의 바람직한 리프트는 0㎜와 같고,
- 후행하는 프로파일의 정의의 첫 번째 프레임은 선행하는 프레임의 값보다 큰 바람직한 리프트의 시작 위치에 의해 종결되며,
- 정해진 지속 시간 동안 정보의 부재.
두 번째 통신 방법에 따르면, 정보는 더블릿(doublet)의 쌍들에 의해 통신된다.
- 선행 리프트(예를 들면, ㎜단위로 함) 및 예를 들면, 크랭크축 각에서 선행 리프트의 끝의 위치(더블릿 1),
- 다음의 리프트 및 다음의 리프트의 시작 위치(더블릿 2)
예를 들어, 다음의 연속적인 프레임을 가질 수 있다.
- 0㎜, 20°(더블릿 1); 2㎜, 50°(더블릿 2)
- 2㎜, 90°(더블릿 1); 10㎜, 120°(더블릿 2)
- 10㎜, 150°(더블릿 1); 0㎜, 180°(더블릿 2)
프로파일의 끝은 앞서 언급한 바와 같이 정해진다. 물론, 본 발명은 기술된 실시예들에 한정되지 않고, 청구항에 기재된 본 발명의 테두리 안에서 어떤 변형들도 모두 포함한다.
특히, 엔진 및 제어 장치는 여기에 기술된 것과 다른 구조를 가지고 있다. 따라서, 본 발명은 강제적 또는 임의적 점화를 가진 엔진, 직접 또는 간접 주입, 중탄화수소를 함유하는 엔진들, 밸브의 작동의 다른 형태들(특히, 유압식), 등에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법은 배출 밸브에도 사용 가능하다.
대안적으로, 개방 위치에서 밸브를 유지하는 것도 물론 가능하다.
또한, 추가의 중간 페이스를 가지는 것이 가능하다.
개방 위치 및 중간 위치에 대응하는 리프트들은 실린더로 유입하기 위한 연료의 충전의 기능에 따라 정해질 수 있다.
개방 위치에서 공급 페이스의 지속 시간과 중간 위치에서 유지 페이스의 지속 시간은 밸브가 압축 시간 시작 전 또는 이보다 약간 후에 폐쇄 위치로 들어올 수 있도록 정해질 수 있다.
엔진의 제어 유닛과 밸브의 제어 장치 사이에서 정보를 통신하는 다른 방법들이 가능하다. 또한, 정보 통신 방법들은 기술된 응용과는 관계가 없다. 다른 정보는 또한 교환된다.

Claims (14)

  1. 열 기관(10)의 밸브(13)를 조정하는 방법에 있어서,
    상기 밸브는 폐쇄 위치 및 개방 위치를 가지고, 상기 방법은 상기 밸브의 개방의 적어도 하나의 단계를 포함하며, 상기 단계는 개방 위치에서 상기 밸브의 적어도 하나의 공급 페이스(I)와, 폐쇄 위치 및 개방 위치 사이의 중간 위치에서 상기 밸브의 하나의 유지 페이스(Ⅱ)를 갖는 것을 특징으로 하는
    밸브 조정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    개방 위치에서의 상기 밸브(13)의 공급 페이스(I)는 중간 위치에서의 상기 밸브(13)의 유지 페이스(Ⅱ)에 선행하는 것을 특징으로 하는
    밸브 조정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    개방 위치에서의 상기 밸브(13)의 공급 페이스(I)는 중간 위치에서의 상기 밸브의 유지 페이스(Ⅱ)에 후행하는 것을 특징으로 하는
    밸브 조정 방법.
  4. 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 밸브(13)를 제어하는 장치에 있어서,
    작동기의 데이터 조종 유닛(17)에 연결된 상기 밸브의 작동기(15)를 포함하며, 상기 조종 유닛은 개방 위치에서 상기 밸브의 적어도 하나의 공급 페이스(I)와 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 중간 위치에서 상기 밸브의 하나의 유지 페이스(Ⅱ)를 포함하는 상기 밸브의 개방을 실행하도록 프로그래밍되어 있는 것을 특징으로 하는
    밸브 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    개방 위치에서의 상기 밸브(13)의 공급 페이스(I)는 중간 위치에서의 상기 밸브의 유지 페이스(Ⅱ)에 선행하는 것을 특징으로 하는
    밸브 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    개방 위치에서의 상기 밸브(13)의 공급 페이스(I)는 중간 위치에서의 상기 밸브의 유지 페이스(Ⅱ)에 후행하는 것을 특징으로 하는
    밸브 제어 장치.
  7. 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 유입 밸브(admission valve)가 이동하는 유입 시간 동안 열 기관(10)의 실린더(1, 2, 3, 4)에 연료를 공급하는 방법에 있어서,
    개방 위치에서 상기 밸브의 적어도 하나의 공급 페이스(I)와 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 중간 위치에서 상기 밸브의 유지 페이스(Ⅱ)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    개방 위치에서의 상기 밸브(13)의 공급 페이스(I)는 중간 위치에서의 상기 밸브(13)의 유지 페이스(Ⅱ)에 선행하는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    개방 위치에서의 상기 밸브(13)의 공급 페이스(I)는 중간 위치에서의 상기 밸브의 유지 페이스(Ⅱ)에 후행하는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 공급 및 유지 페이스(I, Ⅱ)는 상기 실린더(1, 2, 3, 4)에 도입되는 연료 부하의 기능을 제한하는 지속 시간을 갖는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    유입 시간에 후행하는 연료의 압축 시간의 시작 근처에서 폐쇄 위치에서 상기 밸브(13)가 제공되도록 지속 시간이 정해지는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    모터의 조종 유닛(30)과 정보, 즉 밸브의 리프트와 크랭크축 각들의 밸브(15)의 조종 장치 사이에, 통신 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    정보가 다음, (i) 밸브 리프트, (ⅱ) 선행하는 리프트의 끝에 크랭크축의 각, 및 (ⅲ) 바람직한 리프트의 시작에 대응하는 크랭크축의 각의 3중의 형태로 통신되는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    정보가 다음, (i) 선행하는 리프트 및 선행하는 리프트의 끝에 대응하는 크랭크축의 각 및 (ⅱ) 후행하는 리프트 및 후행하는 리프트의 시작에 대응하는 크랭크축의 각의 이중(doublet)의 쌍의 형태로 통신되는 것을 특징으로 하는
    연료 공급 방법.
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