KR20100058134A - 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 클러치 타입의 전자식 가변밸브가 장착된 차량에서의 저온 시동성을 개선하고, 시동 시간을 단축시키도록 하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어에 관한 것이다.

본 발명은 시동 온 요구가 검출되면 흡기 밸브 및 배기 밸브의 초기값을 판독하고, 크랭킹에 따른 엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달되었는지 판단하는 과정, 초폭 회전수에 도달되었으면 최대로 지각되어 있는 흡기 밸브를 최대로 진각시키는 과정, 흡입 공기량 및 냉각수온에 따라 점화시기 및 연료공급량을 제어하여 엔진을 시동시키는 과정을 포함한다.

전자식 가변밸브 장치, 밸브 타이밍, 초폭, 진각, 흡기 및 배기 밸브

Description

전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치 및 방법{SYSTEM FOR CONTROL STARTING OF ELECTRONIC CONTINUOUS VARIABLE VALVE DEVICE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전자식 가변밸브 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 클러치 타입의 전자식 가변밸브가 장착된 차량에서의 저온 시동성을 개선하고, 시동 시간을 단축시키도록 하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관 특히 가솔린 엔진의 성능은 각 엔진 사이클 동안 연소실에 얼마나 적정한 공기를 넣을 수 있는가에 달려있다. 이를 구현하기 위해서 가솔린 엔진에 유압식 가변밸브 장치를 적용하여 밸브 타이밍을 조절하면서 엔진 상태에 따라 적정한 공기를 실린더 내부에 공급하고 있다.

유압식 가변밸브 장치는 엔진 속도가 낮거나 엔진 오일이 저온일 경우 구동 장치 자체의 토크가 증대되어 구동하기 어려우며 또한 작동 각이 크지 못한 단점이 있다.

이러한 유압식 가변밸브 장치의 단점을 극복하기 위하여 작동 각을 넓힐 수 있는 전자식 가변밸브 장치 도입이 활성화되고 있다.

전자식 가변밸브 장치는 크게 모터로 구동되는 방식과 전자 클러치 타입의 구동 방식으로 크게 나눌 수 있다. 두 가지 방식 모두 기존 유압식에 비해 빠른 응답 속도를 가지고 있으며 오일압을 필요로 하지 않으므로 저온 상태에서도 구동이 가능하여 저온 시동 부하를 줄이고 기존 엔진 대비 저온 상태에서 빠른 시동을 가능하게 함으로 저온 배기 가스 배출량을 낮출 수 있는 장점이 있다.

하지만, 모터로 구동되는 방식은 넓은 설치 공간과 높은 가격으로 인해 배기량이 큰 차량에만 적용되고 있으며, 클러치 타입의 구동방식은 비교적 작은 설치 공간과 낮은 가격으로 인해 중형 차량에 적용되고 있다.

클러치 타입의 전자식 가변밸브 장치를 이용하여 연비를 향상하기 위해서는 부분 부하 영역에서 흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩(Over Lap) 정도를 제어할 수 있어야 한다.

일반적으로 부분 부하영역에서 배기 밸브 닫힘 시간을 지각시킨 상태에서 흡기 밸브의 열림 시간을 지각 또는 진각시켜서 연비 향상을 구현할 수 있다.

유압식 가변밸브 장치는 부분 부하영역에서 연비 향상을 구현하기 위해서는 기구적인 제약으로 인해 정지 위치에서 진각시켜 이를 구현하였다. 이에 비해 클러치 타입의 전자식 가변밸브 장치는 넓은 작동 영역을 구현할 수 있으므로 정지 위치를 유압식 가변밸브 장치 보다 많이 지각시켜 부분 부하영역에서 더 높은 연비 향상을 구할 수 있다.

하지만, 정지 위치를 유압식 가변 밸브 장치보다 많이 지각시킴으로 인해 저온 시동성이 떨어지는 단점이 있다.

도 3은 일반적인 유압식 가변밸브 장치의 흡기 밸브 및 배기 밸브 타이밍도 이다.

도시된 바와 같이, 일반적인 유압식 가변밸브 장치는 초기 정지위치에서 흡기 밸브는 11CA(Crank Angle) 진각되어 있으며 배기 밸브는 0CA에 있어 엔진 시동이 가장 좋은 위치에서 흡배기 밸브를 제어한다.

그리고, 운전자가 키 온(ON)을 한 이후 차량의 엔진 운전 조건에 따라 흡기 밸브는 45CA 정도의 범위를 진각하며 배기 밸브는 45CA 범위 정도를 지각하면서 엔진 운전성 및 연비가 가장 좋은 위치에서 제어하게 된다.

따라서, 종래 유압식 가변밸브 장치는 엔진 시동이 가장 좋은 조건에 흡기 및 배기 밸브가 정지해 있으므로 엔지 시동시 공기량 대비 연료량만 예측하여 오픈 루프(Open Loop) 형태로 엔진을 시동한다.

이에 비해 클러치 타입의 전자식 가변밸브 장치는 부분 부하 운전 조건에서 연비 향상을 구현하기 위해서 넓은 흡기 밸브와 배기 밸브 캠 타이밍도를 가진다.

도 4에 도시된 바와 같이 클러치 타입의 전자식 가변밸브 장치는 초기 정지위치에서 흡기 밸브는 46CA 진각되어 있고, 배기 밸브는 0CA에 있으므로, 유압식 가변 밸브 장치 대비 작동 구간이 넓고 흡기 밸브가 빨리 열림으로 인해 언더 랩(Under Lap) 구간이 넓어지게 된다.

종래의 유압식 가변밸브 장치의 제어로직은 시동 키가 온 되면 엔진 상태, 센서 및 액추에이터의 상태를 점검하고 동시에 엔진 크랭크와 캠 동기화를 완료하며, 동기화가 완료된 이후 흡배기 밸브 캠의 정지 위치를 학습하여 학습된 값을 이용하여 흡기 및 배기 캠을 제어한다.

따라서, 종래의 유압식 가변밸브 장치의 제어로직을 클러치 타입의 전자식 가변밸브 장치에 적용하여 저온 상태에서 엔진을 시동할 경우 실린더 내부에서의 연소 불안정으로 인해 시동이 걸리지 않게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 차량의 시동시 엔진의 냉각수 온도와 시동시간 및 캠 변경에 따른 공기량 모델 매핑 값을 적용하여 흡기 밸브의 캠 타이밍을 오픈 루프(Open Loop)로 제어하여 캠 지각시간을 제어함으로써 시동성을 향상시키도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 보다 빠른 시동을 구현하기 위해 흡기 밸브 및 배기 밸브가 작동하지 않는 연료 차단 구간에서 흡기 밸브 및 배기 밸브의 정지 위치를 학습하여 향후 시동에 조건을 적용하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치는,

차량의 대한 제반 상태 정보를 검출하는 운전정보검출부;

상기 시동 온에 따른 크랭킹에서 엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달하면 전자식 가변밸브 장치를 제어하여 최대로 지각이 되어 있는 흡기 캠 타이밍을 최대로 진각시키는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어방법은,

시동 온 요구가 검출되면 흡기 밸브 및 배기 밸브의 초기값을 판독하고, 크랭킹에 따른 엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달되었는지 판단하는 과정;

초폭 회전수에 도달되었으면 최대로 지각되어 있는 흡기 밸브를 최대로 진각시키는 과정;

흡입 공기량 및 냉각수온에 따라 점화시기 및 연료공급량을 제어하여 엔진을 시동시키는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 클러치 타입의 전자식 가변밸브 장치가 적용된 엔진에서 시동 시간을 단축시켜 초기 시동성을 향상시킬 수 있으며, 빠른 시동 시간이 가능함에 따라 저온 상태에서 배출가스를 줄이고, 연소를 안정화시키는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 운전정보검출부(100)와 제어부(200), 전자식 가변밸브 장치(300), 점화장치(400) 및 연료분사장치(500)를 포함한다.

운전정보검출부(100)는 차량의 대한 제반적인 상태 정보를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(200)에 제공한다.

상기 운전정보검출부(100)는 이그니션 키의 트리거 접점을 검출하는 시동키검출부(101), 크랭크 축의 각도 변위로부터 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부(103), 흡기 밸브 및 배기 밸브를 작동시키는 캠의 각도를 검출하는 캠 각도 검출부(105), 엔진에 흡입되는 공기량을 검출하는 공기량 검출부(107), 엔진을 순환하는 냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부(109), 가속페달의 작동에 연동되어 동작되는 스로틀 밸브의 개도를 검출하는 스로틀 개도 검출부(111) 및 현재의 주행 차속을 검출하는 차속 검출부(113)를 포함한다.

제어부(200)는 운전정보검출부(100)로부터 이그니션 키의 트리거 접점, 엔진 회전수, 캠 각도, 흡입 공기량, 냉각수 온도, 스로틀 밸브의 개도량 및 차속을 입력으로 하며 입력되는 정보에 따라 전자식 가변밸브 장치(300)측에 밸브 타이밍을 조정하는 제어 신호, 점화장치(400)에 점화를 제어하는 신호, 연료분사장치(500)에 연료 분사량을 제어하는 신호를 출력으로 한다.

상기 제어부(200)는 이그니션 키의 시동 접점 검출에 따라 엔진 시동을 위한 크랭킹을 시작하며, 크랭킹 상태에서 엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달하면 빠른 시동을 위해 최대로 지각이 되어 있는 흡기 캠 타이밍을 최대로 진각시킨다.

이때, 흡기 캠 타이밍을 최대로 진각시킬 때의 출력 신호 및 유지시간은 하 기의 표 1 및 표 2와 같이 냉각수온에 따라 매핑되는 값을 적용한다.

냉각수온(℃)	-25	-10	0	20	30	50	60	70	90
출력신호(듀티비%)	90	90	80	60	60	60	60	60	60

냉각수온(℃)	-25	-10	0	20	30	50	60	70	90
유지시간(sec)	6	4	2	1.5	1.5	1.5	1.0	1.0	1.0

상기의 표 2와 같이 결정되는 흡기 밸브의 최대 진각 유지 시간은 엔진 시동시 엔진 회전수가 완폭 회전수인 최대 회전수가 되면 최대 진각 유지 시간은 적용되지 않으며, 기존 학습된 캠의 초기 위치를 이용하여 엔진 상태에 따른 캠의 타이밍을 제어하게 된다.

또한, 제어부(200)는 상기 운전정보검출부(100)의 정보에 포함된 흡입 공기량 및 냉각수 온도 따라 점화장치(400)를 제어하는 점화신호와 연료분사장치(500)를 제어하는 연료 분사 제어신호를 출력한다.

전술한 바와 같은 기능이 포함되는 구성되는 본 발명의 동작에 대하여 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

클러치 타입의 전자식 가변밸브 장치가 적용되는 엔진이 시동 정지된 상태에서 이그니션 키의 트리거 접점이 시동 접점으로 선택되어 제어부(200)에 검출되면(S101), 제어부(200)는 캠 각도 검출부(105)의 정보를 분석하여 흡기 밸브 및 배기 밸브의 초기값을 판독하고(S102) 냉각수온과 엔진회전수 및 스로틀 밸브의 개도, 차속 등 제반적인 운전정보를 판독한다(S103).

상기와 같이 이그니션 키의 시동접점이 검출되면 제어부(200)는 도시되지 않은 스타트 모터를 작동시켜 크랭킹을 시작하며, 크랭킹에 따라 엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달되었는지 판단한다(S104).

엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달되지 않았으면 상기 S103의 과정으로 리턴하고, 초폭 회전수에 도달되었으면 빠른 시동을 위해 최대로 지각이 되어 있는 흡기 캠 타이밍을 최대로 진각시킨다(S105).

이때, 흡기 캠 타이밍을 최대로 진각시킬 때의 출력 신호 및 유지시간은 상기한 표 1 및 표 2와 같이 냉각수온에 따라 매핑되는 값이 적용된다.

이후, 흡입 공기량을 검출한 다음 냉각수 온도의 정보를 포함하여 점화장치(400)를 제어하는 점화신호와 연료분사장치(500)를 제어하는 연료 분사 제어신호를 생성하여 출력한다(S106)(S107).

상기와 같은 제어 상태에서 엔진 회전수가 최대 시동 회전수에 도달되었는지 판단하여(S108), 최대 회전수에 도달되지 않으면 상기 S106의 과정으로 리턴되고 최대 시동 회전수에 도달되었으면 설정된 시간 이상 지속되는지 판단한다(S109).

상기 S109의 판단에서 설정된 시간 이상 지속되지 않으면 상기 S106의 과정으로 리턴되고, 엔진 회전수가 최대 시동 회전수에 도달되었으며 설정된 시간 이상 지속되는 상태이면 엔진 시동이 성공된 것을 판정한다(S110).

이후, 차량의 운행상태를 검출하여(S111) 가속페달의 오프에 따른 연료차단조건을 만족하는지 판단하여(S112), 연료차단조건을 만족하지 않으면 상기 S111의 과정으로 리턴되고 연료차단조건을 만족하면 점화신호를 오프시킴과 동시에 연료공급을 차단하여 연비 향상을 도모한다(S113).

이때, 제어부(200)는 캠 각도 검출부(107)의 정보를 판독하여 흡기 밸브 및 배기 밸브의 정지 위치를 학습한 다음(S114) 차기의 초기 시동에 적용하기 위하여 도시되지 않은 비휘발성 메모리에 저장한다(S115).

상기한 바와 같이 흡기 밸브 및 배기 밸브의 정지 위치 학습은 연료차단조건에 진입될 때마다 실행되며, 엔진 시동이 오프될 경우 학습된 캠 타이밍의 초기 위치를 도시되지 않은 비휘발성 영역에 저장하여 다음 초기 시동시에 이용한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자식 가변밸브 장치의 저온 시동장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자식 가변밸브 장치의 저온 시동을 실행하는 흐름도이다.

도 3은 유압식 가변밸브 장치의 정지상태 및 시동상태에서 흡배기 밸브 캠의 타이밍도이다.

도 4는 전자식 가변밸브 장치의 정지상태 및 시동상태에서 흡배기 밸브 캠의 타이밍도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 운전정보검출부 200 : 제어부

300 : 전자식 가변밸브 장치 400 : 점화장치

500 : 연료분사장치

Claims (7)

1. 차량의 대한 제반 상태 정보를 검출하는 운전정보검출부;

   상기 시동 온에 따른 크랭킹에서 엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달하면 전자식 가변밸브 장치를 제어하여 최대로 지각이 되어 있는 흡기 캠 타이밍을 최대로 진각시키는 제어부;

   를 포함하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 운전정보검출부는 이그니션 키의 트리거 접점을 검출하는 시동키 검출부;

   크랭크 축의 각도 변위로부터 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부;

   흡기 밸브 및 배기 밸브를 작동시키는 캠 각도를 검출하는 캠 각도 검출부;

   엔진에 흡입되는 공기량을 검출하는 공기량 검출부;

   냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부;

   스로틀 밸브의 개도를 검출하는 스로틀 개도 검출부;

   주행 차속을 검출하는 차속 검출부;

   를 포함하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 흡기 캠 타이밍을 진각시킬 때 냉각수온에 따라 매핑되는 출력 신호 및 유지시간을 적용하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 연료차단조건에 진입되면 흡기 밸브 및 배기 밸브의 정지 위치를 학습 저장하여 차기 시동에 적용하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어장치.
5. 시동 온 요구가 검출되면 흡기 밸브 및 배기 밸브의 초기값을 판독하고, 크랭킹에 따른 엔진 회전수가 초폭 회전수에 도달되었는지 판단하는 과정;

   초폭 회전수에 도달되었으면 최대로 지각되어 있는 흡기 밸브를 최대로 진각시키는 과정;

   흡입 공기량 및 냉각수온에 따라 점화시기 및 연료공급량을 제어하여 엔진을 시동시키는 과정;

   을 포함하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 엔진 시동 온 상태에서 연료차단조건에 진입되면 흡기 밸브 및 배기 밸브의 정지 위치를 학습하여 비휘발성 메모리에 저장하고, 차기 시동에 저장된 정지 위치 정보를 적용하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 초폭 회전수의 도달에 따른 흡기 밸브의 진각은 냉각수온에 따라 매핑되는 출력 신호 및 유지시간을 적용하는 전자식 가변밸브 장치의 시동 제어방법.

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