KR20110135452A - 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 흡배기 밸브의 리프트를 결정하는 캠축의 실제 작동상황의 오차 발생을 검출하여 오일콘트롤밸브(OCV)가 이물질에 의해 작동이 방해받고 있는 상태인가를 판정한 후 오일콘트롤밸브를 작동시켜 이물질이 떨어져 나가도록 제어함으로써 오일콘트롤밸브의 고착에 의한 엔진 시동 꺼짐을 사전에 방지할 수 있는 제어방법을 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명은 오일콘트롤밸브가 이물질에 의해 고착되었는가를 캠축의 위치 정보를 검출하여 판단하는 단계와; 상기 오일콘트롤밸브가 고착된 것으로 판단되는 경우 오일콘트롤밸브를 작동 듀티 100%로 제어한 후, 다시 작동 듀티 0%의 반전 작동제어를 실시하여 이물질을 털어내는 작동단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법{Control method for preventing adherence of oil control valve}

본 발명은 내연기관의 오일콘트롤밸브가 고착되는 것을 방지하는 제어방법에 관한 것이다.

근년, 자동차등에 탑재된 내연기관(엔진)에 있어서는, 환경에 대한 배려에 따라 엔진에서 대기중에 방출되는 배기가스중의 유해물질에 대한 규제가 엄하게 되어 있어, 배기가스중의 유해물질을 저감하는 것이 요구되고 있다.

일반적으로, 유해한 배기가스를 저감하기 위하여는 2가지의 방법이 알려져 있으며, 1개는 엔진에서 직접배출되는 유해가스를 저감하는 방법이며, 다른 1개는 배기관의 도중에 설치된 촉매콘버터(이하, 다만 '촉매'라 함)에 의해 후처리하여 저감하는 방법이다.

이런 종류의 촉매는 주지하는 바와 같이 어느 정도의 온도에 도달않되면 유해가스를 무해화하는 반응이 얼어나지 않음으로, 예를 들면 엔진의 냉기시동시에서도 촉매를 속히 승온시켜서 활성화시키는 것이 중요한 과제로 된다.

또, 종래의 대부분의 엔진에서 흡기용 및 배기용의 밸브개폐타이밍을 결정하는 캠축은 크랭크축에서 타이밍벨트(또는, 타이밍체인)등을 통하여 운전구동되고 있다.

따라서, 흡기용 및 배기용의 각 밸브의 개폐타이밍(캠각)은 요구되는 밸브타 이밍이 운전상태에 따라 다름에도 불구하고 크랭크각에 대해서 일정하게 제어되고 있다.

그러나 근년 엔진출력을 향상시키기 위해, 또 배기가스 및 연비를 저감하기 위해 밸브타이밍을 변경가능한 밸브타이밍 제어장치가 채용되기에 이르렀다.

이런 종류의 밸브타이밍 제어장치는, 예를 들면 일본국 특개평 9-324613호 공보에 참조할 수가 있다.

상기 밸브타이밍 제어장치에서 가변밸브타이밍기구(이하, 'VVT기구'라 함)는 흡기밸브 또는 배기밸브를 구동하는 캠축의 위상을 변화시키기 위해 하우징내에서 회전하는 베인(vane)(추후에 설명)을 구비하고 있다. VVT기구의 베인은 엔진시동시에는 거의 중간위치(시동시 대응위치)에 유지되어 크랭크각에 대한 캠각의 상대회동(회전운동)을 규제하여, 시동시부터 소정시간경과후에 회동규제를 해제하도록 되어 있다.

다른 한편, 최근 자동차 기술은 연비를 개선하고 출력을 향상시키기 위해 엔진의 흡배기(Breathing)와 관련하여 다밸브(Multi-valve)화에 이어 충진효율(Charging efficiency)을 높이기 위한 기술들이 선보이고 있다.

이러한 기술로는 엔진의 회전영역에 따라 변화하는 공기의 흡입저항에 맞춰 흡기 다기관의 길이나 단면적을 변경하는 가변 흡기 시스템(VIS; Variable Induction System)과 엔진의 회전영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어, 실린더 충전량과 잔류 가스량에 대한 조절이 가능하도록 하는 가변 밸브 타이밍(VVT; Variable Valve Timing)을 들 수 있다.

이런 차원에서 종래와 달리 현재 대부분의 엔진에는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT; Continuously Variable Valve Timing) / 저부하시 일부 실린더를 죽여서 연비를 도모하는 CDA / 가변 밸브 리프트(VVL; Variable Valve Lift) / 연속 가변 밸브 리프트(CVVL; Continuously Variable Valve Lift) 등의 기술을 적용하고 있는 추세이다.

캠이 열리고 닫히는 시기와 리프트의 높이를 조절함으로써 밸브 오버랩 기간을 조절할 수 있는 VVT(Variable Valve Timing)와 VVL(Variable Valve Lift)를 포함하는 이런 신기술은 대부분 유압에 의해 작동되고, 또한 작동에 필요한 유압이 설정되어 있기 때문에 필요 시 요구되는 유압이 확보되지 않거나 유압이 불안정할 경우, 작동 불가하거나 작동하더라도 신뢰성을 가질 수 없다.

한편 엔진 구동에 있어서 오일의 역할은 매우 중요하며, 윤활이 제대로 이루어지지 않을 경우 곧바로 엔진 오류(fail)가 일어나게 된다.

그러나 최근 CDA, VVL 등의 신기술이 적용되면서 오일의 역할은 윤활에 그치지 않고 이런 신기구들의 안정적인 작동을 위해 적정한 수준의 유압을 안정적으로 유지해야 한다.

현재 여러 엔진에서 CDA, VVL 등의 신기술이 적용되고 있으며, 따라서 윤활 및 기구 작동 유압 확보의 두 가지를 모두 만족시켜야만 한다.

도 1은 상기에서 기술한 종래의 내연기관의 오일콘트롤 시스템을 구비한 밸브타이밍 제어장치의 구성을 개략적으로 표시하는 도면이다.

도 1에 도시하는 바와 같이 종래의 밸브타이밍 제어장치는 윤활유를 밸브타이밍 제어시스템에 압송하는 오일펌프(1)와 내연기관의 흡기밸브 내지 배기밸브의 개폐를 하는 캠샤프트(2)와 크랭크 축(도시 않음)에 대한 캠샤프트(2)의 회전위상을 변화 시키는 VVT(Variable Valve Timing) 액추에이터(3)와 VVT액추에이터(3)에 공급되는 윤활유의 량을 조정하는 오일 콘트롤 밸브(4)와 크랭크 축의 회전위상을 검출하는 크랭크 축 회전위상 검출수단(5)과 캠샤프트의 회전위상을 검출하는 캠샤프트 회전위상 검출수단(6)과 내연기관의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단(7)과 오일 콘트롤 밸브(4)를 전기적으로 구동하는 오일 콘트롤 밸브 구동회로(8)와 오일 콘트롤 밸브 구동회로(8)에 지령을 주는 ECU(9)를 구비한다.

또, VVT액추에이터(3)는 크랭크 축과 동기해서 회전하는 (회전수는 크랭크 축의 1/2) 캠풀리(2a)와 캠샤프트(2)를 진각 또는 지각측에 각각 회전 이동 시키기 위한 진각실 (3a), 지각실(3b) 및 로터(3c)를 구비한다.

다음 종래의 내연기관의 밸브타이밍 제어장치의 동작을 설명한다. 운전상태 검출수단(7)에서 검출되는 내연기관의 운전상태(엔진 회전수,스로틀개도,충전효율,냉각수 온도 등)에 따라 ECU(9)내에서는 최적한 밸브타이밍을 결정한다.

크랭크 축 회전위상 검출수단(5) 및 캠샤프트 회전위상 검출수단(6)으로 검출되는 크랭크 축 및 캠샤프트(2)의 각각의 위상에 따라 ECU(9)에서 현재의 밸브타이밍이 연산된다.

ECU(9)에서는 최적한 밸브타이밍과 현재의 밸브타이밍의 편차를 감소시키는 오일 콘트롤 밸브(4)의 조작량이 산출되고 이 조작량이 오일 콘트롤 밸브 구동회로 (8)에 전송된다.

오일 콘트롤 밸브 구동회로(8)는 ECU(9)에서 지령되는 조작량과 오일콘트롤 밸브(4)의 전기적인 거동이 일치 되도록 ECU(9)로 부터 지령되는 조작량에 따라 오일 콘트롤 밸브(4)에 공급되는 전압 또는 전류를 조정한다.

오일펌프(1)로 부터 오일 콘트롤 밸브(4)에 압송된 윤활유는 오일 콘트롤 밸브(4)에서 VVT 액추에이터(3)의 진각실(3a) 또는 지각실(3b)로 통하는 진각측 유로 (3d) 또는 지각측 유로(3e)로 나누어지고 진각실(3a) 또는 지각실(3b)의 어느곳인가에 공급된다.

밸브타이밍을 진각 시킬때는 진각실(3a)에 윤활유가 공급되는 동시에 지각실 (3b)내의 윤활유가 오일 콘트롤 밸브(4)의 드레인을 통해서 오일팬으로 되돌려진다.

캠샤프트(2)는 VVT 액추에이터(3)내의 로터(3c)와 동축에 접속되어 있으므로 로터(3c)가 유압에 의해 캠풀리(2a)에 대해 진각측으로 회전되고, 캠샤프트(2)의 회전 위상을 크랭크축의 회전위상에 대해 진각 시킨다.

한편, 밸브타이밍을 지각 시킬때는 지각실(3b)에 윤활유가 공급되고 진각실 (3a)내의 윤활유가 오일 콘트롤 밸브(4)의 드레인을 통해서 오일팬으로 되돌려지고 진각때와는 역의 동작이 진행됨으로써 밸브타이밍을 지각시킨다.

그런데 상기한 오일콘트롤밸브(OCV)로는 통상 전기적으로 작동하는 솔레노이드 밸브가 많이 사용되며, 전기적 온 오프에 따라 막대밸브가 전진 또는 후퇴하여 유로를 선택적으로 개폐하거나 또는 개폐량을 조절하게 되며, 전기 작동식 솔레노이드 밸브의 특성상 작동 듀티(duty)에 의해 위치 제어가 된다.

통상 작동 듀티가 50%라면 현재 위치를 유지하는 것이 되고, 작동 듀티가 50% 보다 크면 캠축(cam shaft)이 진각이 되며, 작동 듀티가 50% 보다 작다면 캠축은 지각되어지게 된다. 또 작동 듀티를 0&나 100%로 주면 최대 출력으로 작동하게 된다.

그러나 상기 오일콘트롤밸브에 공급되는 오일은 오일팬에 저장된 것을 순환시켜 사용하고 있고, 오일팬의 오일은 엔진의 각부를 순환하면서 윤활과 냉각에 사용된 후 귀환되는 과정을 반복하면서 이물질, 예를 들면 엔진의 마찰 운동 부위에서 발생되어 오일 속에 혼입되는 금속 분말 성분 등의 금속 칩이 포함되기 마련인 데, 이러한 금속 칩이 오일콘트롤밸브에 끼이게 되어 밸브를 고착(stuck)시키게 되는 경우밸브의 개폐 제어를 불능으로 만들어 시동을 꺼지게 하는 일이 종종 발생한다.

한편, 상기한 이물질에 의한 OCV의 작동 불능 문제를 해소하기 위한 방법으로 일본국 공개특허 공보 2009-270487호에는 OCV(유압콘트롤밸브) 내의 이물질을 제거할 수 있는 밸브 타이밍 제어장치가 개시되어 있는 데, 이는 밸브 타이밍 장치의 유압기구에 공급되는 작동유의 공급 상태가 저압 상태를 나타내는 것으로 판정되는 경우 OCV 내에 이물질이 기인 것으로 판단하여 당해 OCV를 작동시켜 이물질을 제거하도록 하고 있다.

그러나 상기한 방식은 공급되는 유압의 측정 결과를 가지고 이물질 침착 여부를 판정하게 되나 공급되는 유압이 펌프의 이상이나 아니면 다른 요인들에 의해 유압이 낮게 나타날 수도 있는 것이어서 OCV의 이물질 침착과 유압이 반드시 직접적 상관성을 가진 것이라고는 보기 어려우므로 그리 신뢰성 있는 해결 방안은 될 수 없다는 문제를 가지고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 흡배기 밸브의 리프트를 결정하는 캠축의 실제 작동상황의 오차 발생을 검출하여 오일콘트롤밸브(OCV)가 이물질에 의해 작동이 방해받고 있는 상태인가를 판정한 후 오일콘트롤밸브를 작동시켜 이물질이 떨어져 나가도록 제어함으로써 오일콘트롤밸브의 고착에 의한 엔진 시동 꺼짐을 사전에 방지할 수 있는 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 오일콘트롤밸브가 이물질에 의해 고착되었는가를 캠축의 위치 정보를 검출하여 판단하는 단계와; 상기 오일콘트롤밸브가 고착된 것으로 판정되는 경우 오일콘트롤밸브를 작동 듀티 100%로 제어한 후, 다시 작동 듀티 0%의 반전 작동제어를 실시하여 이물질을 털어내는 작동단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 오일콘트롤밸브의 고착 상태의 판정은 각기 저장된 목표 캠축 위치에서 현재의 캠축 위치를 차감한 수치가 설정된 오차허용각도를 벗어난 경우 고착된 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 이물질을 털어내도록 하는 오일콘트롤밸브의 작동은 2회 연속 실시하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 오일콘트롤밸브의 2회 연속 작동은 0.2초 이내의 짧은 시간 내에 실시되는 것을 특징으로 한다.

또 상기 오일콘트롤밸브의 작동제어는 고착 상태가 해소될 때까지 반복 실행하되, 정해진 횟수까지만 실행되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

또 상기 정해진 횟수까지 오일콘트롤밸브의 작동이 실행되는 경우 시스템의 고장으로 판단하여 상황을 종료하고 오일콘트롤밸브의 수리 작업을 실시하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 오차허용각도는 5°로 설정된 것을 특징으로 한다.

이 같은 본 발명에 의하면 오일콘트롤밸브의 고착(stuck) 판정을 위해 캠 센서로부터 검출해낸 캠축의 목표 위치와 현재 위치가 5°이상 차이가 발생하면 즉시 오일콘트롤밸브에 칩(chip)이 고착된 것으로 판정하고, 고장코드의 저장 없이 오일콘트롤밸브의 작동 듀티를 최대인 100%로 증대시켜 진각 쪽으로 최대 출력으로 작동시키고, 이어서 작동 듀티를 반전하여 0%로 저감하여 지각 쪽으로 최대 출력으로 작동시키도록 제어하며, 이 같은 반대 방향으로의 급격한 작동으로 오일콘트롤밸브에 끼어 있던 칩을 털어내게 됨으로써 오일콘트롤밸브의 작동 불능에 의한 시동 꺼짐을 사전에 방지하게 되는 효과가 있다.

도1은 종래의 밸브타이밍 제어장치를 나타낸 도면이다.
도2는 밸브 타이밍 기구의 작동원인 본 발명에 의한 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어로직을 나타낸 플로우차트이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략되고, 타이밍 기구의 일반적 구성은 도1을 참조하는 것으로 한다.

이하, 도2로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법을 상세히 설명한다.

차량의 각종 전장품들을 포함하여 전자설비들을 제어하기 위한 전자제어장치(ECU)에는 목표로 하는 캠축의 바람직한 위치가 저장(이 캠축의 목표 위치에서 흡배기 밸브의 최적 걔폐가 가능하다.)되어 있으며(단계 가 참조), 엔진이 시동되어 제어로직이 가동되면 캠센서(cam senser)가 현재의 캠축의 위치를 검출하게 되며(단계 나), 전자제어장치(ECU)는 미리 입력되어 저장되어 있는 목표 캠축의 위치(이 위치는 통상 캠의 노스부의 위치를 회전각으로 나타낸다)와 캠센서에서 검출한 현재의 캠축의 위치 정보를 비교하여 양자의 차이(목표 캠축의 위치-현재 캠축의 위치)가 5° 이상 인가를 비교하여(단계 다), 5°이내라면 캠축의 위치가 허용가능한 오차 범위 내에 있는 것으로 판단하여 상황을 종료하며, 상기 단계 다에서 5°이상인 것으로 나타났다면 오일콘트롤밸브에 칩 등의 이물질이 끼여 캠축이 목표 위치에서 많이 벗어난 것으로 판단하며(즉 실패로 판정), 이 상태에서는 앞선 단계 나와 단계 다를 반복하여 실행하는 것을 카운트하며(단계 라), 단계 마에서 실패 판정 횟수가 1보다 크게, 즉 2회 검출되었는가를 판단하여 첫 번째 1회만 실패로 판정되고 두 번째의 경우 허용 오차 범위 내로 검출되었다면 오일콘트롤밸브가 정상인 것으로 판단하여 상황을 종료하며, 만일 단계 마에서 2회 연속으로 실패(허용 오차 범위를 벗어남)한 것으로 검출되면 오일콘트롤밸브가 이물질에 의해 고착(stuck)된 것으로 판단하여(단계 바), 다음 단계 사에서 전자제어장치는 오일콘트롤밸브에 100% 작동 듀티를 주어 진각 쪽으로 최대 속도로 작동시키고, 다시 반대로 전자제어장치는 오일콘트롤밸브에 0% 작동 듀티를 주어 지각 쪽으로 최대 속도로 작동시키도록 제어한다.

이 같이 오일콘트롤밸브가 극과 극을 향해 최대 속도로 왕복 작동하게 되면 그 때의 충격에 의해 오일콘트롤밸브에 끼여 있던 이물질이 떨어져 나가게 되는 것인 데, 한 번의 왕복 작동만으로 이물질 제거가 충분하지 않을 수 있으므로, 복수회, 본 실시예에서는 적어도 2회의 빠른 왕복 작동(대략 0.2초, 바람직하기는 0.1초 이내의 짧은 시간 동안에 순간적으로 오일콘트롤밸브를 2회 작동)을 실시하여 OCV에 끼인 이물질(칩)을 제거하게 된다.

그러나 빠른 동작의 2회 반복 실시만으로 이물질의 제거가 완료되었다고 보기 어려우므로 상기 단계 사에 의한 오일콘트롤밸브의 작동 횟수의 카운트를 단계 아에서 세어 단계 자에서 설정된 횟수 B, 예를 들어 5회로 설정하여 놓았다면 최초 카운트 1 상태에서는 초기 상태로 복귀하여 앞선 과정들을 반복하여 실행하게 되며, 실행 과정의 도중 단계에서 정상인 것으로 판정되면 상황을 종료하고, 벗어난 상태이면 계속 단계를 따라 진행하여 다시 단계 자에 도달하게 되면 카운트를 늘려 카운트 2를 기록하며, 여전히 설정된 카운트 5에 미달하였으므로 초기 상태로 다시 돌아가 진행하도록 제어하며, 이 같은 맴돌이 과정을 계속하는 도중에 정상으로 복귀하여 종료되지 못하고 미리 설정된 횟수 5에까지 도달하면 오일콘트롤밸브의 더 이상의 반복 작동은 무의미하다고 판단하여 상황을 종료하는 것이다. 즉 상기한 반복 동작은 고착(stuck) 상태가 해소될 때까지 반복 실시하되 무한히 반복할 수는 없으므로 일정한 횟수(설정횟수 B) 만큼만 반복 시도하고, 그래도 고착 상태 해소라는 결과가 나오지 아니하면 상황을 종료하고 시스템의 고장 점검을 받도록 하는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

2 : 캠 샤프트(캠축) 4 : 오일콘트롤밸브

Claims (7)

1. 오일콘트롤밸브가 이물질에 의해 고착되었는가를 캠축의 위치 정보를 검출하여 판단하는 단계와; 상기 오일콘트롤밸브가 고착된 것으로 판단되는 경우 오일콘트롤밸브를 듀티 100%로 제어한 후, 다시 듀티 0%의 반전 작동제어를 실시하여 이물질을 털어내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 오일콘트롤밸브의 고착 상태의 판정은 각기 저장된 목표 캠축 위치에서 현재의 캠축 위치를 차감한 수치가 설정된 오차허용각도를 벗어난 경우 고착된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 이물질을 털어내도록 하는 오일콘트롤밸브의 작동은 2회 연속 실시하는 것을 특징으로 하는 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 오일콘트롤밸브의 2회 연속 작동은 0.2초 이내의 짧은 시간 내에 실시되는 것을 특징으로 하는 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 오일콘트롤밸브의 작동제어는 고착 상태가 해소될 때까지 반복 실행하되, 미리 정해진 횟수까지만 실행되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 정해진 횟수까지 오일콘트롤밸브의 작동이 실행되는 경우 시스템의 고장으로 판단하여 상황을 종료하고 오일콘트롤밸브의 수리 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 오차허용각도는 5°로 설정된 것을 특징으로 하는 오일콘트롤밸브의 고착 방지를 위한 제어방법.
   
   

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