KR20130031222A - 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

크랭크축이 역회전한 경우에도 고정밀도로 캠축의 회전 위상을 검출할 수 있고 양호한 밸브 타이밍 제어를 할 수 있도록 한다. 크랭크축의 1/2의 회전속도로 회전하는 스프로켓과 전동 모터의 고정자가 일체로 회전하는 전동 VTC의 모터축 회전각(θf_m[deg.]), 크랭크축 정회전각(θf_crp[deg.CA]), 크랭크축 역회전각(θf_crn[deg.CA]), 최종적인 크랭크축 회전각(θf_cr[deg.CA]), 스프로켓의 회전각(θf_cs[deg.])을 제어 주기(Ts[s]) 동안의 모터축 회전각 변화량(Δθf_m[deg.]), 마찬가지로 스프로켓 회전각 변화량(Δθf_cs[deg.]), 모터축 회전각 변화량(Δθs_m[deg.]), 흡기 캠축의 회전각 변화량(Δθs_cm[deg.CA]), 흡기 캠축의 현재의 실제회전각(VTC 실제 각도)(θs_cm[deg.CA])을 순차적으로 산출하여 VTC 목표 각도(θtrg[deg.CA])를 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])가 추종하게 되는 VTC 조작량을 연산한다.

Description

내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING VARIABLE VALVE TIMING MECHANISM IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 기관 밸브(흡기 밸브 또는 배기 밸브)의 밸브 타이밍을 변경하는 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

이러한 종류의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치에서는 크랭크축에 대한 캠축의 회전 위상을 검출하면서 가변 밸브 타이밍 기구에 의하여 목표 회전 위상에 근접시킴으로써 밸브 타이밍을 제어하고 있다.

일본 특허 제4123127호에 개시된 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치에서는, 전동 모터를 이용하여 흡기 밸브 개폐용 캠축을 구동하는 가변 밸브 타이밍 기구에서 캠축에 설치된 회전각 센서와 비교하여 캠축 단위 회전각 당 검출 빈도가 높은 모터축의 회전 신호를 이용함으로써 기관 저속 영역에서의 정밀도가 높은 밸브 타이밍 제어의 실현을 도모하고 있다.

그러나, 기관의 운전을 정지시킬 때 등 정지 직전의 극저회전 시에 크랭크축이 정회전 방향의 역방향으로 회전(역회전)하는 경우가 있고, 상기 일본 특허 제4123127호에 개시된 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치에서는, 역회전한 경우에 캠축 회전 위상을 정확히 검출할 수 없었다. 따라서, 예를 들면 정지 거동 중에 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 시동용 밸브 타이밍으로 제어하고자 하는 경우 등에서는 양호한 밸브 타이밍 제어를 할 수 없었다.

이에, 본 발명은 이와 같은 종래의 과제에 착안하여 이루어진 것으로서, 크랭크축이 역회전한 경우에도 캠축의 회전 위상을 고정밀도로 검출할 수 있고, 양호한 밸브 타이밍 제어를 할 수 있도록 한 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치는, 크랭크축의 회전각을 검출하는 크랭크각 센서 및 기관 밸브 개폐용 캠축의 회전각을 검출하는 캠 센서로부터의 각각의 신호에 기초하여 상기 크랭크축에 대한 상기 캠축의 회전 위상을 검출하며, 또한 상기 크랭크축에 대하여 상기 캠축을 상대 회전시켜 상기 회전 위상을 변경할 수 있는 액추에이터를 구비하고, 상기 회전 위상의 검출값에 기초하여 상기 액추에이터를 구동하여 상기 회전 위상이 목표값에 근접하도록 피드백 제어하는 장치로서, 다음과 같은 구성을 특징으로 한다.

상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전을 판별하여 검출하는 동시에, 상기 액추에이터의 회전 방향을 포함하는 회전 동작량을 제1 회전 위상 검출부에 의한 회전 위상 검출 빈도보다 높은 빈도로 검출하는 액추에이터 회전 센서를 구비하고, 상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전의 검출 결과와 상기 액추에이터의 회전 방향을 포함하는 회전 동작량에 기초하여 상기 캠축의 회전 위상을 상기 제1 회전 위상보다 높은 빈도로 검출한다.

또한, 본 발명에 따른 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법은 크랭크축의 회전각 및 기관 밸브 개폐용 캠축의 회전각을 검출하고, 상기 크랭크축의 회전각 및 상기 기관 밸브 개폐용 캠축의 회전각의 각 신호에 기초하여 상기 크랭크축에 대한 상기 캠축의 회전 위상을 제1 회전 위상으로서 검출하고, 상기 크랭크축에 대하여 상기 캠축을 상대 회전시켜 상기 제1 회전 위상을 변경할 수 있는 액추에이터를 구동하여 상기 회전 위상의 검출값에 기초하여 상기 회전 위상이 목표값에 근접하도록 피드백 제어하는 방법으로서, 다음과 같은 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전을 판별하여 검출하는 단계와, 상기 액추에이터의 회전 방향을 포함하는 회전 동작량을 상기 제1 회전 위상의 검출 빈도보다 높은 빈도로 검출하는 단계와, 상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전의 검출 결과와 상기 액추에이터의 회전 방향을 포함하는 회전 동작량에 기초하여 상기 캠축의 회전 위상을 제2 회전 위상으로서 상기 제1 회전 위상보다 높은 빈도로 검출하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 크랭크축이 역회전한 경우에도 캠축의 회전 위상을 고정밀도로 검출할 수 있고, 양호한 밸브 타이밍 제어를 할 수 있도록 한 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명을 읽으면 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내연 기관의 시스템 구성도이다.
도 2는 상기 실시예에 따른 크랭크각 센서 및 캠 센서의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 상기 실시예에 따른 크랭크각 센서 및 캠 센서의 출력 특성을 나타낸 타임 차트이다.
도 4는 상기 실시예에 따른 회전 신호의 정회전ㆍ역회전에 의한 펄스 폭ㆍ진폭의 차이를 나타낸 타임 차트이다.
도 5는 상기 실시예에서 역회전을 검출한 경우의 카운터(CNTPOS)의 증감변화를 나타낸 타임 차트이다.
도 6은 상기 실시예에서 제어되는 밸브 타이밍으로서, (a)는 시동 후의 밀러 사이클 운전시의 밸브 타이밍을, (b)는 시동 시의 밸브 타이밍을 나타낸다.
도 7은 상기 실시예에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 나타낸 종단면도이다.
도 8은 상기 가변 밸브 타이밍 기구의 주요 구성 부재를 도시한 요부 확대 단면도이다.
도 9는 도 7의 A-A선 단면도이다.
도 10은 도 7의 B-B선 단면도이다.
도 11은 상기 가변 밸브 타이밍 기구에 사용되는 커버 부재와 제1 오일 씰의 분해 사시도이다.
도 12는 도 7의 C-C선 단면도이다.
도 13은 상기 실시예에서 사용되는 모터 회전 센서의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 14는 상기 모터 회전 센서에서 출력되는 신호의 파형도로서, (a)는 모터의 시계 방향 회전 시를, (b)는 모터의 반시계 방향 회전 시를 나타낸다.
도 15는 상기 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 흡기 밸브의 밸브 타이밍 제어의 실시예1의 흐름도이다.
도 16은 상기 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 흡기 밸브의 밸브 타이밍 제어의 실시예2의 흐름도의 상단을 나타낸다.
도 17은 상기 실시예2의 흐름도의 하단을 나타낸다.
도 18은 상기 가변 밸브 타이밍 기구에 의한 흡기 밸브의 밸브 타이밍 제어의 실시예3의 흐름도의 일부를 나타낸다.
도 19는 상기 실시예3의 흐름도의 일부를 나타낸다.
도 20은 상기 실시예3의 흐름도의 일부를 나타낸다.
도 21은 상기 각 실시예에 따른 기관 정지 거동 중의 흡기 밸브의 밸브 타이밍 제어 시의 각종 상태의 변화를 나타낸 타임 차트이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 제어 장치를 적용한 차량용 내연 기관(101)의 구성도이다. 또한, 본 실시예의 내연 기관(101)은 직렬 4기통의 4사이클 기관이지만 반드시 이에 한정되지는 않는다.

도 1에서, 내연 기관(101)의 흡기관(102)에는 스로틀 모터(103a)로 스로틀 밸브(103b)를 개폐 구동하는 전자 제어 스로틀(103)이 개재되어 있다.

그리고, 내연 기관(101)은 전자 제어 스로틀(103)과 흡기 밸브(105)를 통하여 각 기통의 연소실(106) 내로 공기를 흡입한다.

각 기통의 흡기포트(130)에는 연료 분사 밸브(131)가 설치되어 있고, 연료 분사 밸브(131)는 제어 장치로서의 ECU(엔진 제어 유닛)(114)에서 출력되는 분사 펄스 신호에 따라 개방되어 연료를 분사한다.

연소실(106) 내의 연료는 점화 플러그(104)에 의한 불꽃 점화로 착화 연소된다. 점화 플러그(104) 각각에는 점화 코일 및 상기 점화 코일에의 통전을 제어하는 파워 트랜지스터를 내장한 점화 모듈(112)이 장착되어 있다.

연소실(106) 내의 연소 가스는 배기 밸브(107)를 통하여 배기관(111)으로 유출된다. 배기관(111)에 설치된 프런트 촉매 컨버터(108) 및 리어 촉매 컨버터(109)는 배기관(111)을 흐르는 배기를 정화시킨다.

흡기 캠축(134)과 배기 캠축(110)은 각각 일체로 된 캠을 구비하며, 이 캠에 의하여 흡기 밸브(105)와 배기 밸브(107)를 동작시킨다.

흡기 밸브(105)는, 그 밸브 타이밍이 전동 모터(액추에이터)를 이용하여 흡기 캠축(134)을 크랭크축(120)에 대하여 상대 회전시키는 가변 밸브 타이밍 기구(전동 VTC)(113)에 의하여 가변적으로 제어된다.

ECU(114)는 마이크로컴퓨터를 내장하며, 메모리에 미리 저장된 프로그램에 따라 연산하여 전자 제어 스로틀(103), 연료 분사 밸브(131), 점화 모듈(112) 등을 제어한다.

ECU(114)는 각종 센서에서 출력되는 검출 신호를 입력받는다. 각종 센서로서 액셀 페달(116a)의 개도(액셀 개도)(ACC)를 검출하는 액셀 개도 센서(116), 내연 기관(101)의 흡입 공기량(Q)을 검출하는 공기 유량 센서(115), 내연 기관(101)의 출력축인 크랭크축(120)의 회전에 따라 펄스 상태의 회전 신호(단위 크랭크각 신호)(POS)를 출력하는 크랭크각 센서(회전 센서)(117), 스로틀 밸브(103b)의 개도(TVO)를 검출하는 스로틀 센서(118), 내연 기관(101)의 냉각수 온도(TW)를 검출하는 수온 센서(119), 흡기 캠축(134)의 회전에 따라 펄스 상태의 캠 신호(PHASE)를 출력하는 캠 센서(133), 전동 VTC(113)를 구동하는 전동 모터의 모터축 회전각을 검출하는 모터 회전 센서(201), 차량의 운전자가 브레이크 페달(121)을 밟은 제동 상태에서 온(ON)되는 브레이크 스위치(122), 내연 기관(101)을 동력원으로 하는 차량의 주행 속도(차속)(VSP)를 검출하는 차속 센서(123) 등이 설치되어 있다.

또한, ECU(114)는 내연 기관(101)의 운전ㆍ정지의 메인 스위치인 점화 스위치(124)의 온(ON)ㆍ오프(OFF) 신호와 시동 스위치(125)의 온ㆍ오프 신호를 입력받는다.

도 2는 크랭크각 센서(117)와 캠 센서(133)의 구조를 나타낸다.

크랭크각 센서(117)는, 크랭크축(120)에 지지되고 피검출부로서의 돌기부(151)를 주위에 구비한 시그널 플레이트(152)와, 내연 기관(101)측에 고정되고 돌기부(151)를 검출하여 회전 신호(POS)를 출력하는 회전 검출 장치(153)로 구성된다.

회전 검출 장치(153)는 돌기부(151)를 검출하는 픽업과 함께 파형 발생 회로, 선택 회로 등을 포함한 각종 처리 회로를 구비하며, 회전 검출 장치(153)가 출력하는 회전 신호(POS)는 통상은 로우 레벨(low level)이고 상기 돌기부(151)를 검지하였을 때에 일정 시간만 하이 레벨(high level)로 변화하는 펄스 열로 이루어진 펄스 신호이다.

시그널 플레이트(152)의 돌기부(151)는 크랭크각으로 10도의 피치로 등간격이 되도록 형성되어 있으며, 돌기부(151) 2개가 연속으로 누락된 부분이 크랭크축(120)의 회전 중심을 사이에 두고 대향하는 2개소에 설치되어 있다.

또한, 돌기부(151)는 1개가 누락될 수도 있고, 3개 이상이 연속으로 누락될 수도 있다.

상기 구조에 따라, 크랭크각 센서(117)(회전 검출 장치(153))가 출력하는 회전 신호(POS)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 크랭크각으로 10도(단위 크랭크각)마다 16회 연속으로 하이 레벨로 변화한 후, 30도 동안 로우 레벨을 유지하고, 다시 16회 연속으로 하이 레벨로 변화한다.

따라서, 크랭크각으로 30도인 로우 레벨 기간(누락 영역, 누락 부분) 후의 최초의 회전 신호(POS)는 180도의 크랭크각 간격으로 출력되며, 이 180도의 크랭크각은 본 실시예의 4기통 기관(101)에서 기통 간의 행정 위상 차, 즉 점화 간격에 상당한다.

또한, 본 실시예에서는 크랭크각 센서(117)가 크랭크각으로 30도인 로우 레벨 기간(누락 영역) 후의 최초의 회전 신호(POS)를 각 기통의 상사점 전 50도(BTDC 50도)에 상당하는 피스톤 위치에서 출력하도록 설정되어 있다.

한편, 캠 센서(133)는 흡기 캠축(134)의 단부에 지지되고, 피검출부로서의 돌기부(157)를 주위에 구비한 시그널 플레이트(158)와, 내연 기관(101)측에 고정되고 돌기부(157)를 검출하여 캠 신호(PHASE)를 출력하는 회전 검출 장치(159)로 구성된다.

회전 검출 장치(159)는 돌기부(157)를 검출하는 픽업과 함께 파형 정형 회로 등을 포함한 각종 처리 회로를 구비한다.

시그널 플레이트(158)의 돌기부(157)는 캠각으로 90도마다 4개소에 각각 1개, 3개, 4개, 2개씩 설치되며, 돌기부(157)가 복수 개 연속으로 설치된 부분에서 돌기부(157)의 피치는 크랭크각으로 30도(캠각으로는 15도)로 설정되어 있다.

그리고, 캠 센서(133)(회전 검출 장치(159))가 출력하는 캠 신호(PHASE)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 통상은 로우 레벨이고 상기 돌기부(157)를 검지함으로써 일정 시간만 하이 레벨로 변화하는 펄스 열로 이루어진 펄스 신호이며, 캠각으로 90도, 크랭크각으로 180도마다 1개가 단독으로, 3개가 연속으로, 4개가 연속으로, 2개가 연속으로 하이 레벨로 변화한다.

또한, 1개가 단독으로 출력되는 캠 신호(PHASE) 및 복수 개가 연속으로 출력되는 캠 신호(PHASE)의 선두의 신호는 180도의 크랭크각 간격으로 출력되며, 또한 1개가 단독으로, 3개가 연속으로, 4개가 연속으로, 2개가 연속으로 출력되는 패턴은 어떤 기통의 상사점(TDC)과 다음 기통의 상사점(TDC) 사이에서 각각 출력되도록 설정되어 있다. 또한, 전동 VTC에 의하여 흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍을 변경하여도 캠 신호(PHASE)의 출력 위치가 상사점(TDC)을 지나서 변화하지 않도록 밸브 타이밍의 변경 범위를 예상하여 캠 신호(PHASE)의 출력 위치와 출력 간격이 설정되어 있다.

보다 상세하게는, 제1 기통의 압축 상사점(TDC)과 제3 기통의 압축 상사점(TDC) 사이에서는 캠 신호(PHASE) 3개가 연속으로 출력되고, 제3 기통의 압축 상사점(TDC)과 제4 기통의 압축 상사점(TDC) 사이에서는 캠 신호(PHASE) 4개가 연속으로 출력되고, 제4 기통의 압축 상사점(TDC)과 제2 기통의 압축 상사점(TDC) 사이에서는 캠 신호(PHASE) 2개가 연속으로 출력되고, 제2 기통의 압축 상사점(TDC)과 제1 기통의 압축 상사점(TDC) 사이에서는 캠 신호(PHASE) 1대가 단독으로 출력되도록 설정되어 있다.

각 상사점(TDC) 사이에서 출력되는 캠 신호(PHASE)의 연속 출력 수는 다음에 압축 상사점이 되는 기통 번호를 나타내는데, 예를 들면 이번 상사점(TDC)과 지난번 상사점(TDC) 사이에서 캠 신호(PHASE) 3개가 연속으로 출력된 경우에는 이번 상사점(TDC)은 제3 기통의 압축 상사점(TDC)인 것을 나타낸다.

본 실시예의 4기통 기관(101)에서는 제1 기통→ 제3 기통 → 제4 기통 → 제2 기통의 순서로 점화를 실시하므로, 상사점(TDC) 사이에서 출력되는 캠 신호(PHASE)의 출력 패턴은, 도 3에 도시된 바와 같이, 1개가 단독으로, 3개가 연속으로, 4개가 연속으로, 2개가 연속으로 출력되는 순서로 설정되어 있다.

ECU(114)는 예를 들면, 회전 신호(POS)의 누락 개소를 회전 신호(POS)의 주기변화 등으로부터 판단하고, 이 누락 위치를 기준으로 회전 신호(POS)의 발생 수를 계수함으로써 상사점(TDC)(기준 크랭크각 위치(REF))을 검출한다. 본 실시예에서는 회전 신호(POS)의 누락 영역 후 여섯 번째 출력되는 회전 신호(POS)가 각 기통의 상사점(TDC)에 상당한다.

그리고, ECU(114)는 상사점(TDC) 사이에서 캠 신호(PHASE)의 출력 수를 계수함으로써 다음에 피스톤 위치가 압축상사점(TDC)(소정 피스톤 위치)이 되는 기통을 판별하는 동시에, 상사점(TDC)에서 출력되는 회전 신호(POS)의 발생 수를 계수하고 상기 계수값(CNTPOS)에 기초하여 그때의 크랭크각을 검출한다.

압축 상사점(TDC)의 기통과 크랭크각을 검출하면 ECU(114)는 연료 분사 및 점화를 하는 기통과, 연료 분사 타이밍 및 점화 타이밍을 결정하고, 상기 계수값(CNTPOS)에 기초하여 검출되는 크랭크축(120)의 각도(크랭크각)에 따라 분사 펄스 신호와 점화 제어 신호를 출력한다.

피스톤 위치가 압축상사점(TDC)(소정 피스톤 위치)이 되는 기통의 판별 결과는 점화 순서에 따라 갱신하게 되므로, 상사점(TDC) 사이에서 캠 신호(PHASE)의 출력 수를 계수함으로써 다음에 피스톤 위치가 압축 상사점(TDC)(소정 피스톤 위치)이 되는 기통을 판별하면 압축 상사점(TDC)의 기통을 상사점(TDC)마다 점화 순서에 따라 갱신할 수 있다.

또한, 캠 신호(PHASE)의 발생 수를 계수하는 구간을 상사점(TDC) 사이로 한정하는 것은 아니고, 임의의 크랭크각(피스톤 위치)을 캠 신호(PHASE)의 발생 수를 계수하는 구간의 기준으로 할 수 있다.

또한, 캠 신호(PHASE)의 발생 수로 소정 피스톤 위치의 기통을 판별하는 대신에 캠 신호(PHASE)의 펄스 폭의 차이 등에 기초하여 소정 피스톤 위치의 기통을 판별할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 회전 신호(POS)의 펄스 열의 일부를 누락시킴으로써 누락 위치를 기준으로 크랭크축(120)의 각도 위치(크랭크각)를 검출할 수 있게 되어 있지만, 회전 신호(POS)를 10도마다 누락 없이 출력시키고, 그 대신에 크랭크각으로 180도마다 기준 크랭크각 위치에서 신호를 발생하는 기준 위치 센서를 설치하여 상기 기준 위치 센서의 출력 신호를 기준으로 회전 신호(POS)를 계수함으로써 크랭크축(120)의 각도 위치(크랭크각)를 검출할 수도 있다.

또한, 기준 크랭크각 위치에서 1개가 단독으로 출력되는 캠 신호(PHASE), 또는 복수 개가 연속으로 출력되는 캠 신호(PHASE)의 선두의 신호까지의 회전 신호(POS)의 발생 수를 계수함으로써, 전동 VTC(113)에 의하여 변경되는 크랭크축(120)에 대한 흡기 캠축(134)의 회전 위상(흡기 밸브(105)의 실제 밸브 타이밍)을 검출할 수 있고 이 검출값에 기초하여 밸브 타이밍이 목표값에 근접하도록 피드백 제어할 수 있다.

한편, 내연 기관(101)(크랭크축(120))이 정방향으로 회전(정회전)하고 있는 경우에는, 회전 신호(POS)의 발생이 크랭크축(120)이 10도만큼 정회전한 것을 나타내며, 기준 크랭크각 위치에서 출력되는 회전 신호(POS)의 발생 수가 크랭크축(120)이 기준 크랭크각 위치로부터 회전한 각도를 나타내게 된다.

그러나, 내연 기관(101)이 정지하기 직전에는 기통 내의 압축압 등에 의하여 내연 기관(101)(크랭크축(120))이 역방향으로 회전(역회전)하는 경우가 있으며, 이러한 역회전 시에도 정회전 시와 동일하게 회전 신호(POS)의 발생 수를 계속 계수하면 크랭크축(120)의 각도 위치(크랭크각)의 검출에 오류가 발생하게 된다.

따라서, 내연 기관(101)(크랭크축(120))의 정회전ㆍ역회전을 판별할 수 있도록 크랭크각 센서(117)(회전 검출 장치(153))가 크랭크축(120)의 정회전 시와 역회전 시에 펄스 폭이 다른 회전 신호(POS)(펄스신호)를 출력하도록 설정되어 있다(도 4의 (a) 참조).

회전축의 회전 방향에 따라 펄스 폭이 다른 펄스 신호를 발생시키는 수단으로서 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2001-165951호에 개시된 수단을 이용한다. 구체적으로는, 시그널 플레이트(152)의 돌기부(151)의 검출 펄스 신호로서 서로 위상이 일치하지 않는 2개의 신호를 발생시키고, 이러한 신호를 비교함으로써 정회전ㆍ역회전을 판정하여 서로 다른 펄스 폭(WIPOS)으로 생성되는 2개의 펄스 신호 중에서 어느 하나를 정회전ㆍ역회전의 판정 결과에 따라 선택하여 출력시키도록 한다.

ECU(114)에서는 회전 신호(POS)의 펄스 폭(WIPOS)을 계측하고, 펄스 폭(WIPOS)의 계측값과 정회전ㆍ역회전의 판별 임계값인 임계값(SL)을 비교함으로써 정회전 시의 펄스 폭(WIPOS)인지 역회전 시의 펄스 폭(WIPOS)인지를 판단하여 크랭크축(120)이 정회전하고 있는지 역회전하고 있는지를 판별한다.

정회전ㆍ역회전의 판별에 이용하는 임계값(SL)은 정회전 시의 펄스 폭(WIPOS)과 역회전 시의 펄스 폭(WIPOS)의 중간값(예를 들면, 55μs ~ 80μs)으로 설정되며, 정회전 시의 펄스 폭(WIPOS)보다 역회전 시의 펄스 폭(WIPOS)이 긴 본 실시예에서는 펄스 폭(WIPOS)이 상기 임계값(SL) 이상이면 역회전 상태인 것으로 판단하고 펄스 폭(WIPOS)이 상기 임계값(SL) 미만이면 정회전 상태인 것으로 판단한다.

또한, 본 실시예에서는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 정회전 시의 펄스 폭(WIPOS)을 45μs로 설정하고 역회전 시의 펄스 폭(WIPOS)을 90μs로 설정하였지만, 펄스 폭(WIPOS)을 상기 45μs, 90μs로 한정하는 것은 아니다. 또한, 정회전 시에 역회전 시보다 펄스 폭(WIPOS)이 크게 되도록 설정할 수도 있다.

또한, 도 4의 (a)에 도시된 예에서는 회전 신호(POS)가 통상은 로우 레벨이고 미리 정해진 각도 위치가 되었을 때에 일정 시간만 하이 레벨로 변화하는 펄스 신호이지만, 통상은 하이 레벨이고 미리 정해진 각도 위치가 되었을 때에 일정 시간만 로우 레벨로 변화하는 펄스 신호일 수도 있으며, 이러한 경우 로우 레벨 기간을 회전 방향에 따라 다르게 설정하고 로우 레벨 기간의 길이를 펄스 폭(WIPOS)으로서 계측하여 회전 방향을 판별할 수 있다.

또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 회전 신호(POS)의 진폭(신호 레벨)을 정회전ㆍ역회전에서 다르게 하고 진폭(신호 레벨)의 차이에 따라 정회전ㆍ역회전을 판별할 수 있다.

도 4의 (b)에 도시된 예에서는 회전 신호(POS)가 통상은 로우 레벨이고 미리 정해진 각도 위치가 되었을 때에 일정 시간만 하이 레벨로 변화하는 펄스 신호이며, 미리 정해진 각도 위치가 되었을 때의 신호 레벨이 역회전 시보다 정회전 시에 더 높아지도록 설정되어 있고, 구체적으로는 정회전 시에는 5V, 역회전 시에는 2.5V의 신호를 출력하도록 설정되어 있다.

그리고, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 크랭크축(120)의 정회전 시에는 회전 신호(POS)의 발생 시마다 계수값(CNTPOS)을 증가시킴으로써 크랭크축(120)의 정회전 방향의 회전각을 검출하고, 크랭크축(120)의 역회전 시에는 회전 신호(POS)의 발생에 대하여 상기 계수값(CNTPOS)을 감소시킴으로써 크랭크축(120)이 역회전한 정도만큼 정회전 방향의 회전각이 감소한 것으로 간주한다.

또한, 역회전하여 상사점(TDC)을 지난 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 소정 피스톤 위치의 기통의 판별결과를 점화순서에서 1개 앞의 기통으로 복귀시킴으로써 내연 기관(101)의 정지 시의 각 기통의 피스톤 위치를 검출한다.

도 5에 도시된 패턴에서는 제1 기통 → 제3 기통 → 제4 기통 → 제3 기통 → 제4 기통의 순서로 소정 피스톤 위치의 기통 데이터를 갱신하고 있지만, 이는 제3 기통의 상사점(TDC)을 경과한 후에 내연 기관(101)이 역회전하여 다시 제3 기통의 상사점(TDC)을 지나서 되돌아가고, 제1 기통의 상사점(TDC)과 제3 기통의 상사점 사이에서 역회전에서 정회전으로 전환되어 제3 기통의 상사점(TDC)을 지나서 정지한 상태를 나타낸다.

앞에서 설명한 바와 같이, 정회전ㆍ역회전을 판별하여 크랭크각을 검출하면, 내연 기관(101)의 정지 직전에 역회전하는 경우가 있더라도 정지 시의 크랭크각 및 정지 시의 각 기통의 피스톤 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 내연 기관에서는, 시동 후에, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브(105)의 폐(閉)시기(IVC)를 흡기 하사점(BDC)에 대하여 크게 지각(또는, 진각)시킨 밸브 타이밍으로 설정함으로써 밀러(앳킨슨) 사이클 운전을 하며, 실린더의 유효 압축비보다 팽창비를 크게 한다. 이에 따라, 녹킹 회피 성능을 향상시킬 수 있고 연비를 향상시킬 수 있다.

그러나, 시동 시에 IVC를 지나치게 지각(진각)시키면 실린더 흡입 공기량이 감소하여 양호한 시동 성능을 확보할 수 없다. 따라서, 시동 시에는, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, IVC의 지각량(진각량)을 작게 하여 BDC에 근접시키는 밸브 타이밍 제어를 함으로써 실린더 흡입 공기량을 증대시켜 시동성을 확보하는 운전을 한다. 여기서, 본 실시예에서는 크랭킹 개시부터 상기 시동용 밸브 타이밍으로 하기 위하여 점화 스위치를 오프시켜 기관을 정지시키는 정지 거동 중에 정지 후의 밸브 타이밍이 시동용 밸브 타이밍이 되도록 제어한다.

이와 같이, 정지 거동 중에 전동 VTC(113)에 의하여 흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍을 변경하면, 전술한 바와 같이, 정지 직전에 크랭크축이 역회전한 경우에도 크랭크각 위치(피스톤 위치)에 대해서는 고정밀도로 검출할 수 있다.

한편, 전동 VTC(113)에 의하여 변경되는 흡기 캠축(134)의 회전 위상(흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍)은, 전술한 바와 같은 기준 크랭크각 위치에서부터 캠 신호(복수 개 출력되는 기통에서는 선두의 캠 신호)가 출력될 때까지의 회전 신호(POS)의 발생 수를 계수하여 검출하는 방식으로는, 역회전이 일어나면 되면 캠 신호의 검출에 오류가 발생하여 회전 위상을 정확히 검출할 수 없다.

또한, 회전 위상을 기통 간의 행정 위상차마다 검출하기 때문에 정회전 시라도 정지 직전의 극저회전 시에는 피드백 제어의 제어 주기와 비교하여 회전 위상의 검출 주기가 길어서 지난번 제어 타이밍과 이번 제어 타이밍 사이에 검출값이 갱신되지 않으므로 이 사이에도 변경되는 회전 위상을 고정밀도로 검출할 수 없다.

따라서, 본 실시예에서는 전동 VTC에 구동용 전동 모터(액추에이터)의 모터축 회전각(회전 동작량)을 임의의 타이밍으로 회전 방향을 포함하여 검출 가능한 검출 빈도가 높은 모터 회전 센서(액추에이터 회전 센서)(201)를 배치한다. 그리고, 상기 모터 회전 센서(201)에서 검출된 모터축 회전각 신호와 상기 정회전ㆍ역회전 판별 기능을 갖춘 크랭크각 센서(117)에서 출력되는 회전 신호(POS)에 기초하여 크랭크축(120)이 역회전하더라도 흡기 캠축(134)의 회전 위상(흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍)을 임의의 타이밍으로 고정밀도로 검출하는 구성으로 한다.

상기 전동 VTC(113)는, 도 7 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 내연 기관의 크랭크축(120)에 의하여 회전 구동되는 구동 회전체인 타이밍 스프로켓(1)과, 실린더 헤드 위에 베어링(44)을 통하여 회전 가능하게 지지되고 상기 타이밍 스프로켓(1)으로부터 전달되는 회전력에 의하여 회전하는 흡기 캠축(134)과, 상기 타이밍 스프로켓(1)의 전방 위치에 배치되고 고정부인 체인 커버(40)에 볼트로 고정 설치된 커버 부재(3)와, 상기 타이밍 스프로켓(1)과 흡기 캠축(134) 사이에 배치되고 기관의 운전 상태에 따라 양자(1, 134)의 상대 회전 위상을 변경하는 가변 기구인 위상 변경 기구(4)를 구비하여 구성되어 있다.

타이밍 스프로켓(1)은 전체가 철계 금속에 의하여 일체로 형성되고 내주면이 직경 방향으로 단차진 원환상의 스프로켓 본체(1a)와, 상기 스프로켓 본체(1a)의 외주에 일체로 설치되고, 감겨있는 타이밍 체인(42)을 통하여 크랭크축으로부터 회전력을 받는 기어부(1b)로 구성되어 있다. 또한, 타이밍 스프로켓(1)은 상기 스프로켓 본체(1a)의 내주측에 형성된 원형 홈(1c)과 상기 흡기 캠축(134)의 전단부에 일체로 설치된 두꺼운 플랜지부(2a)의 외주 사이에 개재된 제3의 베어링인 제3 볼 베어링(43)에 의하여 흡기 캠축(134)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

스프로켓 본체(1a)의 전단부 외주연에는 환상돌기(1e)가 일체로 형성되어 있다. 이 스프로켓 본체(1a)의 전단부에는, 상기 환상돌기(1e)의 내주측에 동축으로 위치 결정되고 내주에 파형상 치합부인 내부기어(19a)가 형성된 환상 부재(19)와, 대경 원환상 플레이트(6)가 볼트(7)에 의하여 함께 축방향으로 체결되어 고정되어 있다. 또한, 상기 스프로켓 본체(1a)의 내주면의 일부에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 원호 형태의 계합부인 스토퍼 돌출부(1d)가 원주 방향을 따라 소정 길이 범위까지 형성되어 있다.

플레이트(6)의 전단측 외주에는, 상기 위상 변경 기구(4)의 후술하는 감속기(8)와 전동 모터(12)의 각 구성 부재를 덮는 상태로 전방으로 돌출한 원통형의 하우징(5)이 볼트(11)로 고정되어 있다.

하우징(5)은 철계 금속에 의하여 일체로 형성되고 요크로서 기능하며, 전단측에 원환 플레이트 형상의 지지부(5a)를 일체로 가지는 동시에, 상기 지지부(5a)를 포함하는 외주측 전체가 상기 커버 부재(3)에 의하여 소정 간격을 두고 덮인 형태로 배치되어 있다.

흡기 캠축(134)은 외주에 흡기 밸브(105)를 개방 작동시키는 1기통 당 2개의 구동 캠을 가지며, 또한 전단부에 종동 회전체인 종동 부재(9)가 캠 볼트(10)에 의하여 축방향으로 결합되어 있다. 또한, 흡기 캠축(134)의 상기 플랜지부(2a)에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 스프로켓 본체(1a)의 스토퍼 돌출부(1d)가 걸리는 계합부인 스토퍼 홈(2b)이 원주 방향을 따라 형성되어 있다. 이 스토퍼 홈(2b)은 원주 방향을 따라 소정 길이의 원호 형태로 형성되고 이 길이 범위에서 회동하는 스토퍼 돌출부(1d)의 양단 가장자리가 원주 방향 대향 가장자리(2c, 2d)에 각각 맞닿음으로써 타이밍 스프로켓(1)에 대한 흡기 캠축(134)의 최대 진각측 또는 최대 지각측의 상대 회전 위치를 규제하게 되어 있다.

캠 볼트(10)는 머리부(10a)의 축부(10b)측 단부 가장자리에 플랜지 형상의 베어링면부(10c)가 일체로 형성되며, 또한 축부(10b)의 외주에는 상기 흡기 캠축(134)의 단부에서 내부 축 방향으로 형성된 암나사부에 나사 체결되는 수나사부가 형성되어 있다.

종동 부재(9)는 철계 금속 소재에 의하여 일체로 형성되고, 도 8에 도시된 바와 같이, 전단측에 형성된 원판부(9a)와, 후단측에 일체로 형성된 원통형의 원통부(9b)로 구성되어 있다.

원판부(9a)는 후단면의 직경 방향으로 대략 중앙인 위치에 상기 흡기 캠축(134)의 플랜지부(2a)와 대략 동일한 외경의 환상 단차돌기(9c)가 일체로 형성되며, 이 단차돌기(9c)의 외주면과 상기 플랜지부(2a)의 외주면이 상기 제3 볼 베어링(43)의 내륜(43a)의 내주에 삽통되어 배치되어 있다. 제3 볼 베어링(43)의 외륜(43b)은 스프로켓 본체(1a)의 원형 홈(1c)의 내주면에 압입되어 고정되어 있다.

또한, 원판부(9a)의 외주부에는, 도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 후술하는 다수의 롤러(34)를 지지하는 지지기(41)가 일체로 설치되어 있다. 이 지지기(41)는 상기 원판부(9a)의 외주부로부터 상기 원통부(9b)와 같은 방향으로 돌출되어 형성되고 원주 방향으로 대략 등간격의 위치에 소정의 간극을 갖는 다수의 가늘고 긴 돌기부(41a)에 의하여 형성되어 있다.

원통부(9b)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 중앙에 상기 캠 볼트(10)의 축부(10b)가 삽입되는 삽입공(9d)이 관통 형성되며, 또한 외주측에 제1의 베어링인 후술하는 제1 니들 베어링(30)이 설치되어 있다.

커버 부재(3)는, 도 7 및 도 11에 도시된 바와 같이, 비교적 두꺼운 합성수지 소재에 의하여 일체로 형성되고, 컵 형상으로 팽출한 커버 본체(3a)와 상기 커버 본체(3a)의 후단부 외주에 일체로 형성된 브래킷(3b)으로 구성되어 있다.

커버 본체(3a)는 위상 변경 기구(4)의 전단측을 덮는, 즉 하우징(5)의 축방향 지지부(5b)로부터 후단부측의 대략 전체를 소정 간극을 두고 덮도록 배치되어 있다. 한편, 상기 브래킷(3b)은 대략 환형으로 형성되고, 6개의 보스부에 각각 볼트 삽입공(3f)이 관통 형성되어 있다.

또한, 커버 부재(3)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 브래킷(3b)이 상기 체인 커버(40)에 다수의 볼트(147)로 고정되어 있으며, 또한 상기 커버 본체(3a)의 전단부(3c)의 내주면에 안팎으로 2중인 슬립 링(48a, 48b)이 각 내측 단부면을 노출한 상태로 매설되어 고정되어 있다. 또한, 상단부에는 상기 슬립 링(48a, 48b)과 도전 부재를 통하여 접속되는 커넥터 단자(49a)가 내부에 고정된 커넥터부(49)가 설치되어 있다. 또한, 상기 커넥터 단자(49a)는 제어 유닛(21)을 통하여 배터리 전원(도시되지 않음)에서부터 통전되게 또는 통전이 차단되게 형성되어 있다.

그리고, 커버 본체(3a)의 후단부측의 내주면과 상기 하우징(5)의 외주면 사이에는, 도 7에도 도시된 바와 같이, 씰링 부재인 큰 직경의 제1 오일 씰(50)이 개재되어 있다. 이 제1 오일 씰(50)은 횡단면이 대략 'ㄷ'자 형태로 형성되고 합성 고무로 된 기재의 내부에 심금이 매설되어 있으며, 또한 외주측의 원환상 기부(50a)가 상기 커버 부재(3a) 후단부의 내주면에 형성된 원형 홈(3d) 내에 끼워져 고정되어 있다. 또한, 원환상 기부(50a)의 내주측에는 상기 하우징(5)의 외주면에 맞닿는 씰링면(50b)이 일체로 형성되어 있다.

위상 변경 기구(4)는 흡기 캠축(134)의 대략 동축상 전단측에 배치된 전동 모터(12)와, 상기 전동 모터(12)의 회전 속도를 감속시켜 흡기 캠축(134)에 전달하는 상기 감속기(8)로 구성되어 있다.

전동 모터(12)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 브러쉬 DC 모터로서, 타이밍 스프로켓(1)과 일체로 회전하는 요크인 하우징(5)과, 상기 하우징(5)의 내부에 회전 가능하게 설치된 출력축인 모터축(13)과, 하우징(5)의 내주면에 고정된 반원호 형태의 한 쌍의 영구자석(14, 15)과, 하우징 지지부(5a)의 내부 바닥면측에 고정된 고정자(16)를 구비한다.

모터축(13)은 원통형으로 형성되어 아마추어로서 기능하고, 축방향의 대략 중앙 위치의 외주에 다수의 극을 갖는 철심 로터(17)가 고정되어 있으며, 또한 상기 철심 로터(17)의 외주에는 전자석 코일(18)이 감겨져 있다. 또한, 모터축(13)의 전단부 외주에는 정류자(20)가 압입되어 고정되어 있고, 이 정류자(20)에는 상기 철심 로터(17)의 극수와 같은 수로 분할되어 있는 세그먼트 각각에 상기 전자석 코일(18)이 접속되어 있다.

고정자(16)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 지지부(5a) 내부 바닥벽에 4개의 나사(22a)로 고정된 원환판상의 수지 홀더(22)와, 상기 수지 홀더(22)와 지지부(5a)를 축방향으로 관통하도록 배치되고 각 선단면이 상기 한 쌍의 슬립 링(48a, 48b)에 미끄럼 접촉되어 급전되는 원주 방향 안팎의 2개의 제1 브러쉬(23a, 23b)와, 수지 홀더(22)의 내주측에 안 쪽으로 전후진 가능하게 지지되고 원호 형태의 선단부가 상기 정류자(20)의 외주면에 미끄럼 접촉되는 제2 브러쉬(24a, 24b)로 주로 구성되어 있다.

제1 브러쉬(23a, 23b)와 제2 브러쉬(24a, 24b)는 피그테일 하니스(25a, 25b)에 의하여 접속되며, 또한 각각에 탄성 접촉된 복귀스프링(26a, 27a)의 스프링력에 의하여 슬립 링(48a, 48b) 방향과 정류자(20) 방향으로 각각 가압되어 있다.

모터축(13)은 캠 볼트(10)의 머리부(10a)측의 축부(10b)의 외주면에 제1의 베어링인 니들 베어링(28)과 상기 니들 베어링(28)의 축방향 측부에 배치된 베어링인 제4 볼 베어링(35)을 통하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 상기 모터축(13)의 흡기 캠축(134)측의 후단부에는 감속기(8)의 일부를 구성하는 원통형의 편심축부(30)가 일체로 설치되어 있다.

제1 니들 베어링(28)은 편심축부(30)의 내주면에 압입된 원통형의 리테이너(28a)와, 상기 리테이너(28a)의 내부에 회전 가능하게 지지된 다수의 전동체(轉動體)인 니들 롤러(28b)로 구성되어 있다. 이 니들 롤러(28b)는 상기 종동 부재(9)의 원통부(9b)의 외주면 상에서 전동하고 있다.

제4 볼 베어링(35)은, 내륜(35a)이 상기 종동 부재(9)의 원통부(9b)의 전단부와 캠 볼트(10)의 베어링면부(10c) 사이에 끼워진 상태로 고정되어 있으며, 또한 외륜(35b)이 모터축(13)의 내주에 형성된 단차부와 이탈 방지링인 스냅 링(36) 사이에 축방향으로 위치 결정되어 지지되어 있다.

또한, 모터축(13)(편심축부(30))의 외주면과 플레이트(6)의 내주면 사이에는 감속기(8) 내부에서 전동 모터(12) 내로 윤활유가 누설되는 것을 방지하는 마찰 부재인 제2 오일 씰(32)이 설치되어 있다. 이 제2 오일 씰(32)은 내주부가 상기 모터축(13)의 외주면에 탄성 접촉됨으로써 상기 모터축(13)의 회전에 대하여 마찰 저항을 부여하게 되어 있다.

감속기(8)는, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 편심 회전 운동을 하는 상기 편심축부(30)와, 상기 편심축부(30)의 외주에 설치된 제2의 베어링인 제2 볼 베어링(33)과, 상기 제2 볼 베어링(33)의 외주에 설치된 상기 롤러(34)와, 상기 롤러(34)를 전동 방향으로 지지하면서 직경 방향의 이동을 허용하는 상기 지지기(41)와, 상기 지지기(41)와 일체로 된 상기 종동 부재(9)로 주로 구성되어 있다.

편심축부(30)는 외주면에 형성된 캠면의 축심(Y)이 모터축(13)의 축심(X)에서 직경 방향으로 약간 편심되어 있다. 또한, 상기 제2 볼 베어링(33)과 롤러(34) 등이 유성 치합부로서 구성되어 있다.

제2 볼 베어링(33)은 직경이 큰 형태로 직경으로 형성되고 제1 니들 베어링(28)의 직경 방향 위치에서 전체가 대략 오버랩되는 상태로 배치되어, 내륜(33a)이 편심축부(30)의 외주면에 압입되어 고정되어 있으며, 또한 외륜(33b)의 외주면에는 상기 롤러(34)가 항상 접촉되어 있다. 또한, 외륜(33b)의 외주측에는 원환상 간극(C)이 형성되고, 이 간극(C)에 의하여 제2 볼 베어링(33) 전체가 상기 편심축부(30)의 편심 회전에 따라 직경 방향으로 이동 가능하게, 즉 편심 운동 가능하게 되어 있다.

각 롤러(34)는 제2 볼 베어링(33)의 편심 운동에 따라 직경 방향으로 이동하면서 상기 환상 부재(19)의 내부 기어(19a)에 끼워지며, 또한 지지기(41)의 돌기부(41a)에 의하여 원주 방향으로 가이드되면서 직경 방향으로 요동 운동하게 되어 있다.

감속기(8)의 내부에는 윤활유 공급수단에 의하여 윤활유가 공급된다. 이 윤활유 공급 수단은, 도 7에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드의 베어링(44)의 내부에 형성되고 메인 오일 갤러리(도시되지 않음)에서부터 윤활유가 공급되는 유류 공급 통로(47)와, 상기 흡기 캠축(134)의 내부에 축방향으로 형성되고 상기 유류 공급 통로(47)에 그루브 홈을 통하여 연통된 유류 공급공(48)과, 종동 부재(9)의 내부에 축방향으로 관통 형성되고 일단이 상기 유류 공급공(48)으로 개방되고 타단이 상기 제1 니들 베어링(28)과 제2 볼 베어링(33) 부근에서 개방되는 직경이 작은 오일 공급공(45)과, 마찬가지로 종동 부재(9)에 관통 형성된 직경이 큰 3개의 오일 배출공(도시되지 않음)으로 구성되어 있다.

본 전동 VTC(113)의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다. 우선, 기관의 크랭크축이 회전 구동되면 타이밍 체인(42)을 통하여 타이밍 스프로켓(1)이 회전하고, 그 회전력에 의하여 하우징(5)과 환상 부재(19)와 플레이트(6)를 통하여 전동 모터(12)가 동기되어 회전한다. 한편, 환상 부재(19)의 회전력이 롤러(34)에서 지지기(41) 및 종동 부재(9)를 경유하여 흡기 캠축(134)에 전달된다. 이에 따라, 흡기 캠축(134)의 캠이 흡기 밸브를 개폐 작동시킨다.

그리고, 전동 VTC(113)를 구동하고 흡기 캠축(134)의 회전 위상(흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍)을 변경할 경우 제어 유닛(21)으로부터 슬립 링(48a, 48b) 등을 통하여 전동 모터(12)의 전자석 코일(17)에 통전된다. 이에 따라, 모터축(13)이 회전 구동되고, 이 회전력은 감속기(8)를 통하여 감속되어 흡기 캠축(134)으로 전달된다.

즉, 모터축(13)의 회전에 따라 편심축부(30)가 편심 회전하면 각 롤러(34)가 모터축(13)의 1회전마다 지지기(41)의 돌기부(41a)에 직경 방향으로 가이드되면서 환상 부재(19)의 하나의 내부 기어(19a)를 지나 인접한 다른 내부 기어(19a)에 전동하면서 이동하고, 이것을 순차적으로 반복하여 원주 방향으로 구름 접촉된다. 이와 같은 각 롤러(34)의 구름 접촉에 의하여 상기 모터축(13)의 회전이 감속되면서 종동 부재(9)에 회전력이 전달된다. 이 경우 감속비는 롤러(34)의 개수 등에 의해 임의로 설정할 수 있다.

이에 따라, 흡기 캠축(134)이 타이밍 스프로켓(1)에 대하여 정방향 및 역방향으로 상대 회전하여 상대 회전 위상이 변환되고 흡기 밸브의 개폐 타이밍을 진각측 또는 지각측으로 변환 제어하게 된다.

그리고, 타이밍 스프로켓(1)에 대한 흡기 캠축(134)의 정방향 및 역방향 상대 회전의 최대 위치 규제(각도 위치 규제)는 상기 스토퍼 돌출부(1d)의 각 측면이 상기 스토퍼 홈(2b)의 각 대향면(2c, 2d) 중 어느 하나에 맞닿음으로써 이루어진다.

즉, 종동 부재(9)가 편심축부(30)의 편심 회동에 따라 타이밍 스프로켓(1)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전함으로써 스토퍼 돌출부(1d)의 일측면이 스토퍼 홈(2b)의 일측의 대향면(2c)에 맞닿아 더 이상의 그 방향으로의 회전이 규제된다. 이에 따라, 흡기 캠축(134)은 타이밍 스프로켓(1)에 대한 상대 회전 위상이 진각측으로 최대로 변경된다.

한편, 종동 부재(9)가 타이밍 스프로켓(1)의 회전 방향과 역방향으로 회전함으로써 스토퍼 돌출부(1d)의 타측면이 스토퍼 홈(2b)의 타측의 대향면(2d)에 맞닿아 더 이상의 그 방향으로의 회전이 규제된다. 이에 따라, 흡기 캠축(134)은 타이밍 스프로켓(1)에 대한 상대 회전 위상이 지각측으로 최대로 변경된다.

또한, 모터 회전 센서(201)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 피검출부(201A)와, 상기 피검출부(201A)의 회전 방향의 변위를 검출하는 갭 센서인 회전각 검출부(201B)로 구성되어 있다.

피검출부(201A)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 모터축(13)의 전단부 테두리에 끼워져 고정되며, 회전각 검출부(201B)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 피검출부(201A) 전방에 대향하는 부분을 관통하여 형성된 커버 부재(3)의 통공에 끼워져 고정되어 있다.

피검출부(201A)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 삼차원 형상으로 형성되고 축방향으로 돌출하는 3개의 타겟부가 원주 방향으로 등간격 위치에 형성되어 있으며, 타겟부는 각각 회전각 검출부(201B)에 대향하는 단면이 원주 방향으로 원호 형태로 형성된 경사부(201a)와, 상기 경사부(201a)의 단부에서 축방향 및 직경 방향으로 직선 형태로 급경사진 에지부(201b)로 구성되어 있다.

각 경사부(201a)는 에지부(201b)를 정점으로 한 일단측으로부터 시계 방향으로 타단측을 향하여 소정 각도의 내리막 경사면 형태로 형성되어 상기 회전각 검출부(201B)에 의한 검출위치가 연속적으로 변화하게 되어 있다. 한편, 에지부(201b)는 각각 반경 방향을 따라 급경사지게 형성되어 있고 경사부(201a)의 일단으로부터 축방향으로 평탄면 형태로 형성되어 검출 위치가 비연속적으로 변화하게 되어 있다.

회전각 검출부(201B)는 전자석 픽업 방식이며, 대향하는 피검출부(201A)의 경사부(201a), 에지부(201b)를 검출함으로써, 도 14에 도시된 바와 같이, 연속된 계단형(톱니형)의 파형 신호를 출력한다. 즉, 모터축(13)이 시계 방향으로 회전할 때는 경사부(201a) 검출 시에 출력이 점차 증가하고 에지부(201b) 검출 시에 출력이 급격히 내려가는 파형 신호가 되며, 모터축(13)이 반시계 방향으로 회전할 때는 경사부(201a) 검출 시에 출력이 점차 감소하고 에지부(201b) 검출 시에 출력이 급격히 올라가는 파형 신호가 된다.

이 특성을 이용하여, 출력이 점차 증가할 때는 상기 출력의 점차적인 증가에 따라 모터축(13)의 시계 방향(예를 들면, 진각 방향)의 회전각을 점차 증가시키고, 출력이 점차 감소할 때는 상기 출력의 점차적인 감소에 따라 모터축(13)의 반시계 방향(예를 들면, 지각 방향)의 회전각을 점차 증가시킴으로써 회전 방향과 함께 회전각(회전 동작량)을 연속적(선형)으로 검출할 수 있다. 또한, 에지부(201b) 검출 시에 대응하는 회전각의 출력값(출력 전압)을 학습함으로써 검출 오차를 줄일 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이, 이러한 특성을 갖는 모터 회전 센서(201)에서 출력되는 모터축 회전각 검출 신호와 크랭크각 센서(117)에서 출력되는 회전 신호(POS)에 기초하여 기관의 정지 거동 중에 흡기 캠축(134)의 회전 위상, 즉 흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍을 고정밀도로 검출하면서 정지 조작 전의 밀러 사이클 운전에 대응하는 밸브 타이밍으로부터 시동 시용의 밸브 타이밍으로 진각 제어한다.

흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍 제어의 각 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 15는 실시예1의 흐름도를 나타낸다. 본 실시예에서, 캠 신호(PHASE)는 기통 판별에 사용되고, 밸브 타이밍은 크랭크각 센서(117)와 모터 회전 센서(201)의 검출 신호를 이용하여 검출한다.

제1 단계(S1)에서는, 내연 기관(엔진)의 운전 상태에 기초하여 VTC 목표 각도(θtrg[deg.CA]), 즉 전동 VTC(113)에 의하여 제어되는 흡기 캠축(134)의 목표 회전 위상(흡기 밸브(105)의 목표 밸브 타이밍)을 산출한다. 여기서, VTC 목표 각도(θtrg[deg.CA])는 밀러 사이클 운전 시에는 도 6의 (a)에 도시된 밀러 운전용 목표 밸브 타이밍으로 설정되지만 점화 스위치를 오프로 하고 기관운전을 정지하였을 때는 도 6의 (b)에 도시된 시동 시용의 목표 밸브 타이밍으로 전환되어 설정된다.

제2 단계(S2)에서는, 모터 회전 센서(201)의 출력으로부터 모터축 회전각(θf_m[deg.CA])을 산출한다. 여기서, 본 실시예에서는 전동 모터 본체가 타이밍 스프로켓(1)과 일체로 회전하므로 모터축 회전각(θtrg[deg.CA])은 타이밍 스프로켓(1)의 회전각에 전동 모터 본체에 대한 모터축(13)의 구동 회전각을 가산한 회전각으로서 산출된다.

제3 단계(S3)에서는, 크랭크각 센서(117)의 출력으로부터 크랭크축(120)의 정회전 방향의 회전각(크랭크축 정회전각)(θf_crp[deg.CA])을 산출한다. 본 실시예에서, 크랭크축 정회전각(θf_crp[deg.CA])은 전술한 바와 같이, 각 기통의 기준 위치(압축 TDC)에서 10도 마다 출력되는 회전 신호(POS)를 계수함으로써 산출된다.

제4 단계(S4)에서는, 마찬가지로 크랭크각 센서(117)의 출력으로부터 크랭크축(120)의 역회전 방향의 회전각(크랭크축 역회전각)(θf_crn[deg.CA])을 산출한다. 크랭크축 역회전각(θf_crn[deg.CA])은 전술한 바와 같이, 역회전으로 판정된 후에 출력되는 회전 신호(POS)를 계수함으로써 산출된다. 역회전이 발생되지 않는 경우, θf_crn[deg.CA] = 0이 된다.

제5 단계(S5)에서는, 역회전의 유무를 포함하여 최종적으로 검출되는 크랭크축 회전각(θf_cr[deg.CA])을 하기 식에 의하여 산출한다.

θf_cr = θf_crp - θf_crn

제6 단계(S6)에서는, 타이밍 스프로켓(1)의 회전각(θf_cs[deg.CA])을 하기 식에 의하여 산출한다.

θf_cs = θf_cr × 1/2

여기서, 타이밍 스프로켓(1)의 회전 속도는 크랭크축 회전 속도(θf_cr)의 1/2로 감속되므로 감속비 1/2을 곱하여 산출한다.

제7 단계(S7)에서는, 제어 주기(지난번 제어 타이밍에서 이번 제어 타이밍까지의 사이)(Ts[s]) 동안의 모터축 회전각 변화량(Δθf_m[deg.CA])을 산출한다.

Δθf_m = θf_m - θf_m 지난번 값

제8 단계(S8)에서는, 제어 주기(Ts[s]) 동안의 스프로켓 회전각 변화량(Δθf_cs[deg.CA])을 산출한다.

Δθf_cs = θf_cs - θf_cs 지난번 값

제9 단계(S9)에서는, 제어 주기(Ts[s]) 동안의 타이밍 스프로켓(1)에 대한 모터축 회전각 변화량(구동 회전각의 변화량)(Δθs_m[deg.CA])을 산출한다.

Δθs_m = Δθf_m - Δθf_cs

제10 단계(S10)에서는, 제어 주기(Ts[s]) 동안의 타이밍 스프로켓(1)에 대한 흡기 캠축의 회전각 변화량(캠축 회전각 변화량)의 크랭크각 환산값(Δθs_cm[deg.CA])을 산출한다.

Δθs_cm = Δθf_m × 감속비 × 2

여기서, 감속비는 상기 감속기(8)에 의하여 모터 회전 속도에 대하여 감속되는 캠축 회전 속도의 감속비(예를 들면, 1/60)이다. 또한, 크랭크각[deg.CA]에 대한 환산계수 2를 곱한다.

제11 단계(S11)에서는, 흡기 캠축(134)의 현재의 실제 회전각(VTC 실제 각도)(θs_cm[deg.CA]), 즉 흡기 캠축(134)의 회전 위상(흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍)을 하기 식에 의하여 산출한다.

θs_cm = θs_cm 지난번 값 ＋ Δθs_cm

제12 단계(S12)에서는, VTC 목표 각도(θtrg[deg.CA])를 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])가 추종하게 되는 VTC 조작량을 연산한다.

이에 따라, 전동 VTC(113)가 상기 VTC 조작량에 따라 전동 모터(12)를 구동하며, 흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍이 밀러 사이클 운전 시는 IVC를 충분히 지각시킨 밀러 운전용 밸브 타이밍으로 제어되고 정지 거동 시는 정지 후에 시동 시용으로 진각된 밸브 타이밍이 되도록 제어된다.

상기 실시예1에 의하면, 도 21에 실선으로 표시한 바와 같이, 정지 거동 시 등에 크랭크축이 역회전하는 현상이 발생된 경우에도 크랭크각 센서(117)에 의하여 역회전을 검출하면서 모터 회전 센서(201)에 의하여 높은 빈도로 검출되는 모터축 회전각을 이용하여 흡기 캠축(134)의 회전 위상을 임의의 타이밍에 고정밀도로 검출할 수 있다. 그리고, 이와 같이, 고정밀도로 검출된 흡기 캠축(134)의 회전 위상에 기초하여 흡기 밸브(105)의 기관 정지 후의 밸브 타이밍을 시동 시용으로 진각된 밸브 타이밍으로 고정밀도로 피드백 제어할 수 있으며, 그 후의 시동 시에 충분한 흡입공기량을 실현시켜 양호한 시동성을 확보할 수 있다. 또한, 도 21에 일점쇄선으로 도시한 바와 같이, 캠 신호를 이용하여 검출된 흡기 캠축의 회전 위상에만 기초하여 제어하는 경우, 검출 빈도가 낮기 때문에 고정밀도로 검출을 할 수 없고 고정밀도로 밸브 타이밍 제어를 할 수 없다. 또한, 크랭크축이 역회전하는 경우, 역회전의 검출에 오류가 발생하여 정확한 밸브 타이밍으로 제어할 수 없다.

또한, 시동(크랭킹) 시 등의 극저회전 시에도 모터축 회전각을 이용한 고정밀도의 밸브 타이밍 검출값에 기초하여 고정밀도로 밸브 타이밍 제어를 유지할 수 있다. 또한, 시동 시에도 드물게 역회전이 발생될 수 있지만, 그러한 경우에도 밸브 타이밍을 정확하게 검출하여 시동 시용의 밸브 타이밍으로 유지할 수 있게 된다.

도 16 및 도 17은 흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍 제어의 실시예2의 흐름도를 나타낸다. 본 실시예에서, 기본적으로는 캠 센서(133)에서 출력되는 캠 신호(PHASE)와 크랭크각 센서에서 출력되는 회전 신호(POS)를 이용하여 흡기 캠축(134)의 회전 위상을 검출하지만, 역회전이 검출된 경우와 정회전 시라도 제어 주기 동안에 상기 방식에 의한 흡기 캠축(134)의 회전 위상의 검출이 갱신되지 않는 경우, 실시예1과 같이 크랭크각 센서(117)에서 출력되는 회전 신호(POS)와 모터 회전 센서(201)에서 검출되는 모터축 회전각을 이용하여 흡기 캠축(134)의 회전 위상을 검출한다.

실시예1과 다른 단계를 중심으로 설명한다.

제1 단계(S1의) 후속 단계인 제21 단계(S21)에서, 캠 센서(133)에서 출력되는 캠 신호(PHASE)와 크랭크각 센서에서 출력되는 회전 신호(POS)를 이용하여 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])(흡기 캠축(134)의 회전 위상 = 흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍)를 산출한다. 구체적으로는, 전술한 바와 같이, 기준 크랭크각 위치에서 1개가 단독으로 출력되는 캠 신호(PHASE) 또는 복수 개가 연속으로 출력되는 캠 신호(PHASE)의 선두의 신호까지의 회전 신호(POS)의 발생 수를 계수함으로써 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])(흡기 밸브(105)의 실제 밸브 타이밍)를 검출한다.

그 후, 제2 단계(S2) 내지 제10 단계(S10)까지는 실시예1과 동일한 연산 처리를 실시한 후, 제22 단계(S22)에서 제어 주기(Ts[s]) 동안에 상기 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 갱신되었는지 여부를 판정한다.

제어 주기(Ts[s]) 동안에 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 갱신된 것으로 판정된 경우, 제23 단계(S23)로 진행한다.

제23 단계(S23)에서는, 크랭크각 센서(117)에서 출력되는 회전 신호(POS)에 기초하여 기관 회전이 역회전하였는지 여부를 판정한다.

기관 회전이 정회전을 유지하는 것으로 판정되었을 경우 제24 단계(S24)로 진행하고, 제24 단계(S24)에서는 캠 센서(133)에서 출력되는 캠 신호(PHASE)와 크랭크각 센서(117)에서 출력되는 회전 신호(POS)에 기초하여 산출된 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 최종의 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])로 설정한다.

한편, 제23 단계(S23)에서 제어 주기(Ts[s]) 동안에 상기 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 갱신되지 않은 것으로 판정되었을 경우 제11 단계(S11)로 진행하고, 모터축 회전각(θf_m[deg.])과 회전 신호(POS)에 기초하여 실시예1과 동일하게 제2 단계(S2) 내지 제10 단계(S10)의 산출 결과를 이용하여 VTC 실제 각도( θs_cm[deg.CA])를 하기 식과 같이 산출한다.

θs_cm = θs_cm 지난번 값 ＋ Δθs_cm

그리고, 제12 단계(S12)에서는, VTC 목표 각도(θtrg[deg.CA])를 제24 단계(S24) 또는 제11 단계(S11)의 방식으로 산출된 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])가 추종하게 되는 VTC 조작량을 연산한다.

상기 실시예2에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

크랭크축의 역회전 시, 및 제어 주기 동안에 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 갱신할 수 없었을 경우, 모터축 회전각을 이용하여 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 산출함으로써 VTC 실제 각도의 검출에 오류가 발생하는 것을 억제하여 검출 정밀도를 높일 수 있다.

한편, 설정 주기 중에 VTC 실제 각도가 갱신되고, 또한 기관 회전이 정회전하고 있는 경우, 캠 센서(133)에서 출력되는 캠 신호(PHASE)와 크랭크각 센서에서 출력되는 회전 신호(POS)에 기초하여 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 직접적으로 검출하는 방식은, 모터축 회전각을 이용하는 검출 방식과 비교하여 감속기(8) 등이 개재되지 않는 만큼 고정밀도로 검출할 수 있다.

따라서, 기관의 정회전이 유지되고, 또한 캠 신호(PHASE)와 회전 신호(POS)에 기초하여 검출되는 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 제어 주기 동안에 검출을 갱신할 수 있는 대부분의 운전 영역에서는, 상기 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 최종적인 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])로서 이용하여 검출 정밀도를 가급적 확보할 수 있다.

이와 같이, 상기 각 기관의 상태에 따라 보다 적정하게 산출된 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 선택하고, 그에 따라 흡기 밸브의 밸브 타이밍 제어 정밀도를 가급적 높일 수 있다.

도 18 내지 도 20은 흡기 밸브(105)의 밸브 타이밍 제어의 실시예3의 흐름도를 나타낸다. 본 실시예에서, 실시예2와 같이, 각 기관의 상태에 따라 보다 적정하게 산출된 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA]을 선택하며, 한편으로 모터축 회전각을 사용하여 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 필요한 경우에만 산출하도록 하여 연산 부하를 보다 경감시킬 수 있다.

본 실시예3을 실시예2와 다른 단계를 중심으로 설명한다.

제1 단계(S1)의 후속 단계인 제31 단계(S31)에서, 크랭크각 센서(117)에서 출력되는 회전 신호(POS)에 기초하여 크랭크축 회전 속도(기관 회전 속도) CRS[deg.CA/s]를 산출한다. 구체적으로는, 단위 시간당의 회전 신호(POS) 입력 회수의 계수값에 비례하는 값으로 하는 등의 방식에 의하여 산출할 수 있다.

다음으로, 제32 단계(S32)에서, 기준 크랭크 위치의 검출 주기 Td를 산출한다. 이 검출 주기는 기통 간 행정 위상차(본 실시예에서는 180°)를 상기 크랭크축 회전 속도 CRS[deg.CA/s]로 나누어 산출되며, 또한 VTC 실제 각도 검출을 위한 각 기통의 캠 신호 검출 주기와 일치한다.

그리고, 제33 단계(S33)에서, 전술한 바와 같이 산출된 검출 주기 Td[s]와, 전동 VTC(113)에 의한 밸브 타이밍의 피드백 제어의 요구 크랭크각 위치 검출 주기, 즉 제어 주기(Ts[s])를 비교하여 검출 주기 Td[s]가 제어 주기(Ts[s]) 이하인지 여부를 판정한다.

Td[s] ≤ Ts[s]로 판정되었을 경우, 캠 신호(PHASE)와 크랭크각 센서에서 출력되는 회전 신호(POS)를 이용한 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])의 검출값이 제어 주기(Ts[s]) 동안에 1회 이상 갱신되므로, 상기 검출값을 이용하여 양호한 피드백 제어를 할 수 있는 것으로 판단된다. 따라서, 제21 단계(S21)에서, 캠 신호(PHASE)와 크랭크각 센서에서 출력되는 회전 신호(POS)를 이용하여 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 산출하고, 이 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 최종적인 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])로 설정한다.

제33 단계(S33)에서는, Td[s] ＞ Ts[s]로 판정되었을 경우, 제어 주기 동안에 캠 신호를 이용한 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])의 검출값이 갱신되지 않는 경우가 있는 것으로 판단하고 제2 단계(S2) 및 그 후속 단계로 진행한다.

그리고, 제2 단계(S2)에서 모터축 회전각을 산출하고, 제3 단계(S3)에서 정회전 방향의 크랭크축 정회전각을 산출한 후, 제34 단계(S34)로 진행하고, 제31 단계(S31)에서 산출된 크랭크축 회전 속도(CRS[deg.CA/s])가 역회전할 가능성이 있는 한계 회전 속도(역회전 발생 개시 회전 속도)(CRSr)을 초과하였는지 여부를 판정한다.

제34 단계(S34)에서, 역회전 발생 개시 회전 속도(CRSr)을 초과한 것으로 판정되었을 경우 역회전이 발생되지 않는 것으로 판단하고, 제35 단계(S35)에서, 제3 단계(S3)에서 산출된 크랭크축 정회전각(θf_crp[deg.CA])을 최종의 크랭크축 회전각(θf_cr[deg.CA])으로 설정한다.

제34 단계(S34)에서, 크랭크축 회전 속도가 역회전 발생 개시 회전속도(CRSr)을 초과하지 않은 것으로 판정되었을 경우, 제4 단계(S4), 제5 단계(S5)에서 크랭크축 역회전각(θf_crn[deg.CA])과 최종적인 축 회전각(θf_cr[deg.CA])을 순차적으로 산출한다.

이상과 같이, 제35 단계(S35) 또는 제5 단계(S5)에서 최종적인 크랭크축 회전각(θf_cr[deg.CA])을 설정 또는 산출한 후, 제7 단계(S7) 및 그 후속 단계로 진행하고, 실시예2의 제7 단계(S7) 및 그 후속 단계와 동일한 처리를 한다. 즉, 캠축 회전각 변화량(Δθs_cm[deg.CA])을 산출한 후(단계 S6 내지 단계 S10), 제어 주기(Ts[s]) 동안에 캠 신호(PHASE)와 회전 신호(POS)를 이용하는 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 갱신되고 또한 기관이 정회전하고 있는 경우는 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 최종적인 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])로 설정하며(제22 단계(S22), 제23 단계(S23), 제24 단계(S24)), 주기(Ts0) 동안에 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])가 갱신되지 않을 경우 또는 크랭크축이 역회전한 경우는 모터축 회전각을 이용하여 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 산출한다(제22 단계(S22), 제11 단계(S11)).

그리고, 제12 단계(S12)에서, VTC 목표 각도(θcrg[deg.CA])를 제21 단계(S21), 제35 단계(S35) 또는 제5 단계(S5)에서 산출된 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])가 추종하게 되는 VTC 조작량을 연산한다.

상기 실시예3에서는, 실시예2와 동일하게, 캠 신호(PHASE)와 회전 신호(POS)에 근거한 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 크랭크축의 역회전에 의하여 검출에 오류가 발생한 경우 및 제어 주기 동안에 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 갱신할 수 없을 경우, 모터축 회전각을 이용하여 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 산출함으로써 검출에 오류가 발생하는 것을 억제하거나 검출 정밀도를 높이고, 그 외의 운전 영역에서는 캠 신호(PHASE)와 회전 신호(POS)에 근거한 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 이용함으로써 검출 정밀도를 확보할 수 있고 가급적으로 흡기 밸브의 밸브 타이밍 제어 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 피드백 제어의 요구 제어 주기 동안에 캠 신호(PHASE)와 회전 신호(POS)에 근거한 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 갱신될 것으로 추정한 경우, 모터축 회전각에 근거한 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 산출하지 않고 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])를 최종적인 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])로서 설정함으로써 불필요한 연산 부하를 경감할 수 있다.

또한, 크랭크축 회전 속도(기관 회전 속도) CRS에 의하여 역회전이 발생할 가능성이 있는 저회전 영역에서 역회전이 발생된 경우에 대응하는 크랭크각 위치를 산출하고(제4 단계(S4)), 역회전을 발생하지 않는 회전 속도에서는 역회전한 경우의 산출 처리(제4 단계(S4))를 생략할 수 있고, 이에 따라 불필요한 연산 부하를 경감할 수 있다.

또한, 상기 실시예3에서, 역회전이 발생할 가능성이 있는 저회전 영역에서는 제어 주기(Ts[s]) 동안에 VTC 실제 각도(θcrcm[deg.CA])가 갱신되는 확률은 낮은 것으로 보인다. 따라서, 제22 단계(S22)와 제23 단계(S23)의 판정을 생략하여 제11 단계(S11)로 진행하고, 모터축 회전각을 이용하여 VTC 실제 각도(θs_cm[deg.CA])를 산출하도록 할 수도 있고, 이로써 연산 부하를 더 경감할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서, 전동 모터는 고정자를 내장한 모터 본체가 스프로켓과 일체로 회전하는 구조이기 때문에 밸브 타이밍(캠축의 회전 위상)을 변경할 때만 모터축을 회전 구동하고 밸브 타이밍을 유지할 때는 모터축의 지지에 필요한 전력을 소비할 뿐이다. 반면에 일본 특허 제4123127호에 개시된 바와 같이, 전동 모터의 고정자를 커버에 고정한 전동 VTC의 구조의 경우, 전동 모터의 회전 속도를 캠축을 스프로켓과 동일한 속도로 회전시키는 모터축 회전 속도(밸브 타이밍을 유지하는 회전 속도)에 대하여 회전 속도를 증감조정하여 밸브 타이밍을 변경하는 방식이기 때문에 항상 고속으로 회전 구동하여야 한다.

따라서, 밸브 타이밍 변경 시만 모터축을 구동하는 상기 실시예의 구조를 채용함으로써 일본 특허 제4123127호의 구조와 비교하여 전동 모터의 소비 전력을 대폭 절감할 수 있다. 다만, 본 발명은 일본 특허 제4123127호에 개시된 구조를 갖는 전동 VTC에 적용한 형태를 포함한다.

또한, 상기 실시예에서는 모터 회전 센서로서 모터축 회전각을 선형으로 검출하는 형태를 나타냈지만, 크랭크각 센서와 같은 구성을 갖는 모터 회전 센서를 이용할 수도 있다. 즉, 피검출부로서 모터축 단부에 원주 방향으로 다수의 돌기를 형성한 시그널 플레이트를 배치하고, 그 검출 펄스 신호로서 서로 위상이 일치하지 않는 2개의 신호를 발생시키고, 이러한 신호를 비교함으로써 크랭크각 센서와 같이 정회전ㆍ역회전을 판정하면서 임의의 타이밍에 회전각을 검출할 수 있다.

또한, 전동 모터로서 브러쉬리스 모터를 사용하여 제어부 내에 배치한 전기각 센서에 의하여 검출하거나 기전압 등으로부터 추정한 전기각에 기초하여 모터축의 정회전ㆍ역회전을 판별하면서 모터축 회전각을 산출하는 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서, 흡기 밸브의 밀러 사이클 운전용 밸브 타이밍과 시동 시용의 밸브 타이밍을 전환시키는 제어에 적용한 형태를 나타냈지만, 밀러 사이클 운전을 하지 않는 기관이라도 시동 시의 밸브 타이밍을 최적으로 설정할 수 있다.

또한, 배기 밸브의 밸브 타이밍을 전동 모터로 변경하는 전동 VTC에서, 정지 거동 시 등에 배기 밸브를 시동 시에 적절한 밸브 타이밍으로 제어할 경우 등에도 적용할 수 있다.

2011년 9월 20일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-205391호의 전체 내용을 원용하여 본 발명의 명세서에 포함시킨다.

일부 실시예만을 선택하여 본 발명을 예시하였지만, 당업자라면 이와 같은 개시로부터 특허청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 개조를 할 수 있을 명확하게 알 수 있을 것이다.

또한, 위에서 설명한 본 발명에 따른 실시예는 단지 예시를 위한 것일 뿐, 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명과 그 균등물을 제한하고자 하는 것은 아니다.

Claims (17)

1. 크랭크축의 회전각을 검출하는 크랭크각 센서 및 기관 밸브 개폐용 캠축의 회전각을 검출하는 캠 센서로부터의 각각의 신호에 기초하여 상기 크랭크축에 대한 상기 캠축의 회전 위상을 검출하는 동시에, 상기 크랭크축에 대하여 상기 캠축을 상대 회전시켜 상기 회전 위상을 변경할 수 있는 액추에이터를 구비하고, 상기 회전 위상의 검출값에 기초하여 상기 액추에이터를 구동하여 상기 회전 위상이 목표값에 근접하도록 피드백 제어하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치로서,
   상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전을 판별하여 검출하는 동시에,
   상기 액추에이터의 회전 방향을 포함하는 회전 동작량을 상기 제1 회전 위상 검출부에 의한 회전 위상 검출 빈도보다 높은 빈도로 검출하는 액추에이터 회전 센서를 구비하고,
   상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전의 검출 결과와 상기 액추에이터의 회전 방향을 포함한 회전 동작량에 기초하여 상기 캠축의 회전 위상을 상기 제1 회전 위상보다 높은 빈도로 검출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 크랭크축의 역방향 회전이 검출되었을 경우 또는 상기 피드백 제어의 제어 타이밍에 상기 제1 회전 위상의 검출값이 지난번 값으로부터 갱신되지 않았을 경우에는 상기 제2 회전 위상의 검출값을 피드백 제어에 이용하고, 그 외의 경우에는 상기 제1 회전 위상의 검출값을 피드백 제어에 이용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 크랭크각 센서로부터의 신호에 기초하여 검출되는 크랭크축 회전 속도가 역방향 회전을 발생시킬 수 있는 있는 극저회전 영역인지 여부를 판정하고, 극저회전 영역으로 판정되었을 경우는 상기 제2 회전 위상을 검출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 회전 위상의 검출 주기가 상기 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 주기 이하일 경우에는 상기 제1 회전 위상의 검출값을 피드백 제어에 이용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 크랭크축에 연동되어 회전하는 스프로켓과 상기 캠축이 동심으로 배치되고,
   상기 액추에이터는 상기 스프로켓 및 상기 캠축과 모터축이 동심으로 배치되는 동시에, 고정자를 포함한 모터 본체가 상기 스프로켓과 일체로 회전하는 전동 모터로 구성되며, 상기 모터축의 회전을 감속기를 통하여 상기 캠축에 전달함으로써 상기 캠축을 상기 스프로켓에 대하여 상대 회전시켜 상기 회전 위상을 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   기관의 정지 거동 중에 상기 제2 회전 위상의 검출값에 기초하여 정지 후의 회전 위상이 시동 시용의 목표 회전 위상에 근접하도록 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   기관 밸브로서 흡기 밸브의 비시동 시의 목표 회전 위상을 밀러 사이클 운전용 값으로 하고, 시동 시용의 목표 회전 위상을 비시동 시용의 목표 회전 위상보다 흡기 하사점에 가까운 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액추에이터의 회전축 단부에 고정된 피검출부에 상기 회전축의 원주 방향으로 복수 개로 분할된 각 부가 피검출부의 외측에 배치된 회전각 검출부에 의하여 회전 위치를 연속으로 검출할 수 있는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 크랭크각 센서가 상기 크랭크축의 정회전 시와 역회전 시에 펄스 폭이 다른 회전 신호를 출력하고, 상기 펄스 폭에 따라 정회전과 역회전을 검출하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 장치.
10. 크랭크축의 회전각 및 기관 밸브 개폐용 캠축의 회전각을 검출하고, 상기 크랭크축의 회전각 및 상기 기관 밸브 개폐용 캠축의 회전각의 각 신호에 기초하여 상기 크랭크축에 대한 상기 캠축의 회전 위상을 제1 회전 위상으로서 검출하고, 상기 크랭크축에 대하여 상기 캠축을 상대 회전시켜 상기 제1 회전 위상을 변경할 수 있는 액추에이터를 구동하여 상기 회전 위상의 검출값에 기초하여 상기 회전 위상이 목표값에 근접하도록 피드백 제어하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법으로서,
    상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전을 판별하여 검출하는 단계와,
    상기 액추에이터의 회전 방향을 포함하는 회전 동작량을 상기 제1 회전 위상의 검출 빈도보다 높은 빈도로 검출하는 단계와,
    상기 크랭크축 회전의 정방향 회전과 역방향 회전의 검출 결과와 상기 액추에이터의 회전 방향을 포함하는 회전 동작량에 기초하여 상기 캠축의 회전 위상을 제2 회전 위상으로서 상기 제1 회전 위상보다 높은 빈도로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 크랭크축의 역방향 회전이 검출되었을 경우, 또는 상기 피드백 제어의 제어 타이밍에 상기 제1 회전 위상의 검출값이 지난번 값으로부터 갱신되지 않았을 경우는 상기 제2 회전 위상의 검출값을 피드백 제어에 이용하고, 그 외의 경우는 상기 제1 회전 위상의 검출값을 피드백 제어에 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 크랭크각 센서로부터의 신호에 기초하여 검출되는 크랭크축 회전 속도가 역방향 회전을 발생시킬 수 있는 극저회전 영역인지 여부를 판정하고, 극저회전 영역으로 판정되었을 경우는 상기 제2 회전 위상을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 회전 위상 검출부에 의한 회전 위상의 검출 주기가 상기 가변 밸브 타이밍 기구의 제어 주기 이하일 경우에는 상기 제1 회전 위상의 검출값을 피드백 제어에 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크랭크축에 연동되어 회전하는 스프로켓과 상기 캠축이 동심으로 배치되고,
    상기 액추에이터는 상기 스프로켓 및 상기 캠축과 모터축이 동심으로 배치되는 동시에, 고정자를 포함한 모터 본체가 상기 스프로켓과 일체로 회전하는 전동 모터로 구성되며,
    상기 모터축의 회전을 감속기를 통하여 상기 캠축에 전달 함으로써 상기 캠축을 상기 스프로켓에 대하여 상대 회전시켜 상기 회전 위상을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
15. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    기관의 정지 거동 중에 상기 제2 회전 위상의 검출값에 기초하여 정지 후의 회전 위상이 시동 시용의 목표 회전 위상에 근접하도록 피드백 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
16. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    기관 밸브로서 흡기 밸브의 비시동 시의 목표 회전 위상을 밀러 사이클 운전용 값으로 하고, 시동 시용의 목표 회전 위상을 비시동 시용의 목표 회전 위상보다 흡기 하사점에 가까운 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.
17. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크랭크각 센서가 상기 크랭크축의 정회전 시와 역회전 시에 펄스 폭이 다른 회전 신호를 출력하고, 상기 펄스 폭에 따라 정회전과 역회전을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 타이밍 기구 제어 방법.

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