KR20150043155A - 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법 - Google Patents

가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법에 의하면, 운전모드인 제1모드와 제2모드 중 하나를 선택하는 단계, 상기 제1모드에서는 흡기캠을 설정각도 범위로 지각시키는 단계, 및 상기 제2모드에서는 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법{ENGINE HAVING CONTINUOUS VARIALBE VALVE TIMING DEVICE}
본 발명은 흡기 또는 배기밸브를 움직이는 캠샤프트를 진각시키거나 지각시킴으로써 연소실에서의 압축 손실을 최소화하고, 연료소모를 줄이는 연속 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진에 관한 것이다.
엔진의 성능을 향상시키고, 연료소모를 줄이며, 배기가스의 품질을 향상시키기 위해서 엔진회전수 및 부하에 따라서 캠샤프트의 회전위상을 진각시키거나 지각시키는 연속가변밸브타이밍(CVVT: continuously variable valve timing) 기구가 소개되었다.
한편, 운전상태에 따라서 저부하에서는 연료소모를 줄이고, 고부하에서는 출력을 높임으로써 다양한 운전요구를 만족시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 저부하에서는 연료소모를 줄이고 고부하에서는 출력을 높임으로써 요구되는 운전요구를 만족시키는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법에 의하면, 운전모드인 제1모드와 제2모드 중 하나를 선택하는 단계, 상기 제1모드에서는 흡기캠을 설정각도 범위로 지각시키는 단계, 및 상기 제2모드에서는 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계에서, 실린더의 연소가스의 점화시키를 진각할 수 있다.
상기 흡기캠을 설정각도 범위로 지각시키는 단계에서, 상기 설정각도 범위는 미리 설정된 수치일 수 있다.
상기 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계에서, 상기 설정각도 범위는 미리 설정된 수치일 수 있다.
상기 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계에서, 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열리는 오버랩이 증가하도록 제어될 수 있다.
상기 흡기캠을 설정각도 범위로 지각시키는 단계에서, 피스톤이 흡기를 압축할 때, 펌핑손실이 저감되도록 제어될 수 있다.
상기 제1모드와 상기 제2모드는 운전자에 의해서 선택될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법에서, 저부하에서는 흡기밸브의 열림시기를 지각시킴으로써 펌핑손실을 저감시켜 연료소모를 줄이고, 고부하에서는 흡기밸브의 열림시기를 진각시킴으로써 흡기공기량을 증가시켜 출력과 토크를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구에서 밸브를 지각하고 진각하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구에서 펌핑로스를 줄이는 효과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 한 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 적용되는 엔진은 가솔린 또는 디젤 내연기관으로 MPI(multi point injection), GDI(gasoline direct injection), TGDI(turbo gasoline direct injection), CDA(cylinder deactivation), 또는 TGDI(turbo gasoline direct injection)+CDA(cylinder deactivation)에 적용될 수 있다.
그리고, 엔진회전수와 부하에 따라서 흡기 캠의 진각/지각이 최적으로 제어되고, 아킨슨 사이클(akison cycle) 구현으로 인하여 LIVC(late intake valve closing)효과로 인하여 펌핑손실을 줄이고, 실압축비를 증가시켜 연료소모를 줄이고, THC(total hydro carbon)를 저감시킨다.
아울러, 기존의 DCVVT(double continuously variable valve timing)와 비교하여 모드 전환에 따라서 진각/지각의 제어가 빠르고, 연료소모가 줄면서 토크가 증가한다.
따라서, 본 발명에서는 흡기측에는 초기 시동성능을 향상시키고 흡기캠(160)의 작동 타이밍을 변경하도록, 기계적인 로킹(locking) 기구를 포함하는 중간위상 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구를 적용한다.
중간위상정지 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구는 중간위치에서 시동되고, 엔지의 운행상태에 따라서 밸브의 타이밍을 지각 진각시키는 것을 의미한다. 그리고, 로킹(locking)기술을 이용하여 중간위상정치 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구는 엔진 정지시 흡기측의 밸브를 중간위상으로 변경하도록 한다.
도 4는 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 한 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 엔진은 실린더헤드(140), 캠샤프트(100), 가변 회전부(110), 오일컨트롤밸브(130)(OCV), 가변밸브 볼트(120), 흡기밸브(150), 및 흡기캠(160)을 포함하고, 상기 캠샤프트(100)의 일측에는 진각유로(122)와 지각유로(124)가 형성된다.
상기 가변 회전부(110)는 풀리 또는 스프라켓으로, 상기 가변밸브 볼트(120)를 통해서 상기 캠샤프트(100)의 단부에 고정된다.
상기 가변 회전부(110)는 엔진에 의해서 회전하는데, 크랭크샤프트(미도시)와 체인 또는 벨트를 통해서 회전하여 상기 캠샤프트(100)를 회전시킨다. 그리고, 상기 캠샤프트(100)에 형성되는 상기 흡기캠(160)은 상기 흡기밸브(150)를 리프트시킨다.
그리고, 상기 가변 회전부(110)에는 상기 지각유로(124)와 연결되는 지각실이 형성되고, 상기 진각유로(122)와 연결되는 진각실이 형성된다.
상기 오일컨트롤밸브(130)에 의해서 유압이 상기 지각실로 공급되면, 상기 가변 회전부(110)가 상대적으로 정회전되어 상기 캠샤프트(100)는 지각되고, 유압이 상기 진각실로 공급되면, 상기 가변 회전부(110)가 상대적으로 역회전되어 상기 캠샤프트(100)는 진각된다.
아울러, 상기 가변 회전부(110)로 공급되는 오일을 제어하기 위해서 상기 오일컨트롤밸브(130)(OCV: oil control valve)가 필요하고, 상기 오이컨트롤밸브(130)를 제어하는 별도의 제어요소인 솔레노이드밸브도 필요하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 제어하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 1을 참조하면, S100에서 제어가 시작되고, S105에서 운전모드가 제1모드인지 제2모드인지 판단된다. 운전모드가 제1모드로 판단되면, S110이 수행되고, 운전모드가 제2모드로 판단되면, S150이 수행된다.
S110에서 제1모드가 선택되고, S115에서 흡기밸브(150)를 리프트시키는 흡기캠(160)을 지각시키는 제어가 수행된다. 상기 흡기캠(160)이 지각되는 각도는 운전상태에 따라서 미리 설정되며 일정한 각도범위 내에서 가변적으로 제어될 수 있다.
S120에서 흡기캠(160)의 지각제어를 통해서 피스톤의 펌핑손실이 저감되고, 연료소모가 줄어든다.
아울러, S150에서 제2모드가 선택되고, S155에서 흡기밸브(150)를 리프트시키는 흡기캠(160)을 진각시키는 제어가 수행된다. 상기 흡기캠(160)이 진각되는 각도를 운전상태에 따라서 미리 설정되며 일정한 각도범위 내에서 가변적으로 제어될 수 있다.
그리고, S160과 S165에서 각각 연소실의 혼합가스를 점화시키는 점화시기가 진각되고, 흡기밸브와 배기밸브의 열림과 닫힘에 의해서 연소실의 혼합가스가 증가하여 출력과 토크가 증가한다.
그리고, S125에서 운전모드를 선택하도록 하고, 운전모드가 변경되면 S105가 수행되고, 변경되지 않으면, S130에서 제어가 종료된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구에서 밸브를 지각하고 진각하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 가로축은 크랭크샤프트의 회전위치를 보여주고, 세로축은 배기밸브와 흡기밸브(150)의 리프트를 보여준다.
BDC는 Bottom dead center의 약자이며 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤이 하사점에 위치하는 것을 의미하고, TDC는 Top dead center의 약자이며 크랭크샤프트에 연결되는 피스톤이 상사점에 위치하는 것을 의미한다.
도시한 바와 같이, 흡기밸브(150)를 중간위상 상태에서 진각시키거나 지각시킴에 따라서 배기밸브(미도시)와의 오버랩구간이 가변되어 펌핑로스를 저감시켜 연료소모를 줄이거나 연소실의 공기량을 증가시켜 토크와 출력을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구에서 펌핑로스를 줄이는 효과를 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 크랭크샤프트의 회전위치를 보여주고, 세로축은 압력을 나타낸다.
IVC는 Inlet Valve Closing의 약자로써 흡기밸브(150)가 닫히는 시기를 나타낸다. 도시한 바와 같이, IVC를 지각시킴에 따라서 펌핑손실(310)이 줄어들어 연료소모가 준다. 여기서, 폭발에너지(300)는 변하지 않는다. 아울러, 지각영역(370)이 늘어날수록 이론적인 펌핑손실(310)이 줄어들 수 있다.
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.
150: 흡기밸브
160: 흡기캠

Claims (7)

  1. 운전모드인 제1모드와 제2모드 중 하나를 선택하는 단계;
    상기 제1모드에서는 흡기캠을 설정각도 범위로 지각시키는 단계; 및
    상기 제2모드에서는 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법.
  2. 제1항에서,
    상기 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계에서,
    실린더의 연소가스의 점화시키를 진각하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법.
  3. 제1항에서,
    상기 흡기캠을 설정각도 범위로 지각시키는 단계에서,
    상기 설정각도 범위는 미리 설정된 수치인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법.
  4. 제1항에서,
    상기 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계에서,
    상기 설정각도 범위는 미리 설정된 수치인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법.
  5. 제1항에서,
    상기 흡기캠을 설정각도 범위로 진각시키는 단계에서,
    흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열리는 오버랩이 증가하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법.
  6. 제1항에서,
    상기 흡기캠을 설정각도 범위로 지각시키는 단계에서,
    피스톤이 흡기를 압축할 때, 펌핑손실이 저감되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법.
  7. 제1항에서,
    상기 제1모드와 상기 제2모드는 운전자에 의해서 선택되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 제어방법.
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