KR20200073858A - 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치 - Google Patents

연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따라 연속 가변 밸브 듀레이션(continuous variable valve duration; CVVD) 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법은, 엔진을 시동하는 단계, 제1 내지 4 실린더 연소시의 전방 람다센서의 측정값 (이하 제1 내지 4 람다값) 을 검출하는 단계, 및 상기 검출된 전방 람다센서의 측정값에 따라 CVVD 구동부 틀어짐 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DIAGNOSING ENGINE SYSTEM WITH CONTINUOUS VARIABLE VAVLE DURATION APPARATUS}
본 발명은 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템을 진단할 수 있는 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관은 연소실에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 생성한다. 공기를 흡입할 때는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기 밸브(intake valve)를 작동시키고, 흡기 밸브가 열려 있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다. 또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.
그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 달라지게 된다. 이와 같이, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 연속 가변 밸브 리프트(continuous variable valve lift; CVVL) 장치가 연구되고 있다.
또한, 밸브의 열림 시간을 조절하는 것으로 연속 가변 밸브 타이밍 (continuous variable valve timing; CVVT) 기술이 개발되어왔는데, 이는 밸브 타이밍이 고정된 상태로 밸브 열림/닫힘 시점이 동시에 변경되는 기술이다.
그러나, 종래의 CVVL 또는 CVVT는 구성이 복잡하고 비용이 고가인 문제가 있다.
따라서, 엔진의 작동 상태에 따라 밸브의 듀레이션을 조절할 수 있는 연속 가변 밸브 듀레이션(continuous variable valve duration; CVVD) 장치가 연구되고 있다.
상기 CVVD 장치를 엔진 시스템에 적용하기 위해서는 CVVD 장치가 정상적으로 작동 중인지 진단할 수 있는 방법이 필요하다.
상기 CVVD 장치를 엔진 시스템에 적용하기 위해서는 CVVD 장치가 정상적으로 작동 중인지 진단할 수 있는 방법이 필요하다.
특히, 두 개의 구동부를 구비하는 CVVD 장치의 경우, 각각의 구동부가 2개 씩의 실린더의 밸브를 담당하여 총 4기통의 밸브를 구동하게 되는데, 만약 구동부 조립 과정에서 틀어짐이 발생하였다면 정상적인 밸브 제어가 이루어질 수 없어서, 이러한 문제를 진단할 수 있는 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구동부가 틀어지게 조립되었을 경우 이를 진단할 수 있는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 연속 가변 밸브 듀레이션(continuous variable valve duration; CVVD) 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법은 엔진을 시동하는 단계; 제1 내지 4 실린더 연소시의 엔진 전단 람다센서의 측정값 (이하 제1 내지 4 람다값) 을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 람다값에 따라 CVVD 구동부 틀어짐 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 검출된 제1 내지 4 람다값에 따라 CVVD 구동부 틀어짐 여부를 판단하는 단계는, 상기 제1 및 2 람다값이 리치(rich)이고 상기 제3 및 4 람다값이 린(lean)일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고, 상기 제1 및 2 람다값이 린이고 상기 제3 및 4 람다값이 리치일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고, 그 밖의 경우 다시 상기 제1 내지 4 람다값을 검출하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 내지 4 람다값 을 검출하는 단계는, 엔진의 람다 1 제어를 수행하는 단계; 제1실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계; 제3실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계; 제4실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계; 제2실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계; 및 상기 제1 내지 4 람다값을 제어기로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 검출된 제1 내지 4 람다값에 따라 CVVD 구동부 틀어짐 여부를 판단하는 단계는, 상기 제1 내지 4 람다값이 제1설정값보다 작거나 같으면 린으로 판단하고, 상기 제1 내지 4 람다값이 제2설정값보다 크거나 같으면 리치로 판단하고, 상기 제1 내지 4 람다값이 상기 제1설정값 보다 크고 상기 제2설정값보다 작으면 이론 공연비로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 엔진을 시동하는 단계는, 엔진을 크랭크하는 단계; CVVD 학습 완료 여부를 판단하는 단계; 엔진 시동 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 CVVD 학습 완료 여부를 판단하는 단계는, 상기 CVVD 학습이 완료되지 않은 경우, CVVD 학습을 실시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 연속 가변 밸브 듀레이션(continuous variable valve duration; CVVD) 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 시스템은, 상기 CVVD 장치의 위치를 검출하는 CVVD 위치 센서; 캠 샤프트의 위치를 검출하는 캠 샤프트 위치 센서; 흡기밸브 전단에서 공연비를 측정하는 람다 센서; 및 제1 내지 4 실린더 연소시의 엔진 전단 람다센서의 측정값(이하 제1 내지 4 람다값)을 검출하여, 상기 검출된 제1 내지 4 람다값에 따라 상기 CVVD 장치의 구동부의 틀어짐 여부를 판단하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1 및 2 람다값이 리치(rich)이고 상기 제3 및 4 람다값이 린(lean)일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고, 상기 제1 및 2 람다값이 린이고 상기 제3 및 4 람다값이 리치일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고, 그 밖의 경우 다시 상기 제1 내지 4 람다값을 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1 내지 4 람다값이 제1설정값보다 작거나 같으면 린으로 판단하고, 상기 제1 내지 4 람다값이 제2설정값보다 크거나 같으면 리치로 판단하고, 상기 제1 내지 4 람다값이 상기 제1설정값 보다 크고 상기 제2설정값보다 작으면 이론 공연비로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어기는, 엔진 크랭크가 실시되면 CVVD 학습 완료 여부를 판단하고, 상기 CVVD 학습이 완료되지 않은 경우, CVVD 학습을 실시하고, 상기 CVVD 학습이 완료된 경우 시동 제어를 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구동부가 틀어지게 조립되었을 경우 이를 진단할 수 있는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착된 엔진의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 측면도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 분해 사시도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 일부 사시도이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 일부 분해사시도이다.
도7은 도5의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도이다.
도8 및 도9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 이너 휠과 캠 유닛을 도시한 도면이다.
도10은 도6의 Ⅹ-Ⅹ선을 따른 단면도이다.
도11 내지 도13은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도14는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 캠 슬롯을 도시한 도면이다.
도15는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 밸브 프로파일을 나타난 그래프이다.
도16A 및 B는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구동부가 샤프트와 조립되는 과정을 나타낸 도면이다.
도17은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착된 엔진의 사시도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 일부 측면도이고, 도4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 분해 사시도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 일부 사시도이고, 도6은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 일부 분해 사시도이고, 도7은 도5의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 캠 위상 측정 장치에 대하여 설명함에 있어, 먼저 본 발명의 실시예에 따른 캠 위상 측정 장치가 적용될 수 있는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 캠 위상 측정 장치가 적용되는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 이하에서 설명하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용될 수 있다.
도1 내지 도7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)은 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함한다.
상기 엔진에 4개의 실린더(201, 202, 203, 204)가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 캠 축(30), 캠(71)이 형성되고, 상기 캠 축(30)이 삽입되는 캠 유닛(70), 상기 캠 유닛 (70)이 회전 가능하게 삽입되며, 상기 캠 축(30)과 수직한 방향으로 이동 가능하게 구비되는 휠 하우징(90), 제어 모터(106) 및 상기 제어 모터(106)의 작동에 의해 회전하여 상기 휠 하우징(90)의 위치를 변경하는 제어 샤프트(102)를 포함한다.
상기 캠 축(30)의 회전을 상기 캠 유닛(70)에 전달하는 이너 휠(80)이 상기 휠 하우징(90)에 회전 가능하게 삽입된다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 제어 샤프트(102)의 회전에 따라 상기 휠 하우징(90)의 위치를 변경하는 매개부를 더 포함하며, 상기 매개부는 가이드 나사산(130)이 형성되고 상기 캠 축(30)과 수직한 방향으로 구비되는 가이드 샤프트(132), 그 내측에 이너 나사산(52)이 형성되어 상기 가이드 나사산(130)에 치합되며 상기 휠 하우징(90) 내측에 구비되는 웜 휠(50) 및 상기 제어 샤프트(102)에 장착되어 상기 웜 휠(50)에 치합하는 제어 웜(104)을 포함한다.
상기 제어 웜(104)이 상기 웜 휠(50)의 외측에 형성된 아우터 나사산(54)과 치합한다.
여기서, 밸브 듀레이션은 밸브가 개방된 시간, 즉, 밸브의 열림 시간부터 닫힘 시간을 의미한다.
상기 캠 축(30)은 흡기 챔 축일 수 있고, 흡기 축과 배기 캠 축일 수도 있다.
상기 가이드 브라켓(134)에는 상기 가이드 샤프트(132)가 고정되는 고정 홀(137)과 상기 휠 하우징(90)이 이동 가능하게 이동 공간(138)이 형성된다.
상기 휠 하우징(90)에는 가이드 월(92)이 쌍으로 돌출 형성되고, 상기 각 가이드 월(92)에는 상기 가이드 샤프트(132)가 삽입되는 이동 홀(94)이 형성된다.
상기 웜 휠(50)은 상기 가이드 월(92)들 사이에 배치되어 그 회전에 따라 상기 가이드 월(92)을 밀 수 있다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 홀(135c)을 통해 상기 가이드 브라켓(134)에 고정되며, 상기 휠 하우징(90)의 이동을 안내하는 슬라이딩 샤프트(135)를 더 포함하고, 상기 휠 하우징(90)에는 상기 슬라이딩 샤프트(135)가 삽입되는 슬라이딩 홀(96)이 형성된다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 제어 샤프트(102)를 지지하도록 상기 가이드 브라켓(134)에 고정되는 웜 샤프트 캡(139)을 더 포함하며, 볼트(136)를 통해 상기 가이드 브라켓(134)에 결합할 수 있다.
앞서 설명한 상기 가이드 브라켓(134), 상기 휠 하우징(90), 상기 웜 휠(50)등의 구성 및 연결 구조에 의해 상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 단순한 레이아웃으로 컴팩트하게 구성될 수 있다.
상기 가이드 샤프트(132)는 상기 가이드 브라켓(134)에 형성된 홀(132b)에 결합핀(132a)을 삽입하여 결합될 수 있다.
마찬가지로, 상기 슬라이딩 샤프트(135)도 상기 가이드 브라켓(134)에 형성된 홀(135b)에 결합핀(135a)을 삽입하여 결합될 수 있다.
도8 및 도9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 이너 휠과 캠 유닛을 도시한 도면이고, 도10은 도6의 Ⅹ-Ⅹ선을 따른 단면도이다.
도1 내지 도10를 참조하면, 상기 이너 휠(80)에는 제1, 2 슬라이딩 홀(86, 88)이 형성되고, 상기 캠 유닛(70)에는 캠 슬롯(74)이 형성된다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 캠 축(30)에 결합되며 상기 제1 슬라이딩 홀(86)에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 휠(60) 및 상기 캠 슬롯(74)에 슬라이딩 가능하게 삽입되고 상기 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 캠(82)을 더 포함한다.
상기 롤러 캠(82)은 상기 캠 슬롯(74)에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 롤러 캠 바디(82a) 및 상기 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 캠 헤드(82b)를 포함한다.
상기 롤러 캠(82)에는 상기 롤러 캠(82)의 이탈을 방지하는 돌출부(82c)가 형성되며, 상기 돌출부(82c)는 상기 캠 슬롯(74)에 슬라이딩 가능하며, 상기 롤러 캠(82)의 상기 캠 축(30) 길이방향 이탈을 방지할 수 있다.
상기 롤러 휠(60)은 상기 캠 축(30)에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 휠 바디(62) 및 상기 제1 슬라이딩 홀(86)에 회전 가능하게 삽입되는 휠 헤드(64)를 포함하며, 상기 휠 바디(62)와 상기 휠 헤드(64)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 캠 축(30)에는 캠 축 홀(34)이 형성되고, 상기 롤러 휠(60)의 휠 바디(62)가 상기 캠 축 홀(34)에 이동 가능하게 삽입되며, 상기 휠 헤드(64)가 상기 제1 슬라이딩 홀(86) 내에서 회전 가능하게 구비된다.
상기 캠 축(30)의 내부에는 그 길이방향을 따라 캠 축 오일 홀(32)이 형성되고, 상기 롤러 휠(60)의 상기 휠 바디(62)에는 상기 캠 축 오일 홀(32)과 연통하는 바디 오일 홀(66)이 형성되고, 상기 롤러 휠(60)의 상기 휠 헤드(64)에는 상기 바디 오일 홀(66)과 연통 홀(69)을 통해 연통하는 오일 그루부(68; 도11 참조)가 형성된다.
상기 캠 축 오일 홀(32)로 전달되는 윤활유가 상기 바디 오일 홀(66), 상기 연통 홀(69) 및 상기 오일 그루부(68)을 통해 상기 이너 휠(80)으로 원활하게 전달될 수 있다.
상기 캠 유닛(70)은 하나의 실린더, 예를 들어 상기 제1 실린더(201)와 그와 이웃한 실린더, 예를 들어 상기 제2 실린더(202)에 대응하여 각각 구비되는 제1, 2 캠 부(70a, 70b)를 포함하고, 상기 이너 휠(80)은 상기 캠 축(30)의 회전을 상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)에 각각 전달하도록 2개가 구비될 수 있다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 휠 하우징(90) 내에 구비되며, 상기 각 이너 휠(80과 결합하는 베어링(140)을 더 포함한다.
상기 베어링(140)은 니들 베어링 일 수 있고, 하나의 휠 하우징(90) 내에 상기 이너 휠(80) 이 구비되고, 상기 베어링(140)에 의해 상기 각 이너 휠(80) 이 원활하게 회전 가능하다.
상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)에는 2개의 캠(71, 72)이 형성되고, 상기 각 캠들(71, 72) 사이에는 캠 캡 결합부(76)가 형성될 수 있다.
상기 캠(71, 72)과 접촉하여 밸브(200)가 개폐된다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 캠 캡 결합부(76)를 회전 가능하게 지지하는 캠 캡(40)을 더 포함할 수 있다.
도11 내지 도13은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도11에 도시된 바와 같이, 중립 상태, 즉, 상기 캠 축(30)과 상기 캠 유닛(70)의 회전 중심이 일치한 경우, 상기 캠(71, 72)은 상기 캠 축(30)과 동일한 속도로 회전한다.
엔진의 작동 상태에 따라 미도시한 ECU (engine control unit or electric control unit)가 상기 제어부(100)에 제어 신호를 인가하면, 예를 들어 제어 모터(106)가 상기 제어 샤프트(102)를 회전 시킨다.
그러면, 상기 제어 웜(104)이 상기 웜 휠(50)의 외측에 형성된 아우터 나사산(54)을 회전시켜 상기 웜 휠(50)이 회전하면, 상기 이너 나사산(52)이 상기 가이드 나사산(130)에 치합되어 상기 웜 휠(50)이 상기 가이드 나사산(130)을 따라 회전하며 이동하게 된다.
즉, 도10, 도12 및 도13에 도시된 바와 같이, 상기 제어 샤프트(102)의 회전에 의해 상기 웜 휠(50)이 상기 가이드 샤프트(132)를 따라 이동하며, 상기 가이드 월(92)을 밀어 상기 캠 축(30)에 대한 상기 휠 하우징(90)의 상대 위치가 변경된다.
상기 휠 하우징(90)의 위치가 상기 캠 축(30)의 회전 중심에 대해 일 방향으로 이동하면, 상기 캠 축(30)에 대한 상기 캠(71, 72)의 회전 속도가 그 위상에 따라 변경된다.
즉, 상기 롤러 휠(60)의 휠 바디(62)가 상기 캠 축(30)에 형성된 캠 축 홀(34)에 이동 가능하게 삽입되며, 상기 휠 헤드(64) 상기 제1 슬라이딩 홀(86) 내에서 회전 가능하게 삽입되며, 상기 롤러 캠(82)이 상기 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입되며, 상기 캠 슬롯(74) 내에서 이동 가능하기 때문에, 상기 캠(71, 72)은 상기 캠 축(30)에 대한 상대적인 회전 속도가 변하게 된다.
도14는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 캠 슬롯을 도시한 도면이고, 도15는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 밸브 프로파일을 나타난 그래프이다.
도14에 도시된 바와 같이, 상기 캠 슬롯(74)이 상기 캠(71 또는 72) 보다 진각 또는 지각된 위치에 형성될 수 있고, 또는 캠 로브(lobe) 와 동일한 위상에 형성되어 다양한 형상의 밸브 프로파일을 형성할 수 있다.
상기 밸브(200)의 최대 리프트 값은 일정하고, 상기 휠 하우징(90)의 위치가 상대적으로 변함에 따라 상기 캠(71, 72)의 상기 캠 축(30)에 대한 상대 회전 속도가 변하며, 상기 밸브(200)를 여닫는 시간이 변하고, 따라서, 상기 밸브(200)의 듀레이션이 변하게 된다.
상기 캠 슬롯(74)의 형성 위치, 상기 밸브(200)의 장착 각도 등에 따라 도15의 (a)에 도시된 바와 같이, 밸브를 여는 시간과 닫는 시간이 동시에 변경될 수 있다.
또한, 도15의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(200)의 열림 시간은 일정하게 하고, 상기 밸브(200)의 닫힘 시간을 진각(advanced) 시키거나, 지각(retarded) 시킬 수도 있다.
반대로, 도15의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(200)의 닫힘 시간은 일정하게 하고, 상기 밸브(200)의 열림 시간을 진각(advanced) 시키거나, 지각(retarded) 시킬 수도 있다.
이하, 도16 및 17을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법을 설명한다.
도16A 및 B는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구동부가 제어 샤프트와 조립되는 과정을 나타낸 도면이다.
도16A 및 B를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구동부(300)(이하, 'CVVD 구동부')는 제1 구동부(301) 및 제2 구동부(303)로 이루어지고, 각각의 구동부가 2개 씩의 실린더의 밸브를 담당하여 총 4기통의 밸브를 구동하게 된다.
상기 CVVD 구동부(300)는 상기 제1 구동부(301) 및 상기 제2 구동부(303)가 조립된 상태로 제어 샤프트(102)와 조립된다. 만약 이러한 구동부 조립 과정에서 틀어짐이 발생하였다면 정상적인 밸브 제어가 이루어질 수 없어서, 이러한 문제를 진단할 수 있는 방법이 필요하다.
도17은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법을 나타낸 흐름도이다.
여기서, 통상적인 4기통 엔진의 경우, 각 4개의 실린더는 1번, 3번, 4번, 그리고 2번의 순서로 점화되도록 개발될 수 있어서, 이하 이러한 순서를 가지는 4기통 엔진을 가정하여 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 이에 국한되어서는 안될 것이다.
또한, 이하 엔진 전단 람다센서(미도시)의 측정값이 제1설정값보다 낮거나 같으면 린(lean)이라고 표기하고, 제2설정값보다 높거나 같으면 리치(rich)라고 표기하고, 상기 제1설정값보다 높고 상기 제2설정값보다 낮으면 이론 공연비에 준하는 것으로 표기한다. 이렇게 이론 공연비에 준하는 상태를 이하 “람다값=1”로 표기한다.
도17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 ECU 또는 제어기(미도시)는 엔진 시동을 위해 엔진 크랭킹(cranking)을 수행한다(S101).
엔진 크랭킹이 수행되면, 상기 제어기는 CVVD 최소값 및 최대값 학습 완료 여부를 판단한다(S102). 만일 CVVD 학습이 완료되어 있지 않은 경우, 상기 제어기는 CVVD 학습을 실시한다(S103). 즉, 상기 제어기는 CVVD 최소값 및 최대값을 학습하여 CVVD의 피드백 제어를 수행할 수 있다. 상기 CVVD 최소값은 롱 듀레이션(long duration)의 값을 학습하고, 상기 CVVD 최대값은 숏 듀레이션(short duration)의 값을 학습할 수 있다. 즉, CVVD 최소값을 0%로, CVVD 최대값을 100%로 설정하면, 목표 흡기 CVVD 및 목표 배기 CVVD를 %값으로 변환하여 피드백 제어를 수행할 수 있다.
상기 CVVD 학습이 완료된 것으로 확인되면, 상기 제어기는 엔진 시동 제어를 수행한다(S105).
엔진 시동이 완료되면, 상기 제어기는 엔진 람다=1 제어를 수행한다. 이는 공연비가 람다=1인 상태에 따라 CVVD 장치를 구동하는 것을 의미한다.
이어서, 상기 제어기는 CVVD 장착 불량 여부를 진단하기 위하여 제1 내지 4 실린더 연소시의 엔진 전단 람다센서(미도시)의 측정값(이하, 제1 내지 제4 람다값)을 검출한다(S107, S111, S114, S117, S121, S124, S127).
상기 제어기가 상기 제1 람다값을 검출하여(S107) 제1 람다값이 람다=1일 경우(S108), 상기 제어기는 람다=1 제어를 수행한다(S106).
이어서 상기 제1 람다값이 린일 경우(S109), 상기 제어기는 제3 람다값을 검출한다(S111).
이어서 상기 제3 람다값이 리치일 경우(S112), 상기 제어기는 제4 람다값을 검출한다(S114).
이어서 상기 제4 람다값이 리치일 경우(S115), 상기 제어기는 제2 람다값을 검출한다(S116).
이어서 상기 제2 람다값이 린일 경우(S117), 상기 제어기는 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 진단하고(S131), 이를 운전자에게 알리는 경고신호를 생성한다(S133).
상기 제어기가 상기 제1 람다값을 검출하여(S107) 제1 람다값이 람다=1일 경우(S108), 상기 제어기는 람다=1 제어를 수행한다(S106).
한편, 상기 제1 람다값이 리치일 경우(S109), 상기 제어기는 제3 람다값을 검출한다(S121).
이어서 상기 제3 람다값이 린일 경우(S122), 상기 제어기는 제4 람다값을 검출한다(S124).
이어서 상기 제4 람다값이 린일 경우(S125), 상기 제어기는 제2 람다값을 검출한다(S126).
이어서 상기 제2 람다값이 리치일 경우(S128), 상기 제어기는 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 진단하고(S131), 이를 운전자에게 알리는 경고신호를 생성한다(S133).
상기한 바와 같지 않은 경우, 상기 제어기는 다시 람다=1 제어를 수행한다(S106).
이렇게 진단하는 이유는, 상기 제1 구동부(301) 및 제2 구동부(303)의 조립과정에서 틀어짐이 발생하였을 경우, 상기 제1 구동부가 구동하는 제1 및 2 실린더와 상기 제2 구동부가 구동하는 제3 및 제4 실린더 간에 밸브 구동에 차이가 생겨 서로 반대되는 방향의 람다 값을 가지게 될 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구동부가 틀어지게 조립되었을 경우 이를 진단할 수 있는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법 및 장치를 제공할 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.
1: 엔진 30: 캠 축
32: 캠 축 오일 홀 34: 캠 축 홀
40: 캡 캡 50: 웜 휠
52: 이너 나사산 54: 아우터 나사산
60: 롤러 휠 62: 휠 바디
64: 휠 헤드 66: 바디 오일 홀
68: 오일 그루부 69: 연통 홀
70: 캠 유닛 70a, 70b: 제1, 2 캠 부
71, 72: 캠 74: 캠 슬롯
76: 캠 캡 결합부 80: 이너 휠
82: 롤러 캠 82a: 롤러 캠 바디
82b: 롤러 캠 헤드 82c: 돌출부
83: 캠 슬롯 84: 제1 이너 휠 결합부
85: 제2 이너 휠 결합부 86: 제1 슬라이딩 홀
88: 제2 슬라이딩 홀 90: 휠 하우징
92: 가이드 월 94: 이동 홀
96: 슬라이딩 홀 100: 제어부
102: 제어 샤프트 104: 제어 웜
106: 제어 모터 130: 가이드 나사산
132: 가이드 샤프트 134: 가이드 브라켓
135: 슬라이딩 샤프트 136: 볼트
137: 고정 홀 138: 이동 공간
139: 웜 샤프트 캡 140: 베어링
200: 밸브 211~214: 제1~4 실린더
300: CVVD 구동부 301: 제1 구동부
303: 제2 구동부

Claims (10)

  1. 연속 가변 밸브 듀레이션(continuous variable valve duration; CVVD) 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법에 있어서,
    엔진을 시동하는 단계;
    제1 내지 4 실린더 연소시의 엔진 전단 람다센서의 측정값 (이하 제1 내지 4 람다값) 을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 람다값에 따라 CVVD 구동부 틀어짐 여부를 판단하는 단계;
    상기 CVVD 구동부가 틀어진 것으로 판단될 경우, 경고 알림을 생성하는 단계;
    를 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 제1 내지 4 람다값에 따라 CVVD 구동부 틀어짐 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제1 및 2 람다값이 리치(rich)이고 상기 제3 및 4 람다값이 린(lean)일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고,
    상기 제1 및 2 람다값이 린이고 상기 제3 및 4 람다값이 리치일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고,
    그 밖의 경우 다시 상기 제1 내지 4 람다값을 검출하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 4 람다값 을 검출하는 단계는,
    엔진의 람다 1 제어를 수행하는 단계;
    제1실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계;
    제3실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계;
    제4실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계;
    제2실린더 연소시 전방 람다센서 값을 확인하는 단계; 및
    상기 제1 내지 4 람다값을 제어기로 출력하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 제1 내지 4 람다값에 따라 CVVD 구동부 틀어짐 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제1 내지 4 람다값이 제1설정값보다 작거나 같으면 린으로 판단하고,
    상기 제1 내지 4 람다값이 제2설정값보다 크거나 같으면 리치로 판단하고,
    상기 제1 내지 4 람다값이 상기 제1설정값 보다 크고 상기 제2설정값보다 작으면 이론 공연비로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 진단 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엔진을 시동하는 단계는,
    엔진을 크랭크하는 단계;
    CVVD 학습 완료 여부를 판단하는 단계;
    엔진 시동 제어를 실시하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 진단 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 CVVD 학습 완료 여부를 판단하는 단계는,
    상기 CVVD 학습이 완료되지 않은 경우, CVVD 학습을 실시하는 단계;
    를 더 포함하는 엔진 시스템의 진단 방법.
  7. 연속 가변 밸브 듀레이션(continuous variable valve duration; CVVD) 장치를 포함하는 엔진 시스템의 진단 시스템에 있어서,
    제1 구동부 및 제2 구동부를 포함하는 상기 CVVD 장치의 구동부;
    상기 CVVD 장치의 위치를 검출하는 CVVD 위치 센서;
    캠 샤프트의 위치를 검출하는 캠 샤프트 위치 센서;
    흡기밸브 전단에서 공연비를 측정하는 람다 센서; 및
    제1 내지 4 실린더 연소시의 엔진 전단 람다센서의 측정값(이하 제1 내지 4 람다값)을 검출하여, 상기 검출된 제1 내지 4 람다값에 따라 상기 CVVD 장치의 구동부의 틀어짐 여부를 판단하고, 상기 CVVD 장치의 구동부가 틀어진 것으로 판단될 경우, 경고 알림을 생성하는 제어기;
    를 포함하는 엔진 시스템의 진단 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 및 2 람다값이 리치(rich)이고 상기 제3 및 4 람다값이 린(lean)일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고,
    상기 제1 및 2 람다값이 린이고 상기 제3 및 4 람다값이 리치일 경우 상기 CVVD 구동부가 틀어졌다고 판단하고,
    그 밖의 경우 다시 상기 제1 내지 4 람다값을 검출하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 진단 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 내지 4 람다값이 제1설정값보다 작거나 같으면 린으로 판단하고,
    상기 제1 내지 4 람다값이 제2설정값보다 크거나 같으면 리치로 판단하고,
    상기 제1 내지 4 람다값이 상기 제1설정값 보다 크고 상기 제2설정값보다 작으면 이론 공연비로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 진단 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는,
    엔진 크랭크가 실시되면 CVVD 학습 완료 여부를 판단하고,
    상기 CVVD 학습이 완료되지 않은 경우, CVVD 학습을 실시하고,
    상기 CVVD 학습이 완료된 경우 시동 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 진단 시스템.
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