KR100287371B1 - 가변 밸브 타이밍 시스템의 캠각도 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캠 샤프트의 캠 위상 검출을 위해 센서를 종래와 같이 별도로 설치하지 않고 밸브 타이밍 컨트롤러 내에 내장시킴으로서 실린더 헤드의 패키지 설계를 단순화시키며, 동시에 부품비용을 절감할 수 있도록 하는 가변 밸브 타이밍 시스템의 캠각도 검출장치를 제공하는 것으로, 캠 샤프트에 설치되고 전자제어유닛의 신호를 받은 솔레노이드 밸브에 의해 작동되어 캠 샤프트의 위상 차를 변화시키기 위한 밸브 타이밍 컨트롤러에 있어서, 상기 밸브 타이밍 컨트롤러에 설치된 스프링의 착좌부에, 이 스프링의 압축하중을 센싱하여 센싱된 출력전압으로 캠의 위상을 검출할 수 있는 압전 센서를 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

가변 밸브 타이밍 시스템의 캠각도 검출장치
본 발명은 자동차용 엔진에서 운전 상태에 따라 밸브를 개폐하는 캠의 기구학적 불변 양정을 가변하여 밸브의 양정을 이룸으로서 엔진의 적절한 출력을 얻음과 동시에 흡,배기 효율과 연비를 개선시키는 가변 밸브 타이밍 시스템(variable valve timing system)에 관한 것으로, 특히 캠 샤프트의 위치(각도)를 검출하는 센서를 밸브 타이밍 컨트롤러에 내장시켜 캠 샤프트의 위치를 검출할 수 있도록 함으로서 가변 밸브 타이밍 시스템을 단순화시킬 수 있도록 하는 가변 밸브 타이밍 시스템의 캠각도 검출장치에 관한 것이다.
자동차 엔진의 흡,배기 밸브는 크랭크 샤프트와 체인 또는 타이밍 벨트로 연결되어 함께 회전하는 캠 샤프트와 연동하여 개폐작용을 하게 된다.
엔진의 출력을 향상시키기 위하여 밸브의 개폐속도 또는 가속도를 보다 크게 설정하여 밸브가 열리는 면적을 크게 함으로서 다량의 공기를 실린더 안으로 흡입할 필요가 있으나, 밸브 속도나 가속도가 너무 빠르면 밸브가 밸브 시이트에 충돌하거나 밸브의 운동이 캠의 궤적에 관계하지 않게 되므로 소음이 커져서 밸브가 파손되는 원인이 된다.
흡기밸브는 피스톤이 흡기행정 전 배기행정이 완료되는 직전에 열리고, 흡기행정의 하사점을 지나서 닫히게 된다.
그리고 배기밸브는 동력행정이 완료되기 전, 즉 하사점 전에 열려서 연소가스를 신속히 실린더 밖으로 배출하도록 되어 있다.
대개의 경우 캠 샤프트는 크랭크 샤프트가 2회전할 때 1회전하도록 되어 있는데, 흡,배기 밸브의 개폐에 직접 관계하는 캠이 캠축상에 고정위치를 갖고 있기 때문에 밸브의 개폐시기는 항시 불변하게 된다.
이러한 흡,배기 밸브의 개폐장치는, 특정한 회전수 영역에서 최적의 개폐시기를 가질 수 있지만, 엔진의 전 회전수 영역에서는 최적의 개폐시기를 가질 수 없기 때문에 연비 및 출력면에서 바람직하지 못한 것으로 평가되고 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 최근의 자동차 엔진에는 가변 밸브 타이밍 시스템이 제안되어 적용되고 있다.
도 1은 종래 밸브 타이밍 컨트롤러(Valve Timing Control; VCT)의 상세도를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이 캠 샤프트(10)의 오일 입구(12)로 유입되는 오일 압력이 오일 통로(14)를 따라 플러그 캡(16)으로 막힌 선단으로 유입되어 핀(18)에 작용하게 된다.
이에 따라 핀(18)에 탄설된 스프링(20)이 압축되면서 그 결과 캠 샤프트(10) 선단의 헬리컬 기어(22)와 치합된 프런트 헬리컬 기어(24) 및 리어 헬리컬 기어(26)가 유압에 의해 캠 샤프트(10) 쪽으로 밀리게 된다.
이때 리어 헬리컬 기어(26) 일 측의 피스톤(28)에 개재된 스프링(30)이 압축된다.
한편 하우징(32)의 내경에는 헬리컬 기어(34)가 형성되어 상기 유압에 의한 프런트 헬리컬 기어(24) 및 리어 헬리컬 기어(26)가 캠 샤프트(10) 쪽으로 밀리게 될 때 헬리컬 기어의 치합 특성에 따라 캠 샤프트(10)의 각도 위상이 함께 가변되게 된다.
따라서 상기 캠 샤프트(10)의 오일 입구(12)로 오일이 유입되는 온 상태에서와 오프 상태에서의 캠 샤프트(10)의 위상 차이를 실현할 수 있게 되는 것이다.
즉, 도 2는 종래 가변 밸브 타이밍 시스템의 전체 구성도로서, 캠 샤프트(10)와 크랭크 샤프트(31)가 캠 각도 센서(35)와 크랭크 각도 센서(37)로부터 캠 각도 신호와 크랭크 각도 신호를 피드 백 받고, 이로부터 그 각의 위상 차를 검출한 후 이를 엔진 부하와 캠 각도 신호로부터 계산된 엔진 회전수에 근거하여 계산한 목표각과 비교함으로서 오차 값을 구한다.
이렇게 구해진 오차 값과 온도 센서(38)로부터 측정한 온도에 근거하여 최종적으로 솔레노이드 밸브(39)를 구동할 전압 값을 결정한다.
또한 상술한 캠 각도 신호, 크랭크 각도 신호, 온도 신호 및 솔레노이드 밸브(39) 구동 전압 신호는 밸브 타이밍 컨트롤러(40) 제어부에서 전자제어유닛(ECU)으로 전달되어 엔진을 적절히 제어하게 된다.
도면중 설명부호 (42)는 타이밍 풀리이고, (44)는 실린더 헤드이며, (46)은 베어링을 도시한 것이다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 종래의 가변 밸브 타이밍 시스템의 캠각도 검출장치에 있어서, 캠 샤프트(10)의 캠 위상 검출을 위한 캠 각도 센서(35)가 실린더 헤드(44)에 별도로 설치되어 사용되고 있는 바, 이는 실린더 헤드(44)의 패키지 설계를 어렵게 하고, 동시에 별도 설치에 따른 부품비용 및 작업공정을 증가시키는 원인으로 작용하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 캠 샤프트의 캠 위상 검출을 위해 센서를 종래와 같이 별도로 설치하지 않고 밸브 타이밍 컨트롤러 내에 내장시킴으로서 실린더 헤드의 패키지 설계를 단순화시키며, 동시에 부품비용을 절감할 수 있도록 하는 가변 밸브 타이밍 시스템의 캠각도 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 캠 샤프트에 설치되고 전자제어유닛의 신호를 받은 솔레노이드 밸브에 의해 작동되어 캠 샤프트의 위상 차를 변화시키기 위한 밸브 타이밍 컨트롤러에 있어서,
상기 밸브 타이밍 컨트롤러에 설치된 스프링의 착좌부에, 이 스프링의 압축하중을 센싱하여 센싱된 출력전압으로 캠의 위상을 검출할 수 있는 압전 센서를 설치한 것을 특징으로 한다.
이에 따라 종래와 같이 캠 각도 신호를 센싱하기 위해 캠 샤프트 측에 별도의 캠 각도 센서를 설치하지 않고, 이를 대신하는 압전 센서를 밸브 타이밍 컨트롤러에 내장 형태로 설치하여 사용함으로서 패키지 설계의 단순화를 실현할 수 있고 부품비용을 절감할 수 있게 되는 것이다.
도 1은 종래 밸브 타이밍 컨트롤러의 상세도.
도 2는 종래 가변 밸브 타이밍 시스템의 전체 구성도.
도 3은 본 발명의 밸브 타이밍 컨트롤러의 상세도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 캠 샤프트 12 : 오일 입구
14 : 오일 통로 16 : 플러그 캡
18 : 핀 20 : 스프링
22 : 헬리컬 기어 24 : 프런트 헬리컬 기어
26 : 리어 헬리컬 기어 28 : 피스톤
30 : 스프링 31 : 크랭크 샤프트
37 : 크랭크 각도 센서 38 : 온도 센서
39 : 솔레노이드 밸브 40 : 밸브 타이밍 컨트롤러
42 : 타이밍 풀리 44 : 실린더 헤드
46 : 베어링 48 : 압전 센서
이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 설명에서 종래와 동일 또는 동등한 부분은 같은 도면부호로 표기하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 밸브 타이밍 컨트롤러의 상세도를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이 밸브 타이밍 컨트롤러(40)에 설치된 스프링(30)의 착좌부에, 이 스프링(30)의 압축하중을 센싱하여 센싱된 출력전압으로 캠의 위상을 검출할 수 있는 압전 센서(48)를 설치하여 구성한 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면 캠 샤프트(10)의 오일 입구(12)로 유입되는 오일 압력이 오일 통로(14)를 따라 플러그 캡(16)으로 막힌 선단으로 유입되어 핀(18)에 작용하게 된다.
이에 따라 핀(18)에 탄설된 스프링(20)이 압축되면서 그 결과 캠 샤프트(10) 선단의 헬리컬 기어(22)와 치합된 프런트 헬리컬 기어(24) 및 리어 헬리컬 기어(26)가 유압에 의해 캠 샤프트(10) 쪽으로 밀리게 된다.
따라서 리어 헬리컬 기어(26) 일 측의 피스톤(28)에 개재된 스프링(30)이 압축되게 된다.
그리고 하우징(32)의 내경에는 헬리컬 기어(34)가 형성되어 상기 유압에 의한 프런트 헬리컬 기어(24) 및 리어 헬리컬 기어(26)가 캠 샤프트(10) 쪽으로 밀리게 될 때 헬리컬 기어의 치합 특성에 따라 캠 샤프트(10)의 각도 위상이 함께 가변되게 된다.
이때 상기 스프링(30)의 착좌부에 설치된 압전 센서(48)가 스프링(30)의 압축하중을 받게 된다.
이에 따라 스프링(30)의 압축하중을 압전 센서(48)가 센싱하여 센싱된 출력전압을 전자제어유닛에 보내게 되어 캠의 위상을 검출할 수 있게 된다.
따라서 상기 캠 샤프트(10)의 오일 입구(12)로 오일이 유입되는 온 상태에서와 오프 상태에서의 캠 샤프트(10)의 위상 차이를 실현할 수 있게 되는 것이다.
즉, 캠 샤프트(10)와 크랭크 샤프트(31)가 압전 센서(48)와 크랭크 각도 센서(37)로부터 캠 각도 신호와 크랭크 각도 신호를 피드 백 받고, 이로부터 그 각의 위상 차를 검출한 후 이를 엔진 부하와 캠 각도 신호로부터 계산된 엔진 회전수에 근거하여 계산한 목표각과 비교함으로서 오차 값을 구한다.
이렇게 구해진 오차 값과 온도 센서(38)로부터 측정한 온도에 근거하여 최종적으로 솔레노이드 밸브(39)를 구동할 전압 값을 결정한다.
또한 상술한 압전 센서(48)에 의한 캠 각도 신호, 크랭크 각도 신호, 온도 신호 및 솔레노이드 밸브(39) 구동 전압 신호는 밸브 타이밍 컨트롤러(40) 제어부에서 전자제어유닛(ECU)으로 전달되어 엔진을 적절히 제어하게 된다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 의하면 헬리컬 기어의 움직임에 따라 캠 샤프트의 회전 위치가 가변되도록 유압으로 제어되는 밸브 타이밍 컨트롤러에, 스프링의 압축하중에 따라 캠 위상을 검출할 수 있는 압전 센서를 내장시킴으로서 종래와 같이 별도의 캠 각도 센서를 설치할 필요가 없게 되어 비용절감은 물론이거니와 실린더 헤드의 패키지 설계에 도움을 줄 수 있게 되고, 동시에 작업공정을 축소할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 캠 샤프트의 캠 위상 검출을 위해 센서를 종래와 같이 별도로 설치하지 않고 밸브 타이밍 컨트롤러 내의 스프링 압축하중에 따라 캠 위상을 검출할 수 있는 압전 센서를 내장시킴으로서 실린더 헤드의 패키지 설계를 단순화시키며, 동시에 부품비용을 절감할 수 있고 작업공정을 축소할 수 있는 효과를 갖게 되는 것이다.

Claims (1)

  1. 캠 샤프트(10)에 설치되고 전자제어유닛의 신호를 받은 솔레노이드 밸브(39)에 의해 작동되어 캠 샤프트(10)의 위상 차를 변화시키기 위한 밸브 타이밍 컨트롤러(40)에 있어서,
    상기 밸브 타이밍 컨트롤러(40)에 설치된 스프링(30)의 착좌부에, 이 스프링(30)의 압축하중을 센싱하여 센싱된 출력전압으로 캠의 위상을 검출할 수 있는 압전 센서(48)를 설치한 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 시스템의 캠각도 검출장치.
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