KR100412709B1 - 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍제어장치 - Google Patents

차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 유온에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역에서 엔진 출력을 개선할 수 있는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치에 있어서, 베인(Vane)의 장착 위치를 기준으로 진각실(Advance Chamber)과 지각실(Retard Chamber)을 가지며, 상기 진각실과 지각실로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축의 위상을 가변시키는 베인 하우징과; 캠축의 로터에 장착되어 상기 베인 하우징과 결합된 상태에서 상기 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅하는 스토퍼 핀과; 상기 엔진의 유온을 검출하는 유온 센서와; 상기 검출된 유온에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생하는 밸브 타이밍 제어부와; 진각홀과 지각홀을 가지며, 상기 밸브 타이밍 제어부로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하는 오일 제어 구동부를 포함하여 구성한다.

Description

차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치{VANE TYPE CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE TIMING CONTROLLING DEVICE OF VEHICLE}
본 발명은 차량에 관한 것으로서, 특히 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치에 관한 것이다.
통상적으로, 차량의 엔진 효율을 높이려면 차량의 주행조건에 따라 엔진의 고속시와 저속시에 각각 밸브개폐시기를 달리할 필요가 있게된다.
특히, 흡기 밸브 개변시기는 충진효율에 지대한 영향을 주는 인자로서, 흡기 밸브를 일찍 열어 주면 밸브 오버랩 기간이 길어져 고속에서는 흡, 배기 관성유동을 충분히 이용할 수 있으므로 체적효율이 증가하지만, 저속에서는 잔류 가스량의 증가로 오히려 체적효율이 떨어지고 HC(탄화수소)의 배출량이 증가하게 된다.
이와 같은 문제점들을 해소하기 위해서 흡, 배기 밸브의 개폐시기를 가변시키는 장치가 개발되어 적용되고 있다.
흡, 배기 밸브의 개폐시기를 가변시키기 위한 방식으로 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT ; Continuously Variable Valve Timing)장치를 사용하였다.
연속 가변 밸브 타이밍 장치는 베인(Vane) 좌우의 챔버(Chamber)에 공급된 오일에 의해 형성된 압력으로 캠축 구동저항을 이겨 베인과 하우징의 상대운동을 일으킨다.
이러한 운동을 조절하여 운전조건에 따른 최적의 밸브 타이밍을 맞춰주는 역할을 한다.
이때, 스토퍼 핀(Stopper Pin)의 기능은 최지각 위치 세팅(Reference Position Setting) 즉, 초기 조립시 밸브 타이밍을 고정하는 기능과, 제어(Control)시 최지각 상태를 기준값으로 사용한다.
스토퍼 핀으로 54KPa 이상의 오일압력이 공급되면 로크(Lock)상태가 해제된다.
연속 가변 밸브 타이밍 장치는 엔진 오일압력에 의해 작동하는 기구이므로 고온에서는 오일압력이 낮아져 연속 가변 밸브 타이밍 장치를 동작시킬 수 있는 토크가 부족하게 되며, 특히 저속에서는 밸브 트레인 마찰이 커져 기구적인 특성상최지각 위치(Reference Position)로 가게 된다.
또한, 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 동작하지 않는 상태에서 차량이 등판 주행을 하게 되면 토크 증대를 위해 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 진각을 해야하나 상기한 바와 같이 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 동작하지 않으면 기존 MPI(Multi Point Injection) 엔진보다도 못한 토크가 발생되어 등판 능력이 저하된다.
이를 해결하기 위해 종래에는 오일 쿨러를 이용해 오일 온도를 낮추거나, 오일 펌프 용량을 증대하여 오일압력을 높였다.
그러나, 위와 같은 방법을 사용할 때 종래에는 원가 상승 및 엔진 마찰이 증대되어 연비가 악화되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 엔진 유온에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역에서 엔진 출력을 개선할 수 있는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치에 있어서, 베인(Vane)의 장착 위치를 기준으로 진각실(Advance Chamber)과 지각실(Retard Chamber)을 가지며, 상기 진각실과 지각실로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축의 위상을 가변시키는 베인 하우징과; 캠축의 로터에 장착되어 상기 베인 하우징과 결합된 상태에서 상기 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅하는 스토퍼 핀과; 상기 엔진의 유온을 검출하는 유온 센서와; 상기 검출된 유온에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생하는 밸브 타이밍 제어부와; 진각홀과 지각홀을 가지며, 상기 밸브 타이밍 제어부로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하는 오일 제어 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 스토퍼 핀의 위치 변경상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 동작 제어과정을 도시한 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 2b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 도 1에 도시된 바와 같이 베인 하우징(110), 스토퍼 핀(120)(Stopper Pin), 유온 센서(130), 밸브 타이밍 제어부(140), 오일 제어 구동부를 포함하여 구성한다.
베인 하우징(110)은 차량의 엔진 회전에 연동되도록 외주면에 스프로킷(114)(Sprocket)을 형성하며, 내주면에 베인(164)의 움직임을 한정하는 베인암(113)을 갖고, 캠축(160)의 로터(163)와 베인암(113)의 결합 공간에 의해 캠축(160)의 진각 오일 홀(161)과 지각 오일 홀(162)에 각각 연결되는진각실(111)(Advance Chamber) 및 지각실(112)(Retard Chamber)을 형성한다.
베인 하우징(110)의 진각실(111)과 지각실(112)로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축(160)의 위상이 가변된다.
즉, 엔진내 오일 압력을 이용하여 캠축(160)과 스프로킷(114)과의 위상을 변화시키는 것이 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 기본 원리이며, 위상각을 진각시키느냐 지각시키느냐는 베인 하우징(110) 내에 위치되는 베인(164)에 엔진 오일 압력이 미세하게 작동됨으로써 위상을 변화시킨다.
스토퍼 핀(120)은 로크 압력을 미리 설정하고, 스토퍼 핀(120)의 로크 압력에서 스토퍼 핀(120)이 로크되도록 스토퍼 핀(120)을 설계한다.
이와 같이 설계된 스토퍼 핀(120)은 캠축의 로터에 장착되어 베인 하우징(110)과 결합된 상태에서 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅한다.
스토퍼 핀(120)의 위치는 최지각 위치에서 일반 엔진에 해당되는 위치로 세팅한다.
즉, 스토퍼 핀(120)의 위치를 도 2a에 도시된 바와 같이 최지각 위치에서 도 2b에 도시된 바와 같이 일반 엔진의 밸브 타이밍에 해당되는 위치로 세팅한다.
스토퍼 핀(120) 위치가 기존 일반 엔진의 밸브 타이밍 위치라면 일반 엔진과 동일한 성능을 유지한다.
여기서, 일반 엔진이라 함은 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 장착되지 않은(Non-CVVT) 엔진을 말한다.
일반 엔진과 연속 가변 밸브 타이밍 엔진의 기준 밸브 타이밍(Base ValveTiming)은 평균 20CA(20 Crank Angle) 차이가 나며, 아이들(Idle)시 연소 안정성을 위해 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 장착된 엔진의 경우 20CA 지각시켜 오버랩(Overlap)을 0(Zero)으로 만든다.
이 때문에 종래 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 최지각 위치는 아이들시 밸브 타이밍을 기준으로 되어있다.
유온 센서(130)는 엔진의 유온을 검출하여 그에 해당되는 전기적인 신호를 밸브 타이밍 제어부(140)로 공급한다.
밸브 타이밍 제어부(140)는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 전반적인 동작을 제어하며, 유온 센서(130)로부터 검출된 유온에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생한다.
특히, 본 발명의 실시예에서 밸브 타이밍 제어부(140)는 검출된 유온이 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역에 근접된 작동영역에서 밸브 타이밍을 스토퍼 핀(120)이 로크 가능한 위치로 미리 이동시키도록 밸브 타이밍 로크 제어신호를 공급한다.
오일 제어 구동부(150)는 도 1에 도시된 바와 같이 진각홀(151)과 지각홀(152)을 가지며, 밸브 타이밍 제어부(140)로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하도록 진각홀(151)과 지각홀(152)을 통해 공급 및 배출되는 오일의 흐름을 변환시키는 오일 제어 밸브(Oil Control Valve)를 말한다.
오일 제어 구동부(150)의 구동에 따라 진각 유로 및 지각 유로가 형성되는것은 스풀 밸브(156)의 움직임에 의해 이루어진다.
오일 제어 구동부(150)는 오일 펌프(170)로부터 공급되는 오일이 오일 필터(172)를 통해 여과된 후 유입되는 공급홀(153)과, 도 1에 도시된 바와 같이 공급홀(153)을 기준으로 양측에 진각홀(151) 및 지각홀(152)을 통해 순환된 오일이 오일 저장부(174)로 리턴되도록 각각의 배출홀(154, 155)을 더 구비하여 구성한다.
참조번호 (61)는 오일 펌프(170)와 오일 필터(172), 오일 압력 스위치(63)를 통해 오일 제어 구동부(150)로 공급되는 오일 공급 라인을 나타낸다.
한편, 캠축(160)은 실린더 헤드에 장착된 상태에서 실린더 헤드에 형성되는 진각 통로와 지각 통로에 각각 연결되는 진각 오일 홀(161)과 지각 오일 홀(162)을 갖는다.
캠축(160)에 형성되는 진각 오일 홀(161)과 지각 오일 홀(162)은 상호 길이방향으로 소정의 간격을 두고 이격되도록 형성되며, 지각 오일 홀(162)의 길이가 진각 오일 홀(161)의 길이보다 더 길게 형성된다.
캠축(160)은 일단부 외주면에 적어도 한 개 이상의 베인(164)이 결합된 로터(163)가 구비된다.
본 발명의 실시예에서는 최지각 위치를 일반 엔진의 밸브 타이밍으로 하고 밸브 타이밍 제어부(140) 로직(Logic)을 도 3에 도시된 바와 같이 엔진 유온에 따른 밸브 타이밍을 스토퍼 핀(120)이 로크 가능한 위치로 미리 이동하는 제어동작을 수행하도록 변경한다.
스토퍼 핀(120) 위치만 단순히 바뀌면 오일 압력이 낮아져 스토퍼 핀(120)이로크되려고 할 때 구멍 위치가 맞지 않으면 로크가 되지 않으며, 여전히 지각 위치로 가게된다.
따라서, 스토퍼 핀(120)의 위치를 수정하고자 하는 경우 반드시 수반되는 사항이 있다.
즉, 유온이 120℃ 이상이면 작동가능 영역이지만 기본 연속 가변 밸브 타이밍 장치 위치 맵과 무관하게 특정 위치로의 제어 로직이 추가되어야 한다.
도 3을 참조하면, 밸브 타이밍 제어부(140)는 (S310)에서 유온 센서(130)로부터 엔진 유온이 검출되면, (S312)으로 진행한다.
밸브 타이밍 제어부(140)는 전술한 (S310)에서 검출된 유온을 (S312)에서 설정값과 비교한다.
(S312)의 비교단계에서 검출된 유온이 설정값을 초과하면 즉, 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역이 고유온(130℃) 이상이라면 밸브 타이밍 제어부(140)는 (S314)으로 진행한다.
밸브 타이밍 제어부(140)는 (S314)에서 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 작동영역(예를 들면, 120℃)에서 밸브 타이밍을 스토퍼 핀(120)이 로크 가능한 위치로 미리 이동되도록 제어한다.
한편, (S312)의 비교단계에서 검출된 유온이 설정값을 초과하지 않으면 즉, 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역이 고유온(130℃) 이상이 아니라면 밸브 타이밍 제어부(140)는 (S316)으로 진행하여 일반적인 연속 가변 밸브 타이밍 제어동작을 수행한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 고유온이 되면 오일압력이 떨어지므로 연속 가변 밸브 타이밍 장치를 위치 변경된 최지각 위치로 보내 로크(Lock)되게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치는 고유온, 저속에서의 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 동작되지 않는 영역이 발생되면, 기존 일반 엔진의 밸브 타이밍으로 고정시켜 출력 손실을 방지한다.
고유온, 저속운전은 빈번한 운전영역이 아니므로 이러한 영역에서까지 연속 가변 밸브 타이밍 장치를 동작시키기 위한 노력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치에 있어서,
    베인(Vane)의 장착 위치를 기준으로 진각실(Advance Chamber)과 지각실(Retard Chamber)을 가지며, 상기 진각실과 지각실로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축의 위상을 가변시키는 베인 하우징과;
    캠축의 로터에 장착되어 상기 베인 하우징과 결합된 상태에서 상기 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅하는 스토퍼 핀과;
    상기 엔진의 유온을 검출하는 유온 센서와;
    상기 검출된 유온에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생하는 밸브 타이밍 제어부와;
    진각홀과 지각홀을 가지며, 상기 밸브 타이밍 제어부로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하는 오일 제어 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스토퍼 핀의 장착 위치를 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 장착되지 않은 엔진의 밸브 타이밍에 해당되는 위치로 세팅하는 것을 특징으로 하는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밸브 타이밍 제어부는 상기 검출된 유온이 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역에 근접된 작동영역에서 밸브 타이밍을 스토퍼 핀이 로크 가능한 위치로 미리 이동시키도록 밸브 타이밍 로크 제어신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 제어장치.
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