KR101518883B1 - 디젤엔진의 ｃｖｖａ 제어장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CVVA(continuous variable valve lift actuator)가 적용되는 디젤엔진이 운전조건과 환경조건을 적용하여 흡/배기 밸브의 리프트 및 타이밍을 능동적으로 가변 제어하여 배기가스의 안정화 및 성능향상을 제공하도록 하는 것이다.
본 발명은 엔진의 운전조건과 환경조건을 검출하는 과정, 엔진의 운전조건 및 환경조건이 일반시동이면 엔진회전수와 연료량에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 제어하는 과정, 엔진의 운전조건 및 환경조건이 냉시동이면 배기밸브의 닫힘시기를 진각 제어하여 EGR 비율을 증대시키는 과정, 엔진의 운전조건 및 환경조건이 웜업조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 촉매의 활성화를 빠르게 유도하는 과정, 엔진의 운전조건 및 환경조건이 가속조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 터보 차저의 응답성을 높이는 과정, 엔진의 운전조건 및 환경조건이 부분부하 영역이면 흡기밸브의 닫힘시기를 지각 제어하여 NOx의 과다 배출을 방지하는 과정을 포함한다.
디젤엔진, CVVA, 흡/배기밸브, 타이밍, 리프트 위치, 진각제어, 지각제어
Description
본 발명은 CVVA(continuous variable valve lift actuator)가 적용되는 디젤엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전조건과 주변 환경조건을 적용하여 흡/배기 밸브의 리프트(left) 및 타이밍을 능동적으로 가변 제어하여 배기가스의 안정화 및 성능향상을 제공하도록 하는 디젤엔진의 CVVA 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관(internal combustion engine)은 연소실에서 연료와 공기의 혼합기를 연소함으로써 동력을 발생시키며, 크랭크 축(crank shaft)과 연결되는 타이밍 벨트에 의해 캠 축(cam shaft)이 구동되어 흡/배기밸브(intake/exhaust valve)가 작동되고, 흡기밸브가 열려있는 동안 연소실로 공기의 흡입이 이루어지고, 배기밸브가 열려있는 동안 연소실에서 연소된 가스의 배출이 이루어진다.
상기 흡/배기밸브의 동작은 엔진의 회전속도에 따라 적절하게 리프트(lift) 및 개폐 시간이 조절되어야 최적의 엔진 성능을 확보할 수 있다.
따라서, 엔진의 회전속도에 따라 흡/배기밸브의 동작을 적절하게 구현하기 위하여 흡/배기밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수개(DOHC)로 설계하거나 흡/배기밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트로 동작하도록 구현하는 연속 가변 밸브 리프트(continuous variable valve lift ; CVVL)장치가 제공되고 있다.
상기 CVVL장치는 흡/배기밸브를 개폐하도록 구비되는 드라이브 샤프트 이외에 밸브 리프트를 제어하기 위한 액추에이터와 상기 액추에이터의 제어를 통해 드라이브 샤프트와 연동하여 밸브 리프트를 조절하는 콘트롤 샤프트 등의 구성을 더 포함한다.
상기한 CVVL장치의 흡/배기밸브 리프트 및 타이밍의 가변제어는 엔진의 회전수와 가속페달의 변위, 오일온도의 조건 등에 의해 실행되므로, 어떠한 경우에도 동일한 운전조건에서는 밸브 리프트 및 타이밍이 고정된 동일한 값으로 제어되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 CVVA가 적용되는 디젤엔진에서 운전조건과 주변의 환경조건을 적용하여 흡/배기 밸브의 리프트 및 타이밍을 능동적으로 가변 제어하여 배기가스의 안정화 및 성능향상을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 디젤엔진의 CVVA 제어장치는, 운전정보 및 주변 환경정보를 검출하는 운전정보검출부; 운전 및 주변 환 경정보의 조건에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 가변 제어하는 제어부; 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍 조정 맵이 조건별로 설정되는 메모리부; 상기 제어부의 제어에 따라 흡/배기밸브를 작동시키는 액추에이터를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 디젤엔진의 CVVA 제어방법은, 엔진의 운전조건과 환경조건을 검출하는 과정; 엔진의 운전조건 및 환경조건이 일반시동이면 엔진회전수와 연료량에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 제어하는 과정; 엔진의 운전조건 및 환경조건이 냉시동이면 배기밸브의 닫힘시기를 진각 제어하여 EGR 비율을 증대시키는 과정; 엔진의 운전조건 및 환경조건이 웜업조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 촉매의 활성화를 빠르게 유도하는 과정; 엔진의 운전조건 및 환경조건이 가속조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 터보 차저의 응답성을 높이는 과정; 엔진의 운전조건 및 환경조건이 부분부하 영역이면 흡기밸브의 닫힘시기를 지각 제어하여 NOx의 과다 배출을 방지하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명은 운전조건과 주변환경을 적용한 CVVA 장치의 능동적인 가변제어를 통해 엔진의 출력성능을 향상시키고 배기가스 안정화를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 연소온도에 따른 흡/배기밸브의 제어에 따라 연료의 특성이 변화하는 경우나 엔진, 인젝터, EGR 쿨러 등의 파손 및 노화에 따라 변화하는 연소조건에 능동적으로 대응 가능하여 배기가스의 안정화를 제공하는 효과가 있다.
또한, 냉시동 조건에서 배기밸브의 닫힘시기를 진각 제어하여 글로우 플러그 의 부담을 줄여 줌으로써, 글로우 플러그의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤엔진의 CVVA 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 운전정보검출부(10)와 제어부(20), 메모리부(30) 및 CVVA장치(40)를 포함한다.
운전정보검출부(10)는 본 발명에 따른 디젤차량의 운행 중에 발생되는 제반적인 운전정보와 주변환경정보를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(20)에 제공한다.
상기 운전정보검출부(10)는 CVVA장치(40)에 의해 리프트 및 타이밍이 연속적으로 가변되는 흡/배기밸브의 위치를 검출하는 밸브 리프트 센서(11)와, 엔진의 회전수를 검출하는 RPM센서(12), 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(13), 운행되는 지역의 외기온도를 검출하는 외기온센서(14), 엔진오일의 온도를 검출하는 오일센서(15), 터보차저에 의해 과급되는 공기의 압력을 검출하는 부스트 압력센서(16), 연소실로 유입되는 공기량을 검출하는 공기량센서(17)를 포함한다.
제어부(20)는 엔진 시동시 외기온도, 냉각수의 온도, 오일의 온도가 정상적인 운전조건이면 엔진회전수와 연료량에 따른 통상의 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(40)를 통해 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 조정한다.
상기 제어부(20)는 엔진 시동시 외기온도, 냉각수의 온도, 오일의 온도가 냉시동 조건이면 냉시동 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(40)를 통해 배기밸브의 닫힘시기를 진각시켜 배기밸브 리프트를 하향 보정한다.
상기 제어부(20)는 엔진의 시동이 온을 유지하는 상태에서 냉각수의 온도와 오일의 온도가 냉간조건, 즉 웜업조건이면 촉매의 활성온도를 조기에 도달시키기 위하여 냉간 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(40)를 통해 배기밸브의 열림시기를 진각시켜 배기밸브 리프트를 상향 보정한다.
또한, 상기 제어부(20)는 가속페달의 개도가 일정조건 이상(예. 20%이상), 공연비의 모니터링 결과 일정 값 이하(예.λ=1.0 이하), 차속 모니터링 결과 일정 가속도 이상이 되어 가속 조건을 만족하면 가속조건 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(40)를 통해 배기밸브의 열림시기를 진각시켜 밸브 리프트를 상향 보정한다.
또한, 제어부(20)는 부분부하의 에미션 영역이면 연소온도의 상승으로 인한 NOx의 과다 배출을 막기 위하여 연소모델의 맵을 적용하여 연소온도가 NOx가 생성 되는 2000K 이상이 되는 운전조건을 회피할 수 있도록 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(40)를 통해 흡기밸브의 닫힘시기를 지각시켜 연소실에 유입되는 공기량을 보정한다.
즉, 흡기밸브의 닫힘시기를 지각시킴으로써 압축비가 감소되어 연소실에 유입되는 공기량이 많게 된다.
메모리부(30)는 각각의 운전 영역별 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 제어하기 위한 맵이 설정된다.
CVVA장치(40)는 상기 제어부(20)의 제어에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 조정하여 운전조건과 엔진상황 및 주변환경조건에 따른 최적화된 밸브 리프트를 조정한다.
따라서, 최적화된 흡/배기밸브의 리프트가 제어되어 배출가스의 안정화를 제공하고, 엔진 출력 성능 향상, 연비향상, 가속성 및 냉시동성을 향상시킨다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에서 디젤엔진의 CVVA 제어는 다음과 같이 실행된다.
본 발명에 따른 디젤엔진이 시동 오프를 유지하는 상태에서 제어부(20)는 시동 온이 요구되는지를 판단하여(S101) 시동 온이 요구되었으면 냉각수의 온도, 외기온도, 엔진오일의 온도, 공연비 등의 엔진 상태정보를 검출하여(S102) 냉시동 조건인지를 판단한다(S103).
상기 S103에서 엔진의 시동 온 요구가 일반적인 시동 온 조건이면 메모리부(30)에 설정된 엔진회전수와 연료량에 따른 통상의 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고 CVVA장치(40)를 통해 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 조정한다(S106).
상기 S103에서 외기온도, 냉각수의 온도, 오일의 온도, 공연비가 냉시동 조건이면 메모리부(30)에 설정된 냉시동 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정한 다음(S104) CVVA장치(40)를 통해 배기밸브의 닫힘시기를 진각시켜 배기밸브 리프트를 하향 보정한다.
상기한 바와 같이 냉시동 조건에서 배기밸브의 닫힘시기 진각시켜 EGR 비율을 증대시킴으로써 냉시동성이 향상된다.
상기한 절차에 따라 엔진의 시동 온이 실행된 상태에서 제어부(20)는 냉각수의 온도와 오일의 온도가 웜업조건, 즉 냉간조건인지를 판단한다(S201).
상기 S201에서 웜업 조건이면 촉매의 활성온도를 조기에 도달시키기 위하여 냉간 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고(S202) CVVA장치(40)를 통해 배기밸브의 열림시기를 진각시켜 배기밸브 리프트를 상향 보정한다(S203).
상기한 절차에 따라 엔진의 웜업이 이루어진 상태에서 상기 제어부(20)는 가속페달의 개도가 일정조건 이상(예. 20%이상), 공연비의 모니터링 결과 일정 값 이하(예.λ=1.0 이하), 차속 모니터링 결과 일정 가속도 이상이 되는 가속조건을 만족하는지 판단한다(S301).
상기 S301에서 가속조건을 만족하면 메모리부(30)에 설정된 가속조건 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고(S302), CVVA장치(40)를 통해 배기밸브의 열림시기를 진각시켜 밸브 리프트를 상향 보정함으로써, 터보 차저의 응답성을 향상시켜 준다(S303).
그러나, 상기한 절차에 따라 엔진의 웜업이 이루어진 상태에서 제어부(20)에 부분부하의 에미션 영역이 판정되면 메모리부(30)에 설정된 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고(S401), CVVA장치(40)를 통해 흡기밸브의 닫힘시기를 지각시켜 연소실에 유입되는 공기량을 보정한다(S402).
따라서, 연소온도가 NOx의 과다생성이 발생되는 2000K 이상으로 상승되는 것을 차단하여 NOx의 과다 배출을 방지하므로 에미션의 안정화를 제공한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤엔진의 CVVA 제어장치를 개략적으로 도시함 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤엔진에서 CVVA 제어 절차를 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 운전정보검출부 20 : 제어부
30 : 메모리부 40 : CVVA
Claims (9)
- 운전정보 및 주변 환경정보를 검출하는 운전정보검출부;상기 검출되는 운전 및 주변 환경정보의 조건에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 가변 제어하는 제어부;흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍 조정 맵이 조건별로 설정되는 메모리부;상기 제어부의 제어에 따라 흡/배기밸브를 작동시키는 액추에이터;를 포함하고,상기 운전정보검출부는,흡/배기밸브의 위치를 검출하는 밸브 리프트 센서;엔진 회전수를 검출하는 RPM센서;냉각수 온도를 검출하는 수온센서;외기온도를 검출하는 외기온센서;엔진오일의 온도를 검출하는 오일센서;터보차저의 과급 압력을 검출하는 부스트 압력센서;연소실로 유입되는 공기량을 검출하는 공기량센서;를 포함하는 디젤엔진의 CVVA 제어장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 제어부는 엔진 환경이 일반시동 조건이면 엔진회전수와 연료량에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 CVVA 제어장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부는 엔진 환경이 냉시동 조건이면 배기밸브의 닫힘시기를 진각 제어하여 EGR 비율을 증대시키는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 CVVA 제어장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부는 시동 온이 유지되는 엔진 환경이 웜업조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 촉매의 활성화를 빠르게 유도하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 CVVA 제어장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부는 엔진 환경이 가속조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 터보 차저의 응답성을 높여주는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 CVVA 제어장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어부는 엔진 환경이 부분부하의 에미션 영역이면 흡기밸브의 닫힘시기를 지각 제어하여 연소온도의 상승으로 인한 NOx의 과다 배출을 방지시키는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 CVVA 제어장치.
- 엔진의 운전조건과 환경조건을 검출하는 과정;엔진의 운전조건 및 환경조건이 일반시동이면 엔진회전수와 연료량에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 제어하는 과정;엔진의 운전조건 및 환경조건이 냉시동이면 배기밸브의 닫힘시기를 진각 제어하여 EGR 비율을 증대시키는 과정;엔진의 운전조건 및 환경조건이 웜업조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 촉매의 활성화를 빠르게 유도하는 과정;엔진의 운전조건 및 환경조건이 가속조건이면 배기밸브의 열림시기를 진각 제어하여 터보 차저의 응답성을 높이는 과정;엔진의 운전조건 및 환경조건이 부분부하 영역이면 흡기밸브의 닫힘시기를 지각 제어하여 NOx의 과다 배출을 방지하는 과정;을 포함하는 디젤엔진의 CVVA 제어방법.
- 제8항에 있어서,상기 엔진의 운전조건과 환경조건은,엔진 회전수와 연료 분사량, 냉각수온, 외기온도, 오일온도, 공연비, 부스트 압력, 흡입 공기량, EGR 비율의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 CVVA 제어방법.
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- 2009-12-03 KR KR1020090119395A patent/KR101518883B1/ko not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20131010 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20091203 Comment text: Patent Application |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20141126 Patent event code: PE09021S01D |
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Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20150504 Patent event code: PR07011E01D |
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