KR100287371B1

KR100287371B1 - Cam angle detection device of variable valve timing system

Info

Publication number: KR100287371B1
Application number: KR1019980031208A
Authority: KR
Inventors: 김한경
Original assignee: 정주호; 대우자동차주식회사
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2001-04-16
Also published as: KR20000010335A

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.The present invention simplifies the package design of the cylinder head by incorporating a sensor into the valve timing controller for detecting the cam phase of the camshaft. A valve timing controller for varying the phase difference of a cam shaft by operating by a solenoid valve mounted to a cam shaft and receiving a signal from an electronic control unit, by providing an angle detecting device, wherein a seat of a spring provided in said valve timing controller is provided. And a piezoelectric sensor capable of sensing the compression load of the spring and detecting the phase of the cam with the sensed output voltage.

Description

Cam angle detection device of variable valve timing system

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.The present invention provides a variable valve timing that improves the intake and exhaust efficiency and fuel efficiency while at the same time obtaining the proper output of the engine by varying the kinematic constant head of the cam opening and closing the valve according to the driving state in the automotive engine. The present invention relates to a variable valve timing system, and in particular, a sensor for detecting the position (angle) of a cam shaft can be incorporated in the valve timing controller to simplify the variable valve timing system. A cam angle detection device for a variable valve timing system.

자동차 엔진의 흡,배기 밸브는 크랭크 샤프트와 체인 또는 타이밍 벨트로 연결되어 함께 회전하는 캠 샤프트와 연동하여 개폐작용을 하게 된다.The intake / exhaust valve of the automobile engine is connected to the crankshaft and the chain or timing belt to open and close by interlocking with the rotating cam shaft.

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.In order to improve the output of the engine, it is necessary to set the opening / closing speed or acceleration of the valve to increase the opening area of the valve to intake a large amount of air into the cylinder. However, if the valve speed or acceleration is too fast, the valve collides with the valve seat. In addition, since the movement of the valve does not relate to the trajectory of the cam, the noise increases, causing the valve to break.

흡기밸브는 피스톤이 흡기행정 전 배기행정이 완료되는 직전에 열리고, 흡기행정의 하사점을 지나서 닫히게 된다.The intake valve is opened just before the exhaust stroke is completed before the intake stroke and closes past the bottom dead center of the intake stroke.

그리고 배기밸브는 동력행정이 완료되기 전, 즉 하사점 전에 열려서 연소가스를 신속히 실린더 밖으로 배출하도록 되어 있다.The exhaust valve is opened before the power stroke is completed, that is, before the bottom dead center, so that the combustion gas is quickly discharged out of the cylinder.

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.In most cases, the camshaft is designed to rotate once when the crankshaft rotates two times. Since the cam directly related to the opening and closing of the intake and exhaust valves has a fixed position on the camshaft, the opening and closing timing of the valve is always unchanged.

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.Such an opening and closing device of the intake / exhaust valve may have an optimum opening and closing time in a specific rotational speed range, but may not have an optimal opening and closing time in the entire rotational speed range of the engine, so it is evaluated as unfavorable in terms of fuel efficiency and output. It is becoming.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 최근의 자동차 엔진에는 가변 밸브 타이밍 시스템이 제안되어 적용되고 있다.In order to solve such a problem, a variable valve timing system has been proposed and applied to recent automobile engines.

도 1은 종래 밸브 타이밍 컨트롤러(Valve Timing Control; VCT)의 상세도를 도시한 것이다.1 illustrates a detailed view of a conventional valve timing controller (VCT).

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.As shown, the oil pressure flowing into the oil inlet 12 of the camshaft 10 is introduced into the tip blocked by the plug cap 16 along the oil passage 14 to act on the pin 18.

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.Accordingly, the spring 20 installed on the pin 18 is compressed, and as a result, the front helical gear 24 and the rear helical gear 26 meshed with the helical gear 22 at the tip of the cam shaft 10 are hydraulically applied. It is pushed toward the cam shaft 10.

이때 리어 헬리컬 기어(26) 일 측의 피스톤(28)에 개재된 스프링(30)이 압축된다.At this time, the spring 30 interposed in the piston 28 on one side of the rear helical gear 26 is compressed.

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.On the other hand, a helical gear 34 is formed in the inner diameter of the housing 32 so that when the front helical gear 24 and the rear helical gear 26 are pushed toward the cam shaft 10 by the hydraulic pressure, Accordingly, the angular phase of the cam shaft 10 is varied together.

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.Accordingly, the phase difference between the cam shaft 10 in the on state and the off state in which oil is introduced into the oil inlet 12 of the cam shaft 10 can be realized.

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.That is, FIG. 2 is an overall configuration diagram of a conventional variable valve timing system, in which the cam shaft 10 and the crank shaft 31 receive the cam angle signal and the crank angle signal from the cam angle sensor 35 and the crank angle sensor 37. After receiving the feedback and detecting the phase difference therefrom, the error value is obtained by comparing it with the target angle calculated based on the engine speed calculated from the engine load and the cam angle signal.

이렇게 구해진 오차 값과 온도 센서(38)로부터 측정한 온도에 근거하여 최종적으로 솔레노이드 밸브(39)를 구동할 전압 값을 결정한다.Based on the error value thus obtained and the temperature measured from the temperature sensor 38, a voltage value for finally driving the solenoid valve 39 is determined.

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.In addition, the cam angle signal, the crank angle signal, the temperature signal, and the solenoid valve 39 driving voltage signal are transmitted from the valve timing controller 40 to the electronic control unit ECU to appropriately control the engine.

도면중 설명부호 (42)는 타이밍 풀리이고, (44)는 실린더 헤드이며, (46)은 베어링을 도시한 것이다.In the figure, reference numeral 42 is a timing pulley, 44 is a cylinder head, and 46 is a bearing.

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.In the cam angle detection device of a conventional variable valve timing system constructed and operated as described above, a cam angle sensor 35 for detecting a cam phase of the cam shaft 10 is installed separately and used in the cylinder head 44. Bar, this makes the package design of the cylinder head 44 difficult, and at the same time acts as a cause to increase the component cost and work process according to the separate installation.

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.The present invention was devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and simplifies the package design of the cylinder head by embedding the sensor in the valve timing controller without separately installing the sensor for cam phase detection of the camshaft. At the same time, an object of the present invention is to provide a cam angle detection device for a variable valve timing system that can reduce component cost.

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,In order to achieve the above object, the present invention provides a valve timing controller for changing a phase difference of a cam shaft by operating by a solenoid valve mounted on a cam shaft and receiving a signal from an electronic control unit

상기 밸브 타이밍 컨트롤러에 설치된 스프링의 착좌부에, 이 스프링의 압축하중을 센싱하여 센싱된 출력전압으로 캠의 위상을 검출할 수 있는 압전 센서를 설치한 것을 특징으로 한다.A piezoelectric sensor capable of detecting the phase of the cam with the output voltage sensed by sensing the compressive load of the spring is provided in the seating portion of the spring provided in the valve timing controller.

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.As a result, a package design can be simplified by installing a piezoelectric sensor instead of a cam angle sensor on the camshaft side in order to sense the cam angle signal as a conventional type. And the cost of parts can be reduced.

도 1은 종래 밸브 타이밍 컨트롤러의 상세도.1 is a detailed view of a conventional valve timing controller.

도 2는 종래 가변 밸브 타이밍 시스템의 전체 구성도.2 is an overall configuration diagram of a conventional variable valve timing system.

도 3은 본 발명의 밸브 타이밍 컨트롤러의 상세도.3 is a detailed view of a valve timing controller of the present invention.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

10 : 캠 샤프트 12 : 오일 입구10: camshaft 12: oil inlet

14 : 오일 통로 16 : 플러그 캡14 oil passage 16 plug cap

18 : 핀 20 : 스프링18: pin 20: spring

22 : 헬리컬 기어 24 : 프런트 헬리컬 기어22: helical gear 24: front helical gear

26 : 리어 헬리컬 기어 28 : 피스톤26: rear helical gear 28: piston

30 : 스프링 31 : 크랭크 샤프트30: spring 31: crankshaft

37 : 크랭크 각도 센서 38 : 온도 센서37: crank angle sensor 38: temperature sensor

39 : 솔레노이드 밸브 40 : 밸브 타이밍 컨트롤러39: solenoid valve 40: valve timing controller

42 : 타이밍 풀리 44 : 실린더 헤드42: timing pulley 44: cylinder head

46 : 베어링 48 : 압전 센서46: bearing 48: piezoelectric sensor

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 설명에서 종래와 동일 또는 동등한 부분은 같은 도면부호로 표기하여 설명한다.In the description of the present invention, the same or equivalent parts as in the prior art will be described with the same reference numerals.

도 3은 본 발명의 밸브 타이밍 컨트롤러의 상세도를 도시한 것이다.Figure 3 shows a detailed view of the valve timing controller of the present invention.

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.As shown in the drawing, a piezoelectric sensor 48 capable of detecting the phase of the cam with the sensed output voltage by sensing the compressive load of the spring 30 on the seating portion of the spring 30 provided in the valve timing controller 40. Installed and configured.

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.According to the present invention configured as described above, the oil pressure flowing into the oil inlet 12 of the camshaft 10 is introduced into the tip blocked by the plug cap 16 along the oil passage 14 to act on the pin 18. do.

따라서 리어 헬리컬 기어(26) 일 측의 피스톤(28)에 개재된 스프링(30)이 압축되게 된다.Therefore, the spring 30 interposed in the piston 28 on one side of the rear helical gear 26 is compressed.

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.In addition, a helical gear 34 is formed in the inner diameter of the housing 32 such that when the front helical gear 24 and the rear helical gear 26 are pushed toward the cam shaft 10 by the hydraulic pressure, Accordingly, the angular phase of the cam shaft 10 is varied together.

이때 상기 스프링(30)의 착좌부에 설치된 압전 센서(48)가 스프링(30)의 압축하중을 받게 된다.At this time, the piezoelectric sensor 48 installed in the seating portion of the spring 30 receives the compressive load of the spring 30.

이에 따라 스프링(30)의 압축하중을 압전 센서(48)가 센싱하여 센싱된 출력전압을 전자제어유닛에 보내게 되어 캠의 위상을 검출할 수 있게 된다.Accordingly, the piezoelectric sensor 48 senses the compression load of the spring 30 and sends the sensed output voltage to the electronic control unit to detect the phase of the cam.

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.That is, the cam shaft 10 and the crankshaft 31 feed back the cam angle signal and the crank angle signal from the piezoelectric sensor 48 and the crank angle sensor 37, and detect the phase difference therefrom. The error value is obtained by comparing this with the target angle calculated based on the engine speed calculated from the engine load and the cam angle signal.

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.In addition, the cam angle signal, the crank angle signal, the temperature signal, and the driving voltage signal of the solenoid valve 39 by the piezoelectric sensor 48 described above are transmitted from the valve timing controller 40 to the electronic control unit (ECU) to properly control the engine. Control.

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.According to the present invention configured and operated as described above, a piezoelectric sensor capable of detecting a cam phase according to a compression load of a spring is provided to a valve timing controller that is hydraulically controlled so that the rotational position of the cam shaft is changed according to the movement of the helical gear. By incorporating it, it is not necessary to install a separate cam angle sensor as in the prior art, which can reduce costs and, of course, help design the package of the cylinder head, and at the same time reduce the work process.

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.As described above, the present invention provides a package of a cylinder head by incorporating a piezoelectric sensor capable of detecting a cam phase according to a spring compression load in a valve timing controller without separately installing a sensor for cam phase detection of a camshaft. This simplifies the design and at the same time reduces the cost of components and reduces the work process.

Claims

In the valve timing controller 40 for changing the phase difference of the camshaft 10 by being operated by the solenoid valve 39 installed in the camshaft 10 and receiving the signal of the electronic control unit,

In the seating part of the spring 30 provided in the valve timing controller 40, the piezoelectric sensor 48 which detects the compression load of this spring 30 and detects the cam phase with the sensed output voltage is provided. Cam angle detection device of a variable valve timing system, characterized in that.