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KR101766076B1 - 내연기관의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

내연기관의 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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KR101766076B1
KR101766076B1 KR1020150173877A KR20150173877A KR101766076B1 KR 101766076 B1 KR101766076 B1 KR 101766076B1 KR 1020150173877 A KR1020150173877 A KR 1020150173877A KR 20150173877 A KR20150173877 A KR 20150173877A KR 101766076 B1 KR101766076 B1 KR 101766076B1
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scavenging
valve
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문치호
황규민
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 내연기관의 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 제어함으로써, 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐 시기를 가변시키는 가변밸브 타이밍 장치를 구비한 내연기관의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩 구간에서, 현재의 엔진의 상태가 스캐빈징(scavenging) 영역에 진입하였는지 여부를 판정하는 판정하고, 엔진의 상태가 상기 스캐빈징 영역에 진입한 뒤 경과한 시간에 밸브 오버랩을 축소하도록 가변밸브 타이밍 장치를 제어함으로써, 배기관에 배치된 촉매 장치의 파손을 방지하도록 하고 있다.

Description

내연기관의 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 터보 차저를 구비한 내연 기관의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 신기 성분이 엔진의 흡기 포트로부터 배기 포트로 직접 전달되는 스캐빈징(scavenging, 소기) 상태에서 발생하는 촉매 파손을 방지할 수 있는 내연 기관의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 발명이다.
최근 연료의 소모를 줄이고 보다 큰 출력을 얻을 수 있도록 터보 차저와 인터쿨러를 구비한 엔진이 각광받고 있다. 이러한 내연 기관에서는 터보차저의 압축기에 의해 배기가스나 외부 공기를 흡입하여 압축시키고 이때 발생된 과급 공기를 엔진 측에 공급한다.
도 5에서는 이러한 종래의 터보 차저를 구비한 엔진(10)을 도시하고 있다. 과급기(20)를 통과한 과급 공기는 흡기 포트(12)를 통해 엔진(10)의 실린더(16) 내부의 연소실(11)로 공급되고, 연소실(11) 내에서 연소된 배기 가스는 배기 포트(13)를 통해 배출된다.
그런데, 이러한 터보 차저를 구비한 엔진(10)의 경우, 작동 시에 저속 고부하 영역에서 부스트 압력의 상승에 의해, 흡기 포트(12)에서의 흡기 압력이 배기 포트(13)에서의 배기 압력보다 큰 영역이 발생한다. 이 경우, 도 5에서 도시된 바와 같이, 흡기 밸브(14)와 배기 밸브(15)가 오버랩하는 구간에서, 흡기 포트(12)를 통해 공급되는 신기(Fresh Air)(30) 성분이 곧바로 배기 포트(13)로 전달되는 현상이 발생한다.
특허문헌 1에서 개시되어 있는 바와 같이, 이러한 스캐빈징 상태하에서는 소기 효율이 증가하여 연소실(11) 내 잔류 가스량이 감소되기 때문에, 연료의 충진 효율이 증대되고 토크가 향상되는 효과가 있다.
그러나, 스캐빈징 상태 하에서는, 배기 포트(13)로 전달되는 신기량이 증가하여, 촉매 장치(40) 부근에 설치된 산소 센서에서는 연소가 희박(lean) 상태에 있는 것으로 인식하게 된다. 이러한 판단으로 인해, 연소실 내로의 연료량을 증가시키게 되어 연소실(11) 내에서 미연소 연료가 증가하게 된다. 이러한 미연소 연료가 배기 포트(13)를 통해 촉매로 바로 전달되면, 신기 성분과 반응하여 촉매 장치(40) 내에서 후연소가 발생하게 된다. 이러한 후연소로 인해 촉매의 온도가 상승하게 되면 결국 촉매 장치(40)의 파손에 이르게 된다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제2013-0020600호 (2013.2.27)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 터보 차저를 장착한 엔진이 스캐빈징 상태 하에 있을 때에, 배기계의 촉매 장치의 파손을 방지할 수 있는 내연기관의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 내연기관의 제어 장치는, 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 제어함으로써, 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐 시기를 가변시키는 가변밸브 타이밍 장치를 구비한 내연기관의 제어 장치로서, 흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩 구간에서, 현재의 엔진의 상태가 스캐빈징(scavenging) 영역에 진입하였는지 여부를 판정하는 판정 수단을 구비하여, 엔진의 상태가 스캐빈징 영역에 진입한 뒤 경과한 시간에 따라, 밸브 오버랩을 축소하도록 가변밸브 타이밍 장치를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 판정 수단은, 가변밸브 타이밍 장치의 제어량, 엔진의 회전속도(RPM), 흡입 포트의 압력, 엔진 온도 중 적어도 2개 이상의 측정값을 조합하여, 엔진 상태가 스캐빈징 영역에 진입하였는지 여부를 판단한다.
바람직하게는 상기 제어부는, 엔진의 상태가 상기 스캐빈징 영역에 진입한 후 경과한 시간을 진입 시간으로 하고, 상기 진입 시간이 일정 시간을 초과한 경우에, 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어량을 조정함으로써, 밸브 오버랩 기간을 축소하도록 제어한다.
바람직하게는 상기 제어부는, 엔진의 상태가 스캐빈징 영역으로부터 도중 이탈하는 경우에는, 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 측정하고, 진입 시간으로부터, 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 뺀 값을 새로운 진입 시간으로 하여, 가변밸브 타이밍 장치의 제어량을 조정한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 제어 방법은, 내연기관의 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 제어함으로써, 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐 시기를 가변시키는 가변밸브 타이밍 장치를 구비한 내연기관의 제어 방법으로서, 흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩 구간에서, 현재의 엔진의 상태가 스캐빈징(scavenging) 영역에 진입하였는지 여부를 판정하는 단계; 스캐빈징 영역에 진입한 뒤 경과한 시간인 진입 시간을 측정하는 단계; 진입 시간에 따라, 흡기 밸브 또는 배기 밸브에 대한 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량을 산출하는 단계; 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량에 따라, 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어량을 조정함으로써, 밸브 오버랩 기간을 축소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 현재의 엔진의 상태가 스캐빈징(scavenging) 영역에 진입하였는지 여부를 판정하는 단계는, 가변밸브 타이밍 장치의 제어량, 엔진의 회전속도(RPM), 흡입 포트의 압력, 엔진 온도 중 적어도 2개 이상의 측정값을 조합하여, 엔진 상태가 스캐빈징 영역에 진입하였는지 여부를 판단한다.
바람직하게는 상기 스캐빈징 영역에 진입한 후, 스캐빈징 영역으로부터 도중 이탈하는 것으로 판단되는 경우에는, 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 측정하는 단계; 및 진입 시간으로부터, 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 뺀 값을 새로운 진입 시간으로 산출하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량을 산출하는 단계는, 진입 시간이 제1 설정값을 초과하였을 때에는, 밸브 오버랩을 축소시키는 방향으로의 제어 보정량을 증가시켜, 밸브 오버랩이 감소하도록 제어 보정량을 산출해 낸다.
바람직하게는 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량을 산출하는 단계는, 진입 시간이 제1 설정값을 이하일 경우에는, 밸브 오버랩을 축소시키는 방향으로의 제어 보정량을 감소시켜, 밸브 오버랩이 증가하도록 제어 보정량을 산출해 낸다.
바람직하게는, 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량을 산출하는 단계에 있어서, 산출된 제어 보정량이 0이 된 경우에는, 밸브 오버랩을 조정하기 위한 가변밸브 타이밍 제어가 불필요한 것으로 판단하여 제어를 종료하도록 한다.
본 발명에 따르면, 엔진이 스캐빈징 상태 하에 있을 때에, 스캐빈징 상태에 진입한 시간이 경과에 따라 밸브 오버랩을 유기적으로 조정함으로써, 저속 고부하 영역에서의 토크 손실을 최소화하면서, 배기계에 배치된 촉매 장치의 파손을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내연 기관의 제어 장치의 시스템 구성을 도시하는 도면
도 2는 흡기 밸브와 배기 밸브의 흡, 배기 타이밍을 간략하게 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 내연 기관의 제어 방법을 나타내는 순서도
도 4는 본 발명에 따른 내연기관의 제어 방법 및 그 효과를 종래 기술과 대비하여 나타내는 도면
도 5는 종래 내연기관에서 발생하는 스캐빈징 현상을 간략하게 도시한 도면
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 제어 장치의 개략적인 시스템 구성을 나타내는 도면이다.
엔진(10)의 실린더(16) 내부에는 커넥팅 로드(18)를 통해 크랭크 샤프트(19)와 연결된 피스톤(17)이 배치되고, 피스톤(17)의 상부의 실린더(16) 내부 공간은 연소실(11)을 구성한다.
엔진(10)의 흡기 포트(12)의 상류 측에는 과급기(20)가 설치되어 있다. 과급기(20)는 도시되지 않은 압축기에 의해 배기가스나 외부 공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 발생된 과급 공기를 흡기 포트(12)를 통해, 엔진(10)의 실린더(16) 내부의 연소실(11)로 공급한다.
흡기 포트(12)로부터 공급되는 과급 공기는, 도시되지 않은 연료 분사 밸브를 통해 공급되는 연료와 혼합되어 혼합기를 이루어 연소실(11) 내에서 연소되고, 연소 후의 배기 가스는 배기 포트(13)를 통해 배기계로 배출된다.
배기 포트(13)의 하류에는 촉매 장치(40)가 설치되어 있다. 촉매 장치(40)는 배기 가스에 포함된 유해 가스, 매연을 비롯한 입자상 유해 물질 등을 제거하는 후처리 장치이다.
흡기 밸브(14)와 배기 밸브(15)는 각각 흡기 포트(12)와 배기 포트(13)의 개폐를 조절한다. 흡기 밸브(14)와 배기 밸브(15)는 각각 흡기 캠 샤프트(21)와 배기 캠 샤프트(22)와 연결되어, 각각의 캠 샤프트의 회전에 따라 각각 흡기 포트(12)와 배기 포트(13)를 개폐하도록 구성된다. 흡기 캠 샤프트(21)와 배기 캠 샤프트(22)는 그 일단이 가변밸브 타이밍 장치(23)와 연결된다.
가변밸브 타이밍 장치(Continuously Variable Valve Timming System, CVVT)(23)는, 흡기 밸브(14)와 배기 밸브(15)의 개폐 타이밍을 엔진의 회전수에 맞게 바꾸어 줌으로써 고속과 저속에서 동시에 높은 연비와 높은 출력을 얻을 수 있도록 한 장치이다. 가변밸브 타이밍 장치(23)는 크랭크 샤프트(19)에 대한 흡·배기 캠 샤프트(21, 22)의 회전 위상을 소정의 제어량 만큼 변화시켜 밸브 타이밍을 가변시킴으로써 밸브 타이밍을 조절한다.
도 2에서는 가변밸브 타이밍 장치(23)에 의해 흡기 밸브와 배기 밸브의 흡, 배기 타이밍이 조절되는 것을 도시하고 있다.
도 2에서 실선으로 표시된 곡선은, 가변밸브 타이밍 장치(23)에 의한 캠 샤프트(21, 23)의 회전 위상 제어를 실시하지 않은 경우에 있어서, 흡기 밸브(14)와 배기 밸브(15)의 개폐 타이밍을 나타내고 있다. 도 2에서 도시되어 있는 바와 같이, 가변밸브 타이밍 장치(23)에 의한 밸브 타이밍 제어가 실시되지 않는 경우, 배기 밸브(15)와 흡기 밸브(14)는 각각 진각 방향과 지각 방향에 치우쳐 있어, 밸브 오버랩 기간이 매우 짧음을 알 수 있다.
도 2에서 1점 쇄선으로 표시된 곡선은, 가변밸브 타이밍 장치(23)에 의해 밸브 타이밍 제어를 실시하는 경우의 흡기 밸브(14)와 배기 밸브(15)의 개폐 타이밍을 나타내고 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 배기 밸브(15)의 개폐 타이밍을 지각 방향으로 변경하거나 또는 흡기 밸브(14)의 개폐 타이밍을 진각 방향으로 변경하는 것에 의해 배기 밸브(15)와 흡기 밸브(14) 사이의 밸브 오버랩 기간을 증가시킬 수 있다.
이때, 가변밸브 타이밍 장치(23)의 제어량을 증가시킬수록 밸브 오버랩 기간은 증가되며, 가변밸브 타이밍 장치(23)의 제어량을 감소시키면 밸브 오버랩 기간이 감축된다. 이와 같이, 가변밸브 타이밍 장치(23)의 제어량을 조절함으로써, 흡기 밸브(14)와 배기 밸브(15) 사이에서의 밸브 오버랩 기간을 조절할 수 있다.
도 1의 도시 내용에 따르면, 본 발명에 따른 내연기관의 제어 장치는 스캐빈징 영역 진입 판정수단(26) 및 제어부(27)를 구비한다.
스캐빈징 영역 진입 판정수단(26)은 엔진의 상태를 검출하여, 현재 엔진이 스캐빈징 상태에 있는지 여부를 판정하기 위한 수단이다.
스캐빈징 상태에서는 흡기 포트(12)의 압력이 배기 포트(13)의 압력보다 높아, 신기가 흡기 포트(12)로부터 배기 포트(13)로 직접 전달되는 현상이 발생한다. 따라서, 흡기 포트(12)의 압력값은 스캐빈징 상태 유무에 영향을 미친다. 또한, 스캐빈징은 흡기 포트(12)와 배기 포트(13)가 모두 열려 있는 밸브 오버랩 상태에서 발생한다. 따라서, 가변밸브 타이밍 장치(23)에서의 밸브 타이밍 제어량도 스캐빈징 상태 유무 판단에 영향을 미치게 된다.
또한, 터보 차저를 구비한 엔진의 경우, 저속 고부하 영역에서 스캐빈징 상태에 들어가게 된다. 따라서, 엔진의 회전 속도도 엔진이 스캐빈징 상태 하에 있는지 여부에 대한 판단에 영향을 미친다. 그리고, 스캐빈징 상태 하에서는 연소실 내에 미연소 연료가 증대하게 되어 연소 상태에 변화가 발생한다. 따라서, 엔진(10)의 온도도 스캐빈징 상태 유무 판단에 영향을 미치게 된다.
따라서,바람직하게는, 스캐빈징 영역 진입 판정수단(26)은, 가변밸브 타이밍 장치에서의 밸브 타이밍 제어량과 엔진의 회전속도(RPM), 엔진의 온도, 흡기 포트의 압력에 관한 정보를 수집하고, 이들 중 적어도 2가지 이상의 정보를 조합함으로써, 엔진이 스캐빈징 상태에 있는지 여부를 판단한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 엔진의 회전속도에 관한 정보는 RPM 검출 수단(24)으로부터 취득한다. 바람직하게는 RPM 검출 수단(24)은 크랭크 샤프트(19)의 회전 각도를 검출하는 센서를 이용하여 엔진의 회전속도를 검출할 수 있다. 또한, 엔진의 온도에 관한 정보는 엔진 온도 검출 수단(28)으로부터 취득할 수 있다. 바람직하게는 엔진 온도 검출 수단(28)은 엔진의 실린더(16) 내외벽에 설치된 온도 센서로부터 엔진의 온도를 검출할 수 있다. 또한, 흡기 포트(12)에서의 압력에 관한 정보는 흡기 포트 압력검출수단(25)으로부터 취득할 수 있다. 바람직하게는 흡기 포트 압력검출수단(25)은 흡기 포트(12) 내에 설치된 압력 센서로부터 흡기 포트 내의 압력을 검출해 낼 수 있다.
제어부(27)는 스캐빈징 영역 진입 판정수단(26)에서의 판정 결과 및 스캐빈징 상태 하에서의 경과 시간에 따라, 가변밸브 타이밍 장치(23)에서의 밸브 타이밍 제어량을 조절하도록 하여 밸브 오버랩 기간을 제어한다. 이를 통해, 제어부(27)는, 스캐빈징에 의해 촉매 장치(40)에 미치는 영향을 최소화하여, 미연소 연료 및 신기가 다량으로 촉매 장치(40)에 전달되어 발생하는 후연소로 인한 촉매 장치(40)의 파손을 방지할 수 있다.
이하에서는, 스캐빈징 영역 진입 판정 수단(26)과 제어부(27)를 이용한 구체적인 제어 방법을 도 3을 참조로 하여 설명한다.
도 3에서는 본 발명에 따른 내연기관의 제어 방법을 도시한 순서도이다. 본 발명에 따른 내연기관의 제어 방법에서는, 우선 스캐빈징 영역 진입 판정수단(26)은 엔진이 스캐빈징 상태에 진입하였는지 여부를 판정한다(S100).
바람직하게는 스캐빈징 영역 진입 판정수단(26)은, 가변밸브 타이밍 장치(23), RPM 검출 수단(24), 흡기 포트 압력검출수단(25), 엔진 온도 검출 수단(28)으로부터, 가변밸브 타이밍 장치의 제어량, 엔진의 회전속도, 흡입 포트의 압력, 엔진 온도에 관한 정보를 전달받고, 그 중 적어도 2개 이상의 정보를 조합하여, 엔진(10)이 스캐빈징 상태에 진입하였는지 여부를 판단한다.
엔진(10)이 스캐빈징 상태하에 있다고 판단되는 경우에, 제어부(27)는 스캐빈징 상태에 진입하여 스캐빈징이 진행되고 있는 시간인 진입 시간(T1)을 측정한다(S200).
바람직하게는 제어부(27)는 스캐빈징 영역 진입 판정수단(26)으로부터의 정보를 통해, 엔진(10)이 스캐빈징 상태에 진입한 뒤에 다시 스캐빈징 상태를 이탈하였는지 여부를 판단할 수 있다(S300). 엔진(10)이 스캐빈징 상태에 진입한 뒤에 다시 스캐빈징 상태를 이탈한 것으로 판단되는 경우에, 제어부(27)는 스캐빈징 상태에 이탈되어 있는 동안의 시간(T2)을 측정한다(S320).
제어부(27)는, 엔진(10)이 스캐빈징 영역에 진입한 이후에 스캐빈징 상태를 이탈하지 않은 것으로 판단되는 경우, 당초에 측정된 시간(T1)이 순수하게 스캐빈징 상태 하에 있는 시간이 되므로, 이를 그대로 진입 시간(T1')으로 하여(S310), 진입 시간(T1')을 미리 설정된 제1 설정값과 대비한다(S400). 제1 설정값은, 촉매 장치(40)에 사용되는 촉매나, 엔진 연소에 사용되는 연료 등의 특성을 고려하여, 촉매의 과열을 억제할 수 있는 기준값으로 미리 설정된다.
한편, 엔진(10)이 스캐빈징 영역에 진입한 이후에 스캐빈징 상태를 이탈한 것으로 판단되는 경우에는, 스캐빈징 상태를 이탈한 시간(T2)을, 스캐빈징 영역에 진입한 이후 스캐빈징 영역으로부터 이탈하기까지의 시간(T1)로부터 제외하도록 하여 순수 스캐빈징 상태 진입 시간(T1')을 산출한다(S330). 스캐빈징 영역에 진입한 후, 스캐빈징 상태로부터 이탈한 경우에는, 이탈된 시간 동안에는 촉매 장치(40)에 후연소가 발생되지 않아 촉매 장치(40)에서의 촉매 온도가 저하되는 등 촉매 장치(40)가 파손될 우려가 크지 않기 때문에, 밸브 오버랩 기간 제어 실행 여부의 기준이 되는 진입 시간(T1)으로부터 스캐빈징 영역에서 이탈한 동안의 시간(T2)을 제외하도록 한 것이다.
진입 시간(T1')이 제1 설정값을 초과한 경우에는, 제어부(27)는 가변밸브 타이밍 장치(23)에서의 흡기 및/또는 배기 밸브의 밸브 타이밍 제어량의 제어 보정량을 산출(S500)하고, 산출된 제어 보정량(S500)에 따라 밸브 타이밍 제어량을 보정함으로써 밸브 오버랩 기간을 조절한다(S600).
보다 구체적으로는, 제어부(27)는 진입 시간(T1')이 제1 설정값을 초과한 경우, 촉매 장치(40)의 파손을 방지하기 위하여 밸브 오버랩을 축소할 필요가 있다고 판단한다. 이를 위해, 제어부(27)는 가변밸브 타이밍 장치(23)에서의 흡기 및/또는 배기 밸브의 밸브 타이밍 제어량이 감축하도록(밸브 오버랩이 감소되도록) 하는 방향으로 제어 보정량을 증가시킨다. 이때 최초의 제어 보정량은 미리 설정된 값으로 결정될 수 있고, 설정된 제어 보정량은 제어부(27)에 의해 일정한 비율이나 일정 값만큼 계속 증가될 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 배기 밸브(15) 및/또는 흡기 밸브(14)에 대한 제어량을 감소시키면, 밸브 오버랩은 축소되게 된다.
또한, 제어부(27)는 진입 시간(T1')이 제1 설정값 이하인 경우, 촉매 장치(40)의 파손을 방지하기 위하여 밸브 오버랩을 축소할 필요가 없다고 판단한다. 따라서, 제어부(27)는 가변밸브 타이밍 장치(23)에서의 흡기 및/또는 배기 밸브의 밸브 타이밍 제어량이 감축하도록(밸브 오버랩이 감소되도록) 하는 방향으로의 제어 보정량을 감소시킨다. 그 결과, 밸브 타이밍 제어량은 증가하고, 도 2에서 도시된 바와 같이, 밸브 오버랩은 증가되게 된다.
바람직하게는 제어부(27)는 상기한 가변밸브 타이밍 장치(23)에서의 흡기 및/또는 배기 밸브의 밸브 타이밍 제어량의 제어 보정량을 산출한 결과, 제어 보정량이 0이 되는 경우에는 더 이상 촉매 장치의 파손 방지를 위한 밸브 오버랩의 제어가 불필요한 것으로 판단하고 제어를 종료한다(S700).
도 4에서는 본 발명에 따른 내연기관의 제어 방법을 사용와 그렇지 않은 경우를 대비하여 도시하고 있다.
도 4(a)에서는 본 발명에 따른 내연 기관의 제어 방법을 실행하지 않은 결과를 나타내고 있다. 도 4(a)에서 도시된 바와 같이, 가변밸브 타이밍 장치(CVVT)에서의 제어량은 스캐빈징 기간 내에 높게 유지되고, 따라서 밸브 오버랩 기간도 길게 유지되게 된다. 그 결과, 배기계에서의 촉매의 온도는 지속적으로 상승되게 되고, 종국에는 촉매 장치의 파손으로 이어지게 된다.
도 4(b)는 본 발명에 따른 내연 기관의 제어방법을 실행한 결과를 나타내고 있다. 도 4(b)에서 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 엔진이 스캐빈징 상태하에 있는지 여부를 판단하고, 스캐빈징 상태가 진행되고 있는 진입 시간을 기준으로 하여, 가변밸브 타이밍 장치(CVVT)에서의 제어량을 감소시키고 있다.
그 결과 밸브 오버랩이 축소되어, 미연소 연료의 과다 공급에 따른 촉매의 과열이 억제되는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 엔진이 스캐빈징 하에 있을 때에, 스캐빈징 영역에서의 진행되는 시간을 기준으로 가변밸브 타이밍 장치에서의 제어량을 조정함으로써, 배기계의 촉매 장치의 파손을 효과적으로 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
10: 엔진 11: 연소실
12: 흡기 포트 13: 배기 포트
14: 흡기 밸브 15: 배기 밸브
16: 실린더 17: 피스톤
18: 커넥팅 로드 19: 크랭크 샤프트
20: 과급기 21: 흡기 캠 샤프트
22: 배기 캠 샤프트 23: 가변밸브 타이밍 장치
24: RPM 검출 수단 25: 흡기 포트 압력검출수단
26: 스캐빈징 영역 진입 판정수단 27: 제어부
28: 엔진 온도 검출 수단 30: 신기(Fresh Air)
40: 촉매 장치

Claims (10)

  1. 내연기관의 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 제어함으로써, 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐 시기를 가변시키는 가변밸브 타이밍 장치를 구비한 내연기관의 제어 장치에 있어서,
    흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩 구간에서, 현재의 엔진의 상태가 스캐빈징(scavenging) 영역에 진입하였는지 여부를 판정하는 판정 수단을 구비하여,
    상기 엔진의 상태가 상기 스캐빈징 영역에 진입한 뒤 경과한 시간에 따라, 밸브 오버랩을 축소하도록 상기 가변밸브 타이밍 장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 판정 수단은, 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어량, 엔진의 회전속도(RPM), 흡입 포트의 압력, 엔진 온도 중 적어도 2개 이상의 측정값을 조합하여, 엔진 상태가 스캐빈징 영역에 진입하였는지 여부를 판단하고,
    상기 제어부는,
    상기 엔진의 상태가 상기 스캐빈징 영역에 진입한 후 경과한 시간을 진입 시간으로 하고, 상기 진입 시간이 일정 시간을 초과한 경우에, 제어 보정량을 산출하여 산출된 상기 제어 보정량만큼 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어량을 조정함으로써, 밸브 오버랩 기간을 축소하도록 제어하는 것과 더불어,
    상기 엔진의 상태가 상기 스캐빈징 영역으로부터 도중 이탈하는 경우에는, 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 측정하고, 스캐빈징 영역에 진입한 이후 스캐빈징 영역으로부터 이탈하기까지의 상기 진입 시간으로부터, 상기 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 뺀 값을 새로운 진입 시간으로 하여, 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어량을 조정하고,
    상기 진입 시간이 제1 설정값을 초과하였을 때에는, 밸브 오버랩을 축소시키는 방향으로의 상기 제어 보정량을 증가시켜, 밸브 오버랩이 감소하도록 상기 제어 보정량을 산출해 내고,
    상기 진입 시간이 제1 설정값을 이하일 경우에는, 밸브 오버랩을 축소시키는 방향으로의 상기 제어 보정량을 감소시켜, 밸브 오버랩이 증가하도록 상기 제어 보정량을 산출해 내는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 내연기관의 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 제어함으로써, 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐 시기를 가변시키는 가변밸브 타이밍 장치를 구비한 내연기관의 제어 방법으로서,
    흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩 구간에서, 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어량, 엔진의 회전속도(RPM), 흡입 포트의 압력, 엔진 온도 중 적어도 2개 이상의 측정값을 조합하여, 현재의 엔진의 상태가 스캐빈징(scavenging) 영역에 진입하였는지 여부를 판정하는 단계;
    상기 스캐빈징 영역에 진입한 뒤 경과한 시간인 진입 시간을 측정하는 단계;
    상기 진입 시간에 따라, 흡기 밸브 또는 배기 밸브에 대한 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량을 산출하는 단계;
    상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량에 따라, 상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어량을 조정함으로써, 밸브 오버랩 기간을 축소하는 단계;
    상기 스캐빈징 영역에 진입한 후, 상기 스캐빈징 영역으로부터 도중 이탈하는 것으로 판단되는 경우에는, 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 측정하는 단계; 및
    스캐빈징 영역에 진입한 이후 스캐빈징 영역으로부터 이탈하기까지의 상기 진입 시간으로부터, 상기 스캐빈징 영역으로부터 이탈한 뒤 경과한 시간을 뺀 값을 새로운 진입 시간으로 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량을 산출하는 단계는,
    상기 진입 시간이 제1 설정값을 초과하였을 때에는, 밸브 오버랩을 축소시키는 방향으로의 제어 보정량을 증가시켜, 밸브 오버랩이 감소하도록 상기 제어 보정량을 산출해 내고,
    상기 진입 시간이 제1 설정값을 이하일 경우에는, 밸브 오버랩을 축소시키는 방향으로의 제어 보정량을 감소시켜, 밸브 오버랩이 증가하도록 상기 제어 보정량을 산출해 내는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 5에 있어서,
    가변밸브 타이밍 장치의 제어 보정량을 산출하는 단계에 있어서,
    산출된 제어 보정량이 0이 된 경우에는, 밸브 오버랩을 조정하기 위한 가변밸브 타이밍 제어가 불필요한 것으로 판단하여 제어를 종료하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
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