JP2013513762A - 可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ - Google Patents

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Abstract

本発明は、オイル制御バルブとバルブリフトコントロールアクチュエータとを連結する油圧ライン上に一定の油圧を安定的に確保することができ、これを通して、エンジンの回転数と負荷によってバルブリフトを確実に制御できる可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブに関する。

Description

本発明は、オイル制御バルブに関し、具体的には、運転条件によってバルブの開閉量を調節する可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブに関する。
自動車技術の発展と共に、エンジンの燃費を高め、かつ出力を向上させるための多様な技術が公開されている。一例として、エンジンの回転数と負荷によって吸気通路の長さ及び断面積を調節する可変吸気システム(Variable Induction System;VIS)、エンジンの回転数と負荷によってバルブの開閉時期を調節する可変バルブタイミング(Variable Valve Timing;VVT)システム、エンジンの回転数と負荷によってバルブの開閉量を調節する可変バルブリフト(Variable Valve Lift;VVL)システムなどがある。
一般に、エンジンが高速で回転する場合は、多量の空気を吸入することが望ましいが、低速又は定速で回転する場合は、多量の空気が吸入されると、流速が低下し、燃焼室内で渦流が円滑に発生しないので、吸入効率が低下する。
可変バルブリフトシステムは、上述した問題を解消するために開発されたもので、エンジンの高速回転時にバルブをハイ(high)リフトで作動させることによって吸入量を増大させ、流速が増大する間のエンジンの低速又は定速回転時にバルブをロー(low)リフトで作動させることによって吸入量を減少させ、よって高燃費、高出力、高効率を実現したシステムである。
このとき、バルブリフトは、空気の吸入量と排気ガスの排出量を決定する重要な要素であって、バルブフェースとバルブシートとの間の隔離距離に相当する。すなわち、バルブリフトが大きいほど(ハイリフト)シリンダーに流入する空気の量とシリンダーから排出される排気ガスの量が増加し、吸排気効率が高くなる。
一方、可変バルブリフトシステムは、バルブリフトを制御するために油圧を用いることが一般的である。このような油圧式可変バルブリフトシステムは、オイルポンプ、オイル制御バルブ(Oil Control Valve;OCV)、オイルフィルター、バルブリフトコントロールアクチュエータを含んで構成される。
ところが、上述した油圧式可変バルブリフトシステムは、オイル制御バルブとバルブリフトコントロールアクチュエータとを連結する油圧ライン上に一定の油圧が確保されないか不安定な場合、バルブリフトの制御が不可能になり、制御されるとしても信頼性を失うようになる。
本発明は、上述した諸般の問題を解決するためのもので、オイル制御バルブとバルブリフトコントロールアクチュエータとを連結する油圧ライン上に一定の油圧を安定的に確保することができ、これを通して、エンジンの回転数と負荷に従ってバルブリフトを確実に制御できる可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブを提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブは、中央部に形成される制御ポートおよび下部に形成されるドレーンポートを具備する、円筒状バルブハウジング;前記バルブハウジングの上部に結合され、上面に流入ポートが形成される、バルブキャップ;前記バルブハウジングの内部に設置され、前記制御ポートの上方に位置し、その中心部に第1の貫通孔が形成される、上部シート;前記バルブハウジングの内部に設置され、前記制御ポートの下方に位置し、その中心部に第2の貫通孔が形成される、下部シート;前記バルブキャップと前記上部シートによって形成された第1のチャンバ内で上下に移動可能に設置され、前記第1の貫通孔を開閉するように構成される、ボールバルブ;前記下部シートの下方で上下に移動可能に設置され、前記第2の貫通孔を開閉できるように上部が凸状に突出し、上面中心部に第3の貫通孔が形成される、チェックバルブ;前記バルブハウジングの内部で上下に移動可能に設置され、上部直径が下部直径より小さい多段で形成され、直径の小さい上部が前記第1〜第3の貫通孔を貫通して前記ボールバルブと接触する、パイロット;前記パイロットの上部に設置され、前記チェックバルブの上部が前記第2の貫通孔を密閉するように前記チェックバルブを弾性的に押す、加圧スプリング;前記バルブハウジングの下部が挿入される、バルブケース;前記バルブケースの内部に設置され、前記パイロットの下部に密着する、プランジャー;前記プランジャーを取り囲み、外周面にコイルが巻かれた、ボビン;及び前記プランジャーとボビンとの間に位置する、ヨーク;を含む。
上述したように構成された本発明に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブは、前記チェックバルブが前記加圧スプリングによって上向きに弾性的に押されて前記第2の貫通孔を密閉することによって、前記上部シートと前記下部シートによって形成された第2のチャンバに残圧を維持できるようにする。したがって、オイル制御バルブとバルブリフトコントロールアクチュエータとを連結する油圧ライン上に一定の油圧を安定的に確保することができ、これを通して、エンジンの回転数と負荷に従ってバルブリフトを確実に制御することができる。
本発明の第1の実施例に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブを示す図である。 本発明の第1の実施例に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブの作動過程を示す図である。 本発明の第1の実施例に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブの作動過程を示す図である。 本発明の第1の実施例に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブの作動過程を示す図である。 本発明の第2の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。 本発明の第3の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。 本発明の第4の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。 本発明の第5の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。
添付の図面を参照して本発明に係る実施例を詳細に説明する。以下、本発明に係る実施例を説明するにおいて、そして、各図面の各構成要素に参照符号を付加するにおいて、同一の構成要素には、他の図面上に表示される場合にも、なるべく同一の符号を付加した。
図1は、本発明の第1の実施例に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブを示す図である。
図1を参照すると、本発明の第1の実施例に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ(Oil Control Valve;OCV、以下、オイル制御バルブという)は、油圧部100と電子部200とからなる。
まず、油圧部100は、バルブハウジング110と、バルブハウジング110の上部に結合されるバルブキャップ120とを含む。バルブハウジング110は、その下部が後述する電子部200のバルブケース210に挿入できるように、上下に延長した円筒状に形成され、多段で形成される。また、バルブキャップ120は上面が密閉された円筒状に形成され、バルブハウジング110の上部の中へ一定の深さ以上挿入されることを防止するためのフランジ122が形成される。
このような形状のバルブハウジング110の中央部には制御ポート112が形成され、制御ポート112の下方にはドレーンポート114が形成される。また、バルブキャップ120の上端中心部には流入ポート124が形成され、流入ポート124にはメッシュ型フィルター126が設置される。上述した各ポート112、114、124のうち流入ポート124は、オイルポンプ(図示せず)に連結され、制御ポート112は、可変バルブリフトシステムのバルブリフトコントロールアクチュエータ(valve lift control actuator)(図示せず)に連結され、ドレーンポート114はオイルタンク(図示せず)に連結される。
一方、バルブハウジング110の内部には、上部シート130、ボールバルブ140、下部シート150、チェックバルブ160及びパイロット170が設置される。
上部シート130は円板状に形成され、その中心部に第1の貫通孔132が形成される。この上部シート130は制御ポート112の上方に位置し、図1に示したように、バルブキャップ120の下端が上部シート130の上面に密着する。
このとき、バルブキャップ120と上部シート130によって形成された第1のチャンバ182の内部には、ボールバルブ140が上下に移動可能に設置される。このボールバルブ140は、第1の貫通孔132を開閉するための要素であって、平常時に流入ポート124を介して供給されたオイルによって下降することによって第1の貫通孔132を密閉する。
下部シート150はカップを裏返した形状に形成され、上面中心部に第2の貫通孔152が形成される。この下部シート150は制御ポート112の下方に位置し、下部シート150の下方には、第2の貫通孔152を開閉するチェックバルブ160が設置される。
チェックバルブ160は、上部が密閉された円筒状に形成され、密閉された上部は、第2の貫通孔152を開閉できるように凸状に突出している。その上面中心部に第3の貫通孔162が形成される。このチェックバルブ160は、下部シート150に相対して移動可能に設置されて第2の貫通孔152を開閉し、平常時にその内部に設置された加圧スプリング164によって第2の貫通孔152を密閉するように上向きに押される。
このとき、チェックバルブ160が加圧スプリング164によって上向きに弾性的に押されて第2の貫通孔152を塞ぐと、上部シート130と下部シート150によって形成された第2のチャンバ184が密閉される。
パイロット170は、電子部200の作動時に上昇し、上部シート130からボールバルブ140を離隔させるための要素である。このパイロット170は、バルブハウジング110に沿って上下に長く延長され、上部直径が下部直径より小さい多段で形成される。そして、直径の小さい上部は、第1〜第3の貫通孔132、152、162を貫通してボールバルブ140に接触する。
電子部200は、バルブハウジング110の下部が挿入されるバルブケース210を含む。このバルブケース210の内部には、パイロット170の下部に密着するプランジャー220が設置され、プランジャー220の周囲には、外周面にコイル230が巻かれたボビン240が結合される。また、プランジャー220とボビン240との間に位置するヨーク250がバルブケース210の開放された下部を密閉するように結合され、プランジャー220の下面とヨーク250との間にスペーサー260が設置される。また、バルブケース210の一側には、ボビン240と電気的に連結されて電源を供給するコネクター270が設けられ、バルブケース210とボビン240との間、そして、ボビン240とヨーク250との間にOリング280が設置される。
一方、上述した油圧部100と電子部200との間、より詳細には、バルブハウジング110とバルブケース210との間にブラケット300が結合され、ブラケット300の上面には、バルブハウジング110を取り囲むようにOリング310が設置される。
上述した本発明の第1の実施例に係るオイル制御バルブのうち、上部シート130、ボールバルブ140、下部シート150、チェックバルブ160及びパイロット170は、鉄より軽い非鉄材料で製作することができる。
このように、上部シート130、ボールバルブ140、下部シート150、チェックバルブ160及びパイロット170を非鉄材料で製作する場合、車両で発生する振動と走行時に発生する衝撃による慣性を最小化することができる。すなわち、オイルの供給及び遮断が確実であるため、オイル制御バルブを用いたバルブリフト(図示せず)が確実である。
図2〜図4は、本発明の第1の実施例に係る可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブの作動過程を示す図である。
本発明の第1の実施例に係るオイル制御バルブは、NC(Normal Close)タイプのバルブである。
図2に示したように、平常時にはプランジャー220が磁化されないので、流入ポート124を介して第1のチャンバ182にオイルが供給されると、ボールバルブ140が下降することによって第1の貫通孔132を密閉する。そして、加圧スプリング164がチェックバルブ160を上向きに弾性的に押して第2の貫通孔152を密閉する。すなわち、ボールバルブ140とチェックバルブ160が第1の貫通孔132と第2の貫通孔152を塞ぎ、第2のチャンバ184が密閉される。したがって、第1のチャンバ182に充填されたオイルが第2のチャンバ184に流入せず、制御ポート112を介してオイルが排出されないので、バルブリフトコントロールアクチュエーター(図示せず)が作動しない。
上述した状態でコネクター270を介して電源が供給されると、プランジャー220が磁化されて上昇し、それに応じてパイロット170が共に上昇することによってボールバルブ140を上昇させる(図3参照)。ボールバルブ140が上昇することによって第1の貫通孔132が開放されると、第1のチャンバ182に充填されたオイルは、第2のチャンバ184に流入し、制御ポート112を介してバルブリフトコントロールアクチュエーターAに移送され、バルブリフトコントロールアクチュエーターAを起動させる。
このとき、チェックバルブ160は、加圧スプリング164によって上向きに弾性的に押された状態であるので、オイルが第2の貫通孔152を介して第3のチャンバ186(下部シートとパイロットによって形成された空間)に流入しない。
図4に示したように、コネクター270を介して供給されていた電源が遮断されると、上昇していたプランジャー220及びパイロット170が下降し、ボールバルブ140も下降することによって第1の貫通孔132を密閉する。
このとき、ボールバルブ140が第1の貫通孔132を密閉する過程で、第2のチャンバ184の内部圧力が瞬間的に上昇するが、この圧力がチェックバルブ160を上方に弾性的に偏らせる加圧スプリング164の弾性力以上であると、第2の貫通孔152が開放される。すなわち、第2のチャンバ184の内部圧力によって加圧スプリング164が圧縮され、チェックバルブ160が下降することによって第2の貫通孔152を開放する。そして、第2の貫通孔152が開放されると、第2のチャンバ184に充填されたオイルは、第3のチャンバ186に移送され、ドレーンポート114を介してオイルタンクTに排出される。
一方、オイルがドレーンポート114を介してオイルタンクに排出され、第2のチャンバ184の内部圧力が低くなると、加圧スプリング164によってチェックバルブ160が上昇することによって第2の貫通孔152を密閉する。
上述したような本発明の第1の実施例に係るオイル制御バルブは、ボールバルブ140とチェックバルブ160を通して第2のチャンバ184の内部圧力を一定のレベルに維持することができる。したがって、オイル制御バルブとバルブリフトコントロールアクチュエーター(図示せず)とを連結する油圧ライン上に油圧を安定的に確保することができ、これを通して、エンジンの回転数と負荷に従ってバルブリフト(図示せず)を確実に制御することができる。
図5は、本発明の第2の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。
本発明の第2の実施例に係るオイル制御バルブは、油圧部100、電子部200及びブラケット300からなり、電子部200とブラケット300は第1の実施例と同一の構造を有する。以下、本発明の各実施例のうち他の実施例と同一の構成要素についての詳細な説明は省略する。
図5を参照すると、オイル制御バルブの油圧部100は、制御ポート112及びドレーンポート114が形成されたバルブハウジング110、バルブハウジング110の上部に結合され、流入ポート124が形成されたバルブキャップ120、そして、バルブハウジング110の内部に設置される、上部シート130、ボールバルブ140、下部シート150、チェックバルブ160及びパイロット170を含む。
このとき、バルブキャップ120と上部シート130によって形成された第1のチャンバ182には、ボールバルブ140が上下に移動可能に設置され、ボールバルブ140の上部にはリターンスプリング128が設置される。このリターンスプリング128は、第1の貫通孔132を密閉するようにボールバルブ140を下向きに弾性的に押す。
本発明の第2の実施例に係るオイル制御バルブは、上述したようにリターンスプリング128をさらに含んで構成される。このリターンスプリング128は、ボールバルブ140を第1の貫通孔132に密着させ、車両で発生する振動と走行時に発生する衝撃によってボールバルブ140が任意に上昇することを防止する。すなわち、振動と衝撃によって第1の貫通孔132が任意に開放されることを防止することによって、第2のチャンバ184に充填されたオイルが第1のチャンバ182に逆流することを防止し、第1の貫通孔132の開閉が確実であるため、オイル制御バルブを用いたバルブリフト(図示せず)が確実である。
図6は、本発明の第3の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。
本発明の第3の実施例に係るオイル制御バルブは、油圧部100、電子部200及びブラケット300からなる。このうち油圧部100と電子部200は、第2の実施例と同一の構造を有する。
図6に示したように、オイル制御バルブを保持するためのブラケット300は、バルブハウジング110とバルブケース210との間に結合され、ブラケット300の上面には、バルブハウジング110を取り囲むようにOリング310が設置される。また、ブラケット300の中心部下部には突出部320が形成され、油圧部100と電子部200との結合時にバルブハウジング110の下部外側とバルブケース210の上部内側との間に突出部320が挿入される。
このとき、バルブケース210とブラケット300はプレス加工される。したがって、製作が容易であり、加工時に発生するばり(burr)による影響を最小化することができる。一例として、ばりによる組み立て不良又は密封不良などを最小化することができる。
一方、バルブハウジング110をブラケット300の突出部320に挿入したり、ブラケット300の突出部320をバルブケース210に挿入する場合、プレスを用いて強制的に圧入することが望ましい。また、バルブハウジング110、バルブケース210及びブラケット300が組み立てられた状態で該当の連結部品をブレージング溶接又はレーザー溶接する場合、組み立て及び密封効果をより向上させることができる。
図7は、本発明の第4の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。
本発明の第4の実施例に係るオイル制御バルブは、油圧部100、電子部200及びブラケット300からなる。このうち電子部200とブラケット300は第3の実施例と同一の構造を有する。
図7を参照すると、オイル制御バルブの油圧部100は、制御ポート112及びドレーンポート114が形成されたバルブハウジング110、バルブハウジング110の上部に結合され、流入ポート124が形成されたバルブキャップ120、そして、バルブハウジング110の内部に設置される、上部シート130、ボールバルブ140、下部シート150、チェックバルブ160及びパイロット170を含む。
このとき、下部シート150は、第1の実施例とは異なってカップ状に形成され、下部中心部に第2の貫通孔152が形成される。このような形状の下部シート150は、オイル制御バルブに設置されたとき、その上部周囲が上部シート130に密着する。
上述したように構成された第4の実施例に係るオイル制御バルブは、加圧スプリング164の弾性によって下部シート150が上昇するおそれがないので、上部シート130と下部シート150によって形成された第2のチャンバ184が常に一定の体積を有する。したがって、チェックバルブ160による第2の貫通孔152の開閉及び第3のチャンバ186とドレーンポート114を介した第2のチャンバ184内の除去が確実であり、オイル制御バルブを用いてバルブリフト(図示せず)を確実に制御することができる。
図8は、本発明の第5の実施例に係るオイル制御バルブを示す図である。
本発明の第5の実施例に係るオイル制御バルブは、油圧部100、電子部200及びブラケット300からなる。このうち電子部200とブラケット300は、第4の実施例と同一の構造を有する。
図8に示したように、オイル制御バルブの油圧部100は、制御ポート112及びドレーンポート114が形成されたバルブハウジング110、バルブハウジング110の上部に結合され、流入ポート124が形成されたバルブキャップ120、そして、バルブハウジング110の内部に設置される、上部シート130、ボールバルブ140、下部シート150、チェックバルブ160及びパイロット170を含む。
上述した構成要素のうちバルブハウジング110は、上下に延長された円筒状に形成される。そして、バルブハウジング110は、その下部外側がブラケット300の突出部320に挿入できるように多段で形成される。また、バルブハウジング110の内側は、上部シート130及び下部シート150を載置できるように多段で形成される。
バルブハウジング110についてより詳細に説明すると、バルブハウジング110の内側には、上部シート130が載置される第1の係止突起116aと、下部シート150が載置される第2の係止突起116bとが形成される。
このように第1及び第2の係止突起116a、116bを用いて上部及び下部シート130、150を固定する場合、車両で発生する振動と走行時に発生する衝撃による上部及び下部シート130、150の位置変化を防止できるので、上部シート130と下部シート150によって形成された第2のチャンバ184が常に一定の体積を有する。したがって、チェックバルブ160による第2の貫通孔152の開閉及び第3のチャンバ186とドレーンポート114を介した第2のチャンバ184内の除去が確実であり、オイル制御バルブを用いてバルブリフト(図示せず)を確実に制御することができる。
以上、本発明を好適な実施例を通して説明したが、上述した実施例は、本発明の技術的思想を例示的に説明したものに過ぎなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な変化が可能であることは、この分野で通常の知識を有する者であれば理解できるだろう。したがって、本発明の保護範囲は、特定の実施例でなく特許請求の範囲に記載された事項によって解釈しなければならなく、それと同等な範囲内にある全ての技術的思想も、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈しなければならないだろう。

Claims (10)

  1. 中央部に制御ポートが形成され、下部にドレーンポートが形成される、円筒状バルブハウジング;
    前記バルブハウジングの上部に結合され、上面に流入ポートが形成される、バルブキャップ;
    前記バルブハウジングの内部に設置され、前記制御ポートの上方に位置し、中心部に第1の貫通孔が形成される、上部シート;
    前記バルブハウジングの内部に設置され、前記制御ポートの下方に位置し、中心部に第2の貫通孔が形成される、下部シート;
    前記バルブキャップと前記上部シートによって形成された第1のチャンバ内で上下に移動可能に設置され、前記第1の貫通孔を開閉するように構成される、ボールバルブ;
    前記下部シートの下方で上下に移動可能に設置され、前記第2の貫通孔を開閉できるように上部が凸状に突出し、上面中心部に第3の貫通孔が形成される、チェックバルブ;
    前記バルブハウジングの内部で上下に移動可能に設置され、上部直径が下部直径より小さい多段で形成され、直径の小さい上部が第1〜第3の貫通孔を貫通して前記ボールバルブと接触するように構成される、パイロット;
    前記パイロットの上部に設置され、前記チェックバルブの上部が前記第2の貫通孔を密閉するように前記チェックバルブを弾性的に押す、加圧スプリング;
    前記バルブハウジングの下部が挿入される、バルブケース;
    前記バルブケースの内部に設置され、前記パイロットの下部に密着する、プランジャー;
    前記プランジャーを取り囲み、外周面にコイルが巻かれる、ボビン;及び
    前記プランジャーとボビンとの間に位置する、ヨーク;を含み、
    前記チェックバルブが前記加圧スプリングによって上向きに弾性的に押されて前記第2の貫通孔を密閉することによって、前記上部シートと前記下部シートによって形成された第2のチャンバ内の残圧が維持されることを特徴とする、可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  2. 前記バルブキャップの上面の内側と前記ボールバルブとの間に設置され、前記ボールバルブが前記第1の貫通孔を密閉するように前記ボールバルブを弾性的に押すリターンスプリングをさらに含む、請求項1に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  3. 前記下部シートがカップ状に形成され、前記下部シートの上部周囲が前記上部シートの下面に密着することを特徴とする、請求項2に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  4. 前記上部シート、前記下部シート、前記ボールバルブ、前記チェックバルブ及び前記パイロットは、鉄より軽い非鉄材料で製作されることを特徴とする、請求項3に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  5. 前記ボビンと電気的に連結されて電源を供給するコネクターが前記バルブケースの一側に設けられることを特徴とする、請求項3に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  6. 前記バルブキャップの流入ポートにメッシュ型フィルターが装着されることを特徴とする、請求項3に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  7. 前記上部シートは、前記下部シートの直径に比べて大きい直径を有し、前記バルブハウジングの内側壁面に、前記下部シートが載置される第1の載置段と、前記上部シートが載置される第2の載置段とが形成されることを特徴とする、請求項2に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  8. 前記上部シート、前記下部シート、前記ボールバルブ、前記チェックバルブ及び前記パイロットは、鉄より軽い非鉄材料で製作されることを特徴とする、請求項7に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  9. 前記ボビンと電気的に連結されて電源を供給するコネクターが前記バルブケースの一側に設けられることを特徴とする、請求項7に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
  10. 前記バルブキャップの流入ポートにメッシュ型フィルターが装着されることを特徴とする、請求項7に記載の可変バルブリフトシステム用オイル制御バルブ。
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