JP5391438B2

JP5391438B2 - 連続可変バルブリフト装置

Info

Publication number: JP5391438B2
Application number: JP2008229848A
Authority: JP
Inventors: 佰植金; 仁起徐; 東熙韓; 宇泰金; 炯翼金; 命植崔; 大成金; 京杓河
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: DE102008059992A1; JP2009174518A; CN101493024A; KR20090080866A; CN101493024B; US8079332B2; DE102008059992B4; KR100993368B1; US20090183703A1

Description

本発明は、連続可変バルブリフト装置に係り、より詳細には、バルブリフトの量をエンジンの動作状態によって変化させることができる、連続可変バルブリフト装置に関する。

エンジンには、燃料を燃焼させて動力を発生させる燃焼室が形成され、燃料が含まれている混合ガスを吸入する吸気バルブ、及び燃焼したガスを排出する排気バルブが形成されている。これら吸気バルブ及び排気バルブは、クランクシャフトに連結されたバルブ開閉機構によって燃焼室を開閉している。

バルブ開閉機構が一定形状のカムによってバルブリフトの量が一定であると、吸入または排出するガスの量を調節することができず、エンジンは運転領域全般にわたって最適な状態を発揮することができない。つまり、低速の運転状態に合わせてバルブ開閉機構が設計されると、高速の運転状態ではバルブが開放されている時間及び量が十分でなく、高速の運転状態に合わせて設計されると、低速の運転状態で反対の現象が起こるようになる。

そこで、吸気バルブや排気バルブのリフトタイミング（すなわち、クランクシャフトの回転を基準にした位相）やリフト量を変更することができる可変バルブリフト装置、例えば、低リフトカムと高リフトカムを切り替えることで吸気バルブのリフト量を２段階に変更できる可変バルブリフト装置〔特許文献１参照〕が提案された。近年では、吸気バルブや排気バルブのリフト量を連続的に変更する連続可変バルブリフト装置、例えば、エンジンの燃焼安定性、排ガス性能および燃費を向上させ、エンジン出力の低下、エンジン全開性能の低下を抑制する連続可変バルブリフト装置〔特許文献２、特許文献３参照〕、コンパクトな形体にしてシリンダー内での占有空間を減らせる連続可変バルブリフト装置〔特許文献４参照〕などが提案されている。

特開２００４−２９３４８３号公報特開２００６−３２９１３０号公報特開２００６−３２９１３１号公報特開２００７−１３８９１０号公報

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、作動領域を多様に構成することができ、コンパクトな構成によって、構成部品数が少なく、体積が小さい連続可変バルブリフト装置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よる連続可変バルブリフト装置は、回転を伝達するように形成された出力カム駆動部と、出力カム駆動部の回転が伝達されて、一定の角度に回転するように形成された出力カムと、出力カムの回転中心位置を調節するように形成された出力カム位置調節部と、出力カムによって開閉されるバルブ開閉部を含み、前記出力カム位置調節部は、調節部ボディーと、前記出力カムと連結されて、前記出力カムの回転中心になるように前記調節部ボディーに形成された出力カム回転軸と、前記調節部ボディーを案内する案内ローラと、前記調節部ボディーと連結されて、前記調節部ボディーの位置を調節する調節ユニットと、を含んで成り、前記案内ローラは、前記調節部ボディーの上面と接触する複数個でなることを特徴とする。上記連続可変バルブリフト装置において、前記出力カム駆動部は、前記出力カムに回転を伝達するように形成された第１偏心軸と、前記第１偏心軸及び前記出力カムを連結する第１連結リンクを含んで構成されていることが好ましく、また、前記調節ユニットは、前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された第２偏心軸と、前記第２偏心軸及び前記調節部ボディーを連結する第２連結リンクを含んで構成されていることが好適であり、さらに、前記第１偏心軸及び前記第１連結リンクは、前記出力カムの間に形成されることが好ましい。そして、前記調節ユニットは、前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された調節カムと、前記調節カムと接触するように前記調節部ボディーに形成された調節カム接触ローラと、前記調節カム及び前記調節カム接触ローラが常に接触するように形成された調節部ボディー弾性部を含んで構成されていることが好ましく、また、前記出力カム駆動部は、前記出力カムに回転を伝達するように形成された入力カムと、前記入力カムと接触するように前記出力カムに形成された入力カム接触ローラと、前記入力カム及び前記入力カム接触ローラが常に接触するように形成された出力カム弾性部を含んで構成されていることが好適であり、さらに、前記調節ユニットは、前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された第２偏心軸と、前記第２偏心軸及び前記調節部ボディーを連結する第２連結リンクを含んで構成されていることが好ましい。そして、さらには、前記調節ユニットは、前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された調節カムと、前記調節カムと接触するように前記調節部ボディーに形成された調節カム接触ローラと、前記調節カム及び前記調節カム接触ローラが常に接触するように形成された調節部ボディー弾性部を含んで構成されていることが好ましく、また、前記出力カムと接触する前記バルブ開閉部の上部断面形状及び前記複数の案内ローラと接触する前記調節部ボディーの上部断面形状は同心円をなすことが好適であり、さらに、前記同心円の直径は無限大であることが好ましい。

本発明による連続可変バルブリフト装置は、簡単な構造で、部品数が少ないので、生産費用及び整備費用を節減することができる。出力カムの回転中心位置の変更によってバルブリフトが小さくなると、バルブタイミングが進角される特性がある。出力カムの簡単な設計変更や調節部ボディーの位置調節によって、バルブリフトの調節が容易であり、ＣＤＡモード運転も可能である。

以下、添付した図面を参照しつつ本発明による連続可変バルブリフト装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。連続可変バルブリフト装置は、回転を伝達する出力カム駆動部１００、出力カム駆動部１００に連結されて一定の角度に回転する出力カム２００、出力カム２００の回転中心位置を調節する出力カム位置調節部３００、及び出力カム２００によって開閉されるバルブ開閉部４００を含む構成である。

出力カム位置調節部３００は、調節部ボディー３１０、出力カム２００と連結されて出力カム２００の回転中心になるように調節部ボディー３１０に形成された出力カム回転軸３２０、調節部ボディー３１０を案内する案内ローラ３３０、及び調節部ボディー３１０と連結されて調節部ボディー３１０の位置を調節する調節ユニット３４０を有しており、案内ローラ３３０は、調節部ボディー３１０の上面３１１と接触するように複数個設置される。

出力カム駆動部１００は、出力カム２００に回転を伝達するように形成された第１偏心軸１１０、及び第１偏心軸１１０と出力カム２００を連結する第１連結リンク１２０を有している。調節ユニット３４０は、調節部ボディー３１０の位置を調節する第２偏心軸３４１、及び第２偏心軸３４１と調節部ボディー３１０を連結する第２連結リンク３４２を有している。

図２は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置のハイリフトモード、及びローリフトモードの作動を示した図面である。図２を参照して、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の作動を説明する。図２の（ａ）は、ハイリフトモードであり、調節部ボディー３１０が第２偏心軸３４１から遠く位置するようになる。そうすると、出力カム回転軸３２０の位置も相対的に第２偏心軸３４１から遠く位置するようになる。従って、バルブ開閉部４００の開閉量は相対的に大きくなり（Ｈ）、開閉時間は相対的に長くなって、エンジンの高出力を要求する状態に適するようになる。

図２の（ｂ）は、ローリフトモードであり、調節部ボディー３１０が第２偏心軸３４１に近く位置するようになる。そうすると、出力カム回転軸３２０の位置も相対的に第２偏心軸３４１に近く位置するようになる。従って、バルブ開閉部４００の開閉量は相対的に小さくなり（Ｌ）、開閉時間は相対的に短くなって、定速運転やエンジンの低出力を要求する状態に適するようになる。

出力カム２００におけるバルブ開閉部４００と接触する部分の形状は、要求されるバルブリフトの大きさや時間などエンジンに要求される性能によって任意に選択され、その形状の決定は、当該技術分野の通常の技術者が本発明の詳細な説明を通じて実施することができるので、詳細な説明は省略する。

図３は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の案内ローラ及び調節部ボディーの構成例を示した図面である。図３の（ａ）は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の案内ローラ及び調節部ボディーの構成図であり、「Ｃ」はスイングアームローラ４１１の中心点を示す。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、「Ｃ」から、それぞれスイングアームローラ４１１の外周、調節部ボディーの上面３１１、及び案内ローラ３３０中心点との距離を示し、「Ｃ」を中心に同心円となっている。この構成では、調節部ボディー３１０が、調節ユニット３４０によって案内ローラ３３０と共に移動しても、移動による誤差の発生を防止することができる。つまり、バルブリフトが変化する過程で、バルブリフトの変化が一定に維持されるので、エンジン性能の信頼度を向上させることができる。

図３の（ｂ）は、バルブ開閉部４０１の上面４１２、調節部ボディー３１２の上面３１３、及び案内ローラ３３０が平行に形成された変形例である。つまり、図３の（ｂ）に示した構成は、調節部ボディー３１２が案内ローラ３３０と共に水平に移動するので、移動による誤差の発生を防止することができる。このような構成は、同心円の直径が無限大であると想定することができる。

図３の（ｃ）は、図３の（ａ）に示した第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置のバルブ開閉部４００をタペット４０２に代えたもので、タペットの上面４１３、調節部ボディー３１４の上面３１５、案内ローラ３３０が任意の一点（Ｄ）を中心に同心円をなすように形成される。図３の（ａ）に示した例と同様に、調節部ボディー３１４が図１に示した調節ユニット３４０によって案内ローラ３３０と共に移動しても、移動による誤差の発生を防止することができる。

図３の（ｄ）は、図３の（ｂ）に示したバルブ開閉部４０１をタペット４０３に代えたもので、タペットの上面４１４、調節部ボディー３１６の上面３１７、及び案内ローラ３３０が平行に形成され、図３の（ｂ）に示した例と同様に、調節部ボディー３１６が案内ローラ３３０と共に水平に移動しても、移動による誤差の発生を防止することができる。

図４は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の補正方法を概略的に示した図面である。連続可変バルブリフト装置は、組立てる過程で、エラーの発生などによって案内ローラや調節部ボディーの位置またはスイングアームの位置に誤差が生じ、これにより製品を廃棄したり、あるいは誤差を修正するのに多くの労力と費用が発生することがある。しかし、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、案内ローラ３３１、３３２の大きさを調節したり、案内ローラ３３３、３３４の位置を調節して、発生した誤差を修正することができる。

図５は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置のバルブプロファイルの変化を示した図面である。図５に示しているように、連続可変バルブリフト装置は、バルブリフトが小さくなる時に、最大バルブリフトが進角される（ａｄｖａｎｃｅｄ）特性がある。

図６は第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の位置別最大バルブリフトを概略的に示した図面である。図６に示しているように、バルブリフトが小さい領域でバルブリフトの変化が小さいので、低負荷領域でバルブリフトを容易に制御することができて、エンジンの制御が容易である。

図７〜図１１は本発明の他の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を示した図面であって、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成と異なる構成についてのみ説明する。図７は第２の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。

第２の実施形態による連続可変バルブリフト装置の出力カム駆動部７１００は、出力カム７２００に回転を伝達するように形成された入力カム７１１０、入力カム７１１０と接触するように出力カム７２００に形成された入力カム接触ローラ７１２０、及び入力カム７１１０及び入力カム接触ローラ７１２０が常に接触するように形成された出力カム弾性部７２１０を含む構成である。

第２の実施形態による連続可変バルブリフト装置の出力カム駆動部７１００は、従来のものと類似した入力カム７１１０を利用して、従来のバルブトレインの構成を一部だけ変形して実現することができるので、生産費用を節減することができる。第２の実施形態による連続可変バルブリフト装置のその他の構成は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成と類似しているので、重複する説明は省略する。

図８は第３の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。第３の実施形態による連続可変バルブリフト装置の調節ユニット８３４０は、調節部ボディー８３１０の位置を調節するように形成された調節カム８３４１、調節カム８３４１と接触するように調節部ボディー８３１０に形成された調節カム接触ローラ８３４２、及び調節カム８３４１及び調節カム接触ローラ８３４２が常に接触するように形成された調節部ボディー弾性部８２１０を含む構成である。

第３の実施形態による連続可変バルブリフト装置のその他の構成は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成と類似しているので、重複する説明は省略する。

図９は第４の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。第４の実施形態による連続可変バルブリフト装置の出力カム駆動部９１００は、出力カム９２００に回転を伝達するように形成された入力カム９１１０、及び入力カム９１１０と接触するように出力カム９２００に形成された入力カム接触ローラ９１２０を含む構成である。

また、第４の実施形態による連続可変バルブリフト装置の調節ユニット９３４０は、調節部ボディー９３１０の位置を調節するように形成された調節カム９３４１、及び調節カム９３４１と接触するように調節部ボディー９３１０に形成された調節カム接触ローラ９３４２を含む構成である。

入力カム９１１０及び入力カム接触ローラ９１２０が常に接触するように形成された出力カム弾性部を含むことができ、調節カム９３４１及び調節カム接触ローラ９３４２が常に接触するように形成された調節部ボディー弾性部を含むこともでき、図９に示したように、１つの出力カム弾性部９２１０で出力カム弾性部及び調節部ボディー弾性部の役割を果たして、部品数を減少させることもできる。第４の実施形態による連続可変バルブリフト装置のその他の構成は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成と類似しているので、重複する説明は省略する。

図１０は第５の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図であり、図１１は第５の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した斜視図である。第５の実施形態による連続可変バルブリフト装置は、回転力を伝達する第１偏心軸１０１１０及び第１偏心軸１０１１０と連結された第１連結リンク１０１２０が出力カム１０２００の間に形成される。出力カム１０２００は、出力カム回転軸１０３２０を中心に回転し、出力カム回転軸１０３２０の位置は、出力カム位置調節部１０３００によって変化する。

第５の実施形態による連続可変バルブリフト装置のその他の構成及び作動は、第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置のその他の構成及び作動と類似しているので、詳細な説明は省略する。

第５の実施形態による連続可変バルブリフト装置は、従来の一般的なバルブトレインとその配置などに大きな変化がなく、一般的なバルブトレインの設計を大きく変更しなくても適用することができるので、大きな費用負担なく大量生産が可能になる。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって容易に変更されて均等だと認められる範囲の全ての変更を含むものである。

本発明の第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。本発明の第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置のハイリフトモード、及びローリフトモードの作動を示した図面で、（ａ）はハイリフトモード、（ｂ）はローリフトモードである。本発明の第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の案内ローラ及び調節部ボディーの構成例を示した図面である。本発明の第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の補正方法を概略的に示した図面である。本発明の第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置のバルブプロファイルの変化を示した図面である。本発明の第１の実施形態による連続可変バルブリフト装置の位置別最大バルブリフトを概略的に示した図面である。本発明の第２の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。本発明の第３の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。本発明の第４の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。本発明の第５の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した正面図である。本発明の第５の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を概略的に示した斜視図である。

１００、７１００、９１００；出力カム駆動部
１１０、１０１１０；第１偏心軸
１２０、１０１２０；第１連結リンク
２００、７２００、９２００、１０２００；出力カム
３００、１０３００；出力カム位置調節部
３１０、３１２、３１４、３１６、７３１２０、８３１０、９３１０、１０３１０；調節部ボディー
３１１、３１３、３１５、３１７；調節部ボディーの上面
３２０、１０３２０；出力カム回転軸
３３０、３３１、３３２、３３３、３３４；案内ローラ
３４０、８３４０、９３４０；調節ユニット
３４１；第２偏心軸
３４２；第２連結リンク
３５０、４００、４０１；バルブ開閉部
４０２，４０３；タペット
４１１；スイングアームローラ
４１２；バルブ開閉部の上面
４１３、４１４；タペットの上面
７１１０、９１１０；入力カム
７１２０、９１２０；入力カム接触ローラ
７２１０、９２１０；出力カム弾性部
８２１０；調節部ボディー弾性部
８３４１、９３４１；調節カム
８３４２、９３４２；調節カム接触ローラ

Claims

回転を伝達するように形成された出力カム駆動部と、
前記出力カム駆動部の回転が伝達されて、一定の角度に回転するように形成された出力カムと、
前記出力カムの回転中心位置を調節するように形成された出力カム位置調節部と、
前記出力カムによって開閉されるバルブ開閉部を含み、
前記出力カム位置調節部は、
調節部ボディーと、
前記出力カムと連結されて、前記出力カムの回転中心になるように前記調節部ボディーに形成された出力カム回転軸と、
前記調節部ボディーを案内する案内ローラと、
前記調節部ボディーと連結されて、前記調節部ボディーの位置を調節する調節ユニットと、を含んで成り、
前記案内ローラは、前記調節部ボディーの上面と接触する複数個でなることを特徴とする連続可変バルブリフト装置。
前記出力カム駆動部は、
前記出力カムに回転を伝達するように形成された第１偏心軸と、
前記第１偏心軸及び前記出力カムを連結する第１連結リンクを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記調節ユニットは、
前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された第２偏心軸と、
前記第２偏心軸及び前記調節部ボディーを連結する第２連結リンクを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記第１偏心軸及び前記第１連結リンクは、前記出力カムの間に形成されることを特徴とする請求項２に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記調節ユニットは、
前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された調節カムと、
前記調節カムと接触するように前記調節部ボディーに形成された調節カム接触ローラと、
前記調節カム及び前記調節カム接触ローラが常に接触するように形成された調節部ボディー弾性部を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記出力カム駆動部は、
前記出力カムに回転を伝達するように形成された入力カムと、
前記入力カムと接触するように前記出力カムに形成された入力カム接触ローラと、
前記入力カム及び前記入力カム接触ローラが常に接触するように形成された出力カム弾性部を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記調節ユニットは、
前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された第２偏心軸と、
前記第２偏心軸及び前記調節部ボディーを連結する第２連結リンクを含んで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記調節ユニットは、
前記調節部ボディーの位置を調節するように形成された調節カムと、
前記調節カムと接触するように前記調節部ボディーに形成された調節カム接触ローラと、
前記調節カム及び前記調節カム接触ローラが常に接触するように形成された調節部ボディー弾性部を含んで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記出力カムと接触する前記バルブ開閉部の上部断面形状及び前記複数の案内ローラと接触する前記調節部ボディーの上部断面形状は同心円をなすことを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
前記同心円の直径は無限大であることを特徴とする請求項９に記載の連続可変バルブリフト装置。