KR100240585B1 - 자동차의 밸브타이밍 가변장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 운전상태에 따라 밸브타이밍을 가변토록 하여 보다 최적의 밸브타이밍을 유지토록 하는 밸브 타이밍 가변장치에 관한 것이다.

본 발명은 크랭크축으로부터 동력을 전달받는 타이밍풀리(20)와; 일측에 상기 타이밍풀리(20)가 고정되며, 타측에 나선형 스플라인이 형성되는 풀리축(10)과; 상기 풀리축(10)과 동축상으로 배열되고, 일측이 상기 풀리축(10)의 나선형 스플라인과 결합되어 직선이동시 풀리축(10)에 대해 직선 이동거리에 비례하는 회전을 이루는 캠축(30)과; 풀리축(10)과 캠축(30)을 멀어지는 방향으로 탄성지지하는 스프링(50)과; 캠축(30)의 타단에 제공되어 제어신호 인가시 캠축(30)을 축방향으로 가압하는 솔레노이드(40)로 이루어진 자동차의 밸브타이밍 가변장치를 제공한다.

이러한 본 발명은 유압을 이용하지 않고 간단한 구조로 밸브 타이밍의 가변이 가능하게 되고, 나아가서 저가이면서도 캠축 조립체의 크기를 줄여 엔진 콤팩트화에 기여할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Description

자동차의 밸브타이밍 가변장치

본 발명은 자동차의 밸브타이밍 가변장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 운전상태에 따라 밸브타이밍을 가변토록 하여 보다 최적의 밸브타이밍을 유지토록 하는 밸브 타이밍 가변장치에 관한 것이다.

자동차는 가솔린 또는 디이젤 및 액화천연가스등을 연소시켜 그 폭발력을 이용하여 크랭크축을 회전시켜 구동력을 얻는 것으로, 연료와 공기의 혼합기를 압축하여 이를 연소시키는 실린더를 갖춘 내연기관(이하, 엔진이라 함)을 갖추고 있다.

엔진은 복수의 실린더를 형성하고 있는 실린더블록과 이 실린더 블록의 상부에 제공되어 연소실을 제공하는 실린더 헤드 및 상기 실린더내를 승강하며 폭발력을 발생시키는 피스톤을 갖추고 있다.

또한, 실린더는 흡기구와 배기구를 갖추고 있으며, 각각의 이들 흡.배기구를 통해 혼합기를 공급하거나 또는 연소가스를 배출하는 밸브개폐장치를 포함하고 있다.

이러한 엔진은 주로 2행정기관 또는 4행정기관으로 분류되는 바, 본 발명은 4행정(흡입, 압축, 폭발, 배기행정)을 1사이클(cycle))로 하는 기관에 관련된 것으로서, 이러한 엔진은 압축행정에서 연소실에 제공되는 점화플러그로 스파크를 발생시켜 압축된 혼합기를 점화하여 폭발시키고, 이 폭발력에 의해 피스톤을 하강시킨다. 그리고 커넥팅로드로 피스톤과 크랭크축을 연결하여 피스톤의 승강운동을 크랭크축의 회전운동으로 전환하여 구동력을 얻게 된다.

또한, 상기 밸브개폐장치는 크랭크축에 직결되거나 또는 타이밍벨트등에 의해 연결되어 회전을 이루는 캠축과, 이 캠축상에 각각의 실린더수와 대응하도록 배치되는 복수의 캠과, 캠에 의해 직선왕복운동하며 흡기구 및 배기구를 개폐하는 흡기밸브 그리고 배기밸브를 갖추고 있다. 4행정기관에서는 상기 캠축은 크랭크축의 2회전에 의해 1회전만을 이루도록 구성되어 1사이클에서 각각의 흡기밸브 및 배기밸브는 한번 개폐되어 진다. 상기 캠축은 하나의 캠축으로 흡기밸브 및 배기밸브를 동시에 구동하는 싱글 오버 헤드 캠샤프트(SOHC)형식과, 흡기밸브용의 흡기캠축과 배기밸브용의 배기캠축이 전용으로 제공되는 더블 오버 헤드 캠 샤프트(DOHC)형식이 개발되어 있다.

참고적으로, 4행정을 개략적을 설명하면, 먼저 흡입행정에서는 흡기밸브는 개방되고, 배기밸브는 닫혀있는 상태에서 피스톤이 하강하게 되므로 흡기구를 통해 혼합기(연료 및 공기)가 도입된다. 이러한 상태에서 압축행정이 진행되는데, 압축행정시에는 피스톤이 하사점을 지나 상승을 개시하는 시점에서 캠작용에 의해 흡기밸브가 닫히게 되고, 배기밸브는 계속해서 닫힘상태를 유지한다. 따라서 피스톤이 점차상승함에 따라 혼합기는 압축되어 진다. 그리고 폭발행정에서는 상기 피스톤이 압축을 실시하며 상사점에 도달한 시점에서 점화플러그에서 스파크를 발생시켜 압축된 혼합기가 폭발하고, 이 폭발력에 의해 피스톤이 하강하게 된다. 이와 같이 피스톤이 하강하는 힘은 커넥팅로드를 통해 전달되어 크랭크축의 회전력을 발생시킨다.

그리고 배기행정에서는 피스톤이 하사점을 지나 다시 상승을 개시하면, 캠작용에 의해 흡기밸브가 개방되고 피스톤의 상승에 따라 실린더내의 연소가스가 배기구를 통해 배출된다. 한편, 상기 크랭크축에는 비교적 중량체의 플라이휠이 설치되어 회전관성에 의해 크랭크 축이 항시 한 방향으로 일정한 회전력을 유지하며 회전하도록 되어 있다.

이러한 엔진은 저속과 고속에서의 엔진성능이 다르게 요구되고 있으므로 엔진회전수에 따라 밸브의 개폐타이밍를 필요로 하고 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와같이 저속에서는 아이들상태 및 고속에 비해 상대적으로 흡기밸브의 타이밍을 빨리할 때 보다 고출력을 얻을 수 있게 된다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 흡기밸브의 타이밍을 보다 빨리 일어나도록 하여 추력을 높이기 위한 장치가 개발되어 있다.

도 1에는 종래의 밸브 타이밍 가변장치의 일레가 도시되어 있는데, 이에 따르면, 캠축(1)의 내부에 길이방향으로 오일통로(2)가 관통형성되어 있고, 캠축(1)의 후단에는 오일통로(2)의 일단을 개페하는 개폐밸브(3)가 설치되어 있다. 그리고 캠축(1)의 선단에는 커버(4)에 의해 밀폐되며 외측에 타이밍풀리(5a)가 일체로 구서되는 하우징(5)이 제공되고, 하우징(5)과 캠축(1) 사이에는 스프링(6)에 탄성지지되는 슬라이더(7)가 설치되어 있다. 슬라이더(7)의 외측은 하우징(5)에 스플라인결합되어 있고, 내측은 캠축(1)의 주연과 나선형스플라인에 의해 결합되어 있다 또한, 슬라이더(7)의 일면은 상기 오일통로(2)로 공급되는 오일의 압력을 적용받아 축방향으로 이동가능하도록 설치되어 있다.

또한, 상기 개폐밸브(3)의 후단에는 엔진 회전수를 감지하는 제어부로부터 인가되는 제어신호에 따라 작동하는 솔레노이드(8)가 설치되어 있다.

이러한 밸브타이밍 가변장치는 아이들 상태 또는 고속에서는 오일통로(2)로 공급된 오일은 오일통로 후단의 개폐밸브(3)를 통해 드레인 되어져 통상의 밸브 타이밍을 갖게 된다. 그리고, 엔진회전수가 저속을 유지하게 되면 제어부로부터 신호가 인가되거 솔레노이드(8)가 작동하게 되고, 이에 따라 솔레노이드(8)가 개폐밸브(3)를 밀어 오일통로의 후단을 막게 된다. 따라서 오일은 오일통로의 선단으로 공급되어 스프링(6)을 압축하며 슬라이더(7)를 밀게 되므로 슬라이더(7)에 헬리컬기어결합을 이루고 있는 캠축(1)이 회전을 이루게 된다. 캠축(1)은 회전에 의해 흡기밸브의 개폐타이밍을 변화시키게 되고, 이때의 타이밍은 빨라지게 된다. 그리고, 다시 엔진회전수가 바뀌면 솔레노이드가 개폐밸브(3)를 개방하여 스프링(6)이 복원력에 의해 슬라이더(7)가 이동하여 원래의 상태로 복귀하게 된다.

그러나 이와 같은 구성을 갖는 종래의 행정식별장치는 유압을 이용하고 있으므로 구성이 매우 복잡하고, 캠축의 길이가 길어지는 등 여러 가지의 문제를 갖고 있었다.

즉, 밸브 타이밍을 제어하기 위해 유압을 이용하고 있어 캠축내에 유압공급라인 및 유압의 제어를 위한 각종 부재들을 필요로 하고 있으므로 전체적인 구조가 복잡해지게 되고, 제조원가가 많이 소요되는 문제를 갖고 있을 뿐만 아니라 특히, 캠축(1)에 별도의 유압장치들을 부가적으로 설치하기 때문에 캠축조립체의 길이가 길어지게 되므로 엔진크기가 커지게 되는 것은 물론 차체의 중량을 무겁게 하는 등의 문제가 수반되고 있는 것이다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 별도의 유압을 이용하지 않고 간단한 구조로 밸브 타이밍을 가변할 수 있는 자동차의 밸브타이밍 가변장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 저가이면서도 캠축 조립체의 크기를 작게하여 엔진 콤팩트화에 기여할 수 있는 자동차의 밸브 타이밍 가변장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 가변장치의 구성을 보인 단면도

도 2는 본 발명에 따른 가변장치의 구성을 보인 단면도

도 3은 엔진회전영역과 밸브 타이밍의 가변에 따른 엔진출력의 성능곡선을 나타내는 그래프

도 4는 밸브 타이밍가변시의 밸브위상의 변화를 나타내는 그래프

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 풀리축 12: 걸림턱

14: 나선형스플라인축 20: 타이밍풀리

22: 타이밍벨트 30: 캠축

32: 걸림턱 34: 중공 나선형스플라인

36: 작동캠 40: 솔레노이드

이러한 본 발명의 목적은 크랭크축으로부터 동력을 전달받는 타이밍풀리와; 일측에 상기 타이밍풀리가 고정되며, 타측에 나선형 스플라인축이 형성되는 풀리축과; 상기 풀리축상에 동축상으로 배열되고, 일측이 상기 풀리축의 나선형 스플라인축과 결합되는 중공 나선형스플라인이 형성되어 직선이동시 풀리축에 대해 직선 이동거리에 비례하는 회전을 이루는 캠축과; 풀리축과 캠축을 멀어지는 방향으로 탄성지지하는 스프링과; 캠축의 타단에 제공되어 제어신호 인가시 캠축을 축방향으로 가압하는 솔레노이드로 이루어진 자동차의 밸브타이밍 가변장치에 의해 달성될 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에는 본 발명에 따른 자동차의 밸브타이밍 가변장치가 도시되어 있다. 이에 따르면, 본 발명은 걸림턱(12)을 기준으로 선단(도면상 좌측)에 타이밍벨트(22)에 의해 도시되지 않은 크랭크축으로부터 동력을 전달받는 타이밍풀리(20)가 고정되며, 후단주연에 나선형으로 형성된 스플라인축(이하,'나선형스플라인축(14)'이라 약칭함)이 형성되는 풀리축(10)이 구비된다.

상기 풀리축(10)과 동축상으로 배열되며 선단이 상기 풀리축(10)의 나선형 스플라인과 결합되는 중공 나선형스플라인(34)이 형성되어 있는 캠축(30)이 설치되어 있다. 캠축(30)상에는 흡기밸브를 작동시키는 복수의 작동캠(36)에 일체로 구성되어 있으며, 선단에 인접부에는 걸림턱(32)이 형성되어 있다. 캠축(30)은 핼리컬스플라인에 의해 직선이동시 풀리축(10)에 대해 직선 이동거리에 비례하는 회전을 이루게 된다.

풀리축(10)과 캠축(30)의 걸림턱(12)(32)들 사이에는 두 부재를 서로 멀어지는 방향으로 탄성지지하는 스프링(50)이 개재되어 있다.

한편, 캠축(30)의 타단에는 엔진회전수에 따라 가변되는 제어신호 인가시 캠축(30)을 축방향으로 가압하는 솔레노이드(40)가 설치되어 있다.

사기 풀리축(10)은 도시되지 않은 엔진조립체에 회전가능하게 고정되고, 캠축(30)은 엔진조립체에 회전 및 축방향이동이 가능하도록 고정된다. 이때 캠축(30)은 스프링(50)에 의한 후방으로의 축방향 이동이 소정위치에서 더 이상 일어나지 않도록 축방향 이동이 제한되도록 고정된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 고안은 아이들시 또는 고속에서는 타이밍풀리(20)가 회전을 이루게 되면, 풀리축(10)이 회전을 이루게 되고, 이 풀리축(10)에 연결된 캠축(30)이 회전을 이루게 되어 통상적인 밸브 타이밍을 유지하게 된다. 이때 캠축(30)의 중공 나선형스플라인(34)은 풀리축(10)의 나선형스플라인축(14)과 결합되어 있으므로 회전력 및 축방향으로의 분력에 의해 축방향으로 이동하려는 힘이 발생되나 축방향으로의 후퇴는 제한되어 있으므로 회전만을 이루게 된다.

그리고, 어엔진회전수가 저속으로 유지되면, 제어부에서 제어신호를 인가하고, 이 제어신호에 의해 솔레노이드(40)가 작동하며 캠축(30)을 축방향 전방으로 가압하게 된다. 따라서, 나선형스플라인에 의해 캠축(30)과 결합되어 있는 풀리축(10)이 회전하려는 힘을 갖게된다. 그러나 풀리축(10)은 타이밍벨트(22)에 의해 강력한 회전토오크를 갖는 크랭크축에 연결되어 있으므로 힘이 작용하는 방향으로 회전이 이루어지지 않게 되므로 그 반작용에 의해 캠축(30)자신이 회전을 이루게 된다. 이때 캠축(30)의 회전은 이동거리에 비례하게 되므로, 이동거리를 조절하는 것에 의해 캠축(30)의 회전각을 제어할 수 있게 된다.

또한, 다시 엔진회전수가 가변하면, 솔레노이드(40)가 후퇴하고, 동시에 나선형스플라인의 작용에 의해 캠축(30)이 후퇴하며 예정된 위치에서 걸리게 되므로 처음의 상태로 복귀하게 된다.

따라서, 본 발명은 별도의 유압장치를 필요로 하지 않으면서도 흡기밸브의 타이밍을 가변시킬 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 밸브타이밍 가변장치는 동축상에 배열되는 캠축의 일측과 풀리축의 일측을 헬리컬스프라인형태로 결합하여 제어신호에 의해 캠축을 가압하는 것에 의해 유압을 이용하지 않고 간단한 구조로 밸브 타이밍의 가변이 가능하게 되고, 나아가서 저가이면서도 캠축 조립체의 크기를 줄여 엔진 콤팩트화에 기여할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (1)

1. 크랭크축으로부터 동력을 전달받는 타이밍풀리(20)와, 일측에 상기 타이밍풀리(20)가 고정되며, 타측에 나선형 스플라인축(14)이 일체로 형성되는 풀리축(10)과, 상기 풀리축(10)과 동축상으로 배열디고, 일측이 상기 풀리축(10)의 나선형 스플라인축(14)과 결합되는 중공 나선형 스풀라인(34)이 형성되어 직선이동시 풀리축(10)에 대해 직선이동거리에 비례하는 회전을 이루는 캠축(30)을 포함하는 자동차의 밸브타이밍 가변장치에 있어서, 상시 풀리축(10)과 캠축(30)을 서로에 대해 멀어지는 방향으로 탄성지지하고, 상기 캠축(30)의 후방으로의 축방이동을 제한하도록 상기 풀리축(10)과 캠축(30)사이에 설치되는 스프링(50); 및 캠축(30)의 타단에 제공되어 엔진 회전수에 따라 가변된 제어신호가 인가될 때 캠축(30)을 축방향으로 가압하는 솔레노이드(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 밸브타이밍 가변장치.

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