KR100412827B1 - 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치에 관한 것으로, 하우징(20)의 내부에 유압실(23)을 마련하여 피스톤(30)을 설치하고, 이 피스톤(30)과 상기 하우징(20)에 회동가능하게 내장된 로터(10)의 베인(11)을 로드(31)로 연결하는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 유압실(23)의 수와 유압실(23)을 양분하여 진각유압실(23a)과 지각유압실(23b)로 구분하기 위한 시일(32)의 수가 줄어들고, 하우징에 접촉되는 부분의 면적이 줄게 되어 구동유압이 적게 소모되는 효과가 있다.

Description

자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치{variable valve timing apparatus for engine of vehicles}

본 발명은 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치에 관한 것으로, 특히 유압실과 이 유압실의 기밀유지를 위한 시일의 수가 감소되고, 구동유압의 크기가 작아질 수 있도록 된 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 연소실내에서 혼합기와 연소가스의 교환작용--혼합기의 유입과 연소가스의 배출작용--이 완전하고도 신속하게 이루어져야 높은 출력을 낼 수 있다.

그러나, 흡입되는 혼합기 및 배출되는 연소가스는 각자의 운동관성을 가지고 있으므로 흡배기 밸브의 상대적 작동상태가 일정하게 고정되어 있는 상태에서는 혼합기와 연소가스의 흡입 및 배출작용이 최선으로 제어될 수 없다.

즉, 밸브양정이나 열림각이 캠의 형상 등에 따라 고정되어 있는 상태에서는 저·중속을 중시하는 경우에는 고속에서의 출력손실을 감수하고, 고속을 중시하는 경우에는 저속에서의 토크나 안정성을 희생할 수 밖에 없게 된다.

따라서 현재의 차량은 밸브 타이밍을 가변제어하여 넓은 회전영역에 걸쳐서 최적의 흡배기상태를 유지함에 따라 전 영역에 걸쳐 엔진의 운전효율이 향상될 수 있도록 하고 있다.

상기와 같이 밸브타이밍을 가변제어하기 위한 밸브타이밍 가변장치에는 주로 헬리컬 스플라인 타입과 베인 타입의 장치가 사용되고 있는데, 헬리컬 스플라인 타입의 가변장치는 헬리컬 기어 사용으로 인해 원가가 비싸고 구동에 큰 유압이 소모된다는 단점이 있어서, 최근에는 베인타입의 가변장치 적용이 증가하고 있는 추세이다.

도 1과 도 2는 각각 상기 베인타입 밸브타이밍 가변장치의 설치예와 그 단면도를 도시한 것으로서, 이 가변장치(100)는 캠축(101)의 단부에 고정되고 외주면에 수개의 베인(103)이 형성되어 있는 로터(102)와 이 로터(102)를 내장하고 외주면에 구동기어(106)가 형성된 하우징(105)으로 이루어진다.

또한 상기 하우징(105)의 내부에는 돌출부(107)들이 형성되고, 두 돌출부(107)들의 사이에 상기 로터(102)의 베인(103)이 하나씩 위치되며, 이 베인(103)에 하우징(105)의 내주면에 접촉되는 시일(104)이 구비되어 베인(103)의 양쪽으로 유압실(108,109)이 형성되는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 오일컨트롤밸브를 통하여 상기 두 유압실(108,109)로 유입되는 오일유량을 조절함으로써 하우징(105)에 대한 베인(103)의 위상을 조절하여 로터(102)에 연결된 캠축(101)의 위상을 조절할 수 있게 되며, 이로써 밸브의 개폐시기를 가변적으로 조절할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 밸브타이밍 가변장치는 제품에 따라 다소 차이가 있으나 보통 3∼4개의 베인이 형성된 로터를 사용하게 되는데, 따라서 하우징에 형성되는 유압실의 수가 많고, 이 유압실들의 기밀유지를 위한 시일의 수가 증가하는 단점이 있었으며, 시일의 수 증가로 인하여 로터와 하우징 간의 접촉면적이 증가하므로 필요 구동유압이 커진다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 유압실과 시일의 수가 줄어들고, 또한 필요 구동유압도 작아질 수 있도록 된 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 베인타입 밸브타이밍 가변장치의 설치 상태도,

도 2는 종래 베인타입 밸브타이밍 가변장치의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 밸브타이밍 가변장치의 진각시 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 밸브타이밍 가변장치의 지각시 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 밸브타이밍 가변장치의 피스톤 확대 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 로터, 11 : 베인,11a : 결합공, 20 : 하우징,21 : 구동기어, 22 : 회동공간,23 : 유압실, 23a : 진각유압실,23b : 지각유압실, 23c,23d : 오일출입구,24 : 가이드공, 30 : 피스톤,

31 : 로드, 31a : 원형단부,32 : 시일, 33 : 홈,34 : 판스프링, C : 회동중심점.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2개의 베인을 갖춘 로터가 하우징의 내부에 회동가능하게 내장되고, 상기 하우징에는 2개의 유압실이 형성되며, 이 유압실에 피스톤이 내장되어, 이 피스톤들의 로드가 상기 로터의 베인에 각각 연결되는 구조로 이루어져 있다.

즉, 유압으로 상기 피스톤의 승하강을 조절함으로써 베인의 위상을 조절하여 캠축의 회전량을 가변제어할 수 있도록 된 것이며, 유압실과 시일의 수가 줄고, 이에 따라 필요 구동유압이 작아질 수 있도록 된 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 밸브타이밍 가변장치의 단면도로서, 본 발명은 캠축의 단부에 보울트 등의 체결수단을 매개로 고정되어 캠축과 동위상으로 회전되는 로터(10)와, 이 로터(10)가 회동가능하게 내장되고 외주면에 구동기어(21)가 형성되어 체인 또는 구동벨트를 매개로 크랭크샤프트에 연동되는 하우징(20) 및, 이 하우징(20)의 내부에 내장되어 상기 로터(10)를 회동시키는 피스톤(30)을 포함하여 이루어진다.

상기 로터(10)는 캠축에 고정되는 중앙부분을 중심으로 양측으로 부채꼴형의 베인(11)이 형성된 형상으로 이루어지며, 상기 하우징(20)에는 상기 베인(11)이 회동할 수 있는 회동공간(22)이 마련된다.

또한 상기 하우징(20)의 회동공간(22) 사이의 몸체부에는 각각 유압실(23)이 형성되며, 이 각 유압실(23)에 상기 피스톤(30)이 내장되고, 이 피스톤(30)들의 로드(31)는 하우징(20)에 형성된 가이드공(24)을 통해 회동공간(22)으로 연장되어 각각 마주보는 위치의 베인(11)에 연결된다.

상기 피스톤(30)의 중간에는 시일(32)이 설치되는데, 이 시일(32)로 인하여 유압실(23)은 진각유압실(23a)과 지각유압실(23b)로 구분되고, 각 진각유압실(23a)과 지각유압실(23b)에는 오일출입구(23c,23d)가 형성된다.여기서, 상기 가이드공(24)과 로드(31)의 사이에는 일반적인 유압실린더의 피스톤로드와 이의 출입공에서와 같이 밀착상태에서 시일링처리되어 피스톤로드의 왕복이동은 가능하지만 내부 오일의 누출은 일어나지 않도록 되어 있음은 물론이다.

따라서, 별도 구비된 오일컨트롤밸브를 통하여 상기 오일출입구(23c)를 통하여 진각유압실(23a)로 오일이 공급되면 피스톤(30)들이 유압실(23)의 내측으로 이동하면서 로드(31)에 의해 베인(11)이 시계방향으로 회동되고, 반대로 진각유압실(23a)에서 오일이 빠지고 23d번 오일출입구를 통하여 지각유압실(23b)로 오일이 공급되면 피스톤(30)들이 유압실(23)외측으로 이동하여 베인(11)이 반시계방향으로 회동된다(도 3,도 4참조).여기서, 상기 피스톤(30)은 유압실(23)의 내벽을 따라 상하방향으로 이동하도록 되어 있으며, 이에 의하여 상기 로드(31)도 가이드공(24)에 의해 이동방향이 제한되는 상태에서 정확히 상하방향으로만 이동되며, 좌우방향으로의 이동은 발생하지 않는다.그런데, 상기와 같이 로드(31)에 좌우방향 거동이 발생할 수 없는 구조에서 캠축상에 고정되어 회동중심점(C)의 위치가 일정한 지점으로 고정된 베인(11)이 상기 피스톤(30)의 작동에 따른 로드(31)의 승하강에 의해 회동될 수 있으려면 로드(31)와 베인(11)의 연결지점이 고정되어 있어서는 안된다.즉, 회동중심점(C)과 로드(31)의 단부 사이의 거리가 로드(31)와 베인(11)의 연결지점이 회전만 가능한 고정상태일 경우 베인(11) 회동시 발생되는 로드(31)의 좌우방향거동량을 수용(대신)할 수 있을 만큼 가변될 수 있어야만 한다.따라서, 상기 로드(31)의 단부는 원형으로 형성되고, 이 원형단부(31a)보다 지름이 큰(상기 좌우방향거동량을 흡수할 수 있을 만큼) 원형의 결합공(11a)이 베인(11)에 형성되어 이 결합공(11a)에 상기 원형단부(31a)가 내장되는 방식으로 로드(31)와 베인(11)이 연결됨으로써 로드(31)가 좌우방향으로의 거동이 제한되어 있다 할지라도 피스톤(30)의 상하이동에 의하여 베인(11)이 회동할 수 있도록 되어 있다.따라서, 진각유압실(23a)에 유압이 인가되어 피스톤(30)이 유압실(23)의 내측으로 이동되면 로드(31)가 유압실(23)의 외측으로 밀려 나오면서 베인(11)을 밀어 베인(11)을 시계방향으로 회동시키게 되며(도 3), 반대로 지각유압실(23b)에 유압이 인가되어 피스톤(30)이 유압실(23)의 외측으로 이동되면 로드(31)가 유압실(23)의 내측으로 끌려 들어가면서 베인(11)을 당겨 베인(11)을 반시계방향으로 회동시키게 되는 것이다(도 4).

이와 같이 오일공급을 통하여 피스톤(30)을 작동시켜 베인(11)을 양방향으로 회동시킬 수 있게 됨으로써 로터(10)와 하우징(20)의 위상차를 발생시킬 수 있으며, 이에 의해 밸브타이밍을 필요에 따라 진각 및 지각상태로 가변제어할 수 있게 된다.

한편, 상기 밸브타이밍 가변장치에는 유압실이 2개만 형성되고, 진각유압실과 지각유압실을 구분하는 시일도 2개만 필요하므로 유압실과 시일의 개수가 줄어 들고, 또한 시일의 개수가 줄어듦으로써 하우징(20)에 마찰되는 부분의 면적이 줄게되어 필요 구동유압도 작아질 수 있게 된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 시일(32)은 피스톤(30)의 외주면에 형성된 홈(33)에 끼워지는데, 이 홈(33)의 내부에 판스프링(34)을 설치하여 시일(32)을 유압실(23)면으로 밀어줌으로써 기밀성의 향상을 도모할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유압실과 시일의 수가 줄게 되어 유압실의 기밀유지에 유리하고, 마찰부분의 면적이 줄어듦으로써 소모 구동유압이 작아지게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 2개의 베인(11)이 형성되고 캠축의 단부에 고정된 로터(10)와;

   외주면에 구동기어(21)가 형성되고, 내부에 상기 로터(10)가 회동가능하게 내장되는 회동공간(22)이 형성되며, 이 회동공간(22) 사이의 하우징 몸체부에 오일출입구(23c,23d)를 갖춘 유압실(23)이 형성된 하우징(20)과;

   상기 유압실(23)에 내장되고, 가이드공(24)을 통해 마주보는 위치의 베인(11)에 로드(31)를 매개로 연결되되 이 로드(31)의 원형단부(31a)가 로드(31)와 베인(11)의 연결지점이 고정되었을 경우 필요한 로드(31)의 좌우이동량을 보상할 수 있을 만큼 상기 원형단부(31a)보다 지름이 큰 베인(11)의 결합공(11a)에 내장되어 유동될 수 있도록 연결된 피스톤(30)을 포함하여 이루어지는 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 유압실(23)은 피스톤(30)에 취부되는 시일(32)에 의해 진각유압실(23a)과 지각유압실(23b)로 양분되고, 이 진각유압실(23a)과 지각유압실(23b)에 상기 오일출입구(23c,23d)가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 시일(32)은 피스톤(30) 외주면의 홈(33)에 끼워진 판스프링(34)에 의해 유압실(23) 내면으로 밀려지도록 된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 밸브타이밍 가변장치.