KR100482550B1 - 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치 - Google Patents

연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 구동시 오일 제어 구동부의 작동 소음을 감소시킬 수 있는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치에 관한 것이다. 본 발명은 차량에 구비되는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치에 있어서, 상기 차량의 엔진 회전속도에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생하는 밸브 타이밍 제어부와; 상기 밸브 타이밍 제어부로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전력을 발생하여 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하는 오일 제어 구동부를 포함하여 구성한다.

Description

연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치{OIL CIRCUIT CONTROLLING DEVICE OF CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE TIMING APPARATUS}
본 발명은 차량에 관한 것으로서, 특히 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치에 관한 것이다.
통상적으로, 차량의 엔진 효율을 높이려면 차량의 주행조건에 따라 엔진의 고속시와 저속시에 각각 밸브개폐시기를 달리할 필요가 있게된다.
특히, 흡기 밸브 개변시기는 충진효율에 지대한 영향을 주는 인자로서, 흡기 밸브를 일찍 열어 주면 밸브 오버랩 기간이 길어져 고속에서는 흡, 배기 관성유동을 충분히 이용할 수 있으므로 체적효율이 증가하지만, 저속에서는 잔류 가스량의 증가로 오히려 체적효율이 떨어지고 HC(탄화수소)의 배출량이 증가하게 된다.
이와 같은 문제점들을 해소하기 위해서 흡, 배기 밸브의 개폐시기를 가변시키는 장치가 개발되어 적용되고 있다.
흡, 배기 밸브의 개폐시기를 가변시키기 위한 방식으로 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT ; Continuously Variable Valve Timing)장치를 사용하였다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치는 밸브 타이밍 제어부(10), 오일 제어 구동부(20), 캠축(30), 베인 하우징(40)을 포함하여 구성한다.
오일 제어 구동부(20)는 하우징에 형성되는 진각홀(21)과 지각홀(22)을 가지며, 밸브 타이밍 제어부(10)로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하도록 진각홀(21)과 지각홀(22)을 통해 공급 및 배출되는 오일의 흐름을 변환시키는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)를 사용한다.
오일 제어 구동부(20)의 구동에 따라 진각 유로 및 지각 유로가 형성되는 것은 샤프트(26)의 움직임에 의해 이루어진다.
오일 제어 구동부(20)는 오일 펌프(50)로부터 공급되는 오일이 오일 필터(52)를 통해 여과된 후 유입되는 공급홀(23)과, 도 1에 도시된 바와 같이 공급홀(23)을 기준으로 양측에 진각홀(21) 및 지각홀(22)을 통해 순환된 오일이 오일 저장부(54)로 리턴 되도록 각각의 배출홀(24, 25)을 더 구비하여 구성한다.
캠축(30)은 실린더 헤드에 장착된 상태에서 실린더 헤드에 형성되는 진각 통로와 지각 통로에 각각 연결되는 진각 오일 홀(31)과 지각 오일 홀(32)을 갖는다.
베인 하우징(40)은 캠축(30)의 진각 오일 홀(31)과 지각 오일 홀(32)에 각각 연결되는 진각실(41)(Advance Chamber) 및 지각실(42)(Retard Chamber)을 형성한다.
상기와 같은 구성의 연속 가변 밸브 타이밍 장치는 베인(Vane) 좌우의 챔버(Chamber)에 공급된 오일에 의해 형성된 압력으로 캠축(30) 구동저항을 이겨 베인과 베인 하우징(40)의 상대운동을 일으키며, 이러한 운동을 조절하여 엔진 운전조건에 따른 최적의 밸브 타이밍을 맞춰주게 된다.
한편, 종래 기술에서 연속 가변 밸브 타이밍 제어를 위해 적용중인 오일 제어 구동부(20)는 샤프트(26)가 길이방향으로 움직이며, 오일 제어 구동부(20)의 하우징과 상대적인 위치가 바뀌어 유로 변경이 되고, 그 후 샤프트(26)가 해당되는 길이 방향으로 미세하게 움직이며, 정해진 유압을 유지시켜 주는 방식을 사용한다.
그러나, 위와 같은 방법을 사용할 때 종래 기술에서는 초기에 유로 변경이 일어나는 순간에 오일 제어 구동부의 샤프트가 도 2에 도시된 바와 같이 길이방향으로 최대한의 거리를 움직이며 오일 제어 구동부의 하우징과 충돌하면서 날카로운 충돌 소음을 발생시키는 문제점이 있었다.
참조 번호 (210)는 소음 발생부분을 도시한 것이다.
참고적으로, 도 3a와 도 3b는 종래 기술에 따른 오일 제어 구동부의 제어신호와 오일 제어 구동부의 작동시 발생하는 충돌 소음과의 관계를 도시한 그래프이다.
또한, 엔진 시동시에 오일 제어 구동부 클리닝 모드(Cleaning Mode)로 동작되면, 오일 제어 구동부 내에 끼는 금속 칩들을 제거하기 위해 매우 빠른 속도로 샤프트가 최대한의 거리를 왕복 운동하게 되는데, 이러한 경우 매우 큰 충돌 소음을 발생시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 구동시 오일 제어 구동부의 작동 소음을 감소시킬 수 있는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량에 구비되는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치에 있어서, 상기 차량의 엔진 회전속도에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생하는 밸브 타이밍 제어부와; 상기 밸브 타이밍 제어부로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전력을 발생하여 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하는 오일 제어 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예는 전기 신호에 의해 유체의 유로를 변환하여 CVVT 캠축을 작동시키는 오일 제어 구동부(420)에 관한 것으로, 특히, 오일 제어 구동부(420)에 설정된 회전 방향으로 움직이는 회전부(450)를 구비하여 진각 유로 및 지각 유로를 변환시키는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치에 관한 것이다.
도 4 내지 도 8b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 차량에 구비되는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브 타이밍 제어부(410), 오일 제어 구동부(420)를 포함하여 구성한다.
먼저, 밸브 타이밍 제어부(410)는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 차량의 엔진 회전속도에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생하는 기능을 한다.
밸브 타이밍 제어부(410)는 일종의 마이크로 프로세서를 사용하며, 엔진 회전속도를 검출하는 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 엔진의 고속회전시 캠축의 위상각을 진각시키도록 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생한다.
이와는 반대로 엔진의 저속회전시 밸브 타이밍 제어부(410)는 캠축의 위상각을 지각시키도록 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생한다.
오일 제어 구동부(420)는 밸브 타이밍 제어부(410)로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전력을 발생하여 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하는 솔레노이드 타입의 오일 제어 밸브(Oil Control Valve)이다.
오일 제어 구동부(420)는 하우징(430), 전기 모터(440), 회전부(450)를 포함하여 구성한다.
하우징(430)은 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 형성되는 진각 오일 홀과 지각 오일 홀에 연결되어 진각 유로와 지각 유로를 형성하는 다수개의 오일 패스 홀을 갖는 원통형으로 형성한다.
또한, 하우징(430)은 회전부(450)의 회전으로 지각 구동 오일 챔버(472) 및 진각 구동 오일 챔버(482)와 하우징(430)의 오일 패스 홀이 만나는 동안에만 오일이 흐르도록 하는 형상을 가지고 있으며, 다른 부분은 회전부(450)와 밀착되어 있어 오일이 자유롭게 흐르는 것을 방지한다.
도 6을 참조하면, 하우징(430)에 형성되는 다수개의 오일 패스 홀은 진각홀 (432), 지각홀(434), 공급홀(435), 각각의 배출홀(437, 439)을 포함하여 구성한다.
진각홀(432)은 하우징(430)의 원주면에 형성되어 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 형성되는 진각 오일 홀과 연결된다.
지각홀(434)은 진각홀(432)이 형성된 면에 설정된 간격을 갖고 형성되어 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 형성되는 지각 오일 홀과 연결된다.
공급홀(435)은 진각홀(432)과 지각홀(434)에 대향되는 면에 형성되며, 오일 펌프로부터 공급되는 오일을 하우징(430) 내부로 유입되는 통로이다.
각각의 배출홀(437, 439)은 공급홀(435)을 기준으로 양측에 형성되며, 진각홀(432) 및 지각홀(434)을 통해 순환된 오일이 오일 저장부로 리턴 되도록 형성되는 진각 배출홀(437)과 지각 배출홀(439)로 구분된다.
전기 모터(440)는 하우징(430)의 일단에 내장되며, 밸브 타이밍 제어부(410)로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전력을 발생한다.
회전부(450)는 하우징(430) 내부에 장착되어 전기 모터(440)의 회전력에 연동되며, 진각 유로 및 지각 유로를 형성하도록 설정된 방향으로 회전되어 진각홀 (432)과 지각홀(434)을 통해 공급 및 배출되는 오일의 흐름을 변환시킨다.
도 7을 참조하면, 회전부(450)는 오일 공급 회전축(460), 지각 보디부(470), 진각 보디부(480)를 포함하여 구성한다.
오일 공급 회전축(460)은 전기 모터(440)의 회전력 발생에 연동되는 원기둥형상으로 형성된다.
지각 보디부(470)는 오일 공급 회전축(460)의 일측에 연결되어 원주면이 하우징(430) 내면과 인접되며, 지각 제어에 따른 회전시 하우징(430)과 지각 구동 회로를 형성한다.
지각 보디부(470)는 지각 제어시 공급홀(435)을 통해 유입되는 오일을 저장하고, 지각 유로와 연결되는 지각홀(434)을 통해 저장된 오일을 배출시키는 지각 구동 오일 챔버(472)와; 지각 제어시 회전된 상태에서 지각 보디부(470)의 원주면을 따라 설정된 각도를 유지하며 양단이 각각 지각홀(434)과 진각 배출홀(437)에 연결되도록 사선방향으로 형성되는 진각 드레인 오일 챔버(474)를 포함하여 구성한다.
진각 보디부(480)는 오일 공급 회전축(460)의 타측에 연결되어 원주면이 하우징(430) 내면과 인접되며, 진각 제어에 따른 회전시 하우징(430)과 진각 구동 회로를 형성한다.
진각 보디부(480)는 진각 제어시 공급홀(435)을 통해 유입되는 오일을 저장하고, 진각 유로와 연결되는 진각홀(432)을 통해 저장된 오일을 배출시키는 진각 구동 오일 챔버(482)와; 진각 제어시 회전된 상태에서 진각 보디부(480)의 원주면을 따라 설정된 각도를 유지하며 양단이 각각 진각홀(432)과 지각 배출홀(439)에 연결되도록 사선방향으로 형성되는 지각 드레인 오일 챔버(484)를 포함하여 구성한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 오일 제어 구동부(420)의 구동에 따라 진각 유로 및 지각 유로가 형성되는 것은 회전부(450)의 움직임에 의해 이루어진다.
참고적으로, 본 발명의 실시예에 따른 진각 유로는 하우징(430)의 진각홀 (432)⇒실린더 헤드의 진각 통로⇒캠축의 진각 오일 홀⇒베인 하우징의 진각실로 이루어진다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 지각 유로는 하우징(430)의 지각홀(434)⇒실린더 헤드의 지각 통로⇒캠축의 지각 오일 홀⇒베인 하우징의 지각실로 이루어진다.
한편, 진각 유로의 형성시에는 지각 드레인 오일 챔버(484)를 통해 오일이 오일 저장부로 유입되며, 지각 유로의 형성시에는 진각 드레인 오일 챔버(474)를 통해 오일이 오일 저장부로 유입된다.
도 4 내지 도 8b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치의 구동에 의해 엔진의 회전속도에 따라 캠축이 지각 또는 진각되는 유로 제어과정을 설명한다.
먼저, 도 8a를 참조하여 캠축이 지각되는 과정을 설명하면, 밸브 타이밍 제어부(410)는 엔진 회전속도를 검출하는 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 엔진의 저속회전시 캠축의 위상각을 지각시키도록 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생한다.
밸브 타이밍 제어부(410)로부터 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호(지각 제어신호)가 오일 제어 구동부(420)로 공급되면 회전부(450)가 지각방향으로 회전하고 오일 펌프로부터 유입되는 오일은 하우징(430)의 공급홀(435) 및 지각 구동 오일 챔버(472)를 통해 지각홀(434)로 공급된다(①, ②, ③).
이어서, 오일의 흐름은 지각홀(434)에 연결되는 실린더 헤드의 지각 통로와 캠축의 지각 오일 홀을 통해 베인 하우징의 지각실로 공급되며, 캠축은 지각방향으로 회전하게 된다.
참조번호, ④, ⑤, ⑥은 지각 유로의 형성시에 진각 드레인 오일 챔버(474)를 통해 오일이 오일 저장부로 유입되는 경로이다.
이와는 반대로, 도 8b를 참조하여 캠축이 진각되는 과정을 설명하면, 밸브 타이밍 제어부(410)는 엔진 회전속도를 검출하는 센서로부터 입력되는 신호를 분석하여 엔진의 고속회전시 캠축의 위상각을 진각시키도록 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생한다.
밸브 타이밍 제어부(410)로부터 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호(진각 제어신호)가 오일 제어 구동부(420)로 공급되면 회전부(450)가 진각방향으로 회전하고 오일 펌프로부터 유입되는 오일은 하우징(430)의 공급홀(435) 및 진각 구동 오일 챔버(482)를 통해 진각홀(432)로 공급된다(①, ②, ③).
이어서, 오일의 흐름은 진각홀(432)에 연결되는 실린더 헤드의 진각 통로와 캠축의 진각 오일 홀을 통해 베인 하우징의 진각실로 공급되며, 캠축은 진각방향으로 회전하게 된다.
참조번호, ④, ⑤, ⑥은 진각 유로의 형성시에 지각 드레인 오일 챔버(484)를 통해 오일이 오일 저장부로 유입되는 경로이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치는 엔진의 회전상태에 따라 오일 제어 구동부(420)의 회전부(450)를 회전시켜 진각 유로 및 지각 유로로 오일을 각각 공급함으로써 종래 기술에서와 같이 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 구동에 따른 오일 제어 구동부(420)의 소음을 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치는 오일 제어 구동부의 회전부에 의해 유체의 유로가 변환되므로 종래 기술에서와 같이 오일 제어 구동부의 샤프트가 길이방향으로 왕복 운동함에 따라 발생하는 충돌 소음을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량의 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 오일 제어 구동부에서 충돌 소음이 발생되는 부분을 도시한 도면.
도 3a와 도 3b는 종래 기술에 따른 오일 제어 구동부의 제어신호와 오일 제어 구동부의 작동시 발생하는 충돌 소음과의 관계를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유로 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시된 오일 제어 구동부의 구성을 도시한 도면.
도 6은 도 4에 도시된 오일 제어 구동부의 하우징에 형성된 오일 패스 홀의 위치를 도시한 도면.
도 7은 도 4에 도시된 회전부의 형상을 도시한 도면.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 진각 및 지각 제어시의 오일 흐름상태를 도시한 도면.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 차량의 엔진에 구비되는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치에 있어서,
    상기 차량의 엔진 회전속도에 따라 미리 설정된 밸브 타이밍 가변 제어신호를 발생하는 밸브 타이밍 제어부와;
    상기 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 형성되는 진각 오일 홀과 지각 오일 홀에 각각 연결되어 진각 유로와 지각 유로를 형성하는 다수개의 오일 패스 홀을 갖는 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 일단에 내장되며, 상기 밸브 타이밍 제어부로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전력을 발생하는 전기 모터와, 상기 하우징 내부에 장착되어 전기 모터의 회전력에 연동되며, 진각 유로 및 지각 유로를 형성하도록 설정된 방향으로 회전되어 상기 진각홀과 지각홀을 통해 공급 및 배출되는 오일의 흐름을 변환시키는 회전부를 포함하여 구성하며,
    상기 밸브 타이밍 제어부로부터 공급되는 밸브 타이밍 가변 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전력을 발생하여 해당되는 진각 유로 및 지각 유로를 형성하는 오일 제어 구동부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하우징은
    상기 하우징의 원주면에 형성되어 상기 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 형성되는 진각 오일 홀과 연결되는 진각홀과;
    상기 진각홀이 형성된 면에 설정된 간격을 갖고 형성되어 상기 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 형성되는 지각 오일 홀과 연결되는 지각홀과;
    상기 진각홀과 지각홀에 대향되는 면에 형성되며, 오일 펌프로부터 공급되는 오일을 상기 하우징 내부로 유입하는 공급홀과;
    상기 공급홀을 기준으로 양측에 상기 진각홀 및 지각홀을 통해 순환된 오일이 오일 저장부로 리턴 되도록 형성되는 각각의 배출홀을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 회전부는
    상기 전기 모터의 회전력 발생에 연동되는 원기둥형상의 오일 공급 회전축과;
    상기 오일 공급 회전축의 일측에 연결되어 원주면이 상기 하우징 내면과 인접되며, 지각 제어에 따른 회전시 상기 하우징과 지각 구동 회로를 형성하는 지각 보디부와;
    상기 오일 공급 회전축의 타측에 연결되어 원주면이 상기 하우징 내면과 인접되며, 진각 제어에 따른 회전시 상기 하우징과 진각 구동 회로를 형성하는 진각 보디부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 지각 보디부는
    지각 제어시 공급홀을 통해 유입되는 오일을 저장하고, 지각 유로와 연결되는 지각홀을 통해 저장된 오일을 배출시키는 지각 구동 오일 챔버와;
    지각 제어시 회전된 상태에서 상기 지각 보디부의 원주면을 따라 설정된 각도를 갖고 양단이 각각 지각홀과 진각 배출홀에 연결되도록 사선방향으로 형성되는 진각 드레인 오일 챔버를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 진각 보디부는
    진각 제어시 공급홀을 통해 유입되는 오일을 저장하고, 진각 유로와 연결되는 진각홀을 통해 저장된 오일을 배출시키는 진각 구동 오일 챔버와;
    진각 제어시 회전된 상태에서 상기 진각 보디부의 원주면을 따라 설정된 각도를 갖고 양단이 각각 진각홀과 지각 배출홀에 연결되도록 사선방향으로 형성되는 지각 드레인 오일 챔버를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 유로 제어장치.
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