KR100482854B1 - 밸브 트레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 저/고속 운전영역에 따라서 밸브 리프트의 작동이 가변되도록 하는 밸브 트레인에 관한 것으로,
캠 샤프트에 소정 간격으로 형성되는 메인 캠의 양측으로 서브 캠이 형성되는 3단캠과;
내측의 공간에 상기 메인 캠에 슬라이딩되기 위한 롤러가 축지되는 롤러 종동자가 형성되고, 상기 롤러 종동자의 양측으로 상기 서브 캠에 슬라이딩되기 위한 평면 종동자가 형성되어지되, 상기 롤러 종동자와 평면 종동자의 일단은 피봇에 힌지로써 결합되는 로커암과;
상기 롤러 종동자 및 평면 종동자의 힌지점 측에서 다른 끝단으로 오일이 공급될 수 있도록 형성되는 오일 통로와;
상기한 롤러 종동자와 평면 종동자의 오일 통로로 공급되는 유압에 의해서 좌우측으로 이동되어 상기 롤러 종동자와 평면 종동자의 힌지점 반대 지점의 연결이 선택적으로 이루어지도록 니들 가이드에 수용되는 니들과;
엔진의 운전영역에 따라 상기한 롤러 종동자의 오일 통로 및 평면 종동자의 오일 통로로 공급되는 오일 공급 제어장치; 로 구성되는 것을 특징으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

밸브 트레인{Valve train}
본 발명은 밸브 트레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 저/고속 운전영역에 따라서 밸브 리프트의 작동이 가변되도록 하는 밸브 트레인에 관한 것이다.
엔진은 크랭크 샤프트의 회전력을 전달받은 캠 샤프트가 회전되고, 상기 캠 샤프트에 형성된 캠에 의해서 흡기 및 배기 밸브가 일정 간격으로 상하로 왕복운동하면서 연소실에 흡입공기가 공급되고, 연소가스가 배기되는 과정을 거쳐, 혼합기를 압축 및 폭발시켜서 동력을 얻는 과정이 반복된다.
상기와 같이 흡기 및 배기 밸브를 작동시키기 위한 캠과 캠 샤프트, 태핏, 로커암 등의 일련의 기구들을 밸브 트레인이라 한다.
도 9는 종래 일반적인 밸브 트레인의 한 예를 도시한 것으로서, 캠 샤프트(11)에는 다수의 캠(12)이 소정간격을 두고 형성되고, 상기 캠(12)의 하측에 피봇점(13)을 기준으로 각운동하는 로커암(14)이 형성된다. 또, 상기한 로커암(14)의 외측 끝 하측에는 밸브(15)가 밸브스프링(16)에 의해 탄력지지된 채로 실린더 헤드의 흡기 포트 혹은 배기 포트에 형성된다.
즉, 상기한 캠 샤프트(11)가 회전되면 회전반경을 달리하는 캠(12)에 의해서 로커암(14)의 롤러(14a)가 상하로 밀리게 된다. 그러면 상기한 로커암(14)은 피봇점(13)을 기준으로 각운동을 하게 되고, 로커암(14)의 외측 끝단은 밸브(15)의 스템엔드부에 일정 간격으로 힘을 가하게 된다. 따라서 밸브(15)는 밸브 스프링(16)의 탄발력을 이기고 하강하게 되고, 캠(12)의 위치가 바뀌게 되어 상기한 로커암(14)이 상측으로 각운동하는 상태가 되면 밸브(15)는 밸브 스프링(16)의 탄발력에 의해 다시 상승하게 된다. 이와 같이 밸브 트레인(10)의 작동에 의해서 흡기 및 배기 밸브는 소정의 간격으로 개폐가 반복해서 이루어진게 된다.
그러나 상기한 종래의 밸브 트레인은 캠의 운동에 의한 1자유도계 운동을 하므로서 고속의 엔진 작동 조건 및 저속의 엔진 작동조건과 같은 엔진 운행조건에 따른 밸브 트레인의 변경이 불가능하였다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 저/고속 운전영역에 따라서 밸브 리프트의 작동이 가변되도록 하는 밸브 트레인을 제공하는 데 목적이 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
캠 샤프트에 소정 간격으로 형성되는 메인 캠의 양측으로 서브 캠이 형성되는 3단캠과;
내측의 공간에 상기 메인 캠에 슬라이딩되기 위한 롤러가 축지되는 롤러 종동자가 형성되고, 상기 롤러 종동자의 양측으로 상기 서브 캠에 슬라이딩되기 위한 평면 종동자가 형성되어지되, 상기 롤러 종동자와 평면 종동자의 일단은 피봇에 힌지로써 결합되는 로커암과;
상기 롤러 종동자 및 평면 종동자의 힌지점 측에서 다른 끝단으로 오일이 공급될 수 있도록 형성되는 오일 통로와;
상기한 롤러 종동자와 평면 종동자의 오일 통로로 공급되는 유압에 의해서 좌우측으로 이동되어 상기 롤러 종동자와 평면 종동자의 힌지점 반대 지점의 연결이 선택적으로 이루어지도록 니들 가이드에 수용되는 니들과;
엔진의 운전영역에 따라 상기한 롤러 종동자의 오일 통로 및 평면 종동자의 오일 통로로 공급되는 오일 공급 제어장치; 로 구성되는 것을 특징으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의해 형성되는 밸브 트레인의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성되는 밸브 트레인의 정단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 밸브 트레인의 유압회로를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 니들의 작동상태도이며, 도 6은 본 발명에 의한 밸브 트레인의 측면작동상태도이고, 도 7은 본 발명에 의한 밸브 트레인의 정면 작동상태도이고, 도 8은 본 발명에 의해 형성되는 밸브 트레인을 작동하기 위한 플로우차트이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성되는 형성되는 밸브 트레인을 지시하는 것이고, 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성되는 로커암을 지시하는 것이다.
상기한 밸브 트레인(20)은 캠 샤프트(21), 3단캠(22), 밸브(23), 밸브 스프링(24), 로커암(30) 등으로 구성된다. 상기한 3단캠(22)은 캠 샤프트(21)에 일정간격으로 형성되는데, 메인 캠(22a)의 양측으로 서브 캠(22b)이 형성되는 것이다.
상기한 로커암(30)은 상기 3단 캠(22)의 메인 캠(22a)과 서브 캠(22b)에 각각 접촉되기 위한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)로 구성된다. 상기 롤러 종동자(32)의 중앙부분에 형성되는 공간(32a)에는 상기 메인 캠(22a)에 외주연이 접촉되기 위한 롤러(31)가 중심축(31a)에 축지된다. 그리고 상기한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)의 일측은 각각 피봇(25)에 힌지(26)로써 결합된다.
특히, 상기한 평면 종동자(34)는 힌지점을 기준으로 같은 변위로 함께 각운동될 수 있도록 상기 평면 종동자의 끝측이 서로 브릿지(38)로써 연결되고, 상기 브릿지(38)가 밸브(23)의 스템 엔드부와 접하도록 구성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기한 롤러 종동자(32) 및 평면 종동자(34)의 몸체 도중에는 도 4에서와 같이 힌지점 측에서 타측으로 오일이 공급될 수 있도록 하기 위한 오일통로(33,35)가 각각 형성된다. 도면에서와 같이 상기한 롤러 종동자(32)의 오일통로(33)는 양측의 몸체에서 오일 공급이 시작되어 니들 가이드공(36a)의 중간 위치에서 오일이 합류될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)의 힌지점 반대측에는 상기한 오일통로(33,35)와 연통되는 니들 가이드공(36)이 형성되고, 상기 니들 가이드공(36)의 내측에는 소정 크기의 니들(37)이 양측으로 수용된다. 상기 니들(37)은 상기한 오일통로(33,35)에서 공급되는 오일의 압력에 의해서 상기한 롤러 종동자(32)의 니들 가이드공(36a)과 평면 종동자(34)의 니들 가이드공(36b)이 연결되도록 하기 위한 것이다. 즉, 상기한 니들(37)로써 상기한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)가 연결된 상태가 되면 상기한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)가 함께 작동되며, 니들(37)이 연결되지 않은 상태가 되면 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)는 각각 작동되도록 하기 위한 것이다.
상기한 오일통로(33,35)에는 오일 공급 제어장치(40)에 의해서 롤러 종동자(32)의 오일통로(33) 및 평면 종동자(34)의 오일통로(35)로 오일 공급이 선택적으로 이루어지게 구성된다. 상기한 오일 공급 제어장치(40)는 ECU(50)의 제어에 의해 작동되는 것이다. 상기한 ECU(50)는 각 센서에서 측정되는 엔진 속도 및 차량 주행 속도 등을 바탕으로 최적 밸브 변위량 및 최적 공기량이 계산되도록 구성되고, 상기 결과에 의한 오일의 변동량이 출력되도록 구성된다. 또한, 출력된 오일의 변동량과 현재의 오일압을 비교하여 변동이 발생되었을 경우에는 엔진의 운전 환경에 맞추어 롤러 종동자(32)의 오일통로(33) 혹은 평면 종동자(34)의 오일통로(35) 측으로 오일이 공급될 수 있도록 구성된다. 즉, 엔진이 저속으로 회전 중일 경우에는 니들(37)로써 상기한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)의 니들 가이드공(36)이 연결되도록 구성되고, 엔진이 고속으로 회전 중일 경우에는 니들(37)이 상기한 롤러 종동자(34)의 니들 가이드공(36) 측으로만 수용되도록 구성되는 것이다.
그리고, 니들(37)의 위치이동으로 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)가 분리되었다가 다시 결합되어야 하는 경우를 위해서 평면 종동자(34)의 하측과 롤러 종동자(32)의 양측면 사이에는 리턴 스프링(39)이 형성되는 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동상태를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
엔진이 시동되면 ECU에서는 각종 센서에서 측정되는 엔진 속도 및 차량 주행 속도 등을 바탕으로 엔진의 최적 밸브 변위량 및 최적 공기량을 계산하게 된다. 그리고 그 결과값에 의해 오일의 변동량이 출력되고, 출력된 오일의 변동량과 현재 오일통로(33,35)의 오일압력을 비교하게 된다.
또한, 상기한 결과에 의해 엔진이 저속으로 운전 중일 경우에는 상기한 니들(37)이 롤러 종동자(32)의 니들 가이드공(36a)와 평면 종동자(34)의 니들 가이드공(36b)이 서로 연결되도록 오일 공급 제어장치(40)에서는 양측의 오일통로(33,35)로 적정량의 오일압력을 가하게 된다. 그러면 상기한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)는 서로 연결된 상태가 되므로서 상기한 롤러 종동자(32)의 롤러(31)의 높이가 평면 종동자(34)보다 높게 위치되어진다. 따라서 캠 샤프트(21)의 회전에 의해 작동되는 3중캠(22)의 메인 캠(22a)만이 상기한 롤러(31)에 접하게 되는 것이다. 즉, 이와 같이 엔진이 저속으로 회전되는 경우에는 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)가 연결된 채로 밸브 리프팅이 이루어지게 되므로 밸브(23)와의 마찰이 크게 된다.
반대로 엔진이 고속으로 운전 중일 경우에는 상기한 평면 종동자(34)의 오일통로(35) 측으로 보다 높은 오일압력이 전달되어 양측으로 형성된 니들(37)이 롤러 종동자(32)의 니들 가이드공(36a) 측으로 모이게 된다. 따라서 상기한 롤러 종동자(32)는 평면 종동자(34)로부터 분리된 상태가 되고, 서브 캠(22b)이 평면 종동자(34)와 슬라이딩되게 된다. 이 때 상기한 롤러(31)가 메인 캠(22a)에 슬라이딩되더라도 상기한 평면 종동자(34)의 높이에 의해서 롤러 종동자(32)는 밸브(23)의 리프팅에는 아무런 영향을 주지 않게 된다. 즉, 이와 같이 엔진이 고속으로 회전되는 경우에는 밸브(23)에 보다 적은 마찰이 가해지므로서 고속 영역에서 유리하게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 엔진이 저속영역에서 운전 중일 때에는 롤러 종동자에 의한 밸브 리프팅이 이루어지게 되므로서 연비 향상과 마모저감의 효과을 얻을 수 있게 되며, 엔진이 고속영역에서 운전 중일 때에는 평면 종동자에 의해 밸브 리프팅이 이루어지게 되므로서 밸브의 가속도를 저감시키게 되어 최적의 엔진 상태를 만들어 줄 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 형성되는 밸브 트레인의 사시도.
도 2는 본 발명에 의해 형성되는 밸브 트레인의 정단면도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 밸브 트레인의 유압회로를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 니들의 작동상태도.
도 6은 본 발명에 의한 밸브 트레인의 측면작동상태도.
도 7은 본 발명에 의한 밸브 트레인의 정면 작동상태도.
도 8은 본 발명에 의해 형성되는 밸브 트레인을 작동하기 위한 플로우차트.
도 9는 종래기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 밸브 트레인 21 : 캠 샤프트
22 : 3중캠 23 : 밸브
24 : 밸브 스프링 30 : 로커암
31 : 롤러 32 : 롤러 종동자
33 : 오일 통로 34 : 평면 종동자
35 : 오일 통로 36 : 니들 가이드공
37 : 니들 39 : 리턴 스프링
40 : 오일 공급 제어장치 50 : ECU

Claims (4)

  1. 밸브 상단에 위치된 로커암을 피봇점을 기준으로 각운동을 시키기 위한 캠 샤프트의 캠이 메인 캠과 2개의 서브캠을 가진 3단캠으로 형성되고, 상기한 로커암은 상기 메인 캠에 슬라이딩되기 위한 롤러가 수용되는 롤러 중동자와 상기 서브 캠에 슬라이딩되기 위한 평면 종동자로 구분형성되고, 상기 롤러 종동자와 평면 종동자의 일단은 각각 피봇에 힌지로써 결합되어 엔진의 운전영역에 따라서 밸브의 리프트량이 가변되도록 구성되는 밸브 트레인에 있어서,
    상기한 롤러 종동자(32)의 양측에 형성된 평면 종동자(34)가 함께 작동될 수 있도록 상기 평면 종동자(34)의 하측을 서로 연결하며, 그 하부는 밸브(23)의 스템 엔드부와 면접되도록 형성되는 브릿지(38)와;
    상기한 롤러 종동자(32) 및 평면 종동자(34)의 힌지점 측에서 다른 끝단으로 오일이 공급될 수 있도록 형성되는 오일 통로(33,35)와;
    상기한 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)의 오일 통로(33,35)로 공급되는 유압에 의해서 좌우측으로 이동되어 상기 롤러 종동자(32)와 평면 종동자(34)의 힌지점 반대 지점의 연결이 선택적으로 이루어지도록 니들 가이드공(36)에 수용되는 니들(37)과;
    엔진의 운전영역에 따라 상기한 롤러 종동자(32)의 오일 통로(33) 및 평면 종동자(34)의 오일 통로(35)로 공급되는 오일을 제어하기 위한 오일공급 제어장치(40); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 롤러 종동자(32)의 오일 통로(33)는 양측에서 오일 공급이 시작되어 니들 가이드공(36a) 측에서 오일이 합류되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기한 평면 종동자(34)의 하측과 롤러 종동자(32) 사이에는 리턴 스프링(39)이 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링.
  4. 삭제
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