KR100534842B1 - 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠축에 저널 베어링 대신에 편심베어링을 장착하는 동시에 캠축과 캠축 풀리를 편심커플링으로 연결한 비교적 간단한 구조를 채택함으로써, 엔진의 운전 조건에 따라 밸브 리프트의 증감을 연속적으로 가변시킬 수 있는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 밸브 리프트와 접촉하는 다수개의 캠이 장착된 캠축과, 상기 캠축의 일측단과 일체로 연결되는 캠축 풀리를 포함하는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 있어서, 외주면에 예각 범위의 기어가 형성되고, 상기 캠축에 편심을 이루며 장착되는 다수개의 편심베어링과; 상기 편심베어링의 기어에 맞물리는 기어축을 가지는 스텝모터와; 상기 캠축의 일끝단과 상기 캠축 풀리간을 연결하는 편심커플링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치를 제공한다.

Description

엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치{Variable valve lift device for engine}

본 발명은 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캠축에 저널 베어링 대신에 편심베어링을 장착하는 동시에 캠축과 캠축 풀리를 편심커플링으로 체결하여, 밸브 리프트를 조절할 수 있도록 함으로써, 각 RPM별 전부하 성능에서 출력의 최적화를 도모할 수 있도록 한 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 관한 것이다.

통상적으로, 가솔린 엔진에 있어서 흡배기 밸브가 갖는 기능은 실린더 내의 흡기와 배기의 흐름을 제어하고, 실린더 내의 기밀을 유지하는데 있으며, 압축행정과 폭발행정시에는 흡배기 밸브 모두가 닫혀 실린더 내의 기밀을 유지하고, 흡입 행정과 배기행정시에는 각각 흡기밸브 혹은 배기밸브만 열리게 되어 연료가스의 흡입과 연소가스의 배출이 이루어진다.

대개, 밸브의 형식은 캠축 및 밸브의 설치 위치에 따라 SV(Side Valve), OHV(Over Head Valve), OHC(Over Head Cam Shaft) 등으로 나누어지고, 상기 OHC형식 중 흡배기 밸브에 각각 전용의 캠축을 갖춘 DOHC(Double Over Head Cam Shaft)가 차량 엔진에 주로 적용되고 있다.

상기 밸브의 개폐는 캠축에 형성한 캠이 밸브의 단부를 푸시(push)함으로써 이루어지고, 상기 캠축은 크랭크축의 구동력을 타이밍 벨트 또는 체인 등을 통하여에 의하여 전달받아 회전하며, 대개 캠은 밸브와의 마찰 혹은 마멸을 적게 하기 하여 접촉면이 원호 모양으로 형성된다.

한편, 상기 밸브의 기밀성, 흡배기 가스의 양 등을 결정짓는 중요한 요소는 밸브 리프트(Valve Lift)이다.

상기 밸브 리프트는 밸브 페이스(valve face)가 밸브 시트(seat)로부터 얼마 만큼 떨어져 있는가를 나타내는 척도로서, 일반적으로 흡기밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 흡입시 실린더 내로 유입되는 연료가스의 양이 많아지고, 배기밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 배기시 배출되는 연소 가스의 양이 늘어나 흡배기 효율이 높아진다.

그러나, 종래의 일반캠으로는 밸브 리프트를 변화시킬 수 없고, 이에 고정된 리프트를 특정 RPM에 고정해야 하기 때문에 연비 및 출력의 최적화를 도모할 수 없다.

따라서, 여러가지 형태의 가변 밸브 기구가 개발되고 있으며, 이러한 종래의 가변 밸브 기구들은 공통적으로 일반 캠과 완전히 다른 동적 거동 및 기구들의 배치로 인하여 그 레이아웃(layout)에 어려움이 있고, 또한 무빙 파트(moving part)들이 늘어나 신뢰성 및 제어성이 복잡한 문제점이 있으며, 기존에 개발된 부품 예를들어 듀얼 CVVT와 같은 부품과 연계 사용이 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, 캠축에 저널 베어링 대신에 편심베어링을 장착하는 동시에 캠축과 캠축 풀리를 편심커플링으로 연결한 비교적 간단한 구조를 채택함으로써, 엔진의 운전 조건에 따라 밸브 리프트의 증감을 연속적으로 가변시킬 수 있는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 밸브 리프트와 접촉하는 다수개의 캠이 장착된 캠축과, 상기 캠축의 일측단과 일체로 연결되는 캠축 풀리를 포함하는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 있어서, 외주면에 예각 범위의 기어가 형성되고, 상기 캠축에 편심을 이루며 장착되는 다수개의 편심베어링과; 상기 편심베어링의 기어에 맞물리는 기어축을 가지는 스텝모터와; 상기 캠축의 일끝단과 상기 캠축 풀리간을 연결하는 편심연결수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 가변 밸브 리프트 조절장치의 편심연결수단은:

실린더 헤드의 일끝단부에 고정 설치되며, 그 중앙에 베어링이 내재된 연결체와; 상기 연결체에 형성된 연통구를 통하여 캠축 풀리의 중심축과 연결되는 입력플레이트와; 상기 입력플레이트와 3개의 커플링 바에 의하여 연결되는 출력플레이트로 구성되며, 상기 출력플레이트의 중심에는 상기 캠축이 일체로 연결된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치를 나타내는 분리사시도이고, 도 2는 그 설치상태를 나타내는 사시도이며, 도 3은 평면도이다.

본 발명은 캠축에 저널 베어링 대신에 편심베어링을 장착하는 동시에 캠축과 캠축 풀리를 편심커플링으로 체결하여, 용량이 큰 HLA 사양의 사용을 전제로 하여 밸브 리프트를 조절할 수 있도록 함에 주안점이 있다.

통상, 캠축(10)에는 다수개의 캠(12)이 소정의 간격을 이루며 일체로 형성되어 있는 바, 상기 캠(12) 사이의 캠축(10)에는 본 발명에 따른 편심베어링(14)이 장착된다.

상기 편심베어링(14)은 그 외주면에 예각 범위의 기어(16)가 형성되고, 상기 캠축(10)에 편심을 이루며 장착되며, 상기 편심베어링(14)의 기어(16)에는 스텝모터(18)의 기어축(20)이 맞물림된다.

한편, 상기 편심베어링(14)의 저면부가 상기 실린더헤드(22)의 베어링 안착면에 안착된다.

여기서, 상기 캠축의 일끝단과 상기 캠축 풀리는 편심커플링에 의하여 서로 연결되는 바, 그 구성을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

상기 편심커플링(24)은 상기 캠축(10)과 캠축 풀리(26)를 편심으로 연결하는 조립체로서, 상기 실린더헤드(22)의 일끝단부 상면에 고정 설치되며, 그 중앙에 베어링이 내재된 연결체(28)를 포함한다.

또한, 상기 연결체(28)에 의하여 감싸여지면서 상기 캠축 풀리(26)의 회전축과 원형판 형태의 입력플레이트(30)가 일체로 연결되고, 상기 캠축(10)의 일끝단에는 원형판 형태의 출력플레이트(32)가 일체로 부착된다.

여기서, 상기 입력플레이트(30)와 출력플레이트(32)는 서로 마주보며 위치되는 바, 그 대향면을 3개의 커플링 바(34)로 연결하게 된다.

즉, 상기 3개의 커플링 바(34)의 양단은 상기 입력플레이트(30) 및 출력플레이트(32)에 힌지 회전 가능하게 연결된다.

바람직하게는, 상기 스텝모터(18)에는 전자제어유니트(미도시됨)가 연결되는 바, 엔진의 상태를 실시간으로 파악하고 있는 상기 전자제어유니트는 엔진의 각 rpm 및 로드(load)조건에 따라 상기 스텝모터(18)에 그 회전 구동량을 한정하는 구동 전류신호를 전송하게 된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 대한 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 4a,4b는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치의 편심베어링에 대한 작동상태를 설명하는 개략도이고, 도 5a,5b는 편심커플링에 대한 작동상태를 설명하는 개략도이다.

예를들어, 4mm의 밸브 리프트 변화를 필요로 한다면, 편심베어링(14)의 중앙부로부터 상하 2mm씩의 리프트 변화를 이룰 수 있다.

즉, 상기 전자제어유니트에서 엔진의 운전조건(각 rpm 및 로드(load) 상태)에 따라 상기 스텝모터(18)에 회전 구동신호를 보내는 동시에 도 4a에 나타낸 바와 같이 상기 스텝모터(18)의 기어축(20)이 일방향으로 회전을 하게 된다.

이와 동시에, 상기 기어축(20)과 맞물려 있던 편심베어링(14)의 예각기어(16)가 일방향으로 각회전 운동을 하게 되며, 상기 편심베어링(14)도 동일한 각도로 회전 운동을 하게 된다.

이때, 상기 편심베어링(14)에 편심을 이루며 관통되어 있는 상기 캠축(10)과 이 캠축(10)에 일체로 장착된 캠(12)이 위쪽 방향으로 약 2mm 상승 이동하게 된다(도 4a 참조).

반면에, 도 4b에 나타낸 바와 같이 상기 스텝모터(18)의 기어축(20)이 반대방향으로 회전을 하게 되면, 상기 편심베어링(14)이 각회전 운동을 하게 되고, 동시에 상기 편심베어링(14)에 편심을 이루며 관통되어 있는 상기 캠축(10)과 이 캠축(10)에 일체로 장착된 캠(12)이 아래쪽 방향으로 약 2mm 하강 이동하게 된다.

이에, 상기 캠축(10) 및 캠(12)이 상하방향으로 2mm 정도씩 위치 이동됨에 따라, 캠과 접촉하는 밸브(36)의 리프트 변화를 이룰 수 있다.

여기서, 상기 편심커플링의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상술한 바와 같이, 상기 입력플레이트(30)는 캠출 풀리(26)와 연결체(28)에 의하여 서로 연결되어 고정상태를 유지하게 된다.

또한, 상기 입력플레이트(30)와 출력플레이트(32)는 3개의 커플링 바(34)에 의하여 힌지 회전 가능하게 연결되어 있다.

이때, 캠축(10) 및 캠(12)이 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 2mm 정도 편심 이동되면, 첨부한 도 5a에 도시한 바와 같이 상기 캠축(10)의 일끝단에 일체로 부착된 출력플레이트(32)도 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 2mm 정도 상승하게 된다.

보다 상세하게는, 상기 출력플레이트(32)가 캠축(10)과 함께 위쪽으로 약 2mm 정도 상승 또는 하강 이동하게 되면, 상기 3개의 커플링 바(34)의 제2지점(출력플레이트에 고정된 지점)도 3개의 커플링 바(34)의 제1고정점(입력플레이트에 고정된 지점)을 중심으로 약 2mm 정도 상승 또는 하강하는 회전운동을 하게 된다.

물론, 상기 캠축 풀리(26)의 회전력은 입력플레이트(30)로 전달되는 동시에 3개의 커플링 바(34)를 통하여 출력플레이트(32)로 전달되어, 이 출력플레이트(32)와 일체로 된 캠축(10)이 동시회전을 하게 된다.

따라서, 상기 캠축의 회전과 함께 회전하는 캠이 상술한 바와 같이 리프트가 조절된 밸브의 상단면에 접촉하면서 밸브의 개폐 작동이 이루어지게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 의하면, 캠축에 편심베어링을 장착하는 동시에 캠축과 캠축 풀리를 편심커플링으로 연결한 비교적 간단한 구조를 채택하여 엔진의 운전 조건에 따라 밸브 리프트의 증감을 연속적으로 가변시킬 수 있는 장점을 제공한다.

또한, 구조가 간단하여 부품수가 적게 들기 때문에 원가절감을 도모할 수 있다.

기존의 가변 밸브 리프트 기구들에 비하여, 구조가 간단하여 실린더헤드에 대한 레이아웃이 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치를 나타내는 분리사시도,

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치의 설치상태를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치를 나타내는 평면도,

도 4a,4b는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치의 편심베어링에 대한 작동상태를 설명하는 개략도,

도 5a,5b는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치의 편심커플링에 대한 작동상태를 설명하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 캠축 12 : 캠

14 : 편심베어링 16 : 기어

18 : 스텝모터 20 : 기어축

22 : 실린더헤드 24 : 편심커플링

26 : 캠축풀리 28 : 연결체

30 : 입력플레이트 32 : 출력플레이트

34 : 커플링 바 36 : 밸브

Claims (2)

1. 밸브 리프트와 접촉하는 다수개의 캠이 장착된 캠축과, 상기 캠축의 일측단과 일체로 연결되는 캠축 풀리를 포함하는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치에 있어서,

   외주면에 예각 범위의 기어가 형성되고, 상기 캠축에 편심을 이루며 장착되는 다수개의 편심베어링과;

   상기 편심베어링의 기어에 맞물리는 기어축을 가지는 스텝모터와;

   상기 캠축의 일끝단과 상기 캠축 풀리간을 연결하는 편심연결수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 가변 밸브 리프트 조절장치의 편심연결수단은 실린더 헤드의 일끝단부에 고정 설치되며, 그 중앙에 베어링이 내재된 연결체와;

   상기 연결체에 형성된 연통구를 통하여 캠축 풀리의 중심축과 연결되는 입력플레이트와;

   상기 입력플레이트와 3개의 커플링 바에 의하여 연결되는 출력플레이트로 구성되며,

   상기 출력플레이트의 중심에는 상기 캠축이 일체로 연결된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 조절장치.