KR100569418B1 - 자동차 엔진의 캠샤프트 구동시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진에서 밸브기구의 작동을 위한 캠샤프트 구동시스템에 관한 것이다.

본 발명은 엔진의 크랭크샤프트에서 발생되는 회전력을 왕복직선운동을 하는 하나의 로드를 이용하여 흡배기 캠샤프트 동시 구동용 캠샤프트 풀리에 전달하고, 다시 캠샤프트 풀리의 회전력을 다른 하나의 로드를 이용하여 흡배기 캠샤프트에 전달하는 새로운 메카니즘의 구동시스템을 제공함으로써, 텐셔너, 아이들러 등의 삭제에 따른 부품수 절감으로 구조 단순화 및 원가절감의 효과를 기대할 수 있고, 캠샤프트 풀리의 삭제에 따른 엔진의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있으며, 소음발생의 원인이 되는 벨트나 체인의 삭제로 구동소음을 현저하게 줄일 수 있고, 접촉전동 요소의 최대한 배제에 따른 마찰손실의 저감으로 엔진 성능의 향상을 도모할 수 있도록 한 것이다.

엔진, 밸브기구, 캠샤프트 풀리, 크랭크샤프트 풀리, 로드

Description

자동차 엔진의 캠샤프트 구동시스템{Cam shaft driving system for vehicle engine}

도 1은 종래 캠샤프트 구동시스템의 구조를 보여주는 정면도

도 2는 본 발명에 따른 캠샤프트 구동시스템의 구조를 보여주는 정면도

도 3은 본 발명에 따른 캠샤프트 구동시스템의 구조를 보여주는 사시도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10a,10b : 캠샤프트 풀리 11 : 크랭크샤프트 풀리

12 : 벨트 13 : 아이들러

14 : 텐셔너 15 : 캠샤프트 구동용 풀리

16 : 캠샤프트 17a,17b : 로드

18a,18b,18c,18d,18e : 핀

본 발명은 자동차 엔진에서 밸브기구의 작동을 위한 캠샤프트 구동시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 벨트(체인)-풀리방식을 배제하고 새로운 캠-로드방식을 적용하여 텐셔너, 아이들러 등의 부품수 절감에 따른 구조 단순화 및 원가절감을 도모할 수 있고, 캠샤프트 풀리의 삭제에 따른 엔진 프론트측 사이즈와 중량을 줄일 수 있으며, 엔진 프론트측의 전체적인 구동소음을 획기적으로 줄일 수 있는 동시에 마찰손실 저감으로 엔진성능을 향상시킬 수 있는 자동차 엔진의 캠샤프트 구동시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진의 캠샤프트 구동시스템은 엔진 프론트측에 배치되면서 크랭크샤프트의 동력을 이용하여 밸브기구를 작동시켜주는 시스템으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 상부에는 흡기측 캠샤프트와 배기측 캠샤프트에 각각 장착되는 2개의 캠샤프트 풀리(10a),(10b)가 배치되고, 하부의 크랭크샤프트 풀리(11)와 캠샤프트 풀리(10a),(10b)는 벨트(12) 또는 체인으로 연결되어 동력전달이 가능하게 되며, 벨트(12)의 길이중간에는 장력유지를 위한 아이들러(13)와 텐셔너(14)가 각각 배치되는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 엔진의 가동과 함께 크랭크샤프트가 회전하면, 이때의 회전력은 벨트 또는 체인을 통해 각각의 캠샤프트 풀리로 전달되고, 캠샤프트의 회전에 의해 각 흡기밸브 및 배기밸브가 연계적으로 개폐되면서 흡배기작동이 이루어지게 된다.

그러나, 현재 거의 대부분의 엔진에서 적용하고 있는 벨트(체인)-풀리방식의 캠샤프트 구동시스템은 다음과 같은 단점을 갖고 있다.

① 캠샤프트를 구동하는 풀리와 벨트 또는 체인의 장력을 유지하기 위하여 텐셔너, 아이들러 등의 채용이 필수적이기 때문에 부품수가 많아지면서 구조가 복 잡해지고 비용이 비싸지는 단점이 있다.

② 엔진 사이즈 측면에서 캠샤프트 풀리 직경으로 인해 엔진의 전체적인 사이즈가 커지는 단점이 있다.

예를 들면, 실린더헤드측과 헤드커버측 사이즈는 캠샤프트 풀리 직경에 의해 결정된다.

③ 벨트나 체인은 다수의 이빨로 구성되어 있기 때문에 상당한 구동소음을 일으키는 단점이 있다.

④ 풀리와 벨트 또는 체인 간의 접촉전동으로 인해 마찰손실이 크고, 이로 인해 엔진 성능의 효율적인 확보가 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진의 크랭크샤프트에서 발생되는 회전력을 왕복직선운동을 하는 하나의 로드를 이용하여 흡배기 캠샤프트 동시 구동용 캠샤프트 풀리에 전달하고, 다시 캠샤프트 풀리의 회전력을 다른 하나의 로드를 이용하여 흡배기 캠샤프트에 전달하는 새로운 메카니즘의 구동시스템을 제공함으로써, 텐셔너, 아이들러 등의 삭제에 따른 부품수 절감으로 구조 단순화 및 원가절감의 효과를 기대할 수 있고, 캠샤프트 풀리의 삭제에 따른 엔진의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있으며, 소음발생의 원인이 되는 벨트나 체인의 삭제로 구동소음을 현저하게 줄일 수 있고, 접촉전동 요소의 최대한 배제에 따른 마찰손실의 저감으로 엔진 성능의 향상을 도모할 수 있도록 하는데 그 목적이 있 다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하나의 캠샤프트 구동용 풀리와, 상기 캠샤프트 구동용 풀리에서 크랭크샤프트 풀리 및 캠샤프트에 각각 연결되면서 직선왕복운동으로 동력을 전달하는 2개의 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2개의 로드 중에서 1개는 위아래 배치되는 캠샤프트 구동용 풀리와 크랭크샤프트 풀리 사이에서 양단이 핀으로 체결되는 구조로 수직 연결되고, 나머지 1개는 캠샤프트 구동용 풀리와 옆으로 나란하게 배치되는 캠샤프트 사이에서 양단이 핀으로 체결되는 구조로 수평 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2개의 로드 중에서 1개는 위아래 배치되는 캠샤프트 구동용 풀리와 크랭크샤프트 풀리 사이에서 양단이 핀으로 체결되는 구조로 수직 연결되고, 나머지 1개는 캠샤프트 구동용 풀리를 사이에 두고 양편에 배치되는 캠샤프트 사이에서 길이중간과 양단이 핀으로 체결되는 구조로 수평 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캠샤프트 구동용 풀리에 연결되는 로드의 2곳 핀체결점은 서로 90°위상차를 두고 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캠샤프트 구동용 풀리와 캠샤프트 사이에 연결되는 로드의 3곳 핀체결점은 동일한 수평선상에 위치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 캠샤프트 구동시스템은 크랭크샤프트 풀리측의 동력을 캠샤프트측 으로 전달하는 하나의 캠샤프트 구동용 풀리와, 이때의 전동매체 역할을 하는 2개의 로드로 구성된다.

본 발명에서 제공하는 캠샤프트 구동시스템은 흡기밸브와 배기밸브를 1개의 캠샤프트로 개폐하는 싱글 오버 헤드 캠샤프트 방식과 흡기밸브와 배기밸브를 각각의 캠샤프트로 개폐하는 더블 오버 헤드 캠샤프트 방식에 모두 적용할 수 있으며, 본 발명에서는 더블 오버 헤드 캠샤프트 방식에 적용한 예를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 엔진 프론트측 상부에는 양편의 캠샤프트(16) 사이에 하나의 캠샤프트 구동용 풀리(15)가 배치되어 엔진 본체상에서 축에 의해 지지되면서 회전가능한 구조로 설치되고, 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 하부의 크랭크샤프트 풀리(11) 사이에는 1개의 로드(17a)가 수직으로 길게 연결되며, 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 양옆의 캠샤프트(16) 사이에는 다른 1개의 로드(17b)가 수평으로 짧게 연결된다.

이때의 상기 로드(17b)는 캠샤프트(16)에 양단 연결되면서 이와 동시에 길이중간을 이용하여 캠샤프트 구동용 풀리(15)에 연결되므로서, 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 캠샤프트(16) 간의 연계적인 회전이 가능하게 된다.

여기서, 로드의 캠샤프트측 연결위치는 캠샤프트의 단면이나 플랜지면으로 설정할 수 있다.

한편, 싱글 오버 헤드 캠샤프트 방식의 경우 로드(17b)는 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 캠샤프트(16) 사이에서 양단이 직접 연결될 수 있다.

상기 각 로드(17a),(17b)의 연결부위는 모두 핀(18a∼18e)으로 체결되어 있 어서, 풀리측 회전운동과 로드측 직선운동 간의 간섭을 수용할 수 있도록 되어 있다.

또한, 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 크랭크샤프트 풀리(11) 사이를 연결하는 1개의 로드(17a)는 캠샤프트 구동용 풀리(15)의 전면을 이용하여 연결되고, 캠샤프트(16)측과 연결되는 다른 1개의 로드(17b)는 캠샤프트 구동용 풀리(15)의 후면을 이용하여 연결된다.

또한, 캠샤프트 구동용 풀리(15)에 연결되는 로드(17a),(17b)의 핀 체결점 2곳은 서로 90°의 위상차를 두고 설정되어 있으며, 특히 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 캠샤프트(16)에 연결되는 로드(17b)의 핀 체결점 3곳은 동일한 수평선상으로 유지되어 있다.

즉, 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 양편의 캠샤프트(16)의 각 회전중심점은 동일한 수평선상을 유지하고 있고, 또한 각각의 핀 체결점(18c),(18d),(18e)도 각 회전중심점으로부터 같은 거리에 위치됨에 따라 캠샤프트 구동용 풀리(15)의 회전력이 로드(17b)를 매개로 캠샤프트(16)에 전달될 수 있다.

또한, 캠샤프트 구동용 풀리(15)측과 크랭크샤프트 풀리(11)측에 연결되는 로드(17a)의 핀 체결점(18a),(18b)의 경우에도 크랭크샤프트와 캠샤프트의 회전비율을 고려하여 각 풀리의 회전중심점으로부터 일정한 거리를 두고 위치시킬 수 있다.

예를 들면, 보통 크랭크샤프트 2회전시 캠샤프트는 1회전하게 되므로, 이때의 거리 또한 이에 상응하는 비율, 즉 캠샤프트 구동용 풀리(16)에 있는 핀 체결점(18b) 거리(회전중심점으로부터의 거리)를 크랭크샤프트 풀리(11)에 있는 핀 체결점(18a) 거리의 2배로 설정할 수 있다.

따라서, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 캠샤프트 구동시스템의 작동관계를 살펴보면 다음과 같다.

도 3에 도시한 바와 같이, 엔진으로부터 제공되는 동력에 의해 크랭크샤프트 및 크랭크샤프트 풀리(11)가 회전하면, 상하 직선왕복운동을 하는 로드(17a)를 통해 연결되어 있는 캠샤프트 구동용 풀리(15)도 같은 방향으로 회전을 하게 되고, 계속해서 이때의 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 좌우 직선운동을 하는 로드(17b)를 통해 연결되어 있는 양편의 캠샤프트(16)도 함께 회전을 하게 되므로, 흡기밸브와 배기밸브의 개폐동작이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 크랭크샤프트 풀리와 캠샤프트 풀리, 캠샤프트 풀리와 캠샤프트 사이를 각각의 로드로 연결하여 동력을 전달하는 새로운 메카니즘의 구동시스템을 제공함으로써, 텐셔너나 아이들러 등을 삭제할 수 있어 부품수 절감에 따른 구조 단순화 및 원가절감의 효과와, 큰 부피를 차지고 있던 캠샤프트 풀리를 삭제할 수 있어 엔진의 전체적인 사이즈를 줄일 수 있는 효과와, 소음발생의 원인이 되는 벨트나 체인을 원천적으로 배제할 수 있어 구동소음을 현저하게 줄일 수 있는 효과와, 로드를 통한 전동구조이므로 마찰손실을 최대한 줄일 수 있어 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 하나의 캠샤프트 구동용 풀리(15)와, 상기 캠샤프트 구동용 풀리(15)에서 크랭크샤프트 풀리(11) 및 캠샤프트(16)에 각각 연결되면서 직선왕복운동으로 동력을 전달하는 2개의 로드(17a),(17b)를 포함하되, 상기 2개의 로드(17a),(17b) 중에서 1개는 위아래 배치되는 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 크랭크샤프트 풀리(11) 사이에서 양단이 핀(18a),(18b)으로 체결되는 구조로 수직 연결되고, 나머지 1개는 캠샤프트 구동용 풀리(15)와 옆으로 나란하게 배치되는 캠샤프트(16) 사이에서 양단이 핀(18c),(18d)으로 체결되는 구조로 수평 연결되는 자동차 엔진의 캠샤프트 구동시스템에 있어서,

   상기 캠샤프트 구동용 풀리(15)에 연결되는 로드(17a),(17b)의 2곳 핀체결점은 서로 90°위상차를 두고 위치되는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 캠샤프트 구동시스템.
5. 삭제

Images