KR100666774B1 - 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템 - Google Patents

자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것으로서, 밸브 상태, 즉 밸브 타이밍과 밸브 리프트를 모두 변화시킬 수 있도록 캠의 형상을 인벌루트 곡선을 이용한 곡면처리를 실시함과 동시에 로커아암 등이 흡,배기 밸브에 캠운동을 정확하게 전달할 수 있도록 그 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트를 이동 가능하도록 함으로써, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우(cam-follow)가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것이다.
자동차, 캠 샤프트, 캠, 인벌루트 곡선, 구동모터

Description

자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템{Variable cam operating system for automobile}
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템을 나타내는 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템의 캠을 나타내는 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 의해 작동되는 밸브의 시간에 대한 변위량을 나타내는 그래프,
도 4는 종래의 캠 구동 시스템에 의해 작동되는 밸브의 시간에 대한 변위량을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 캠 샤프트 11 : 캠
12 : 볼베어링 13 : 구동모터
14 : 타이밍 기어
본 발명은 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브 상태, 즉 밸브 타이밍과 밸브 리프트를 모두 변화시킬 수 있도록 캠의 형상을 인벌루트 곡선을 이용한 곡면처리를 실시함과 동시에 로커아암 등이 흡,배기 밸브에 캠운동을 정확하게 전달할 수 있도록 그 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트를 이동 가능하도록 함으로써, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 4사이클 기관은 동력행정에 필요한 혼합기를 연소실 안으로 흡입하고, 또 연소가스를 외부로 배출하기 위해 1개의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브를 1개 또는 2개씩 설치하고 있다.
이러한 흡,배기 밸브는 피스톤이 1사이클을 작동하는 극히 짧은 시간에 쉽게 흡기 및 배기를 행하여 최적 효율을 높이고, 두 밸브가 닫혀 있는 압축 및 동력 행정에서는 충분한 기밀을 유지함은 물론 연소가스의 고온에 노출되어도 정확한 작동이 이루어져야 하고, 장시간의 운전에 견디는 등의 각 조건을 충촉하여야 한다.
이러한 흡,배기 밸브를 일정한 시기에 정확하게 개폐하는 밸브 개폐장치는 캠 샤프트의 캠과 면접촉되어 있는 밸브 리프트를 통해 푸시로드를 밀면, 이 푸시로드는 로커아암을 연동시켜 탄성부재의 탄성력을 이기고 밸브 스템앤드를 눌러 선 택적으로 개폐시키는 오버헤드 밸브식과, 크랭크 샤프트와 타이밍 밸브 또는 타이밍 체인으로 연결된 캠 샤프트의 캠이 로커아암을 직접 연동시켜 밸브가 선택적으로 개폐되는 오버헤드 캠 샤프트식 등이 널리 이용되고 있다.
그런데, 운전 조건은 주행 상태에 따라 무수히 많은 조건으로 변하게 되며, 최적화된 캠 샤프트에 의해서 구동이 이루어지지만, 더 최적화된 위치로 가변되지 못하는 문제점이 발생하며, 이로 인하여 차량의 연비 및 출력이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 밸브 상태, 즉 밸브 타이밍과 밸브 리프트를 모두 변화시킬 수 있도록 캠의 형상을 인벌루트 곡선을 이용한 곡면처리를 실시함과 동시에 로커아암 등이 흡,배기 밸브에 캠운동을 정확하게 전달할 수 있도록 그 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트를 이동 가능하도록 함으로써, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템은, 로커아암 또는 타펫 등이 흡,배기 밸브에 캠의 구동력을 정확하게 전달할 수 있도록 소정의 운동전달 구간 내에서 구동모터에 의해 좌우로 왕복 이동 가능하도록 되어 있는 캠 샤프트와;
상기 캠 샤프트와 동일한 좌우 왕복 이동을 하면서 캠 팔로우 구조에 미끄럼 접촉되어지되, 그 접촉면이 인벌루트 곡선으로 곡면 처리된 캠으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 캠은 그 로브 면이 양측방향으로 상사점을 갖는 동시에 그 중심방향에 하사점을 가지되, 각각의 상사점은 동일축 선상에 있지 않고 일정한 간격의 위상차를 갖는 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 캠 샤프트 및 구동모터는 랙,피니언 타입으로 결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캠 팔로우 구조는 상하 방향의 힘은 손실없이 전달을 해주는 기능을 수행함과 동시에 회전하면서 캠 접촉 곡면에 충격없이 접촉 가능하도록 상기 캠과 맞닿는 부분이 볼베어링 타입으로 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 캠 샤프트와 타이밍 기어는 타이밍 기어가 제자리에서 회전 가능하고, 캠 샤프트만이 좌우로 왕복 운동이 가능하도록 상기 타이밍 기어의 내주연과 캠 샤프트의 외주연이 기어 결합방식인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음 과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템의 캠을 나타내는 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 의해 작동되는 밸브의 시간에 대한 변위량을 나타내는 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 캠 샤프트(10)는 그것의 타이밍 기어와 도시되지 않은 크랭크 샤프트의 타이밍 기어가 타이밍 체인으로 연결되어 크랭크 샤프트의 회전에 따라 회전되도록 되어 있다.
이때, 상기 캠 샤프트(10)는 좌우 제어용 구동모터(13)에 의해 좌우로 왕복 이동 가능하도록 되어 있는 바, 로커아암 또는 타펫 등이 그 흡,배기 밸브에 캠(11)의 구동력을 정확하게 전달할 수 있도록 그 소정의 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트(10)가 이동하게 된다.
이때, 상기 로커아암 또는 타펫에 미끄럼 접촉되는 캠(11)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 그 형상이 인벌루트(involute) 곡선을 이용한 곡면처리가 되어 있다.
여기서, 상기 인벌루트 곡선이란, 큰 원 주위를 구르는 작은 원의 반경이 무한대로 되면서 굴러가는 경우, 작은 원 상의 한 점이 그리는 궤적을 나타내는 것으로서, 이것은 마치 원통에 실을 감아서 실을 팽팽하게 잡아 당기면서 풀어 나갈때 실의 끝이 그리는 궤적과 같다.
즉, 상기 캠(11)의 로브(lobe)면이 양측방향으로 상사점을 갖는 동시에 그 중심방향에 하사점을 갖는 형상으로서, 각각의 상사점은 동일축 선상에 있지 않고 일정한 간격의 위상차를 갖고 있다.
이에, 상기 구동모터(13)에 의해 일정한 간격만큼 왕복 이동하는 캠 샤프트(10) 상에 장착되어 있으면서 상기 캠 샤프트(10)와 동일한 직선 이동이 가능한 캠(11)은 이것과 미끄럼 접촉 운동하는 캠 팔로우(cam-follow) 구조인 로커아암 또는 타펫면에 대하여 접촉하는 면과 위상이 변화되면서 다양한 밸브 상태, 즉 밸브의 개폐시간(밸브 타이밍) 및 개폐율(밸브 리프트)을 구현할 수 있게 된다(도3참조).
더욱이, 상기 캠(11)의 형상을 인벌루트 곡선 처리함으로써, 그 가변되는 구간에서 발생할 수 있는 충격 소음이나 충격 진동을 방지할 수 있게 된다.
이때, 상기 로커아암 또는 타펫 등과 같은 캠 팔로우 구조에 있어서, 상기 캠(11)과 맞닿는 부분에 볼베어링 타입으로 형성되어 상하 방향의 힘은 손실없이 전달을 해주는 기능을 수행함과 동시에 볼베어링(12)이 회전하면서 캠(11) 접촉 곡면에 충격없이 접촉 가능하게 된다.
한편, 타이밍 기어(14)와 캠 샤프트(10)의 결합은 타이밍 기어(14)가 제자리에서 회전 가능하고, 캠 샤프트(10)만이 좌우로 왕복 운동이 가능하도록 상기 타이밍 기어(14)의 내주연과 캠 샤프트(10)의 외주연은 기어 결합방식으로 이루어져 상기 캠 샤프트(10)가 좌우 이동하면서 타이밍 기어(14)의 회전력이 전달될 수 있도록 되어 있다.
따라서, 본 발명은 다양한 형태의 주행 조건에 따라 다양한 흡,배기 밸브의 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 의하면, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 로커아암 또는 타펫 등이 흡,배기 밸브에 캠의 구동력을 정확하게 전달할 수 있도록 소정의 운동전달 구간 내에서 구동모터에 의해 좌우로 왕복 이동 가능하도록 되어 있는 캠 샤프트와, 상기 캠 샤프트와 동일한 좌우 왕복 이동을 하면서 캠 팔로우 구조에 미끄럼 접촉되어지되 그 접촉면이 인벌루트 곡선으로 곡면 처리된 캠으로 이루어진 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 있어서,
    상기 캠은 그 로브 면이 양측방향으로 상사점을 갖는 동시에 그 중심방향에 하사점을 가지되, 각각의 상사점은 동일축 선상에 있지 않고 일정한 간격의 위상차를 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템.
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