KR100969074B1

KR100969074B1 - 연속 가변 밸브 리프트 장치

Info

Publication number: KR100969074B1
Application number: KR1020080034299A
Authority: KR
Inventors: 최명식; 하경표; 이춘우; 김우태; 김형익; 조유신; 서인기; 김백식; 김대성; 오대윤; 한동희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2010-07-09
Also published as: DE102008047124B4; US20090255496A1; US7971562B2; DE102008047124A1; KR20090108940A; JP5263762B2; CN101560896A; JP2009257300A; CN101560896B

Abstract

본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 왕복운동을 통해 유로를 개폐시키는 밸브; 상기 밸브의 왕복 중심축과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동 가능하도록 장착되는 컨트롤 샤프트; 상기 컨트롤 샤프트에 회동 가능한 구조로 결합되고, 상기 컨트롤 샤프트의 길이방향으로 깊이를 갖는 홈 또는 관통공 형상의 캠삽입부가 형성되며, 타측에는 상기 밸브의 끝단과 슬라이딩 방식으로 접촉되는 슬라이드면이 형성되어 회동 시 상기 밸브를 왕복시키는 회동슈; 및 상기 캠삽입부의 내벽에 접촉되어 상기 회동슈를 회동시키는 구동캠;을 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 구동캠 및 캠샤프트의 위치를 변경시키지 아니하더라도 밸브의 개폐시기와 리프트 거리를 조절할 수 있으므로 기존의 양산 엔진에 쉽게 적용될 수 있고, 밸브의 개폐시기와 리프트 거리를 조절하기 위해 요구되는 추가 구성요소가 적으므로 내부 구성의 단순화 및 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

밸브, 캠, 가변, 리프트, 회동슈, 컨트롤 샤프트

Description

연속 가변 밸브 리프트 장치{CONTINUOUS VARIABLE VALVE LIFT DEVICE}

본 발명은 엔진의 저/고속 운전영역에 따라 밸브의 개폐시기와 리프트 거리가 동시에 가변될 수 있도록 구성되는 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 밸브를 가변적으로 리프트 시키기 위한 추가 구성요소를 최소화시킴으로써 보다 단순한 구조로 구성될 수 있는 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

엔진은 크랭크 샤프트의 회전력을 전달받은 캠샤프트가 회전되고, 상기 캠샤프트에 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 구동캠과 캠샤프트, 태핏, 로커암 등의 일련의 기구들을 밸브트레인이라 한다.

도 1은 일반적인 엔진의 밸브트레인의 개략 구조도로서, 이에 도시된 바와같이 실린더 헤드상의 흡/배기 포트에 밸브(10)가 밸브 가이드(20)를 통해 삽입되어 설치되고, 실린더 헤드 본체에 스프링 지지판(30)이 설치되고, 그 스프링 지지판(30)과 스프링 리테이너(50) 사이에 밸브 스프링(40)이 설치되며, 밸브(10)의 타펫(60)이 구동캠(70)과 접촉되도록 설치된다.

이와 같이 구성된 일반적인 밸브트레인은 구동캠(70)의 회전에 의해밸브 타펫(60)이 밀려 밸브 스프링(40)을 압축하면서 밸브(10)를 열어주고, 밸브스프링(40)의 복원력에 의해 밸브(10)가 닫히는 작동이 반복되게 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.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 엔진의 속도에 따라 밸브(10)의 개폐시기 및 리프트 거리를 조정할 수 있도록 구성되는 다양한 종류의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 고안된 바 있으나, 이러한 종래의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 구동캠(70)과 캠샤프트의 위치를 변경시켜야하므로 기존 설계되어 양산되는 엔진에 쉽게 적용시키기가 어렵다는 단점이 있다.

또한, 종래에 고안되었던 연속 가변 밸브 리프트 장치는 단순히 밸브(10)의 리프트 거리를 증감시킴으로써 밸브(10)의 개폐시기가 조절되도록 구성되어 있으므로, 밸브(10)의 개폐시기를 보다 효율적으로 조절할 수 없다는 단점이 있다.

또한, 종래에 고안되었던 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 밸브(10)의 리프트 거리 및 개폐시기를 조절하기 위하여 캠샤프트에 결합된 구동캠(70) 이외에 별도의 가변캠이 추가로 요구되는바, 내부 구성이 복잡해진다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 구동캠 및 캠샤프트의 위치가 변경되지 아니하므로 기존의 양산 엔진에 쉽게 적용시킬 수 있고, 가변캠 등과 같은 추가 구성요소를 최소화시킴으로써 내부 구성의 단순화 및 소형화가 가능한 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치는,

왕복운동을 통해 유로를 개폐시키는 밸브;

상기 밸브의 왕복 중심축과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동 가능하도록 장착되는 컨트롤 샤프트;

상기 컨트롤 샤프트에 회동 가능한 구조로 결합되고, 상기 컨트롤 샤프트의 길이방향으로 깊이를 갖는 홈 또는 관통공 형상의 캠삽입부가 형성되며, 타측에는 상기 밸브의 끝단과 슬라이딩 방식으로 접촉되는 슬라이드면이 형성되어 회동 시 상기 밸브를 왕복시키는 회동슈; 및

상기 캠삽입부의 내벽에 접촉되어 상기 회동슈를 회동시키는 구동캠;

을 포함하여 구성된다.

상기 슬라이드면은,

상기 밸브와 접촉되었을 때 상기 밸브를 하강시키지 아니하는 제로 리프트구간과, 상기 밸브를 상이한 거리로 리프트시키는 로우 리프트구간 및 하이 리프트구간을 구비한다.

상기 캠삽입부의 내벽이 상기 구동캠에 밀착되도록 상기 회동슈에 탄성력을 인가하는 리턴스프링을 더 포함한다.

상기 밸브 끝단에는, 상기 슬라이드면과 접촉되는 면이 볼록한 곡면으로 형성된 타펫이 구비된다.

상기 컨트롤 샤프트는,

상기 타펫의 곡면과 동일한 곡률중심을 갖도록 만곡된 경로를 따라 이동하도록 구성된다.

상기 타펫의 곡면과 동일한 곡률중심을 갖도록 만곡된 가이드슬롯이 형성되는 샤프트블록을 더 포함하고,

상기 컨트롤 샤프트는, 상기 가이드슬롯을 관통하여 상기 가이드슬롯을 따라 슬라이딩 방식으로 이동한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 개략 구조도이고, 도 3은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치에 포함되는 회동슈를 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 길이방향으로의 왕복운동을 통해 유로를 개폐시키는 밸브(100)와, 상기 밸브(100)의 왕복 중심축과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동 가능하도록 장착되는 컨트롤 샤프트(200)와, 상기 컨트롤 샤프트(200)에 회동 가능한 구조로 결합되어 회동 시 상기 밸브(100)를 왕복시키는 회동슈(300)와, 상기 회동슈(300)를 회동시키는 구동캠(400)을 포함하여 구성된다.

이때 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 통상의 연속 가변 밸브 리프트 장치처럼 구동캠(400)이 상기 회동슈(300)의 외측면을 가압할 수 있도록 상기 회동슈(300)의 일측에 장착되는 것이 아니라 상기 회동슈(300)의 내측에 장착됨으로써, 전체 제품의 크기를 소형화시킬 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

이와 같은 결합구조가 가능해지도록, 상기 회동슈(300)의 가운데 부위에는 상기 컨트롤 샤프트(200)의 길이방향으로 길이를 갖는 관통공 형상의 캠삽입부(320)가 형성되며, 상기 구동캠(400)은 외주면이 상기 캠삽입부(320)의 내벽에 접촉되도록 구성된다. 이와 같이 회동슈(300)에 관통공이 형성되면 구동력을 인가하는 구동캠(400)이 회동슈(300) 내부에 장착될 수 있으므로 전체 장치의 소형화가 가능해진다는 장점뿐만 아니라, 관통공이 형성된 부재는 관통공 없는 동일 단면적 부재보다 큰 단면 2차모멘트 값을 가지므로 상기 회동슈(300)의 내구성이 증대된다는 장점이 있다.

본 실시예에서는 상기 캠삽입부(320)가 관통공 형상으로 형성되는 경우만을 설명하고 있으나, 상기 캠삽입부(320)는 관통공 형상에 한정되지 아니하고 상기 구동캠(400)의 외주면이 접촉되는 내측벽을 구비할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상으로도 대체될 수 있다. 예를 들어 상기 캠삽입부(320)는, 상기 컨트롤 샤프트(200)의 길이방향으로 깊이를 갖는 홈 형상으로 형성될 수도 있다.

또한 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 상기 회동슈(300)의 회동이나 구동캠(400)의 회전에 관계없이 상기 캠삽입부(320)의 내벽이 항상 상기 구동캠(400)의 외주면에 밀착되도록 상기 회동슈(300)에 탄성력을 인가하는 리턴스프 링(500)을 더 포함한다.

또한 상기 회동슈(300)는 상기 컨트롤 샤프트(200)가 장착되는 측의 타측(도 2에서는 하측면)에 상기 밸브(100)의 상측 끝단과 슬라이딩 방식으로 접촉되는 슬라이드면(310)이 형성되는데, 상기 슬라이드면(310)은, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 밸브(100)와 접촉되었을 때 상기 밸브(100)를 하강시키지 아니하는 제로 리프트구간(a)과, 상기 밸브(100)를 상이한 거리로 리프트시키는 로우 리프트구간(b) 및 하이 리프트구간(c)을 구분된다.

즉, 상기 밸브(100)는, 슬라이드면(310)의 제로 리프트구간(a)에 접촉되는 동안에는 하강되지 아니하고, 로우 리프트구간(b)에 접촉되는 동안에는 비교적 짧은 거리만큼 하강되며, 하이 리프트구간(c)에 접촉되는 동안에는 비교적 긴 거리만큼 하강된다. 이때 상기 제로 리프트구간(a), 로우 리프트구간(b), 하이 리프트구간(c)의 길이 및 형상은, 컨트롤 샤프트(200)와 밸브(100) 간의 거리 및 각도, 밸브(100)가 하강되어야 할 설정 거리 등 여러 가지 조건에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

또한 상기 밸브(100)는, 상기 슬라이드면(310)과 접촉되는 끝단(도 2에서는 상측 끝단)에 내마모성이 큰 타펫(110)이 구비된다. 이때 상기 타펫(110)의 상측 끝단면 즉, 상기 회동슈(300)의 슬라이드면(310)과 접촉되는 면은 곡면(Spherical radius)의 크라우닝(crowning)으로 가공되는데, 이는 구동캠(400)과 타펫(110) 사 이의 접촉이 선 접촉과 점접촉의 중간형태가 되게하여 극단적인 엣지 접촉(edge contact)을 피하게 하기 위함이다.

이와 같이 밸브(100)의 끝단에 볼록한 곡면을 갖는 타펫(110)이 구비되는 구성은 종래의 밸브(100)트레인에도 널리 사용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 컨트롤 샤프트(200)는 상기 회동슈(300)의 회전축 역할을 하는 구성요소로서, 상기 회동슈(300)의 회전 중심을 이동시킴으로써 상기 회동슈(300)의 회전에 따르는 밸브(100)의 리프트 거리를 조절하는 역할을 한다.

이때 상기 컨트롤 샤프트(200)가 상기 밸브(100)의 길이방향으로 이동하는 경우 즉, 상기 타펫(110)의 상측 곡면과 가깝거나 멀어지는 궤적을 따라 이동하는 경우에는, 상기 슬라이드면(310)과 타펫(110)의 상측 곡면이 이격되었다가 접촉되는 동작이 반복됨으로써 소음이 발생될 뿐만 아니라 각 부품의 손상이 유발될 수 있게 된다. 따라서 상기 컨트롤 샤프트(200)는, 상기 타펫(110)의 상측 곡면과 상기 회동슈(300)의 슬라이드면(310)이 항상 접촉된 상태를 유지할 수 있도록, 상기 타펫(110)의 곡면과 동일한 곡률중심을 갖도록 만곡된 경로를 따라 이동하도록 구성된다.

상기 컨트롤 샤프트(200)는 별도의 가이드수단 없이 독립적으로 이동할 수 있도록 구성될 수도 있으나, 이와 같은 경우 외부로부터 인가되는 충격 등에 의해 상기 컨트롤 샤프트(200)가 정상경로를 이탈하게 될 우려가 있다. 따라서 상기 컨 트롤 샤프트(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 샤프트블록(600)에 형성된 가이드슬롯(610)을 관통하도록 장착되며, 상기 가이드슬롯(610)을 따라 슬라이딩 방식으로 이동하도록 구성된다. 이때 상기 가이드슬롯(610)은 상기 타펫(110)의 곡면과 동일한 곡률중심을 갖도록 만곡된 형상으로 형성됨이 바람직하다.

도 4는 밸브(100)의 로우 리프트 상태를 도시하는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 개략 구조도이다.

도 2에 도시된 상태에서 상기 구동캠(400)이 회전하여 캠로브(410)가 캠삽입부(320)의 내벽에 접촉하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 회동슈(300)는 상기 컨트롤 샤프트(200)를 중심이로 시계방향으로 회전하게 되고, 상기 타펫(110)과 밸브(100)는 상기 회동슈(300)의 슬라이드면(310)에 의해 하향으로 밀려 하강된다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 컨트롤 샤프트(200)가 가이드슬롯(610)의 좌측단에 위치하는 경우에는, 상기 구동캠(400)이 상기 회동슈(300)를 최대한 회전시키더라도 상기 타펫(110)의 상측 곡면은 상기 슬라이드면(310)의 로우 리프트구간(b)까지만 접촉되는바, 상기 밸브(100)는 비교적 짧게 하강된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브(100)가 하강되면, 상기 밸브(100)가 유로를 약간만 개방시키는 로우 리프트 상태가 된다.

이때, 상기 캠로브(410)가 직접 상기 구동슈와 접촉되도록 구성되면 마찰력에 의해 소음이 발생되고 부드러운 회전 운동이 이루어지지 아니할 우려가 있는바, 상기 회동슈(300)에는 상기 캠로브(410)와 접촉되는 부위에 롤러(330)가 구비됨이 바람직하다.

도 5 및 도 6은 밸브(100)의 하이 리프트 상태를 순차적으로 도시하는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 개략 구조도이다.

도 2에 도시된 상태에서 상기 컨트롤 샤프트(200)가 가이드슬롯(610)의 우측으로 이동하게 되면, 상기 회동슈(300)는 전체적으로 시계방향으로 일정각도 회전된 상태가 되어, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 타펫(110)의 상측 곡면은 상기 제로 리프트구간(a)과 로우 리프트구간(b) 사이에 위치된다. 즉, 상기 회동슈(300)가 상기 컨트롤 샤프트(200)를 중심으로 약간만 시계방향으로 회전하더라도 상기 타펫(110) 및 밸브(100)는 슬라이드면(310)에 의해 밀려 하강될 수 있는 상태가 된다.

상기 컨트롤 샤프트(200)가 가이드슬롯(610)의 우측으로 이동될 때, 상기 타펫(110)의 상측 곡면이 상기 로우 리프트구간(b) 측 방향으로 상기 슬라이드면(310)을 타고 슬라이딩될 수 있도록, 상기 로우 리프트구간(b)은 상기 제로 리프트구간(a)보다 오목한 형상으로 형성됨이 바람직하다.

따라서 도 5에 도시된 상태에서 상기 구동캠(400)이 회전하여 상기 캠로브(410)가 캠안착부의 내벽에 접촉되면, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 타펫(110)의 상측 곡면은 슬라이드면(310)의 하이 리프트구간(c)과 접촉하게 되고, 이에 따라 상기 타펫(110)과 밸브(100)는 도 4에 도시된 상태보다 더 하강하게 된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 밸브(100)가 하강되면, 상기 밸브(100)가 유로를 최대한 개방시키는 하이 리프트 상태가 된다.

이와 같이 본 발명에 의한 가변 밸브 리프트 장치는, 별도의 가변캠을 이용하지 아니하더라도 밸브(100)의 개폐량 및 개폐시기를 자유롭게 조절할 수 있는바, 장치의 소형화 및 단순화가 가능해진다는 장점이 있다.

본 실시예에서는 상기 밸브(100)의 상측단에 타펫(110)이 장착되고 상기 회동슈(300)가 타펫(110)을 가압함으로써 밸브(100)를 개폐시키는 구조만을 설명하고 있으나, 상기 밸브(100)의 상측단에 로커암이 장착되고 상기 회동슈(300)가 상기 로커암을 가압하여 회동시킴으로써 상기 밸브(100)를 개폐시키는 구조로도 변경될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 일반적인 엔진의 밸브트레인의 개략 구조도이다.

도 2는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 개략 구조도이다.

도 3은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치에 포함되는 회동슈를 도시한다.

도 4는 밸브의 로우 리프트 상태를 도시하는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 개략 구조도이다.

도 5 및 도 6은 밸브의 하이 리프트 상태를 순차적으로 도시하는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 개략 구조도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 밸브 110 : 타펫

200 : 컨트롤 샤프트 300 : 회동슈

310 : 슬라이드면 320 : 캠삽입부

330 : 롤러 400 : 구동캠

410 : 캠로브 500 : 리턴스프링

600 : 샤프트블록 610 : 가이드슬롯

Claims

왕복운동을 통해 유로를 개폐시키는 밸브;

상기 밸브의 왕복 중심축과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동 가능하도록 장착되는 컨트롤 샤프트;

상기 컨트롤 샤프트에 회동 가능한 구조로 결합되고, 홈 또는 관통공 형상의 캠삽입부가 형성되며, 상기 밸브의 끝단과 슬라이딩 방식으로 접촉되는 슬라이드면이 형성되어 회동 시 상기 밸브를 왕복시키는 회동슈; 및

상기 캠삽입부의 내벽에 접촉되어 상기 회동슈를 회동시키는 구동캠;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에 있어서,

상기 슬라이드면은,

상기 밸브와 접촉되었을 때 상기 밸브를 하강시키지 아니하는 제로 리프트구간과, 상기 밸브를 상이한 거리로 리프트시키는 로우 리프트구간 및 하이 리프트구간을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에 있어서,

상기 캠삽입부의 내벽이 상기 구동캠에 밀착되도록 상기 회동슈에 탄성력을 인가하는 리턴스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 밸브 끝단에는, 상기 슬라이드면과 접촉되는 면이 볼록한 곡면으로 형성된 타펫이 구비되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제4항에 있어서,

상기 컨트롤 샤프트는,

상기 타펫의 곡면과 동일한 곡률중심을 갖도록 만곡된 경로를 따라 이동 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제4항에 있어서,

상기 타펫의 곡면과 동일한 곡률중심을 갖도록 만곡된 가이드슬롯이 형성되는 샤프트블록을 더 포함하고,

상기 컨트롤 샤프트는, 상기 가이드슬롯을 관통하여 상기 가이드슬롯을 따라 슬라이딩 방식으로 이동 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.