KR100969386B1 - 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는, 인풋캠이 체결된 캠샤프트, 상기 캠샤프트가 삽입되는 제1장착홀이 형성되고 상기 제1장착홀과 이격되어 설정된 방향으로 가이드슬롯이 형성되고 상기 인풋캠과 인접하게 배치되는 가이드부재, 상기 가이드슬롯에 삽입되어 장착되고 상기 캠에 의해서 상기 가이드슬롯의 내측면을 따라서 움직이는 롤러샤프트, 상기 캠샤프트가 삽입되는 제2장착홀이 형성되고 외주면 일측에는 돌출되어 형성된 프로파일부와 상기 롤러샤프트에 접하는 롤러접촉부가 형성되는 아우풋캠, 일단은 제1지지부에 의해서 지지되고 상기 아우풋캠에 의해서 타단에 구비된 밸브를 리프트 시키는 스윙암, 상기 캠에 의해서 움직인 상기 아우풋캠을 원위치로 복귀시키는 탄성부재 및 상기 가이드부재를 상기 캠샤프트를 중심으로 설정된 각만큼 회전시키는 가변조절부를 포함한다.

따라서, 가이드부재가 캠샤프트 또는 중공축에 고정되어 회전함으로써 구조가 견고하고 컴팩트해진다. 또한 아우풋캠이 캠샤프트 또는 중공축에 고정되어 회전함으로써 구조가 견고하고 컴팩트해진다.

가변, 밸브, 리프트, 캠축, 캐리어, 로커암, 스윙암, 증폭, 레버

Description

가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

본 발명은 자동차의 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 견고하고 컴팩트한 구조를 갖고 밸브의 리프트 양을 연속적으로 변화시키는 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다. 공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다.

또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.

그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타이밍이 달라지게 된다.

이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전 수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다.

본 발명은 구조가 컴팩트하고, 마찰과 동력손실이 최소화되며, 제어성과 조립성이 뛰어난 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

본 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는, 인풋캠이 체결된 캠샤프트, 상기 캠샤프트가 삽입되는 제1장착홀이 형성되고 상기 제1장착홀과 이격되어 설정된 방향으로 가이드슬롯이 형성되고 상기 인풋캠과 인접하게 배치되는 가이드부재, 상기 가이드슬롯에 삽입되어 장착되고 상기 캠에 의해서 상기 가이드슬롯의 내측면을 따라서 움직이는 롤러샤프트, 상기 캠샤프트가 삽입되는 제2장착홀이 형성되고 외주면 일측에는 돌출되어 형성된 프로파일부와 상기 롤러샤프트에 접하는 롤러접촉부가 형성되는 아우풋캠, 일단은 제1지지부에 의해서 지지되고 상기 아우풋캠에 의해서 타단에 구비된 밸브를 리프트 시키는 스윙암, 상기 캠에 의해서 움직인 상기 아우풋캠을 원위치로 복귀시키는 탄성부재 및 상기 가이드부재를 상기 캠샤프트를 중심으로 설정된 각만큼 회전시키는 가변조절부를 포함한다.

또한, 상기 가이드부재는 상기 캠의 양측에 배치되고, 상기 아웃풋캠은 상기 가이드부재에 인접해서 상기 캠의 양측에 배치된다.

또한, 상기 가이드슬롯은 상기 캠샤프트의 회전방향으로 형성되되, 점차 멀어지도록 형성되고, 상기 롤러샤프트에는 롤러가 배치되고, 상기 롤러는 상기 가이드부재의 상기 가이드슬롯의 내측면과 접한다.

또한, 상기 탄성부재는 상기 캠샤프트에 장착된 코일스프링이고, 상기 코일스프링의 일단부는 상기 아우풋캠을 탄성 지지하고, 상기 아우풋캠의 일측에는 상기 코일스프링에 의해서 지지되는 지지홈이 형성된다.

또한, 상기 가변조절부는, 상기 가이드부재의 일측면을 지지하는 제2지지부 및 상기 캠샤프트와 나란하게 배치되고 구동부에 의해서 상기 제2지지부를 회전시켜 상기 가이드부재를 상기 캠샤프트를 중심으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 가변축을 포함한다.

또한, 상기 캠샤프트가 삽입되는 제3장착홀이 형성된 원통형의 중공축을 더 포함하고, 상기 중공축의 한쪽 외주면은 엔진의 헤드의 일측면에 의해서 지지되고, 상기 중공축은 상기 인풋캠의 적어도 한 쪽에 배치되고, 상기 인풋캠과 인접한 상기 중공축의 외주면에 상기 가이드부재와 상기 아우풋캠이 순차적으로 배치된다.

또한, 상기 중공축이 상기 가이드부재의 상기 제1장착홀과 상기 아우풋캠의 상기 제2장착홀을 관통하도록 배치되고, 상기 롤러샤프트는 상기 가이드슬롯에 삽입되되 상기 캠샤프트와 평행하게 배치된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에 의하면, 구조가 컴팩트하고 마찰과 동력손실이 최소화되며 제어성과 조립성이 뛰어나다.

아울러, 가이드부재가 캠샤프트 또는 중공축에 고정되어 회전함으로써 구조가 견고하고 컴팩트해진다. 또한 아우풋캠이 캠샤프트 또는 중공축에 고정되어 회 전함으로써 구조가 견고하고 컴팩트해진다.

아울러, 실린더헤드와 캠 샤프트 사이에 중공축을 배치함으로써, 마찰특성이 향상되고 구조가 견고해진다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 일부 사시도이다.

도 1을 참조하면, 가변 밸브 리프트 장치는 캠샤프트(100), 인풋캠(105), 롤러샤프트(110), 가이드부재(115), 아우풋캠(120), 제1롤러(125), 스윙암(130), 밸브(135), 제1지지부(140), 탄성부재(145), 중공축(150), 가변축(155) 및 제2지지부(160)를 포함한다.

상기 캠샤프트(100)에는 상기 인풋캠(105)이 장착되고, 상기 인풋캠(105)에 의해서 상기 롤러샤프트(110)가 움직인다. 상기 롤러샤프트(110)는 상기 아우풋캠(120)을 움직이고, 상기 아우풋캠(120)은 상기 제1롤러(125)를 움직인다. 따라서, 상기 스윙암(130)과 상기 밸브(135)가 움직인다.

상기 롤러샤프트(110)는 상기 가이드부재(115)에 형성된 가이드슬롯(230)을 따라서 움직인다. 또한, 상기 가이드부재(115)는 상기 제2지지부(160)에 의해서 지지되고, 상기 제2지지부(160)는 상기 캠샤프트(100)와 평행하게 배치된 상기 가변축(155)에 연결된다.

코일스프링 타입의 상기 탄성부재(145)는 상기 아우풋캠(120), 상기 롤러샤프트(110) 및 상기 가이드부재(115)를 상기 제2지지부(160) 측으로 탄성 지지한다.

또한, 상기 가변축(155)이 설정된 각도만큼 회전하면, 상기 제2지지부(160)가 상기 가이드부재(115)의 일면에서 슬라이딩되면서, 상기 가이드부재(115)는 상기 캠샤프트(100)를 중심으로 회전한다.

상기 중공축(150)에 상기 캠샤프트(100)가 삽입되는 구조를 갖고 있으며, 상기 중공축(150)에 상기 가이드부재(115) 및 상기 아우풋캠(120)이 체결된다. 도 2,3,4를 참조하여 각 구성요소에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 분해 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 가이드부재(115)에는 상기 중공축(150)이 삽입되는 제1장착홀(225)이 형성되고, 상기 제1장착홀(225)과 이격되어 상기 가이드슬롯(230)이 형성된다.

여기서, 상기 가이드슬롯(230)은 상기 캠샤프트(100)에서 멀어지게 연장되어 형성된다. 상기 가이드부재(115)의 상단부에는 상기 제2지지부(160)에 의해서 지지되는 제1지지면(220)이 형성된다.

상기 롤러샤프트(110)의 양단부에는 제2롤러(245)가 각각 배치되고, 가운데 부분에는 외주면에 캠접촉부(235)가 형성된다.

상기 제2롤러(245)의 안쪽 외주면에는 가이드접촉부(240)가 형성된다. 상기 가이드접촉부(240)는 상기 가이드슬롯(230)의 내측면에 밀착되며, 상기 롤러샤프트(110)는 상기 가이드슬롯(230)을 따라서 움직인다.

상기 아우풋캠(120)의 가운데에는 제2장착홀(200)이 형성되고, 상기 제2장착홀(200)을 통하여 상기 중공축(150)이 삽입된다.

상기 아우풋캠(120)의 외주면 일측 상단부에는 상기 탄성부재(145)에 의해서 지지되는 지지홈(215)이 형성되고, 외주면 타측에는 돌출되어 형성된 프로파일부(205)가 형성된다.

상기 프로파일부(205)의 상단면에는 상기 롤러샤프트(110)의 상기 제2롤러(245)와 접촉하는 롤러접촉부(210)가 형성되고, 상기 프로파일부(205)의 하단면은 상기 제1롤러(125)와 접촉한다.

상기 캠샤프트(100)에는 상기 인풋캠(105)이 장착되고, 상기 인풋캠(105)은 고정핀(252)에 의해서 고정된다. 그리고, 본 발명의 실시예에서, 상기 캠샤프트(100)의 양단부는 두 개의 상기 중공축(150)에 각각 삽입되는 구조를 갖는다.

상기 중공축(150)은 상기 캠샤프트가 삽입되는 제3장착홀(250)이 형성되고, 외주면 가운데 부분에는 헤드(미도시)에 의해서 지지되는 제2지지면(255)이 형성된다. 그리고, 양단부 외주면에는 상기 아우풋캠(120)과 상기 가이드부재(115)가 장착되는 장착면(260)이 형성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 측면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 중공축(150)은 엔진의 헤드(미도시)에 의해서 지지되어 고정되고, 상기 중공축(150)에 삽입된 상기 캠샤프트(100)가 시계방향으로 회전한다.

상기 캠샤프트(100)에 장착된 상기 인풋캠(105)에 의해서 상기 롤러샤프트(110)가 상기 가이드부재(115)의 상기 가이드슬롯(230)을 따라서 움직인다. 여기서, 상기 가이드슬롯(230)은 상기 캠샤프트(100)의 회전 방향으로 형성되되, 상기 캠샤프트(100)의 중심에서 멀어지는 방향으로 연장되어 형성된다.

또한, 상기 롤러샤프트(110)는 상기 아우풋캠(120)의 상기 프로파일부(205)를 눌러서 상기 아우풋캠(120)을 시계 방향으로 회전시키고, 상기 아우풋캠(120)의 상기 프로파일부(205)는 상기 제1롤러(125)를 하부방향으로 민다. 따라서, 상기 스윙암(130)에 연결된 상기 밸브(135)가 리프트되는 것이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 가변축(155)이 시계 반대방향으로 회전하면, 상기 제2지지부(160)에 의해서 상기 가이드부재(115)도 시계 반대방향으로 회전한다. 따라서, 상기 아우풋캠(120)과 상기 롤러샤프트(110)도 상기 캠샤프트(100)를 중심으로 반시계 방향으로 회전한다.

도 4를 참조하면, 상기 캠샤프트(100)의 가운데 부분에 상기 인풋캠(105)이 고정되고, 상기 인풋캠(105)의 좌우측으로 상기 중공축(150)이 장착된다.

상기 중공축(150)의 내주면과 상기 캠샤프트(100)의 외주면은 서로 일정 간격이 형성되고, 상기 중공축(150) 안에서 상기 캠샤프트(100)가 슬라이딩 회전하는 구조를 갖는다.

다시 도 4를 참조하면, 상기 중공축(150)의 외주면에는 상기 가이드부재(115)와 상기 아우풋캠(120)이 배치되는데, 상기 중공축(150)이 상기 가이드부재(115)와 상기 아우풋캠(120)을 관통하여 배치되고, 상기 가이드부재(115)와 상기 아우풋캠(120)은 상기 중공축(150)의 외주면에서 슬라이딩 회전가능하다.

상기 가이드부재(115)는 상기 인풋캠(105)의 양측으로 배치되고, 상기 아우풋캠(120)은 상기 가이드부재(115)에 인접해서 배치된다.

도시한 바와 같이, 상기 인풋캠(105)과 상기 가이드부재(115)가 상기 중공축(150)과 상기 캠샤프트(100)에 체결됨으로써 구조가 컴팩트해지고 견고해지는 효과가 있다.

뿐만 아니라 상기 중공축(150)은 상기 캠샤프트(100)와 실린더 헤드(미도시) 사이에 개재되어 이들 사이에 마찰을 줄여주는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트와 로우 리프트를 도시한 일부 측면도이다.

도 5를 참조하여, 상기 밸브(135)의 하이리프트 또는 로우리프트 특성에 대해서는 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5를 참조하면, (a)는 상기 밸브(135)의 하이리프트 상태를 도시하고, (b)는 상기 밸브(135)의 로우리프트 상태를 도시한다.

(a) 및 (b)에서, 상기 아우풋캠(120)이 회전하는 각은 거의 변화가 없으나, (a)에서는 상기 아우풋캠(120)이 상기 제1롤러(125)를 더 많이 눌러주고, (b)에서는 상기 아우풋캠(120)이 상기 제1롤러(125)를 더 적게 눌러준다.

도 3에서 상기 가변축(155)이 시계 방향으로 회전하면, 상기 가이드부재(115), 상기 롤러샤프트(110) 및 상기 아우풋캠(120)도 시계 방향으로 회전한다. 따라서, 상기 아우풋캠(120)은 상기 도 5의 (a)와 같은 상태를 유지한다.

반대로, 도 3에서 상기 가변축(155)이 시계 반대방향으로 회전하면, 상기 가이드부재(115), 상기 롤러샤프트(110) 및 상기 아우풋캠(120)도 시계 반대방향으로 회전한다. 따라서, 상기 아우풋캠(120)은 상기 도 5의 (b)와 같은 상태를 유지한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에 의한 밸브의 리프트 크기를 도시한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 가로축은 상기 캠샤프트(100)의 회전각(rotation angle)을 나타내고, 세로축은 상기 밸브(135)의 리프트 값(lift value)을 나타낸다.

도시한 바와 같이, 상기 밸브(135)의 리프트 값은 약 0.5mm 내지 약 10mm의 범위 내에서 용이하게 변화될 수 있다. 여기서 상기 밸브(135)의 리프트 값을 변화시키는 방법은 전술한 바와 같이, 상기 가변축(155)을 회전시킴으로써 가능하다.

본 발명의 실시예에서 상기 가변축(155)을 회전시키는 구동부(미도시)에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

상기 구동부는 엔진제어부와 연결된 스텝모터 등에 의해서 차량의 운전조건에 따라서 제어되는 것이 바람직하다.

이상을 통해 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에 서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 일부 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 측면도이다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트와 로우 리프트를 도시한 일부 측면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에 의한 밸브의 리프트 크기를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 캠샤프트

105: 인풋캠

110: 롤러샤프트

115: 가이드부재

120: 아우풋캠

125: 롤러

130: 스윙암

135: 밸브

140: 제1지지부

145: 탄성부재

150: 중공축

155: 가변축

160: 제2지지부

200: 제2장착홀

215: 지지홈

220: 제1지지면

225: 제1장착홀

230: 가이드슬롯

235: 캠접촉부

240: 가이드접촉부

245: 롤러

250: 제3장착홀

252: 고정핀

255: 제2지지면

260: 장착면

Claims (9)

1. 제1장착홀이 형성되고 이에 인접해서 설정된 방향으로 가이드슬롯이 형성되는 가이드부재;

   상기 제1장착홀에 대응하여 제2장착홀이 형성되고 외주면 일측에는 돌출되어 형성된 프로파일부가 형성되고 타측에는 롤러접촉부가 형성된 아우풋캠;

   상기 제1장착홀 및 상기 제2장착홀에 삽입되고 인풋캠이 형성된 캠샤프트;

   상기 캠샤프트와 나란하게 상기 가이드슬롯에 삽입되고 상기 인풋캠에 의해서 상기 가이드슬롯의 내측면을 따라서 움직이면서 상기 롤러접촉부를 밀어내어 상기 아우풋캠을 상기 캠샤프트를 중심으로 회전시키는 롤러샤프트;

   상기 아우풋캠의 상기 프로파일부에 의해서 움직여서 밸브를 리프트시키는 스윙암;

   상기 아우풋캠을 원위치로 복귀시키는 탄성부재; 및

   상기 캠샤프트의 회전축을 중심으로 상기 가이드부재를 설정된 각만큼 회전시켜, 상기 가이드부재의 상기 가이드슬롯에 장착된 상기 롤러샤프트가 상기 아우풋캠의 회전위치를 가변시킴으로써, 상기 밸브의 리프트를 가변시키는 가변조절부; 를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 가이드슬롯은 상기 캠샤프트의 회전방향으로 형성되되, 점차 멀어지도록 형성된 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 롤러샤프트에는 롤러가 배치되고, 상기 롤러는 상기 가이드부재의 상기 가이드슬롯의 내측면과 접하는 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 가변조절부는,

   상기 가이드부재의 일측면을 지지하는 지지부; 및

   상기 캠샤프트와 나란하게 배치되고 구동부에 의해서 상기 지지부를 회전시켜 상기 가이드부재를 상기 캠샤프트를 중심으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 가변축을 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 캠샤프트가 삽입되는 제3장착홀이 형성된 원통형의 중공축을 더 포함하고, 상기 중공축의 한쪽 외주면은 엔진의 헤드의 일측에 의해서 지지되는 가변 밸브 리프트 장치.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 중공축은 상기 인풋캠의 적어도 한 쪽에 배치되고, 상기 인풋캠과 인접한 상기 중공축의 외주면에 상기 가이드부재와 상기 아우풋캠이 순차적으로 배치되는 가변 밸브 리프트 장치.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 중공축이 상기 가이드부재의 상기 제1장착홀과 상기 아우풋캠의 상기 제2장착홀을 관통하도록 배치되는 가변 밸브 리프트 장치.
8. 설정된 방향으로 가이드슬롯이 형성되는 가이드부재;

   외주면 일측에는 돌출되어 형성된 프로파일부와 롤러샤프트와 접하는 롤러접촉부가 형성되는 아우풋캠;

   인풋캠이 형성된 캠샤프트;

   상기 가이드슬롯에 삽입되고 상기 인풋캠에 의해서 상기 가이드슬롯의 내측면을 따라서 움직이는 롤러샤프트; 및

   상기 가이드부재를 설정된 각만큼 회전시켜 밸브의 리프트를 조절하는 가변조절부;를 포함하고,

   상기 캠샤프트는 상기 가이드부재와 상기 아우풋캠을 관통하여 설치된 가변 밸브 리프트 장치.
9. 제8 항에 있어서,

   상기 캠샤프트와 상기 가이드부재 또는 상기 아우풋캠 사이에 개재되는 중공축을 더 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.

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