KR100986457B1 - 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, CVVL 모터에 연결되어 회동각이 가변되며, 외주면에 편심캠이 설치된 편심캠 샤프트와; 상기 편심캠에 회동 가능하게 설치되는 로커암과; 상기 CVVL 모터에 의한 상기 편심캠의 회전량과 함께 크랭크 샤프트와 연동하는 구동캠의 회전력을 상기 로커암을 통해 전달받아 밸브의 리프트양을 조절하는 링크기구와; 상기 로커암과 상기 링크기구를 연결하는 연결핀과 상기 연결핀에 편심되게 마련된 핀캠으로 구성된 회전 조정부와, 상기 로커암에 형성된 장착부에 설치되어 상기 회전 조정부의 회전을 방지하는 회전 방지부재로 구성되어, 상기 링크기구의 공차를 조정한 후 위치가 고정되는 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 조정수단이 링크기구의 공차를 조절한 후 강하게 고정됨으로써 링크기구의 공차가 누적되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 협소한 엔진룸에서 작업성이 편리할 수 있다.

Description

차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치{CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE LIFT DEVICE OF ENGINE FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 링크기구의 공차를 조절할 수 있는 조정수단이 구비됨으로써 링크기구의 공차를 용이하게 조절할 수 있는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

최근에는 열효율과 출력의 향상을 위해 흡/배기 밸브의 밸브 리프트와 개폐 시기 및 개폐 시간을 각각 가변화시키고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있는 바, 이와 같은 노력의 일환으로 개발된 장치 중 하나가 연속 가변 밸브 리프트 장치(CVVL, Continuously Variable Valve Lift)이다.

즉, 차량의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 흡/배기 밸브의 개폐 시기와 밸브 리프트 등의 밸브 운동을 엔진의 운전 조건에 맞춰 최적으로 조정할 수 있어, 출력이 요구되는 고속/고부하에서 흡기 유량을 최대화시킬 수 있고, 연비의 향상이나 배기가스의 저감이 중요한 저속/저부하에서는 내부 EGR 효과나 스로틀 손실을 최소화시킬 수 있게 된다.

이러한 연속 가변 밸브 리프트 장치는 다양한 구조로 개발되고 있는데, 그 중 하나가 구동캠의 회전력이 링크기구를 통해 전달되어 밸브가 리프팅되는 링크구조의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 있다.

이러한 링크구조의 연속 가변 밸브 리프트 장치에서는 각종 링크와 각 링크를 연결하는 핀을 조립할 때 조립 공차가 발생하게 되는데, 이에 의해 최초에 설계된 밸브 프로파일과 실제 측정된 밸브 프로파일 간의 차이가 발생하기 때문에 공차를 보정할 필요가 있다.

이에, 종래에는 링크기구의 공차를 조정하기 위한 조정수단이 구비되곤 하는데, 종래의 조정수단은 본 출원인의 장치에 적용하기에 적합하지 않아 링크기구의 공차를 조정하기에는 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 링크기구의 공차를 조정할 수 있는 조정수단이 구비됨으로써 링크기구의 공차를 용이하게 조정할 수 있는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 있어서, CVVL 모터에 연결되어 회동각이 가변되며, 외주면에 편심캠이 설치된 편심캠 샤프트와; 상기 편심캠에 회동 가능하게 설치되는 로커암과; 상기 CVVL 모터에 의한 상기 편심캠의 회전량과 함께 크랭크 샤프트와 연동하는 구동캠의 회전력을 상기 로커암을 통해 전달받아 밸브의 리프트양을 조절하는 링크기구와; 상기 로커암과 상기 링크기구를 연결하는 연결핀과 상기 연결핀에 편심되게 마련된 핀캠으로 구성된 회전 조정부와, 상기 로커암에 형성된 장착부에 설치되어 상기 회전 조정부의 회전을 방지하는 회전 방지부재로 구성되어, 상기 링크기구의 공차를 조정한 후 위치가 고정되는 조정수단에 의해 달성된다.

여기서, 상기 조정수단은 상기 로커암과 상기 링크기구를 연결하는 회전 조정부와; 상기 로커암에 형성된 장착부에 설치되어 상기 회전 조정부의 회전을 방지하는 회전 방지부재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 회전 조정부는 연결핀과, 상기 연결핀에 편심되게 마련된 핀캠으로 구성된 것이 좋다.

상기 회전 조정부는 상기 핀캠의 외주면에 형성된 돌기를 더 포함하며, 상기 회전 방지부재에는 상기 돌기와 맞물리는 돌기 맞물림부가 형성된 것이 바람직하다. 이 때, 상기 연결핀의 중앙부에는 상기 핀캠이 마련되고, 상기 연결핀의 양단 에는 상기 링크기구가 결합되며, 상기 돌기와 상기 돌기 맞물림부가 맞물리는 부분은 상기 핀캠의 중앙에 위치하는 것이 좋다.

여기서, 상기 회전 방지부재는 하부면에 상기 돌기 맞물림부가 형성된 로크와, 상기 로크와 일체로 마련되는 로크 조정부를 포함하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 로크와 상기 로크 조정부는 자력으로 결합될 수도 있고, 리벳으로 결합될 수도 있다.

여기서, 상기 로크 조정부의 외주면에는 상기 장착부의 내측면에 형성된 암나사부와 대응되는 수나사부가 형성된 것이 바람직하다.

이 때, 상기 로크 조정부와 상기 로크의 중앙에는 상기 로크의 돌기 맞물림부가 상기 돌기와 어긋난 경우 공구를 삽입시켜 상기 로크의 위치를 조절하기 위한 조절공이 각각 형성된 것이 좋다.

여기서, 상기 돌기는 상기 연결핀의 축방향을 따라 기어 모양 또는 반구 모양으로 형성될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 조정수단이 링크기구의 공차를 조절한 후 강하게 고정됨으로써 링크기구의 공차가 누적되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 협소한 엔진룸에서 작업성이 편리한 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 사시도로서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치(CVVL, Continuously Variable Valve Lift, 1)는 외주면에 편심캠(미도시)이 설치된 편심캠 샤프트(10)와, 편심캠에 회동 가능하게 설치되는 로커암(20)과, 구동캠(5)의 회전력을 로커암(20)에 전달하여 편심캠의 회전량에 따라 밸브(4)의 리프트양을 조절하는 링크기구(30)와, 로커암(20)과 링크기구(30)를 연결하며 링크기구(30)의 공차를 조정한 후 위치가 고정되는 조정수단(80, 도 2의 (b) 참조)을 포함하여 이루어진다.

편심캠 샤프트(10)는 스텝모터와 같이 회전각을 연속적으로 가변 제어할 수 있는 CVVL 모터에 연결되어 회동각이 가변적으로 조절되고, 중간 부분에 편심캠이 일체로 장착되어 있다.

편심캠은 로커암(20)의 중앙에 형성된 편심캠 설치부(23, 도 2 참조)에 설치되는데, 이 때 편심캠 설치부(23)는 편심캠의 회동을 위한 여유 간극이 존재할 정도의 모양으로 이루어진다.

구동캠(5)은 크랭크 샤프트와 타이밍 벨트 또는 타이밍 체인으로 연결되어 크랭크 샤트트의 회전력을 전달받아 회전된다. 이 때, 편심캠이 CVVL 모터에 의해 엔진의 운전 영역에 따라 가변적으로 회동하는 것과 함께 구동캠(5)이 크랭크 샤프 트와 연동하여 링크기구(30)를 작동시킴으로써 밸브가 하이 또는 로우 리프팅될 수 있다.

한편, 링크기구(30)의 일측에는 구동캠(5) 및 밸브(4)와 접촉 가능하게 마련되어 링크기구(30)에 구동캠(5)의 회전력을 전달하는 별도의 링크기구(50)가 마련되어 있다. 여기서, 밸브(4)의 일단은 스윙암 롤러(2)가 결합된 스윙암(3)에 결합되어 있어, 구동캠(5)의 회전에 따라 별도의 링크기구(50)에 의해 스윙암 롤러(2)가 눌려 스윙암(3)이 가압됨으로써 밸브(4)가 리프팅되는 것이다. 이에 대한 작동 원리는 한국특허출원 제2008-0047713에 개시되어 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 하겠다.

링크기구(30)는 로커암(20)의 양측에 마련되어 후술할 조정수단(80)의 회전 조정부(90)로 연결되는데, 이 때 회전 조정부(90)의 양단은 한 쌍의 링크기구(30)가 각각 결합되고, 중앙부에는 로커암(20)이 결합되어 있다.

조정수단(80)은 로커암(20)과 링크기구(30)를 연결하며 회전시켜 링크기구(30)의 공차를 조정하는 회전 조정부(90)와, 로커암(20)의 장착부(25, 도 2의 (a) 참조)에 장착되어 회전 조정부(90)의 회전을 저지하는 회전 방지부재(60)로 구성된다.

회전 조정부(90)는 로커암(20)과 링크기구(30)를 연결하는 연결핀(40)과, 연결핀(40)에 편심되게 마련된 핀캠(45)과, 핀캠(15)의 외주면에 형성된 돌기(47)로 구성된다.

회전 방지부재(60)의 하부면에는 돌기(47)와 맞물려 회전 조정부(90)의 회전 을 방지하는 돌기 맞물림부(63)가 형성되어 있다.

이와 같이, 조정수단(80)은 링크기구(30)의 공차를 조정하기 위해 회전 조정부(90)를 회전시키면 돌기(47)와 돌기 맞물림부(63)가 맞물려 회전 조정부(90)의 회전이 저지되므로, 회전 조정부(90)를 고정하기 위한 별도의 작업이 필요없으므로 작업성이 편리한 이점이 있다.

연결핀(40)의 중앙부에는 연결핀(40)의 중심으로부터 편심되게 마련된 핀캠(45)이 마련되어 있는데, 이와 같이 연결핀(40)에 핀캠(45)이 마련됨으로써 연결핀(40)을 회전시킴으로써 연결핀(40)의 양측에 연결된 링크기구(30)의 공차를 조정할 수 있는 것이다.

즉, 링크기구(30)에 공차가 발생하는 경우에는 밸브(4)의 프로파일이 달라지기 때문에 링크기구(30)의 공차를 정확히 조정할 필요가 있는데, 이를 위해 링크기구(30)를 교체하기에는 별도의 링크기구(50)도 분리해서 재조립해야 하는 번거로움이 있다. 따라서, 핀캠(45)이 마련된 회전 조정부(90)를 회전시키면 편심캠 샤프트(10)의 중심과 핀캠(45)의 중심 사이의 길이가 길어지거나 짧아지는 효과가 있기 때문에 결과적으로 편심캠 샤프트(10)와 링크기구(30) 사이의 거리가 달라지므로 링크기구(30)를 교체할 필요없이 링크기구(30)의 공차를 조정할 수 있게 된다.

이와 같이, 회전 조정부(90)를 회전시켜 링크기구(30)의 공차를 정확히 조정한 후에는 회전 조정부(90)를 고정시켜야 하는데, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이 핀캠(45)에 형성된 돌기(47)와 이 돌기(47)와 맞물리는 돌기 맞물림부(63)가 형성된 회전 방지부재(60)를 마련함으로써 회전 조정부(90)의 회전을 방지하고 있다.

여기서, 돌기(47)와 돌기 맞물림부(63)의 형상은 기어 모양으로 이루어져 연결핀(40)의 축방향을 따라 형성되도록 구성되어 있다. 이 때, 본 실시예에서는 돌기(47)와 돌기 맞물림부(63)가 축방향과 나란한 모양이나, 사선 모양으로 형성될 수도 있음은 물론이다.

핀캠(45)은 크게 A, B, C 부분으로 나눌 수 있는데, 연결핀(40)에 작용하는 링크기구(30)의 전달힘은 핀캠(45)의 A 및 B 부분에서 거의 집중되고 중앙에 있는 C 부분에는 링크기구(30)의 힘이 거의 집중되지 않기 때문에 C 부분에 작은 조임력만 부여하더라고 충분히 회전 조정부(90)의 회전을 방지될 수 있다.

즉, 종래의 경우에는 연결핀의 끝단까지 스윙암에 전달된 힘이 집중되기 때문에 연결핀에 너트를 조립할 때 큰 힘이 필요하였던 반면, 본 발명에 따르면 핀캠(45)의 C 구간에는 링크기구(30)로 전달된 힘이 거의 미치지 않기 때문에 회전 방지부재(60)의 조임력이 크게 필요하지 않게 되는 것이다.

또한, 진동 등에 의해 너트가 풀려 연결핀의 고정력이 견고하지 못하였던 종래와 달리 회전 조정부(90)와 회전 방지부재(60) 사이에 미치는 링크기구(30)의 전달힘이 거의 미치지 않기 때문에 회전 조정부(90)와 회전 방지부재(60)의 고정력이 견고하여 링크기구(30)의 공차를 정확히 맞출 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 발명에 따르면, 회전 방지부재(60)가 로커암(20)에 형성된 장착부(25)에 설치되기 때문에 협소한 작업 공간에서도 회전 조정부(90)의 돌기(47)와 회전 방지부재(60)의 돌기 맞물림부(63)가 맞물리도록 조립할 수 있는 이점이 있 다.

여기서, 회전 방지부재(60)는 하부면에 돌기 맞물림부(63)가 형성된 로크(61)와, 로크(61)와 분리 가능하게 제작되어 일체로 결합되는 로크 조정부(62)를 포함하여 이루어진다. 이 때, 로크(61)와 로크 조정부(62) 중 어느 하나는 철재로 구성되고 다른 하나는 자석으로 구성되어, 로크(61)와 로크 조정부(62)는 자력으로 일체 결합된다.

이 때, 로크 조정부(62)의 외주면에는 장착부(25)의 내측면에 형성된 암나사부(미도시)와 대응되는 수나사부(64)가 형성되는데, 도 2의 (a)와 같이 조립된 상태에서 링크기구(30)의 공차가 발생하여 회전 조정부(90)를 회전시켜야 하는 경우에는 로크 조정부(62)를 왼쪽으로 회전시켜 회전 방지부재(60)를 회전 조정부(90)의 돌기(47)로부터 소정 거리 이격시킨 후 회전 조정부(90)를 회전시켜 공차를 조정한 후, 다시 로크 조정부(62)를 오른쪽으로 회전시켜 돌기 맞물림부(63)가 돌기(47)에 맞물리도록 하여 회전 조정부(90)의 회전을 저지할 수 있다.

한편, 로크 조정부(62)와 로크(61)의 중앙에는 각각 조절공(70, 75)이 형성되어 있는데, 이 조절공(70, 75)은 로크(61)의 돌기 맞물림부(63)가 돌기(47)와 맞물리지 않고 어긋난 위치에 있을 경우 조절공(70, 75)으로 공구를 삽입시켜 로크(61)의 위치를 조절하여 돌기(47)와 돌기 맞물림부(63)가 정확히 맞물리도록 하기 위한 것이다.

여기서, 회전 방지부재(60)는 도 3 내지 도 5와 같이 변형될 수도 있음은 물론이다.

즉, 도 3에 도시된 제2 실시예의 회전 방지부재(260)의 로크(261)와 로크 조정부(262)는 제1 실시예와 달리 자력에 의해 서로 결합되는 것이 아니라 돌기 맞물림부(63)가 형성된 로크(261)와 로크 조정부(262)가 리벳(265)으로 연결되는 구조로 구성된다.

한편, 도 4에 도시된 제3 실시예의 회전 방지부재(360)는 하나의 몸체로 제작되는데, 하부면에는 돌기 맞물림부(63)가 형성되고 상부에서 하부로 갈수록 면적이 작아지도록 테이퍼 가공된 형상으로 구성되어 장착부(25)에 압입 고정될 수도 있음은 물론이며, 도 5에 도시된 바와 같이 회전 방지부재(460)가 사각 단면으로 구성되어 장착부(25)에 삽입된 후 회전 방지부재(460)의 둘레에 키(key, 465)가 끼워져 장착부(25)에 압입 고정될 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 회전 방지부재(60)의 형상 및 조립방법은 이에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있음은 물론이다.

또한, 돌기와 돌기 맞물림부는 도 6에 도시된 바와 같이 변형될 수도 있는데, 제1 실시예 내지 제 4 실시예에서는 돌기(47)와 돌기 맞물림부(63)가 기어 형상으로 연결핀(40)의 축 방향으로 형성되었던 반면, 제5 실시예에서는 돌기(547)가 엠보싱과 같이 반구 형상으로 핀캠(45)의 외주면에 형성되고 돌기 맞물림부(563)가 반구 형상의 돌기(547)가 끼워지도록 로크(61)의 하부면에 함몰된 형상으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 돌기와 돌기 맞물림부의 형상은 기어 형상 또는 엠보싱 형상에 한정되지 않고 서로 맞물려 회전 조정부(90)의 회전을 저지할 수 있는 정도의 형상 이라면 어느 것이라도 무방할 것이다.

상기 기술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 연결핀에 너트를 고정해야 했던 종래와 달리 너트를 이용하지 않고 회전 조정부(90)의 돌기(47)(547)에 회전 방지부재(60)의 돌기 맞물림부(63)(563)가 단순히 맞물리도록 구성함으로써 작업 공간이 협소한 엔진룸에서도 작업이 편리한 이점이 있다.

또한, 회전 조정부(90)의 돌기(47)(547)와 회전 방지부재(60)의 돌기 맞물림부(63)(563)가 맞물리는 부분이 링크기구(30)의 전달힘이 강하게 미치지 않기 때문에 돌기(47)(547)와 돌기 맞물림부(63)(563)의 고정력이 강하여 링크기구(30)의 공차가 누적되는 것이 최대한 방지될 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예는 본 발명의 청구범위에 속한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 사시도.

도 2의 (a)는 도 1의 로커암의 단면을 나타낸 단면도, (b)는 연결핀과 회전 방지부재를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치의 회전 방지부재를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치의 회전 방지부재를 도시한 사시도.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치의 회전 방지부재를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치의 연결핀과 회전 방지부재를 도시한 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 스윙암 롤러 3 : 스윙암

4 : 밸브 5 : 구동캠

10 : 편심캠 샤프트 20 : 로커암

25 : 장착부 30 : 링크 기구

40 : 연결핀 45 : 핀캠

47 : 돌기 60 : 회전 방지부재

61 : 로크 62 : 로크 조정부

63 : 돌기 맞물림부 64 : 수나사부

70, 75 : 조절공 80 : 조정수단

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. CVVL 모터에 연결되어 회동각이 가변되며, 외주면에 편심캠이 설치된 편심캠 샤프트와;

   상기 편심캠에 회동 가능하게 설치되는 로커암과;

   상기 CVVL 모터에 의한 상기 편심캠의 회전량과 함께 크랭크 샤프트와 연동하는 구동캠의 회전력을 상기 로커암을 통해 전달받아 밸브의 리프트양을 조절하는 링크기구와;

   상기 로커암과 상기 링크기구를 연결하는 연결핀과 상기 연결핀에 편심되게 마련된 핀캠으로 구성된 회전 조정부와, 상기 로커암에 형성된 장착부에 설치되어 상기 회전 조정부의 회전을 방지하는 회전 방지부재로 구성되어, 상기 링크기구의 공차를 조정한 후 위치가 고정되는 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 회전 조정부는 상기 핀캠의 외주면에 형성된 돌기를 더 포함하며,

   상기 회전 방지부재에는 상기 돌기와 맞물리는 돌기 맞물림부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 회전 방지부재는 하부면에 상기 돌기 맞물림부가 형성된 로크와, 상기 로크와 일체로 마련되는 로크 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 로크와 상기 로크 조정부는 자력 또는 리벳으로 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

   상기 로크 조정부의 외주면에는 상기 장착부의 내측면에 형성된 암나사부와 대응되는 수나사부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 로크 조정부와 상기 로크의 중앙에는 상기 로크의 돌기 맞물림부가 상기 돌기와 어긋난 경우 공구를 삽입시켜 상기 로크의 위치를 조절하기 위한 조절공이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
9. 청구항 4에 있어서,

   상기 돌기는 상기 연결핀의 축방향을 따라 기어 모양 또는 반구 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
10. 청구항 4에 있어서,

    상기 연결핀의 중앙부에는 상기 핀캠이 마련되고, 상기 연결핀의 양단에는 상기 링크기구가 결합되며,

    상기 돌기와 상기 돌기 맞물림부가 맞물리는 부분은 상기 핀캠의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.

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