KR101000196B1 - 엔진의 밸브 트레인 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 밸브의 스템에 결합된 밸브 스프링 시트의 상측에는 밸브 스프링이 설치되어 밸브 리테이너에 의해 지지되고, 상기 밸브 리테이너의 상측에는 캠축에 구비된 캠이 구비되어 상기 밸브를 작동시키는 엔진의 밸브 트레인 시스템에 있어서, 상기 밸브 스프링 시트(24)의 하측에 설치되어 소정각도의 범위내에서 회전하는 보조 캠축(32)와, 상기 보조 캠축에 구비되어 상기 밸브 스프링 시트에 접촉하는 보조 캠(34)과, 상기 보조 캠축을 구동하는 구동수단(40)으로 이루어지므로, 밸브 스프링의 길이를 가변케 하여 저속의 운전영역에서 불필요하게 소모되는 엔진의 구동토오크 손실을 줄일 수 있게 하여 연비의 향상을 도모할 수 있다.

Description

엔진의 밸브 트레인 시스템{valve train system of engine}
도1은 종래 엔진의 밸브 트레인 시스템을 나타내는 단면도,
도2는 본 발명에 의한 엔진의 밸브 트레인 시스템을 나타내는 사시도,
도3a 및 도3b는 본 발명의 작용 상태도,
도4a 및 도4b는 도3a 및 도3b에서 보조 캠의 통로에 상대적으로 위치하는 밸브 스템을 나타내는 절단 사시도,
도5는 본 발명에서 유압에 의해 보조 캠축을 구동시키는 구동수단의 실시예를 나타낸 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
22 : 밸브 22a : 밸브의 스템
24 : 밸브 스프링 시트 26 : 밸브 스프링
28 : 밸브 리테이너 32 : 보조 캠축
34 : 보조 캠 40 : 구동수단
41 : 구동 유닛
본 발명은 엔진의 밸브 트레인 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 스프링 시트 아래에 보조 캠축을 설치하여 밸브 스프링의 길이를 가변 제어하는 엔진의 밸브 트레인 시스템에 관한 것이다.
내연기관 엔진은 외부로부터 공기 및 연료를 흡입하여 연소실에서 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 장치로서, 상기 공기 및 연료를 연소실로 흡입하기 위해서 흡기밸브를 구비하고 있으며, 연소실에서 연소된 폭발가스를 배출하기 위하여 배기밸브를 구비하고 있고, 이러한 흡배기 밸브는 크랭크축의 회전에 연동하여 회전하는 캠축의 회전에 의해 개폐되고 있다.
종래 엔진의 밸브 트레인 시스템은 도1에 도시한 바와 같이, 밸브(2)의 스템에 결합된 밸브 스프링 시트(4)가 실린더 헤드(5)의 상면에 설치되고, 상기 밸브 스프링 시트(4)의 상면에는 밸브 스프링(6)이 설치되어 밸브 리테이너(8)에 의해 지지되며, 상기 밸브 리테이너(8)의 상측에는 캠축(10)에 구비된 캠(12)에 접촉하는 밸브 리프터(14)가 설치된 구조로 되어 있다.
이와 같이 구성된 종래 밸브 트레인 시스템에서, 엔진 작동시 크랭크 축이 회전하고, 크랭크 축과 연결되어 있는 타이밍 시스템(벨트 시스템, 체인 시스템, 또는 기어 시스템)에 의하여 캠축(10)이 회전하고, 캠축(10)에 구비된 캠(12)이 회전하며, 캠(12)은 밸브 리프터(14)를 밀고, 이 밸브 리프터(14)에 접촉하고 있는 밸브(2)는 밸브 스프링(6)의 힘을 이기고 열리게 되는데, 캠축(10)의 회전운동에 의한 밸브 스프링(6)의 운동은 초기 장착된 위치에서 최대압축 위치사이에서만 운동하게 된다.
그런데, 엔진의 운전속도가 상승할수록 밸브 트레인 계통에서 관성 질량에 의한 관성력의 크기는 밸브의 가속도의 제곱과 밸브의 관성질량의 곱에 비례하게 되는데, 상기 밸브 스프링(6)의 강성은 엔진의 최고 허용 운전속도에서 밸브계의 관성력의 크기를 이길 수 있을 정도의 크기로 설계가 이루어지기 때문에, 일반적인 주행 조건하에서 상기 밸브 스프링(6)의 강성은 엔진의 최고 허용 운전속도에서 요구되는 밸브 스프링(6)의 강성보다 작아도 충분하다. 즉, 밸브 스프링(6)은 이의 강성을 엔진의 통상적인 운전속도를 감안하여 설계하여도 이의 거동은 안정적일 수 있음에도 불구하고, 엔진의 최고 허용 운전속도를 감안한 강성을 갖도록 설계하는 것은, 엔진을 저속 운전조건하에서 가동시킬 경우에 밸브 트레인 시스템의 구동을 위한 토오크는 필요 이상으로 요구되기 때문에, 연비의 측면에서 불리하게 작용하게 된다는 문제점이 있었다.
즉, 밸브 스프링의 설계인자로서 써어징의 발생 억제, 점프 발생 억제, 바운스 발생 억제를 위하여 밸브 스프링의 장착하중(1차하중)과 최대하중(2차하중)을 선정하게 되는바 이는 고속에서의 문제점을 막기 위함일 뿐, 저중속 PRM에서는 큰 장착하중과 최대하중은 캠축의 구동에 저항으로 존재하게 되므로 연비가 나빠지게 된다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 밸브 스프링의 길이를 가변케 하여 저속의 운전영역에서 불필요하게 소모되는 엔진의 구동토오크 손실을 줄일 수 있게 하여 연비의 향상을 도모할 수 있도록 하는 엔진의 밸브 트레인 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 밸브의 스템에 결합된 밸브 스프링 시트의 상측에는 밸브 스프링이 설치되어 밸브 리테이너에 의해 지지되고, 상기 밸브 리테이너의 상측에는 캠축에 구비된 캠이 구비되어 상기 밸브를 작동시키는 엔진의 밸브 트레인 시스템에 있어서, 상기 밸브 스프링 시트의 하측에 설치되어 소정각도의 범위 내에서 회전하는 보조 캠축와, 상기 보조 캠축에 구비되어 상기 밸브 스프링 시트에 접촉하는 보조 캠과, 상기 보조 캠축을 구동하는 구동수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 보조 캠에는 보조 캠축이 소정의 각도범위 내에서 회전할 시에 상기 밸브의 스템이 간섭되지 않도록 밸브의 스템이 관통하여 안내되는 통로가 형성되어 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2에 도시한 바와 같이, 본 발명이 적용된 엔진의 밸브 트레인 시스템(20)은 밸브(22)의 스템에 결합된 밸브 스프링 시트(24)의 상측에는 밸브 스프링(26)이 설치되어 밸브 리테이너(28)에 의해 지지되고, 상기 밸브 리테이너(28)의 상측에는 도시하지 않은 캠축에 구비된 캠이 구비되며, 상기 밸브 스프링 시트(24)의 하측에 소정각도의 범위 내에서 회전하는 보조 캠축(32)이 설치되고, 상기 보조 캠축(32)에는 상기 밸브 스프링 시트(24)의 저면에 접촉하는 보조 캠(34)이 구비된 구조로서, 상기 보조 캠축(34)은 후술하는 구동수단에 의해 구동된다.
상기 보조 캠(34)에는 보조 캠축이 소정의 각도범위 내에서 회전할 시에 상기 밸브의 스템(22a)이 간섭되지 않도록 밸브의 스템(22a)이 관통하여 안내되는 통로(34a)가 형성되어 있다.
상기 보조 캠축(34)은 유압 유니트나 제어모터에 의해 소정의 각도범위 내에서 회동하여 구동되는데, 도5는 유압에 의해 상기 보조 캠축(34)을 구동시키는 구동수단(40)의 실시예를 나타낸다. 상기 구동수단(40)은 엔진의 구동상황(엔진의 회전수의 고저, 엔진부하의 고저)에 따라 적절한 밸브 타이밍을 제어하는 가변 밸브 타이밍(VVT : Variable Valve Timing)시스템의 유압 유니트의 구성과 유사하다.
즉, 도5에 도시한 바와 같이, 하우징(42)내에 공간부가 형성되고, 상기 공간부에는 보조 캠축(32)에 연결된 로터 베인(44 : rotor vane)이 설치되어, 상기 공간부를, 유체가 유입됨으로써 밸브 타이밍을 진각시키는 진각실(46)과 유체가 유입됨으로써 밸브 타이밍을 지각시키는 지각실(47)로 양분하여 구성하는 구동 유닛(41)을 구비한다. 상기 구동 유닛(41)은 상기 보조 캠축(32)의 일측단에 구비된다.
그리고, 유압을 발생시키는 오일펌프(도시안됨), 상기 오일펌프로부터 오일 컨트롤 밸브 필터(도시안됨)를 거쳐 공급되는 유압을 상기 구동 유닛(41)내의 진각실(46) 및 지각실(47)에 공급하는 비율을 조정하는 오일 컨트롤 밸브(48), 및 각 검출기(유온 검출기, 밸브 타이밍 검출기 등)로부터 입력되는 신호를 기초로 상기 오일 컨트롤 밸브(48)를 제어하는 전자제어유닛(50 : ECU)을 포함한다.
이와 같이 구성된 구동수단(40)의 구동 유닛(41)은 유압으로 작동되며, 하우 징(42) 내에 로터 베인(44)이 하우징(42)과의 상대운동을 하면서 보조 캠축(32)의 위상을 변경시키는데, 상기 로터 베인(44)은 상기 진각실(46) 또는 지각실(47)로 유압이 작용하면서 위상을 진각 또는 지각한다.
도3a는 엔진의 고속으로 회전할 시에 밸브 스프링의 길이가 짧아진 상태를 나타내고, 도3b는 엔진이 저속으로 회전할 시에 밸브 스프링의 길이가 길게 된 상태를 나타낸다. 즉, 상기 전자 제어 유닛(50)의 제어에 따라 작동하는 상기 구동수단(40)의 구동에 따라 보조 캠축(32)이 회동하여, 캠(34)의 상사부가 밸브 스프링 시트(24)의 저면에 접촉하게 되면 스프링이 밀리어 스프링력이 높아지고, 캠(34)의 하사부가 밸브 스프링 시트(24)의 저면에 접촉하게 되면 스프링이 이완되어 스프링력이 낮아지게 되므로, 엔진의 저속시에 캠축의 구동저항을 줄여 연비를 향상할 수 있는 것이다.
한편, 도4a는 엔진이 고속을 회전할 시에 보조 캠축(34)이 회동하여 상기 통로(34a)내에 밸브의 스템(22a)이 상대적으로 위치하는 상태를 나타내고, 도4b는 엔진이 고속을 회전할 시에 보조 캠축(34)이 회동하여 상기 통로(34a)내에 밸브의 스템(22a)이 상대적으로 위치하는 상태를 나타낸 것으로서, 통로(34a)를 절단하여 나타낸 상태이다.
본 발명에 의한 엔진의 밸브 트레인 시스템에 의하면, 밸브 스프링의 길이를 가변케 하여 저속의 운전영역에서 불필요하게 소모되는 엔진의 구동토오크 손실을 줄일 수 있게 하여 연비의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (2)

  1. 밸브의 스템에 결합된 밸브 스프링 시트의 상측에는 밸브 스프링이 설치되어 밸브 리테이너에 의해 지지되고, 상기 밸브 리테이너의 상측에는 캠축에 구비된 캠이 구비되어 상기 밸브를 작동시키는 엔진의 밸브 트레인 시스템에 있어서,
    상기 밸브 스프링 시트의 하측에 설치되어 소정각도의 범위 내에서 회전하는 보조 캠축과; 상기 보조 캠축에 구비되어 상기 밸브 스프링 시트에 접촉하고, 상기 보조 캠축이 소정의 각도범위 내에서 회전할 시에 상기 밸브의 스템이 간섭되지 않도록 밸브의 스템이 관통하여 안내되는 통로가 형성된 보조 캠과; 상기 보조 캠축을 구동하는 구동수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 트레인 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57148003U (ko) * 1981-03-11 1982-09-17
JPS58146010U (ja) 1982-03-26 1983-10-01 日産自動車株式会社 内燃機関の動弁装置
JPS6363511U (ko) 1986-10-16 1988-04-26

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