KR101080788B1

KR101080788B1 - 엔진의 가변 밸브 리프트 장치

Info

Publication number: KR101080788B1
Application number: KR1020050064093A
Authority: KR
Inventors: 이은호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2011-11-07
Also published as: KR20070009094A

Abstract

개시되는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치는, 연소 타이밍에 따라 밸브를 개폐하도록 엔진 동력을 전달받아 회전되는 캠과; 상기 캠에 의한 가압력을 직접 받도록 상기 캠과 접촉하고, 그 내부에 다른 기구물들이 내장되도록 빈 공간인 챔버가 형성되는 동시에 엔진으로부터 오일이 상기 챔버로 유입되게 오일공급홀이 이의 일측에 형성된 태핏 하우징과; 상기 태핏 하우징의 저부 일측에 설치되어 상기 챔버 내를 승강 작동하고, 로스트 모션을 하는 동안 상기 밸브와 태핏간의 직접적인 접촉을 위한 회전체인 로스트 모션용 샤프트와; 상기 챔버 내의 상기 로스트 모션용 샤프트의 상부에 설치되어 상기 로스트 모션용 샤프트의 회전을 막기 위해 진입되는 샤프트 로킹용 핀과; 상기 샤프트 로킹용 핀을 원래의 위치로 복귀시키기 위해 상기 로스트 모션용 샤프트와 상기 샤프트 로킹용 핀 사이에 설치된 리턴스프링과; 상기 로스트 모션용 샤프트와 상기 밸브의 연속적인 접촉을 위해 상기 로스트 모션용 샤프트의 저부에 설치된 컨로드와; 상기 로스트 모션용 샤프트의 중앙 상부에 설치되어 상기 로스트 모션용 샤프트를 항상 하부쪽으로 힘이 가해지도록 하는 로스트 모션용 스프링;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

태핏, 가변밸브 리프트, 하이 리프트

Description

엔진의 가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT SYSTEM FOR ENGINE}

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치가 로우 리프트일 때의 작동을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치가 하이 리프트일 때의 작동을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 흡기밸브

12. 캠

13. 태핏 하우징

13b. 안착홈

14. 로스트 모션용 샤프트

14a. 핀홈

15. 샤프트 로킹용 핀

16. 리턴스프링

17. 컨로드

18. 로스트 모션용 스프링

19. 샤프트베어링

21. 실린더헤드

21a. 오일공급부

본 발명은 엔진의 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로스트 모션(Lost Motion)용 스프링을 가지면서 태핏과 밸브가 항상 직접적인 접촉을 유지하는 기능을 가지도록 개선된 엔진의 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

저속 및 저부하 구간에서의 탁월한 연비 효과를 실현하기 위하여 적용되는 가변 밸브 리프트 장치(VVL; Variable Valve Lift System)들이 많이 제안되어 왔다. 예컨대, 한국 공개특허공보 제2005-0010438호(2005. 01. 27)와, 제2005-0010437호(2005. 01. 27)에는 엔진 속도 감응형 차량의 가변 밸브 리프트 장치가 각각 개시되어 있다.

하지만 이렇게 제안된 기존의 기술들은 하이 리프트(High Lift)일 때는 항상 캠 노브(Cam Knob)의 끝단과 태핏이 거의 접촉되어 있어서 현재 사용되는 일반적인 엔진에서와 동일하게 작동된다.

그리고 로우 리프트(Low Lift)의 경우에는 캠 노브와 태핏의 상단부가 일정 거리만큼 떨어진 상태에서 캠이 회전함에 따라 캠 노브의 끝단이 태핏을 눌러 로우 리프트를 구현하도록 되어 있다.

그런데, 종래 기술에서 가장 큰 문제점은 로우 리프트로 작동될 때 발생되어 질 수 있다. 하이 리프트의 경우에는 캠의 노브와 태핏의 상단부가 거의 접촉된 상태로 유지되므로 캠이 태핏을 아래쪽으로 누르게 될 때 별다른 타음(打音)없이 작동할 수 있다.

하지만, 로우 리프트의 경우에는 태핏의 상단부가 캠과 일정 간격 떨어진 상태로 유지되어 있다가 캠의 노브가 태핏에 접근하여 부딪히는 순간 밸브를 누르게 되므로 필연적으로 금속과 금속의 부딪힘에 의한 타음이 발생될 수 있다.

　이러한 현상은 엔진 회전수가 빠르면 빠를수록 타음의 강도는 커지고, 그에 따른 충격력도 커지게 되므로 캠의 노브나 태핏의 상단부를 손상시켜 결국에는 엔진 전체를 손상시키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 로스트 모션용 스프링이 구비되면서 태핏과 밸브가 항상 직접적인 접촉을 유지하게 하여 타음 발생이 방지되도록 한 엔진의 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진의 가변 밸브 리프트 장치는, 연소 타이밍에 따라 밸브를 개폐하도록 엔진 동력을 전달받아 회전되는 캠과; 상기 캠에 의한 가압력을 직접 받도록 상기 캠과 접촉하고, 그 내부에 다른 기구물들이 내장되도록 빈 공간인 챔버가 형성되는 동시에 엔진으로부터 오일이 상기 챔버로 유입되게 오일공급홀이 이의 일측에 형성된 태핏 하우징과; 상기 태핏 하우징의 저부 일측에 설치되어 상기 챔버 내를 승강 작동하고, 로스트 모션을 하는 동안 상기 밸브와 태핏간의 직접적인 접촉을 위한 회전체인 로스트 모션용 샤프트와; 상기 챔버 내의 상기 로스트 모션용 샤프트의 상부에 설치되어 상기 로스트 모션용 샤프트의 회전을 막기 위해 진입되는 샤프트 로킹용 핀과; 상기 샤프트 로킹용 핀을 원래의 위치로 복귀시키기 위해 상기 로스트 모션용 샤프트와 상기 샤프트 로킹용 핀 사이에 설치된 리턴스프링과; 상기 로스트 모션용 샤프트와 상기 밸브의 연속적인 접촉을 위해 상기 로스트 모션용 샤프트의 저부에 설치된 컨로드와; 상기 로스트 모션용 샤프트의 중앙 상부에 설치되어 상기 로스트 모션용 샤프트를 항상 하부쪽으로 힘이 가해지도록 하는 로스트 모션용 스프링;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치는, 연소 타이밍에 따라 예컨대, 흡기밸브(11)를 개폐하도록 엔진 동력을 전달받아 회전되는 캠(12)과, 이 캠(12)에 의한 가압력을 직접 받도록 캠(12)과 접촉하고, 그 내부에 후술하는 다른 기구물들이 내장되도록 빈 공간인 챔버(C)가 형성되는 동시에 엔진의 실린더헤드(21)에 형성된 오일공급부(21a)로부터 오일이 챔버(C)로 유입되게 오일공급홀(13a)이 이의 일측에 형성된 태핏 하우징(13)과, 이 태핏 하우징(13)의 저부 일측에 설치되어 상기 챔버(C) 내를 승강 작동하고, 로스트 모션(Lost Motion)을 하는 동안 밸브(11)와 태핏간의 직접적인 접촉을 위한 회전체인 로스트 모션용 샤프트(14)와, 상기 태핏 하우징(13)의 챔버(C) 내의 로스트 모션용 샤프트(14)의 상부로 설치되어 로스트 모션용 샤프트(14)의 회전을 막기 위해 진입되는 샤프트 로킹용 핀(15)을 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치에는, 상기 샤프트 로킹용 핀(15)을 원래의 위치로 복귀시키기 위해 로스트 모션용 샤프트(14)와 샤프트 로킹용 핀(15) 사이에 설치된 리턴스프링(16)과, 상기 로스트 모션용 샤프트(14)와 밸브(11)의 연속적인 접촉을 위해 로스트 모션용 샤프트(14)의 저부에 설치된 컨로드(17)와, 상기 로스트 모션용 샤프트(14)의 중앙 상부에 설치되어 로스트 모션용 샤프트(14)를 항상 하부쪽으로 힘이 가해지도록 하는 로스트 모션용 스프링(18)이 구비된다.

또한 상기 오일공급홀(13a)은, 하이 리프트시 로스트 모션용 샤프트(14)를 회전하지 못하게 하기 위해 태핏 하우징(13)의 상부 측벽에 형성된다.

그리고 로스트 모션을 위한 상기 로스트 모션용 샤프트(14)의 양단에 설치되는 샤프트베어링(19)이 안착되기 위해 태핏 하우징(13)의 일 측벽에는 샤프트베어링용 안착홈(13b)이 형성된다. 또한 상기 로스트 모션용 샤프트(14)의 상면에는 로스트 모션용 샤프트(14)의 승강 작동시 샤프트 로킹용 핀(15)이 삽입되도록 하는 핀홈(14a)이 형성된다.

그리고 상기 태핏 하우징(13)의 내부의 상면에는 로스트 모션용 스프링(18) 압축시 상기 로스트 모션용 스프링(18)을 수납하기 위한 수납홈(13c)이 형성된다. 또한 상기 샤프트 로킹용 핀(15)의 작동을 한정하기 위해 태핏 하우징(13)의 내부에는 적어도 하나의 돌기(13d)로 이루어진 작동한정부(13e)가 형성된다.

한편, 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 22는 스냅링을 나타내 보인 것이다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이 종래 기술의 문제점인 금속과 금속간의 부딪힘에 의한 타음을 해소하려면, 태핏 하우징(13) 내부의 구조에서는 로스트 모션용 스프링(18)이 구비되어야 하며, 또한 이 로스트 모션용 스프링(18)이 작동될 때 태핏 하우징(13)과 밸브(11)는 직접적인 접촉을 유지하며 작동하여야 한다.

따라서 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치에서는, 이러한 개념을 기본으로 하여 로스트 모션용 스프링(18)을 가지면서 태핏 하우징(13)과 밸브(11)가 항상 직접적인 접촉을 유지하는 기능을 가지도록 하였다.

도 2에 도시된 바와 같이,　태핏 하우징(13)은 직접 캠(12)과 접촉하면서 다른 기구물들이 설치되고, 이에 형성된 오일공급홀(13a)은 하이 리프트시 로스트 모션용 샤프트(14)를 회전하지 못하게 하기 위해 엔진의 실린더헤드(21)의 오일공급부(21a)에서 공급되는 오일의 출입구이다.

그리고 상기 샤프트베어링이 안착되는 안착홈(13b)은 로스트 모션을 위한 로스트 모션용 샤프트(14)의 양단에 설치되는 샤프트베어링(19)이 안착되도록 형성되었으며, 샤프트 로킹용 핀(15)은 로스트 모션용 샤프트(14)의 회전을 막기 위해 진입되기 위해 사용된다.

또한 상기 리턴스프링(16)은 샤프트 로킹용 핀(15)을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 것이며, 로스트 모션용 샤프트(14)는 로스트 모션을 하는 동안 밸브(11)와 태핏간의 직접적인 접촉을 위한 회전체이며, 상기 컨로드(17)는 로스트 모션용 샤프트(14)와 밸브(11)의 연속적인 접촉을 위한 부품이다. 그리고 로스트 모션용 스프링(18)은 로스트 모션용 샤프트(14)를 항상 아래쪽으로 힘이 가해지도록 하기 위해 사용된다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치의 작동 상태를 각각 나타내 보인 작동도가 각각 도시되어 있다.

우선, 도 2는 저속 저부하에서 필요한 로우 리프트를 구현하기 위한 작동도로서, 이 중 (a) 부분은 캠(12)이 아직 태핏을 작동시키지 않고 있을 때이며, (b) 및 (c)의 경우는 캠(12)이 태핏 하우징(13)을 아래로 누르게 되는 상황을 연속적으로 나타내 보인 것이다. 특히 도 2의 (b)는 캠(12)이 태핏 하우징(13)을 아래로 누르게 될 때 로스트 모션의 마지막 순간을 나타내 보인 것으로 태핏 하우징(13)이 아래로 눌려질 경우 밸브(11)는 전혀 열리지 않고 태핏 하우징(13)과 로스트 모션용 샤프트(14)의 상대적인 거리만 완전히 줄어들게 된다.

그리고 도　2의 (c)는 태핏 하우징(13)이 더욱 회전하게 될 때, 태핏 하우징(13) 내의 로스트 모션용 샤프트(14)의 로스트 모션이 완료되어 태핏과 밸브(11)가 하나의 리지디 바디(Rigid Body)처럼 아래로 눌려서 약간의 밸브(11) 열림 량이 구현되는 것을 나타내 보이고 있다.

이와 같이 로우 리프트시에는 로스트 모션에 해당되는 로스트 모션용 샤프트(14)의 회전에 의해 태핏과 밸브(11)는 계속 접촉을 유지하고 있으므로 어떠한 금속과 금속간의 마찰음이 발생하지 않게 된다.

　또한 도　3은 하이 리프트시의 작동도로, 이 도 3의 (a), (b), (c)는 하이 리프트시의 캠(12), 태핏 및 밸브(11)의 연속적인 작동을 나타내 보인 것이다. 이 중 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 캠(12)이 아직 태핏 하우징(13)을 누르지 않고 있을 때, ECU로부터 하이 리프트의 명령이 전달되면 오일공급홀(13a)을 통해 고압의 엔진 오일이 공급되며, 이 고압의 엔진 오일은 샤프트 로킹용 핀(15)을 아래로 하강시켜 로스트 모션용 샤프트(14)를 고정시키므로 로스트 모션용 샤프트(14)가 회전하지 못하도록 한다.

그리고 도 3의　(b)는 캠(12)이 더욱 회전하여 태핏 하우징(13)을 아래로 더욱 하강시킬 때를 나타내 보인 것으로, 샤프트 로킹용 핀(15)에 의해 로스트 모션용 샤프트(14)가 이미 고정되어 있으므로 태핏과 로스트 모션용 샤프트(14), 밸브(11)가 하나의 리지디 바디(Rigid Body)가 되어서 밸브(11)가 상당부분 열리게 된다. 이는 전술한 도 2의 (b)와 비교될 수 있다.

또한 도 3의　(c)는 캠(12)이 완전히 90도 회전하여 태핏이 완전히 하강된 상태를 나타내 보인 것으로 이때, 밸브(11)의 리프트는 최대가 된다.

다른 한편으로, 도 2 및 도 3에서는 각각의 로우 리프트 및 하이 리프트시의 밸브(11)의 리프트 량을 수치적으로 보기 위해 바탕에 일정 간격의 점선이 도시되어 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

종래의 기술의 가장 큰 단점인 로우 리프트시의 캠과 태핏 하우징의 상단부와의 상당한 거리의 비접촉량에 의해 캠이 회전하여 태핏 하우징과 접촉시 충격에 의한 타음이 발생하였지만, 본 발명은 이러한 종래 기술의 단점인 충격에 의한 타음을 연속적인 태핏과 밸브의 접촉을 가능하게 해주는 로스트 모션용 샤프트와 컨로드의 주요 구조를 활용하여 완전히 해결하는 동시에 일반적인 엔진의 가변 밸브 리프트 장치의 기능은 그대로 유지시킬 수 있다.

따라서 금속과 금속의 부딪힘에 의한 타음 발생이 방지되므로 캠 노브나 태핏의 손상이 발생되지 않아 결국 엔진의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

연소 타이밍에 따라 밸브를 개폐하도록 엔진 동력을 전달받아 회전되는 캠과;

상기 캠에 의한 가압력을 직접 받도록 상기 캠과 접촉하고, 그 내부에 다른 기구물들이 내장되도록 빈 공간인 챔버가 형성되는 동시에 엔진으로부터 오일이 상기 챔버로 유입되게 오일공급홀이 이의 일측에 형성된 태핏 하우징과;

상기 태핏 하우징의 저부 일측에 설치되어 상기 챔버 내를 승강 작동하고, 로스트 모션을 하는 동안 상기 밸브와 태핏간의 직접적인 접촉을 위한 회전체인 로스트 모션용 샤프트와;

상기 챔버 내의 상기 로스트 모션용 샤프트의 상부에 설치되어 상기 로스트 모션용 샤프트의 회전을 막기 위해 진입되는 샤프트 로킹용 핀과;

상기 샤프트 로킹용 핀을 원래의 위치로 복귀시키기 위해 상기 로스트 모션용 샤프트와 상기 샤프트 로킹용 핀 사이에 설치된 리턴스프링과;

상기 로스트 모션용 샤프트와 상기 밸브의 연속적인 접촉을 위해 상기 로스트 모션용 샤프트의 저부에 설치된 컨로드와;

상기 로스트 모션용 샤프트의 중앙 상부에 설치되어 상기 로스트 모션용 샤프트를 항상 하부쪽으로 힘이 가해지도록 하는 로스트 모션용 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에 있어서,

상기 오일공급홀은, 하이 리프트시 상기 로스트 모션용 샤프트를 회전하지 못하게 하기 위해 상기 태핏 하우징의 상부 측벽에 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에 있어서,

로스트 모션을 위한 상기 로스트 모션용 샤프트의 양단에 설치되는 샤프트베어링이 안착되기 위해 상기 태핏 하우징의 일 측벽에는 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에 있어서,

상기 로스트 모션용 샤프트의 상면에는 상기 로스트 모션용 샤프트의 승강 작동시 상기 샤프트 로킹용 핀이 삽입되도록 하는 핀홈이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에 있어서,

상기 태핏 하우징의 내부의 상면에는 상기 로스트 모션용 스프링 압축시 상기 로스트 모션용 스프링을 수납하기 위한 수납홈이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에 있어서,

상기 샤프트 로킹용 핀의 작동을 한정하기 위해 상기 태핏 하우징의 내부에는 적어도 하나의 돌기로 이루어진 작동한정부가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.