KR101084739B1 - 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운전조건에 따라 밸브의 리프트량을 제어하여 저속상태에서는 로우 리프트를 적용하여 공기흡입량을 빨리하고, 고속상태에서는 하이 리프트를 적용하여 공기흡입량을 많게 하여 엔진의 성능 및 효율을 높일 수 있도록 한 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치는 캠(c)에 접촉되는 제1롤러베어링(21)이 상부에 결합되고, 하부에 제2롤러베어링(22)이 결합된 링크아웃풋(23)과, 일측이 상기 제1롤러베어링(21)에 일체로 결합된 링크샤프트(24)로 구성되는 작동부(2); 상기 링크샤프트(24)의 타측에 결합된 컨트롤샤프트(3); 상기 컨트롤샤프트(3)에 상부가 일체로 결합되며 하단부가 상기 로커암(83)에 접촉되는 출력캠(6); 상기 컨트롤샤프트(3)에 편심결합된 편심캠(5); 일측이 상기 제2롤러베어링(22)에 결합되며, 타측은 상기 편심캠(5)에 결합되는 컨트롤레버(4)를 포함한다.

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Description

엔진의 연속가변밸브 리프트 장치{variable valve lift apparatus for engine}

본 발명은 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전조건에 따라 밸브의 리프트량을 제어하여 저속상태에서는 로우 리프트를 적용하여 공기흡입량을 빨리하고, 고속상태에서는 하이 리프트를 적용하여 공기흡입량을 많게 하여 엔진의 성능 및 효율을 높일 수 있도록 한 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

자동차 엔진에 있어서 밸브기구는 엔진의 행정에 따라 연소실에 혼합기를 공급하고 연소가스를 배출하기 위한 것으로서, 최근에는, 엔진의 회전속도와 부하에 의해 구분되는 엔진의 운전영역에 따라 밸브의 개도율이나 개폐시기를 변화시켜 혼합기 유입량과 연소가스의 배출효율을 최적화함으로써 연비나 토크, 출력 등과 같은 엔진의 성능을 향상시킬 수 있고 배출가스의 양은 저감할 수 있는 가변 밸브 기구들이 개발되어 엔진에 적용되고 있다.

이와 같은 자동차 엔진용 가변 밸브 기구로는 밸브의 개폐시기를 가변시키는 가변 밸브 타이밍 기구, 밸브의 개도량을 가변시키는 가변 밸브 리프트 기구, 밸브의 작동각을 변화시키는 가변 밸브 작동각 기구 등이 있다.

그 중에서 가변 밸브 리프트 기구는 고속 회전 영역에서 출력을 향상시키기 위한 것으로서, 종래 가변 밸브 리프트 기구는 도 1에 도시된 바와 같이 로커 암 방식의 밸브 기구를 이용한다.

도 1은 엔진의 밸브 리프트 장치를 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래 가변 밸브 리프트 기구는, 고속용 고속캠(80a)과 저속용 저속캠(81a)을 서로 인접하게 설치하고 그에 대응하여 로커 암(82a,83a)도 캠의 수만큼 설치한 다음 이들을 유압피스톤(85a)에 의해 작동하는 전환핀(84a)을 사용하여 로커 암(82a,83a)의 작동을 스위칭함으로써 고속에서 밸브 개도율을 높여 엔진의 출력을 높이도록 구성되어 있다.

즉, 저속영역에서는 고속용 로커 암(82a)과 저속용 로커 암(83a)이 간섭없이 자유롭게 회전하도록 함으로써 저속에서는 고속 회전용 로커 암(82a)이 작용하지 않게 하고, 고속회전에서는 저속용 로커 암(83a)과 고속용 로커 암(82a)을 구속하여 밸브가 고속캠(80a)의 프로파일을 따라 작동하면서 개도율을 높임으로써 엔진의 출력을 높이도록 구성되어 있다.

한편, 가변 밸브 타이밍 기구의 경우에는 캠 샤프트의 중심각을 가변하여 밸브의 작동각이나 리프트양을 변화시키지 않고 개폐시기 만을 가변시키는 것으로서, 그 구조가 간단하면서 신뢰성이 높고 엔진의 개조가 많이 필요치 않아 밸브의 형식 에 구분 없이 폭 넓은 엔진에 채용이 가능하기 때문에 현재 가장 널리 이용되고 있다.

그러나, 가변 밸브 타이밍 기구의 경우 출력성능 향상에 대해서는 채용 폭이 좁다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 최근에는 밸브의 타이밍과 리프트량을 동시에 변화시켜 저속의 토크와 고속의 출력을 양립시킬 수 있는 가변 밸브 타이밍 리프트 기구가 개발되어 적용되고 있다.

이와 같은 종래 가변 밸브 타이밍 리프트 기구는 고속캠(80a)과 저속캠(81a)을 분리하고 각 캠(80a,81a)에 대응하는 로커 암(82a,83a)을 사용하는 방식을 채용하고 있다.

그라나, 종래에는 2단계 내지는 3단계로 단계적으로 리프트를 고정해야 하기 때문에 성능 및 연비의 최적화를 이룰 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 편심캠을 이용하여 밸브의 개폐도를 제어함으로써 고속에서 저속까지 밸브의 개폐를 연속적으로 조절할 수 있도록 한 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 캠에 접촉되는 제1롤러베어링이 상부에 결합되고, 하부에 제2롤러베어링이 결합된 링크아웃풋과, 일측이 상기 제1롤러베어링에 일체로 결합된 링크샤프트로 구성되는 작동부; 상기 링크샤프트의 타측에 결합된 컨트롤샤프트; 상기 컨트롤샤프트에 상부가 일체로 결합되며 하단부가 상기 로커암에 접촉되는 출력캠; 상기 컨트롤샤프트에 편심결합된 편심캠; 일측이 상기 제2롤러베어링에 결합되며, 타측은 상기 편심캠에 결합되는 컨트롤레버를 포함하여 이루어진 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 편심캠을 이용하여 밸브의 개폐도를 제어함으로써 고속에서 저속까지 밸브의 개폐를 연속적으로 조절할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치를 나타낸 정면사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치를 나타낸 배면사시도이다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치는,

로커암(83)을 제어하여 엔진 밸브(v)의 개폐를 조절하는 것이며,

캠(c)에 접촉되는 제1롤러베어링(21)이 상부에 결합되고, 하부에 제2롤러베어링(22)이 결합된 링크아웃풋(23)과, 일측이 상기 제1롤러베어링(21)에 일체로 결합된 링크샤프트(24)로 구성되는 작동부(2);

상기 링크샤프트(24)의 타측에 결합된 컨트롤샤프트(3);

상기 컨트롤샤프트(3)에 상부가 일체로 결합되며 하단부가 상기 로커암(83)에 접촉되는 출력캠(6);

상기 컨트롤샤프트(3)에 편심결합된 편심캠(5);

일측이 상기 제2롤러베어링(22)에 결합되며, 타측은 상기 편심캠(5)에 결합되는 컨트롤레버(4)를 포함한다.

이하 상기한 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.

작동부(2)는, 캠(c)의 회전시 미는 힘에 의해 승강 구동되는 것으로, 지렛대의 원리에 의해 캠(c)의 돌출부(c-3)가 하방으로 밀때는 그 힘을 로커암(83)에 전달하여 밸브(v)가 열리도록 하고,

캠(c)의 돌출부(c-3)가 밀지 않을때는 로커암(83)에 구비된 스프링(v-3)의 탄발력에 의해 밸브(v)가 닫히도록 한다.

이는 종래 자동차 엔진에 적용되는 캠과 밸브의 기술사상과 동일하므로 상세한 설명은 생략토록 한다.

본 발명의 작동부(2)를 설명하면, 타원형의 긴 판재로 된 링크아웃풋(23)을 일정 간격을 두고 이격 배치하고, 그 사이의 상부 및 하부에는 제1롤러베어링(21)과 제2롤러베어링(22)을 결합시킨다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 링크샤프트(24)는 대략 삼각형상으로 된 두장의 판재를 중첩시킨 것으로, 그 일단부를 상기 제1롤러베어링(21)의 축에 결합시키고, 타단에는 컨트롤샤프트(3)가 결합된다.

상기 컨트롤샤프트(3)는 일정 길이를 갖는 축봉으로써 상기 링크샤프트(24)의 타측에 끼워져 일체로 축설된다.

출력캠(6)은 컨트롤레버(2)에 회전에 연동되어 승강됨으로써 그 하단부가 로커암(83)과 접촉되어 실질적으로 밸브(v)를 개폐시키는 힘을 전달하는 부품이다.

출력캠(6)에 대해 설명하면, 도 3에 비교적 상세하게 도시되어 있는데, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 상부는 좁고 하부는 넓은 판상으로써, 상부는 상기 컨트롤샤프트(3)에 끼워져 일체로 결합되며 하단부가 로커암(83)에 접촉되며, 일측면에는 상기 제2롤러베어링(22)이 접촉 지지된다.

따라서, 캠(c)이 회전하여 제1롤러베어링(21)을 밀어 하강시키면 그에 종동되어 제2롤러베어링(22)이 하강 회전되면서 출력캠(6)의 측면(이하 '접촉면'이라 함)을 밀게 되므로 결국 컨트롤샤프트(3)를 축으로 하여 일측방향으로 일정 각도 회전된다.

상기 출력캠(6)의 하단에는 로커암(83)의 상부가 접촉되는데, 특히 로커암(83) 및 밸브(v)의 승강 높이를 조정할 수 있도록 높이조절부가 형성된다.

상기 높이조절부는 도 3에 나타내 바와 같이, 출력캠(6)의 하단 일측이 호형으로 볼록하게 돌출되어 볼록부(62)를 형성하고, 타측은 오목하게 요입된 요부(64)가 연속해서 이어져 형성된 것이다.

즉, 로커암(83)은 중앙에 롤러(831)이 결합되어 시이소운동을 하게 되며, 일단에 밸브(v)의 로드(v-2)가 힌지결합되고, 상기 로드(v-2)에 스프링(v-3)이 결합되어 있으므로 상기 스프링의 탄력성에 의해 로커암(83)이 시이소운동을 하면서 회전되는데 이러한 밸브(v) 및 로커암(83)의 작동은 공지된 기술사상이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 편심캠(5)은 컨트롤샤프트(3)와 편심되게 결 합됨으로써 컨트롤샤프트(3)의 회전시 편심캠(5)이 동반하여 편심회전하게 된다.

상기 편심캠(5)의 회전각도는 고속모드 또는 저속모드 설정에 연계되어 결정된다.

즉, 도 4는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치에서 "고속모드"일때의 작동을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치에서 "저속모드"일때의 작동을 나타낸 도면이다.

도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 고속모드일때는 컨트롤샤프트(3)의 회전과 이에 연동되어 편심캠(5)이 회전됨으로써 출력캠(6)의 요부(64)의 가장 끝부분이 로커암(83)의 롤러(831) 부위에 접촉된다. 또한, 제2롤러베어링(22)이 출력캠(6)의 접촉면의 중간부위로 이동하여 지지된다.

따라서 요부(64)의 끝단이 가장 돌출된 부위이고, 이 부분이 로커암(83)의 롤러(831)을 가압하게 되므로 밸브(V)의 하강 높이가 가장 커지게 되며, 이때는 저속모드의 밸브(V) 개방시보다 더 증가된 개도율을 갖게 된다.

한편, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 저속모드일때 컨트롤샤프트(3)가 더 회전하여 편심캠(5)이 회전되면 출력캠(6)의 요부(64)에 로커암(83)의 롤러(831) 부위에 접촉된 상태가 된다. 또한, 제2롤러베어링(22)이 출력캠(6)의 접촉면의 하부로 이동하여 지지된다.

따라서, 스프링(v-3)의 탄발력에 의해 로커암(83)이 상승하게 되고 이에 따라 밸브(v)도 상승하므로 이때는 상대적으로 고속모드일때보다 밸브(v)의 개도율이 작아지게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치에서 "고속모드"일때의 작동을 나타낸 도면으로써, (a)는 밸브가 열린 상태이고, (b)는 닫힌 상태를 나타낸다.

도 4의 (a)를 참조해보면, 캠(c)이 회전하여 돌출부(c-3)가 제1롤러베어링(21)에 닿게 되면,

링크아웃풋(23) 및 제2롤러베어링(22)이 시계방향으로 회전되면서 하강되고,

이에 종동되어 컨트롤레버(4)가 제2롤러베어링(22)을 축으로 하여 시계방향으로 회전되므로 컨트롤샤프트(3)을 회전축으로 하여 출력캠(6)이 시계방향으로 회전한다.

따라서, 로커암(83)의 롤러(831)가 요부(64)의 끝단에 위치될때 스프링(v-3)이 압축되고, 로드(v-2)가 하강하면서 밸브(v)가 열리게 된다.

로커암(83)의 가장 최상부인 롤러(831) 부분이 볼록부(62)를 타고 우측으로 이동하여 요부(64)의 끝부분에 접촉되며, 시이소운동에 의해 로커암(83) 및 로드(v-2)가 하강되므로 이에 종동되어 밸브(v)가 하강하여 열린 상태가 된다.

즉, 고속모드에서는 밸브(v)의 승강간격이 더 연장됨으로써 다량의 흡입이 가능하게 된다.

한편, 도 4의 (b)를 참조해보면, 캠(c)이 회전하여 돌출부(c-3)가 제1롤러베어링(21)으로부터 이격되면,

링크아웃풋(23) 및 제2롤러베어링(22)이 반시계방향으로 더 회전되고, 이에 종동되어 제2롤러베어링(22)이 상승하게 되고,

아울러 컨트롤샤프트(3)를 회전축으로 하여 컨트롤레버(4)가 반시계방향으로 회전되므로,

이에 종속된 출력캠(6)이 반시계방향으로 회전하면 그 하부의 요부(64)의 내면의 곡선을 따라 로커암(83)의 롤러(831)가 완만하게 상승하고 이에 종동되어 밸브(v)가 닫히게 된다. 상기 밸브(v)의 닫히는 힘은 스프링(v-3)의 탄발력에 의해 제공된다.

상기 요부(64)의 곡선에 의해 로커암(83) 및 밸브(v)의 닫히는 동작이 완만하게 수행될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치의 "저속모드"일때 작동예를 나타낸 도면으로써, (a)는 밸브가 열린 상태이고, (b)는 닫힌 상태를 나타낸다.

도 5의 (a)를 참조해보면, 캠(c)이 회전하여 돌출부(c-3)가 제1롤러베어링(21)에 닿게 되면,

링크아웃풋(23) 및 제2롤러베어링(22)이 시계방향으로 회전되면서 하강되고,

이에 종동되어 컨트롤레버(4)가 제2롤러베어링(22)을 축으로 하여 시계방향으로 회전되므로 컨트롤샤프트(3)을 회전축으로 하여 출력캠(6)이 시계방향으로 회전한다.

따라서, 로커암(83)의 롤러(831)가 요부(64)의 앞부분(도면 기준으로 우측 끝부분)에 위치될때 로드(v-2)가 하강(스프링(v-3)은 압축)되면서 밸브(v)가 열리게 된다.

반면, 도 5의 (b)를 참조해보면, 캠(c)이 회전하여 돌출부(c-3)가 제1롤러베어링(21)으로부터 이격되면,

링크아웃풋(23) 및 제2롤러베어링(22)이 반시계방향으로 더 회전되고, 이에 종동되어 제2롤러베어링(22)이 상승하게 되고,

아울러 컨트롤샤프트(3)를 회전축으로 하여 컨트롤레버(4)가 반시계방향으로 회전되므로,

이에 종속된 출력캠(6)이 반시계방향으로 회전하면서 요부(64)의 내면 곡선을 따라 로커암(83)의 롤러(831)가 완만하게 상승하고 이에 종동되어 밸브(v)가 닫히게 된다. 상기 밸브(v)의 닫히는 힘은 스프링(v-3)의 늘어나려는 탄성력에 의해 제공된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업 자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 엔진의 밸브 리프트 장치를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치를 나타낸 정면사시도.

도 3은 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치를 나타낸 배면사시도.

도 4는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치에서 "고속모드"일때의 작동을 나타낸 도면으로써, (a)는 밸브가 열린 상태이고, (b)는 닫힌 상태를 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따른 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치의 "저속모드"일때 작동예를 나타낸 도면으로써, (a)는 밸브가 열린 상태이고, (b)는 닫힌 상태를 나타낸다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 작동부 3 : 컨트롤샤프트

4 : 컨트롤레버 5 : 편심캠

6 : 출력캠 21 : 제1롤러베어링

22 : 제2롤러베어링 23 : 링크아웃풋

24 : 링크샤프트 62 : 볼록부

64 : 요부 83 : 로커암

v-2 : 로드 v : 밸브

c : 캠 c-2 ; 캠축

Claims (4)

1. 로커암(83)을 제어하여 엔진 밸브(v)의 개폐를 조절하는 자동차 엔진의 밸브 리프트 장치에 있어서,

   캠(c)에 접촉되는 제1롤러베어링(21)이 상부에 결합되고, 하부에 제2롤러베어링(22)이 결합된 링크아웃풋(23)과, 일측이 상기 제1롤러베어링(21)에 일체로 결합된 링크샤프트(24)로 구성되는 작동부(2);

   상기 링크샤프트(24)의 타측에 결합된 컨트롤샤프트(3);

   상기 컨트롤샤프트(3)에 상부가 일체로 결합되며 하단부가 상기 로커암(83)에 접촉되는 출력캠(6);

   상기 컨트롤샤프트(3)에 편심결합된 편심캠(5);

   일측이 상기 제2롤러베어링(22)에 결합되며, 타측은 상기 편심캠(5)에 결합되는 컨트롤레버(4)

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 링크샤프트(24)는 두장의 판재로 구성되며, 일단부가 상기 제1롤러베어링(21)의 축에 결합되고, 타단은 상기 컨트롤샤프트(3)가 끼워져 결합된 것이고,

   상기 컨트롤샤프트(3)는 일정 길이를 갖는 축봉으로써 상기 링크샤프트(24)의 타측에 끼워져 일체로 축설된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 출력캠(6)은, 상부는 좁고 하부는 넓은 판상으로써, 그 상부는 상기 컨트롤샤프트(3)에 끼워져 일체로 결합되며 하단부가 상기 로커암(83)에 접촉되며, 일측면에는 상기 제2롤러베어링(22)이 접촉 지지된 것이며, 하단에는 상기 로커암(83) 및 밸브(v)의 승강 높이를 조정할 수 있도록 높이조절부가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 높이조절부는 호형으로 볼록하게 돌출된 볼록부(62)와, 오목하게 요입된 요부(64)가 이어져 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속가변밸브 리프트 장치.

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