KR101086506B1

KR101086506B1 - 연속 가변 밸브트레인

Info

Publication number: KR101086506B1
Application number: KR1020080123653A
Authority: KR
Inventors: 박병옥
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2011-11-23
Also published as: US20100139587A1; US8402932B2; KR20100064974A

Abstract

본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은, 캠 샤프트로부터 동력을 전달받아 회전되는 구동캠과, 구동캠에 의해 가압되어 일측을 회전축으로 회전되며 타측에는 회전 시 밸브를 가압하여 개폐시키는 캠면이 형성되는 종동캠과, 일측이 상기 종동캠의 회전축 상에 힌지결합되고 타측을 중심으로 회전 가능하도록 장착되는 스윙암과, 종동캠의 회전각도에 관계없이 상기 밸브와 접촉되는 캠면이 상기 하이리프트구간으로 한정되거나 상기 로우리프트구간으로 한정되도록 상기 종동캠의 일측 높이를 조정하는 액츄에이팅 샤프트를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은, 밸브를 가압하기 위한 별도의 로커암이나 밸브 개폐시기 조정을 위한 별도의 가변캠을 구비하지 아니하고서도 밸브의 개폐시기와 리프트 거리가 동시에 가변될 수 있으므로, 구조가 매우 간단해지고 제조원가가 절감된다는 장점이 있다.

연속, 가변, 밸브, 리프트, 구동캠, 종동캠

Description

연속 가변 밸브트레인{CONTINUOUS VARIABLE VALVE TRAIN}

본 발명은 내연기관용 연속 가변 밸브트레인(Continuous Variable Valve Train : CVVT)에 관한 것으로, 더 상세하게는 엔진의 저/고속 운전영역에 따라 밸브의 개폐시기와 리프트 거리가 동시에 가변될 수 있도록 구성되는 연속 가변 밸브트레인에 관한 것이다.

엔진은 크랭크 샤프트의 회전력을 전달받은 캠 샤프트가 회전되고, 상기 캠 샤프트에 구비된 구동캠에 의해서 흡기 및 배기 밸브가 일정 간격으로 상하로 왕복운동하면서 연소실에 흡입공기가 공급되고, 연소가스가 배기되는 과정을 거쳐, 혼합기를 압축 및 폭발시켜서 동력을 얻는 과정이 반복된다.

이때, 상기 엔진의 운전 속도에 따라 밸브의 리프트 거리를 연속적으로 가변시킬 수 있도록 하는 기구를 연속 가변 밸브트레인이라고 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 연속 가변 밸브트레인에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 연속 가변 밸브트레인의 구성을 도시하는 개략도이다.

도 1에 도시된 종래의 연속 가변 밸브 리프트는, 캠 샤프트(2) 상에 설치되는 구동캠(4)과, 구동캠(4)에 접촉되어 요동하는 요동암(12)과, 요동암(12)에 연동하여 밸브(5)를 구동하는 구동암(19)과, 구동암(19)을 요동암(12)의 요동축 선 주위에서 선회하는 가변암(13)과, 가변암(13)을 구동하는 액추에이터(11)와, 요동암(12)과 구동암(19) 사이에 설치되는 캠수단을 포함하여 구성된다.

요동암(12)과 가변암(13)은 공통의 컨트롤 샤프트(10) 상에 상대 회전 가능하게 지지되며, 구동암(19)은 기단이 가변암(13)에 연결되고 선단에는 로커암(6)을 구동하는 구동부(20)를 구비한다. 또한 캠수단은, 요동암(12)에 형성되는 캠면(15)과, 구동암(19)의 중간부에 지지받는 캠팔로어(22)를 포함하고, 구동암(19)의 선회에 따라 요동암(12)에 대한 구동암(19)의 초기 위치를 변경하도록 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 종래의 연속 가변 밸브트레인은, 도 1에 도시된 상태에서 상기 구동캠(4)이 반시계 방향으로 회전될 때, 상기 요동암(12)의 끝단(도 1에서는 우측 끝단)이 상기 구동암(19)과 가까워지도록 회전되고, 상기 요동암(12)의 끝단이 상기 구동암(19)과 접촉된 이후부터는 상기 로커암(6)도 함께 가압되어 밸브(5)가 개방된다.

이때, 도 1에 도시된 상태에서 상기 가변암(13)이 반시계 방향으로 회전되면, 상기 구동암(19)은 도 1에 도시된 상태보다 중단측 부위가 상기 로커암(6)과 접촉되고 상기 요동암(12)의 끝단과의 거리가 가까워진다. 이와 같은 상태에서 상기 구동캠(4)이 회전되면, 상기 요동암(12)의 끝단은 보다 빨리 상기 구동암(19)을 가압하게 되므로, 상기 밸브(5)는 보다 이른 시기에 개방이 될 뿐만 아니라 리프트 거리까지 길어지게 된다.

따라서 도 1에 도시된 종래의 연속 가변 밸브트레인을 이용하면, 엔진의 속도에 따라 밸브(5)의 개폐시기 및 리프트 거리를 조정할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 연속 가변 밸브트레인은, 구동캠(4)의 힘을 밸브(4)로 전달하기 위하여, 요동암(12), 구동암(19), 가변암(13), 액추에이터(11) 등의 구성요소가 필수적으로 요구되는바, 구성이 복잡해지고 제조원가가 상승된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 밸브의 개폐시기와 리프트 거리가 동시에 가변될 수 있으면서, 구조가 간단한 연속 가변 밸브트레인을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은,

캠 샤프트로부터 동력을 전달받아 회전되는 구동캠; 및

구동캠에 의해 가압되어 일측을 회전축으로 회전되며, 타측에는 회전 시 밸브를 가압하여 개폐시키는 캠면이 형성되는 종동캠;

일측이 상기 종동캠의 회전축 상에 힌지결합되고, 타측을 중심으로 회전 가능하도록 장착되는 스윙암;

을 포함하여 구성된다.

상기 캠면은, 상기 종동캠이 일측 회전축을 중심으로 회전될 때 상기 밸브를 설정거리 이상으로 이동시킬 수 있는 하이리프트구간과, 상기 종동캠이 일측 회전축을 중심으로 회전될 때 상기 밸브를 설정거리 미만까지만 이동시킬 수 있는 로우리프트구간을 포함한다.

상기 하이리프트구간의 중심은 상기 로우리프트구간의 중심보다 상기 종동캠의 회전축으로부터 먼 지점에 형성된다.

종동캠의 회전각도에 관계없이 상기 밸브와 접촉되는 캠면이 상기 하이리프트구간으로 한정되거나 상기 로우리프트구간으로 한정되도록, 상기 종동캠의 일측 높이를 조정하는 액츄에이팅 샤프트를 더 포함한다.

상기 액츄에이팅 샤프트는, 상기 스윙암의 일측 저면에 접촉되도록 마련되어 상기 액츄에이팅 샤프트의 회전 각도에 따라 상기 스윙암의 일측을 밀어 올리는 가압돌기를 구비한다.

상기 스윙암의 타측이 힌지결합되어, 상기 스윙암의 회전축을 고정하는 브라켓을 더 포함한다.

상기 종동캠은, 상기 구동캠과 접촉되는 부위에 롤러가 구비된다.

상기 캠면은 오목한 곡면 형상으로 형성되고, 상기 밸브는 상기 캠면과 접촉되는 부위가 볼록한 곡면으로 형성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 측면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인에 포함되는 종동캠의 측면도이다.

본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은, 캠 샤프트(100)로부터 동력을 전달받아 회전되는 구동캠(200)과, 구동캠(200)에 의해 가압되어 일측을 회전축으로 회전되며 타측에는 회전 시 밸브(300)를 가압하여 개폐시키는 캠면(410)이 형성되는 종동캠(400)과, 일측이 상기 종동캠(400)의 회전축 상에 힌지축(510)으로 결합되고 타측을 중심으로 회전 가능하도록 장착되는 스윙암(500)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 스윙암(500)의 회전중심은 위치가 고정되며, 종동캠(400)의 회전중심 즉, 힌지축(510)은 스윙암(500)의 회전에 따라 이동될 수 있다.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이 캠 샤프트(100) 및 이에 결합된 구동캠(200)이 시계방향으로 회전되어 상기 구동캠(200)의 장축방향 외주면이 종동캠(400)에 접촉되면, 상기 종동캠(400)은 일측(도 3에서는 우측)을 회전축으로 하여 반시계방향으로 회전되며, 종동캠(400)의 타측(도 3에서는 좌측)에 마련된 캠면(410)은 밸브(300)의 상단에 구비된 접촉블록(310)의 상면을 타고 슬라이딩되면서 상기 접촉블록(310)을 하강시킨다. 상기 접촉블록(310)이 하강됨에 따라 밸브(300)는 개방된다.

이때, 상기 종동캠(400)은 회전축의 위치에 따라 밸브(300)의 리프트거리(하향으로 밀려 개방되는 거리) 및 밸브(300)의 개폐시기를 조정하는 역할과, 구동캠(200)에 의해 회동될 때 밸브(300)의 상단을 직접 하향 가압함으로써 상기 밸브(300)를 개폐시키는 역할을 동시에 수행한다는 점에 특징이 있다.

즉, 도 1에 도시된 종래의 연속 가변 밸브트레인은 구동캠(4)의 동력이 요동암(12)과 가변암(13)과 구동암(19)과 로커암(6)을 통해 밸브(5)로 전달되도록 구성되어 있지만, 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은 구동캠(200)의 동력이 종동캠(400)을 통해 직접 밸브(300)로 전달되도록 구성되어 있으므로, 구성이 매우 간단하여 제작이 용이하고 제조원가가 절감된다는 장점이 있다. 또한, 구동캠(200)의 동력을 전달하는 구성요소가 종동캠(400) 하나이므로, 보다 안정적으로 동력을 전달할 수 있고 고장의 우려가 감소된다는 장점도 있다.

이때, 상기 종동캠(400)에 형성된 캠면(410)은 종동캠(400)이 회전될 때 밸브(300)의 상단에 슬라이딩됨으로써 상기 밸브(300)를 하향 가압하는 부위로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 종동캠(400)이 일측 회전축을 중심으로 회전될 때 상기 밸브(300)를 설정거리 이상으로 이동시킬 수 있는 하이리프트구간(H)과, 상기 종동캠(400)이 일측 회전축을 중심으로 회전될 때 상기 밸브(300)를 설정거리 미만까지만 이동시킬 수 있는 로우리프트구간(L)을 포함한다.

상기 하이리프트구간(H)의 중심은 상기 로우리프트구간(L)의 중심보다 상기 종동캠(400)의 회전축으로부터 먼 지점에 형성되므로 즉, 상기 하이리프트구간((H)의 중심은 상기 로우리프트구간(L)의 중심보다 상기 종동캠(400)의 회전축으로부터 먼 지점에 위치되므로, 상기 캠면(410) 중 하이리프트구간(H)이 밸브(300)의 상단을 밀 때에는 로우리프트구간(L)이 밸브(300)의 상단을 밀 때보다 밸브(300)가 더 많이 하강된다. 이때, 종동캠(400)의 캠면(410) 중 하이리프트구간(H)은 도 3에 도시된 상태에서 종동캠(400)의 회전중심인 힌지축(510)이 위로 상승될 때 밸브(300)의 접촉블록(310)에 접촉되고, 로우리프트구간(L)은 도 3에 도시된 상태에서 종동캠(400)의 회전중심인 힌지축(510)이 아래로 하강될 때 밸브(300)의 접촉블록(310)에 접촉된다.

본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인에 포함되는 스윙암(500)은, 종동캠(400)의 회전중심인 힌지축(510)을 상승시키거나 하강시키기 위한 구성요소로서, 브라켓(700)에 힌지결합된 일측(도 3에서는 좌측)을 중심으로 회전 가능하도록 구 성된다. 이때, 상기 스윙암(500)의 타측(도 3에서는 우측)은 힌지축(510)에 의해 종동캠(400)의 타측에 힌지결합되는 바, 도 3에 도시된 상태에서 스윙암(500)이 브라켓(700)에 힌지결합된 일측을 중심으로 반시계방향으로 회전되었을 때 종동캠(400)의 회전중심인 힌지축(510)은 상승하게 되고, 이에 따라 종동캠(400)의 캠면(410) 중 하이리프트구간(H)이 밸브(300)의 접촉블록(310)과 접촉된다. 반대로, 도 3에 도시된 상태에서 스윙암(500)이 브라켓(700)에 힌지결합된 일측을 중심으로 시계방향으로 회전되었을 때 종동캠(400)의 회전중심인 힌지축(510)은 하강하게 되고, 이에 따라 종동캠(400)의 캠면(410) 중 로우리프트구간(L)이 밸브(300)의 접촉블록(310)과 접촉된다.

본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은, 차량의 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 제어되는 모터 등의 구동수단에 의해 상기 스윙암(500)이 직접 회전되도록 구성될 수도 있고, 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 스윙암(500)을 회전시키기 위한 액츄에이팅 샤프트(600)를 추가로 구비할 수도 있다.

상기 엑츄에이팅 샤프트는 스윙암(500)의 하측에 회전 가능한 구조로 장착되며, 상기 스윙암(500)의 일측 저면에 접촉되도록 돌출 형성되는 가압돌기(610)를 구비한다. 따라서 도 3에 도시된 상태에서 액츄에이팅 샤프트(600)가 시계방향으로 회전하는 경우 상기 가압돌기(610)는 스윙암(500)의 우측 저면을 위로 밀어 올려 힌지축(510)을 상승시키고, 도 3에 도시된 상태에서 액츄에이팅 샤프트(600)가 반시계방향으로 회전하는 경우 상기 가압돌기(610)는 아래로 내려가게 되므로 스윙 암(500)의 우측 및 이에 결합된 힌지축(510)이 하강하도록 한다.

이때, 상기 가압돌기(610)는 상기 스윙암(500)의 우측 및 이에 결합된 힌지축(510)을 연속적으로 승하강될 수 있도록, 상기 스윙암(500)과 접촉되는 면이 곡면을 이루도록 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 액츄에이팅 샤프트(600)는, 차량의 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 제어되는 모터 등의 구동수단에 의해 회전방향 및 회전각도가 제어되도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 구동캠(200)이 종동캠(400)의 어느 일부위에 슬라이딩되도록 구성되면, 구동캠(200)과 종동캠(400)이 접촉되는 부위가 마모되어 상기 종동캠(400)의 회전 각도가 변경될 우려가 있다.

따라서 상기 종동캠(400)은 상기 구동캠(200)과 접촉되는 부위에 롤러(420)가 구비됨이 바람직하다. 이와 같이 상기 종동캠(400)에 롤러(420)가 구비되면, 상기 구동캠(200)이 회전될 때 상기 롤러(420)도 함께 회전되므로, 상기 구동캠(200)과 롤러(420) 사이에 마모가 발생되지 아니하게 되고, 이에 따라 종동캠(400)의 회전 각도는 일정하게 유지된다.

또한, 상기 종동캠(400)이 회전될 때 상기 캠면(410)과 접촉블록(310)이 안정적으로 접촉된 상태를 유지할 수 있도록, 상기 캠면(410)은 오목한 곡면 형상으로 형성되고, 상기 밸브(300)는 상기 캠면(410)과 접촉되는 부위가 상향으로 볼록한 곡면으로 형성됨이 바람직하다. 이때, 본 실시예에서는 밸브(300)의 상단에 형 성된 접촉블록(310)이 캠면(410)에 접촉되는 구조만을 도시하고 있으나, 상기 밸브(300)는 접촉블록(310) 없이 수직봉 형상의 몸체 상단이 직접 캠면(410)에 접촉되도록 구성될 수도 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 로우리프트 동작을 도시하는 측면도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 하이리프트 동작을 도시하는 측면도이다.

밸브(300)의 리프트 거리가 짧게 요구되는 경우, 액츄에이팅 샤프트(600)는 도 3에 도시된 상태에서 반시계방향으로 회전하여, 도 5에 도시된 바와 같이 힌지축(510)을 하강시킨다. 상기 힌지축(510)이 하강되면 이에 결합된 종동캠(400)의 회전축이 하강되므로, 밸브(300)의 접촉블록(310)은 종동캠(400)의 캠면(410) 중 로우리프트구간(L)에 접촉된다.

도 5에 도시된 상태에서 구동캠(200)이 회전되어 구동캠(200)의 장축방향 외주면이 롤러(420)에 접촉되면, 상기 종동캠(400)은 힌지축(510)을 중심으로 반시계방향으로 회전되고, 종동캠(400)의 캠면(410)은 밸브(300)의 접촉블록(310)을 하강시킴으로써 밸브(300)가 개방되도록 한다.

이때, 상기 캠면(410)은, 종동캠(400)의 회전각도에 관계없이 로우리프트구간(L)만이 접촉블록(310)에 접촉되므로, 상기 밸브(300)는 도 6에 도시된 상태보다 더 하강되지 아니하게 된다.

반대로 밸브(300)의 리프트 거리가 길게 요구되는 경우, 액츄에이팅 샤프트(600)는 도 3에 도시된 상태에서 반시계방향으로 회전하여, 도 7에 도시된 바와 같이 힌지축(510)을 상승시킨다. 상기 힌지축(510)이 상승되면 이에 결합된 종동캠(400)의 회전축이 상승되므로, 밸브(300)의 접촉블록(310)은 종동캠(400)의 캠면(410) 중 하이리프트구간(H)에 접촉된다. 이때, 상기 종동캠(400)에 구비된 롤러(420) 역시 도 5에 도시된 경우보다 상승되므로, 구동캠(200) 회전 시 상기 구동캠(200)의 장축방향 외주면은 보다 일찍 롤러(420)에 접촉된다. 따라서 도 7에 도시된 상태에서 구동캠(200)이 시계방향으로 회전되면, 도 8에 도시된 바와 같이 종동캠(400)은 힌지축(510)을 중심으로 도 6에 도시된 상태보다 더 많이 회전되고, 밸브(300)는 더 많이 하강된다. 즉, 상기 캠면(410)은, 종동캠(400)의 캠면(410) 중 하이리프트구간(H)이 접촉블록(310)에 접촉되므로, 상기 밸브(300)는 도 6에 도시된 상태보다 더 많이 하강되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은, 액츄에이팅 샤프트(600)를 회전시키는 조작만으로 밸브(300)의 리프트거리를 조절할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인은, 상기 캠면(410)의 프로파일 형상을 적절하게 가공함으로써, 밸브(300)의 개폐시기를 앞당기거나 늦출 수도 있다. 이와 같은 캠면(410)의 프로파일 형상은 각 구성요소의 형상이나 장착위치 등에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 사시도이다.

도 3은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 측면도이다.

도 4는 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인에 포함되는 종동캠의 측면도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 로우리프트 동작을 도시하는 측면도이다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 연속 가변 밸브트레인의 하이리프트 동작을 도시하는 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 캠 샤프트 200 : 구동캠

300 : 밸브 310 : 접촉블록

400 : 종동캠 410 : 캠면

420 : 롤러 500 : 스윙암

510 : 힌지축 600 : 액츄에이팅 샤프트

610 : 가압돌기 700 : 브라켓

Claims

캠 샤프트(100)로부터 동력을 전달받아 회전되는 구동캠(200); 및

구동캠(200)에 의해 가압되어 일측을 회전축으로 회전되며, 타측에는 회전 시 밸브(300)를 가압하여 개폐시키는 캠면(410)이 형성되는 종동캠(400);

일측이 상기 종동캠(400)의 회전축 상에 힌지결합되고, 타측을 중심으로 회전 가능하도록 장착되는 스윙암(500);을 포함하여 구성되고,

상기 캠면(410)은 오목한 곡면 형상으로 형성되고, 상기 밸브(300)는 상기 캠면(410)과 접촉되는 부위가 볼록한 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브트레인.
제1항에 있어서,

상기 캠면(410)은, 상기 종동캠(400)이 일측 회전축을 중심으로 회전될 때 상기 밸브(300)를 설정거리 이상으로 이동시킬 수 있는 하이리프트구간(H)과, 상기 종동캠(400)이 일측 회전축을 중심으로 회전될 때 상기 밸브(300)를 설정거리 미만까지만 이동시킬 수 있는 로우리프트구간(L)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브트레인.
제2항에 있어서,

상기 하이리프트구간(H)의 중심은 상기 로우리프트구간(L)의 중심보다 상기 종동캠(400)의 회전축으로부터 먼 지점에 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브트레인.
제2항에 있어서,

종동캠(400)의 회전각도에 관계없이 상기 밸브(300)와 접촉되는 캠면(410)이 상기 하이리프트구간(H)으로 한정되거나 상기 로우리프트구간(L)으로 한정되도록, 상기 종동캠(400)의 일측 높이를 조정하는 액츄에이팅 샤프트(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브트레인.
제4항에 있어서,

상기 액츄에이팅 샤프트(600)는, 상기 스윙암(500)의 일측 저면에 접촉되도록 마련되어 상기 액츄에이팅 샤프트(600)의 회전 각도에 따라 상기 스윙암(500)의 일측을 밀어 올리는 가압돌기(610)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브트레인.
제1항에 있어서,

상기 스윙암(500)의 타측이 힌지결합되어, 상기 스윙암(500)의 회전축을 고정하는 브라켓(700)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브트레인.
제1항에 있어서,

상기 종동캠(400)은, 상기 구동캠(200)과 접촉되는 부위에 롤러(420)가 구비되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브트레인.
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