KR101154393B1 - Dynamic camshaft mounting device with variable valve lift system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캠샤프트의 양단를 회전 가능하게 지지하는 베어링유닛의 하부에 전자석에 의해 스프링 특성을 가변하는 가변 스프링유닛을 적용하여 3000RPM 이상의 조건에서 캠샤프트의 진동을 저감하며, 전 RPM 영역에서의 가변 밸브 리프트 시스템을 적용하여 최고의 엔진 성능을 발휘하도록 하는 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치를 제공한다.The present invention reduces the vibration of the camshaft at 3000 RPM or more by applying a variable spring unit that varies the spring characteristics by an electromagnet on the lower portion of the bearing unit rotatably supporting both ends of the camshaft, the variable valve in the entire RPM region Dynamic Camshaft Mounting System for Variable Valve Lift Systems that provides the best engine performance by applying the lift system.
가변 밸브 리프트, 다이나믹 캠샤프트, 마운팅장치, 베어링유닛, 가변 스프링유닛 Variable Valve Lifts, Dynamic Camshafts, Mounting Devices, Bearing Units, Variable Spring Units
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치의 구성도이다. 1 is a block diagram of a dynamic camshaft mounting apparatus for a variable valve lift system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면 구성도이다. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 가변 스프링유닛의 구성도이다. 3 is a configuration diagram of a variable spring unit applied to an embodiment of the present invention.
본 발명은 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캠샤프트의 양단를 회전 가능하게 지지하는 베어링유닛의 하부에 전자석에 의해 스프링 특성을 가변하는 가변 스프링유닛을 적용하여 3000RPM 이상의 조건에서 캠샤프트의 진동을 저감하며, 전 RPM 영역에서의 가변 밸브 리프트 시스템을 적용하여 최고의 엔진 성능을 발휘하도록 하는 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치에 관한 것이다.The present invention relates to a dynamic camshaft mounting apparatus for a variable valve lift system, and more particularly, 3000RPM by applying a variable spring unit that varies spring characteristics by an electromagnet to a lower portion of a bearing unit rotatably supporting both ends of a camshaft. The present invention relates to a dynamic camshaft mounting apparatus for a variable valve lift system which reduces vibration of a camshaft and exhibits the best engine performance by applying a variable valve lift system in an entire RPM range.
일반적으로, 차량의 밸브 트레인은 캠 축과 캠, 밸브, 밸브 스프링, 태핏 또는 로커암 등으로 구성되어 있다. In general, a valve train of a vehicle is composed of a cam shaft and a cam, a valve, a valve spring, a tappet or rocker arm or the like.
이러한 밸브 트레인 작동원리를 살펴보면, 크랭크 샤프트의 회전이 캠 샤프트로 전달되고, 캠 샤프트가 회전하면서 캠 샤프트에 가공되어 있는 캠에 의하여 밸브의 여닫힘을 이끌어 낸다.Looking at this valve train operation principle, the rotation of the crankshaft is transmitted to the cam shaft, and the cam shaft rotates to induce the opening and closing of the valve by the cam machined on the cam shaft.
특히, 엔진의 성능과 연비에 가장 민감한 영향을 미치는 것이 바로 밸브 리프트와 밸브 타이밍이며, 엔진의 연소실에서 흡기 및 배기를 위해 사용되어지는 밸브는 열고 닫히는 간격이 일정한 형태를 갖는다. In particular, the most sensitive influence on the performance and fuel economy of the engine is the valve lift and valve timing, and the valves used for intake and exhaust in the combustion chamber of the engine have a constant opening and closing interval.
즉, 이러한 밸브는 실린더 헤드에 위치한 캠의 프로파일(Profile)에 의해 밸브 상단의 태핏이 눌려져서 밸브가 하강하여 오픈(Open) 상태가 되며, 캠의 회전에 따라 태핏과 밸브사이의 코일 스프링에 의해 다시 밸브가 상승되어 클로즈(Close) 상태가 된다. That is, such a valve is opened by the tappet on the top of the valve being pushed down by the profile of the cam located in the cylinder head, and the valve is lowered and opened by the coil spring between the tappet and the valve as the cam rotates. The valve is raised again to a closed state.
이러한 종래 기술의 밸브는 오픈 및 클로즈 작동 시에 그 오픈 간격이 일정한 밸브 리프트 량을 가진다. 그러므로 고속에서 흡입공기의 과급과 저속에서의 흡입공기의 유속 증대를 어느 정도 확보하기 위해 적정한 밸브 리프트를 갖도록 설계하게 된다. These prior art valves have a valve lift amount that is constant at open and close operations. Therefore, it is designed to have a proper valve lift to secure a certain degree of increase of the suction air at high speed and increase of the flow rate of the suction air at low speed.
최근에는 저속 및 저부하 구간에서의 탁월한 연비 효과를 실현하기 위하여 적용되는 가변 밸브 리프트 장치(VVL; Variable Valve Lift System)들이 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.Recently, variable valve lift systems (VVLs), which are applied to realize excellent fuel efficiency in low speed and low load sections, have been proposed. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-0010438 (January 27, 2005) and 2005-0010437 (January 27, 2005) disclose a variable valve lift apparatus for an engine speed sensitive vehicle, respectively.
이러한 가변 밸브 리프트 시스템은 하이 리프트(High Lift)일 때는 항상 캠 노브(Cam Knob)의 끝단과 태핏이 거의 접촉되어 있어서 현재 사용되는 일반적인 엔진에서와 동일하게 작동되고, 로우 리프트(Low Lift)의 경우에는 캠 노브와 태핏의 상단부가 일정거리만큼 떨어진 상태에서 캠이 회전함에 따라 캠 노브의 끝단이 태핏을 눌러 로우 리프트를 구현하도록 되어 있다. This variable valve lift system is always in high lift, so the tip of the cam knob is almost in contact with the tappet, so it works the same as in conventional engines, and in the case of low lift As the cam rotates while the upper end of the cam knob and the tappet is separated by a certain distance, the tip of the cam knob presses the tappet to implement low lift.
그러나 종래의 밸브 트레인에서 저속 운전조건(약 3000 RPM 이하 조건)에서의 캠샤프트의 진동은 무시할 만 하나, 엔진의 운전속도가 높아지게 되면 캠샤프트 자체의 진동이 발생하게 된다.However, in the conventional valve train, the vibration of the camshaft in the low speed operation condition (about 3000 RPM or less condition) is negligible, but when the operating speed of the engine increases, the vibration of the camshaft itself occurs.
이러한 캠샤프트의 진동은 밸브의 동적 거동에 나쁜 영향을 미치게 되는데, 이는 밸브의 점프 발생 시점이 앞당겨 지거나 밸브의 바운스 발생 위험이 증대되며, 밸브 트레인의 구동 토크의 증대로 엔진의 연비가 나빠지는 등의 문제점을 내포하고 있다. The vibration of the camshaft adversely affects the dynamic behavior of the valve, which leads to an earlier risk of jumping of the valve, an increased risk of bounce of the valve, and an increase in fuel efficiency of the engine due to an increase in driving torque of the valve train. It has a problem.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 캠샤프트의 양단를 회전 가능하게 지지하는 베어링유닛의 하부에 전자석에 의해 스프링 특성을 가변하는 가변 스프링유닛을 적용하여 3000RPM 이상의 조건에서 캠샤프트의 진동을 저감하며, 전 RPM 영역에서의 가변 밸브 리프트 시스템을 적용하여 최고의 엔진 성능을 발휘하도록 하는 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치를 제공하는 것이다. The present invention was created to solve the above problems, an object of the present invention is to apply a variable spring unit for varying the spring characteristics by the electromagnet at the lower portion of the bearing unit rotatably supporting both ends of the camshaft 3000RPM or more It provides a dynamic camshaft mounting device for a variable valve lift system that reduces vibration of the camshaft under the conditions and shows the best engine performance by applying the variable valve lift system in the entire RPM range.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변 밸브 리프트 시스템용 다 이나믹 캠샤프트 마운팅장치는, 캠샤프트의 양단을 회전 가능하게 지지하는 베어링유닛의 하부와 실린더 헤드 사이의 일측에 개재되어 제어기로부터의 제어신호에 따라 스프링 특성을 가변하는 가변 스프링유닛; 상기 베어링유닛의 하부와 실린더 헤드 사이의 타측에 개재되어 상기 베어링유닛의 하부면과 실린더 헤드 상면 사이의 간격을 검출하여 변위신호를 제어기로 출력하는 변위센서; 트로틀 밸브의 개도량을 검출하여 그 신호를 제어기로 출력하는 트로틀 포지션 센서; 연료량을 검출하여 그 신호를 제어기로 출력하는 연료량 센서; 공기량을 검출하여 그 신호를 제어기로 출력하는 에어 플로 센서; 엔진 회전수를 검출하여 그 신호를 제어기로 출력하는 RPM 센서를 포함한다.Dynamic camshaft mounting apparatus for a variable valve lift system of the present invention for achieving the above object is interposed between the lower side of the bearing unit and the cylinder head rotatably supporting both ends of the camshaft from the controller A variable spring unit for varying spring characteristics according to a control signal of the spring; A displacement sensor interposed between the lower side of the bearing unit and the cylinder head and detecting a gap between the lower surface of the bearing unit and the upper surface of the cylinder head to output a displacement signal to the controller; A throttle position sensor for detecting an opening amount of the throttle valve and outputting a signal to the controller; A fuel amount sensor for detecting a fuel amount and outputting a signal to the controller; An air flow sensor detecting an air amount and outputting a signal to the controller; It includes an RPM sensor for detecting the engine speed and outputs the signal to the controller.
상기 가변 스프링유닛은 상기 베어링유닛의 베어링 하우징 하부면에 접촉되는 상부 지지판; 상기 실린더 헤드의 상부면에 접촉되는 하부 지지판; 상기 상부 지지판과 하부 지지판 사이에 개재되며, 단면의 내부에는 MR 유체가 봉입된 가변 스프링; 상기 상부 지지판과 하부 지지판 사이의 가변 스프링 둘레에 배치되어 제어기로부터 입력되는 제어신호에 따라 자기장을 형성하여 가변 스프링 내부의 MR 유체의 점성을 가변시키는 전자석;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The variable spring unit may include an upper support plate in contact with a lower surface of the bearing housing of the bearing unit; A lower support plate in contact with the upper surface of the cylinder head; A variable spring interposed between the upper support plate and the lower support plate, the MR fluid being sealed in the cross section; And an electromagnet disposed around the variable spring between the upper support plate and the lower support plate to form a magnetic field according to a control signal input from the controller to vary the viscosity of the MR fluid inside the variable spring.
그리고 상기 변위센서는 변위측정 자기센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.And the displacement sensor is characterized in that consisting of a displacement measuring magnetic sensor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤 프트 마운팅장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 가변 스프링유닛의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a dynamic camshaft mounting apparatus for a variable valve lift system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional configuration view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is applied to an embodiment of the present invention. Figure is a configuration of the variable spring unit.
본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치의 구성은 캠샤프트(1)의 양단을 회전 가능하게 지지하는 베어링유닛(3)의 하부와 실린더 헤드(5) 사이의 일측에 개재되어 제어기(7)로부터의 제어신호에 따라 스프링 특성을 가변하는 가변 스프링유닛(9)이 구성된다. The configuration of the dynamic camshaft mounting apparatus for the variable valve lift system according to the embodiment of the present invention is provided at one side between the lower end of the
상기 가변 스프링유닛(9)은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 베어링유닛(3)의 베어링 하우징(11) 하부면에 상부 지지판(21)이 접촉되어 설치되고, 상기 실린더 헤드(5)의 상부면에는 하부 지지판(23)이 접촉되어 설치된다.As shown in FIG. 3, the
그리고 상기 상부 지지판(21)과 하부 지지판(23) 사이에는 가변 스프링(25)이 설치되는데, 상기 가변 스프링(25)은 그 단면의 내부를 따라 MR 유체(27)가 봉입된 상태로 구성된다. And the
또한, 상기 상부 지지판(21)과 하부 지지판(23) 사이의 가변 스프링(25) 둘레에는 전자석(29)이 배치되어 제어기(7)로부터 입력되는 제어신호에 따라 자기장을 형성하여 가변 스프링(25) 내부의 MR 유체(27)의 점성을 가변시키도록 구성된다. In addition, an
그리고 상기 베어링유닛(3)의 하부와 실린더 헤드(5) 사이의 타측에는, 도 2에서와 같이, 변위센서(15)가 개재되는데, 상기 변위센서(15)는 변위측정 자기센서로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 베어링유닛(3)의 베어링 하우징(11) 하부면과 실린더 헤드(5) 상면 사이의 간격을 검출하여 변위신호를 상기 제어기(7)로 출 력하게 된다. And on the other side between the lower portion of the
이외에도, 트로틀 밸브의 개도량을 검출하여 그 신호를 제어기(7)로 출력하는 트로틀 포지션 센서(31)와, 연료량을 검출하여 그 신호를 제어기(7)로 출력하는 연료량 센서(33), 공기량을 검출하여 그 신호를 제어기(7)로 출력하는 에어 플로 센서(35) 및 엔진 회전수를 검출하여 그 신호를 제어기(7)로 출력하는 RPM 센서(37)가 구비된다. In addition, the
여기서, 상기 제어기(7)는 엔진제어유닛(ECU)으로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the
즉, 본 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치는 캠샤프트(1)의 양단을 베어링(13)과 베어링하우징(11)으로 이루어지는 베어링유닛(3)에 의해 설치하고, 이 베어링하우징(11)의 하단면과 실린더 헤드(5) 상단면 사이에는 직선변위를 전압으로 변화시키는 변위센서(15)(즉, 변위측정 자기센서; LVDT)와, 이 변위센서(15)의 출력 전압에 따라 전자석(29)을 작동하여 MR 유체(27)가 봉입된 가변 스프링(25)의 특성을 바꾸도록 하는 가변 스프링유닛(9)을 개재하여 장착한다. That is, in the dynamic camshaft mounting apparatus for the variable valve lift system according to the present embodiment, both ends of the camshaft 1 are installed by the
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치의 작동은 먼저 제어기(7, ECU)는 변위센서(15)로부터 인가되는 전압신호, RPM 센서(37)로부터 인가되는 RPM 신호, 트로틀 포지션 센서(31)로부터 인가되는 트로틀 포지션 신호, 연료량 센서(33)로부터 인가되는 연료량 신호, 에어 플로 센서(35)로부터 인가되는 공기량 신호로부터 밸브(미도시)의 최적의 흡 기 및 배기 리프트 값을 산출하여 상기 변위센서(15)의 목표 출력 전압신호를 설정하여 맵 테이블을 만든다. Therefore, the operation of the dynamic camshaft mounting apparatus for the variable valve lift system having the configuration as described above is first performed by the controller 7 (ECU), the voltage signal applied from the
이어서, 상기 제어기(7)는 변위센서(15)의 출력 전압신호와 목표 출력 전압신호를 비교하여 전 PRM 및 부하 영역에서 전자석(29)에 제어신호를 출력한다.Subsequently, the
이에 따라, 캠샤프트(1)의 진동이 중요해지는 Rated RPM(예, 3000RPM ) 이상인 경우 또는 변위센서(15)의 출력 전압신호가 고주파수(High Frequency)인 경우, 제어기(7)는 변위센서(15)의 출력 전압신호를 변위로 바꾸고, 다시 이를 시간에 대한 2차 미분을 통해 얻어진 가속도 성분의 FFT(Fast Fourier Transform)를 통하여 캠샤프트(1)의 최대 진동성분을 갖는 주파수를 결정한다.Accordingly, when the vibration of the camshaft 1 is greater than the rated RPM (eg, 3000 RPM) or when the output voltage signal of the
그리고 제어기(7)는 상기에서 결정된 주파수를 기준으로 캠샤프트(1)의 가진에 따른 전체 시스템의 고유 진동수를 피하는 변위센서(15)의 목표 출력 전압값을 보정하여 캠샤프트(1)의 진동 맵테이블을 만든다. And the
이후, 제어기(7)는 상기 변위센서(15)의 출력 전압신호와 목표 출력 전압신호를 비교하여 전 RPM 영역에서 최적의 밸브 리프트 값과 캠샤프트(1)의 진동저감영역에서의 운전이 가능하도록 전자석(29)에 제어신호를 출력하여 MR 유체(27)의 점성을 가변시킴으로써 가변 스프링(25)의 스프링력을 조정하게 된다. Thereafter, the
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 시스템용 다이나믹 캠샤프트 마운팅장치에 의하면, 캠샤프트의 양단를 회전 가능하게 지지하는 베어링유닛의 하부에 전자석에 의해 스프링 특성을 가변하는 가변 스프링유닛을 적용하여 3000RPM 이상의 조건에서 캠샤프트의 진동을 저감하며, 전 RPM 영역에서의 가변 밸브 리프트 시스템을 적용하여 최고의 엔진 성능을 발휘하도록 하는 효과가 있다.According to the dynamic camshaft mounting apparatus for a variable valve lift system according to the present invention as described above, 3000RPM by applying a variable spring unit variable by the electromagnet to the lower portion of the bearing unit rotatably supporting both ends of the camshaft The vibration of the camshaft is reduced under the above conditions, and the variable valve lift system is applied in the entire RPM range to achieve the best engine performance.
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