KR101209736B1 - 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 내측 태핏과, 상기 내측 태핏을 둘러싸는 외측 태핏과, 상기 내측 태핏의 내부에 삽입되어 상기 내측 태핏과 상기 외측 태핏을 선택적으로 결합하는 랫칭핀으로 구성되는 가변 밸브 리프트 장치에 있어서, 상기 외측 태핏에 일부 삽입되면서, 상기 랫칭핀의 이동 방향을 따라 상기 랫칭핀과 이격 설치되어 내부적으로는 랫칭핀의 움직임을 제한하고, 상기 외측 태핏의 외부로 일부 돌출되어 실린더 헤드 그루브 내에서 슬라이딩하여 외부적으로는 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하는 스톱퍼가 구비된 가변 밸브 리프트 장치를 제공하여,
내부적으로는 랫칭핀의 이동거리를 제한하고, 외부적으로는 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하여 엔진의 파손을 방지할 뿐만 아니라, 작동유체의 공급을 원활히 하고, 태핏 스커트 부에 별도의 회전 방지 장치의 가공이 필요 없어 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

본 발명은 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외측 태핏의 내부에 삽입되어 랫칭핀의 이동을 제한하고, 외측 태핏의 외부로 돌출되어 실린더헤드 그루브 내에서 슬라이딩하여 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하는 스토퍼가 구비된 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다. 공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다. 또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.

그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다.

도 1은 종래 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드에서의 가변 태핏의 단면도이고, 도 2는 종래 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트 모드에서의 가변 태핏의 단면도이다.

먼저, 하이 리프트 모드에서는 외측 태핏(100)에 형성된 유압 챔버(240)로 유압이 공급되고, 공급된 유압에 의해 플런저(350)가 랫칭핀(310)을 밀게 된다. 그러면 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 랫칭핀(310)은 랫칭핀 결합홈(340)에 삽입되고, 내측 태핏(200)과 외측 태핏(100)이 결합된다.

이 때, 하이 캠(12)은 캠축(10)에 결합되어 상기 캠축(10)의 회전에 따라 상기 하이 캠(12)이 외측 태핏(100)을 가압함으로써 외측 태핏(100)과 내측 태핏(200)이 일체로 상하 운동을 하게 된다. 즉, 하이 캠(12)의 회전 운동에 의해 하이 리프트가 실행되게 된다.

반면, 로우 리프트 모드에서는 상기 외측 태핏(100)에 형성된 유압 챔버(240)의 유압이 해제되고, 상기 랫칭핀(310)과 상기 랫칭핀 지지핀(320)이 상기 랫칭핀 결합홈(340)에서 분리되어 상기 랫칭핀(310)이 리턴 스프링(330)의 복원력에 의해 이동한다. 상기 랫칭핀(310)의 이동에 의하여 상기 내측 태핏(200)과 외측 태핏(100)은 분리되고, 독립적으로 운동하게 된다. 이 때, 상기 랫칭핀 지지핀(320)은 내측 태핏(200)에 삽입되어 있다.

즉, 밸브는 캠축(10)에 결합된 로우 캠(14)의 회전에 의하여 왕복 운동하는 내측 태핏(200)에 의하여 개폐되며, 하이 캠(12)의 회전에 따라 상기 외측 태핏(100)은 로스트 모션 스프링(500)(도 4 참조)에 의해 승하강 할 뿐 밸브의 개폐에는 영향을 미치지 않게 된다.

그러나, 가변 밸브 리프트 장치의 캠(12,14)과 태핏(100,200) 면이 각각 일치하지 않으면 가변 태핏(100,200)이 회전하게 되면 엔진이 파손되는 문제가 있다.

또한, 가변 밸브 리프트 장치를 작동시키는 작동유체의 공급 홀과 실린더 헤드 보어의 작동유 공급 홀의 위치가 일치해야만 작동유체를 공급할 수 있기 때문에, 가변 밸브 리프트 장치 전체의 회전을 방지하기 위한 별도의 회전 방지 장치가 필요한 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가변 밸브 리프트 장치가 회전하지 않도록 하여 가변 밸브 리프트 장치의 캠과 태핏면이 일치되도록 함과 동시에 랫칭핀의 이동을 제한할 수 있는 스톱퍼를 구비한 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 내측 태핏과, 상기 내측 태핏을 둘러싸는 외측 태핏과, 상기 내측 태핏의 내부에 삽입되어 상기 내측 태핏과 상기 외측 태핏을 선택적으로 결합함으로써 하이 리프트와 로우 리프트를 구현하는 랫칭핀으로 구성되는 가변 밸브 리프트 장치에 있어서, 상기 외측 태핏에 일부 삽입되면서, 상기 랫칭핀의 이동 방향을 따라 상기 랫칭핀과 이격 설치되어 랫칭핀의 움직임을 제한하고, 상기 외측 태핏의 외부로 일부 돌출되어 실린더 헤드 그루브 내에서 슬라이딩하여 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하는 스톱퍼를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는 상기 스톱퍼가 상기 외측 태핏에 삽입되어 상기 랫칭핀의 움직임을 제한하기 위해 상기 랫칭핀과 동일한 형상의 삽입부; 그리고, 상기 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하기 위하여 상기 외측 태핏의 외부로 돌출되어 실린더 헤드의 그루브에 끼워질 수 있는 형상을 갖는 돌출부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 본 발명의 실시예는 상기 돌출부가 실린더 헤드 내의 그루브의 곡면과 접촉하면서 슬라이딩이 가능한 반원통 또는 반구의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

뿐만 아니라, 본 발명의 실시예는 상기 스톱퍼의 내부에는 관통 홀이 형성되어 랫칭핀을 작동시키기 위해 공급된 유압의 배출을 원활하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 상기 삽입부는 상기 랫칭핀과 동일한 반경을 갖는 원통형인 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 기구에 의하면, 내부적으로는 랫칭핀의 이동거리를 제한하고, 외부적으로는 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하여 엔진의 파손을 방지할 뿐만 아니라, 작동유체의 공급을 원활히 하고, 태핏 스커트 부에 별도의 회전 방지 장치의 가공이 필요 없어 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드에서의 가변 태핏의 단면도이다.
도 2는 종래 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트 모드에서의 가변 태핏의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 가변 태핏의 종단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 가변 태핏의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내,외측 태핏이 일부 절단된 상태의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기구가 실린더 헤드에 결합되기 전과 후의 사용상태도 및 요부확대도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 태핏의 사시도이다.
도 7의 A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스톱퍼의 사시도이다.
도 7의 B,C는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스톱퍼의 측면도이다.
도 7의 D는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스톱퍼의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 태핏의 사시도이다.
도 9의 A는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 태핏의 사시도이다.
도 9의 B,C는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 태핏의 측면도이다.
도 9의 D는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 태핏의 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 스톱퍼가 가변 태핏에 결합된 상태의 가변 태핏의 종단면도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 가변 태핏의 평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내,외측 태핏이 일부 절단된 상태의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 기구가 실린더 헤드에 결합되기 전과 후의 사용상태도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 태핏의 사시도이고, 도 7의 A는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스톱퍼의 사시도이고, 도 7의 B,C는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스톱퍼의 측면도이고, 도 7의 D는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스톱퍼의 평면도이다

먼저, 도 3a, 도 3b, 도 4를 참조하여 설명하면, 외측 태핏(100)의 상부 일측에 랫칭핀(310)의 이동 방향을 따라 상기 랫칭핀(310)와 이격 설치되는 스톱퍼(400)가 상기 외측 태핏(100)의 내부로 압입된다. 상기에서 랫칭핀(310)은 일부가 중공체이고 원통형이다. 상기 랫칭핀(310)을 관통하면서 상기 랫칭핀(310)의 이동을 제한하는 랫칭핀 지지핀(320)이 내측 태핏(200)에 삽입되어 있다. 상기 랫칭핀 지지핀(320)과 접촉되면서 유압 해제시 랫칭핀(310)을 원래상태로 복귀시키는 리턴 스프링(330)이 상기 랫칭핀(310)의 내부에 삽입되어 있다.

상기 스톱퍼(400)는 랫칭핀(310)의 수평 방향으로의 이동을 제한할 수 있도록 상기 랫칭핀(310)과 동일한 형상을 갖는 삽입부(410)와, 상기 외측 태핏(100)의 외부로 돌출되어 실린더 헤드 그루브의 내주면과 접촉하면서 슬라이딩할 수 있도록 실린더 헤드 그루브의 평단면과 유사한 형상을 갖는 돌출부(420)로 구성된다. 상기 삽입부(410)는 상기 랫칭핀(310)과 동일한 반경을 갖는 원통형이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

가변 밸브 리프트 장치는 유압 챔버(360)을 통하여 유압 공급시 공급된 유압에 의해 보조 랫칭핀(370)이 랫칭핀(310)을 밀어 내측 태핏(200)에 있던 랫칭핀(310)이 외측 태핏(100)의 내부 일측으로 이동하여 내측 태핏(200)과 외측 태핏(100)이 결합할 수 있게 된다. 이 때, 랫칭핀(310)이 이동할 수 있는 거리는 이동 제한 거리(A)로 제한되어 있다.

상기와 같이, 밸프 리프트를 조절하기 위해 랫칭핀(310)이 수평 방향으로 이동하면서 외측 태핏(100)과 내측 태핏(200)을 선택적으로 결합하여 하이 리프트 또는 로우 리프트를 구현하게 된다. 이 때, 공급된 유압이 과도하게 큰 경우에는 랫칭핀(310)이 과도하게 이동하는 경우가 발생한다. 이를 방지하기 위하여 도 3a에 도시된 바와 같이, 랫칭핀(310)이 이동할 수 있는 이동 제한 거리(A) 내에서만 이동해야 한다. 본 발명의 실시예에서는 스톱퍼(400)가 이와 같은 기능을 수행하게 된다. 또한, 외측 태핏(100)의 외측으로 돌출된 돌출부(420)가 실린더 헤드의 그루브(110)에 끼워져 가변 밸브 리프트 장치가 회전하지 않으면서 승하강할 수 있게 된다. 이에 의해 내,외측 태핏(100,200) 면과 하이 캠(12), 로우 캠(14)과 일치하기 때문에 엔진의 파손을 방지할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스톱퍼(400)가 외측 태핏(100)에 일부 노출된 채로 실린더 헤드 그루브 내에 위치한 것을 나타낸 사용상태도 및 요부확대도이다. 도 5의 좌측은 종래의 실린더 헤드의 보어 내에 태핏이 삽입되어 있는 모습을 나타낸 것이고, 도 5의 우측은 본 발명의 실시예에 따른 스톱퍼(400)가 실린더 헤드 그루브 내에 삽입되어 있는 것을 나타낸 것이다. 또한, 요부확대도는 스톱퍼(400)가 실린더 헤드 그루브(110)에 끼워져 있는 모습을 나타낸 것이다.

가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하기 위해서는 스톱퍼(400)의 돌출부(420)가 실린더 헤드 그루브의 내주면에서 슬라이딩할 수 있는 구조를 가져야 한다. 즉, 실린더 헤드 그루브(110)의 내주면의 평단면이 반원의 형상이므로 돌출부(420)의 평단면도 반원의 형상을 가져야 한다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 도 7B에 도시된 바와 같이, 돌출부(400)의 평단면이 반원 모양을 갖도록 하였다. 또한, 돌출부(400)는 실린더 헤드 그루브(110) 내주면을 슬라이딩해야 하므로 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 이동 방향인 수직 방향으로 길게 반원기둥의 형상을 갖는다. 그리고, 상기 스톱퍼(400)의 중앙에는 관통 홀(430)이 상기 삽입부(410)와 돌출부(420)를 관통하여 형성되어 있다. 이는 랫칭핀(310)를 작동시킨 후의 유압을 외부로 용이하게 배출하기 위함이다.

본 발명에 따른 제2 실시예는 도 8과 도 9에 도시되어 있다. 이에 의하면 돌출부(460)를 반구 형상으로 할 수 있음을 알 수 있다. 이 때, 삽입부(450)는 도 7에 도시된 바와 같이 원통형이고, 중앙에는 상기 제1 실시예와 같이 관통 홀(470)이 형성되어 있어 기사용된 유압을 용이하게 배출할 수 있는 구조로 되어 있다. 제2 실시예와 같이 스톱퍼(400)를 제작한다면 제1 실시예에서의 스톱퍼(400)보다 더 간이하게 제작할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같이 외측 태핏(100)의 내측으로 삽입된 원통형의 삽입부(410,450)에 의해 랫칭핀(310)의 과도한 수평이동을 제한함과 동시에, 상기 외측 태핏(100)의 외부로 돌출된 돌출부(420,460)에 의해 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지할 수 있다. 상기 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지함에 따라 작동유체 공급홀과 실린더헤드 보어(120)면의 공급홀 위치를 일치시켜 작동유체의 공급을 원활하게 할 수 있다. 또한, 가변 밸브 리프트 장치의 하이 캠(12)과 로우 캠(14)이 각각 외측 태핏(100), 내측 태핏(200)면과 일치되어 엔진의 파손이 방지된다.

10: 캠축 12: 하이 캠
14: 로우 캠 100: 외측 태핏
110: 그루브 120: 실린더 헤드 보어
200: 내측 태핏 240: 유압 챔버
310: 랫칭핀 320: 랫칭핀 지지핀
330: 리턴 스프링 340: 랫칭핀 결합홈
350: 플런저 360: 유압 챔버
370: 보조 랫칭핀 400: 스톱퍼
410,450: 삽입부 420,460: 돌출부
430,470: 관통 홀 500: 로스트 모션 스프링
600: 밸브부재

Claims (5)

1. 내측 태핏과, 상기 내측 태핏을 둘러싸는 외측 태핏과, 상기 내측 태핏의 내부에 삽입되어 상기 내측 태핏과 상기 외측 태핏을 선택적으로 결합함으로써 하이 리프트와 로우 리프트를 구현하는 랫칭핀으로 구성되는 가변 밸브 리프트 장치에 있어서,
   상기 외측 태핏에 일부 삽입되면서, 상기 랫칭핀의 이동 방향을 따라 상기 랫칭핀과 이격 설치되어 랫칭핀의 움직임을 제한하고, 상기 외측 태핏의 외부로 일부 돌출되어 실린더 헤드 그루브 내에서 슬라이딩하여 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하는 스톱퍼를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스톱퍼는 상기 외측 태핏에 삽입되어 상기 랫칭핀의 움직임을 제한하기 위해 상기 랫칭핀과 동일한 형상의 삽입부; 그리고
   상기 가변 밸브 리프트 장치의 회전을 방지하기 위하여 상기 외측 태핏의 외부로 돌출되어 실린더 헤드의 그루브에 끼워질 수 있는 형상을 갖는 돌출부;
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 돌출부는,
   상기 실린더 헤드 내의 그루브의 곡면과 접촉하면서 슬라이딩이 가능한 반원통 또는 반구의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스톱퍼의 내부에는 관통 홀이 형성되어 랫칭핀을 작동시키기 위해 공급된 유압의 배출을 원활하게 하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 삽입부는 상기 랫칭핀과 동일한 반경을 갖는 원통형인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.

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