KR101230884B1

KR101230884B1 - 자동차용 밸브 트레인 구조

Info

Publication number: KR101230884B1
Application number: KR1020060070562A
Authority: KR
Inventors: 허의도
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2013-02-07
Also published as: KR20080010517A

Abstract

본 발명은 자동차용 밸브 트레인 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캠과 밸브의 작동 구조 사이에 순환하는 유압의 작용에 따라 상기 밸브의 개폐 작동이 이루어지도록 하는 바, 상기 캠 작동에 의한 유압의 흐름을 좌우하는 각각의 실린더부와, 이를 연결하는 연결 파이프부로 구성됨으로써, 캠의 수와 길이, 중량을 줄일 수 있고, 상기 연결 파이프부의 레이 아웃에 따라 캠의 위치 변경이 자유롭고, 캠과 접촉하는 실린더부를 한 개 이상 설치할 수 있어 실린더 헤드의 구조가 간단해지고, 별도의 유압 회로 없이 밸브의 윤활 작용이 가능하며, 유압의 작용으로 인하여 작동 소음을 줄일 수 있는 자동차용 밸브 트레인 구조에 관한 것이다.

자동차, 밸브 트레인, 캠, 실린더부, 연결 파이프부, 밸브

Description

자동차용 밸브 트레인 구조{valve train structure for automobile}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 밸브 트레인 구조를 나타내는 도면,

도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 자동차용 밸브 트레인의 작동상태를 나타내는 작동도,

도 7은 본 발명에 따른 캠과 실린더부의 장착상태를 나타내는 도면,

도 8은 본 발명에 따른 4실린더 16밸브 엔진의 밸브 어셈블리 구조를 나타내는 도면,

도 9는 종래의 자동차용 밸브 트레인 구조를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 캠 20 : 실린더부

21 : 제1피스톤 22 : 제1실린더

23 : 제1스프링 24 : 체크볼

25 : 차단부재 26 : 고압실

27 : 제2피스톤 28 : 제2실린더

29 : 제2스프링 30 : 연결 파이프부

40 : 밸브 50 : 실린더 헤드

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

상기와 같이 흡기 및 배기 밸브를 작동시키기 위한 캠과 캠 샤프트, 태핏, 로커암 등의 일련의 기구들을 밸브 트레인이라 한다.

첨부한 도 9는 종래 일반적인 밸브 트레인의 한 예를 도시한 것으로서, 캠 샤프트(110)에는 다수의 캠(100)이 소정간격을 두고 형성되고, 상기 캠(100)의 하 측에 피봇점을 기준으로 각운동하는 로커암(120)이 형성된다.

또한, 상기 로커암(120)의 외측 끝하단에는 밸브(130)가 밸브스프링(140)에 의해 탄력지지된 채로 실린더 헤드(200)의 흡기 포트 혹은 배기 포트에 형성된다.

즉, 상기한 캠 샤프트(110)가 회전되면 회전반경을 달리하는 캠(100)에 의해서 로커암(120)의 롤러가 상하로 밀리게 된다.

그러면 상기한 로커암(120)은 피봇점을 기준으로 각운동을 하게 되고, 로커암(120)의 외측 끝단은 밸브(130)의 스템 엔드부에 일정 간격으로 힘을 가하게 된다.

따라서 밸브(130)는 밸브 스프링(140)의 탄발력을 이기고 하강하게 되고, 캠(100)의 위치가 바뀌게 되어 상기 로커암(120)이 상측으로 각운동하는 상태가 되면 밸브(130)는 밸브 스프링(140)의 탄발력에 의해 다시 상승하게 된다.

이와 같이 밸브 트레인의 작동에 의해서 흡기 및 배기 밸브는 소정의 간격으로 개폐가 반복해서 이루어진게 된다.

그런데, 종래의 밸브 트레인은 캠(100)과 로커암(120) 등의 작동이 기계식 연결 방식으로 이루어져 있어 밸브 트레인의 작동시 작동 소음이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 캠과 밸브의 작동 구조 사이에 순환하는 유압의 작용에 따라 상기 밸브의 개폐 작 동이 이루어지도록 하는 바, 상기 캠 작동에 의한 유압의 흐름을 좌우하는 각각의 실린더부와, 이를 연결하는 연결 파이프부로 구성됨으로써, 캠의 수와 길이, 중량을 줄일 수 있고, 상기 연결 파이프부의 레이 아웃에 따라 캠의 위치 변경이 자유롭고, 캠과 접촉하는 실린더부를 한 개 이상 설치할 수 있어 실린더 헤드의 구조가 간단해지고, 별도의 유압 회로 없이 밸브의 윤활 작용이 가능하며, 유압의 작용으로 인하여 작동 소음을 줄일 수 있는 자동차용 밸브 트레인 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 밸브 트레인 구조는, 캠과 밸브의 작동 구조 사이에 순환하는 유압의 작용에 따라 상기 밸브의 개폐 작동이 이루어지며,

상기 캠 작동에 의한 유압의 흐름을 좌우하는 각각의 실린더부와;

이를 연결하는 연결 파이프부와;

상기 캠쪽의 실린더부에 장착되어 유압의 작용에 따라 선택적으로 유로를 단속하는 단속부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 실린더부는 회전반경을 달리하는 캠과 접촉하여 캠의 회전 구동에 의해 상하 작동하는 제1피스톤 및 상기 제1피스톤이 안착되는 제1실린더와, 상기 밸브와 결합되어 유압에 의해 상하 작동하는 제2피스톤 및 상기 제2피스톤이 안 착되는 제2실린더와, 상기 제1 및 제2피스톤이 원상태로 복귀되도록 탄성 복원력을 부여하는 제1 및 제2스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 단속부는 상기 캠의 구동에 따른 유압에 의해 유로를 닫는 체크볼과, 상기 체크볼에 의해 선택적으로 개폐되는 오일통로가 천공되어 있는 차단부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 실린더부는 상기 제1 및 제2피스톤이 상하강시 오일의 흐름을 선택적으로 단속하는 제1 및 제2실린더의 오일홈과, 제1피스톤의 오일통로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 밸브 트레인 구조를 나타내는 도면이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 자동차용 밸브 트레인의 작동상태를 나타내는 작동도이며, 도 7은 본 발명에 따른 캠과 실린더부의 장착상태를 나타내는 도면이다.

본 발명은 캠(10)과 밸브(40)의 작동 구조 사이에 순환하는 유압의 작용에 따라 상기 밸브(40)의 개폐 작동이 이루어지도록 하는 바, 상기 캠(10) 작동에 의한 유압의 흐름을 좌우하는 각각의 실린더부(20)와, 이를 연결하는 연결 파이프부(30)로 구성되어 있다.

상기 실린더부(20)는 회전반경을 달리하는 캠(10)과 접촉하여 캠(10)의 회전 구동에 의해 상하 작동하는 제1피스톤(21) 및 상기 제1피스톤(21)이 안착되는 제1 실린더(22)와, 상기 밸브(40)와 결합되어 유압에 의해 상하 작동하는 제2피스톤(27) 및 상기 제2피스톤(27)이 안착되는 제2실린더(28)로 이루어져 있다.

그리고, 상기 연결 파이프부(30)는 상기 제1 및 제2실린더(22,28)를 상호 연결하여 유압이 유동하는 라인으로서, 이 연결 파이프부(30)의 레이 아웃에 따라 캠(10)의 위치 변경이 자유롭고, 도 7에 도시된 실린더부(20)의 장착상태에 따라 캠(10)과 접촉하는 실린더부(20)를 한 개 이상 설치할 수 있게 된다.

이때, 상기 제1 및 제2실린더(22,28)에는 상기 제1 및 제2피스톤(21,27)이 원상태로 복귀되도록 탄성 복원력을 부여하는 제1 및 제2스프링(23,29)이 구비되어 있다.

이와 같이 캠(10)의 회전 구동에 의해 제1피스톤(21)이 상하 작동하여 오일 공급라인(1)을 통해 유입되는 오일의 압력을 상기 밸브(40)에 전달하여 밸브(40)가 작동하도록 되어 있다.

여기서, 상기 오일 공급라인(1)에 의해 공급되는 오일은 상기 제1실린더(22)의 측면에 형성된 오일홈(22a) 및 제1피스톤(21)의 오일통로(21a)를 통해 유입되는 바, 상기 제1 및 제2스프링(23,29)의 탄성 복원력에 의해 제1피스톤(21)의 하강시 유압에 의해 상기 연결 파이프부(30)로 이어지는 유로를 개방하며, 캠(10)의 구동에 의해 상승시 탄성체(24b)의 탄성력에 의해 유로를 닫는 체크볼(24)과, 상기 체크볼(24)에 의해 선택적으로 개폐되는 오일통로(25a)가 천공된 차단부재(25)가 구비되어 있다.

이때, 상기 차단부재(25)를 중심으로 체크볼(24)이 장착된 챔버는 오일이 완 전히 충전된 고압실(26)이다.

이와 같은 유로 구조에 의해 상기 유압에 의해 체크볼(24)이 이동하여 유로가 개방시 상기 오일 공급라인(1)에서 공급되는 오일은 상기 유로를 따라 연결 파이프부(30)를 통해 제2실린더(28)로 이동하게 된다.

따라서, 상기 체크볼(24)은 탄성력 및 유압의 작용에 따라 선택적으로 유로를 단속하는 밸브의 기능을 하게 된다.

한편, 상기 제2실린더(28)와 제2피스톤(27)에는 상기 연결 파이프부(30)를 통해 유입된 오일이 상기 밸브(40)에 접촉할 수 있도록 상기 제2실린더(28)에는 오일이 잠시 저장되다가 통로가 만들어질 경우, 오일배출구(28b)를 통해 배출되는 오일홈(28a)이 구비되어 있다.

즉, 상기 유압에 의해 제2실린더(28)에서 제2피스톤(27)이 하강하여 상기 오일홈(28a)과 연결 파이프부(30)가 일치할 경우, 그 여유 공간을 통해 오일이 밸브(40)에 닿게 되고, 이로 인하여 밸브(40)의 윤활 작용이 가능하도록 하여 작동 소음을 줄이게 된다.

여기서, 미설명 부호 24a는 상기 체크볼(24)이 일정한 공간에서만 작동하도록 제한하는 가이드브라켓을 나타낸다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차용 밸브 트레인의 작동원리에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 캠(10)에 의해 제1피스톤(21)이 상승되기 전 단계이며, 체크볼(24)이 중력에 의해 닫혀진 상태에 있고, 도 3은 제1피스톤(21)이 상승하는 단계로서, 체 크볼(24)이 장착되어 있는 고압실(26)의 압력이 오일이 공급되는 유로쪽의 챔버의 압력보다 높아 상기 체크볼(24)은 탄성체(24b)의 탄성력을 통해 차단부재(25)를 폐쇄하는 상태이며, 제2피스톤(27)은 하강하는 상태이다.

도 4는 도 3의 단계와 동일한 단계로서, 제1피스톤(21)이 상승하는 단계이나, 제2실린더(28)에서 제2피스톤(27)이 하강하여 상기 오일홈(28a)과 연결 파이프부(30)가 일치하게 되고, 그 여유 공간을 통해 오일이 흐르게 된다.

도 5는 제1피스톤(21)의 최상점을 나타내며, 상기 제2피스톤(27)에서 밸브(40)의 윤활을 마치고 오일 배출구(28b)를 통해 배출되는 상태를 나타낸다.

도 6은 제1피스톤(21)이 하강하는 단계이며, 고압실(26)의 압력이 오일이 공급되는 유로쪽의 챔버의 압력보다 낮아 상기 체크볼(24)은 차단부재(25)를 개방하는 상태이며, 제2피스톤(27)은 상승하는 상태가 된다.

도 7은 제1피스톤(21)의 최하점을 나타내며, 상기 오일 공급라인(1)에서 공급되는 오일은 상기 유로를 따라 연결 파이프부(30)를 통해 제2실린더(28)로 이동하게 되어 배출된 오일량만큼 보충하게 된다.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 4실린더 16밸브 엔진의 밸브 어셈블리 구조를 나타내는 도면으로서, 기존의 16개의 캠을 배제하고, 도 7을 통해 4개의 캠만으로도 충분히 밸브를 개폐할 수 있도록 되므로 캠축의 길이가 짧아지게 되며, 흡기 밸브와 배기 밸브를 체인 및 기어로 연결하지 않아도 된다.

그리고, 크랭크축에 근접한 위치에 설치가 가능하여 타이밍 벨트나 스프라켓이 필요치 않으며 디젤 차량의 경우, 고압펌프와 함께 장착할 경우 구조가 간단하 게 된다.

따라서, 본 발명은 캠(10)과 밸브(40)의 작동 구조 사이에 순환하는 유압의 작용에 따라 소음 발생없이 상기 밸브(40)의 개폐 작동이 이루어지도록 하고, 별도의 유압 회로없이 밸브(40)에 오일을 공급하여 윤활 작용이 원할하게 이루어질 수 있도록 하며, 캠(10)의 위치 변경이 자유로운 새로운 자동차용 밸브 트레인 구조이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 밸브 트레인 구조에 의하면, 연결 파이프부의 레이 아웃에 따라 캠의 위치 변경이 자유롭고, 캠과 접촉하는 실린더부를 한 개 이상 설치할 수 있어 실린더 헤드의 캠 샤프트 길이가 짧아지고, 배기밸브의 캠 샤프트와 흡기밸브의 캠 샤프트를 일체형으로 제작할 수 있어 구조가 간단해지고, 별도의 유압 회로 없이 밸브의 윤활 작용이 가능하며, 유압의 작용으로 인하여 크랭크 샤프트와 인접한 거리에 설치가 가능하여 타이밍밸트나 타이밍체인이 필요없게 되므로 밸트의 전단 및 체인의 작동 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

캠과 밸브의 작동 구조 사이에 순환하는 유압의 작용에 따라 상기 밸브의 개폐 작동이 이루어지며,

상기 캠 작동에 의한 유압의 흐름을 좌우하는 각각의 실린더부와;

이를 연결하는 연결 파이프부와;

상기 캠쪽의 실린더부에 장착되어 유압의 작용에 따라 선택적으로 유로를 단속하는 단속부를 포함하여 구성되며,

상기 실린더부는 제1 및 제2피스톤이 상하강시 오일의 흐름을 선택적으로 단속하는 제1 및 제2실린더의 오일홈과, 제1피스톤의 오일통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 트레인 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 실린더부는 회전반경을 달리하는 캠과 접촉하여 캠의 회전 구동에 의해 상하 작동하는 제1피스톤 및 상기 제1피스톤이 안착되는 제1실린더와, 상기 밸브와 결합되어 유압에 의해 상하 작동하는 제2피스톤 및 상기 제2피스톤이 안착되는 제2실린더와, 상기 제1 및 제2피스톤이 원상태로 복귀되도록 탄성 복원력을 부여하는 제1 및 제2스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 트레인 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 단속부는 상기 캠의 구동에 따른 유압에 의해 유로를 닫는 체크볼과, 상기 체크볼에 의해 선택적으로 개폐되는 오일통로가 천공되어 있는 차단부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 트레인 구조.
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