KR101234654B1 - 가변 밸브 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 밸브 구동 장치에 관한 것으로 1 캠 샤프트 및 상기 제1 캠 샤프트와 동축을 이루도록 구비되는 제2 캠 샤프트를 포함하는 구동 샤프트, 상기 제1 캠 샤프트에 구비되는 오프닝 캠(opening cam) 및 상기 제2 캠 샤프트에 구비되는 클로징 캠(closing cam)을 포함하는 구동 캠, 상기 제1 캠 샤프트 및 상기 제2 캠 샤프트의 상대적인 위상을 제어하는 위상 제어부 및 상기 오프닝 캠 및 상기 클로징 캠에 의해 개폐되는 밸브 개폐부를 포함한다.

Description

가변 밸브 구동 장치{VARIABLE VALVE DRIVING APPARATUS}
본 발명은 가변 밸브 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 밸브가 열려있는 시간을 엔진의 동작상태에 따라 가변 시킬 수 있는 가변 밸브 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에는 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 구비되고, 이 연소실에는 연소될 연료가 포함된 혼합가스를 제공하는 흡기밸브와 연소된 가스를 방출하는 배기밸브가 형성되어 있다. 이들 흡기밸브 및 배기밸브는 크랭크 샤프트에 연결된 밸브 개폐기구에 의해 연소실을 개폐한다.
통상적인 밸브 개폐기구는 일반적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 열림 시간을 가지게 되며, 따라서 흡입 또는 배출되는 가스의 양을 조절할 수 없다. 이에 따라 엔진은 그 운전영역 전반에 걸쳐서 필요로 하는 최적의 상태를 발휘하지 못하게 된다.
즉, 저속의 운전상태에 맞추어 밸브 개폐기구가 설계되면 고속의 운전상태에서는 밸브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계되면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진의 작동 상태에 따라 밸브 열림 양을 조절할 수 있는 가변 밸브 구동 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치는 1 캠 샤프트 및 상기 제1 캠 샤프트와 동축을 이루도록 구비되는 제2 캠 샤프트를 포함하는 구동 샤프트, 상기 제1 캠 샤프트에 구비되는 오프닝 캠(opening cam) 및 상기 제2 캠 샤프트에 구비되는 클로징 캠(closing cam)을 포함하는 구동 캠, 상기 제1 캠 샤프트 및 상기 제2 캠 샤프트의 상대적인 위상을 제어하는 위상 제어부 및 상기 오프닝 캠 및 상기 클로징 캠에 의해 개폐되는 밸브 개폐부를 포함할 수 있다.
상기 밸브 개폐부는 캠 팔로워, 상기 캠 팔로워에 구비되어 상기 구동 캠의 회전을 전달받는 캠 팔로워 롤러 및 상기 캠 팔로워 일단에 구비되는 밸브를 포함할 수 있다.
상기 가변 밸브 구동 장치는 상기 캠 팔로워 일단을 선택적으로 지지하여 상기 밸브가 닫히는 것을 일시적으로 중지시키는 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치부는 상기 제2 샤프트와 결합되어 회전하는 스위치 캠, 상기 구동 샤프트와 평행하게 구비되는 스위치 샤프트 및 상기 스위치 샤프트에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비되어 상기 스위치 캠의 회전에 따라 선택적으로 상기 캠 팔로워 일단을 지지하는 스위치 레버를 포함할 수 있다.
상기 스위치 레버는 상기 스위치 캠에 접촉하는 스위치 레버 롤러 및 상기 캠 팔로워 일단을 선택적으로 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치는, 상기 스위치부가 상기 캠 팔로워의 일단을 선택적으로 지지하는 지지 핀 및 상기 지지 핀의 위치를 제어하는 전자 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치는, 상기 스위치부가 상기 캠 팔로워의 일단을 선택적으로 지지하는 지지 핀 및 상기 지지 핀의 위치를 제어하는 유압 제어부를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치에 의하면, 간단한 구성으로 엔진의 작동 상태에 따라 밸브 열림 양을 조절할 수 있다.
구성이 간단하여 제작 단가를 낮출 수 있고, 작동 부재의 수가 상대적으로 적어 동하중이 상대적으로 작아 엔진 효율이 증대된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 사시도이다.
도2 및 도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 하이 열림 모드에서의 작동을 도시한 정면도이다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 하이 열림 모드와 로우 열림 모드에서의 작동을 비교한 도면이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 정면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 사시도이고, 도2 및 도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 하이 열림 모드에서의 작동을 도시한 정면도이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치는 1 캠 샤프트(32) 및 상기 제1 캠 샤프트(32)와 동축을 이루도록 구비되는 제2 캠 샤프트(34)를 포함하는 구동 샤프트(30), 상기 제1 캠 샤프트(32)에 구비되는 오프닝 캠(opening cam; 12) 및 상기 제2 캠 샤프트(34)에 구비되는 클로징 캠(closing cam; 14)을 포함하는 구동 캠(10), 상기 제1 캠 샤프트(32) 및 상기 제2 캠 샤프트(34)의 상대적인 위상을 제어하는 위상 제어부(20) 및 상기 오프닝(12) 캠 및 상기 클로징 캠(14)에 의해 개폐되는 밸브 개폐부(50)를 포함한다.
상기 1 캠 샤프트(32) 및 상기 제2 캠 샤프트(34)는 상대적인 위상이 변경 가능하도록 구비되며, 도면에서는 상기 제2 캠 샤프트(34)가 상기 1 캠 샤프트(32) 내에 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 반대로 구비될 수도 있다.
상기 밸브 개폐부(50)는 캠 팔로워(52), 상기 캠 팔로워(52)에 구비되어 상기 구동 캠(10)의 회전을 전달받는 캠 팔로워 롤러(54) 및 상기 캠 팔로워(52) 일단에 구비되는 밸브(56)를 포함한다.
상기 캠 팔로워(52)의 타단은 엔진(58)에 의해 지지되며, 여기서 상기 엔진(58)은 유압 간극 조절 장치, 실린더 헤드, 밸브 트레인 등을 포함할 수 있다.
상기 가변 밸브 구동 장치는 상기 캠 팔로워(52) 일단을 선택적으로 지지하여 상기 밸브(56)가 닫히는 것을 일시적으로 중지시키는 스위치부(40)를 더 포함한다.
상기 스위치부(40)는 상기 제2 샤프트(34)와 결합되어 회전하는 스위치 캠(41), 상기 구동 샤프트(30)와 평행하게 구비되는 스위치 샤프트(42) 및 상기 스위치 샤프트(42)에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비되어 상기 스위치 캠(41)의 회전에 따라 선택적으로 상기 캠 팔로워(52) 일단을 지지하는 스위치 레버(43)를 포함한다.
상기 스위치 레버(43)는 상기 스위치 캠(41)에 접촉하는 스위치 레버 롤러(44)및 상기 캠 팔로워(52) 일단을 선택적으로 지지하는 지지부(45)를 포함한다.
상기 제2 샤프트(34)와 결합되어 회전하는 스위치 캠(41)은 상기 제2 샤프트(34)의 상기 제1 샤프트(32)에 대한 상대적인 위상이 변경되는 경우, 상기 클로징 캠(14)과 함께 상기 오프닝 캠(12)에 대한 상대적인 위상이 변경된다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 하이 열림 모드와 로우 열림 모드에서의 작동을 비교한 도면으로, 상기 구동 캠(10)의 모드별 형상과 상기 밸브(56)의 리프트 그래프가 도시되어 있다.
이하, 도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 밸브 프트 장치의 작동을 설명한다.
하이 열림 모드에서는, 미도시한 ECU(engine control unit)의 제어에 의하여 상기 위상 제어부(20)는 상기 제2 샤프트(34)의 상기 제1 샤프트(32)에 대한 상대적인 위상을 변경한다.
그러면, 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 상기 오프닝 캠(12)과 상기 클로징 캠(14)의 상대적인 위치가 변경되어 상기 밸브(56)가 열려있는 시간이 길어진다.
또한, 상기 캠 팔로워 롤러(54)가 상기 오프닝 캠(12)과 상기 클로징 캠(14)의 사이에 위치하는 순간에는 상기 스위치 캠(41)이 상기 스위치 레버 롤러(44)와 접촉하여 상기 스위치 레버(43)가 상기 스위치 샤프트(42)를 중심으로 회전하게 된다.
그러면, 상기 지지부(45)가 상기 캠 팔로워(52)의 일단을 눌러 상기 밸브(56)가 닫히는 것을 일시적으로 중지시킨다.
다시, 상기 캠 팔로워 롤러(54)가 상기 클로징 캠(14)과 접촉하게 되면, 스프링(46)에 의해 상기 지지부(45)는 상기 캠 팔로워(52)로부터 분리되며, 상기 밸브(56)는 닫히게 된다.
즉, 도4의 (b)에 도시된 바와 같이 하이 열림 모드에서는 상기 밸브(56)가 열려있는 시간이 길어진다.
상기 ECU의 작동이나 상기 위상 제어부(20)의 구성 및 작동은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로 자세한 설명은 생략한다.
로우 열림 모드에서는, 상기 ECU의 제어에 의하여 상기 위상 제어부(20)가 상기 제2 샤프트(34)의 상기 제1 샤프트(32)에 대한 상대적인 위상을 반대로 변경한다.
상기 오프닝 캠(12)과 상기 클로징 캠(14)의 상대적인 위치가 도4의 (a)와 같이 가까워 진다.
상기 스위치 캠(41)의 상대적인 위치는 상기 클로징 캠(14)과 함께 변경되며, 로우 열림 모드에서는 상기 지지부(45)가 상기 밸브(56)가 닫히는 것을 방해하지 않는다.
즉, 로우 열림 모드에서는 도4의 (a)에 도시된 바와 같이 일반적인 밸브의 개폐와 동일한 프로파일을 갖게 된다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치의 정면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치와 비교하여 스위치부의 구성 및 작동을 제외하고는 그 구성 및 작동이 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
설명의 편의를 위하여 도5에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 구동 장치와 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하였다.
본 발명의 제2 실시예에서, 스위치부(60)는 상기 캠 팔로워(52)의 일단을 선택적으로 지지하는 지지 핀(62,64) 및 상기 지지 핀(62,64)의 위치를 제어하는 전자 제어부(66) 또는 유압 제어부(68)를 포함한다.
상기 전자 제어부(66) 또는 상기 유압 제어부(68)는 하이 리프트에서, 상기 캠 팔로워 롤러(54)가 상기 오프닝 캠(12)과 상기 클로징 캠(14)의 사이에 위치하는 순간에, 미도시한 ECU의 제어에 의하여 상기 지지 핀(62,64)이 상기 상기 캠 팔로워(52)의 일단을 눌러 상기 밸브(56)가 닫히는 것을 일시적으로 중지시킨다.
상기 전자 제어부(66) 또는 상기 유압 제어부(68)의 구성 및 작동은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로 자세한 설명은 생략한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 구동 캠 12: 오프닝 캠
14: 클로징 캠 20: 위상 제어부
30: 구동 샤프트 32: 제1 캠 샤프트
34: 제2 캠 샤프트 40,60: 스위치부
41: 스위치 캠 42: 스위치 샤프트
43: 스위치 레버 44: 스위치 레버 롤러
45: 지지부 50: 밸브 개폐부
52: 캠 팔로워 54: 캠 팔로워 롤러
56: 밸브 58: 엔진
62,64: 지지 핀 66: 전자 제어부
68: 유압 제어부

Claims (7)

  1. 제1 캠 샤프트 및 상기 제1 캠 샤프트와 동축을 이루도록 구비되는 제2 캠 샤프트를 포함하는 구동 샤프트;
    상기 제1 캠 샤프트에 구비되는 오프닝 캠(opening cam) 및 상기 제2 캠 샤프트에 구비되는 클로징 캠(closing cam)을 포함하는 구동 캠;
    상기 제1 캠 샤프트 및 상기 제2 캠 샤프트의 상대적인 위상을 제어하는 위상 제어부; 및
    상기 오프닝 캠 및 상기 클로징 캠에 의해 개폐되는 밸브 개폐부;
    를 포함하고,
    상기 밸브 개폐부는
    캠 팔로워;
    상기 캠 팔로워에 구비되어 상기 구동 캠의 회전을 전달받는 캠 팔로워 롤러; 및
    상기 캠 팔로워 일단에 구비되는 밸브;
    를 포함하되,
    상기 캠 팔로워 일단을 선택적으로 지지하여 상기 밸브가 닫히는 것을 일시적으로 중지시키는 스위치부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 스위치부는
    상기 제2 샤프트와 결합되어 회전하는 스위치 캠;
    상기 구동 샤프트와 평행하게 구비되는 스위치 샤프트; 및
    상기 스위치 샤프트에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비되어 상기 스위치 캠의 회전에 따라 선택적으로 상기 캠 팔로워 일단을 지지하는 스위치 레버;
    를 포함하는 가변 밸브 구동 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 스위치 레버는
    상기 스위치 캠에 접촉하는 스위치 레버 롤러; 및
    상기 캠 팔로워 일단을 선택적으로 지지하는 지지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 구동 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 스위치부는
    상기 캠 팔로워의 일단을 선택적으로 지지하는 지지 핀; 및
    상기 지지 핀의 위치를 제어하는 전자 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 구동 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 스위치부는
    상기 캠 팔로워의 일단을 선택적으로 지지하는 지지 핀; 및
    상기 지지 핀의 위치를 제어하는 유압 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 구동 장치.

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