KR101241719B1

KR101241719B1 - 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조

Info

Publication number: KR101241719B1
Application number: KR1020070128258A
Authority: KR
Inventors: 정연만
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2013-03-08
Also published as: KR20090061292A

Abstract

본 발명은 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 캠 축과 스윙 암 축과의 거리를 조정하여, 밸브 리프트 량 및 밸브 타이밍을 조절하는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조에 관한 것이다.

본 발명은, 다수의 캠이 구비되고, 양단에 피니언 기어가 형성된 캠 축과, 상기 피니언 기어와 맞물리는 웜 기어와, 상기 다수의 캠의 아래쪽에 구비되고, 회전축이 상기 캠 축과 평행이면서 측면상 대각 아래쪽에 위치하는 스윙 암과, 상기 스윙 암의 아래쪽에 구비되고, 태핏이 스윙 암의 회전축과 대향하는 방향에 위치하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조 {VARIABLE VALVE LIFT AND TIMING APPARATUS}

최근 자동차 기술에 있어서, 연비를 개선하고 출력을 향상시키기 위해 여러 가지 기술들이 개발되고 있다. 예를 들면, 엔진의 회전 영역에 따라 변화하는 공기 흡입 저항에 맞춰 흡기 다기관의 길이나 단면적을 변경하는 가변 흡기 시스템(Variable Induction System : VIS), 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐 시기 및 개폐량을 조절하는 가변 밸브 타이밍(Vairable Valve Timing : VVT), 밸브의 리프팅 높이를 조절하는 가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift :VVL) 및 연료 효율성 개선을 목적으로 주행여건에 따라 엔진 실린더 중 일부를 비작동/완전작동으로 전환되도록 하는 실린더 디엑티베이션(Cylinder DeActivation : CDA) 등이 있다.

이 중, 가변 밸브 리프트(이하, 간단히 "VVL"이라 함) 기술은 고속 영역에서 밸브를 하이(high) 리프트로 작동시키고, 저속 또는 정속 영역에서는 밸브를 로 우(low) 리프트로 작동시켜 연료의 소모를 줄여주는 역할을 한다. 일반적으로, 고출력에서는 유량이 많아 밸브 리프트 양을 크게 하는 것이 바람직하지만, 저출력 또는 정속 영역에서는 유량이 작으므로 고출력에서와 같은 밸브의 하이 리프트 양으로서는 유속의 저하를 가져오므로, 밸브 리프트 양을 작게 하여 유속을 빠르게 함으로써, 연소실 내의 혼합기 유동을 활발하게 한다. 이와 같은 VVL에 의해 연소 안정성을 높일 수 있다.

또, 가변 밸브 타이밍(Variable Valve Timing : 이하, 간단히 'VVT'라고 함) 장치는 엔진 회전수 및 차량의 부하 상태에 따라 흡기 캠 샤프트의 위상을 변화시켜 흡기 밸브의 개폐 시기를 연속적으로 변경시키는 장치를 말한다. VVT 장치는 일반적인 엔진에 오일 제어 밸브(Oil Control Valve : 이하, 간단히 'OCV'라고 함), 오일 온도 센서(Oil Temperature Sensor), 오일 컨트롤 밸브 필터(OCV Filter) 및 오토 텐셔너(Auto Tensioner)로 구성된다.

상기와 같은 VVL 및 VVT가 구비된 엔진이 도 1에 도시되어 있다. 도 1(a)는 종래 VVL 및 VVT가 구비된 엔진의 일부 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 VVL은 캡 샤프트에 2종류(하이 캠, 로우 캠)의 캠을 구비하여야 하고, 이에 따른 태핏의 종류도 달리해야 하며, 가변 태핏의 경우 유압 장치가 더 구비되어야 하므로, 그 구조가 복잡하고 가공이 용이하지 못하다는 문제점이 있었다. 또한, 종래 VVT는 밸브 타이밍을 조절하기 위해 진각 또는 지각 구동하기 위해 VVT 엑츄에이터 및 이를 구동하기 위한 유압 장치 등이 구비되어 하므로, 상기 종래의 VVL 장치와 마찬가지로 그 구조가 복잡하다는 문제 점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 캠 축과 스윙 암 축과의 거리를 조정하여, 밸브 리프트 량 및 밸브 타이밍을 조절함으로써, 가변 밸브 리프트의 효과 및 가변 밸브 타이밍의 효과를 동시에 구현할 수 있는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 스윙 암은, 일측에 회전축이 구비되고, 상기 회전축을 둘러싸는 회전부가 형성되며, 상기 회전부의 일측 방향으로 캠 접촉부가 연장 형성되고, 상기 캠 접촉부의 단부에는 밸브 접촉부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 웜 기어는 상기 피니언 기어와 맞물려 상기 캠 축을 전후 방향으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캠 축에서 다수의 캠 사이 부분은, 상기 웜 기어에 의한 전후 방향 구동을 안내하고, 상하 지지를 하기 위한 장공(長孔)에 끼워져 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캠 축은 저속 또는 중속 구동시 상기 밸브 쪽으로 이동하여 구동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캠 축은 고속 구동시 상기 스윙 암의 회전축 쪽으로 이동하여 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 캠 축이 전후 방향으로 이동함으로써, 캠의 회전이 스윙 암의 캠 접촉부의 닿는 위치가 변화함에 따라, 종래의 가변 밸브 리프트 및 가변 밸브 타이밍의 효과를 간단한 구조로 실현할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 관한 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조(10)에 대해 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 캠(20)이 구비된 캠 축(30)의 양단에는 피니언 기어(70)가 형성되어 있다. 또한, 상기 피니언 기어(70)가 형성된 부분에 이 피니언 기어(70)와 맞물리는 웜 기어(80)가 구비된다. 상기 웜 기어(80)는 상기 피니언 기어(70)와 맞물려 상기 캠 축(30)을 전후 방향으로 구동시킨다. 상기 웜 기어(80)에 의해 상기 캠 축(30)이 전후 방향으로 구동하는 범위는 소망하는 밸브 리프트량 및 밸브 타이밍에 따라 달리 설정할 수 있다.

상기와 같이 형성된 캠 축(30)의 아래쪽에는 스윙 암(50)이 구비된다. 상기 스윙 암(50)은 일측에 회전축(40)이 구비되고, 상기 회전축(40)을 둘러싸는 회전부(51)가 형성되며, 상기 회전부(51)의 일측 방향으로 캠 접촉부(52)가 연장 형성되고, 상기 캠 접촉부(52)의 단부에는 밸브 접촉부(53)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서 도시한 것은 회전부(51), 캠 접촉부(52) 및 밸브 접촉부(53)가 일체형으로 형성되어 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 캠 접촉부(52)는 상기 캠 축(30)에 구비된 다수의 캠(20)과 맞닿는 부분으로 상면이 평평한 면으로 형성되고, 소정의 길이, 즉, 소망하는 밸브 리프트량 및 밸브 타이밍에 따라 그 연장하는 길이를 다르게 할 수 있다. 또, 상기 캠 접촉부(52)의 단부에 형성된 밸브 접촉부(53)는 상기 스윙 암(50)의 회전에 의해 밸브(60)의 태핏을 누르는 부분으로서, 태핏의 상면과의 접촉을 원활히 하기 위해 둥글게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 스윙 암(50)의 회전축(40)은 상기 캠 축(30)과 평행하면서 측면상 대각 아래쪽에 위치하고 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 캠 축(30)의 좌측 아래쪽에 위치하고, 이 회전축(40)을 감싸는 회전부(51)의 일측에서부터 연장된 캠 접촉부(52)는 도 3에서 오른쪽으로 연장하여 형성되어 있다.

상기 캠 접촉부(52)는 밸브(60)가 위치한 곳까지 연장되고, 그 단부에 밸브 접촉부(53)가 형성되며, 이 밸브 접촉부(53)의 위치에 상응한 아래쪽에 밸브(60)가 구비된다.

또한, 상기한 구성에 더하여, 또한, 상기 캠 축(30)의 저널(journal) 부분, 즉 상기 캠 축(30)에서 다수의 캠(20) 사이의 부분은 상기 웜 기어(80)에 의한 전후 방향 구동을 안내하고, 상하 지지를 하기 위한 장공(長孔)에 끼워져 있다. 상기 장공(35)은 상기 캠 축(30)의 전후 방향 구동을 규제하기 위한 것으로, 본 실시 형태와 같이 캠 축(30)의 중앙의 저널 부분에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조(10)의 작동에 대해 설명한다.

도 3은 저속 또는 중속시의 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조(10)의 작동도로서, (a)는 밸브 닫힘 상태의 측면도, (b)는 밸브 열림 상태의 측면도이고, 도 4는 고속시의 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조(10)의 작동도로서, (a)는 밸브 닫힘 상태의 측면도, (b)는 밸브 열림 상태의 측면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 저속 또는 중속시에는 캠 축(30)이 밸브(60)의 바로 위쪽 위치까지 전진한 상태에 있는 것으로, 스윙 암(50)의 회전축(40)과 캠 축(30)과의 거리를 d1으로 나타내고 있다. 이 상태로, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 캠 축(30)이 회전하여 캠(20)이 스윙 암(50)의 캠 접촉부(52)를 누르면, 이 스윙 암(50)은 회전축(40)을 중심으로 회전하여, 밸브 접촉부(53)가 밸브(60)의 태핏을 가압하여 밸브 열림 상태로 하게 된다. 이때의 밸브 열림량은 h1으로 나타내고 있다.

도 4는 고속시의 상태를 나타낸 것으로, 이때에는, 캠 축(30)의 단부에 형성된 피니언 기어(70)와, 이 피니언 기어(70)와 맞물리는 웜 기어(80)의 작동에 의해, 상기 캠 축(30)이 도 4(a)에 도시된 바와 같이 스윙 암(50)의 회전축(40)과 d2 의 거리까지 뒤로 이동하게 된다. 이 상태로, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 캠 축(30)이 회전하여 캠(20)이 스윙 암(50)의 캠 접촉부(52)를 누르면, 이 스윙 암(50)은 회전축(40)을 중심으로 회전하여, 밸브 접촉부(53)가 밸브(60)의 태핏을 가압하여 밸브 열림 상태로 하게 된다. 이때의 밸브 열림량은 h2로 나타내고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조(10)에 의하면, 저중속시와 고속시의 상태에 따라 캠 축을 전진 또는 후진시켜 밸브 리프트 량 및 밸브 개폐 타이밍을 조절할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 종래 VVL 및 VVT가 구비된 엔진의 일부 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조의 사시도.

도 3은 저속 또는 중속시의 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조의 작동도로서, (a)는 밸브 닫힘 상태의 측면도, (b)는 밸브 열림 상태의 측면도.

도 4는 고속시의 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조의 작동도로서, (a)는 밸브 닫힘 상태의 측면도, (b)는 밸브 열림 상태의 측면도.

<부호의 설명>

10 : 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조

20 : 캠 30 : 캠 축

35 : 장공 40 ; 스윙 암 축

50 : 스윙 암 51 : 회전부

52 : 캠 접촉부 53 : 밸브 접촉부

60 : 밸브 70 : 피니언 기어

80 : 웜 기어

d1 : 저속 또는 중속시의 캠 축과 스윙 암 축의 거리

d2 ; 고속시의 캠 축과 스윙 암 축의 거리

h1 : 저속 또는 중속시의 밸브 개폐 높이 차이

h2 : 고속시의 밸브 개폐 높이 차이

Claims

다수의 캠이 구비되고, 양단에 피니언 기어가 형성된 캠 축과,

상기 피니언 기어와 맞물리는 웜 기어와,

상기 다수의 캠의 아래쪽에 구비되고, 회전축이 상기 캠 축과 평행이면서 측면상 대각 아래쪽에 위치하는 스윙 암과,

상기 스윙 암의 아래쪽에 구비되고, 태핏이 스윙 암의 회전축과 대향하는 방향에 위치하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 스윙 암은, 일측에 회전축이 구비되고, 상기 회전축을 둘러싸는 회전부가 형성되며, 상기 회전부의 일측 방향으로 캠 접촉부가 연장 형성되고, 상기 캠 접촉부의 단부에는 밸브 접촉부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 웜 기어는 상기 피니언 기어와 맞물려 상기 캠 축을 전후 방향으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 캠 축에서 다수의 캠 사이 부분은, 상기 웜 기어에 의한 전후 방향 구동을 안내하고, 상하 지지를 하기 위한 장공(長孔)에 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 캠 축은 저속 또는 중속 구동시 상기 밸브 쪽으로 이동하여 구동하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조.
청구항 1에 있어서,

상기 캠 축은 고속 구동시 상기 스윙 암의 회전축 쪽으로 이동하여 구동하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 및 타이밍 구조.