KR101305176B1 - Variable valve lift apparatus of engine for vehicles - Google Patents

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KR101305176B1 KR1020070131666A KR20070131666A KR101305176B1 KR 101305176 B1 KR101305176 B1 KR 101305176B1 KR 1020070131666 A KR1020070131666 A KR 1020070131666A KR 20070131666 A KR20070131666 A KR 20070131666A KR 101305176 B1 KR101305176 B1 KR 101305176B1
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Abstract

본 발명은 밸브 리프트를 가변시켜 충진율을 높일 수 있는 가변 리프트 장치를 구성하되, 구성을 보다 간단히 하면서 엔진의 운전 조건에 따라 연속적으로 리프트를 변화시킴으로써, 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공한다.The present invention comprises a variable lift device that can increase the filling rate by varying the valve lift, but by simplifying the configuration by changing the lift continuously in accordance with the operating conditions of the engine, opening and closing timing and opening and closing of the valve in accordance with the rotation region of the engine It provides variable lift device of automobile engine that can control cylinder filling amount and residual gas amount by controlling amount of overlap and controlling overlap timing.

스윙 아암, 연결 아암, 가압 아암, 센터 롤러 Swing arm, connecting arm, pressurized arm, center roller

Description

자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS OF ENGINE FOR VEHICLES}VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS OF ENGINE FOR VEHICLES

본 발명은 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센터 롤러의 위치를 엔진의 운전 조건에 따라 변화시킴으로써, 스윙 아암의 레버비 변화로 밸브의 리프트를 가변시킬 수 있도록 한 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable lift apparatus for an automobile engine, and more particularly, by changing the position of the center roller according to the driving conditions of the engine, thereby allowing the lift of the valve to be varied by changing the lever ratio of the swing arm. A variable lift device.

일반적으로 자동차 엔진은 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 형성되어 있으며, 이의 연소실에는 흡입공기와 배기가스를 제어할 수 있는 흡/배기 밸브를 포함하는 밸브 트레인이 배치되어 있으며, 이의 밸브 트레인은 크랭크 샤프트에 연동되면서 연소실을 개폐하도록 이루어져 있다.In general, an automobile engine has a combustion chamber in which fuel is combusted to generate power, and a combustion valve of the automobile engine includes a valve train including an intake / exhaust valve capable of controlling intake air and exhaust gas. Interlocked with the crankshaft is configured to open and close the combustion chamber.

이와 같은 밸브 트레인은 통상적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 리프트 값을 가지게 됨으로써, 흡입 또는 배출되는 가스의 양이 일정량으로 제한된다.Such a valve train typically has a constant lift value of the valve by a cam having a constant shape, so that the amount of gas to be sucked or discharged is limited to a certain amount.

이에 따라 저속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 고속의 운전상태에서는 밸브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계 를 하면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.Accordingly, if the design is made according to the low speed operation state, the time and amount of valve opening are not enough in the high speed operation state, and if the design is made according to the high speed operation state, the opposite phenomenon occurs in the low speed operation state.

보다 구체적으로는 일반적인 엔진의 경우, 고속용으로 튜닝된 경우 밸브 리프트가 크게 설정되어 있기 때문에 고속 영역에서 우수한 성능을 발휘하지만 저속 영역에서의 아이들 안정성 및 저속 토크에 매우 불리하고, 상기와는 반대로 저속용으로 튜닝된 경우에는 아이들 안정성 및 저속에서의 토크가 우수하지만 고속에서의 출력 성능에 한계가 있으나, 상기와 같은 가변 밸브 리프트의 경우에는 고속 영역과 저속 영역에 각각 알맞게 밸브 리프트를 가변함으로써, 저속 및 고속에서의 이점을 동시에 취할 수 있게 된다.More specifically, in the case of a general engine, when the engine is tuned for a high speed, the valve lift is set to a large value, so that it shows excellent performance in the high speed range, but is very disadvantageous in idling stability and low speed torque in the low speed range. In the case of the tuner, the idle stability and torque at low speed are excellent, but the output performance at high speed is limited. However, in the case of the above-mentioned variable valve lift, the valve lift is changed to suit the high speed region and the low speed region, respectively. And high speed at the same time.

따라서 최근에는 연비 개선과 출력 향상을 위해 멀티 밸브화에 이어 충진 효율을 높이기 위한 기술이 개발되고 있으며, 이의 결과물로서 엔진의 회전 영역에 따라 변화하는 공기의 흡입저항에 맞춰 흡기 매니폴드의 길이 또는 단면적으로 변경하는 가변 흡기 시스템(Variable Induction System; VIS)과, 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어하는 가변 밸브 타이밍(Variable Valve Timing: VVT) 및 가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift; VVL)의 기술을 예로 들 수 있다.Therefore, in order to improve fuel efficiency and output, a technology for increasing filling efficiency has been developed following the multi-valve, and as a result, the length or cross-sectional area of the intake manifold according to the intake resistance of the air that varies with the rotational area of the engine. Variable Induction System (VIS) to change the pressure and variable valve timing to control the cylinder filling amount and residual gas amount by controlling the timing of opening and closing of the valve according to the rotational area of the engine and controlling the overlap timing Timing: VVT) and Variable Valve Lift (VVL) are examples.

이에 따라 본 발명은 상기 새로운 기술의 개발에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 밸브 리프트를 가변시켜 충진율을 높일 수 있는 가변 리프트 장치를 구성하되, 구성을 보다 간단히 하면서 엔진의 운전 조건에 따라 연속 적으로 리프트를 변화시킴으로써, 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been invented to meet the development of the new technology, the object of the present invention is to configure a variable lift device that can increase the filling rate by varying the valve lift, while simplifying the configuration to the operating conditions of the engine According to the present invention, a variable lift apparatus of an automobile engine capable of controlling cylinder filling amount and residual gas amount by controlling overlap timing by controlling opening / closing time and opening / closing amount of a valve according to an engine rotational area by continuously changing the lift according to the change of the lift. .

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 일측단이 실린더 헤드에 제1 고정 힌지에 의하여 고정되고, 타측단이 밸브를 구동하는 스윙 아암과; 상기 스윙 아암의 횡방향 부재에 수평방향으로 소정의 거리를 두고 형성되는 슬라이드 공의 안내에 따라 좌, 우 이동할 수 있도록 배치되는 센터 롤러와; 상기 스윙 아암의 상측에서 상기 센터 롤러와 접촉되면서 일측단이 연결 아암을 개재시켜 상기 스윙 아암의 제1 고정 힌지와 연결되고, 타측단 상측에 캠과 접촉되는 캠 접촉 롤러가 배치되는 가압 아암을 포함하여 이루어지는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a swing arm having one end fixed to a cylinder head by a first fixed hinge and the other end driving a valve; A center roller disposed to move left and right according to a guide of a slide ball formed at a predetermined distance in a horizontal direction to a transverse member of the swing arm; A pressurizing arm having a cam contact roller in contact with the center roller at an upper side of the swing arm and connected to a first fixed hinge of the swing arm via a connecting arm, and having a cam contact roller in contact with a cam at an upper end of the swing arm; It provides a variable lift device for an automobile engine made.

상기에서 가압 아암은 스윙 아암과 평행하게 배치된 상태에서 연결 아암의 상단부와 제2 고정 힌지로 연결됨을 특징으로 한다.The pressing arm is characterized in that the upper end of the connecting arm and the second fixed hinge in a state arranged in parallel with the swing arm.

그리고 상기 제2 고정 힌지와 상기 센터 롤러의 회전축과의 거리를 a, 상기 가압 아암의 전체 길이를 b, 상기 제1 고정 힌지와 상기 센터 롤러의 회전축과의 거리를 x, 상기 스윙 아암의 전체 길이라고 y 할 때, 밸브의 총 가변 리프트가 {(a / b) * (y / x)} * 캠 높이로 구해짐을 특징으로 한다.And a distance between the second fixed hinge and the rotational axis of the center roller a, the total length of the pressurized arm b, the distance between the first fixed hinge and the rotational axis of the center roller x, the total length of the swing arm , The total variable lift of the valve is obtained by {(a / b) * (y / x)} * cam height.

상기 구성에 의하면 본 발명은, 상기 센터 롤러의 위치 변화에 따른 레버비 의 변화에 의하여 밸브의 리프트를 가변시킬 수 있게 되는 것이다.According to the above configuration, the present invention is capable of varying the lift of the valve by the change of the lever ratio according to the change of the position of the center roller.

즉, 상기 센터 롤러가 제1,2 고정 힌지측으로 이동하면 밸브 리프트가 작아지고, 상기 센터 롤러가 밸브측으로 이동하면 밸브 리프트가 커지게 되는 바, 연속적으로 다양한 밸브 리프트의 조절이 가능하여 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있게 되는 것이다.That is, when the center roller moves to the first and second fixed hinge side, the valve lift becomes smaller, and when the center roller moves to the valve side, the valve lift becomes larger. Accordingly, various valve lifts can be continuously adjusted to rotate the engine. It is possible to control the cylinder filling amount and residual gas amount by controlling the timing of opening and closing of the valve according to the area and controlling the overlap timing.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 의한 가변 리프트 장치의 요부 발췌 사시도로서, 본 발명의 가변 리프트 장치는 3개의 아암(2)(4)(6)과, 2개의 롤러(8)(10)을 구비하여 이루어진다.1 is a perspective view of main parts of a variable lift apparatus according to the present invention, wherein the variable lift apparatus of the present invention includes three arms (2), (4) and (6), and two rollers (8) and (10). .

상기에서 3개의 아암이라고 함은 스윙 아암(2)과 연결 아암(4), 그리고 가압 아암(6)을 지칭하며, 2개의 롤러라고 함은 상기 스윙 아암(2)에 좌우 슬라이드 가능하게 결함되는 센터 롤러(8)와 캠과 직접 접촉되는 캠 접촉 롤러(10)를 지칭한다.The three arms refer to the swing arm 2, the connecting arm 4, and the pressing arm 6, and the two rollers refer to the center of the swing arm 2 which is slidably deformed left and right. It refers to the cam contact roller 10 in direct contact with the roller 8 and the cam.

상기에서 스윙 아암(2)은 밸브(10)를 직접 구동시키는 것으로서, 일측단은 실린더 헤드에 고정 힌지(12)로서 회동 가능하게 고정되고, 타측단이 상기 밸브(10)와 접촉되면서 밸브(14)를 상하 구동시키게 되는 것이다.The swing arm 2 directly drives the valve 10, one end of which is rotatably fixed to the cylinder head as a fixed hinge 12, and the other end of the swing arm 2 contacts the valve 10. ) Will be driven up and down.

이러한 스윙 아암(2)은 전,후 일정간격을 두고 이격되는 횡방향 부 재(16)(18)와, 상기 횡방향 부재(16)(18)의 일측단을 종방향으로 상호 연결하면서 밸브(14)와 접촉되는 밸브 가압부(20)로 이루어지되, 상기 횡방향 부재(16)(18)의 자유단이 일정 경사각을 가지고 하향 절곡되어 상기 고정힌지(12)로서 미도시된 실린더 헤드에 힌지 고정된다.This swing arm (2) is a valve while the horizontal member (16) and (18), which are spaced apart at regular intervals before and after, and one end of the transverse member (16) (18) are interconnected in the longitudinal direction. 14, the free end of the transverse members (16, 18) is bent downward with a predetermined inclination angle and hinged to the cylinder head (not shown) as the fixed hinge (12) It is fixed.

그리고 상기 횡방향 부재(16)(18)에는 그 길이 방향으로 일정 길이를 갖는 갖는 슬라이드 공(22)(24)이 형성되어 이들 횡방향 부재(16)(18) 사이에 배치되는 센터 롤러(8)의 회전축(26)을 좌우 슬라이드 가능하게 지지하게 된다.In the lateral members 16 and 18, slide balls 22 and 24 having a predetermined length in the longitudinal direction are formed, and a center roller 8 disposed between these lateral members 16 and 18. The rotary shaft 26 of the () is supported to be slidably left and right.

상기에서 회전축(26)은 각 실린더 마다 배치되는 센터 롤러(8)를 지지하며, 그의 양단부에는 이의 회전축(26)을 좌우 이동시켜 줄 수 있는 구동수단이 배치된다.The rotary shaft 26 supports the center roller 8 disposed for each cylinder, and driving means for moving the rotary shaft 26 left and right are disposed at both ends thereof.

상기에서 구동수단은 엔진의 운전 조건에 따라 ECU에서 제어하는 액튜에이터로서, 유압 또는 구동모터 등으로 구성될 수 있으며, 다양한 구동수단이 이미 공지되어 있고, 본 발명의 청구범위에서는 이를 청구하지 않는 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다.In the above drive means is an actuator controlled by the ECU according to the operating conditions of the engine, it may be composed of a hydraulic or drive motor, etc., various driving means are already known, it is not claimed in the claims of the present invention, Detailed description will be omitted.

그리고 상기 연결 아암(4)은 상기 스윙 아암(2)의 횡방향 부재(16)(18)의 자유단 사이에 위치하면서 그 하단부가 고정 힌지(12)에 스윙 아암(2)과 연결되며, 그 상측단은 가압 아암(6)과 고정 힌지(28)로서 연결된다.And the connecting arm 4 is located between the free ends of the transverse members 16 and 18 of the swing arm 2 and its lower end is connected to the swing arm 2 at the fixed hinge 12. The upper end is connected as a pressure arm 6 and a fixed hinge 28.

상기의 설명에서 2개의 고정 힌지(12)(28)가 존재하는 바, 이후 설명과 청구범위에서는 상기 스윙 아암(2)을 실린더 헤드에 회전 가능하게 고정시켜 주는 고정 힌지(12)를 제1 고정 힌지라고 하고, 연결 아암(4)과 가압 아압(6)을 연결하여 주 는 고정 힌지(28)를 제2 고정 힌지라고 지칭을 전제한다.In the above description, there are two fixed hinges 12 and 28. In the following description and the claims, the fixed hinges 12 which rotatably fix the swing arm 2 to the cylinder head are first fixed. It is called a hinge and assumes that the fixed hinge 28 that connects the connecting arm 4 and the pressurized pressure 6 is referred to as a second fixed hinge.

또한 상기에서 고정 힌지라고 함은 상호 연결되는 부분간의 회전은 허용하되, 힌지의 위치가 변하지 않음을 의미한다.In addition, the fixed hinge in the above means that the rotation between the interconnected portions is allowed, but the position of the hinge does not change.

상기 연결 아암(4)의 상단에 힌지(28) 연결되는 가압 아암(6)은 상기 스윙 아암(2)의 횡방향 부재(16)(18)의 상측에서 평행하게 배치되며, 자유단 상측에서는 캠(30)과 직접 접촉되는 캠 접촉 롤러(10)가 배치된다.The pressing arm 6, which is hinged 28 at the top of the connecting arm 4, is arranged in parallel on the upper side of the transverse members 16, 18 of the swing arm 2, and on the free end above the cam. Cam contact roller 10 in direct contact with 30 is disposed.

이에 따라 상기 캠(30)이 구동되면 상기 리브프 가변장치는 일체가 되면서 제1 고정 힌지(12)를 기준으로 상하 승강하면서 상기 밸브(14)를 구동시키게 되는 것이다.Accordingly, when the cam 30 is driven, the rib variable device is integrated to drive the valve 14 while moving up and down based on the first fixed hinge 12.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 가변 리프트 장치는 상기 센터 롤러(8)의 위치 변화에 따른 레버비의 변화에 의하여 밸브(14)의 리프트를 가변시키는 것이다.The variable lift apparatus according to the present invention made as described above varies the lift of the valve 14 by a change in the lever ratio according to the change of the position of the center roller 8.

즉, 도 2에서와 같이 센터 롤러(6)가 제1,2 고정 힌지(12)(28)측으로 이동하면 밸브 리프트가 작아지고, 도 3에서와 같이 센터 롤러(6)가 밸브(14)측으로 이동하면 밸브 리프트가 커지게 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 2, when the center roller 6 moves toward the first and second fixed hinges 12 and 28, the valve lift becomes smaller, and as shown in FIG. 3, the center roller 6 moves toward the valve 14. As you move, the valve lift will increase.

도면에서 a를 제2 고정 힌지(28)와 센터 롤러(6)의 회전축(26)과의 거리, b를 가압 아암의 길이, x를 제1 고정 힌지(12)와 센터 롤러(6)의 회전축(26)과의 거리, y를 스윙 아암(2)의 전체 길이라고 할 때, In the figure, a is the distance between the second fixed hinge 28 and the rotation axis 26 of the center roller 6, b is the length of the pressing arm, x is the rotation axis of the first fixed hinge 12 and the center roller 6. When the distance to (26), y is the total length of the swing arm (2),

센터 롤러(6)의 리프트는 (a / b) * 캠 높이로 구해지고, The lift of the center roller 6 is obtained by (a / b) * cam height,

밸브 리프트는 (y / x) * 센터 롤러의 리프트로 구해진다.The valve lift is obtained by the lift of (y / x) * center roller.

따라서 본 발명에 의한 밸브의 총 가변 리프트는 {(a / b) * (y / x)} * 캠 높이로 구해진다.The total variable lift of the valve according to the invention is thus obtained by {(a / b) * (y / x)} * cam height.

상기에서, a, b, x, y의 값은 지오메트리에 종속되는 값으로 엔진 설계시의 이상적인 초기의 값으로 설정된다.In the above, the values of a, b, x, and y are values that are dependent on geometry and are set to ideal initial values in engine design.

따라서 도 2와 같은 최소 리프트 상태의 값을 a1, b1, x1, y1 이라고 하고, 리프트가 가변될 때를 a2, b2, x2, y2 라고 할 때, 구성의 특성상 b(b1, b2)와 y(y1, y2)는 변하지 않게 되는 바, 센터 롤러(6)의 위치에 따라 변하는 a(a1,a2)와 x(x1, x2) 값에 의하여 결정되므로, 엔진의 운전 조건에 따라 미도시한 구동수단에서 상기 회전축(26)을 좌우 이동시킴으로써, 가장 이상적인 밸브 리프트로 운전을 할 수 있는 것이다.Therefore, when the values of the minimum lift state as shown in FIG. 2 are a1, b1, x1, y1 and when the lift is variable, a2, b2, x2, y2, b (b1, b2) and y ( Since y1 and y2 are not changed, it is determined by the values of a (a1, a2) and x (x1, x2), which change according to the position of the center roller 6, and thus not shown driving means according to the engine operating conditions. By moving the rotary shaft 26 in the left and right, it is possible to operate the most ideal valve lift.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and those of ordinary skill in the art can easily invent and equalize the same from the embodiments of the present invention. It includes all changes in the ranges that become.

도 1은 본 발명에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 사시도.1 is a perspective view of a variable valve lift apparatus according to the present invention.

도 2는 밸브 리프트가 가장 작게 제어된 상태의 측면도.2 is a side view of the valve lift in the smallest controlled state;

도 3은 밸브 리프트가 가장 크게 제어된 상태의 측면도이다.3 is a side view of the valve lift in the largest controlled state.

Claims (3)

일측단이 실린더 헤드에 제1 고정 힌지에 의하여 고정되고, 타측단이 밸브를 구동하는 스윙 아암; A swing arm having one end fixed to the cylinder head by a first fixed hinge and the other end driving the valve; 상기 스윙 아암의 횡방향 부재에 수평방향으로 소정의 거리를 두고 형성되는 슬라이드 공의 안내에 따라 좌, 우 이동할 수 있도록 배치되는 센터 롤러; A center roller disposed to move left and right according to a guide of a slide ball formed at a predetermined distance in a horizontal direction to a transverse member of the swing arm; 상기 스윙 아암의 제1 고정 힌지에 일단이 연결되는 연결 아암;A connecting arm having one end connected to the first fixed hinge of the swing arm; 상기 스윙 아암의 상측에서 스윙 아암과 평행하게 배치된 상태에서, 상기 센터 롤러와 접촉되며, 일측단이 상기 연결 아암의 타단에 제2 고정 힌지를 통하여 연결되고, 타측단 상측에 캠과 접촉되는 캠 접촉 롤러가 배치되는 가압 아암을 포함하며, In a state arranged in parallel with the swing arm on the upper side of the swing arm, the cam in contact with the center roller, one end is connected via the second fixed hinge to the other end of the connecting arm, the cam is in contact with the cam on the other end A pressure arm on which the contact roller is disposed, 상기 제2 고정 힌지와 센터 롤러의 회전축과의 거리를 a라 하고, 상기 가압 아암의 전체 길이를 b라 하고, 상기 제1 고정 힌지와 센터 롤러의 회전축과의 거리를 x라 하고, 상기 스윙 아암의 전체 길이를 y 라고 할 때, 상기 밸브의 총 가변 리프트가 {(a / b) * (y / x)} * 캠 높이로 구해짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.The distance between the rotation axis of the second fixed hinge and the center roller is a, the total length of the pressure arm is b, the distance between the rotation axis of the first fixed hinge and the center roller is x, and the swing arm Wherein the total variable lift of the valve is found to be {(a / b) * (y / x)} * cam height. 삭제delete 삭제delete
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