KR101316459B1

KR101316459B1 - Ｖｖｌ 및 ｃｄａ용 가변 태핏

Info

Publication number: KR101316459B1
Application number: KR1020070126860A
Authority: KR
Inventors: 권우철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR20090059809A

Abstract

본 발명은 VVL 및 CDA용 가변 태핏에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 실린더 헤드의 높이를 최소화하는 VVL 및 CDA용 가변 태핏에 관한 것이다.

본 발명은, 한 쌍의 하이 캠 및 상기 한 쌍의 하이 캠 사이에 로우 캠을 구비하여 회전 구동시키는 캠 샤프트와, 실린더 헤드 내에서 상기 한 쌍의 하이 캠의 아래쪽에 구비되고, 하부가 개방된 통 형상의 태핏 하우징과, 상기 태핏 하우징 내에서 상하로 이동 가능하게 수용되는 리테이너와, 상기 태핏 하우징 내에서 상기 리테이너와 상기 태핏 하우징의 상부 내벽 사이에 개재되는 리턴 스프링과, 상기 리테이너의 상면에 구비되고, 소정의 길이를 가지고 위쪽으로 연장되는 로우 태핏 바디와, 상기 리테이너를 상기 태핏 하우징의 하부 소정 위치에 고정할 수 있도록 구비되는 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＶＶＬ 및 ＣＤＡ용 가변 태핏{VARIABLE TAPPET FOR VVL AND CDA}

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 로우(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.

상기 VVL과 함께 실린더 디엑티베이션(이하, 간단히 "CDA"라 함)은 저속 영역에서 실린더 중 일부를 기동 정지시켜 연비를 개선하도록 하는 장치로서, 작동 캠과 태핏 사이의 간극을 조정하여

도 2에 일반적으로 적용되고 있는 VVL 및 CDA를 구현하기 위한 캠 및 밸브의 구조를 단면으로 간략하게 도시하고 있다. 도 2(a)는 하이 리프트 구동시를 나타내고 있고, 도 2(b)는 로우 리프트 구동시를 나타내고 있다.

먼저, 도 2를 참조하여, 일반적으로 사용되는 캠 및 밸브의 구조에 대해서 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 하이 캠(114)이 구비되고, 이 한 쌍의 하이 캠(114) 사이에 로우 캠(112)이 구비되며, 이 한 쌍의 캠(114) 및 로우 캠(112)을 동축으로 회전 구동시키는 캠 샤프트(110)가 구비된다.

상기와 같이 구성된 캠(112, 114) 및 캠 샤프트(110)의 아래쪽에는 실린더 헤드(도시 생략)가 구비되고, 이 실린더 헤드 내에서 하부가 개방된 통 형상의 태핏 하우징(120)이 상기 한 쌍의 하이 캠(114)의 아래쪽에 구비된다. 이 태핏 하우징(120)의 상부에는 고정 수단(127)이 구비되고, 상기 로우 캠(114)을 구동시키기 위한 로우 캠 바디(122)가 수용된다. 또 상기 로우 캠 바디(122)를 상기 태핏 하우징(120) 상부로 돌출하여 상기 로우 캠(112)에 닿도록 하기 위해 구멍(126)이 형성된다. 상기 로우 캠 바디(122)는 태핏 하우징(120) 상부에 구비된 고정 수단(127)에 의해 고정 및 고정 해제가 이루어진다. 또한, 상기 태핏 하우징(120) 내부에는 리턴 스프링(123)이 구비되고, 이 리턴 스프링(123)의 하단부는 리테이너(125)에 닿아 있다.

상기와 같이 구성된 것에서 상기 리테이너(125)의 하면에는 상기 로우 캠 바디(122)와 일직선상으로 밸브 로드(135)가 구비되고, 이 밸브 로드(135)의 도중에 밸브 스프링 받이(134)가 구비되며, 이 밸브 스프링 받이(134)의 하면에는 밸브 스프링(133)이 구비된다. 또, 이 밸브 로드(135)의 하단부는 밸브 헤드(130)가 구비된다.

이와 같이 형성된 일반적인 VVL 및 CDA 구현을 위한 캠 및 캠 샤프트 구조에서는, 상기 캡 샤프트의 회전 구동에 의해 편심 회전하는 하이 캠 또는 로우 캠의 캠 돌출부로부터 힘을 받아 밸브를 구동하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 태핏이 구비된다.

태핏은 캠 샤프트와 밸브 사이에 기재되어 캠 샤프트의 구동을 밸브로 전달하는 기능을 하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 스탠다드형 태핏에 비해 태핏의 높이가 크게 되고, 이로 인해 실린더 헤드의 두께도 크게 되므로 엔진의 무게를 증가시킬 뿐만 아니라, 엔진의 높이도 커져 버려, 엔진의 컴팩트한 설계에 방해 요소가 된다는 문제점이 있었다. 또한, 태핏의 무게 증가에 의해 엔진의 무게도 증가되어, 연비 향상에 악영향을 끼치게 되며, 태핏의 관성 질량이 늘어나 엔진에 가해지는 마찰력도 증가된다는 문제점도 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은, 태핏의 높이를 저감시켜 컴팩트한 엔진의 설계를 가능하게 한 태핏을 얻는 것을 목적으로 한다.

그러므로, 본 발명은, 한 쌍의 하이 캠 및 상기 한 쌍의 하이 캠 사이에 로우 캠을 구비하여 회전 구동시키는 캠 샤프트와, 실린더 헤드 내에서 상기 한 쌍의 하이 캠의 아래쪽에 구비되고, 하부가 개방된 통 형상의 태핏 하우징과, 상기 태핏 하우징 내에서 상하로 이동 가능하게 수용되는 리테이너와, 상기 태핏 하우징 내에서 상기 리테이너와 상기 태핏 하우징의 상부 내벽 사이에 개재되는 리턴 스프링과, 상기 리테이너의 상면에 구비되고, 소정의 길이를 가지고 위쪽으로 연장되는 로우 태핏 바디와, 상기 리테이너를 상기 태핏 하우징의 하부 소정 위치에 고정할 수 있도록 구비되는 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로우 태핏 바디에는 교환용 캡이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정 수단은 상기 리테이너의 일측면에 구비되는 고정핀과, 상기 리테이너의 일측벽에 형성되고, 상기 고정핀을 좌우로 이동 가능하도록 수용하는 고정핀 수용부와, 상기 고정핀이 형성된 측의 태핏 하우징의 하부 소정 위치의 내벽면에 상기 고정핀이 걸리도록 형성된 걸림홈과, 상기 걸림홈에 연결된 유압 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태핏 하우징의 상면에는 상기 로우 태핏 바디가 상부로 돌출하여 상기 로우 캠에 닿도록 상기 로우 태핏 바디의 크기에 상응한 구멍이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 VVL 및 CDA용 가변 태핏은, 상기 리테이너의 하면에 맞닿게 구비되는 밸브 스프링과, 상기 리테이너의 하면에 구비되고, 상기 로우 태핏 바디와 일직선상으로 아래쪽으로 연장되는 밸브 로드와, 상기 밸브 로드의 하단부에 구비되는 밸브 헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 태핏의 높이를 저감시키는 것에 의해, 실린더 헤드의 두께도 줄일 수 있으므로, 엔진의 중량 저감 및 컴팩트한 설계를 가능하게 한다. 또한, 본 발명과 같은 간단한 구조로 VVL 및 CDA 작동을 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 캠, 밸브 및 가변 태핏의 구조를 나타낸 간략 단면도로서, 도 1(a)는 하이 리프트 구동시의 상태를 나타낸 단면도이고, 도 1(b)는 로우 리프트 구도시의 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 캠부, 태핏부 및 밸브부의 3부분으로 구성된다.

먼저, 캠부는, 캠 샤프트(10), 로우 캠(12) 및 한 쌍의 하이 캠(14)으로 구 성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 하이 캠이 구비되고, 상기 한 쌍의 하이 캠 사이에 로우 캠이 구비되며, 상기 한 쌍의 캠 및 로우 캠을 동축에 구비하여 회전 구동시키는 캠 샤프트가 구비된다. 이와 같은 구성은 일반적으로 사용되는 것으로도 무방하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구비된 캠부의 아래쪽에 실린더 헤드가 위치하고, 이 실린더 헤드 내에 태핏부가 구비된다.

다음으로, 태핏부에 대해 설명한다. 태핏부는, 대략적으로 태핏 하우징(20), 리테이너(25), 리턴 스프링(23) 및 로우 태핏 바디(22)로 구성된다.

상기 태핏 하우징(20)은 하면이 개구된 통 형상의 부재로서, 상기 리테이너(25), 리턴 스프링(23) 및 로우 태핏 바디(22)를 그 내부에 수용한다. 태핏 하우징(20)의 상면 중앙에는 상기 로우 태핏 바디(22)가 돌출하여 상기 로우 캠(12)에 닿도록 하기 위해 상기 로우 태핏 바디(22)의 크기에 상응한 구멍이 형성되고, 이 구멍 좌우의 태핏 하우징의 상면은 하이 태핏 바디로서 상기 하이 캠과 맞닿게 된다.

상기 리테이너(25)는 상기 태핏 하우징(20)의 내경에 상응한 크기를 가지고 그 내부에 수용되어, 상하로 이동가능하게 구비된다. 또, 상기 태핏 하우징(20) 내에서 상기 리테이너(25)와 상기 태핏 하우징(20)의 상부 내벽 사이에 리턴 스프링(23)이 개재되고, 상기 리테이너(25)의 상면 중앙에 소정의 길이를 가지고 위쪽으로 연장되는 로우 태핏 바디(22)가 구비된다.

상기 로우 태핏 바디(22)가 상기 태핏 하우징(20)의 상면 중앙에 형성된 구 멍(26)을 통하여 상기 로우 캠(12)에 닿게 된다.

또한, 상기 리테이너(25)의 일측에는 고정 수단이 구비된다. 고정 수단은 상기 리테이너(25)를 상기 태핏 하우징(20) 내의 소정 위치에 고정시킬 수 있는 것이면 어떠한 기술로도 상관없으므로, 도 1에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시한 고정 수단은 상기 리테이너(25)의 일측면에 고정핀(27)을 구비하고, 상기 고정핀(27)을 수용하도록 리테이너(25)의 일측벽에 상기 고정핀(27)을 좌우로 이동 가능하도록 하는 고정핀 수용부(28)가 형성된다. 또, 상기 고정핀(27)이 형성된 측의 태핏 하우징(20)의 하부 소정 위치의 내벽면에 상기 고정핀(27)이 걸리도록 걸림홈(29)이 형성되고, 상기 걸림홈에 유압 수단이 연결되어 있다. 본 발명에서 예시한 고정 수단의 구동을 통상적으로 사용되는 유압 수단에 의해 구동된다.

다음으로, 밸브부에 대해 설명한다.

상기 리테이너(25)의 하면에 맞닿게 밸브 스프링(33)이 구비되고, 상기 리테이너(25)의 하면에 구비되고, 상기 로우 태핏 바디(22)와 일직선상으로 아래쪽으로 연장되는 밸브 로드(35)가 구비되며, 상기 밸브 로드(35)의 하단부에 밸브 헤드(30)가 구비된다. 이와 같 구성된 밸브부는 통상적인 밸브의 구성과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 구성에 더하여, 상기 로우 태핏 바디(22)에는 교환용 캡(21)이 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 로우 태핏 바디(22)는 상기 로우 캠(12)에 맞닿아 회전력을 밸브로 전달하는 부재로서 마찰에 의한 마모가 일어나기 쉬우므로, 본 발명에서 나타낸 바와 같이 캡(21)을 더 구비하면 마모된 캡(21)만을 교환하는 것으로 유지보수를 할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 캠, 밸브 및 가변 태핏은 하이 리프트 구동시, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 리테이너(25)가 고정 수단에 의해 태핏 하우징(20)의 하부에 고정됨으로써, 로우 태핏 바디(21)가 태핏 하우징(20) 내에 수용되고, 또, 상기 태핏 하우징(20)의 상면이 한 쌍의 하이 캠(14)에 닿아 밸브를 하이 리프트시키게 된다. 한편, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 리터에너(25)의 고정 핀(27)이 걸림홈(29)으로부터 해제되어, 리테이너(25)가 태핏 하우징(20) 내에서 상부에 위치하여, 로우 태핏 바디(21)가 태핏 하우징(20)의 상면 구멍(26)을 통하여 돌출하여 상기 로우 캠(12)에 닿게 됨으로써, 밸브를 로우 리프트시키게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가변 태핏 장치에 있어서, 태핏의 높이(H_C)는 도 2에 도시한 종래의 태핏의 높이(H_t)에 비해 현격하게 저감시킬 수 있고, 이로 인해, 실린더 헤드의 두께도 현격하게 저감시킬 수 있어, 엔진의 중량을 줄이는 데 큰 효과가 있다. 또, 상기와 같이 태핏의 높이를 저감시킴으로서, 엔진의 컴팩트한 설계로 가능하게 하는 효과도 있다.

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 본 발명에 따른 캠, 밸브 및 가변 태핏의 구조를 나타낸 간략 단면도로서, 도 1(a)는 하이 리프트 구동시의 상태를 나타낸 단면도이고, 도 1(b)는 로우 리프트 구도시의 상태를 나타낸 단면도.

도 2은 종래 캠, 밸브 및 태핏의 구조를 나타낸 간략 단면도로서, 도 2(a)는 하이 리프트 구동시의 상태를 나타낸 단면도이고, 도 2(b)는 로우 리프트 구동시의 상태를 나타낸 단면도.

<부호의 설명>

10 : 캠 샤프트 12 : 하이 캠

14 : 로우 캠 20 : 태핏 하우징

22 : 로우 태핏 바디 23 : 리턴 스프링

25 : 리테이너 26 : 구멍

27 : 고정 핀 30 : 밸브 헤드

33 : 밸브 스프링 35 : 밸브 로드

Claims

한 쌍의 하이 캠 및 상기 한 쌍의 하이 캠 사이에 로우 캠을 구비하여 회전 구동시키는 캠 샤프트와,

실린더 헤드 내에서 상기 한 쌍의 하이 캠의 아래쪽에 구비되고, 하부가 개방된 통 형상의 태핏 하우징과,

상기 태핏 하우징 내에서 상하로 이동 가능하게 수용되는 리테이너와,

상기 태핏 하우징 내에서 상기 리테이너와 상기 태핏 하우징의 상부 내벽 사이에 개재되는 리턴 스프링과,

상기 리테이너의 상면에 구비되고, 소정의 길이를 가지고 위쪽으로 연장되는 로우 태핏 바디와,

상기 리테이너를 상기 태핏 하우징의 하부 소정 위치에 고정할 수 있도록 구비되는 고정 수단을 포함하며,

상기 고정 수단은, 상기 리테이너의 일측면에 구비되는 고정핀과, 상기 리테이너의 일측벽에 형성되고, 상기 고정핀을 좌우로 이동 가능하도록 수용하는 고정핀 수용부와, 상기 고정핀이 형성된 측의 태핏 하우징의 하부 소정 위치의 내벽면에 상기 고정핀이 걸리도록 형성된 걸림홈과, 상기 걸림홈에 연결된 유압 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 VVL 및 CDA용 가변 태핏.
청구항 1에 있어서,

상기 로우 태핏 바디에는 교환용 캡이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 VVL 및 CDA용 가변 태핏.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 태핏 하우징의 상면에는 상기 로우 태핏 바디가 상부로 돌출하여 상기 로우 캠에 닿도록 상기 로우 태핏 바디의 크기에 상응한 구멍이 더 형성된 것을 특징으로 하는 VVL 및 CDA용 가변 태핏.
청구항 1에 있어서,

상기 VVL 및 CDA용 가변 태핏은,

상기 리테이너의 하면에 맞닿게 구비되는 밸브 스프링과,

상기 리테이너의 하면에 구비되고, 상기 로우 태핏 바디와 일직선상으로 아래쪽으로 연장되는 밸브 로드와,

상기 밸브 로드의 하단부에 구비되는 밸브 헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VVL 및 CDA용 가변 태핏.