KR101316869B1 - 연속 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

연속 가변 밸브 리프트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치는 입력축에 구비된 입력 캠; 롤러가 구비된 2개의 밸브 개폐부; 상기 각각의 밸브 개폐부의 롤러와 접촉하는 리프트 암 슈(lift arm shoe)가형성된 2개의 리프트 암; 및 상기 입력 캠의 회전을 전달받아 상기 리프트 암의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 각각의 리프트 암 슈의 프로파일은 서로 다른 것으로 한다.

Description

연속 가변 밸브 리프트 장치{CONTINUOUS VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}
본 발명은 가변 밸브 리프트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 각각의 밸브 리프트의 프로파일이 비대칭으로 형성되어 효과적으로 스월 형성이 가능한 연속 가변 밸브 리프트 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 리프트 양을 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.
이러한 문제점을 해결하는 방안으로 엔진의 작동 상태에 따라 밸브 프로파일을 가변할 수 있는 CVVL(continuous variable valve lift) 장치가 연구되어 왔다.
그러나, 종래 CVVL 기구는 한 실린더에 있는 좌우 흡기 밸브는 동일한 리프트로 거동하는 가변 되는 구조로 부분 부하(Part Load)에서 연소실내의 흡입되는 공기의 유동을 보다 더 활발히 하여 연소를 개선하는데 한계가 있다.
즉, 최근의 GDI(gasoline direct injection) 엔진은 연료를 직접 연소실에 분사하는 엔진으로, 이러한 엔진에 CVVL 시스템 적용하면, Low Lift에서는 공기 유동에 활발하지 못해 공기/연료 혼합에 한계가 있다. 따라서, GDI 엔진에 CVVL 적용시 CVVL의 연비 증대 효과를 충분히 발휘 못하는 한계가 있어 이에 대한 연구가 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 각각의 밸브 리프트의 프로파일을 비대칭으로 형성하여 효과적으로 스월 형성이 가능한 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.
또한, 로우 리프트 작동에서 각각의 밸브 리프트의 프로파일이 비대칭으로 형성되어 GDI 엔진에도 적용이 가능한 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치는 입력축에 구비된 입력 캠; 롤러가 구비된 2개의 밸브 개폐부; 상기 각각의 밸브 개폐부의 롤러와 접촉하는 리프트 암 슈(lift arm shoe)가형성된 2개의 리프트 암; 및 상기 입력 캠의 회전을 전달받아 상기 리프트 암의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 각각의 리프트 암 슈의 프로파일은 서로 다른 것으로 할 수 있다.
상기 각각의 리프트 암 슈의 프로파일은 밸브 열림의 시작점과 끝단은 일치하고, 그 중간부는 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
상기 제어부는 상기 입력축에 평행하게 구비된 편심축; 상기 입력 캠과 접촉하도록 상기 편심축에 회전 가능하게 구비된 입력 링크; 상기 입력 링크와 연결되며 상기 편심축에 편심되어 구비된 2개의 콘트롤 샤프트; 및 상기 각각의 콘트롤 샤프트와 연결된 2개의 연결 링크;를 포함하되, 상기 각각의 리프트 암은 상기 각각의 연결 링크와 연결되어 상기 밸브 개폐부를 개폐하도록 상기 편심축에 회전 가능하게 구비될 수 있다.
상기 입력 링크는 상기 편심축과 연결되는 제1 멤버; 상기 제1 멤버와 연결된 제2 멤버; 및 상기 입력 캠과 접촉하는 입력 링크 롤러;를 포함할 수 있다.
상기 입력 링크에는 돌출부가 형성되며, 상기 입력 링크에 복원력을 제공하도록 상기 돌출부와 접촉하는 로스트 모션 스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 입력 링크의 제2 멤버, 상기 콘트롤 샤프트 및 상기 연결 링크는 제1 연결 핀으로 연결도리 수 있다.
상기 연결 링크와 상기 리프트 암은 제2 연결 핀으로 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치에 의하면, 각각의 밸브 리프트의 프로파일을 비대칭으로 형성하여 효과적으로 스월 형성이 가능하다.
또한, 로우 리프트 작동에서 각각의 밸브 리프트의 프로파일이 비대칭으로 형성되어 GDI 엔진에도 적용이 가능하다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 분해도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 리프트 암 슈의 프로파일을 도시한 그래프이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드에서 밸브가 닫힌 상태를 나타내는 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드에서 밸브가 열린 상태를 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트 모드에서 밸브가 닫힌 상태를 나타내는 도면이다.
도7은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트 모드에서 밸브가 열린 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 분해도이다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치는 입력축(100)에 구비된 입력 캠(110), 롤러(220)가 구비된 2개의 밸브 개폐부(200), 상기 각각의 밸브 개폐부(200)의 롤러(220)와 접촉하는 리프트 암 슈(lift arm shoe; 442, 446)가 형성된 2개의 리프트 암(440, 444) 및 상기 입력 캠(110)의 회전을 전달받아 상기 리프트 암(440, 444)의 구동을 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
상기 제어부(400)는 상기 입력축(100)에 평행하게 구비된 편심축(300), 상기 입력 캠(110)과 접촉하도록 상기 편심축(300)에 회전 가능하게 구비된 입력 링크(410), 상기 입력 링크(410)와 연결되며 상기 편심축(300)에 편심되어 구비된 2개의 콘트롤 샤프트(420) 및 상기 각각의 콘트롤 샤프트(420)와 연결된 2개의 연결 링크(430)를 포함한다. 여기서, 상기 각각의 리프트 암(440, 444)은 상기 각각의 연결 링크(410)와 연결되어 상기 밸브 개폐부(200)를 개폐하도록 상기 편심축(300)에 회전 가능하게 구비된다.
상기 입력 링크(410)는 상기 편심축(300)과 연결되는 제1 멤버(411), 상기 제1 멤버(411)와 연결된 제2 멤버(412) 및 상기 입력 캠(110)과 접촉하는 입력 링크 롤러(413)를 포함한다.
상기 입력 링크(410)에는 돌출부(414)가 형성되며, 상기 입력 링크(410)에 복원력을 제공하도록 로스트 모션 스프링(500)이 상기 돌출부(414)와 접촉하여 구비된다.
상기 입력 링크(410)의 제2멤버(412), 상기 콘트롤 샤프트(420) 및 상기 연결 링크(430)는 제1 연결 핀(450)으로 연결된다.
상기 연결 링크(430)와 상기 리프트 암(440)은 제2 연결 핀(460)으로 연결된다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 리프트 암 슈의 프로파일을 도시한 그래프이다.
상기 각각의 리프트 암 슈(442, 446)의 프로파일은 서로 달리, 즉 비대칭으로 형성된다. 즉, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 리프트 암 슈의 프로파일(442, 446)은 밸브 열림의 시작점과 끝단은 일치하고, 그 중간부는 서로 다른 형상을 갖질 수 있다. 이와 같이 각각의 밸브 리프트의 프로파일을 비대칭으로 형성하명, 연소실 내로 유입되는 공기의 흐름이 각각의 밸브에서 비대칭이 되므로, 연소실로 유입되는 공기에 스월(swirl) 형성이 원활하여 저속/저부하 상태에서도 연료와 공기의 혼합 및 연소 특성이 개선되는 효과가 있다. 또한, 로우 리프트 작동에서 각각의 밸브 리프트의 프로파일이 비대칭으로 형성되므로, 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치를 GDI 엔진에도 적용이 가능하게 된다.
이하, 도4 내지 도7을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 작동 원리를 설명한다.
도4와 도5는 각각 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드에서 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태를 나타내는 도면이다.
도6과 도7은 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트 모드에서 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태를 나타내는 도면이다.
도4 내지 도7에서, A는 입력캠의 회전 중심을 나타내고, B는 하이 리프트 모드에서의 상기 제어부(400)의 회전 중심을 나타내며, C는 로우 리프트 모드에서의 상기 제어부(400)의 회전 중심을 나타낸다
도4와 도5를 참조하면, 하이 리프트 모드에서는 상기 편심축(300)의 회전에 따라 상대적으로 상기 입력캠(110)의 회전 중심(A)과 상기 제어부(400)의 회전 중심(B)의 상대적인 거리가 짧아 진다.
도6과 도7을 참조하면, 로우 리프트 모드에서는 상기 편심축(300)의 회전에 따라 상대적으로 상기 입력캠(110)의 회전 중심(A)과 상기 제어부(400)의 회전 중심(C)의 상대적인 거리가 길어진다.
하이 리프트 모드와 로우 리프트 모드를 비교하면, 상기 편심축(300)의 회전에 따라 상기 롤러(220)와 상기 리프트 암 슈(442, 446)의 접촉 위치가 변하게 되며, 상기 리프트 암 슈(442, 446)의 단면 형상에 따라 하이 리프트 모드와 로우 리프트 모드에서 밸브 리프트 양과 밸브 리프트 시간이 변하게 된다.
도3 내지 도6에서 하이 리프트 모드와 로우 리프트 모드만을 도시하였으나, 편심축의 각도 변화에 따라 연속적인 밸브 리프트 변화가 가능하다.
상기 리프트 암 슈(442, 446)의 단면 형상은 상기 입력캠의 회전 중심(A)과 상기 제어부(400)의 회전 중심(B 또는 C)의 상대적인 거리, 요구되는 밸브 리프트 변화량, 최소 또는 최대 밸브 리프트 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특히 저속이나 저부하에서의 스월 특성을 고려하여 상기 리프트 암 슈(442, 446)의 프로파일을 비대칭으로 형성할 수 있다.
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.
100: 입력축 110: 입력 캠
200: 밸브 개폐부 220: 롤러
300: 편심축 400: 제어부
410: 입력 링크 411: 제1멤버
412: 제2멤버 413: 입력 링크 롤러
414: 돌출부 420: 콘트롤 샤프트
430: 연결 링크 440, 444: 리프트 암
442, 446: 리프트 암 슈 450: 제1 연결 핀
460: 제2 연결 핀 500: 로스트 모션 스프링

Claims (7)

  1. 입력축에 구비된 입력 캠;
    롤러가 구비된 2개의 밸브 개폐부;
    상기 각각의 밸브 개폐부의 롤러와 접촉하는 리프트 암 슈(lift arm shoe)가형성된 2개의 리프트 암; 및
    상기 입력 캠의 회전을 전달받아 상기 리프트 암의 구동을 제어하는 제어부;
    를 포함하되,
    상기 각각의 리프트 암 슈의 프로파일은 서로 다르되,
    상기 각각의 리프트 암 슈의 프로파일은
    밸브 열림의 시작점과 끝단은 일치하고, 그 중간부는 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제어부는
    상기 입력축에 평행하게 구비된 편심축;
    상기 입력 캠과 접촉하도록 상기 편심축에 회전 가능하게 구비된 입력 링크;
    상기 입력 링크와 연결되며 상기 편심축에 편심되어 구비된 2개의 콘트롤 샤프트; 및
    상기 각각의 콘트롤 샤프트와 연결된 2개의 연결 링크;
    를 포함하되,
    상기 각각의 리프트 암은
    상기 각각의 연결 링크와 연결되어 상기 밸브 개폐부를 개폐하도록 상기 편심축에 회전 가능하게 구비된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 입력 링크는
    상기 편심축과 연결되는 제1 멤버;
    상기 제1 멤버와 연결된 제2 멤버; 및
    상기 입력 캠과 접촉하는 입력 링크 롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 입력 링크에는 돌출부가 형성되며,
    상기 입력 링크에 복원력을 제공하도록 상기 돌출부와 접촉하는 로스트 모션 스프링을 더 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 입력 링크의 제2 멤버, 상기 콘트롤 샤프트 및 상기 연결 링크는 제1 연결 핀으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
  7. 제3항에서,
    상기 연결 링크와 상기 리프트 암은 제2 연결 핀으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.


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