KR101316880B1 - 전기-유압 가변 밸브 장치 - Google Patents

전기-유압 가변 밸브 장치 Download PDF

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곽영홍
이원준
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Abstract

본 발명은 전기-유압 가변 밸브 장치에 관한 것으로 엔진에 장착되는 오일 펌프 바디; 상기 오일 펌프 바디 내에 왕복 운동 가능하게 구비되며, 상기 오일 펌프 바디와 오일 펌프 챔버를 형성하는 피스톤; 상기 피스톤과 접촉하며, 그 회전에 따라 상기 피스톤을 왕복 운동 시키는 오일 펌프 캠; 상기 피스톤과 상기 엔진 사이에 상기 피스톤을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며, 상기 엔진과 리테이너 챔버를 형성하는 리테이너; 상기 리테이너를 탄성 지지하는 리테이너 스프링; 상기 오일 펌프 챔버와 상기 리테이너 챔버를 선택적으로 연통하는 오일 콘트롤 밸브; 및 상기 오일 펌프 챔버와 연통하여 상기 오일 펌프 챔버로부터 공급되는 유압에 따라 개폐되는 밸브 개폐 유닛;을 포함할 수 있다.

Description

전기-유압 가변 밸브 장치{ELECTRO??HYDRAULIC VARIABLE VAVLVE LIFT APPARATUS}
본 발명은 전기-유압 가변 밸브 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일회로를 단순화하여 오일 유로 저항을 줄일 수 있는 전기-유압 가변 밸브 장치에 관한 것이다.
내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다. 공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다. 또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.
그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진 회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치, 가변 타이밍 장치(variable valve timing), EHV(electro??hydro valve lift) 등이 연구되고 있다.
일반적으로 사용되는 EHV 장치는 그 작동을 위한 오일 회로가 복잡하고, 복잡한 오일 회로를 통과하는 오일의 저항이 문제가 되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 오일회로를 단순화하여 오일 유로 저항을 줄일 수 있는 전기-유압 가변 밸브 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치는 엔진에 장착되는 오일 펌프 바디; 상기 오일 펌프 바디 내에 왕복 운동 가능하게 구비되며, 상기 오일 펌프 바디와 오일 펌프 챔버를 형성하는 피스톤; 상기 피스톤과 접촉하며, 그 회전에 따라 상기 피스톤을 왕복 운동 시키는 오일 펌프 캠; 상기 피스톤과 상기 엔진 사이에 상기 피스톤을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며, 상기 엔진과 리테이너 챔버를 형성하는 리테이너; 상기 리테이너를 탄성 지지하는 리테이너 스프링; 상기 오일 펌프 챔버와 상기 리테이너 챔버를 선택적으로 연통하는 오일 콘트롤 밸브; 및 상기 오일 펌프 챔버와 연통하여 상기 오일 펌프 챔버로부터 공급되는 유압에 따라 개폐되는 밸브 개폐 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 리테이너 스프링은 상기 피스톤과 상기 리테이너와 접촉하여 탄성력을 제공할 수 있다.
상기 오일 펌프 바디에는 상기 리테이너 챔버와 연통하는 리테이너 홀이 형성되고, 상기 오일 콘트롤 밸브는 작동 로드를 포함하며, 상기 작동 로드를 통해 선택적으로 상기 리테이너 홀을 개폐할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치는 상기 오일 펌프 챔버로 오일을 공급하는 오일 공급 라인; 및 상기 오일 공급 라인 상에 구비되는 체크 밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치는 상기 피스톤과 상기 오일 펌프 바디 사이에 구비되어 상기 피스톤을 탄성 지지하는 피스톤 스프링;을 더 포함할 수 있다.
상기 오일 콘트롤 밸브는 상기 밸브 개폐 유닛이 개폐되는 싸이클 동안 상기 오일 펌프 챔버로부터 상기 리테이너 챔버로 유압이 해소되는 것을 차단하여 하이 리프트 모드를 구현할 수 있다.
상기 오일 콘트롤 밸브는 상기 피스톤이 하강하는 도중에 상기 오일 펌프 챔버와 상기 리테이너 챔버를 연통하여 로우 리프트 모드를 구현할 수 있다.
상기 오일 콘트롤 밸브는 상기 오일 펌프 챔버와 상기 리테이너 챔버를 상시 연통하여 실린더 휴지 모드를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치에 의하면, 오일회로를 단순화하여 오일 유로 저항을 줄일 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 하이 리프트 모드에서의 작동을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 로우 리프트 모드에서의 작동을 도시한 도면이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치는 엔진(10)에 장착되는 오일 펌프 바디(20); 상기 오일 펌프 바디(20) 내에 왕복 운동 가능하게 구비되며, 상기 오일 펌프 바디(20)와 오일 펌프 챔버(22)를 형성하는 피스톤(30); 상기 피스톤(30)과 접촉하며, 그 회전에 따라 상기 피스톤(30)을 왕복 운동 시키는 오일 펌프 캠(40); 상기 피스톤(30)과 상기 엔진(10) 사이에 상기 피스톤(30)을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며, 상기 엔진(10)과 리테이너 챔버(54)를 형성하는 리테이너(50); 상기 리테이너(50)를 탄성 지지하는 리테이너 스프링(52); 상기 오일 펌프 챔버(22)와 상기 리테이너 챔버(54)를 선택적으로 연통하는 오일 콘트롤 밸브(60); 및 상기 오일 펌프 챔버(22)와 연통하여 상기 오일 펌프 챔버(22)로부터 공급되는 유압에 따라 개폐되는 밸브 개폐 유닛(70);을 포함한다.
여기서, 상기 엔진(10)은 실린더 헤드, 밸브 트레인 등을 포함하는 개념이다.
상기 리테이너 스프링(52)은 상기 피스톤(30)과 상기 리테이너(50)와 접촉하여 탄성력을 제공할 수 있다.
즉, 상기 리테이너 스프링(52)은 상기 피스톤(30)과 상기 리테이너(50) 사이에 개재되어, 상기 피스톤(30)과 상기 리테이너(50)에 탄성력을 제공할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치는 상기 피스톤(30)과 상기 오일 펌프 바디(20) 사이에 구비되어 상기 피스톤(30)을 탄성 지지하는 피스톤 스프링(32)을 더 포함할 수도 있다.
즉, 상기 리테이너 스프링(52)이 상기 피스톤(30)과 상기 리테이너(50) 사이에 개재되어, 상기 피스톤(30)과 상기 리테이너(50)에 탄성력을 제공할 수도 있고, 별개의 상기 피스톤 스프링(32)이 상기 피스톤(30)을 탄성 지지하도록 구비될 수도 있다.
상기 오일 펌프 바디(20)에는 상기 리테이너 챔버(54)와 연통하는 리테이너 홀(24)이 형성되고, 상기 오일 콘트롤 밸브(60)는 작동 로드(62)를 포함하며, 상기 작동 로드(62)를 통해 선택적으로 상기 리테이너 홀(24)을 개폐할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치는 상기 오일 펌프 챔버(22)로 오일을 공급하는 오일 공급 라인(14) 및 상기 오일 공급 라인(14) 상에 구비되는 체크 밸브(16)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치는 그 작동 과정에서 오일이 누유될 수 있고, 미도시한 오일 공급부로부터 공급되는 오일이 상기 오일 공급 라인(14)을 통해 상기 오일 펌프 챔버(22)로 공급되어 상기 전기-유압 가변 밸브 장치 내의 오일을 일정 수준으로 유지할 수 있다. 여기서, 상기 체크 밸브(16)는 상기 오일 펌프 챔버(22)의 오일이 역류하는 것을 방지한다.
상기 밸브 개폐 유닛(70)은 밸브 프로파일의 시작위치와 종료위치에서 밸브 프로파일의 부드러운 개폐를 구현하는 브레이크 유닛(72), 상기 오일 펌프 챔버(22)로부터 공급되는 유압에 따라 개폐되는 밸브(74) 및 상기 밸브(74)를 탄성 지지하는 밸브 스프링(76)을 포함할 수 있다.
상기 오일 펌프 캠(40)의 작동으로 상기 오일 펌프 챔버(22) 내에 고압이 형성되면, 상기 오일 펌프 바디(20)에 형성된 작동 홀(26) 및 작동 라인(12)을 통해 고압의 오일이 상기 밸브(74)를 작동시켜 열기게 한다.
여기서, 상기 브레이크 유닛(72), 상기 밸브(74) 및 상기 밸브 스프링(76)의 작동 및 구성은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로, 자세한 설명은 생략 하기로 한다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 하이 리프트 모드에서의 작동을 도시한 도면이고, 도3은 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 로우 리프트 모드에서의 작동을 도시한 도면이다.
이하, 도1 내지 도3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 작동을 설명한다.
하이 리프트 모드에서는, 도2을 참조하면, 상기 오일 콘트롤 밸브(60)는 상기 밸브 개폐 유닛(70)이 개폐되는 싸이클 동안 상기 오일 펌프 챔버(22)로부터 상기 리테이너 챔버(54)로 유압이 해소되는 것을 차단하여 하이 리프트 모드를 구현한다.
즉, 도2의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 오일 펌프 캠(40)의 회전에 따라 상기 밸브(74)가 일반적인 밸브 리프트 장치의 프로파일과 동일한 프로파일을 형성하며 개폐된다. 이때, 상기 오일 콘트롤 밸브(60)의 작동 로드(62)는 상기 리테이너 홀(24)을 막은 상태를 유지한다.
로우 리프트 모드에서는, 도3을 참조하면, 상기 오일 콘트롤 밸브(60)는 상기 피스톤(30)이 하강하는 도중에 상기 오일 펌프 챔버(22)와 상기 리테이너 챔버(54)를 연통하여 로우 리프트 모드를 구현한다.
즉, 도3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 오일 펌프 캠(40)의 캠 로브(42)가 상기 피스톤(30)을 누른 상태에서, 상기 오일 콘트롤 밸브(60)가 작동하여, 상기 작동 로드(62)가 상기 리테이너 홀(24)을 열게 된다. 그러면, 상기 오일 펌프 챔버(22) 내의 고압의 유체가 상기 리테이너 챔버(54)로 유입되어 상기 리테이너(50)가 상기 오일 펌프 바디(20)를 따라 도면의 윗방향으로 슬라이딩 하게 된다. 그러면, 상기 리테이너 챔버(54) 내의 상대적인 체적이 증가하면서, 상기 밸브 개폐부(70)로 공급되었던 오일이 상기 리테이너 챔버(54)로 해소된다.
따라서, 도2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(74)가 닫히며, 그래프에 도시된 프로파일을 형성하게 된다. 즉, 로우 리프트 모드를 구현하게 된다.
그 후, 상기 오일 펌프 캠(40)이 회전하여, 도2의 (c)에 도시된 바와 같이, 캠 베이스 서클(44)과 상기 피스톤(30)이 접촉하면서, 상기 피스톤(30)은 상기 리테이너 스프링(52) 또는 상기 피스톤 스프링(32)의 탄성력에 의하여 상승하게 되고, 상기 리테이너(50)는 상기 리테이너 스프링(52)의 탄성력에 의하여 하강하게 된다.
그러면, 상기 리테이너 챔버(54) 내의 오일은 다시 상기 오일 펌프 챔버(22)로 유입되고, 상기 작동 로드(62)는 상기 리테이너 홀(24)을 차단하여 다음 번 싸이클을 구현하기 위한 준비단계에 돌입한다.
여기서, 도3의 (b)에 도시된 상기 오일 펌프 캠(40)의 회전 위치에서 상기 오일 콘트롤 밸브(60)가 작동하는 것은 본 발명의 실시예에 의한 전기-유압 가변 밸브 장치의 로우 리프트 모드의 작동의 하나의 실시예이며, 미도시한 ECU(engine control unit)의 제어에 의하여 상기 오일 펌프 캠(40)의 다양한 회전 위치에 대응하여 상기 오일 콘트롤 밸브(60)가 작동하여 다양한 밸브 프로파일을 형성할 수 있다.
상기 오일 콘트롤 밸브(60)는 상기 오일 펌프 캠(40)의 회전 위치에 상관 없이 상기 오일 펌프 챔버(22)와 상기 리테이너 챔버(54)를 상시 연통하여 실린더 휴지 모드, 즉 CDA(cylinder deactivation) 모드를 구현할 수도 있다.
즉, 상기 작동 로드(62)가 열린 상태를 유지하게 되면, 상기 오일 펌프 캠(40)의 회전에 따라, 상기 리테이너(50)는 상하 왕복운동을 하게 되나, 상기 밸브 개폐부(70)로 오일이 공급되지 않아 상기 밸브(74)는 개폐되지 않는다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기-유압 가변 밸브 장치에 의하면, 오일회로를 단순화하여 오일 유로 저항을 줄일 수 있다. 또한, 단순한 구조로 인해 유압 효율이 향상되고, 구동 마찰도 저감될 수 있다.
또한, 도3을 참조하면, 도3의 (a) 에서 (b)로 작동하는 과정에서는 상기 리테이너 스프링(52)이 상기 오일 펌프 캠(40)의 회전에 의하여 압축되고, 이후, 상기 리테이너(50)의 이동에 의하여 압축된다. 그 후, 도3의 (b) 에서 (c)로 작동하는 과정에서, 상기 리테이너 스프링(52)이 팽창하며 상기 오일 펌프 캠(40)을 회전 시키는 역할을 하게 되므로, 상기 오일 펌프 캠(40)을 회전시키기 위한 에너지가 일부 저감되는 효과가 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.
10: 엔진 12: 작동 라인
14: 오일 공급 라인 16: 체크 밸브
20: 오일 펌프 바디 22: 오일 펌프 챔버
24: 리테이너 홀 26: 작동 홀
30: 피스톤 32: 피스톤 스프링
40: 오일 펌프 캠 42: 캠 로브
44: 캠 베이스 서클 50: 리테이너
52: 리테이너 스프링 54: 리테이너 챔버
60: 오일 콘트롤 밸브 62: 작동 로드
70: 밸브 개폐 유닛 72: 브레이크 유닛
74: 밸브 76: 밸브 스프링

Claims (9)

  1. 엔진에 장착되는 오일 펌프 바디;
    상기 오일 펌프 바디 내에 왕복 운동 가능하게 구비되며, 상기 오일 펌프 바디와 오일 펌프 챔버를 형성하는 피스톤;
    상기 피스톤과 접촉하며, 그 회전에 따라 상기 피스톤을 왕복 운동 시키는 오일 펌프 캠;
    상기 피스톤과 상기 엔진 사이에 상기 피스톤을 따라 슬라이딩 가능하게 구비되며, 상기 엔진과 리테이너 챔버를 형성하는 리테이너;
    상기 리테이너를 탄성 지지하는 리테이너 스프링;
    상기 오일 펌프 챔버와 상기 리테이너 챔버를 선택적으로 연통하는 오일 콘트롤 밸브; 및
    상기 오일 펌프 챔버와 연통하여 상기 오일 펌프 챔버로부터 공급되는 유압에 따라 개폐되는 밸브 개폐 유닛;
    을 포함하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 리테이너 스프링은 상기 피스톤과 상기 리테이너와 접촉하여 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 오일 펌프 바디에는 상기 리테이너 챔버와 연통하는 리테이너 홀이 형성되고,
    상기 오일 콘트롤 밸브는 작동 로드를 포함하며, 상기 작동 로드를 통해 선택적으로 상기 리테이너 홀을 개폐하는 것을 특징으로 하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 오일 펌프 챔버로 오일을 공급하는 오일 공급 라인; 및
    상기 오일 공급 라인 상에 구비되는 체크 밸브;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 피스톤과 상기 오일 펌프 바디 사이에 구비되어 상기 피스톤을 탄성 지지하는 피스톤 스프링;
    을 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 오일 콘트롤 밸브는 상기 밸브 개폐 유닛이 개폐되는 싸이클 동안 상기 오일 펌프 챔버로부터 상기 리테이너 챔버로 유압이 해소되는 것을 차단하여 하이 리프트 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 오일 콘트롤 밸브는 상기 피스톤이 하강하는 도중에 상기 오일 펌프 챔버와 상기 리테이너 챔버를 연통하여 로우 리프트 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 오일 콘트롤 밸브는 상기 오일 펌프 챔버와 상기 리테이너 챔버를 상시 연통하여 실린더 휴지 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 전기-유압 가변 밸브 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 전기-유압 가변 밸브 리프트 장치가 구비된 차량.
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