KR101326799B1 - 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

보다 간단한 구성에 의하여 밸브 리프트를 하이 리프트와 로우 리프트 사이에서 연속적으로 가변시킬 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공할 목적으로;

일측이 유압 태핏에 의해 지지되고, 타측이 흡기밸브를 구동시키는 스윙 아암과; 상기 스윙 아암의 직상방에서 캠축에 회전 가능하게 지지되어 흡기 밸브 방향으로의 회동시 그의 하측 부분이 상기 스윙 아암의 중앙부 상측에 배치되어 있는 롤러를 가압하는 컨트롤 슈우와; 상기 컨트롤 슈우의 사이에서 상기 캠축의 캠과 접촉되는 캠 접촉 롤러와; 상기 캠 접촉 롤러를 양측에서 지지하되, 상단부가 지지핀에 의하여 상호 연결되고, 그 하단부가 상기 컨트롤 슈우의 유압 태핏측에 힌지 고정되는 수평 링크와 연결되는 수직 링크와; 상기 컨트롤 슈우의 일측에서 캠축상에 이의 캠축과 회전 간섭없이 회전 가능하게 결합되어 후측단이 상기 지지핀과 연결되는 컨트롤 샤프트와; 엔진 운전 조건에 따라 상기 컨트롤 샤프트이 전측부에 형성된 섹터기어를 구동시키는 제어모터를 포함하여 이루어지는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공한다

스윙 아암, 컨트롤 슈우, 컨트롤 샤프트, 섹터기어, 제어모터

Description

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

본 발명은 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 간단한 구성에 의하여 밸브 리프트를 하이 리프트와 로우 리프트 사이에서 연속적으로 가변시키면서 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어함으로써, 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것이다.

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.

이와 같은 밸브 트레인은 통상적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 리프트 값을 가지게 됨으로써, 흡입 또는 배출되는 가스의 양이 일정량으로 제한된다.

이에 따라 저속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 고속의 운전상태에서는 밸 브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.

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.

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.

이에 따라 본 발명은 상기 새로운 기술의 개발에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 간단한 구성에 의하여 밸브 리프트를 하이 리프트 와 로우 리프트 사이에서 연속적으로 가변시키면서 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어함으로써, 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 일측이 유압 태핏에 의해 지지되고, 타측이 흡기밸브를 구동시키는 스윙 아암; 상기 스윙 아암의 직상방에서 캠축에 회전 가능하게 지지되어 흡기밸브 방향으로의 회동 시, 하측 부분이 상기 스윙 아암의 중앙부 상측에 배치되어 있는 롤러를 가압하는 컨트롤 슈우; 상기 스윙 아암 상의 롤러와 어느 각도에서도 접촉될 수 있도록 상기 컨트롤 슈우의 하측면에 일정 곡률을 갖고 요입 형성되는 롤러 가압부; 상기 컨트롤 슈우의 사이에서 상기 캠축의 캠과 접촉되는 캠 접촉 롤러; 상기 컨트롤 슈우의 유압 태핏측의 일측에 일단이 힌지 고정되는 수평 링크; 상기 캠 접촉 롤러를 양측에서 지지하며, 상단이 지지핀에 의하여 상호 연결되고, 하단이 상기 수평 링크에 힌지 연결되는 수직 링크; 상기 컨트롤 슈우의 일측에서 캠축과 회전 간섭없이 상기 캠축 상에 회전 가능하게 설치되며, 후단이 상기 지지핀을 통하여 상기 수직 링크와 연결되는 컨트롤 샤프트와; 상기 컨트롤 샤프트의 전단부에 형성된 섹터기어; 회전축으로 구성된 피니언을 통하여 상기 섹터기어에 치합되어 상기 섹터기어를 정역 구동시키는 제어모터를 포함한다.

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상기 구성에 의하면 본 발명은 엔진의 운전 조건에 따라 미도시한 전자제어유닛(ECU)에서 상기 제어모터를 제어함으로써, 흡기 밸브의 리프트를 제어하게 되는 바, 밸브 리프트를 단계별이 아닌 연속적으로 미세하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

이에 따라, 밸브의 리프트를 연속적으로 미세하게 가변시킬 수 있게 되는 바, 정밀한 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어함으로써, 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 내지 도 2는 본 발명에 의한 가변 리프트 장치를 도시한 것으로서, 본 발명은 실린더당 2개의 흡기 밸브를 채택하고 있는 엔진에 적용된다.

즉, 상기 2개의 흡기밸브(2)(4)를 구동하는 스윙 아암(6)(8)은 상기 흡기 밸브(2)(4)의 반대측에 유압 태핏(10)(12)이 위치하게 되며, 중간부 상측에는 롤러(14)(16)가 배치된다.

상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)의 직상방에는 캠축(18)에 회전 가능하게 지지되는 컨트롤 슈우(20)(22)가 배치된다.

상기 컨트롤 슈우(20)(22)는 상단부가 상기 캠축(18)과 회전 간섭없이 회전 가능하게 지지되며, 하단부는 상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)를 어느 회전 각도에서도 가압하여 줄 수 있도록 일정 곡률을 가지고 상향 요입되는 롤러 가압부(24)(26)가 형성되고, 그 전측부에는 리턴 스프링(28)이 배치되어 하단부를 항시 흡기 밸브(2)(4)측으로 당겨 주게 탄성력을 발휘하게 된다.

또한, 상기 컨트롤 슈우(20)(22)의 사이에는 상기 캠축(18)의 캠(30)과 접촉되는 캠 접촉 롤러(32)가 배치되는데, 이의 캠 접촉 롤러(32)를 양측에서 지지하는 수직 링크(34)(36)는 상단부가 지지핀(38)에 의하여 상호 연결되고, 그 하단부가 상기 컨트롤 슈우(20)(22)의 유압 태핏(10)(12)측에 힌지 고정되는 수평 링크(39)(40)와 연결된다.

그리고 상기 컨트롤 슈우(20)(22)의 일측에서 캠축(18)상에 이의 캠축(18)과 회전 간섭없이 회전 가능하게 컨트롤 샤프트(42)가 배치되며, 이의 컨트롤 샤프트(42)는 전측부에 섹터기어(44)가 형성되고, 이의 섹터기어(44)는 제어모터(46)의 피니언(48)과 치합된다.

이에 따라 상기 제어모터(46)의 피니언(48) 회전방향에 따라 상기 섹터기어(44)를 승강시킴으로써, 상기 컨트롤 샤프트(42)가 캠축(18)을 힌지로 하여 정,역회전하게 된다.

그리고 상기 컨트롤 샤프트(42)의 후단부에는 상기 수직 링크(34)(36)의 상단부를 상호 연결하는 지지핀(38)과 연결된다.

이에 따라 상기 컨트롤 샤프트(42)가 회전하면, 그 회전방향에 따라 상기 수직 링크(34)(36)가 승강하면서 상기 수평 링크(39)(40)에 연결되어 있는 컨트롤 슈우(20)(22)의 하단부에 작용하여 이의 컨트롤 슈우(20)(22)를 일정각 회전시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 이루어지는 가변 리프트 장치에 의하면, 캠축(18)이 회전하면 캠(30)이 연동되면서 캠 접촉 롤러(32)와 접촉이 이루어진다.

그러면 캠 접촉 로울러(32)가 후측으로 밀리면서 수직 링크(34)(36)의 하단부를 후측으로 밀어주게 되며, 이러한 후측으로의 밀림은 수평 링크(39)(40)를 통해 컨트롤 슈우(20)(22)의 하단부를 후측으로 당기게 된다.

그러면 컨트롤 슈우(20)(22)의 하단부가 후측으로 당겨지면서 롤러 가압부(24)(26)와 접촉된 스윙 아암(6)(8) 상의 롤러(14)(16)를 가압함으로써, 흡기밸브(2)(4)를 구동시켜 주는 것이다.

상기와 같은 밸브 개폐 과정에서 밸브의 리프트를 작게 하고자 할 때에는 도 3에서와 같이, 제어모터(46)를 제어하여 상기 컨트롤 샤프트(42)가 도면에서 시계방향으로 회전하도록 한다.

그러면 도3의 a와 같이, 상기 컨트롤 샤프트(42)가 회전하면서 수직 링크(34)(36)를 하강시키면, 이의 하강 정도에 따라 수평 링크(39)(40)가 컨트롤 슈우(20)(22)의 하단부를 시계방향으로 회전시켜 롤러 가압부(24)(26)의 후측 부분과 롤러(14)(16)와 접촉된다.

상기와 같은 상태에서 캠축(18)이 회전하여 이에 연동되는 캠(30)이 캠 접촉 롤러(32)와 접촉되면서 이의 캠 접촉 롤러(32)를 후측으로 밀어주면, 상기 컨트롤 슈우(20)(22)의 하단부가 반시계방향으로 회전하면서 스윙 아암(6)(8) 상의 롤러(14)(16)를 가압함으로써, 흡기밸브(2)(4)를 구동시키게 되는 것이다.

이러한 작동과정에서는 초기 컨트롤 슈우(20)(22)가 일정각 만큼 밸브가 닫히는 방향으로 회전된 상태에서 흡기밸브(2)(4)를 구동시키게 되는바, 그만큼 밸브 리프트가 작아지게 되는 것이다.

그리고 상기와는 반대로 밸브 리프트를 크게 하려면, 도 4에서와 같이 제어모터(46)를 제어하여 상기 컨트롤 샤프트(42)가 도면에서 반시계방향으로 회전하도록 한다.

그러면 도 4의 a와 같이, 상기 컨트롤 샤프트(42)가 회전하면서 수직 링크(34)(36)를 상측으로 당기면, 이의 상승 정도에 따라 수평 링크(39)(40)가 컨트롤 슈우(20)(22)의 하단부를 반시계방향으로 회전시켜 롤러 가압부(24)(26)의 전측 부분이 롤러(14)(16)와 접촉된다.

상기와 같은 상태에서 캠축(18)이 회전하여 이에 연동되는 캠(30)이 캠 접촉 롤러(32)와 접촉되면서 이의 캠 접촉 롤러(32)를 후측으로 밀어주면, 상기 컨트롤 슈우(20)(22)의 하단부가 반시계방향으로 회전하면서 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)를 가압함으로써, 흡기밸브(2)(4)를 구동시키게 되는 것이다.

이러한 작동과정에서는 초기 컨트롤 슈우(20)(22)가 일정각 만큼 밸브가 열리는 방향으로 회전된 상태에서 흡기 밸브(2)(4)를 구동시키게 되는바, 그만큼 밸브 리프트가 커지게 되는 것이다.

상기와 같이 작동되는 가변 리프트 장치에 있어서는 엔진의 운전 조건에 따라 미도시한 전자제어유닛(ECU)에서 상기 제어모터(46)를 제어함으로써, 흡기 밸브(2)(4)의 리프트를 제어하게 되는바, 밸브 리프트를 단계별이 아닌 연속적으로 미세하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

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.

도 1은 본 발명에 의한 가변 리프트 장치의 측면도.

도 2는 도 1의 우측면도.

도 3은 밸브 리프트가 가장 작게 제어된 상태의 측면도.

도 4는 밸브 리프트가 가장 크게 제어된 상태의 측면도이다.

Claims (2)

1. 일측이 유압 태핏에 의해 지지되고, 타측이 흡기밸브를 구동시키는 스윙 아암;

   상기 스윙 아암의 직상방에서 캠축에 회전 가능하게 지지되어 흡기밸브 방향으로의 회동 시, 하측 부분이 상기 스윙 아암의 중앙부 상측에 배치되어 있는 롤러를 가압하는 컨트롤 슈우;

   상기 스윙 아암 상의 롤러와 어느 각도에서도 접촉될 수 있도록 상기 컨트롤 슈우의 하측면에 일정 곡률을 갖고 요입 형성되는 롤러 가압부;

   상기 컨트롤 슈우의 사이에서 상기 캠축의 캠과 접촉되는 캠 접촉 롤러;

   상기 컨트롤 슈우의 유압 태핏측의 일측에 일단이 힌지 고정되는 수평 링크;

   상기 캠 접촉 롤러를 양측에서 지지하며, 상단이 지지핀에 의하여 상호 연결되고, 하단이 상기 수평 링크에 힌지 연결되는 수직 링크;

   상기 컨트롤 슈우의 일측에서 캠축과 회전 간섭없이 상기 캠축 상에 회전 가능하게 설치되며, 후단이 상기 지지핀을 통하여 상기 수직 링크와 연결되는 컨트롤 샤프트와;

   상기 컨트롤 샤프트의 전단부에 형성된 섹터기어;

   회전축으로 구성된 피니언을 통하여 상기 섹터기어에 치합되어 상기 섹터기어를 정역 구동시키는 제어모터;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
2. 삭제

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