KR101403141B1 - 직접구동형 2 스텝 태핏을 이용한 능동연료제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일 갤러리에서 태핏모듈 내부로 공급되는 오일의 여부에 따라 상부 태핏과 접하거나 이격되는 구조를 통하여 왕복 운동하는 밸브의 높이를 조절하는 능동 연료 제어 장치를 제공한다.

Description

직접구동형 2 스텝 태핏을 이용한 능동연료제어장치{Active Fuel Management(AFM) Aparatus with 2 Step Direct Acting Tappet}

본 발명은 직접구동형 2 스텝 태핏을 이용한 능동 연료 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일 갤러리에서 태핏모듈 내부로 공급되는 오일압력의 인가 여부에 따라 상부 태핏이 하부 태핏과 바로 접하게 하거나 상부 태핏의 변위손실을 유발시켜 밸브를 기설정된 2가지 변위로 여닫게 하여 엔진 연소실로 유입되는 연료와 공기의 혼합기량을 제어 가능하게 하는 능동연료제어장치에 관한 것이다.

최근 들어 석유 에너지에 대한 대체 에너지 개발을 위한 노력이 여러 분야에서 활발히 이루어지고 있다. 이는 석유자원의 고갈에 대비할 뿐만 아니라 환경오염이라는 보다 심각한 문제에 대처하기 위한 노력의 일환으로 인식되고 있으며, 도시 대기오염의 주범으로 인식되고 있는 자동차의 경우에도 저공해 실현이 모든 자동차 제조사 및 부품업체의 당면 과제로 부각되고 있다.

이에 기존의 자동차 연료인 가솔린이나 경유에 비해 유해물질의 배출을 현저히 줄일 수 있는 대체 에너지를 사용하는 자동차의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

그와 같은 노력의 일환으로 직접분사 터보차징, 다운 사이징, 엔진의 마찰력을 줄이기 위한 각종 코팅 기술들이 적용되고 있으며 근래에 들어서 엔진 밸브의 변위를 저속, 고속영역에 최적화된 2가지로 가변 가능하게 하여 엔진의 연비 효율 향상 및 유해물질 저감을 극대화하는 방법이 개발되어 양산에 적용되고 있다.

그러나, 가변 밸브 변위를 구현한 엔진은 그 구조의 복잡성 및 고비용 문제 때문에 상용화하기에는 많은 제약이 따른다. 이에 본 발명은 그 복잡성을 최소화하고 부품도 최대한 단순화시켜 비용 상기 문제들을 해결함과 동시에 가변 밸브 기구로써 가지는 본래 목적에 충실한 기능을 가지는 장치를 개발하게 되었다.
(특허문헌 1) 한국공개특허공보 제10-2009-0058840호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 오일 갤러리에서 태핏모듈 내부로 공급되는 오일압력의 인가 여부에 따라 상부 태핏이 하부 태핏과 바로 접하거나 상부 태핏의 변위손실을 유발시켜 밸브를 기설정된 2가지 변위로 여닫게 하여 엔진 연소실로 유입되는 연료와 공기의 혼합기량을 제어 가능하게 하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 장치는 실린더; 상기 실린더의 상면과 동일한 높이에서 상기 실린더의 중앙부에 배치되는 캠; 상기 실린더의 내부에 배치되어 상기 캠과 접하는 태핏모듈; 상기 태핏모듈 내부에 위치한 피스톤과 댐퍼부; 상기 태핏모듈의 하부에 장착되는 밸브; 및 상기 태핏모듈와 연동하여 오일을 공급하는 오일 갤러리;를 포함하고, 상기 캠이 회전하는 경우 상기 태핏모듈은 상기 오일 갤러리에서 공급되는 상기 오일의 공급 여부에 따라 제 1 위치에 있는 상기 밸브를 제 2 위치 또는 제 3 위치로 하강시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 태핏모듈은, 상기 캠과 접하는 상부 태핏; 상기 상부 태핏의 내측면과 접하는 하부 태핏; 및 상기 상부 태핏과 상기 하부 태핏에 접하도록 배치되는 태핏 스프링;을 포함하고, 상기 상부 태핏은 상기 캠의 회전에 따라 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 태핏모듈은, 상기 상부 태핏의 내측 상부에 고정되는 피스톤; 및 상기 피스톤이 내부로 삽입되도록 상기 하부 태핏의 내측 하부에 고정되는 피스톤 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 태핏모듈은, 상기 하부 태핏과 접하면서 상기 하부 태핏의 내부 일측에 배치되는 제 1 플런저; 상기 제 1 플런저를 바라보도록 배치되는 제 2 플런저; 및 상기 제 1 플런저와 상기 제 2 플런저에 접하도록 상기 실린더의 중앙부에 배치되는 플런저 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캠이 회전하고 상기 오일이 공급되는 경우, 상기 제 1 플런저와 상기 제 2 플런저가 상기 오일 갤러리에서 공급되는 오일에 의해 상기 상부 태핏과 이격됨에 따라 상기 상부 태핏만 하강하고, 그리고 상기 피스톤 하우징의 오일홀을 통해 내부로 유입된 오일을 상기 피스톤이 압축시키고 그 오일의 압력에 의해 상부태핏만의 변위만큼을 제외한 위치로 밸브를 상기 제 1 위치에서 상기 제 2 위치로 하강하게 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 캠이 회전하고 오일갤러리를 통한 오일 공급이 없는 경우, 상기 밸브는 상기 상부 태핏, 상기 하부 태핏, 상기 제 1 플런저 및 상기 제 2 플런저가 하강하면서 상기 제 1 위치에서 상기 제 3 위치로 하강하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 태핏모듈은 상기 제 1 플런저 및 상기 제 2 플런저의 양단면 및 중앙에 장착되는 스냅링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 오일 갤러리에서 태핏모듈 내부로 공급되는 오일압력의 인가 여부에 따라 상부 태핏이 하부 태핏과 바로 접하게 하거나 상부 태핏의 변위손실을 유발시켜 밸브를 기설정된 2가지 변위로 여닫게 하여 엔진 연소실로 유입되는 연료와 공기의 혼합기량을 가변 제어 가능하게 하여 엔진의 연비 효율 향상 및 유해물질 저감을 극대화하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 및 댐퍼부를 포함하는 직접구동형 2스텝 태핏을 이용하는 능동연료제어장치의 오일 갤러리에서 오일이 공급되는 경우 제 1 플런저 및 제 2 플런저가 움직이는 것을 나타낸 일 방향에서의 단면도,
도 2는 오일 갤러리에서 오일이 공급되지 않을 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 능동연료제어장치를 나타낸 일 방향에서의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동연료제어장치의 캠이 회전하면서 오일 갤러리에서 오일이 공급되는 경우 제 1 플런저 및 제 2 플런저가 움직이는 것을 나타낸 일 방향에서의 단면도, 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동연료제어장치의 오일 갤러리에서 오일이 공급되지 않을 경우 밸브가 하강하는 것을 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.

본 발명에 따른 피스톤 및 댐퍼부를 포함하는 직접구동형 2스텝 태핏을 이용하는 능동연료제어장치(100)의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 및 댐퍼부를 포함하는 직접구동형 2스텝 태핏을 이용하는 능동연료제어장치(100)를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 능동연료제어장치(100)는 중공의 실린더(110), 실린더(110)의 중앙부에 배치되는 캠(120), 실린더(110)의 내부에 배치되어 캠(120)과 접하는 태핏모듈(130), 태핏모듈(130)의 하부에 장착되는 밸브(140) 및 태핏모듈(130)과 연통하여 오일을 공급하는 오일 갤러리(150)을 포함한다.

실린더(110)는 일반적인 내연기관에서 사용되는 공지기술로서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

캠(120)은 실린더(110)의 중앙부에 배치된다. 또한, 캠(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 원형부재로부터 일방향으로 돌출된 캠노즈(미도시)를 포함한다.

이러한 캠(120)은 회전하면서 밸브(140)를 상하왕복운동시키며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

태핏모듈(130)은 실린더(110)의 내부 상측에 배치되어 캠(120)과 접하는 상부 태핏(131), 상부 태핏(131)의 하부와 접하는 하부 태핏(132), 하부 태핏(132)과 접하면서 하부 태핏(132)의 내부 일측에 배치되는 제 1 플런저(133), 제 1 플런저(133)를 바라보도록 배치되는 제 2 플런저(134), 상부 태핏(131)과 하부 태핏(132)에 접하도록 배치되는 태핏 스프링(135), 제 1 플런저(133)와 제 2 플런저(134)에 접하도록 실린더(110)의 중앙부에 배치되는 플런저 스프링(136), 제 1 플런저(133) 및 제 2 플런저(134)의 양끝단 및 중앙에 장착되는 스냅링(137), 상부 태핏(131)의 내측 상부에 고정되는 피스톤(138) 및 피스톤(138)이 내부로 삽입되도록 하부 태핏(138)의 내측 하부에 고정되는 피스톤 하우징(139)을 포함한다.

상부 태핏(131)은 실린더(110)의 내부 상측에 배치되어 캠(120)과 접한다. 보다 구체적으로 도 1을 참조하여 설명하면, 상부 태핏(131)의 상부는 평평한 원형의 판부재이고, 그 하부는 개방되어 있다.

또한, 상부 태핏(131)의 상부는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 상부 태핏홀(131a)이 형성되어 있다. 이러한 상부 태핏(131)은 캠(120)의 회전에 따라 실린더(110)의 내부에서 왕복 운동한다.

하부 태핏(132)은 상부 태핏(131)의 내측면과 접한다. 그 내부는 제 1 플런저(133)와 제 2 플런저(134)가 위치할 수 있도록 비어 있다.

또한, 하부 태핏(132)의 중앙부에는 하부 태핏홀(132a)이 형성되어 있어 하부 태핏(132)과 외부가 연통된다.

이러한 하부 태핏(132)은 캠(120)만 회전하는 경우 제 1 플런지(133) 및 제 2 플런지(134)에 의해 하부로 하강한다.

제 1 플런저(133)는 하부 태핏(132)과 접하면서 하부 태핏(132)의 내부 일측에 배치되며, 상부 태핏(131)과 하부 태핏(132)의 사이에 위치한다. 이러한 제 1 플런저(133)는 상부 태핏(131)에서 인가되는 힘을 하부 태핏(132)으로 전달하여 밸브(140)가 상하 왕복 운동할 수 있도록 한다.

제 2 플런저(134)는 제 1 플런저(133)를 바라보도록 배치되며, 이러한 제 2 플런저(134) 역시 제 1 플런저(133)와 동일한 기능을 수행한다.

태핏 스프링(135)은 상부 태핏(131)과 하부 태핏(132)에 접하도록 배치되며, 이러한 태핏 스프링(135)은 캠 회전으로 인한 상부 태핏(131)의 원활한 거동을 유지하는 기능을 한다.

플런저 스프링(136)은 제 1 플런저(133)와 제 2 플런저(134)에 접하도록 실린더 헤드(110)의 중앙부에 배치되며, 이러한 플런저 스프링(136)은 제 1 플런저(133)과 제 2 플런저(134) 사이에 위치하여 오일갤러리에 오일이 공급되지 않는 경우 스프링 힘에 의해 플런저들(133, 134)을 외측으로 이동시켜 상부태핏과 하부태핏을 연동시키는 기능을 한다.

스냅링(137)은 제 1 플런저(133)와 제 2 플런저(134)의 양단과 중앙에 각각 위치하여 플러저들의 움직이는 양을 구속하는 기능을 한다.

피스톤(138)은 상부 태핏(131)의 내측 상부에 고정되며, 피스톤(138)의 하부에는 피스톤(138)이 삽입될 수 있도록 중공의 피스톤 하우징(139)이 위치하게 된다. 이러한 피스톤(138)은 캠(120)이 회전함에 따라 피스톤 하우징(139)의 내부로 왕복 운동하게 된다.

피스톤 하우징(139)은 피스톤(138)이 내부로 삽입되도록 하부 태핏(132)의 내측 하부에 고정되며, 이러한 피스톤 하우징(139)은 피스톤(138)을 안내하는 역할을 수행한다.

피스톤 하우징(139) 하단부는 피스톤(138)이 상하 운동하는 동안 그 하단부에 있는 오일홀(151)을 통해 유입된 오일을 압축 가능하게 하는 고압챔버 역할을 하며 그 오일압력은 하부 태핏을 움직이게 하고 궁극적으로는 이를 통해 밸브의 움직이게 한다. 또한 캠 회전시 상부 태핏(131)과 하부 태핏(132)의 충돌을 방지한다.

전술한 태핏모듈(130)은 캠(120)이 회전하는 경우 오일 갤러리(150)에서 공급되는 오일의 공급 여부에 따라 제 1 위치(A)에 있는 밸브(140)를 제 2 위치(B) 또는 제 3 위치(C)로 하강시킨다.

보다 구체적으로 태핏모듈(130)은 2가지 밸브 변위를 구현 가능하다.

우선, 캠(120)이 회전하고 오일이 공급되는 경우, 제 1 플런저(133)와 제 2 플런저(134)가 오일 갤러리(150)에서 공급되는 오일에 의해 상부 태핏(131)과 이격됨에 따라 상부 태핏(131)만 하강하게 되고, 피스톤 하우징(139)의 내부로 유입된 오일의 압력에 의해 피스톤(138)은 피스톤 하우징(139)과 이격된 간격만큼 밸브(140)를 제 1 위치(A)에서 제 2 위치(B)로 하강하게 된다.

상기한 제어를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이 피스톤 하우징(139)의 내부에는 오일 갤러리(150)에서 공급되는 오일이 유입된다. 이때, 캠이 회전하는 경우 피스톤(138)은 하강하다가 오일의 압력에 의해 피스톤 하우징(139)과 일정한 간격을 둔 상태를 유지하게 된다.

따라서, 밸브(140)는 제 1 위치(A)에서 제 3 위치(C)까지 도달하지 못하고 제 2 위치(B)까지만 하강하게 된다.

한편, 오일갤러리(150)에 오일 공급이 없는 경우, 캠(120)이 회전하면 상부 태핏(131)이 제 1, 2 플런저(133, 134)와 연결된 하부 태핏(132)을 움직여 밸브(140)는 제 1 위치(A)에서 제 3 위치(C)로 하강하게 된다. 이때, 밸브 변위 손실은 없다.

밸브(140)는 태핏모듈(130)의 하부에 장착된다. 보다 구체적으로 밸브(140)의 상부는 도 1에 도시된 바와 같이 하부 태핏(134)의 하측 중앙부와 연결된다.

오일 갤러리(150)는 태핏모듈(130)과 연통하여 오일을 공급한다. 또한, 오일 갤러리(150)는 별도의 제어부(미도시)와 연결되어 상기 제어부에 의해 오일을 공급하는 시간, 공급기간, 공급속도 등을 제어될 수 있다.

이러한 오일 갤러리(150)는 태핏모듈(130) 내부로 오일을 공급하여 제 1 플런저(133) 및 제 2 플런저(134)를 실린더(110)의 중앙부로 이동시킴으로써 상부 태핏(131)과 플런저들(133, 134)의 기계적인 연결 관계를 조절할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 피스톤을 포함하는 연료제어장치
110 : 실린더
120 : 캠
130 : 태핏모듈
131 : 상부 태핏
131a : 상부 태핏홀
132 : 하부 태핏
132a : 하부 태핏홀
133 : 제 1 플런저
134 : 제 2 플런저
135 : 태핏 스프링
136 : 플런저 스프링
137 : 스냅링
138 : 피스톤
139 : 피스톤 하우징
140 : 밸브
150 : 오일 갤러리
151 : 오일홀

Claims (7)

1. 실린더;
   상기 실린더의 중앙부에 배치되는 캠;
   상기 실린더의 내부에 배치되어 상기 캠과 접하는 태핏모듈;
   상기 태핏모듈의 하부에 장착되는 밸브; 및
   상기 태핏모듈과 연통하여 오일을 공급하는 오일 갤러리;를 포함하고,
   상기 태핏모듈은,
   상기 실린더의 내부 상측에 배치되어 상기 캠과 접하는 상부 태핏;
   상기 상부 태핏의 내측면과 접하는 하부 태핏;
   상기 상부 태핏의 내측 상부에 고정되는 피스톤; 및
   상기 피스톤이 내부로 삽입되도록 상기 하부 태핏의 내측 하부에 고정되는 피스톤 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   직접구동형 2 스텝 태핏모듈을 이용한 능동 연료 제어 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 태핏모듈은,
   상기 상부 태핏과 상기 하부 태핏에 접하도록 배치되는 태핏 스프링;을 더 포함하고,
   상기 상부 태핏과 상기 하부 태핏은 상기 캠의 회전에 따라 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는,
   직접구동형 2 스텝 태핏모듈을 이용한 능동 연료 제어 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 태핏모듈은,
   상기 캠이 회전하는 경우, 상기 오일 갤러리에서 공급되는 상기 오일의 공급 여부에 따라 제 1 위치에 있는 상기 밸브를 제 2 위치 또는 제 3 위치로 하강시키는 것을 특징으로 하는,
   직접구동형 2 스텝 태핏모듈을 이용한 능동 연료 제어 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 태핏모듈은,
   상기 하부 태핏과 접하면서 상기 하부 태핏의 내부 일측에 배치되는 제 1 플런저;
   상기 제 1 플런저를 바라보도록 배치되는 제 2 플런저; 및
   상기 제 1 플런저와 상기 제 2 플런저에 접하도록 상기 실린더의 중앙부에 배치되는 플런저 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   직접구동형 2 스텝 태핏모듈을 이용한 능동 연료 제어 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 캠이 회전하고 상기 오일이 공급되는 경우, 상기 제 1 플런저와 상기 제 2 플런저가 상기 오일 갤러리에서 공급되는 오일에 의해 상기 상부 태핏과 이격됨에 따라 상기 상부 태핏만 하강하고, 그리고
   상기 피스톤 하우징은 하단부에 있는 오일홀을 향해 내부로 유입된 오일을 압축 가능하게 하는 고압챔버의 역할을 하며, 그 오일압력은 하부 태핏을 움직이게 하고, 궁극적으로는 이를 통해 밸브를 상기 제 1 위치에서 상기 제 2 위치로 하강하는 것을 특징으로 하는,
   직접구동형 2 스텝 태핏모듈을 이용한 능동 연료 제어 장치.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 캠이 회전하고 상기 오일이 공급되지 않는 경우, 상기 밸브는 상기 상부 태핏, 상기 하부 태핏, 상기 제 1 플런저 및 상기 제 2 플런저가 하강하면서 상기 제 1 위치에서 상기 제 3 위치로 하강하는 것을 특징으로 하는,
   직접구동형 2 스텝 태핏모듈을 이용한 능동 연료 제어 장치.
   
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 태핏모듈은 상기 제 1 플런저 및 상기 제 2 플런저의 양단과 중앙에 각각 위치하여 상기 플런저들의 움직이는 양을 구속하는 기능을 하는 스냅링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   직접구동형 2 스텝 태핏모듈을 이용한 능동 연료 제어 장치.

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