KR101405612B1

KR101405612B1 - 가변 밸브 리프트장치

Info

Publication number: KR101405612B1
Application number: KR1020080088584A
Authority: KR
Inventors: 최명규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2014-06-10
Also published as: KR20100029889A

Abstract

본 발명은 유압으로 작동되는 피스톤을 매개로 밸브 푸시로드의 돌출 높이를 조절해서 밸브 리프트 양을 제어함에 따라 구조가 간단하여 저렴하게 구성할 수 있고, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 밸브 리프트 양을 크게 하는 반면에 저속으로 운전될 때에는 밸브 리프트 양을 작게 해서 엔진의 출력과 연비를 향상시키도록 한 가변 밸브 리프트장치를 제공하기 위해 로커 샤프트에 회동가능하게 결합되는 로커 아암의 일단은 캠에 의해 회동되게 지지되고, 상기 로커 아암의 타단에 밸브 푸시로드가 상기 타단으로부터 그 돌출 높이가 조절되게 설치되고, 상기 밸브 푸시로드에 의해 흡기밸브 혹은 배기밸브의 밸브 리프트 양이 조절되게 상기 밸브 푸시로드에 흡기밸브 혹은 배기밸브가 연결된다.

가변 밸브 리프트, 유압, 밸브 푸시로드, 피스톤

Description

가변 밸브 리프트장치{Variable valve lift device}

본 발명은 차량의 엔진에 적용되는 가변 밸브 리프트장치에 관한 것으로, 특히 로커 아암의 내부에 유압 작동식 피스톤을 설치하여 밸브 리프트 양을 조절하도록 한 가변 밸브 리프트장치에 관한 것이다.

종래 차량의 엔진은 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실을 구비하고 있고, 상기 연소실에 유입되는 흡입공기나 혼합기와 연소실로부터 배출되는 배기가스를 제어하기 위해 흡기밸브와 배기밸브를 포함하는 밸브 트레인이 연소실의 상부에 설치되어 있으며, 상기 밸브 트레인은 크랭크샤프트에 연동되면서 상기 연소실을 개폐하게 되어 있다.

상기 밸브 트레인은 통상적으로 일정한 형상을 가진 캠에 의해 흡기밸브와 배기밸브가 항상 일정한 양으로 리프트되어 흡입 또는 배출되는 가스의 양이 일정하게 제한된다.

따라서 상기 밸브 리프트 양을 엔진의 저속 운전 혹은 고속 운전 중에 어느 하나의 특정 운전 영역에 맞추어서 밸브 리프트 양을 설정할 수밖에 없었고, 이로 인해 특정 운전 영역을 제외한 운전 영역에서는 밸브 리프트 양이 부족하거나 과다 하여 엔진의 출력과 연비를 저하시키는 결점이 있었다.

이러한 결점을 해소하기 위해 종래에도 밸브 리프트 양을 엔진의 운전 영역에 따라 가변시키는 여러 종류의 가변 밸브 리프트장치들이 개발되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 유압으로 작동되는 피스톤을 매개로 밸브 푸시로드의 돌출 높이를 조절해서 밸브 리프트 양을 제어함에 따라 구조가 간단하여 저렴하게 구성할 수 있고, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 밸브 리프트 양을 크게 하는 반면에 저속으로 운전될 때에는 밸브 리프트 양을 작게 해서 엔진의 출력과 연비를 향상시키도록 한 가변 밸브 리프트장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 로커 샤프트에 회동가능하게 결합되는 로커 아암의 일단은 캠에 의해 회동되게 지지되고, 상기 로커 아암의 타단에 밸브 푸시로드가 상기 타단으로부터 그 돌출 높이가 조절되게 설치되고, 상기 밸브 푸시로드에 의해 흡기밸브 혹은 배기밸브의 밸브 리프트 양이 조절되게 상기 밸브 푸시로드에 흡기밸브 혹은 배기밸브가 연결된다.

바람직하기로는 상기 밸브 푸시로드는 유압에 의해 상기 돌출 높이가 조절되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 로커 아암의 타단에는 챔버가 형성되고, 상기 챔버의 내부에 피스톤이 전진 혹은 후퇴 운동을 하면서 상기 밸브 푸시로드의 돌출 높이를 조절하도록 상기 피스톤에 상기 밸브 푸시로드가 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 피스톤에는 상기 밸브 푸시로드의 일단이 접촉하는 캠면이 형성되고, 상기 피스톤은 지지스프링에 의해 탄력적으로 지지된 것을 특징으로 한다.

상기 유압은 엔진의 운전 속도와 부하에 따라 엔진제어유니트에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 챔버에 유압을 공급하는 오일통로가 상기 로커 아암의 타단에 형성되고, 상기 오일통로는 상기 로커 샤프트의 오일홀과 연통되게 연결되며, 상기 오일홀에 오일을 공급하거나 드레인시키는 솔레노이드 밸브와 오일펌프가 접속되며, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 엔진제어유니트의 제어신호에 따라 상기 오일홀과 오일펌프사이의 연결통로를 개폐하는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진제어유니트는 엔진의 운전 속도와 연소실에 공급되는 연료량을 감지하여 기준 속도와 기준 연료량과 비교한 결과에 해당하는 제어신호를 상기 솔레노이드 밸브에 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가변 밸브 리프트장치에 의하면, 로커 아암의 내부에 스프링의 탄성력과 유압에 의해 전진 및 후퇴 운동을 피스톤을 매개로 밸브 푸시로드의 돌출 높이를 엔진의 운전 속도와 부하에 따라 적절히 조절하여 엔진의 출력과 연비를 향상시키고, 엔진의 고속 운전시에는 배기밸브의 리프트 양을 크게 하여 배기가스의 배출 저항을 줄여서 엔진의 출력 손실을 방지하여 연비의 향상을 도모하며, 연소실 내부의 연소 조건을 최적화하여 완전 연소를 유도해서 배기가스의 유해 성분을 저감시킬 수 있으며, 엔진의 폭발 행정에서 배기밸브를 개방하도록 동작을 제어하여 엔진의 출력 저하를 발생시켜 엔진 브레이크 기능도 구현할 수 있는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트장치가 도시되어 있는 바, 즉 로커 샤프트(1)에는 로커 아암(2a,2b)이 회동가능하게 끼워져 결합되고, 일측 로커 아암(2a)에는 일정한 형상을 가진 캠(3)이 접촉되게 설치되어, 상기 캠(3)의 회전에 따라 상기 로커 아암(2a,2b)이 로커 샤프트(1)를 중심으로 회동하게 된다.

상기 타측 로커 아암(2b)에는 그 선단부로부터 내측으로 파여진 형태로 챔버(2ba)가 형성되고, 상기 챔버(2ba)의 개방된 단부를 캡(3)이 나사로 결합되어 폐쇄시키게 된다.

상기 챔버(2ba)의 내부에는 피스톤(4)이 챔버의 길이방향을 따라 전진 혹은 후퇴 운동을 할 수 있도록 내장되고, 상기 피스톤(4)의 일측에는 지지스프링(5)의 일단이 일체로 연결됨과 더불어 상기 지지스프링(5)의 타단은 상기 챔버의 일측면에 고정되어, 상기 피스톤(4)이 상기 스프링의 탄성력을 받아서 지지되게 된다.

상기 피스톤(4)의 하부에는 캠면(4a)이 깎여진 형태로 형성되고, 상기 챔버(2ba)의 바닥면을 관통해서 밸브 푸시로드(6)의 일단이 챔버의 내부로 돌출하여 상기 캠면(4a)과 항상 접촉하도록 설치되고, 상기 밸브 푸시로드(6)의 타단은 밸브 블록(7)의 상부에 일체로 연동되게 결합되며, 상기 밸브 블록(7)에는 흡기 혹은 배기 밸브(8)의 일단이 일체로 연동되게 결합되면서 상기 밸브(8)의 밸브스템의 외주에는 리턴스프링(9)이 끼워져서 상기 밸브(8)를 탄력적으로 지지하게 된다.

그리고 상기 로커 아암(2b)에는 상기 챔버(2ba)와 연통하는 오일통로(2bb)가 상기 로커 샤프트(1) 까지 연장되어 형성되고, 상기 로커 샤프트(1)에는 상기 오일통로로 오일을 공급하거나 오일통로를 통해 공급된 오일을 드레인시키는 오일홀(1a)이 형성되어 있다.

도 2에는 상기 피스톤(4)의 형상이 자세히 도시되어 있는 바, 상기 피스톤(4)은 대체로 원형 바아 형상을 하고서 그 일측면에는 상기 지지스프링(5)의 일단이 수용되어 일체로 연결되기 위한 수용홈(4b)이 내측으로 파여진 형태로 형성되고, 상기 캠면(4a)은 상기 피스톤의 일측 외주면으로부터 피스톤의 중앙을 향해 절개되어 곡면을 이루도록 형성된다.

도 3에는 상기 밸브 푸시로드(6)의 형상이 자세히 도시되어 있는 바, 상기 밸브 푸시로드(6)는 로드바디(6a)의 일단에 구형(6b)이 일체로 형성되어, 상기 구형(6b)이 상기 밸브 블록(7)과 결합되고, 상기 로드바디(6a)의 타단은 절개되어 수용홈(6c)이 형성됨과 더불어 상기 수용홈(6c)에 롤러(6d)가 삽입되어 핀(6e)으로 회전가능하게 결합되어, 상기 롤러(6d)가 상기 피스톤의 캠면(4a)에 항상 접촉하게 된다.

도 4에는 상기 로커 샤프트에 형성된 오일홀(1a)의 구조가 자세히 도시되어 있는 바, 상기 로커 샤프트(1)에는 엔진의 각 기통별로 로커 아암에 오일을 공급하 기 위한 다수개의 오일홀(1a)이 형성되고, 상기 오일홀(1a)과 연통하는 오일통로(1b)가 로커 샤프트(1)의 길이방향을 따라 형성되며, 상기 로커 샤프트(1)에 오일의 공급 및 드레인을 제어하기 위해 솔레노이드 밸브(10)가 상기 오일통로(1b)와 연통되게 연결되고, 상기 솔레노이드 밸브(10)에 오일을 공급하는 오일펌프(11)가 연결됨과 더불어 상기 솔레노이드 밸브(10)의 개폐를 제어하기 위해 엔진제어유니트(ECU)가 접속된다.

이에 따라 상기 엔진제어유니트의 제어신호에 의해 상기 솔레노이드 밸브가 개방되면, 오일펌프에서 공급되는 오일이 화살표로 도시한 바와 같이 로커 샤프트의 오일통로를 통해 각 오일홀을 거쳐서 각 기통별 로커 아암의 챔버에 오일이 공급되는 것이다.

도 5에는 엔진이 고부하로 고속으로 운전될 경우에 작동 상태가 도시되어 있는 바, 즉 상기 엔진제어유니트(ECU)의 제어신호에 의해 상기 솔레노이드 밸브(10)가 개방되면, 오일펌프(11)에서 공급되는 오일이 화살표로 도시한 바와 같이 로커 샤프트(1)의 오일통로(1b)를 통해 각 오일홀(1a)을 거쳐서 각 기통별 로커 아암(2b)의 챔버에 오일이 공급되고, 상기 챔버에 공급된 오일은 상기 피스톤(4)에 압력을 가하여 피스톤(4)을 전진시키게 되며, 상기 피스톤(4)의 전진 운동으로 상기 밸브 푸시로드(6)가 하방으로 눌려져서 상기 밸브 블록(7)을 가압하여 밸브 리프트 양을 증대시키게 된다.

상기 엔진제어유니트(ECU)는 그 내부에 설정된 프로그램에 따라 엔진의 운전 속도를 감지함과 더불어 각 연소실로 공급되는 연료의 공급량을 감지하고, 엔진의 운전 속도가 기준 속도보다 크고 연료량이 기준 연료량보다 큰 것으로 판단된 경우에는 상기 솔레노이드 밸브에 제어신호를 인가하여 솔레노이드 밸브를 개방시키는 제어를 한다.

한편 상기 솔레노이드 밸브의 드레인 유로의 개방시간을 제어하여 상기 챔버에 공급된 유압을 드레인시켜 피스톤이 상기 지지스프링의 탄성력에 의해 후퇴되게 조절한다.

상기 솔레노이드 밸브에 인가하는 제어전류의 듀티를 제어하여 솔레노이드 밸브의 개방시간을 제어하면 상기 챔버로 공급되는 유압을 제어할 수 있고, 상기 유압의 제어에 따라 상기 피스톤에 가해진 압력이 조절되면서 피스톤의 이동 스트로크가 제어되며, 상기 피스톤의 이동 스트로크에 비례하여 밸브 리프트 양이 조절된다.

따라서 엔진이 저속 및 저부하로 운전될 경우에는 밸브 리프트 양을 작게 조절하고, 고속 및 고부하로 운전될 경우에는 밸브 리프트 양을 크게 조절하여 엔진의 출력 및 연비를 향상시킬 수 있고, 배기밸브의 리프트 양을 엔진의 운전 상태에 따라 조절하여 연소실 내부의 연소 조건을 최적화해서 완전 연소를 유도하여 배기가스의 유해 성분을 저감시킬 수 있으며, 엔진의 폭발 행정에서 배기밸브를 개방하도록 동작을 제어하여 엔진의 출력 저하를 발생시켜 엔진 브레이크 기능을 구현할 수 있다.

상기 엔진제어유니트에 설정되는 솔레노이드 밸브의 제어전류 맵은 엔진과 차량의 사양에 따라 적절히 선택되어 설정된다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 피스톤의 상세도,

도 3은 본 발명에 따른 밸브 푸시로드의 상세도,

도 4는 본 발명에 따른 유압공급장치의 상세도,

도 5는 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트장치의 작동 설명도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-로커 샤프트 2a,2b-로커 아암

3-캡 4-피스톤

5-지지스프링 6-밸브 푸시로드

7-밸브 블록 8-밸브

9-리턴스프링 10-솔레노이드 밸브

11-오일펌프

Claims

로커 샤프트에 회동가능하게 결합되는 로커 아암의 일단은 캠에 의해 회동되게 지지되고, 상기 로커 아암의 타단에 밸브 푸시로드가 상기 타단으로부터 그 돌출 높이가 조절되게 설치되고, 상기 밸브 푸시로드에 의해 흡기밸브 혹은 배기밸브의 밸브 리프트 양이 조절되게 상기 밸브 푸시로드에 흡기밸브 혹은 배기밸브가 연결되고,

상기 밸브 푸시로드는 상기 흡기 밸브 혹은 배기 밸브의 일단이 일체로 연동된 밸브 블록과 결합된 구형과, 핀으로 회전가능하게 결합된 롤러가 삽입되는 절개된 수용홈이 양쪽에서 일체로 형성되어진 로드바디로 이루어지고, 상기 롤러가 상기 캠에 항상 접촉하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트장치.
청구항 1에 있어서, 상기 밸브 푸시로드는 유압에 의해 상기 돌출 높이가 조절되게 설치된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트장치.
청구항 2에 있어서, 상기 로커 아암의 타단에는 챔버가 형성되고, 상기 챔버의 내부에 피스톤이 전진 혹은 후퇴 운동을 하면서 상기 밸브 푸시로드의 돌출 높이를 조절하도록 상기 피스톤에 상기 밸브 푸시로드가 연결된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트장치.
청구항 3에 있어서, 상기 피스톤에는 상기 밸브 푸시로드의 일단이 접촉하는 캠면이 형성되고, 상기 피스톤은 지지스프링에 의해 탄력적으로 지지된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트장치.
청구항 3에 있어서, 상기 유압은 엔진의 운전 속도와 부하에 따라 엔진제어유니트에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트장치.
청구항 5에 있어서, 상기 챔버에 유압을 공급하는 오일통로가 상기 로커 아암의 타단에 형성되고, 상기 오일통로는 상기 로커 샤프트의 오일홀과 연통되게 연결되며, 상기 오일홀에 오일을 공급하거나 드레인시키는 솔레노이드 밸브와 오일펌프가 접속되며, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 엔진제어유니트의 제어신호에 따라 상기 오일홀과 오일펌프사이의 연결통로를 개폐하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트장치.
청구항 6에 있어서, 상기 엔진제어유니트는 엔진의 운전 속도와 연소실에 공급되는 연료량을 감지하여 기준 속도와 기준 연료량과 비교한 결과에 해당하는 제어신호를 상기 솔레노이드 밸브에 인가하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트장치.