KR101416407B1 - 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는, 로커암샤프트가 관통하여 배치되는 로커암, 상기 로커암의 일단부에 의해서 눌러지도록 배치되고, 상부로 개방된 피스톤삽입홀이 형성되고, 그 내부에는 상기 피스톤삽입홀과 연결되는 핀삽입홀이 길이방향으로 형성되는 밸브브릿지, 상기 밸브브릿지에 의해서 눌러지도록 배치되는 밸브, 및 상기 밸브브릿지에 장착되어 상기 로커암이 상기 밸브브릿지를 누르는 양을 가변적으로 제어하는 가변리프트유닛을 포함하고, 상기 가변리프트유닛은, 하부는 상기 삽입홀로 삽입되고, 그 측면에는 상기 핀삽입홀과 대응하여 핀홈이 형성되며, 그 상부에서 중심부를 따라서 형성되어 상기 핀홈과 연결되어 상기 로커암으로부터 유압을 선택적으로 전달받는 피스톤유로가 형성된 가변피스톤, 상기 핀삽입홀에 삽입되어 상기 피스톤유로로 공급되는 유압에 따라서 상기 가변피스톤의 상기 핀홈에 선택적으로 체결되는 체크핀, 및 상기 체크핀을 탄성지지하여 상기 체크핀의 선단부가 상기 핀홈에 삽입되도록 하는 핀탄성부재를 포함할 수 있다. 따라서, 밸브브릿지에 가변리프트유닛을 구성함으로써 전체적인 구조가 간단해지고, 기존의 로커암샤프트와 로커암을 통해서 밸브브릿지에 구성되는 가변리프트유닛으로 유압을 선택적을 공급함으로써 밸브를 하이리프트 또는 로우리프트로 용이하게 작동시킬 수 있다.

Description

가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT DEVICE}
본 발명은 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연 기관의 흡기포트 또는 배기포트를 개폐하는 밸브의 리프트 양을 다단으로 가변시키는 가변 밸브 리프트 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 타이밍이 달라지게 된다.
이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전 수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다.
한편, 로커암이 로커암샤프트에 장착되고, 상기 로커암의 일측을 캠을 이용하여 움직임으로써 상기 로커암의 타측에 배치되는 밸브를 구동시키는 구조에서, 상기 밸브의 움직임을 가변적으로 제어하는 구조가 연구되고 있고, 특히 단순한 구조를 가지며 조립이 쉬운 가변 밸브 리프트장치에 대해서 연구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 단순한 구조를 통해서 밸브를 하이리프트와 로우리프트로 가변적으로 작동시킴으로써 연료모소를 줄이고 소음과 진동을 감소시키는 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는, 로커암샤프트가 관통하여 배치되는 로커암, 상기 로커암의 일단부에 의해서 눌러지도록 배치되고, 상부로 개방된 피스톤삽입홀이 형성되고, 그 내부에는 상기 피스톤삽입홀과 연결되는 핀삽입홀이 길이방향으로 형성되는 밸브브릿지, 상기 밸브브릿지에 의해서 눌러지도록 배치되는 밸브, 및 상기 밸브브릿지에 장착되어 상기 로커암이 상기 밸브브릿지를 누르는 양을 가변적으로 제어하는 가변리프트유닛을 포함하고, 상기 가변리프트유닛은, 하부는 상기 피스톤삽입홀로 삽입되고, 그 측면에는 상기 핀삽입홀과 대응하여 핀홈이 형성되며, 상기 핀홈과 연결되어 상기 로커암으로부터 유압을 선택적으로 전달받는 피스톤유로가 중심부를 따라서 형성된 가변피스톤, 상기 핀삽입홀에 삽입되어 상기 피스톤유로로 공급되는 유압에 따라서 상기 가변피스톤의 상기 핀홈에 선택적으로 체결되는 체크핀, 및 상기 체크핀을 탄성지지하여 상기 체크핀의 선단부가 상기 핀홈에 삽입되도록 하는 핀탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 가변스프링을 상부로 탄성지지하는 리턴탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 로커암샤프트의 내부 중심부를 따라서 형성되는 샤프트유로, 및 상기 로커암의 내부를 따라서 형성되는 샤프트가변유로를 따라서 상기 피스톤유로로 유압이 선택적으로 공급될 수 있다.
상기 로커암의 일단부에 체결되고, 그 하단부는 상기 가변피스톤의 상단부를향하도록 배치되는 누름볼트, 및 상기 누름볼트의 하단부에 장착되어 상기 가변피스톤의 상단부를 누르도록 배치되는 볼트캡을 더 포함하고, 상기 누름볼트와 상기 캡에는 상기 샤프트가변유로와 상기 피스톤유로를 연결하는 볼트유로와 캡유로가 각각 형성될 수 있다.
상기 핀삽입홀은 상기 밸브브릿지의 외부로 개방되고, 상기 핀삽입홀의 외부로 개방된 입구를 폐쇄하고 상기 핀탄성부재를 지지하는 홀캡을 더 포함할 수 있다.
상기 가변피스톤의 측면에는 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈에 그 선단부가 삽입되어 상기 가이드홈을 따라서 상기 가변피스톤의 움직임을 가이드하는 가이드핀이 상기 밸브브릿지에 고정될 수 있다.
상기 밸브브릿지에는 상기 리턴탄성부재가 장착된 공간에서 외부로 연결되도록 배출홀이 하부로 형성될 수 있다.
상기 핀삽입홀은 상기 밸브브릿지의 길이방향으로 상기 피스톤삽입홀의 양측에 배치될 수 있다.
상기 로커암의 일단부가 상기 밸브브릿지를 누르도록 탄성지지하는 로커암탄성부재를 더 포함하고, 상기 로커암탄성부재의 일단은 상기 로커암샤프트에 고정되고, 타단은 상기 로커암샤프트의 일단부를 상기 밸브브릿지 측으로 탄성지지하는 판스프링타입일 수 있다.
상기 핀탄성부재 및 상기 리턴탄성부재는 코일스프링 타입일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치는, 밸브브릿지에 가변리프트유닛을 구성함으로써 전체적인 구조가 간단해지고, 기존의 로커암샤프트와 로커암을 통해서 밸브브릿지에 구성되는 가변리프트유닛으로 유압을 선택적을 공급함으로써 밸브를 하이리프트 또는 로우리프트로 용이하게 작동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 측 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 일부 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 일부 분해 사시도이다.
도 4는 도 3a의 A-A 라인에 따른 일부 단면도이다.
도 5는 도 3a의 B-B 라인에 따른 일부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 작동순서를 보여주는 일부 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 효과를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 가변 밸브 리프트 장치는 로커암샤프트(100), 로커암(120), 롤러(110), 솔레노이드밸브(180), 로커암탄성부재(130), 누름볼트(140), 볼트캡(255), 가변피스톤(200), 밸브브릿지(150), 밸브스프링(165), 및 제1,2밸브(160, 170)를 포함한다.
상기 로커암샤프트(100)는 상기 로커암(120)의 중심부를 가로질러 관통하고, 상기 로커암(120)의 일단부에는 누름볼트(140)가 상부에서 하부로 관통하여 고정된다.
상기 누름볼트(140)의 하단부에는 상기 볼트캡(255)이 고정되고, 상기 볼트캡(255)의 하단부는 상기 가변피스톤(200)의 상단부에 밀착된다. 상기 가변피스톤(200)은 상기 밸브브릿지(150)의 상부로 삽입된 구조를 갖는다.
아울러, 상기 밸브브릿지(150)의 양측 하부에 상기 제1,2밸브(160, 170)가 지지되고, 상기 밸브스프링(165)은 상기 제1,2밸브(160, 170)를 상부로 탄성지지한다.
상기 로커암탄성부재(130)의 일측은 상기 로커암샤프트(100)에 고정되고, 타측은 상기 로커암(120)의 일단부를 하부로 탄성지지한다.
상기 솔레노이드밸브(180)는 상기 로커암샤프트(100)에 형성된 로커암메인유로(102) 또는 샤프트가변유로(104)로 유압을 선택적으로 공급하고, 상기 롤러(110)는 미도시된 출력캠에 밀착되어 상기 로커암(120)을 상기 로커암샤프트(100)에서 회전시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 측 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 로커암(120)에는 상기 샤프트가변유로(104)와 연결되는 로커암유로(246)가 형성되고, 상기 누름볼트(140)에는 상기 로커암유로(246)와 연결되는 볼트유로(250)가 형성된다. 아울러, 상기 볼트캡(255)에는 상기 볼트유로(250)와 연결되는 캡유로(257)가 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 가변리프트유닛은 가변피스톤(200), 체크핀(210), 핀탄성부재(220), 홀캡(230), 및 리턴탄성부재(240)를 포함한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 일부 사시도이다.
도 3a를 참조하면, 상기 밸브브릿지(150)의 상부면 중심부에는 상기 가변피스톤(200)이 삽입되고, 상기 가변피스톤(200)의 상단부는 상부로 돌출된다.
상기 밸브브릿지(150)의 측면에는 가이드핀(320)이 고정되고, 상기 밸브브릿지(150)의 길이방향 단부에는 홀캡(230)이 고정된다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 일부 분해 사시도이다.
도 3b를 참조하면, 상기 가변피스톤(200)의 일측면에는 상기 가이드핀(320)의 선단부가 삽입되는 가이드홈(310)이 형성된다. 상기 가변피스톤(200)의 타측면에는 핀홈(330)이 형성된다.
도 4는 도 3a의 A-A 라인에 따른 일부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 밸브브릿지(150)에는 상부로 개방되는 피스톤삽입홀(410)이 형성되고, 상기 피스톤삽입홀(410)로 상기 가변피스톤(200)이 상부에서 하부로 삽입된 구조를 갖는다.
상기 피스톤삽입홀(410)과 연결되는 핀삽입홀(420)이 상기 피스톤삽입홀(410)을 중심에 두고 상기 밸브브릿지(150)의 내부 양측에 형성되고, 상기 핀삽입홀(420)이 외부로 연결되는 입구는 상기 홀캡(230)으로 폐쇄된다.
상기 가변피스톤(200)에는 상부면 중심부에서 하부로 피스톤유로(300)가 형성되고, 상기 가변피스톤(200)의 양측에는 상기 핀삽입홀(420)과 대응하여 핀홈(330)이 형성된다.
상기 핀삽입홀(420)에는 체크핀(210)이 각각 삽입되고, 상기 핀탄성부재(220)는 상기 체크핀(210)을 상기 핀홈(330) 측으로 탄성지지한다. 여기서, 상기 홀캡(230)은 상기 핀탄성부재(220)가 외부로 이탈되는 것을 방지한다.
상기 가변피스톤(200)의 중심부에 형성되는 상기 피스톤유로(300)는 상기 핀홈(330)과 연결된다. 그리고, 상기 피스톤삽입홀(410)에서 상기 가변피스톤(200)의 하부에는 리턴탄성부재(240)가 배치되고, 상기 리턴탄성부재(240)는 상기 가변피스톤(200)을 상부로 탄성지지한다. 아울러, 상기 밸브브릿지(150)의 하부에는 상기 피스톤삽입홀(410)과 연결되는 배출홀(400)이 형성된다.
도 5는 도 3a의 B-B 라인에 따른 일부 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 밸브브릿지(150)의 상기 피스톤삽입홀(410)로 상기 가변피스톤(200)이 삽입되고, 상기 밸브브릿지(150)의 측면으로 상기 가이드핀(320)이 삽입된다. 상기 가이드핀(320)은 상기 밸브브릿지(150)에 고정되고, 그 선단부는 상기 가변피스톤(200)의 측면에 형성된 가이드홈(310)에 삽입된다.
상기 가변피스톤(200)은 상기 가이드핀(320)과 상기 가이드홈(310)의 구조를 통해서 움직임이 가이드되고, 상기 가변피스톤(200)이 상기 밸브브릿지(150)에서 이탈되지 않도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 작동순서를 보여주는 일부 단면도이다.
도 6의 (a)에서 상기 솔레노이드밸브(180)의 동작에 의해서 라인유압이 상기 샤프트가변유로(104), 상기 로커암유로(246), 상기 볼트유로(250), 상기 캡유로(257), 및 상기 피스톤유로(300)로 공급되고, 상기 피스톤유로(300)로 공급된 유로는 상기 핀홈(330)으로 전달된다.
상기 핀홈(330)으로 전달된 유압은 상기 핀홈(330)으로 삽입된 상기 체크핀(210)을 외부로 밀어내어, 상기 핀홈(330)에서 상기 체크핀(210)을 제거한다. 따라서, 도 6의 (b)와 같은 구조를 완성한다.
도 6의 (b)에서 상기 로커암(120)이 상기 가변피스톤(200)을 누르면, 상기 가변피스톤(200)이 상기 밸브브릿지(150)의 상기 피스톤삽입홀(410)의 안쪽으로 삽입된다. 그리고, 상기 가변피스톤(200)이 하부로 내려오면서 상기 피스톤삽입홀(410)의 유압은 상기 배출홀(400)을 통해서 외부로 배출된다.
상기 솔레노이드밸브(180)의 동작에 의해서 라인유압이 상기 샤프트가변유로(104)로 공급되지 않으면, 도 6의 (d)와 같이 상기 가변피스톤(200)이 상기 리턴탄성부재(240)에 의해서 상부로 이동한다.
그리고, 도 6의 (e)와 같이, 상기 핀탄성부재(220)이 상기 체크핀(210)을 밀어내어, 상기 체크핀(210)의 선단부가 상기 가변피스톤(200)의 상기 핀홈(330)으로 삽입되도록 한다. 따라서, 상기 로커암(120)이 상기 가변피스톤(200)을 누르더라도 상기 가변피스톤(200)은 상기 피스톤삽입홀(410)의 안쪽을 삽입되지 않는다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 효과를 보여주는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 밸브의 리프트양을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 상기 솔레노이드밸브(180)의 동작에 의해서 상기 가변피스톤(200)으로 유압이 공급되면, 로우리프트가 수행되고, 상기 솔레노이드밸브(180)의 동작에 의해서 상기 가변피스톤(200)으로 유압이 공급되지 않으면, 하이리프트가 수행된다.
본 발명의 실시예에서, 가변리프트유닛을 밸브브릿지(150)에 형성함으로써 기존의 레이아웃 변경없이 바로 적용가능하고, 로커암(120)을 통해서 유압을 직접 공급함으로써 제어가 신속하고 정확하게 되며, 하나의 캠으로 하이리프트와 로우리프트를 구현할 수 있다.
아울러, 기존의 밸브브릿지만 교체함으로써 밸브의 다단 리프트를 구현함으로써 개발비용 및 표준화가 용이하며, 저부하 및 저알피엠에서 연료소모를 줄이고 응답성을 향상시킬 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: 로커암샤프트 102: 로커암메인유로
104: 샤프트가변유로 110: 롤러
120: 로커암 130: 로커암탄성부재
140: 누름볼트 150: 밸브브릿지
160, 170: 제1,2밸브 165: 밸브스프링
180: 솔레노이드밸브 200: 가변피스톤
210: 체크핀 220: 핀탄성부재
230: 홀캡 240: 리턴탄성부재
246: 로커암유로 250: 볼트유로
255: 볼트캡 257: 캡유로
300: 피스톤유로 310: 가이드홈
320: 가이드핀 330: 핀홈
400: 배출홀 410: 피스톤삽입홀
420: 핀삽입홀

Claims (10)

  1. 로커암샤프트가 관통하여 배치되는 로커암의 일단부에 의해서 눌러지도록 배치되고, 상부로 개방된 피스톤삽입홀이 형성되고, 그 내부에는 상기 피스톤삽입홀과 연결되는 핀삽입홀이 길이방향으로 형성되는 밸브브릿지;
    상기 밸브브릿지에 의해서 눌러지도록 배치되는 밸브; 및
    상기 밸브브릿지에 장착되어 상기 로커암이 상기 밸브브릿지를 누르는 양을 가변적으로 제어하는 가변리프트유닛을 포함하고,
    상기 가변리프트유닛은,
    하부는 상기 피스톤삽입홀로 삽입되고, 그 측면에는 상기 핀삽입홀과 대응하여 핀홈이 형성되며, 상기 핀홈과 연결되어 상기 로커암으로부터 유압을 선택적으로 전달받는 피스톤유로가 중심부를 따라서 형성된 가변피스톤;
    상기 핀삽입홀에 삽입되어 상기 피스톤유로로 공급되는 유압에 따라서 상기 가변피스톤의 상기 핀홈에 선택적으로 체결되는 체크핀; 및
    상기 체크핀을 탄성지지하여 상기 체크핀의 선단부가 상기 핀홈에 삽입되도록 하는 핀탄성부재; 및 상기 가변피스톤을 상부로 탄성지지하는 리턴탄성부재; 를 포함하고,
    상기 밸브브릿지에는 상기 리턴탄성부재가 장착된 공간에서 외부로 연결되도록 배출홀이 하부로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 로커암샤프트의 내부 중심부를 따라서 형성되는 샤프트유로, 및 상기 로커암의 내부를 따라서 형성되는 샤프트가변유로를 따라서 상기 피스톤유로로 유압이 선택적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 로커암의 일단부에 체결되고, 그 하단부는 상기 가변피스톤의 상단부를향하도록 배치되는 누름볼트; 및
    상기 누름볼트의 하단부에 장착되어 상기 가변피스톤의 상단부를 누르도록 배치되는 볼트캡; 을 더 포함하고,
    상기 누름볼트와 상기 캡에는 상기 샤프트가변유로와 상기 피스톤유로를 연결하는 볼트유로와 캡유로가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 핀삽입홀은 상기 밸브브릿지의 외부로 개방되고, 상기 핀삽입홀의 외부로 개방된 입구를 폐쇄하고 상기 핀탄성부재를 지지하는 홀캡; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 가변피스톤의 측면에는 가이드홈이 형성되고,
    상기 가이드홈에 그 선단부가 삽입되어 상기 가이드홈을 따라서 상기 가변피스톤의 움직임을 가이드하는 가이드핀이 상기 밸브브릿지에 고정되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 핀삽입홀은 상기 밸브브릿지의 길이방향으로 상기 피스톤삽입홀의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 로커암의 일단부가 상기 밸브브릿지를 누르도록 탄성지지하는 로커암탄성부재; 를 더 포함하고,
    상기 로커암탄성부재의 일단은 상기 로커암샤프트에 고정되고, 타단은 상기 로커암샤프트의 일단부를 상기 밸브브릿지 측으로 탄성지지하는 판스프링타입인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 핀탄성부재 및 상기 리턴탄성부재는 코일스프링 타입인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
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