KR101448784B1 - 다단 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

다단 가변 밸브 리프트 장치 Download PDF

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최병영
공진국
신기욱
우수형
김우태
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 구성이 간단하고, 구성요소들 간의 간섭없이 효율적으로 작동되는 다단 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치는, 엔진의 운전에 의해 회전하는 캠 샤프트; 상기 캠 샤프트와 함께 회전하고 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동 가능하도록 상기 캠 샤프트의 외주면에 배치되며, 하이 캠 및 로우 캠이 형성된 적어도 2개 이상의 캠 형성부; 상기 캠 형성부에 형성된 상기 하이 캠 또는 상기 로우 캠 중 어느 하나에 의해 작동되는 밸브 개폐 장치; 상기 2개 이상의 캠 형성부 중 어느 하나와 함께 움직이도록 상기 캠 샤프트의 외주면에 배치되는 작동유닛; 상기 작동유닛을 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 선택적으로 이동시키는 솔레노이드; 상기 캠 샤프트와 함께 회전하고, 상기 캠 샤프트의 외주면에서 상기 캠 형성부 중 어느 하나와 상기 캠 형성부 중 다른 하나의 사이에 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동 가능하게 배치되는 연동유닛; 및 상기 연동유닛을 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 선택적으로 이동시키는 핀 작동장치; 를 포함할 수 있다.

Description

다단 가변 밸브 리프트 장치{MUTIPLE VARIABLE VALVE LIFT APPRATUS}
본 발명은 다단 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔레노이드의 수가 최소화된 다단 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 받아들인 연료와 공기를 연소시킴으로써 동력을 형성한다. 여기서, 공기를 흡입할 때에는 캠 샤프트(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입된다. 또한, 공기를 배출할 때에는 캠 샤프트의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출된다.
한편, 최적의 흡기밸브 또는 배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 개폐 시기를 제어하게 된다. 이와 같이, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브가 엔진의 회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다. 이러한 가변 밸브 리프트 장치의 예로는 캠 샤프트에 서로 다른 리프트로 밸브를 구동시키는 복수개의 캠이 구비되고, 상황에 따라 밸브를 구동시키는 캠이 선택되도록 작동되는 장치가 있다.
하지만, 캠 샤프트에 복수개의 캠이 구비되는 경우, 흡기밸브 또는 배기밸브를 작동시키기 위한 캠을 선택적으로 변경하기 위한 구성이 복잡해지고 구성요소들 간의 간섭이 발생될 수 있다.
한편, 구성요소들 간의 간섭이 방지되도록 복수개의 캠을 각각 독립적으로 작동시키는 경우, 각각의 캠마다 작동을 위한 구성요소가 요구됨으로써 원가가 상승될 수 있다.
미국등록특허 제7409938호(2008. 08. 12. 등록)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 구성이 간단하고, 구성요소들 간의 간섭없이 효율적으로 작동되는 다단 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.
또한, 생산원가가 절감될 수 있는 다단 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치는, 엔진의 운전에 의해 회전하는 캠 샤프트; 상기 캠 샤프트와 함께 회전하고 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동 가능하도록 상기 캠 샤프트의 외주면에 배치되며, 하이 캠 및 로우 캠이 형성된 적어도 2개 이상의 캠 형성부; 상기 캠 형성부에 형성된 상기 하이 캠 또는 상기 로우 캠 중 어느 하나에 의해 작동되는 밸브 개폐 장치; 상기 2개 이상의 캠 형성부 중 어느 하나와 함께 움직이도록 상기 캠 샤프트의 외주면에 배치되는 작동유닛; 상기 작동유닛을 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 선택적으로 이동시키는 솔레노이드; 상기 캠 샤프트와 함께 회전하고, 상기 캠 샤프트의 외주면에서 상기 캠 형성부 중 어느 하나와 상기 캠 형성부 중 다른 하나의 사이에 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동 가능하게 배치되는 연동유닛; 및 상기 연동유닛을 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 선택적으로 이동시키는 핀 작동장치; 를 포함할 수 있다.
상기 캠 형성부 중 어느 하나가 축방향으로 움직임에 따라 상기 연동유닛이 축방향 이동되고, 상기 연동유닛이 축방향으로 움직임에 따라 상기 캠 형성부 중 다른 하나가 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동될 수 있다.
상기 하나의 캠 형성부, 상기 연동유닛, 및 상기 다른 하나의 캠 형성부는 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 순차적으로 이동되도록 작동될 수 있다.
상기 하나의 캠 형성부와 상기 연동유닛의 사이 또는 상기 다른 하나의 캠 형성부와 상기 연동유닛의 사이 중 적어도 하나는 항상 이격될 수 있다.
상기 연동유닛의 축방향 이동거리는 상기 캠 형성부의 이동거리보다 길 수 있다.
상기 캠 형성부가 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동됨에 따라 상기 하이 캠 또는 상기 로우 캠 중 어느 하나에 의해 상기 밸브 개폐 장치가 작동됨으로써, 하이 리프트 또는 로우 리프트 중 하나가 선택되도록 밸브 리프트가 가변될 수 있다.
상기 작동유닛은, 상기 캠 샤프트가 삽입되는 중공이 형성된 원통 형상일 수 있다.
상기 작동유닛에는 홈이 외주를 따라 연장된 형상의 가이드 레일이 형성되고, 상기 솔레노이드에는 상기 가이드 레일과 선택적으로 접촉되는 연결핀이 구비되며, 상기 연결핀이 상기 가이드 레일에 접촉된 상태에서 상기 캠 샤프트가 회전됨에 따라 상기 가이드 레일은 상기 작동유닛의 상기 캠 샤프트 축방향 운동을 가이드 할 수 있다.
상기 연동유닛은, 상기 캠 샤프트가 삽입되는 중공이 형성된 원통 형상일 수 있다.
상기 연동유닛에는 홈이 외주를 따라 연장된 형상의 가이드 레일이 형성되고, 상기 핀 작동장치에는 상기 가이드 레일과 선택적으로 접촉되는 핀이 구비되며, 상기 핀이 상기 가이드 레일에 접촉된 상태에서 상기 캠 샤프트가 회전됨에 따라 상기 가이드 레일은 상기 연동유닛의 상기 캠 샤프트 축방향 운동을 가이드 할 수 있다.
상기 핀은 2개가 구비되며, 상기 가이드 레일은, 상기 연동유닛이 상기 2개의 핀 중 어느 하나에 의해 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 일방향으로 운동되고, 상기 2개의 핀 중 다른 하나에 의해 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 타방향으로 운동되도록 형성될 수 있다.
상기 핀 작동장치는, 힌지축을 중심으로 힌지운동 하는 힌지유닛; 상기 핀을 고정시키는 핀 고정유닛; 및 상기 힌지유닛, 상기 핀 고정유닛, 및 상기 2개의 핀이 장착되는 하우징; 을 더 포함하며, 상기 2개의 핀 중 어느 하나가 원위치에 있을 때, 상기 2개의 핀 중 다른 하나는 상기 가이드 레일에 접촉되도록 상기 하우징으로부터 돌출되고, 상기 돌출된 핀이 원위치되면 다른 하나의 핀이 상기 하우징으로부터 돌출되도록 상기 힌지유닛이 힌지운동 할 수 있다.
상기 핀 고정유닛은 상기 2개의 핀 중 원위치된 핀을 고정시킬 수 있다.
상기 핀 고정유닛은 스프링에 의해 상기 원위치된 핀을 밀도록 작동되어 상기 원위치된 핀을 고정시킬 수 있다.
상기 작동유닛 및 상기 솔레노이드는 각각 2개씩 구비되며, 상기 2개의 작동유닛의 사이에는 상기 캠 형성부와 상기 연동유닛이 번갈아 배치될 수 있다.
상기 적어도 2개 이상의 캠 형성부 중 이웃하는 2개의 캠 형성부 사이에 배치된 상기 연동유닛은 상기 이웃하는 2개의 캠 형성부 중 어느 하나에 의해 밀리고 다른 하나를 밀면서 상기 적어도 2개 이상의 캠 형성부를 단계적으로 이동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 핀 작동장치 및 핀 작동장치의 작동에 따라 캠 샤프트의 축방향으로 운동하는 연동유닛에 의해 간단한 구성을 가지면서도 효율적인 작동이 가능해질 수 있다.
또한, 서로 다른 실린더에 배치되는 캠 형성부가 연동유닛에 의해 단계적으로 작동됨으로써 구성요소들간의 간섭이 방지될 수 있다.
나아가, 솔레노이드의 수가 최소화됨으로써 공간 활용도가 향상되고, 원가가 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작동유닛 및 연동유닛의 개략적인 전개도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 작동유닛 및 연동유닛의 개략적인 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치의 작동도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)는 캠 샤프트(100), 캠 형성부(40, 60), 솔레노이드(10), 작동유닛(30, 50), 연동유닛(70), 및 핀 작동장치(20)를 포함한다.
상기 캠 샤프트(100)는 엔진의 크랭크 샤프트(도시하지 않음)의 회전에 따라 회전하는 축이다. 이러한 캠 샤프트(100)는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 자명하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 캠 형성부(40, 60)는 엔진의 흡기밸브(도시하지 않음) 또는 배기밸브(도시하지 않음)를 작동시키는 캠(41, 42, 48, 49, 61, 62, 68, 69)이 형성되는 부분으로서, 일정한 두께를 갖는 중공의 기둥 형상으로 형성된다. 또한, 상기 캠 샤프트(100)가 상기 캠 형성부(40, 60)의 중공에 삽입된다. 따라서, 상기 캠 형성부(40, 60)와 상기 캠 샤프트(100)의 전체적인 형상은 상기 캠 형성부(40, 60)가 상기 캠 샤프트(100)의 외주면으로부터 돌출된 형상이 된다. 여기서, 상기 캠 형성부(40, 60)의 중공은 상기 캠 샤프트(100)의 외주와 대응되는 원형일 수 있다. 즉, 상기 캠 형성부(40, 60)의 내주면은 상기 캠 샤프트(100)의 외주면과 접촉된다. 나아가, 상기 캠 형성부(40, 60)는 그 내주면이 상기 캠 샤프트(100)의 외주면에서 슬라이딩됨으로써, 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 움직일 수 있다. 한편, 상기 캠 형성부(40, 60)는 상기 캠 샤프트(100)와 함께 회전하도록 구비된다. 이처럼 상기 캠 형성부(40, 60)가 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 운동 가능하고, 상기 캠 형성부(40, 60)와 상기 캠 샤프트(100)가 함께 회전하도록 상기 캠 형성부(40, 60)와 상기 캠 샤프트(10)가 결합되는 구성은 스플라인 등의 결합방법에 의해 당업자의 설계에 따라 구현될 수 있다.
상기 캠 형성부(40, 60)는 제1 캠 형성부(40) 및 제2 캠 형성부(60)로 구분되는 2개의 캠 형성부(40, 60)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 캠 형성부(40)는 하나의 실린더에 배치되는 밸브(도시하지 않음)를 작동시키도록 구비되고, 상기 제2 캠 형성부(60)는 다른 하나의 실린더에 배치되는 밸브(도시하지 않음)를 작동시키도록 구비된다. 나아가, 상기 제1 캠 형성부(40)는 하나의 실린더에 배치되는 두 개의 밸브를 작동시키고, 상기 제2 캠 형성부(60)는 다른 하나의 실린더에 배치되는 두 개의 밸브를 작동시킬 수 있다.
도 1에는 적어도 두 개의 실린더(도시하지 않음)를 포함하는 다기통 엔진의 2개의 실린더에서 밸브를 작동시키는 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)가 도시되었다. 여기서, 상기 밸브는 상기 흡기밸브 또는 상기 배기밸브이다.
상기 제1 캠 형성부(40)는 제1 로우 캠(41), 제1 하이 캠(42), 제2 로우 캠(48), 제2 하이 캠(49), 및 제1 연결부(45)를 포함한다.
상기 제1 로우 캠(41), 제1 하이 캠(42), 제2 로우 캠(48), 및 제2 하이 캠(49)은 일단이 타단에 비하여 상대적으로 더 돌출되도록 단면의 외주면이 계란형(oval shape)으로 형성된 일반적인 캠(cam) 형상일 수 있다. 통상적으로, 상기 캠의 일단은 캠 로브(cam lobe)라하고 타단은 캠 베이스(cam base)라 한다.
상기 캠 베이스는 캠의 외주 중 반경이 일정한 호의 형상을 갖는 캠의 기초 원(base circle)이다. 또한, 상기 캠 로브는 상기 캠들(41, 42, 48, 49)의 외주 중 상기 밸브가 상기 캠들(41, 42, 48, 49)의 회전에 의해 열리기 시작하여 완전히 닫힐 때까지 밸브 개폐 장치(5)를 밀고 있는 부분이다. 여기서, 상기 밸브 개폐 장치(5)는 일단이 상기 캠들(41, 42, 48, 49)과 구름 접촉되고, 상기 캠들(41, 42, 48, 49)의 회전에 의해 상기 밸브를 개폐시키도록 작동되는 장치이다. 이러한 밸브 개폐 장치(5)는 당업자에게 자명하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 로우 캠(41)과 상기 제1 하이 캠(42)은 인접하게 형성되고, 상기 제2 로우 캠(48)과 상기 제2 하이 캠(49)은 인접하게 형성된다. 또한, 상기 제1 로우 캠(41)과 상기 제1 하이 캠(42)이 커플을 이루어 하나의 밸브를 작동시키고, 상기 제2 로우 캠(48)과 제2 하이 캠(49)이 커플을 이루어 다른 하나의 밸브를 작동시킨다.
상기 제1 연결부(45)는 상기 제1 로우 캠(41) 및 상기 제1 하이 캠(42)의 커플과 상기 제2 로우 캠(48) 및 상기 제2 하이 캠(49)의 커플을 연결한다. 즉, 상기 제1 연결부(45)는 상기 제1 로우 캠(41) 및 상기 제1 하이 캠(42)의 커플과 상기 제2 로우 캠(48) 및 상기 제2 하이 캠(49)의 커플의 사이에 배치되고 상기 제1 캠 형성부(40)는 일체로 성형된다.
한편, 상기 제1, 2 하이 캠(42, 49)의 캠 로브는 상기 제1, 2 로우 캠(41, 48)의 캠 로브에 비하여 상기 캠 샤프트(100)의 외주면으로부터 더 돌출된 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1, 2 하이 캠(42, 49)은 상기 밸브의 하이 리프트(high lift)를 구현하고, 상기 제1, 2 로우 캠(41, 48)은 상기 밸브의 로우 리프트(low lift)를 구현한다. 다시 말해, 상기 밸브 개폐 장치(5)가 상기 하이 캠(42, 49)과 구름 접촉되도록 연결되면, 상기 밸브의 하이 리프트가 구현되고, 상기 밸브 개폐 장치(5)가 상기 로우 캠(41, 48)과 구름 접촉되도록 연결되면, 상기 밸브의 로우 리프트가 구현된다(도 6 및 도 9 참조). 나아가, 상기 제1 캠 형성부(40)가 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 움직임에 따라 상기 밸브를 작동시키는 상기 제1, 2 하이 캠(42, 49) 또는 상기 제1, 2 로우 캠(41, 48)이 선택된다.
상기 제2 캠 형성부(60)는 제3 로우 캠(61), 제3 하이 캠(62), 제4 로우 캠(68), 제4 하이 캠(69), 및 제2 연결부(65)를 포함한다.
여기서, 상기 제3 로우 캠(61), 제3 하이 캠(62), 제4 로우 캠(68), 제4 하이 캠(69), 및 제2 연결부(65)에 대한 설명은 상기 제1 로우 캠(41), 제1 하이 캠(42), 제2 로우 캠(48), 제2 하이 캠(49), 및 제1 연결부(45)에 대한 설명에 각각 대응되므로 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 솔레노이드(10)는 상기 캠 샤프트(100)의 회전 운동을 상기 제1 캠 형성부(40) 또는 상기 제2 캠 형성부(60)의 직선 운동으로 바꾸도록 구비된다. 즉, 상기 솔레노이드(10)가 작동되면, 상기 캠 샤프트(100)의 회전 운동에 따라 상기 제1 캠 형성부(40) 또는 상기 제2 캠 형성부(60)가 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 직선 운동한다. 여기서, 전기적인 제어에 의해 온 또는 오프 작동되는 상기 솔레노이드(10)는 당업자에게 자명하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 작동유닛(30, 50)은 상기 제1, 2 캠 형성부(40, 60)와 같이 중공의 기둥 형상으로 형성되고, 상기 캠 샤프트(100)가 상기 작동유닛(30, 50)의 중공에 삽입됨으로써 상기 캠 샤프트(100)의 외주면에 배치된다. 또한, 상기 작동유닛(30, 50)의 중공은 상기 작동유닛(30, 50)의 내주가 상기 캠 샤프트(100)의 외주에 대응되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 나아가, 상기 작동유닛(30, 50)의 외주는 일정한 반경을 갖는 원형으로 형성된다. 더 나아가, 상기 작동유닛(30, 50)은 그 내주면이 상기 캠 샤프트(100)의 외주면에서 슬라이딩됨으로써, 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 움직일 수 있고, 상기 캠 샤프트(100)와 함께 회전하도록 구비된다.
상기 솔레노이드(10)는 로우 리프트 솔레노이드(12) 및 하이 리프트 솔레노이드(14)를 포함하고, 상기 작동유닛(30, 50)은 로우 리프트 작동유닛(30) 및 하이 리프트 작동유닛(50)을 포함한다.
상기 로우 리프트 작동유닛(30)은 상기 제1 캠 형성부(40)와 일체로 형성되거나, 상기 제1 캠 형성부(40)와 함께 운동하도록 구비된다. 또한, 상기 캠 샤프트(100)와 함께 회전하는 로우 리프트 작동유닛(30)은 상기 로우 리프트 솔레노이드(12)의 작동에 따라 상기 캠 샤프트(100)의 축방향을 따라 일방향으로 움직인다. 따라서, 상기 밸브의 로우 리프트가 구현된다. 도 1에는 상기 로우 리프트 작동유닛(30)이 상기 제1 로우 캠(41)의 일단에 구비된 것이 도시되었으나 이에 한정되지 않는다.
설명의 편의상 상기 밸브의 로우 리프트가 구현되도록 상기 로우 리프트 작동유닛(30)이 움직이는 일방향을 정방향으로 표현하기로 한다.
상기 하이 리프트 작동유닛(50)은 상기 제2 캠 형성부(60)와 일체로 형성되거나, 상기 제2 캠 형성부(60)와 함께 운동하도록 구비된다. 또한, 상기 캠 샤프트(100)와 함께 회전하는 하이 리프트 작동유닛(50)은 상기 하이 리프트 솔레노이드(14)의 작동에 따라 상기 캠 샤프트(100)의 축방향을 따라 타방향으로 움직인다. 따라서, 상기 밸브의 하이 리프트가 구현된다. 도 1에는 상기 하이 리프트 작동유닛(50)이 상기 제3 하이 캠(62)의 일단에 구비된 것이 도시되었으나 이에 한정되지 않는다.
설명의 편의상 상기 밸브의 하이 리프트가 구현되도록 상기 하이 리프트 작동유닛(50)이 움직이는 타방향을 역방향으로 표현하기로 한다.
상기 연동유닛(70)은 상기 작동유닛(30, 50) 및 상기 제1, 2 캠 형성부(40, 60)와 같이 중공의 기둥 형상으로 형성되고, 상기 캠 샤프트(100)가 상기 연동유닛(70)의 중공에 삽입됨으로써 상기 캠 샤프트(100)의 외주면에 배치된다. 또한, 상기 연동유닛(70)의 중공은 상기 연동유닛(70)의 내주가 상기 캠 샤프트(100)의 외주에 대응되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 나아가, 상기 연동유닛(70)의 외주는 일정한 반경을 갖는 원형으로 형성된다. 더 나아가, 상기 연동유닛(70)은 그 내주면이 상기 캠 샤프트(100)의 외주면에서 슬라이딩됨으로써, 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 움직일 수 있고, 상기 캠 샤프트(100)와 함께 회전하도록 구비된다.
상기 연동유닛(70)은 상기 일체로 형성된 상기 제1 캠 형성부(40)와 상기 일체로 형성된 상기 제2 캠 형성부(60)의 사이에 배치된다. 또한, 상기 연동유닛(70)은 상기 제1 캠 형성부(40)와 상기 제2 캠 형성부(60)가 연동되도록 기능한다.
상기 연동유닛(70)은 상기 로우 리프트 작동유닛(30)이 정방향으로 움직이면, 정방향으로 움직이도록 작동된다. 또한, 상기 연동유닛(70)이 정방향으로 움직이도록 작동되면서 상기 일체로 형성된 상기 제2 캠 형성부(60)를 밀게 된다. 따라서, 상기 제2 캠 형성부(60)는 정방향으로 움직인다.
상기 연동유닛(70)은 상기 하이 리프트 작동유닛(50)이 역방향으로 움직이면, 역방향으로 움직이도록 작동된다. 또한, 상기 연동유닛(70)이 역방향으로 움직이도독 작동되면서 상기 일체로 형성된 상기 제1 캠 형성부(40)를 밀게 된다. 따라서, 상기 제1 캠 형성부(40)는 역방향으로 움직인다.
상기 핀 작동장치(20)는 상기 연동유닛(70)을 상기 캠 샤프트(100)의 축방향을 따라 운동시키도록 구비된다. 또한, 상기 핀 작동장치(20)는 하우징(21), 힌지유닛(22), 제1 핀(24), 제2 핀(25), 및 핀 고정유닛(27)을 포함한다.
상기 하우징(21)은 상기 힌지유닛(22), 제1 핀(24), 제2 핀(25), 및 핀 고정유닛(27)이 장착되는 상기 핀 작동장치(20)의 몸체이다.
상기 힌지유닛(22)은 상기 하우징(21)에 고정된 힌지축(23)을 중심으로 힌지운동 하도록 구비된다.
상기 제1 핀(24) 및 제2 핀(25)은 일방향으로 길게 형성된 바(bar) 형상일 수 있다.
상기 제1 핀(24)은 상기 힌지유닛(22)의 힌지운동에 따라 상기 힌지유닛(22)에 의해 밀림으로써 상기 하우징(21)으로부터 돌출되는 방향으로 움직인다. 또한, 상기 제1 핀(24)이 원위치되면, 상기 힌지유닛(22)은 상기 제1 핀(24)에 의해 밀림으로써 반대로 힌지운동 한다. 나아가, 상기 힌지유닛(22)이 반대로 힌지운동 되면, 상기 제2 핀(24)은 상기 힌지유닛(22)에 의해 밀림으로써 상기 하우징(21)으로부터 돌출되는 방향으로 움직인다. 즉, 상기 핀 작동장치(20)는 상기 제1 핀(24) 및 제2 핀(25) 중 어느 하나가 상기 하우징(21)으로부터 돌출되지 않도록 원위치되면, 다른 하나가 상기 하우징(21)으로부터 돌출되도록 상기 힌지유닛(22)에 의해 상기 제1, 2 핀(24, 25)을 연동시킨다.
상기 핀 고정유닛(27)은 상기 제1, 2 핀(24, 25) 중 원위치된 핀을 고정시키도록 구비된다. 상기 제1, 2 핀(24, 25)에는 상기 제1 핀(24) 또는 제2 핀(25)이 원위치된 상태에서 상기 핀 고정유닛(27)이 걸리도록 걸림홈(29)이 형성되고, 상기 핀 고정유닛(27)은 상기 제1 핀(24)과 제2 핀(25)의 사이에서 왕복운동 되면서 일부분이 상기 걸림홈(29)에 안착되어 원위치된 상기 제1 핀(24) 또는 제2 핀(25)을 고정시킨다.
상기 핀 고정유닛(27)은 스프링(28)에 의해 작동되며, 상기 스프링(28)이 미는 상대적으로 작은 힘에 의해 상기 1, 2 핀(24, 25) 중 어느 하나의 걸림홈(29)에 안착되고 상기 1, 2 핀(24, 25)이 작동되는 상대적으로 큰 힘에 의해 상기 걸림홈(29)으로부터 이탈된다. 이러한 작동이 용이하도록 상기 걸림홈(29) 및 상기 걸림홈(29)에 접촉되는 핀 고정유닛(27)의 일부분은 완곡한 곡면으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작동유닛 및 연동유닛의 개략적인 전개도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)은 가이드 레일(32, 52, 72)을 포함한다.
상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)은 상기 핀 고정유닛(27)의 작동에 따라 상기 하우징(21)로부터 돌출된 상기 제1 핀(24) 또는 제2 핀(25)과 접촉되어 상기 연동유닛(70)의 운동을 가이드 하도록 형성된다. 즉, 상기 제1 핀(24) 또는 제2 핀(25)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)에 삽입된 상태에서 상기 캠 샤프트(100)가 회전되면, 상기 가이드 레일(72)은 상기 제1 핀(24) 또는 제2 핀(25)이 상기 연동유닛(70)의 외주면을 따라 움직이는 상기 연동유닛(70)의 회전에 대한 상기 제1 핀(24) 또는 제2 핀(25)의 상대운동을 가이드함에 따라 상기 연동유닛(70)은 상기 캠 샤프트(100)의 축방향을 따라 이동된다.
상기 로우 리프트 솔레노이드(12)는 바(bar) 형상으로 돌출된 연결핀(16)을 포함하고, 상기 연결핀(16)은 상기 로우 리프트 솔레노이드(12)의 작동에 따라 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 가이드 레일(32)에 접촉된다. 또한, 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 가이드 레일(32)은 상기 연결핀(16)에 접촉되어 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 운동을 가이드 하도록 형성된다. 즉, 상기 연결핀(16)이 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 가이드 레일(32)에 삽입된 상태에서 상기 캠 샤프트(100)가 회전되면, 상기 가이드 레일(32)은 상기 연결핀(16)이 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 외주면을 따라 움직이는 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 회전에 대한 상기 연결핀(16)의 상대운동을 가이드함에 따라 상기 로우 리프트 작동유닛(30)은 상기 캠 샤프트(100)의 축방향을 따라 정방향으로 이동된다.
상기 하이 리프트 솔레노이드(14) 바(bar) 형상으로 돌출된 연결핀(18)을 포함하고, 상기 연결핀(18)은 상기 하이 리프트 솔레노이드(14)의 작동에 따라 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 가이드 레일(52)에 접촉된다. 또한, 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 가이드 레일(52)은 상기 연결핀(18)에 접촉되어 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 운동을 가이드 하도록 형성된다. 즉, 상기 연결핀(18)이 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 가이드 레일(52)에 삽입된 상태에서 상기 캠 샤프트(100)가 회전되면, 상기 가이드 레일(52)은 상기 연결핀(18)이 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 외주면을 따라 움직이는 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 회전에 대한 상기 연결핀(18)의 상대운동을 가이드함에 따라 상기 하이 리프트 작동유닛(50)은 상기 캠 샤프트(100)의 축방향을 따라 역방향으로 이동된다.
상기 가이드 레일(32, 52, 72)은 상기 작동유닛(30, 50) 및 상기 연동유닛(70)의 외주면으로부터 함몰된 홈 형상일 수 있다. 또한, 상기 홈 형상의 가이드 레일(32, 52, 72)은 상기 작동유닛(30, 50) 및 상기 연동유닛(70)의 원주방향으로 길게 형성된다.
상기 가이드 레일(32, 52, 72)은 연결구간(34, 54, 74), 이동구간(36, 56, 76), 및 이탈구간(38, 58, 78)을 포함한다.
상기 연결구간(34, 54, 74)은 상기 연결핀(16, 18) 및 제1, 2 핀(24, 25)과의 접촉이 시작되는 구간이다. 또한, 상기 연결구간(34, 54, 74)은 상기 캠 샤프트(100)의 축방향에 수직으로 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)의 외주를 따라 연장된다.
상기 이동구간(36, 56, 76)은 상기 연결구간(34, 54, 74)에서 접촉된 상기 연결핀(16, 18) 및 제1, 2 핀(24, 25)에 의해 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)의 상기 캠 샤프트(100) 축방향 이동을 가이드하도록 형성된 구간이다. 또한, 상기 이동구간(36, 56, 76)은 상기 캠 샤프트(100)의 축방향을 기준으로 일정한 기울기로 기울어진 형상이며, 상기 연결구간(34, 54, 74)으로부터 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)의 외주를 따라 연장된다.
상기 이탈구간(38, 58, 78)은 상기 연결핀(16, 18) 및 제1, 2 핀(24, 25)이 상기 가이드 레일(32, 52, 72)로부터 이탈되도록 형성된 구간이다. 즉, 상기 이탈구간(38, 58, 78)은 상기 연결핀(16, 18) 및 제1, 2 핀(24, 25)과의 접촉이 끝나는 구간이다. 또한, 상기 이탈구간(38, 58, 78)은 상기 캠 샤프트(100)의 축방향에 수직으로 상기 이동구간(36, 56, 76)으로부터 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)의 외주를 따라 연장된다.
도 2에는 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)의 외주에서 0도 선, 180도 선, 및 360도 선의 기준을 설정하고, 0도 선부터 360도 선까지 상기 가이드 레일(32, 52, 72)의 형상이 하나의 면에 가시적으로 도시되도록 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)의 외주의 전개도가 도시되었다. 또한, 상기 설정된 0도 선, 180도 선, 및 360도 선이 가상선으로 표시되었다. 여기서, 0도 선과 360도 선은 전개되지 않은 상기 로우 리프트 작동유닛(30), 상기 하이 리프트 작동유닛(50), 및 상기 연동유닛(70)에서 동일한 선이다. 한편, 상기 연결구간(34, 54, 74)은 1점 쇄선으로, 상기 이동구간(36, 56, 76)은 2점 쇄선으로, 상기 이탈구간(38, 58, 78)은 점선으로 표시되었다.
상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 연결구간(34)은 0도 선부터 180도 선까지 연장된다. 또한, 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 이동구간(36)은 연결구간(34)과 180도 선에서 만나며, 180도 선부터 360도 선까지 역방향으로 기울어지며 연장된다. 나아가, 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 이탈구간(38)은 이동구간(36)과 0도 선(360도 선)에서 만나며, 0도 선부터 180도 선까지 연장된다. 여기서, 상기 이동구간(36)이 역방향으로 기울어진 것은 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 의해 상기 로우 리프트 작동유닛(30)이 정방향으로 이동되기 위한 것이다.
상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 연결구간(54)은 180 도 선부터 360도 선까지 연장된다. 또한, 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 이동구간(56)은 연결구간(54)과 0도 선(360도 선)에서 만나며, 0도 선부터 180도 선까지 정방향으로 기울어지며 연장된다. 나아가, 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 이탈구간(58)은 이동구간(56)과 180도 선에서 만나며, 180도 선부터 360도 선까지 연장된다. 여기서, 상기 이동구간(56)이 정방향으로 기울어진 것은 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 의해 상기 하이 리프트 작동유닛(50)이 역방향으로 이동되기 위한 것이다.
상기 연동유닛(70)의 연결구간(74)은 상기 연동유닛(70) 외주의 축방향 중심에 형성된다. 또한, 상기 연동유닛(70)의 이동구간(76)은 상기 연결구간(74)을 기준으로 역방향에 형성된 하나의 이동구간(76a)과 정방향에 형성된 다른 이동구간(76b)을 포함한다. 여기서, 상기 연동유닛(70)의 이동구간(76)이 2개가 형성된 것은 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 의해 상기 상기 연동유닛(70)이 정방향 또는 역방향으로 선택적으로 이동되기 위한 것이다. 나아가, 상기 연동유닛(70)의 이동구간(76)이 2개가 형성됨에 따라 상기 연동유닛(70)의 이탈구간(78)도 2개가 형성된다.
상기 연동유닛(70)의 연결구간(74)은 상기 연동유닛(70) 외주의 축방향 중심에서 0 도 선부터 180도 선까지 연장된다. 또한, 상기 연동유닛(70)의 하나의 이동구간(76a)은 180도 선에서 상기 연결구간(74)으로부터 분기되어 180 도 선부터 360도 선(0도 선)까지 역방향으로 기울어지며 연장되고, 0도 선(360도 선)부터 180 도 선까지 역방향으로 기울어지며 계속 연장된다. 나아가, 상기 연동유닛(70)의 하나의 이탈구간(78a)은 상기 하나의 이동구간(76a)과 180도 선에서 만나며 180도 선부터 360도 선까지 연장된다.
한편, 상기 연동유닛(70)의 다른 이동구간(76b)은 0도 선(360도 선)에서 상기 연결구간(74)으로부터 분기되어 0 도 선부터 360도 선까지 정방향으로 기울어지며 연장된다. 또한, 상기 연동유닛(70)의 다른 이탈구간(78b)은 상기 다른 이동구간(76b)과 0도 선(360도 선)에서 만나며 0도 선부터 180도 선까지 연장된다.
여기서, 역방향으로 기울어진 상기 하나의 이동구간(76a)은 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 의해 상기 연동유닛(70)이 정방향으로 이동되도록 상기 연동유닛(70)의 운동을 가이드하고, 정방향으로 기울어진 상기 다른 이동구간(76b)은 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 의해 상기 연동유닛(70)이 역방향으로 이동되도록 상기 연동유닛(70)의 운동을 가이드한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 작동유닛 및 연동유닛의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 레일(32, 52, 72)의 이탈구간(38, 58, 78)은 상기 이동구간(36, 56, 76)과 만나는 지점으로부터 연장되는 방향으로 갈수록 상기 작동유닛(30, 50) 및 상기 연동유닛(70)의 외주면으로부터 함몰된 홈의 깊이가 점진적으로 줄어들도록 형성된다. 즉, 상기 연결핀(16, 18) 및 제1, 2 핀(24, 25)과 접촉되는 상기 이탈구간(38, 58, 78)의 면이 상기 작동유닛(30, 50) 및 상기 연동유닛(70)의 외주면에 도달할 때까지 상기 홈의 깊이가 점진적으로 줄어든다. 따라서, 상기 연결핀(16, 18) 및 제1, 2 핀(24, 25)이 상기 가이드 레일(32, 52, 72)로부터 매끄럽게 이탈된다.
이하, 도 1 및 도 4 내지 도 9를 참조로 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)의 작동을 자세히 설명한다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치의 작동도이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치의 작동도는 도 1을 포함한다.
도 1, 도 4 및 도 5는 상기 제1, 2, 3, 4 로우 캠(41, 48, 61, 68)에 의해 상기 밸브가 개폐되도록 상기 제1, 2 캠 형성부(40, 60)를 이동시키는 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)의 작동도이다.
도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2 캠 형성부(40, 60)가 정방향으로 이동됨에 따라 상기 제1, 2, 3, 4 하이 캠(42, 49, 62, 69)보다 각각 상대적으로 역방향에 위치한 상기 제1, 2, 3, 4 로우 캠(41, 48, 61, 68)이 상기 밸브를 개폐시키도록 위치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 로우 리프트 솔레노이드(12)의 연결핀(16)이 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 가이드 레일(32)에 삽입된 상태에서 상기 캠 샤프트(100)가 회전되면, 상기 로우 리프트 작동유닛(30)과 상기 제1 캠 형성부(40)가 정방향으로 이동되고, 상기 정방향으로 이동된 제1 캠 형성부(40)는 상기 연동유닛(70)을 민다.
이 때, 상기 핀 작동장치(20)의 제1 핀(24)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 연결구간(74)에 접촉된 상태에서 회전하고 있던 상기 연동유닛(70)이 정방향으로 밀림에 따라 상기 제1 핀(24)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 하나의 이동구간(76a)에 진입한다. 따라서, 상기 연동유닛(70)은 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 의해 정방향으로 계속해서 이동된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 정방향으로 이동된 연동유닛(70)은 상기 제2 캠 형성부(60)를 민다. 따라서, 상기 제2 캠 형성부(60)와 상기 하이 리프트 작동유닛(50)이 함께 정방향으로 이동된다. 또한, 상기 제1 핀(24)이 상기 하나의 이동구간(76a)에 진입된 후 상기 캠 샤프트(100)가 360도 회전되는 동안 상기 로우 리프트 솔레노이드(12)의 연결핀(16)이 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 이동구간(36)을 경유하여 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 이탈구간(38)에 진입한다(도 2 참조). 따라서, 상기 로우 리프트 작동유닛(30)으로부터 상기 연결핀(16)이 이탈되기 시작한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연동유닛(70) 및 상기 제2 캠 형성부(60)가 계속해서 정방향으로 이동됨에 따라 상기 하이 리프트 작동유닛(50)은 상기 하이 리프트 솔레노이드(14)의 연결핀(18)이 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 가이드 레일(52)의 상기 연결구간(54)에 접촉 가능하도록 위치된다. 또한, 상기 로우 리프트 작동유닛(30)으로부터 상기 연결핀(16)의 이탈이 완료되면서 상기 제1 핀(24)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 이탈구간(78a)에 진입한다(도 2 참조). 나아가, 상기 연동유닛(70)으로부터 상기 제1 핀(24)의 이탈이 완료되면, 상기 핀 작동장치(20)의 제2 핀(25)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 연결구간(74)에 접촉된다.
한편, 각 실린더에 배치되는 상기 캠 형성부들(40, 60)은 각각 상기 밸브를 작동시키는 타이밍이 다를 수 있으며, 상기 캠들(41, 42, 48, 49, 61, 62, 68, 69)이 형성된 각도가 다를 수 있다. 따라서, 상기 제1 캠 형성부(40), 상기 연동유닛(70), 및 상기 제2 캠 형성부(60)의 순차적인 정방향 이동은 상기 제1 캠 형성부(40)가 배치된 실린더의 밸브타이밍을 기준으로 상기 로우 리프트 솔레노이드(12)의 연결핀(16)이 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 가이드 레일(32)에 삽입됨에 따라 시작된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 상기 제1 캠 형성부(40), 상기 연동유닛(70), 및 상기 제2 캠 형성부(60)는 순차적으로 정방향으로 이동된다. 이러한 순차적인 이동은 상기 캠 베이스가 상기 밸브와 접촉된 상태에서 밸브 리프트의 변경이 수행되도록 함으로써 상기 캠 형성부(40, 60)와 상기 밸브 사이의 간섭을 최소화하기 위한 것이다.
상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 회전에 의해 상기 연결핀(16)이 상기 가이드 레일(32)을 따라 이동하면, 상기 로우 리프트 작동유닛(30)과 상기 제1 캠 형성부(40)는 일체로 정방향으로 이동된다. 또한, 상기 제1 캠 형성부(40)는 정방향으로 이동되면서 상기 연동유닛(70)을 정방향으로 일정거리 민다. 여기서, 상기 연동유닛(70)이 밀리는 일정거리는 상기 핀 작동장치(20)의 제1 핀(24)이 상기 가이드 레일(72)의 상기 연결구간(74)으로부터 상기 하나의 이동구간(76a)에 진입되도록 하는 정도의 거리이다.
상기 제1 핀(24)이 상기 하나의 이동구간(76a)에 진입된 후, 상기 연동유닛(70)의 회전에 의해 상기 제1 핀(24)이 상기 가이드 레일(72)의 하나의 이동구간(76a)을 따라 이동하면, 상기 연동유닛(70)이 정방향으로 이동된다.
상기 제1 핀(24)이 상기 하나의 이동구간(76a)에 진입된 후의 상기 연동유닛(70)의 정방향 이동에 의해 상기 연동유닛(70)은 상기 제2 캠 형성부(60)에 접촉되고, 상기 제2 캠 형성부(60)를 정방향으로 밀어서 이동시킨다.
한편, 상기 제1 캠 형성부(40)와 상기 연동유닛(70)의 사이 또는 상기 제2 캠 형성부(60)와 상기 연동유닛(70)의 사이 중 적어도 하나의 부분은 항상 이격된다. 이러한 이격은 상기 연동유닛(70)이 상기 제1 캠 형성부(40)와 상기 제2 캠 형성부(60)의 사이에서 이동됨에 따라 상기 제1 캠 형성부(40), 상기 연동유닛(70), 및 상기 제2 캠 형성부(60)가 순차적으로 이동되도록 하기 위한 것이다. 또한, 상기 이격과 상기 가이드 레일들(32, 52, 72)의 형상에 따라 상기 제1 캠 형성부(40)가 배치된 실린더 및 상기 제2 캠 형성부(60)가 배치된 실린더의 밸브 리프트의 변경 타이밍이 결정된다. 나아가, 상기 가이드 레일(72)의 형상에 따라 결정되는 상기 연동유닛(70)의 축방향 이동거리는 상기 가이드 레일(32)의 형상에 따라 결정되는 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 축방향 이동거리보다 길다.
도 6 내지 도9는 상기 제1, 2, 3, 4 하이 캠(42, 49, 62, 69)에 의해 상기 밸브가 개폐되도록 상기 제1, 2 캠 형성부(40, 60)를 이동시키는 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)의 작동도이다.
도 6 내지 도9에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2 캠 형성부(40, 60)가 역방향으로 이동됨에 따라 상기 제1, 2, 3, 4 로우 캠(41, 48, 61, 68)보다 상대적으로 정방향에 위치한 상기 제1, 2, 3, 4 하이 캠(42, 49, 62, 69)이 상기 밸브를 개폐시키도록 위치된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하이 리프트 솔레노이드(14)의 연결핀(18)이 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 가이드 레일(52)의 상기 연결구간(54)에 접촉되면, 하이 리프트를 구현하기 위한 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)의 작동이 시작된다. 도 6에는 상기 밸브 개폐 장치(5)가 모두 상기 로우 캠(41, 48, 61, 68)에 구름 접촉되도록 위치된 것이 도시되었다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하이 리프트 솔레노이드(14)의 연결핀(18)이 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 가이드 레일(52)에 삽입된 상태에서 상기 캠 샤프트(100)가 회전되면, 상기 하이 리프트 작동유닛(50)과 상기 제2 캠 형성부(60)가 함께 역방향으로 이동되고, 상기 역방향으로 이동된 제2 캠 형성부(60)는 상기 연동유닛(70)을 민다.
이 때, 상기 핀 작동장치(20)의 제2 핀(25)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 연결구간(74)에 접촉된 상태에서 회전하고 있던 상기 연동유닛(70)이 역방향으로 밀림에 따라 상기 제2 핀(25)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 다른 이동구간(76b)에 진입한다. 따라서, 상기 연동유닛(70)은 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 의해 역방향으로 계속해서 이동된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 역방향으로 이동된 연동유닛(70)은 상기 제1 캠 형성부(40)를 민다. 따라서, 상기 제1 캠 형성부(40)와 상기 로우 리프트 작동유닛(30)이 함께 역방향으로 이동된다. 또한, 상기 제2 핀(25)이 상기 다른 이동구간(76b)에 진입된 후 상기 캠 샤프트(100)가 360도 회전되는 동안 상기 하이 리프트 솔레노이드(14)의 연결핀(18)이 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 이동구간(56)을 경유하여 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 이탈구간(58)에 진입한다(도 2 참조). 따라서, 상기 하이 리프트 작동유닛(50)으로부터 상기 연결핀(16)이 이탈되기 시작한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 연동유닛(70) 및 상기 제1 캠 형성부(40)가 계속해서 역방향으로 이동됨에 따라 상기 로우 리프트 작동유닛(30)은 상기 로우 리프트 솔레노이드(12)의 연결핀(16)이 상기 로우 리프트 작동유닛(30)의 가이드 레일(32)의 상기 연결구간(34)에 접촉 가능하도록 위치된다. 또한, 상기 하이 리프트 작동유닛(50)으로부터 상기 연결핀(18)의 이탈이 완료되면서 상기 제2 핀(25)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 이탈구간(78b)에 진입한다(도 2 참조). 나아가, 상기 연동유닛(70)으로부터 상기 제2 핀(25)의 이탈이 완료되면, 상기 핀 작동장치(20)의 제1 핀(24)이 상기 연동유닛(70)의 가이드 레일(72)의 상기 연결구간(74)에 접촉된다. 즉, 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)의 구성요소들은 로우 리프트를 구현하기 위한 작동이 시작될 수 있도록 배치된다. 도 9에는 상기 밸브 개폐 장치(5)가 모두 상기 하이 캠(43, 49, 62, 69)에 구름 접촉되도록 위치된 것이 도시되었다.
한편, 상기 제2 캠 형성부(60), 상기 연동유닛(70), 및 상기 제1 캠 형성부(40)의 순차적인 역방향 이동은 상기 제2 캠 형성부(60)가 배치된 실린더의 밸브타이밍을 기준으로 상기 하이 리프트 솔레노이드(14)의 연결핀(18)이 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 가이드 레일(52)에 삽입됨에 따라 시작된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 상기 제2 캠 형성부(60), 상기 연동유닛(70), 및 상기 제1 캠 형성부(40)는 순차적으로 역방향으로 이동된다. 이러한 순차적인 이동은 상기 캠 베이스가 상기 밸브와 접촉된 상태에서 밸브 리프트의 변경이 수행되도록 함으로써 상기 캠 형성부(40, 60)와 상기 밸브 사이의 간섭을 최소화하기 위한 것이다.
상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 회전에 의해 상기 연결핀(18)이 상기 가이드 레일(52)을 따라 이동하면, 상기 하이 리프트 작동유닛(50)과 상기 제2 캠 형성부(60)는 일체로 역방향으로 이동된다. 또한, 상기 제2 캠 형성부(60)는 역방향으로 이동되면서 상기 연동유닛(70)을 역방향으로 일정거리 민다. 여기서, 상기 연동유닛(70)이 밀리는 일정거리는 상기 핀 작동장치(20)의 제2 핀(25)이 상기 가이드 레일(72)의 상기 연결구간(74)으로부터 상기 다른 이동구간(76b)에 진입되도록 하는 정도의 거리이다.
상기 제2 핀(25)이 상기 다른 이동구간(76b)에 진입된 후, 상기 연동유닛(70)의 회전에 의해 상기 제2 핀(25)이 상기 가이드 레일(72)의 다른 이동구간(76b)을 따라 이동하면, 상기 연동유닛(70)이 역방향으로 이동된다.
상기 제2 핀(25)이 상기 다른 이동구간(76b)에 진입된 후의 상기 연동유닛(70)의 역방향 이동에 의해 상기 연동유닛(70)은 상기 제1 캠 형성부(40)에 접촉되고, 상기 제1 캠 형성부(40)를 역방향으로 밀어서 이동시킨다.
한편, 상기 가이드 레일(72)의 형상에 따라 결정되는 상기 연동유닛(70)의 축방향 이동거리는 상기 가이드 레일(52)의 형상에 따라 결정되는 상기 하이 리프트 작동유닛(50)의 축방향 이동거리보다 길다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치의 구성도이다.
도 10에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)의 설명에서는 도 1 및 도 4 내지 도 9에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)와 동일한 구성요소의 반복적인 설명은 생략하기로 한다
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)는 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)와 비교하여 상기 캠 샤프트(100) 상에 적어도 하나 이상의 캠 형성부(80) 및 적어도 하나 이상의 연동유닛(70)이 더 구비된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)는 상기 캠 샤프트(100) 상에서 상기 제1 캠 형성부(40)와 상기 제2 캠 형성부(60)의 사이에 배치되는 제3 캠 형성부(80)을 더 포함한다.
상기 제3 캠 형성부(80)는 제5 로우 캠(81), 제5 하이 캠(82), 제6 로우 캠(88), 제6 하이 캠(89), 및 제3 연결부(85)를 포함한다.
여기서, 상기 제5 로우 캠(81), 제5 하이 캠(82), 제6 로우 캠(88), 제6 하이 캠(89), 및 제3 연결부(85)에 대한 설명은 상기 제1, 3 로우 캠(41, 61), 제1, 3 하이 캠(42, 62), 제2, 4 로우 캠(48, 68), 제2, 4 하이 캠(49, 69), 및 제1, 2 연결부(45, 65)에 대한 설명에 각각 대응되므로 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
도 10에는 3개의 실린더에 배치된 흡기밸브 또는 배기밸브를 작동시키는 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)가 도시되었다. 또한, 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)는 3개의 실린더와 다른 3개의 실린더가 'V'자로 배치된 6기통 엔진인 V6 엔진에 적용될 수 있다. 나아가, 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)는 같은 방식으로 상기 제1, 2, 3 캠 형성부(40, 60, 80) 및 상기 연동유닛(70)과 같은 구성요소가 더 구비됨으로써 직렬 4기통 이상의 엔진에서 4개 이상의 실린더에 배치되는 각 밸브를 작동시키도록 적용될 수 있다.
도 10에는 두 개의 연동유닛(70)이 도시되었다. 상기 두 개의 연동유닛(70) 중 어느 하나는 상기 제1 캠 형성부(40)와 상기 제3 캠 형성부(80)의 사이에 구비되고, 다른 하나는 상기 제3 캠 형성부(80)와 상기 제2 캠 형성부(60)의 사이에 구비된다. 또한, 상기 두 개의 연동유닛(70)은 각각 하나의 핀 작동장치(20)에 의해 작동된다.
본 발명의 다른 실시예에서 로우 리프트 또는 하이 리프트를 구현하도록 작동되는 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)의 작동은 상기 두 개의 연동유닛(70) 중 어느 하나의 연동유닛(70)에 의해 밀린 상기 제3 캠 형성부(80)가 다른 하나의 연동유닛(70)을 미는 작동이 추가될 뿐 본 발명의 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(1)의 작동과 동일하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)에 연동유닛(70) 및 핀 작동장치(20)가 기존의 연동유닛(70)과 기존의 캠 형성부(40, 60, 80) 중 어느 하나의 사이에 하나 더 배치되고, 상기 더 배치된 연동유닛(70)과 상기 기존의 연동유닛(70) 사이에 상기 제1 캠 형성부(40), 상기 제2 캠 형성부(60), 상기 제3 캠 형성부(80)와 같이 구성된 캠 형성부를 하나 더 추가하면, 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)가 직렬 4기통 엔진의 4개의 실린더에 배치된 밸브의 로우 리프트 또는 하이 리프트를 구현하도록 적용될 수 있다. 나아가, 3개 이상의 연동유닛(70) 및 4개 이상의 상기 캠 형성부가 배치되면, 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)는 직렬 5기통 이상의 엔진에서 5개 이상의 실린더에 배치되는 각 밸브를 작동시키도록 적용될 수 있다.
한편, 직렬 4기통 이상의 엔진에 적용된 상기 다단 가변 밸브 리프트 장치(2)도 2개의 솔레노이드(12, 14)만으로 작동 가능하다. 이러한 작동은 상기 하나의 캠 형성부의 축방향 이동에 의해 시작되고, 일방향으로 상기 연동유닛들(70) 및 상기 캠 형성부들이 번갈아서 순차적으로 이동됨에 따라 수행된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 핀 작동장치(20) 및 핀 작동장치(20)의 작동에 따라 캠 샤프트(100)의 축방향으로 운동하는 연동유닛(70)에 의해 간단한 구성을 가지면서도 효율적인 작동이 가능해질 수 있다. 또한, 서로 다른 실린더에 배치되는 캠 형성부(40, 60, 80)가 연동유닛(70)에 의해 단계적으로 작동됨으로써 구성요소들간의 간섭이 방지될 수 있다. 나아가, 솔레노이드(10)의 수가 최소화됨으로써 공간 활용도가 향상되고, 원가가 절감될 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.
1, 2: 다단 가변 밸브 리프트 장치
5: 밸브 개폐 장치
10: 솔레노이드 16, 18: 연결핀
20: 핀 작동장치 22: 힌지유닛
24: 제1 핀 25: 제2 핀
30: 로우 리프트 작동유닛 32, 52, 72: 가이드 레일
40, 60, 80: 캠 형성부 41, 48, 61, 68, 81, 88: 로우 캠
42, 49, 62, 69, 82, 89: 하이 캠 50: 하이 리프트 작동유닛
70: 연동유닛 100: 캠 샤프트

Claims (15)

  1. 엔진의 운전에 의해 회전하는 캠 샤프트;
    상기 캠 샤프트와 함께 회전하고 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동 가능하도록 상기 캠 샤프트의 외주면에 배치되며, 하이 캠 및 로우 캠이 형성된 적어도 2개 이상의 캠 형성부;
    상기 캠 형성부에 형성된 상기 하이 캠 또는 상기 로우 캠 중 어느 하나에 의해 작동되는 밸브 개폐 장치;
    상기 2개 이상의 캠 형성부 중 어느 하나와 함께 움직이도록 상기 캠 샤프트의 외주면에 배치되는 작동유닛;
    상기 작동유닛을 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 선택적으로 이동시키는 솔레노이드;
    상기 캠 샤프트와 함께 회전하고, 상기 캠 샤프트의 외주면에서 상기 캠 형성부 중 어느 하나와 상기 캠 형성부 중 다른 하나의 사이에 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동 가능하게 배치되는 연동유닛; 및
    상기 연동유닛을 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 선택적으로 이동시키는 핀 작동장치;
    를 포함하되,
    상기 캠 형성부 중 어느 하나가 축방향으로 움직임에 따라 상기 연동유닛이 축방향 이동되고, 상기 연동유닛이 축방향으로 움직임에 따라 상기 캠 형성부 중 다른 하나가 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 캠 형성부, 상기 연동유닛, 및 상기 다른 하나의 캠 형성부는 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 순차적으로 이동되도록 작동되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나의 캠 형성부와 상기 연동유닛의 사이 또는 상기 다른 하나의 캠 형성부와 상기 연동유닛의 사이 중 적어도 하나는 항상 이격되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연동유닛의 축방향 이동거리는 상기 캠 형성부의 이동거리보다 긴 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캠 형성부가 상기 캠 샤프트의 축방향으로 이동됨에 따라 상기 하이 캠 또는 상기 로우 캠 중 어느 하나에 의해 상기 밸브 개폐 장치가 작동됨으로써, 하이 리프트 또는 로우 리프트 중 하나가 선택되도록 밸브 리프트가 가변되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 작동유닛은,
    상기 캠 샤프트가 삽입되는 중공이 형성된 원통 형상인 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 작동유닛에는 홈이 외주를 따라 연장된 형상의 가이드 레일이 형성되고,
    상기 솔레노이드에는 상기 가이드 레일과 선택적으로 접촉되는 연결핀이 구비되며,
    상기 연결핀이 상기 가이드 레일에 접촉된 상태에서 상기 캠 샤프트가 회전됨에 따라 상기 가이드 레일은 상기 작동유닛의 상기 캠 샤프트 축방향 운동을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연동유닛은,
    상기 캠 샤프트가 삽입되는 중공이 형성된 원통 형상인 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연동유닛에는 홈이 외주를 따라 연장된 형상의 가이드 레일이 형성되고,
    상기 핀 작동장치에는 상기 가이드 레일과 선택적으로 접촉되는 핀이 구비되며,
    상기 핀이 상기 가이드 레일에 접촉된 상태에서 상기 캠 샤프트가 회전됨에 따라 상기 가이드 레일은 상기 연동유닛의 상기 캠 샤프트 축방향 운동을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 핀은 2개가 구비되며,
    상기 가이드 레일은,
    상기 연동유닛이 상기 2개의 핀 중 어느 하나에 의해 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 일방향으로 운동되고, 상기 2개의 핀 중 다른 하나에 의해 상기 캠 샤프트의 축방향을 따라 타방향으로 운동되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 핀 작동장치는,
    힌지축을 중심으로 힌지운동 하는 힌지유닛;
    상기 핀을 고정시키는 핀 고정유닛; 및
    상기 힌지유닛, 상기 핀 고정유닛, 및 상기 2개의 핀이 장착되는 하우징;
    을 더 포함하며,
    상기 2개의 핀 중 어느 하나가 원위치에 있을 때, 상기 2개의 핀 중 다른 하나는 상기 가이드 레일에 접촉되도록 상기 하우징으로부터 돌출되고,
    상기 돌출된 핀이 원위치되면 다른 하나의 핀이 상기 하우징으로부터 돌출되도록 상기 힌지유닛이 힌지운동 하는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 핀 고정유닛은 상기 2개의 핀 중 원위치된 핀을 고정시키는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 핀 고정유닛은 스프링에 의해 상기 원위치된 핀을 밀도록 작동되어 상기 원위치된 핀을 고정시키는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 작동유닛 및 상기 솔레노이드는 각각 2개씩 구비되며,
    상기 2개의 작동유닛의 사이에는 상기 캠 형성부와 상기 연동유닛이 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 2개 이상의 캠 형성부 중 이웃하는 2개의 캠 형성부 사이에 배치된 상기 연동유닛은 상기 이웃하는 2개의 캠 형성부 중 어느 하나에 의해 밀리고 다른 하나를 밀면서 상기 적어도 2개 이상의 캠 형성부를 단계적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 다단 가변 밸브 리프트 장치.
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