KR101534711B1 - 2단 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2단 가변 밸브 리프트 장치에 있어서 가변 밸브의 상태를 하이 리프트에서 로우 리프트로 전환 시 응답 성능을 개선하고 오일의 외부 유출을 차단함으로써 연비의 향상을 도모하기 위한 것으로, 적어도 하나 이상의 하이 캠과 로우 캠이 그 외주면에 형성되어 있는 캠축과, 상기 하이 캠에 구름 접촉하는 아우터 바디와, 상기 아우터 바디의 내측에 배치되며 상기 로우 캠에 구름 접촉하고 선택적으로 상기 아우터 바디에 작동적으로 결합되는 이너 암과, 상기 이너 암에 연결되고 상기 이너 암의 밸브 방향 상하 운동에 의하여 선택적으로 흡기구 또는 배기구를 개폐하는 밸브 장치를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치에 있어서, 상기 아우터 바디에 형성되어 있는 락핀 홀, 상기 이너 암의 내주면에 배치되고 상기 이너 암에 제1방향 이동 가능하도록 결합되며 유압에 의하여 상기 락핀 홀에 수용됨으로써 상기 이너 암과 아우터 바디를 작동적으로 결합시키는 락핀, 상기 이너 암 일측 내면에 형성되고 상기 락핀의 일측 외면에 가변적인 유압을 작용시켜 상기 락핀의 제1방향 왕복 운동을 발생시키는 오일 갤러리, 그리고 상기 유압에 대항하는 탄성력을 제공함으로써 상기 이너 암과 아우터 바디의 결합을 해제하도록 된 락핀 스프링을 포함하며, 상기 이너 암에는 외부로의 오일 유출을 위한 구멍이 없는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치가 개시된다.

Description

2단 가변 밸브 리프트 장치{TWO STEP VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

본 발명은 2단 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 밸브 리프트 변환 시 유량 및 응답 성능 개선을 위한 락핀(lock-pin) 및 이너 암(inner arm)의 구조에 관한 것이다.

내연기관은 연소실에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 발생시킨다. 공기를 흡입할 때에는 캠축의 구동에 의해 흡기밸브가 열리게 되고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입된다. 또한, 연소 발생 후 캠축의 구동에 의해 배기밸브가 열리게 되고 배기밸브가 열려있는 동안 연소 가스가 연소실에서 배출된다.

최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 조절된다. 적절한 리프트 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 엔진 회전속도의 변화에 따라 달라지기 때문이다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진 회전수에 따라연속적으로 적절한 리프트로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트 장치가 연구되고 있다.

2단 가변 밸브 리프트 장치는 일반적으로 밸브 리프트 크기에 따라 하이 리프트(high lift) 또는 로우 리프트(low lift) 상태로 작동한다. 일반적으로, 엔진 회전수가 높을 때 하이 리프트 상태로 작동하는데 엔진 회전수가 다시 낮아지면 로우 리프트 상태로 신속한 전환이 요구된다. 그렇지 않으면 연비에 부정적인 영향을 미치기 때문이다. 가변 밸브 리프트 장치에 있어서 연비 상승을 목적으로 하는 연구도 진행되고 있다.

대한민국 특허청 공개특허공보 [10-2012-0060054] 대한민국 특허청 공개특허공보 [10-2010-0064913]

해당 사항 없음

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 연비 저하의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 하이 리프트에서 로우 리프트로의 밸브리프트 작동 상태의 신속한 변환을 도모할 수 있는 락핀 및 이너 암의 구조를 제공하는 것이다.

또한 이너 암 외부로의 오일 유출을 최소화하거나 제거하여 오일 펌프의 유량 감소를 통한 부가적인 연비 이득을 제공하려는 목적을 가진다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 다음과 같은 구성요소들과 특징들을 포함한다.

하이 캠(high cam)과 로우 캠(low cam) 중 어느 하나에 구름 접촉하는 아우터 바디와, 상기 아우터 바디의 내측에 배치되며 상기 하이 캠과 상기 로우 캠 중 다른 하나에 구름 접촉하고 선택적으로 상기 아우터 바디에 작동적으로 결합되는 중공의 이너 암, 그리고 상기 하이 캠과 상기 로우 캠의 회전에 의해 선택적으로 흡기구 또는 배기구를 개폐하는 밸브 장치를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치에 있어서, 상기 아우터 바디에 형성되어 있는 락핀 홀, 상기 이너 암의 중공 부분에 배치되고 상기 이너 암에 제1방향 왕복 이동이 가능하도록 결합되며 일면에 작용하는 오일의 압력에 의하여 상기 락핀 홀에 수용됨으로써 상기 이너 암과 상기 아우터 바디를 작동적으로 결합시키고 상기 일면에 작용하는 오일의 압력이 해소될 시에는 스프링 복원력에 의해 초기 위치로 복귀하는 중공의 락핀, 상기 락핀에 형성되어 오일을 상기 락핀의 중공 부분으로 유입시킴으로써 유압을 해소시키는 관통 홀, 그리고 상기 유압에 의해 상기 락핀이 제1방향으로 이동 시, 상기 관통 홀과 선택적으로 연통되도록 상기 이너 암 내측에 오목하게 형성된 리세스 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의하면, 상기 이너 암에는 외부로의 오일 유출을 위한 구멍을 형성하지 않을 수 있다.

상기 리세스 구조는 상기 락핀이 상기 락핀 홀에 미치지 못하는 상태에서는 상기 관통 홀과 연통되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

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상기 관통 홀과 이에 대응하는 상기 리세스 구조는 복수의 동일한 개수로 구성될 수 있다.

상기 관통 홀은 단수 또는 복수 개로 형성되고, 상기 리세스 구조는 상기 이너 암의 내측 면을 따라 일체로서 오목하게 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 고속 주행 시의 하이 리프트 밸브 상태에서 저속 주행 시의 로우 리프트 밸브 상태로 전환 시 응답 성능이 뛰어나 신속한 변환이 이루어지므로 밸브리프트 전환 응답이 지연될 때 발생할 수 있는 연비 저하의 문제점이 해소된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 이너 암 외부로의 오일 유출이 없거나 최소화되는 구조를 가지므로 오일 펌프의 소요 동력 감소에 의한 연비 향상을 도모할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 2단 가변 밸브 리프트 장치의 작동 메커니즘을 나타낸 블록도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 2단 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.
도3은 도2의 I-I 선을 따른 단면도(로우 리프트 상태)이다.
도4는 도2의 I-I 선을 따른 단면도(하이 리프트 상태)이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 2단 가변 밸브 리프트 장치의 작동 메커니즘을 나타낸 블록도이다.

도1을 참조하면, 밸브(2) 장치는 이너 암(20)에 연결되어 있다. 오일 갤러리(80) 유압 상승에 의한 락핀(30)의 이동이 발생하지 않은 경우 이너 암(20)과 아우터 바디(10)는 연동하지 않고 개별적으로 움직인다. 따라서 로우 캠(5)은 이너 암(20)에 작용하여 흡기 또는 배기 밸브의 로우 리프트 모션을, 하이 캠(4)은 아우터 바디(10)에 작용하여 로스트 모션(하이 리프트)을 각각 발생시킨다. 여기서 로스트 모션이란 흡기 또는 배기 밸브에 영향을 미침이 없이 아우터 바디(10)만 움직임을 의미한다. 로스트 모션은 아우터 바디(10)와 이너 암(20)이 락핀(30)에 의해 체결되지 않는 경우 발생하며, 하이 캠(4)의 영향을 받으므로 하이 리프트 모션이다.
서두에서 밝힌 바와 같이 실시 예는 상기한 것으로 한정되지 않으며, 상기 로우 캠(5)과 상기 하이 캠(4)의 위치는 서로 뒤바뀔 수도 있고, 구조 변경 여하에 따라서는 로스트 모션이 이너 암(20)에 발생할 수도 있다. 이러한 구조 변경은 동일 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하므로 이하에서 자세한 설명은 생략된다.

오일 갤러리(80) 유압의 상승으로 이너 암(20) 내부에 수납되어 있던 락핀(30)이 이동하여 이너 암(20)과 아우터 바디(10)가 선택적, 작동적으로 결합하게 되면 도1의 점선에 개략적으로 표시한 바와 같이 아우터 바디(10)와 이너 암(20)이 연동하게 된다. 이 때에는 이너 암(20)과 체결된 아우터 바디(10)에 작용하는 하이 캠(4)의 영향이 이너 암(20)을 통해 밸브(2)에 미치게 되므로 흡기 또는 배기 밸브의 하이 리프트 모션이 발생하게 된다.

상기한 바를 요약하면, 밸브(2) 장치는 락핀(30)에 의해 아우터 바디(10)와 이너 암(20)이 연동하지 않는 경우에는 로우 리프트 상태로 작동하고 연동하는 경우에는 하이 리프트 상태로 작동한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 2단 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이며 도3은 도2의 I-I 선을 따른 단면도로서 로우 리프트 상태를 나타내고, 도4는 도2의 I-I 선을 따른 단면도로서 하이 리프트 상태를 나타낸다.

도2와 도3을 참조하면, 로우 리프트 상태에서는 오일 갤러리(80)의 압력이 낮아 락핀 스프링(70)이 원상태를 유지하고 락핀(30)이 이너 암(20) 내부에 수납되어 있다. 아우터 바디(10)와 이너 암(20)은 서로 체결 상태가 아니므로 개별적으로 운동하고 로우 캠(5)의 영향만이 이너 암(20)을 통해 밸브(2)에 작용함으로써 로우 리프트 상태가 유지될 것임을 알 수 있다.

도 3과 도4를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 2단 가변 밸브 리프트 장치의 구성요소들을 상세히 설명하면 다음과 같다.

아우터 바디(10)는 하이 캠(4)과 구름 접촉하며 로스트 모션 스프링(도시되지 않음)과 연결되어 있고, 하이 리프트 모션(도3과 도4에서 지면 위 방향)을 수행한다. 아우터 바디(10)에는 락핀 홀(40)이 형성되어 있다.

이너 암(20)은 로우 캠(5)과 구름 접촉하며 밸브(2)와 연결되어 있고, 락핀(30)에 의한 이너 암(20)과 아우터 바디(10)의 연결 여부에 따라 로우 리프트 모션(도3에서 지면 위 방향)과 하이 리프트 모션(도4에서 지면 위 방향)을 수행한다.

락핀(30)은 이너 암(20)의 내주면에 위치하고 제1방향 일측이 막혀 있으며 제1방향 타측이 개구된 중공 형상이고 제1방향으로 이동 가능하도록 결합된다. 유압에 의한 제1방향 이동으로 락핀 홀(40)에 수용됨으로써 이너 암(20)과 아우터 바디(10)를 작동적으로 결합시키는 역할을 한다.

락핀 홀(40)은 아우터 바디(10)에 형성된 공간으로서 락핀(30)을 수용하기 위한 것이다. 락핀(30)이 오일 갤러리(80)의 유압에 의해 제1방향으로 이동하여 락핀 홀(40)에 수용되면 하이 캠(4)에 의한 아우터 바디(10)의 하이 리프트 모션이 이너 암(20)에 작용(도4에서 지면 위 방향)하게 되어 이너 암(20)에 연결된 밸브(2)는 하이 리프트로 작동한다.

락핀 스프링(70)은 유압에 대항하는 탄성력을 제공하여 락핀(30)을 후퇴시킴으로써 하이 리프트 상태에서 이너 암(20)과 아우터 바디(10)의 작동적 결합을 해제하는 역할을 한다. 락핀 스프링(70)의 일측은 스프링 지지부(75)에 의해 지지되고 타측은 락핀(30) 일측 내면에 의해 지지된다.

오일 갤러리(80)는 이너 암(20) 일측 내면에 형성되고 락핀(30)의 일측 외면에 가변적인 유압을 작용시켜 락핀(30)의 제1방향 왕복 운동을 발생시킨다. 오일 갤러리(80)는 가변 오일 펌프(도시되지 않음)에 연결된다.

결합 핀(25)은 제2방향으로 이너 암(20), 락핀(30) 그리고 스프링 지지부(75)를 관통하여 이너 암(20)에 고정되는 결합용 부재로서 스프링 지지부(75)를 이너 암(20)에 결합시킨다.

가이드 홈(35)은 락핀(30)의 제2방향 일측과 타측에 제1방향으로 형성되어 결합 핀(25)이 관통할 수 있도록 된 홈이다. 따라서 락핀(30)은 결합 핀(25)이 제2방향으로 가로질러 있음에도 불구하고 가이드 홈(35)을 따라 제1방향으로 운동할 수 있다.

스프링 지지부(75)는 결합핀(25)에 의해 이너 암(20)에 고정되어 락핀 스프링(70)을 지지함으로써 락핀 스프링(70)이 락핀(30)에 대해 제1방향의 반대 방향 으로 탄성력을 가할 수 있도록 한다.

리세스 구조(50)는 유압에 의해 락핀(30)이 제1방향으로 이동 시 관통 홀(60)과 선택적으로 연통되도록 이너 암(20) 내측에 오목하게 형성된 홈 구조이다.

관통 홀(60)은 유압에 의한 락핀(30)의 제1방향 이동 시 리세스 구조(50)와 만나 연통되는 경우 락핀(30) 내측으로 오일을 유입시킴으로써 락핀(30)에 작용하는 유압을 해소하는 역할을 하기 위해 락핀(30)에 형성되는 구멍이다.

본 발명의 바람직한 실시예로서 도3과 도4에 나타낸 바에 따르면, 락핀(30)의 제2방향 일측과 타측에 각각 1개, 도합 2개의 관통 홀(60)이 형성되어 있고, 리세스 구조(50)는 상기 2개의 관통 홀(60)에 대응하여 2개가 형성되어 있다.

본 발명의 다른 실시예로서 리세스 구조(50)와 관통 홀(60)은 특정한 위치에 각각 1개씩만 존재할 수도 있으며, 관통 홀(60)은 락핀(30)의 내주면을 따라 2개 이상 형성되고 리세스 구조(50)도 이에 대응하여 적절한 위치에 같은 개수로 형성될 수 있다. 이는 이너 암(20)의 구조 또는 형상에 따라 달라질 것이다. 예를 들어 실린더 형상의 이너 암(20)이 구성되는 경우에는 단수 또는 복수의 관통 홀(60)과 이너 암(20)의 내측 원주면을 따라 일체로서 오목한 홈으로 형성되는 리세스 구조(50)로써 같은 목적을 달성할 수 있다.

도3과 도4를 참조하여 작동 과정을 구체적으로 설명하면, 로우 리프트 상태에서 하이 리프트 상태로 전환하기 위해 가변 오일 펌프(도시되지 않음)의 압력이 상승하면 이에 따라 오일 갤러리(80)의 유압이 상승하므로 락핀 스프링(70)이 가압되면서 락핀(30)이 락핀 홀(40) 쪽으로 이동하게 된다. 락핀(30)이 아우터 바디(10)의 락핀 홀(40)에 수용되면 아우터 바디(10)와 이너 암(20)은 제3방향(지면 위 방향)으로 서로 체결 상태가 되므로 제3방향, 즉 밸브 방향으로 연동한다. 따라서 하이 캠(4)의 운동이 아우터 바디(10)를 통해 락핀(30)에 의해 연동하는 이너 암(20)에 작용함으로써 밸브(2)가 하이 리프트 상태로 작동한다(도4).

하이 리프트 상태에서 락핀(30)의 관통 홀(60)이 리세스 구조(50)와 연통하게 되면 오일 갤러리(80)의 유압에 의해 오일이 리세스 구조(50)와 관통 홀(60)을 연속적으로 통과하여 락핀(30) 내측으로 유입된다. 오일은 락핀(30) 내측 압력과 락핀 스프링(70)의 탄성력에 의한 압력의 합이 락핀(30) 외측 압력과 동일해질 때까지 유입되어 고압 상태가 된다. 이 후 락핀 스프링(70)의 탄성력과 락핀(30) 내측 오일 압력이 동시에 락핀(30) 이동방향의 반대방향으로 작용하게 되면 락핀(30)은 이너 암(20) 내부로 신속히 후퇴함으로써 로우 리프트 상태로 복귀한다. 이 때 락핀(30) 내측의 부피는 하이 리프트 시 압축되었다가 로우 리프트로 전환 시 확장되므로 도3의 저압 상태로 복귀하게 된다.

오일 갤러리(80)의 압력이 다시 상승하여 락핀(30)의 내외측 압력차가 다시 발생하면 락핀(30)은 락핀 홀(40)에 수용되고 다시 하이 리프트 상태가 되며, 리세스 구조(50)와 관통 홀(60)이 연통된 후에는 상기 락핀 스프링(70)의 탄성력과 락핀(30) 내측의 높아진 압력에 의한 로우 리프트 상태로의 복귀가 번갈아 일어난다.

로우 리프트 상태에서 오일 갤러리(80)의 유압 상승에 의해 락핀(30)이 제1방향으로 완전하게 이동되어야 하이 리프트 상태가 되므로, 이너 암(20) 내면에 형성되는 리세스 구조(50)는 로우 리프트 상태일 때에는 관통 홀(60)과 연통되어서는 안 된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 리세스 구조(50)는 상기 락핀(30)이 상기 락핀 홀(40)에 미치지 못하는 상태에서는 상기 관통 홀(60)과 연통되지 않는다. 하이 리프트 상태로 전환되기 직전 또는 직후 연통되어야 목적하는 바를 달성할 수 있다.

이와 같이 리세스 구조(50)와 락핀(30)의 관통 홀(60)이 연통함에 따라 락핀(30) 내측으로 오일 갤러리(80)의 오일이 유입됨으로써 락핀(30) 내외측 압력이 빠르게 변화하게 되므로 락핀(30)의 후퇴에 의한 로우 리프트 상태로의 전환이 신속해진다.

또 하나의 중요한 구조적 차이점으로서, 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 하이 리프트에서 로우 리프트로의 전환 시 강제적으로 이너 암(20) 외부로 오일을 배출하는 구조를 가지지 않는다. 즉, 이너 암(20)에는 이너 암(20) 외부로 오일을 배출하기 위한 구멍이 존재하지 않는다. 따라서 가변 오일 펌프(도시되지 않음)의 소요 동력 감소에 의한 연비 향상을 도모할 수 있다. 이너 암(20) 외부로 오일을 강제적으로 배출하게 되면 그 만큼 오일을 보충해야 하고 이를 위해 가변 오일 펌프에 추가적인 동력이 필요한데, 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에서는 오일의 추가 공급이 필요하지 않거나 최소화 되기 때문이다.

이로써 하이 리프트 상태에서 로우 리프트 상태로의 전환 응답 성능을 향상시키면서 동시에 연비 개선 이득을 얻을 수 있는 구조를 실현할 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: 가변 밸브 리프트 장치 2: 밸브
3: 캠축 4: 하이캠
5: 로우캠 10: 아우터 바디
20: 이너 암 25: 결합 핀
30: 락핀 35: 가이드 홈
40: 락핀 홀 50: 리세스 구조
60: 관통 홀 70: 락핀 스프링
75: 스프링 지지부 80: 오일 갤러리

Claims (8)

1. 로우 캠과 하이 캠 중 어느 하나에 구름 접촉하는 아우터 바디와, 상기 아우터 바디의 내측에 배치되며 상기 로우 캠과 상기 하이 캠 중 다른 하나에 구름 접촉하고 선택적으로 상기 아우터 바디에 작동적으로 결합되는 중공의 이너 암, 그리고 상기 하이 캠과 상기 로우 캠의 회전에 의해 선택적으로 흡기구 또는 배기구를 개폐하는 밸브 장치를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치에 있어서,
   상기 아우터 바디에 형성되어 있는 락핀 홀;
   상기 이너 암의 중공 부분에 배치되고, 상기 이너 암에 제1방향 왕복 이동이 가능하도록 결합되며, 일면에 작용하는 오일의 압력에 의하여 상기 락핀 홀에 수용됨으로써 상기 이너 암과 아우터 바디를 작동적으로 결합시키고, 상기 일면에 작용하는 오일의 압력이 해소될 시에는 스프링 복원력에 의해 초기 위치로 복귀하는 중공의 락핀;
   상기 락핀에 형성되어 오일을 상기 락핀의 중공 부분으로 유입시킴으로써 유압을 해소시키는 관통 홀; 그리고
   상기 유압에 의해 상기 락핀이 제1방향으로 이동 시, 상기 관통 홀과 선택적으로 연통되도록 상기 이너 암 내측에 오목하게 형성된 리세스(recess) 구조;
   를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 리세스 구조는 상기 락핀이 상기 락핀 홀에 미치지 못하는 상태에서는 상기 관통 홀과 연통되지 않는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 관통 홀과 이에 대응하는 상기 리세스 구조는 복수의 동일한 개수인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 관통 홀은 단수 또는 복수 개로 형성되고, 상기 리세스 구조는 상기 이너 암의 내측 면을 따라 일체로서 오목하게 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.

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