KR101619251B1 - Cda 구현이 가능한 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CDA 구현이 가능한 엔진에 관한 것으로, 복수 개의 실린더; 상기 복수 개의 실린더 중 적어도 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브의 롱 듀레이션 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하는 가변 밸브 듀레이션 장치; 상기 복수 개의 실린더 중 적어도 다른 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브와 배기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하는 CDA 장치; 및 엔진의 작동 상태에 따라 상기 가변 밸브 듀레이션 장치와 상기 CDA 장치의 작동을 제어하는 제어기;를 포함하되, 상기 제어기는 상기 CDA 장치가 상기 CDA 모드로 작동될 때, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치는 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어된다.

Description

CDA 구현이 가능한 엔진{ENGINE PRACTICABLE CDA}
본 발명은 CDA 구현이 가능한 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CDA 운전 영역이 확장된 엔진에 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.
최근 이러한 자동차 엔진의 연비를 향상시키고자 CDA(Cylinder Deactivation)를 적용하려는 연구가 진행되고 있다.
CDA 모드를 구현하기 위해서는 흡기/배기밸브를 휴지 시켜(VDA, Valve Deactivation) 펌핑 손실을 최소화할 수 있다.
일반적으로 CDA 모드가 구현될 때, 일부 실린더의 흡기 밸브 또는 흡기밸브와 배기 밸브가 휴지(deactivated) 되고, 다른 실린더의 흡기/배기 밸브는 작동(activated) 된다.
도15는 일반적인 CDA 구현이 가능한 엔진의 작동 모드 변환시의 밸브 프로파일을 도시한 그래프로, 휴지(deactivated) 되지 않는 실린더의 흡기/배기 밸브의 프로파일을 나타낸다.
도면에서, K는 배기 밸브의 프로파일을 나타내고, M은 일반적인 작동시의 흡기 밸브의 밸브 프로파일을 나타내며, X는 상사점을 Y는 하사점을 나타낸다.
엔진 부하가 저부하로부터 고부하로 변경되면 일반적인 작동 모드에서 CDA 모드로 그 작동 모드가 변환되고, 흡입 공기량을 증대하기 위해서는 흡기 밸브 닫힘 시기가 하사점 가까이 이동하여, 흡기 밸브 프로파일이 M에서 L로 이동하게 된다.
이 경우 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열리는 밸브 오버랩 구간이 증가하여 연소실 내에 내부 EGR 가스량이 증가하고, 연소실 온도 증가에 의한 노킹 발생 가능성이 증가하여 엔진 연비가 감소한다.
이러한 현상으로 인해, 일부 기통을 휴지(deactivated)하는 영역이 한정되는 문제가 있다.
본 발명은, CDA 운전 영역이 확장된 CDA 구현이 가능한 엔진을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 따른 CDA 구현이 가능한 엔진은 복수 개의 실린더; 상기 복수 개의 실린더 중 적어도 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브의 롱 듀레이션 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하는 가변 밸브 듀레이션 장치; 상기 복수 개의 실린더 중 적어도 다른 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브와 배기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하는 CDA 장치; 및 엔진의 작동 상태에 따라 상기 가변 밸브 듀레이션 장치와 상기 CDA 장치의 작동을 제어하는 제어기;를 포함하되, 상기 제어기는 상기 CDA 장치가 상기 CDA 모드로 작동될 때, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치가 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어할 수 있다.
상기 엔진은 순차적으로 제1, 제2, 제3, 제4 실린더를 포함하는 엔진이고, 상기 CDA 장치는 상기 제2, 제3 실린더 또는 상기 제1, 제4 실린더에 구비되며, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 제1, 제4 실린더 또는 상기 제2, 제3 실린더에 구비 될 수 있다.
상기 엔진은 상기 각 실린더의 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 가변시키는 가변 밸브 타이밍 기구를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 밸브 타이밍 기구의 작동을 제어하되, 상기 제어기는 상기 엔진의 작동 상태가 설정된 제1 고부하 상태에서 설정된 저부하 상태로 변경되면, 상기 CDA 장치를 상기 CDA 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치를 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 타이밍 기구를 진각시킬 수 잇다.
상기 제어기는 상기 엔진의 작동 상태가 설정된 상기 저부하 상태에서 설정된 제2 고부하 상태로 변경되면, 상기 가변 밸브 타이밍 기구를 지각시킬 수 있다.
상기 제어기는 상기 엔진의 작동 상태가 설정된 제3 고부하 상태로 변경되면, 상기 CDA 장치를 상기 일반 작동 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치를 롱 듀레이션 모드로 작동하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 따른 CDA 구현이 가능한 엔진은 복수 개의 실린더; 흡기 캠 샤프트; 상기 복수 개의 실린더 중 어느 하나의 실린더의 흡기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하고, 상기 실린더의 이웃한 실린더의 흡기 밸브의 롱 듀레이션 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하도록 상기 흡기 캠 샤프트에 구비된 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치; 및 엔진의 작동 상태에 따라 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 엔진은 상기 각 실린더의 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 가변시키는 가변 밸브 타이밍 기구를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 밸브 타이밍 기구의 작동을 제어하되, 상기 제어기는 상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치가 상기 CDA 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하도록 작동되고 있는 상태에서, 엔진의 작동 상태가 설정된 고부하 상태로 변경되면, 상기 흡기 CDA/가변 밸브 타이밍 기구를 작동시켜 흡기 밸브의 타이밍을 지각시킬 수 있다.
상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 흡기 캠 샤프트 상에서, 그 축방향으로 이동 가능하며, 상기 흡기 캠 샤프트와 함께 회전하고, 그 일측에 제1 롱 듀레이션 캠 및 제1 숏 듀레이션 캠이 형성되고, 그 타측에 제1 일반 캠 및 제1 CDA 캠이 형성된 제1 캠 유닛; 상기 제1 캠 유닛을 제1 방향으로 선택적으로 이동시키는 제1 솔레노이드; 상기 흡기 캠 샤프트 상에서, 그 축방향으로 이동 가능하며, 상기 흡기 캠 샤프트와 함께 회전하고, 그 일측에 제2 일반 캠 및 제2 CDA 캠이 형성되고, 그 타측에 제2 롱 듀레이션 캠 및 제2 숏 듀레이션 캠이 형성된 제2 캠 유닛; 상기 제2 캠 유닛을 제2 방향으로 선택적으로 이동시키는 제2 솔레노이드; 및 상기 제1, 2 캠 유닛 사이에 배치되어 제1 캠 유닛 또는 상기 제2 캠 유닛의 이동에 의해 이동하여 상기 제2 캠 유닛 또는 상기 제1 캠 유닛을 미는 연동 유닛;을 포함하고, 상기 제어기는 상기 엔진의 작동 상태에 따라 상기 제1 솔레노이드 또는 상기 제2 솔레노이드의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제1, 2 롱 듀레이션 캠, 제1, 2 숏 듀레이션 캠, 제1, 2 일반 캠, 제1, 2 CDA 캠은 상기 1 숏 듀레이션 캠, 상기 제1 롱 듀레이션 캠, 상기 제1 CDA 캠, 상기 제1 일반 캠, 상기 제2 CDA 캠, 상기 제2 일반 캠, 상기 제2 숏 듀레이션 캠 및 상기 제2 롱 듀레이션 캠 순서로 배치될 수 있다.
상기 제1 캠 유닛에는 상기 제1 솔레노이드의 작동 로드가 선택적으로 삽입되어 상기 제1 캠 유닛을 제1 방향으로 미는 제1 안내 그루부가 형성되고, 상기 제2 캠 유닛에는 상기 제2 솔레노이드의 작동 로드가 선택적으로 삽입되어 상기 제2 캠 유닛을 제2 방향으로 미는 제2 안내 그루부가 형성될 수 있다.
상기 연동 유닛은 선택적으로 돌출되는 제1, 2 작동 핀을 포함하는 작동 유닛; 및 상기 제1, 2 작동 핀이 선택적으로 삽입되는 제1, 2 이동 그루부가 형성된 이동 바디;를 포함할 수 있다.
상기 제1 작동 핀이 돌출된 상태에서 상기 제1 캠 유닛이 상기 이동 바디를 밀면, 상기 제1 작동 핀이 상기 제1 이동 그루부에 삽입되어, 상기 이동 바디가 이동하여 상기 제2 캠 유닛을 밀 수 있다.
상기 제2 작동 핀이 돌출된 상태에서 상기 제2 캠 유닛이 상기 이동 바디를 밀면, 상기 제2 작동 핀이 상기 제2 이동 그루부에 삽입되어, 상기 이동 바디가 이동하여 상기 제1 캠 유닛을 밀 수 있다.
상기 작동 유닛은 상기 제1, 2 작동 핀이 장착된 작동 유닛 하우징; 및 상기 작동 유닛 하우징에 힌지 결합되며, 그 양단이 상기 제1, 2 작동 핀과 접촉되어, 상기 제1, 2 작동 핀 중 어느 하나가 돌출되도록 하는 중간 핀;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 2 캠 유닛에는 각각 제1, 2 스타퍼 그루부가 형성되고, 상기 엔진은 상기 스타퍼 그루부에 선택적으로 삽입되어 상기 1, 2 캠 유닛이 작동 모드 변경 후에 상기 캠 샤프트 축 방향으로 이동하지 않도록 하는 스타퍼 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 스타퍼 유닛은 상기 제1, 2 스타퍼 그루부에 선택적으로 삽입되는 스타퍼 바디; 및 상기 스타퍼 바디를 탄성 지지하는 스타퍼 스프링;을 포함할 수 있다.
상기 엔진은 제1, 제2, 제3, 제4 실린더가 순차적으로 형성된 엔진이고, 상기 제1 캠 유닛의 제1 롱 듀레이션 캠 및 제1 숏 듀레이션 캠은 상기 제1실린더에 배치되고, 상기 제1 일반 캠 및 제1 CDA 캠이 상기 제2 실린더에 배치되고, 상기 제2 일반 캠 및 제2 CDA 캠이 상기 제3 실린더에 배치되고, 상기 제2 롱 듀레이션 캠 및 제2 숏 듀레이션 캠이 상기 제4 실린더에 배치될 수 있다.
상기 엔진은 배기 캠 샤프트; 및 상기 제2, 3 실린더의 배기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하고, 상기 제1, 4 실린더의 배기 밸브를 개폐하는 배기 CDA 장치;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 CDA 구현이 가능한 엔진에 의하면, 일반적인 CDA 구현이 가능한 엔진에 비해 CDA 작동 영역이 확장될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 밸브 프로파일을 도시한 그래프이다.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 밸브 프로파일의 변화를 나타낸 그래프이다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 운전 영역을 도시한 그래프이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치를 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 블록도이다.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치의 안내 그루부를 도시한 단면도이다.
도8 내지 도13은 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도14는 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 배기 CDA 장치를 나타낸 도면이다.
도15는 일반적인 CDA 구현이 가능한 엔진의 작동 모드 변환시의 밸브 프로파일을 도시한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진을 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 따른 CDA 구현이 가능한 엔진(10)은 복수 개의 실린더(#1, #2, #3, #4), 상기 복수 개의 실린더(#1, #2, #3, #4), 중 적어도 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브의 롱 듀레이션 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하는 가변 밸브 듀레이션 장치(22), 상기 복수 개(#1, #2, #3, #4), 의 실린더 중 적어도 다른 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브와 배기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하는 CDA 장치(40) 및 엔진(10)의 작동 상태에 따라 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)와 상기 CDA 장치(40)의 작동을 제어하는 제어기(60)를 포함한다.
상기 엔진(10)에는 흡기 캠 샤프트(20)와 배기 캠 샤프트(30)가 장착되고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)는 상기 복수 개의 실린더(#1, #2, #3, #4) 중 일부의 흡기 밸브의 듀레이션을 가변하도록 장착되고, 상기 CDA 장치(40)는 각각 흡기 밸브와 배기 밸브의 개폐를 가변하도록 2개의 장치(24, 34)가 흡기 캠 샤프트(20)와 배기 캠 샤프트(30)에 각각 장착된다.
도면에서는 4개의 실린더(#1, #2, #3, #4)가 도시되어 있으나, 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진은 이에 한정되는 것은 아니고, 일부의 실린더를 휴지(deactivated) 시키고, 다른 실린더는 작동(activated) 되는 다양한 엔진에 적용 가능하다.
상기 엔진(10)은 상기 각 실린더(#1, #2, #3, #4)의 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 가변시키는 가변 밸브 타이밍 기구(50)를 더 포함한다.
상기 제어기(60)는 상기 CDA 장치(40)가 상기 CDA 모드로 작동될 때, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)는 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어할 수 있다.
상기 CDA 장치(40)와 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)의 작동 모드는 연동되어 변경될 수 있다. 즉, 상기 CDA 장치(40)가 일반모드에서 CDA 모드로 변환되면, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)의 작동 모드도 하이 리프트 모드에서 로우 리프트 모드 또는 롱 듀레이션 모드에서 숏 듀레이션 모드로 변동된다.
상기 엔진(10)은 순차적으로 제1, 제2, 제3, 제4 실린더(#1, #2, #3, #4)를 포함하는 엔진이고, 상기 CDA 장치(40)는 상기 제2, 제3 실린더(#2, #3) 또는 상기 제1, 제4 실린더(#1, #4)에 구비되며, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)는 상기 제1, 제4 실린더(#1, #4) 또는 상기 제2, 제3 실린더(#2, #3)에 구비 될 수 있다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 CDA 장치(40)가 상기 제2, 제3 실린더(#2, #3)에 구비되고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)는 상기 제1, 제4 실린더(#1, #4)에 구비될 수 있다.
또는 상기 CDA 장치(40)는 상기 제1, 제4 실린더(#1, #4)에 구비되며, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)는 상기 제2, 제3 실린더(#2, #3)에 구비 될 수도 있다.
이하에서, 이해의 편의를 위하여 상기 CDA 장치(40)는 상기 제2, 제3 실린더(#2, #3)에 구비되고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)는 상기 제1, 제4 실린더(#1, #4)에 구비된 것으로 설명한다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 밸브 프로파일을 도시한 그래프이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 도2의 (a)에 도시된 그래프는 휴지가 가능한 실린더, 예를 들어, 제2, 제3 실린더(#2, #3)의 밸브 프로파일을 나타낸다.
도면의 A는 제2, 제3 실린더(#2, #3)의 휴지(deactivated) 시의 배기 밸브의 프로파일을 나타내고, B는 제2, 제3 실린더(#2, #3)의 휴지 시의 흡기 프로파일을 나타내며, C는 제2, 제3 실린더(#2, #3)의 일반 작동 모드의 배기 밸브의 프로파일을 나타내고, D는 일반 작동 모드의 흡기 밸브의 프로파일을 나타낸다.
도2의 (b)에 도시된 그래프는 휴지가 되지 않는 실린더, 예를 들어, 제1, 제4 실린더(#1, #4)의 밸브 프로파일을 나타낸다.
도면의 E는 제1, 제4 실린더(#1, #4)의 배기 밸브의 프로파일을 나타내고, G는 제1, 제4 실린더(#1, #4)의 롱 듀레이션시의 흡기 밸브의 프로파일을 나타내고, F는 제1, 제4 실린더(#1, #4)의 숏 듀레이션시의 흡기 밸브의 프로파일을 나타낸다.
도3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 밸브 프로파일의 변화를 나타낸 그래프이고, 도4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 운전 영역을 도시한 그래프이다.
도1 내지 도4를 참조하면, 상기 제어기(60)는 상기 엔진(10)의 작동 상태가 설정된 제1 고부하 상태에서 설정된 저부하 상태로 변경되면, 상기 CDA 장치(40)를 상기 CDA 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)를 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어한다.
여기서, 설정된 제1 고부하 상태는 도4의 N 영역 및 O 영역일 수 있고, 상기 저부하 상태는 P영역일 수 있다.
그러면, 도2에 도시된 바와 같이, 제1, 제4 실린더(#1, #4)의 흡입 공기량을 증대하면서도 밸브 오버랩 구간의 상대적인 증가를 억제할 수 있어 EGR 가스의 상대적인 증가가 억제되고 연비 개선이 가능하다.
이때, 상기 제어기(60)는 상기 가변 밸브 타이밍 기구(50)의 작동을 제어하여 흡기 밸브의 타이밍을 진각시켜 흡기 유입량을 증대 시킬 수도 있다.
상기 제어기(60)는 상기 엔진(10)의 작동 상태가 설정된 상기 저부하 상태에서 설정된 제2 고부하 상태로 변경되면, 상기 가변 밸브 타이밍 기구(50)를 지각시킬 수 있다.
상기 엔진(10)의 작동 상태가 설정된 상기 저부하 상태, 즉 P영역에서, 설정된 제2 고부하 상태, 예를 들어 즉 O영역으로 변경되면, 도3 에 도시된 바와 같이, 상기 CDA 장치(40)를 상기 CDA 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)를 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어한 상태에서, 상기 가변 밸브 타이밍 기구(50)를 지각시킬 수 있다. 예를 들어, 제1, 제4 실린더(#1, #4)의 흡입 밸브의 닫힘 시기를 하사점(Y) 인근으로 지각시킬 수 있어 흡입 공기량을 더욱 증대 시킬 수 있다.
상기 제어기(60)는 상기 엔진(10)의 작동 상태가 설정된 제3 고부하 상태, 예를 들어, N영역으로 변경되면, 상기 CDA 장치(40)를 상기 일반 작동 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치(22)를 롱 듀레이션 모드로 작동하도록 제어한다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진(10)은 CDA 작동 모드에서 휴지 되지 않는 실린더의 흡기 밸브의 프로파일을 숏 듀레이션으로 제어하여 밸브 오버랩 구간을 상대적으로 줄여 연비 개선이 가능하다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진(10)은 CDA 작동 영역을 상대적으로 확장할 수 있어 연비 개선이 가능하다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치를 도시한 도면이고, 도6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진의 블록도이고, 도7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치의 안내 그루부를 도시한 단면도이다.
도5 내지 도7을 참조하면, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 따른 CDA 구현이 가능한 엔진은 복수 개의 실린더, 흡기 캠 샤프트(110), 상기 복수 개의 실린더 중 어느 하나의 실린더의 흡기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하고, 상기 실린더의 이웃한 실린더의 흡기 밸브의 롱 듀레이션 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하도록 상기 흡기 캠 샤프트에 구비된 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100) 및 엔진의 작동 상태에 따라 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100)의 작동을 제어하는 제어기(102)를 포함한다.
상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100)는 상기 흡기 캠 샤프트(110) 상에서, 그 축방향으로 이동 가능하며, 상기 흡기 캠 샤프트(110)와 함께 회전하고, 그 일측에 제1 롱 듀레이션 캠(134) 및 제1 숏 듀레이션 캠(132)이 형성되고, 그 타측에 제1 일반 캠(138) 및 제1 CDA 캠(136)이 형성된 제1 캠 유닛(130), 상기 제1 캠 유닛(130)을 제1 방향, 예를 들어 도면의 우측 방향으로 선택적으로 이동시키는 제1 솔레노이드(120), 상기 흡기 캠 샤프트(110) 상에서, 그 축방향으로 이동 가능하며, 상기 흡기 캠 샤프트(110)와 함께 회전하고, 그 일측에 제2 일반 캠(174) 및 제2 CDA 캠(172)이 형성되고, 그 타측에 제2 롱 듀레이션 캠(178) 및 제2 숏 듀레이션 캠(176)이 형성된 제2 캠 유닛(170), 상기 제2 캠 유닛(170)을 제2 방향, 예를 들어 도면의 좌측 방향으로 선택적으로 이동시키는 제2 솔레노이드(124) 및 상기 제1, 2 캠 유닛(130, 170) 사이에 배치되어 제1 캠 유닛(130) 또는 상기 제2 캠 유닛(170)의 이동에 의해 이동하여 상기 제2 캠 유닛(170) 또는 상기 제1 캠 유닛(130)을 미는 연동 유닛을 포함하고, 상기 제어기(102)는 상기 엔진의 작동 상태에 따라 상기 제1 솔레노이드(120) 또는 상기 제2 솔레노이드(124)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제1, 2 롱 듀레이션 캠(134, 178), 제1, 2 숏 듀레이션 캠(132, 176), 제1, 2 일반 캠(138, 174), 제1, 2 CDA 캠(136, 172)은 상기 1 숏 듀레이션 캠(132), 상기 제1 롱 듀레이션 캠(134), 상기 제1 CDA 캠(136), 상기 제1 일반 캠(138), 상기 제2 CDA 캠(172), 상기 제2 일반 캠(174), 상기 제2 숏 듀레이션 캠(176) 및 상기 제2 롱 듀레이션 캠(178) 순서로 배치될 수 있다.
상기 제1 캠 유닛(130)에는 상기 제1 솔레노이드(120)의 작동 로드(122)가 선택적으로 삽입되어 상기 제1 캠 유닛(130)을 제1 방향으로 미는 제1 안내 그루부(131)가 형성되고, 상기 제2 캠 유닛(170)에는 상기 제2 솔레노이드(124)의 작동 로드(126)가 선택적으로 삽입되어 상기 제2 캠 유닛(170)을 제2 방향으로 미는 제2 안내 그루부(171)가 형성된다.
상기 연동 유닛은 선택적으로 돌출되는 제1, 2 작동 핀(152, 154)을 포함하는 작동 유닛(150) 및 상기 제1, 2 작동 핀(152, 154)이 선택적으로 삽입되는 제1, 2 이동 그루부(142, 144)가 형성된 이동 바디(140)를 포함한다.
상기 제1 작동 핀(152)이 돌출된 상태에서 상기 제1 캠 유닛(130)이 상기 이동 바디(140)를 밀면, 상기 제1 작동 핀(152)이 상기 제1 이동 그루부(142)에 삽입되어, 상기 이동 바디(140)가 이동하여 상기 제2 캠 유닛(170)을 밀 수 있다.
상기 제2 작동 핀(154)이 돌출된 상태에서 상기 제2 캠 유닛(170)이 상기 이동 바디(140)를 밀면, 상기 제2 작동 핀(154)이 상기 제2 이동 그루부(144)에 삽입되어, 상기 이동 바디(140)가 이동하여 상기 제1 캠 유닛(130)을 밀 수 있다.
상기 작동 유닛(150)은 상기 제1, 2 작동 핀(152, 154)이 장착된 작동 유닛 하우징(150) 및 상기 작동 유닛 하우징(150)에 힌지 핀(159)을 통해 힌지 결합되며, 그 양단이 상기 제1, 2 작동 핀(152, 154)과 접촉되어, 상기 제1, 2 작동 핀(152, 154) 중 어느 하나가 돌출되도록 하는 중간 핀(156)을 더 포함한다.
상기 제1, 2 작동 핀(152, 154) 사이에는 스타퍼 볼(157)과 볼 스프링(158)이 구비되어 상기 제1, 2 작동 핀(152, 154)의 이동을 제한할 수 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 안내 그루부(131)의 일단은 상기 제1 솔레노이드(120)의 작동 로드(122)가 원위치로 복귀하도록 나선형으로 형성된다. 즉, 상기 제1 캠 유닛(130)이 회전하는 상태에서, 상기 제1 솔레노이드(120)의 작동 로드(122)가 돌출되어 상기 제1 안내 그루부(131)에 삽입되면, 상기 제1 캠 유닛(130)이 이동하고, 상기 제1 안내 그루부(131)의 형상에 의해 상기 제1 솔레노이드(120)의 작동 로드(122)가 원위치로 복귀하게 된다.
상기 제2 안내 그루부(171), 제1, 2 이동 그루부(142, 144)의 형상도 마찬가지로 나선형으로 형성되어, 상기 제2 솔레노이드 작동 로드(126), 제1 작동 핀(152) 및 제2 작동 핀(154)에 의해 각각 상기 제1 캠 유닛(130) 및 상기 이동 바디(140)의 이동 후에, 상기 제2 솔레노이드 작동 로드(126), 제1 작동 핀(152) 및 제2 작동 핀(154)가 원위치로 복귀할 수 있다.
제1, 2 캠 유닛(130, 170)에는 각각 제1, 2 스타퍼 그루부(186, 188), (196, 198)가 각각 형성되고, 상기 엔진은 상기 스타퍼 그루부(186, 188), (196, 198) 에 선택적으로 삽입되어 상기 1, 2 캠 유닛(130, 170)이 작동 모드 변경 후에 상기 캠 샤프트 축(110) 방향으로 이동하지 않도록 하는 스타퍼 유닛(180, 190)을 더 포함한다.
상기 스타퍼 유닛(180, 190)은 상기 제1, 2 스타퍼 그루부(186, 188), (196, 198)에 선택적으로 삽입되는 스타퍼 바디(182, 192) 및 상기 스타퍼 바디(182, 192)를 탄성 지지하는 스타퍼 스프링(184, 194)을 포함한다.
상기 엔진은 제1, 제2, 제3, 제4 실린더가 순차적으로 형성된 엔진이고, 상기 제1 캠 유닛(130)의 제1 롱 듀레이션 캠(134) 및 제1 숏 듀레이션 캠(132)은 상기 제1실린더에 배치되고, 상기 제1 일반 캠(138) 및 제1 CDA 캠(136)이 상기 제2 실린더에 배치되고, 상기 제2 일반 캠(174) 및 제2 CDA 캠(172)이 상기 제3 실린더에 배치되고, 상기 제2 롱 듀레이션 캠(178) 및 제2 숏 듀레이션 캠(176)이 상기 제4 실린더에 배치될 수 있다.
도5에는 각 실린더가 도시되지 않았으나, 제1 롱 듀레이션 캠(134) 또는 제1 숏 듀레이션 캠(132)에 선택적으로 접촉하는 제1 밸브 개폐부(210)는 제1 실린더에 배치되고, 상기 제1 일반 캠(138) 또는 제1 CDA 캠(136)에 접촉하는 제2 밸브 개폐부(220)는 제2 실린더에 배치되고, 상기 제2 일반 캠(174) 또는 제2 CDA 캠(172)에 접촉하는 제3 밸브 개폐부(230)는 제3 실린더에 배치되고, 상기 제2 롱 듀레이션 캠(178) 또는 제2 숏 듀레이션 캠(176)에 접촉하는 제4 밸브 개폐부(230)는 제4 실린더에 배치된다.
상기 엔진은 상기 각 실린더의 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 가변시키는 가변 밸브 타이밍 기구(200)를 더 포함한다.
도8 내지 도13은 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
이하, 도5 내지 도13을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명한다.
도5에서, 상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100)는 일반/롱 듀레이션 모드로 작동하고 있고, 예를 들어 엔진의 작동 상태는 도4의 N 영역일 수 있다.
작동 상태 검출 센서(104)의 검출 신호에 따라 차량의 작동 상태가 저부하 조건, 예를 들어 차량의 작동 상태가 도4의 O 영역으로 변경되면, 상기 제어기(102)는 상기 제1, 2 솔레노이드(120, 124)의 작동을 제어하여 상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100)의 작동 모드를 CDA/숏 듀레이션 모드로 변경한다.
작동 상태 검출 센서(104)는 예를 들어, 차속 센서, 인히비터 스위치, 대기온 센서, 냉매온 센서, 액셀 개도 센서 등으로 차량의 부하를 판단할 수 있는 각종 센서일 수 있다.
도8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 솔레노이드(120)가 작동하여 제1 솔레노이드 작동 로드(122)가 돌출하여 상기 제1 안내 그루부(131)에 삽입되고, 도9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 캠 유닛(130)이 이동하게 된다.
도10에 도시된 바와 같이, 상기 제1 캠 유닛(130)이 이동하여, 상기 이동 바디(140)를 밀면, 상기 제1 작동 핀(152)이 상기 제1 이동 그루부(142)에 체결(engaged)되고, 도11에 도시된 바와 같이, 상기 이동 바디(140)가 상기 제2 캠 유닛(170)을 밀면서 도면의 우측으로 이동하고, 상기 제1 솔레노이드 작동 로드(122)는 상기 제1 안내 그루부(131)로부터 이탈하게 된다.
도12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 솔레노이드 작동 로드(122)는 상기 제1 안내 그루부(131)로부터 이탈이 완료되고, 도13에 도시된 바와 같이, 상기 제2 캠 유닛(170)의 이동이 완료되고, 상기 제1 작동 핀(152)는 원위치하며 상기 중간 핀(156)을 통해 상기 제2 작동 핀(154)이 돌출된다. 이때, 상기 제2 작동 핀(154)는 상기 제2 이동 그루부(144)에 체결(engaged)된 상태는 아니다.
상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100)의 CDA 모드에서 일반 모드로의 변경은 상기 제2 솔레노이드(124)의 작동으로 앞서 설명한 순서의 역순으로 진행된다.
도14는 본 발명의 제2 실시예에 의한 CDA 구현이 가능한 엔진에 적용될 수 있는 배기 CDA 장치를 나타낸 도면이다.
상기 엔진은 배기 캠 샤프트(310) 및 상기 제2, 3 실린더의 배기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하고, 상기 제1, 4 실린더의 배기 밸브를 개폐하는 배기 CDA 장치(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 엔진은 상기 제1, 2, 3, 4 실린더에 배치되는 제1, 2, 3, 4 배기 개폐부(410, 420, 430, 440)를 포함하고, 상기 배기 캠 샤프트(310)에는 상기 제1, 4 배기 개폐부(410, 440)와 접촉하는 배기 캠(330)이 구비된다.
또한, 상기 배기 캠 샤프트(310)에는 상기 배기 캠 샤프트(310)의 축 방향으로 이동 가능하게 제1, 2 배기 캠 유닛(350, 360)이 구비되고, 상기 제1, 2 배기 캠 유닛(350, 360)에는 상기 제2, 3 배기 개폐부(420, 430)와 선택적으로 접촉하는 배기 CDA 캠(332)과 배기 일반 캠(334)이 형성되어 있다.
상기 제1, 2 배기 캠 유닛(350, 360) 사이에는 배기 이동 바디(440)가 슬라이딩 가능하게 구비되며, 배기 작동 유닛(450)이 구비된다.
상기 제1, 2 배기 캠 유닛(350, 360)을 선택적으로 이동시키도록 제3, 4 솔레노이드(320, 324)이 구비되며, 상기 1, 2 배기 캠 유닛(350, 360)이 작동 모드 변경 후에 상기 캠 샤프트 축(110) 방향으로 이동하지 않도록 스타퍼 유닛(380, 390)이 구비된다.
제1, 4 실린더의 배기 밸브 프로파일이 변동되지 않는 것을 제외하고, 상기 배기 CDA 장치(300)의 구체적인 작동은 앞서 설명한 상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100)와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
상기 제어기(102)는 상기 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치(100)가 상기 CDA 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하도록 작동되고 있는 상태에서, 엔진의 작동 상태가 설정된 고부하 상태로 변경되면, 상기 흡기 CDA/가변 밸브 타이밍 기구(200)를 작동시켜 흡기 밸브의 타이밍을 지각시킬 수 있다. 그러면, 도2 내지 도4에서 설명한 바와 같이, 일부 실린더의 CDA 작동 모드에서 휴지 되지 않는 실린더의 흡기 밸브의 프로파일은 숏 듀레이션으로 구현되어 밸브 오버랩 구간을 상대적으로 줄여 연비 개선이 가능하다.
또한, 밸브 타이밍 기구(200)를 작동시켜 흡기 밸브의 타이밍을 지각시킬 수도 있어, CDA 작동 영역이 상대적으로 확장될 수 있어 연비 개선이 가능하다.
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.
10: 엔진 20: 흡기 캠 샤프트
22: 가변 밸브 듀레이션 장치 24: 흡기 CDA 장치
30: 배기 캠 샤프트 34: 배기 CDA 장치
40: CDA 장치 50: 가변 밸브 타이밍 기구
60: 제어기
100: 흡기 CDA/가변 밸브 듀레이션 장치
102: 제어기 104: 작동 상태 검출 센서
110: 흡기 캠 샤프트 120: 제1 솔레노이드
122: 제1 솔레노이드 작동 로드 124: 제2 솔레노이드
126: 제2 솔레노이드 작동 로드 130: 제1 캠 유닛
131: 제1 안내 그루부 132: 제1 숏 듀레이션 캠
134: 제1 롱 듀레이션 캠 136: 제1 CDA 캠
138: 제1 일반 캠 140: 이동 바디
142: 제1 이동 그루부 144: 제2 이동 그루부
150: 작동 유닛 151: 작동 유닛 하우징
152: 제1 작동 핀 154: 제2 작동 핀
156: 중간 핀 157: 스타퍼 볼
158: 볼 스프링 159: 힌지 핀
170: 제2 캠 유닛 171: 제2 안내 그루부
172: 제2 CDA 캠 174: 제2 일반 캠
176: 제2 숏 듀레이션 캠 178: 제2 롱 듀레이션 캠
180, 190: 스타퍼 유닛 182, 192: 스타퍼 바디
184, 194: 스타퍼 스프링 200: 가변 밸브 타이밍 기구
210, 220, 230, 240: 흡기 밸브 개폐부
300: 배기 CDA 장치 310: 배기 캠 샤프트
320, 324: 제3, 4 솔레노이드 330: 배기 캠
332: 배기 CDA 캠 334: 배기 일반 캠
350: 제1 배기 캠 유닛 360: 제2 배기 캠 유닛
380, 390: 스타퍼 유닛 410, 420, 430, 440: 배기 개폐부
440: 배기 이동 바디 450: 배기 작동 유닛

Claims (18)

  1. 복수 개의 실린더;
    상기 복수 개의 실린더 중 적어도 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브의 롱 듀레이션 모드와 숏 듀레이션 모드를 구현하는 가변 밸브 듀레이션 장치;
    상기 복수 개의 실린더 중 적어도 다른 어느 하나에 장착되며, 해당 실린더의 흡기 밸브와 배기 밸브의 일반 작동 모드와 CDA 모드를 구현하는 CDA 장치; 및
    엔진의 작동 상태에 따라 상기 가변 밸브 듀레이션 장치와 상기 CDA 장치의 작동을 제어하는 제어기;
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 CDA 장치가 상기 CDA 모드로 작동될 때, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치가 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어하되,
    상기 엔진은
    상기 각 실린더의 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 가변시키는 가변 밸브 타이밍 기구를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 밸브 타이밍 기구의 작동을 제어하되,
    상기 제어기는
    상기 엔진의 작동 상태가 설정된 제1 고부하 상태에서 설정된 저부하 상태로 변경되면,
    상기 CDA 장치를 상기 CDA 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치를 숏 듀레이션 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 타이밍 기구를 진각시키는 CDA 구현이 가능한 엔진.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진은 순차적으로 제1, 제2, 제3, 제4 실린더를 포함하는 엔진이고,
    상기 CDA 장치는 상기 제2, 제3 실린더 또는 상기 제1, 제4 실린더에 구비되며,
    상기 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 제1, 제4 실린더 또는 상기 제2, 제3 실린더에 구비된 것을 특징으로 하는 CDA 구현이 가능한 엔진.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 제어기는
    상기 엔진의 작동 상태가 설정된 상기 저부하 상태에서 설정된 제2 고부하 상태로 변경되면,
    상기 가변 밸브 타이밍 기구를 지각시키는 CDA 구현이 가능한 엔진.
  5. 제4항에서,
    상기 제어기는
    상기 엔진의 작동 상태가 설정된 제3 고부하 상태로 변경되면,
    상기 CDA 장치를 상기 일반 작동 모드로 작동하도록 제어하고, 상기 가변 밸브 듀레이션 장치를 롱 듀레이션 모드로 작동하도록 제어하는 CDA 구현이 가능한 엔진.
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