KR101655141B1 - 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로, 힌지핀에 일단이 피벗(pivot)운동 가능하게 연결된 이너 바디; 상기 힌지핀에 일단이 피벗 운동 가능하게 연결된 로스트 레버; 상기 이너 바디의 내부에 설치되어 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 래칭부; 상기 래칭부 일측에 위치하고, 상기 이너 바디에 설치되어 상기 래칭부 미작동시 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 하나 이상의 보조 래칭부; 를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치를 제공하여, 저온에서 냉간 시동성을 향상시킬 수 있고, 시동시 스월 강도 및 흡입 공기량을 종래의 엔진과 동일하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}
본 발명은 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도의 변화에 따라 선택적으로 이너 바디와 로스트 레버를 연결하여 저온에서도 하이 리프트를 구현할 수 있는 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 엔진은 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 형성되어 있으며, 이의 연소실에는 흡입공기와 배기가스를 제어할 수 있는 흡/배기 밸브를 포함하는 밸브 트레인이 배치되어 있으며, 이 밸브 트레인은 크랭크 샤프트에 연동되면서 연소실을 개폐하도록 이루어져 있다.
이와 같은 밸브 트레인은 통상적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 리프트 값을 가지게 됨으로써, 흡입 또는 배출되는 가스의 양이 일정량으로 제한된다.
이에 따라 저속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 고속의 운전상태에서는 밸브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.
최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라지므로 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다.
그러나, 엔진 정지시 밸브 리프트가 로우 리프트로 고정되므로 냉간 시동시에는 스월 강도 증가, 흡입 공기량 부족으로 인하여 시동성이 악화되는 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들은 저온에서 밸브 리프트를 하이 리프트 상태로 유지할 수 있는 부가장치를 추가함으로써 저온 시동성을 개선할 수 있는 가변 밸브 리프트 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 힌지핀에 일단이 피벗(pivot)운동 가능하게 연결된 이너 바디; 상기 힌지핀에 일단이 피벗 운동 가능하게 연결된 로스트 레버; 상기 이너 바디의 내부에 설치되어 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 래칭부; 상기 래칭부 일측에 위치하고, 상기 이너 바디에 설치되어 상기 래칭부 미작동시 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 하나 이상의 보조 래칭부; 를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 보조 래칭부는 온도에 따라 크기가 변화하며 내부에 왁스를 저장하는 왁스 챔버; 상기 왁스 챔버의 일단에 형성되는 이동가능한 격벽: 상기 격벽의 일측에 형성되어 상기 왁스 챔버에 탄성력을 제공하는 리턴 스프링; 상기 격벽에 고정되고 이동에 의하여 상기 이너 바디와 상기 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 고정핀; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 보조 래칭부는 상기 래칭부의 양측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 왁스는 응고시에 부피가 팽창하는 물질인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 로스트 레버에는 상기 고정핀이 안착할 수 있는 고정핀 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 래칭부는 상기 이너 바디의 끝단에 형성된 홈에서 유압에 의해 이동하여 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 연결하는 록 핀; 상기 록 핀의 내부에 형성되는 록 스프링; 상기 록 스프링의 내부에 형성되고 상기 이너 바디에 고정되는 고정부재; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 고정부재의 중간에는 제1단턱이 형성되어 상기 록 핀의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 고정부재의 끝단에는 제2단턱이 형성되어 록 스프링을 지지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 이너 바디에는 상기 래칭부에 오일을 공급하는 오일 공급통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 로스트 레버는 하부에 설치된 로스트 모션 스프링에 의해 로스트 모션 운동이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 로스트 레버의 상측 일부에는 하이 캠이 접촉하는 패드가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 이너 바디의 내부에는 로우 캠과 접촉하는 롤러가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 저온에서 냉간 시동성을 향상시킬 수 있고, 시동시 스월 강도 및 흡입 공기량을 종래의 엔진과 동일하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보조 래칭부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 래칭부 미작동시의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 래칭부 작동시의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명하되, 종래기술에서와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치(100)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 보조 래칭부(150)의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 단면도인데, 이하에서는 이를 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 힌지핀(12)에 일단이 피벗(pivot)운동 가능하게 연결된 이너 바디(18)와, 상기 힌지핀(12)에 일단이 피벗 운동 가능하게 연결된 로스트 레버(28)와, 상기 이너 바디(18)의 내부에 설치되어 상기 이너 바디(18)와 로스트 레버(28)를 선택적으로 결합시키는 래칭부(110)와, 상기 래칭부(110) 일측에 위치하고 상기 이너 바디(18)에 설치되어 저온에서 상기 래칭부(110) 미작동시 응고시 부피가 팽창하는 왁스(52)를 사용함으로써 상기 이너 바디(18)와 로스트 레버(28)를 결합시켜 하이 리프트를 구현할 수 있는 보조 래칭부(150)를 포함한다.
상기 래칭부(110)는 상기 힌지핀(12)의 반대측의 이너 바디(18) 끝단에 형성된 홈(23)에서 공급되는 오일에 의해 이동하여 상기 이너 바디(18)와 로스트 레버(28)를 선택적으로 연결하는 록 핀(29)과, 상기 록 핀(29)의 내부에 형성되어 상기 록 핀(29)에 복원력을 제공하는 록 스프링(25) 및 상기 록 스프링(25)의 내부에 위치하고 상기 이너 바디(18)에 고정되어 상기 록 핀(29)의 이탈을 방지하는 고정부재(19)를 포함한다.
상기 고정부재(19)는 고정부재 고정핀(21)에 의해 이너 바디(18)에 고정되고, 중간부에는 제1단턱(19a)이 형성되어 있어 상기 록 핀(29)이 외부로 이탈되는 것을 방지하고, 끝단에는 제2단턱(19b)이 형성되어 록 스프링(25)을 지지할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 이너 바디(18)에는 상기 래칭부(110)에 오일을 공급하여 유압을 형성할 수 있도록 오일 공급통로(35)가 형성되어 있으며, 상기 오일은 HLA(40)에 의해 공급되는데, 상기 HLA(40)는 상기 이너 바디(18)의 외측 하단에 형성된다.
상기 로스트 레버(28)는 로스트 모션(lost motion)이 가능한데, 상기 로스트 모션은 상기 로스트 레버(28)에 하이 캠(22)이 접촉하지만 상기 로스트 레버(28)의 하향 운동이 이너 바디(28)의 하향 운동에 영향을 미치지 않는 것을 말한다.
이는 로스트 레버(28) 하부에 설치되는 로스트 모션 스프링(17)에 의해 가능하다. 상기 로스트 모션에 의해 가변 밸브 리프트 장치(100)는 밸브(30)를 가압함으로써 로우 리프트가 구현된다.
상기 로스트 레버(28)의 상측에는 하이 캠(22)이 접촉하는 패드(14)가 형성되어 있어 로스트 레버(28)와 하이 캠(22)의 직접적인 접촉에 의한 마모를 줄이도록 한다.
또한, 상기 이너 바디(18)의 내부에는 롤러(16)가 삽입되어 있어 상기 롤러(16)와 로우 캠(24)이 접촉하도록 되어 있다. 상기 하이 캠(22)과 로우 캠(24)은 도 3에 도시된 바와 같이 캠축(20)에 결합되어 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 래칭부(110)가 저온에서 작동하지 않을 경우에 예비적으로 작동할 수 있는 보조 래칭부(150)를 포함하는데, 상기 보조 래칭부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 응고시에 부피가 팽창하고, 융해시 부피가 감소하는 왁스(52)를 저장하는 왁스 챔버(50)와, 상기 왁스 챔버(50)의 일단에 형성되고 상기 왁스(52)의 부피 변화에 따라 이동가능한 격벽(56), 상기 격벽(56)의 일측에 형성되어 상기 왁스 챔버(50)에 탄성력을 제공하여 상기 왁스 챔버(50)의 부피 증가를 저지하는 리턴 스프링(58)과, 상기 격벽(56)에 고정되어 상기 왁스 챔버(50)의 부피 팽창에 의해 상기 리턴 스프링(58)의 탄성력을 극복하면서 이동하는 격벽(56)의 이동에 의해 상기 이너 바디(18)와 상기 로스트 레버(28)를 선택적으로 결합시킬 수 있는 고정핀(54)을 포함한다.
상기 보조 래칭부(150)는 상기 래칭부(110)의 양측에 형성될 수 있으며, 이너 바디(18)에 형성된다.
상기 보조 래칭부(150)가 상기 이너 바디(18)에 설치되는 경우에는 상기 로스트 레버(28)에 고정핀(54)이 안착할 수 있도록 고정핀 홈(59)이 형성되어 있어야 한다. 상기 고정핀 홈(59)에 고정핀(54)이 삽입되어야 상기 이너 바디(18)의 움직임이 상기 로스트 레버(28)의 하향 운동에 구속되게 된다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치(100)에서의 작동 과정에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 래칭부 미작동시의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 래칭부 작동시의 단면도인데, 유압 간극 조절기(Hydraulic Lash Adjuster, HLA)(40)에서 오일이 공급되지 않는 경우에는 로우 리프트가 구현되는데, 래칭부(110)의 록 핀(29)은 록 스프링(25)에 의해 지지되어 이너 바디(18)의 내측을 향하여 밀착되도록 되어 있다. 이때는 로스트 레버(28)의 하향 운동은 로스트 모션 스프링(17)에 의해 로스트 모션 운동을 할 뿐 이너 바디(18)에는 영향을 미치지 않는다. 이와 같은 방식에 의해 로우 리프트(low lift)가 실현된다.
그러나 도 5에 도시된 바와 같이 HLA(40)를 통하여 오일(41)이 공급되면 이너 바디(18)의 끝단에 형성된 홈(23)에는 오일(41)이 록 핀(29)을 외측으로 밀어내 빈 공간이 생기게 된다. 상기 록 핀(29)은 상기 록 스프링(25)의 탄성력을 극복하면서 이동하므로 이때의 유압에 의해 형성되는 압력이 록 스프링(25)에 의한 탄성력보다 큰 상태이다.
상기 록 핀(29)이 외부로 밀려나되 고정부재(19)의 제1단턱(19a)에 걸려 어느 정도 이동하게 되면 더 이상 외부로 이동하지 못하도록 하여 록 핀(29)의 이탈을 방지한다. 이때 록 핀(29)은 상기 이너 바디(18)와 로스트 레버(28)에 걸쳐 형성되므로 상기 로스트 레버(28)가 하향 운동을 하는 경우에는 이너 바디(18)도 이에 구속되어 함께 하향 운동을 하게 된다. 이렇게 됨으로써 하이 리프트(high lift)가 구현된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 저온시에 상기 래칭부(110) 미작동시 보조 래칭부(150)의 작동 과정에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
저온 시동시에는 엔진 오일의 압력이 낮아서 상기 래칭부(110)가 미작동되는 경우가 있다. 이때는 보조 래칭부(150)가 작동하는데, 상기 보조 래칭부(150)의 왁스 챔버(50)에는 응고시에 부피가 팽창하는 왁스(52) 물질이 들어 있어 왁스(52) 응고에 의해 왁스 챔버(50)의 부피가 커지고 이에 따라 격벽(56)이 이동하게 된다. 상기 격벽(56)에 고정되어 있는 고정핀(54)이 함께 이동하여 로스트 레버(28)에 형성된 고정핀 홈(59)에 삽입되어 상기 고정핀(54)에 의해 상기 이너 바디(18)의 하향 운동이 상기 로스트 레버(28)의 하향 운동에 구속되게 된다.
즉, 정상적인 온도에서는 왁스(52)는 용융 상태로 되어 있어 고정핀(54)은 돌출되어 있지 않다가, 저온으로 되어 왁스(52)가 응고되는 경우에 부피가 팽창하여 격벽(56)은 리턴 스프링(58)의 탄성력을 극복하면서 이동하게 되는 것이다.
상기 저온은 엔진 오일의 압력이 낮아서 래칭부(110)가 정상적으로 작동하지 않는 온도로, 왁스(52)의 응고가 시작되는 온도를 의미한다.
이후, 엔진이 정상 온도에 도달한 경우에는 왁스(52)가 융해되어 고정핀(54)은 원래의 위치로 위치하게 되어 이후에는 래칭부(110)에 의해 로우 리프트 및 하이 리프트가 구현된다.
상기 보조 래칭부(150)가 이너 바디(18)에 삽입되는 경우에는 상기 이너 바디(18)와 로스트 레버(28)를 결합시키기 위하여 로스트 레버(28)에 고정핀 홈(59)을 형성하여 왁스(52) 응고시 고정핀(54)이 상기 고정핀 홈(59)에 안착되도록 한다.
상기와 같은 방식에 의하여 저온에서도 하이 리프트를 구현할 수 있어 냉간 시동성을 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.
12: 힌지핀 14: 패드
16: 롤러 17: 로스트 모션 스프링
18: 이너 바디 19: 고정부재
19a: 제1단턱 19b: 제2단턱
20: 캠축 21: 고정부재 고정핀
22: 하이 캠 23: 홈
24: 로우 캠 25: 록 스프링
28: 로스트 레버 29: 록 핀
30: 밸브 35: 오일 공급통로
40: HLA 41: 오일
50: 챔버 52: 왁스
54: 고정핀 56: 격벽
58: 리턴 스프링 59: 고정핀 홈
100: 가변 밸브 리프트 장치 110: 래칭부
150: 보조 래칭부

Claims (12)

  1. 힌지핀에 일단이 피벗(pivot)운동 가능하게 연결된 이너 바디;
    상기 힌지핀에 일단이 피벗 운동 가능하게 연결된 로스트 레버;
    상기 이너 바디의 내부에 설치되어 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 래칭부;
    상기 래칭부 일측에 위치하고, 상기 이너 바디에 설치되어 상기 래칭부 미작동시 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 하나 이상의 보조 래칭부;
    를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 래칭부는,
    온도에 따라 크기가 변화하며 내부에 왁스를 저장하는 왁스 챔버;
    상기 왁스 챔버의 일단에 형성되는 이동가능한 격벽:
    상기 격벽의 일측에 형성되어 상기 왁스 챔버에 탄성력을 제공하는 리턴 스프링;
    상기 격벽에 고정되고 이동에 의하여 상기 이너 바디와 상기 로스트 레버를 선택적으로 결합시키는 고정핀;
    을 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조 래칭부는 상기 래칭부의 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 왁스는 응고시에 부피가 팽창하는 물질인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 로스트 레버에는 상기 고정핀이 안착할 수 있는 고정핀 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 래칭부는 상기 이너 바디의 끝단에 형성된 홈에서 유압에 의해 이동하여 상기 이너 바디와 로스트 레버를 선택적으로 연결하는 록 핀;
    상기 록 핀의 내부에 형성되는 록 스프링;
    상기 록 스프링의 내부에 형성되고 상기 이너 바디에 고정되는 고정부재;
    를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정부재의 중간에는 제1단턱이 형성되어 상기 록 핀의 이탈을 방지하는 가변 밸브 리프트 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고정부재의 끝단에는 제2단턱이 형성되어 록 스프링을 지지하는 가변 밸브 리프트 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 이너 바디에는 상기 래칭부에 오일을 공급하는 오일 공급통로가 형성되어 있는 가변 밸브 리프트 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 로스트 레버는 하부에 설치된 로스트 모션 스프링에 의해 로스트 모션 운동이 가능한 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 로스트 레버의 상측 일부에는 하이 캠이 접촉하는 패드가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 이너 바디의 내부에는 로우 캠과 접촉하는 롤러가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
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