KR101655232B1 - 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 관한 것으로, 캠 축; 캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되며, 상기 캠 축에 대한 상기 캠의 상대적인 위상이 가변 될 수 있는 제1, 2 캠 부; 상기 캠 축의 회전을 상기 제1, 2 캠 부에 각각 전달하는 제1, 2 이너 브라켓; 상기 제1, 2 이너 브라켓이 회전 가능하게 삽입되며, 그 상부에 제1 안내부가 형성되고, 상기 제1 안내부에 수직한 방향으로 제2 안내부가 형성된 슬라이더 하우징; 상기 슬라이더 하우징의 이동을 안내하는 캠 캡 안내부가 형성된 캠 캡; 상기 캠 축과 나란하게 구비되며, 제어 로드가 편심 형성된 제어 샤프트; 상기 제1 안내부와 슬라이딩 가능하게 결합하는 헤드 안내부가 형성되고, 상기 제어 로드가 회전 가능하게 삽입되는 헤드 홀이 형성된 된 가이드 헤드; 상기 슬라이더 하우징이 상기 캠 캡 안내부를 따라 이동하도록 상기 제어 샤프트를 선택적으로 회전시키는 제어부; 및 상기 가이드 헤드의 이동을 제한하도록 구비된 스토퍼;를 포함한다.

Description

연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진{CONTINUOUS VARIBLE VAVLE DURATION APPARATUS AND ENGINE PROVIDED WITH THE SAME}
본 발명은 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 밸브의 듀레이션을 엔진의 동작상태에 따라 가변 시킬 수 있는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 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 타임이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 연속 가변 밸브 리프트(continuous variable valve lift; CVVL) 장치가 연구되고 있다.
또한, 밸브의 열림 시간을 조절하는 것으로 CVVT(Continuous Variable Valve Timing)기술이 개발되어왔는데, 이는 밸브 타이밍이 고정된 상태로 밸브 열림/닫힘 시점이 동시에 변경되는 기술이다.
그러나, 종래의 CVVL 또는 CVVT는 구성이 복잡하고 비용이 고가인 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진의 작동 상태에 따라 밸브의 듀레이션을 조절할 수 있는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 캠 축; 캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되며, 상기 캠 축에 대한 상기 캠의 상대적인 위상이 가변 될 수 있는 제1, 2 캠 부; 상기 캠 축의 회전을 상기 제1, 2 캠 부에 각각 전달하는 제1, 2 이너 브라켓; 상기 제1, 2 이너 브라켓이 회전 가능하게 삽입되며, 그 상부에 제1 안내부가 형성되고, 상기 제1 안내부에 수직한 방향으로 제2 안내부가 형성된 슬라이더 하우징; 상기 슬라이더 하우징의 이동을 안내하는 캠 캡 안내부가 형성된 캠 캡; 상기 캠 축과 나란하게 구비되며, 제어 로드가 편심 형성된 제어 샤프트; 상기 제1 안내부와 슬라이딩 가능하게 결합하는 헤드 안내부가 형성되고, 상기 제어 로드가 회전 가능하게 삽입되는 헤드 홀이 형성된 된 가이드 헤드; 상기 슬라이더 하우징이 상기 캠 캡 안내부를 따라 이동하도록 상기 제어 샤프트를 선택적으로 회전시키는 제어부; 및 상기 가이드 헤드의 이동을 제한하도록 구비된 스토퍼;를 포함할 수 있다.
상기 스토퍼는 상기 제1 안내부에 치합되어 고정될 수 있다.
상기 제어부는 상기 제어 샤프트를 회전시키는 제어 모터; 및 상기 제어 샤프트의 회전을 감지하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서; 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보가 저장된 메모리; 및 상기 위치 센서의 출력 신호와 엔진 작동 상태에 따라 상기 제어 모터의 작동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 제어 모터를 제어하여 상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉하도록 하고, 상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉한 순간의 상기 제어 샤프트의 위상 정보와 상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 비교하여, 상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 보정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제어 샤프트에 결합된 웜 휠; 및 상기 웜 휠에 치합된 웜;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 안내부와 상기 헤드 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상일 수 있다.
상기 제2 안내부와 상기 캠 캡 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상일 수 있다.
상기 캠 캡에는 상기 제어 샤프트가 삽입되는 샤프트 홀이 형성되고, 상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 샤프트 홀에 삽입되어 상기 제어 샤프트를 지지하는 샤프트 베어링;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 2 캠 부에는 2개의 캠이 형성되고, 상기 각 캠들 사이에는 캠 캡 결합부가 형성되며, 상기 캠 캡에는 상기 캠 캡 결합부를 회전 가능하게 지지하는 캠 지지부가 형성될 수 있다.
상기 제1, 2 캠 부에는 각각 캠 키가 형성되고, 상기 제1, 2 이너 브라켓에는 각각 제1, 2 슬라이딩 홀이 형성되되, 상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 캠 키가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 키 슬롯이 형성되고, 상기 각 제1슬라이딩 홀에 각각 회전 가능하게 삽입되는 캠 키 핀; 상기 캠 축과 결합하는 캠 축 핀; 및 상기 캠 축 핀이 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 축 핀 슬롯이 형성되고, 상기 각 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 슬라이더 핀;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 엔진은 캠 축; 캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되며, 상기 캠 축에 대한 상기 캠의 상대적인 위상이 가변 될 수 있는 제1, 2 캠 부; 상기 캠 축의 회전을 상기 제1, 2 캠 부에 각각 전달하는 제1, 2 이너 브라켓; 상기 제1, 2 이너 브라켓이 회전 가능하게 삽입되며, 그 상부에 제1 안내부가 형성되고, 상기 제1 안내부에 수직한 방향으로 제2 안내부가 형성된 슬라이더 하우징; 상기 슬라이더 하우징의 이동을 안내하는 캠 캡 안내부가 형성된 캠 캡; 상기 캠 축과 나란하게 구비되며, 제어 로드가 편심 형성된 제어 샤프트; 상기 제1 안내부와 슬라이딩 가능하게 결합하는 헤드 안내부가 형성되고, 상기 제어 로드가 회전 가능하게 삽입되는 헤드 홀이 형성된 된 가이드 헤드; 상기 슬라이더 하우징이 상기 캠 캡 안내부를 따라 이동하도록 상기 제어 샤프트를 선택적으로 회전시키는 제어부; 및 상기 가이드 헤드의 이동을 제한하도록 구비된 스토퍼;를 포함할 수 있다.
상기 스토퍼는 상기 제1 안내부에 치합되어 고정될 수 있다.
상기 제어부는 상기 제어 샤프트를 회전시키는 제어 모터; 및 상기 제어 샤프트의 회전을 감지하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서; 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보가 저장된 메모리; 및 상기 위치 센서의 출력 신호와 엔진 작동 상태에 따라 상기 제어 모터의 작동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 제어 모터를 제어하여 상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉하도록 하고, 상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉한 순간의 상기 제어 샤프트의 위상 정보와 상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 비교하여, 상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 보정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제어 샤프트에 결합된 웜 휠; 및 상기 웜 휠에 치합된 웜;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 안내부와 상기 헤드 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상인일 수 있다.
상기 제2 안내부와 상기 캠 캡 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상일 수 있다.
상기 캠 캡에는 상기 제어 샤프트가 삽입되는 샤프트 홀이 형성되고, 상기 엔진은 상기 샤프트 홀에 삽입되어 상기 제어 샤프트를 지지하는 샤프트 베어링;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 2 캠 부에는 2개의 캠이 형성되고, 상기 각 캠들 사이에는 캠 캡 결합부가 형성되며, 상기 캠 캡에는 상기 캠 캡 결합부를 회전 가능하게 지지하는 캠 지지부가 형성될 수 있다.
상기 제1, 2 캠 부에는 각각 캠 키가 형성되고, 상기 제1, 2 이너 브라켓에는 각각 제1, 2 슬라이딩 홀이 형성되되, 상기 엔진은 상기 캠 키가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 키 슬롯이 형성되고, 상기 각 제1슬라이딩 홀에 각각 회전 가능하게 삽입되는 캠 키 핀; 상기 캠 축과 결합하는 캠 축 핀; 및 상기 캠 축 핀이 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 축 핀 슬롯이 형성되고, 상기 각 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 슬라이더 핀;을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 의하면, 간단한 구성으로 엔진의 작동 상태에 따라 밸브의 듀레이션을 조절할 수 있다.
연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구성이 상대적으로 작아 밸브 트레인의 전체 높이를 상대적으로 낮게 유지할 수 있다.
기존의 일반 엔진의 과도한 설계 변경 없이도 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 적용할 수 있어 생산성을 높일 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있다.
스토퍼가 적용되어 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 오동작을 방지하고, 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동 오차를 수정할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착된 엔진의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 가이드 헤드와 슬라이더 하우징을 도시한 사시도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 가이드 헤드와 슬라이더 하우징의 분해 사시도이다.
도5 및 도6은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 분해 사시도이다.
도7은 도1의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따른 단면도이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 비교하는 테이블이다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 비교하는 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.
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 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착된 엔진의 사시도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 사시도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 가이드 헤드와 슬라이더 하우징을 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 가이드 헤드와 슬라이더 하우징의 분해 사시도이다.
도5 및 도6은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 분해 사시도이고, 도7은 도1의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따른 단면도이고, 도8은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도1 내지 도8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진(10)은 실린더 헤드(10) 및 상기 실린더 헤드(10)에 장착되는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함한다. 상세한 설명 및 청구항에서, 실린더 헤드는 캠 캐리어를 포함하는 것으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 캠 축(30), 캠(71)이 형성되고, 상기 캠 축(30)이 삽입되며, 상기 캠 축(30)에 대한 상기 캠(71)의 상대적인 위상이 가변 될 수 있는 제1, 2 캠 부(70a, 70b), 상기 캠 축(30)의 회전을 상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)에 각각 전달하는 제1, 2 이너 브라켓(80, 81), 상기 제1, 2 이너 브라켓(80, 81)이 회전 가능하게 삽입되며, 그 상부에 제1 안내부(93)가 형성되고, 상기 제1 안내부(93)에 수직한 방향으로 제2 안내부(95)가 형성된 슬라이더 하우징(90), 상기 슬라이더 하우징(90)의 이동을 안내하는 캠 캡 안내부(41)가 형성된 캠 캡(40), 상기 캠 축(30)과 나란하게 구비되며, 제어 로드(110)가 편심 형성된 제어 샤프트(108), 상기 제1 안내부(93)와 슬라이딩 가능하게 결합하는 헤드 안내부(52)가 형성되고, 상기 제어 로드(110)가 회전 가능하게 삽입되는 헤드 홀(54)이 형성된 된 가이드 헤드(50) 및 상기 슬라이더 하우징(90)이 상기 캠 캡 안내부(41)를 따라 이동하도록 상기 제어 샤프트(108)를 선택적으로 회전시키는 제어부(10)를 포함한다.
상기 캠 축(30)은 흡기 챔 축 또는 배기 캠 축일 수 있으며, 크랭크 샤프트와 연결된 캠 스프로켓(48)을 통해 회전한다.
도면에는 상기 엔진(10)이 4개의 실린더(211, 212, 213, 214)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 안내부(93)와 상기 헤드 안내부(52)는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상일 수 있다. 도면에는 상기 제1 안내부(93)가 "T" 자 형상으로 돌출 형성되며, 상기 헤드 안내부(52)가 상기 제1 안내부(93)를 감싸는 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니고, 반대로 상기 헤드 안내부(52)가 "T" 자 형상으로 돌출 형성되며, 상기 제1 안내부(93)가 상기 제1 안내부(93)를 감싸는 형상일 수도 있다.
상기 제2 안내부(95)와 상기 캠 캡 안내부(41)는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상일 수 있다. 도면에는 상기 캠 캡 안내부(41)가 "T" 자 형상으로 돌출 형성되며, 상기 제2 안내부(95)가 상기 캠 캡 안내부(41) 감싸는 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니고, 반대로 상기 제2 안내부(95) "T" 자 형상으로 돌출 형성되며, 상기 캠 캡 안내부(41)가 상기 제2 안내부(95)를 감싸는 형상일 수도 있다.
상기 제1 안내부(93)와 상기 헤드 안내부(52)는 서로 상대 이동이 가능하고, 상기 제2 안내부(95)와 상기 캠 캡 안내부(41)는 서로 상대 이동이 가능하여, 상기 제어 로드(110)의 편심 회전이 상기 가이드 헤드(50)의 좌우 이동으로 전환되고, 상기 슬라이더 하우징(90)의 상하 이동으로 전환된다. 따라서, 상기 슬라이더 하우징(90)의 부드럽고 정확한 위치 제어가 가능하다.
상기 캠 캡(40)은 일체로 형성될 수도 있고, 도면에 도시된 바와 같이, 캠 캡 상부(40a) 와 캠 캡 하부(40b)가 조립될 수도 있다.
상기 캠 캡(40)에는 상기 제어 샤프트(108)가 삽입되는 샤프트 홀(42)이 형성되어 상기 제어 샤프트(108)를 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 샤프트 홀(42)에 상기 제어 샤프트(108)를 지지하는 샤프트 베어링(44)이 삽입되어 상기 제어 샤프트(108)의 회전이 원활할 수 있다.
상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)에는 2개의 캠(71, 72)이 형성되고, 상기 2개의 캠(71, 72) 사이에 캠 캡 결합부(76)가 형성된다.
상기 캠 캡(40)에는 상기 캠 캡 결합부(76)를 회전 가능하게 지지하는 캠 지지부(46)가 형성된다.
상기 캠(71, 72)의 회전에 의해 밸브(200)가 개폐된다.
상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)에는 각각 캠 키(74)가 형성되고, 상기 제1, 2 이너 브라켓(80, 81)에는 각각 제1 슬라이딩 홀(86)과 제2 슬라이딩 홀(88)이 형성된다.
상기 캠 키(74)가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 키 슬롯(83)이 형성된 캠키 핀(82)이 상기 제1슬라이딩 홀(86)에 각각 회전 가능하게 삽입된다.
상기 캠 축(30)에는 캠 축 홀(32)가 형성되어, 캠 축 핀(60)이 캠 축 홀(32)에 삽입되어 상기 캠 축(30)과 결합되고, 상기 캠 축 핀(60)이 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 축 핀 슬롯(85)이 형성된 슬라이더 핀(84)이 상기 각각의 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입된다.
상기 각 슬라이더 하우징(90)과 상기 제1, 2 이너 브라켓(80, 81) 사이에는 슬라이더 하우징 베어링(92)이 장착될 수 있고, 따라서, 상기 각 슬라이더 하우징 (90)과 상기 제1, 2 이너 브라켓(80, 81)의 상대 회전이 용이하고, 강성이 확보될 수 있다. 상기 슬라이더 하우징 베어링(92)은 니들 베어링, 볼 베어링 등 다양한 형태의 베어링 일 수 있다.
상기 슬라이더 하우징(90)에는 상기 제1, 2 이너 브라켓(80, 81)의 회전이 간섭 받지 않도록 스페이서(91)가 구비될 수 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b) 들 사이에 상기 슬라이더 하우징(90)이 구비되어 엔진 레이아웃이 단순해 지고, 하나의 슬라이더 하우징(90)으로 상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)의 상대적인 회전 속도를 조절 가능하여 부품 수를 줄일 수 있다.
또한, 듀레이션을 조절하는 구성 부품을 줄일 수 있어 엔진의 동력 손실을 줄일 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 제어 샤프트(108)에 결합된 웜 휠(102), 상기 웜 휠(102)에 치합된 웜(104) 및 상기 웜(104)을 선택적으로 회전시키는 제어 모터(106)를 포함한다. 상기 제어 모터(106)위 회전력이 상기 웜 휠(102) 및 상기 웜(104)을 통해 상기 제어 샤프트(108)로 전달되어 상기 제어 모터(106)의 모터 용량을 줄일 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 제어 샤프트(108)의 회전을 감지하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서(112), 상기 제어 샤프트(108)의 현재 위상 정보가 저장된 메모리(113) 및 상기 위치 센서(112)의 출력 신호와 엔진 작동 상태에 따라 상기 제어 모터(106)의 작동을 제어하는 제어기(111)를 포함할 수 있다.
상기 제어기(111)는 일련의 명령을 수행하는 마이크로 프로세서일 수 있다.
상기 제어기(111)는 상기 제어 모터(106)를 제어하여 상기 가이드 헤드(50)가 상기 스토퍼(120)에 접촉하도록 하고, 상기 가이드 헤드(50)가 상기 스토퍼(120)에 접촉한 순간의 상기 제어 샤프트(108)의 위상 정보와 상기 메모리(113)에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트(108)의 현재 위상 정보를 비교하여, 상기 메모리(113)에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트(108)의 현재 위상 정보를 보정할 수 있다.
즉, 상기 스토퍼(120)가 적용되어 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 오동작을 방지하고, 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동 오차를 수정할 수 있다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 비교하는 테이블이고, 도10은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 비교하는 그래프이다.
이하, 도1 내지 도9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명한다.
도7의 (b), 도8의 (a), 도8의 상기 슬라이더 하우징(90)의 기준 위치로 표시된 바와 같이,상기 캠 샤프트(30)와 상기 제1, 2 이너 브라켓(80, 81)의 회전 중심 위치가 동일한 경우, 상기 캠 축(30)에 대한 상기 캠(71, 72)의 상대적인 회전 속도가 변하게 않는다. 즉, 상기 캠 축(30)과 상기 캠(71, 72)은 동일한 속도로 회전하게 된다.
엔진의 작동 상태에 따라 미도시한 ECU (engine control unit or electric control unit)가 상기 제어부(100)의 제어 모터(106)에 제어 신호를 인가하면, 상기 제어 모터(106)가 상기 제어 샤프트(108)를 회전 시킨다. 그러면, 상기 제어 샤프트(108)에 편심 형성된 제어 로드(110)가 회전하며, 상기 제어 로드(110)의 편심 회전이 상기 가이드 헤드(50)의 좌우 이동으로 전환되고, 상기 슬라이더 하우징(90)의 상하 이동으로 전환된다.
상기 제어 샤프트(108)의 회전에 따라 상기 슬라이더 하우징(90)과 상기 제1, 2 이너 브라켓(80, 81)의 위치가 상기 캠 샤프트(30)의 회전 중심에 대해 상대적으로 상하로 변화된다.
상기 슬라이더 하우징(90)의 위치가 상기 캠 샤프트(30)의 회전 중심에 대해 상대적으로 변하게 되면, 상기 캠 축(30)에 대한 상기 캠(71, 72)의 상대적인 회전 속도가 변하게 된다.
즉, 상기 캠 축 핀(60)은 상기 캠 축(30)과 일체로 회전하나, 상기 캠 축 핀(60)이 상기 캠 축 핀 슬롯(85)에서 슬라이딩 가능하고, 상기 슬라이더 핀(84)이 상기 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입되고, 상기 캠 키 핀(82)이 상기 제1 슬라이딩 홀(86)에 회전 가능하게 삽입되며, 상기 캠 키(74)는 상기 캠 키 슬롯(83)에서 이동 가능하기 때문에, 상기 캠(71, 72)은 상기 캠 축(30)에 대한 상대적인 회전 속도가 변하게 된다.
도7 (a) 및 도8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 캠 축(30)에 대한 상기 슬라이더 하우징(90)의 상대적인 위치가 △H1 만큼 아래로 이동하면, 도9에 도시된 바와 같이, 상기 캠(71, 72)의 상대적인 회전 속도가 60도 120도 인근에서는 느려졌다가, 240도와 300도 인근에서는 상대적으로 빨라진다.
도7의 (c) 및 도8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 캠 축(30)에 대한 상기 슬라이더 하우징(90)의 상대적인 위치가 △H2 만큼 위로 이동하면, 도9에 도시된 바와 같이, 상기 캠(71, 72)의 상대적인 회전 속도가 60도 120도 인근에서는 빨라졌다가, 240도와 300도 인근에서는 상대적으로 느려진다.
즉, 도10에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이더 하우징(90)가 기준 위치인 경우의 밸브 듀레이션(D1)에 비해, 상기 슬라이더 하우징(90)의 상대적인 위치가 △H1 일 때의 밸브 듀레이션(D2)이 짧아지게 된다.
또한, 상기 슬라이더 하우징(90)가 기준 위치인 경우의 밸브 듀레이션(D1)에 비해, 상기 슬라이더 하우징(90)의 상대적인 위치가 △H2 일 때의 밸브 듀레이션(D2)은 길어지게 된다.
도8에 도시된 바와 같이, 상기 스토퍼(120)가 적용되어 상기 제어 샤프트(108)의 회전이 제한되어 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 오동작을 방지할 수 있다.
또한, 상기 스토퍼(120)와 상기 가이드 헤드(50)의 접촉 위치를 이용하여 상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동 오차를 수정할 수 있다.
도10의 그래프 상에서, 설명의 편의를 위하여 밸브 리프트의 피크 포인트는 일정한 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 상기 캠 키(74)의 형성 위치, 상기 밸브(200)와 상기 캠(71, 72)의 접촉 위치, 접촉 각도 등에 따라 상기 밸브(200)의 열림 시간을 진각(advanced) 시키고, 닫힘 시간은 지각(retarded) 시켜 상기 밸브(200)의 듀레이션을 증가 시키거나, 반대로 상기 밸브(200)의 열림 시간을 지각(retarded) 시키고, 닫힘 시간은 진각(advanced) 시켜 상기 밸브(200)의 듀레이션을 감소 킬 수 있다.
또한, 상기 밸브(200)의 열림 시간은 일정하게 하고, 상기 밸브(200)의 닫힘 시간을 진각(advanced) 시키거나, 지각(retarded) 시킬 수도 있다.
반대로, 상기 밸브(200)의 닫힘 시간은 일정하게 하고, 상기 밸브(200)의 열림 시간을 진각(advanced) 시키거나, 지각(retarded) 시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 의하면, 밸브 리프트의 다양한 듀레이션을 구현 할 수 있다.
또한, 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구성이 상대적으로 작아 밸브 트레인의 전체 높이를 상대적으로 낮게 유지할 수 있다.
또한, 기존의 일반 엔진의 과도한 설계 변경 없이도 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 적용할 수 있어 생산성을 높일 수 있고, 생산 비용을 절감할 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: 엔진 10: 실린더 헤드
30: 캠 축 32: 캠 축 홀
40: 캡 캡 41: 캠 캡 안내부
42: 샤프트 홀 44: 샤프트 베어링
46: 캠 지지부 48: 캠 스프로켓
50: 가이드 헤드 52: 헤드 안내부
54: 헤드 홀 60: 캠 축 핀
70a, 70b: 제1, 2 캠 부 71, 72: 캠
74: 캠 키 76: 캠 캡 결합부
80: 제1 이너 브라켓 81: 제2 이너 브라켓
82: 캠 키 핀 83: 캠 키 슬롯
84: 슬라이더 핀 85: 캠 축 핀 슬롯
86: 제1 슬라이딩 홀 88: 제2 슬라이딩 홀
90: 슬라이더 하우징 91: 스페이서
92: 슬라이더 하우징 베어링 93: 제1 안내부
95: 제2 안내부 100: 제어부
101: 제어기 102: 웜 휠
104: 웜 106: 제어 모터
108: 제어 샤프트 110: 제어 로드
112: 위치 센서 113: 메모리
120: 스토퍼 200: 밸브
211~214: 제1~4 실린더

Claims (20)

  1. 캠 축;
    캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되며, 상기 캠 축에 대한 상기 캠의 상대적인 위상이 가변 될 수 있는 제1, 2 캠 부;
    상기 캠 축의 회전을 상기 제1, 2 캠 부에 각각 전달하는 제1, 2 이너 브라켓;
    상기 제1, 2 이너 브라켓이 회전 가능하게 삽입되며, 그 상부에 제1 안내부가 형성되고, 상기 제1 안내부에 수직한 방향으로 제2 안내부가 형성된 슬라이더 하우징;
    상기 슬라이더 하우징의 이동을 안내하는 캠 캡 안내부가 형성된 캠 캡;
    상기 캠 축과 나란하게 구비되며, 제어 로드가 편심 형성된 제어 샤프트;
    상기 제1 안내부와 슬라이딩 가능하게 결합하는 헤드 안내부가 형성되고, 상기 제어 로드가 회전 가능하게 삽입되는 헤드 홀이 형성된 된 가이드 헤드;
    상기 슬라이더 하우징이 상기 캠 캡 안내부를 따라 이동하도록 상기 제어 샤프트를 선택적으로 회전시키는 제어부; 및
    상기 가이드 헤드의 이동을 제한하도록 구비된 스토퍼;
    를 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 스토퍼는 상기 제1 안내부에 치합되어 고정된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제어부는
    상기 제어 샤프트를 회전시키는 제어 모터; 및
    상기 제어 샤프트의 회전을 감지하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서;
    상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보가 저장된 메모리; 및
    상기 위치 센서의 출력 신호와 엔진 작동 상태에 따라 상기 제어 모터의 작동을 제어하는 제어기;
    를 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제어기는
    상기 제어 모터를 제어하여 상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉하도록 하고,
    상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉한 순간의 상기 제어 샤프트의 위상 정보와 상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 비교하여,
    상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제어부는
    상기 제어 샤프트에 결합된 웜 휠; 및
    상기 웜 휠에 치합된 웜;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 안내부와 상기 헤드 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상인 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 안내부와 상기 캠 캡 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상인 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 캠 캡에는
    상기 제어 샤프트가 삽입되는 샤프트 홀이 형성되고,
    상기 샤프트 홀에 삽입되어 상기 제어 샤프트를 지지하는 샤프트 베어링;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제1, 2 캠 부에는 2개의 캠이 형성되고,
    상기 각 캠들 사이에는 캠 캡 결합부가 형성되며,
    상기 캠 캡에는 상기 캠 캡 결합부를 회전 가능하게 지지하는 캠 지지부가 형성된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 제1, 2 캠 부에는 각각 캠 키가 형성되고,
    상기 제1, 2 이너 브라켓에는 각각 제1, 2 슬라이딩 홀이 형성되되,
    상기 캠 키가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 키 슬롯이 형성되고, 상기 각 제1슬라이딩 홀에 각각 회전 가능하게 삽입되는 캠 키 핀;
    상기 캠 축과 결합하는 캠 축 핀; 및
    상기 캠 축 핀이 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 축 핀 슬롯이 형성되고, 상기 각 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 슬라이더 핀;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  11. 캠 축;
    캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되며, 상기 캠 축에 대한 상기 캠의 상대적인 위상이 가변 될 수 있는 제1, 2 캠 부;
    상기 캠 축의 회전을 상기 제1, 2 캠 부에 각각 전달하는 제1, 2 이너 브라켓;
    상기 제1, 2 이너 브라켓이 회전 가능하게 삽입되며, 그 상부에 제1 안내부가 형성되고, 상기 제1 안내부에 수직한 방향으로 제2 안내부가 형성된 슬라이더 하우징;
    상기 슬라이더 하우징의 이동을 안내하는 캠 캡 안내부가 형성된 캠 캡;
    상기 캠 축과 나란하게 구비되며, 제어 로드가 편심 형성된 제어 샤프트;
    상기 제1 안내부와 슬라이딩 가능하게 결합하는 헤드 안내부가 형성되고, 상기 제어 로드가 회전 가능하게 삽입되는 헤드 홀이 형성된 된 가이드 헤드;
    상기 슬라이더 하우징이 상기 캠 캡 안내부를 따라 이동하도록 상기 제어 샤프트를 선택적으로 회전시키는 제어부; 및
    상기 가이드 헤드의 이동을 제한하도록 구비된 스토퍼;
    를 포함하는 엔진.
  12. 제11항에서,
    상기 스토퍼는 상기 제1 안내부에 치합되어 고정된 엔진.
  13. 제11항에서,
    상기 제어부는
    상기 제어 샤프트를 회전시키는 제어 모터; 및
    상기 제어 샤프트의 회전을 감지하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서;
    상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보가 저장된 메모리; 및
    상기 위치 센서의 출력 신호와 엔진 작동 상태에 따라 상기 제어 모터의 작동을 제어하는 제어기;
    를 포함하는 엔진.
  14. 제13항에서,
    상기 제어기는
    상기 제어 모터를 제어하여 상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉하도록 하고,
    상기 가이드 헤드가 상기 스토퍼에 접촉한 순간의 상기 제어 샤프트의 위상 정보와 상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 비교하여,
    상기 메모리에 저장되어 있는 상기 제어 샤프트의 현재 위상 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  15. 제13항에서,
    상기 제어부는
    상기 제어 샤프트에 결합된 웜 휠; 및
    상기 웜 휠에 치합된 웜;
    을 더 포함하는 엔진.
  16. 제11항에서,
    상기 제1 안내부와 상기 헤드 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상인 것을 특징으로 하는 엔진.
  17. 제11항에서,
    상기 제2 안내부와 상기 캠 캡 안내부는 슬라이딩 가능하게 맞물린 레일 형상인 것을 특징으로 하는 엔진.
  18. 제11항에서,
    상기 캠 캡에는
    상기 제어 샤프트가 삽입되는 샤프트 홀이 형성되고,
    상기 샤프트 홀에 삽입되어 상기 제어 샤프트를 지지하는 샤프트 베어링;
    을 더 포함하는 엔진.
  19. 제11항에서,
    상기 제1, 2 캠 부에는 2개의 캠이 형성되고,
    상기 각 캠들 사이에는 캠 캡 결합부가 형성되며,
    상기 캠 캡에는 상기 캠 캡 결합부를 회전 가능하게 지지하는 캠 지지부가 형성된 엔진.
  20. 제11항에서,
    상기 제1, 2 캠 부에는 각각 캠 키가 형성되고,
    상기 제1, 2 이너 브라켓에는 각각 제1, 2 슬라이딩 홀이 형성되되,
    상기 캠 키가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 키 슬롯이 형성되고, 상기 각 제1슬라이딩 홀에 각각 회전 가능하게 삽입되는 캠 키 핀;
    상기 캠 축과 결합하는 캠 축 핀; 및
    상기 캠 축 핀이 슬라이딩 가능하게 삽입되는 캠 축 핀 슬롯이 형성되고, 상기 각 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 슬라이더 핀;
    을 더 포함하는 엔진.
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