KR101752096B1

KR101752096B1 - 부품 내장형 액추에이터 및 이를 적용한 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템과 밸브 트레인 시스템

Info

Publication number: KR101752096B1
Application number: KR1020160084194A
Authority: KR
Inventors: 김래겸
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2017-06-28
Also published as: CN107575280B; US10287931B2; CN107575280A; US20180003089A1

Abstract

본 발명의 부품 내장형 액추에이터(1)는 회전되는 출력 축(20), 출력 축(20)과 동심 축으로 중첩 구간을 형성한 유성기어(30), 유성기어(30)의 중첩 구간에 결합된 모터(40), 출력 축(20)의 회전 각도를 검출하는 센싱 제어기(50), 출력 축(20)이 관통되고 유성기어(30)와 모터(40) 및 센싱 제어기(50)가 직렬 배열된 액추에이터 하우징(10)으로 구성됨으로써 패키지 최소화를 구현하고, CVVD(Continuously Variable Valve Duration)시스템(100)의 동력원으로 적용됨으로써 복잡한 엔진 룸 공간에서도 점유 공간 최소화로 탑재성이 크게 향상되는 특징을 갖는다.

Description

부품 내장형 액추에이터 및 이를 적용한 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템과 밸브 트레인 시스템{Embedded Components type Actuator and Continuously Variable Valve Duration System and Valve Train System thereby}

본 발명은 액추에이터에 관한 것으로, 특히 패키지(package) 최적화가 이루어진 부품 내장형 액추에이터 및 이를 적용한 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템과 밸브 트레인 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 서로 분리된 상태에서 동력 전달이 이루어지는 모터와 감속기를 적용한 액추에이터(actuator)는 연속가변밸브타이밍(Continuously Variable Valve Timing, 이하 CVVT)이나 연속 가변 밸브 듀레이션(Continuously Variable Valve Duration, 이하 CVVD)과 같은 차량 시스템 제어에 적합하다.

상기 CVVT 시스템은 밸브 듀레이션(valve duration)이 고정된 상태로 밸브 열림/닫힘 시점(흡기 밸브 또는/및 배기 밸브)을 동시에 변경시켜줌으로써 시스템 응답성 향상 및 캠 작동 영역 확장이 이루어진다. 그러므로 CVVT 시스템용 CVVT 액추에이터는 캠 샤프트(cam shaft)를 직접 제어한다.

반면, CVVD 시스템은 360°의 1회전 영역을 소정 구간의 영역으로 나누어 숏 사이드(short-side)를 시작각도로 하여 롱 사이드(long-side)를 최대 회전각도로 정의하고, 엔진의 동작 상태에 따라 숏 사이드 듀레이션(duration)과 롱 사이드 듀레이션(duration)으로 가변되는 밸브 듀레이션 제어(valve duration control)가 구현된다. 그러므로 CVVD 시스템용 CVVD 액추에이터는 캠 샤프트 회전속도 변화를 위해 밸브 리프터(valve lifter)와 연계되어 숏 사이드에서 롱 사이드로 회전되는 컨트롤 샤프트를 직접 제어한다. 특히 상기 CVVD 액추에이터는 캠 샤프트와 밸브 트레인을 구비한 엔진헤드 어셈블리 쪽으로 설치된 포지션 센서를 더 포함하고, 상기 포지션 센서가 검출한 컨트롤 샤프트 위치는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)로 제공됨으로써 밸브 듀레이션 값 계산에 이용된 후 CVVD 제어기로 출력된다.

일본 공개특허공보 2005-273507(2005.10.6)

하지만, 상기 CVVD 액추에이터는 패키지(package) 최소화에 불리한 구조를 갖는 방식이다.

하나는 모터와 감속기의 분리 구조에 기인한 내부적 요인이고, 다른 하나는 포지션 센서와 CVVD 제어기의 외장형 구조에 기인한 외부적 요인이다. 이러한 두 가지 요인은 엔진헤드 어셈블리의 주변 공간에 대한 CVVD 액추에이터의 공간 점유율을 높임으로써 엔진 룸 설계 자유도를 제한하고 특히 엔진 룸 레이아웃 변경을 필요로 할 수 도 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 감속기와 모터를 동심 축 배열로 결합함과 더불어 마그넷과 제어기를 PCBA(Printed Circuit Board Assembly)로 묶여져 액추에이터 하우징 공간에서 일체화됨으로써 패키지 최소화의 걸림돌이던 내부적요인과 외부적요인을 동시에 제거할 수 있는 부품 내장형 액추에이터 및 이를 적용한 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부품 내장형 액추에이터는 회전되는 출력축과 중첩 구간을 형성한 유성기어; 상기 유성기어와 직렬로 배열되도록 상기 중첩 구간에 결합되는 동심 구간을 형성하고, 상기 출력축과 고정 구간을 형성한 모터; 상기 모터의 뒤쪽에서 상기 출력축의 회전 각도를 검출하는 센싱 제어기; 상기 출력축이 관통한 상태에서 상기 유성기어와 결합된 하우징 브래킷; 상기 모터와 결합된 하우징 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 출력축은 출력이 인출되는 연결 축에 이어져 상기 중첩 구간과 상기 고정 구간을 형성하는 동심축이 캐리어 플랜지로 구분된 캐리어 샤프트로 이루어지고; 상기 유성기어는 상기 동심축이 관통하는 중공의 선 기어 축을 형성한 선 기어, 상기 선 기어에 외접하는 위성 기어, 상기 위성 기어와 상기 캐리어 플랜지를 고정하는 캐리어 핀, 상기 위성 기어가 내접하는 링 기어로 이루어지며; 상기 모터는 상기 선 기어 축이 관통하여 상기 동심 구간을 형성하는 회전자, 상기 회전자를 감싼 고정자, 상기 고정자를 감싸고 상기 동심축과 상기 고정 구간을 형성한 모터 하우징으로 이루어지고; 상기 센싱 제어기는 상기 동심축에 결합된 마그넷, 상기 마그넷의 위치를 검출하는 PCBA로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 동심 축은 인서트 축과 센서 엔드 축으로 구분되고, 상기 인서트 축은 상기 선 기어 축을 관통하여 상기 중첩 구간을 형성하며, 상기 센서 엔드 축은 상기 중첩 구간을 지나 상기 모터 하우징의 측면에 돌출된 엔드 보스와 상기 고정 구간을 형성함과 더불어 상기 마그넷을 고정하고, 상기 인서트 축과 상기 선 기어 축의 사이에 니들 베어링이 개재되고, 상기 센서 엔드 축과 상기 엔드 보스의 사이에 베어링이 개재된다.

바람직한 실시예로서, 상기 하우징 브래킷은 상기 캐리어 샤프트와 베어링이 각각 위치되는 이중 단차면을 형성하고, 상기 하우징 커버는 상기 마그넷과 상기 PCBA가 위치되는 내부공간을 형성한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템은 회전되는 출력 축, 상기 출력축이 동심 축으로 되어 중첩 구간을 형성한 유성기어, 상기 유성기어의 중첩 구간에 결합되어 상기 유성기어의 뒤쪽으로 위치된 모터, 상기 모터의 뒤쪽으로 위치되어 상기 출력축의 회전 각도를 검출하는 센싱 제어기, 상기 출력축이 관통되고 상기 유성기어가 결합된 하우징 브래킷, 상기 모터와 결합되어 상기 센싱 제어기를 수용한 하우징 커버로 구성된 CVVD 액추에이터; 상기 출력축에 연결되어 숏 사이드에서 롱 사이드를 작동각도로 하여 회전되는 컨트롤 샤프트; 상기 컨트롤 샤프트의 회전에 연계되어 캠 샤프트의 회전속도를 변화시키는 밸브 리프터;가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 CVVD 액추에이터는 상기 작동각도를 상기 출력축의 회전 각도로 검출하여 엔진 ECU(Electronic Control Unit)의 출력신호조정을 위한 피드백 데이터로 제공한다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 밸브 트레인 시스템은 회전되는 출력축, 상기 출력축이 동심 축으로 되어 중첩 구간을 형성한 유성기어, 상기 유성기어의 중첩 구간에 결합되어 상기 유성기어의 뒤쪽으로 위치된 모터, 상기 모터의 뒤쪽으로 위치되어 상기 출력축의 회전 각도를 검출하는 센싱 제어기, 상기 출력축이 관통되고 상기 유성기어가 결합된 하우징 브래킷, 상기 모터와 결합되어 상기 센싱 제어기를 수용한 하우징 커버로 구성된 CVVD 액추에이터가 동력원이 되고, 캠 샤프트의 회전속도를 변화시키는 CVVD시스템;이 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 CVVD시스템은 상기 캠 샤프트를 직접 제어하는 CVVT 액츄에이터가 동력원인 CVVT시스템과 함께 구성된다.

이러한 본 발명의 액추에이터는 감속기, 모터, 마그넷 및 제어기가 내부공간에 집약된 부품 내장형으로 구현됨으로써 다음과 같은 장점 및 효과를 갖는다.

첫째, 감속기와 모터의 분리구조가 일체형으로 전환됨으로써 액추에이터의 패키지 최소화에 최대 걸림돌이던 내부적 요인을 제거할 수 있다. 둘째, 감속기와 모터의 일체형 구조를 출력축에 대한 동심 축 배열로 구현함으로써 패키지 최소화를 위한 설계변경도 최소화될 수 있다. 셋째, 마그넷과 제어기가 출력축에 연계되어 액추에이터의 내부공간으로 내장됨으로써 액추에이터의 패키지 최소화에 또 다른 걸림돌이던 외부적 요인을 제거할 수 있다. 넷째, 마그넷과 제어기가 PCBA를 이용하여 일체화됨으로써 외부적요인 제거에 따른 부품 증가를 최소화할 수 있다. 다섯째, 기존의 내부적요인과 외부적요인의 동시 해소로 액추에이터 전장길이단축이 이루어짐으로써 더욱 효과적인 패키지 최소화를 구현할 수 있다. 여섯째, 액추에이터가 부품 내장형으로 전환됨으로써 액추에이터에 대한 취급 및 관리를 용이하게 할 수 있다.

또한 본 발명의 CVVD 시스템은 부품 내장형 액추에이터를 적용함으로써 엔진 룸 설계 자유도를 제한하던 엔진헤드 어셈블리의 주변 공간에 대한 공간 점유율을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명의 CVVD 시스템은 부품 내장형 액추에이터에 의한 엔진 룸 공간 점유율을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명의 밸브 트레인 시스템은 부품 내장형 액추에이터가 적용된 CVVD 시스템과 CVVT 시스템으로 구성됨으로써 기존 엔진 룸 레이아웃에 영향을 주지 않고 용이하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부품 내장형 액추에이터의 조립단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 부품 내장형 액추에이터의 분해도이며, 도 3은 본 발명에 따른 부품 내장형 액추에이터를 적용한 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 부품 내장형 액추에이터를 적용한 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템의 동작 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 부품 내장형 액추에이터를 적용한 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템으로 구성된 밸브 트레인 시스템의 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 액추에이터(1)는 액추에이터 하우징(10), 출력축(20), 유성기어(30), 모터(40) 및 센싱 제어기(50)를 구성요소로 하고, 액추에이터 하우징(10)을 이용하여 부품 내장형 액추에이터로 구성된다.

구체적으로, 상기 액추에이터 하우징(10)은 하우징 브래킷(10-1), 하우징 커버(10-2) 및 O 링(10-3)으로 구성된다. 상기 하우징 브래킷(10-1)은 축 홀을 형성한 중공 축 보스(15)가 한쪽측면으로 돌출된 일방향 개방 공간을 형성하면서 다수의 고정 홀이 파여진 브래킷 바디로 이루어짐으로써 출력축(20)이 관통하고 유성기어(30)가 고정된다. 특히 상기 브래킷 바디의 내부공간은 축 홀과 동심원을 이루는 소직경 단차면(13)과 함께 소직경 단차면(13)과 동심원을 이루는 대직경 단차면(11)으로 파여져 개방 공간으로 형성됨으로써 출력축(20)의 조립 위치를 잡아준다. 또한 상기 브래킷 바디의 테두리 면에는 120도 각도로 돌출된 3개의 고정 보스(17)가 형성됨으로써 액추에이터(1)의 체결 부위를 형성한다. 상기 하우징 커버(10-2)는 일방향 개방 공간을 형성한 커버 바디로 이루어지고, 상기 일방향 개방공간에 센싱 제어기(50)를 수용한 상태로 모터(40)와 결합된다. 상기 O 링(10-3)은 중공 축 보스(15)의 외경에 형성된 홈으로 끼워짐으로써 액추에이터 하우징(10)과 일체화된다.

구체적으로, 상기 출력축(20)은 샤프트 캐리어(20-1), 전방 베어링(20-2), 니들 베어링(20-3) 및 후방 베어링(20-4)으로 구성된다. 상기 샤프트 캐리어(20-1)는 3개의 핀 홀(21a)이 120도 각도로 뚫려진 캐리어 플랜지(21), 사각단면의 인서트 엔드(23a)를 갖추고 캐리어 플랜지(21)의 한쪽 측면으로 돌출된 연결 축(23), 캐리어 플랜지(21)의 다른쪽 측면으로 돌출된 동심 축으로 이루어진다. 상기 동심 축은 인서트 축(25)과 그 끝에서 연장된 중공의 센서 엔드 축(27)으로 이루어진다. 이하, 상기 인서트 축(25)의 길이를 A-1, 상기 센서 엔드 축(27)의 길이를 A-2, 상기 동심 축의 길이를 A(A-1 + A-2)로 정의한다. 상기 전방 베어링(20-2)은 연결 축(23)에 결합되어 하우징 브래킷(10-1)의 소직경 단차면(13)과 결합된다. 상기 니들 베어링(20-3)은 인서트 축(25)에 결합되어 샤프트 캐리어(20-1)와 일체화된다. 상기 후방 베어링(20-4)은 센서 엔드 축(27)에 결합되어 샤프트 캐리어(20-1)와 일체화된다.

구체적으로, 상기 유성기어(30)는 선 기어(30-1), 캐리어(30-2) 및 링 기어(30-3)로 구성된다. 상기 선 기어(30-1)는 축 홀이 뚫려진 중공의 선 기어 축(31)을 구비한다. 이하, 상기 선 기어 축(31)의 길이를 B-2로 정의한다. 상기 캐리어(30-2)는 3개의 캐리어 핀(34)에 고정된 3개의 위성 기어(33)로 이루어져 상기 선 기어(30-1)에 외접한다. 상기 링 기어(30-3)는 내경에 위성 기어(33)가 내접된 기어를 형성한 환형의 링기어 바디로 이루어지고, 상기 링기어 바디의 테두리에는 고정 홀이 뚫려진 고정 보스(35)가 120도 각도로 배열된다. 이하, 상기 링 기어(30-3)의 폭을 B-1로 정의한다.

구체적으로, 상기 모터(40)는 회전자(40-1), 고정자(40-2) 및 모터 하우징(40-3)으로 구성된다. 상기 회전자(40-1)는 회전자 구성요소를 구비한 회전자 바디로 이루어지고, 상기 회전자 바디에는 중앙에 축 홀을 형성한다. 상기 고정자(40-2)는 고정자 구성요소를 구비한 고정자 바디로 이루어지고, 상기 고정자 바디에는 중앙에 축 홀을 형성한다. 상기 모터 하우징(40-3)은 일방향 개방 공간을 형성한 모터 하우징 바디로 이루어지고, 상기 모터 하우징 바디에는 베어링안착공간과 함께 작은 직경의 축 홀을 형성한 엔드 보스(41)가 측면에 형성된다. 이하, 상기 모터 하우징(40-3)의 폭을 D, 상기 엔드 보스(41)의 길이를 d-1로 정의한다.

구체적으로, 상기 센싱 제어기(50)는 PCBA(Printed Circuit Board Assembly)(50-1)와 마그넷(50-2)으로 구성된다. 상기 PCBA(50-1)는 신호 처리를 위한 배선 패턴과 함께 Hall IC가 구비되고 다수의 고정 홀(51)이 천공된 원판 형태로 이루어진다. 상기 마그넷(50-2)은 원형의 마그넷(magnet)으로 이루어진다.

도 2를 참조하면, 부품 내장형 액추에이터(1)는 출력축(20)과 동심 축 배열된 유성기어(30)와 모터(40) 및 센싱 제어기(50)의 직렬배열상태가 하우징 브래킷(10-1)과 하우징 커버(10-2)의 직접적인 체결구조 없이 이루어짐을 알 수 있다. 일례로, 상기 하우징 브래킷(10-1), 링기어(30-3), 모터하우징(40-3), 하우징 커버(10-2)는 도시되지 않았으나 통상적인 액추에이터 조립과 같이 볼트 체결 또는 클립 체결을 이용한 고정방식 또는 압입체결을 이용한 고정 방식을 적용할 수 있다.

구체적으로 샤프트 캐리어(20-1)는 하우징 브래킷(10-1)의 중공 축 보스(15)로 연결 축(23)이 끼워지고, 하우징 브래킷(10-1)의 소직경 단차면(13)으로 전방 베어링(20-2)이 위치되어 하우징 브래킷(10-1)과 조립되며, 하우징 브래킷(10-1)의 대직경 단차면(11)으로 캐리어 플랜지(21)가 위치되어 유성기어(30)와 조립되고, 유성기어(30)를 관통한 동심 축(25)이 니들 베어링(20-3)을 매개로 유성기어(30)와 조립되며, 모터(40)를 관통한 센서 엔드 축(27)이 후방 베어링(20-4)을 매개로 모터(40)와 조립된다. 따라서 출력축(20)은 인서트 축(25)과 유성기어(30)의 동심 축 배열에 의한 중첩구간과 함께 인서트 축(25)과 유성기어(30) 및 모터(40)의 동심 축 배열에 의한 동심 구간을 제공함으로써 액추에이터 패키지 최소화를 위한 구성요소로도 작용한다.

구체적으로 선 기어(30-1)는 선 기어 축(31)을 이용해 샤프트 캐리어(20-1)의 동심 축(25)에 끼워지고, 캐리어 핀(34)의 각각은 샤프트 캐리어(20-1)의 캐리어 플랜지(21)에 형성된 3개의 핀 홀(21a)에 각각 고정되며, 위성 기어(33)의 각각은 캐리어 핀(34)에 고정되어 링 기어(30-3)에 내접되고, 링 기어(30-3)는 고정 보스(35)에 끼워진 고정 핀(도시되지 않음)를 이용해 하우징 브래킷(10-1)의 브래킷 바디에 형성된 고정 홀과 결합된다. 따라서 유성기어(30)는 선 기어(30-1)가 샤프트 캐리어(20-1)의 인서트 축(25)과 동심 축 배열에 의한 중첩구간을 제공함으로써 액추에이터 패키지 최소화를 위한 구성요소로도 작용한다.

구체적으로 회전자(40-1)는 축 홀을 이용해 선 기어(30-1)의 선 기어 축(31)에 끼워지고, 고정자(40-2)는 축 홀을 이용해 회전자(40-1)에 끼워지며, 모터 하우징(40-3)은 일방향 개방 공간을 이용해 회전자(40-1)와 결합된 고정자(40-2)에 결합되고, 엔드 보스(41)는 베어링안착공간에 결합된 후방 베어링(20-4)을 이용해 축 홀로 위치된 샤프트 캐리어(20-1)의 센서 엔드 축(27)을 지지한다. 따라서 모터(40)는 회전자(40-1)가 인서트 축(25)과 선 기어 축(31)과 동심 축 배열에 의한 동심 구간을 제공함으로써 액추에이터 패키지 최소화를 위한 구성요소로도 작용한다. 또한 모터(40)는 모터 하우징(40-3)의 엔드 보스(41)에 후방 베어링(20-4)이 고정됨으로써 후방 베어링(20-4)과 결합된 센서 엔드 축(27)을 매개로 샤프트 캐리어(21)와 고정된다.

구체적으로 PCBA(50-1)는 하우징 커버(10-2)의 일방향 개방 공간에 삽입되어 하우징 커버(10-2)와 일체화되고, 마그넷(50-2)은 샤프트 캐리어(20-1)의 센서 엔드 축(27)에 끼워져 출력 축(20)과 일체화된다.

그 결과 액추에이터(1)의 레이아웃은 하기와 같다.

출력축(20)의 동심 축 길이 A, 선 기어 축(31)의 길이 B-2, 유성기어(30)와 모터(40)의 직렬배열길이 S-1은 각각 식 1,2,3로 정의된다.

A = A-1 + A-2 ---- 식1, A-1 > B-2 ---- 식2, S-1 = B-1 + D --- 식3

여기서, A-1은 인서트 축(25)의 길이, A-2는 센서 엔드 축(27)의 길이, B-1은 링 기어(30-3)의 폭, D는 모터 하우징(40-3)의 폭, d-1은 엔드 보스(41)의 길이를 각각 의미한다. 또한, ">"는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

따라서 선 기어 축(31)의 길이 B-2는 인서트 축(25)의 길이 A-1보다 짧고, 출력축(20)의 동심 축 길이 A는 유성기어(30)와 모터(40)의 직렬배열길이 S-1보다 짧은 디멘젼(dimension)을 갖는다. 그 결과 유성기어(30)와 모터(40)는 출력축(20)의 동심 축 길이 A와 동심 축 배열방식으로 중첩구간을 형성한다.

이로부터 액추에이터(1)는 중첩구간이 없는 기존 분리배열방식 대비 중첩구간에 의한 패키지 최소화가 이루어진다.

또한 유성기어(30)와 모터(40)의 노출길이 S는 식 4로 정의된다.

S = S-1 - d-1 ---- 식4

여기서 d-1은 하우징 커버(10-2)의 길이이다.

이로부터 엔드 보스(41)의 길이 d-1은 하우징 커버(10-2)로 중첩되어 외부 로 노출되지 않은 사구간(dead space)을 형성하고, 그 결과 유성기어(30)와 모터(40)의 노출길이 S는 출력축(20)의 동심 축 길이 A에 모터 하우징(40-3)의 두께를 더한 정도로 축소됨으로써 그 만큼 액추에이터(1)의 전장 길이도 단축된다.

따라서 액추에이터(1)는 전장 길이 축소에 의한 패키지 최소화도 함께 이루어진다.

한편, 도 3 및 도 4는 CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 시스템(100)을 예시한다.

도 3을 참조하면, CVVD시스템(100)은 CVVD 액추에이터(1-1), 컨트롤 샤프트(110), 캠 샤프트(200)의 회전속도를 변화시키는 밸브 리프터(120)를 포함하고, 엔진헤드 어셈블리(300)에 장착된다.

구체적으로 상기 CVVD 액추에이터(1-1)는 도 1과 도 2를 통해 기술된 액추에이터(1)와 동일한 구성요소이다. 그러므로 상기 CVVD 액추에이터(1-1)는 중첩구간과 전장길이단축에 의한 패키지 최소화로 엔진헤드 어셈블리(300)의 주변 공간에 대한 공간 점유율을 최소화한다. 특히, 상기 CVVD 액추에이터(1-1)는 컨트롤 샤프트(110)의 회전각을 검출하는 외장형 포지션 센서 대신 출력축(20)의 회전각을 검출하는 내장형 센싱 제어기(50)가 적용됨으로써 엔진헤드 어셈블리(300)의 주변 공간에 대한 공간 점유율을 더욱 최소화한다.

구체적으로 상기 컨트롤 샤프트(110)는 인서트 엔드(23a)를 갖춘 연결 축(23)을 매개로 CVVD 액추에이터(1-1)와 연결됨으로써 숏 사이드에서 롱 사이드로 회전된다. 상기 밸브 리프터(120)는 컨트롤 샤프트(110)의 회전에 연계되어 캠 샤프트(200)의 회전속도를 변화시킨다, 그러므로 상기 컨트롤 샤프트(110)와 상기 밸브 리프터(120)는 일반적인 CVVD시스템을 구성하는 통상적인 구성요소이다.

도 4를 참고하면, CVVD 액추에이터(1-1)는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)(400)와 연계됨으로써 피드백 제어로 작동된다.

구체적으로 엔진 ECU(400)는 센서 엔드 축(27)의 마그넷(50-2)을 검출한 PCBA(50-1)의 출력축 위치신호(a)를 입력 받고, 출력축 위치신호(a)와 함께 엔진 데이터로부터 360°의 1회전 영역을 소정 구간의 영역으로 나누어 숏 사이드(short-side)를 시작각도로 하여 롱 사이드(long-side)를 최대 회전각도로 한 각도영역에서 작동각도를 산출한 후 그 결과를 액추에이터 제어신호(b)로 출력한다.

그러면, 모터(40)의 전원공급에 의한 회전자(40-1)의 회전은 선 기어(31)를 거쳐 위성기어(33)로 전달된 후 출력축(20)을 회전시키고, 출력축(20)의 회전은 연결 축(23)을 통해 컨트롤 샤프트(100)로 전달되며, 컨트롤 샤프트(100)의 회전은 밸브 리프터(120)를 움직임으로써 캠 샤프트(200)의 회전속도를 변화시킨다,

이어, PCBA(50-1)는 마그넷(50-2)의 회전에 따른 위치 변화(c)를 검출하고, 위치 변화(c)를 작동각도 피드백 신호(d)로 엔진 ECU(400)로 전송함으로써 CVVD 액추에이터(1-1)의 정확도가 엔진 ECU(400)에서 판단된다.

그 결과, 액추에이터(1-1)는 엔진 ECU(400)에 의해 피드백 제어된다.

한편 도 5를 참조하면, 차량에 적용되는 밸브 트레인 시스템(60)이 CVVD시스템(100)과 CVVT(Continuously Variable Valve Timing) 시스템(500)을 포함해 구성된 예를 알 수 있다.

구체적으로 상기 CVVD시스템(100)은 CVVD 액추에이터(1-1), 컨트롤 샤프트(110), 캠 샤프트(200)의 회전속도를 변화시키는 밸브 리프터(120)를 포함한다. 그러므로 상기 CVVD시스템(100)은 도 3 및 도 4를 통해 기술된 CVVD시스템(100)과 동일하다.

구체적으로 상기 CVVT시스템(500)은 캠 샤프트(200)에 직접 연결된 CVVT 액추에이터(1-2), 캠 샤프트(200)의 회전각을 검출하는 CMP(cam shaft position) 센서(510)와 연계된 CVVT(Continuously Variable Valve Timing) 시스템(500)을 포함한다. 그러므로 상기 CVVT시스템(500)은 일반적인 CVVT시스템을 구성하는 통상적인 구성요소이다.

다만, 상기 CVVT시스템(500)은 CVVT 액추에이터(1-2) 대신 도 1과 도 2를 통해 기술된 부품 내장형 액추에이터(1)와 함께 구성될 수 있다. 이 경우 상기 CVVT시스템(500)은 부품 내장형 액추에이터(1)가 제공하는 패키지 최소화로 밸브 트레인 시스템(60)의 주변 공간에 대한 공간 점유율을 최소화할 수 있다.

따라서 상기 밸브 트레인 시스템(60)은 CVVD시스템(100)과 CVVT시스템(500)이 제공하는 점유 공간 최소화로 엔진 룸 탑재성을 크게 향상시킬 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부품 내장형 액추에이터(1)는 회전되는 출력축(20), 출력축(20)과 동심 축으로 중첩 구간을 형성한 유성기어(30), 유성기어(30)의 중첩 구간에 결합된 모터(40), 출력축(20)의 회전 각도를 검출하는 센싱 제어기(50), 출력축(20)이 관통되고 유성기어(30)와 모터(40) 및 센싱 제어기(50)가 직렬 배열된 액추에이터 하우징(10)으로 구성됨으로써 패키지 최소화를 구현하고, CVVD시스템(100)의 동력원으로 적용됨으로써 복잡한 엔진 룸 공간에서도 점유 공간 최소화로 탑재성이 크게 향상된다.

1 : 액추에이터 1-1 : CVVD 액추에이터
1-2 : CVVT 액추에이터
10 : 액추에이터 하우징 10-1 : 하우징 브래킷
10-2 : 하우징 커버 10-3 : O 링
11 : 대직경 단차면 13 : 소직경 단차면
15 : 중공 축 보스 17,35 : 고정 보스
20 : 출력축 20-1 : 샤프트 캐리어
20-2 : 전방 베어링 20-3 : 니들 베어링
20-4 : 후방 베어링 21 : 캐리어 플랜지
21a : 핀 홀 23 : 연결 축
23a : 인서트 엔드 25 : 인서트 축
27 : 센서 엔드 축
30 : 유성기어 30-1 : 선 기어
30-2 : 캐리어 30-3 : 링 기어
31 : 선 기어 축 33 : 위성 기어
34 : 캐리어 핀
40 : 모터 40-1 : 회전자
40-2 : 고정자 40-3 : 모터 하우징
41 : 엔드 보스
50 : 센싱 제어기 50-1 : PCBA(Printed Circuit Board Assembly)
50-2 : 마그넷 51 : 고정 홀
100 : CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 시스템
110 : 컨트롤 샤프트 120 : 밸브 리프터
200 : 캠 샤프트 300 : 엔진헤드 어셈블리
400 : 엔진 ECU(Electronic Control Unit)
500 : CVVT(Continuously Variable Valve Timing) 시스템
510 : CMP(cam shaft position) 센서
600 : 밸브 트레인 시스템

Claims

회전되는 출력축과 중첩 구간을 형성한 유성기어;
상기 유성기어와 직렬로 배열되도록 상기 중첩 구간에 결합되는 동심 구간을 형성하고, 상기 출력축과 고정 구간을 형성한 모터;
상기 모터의 뒤쪽에서 상기 출력축의 회전 각도를 검출하는 센싱 제어기;가 포함되고;
상기 출력축은 출력이 인출되는 연결 축에 이어져 상기 중첩 구간과 상기 고정 구간을 형성하는 동심 축이 캐리어 플랜지로 구분된 캐리어 샤프트로 이루어지며; 상기 유성기어는 상기 동심축이 관통하는 중공의 선 기어 축을 형성한 선 기어, 상기 선 기어에 외접하는 위성 기어, 상기 위성 기어와 상기 캐리어 플랜지를 고정하는 캐리어 핀, 상기 위성 기어가 내접하는 링 기어로 이루어지고; 상기 모터는 상기 선 기어 축이 관통하여 상기 동심 구간을 형성하는 회전자, 상기 회전자를 감싼 고정자, 상기 고정자를 감싸고 상기 동심 축과 상기 고정 구간을 형성한 모터 하우징으로 이루어지고; 상기 센싱 제어기는 상기 동심 축에 결합된 마그넷, 상기 마그넷의 위치를 검출하는 PCBA(Printed Circuit Board Assembly)로 이루어지며;
상기 동심 축은 인서트 축과 센서 엔드 축으로 구분되고, 상기 인서트 축은 상기 선 기어 축을 관통하여 상기 중첩 구간을 형성하며, 상기 센서 엔드 축은 상기 중첩 구간을 지나 상기 모터 하우징의 측면에 돌출된 엔드 보스와 상기 고정 구간을 형성함과 더불어 상기 마그넷을 고정하는
것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 중첩 구간은 상기 출력축이 상기 유성기어를 관통해 형성되고, 상기 동심 구간은 상기 모터가 상기 중첩 구간을 감싸 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 중첩 구간에는 상기 출력축과 상기 유성기어의 사이에 개재된 베어링이 구비되고, 상기 고정 구간에는 상기 출력축과 상기 모터의 사이에 개재된 베어링이 구비된 것을 특징으로 하는 액추에이터.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 동심축의 길이는 상기 선 기어 축의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 액추에이터.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 인서트 축과 상기 선 기어 축의 사이에 니들 베어링이 개재되고, 상기 센서 엔드 축과 상기 엔드 보스의 사이에 베어링이 개재된 것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 마그넷은 상기 센서 엔드 축에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 마그넷은 상기 센서 엔드 축에 끼워져 상기 출력축과 일체화되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 1에 있어서, 상기 캐리어 샤프트는 하우징 브래킷을 관통하고, 상기 링 기어는 상기 하우징 브래킷과 결합되며, 상기 모터 하우징은 하우징 커버와 결합되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 10에 있어서, 상기 하우징 브래킷은 상기 캐리어 플랜지와 베어링이 각각 위치되는 이중 단차면을 형성하고, 상기 베어링은 상기 하우징 브래킷의 축 홀로 빠져나간 상기 연결 축을 지지하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 10에 있어서, 상기 하우징 커버는 상기 마그넷과 상기 PCBA가 위치되는 내부공간을 형성한 것을 특징으로 하는 액추에이터.
청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 의한 액추에이터를 동력원으로 하여 숏 사이드와 롱 사이드로 동작하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 의한 액추에이터;
상기 액추에이터와 연결되고, 상기 액추에이터의 작동각도로 숏 사이드에서 롱 사이드 또는 롱 사이드에서 숏 사이드로 회전되는 컨트롤 샤프트;
상기 컨트롤 샤프트로 움직여 캠 샤프트의 회전속도를 변화시키는 밸브 리프터;
를 포함한 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 액추에이터는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 CVVD 액추에이터로 제어되고, 상기 CVVD 액추에이터는 상기 작동각도를 검출하여 상기 엔진 ECU의 출력신호조정을 위한 피드백 데이터로 제공하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 액추에이터는 엔진헤드 어셈블리의 외부로 위치되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 듀레이션 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 의한 액추에이터를 동력원으로 하고, 상기 액추에이터를 숏 사이드와 롱 사이드의 작동각도로 회전되는 CVVD 액추에이터로 제어하여 캠 샤프트의 회전속도를 변화시키는 CVVD(Continuously Variable Valve Duration)시스템;
상기 캠 샤프트를 직접 제어하는 CVVT 액츄에이터를 동력원으로 하는 CVVT(Continuously Variable Valve Timing)시스템;
이 포함된 것을 특징으로 하는 밸브 트레인 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 CVVT 액츄에이터는 상기 액추에이터인 것을 특징으로 하는 밸브 트레인 시스템