KR101756711B1 - 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구 및 그 제어방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 저부하 운전 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 일부 기통을 휴지 상태로 제어하고 나머지 기통을 통해 동력을 발생시킴으로써, 차량 연비의 향상을 도모하기 위한 밸브제어 기구 및 그 제어방법에 대한 것이다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따르면, 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구로서, 일단부가 밸브부재와 연결되고, 타단부는 밸브모드 제어용 엑츄에이터의 습동 가능한 돌출부와 연결되는 로커암; 외주연에 캠이 형성되는 캠샤프트; 및 상기 로커암의 타단부 측에 위치하며 상기 로커암의 회전각을 조절하는 로커암 샤프트를 포함하되, 상기 캠은 상기 캠샤프트의 축회전 시에 상기 로커암의 중앙 측을 외접하고, 상기 로커암 타단부는 선택된 밸브모드에 따라 상기 로커암 샤프트의 축을 중심으로 회전하되, 상기 엑츄에이터의 돌출부와 연결되는 부분의 접점이 가변하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구를 제공한다.

Description

흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구 및 그 제어방법{VALVE CONTROL APPARATUS AND METHOD THEREOF FOR REDUCING THE INTAKE AIR RESISTANCE}

본 발명은 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구 및 그 제어방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 저부하 운전 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 일부 기통을 휴지 상태로 제어하고 나머지 기통을 통해 동력을 발생시킴으로써, 차량 연비의 향상을 도모하기 위한 밸브제어 기구 및 그 제어방법에 대한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

최근 국제 유가의 상승 등으로 인해서 차량의 연비 개선에 관한 운전자들의 관심이 높아지고 있으며, 연비를 개선하도록 운전자의 주행을 돕는 기술들이 많이 개발되고 있다.

그 중에서 연비를 개선하기 위해서 흡입되는 공기의 저항을 줄이는 기술이 개발되고 있고, 이러한 기술을 펌핑로스(pumping loss) 저감기술이라 일컫는다. 압축과 팽창시에 펌프질에서 발생되는 에너지 손실, 예를 들어 흡입->압축->폭발->배기 순서로 진행되는 4행정 사이클 기관의 경우 폭발행정 단계를 제외한 모든 행정단계에서 에너지 손실이 발생한다. 펌핑로스란 특히 흡입 때문에 생기는 동력 손실을 일컫는 말이며, 펌핑로스를 저감하는 기술은 구체적으로 VVL(Variable Valve Lift), CDA(Cylinder De-Activation)와 같은 기술들이 있다.

특히 밸브가 열리는 높이를 고려하여 흡기량을 제어하는 VVL 기술에는 오토사이클이 아닌 아킨슨(Atkinson) 사이클을 사용할 수 있는데, 이 아킨슨 사이클은 펌핑로스를 줄이기 위해 흡기량을 줄이는 컨셉으로 개발되었다. 밸브 리프트 제어를 하는 VVL 기술은 동일한 공기량을 만족하기 위해 흡기 밸브캠의 Lift를 작게 하고 대신 쓰로틀 개도량을 늘려 저부하 영역에서 발생하는 흡기 저항을 최소화 하는 방법이다. 최초 아킨슨 사이클은 통상적인 오토 사이클과 달리 크랭크 축을 3점 링크 구조로 형성하여, 흡입행정의 하사점을 일반적인 흡입행정에서보다 높게 가져갈 수 있게 하는 컨셉(concept)이었다. 최근에는 크랭크 축을 3점 링크 구조로 하는 전통적인 아킨슨 사이클 대신 발달된 밸브트레인 기술을 이용하여 기존 오토 사이클 엔진에 구현할 수 있게 되었다.

그리고, 기통 휴지 기술(CDA)은 저부하 운전 조건에서는 기통의 일부를 휴지 상태로 제어함으로써, 나머지 기통의 부하 상승에 따라 엔진 효율을 증대시키고 연비를 향상시키는 기술이다. 저부하 운전 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 모든 기통을 작동시켜 동력을 발생시킬 경우에는 잉여 동력이 발생된다. 기통 휴지 기술의 목적은 일부 기통은 휴지 상태로 제어하고 나머지 기통을 통해 동력을 발생시킴으로써, 연비의 향상을 도모하는 것에 있다.

종래 기술에서는 상기 VVL 기술과 CDA 기술 각각을 개별적으로 사용하여야 하는 밸브제어 기구들과 그 방법만이 개시되었다. 즉, 실린더로 들어오는 공기의 흡기 저항을 줄이기 위해 VVL 기술 또는 CDA 기술을 융합하는 기구나 그 제어 방법이 공개되지 않았다. 하지만, 운전 영역을 단순히 고속/중속/저속 등의 영역으로 나누던 과거와 달리, 현대시대에서는 사용자 편의 및 연비 효율 증대를 위해 운전 영역에 따라 VVL 기술과 CDA 기술를 융합해야 할 필요성이 제기되는 바, 이하 후술하는 본 발명에서는 VVL 기술과 CDA 기술을 융합한 밸브제어 기구 및 그 제어방법을 개시하기로 한다.

본 발명의 목적은 VVL 기술과 CDA 기술을 융합한 밸브제어 기구 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

또한, 융합된 VVL 기술과 CDA 기술을 운전 모드에 따라 선택적으로 사용할 수 있는 밸브제어 기구와 밸브제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구로서, 일단부가 밸브부재와 연결되고, 타단부는 밸브모드 제어용 엑츄에이터의 습동 가능한 돌출부와 연결되는 로커암; 외주연에 캠이 형성되는 캠샤프트; 및 상기 로커암의 타단부 측에 위치하며 상기 로커암의 회전각을 조절하는 로커암 샤프트를 포함하되, 상기 캠은 상기 캠샤프트의 축회전 시에 상기 로커암의 중앙 측을 외접하고, 상기 로커암 타단부는 선택된 밸브모드에 따라 상기 로커암 샤프트의 축을 중심으로 회전하되, 상기 엑츄에이터의 돌출부와 직접적으로 맞닿으며 연결되는 부분의 접점이 가변하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구를 제공한다.

여기서, 상기 로커암의 타단부는 상기 로커암을 측면에서 보아 복수 개의 스텝구조를 갖도록 형성되며,
상기 엑츄에이터 내부에 독립적으로 전/후진 구동 가능한 제1락핀과 제2락핀을 포함하여, 제1락핀과 제2락핀 측 유로에 오일이 공급됨으로써 노말 모드, 아킨슨 사이클 모드 또는 기통 유지모드가 구분되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스텝구조는, 노말 스텝, 아킨슨(Atkinson) 리프트 스텝, 휴지 기통 리프트 스텝의 3단계로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 엑츄에이터의 돌출부는 상기 로커암의 타단부의 형상에 대응하는 복수 개의 스텝구조를 갖도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 로커암 타단부가 선택된 밸브모드에 따라 상기 엑츄에이터의 돌출부와 연결되는 부분의 접점이 가변되는 경우 상기 로커암샤프트의 높이 또한 가변되도록 안내하는 가이드부재를 더 포함하되, 상기 가이드부재는 상기 로커암샤프트를 적어도 2곳 이상의 지점에서 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 로커암의 중앙 측에 롤러부를 더 구비하여, 상기 캠과 맞물려 구동력을 전달받도록 할 수도 있다.

나아가, 상기 로커암샤프트는 특정 지점에 높이가 고정된 상태에서, 상기 엑츄에이터의 구동에 의해 상기 로커암샤프트를 회전축으로서 로커암의 각도가 가변되어 밸브 개도량이 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 엑츄에이터는 내부에 독립적으로 전/후진 구동 가능한 제1락핀과 제2락핀을 포함하고, 상기 제1락핀은 일단부가 상기 엑츄에이터 외부로 돌출되며, 상기 제2락핀은 상기 엑츄에이터 내부에 위치하되, 상기 제2락핀의 단부는 상기 제1락핀의 타단부와 연계되어 구동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 엑츄에이터 내부에 상기 제1락핀 측 유로와 제2락핀 측 유로를 형성하고, 상기 제1락핀 측 유로와 상기 제2락핀 측 유로에 오일공급 독립적으로 이루어지도록 각 유로마다 솔레노이드밸브가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 밸브 리프트를 조절하는 액츄에이터를 포함하고, 상기 액츄에이터 내부에 독립적으로 전/후진 구동 가능한 제1락핀과 제2락핀을 포함하여, 제1락핀과 제2락핀 측 유로에 오일이 공급됨으로써 노말 모드, 아킨슨 사이클 모드 또는 기통 유지모드가 구분되는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 방법으로서, (a) 운전자의 요구 토크 획득단계; (b) 엔진의 운전상태 검출단계; (c) 상기 엔진의 각 기통에 아킨슨 사이클 제어가 필요한지 여부를 판별하는 단계; 및 (d) 상기 (c)단계 이후에 각 기통의 휴지 제어가 필요한지 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 방법을 제공할 수 있다.

나아가, 상기 (c)단계에서 아킨슨 사이클 제어가 필요하지 않는 경우, 상기 (d)단계에서 각 기통의 휴지 제어가 필요하지 않는 경우 상기 제1락핀 또는 제2락핀 중 어느 하나의 유로에 오일을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있고,

상기 (c)단계에서 아킨슨 사이클 제어가 필요하고, 상기 (d)단계에서 각 기통의 휴지 제어가 필요한 경우 상기 제1락핀 또는 제2락핀 중 아킨슨 사이클 제어 시 오일이 공급되지 않았던 유로에 오일을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 큰 비용을 들이지 않고도 흡기 저항(pumping loss)을 줄일 수 있는 리프트 제어 기구와 방법을 사용 할 수 있어 연료를 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기 저항 감소를 위한 밸브 제어기구를 나타내는 작동 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기 저항 감소를 위한 밸브 제어기구를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡기 저항 감소를 위한 밸브 제어기구를 나타내는 사시도이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로커암의 타단부에 복수 개의 스텝구조가 형성된 것을 도시한 도면이고, 도 4(b)는 상기 로커암의 타단부의 스텝구조에 접하게 되는 제1락핀을 도시한 도면이며, 도 4(c)는 상기 로커암의 타단부의 스텝구조에 대응하는 구조로 형성된 제1락핀을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브제어 모드에 따른 로커암과 락핀의 연결 양상을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 사이클과 아킨슨 사이클을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브제어 방법을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

참고로, 하기 명세서에서 스텝(step)은 모드(mode)와 동일한 의미로서 사용될 수 있다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 밸브제어 기구를 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기 저항 감소를 위한 밸브 제어기구를 나타내는 작동 개념도이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기 저항 감소를 위한 밸브 제어기구를 나타내는 사시도이다.

도 1과 도 2로부터 참조된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구로서, 일단부(201)가 밸브부재(300)와 연결되고, 타단부(203)는 밸브모드 제어용 엑츄에이터(400)의 습동 가능한 돌출부(401)와 연결되는 로커암(200); 외주연에 캠(100)이 형성되는 캠샤프트; 및 상기 로커암(200)의 타단부(203) 측에 위치하며 상기 로커암(200)의 회전각을 조절하는 로커암 샤프트(C2)를 포함하되, 상기 캠(100)은 상기 캠샤프트의 축회전 시에 상기 로커암의 중앙 측(중앙부, 202)을 외접하고, 상기 로커암 타단부(203)는 선택된 밸브모드에 따라 상기 로커암 샤프트(C2)의 축을 중심으로 회전하되, 상기 엑츄에이터의 돌출부(401)와 연결되는 부분의 접점이 가변하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 로커암(200)은 소정의 길이를 갖도록 형성된 강성(Rigid) 부재로서, 도면을 참조하면 대략적으로 일단부(201), 중앙부(202), 타단부(203)로 크게 3부분으로 구분될 수 있으며, 일단부(201)가 밸브부재에 연결되면, 타단부(203)는 본 발명 특유의 엑츄에이터(400) 구성과 연결됨을 특징으로 한다. 정확히는 엑츄에이터(400)의 돌출부(401) 구성과 연결된다.

한편, 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.

본 발명의 캠샤프트는 엔진과 연결되어 엔진의 구동력을 전달하는 역할을 한다. 캠샤프트는 축방향으로 자유롭게 회전가능하되 엔진 바디로부터 물리적인 위치는 고정 지지되는 구성을 말한다. 본 발명의 캠(100)은 캠샤프트 외주면에 구비되어 캠샤프트의 구동력을 전달받아 전술한 로커암(200)으로 전달한다.

로커암(200)은 캠샤프트의 구동력을 로커암샤프트(C2)로 전달할 수 있으며, 로커암샤프트(C2)는 전달받은 구동력에 의해 밸브부재(300)의 개도량을 연속적으로 가변시킬 수 있게 한다.

보다 구체적으로 본 발명의 캠(100)은 캠샤프트의 축 회전시에 로커암(200)의 중앙부(202)를 외접하는 구성을 말한다. 로커암의 중앙부(202)에는 캠(100)과 접하는 면에 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 볼록부가 형성되어 캠샤프트의 회전 시 로커암(200)의 높이 방향 변위를 크게 조절할 수도 있다.

한편, 본 발명의 로커암(200)의 중앙부에는 도 1에 도시된 바와 같이 롤러부(C1)을 더 구비하여, 상기 캠(100)과 맞물려 슬립(slip)을 방지하면서 구동력을 더욱 잘 전달받도록 할 수도 있다.

본 발명의 주요 특징은 로커암 타단부(203)와 상기 로커암 타단부(203)와 연결되는 엑츄에이터의 구성과 관련되어 있다. 로커암 타단부(203)는 선택된 밸브모드에 따라 상기 로커암 샤프트(C2)의 축을 중심으로 회전하되, 상기 엑츄에이터(400)의 돌출부(401)와 연결되는 부분의 접점이 가변하도록 형성되는 것을 특징으로 하는데, 도 4를 참조하며 후술하기로 한다.

본 발명의 또 하나의 주요 특징은 도 2에 도시된 것처럼 복수 개의 로커암(200)이 병렬 배치되고 복수 개의 로커암 샤프트(C2)가 구비되는 경우, 복수 개의 로커암 샤프트(C2) 각각이 상호 연결되지 않는 것을 특징으로 한다. 통상적인 엔진에서 각 복수 개의 기통의 밸브제어 기구에는 단일의 로커암 샤프트가 구비되어 구동하게 되는데, 본원 발명에서는 이와 달리 복수 개의 로커암 샤프트(C2)가 각각 독립적으로 구동하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 도 2와 다른 실시예에 따른 흡기 저항 감소를 위한 밸브 제어기구를 나타내는 사시도이다. 도 2의 엑츄에이터(400)가 로커암(200)의 길이방향과 대략 평행한 방향에 위치하는 것과 달리, 도 3에 도시된 엑츄에이터(400)는 로커암(200)의 길이방향과 대략 직교하는 방향에 위치하는 것을 도시한다. 다만, 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 엑츄에이터(400)의 위치는 로커암 타단부(203)와 연결되고, 로커암 타단부(203)와의 접점이 가변되도록 형성되는 구성이라면 어느 방향에 위치하더라도 좋다.

다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 로커암 타단부(203)와 관련된 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로커암의 타단부에 복수 개의 스텝구조가 형성된 것을 도시한 도면이고, 도 4(b)는 상기 로커암의 타단부의 스텝구조에 접하게 되는 제1락핀을 도시한 도면이며, 도 4(c)는 상기 로커암의 타단부의 스텝구조에 대응하는 구조로 형성된 제1락핀을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 밸브제어 기구에서 상기 로커암의 타단부(203)는 상기 로커암(200)을 측면에서 보아 복수 개의 스텝구조(204)를 갖도록 형성될 수 있다.

여기서 상기 스텝구조(204)는, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 노말 스텝(204a), 아킨슨(Atkinson) 리프트 스텝(204b), 휴지 기통 리프트 스텝(204c)의 3단계로 이루어질 수 있다. 노말 스텝(204a), 아킨슨 리프트 스텝(204b), 휴지 기통 리프트 스텝(204c)은 상기한 순서대로 형성되므로 휴지 기통 리프트 모드를 사용하려면 반드시 먼저 아킨슨 리프트 모드를 거쳐야 한다.

그리고, 본 발명에서 전술했던 엑츄에이터(400)의 돌출부(401)는 도 4(b)에 도시된 것과 같이 로커암 타단부(203)와 접하는 측이 간단히 평면구조로서 형성되거나 상기 로커암 타단부(203)의 형상에 대응하는 복수 개의 스텝구조를 갖도록 형성될 수도 있다. 참고로, 여기서의 돌출부(401)는 본 발명의 제1락핀(401a)의 일단부가 엑츄에이터(400)의 외부로 노출된 부분을 의미할 수 있다.

본 발명에서는 로커암 타단부(203)의 형상을 도 4(a)에서와 같이 독창적인 형상으로 제조함으로써 간단한 형상 변경 만으로도 NORMAL 모드, VVL 모드(아킨슨 사이클 모드)와 CDA 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있게 하는 장점이 있다. 전술했던 도 2와 도 3의 실시예 중에선 도 2의 실시예가 본 발명 복수 개의 스텝구조를 갖는 로커암 타단부(203) 구성을 적용하기에 보다 적합한 실시예에 해당된다.

그 다음으로, 도 5와 도 6을 함께 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 밸브 제어 개념에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브제어 모드에 따른 로커암과 락핀의 연결 양상을 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 사이클과 아킨슨 사이클을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 로커암 타단부(203)가 선택된 밸브모드에 따라 상기 엑츄에이터의 돌출부(401)와 연결되는 부분의 접점이 가변되는 경우 상기 로커암샤프트(C2)의 높이 또한 가변되도록 안내하는 가이드부재(110)를 더 포함할 수 있다. 즉, 로커암샤프트(C2)는 샤프트를 중심으로 회전될 수 있으면서, 회전하는 샤프트 자체의 높이가 소정 크기의 변위만큼 상, 하방향 움직일 수 있게 된다. 도 2와 도 3 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 로커암샤프트(C2)의 둘레로 가이드부재(110)가 위치하게 되는데, 가이드부재(110)는 밸브 제어기구 또는 기타 차량의 내부 구성에 고정되어 상기 로커암샤프트(C2)의 상하방향 이동을 안내할 수 있다.

도 5(a)는 NORMAL 모드에 해당하는 것으로서, 로커암 타단부(203)의 스텝구조(204)에서 노말 스텝(204a)이 엑츄에이터의 돌출부(401)와 연결됨에 따라 로커암샤프트(C2)의 축 중심의 높이가 다른 모드보다 상대적으로 높은 위치에 형성되어 있다. 반대로 로커암(200)의 일단부(201), 밸브부재(300)와 연결되는 구성은 다른 모드에 비해 상대적으로 낮은 위치에 형성된다. 이때, 캠(100)이 캠샤프트를 중심으로 회전하면 로커암(200)의 중앙부(202)는 소정의 변위만큼 대략 상/하 방향으로 시소(see-saw)운동하게 된다. 최초에 로커암(200)의 일단부(201)가 다른 모드에 비해 밸브부재(300)와 가까운 거리에 위치하거나 또는 이미 맞닿고 있으므로 이때의 밸브의 개도량은 여기서 설명하는 세가지 모드에서 최대가 된다. 여기서 가이드부재(110)는 로커암샤프트(C2)를 3곳의 지점에서 지지한다.

도 5(b)는 아킨슨 사이클 모드에 해당하는 것으로서, 로커암 타단부(203)의 스텝구조(204)에서 아킨슨 리프트 스텝(204b)이 엑츄에이터의 돌출부(401)와 연결됨에 따라 로커암샤프트(C2)의 축 중심의 높이가 다른 모드와 비교했을 때 평균값을 갖는 위치에 형성되어 있다. 로커암(200)의 일단부(201), 밸브부재(300)와 연결되는 구성 또한 평균값을 갖는 높이에 형성된다. 이때, 캠(100)이 캠샤프트를 중심으로 회전하면 로커암(200)의 중앙부(202)는 소정의 변위만큼 대략 상/하 방향으로 시소(see-saw)운동하게 된다. 최초 로커암(200)의 일단부(201)와 밸브부재(300)간의 이격거리가, 전술했던 실시예에 비해 더 큰 이격거리를 갖게 되므로 이때의 밸브의 개도량은 여기서 설명하는 세가지 모드에서 중간 쯤이 된다. 여기서 가이드부재(110)는 로커암샤프트(C2)를 2곳의 지점에서 지지한다.

도 5(C)는 기통 휴지 모드에 해당하는 것으로서, 로커암 타단부(203)의 스텝구조(204)에서 휴지 기통 리프트 스텝(204b)이 엑츄에이터의 돌출부(401)와 연결됨에 따라 로커암샤프트(C2)의 축 중심의 높이가 세가지 모드에 비해 평균적으로 낮은 위치에 형성되어 있다. 반대로 로커암(200)의 일단부(201), 밸브부재(300)와 연결되는 구성은 다른 모드에 비해 상대적으로 높은 위치에 형성된다. 이때, 캠(100)이 캠샤프트를 중심으로 회전하면 로커암(200)의 중앙부(202)는 소정의 변위만큼 대략 상/하 방향으로 시소(see-saw)운동하게 된다. 최초 로커암(200)의 일단부(201)와 밸브부재(300)간의 이격거리가, 전술했던 실시예들에 비해 가장 큰 이격거리를 갖도록 형성되거나 상기 시소운동에도 불구하고 밸브부재(300)와 전혀 만나지 않도록 형성되므로, 이때의 밸브의 개도량은 여기서 설명하는 세가지 모드에서 가장 최소가 된다. 여기서, 가이드부재(110)는 로커암샤프트(C2)와 3곳의 지점에서 지지된다.

다시 말해 본 발명의 일 실시예에 따른 로커암샤프트(C2)는 특정 지점에 높이가 고정된 상태에서, 상기 엑츄에이터(400)의 구동에 의해 상기 로커암샤프트(C2)를 회전축으로서 로커암(200)의 각도가 가변되어 밸브 개도량이 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 엑츄에이터에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 전술한 바와 같이 본 발명의 용어에서 돌출부(401)와 제1락핀(401a)는 동일한 대상을 지칭하는 것으로 해석될 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 엑츄에이터(400)는 내부에 독립적으로 전/후진 구동 가능한 제1락핀(401a)과 제2락핀(401b)을 포함하고, 상기 제1락핀(401a)은 일단부가 상기 엑츄에이터(400) 외부로 돌출되며, 상기 제2락핀(401b)은 상기 엑츄에이터 (400)내부에 위치하되, 상기 제2락핀(401b)의 단부는 상기 제1락핀(401a)의 타단부(203)와 연계되도록 형성될 수 있다. 여기서 로커암(200)과 접촉하는 제1락핀(401a)은 아킨슨 리프트 락핀이고, 그 다음 엑츄에이터(400) 내부에서 제1락핀(401a)과 접촉하는 제2락핀(401b)은 휴지 기통 제어용 락핀이다.

또한, 여기서의 엑츄에이터(400)는 내부에 상기 제1락핀 측 유로(402a)와 제2락핀 측 유로(402b)를 형성하고, 상기 제1락핀 측 유로(402a)와 상기 제2락핀 측 유로(402b)에 오일공급이 독립적으로 이루어지도록 각 유로마다 솔레노이드밸브가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 엑츄에이터(400) 내부에서 제1락핀(401a)이 해제(오일공급)되면 노말 모드에서 아킨슨 사이클 모드로 전환된다.

본 발명의 엑츄에이터(400) 내부에서 제1락핀(401a)과 제2락핀(401b)이 해제(두 개의 락핀 모두에 오일공급)되면 기통 휴지 모드가 된다.

도 6(a)는 오토사이클 모드를 나타내고 도 6(b)는 아킨슨 사이클 모드를 나타내며 도 6(c)는 기통 휴지 모드를 나타낸다. 여기서 오토사이클 모드는 아킨슨 사이클 모드와 기통 휴지 모드가 아닌 노말 모드를 의미한다. 오토사이클 모드에서는 2개의 솔레노이드 밸브(404)가 모두 오프되어 오일공급이 이루어지지 않게 되어 락핀(401)이 외부로 돌출되는 상태로 존재하여 하이(high) 리프트가 이루어지지만, 아킨슨 사이클에서는 2개의 솔레노이드 밸브(404) 중 하나가 오프된 상태에서 다른 하나는 온(On)됨에 따라 락핀(401)이 해제(오일공급)되어 미들(middle) 리프트가 이루어진다. 아울러, 기통 휴지모드에서는 2개의 솔레노이드 밸브(404)가 모두 온(On)되므로 2 개의 락핀(401)이 모두 해제되어 제로(zero) 리프트가 이루어진다.

마지막으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어방법을 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브제어방법을 나타내는 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 방법으로서, (a) 운전자의 요구 토크 획득단계(S710); (b) 엔진의 운전상태 검출단계(S720); (c) 상기 엔진의 각 기통에 아킨슨 사이클 제어가 필요한지 여부를 판별하는 단계(S730); 및 (d) 상기 (c)단계 이후에 각 기통의 휴지 제어가 필요한지 여부를 판별하는 단계(S740);를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 운전자 요구 토크 획득단계(S710)와 엔진의 운전상태 검출단계(S720)와 관련하여 요구 토크 획득부, 운전 상태 검출부 및 제어부를 차량의 일 측에 마련할 수 있다.

구체적으로 요구 토크 획득부는 차량의 이동을 위해서 운전자가 발생시키고자 하는 토크를 획득한다. 더욱 구체적으로 가속 페달(1)에 대한 운전자의 조작에 기초하여 운전자의 요구 토크를 획득할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니므로 별도의 인터페이스 장치를 통해서 입력되는 운전자의 요구 토크를 획득하는 것도 가능하다.

운전 상태 검출부는 엔진의 운전 상태를 검출하여 제어부로 전달하는 구성으로, 구체적으로 엔진으로 유입되는 공기량, 엔진 속도, 차량 속도 또는 연료량 중 적어도 하나를 검출한다.

즉, 운전 상태 검출부는 엔진에서 발생시킬 수 있는 토크와 관련된 정보를 검출함으로써, 본 발명의 제어부가 엔진의 운전 상태에 기초하여 엔진의 실제 동작 토크를 연산할 수 있도록 한다

다음으로 본 발명 특유의 알고리즘에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c)단계에서 아킨슨 사이클 제어가 필요하고, 나아가, 상기 (d)단계에서 각 기통의 휴지 제어가 필요하지 않는 경우 아킨슨 리프트 락핀 측 유로에 오일을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 아킨슨 리프트 락핀 측 유로에 오일이 공급되면, 곧바로 아킨슨 리프트 모드로 설정되어 흡기량을 노말 모드에 비해 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c)단계에서 아킨슨 사이클 제어가 필요하고, 상기 (d)단계에서 각 기통의 휴지 제어가 필요한 경우 아킨슨 리프트 락핀 측 유로와 휴지 기통 제어용 락핀 측 유로에 오일을 공급하는 단계를 더 포함하는 것도 가능하다. 여기서 아킨슨 리프트 락핀 측 유로와 휴지 기통 제어용 락핀 측 유로에 오일이 공급되면, 곧바로 휴지 기통 리프트 모드로 설정되어 흡기량을 완전히 제거하거나 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 도 2와 도 3을 참조하면 2개의 로커암이 구비된 바, 2기통 엔진인 것을 일 예시로 들었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

2기통 이상의 복수 개의 기통을 가진 엔진에서 각 기통마다 목표 흡기량에 따라 노말 모드, 아킨슨 리프트 모드, 휴지 기통 리프트 모드 중 어느 하나의 모드가 선택되어 작동할 수 있다.

예컨대, 4기통 엔진에서 1개 기통은 휴지 기통 리프트 모드, 2개 기통은 아킨슨 리프트 모드, 나머지 1개 기통은 노말 모드로 작동하게 하는 것도 가능하다.

이러한 특징은 전술한 바와 같이 복수 개의 로커암 샤프트가 일체로 형성되지 않고 각각 별개 독립적인 구성으로서 작동하는 점으로부터 기인한다.

한편, 본 발명에서 밸브제어 기구 및 밸브제어 방법이 흡기 밸브 측에만 적용되는 것처럼 기재하였으나, 배기 밸브 측에도 동일한 원리로서 적용하는 것도 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 캠
110: 가이드부재
200 : 로커암
201 : 로커암 일단부
202 : 로커암 중앙부
203 : 로커암 타단부
204 : 스텝구조
300 : 밸브
400 : 엑츄에이터
401a, 401b : 제1락핀, 제2락핀
402a, 402b : 제1락핀 측 유로, 제2락핀 측 유로
403 : 락핀 복원용 탄성부재
404 : 솔레노이드 밸브

Claims (11)

1. 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구로서,
   일단부가 밸브부재와 연결되고, 타단부는 밸브모드 제어용 엑츄에이터의 습동 가능한 돌출부와 연결되는 로커암;
   외주연에 캠이 형성되는 캠샤프트; 및
   상기 로커암의 타단부 측에 위치하며 상기 로커암의 회전각을 조절하는 로커암 샤프트를 포함하되,
   상기 캠은 상기 캠샤프트의 축회전 시에 상기 로커암의 중앙 측을 외접하고,
   상기 로커암 타단부는 선택된 밸브모드에 따라 상기 로커암 샤프트의 축을 중심으로 회전하되, 상기 엑츄에이터의 돌출부와 직접적으로 맞닿으며 연결되는 부분의 접점이 가변하도록 형성되고,
   상기 로커암의 타단부는 상기 로커암을 측면에서 보아 복수 개의 스텝구조를 갖도록 형성되며,
   상기 엑츄에이터 내부에 독립적으로 전/후진 구동 가능한 제1락핀과 제2락핀을 포함하여, 제1락핀과 제2락핀 측 유로에 오일이 공급됨으로써 노말 모드, 아킨슨 사이클 모드 또는 기통 유지모드가 구분되는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 스텝구조는, 노말 스텝, 아킨슨(Atkinson) 리프트 스텝, 휴지 기통 리프트 스텝의 3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 엑츄에이터의 돌출부는 상기 로커암의 타단부의 형상에 대응하는 복수 개의 스텝구조를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 로커암 타단부가 선택된 밸브모드에 따라 상기 엑츄에이터의 돌출부와 연결되는 부분의 접점이 가변되는 경우 상기 로커암샤프트의 높이 또한 가변되도록 안내하는 가이드부재를 더 포함하되,
   상기 가이드부재는 상기 로커암샤프트를 적어도 2곳 이상의 지점에서 지지하는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 로커암의 중앙 측에 롤러부를 더 구비하여, 상기 캠과 맞물려 구동력을 전달받도록 하는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1락핀은 일단부가 상기 엑츄에이터 외부로 돌출되며, 상기 제2락핀은 상기 엑츄에이터 내부에 위치하되, 상기 제2락핀의 단부는 상기 제1락핀의 타단부와 연계되어 구동되는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 엑츄에이터 내부에 상기 제1락핀 측 유로와 제2락핀 측 유로를 형성하고, 상기 제1락핀 측 유로와 상기 제2락핀 측 유로에 오일공급이 독립적으로 이루어지도록 각 유로마다 솔레노이드밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 기구.
   
9. 밸브 리프트를 조절하는 액츄에이터를 포함하고, 상기 액츄에이터 내부에 독립적으로 전/후진 구동 가능한 제1락핀과 제2락핀을 포함하여, 제1락핀과 제2락핀 측 유로에 오일이 공급됨으로써 노말 모드, 아킨슨 사이클 모드 또는 기통 유지모드가 구분되는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 방법으로서,
   (a) 운전자의 요구 토크 획득단계;
   (b) 엔진의 운전상태 검출단계;
   (c) 상기 엔진의 각 기통에 아킨슨 사이클 제어가 필요한지 여부를 판별하는 단계; 및
   (d) 상기 (c)단계 이후에 각 기통의 휴지 제어가 필요한지 여부를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 아킨슨 사이클 제어는 필요하고, 상기 (d)단계에서 각 기통의 휴지 제어가 필요하지 않는 것으로 판단되는 경우
    상기 제1락핀 또는 제2락핀 중 어느 하나의 유로에 오일을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 아킨슨 사이클 제어가 필요하고, 상기 (d)단계에서 각 기통의 휴지 제어가 필요한 것으로 판단되는 경우
    상기 제1락핀 또는 제2락핀 중 아킨슨 사이클 제어 시 오일이 공급되지 않았던 유로에 오일을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 저항 감소를 위한 밸브제어 방법.
    
    

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