KR102131983B1

KR102131983B1 - 밸브 제어장치

Info

Publication number: KR102131983B1
Application number: KR1020180116351A
Authority: KR
Inventors: 문병헌
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-07-08
Also published as: KR20200036561A

Abstract

본 발명은 크랭크축과 연결되는 동력전달축; 상기 동력전달축과 연결되는 회전장치; 및 일측 단부가 상기 회전장치와 연결되어 회전장치의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하고 직선 운동을 밸브에 전달하여 상기 밸브를 개폐하는 밸브 개폐장치; 를 포함하는 밸브 제어장치를 제공한다.

Description

밸브 제어장치{VALVE CONTROL DEVICE}

본 발명은 내연기관의 밸브 작동을 제어하는 밸브 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에 장착되는 밸브는 흡기밸브와 배기밸브로 나누어진다. 흡기밸브는 연료의 흡입을 담당하고 배기밸브는 연소 후 배기가스의 배출을 담당한다. 흡, 배기 밸브는 이처럼 연소에 지적접으로 영향을 주는 흡합기(공기와 연료의 혼합)의 유출입을 컨트롤하는 부품이기 때문에 구동방식에 따라 엔진의 연소효율과 성능에 큰 영향을 준다. 보통 흡배기 밸브를 구성하는 기구 일체를 밸브 시스템이라고 한다. 이러한 기구 시스템은 크게 기둥 형태의 밸브축과 원형의 밸브 헤드로 구성된다. 그리고 이 밸브 헤드 부분이 연식과 연결된 공기의 통로인 밸브 포트의 입구에 위치하여 공기의 흐름을 통제하게 된다. 밸브축에는 밸브 스프링이 장착되어 밸브가 열리고 닫히는 것을 도와준다.

일반적으로 흡배기 밸브 시스템의 경우 캠축의 작동에 의해 움직임이 컨트롤 된다. 크랭크축과 캠축을 벨트나 체인 등의 매개체로 연결해 크랭크축이 캠축을 구동하고, 캠축이 밸브 시스템을 움직이게 한다.

피스톤의 직선운동에서 전환된 크랭크축의 회전운동은 캠축으로 전달되는데 캠축은 회전운동을 다시 한번 밸브의 상하 직선운동으로 바꾸는 역할을 한다. 기계요소 중 하나인 캠 기구는 단면이 달걀모양인 캠과 캠축으로 이루어져 있다. 달걀 모양의 캠은 캠축을 중심으로 돌출된 부분이 있는데, 캠이 회전하다 이 부분이 밸브의 윗면을 누르면 밸브가 열리고 돌출되지 않는 면이 닿게 되면 밸브가 닫히는 방식으로 작동한다.

연소의 1 사이클인 "흡기, 압축, 폭발, 배기"가 진행되는 동안 크랭크축은 총 2회전을 한다. 이때 연소실로 혼합기의 흡입과 연소가스의 배출은 각각 한 번씩만 이루어지는데 이는 1 사이클을 완성하는 동안 캠축은 1회를 회전하여 각 밸브가 1번씩 개폐되는 것을 의미한다. 따라서 크랭크축과 캠축의 기어비는 일반적으로 2배가 되게 설계된다. 최근에는 캠축을 생략하고, 밸브를 개별적으로 전자제어하는 시스템까지 사용되고 있지만 아직은 전통적인 기계식 밸브기구가 주류를 이루고 있다.

이와 같이 기존의 엔진 흡/배기 밸브는 회전을 하는 캠축에 구비되는 캠에 의해 열리고 닫히게 되며, 크랭크축이 2회전 하고 연동하여 캠축이 1회전하는 동안 밸브 리프트가 밸브를 눌러 밸브가 열리는 방식이다. 최근에는 밸브의 열림 양을 제어하거나, 전자식 CVVT(Continuously Variable Valve Timing)를 사용하기도 한다.

그러나 기존 밸브 타이밍 제어 시스템은 일정한 양의 밸브의 위상을 바꿀 수 있지만 밸브의 열림 양을 제어할 수 없는 단점과, 체인으로 연결되어 있어 동력 손실 및 체인 노후에 따른 소음이 발생할 수 있다.

이에 본 발명은 밸브 작동을 안정적이고 효과적으로 제어할 수 있는 별도의 장치를 제시하고자 한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0050272호(2009.05.20. 공개)

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 회전장치와 연동하여 직선운동을 하는 밸브 개폐장치에 의해 밸브 작동을 안정적이고 효과적으로 제어할 수 있는 밸브 제어장치를 제공하고자 한다.

또한, 상기 밸브는 흡기 밸브 또는 배기 밸브일 수 있다.

또한, 상기 밸브 개폐장치는 상기 회전장치에 구비되는 컨트롤 포인트와 연결되며, 상기 회전장치는 상기 컨트롤 포인트의 위치를 가변하는 컨트롤 포인트 이동장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤 포인트는 상기 회전장치에 마련되는 가이드홈을 따라 이동할 수 있다.

또한, 상기 컨트롤 포인트 이동장치는 모터이며, 상기 컨트롤 포인트 이동장치의 로드는 상기 컨트롤 포인트와 연결될 수 있다.

또한, 상기 로드는 스크루이며, 상기 컨트롤 포인트는 상기 로드와 나사 결합되어 상기 로드의 회전 작동에 의해 상기 로드를 따라 이동할 수 있다.

또한, 상기 밸브 개폐장치는 일측 단부가 상기 컨트롤 포인트에 연결되는 제1 로드; 및 일측 단부가 힌지축에 상기 제1 로드의 타측 단부와 회전 가능하게 연결되는 제2 로드; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 로드는 지지장치에 의해 지지된 상태로 직선 운동을 할 수 있다.

또한, 상기 제2 로드는 밸브 리프트 장치를 포함하고, 상기 밸브 리프트 장치는 복수로 구성되며 상기 제2 로드와 함께 직선 운동시 밸브와 접촉하고, 상기 밸브는 상기 밸브 리프트 장치에 의해 열림양이 제어될 수 있다.

또한, 상기 밸브 리프트 장치는 밸브 접촉부를 포함하고, 상기 밸브 접촉부는 제1 구간, 제2 구간, 제3 구간을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 구간, 제2 구간, 제3 구간은 순차적으로 이어지는 구간이며, 상기 제1 구간과 상기 제3 구간은 평면이며 서로 높이가 다른 구간이고, 상기 제2 구간은 상기 제1 구간 및 제3 구간을 연결하는 경사 구간일 수 있다.

또한, 상기 회전장치는 CVVA이며, 상기 CVVA의 작동 메커니즘에 의해 밸브의 작동이 제어될 수 있다.

또한, 상기 회전장치는 복수로 구성되며 상기 회전장치 각각에 밸브 개폐장치가 연결될 수 있다.

또한, 상기 크랭크축과 동력전달축의 연결 구조 및 상기 동력전달축과 회장장치의 연결 구조는 기어 연결 구조일 수 있다.

본 발명은 본 발명은 회전장치와 연동하여 직선 운동을 하는 밸브 개폐장치에 의해 밸브 작동을 안정적이고 효과적으로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명을 적용한 엔진(CVVL 엔진)은 고속구간에서 밸브가 열리는 높이인 밸브 리프트를 증대하여 흡입 공기량을 높이고, 저속 구간에서는 밸브 리프트를 감소해 흡입 공기량을 적절하게 유지시켜 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 제어장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전장치 및 밸브 개폐장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전장치 및 밸브 개폐장치를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 리프트 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 리프트 장치의 작동에 의한 밸브의 개폐 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 기존 CVVA 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

기존의 엔진 흡/배기 밸브는 회전을 하는 캠축의 리프트 양에 따라 열리고 닫히게 되며, 크랭크축이 2회전 하고 연동하여 캠축이 1회전하는 동안 밸브 리프트가 밸브를 눌러 밸브가 열리는 방식이다. 기존의 방식에서는 밸브의 타이밍을 제어하는 것은 용이하지만, 그 외의 방식에는 부적합하다. 밸브의 열림 양을 제어하거나, 밸브의 듀레이션(Duration)을 늘리는 방법을 매우 힘든 방법으로 구현하거나 아니면 기존의 방식을 업그레이드하기 위하여, 전자식 CVVT(Continuously Variable Valve Timing)를 사용하기도 한다.

본 발명은 이와 같은 단점을 보완하기 위해 회전장치를 기어와 축을 통해 연결하고, 회전장치를 밸브 개폐장치와 연결하여 밸브 개폐장치의 작동에 의해 흡기 밸브 또는 배기 밸브 등과 같은 밸브 작동을 제어할 수 있는 밸브 제어장치를 제공하고자 한다. 회전장치는 가변연속밸브기구(CVVA : Continous Variable Valve Actuator)일 수 있다. 회전장치가 회전하면서 밸브 개폐장치를 밀고 당기는 작동에 따라 밸브의 리프트를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 제어장치의 전체 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전장치 및 밸브 개폐장치를 나타내는 평면도이며, 도 3은 도 2의 부분 확대도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 회전장치 및 밸브 개폐장치를 나타내는 측면도이다.

본 발명은 내연기관(1) 내부에 장착되는 크랭크축(10)과 연결되는 동력전달축(20), 동력전달축(20)의 동력을 전달받아 회전하는 회전장치(30) 및 회전장치(30)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 직선 운동을 밸브(50)에 전달함으로써 밸브(50)를 개폐하는 밸브 개폐장치(40)를 포함한다. 밸브(50)는 흡기 밸브 또는 배기 밸브일 수 있다.

밸브 개폐장치(40)는 회전장치(30)의 컨트롤 포인트(60)와 연결되어 회전장치(30)의 회전작동시 직선 운동을 한다. 밸브 개폐장치(40)와 연결되는 컨트롤 포인트(60)는 회전장치(30)에 구비되는 컨트롤 포인트 이동장치(70)에 의해 위치가 이동할 수 있다.

컨트롤 포인트(60)는 회전장치(30)에 마련되는 가이드홈(31)을 따라 이동한다. 컨트롤 포인트 이동장치(70)는 모터일 수 있다. 일례로서, 컨트롤 포인트 이동장치(70)의 로드(71)는 스크루이며 로드(71)에 컨트롤 포인트(60)가 나사 결합된다. 컨트롤 포인트 이동장치(70)의 구동에 의한 로드(71)의 회전시 컨트롤 포인트(60)는 로드(71)를 따라 이동한다.

밸브 개폐장치(40)는 제1 로드(41) 및 제1 로드(41)와 연결되는 제2 로드(42)를 포함한다.

제1 로드(41)는 일측 단부가 컨트롤 포인트(60)에 연결된다. 제2 로드(42)의 일측 단부는 제1 로드(41)의 타측 단부와 힌지축(43)에 의해 회전 가능하도록 연결된다. 제1 로드(41)와 제2 로드(42)의 연결은 공지된 실시예에 의해 다양하게 구성될 수 있다.

제1 로드(41)는 회전장치(30)와 함께 회전하면서 제2 로드(42)를 밀고 당기는 역할을 한다. 회전장치(30)의 회전력은 제1 로드(41)를 거쳐 제2 로드(42)로 전달된다. 회전장치(30)의 회전 운동은 제2 로드(42)에 전달된다. 제2 로드(42)는 회전장치(30)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환한다.

제2 로드(42)는 지지장치(44)에 지지된 상태로 안정된 직선 운동을 수행한다. 제2 로드(42)에는 제2 로드(42)와 함께 직선 운동을 하는 밸브 리프트 장치(45)가 구비된다. 지지장치(44)는 고정상태이다.

밸브 리프트 장치(45)는 제어하는 밸브(50)에 대응하여 복수로 구성될 수 있다.

밸브 리프트 장치(45)는 제2 로드(42)와 함께 직선 운동을 하는 과정에서 밸브와 접촉한다. 밸브(50)는 밸브 리프트 장치(45)에 의해 개폐될 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 리프트 장치를 나타내는 도면이다.

밸브 리프트 장치(45)는 밸브(50)가 접촉하는 밸브 접촉부(450)를 포함한다. 밸브 접촉부(450)는 밸브(50)가 닿는 슬라이딩 면이다.

밸브 접촉부(450)는 제1 구간(451), 제2 구간(452), 제3 구간(453)을 포함한다. 밸브(50)는 제1 구간(451), 제2 구간(452), 제3 구간(453) 순으로 순차적으로 접촉할 수 있다.

제1 구간(451), 제2 구간(452), 제3 구간(453)은 연결 구간으로 구성된다.

제1 구간(451)과 제3 구간(453)은 평면이다. 제1 구간(451)과 제3 구간(453)은 서로 높이가 다르게 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 구간(451)의 높이보다 제3 구간(453)의 높이가 낮을 수 있다.

제2 구간(452)은 제1 구간(451)에서 제3 구간(453)으로 갈수록 낮아지는 경사 구간일 수 있다. 제3 구간(453)의 높이가 낮기 때문에 밸브(50) 리프트는 제3 구간(453)에서 최대가 될 수 있다.

도 1과 같이 회전장치(30)는 제어하는 밸브의 수에 따라 복수로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 1과 같이 회전장치(30)는 좌, 우측에 2개씩 총 4개가 구성될 수 있다. 예컨대, 복수의 흡/배기 밸브 중 제1 회전장치(301)는 제1, 4 배기 밸브를 제어하고, 제2 회전장치(302)는 제1, 4 흡기 밸브를 제어하며, 제3 회전장치(303)는 제2, 3 배기 밸브를 제어하고, 제4 회전장치(304)는 제2, 3 흡기 밸브를 제어할 수 있다.

한편, 크랭크축(10)과 동력전달축(20)의 연결 구조는 기어(81, 82) 연결구조일 수 있다. 동력전달축(20)과 회전장치(30)의 연결 구조는 기어(80, 80a) 연결 구조일 수 있다.

다음은 밸브 개폐과정을 설명한다.

도 2 (a), 도 3 (a), 4 (a)와 같이 크랭크축(10)의 회전력이 동력전달축(20)을 거쳐 회전장치(30)에 전달되면 회전장치(30)가 회전한다. 회전장치(30)의 회전에 의해 회전장치(30)의 컨트롤 포인트(60)와 연결된 제1 로드(41)는 힌지축(43)을 중심으로 회전하면서 기울어진 상태로 회전장치(30) 쪽으로 당겨지게 된다.

제1 로드(41)가 당겨짐에 따라 제2 로드(42)가 제1 로드(41)가 당겨진 만큼 제1 로드(41) 방향으로 당겨지게 된다. 제2 로드(42)가 당겨짐에 따라 밸브 리프트 장치(45)의 밸브 접촉부(450)가 밸브(50)가 닿은 상태로 슬라이딩 이동을 한다. 밸브 리프트 장치(45)가 이동함에 따라 밸브(50)가 제1 구간(451)에서 제2 구간(452) 또는 제3 구간(453)에 위치할 수 있다. 밸브 접촉부(450)가 밸브(50)가 닿은 상태로 슬라이딩 이동을 하면서 밸브(50)의 열림양을 제어할 수 있다.

밸브 리프트 장치(45)가 제2 로드(42)와 함께 직선으로 이동하는 과정에서 밸브(50)의 위치가 가장 높은 제1 구간(451)에 위치하면 밸브(50)가 닫힌 상태가 되고, 밸브(50)의 위치가 가장 낮은 제3 구간(453)에 위치하면 밸브(50)의 열림양이 최대가 될 수 있다. 밸브(50)의 위치가 가장 낮은 제2 구간(452)에 위치하면 밸브(50)의 열림양이 밸브(50)가 제3 구간(453)에 위치할 때보다 열림양이 작아진다.

이와 같이 제1 구간(451), 제2 구간(452), 제3 구간(453) 중 밸브(50)가 어느 위치에 있느냐에 따라 밸브(50)의 열림양이 달라질 수 있다.

밸브(50)가 제1 구간(451) 쪽에 근접할수록 밸브(50)의 열림양은 작고 밸브(50)가 제3 구간(453) 쪽에 가까울수록 밸브(50)의 열림양은 커진다.

도 2 (b), 도 3 (b), 4 (b)와 같이 회전장치(30)의 회전에 의해 제1 로드(41)는 힌지축(43)을 중심으로 회전하면서 제2 로드(42)와 일직선을 이루도록 펴진다.

제1 로드(41)가 펴짐에 따라 제2 로드(42)가 제1 로드(41) 반대 방향으로 밀리게 된다. 제2 로드(42)가 밀림에 따라 밸브 리프트 장치(45)의 밸브 접촉부(450)의 제1 구간(451)에 밸브(50)가 위치하면서 밸브(50)가 닫히게 된다.

컨트롤 포인트 이동장치(70)에 의해 컨트롤 포인트(60)의 위치를 조절할 수 있다. 컨트롤 포인트 이동장치(70)를 구동하여 로드(71)를 회전시키면 로드(71)에 나사결합된 컨트롤 포인트(60)가 로드(71)를 따라 이동한다.

컨트롤 포인트(60)가 회전장치(30)의 가장자리 쪽에 가까울수록 컨트롤 포인트(60)의 회전반경이 커지고, 제1 로드(41)의 밀림과 당김 거리가 커진다. 컨트롤 포인트(60)가 회전장치(30)의 중심방향 쪽으로 이동할수록 컨트롤 포인트(60)의 회전반경이 작아지고, 제1 로드(41)의 밀림과 당김 거리가 작아진다. 이러한 차이로 밸브(50)의 열림양을 조절할 수 있다.

예컨대, 도 2 (a)에서 좌측에 구비되는 밸브(50)는 제1 밸브이고, 우측에 구비되는 밸브(50)는 제4 밸브일 수 있다. 도 2 (b)에서 좌측에 구비되는 밸브(50)는 제2 밸브이고, 우측에 구비되는 밸브(50)는 제3 밸브일 수 있다.

일례로서, 도 2 (a)에서 제2 로드(42)가 직선 운동을 하면 제2 로드(42)에 고정되어 있는 제1, 4 밸브 각각에 대응하는 밸브 리프트 장치(45)도 제2 로드(42)와 함께 직선 운동을 한다. 이때, 제1 밸브를 제어하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제1 밸브가 열리면, 제4 밸브를 제어 하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제4 밸브는 닫히게 된다. 반대로 제1 밸브를 제어하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제1 밸브가 닫히면, 제4 밸브를 제어하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제4 밸브는 열리게 된다.

일례로서, 도 2 (b)에서 제2 로드(42)가 직선 운동을 하면 제2 로드(42)에 고정되어 있는 제2, 3 밸브 각각에 대응하는 밸브 리프트 장치(45)도 제2 로드(42)와 함께 직선 운동을 한다. 이때, 제2 밸브를 제어하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제2 밸브가 열리면, 제3 밸브를 제어하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제3 밸브는 닫히게 된다. 반대로 제2 밸브를 제어하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제2 밸브가 닫히면, 제3 밸브를 제어 하는 밸브 리프트 장치(45)의 작동에 의해 제3 밸브는 열리게 된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밸브 리프트 장치의 작동에 의한 밸브의 개폐 상태를 나타내는 도면이다.

밸브 리프트 장치(45)의 밸브 접촉부(450)가 밸브(50)와 닿은 상태로 제3 구간(453) 방향으로 슬라이딩 이동을 하면 도 6에 도시된 좌측 밸브(50)와 같이 스프링(51)이 압축되면서 밸브(50)가 열리게 된다.

반대로, 밸브 리프트 장치(45)의 밸브 접촉부(450)가 밸브(50)와 닿은 상태로 제1 구간(451)으로 슬라이딩 이동을 하면 도 6에 도시된 우측 밸브(50)와 같이 압축되었던 스프링(51)이 신장되면서 밸브(50)가 닫히게 된다.

밸브(50)의 개방시 연소가스가 실린더(2) 내부로 유입되고, 피스톤(3)은 실린더(2) 내에서 연소가스의 폭발력에 의해 왕복직선운동을 한다. 실린더(2)는 내연기관(1) 내부에 구비된다. 피스톤(3)의 왕복직선운동은 커넥팅 로드에 의해 피스톤(3)과 연결된 크랭크축(10)에 전달되고 크랭크축(10)은 회전운동을 한다.

크랭크축(10)의 회전운동은 도 1과 같이 크랭크축(10)과 기어(81, 82)로 연결된 동력전달축(20)에 전달된다. 동력전달축(20)의 회전운동은 동력전달축(20)과 기어(80, 80a)로 연결된 회전장치(30)로 전달된다. 회전장치(30)의 회전운동은 밸브 개폐장치(40)로 전달된다. 밸브 개폐장치(40)는 직선운동을 하면서 밸브(50) 작동을 제어한다.

한편, 회전장치(30)는 공지된 CVVA(Continous Variable Valve Actuator)일 수 있다. CVVA의 작동 메커니즘에 의해 밸브 리프트 또는 타이밍을 조절할 수 있다. CVVA는 동력전달축(20)과 기어(80, 80a)로 연결될 수 있다. 일례로서, CVVA에 의한 밸브 타이밍은 공지 기술에 의해 CVVA에 구비되는 기어(80a)의 속도를 제어함으로써 구현할 수 있다.

일반적으로, 내연기관(internal combustion engine)은 연소실에서 연료와 공기의 혼합기를 연소함으로써 동력을 발생시키며, 크랭크축(crank shaft)과 연결되는 타이밍 벨트에 의해 캠축(cam shaft)이 구동되어 흡/배기밸브(intake/exhaust valve)가 작동되고, 흡기밸브가 열려있는 동안 연소실로 공기의 흡입이 이루어지고, 배기밸브가 열려있는 동안 연소실에서 연소된 가스의 배출이 이루어진다. 상기 흡/배기밸브의 동작은 엔진의 회전속도에 따라 적절하게 리프트(lift) 및 개폐 시간이 조절되어야 최적의 엔진 성능을 확보할 수 있다. 따라서, 엔진의 회전속도에 따라 흡/배기밸브의 동작을 적절하게 구현하기 위하여 흡/배기밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수개(DOHC)로 설계하거나 흡/배기밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트로 동작하도록 구현하는 연속 가변 밸브 리프트(continuous variable valve lift ; CVVL)장치가 제공되고 있다. 상기 CVVL장치는 흡/배기밸브를 개폐하도록 구비되는 드라이브 샤프트 이외에 밸브 리프트를 제어하기 위한 액추에이터와 상기 액추에이터의 제어를 통해 드라이브 샤프트와 연동하여 밸브 리프트를 조절하는 콘트롤 샤프트 상기한 CVVL장치의 흡/배기밸브 리프트 및 타이밍의 가변제어는 엔진의 회전수와 가속페달의 변위, 오일온도의 조건 등에 의해 실행되므로, 어떠한 경우에도 동일한 운전조건에서는 밸브 리프트 및 타이밍이 고정된 동일한 값으로 제어 되는 단점이 있다. CVVA(Continous Variable Valve Actuator)은 엔진의 운전조건과 환경조건을 적용하여 흡/배기 밸브의 리프트 및 타이밍을 능동적으로 가변 제어하여 배기가스의 안정화 및 성능향상을 제공할 수 있다.

도 7은 기존 CVVA 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

CVVA 제어장치는 운전정보검출부(110)와 제어부(120), 메모리부(130) 및 CVVA장치(140)를 포함한다. 운전정보검출부(110)는 차량의 운행 중에 발생되는 제반적인 운전정보와 주변환경정보를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(120)에 제공한다. 상기 운전정보검출부(110)는 CVVA장치(140)에 의해 리프트 및 타이밍이 연속적으로 가변되는 흡/배기밸브의 위치를 검출하는 밸브 리프트 센서(111)와, 엔진의 회전수를 검출하는 RPM센서(112), 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(113), 운행되는 지역의 외기온도를 검출하는 외기온센서(114), 엔진오일의 온도를 검출하는 오일센서(115), 터보차저에 의해 과급되는 공기의 압력을 검출하는 부스트 압력센서(116), 연소실로 유입되는 공기량을 검출하는 공기량센서(117)를 포함한다.

제어부(120)는 엔진 시동시 외기온도, 냉각수의 온도, 오일의 온도가 정상적인 운전조건이면 엔진회전수와 연료량에 따른 통상의 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(140)를 통해 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 조정한다. 상기 제어부(120)는 엔진 시동시 외기온도, 냉각수의 온도, 오일의 온도가 냉시동 조건이면 냉시동 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(140)를 통해 배기밸브의 닫힘시기를 진각시켜 배기밸브 리프트를 하향 보정한다.

상기 제어부(120)는 엔진의 시동이 온을 유지하는 상태에서 냉각수의 온도와 오일의 온도가 냉간조건, 즉 웜업조건이면 촉매의 활성온도를 조기에 도달시키기 위하여 냉간 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(140)를 통해 배기밸브의 열림시기를 진각시켜 배기밸브 리프트를 상향 보정한다.

또한, 상기 제어부(120)는 가속페달의 개도가 일정조건 이상(예. 20%이상), 공연비의 모니터링 결과 일정 값 이하(예.λ=1.0 이하), 차속 모니터링 결과 일정 가속도 이상이 되어 가속 조건을 만족하면 가속조건 맵을 적용하여 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(140)를 통해 배기밸브의 열림시기를 진각시켜 밸브 리프트를 상향 보정한다.

또한, 제어부(120)는 부분부하의 에미션 영역이면 연소온도의 상승으로 인한 NOx의 과다 배출을 막기 위하여 연소모델의 맵을 적용하여 연소온도가 NOx가 생성되는 2000K 이상이 되는 운전조건을 회피할 수 있도록 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 결정하고, CVVA장치(140)를 통해 흡기밸브의 닫힘시기를 지각시켜 연소실에 유입되는 공기량을 보정한다. 즉, 흡기밸브의 닫힘시기를 지각시킴으로써 압축비가 감소되어 연소실에 유입되는 공기량이 많게 된다. 메모리부(130)는 각각의 운전 영역별 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 제어하기 위한 맵이 설정된다.

CVVA장치(140)는 상기 제어부(120)의 제어에 따라 흡/배기밸브의 리프트 및 타이밍을 조정하여 운전조건과 엔진상황 및 주변환경조건에 따른 최적화된 밸브 리프트를 조정한다. 따라서, 최적화된 흡/배기밸브의 리프트가 제어되어 배출가스의 안정화를 제공하고, 엔진 출력 성능 향상, 연비향상, 가속성을 향상시킬 수 있다.

살펴본 바와 같이 본 발명은 GDI 엔진을 대체할 목적으로 개발된 엔진에 적용되는 것으로서, 기존엔진은 가속페달을 밟음에 따라 밸브가 열리면서 흡입량을 조절하지만 본 발명을 적용한 엔진(CVVA 엔진)은 고속구간에서 밸브가 열리는 높이인 밸브 리프트를 증대하여 흡입 공기량을 높이고, 저속 구간에서는 밸브 리프트를 감소해 흡입 공기량을 적절하게 유지시켜 줄 수 있다.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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 할 것이다.

1 : 내연기관
2 : 실린더
3 : 피스톤
10 : 크랭크축
20 : 동력전달축
30 : 회전장치
31 : 가이드홈
40 : 밸브 개폐장치
41 : 제1 로드
42 : 제2 로드
43 : 힌지축
44 : 지지장치
45 : 밸브 리프트 장치
50 : 밸브
60 : 컨트롤 포인트
70 : 컨트롤 포인트 이동장치
71 : 로드
80, 81, 82, 80a : 기어
301 : 제1 회전장치
302 : 제2 회전장치
303 : 제3 회전장치
304 : 제4 회전장치
450 : 밸브 접촉부
451 : 제1 구간
452 : 제2 구간
453 : 제3 구간

Claims

크랭크축과 연결되는 동력전달축;
상기 동력전달축과 연결되는 회전장치; 및
일측 단부가 상기 회전장치와 연결되어 회전장치의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하고 직선 운동을 밸브에 전달하는 밸브 개폐장치;
를 포함하고,
상기 밸브 개폐장치는 회전장치와 연결되는 제1 로드 및 상기 제1 로드와 연결되는 제2 로드를 포함하며,
상기 제2 로드에 복수의 밸브 리프트 장치가 구비되고, 복수로 구성되는 밸브 리프트 장치는 복수로 구성되는 각 밸브와 대응 접촉하여 제2 로드와 함께 직선 운동을 하면서 복수로 구성되는 각 밸브의 열림양을 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 밸브는 흡기 밸브 또는 배기 밸브인 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 밸브 개폐장치는 상기 회전장치에 구비되는 컨트롤 포인트와 연결되며, 상기 회전장치는 상기 컨트롤 포인트의 위치를 가변하는 컨트롤 포인트 이동장치를 포함하는 밸브 제어장치.
제 3 항에 있어서,
상기 컨트롤 포인트는 상기 회전장치에 마련되는 가이드홈을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 3 항에 있어서,
상기 컨트롤 포인트 이동장치는 모터이며, 상기 컨트롤 포인트 이동장치의 로드는 상기 컨트롤 포인트와 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 5 항에 있어서,
상기 로드는 스크루이며, 상기 컨트롤 포인트는 상기 로드와 나사 결합되어 상기 로드의 회전 작동에 의해 상기 로드를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 로드는 일측 단부가 상기 컨트롤 포인트에 연결되고,
상기 제1 로드의 타측 단부와 상기 제2 로드의 일측 단부는 힌지축에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제2 로드는 지지장치에 의해 지지된 상태로 직선 운동을 하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 밸브 리프트 장치는 밸브 접촉부를 포함하고,
상기 밸브 접촉부는 제1 구간, 제2 구간, 제3 구간을 포함하는 밸브 제어장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 구간, 제2 구간, 제3 구간은 순차적으로 이어지는 구간이며, 상기 제1 구간과 상기 제3 구간은 평면이며 서로 높이가 다른 구간이고, 상기 제2 구간은 상기 제1 구간 및 제3 구간을 연결하는 경사 구간인 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전장치는 CVVA이며, 상기 CVVA의 작동 메커니즘에 의해 밸브의 작동이 제어되는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전장치는 복수로 구성되며 상기 회전장치 각각에 밸브 개폐장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 크랭크축과 동력전달축의 연결 구조 및 상기 동력전달축과 회장장치의 연결 구조는 기어 연결 구조인 것을 특징으로 하는 밸브 제어장치.