KR102452466B1

KR102452466B1 - 차량용 캠샤프트 유닛

Info

Publication number: KR102452466B1
Application number: KR1020170177869A
Authority: KR
Inventors: 전재희
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2022-10-11
Also published as: CN109958488A; DE102018209091A1; KR20190076240A; US20190195337A1

Abstract

본 발명에 따른 차량용 캠샤프트 유닛은 캠샤프트의 일단에 축 결합된 캠 기어; 상기 캠샤프트를 동심축으로 하여 상기 캠 기어의 일측에 구비되고, 상기 캠 기어에 대해 상대 회전하도록 마련된 시저스 기어; 상기 캠 기어와 시저스 기어 사이에 구비되어 일단이 상기 캠 기어의 일측면에 고정되고, 타단이 상기 시저스 기어의 타측면에 고정됨으로써, 상기 캠 기어의 회전에 따라 탄성 복원되면서 상기 캠 기어의 회전력을 상기 시저스 기어에 전달하는 코일 스프링; 및 상기 시저스 기어의 일측면에 형성된 홈에 설치되어 상기 시저스 기어의 축방향 이탈을 방지하는 스냅링;을 포함할 수 있다.

Description

차량용 캠샤프트 유닛 {CAMSHAFT UNIT FOR VEHICLE}

본 발명은 부품수를 최소화하여 제조 원가를 저감할 수 있는 차량용 캠샤프트 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 동력을 발생하는 엔진의 연소실을 적절한 타이밍으로 개폐하는 밸브는 크랭크 샤프트에 연결된 밸브 개폐 기구에 의해 개폐가 이루어지게 되고, 이러한 밸브는 그 구동 방식에 따라 1개의 캠 샤프트로 모든 밸브를 작동시키는 싱글 오버 헤드 캠 샤프트(SINGLE OVER HEAD CAMSHAFT, 이하 SOHC라고 약칭함)와, 2개의 캠 샤프트로 각각 흡기/배기 밸브를 작동시키는 더블 오버 헤드 캠 샤프트(DOUBLE OVER HEAD CAMSHAFT, 이하 DOHC라고 약칭함)가 있다.

그리고, 상기 DOHC 엔진은 실린더마다 2개씩의 흡기/배기 밸브를 각각 작동시키기 위해 구조가 복잡하고, 소음이 심하며, 각각의 밸브를 구동하기 위한 동력의 소모가 SOHC 엔진 보다 큰 문제점이 있지만, DOHC 엔진은 각 실린더에 두개의 흡기 밸브와 두개의 배기 밸브가 설치되어 각각 흡기용 캠 샤프트 및 배기용 캠 샤프트에 의해 동시 작동되어 연소실 내의 흡기 및 배기 성능이 향상될 수 있다.

이와 같은 DOHC 엔진은 흡기/배기용 캠 샤프트 중 1개가 직접 동력을 전달하는 반면 다른 하나는 이로부터 동력을 전달받게 되는데, 이를 위해 캠간 구동시스템은 기어를 이용하고 있다. 그런데, 캠간 구동시스템은 서로 치합되는 특성상 치의 물림을 향상시켜 구동 기어와 종동 기어 간의 간극인 백래쉬(BACK-LASH)에 의해 필히 발생되는 래틀 소음(RATTLE NOISE)을 저감하는데 한계가 있다.

이에, 캠간 구동시스템은 치차간에 발생되는 백래쉬를 저감하기 위해, 시저스 스프링력을 이용한 백래쉬 보상기어인 캠 기어와 시저스 기어를 사용한다.

도 1을 참조하여 종래의 캠 샤프트 유닛을 보다 자세히 설명하면, 캠 샤프트 유닛(101)은 둘레에 캠(115)이 형성된 캠 샤프트(110)와, 캠 샤프트(110)의 일단에 축 결합되며 시저스 스프링(SCISSORS SPRING, 135)을 사이에 두고 상대 회전하는 캠 기어(120) 및 시저스 기어(130)와, 캠 기어(120)에 대한 시저스 기어(130)의 축 방향 이탈을 방지하도록 시저스 기어(130)가 캠 기어(120)에 밀착되도록 차례로 조립되는 웨이브 스프링(140), 시저스 와셔(145), 스냅링(150)으로 구성된다.

캠 기어(120)의 중앙에는 캠 샤프트(110)가 결합되기 위한 허브(121)가 돌출 형성되어 있으며, 판면에는 시저스 기어(130)에 결합되기 위한 핀(122)이 형성되어 있다.

시저스 기어(130)는 캠 샤프트(110)에 고정된 캠 기어(120)와 시저스 스프링(135)의 탄성력에 의해 항상 접촉된 상태가 유지되어 백 래쉬(BACK LASH)가 "0"이 되기 때문에 구동 중 래틀 소음이 발생되지 않는다. 이 때, 시저스 기어(130)의 중앙에는 캠 기어(120)의 허브(121)가 삽입 결합되는 결합부(131)가 마련되어 있으며, 판면에는 시저스 스프링(135)을 고정시키기 위한 핀(132)이 형성되어 있다.

웨이브 스프링(140)은, 웨이브 형상으로 이루어져 결합부(131)의 내측면에 밀착되어 시저스 기어(130)를 축 방향으로 캠 기어(120)를 향해 누름으로써 시저스 기어(130)가 회전할 때 캠 기어(120)로부터 이탈되지 않게 하는 역할을 한다.

시저스 와셔(145)는, 결합부(131)의 내측면에 결합되어 웨이브 스프링(140)과 함께 시저스 기어(130)를 축 방향으로 캠 기어(120)를 향해 밀착시키는 역할을 한다.

스냅링(150)은 결합부(131)에 결합된 웨이브 스프링(140) 및 시저스 와셔(145)가 캠 샤프트(110)로부터 이탈되지 않도록 상기 부품(140, 145)을 고정시키는 기능을 한다.

그런데, 종래의 자동차의 캠 샤프트 유닛(101)에 있어서는, 캠 샤프트(110)에 조립되는 부품수가 많으므로 이에 따라 조립 공수가 증가되어 제조 원가가 상승되는 문제점이 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR10-2005-0033711 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 부품수를 최소화하여 제조 원가를 저감할 수 있는 차량용 캠샤프트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 캠샤프트 유닛은 캠샤프트의 일단에 축 결합된 캠 기어; 상기 캠샤프트를 동심축으로 하여 상기 캠 기어의 일측에 구비되고, 상기 캠 기어에 대해 상대 회전하도록 마련된 시저스 기어; 상기 캠 기어와 시저스 기어 사이에 구비되어 일단이 상기 캠 기어의 일측면에 고정되고, 타단이 상기 시저스 기어의 타측면에 고정됨으로써, 상기 캠 기어의 회전에 따라 탄성 복원되면서 상기 캠 기어의 회전력을 상기 시저스 기어에 전달하는 코일 스프링; 및 상기 시저스 기어의 일측면에 형성된 홈에 설치되어 상기 시저스 기어의 축방향 이탈을 방지하는 스냅링;을 포함할 수 있다.

상기 캠 기어의 중앙부에는 상기 캠샤프트가 결합되도록 허브가 상기 시저스 기어 측으로 돌출 형성되고, 상기 허브는 상기 홈이 형성된 시저스 기어의 결합부에 삽입되며, 상기 코일 스프링은 상기 허브의 외주면을 감도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 캠 기어과 상기 시저스 기어는 서로 마주보는 면에 각각 다월 핀이 결합되고, 상기 코일 스프링은 감김방향으로부터 일단 및 타단이 반경방향으로 절곡되어 각각 상기 다월 핀에 걸려 고정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 코일 스프링의 양단 사이에 상기 다월 핀들이 마련되고, 상기 코일 스프링은 양단이 서로 가까워지는 방향으로 탄성력을 전달하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 캠 기어와 시저스 기어는 서로 마주보는 면에 각각 돌출부가 일체로 형성되도록 제작되고, 상기 코일 스프링은 감김방향으로부터 일단 및 타단이 반경방향으로 절곡되어 각각 상기 돌출부에 걸려 고정되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 캠샤프트 유닛에 따르면, 내부의 부품수를 최소화함으로써 제조원가, 부피 및 무게를 저감할 수 있다.

도 1은 종래에 차량용 캠샤프트 유닛을 도시한 분리 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 캠샤프트 유닛을 도시한 분리 사시도,
도 3은 도 2의 캠 기어 및 코일 스프링의 결합 모습을 도시한 측면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 캠샤프트 유닛에 대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 캠샤프트 유닛을 도시한 분리 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 차량용 캠샤프트 유닛은 캠샤프트(10)의 일단에 축 결합된 캠 기어(20); 상기 캠샤프트(10)를 동심축으로 하여 상기 캠 기어(20)의 일측에 구비되고, 상기 캠 기어(20)에 대해 상대 회전하도록 마련된 시저스 기어(40); 상기 캠 기어(20)와 시저스 기어(40) 사이에 구비되어 일단이 상기 캠 기어(20)의 일측면에 고정되고, 타단이 상기 시저스 기어(40)의 타측면에 고정됨으로써, 상기 캠 기어(20)의 회전에 따라 탄성 복원되면서 상기 캠 기어(20)의 회전력을 상기 시저스 기어(40)에 전달하는 코일 스프링(30); 및 상기 시저스 기어(40)의 일측면에 형성된 홈(44)에 설치되어 상기 시저스 기어(40)의 축방향 이탈을 방지하는 스냅링(50);을 포함할 수 있다.

상기 캠샤프트(10)에는 캠 기어(20)가 직결되고, 상기 시저스 기어(40)는 캠 기어(20)와 동심축을 이루면서 회전하도록 마련되되, 코일 스프링(30)을 매개로 캠 기어(20)와 연결되도록 마련될 뿐, 상기 캠샤프트(10)에는 직결되지 않도록 마련된다.

그에 따라, 상기 시저스 기어(40)는 캠 기어(20)에 대해 상대회전하면서 기어의 백래쉬(backlash)를 제거하는 역할을 수행한다.

상기 코일 스프링(30)은 캠 기어(20)와 시저스 기어(40) 사이를 연결하되, 캠 기어(20)의 회전력에 대하여 변형되었다가 탄성 복원되면서 시저스 기어(40)에 회전력을 전달하도록 마련됨으로써, 시저스 기어(40)가 캠 기어(20)에 대해 상대회전하도록 마련할 수 있다.

상기 코일 스프링(30)은 일단으로부터 길이방향을 따라 코일 형상으로 연장되어 타단에 이르도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이러한 형상에 의해 상기 코일 스프링(30)은 상기 시저스 기어(40)가 상기 캠 기어(20)의 회전에 의해 상대회전하도록 회전방향으로 탄성력을 제공하고, 상기 캠 기어(20) 및 시저스 기어(40) 간의 축방향 상대운동에 의해 상기 시저스 기어(40)가 이탈되는 것을 방지하도록 축방향으로 탄성력을 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 캠 기어(20)의 중앙부에는 상기 캠샤프트(10)가 결합되도록 허브(24)가 상기 시저스 기어(40) 측으로 돌출 형성되고, 상기 허브(24)는 상기 홈(44)이 형성된 시저스 기어(40)의 결합부(44)에 삽입되며, 상기 코일 스프링(30)은 상기 허브(24)의 외주면을 감도록 형성된다.

즉, 상기 캠샤프트(10)는 허브(24)에 결합됨으로써 상기 캠 기어(20)와 직결되고, 상기 캠 기어(20)의 허브(24)는 상기 시저스 기어(40)의 결합부(44)에 삽입되도록 마련된다.

상기 코일 스프링(30)은 상기 허브(24)의 외주면을 감는 형상으로 형성됨으로써 회전방향으로도 탄성력을 제공하고, 축방향으로도 탄성력을 제공하도록 마련된다.

예를 들어, 상기 코일 스프링(30)은 일단이 상기 캠 기어(20)의 일측면에 고정되고, 타단이 상기 시저스 기어(40)의 타측면에 고정되도록 마련되는바, 상기 캠 기어(20)가 일방향으로 회전하면 코일 스프링(30)의 일단은 상기 캠 기어(20)와 함께 일방향으로 회전하게 된다.

이때, 코일 스프링(30)은 탄성 재질로 마련되기 때문에 일단이 먼저 일방향으로 회전하다가, 본래의 형상으로 복원되려는 탄성력에 의해 미세한 시간차를 두고 전체 형상이 일방향으로 회전하게 된다.

이러한 힘의 작용으로 인해 상기 시저스 기어(40)는 상기 캠 기어(20)의 회전에 대해 미세한 시간차를 두고 상대회전하게 되면서 구동기어와 종동기어 사이의 간극인 백래쉬를 제거하여 래틀 소음(Rattle noise)의 발생을 방지하는 것이다. 이는 기존의 시저스 스프링을 대체한다.

아울러, 코일 스프링(30)은 축방향으로도 탄성력을 전달하도록 마련되는데, 기본적으로 상기 캠 기어(20)와 시저스 기어(40)가 적정한 거리에 형성되는 두께로 형성된다.

예를 들어, 상기 시저스 기어(40)가 상대회전하면서 캠 기어(20)와 가까워지려는 힘이 발생할 경우, 상기 코일 스프링(30)은 양단이 각각 캠 기어(20)와 시저스 기어(40)에 고정되기 때문에 압축되다가 복원력에 의해 인장되면서 상기 시저스 기어(40)가 본래의 위치를 이탈하는 것을 막는 탄성력을 가할 수 있다.

반대로, 상기 시저스 기어(40)가 상대회전하면서 캠기어(20)와 멀어지려는 힘이 발생할 경우, 상기 코일 스프링(30)은 양단이 캠기어(20)와 시저스 기어(40)에 고정되도록 마련되는바, 인장되다가 다시 복원력에 의해 압축되면서 시저스 기어(40)의 이탈을 막을 수 있다. 따라서, 기존의 웨이브 스프링의 역할을 코일 스프링(30)이 대체할 수 있다.

도 2와 같은 일 실시예로서, 본 발명은 상기 캠 기어(20)과 상기 시저스 기어(40)는 서로 마주보는 면에 각각 다월 핀(22a,42a)이 결합되고, 상기 코일 스프링(40)은 감김방향으로부터 일단 및 타단이 반경방향으로 절곡되어 각각 상기 다월 핀(22a,42a)에 걸려 고정되도록 마련될 수 있다.

이때, 상기 코일 스프링(30)의 양단 사이에 상기 다월 핀(22a,42a)들이 마련되고, 상기 코일 스프링(30)은 양단이 서로 가까워지는 방향으로 탄성력을 전달하도록 마련될 수 있다.

상기 캠 기어(20), 코일 스프링(30) 및 시저스 기어(40)를 조립할 때에는 별도의 조립핀을 캠 기어(20)에 삽입하고, 코일 스프링(30)의 양단이 서로 멀어지도록 인장시킨 상태에서 일단이 상기 캠 기어(20)의 다월 핀(22a)에, 타단이 조립핀에 걸리도록 한다. 이때, 조립핀은 시저스 기어(40)의 다월 핀(42a)보다 캠 기어(20)의 다월 핀(22a)으로부터 먼 지점에 삽입되도록 마련된다.

이후, 시저스 기어(40)를 코일 스프링(30)과 마주하도록 한 다음, 조립핀을 제거하여 코일 스프링(30)의 타단이 시저스 기어(40)의 다월 핀(42a)에 걸리도록 함으로써 캠 기어(20), 코일 스프링(30) 및 시저스 기어(40)의 조립을 완성한다.

따라서, 코일 스프링(30)의 양단이 서로 가까워지는 방향으로 탄성복원력이 지속적으로 작용하도록 마련할 수 있다.

즉, 상기 코일 스프링(30)이 상기 캠 기어(20)와 시저스 기어(40) 사이에 간단한 연결관계로 고정되면서도, 캠 기어(20)의 회전에 따라 상기 시저스 기어(40)가 상대회전하도록 동력을 전달하여 구동기어와 종동기어 사이의 백래쉬(back lash)를 제거할 수 있다.

여기서, 상기 다월핀(22a,42a)은 각각 캠 기어(20)와 코일 스프링(30)에 가공된 삽입홀에 삽입체결됨으로써, 각 기어에 결합되도록 마련된다.

도 3은 도 2의 캠 기어 및 코일 스프링의 결합 모습을 도시한 측면도이다.

또 다른 실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 상기 캠 기어(20)와 시저스 기어(40)는 서로 마주보는 면에 각각 돌출부(22b,42b)가 일체로 형성되도록 제작되고, 상기 코일 스프링(30)은 감김방향으로부터 일단 및 타단이 반경방향으로 절곡되어 각각 상기 돌출부(22b,42b)에 걸려 고정되도록 마련될 수 있다.

상기 코일 스프링(30)의 양단 사이에 상기 돌출부(22b,42b)들이 마련되고, 상기 코일 스프링(30)의 양단은 서로 가까워지는 방향으로 탄성력을 전달받도록 마련된다.

이는 별물의 다월 핀을 제작하여 조립하는 과정을 생략하고, 상기 캠 기어(20)와 시저스 기어(40)를 성형할 때 일체로 돌출부(22b,42b)가 형성되도록 가공되도록 마련하여, 별도의 구성을 제작하고 조립하는 드는 시간 및 비용을 저감할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 캠샤프트
20: 캠 기어
22a,42a: 다월 핀
22b,42b: 돌출부
24: 허브
30: 코일 스프링
32: (코일 스프링) 일단
34: (코일 스프링) 타단
40: 시저스 기어
44: 홈
46: 결합부
50: 스냅링

Claims

캠샤프트의 일단에 축 결합되어 상기 캠샤프트와 일체로 회전되는 캠 기어;
상기 캠 기어의 일측에 구비되되 상기 캠샤프트와는 직접 결합되지 않고, 상기 캠샤프트를 동심축으로 하여 상기 캠 기어의 회전에 대해 상대 회전하도록 마련된 시저스 기어;
상기 캠 기어와 시저스 기어 사이에 구비되어 일단이 상기 캠 기어의 일측면에 고정되고, 타단이 상기 시저스 기어의 타측면에 고정됨으로써, 상기 캠 기어의 회전에 따라 탄성 복원되면서 상기 캠 기어의 회전력을 상기 시저스 기어에 전달하는 코일 스프링; 및
상기 시저스 기어의 일측면에 형성된 홈에 설치되어 상기 시저스 기어의 축방향 이탈을 방지하는 스냅링;을 포함하고,
상기 캠 기어와 상기 시저스 기어는 상기 코일 스프링을 매개로 하여 이격되어 연결되며,
상기 코일 스프링은 상기 캠 기어와 상기 시저스 기어의 상대 회전에 따라 축방향으로 발생되는 압축력 또는 인장력에 대한 복원력을 제공하는 것을 특징으로 하는 차량용 캠샤프트 유닛.
청구항 1에 있어서,
상기 캠 기어의 중앙부에는 상기 캠샤프트가 결합되도록 허브가 상기 시저스 기어 측으로 돌출 형성되고,
상기 허브는 상기 홈이 형성된 시저스 기어의 결합부에 삽입되며,
상기 코일 스프링은 상기 허브의 외주면을 감도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 캠샤프트 유닛.
청구항 2에 있어서,
상기 캠 기어과 상기 시저스 기어는 서로 마주보는 면에 각각 다월 핀이 결합되고,
상기 코일 스프링은 감김방향으로부터 일단 및 타단이 반경방향으로 절곡되어 각각 상기 다월 핀에 걸려 고정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 캠샤프트 유닛.
청구항 3에 있어서,
상기 코일 스프링의 양단 사이에 상기 다월 핀들이 마련되고,
상기 코일 스프링은 양단이 서로 가까워지는 방향으로 탄성력을 전달하도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 캠샤프트 유닛.
청구항 2에 있어서,
상기 캠 기어와 시저스 기어는 서로 마주보는 면에 각각 돌출부가 일체로 형성되도록 제작되고,
상기 코일 스프링은 감김방향으로부터 일단 및 타단이 반경방향으로 절곡되어 각각 상기 돌출부에 걸려 고정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 캠샤프트 유닛.