KR19980078819A - Variable valve timing mechanism for engines with two-stage characteristic curve - Google Patents

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KR19980078819A
KR19980078819A KR1019970016443A KR19970016443A KR19980078819A KR 19980078819 A KR19980078819 A KR 19980078819A KR 1019970016443 A KR1019970016443 A KR 1019970016443A KR 19970016443 A KR19970016443 A KR 19970016443A KR 19980078819 A KR19980078819 A KR 19980078819A
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이또준
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김영귀
기아자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은, 피스톤의 나선 스플라인이 맞물리는 결합면에서의 백래쉬에 따른 소음을 제거할 수 있으며 공급 유압에 대해 신속하게 응답할 수 있는 가변 밸브 타이밍 제어 기구에 관한 것이다. 가변 밸브 타이밍 제어 기구는 엔진의 밸브 개폐시기를 특정 속도 영역에 대해서는 최적화시키도록, 캠축을 통하여 공급되는 유압에 의하여 나선 스플라인 피스톤이 캠축의 측방향으로 작동되며, 솔레노이드의 전압 해제 시에 상기 나선 스플라인 피스톤을 복귀시키는 리턴 스프링을 구비한다. 이러한 가변 밸브 타이밍 제어 기구에서, 리턴 스프링은 서로 상이한 피치를 가지는 3개의 부분을 가진다.The present invention relates to a variable valve timing control mechanism capable of eliminating backlash noise at a mating surface on which a spiral spline of a piston is engaged and quickly responding to supply hydraulic pressure. The variable valve timing control mechanism allows the helical spline piston to be operated laterally of the camshaft by the hydraulic pressure supplied through the camshaft so as to optimize the valve opening / closing timing of the engine for a specific speed range. And a return spring for returning the piston. In such a variable valve timing control mechanism, the return spring has three parts having different pitches from each other.

Description

이단 특성 곡선을 가지는 엔진의 가변 밸브 타이밍 기구Variable valve timing mechanism for engines with two-stage characteristic curve

본 발명은 자동차의 엔진에 관한 것이고, 보다 상세하게는 On-Off 이단 제어식 가변 밸브 타이밍 기구에 있어서 나선 스플라인(헬리컬 기어) 피스톤의 스트로크 복귀를 행하기 위한 리턴 스프링의 피치를 부등화하는 것에 의하여, 리턴 스프링이 이단 특성 곡선을 가짐으로써, 신속한 응답 시간 및 백래쉬에 의한 소음 감소 구조를 가지는 엔진의 가변 밸브 타이밍 기구에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine of an automobile, and more particularly, by inequalizing a pitch of a return spring for performing a stroke return of a spiral spline (helical gear) piston in an on-off two-stage variable valve timing mechanism. The return spring has a two-stage characteristic curve, which relates to a variable valve timing mechanism of an engine having a quick response time and a noise reduction structure due to backlash.

통상적으로, 자동차의 엔진이 고속으로 회전될 경우에, 흡기 밸브의 개방 지속 시간이 길어지면 출력이 증가하나, 공전 영역에서처럼 저속일 경우에는 밸브의 오버랩이 커지면 미연소 탄화수소 배출물이 증가하는 동시에 잔류 가스에 의한 엔진 부조 현상이 나타난다. 그러므로, 엔진의 회전 속도와 부하에 따라 밸브 개폐 시기나 오버랩 기간을 변경시키는 것이 이상적이다.Typically, when the engine of a vehicle is rotated at high speed, the output increases with longer opening time of the intake valve, but at low speeds, such as in idle zones, if the valve overlaps, the unburned hydrocarbon emissions increase while at the same time residual gas The engine relief phenomenon by appears. Therefore, it is ideal to change the valve opening / closing time or overlap period in accordance with the rotational speed and load of the engine.

그러나, 종래의 캠축과 캠축 구동 방식으로 밸브 개폐시기를 특정 속도 영역에 대해서는 최적화가 용이하지만, 엔진의 전속도 영역에 걸쳐서 최적화시키는 것은 거의 불가능하다. 최근에는 엔진이 고속으로 회전될 때는 양정(valve lift)이 큰 캠이, 저속에서는 양정이 작은 캠이 작동되도록 설계된 엔진이나 밸브(주로 흡입 밸브)의 개폐시기를 제어할 수 있는 메커니즘이 부가된 엔진이 실용화되고 있다.However, although the valve opening / closing timing is easy to optimize for a specific speed range by the conventional camshaft and camshaft drive system, it is almost impossible to optimize over the full speed range of the engine. Recently, a cam with a large lift lift when the engine is rotating at high speed, and a cam with a small lift at low speed, or an engine with a mechanism for controlling the opening and closing time of a valve (mainly an intake valve) are added. This has been put to practical use.

도 1은 가변 밸브 타이밍 기구를 가지는 엔진에서 사용되는 밸브 타이밍 제어 풀리를 도시한 도면이다. 널리 공지된 바와 같이, 밸브 타이밍 제어 시스템은 캠축에 관계한 위상각이 제어 밸브와 함께 나선 스플라인(헬리컬 기어) 피스톤(1)에 작용하는 유압에 의하여 가변될 수 있는 입구 캠축 풀리(2)와, 캠축 풀리(2)에 공급되는 유압을 제어하는 솔레노이드(9,도 2 참조)로 구성되며, 입구 캠축 풀리(2)는 타이밍 벨트에 의하여 구동된다. 엔진 제어 유니트는 작동 상태에 대응하여 솔레노이드(9)에 공통의 신호를 전송한다.1 is a diagram illustrating a valve timing control pulley used in an engine having a variable valve timing mechanism. As is well known, the valve timing control system comprises an inlet camshaft pulley 2 whose phase angle relative to the camshaft can be varied by hydraulic pressure acting on the spiral spline (helical gear) piston 1 with the control valve, It consists of the solenoid 9 (refer FIG. 2) which controls the oil pressure supplied to the camshaft pulley 2, and the inlet camshaft pulley 2 is driven by a timing belt. The engine control unit transmits a common signal to the solenoid 9 in response to the operating state.

이러한 시스템을 제어하는 오일은 실린더 블록에 있는 메인 회랑(gallery)로부터 통로(3)를 거쳐 전방 캠축 저널로 공급된다. 그런 다음, 오일은 중공의 캠축(4)과 중공의 볼트(5)를 통하여 캠축 풀리(2)에서 절단된 피스톤 실린더(6)로 흐른다. 캠축 통로(3)에서의 유압은 캠축(4)의 후방에 끼워진 제어 밸브를 통한 유량에 의하여 조정된다.The oil controlling this system is fed from the main gallery in the cylinder block via the passage 3 to the front camshaft journal. The oil then flows through the hollow camshaft 4 and the hollow bolt 5 to the piston cylinder 6 cut from the camshaft pulley 2. The hydraulic pressure in the camshaft passage 3 is adjusted by the flow rate through the control valve fitted to the rear of the camshaft 4.

캠축 풀리(2)의 내부에 있는 축선 방향 실린더(6)는 피스톤(1)의 내부 및 외부 표면상에서 양측의 나선 스플라인을 구비한 환형 피스톤(1)을 수용한다. 유압의 적용은 실린더(6)의 축선을 따라서 피스톤(1)을 이동시킨다. 이러한 이동은 타이밍 벨트에 의하여 구동되는 외부의 캠축 풀리(2)에 관계하여 내부의 캠축(4)의 각도를 변화시키므로, 흡입 밸브 위상을 변경시킨다. 밸브 위상 변위의 허용 가능한 상한은 피스톤 주행과 함께 스플라인의 나선각 및 피치 지름에 의하여 운동 역학적으로 결정된다. 이러한 시스템은 최대 20°의 크랭크 축 각도 변위에 대하여 피스톤을 10°정도까지 변위시킨다. 이러한 값은 전체 길이 및 수용가능한 반응시간에 실제적인 필요성에 의하여 강요된다.The axial cylinder 6 inside the camshaft pulley 2 houses an annular piston 1 with helical splines on both sides on the inner and outer surfaces of the piston 1. Application of hydraulic pressure moves the piston 1 along the axis of the cylinder 6. This movement changes the angle of the internal camshaft 4 relative to the external camshaft pulley 2 driven by the timing belt, thereby changing the intake valve phase. The permissible upper limit of the valve phase shift is determined kinematically by the spiral angle and pitch diameter of the spline along with the piston travel. This system displaces the piston up to 10 ° for crankshaft angular displacement of up to 20 °. This value is imposed by the actual need on the overall length and acceptable reaction time.

솔레노이드(9)가 해제되었을 때, 크랭크 축의 후방에 끼워진 제어 밸브(7)는 도 2에 도시된 바와 같이 리턴 스프링(10)의 작용에 의하여 후방으로 밀려, 캠축(4)에 있는 오일은 밸브(7)에 있는 스필(spill) 구멍을 통하여 실린더 헤드로 흐르게 된다. 솔레노이드(9)가 작동될 때, 제어 밸브 플런저(12)는 솔레노이드(9)의 아마추어(11)에 의하여 전방을 향하여 밀리게 되어서, 스필 구멍(8)이 막혀지게 되고, 오일은 흐름이 정지된다.When the solenoid 9 is released, the control valve 7 fitted to the rear of the crankshaft is pushed backward by the action of the return spring 10, as shown in FIG. 2, so that the oil in the camshaft 4 is discharged from the valve ( It flows into the cylinder head through the spill hole in 7). When the solenoid 9 is actuated, the control valve plunger 12 is pushed forward by the armature 11 of the solenoid 9 so that the spill hole 8 is blocked and the oil stops flowing. .

솔레노이드(9)는 록커 커버의 후방으로 끼워지게 되고, 아마추어는 엔진 제어 유니트의 명령하에서 제어 밸브를 위치시키도록 작용한다. 솔레노이드(9)는 2상(on-off) 타입이다.The solenoid 9 is fitted to the rear of the rocker cover and the armature acts to position the control valve under the command of the engine control unit. The solenoid 9 is of an on-off type.

이러한 밸브 타이밍 제어 시스템은 차량에 장착될 수 있도록 길이가 짧아야 하는 한편, 밸브 위상 변위 각도는 효과적이 되도록 충분히 커야만 된다.Such a valve timing control system must be short in length so that it can be mounted on a vehicle, while the valve phase shift angle must be large enough to be effective.

그러나, 상기된 바와 같은 종래의 on-off 타입 가변 밸브 타이밍 기구의 리턴 스프링(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 등피치 간격을 가지는 스프링으로 형성되기 때문에, 리턴 스프링(10)에 작용하는 하중과 변위의 특성 그래프가 도 6에 도시된 바와 같이 선형으로 이루어지기 때문에, 피스톤의 나선 스플라인이 맞물리는 결합면에서의 백래쉬에 따른 소음이 발생되는 문제와 공급 유압에 대한 응답시간이 지연된다는 문제가 있었다.However, since the return spring 10 of the conventional on-off type variable valve timing mechanism as described above is formed of a spring having an equal pitch interval as shown in FIG. 3, the load acting on the return spring 10. Since the characteristic graph of the over displacement is linear as shown in FIG. 6, there is a problem that noise occurs due to backlash in the mating surface where the helical spline of the piston is engaged and a delay in response time to the supply hydraulic pressure. there was.

따라서, 본 발명의 목적은 피스톤의 나선 스플라인이 맞물리는 결합면에서의 백래쉬에 따른 소음을 제거할 수 있으며 공급 유압에 대해 신속하게 응답할 수 있는 가변 밸브 타이밍 제어 기구를 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a variable valve timing control mechanism capable of eliminating backlash noise due to the backlash at the engagement surface at which a spiral spline of a piston engages, and capable of quickly responding to supply hydraulic pressure.

도 1은 가변 밸브 타이밍 기구를 가지는 엔진에서 사용되는 밸브 타이밍 제어 풀리를 도시한 도면.1 shows a valve timing control pulley used in an engine having a variable valve timing mechanism.

도 2는 도 1에 도시된 밸브 타이밍 제어 기구의 제어 밸브와 솔레노이드를 도시한 단면도.FIG. 2 is a sectional view showing a control valve and a solenoid of the valve timing control mechanism shown in FIG. 1; FIG.

도 3은 도 1에 도시된 가변 밸브 타이밍 제어 기구의 리턴 스프링을 도시한 도면.3 shows a return spring of the variable valve timing control mechanism shown in FIG.

도 4는 본 발명에 따라서 부등피치를 가지는 가변 밸브 타이밍 제어 기구의 리턴 스프링을 도시한 도면.4 illustrates a return spring of a variable valve timing control mechanism having inequality in accordance with the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 부등피치를 가지는 가변 밸브 타이밍 제어 기구의 응답성, 공급 유압 및 엔진 회전수에 따른 특성 곡선을 도시한 그래프.5 is a graph showing characteristic curves according to responsiveness, supply oil pressure, and engine speed of a variable valve timing control mechanism having an uneven pitch according to the present invention;

도 6은 종래의 가변 밸브 타이밍 제어 기구와 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 제어 기구의 하중과 스프링 변위를 비교 도시한 그래프.6 is a graph showing a comparison of the load and the spring displacement of the conventional variable valve timing control mechanism and the variable valve timing control mechanism according to the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 피스톤 2 : 캠축 풀리1: piston 2: camshaft pulley

3 : 캠축 통로 4 : 캠축3: camshaft passage 4: camshaft

5 : 중공 볼트 6 : 피스톤 실린더5: hollow bolt 6: piston cylinder

7 : 제어 밸브 8 : 스필 구멍7: control valve 8: spill hole

9 : 솔레노이드 10: 리턴 스프링9: solenoid 10: return spring

상기된 바와 같은 목적은, 엔진의 밸브 개폐시기를 특정 속도 영역에 대해서는 최적화시키도록, 캠축을 통하여 공급되는 유압에 의하여 나선 스플라인 피스톤이 캠축의 측방향으로 작동되며, 솔레노이드의 전압 해제 시에 상기 나선 스플라인 피스톤을 복귀시키는 리턴 스프링을 구비한 가변 밸브 타이밍 제어 기구에 있어서, 상기 리턴 스프링은 서로 상이한 피치를 가지는 3개의 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 제어 기구에 의하여 달성된다.The object as described above is that the spiral spline piston is operated laterally of the camshaft by the hydraulic pressure supplied through the camshaft so as to optimize the valve opening and closing timing of the engine for a specific speed range, the spiral when the voltage of the solenoid is released. A variable valve timing control mechanism having a return spring for returning a spline piston, wherein the return spring has three parts having different pitches from each other.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따라서 부등피치를 가지는 가변 밸브 타이밍 제어 기구의 리턴 스프링을 도시한 도면이다.4 is a view showing a return spring of the variable valve timing control mechanism having an inequality pitch according to the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 제어 기구에 사용되는 리턴 스프링(10)은 스프링의 피치가 서로 상이한 피치를 가지는 3개의 부분(l1,l2,l3)을 가진다.As shown in FIG. 5, the return spring 10 used in the variable valve timing control mechanism according to the present invention has three portions l 1 , l 2 , l 3 in which the pitches of the springs have different pitches from each other. .

도 5는 본 발명에 따른 부등피치를 가지는 가변 밸브 타이밍 제어 기구의 응답성, 공급 유압 및 엔진 회전수에 따른 특성 곡선을 도시한 그래프이다5 is a graph showing characteristic curves according to responsiveness, supply oil pressure, and engine speed of a variable valve timing control mechanism having an inequality pitch according to the present invention;

가변 밸브 타이밍 제어 기구는 초기의 응답 시간이 엔진의 회전이 낮고, 이에 따라서 공급 유압이 부족하기 때문에, 변환을 완료할 때까지 시간이 걸리지만, 본 발명에 따른 3개의 부등피치 부분(l1,l2,l3)을 가지는 리턴 스프링(10)의 초기 변위 상태에서의 하중을 감축시키는 것에 의하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진의 회전수가 낮고 공급 유압의 압력이 낮은 상태에서도, 초기 작동 시간이 종래의 가변 밸브 타이밍 제어기구 보다 Δt 만큼 신속하게 될 수 있다.The variable valve timing control mechanism takes a long time to complete the conversion because the initial response time is low in the rotation of the engine and thus the supply hydraulic pressure is insufficient, but the three uneven pitch portions l 1 , according to the present invention. By reducing the load in the initial displacement state of the return spring 10 having l 2 , l 3 ), as shown in FIG. 5, the initial operation even in a state where the engine speed is low and the pressure of the supply hydraulic pressure is low The time can be made faster by Δt than a conventional variable valve timing control mechanism.

가변 밸브 타이밍 제어 기구가 온 상태에서는 하중값을 동일하게 하는 것이 가능하기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이, 3개의 부등피치 부분(l1,l2,l3)을 가지는 것에 의하여 하중 특성 선도에 변곡점(Q)을 설정하여 하중 특성에 강약을 설정한다.Since it is possible to equalize the load value when the variable valve timing control mechanism is on, as shown in FIG. 6, the load characteristic diagram is provided by having three uneven pitch portions l 1 , l 2 , l 3 . Set the inflection point (Q) at to set the strength and weakness of the load characteristics.

또한, 가변 밸브 타이밍 제어 기구의 온 에서의 하중값을 동일하게 하는 것이 가능하기 때문에, 기어 백래쉬에 의한 소음과 복귀 시간으로의 영향을 억제할 수 있다.In addition, since it is possible to make the load value at the ON of the variable valve timing control mechanism the same, it is possible to suppress the influence of the noise due to the gear backlash and the return time.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 제어 기구에 의하면, 피스톤의 나선 스플라인이 맞물리는 결합면에서의 백래쉬에 따른 소음을 제거할 수 있으며 공급 유압에 대해 신속하게 응답할 수 있다.As described above, according to the variable valve timing control mechanism according to the present invention, it is possible to eliminate the noise due to the backlash in the engagement surface where the spiral spline of the piston is engaged and to respond quickly to the supply hydraulic pressure.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the invention claimed in the claims. will be.

Claims (1)

엔진의 밸브 개폐시기를 특정 속도 영역에 대해서는 최적화시키도록, 캠축을 통하여 공급되는 유압에 의하여 나선 스플라인 피스톤이 캠축의 측방향으로 작동되며, 솔레노이드의 전압 해제 시에 상기 나선 스플라인 피스톤을 복귀시키는 리턴 스프링을 구비한 가변 밸브 타이밍 제어 기구에 있어서,To optimize the valve opening and closing timing of the engine for a specific speed range, a spiral spline piston is operated laterally of the camshaft by hydraulic pressure supplied through the camshaft, and a return spring that returns the spiral spline piston upon release of the solenoid voltage. In the variable valve timing control mechanism having: 상기 리턴 스프링은 서로 상이한 피치를 가지는 3개의 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 제어 기구.And the return spring has three portions having different pitches from each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017213359A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 (주)알비케이이엠디 Ois camera module and wire spring for ois camera module

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