KR20010002311U - 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 엔진의 운전 조건에 따라 밸브 리프트의 증감을 연속적으로 가변시킬 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하기 위하여, 오버헤드캠을 구비한 엔진에 있어서, 크랭크 축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 캠 축과, 상기 캠 축의 외주면에는 일측으로 갈수록 로브의 크기가 연속적으로 감소하는 양을 가진 다수개의 테이퍼 캠과, 상기 테이퍼 캠의 각 하측에는 일단이 피봇에 결합되고 타단은 밸브의 상단과 접하는 스윙 아암과, 상기 스윙 아암의 중앙에 돌출 형성하여 외주면이 상기 테이퍼 캠과 접하는 테이퍼 폴로우와, 상기 캠 축의 타단에 설치되어 구동 지시 신호의 입력에 따라 상기 캠 축을 축방향으로 이동시키는 액츄에이터와, 엔진의 운전 상태를 감지한 신호를 출력하는 엔진상태 감지부와, 상기 엔진상태 감지부로부터 출력된 감지 신호에 응답하여 미리 설정된 엔진 상태에 해당하는 구동 지시 신호를 상기 액츄에이터로 출력하는 제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

Description

엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치

본 고안은 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 특히 테이퍼 캠을 형성한 캠 축을 액츄에이터에 의해 이동시킴으로써 밸브 리프트를 가변시키는 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 4행정 가솔린 엔진에 있어서 흡배기 밸브가 갖는 기능은 실린더 내 흡기와 배기의 흐름을 제어하고, 실린더 내의 기밀을 유지하는데 있다. 즉, 압축 행정과 폭발 행정시에는 흡배기 밸브 모두가 닫혀 실린더 내의 기밀을 유지하고, 흡입 행정과 배기 행정시에는 각각 흡기 밸브 혹은 배기 밸브만 열려 연료가스의 흡입과 연소 가스의 배출이 이루어진다.

밸브의 형식은 캠 축 및 밸브의 설치 위치에 따라 SV(Side Valve), OHV(Over Head Valve), OHC(Over Head Cam Shaft) 등으로 나뉘어지는데, 상기 OHC 형식 중 흡배기 밸브에 각각 전용의 캠 축을 갖춘 DOHC(Double Over Head Cam Shaft)가 차량 엔진에 주로 적용되고 있다.

상기 밸브의 개폐는 캠 축에 형성한 캠이 밸브의 단부를 푸시함으로써 이루어지며, 상기 캠 축은 크랭크 축의 구동력을 타이밍 체인 혹은 밸트 등에 의해 전달받아 회전한다. 상기 캠은 밸브와의 마찰 혹은 마멸을 적게 하기 위하여 접촉면을 원호 모양으로 형성한다.

한편, 상기 밸브의 기밀성, 흡배기 가스의 양 등을 결정짓는 중요한 요소는 밸브 리프트(Valve Lift)이다. 상기 밸브 리프트는 밸브 페이스가 밸브 시트로부터 얼마만큼 떨어져 있는가를 나타내는 척도로서, 일반적으로 흡기 밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 흡입시 실린더 내로 유입되는 연료 가스의 양이 많아지고, 배기 밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 배기시 배출되는 연소 가스의 양이 늘어나 흡배기 효율이 높아진다.

종래에는 상기 밸브 리프트를 조절하기 위해 VTEC, MIVEC 같은 형식의 가변 밸브 타이밍 리프트 장치가 사용되었다.

상기 VTEC 방식의 리프트 장치는 각 실린더의 흡기쪽과 배기쪽에 각각 다른 로브를 가진 3개씩의 캠을 설치한 구조로서, 상기 캠들은 중앙의 것이 고속 전용, 양옆의 것들은 저속 전용으로 쓰인다. 반면, 상기 MIVEC 방식의 리프트 장치는 각각 고속, 저속용 2종류의 로브를 가진 캠이 T자형의 레버를 통해서 밸브를 개폐하는 방식이다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 밸브 리프트 장치는 고속 혹은 저속 상태와 같이 2 내지 3 단계의 특정 상태에 맞는 밸브 리프트만을 가변시킬 수 있었으므로, 다양한 엔진 운전 조건에 따라 최상의 밸브 리프트를 제공할 수 없어 엔진의 성능을 향상시키는데 한계가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 목적은 엔진의 운전 조건에 따라 밸브 리프트의 증감을 연속적으로 가변시킬 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 오버헤드캠을 구비한 엔진에 있어서, 크랭크 축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 캠 축과, 상기 캠 축의 외주면에는 일측으로 갈수록 로브의 크기가 연속적으로 감소하는 양을 가진 다수개의 테이퍼 캠과, 상기 테이퍼 캠의 각 하측에는 일단이 피봇에 결합되고 타단은 밸브의 상단과 접하는 스윙 아암과, 상기 스윙 아암의 중앙에 돌출 형성하여 외주면이 상기 테이퍼 캠과 접하는 테이퍼 폴로우와, 상기 캠 축의 타단에 설치되어 구동 지시 신호의 입력에 따라 상기 캠 축을 축방향으로 이동시키는 액츄에이터와, 엔진의 운전 상태를 감지한 신호를 출력하는 엔진상태 감지부와, 상기 엔진상태 감지부로부터 출력된 감지 신호에 응답하여 미리 설정된 엔진 상태에 해당하는 구동 지시 신호를 상기 액츄에이터로 출력하는 제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치를 나타낸 구성도,

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 캠을 나타낸 사시도,

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 테이퍼 폴로우를 나타낸 사시도,

도 4는 본 고안의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 있어서 테이퍼 캠, 테이퍼 폴로우 및 밸브의 관계를 나타낸 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 캠 샤프트(Cam Shaft) 20 : 테이퍼 캠(Taper Cam)

30 : 액츄에이터 40 : 스윙 아암(Locker Arm)

50 : 테이퍼 폴로우(Taper Follower)

60 : 엔진상태 감지부 70 : 제어부

80 : 밸브

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 고안을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 고안의 실시예에 따른 캠을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 테이퍼 폴로우를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 고안의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 있어서 테이퍼 캠, 테이퍼 폴로우 및 밸브의 관계를 나타낸 개략도이다.

본 고안의 특징에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치는 캠 축의 위치가 OHC(Over Head Cam Shaft)를 구비한 엔진에 적용된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 고안의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 캠 축(10), 테이퍼 캠(20), 액츄에이터(30), 스윙 아암(40), 테이퍼 폴로우(50), 엔진상태 감지부(60), 제어부(70)로 구성된다.

상기 캠 축(10)은 크랭크 축(도시되지 않음)으로부터 구동력을 전달받아 회전하며, 일단에는 액츄에이터(30)가 결합되어 있어 액츄에이터(30)의 구동에 의해 축 방향으로의 전후 이동이 가능하다. 상기 캠 축(10)의 타단에는 타이밍 기어(14)를 결합하고, 상기 타이밍 기어(14)와 크랭크 축 사이에 타이밍 벨트(16)를 연결한다.

이때, 상기 캠 축(10)의 축 방향 이동이 있더라도 크랭크 축의 구동력이 캠 축(10)에 정확히 전달되도록 하기 위하여, 상기 캠 축(10)의 일단 외주면에는 캠 기어(12)를 형성하고, 상기 타이밍 기어(14)의 내주면에는 상기 캠 기어(12)와 치합되도록 내접 기어를 형성한다. 따라서, 상기 타이밍 기어(14)는 캠 축(10) 방향으로 슬라이딩 가능하므로 상기 캠 축(10)이 이동하더라도 크랭크 축의 구동력을 캠 축(10)에 정확히 전달할 수 있다.

상기 테이퍼 캠(20)은 캠 축(10)의 외주면에 다수개를 형성하며, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 테이퍼 캠(20)은 일측으로 갈수록 로브의 크기가 감소하는 형태, 즉 외주면이 테이퍼진 모양을 형성한다. 상기 테이퍼 캠(20)은 엔진에 설치된 밸브와 동수로 형성한다. (즉, 8실린더 16밸브 2캠 축을 가진 DOHC형 엔진에 있어서는 각 캠 축에 8개씩 총 16개의 테이퍼 캠을 형성한다.)

상기 액츄에이터(30)는 제어부(70)로부터 출력된 구동 지시 신호에 응답하여 캠 축(10)을 축 방향으로 이동시킨다. 상기 액츄에이터(30)는 유압식 혹은 솔레노이드식으로 구성할 수 있으며, 제어부(70)의 구동 지시 신호에 따라 공급 유압 혹은 구동 전압량이 변화하여 상기 캠 축(10)을 축 방향 이동시킨다.

상기 스윙 아암(40)은 테이퍼 캠(20) 하측에 설치되어 테이퍼 캠(20)의 회전시 밸브(80)를 푸시하는 작용을 한다. 상기 스윙 아암(40)은 일단이 피봇(42)에 결합되고, 타단은 밸브(80)의 밸브 스템 엔드(88)와 접하도록 설치한다. 상기 스윙 아암(40)의 타단과 밸브 스템 엔드(88) 사이에는 일정 간극을 둘 수 있다.

상기 테이퍼 폴로우(50)는 스윙 아암(40)의 중앙에 돌출 형성하여 외주면이 상기 테이퍼 캠(20)과 접한다. 상기 테이퍼 폴로우(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 외주면이 테이퍼 캠과 대향하는 방향으로 테이퍼지게 형성한다. 따라서, 상기 테이퍼 폴로우(50)는 테이퍼 캠(20)의 회전시 테이퍼 캠(20)의 돌출부와 접하게 되면, 스윙 아암(40)의 타단이 밸브 스템 엔드(88)를 푸시하도록 힘을 전달한다.

상기 엔진상태 감지부(60)는 엔진의 적소에 설치된 각종 센서들로 구성된다. 즉, 상기 엔진상태 감지부(60)는 크랭크 축 회전수, 흡입 공기량, 엔진 냉각수의 온도, 스로틀 밸브의 개폐 정도를 감지하여 제어부(70)로 감지 신호를 출력한다.

상기 제어부(70)는 엔진상태 감지부(60)에서 출력된 감지 신호에 응답하여 엔진의 상태가 미리 설정된 구간 중 어디에 속하는지를 판단하고, 해당 구간에 맞는 구동 지시 신호를 상기 액츄에이터(30)로 출력한다. 상기 엔진의 상태 구간 및 그에 따른 캠 축의 이동 정도는 엔진의 사양에 따라 달라질 수 있으며, 엔진 설계시 이를 고려하여 기본값을 설정한다.

예를 들면, 상기 제어부(70)는 밸브 리프트를 증가시켜 엔진의 흡배기 효율 및 출력을 높여야 하는 상태일 경우에는, 상기 액츄에이터(30)로 캠 축(10)을 a 방향으로 이동시키라는 구동 지시 신호를 출력한다.

이때, 상기 캠 축(10)의 이동거리가 증가할수록 밸브 리프트도 선형적으로 증가한다. 왜냐하면, 상기 테이퍼 캠(20)이 a 방향으로 이동함에 따라 테이퍼 폴로우(50)가 아래로 이동하는 정도가 더 커지고, 그에 따라 스윙 아암(40)이 밸브(80)를 하향으로 푸시하는 양도 더 커지기 때문이다.

반면, 상기 제어부(70)는 밸브 리프트를 감소시켜 엔진의 흡배기 효율 및 출력을 낮추어야 하는 상태인 경우에는, 상기 액츄에이터(30)로 캠 축(10)을 b 방향으로 이동시키라는 구동 지시 신호를 출력한다.

이때, 상기 캠 축(10)의 이동거리가 증가할수록 밸브 리프트도 선형적으로 감소한다. 왜냐하면, 상기 테이퍼 캠(20)이 b 방향으로 이동함에 따라 테이퍼 폴로우(50)가 아래로 이동하는 정도가 더 작아지고, 그에 따라 스윙 아암(40)이 밸브(80)를 하향으로 푸시하는 양도 더 작아지기 때문이다.

상술한 바와 같이 본 고안의 실시예에 따른 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 엔진의 운전 조건에 따라 최상의 밸브 리프트를 조절할 수 있어 연비, 배기 성능 등 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 오버헤드캠을 구비한 엔진에 있어서,

   크랭크 축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 캠 축과,

   상기 캠 축의 외주면에는 일측으로 갈수록 로브의 크기가 연속적으로 감소하 는 모양을 가진 다수개의 테이퍼 캠과,

   상기 테이퍼 캠의 각 하측에는 일단이 피봇에 결합되고 타단은 밸브의 상단과 접하는 스윙 아암과,

   상기 스윙 아암의 중앙에 돌출 형성하여 외주면이 상기 테이퍼 캠과 접하는 테이퍼 폴로우와,

   상기 캠 축의 타단에 설치되어 구동 지시 신호의 입력에 따라 상기 캠 축을 축방향으로 이동시키는 액츄에이터와,

   엔진의 운전 상태를 감지한 신호를 출력하는 엔진상태 감지부와,

   상기 엔진상태 감지부로부터 출력된 감지 신호에 응답하여 미리 설정된 엔진 상태에 해당하는 구동 지시 신호를 상기 액츄에이터로 출력하는 제어부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캠 축의 일단 외주면에 형성한 캠 기어와,

   내주면에 상기 캠 기어와 치합되도록 내접 기어를 형성하여 캠 축상에서 슬라이딩 가능한 타이밍 기어와,

   상기 타이밍 기어에 연결되어 크랭크 축의 회전력을 캠 축에 전달하는 타이밍 체인을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.