KR20010038022A

KR20010038022A - 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터

Info

Publication number: KR20010038022A
Application number: KR1019990045827A
Authority: KR
Inventors: 김동광
Original assignee: 김덕중; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-05-15

Abstract

본 발명은 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터에 관한 것으로서, 본 발명은 하우징 내부에서 밸브 로드의 중간에 장착된 아마추어가 복수의 전기자 사이에서 상하로 이동됨과 동시에 복수의 스프링에 의해 탄지됨에 따라 밸브가 연소실을 개폐시키는 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터에서, 아마추어를 사이에 두고 밸브 로드 상에 설치되는 코어부재, 상기 밸브 로드에 관통 결합되고 코어부재를 상하에서 감싸는 상하부 전달부재 및 양단이 상기 하우징과 상하부 전달부재에 각각 경사진 자세로 고정되는 다수의 상하부 사이드 스프링을 포함하여 이루어진다.

이에 따라, 전기자의 자기력에 의해 아마추어가 이동할 때 센터 스프링의 스프링상수를 감소시키는 사이드 스프링을 상하부 전달부재의 각각에 설치함으로써 아마추어가 전기자에 부딪치면서 발생되는 하드 랜딩을 줄일 수 있게 되어 부품의 손상 및 소음을 감소시키는 효과가 있으며, 또한 종래의 자기자 중심에 위치한 스프링을 자기자의 바깥쪽으로 위치를 변경시킴으로써 상대적으로 자기자의 크기를 크게 할 수 있게 되어 자기력의 세기도 강하게 할 수 있어 소모되는 전력을 줄인다.

Description

내연기관용 전자기 밸브 액추에이터{INTERNAL COMBUTION ENGINE USING ELECTROMAGNETIC VALVE ACTUATOR}

본 발명은 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 전자기 밸브에서 발생되는 하드 랜딩을 해결할 수 있는 스프링의 위치와 구성을 포함하는 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 내연기관의 연소실을 개폐시키는 밸브의 구도은 크랭크축과 연결된 캠축을 통하여 이루어졌다. 이러한 캠축의 구동은 밸브의 개폐시기가 일정한 단점을 가지고 있다. 즉, 엔진의 부하, 속도와 같은 조건에 따라서 최적화된 밸브의 개폐시기가 존재하게 되는데 캠축의 구동은 상술한 최적화를 시키지 못하기 때문에 최근에는 전기자를 이용하여 밸브의 이동을 제어함으로써 최적화를 구현하는 기술들이 제안되고 있다.

내연기관용 전자기 밸브 액추에이터와 관련된 미국특허는 5,782,454, 4,794,890, 4,455,543, 4,777,915, 5,161,494, 4,908,731 등이 있다. 이러한 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터들은 그 형태들은 조금씩 다르나 그 기본원리는 모두 같다. 즉, 전자석에 전류가 흐르게 되면 자기력이 발생하여 스프링과의 균형을 통해 아마추어가 움직임에 따라 밸브의 개폐가 이루어진다.

도 1에서는 종래의 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터를 단면도로 나타내고 있다.

밸브 로드(2)의 일단에는 밸브(4)가 형성되고 타단에는 아마추어(6)가 결합되며, 밸브 로드(2)는 상하부 스프링(8a)(8b)에 의해 탄지되는 아마추어(6)가 전기자(10)에 의해 상하로 이동되면서 연소실의 흡기구(또는 배기구)(12)를 개폐시키게 된다.

그러나 종래의 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터에서는 전기자에 의해 아마추어가 상하 진동할 때 전기자에 심하게 부딪치면서 소음과 부품의 파손의 원인이 되는 하드 랜딩 현상이 발생되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 밸브가 연소실의 흡기구와 배기구를 개폐시키는 과정에서 아마추어가 전기자에 심하게 부딪치지 않는 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터를 제공하는 것이 목적이다.

도 1은 종래의 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터를 도시한 개략도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

20:밸브 22:밸브 로드

24:아마추어 26a,26b:상하부 전기자

28a,28b:상하부 코어부재 30a,32a:상부 전달부재

30b,32b:하부 전달부재 34a,36a:상부 센터스프링

34b,36b:하부 센터스프링 38a,42a:상부 사이드스프링

40b,44b:하부 사이드스프링 46:하우징

상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 하우징 내부에서 밸브 로드의 중간에 장착된 아마추어가 복수의 전기자 사이에서 상하로 이동됨과 동시에 복수의 스프링에 의해 탄지됨에 따라 밸브가 연소실을 개폐시키는 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터에서, 아마추어를 사이에 두고 밸브 로드 상에 설치되는 코어부재, 상기 밸브 로드에 관통 결합되고 코어부재를 상하에서 감싸는 상하부 전달부재 및 양단이 상기 하우징과 상하부 전달부재에 각각 경사진 자세로 고정되는 다수의 상하부 사이드 스프링을 포함하여 이루어진다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터를 도시한 개략도이다.

본 발명의 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터는 끝단에 밸브(20)를 갖는 밸브 로드(22), 밸브 로드(22)의 중간에 결합된 아마추어(24), 이 아마추어(24)의 상하부에 위치하여 아마추어(24)를 이동시키는 전기자(26a)(26b), 밸브 로드(22)에 상부와 하부에 설치되는 코어부재(28), 이 코어부재(28)를 감싸는 상하부 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b), 밸브 로드(22)에 삽입된 채 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b)를 지지하는 상하 센터 스프링(34a)(34b)(36a)(36b), 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b)를 측면에서 탄지하는 상하부 사이드 스프링(38a)(42a)(40b)(44b) 및 이들 부품들이 내장되는 하우징(46)으로 구성된다.

여기서 코어부재(28a)(28b)는 상부 전기자(26a)와 밸브 로드(22)의 상단 사이, 밸브(20)와 하부 전기자(26b) 사이에 각각 설치되며 그 형상은 크게 구애받지 않으나 대략 원반형으로 형성된 것을 예를 들어 설명한다.

이러한 각각의 코어부재(28a)(28b)는 상하부 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b)에 의해 감싸이게 되는데, 상하부 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b)는 그 중심으로 관통공(도시 생략)이 형성되어 밸브 로드(22)에 삽입되며 별개로 움직인다.

상하부 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b)와 상술한 코어부재(28a)(28b)는 육각형 모양의 내부 공간을 갖는 하우징(46) 내부에 배치된다.

상하부 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b)의 가장자리로부터 가장 근접한 하우징(46)의 내벽 사이에 상하부 사이드 스프링(38a)(42a)(40b)(44b)이 경사지게 고정된다.

그리고 밸브 로드(22)에 삽입되는 센터 스프링(34a)(34b)(36a)(36b)은, 상부 전달부재(30a)(32a)의 상면과 하우징(46)의 상부 내벽 사이 및 하부 전달부재(30b)(32b)의 하면과 하우징(46)의 하부 내벽 사이에 배치되어 상하부 전달부재(30a)(30b)(32a)(32b)를 탄지하게 된다.

상술한 스프링들은 종래와는 달리 전기자(26a)(26b)의 바깥쪽에 설치되어 전기자 밸브 액추에이터의 직경을 줄임으로써 전기자(26a)(26b)와 아마추어(24)가 접촉하는 면적이 커지게 되고 많은 자기력이 발생하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터는 다음과 같은 동작을 나타낸다.

설명에 앞서 아마추어의 위치에 따라 스프링상수가 변환되는 원리를 설명하면, 일반적으로 스프링은 변위가 증가함에 따라 선형적으로 힘도 커지게 된다. 변위에 따른 속도의 변화율을 스프링의 스프링상수라 정의하는데 스프링에 따라 거의 일정한 값을 갖게 된다.

전기자(26a)(26b)에 자기력이 발생되지 않는 경우에 아마추어(24)는 상부 전기자(26a)와 하부 전기자(26b)의 가운데에 위치되고, 이때 밸브(20)는 도시 생략된 연소실의 흡기구(또는 배기구)를 약간 개방시킨 상태이다.

도시 생략된 전자제어장치에 의해 밸브(20)의 개폐신호가 상부 전기자(26a)로 주어지면 상부 전기자(26a)에 전류가 흐르게 되어 자기력이 발생되고 아마추어(24)는 하부로 이동됨에 따라 상하부 코어부재(28a)(28b)도 함께 이동되어 하부 전달부재(30b)(32b)를 하부로 밀게 된다.

이때 아마추어(24)가 하부 전기자(26b)에 가까워질수록 하부 전달부재(30b)(32b)에 고정된 하부 사이드 스프링(40b)(44b)의 변형에 의해 전체적인 스프링상수는 줄어들게 되면서 밸브는 열리게 된다.

다시 전자제어장치에서 밸브(20)의 개폐신호가 하부 전기자(26b)로 오게 되면 전류가 끊어지게 되어 자기력이 없어지고 변형된 센터 스프링(34b)(36b)과 하부 사이드 스프링(40b)(44b)의 복귀력에 의해 밸브(20)는 상부로 이동하게 되고 상하부 코어부재(28a)(28b)는 상부 전달부재(30a)(32a)를 상부로 밀게 된다. 여기서, 전기자(26a)(26b)의 역할은 밸브(20)를 고정시키거나 단진동 운동에서의 마찰력을 상쇄하고 액추에이터가 이동할 수 있도록 자력을 생성하는 것이다.

밸브(20)가 상향 이동시에도 상부 사이드 스프링(38a)(42a)은 전체적인 스프링상수를 감소시키게 되어 랜딩시의 속도를 줄이게 된다.

좀 더 상세히 설명하면, 전자기 밸브 액추에이터에서의 아마추어의 운동형태는 거의 단진동운동과 유사하다. 이때는 질량과 스프링상수가 단진동운동의 거동을 지배하는 인자가 된다. 스프링상수가 커지게 되면 단진동 운동에서의 주기는 줄어 들게 되고 스프링상수가 감소하게 되면 단진동 운동에서의 주기는 증가하게 된다. 또한 스프링상수가 커지게 되면 밸브가 닫히거나 열리는 부근, 즉 상부와 하부 끝부근에서의 속도가 스프링상수가 작은 경우보다 커지게 된다. 본 발명에서는 사이드 스프링을 추가하여 아마추어의 위치에 따라서 전체적인 스프링 상수를 변하도록 한 것이다. 이러한 사이ㄷ 스프링의 설치로 인해서 아마추어가 상하부로 이동할수록 스프링상수가 줄어들게 되어 랜딩시의 속도가 감소된다.

즉, 아마추어(24)가 상하부 전기자(26a)(26b) 사이의 중간 부근에 있을 경우에는 스프링상수가 커지게 되어 아마추어(24)의 속도가 빨라지고 아마추어(24)가 상하부 전기자(26a)(26b)에 근접할수록 스프링상수가 작아지게 되어 아마추어(24)의 속도는 작아지게 된다. 결국 아마추어(24)가 상하부 전기자(26a)(26b)에 근접할 때의 감소된 속도로 인해 하드 랜딩이 줄어들게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 전기자의 자기력에 의해 아마추어가 이동할 때 센터 스프링의 스프링상수를 감소시키는 사이드 스프링을 상하부 전달부재의 각각에 설치함으로써 아마추어가 전기자에 부딪치면서 발생되는 하드 랜딩을 줄일 수 있게 되어 부품의 손상 및 소음을 감소시키는 효과가 있다.

또한, 종래의 자기자 중심에 위치한 스프링을 자기자의 바깥쪽으로 위치를 변경시킴으로써 상대적으로 자기자의 크기를 크게 할 수 있게 되어 자기력의 세기도 강하게 할 수 있어 소모되는 전력을 줄인다.

Claims

하우징 내부에서 밸브 로드의 중간에 장착된 아마추어가 복수의 전기자 사이에서 상하로 이동됨과 동시에 복수의 스프링에 의해 탄지됨에 따라 밸브가 연소실을 개폐시키는 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터에 있어서,

상기 아마추어를 사이에 두고 밸브 로드 상에 설치되는 코어부재;

상기 밸브 로드에 관통 결합되고 상기 코어부재를 상하에서 감싸는 상하부 전달부재; 및

양단이 상기 하우징과 상하부 전달부재에 각각 경사진 자세로 고정되는 다수의 상하부 사이드 스프링을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 전자기 밸브 액추에이터.