KR20020047998A

KR20020047998A - 엔진의 가변식 밸브 구동 장치

Info

Publication number: KR20020047998A
Application number: KR1020000077240A
Authority: KR
Inventors: 박병훈
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-22

Abstract

본 발명은 엔진의 흡배기 밸브를 개폐시키는 밸브 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 실린더 헤드에 지지되고 일측 중간부가 분리되어 스플라인 결합됨으로써 축 방향이동이 가능하도록 이루어진 캠축과; 상기 캠축에 편심되게 설치되어 둘레면이 테이퍼 모양으로 형성된 캠과; 상기 캠의 테이퍼면에 끝단부가 접촉되어 회동하면서 밸브를 개폐시키는 로커암과; 상기 캠축의 일단부에 구비되어 엔진의 회전 속도 변화에 따라 캠축을 이동시키는 캠축 가변수단을 포함하여 구성됨으로써, 연비 개선은 물론 배기 가스가 저감되고 엔진의 성능이 향상되게 하는 효과를 제공하게 된다.

Description

엔진의 가변식 밸브 구동 장치 { Variable valve apparatus for engine }

본 발명은 엔진의 흡배기 밸브를 개폐시키는 밸브 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진의 회전 속도에 따라 밸브의 리프트량이 변화되면서 엔진의 출력을 향상시킬 수 있도록 한 엔진의 가변식 밸브 구동 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 밸브 장치는 연소실의 흡기 밸브와 배기 밸브를 일정한 시기에 정확하게 개폐하는 기구로서 오버헤드 캠샤프트식을 비롯해 여러 가지 방법의 기구가 사용되고 있다. 상기 밸브 기구는 실린더의 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾼 크랭크 축의 회전력을 전달받아 작동하게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 밸브 개폐 장치가 도시된 단면 구성도이다.

종래의 밸브 개폐 장치는 캠 축(1)의 회전운동에 의해 캠(2)이 동시에 회전하게 되고, 상기 캠 축(1)의 회전으로 캠(2)에 접촉된 로커암(10)이 유압 리프트(12)를 중심으로 상하 회동하면서 리턴 스프링(14)이 설치된 밸브(3)를 열고 닫게 된다.

그리고 통상적으로 상기 캠(2)은 상기 캠 축(1)에 다수개가 설치되어 다수의 로커암(10)을 작동하여 흡배기 밸브(3)를 순차적으로 열고 닫는다.

여기서, 상기 캠 축(1)의 회전에 의해 로커암(10)이 회동되면서 일정한 시기에 흡배기 밸브(3)를 개폐하는 것을 밸브 타이밍이라고 한다. 일반적으로 흡입 밸브는 피스톤의 흡입행정 앞(즉 상사점 전)에서 열리고, 흡입 행정 후(즉 하사점 후)에 잠깐 있다가 닫는다. 이것은 흡입의 관성을 사용하여 혼합기를 될 수 있는 한 많은 실린더 내에 충전하기 위한 것이다.

그리고, 배기 밸브는 피스톤의 배기 행정 전(즉 하사점 전)에 열려서 연소가스를 신속하게 연소실에서 배출하고 또한 배기 행정을 끝마치고 흡입 행정으로 넘어간 직후(즉 상사점 후)에 닫힌다. 이것은 연소가스의 배출을 될 수 있는 한 완전히 하기 위한 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성되고 작동되는 종래의 엔진의 밸브 개폐 장치는 엔진의 회전 속도에 따라 밸브의 개폐시기만 달라질 뿐 흡배기 과정에서 개폐되는 밸브의 리프트량이 일정하기 때문에 엔진의 회전 속도 및 엔진의 상태에 따라 적절하게 대응하지 못하는 문제점이 있다.

즉, 일정한 행정 크기를 갖는 캠(2)이 회전되면서 로커암(10)을 누르고 이 로커암(10)은 유압 리프트(12)에 한쪽이 지지되어 다른 한쪽이 밸브(3)를 누르면서 개폐하게 되므로 상기 캠(2)의 행정 크기만큼만 밸브(3)가 개폐되어 엔진의 성능을 향상시키는 데 한계가 있는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진의 회전 속도에 따라 캠축이 축방향으로 이동되면서 밸브 리프트량이 변화시킬 수 있도록 구성함으로써 연비를 절감하고 출력을 향상시켜 엔진의 성능이 좋아지도록 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 밸브 개폐 장치가 도시된 단면 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 가변식 밸브 구동 장치가 도시된 단면 구성도,

도 3은 도 2의 A-A선 방향에서 본 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40 : 실린더 헤드 50 : 캠축

51 : 구동 캠축 53 : 가변 캠축

55 : 캠 구동풀리 56 : 벨트

57 : 크랭크 축 58 : 플라이 휠

60 : 캠축 65 : 로커암

66 : 롤러 70 : 밸브

80 : 캠축 가변수단 81 : 크랭크 풀리

83 : 벨트 85 : 원심 풀리

87 : 원심축 88 : 원심추

89 : 푸시 로드 90 : 리턴 스프링

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 엔진의 가변식 밸브 구동 장치는, 실린더 헤드에 지지되고 일측 중간부가 분리되어 스플라인 결합됨으로써 축 방향이동이 가능하도록 이루어진 캠축과; 상기 캠축에 편심되게 설치되어 둘레면이 테이퍼 모양으로 형성된 캠과; 상기 캠의 테이퍼면에 끝단부가 접촉되어 회동하면서 밸브를 개폐시키는 로커암과; 상기 캠축의 일단부에 구비되어 엔진의 회전 속도 변화에 따라 캠축을 이동시키는 캠축 가변수단을 포함한 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 가변식 밸브 구동 장치가 도시된 도면이다.

본 발명의 엔진의 가변식 밸브 구동 장치는 실린더 헤드(40)에 지지되고 일측 중간부가 분리되어 스플라인 결합됨으로써 축 방향이동이 가능하도록 이루어진 캠축(50)과, 상기 캠축(50)에 편심되게 설치되어 둘레면이 테이퍼 모양으로 형성된 캠(60)과, 상기 캠(60)의 테이퍼면에 끝단부가 접촉되어 회동하면서 밸브를 개폐시키는 로커암(65)과, 상기 캠축(50)의 일단부에 구비되어 엔진의 회전 속도 변화에 따라 캠축(50)을 이동시키는 캠축 가변수단(80)으로 구성된다.

상기 캠축(50)은 크랭크축(57)으로부터 회전 동력을 전달받도록 타이밍벨트(56)로 연결된 캠 구동풀리(55)가 구비되는 동시에 실린더 헤드(40)에 지지되어 축방향 이동이 제한되는 구동 캠축(51)과, 상기 구동 캠축(51)에 축방향 이동이 가능하도록 스플라인 결합되는 동시에 축상에 다수의 캠(60)이 설치되어 상기 캠축 가변수단(80)에 의해 축방향으로 이동되는 가변 캠축(53)으로 구성된다.

여기서 상기 구동 캠축(51)과 가변 캠축(53)의 스플라인 결합부는 구동 캠축(51)에 스플라인 홀(51a)이 형성되고, 가변 캠축(53)의 둘레면에 스플라인(53a)이 형성되어 상기 스플라인 홀(51a)에 삽입되어 결합됨으로써 회전력이 전달되는 동시에 축방향 이동은 가능하게 된다.

다음, 상기한 로커암(65)의 끝단부에는 상기 캠(60)에 구름 접촉되도록 둘레면이 상기 캠(60)과는 반대 방향으로 테이퍼 모양이 형성된 롤러(66)가 구비된다.

상기한 캠축 가변수단(80)은 실린더 헤드(40)에 지지되는 동시에 크랭크 축(57)에 연결되어 회전되는 원심축(87)과, 상기 원심축(87)의 끝단에 구비되어 크랭크 축(57)의 회전 속도에 따라 원심력이 작용되어 양측으로 벌어지면서 상기 가변 캠축(53)을 밀어주는 원심 푸시수단(88, 89)과, 상기 실린더 헤드(40)에 지지되어 상기 원심 푸시수단에 대향되는 방향으로 상기 가변 캠축(53)에 탄성력을 제공하는 리턴 스프링(90)으로 이루어진다.

여기서 상기 원심축(87)은 상기 크랭크 축(57)에서 플라이 휠(58)이 설치된 부분에 장착된 크랭크 풀리(81)로부터 벨트(83)와 원심 풀리(85)를 통해 회전 동력을 전달받도록 이루어진다.

그리고 상기 원심 푸시수단은 상기 원심축(87)의 끝단에 회전 가능하게 설치되어 원심력이 작용되는 복수개의 원심추(88)와, 상기 원심추(88)에 굴절된 모양으로 연결되어 상기 캠축(53)을 밀어주는 푸시 로드(89)로 구성된다.

이와 같은 원심 푸시수단은 상기 원심추(87)에 작용하는 원심력과는 반대 방향으로 원심추(87)에 일정한 탄성력을 제공하는 원심대향 리턴 스프링(88a)이 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 리턴 스프링(90)은 상기 캠축(93)에 상대 회전이 가능토록 구비된 스프링 시트(93)와 상기 실린더 헤드(40)의 내벽 사이에 구비된 코일 스프링으로 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 엔진의 가변식 밸브 구동 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

크랭크 축(57)의 회전 동력은 타이밍 벨트(56)와 캠 구동풀리(55)를 통해 캠축(50)에 전달된다. 여기서 구동 캠축(51)과 가변 캠축(53)은 스플라인 결합되어 회전 방향으로 상호 구속되므로 구동 캠축(51)의 회전속도가 그대로 가변 캠축(53)에 전달된다.

이와 같이 가변 캠축(53)이 회전함에 따라 캠축(53)에 편심되게 설치된 캠(60)이 회전하면서 롤러(66) 및 로커암(65)을 움직이게 되고, 도 3에서와 같이 로커암(65)은 중심축(65a)을 중심으로 회동하면서 밸브(70)를 개폐시키게 된다.

이와 같이 정상적인 밸브(70) 개폐가 이루어지는 과정에서 엔진의 회전속도가 빨라지면 크랭크 축(57)의 회전속도도 빨라지게 되므로 크랭크 풀리(81), 벨트(83), 원심 풀리(85)로 연결되는 원심축(87)이 고속으로 회전하게 된다.

이때, 원심축(87)에 구비된 원심추(88)가 원심력에 의해 외측 방향으로 벌어지면서 푸시 로드(89)가 가변 캠축(53)을 밀게 된다.

이와 같이 가변 캠축(53)이 이동하게 되면 캠(60)도 동시에 이동하게 되므로 로커암(65)의 롤러(66)의 높이가 높아지면서 밸브(70)의 리프트량이 그만큼 커지게 되고, 이에 따라 엔진의 흡배기량이 증대됨으로써 엔진의 출력이 향상될 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 엔진의 가변식 밸브 구동 장치는 엔진의 회전 속도에 따라 캠축이 축방향으로 이동되면서 밸브 리프트량이 변화시킬 수 있도록 구성되기 때문에 연비 개선은 물론 배기 가스가 저감되고 엔진의 성능이 향상되게 하는 이점을 제공하게 된다.

Claims

실린더 헤드에 지지되고 일측 중간부가 분리되어 스플라인 결합됨으로써 축 방향이동이 가능하도록 이루어진 캠축과; 상기 캠축에 편심되게 설치되어 둘레면이 테이퍼 모양으로 형성된 캠과; 상기 캠의 테이퍼면에 끝단부가 접촉되어 회동하면서 밸브를 개폐시키는 로커암과; 상기 캠축의 일단부에 구비되어 엔진의 회전 속도 변화에 따라 캠축을 이동시키는 캠축 가변수단을 포함한 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 캠축은 크랭크축으로부터 회전 동력을 전달받도록 캠 구동풀리가 구비되고 축방향 이동이 제한되는 구동 캠축과, 상기 구동 캠축에 축방향 이동이 가능하도록 스플라인 결합되는 동시에 축상에 다수의 캠이 설치되어 상기 캠축 가변수단에 의해 축방향으로 이동되는 가변 캠축을 포함한 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구동 캠축과 가변 캠축의 스플라인 결합부는 일측 캠축에 스플라인 홀이 형성되고, 타측 캠축의 둘레면에는 스플라인이 형성되어 상기 스플라인 홀에 삽입되어 결합된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 로커암의 끝단부에는 상기 캠에 구름 접촉되도록 둘레면이 상기 캠과는 반대 방향으로 테이퍼 모양이 형성된 롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 캠축 가변수단은 실린더 헤드에 지지되는 동시에 크랭크 축에 연결되어 회전되는 원심축과, 상기 원심축의 끝단에 구비되어 크랭크 축의 회전 속도에 따라 원심력이 작용되어 양측으로 벌어지면서 상기 캠축을 밀어주는 원심 푸시수단과; 상기 실린더 헤드에 지지되어 상기 원심 푸시수단에 대향되는 방향으로 상기 캠축에 탄성력을 제공하는 탄성 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 원심축은 상기 크랭크 축에서 플라이 휠이 설치된 부분에 장착된 크랭크 풀리로부터 동력전달수단을 통해 회전 동력을 전달받도록 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 원심 푸시수단은 상기 원심축의 끝단에 회전 가능하게 설치되어 원심력이 작용되는 복수개의 원심추와, 상기 원심추와 굴절된 모양으로 연결되어 상기 캠축을 밀어주는 푸시 로드로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 원심 푸시수단은 상기 원심추에 작용하는 원심력과는 반대 방향으로 원심추에 일정한 탄성력을 제공하는 원심대향 탄성수단이 포함된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 탄성 수단은 상기 캠축에 상대 회전이 가능하도록 구비된 스프링 시트와 상기 실린더 헤드의 내벽 사이에 설치되는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 엔진의 가변식 밸브 구동 장치.