KR20030005471A - 전자식 밸브 작동기구 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 부품수가 감소되고 조립 공정이 단축되며, 크기를 컴팩트화 할 수 있어 경량화가 가능하고, 전력소비를 감소시킬 수 있는 구조의 전자식 밸브 구동장치를 제공하는 데 있다.

이를 위해 본 발명은 흡ㆍ배기밸브를 개폐하는 전자식 밸브 구동장치에 있어서, 밸브스템의 상부측에 고정 설치되며, 자석에의 흡착성을 가지는 원판형 아마추어와;

여자시에 상기 아마추어를 흡착하도록 상기 아마추어의 하부에 설치되며, 공급되는 전류의 크기에 따라 2단계의 자력을 형성하게 되는 전자석과;

밸브를 항시 닫힘 방향으로 힘을 가하도록 상기 전자석 하부의 밸브스템 상부에 마련되는 밸브스프링과;

상기 밸브 스프링의 탄발력에 대항하여 상기 밸브를 항상 열림 방향으로 탄발하며, 상기 밸브 스프링보다 작은 스프링 상수를 가지는 액츄에이터 스프링과;

상기 밸브의 개폐 시기에 맞추어 상기 전자석에 공급하는 전원을 오프 제어 하거나 약전류를 공급하여 여자되는 전자석의 흡인력과 액츄에이터 스프링력의 합이 밸브스프링력과 균형을 이루어 밸브의 일부 열림의 중립 상태로 제어하는 제1단 전류 공급 및 강전류를 전자석에 공급하여 아마추어를 완전 흡착하므로써 밸브를 완전 개방하는 제2단 전류공급의 3단계 제어를 실행하는 제어기;를 포함하여 구성되어 있다.

Description

전자식 밸브 작동기구{Electo Mechanical valve control device}

본 발명은 개선된 구조의 전자식 밸브 구동 장치에 관한 것이다.

4사이클 엔진에서는 팽창 행정에 필요한 혼합기를 연소실내로 끌어들이고 또 연소가스를 외부로 배출하기 위해 1개의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브를 구비하고 있다.

이들 흡기밸브와 배기밸브는 피스톤이 1사이클 하는 극히 짧은 시간에 용이하게 혼합기를 흡입하거나 연소가스를 배기하여 체적 효율을 높일 수 있어야 하며, 흡ㆍ배기 밸브가 닫혀 있는 압축 및 팽창 행정에서는 가스의 누설이 없도록 충분한 기밀을 유지하여야 하며, 고온의 연소가스에 노출되어도 정확하게 작동하고 내구성을 가져야만 하는데 각 실린더의 흡기 및 배기밸브를 점화 순서에 따라 설계된 시기에 정확히 개폐 작용을 하기 위하여 밸브 구동 기구가 이용되고 있다.

통상 밸브구동기구로는 캠축 구동 방식이 많이 사용되는데 이는 크랭크축의 회전에 동조하여 캠축이 구동되며, 그 캠축에 형성된 각각의 캠이 흡ㆍ배기밸브를 개폐시기에 맞추어 누르게 되므로써 개방하게 되며, 밸브의 닫음 시기에는 캠이 지나가고 밸브스프링의 탄발력에 의해 흡ㆍ배기밸브가 상승하여 닫히도록 되어 있다.

그러나 상기와 같은 밸브구동기구는 크랭크축의 연동구조로 되어 있어 전체 작동계가 복잡한 점이 있기 때문에 최근에는 흡ㆍ배기밸브의 개폐를 전자적 수단에 의하는 전자식 밸브 구동 장치가 제안되어 실용화되고 있다.

도 4에 현재 사용되고 있는 전자식 밸브 구동장치(20)를 도시하였는바, 그의 구조는 밸브스템(21)의 상부측에 상하로 공간(T)을 두고 닫힘 전자석(22)과 열림 전자석(23)이 대향되도록 설치되고, 그 상하전자석(22)(23)사이의 공간(T)에 위치하도록 원판상의 아마추어(24)가 밸브스템(21)에 동축을 이루도록 맞대어 설치되는 아마추어축(24-1)에 고정되어 있으며, 열림전자석(23)의 하부로는 밸브(25)를 닫힘 방향으로 탄발하는 밸브스프링(26)이 설치되고, 아마추어축(24-1)의 상부에는 밸브(25)를 열림방향으로 힘을 가하는 액츄에이터스프링(27)이 설치되어 있다.

그리고 밸브스프링(26)과 액츄에이터스프링(27)의 탄성력은 동일하게 설정되어 있다.

이와같은 종래 구조에 의하면 밸브 닫힘시엔 상부의 닫힘 전자석(22)에 전원을 인가하여 여자시키므로써 아마추어(24)가 상부측의 닫힘 전자석(22)에 흡인되어 밸브(25)를 상승시키게 되며, 이때 밸브스프링(26)의 힘과 닫힘 전자석(22)의 전자기력의 합이 액츄에이터 스프링(27)력보다 크게 되며, 열림전자석(23)에는 전류가 흐르지 않는다.

다음에 밸브(25)의 중립 상태(밸브(25)가 반쯤 열린상태)가 요구될 때는 닫힘 및 열림 전자석(22)(23) 모두를 오프시키므로써 서로 힘의 균형을 이룬 밸브스프링(26)과 액츄에이터스프링(27)의 작동에 의해 도 5에서와 같이 밸브(25)는 반쯤 열린 상태가 되고, 이때 아마추어(24)는 공간(T)내의 중간에 위치하게 된다.

밸브(25)의 열림시기에는 열림전자석(23)에만 전원을 인가하여 여자시키며, 이때 액츄에이터스프링력과 열림전자기력의 합이 밸브스프링력보다 크게 되므로 아마추어(24)는 열림전자석(23)에 흡착되고, 밸브(25)는 완전히 개방되어지게 된다(도 6 참조).

그러나 상기와 같은 구조에 의하면 전자석(22)(23)이 상하로 나누어 설치되고 전원 제어과정이 복잡하여 원가가 상승하고 컴팩트화 할 수 없으며, 교번하여 발생하는 전자석(22)(23)들의 잦은 온ㆍ오프 작동으로 전력 소비가 많아져 배터리 수명을 단축시키는 원인이 되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 부품수가 감소되고 조립 공정이 단축되며, 크기를 컴팩트화 할 수 있어 경량화가 가능하고, 전력소비를 감소시킬 수 있는 구조의 전자식 밸브 구동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 전자식 밸브 구동장치는 상기한 목적을 달성하기 위하여 흡ㆍ배기밸브를 개폐하는 전자식 밸브 구동장치에 있어서, 밸브스템의 상부측에 고정 설치되며, 자석에의 흡착성을 가지는 원판형 아마추어와;

여자시에 상기 아마추어를 흡착하도록 상기 아마추어의 하부에 설치되며, 공급되는 전류의 크기에 따라 2단계의 자력을 형성하게 되는 전자석과;

밸브를 항시 닫힘 방향으로 힘을 가하도록 상기 전자석 하부의 밸브스템 상부에 마련되는 밸브스프링과;

상기 밸브스프링의 탄발력에 대항하여 상기 밸브를 항상 열림 방향으로 탄발하며, 상기 밸브스프링보다 작은 스프링 상수를 가지는 액츄에이터스프링과;

상기 밸브의 개폐 시기에 맞추어 상기 전자석에 공급하는 전원을 오프 제어 하거나 약전류를 공급하여 여자되는 전자석의 흡인력과 액츄에이터스프링력의 합이 밸브스프링력과 균형을 이루어 밸브의 일부 열림의 중립 상태로 제어하는 제1단 전류 공급 및 강전류를 전자석에 공급하여 아마추어를 완전 흡착하므로써 밸브를 완전 개방하는 제2단 전류공급의 3단계 제어를 실행하는 제어기;를 포함하여 구성되어 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전자식 밸브 작동기구의 밸브 닫힘 상태를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 의한 전자식 밸브 작동기구의 밸브 중립 위치 상태를 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 의한 전자식 밸브 작동기구의 밸브 열림 상태를 나타낸 도면

도 4 내지 도 6은 종래 전자식 밸브 작동기구의 밸브 작동상태를 나타낸 도면

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 밸브 2 : 실린더헤드

3 : 포트 4 : 밸브스템

5 : 아마추어 5-1 : 아마추어스템

6 : 전자석 7 : 스톱퍼

8 : 스프링받이 9 : 액츄에이터스프링

10 : 밸브스프링 11 : 제어기

이하 본 발명의 구성은 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 전자식 밸브 구동 장치로서, 밸브의 닫힘시를 나타내는 도면이며, 도 2는 동상 전자식 밸브 구동장치의 밸브 중립 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 동상 전자식 밸브 구동장치의 밸브 완전 개방 상태를 나타내는 도면이다.

도면에 있어서 부호 1은 밸브(흡기, 배기밸브)로서 실린더헤드(2)의 포트(3, 흡기 또는 배기포트)를 개폐하도록 작동된다.

밸브(1)로부터 일체로 연장된 밸브스템(4)의 상부측에는 비자성체의 아마추어스템(5-1)이 있고, 여기에 원판형이며 자석에 대하여 흡착 반응하는 재질의 아마추어(5)가 고정 설치되어 있다.

그 아마추어(5)의 하부로는 전자석(6)이 아마추어시스템(5-1)의 외주를 감싸도록 설치되며, 아마추어(5)의 상부로는 밸브(1)의 양정만큼 전자석(6)으로부터 간격(t)을 두고 스톱퍼(7)가 마련되어 있다.

이 스톱퍼(7)를 관통하여 상부로 돌출한 아마추어시스템(5-1)의 상단에는 스프링받이(8)가 고정설치되고, 이 스프링받이(8)를 통해 밸브(1)를 하강시켜 열리도록 항시 힘을 가하는 액츄에이터스프링(9)이 스프링받이(8) 상부로 설치되어 있다.

그리고 상기 전자석(6)의 하부로는 상기 밸브(1)를 항상 상승시켜 밸브(1)를 닫도록 힘을 가하는 밸브스프링(10)이 마련되어 있으며, 이 밸브스프링(10)의 탄성력이 액츄에이터스프링(9)의 탄성력보다 크기 때문에 전자석(6)의 오프 상태에서 밸브(1)는 닫힘 상태에 있게 된다.

상기 전자석(6)은 제어기(11)에 의해 전원 오프, 약전류 공급 및 강전류 공급의 3단으로 제어된다.

이하 본 발명에 의한 밸브 개폐 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

제어기(11)는 각 실린더의 흡ㆍ배기 및 압축ㆍ팽창 행정에 맞추어 밸브(1)의 개폐시키를 결정하도록 프로그램 되어 있는데, 밸브(1)의 닫힘 시기에는 배터리 전원이 전자석(6)에 공급되지 않도록 제어하게 된다.

액츄에이터기구(5,6,7,8,9)의 전자석(6)이 여자되지 아니하면 밸브(1)에는 상하에서 서로 대향되는 방향으로 밸브스프링(10)과 액츄에이터스프링(9)의 힘이 작용하게 되는데 밸브스프링(10)의 탄성력이 액츄에이터(9)보다 크게 설계되어 있으므로 밸브(1)는 상승하여 포트(3)를 폐쇄하게 된다.

연비향상 및 배기가스 배출성을 향상하기 위하여 흡ㆍ배기밸브를 진각시키는 등의 경우, 예를들면 팽창 행정 말기에 배기밸브를 미리 열거나 또는 배기 행정 말기에 흡기밸브를 미리 열거나 하는 작동이 필요한데, 이때에는 밸브(1)를 완전 개방하지 않고 일부만 개방하는 밸브 중립 위치 조작이 필요하게 된다. 따라서 제어기(1)는 이때 제1단 전류공급제어, 즉 약전류를 전자석(6)에 공급하도록 제어하여 전자석(6)이 약한 자력을 가지도록 한다.

이와같은 상태에서는 전자석(6)의 약한 자력과 액츄에이터스프링(9)의 힘의 합이 밸브(1)를 밀어올리려는 밸브스프링(10)의 힘과 평형을 이루게 되어 밸브(1)는 도 2의 도시상태와 같이 아마추어(5)가 전자석(6)과 스톱퍼(7) 사이의 중간에 위치하여 밸브(1)의 일부 열림인 중립 상태가 된다.

흡기 또는 배기를 위해 밸브(11)를 완전 개방하게 될 때에는 제어기(11)는 전자석(6)에 제2단 전류공급제어, 즉 강전류를 공급하도록 제어하게 되며, 이때에는 전자석(6)의 흡착력과, 액츄에이터스프링(9)의 스프링력의 합이 밸브스프링(10)의 스프링력보다 크기 때문에 아마추어(5)가 하강하여 전자석(6)에 흡착되어 밸브(1)는 완전 개방 상태에 돌입하게 되는 것이다(도 3 참조).

이상과 같은 본 발명은 아마추어스템에 아마추어를 고정시키고, 그 아마추어를 흡착하여 밸브를 개방할 수 있도록 전자석을 설치하며, 밸브를 항시 열림 방향으로 탄발하는 액츄에이터스프링과 밸브를 항시 닫힘 방향으로 탄발하는 밸브 스프링을 상하로 서로 대향토록 설치하되, 밸브스프링의 탄성력이 액츄에이터스프링보다는 크게 설정하여 전자석이 여자되지 아니할 때에는 밸브가 닫힘 상태에 있도록 하고, 전자석에 약한 전류를 공급하였을 때에는 밸브가 약간 하강하여 일부 열림인중립 위치에 있도록 하며, 강전류를 공급할 때에는 전자석의 흡착력과 액츄에이터스프링력에 의해 밸브스프링력을 극복하고 밸브를 눌러 하강시켜 완전 개방하는 3단계 작동 시스템으로 구성되어 있어, 종래와 달리 1개의 전자석으로 밸브의 3단계 개폐가 가능하여 구조 및 조립 공정이 단순화되므로써 비용이 저감되고, 배터리 전원 소모를 감소시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 흡ㆍ배기밸브를 개폐하는 전자식 밸브 구동장치에 있어서,

   밸브스템의 상부측에 고정 설치되는 기구로, 자석에의 흡착성을 가지는 원판형 아마추어와;

   여자시에 상기 아마추어를 흡착하도록 상기 아마추어의 하부에 설치되며, 공급되는 전류의 크기에 따라 2단계의 자력을 형성하게 되는 전자석과;

   밸브를 항시 닫힘 방향으로 힘을 가하도록 상기 전자석 하부의 밸브스템 상부에 마련되는 밸브스프링과;

   상기 밸브 스프링의 탄발력에 대항하여 상기 밸브를 항상 열림 방향으로 탄발하며, 상기 밸브 스프링보다 작은 스프링 상수를 가지는 액츄에이터 스프링과;

   상기 밸브의 개폐 시기에 맞추어 상기 전자석에 공급하는 전원을 오프 제어 하거나 약전류를 공급하여 여자되는 전자석의 흡인력과 액츄에이터 스프링력의 합이 밸브스프링력과 균형을 이루어 밸브의 일부 열림의 중립 상태로 제어하는 제1단 전류 공급 및 강전류를 전자석에 공급하여 아마추어를 완전 흡착하므로써 밸브를 완전 개방하는 제2단 전류공급의 3단계 제어를 실행하는 제어기;를 포함하여 구성하는 전자식 밸브작동기구.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아마추어의 상부에는 밸브가 닫힘 상태에서 아마추어의 상승을 저지하게 되는 스톱퍼가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 밸브작동기구.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 스톱퍼를 관통하여 상부로 연장된 밸브스템의 상단에는 스프링받이가 고정설치되고, 상기 액츄에이터스프링은 스프링받이에 의해 지지되어 밸브를 하강 방향으로 탄발하게 되는 것을 특징으로 하는 전자식 밸브작동기구.