KR20030017870A - 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 저렴하고 간단한 구조로 제어 및 생산성을 향상시키면서, 차량의 운전 조건에 따라 배기 캠의 위상을 변경시켜, 엔진의 성능 및 연비, 이미션을 향상시키는 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

구성 : 이 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치는, 크랭크 샤프트 스프로킷과 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷, 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷에 걸리는 타이밍 체인을 오토 텐셔너로 조절하는 엔진에서, 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 타이밍 체인에 설치되는 체인 가이드, 이 체인 가이드의 일측에 제공되고 전자제어유닛에 의하여 제어되어 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 타이밍 체인의 텐션을 조절하여 배기밸브 캠 스프로킷에 연결되는 배기밸브 캠의 위상을 조절하는 액추에이터로 구성되어 있다.

효과 : 이 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치는 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 타이밍 체인의 텐션을 조절하여, 이 타이밍 체인에 걸린 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷의 위상을 조절함으로서, 간단한 구조, 간단한 제어 및 저렴한 비용으로, 밸브의 개폐 타이밍을 조절하여 엔진의 성능 및 연비, 이미션을 향상시킬 수 있다.

Description

가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치 {variable exhaust valve timing control apparatus}

본 발명은 크랭크 샤프트 및 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 함께 타이밍 체인으로 연결되는 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷에 여결되는 배기밸브 캠의 위상각을 변화시켜 배기밸브의 개폐 타이밍을 조절하는 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치에관한 것이다.

일반적으로 엔진에 흡입되는 혼합가스나 엔진에서 배출되는 배기가스는 관성을 가지고 있다.

이 때문에 실제로 흡기 및 배기 작용은 흡기 및 배기밸브가 열리는 것 보다 늦게 시작된다. 또한 흡기 및 배기 작용은 일단 시작되면 혼합가스 및 배기가스의 관성에 의하여 피스톤이 다음의 행정으로 바뀐 뒤에도 가스의 유입이나 배출이 계속된다.

이와 같은 혼합가스 및 배기가스의 흐름과 피스톤의 움직임을 일치시켜 엔진으로부터 최대의 효율을 이끌어내기 위해서는 피스톤의 상사점과 하사점에 의해 단편적으로 나누어져 있는 흡입, 압축, 폭발, 배기라고 하는 행정과는 조금 다른 시기에 밸브를 개폐시킬 필요가 있다.

이러한 기술 중, 가변 밸브 타이밍 키트와 이를 제어하는 오일 회로로 구성되어, 캠 샤프트의 위상을 변화시킴으로서 밸브의 개폐 시기를 조절하는 가변 밸브 타이밍 시스템이 있다.

그러나, 이 가변 밸브 타이밍 시스템은 별도로 복잡한 구조의 가변 밸브 타이밍 키트와 많은 구성 부품으로 이루어져 있으므로 제조 원가를 상승시키고, 복잡한 오일 회로 구성으로 인하여 제어를 어렵게 하고, 생산성을 저하시키는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 단점들을 해소하기 위한 것으로서, 저렴하고 간단한 구조로 제어 및 생산성을 향상시키면서, 차량의 운전 조건에 따라 배기밸브 캠의 위상을 변경시켜, 엔진의 성능 및 연비, 이미션을 향상시키는 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치는, 크랭크 샤프트와 배기밸브 캠, 흡기밸브 캠을 구동시키는 각각의 크랭크 샤프트 스프로킷과 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷, 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷에 걸리는 타이밍 체인을 오토 텐셔너로 조절하는 엔진에서,

상기 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 타이밍 체인의 일측에 설치되는 체인 가이드,

이 체인 가이드의 일측에 제공되고 전자제어유닛에 의하여 제어되어 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 타이밍 체인의 텐션을 조절하여 배기밸브 캠 샤프트 스트로킷에 연결된 배기밸브 캠의 위상을 조절하는 액추에이터를 포함하고 있다.

여기서, 액추에이터는 솔레노이드로 구성되며, 이 플런저와 체인 가이드 사이에는 압축 스프링이 개재되어 있다.

이와 같이 본 발명은 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 타이밍 체인의 텐션을 조절하여, 이 타이밍 체인에 걸린 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷의 위상을 조절함으로서, 이 배기밸브 캠 샤프트에 구비되어 있는 배기밸브 캠의 위항을 조절하게 되어, 간단한 구조, 간단한 제어 및 저렴한 비용으로, 밸브의 개폐 타이밍을 조절하여 엔진의 성능 및 연비, 이미션을향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치의 배기밸브 캠 지각 시의 작동 상태도.

도 2는 배기밸브 캠 진각 시의 작동 상태도.

도 3은 배기밸브 캠의 지각 및 진각의 작동 원리도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 타이밍 체인 3 : 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷

5 : 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 11 : 체인 가이드

13 : 액추에이터 17 : 플런저

19 : 압축 스프링

본 발명의 이점과 장점은 이하의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명함으로서 보다 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치의 배기밸브 캠 지각 시의 작동 상태도로서, 타이밍 체인(1)이 크랭크 샤프트 스프로킷(미도시), 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3), 그리고 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5)을 상호 연결하고 있다.

이 타이밍 체인(1)은 오토 텐셔너(미도시)의 조절력(F)을 받아 밸브 개폐시기에 적절하도록 텐션이 조절되고 있다.

그리고, 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)은 배기밸브(미도시)가 구비된 배기밸브 캠 샤프트(7)에 구비되어 있고, 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5)은 흡기밸브(미도시)가 구비된 흡기밸브 캠 샤프트(9)에 구비되어 있다.

이 타이밍 체인(1)의 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5) 사이 부분에는 체인 가이드(11)가 설치되어 있다.

이 체인 가이드(11)는 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5) 사이에서 타이밍 체인(1)의 진행을 안내하는 것과, 이 부분에서 타이밍 체인(1)의 텐션을 조절할 수 있도록 설치되어 있다.

이 체인 가이드(11)는 액추에이터(13)의 조작력에 의하여 두 샤프트 스프로킷(3,5) 사이 타이밍 체인(1)의 텐션을 조절할 수 있도록 액추에이터(13)에 연결되어 있다. 이 액추에이터(13)는 전자제어유닛(15)과 연결되어 운전 조건에 따른 전자제어유닛(15)의 제어에 의하여 작동되도록 구성되어 있다.

이러한 액추에이터(13)는 실린더(미도시), 모터(미도시), 링크(미도시) 등 다양하게 구성될 수 있으나, 특정의 것에 한정되지 않으며, 여기서는 솔레노이드로 구성된 것만을 예시하고 있다.

이 솔레노이드로 구성되는 액추에이터(13)의 플런저(17)는 체인 가이드(11)를 향하여 직선 왕복 작동하는 것으로서, 압축 스프링(19)을 개재하여 체인 가이드(11)에 연결되어 있다.

이 압축 스프링(19)은 플런저(17)의 직선 왕복 작동에 따른 조작 충격이 체인 가이드(11)를 통하여 타이밍 체인(1)으로 전달되는 것을 흡수 및 차단시킬 수 있으며, 전자제어유닛(15)에 의하여 액추에이터(13)의 제어가 해제되었을 때, 체인 가이드(11)를 원래의 위치로 복귀시켜 준다.

한편, 이 액추에이터(13)가 플런저(17)를 직선 작동시켜 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5) 사이에 위치하는 타이밍 체인(1)의 길이를 변화시킴에 따라 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)이 회전하게 되어 밸브 개폐 타이밍을 변화시키게 되는 데, 이 때 두 샤프트 스프로킷(3,5) 사이에서 늘어나는 타이밍 체인(1)의 길이는 오토 텐셔너의 조작력(F)에 의하여 자동으로 조절되도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성되는 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치에 의하여 배기밸브 개폐의 지각 및 진각 제어를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1을 참조하여 밸브 개폐의 지각 시를 설명한다.

차량의 운전 상황에 따라, 전자제어유닛(15)이 밸브 개폐 시기를 지각으로 판단하면, 액추에이터(13)를 플런저(17)가 인입(i)되는 방향으로 제어한다.

따라서, 플런저(17)사이에 개재된 압축 스프링(19)의 탄성에 의하여, 체인 가이드(11)가 제어되어, 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5) 사이의 타이밍 체인(1)의 길이(L1)를 짧게 형성한다.

또한, 도 2를 참조하여 밸브 개폐의 진각 시를 설명한다.

전자제어유닛(15)이 밸브 개폐 시기를 진각으로 판단하면, 액추에이터(13)를 플런저(17)가 인출되는 방향으로 제어한다.

따라서, 플런저(17)의 인출력과 압축 스프링(19)의 탄성에 의하여, 체인 가이드(11)가 제어되어, 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)이 회전(r)하면서 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5) 사이의 타이밍 체인(1)의 길이(L2)를 길게 형성한다.

이 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)이 회전(r)함에 따라 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷(5) 사이에서 늘어나 타이밍 체인(1)의 차이 길이(L2-L1)만큼 오토 텐셔너가 타이밍 체인(1)의 길이를 보상해 준다.

한편, 상기와 같이 지각 및 진각 상태로 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷(3)을 제어하면, 도 3에 도시된 바와 같이 흡기밸브 개방시기(IO)와 배기밸브 폐쇄시기(EC)가 겹치는 오버랩 부분이 크게(a) 또는 작게(b) 제어된다.

도 3에서 TDC는 실린더에서 상사점, BDC는 실린더에서 하사점, IO는 흡기밸브 개방시점, IC는 흡기밸브 폐쇄시점, EO는 배기밸브 개방시점, EC는 배기밸브 폐쇄시점을 각각 의미한다.

즉, 흡기밸브 개방시점(IO)이 동일한 상태에서, 도 1과 같은 지각 시에는 거리(L1)가 짧게 형성되어 배기밸브 폐쇄시점(EC)이 지연되어 오법랩 부분(a)이 크게 형성되고, 도 2와 같은 진각 시에는 거리(L2)가 길게 형성되어 배기밸브 폐쇄시점(EC)이 일찍 도래되어 오버랩 부분(b)이 작게 형성된다.

이 배기밸브 폐쇄시점(EC)이 일찍 도래하면, 배기밸브 개방시점(EO)도 일찍 도래하게 된다.

이와 같이 본 발명은 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 체인 가이드와 이를 제어하는 액추에이터를 구비하여, 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 타이밍 체인의 텐션을 조절하여, 이 타이밍 체인에 걸린 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷의 위상을 조절하고 이에 따라 배기밸브 캠의 위상을 조절함으로서, 복잡한 오일회로 및 복잡한 제어 등으로 원가를 상승시키는 종래기술과 달리, 간단한 구조, 간단한 제어 및 저렴한 비용으로, 밸브의 개폐 타이밍을 조절하여 엔진의 성능 및 연비, 이미션을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 크랭크 샤프트와 배기밸브 캠, 흡기밸브 캠을 구동시키는 각각의 크랭크 샤프트 스프로킷과 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷, 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷에 걸리는 타이밍 체인을 오토 텐셔너로 조절하는 엔진에서,

   상기 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 상기 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 상기 타이밍 체인의 일측에 설치되는 체인 가이드,

   상기 체인 가이드의 일측에 제공되고 전자제어유닛에 의하여 제어되어, 상기 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷과 상기 흡기밸브 캠 샤프트 스프로킷 사이에 위치하는 상기 타이밍 체인의 텐션을 조절하여, 상기 배기밸브 캠 샤프트 스프로킷에 연결된 상기 배기밸브 캠의 위상을 조절하는 액추에이터를 포함하는 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 전자제어유닛에 의하여 운전 조건에 따라 제어되는 솔레노이드로 구성됨을 특징으로 하는 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 액추에이터의 플런저와 상기 체인 가이드 사이에는 압축 스프링이 개재됨을 특징으로 하는 가변 배기밸브 타이밍 컨트롤 장치.