KR20040033443A - 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 캠샤프트의 길이방향을 따라 연속적으로 변화하는 캠프로파일을 가진 캠들이 구비된 캠샤프트를 엔진의 운전상태에 따라 그 길이방향으로 이동시켜 엔진의 운전상태에 따라 연속적으로 변화되는 밸브 작동상태를 자동적으로 구현하도록 함으로써, 간단한 구성으로 엔진의 에너지를 최소한으로 이용하면서 밸브의 개방시기 및 개도량을 연속적으로 엔진의 회전수에 따라 자동적으로 변화시켜 엔진의 출력을 향상시킨다.

Description

배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치{continuous variable valve timing device using exhaust pressure}

본 발명은 엔진의 흡/배기를 조절함에 의해 공기의 흡입효율을 높여서 엔진의 출력 및 연비를 개선하고자 하는 기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡/배기 밸브의 개방시기 및 개도량을 연속적인 상태로 엔진의 회전수에 따라 자동적으로 변화시키도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 고속 운전시에는 흡기밸브의 닫힘을 늦출수록 공기의 관성을 충분히 활용할 수 있고 배기밸브의 열림을 당길수록 배기가스의 배출이 빨라 밸브오버랩을 크게 할수록 체적효율이 향상되어 출력이 향상되나, 저속 운전시에는 반대로 흡기밸브의 닫힘을 늦추면 혼합기의 역류로 토크의 저하와 불안정한 회전이 발생되고 배기밸브의 열림을 당기면 연소에너지를 낭비하게 되어 밸브오버랩을 작게 할수록 유리하다.

상기한 바와 같이 엔진의 엔진의 운전영역에 따라 다양한 밸브의 개폐시기 및 개방시간이 요구되는데, 이와 같은 요구를 충족시키기 위해서 종래에는 도 1에 도시된 것과 같은 CVVT(Continuous Variable Valve Timing)장치가 사용되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같은 장치는 엔진의 크랭크샤프트(100)로부터 타이밍벨트(102)로 회전력을 전달받는 흡/배기 캠샤프트(104)를 타이밍벨트로부터 전달되는 회전각에 대하여 진각되거나 지각되도록 조절하도록 되어 있다.

즉, 실질적으로 캠샤프트(104)를 진각/지각 시키는 액츄에이터의 역할을 하는 VTC(VALVE TIMING CONTROLLER:106)를 제어하는 VTC 제어유닛(107)에서는 엔진의 크랭크샤프트의 회전수를 크랭크각센서(108)로부터 입력받고, 엔진의 온도를 온도센서(110)로부터 입력받아 감지되는 엔진 부하에 따라 솔레노이드밸브(112)를 제어하여 상기 VTC(106)를 제어하고, 캠각센서(114)로부터 실질적인 캠각의 상태를 파악하여 피이드백 함으로써, 캠샤프트(104)를 타이밍벨트(102)에 의해 제공되는 회전각보다 진각 또는 지각시키게 되는 것이다.

여기서, 상기 VTC(106)가 상기 솔레노이드밸브(112)에 의해 제어되는 것을 도 2를 통해 보다 상세히 살펴보면, 도시된 바와 같이 VTC(106)는 캠샤프트와 직결된 로터(106-1)와 타이밍벨트(102)가 연결된 케이스부(106-2)로 나뉘어져 있어서, 상기 솔레노이드밸브(112)를 통해서 공급되는 엔진오일이 진각챔버(106-3)에 공급되는 상태가 되면 상기 로터(106-1)와 케이스부(106-2)의 사이에 위상차이가 생겨 캠샤프트(104)의 회동에 의해 엔진 밸브의 타이밍이 바뀌게 되어 있다.

물론, 상기 솔레노이드밸브(112)를 통해 공급되는 오일이 지각챔버(106-4)에 유입되는 상태가 되면 상기 로터(106-1)와 케이스부(106-2)의 사이에서는 상기와는 반대방향으로 위상차이가 생겨서 밸브의 타이밍이 늦추어지게 되는 것이다.

그런데, 상기한 바와 같이 구성되어 작동되는 CVVT 장치는 상기 VTC(106)의 지각챔버(106-4) 또는 진각챔버(106-3)로 공급되는 작동유로서 엔진오일을 사용하고 있는 바, 상기한 바와 같은 엔진오일을 고압으로 가압하여 공급하여야 하므로 엔진의 부하로 작용하여 효율이 저하되고, 상기한 바와 같이 구성이 복잡하다는 문제점이 있다.

이외에도 헬리컬기어를 유압에 의해 전후방향으로 움직임으로써 캠샤프트의 위상을 변화시키는 헬리컬기어타입의 CVVT가 있으나, 역시 작동에 필요한 유압의 형성에 많은 에너지가 소모되는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보다 간단한 구성으로 엔진의 에너지를 최소한으로 이용하면서 밸브의 개방시기 및 개도량을 연속적으로 엔진의 회전수에 따라 자동적으로 변화시킬 수 있도록 한 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 CVVT의 구성도,

도 2는 종래 기술에 의한 베인타입 밸브타이밍 컨트롤러(VTC)의 작동 설명도,

도 3은 본 발명에 따른 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치를 도시한 구성도,

도 4는 도 3에 사용된 캠샤프트의 캠프로파일을 일부 단면들의 비교로 설명한 도면,

도 5는 엔진 회전수에 대한 배기압의 관계를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 캠샤프트3; 캠

5; 배기파이프7; 실린더

9; 피스톤11; 스러스트베어링

13; 실린더헤드 벽15; 스프링

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치는 캠프로파일이 캠샤프트의 길이방향을 따라 연속적으로 변화하도록 형성된 캠들을 구비한 캠샤프트와;

상기 캠샤프트의 일단에 엔진의 배기압에 의해 상기 캠샤프트를 직선 운동시키도록 설치된 캠샤프트구동수단과;

상기 캠샤프트의 타단에 설치되어 상기 캠샤프트를 탄지하는 탄성지지수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

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

도 3은 본 발명에 따른 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치의 일 실시예를 도시한 것으로서, 캠프로파일이 캠샤프트의 길이방향을 따라 연속적으로 변화하도록 형성된 캠(3)들을 구비한 캠샤프트(1)를 엔진의 운전중에 발생하는 배기압에 의해 자동적으로 직선 이동시킴으로써, 밸브의 개방시기 및 개도량을 조절하도록 되어 있다.

상기 캠샤프트(1)에 형성된 캠(3)의 프로파일은 도 4에 그 예가 도시되어 있는바, 캠샤프트(1)의 길이방향을 따라 밸브의 개방시기 및 개도량이 연속적으로 변화하도록 하는 형상으로 형성되었다.

즉, 단면A로부터 연속적으로 그 형상이 변화하여 단면C 의 형상으로 되도록 형성되는데, 이들 단면은 도시된 바와 같이 단면A로부터 단면B 및 단면C를 향해 캠프로파일의 노우즈 선단이 캠샤프트(1)의 회전평면에 대하여 연속적으로 비틀어져 있어서, 밸브의 개도시기를 연속적으로 변화시킬 수 있도록 하고 있으며, 상기 캠(3)의 단면모양이 단면A로부터 단면B 및 단면C로 연속적으로 점차 노우즈 부분이 두꺼워지도록 형성되어 밸브의 개도량을 연속적으로 변화시킬 수 있도록 하고 있는 것이다.

한편, 상기 캠샤프트(1)를 직선 이동시키기 위해 사용되는 배기압은 도 5에 도시된 바와 같이 엔진의 회전수에 따라 증가하는 경향을 가지고 있는바, 상기한 바와 같은 배기압을 이용하면 엔진의 출력을 이용하여 CVVT를 작동시키기 위한 별도의 유압을 형성하지 않아도 되므로 엔진의 출력저하를 방지할 수 있고 CVVT의 작동효율을 개선할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 캠샤프트(1)를 그 길이방향으로 이동시키기 위해서, 상기 캠샤프트(1)의 일단에 엔진의 배기압에 의해 상기 캠샤프트(1)를 직선 운동시키도록 설치된 캠샤프트구동수단과, 상기 캠샤프트(1)의 타단에 설치되어 상기 캠샤프트(1)를 탄지하는 탄성지지수단을 구비하였는데;

상기 캠샤프트구동수단은 엔진의 배기파이프(5)로부터 배기압을 전달 받는 실린더(7)와, 상기 실린더(7)내에서 상기 배기압에 의해 상기 캠샤프트(1)의 길이방향을 따라 직선 운동하는 피스톤(9)으로 구성하였으며;

상기 탄성지지수단은 상기 캠샤프트(1)의 타단에 설치되어 캠샤프트(1)의 회전운동을 지지하도록 설치된 스러스트베어링(11)과, 상기 스러스트베어링(11)을 실린더헤드 벽(13)에 대해 탄성 지지지하는 스프링(15)으로 구성하였다.

따라서, 배기압이 증가하면 상기 피스톤(9)은 상기 캠샤프트(1)를 밀어 이동시키고 이에 의해 상기 캠샤프트(1)는 상기 스러스트베어링(11)의 지지를 받으면서 상기 배기압과 상기 스프링(15)의 힘이 균형을 이루는 지점까지 이동하게 되고, 이에 의해 상기 캠(3)에 접촉하는 밸브의 스템엔드 또는 로커암은 변화된 캠프로파일에 의해 개방시기가 변화하고 그 개도량이 변화하여 그 때의 엔진 운전상태에 가장 적합한 밸브의 작동상태를 구현하게 된다.

물론, 배기압이 감소하면 상기 배기압과 상기 스프링(15)의 힘은 상기 캠샤프트(1)를 반대방향으로 이동시키면서 또 다른 힘의 평형상태에서 캠샤프트(1)를 지지하게 되므로, 밸브는 다시 변화된 캠프로파일에 의해 작동되면서, 그 때의 엔진 운전상태에 가장 적합한 작동을 하게 되어 엔진의 출력을 향상시키게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 캠샤프트의 길이방향을 따라 연속적으로 변화하는 캠프로파일을 가진 캠이 구비된 캠샤프트를 엔진의 운전상태에 따라 그 길이방향으로 이동시켜 엔진의 운전상태에 따라 연속적으로 변화되는 밸브 작동상태를 자동적으로 구현하도록 함으로써, 간단한 구성으로 엔진의 에너지를 최소한으로 이용하면서 밸브의 개방시기 및 개도량을 연속적으로 엔진의 회전수에 따라 자동적으로 변화시켜 엔진의 출력을 향상시킨다.

Claims (4)

1. 캠프로파일이 캠샤프트의 길이방향을 따라 연속적으로 변화하도록 형성된 캠들을 구비한 캠샤프트와;

   상기 캠샤프트의 일단에 엔진의 배기압에 의해 상기 캠샤프트를 직선 운동시키도록 설치된 캠샤프트구동수단과;

   상기 캠샤프트의 타단에 설치되어 상기 캠샤프트를 탄지하는 탄성지지수단;

   으로 구성된 것을 특징으로 하는 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 캠의 프로파일은

   캠샤프트의 길이방향을 따라 밸브의 개방시기 및 개도량이 연속적으로 변화하도록 하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 캠샤프트구동수단은

   엔진의 배기파이프로부터 배기압을 전달 받는 실린더와;

   상기 실린더내에서 상기 배기압에 의해 상기 캠샤프트의 길이방향을 따라 직선 운동하는 피스톤;

   으로 구성된 것을 특징으로 하는 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 탄성지지수단은

   상기 캠샤프트의 타단에 설치되어 캠샤프트의 회전운동을 지지하도록 설치된 스러스트베어링과;

   상기 스러스트베어링을 실린더헤드 벽면에 대해 탄성 지지지하는 스프링;

   으로 구성된 것을 특징으로 하는 배기압을 이용한 가변 밸브 타이밍 장치.