KR20040046813A - 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치 - Google Patents

Abstract

차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치가 개시된다. 개시된 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치는, 하우징과, 상기 하우징의 내측에서 유동 가능하게 설치된 로터 베인과, 상기 로터 베인의 일측에 형성되어 오일이 공급되는 진각실과, 상기 로터 베인의 타측에 형성되어 상기 진각실의 오일이 배출되는 지각실을 구비하여 된 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서, 상기 진각실에 공급되는 오일의 양이 상기 지각실로 배출되는 오일의 양보다 적게 배출되도록 상기 진각실과 지각실이 비대칭으로 형성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 감소한 저항력만큼 진각시 동작속도가 향상되고, 차량의 동력성능 및 등판성능이 향상되며, 응답성 향상을 위하여 사용하는 오토 텐셔너의 삭제가 가능하여 원가절감이 이루어질 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치{CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE TIMING FOR VEHICLE}

본 발명은 연속 가변 밸브 타이밍 장치(Continuously Variable Valve Timing; 이하, CVVT라 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응답성 향상을 위해 그 구조가 개선된 비대칭형의 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 관한 것이다.

일반적으로 CVVT는 배기가스 저감과 연비향상 및 출력 향상을 목적으로 차량에 적용된다.

도1에는 이러한 CVVT의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, CVVT는 캠축의 회전각을 검출하기 위한 캠포지션 센서(11)와, 크랭크축의 회전각을 검출하기 위한 크랭크 포지션 센서(12)를 포함한다. 더불어, 크랭크축에 의해 구동되는 타이밍 벨트(14)는 가변 밸브 타이밍 유니트(15)를 구동시키게 된다. 상기 가변 밸브 타이밍 유니트(15)는 일반적으로 베인형을 사용한다.

그리고 차량용 ECU(13)(Electronic Control Unit)는 상기 캠포지션 센서(11) 및 크랭크 포지션 센서(12)에 의해 검출되는 신호를 인가 받아 크랭크 위치에 따라 캠의 밸브 타이밍을 조정한다. 이러한 ECU(13)의 제어신호는 오일 제어밸브(Oil Control Valve; 이하 OCV라 함)(16)로 전달되어 캠의 회전을 유발하게 된다.

또한 상기 ECU(13)의 제어신호에 따라 오일 제어밸브(16)가 캠의 회전을 유발하게 되면, 캠포지션 센서(11)가 캠축의 위치를 검출하여 ECU(13)로 피드백 하게 된다.

그러면 상기 ECU(13)는 피드백 되어 오는 캠축 위치 정보를 이용하여 캠 회전량을 산정하고, 상기 산정된 캠 회전량에 근거하여 다시 캠축의 위치를 제어하기 위한 신호를 상기 오일 제어밸브(16)로 전달한다. 이러한 피드백 과정을 통해 밸브 타이밍에 대한 무단 가변 제어가 수행된다.

한편, 상기 피드백 제어 기능을 원활히 수행하기 위하여 상기 크랭크 위치와 캠 위치에 따른 상기 오일 제어밸브(16)의 제어로직이 상기 ECU(13)에 매핑(mapping)된다. 따라서 상기 맵핑(mapping)되어 있는 캠 위치와 캠포지션 센서(11)에 의해 검출되는 캠 위치가 서로 상이한 경우에는 ECU(13)가 오일 제어밸브(16)를 제어하여 캠축의 회전을 가감하게 되는 것이다.

그리고 상기 ECU(13)는 크랭크각에 따라 배기 행정과 흡기 행정에서의 밸브 개방 시기를 조정하게 되는데, 통상적으로는 흡기 행정의 밸브 타이밍을 진각시키거나 지각시키게 된다. 이때 엔진 오일은 오일 제어밸브(16)와 캠포지션 센서(11)의 검출신호에 따른 ECU(13)의 제어신호를 인가 받아 베인 하우징(23)의 좌우측 챔버로 공급된다.

도 2에는 베인형 CVVT가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 로터 베인(rotor vane)(23)의 양면의 진각실(advanced oil chamber)(21)과 지각실(retard oil chamber)(22)이 같은 크기 및 같은 구조로 되어있다.

그런데, 종래의 기술에 따른 CVVT는 오일온도가 높고 엔진회전수가 낮은 상태에서는 낮은 오일압으로 인해 CVVT의 응답성이 저하되는 현상이 발생한다. 특히, 진각 속도가 저하되면 동력성능 및 등판성능이 저하될 수 있다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

종래의 기술에 따른 대칭형 CVVT는, 도 3에 도시된 바와 같이, 로터 베인(23) 양단의 진각실(21) 및 지각실(22)이 동일한 크기와 구조로 이루어져 오일 공급홀(24)을 통해 진각실(21)에 오일이 공급되면 지각실(22)의 오일이 배출된다. 이렇게 오일이 빠져나가기 위해 캠과 실린더 헤드의 오일 채널을 통과하는 과정에서 저항이 발생하여 동작을 방해한다.

이와 같이, 진각실(21)에 공급된 양과 동일한 양의 오일이 지각실(22)에서 배출되어야 하기 때문에 공급 오일압이 낮은 조건에서 진각시의 동작 속도가 부족하게 된다.

따라서 아이들(idle)(CVVT 최 지각 상태)에서 가속시 요구되는 CVVT 진각량은 크지만 진각 응답성이 불충분하여 토크 부족으로 발진감이 저하될 우려가 있다. 특히, 등판로 주행시 CVVT가 신속하게 진각되지 못할 경우에는 등판성능이 급격히 저하된다.

한편, CVVT에 작용하는 힘을 보면, OCV에 의해 제어되는 작동유압에 의한 작용력과, CVVT의 진각을 방해하고 지각을 돕는 방향으로 상시 작용하는 밸브 구동에 따른 마찰 저항력이 있다.

그리고 CVVT의 작동(위상변화)시 상기 OCV에 의해 한쪽 오일챔버(예컨대, 진각실)에 오일이 공급되면 다른 쪽(예컨대, 지각실)의 오일이 빠져나간다. 또한 오일은 챔버, 캠축, 헤드, OCV 그리고 드레인 라인(drain line)의 경로의 순서로 배출된다. 이 유로상의 저항력이 CVVT의 작동을 방해하는 방향으로 작용하게 된다.

도 4a 및 도 4b는 진각실(21)과 지각실(22)을 각각 로터 베인(23) 양단의 피스톤, 실린더로 단순화하여 나타내 보인 것이다.

대칭형 CVVT는 전술한 바와 같이, 상기 진각실(21)과 지각실(22)이 동일한 구조로 되어있기 때문에 도 4a에 도시된 바와 같이, 진각시 밸브 구동계의 마찰력과 유로저항으로 인해 동작속도가 느려진다.

그리고 오일온도가 높고, 엔진회전수가 낮은 상태인 오일압이 낮은 조건에서는 응답성이 문제가 되고, 차량의 동력성능, 등판성능이 저하된다.

또한 도 4b에 도시된 바와 같이, 지각시 밸브 구동계의 마찰력이 유압에 의한 CVVT작동(지각) 방향으로 작용하므로 작동속도가 필요 이상으로 빠르다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 진각실과 지각실을 비대칭으로 형성하여 진각시 동작속도가 향상되고, 차량의 동력성능 및 등판성능이 향상되도록 한 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2 및 도 3은 종래의 기술에 따른 CVVT 장치의 구성 및 그 일부를 각각 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 4a 및 도 4b는 도 2 및 도 3의 진각실 및 지각실을 각각 로터 베인 양단의 피스톤 및 실린더로 단순화하여 나타내 보인 도면으로 도 4a는 진각시 작동도이고, 도 4b는 지각시 작동도.

도 5는 본 발명에 따른 CVVT 장치의 일부 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 6a 및 도 6b는 도 5의 진각실 및 지각실을 각각 로터 베인 양단의 피스톤 및 실린더로 단순화하여 나타내 보인 도면으로 도 6a는 진각시 작동도이고, 도 6b는 지각시 작동도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30. 하우징

31. 로터 베인

32. 진각실

33. 지각실

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 연속 가변 밸브 타이밍장치는, 하우징과, 상기 하우징의 내측에서 유동 가능하게 설치된 로터 베인과, 상기 로터 베인의 일측에 형성되어 오일이 공급되는 진각실과, 상기 로터 베인의 타측에 형성되어 상기 진각실의 오일이 배출되는 지각실을 구비하여 된 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서, 상기 진각실에 공급되는 오일의 양이 상기 지각실로 배출되는 오일의 양보다 적게 배출되도록 상기 진각실과 지각실이 비대칭으로 형성된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5에는 본 발명에 따른 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 일부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

설명에 앞서, 여기에서는 일반적인 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 상세한 구성 설명은 도 1 및 도 2를 참조하고, 본 발명의 특징적인 구성만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치는, 하우징(30)과, 이 하우징(30)의 내측에서 유동 가능하게 설치된 로터 베인(31)과, 이 로터 베인(31)의 일측에 형성되어 오일공급홀(30a)을 통하여 오일이 공급되는 진각실(32)과, 상기 로터 베인(31)의 타측에 형성되어 진각실(32)의 오일이 배출되는 지각실(33)을 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 특징부로써, 상기 진각실(32)에 공급되는 오일의 양이 상기 지각실(33)로 배출되는 오일의 양보다 적게 배출되도록 상기 진각실(32)과 지각실(33)이 비대칭으로 형성된다.

이러한 비대칭은, 상기 진각실(32) 쪽의 로터 베인(31)의 측부는, 상기 지각실(33) 쪽의 로터 베인(31)의 측부보다 방사상으로 길게 형성되어 이루어짐으로써 가능하다.

이는 하나의 실시예에 불과하며, 상기한 바와 같이 상기 진각실(32)과 지각실(33)이 비대칭으로 형성되어, 상기 진각실(32)에 공급되는 오일의 양이 지각실(33)로 배출되는 오일의 양보다 적게 배출되면 본 발명이 구현된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서, 여기에서는 일반적인 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용 설명만을 하기로 한다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치는, 진각실(32)보다 작은 지각실(33)을 가지는 CVVT에 대한 것이다.

즉, 진각실(32)에 오일이 공급되면 지각실(33)의 오일이 배출되어야 하는 것은 종래의 기술과 동일하나, 진각실(32)에 공급된 양보다 지각실(33)에서 배출되는 오일의 양이 적다.

따라서 배출되는 오일의 유량이 작아지므로 배출시의 저항이 작아 같은 오일압에서 진각시 동작 속도의 향상이 가능하다.

그리고 이를 전술한 도 4a 및 도 4b와 대비하여 설명하면,

우선 도 6a에 도시된 바와 같이, 진각시에 진각실(32)의 크기를 감소시키면,오일 유량의 감소로 CVVT 진각시 지각실(33)에서 배출되는 오일에 의한 저항력이 작다.

따라서 감소한 저항력만큼 진각시 동작 속도가 향상되고, 차량의 동력성능, 등판 성능 향상되며, 응답성 향상을 위하여 사용하는 오토 텐셔너(Auto-Tensioner)를 삭제할 수 있어 원가 절감이 이루어진다.

그리고 도 6b에 도시된 바와 같이, 비대칭 CVVT의 지각시 작동유압은 낮으나 마찰력이 같은 방향으로 작용하므로 작동 속도에는 문제가 없다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

감소한 저항력만큼 진각시 동작속도가 향상되고, 차량의 동력성능 및 등판성능이 향상된다.

그리고 응답성 향상을 위하여 사용하는 오토 텐셔너의 삭제가 가능하여 원가절감이 이루어질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 하우징과, 상기 하우징의 내측에서 유동 가능하게 설치된 로터 베인과, 상기 로터 베인의 일측에 형성되어 오일이 공급되는 진각실과, 상기 로터 베인의 타측에 형성되어 상기 진각실의 오일이 배출되는 지각실을 구비하여 된 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서,

   상기 진각실에 공급되는 오일의 양이 상기 지각실로 배출되는 오일의 양보다 적게 배출되도록 상기 진각실과 지각실이 비대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 진각실 쪽의 상기 로터 베인의 측부는, 상기 지각실 쪽의 상기 로터 베인의 측부보다 방사상으로 길게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 연속 가변 밸브 타이밍 장치.