KR20050032662A - Valve spring structure - Google Patents

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Abstract

A structure of a valve spring for a variable valve lift apparatus is provided to decrease driving force of a valve system at low lift of a valve by dividing an operation range of the valve spring into contact, low lift and high lift ranges and forming a line gap of the valve spring differently according to each range. A valve spring(10) is installed in a valve system, and divided into a contact range(A), a low lift range(B) and a high lift range(C). A gap(da) between lines(11) of the valve spring is decreased within the contact area placed in a lower part of the valve spring and a gap(dc) between the lines of the valve spring is increased within the high lift range. The gap between the lines of the valve is adjusted according to low valve lift, high valve lift of a variable valve lift apparatus, spring mounting load and spring coefficient. Driving torque is decreased, and fuel efficiency is improved by applying the low spring coefficient of the valve spring in operating an engine at low speed. Jump or bounce is restricted by increasing the spring coefficient at high valve lift.

Description

가변밸브 리프트 장치용 밸브스프링 구조{Valve spring structure}Valve spring structure for variable valve lift device

본 발명은 가변밸브리프트장치용 밸브스프링 구조에 관한 것으로서, 특히 밸브스프링의 작동영역을 하측으로부터 접촉영역, 로우리프트 영역, 하이리프트 영역으로 구획하고, 각 영역별로 밸브스프링의 선간간격을 서로 다르게 형성하여 로우밸브리프트 상태일때 밸브계의 구동력 감소로 인하여 엔진의 연비가 향상되도록 한 가변밸브 리프트 장치용 밸브스프링 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a valve spring structure for a variable valve lift apparatus, and in particular, the operating region of the valve spring is divided into a contact region, a low lift region, and a high lift region from the lower side, and the line intervals of the valve springs are formed differently for each region. Therefore, the present invention relates to a valve spring structure for a variable valve lift device that improves fuel economy of an engine due to a reduction in driving force of a valve system when a low valve lift is performed.

엔진에는 흡기와 배기의 단속을 위한 흡기밸브와 배기밸브가 설치되고, 각각의 밸브에는 작동한 밸브를 원위치로 복귀시키는 밸브스프링이 설치되고 있다.The engine is provided with an intake valve and an exhaust valve for interrupting intake and exhaust, and each valve is provided with a valve spring for returning the operated valve to its original position.

도 4 는 종래의 밸브스프링이 설치된 밸브계를 도시한 것으로서,4 is a view illustrating a valve system in which a conventional valve spring is installed.

밸브(1)의 상측 끝단에 밸브스프링(5)을 수용하기 위한 리테이너(4)가 형성되고, 상기 리테이너(4)의 하측으로 밸브(1)를 원위치로 복귀시키기 위한 밸브스프링(5)이 설치되며, 상기 밸브(1)를 흡배기 타이밍에 맞춰서 개폐시키기 위한 수단으로서 캠(3)과 로커암(2)이 형성된다.A retainer 4 for accommodating the valve spring 5 is formed at an upper end of the valve 1, and a valve spring 5 for returning the valve 1 to its original position is installed below the retainer 4. The cam 3 and the rocker arm 2 are formed as a means for opening and closing the valve 1 in accordance with the intake and exhaust timing.

그리고, 상기 밸브스프링(5)의 선(6) 간 간격은 모두 균일하게 형성되어 있다.The intervals between the lines 6 of the valve springs 5 are all formed uniformly.

상기와같이 구성된 밸브계는 캠(3)의 회전에 의해 로커암(2)이 시이소 동작하면서 하강하여 밸브(1)가 개방되도록 하고, 개방 작동 후 로커암(2)이 다시 상승하면 밸브스프링(5)의 탄성에 의해 밸브(1)가 상승하면서 닫히게되는 것이다.The valve system configured as described above has the rocker arm 2 descending by the seesaw operation by the rotation of the cam 3 so that the valve 1 is opened. When the rocker arm 2 rises again after the opening operation, the valve spring ( By the elasticity of 5) the valve (1) is to be closed while rising.

일반적으로 엔진의 최고 운전속도 구동시 밸브계의 이상 거동을 방지하기 위해 밸브스프링력(밸브스프링 계수)이 충분히 커지도록 설계하고 있는데, 이러한 이유는 밸브스프링력이 밸브계의 관성력보다 작게되면 밸브계의 이상거동, 예를들면 밸브의 점프 또는 바운스가 발생하면서 밸브계의 손상 및 엔진의 손상을 일으키기 때문이다.In general, the valve spring force (valve spring coefficient) is designed to be large enough to prevent abnormal behavior of the valve system when the engine is running at maximum operating speed. This is because when the valve spring force is smaller than the inertia force of the valve system, This is because abnormal operation of the valve, for example, jump or bounce of the valve, causes damage to the valve system and damage to the engine.

특히, 최근에는 엔진의 운전조건(부하상태)에 따라 밸브의 개폐 타이밍을 가변시키는 가변밸브 리프트장치가 엔진에 적용되고 있는데, 이러한 가변밸브 리프트 장치를 엔진에 적용하게되면 밸브계의 구조가 복잡해짐은 물론 밸브계의 관성력이 증대되게 된다.In particular, recently, a variable valve lift apparatus for changing the opening / closing timing of a valve according to an engine operating condition (load state) has been applied to an engine. When the variable valve lift apparatus is applied to an engine, the structure of the valve system becomes complicated. Of course, the inertial force of the valve system is increased.

밸브계의 관성력이 증대되면 그에대응하여 밸브스프링의 스프링력 또한 증대되어 전체적인 밸브계의 구동토오크가 커지게되어 엔진의 연비가 나빠지게되는 문제점이 발생하였다.When the inertia force of the valve system is increased, the spring force of the valve spring is also increased in response to the driving torque of the overall valve system to increase, resulting in a problem of poor fuel economy of the engine.

즉, 종래에는 밸브스프링의 선간 간격이 일정하기 때문에 가변밸브 리프트 장치가 적용된 엔진에서와 같이 밸브계의 관성력이 증대될 경우 그에 대응하여 밸브스프링의 스프링력이 증대되도록 밸브스프링의 선 굵기를 증대시키거나 길이를 증대시키고 있고, 또한 밸브스프링력을 엔진의 최대토오크에 맞춰서 셋팅하기 때문에 엔진이 중저속 조건에서 구동할때 밸브스프링의 구동력이 필요 이상으로 커져서 엔진에 부하로 작용하면서 연비가 나빠지게되는 문제점이 발생하는 것이다.That is, in the related art, since the line spacing of the valve spring is constant, the line thickness of the valve spring is increased so that the spring force of the valve spring is increased correspondingly when the inertia force of the valve system is increased as in an engine to which a variable valve lift device is applied. In addition, the valve spring force is set according to the maximum torque of the engine, and the driving force of the valve spring becomes larger than necessary when the engine is driven at low and low speed conditions, which acts as a load on the engine and worsens fuel economy. The problem arises.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 밸브스프링의 작동영역을 하측으로부터 접촉영역, 로우리프트 영역, 하이리프트 영역으로 구획하고, 각 영역별로 밸브스프링의 선간간격을 서로 다르게 형성하여 로우밸브리프트 상태일때 밸브계의 구동력 감소로 인하여 엔진의 연비가 향상되도록 한 가변밸브 리프트 장치용 밸브스프링 구조를 제공함을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention for solving the above problems is divided into a contact region, a low lift region, a high lift region from the lower side from the operating region of the valve spring, and formed a different line interval of the valve spring for each region to form a low valve lift state It is an object of the present invention to provide a valve spring structure for a variable valve lift device to improve the fuel economy of the engine due to the reduction of the driving force of the valve system.

상기 목적달성을 위한 본 발명은The present invention for achieving the above object

밸브스프링에 있어서,In the valve spring,

밸브스프링의 선간 간격을 그 하측으로부터 접촉영역, 로우리프트 영역, 하이리프트 영역으로 서로 다르게 형성하되, 그 선간 간격은 접촉영역 < 로우리프트 영역 < 하이리프트 영역 으로 차등 설정하여 엔진의 중저속 부분부하(로우 밸브리프트 상태)조건에서 밸브계의 구동력이 감소되도록 한 것을 특징으로 한다.The line spacing of the valve springs is formed differently from the lower side into the contact area, the loft area, and the high lift area, and the line spacing is set to the contact area <low loft area <high lift area by differentially setting the medium low speed part load of the engine ( Low valve lift condition) characterized in that the driving force of the valve system is reduced.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, FIGS. 1 to 3.

도면부호 10은 밸브계에 설치되는 밸브스프링을 나타내며, 상기 밸브스프링(10)은 그 하측으로 부터 접촉영역(A), 로우리프트 영역(B), 하이리프트 영역(C)으로 구분되도록 하며, 밸브스프링(10)의 선(11) 간 간격을 도 1 에 도시한 바와같이 접촉영역(da) < 로우리프트 영역(db) < 하이리프트 영역(dc)의 순으로 선(11) 간 간격을 접촉영역(A) 내에서는 조밀하게하고, 로우리프트영역(B)에서 하이리프트 영역(C)으로 갈수록 선간 간격이 넓어지도록 한 것이다.Reference numeral 10 denotes a valve spring installed in the valve system, and the valve spring 10 is divided into a contact area A, a low lift area B, and a high lift area C from a lower side thereof. As shown in FIG. 1, the spacing between the lines 11 of the spring 10 is the contact region da in the order of <low lift region db <high lift region dc. In (A), it is made compact, and the line space | interval becomes wider from the low lift area B to the high lift area C. As shown to FIG.

상기 밸브스프링(10)의 선(11)간 간격(da,db,dc)은 가변밸브리프트 장치의 로우 밸브리프트, 하이 밸브리프트, 스프링 장착하중, 설계스프링 계수 등에 의해 설정된다.The intervals da, db, dc between the lines 11 of the valve spring 10 are set by the low valve lift, the high valve lift, the spring loaded load, the design spring coefficient, and the like of the variable valve lift apparatus.

상기한 접촉영역(A)은 밸브스프링(10)의 장착하중을 결정하기 위한 영역으로, 밸브스프링(10)의 장착시 선(11)간의 접촉에 의하여 스프링 역할을 하지 않는 영역, 즉, 유효권수가 아니다.The contact area A is an area for determining the mounting load of the valve spring 10. The contact area A does not act as a spring due to contact between the lines 11 when the valve spring 10 is mounted, that is, the effective number of turns. Is not.

상기 로우리프트 영역(B)은 밸브계의 로우 밸브리프트 작동시 스프링 역할을 하고, 하이 밸브리프트 작동시에는 접촉영역(A)과 함께 선(11) 간 접촉되면서 스프링의 역할을 하지 않게된다.The low lift area B acts as a spring during the low valve lift operation of the valve system, and does not act as a spring while contacting the line 11 together with the contact area A during the high valve lift operation.

즉, 로우리프트 영역(B)은 로우 밸브리프트 작동시에만 유효권수의 역할을 하게된다.That is, the low lift area B serves as an effective winding only during the low valve lift operation.

한편, 상기 하이리프트 영역(C)은 밸브계의 로우 밸브리프트 작동 및 하이밸브리프트 작동시 모두 스프링의 역할을 하는 영역, 즉, 전 작동영역에서 유효권수의 역할을 가지게되며, 앞서 설명한 바와같이 선(11)간 간격이 하이리프트 영역(dc)이 가장 넓고 접촉영역(A)의 선(11)간 간격이 가장 좁게 형성된다.On the other hand, the high lift area (C) has a role of the effective winding in the area that acts as the spring, that is, the entire operating area in both the low valve lift operation and the high valve lift operation of the valve system, as described above The interval between (11) is the widest in the high lift region dc and the narrowest interval between the lines 11 in the contact region A.

일반적으로 밸브스프링에서 선의 직경이 동일할 경우 스프링계수(K)는 아래의 식에서와같이 선간 접촉이 발생하지 않는 영역의 스프링권수, 즉, 유효권수(N)에 반비례하게되며, 이러한 기술적 배경을 토대로하여 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.In general, when the diameter of the line in the valve spring is the same, the spring coefficient (K) is inversely proportional to the spring number of the region where line contact does not occur, that is, the effective number (N), as shown in the equation below. Referring to the effect of the present invention by the following.

식 1 -- K ∝ 1/NEquation 1-K ∝ 1 / N

도 1 은 밸브스프링(10)이 밸브계에 장착되기 전 상태, 즉, 밸브스프링(10)의 자유길이(L0)상태를 나타내는 것이며, 이때의 유효권수는 스프링 전체의 총 권선수(Ne1)이다.1 shows a state before the valve spring 10 is mounted on the valve system, that is, the free length L 0 of the valve spring 10, and the effective number of turns is the total number of turns N e1 of the entire spring. )to be.

도 2 의 (a)는 밸브스프링(10)이 밸브계, 즉, 밸브의 리테이너에 탄지되도록 설치된 상태를 나타내는 것으로서, 밸브스프링(10)의 선간간격이 전체적으로 조밀해져 있게되는데, 이때, 접촉영역(A)이 서로 접촉되면서 유효권수로서 작용하지 못하게되므로 장착상태의 밸브스프링(10)의 유효권수가 로우 리프트영역(B)과 하이 리프트 영역(C)의 권선수(Ne2)로 줄어들게되므로 그만큼 스프링계수(K)는 상승하게되며, 스프링(10)의 전체길이는 L1 이 된다.2 (a) shows a state in which the valve spring 10 is installed so as to be supported by the valve system, that is, the retainer of the valve, the line spacing of the valve spring 10 is densified as a whole. Since the A) does not act as an effective number of turns as it comes into contact with each other, the effective number of turns of the valve spring 10 in the mounted state is reduced to the number of turns N e2 of the low lift region B and the high lift region C, and thus the spring. The coefficient K rises, and the total length of the spring 10 becomes L1.

도 2 의 (b)는 가변밸브 리프트 장치가 로우 밸브리프트 상태로 작동할때를 도시한 것으로서, 로우 리프트영역(B)과 하이 리프트영역(C)의 선(11)간 간격이 줄어들면서 유효권수로 작용하고 있으며, 이때의 스프링(10) 전체 길이는 L1~L2 이다.FIG. 2 (b) shows when the variable valve lift apparatus operates in a low valve lift state, and the effective number of turns is reduced while the distance between the line 11 of the low lift region B and the high lift region C is reduced. At this time, the total length of the spring 10 is L1 ~ L2.

도 2 의 (c)는 밸브스프링(10)의 스프링계수 경계점(L2)을 나타내는 것으로서, 로우리프트 영역(B)과 접촉영역(A)이 서로 접촉되면서 유효권수로서 작용하지 않게되며, 이경우는 오로지 하이리프트 영역(C)만이 유효권수(Ne3)로서 작용하게된다.2 (c) shows the spring coefficient boundary point L2 of the valve spring 10, and the loft area B and the contact area A do not act as effective turns while contacting each other, in this case only. Only the high lift area C acts as the effective number N e3 .

도 2 의 (d)는 밸브스프링(10)이 하이 밸브리프트 조건에서 작동할때를 도시한 것으로서, 하이리프트 영역(C)만이 스프링으로 작용하게되고 이때의 스프링계수는 로우 밸브리프트 조건일때보다 더 높아진 상태임을 알 수 있다.Figure 2 (d) shows the valve spring 10 when operating in a high valve lift condition, only the high lift area (C) acts as a spring and the spring coefficient at this time is more than when the low valve lift condition It can be seen that the state is elevated.

한편, 도 3 의 (a)는 밸브스프링(10)의 작동상태별 스프링하중(F0~F2)을 나타내고, 도 3 의 (b)는 밸브스프링(10)의 작동상태별 스프링계수(K0~K2)를 나타내는 것으로서 밸브스프링(10)의 스프링하중과 스프링계수가 로우 밸브리프트상태일때 보다 하이 밸브리프트 상태일때가 더 높음을 알 수 있다.On the other hand, Figure 3 (a) shows the spring load (F0 ~ F2) for each operating state of the valve spring 10, Figure 3 (b) shows the spring coefficient (K0 ~ K2) for each operating state of the valve spring 10 It can be seen that the spring load and the spring coefficient of the valve spring 10 are higher in the high valve lift state than in the low valve lift state.

즉, 가변 밸브리프트 장치는 일반적으로 저중속 부분부하 운전을 위한 로우 밸브리프트와 고속운전을 위한 하이 밸브리프트를 가지는데, 본 발명의 밸브스프링(10)을 적용할경우 로우 밸브리프트 상태일때 밸브스프링(10)의 스프링계수가 K1 으로서 낮고, 하이 밸브리프트 상태일때 밸브스프링(10)의 스프링계수가 K2로서 높으므로 특히 연비를 중시하는 로우 밸브리프트 운전조건(중저속 부분부하)일때 밸브스프링(10)의 낮은 스프링계수(K1)가 적용됨에 따라 밸브계의 구동토오크가 줄어들게되어 엔진의 연비가 향상되는 효과를 기대할 수 있게되고, 하이 밸브리프트 운전조건에서는 높은 스프링계수(K2)에 의해 밸브의 점프 또는 바운스와같은 이상거동을 억제할 수 있게되는 것이다.That is, the variable valve lift apparatus generally has a low valve lift for low-speed partial load operation and a high valve lift for high speed operation. When the valve spring 10 of the present invention is applied, the valve spring is in a low valve lift state. Since the spring coefficient of (10) is low as K1 and the high valve lift state, the spring coefficient of the valve spring 10 is high as K2. Therefore, the valve spring (10) is particularly suitable for the low valve lift operation condition (medium-low speed partial load) that emphasizes fuel economy. As the low spring coefficient (K1) of) is applied, the driving torque of the valve system is reduced, and the fuel efficiency of the engine can be improved, and in the high valve lift operation condition, the valve jumps due to the high spring coefficient (K2). Or abnormal behavior such as bounce can be suppressed.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 밸브스프링의 작동영역을 하측으로부터 접촉영역, 로우리프트 영역, 하이리프트 영역으로 구획하고, 각 영역별로 밸브스프링의 선간간격을 서로 다르게 형성하여 로우밸브리프트 상태일때 밸브계의 구동력 감소로 인하여 엔진의 연비가 향상되도록 한 가변밸브 리프트 장치용 밸브스프링 구조를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.As described above, the present invention divides the operation region of the valve spring into a contact region, a low lift region, and a high lift region from the lower side, and forms a line spacing of the valve springs differently for each region to form a low valve lift state. Due to the reduced driving force of the engine can be expected to provide an effect of providing a valve spring structure for a variable valve lift device to improve the fuel economy of the engine.

도 1 은 본 발명의 밸브스프링 구조를 보인 도면.1 is a view showing a valve spring structure of the present invention.

도 2 의 a~d는 엔진 부하상태에 따른 본 발명의 작동상태를 보인 도면.2 a to d are views showing the operating state of the present invention according to the engine load state.

도 3 의 a-b는 본 발명 밸브스프링의 작동영역에 따른 스프링하중과 스프링계수를 보인 그래프.Figure 3 a-b is a graph showing the spring load and the spring coefficient according to the operating region of the valve spring of the present invention.

도 4 는 종래의 밸브스프링이 장착된 밸브계를 보인 도면.4 is a view showing a valve system equipped with a conventional valve spring.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

10: 밸브스프링, 11: 선,10: valve spring, 11: wire,

A: 접촉영역, B: 로우리프트영역,A: contact area, B: loft area,

C: 하이리프트영역C: high lift area

Claims (1)

밸브스프링에 있어서,In the valve spring, 밸브스프링의 선간 간격을 그 하측으로부터 접촉영역, 로우리프트 영역, 하이리프트 영역으로 서로 다르게 형성하되, 그 선간 간격은 접촉영역 < 로우리프트 영역 < 하이리프트 영역 으로 차등 설정하여 엔진의 중저속 부분부하(로우 밸브리프트 상태)조건에서 밸브계의 구동력이 감소되도록 한 것을 특징으로 하는 가변밸브 리프트 장치용 밸브스프링 구조.The line spacing of the valve springs is formed differently from the lower side into the contact area, the loft area, and the high lift area, and the line spacing is set to the contact area <low loft area <high lift area by differentially setting the medium low speed part load of the engine ( Valve spring structure for a variable valve lift device, characterized in that the driving force of the valve system is reduced in the low valve lift state) conditions.
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