KR20050047962A - 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 실린더 헤드에 형성되어 그 내부에 작동유체가 충전된 유체실(4)과, 상기 유체실의 유체에 의해 푸시되는 밸브태핏이 상단에 결합되는 한편 탄성 복원력을 가하는 밸브 스프링이 결합된 밸브(8)와, 상기 유체실에 연통된 제1도관을 따라 슬라이딩하는 제1종동자(18)와, 크랭크축과 연동하여 상기 제1종동자를 구동하는 제1캠(16)과, 상기 유체실에 연통되는 제2도관을 따라 슬라이딩하는 제2종동자(24)와, 상기 제2종동자를 구동시키는 구동수단(20)을 구비하되, 상기 제2도관에는 상기 유체실의 유체에 의해 상기 제2종동자 측으로만 밀리도록 스토퍼에 의해 걸린 조절태핏(28)이 결합되고, 상기 제2종동자와 상기 조절 태핏 사이에는 상기 제2종동자의 이동에 따라 압축되는 조절 스프링(30)이 삽입되어 있으므로, 조절 스프링의 압축력을 조절하여 밸브 리프트를 정확히 조절하여 가변시킬 수 있다.

Description

엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치{continuous variable valve lift apparatus of engine}

본 발명은 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조절 스프링의 압축력을 조절하여 밸브 리프트를 다양하고 간단히 가변시킬 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

통상적으로 4행정 가솔린 엔진에 있어서 흡배기 밸브가 갖는 기능은 실린더 내 흡기와 배기의 흐름을 제어하고, 실린더 내의 기밀을 유지하는데 있다. 즉, 압축 행정과 폭발 행정시에는 흡배기 밸브 모두가 닫혀 실린더 내의 기밀을 유지하고, 흡입 행정과 배기 행정시에는 각각 흡기 밸브 혹은 배기 밸브만 열려 연료가스의 흡입과 연소가스의 배출이 이루어진다.

밸브의 형식은 캠 축 및 밸브의 설치 위치에 따라 SV(Side Valve), OHV(Over Head Valve), OHC(Over Head Cam Shaft) 등으로 나누어 지는데, 상기 OHC 형식 중 흡배기 밸브에 각각 전용의 캠 축을 갖춘 DOHC(Double Over Head Cam Shaft)가 차량 엔진에 주로 적용되고 있다.

상기 밸브의 개폐는 캠축에 구비된 캠이 밸브의 단부를 푸시함으로써 이루어지며, 상기 캠 축은 크랭크 축의 구동력을 타이밍 체인 또는 벨트 등에 의해 전달받아 회전한다. 상기 캠은 밸브와의 마찰 혹은 마멸을 적게 하기 위하여 접촉면을 원호 모양으로 형성한다.

한편 상기 밸브의 기밀성, 흡배기 가스의 양 등을 결정 짖는 중요한 요소는 밸브 리프트(Valve Lift)이다. 상기 밸브 리프트는 밸브 페이스가 밸브 시이트로부터 얼마만큼 떨어져 있는가를 나타내는 척도로서, 일반적으로 흡기 밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 배기시 배출되는 연소가스의 양이 늘어나 흡배기 효율이 높아진다. 종래에는 상기 밸브 리프트를 조절하기 위해 VTEC, MIVEC 같은 형식의 가변 밸브 타이밍 리프트 장치가 사용되었다.그러나 이와 같은 종래 가변 밸브 리프트장치는 고속 혹은 저속 상태와 같은 2 내지 3단계의 특정 상태에 맞는 밸브 리프트 만을 가변시킬 수 있었으므로, 다양한 엔진의 운전상태에 따라 최상의 밸브 리프트를 제공할 수 없어 엔진의 성능을 향상시키는 데는 한계가 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 엔진의 운전 조건에 따라 밸브 리프트의 증감을 연속적으로 가변시킬 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 실용신안 공개번호 제1999-20417호 등으로 개시되어 있다.

상기 실용신안 공개번호 제1999-20417호는 도5에 도시한 바와 같이, 도시하지 않은 실린더 블록에 피스톤을 삽입하고, 상기 실린더 블록에 실린더 헤드(101)를 결합하여 상기 실린더 헤드(101)에 배기 포트(102)와 차단되는 밸브 가이드(103)를 형성하여 그 상부에 캠(105)의 회전에 의하여 하강되고 스프링(106)에 의해 상승되는 리프터(104)를 설치하고, 상기 밸브 가이드(103)의 하부에 하단에 배기 포트(102)를 개폐하는 밸브 헤드(108)가 형성되고 상단에 피스톤(109)을 형성한 배기 밸브(107)를 밸브 스프링(110)과 함께 일정길이의 유체실(111)이 형성되게 설치하며, 상기 유체실(111)에 액체 나트륨, 오일 등의 비압축성 작동유체(112)를 충전함과 동시에 상기 유체실(111)에 도관(113)으로 액츄에이터(114)를 설치하며, 상기 액츄에이터(114)는 실린더(115)의 일측에 솔레노이드 코일(116)을 설치하고, 상기 솔레노이드 코일(116) 사이에 스프링(118)으로 탄설된 플런저(117)를 설치함과 동시에 플런저(117)의 타단에 다이어프램(119)를 실린더(115)와 기밀이 유지되게 설치하며, 상기 솔레노이드 코일(116)에는 전자제어 유니트(120)를 연결하고, 전자제어 유니트(120)에는 회전수 센서의 신호를 입력토록 한 것이다.

이와 같이 구성된 종래 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 회전수 센서의 신호가 전자제어 유니트(120)에 입력되고, 전자제어 유니트(120)에서 솔레노이드 코일(116)에 출력되어 플런저(117)를 전후진 함에 의해 유체실(111)의 용적을 크게하거 작게 하여 밸브 리프트를 가변시키게 된다.

그런데, 종래 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 액츄에이터에 의해 유체실의 용적을 직접 가감하여 밸브 리프트를 가변시키는 구조이므로, 상기 유체실의 용적가감에 따라 밸브 스프링의 스프링력에 따라 밸브가 이동하는 경우가 생겨 밸브 리프트를 정확히 조절하기가 힘들다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 조절 스프링의 압축력을 조절하여 밸브 리프트를 정확히 조절하여 가변시킬 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 실린더 헤드에 형성되어 그 내부에 작동유체가 충전된 유체실과, 상기 유체실의 유체에 의해 푸시되는 밸브태핏이 상단에 결합되는 한편 탄성 복원력을 가하는 밸브 탄성수단(스프링)이 결합된 밸브와, 상기 유체실에 연통된 제1도관을 따라 슬라이딩하는 제1종동자와, 크랭크축과 연동하여 상기 제1종동자를 구동하는 제1캠과, 상기 유체실에 연통되는 제2도관을 따라 슬라이딩하는 제2종동자와, 상기 제2종동자를 구동시키는 구동수단을 구비하되, 상기 제2도관에는 상기 유체실의 유체에 의해 상기 제2종동자 측으로만 밀리도록 스토퍼에 의해 걸린 조절태핏이 결합되고, 상기 제2종동자와 상기 조절 태핏 사이에는 상기 제2종동자의 이동에 따라 압축되는 조절 탄성수단(스프링)이 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 유체실에는 부족한 오일을 공급하도록 오일 공급통로가 형성되고, 상기 오일 공급통로에는 상기 제1, 제2캠의 구동에 따라 오일이 압축될 시에 오일이 유출되지 않도록 첵 밸브가 설치되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(2)에는 그 내부에 작동유체(오일)이 충전된 유체실(4)이 형성되어 있다. 상기 유체실(4)에는, 후술하는 제1종동자가 슬라이딩하는 제1도관(4a)과, 후술하는 제2종동자 및 조절태핏이 슬라이딩하는 제2도관(4b)과, 후술하는 밸브 태핏이 슬라이딩하여 밸브가 여닫히게 하는 밸브도관(4c)이 연통하여 형성되어 있다.

상기 밸브도관(4c)에는 상기 유체실의 유체(오일)압에 의해 푸시되는 밸브태핏(6)이 상단에 결합된 밸브(8)가 설치되어 있다. 상기 밸브태핏(6)의 하측에는 상기 밸브(8)에 탄성 복원력을 가하기 위한 밸브 스프링(10)과, 상기 밸브 스프링(10)을 안착시키기 위한 리테이너(12) 등이 결합되어 있다.

상기 제1도관(4a)에는 도시하지 않은 크랭크 축과 연동하는 제1캠축(14)에 결합된 제1캠(16)에 의해 구동되어 슬라이딩하는 제1종동자(18)가 결합되어 있다.

상기 제2도관(4b)에는 구동수단(20)에 의해 제2도관(4b)의 내부면을 따라 슬라이딩하는 제2종동자(24)가 결합되어 있다.

상기 구동수단(20)은, 상기 제2종동자(24)에 밀착하여 이 제2종동자(24)를 이동시키는 제2캠(22)과, 상기 제2캠(22)이 고정되는 제2캠축(23)과, 상기 제2캠축(23)을 회전구동시키는 엑츄에이터(25)로 구성되어 있다. 상기 엑츄에이터(25)는 제어모터 등으로 되어 있다. 상기 구동수단(20)은 전자제어 유니트(27 : ECU)에 의해 제어된다.

상기 제2종동자(24)에서 유체실측에는 상기 유체실(4)의 유체에 의해 상기 제2종동자 측으로만 밀리도록 스토퍼(26)에 의해 걸린 조절태핏(28)이 슬라이딩 가능케 결합되고, 상기 제2종동자(24)와 상기 조절태핏(28) 사이에는 상기 제2종동자(24)의 이동에 따라 압축되는 조절스프링(30)이 삽입되어 있다.

상기 제2캠(22)은 상기 전자제어 유니트(27)를 통하여 제어되는 액츄에이터(25)에 의해 회전 구동되는 데, 제2캠(22)의 회전각과 제2종동자(24)의 이동량의 관계는 제2캠(22)의 형상에 의해 결정된다. 따라서 액츄에이터(25)에 의해 회전되는 제2캠(22)의 회전각으로 제2종동자(24)의 이동량을 조절할 수 있고 상기 조절스프링(30)의 압축량을 조절할 수 있다. 상기 조절스프링(30)의 초기 압축량에 따라 조절스프링(30)의 초기 압축력이 결정된다.

그리고, 상기 유체실(4)에는 부족한 오일을 공급하도록 오일 공급원(32)에 연통되는 오일 공급통로(34)가 형성되고, 상기 오일 공급통로(34)에는 상기 제1, 제2캠(16, 22)의 구동에 따라 유체(오일)가 가압될 시에 오일이 유출되지 않도록 첵 밸브(36)가 설치되어 있다.

한편, 다른 실시예로서, 상기 구동수단(20)은 엑츄에이터에 의해 회전되는 나사축으로 구성하고, 이 나사축에 상기 제2종동자를 결합하여 이 나사축의 회전에 따라 제2종동자를 슬라이딩시키는 구조로 구성할 수도 있다. 즉 액츄에이터에 의해 회전되는 나사축에 의해 제2종동자를 이동시킴으로써, 나사축의 회전각도에 따라 조절스프링의 압축량을 조절할 수 있다.

또한, 조절태핏의 움직임을 인식하는 센서를 장착하여 가변밸브 리프트 기구가 제대로 작동하는지를 감지할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에서, 유체를 통하여 상기 밸브태핏(6)을 푸시하는 기능을 하는 캠은 제1캠(16)인데, 제1캠축(14)에 결합된 제1캠(16)의 리프트 증가방향 회전에 따라 제1도관(4a)을 따라 슬라이딩하는 제1종동자(18)에 의해 오일이 가압되면, 이 오일의 압력에 의해 밸브 태핏(6)이 밀리게 되어 밸브(8)가 열리게 된다. 그리고 제1캠(16)이 리프트 감소방향 회전에 따라 밸브(8)는 닫히게 된다.

한편, 제2캠축(20)에 결합된 제2캠(22)의 리프트 증가방향 회전에 따라 제2종동자(24)가 밀리게 되면, 조절태핏(28)은 스토퍼(26)에 걸려 있으므로 조절스프링(30)이 압축되어 조절스프링(30)의 압축력이 증가하고, 제2캠(22)의 리프트 감소방향 회전에 따라 제2종동자(24)는 조절스프링(30)의 압축력을 감소하는 방향으로 일정량 움직이게 된다. 즉, 제2캠(22)의 회전각도에 따라 조절스프링(30)의 스프링 압축량(압축력)이 조절된다.

이때, 도2에 그래프로 조절스프링(30)과 밸브스프링(10)의 압축량에 따른 압축력을 표시한 바와 같이, 제2캠(22)의 회전에 따라 조절스프링(30)의 압축력이 밸브스프링(10)의 압축력보다 충분히 클 경우에는 조절태핏(28)이 유체실의 유체압력에 의해 제2종동자 측으로 밀리지 않고 스토퍼(26)에 걸린 상태를 유지하므로, 밸브태핏(6)은 제1캠(16)에 의해 구동되는 제1종동자(18)의 슬라이딩 운동에 따라 슬라이딩하게 되어 밸브(8)가 작동된다. 도2의 그래프에서 밸브스프링(10)이 압축되어도 조절스프링(30)의 압축력보다 항상 작으므로 조절태핏(28)은 움직이지 않고, 제1종동자(18)의 운동에 따라 밸브태핏(6) 및 밸브(8)만 운동하게 되는 것이다. 이러한 상태는 도4의 밸브 리프트 곡선에서 곡선 F로 나타낸 바와 같이 고속회전에서 밸브가 100% 열리는 경우에 해당한다.

그리고, 도3에 그래프로 조절스프링(30)과 밸브스프링(10)의 압축량에 따른 압축력을 표시한 바와 같이, 제2캠(22)의 회전에 따라 조절스프링(30)의 압축력이 밸브스프링(10)의 압축력보다 작을 경우에는, 조절태핏(28)이 유체실의 유체압력에 의해 제2종동자 측으로 밀리게 된다. 따라서, 조절스프링(30)의 압축력이 밸브스프링(10)의 압축력과 같게 되는 순간까지는, 제1종동자(18)가 슬라이딩 하더라도 밸브태핏(6) 및 밸브(8)가 움직이지 않고 조절태핏(28)만 제2종동자 측으로 움직인다. 그리고, 밸브스프링(10)과 조절스프링(30)의 압축력이 같아지면, 그 이후에는 밸브태핏(6)과 조절태핏(28)이 동일량으로 움직이게 되는데, 이때에는 제1종동자(18)의 이동량의 절반정도로 밸브(8)가 움직이게 되어 도4의 곡선 P로 나타낸 바와 같이 밸브 리프트가 줄어들어 밸브가 일부만 열리는 것이다.

본 발명에 의한 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 의하면, 조절 스프링의 압축력을 조절하여 밸브 리프트를 정확히 조절하여 가변시킬 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치의 구성도,

도2는 본 발명에서 조절스프링의 압축력이 밸브스프링의 압축력보다 큰 경우를 나타내는 그래프,

도3은 본 발명에서 조절스프링의 압축력이 밸브스프링의 압축력보다 작은 경우를 나타내는 그래프,

도4는 도2 및 도3의 경우의 밸브 리프트 곡선,

도5는 종래 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4 : 유체실 6 : 밸브태핏

8 : 밸브 10 : 밸브스프링

16 : 제1캠 18 : 제1종동자

20 : 구동수단 22 : 제2캠

24 : 제2종동자 26 : 스토퍼

28 : 조절태핏 30 : 조절스프링

34 : 오일 공급통로 36 : 첵밸브

Claims (3)

1. 실린더 헤드에 형성되어 그 내부에 작동유체가 충전된 유체실과,

   상기 유체실의 유체에 의해 푸시되는 밸브태핏이 상단에 결합되는 한편 탄성 복원력을 가하는 밸브 탄성수단이 결합된 밸브와,

   상기 유체실에 연통된 제1도관을 따라 슬라이딩하는 제1종동자와,

   크랭크축과 연동하여 상기 제1종동자를 구동하는 제1캠과,

   상기 유체실에 연통되는 제2도관을 따라 슬라이딩하는 제2종동자와,

   상기 제2종동자를 구동시키는 구동수단을 구비하되,

   상기 제2도관에는 상기 유체실의 유체에 의해 상기 제2종동자 측으로만 밀리도록 스토퍼에 의해 걸린 조절태핏이 결합되고,

   상기 제2종동자와 상기 조절 태핏 사이에는 상기 제2종동자의 이동에 따라 압축되는 조절 탄성수단이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구동수단은

   상기 제2종동자에 밀착하여 이 제2종동자를 이동시키는 제2캠과, 상기 제2캠이 고정되는 제2캠축과, 상기 제2캠축을 회전 구동시키는 엑츄에이터로 이루어 진 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 유체실에는 부족한 오일을 공급하도록 오일 공급통로가 형성되고,

   상기 오일 공급통로에는 상기 제1, 제2캠의 구동에 따라 오일이 압축될 시에 오일이 유출되지 않도록 첵 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.