KR20050111805A - 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더헤드에 제어축을 회전 가능하게 장착하는 동시에 팔로우 링크를 밸브와 연결 장착하여, 제어축의 슬라이딩 가이드에 의하여 팔로우 링크의 리프트(승하강) 중심(고정)지점이 가변되도록 함으로써, 밸브의 최대 리프트 및 최소 리프트를 용이하게 조절할 수 있도록 한 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 일측에 원호 모양의 가이드홀이 형성되고, 반대측 상면에는 캠축상의 캠과 접촉하는 접촉면이 형성되며 그 끝단 저면에는 밸브의 상단끝과 체결되는 팔로우 링크와; 상기 캠축과 평행을 이루며 실린더 헤드에 회전 가능하게 장착되는 제어축과; 상단은 상기 제어축에 일체로 성형되고, 하단은 상기 가이드홀에 삽입되어 각운동을 하게 되는 슬라이딩 가이드와; 상기 제어축에 회전력을 제공하는 구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치를 제공한다.

Description

자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치{Variable valve lift device for vehicle}

본 발명은 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더헤드에 제어축을 회전 가능하게 장착하는 동시에 팔로우 링크를 밸브와 연결 장착하여, 제어축의 슬라이딩 가이드에 의하여 팔로우 링크의 리프트(승하강) 중심(고정)지점이 가변되도록 함으로써, 밸브의 최대 리프트 및 최소 리프트를 용이하게 조절할 수 있도록 한 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 관한 것이다.

통상적으로, 가솔린 엔진에 있어서 흡배기 밸브가 갖는 기능은 실린더 내의 흡기와 배기의 흐름을 제어하고, 실린더 내의 기밀을 유지하는데 있으며, 압축행정과 폭발행정시에는 흡배기 밸브 모두가 닫혀 실린더 내의 기밀을 유지하고, 흡입 행정과 배기행정시에는 각각 흡기밸브 혹은 배기밸브만 열리게 되어 연료가스의 흡입과 연소가스의 배출이 이루어진다.

대개, 밸브의 형식은 캠축 및 밸브의 설치 위치에 따라 SV(Side Valve), OHV(Over Head Valve), OHC(Over Head Cam Shaft) 등으로 나누어지고, 상기 OHC형식 중 흡배기 밸브에 각각 전용의 캠축을 갖춘 DOHC(Double Over Head Cam Shaft)가 차량 엔진에 주로 적용되고 있다.

상기 밸브의 개폐는 캠축에 형성한 캠이 밸브의 단부를 푸시(push)함으로써 이루어지고, 상기 캠축은 크랭크축의 구동력을 타이밍 벨트 또는 체인 등을 통해 전달받아 회전하며, 대개 캠은 밸브와의 마찰 혹은 마멸을 적게 하기 하여 접촉면이 원호 모양으로 형성된다.

한편, 상기 밸브의 기밀성, 흡배기 가스의 양 등을 결정짓는 중요한 요소는 밸브 리프트(Valve Lift)이다.

상기 밸브 리프트는 밸브 페이스(valve face)가 밸브 시트(seat)로부터 얼마 만큼 떨어져 있는가를 나타내는 척도로서, 일반적으로 흡기밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 흡입시 실린더 내로 유입되는 연료가스의 양이 많아지고, 배기밸브의 경우 밸브 리프트가 클수록 배기시 배출되는 연소 가스의 양이 늘어나 흡배기 효율이 높아진다.

그러나, 종래의 일반캠으로는 밸브 리프트를 변화시킬 수 없고, 이에 고정된 리프트를 특정 RPM에 고정해야 하기 때문에 연비 및 출력의 최적화를 도모할 수 없다.

따라서, 여러가지 형태의 가변 밸브 기구가 개발되고 있으며, 이러한 종래의 가변 밸브 기구들은 공통적으로 일반 캠과 완전히 다른 동적 거동 및 기구들의 배치로 인하여 그 레이아웃(layout)에 어려움이 있고, 또한 무빙 파트(moving part)들이 늘어나 신뢰성 및 제어성이 복잡한 문제점이 있으며, 기존에 개발된 부품 예를들어 듀얼 CVVT와 같은 부품과 연계 사용이 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 개발된 것으로서, 한쪽에 원호 모양의 가이드홀이 형성되고 반대쪽에 캠과 접촉되는 롤러가 구름 가능하게 부착된 팔로우 링크와, 상기 가이드홀에 삽입되어 각운동을 하게 되는 슬라이딩 가이드 및 이 슬라이딩 가이드를 각운동시키는 제어축을 포함하는 구성을 통하여, 팔로우 링크의 승하강 중심(고정) 지점이 가변되도록 함으로써, 팔로우 링크와 연결된 밸브의 최대 리프트 및 최소 리프트를 용이하게 조절할 수 있도록 한 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측에 원호 모양의 가이드홀이 형성되고, 반대측 상면에는 캠축상의 캠과 접촉하는 접촉면이 형성되며 그 끝단 저면에는 밸브의 상단끝과 체결되는 팔로우 링크와; 상기 캠축과 평행을 이루며 실린더 헤드에 회전 가능하게 장착되는 제어축과; 상단은 상기 제어축에 일체로 성형되고, 하단은 상기 가이드홀에 삽입되어 각운동을 하게 되는 슬라이딩 가이드와; 상기 제어축에 회전력을 제공하는 구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 팔로우 링크에는 캠과 구름 접촉하는 롤러가 부착된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 구동수단은 제어축의 외경면에 일체로 형성되는 원호형 기어와; 이 원호형 기어와 맞물리는 기어를 축으로 가지면서 전원공급수단과 연결된 스텝모터와; 상기 스텝모터에 회전각 및 구동 시간을 제어하기 위하여 연결되는 전자제어유니트로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치를 나타내는 개략도이다.

본 발명은 밸브의 상단부에 원호 모양의 가이드홀을 갖는 팔로우 링크를 연결하여, 팔로우 링크의 승하강 중심(고정) 지점이 가변되도록 함으로써, 밸브의 최대 리프트 및 최소 리프트가 조절될 수 있게 한 점에 주안점이 있다.

상기 팔로우 링크(10)는 일측단부에 원호 모양의 가이드홀(12)이 형성되고, 반대측 단부에는 캠축(18)상의 캠(14)과 접촉하는 접촉면이 형성되는 바, 바람직하게는 캠(14)과 접촉하는 접촉면에 구름 가능한 롤러(16)를 부착하여, 캠(14)과의 구름 접촉이 이루어지도록 한다.

또한, 상기 팔로우 링크(10)의 반대쪽 끝단부 저면과 상기 밸브(20)의 상단끝이 용접 또는 억지끼움 등의 방식으로 서로 결합된다.

한편, 상기 캠축(18)과 평행을 이루며 실린더 헤드(미도시됨)에 제어축(22)이 회전 가능하게 장착되는 바, 이 제어축(22)에는 슬라이딩 가이드(24)가 일체로 형성된다.

상기 슬라이딩 가이드(24)는 소정 길이를 갖는 바 형태로서, 그 하단이 상기 팔로우 링크(10)의 가이드홀(12)에 삽입되어 각운동을 하게 된다.

이때, 상기 제어축(22)과 상기 팔로우 링크(10)의 가이드홀(12) 양끝단은 부채꼴 형상을 띠게 되며, 제어축(22)의 회전 구동과 함께 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단은 상기 가이드홀(12)을 따라 각운동을 하게 된다.

상기 제어축(22)에 회전(각운동)력을 제공하는 구동수단은 첨부한 도 3에 도시한 바와 같이, 제어축(22)의 외경면에 원호형 기어(26)가 일체로 형성되고, 이 원호형 기어(26)에 스텝모터(28)의 축인 기어(30)를 맞물리게 하여 달성된다.

물론, 상기 기어(30)를 축으로 갖는 스텝모터(28)에는 전원공급수단이 연결되고, 또한 스텝모터(28)의 회전각 및 구동 시간을 제어하는 전자제어유니트(32)가 더 연결될 수 있다.

즉, 상기 전자제어유니트(32)에서 엔진의 운전조건(각 rpm 및 로드(load) 상태)에 따라 상기 스텝모터(28)의 회전각 및 구동 시간을 제어하여, 제어축(22)의 회전량과 슬라이딩 가이드(24)의 각운동량이 조절되도록 한다.

여기서, 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 조절장치의 작동상태를 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 밸브 리프트가 최대로, 도 2는 최소로 조절된 상태를 나타내는 개략도이다.

차량 엔진의 운전조건에 따라 전자제어유니트(32)에서 엔진의 운전조건(각 rpm 및 로드(load) 상태)에 따라 상기 스텝모터(28)에 회전 구동신호를 보내는 동시에 스텝모터(28)의 축인 기어(30)가 일방향으로 회전을 하게 된다.

이어서, 상기 스텝모터(28)의 기어(30)와 맞물려 있던 원호형 기어(26)가 회전하여 제어축(22)이 소정의 각도로 회전을 하게 되고, 제어축(22)과 일체로 된 슬라이딩 가이드(24)의 하단이 동일한 각도로 회전을 하게 된다.

보다 상세하게는, 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단이 상기 팔로우 링크(10)의 가이드홀(12)을 따라 좌측 또는 우측으로 슬라이드 이동되는 바, 가이드홀(12)의 가장 우측(밸브쪽) 위치까지 이동되어 고정된 상태는 밸브(20)의 최대 리프트 상태이고, 가이드홀(12)의 가장 좌측(밸브 반대쪽) 위치까지 이동되어 고정된 상태는 밸브(20)의 최소 리프트 상태가 되며, 이와 같이 상기 슬라이딩 가이드(24)의 최종 고정지점은 캠(14)의 리프트 작동에 의한 상기 팔로우 링크(10)의 리프트(승하강) 중심점이 된다.

즉, 상기 팔로우 링크(10)의 가이드홀(12)의 가장 우측 또는 좌측 위치로 이동 고정된 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단은 상기 밸브(20)와 결합된 팔로우 링크(10)의 반대쪽 단부가 상하로 리프트되는 일종의 힌지 고정(중심)점 역할을 하게 된다.

따라서, 상기 팔로우 링크(10)에 부착된 롤러(16)와 구름 접촉되면서 상기 캠(14)의 상하 리프트 작동이 이루어지면, 밸브(20)와 결합된 팔로우 링크(10)의 반대측 단부가 상하로 리프팅되어, 결국 밸브(20)는 개폐를 위한 승하강 작동을 하게 된다.

여기서, 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단이 상기 팔로우 링크(10)의 가이드홀(12)의 가장 우측에 위치된 상태는 밸브(20)가 최대 리프트로 조절된 상태인 바, 그 이유를 예를들어 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 의하여 밸브 리프트가 최대로 조절된 상태를 설명하는 개략도이다.

일반적으로, 연비형 2단 태핏에서 쓰이는 최대 밸브 리프트(Lmax)는 약 9mm이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 상기 캠(14)의 중심(또는 롤러의 중심)에서 밸브(20)까지의 거리(L)를 20mm로 설계하고, 캠의 리프트(CL)를 4.5mm로 설계하면, 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단(팔로우 링크의 가이드홀의 가장 우측에 위치된 상태)에서 캠(14)까지의 거리(X)를 삼각법 계산식에 의거하여 구할 수 있다.

(X+20)/X = Lmax/CL

(X+20)/X = 9/4.5 → 9X = 4.5X+90 → 4.5X = 90

X=20mm

따라서, 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단(팔로우 링크의 가이드홀의 가장 우측에 위치된 상태)에서 캠(14)까지의 거리(X)는 20mm로 설계한다.

여기서, 상기 슬라이딩 가이드의 하단이 상기 팔로우 링크의 가이드홀의 가장 좌측에 위치된 상태는 밸브가 최소 리프트로 조절된 상태인 바, 그 이유를 예를들어 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 의하여 밸브 리프트가 최소로 조절된 상태를 설명하는 개략도이다.

통상, 연비형 2단 태핏에서 쓰이는 최소 밸브 리프트(Lmin)는 약 6mm이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 캠(14)의 중심(또는 롤러의 중심)에서 밸브(20)까지의 거리(L)를 20mm로 설계하고, 캠(14)의 리프트(CL)를 4.5mm로 설계하면, 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단(팔로우 링크의 가이드홀의 가장 좌측에 위치된 상태)에서 캠까지의 거리(X)를 삼각법 계산식에 의거하여 구할 수 있다.

(X+20)/X = Lmin/CL

(X+20)/X = 6/4.5 → 6X = 4.5X+90 → 1.5X = 90

X=60mm

따라서, 상기 슬라이딩 가이드(24)의 하단(팔로우 링크의 가이드홀의 가장 우측에 위치된 상태)에서 캠(14)까지의 거리(X)는 60mm로 설계한다.

이와 같이, 밸브의 최대 및 최소 리프트를 알고, 캠과 밸브간의 거리를 알면, 팔로우 링크의 길이 및 가이드홀의 길이 그리고 슬라이딩 가이드의 이동 거리 등을 구할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 의하면, 실린더 헤드에 회전 가능하게 장착되는 제어축과, 이 제어축의 슬라이딩 가이드가 삽입되도록 원호 모양의 가이드홀이 형성된 구조의 팔로우 링크를 구비하여, 팔로우 링크의 승하강 중심(고정) 지점이 가변되도록 함으로써, 팔로우 링크와 연결된 밸브의 최대 리프트 및 최소 리프트를 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 가변 밸브 리프트 조절장치는 그 구조가 간단하여 부품수가 적게 들기 때문에 원가절감을 도모할 수 있고, 실린더 헤드에 대한 레이아웃이 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치로서, 밸브 리프트가 최대로 조절된 상태를 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치로서, 밸브 리프트가 최소로 조절된 상태를 나타내는 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치로서, 제어축 및 그 구동수단을 나타내는 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 의하여 밸브 리프트가 최대로 조절된 상태를 설명하는 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 의하여 밸브 리프트가 최소로 조절된 상태를 설명하는 개략도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 팔로우 링크 12 : 가이드홀

14 : 캠 16 : 롤러

18 : 캠축 20 : 밸브

22 : 제어축 24 : 슬라이딩 가이드

26 : 원호형 기어 28 : 스텝모터

30 : 기어 32 : 전자제어유니트

Claims (3)

1. 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치에 있어서,

   일측에 원호 모양의 가이드홀이 형성되고, 반대측 상면에는 캠축상의 캠과 접촉하는 접촉면이 형성되며 그 끝단 저면에는 밸브의 상단끝과 체결되는 팔로우 링크와;

   상기 캠축과 평행을 이루며 실린더 헤드에 회전 가능하게 장착되는 제어축과;

   상단은 상기 제어축에 일체로 성형되고, 하단은 상기 가이드홀에 삽입되어 각운동을 하게 되는 슬라이딩 가이드와;

   상기 제어축에 회전력을 제공하는 구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 팔로우 링크에는 캠과 구름 접촉하는 롤러가 부착된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 구동수단은 제어축의 외경면에 일체로 형성되는 원호형 기어와;

   상기 원호형 기어와 맞물리는 기어를 축으로 가지면서 전원공급수단과 연결된 스텝모터와;

   상기 스텝모터에 회전각 및 구동 시간을 제어하기 위하여 연결되는 전자제어유니트로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 밸브 리프트 조절장치.