KR20060006233A - 엔진의 밸브 스프링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 밸브 스프링 장치에 관한 것으로, 엔진이 저속 혹은 중속으로 운전될 때와, 엔진이 고속으로 운전될 때에 각각 다른 스프링 상수 값을 갖는 스프링으로 밸브를 지지하는 가변 스프링 수단을 구비하여, 엔진의 저속 혹은 중속의 운전 영역에서 상수 값이 낮은 스프링을 사용하고, 엔진의 고속 운전 영역에서는 높은 상수 값의 스프링을 사용하여 엔진의 운전 영역에 따라 적절한 상수 값을 갖는 스프링을 사용함으로써, 엔진의 불필요한 토크 손실을 줄여서 엔진의 성능을 향상시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

엔진의 밸브 스프링 장치{Valve Spring Device of Engine}

도 1은 종래 기술에 따른 스프링을 장착한 엔진의 밸브개폐기구를 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 스프링 장치를 구비한 엔진의 밸브개폐기구가 엔진의 저.중속 운전시의 작동상태도,

도 3은 본 발명에 따른 스프링 장치를 구비한 엔진의 밸브 개폐기구가 엔진의 고속 운전시의 작동상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 - 캠 샤프트 2 - 캠

3 - 로커 아암 4 - 밸브

5 - 유압식 밸브 리프트 어져스터 6,6a,6b - 스프링

7 - 리테이너 8 - 스프링 시이트

9 - 유압실린더 10 - 조절밸브

11 - 회전수 감지센서

본 발명은 차량에 사용되는 엔진의 밸브 개폐 기구의 스프링에 관한 것으로, 특히 엔진이 저속 혹은 중속으로 운전될 때에 밸브를 지지하는 상수 값이 낮은 스프링을 사용하는 반면에 고속으로 운전될 때에는 상수 값이 높은 스프링을 사용하여 엔진의 토크 손실을 방지할 수 있도록 된 엔진의 밸브 스프링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 사용되는 엔진은 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐하기 위한 밸브 개폐 기구를 구비하고 있는 바, 이러한 밸브 개폐 기구는 타이밍 기어와, 밸브 리프터, 푸시 로드, 흡기 및 배기 밸브, 로커 아암 등으로 구성되어 있다.

도 1은 종래의 밸브 개폐 기구의 한 예를 도시한 것으로, 실린더의 상부에 크랭크 샤프트와 일체로 회전되도록 캠 샤프트(1)가 타이밍 체인으로 연결되고, 상기 캠 샤프트(1)에는 소정 형상을 가진 캠(2)이 일체로 형성되며, 상기 캠 샤프트(1)에는 로커 아암(3)이 접촉되게 배열되면서 회동축을 중심으로 회동가능하게 설치되어 있다.

상기 로커 아암(3)은 그 중앙 부위가 원형을 이루면서 양측으로 연장된 아암(3a,3b)를 구비하고 있고, 그 한쪽 제1아암(3a)에는 밸브(4)가 접촉되게 설치되어 있는 반면에 다른 쪽 제2아암(3b)에는 유압식 밸브 리프트 어져스터(5; hydraulic lift adjustor)가 연결되어 있다.

상기 밸브(4)는 헤드(4a)와 이 헤드(4a)로부터 일체로 연장된 스템(4b)을 갖추고 있고, 상기 스템(4b)의 외주에는 밸브(4)를 탄력적으로 지지하기 위해 스프링(6)이 끼워지는 형태로 설치되어 있는 데, 이 스프링(6)은 그 일측이 리테이너(7) 에 의해 지지되는 반면에 타측은 스프핑 시이트(8)에 의해 지지되어 있다.

상기 스프링(6)은 밸브가 닫혀 있는 동안에 밸브를 밸브 시이트로 밀어서 실린더 안의 기밀을 유지하고, 밸브가 운동하는 동안에는 밸브가 캠의 모양대로 확실하게 작동하도록 밸브를 지지해 주는 역할을 하는 데, 이러한 스프링(6)은 밸브를 충분히 밸브 시이트로 밀어서 가스가 새지 않을 정도의 장력이 있어야 할 뿐만 아니라 최고 회전 속도로 장시간 엔진을 운전해도 충분히 견딜수 있는 내구성이 있어야 한다.

그런데, 종래에는 상기와 같은 조건을 구비한 스프링(6)을 사용하고 있지만, 그 스프링의 상수 값은 일정하게 한정되어 있어서, 엔진의 다양한 운전영역에 적합한 스프링 상수 값을 갖지 못하고 있었다. 즉, 저속 혹은 중속의 엔진 영역에는 스프링 상수 값을 낮게 하고, 엔진의 고속 운전 영역에서는 스프링 상수 값을 높게 하는 것이 엔진의 토크 손실을 줄일 수 있음에도 불구하고 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 상수 값을 가진 단일의 스프링을 사용함에 따라 엔진의 토크 손실을 야기시킨다고 하는 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 엔진의 저속 혹은 중속의 운전 영역에서 상수 값이 낮은 스프링을 사용하고, 엔진의 고속 운전 영역에서는 높은 상수 값의 스프링을 사용하여 엔진의 운전 영역에 따라 적절한 상수 값을 갖는 스프링을 사용함으로써, 엔진의 불필요한 토크 손실을 줄여서 엔진의 성능을 향상시킬 수 있도록 된 엔진의 밸브 스프링 장치를 제공함에 그 목 적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진이 저속 혹은 중속으로 운전될 때와, 엔진이 고속으로 운전될 때에 각각 다른 스프링 상수 값을 갖는 스프링으로 밸브를 지지하는 가변 스프링 수단을 구비하고 있다.

바람직하기로는, 상기 가변 스프링 수단이 상기 밸브의 외주에 끼워져 엔진의 전체 운전 영역에서 상기 밸브를 지지하는 제1스프링과, 상기 밸브의 외주에 끼워져 엔진이 고속으로 운전될 때에만 상기 밸브를 지지하는 제2스프링을 갖춘 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1스프링은 상기 밸브의 외주에 소정 간격을 두고 각각 설치된 리테이너와 스프링 시이트 사이에 상기 밸브를 지지하도록 설치되고, 상기 제2스프링은 엔진의 운전영역에 따라 제2스프링을 상승시켜 상기 리테이너와 접촉되게 하거나 상기 제2스프링을 하강시켜 상기 리테이너와 이격되도록 하는 가변 지지장치로 지지된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 가변 지지장치가 상기 제2스프링의 일단이 고정되게 부착된 피스톤을 구비한 유압실린더와, 이 유압실린더에 압유를 공급하거나 드레인시키는 조절밸브가 연결되며, 엔진의 회전수를 감지하여 엔진이 고속으로 운전될 때에는 상기 조절밸브를 통해 오일이 공급되도록 하여 상기 제2스프링의 타단이 상기 리테이너에 접촉되도록 하는 반면에 엔진이 저속 혹은 중속으로 운전될 때에는 상기 조절밸브를 통해 공급된 오일이 드레인 되도록 하여 상기 제2스프링의 타단이 상기 리테이너로부터 이격되도록 하는 엔진제어유니트가 상기 조절밸브에 연결된 것을 특 징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 스프링 장치를 구비한 엔진의 밸브개폐기구가 엔진의 저속 혹은 중속 운전시의 작동상태를 도시한 것으로, 실린더의 상부에 크랭크 샤프트와 일체로 회전되도록 타이밍 체임으로 연결된 캠 샤프트(1)와, 상기 캠 샤프트(1)에 일체로 형성된 소정 형상을 가진 캠(2), 상기 캠 샤프트(1)에 접촉되게 배열되면서 회동축을 중심으로 회동가능하게 설치됨과 더불어 원형을 이루는 중앙 부위에서 양측으로 연장된 아암(3a,3b)을 구비한 로커 아암(3), 이 로커 아암(3)의 한쪽 제1아암(3a)에 접촉되게 설치된 밸브(4), 상기 로커 아암(3)의 타측 아암(3b)에 연결된 유압식 밸브 리프트 어져스터(5; hydraulic lift adjustor) 및, 상기 밸브(4)의 스템(4b)에 끼워져 리테이너(7)와 스프링 시이트(8)로 지지된 제1스프링(6a)을 갖춘 구성은 도 1과 동일하지만, 상기 스프링(6a)은 엔진이 저속 혹은 중속으로 작동할 때에만 상기 밸브(4)를 지지하도록 되어 있다.

그리고, 엔진이 고속으로 작동할 때에는 별도의 스프링을 추가하여 높은 상수 값으로 상기 밸브(4)를 지지하기 위해 제2스프링(6b)이 구비되어 있는 데, 이 제2스프링(6b)의 일단은 상기 리테이너(7)로부터 연장된 부위에 지지되고, 타단은 유압실린더(9)의 피스톤(9a)에 안착되어 지지되며, 상기 피스톤(9a)의 바닥면에는 스톱퍼(9b)가 부착되어 있다.

또한, 상기 유압실린더(9)는 조절밸브(10)를 통해 엔진의 실린더 헤드와 연 결되어, 실린더 헤드를 순환하는 오일로부터 압유를 공급받거나 오일을 드레인시키게 되어 있고, 상기 조절밸브(10)를 제어하기 위해 엔진제어유니트(ECU)가 연결되어 있으며, 상기 ECU에는 엔진의 회전수를 감지하는 회전수 감지센서(11)가 연결되어 있다.

이에 따라, 엔진이 저속 혹은 중속으로 동작할 때에는 상기 ECU가 회전수 감지센서(11)를 매개로 이를 감지하여 도 2에 도시된 바와 같이 상기 조절밸브(10)를 제어해서 상기 유압실린더(9)내로 오일이 공급되지 않게 하거나 혹은 공급된 오일이 드레인 되게 함으로써, 상기 피스톤(9a)은 그 자중에 의해 하강하여 유압실린더(9)의 바닥면에 스톱퍼(9b)를 매개로 지지되고, 상기 피스톤(9a)에 지지된 제2스프링(6b)도 하강하여 상기 리테이너(7)로부터 이격됨으로써, 상기 제1스프링(6a)만이 상기 밸브(4)를 지지하게 된다. 그러므로, 상기 밸브(4)는 단지 하나의 저속 혹은 중속용 제1스프링(6a)만으로 낮은 스프링 상수 값으로 지지되어, 엔진의 저속 혹은 중속의 운전시에 밸브(4)가 엔진의 운전 영역에 적합하게 지지된 상태로 작동하게 됨으로써, 엔진의 불필요한 토크 손실을 방지하게 된다.

한편, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 상기 ECU가 회전수 감지센서(11)를 매개로 이를 감지하여 도 3에 도시된 바와 같이 상기 조절밸브(10)를 제어해서 상기 유압실린더(9)내로 오일이 공급되게 하고, 이로 인해 상기 피스톤(9a)이 유압에 의해 유압실린더(9)의 상단까지 상승하게 되며, 상기 피스톤(9a)에 안착되어 지지된 제2스프링(6b)도 상승하여 상기 리테이너(7)와 접촉하게 되어, 상기 밸브(4)는 2개의 제1,2스프링(6a,6b)에 의해 지지되게 된다.

따라서, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 상기 2개의 제1,2스프링(6a,6b)의 상수 값을 합한 상대적으로 높은 상수 값을 가진 복합 스프링으로 지지되어, 엔진의 고속 운전시에 밸브(4)가 엔진의 운전 영역에 적합하게 지지된 상태로 작동하게 됨으로써, 엔진의 성능을 향상을 시킬 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 밸브 스프링 장치에 의하면, 엔진이 저속이나 혹은 중속으로 운전될 때에는 낮은 스프링 상수 값을 갖는 스프링으로 밸브를 지지하도록 하고, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 상대적으로 높은 스프링 상수 값을 복합 스프링으로 밸브를 지지하도록 하여, 엔진의 운전 영역에 따라 적합한 스프링 상수 값을 밸브를 지지토록 함으로써, 엔진의 불필요한 토크 손실을 방지할 뿐만 아니라 엔진의 성능도 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (4)

1. 엔진이 저속 혹은 중속으로 운전될 때와, 엔진이 고속으로 운전될 때에 각각 다른 스프링 상수 값을 갖는 스프링으로 밸브를 지지하는 가변 스프링 수단을 구비한 엔진의 밸브 스프링 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가변 스프링 수단이 상기 밸브의 외주에 끼워져 엔진의 전체 운전 영역에서 상기 밸브를 지지하는 제1스프링과, 상기 밸브의 외주에 끼워져 엔진이 고속으로 운전될 때에만 상기 밸브를 지지하는 제2스프링을 갖춘 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 스프링 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1스프링은 상기 밸브의 외주에 소정 간격을 두고 각각 설치된 리테이너와 스프링 시이트 사이에 상기 밸브를 지지하도록 설치되고, 상기 제2스프링은 엔진의 운전영역에 따라 제2스프링을 상승시켜 상기 리테이너와 접촉되게 하거나 상기 제2스프링을 하강시켜 상기 리테이너와 이격되도록 하는 가변 지지장치로 지지된 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 스프링 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 가변 지지장치가 상기 제2스프링의 일단이 고정되게 부착된 피스톤을 구비한 유압실린더와, 이 유압실린더에 압유를 공급하거나 드레인시키는 조절밸브가 연결되며, 엔진의 회전수를 감지하여 엔진이 고속으로 운전될 때에는 상기 조절밸브를 통해 오일이 공급되도록 하여 상기 제2스프링의 타단이 상기 리테이너에 접촉되도록 하는 반면에 엔진이 저속 혹은 중속으로 운전될 때에는 상기 조절밸브를 통해 공급된 오일이 드레인 되도록 하여 상기 제2스프링의 타단이 상기 리테이너로부터 이격되도록 하는 엔진제어유니트가 상기 조절밸브에 연결된 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 스프링 장치.

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