KR20060014190A - 로커암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 로커암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 캠의 회전에 따라 각운동하는 로커암이 결합되고, 상기 로커암의 단부에는 밸브가 밸브 스프링에 의해 탄력지지된 로커암 밸브 트레인계에 있어서, 상기 로커암은 이송축(30)에 의해 연결되는 밸브 작동암부(28)와 캠 롤러암부(26)로 나누어지되, 상기 이송축의 외부에는, 밸브 작동암부와 상기 캠 롤러암부를 일체로 운동케 하는 암 스프링(38)이 결합되는 한편, 상기 밸브 스프링과 상기 암 스프링의 힘에 따라 상기 이송축의 길이방향으로 이동하여 상기 캠 롤러암부에서 상기 밸브 작동암부로 동력전달을 차단하는 로킹 피스톤(40)이 결합되어 있으므로, 외부 공간차지율 및 부품수를 줄이고 구조를 간단히 하는 효과가 있다.

Description

로커암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치{continuous variable valve lift apparatus of rocker arm valve train system}

도1은 종래 일반적인 로커암 밸브 트레인을 나타내는 사시도,

도2는 본 발명의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 적용된 로커암 밸브 트레인계를 나타내는 구성도,

도3은 도2의 평면도,

도4는 도2에서 밸브 작동암부와 캠 롤러암부가 이송축에 의해 연결되는 부분을 나타내는 단면도,

도5는 도4의 로킹 피스톤과 안내부재 및 밸브 작동암부를 나타내는 사시도,

도6a 및 도6b는 본 발명에서 밸브 휴지상태를 나타내는 작용상태도,

도7a 및 도7b는 본 발명에서 완전 리프트 상태를 나타내는 작용상태도.

도8a, 도8b 및 도8c는 본 발명에서 부분 리프트 상태를 나타내는 작용상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

22 : 캠 26 : 캠 롤러암부

28 : 밸브 작동암부 30 : 이송축

32 : 밸브 34 : 밸브 스프링

38 : 암 스프링 40 : 로킹 피스톤

42 : 스프링 압축부 44 : 안내부재

본 발명은 로커암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

내연기관에서는 엔진의 크랭크 샤프트의 회전력을 전달받은 캠 샤프트가 회전되고, 상기 캠 샤프트에 형성된 캠에 의해 흡기 및 배기 밸브가 일정간격을 상하로 왕복운동하면서 연소실에 흡입공기가 공급되고, 연소가스가 배기되는 과정을 거쳐, 혼합기를 압축 및 폭발시켜서 동력을 얻는 과정이 반복된다.

상기와 같이 흡기 및 배기밸브를 작동시키기 위한 캠과 캠 샤프트, 태핏, 로커암 등의 일련의 기구들은 밸브 트레인이라 한다.

도1은 종래 일반적인 로커암 밸브 트레인의 한 예를 도시한 것으로서, 캠 샤프트(11)에는 다수의 캠(12)이 소정의 간격을 두고 형성되고, 상기 캠(12)의 하측에 피봇점(13)을 기준으로 각운동하는 로커암(14)이 형성된다. 또, 상기한 로커암(14)의 외측 끝 하측에는 밸브(15)가 밸브 스프링(16)에 의해 탄력지지된 채로 실린더 헤드의 흡기 포트 혹은 배기 포트에 형성된다.

즉, 상기한 캠 샤프트(11)가 회전하면 회전반경을 달리하는 캠(12)에 의해서 로커암(14)의 롤러가 상하로 밀리게 된다. 그러면 상기한 로커암(14)은 피봇점(13) 을 기준으로 각운동을 하게 되고, 로커암(14)의 외측 끝단은 밸브(15)의 스템엔드부에 일정간격으로 힘을 가하게 된다. 따라서 밸브(15)는 밸브 스프링(16)의 탄발력을 이기고 하강하게 되고, 캠(12)의 위치가 바뀌게 되어 상기한 로커암(14)이 상측으로 각운동하는 상태가 되면 밸브(15)는 밸브 스프링(16)의 탄발력에 의해 다시 상승하게 된다. 이와 같이 밸브 트레인(10)의 작동에 의해 흡기 및 배기 밸브는 소정의 간격으로 개폐가 반복해서 이루어지게 된다.

이러한 밸브 트레인은 캠의 운동에 의한 1자유도계의 운동을 함으로써 고속의 엔진 작동 조건 및 저속의 엔진 작동조건과 같은 엔진 운행 조건에 따른 밸브 트레인의 변경이 불가능하므로, 이를 개선하여 엔진의 저/고속 운전영역에 따라 밸브 리프트의 작동이 가변되도록 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치가 개발되어 있다.

현재 개발된 연속 가변 밸브 리프트 장치는 로커암 밸브 트레인 계에서만 구현되어 있는데, ECU의 제어를 받는 DC 모터로 스핀들을 회전시키고, 상기 스핀들에 연결된 콘트롤 레버에 의하여 콘트롤 샤프트가 회전되어 캠과 접촉되는 부위를 변경시켜 밸브 리프트를 변경시키는 구조로 되어 있다.

그런데, 로커암 밸브 트레인계에 구현된 종래 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 콘트롤 캠, 레스트 레버 등 밸브 리프트를 가변시키기 위한 주변 시스템이 많은 공간을 차지하며 부품수가 많아 제조비용이 높다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발 명의 목적은 외부 공간차지율 및 부품수가 줄고 구조가 간단한 로커암 밸브 트레인 계의 연속가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 로커암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 캠의 회전에 따라 각운동하는 로커암이 결합되고, 상기 로커암의 단부에는 밸브가 밸브 스프링에 의해 탄력지지된 로커암 밸브 트레인계에 있어서, 상기 로커암은 이송축에 의해 연결되는 밸브 작동암부와 캠 롤러암부로 나누어지되, 상기 이송축의 외부에는, 밸브 작동암부와 상기 캠 롤러암부를 일체로 운동케 하는 암 스프링이 결합되는 한편, 상기 밸브 스프링과 상기 암 스프링의 힘에 따라 상기 이송축의 길이방향으로 이동하여 상기 캠 롤러암부에서 상기 밸브 작동암부로 동력전달을 차단하는 로킹 피스톤이 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 작동암부와 상기 로킹 피스톤에는 상기 캠 롤러암부에 고정된 안내부재의 안내구멍에 끼워져 서로 접촉하여 미끄러지는 쐐기면을 가진 돌출부가 형성되어 있다.

상기 캠 롤러암부와 상기 로킹 피스톤에는 상기 밸브 작동암부에 고정된 안내부재의 안내구멍에 끼워져 서로 접촉하여 미끄러지는 쐐기면을 가진 돌출부가 형성된 구조로 구성될 수도 있다.

상기 이송축의 외주면에는 상기 암 스프링의 스프링력을 조절하도록 이송축의 회동에 따라 이송축의 길이방향으로 이동하는 스프링 압축부가 나사결합되어 있 다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 본 발명이 적용된 로커암 밸브 트레인(20)은 캠(22)이 형성된 캠축(24)의 회전에 따라 각운동하는 로커암이 캠 롤러암부(26)와 밸브 작동암부(28)로 나누어져 이송축(30)에 의해 연결되어 있고, 상기 밸브 작동암부(28)의 단부에는 밸브(32)가 밸브 스프링(34)에 의해 탄력지지되어 있다. 상기 캠 롤러암부(26)의 일단부에는 상기 캠(22)에 접촉하여 회동하는 롤러(36)가 결합되어 있다.

상기 캠 롤러암부(26)의 타단부는 상기 밸브 작동암부(28)의 내측에 끼워져 상기 이송축(30)에 의해 연결되어 있는데, 도4에 도시한 바와 같이 상기 캠 롤러암부의 타단 내부에는 상기 이송축(30)의 외부에 결합되어 밸브 작동암부(28)와 상기 캠 롤러암부(26)를 일체로 운동케 하는 암 스프링(38)이 결합되는 한편, 상기 밸브 스프링(34)과 상기 암 스프링(38)의 힘에 따라 상기 이송축(30)의 길이방향으로 이동하여 상기 캠 롤러암부(26)에서 상기 밸브 작동암부(28)로 동력전달을 차단하는 로킹 피스톤(40)이 결합되어 있다. 그리고, 상기 이송축(30)의 외주면에는 상기 암 스프링(38)의 스프링력을 조절하도록 이송축(30)의 회동에 따라 이송축의 길이방향으로 이동하는 스프링 압축부(42)가 나사결합되어 있다.

상기 캠 롤러암부(26)와 상기 밸브 작동암부(28)는 상기 이송축의 길이방향을 따라 대칭으로 형성되어, 상기 암 스프링(38)과 로킹 피스톤(40)과 상기 스프링 압축부(42)는 상기 이송축의 길이방향 양측에 각각 형성되어 있다. 상기 한쌍의 스 프링 압축부(42)는 상기 이송축(30)의 외주면에 서로 반대방향의 나사산에 의해 결합되어 있어, 상기 이송축(30)이 한방향으로 회전시에 상기 양측의 스프링 압축부(42)는 서로 반대방향으로 움직이게 된다.

상기 암 스프링(38)은 상기 스프링 압축부(42)와 상기 로킹 피스톤(40) 사이에 그 양측이 걸리게 삽입되어 있다.

그리고, 상기 밸브 작동암부(28)와 상기 로킹 피스톤(40)에는 상기 캠 롤러암부(26)에 고정된 안내부재(44)에 끼워져 서로 접촉하여 미끄러지는 쐐기면(S)을 가진 곡판형태의 돌출부(28a, 40a)가 형성되어 있다. 도5는 상기 로킹 피스톤(40)과 안내부재(44) 및 밸브 작동암부(28)를 나타내는 사시도인데, 도면에서는 상기 쐐기면(S)을 가진 돌출부(28a)는 설명의 편의를 위해 상기 밸브 작동암부(28)에서 분리된 상태로 도시되어 있다.

상기 안내부재(44)에는 상기 돌출부(28a, 40a)가 끼워지도록 안내부재(44)의 중심을 기준으로 원호형태로 장공을 이루는 안내구멍(44a)이 형성되어 있다.

상기 돌출부(28a, 40a) 및 안내구멍(44a)은 각각 서로 180도 간격으로 배열되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 로크암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치에서, 밸브 작동시 밸브 스프링(34)에 의해 발생되는 스프링력에 의해 밸브 작동암부(28)는 반작용 토크를 받고 있으며, 이 힘이 아암 스프링(38)의 힘보다 커지게 되면 로킹 피스톤(40)의 돌출부의 쐐기면(S)에 의해 회전력이 이송축방향 힘으로 바뀌게 되어 로킹 피스톤(40)이 밀리게 된다. 따라서 캠 롤러암부(26)는 캠(22) 형상에 의해 일정하게 레버 운동을 하고 있지만, 밸브 작동암부(28)는 로킹 피스톤(40)이 뒤로 밀리는 만큼 레버 운동을 멈추게 된다. 즉, 밸브 작동암부(28)는, 로킹 피스톤(40)이 뒤로 밀리기 전까지는 상기 캠 롤러암부(26)와 일체로 레버 운동을 하게 되지만, 로킹 피스톤(40)이 뒤로 밀리는 동안에는 레버 운동을 하지 않고 정지하게 된다.

이러한 밸브 작동암부의 레버운동은 상기 이송축(30)을 회전시킴에 따라 이동되는 스프링 압축부(42)에 의한 암 스프링(38)의 힘에 따라 조정된다.

즉, 도6에 도시한 바와 같이, 이송축(30)에 의해 암 스프링(38)의 힘이 밸브 장착하중 상태의 힘과 동등하게 되도록 스프링 압축부(42)가 위치하게 되면, 도6a의 상태에서 캠(22)이 회전하면, 캠 롤러암부(26)의 레버운동은 로킹 피스톤의 직선 왕복운동으로 완전히 흡수되어 도6b에 도시한 바와 같이 밸브 작동암부(28)는 전혀 움직이지 않는 밸브 휴지 상태가 된다.

그리고, 도7에 도시한 바와 같이, 이송축(30)에 의해 암 스프링(38)의 힘이 밸브 열림하중에 상당하는 최대위치로 스프링 압축부(42)가 위치하게 되면, 도7a의 상태에서 캠(22)이 회전하면, 로킹 피스톤이 뒤로 밀리지 않으므로 캠 롤러암부(26)는 밸브 작동암부(28)와 일체로 레버운동을 하게 되어 도7b에 도시한 바와 같이 완전 리프트 상태가 된다.

또한, 도8에 도시한 바와 같이, 이송축(30)에 의해 암 스프링(38)의 힘이 밸브 장착하중과 밸브 열림하중 사이에 상당하는 위치로 스프링 압축부(42)가 위치하게 되면, 도8a의 상태에서 캠(22)이 회전하면, 밸브 스프링의 압축되어 세팅된 힘 에 도달하기 전까지는 도8b에 도시한 바와 같이 로킹 피스톤이 뒤로 밀리지 않으므로 캠 롤러암부(26)는 밸브 작동암부(28)와 일체로 레버운동을 하게 되지만, 세팅된 힘에 도달한 후에는 도8c에 도시한 바와 같이 캠 롤러암부(26)의 레버운동은 로킹 피스톤의 직선 왕복운동으로 흡수되어 밸브 작동암부(28)는 움직이지 않는 부분 리프트 상태가 된다.

한편, 본 실시예에서는 캠 롤러암부(26)가 밸브 작동암부(28)의 내측에 끼워져 상기 이송축(30)에 의해 연결되고, 상기 캠 롤러암부(26)의 내부에 상기 암 스프링(38) 및 로킹 피스톤(40)이 결합되고, 안내부재(44)가 상기 캠 롤러암부(26)에 고정되며, 상기 밸브 작동암부(28)와 상기 로킹 피스톤(40)에는 서로 접촉하여 미끄러지는 쐐기면을 가진 돌출부가 형성된 구조로 되어 있으나, 밸브 작동암부가 캠 롤러암부의 내측에 끼워져 상기 이송축에 의해 연결되고, 상기 밸브 작동암부의 내부에 상기 암 스프링 및 로킹 피스톤이 결합되고, 안내부재가 상기 밸브 작동암부에 고정되며, 상기 캠 롤러암부와 상기 로킹 피스톤에는 서로 접촉하여 미끄러지는 쐐기면을 가진 돌출부가 형성된 구조로 된 다른 실시예로 구성할 수도 있다. 다른 실시예의 나머지 구성은 본 실시예의 구성과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 의한 로크암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 의하면, 모든 부품 및 기능이 로커 암 내부에서 이루어지므로 외부 공간차지율 및 부품수가 줄고 구조가 간단하다는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 상기 캠의 회전에 따라 각운동하는 로커암이 결합되고, 상기 로커암의 단부에는 밸브가 밸브 스프링에 의해 탄력지지된 로커암 밸브 트레인계에 있어서,

   상기 로커암은 이송축에 의해 연결되는 밸브 작동암부와 캠 롤러암부로 나누어지되,

   상기 이송축의 외부에는, 밸브 작동암부와 상기 캠 롤러암부를 일체로 운동케 하는 암 스프링이 결합되는 한편, 상기 밸브 스프링과 상기 암 스프링의 힘에 따라 상기 이송축의 길이방향으로 이동하여 상기 캠 롤러암부에서 상기 밸브 작동암부로 동력전달을 차단하는 로킹 피스톤이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 로크암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 밸브 작동암부와 상기 로킹 피스톤에는 상기 캠 롤러암부에 고정된 안내부재의 안내구멍에 끼워져 서로 접촉하여 미끄러지는 쐐기면을 가진 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로크암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 캠 롤러암부와 상기 로킹 피스톤에는 상기 밸브 작동암부에 고정된 안 내부재의 안내구멍에 끼워져 서로 접촉하여 미끄러지는 쐐기면을 가진 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로크암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 이송축의 외주면에는 상기 암 스프링의 스프링력을 조절하도록 이송축의 회동에 따라 이송축의 길이방향으로 이동하는 스프링 압축부가 나사결합되어 있는 것을 특징으로 하는 로크암 밸브 트레인계의 연속 가변 밸브 리프트 장치.

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