KR20060068739A - Variable cam operating system for automobile - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것으로서, 밸브 상태, 즉 밸브 타이밍과 밸브 리프트를 모두 변화시킬 수 있도록 캠의 형상을 인벌루트 곡선을 이용한 곡면처리를 실시함과 동시에 로커아암 등이 흡,배기 밸브에 캠운동을 정확하게 전달할 수 있도록 그 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트를 이동 가능하도록 함으로써, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우(cam-follow)가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cam drive system for variable control of an automobile, wherein the shape of the cam is curved using an involute curve to absorb both the valve state, that is, the valve timing and the valve lift. By allowing the cam shaft to move within the movement transmission section to accurately transmit the cam motion to the exhaust valve, the cam follows as the cam shaft moves axially by a predetermined length according to various driving conditions. The present invention relates to a cam drive system for variable control of a vehicle that can realize various valve states as the length and phase of a contact surface thereof change, thereby improving fuel efficiency and output of a vehicle.

자동차, 캠 샤프트, 캠, 인벌루트 곡선, 구동모터Automotive, Camshaft, Cam, Involute Curve, Drive Motor

Description

자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템{Variable cam operating system for automobile} Variable cam operating system for automobile             

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템을 나타내는 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram showing a cam drive system for variable control of a vehicle according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템의 캠을 나타내는 측면도,2 is a side view showing a cam of a cam drive system for variable control of a vehicle according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 의해 작동되는 밸브의 시간에 대한 변위량을 나타내는 그래프,3 is a graph showing a displacement amount with respect to time of a valve operated by a cam drive system for variable control of a vehicle according to the present invention;

도 4는 종래의 캠 구동 시스템에 의해 작동되는 밸브의 시간에 대한 변위량을 나타내는 그래프이다. 4 is a graph showing a displacement amount with respect to time of a valve operated by a conventional cam drive system.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 캠 샤프트 11 : 캠10: camshaft 11: cam

12 : 볼베어링 13 : 구동모터12: ball bearing 13: drive motor

14 : 타이밍 기어14: timing gear

본 발명은 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브 상태, 즉 밸브 타이밍과 밸브 리프트를 모두 변화시킬 수 있도록 캠의 형상을 인벌루트 곡선을 이용한 곡면처리를 실시함과 동시에 로커아암 등이 흡,배기 밸브에 캠운동을 정확하게 전달할 수 있도록 그 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트를 이동 가능하도록 함으로써, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cam drive system for variable control of an automobile. More specifically, the cam shape is curved to cover the shape of the cam so that both the valve timing and the valve lift can be changed. By allowing the arm to move the cam shaft within the movement transmission section to accurately transmit the cam motion to the intake and exhaust valves, the cam follows the cam as the cam shaft moves in a axial direction by a predetermined length according to various driving conditions. The present invention relates to a cam drive system for variable control of a vehicle capable of improving fuel efficiency and output of a vehicle by implementing various valve states as the length and phase of a contact surface thereof change.

일반적으로, 4사이클 기관은 동력행정에 필요한 혼합기를 연소실 안으로 흡입하고, 또 연소가스를 외부로 배출하기 위해 1개의 실린더에 흡기밸브와 배기밸브를 1개 또는 2개씩 설치하고 있다.In general, four-cycle engines are provided with one or two intake valves and two exhaust valves in one cylinder to suck a mixer necessary for power stroke into the combustion chamber and discharge the combustion gas to the outside.

이러한 흡,배기 밸브는 피스톤이 1사이클을 작동하는 극히 짧은 시간에 쉽게 흡기 및 배기를 행하여 최적 효율을 높이고, 두 밸브가 닫혀 있는 압축 및 동력 행정에서는 충분한 기밀을 유지함은 물론 연소가스의 고온에 노출되어도 정확한 작동이 이루어져야 하고, 장시간의 운전에 견디는 등의 각 조건을 충촉하여야 한다.These intake and exhaust valves can easily intake and exhaust in a very short period of time during which the piston operates one cycle, increasing the optimum efficiency, while maintaining sufficient air tightness in the compression and power strokes where the two valves are closed, as well as exposing the combustion gases to high temperatures. Even if it is, it must be operated correctly and must satisfy each condition such as enduring long time operation.

이러한 흡,배기 밸브를 일정한 시기에 정확하게 개폐하는 밸브 개폐장치는 캠 샤프트의 캠과 면접촉되어 있는 밸브 리프트를 통해 푸시로드를 밀면, 이 푸시로드는 로커아암을 연동시켜 탄성부재의 탄성력을 이기고 밸브 스템앤드를 눌러 선 택적으로 개폐시키는 오버헤드 밸브식과, 크랭크 샤프트와 타이밍 밸브 또는 타이밍 체인으로 연결된 캠 샤프트의 캠이 로커아암을 직접 연동시켜 밸브가 선택적으로 개폐되는 오버헤드 캠 샤프트식 등이 널리 이용되고 있다. The valve opening and closing device for precisely opening and closing the intake and exhaust valves at a predetermined time pushes the push rod through a valve lift which is in surface contact with the cam shaft cam, and the push rod interlocks the rocker arm to overcome the elastic force of the elastic member and Overhead valve type to selectively open and close the stem and press, and cam cam of the cam shaft connected by the crankshaft and timing valve or timing chain directly interlock with the rocker arm to open and close the valve selectively. It is becoming.

그런데, 운전 조건은 주행 상태에 따라 무수히 많은 조건으로 변하게 되며, 최적화된 캠 샤프트에 의해서 구동이 이루어지지만, 더 최적화된 위치로 가변되지 못하는 문제점이 발생하며, 이로 인하여 차량의 연비 및 출력이 저하되는 문제점이 있다. By the way, the driving conditions are changed to a myriad of conditions according to the driving conditions, the drive is made by the optimized cam shaft, but the problem that can not be changed to a more optimized position occurs, which causes the fuel economy and output of the vehicle is lowered There is a problem.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 밸브 상태, 즉 밸브 타이밍과 밸브 리프트를 모두 변화시킬 수 있도록 캠의 형상을 인벌루트 곡선을 이용한 곡면처리를 실시함과 동시에 로커아암 등이 흡,배기 밸브에 캠운동을 정확하게 전달할 수 있도록 그 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트를 이동 가능하도록 함으로써, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, and the rocker arm is subjected to the surface treatment using the involute curve while the cam shape is changed so that the valve state, that is, the valve timing and the valve lift, can all be changed. By allowing the back of the cam shaft to move within the movement transmission section to accurately transmit the cam motion to the intake and exhaust valves, the cam follows as the cam shaft moves axially by a certain length according to various driving conditions. It is an object of the present invention to provide a cam control system for a variable control of a vehicle that can realize various valve states while changing the length and phase of a contact surface, thereby improving fuel efficiency and power output of a vehicle.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.

본 발명은 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템은, 로커아암 또는 타펫 등이 흡,배기 밸브에 캠의 구동력을 정확하게 전달할 수 있도록 소정의 운동전달 구간 내에서 구동모터에 의해 좌우로 왕복 이동 가능하도록 되어 있는 캠 샤프트와;According to the present invention, the cam drive system for variable control of an automobile is capable of reciprocating left and right by a drive motor within a predetermined motion transmission section so that rocker arms or tappets can accurately transfer the driving force of the cam to the intake and exhaust valves. A cam shaft;

상기 캠 샤프트와 동일한 좌우 왕복 이동을 하면서 캠 팔로우 구조에 미끄럼 접촉되어지되, 그 접촉면이 인벌루트 곡선으로 곡면 처리된 캠으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The cam is in sliding contact with the cam follow structure while the same left and right reciprocating movement, the contact surface is characterized in that the cam is curved in the involute curve.

특히, 상기 캠은 그 로브 면이 양측방향으로 상사점을 갖는 동시에 그 중심방향에 하사점을 가지되, 각각의 상사점은 동일축 선상에 있지 않고 일정한 간격의 위상차를 갖는 형상인 것을 특징으로 한다. In particular, the cam surface has a top dead center in both directions and at the same time the bottom dead center in the center direction, each top dead center is a shape having a phase difference of a constant interval not on the same axis line. .

상기 캠 샤프트 및 구동모터는 랙,피니언 타입으로 결합된 것을 특징으로 한다. The cam shaft and the drive motor are characterized in that coupled to the rack, pinion type.

또한, 상기 캠 팔로우 구조는 상하 방향의 힘은 손실없이 전달을 해주는 기능을 수행함과 동시에 회전하면서 캠 접촉 곡면에 충격없이 접촉 가능하도록 상기 캠과 맞닿는 부분이 볼베어링 타입으로 형성된 것을 특징으로 한다. In addition, the cam follow structure is characterized in that the portion in contact with the cam is formed of a ball bearing type so as to be able to contact the cam contact curved surface without impact while performing a function to transfer the force in the vertical direction without loss.

그리고, 상기 캠 샤프트와 타이밍 기어는 타이밍 기어가 제자리에서 회전 가능하고, 캠 샤프트만이 좌우로 왕복 운동이 가능하도록 상기 타이밍 기어의 내주연과 캠 샤프트의 외주연이 기어 결합방식인 것을 특징으로 한다. In addition, the cam shaft and the timing gear is characterized in that the timing gear is rotatable in place, the inner circumference of the timing gear and the outer circumference of the cam shaft is gear coupling type so that only the cam shaft can reciprocate from side to side. .

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음 과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail as follows.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템의 캠을 나타내는 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 의해 작동되는 밸브의 시간에 대한 변위량을 나타내는 그래프이다. 1 is a schematic configuration diagram showing a cam drive system for variable control of a vehicle according to the present invention, FIG. 2 is a side view showing a cam of a cam drive system for variable control of a vehicle according to the present invention, and FIG. It is a graph showing the displacement amount with respect to the time of the valve operated by the cam drive system for variable control of the vehicle according to.

도 1에 도시된 바와 같이, 캠 샤프트(10)는 그것의 타이밍 기어와 도시되지 않은 크랭크 샤프트의 타이밍 기어가 타이밍 체인으로 연결되어 크랭크 샤프트의 회전에 따라 회전되도록 되어 있다.As shown in FIG. 1, the camshaft 10 is adapted such that its timing gear and a timing gear of a crankshaft (not shown) are connected by a timing chain and rotated according to the rotation of the crankshaft.

이때, 상기 캠 샤프트(10)는 좌우 제어용 구동모터(13)에 의해 좌우로 왕복 이동 가능하도록 되어 있는 바, 로커아암 또는 타펫 등이 그 흡,배기 밸브에 캠(11)의 구동력을 정확하게 전달할 수 있도록 그 소정의 운동전달 구간 내에서 캠 샤프트(10)가 이동하게 된다.At this time, the cam shaft 10 is to be reciprocated to the left and right by the drive motor 13 for the left and right control bar, the rocker arm or tappet, etc. can accurately transfer the driving force of the cam 11 to the intake and exhaust valves. The cam shaft 10 is moved within the predetermined movement transmission section so that it is.

이때, 상기 로커아암 또는 타펫에 미끄럼 접촉되는 캠(11)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 그 형상이 인벌루트(involute) 곡선을 이용한 곡면처리가 되어 있다.At this time, the cam 11, which is in sliding contact with the rocker arm or the tappet, is curved in its shape using an involute curve, as shown in FIGS. 1 and 2.

여기서, 상기 인벌루트 곡선이란, 큰 원 주위를 구르는 작은 원의 반경이 무한대로 되면서 굴러가는 경우, 작은 원 상의 한 점이 그리는 궤적을 나타내는 것으로서, 이것은 마치 원통에 실을 감아서 실을 팽팽하게 잡아 당기면서 풀어 나갈때 실의 끝이 그리는 궤적과 같다.Here, the involute curve refers to the trajectory of a point on a small circle when the small circle rolling around a large circle rolls to infinity, which is like a coil wound around a cylinder to pull the thread taut. The end of the thread is like the trajectory it draws when it comes out.

즉, 상기 캠(11)의 로브(lobe)면이 양측방향으로 상사점을 갖는 동시에 그 중심방향에 하사점을 갖는 형상으로서, 각각의 상사점은 동일축 선상에 있지 않고 일정한 간격의 위상차를 갖고 있다.That is, the lobe surface of the cam 11 has a top dead center in both directions and a bottom dead center in its center direction, and each top dead center is not on the same axis line but has a constant phase difference. have.

이에, 상기 구동모터(13)에 의해 일정한 간격만큼 왕복 이동하는 캠 샤프트(10) 상에 장착되어 있으면서 상기 캠 샤프트(10)와 동일한 직선 이동이 가능한 캠(11)은 이것과 미끄럼 접촉 운동하는 캠 팔로우(cam-follow) 구조인 로커아암 또는 타펫면에 대하여 접촉하는 면과 위상이 변화되면서 다양한 밸브 상태, 즉 밸브의 개폐시간(밸브 타이밍) 및 개폐율(밸브 리프트)을 구현할 수 있게 된다(도3참조). Accordingly, the cam 11 mounted on the cam shaft 10 reciprocated by the drive motor 13 at regular intervals and capable of the same linear movement as the cam shaft 10 has a cam in sliding contact motion with it. As the contact surface and phase change with respect to the rocker arm or tappet surface, which is a cam-follow structure, it is possible to realize various valve states, that is, opening / closing time (valve timing) and opening / closing rate (valve lift) of the valve (Fig. 3).

더욱이, 상기 캠(11)의 형상을 인벌루트 곡선 처리함으로써, 그 가변되는 구간에서 발생할 수 있는 충격 소음이나 충격 진동을 방지할 수 있게 된다. Further, by involving the shape of the cam 11, it is possible to prevent the impact noise or shock vibration that can occur in the variable section.

이때, 상기 로커아암 또는 타펫 등과 같은 캠 팔로우 구조에 있어서, 상기 캠(11)과 맞닿는 부분에 볼베어링 타입으로 형성되어 상하 방향의 힘은 손실없이 전달을 해주는 기능을 수행함과 동시에 볼베어링(12)이 회전하면서 캠(11) 접촉 곡면에 충격없이 접촉 가능하게 된다. At this time, in the cam follower structure such as the rocker arm or the tappet, the ball bearing type is formed on the part in contact with the cam 11 to perform the function of transmitting the up and down direction without loss and at the same time the ball bearing 12 rotates. While contacting the cam 11 contact curved surface without impact.

한편, 타이밍 기어(14)와 캠 샤프트(10)의 결합은 타이밍 기어(14)가 제자리에서 회전 가능하고, 캠 샤프트(10)만이 좌우로 왕복 운동이 가능하도록 상기 타이밍 기어(14)의 내주연과 캠 샤프트(10)의 외주연은 기어 결합방식으로 이루어져 상기 캠 샤프트(10)가 좌우 이동하면서 타이밍 기어(14)의 회전력이 전달될 수 있도록 되어 있다. Meanwhile, the coupling between the timing gear 14 and the cam shaft 10 is such that the timing gear 14 can be rotated in place, and only the cam shaft 10 can reciprocate from side to side. And the outer periphery of the cam shaft 10 is made of a gear coupling method so that the rotational force of the timing gear 14 is transmitted while the cam shaft 10 is moved left and right.

따라서, 본 발명은 다양한 형태의 주행 조건에 따라 다양한 흡,배기 밸브의 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있게 된다.Therefore, the present invention can implement the state of the various intake and exhaust valves according to various types of driving conditions it is possible to improve the fuel economy and output of the vehicle.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템에 의하면, 다양한 형태의 주행 조건에 따라 캠 샤프트가 일정 길이만큼 축방향으로 이동함에 따라 캠 팔로우가 접촉하는 면의 길이와 위상이 변화되면서 다양한 상기 밸브 상태를 구현할 수 있도록 하여 차량의 연비 및 출력 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the cam control system for a variable control of an automobile according to the present invention, the length and phase of the contact surface of the cam follow changes as the cam shaft moves axially by a predetermined length according to various driving conditions. While it is possible to implement a variety of the valve state there is an effect that can improve the fuel economy and output of the vehicle.

Claims (5)

로커아암 또는 타펫 등이 흡,배기 밸브에 캠의 구동력을 정확하게 전달할 수 있도록 소정의 운동전달 구간 내에서 구동모터에 의해 좌우로 왕복 이동 가능하도록 되어 있는 캠 샤프트와;A camshaft configured to be reciprocated left and right by a drive motor within a predetermined motion transmission section so that the rocker arm or the tappet can accurately transfer the driving force of the cam to the intake and exhaust valves; 상기 캠 샤프트와 동일한 좌우 왕복 이동을 하면서 캠 팔로우 구조에 미끄럼 접촉되어지되, 그 접촉면이 인벌루트 곡선으로 곡면 처리된 캠으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템.The cam drive system for a variable control of a vehicle, characterized in that the cam is in sliding contact with the cam follow structure while the same as the cam shaft, the contact surface is curved in an involute curve. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 캠은 그 로브 면이 양측방향으로 상사점을 갖는 동시에 그 중심방향에 하사점을 가지되, 각각의 상사점은 동일축 선상에 있지 않고 일정한 간격의 위상차를 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템.The cam has a top dead center in both sides of the lobe, and a bottom dead center in the center direction thereof, and each top dead center is not in the same axis line but has a phase difference at regular intervals. Cam drive system for variable control. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 캠 샤프트 및 구동모터는 랙,피니언 타입으로 결합된 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템.The cam shaft and the drive motor is a rack, pinion type cam drive system, characterized in that coupled to the vehicle. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 캠 팔로우 구조는 상하 방향의 힘은 손실없이 전달을 해주는 기능을 수행함과 동시에 회전하면서 캠 접촉 곡면에 충격없이 접촉 가능하도록 상기 캠과 맞닿는 부분이 볼베어링 타입으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템.The cam follow structure is a variable control cam of a vehicle, characterized in that the portion in contact with the cam is formed in a ball bearing type so as to be able to contact the cam contact curved surface without impact while performing a function of transmitting the force in the vertical direction without loss. Driving system. 청구항 1 또는 3에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 캠 샤프트와 타이밍 기어는 타이밍 기어가 제자리에서 회전 가능하고, 캠 샤프트만이 좌우로 왕복 운동이 가능하도록 상기 타이밍 기어의 내주연과 캠 샤프트의 외주연이 기어 결합방식인 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 제어용 캠 구동 시스템.The cam shaft and the timing gear of the automobile, characterized in that the timing gear is rotatable in place, the inner circumference of the timing gear and the outer circumference of the cam shaft so that only the cam shaft can reciprocate from side to side. Cam drive system for variable control.
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