KR20080023552A - 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 캠을 적용하여 간단한 구조를 가지는 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 본 발명에 따르는 가변 밸브 리프트 장치는, 흡기와 배기를 조절하는 밸브와 밸브스프링이 연결된 스윙암, 상기 밸브와 밸브 스프링이 구비된 스위암의 반대편에 형성된 구동 플런저 홈, 상기 구동 플런저 홈에 위치하는 구동 플런저, 상기 구동 플런저 홈에 위치하여 상기 구동 플런저에 탄성력을 제공하는 구동 플런저부 탄성체, 상기 구동 플런저를 지지하도록 실린더 헤드와 결합하는 지지대, 상기 구동 플런저를 선택적으로 고정시키도록 형성된 록킹 유닛, 및 상기 록킹 유닛에 선택적으로 유압을 공급하는 유압 공급부를 포함한다.
스윙암, 구동 플런저, 구동 플런저 홈, 스타퍼 핀, 스타퍼 핀 홈.

Description

가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}
도1은 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 정면 부분의 단면도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 오일 콘트롤 밸브가 열려 있는 상태일 경우의 동작 상태를 나타내주는 도면이다.
도4 내지 도6는 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 오일 콘트롤 밸브가 닫혀 있는 상태일 경우의 동작 상태를 나타내주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 밸브 3: 밸브 스프링
5: 스윙암 7: 캠
9: 구동 플런저부 탄성체 11: 구동 플런저
13: 스타퍼 핀 결합 홈 15: 구동 플런저 홈
17: 스타퍼 핀 홈 19: 스타퍼 핀
21: 스타퍼 핀부 탄성체 23: 스윙암 유로
25: 지지대 27: 지지대부 유로
29: 오일 콘트롤 밸브 31: 실린더 헤드
33: 엔진 콘트롤 유닛
본 발명은 가변 밸브 리프트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 밸브의 리프트량을 엔진의 동작상태에 따라 가변 시킬 수 있는 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에는 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 구비되고, 이 연소실에는 연소될 연료가 포함된 혼합가스를 제공하는 흡기밸브와 연소된 가스를 방출하는 배기밸브가 형성되어 있다. 이들 흡기밸브 및 배기밸브는 크랭크 샤프트에 연결된 밸브 개폐기구에 의해 연소실을 개폐한다.
통상적인 밸브 개폐기구는 일반적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 리프트 양을 가지게 되며, 따라서 흡입 또는 배출되는 가스의 양을 조절할 수 없다. 이에 따라 엔진은 그 운전영역 전반에 걸쳐서 필요로 하는 최적의 상태를 발휘하지 못하게 된다.
즉, 저속의 운전상태에 맞추어 밸브 개폐기구가 설계되면 고속의 운전상태에서는 밸브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계되면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 가변 밸브 리프트 장치에 대한 연구가 이루어져 왔고, 현재 로커암식 가변 밸브 리프트 장치, 직동식 가변 밸브 리프트 장치, 스윙암식 2단 가변 밸브 리프트 장치 등이 개발되었거나 개발 중에 있다.
종래의 가변 밸브 리프트 장치 중 로우 캠(low cam)과 하이 캠(high cam)을 분리시킨 방식의 경우는, 작동상의 안정성이 우수하고 로우 캠과 하이 캠이 분리되어 캠 설계의 자유도가 높다. 그러나 이러한 방식의 경우에는 구동 질량이 크고 신기술로의 발전될 여지가 낮다. 예를 들어, CVVL(Continuously Variable Valve Lift)로 발전될 가능성이 매우 낮은 것이다. 이에 비해 통상적인 스윙암식 2단 가변 밸브 리프트 장치는, 내측에는 로우 캠을 구동시켜 주는 내측 몸체가 있고 외측에는 하이 캠 구동을 위한 외측 몸체가 구성된다. 따라서, 구동 질량이 크고, 제작이 용이 하지 못하며, 구조 강성이 낮아 고속 운전에 불리한 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 스윙암 방식을 이용하여, 구조가 간단하고, 구동중량이 낮으며, 구조 강성이 좋은, 단일 캠 방식의 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 간단한 설계변경으로 CDA 시스템으로 전용 가능한 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가변 밸브 리프트 장치는,
흡기와 배기를 조절하는 밸브와 밸브스프링이 연결된 스윙암, 상기 밸브와 밸브 스프링이 구비된 스위암의 반대편에 형성된 구동 플런저 홈, 상기 구동 플런 저 홈에 위치하는 구동 플런저, 상기 구동 플런저 홈에 위치하여 상기 구동 플런저에 탄성력을 제공하는 구동 플런저부 탄성체, 상기 구동 플런저를 지지하도록 실린더 헤드와 결합하는 지지대, 상기 구동 플런저를 선택적으로 고정시키도록 형성된 록킹 유닛, 및 상기 록킹 유닛에 선택적으로 유압을 공급하는 유압 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 록킹 유닛은, 상기 구동 플런저에 형성된 스타퍼 핀 결합 홈, 상기 스타퍼 핀 결합 홈과 마주하는 위치의 상기 스윙암에 형성된 스타퍼 핀 홈, 상기 스타퍼 핀 홈에 위치하는 스타퍼 핀, 및 상기 스타퍼 핀 홈에 위치하여 상기 스타퍼 핀에 탄성력을 제공하는 스타퍼 핀부 탄성체를 포함할 수 있다.
상기 유압공급부는, 스윙암 내에 형성되어 상기 스타퍼 핀 홈과 상기 구동 플런저 홈을 연결하는 스윙암 유로, 상기 구동 플런저와 상기 지지대를 관통하여 형성된 지지대부 유로, 상기 지지대부 유로와 연결된 오일 콘트롤 밸브, 및 상기 오일 콘트롤 밸브를 제어하는 엔진 콘트롤 유닛를 포함할 수 있다.
상기 엔진 콘트롤 유닛은 엔진의 동작상태에 따라 상기 오일 콘트롤 밸브를 개폐할 수 있다.
상기 오일 콘트롤 밸브의 개폐여부에 따라 상기 스타퍼 핀이 상기 스타퍼 핀 결합 홈에 삽입되거나 이탈될 수 있다.
상기 스타퍼 핀이 상기 스타퍼 핀 결합 홈에 삽입된 경우에 상기 스윙암의 상기 플런저 홈이 형성된 부분은 엔진의 작동시 상하왕복운동을 하지 않을 수 있다.
상기 스타퍼 핀이 상기 스타퍼 핀 결합 홈에서 이탈된 경우에 상기 스윙암의 상기 플런저 홈이 형성된 부분은 엔진의 작동시 상하왕복운동을 할 수 있다.
상기 구동 플런저부 탄성체는 압축 스프링으로 할 수 있다.
상기 스타퍼 핀 탄성체는 인장 스프링으로 할 수 있다.
상기 구동 플런저 탄성체는 상기 밸브 스프링보다 탄성력이 작은 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 2단 가변 밸브 리프트의 정면 부분의 단면도이고, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도1에 도시한 바와 같이, 밸브(1)와 밸브 스프링(3)이 스윙암(5)에 연결되어 있고, 상기 스윙암(5)의 상기 밸브(1)와 상기 밸브 스프링(3)이 연결된 쪽의 반대편 하단에는 구동 플런저 홈(15)이 형성된다.
상기 구동 플런저 홈(15)에는 구동 플런저(11)가 위치하며, 상기 구동 플런저의 측면을 따라 상기 스윙암(5)이 왕복 운동할 수 있다.
구동 플런저부 탄성체(9)는 상기 구동 플런저 홈(15)에 위치하며, 상기 구동 플런저(11)에 탄성력을 제공한다.
상기 구동 플런저(11)는 지지대(25)에 의하여 지지되며, 상기 지지대는 실린더 헤드(31)에 고정된다.
상기 구동 플런저(11)에는 스타퍼 핀 결합 홈(13)이 형성된다.
상기 스윙암(5)에는 상기 스타퍼 핀 결합 홈(13)과 마주하는 위치에 스타퍼 핀 홈(17)이 형성된다.
상기 스타퍼 핀 홈(17)에는 스타퍼 핀(19)이 위치한다.
상기 스타퍼 핀 홈(17)내에는 스타퍼 핀부 탄성체(21)가 위치하며 상기 스타퍼 핀(19)에 탄성력을 제공한다.
유압 공급부는 상기 스타퍼 핀 홈(17)내에 유압을 제공하며, 스윙암 유로(23), 지지대부 유로(27), 오일 콘트롤 밸브(29), 및 엔진 콘트롤 유닛(33)을 포함한다.
상기 스위암(5)의 내부에는 상기 스윙암 유로(23)가 형성되어 상기 스타퍼 핀 홈(17)과 상기 구동 플런저 홈(15)을 연결하며, 상기 스윙암 유로(23)를 통과하여 오일이 스타퍼 핀 홈(17)에 전달될 수 있다.
상기 지지대(25)와 상기 구동 플런저(11)를 관통하여 상기 지지대부 유로(27)가 형성되며, 지지대 유로(27)를 통과하여 오일이 상기 구동 플런저 홈(15)에 전달될 수 있다.
상기 오일 콘트롤 밸브(29)는 상기 지지대 유로(27)와 연결된다.
상기 엔진 콘트롤 유닛(engine control unit)(33)은 엔진의 동작 상태에 따라 상기 오일 콘트롤 밸브(29)를 제어하며, 상기 엔진 콘트롤 유닛(33)의 제어 신호에 따라 상기 오일 콘트롤 밸브(29)가 개폐된다.
상기 구동 플런저부 탄성체(21)의 탄성력은 상기 밸브 스프링(3)보다 탄성력이 작은 것으로 하여 오일 콘트롤 밸브(29)가 닫혀 있는 상태에서 상기 밸브(1)가 먼저 열리는 것을 방지할 수 있다.
상기 구동 플런저부 탄성체(9)의 탄성력이 상기 밸브 스프링(3)의 탄성력 보다 큰 경우에는, 상기 구동 플런저부 탄성체(9)가 압축되어 상기 구동 플런저(11)의 상부와 상기 구동 플런저 홈(15)의 상부가 접촉하기 전에 상기 밸브 스프링(3)이 먼저 압축되어 상기 밸브(1)가 열릴 수 있기 때문이다.
여기서 상기 구동 플런저부 탄성체(9)의 탄성력은 상기 밸브 스프링(3)의 탄성력, 상기 스윙암(5)과 상기 캠(7)의 접촉위치, 그리고 상기 구동 플런저부 탄성체(9)의 압축 변위에 의하여 결정될 수 있다.
상기 구동 플런저부 탄성체(9)는 압축 스프링으로 할 수 있다.
상기 스타퍼 핀부 탄성체(21)는 인장 스프링으로 할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 의한 오일 콘트롤 밸브(29)가 열린 상태에 대하여 설명한다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 오일 콘트롤 밸브가 열려 있는 경우의 동작을 나타내 주는 도면이다.
엔진이 고속상태가 되면, 도3에서 도시한 바와 같이, 엔진 제어 유닛에 의해 오일 콘트롤 밸브(29)가 열리게 된다. 이때, 오일이 상기 지지대부 유로(27)와 상기 구동 플런저 홈(15)과 상기 스윙암 유로(23)를 통해 스타퍼 핀 홈(17)으로 전달된다. 즉, 도3 에서 화살표 방향으로 오일이 전달되게 된다.
오일의 전달에 의하여 상기 스타퍼 핀 홈(17) 내의 압력이 상승하게 된다. 이 경우, 상기 스타퍼부 핀 탄성체(21)에 의하여 스타퍼 핀 홈(17)내에 위치하던 상기 스타퍼 핀(19)이, 상기 스타퍼 핀 홈(17)내의 압력 상승에 의해 스타퍼 핀 결 합 홈(13)으로 삽입된다.
상기 스타퍼 핀(19)의 삽입으로 인해 상기 스윙암(5)은 통상의 스윙암과 같은 동작을 하게 된다. 즉, 상기 스윙암(5)의 상기 구동 플런저(11)가 위치하는 쪽은 캠(7)이 회전하는 경우에도 왕복운동을 하지 않게 되고, 상기 스위암(5)의 상기 밸브(1)가 배치된 쪽만 왕복운동을 하게 된다.
이하 본 발명의 실시예에 의한 오일 콘트롤 밸브(29)가 닫힌 경우에 대하여 설명한다.
도4 내지 도6는 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 오일 콘트롤 밸브가 닫혀 있는 경우의 동작을 나타내 주는 도면이다.
엔진이 저속상태가 되면, 도4에서 도시한 바와 같이, 엔진 제어 유닛(33)에 의해 상기 오일 콘트롤 밸브(29)가 닫힌 상태가 된다. 이때, 상기 스타퍼 핀 홈(17) 내의 유압이 해소되고, 스타퍼 핀부 탄성체(21)의 탄성력에 의해 상기 스타퍼 핀(19)이 상기 구동 플런저(11)에서 빠져 나오게 된다.
캠(7)이 회전하게 되면, 도5에서 도시한 바와 같이, 상기 캠에 의해 상기 스윙암(5)을 누르는 힘이 발생하게 된다. 이때, 구동 플런저 홈(15)의 상부와 상기 구동 플런저(11)의 상부가 접촉할 때까지 상기 구동 플런저부 탄성체(11)가 압축된다. 즉, 상기 스윙암(7)의 상기 구동 플런저 홈(15)이 배치된 부분이 화살표 방향으로 이동하게 된다.
이 경우, 상기 스윙암(5)의 밸브측 종단이 회전 운동의 중심이 되고, 상기 구동 플런저 홈(15)의 상부와 상기 구동 플런저(11)의 상부가 접촉할 때까지 상기 밸브(1)는 열리지 않는다.
도6에서 도시한 바와 같이, 상기 구동 플런저 홈(15)의 상부와 상기 구동 플런저(11)의 상부가 접촉한 때부터 상기 스윙암(5)의 구동 플런저(11)가 위치하는 부분의 회전운동은 멈추게 되고, 이 때부터 상기 스윙암(5)의 밸브가 배치된 부분이 회전운동을 하며 상기 밸브(1)가 열리게 된다.
즉, 상기 스윙암(5)의 상기 밸브(1)가 배치된 부분이 화살표 방향으로 이동하게 된다.
이 경우, 상기 구동 플런저(11)와 상기 지지대(25)가 접촉하는 부분이 회전 운동의 중심이 된다.
도시하지 아니하였으나, 이 후의 작동상태는 상기 캠(7)의 회전에 따라 먼저 상기 밸브(1)가 다시 닫히고, 상기 밸브(1)가 닫힌 이후부터 상기 스윙암(5)의 상기 구동 플런저(11)가 위치하는 부분이 다시 원상태로 돌아오게 된다.
이 후부터는 상기 작동을 반복하게 된다.
이와 같이 캠이 회전하는 경우에도 흡기밸브나 배기밸브의 개폐작용이 없는 작동 상태를 구동 플런저의 로스트 모션(Lost Motion)이라 한다. 또한 상기 구동 플런저(11)의 상부와 상기 구동 플런저 홈(15)의 상부간의 최소 거리와 최대 거리와의 차이를 구동 플런저의 로스트 모션 거리라 한다.
상기 설명한 오일 콘트롤 밸브(29)가 열린 경우와 닫힌 경우를 비교하면, 오일 콘트롤 밸브(29)가 닫힌 경우 오일 콘트롤 밸브(29)가 열린 경우에 비하여 밸브(1)의 개폐시간이 짧고, 밸브(1)가 열리는 양이 더 작게 된다. 왜냐하면 가변 밸 브 리프트 장치에 의하여, 위에서 설명한 바와 같이, 구동 플런저의 로스트 모션이 발생하고, 구동 플런저의 로스트 모션 거리에 비례하여 캠에 의한 밸브(1)가 열려있는 시간과 개폐되는 양이 작아지게 되기 때문이다.
상기 설명한 구동 플런저의 로스트 모션 거리를 확대하면, CDA(Cylinder De-Activation)용 스윙암 장치로의 전용이 가능하다.
즉, 전술한 설명에서는 두 개의 리프트를 구현하는 가변 밸브 리프트 장치 구성에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 구동 플런저의 로스트 모션 거리를 조절하면, 일반적인 엔진의 동작상태와 밸브가 개폐되지 않는 동작상태의 두 가지 단계의 동작상태를 갖는 시스템을 갖출 수 있게 된다.
다기통 엔진에서 이러한 CDA 시스템을 갖출 경우, 일부 실린더에서 동력을 발생하지 않는 동작상태를 갖추게 되고, 이로 인해 연료 절감 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진의 운전속도에 따라 밸브의 리프트를 가변 시킬 수 있게 됨으로써, 엔진의 효율이 극대화 됨은 물론 연비향상 및 출력향상을 이루는 효과가 있고, 구동 플런저의 리프트 거리를 조절하면 CDA 시 스템으로도 전용이 가능하게 된다.
또한 본 발명은 분리된 로우 캠과 하이 캠을 단일 캠으로 적용하여 기존의 가변 밸브 리프트 장치에 비하여 복잡하지 않은 구조를 가져 설계변경이 용이하고 낮은 구동중량을 가지며 구조 강성이 큰 가변 밸브 리프트 장치를 제공하게 된다.

Claims (10)

  1. 흡기와 배기를 조절하는 밸브와 밸브스프링이 연결된 스윙암;
    상기 밸브와 밸브 스프링이 구비된 스위암의 반대편에 형성된 구동 플런저 홈;
    상기 구동 플런저 홈에 위치하는 구동 플런저;
    상기 구동 플런저 홈에 위치하여 상기 구동 플런저에 탄성력을 제공하는 구동 플런저부 탄성체;
    상기 구동 플런저를 지지하도록 실린더 헤드와 결합하는 지지대;
    상기 구동 플런저를 선택적으로 고정시키도록 형성된 록킹 유닛;
    상기 록킹 유닛에 선택적으로 유압을 공급하는 유압 공급부; 를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 록킹 유닛은,
    상기 구동 플런저에 형성된 스타퍼 핀 결합 홈;
    상기 스타퍼 핀 결합 홈과 마주하는 위치의 상기 스윙암에 형성된 스타퍼 핀 홈;
    상기 스타퍼 핀 홈에 위치하는 스타퍼 핀; 및
    상기 스타퍼 핀 홈에 위치하여 상기 스타퍼 핀에 탄성력을 제공하는 스타퍼 핀부 탄성체; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유압 공급부는,
    스윙암 내에 형성되어 상기 스타퍼 핀 홈과 상기 구동 플런저 홈을 연결하는 스윙암 유로;
    상기 구동 플런저와 상기 지지대를 관통하여 형성된 지지대부 유로;
    상기 지지대부 유로와 연결되어 선택적으로 오일을 공급하는 오일 콘트롤 밸브; 및
    상기 오일 콘트롤 밸브를 제어하는 엔진 콘트롤 유닛; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 엔진 콘트롤 유닛은 엔진의 동작상태에 따라 상기 오일 콘트롤 밸브를 개폐하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오일 콘트롤 밸브의 개폐여부에 따라 상기 스타퍼 핀이 상기 스타퍼 핀 결합 홈에 삽입되거나 이탈되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스타퍼 핀이 상기 스타퍼 핀 결합 홈에 삽입된 경우에는 상기 스윙암의 상기 플런저 홈이 형성된 부분은 상하왕복운동을 하지 않는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스타퍼 핀이 상기 스타퍼 핀 결합 홈에서 이탈된 경우에는 상기 스윙암의 상기 플런저 홈이 형성된 부분은 상하왕복운동을 하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 스타퍼 핀부 탄성체는 인장 스프링으로 하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동 플런저부 탄성체는 압축 스프링으로 하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동 플런저부 탄성체는 상기 밸브 스프링보다 탄성력이 작은 것을 특 징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치,
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