KR20080035813A - 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

테이퍼 캠을 각각 독립적으로 제어함으로써, 실린더 별 제어가 가능하며, 유압에 의하여 개별 제어로 기계적인 마찰에 의한 손실이 없고 응답성이 양호하여 실차에 적용이 용이한 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치를 제공할 목적으로;

캠면이 테이퍼 형으로 이루어져 캠 샤프트의 회전에 따라 상기 테이퍼 캠면에 대응하는 상부면을 갖는 밸브 리프터와 접촉되면서 노우즈 높이에 따라 밸브를 구동시키는 밸브장치에 있어서, 상기 캠은 상기 캠 샤프트에 좌우 슬라이드는 가능하면서 회전이 억제되도록 결합하되, 상기 캠과 캠 샤프트 사이에는 상기 캠의 좌우 이동을 제어할 수 있는 캠 이동수단을 형성하여 이루어지는 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

유압실. 리테이너. 실링

Description

자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS OF ENGINE FOR VEHICLES}

도 1은 본 발명이 적용된 가변 밸브 리프트 장치의 정면도.

도 2는 본 발명에 의한 로우 리프트 상태에서 캠 이동수단의 단면도.

도 3은 도 2의 A 부분에 대한 확대 단면도.

도 4는 도 3의 실링부의 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 하이 리프트 상태에서 캠 이동수단의 단면도이다.

본 발명은 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 테이퍼 캠을 각각 독립적으로 제어함으로써, 실린더 별 제어가 가능하며, 유압에 의하여 개별 제어에 의하여 기계적인 마찰에 의한 손실이 없고 응답성이 양호하여 실차에 적용이 용이한 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진은 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 형성되어 있으며, 이의 연소실에는 흡입공기와 배기가스를 제어할 수 있는 흡/배기 밸브를 포함하는 밸브 트레인이 배치되어 있으며, 이의 밸브 트레인은 크랭크 샤프 트에 연동되면서 연소실을 개폐하도록 이루어져 있다.

이와 같은 밸브 트레인은 통상적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 리프트 값을 가지게 됨으로써, 흡입 또는 배출되는 가스의 양이 일정량으로 제한된다.

이에 따라 저속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 고속의 운전상태에서는 밸브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.

보다 구체적으로는 일반적인 엔진의 경우, 고속용으로 튜닝된 경우 밸브 리프트가 크게 설정되어 있기 때문에 고속 영역에서 우수한 성능을 발휘하지만 저속 영역에서의 아이들 안정성 및 저속 토크에 매우 불리하고, 상기와는 반대로 저속용으로 튜닝된 경우에는 아이들 안정성 및 저속에서의 토크가 우수하지만 고속에서의 출력 성능에 한계가 있으나, 상기와 같은 가변 밸브 리프트의 경우에는 고속 영역과 저속 영역에 각각 알맞게 밸브 리프트를 가변함으로써, 저속 및 고속에서의 이점을 동시에 취할 수 있게 된다.

따라서 최근에는 연비 개선과 출력 향상을 위해 멀티 밸브화에 이어 충진 효율을 높이기 위한 기술이 개발되고 있으며, 이의 결과물로서 엔진의 회전 영역에 따라 변화하는 공기의 흡입저항에 맞춰 흡기 매니폴드의 길이 또는 단면적으로 변경하는 가변 흡기 시스템(Variable Induction System; VIS)과, 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어하는 가변 밸브 타이밍(Variable Valve Timing: VVT) 및 가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift; VVL)의 기술을 예로 들 수 있다.

상기에서 가변 밸브 리프트 장치의 종래 기술로서는 본 출원인이 제안한 대한민국 특허 공개 제 2001 - 0059127호를 일 예로 들 수 있다.

상기 제안은 일단이 타이밍 풀리와 탄성부재를 개재하여 축방향으로 소정의 간격 이동이 가능하도록 스플라인 결합된 캠샤프트와, 상기 캠 샤프트 상에 일정 간격으로 다수개 배치되는 테이퍼 캠과, 상기 캠 샤프트의 타나단에 스플라인 결합되어 플라이 웨이트의 원심력에 의해 상기 캠 샤프트를 축방향으로 이동시키는 타이밍 가변수단을 포함하는 가변 밸브 타이밍 장치를 제공하고 있다.

그리고 상기에서는 타이밍 가변수단은 캠 샤프트의 타단과 일측에서 스플라인 결합되며, 그 외측으로 실린더 헤드에 베어링을 통하여 장착되어 상기 캠 샤프트와 일체로 회전하는 원심하우징을 구비하고, 상기 원심 하우징의 내부에서 소정의 각도로 절곡된 푸시레버가 상기 캠 샤프트의 타단에 대응하는 상기 원심 하우징의 회전면에 힌지 체결되고, 상기 푸시 레버의 일단은 상기 캠 샤프트의 타단면에 슬라이드 접촉되며, 그 타단에는 상기 플라이 웨이트가 장착됨을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 장치를 제공하고 있다.

이에따라 캠 샤프트의 일단에서 이와 함께 회전하는 플라이 웨이트의 원심력을 이용하여 캠 샤프트를 축방향으로 이동시킴에 따라 테이퍼형 캠이 저속에서 고석까지 연속적으로 밸브 타이밍을 조절할 수 있게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 가변 밸브 리프트 장치에 있어서는 캠 샤프트 전 체가 이동됨으로써, 실린더 별 제어가 불가능하며, 기계적인 구조로 이루어져 있는 바, 내부 마찰에 의한 손실이 심하여 응답성이 떨어지기 때문에 실차에 적용하는데에는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 테이퍼 캠을 각각 독립적으로 제어함으로써, 실린더 별 제어가 가능하며, 유압에 의하여 개별 제어에 의하여 기계적인 마찰에 의한 손실이 없고 응답성이 양호하여 실차에 적용이 용이한 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치를 제공함에 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 캠면이 테이퍼 형으로 이루어져 캠 샤프트의 회전에 따라 상기 테이퍼 캠면에 대응하는 상부면을 갖는 밸브 리프터와 접촉되면서 노우즈 높이에 따라 밸브를 구동시키는 밸브장치에 있어서,

상기 캠은 상기 캠 샤프트에 좌우 슬라이드는 가능하면서 회전은 억제되도록 결합하되, 상기 캠과 캠 샤프트 사이에는 상기 캠의 좌우 이동을 제어할 수 있는 캠 이동수단을 형성하여 이루어지는 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용된 가변 밸브 리프트 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 로우 리프트 상태에서 캠 이동수단의 단면도로서, 부호 2는 캠을 지칭 한다.

상기 캠(2)은 캠면이 테이퍼 형으로 이루어져 있으며, 캠 샤프트(4)에 장착되어 상기 테이퍼 캠면에 대응하는 상부면을 갖는 밸브 리프터(6)와 접촉되면서 캠(2)의 노우즈 높이에 따라 밸브(8)를 구동시키게 된다.

이러한 캠(2)은 상기 캠 샤프트(4)에 좌우 슬라이드는 가능하되, 회전은 억제될 수 있도록 결합되며, 상기 캠(2)과 캠 샤프트(4) 사이에는 상기 캠(2)의 좌우 이동을 제어할 수 있는 캠 이동수단을 형성하였다.

상기 캠 이동수단의 상세한 구성을 살펴보면, 캠(2)의 축방향 중앙부에 캠 샤프트(4)의 외주면에 좌우 슬라이드 가능하게 결합될 수 있는 소경부(10)를 갖는 보스부(12)를 형성하고, 이 보스부(12)의 양측에는 원형 공간부(14)(16)를 갖도록 형성하였다.

그리고 상기 공간부(14)(16)의 양측에는 리테이너(18)(20)를 캠 샤프트(4)에 고정시켜 배치하되, 상기 리테이너(18)(20)는 양측단을 대외경부(22)(24)로 형성하고, 캠측 부분을 소외경부(26)(28)로 형성하여 상기 소외경부(26)(28)가 상기 캠(2)의 공간부(14)(16)에 대응 삽입될 수 있도록 형성하였다.

이에 따라 상기 캠(2)은 리테이너(18)(20)의 대외경부(22)(24)에 의하여 좌우 슬라이드 범위가 제한되며, 상기 캠(2)의 보스부(12)와 리테이너(18)(20)의 소외경부(26)(28) 단부 사이에는 밀폐 공간으로서의 유압실(30)(32)이 형성된다.

그리고 상기 유압실(30)(32)은 캠 샤프트(4)의 중앙부에 형성되어 있는 유로(34)(36)와 각각 연결되어 미도시한 유압 제어밸브와 연통된다.

상기에서 유압 제어밸브는 전자제어유닛에 의하여 제어되면서 상기 유압실(30)(32)에 유압을 공급할 수 있는 구성으로 상기 전자제어유닛은 전자제어에 의하여 작동되는 엔진에 적용되는 공지의 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기에서 유압실(30)(32)과 연통부되는 유로(34)(36)의 단부는 캠(2)의 좌우 이동시 캠(2)의 보스부(12)에 의하여 막히는 일이 없도록 가능한 유압실(30)(32)의 양측에 형성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 유압실(30)(32)의 밀봉 상태를 유지하기 위해서는 캠(2)의 보스부 소경부(10)와 캠 샤프트(4), 그리고 캠(2)의 대경부(34)(36)와 양 리테이너(18)(20)의 소외경부(26)(28) 사이에는 각각 실링부(38)(40)(42)가 형성된다.

상기 실링부(38)(40)(42)는 도 3 및 도 4에서와 같이 캠(2)에 요입홈(44)이 형성되고, 이 요입홈(44)의 내측에는 웨이브 스프링(46)과 실링 부재(48)가 배치된다.

이에 따라 상기 실링 부재(48)가 캠 샤프트(4) 및 리테이너(18)(20)의 소외경부(26)(28)와 접촉되고, 상기 웨이브 스프링(46)이 실링 부재(48)의 외주측에서 가압함으로써, 상기 실링 부재(48)가 캠 샤프트(4) 및 리테이너(18)(20)의 소외경부(26)(28)와 탄성적으로 접촉되면서 밀봉 작용을 하게 되는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면 밸브(8)의 리프트를 로우(LOW)로 조절하고자 할 때에는 도 2에서와 같이 도면의 좌측 유압실(30)에 유압을 공급하게 된다.

그러면 이의 좌측 유압실(30)로 공급되는 유압이 보스부(12)의 좌측면에 작 용함으로써, 캠(2)은 도면에서 우측으로 이동하게 되며, 이에 따라 노우즈가 가장 작은 캠(2)의 좌측부분에 의하여 밸브 리프터(6)가 구동됨으로써, 밸브(8)의 열림량이 최소가 되면서 흡입 공기량이 최소가 된다.

그리고 상기와는 반대로 밸브(8)의 리프트를 하이(HIGH)로 조절하고자 할 때에는 도 5에서와 같이 도면의 우측 유압실(32)에 유압을 공급하게 된다.

그러면 이의 우측 유압실(32)로 공급되는 유압이 보스부(12)의 우측면에 작용함으로써, 캠(2)은 도면에서 좌측으로 이동하게 되며, 이에 따라 노우즈가 가장 큰 캠(2)의 우측 부분에 의하여 밸브 리프터(6)가 구동됨으로써, 밸브(8)의 열림량이 최대가 되면서 흡입 공기량이 최대가 되는 것이다.

이에 따라 엔진의 운전 영역에 따라 캠(2)을 도 2와 도5 사이에서 연속 가변 제어하여 이상적인 엔진의 작동이 이루어지도록 하면 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 테이퍼 캠을 각각 독립적으로 제어함으로써, 실린더 별 제어가 가능하며, 유압에 의하여 개별 제어가 이루어지는 바, 기계적인 마찰에 의한 손실이 없고 응답성이 양호하여 실차에 적용할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 캠면이 테이퍼 형으로 이루어져 캠 샤프트의 회전에 따라 상기 테이퍼 캠면에 대응하는 상부면을 갖는 밸브 리프터와 접촉되면서 노우즈 높이에 따라 밸브를 구동시키는 밸브장치에 있어서,

   상기 캠은 상기 캠 샤프트에 좌우 슬라이드는 가능하면서 회전은 억제되도록 결합하되, 상기 캠과 캠 샤프트 사이에는 상기 캠의 좌우 이동을 제어할 수 있는 캠 이동수단을 형성함을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에 있어서, 캠 이동수단은 캠의 축방향 중앙부에 소경부로 형성되어 캠 샤프트와 면접되는 보스부와;

   상기 보스부의 양측으로 형성되는 대직경의 공간부를 밀폐시켜 유압실을 형성하는 리테이너와;

   유압 제어밸브의 제어에 따라 상기 유압실에 유압을 각각에 유압을 공급할 수 있도록 캠 샤프트에 형성된 유로를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제2항에 있어서, 리테이너는 대외경부와 소외경부로 형성되어 상기 소외경부가 캠의 대직경의 공간부로 삽입되면서 보스부와 소외경부의 단부 사이의 공간부에 유압실이 형성되고, 상기 대경부는 캠의 좌우 이동 범위를 제한할 수 있도록 구성 됨을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제3항에 있어서, 캠의 보스부 소경부와 캠축 사이 및 대경부와 리테이너 사이에는 유압실의 밀봉을 위한 실링부가 형성됨을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.
5. 제4항에 있어서, 실링부는 캠의 소경부 및 대경부에 요입 형성되는 요입홈에 상기 캠축 및 리테이너의 소외경부와 면촉되는 실링부재와, 상기 요입홈과 실링부재 사이에 배치되어 탄성력을 발휘하는 웨이브 스프링을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.

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