KR20090051578A - 무단 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

무단 가변 밸브 리프트 장치는 입력 축에 구비된 입력 캠; 밸브 개폐부; 로커암 회전축을 구비한 가변 레버; 상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 로커암 회전축을 중심으로 왕복 회전하도록 구비된 로커암; 및 상기 로커암의 일단에 구비되어 상기 밸브 개폐부를 개폐하도록 구비된 출력 캠;을 포함한다.

무단 가변 밸브 리프트(CVVL: Continuous Variable Valve Lift), 입력 캠, 캠 축

Description

무단 가변 밸브 리프트 장치{CONTINUOUS VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

본 발명은 무단 가변 밸브 리프트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 밸브의 리프트 량을 엔진의 동작상태에 따라 가변 시킬 수 있는 무단 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.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 작동 영역을 다양하게 구성할 수 있는 무단 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 구성이 간단하고, 일반적인 밸브 장치의 캠축을 동일하게 이용하므로 밸브트레인의 구조 변경 없이 제작이 가능한 무단 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 컴팩트한 구성으로 부피가 작은 무단 가변 밸브 리프트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치는 입력 축에 구비된 입력 캠; 밸브 개폐부; 로커암 회전축을 구비한 가변 레버; 상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 로커암 회전축을 중심으로 왕복 회전하도록 구비된 로커암; 및 상기 로커암의 일단에 구비되어 상기 밸브 개폐부를 개폐하도록 구비된 출력 캠;을 포함할 수 있다.

상기 가변 레버는 가변 레버 축을 포함하되, 상기 가변 레버 축은 조절유닛에 연결되며, 상기 가변 레버는 상기 가변 레버 축을 중심으로 회전하여 상기 로커암의 회전 중심 위치를 조절할 수 있다.

상기 출력 캠은 제1 부분과 제2 부분을 포함하되, 상기 제1 부분은 상기 스 윙암 롤러와 접촉하는 부분의 단면이 상기 로커암 회전축으로부터의 거리가 일정하도록 형성되고, 상기 제2 부분은 상기 스윙암 롤러와 접촉하는 부분의 단면이 상기 로커암 회전축으로부터의 거리가 멀어지도록 형성될 수 있다.

상기 로커암은 일단에 상기 입력 캠과 접촉하도록 구비된 로커암 롤러를 포함할 수 있다.

상기 입력 캠과 상기 로커암이 항상 접촉하도록 구비된 리턴 스프링을 더 포함할 수 있다.

상기 입력 캠은 상기 로커암과 상기 조절부 사이에 위치할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 무단 가변 밸브 리프트 장치는 구조가 간단한 무단 가변 밸브 리프트를 구성할 수 있어, 기존의 밸브 트레인의 과도한 설계변경 없이 실시가 가능한 무단 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

컴팩트한 구성으로 전체 구성 부피가 작은 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

부품수가 적어 생산 단가와 정비 비용을 절감할 수 있다.

가변 레버의 위치 변경에 따라 밸브 리프트가 작아지면 밸브 타이밍의 진각특성이 있다.

출력 캠의 간단한 설계변경이나 가변 레버의 위치 조절에 따라 밸브 리프트 조절이 용이하고, CDA모드의 운전도 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 정면도이고, 도 2는 도1의 무단 가변 밸브 리프트 장치의 측면도이고, 도3은 도1의 무단 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.

도1 내지 도3을 참조하면, 입력 축(120)에 입력 캠(100)이 구비되고 상기 입력 캠(100)의 주위로 로커암(300)이 구비된다. 상기 로커암(300)은 로커암 회전축(220)을 중심으로 상기 입력 캠(100)의 회전에 대응하여 왕복 회전 하도록 구비된다.

상기 로커암(300)의 일단에는 출력 캠(400)이 구비된다.

상기 입력 캠(100)의 아래에는 밸브 개폐부(500)가 구비된다.

상기 로커암 회전축(220)은 가변 레버(200)와 연결되어 있고, 상기 가변 레버(200)는 가변 레버 축(210)과 연결되어 있다.

상기 가변 레버 축(210)은 조절 유닛(700)과 연결된다.

상기 조절 유닛(700)의 작동에 의하여 상기 가변 레버(200)는 상기 가변 레버 축(210)을 중심으로 회전할 수 있다.

상기 조절 유닛(700)는 엔진의 부하, 차량의 속도 등을 기초로 ECU(electronic control unit)에 의하여 제어된다.

상기 조절 유닛(700)는 모터나, 엑추에이터 등으로 할 수 있고, 상기 조절 유닛(700)의 구성이나, 상기 ECU의 제어는 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로 자세한 설명은 생략한다.

상기 입력 캠(100)은 상기 로커암(300)과 상기 가변 레버(200) 사이에 위치하여 무단 가변 밸브 리프트 장치 전체의 부피와 높이가 작게 된다.

상기 로커암(300)은 일단에 상기 입력 캠(100)과 접촉하는 부분에 로커암 롤러(310)를 구비하여 작동이 원활하도록 한다.

상기 입력 캠(100)과 상기 로커암(300)이 항상 접촉하도록 리턴 스프링(600)이 구비된다.

도2와 도3에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 개폐부(500)는 복수로 구비될 수 있다.

도면에는 2개의 밸브를 개폐하는 것으로 도시되어 있으나, 엔진의 용량 등을 고려하여 1개나 2개 이상의 밸브 개폐부가 구비되는 것도 가능하다.

도4는 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치가 엔진(1000)에 구비된 상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도4에 도시된 바와 같이 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치는 일반적인 밸브 트레인의 과도한 설계변경 없이 실시가 가능하여 설계 비용과 생산 단가를 낮출 수 있다.

도6의 (a) 와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 출력 캠의 구성을 설명하는 도면이다.

실선과 점선으로 도시된 원은 각각 로우 리프트 상태에서 로커암 회전 축(210)을 중심으로 한 원과 하이 리프트 상태에서 로커암 회전축(210)을 중심으로 한 원으로 상기 출력캠(400)은 도시된 원을 따라 일정 각도로 왕복 운동하게 된다.

도면에서 일점쇄선으로 표시된 원은 상기 가변 레버(200)가 상기 가변 레버 축(210)을 중심으로 회전하는 궤적을 도시한 것으로 αㅀ는 로우 리프트 모드와 하이 리프트 모드에서 상기 가변 레버 축(210)과 상기 로커암 회전축(220)이루는 각을 나타낸다.

상기 αㅀ, 상기 제1부분(410) 및 상기 제2부분(420)의 구성 선택에 따라 상기 밸브(530)의 리프트 크기가 결정될 수 있다.

도6의 (b)를 참조하면, A는 로우 리프트 상태에서 상기 밸브 개폐부(500)에구비된 스윙암 롤러(510)의 상대적인 위치를 나타내고, B는 하이 리프트 상태에서 상기 스윙암 롤러(510)의 상대적인 위치를 나타낸다.

상기 출력캠(400)은 제1부분(410)과 제2부분(420)을 포함하고, 상기 제1부분(410)의 단면 형상은 상기 로커암 회전축(220)으로부터 일정한 거리로 형성된다.

따라서, 상기 제1부분(410)이 상기 스윙암 롤러(510)와 접촉하며 상기 로커암(300)이 상기 로커암 회전축(220)을 중심으로 시계방향으로 회전하는 경우에 밸브(530)는 열리지 않는다.

상기 제2부분(420)의 단면 형상은 상기 로커암 회전축(220)으로부터 점점 멀어지는 형상을 하고 있다.

따라서, 상기 제2부분(420)이 상기 스윙암 롤러(510)와 접촉하며 상기 로커암(300)이 상기 로커암 회전축(220)을 중심으로 시계방향으로 회전하는 경우에 상 기 밸브(530)는 열리게 된다.

도1을 참조하면, 상기 입력 캠(100)이 회전하여 상기 로커암 롤러(310)을 지나게 되면 상기 리턴 스프링(600)의 작용으로 상기 로커암(300)은 상기 로커암 회전축(220)을 중심으로 반 시계방향으로 회전하게 된다.

로우 리프트 상태에서, 상기 밸브(530)가 닫힌 경우 상기 스윙암 롤러(510)의 상대적인 위치는 A가 되고, 앞서 설명한 상기 제1부분(410)과 접촉하게 되어 상기 로커암(300)이 회전하더라도 일정시간 상기 밸브(530)가 닫힌 상태를 유지하다가 상기 제2부분(420)과 접촉하며 상기 밸브(530)가 열리게 된다.

따라서, 밸브가 열리는 시간과 밸브 리프트 량이 상대적으로 작게 된다.

반면, 하이 리프트 상태에서, 상기 밸브(530)가 닫힌 경우 상기 스윙암 롤러(510)의 상대적인 위치는 B가 되고, 앞서 설명한 상기 제2부분(420)과 인접하게 되어 상기 로커암(300)이 회전하면 즉시 상기 밸브(530)가 열린 상태를 유지하게 된다.

따라서, 밸브가 열리는 시간과 밸브 리프트 량이 상대적으로 크게 된다.

또한, 출력 캠의 설계는 차량의 종류나 차량의 요구조건에 따라 설정이 가능하며, 제1 부분의 구간을 넓게 하면, CDA(cylinder deactivation)로 기능할 수도 있다.

도5의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 작동 원리를 설명하는 도면이다.

도5의 (a)와 (b)는 하리 리프트 모드를 나타내고 Θ는 수평면과 상기 로커암 회전축(220)의 상대적인 각을 나타낸다.

도5의 (c)와 (d)는 로우 리프트 모드를 나타내고 Θ'는 수평면과 상기 로커암 회전축(220)의 상대적인 각을 나타낸다.

도5의 (a) 와 (c)는 밸브가 닫힌 상태를 나타내고 도7의 (b)와 (d)는 밸브가 열린 상태를 나타낸다.

도5에 나타난 바와 같이 상기 로커암(300)의 왕복 운동은 일정한 각도 내에서 일정하게 이루어지나 상기 로커암 회전축(220)의 위치에 따라 리프트 량과 밸브가 열리는 시간이 달라지게 된다.

도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 진각 특성을 나타내는 도면이다.

도5와 도7에 나타난 바와 같이 밸브 리프트가 하이 리프트에서 로우 리프트로 리프트 모드가 변경되면 로커암이 입력 캠의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 되어 밸브 프로파일의 피크(peak)지점이 진각(advanced)되는 특징을 갖는다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 정면도이다.

도 2는 도1의 무단 가변 밸브 리프트 장치의 측면도이다.

도3은 도1의 무단 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.

도4는 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치가 엔진에 구비된 상태를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도5의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 작동 원리를 설명하는 도면이다.

도6의 (a) 와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 출력 캠의 구성을 설명하는 도면이다.

도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브 리프트 변화시 진각 특성을 나타내주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 입력 캠 120: 입력 축

200: 가변 레버 210: 가변 레버 축

220: 로커암 회전축 300: 로커암

310: 로커암 롤러 400: 출력 캠

410: 제1부분 420: 제2부분

500: 밸브 개폐부 510: 스윙암 롤러

530: 밸브 600: 리턴 스프링

700: 조절 유닛

Claims (6)

1. 입력 축에 구비된 입력 캠;

   밸브 개폐부;

   로커암 회전축을 구비한 가변 레버;

   상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 로커암 회전축을 중심으로 왕복 회전하도록 구비된 로커암; 및

   상기 로커암의 일단에 구비되어 상기 밸브 개폐부를 개폐하도록 구비된 출력 캠;

   을 포함하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에서

   상기 가변 레버는 가변 레버 축을 포함하되,

   상기 가변 레버 축은 조절유닛에 연결되며,

   상기 가변 레버는 상기 가변 레버 축을 중심으로 회전하여 상기 로커암의 회전 중심 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제2항에서,

   상기 출력 캠은 제1 부분과 제2 부분을 포함하되,

   상기 제1 부분은 상기 스윙암 롤러와 접촉하는 부분의 단면이 상기 로커암 회전축으로부터의 거리가 일정하도록 형성되고,

   상기 제2 부분은 상기 스윙암 롤러와 접촉하는 부분의 단면이 상기 로커암 회전축으로부터의 거리가 멀어지도록 형성된 무단 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제2항에서,

   상기 로커암은 일단에 상기 입력 캠과 접촉하도록 구비된 로커암 롤러를 포함하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
5. 제2항에서,

   상기 입력 캠과 상기 로커암이 항상 접촉하도록 구비된 리턴 스프링을 더 포함하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
6. 제2항에서,

   상기 입력 캠은 상기 로커암과 상기 가변 레버 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.

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