KR20090064009A - 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 보다 간단한 구성에 의하여 밸브 리프트를 하이 리프트와 로우 리프트 사이에서 연속적으로 가변시키면서 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어함으로써, 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은, 일측이 유압 태핏에 의해 지지되고, 타측이 흡기밸브를 구동시키는 스윙 아암과; 상기 스윙 아암의 직상방에 배치되어 상기 스윙 아암의 롤러를 구동시키되, 상측부의 보스부가 록커 아암 축에 의하여 양측 가이드에 형성된 이동 가이드 슬롯에 전후 이동 가능하게 결합되고, 상기 힌지축의 하측에 인풋 캠에 의하여 구동되는 캠 접촉 롤러가 배치되는 록커 아암과; 엔진 운전 조건에 따라 상기 록커 아암의 힌지축을 상기 이동 가이드 슬롯에서 전,후 이동시키는 리프트 가변 제어 수단을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공한다.

스윙 아암, 록커 아암, 가변용 링크, 가변 회전축

Description

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

본 발명은 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 간단한 구성에 의하여 밸브 리프트를 하이 리프트와 로우 리프트 사이에서 연속적으로 가변시키면서 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어함으로써, 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 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 샤프트에 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 밸 브가 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.

이에 따라 본 발명은 상기 새로운 기술의 개발에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 보다 간단한 구성에 의하여 밸브 리프트를 하이 리프트 와 로우 리프트 사이에서 연속적으로 가변시키면서 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어함으로써, 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 일측이 유압 태핏에 의해 지지되고, 타측이 흡기밸브를 구동시키는 스윙 아암과; 상기 스윙 아암의 직상방에 배치되어 상기 스윙 아암의 롤러를 구동시키되, 상측부의 보스부가 록커 아암 축에 의하여 양측 가이드에 형성된 이동 가이드 슬롯에 전후 이동 가능하게 결합되고, 상기 힌지축의 하측에 인풋 캠에 의하여 구동되는 캠 접촉 롤러가 배치되는 록커 아암과; 엔진 운전 조건에 따라 상기 록커 아암의 힌지축을 상기 이동 가이드 슬롯에서 전,후 이동시키는 리프트 가변 제어 수단을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.

상기에서 록커 아암은 상측단의 보스부가 좌우 가이드에 형성된 이동 가이드 슬롯에 전후 이동 가능하게 결합되는 록커 아암 축에 힌지 고정되며, 상기 보스부의 하측에서 좌우 분기되어 상기 스윙 아암의 롤러를 구동시키는 아웃풋 캠을 형성하되, 상기 보스부로부터 아웃풋 캠으로 분기되는 부분에 캠 축의 인풋 캠과 접촉되어 구동되는 캠 접촉 롤러가 배치됨을 특징으로 한다.

상기에서 아웃풋 캠은 전체적으로 반원형으로 이루어져 내측부에는 상기 캠 접촉 롤러를 구동시키는 인풋 캠이 위치하고, 자유단부 하측면이 스윙 아암의 롤러와 접촉되도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기에서 아웃풋 캠의 자유단부 하측면에는 상기 스윙 아암의 롤러와 어느 회전각에서도 접촉이 이루어질 수 있도록 상향 요입되는 형태의 완만한 곡면으로 이루어지는 롤러 접촉면으로 이루어짐을 특징으로 한다.

그리고 상기 록커 아암과 록커 아암 축 사이에는 상기 록커 아암이 항상 내측의 인풋 캠을 향하도록 탄성력을 발휘하는 탄성부재가 배치됨을 특징으로 한다.

상기에서 리프트 가변 제어수단은 수평 방향으로 배치되어 전단부가 상기 록커 아암 축과 힌지 연결되는 가변용 링크와; 수직으로 세워지는 회동간을 통해 상기 가변용 링크의 후단부가 연결되어 별도의 구동수단에 의하여 선택적으로 정,역회전하면서 상기 가변용 링크를 선택적으로 전,후 이동시키는 가변 회전축으로 형성하거나, 수직으로 세워지는 회동간의 하측 요입부에 상기 록커 아암 축이 회전 가능하게 결합되는 가변용 회전축으로 형성함을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공한다.

상기 구성에 의하면 본 발명은, 간단한 구성으로 엔진의 운전 조건에 따라 미도시한 전자제어유닛(ECU)에서 미도시한 구동수단을 제어함으로써, 리프트 가변 제어수단이 연동되면서 연속적으로 록커 아암의 자세를 변화시켜 연속적으로 흡기 밸브의 리프트를 가변 제어하게 되는 바, 밸브 리프트를 단계별이 아닌 연속적으로 미세하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하 면 다음과 같다.

도1 내지 도 3은 본 발명에 의한 가변 리프트 장치를 도시한 것으로서, 본 발명은 실린더당 2개의 흡기 밸브를 채택하고 있는 엔진에 적용된다.

즉, 상기 2개의 흡기밸브(2)(4)를 구동하는 스윙 아암(6)(8)은 상기 흡기 밸브(2)(4)의 반대측에 미도시한 유압 태핏(10)(12)이 위치하게 되며, 중간부 상측에는 롤러(14)(16)가 배치된다.

상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)의 직상방에는 이의 롤러(14)(16)를 구동시켜 주는 록커 아암(18)이 배치된다.

상기 록커 아암(18)은 상측단의 보스부(20)가 좌우 가이드(22)(24)에 형성된 이동 가이드 슬롯(26)(28)에 전후 이동 가능하게 결합되는 록커 아암 축(30)에 힌지 고정되며, 상기 보스부(20)의 하측에서 좌우 분기되어 상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)를 구동시키는 아웃풋 캠(32)(34)이 형성된다.

상기에서 이동 가이드 슬롯(26)(28)은 직선형으로 이루어지는 것이 아니라 스윙 아암(6)(10)의 롤러(14)(16)의 축중심을 기준으로 하여 소정의 곡률을 가지고 형성된다.

그리고 상기 보스부(20)로부터 아웃풋 캠(32)(34)으로 분기되는 부분에는 캠 축(36)의 인풋 캠(38)과 접촉되어 구동되는 캠 접촉 롤러(40)가 배치되며, 상기 아웃풋 캠(32)(34)은 전체적으로 반원형으로 이루어져 내측부에는 상기 캠 접촉 롤러(40)를 구동시키는 인풋 캠(38)이 위치하고, 자유단부 하측면이 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)와 접촉된다.

이에 따라 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)와 접촉이 이루어지는 상기 아웃풋 캠(32)(34)의 저면에는 상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)와 어느 회전각에서도 접촉이 이루어질 수 있도록 상향 요입되는 형태의 완만한 곡면으로 이루어지는 롤러 접촉면(42)(44)이 형성된다.

또한, 상기 록커 아암(14)와 록커 아암 축(30) 사이에는 비틀림 코일 스프링으로 이루어지는 탄성부재(46)가 배치되어 상기 록커 아암(18)이 항상 내측의 인풋 캠(38)을 향하도록 하는 탄성력을 발휘하게 된다.

상기 록커 아암 축(30)에는 수평 방향으로 배치되는 가변용 링크(48)(50)의 전단부가 힌지 연결되고, 상기 가변용 링크(48)(50)의 후단부는 수직으로 세워지는 회동간(52)(54)에 의하여 가변 회전축(56)과 연결된다.

그리고 상기 가변 회전축(56)은 엔진제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 미도시한 별도의 구동수단(모터등)과 연결되어 상기 엔진제어유닛(ECU)의 제어에 따라 상기 가변 회전축(56)을 정,역회전시키게 되는 것이다.

즉, 상기에서 가변용 링크(48)(50)와 회동간(52)(54)을 포함하는 가변 회전축(56)은 리프트 가변 제어수단으로서의 역할을 수행하게 되는 것이다.

그리고 상기에서 캠축(36)와 가변 회전축(56)은 상기 가이드(22)(24)에 회전가능하게 고정됨은 물론이다.

상기와 같은 구성에 의하여 록커 아암 축(30)이 이동 가이드 슬롯(26)(28)의 전측으로 이동하는 경우에는 도 4에서와 같이 록커 아암 축(30)의 중심이 C1으로 이동하면서 록커 아암(18)이 R1의 운동궤적을 가지며, 록커 아암 축(30)이 이동 가 이드 슬롯(26)(28)의 후측으로 이동하는 경우에는 록커 아암 축의 중심이 C2로 이동하면서 록커 아암(18)이 R2의 운동궤적을 가지게 되는 것이다.

이러한 점을 고려하여 로우 리프트의 작동을 살펴보면, 도 5에서와 같이, 미도시한 구동수단으로 가변 회전축(46)을 반시계 방향으로 회전시키면 이의 회전운동은 가변 링크(48)(50)를 통해 직선 운동으로 변환되면서 록커 아암 축(30)을 전측으로 밀어주게 된다.

이에 따라 록커 아암 축(30)의 축 중심이 도 4에서와 같이 C1 으로 이동하게 되면서 도 5 a와 같은 상태가 되며, 이러한 상태에서 캠축(36)의 회전으로 인풋 캠(38)이 상기 캠 접촉 롤러(40)를 구동시키면 록커 아암(18)이 시계방향으로 회전하면서 롤 접촉면(42)(44)이 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)를 가압하여 도 5b와 같은 상태로 흡기밸브(2)(4)를 구동시키게 되는 것이다.

이때 상기 록커 아암 축(30)의 중심이 C1 으로 이동되면서 상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)가 롤 접촉면(42)(44)의 전측 부분과 접촉된 상태이므로 롤거 아암(18)이 상기 C1 을 기준으로 하여 R1의 궤적으로 회전을 하게 되는 바, 상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)를 가압하는 양이 적기 때문에 로우 리프트가 실현되는 것이다.

그리고 상기와는 반대로 하이 리프트의 작동을 살펴보면, 도 6에서와 같이, 미도시한 구동수단으로 가변 회전축(46)을 시계 방향으로 회전시키면 이의 회전운동은 가변 링크(48)(50)를 통해 직선 운동으로 변환되면서 록커 아암 축(30)을 후측으로 당겨주게 된다.

이에 따라 록커 아암 축(30)의 축 중심이 도 4에서와 같이 C2 로 이동하게 되면서 도 6 a와 같은 상태가 되며, 이러한 상태에서 캠축(36)의 회전으로 인풋 캠(38)이 상기 캠 접촉 롤러(40)를 구동시키면 록커 아암(18)이 시계방향으로 회전하면서 롤 접촉면(42)(44)이 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)를 가압하여 도 6b와 같은 상태로 흡기밸브(2)(4)를 구동시키게 되는 것이다.

이때 상기 록커 아암 축(30)의 중심이 C2 로 이동되면서 상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)가 롤 접촉면(42)(44)의 중간 부분과 접촉된 상태이므로 롤거 아암(18)이 상기 C2를 기준으로 하여 R2의 궤적으로 회전을 하게 되는 바, 상기 스윙 아암(6)(8)의 롤러(14)(16)를 가압하는 양이 커지기 때문에 하이 리프트가 실현되는 것이다.

도7은 본 발명에 있어서, 리프트 가변 제어수단의 구성은 상기 실시예와는 달리 형성한 것으로서, 상기 실시예에서와는 달리 가변용 링크(48)(50)를 생략하고, 회동간(52)(54)와 가변 회전축(56)을 리프트 가변 제어수단을 형성한 것이다.

즉, 상기 가변 회전축(56)을 록커 아암 축(30)의 직상방에 배치하고, 상기 회동간(52)(54)의 하부에 하측부분이 개구되면서 상향 요입되는 록커 아아축 삽입홈(58)를 형성하여 이에 록거 아암 축(30)이 좌우 유동없이 결합될 수 있도록 하였다.

이에 따라 상기 가변 회전축(56)이 도면에서 반시계 방향으로 회전하면 상기 록거 아암 축(30)의 축 중심이 후측의 C2 지점으로 이동하고, 상기 가변 회전축(56)이 시계방향으로 회전하면 상기 록커 아암 축(30)의 축 중심이 C1 으로 이 동되는 것이다.

상기와 같은 다른 실시예에 있어서는 리프트 가변 제어수단만 그 구성을 달리할 뿐 작동은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 작동되는 가변 리프트 장치에 있어서는 엔진의 운전 조건에 따라 미도시한 전자제어유닛(ECU)에서 미도시한 구동수단을 제어함으로써, 리프트 가변 제어수단이 연동되면서 연속적으로 록커 아암(18)의 자세를 변화시켜 연속적으로 흡기 밸브(2)(4)의 리프트를 가변 제어하게 되는 바, 밸브 리프트를 단계별이 아닌 연속적으로 미세하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 가변 리프트 장치의 사시도.

도2 는 본 발명의 요부 발췌 사시도.

도 3은 본 발명의 요부 발췌 측면도.

도 4는 본 발명의 작동 원리도.

도 5는 본 발명에 의한 로우 리프트 상태의 작동도.

도 6은 본 발명에 의한 하이 리프트 상태의 작동도.

도 7은 본 발명에 적용되는 리프트 가변 제어수단의 다른 실시예도이다.

Claims (7)

1. 일측이 유압 태핏에 의해 지지되고, 타측이 흡기밸브를 구동시키는 스윙 아암과;

   상기 스윙 아암의 직상방에 배치되어 상기 스윙 아암의 롤러를 구동시키되, 상측부의 보스부가 록커 아암 축에 의하여 양측 가이드에 형성된 이동 가이드 슬롯에 전후 이동 가능하게 결합되고, 상기 힌지축의 하측에 인풋 캠에 의하여 구동되는 캠 접촉 롤러가 배치되는 록커 아암과;

   엔진 운전 조건에 따라 상기 록커 아암의 힌지축을 상기 이동 가이드 슬롯에서 전,후 이동시키는 리프트 가변 제어 수단을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
2. 제1항에 있어서, 록커 아암은 상측단의 보스부가 좌우 가이드에 형성된 이동 가이드 슬롯에 전후 이동 가능하게 결합되는 록커 아암 축에 힌지 고정되며, 상기 보스부의 하측에서 좌우 분기되어 상기 스윙 아암의 롤러를 구동시키는 아웃풋 캠을 형성하되,

   상기 보스부로부터 아웃풋 캠으로 분기되는 부분에 캠 축의 인풋 캠과 접촉되어 구동되는 캠 접촉 롤러가 배치됨을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
3. 제2항에 있어서, 아웃풋 캠은 전체적으로 반원형으로 이루어져 내측부에는 상기 캠 접촉 롤러를 구동시키는 인풋 캠이 위치하고, 자유단부 하측면이 스윙 아암의 롤러와 접촉되도록 형성됨을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
4. 제4항에 있어서, 아웃풋 캠의 자유단부 하측면에는 상기 스윙 아암의 롤러와 어느 회전각에서도 접촉이 이루어질 수 있도록 상향 요입되는 형태의 완만한 곡면으로 이루어지는 롤러 접촉면으로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
5. 제1항에 있어서, 록커 아암과 록커 아암 축 사이에는 상기 록커 아암이 항상 내측의 인풋 캠을 향하도록 탄성력을 발휘하는 탄성부재가 배치됨을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
6. 제1항에 있어서, 리프트 가변 제어수단은 수평 방향으로 배치되어 전단부가 상기 록커 아암 축과 힌지 연결되는 가변용 링크와;

   수직으로 세워지는 회동간을 통해 상기 가변용 링크의 후단부가 연결되어 별도의 구동수단에 의하여 선택적으로 정,역회전하면서 상기 가변용 링크를 선택적으로 전,후 ??오시키는 가변 회전축을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
7. 제1항에 있어서, 리프트 가변 제어수단은 수직으로 세워지는 회동간의 하측 요입부에 상기 록커 아암 축이 회전 가능하게 결합되는 가변용 회전축으로 형성됨을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.

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