KR20090065296A

KR20090065296A - 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치

Info

Publication number: KR20090065296A
Application number: KR1020070132785A
Authority: KR
Inventors: 곽영홍; 권기영; 공진국
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-06-22
Also published as: KR100925945B1

Abstract

본 발명은, 캠축과; 상기 캠축에 구비된 입력 캠과; 상기 입력 캠에 접촉되는 제1 롤러가 회전가능하게 설치된 제1 링크와; 수평면과 이루는 각도가 변화되도록 상기 캠축에 회전 가능하게 연결되고, 상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 링크가 회전가능하도록 상기 제1 링크가 결합되는 제1 연결축이 구비된 제1 암과, 제2 연결축이 구비된 제2 암을 포함하는 가변 레버와; 상기 제1 링크의 회전에 대응하여, 상기 제2 연결축을 중심으로 회전하는 제2 링크와; 상기 제2 링크의 회전에 대응하여, 상기 캠축을 중심으로 회전하는 출력 캠과; 상기 출력 캠의 회전에 의하여 개폐되는 밸브 개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

이에, 제1 링크의 회전각도가 증폭됨에 따라, 출력 캠의 회전각을 증폭시킬 수 있는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

또한, 간소화된 구조를 갖는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 구성할 수 있어, 기존의 밸브 리프트 트레인의 과도한 설계변경 없으며, 부품수가 적어 생산 단가와 정비 비용을 절감할 수 있는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

또한, 직동식과 스윙암식 밸브 리프트에 적용이 가능하며, 밸브 리프트양을 용이하게 조절할 수 있고, CDA모드의 운전도 가능한 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

연속 가변 밸브 리프트 장치, 제1 링크, 제2 링크, 가변 레버, 캠

Description

자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치{Continuously Variable Valve Lift Apparatus of Vehicle}

본 발명은, 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 밸브의 리프트량을 엔진의 동작상태에 따라 가변시킬 수 있는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

종래 엔진에 구비된 일반 캠으로는 밸브 리프트(lift)와 듀레이션(duration)을 변화시킬 수 없고, 고정된 밸브 리프트와 듀레이션을 특정 회전수에 고정해야 하기 때문에 연비와 출력의 최적화를 도모할 수 없었다.

이에 따라, 최근에는 열효율과 출력의 향상을 위해 흡/배기 밸브의 밸브 리프트와 개폐 시기 및 개폐 시간을 각각 가변화시키고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있는 바, 이와 같은 노력의 일환으로 개발된 장치중 하나가 자동차의 연속 가변 밸브 리프트장치(CVVL;Continuously Variable Valve Lift system)이다.

즉, 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 흡/배기 밸브의 개폐 시기와 밸브 리프트 등의 밸브 운동을 엔진의 운전 조건에 맞춰 최적으로 조정할 수 있어, 출력이 요구되는 고속/고부하에서 흡기 유량을 최대화시킬 수 있고, 연비의 향상이 나 배기가스의 저감이 중요한 저속/저부하에서는 내부 EGR 효과나 스로틀 손실을 최소화시킬 수 있게 된다.

그런데, 기존에 개발된 연속 가변 밸브 리프트 장치의 경우에는 가동부품(moving part)의 구조가 복잡하고, 이 결과, 연속 가변 밸브 리프트 장치가 구비되는 엔진의 부피는 커질 수 밖에 없고, 이로 인해 엔진룸 내에서 엔진의 실린더 헤드 부위가 점유하는 공간의 확대로 인해 다른 부품을 설치하는 데 있어 공간적 제약이 발생하게 되는 문제가 있어 왔다.

또한, 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 발명의 목적은, 작동 영역을 다양하게 구성할 수 있는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

또한, 구성이 간단하고, 일반적인 밸브 장치의 캠축을 중심으로 구성하여 실린더 헤드 등의 구조 변경 없이 제작이 가능한 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 캠축과; 상기 캠축에 구비된 입력 캠과; 상기 입력 캠에 접촉되는 제1 롤러가 회전가능하게 설치된 제1 링크와; 수평면과 이루는 각도가 변화되도록 상기 캠축에 회전 가능하게 연결되고, 상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 링크가 회전가능하도록 상기 제1 링크가 결합되는 제1 연결축이 구비된 제1 암과, 제2 연결축이 구비된 제2 암을 포함하는 가변 레버와; 상기 제1 링크의 회전에 대응하여, 상기 제2 연결축을 중심으로 회전하는 제2 링크와; 상기 제2 링크의 회전에 대응하여, 상기 캠축을 중심으로 회전하는 출력 캠과; 상기 출력 캠의 회전에 의하여 개폐되는 밸브 개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 의해 달성된다.

상기 제1 링크의 일단은, 상기 제1 연결축에 의해 상기 가변 레버의 상기 제1 암과 결합되고, 상기 제1 링크의 타단에는, 상기 제2 링크와 접촉하는 제2 롤러가 제3 연결축에 의해 결합되어 있으며, 상기 제1 링크의 상기 제1 롤러는, 상기 제1 연결축과 상기 제3 연결축 사이에 위치하도록 상기 제1 링크에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제1 롤러는 제4 연결축에 의해 상기 제1 링크에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제2 링크는, 상기 출력 캠을 회전시키도록 제3 링크를 구비하여 상기 출력 캠과 연결된 것이 바람직하다.

상기 제3 링크의 일단은 링크 제1 연결축에 의해 상기 제2 링크와 연결되고, 상기 제3 링크의 타단은 링크 제2 연결축에 의해 상기 출력 캠에 연결된 것이 바람직하다.

상기 밸브 개폐부는, 밸브와; 상기 밸브와 연결되어 상기 출력 캠의 회전에 대응하여 상기 밸브를 개폐하는 태핏을 포함하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 링크의 회전각도가 증폭됨에 따라, 출력 캠의 회전각을 증폭시킬 수 있는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치는, 캠축(10)과; 캠축(10)에 구비된 입력 캠(11)과; 입력 캠(11)에 접촉되는 제1 롤러(31)가 회전가능하게 설치된 제1 링크(30)와; 수평면과 이루는 각도가 변화되도록 캠축(10)에 회전 가능하게 연결되고, 입력 캠(11)의 회전에 대응하여 제1 링크(30)가 회전가능하도록 제1 링크(30)가 결합되는 제1 연결축(23)이 구비된 제1 암(21)과, 제2 연결축(24)이 구비된 제2 암(22)을 포함하는 가변 레버(20)와; 제1 링크(30)의 회전에 대응하여, 제2 연결축(24)을 중심으로 회전하는 제2 링크(40)와; 제2 링크(40)의 회전에 대응하여, 캠축(10)을 중심으로 회전하는 출력 캠(50)과; 출력 캠(50)의 회전에 의하여 개폐되는 밸브 개폐부(71,72)를 포함한다.

캠축(10)에는 입력 캠(11)이 구비된다.

상기 캠축(10)에는 가변 레버(20)가 구비되며, 상기 가변 레버(20)는 제1암(21)과 제2 암(22)을 포함하고, 제1 암(21)과 제2 암(22)에는 각각 제1 연결축(23)과 제2 연결축(24)이 구비된다.

가변 레버(20)는 캠축(10)을 중심으로 회전 가능하도록 구비되며, 가변 레버(20)는 제어부(미도시)에 의하여 캠축(10)에 대한 상대적인 각도가 제어된다.

제1 링크(30)의 일단은, 제1 연결축(23)에 의해 가변 레버(20)의 제1 암(21)과 결합된다.

제1 링크(30)의 타단에는, 제2 링크(40)와 접촉하는 제2 롤러(32)가 제3 연결축(33)에 의해 결합되어 있으며, 제1 링크(30)의 제1 롤러(32)는, 제1 연결축(23)과 제3 연결축(33) 사이에 위치하도록 제4 연결축(34)에 의해 제1 링크(30)에 설치되어 있다.

이와 같이, 제1 링크(30)에 입력 캠(11)과 접촉하는 제1 롤러(32)가 구비되어 있어, 상기 입력 캠(11)의 회전이 원활하게 제1 링크(30)에 전달될 수 있다.

또한, 상기 제1 링크(30)에는 제2 링크(40)와 접촉하는 제2 롤러(32)가 구비되어 있어, 제1 링크(30)의 회전이 제2 링크(40)에 원활하게 전달될 수 있다.

제2 링크(40)는 제1 링크(30)가 입력 캠(11)에 의하여 회전하면 제1 링크(30)의 회전에 대응하여 회전하게 된다.

제2 링크(40)는, 출력 캠(50)을 회전시키도록 제3 링크(60)를 구비하여 출력 캠(50)과 연결된다.

이와 같이, 제2 링크(40)에는 출력 캠(50)과 연결된 제3 링크(60)가 구비되어 있어, 제2 링크(40)의 회전이 출력 캠(50)에 원활하게 전달될 수 있다.

제3 링크(60)의 일단은 링크 제1 연결축(61)에 의해 제2 링크(40)와 연결되고, 제3 링크(60)의 타단은 링크 제2 연결축(62)에 의해 출력 캠(50)에 연결된다.

출력 캠(50)은 밸브(820)를 개폐하기 위해 캠축(10)에 구비되며, 제2 링크(40)의 회전에 대응하여 캠축(10)을 중심으로 회전한다.

출력 캠(50)은 제1,2부분을 포함하고, 후술할 밸브(71)를 가변적으로 개폐하도록 제1부분은 후술할 태핏(72)과 접촉하는 부분이 일정한 반지름을 갖고, 제2부분은 태핏(72)과 접촉하는 부분의 반지름이 증가하도록 구비될 수 있다.

출력 캠(50)의 반지름은 차량의 운전 조건에 따라 요구되는 계폐량을 실험을 통해 선정될 수 있다.

출력 캠(50)은 리턴 스프링(미도시)에 의하여 복원력을 제공받아 상기 밸브(71)를 여는 과정 후에 다시 원상으로 복원 되도록 한다.

이러한 출력 캠(50)의 회전에 의하여 밸브 개폐부(71,72)가 개폐되며, 밸브 개폐부(71,72)는, 밸브(71)와; 밸브(71)와 연결되어 출력 캠(50)의 회전에 대응하여 밸브(71)를 개폐하는 태핏(72)을 포함한다.

출력 캠은 복수개로 이루어지고, 밸브 개폐부는 복수개의 밸브 및 복수개의 밸브와 각각 연결된 복수개의 태핏을 포함하여 구성될 수도 있다. 이때 복수개의 출력 캠은 상기 복수개의 밸브가 동시에 개폐되도록 출력 캠이 서로 연결되어 형성될 수 있다.

도면에는 2개의 밸브(71)를 개폐하는 자동차 연속 가변 밸브 리프트 장치에 대해 도시되어 있으나, 이러한 무단 가변 밸브 리프트를 여러 개 연결하여 구성할 수 도 있다. 즉, 여러 개의 실린더를 개폐하는 밸브 트레인을 하나의 제어부로 제어하여 구동하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 자동차의 가변 밸브 리프트 장치의 리프트 변경 원리에 대하여 자세히 설명한다. 하이 리프트시 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태 및 각각 로우 리프트시 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태로 나누어 설명하기로 한다.

하이 리프트에서 출력 캠(50)은 일정 각도 사이에서 왕복회전하며 밸브(71)를 개폐하게 된다.

가변 레버(20)가 제어부의 제어에 의하여 로우 리프트가 되어 위치 이동하면, 출력 캠(50)은 일정 각도 사이에서 왕복회전하며 밸브(71)를 개폐하게 된다.

즉, 가변 레버(20)의 상대적인 위치가 변경되더라도 출력 캠(50)의 회전각도 변화는 일정하고 상대적인 위치만 변경된다.

앞서 설명한 바와 같이, 출력 캠(50)은 제1,2부분)을 포함하고, 밸브(71)를 가변적으로 개폐하도록 제1부분은 태핏(72)과 접촉하는 부분이 일정한 반지름을 갖고, 제2부분은 태핏(72)과 접촉하는 부분의 반지름이 증가하도록 구비된다.

따라서, 하이 리프트에서 로우 리프트로 가변 레버(20)의 상대적인 위치가 변경되면 상대적으로 출력 캠(50)의 제1 부분이 태핏(72)과 접촉하는 시간이 길어지게 된다.

제1 부분과 태핏(72)이 접촉하는 경우에는 밸브(71)가 닫힌 상태를 유지하게 되고, 하이 리프트에 비하여 밸브가 열려있는 시간이 짧아지고 리프트 량이 작아진다.

이러한 리프트 량을 조절하기 위한 가변 레버의 제어는 ECU(미도시)에 의하여 제어가 가능하며 당해 기술분야의 통상의 기술자가 실험을 통하여 구할 수 있는 것으로 자세한 설명은 생략한다.

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

한편, 본 발명에 따른 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 있어서, 출력 캠의 프로파일을 변경하여, 직동식 밸브, 스윙암식 밸브 장치에도 적용이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 링크의 회전각도가 증폭됨에 따라, 출력 캠의 회전각을 증폭시킬 수 있는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치의 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 다른 각도에서 본 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 캠축

11 : 캠

20 : 가변레버

30 : 제1 링크

40 : 제2 링크

50 : 출력 캠

60 : 제3 링크

71,72 : 밸브 개폐부

Claims

캠축과;

상기 캠축에 구비된 입력 캠과;

상기 입력 캠에 접촉되는 제1 롤러가 회전가능하게 설치된 제1 링크와;

수평면과 이루는 각도가 변화되도록 상기 캠축에 회전 가능하게 연결되고, 상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 링크가 회전가능하도록 상기 제1 링크가 결합되는 제1 연결축이 구비된 제1 암과, 제2 연결축이 구비된 제2 암을 포함하는 가변 레버와;

상기 제1 링크의 회전에 대응하여, 상기 제2 연결축을 중심으로 회전하는 제2 링크와;

상기 제2 링크의 회전에 대응하여, 상기 캠축을 중심으로 회전하는 출력 캠과;

상기 출력 캠의 회전에 의하여 개폐되는 밸브 개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 링크의 일단은, 상기 제1 연결축에 의해 상기 가변 레버의 상기 제1 암과 결합되고,

상기 제1 링크의 타단에는, 상기 제2 링크와 접촉하는 제2 롤러가 제3 연결 축에 의해 결합되어 있으며,

상기 제1 링크의 상기 제1 롤러는, 상기 제1 연결축과 상기 제3 연결축 사이에 위치하도록 상기 제1 링크에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제1 롤러는 제4 연결축에 의해 상기 제1 링크에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 제2 링크는, 상기 출력 캠을 회전시키도록 제3 링크를 구비하여 상기 출력 캠과 연결된 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 제3 링크의 일단은 링크 제1 연결축에 의해 상기 제2 링크와 연결되고, 상기 제3 링크의 타단은 링크 제2 연결축에 의해 상기 출력 캠에 연결된 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 밸브 개폐부는,

밸브와;

상기 밸브와 연결되어 상기 출력 캠의 회전에 대응하여 상기 밸브를 개폐하는 태핏을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치.