KR20090105407A - 자동차의 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 캠 로브가 형성되어 캠 축과 일체로 회전하는 캠과, 상기 캠 축을 중심으로 회전 가능하게 마련된 리프트 암을 가지는 캠 유닛과; 엔진의 운전 상태에 따라 회동각이 가변적으로 조절되고, 일측에 접촉면이 형성된 회동 조절 유닛과; 일단이 상기 리프트 암에 결합되고 타단이 실린더 헤드에 결합되어 상기 리프트 암을 복원시키는 복원 수단과; 상기 캠과 상기 회동 조절 유닛의 접촉면에 의해 가압되어 이동궤적이 상기 리프트 암에서 종속적으로 변화되면서 상기 리프트 암을 회전시키는 롤러 유닛과; 상기 리프트 암과 접촉 가능하게 마련되어 상기 캠 유닛 및 상기 회동 조절 유닛의 회전에 따라 밸브를 개폐하는 밸브 개폐 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 리프트 암을 캠 축에 결합시킨 후 리프트 암에 롤러 유닛을 안착시키면 되므로, 레버를 조절기구와 캠 사이에 조립해야만 해서 작업 공간이 협소한 곳에서는 작업이 어려웠던 종래의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 비해 작업성이 향상될 수 있다.

Description

자동차의 가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT DEVICE FOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 작업 공간이 협소하더라도 작업이 용이한 자동차의 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

최근에는 열효율과 출력의 향상을 위해 흡/배기 밸브의 밸브 리프트와 개폐 시기를 각각 변화시키고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있는 바, 이와 같은 노력의 일환으로 개발된 장치 중 하나가 연속 가변 밸브 리프트 장치(CVVL, Continuously Variable Valve Lift)이다.

미국특허 US 6,907,852에 개시된 종래의 연속 가변 밸브 리프트 장치(101)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 밸브(102)의 다양한 리프트를 생성하기 위한 것으로서, 이 때 밸브(102)는 축(104)에 대해 회전하는 휠(105)을 가지는 롤러 스윙암(103)과, 캠(107)에 의해 작동되는 레버(108)의 단부에 형성된 아이들 스크로크 캠 팔로어(106') 및 리프팅 스트로크 캠 팔로어(106")의 상호 관계에 의해 리프팅될 수 있다.

또한, 밸브(102)의 다양한 스트로크 조절을 위해, 캠(107)과 연관된 레 버(108)는 지렛점(112)에 의한 원형 경로를 따라 지지되며, 이 지렛점(112)의 위치는 조절 기구(111)에 의해 변화될 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 밸브(102)는 조절 기구(111)의 캠(118)과 캠 샤프트(107')에 대한 캠(107)의 회전에 의해 움직이는 레버(108)에 따라 리프트 양이 달라질 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 연속 가변 밸브 리프트 장치(101)에 있어서는, 작업자가 조절기구(111)와 캠(107) 사이에 레버(108)를 조립을 해야하기 때문에 작업 공간이 협소한 경우 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 작업 공간이 협소한 곳에서도 용이하게 작업할 수 있는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 자동차의 가변 밸브 리프트 장치에 있어서, 캠 로브가 형성되어 캠 축과 일체로 회전하는 캠과, 상기 캠 축을 중심으로 회전 가능하게 마련된 리프트 암을 가지는 캠 유닛과; 엔진의 운전 상태에 따라 회동각이 가변적으로 조절되고, 일측에 접촉면이 형성된 회동 조절 유닛과; 일단이 상기 리프트 암에 결합되고 타단이 실린더 헤드에 결합되어 상기 리프트 암을 복원시키는 복원 수단과; 상기 캠과 상기 회동 조절 유닛의 접촉면에 의해 가압되어 이동궤적이 상기 리프트 암에서 종속적으로 변화되면서 상기 리프트 암을 회전시키는 롤러 유닛과; 상기 리프트 암과 접촉 가능하게 마련되어 상기 캠 유닛 및 상기 회동 조절 유닛의 회전에 따라 밸브를 개폐하는 밸브 개폐 수단에 의해 달성된다.

여기서, 상기 회동 조절 유닛은 상기 캠 유닛과 인접하여 이격 설치되며, 모터에 의해 회동각이 가변적으로 조절되는 편심 축과, 상기 편심 축의 외주면에 형성된 편심 캠을 가지는 편심 캠 부재와; 상기 편심 캠 부재의 하측에 엔진 고정부에 의해 지지되며, 상기 롤러 유닛과 접촉하는 상기 접촉면이 형성되어 상기 편심 캠 부재의 회전에 따라 상하 방향으로 미끄럼 이동하는 가이드를 포함하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 리프트 암은 상부면에 안착면이 형성되고 하부면에 프로파일이 형성되며, 상기 밸브 개폐 수단은 상기 프로파일과 접촉되어 회전된다.

이 때, 상기 롤러 유닛은 중앙에 캠 로브가 접촉되는 캠 로브 접촉부가 형성된 롤러 축과; 상기 캠 로브 접촉부의 양측에 마련되어 상기 접촉면과 접촉되는 가이드 접촉 롤러와; 상기 가이드 접촉 롤러의 양측에 마련되어 상기 안착면과 접촉되는 리프트 암 접촉 롤러를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 안착면은 아래로 오목하고 인볼류트 곡선으로 이루어진 것이 바람직하다.

또는, 상기 안착면은 직선으로 형성될 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 리프트 암을 캠 축에 결합시킨 후 리프트 암의 안착면에 롤러 유닛을 안착시키면 되므로, 레버를 조절기구와 캠 사이에 조립해야만 해서 작업 공간이 협소한 곳에서는 작업이 어려웠던 종래의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 비해 작업성이 향상될 수 있는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 측면도이고, 도 2는 도 1에서 밸브와 롤러 스윙암을 제외한 구성을 위에서 본 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 평면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 가변 밸브 리프트 장치(1)는 크게 크랭크 축(미도시)과 연동하여 회전하는 캠 유닛(10)과, 캠 유닛(10)과 인접한 위치에 마련되어 엔진의 운전 상태에 따라 회전하는 회동 조절 유닛(20)과, 캠 유닛(10)에 결합된 리프트 암(30)과, 리프트 암(30)에 안착되어 캠 유닛(10) 및 회동 조절 유닛(20)의 상호 작용에 의해 종속적으로 이동됨으로써 리프트 암(30)을 가압하는 롤러 유닛(50)과, 리프트 암(30)의 프로파일(33)과 접촉 가능하게 마련되어 밸브(65)를 개폐하는 밸브 개폐 수단(60)으로 구성되어 있다.

여기서, 밸브 개폐 수단(60)은 리프트 암(30)의 프로파일(33)과 접촉되도록 리프트 암(30)의 하측에 마련되며, 일단이 유압식 래시 조절기구(45)에 의해 피봇 지지되고 타단이 밸브(65)를 가압하도록 설치되어 롤러 유닛(50)의 가압력을 전달받아 밸브(65)를 리프팅시키는 롤러 스윙암으로 이루어져 있다.

캠 유닛(10)은 크랭크 축과 체인이나 벨트 등으로 연결되어 크랭크 축과 연동하는 캠 축(11)과, 캠 축(11)의 외주면에 마련되어 캠 축(11)과 일체로 회전하며 캠 로브(13)가 형성된 캠(12)으로 구성되어 있다.

회동 조절 유닛(20)은 캠 유닛(10)과 인접하게 이격 설치되는데, 이 때 회동 조절 유닛(20)은 엔진의 회전수 및 엔진 부하에 따라 회동각이 가변적으로 조절됨으로써 밸브(65)의 리프트양을 조절하는 기능을 한다.

회동 조절 유닛(20)의 구성을 보다 자세히 설명하자면, 회동 조절 유닛(20)은 캠 축(11)의 상측에 위치하는 편심 캠 부재(25)와, 편심 캠 부재(25)의 하측에 캠 캡 등의 엔진 고정부(미도시)에 의해 지지되어 편심 캠 부재(25)의 회전에 따라 상하 방향으로 미끄럼 이동하는 가이드(23)를 포함하여 이루어진다.

편심 캠 부재(25)는 모터(미도시)에 의해 회동각이 가변적으로 조절되는 편심 축(21)과, 편심 축(21)의 외주면에 형성된 편심 캠(22)으로 구성되어 있다. 즉, 편심 캠 부재(25)는 모터에 의해 구동되는데, 이 때 모터는 제어부(미도시)로 수신된 엔진 상태의 신호에 기초하여 회전됨으로써 편심 축(21)을 구동시킨다.

가이드(23)는 편심 캠 부재(25)의 하측에 마련되어 편심 캠 부재(25)의 회동 정도에 따라 상하 이동되며, 내측면에는 롤러 유닛(50)이 접촉되기 위한 접촉면(24)이 형성되어 있다. 이러한 가이드(23)는 편심 캠(22)의 회동각에 따라 상하 이동됨으로써 롤러 유닛(50)이 리프트 암(30)에서 좌우 방향으로 이동될 수 있다. 그 결과, 리프트 암(30)이 캠 축(11)을 중심으로 상하 방향으로 이동됨으로써 밸브 개폐 수단(60)이 유압식 래시 조절기구(45)를 중심으로 상하 방향으로 이동되어 밸브(65)가 리프팅될 수 있는 것이다.

리프트 암(30)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 캠 축(11)에 회전 가능하게 결합되는 축 결합부(31)와, 축 결합부(31)로부터 가이드(23)를 향해 연장 형성되며 상부면에 안착면(32)이 형성되고 하부면에 프로파일(33)이 형성된 암부(35)로 구성되어 있다.

안착면(32)은 롤러 유닛(50)이 안착되어 캠 유닛(10)과 편심 캠 유닛(25)의 회전 정도에 따라 롤러 유닛(50)이 좌우 방향으로 이동될 수 있는 곳이다. 여기서, 안착면(32)은 아래로 오목하고 인볼류트 곡선으로 이루어져 있는데, 이에 의해 관성 질량이 작아지는 효과가 있어 후술할 복원 수단(40)의 토크를 작게 할 수 있다.

프로파일(33)은 암부(35)의 하부면에 형성되어 밸브 개폐 수단(60)과 접촉되는 곳으로서, 롤러 유닛(50)이 리프트 암(30)을 가압하면 리프트 암(30)이 캠 축(11)을 중심으로 회전하고 이에 의해 프로파일(33)이 밸브 개폐 수단(60)을 아래로 밀어냄으로써 밸브(65)가 열리게 되는 것이다.

여기서, 리프트 암(30)은 종래의 레버(108)와 대응되는 구성으로서, 종래의 연속 가변 밸브 리프트 장치(101)의 경우에는 레버(108)를 조절기구(111)와 캠(107) 사이에 조립해야 하기 때문에 작업 공간이 협소한 경우에는 작업하기 매우 어려웠으나, 본 발명의 리프트 암(30)은 캠 축(11)에 삽입하면 되므로 작업성이 매우 좋은 효과가 있다.

이 때, 리프트 암(30)의 상하 회전을 복원시키기 위해 복원 수단(40)이 구비되는데, 이 복원 수단(40)의 일단은 리프트 암(30)에 결합되고 타단은 실린더 헤드에 결합되는 비틀림 코일 스프링으로 구성됨으로써, 롤러 유닛(50)의 가압력이 제거되면 리프트 암(30)을 초기 상태로 복귀시킨다.

롤러 유닛(50)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 중앙에 캠 로브(13)가 접촉되는 캠 로브 접촉부(55)가 형성된 롤러 축(51)과, 캠 로브 접촉부(55)의 양측에 마련되어 가이드(23)의 접촉면(24)과 접촉되는 가이드 접촉 롤러(52)와, 가이드 접촉 롤러(52)의 양측에 마련되어 리프트 암(30)의 안착면(32)과 접촉되는 리프트 암 접촉 롤러(53)를 포함하여 이루어진다. 이러한 구성의 롤러 유닛(50)은 캠(12)과 회동 조절 유닛(20)의 접촉면(24)에 의해 가압되어 이동 궤적이 리프트 암(30)의 안착면(32)에서 종속적으로 변화됨으로써 리프트 암(30)을 상하 방향으로 회전시킨다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 가변 밸브 리프트 장치(1)의 작동 원리를 도 6을 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 6의 (a)는 캠(12)과 편심 캠 부재(25)가 롤러 유닛(50)을 가압하지 않은 초기 상태를 도시한 도면으로서, 이와 같은 경우에는 밸브(65)가 닫힌 상태가 된다.

그 후, 캠 축(11)이 크랭크 축과 연동되어 180도 정도 시계 방향으로 회전하면, 도 6의 (b)와 같이 롤러 유닛(50)의 캠 로브 접촉부(55)가 캠 로브(13)에 접촉되어 롤러 유닛(50)이 안착면(32)의 우측으로 밀리면서 리프트 암(30)이 캠 축(11)을 중심으로 하향 회전하게 된다. 그 결과, 리프트 암(30)의 프로파일(33)이 밸브 개폐 수단(60)을 아래로 밀게 됨에 따라 밸브 개폐 수단(60)이 유압식 래시 조절기구(45)를 중심으로 아래로 회동하여 밸브(65)가 아래로 약간 리프팅될 수 있다.

다음, 엔진 회전수 및 엔진 부하가 큰 경우 제어부에 의해 모터가 구동되면, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 모터에 의해 편심 축(21)이 회전되어 편심 캠(22)이 가이드(23)의 상부면을 아래로 가압하게 된다. 이에, 가이드(23)는 아래 방향으로 이동하면서 롤러 유닛(50)을 안착면(32)의 좌측 방향으로 가압하게 되고, 이에 의해 리프트 암(30)이 캠 축(11)을 중심으로 더 회전하게 된다. 그 결과, 밸브 개폐 수단(60)이 도 6의 (b) 상태보다 유압식 래시 조절기구(45)를 중심으로 더 하향 회전되어 밸브(65)가 최대로 리프팅될 수 있다.

여기서, 리프트 암(230)은 도 7과 구성될 수도 있음은 물론이다. 즉, 제1 실시예의 리프트 암(30)에서는 안착면(32)의 형상이 아래로 오목하고 인볼류트 곡선으로 이루어진 반면, 제2 실시예의 리프트 암(230)에서는 안착면(232)이 직선으로 이루어진 점에서 차이가 있다. 제2 실시예와 같이 안착면(232)이 직선 모양으로 이루어지면 리프트 암(230)의 강성이 좋아져서 동특성이 유리한 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 리프트 암(30)(230)을 캠 축(11)에 결합시킨 후 리프트 암(30)(230)의 안착면(32)(232)에 롤러 유닛(50)을 안착시키면 되므로, 레버(108)를 조절기구(111)와 캠(107) 사이에 조립해야만 해서 작업 공간이 협소한 곳에서는 작업이 어려웠던 종래의 연속 가변 밸브 리프트 장치(101)에 비해 작업성이 향상되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동차의 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 측면도이고,

도 2는 도 1에서 밸브와 롤러 스윙암을 제외한 구성을 위에서 본 상태를 도시한 사시도이고,

도 3은 도 2의 평면도이고,

도 4는 도 1의 리프트 암을 도시한 측면도이고,

도 5의 (a)는 롤러 샤프트를 도시한 사시도, (b)는 롤러 유닛을 도시한 사시도이고,

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치가 작동되는 과정을 도시한 작동도이고,

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 리프트 암을 도시한 측면도이고,

도 8은 종래의 자동차의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 가변 밸브 리프트 장치

10 : 캠 유닛 11 : 캠 축

12 : 캠 13 : 캠 로브

20 : 회동 조절 유닛 21 : 편심 축

22 : 편심 캠 23 : 가이드

24 : 접촉면 25 : 편심 캠 부재

30, 230 : 리프트 암 32, 232 : 안착면

33 : 프로파일 40 : 복원 수단

50 : 롤러 유닛 51 : 롤러 축

52 : 가이드 접촉 롤러 53 : 리프트 암 접촉 롤러

55 : 캠 로브 접촉부 60 : 밸브 개폐 수단

65 : 밸브

Claims (6)

1. 캠 로브가 형성되어 캠 축과 일체로 회전하는 캠과, 상기 캠 축을 중심으로 회전 가능하게 마련된 리프트 암을 가지는 캠 유닛과;

   엔진의 운전 상태에 따라 회동각이 가변적으로 조절되고, 일측에 접촉면이 형성된 회동 조절 유닛과;

   일단이 상기 리프트 암에 결합되고 타단이 실린더 헤드에 결합되어 상기 리프트 암을 복원시키는 복원 수단과;

   상기 캠과 상기 회동 조절 유닛의 접촉면에 의해 가압되어 이동궤적이 상기 리프트 암에서 종속적으로 변화되면서 상기 리프트 암을 회전시키는 롤러 유닛과;

   상기 리프트 암과 접촉 가능하게 마련되어 상기 캠 유닛 및 상기 회동 조절 유닛의 회전에 따라 밸브를 개폐하는 밸브 개폐 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회동 조절 유닛은

   상기 캠 유닛과 인접하여 이격 설치되며, 모터에 의해 회동각이 가변적으로 조절되는 편심 축과, 상기 편심 축의 외주면에 형성된 편심 캠을 가지는 편심 캠 부재와;

   상기 편심 캠 부재의 하측에 엔진 고정부에 의해 지지되며, 상기 롤러 유닛과 접촉하는 상기 접촉면이 형성되어 상기 편심 캠 부재의 회전에 따라 상하 방향 으로 미끄럼 이동하는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 리프트 암은 상부면에 안착면이 형성되고 하부면에 프로파일이 형성되며,

   상기 밸브 개폐 수단은 상기 프로파일과 접촉되어 회전되는 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 롤러 유닛은

   중앙에 상기 캠 로브가 접촉되는 캠 로브 접촉부가 형성된 롤러 축과;

   상기 캠 로브 접촉부의 양측에 마련되어 상기 접촉면과 접촉되는 가이드 접촉 롤러와;

   상기 가이드 접촉 롤러의 양측에 마련되어 상기 안착면과 접촉되는 리프트 암 접촉 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 안착면은 아래로 오목하고 인볼류트 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 안착면은 직선으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 가변 밸브 리프트 장치.

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