KR20100047673A - 편심반경 가변형 캠 및 이를 구비하는 가변 밸브 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠은, 캠샤프트와 일체로 회전되거나 상기 캠샤프트와 독립적으로 회전될 수 있도록, 상기 캠샤프트에 결합되는 내측캠; 및 상기 내측캠의 캠면을 둘러싸도록 장착되며, 상기 캠샤프트와는 일체로 회전되고, 상기 내측캠과는 독립적으로 회전 가능하도록 구성되는 외측캠;을 포함하여 구성된다. 또한 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는, 상기와 같은 구조로 구성되는 편심반경 가변형 캠; 회동 시 밸브를 리프트시키는 스윙암; 상기 편심반경 가변형 캠에 의해 회동되어 상기 스윙암을 회동시키는 로커암;을 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠은, 내측캠과 외측캠 간의 결합각도 조절을 통해 편심반경이 다양하게 변경될 수 있으므로, 회전 시 발생시키는 직선운동 거리를 다양하게 증감시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는, 로커암의 초기 위치 또는 초기 각도를 변경시키기 위한 별도의 구동수단 없이도 밸브의 리프트 거리를 조절할 수 있고, 각 부품의 회전중심이 고정됨으로써 동작의 안정성이 향상되며, 동작 시 소음이 감소된다는 장점이 있다.

캠, 편심반경, 가변, 밸브, 리프트

Description

편심반경 가변형 캠 및 이를 구비하는 가변 밸브 액츄에이터{Eccentricity variable type Cam and continuous variable valve lifting actuator having the same}

본 발명은 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 편심반경 가변형 캠 및 이를 구비하는 가변 밸브 액츄에이터에 관한 것으로, 더 상세하게는 사용자의 선택에 따라 편심반경이 조절 될 수 있어 직선운동의 거리 조절이 가능한 편심반경 가변형 캠과, 별도의 추가 구성요소 없이 밸브 리프트 거리를 조절할 수 있도록 구성되는 가변 밸브 액츄에이터에 관한 것이다.

엔진은 크랭크 샤프트의 회전력을 전달받은 캠샤프트가 회전되고, 상기 캠샤프트에 형성된 캠에 의해서 흡기 및 배기 밸브가 일정 간격으로 상하로 왕복운동하면서 연소실에 흡입공기가 공급되고, 연소가스가 배기되는 과정을 거쳐, 혼합기를 압축 및 폭발시켜서 동력을 얻는 과정이 반복된다.

이때, 상기 엔진의 운전 속도에 따라 밸브의 리프트 거리를 가변시킬 수 있도록 하는 장치를 가변 밸브 액츄에이터라고 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 가변 밸브 액츄에이터의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 가변 밸브 액츄에이터의 측면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 가변 밸브 액츄에이터는, 양단이 엔진의 밸브(10)와 유압태핏(20)에 장착되어 상기 유압태핏(20) 측을 중심으로 회동됨으로써 상기 밸브(10)를 리프트시키는 스윙암(30)과, 캠샤프트(40)에 결합되어 상기 스윙암(30)의 상측에 구비되는 구동캠(50)과, 상기 구동캠(50)에 의해 회동되어 상기 스윙암(30)을 회동시키는 로커암(60)과, 별도의 모터에 의해 회전되어 상기 로커암(60)의 위치를 변경시킴으로써 밸브(10)의 리프트 거리를 가변시키는 레버(70)를 포함하여 구성된다.

따라서 도 1에 도시된 상태에서 상기 캠샤프트(40)가 회전하여 상기 구동캠(40)의 장축방향 외주면이 상기 로커암(60)을 일단을 가압하게 되면, 상기 로커암(60)은 반시계방향으로 회전하게 되고, 이에 따라 상기 밸브(10)가 아래로 내려가게 된다.

또한, 도 1에 도시된 상태에서 상기 레버(70)가 회전하여 상기 로커암(60)의 위치 및 각도가 변경되면, 상기 구동캠(50)의 회전에 의해 상기 로커암(60)이 스윙암(30)을 가압하는 거리가 변경되는바, 상기 밸브(10)의 리프트 거리 역시 변경된다.

그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 가변 밸브 액츄에이터는, 밸브(10)의 리프트 거리를 조절하기 위해서는 상기 로커암(60)의 위치 및 각도를 변경시키기 위한 레버(70)가 필수적으로 요구되는바, 구성이 복잡해지고 이에 따라 보다 큰 장착공간이 요구된다는 단점이 있다.

또한, 상기와 같이 구성되는 종래의 가변 밸브 액츄에이터는 상기 로커암(60)의 회전축이 이동 가능한 구조로 구성되어야 하는데, 이와 같이 로커암(60)의 회전축이 이동하게 되면 그만큼 동작의 안정성이 떨어지게 되고 각종 동작 소음이 증가된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 여러 가지 조건에 따라 편심반경이 증감됨으로써 로커암의 위치를 변경시키지 아니하고도 밸브(10)의 리프트 거리를 조절할 수 있는 편심반경 가변형 캠과, 각 부품의 회전중심을 고정시킴으로써 동작의 안정성을 향상시킬 수 있고 각종 동작 소음을 감소시킬 수 있도록 구성되는 가변 밸브 액츄에이터를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠은,

캠샤프트와 일체로 회전되거나 상기 캠샤프트와 독립적으로 회전될 수 있도록, 상기 캠샤프트에 결합되는 내측캠; 및

상기 내측캠의 캠면을 둘러싸도록 장착되며, 상기 캠샤프트와는 일체로 회전되고, 상기 내측캠과는 독립적으로 회전 가능하도록 구성되는 외측캠;

을 포함하여 구성된다.

일단이 상기 외측캠과 내측캠을 순차적으로 관통하여 상기 캠샤프트에 결합되는 체결핀을 포함하고,

상기 내측캠은 상기 체결핀이 관통되는 관통홀이 회전방향으로 길이를 갖는 슬롯 형상으로 형성된다.

상기 내측캠은 캠면이 원주면 형상으로 형성되고,

상기 외측캠은 상기 내측캠의 캠면 전체와 접촉되며 상기 내측캠을 둘러 싸도록 형성된다.

상기 캠샤프트와 내측캠이 일체로 회전되도록 상기 내측캠을 상기 캠샤프트에 고정시키거나, 상기 캠샤프트와 내측캠이 독립적으로 회전되도록 상기 캠샤프트로의 내측캠 고정력을 해제시키는 고정수단을 더 포함한다.

본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는,

상기와 같은 구조로 구성되는 편심반경 가변형 캠;

회동 시 밸브를 리프트시키는 스윙암;

상기 편심반경 가변형 캠에 의해 회동되어 상기 스윙암을 회동시키는 로커암;

을 포함하여 구성된다.

상기 캠샤프트와 독립적으로 상기 내측캠을 회전시키는 회전수단을 더 포함한다.

본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠은, 내측캠과 외측캠 간의 결합각도 조절을 통해 편심반경이 다양하게 변경될 수 있으므로, 회전 시 발생시키는 직선운동 거리를 다양하게 증감시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는, 로커암의 초기 위치 또는 초기 각도를 변경시키기 위한 별도의 구동수단 없이도 밸브의 리프트 거리를 조절할 수 있고, 각 부품의 회전중심이 고정됨으로써 동작의 안정성이 향상되며, 동작 시 소음이 감소된다는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠과 가변 밸브 액츄에이터의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터의 측면도이고, 도 3은 본 발명 에 의한 가변 밸브 액츄에이터의 저면 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠(C)은, 캠샤프트(40)의 외주면을 감싸도록 결합되는 즉, 상기 캠샤프트(40)가 종방향 중심축과 편심된 지점을 관통하는 내측캠(100)과, 상기 내측캠(100)의 캠면을 둘러싸도록 장착되며 상기 캠샤프트(40)와는 일체로 회전되고 상기 내측캠(100)과는 독립적으로 회전 가능하도록 구성되는 외측캠(200)을 포함하여 구성된다.

상기 캠샤프트(40)와 내측캠(100)은, 사용자의 선택에 따라 일체로 회전되거나 각각 독립적으로 회전 가능한 구조로 결합된다. 이때, 사용자의 간단한 조작에 의해 상기 캠샤프트(40)와 내측캠(100)이 일체로 회전되거나 독립적으로 회전될 수 있도록, 상기 캠샤프트(40)와 내측캠(100) 간의 결합 방식을 고정 결합 또는 회전방향으로 슬라이딩 가능한 결합으로 변경시킬 수 있는 별도의 고정수단(미도시)이 추가로 구비될 수 있다.

즉, 상기 고정수단은, 상기 캠샤프트(40)와 내측캠(100)이 일체로 회전되도록 상기 내측캠(100)을 상기 캠샤프트(40)에 고정시키거나, 상기 캠샤프트(40)와 내측캠(100)이 독립적으로 회전되도록 상기 캠샤프트(40)로의 내측캠(100) 고정력을 해제시킬 수 있는 구조로 구성된다.

이와 같이 두 개의 구성요소를 상호 고정 결합시키거나 두 개의 구성요소가 고정 결합되지 아니하고 단순히 접촉된 상태를 유지할 수 있도록 상호 간의 고정력을 해제시키는 고정수단은, 동력 전달을 위한 여러 종류의 장치에 널리 사용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠(C)은, 상기 외측캠(200)이 상기 캠샤프트(40)와 일체로 회전될 수 있도록, 일단이 상기 외측캠(200)과 내측캠(100)을 순차적으로 관통하여 상기 캠샤프트(40)에 결합되는 체결핀(300)을 포함한다.

이때, 상기 체결핀(300)이 끼워맞춤 방식으로 상기 내측캠(100)을 관통하게 되면, 상기 내측캠(100)은 캠샤프트(40)와 독립적으로 회전될 수 없으므로, 상기 내측캠(100)은 상기 체결핀(300)이 관통되는 관통홀(110)이 회전방향으로 길이를 갖는 슬롯 형상으로 형성된다. 따라서 상기 내측캠(100)은, 체결핀(300)이 상기 관통홀(110)의 일단에 위치할 때부터 타단에 위치할 때까지의 범위 내에서 상기 캠샤프트(40)와 독립적으로 회전될 수 있게 된다.

또한, 상기 체결핀(300)이 관통될 수 있도록 상기 외측캠(200)에 형성된 삽입홀(210)은, 상기 외측캠(200)과 캠샤프트(40)가 일체로 회전되도록, 상기 체결핀(300)과 동일한 형상(본 실시예에서는 원형)의 홀 형상으로 형성된다.

도 2에 도시된 편심반경 가변형 캠(C)은, 내측캠(100)의 장방향 반경과 외측캠(200)의 장방향 반경이 서로 반대 방향을 향하는 상태로서, 이와 같은 상태에서는 전체적인 편심반경이 가장 작은 상태이다. 즉, 도 2에 도시된 상태에서는 상기 편심반경 가변형 캠(C)이 회전을 하더라도, 발생되는 직선운동 거리가 매우 짧아진다.

도 2에 도시된 상태에서 내측캠(100)이 캠샤프트(40)와 별도로 회전을 하여 내측캠(100)의 장방향 반경과 외측캠(200)의 장방향 반경이 동일한 방향을 향하는 경우, 본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠(C)은 편심반경이 가장 커지게 된다.

이와 같이 내측캠(100)의 장방향 반경과 외측캠(200)의 장방향 반경 간의 각도 변경을 통해 본 발명에 의한 편심반경 가변형 캠(C)의 기능이 변화되는 실시예 및 설명은, 이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

또한, 본 실시예에서는 상기 내측캠(100)과 외측캠(200)이 원판캠 형상으로 형성된 경우만을 설명하고 있으나, 상기 내측캠(100)과 외측캠(200)의 형상은 각종 조건에 따라 부채꼴형 또는 타원형 등 자유롭게 변경될 수 있다. 그러나 상기 내측캠(100)이 원판이 아닌 다른 형상으로 형성되는 경우, 캠면(외주면) 전체가 외측캠(200)에 접촉되지 아니하고 장방향의 일부 캠면 만이 상기 외측캠(200)과 접촉되므로, 내측캠(100)과 외측캠(200) 간의 결합 안정성이 다소 낮아질 우려가 있다.

따라서 상기 내측캠(100)은 캠면이 원주면 형상을 갖는 원판캠 형상으로 형성되고, 상기 외측캠(200)은 상기 내측캠(100)의 캠면 전체와 접촉되며 상기 내측캠(100)을 둘러싸도록 형성된다.

또한 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는 상기와 같이 구성되는 편심반경 가변형 캠(C)을 구비함으로써, 도 1에 도시된 레버(70)와 같이 로커암(60)의 위치 및 회전 각도를 변경시키기 위한 별도의 구성요소 없이도 밸브(10)의 리프트 거리를 조절할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는, 상기와 같은 구조로 구성되는 편심반경 가변형 캠(C)과, 회동 시 밸브(10)를 리프트시키는 스윙암(30)과, 상기 편심반경 가변형 캠(C)에 의해 회동되어 상기 스윙암(30)을 회동시키는 로커암(60)을 포함하여 구성된다.

이때, 밸브(10), 유압태핏(20), 스윙암(30), 로커암(60), 캠샤프트(40)는 도 1에 도시된 종래의 가변 밸브 액츄에이터에 구비된 해당 구성요소들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 구조 및 동작 설명은 생략하기로 한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터의 동작을 도시하는 측면도이다.

도 2에 도시된 상태에서 상기 캠샤프트(40)와 내측캠(100)이 고정 결합된 후 상기 캠샤프트(40)가 회전을 하게 되면, 내측캠(100)과 외측캠(200) 모두 상기 캠샤프트(40)와 함께 일체로 회전된다.

따라서 도 2에 도시된 경우보다 편심반경이 큰 부위가 로커암(60)과 접촉하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 로커암(60)은 반시계 방향으로 회전되면서 상기 스윙암(30)을 하향으로 가압하게 되고, 이에 따라 밸브(10)는 하향으로 이동하게 된다.

또한, 도 2에 도시된 상태에서 상기 내측캠(100)이 캠샤프트(40)와 독립적으로 회전 가능하도록 설정한 후 상기 내측캠(100)만을 회전시키면, 상기 캠샤프트(40)와 외측캠(200) 장방향 내주면 사이로 내측캠(100) 중 도 2에 도시된 경우보 다 반경이 큰 부위가 위치되므로, 도 5에 도시된 바와 같이 외측캠(200)의 장방향 끝단은 캠샤프트(40)와 멀어지게 된다. 이때, 상기 외측캠(200)은 체결핀(300)의 길이방향을 따라 밀려나게 된다. 이와 같은 사실은, 도 2와 도 5에서 체결핀(300)의 외측 끝단과 외측캠(200)의 외주면 간의 간격을 비교함으로써 알 수 있다.

이와 같이, 상기 내측캠(100)이 캠샤프트(40)와 독립적으로 회전하면 상기 편심반경 가변형 캠(C)의 전체적인 편심량이 변경되므로, 상기 캠샤프트(40)의 회전에 의해 내측캠(100)과 외측캠(200)이 함께 회전하게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이 밸브(10)의 하강 거리(h2)가 도 2에 도시된 밸브(10)의 하강 거리(h1)보다 증가된다.

이때, 사용자가 직접 내측캠(100)을 회전시키기에는 많은 어려움이 있으므로, 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는, 상기 캠샤프트(40)와 독립적으로 상기 내측캠(100)을 회전시키는 모터 등과 같은 회전수단을 더 포함하도록 구성됨이 바람직하다.

상기 언급한 바와 같이 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는, 로커암(60)의 초기위치를 이동시키거나 로커암(60)의 초기각도를 변경시키기 위한 별도의 구성요소가 없더라도, 밸브(10)의 리프트 거리를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터는, 로커암(60)이나 편심반경 가변형 캠(C) 등과 같은 구성요소들의 회전중심이 고정되는바, 각 구성요소의 동작이 보다 안정적으로 이루어질 수 있고, 각 구성요소의 이동으로 인한 소음이 발생되지 아니한다는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 종래의 가변 밸브 액츄에이터의 측면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터의 측면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터의 저면 사시도이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 가변 밸브 액츄에이터의 동작을 도시하는 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 밸브 20 : 유압태핏

30 : 스윙암 40 : 캠샤프트

100 : 내측캠 200 : 외측캠

300 : 체결핀

Claims (6)

1. 캠샤프트와 일체로 회전되거나 상기 캠샤프트와 독립적으로 회전될 수 있도록, 상기 캠샤프트에 결합되는 내측캠; 및

   상기 내측캠의 캠면을 둘러싸도록 장착되며, 상기 캠샤프트와는 일체로 회전되고, 상기 내측캠과는 독립적으로 회전 가능하도록 구성되는 외측캠;

   을 포함하여,

   상기 내측캠이 상기 캠샤프트와 독립적으로 회전되었을 때 상기 외측캠의 편심반경이 변경되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편심반경 가변형 캠.
2. 제1항에 있어서,

   일단이 상기 외측캠과 내측캠을 순차적으로 관통하여 상기 캠샤프트에 결합되는 체결핀을 포함하고,

   상기 내측캠은 상기 체결핀이 관통되는 관통홀이 회전방향으로 길이를 갖는 슬롯 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 편심반경 가변형 캠.
3. 제1항에 있어서,

   상기 내측캠은 캠면이 원주면 형상으로 형성되고,

   상기 외측캠은 상기 내측캠의 캠면 전체와 접촉되며 상기 내측캠을 둘러 싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 편심반경 가변형 캠.
4. 제1항에 있어서,

   상기 캠샤프트와 내측캠이 일체로 회전되도록 상기 내측캠을 상기 캠샤프트에 고정시키거나, 상기 캠샤프트와 내측캠이 독립적으로 회전되도록 상기 캠샤프트로의 내측캠 고정력을 해제시키는 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편심반경 가변형 캠.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 구조로 구성되는 편심반경 가변형 캠;

   회동 시 밸브를 리프트시키는 스윙암;

   상기 편심반경 가변형 캠에 의해 회동되어 상기 스윙암을 회동시키는 로커암;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 액츄에이터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 캠샤프트와 독립적으로 상기 내측캠을 회전시키는 회전수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 액츄에이터.

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