KR20110017193A

KR20110017193A - 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치

Info

Publication number: KR20110017193A
Application number: KR1020090074753A
Authority: KR
Inventors: 양재춘; 최병영; 곽영홍; 권기영; 공진국; 우수형; 김진순
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2011-02-21
Also published as: US8245676B2; CN101994537A; US20110036318A1; KR101039897B1

Abstract

본 발명은 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 외주면에 형성된 편심캠에 진동 외륜이 요동 가능하게 설치된 편심캠 샤프트와; 상기 편심캠 샤프트에 회전 가능하게 설치된 출력캠과; 엔진 운전 조건에 따라 전후 방향으로 직선 이동되어 상기 출력캠의 위치를 가변시키며, 외주면에 편심되게 형성된 편차 조정부를 가지는 슬라이딩 샤프트와; 상기 편차 조정부에 회전 가능하게 설치되어 상기 진동 외륜을 상기 출력캠에 연결시키는 로커암을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 슬라이딩 샤프트를 회전시켜 편차 조정부의 중심을 변화시킴으로써, 편차 조정부과 로커암을 매개로 연결된 출력캠의 위치가 변화됨에 따라 밸브 리프트의 편차가 조정될 수 있다.

Description

엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치{CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE LIFT DEVICE OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 밸브 리프트의 편차를 조정할 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

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 장치 중 하나가 연속 가변 밸브 리프트 장치(CVVL, Continuously Variable Valve Lift)이다.

즉, 차량의 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 향상이나 배기가스의 저감이 중요한 저속/저부하에서는 내부 EGR 효과나 스로틀 손실을 최소화시킬 수 있게 된다.

이러한 연속 가변 밸브 리프트 장치는 다양한 구조로 개발되고 있는데, 그 중 하나가 구동캠의 회전력이 링크기구를 통해 전달되어 밸브가 리프팅되는 링크구조의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 있다.

이러한 링크구조의 연속 가변 밸브 리프트 장치에서는 각종 링크를 서로 조립할 때 조립 공차가 발생하게 되는데, 이러한 공차의 누적량에 의해 최초에 설계된 밸브 프로파일과 실제 측정된 밸브 프로파일 간의 차이가 발생하여 편차가 발생하므로 이를 보정할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 밸브 리프트의 편차를 조정할 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치에 따라, 외주면에 형성된 편심캠에 진동 외륜이 요동 가능하게 설치된 편심캠 샤프트와; 상기 편심캠 샤프트에 회전 가능하게 설치된 출력캠과; 엔진 운전 조건에 따라 전후 방향으로 직선 이동되어 상기 출력캠의 위치를 가변시키며, 외주면에 편심되게 형성된 편차 조정부를 가지는 슬라이딩 샤프트와; 상기 편차 조정부에 회전 가능하게 설치되어 상기 진동 외륜을 상기 출력캠에 연결시키는 로커암에 의해 달성된다.

여기서, 상기 슬라이딩 샤프트의 일측에는 상기 슬라이딩 샤프트를 전후 방향으로 직선 이동시키기 위한 구동부가 설치된 것이 바람직하다.

이 때, 상기 구동부는 외주면에 구동 편심캠이 형성되며, 상기 슬라이딩 샤프트와 평행하게 배치되는 구동 샤프트와; 상기 구동 편심캠을 상기 슬라이딩 샤프트에 연결하는 구동 링크와; 상기 구동 샤프트를 회전시키기 위한 모터를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구동 링크의 상부면에는 외주면에 웜이 형성된 작동핀이 설치부에 삽입되어 있으며, 상기 슬라이딩 샤프트의 외주면에는 상기 웜과 치합되는 웜기어가 형성된 것이 좋다.

이 때, 상기 설치부의 상측에는 상기 작동핀의 회전을 저지하는 고정 부재가 나사 결합된 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬라이딩 샤프트에는 캠 캡에 형성된 보어부를 따라 전후 방향으로 안내되는 슬라이더가 전후 방향으로 일체 결합된 것이 바람직하다.

여기서, 상기 슬라이딩 샤프트는 각 기통별로 분리되도록 복수개 마련되며, 상기 슬라이더는 상기 슬라이딩 샤프트의 분리 위치에 설치된 것이 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 슬라이딩 샤프트를 회전시켜 편차 조정부의 중심을 변화시킴으로써, 편차 조정부과 로커암을 매개로 연결된 출력캠의 위치가 변화됨에 따라 밸브 리프트의 편차가 조정될 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 각 기통별로 슬라이딩 샤프트가 분리되도록 마련되어 있기 때문에, 각 기통별로 밸브 리프트의 편차를 독립적으로 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 슬라이딩 샤프트와 슬라이더가 서로 고착되는 것을 방지할 수 있는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치(1)는 편심캠 샤프트(10)와, 편심캠 샤프트(10)의 외주면에 형성된 편심캠(15)에 요동 가능하게 설치된 진동 외륜(20)과, 편심캠 샤프트(10)와 이격되게 마련된 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)와, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)에 진동 외륜(20)과 연동하여 회전하는 로커암(50)과, 편심캠 샤프트(10)에 회전 가능하게 설치된 출력캠(25)과, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 직선 이동시켜 출력캠(25)의 위치를 가변시키는 구동부(70)로 구성된다.

편심캠 샤프트(10)는 크랭크 샤프트와 연동하여 회전하는데, 이 때 외주면에는 진동 외륜(20)이 설치되기 위한 편심캠(15)이 형성되어 있다. 이에, 진동 외륜(20)은 편심캠 샤프트(10)가 회전할 때 편심캠(15)의 프로파일을 따라 상하좌우로 요동된다.

또한, 편심캠 샤프트(10)에는 기통당 두 개의 흡기 밸브(3)에 대응하여 두 개의 출력캠(25)이 회전 가능하게 장착되어 있다.

출력캠(25)은 각 흡기 밸브(3)의 상단에 연결된 태핏(5)에 접촉됨으로써, 프로파일에 따라 태핏(5)을 가압함으로써 흡기 밸브(3)를 리프팅시킨다. 한편, 출력캠(25)의 일측에는 후술할 출력캠 링크(45)의 타단과 제2 링크축(62)으로 결합되기 위한 결합편(26)이 상향 돌출 형성되어 있다.

출력캠 링크(45)는 로커암(50)의 회전을 출력캠(25)에 전달하기 위한 부품으로서, 일단이 로커암(50)의 제2 암(52)과 제1 링크축(61)으로 연결되고, 타단이 출력캠(25)의 결합편(26)과 제2 링크축(62)으로 연결되어 있다.

슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)는 엔진 운전 조건에 따라 구동부(70)에 의해 전후 방향으로 직선 이동되어 출력캠(25)의 위치를 가변시키는 것으로서, 편심캠 샤프트(10)의 상측에 편심캠 샤프트(10)와 평행하게 배치된다.

여기서, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)는 각 기통별로 분리되도록 복수개 마련되며, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)의 분리 위치에는 슬라이더(65, 66, 67)가 전후 방향으로 결합됨으로써, 서로 이웃하는 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)의 단부가 지지될 수 있다. 이와 같이, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)가 하나의 몸체로 이어져 있지 않고 각 기통별로 분리 제작됨으로써 슬라이더(65, 66, 67)와 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)가 고착되는 문제점을 해결할 수 있다.

보다 자세하게는, 각 슬라이더(65, 66, 67)는 구동부(70)가 작동하는 동안 캠 캡(95)의 각 보어부(91, 92, 93)를 따라 전후 방향으로 슬라이드 이동하게 되는데, 이 때 캠 캡(95)의 보어부(91, 92, 93)는 가공시 오차가 발생하여 각 보어부(91, 92, 93)의 높이가 동일하지 않으므로 각 보어부(91, 92, 93)에 삽입되는 각 슬라이더(65, 66, 67)의 높이 역시 동일하지 않게 된다. 따라서, 슬라이딩 샤프트를 본 발명에서와 같이 각 기통별로 분리하지 않고 일체형으로 구성하는 경우에는 각 슬라이더(65, 66, 67)의 높이가 지그재그 형태로 최대 공차로 조립되면 슬라이더(65, 66, 67) 및 슬라이딩 샤프트가 서로 고착될 수 있는데, 본 발명에서는 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 각 기통별로 분리시켜 도 6과 같이 각 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)와 슬라이더(65, 66, 67) 간에 여유가 생기도록 하여 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)와 슬라이더(65, 66, 67)가 고착되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이 때, 슬라이더(65, 66, 67)와 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)가 고착되지 않으려면, "h/L<(슬라이딩 샤프트와 슬라이더 간의 클리어런스(clearance))/슬라이더 반경" 조건을 만족하면 된다.

이 때, 각 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)의 외주면에는 각 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)의 축선과 편심되도록 편차 조정부(40)가 각각 일체 형성되어 있으며, 이 편차 조정부(40)에 로커암(50)이 각각 회전 가능하게 결합되어 있다.

로커암(50)은 진동 외륜(20)과 연결되어 진동 외륜(20)이 요동함에 따라 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 중심으로 회전하고, 그 회전력을 후술할 출력캠 링크(45)를 매개로 출력캠(25)에 전달하는 구조로 이루어진다. 이를 위해, 로커암(50)의 제1 암(51)은 진동 외륜(20)과 연결축(22)으로 연결되고, 제2 암(52)은 출력캠 링크(45)의 일단과 후술할 제1 링크축(61)으로 연결되어 있다.

편차 조정부(40)는 각 기통별로 분리된 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)에 일체로 형성됨으로써, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 회전시켜 각 기통별로 흡기 밸브 리프트의 편차를 조정할 수 있다. 즉, 편차 조정부(40)의 외주면에 로커암(50)이 회전 가능하게 결합되는데, 이 로커암(50)은 출력캠 링크(45)에 의해 출력캠(25)과 연동하여 움직이므로 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)가 회전됨에 따라 편차 조정부(40)가 편심되어 회전되기 때문에 그 회전력이 로커암(50) -> 출력캠 링크(45) -> 출력캠(25)으로 전달되어 결국 흡기 밸브(3)의 길이를 짧게 또는 길게 조정할 수 있게 된다.

이 때, 편차 조정부(40)은 편심량이 충분히 작도록 제작되는 것이 좋은데, 이에 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)의 회전 정도에 따라 흡기 밸브 리프트의 편차를 미세하게 조정할 수 있는 이점이 있다. 즉, 엔진의 회전수를 정속으로 유지하기 위해서는 기통간 밸브 리프트의 편차를 5% 미만으로 조정해야 하는데, 본 발명 에서와 같이 편차 조정부(40)의 편심량을 작게 하여 밸브 리프트의 편차를 정밀하게 조정하는 하는 것이 바람직하다.

한편, 편차 조정부(40)는 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)와 별도로 제작되지 않고 일체형으로 제작됨으로써 조립 공수를 줄이는 것이 좋다.

구동부(70)는 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 전후 방향으로 슬라이딩 직선 이동시킴으로써, 흡기 밸브(3)가 하이 리프트에서 로우 리프트 또는 로우 리프트에서 하이 리프트로 전환되도록 하는 기능을 한다.

이를 위해, 구동부(70)는 크게 외주면에 제어 편심캠(72)이 형성된 제어 샤프트(71)와, 제어 편심캠(72)을 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)에 연결하는 제어 링크(73)와, 제어 샤프트(71)를 회전시키기 위한 모터(75)를 포함한다.

제어 샤프트(71)는 편심캠 샤프트(10)의 상측에 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)와 평행하게 배치되어 모터(75)의 회전력에 의해 회전됨으로써 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 전후 방향으로 직선 이동시킨다.

제어 링크(73)는 제어 편심캠(72)과 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 연결하여 제어 샤프트(71)의 회전력에 의해 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 전후 방향으로 이동 가능하게 한다. 이 때, 제어 링크(73)의 상부면에는 설치부(74, 도 5 참조)가 함몰 형성되어 있으며, 이 설치부(74)에는 작동핀(80)이 삽입되어 있다.

작동핀(80)은 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 회전시키기 위한 부품으로서, 외주면에 웜(85)이 형성되어 있어 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)의 외주면에 형성된 웜기어(35)와 치합되어 있다. 따라서, 작업자가 공구 등을 이용하여 작 동핀(80)을 일정 방향으로 회전시키면 웜(85)과 웜기어(35)가 서로 맞물려 있기 때문에 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)가 회전될 수 있다. 따라서, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)와 일체로 편차 조정부(40)가 회전됨으로써 흡기 밸브 리프트의 편차가 조정될 수 있다.

설치부(74)의 상측에는 작동핀(80)의 회전을 저지하는 고정 부재(90)가 나사 결합되어 있는 것이 좋다. 이 때, 고정 부재(90)는 작동핀(80)을 아래 방향으로 강제 고정하기 위해 일정한 조임 토크로 조여진다. 이에, 작업자가 작동핀(80)을 회전시켜 흡기 밸브 리프트의 편차를 조정한 후에 고정 부재(90)를 설치부(74)에 결합시킴으로써 작동핀(80)이 임의로 회전되는 것이 방지될 수 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치(1)에 의해 밸브 리프트의 편차가 조정되는 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 5와 같이 설치부(74)에 조여있는 고정 부재(90)를 느슨하게 풀어서 작동핀(80)을 회전 가능하도록 한 상태에서 작동핀(80)을 일방향으로 회전시키면 웜(85)과 웜기어(35)의 치합에 의해 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)가 회전하게 된다.

이 때, 편차 조정부(40)가 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)의 중심에 대해 소량 편심되어 있으므로, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)가 회전함에 따라 편차 조정부(40)의 중심이 이동한다.

따라서, 편차 조정부(40)에 조립된 로커암(50)과, 로커암(50)과 서로 연결되어 있는 출력캠 링크(45), 출력캠(25)이 미세하게 위치가 변경됨에 따라 흡기 밸브 리프트의 편차를 조정할 수 있다. 여기서, 편차 조정부(40)가 서로 분리되어 있는 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)에 각각 마련되어 있기 때문에, 각 기통별로 밸브 리프트의 편차를 독립적으로 조정할 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 작동핀(80)의 회전에 따라 출력캠(25)의 위치가 변화되므로, 작동핀(80)의 회전 방향 및 회전 각도를 변화시켜 밸브(3)의 리프트량을 조정할 수 있다.

상기와 같은 과정에 의해 밸브 리프트의 편차를 조정한 후에는, 작동핀(80)이 설치부(74)로부터 이탈되지 않도록 고정 부재(90)를 설치부(74)에 조여서(나사 방식으로 결합되어 있음) 작업을 완료한다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 슬라이딩 샤프트(30, 31, 32, 33)를 회전시켜 편차 조정부(40)의 중심을 변화시킴으로써, 편차 조정부(40)과 로커암(50)을 매개로 연결된 출력캠(25)의 위치가 변화됨에 따라 밸브 리프트의 편차가 조정될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예는 본 발명의 청구범위에 속한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 캠 캡이 제거된 상태를 도시한 사시도.

도 3은 도 2의 측면도.

도 4는 도 2의 A 부분을 확대 도시한 사시도.

도 5는 도 4의 X - X 선 단면도.

도 6은 도 2의 슬라이더가 슬라이딩 샤프트의 분리 위치에 설치된 상태를 개략적으로 도시한 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 편심캠 샤프트 15 : 편심캠

20 : 진동 외륜 25 : 출력캠

30, 31, 32, 33 : 슬라이딩 샤프트 35 : 웜기어

40 : 편차 조정부 50 : 로커암

65, 66, 67 : 슬라이더 70 : 구동부

71 : 제어 샤프트 72 : 제어 편심캠

73 : 제어 링크 74 : 설치부

75 : 모터 80 : 작동핀

85 : 웜 90 : 고정 부재

91, 92, 93 : 보어부 95 : 캠 캡

Claims

외주면에 형성된 편심캠에 진동 외륜이 요동 가능하게 설치된 편심캠 샤프트와;

상기 편심캠 샤프트에 회전 가능하게 설치된 출력캠과;

엔진 운전 조건에 따라 전후 방향으로 직선 이동되어 상기 출력캠의 위치를 가변시키며, 외주면에 편심되게 형성된 편차 조정부를 가지는 슬라이딩 샤프트와;

상기 편차 조정부에 회전 가능하게 설치되어 상기 진동 외륜을 상기 출력캠에 연결시키는 로커암을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 슬라이딩 샤프트의 일측에는 상기 슬라이딩 샤프트를 전후 방향으로 직선 이동시키기 위한 구동부가 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 구동부는

외주면에 제어 편심캠이 형성되며, 상기 슬라이딩 샤프트와 평행하게 배치되는 제어 샤프트와;

상기 제어 편심캠을 상기 슬라이딩 샤프트에 연결하는 제어 링크와;

상기 제어 샤프트를 회전시키기 위한 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 제어 링크의 상부면에는 외주면에 웜이 형성된 작동핀이 설치부에 삽입되어 있으며,

상기 슬라이딩 샤프트의 외주면에는 상기 웜과 치합되는 웜기어가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 설치부의 상측에는 상기 작동핀의 회전을 저지하는 고정 부재가 나사 결합된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 슬라이딩 샤프트에는 캠 캡에 형성된 보어부를 따라 전후 방향으로 안내되는 슬라이더가 전후 방향으로 일체 결합된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 슬라이딩 샤프트는 각 기통별로 분리되도록 복수개 마련되며, 상기 슬 라이더는 상기 슬라이딩 샤프트의 분리 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 연속 가변 밸브 리프트 장치.