KR20120000412A

KR20120000412A - 연속 가변 밸브 리프트 장치

Info

Publication number: KR20120000412A
Application number: KR1020100060764A
Authority: KR
Inventors: 김장헌
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-02
Also published as: US8485149B2; US20110315103A1; KR101209723B1

Abstract

본 발명은 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로, 캠 샤프트; 상기 캠 샤프트에 구비된 제1 캠; 제1 밸브 개폐부; 상기 제1 캠의 회전을 전달받아 상기 제1 밸브 개폐부의 리프트량을 조절하여 개폐하는 조절부; 상기 캠 샤프트에 구비된 제2 캠; 및 상기 제2 캠에 의하여 일정하게 개폐되는 제2 밸브 개폐부;를 포함한다.

Description

연속 가변 밸브 리프트 장치{CONTINUOUS VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

본 발명은 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브의 비대칭 리프트 조절이 가능한 연속 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다. 공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다. 또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 연소된 배기가스가 연소실에서 배출되게 된다.

그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다.

그런데, 이러한 가변 밸브 리프트 장치에서, 밸브 리프트가 작은 상태에서, 엔진으로 흡입되는 공기량이 충분하지 않아 엔진의 운전 성능이 악화되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 밸브는 동일한 밸브 프로파일을 갖고 다른 하나는 밸브 리프트를 연속적으로 변경하여 고부하 및 저부하 영역에서 흡기 유동을 발생하여 공기 및/또는 연료의 흡입 효율을 증대할 수 있는 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

또한, 하나의 밸브만을 가변하는 구성을 통해 엔진 제작 단가를 낮출 수 있는 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치는 캠 샤프트; 상기 캠 샤프트에 구비된 제1 캠; 제1 밸브 개폐부; 상기 제1 캠의 회전을 전달받아 상기 제1 밸브 개폐부의 리프트량을 조절하여 개폐하는 조절부; 상기 캠 샤프트에 구비된 제2 캠; 및 상기 제2 캠에 의하여 일정하게 개폐되는 제2 밸브 개폐부;를 포함할 수 있다.

상기 조절부는 상기 제1 캠과 접촉하는 접촉부를 포함하여 피벗축을 중심으로 피벗(povot) 운동하며, 상기 제1 밸브 개폐부와 접촉하는 드라이빙부가 형성된 조절캠; 및 상기 피벗축의 위치를 조절하여 상기 드라이빙부와 상기 제1 밸브 개폐부의 상대적인 접촉위치를 변경하는 조절 유닛;을 포함할 수 있다.

상기 조절 유닛은 상기 캠 샤프트와 평행하게 구비되는 콘트롤 샤프트; 및 일단이 상기 콘트롤 샤프트와 연결되고, 타단이 엔진과 회전 가능하게 연결되며 상기 피벗축이 구비되는 스윙암;을 포함하되, 상기 콘트롤 샤프트의 회전에 따라 상기 피벗축의 상대적인 위치를 변경할 수 있다.

상기 조절 유닛은 상기 콘트롤 샤프트에 연결되며, 슬라이딩부가 형성된 엑추에이팅 레버;를 더 포함하되, 상기 스윙암은 상기 슬라이딩부에 삽입되어 상기 콘트롤 샤프트의 회전에 따라 상기 슬라이딩부를 따라 슬라이딩 하는 콘트롤 핀을 통해 상기 엑추에이팅 레버와 연결될 수 있다.

상기 슬라이딩부는 타원(ellipse) 형상으로 그 일단이 그 타단보다 상기 콘트롤 샤프트에 인접하여 형성될 수 있다.

상기 접촉부에는 상기 제1 캠과의 마찰력을 감소시키기 위해 제1 캠 롤러가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치는 캠 샤프트; 상기 캠 샤프트에 구비된 제1 캠; 제1 밸브 개폐부; 상기 제1 캠과 접촉하는 접촉부를 포함하여 피벗축을 중심으로 피벗(povot) 운동하며, 상기 제1 밸브 개폐부와 접촉하는 드라이빙부가 형성된 조절캠; 상기 캠 샤프트와 평행하게 구비되는 콘트롤 샤프트; 일단이 상기 콘트롤 샤프트와 연결되고, 타단이 엔진과 회전 가능하게 연결되며 상기 피벗축이 구비되는 스윙암; 상기 캠 샤프트에 구비된 제2 캠; 상기 제2 캠에 의하여 일정하게 개폐되는 제2 밸브 개폐부;를 포함할 수 있다.

상기 연속 가변 밸브 리프트 장치는 상기 콘트롤 샤프트에 연결되며, 슬라이딩부가 형성된 엑추에이팅 레버;를 더 포함하되, 상기 스윙암은 상기 슬라이딩부에 삽입되어 상기 콘트롤 샤프트의 회전에 따라 상기 슬라이딩부를 따라 슬라이딩 하는 콘트롤 핀을 통해 상기 엑추에이팅 레버와 연결될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치에 의하면, 고부하 및 저부하 영역에서 흡기 유동을 발생하여 공기 및/또는 연료의 흡입 효율을 증대된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치에 의하면, 하나의 밸브만을 가변하는 구성을 통해 엔진 제작 단가를 낮출 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 평면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 조절캠의 사시도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 스윙암 및 엑추에이팅 레버를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 조절캠의 드라이빙부를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 평면도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 조절캠의 사시도이고, 도4는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 스윙암 및 엑추에이팅 레버를 도시한 도면이다.

도5는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 조절캠의 드라이빙부를 도시한 도면이다.

도1 내지 도5를 참조면, 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치는 캠 샤프트(100); 상기 캠 샤프트(100)에 구비된 제1 캠(110); 제1 밸브 개폐부(130); 상기 제1 캠(110)의 회전을 전달받아 상기 제1 밸브 개폐부(130)의 리프트량을 조절하여 개폐하는 조절부(200); 상기 캠 샤프트(100)에 구비된 제2 캠(120); 및 상기 제2 캠(120)에 의하여 일정하게 개폐되는 제2 밸브 개폐부(140);를 포함한다.

상기 접촉부(214)에는 상기 제1 캠(110)과의 마찰력을 감소시키기 위해 제1 캠 롤러(214)가 구비된다.

도면에서, 상기 제2 밸브 개폐부(140)는 제2 밸브 개폐부 롤러(142)가 구비된 스윙암 방식으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 일정한 밸브 프로파일을 갖는 태핏을 포함하는 밸브로 할 수도 있다. 즉, 여기서, 상기 상기 제2 밸브 개폐부(140) 및 상기 제2 캠(120)는 통상의 밸브 트레인에서 사용하는 밸브 개폐 기구로 할 수 있으며, 상기 제1 캠(110)과 상기 제1 밸브 개폐부(130)는 상기 조절부(200)가 구비되어 밸브 리프트를 가변하게 된다.

상기 조절부(200)는 상기 제1 캠(100)과 접촉하는 접촉부(214)를 포함하여 피벗축(212)을 중심으로 피벗(povot) 운동하며, 상기 제1 밸브 개폐부(130)와 접촉하는 드라이빙부(216)가 형성된 조절캠(210); 및 상기 피벗축(212)의 위치를 조절하여 상기 드라이빙부(216)와 상기 제1 밸브 개폐부(130)의 상대적인 접촉위치를 변경하는 조절 유닛;을 포함한다.

상기 조절 유닛은 상기 캠 샤프트(100)와 평행하게 구비되는 콘트롤 샤프트(230); 및 일단(222)이 상기 콘트롤 샤프트(230)와 연결되고, 타단(224)이 엔진(150)과 회전 가능하게 연결되며 상기 피벗축(212)이 구비되는 스윙암(220);을 포함하되, 상기 콘트롤 샤프트(230)의 회전에 따라 상기 피벗축(212)의 상대적인 위치를 변경할 수 있다.

상기 조절 유닛은 상기 콘트롤 샤프트(230)에 연결되며, 슬라이딩부(242)가 형성된 엑추에이팅 레버(240);를 더 포함하되, 상기 스윙암(220)은 상기 슬라이딩부(242)에 삽입되어 상기 콘트롤 샤프트(230)의 회전에 의해 상기 슬라이딩부(242)를 따라 슬라이딩 하는 콘트롤 핀(222)을 통해 상기 엑추에이팅 레버(240)와 연결된다.

상기 슬라이딩부(242)는 타원(ellipse) 형상으로 그 일단이 그 타단 보다 상기 콘트롤 샤프트에 인접하여 형성된다.

도5를 참조하면, 상기 제1 밸브 개폐부(130)에는 제1 밸브 개폐부 롤러(132)가 구비되어, 상기 제1 밸브 개폐부 롤러(132)가 상기 드라이빙부(216)에 접촉하여 상기 제1 밸브 개폐부(130)가 개폐된다.

여기서, 도1 및 도4를 참조하면, 상기 스윙암(220)의 일단(222)은 콘트롤 핀(222)으로 상기 슬라이딩부(242)를 통해 상기 콘트롤 샤프트(230)와 연결되며, 상기 스윙암(220)의 타단(224)는 상기 엔진(150)에 회전 가능하게 연결되며, 상기 엔진(150)은 실린더 헤드 또는 캠 캐리어 등을 포함하는 것으로, 상기 스윙암(220)이 회전 가능하게 결합하는 구성으로 정의 된다.

이하, 도1 내지 도5를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 작동을 설명한다.

도4 및 도5의 (a)는 본 발명의 실시예에 의한 연속 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드에서의 작동을 도시한 도면이다.

엔진의 작동 상태에 따라 밸브의 작은 개폐가 요구되는 경우, 미도시한 ECU (engine control unit)는 엑추에이터 또는 콘트롤 모터 (미도시)를 제어하여 상기 콘트롤 샤프트(230)을 도4의 반시계 방향으로 회전시킨다.

여기서, 상기 미도시한 ECU 와 엑추에이터 또는 콘트롤 모터의 작동 등은 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로 자세한 설명은 생략 하기로 한다.

그러면, 상기 콘트롤 샤프트(230)와 연결된 상기 엑추에이팅 레버(240)도 반시계방향으로 회전하여 상기 콘트롤 핀(222)이 상기 슬라이딩부(242)를 따라 이동한다.

상기 슬라이딩부(242)는 상기 스윙암(220)이 상기 연결 핀(224)을 중심으로 회전할 수 있도록 타원(ellipse) 형상으로 형성된다.

상기 엑추에이팅 레버(240)의 반시계방향 회전에 따라 상기 스윙암(220)은 상기 연결 핀(224)를 중심으로 반시계 방향으로 회전한다.

그러면, 도1 및 도2에 도시된 상기 피벗축(212)이 이동하여 상기 제1 밸브 개폐부 롤러(132)와 상기 드라이빙부(216)의 상대적인 접촉위치가 이동하게 된다.

즉, 하이 리프트 모드(도5의 (a))에서 로우 리프트 모드(도5의 (b))로 엔진의 밸브의 작동이 변경되면, 상기 제1 밸브 개폐부 롤러(132)와 상기 드라이빙부(216)의 상대적인 접촉위치가 도면의 좌측으로 이동하게 된다.

도5의 (b)에 도시된 바와 같이, 로우 리프트 모드에서는 상기 드라이빙부(216)의 상대적인 접촉위치가 이동하여 밸브의 리프트가 상대적으로 작아지게 된다.

다시 하이 리프트 모드로 엔진의 운전이 변경되면, 상기 콘트롤 샤프트(230)는, 도4를 참조하면, 시계 방향으로 회전하며, 상기 스윙암(220)도 도면의 시계방향으로 회전한다.

그러면, 상기 제1 밸브 개폐부 롤러(132)와 상기 드라이빙부(216)의 상대적인 접촉위치가 도5의 (a)에 도시된 상태로 이동하여 밸브 리프트가 증가한다.

여기서, 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치는 설명의 반복을 피하기 위해 하이 리프트 모드와 로우 리프트 모드만을 설명하였으나, 하이 리프트 모드와 로우 리프트 모드를 포함하는 연속적인 밸브 리프트 조절이 가능하다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 캠 샤프트 110: 제1 캠
120: 제2 캠 130: 제1 밸브 개폐부
132: 제1 밸브 개폐부 롤러 140: 제2 밸브 개폐부
142: 제2 밸브 개폐부 롤러 150: 엔진
200: 조절부 210: 조절캠
212: 피벗축 214: 접촉부
216: 드라이빙부 220: 스윙암
222: 콘트롤 핀 224: 연결 핀
230: 콘트롤 샤프트 240: 엑추에이팅 레버
242: 슬라이딩부

Claims

캠 샤프트;
상기 캠 샤프트에 구비된 제1 캠;
제1 밸브 개폐부;
상기 제1 캠의 회전을 전달받아 상기 제1 밸브 개폐부의 리프트량을 조절하여 개폐하는 조절부;
상기 캠 샤프트에 구비된 제2 캠; 및
상기 제2 캠에 의하여 일정하게 개폐되는 제2 밸브 개폐부;
를 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에서,
상기 조절부는
상기 제1 캠과 접촉하는 접촉부를 포함하여 피벗축을 중심으로 피벗(povot) 운동하며, 상기 제1 밸브 개폐부와 접촉하는 드라이빙부가 형성된 조절캠; 및
상기 피벗축의 위치를 조절하여 상기 드라이빙부와 상기 제1 밸브 개폐부의 상대적인 접촉위치를 변경하는 조절 유닛;
을 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제2항에서,
상기 조절 유닛은
상기 캠 샤프트와 평행하게 구비되는 콘트롤 샤프트; 및
일단이 상기 콘트롤 샤프트와 연결되고, 타단이 엔진과 회전 가능하게 연결되며 상기 피벗축이 구비되는 스윙암;
을 포함하되,
상기 콘트롤 샤프트의 회전에 따라 상기 피벗축의 상대적인 위치를 변경하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제3항에서,
상기 조절 유닛은
상기 콘트롤 샤프트에 연결되며, 슬라이딩부가 형성된 엑추에이팅 레버;
를 더 포함하되,
상기 스윙암은 상기 슬라이딩부에 삽입되어 상기 콘트롤 샤프트의 회전에 따라 상기 슬라이딩부를 따라 슬라이딩 하는 콘트롤 핀을 통해 상기 엑추에이팅 레버와 연결된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제4항에서,
상기 슬라이딩부는
타원(ellipse) 형상으로 그 일단이 그 타단보다 상기 콘트롤 샤프트에 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제1항에서,
상기 접촉부에는 상기 제1 캠과의 마찰력을 감소시키기 위해 제1 캠 롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
캠 샤프트;
상기 캠 샤프트에 구비된 제1 캠;
제1 밸브 개폐부;
상기 제1 캠과 접촉하는 접촉부를 포함하여 피벗축을 중심으로 피벗(povot) 운동하며, 상기 제1 밸브 개폐부와 접촉하는 드라이빙부가 형성된 조절캠;
상기 캠 샤프트와 평행하게 구비되는 콘트롤 샤프트;
일단이 상기 콘트롤 샤프트와 연결되고, 타단이 엔진과 회전 가능하게 연결되며 상기 피벗축이 구비되는 스윙암;
상기 캠 샤프트에 구비된 제2 캠;
상기 제2 캠에 의하여 일정하게 개폐되는 제2 밸브 개폐부;
를 포함하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제7항에서,
상기 연속 가변 밸브 리프트 장치는
상기 콘트롤 샤프트에 연결되며, 슬라이딩부가 형성된 엑추에이팅 레버;
를 더 포함하되,
상기 스윙암은 상기 슬라이딩부에 삽입되어 상기 콘트롤 샤프트의 회전에 따라 상기 슬라이딩부를 따라 슬라이딩 하는 콘트롤 핀을 통해 상기 엑추에이팅 레버와 연결된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
제8항에서,
상기 슬라이딩부는
타원(ellipse) 형상으로 그 일단이 그 타단보다 상기 콘트롤 샤프트에 인접하여 형성된 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.