KR20120041442A - 전자식 ｃｖｖｔ 장치 - Google Patents

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KR20120041442A
KR20120041442A KR1020100102896A KR20100102896A KR20120041442A KR 20120041442 A KR20120041442 A KR 20120041442A KR 1020100102896 A KR1020100102896 A KR 1020100102896A KR 20100102896 A KR20100102896 A KR 20100102896A KR 20120041442 A KR20120041442 A KR 20120041442A
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Abstract

본 발명은 전자 CVVT 장치에 관한 것으로서, 캠축에 장착되어 캠축의 회전을 조절함으로써 밸브타이밍을 변화시키는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치에 있어서, 크랭크샤프트로부터 회전력을 전달받아 회전하는 캠스프라켓과, 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성되는 사이클로이드 외측기어와, 상기 사이클로이드 외측기어와 기어결합하면서 상기 캠스프라켓으로부터 일부 회전력을 전달받는 사이클로이드 내측기어와, 상기 캠축에 고정되고 상기 사이클로이드 내측기어로부터 회전력을 전달받아 그 회전력을 캠축에 전달함으로써 상기 캠축의 회전방향을 조절하는 지지플레이트를 포함하는 방향조절장치; 링기어, 선기어 그리고 상기 링기어와 선기어 사이에 위치하여 상기 링기어와 선기어와 각각 기어결합하는 유성기어를 포함하며 상기 링기어 또는 선기어로부터 편심되게 돌출되고 상기 사이클로이드 내측기어에 삽입된 편심캠을 통하여 전달된 상기 캠스프라켓의 일부 회전력을 변환하여 상기 지지플레이트에 전달하는 유성기어장치; 상기 선기어를 선택적으로 정지시키는 내측클러치와 상기 내측클러치를 둘러싸며 상기 링기어를 선택적으로 정지시키는 외측클러치를 포함하는 전자클러치; 를 포함하는 전자 CVVT 장치를 제공하여,
고가의 모터 대신 전자클러치를 적용하여 사용전류를 최소화함과 동시에 원가를 절감할 수 있고, 캠토크를 이용하므로 구동력의 측면에서도 유리하고, 유성기어와 사이클로이드 기어를 도입함으로써 손쉽게 회전 속도를 조절함으로써 손쉽게 밸브 타이밍을 조절할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자식 ＣＶＶＴ 장치{ELECTRONIC CVVT APPARATUS}
본 발명은 전자식 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자클러치에 의해 회전력이 제어되는 유성기어장치와, 상기 유성기어장치의 편심캠에 의해 구동되어 회전방향을 변화시키는 방향조절장치로 구성되는 전자식 CVVT 장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 엔진은 외부로부터 공기 및 연료를 흡입하여 연소실에서 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 장치로서, 상기 공기 및 연료를 연소실로 흡입하기 위해서 흡기밸브와, 연소실에서 연소된 폭발가스를 배출하기 위하여 배기밸브를 구비하고 있고, 이러한 흡,배기 밸브는 크랭크축의 회전에 연동하여 회전하는 캠축의 회전에 연동하여 개폐된다.
그러나, 엔진 회전수, 엔진부하 등에 따라 흡,배기 밸브의 최적 개폐시기는 달라질 수 있다. 따라서, 크랭크축의 회전에 따라 캠축의 회전이 확정적으로 결정되지 않고, 설정된 변위를 갖도록 하여 엔진의 구동상황에 따라 적절한 밸브 타이밍을 제어하는 기술이 개발되었으며, 이를 가변 밸브 타이밍(VVT: Variable Valve Timing) 장치라고 한다.
연속 가변 밸브 타이밍(CVVT: Continuously Variable Valve Timing, 이하 CVVT라 한다)은 이러한 가변 밸브 타이밍의 일종으로서, 밸브 타이밍을 설정된 변위 내의 임의의 값으로 제어할 수 있는 구성을 갖는다.
그러나, 종래에는 모터를 사용함으로써 고비용의 문제가 있었고, 모터 사용시에는 모터의 길이 및 가변 장치부의 길이가 과다하고, 회전력 발생 기구가 전자 클러치인 경우 역시 가변 장치부의 길이가 과다하여 엔진룸이 작은 차량에는 전자 CVVT 탑재가 곤란하다는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 크랭크의 구동력을 체인을 사용하여 캠스프라켓에 전달하여 캠토크를 이용함으로써 구동력 측면에서 유리하고, 이에 따라 사용전류를 최소화함으로써 비용을 절감하는 전자식 CVVT 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실시예는 캠축에 장착되어 캠축의 회전을 조절함으로써 밸브타이밍을 변화시키는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치에 있어서, 크랭크샤프트로부터 회전력을 전달받아 회전하는 캠스프라켓과, 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성되는 사이클로이드 외측기어와, 상기 사이클로이드 외측기어와 기어결합하면서 상기 캠스프라켓으로부터 일부 회전력을 전달받는 사이클로이드 내측기어와, 상기 캠축에 고정되고 상기 사이클로이드 내측기어로부터 회전력을 전달받아 그 회전력을 캠축에 전달함으로써 상기 캠축의 회전방향을 조절하는 지지플레이트를 포함하는 방향조절장치; 링기어, 선기어 그리고 상기 링기어와 선기어 사이에 위치하여 상기 링기어와 선기어와 각각 기어결합하는 유성기어를 포함하며 상기 링기어 또는 선기어로부터 편심되게 돌출되고 상기 사이클로이드 내측기어에 삽입된 편심캠을 통하여 전달된 상기 캠스프라켓의 일부 회전력을 변환하여 상기 지지플레이트에 전달하는 유성기어장치; 상기 선기어를 선택적으로 정지시키는 내측클러치와 상기 내측클러치를 둘러싸며 상기 링기어를 선택적으로 정지시키는 외측클러치를 포함하는 전자클러치; 를 포함하는 전자 CVVT 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 실시예는 상기 전자클러치가 상기 선기어 또는 상기 링기어를 선택적으로 정지시킴으로써 상기 편심캠을 선택적으로 회전시키고 그 회전방향을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실시예는 상기 링기어의 일측에는 외측마찰판이 일체로 형성되어 있어 상기 외측클러치에 의해 상기 링기어가 선택적으로 정지하게 되고, 상기 선기어의 일측에는 내측마찰판이 일체로 형성되어 있어 상기 내측클러치에 의해 상기 선기어가 선택적으로 정지하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실시예는 상기 사이클로이드 내측기어는 상기 편심캠의 상대 회전 방향과는 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제1실시예는 상기 사이클로이드 내측기어는 상이한 잇수를 갖는 제1,2 사이클로이드 내측기어로 구성되어 제1사이클로이드 내측기어는 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성된 제1사이클로이드 외측기어와 기어결합하고, 제2사이클로이드 내측기어는 지지플레이트의 내주면에 형성된 제2사이클로이드 외측기어와 기어결합하며, 상기 캠스프라켓으로부터 돌출된 유성기어 지지핀이 캠스프라켓의 일부 회전력을 상기 유성기어에 전달하며, 상기 편심캠이 선기어로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제2실시예는 상기 사이클로이드 내측기어는 상이한 잇수를 갖는 제1,2 사이클로이드 내측기어로 제1사이클로이드 내측기어는 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성된 제1사이클로이드 외측기어와 기어결합하고, 제2사이클로이드 내측기어는 지지플레이트의 내주면에 형성된 제2사이클로이드 외측기어와 기어결합하며, 상기 링기어로부터 돌출된 유성기어 지지핀이 상기 링기어의 회전력을 상기 유성기어에 전달하며, 편심캠은 상기 링기어로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제3실시예는 상기 사이클로이드 내측기어는 동일한 잇수를 갖는 제1,2사이클로이드 내측기어로 구성되어 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성된 사이클로이드 외측기어와 기어결합하고, 상기 지지플레이트로부터 돌출된 사이클로이드 지지핀이 상기 제1,2사이클로이드 내측기어에 삽입되어 상기 제2사이클로이드 내측기어의 회전력이 상기 사이클로이드 지지핀을 통하여 상기 지지플레이트로 전달되며, 상기 캠스프라켓으로부터 돌출된 유성기어 지지핀이 상기 캠스프라켓의 일부 회전력을 상기 유성기어에 전달하며, 상기 편심캠이 상기 선기어로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명은 고가의 모터 대신 전자클러치를 적용하여 사용전류를 최소화함과 동시에 원가를 절감할 수 있고, 캠토크를 이용하므로 구동력의 측면에서도 유리하고, 유성기어와 사이클로이드 기어를 도입함으로써 회전 방향을 조절함으로써 손쉽게 밸브 타이밍을 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1의 a는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 전자클러치이다.
도 1의 b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 유성기어장치이다.
도 1의 c는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 방향조절장치다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 내측마찰판에 연결된 유성기어의 사시도이다.
도 3의 a,b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 진각시와 지각시의 단면도이다.
도 3의 c는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 단면도이다.
도 4의 a,b는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자식 CVVT장치의 진각시와 지각시의 단면도이다.
도 4의 c는 본 발명의 제2실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 단면도이다.
도 5의 a,b는 본 발명의 제3실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 진각시와 지각시의 단면도이다.
도 5의 c는 본 발명의 제3실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1,2실시예에 따른 사이클로이드 기어와 그 주변 장치의 분해사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 제1실시예는 도 1에 도시된 바와 같이, 전류의 선택적 공급에 의해 작동되는 원판 형상의 전자클러치(100)와, 상기 전자클러치(100)의 선택적 작동에 의하여 링기어(210) 또는 선기어(230)의 회전이 구속되어 편심캠(236)의 회전방향을 제어하는 유성기어장치(200)와, 상기 유성기어장치(200)와 연결되어 상기 유성기어(220)의 편심캠(236)에 의하여 상기 편심캠(236)의 자전방향과는 반대로 회전하는 사이클로이드 기어(320,321,325,326,327)를 포함하는 방향조절장치(300)를 포함한다. 이 때, 상기 전자클러치(100)는 전류를 인가함으로써 작동된다.
도 1의 a는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 전자클러치이고, 도 1의 b는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 유성기어장치이고, 도 1의 c는 본 발명의 제1실시예에 따른 전자식 CVVT 장치의 방향조절장치이다.
먼저, 전자클러치(100)는 도 1의 a에 도시된 바와 같이, 체결볼트(350)가 결합될 수 있도록 중앙에 홀이 형성되어 있는 원판 형상의 내측클러치(110)와, 상기 내측클러치(110)의 외주면에 형성되는 원판 형상의 외측클러치(120)로 구성된다. 상기 전자클러치(100)은 마찰재가 내장되어 있다.
또한, 상기 유성기어장치(200)는 도 1의 b에 도시된 바와 같이, 상기 외측클러치(120)와 대응되는 위치에 있어 상기 외측클러치(120)의 마찰재에 의해 회전이 구속되는 외측마찰판(215)과, 상기 외측마찰판(215)과 일체로 형성되는 링기어(210)와, 상기 내측클러치(110)와 대응되는 위치에 있어 상기 내측클러치(110)의 마찰재에 의해 회전이 구속되는 내측마찰판(235)과, 상기 내측마찰판(235)과 일체로 형성되는 선기어(230)와, 상기 선기어(230)로부터 돌출되고 상기 선기어(230)의 회전축과는 다른 회전축을 갖는 원통 형상의 편심캠(236)과, 상기 링기어(210)와 선기어(230)의 사이에서 링기어(210) 및 선기어(230)와 기어결합하는 유성기어(220)로 구성된다.
본 발명의 제1실시예의 선기어(230)에는 상기 선기어(230)와는 회전축이 상이한 편심캠(236)이 돌출되어 있는데, 이는 도 2에 도시되어 있다. 이하에서 후술하는 편심캠(236)은 모두 선기어(230)의 회전축과는 상이한 회전축을 갖는다.
상기 방향조절장치(300)는 도 1의 c에 도시된 바와 같이, 상기 편심캠(236)에 의해 회전 동력이 입력되는 사이클로이드 내측기어(320,325)와, 상기 사이클로이드 내측기어(320)와 기어결합하는 사이클로이드 외측기어(321,326)와, 상기 사이클로이드 외측기어(321,326)가 형성되는 캠스프라켓(310)과, 상기 캠스프라켓(310)과 연결되어 캠축(400)을 둘러싸면서 그 내주면에는 사이클로이드 외측기어(326)가 형성되어 있는 지지플레이트(330)와, 상기 캠스프라켓(310)으로부터 돌출되어 유성기어(220)를 공전시키는 유성기어 지지핀(315)으로 구성된다. 도 6은 본 발명의 제1,2실시예에 따른 사이클로이드 기어 및 주변장치의 분해사시도인데, 상기 사이클로이드 기어(320,321,325,326), 캠스프라켓(310) 및 지지플레이트(330)는 도 6에 도시된 바와 같다.
이 때, 지지플레이트(330)는 체결볼트(350)에 의해 캠축(400)에 고정되어 상기 캠스프라켓(310)과는 상대 회전이 가능하도록 되어 있다. 이는 후술하는 제2,3실시예에서도 마찬가지이다.
본 발명에 따른 제2실시예에 의하면 도 4에 도시된 바와 같이, 유성기어 지지핀(315)이 링기어(210)로부터 연장되어 돌출형성되고, 상기 편심캠(236)도 선기어(230)가 아닌 링기어(210)로부터 연장되어 돌출형성되어 있다. 이 경우에는 유성기어(220)의 공전이 캠스프라켓(310)으로부터 전달되는 것이 아니라 링기어(210)로부터 전달받게 된다. 또한, 사이클로이드 내측기어(320)에 구동력을 전달하는 것은 상기와 같이 편심캠(236)이지만, 상기 편심캠(236)이 유성기어(220)가 아닌 링기어(210)로부터 연장된 부분에 설치되는 점에서 상기 제1실시예와 상이하다.
다만, 상기 제2실시예의 경우에도 편심캠(236)에 의해 사이클로이드 기어(320,321,325,326)의 회전방향을 변환시키면서 진각 또는 지각이 되도록 한다.
상기의 제1,2실시예에서는 사이클로이드 기어(320,321,325,326)의 내측기어(320,325)는 기어 잇수가 서로 다른 2개의 기어로 구성되면서 일체로 구성되어 있고, 제1,2사이클로이드 외측기어(321,326)는 서로 동일한 잇수를 가지며 서로 분리되어 있는 구조로 되어 있다.
그러나, 본 발명의 제3실시예는 도 5에 도시되어 있는데, 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)가 기어 잇수가 동일한 2개의 기어로 분리되어 있고 사이클로이드 외측기어(327)는 상기 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)의 기어 잇수와는 상이한 1개의 기어로 구성되는 경우이다. 이 때는, 사이클로이드 외측기어(327)와 사이클로이드 내측기어(320,325)의 잇수가 상이하여 감속이 가능하도록 되어 있다.
또한, 지지플레이트(330)로부터 돌출된 사이클로이드 지지핀(335)이 사이클로이드 내측기어(320,325)의 내부로 삽입되어 있다. 상기 사이클로이드 지지핀(335)은 상기 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)의 회전력을 지지플레이트(330)에 전달하는 기능을 수행한다. 이 때의 사이클로이드 외측기어(327)는 캠스프라켓(310)의 내주면에 형성되어 있다. 유성기어(220)의 공전은 캠스프라켓(310)으로부터 돌출된 유성기어 지지핀(315)에 의해 가능하고, 편심캠(236)에 의하여 사이클로이드 기어(320,321,325,326)의 회전방향이 변환되고, 변환된 회전방향이 사이클로이드 지지핀(335)를 통해 지지플레이트(330)에 전달된 후 캠축(400)에 전달됨으로써 캠축(400)을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키게 된다.
상기 제1,2,3실시예의 사이클로이드 기어(320,321,325,326,327)는 출력측에서는 입력측의 회전 방향과는 반대로 변환되고, 입력측의 회전 속도 보다는 감속되는 일종의 감속기 기능을 한다. 또한, 입력측에 의해 출력측의 회전 방향이 변환도리 수는 있어도 반대로 출력측에 의해서는 입력측의 회전 방향이 변환되지는 않는다. 이는 사이클로이드 기어의 감속비가 매우 크기 때문이다. 즉, 도 3에서 입력측인 편심캠(236)에 의해 사이클로이드 내측기어(320,325)의 회전방향이 변환될 수는 있으나, 반대로 사이클로이드 기어(320,325)에 의해서는 편심캠(236)의 회전방향이 변환되지는 않는다. 이에 대한 사항은 당업자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 작동과정을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 3을 참조하여 제1실시예에서의 진각시에 대해 설명한다.
평상시에는 크랭크(도면 미도시)로부터 체인(도면 미도시)을 통해 시계방향으로의 회전력이 전달되어 캠스프라켓(310)은 시계방향으로 회전한다. 상기 캠스프라켓(310)의 내주면에 형성된 제1사이클로이드 외측기어(321)와 기어결합하는 제1사이클로이드 내측기어(320)가 시계방향으로 회전하고, 상기 제1사이클로이드 내측기어(320)와 일체로 형성된 제2사이클로이드 내측기어(325)도 역시 시계방향으로 회전한다. 이 회전력이 상기 제2사이클로이드 내측기어(325)와 기어결합하는 제2사이클로이드 외측기어(326)를 통해 지지플레이트(330)에 전달됨으로써 지지플레이트(330)도 역시 시계방향으로 회전하고, 상기 지지플레이트(330)에 의해 회전이 구속되는 캠축(400)도 시계방향으로 회전한다.
또한, 상기 캠스프라켓(310)으로부터 돌출된 유성기어 지지핀(315)이 시계방향으로 공전하게 되어 유성기어(220)가 시계방향으로 공전하게 된다. 상기 유성기어(220)와 맞물려 있는 선기어(230) 및 링기어(210)은 상기 유성기어(220)와 동일한 각속도로 시계방향으로 회전하고 있다.
이 때, 사이클로이드 내측기어(320,325)와 편심캠(236)이 락(lock)되어 상기 사이클로이드 내측기어(320,325)의 회전력이 편심캠(236)에 의해 상기 유성기어장치(200)에 전달된다. 이는 후술하는 제2,3실시예에서도 동일하다.
결국, 상기 모든 요소들이 서로 락(lock)된 상태로 동일한 각속도로 회전하게 되므로 밸브타이밍이 일정한 상태이다. 이는 후술하는 지각시에도 동일하다.
밸브 타이밍을 앞당기기 위해서는 캠축(400)의 회전을 앞당겨야 하므로 이하에서는 캠축(400)의 회전을 앞당기는 과정에 초점을 맞춰 설명한다. 먼저, 내측클러치(110)가 작동되면, 상기 내측클러치(110)의 내부에 있던 마찰재에 의해 상기 내측클러치(110)와 대응되는 위치에 있던 내측마찰판(235)가 회전을 멈춘다. 상기 내측마찰판(235)의 회전이 정지됨에 따라 선기어(230)의 회전도 역시 정지하게 된다.
그러나, 유성기어장치(200)에서 시계방향으로 회전하고 있는 유성기어 지지핀(315)이 유성기어(220)를 시계방향으로 공전시켜야 하므로 도 3의 a에 도시된 바와 같이, 유성기어(220)는 시계방향으로 자전한다. 상기 선기어(230)가 정지해 있으므로 상기 선기어(230)와 연결되어 있는 편심캠(236)도 역시 정지해 있게 된다.
그러나, 캠스프라켓(310) 및 지지플레이트(330)가 시계방향으로 회전하고 있으므로 상기 캠스프라켓(310)과 지지플레이트(330)의 내주면에 형성되어 있는 사이클로이드 외측기어(321,326) 역시 시계방향으로 회전하고 있으므로, 정지해 있는 편심캠(236)은 사이클로이드 기어(320,321,325,326)에 대하여 상대적으로 반시계방향으로 회전하는 것처럼 보이게 된다. 즉, 상기 편심캠(236)이 사이클로이드 기어(320,321,325,326)와는 반대방향으로 상대 회전한다.
사이클로이드 기어(320,321,325,326)는 출력측의 회전을 편심캠(236)의 자전방향과는 반대방향으로 변환시키므로 사이클로이드 기어(320,321,325,326)의 출력측 즉, 지지플레이트(330)는 상기 사이클로이드 내측기어(326)으로부터 회전력이 전달되어 상기 캠스프라켓(310)을 기준으로 시계방향으로 상대 회전하게 되어 상기 지지플레이트(330)에 의해 감싸여진 캠축(400)이 시계방향으로 회전하게 되는 결과가 된다. 이 때, 링기어(210)도 시계방향으로 회전하게 된다. 상기와 같은 과정에 의해 밸브 타이밍이 앞당겨지게 된다.
이하에서는 지각시의 모드에 대하여 설명한다. 이는 도 3의 b에 도시되어 있다. 이 때도 평상시에는 상기 진각시와 마찬가지로 모든 요소들이 서로 락되어 동일한 각속도로 회전한다. 즉, 캠스프라켓(310), 지지플레이트(330), 유성기어 지지핀(315)은 시계방향으로 회전하고 있는 상태이다. 진각시에는 외측클러치(120)의 작동에 의하여 외측클러치(120)의 마찰재에 의하여 상기 외측클러치(120)와 대응되는 위치에 있는 외측마찰판(215)의 회전이 정지하게 된다. 외측마찰판(215)은 링기어(210)와 일체로 연결되어 있으므로 링기어(210)가 회전을 멈추게 된다.
상기 링기어(210)의 회전 정지에도 불구하고 캠스프라켓(310)으로부터 돌출된 유성기어 지지핀(315)는 유성기어(220)를 시계방향으로 공전시키게 된다. 즉, 정지해 있는 링기어(210)를 타고 이동해야 하므로 유성기어(220)는 반시계방향으로 자전하게 된다. 상기 유성기어(220)의 반시계방향으로의 회전에 의하여 상기 유성기어(220)와 기어결합하는 선기어(230)는 시계방향으로 회전하게 된다. 즉, 선기어(230)가 보다 더 빠르게 시계방향으로 회전하게 되어 사이클로이드 내측기어(320)와 상대적으로 시계방향으로 회전하게 된다.
상기 편심캠(236)에 의해 회전방향이 결정되는 사이클로이드 내측기어(320,325)의 회전방향이 반시계방향으로 되어 그 회전력이 지지플레이트(330)로 전달된다.
결국, 상기 사이클로이드 외측기어(326)가 형성되어 있는 지지플레이트(330)를 상기 캠스프라켓(310)을 기준으로 반시계방향으로 회전시키게 되는 결과가 된다. 이에 의하여 캠축(400)이 반시계방향으로 약간 회전하게 되어 밸브 타이밍을 늦추는 지각을 수행하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 제2실시예의 작동과정에 대하여 설명한다.
이는 도 4에 도시되어 있다. 제2실시예가 제1실시예와 상이한 점은 유성기어지지핀(315)과 편심캠(236)이 링기어(210)로부터 연장되어 형성된다는 점이다. 즉, 이 때는 편심캠(236)의 회전이 선기어(230)가 아닌 링기어(210)의 회전방향에 구속된다.
먼저, 진각시 모드에 대하여 설명한다.
제2실시예에서도 상기 제1실시예에서와 마찬가지로 평상시에는 크랭크샤르트로부터 체인을 통해 시계방향으로의 회전력이 전달되어 캠스프라켓(310)은 시계방향으로 회전한다. 상기 캠스프라켓(310)의 내주면에 형성된 제1사이클로이드 외측기어(321)와 기어결합하는 제1사이클로이드 내측기어(320)가 시계방향으로 회전하고 상기 제1사이클로이드 내측기어(320)와 일체로 형성된 제2사이클로이드 내측기어(325)도 역시 시계방향으로 회전한다. 이 회전력이 제2사이클로이드 외측기어(326)를 통해 지지플레이트(330)에 전달됨으로써 지지플레이트(330)도 역시 시계방향으로 회전하고, 상기 지지플레이트(330)에 의해 회전이 구속되는 캠축(400)도 시계방향으로 회전하게 된다.
또한, 링기어(210), 유성기어(220) 및 선기어(230)는 상기의 장치들과 동일한 각속도로 시계방향으로 회전하는데, 사이클로이드 기어(320,321,325,326)의 내측에 위치한 편심캠(236)을 통해 유성기어장치(200)에 회전력이 전달되어 시계방향으로 회전하게 되는 것이다. 즉, 모든 요소들이 서로에게 영향을 미치지 않고 시계방향으로 회전하고 있어 밸브타이밍이 일정한 상태이다. 이는 후술하는 지각시에도 동일하다.
제2실시예에서의 진각시에는 제1실시예에서와는 달리 외측클러치(120)가 작동되어 링기어(210)의 회전을 구속한다. 상기 링기어(210)의 회전이 구속되면 상기 링기어(210)로부터 연장되어 돌출형성된 유성기어 지지핀(235)도 정지하게 되고, 상기 유성기어 지지핀(235)이 정지하게 되면 유성기어(220)도 정지하게 되어 상기 유성기어(220)와 맞물려 있는 선기어(230)도 정지하게 되어, 상기 링기어(210), 유성기어(220) 및 선기어(230) 모두 정지하게 된다. 이는 도 4의 a에 도시되어 있다.
그러나, 상기 편심캠(236)은 시계방향으로 회전하고 있는 사이클로이드 기어(320,321,325,326)에 대하여 상대적으로 반시계방향으로 회전하는 것이 된다.
결국, 상기 사이클로이드 기어(320,321,325,326)의 출력측에서는 편심캠(236)의 회전방향인 반시계방향과는 반대방향인 시계방향으로 회전되게 된다. 즉, 제2사이클로이드 내측기어(325)가 시계방향으로 회전하고, 상기 제2사이클로이드 내측기어(325)와 기어결합하는 제2사이클로이드 외측기어(326)를 통해 상기 시계방향으로의 회전력이 지지플레이트(330)에 전달되어 상기 지지플레이트(330)가 캠스프라켓(310)을 기준으로 시계방향으로 회전하게 되고, 이 회전력이 캠축(400)에 전달되어 캠축(400)이 시계방향으로 회전하게 되므로 밸브타이밍을 앞당길 수 있게 된다.
이하에서는 지각시 모드에 대하여 설명한다.
이 때도 평상시에는 캠스프라켓(310) 및 지지플레이트(330)는 시계방향으로회전한다. 링기어(210) 및 편심캠(236)도 시계방향으로 회전하고 있으며, 유성기어(220), 선기어(230) 및 링기어(210)는 동일한 각속도로 시계방향으로 회전하고 있는 상태이다.
이 때, 내측클러치(110)가 작동하는데 상기 내측클러치(110)가 작동하게 되면 내측마찰판(235)이 정지하면서 상기 내측마찰판(235)과 일체로 형성되어 있는 선기어(230)가 정지하게 된다. 이에 의해 도 4의 b에 도시된 바와 같이, 링기어(210)가 시계방향으로 회전하므로, 상기 링기어(210)와 일체로 형성된 편심캠(236)이 캠스프라켓(310)을 기준으로 하여 시계방향으로 회전하게 된다. 따라서, 사이클로이드 기어(320,321,325,326)의 출력측은 반시계방향으로 회전하게 되는 결과가 된다. 즉, 제2사이클로이드 내측기어(325)이 시계방향으로 회전하고, 상기 제2사이클로이드 내측기어(325)와 기어결합하는 제2사이클로이드 외측기어(326)가 시계방향으로 회전하게 되어, 상기 시계방향으로의 회전력을 지지플레이트(330)로 전달된다. 결국, 지지플레이트(330)가 상기 캠스프라켓(310)을 기준으로 반시계방향으로 회전하게 되고, 상기 지지플레이트(330)와 연결된 캠축(400)을 반시계방향으로 회전시키게 되어 밸브타이밍을 늦추게 된다.
상기의 제1,2실시예에서의 사이클로이드 기어(320,321,325,326)는 각각의 기어 잇수가 다른 2개의 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)가 하나의 몸체로 되어 있고, 제1,2사이클로이드 외측기어(321,326)는 기어 잇수가 동일하고 서로 분리되어 있는 구조로 되어 있다. 그러나, 후술하는 본 발명에 따른 제3실시예의 사이클로이드 기어는 서로 분리되고 기어 잇수가 동일한 2개의 제1,2내측기어(320,325)와 상기 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)의 잇수와는 상이한 기어 잇수를 갖는 1개의 기어로 이루어진 사이클로이드 외측기어(327)로 이루어진다. 이때, 사이클로이드 외측기어(327)의 기어 잇수는 상기 사이클로이드 내측기어(320,325)의 기어 잇수와는 다르게 형성되어 있다.
이하에서는 본 발명의 제3실시예의 작동과정에 대하여 설명한다. 제3실시예의 작동과정은 상기 제1실시예의 작동과정과 유사하다.
이는 도 5에 도시되어 있다.
평상시의 작동상태는 상기 제1실시예에서와 동일하므로 이하에서는 설명을 생락하기로 한다. 다만, 지지플레이트(330)의 회전은 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)의 회전력이 상기 지지플레이트(330)로부터 돌출된 사이클로이드 지지핀(335)으로 전달됨으로써 이루어진다.
먼저, 진각시의 모드에 대하여 설명한다. 진각시에는 내측클러치(110)가 작동된다. 내측클러치(110)의 작동에 의하여 상기 내측클러치(110)와 대응되는 위치에 형성되어 있는 내측마찰판(235)이 회전을 멈추게 되고, 상기 내측마찰판(235)에 일체로 형성된 선기어(230)의 회전이 멈추게 된다. 상기 선기어(230)의 회전이 정지하게 되면 상기 선기어(230)와 일체로 형성되어 있는 편심캠(236) 역시 정지하게 된다.
그러나, 유성기어(220)는 시계방향으로 계속 공전하면서 정지해 있는 선기어(230)를 타고 회전해야 하므로 시계방향으로 자전한다. 이 때, 링기어(210)는 시계방향으로 회전한다. 그러나, 정지해 있는 편심캠(236)은 시계방향으로 회전하고 있는 사이클로이드 기어(320,321,325)에 대해 상대적으로 반시계방향으로 회전하고 있는 것처럼 보이게 된다. 즉, 사이클로이드 기어(320,321,325)에 입력되는 회전 동력은 반시계방향인 것이다.
결국, 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)는 시계방향으로 회전하게 되고, 상기 시계방향으로의 회전력이 사이클로이드 지지핀(335)를 통해 지지플레이트(330)로 전달된다. 이는 상기 지지플레이트(330)가 상기 캠스프라켓(310)을 기준으로 시계방향으로 회전한 결과가 되고, 캠축(400)에 전달되어 캠축(400)을 시계방향으로 회전시킴으로써 밸브타이밍을 앞당기게 된다.
이하에서는 지각시의 모드에 대하여 설명한다.
지각시에는 외측클러치(120)가 작동하여 상기 외측클러치(120)에 의해 외측마찰판(215)이 정지되고, 상기 외측마찰판(215)과 일체로 형성되어 있는 링기어(210) 역시 정지된다. 상기 링기어(210)의 정지에도 불구하고 유성기어(220)는 계속하여 시계방향으로 공전해야 되므로, 정지해 있는 링기어(210)를 타고 반시계방향으로 자전하고, 유성기어(220)와 맞물려 기어결합하고 있는 선기어(230)는 시계방향으로 회전하게 된다. 상기 선기어(230)의 회전력은 편심캠(236)에 전달된다. 이는 도 5의 b에 도시되어 있다.
따라서, 시계방향으로 회전하고 있는 편심캠(236)에 의해 제1,2사이클로이드 내측기어(320,325)는 반시계방향으로 회전하게 되고, 상기 반시계방향으로의 회전력이 사이클로이드 지지핀(335)를 통해 지지플레이트(330)에 전달된다. 따라서, 상기 캠스프라켓(310)을 기준으로 반시계방향으로 회전시키게 되고, 상기 지지플레이트(330)에 의해 감싸진 캠축(400)을 반시계방향으로 회전시키게 되어 밸브 타이밍을 늦추게 된다.
상기와 같이 편심캠(236)의 회전 방향을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킴으로써 사이클로이드 기어(320,325,327)에 의해 방향을 변환시킴으로써 밸브타이밍을 조절할 수 있다.
상기의 제1,2,3실시예는 모두 크랭크(도면 미도시)의 구동력을 이용하여 밸브타이밍을 진각 또는 지각시켜주는 것으로서 모터를 사용하지 않아 사용전류를 최소화할 수 있다.
100: 전자클러치 110: 내측클러치
120: 외측클러치 200: 유성기어장치
210: 링기어 215: 외측마찰판
220: 유성기어 230: 선기어
235: 내측마찰판 236: 편심캠
300: 방향조절장치 310: 캠스프라켓
315: 유성기어 지지핀 320: 제1사이클로이드 내측기어
321: 제1사이클로이드 외측기어 325: 제2사이클로이드 내측기어
326: 제2사이클로이드 외측기어 327: 사이클로이드 외측기어
330: 지지플레이트 335: 사이클로이드 지지핀
350: 체결볼트 400: 캠축

Claims (7)

  1. 캠축에 장착되어 캠축의 회전을 조절함으로써 밸브타이밍을 변화시키는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치에 있어서,
    크랭크샤프트로부터 회전력을 전달받아 회전하는 캠스프라켓과, 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성되는 사이클로이드 외측기어와, 상기 사이클로이드 외측기어와 기어결합하면서 상기 캠스프라켓으로부터 일부 회전력을 전달받는 사이클로이드 내측기어와, 상기 캠축에 고정되고 상기 사이클로이드 내측기어로부터 회전력을 전달받아 그 회전력을 캠축에 전달함으로써 상기 캠축의 회전방향을 조절하는 지지플레이트를 포함하는 방향조절장치;
    링기어, 선기어 그리고 상기 링기어와 선기어 사이에 위치하여 상기 링기어와 선기어와 각각 기어결합하는 유성기어를 포함하며 상기 링기어 또는 선기어로부터 편심되게 돌출되고 상기 사이클로이드 내측기어에 삽입된 편심캠을 통하여 전달된 상기 캠스프라켓의 일부 회전력을 변환하여 상기 지지플레이트에 전달하는 유성기어장치;
    상기 선기어를 선택적으로 정지시키는 내측클러치와 상기 내측클러치를 둘러싸며 상기 링기어를 선택적으로 정지시키는 외측클러치를 포함하는 전자클러치;
    를 포함하는 전자 CVVT 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전자클러치는 상기 선기어 또는 상기 링기어를 선택적으로 정지시킴으로써 상기 편심캠을 선택적으로 회전시키고 그 회전방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 전자 CVVT 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 링기어의 일측에는 외측마찰판이 일체로 형성되어 있어 상기 외측클러치에 의해 상기 링기어가 선택적으로 정지하게 되고, 상기 선기어의 일측에는 내측마찰판이 일체로 형성되어 있어 상기 내측클러치에 의해 상기 선기어가 선택적으로 정지하게 되는 것을 특징으로 하는 전자 CVVT 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사이클로이드 내측기어는 상기 편심캠의 상대 회전 방향과는 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 전자 CVVT 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사이클로이드 내측기어는 상이한 잇수를 갖는 제1,2 사이클로이드 내측기어로 구성되어 제1사이클로이드 내측기어는 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성된 제1사이클로이드 외측기어와 기어결합하고, 제2사이클로이드 내측기어는 지지플레이트의 내주면에 형성된 제2사이클로이드 외측기어와 기어결합하며, 상기 캠스프라켓으로부터 돌출된 유성기어 지지핀이 캠스프라켓의 일부 회전력을 상기 유성기어에 전달하며, 상기 편심캠이 선기어로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 CVVT 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 사이클로이드 내측기어는 상이한 잇수를 갖는 제1,2 사이클로이드 내측기어로 제1사이클로이드 내측기어는 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성된 제1사이클로이드 외측기어와 기어결합하고, 제2사이클로이드 내측기어는 지지플레이트의 내주면에 형성된 제2사이클로이드 외측기어와 기어결합하며, 상기 링기어로부터 돌출된 유성기어 지지핀이 상기 링기어의 회전력을 상기 유성기어에 전달하며, 편심캠은 상기 링기어로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 CVVT 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사이클로이드 내측기어는 동일한 잇수를 갖는 제1,2사이클로이드 내측기어로 구성되어 상기 캠스프라켓의 내주면에 형성된 사이클로이드 외측기어와 기어결합하고, 상기 지지플레이트로부터 돌출된 사이클로이드 지지핀이 상기 제1,2사이클로이드 내측기어에 삽입되어 상기 제2사이클로이드 내측기어의 회전력이 상기 사이클로이드 지지핀을 통하여 상기 지지플레이트로 전달되며, 상기 캠스프라켓으로부터 돌출된 유성기어 지지핀이 상기 캠스프라켓의 일부 회전력을 상기 유성기어에 전달하며, 상기 편심캠이 상기 선기어로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 CVVT 장치.
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