KR20120062258A

KR20120062258A - 가변 밸브 기구

Info

Publication number: KR20120062258A
Application number: KR1020100123446A
Authority: KR
Inventors: 최명식
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-14
Also published as: US8555840B2; CN102486108A; DE102011051694A1; US20120137998A1; KR101234643B1

Abstract

본 발명은 가변 밸브 기구에 관한 것으로서 일측에는 밸브가 접촉되고, 타측의 끝단은 유압식 간극 조절기에 의해 지지되며, 중앙에는 캠과 접촉하는 베어링이 설치되며 타측의 중앙에는 래칭기구 삽입홈이 단차지게 형성되는 외측바디; 상기 외측바디의 내부에 위치하고 일측은 상기 외측바디의 일단과 밸브 스템 샤프트를 동축으로 하여 회동가능하고, 타측은 베어링 샤프트에 결합되는 내측바디; 상기 외측바디의 래칭기구 삽입홈에 삽입되어 외측바디의 이동을 선택적으로 내측바디의 이동에 구속시키는 래칭기구; 상기 외측바디의 외측에 설치되고 내측바디가 로스트 모션운동을 하도록 복원력을 제공하는 로스트 모션 스프링;을 포함하는 가변 밸브 기구를 제공하여,
하나의 가변 밸브 기구가 오작동할 경우 흡기밸브 2개 또는 배기밸브 2개가 동시에 오작동됨에 따라 오작동 감지가 용이하고, 밸브 2개당 1개의 가변 밸브 기구를 필요로 함에 따라 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

가변 밸브 기구{VARIABLE VALVE DEVICE}

본 발명은 가변 밸브 기구에 관한 것으로서 보다 상세하게는 밸브 2개당 1개의 가변 밸브 기구가 작동되도록 하여 하나의 가변 밸브 기구가 오작동할 경우 오작동 감지가 용이하도록 하는 가변 밸브 기구에 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 혼합기 즉, 배기가스가 연소실에서 배출되게 된다.

그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 부하영역에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 부하에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 타이밍이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브가 엔진의 부하영역에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 개발되어 있다.

또한, 실린더 디액티베이션(Cylinder De??Activation, 이하 CDA라 한다)은 제동시나 정속 주행시에 전체 실린더 중 일부를 휴지(deactivation)시키는 기술을 말하는 것으로 CDA 작동중에는 휴지 대상이 되는 실린더로의 연료 공급과 흡/배기 밸브들의 작동이 정지하게 된다.

상기 VVL 장치 또는 CDA 장치는 밸브 리프트를 조절한다는 점에서는 동일하다.

상기와 같이 엔진의 각 조건에 따라 최적의 흡입 공기량과 흡입 속도가 다른데, 저 부하 영역 에서는 빠른 공기 속도가 필요하며 고 부하 영역에서는 많은 공기 흡입량이 필요하다. 이와 같은 요구 조건을 만족시키기 위해서는 흡기측에 가변 밸브 리프트(VVL, Variable Valve lift)를 적용할 수 있다. 로우 리프트(Low Lift)에서는 흡입공기 속도를 빨리 하고, 고 부하 영역에서는 하이 리프트(High Lift)를 적용하여 흡입 공기량을 많게 하여 성능, 에미션(Emission), 연비 효과를 기대할 수 있다.

그러나, 도 9는 종래의 VVL 장치의 사시도로서 캠축(20)에 연결된 캠(22)이 VVL 장치(10)를 가압하면서 밸브(30)를 하강시키는 것을 나타낸 것인데, 종래의 VVL 장치는 밸브 1개당 1개의 VVL장치가 작용하는 방식으로 하여 하나의 실린더에 흡기 VVL 장치 2개, 배기 VVL 장치 2개가 소요되었다.

하나의 VVL 장치가 1개의 밸브를 작동시킴에 따라 4개의 밸브가 모두 정상적으로 작동해야만 VVL 장치가 정상적으로 이루어지므로, 하나의 VVL 장치가 오작동할 경우 오작동 감지가 어렵고, 오작동 감지를 하기 위하여 상당한 자원이 투자되어야 하므로 비용이 크고, 이를 해결하기 위하여 밸브 1개당 1개의 VVL 장치를 장착한다면 비용의 문제가 따른다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 밸브 2개당 1개의 가변 밸브 기구를 흡기측과 배기측에 각각 구성되도록 하여 가변 밸브 기구의 오작동시 오작동 감지가 용이한 가변 밸브 기구를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 일측에는 밸브가 접촉되고, 타측의 끝단은 유압식 간극 조절기에 의해 지지되며, 중앙에는 캠과 접촉하는 베어링이 설치되며 타측의 중앙에는 래칭기구 삽입홈이 단차지게 형성되는 외측바디; 상기 외측바디의 내부에 위치하고 일측은 상기 외측바디의 일단과 밸브 스템 샤프트를 동축으로 하여 회동가능하고, 타측은 베어링 샤프트에 결합되는 내측바디; 상기 외측바디의 래칭기구 삽입홈에 삽입되어 외측바디의 이동을 선택적으로 내측바디의 이동에 구속시키는 래칭기구; 상기 외측바디의 외측에 설치되고 내측바디가 로스트 모션운동을 하도록 복원력을 제공하는 로스트 모션 스프링; 을 포함하는 가변 밸브 기구를 제공한다.

본 발명에 따른 실시예의 래칭기구는 상기 외측바디의 래칭기구 삽입홀에 삽입되고 일부가 중공체인 래칭핀과, 상기 래칭핀의 중공부에 위치하여 상기 래칭핀에 탄성력을 제공하는 래칭 스프링과, 상기 외측바디의 단부에 위치하여 상기 래칭 스프링을 지지하는 플레이트를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예의 래칭핀은 상기 래칭기구 삽입홀의 단차에 의하여 그 이동이 제한되도록 단턱이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 로스트 모션 스프링은 직선부를 가지며 상기 외측바디에 형성된 상기 로스트 모션 스프링 장착홈이 단차지게 형성되어 로스트 모션 스프링이 안정되게 거치되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 밸브 스템의 상측에는 돌기가 형성되어 있어 상기 밸브 스템의 회전을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 베어링은 베어링 샤프트에 결합되고, 상기 베어링 샤프트는 직경을 일정하게 형성하거나 이단으로 단차지게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 베어링 샤프트가 일정하게 형성되어 있는 경우에는 내측바디의 베어링 샤프트 삽입홀의 한 쪽에서 억지 끼움되도록 하고, 이단으로 단차지게 형성되어 있는 경우에는 내측바디의 베어링 샤프트 삽입홀의 양측에서 억지끼움되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예는 밸브간의 높이 차이가 상기 캠의 램프구간에 속하도록 캠의 높이를 조절하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 하나의 가변 밸브 기구가 오작동할 경우 흡기밸브 2개 또는 배기밸브 2개가 동시에 오작동됨에 따라 오작동 감지가 용이하고, 밸브 2개당 1개의 가변 밸브 기구를 필요로 함에 따라 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 CDA 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 AA 단면도이다.
도 3은 도 1의 BB 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 로스트 모션 스프링이 장착된 상태의 일부 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 밸브 스템의 결합 모습 및 밸브 스템의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 외측바디의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 내측바디의 사시도이다.
도 8은 종래의 VVL 장치의 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다.

이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 CDA 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 AA단면도이고, 도 3은 도 1의 BB단면도이다.

본 발명에 따른 실시예의 가변 밸브 기구는 일측에는 밸브 스템 샤프트(540)에 의해 밸브와 접촉하는 밸브 스템(500)이 설치되고, 타측의 양 쪽 단부에는 각각 1개의 유압식 간극 조절기(24)가 형성되어 있어 상기 유압식 간극 조절기(24)에 의해 지지되며, 중앙에는 캠과 접촉하는 베어링(320)이 설치되며 타측의 중앙에는 래칭기구 삽입홀(165)이 단차지게 형성되며 상기 밸브 스템 샤프트(540)를 축으로 하여 회동가능한 외측바디(100)와,

상기 외측바디(100)의 내부에 위치하고 일측은 상기 외측바디(100)의 일단과 밸브 스템 샤프트(540)를 동축으로 하여 회동운동하고, 타측은 베어링 샤프트(300)가 결합되는 내측바디(200)와,

상기 외측바디(100)의 래칭기구 삽입홀(165)에 삽입되어 외측바디(100)의 이동을 선택적으로 내측바디(200)의 이동에 구속시키는 래칭기구(600)와,

상기 외측바디(100)의 끝단 양측에 각각 설치되고 상기 캠에 내측바디(200)가 로스트 모션운동을 하도록 탄성력을 제공하는 로스트 모션 스프링(400)을 포함한다.

상기 로스트 모션 스프링(400)은 CDA 작동(언래칭)시 캠에 의해 하강된 내측바디(200)에 복원력을 제공하여 원래 상태로 위치시키는 역할을 한다.

상기 외측바디(100)와 내측바디(200)(200)에는 베어링 샤프트 삽입홀(135,265)와 밸브 스템 샤프트 삽입홀(155,255)이 형성되어 있어 베어링 샤프트(300)와 밸브 스템 샤프트(540)가 결합될 수 있다.

상기의 밸브 스템 샤프트(540)는 내측바디(200)의 회동운동의 회전축의 기능을 하고, 밸브 스템(500)과 체결되어 밸브에 힘을 전달하도록 하며, 상기 외측바디(100)와는 레이저 용접 등의 방법으로 체결된다. 그리고, 밸브 스템(500)은 밸브의 상단부와 접촉 상태를 유지하면서 밸브에 힘을 전달하며 유압식 간극 조절기(24)는 밸브의 반대 쪽에서 CDA를 지지하고 CDA 작동압의 유로 역할도 수행하는데, 이를 위하여 상기 외측바디(100)의 내부에는 오일유로(151)가 형성되어 있다.

상기 내측바디(200)는 "ㄷ"형상을 가지며 평행하게 형성된 부분에는 소정의 간격을 두고 밸브 스템 샤프트 삽입홀(255)과 베어링 샤프트 삽입홀(265)이 각각 양쪽에 형성되어 있으며, 상기 평행한 부분과 수직으로 교차하는 부분에는 래칭기구 삽입홀(235)이 형성되어 있다.

상기 래칭기구(600)는 상기 외측바디(100)의 래칭기구 삽입홀(165)과 내측바디(200)의 래칭기구 삽입홀(235)에 삽입되어 상기 내측바디(200)의 움직임을 외측바디(100)의 움직임에 구속시키며 일부는 중공체인 래칭핀(620)과, 상기 래칭핀(620)의 중공부에 위치하여 상기 래칭핀(620)에 탄성력을 제공하는 래칭 스프링(640)과, 상기 외측바디(100)의 단부에 위치하여 상기 래칭 스프링(640)을 지지하는 플레이트(660)를 포함한다. 이 때, 상기 래칭핀(620)은 상기 외측바디(100)의 래칭기구 삽입홀(165)의 단차에 의하여 그 이동이 제한되도록 단차지게 형성되어 있다.

도 4는 도 1의 "A"의 부분확대도인데, 본 발명에 따른 실시예에서는 로스트 모션 스프링(400)을 개선하였는데, 종래의 로스트 모션 스프링(400)이 위치하는 안착홈(640)을 단차지게 형성하여 상기 로스트 모션 스프링(400)이 곡선부를 갖지 않고 직선부(410)만을 갖도록 함으로써 제작이 용이하도록 하였다.

즉, 종래에는 로스트 모션 스프링(400)이 장착되는 위치가 외부로 돌출형성되어 있어 로스트 모션 스프링(400)의 베어링 샤프트(300)에 걸쳐지는 부분과 스프링 가이드(440) 사이의 부분이 약간 굴곡진 형상을 갖도록 되어 있었는데, 이러한 스프링의 제작은 다소 불편이 따를 뿐만 아니라, 곡선부에 의해 많은 힘을 지지할 수 없는 문제를 해결하였다. 이 때, 상기 로스트 모션 스프링(400)은 스프링 가이드(440)에 의하여 이탈되는 것이 방지되도록 되어 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 밸브와 접촉하는 밸브 스템(500)의 상측에는 돌기(520)가 형성되어 있어 상기 밸브 스템(500)의 회전을 방지할 수 있도록 하였고, 조립시에 밸브 스템(500)의 슬라이딩면(560)이 밸브 쪽을 향하여 쉽게 조립될 수 있도록 하였다.

그리고, 캠과 접촉하는 베어링(320)은 베어링 샤프트(300)에 결합되고, 상기 베어링 샤프트(300)는 직경을 일단으로 단차가 없도록 형성하거나 이단으로 단차지게 형성할 수 있는데, 단차없이 동일한 직경을 갖도록 형성한 경우에는 내측바디(200)의 베어링 샤프트 삽입홀(265)의 한 쪽에서만 억지끼움되도록 하고, 이단으로 단차지게 형성한 경우에는 내측바디(200)의 베어링 샤프트 삽입홀(265)의 양측에서 억지끼움 되도록 하여 베어링 샤프트(300)의 이탈로 베어링(320)이 이탈되는 것을 방지하도록 한다.

본 발명에 따른 실시예는 두 개의 유압식 간극 조절기(24)를 사용하여 두 개의 밸브(30)를 구동시키는 CDA 기구에 관한 것으로서 상기 두 개의 밸브(30) 즉, 배기측 밸브와 흡기측 밸브를 모두 구동시키기 위해서는 상기 두 개의 밸브(30)의 높이 차이가 캠(22)의 램프구간에 속하도록 해야 한다. 이를 위해서는 캠의 램프높이를 종래보다 크게 해야 한다. 상기에서 램프구간이란 밸브(30)가 완만하게 여닫히게 하는 구간으로서 밸브(30) 제작시에 발생하는 제작 공차에 기인하는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예의 작동과정에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 2는 본 발명에 따른 실시예의 래칭시의 CDA 장치의 단면도이다.

본 발명에 따른 실시예의 CDA 장치는 오일의 선택적 공급에 의하여 내측바디(200)와 외측바디(100)의 움직임을 서로 구속시키도록 되어 있다. 본 발명에 따른 실시예에서는 한 개의 CDA 장치에 2개의 유압식 간극 조절기(24)를 사용하였는데, 이 때, 엔진의 레이아웃에 문제가 없다면 한 개의 유압식 간극 조절기(24)를 사용할 수도 있다.

먼저, 언래칭시(CDA ON) 모드에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 래칭시의 가변 밸브 기구의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 가변 밸브 기구를 절개한 종단면도이다.

상기 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 오일 컨트롤 밸브(OCV, Oil Control Valve)가 열리면 헤드 오일 갤러리의 유압이 오일제팅홀(120)을 통해 유입되어 CDA 장치의 래칭핀(620)에 작용하여 래칭 스프링(640)에 저항하면서 래칭핀(620)을 외측으로 밀어냄으로써 내측바디(200)와 외측바디(100)가 독립적으로 승하강할 수 있는 언래칭상태가 된다. 상기와 같이 언래칭됨으로써 캠이 내측바디(200)를 눌러도 밸브는 닫힘상태를 유지한다.

이 때, 공급된 오일은 오일 유출구멍(160)을 통해 외부로 유출되지 않도록 실링부재(140)가 형성되어 있다.

또한, 상기 래칭핀(620)은 2단으로 단차지게 형성되어 있는데, 내측바디(200)와 접촉하는 래칭핀(620)의 끝단은 내측바디(200)의 래칭기구 삽입홀(235)의 내경과 비슷한 크기(D3)로 형성되지만, 그 보다 더 안쪽으로는 단차를 형성하여 보다 큰 내경(D2)을 갖도록 형성되어 있다.

상기와 같이 언래칭 상태가 되면 캠이 베어링(320)과 접촉하여 내측바디(200)를 가압하더라도 내측바디(200)의 하강운동이 밸브 리프트에 기여를 하지 못하게 되어 CDA 모드가 수행된다.

이하에서는 래칭(CDA OFF)시 모드에 대하여 설명하기로 한다.

래칭시에는 오일 컨트롤 밸브가 닫히고, 이에 의해 헤드 오일 갤러리의 유압이 오일 컨트롤 밸브에 의해 CDA 장치의 래칭핀(620)으로 가는 것이 차단됨에 따라 래칭 스프링(640)에 의해 래칭되어 캠이 내측바디(200)를 누를 때 밸브가 작동된다.

상기와 같이 작동함으로써 하나의 CDA 장치가 2개의 밸브를 작동시킴에 따라 흡기측과 배기측의 밸브가 정상적으로 작동시에 CDA 장치가 정상적으로 이루어지도록 한다.

10: VVL 장치 20: 캠축
22: 캠 24: 유압식 간극 조절기
30: 밸브 100: 외측바디
120: 오일제팅홀 135: 베어링 샤프트 삽입홀
140: 실링부재 151: 오일유로
155: 밸브 스템 샤프트 삽입홀 160: 오일 유출구멍
165: 래칭기구 삽입홀 200: 내측바디
235: 래칭기구 삽입홀 255: 밸브 스템 샤프트 삽입홀
265: 베어링 샤프트 삽입홀 300: 베어링 샤프트
320: 베어링 400: 로스트 모션 스프링
410: 스프링 직선부 440: 스프링 가이드
460: 안착홈 500: 밸브 스템
520: 돌기 540: 밸브 스템 샤프트
560: 슬라이딩면 600: 래칭기구
620: 래칭핀 622: 단턱
640: 래칭 스프링 660: 플레이트

Claims

일측에는 밸브가 접촉되고, 타측의 끝단은 유압식 간극 조절기에 의해 지지되며, 중앙에는 캠과 접촉하는 베어링이 설치되며 타측의 중앙에는 래칭기구 삽입홈이 단차지게 형성되는 외측바디;
상기 외측바디의 내부에 위치하고 일측은 상기 외측바디의 일단과 밸브 스템 샤프트를 동축으로 하여 회동가능하고, 타측은 베어링 샤프트에 결합되는 내측바디;
상기 외측바디의 래칭기구 삽입홈에 삽입되어 외측바디의 이동을 선택적으로 내측바디의 이동에 구속시키는 래칭기구;
상기 외측바디의 외측에 설치되고 내측바디가 로스트 모션운동을 하도록 복원력을 제공하는 로스트 모션 스프링;
을 포함하는 가변 밸브 기구.
제1항에 있어서,
상기 래칭기구는 상기 외측바디의 래칭기구 삽입홀에 삽입되고 일부가 중공체인 래칭핀과, 상기 래칭핀의 중공부에 위치하여 상기 래칭핀에 탄성력을 제공하는 래칭 스프링과, 상기 외측바디의 단부에 위치하여 상기 래칭 스프링을 지지하는 플레이트를 포함하는 가변 밸브 기구.
제2항에 있어서,
상기 래칭핀은 상기 래칭기구 삽입홀의 단차에 의하여 그 이동이 제한되도록 단턱이 형성되는 가변 밸브 기구.
제1항에 있어서,
상기 로스트 모션 스프링은 직선부를 가지며 상기 외측바디에 형성된 상기 로스트 모션 스프링 장착홈이 단차지게 형성되어 로스트 모션 스프링이 안정되게 거치되도록 하는 가변 밸브 기구.
제1항에 있어서,
상기 밸브 스템의 상측에는 돌기가 형성되어 있어 상기 밸브 스템의 회전을 방지하는 가변 밸브 기구.
제1항에 있어서,
상기 베어링은 베어링 샤프트에 결합되고, 상기 베어링 샤프트는 직경을 일정하게 형성하거나 이단으로 단차지게 형성되어 있는 가변 밸브 기구.
제6항에 있어서,
상기 베어링 샤프트가 일정하게 형성되어 있는 경우에는 내측바디의 베어링 샤프트 삽입홀의 한 쪽에서 억지 끼움되도록 하고, 이단으로 단차지게 형성되어 있는 경우에는 내측바디의 베어링 샤프트 삽입홀의 양측에서 억지끼움되도록 하는 가변 밸브 기구.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 밸브간의 높이 차이가 상기 캠의 램프구간에 속하도록 캠의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 기구.