KR20130063696A

KR20130063696A - 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구

Info

Publication number: KR20130063696A
Application number: KR1020110130201A
Authority: KR
Inventors: 이은호; 최병영; 공진국; 우수형; 김진순
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-06-17
Also published as: KR101326844B1

Abstract

본 발명에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구는 그 내주면에 제1 스플라인이 형성된 캠 스프로켓; 상기 캠 스프로켓과 상대 회전이 가능하게 결합하며, 그 내주면에 제2 스플라인이 형성된 캠 샤프트; 모터부; 상기 모터부의 작동에 따라 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 모터부 내측에 구비되어 상기 모터부와 나사 결합하는 리드 스크류; 및 상기 리드 스크류의 길이방향 이동에 따라 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 이동하며, 그 외주면에 상기 캠 스프로켓과 상기 캠 샤프트의 제1,2 스플라인과 각각 치합하는 제1,2 캠 샤프트 홀더 스플라인이 형성된 캠 샤프트 홀더;를 포함한다.

Description

전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구{ELECTRIC CONTINUOUS VARIABLE VALVE TIMING APPARATUS}

본 발명은 연속 가변 밸브 타이밍 기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전체 길이가 축소되어 엔진의 레이아웃이 유리한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구에 관한 것이다.

일반적으로 가변 밸브 타이밍 장치(CVVT; continuous variable valve timing, 또는 Camshaft phaser)는 엔진의 밸브 작동 시기를 조절하는 장치를 말한다.

자동차 메이커에서 많이 사용하는 일반적인 가변 밸브 타이밍 장치는 베인 타입(vane-type)의 가변 밸브 타이밍 장치로, 상대적으로 작은 공간을 차지하고, 저렴한 장점이 있다.

그러나, 이러한 베인 타입(vane-type)의 가변 밸브 타이밍 장치는 엔진의 윤활 오일을 사용하기 때문에 오일 압력이 낮은 상태에서, 빠르고 정확한 응답을 기대하기 어려운 단점이 있다.

특히, 엔진이 아이들 상태, 고온, 출발 상태 등, 엔진 오일 압력이 충분하지 않은 경우 캠 샤프트의 상대적인 위상 변동이 어렵고, 배기 가스의 과다한 유출이 발생하기도 한다.

전동식 가변 밸브 타이밍 장치는 이러한 단점을 보완할 수 있으나, 가변된 밸브 타이밍을 유지하기 위해 전력이 소비되는 단점이 있고, 장치 구성상 그 전체 길이가 상대적으로 긴 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 작동 오일 없이 밸브 타이밍을 가변 할 수 있고, 전체 길이가 축소된 연속 가변 밸브 타이밍 장치를 제공하는 것이다.

또한 그 구성이 간단하고 제작이 용이한 연속 가변 밸브 타이밍 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 연속 가변 밸브 타이밍 장치는 그 내주면에 제1 스플라인이 형성된 캠 스프로켓; 상기 캠 스프로켓과 상대 회전이 가능하게 결합하며, 그 내주면에 제2 스플라인이 형성된 캠 샤프트; 모터부; 상기 모터부의 작동에 따라 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 모터부 내측에 구비되어 상기 모터부와 나사 결합하는 리드 스크류; 및 상기 리드 스크류의 길이방향 이동에 따라 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 이동하며, 그 외주면에 상기 캠 스프로켓과 상기 캠 샤프트의 제1,2 스플라인과 각각 치합하는 제1,2 캠 샤프트 홀더 스플라인이 형성된 캠 샤프트 홀더;를 포함할 수 있다.

상기 제1 스플라인과 상기 제2 스플라인은 그 형성 방향이 서로 반대방향인 헬리켈 스플라인으로 형성될 수 있다.

상기 모터부는 상기 리드 스크류와 나사 결합하여 그 작동시 상기 리드 스크류를 상기 캠 샤프트 길이 방향으로 이동시키는 중공 모터 샤프트;를 포함할 수 있다.

상기 모터부는 상기 중공 모터 샤프트의 작동시 상기 리드 스크류가 상기 캠 샤프트의 길이 방향을 따라 이동하는 것을 안내하도록 상기 리드 스크류의 내측에 삽입되는 슬라이드 부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 캠 샤프트 홀더와 상기 리드 스크류 사이에는 스러스트 베어링이 내재될 수 있다.

상기 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구는 상기 캠 샤프트가 상기 캠 스프로켓으로부터 분리되는 것을 방지하도록 상기 캠 스프로켓과 결합하는 캡;을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 캠 샤프트 홀더 스플라인의 지름은 상기 제2 캠 샤프트 홀더 스플라인의 지름보다 크게 형성될 수 있다.

상기 캠 샤프트가 상기 캠 스프로켓과 마주하는 면에는 상기 캠 샤프트와 상기 캠 스프로켓의 상대적인 위상각 변화를 제한하는 스타퍼가 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동식 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 의하면, 작동 오일이 필요 없어 엔진의 오일 압력에 상관 없이 밸브의 작동 타이밍을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전동식 연속 가변 밸브 타이밍 장치는 밸브 타이밍을 제어할 필요가 없는 상태에서 동력 전달이 필요 없어 엔진 효율이 증대된다.

본 발명의 실시예에 따른 전동식 연속 가변 밸브 타이밍 장치는 그 전체 길이가 상대적으로 축소되어 엔진의 레이아웃 자유도가 증대되며, 그 구성이 간단하고 제작이 용이하다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 사시도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.
도3 및 도4는 본 발명의 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 작동을 설명하는 단면도이다.
도5 및 도6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 일부 구성을 도시한 사시도이다.

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

도1은 본 발명의 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 사시도이고, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.

도3 및 도4는 본 발명의 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 작동을 설명하는 단면도이고, 도5 및 도6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 일부 구성을 도시한 사시도이다.

도1 내지 도6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 연속 가변 밸브 타이밍 장치는 그 내주면에 제1 스플라인(12)이 형성된 캠 스프로켓(10), 상기 캠 스프로켓(10)과 상대 회전이 가능하게 결합하며, 그 내주면에 제2 스플라인(22)이 형성된 캠 샤프트(20), 모터부(30). 상기 모터부(30)의 작동에 따라 상기 캠 샤프트(20)의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 모터부(30) 내측에 구비되어 상기 모터부(30)와 나사 결합하는 리드 스크류(40) 및 상기 리드 스크류(40)의 길이방향 이동에 따라 상기 캠 샤프트(20)의 길이 방향으로 이동하며, 그 외주면에 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)의 제1,2 스플라인(12, 22)과 각각 치합하는 제1,2 캠 샤프트 홀더 스플라인(52, 54)이 형성된 캠 샤프트 홀더(50)를 포함한다.

상기 제1 스플라인(12)과 상기 제2 스플라인(22)은, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 그 형성 방향이 서로 반대방향인 헬리켈 스플라인으로 형성될 수 있다.

상기 모터부(30)는 상기 리드 스크류(40)와 나사 결합하여 그 작동시 상기 리드 스크류(40)를 상기 캠 샤프트(20) 길이 방향으로 이동시키는 중공 모터 샤프트(32)를 포함한다. 즉, 상기 중공 모터 샤프트(32)의 내주에는 모터 샤프트 나사산(34)이 형성되고, 상기 리드 스크류(40)의 외주에는 리드 스크류 나사산(42)이 형성되며, 상기 모터 샤프트 나사산(34)과 상기 리드 스크류 나사산(42)이 치합하게 된다.

상기 모터부(30)는 상기 중공 모터 샤프트(32)의 작동시 상기 리드 스크류(40)가 상기 캠 샤프트(20)의 길이 방향을 따라 이동하는 것을 안내하도록 상기 리드 스크류(40)의 내측에 삽입되는 슬라이드 부재(90)를 더 포함한다. 상기 슬라이드 부재(90)의 상기 리드 스크류(40)와 접하는 외주에는 슬라이드면(92)이 형성되며, 상기 모터부(30)가 작동하여 상기 중공 모터 샤프트(32)가 회전할 때, 상기 리드 스크류(40)가 회전하지 않고, 상기 캠 샤프트(20)의 길이방향을 따라 이동하도록 상기 슬라이드면(92)이 상기 리드 스크류(40)를 안내한다. 예를 들어 상기 슬라이드면(92)은 상기 캠 샤프트(20)의 길이방향을 따라 형성된 스플라인 일 수 있다.

상기 캠 샤프트 홀더(50)와 상기 리드 스크류(40) 사이에는 스러스트 베어링(60, 62)이 내재되어 상기 리드 스크류(40)가 상기 캠 샤프트(20)의 길이방향을 따라 이동할 때, 회전하고 있는 상기 캠 샤프트 홀더(50)의 상대적인 이동을 원활하게 한다.

상기 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구는 상기 캠 샤프트(20)가 상기 캠 스프로켓(10)으로부터 분리되는 것을 방지하도록 상기 캠 스프로켓(10)과 결합하는 캡(70)을 더 포함한다.

상기 제1 캠 샤프트 홀더 스플라인(52)의 지름은 상기 제2 캠 샤프트 홀더 스플라인(54)의 지름보다 크게 형성되어, 상기 제1 캠 샤프트 홀더 스플라인(52) 및상기 제2 캠 샤프트 홀더 스플라인(54)의 가공이 원활하고, 상기 캠 샤프트 홀더(50)의 조립이 용이해 질 수 있다.

상기 캠 샤프트(20)가 상기 캠 스프로켓(10)과 마주하는 면에는 상기 캠 샤프트(20)와 상기 캠 스프로켓(10)의 상대적인 위상각 변화를 제한하는 스타퍼(24) 형성되어 상기 캠 샤프트(20)가 과도한 진각/지각되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 도1 내지 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구의 작동을 설명한다.

엔진이 작동되면, 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)는 상대적인 위상각 변화 없이 일체로 회전한다.

엔진 작동 상태에 따라, 진각(advanced) 작동이 필요하면, 예를 들어 도3이 진각 구동이라고 한다면, 미도시한 ECU(engine control unit)의 제어에 따라 전원 공급부(80)에서 상기 모터부(30)로 전원이 공급되어 상기 모터가 정회전 한다. 그러면, 상기 중공 모터 샤프트(32)가 회전하여 상기 리드 스크류(40)를 도면의 좌측으로 이동시킨다.

그러면, 상기 리드 스크류(40)와 결합된 상기 캠 샤프트 홀더(50)도 도면의 좌측으로 이동하며, 상기 캠 샤프트 홀더(50)와 각각 스플라인 결합된 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)는 상대적인 회전을 하게 된다. 즉, 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)가 회전을 하는 동안에, 예를 들어, 상기 캠 샤프트(20)가 상대적인 시계방향 회전을 함과 동시에, 상기 캠 스프로켓(10)은 상대적인 반시계방향 회전을 하게 되어 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)의 위상이 가변하여 진각 구동을 하게 된다.

엔진 작동 상태에 따라, 지각(retarded) 작동이 필요하면, 예를 들어 도4가 지각 구동이라고 한다면, 미도시한 상기 ECU의 제어에 따라 상기 전원 공급부(80)에서 상기 모터부(30)로 전원이 공급되어 상기 모터가 역회전 한다. 그러면, 상기 중공 모터 샤프트(32)가 회전하여 상기 리드 스크류(40)를 도면의 우측으로 이동시킨다.

그러면, 상기 리드 스크류(40)와 결합된 상기 캠 샤프트 홀더(50)도 도면의 우측으로 이동하며, 상기 캠 샤프트 홀더(50)와 각각 스플라인 결합된 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)는 상대적인 회전을 하게 된다. 즉, 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)가 회전을 하는 동안에, 예를 들어, 상기 캠 샤프트(20)가 상대적인 반시계방향 회전을 함과 동시에, 상기 캠 스프로켓(10)은 상대적인 시계방향 회전을 하게 되어 상기 캠 스프로켓(10)과 상기 캠 샤프트(20)의 위상이 가변하여 지각 구동을 하게 된다.

여기서, 상기 전원 공급부(80)에서 상기 모터부(30)로 전원이 공급되지 않는 상태, 즉 상기 캠 샤프트(20)의 위상 변화가 필요 없는 엔진 작동 상태에서는 상기 캠 샤프트 홀더(50)의 회전이 상기 리드 스크로(40)로 전달되지 않기 때문에 상기 캠 샤프트(20)의 변화된 위상, 즉 밸브 타이밍을 유지하는 외력이 필요 없게 된다. 가변된 밸브 타이밍을 유지하기 위한 전력 소비가 없어 연료 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구는 그 구성이 간단하고, 부품수가 상대적으로 적어 전체 기구의 길이를 줄일 수 있는 이점이 있다. 따라서, 엔진의 레이아웃 자유도가 증대될 수 있다.

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.

10: 캠 스프로켓 12: 제1 스플라인
20: 캠 샤프트 22: 제2 스플라인
24: 스타퍼 30: 모터부
32: 중공 모터 샤프트 34: 모터 샤프트 나사산
40: 리드 스크류 42: 리드 스크류 나사산
50: 캠 샤프트 홀더 52: 제1 캠 샤프트 홀더 스플라인
54: 제2 캠 샤프트 홀더 스플라인 60, 62: 스러스트 베어링
70: 캡 80: 전원 공급부
90: 슬라이드 부재 92: 슬라이드면

Claims

그 내주면에 제1 스플라인이 형성된 캠 스프로켓;
상기 캠 스프로켓과 상대 회전이 가능하게 결합하며, 그 내주면에 제2 스플라인이 형성된 캠 샤프트;
모터부;
상기 모터부의 작동에 따라 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 모터부 내측에 구비되어 상기 모터부와 나사 결합하는 리드 스크류; 및
상기 리드 스크류의 길이방향 이동에 따라 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 이동하며, 그 외주면에 상기 캠 스프로켓과 상기 캠 샤프트의 제1,2 스플라인과 각각 치합하는 제1,2 캠 샤프트 홀더 스플라인이 형성된 캠 샤프트 홀더;
를 포함하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.
제1항에서,
상기 제1 스플라인과 상기 제2 스플라인은 그 형성 방향이 서로 반대방향인 헬리켈 스플라인으로 형성된 것을 특징으로 하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.
제1항에서,
상기 모터부는
상기 리드 스크류와 나사 결합하여 그 작동시 상기 리드 스크류를 상기 캠 샤프트 길이 방향으로 이동시키는 중공 모터 샤프트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.
제3항에서,
상기 모터부는
상기 중공 모터 샤프트의 작동시 상기 리드 스크류가 상기 캠 샤프트의 길이 방향을 따라 이동하는 것을 안내하도록 상기 리드 스크류의 내측에 삽입되는 슬라이드 부재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.
제1항에서,
상기 캠 샤프트 홀더와 상기 리드 스크류 사이에는 스러스트 베어링이 내재된 것을 특징으로 하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.
제1항에서,
상기 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구는
상기 캠 샤프트가 상기 캠 스프로켓으로부터 분리되는 것을 방지하도록 상기 캠 스프로켓과 결합하는 캡;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.
제1항에서,
상기 제1 캠 샤프트 홀더 스플라인의 지름은 상기 제2 캠 샤프트 홀더 스플라인의 지름보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.
제1항에서,
상기 캠 샤프트가 상기 캠 스프로켓과 마주하는 면에는 상기 캠 샤프트와 상기 캠 스프로켓의 상대적인 위상각 변화를 제한하는 스타퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 전동 연속 가변 밸브 타이밍 기구.