KR20130074905A - 엔진 밸브트레인용 태핏 제조방법 및 그에 의한 태핏 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 밸브를 개폐하는 엔진 밸브트레인용 태핏 제조방법 및 그에 의한 밸브트레인용 태핏에 관한 것으로, 엔진 밸브를 개폐하는 밸브트레인의 태핏 제조방법에 있어서, 태핏 가공품을 작업대(12) 위에 배치하여 고정하고, 제어장치(10)를 통하여 이송장치(11)를 제어하여 레이저 발진장치(10)를 태핏 가공품의 캠 접촉면에 윤활홈 패턴을 가공할 수 있는 적절한 위치에 배치하는 제 1 단계(S1), 상기 제어장치(14)에 미리 입력하여 설정한 이송속도로 태핏의 캠 접촉면에 윤활홈 가공 위치에 배치된 레이저 발진장치(10)를 미리 설정한 출력과 펄스로 레이저를 조사하면서 이동하여 태핏의 갬접촉면에 미리 입력한 패턴의 윤활홈을 가공하는 제 2 단계(S2), 상기 제 2단계에서의 가공이 완료된 태핏의 캠접촉면에 생성된 버를 제거하는 제 5 단계(S5)들을 포함하여 구성됨으로써, 캠과 태핏의 윤활 특성이 개선되고, 내마모성과 내하중성이 증가하는 효과가 있으며, 종래 태핏의 캠접촉면에 코팅이나 열처리를 하여 태핏을 제조하는 종래 기술과 비교하여 태핏 제조 공정 시간이 단축되고, 제조비용이 절감되는 효과도 있다.

Description

엔진 밸브트레인용 태핏 제조방법 및 그에 의한 태핏{A METHOD FOR MANUFACTURING A TAPPET OF VALVE TRAIN FOR AN ENGINE AND THE TAPPET MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 엔진 밸브트레인용 태핏 제조방법에 관한 것으로, 특히 캠의 회전운동에 연동하여 로커암을 작동시켜 밸브를 개폐시키는 태핏의 캠과 접촉되는 표면에 레이저 가공장비를 사용하여 윤활홈 패턴을 형성하여 태핏을 제조하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 캠접촉면에 윤활홈 패턴을 갖는 엔진 밸브트레인용 태핏에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진의 밸브를 개폐하는 밸브트레인은 각 실린더의 흡입밸브와 배기밸브를 점화순서대로 설계된 시기에 맞추어 개폐작용을 하는 것으로서, 밸브배치와 연소실 형상에 의해 사이드 밸브식, 오버헤드 밸브식(OHV식), 오버헤드 캠축식(OHC) 등이 있다.

이 중에서도 오버헤드 밸브식(OHV)은 도 1에 개략적으로 도시된 바와같이 밸브(1)가 실린더헤드(2) 위에 설치되고, 하단부가 캠(3)과 접촉되고 상단부는 로커암(5)에 접촉된 푸시로드(4)가 캠의 회전운동에 연동하여 상하운동함에 따라 밸브(1)가 개폐하도록 되어 있다. 캠과 접촉되는 상기 푸시로드의 하단부에는 태핏(6)이 제공되어 있다. 이러한 태핏은 캠의 회전운동을 상하운동으로 전환시켜 로커암 및 푸쉬로드에 동력을 전달하는 역할을 수행한다.

한편, 상기한 태핏(6)은 캠과 접촉하여 푸시로드(4)와 로커암(5)로 동력을 전달하여 밸브(1)를 개폐시키도록 하며, 이때 상기 캠(3)과 태핏(6)이 접촉하여 마찰운도을 하게 되는데, 태핏과 캠의 마찰손실을 최소화시키는 것이 중요하다. 태핏이 캠과의 마찰에 의해 태핏이 마모되거나 파손될 경우에는 밸브 작동의 정확성이 떨어지고 나아가 밸브트레인 자체가 작동되기 어렵게 되어 다기통의 엔진 제어가 어렵기 때문이다. 따라서, 태핏의 캠접촉면이 마모 또는 파손되지 않고 마찰 손실을 최소화하는 것이 매우 중요하다.

상기 태핏 제조를 위한 종래의 기술에는 주조를 통해 태핏을 제조하면서 캠접촉면을 강화하기 위해 칠러를 캠접촉면에 접촉시켜 치말한 조직을 형성시켜 강도를 높이는 방법이 있다.

그러나, 이 방법은 태핏의 내마모성, 내마찰성, 내하중성 개선에 한계가 있어 엔진의 지속적인 성능 개선 등으로 인한 고출력화, 고성능화로 인한 엔진의 작동환경 악화에 따라 사용에 한계가 있다는 단점이 있었다.

또한, 이러한 문제를 해결하기 위해서, 주철 또는 강 등의 금속재질로 태핏 모재를 제작하고 캠 접촉면에 열처리 또는 코팅을 하는 방법으로 이루어지는 태핏과 제조방법이 있다.

그러나, 이 방법 또한 태핏의 가공 공정에 비용과 시간이 많이 걸리는 단점이 있고, 코팅 방법에 따라 내마찰성의 저하가 일어날 수 있다는 문제점이 있었다.

또한, 주철 또는 강 등의 금속재질로 태핏 모재를 제작하고 캠 접촉면에 경질 재질의 금속을 접합하는 방법으로 제조되는 태핏이 있을 수 있으나, 이 방법 역시 태핏 가공 공정에 있어서 비용과 시간이 많이 걸리는 단점이 있고, 제조 공정이 복잡한 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 태핏 제조방법에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 캠과 접촉되는 태핏의 표면에 미리 설정한 패턴으로 미세 윤활홈을 형성하여 캠과 태핏의 윤활 특성과 내마모성 및 내하중성이 개선된 태핏 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 제조방법에 의해 캠접촉면에 미리 설정된 윤활홈 패턴을 갖는 엔진 밸브트레인용 태핏을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태핏 제조방법은, 엔진 밸브를 개폐하는 밸브트레인의 태핏 제조방법에 있어서, 태핏 가공품을 작업대 위에 배치하여 고정하고, 제어장치를 통하여 이송장치를 제어하여 레이저 발진장치를 태핏 가공품의 캠 접촉면에 윤활홈 패턴을 가공할 수 있는 적절한 위치에 배치하는 제 1 단계(S1), 상기 제어장치에 미리 입력하여 설정한 이송속도로 태핏의 캠 접촉면에 윤활홈 가공 위치에 배치된 레이저 발진장치를 미리 설정한 출력과 펄스로 레이저를 조사하면서 이동하여 태핏의 갬접촉면에 미리 입력한 패턴의 윤활홈을 가공하는 제 2 단계(S2), 및 상기 제 2단계에서의 가공이 완료된 태핏의 캠접촉면에 생성된 버를 제거하는 제 5 단계(S5)들을 포함하여 구성된다.

상기 제 2단계에서 윤활홈의 가공은 가공될 윤활홈이 미리 설정한 깊이와 패턴을 갖도록 반복하여 레이저를 조사하여 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 레이저 발진장치의 이동 속도는 레이저를 조사하지 않고 이동하는 이송 속도와 동일하도록 되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 엔진 밸브트레인은 상기한 태핏 제조방법에 의하여 레이저 발진장치로 미리 설정된 깊이로 가공된 미리 설정된 패턴의 윤활홈을 캠접촉면에 갖는다.

본 발명에 따라 캠과 접촉하는 태핏의 캠접촉면에 윤활홈을 형성하여 태핏을 제조함으로써, 캠과 태핏의 윤활 특성이 개선되고, 내마모성과 내하중성이 증가하는 효과가 있으며, 종래 태핏의 캠접촉면에 코팅이나 열처리를 하여 태핏을 제조하는 종래 기술과 비교하여 태핏 제조 공정 시간이 단축되고, 제조비용이 절감되는 효과도 있다.

도 1은 종래 엔진 밸브트레인의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 엔진 밸브트레인의 태핏 제조방법에 사용되는 레이저 가공장비 구성의 개략적인 블럭도.
도 3과 4는 본 발명에 따라 태핏의 캠접촉면에 형성하는 윤활홈의 예시적인 패턴이다.
도 5는 도 2의 레이저 가공장비를 사용하여 본 발명에 따른 밸브트레인의 태핏의 캠접촉면 윤활홈을 형성하여 태핏을 제조하는 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 태핏의 제조방법에서 캠과 접촉되는 태핏의 표면에 미세 윤활홈을 형성하기 위하여 사용하는 레이저 가공 장비의 구성을 개략적으로 보여준다.

본 발명에서 사용하는 레이저 가공장비는 태핏의 캠접촉 표면에 요구제어장치구되는 패턴으로 레이저 가공을 수행하도록 레이저를 발진시키는 레이저 발진장치(10)와, 상기 레이저 발진장치(10)를 태핏의 캠 접촉 표면에 대향된 윤활홈 가공위치로 이송시키기 위한 이송장치(11), 태핏을 올려놓고 고정하는 작업대(12), 냉각 및 집진 장치는 레이저 가공을 수행하면서 온도가 상승되는 레이저 발진장치를 냉각하고 발생된 유해가스 및 분진을 흡수하기 위한 냉각/집진장치(13), 태핏의 캠접촉면에 윤활홈을 요구되는 패턴으로 가공하는 작업을 수행하는 레이저 발진장치(10)와 이송장치(11)를 제어하며, 원하는 패턴으로 태핏의 윤활홈을 레이저 가공하도록 하는 가공 조건과 패턴을 입력하여 레이저 발생장치와 이송장치를 제어하는 제어장치(14)를 포함한다. 상기 가공 조건은 조사되는 레이저의 출력, 펄스 간격, 레이저의 휴지 시간 및 제이저 조리개값을 포함한다.

상기 이송장치(11)는 레이저 발생장치를 원하는 위치에 이송시키도록 바람직하기로는 세 개의 직선상으로 이동을 하여 레이저 발생장치가 가공전에 초점이 맞는 정확한 위치로 이동할 수 있게 하며, 상기 제어장치(14)에 입력된 이송 속도에 따라 이동하며 가공을 보조하는 장치이다. 필요에 따라서는 상기 작업대(12) 또는 작업대의 일부를 회전시키는 것도 가능하다.

상기 레이저 발생장치(10)는 제어장치(14)의 제어에 따른 출력 및 펄스에 맞게 레이저를 발생시키도록 레이저 발진기, 렌즈, 미러 등을 포함하고, 제어장치(14)의 제어에 따라 이동된다.

도 3과 4는 태핏의 캠접촉면(20)에 본 발명의 방법에 따라 형성되는 윤활홈의 패턴들에 대한 예시도로서, 윤활홈(21)들은 딤플(dimple) 형상이 격자상으로 배열된 패턴으로 가공되거나 사선형의 요홈(22)들이 일정 간격으로 이격되어 배열된 패턴으로 가공되는 것이 바람직하지만, 이러한 패턴 형상에 한정되지는 않는다.

도 5는 상기한 레이저 가공장비를 사용하여 본 발명에 따라 태핏의 캠 접촉면에 윤활홈 패턴을 형성하는 방법에 대한 흐름도이다.

본 발명의 태핏 제조방법에서 윤활홈을 형성하기 이한 태핏 가공품은 주철 재질로 주조하여 제작한 다음 가공 및 연마를 통해 제작되지만, 필요에 따라 강이나 다른 합금재료의 것을 가공하여 제작할 수도 있으며, 본 발명의 제조방법은 태핏 재질을 한정하지는 않는다.

본 발명에 따른 태핏 제조방법의 제 1 단계(S1)에서는 상기 태핏 가공품을 작업대(12) 위에 배치하여 고정한 다음, 제어장치(10)를 통하여 이송장치(11)를 제어하여 레이저 발진장치(10)를 태핏 가공품의 캠 접촉면에 윤활홈 패턴을 가공할 수 있는 적절한 위치에 배치한다.

제 2 단계(S2)에서는, 제어장치(14)에 미리 입력하여 설정한 이송속도로 태핏의 캠 접촉면에 윤활홈 가공 위치에 배치된 레이저 발진장치(10)를 미리 설정한 출력과 펄스로 레이저를 조사하면서 이동하여 태핏의 갬접촉면에 미리 입력한 패턴의 윤활홈 한 열을 가공한다.

제 3단계(S3)에서는, 상기한 윤활홈 패턴의 한 열에 대한 가공을 마친 다음, 이송장치에 의해 레이저 발진장치(10)를 윤활홈 윤활턴의 다음 열 가공 시작 위치로 이동시켜 배치한 다음, 상기한 제 2 단계(S2)를 반복한다. 여기서, 상기 이송장치에 의해 레이저 발진장치(10)를 이송시키는 형태, 즉 'ㄹ'자 형이나 지그재그형 또는 다른 이동 경로 형태를 취하더라도 무방하다. 레이저 발진장치의 이동시의 속도는 상기 제 2 단계(S2)에서 레이저가 조사되지 않고 이동하는 이송 속도와 동일하다.

제 4 단계(S4)에서는, 전술한 제 2 단계(S2)와 제 3 단계(S3)를 통한 윤활홈 윤활턴의 각 열의 가공이 완료된 태핏의 캠 접촉면에 대한 윤활홈 전체에 대하여 상기 제 2 및 3 단계를 반복하면서 레이저를 조사하여 미리 설정한 깊이의 윤활홈을 미리 설정한 패턴으로 가공한다. 상기의 제 2 및 3 단계의 반복 횟수는 1 ~ 5회가 바람직하며, 이와 같이 반복하여 가공하지 않는 경우에는 가공된 윤활홈 바닥면의 형상이 일정하지 않아 윤활홈의 깊이가 고르지 못하는 문제가 있고, 5회를 초과하여 가공하는 경우에는 레이저가 지나치게 조사되어 태핏의 캠접촉면에 버(burr)가 많이 생성되어 가공면이 매끄럽지 못하게 되는 문제가 생기며, 이 경우 후술하는 제 5단계의 버를 제거하는 가공 소요시간이 길어져 작업 효율성이 저하된다. 또한, 상기한 반복 횟수의 증가에 따라 가공 오차에 따른 윤활홈 형상이 일정하게 되지 않을 가능성이 높아지게 되는 문제도 발생된다.

제 5 단계(S5)에서는, 제 1 ~4 단계들에서의 가공이 완료된 태핏의 캠접촉면에 생성된 버를 제거하는 단계이다. 상기 제 1 ~ 4 단계들에서의 가공에서 생성되는 버는 태핏의 캠 접촉면을 거칠게 하고, 가공시 발생되는 마모분이 가공된 윤활홈을 메워 윤활홈에 의한 효과를 반감시킨다. 버의 제거는 샌드페이퍼, 연마전, 연마액 등과 같이 통상의 연마수단을 사용한 모든 방법을 사용할 수 있으나, 버를 제거하면서 윤활홈을 손상시키지 않아야 한다.

전술한 바와같이 레이저 가공장비를 사용하여 태핏의 캠접촉면에 미리 설정한 패턴의 윤활홈을 형성하여 제조한 태핏은, 종래와 같이 태핏의 캠접촉면에 코팅을 하거나 열처리를 하는 것 보다 개선된 윤활 특성과, 내마모성을 갖는다.

본 발명에 따른 태핏 제조방법은 종래 캠접촉면에 코팅이나 열처리를 하는 것을 대신하여 태핏의 캠접촉면에서의 윤활특성이나 내마모성 개선을 보다 효율적으로 얻도록 엔진 밸브트레인의 태핏 제조방법에 적용할 수 있다.

10 : 발진장치 11 : 이송장치
12 : 작업대 13 : 냉각/집진장치
14 : 제어장치

Claims (4)

1. 엔진 밸브를 개폐하는 밸브트레인의 태핏 제조방법에 있어서, 태핏 가공품을 작업대(12) 위에 배치하여 고정하고, 제어장치(14)를 통하여 이송장치(11)를 제어하여 레이저 발진장치(10)를 태핏 가공품의 캠 접촉면에 윤활홈 패턴을 가공할 수 있는 적절한 위치에 배치하는 제 1 단계(S1),
   상기 제어장치(14)에 미리 입력하여 설정한 이송속도로 태핏의 캠 접촉면에 윤활홈 가공 위치에 배치된 레이저 발진장치(10)를 미리 설정한 출력과 펄스로 레이저를 조사하면서 이동하여 태핏의 캠 접촉면에 미리 입력한 패턴의 윤활홈을 가공하는 제 2 단계(S2),
   상기 제 2단계에서의 가공이 완료된 태핏의 캠접촉면에 생성된 버(burr)를 제거하는 제 5 단계(S5)들을 포함하는 엔진 밸브트레인 태핏 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계에서 윤활홈의 가공은 가공될 윤활홈이 미리 설정한 깊이와 패턴을 갖도록 반복하여 레이저를 조사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진 밸브트레인 태핏 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 발진장치(10)의 이동 속도는 레이저를 조사하지 않고 이동하는 이송 속도와 동일하도록 된 것을 특징으로 하는 엔진 밸브트레인 태핏 제조방법.
   
4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 엔진 밸브트레인 태핏.

Images