KR20130134485A

KR20130134485A - 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치

Info

Publication number: KR20130134485A
Application number: KR1020120058031A
Authority: KR
Inventors: 김동연; 김훈석; 김승혁; 김세호
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-10
Also published as: KR101813726B1

Abstract

본 발명은 엔진 부하 조건에 따라 최적화된 밸브 타이밍을 구현할 수 있도록 한 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치에 관한 것이다.
본 발명은 밸브와 연결된 로커아암과 연결되는 푸시로드와 결합되어 캠의 회전에 따라 푸시로드를 상,하 이동시키도록 캠과 접촉하는 롤러를 가지는 로워 스윙암과; 상기 로워 스윙암과 회전가능하게 연결되는 링크부재와; 상기 로워 스위암의 상부에 위치하면서 상기 푸시로드와 결합되는 어퍼 스윙암과; 상기 링크부재와 어퍼 스윙암과 연결되어 위치를 제어하는 제어레버와; 상기 제어레버의 위치를 변경시키도록 하는 구동수단으로 이루어져서 엔진의 운전조건(고부하 또는 저부하 운전시)에 맞추어서 밸브의 개폐시기를 가변시키고자 할때, 구동수단의 동작으로 로워 스윙암의 롤러 설정위치를 가변시켜서 흡,배기밸브의 밸브 개폐 타이밍을 적절하게 구현할 수 있는 것이다.

Description

가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치{Variable Valve Timing Apparatus having Variable Swing Arm}

본 발명은 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진 부하 조건에 따라 최적화된 밸브 타이밍을 구현할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 엔진의 성능은 연료의 폭발, 공기 흡입과 배기가스의 배출시점에 의해 결정되고, 엔진내의 흡,배기를 최적화하기 위해서는 엔진 속도에 따른 상이한 밸브 타이밍을 필요로 한다.

엔진의 운전속도와 부하 등의 조건에 따라 흡,배기밸브의 개폐 타이밍을 변화시켜 열효율과 출력을 최적화하고, 연비를 향상시키도록 한 것이 가변 밸브 타이밍장치이다.

이러한 가변 밸브 타이밍장치의 일례는 캠의 위상을 변화시켜 밸브의 개방시기를 진각(advanced) 또는 지각(retarded) 시키는 장치가 있는데, 종래의 엔진에서 이 시점에 대한 제어는 기계적 밸브 타이밍으로 정해진 캠 프로파일에 의해 연소 구동 시스템을 통해 밸브의 개폐를 제어하게 된다.

그러나, 이러한 밸브 타이밍장치는 캠을 변경하지 않는 이상 그 시점을 엔진 운전중에 변경이 불가능하고, 캠 샤프트의 전방 단부 부분에 헬리컬 기어식, 비틀림 스플라인식, 베인식, 또는 전자 유압식 등으로 이루어지는 캠 위상 가변기구를 설치해야 하는 등 구성이 매우 복잡해지고, 실린더 헤드 부분의 사이즈가 비대해지는 문제점이 있다.

또한, 밸브 리프트 기구의 구조를 변형하여 밸브의 개방 지속시간이나 개폐 타이밍을 변화시키는 장치가 알려져 있다.

그러나, 이러한 장치 또한 구조가 복잡하고, 실린더 헤드 부분의 부피를 증가시킨다. 또한, 이러한 장치는 오버헤드 캠 샤프트 장치에만 주로 적용하고, 오버헤드 밸브 장치에는 적용하기 어려웠으며, 종래의 가변 밸브 타이밍장치가 적용되지 않던 선박용이나 산업용 중,대형 엔진의 오버헤드 밸브장치를 위해서는 새로운 타입의 가변밸브 타이밍장치가 요구된다.

구체적인 종래의 예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 캠(2)과 스윙암(3)의 롤러(3a)가 접촉하고, 이 스윙암(3)의 상부로는 푸시로드(4)와 로커아암(5) 및 밸브(6)가 연결된다.

상기 스윙암(3)은 힌지축(3b)에 상,하 방향으로 회동가능하게 설치된 구조를 가지는데, 캠(2)이 회전하면, 스윙암(3)의 롤러(3a)가 캠(2)의 프로파일을 추종하게 되고, 그에 따라 스윙암(3)이 힌지축(3b)을 중심으로 회동하여 푸시로드(4)를 상하로 왕복운동시키게 되며, 이 푸시로드(4)에 의해 로커아암(5)을 회동시켜서 밸브(6)를 개폐시킨다.

이러한 종래의 밸브 타이밍장치는 기본적으로 타이밍을 변경하기 전,후의 밸브 운동에 영향이 없어야 하는데, 스윙암(3)을 회동시키면, 푸시로드(4)와 로커아암(5)의 접촉점(A)의 상,하 방향 좌표가 변화하게 되고, 그에 따라 로커아암(5)과 밸브 사이의 클리어런스 즉, 밸브래시(valve lash)가 지나치게 크게 변화되어 정상적인 밸브 기능을 할 수 없게된다. 따라서, 스윙암(3)의 몸체를 회전시켜서 타이밍을 변화시키더라도 밸브 래시 같은 정상적인 밸브 운동에 영향이 없는 범위내로 유지되어야 한다.

또한, 타이밍을 변경하기 위해서 스윙암(3)의 위치를 이동시켜야 하는데, 스윙암(3)은 회전운동을 하므로, 이동 전,후의 회전체의 토크를 조절하여야 한다.

또한, 선박용 디젤엔진인 경우에는 자동차용 디젤엔진과는 달리, 연료/흡기/ 배기캠이 동일한 축에 형성되어 있기 때문에, 캠축을 회전시켜서 타이밍을 변경하는 것이 불가능하다.

대한민국 공개특허 제 10-2012-45500호(공개일 : 2012.5.9)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 푸시로드와 로커암의 접촉 지점의 위치변화를 하지 않고 캠에 대한 롤러의 위치를 변경하여 밸브 타이밍이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 밸브와 연결된 로커아암과 연결되는 푸시로드와 결합되어 캠의 회전에 따라 푸시로드를 상,하 이동시키도록 캠과 접촉하는 롤러를 가지는 로워 스윙암과; 상기 로워 스윙암과 회전가능하게 연결되는 링크부재와; 상기 로워 스위암의 상부에 위치하면서 상기 푸시로드와 결합되는 어퍼 스윙암과; 상기 링크부재와 어퍼 스윙암과 연결되어 위치를 제어하는 제어레버와; 상기 제어레버의 위치를 변경시키도록 하는 구동수단으로 이루어진 것이다.

상기 로워 스윙암은 어퍼 스윙암과 접하는 부분이 각각 곡선면으로 접하도록 되어 있는 것이다.

상기 곡선면은 캠의 중심점과 동일한 원호로 이루어진 것이다.

상기 로워 스윙암과 링크부재는 힌지축으로 회전가능하게 연결되어 있는 것이다.

상기 어퍼 스윙암은 제어레버와 힌지축으로 회전가능하게 연결되고, 상기 제어레버는 링크부재 및 슬라이딩 링크와 힌지축으로 각각 회전가능하게 연결되어 있는 것이다.

상기 구동수단은 바디부의 안쪽에 제어레버의 단부와 결합되는 슬라이딩 링크와, 이 슬라이딩 링크가 직선이동가능하도록 슬라이딩 링크를 관통하는 스크류와, 이 스크류를 회전시키도록 하는 구동모터를 포함하여 구성되는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 엔진 특히, 선박의 디젤엔진의 운전조건 즉, 고부하 또는 저부하 운전시에 맞추어서 밸브의 개폐시기를 가변시키고자 할 때, 구동수단의 동작으로 캠과 접하여 움직이는 로워 스윙암의 롤러 설정위치를 가변시켜서 흡,배기밸브의 밸브 개폐 타이밍을 적절하게 구현할 수 있어 밸브 타이밍 변경시 밸브 클리어런스의 변화없이 밸브의 동작을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 종래의 가변 밸브 타이밍 장치의 적용이 어려웠던 선박용 또는 산업용 중,대형 디젤엔진의 밸브 시스템에 간단한 구조에 의해 최적의 가변 밸브 타이밍을 실현할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 오버헤드 밸브 장치를 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 가변형 스윙암을 가지는 밸브 타이밍장치를 도시한 개략도로서, 엔진의 고부하 운전시 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 타이밍장치의 구동수단에 의해 롤러의 위치가 변경된 모습을 도시한 개략도로서, 엔진의 저부하 운전시를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 상세하게 설명한다.

첨부된 예시도면 도 2는 본 발명의 가변형 스윙암을 가지는 밸브 타이밍장치를 도시한 개략도이다.

도 2에서는 편의상 푸시로드(4)의 일부분만 도시하고, 니머지 로커아암과 밸브의 연결구조는 도시하지 않았다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 타이밍장치(10)는, 밸브와 연결된 로커아암과 연결되는 푸시로드(4)와 결합되어 캠(2)의 회전에 따라 푸시로드(4)를 상,하 이동시키도록 캠(2)과 접촉하는 롤러(21)를 가지는 로워 스윙암(20)과, 상기 로워 스윙암(20)과 회전가능하게 연결되는 링크부재(30)와, 상기 로워 스위암(20)의 상부에 위치하면서 상기 푸시로드(4)와 결합되는 어퍼 스윙암(40)과, 상기 링크부재(30)와 어퍼 스윙암(40)과 연결되어 위치를 제어하는 제어레버(50)와, 상기 제어레버(50)의 위치를 변경시키도록 하는 구동수단(60)으로 이루어진 구조이다.

상기 로워 스윙암(20)은 어퍼 스윙암(40)과 접하는 부분이 각각 곡선면(22)(41)으로 접하도록 되어 있다.

상기 곡선면(22)(41)은 캠(2)과 동일한 중심점(C)을 가지는 원호 형태를 이룬다. 도 2 및 도 3에서는 캠(2)의 중심점(C)으로부터 하나의 실선과 그 연장선상의 점선으로 도시하였다.

또한, 로워 스윙암(20)과 링크부재(30)는 힌지축(31)으로 회전가능하게 연결되어 있다.

또한, 상기 어퍼 스윙암(40)은 제어레버(50)와 힌지축(51)으로 회전가능하게 연결되고, 링크부재(30)와 후술하는 구동수단(60)의 슬라이딩 링크(62)도 힌지축(52)(53)으로 각각 회전가능하게 연결되어 있다.

또한, 상기 구동수단(60)은 바디부(61)의 안쪽에 제어레버(50)의 단부와 결합되는 슬라이딩 링크(62)와, 이 슬라이딩 링크(62)가 직선이동가능하도록 슬라이딩 링크(62)를 관통하여 결합되면서 제자리 회전하는 스크류(63)와, 이 스크류(63)를 회전시키도록 하는 구동모터(64)를 포함하여 구성된 것이다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이. 캠(2)이 회전함에 따라 캠(2)과 접하는 롤러(21)가 움직임에 따라 로워 스윙암(20)이 힌지축(31)을 중심으로 상,하 이동하게 된다. 이때 링크부재(30)는 그 상태를 유지한다.

이 때, 상기 로워 스윙암(20)의 상부에 위치하면서 로워 스위암(20)과 접하고 있는 어퍼 스윙암(40)도 힌지축(51)을 중심으로 동시에 상,하 이동하게 된다.

그러면, 상기 어퍼 스윙암(40)의 상부로 연결된 푸시로드(4)가 연동되고, 그에따라 밸브가 개폐동작을 수행한다. 도 2의 조건에서는 엔진의 고부하 운전시의 상태를 나타낸 것이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이. 엔진이 저부하 운전으로 밸브의 개폐 타이밍을 가변시키고자 하는 경우, 구동수단(60)을 이루는 구동모터(64)를 회전시키면, 구동모터(64)와 결합된 스크류(63)가 제자리 회전하는데, 이 때 스크류(63)와 결합된 슬라이딩 링크(62)가 제자리 회전하는 스크류(63)의 길이방향을 따라 직선 이동하게 된다.

따라서, 슬라이딩 링크(62)가 직선 이동함에 따라, 제어레버(50)의 위치가 변경됨과 동시에, 링크부재(30)와 로워 스윙암(20)도 동시에 위치가 변경되며, 그러면 로워 스윙암(20)에 결합된 롤러(21)의 위치도 달라져서 캠(2)의 회전에 따른 상,하 이동시기가 달라지게 된다.

그에 따라, 푸시로드(4)와 로커아암을 경유하여 밸브에 가해지는 전달력의 타이밍이 달라짐으로써 밸브의 개폐시기가 달라지게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스윙암을 2개로 분할하여 로워 스윙암(20)과 어퍼스윙암(40)으로 나누고, 이 2개의 스윙암의 접촉면은 캠(2)의 중심점과 동일한 곡선면(22)(41)을 형성하여 어퍼 스윙암(40)의 상,하 변동없이 로워 스윙암(20)의 위치 이동이 가능하다.

따라서, 어퍼 스윙암(40)은 그 아래에 접하고 있는 로워 스윙암(20)의 위치이동에 관계없이 그 위치를 유지하고 있으므로, 도 1에서 설명한 푸시로드(4)와 로커아암(5)의 접촉점(A)의 상,하 방향 좌표가 변화하지 않게 된다.

그에 따라, 로커아암(5)과 밸브 사이의 클리어런스 즉, 밸브래시(valve lash)가 지나치게 크게 변화되어 정상적인 밸브 기능을 할 수 없게 되는 현상을 방지할 수 있어, 이상적인 밸브 동작을 구현할 수 있게 된다.

C : 중심점
2 : 캠
3 : 스윙암
3a : 롤러
3b : 힌지축
4 : 푸시로드
5 : 로커아암
6 : 밸브
10 : 밸브 타이밍장치
20 : 로워 스윙암(lower swing arm)
21 : 롤러
22,41 : 곡선면
30 : 링크부재
31 : 힌지축
40 : 어퍼 스윙암(upper swing arm)
50 : 제어레버
51,52,53 : 힌지축
60 : 구동수단
61 : 바디부
62 : 슬라이딩 링크
63 : 스크류
64 : 구동모터

Claims

밸브와 연결된 로커아암과 연결되는 푸시로드와 결합되어 캠의 회전에 따라 푸시로드를 상,하 이동시키도록 캠과 접촉하는 롤러를 가지는 로워 스윙암과;
상기 로워 스윙암과 회전가능하게 연결되는 링크부재와;
상기 로워 스위암의 상부에 위치하면서 상기 푸시로드와 결합되는 어퍼 스윙암과;
상기 링크부재와 어퍼 스윙암과 연결되어 위치를 제어하는 제어레버와;
상기 제어레버의 위치를 변경시키도록 하는 구동수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치.
청구항 1에 있어서,
상기 로워 스윙암은 어퍼 스윙암과 접하는 부분이 각각 곡선면으로 접하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치.
청구항 2에 있어서,
상기 곡선면은 캠과 동일한 중심점을 가지는 원호로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치.
청구항 1에 있어서.
상기 로워 스윙암과 링크부재는 힌지축으로 회전가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치.
청구항 1에 있어서,
상기 어퍼 스윙암은 제어레버와 힌지축으로 회전가능하게 연결되고, 상기 제어레버는 링크부재 및 슬라이딩 링크와 힌지축으로 각각 회전가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구동수단은 바디부의 안쪽에 제어레버의 단부와 결합되는 슬라이딩 링크와, 이 슬라이딩 링크가 직선이동가능하도록 슬라이딩 링크를 관통하는 스크류와, 이 스크류를 회전시키도록 하는 구동모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 스윙암을 가지는 가변 밸브 타이밍장치.