KR20200050029A - 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복잡한 구조를 단순화하여 연비 향상 효과를 증대시킬 수 있고, 배출가스를 감소시킬 수 있는 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 가변 밸브 리프트 장치는, 캠 샤프트; 원통형의 캠 베이스 및 상기 캠 베이스의 일측에 길이 방향으로 서로 다른 높이로 형성된 다단 캠 로브를 포함하여 형성되고, 상기 캠 샤프트에 구비되는 캠; 및 상기 캠의 양측면에 마주하는 한 쌍의 작동암 및 상기 작동암과 조립되어 상기 작동암을 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 캠이 상기 캠 샤프트 상에서 길이 방향으로 이동되도록 작동시키는 컨트롤 샤프트를 포함하는 작동부;를 포함하여 구성된다.

Description

가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

본 발명은 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복잡한 구조를 단순화하여 연비 향상 효과를 증대시킬 수 있고, 배출가스를 감소시킬 수 있는 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다.

공기를 흡입할 때에는 캠 샤프트의 구동에 의해 흡기 밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기 밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다.

또한, 캠 축의 구동에 의해 배기 밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 [0003] 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.

그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타이밍이 달라지게 된다.

이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전 수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다.

일예로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, CVVL(Continuously Variable Valve Lift)의 구조가 개시되어 있다.

그러나, 종래의 CVVL 구조에서는, 밸브 리프트 양을 조절하기 위해 CVVL 링키지를 이용하여 캠의 돌출된 정도를 조절하도록 구성되는데, 이러한 구조로 인하여 링키지 설치를 위한 공간이 필요할 뿐만 아니라, 복잡한 구조의 링키지로 인해 엔진 중량이 증가하여 연비 향상의 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.

일본공개특허 제2007-154706호(2007. 6. 21.)

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복잡한 구조를 단순화하여 연비 향상 효과를 증대시킬 수 있고, 배출가스를 감소시킬 수 있는 가변 밸브 리프트 장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가변 밸브 리프트 장치는, 캠 샤프트; 원통형의 캠 베이스 및 상기 캠 베이스의 일측에 길이 방향으로 서로 다른 높이로 형성된 다단 캠 로브를 포함하여 형성되고, 상기 캠 샤프트에 구비되는 캠; 및 상기 캠의 양측면에 마주하는 한 쌍의 작동암 및 상기 작동암과 조립되어 상기 작동암을 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 캠이 상기 캠 샤프트 상에서 길이 방향으로 이동되도록 작동시키는 컨트롤 샤프트를 포함하는 작동부;를 포함한다.

바람직하게, 상기 다단 캠 로브는, 1단 캠 로브, 상기 1단 캠 로브보다 높은 높이로 형성된 2단 캠 로브 및 상기 2단 캠 로브보다 높은 높이로 형성된 3단 캠 로브가 순차적으로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 1단 캠 로브, 2단 캠 로브 및 3단 캠 로브는 일체로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 1단 캠 로브와 상기 2단 캠 로브의 사이에는 제1경사면이 일체로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 2단 캠 로브와 상기 3단 캠 로브의 사이에는 제2경사면이 일체로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 1단 캠 로브, 2단 캠 로브 및 3단 캠 로브는 상기 캠 베이스에 근접할 수록 상호 간의 단차가 작아지도록 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 작동암과 상기 캠의 사이에는 구름수단이 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 컨트롤 샤프트에는 렉기어가 구비되고, 상기 작동부는, 상기 렉기어에 치합되는 피니언 기어; 및 상기 피니언 기어를 회전시키는 구동수단;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 복잡한 구조를 단순화하여 연비 향상 및 배출가스를 감소시킬 수 있고, CVVT(Continuously Variable Valve Timing), CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 등 밸브 시스템과 복합사용하여 연비 향상을 극대화하고, 배출가스 감소 효과를 증대시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 CVVL(Continuously Variable Valve Lift)의 구조를 도시한 설명도이다.
도 2는 종래의 CVVL를 구성하는 링키지 작동을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 제1 작동도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 제2 작동도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 제3 작동도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치의 캠 샤프트와 캠의 조립 예를 도시한 도면이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수 항목들의 조합 또는 복수 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘연결되어’있다거나 ‘접속되어’있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘직접 연결되어’있다거나 ‘직접 접속되어’있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ‘포함하다’또는 ‘구비하다’, ‘가지다’등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 캠 샤프트(100), 캠(200), 작동부(300)를 포함하여 구성된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캠 샤프트(100)는 상기 캠(200)이 복수개 조립되는 샤프트로서, 상기 캠 샤프트(100)의 회전에 따라 상기 캠(200)이 상기 캠 샤프트(100)와 일체로 회전하여 연소실의 밸브(V)를 개폐작동시키게 된다.

상기 캠(200)은 삼기 캠 샤프트(100)에 조립되는 원통형의 캠 베이스(210) 및 상기 캠 베이스(210)의 일측에 길이 방향으로 서로 다른 높이로 형성된 다단 캠 로브(221, 222, 223)를 포함하여 형성된다.

구체적으로, 상기 다단 캠 로브(221, 222, 223)는 1단 캠 로브(221), 상기 1단 캠 로브(221)보다 높은 높이로 형성된 2단 캠 로브(222) 및 상기 2단 캠 로브(222)보다 높은 높이로 형성된 3단 캠 로브(223)가 순차적으로 형성되며, 상기 1단 캠 로브(221), 2단 캠 로브(222) 및 3단 캠 로브(223)는 일체로 형성될 수 있다.

상기 1단 캠 로브(221), 2단 캠 로브(222) 및 3단 캠 로브(223)는 상기 캠 베이스(210)에 근접할 수록 상호 간의 단차가 작아지도록 형성된다.

상기 1단 캠 로브(221)와 상기 2단 캠 로브(222)의 사이에는 제1경사면(226)이 일체로 형성되고, 상기 2단 캠 로브(222)와 상기 3단 캠 로브(223)의 사이에는 제2경사면(227)이 일체로 형성된다.

상기 제1경사면(226)은 상기 1단 캠 로브(221)와 상기 2단 캠 로브(222)의 사이의 단차가 완만하게 변화하도록 완충하는 기능을 하고, 제2경사면(227)은 상기 2단 캠 로브(222)와 상기 3단 캠 로브(223)의 사이의 단차가 완만하게 변화하도록 완충하는 기능을 한다.

상기 캠(200)은 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 슬라이딩 이동이 가능하고, 상기 캠 샤프트(100)의 원주방향으로는 슬립이 이루어지지 않도록 조립된다. 즉, 상기 캠(200)은 상기 캠 샤프트(100) 상에서 슬라이딩 이동하는 것이다.

예를 들어, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 캠(200)이 조립되는 상기 캠 샤프트(100)의 조립 부분에는 스플라인(100s)이 형성되고, 상기 캠(200)의 캠 베이스(210)의 내주면에는 상기 스플라인(100s)이 삽입되는 스플라인 홈(210s)이 형성되며, 상기 스플라인(100s)과 상기 스플라인 홈(210s)이 조립됨에 따라 상기 캠(200)이 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 슬라이딩 이동이 가능하고, 상기 캠 샤프트(100)의 원주방향으로는 슬립이 이루어지지 않을 수 있게 된다.

또는, 예를 들어, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 캠(200)의 캠 베이스(210)의 일부분에 절개부(200h)를 형성하고, 상기 절개부(200h)에 대응하여 상기 캠 샤프트(100)의 대응부에 키형 돌기(101)를 형성하여 상기 캠(200)이 상기 캠 샤프트(100)의 축방향으로 슬라이딩 이동이 가능하고, 상기 캠 샤프트(100)의 원주방향으로는 슬립이 이루어지지 않을 수 있도록 할 수도 있다.

상기 작동부(300)는 상기 캠(200)이 상기 캠 샤프트(100) 상에서 길이 방향으로 슬라이딩 이동되도록 작동시키는 부분이다.

구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 작동부(300)는 상기 캠(200)의 양측면에 마주하는 한 쌍의 작동암(310) 및 상기 작동암(310)과 조립되어 상기 작동암(310)을 상기 캠 샤프트(100)의 길이 방향으로 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 캠(200)이 상기 캠 샤프트(100) 상에서 길이 방향으로 이동되도록 작동시키는 컨트롤 샤프트(320)를 포함하여 구성된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 작동암(310)과 상기 캠(200)의 측면 사이에는 구름수단(311)이 구비되어 상대 회전에 의한 마찰을 최소화하도록 구성된다.

상기 컨트롤 샤프트(320)의 일측면에는 렉기어(321)가 구비되고, 상기 작동부(300)는, 상기 컨트롤 샤프트(320)에 구비된 렉기어(321)에 치합되는 피니언 기어(331) 및 상기 피니언 기어(331)를 회전시키는 구동수단(330)을 더 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 구동수단(330)의 구동축이 정방향 또는 역방향으로 회전함에 따라 상기 피니언 기어(331)가 정방향 또는 역방향으로 회전하게 되고, 상기 피니언 기어(331)와 치합된 렉기어(321)가 구비된 컨트롤 샤프트(320)가 길이방향을 따라서 슬라이딩 이동하게 되며, 상기 컨트롤 샤프트(320)가 슬라이딩 이동함에 따라 상기 작동암(310)에 의해 상기 캠(200)이 캠 샤프트(100)의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 캠 샤프트(100), 캠(200), 작동부(300)를 포함하여 구성된 가변 밸브 리프트 장치의 구성에 따르면, 상기 작동부(300)의 작동에 의해 상기 캠 샤프트(100)에 대한 상기 캠(200)의 위치가 캠 샤프트(100)의 축방향을 따라 가변하게 되고, 이에 따라 밸브(V)를 가압하는 상기 캠(200)의 캠 로브(221, 222, 223)의 위치가 가변하게 된다.

이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 엔진의 저속 회전, 중속 회전, 고속 회전 시의 가변 밸브 리프트 장치의 작동에 대하여 설명하도록 한다.

엔진의 저속 회전 시에는, 엔진의 연소실에 연료가 적게 공급되므로 연소를 위한 공기도 적게 공급되어야 한다.

따라서, 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 구동수단(330)의 회전에 의해 상기 컨트롤 샤프트(320)를 이동시켜, 상기 1단 캠 로브(221)가 밸브(V)를 개폐할 수 있도록 위치시킨다.

상기 1단 캠 로브(221)가 밸브(V)를 개폐하는 상태이므로, 밸브(V)의 여닫는 깊이, 즉, 리프트가 낮게 되어 엔진 연소실에 공기가 적게 공급될 수 있다.

엔진의 중속 회전 시에는, 엔진의 연소실에 연료가 저속보다 많고, 고속보다 적은 양으로 공급되므로, 연소를 위한 공기도 저속보다 많고, 고속보다 적은 양으로 공급되어야 한다.

따라서, 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 구동수단(330)의 회전에 의해 상기 컨트롤 샤프트(320)를 이동시켜, 상기 2단 캠 로브(222)가 밸브(V)를 개폐할 수 있도록 위치시킨다.

상기 2단 캠 로브(222)가 밸브(V)를 개폐하는 상태이므로, 밸브(V)의 여닫는 깊이가 저속보다 크고, 고속보다 작은 정도로 개폐됨에 따라 엔진 연소실에 공기가 저속보다 많고, 고속보다 적은 양으로 공급될 수 있다.

엔진의 고속 회전 시에는, 엔진의 연소실에 연료가 많이 공급되므로 연소를 위한 공기도 많이 공급되어야 한다.

따라서, 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 구동수단(330)의 회전에 의해 상기 컨트롤 샤프트(320)를 이동시켜, 상기 3단 캠 로브(223)가 밸브(V)를 개폐할 수 있도록 위치시킨다.

상기 3단 캠 로브(223)가 밸브(V)를 개폐하는 상태이므로, 밸브(V)의 여닫는 깊이, 즉, 리프트가 높게 되어 엔진 연소실에 공기가 많이 공급될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

100:캠 샤프트 200:캠
210:캠 베이스 221:1단 캠 로브
222:2단 캠 로브 223:3단 캠 로브
226:제1경사면 227:제2경사면
300:작동부 310:작동암
311:구름수단 320:컨트롤 샤프트
321:렉기어 330:구동수단
331:피니언 기어

Claims (8)

1. 캠 샤프트;
   원통형의 캠 베이스 및 상기 캠 베이스의 일측에 길이 방향으로 서로 다른 높이로 형성된 다단 캠 로브를 포함하여 형성되고, 상기 캠 샤프트에 구비되는 캠; 및
   상기 캠의 양측면에 마주하는 한 쌍의 작동암 및 상기 작동암과 조립되어 상기 작동암을 상기 캠 샤프트의 길이 방향으로 슬라이딩 이동시킴에 따라 상기 캠이 상기 캠 샤프트 상에서 길이 방향으로 이동되도록 작동시키는 컨트롤 샤프트를 포함하는 작동부;를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다단 캠 로브는,
   1단 캠 로브, 상기 1단 캠 로브보다 높은 높이로 형성된 2단 캠 로브 및 상기 2단 캠 로브보다 높은 높이로 형성된 3단 캠 로브가 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 1단 캠 로브, 2단 캠 로브 및 3단 캠 로브는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 1단 캠 로브와 상기 2단 캠 로브의 사이에는 제1경사면이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 2단 캠 로브와 상기 3단 캠 로브의 사이에는 제2경사면이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 1단 캠 로브, 2단 캠 로브 및 3단 캠 로브는 상기 캠 베이스에 근접할수록 상호 간의 단차가 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 작동암과 상기 캠의 사이에는 구름수단이 구비된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤 샤프트에는 렉기어가 구비되고,
   상기 작동부는,
   상기 렉기어에 치합되는 피니언 기어; 및
   상기 피니언 기어를 회전시키는 구동수단;을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.

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