KR20200064294A - 가변 캠 기구 - Google Patents

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KR20200064294A
KR20200064294A KR1020180150271A KR20180150271A KR20200064294A KR 20200064294 A KR20200064294 A KR 20200064294A KR 1020180150271 A KR1020180150271 A KR 1020180150271A KR 20180150271 A KR20180150271 A KR 20180150271A KR 20200064294 A KR20200064294 A KR 20200064294A
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Abstract

본 발명에 따르는 가변 캠 기구는 축 방향으로 서로 이격되어 원주 방향을 따라 오목하게 그루부가 형성된 캠샤프트와, 캠내경부로 캠샤프트가 삽입되어 그루부 사이에 위치하는 캠과, 상기 그루브에 삽입되어 캠이 캠샤프트로부터 축 방향으로 이탈하는 것을 방지하는 캠스러스트링을 포함하며;
상기 캠샤프트는 중공체이며 캠사프트내경부로부터 측방으로 관통된 걸림공이 형성되고, 상기 캠에는 캠내경부와 연통되며 외측으로 개구된 설치공이 형성되어 상기 설치공에는 탄성 가압되어 상기 걸림공에 삽입되는 록킹 핀을 가지는 록킹부가 구비되며;
상기 록킹 핀은 걸림공에 걸리는 형태이며, 축내경부를 통하여 공급되는 유압에 의하여 가변 가압되어 걸림공으로부터 이탈하는 것을 특징으로 하는 가변 캠 기구에 관한 것이다.

Description

가변 캠 기구{A Variable Cam Device}
본 발명은 가변 캠 기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캠 샤프트에 연결된 캠의 단속이 가능한 가능한 가변 캠 기구에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에는 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 구비되고, 이 연소실에는 연소될 연료가 포함된 혼합가스를 제공하는 흡기밸브와 연소된 가스를 방출하는 배기밸브가 구비되어 있다. 이들 흡기밸브 및 배기밸브는 크랭크 샤프트에 연결된 밸브 개폐기구에 의해 연소실을 개폐한다. 최근 이러한 자동차 엔진의 연비를 향상시키고자 실린더 비활성화(CDA: Cylinder Deactivation)를 적용하려고 하며, 실린더 비활성화 모드를 구현하면 흡기 및 배기밸브를 휴지 시켜(VDA, Valve Deactivation) 펌핑 손실을 최소화할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 종래 기술에 의한 가변 캠 시스템을 도시한 것으로, 종래의 가변 캠 시스템(10)은 캠 구동부(400)를 포함하는 캠 샤프트(100), 상기 캠 구동부(400)에 구비된 캠(200), 상기 캠 샤프트(100)와 상기 캠(200)이 선택적으로 분리될 수 있도록 구비된 결합부(300) 및 상기 결합부(300)에 유압을 공급하도록 구비된 유압 공급부로 구성된다. 상기 결합부(300)는 캠(200)에 구비된 리테이너(310), 유압 공급에 따라 캠(200)과 캠 샤프트(100)를 분리할 수 있도록 구비된 록킹 핀(330), 록킹 핀(330)에 복원력을 제공하도록 리테이너(310)와 록킹 핀(330) 사이에 구비된 록킹 핀 탄성부(320)를 포함한다.
상기 캠 구동부(400)는 상기 록킹 핀(330)이 삽입되는 록킹 핀 삽입부(410), 상기 록킹 핀(330)이 결합하기 위한 걸림부(420) 및 상기 걸림부(420)와 대치되는 위치에 형성된 경사부(430)를 포함한다. 상기 걸림부(420)는 상기 록킹 핀(330)이 가변 캠 시스템의 일반 모드에서 쉽게 이탈되지 않도록 형성되고, 상기 경사부(430)는 상기 가변 캠 시스템이 실린더 비활성화 모드에서 일반 모드로 전환시 상기 록킹 핀(330)이 쉽게 상기 록킹 핀 삽입부(410)로 삽입되도록 안내한다. 상기 캠 구동부(400)는 캠(200)이 캠 샤프트(100)의 길이 방향으로 분리되지 않도록 상기 캠 샤프트(100)의 원주 방향으로 형성된 그루브(Groove)(440) 및 그루브(440)에 삽입되는 캠 스러스트 링(Camthrust Ring)(450)을 더 포함한다. 상기 그루브(440)와 상기 캠 스러스트 링(450)에 의하여 상기 캠(200)이 상기 캠 구동부(400)에서 이탈되지 않고 회전가능하게 지지된다.
상기 유압 공급부는 상기 결합부(300)에 유압을 공급하기 위하여 상기 캠 샤프트([0025] 100) 내에 형성된 캠 샤프트 유압 공급 라인(110)을 포함한다. 상기 유압 공급부는 상기 캠 샤프트 유압 공급 라인(110)에 공급되는 유압을 제어하는 오일 콘트롤 밸브(510), 상기 캠 샤프트 유압 공급 라인(110)과 연결된 외부 유압 공급 라인(530) 및 외부 유압 공급 라인(530)에 구비된 오리피스(540)를 더 포함한다.
도4 는 종래의 가변 캠 시스템의 일반 모드에서의 작동을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 5는 가변 캠 시스템의 실린더 비활성화 모드에서의 작동을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 일반 모드에서는 상기 록킹 핀(330)이 록킹 핀 삽입부(410)에 삽입되어 캠 샤프트(100)와 상기 캠(200)이 일체로 회전하며, 상기 캠 샤프트(100)의 회전은 상기 캠(200)과 접촉하고 있는 태핏(15)에 전달되어 밸브(20)가 개폐된다.
차량의 주행 조건에 따라 밸브 휴지가 필요 조건이 만족되면, ECU(electronic control unit)(미도시)는 상기 오일 콘트롤 밸브(510)를 제어하여 상기 캠 샤프트 유압 공급 라인(110)에 고압을 발생시킨다. 도 1을 참조하면, 가변 캠 시스템(10)에 고압의 유압을 공급하는 고압 라인(520)이 오일 콘트롤 밸브(510)와 연결되고, 오일 콘트롤 밸브(510)는 캠 샤프트 유압 공급 라인(110)과 연결된다. 상기 가변 캠 시스템(10)이 일반 모드와 실린더 비활성화 모드로 상호 변환시 응답 지연을 방지하기 위해서는 일정한 유압이 가변 캠 시스템(10) 내로 항상 공급되는 것이 유리하다. 이를 위해 상기 외부 유압 공급 라인(520)이 상기 캠 샤프트 유압 공급 라인(110)과 연결되며, 상기 외부 유압 공급 라인(520)에는 상기 오리피스(540)가 구비되어 유압의 압력을 떨어뜨린다. 실린더 비활성화 모드에서 일반 모드로 전환시, 캠 샤프트 유압 공급 라인(110)의 유압이 해소되며, 상기 록킹 핀(330)이 상기 록킹 핀 삽입부(410)에 삽입된다. 상기 경사부(430)는 상기 록킹 핀(330)이 쉽게 상기 록킹 핀 삽입부(410)로 삽입되도록 안내한다.
상기와 같은 결합부(300) 및 캠 구동부(400)와 같은 구조에서는 탄성부(320) 압축에 따른 반발력의 변화가 반영되지 않은 문제점이 있었다.
대한민국 등록번호 제10-1339207호 등록특허공보
본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 록킹 핀의 운동이 원활하여 응답 지연이 방지되고, 록킹 핀의 이탈이 방지되는 가변 캠 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르는 가변 캠 기구는 축 방향으로 서로 이격되어 원주 방향을 따라 오목하게 그루부가 형성된 캠샤프트와, 캠내경부로 캠샤프트가 삽입되어 그루부 사이에 위치하는 캠과, 상기 그루브에 삽입되어 캠이 캠샤프트로부터 축 방향으로 이탈하는 것을 방지하는 캠스러스트링을 포함하며;
상기 캠샤프트는 중공체이며 캠사프트내경부로부터 측방으로 관통된 걸림공이 형성되고, 상기 캠에는 캠내경부와 연통되며 외측으로 개구된 설치공이 형성되어 상기 설치공에는 탄성 가압되어 상기 걸림공에 삽입되는 록킹 핀을 가지는 록킹부가 구비되며;
상기 록킹 핀은 걸림공에 걸리는 형태이며, 축내경부를 통하여 공급되는 유압에 의하여 가변 가압되어 걸림공으로부터 이탈하는 것을 특징으로 하는 가변 캠 기구를 제공한다.
상기에서, 캠샤프트는 그루브의 내측으로 캠내경부를 회전 가능하게 지지하며 서로 이격된 회전지지부와, 상기 회전지지부 사이에 위치하며 회전지지부보다 작은 외경을 가져 오목하게 형성된 이격형성부를 포함하고, 상기 걸림공은 이격형성부에 형성되며; 상기 이격형성부와 캠내경부 사이에는 이격형성부의 폭과 깊이를 가지는 링 형태의 간격이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기에서, 록킹부는 벤트공이 형성되며 설치공에 삽입 설치된 리테이너와, 상기 설치공에 위치하는 탄성체를 더 포함하고; 상기 리테이너의 내측으로 록킹 핀이 위치하며, 상기 탄성체는 리테이너와 록킹 핀 사이에 위치하여 록킹 핀을 내측으로 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 걸림공의 단면적은 설치공의 단면적보다 작고; 상기 록킹 핀은 설치공을 따라 슬라이딩 접촉하는 플랜지부와, 상기 플랜지부의 내측으로 돌출되며 걸림공에 슬라이딩 삽입 가능한 단면적을 가지는 제2 연장부와, 상기 플랜지부의 외측으로 돌출되며 플랜지부보다 작은 단면적을 가지는 제1 연장부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 플랜지부의 외경은 이격형성부의 폭보다 작아, 록킹 핀이 턴성체에 의하여 가압되어 제2 연장부가 걸림공에 삽입된 때 걸림공의 가장자리는 플랜지부의 내면에 접하여 플랜지부가 걸림공에 걸리고, 플랜지부의 외경면의 외측 일부는 설치공 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 가변 캠 기구(700)에 의하면, 일반모드에서 캠샤프트내경부로 고압라인을 통하여 고압의 유압이 공급되면 걸림공(720)에 삽입된 제2연장부(7355)에 유압이 작용하여 탄성체(733)이 압축되면서 제2연장부(7355)가 외측으로 후퇴하며 제2연장부(7355)의 단부의 챔퍼부와 걸림공(720) 사이로 유동이 발생하여 간격(g)에도 고압의 유압이 작용하여 플랜지부(7353)에도 고압의 유압이 작용하여 같은 유압에서 록킹 핀(735)에 작용하는 유압에 의한 외력은 증가하게 되어, 록킹 핀(735)은 탄성체(733)가 압축되면서 증가하는 반력에도 확실하게 걸림공(727)으로부터 이탈하게 된다.
도 1은 종래의 가변 캠 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이며,
도 2는 종래의 가변 캠 시스템의 캠과 캠스러스트링의 분해도이며,
도 3은 종래의 가변 캠 시스템의 캠구동부를 도시한 것이며,
도 4는 종래의 가변 캠 시스템의 일반 모드에서의 작동을 도시한 단면도이며,
도 5는 종래의 가변 캠 시스템의 실린더 비활성화 모드에서의 작동을 도시한 단면도이며,
도 6은 본 발명에 따르는 가변 캠 기구의 일반 모드에서의 작동을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따르는 가변 캠 기구의 실린더 비활성화 모드에서의 작동을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이며,
도 8은 본 발명에 따르는 가변 캠 기구에 구비되는 캠샤프트를 도시한 일부 사시도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따라는 가변 캠 기구에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서, 종래 기술과 중복되는 내용은 생략하고 본 발명의 특징이 되는 구성을 중심으로 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따르는 가변 캠 기구의 일반 모드에서의 작동을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따르는 가변 캠 기구의 실린더 비활성화 모드에서의 작동을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따르는 가변 캠 기구에 구비되는 캠샤프트를 도시한 일부 사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 가변 캠 기구(700)는 외면에 캠프로파일면(711)을 가지며 내측에 캠내경부(713)가 축 방향으로 관통 형성된 캠(710)과, 상기 캠(710)의 캠내경부(713)에 삽입된 중공체인 캠샤프트(720)와, 상기 캠(710)에 설치된 록킹부(730)를 포함한다.
중공체인 캠샤프트(720)의 캠샤프트내경부(729)로 고압의 유압이 공급되어 록킹부(730)가 작동되어 실린더 비활성화 모드로 된다. 고압 유압이 제공되는 설명은 종래 기술에 공지되어 있는바 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이 상기 캠(710)에는 캠내경부(713)로부터 측방으로 관통된 설치공(715)이 형성된다. 상기 설치공(715)은 캠내경부(713)의 접선에 수직한 방향으로 관통 형성된다. 상기 설치공(715)의 단면은 원형으로 형성된다. 상기 설치공(715)에 록킹부(730)가 설치된다.
상기 록킹부(730)는 리테이너(731)와, 탄성체(733)와, 록킹 핀(735)를 포함한다.
상기 리테이너(731)는 바닥부 가지는 내측으로 개구된 중공의 원통형으로 형성되며 바닥부에 내외측으로 관통된 벤트공(731-1)이 형성된다. 상기 리테이너(731)의 원통부는 설치공(715)에 억지 끼워맞츰 결합된다. 상기 리테이너(731) 원통부의 외경면에 수나사가 형성되고 설치공(715)에 암나사가 형성되어 나사 체결될 수도 있다. 상기 리테이너(731)의 원통부와 설치공(715) 사이에는 접착재가 게재될 수 있다.
상기 록킹 핀(735)은 리테이너(731)의 내측으로 설치공(715)에 슬라이딩 왕복 운동 가능하게 삽입된다. 상기 록킹 핀(735)은 설치공(715)이 슬라이딩 접촉하는 단면이 원형인 플랜지부(7353)를 가진다. 상기 록킹 핀(735)은 상기 플랜지부(7353)로부터 내향 돌출된 제2 연장부(7355)와, 플랜지부(7353)로부터 외향 돌출된 제1 연장부(7351)를 포함한다. 상기 제1 연장부(7351)와 제2 연장부(7355)는 단면이 원형이며 플랜지부(7353)의 중심으로부터 돌출되며 플랜지부(7353)보다 작은 외경을 가진다. 상기 록킹 핀(735)의 내측과 외측에는 환형의 내면과 외면이 형성된다.
상기 탄성체(733)는 리테이너(731)와 록킹 핀(735) 사이에 위치하여 록킹 핀(735)을 내측으로 가압한다. 상기 탄성체(733)는 코일 스프링으로 형성된다. 상기 상기 탄성체(733)의 외측은 리테이너(731)로 삽입되어 단부가 리테이너(731)의 바닥부에 접하고, 내측에는 제1 연장부(7351)가 삽입되어 내측 단부는 플랜지부(7353)에 접한다. 상기 플랜지부(7353)의 외측에는 제1 연장부(7351)의 둘레를 따라 오목하게 환형의 설치홈(7353a)가 형성되어 탄성체(733)의 내측 단부가 설치홈(7353a)에 삽입될 수 있다.
상기 캠샤프트(720)는 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 축 방향으로 연장된 단면이 원형인 중공체로서 내측에 캠샤프트내경부(729)가 형성된다.
상기 캠샤프트(720)에는 축 방향으로 서로 이격되어 원주 방향을 따라 오목하게 그루브(721)가 형성된다. 상기 그루브(721)는 복수 쌍으로 형성되어, 도 1에 도시된 바와 같이 갬샤프트(720)에는 복수 개의 캠(710)이 설치된다.
상기 캠샤프트(720)가 캠(710)의 캠샤프트내경부(729)로 삽입되고, 캠(710)의 축 방향 양측에 위치하는 상기 그루브(721)에 캠스러스트링(도시하지 않음)이 삽입 설치되어, 캠(710)이 캠샤프트(720)로부터 축 방향으로 이탈하지 않게 된다. 캠(710)의 축 방향 양 측면은 캠스러스트링에 접하여 지지된다.
상기 그루브(721)의 내측으로 캠샤프트(710)에는 캠내경부(713)를 회전 슬라이딩 가능하게 지지하는 회전지지부(723)이 서로 이격되어 구비되며, 상기 회전지지부(723) 사이에는 회전지지부(723)보다 작은 외경을 가지는 이격형성부(725)가 형성된다. 회전지지부(723)는 캠내경부(713)에 헐거운 끼워맞춤 관계를 가질 수 있다. 상기 이격형성부(725)는 축 방향으로 캠(710)의 중심부에 위치하며, 이격형성부(725)와 캠내경부(713) 사이에는 간격(g)이 형성된다. 상기 간격은 환형이며 축 방향으로 이격형성부(725)의 폭을 가진다. 상기 캠샤프트(720)에는 캠샤프트내경부(729)로부터 외측으로 관통된 걸림공(727)이 형성된다. 상기 걸림공(727)은 이격형성부(725)에 관통 형성된다. 상기 걸림공(727)의 단면은 원형으로 형성되며, 걸림공(727)의 지름은 이격형성부(725)의 폭보다 작게 형성되며, 이격형성부(725)의 중심부에 형성된다.
상기 록킹 핀(735)의 제2 연장부(7355)는 걸림공(727)에 슬라이딩 가능하게 삽입 가능한 외경을 가지며 단부에는 챔퍼(Chamfer)가 형성된다. 상기 플랜지부(7353)의 지름은 이격형성부(725)의 폭 보다 작아, 일반 모드에서 록킹 핀(735)이 탄성체(733)에 의하여 내측으로 가압되어 제2 연장부(7355)는 걸림공(727)에 삽입되고 걸림공(727)의 가장자리는 플랜지부(7353)에 접하게 된다. 따라서 캠샤프트(720)와 캠(710)은 일체로 회전한다. 일반 모드에서 플랜지부(7353)의 내측 일부만 설치공(715)으로부터 돌출된다.
도 7에 도시된 바와 같이 실린더 비활성화 모드에서는 캠샤프트내경부(729)로 고압의 유압이 공급되어 걸림공(727)에 외측으로 고압의 유압이 작용하고 탄성체(733)가 압축되면서 록킹 핀(735)이 외측으로 설치공(715)을 따라 슬라이딩 이동된다. 이격형성부(725)와 캠내경부(713) 사이에 형성된 간격(g)에는 유압을 발생시키는 유체가 수용되어 있고, 록킹 핀(735)이 외측으로 이동하여 제2 연장부(7355)의 단부 챔퍼와 걸림공(727) 사이로 유체가 간격(g)으로 유동 가능하게 되어 고압의 유압은 제2 연장부(7355)와 플랜지부(7353)에 작용하여, 동일한 유압이 작용하여도 록킹 핀(735)에는 플랜지부(7353)의 내측 면적에 유압을 곱한 값 만큼 더 큰 유압력이 작용하게 된다. 따라서 록킹 핀(735)이 외측으로 이동하고 탄성체(733)가 압축되면서 탄성체(733)에 의한 반력이 증가하여도 록킹 핀(735)은 이를 극복하고 계속 부드럽게 외측으로 운동하게 된다. 탄성체(733)의 반력이 작은 초기 단계에서는 제2 연장부(7355)의 단면적에 유압을 곱한 값의 유압력이 작용하고, 탄성체(733)의 반력이 증가한 나중에는 제2 연장부(7355)의 단면적과 플랜지부(7353)의 내측 면적을 더한 값에 유압을 곱한 값의 유압력이 작용하여, 록킹 핀(735)은 거의 일정한 운동으로 외측으로 이동하게 된다.
700: 가변 캠 기구
710: 캠 720: 캠샤프트
730: 록킹부

Claims (5)

  1. 축 방향으로 서로 이격되어 원주 방향을 따라 오목하게 그루부가 형성된 캠샤프트와, 캠내경부로 캠샤프트가 삽입되어 그루부 사이에 위치하는 캠과, 상기 그루브에 삽입되어 캠이 캠샤프트로부터 축 방향으로 이탈하는 것을 방지하는 캠스러스트링을 포함하며;
    상기 캠샤프트는 중공체이며 캠사프트내경부로부터 측방으로 관통된 걸림공이 형성되고, 상기 캠에는 캠내경부와 연통되며 외측으로 개구된 설치공이 형성되어 상기 설치공에는 탄성 가압되어 상기 걸림공에 삽입되는 록킹 핀을 가지는 록킹부가 구비되며;
    상기 록킹 핀은 걸림공에 걸리는 형태이며, 축내경부를 통하여 공급되는 유압에 의하여 가변 가압되어 걸림공으로부터 이탈하는 것을 특징으로 하는 가변 캠 기구.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 캠샤프트는 그루브의 내측으로 캠내경부를 회전 가능하게 지지하며 서로 이격된 회전지지부와, 상기 회전지지부 사이에 위치하며 회전지지부보다 작은 외경을 가져 오목하게 형성된 이격형성부를 포함하고, 상기 걸림공은 이격형성부에 형성되며; 상기 이격형성부와 캠내경부 사이에는 이격형성부의 폭과 깊이를 가지는 링 형태의 간격이 형성된 것을 특징으로 하는 가변 캠 기구.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 록킹부는 벤트공이 형성되며 설치공에 삽입 설치된 리테이너와, 상기 설치공에 위치하는 탄성체를 더 포함하고; 상기 리테이너의 내측으로 록킹 핀이 위치하며, 상기 탄성체는 리테이너와 록킹 핀 사이에 위치하여 록킹 핀을 내측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 가변 캠 기구.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 걸림공의 단면적은 설치공의 단면적보다 작고; 상기 록킹 핀은 설치공을 따라 슬라이딩 접촉하는 플랜지부와, 상기 플랜지부의 내측으로 돌출되며 걸림공에 슬라이딩 삽입 가능한 단면적을 가지는 제2 연장부와, 상기 플랜지부의 외측으로 돌출되며 플랜지부보다 작은 단면적을 가지는 제1 연장부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 캠 기구.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 플랜지부의 외경은 이격형성부의 폭보다 작아, 록킹 핀이 턴성체에 의하여 가압되어 제2 연장부가 걸림공에 삽입된 때 걸림공의 가장자리는 플랜지부의 내면에 접하여 플랜지부가 걸림공에 걸리고, 플랜지부의 외경면의 외측 일부는 설치공 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 가변 캠 기구.
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