KR960013349B1 - 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템

제 1도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 구동 시스템의 측단면도.

제 2도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 구동 시스템의 흡기 행정 단면도.

제 3도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 구동 시스템의 배기행정 단면도.

제 4도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 구동 시스템의 전체 측단면도.

제 5도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 측단면도.

제 6도는 종래의 흡, 배기밸브 트레인을 나타내는 측단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 배기밸브 3 : 흡기밸브

3 : 캠 플레이트 하우징 11 : 실린더 블록

12 : 선회기구 13 : 풀리

14 : 축 15,16,59 : 플레이트

17,34,60,61 : 캠프로파일 22,23,24,25,39,40,41,42 : 유압 실린더

26,27,28,29,43,44,45,46 : 피스톤

55,56 : 밸브 실린더

본 발명은 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 설계를 최적으로 하여 성능, 연비, 배출물등의 요소를 향상시킬 수 있는 밸브 구동 시스템에 관한 것이다.

자동차의 엔진은 실린더내에서 직선 왕복운동하는 피스톤과, 이 피스톤의 직선 왕복운동이 회전운동으로 바뀌어지는 크랭크 축과, 이 크랭크 축의 동력을 전달받아 회전하는 캠축과, 이 캠축의 캠 프로파일에 의해 흡기 및 배기포트를 개폐하는 흡, 배기밸브를 포함하고 있다.

상기한 흡, 배기밸브는 실린더 헤드의 흡기 및 배기포트에 설치되어 혼합기와 연소가스를 선택적으로 흡입하고 배기시키게 되는데, 이들 밸브의 구동은 캠축의 회전으로부터 발생되고 있기 때문에 캠축과 흡, 배기밸브는 연동할 수 있는 구조로 설계되고 있다.

제 6도는 종래의 밸브 트래인은 나타내는 측단면도로서, 실린더 헤드(1)에 형성된 포트에는 흡기밸브(2)와 배기밸브(3)가 위치되어 밸브 가이드(4)를 따라 승하강할 수 있도록 되어 있으며, 이들 밸브(2)(3)의 스템부 상단은 로커아암(5)(6)과 스프링(7)(8)을 사이에 두고 연결되어 연동되도록 되어 있다.

상기한 로키 아암(5)(6)은 축상에 요동운동할 수 있도록 설치되어 있으며, 그 일측단은 캠축(9)에 접촉하여 캠 프로파일에 의해 운동할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 이루어지는 종래의 밸브 트레인은 구조적 특징에 따른 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째로 엔진에서 캠 프로파일을 각도에 따른 양정값을 그래픽으로 가상하여 보면 포물선형의 곡선으로 난타나게 되므로 밸브가 피크 포인트까지 점진적으로 작동하여 개방되는데, 이러한 움직임은 공기 유동저항이 크게 되는 문제점이 있다.

둘째로 캠축으로 밸브롤 구동하기 위해서는, 밸브의 배열이 캠축의 축방향으로 배열되어야 하므로, 포트연소실, 점화 플러그등의 구조적 위치에 커다란 제약이 따르게 되는 문제점이 있다.

셋째로 엔진의 캠축 설치위치에 실린더의 해드 상축으로 위치하게 되므로 헤드의 높이가 높아지는 요인이 되고 있으며, 밸브 트레인이 복잡하게 되는 문제점이 있다.

넷째로 밸브를 닫아주기 위해 설치되고 있는 스프링에 의해 엔진이 고속회전하는 경우에는 밸브가 점핑하게 되므로 스프링의 탄성계수를 크게 하게 되는데, 이것은 엔진의 부하를 증대시키는 요인의 하나가 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해서하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 설계범위를 확대하여 최적의 성능을 발휘할 수 있는 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스테을 제공하는데 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 4-스트로크 엔진 크랭크 축의 2회전에 대하여 1회전하는 풀리를 축에 설치하고, 이 축에 흡기 및 배기행정에 관계하는 켐 프로파일을 보유하는 1쌍의 플레이트를 일체로 형성함과 아울러 흡기 및 배기밸브가 설치된 밸브 실린더와 연통하는 유압 실린더가 원주방향을 형성된 캠 플레이트 하우징을 실린더 블록에 설치하고, 이 유압실린더에 롤러를 보유하는 피스톤을 설치하여 플레이트의 외중 접촉토록 함으로써 축의 회전에 의해 피스톤의 직선 왕복운동이 이루어지도록 한 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템을 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다.

제 1도는 본 발명에 의한 밸브 구동 시스템의 측단면도로서, 참조 부호(10)은 캠 플레이트 하우징이고, 부호(11)은 실린더 블록이다.

상기한 캠 플레이트 하우징(10)은 실린더 블록(11)에 고정설치되어 있으며, 캠 플레이트 하우징(10)의 중앙을 관통하여 선회기구(12)가 회전가능하게 설치되고 있다.

상기한 선회기구(12)는 도시되지 않은 크랭크 축과 동력전달이 이루어지는 풀리(13)와 고정되어 함께 회전하는 축(14)을 보유하고 있으며, 이 축(14)의 외주에 1쌍의 플레이트(15)(16)가 일체로 형성되어 있다.

따라서 선회기구(12)가 설치되는 캠 플레이트 하우징(10)의 내측은 둥글게 흠이 형성되는 구조를 갖는다.

상기한 플레이트(15)에는 캠 프로파일(17)이 일체로 형성되어 함께 회전할 수 있도록 되어 있으며, 캠 플레이트 하우징(10)의 4등분 지점 내측으로 포트(18)(19)(20)(21)와 각각 연통하는 유압 실린더(22)(23)(24)(25)형성되어 있으며, 이들 실린더에는 피스톤(26)(27)(28)(29)이 각각 이동가능하게 위치되어 있다(제 2도 참조).

이들 피스톤의 내측에는 롤러(30)(31)(32)(33)가 설치되어 플레이트(15)의 외주면과 접촉할 수 있도록 되어 있다.

상기한 2개의 플레이트중 플레이트(15)는 흡기행정에 관계하게 되며, 다른 플레이트(16)는 배기행정에 관계하게 된다.

상기한 구성에 의해 축(14)이 회전을 하게 되면 캠 프로파일(17)에 의해 피스톤(26)(27)(28)(29)은 각각 개별적으로 직선이동을 하여 유압 실린더(22)(23)(24)(25)내에 수용되어 있는 유체를 압축시키게 된다.

배기 행정에 관계하는 플레이트(16)에도 캠 프로파일(24)에 일체로 형성되어 함께 회전할 수 있도록 되어 있으며, 하우징에는 포트(35)(36)(37)(38)와 연결된 유압 실린더(39)(40)(41)(42)가 형성되어 있다(제 3도 참조).

이들 실린더내에는 직선 이동할 수 있는 피스톤(43)(44)(45)(46)이 설치되어 있으며, 플레이트(16)의 외 주면에 접촉하는 롤러(47)(48)(49)(50)가 각각 설치되어 있다.

상기한 풀리(13)는 크랭크 축 2회전에 대하여 1회전할 수 있는 크기로 설계된다.

제 4도는 본 발명의 흡, 배기밸브 구동 시스템의 설치상태를 나타내는 측단면도로서, 흡기행정에 관계하는 유압실린더(22)의 포토(18)가 흡기밸브 실린더 헤드(1)의 흡기밸브(3)상측으로 연통하고 있으며, 배기행정에 관계하는 유압실린더(39)의 포토(35)가 배기밸브(2)의 상측으로 연통하고 있다.

상기한 압력판(51)(52)은 밸브 실린더(55)(56)내에 위치되어 승하강할 수 있도록 되어 있으며, 압력이 가하여지지 않은 상태에서 밸브를 올려져 유압 실린더(22)(23)(24)(25),(39)(40)(41)(42)로 통하는 통로(H)는 압력전달에 필요한 유체를 보충하기 위한 것이다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 흡, 배기밸브 구동 시스템은, 크랭크 축이 회전을 시작하게 되면 그 동력이 풀리(13)로 전달되어 축 (14)을 회전시키게 된다.

그러면 축(14)과 일체로 형성된 플레이트(15)(16)가 회전을 하게 되는데, 이들 플레이트(15)(16)에는 캠 프로파일(17)(34)이 일체로 형성되어 합께 회전하게 되므로 플레이트(15)(16)의 외주면에 접촉하여 있는 롤러(30)(31)(32)(33),(47)(48)(49)(50)들이 캠 프로파일의 선도에 따라 연통하게 된다.

즉 캠 프로파일(17)(34)이 상기한 롤러를 밀어 외측방향으로 이동시키게 되므로 피스톤(26)(27)(28)(29),(43)(44)(45)(46)들이 교번하여 직선 이동을 하게 된다.

이런한 작동에 의해 유압 실린더(22)(23)(24)(25),(39)(40)(41)(42)내에 충진되어 있는 유체는 압축되어 관(53)(54)을 통하여 밸브 실린더(55)(56)내로 전달된다.

이때 전달되는 압력유체에 의해 밸브 실린더(55)(56)내의 압력이 상승하게 되므로 압력판(51)(52)은 스프링(57)(58)을 압축시키면서 하강하게 된다.

이와 같이 압력판(51)(52)이 하강함에 의해, 흡, 배기밸브(3)(2)도 함계 하강을 하게 되므로 흡, 배기포트가 열려지게 된다.

그리고 캠 프로파일(17)(34)이 롤러와 접촉하지 않은 상태가 되면 피스톤을 미는 힘이 소멸되고 압축되었던 스프링(57)(58)의 탄력성이 압력판(51)(52)을 밀어 올리게 되므로 관(53)(54)을 통하여 유체가 유압실린더(22)(23)(24)(25),(39)(40)(41)(42)내로 복귀하게 된다.

이러한 작동에 의해 흡, 배기밸브(3)(2)는 상승하여 밸브가 닫혀지게 된다. 상기한 작동은 일광하여 기술되고 있는데, 축(14)이 1회전을 하는 동안에 캠 프로파일(17)(34)에 의해 피스톤(26)(27)(28)(29),(43)(44)(45)(46)들은 순차적으로 1개씩 작동하게 될 것이므로 흡기행정에 관계하는 포트(18)(19)(20)(21)를 점화순서(1-3-4-2)에 일치하도록 밸브 실린더(55)를 연결하여 되면, 점화순서에 일치하여 흡기밸브(3)가 개폐작용하게 된다.

그리고 배기행정에 관계하는 포트(35)(36)(37)(38)를 순서에 맞추어 밸브 실린더(56)와 연결하게 되면 흡입, 압축, 폭팔행정을 거쳐 생성된 연소가스는 배기밸브(2)가 개폐작용 함에 의해 배기된다.

제 4도에서 포트(37)와 연결된 유압 실린더(41)내의 피스톤(45)이 외측방향으로 이동하고 있는데, 이러한 상태에서 밸브가 열기게 된다.

캠 프로파일(17)은 상사점 14도 전방에서 열리도록 하고, 하사점 54도 후방에서 닫히도록 설계하고, 또다른 캠 프로파일(34)은 하사점 54도 전방에서 열리도록 하고, 상사점 14도 후방에서 닫히도록 플레이트(15)(16)에 형성된다.

상기한 실시예는 4기통 엔진의 한 실린더 당 흡기1, 배기1을 갖는 경우에 대하여 설명한 것이나, DOHC 엔진의 경우에는 밸브 실린더의 체적에 대하여 유압 실린더의 체적을 2배로 증가시키고 관을 2중으로 연결하면 된다.

제 5도는 본 발며의 다른 실시예를 나타내는 측단면도로서, 축(14)에 1개의 플레이트(59)가 일체로 형성되어 회전할 수 있도록 되어 있으며, 이 플레이트(59)의 좌우측면상에 흡기 ８ 배기행정에 관계하는 캠 프로파일(60)(61)이 형성되어 있다.

상기한 플레이트(59)의 양측면상에는 캠 플레이트 하우징(10)에 형성된 유압 실린더(62)(63)(64)(65)내측으로 이동가능 설치되어 있는 피스톤(66)(67)(68)(6

9)이 접촉하고 있다.

이들 피스톤(66)(67)(68)(69)과 플레이트(59)는 피스톤에 설치되어 있는 롤러(70)(71)(72)(73)에 의해 이루어지고 있다.

상기한 실시예의 구동 시스템이 상하 구동형인데 비하여, 이 실시예의 구동 시스템은 좌우 구동형으로 이루어지고 있다.

도면에서 좌측이 흡기행정에 관계하게 되며, 우측이 배기행정에 관계하게 되는데, 도면에서는 2개의 유압 실린더만이 표시되고 있지만 4개의 실린더가 존재하게 된다.

플레이트(59)의 양측면에 형성되는 캠 프로파일(60)(61)은 각각 흡기행정과 배기행정에 관계하게 되므로 이들의 위치는 제 2도 및 제 3도에 표시하는 캠 프로파일(17)(34)의 위치관계를 갖는다.

이 실시예에서도 크랭크 축이 회전함에 의해 풀리 (13)가 회전하여 피스톤(66)(67)(68)(69)이 좌우로 이동하게 되므로 밸브 실린더내의 압력 변동으로 밸브 개폐작용이 이루어진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 구동 시스템은 하우징내에 인접하여 설치되고 있는 피스톤들이 플레이트에 형성된 캠 프로파일의 회전에 의해 직선 이동하여 유압 실린더내의 압력을 상승시킴으로서 이와 연결되어 있는 밸브 실린더내의 압력을 상승시켜 밸브를 구동하게 되므로 각 포트의 공기 유동저항을 최소화시킬 수 있어 엔진의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고 밸브 실린더가 캠 플레이트 하우징내의 유압 실린더와 관으로 연결되기 때문에 포트, 연소실, 접화 플러그등의 설치위치를 자유로히 할 수 있어 여비, 배출물등의 요소를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

게다가 본 발명의 구동 시스템은 캠축을 사용하지 않기 때문에 실린더 헤드의 높이를 낮출 수 있으며, 밸브 트레인의 구성 요소를 감소시킬 수 있어 구조적을 간단히 할 수 있으며, 제작비를 절감할 수 있는 이점도 있다.

Claims (4)

1. 크랭크 축과 연결되어 동력을 전달받는 폴리(13)가 설치된 축(14)에 흡기 및 배기행정에 관계하는 캠 프로파일(17)(34)를 보유하는 플레이트(15)(16)가 일체로 형성되어 회전하는 선회기구(12)와, 실린더 블러(11)에 설치되는 캠 플레이트 하우징(10)에 원주방향으로 형성되어 흡기행정에 관계하는 유압 시린더(22)(23)(24)(25)８ 배기행정에 관계하는 유압 실리더(39)(40)(41)(42)와, 이들 실린더내에 직선 이동가능하게 설치되는 피스톤(26)(27)(28)(29),(43)(44)(45)(46)과, 상기한 유압 실린더들과 연결되어 각각 흡기밸브(3) 및 배기밸브(2)를 구동시키기 위한 유압을 전달받는 밸브 실린더(55)(56)를 포함하는 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 캠 플레이트 하우징(10)에는 밸브 구동에 필요한 오일을 공급 및 보충하기 위한 통로(H)가 유압 실린더들과 연통하여 뚫려짐을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 유압, 실린더(22)(23)(24(25),(39)(40)(41)(42)의 체적용량은 4기통 엔지의 흡기밸브 하나, 배기밸브 하나를 갖는 경우 밸브 실린더(55)(56)의 체적용량과 동일하고, 4기통 엔진의 한 실린더당 흡기밸브 2, 배기밸블 2를 갖는 경우 2배로 됨을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 선회기구(12)는 축(14)상에 1개의 플레이트(56)가 형성되고, 이 플레이트(59)의 양측면에 흡기 및 배기행정에 관계하는 캠 프로파일(60)(61)이 형성되는 좌우 구동형으로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 구동 시스템.