KR960013350B1 - 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템

제 1도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템의 전체 구성도.

제 2도는 본 발명에 관련하는 드럼의 사시도.

제 3도는 본 발며에 의한 가변 구동 시스템의 작용상태를 설명하기 위한 주요부 측면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명

1 : ECU 5 : 방향전환 밸브

6 : 실린더 7 : 제어부

8 : 구동부 10 : 스플라인 축

11,12 : 드럼 14 : 탄성부재

15, 16 : 가변요소 17…24 : 볼

25…32 : 가압부재 V : 흡, 배기밸브

본 발명은 자동차의 흡, 배기배브 가변 구동 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 개폐에 따른 에너지 손실을 줄임과 아울러 각 엔진조건에 따라 밸브 개폐시기를 조절하여 출력을 향상시킬 수 있는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템에 관한 것이다.

흡입, 압축, 폭팔, 배기행정으로 이루어지는 4사이클 엔진에 있어서, 연소실로 혼합기를 흡입하는 행정에서는 흡기밸브를 열고 압축, 폭팔행정에서는 흡기 및 배기밸브를 닫은 상태로 하여 진행하고 배기행정에서는 배기밸브를 열어 연소가스를 배축시키게 된다.

이러하 밸브의 개폐작동은 통상적으로 크랭크 축이 2회전할 때 1회전하는 캠축에 의해 로커아암이 연통하여 일어나게 되므로 밸브개폐 시간이 엔진의 조건에 관계없이 일정하게 된다.

따라서 특정한 회전수 영역에서는 큰 출력을 얻을 수 있지만 그렇지 않은 영역에서는 출력이 저하되는 문제점이 있다.

그리고 흡, 배기밸브를 구동하기 위한 캠축과, 로커아암들을 따라서 밸브가 설치되어야 하기 때문에 설계 조건에 제약을 받게 되므로 최적의 설계가 어렵고, 또 밸브가 개방상태에서 폐쇄상태로 원위치되기 위해서는 스피링을 설치하여야 하는데, 고속회전시 밸브의 점핑현상을 방지하기 위하여 스프링 계수를 크게하는 관계로 부하가 증대하여 에너지 손실이 크게 된다.

또한 캠축과 로커아암을 이용하는 구조의 밸브 트레인은 실리더 헤드상에 이들이 설치되기 때문에 헤드의 높이가 높아지느 구조적인 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 조건에 따라 밸브의 개폐시기를 조절함과 아울러 구조적으로 간단하여 밸브 구동에 따른 에너지 손실을 최소화하여 출력을 증대할 수 있는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템을 제공하는데 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 흡, 배기밸브가 위치하는 밸브 실린더의 상하측 챔버와 유압라인으로 연결되어 밸브를 승강시키는 구동부가 제 1구동부와 제 2구동부로 이루어지고, 상기한 구동부의 드럼을 축방향으로 이동시켜 밸브의 개폐시기를 조절하는 제어부가 ECU의 신호에 의해 작동하는 방향전환 밸브의 포트변환으로 어큐뮤레이터의 오일을 구동부의 실린더내로 공급되도록 구성한 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템을 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제 1도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템의 전체 구성도로서, ECU(1)로부터 전기적으로 신호를 받아 구동하는 펌프(2)는 리져버(3)내의 오일을 펌핑하여 어큐뮤레이터(4)에 일정한 압력으로 축적할 수 있도록 되어 있다.

또한 ECU(1)는 방향전환 밸브(5)와 전기적으로 연결되어 방향전환을 할 수 있도록 이루어져 실린더(6)내로 유입도는 오일의 방향을 조절할 수 있는 제어부(7)를 이루고 있다.

상기한 제어부(7)에 의해 밸브개폐와 밸브 개폐시기에 관계하는 구동부(8)는 방향전환 밸브(5)의 a포트와 연통하는 실린더(6)를 보유하고 있는데, 이 실린더(6)의 내측에는 크랭크 축과 벨트(9)로 연결되어 함께 회전하는 스플라인 축(10)이 위치하여 있으며, 이 스플라인 축(10)의 외주에는 길이방향의 이동이 가능하고 회전이 이루어지는 1쌍의 드럼(11)(12)이 스플라인 결합으로 설치되어 있다.

상기한 구동부(8)는 흡기행정에 관계하는 제 1구동부(8a)와, 배기행정에 관계하는 제 2구동부(8a)로 이루어지고 있는데, 이들 구동부의 구성은 동일하게 이루어지므로 하나의 구동부에 대해서만 설명코자 한다.

상기한 드럼(11)(12)은 각각 독립적으로 제작되어 스플라인 축(10)상에 결합되는 것으로써, 실린더(6)의 내주면과 밀착되는 피스톤(13)을 갖고 있는데, 이 피스톤(13)은 실린더(6)내로 유입되는 오일의 압력에 의해 도면에서 보아 우측으로 이동시키기 위한 탄성부재(14)가 설치되어 있다.

상기한 드럼(11)(12)은 각각 밸브 개폐시기에 관계하는 가변요소(15)(16)를 보유하고 있는데, 이 가변요소(15)는 캠 프로파일과 같은 형상으로 이루어져 있는 돌출부로 형성되어 있으며, 또 다른 가변요소(16)는 흠부로 이루어져 상호 상반된 작용을 하도록 되어 있다.

상기한 실린더(16)는 원주방향으로 각각 4개의 볼(17)(18)(19)(20),(21)(22)(23)

(24)을 보유하고 있는데, 이 볼들은 드럼(11)(12)의 외주에 접촉하여 드럼의 회전에 따라 외측 또는 내측으로 유동하여 유압라인(L)내의 압력을 변동시키도록 되어 있다.

이들 볼(17,18…23,24)들은 외측으로 가아부재(25,26…31,32)와 접촉하여 유압라인(L)내의 압력을 선택적으로 상승시키게 된다.

이것은 드럽(11)(12)이 회전하면서 가변요소(15)(16)가 볼(17…24)을 외측으로 밀어낼 때 선택적으로 이루어진다.

상기한 드럼(11)(12)의 형상이 제 2도에 도시되고 있는데, 가)의 경우는 가변요소(15)가 외측으로 돌출된 형상을 갖고 있는 것이며, 나)의 경우에 있어서 가변요소(16)는 반대로 흠으로 이루어진 것이다.

중요한 것은 이들의 가변요소(15)(16)가 길이방향으로 드럽(11)(12)의 외주에 형성됨에 있어서, 평행하게 형성되는 것이 아니고 일측단으로부터 타측단으로 가면서 점차로 넓게 형성되는 것이다.

이것은 밸브 개폐시기에 관계하게 되는데, 볼(17…24)이 고정위치를 갖는데 반하여 가변요소(15)(16)는 길이방향의 이동위치에 따라 볼과의 접촉시간이 다르게 되기 때문이다.

제 3도는 본 발명의 흡, 배기밸브 가변 시스템의 설치예를 나타내는 도면으로서, 구동부(8)의 실린더(6)의 원주방향으로 설치되는 유압라인(L)은 각각 밸브 실린더(33)와 연결고 있다(도면에서는 1개의 연결상태만 도시).

상기한 제 1구동부(8a)는 흡기밸브를 개폐하게 되는데, 밸브의 개폐작용은 드럼(11)(12)에 형성된 가변요소(15)(16)에 의해 이루어지게 된다.

따라서 조측에 위치하는 드럼(11)에 관계하는 유압라인(L)들은 밸브 실린더(33)의 하측으로 연결된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 밸브 개폐작용은, 먼저 크랭크 축(9)이 회전함에 의해 이와 연결되어 있는 스플라인 축(10)이 함께 회전을 하게 되므로 이 축의 외주에 설치되어 있는 드럼(11)(12)이 회전을 하게 된다.

드럼(11)(12)이 회전함에 따라 가변요소(15,16)가 함께 회전하게 되므로, 이때 실린더(6)에 설치되어 있는 볼(17,18…23,24)이 가변요소(15)(16)와 순차적으로 접촉함에 의해 불들은 실린더(6)의 외측으로 유압라인(L)을 따라 약간 외측방향으로 이동하는 상태가 된다.

이때 가압부재(28∼32),(25∼29),(27∼31),(26∼30)이 각각 한 쌍이 되어 동시에 움직이게 되는데, 이중한 예로 28이 외측으로 이동할 때 32는 내측으로 이동하게 되어 해당 밸브 실린더(33) 내의 한쪽으로 유체가 유입되어 그 반대 쪽에서는 유체가 유출되게 됨으로써 밸브가 작동된다.

이러한 작용이 제 1구동부(8a)에서 이루어져 밸브를 닫아 주게 되는데, 이 작용은 흡입행정이 완료된 시점에서 이루어지고, 배기행정이 완료되는 시점에서 가변요소(15)(16)가 해당밸브의 볼과 접촉하지 않게 되므로 밸브(V)가 하강상태로 되면서 열리게 된다.

이러한 작용은 배기밸브를 구동하는 제 2구동부(8b)에서도 점화순서에 일치하여 이루어지게 된다.

이와 같이 개폐작용을 하는 밸브는 제어부(7)의 작동에 의해 그 시기가 결정되는 것으로써, 드럼 위치 센서에 의해 드럼의 위치가 ECU에 전달된다. ECU(1)로 신호가 전달되면 방향전환 밸브(5)의 a포트와 b포트가 연통하여 어큐뮤레이터(4)의 유압이 실린더(6)내로 들어와 피스톤(13)을 우측으로 밀게 됨에 의해 이루어진다.

즉 피스톤(13)이 도면에서 보아 좌측에 있는 경우에는 가변요소(15)(16)의 촉이 좁고, 우측으로 갈수록 넓기 때문에 볼과의 접촉시간이 우측으로 갈수록 길어지고 시간도 빨라지게 된다.

이것은 결국 밸브(V)의 개폐시기에 영향을 미치게 되므로 저속회전시 밸브의 개폐시기를 느리게 하기 위해서는 상기한 바와 같은 작용으로 드럼을 우측으로 이동시키면 된다.

그리고 고속회전시 밸브의 개폐시기를 빠르게 하고자 할 때에는 방향전환밸브(5)를 작동시켜 a포트와 c포트를 연통시키게 되면 실린더(6)내로 유입되는 오일이 차단되므로 탄성부재(14)의 탄성력에 의해 드럼(11)(12)이 좌측으로 이동하게 되면서 실린더(6)의 오일이 리저버(3)로 빠져 나가고 드럼(11)(12)은 좌측에 위치하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템은 엔진의 조건에 따라 밸브 개폐 시기를 조절할 수 있고, 밸브 개폐를 드럼의 회전에 의한 유압발생으로 행하기 때문에 캠축과 로커아암등을 사용하지 않아도 되므로 헤드의 높이르 낮출 수 있으며, 구동에 따른 엔진의 에너지 손실을 최소화할 수 있어 최대의 출력을 얻을 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 흡, 배기밸브(V)가 위치하는 밸브 실린더(33)의 상하측 챔버의 유압라인으로 연결되어 밸브를 승강시키는 구동부(8)가 제 1구동부(8a)와 제 2구동부(8b)로 이루어지고, 상기한 구동부(8)의 드럼을 축방향으로 이동시켜 밸브의 개폐시기를 조절하는 제어부(7)가 ECU(1)의 신호에 의해 작동하는 방향전환 밸브(5)의 포트 변환으로 어큐뮤레이터(4)의 오일을 구동부(8)의 실린더(6)내로 공급되도록 구성함을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 구동부(8)는 크랭크 축의 동력을 전달받아 회전하느 스플라인 축(10)에 회전 및 축방향 이동이 가능하게 설치되는 드럼(11)(12)을 갖고 있으며, 이 드럼(11)(12)의 외측에 직교상으로 배치되는 4개의 볼(17,…20),(21,…24)과 가압부재(25,…28),(29,…32)를 각각 보유하는 실린더(6)가 설치되고, 상기한 드럽(11)(12)에 대하여 축방향 이동력을 가하기 위한 방향전환 밸브(5)가 연결됨과 아울러 이에 대항하느 힘을 가하는 탄성부재(14)가 실린더(6)내측에 설치되어 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템,
3. 제 2항에 있어서, 드럼(11)(12)에는 밸브(V)의 개폐시기에 관계하는 가변요소(15)(16)가 설치됨을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 가변요소(15)(16)는 축방향으로 점차 폭이 증가됨을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템.
5. 제 3항에 또는 제 4항에 있어서, 가변요소(15)(16)는 상바된 작용이 일어날 수 있는 돌출형상과 흠형상으로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템.