KR960013351B1 - 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템

제 1도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브의 가변 구동 시스템을 나타내는 측단면도.

제 2도는 본 발명에 관련하는 가변 드럼의 사시도.

제 3도는 본 발명의 가변 구동 시스템이 설치된 상태를 나타내는 측단면도.

제 4도는 본 발명에 관련하는 가변 구동 시스템의 블럭도.

제 5도는 본 발명에 관련하는 기밀 유지수단의 측단면도.

제 6도는 본 발명에 관련하는 볼밸브의 개폐구성을 나타내는 측단면도.

제 7도는 제 6도의 닫힘성을 나타내는 측단면도.

제 8도는 종래의 흡, 배기밸브 트레인을 나타내는 측단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : ECU 24,54 : 방향전환밸브

25 : 가변부 26 : 실린더

27 : 크랭크 축 29 : 스플라인 축

30,31 : 가변드럼 36,37 : 가변요소

38,39…44,45 : 볼 46,47…52,53 : 가압부재

55 : 기밀유지수단 56 : 밸브 개폐수단

57 : 실린더 58 : 실린더

559,60 : 기밀부재 61 : 랙기어

63 : 피니온 64 : 볼밸브

65 : 흡기매니폴드 66 : 통로

67 : 연소실

본 발명은 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 개폐에 따른 에너지 손실을 최소화함과 아울러 엔진의 조건에 따라 밸브 개폐시기를 조절하여 출력을 향상시킬 수 있는 흡, 배기밸브 가변구동 시스템에 관한 것이다.

흡입, 압축, 폭발, 배기행정으로 이루어지는 4사이클 엔진에 있어서, 연소실로 혼합기를 흡입하는 행정에서는 흡기밸브를 열어주고, 압축 및 폭팔행정에서는 흡기밸브와 배기밸브르 닫고, 배기행정에서는 배기밸브를 열어 연소가스를 배출시킨다.

이러한 밸브의 개폐작용은 통상적으로 크랭크 축이 2회전할 때 1회전하는 캠축에 의해 로커아암의 연등하여 일어나게 되므로 밸브개폐 시기가 엔진의 조건에 관계없이 일정하게 된다.

따라서 특정한 회전수 영역에서는 큰 출력을 얻을 수 있지만, 특정 회전수보다 빠르거나 느린영역에서는 출력이 저하되는 문제점이 있다.

또한 종래의 밸브 트레인은 다수의 부품들이 상호 탄지되거나 마찰접촉으로 이루어지고 있기 때문에 밸브르 개폐하는데 에너지 손실이 발생하는 문제점이 있다.

제 8도는 종래의 밸브 트레인을 나타내는 측단면도로서, 연소실(1)의 상측으로 설치도는 흡, 배기밸브(2)(3)는 밸브헤드(4)(5)가 연소실(1)내로 위치되어 있으며, 밸브스템(6)(7)은 로커아암(8)(9)에 관계없이 하향의 힘을 받도록 되어 있다.

상기한 하향의 힘에 대하여 하강하는 밸브를 상승시키기 위한 스프링(10)(11)이 리테이너(12)(13)에 이해 상측이 탄압되고 하측은 바디 (14)에 부동의 자세로 설치되고 있다.

상기한 로커아암(8)(9)은 캠축(15)(16)에 일체로 형성된 캠(17)(18)에 의해 힌지축을 중심으로 요동운동할 수 있도록 설치되고 있다.

이러한 구조의 밸브 트레인은, 캠축(15)(16)과 캠(17)(18), 그리고 이들과 연계되는 부품들로 인하여 구조적으로 복잡함을 피할 수 없는 문제점이 있으며, 또 밸브를 개폐시킬 때 크랭크 축으로부터 밸브스템(6)(7)까지 전달되는 구동력이 다수의 마찰요소나 탄성력등에 의해 손실되어 엔진의 출력을 저하시키는 요인이 되고 있다.

게다가 밸브가 연소실내로 위치하고 있기 때문에 공기의 흐름에 저항을 주어 흡, 배기유량이 그만큼 감고하는 구조적인 결점을 갖고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적을 흡, 배기의 유동저항을 최소화함과 아울러 밸브 개폐에 따른 에너지 손실을 줄이고 엔진의 회전수에 따라 밸브 개폐시기를 조절할 수 있는 자도차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템을 제공하는데 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 엔진의 회전수 및 부하등을 검출하는 ECU로부터 전달되는 전기적 신호에 의해 포트 변환이 이루어지는 1쌍의 방향전환밸브와, 상기한 1개의 방향전환밸브를 경유하여 유입되는 유방에 의해 길이방향으로 이동하는 가변드럼이 실린더내측에서 회전하는 스플라인 축에 결합되는 가변부와, 상기한 또 다른 방향전환밸브 경유하여 유입되는 유압에 의해 전후진 작동하는 개폐 실린더의 피스톤로드 선단에 랙기어가 형성되고, 이 랙기어와 치차결합되어 회전하는 피니온을 포함하는 밸브 개폐수단과, 상기한 가변부와 밸브 개폐수단을 연결하여 작동유압을 전달하는 유압라인내에 위치하는 다수개의 볼 및 가압부재, 상기한 피니온과 동축설치되어 흡, 배기배니폴드에 회전가능하게 설치되는 볼 밸브로 이루어지는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템의 제공한다.

본 발명은 상기한 볼 밸브의 외주에 압축 및 폭팔행정시 고압이 배기되는 것을 방지하기 위한 기밀 유지 수단을 설치하고 있다. 상기한 볼 밸브는 회전축과 흡기통로가 직교방향을 위치하여 매니폴드를 개폐가능하게 함을 특징으로 한다.

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

제 1도는 본 발명에 의한 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템의 전체 구성도로서, ECU(20)로부터 전기적인 신호를 받아 구동하느 펌프(21)는, 리저버(22)내의 오일을 펑핑하여 어큐뮤레이터(23)에 일정한 압력으로 축적할 수 있도록 유압라인을 이루고 있다.

또한 ECUP(20)는 방향전환밸브(24)와 전기적으로 연결되어 포트의 방향전환을 실현할 수 있도록 되어 있는데, 이 방향전환밸브(24)는 가변부(25)의 실린더(6)와 유압라인을 이루며 유압전달이 가능하게 이루어지고 있다.

상기한 가변부(25)의 실린더(26) 내측에는 크랭크 축(27)과 벨트(28)로 연결되어 회전하느 스플라인 축(29)이 회전가능하게 지지되고 있으며, 이 스플라인 축(29)의 외주에는 길이방향으로 이동이 가능한 가변드럼(30)(31)(32)(33)이 결합되어 있다.

상기한 가변드럼(30)(31)(32)(33)은 각각 2개1조를 이루며, 흡기행정과 배기행정에 관계게 되는데, 이를 위하여 실린더(26)는 격판(34)에 의해 좌우가 분리되어 어큐뮬레이터(23)의 유압을 개별적으로 공급받을 수 있도록 되어 있다.

상기한 흡기행정과 배기행정에 관계하는 실린더(26)내의 구성은 동일하게 이루어지므로 설명의 편의상 도면에서 보아 좌측을 흡기행정부로 보고 이것에 대해서만 설명한다.

상가한 드럼(30)(31)은 일체형으로 이루어져 함께 이동할 수 있도록 이루어지고 있는데, 이 드럼(30)(31)의 이동인 실린더(26)내로 들어오는 유압이 탄성부재(35)에 의해 이루어지게 된다.

즉 방향전환밸브(24)를 통하여 들어오는 유압이 실린더(26)의 좌측으로 유입함에 의해 1쌍의 가변드럼(30)(31)은 좌측으로 이동하게 되고, 방향전환밸브(24)의 포토가 절환되어 배출이 가능한 상태가 되면, 탄성부재(35)의 탄성력이 의해 우측으로 이동하게 된다.

그런데 이와 같이 이동하는 가변드럽(30)(31)은 외주에 가변요소(36)(37)를 구비하고 있는데, 이 가변요소(36)(37)는 도면에서 보아 우측으로 갈수록 점차 넓어지는 폭으로 이루어지고 있다.

이 가변요소(36)(37)는 제 2도에 도시한 바와 같이 1개의 가변요소는 돌출형성되고, 다른 가변요소는 오목형성되는 차이가 있다.

상기한 실린더(26)에는 흡기행정부와 배기행정부에 각각 유압라인(L1)(L2)(L3)을 형성하고 있는데, 이 유압라인들은 제 3도에 도시한 바와 같이 3도에 도시한 바와 같이 3개가 1조로되어 4개조가 형성되고 있다.

4개조 유압라인은 4기통 엔진의 경우를 나타내는 것이고, 6기통 엔진의 경우에는 6개조의 유압라인이 설치된다.

상기한 유압라인(L)의 각각에는 가변드럽(30)(31)의 외주에 밀착하는 볼(38)(39)(40)(41),(42)(43)(44)(45)이 위치되어 있으며, 이 볼들은 유압라인(L)내에 충진되어 있는 유체를 압축하는 가압부재(46)(47)(48)(49),(50)(51)(52)(53)와 접촉하고 있다.

이런한 구성에 의해 가변드럼(30)(31)이 회전을 하게되면, 가변요소(36)(37)와 접촉하는 볼들이, 이 가변요소(36)(37)의 높이나 깊이만큼 유압라인(L)측으로 이동하면서 가압부재(46,47…52,53)를 순차적으로 밀게된다.

이러한 작동에 의해 유압라인(L1)(L2)(L3)(L4)내의 압력이 높아지거나 낮아지게 된다.

제 3도는 본 발명에 의한 유압라인(L1)(L2)(L3)이 각각 방향전환밸브(54) 기밀유지수단(55), 밸브 개폐수단(56)과 연결된 상태를 도시하고 있다.

즉 유압라인 (L1)은 방향전환밸브(54)의 일측단으로 연결되어 가변드럼(30)이 회전할 때 가변요소(36)로부터 첫 번째 압력을 받아 밸브의 방향을 전환시키도록 되어 있으며, 이 방향전환밸브(54)의 타측단은 이때 압축되어 그 압축력으로 또다른 방향전환밸브(54')를 밀어 방향을 전환시키고, 이 방향전환밸브(54')의 압축력은 배기행정에 관계하는 유압라인(L4)로 전달되어 가변드럼(31)측으로 볼을 밀도록 되어 있다.

또한 유압라인(L2)은 가변드럼(30)이 계속회전하여 볼이 가변요소(36)로부터 외주로 밀여낼 때 압축력을 기밀유지수단(55)으로 압송시키도록 되어 있으며, 이때 기밀 유지수단(55)내의 압축력은 방향전환밸브(54')를 경유하여 유압라인(15)내로 전달되도록 이루어져 있다.

그리고 유압라인(13)은 가변드럼(30)이 계속회전함에 의해 외주로 밀려나는 볼에 의해 발생하는 압축력을 방향전환밸브(54)를 통하여 밸브개폐수단(56)으로 압송시키도록 되어 있으며, 이 밸브개폐수단(56)내의 발생압력은 유압라인(16)을 통하여 볼을 밀도록 되어 있다.

상기한 구성은 3개 1조를 이루는 유압라인의 연결을 설명하고 있는데, 모든 유압라인이 이와 같은 연결을 이루는 구조로 된다.

제 4도는 이와 같은 구조의 이해를 돕고자 블록도로 도시한 도면으로서, 이하 작동설명에서 상세히 설명될 것이다.

상기한 기밀 유지수단(55)은 제 5도에 도시한 바와 같이 2개의 실린더(57)(58)가 대향하는 자세로 설치되고 있으며, 이 실린더의 피스톤 로드에는 플랙시블한 기밀부재(59)(60)가 설치되는 구조로 되어 있다.

상기한 기밀부재(59)(60)는 반원상으로 이루어져 2개가 하나의 원을 이루도록 되어 있다.

상기한 밸브개폐수단(56)은 제 3도에 도시되어 있는데, 실린더(61)의 내측에 직선이동할 수 있도록 설치된 피스톤의 선단부에는 랙기어(62)가 형성되어 있으며, 이 랙기어(62)에는 피니온(63)이 치차결합되어 실린더(61)의 전후진 작동에 따라 시계방향 및 반시계방향으로 회전할 수 있도록 되어 있다.

제 6도는 상기한 피니온(63)이 볼밸브(64)에 동축설치되어 흡기매니폴드(65)에 설치된 구조를 보이고 있다.

따라서 피니온(63)이 회전을 하면 볼밸브(64)가 함께 회전하게 되는데, 이 볼밸브(64)에는 흡기매니폴드(65)의 내경과 동일한 통로(66)가 뚫려져 제 6도에 도시한 바와 같이 흡기매니폴드(65)와 통로(66)가 일치하는 상태가되어 밸브개방 상태를 이루게되고, 제 7도에 도시한 바와 같이 통로(66)가 흡기매니폴드(65)의 내경과 직교상태로되어 밸브 폐쇄상태를 이루게 된다.

볼밸브(64)와 연소실(67)사이에는 기밀유지수단(55)이 설치되어 기밀부재(59)(6)가 볼밸브(64)에 밀착하거나 그로부터 떨어지는 상태가 되도록 되어 있다. 이 기밀 유지수단(55)은 압축 폭팔행정이 진행되는 동안에 고압에 의해 발생될 수 있는 혼합기나 연소가스가 새어 나오는 것을 방지하기 위해 설치된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 흡, 배기밸브 가변 구동 시스템은, 크랭크 축(27)이 회전을 시작하면 밸브(9)를 통하여 스플라인 축(29)으로 회전력이 전달되어 가변드럽(30)(31)을 회전시키게 된다.

이때 가변드럼(30)(31)의 외주에, 유압라인(L)내의 오일압력에 의해 실린더(26)내측으로 가압력을 받는 볼(38,39…44,45)들이, 가변요소(36)(37)의 높이 및 깊이에 의해 유압라인(L)내에서 왕복운동을 하게 된다.

이 볼들 (38…45)이 왕복운동함에 의해 가압부재(46,47,…52,53)가 피스톤 운동을 하여 유압라인(L)내에는 유압이 발생하게 된다.

그런데 유압라인(L)은 3개의 유압라인(L1)(L2)(L3)로 나뉘어져 있으며, 또 이들 유압라인에는 각각 볼과 가압부재가 설치되어 있기 때문에 가변드럼(30)(31)이 회전을 하게 되면, 가변드럼(30) 측에서는 볼(38)이 먼저 외측으로 밀려나면서 유압라인(L1)내에 압력을 높이게 된다.

따라서 이 유압은 유압라인(L1)을 따라 방향전환밸브(54)의 일측단으로 가압되면서 밸브스풀을 밀어 방향을 전환시키게 된다.

이러한 작용으로 직선통로가 방향전환밸브(54)에는 형성되는데, 가변드럽(30)이 계속회전함에 의해 유압라인(L2)내의 볼이 외측으로 밀려남에 의해 유압라인(L2)내에 발생하는 유압은 방향전환밸브(54)의 직선통로를 따라 기밀유지수단(55)의 실린더(57)(58)로 유입된다.

따라서 실린더(57)(58)내의 피스톤이 후진작동을 하여 기밀부재(59)(60)를 외측으로 이동시키게 되므로 볼밸브(64)로부터 떨어지는 상태가 된다.

즉 제 6도에 도시한 바와 같이 되는데, 이 상태에서 가변드럼(30)이 계속회전하여 유압라인(L3)내의 볼을 외측으로 밀게 되므로 유압라인(L3)내의 압력은 방향전환밸브(54)의 직선통로를 따라 밸브개폐수단(56)의 실리더(61)내로 유입된다.

그런면 실린더(61)내의 피스톤이 이동함에 의해 랙기어(62)가 함께 이동하게 되므로 이와 치차결합되어 있는 피니온(63)이 회전하게 된다.

이러한 작동으로 피니온(63)과 동축설치되어 있는 볼밸브(64)가 회전하여 제 7도에 도시한 바와 같은 상태로 된다.

이때 방향전환밸브(54')로 유입된 유체의 의해 그 반대측의 유체는 압축되면서 유압라인(L4)으로 들어가 이곳의 볼을 내측으로 밀어 가변드럼(31)의 외주에 밀착시키고, 또 기밀유지수단(55)으로 유입됨에 의해 그 반대측의 유체는 압축되면서 유압라인(L5)으로 들어가면서 이곳의 볼을 밀고, 또 밸브개폐수단(56)의 실린더내로 유입된 유체에 의해 그 반대측의 유체는 압축되면서 유압라인(L6)으로 들어가면서 이곳의 볼을 밀어 가변드럼(31)의 외주에 밀착시키게 된다.

그리고 제7도에 도시한 바와 같이 볼밸브(64)가 닫힌상태로 되면, 가변드럼(30)의 외주에 위치하는 볼들은 유압라인(L1)(L2)(L3)의 외측으로 모두 밀려난 상태가 되고, 가변드럼(31)의 외주에 위치하는 볼들은 유압라인(L4)(L5)(L6)의 내측으로 이동한 상태가 되는데, 이때의 상태가 1/4회전상태 이다.

결국 이러한 작동이 연속되면서 기밀유지수단이 열리고, 볼밸브가 열림과 동시에 기밀유지수단이 닫히고, 볼밸브가 닫힘으로서 밸브개폐작동이 이루어진다.

본 발명의 가변 구동시스템은, 상기한 바와같은 밸브 개폐작용이 이루어지는 동안에 엔지의 회전수 및 부하상태에 따라 개폐시기를 조절하게 되는데, 제 1도에 도시한 바와 같이 ECU(20)로부터 방향전환밸브(24)로 전기적 신호가 전달되면, b포트와 a포트가 연통하여 펌프(21)에서 발생한 어쿠뮤레이터(23)의 유압이 실린더(26)의 좌측으로 유입된다.

이때 유압을 받는 가변드럽(30)(31)은 우측으로 이동하게 되느데, 가변드럼(30)(31)에 형성된 가변요소(36)(37)는 죄측과 우측의 폭이 다르게 되어 있으므로 볼(38,39…44,45)과의 접촉시간이 다르게 된다.

가변요소(36)(37)와 볼들의 접촉시간이 가변되면, 결국 유압라인(L)을 통하여 밸브개폐수단(56)으로 전달되는 유압에 의해 작용하는 랙기어(62)의 이동시기가 다르게 되므로 흡기밸브(61)의 회전시간이 다르게 되어 밸브의 개폐시기가 가변된다.

이러한 작용은 배기밸브측에서도 동일하게 이루어진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 가변 구도 시스템은, 흡, 배기밸브의 개폐시기를 엔진의 회전수나 부하 상태에 따라 변화시켜 줌으로써 엔진의 전회전수 영역에서 큰 토르크를 얻을 수 있으며, 저연비를 실현할 수 있는 이점이 있다.

또한 밸브가 연소실내로 잠식되지 않은 상태에서 개폐작용을 하게 되므로 흡배기의 유동에 저항을 발생시키지 않게 되고, 밸브 구동시스템이 유압을 이용한 개폐수단으로 있기 때문에 밸브 개폐에 따른 에너지 손실을 최대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 엔진의 회전수 및 부하등을 검출한ECU(20)의 전기적 신호에 의해 작용하는 방향전환밸브(24)와, 상가한 방향전환밸브(24)의 포트 변화에 의해 직선이동하는 가변드럼(30)(31)이 흡기행정 및 배기행정에 관계하는 실린더(26)내측에 위치하여 크랭크 축(27)의 동력을 전달받아 회전하는 스플라인 축(29)에 스플라인 결합되는 가변부(25)와, 상기한 실린더(26)의 외주에 연결되는 3개 1조의 유압라인(L1)(L2)(L3),(L4)(L5)(L6)과 각각 연결되는 방향전환밸브(54)(54') 및 기밀유지수단(55), 그리고 밸브개폐수단(56)을 포함하여 이루어지는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동시스템.
2. 제 1항에 있어서, 밸브개폐수단(56)은 방향전환밸브(54)와 연결되는 2개의 포트를 갖는 실린더(61)와, 이 실린더의 내측에서 직선이동하며 선단봉 랙기어(62)가 형성되는 피스톤과, 이 랙기어(62)에 치차결합되는 회전하는 피니온(63)과 동축설치되는 볼밸브(64)로 구성됨을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동시스템.
3. 제 1항에 있어서, 기밀유지수단(55)은 대향배치되는 실린더(57)(58)와, 이 실린더의 내측에 직선이동 가능하게 설치되며 선단부에 설치되는 기밀부재(59)(60)로 구성됨을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동시스템.
4. 제 1항에 있어서, 가변드럼(30)(31)에는 좌우측 폭이 다르게 형성된 가변요소(36)(37)가 일체로 형성됨을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동시스템.
5. 제 4항에 있어서, 가변요소(36)(37)는 각각 돌출부와 흡부로 형성됨을 특징으로 하는 자동차의 흡, 배기밸브 가변 구동시스템.