KR100320533B1 - 전자 기계식 밸브 트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브를 작동시키는 아마추어가 능동적으로 작동하도록 하여 응답성을 개선시킴과 동시에 보다 가볍고 컴팩트하게 제작할 수 있도록 하기 위하여,

밸브 보디와; 상기 밸브 보디의 상, 하측으로 내장되는 제1, 2코일과; 상기 제1, 2코일 사이에 개재되는 아마추어와; 상기 아마추어의 하단에 장착되는 밸브와; 상기 아마추어를 밸브 보디의 상, 하측에서 탄지하는 제1, 2밸브 스프링을 포함하고, 상기 아마추어는 상,하 플레이트를 로드로 연결한 H형 평판으로 이루어지고, 상기 상, 하 플레이트 사이로는 제3코일이 개재되는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인을 제공한다.

Description

전자 기계식 밸브 트레인{ELECTRO MECHANICAL VALVE TRAIN}

본 발명은 전자 기계식 밸브 트레인에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브를 작동시키는 아마추어가 전자석에 의해 그 극성이 제어되어 능동적으로 작동할 수 있도록 함으로써, 작동 신호에 대한 응답성을 향상시키고, 보다 가볍고 컴팩트한 구조로 이루어질 수 있는 전자 기계식 밸브 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 내연기관은 혼합기를 흡기 다기관으로 유입하여 연소실에서 압축 폭발시켜 크랭크 샤프트를 구동시켜 출력을 내고, 연소된 배기가스를 배기 다기관으로 배출시킨다. 이와 같이 혼합기를 유입하여 연소실에서 연소시키고 배출시키도록 연소실의 상부를 형성하는 실린더 헤드의 흡, 배기포트에는 흡,배기 밸브가 장착된다.

이와 같은 흡, 배기 밸브와 이를 작동시키는 밸브 기구를 포함하여 이루어지는 일련의 장치를 밸브 트레인이라 하며, 이 밸브 트레인의 밸브 작동 타이밍에 따라 내연기관의 연소 상태는 달라지게 되므로, 최적의 연소 제어를 위해서는 밸브 트레인의 작동 제어가 무엇보다도 중요하다.

이러한 밸브 트레인의 작동 제어 방식으로는 크랭크샤프트에 연동하는 캠축과 이 캠축의 캠에 의해 힌지 작동하는 로커아암 등에 의하여 흡, 배기 밸브를 기계적으로 승강시키는 캠 방식이 주로 채택되고 있다.

그런데 상기 캠식 밸브 트레인은 최근 활발히 연구되는 첨단 전자 제어 방식의 엔진 개발과 이를 위한 가변 밸브 타이밍 제어(VVT; VARIABLE VALVE TIMING) 등에 있어서 다양한 방식의 밸브 제어 조건을 충족시키기에는 그 기계적 구조의 특성상 일정한 한계가 있었다.

이에 따라 밸브 트레인을 전자적으로 작동 가능하도록 개선한 것이 전자 기계식 밸브 트레인(EMV; Electro Mechanical Valvetrain)으로서, 이의 밸브 트레인에 의하여 밸브 타이밍과 듀레이션(duration)을 자유롭게 구사하도록 하여 엔진이 최적 성능을 유지할 수 있도록 하고, 흡기 밸브가 공기량을 직접 제어할 수 있으므로 스로틀 밸브를 삭제할 수 있고 펌핑 손실을 저감시킬 수 있었으며, 또한, 다양한 형태의 운전이 가능하며, 배기가스를 저감시키고, 밸브의 설치 구조를 보다 간소화시킬 수 있었다.

상기와 같은 전자 기계식 밸브 트레인의 일예를 들면, 종래에는 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브 보디(112)내에 닫힘 코일(114)과 열림 코일(116)을 상하로 배치하고, 이의 중간에는 평판형의 아마추어(armature; 118)를 배치하며, 이 아마추어(118)에 밸브(120)를 연결하는 동시에 그 상하로 밸브 스프링(122,124)을 설치하는 구조로 이루어져 있었다.

이에 따라, 밸브의 닫힘 유지는 닫힘 코일(114)에 전류를 온(on)시키고 열림 코일(116)에 전류를 오프(off)시키면 되며, 밸브의 열림 유지는 열림 코일(116)에 전류를 온(on)시키고 닫힘 코일(114)에 전류를 오프(off)시키면 되며, 밸브의 닫힘 동작은 닫힘 코일(114)과 열림 코일(116)을 모두 오프(off)시키면 밸브(120)가 밸브 스프링(122,124)에 의해 중립 상태로 가고, 이 때, 닫힘 코일(114)에 고전류를 흘러보내면 밸브(120)가 완전히 닫히게 되며, 밸브의 열림 동작은 이와 반대로, 닫힘 코일(114)과 열림 코일(116)을 모두 오프(off)시킨 상태에서 열림 코일(116)에 고전류를 흘러보내면 밸브(120)가 완전히 열리게 된다.

그런데 상기와 같이 이루어지는 전자 기계식 밸브 트레인은 밸브를 작동시키는 아마추어가 단순한 도체로만 이루어져 있으므로, 닫힘 코일과 열림 코일의 자성에 의존하여 작동이 이루어지게 된다.

이에 따라, 아마추어가 닫힘 코일 또는 열림 코일의 어느 일측으로 이동한 후에 타측으로 이동시에는 내부에 생성된 자성이 잔존하여 작동의 응답성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이를 위하여, 아마추어 자체를 영구자석으로 제작하여 아마추어가 보다 능동적으로 작동할 수 있도록 하는 방법이 있으나, 이는 연소실의 작동 온도가 고온이기 때문에 영구자석의 자성이 손실되고, 또는 장치 자체가 무거워지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 밸브를 작동시키는 아마추어가 능동적으로 작동하도록 하여 응답성을 개선시킴과 동시에 보다 가볍고 컴팩트하게 제작할 수 있는 전자 기계식 밸브 트레인을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전자 기계식 밸브 트레인의 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 전자 기계식 밸브 트레인의 닫힘시의 작동도,

도 3은 본 발명에 의한 전자 기계식 밸브 트레인의 열림시의 작동도,

도 4는 종래 기술에 의한 전자 기계식 밸브 트레인의 개략 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 밸브 보디 14 : 제1코일

16 : 제2코일 18 : 아마추어

20 : 밸브 22 : 제1밸브 스프링

24 : 제2밸브 스프링 28 : 체결홀

30 : 실린더 헤드 32 : 상부 코일 모듈

34 : 하부코일모듈 36 : 전선

38 : 상부 플레이트 40 : 하부 플레이트

42 : 로드 44 : 제3코일

46 : 전선 48 : 콘트롤러

50 : 중간 코일 모듈

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

밸브 보디와; 상기 밸브 보디의 상, 하측으로 내장되는 제1, 2코일과; 상기제1, 2코일 사이에 개재되는 아마추어와; 상기 아마추어의 하단에 장착되는 밸브와; 상기 아마추어를 밸브 보디의 상, 하측에서 탄지하는 제1, 2밸브 스프링을 포함하고, 상기 아마추어는 상,하 플레이트를 로드로 연결한 H형 평판으로 이루어지고, 상기 상, 하 플레이트 사이로는 제3코일이 개재되는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 전자 기계식 밸브 트레인의 단면도로서, 이를 참조하면, 상기 밸브 트레인은 밸브 보디(12)와, 이 밸브 보디(12)의 상, 하측으로 내장되는 제1, 2코일(14,16)과, 이 제1, 2코일(14,16) 사이에 개재되는 아마추어(armature; 18)와, 이 아마추어(18)의 하단에 장착되는 밸브(20)와, 이 아마추어(18)를 밸브 보디(12)의 상, 하측에서 탄지하는 제1, 2밸브 스프링(22,24)을 포함하는 구성을 갖는다.

상기에서 밸브 보디(12)는 그 외측의 플랜지에 형성되는 다수의 체결홀(28)을 갖추고서 실린더 헤드(30)에 장착되며, 실린더 헤드(30)에의 장착 부위 형상에 따라 원통형으로 이루어질 수도 있으며, 사각형으로 이루어질 수 있다. 여기서, 사각형 타입으로 밸브 보디를 형성하게 되면 보다 제작이 용이해진다.

상기 밸브 보디(12)내는 중공부로 이루어지며 이에 코일등과 아마추어가 장착된다. 여기서, 제1코일(14)은 ㄷ자 형상의 상부 코일 모듈(32)에 내장되어 밸브 보디(12)의 상면에 장착되며, 제2코일(16)도 상기 제1코일(14)과 동일하게 하부코일모듈(34)에 내장되어 밸브 보디(12)의 하면에 장착된다.

상기 제1코일(14)과 제2코일(16)은 하나의 전선(36)으로 연결되어 있으며 상부 코일 모듈(32)과 하부 코일 모듈(34)의 둘레로 서로 반대 방향으로 감겨지도록 하여 전류 인가시, 서로 대향하는 면이 같은 극성이 되도록 한다. 그리고 상기 상부 코일 모듈(32)과 하부코일모듈(34)은 개구면이 밸브 보디(12) 측면으로 향하도록 고정된다.

상기 제1코일(14)과 제2코일(16) 사이로는 이들 사이를 왕복하는 아마추어(18)가 설치된다. 이 아마추어(18)의 하단으로는 실린더 헤드(30)의 흡기 포트 또는 배기 포트를 개폐하는 밸브(20)가 장착되어 있다.

상기 아마추어(18)는 H자 형상으로서 상,하 플레이트(38,40)와 이를 로드(42)로서 연결한 형상으로 이루어진다. 그리고 이 상,하 플레이트(38,40) 사이로는 제3코일(44)이 삽입되어, 이 제3코일(44)에 흐르는 전류에 의해 아마추어(18)는 자화되게 된다. 상기 제3코일(44)은 상기 제1,2코일(14,16)과 다른 전선(46)에 의하여 전류를 공급받으며, 이 제3코일(44)로 전류를 인가하는 장치는 외부의 콘트롤러(48)에 의하며, 이 콘트롤러(48)는 전류의 방향 및 강약을 조절할 수 있도록 이루어져 있다.

상기 제3코일(44)은 이를 안착시키기 위한 중간 코일 모듈(50)에 내장되며, 이 중간 코일 모듈(50)은 밸브 보디(12)에 볼트 체결되어 고정된다. 이 중간 코일 모듈(50)은 아마추어(18)의 로드(42) 측으로 개구되어 있으며, 이 개구면이 로드(42)의 외주면을 향하도록 설치된다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 전자 기계식 밸브 트레인의 작동 내용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 밸브의 닫힘 동작을 살펴보면, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1코일(14)과 제2코일(16)로 전류를 인가하면 제1코일(14)과 제2코일(16)의 아마추어 측은 동일한 극성의 S극이 된다. 이 때, 제3코일(44)에 그 상부가 N극, 하부가 S극이 되는 방향으로 전류를 인가하면, 이와 함께 아마추어(18)도 그 상부 플레이트(38)는 N극, 하부 플레이트(40)는 S극이 된다. 여기서, 제1코일(14)의 하면은 S극이고 아마추어(18)의 상부 플레이트(38)는 N극이므로 인력이 작용하고, 제2코일(16)의 상면은 S극이고 아마추어(18)의 하부 플레이트(40)는 S극이므로 척력이 작용하여 결국 아마추어(18)가 상승하게 되며, 이와 함께 밸브(20)도 상승하게 되어 실린더 헤드의 흡기포트 또는 배기포트가 닫히게 된다.

한편, 밸브의 열림 동작은 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 밸브의 닫힘 동작에서 제1코일(14)과 제2코일(16)의 전류의 흐름 방향을 닫힘 동작과 반대로 연결하든가, 또는 제3코일(44)의 전류의 흐름 방향을 반대로 연결하기만 하면 동일한 방식으로 작동하여 밸브(20)가 하강하여 실린더 헤드의 흡기,배기포트가 열리게 할 수 있다.

그리고 각 코일에 흐르는 전류를 차단하게 되면 밸브 보디 상, 하측의 제1,2밸브 스프링에 의하여 밸브는 중립 위치에 놓이게 된다.

상기와 같은 각 코일의 자화되는 방향을 조절하거나 차단하는 방법을 응용하여 보다 다양한 내용의 밸브 제어가 가능할 수 있다. 이와 같은 전자 기계식 밸브트레인의 밸브 제어 방법은 본 발명의 범위 밖이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 전자 기계식 밸브 트레인은 밸브를 작동시키는 아마추어가 전자석에 의해 그 극성이 제어되어 상하의 닫힘 코일과 열림 코일에 대하여 능동적으로 작동하므로 응답성이 향상되며, 자화된 코일간에 인력 및 척력의 증대에 따라 아마추어의 크기를 소형화시킬 수 있으므로 보다 가볍고 컴팩트하게 밸브 트레인을 제작할 수 있다.

Claims (3)

1. 밸브 보디와;

   상기 밸브 보디의 상, 하측으로 내장되는 제1, 2코일과;

   상기 제1, 2코일 사이에 개재되는 아마추어와;

   상기 아마추어의 하단에 장착되는 밸브와;

   상기 아마추어를 밸브 보디의 상, 하측에서 탄지하는 제1, 2밸브 스프링을 포함하고,

   상기 아마추어는 상,하 플레이트를 로드로 연결한 H형 평판으로 이루어지고,

   상기 상, 하 플레이트 사이로는 제3코일이 개재되는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 밸브 보디는 원통형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 밸브 보디는 사각형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인.