KR100331087B1 - 차량 밸브 장치의 캠 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 밸브 장치의 캠에 관한 것이며, 캠샤프트(7)에 대해 수직인 방향으로 로브의 중앙부가 소정폭 제거되어 있고, 상기 제거부(9)의 중앙에 수직방향으로 돌출부(11)가 형성되어 있으며, 상기 돌출부로부터 기초원(13) 하부면까지 수직으로 관통 볼트공(15)이 형성되어 있는, 캠 본체(1); 상기 캠 본체(1)의 돌출부(11)에 대응하는 오목부(19)가 하부면으로부터 상부로 형성되어 있고, 상기 캠 본체(1)의 관통 볼트공(15)에 대응하는 볼트공(21)이 상기 오목부(19)에 형성되어 있으며, 상기 캠 본체(1)의 제거부(9)에 끼워 맞춤될 때 상기 오목부(19)에 상기 돌출부(11)가 정확히 삽입되어 완전한 캠 형상을 이루는, 이동 가능한 로브(3); 상기 이동 로브(3)가 상기 캠 본체(3) 쪽으로 가압되도록 상기 캠 본체의 기초원(13)하부면 쪽에 스프링(27)이 삽입되어 있고 상기 캠 본체(1)와 이동 로브(3)에 형성된 볼트공(15,21)에 탄성적으로 체결되어 상기 캠 본체와 이동 로브를 완전한 캠 형상으로 조립하는 조립 볼트를 포함하고; 여기에서, 상기 돌출부(11)와 상기 오목부(19)에 의해 규정되는 공간이 오일실(29)을 형성하며, 상기 오일실(29)에 오일을 공급하기 위해, 상기 캠 본체(1)에는 상기 캠샤프트(7)에 형성된 오일 공급로(31)에 연결되는 오일 통로(33)가 형성되어 있고; 이로써, 상기 이동 로브(3)는, 상기 이동 로브가 상기 스프링(27)에 의해 상기 캠 본체에 밀착하여 전체 캠의 장경이 최단 길이가 되는 위치로부터, 상기 오일 통로(33)를 통해 상기 오일실(29)로 공급되는 오일 유압에 의해 상기 이동 로브가 상승하여 전체 캠의 장경이 최장 길이로되는 위치까지, 엔진 회전 속도에 비례하여 증가하는 오일 유압에 따라, 상하로 이동되는 캠구조가 제공되며, 고속시에는 이동 가능한 로브를 상승시켜서 캠 리프트량과 밸브 오버랩 기간을 상대적으로 크게(길게) 하고, 저속시에는 이동 가능한 로브를 하강시켜서 캠 리프트량과 밸브 오버랩을 상대적으로 작게(짧게)하므로써, 엔진의 회전수에 따라 가능한 한 최적의 엔진 효율을 달성할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량 밸브 장치의 캠구조

(기술분야)

본 발명은 차량 밸브 장치의 캠에 관한 것이며, 보다 상세하게는 엔진의 속도에 따라 유압에 의해 캠 리프트량과 밸브 오버랩 기간을 변화시킬 수 있는 캠구조에 관한 것이다.

(종래기술)

피스톤이 실린더 내를 왕복하는 사이에, 캠샤프트가 회전하여 흡입, 압축, 연소, 및 배기의 순환을 하는 가솔린 엔진에 있어서, 캠샤프트의 회전에 의해 회전되는 캠은, 흡입 행정에서 흡입 밸브를 열고, 압축 및 팽창 행정에서 흡기 밸브와배기 밸브를 폐쇄 상태로 유지하며, 배기 행정에서 배기 밸브를 여는 작용을 행한다. 캠은 일반적으로 계란 형상을 가지며, 엔진의 특성에 따라 밸브가 열려 있는 기간(밸브 개폐 시기)과 밸브가 상하로 움직이는 량(밸브 리프트량)이 적절히 유지되어, 혼합 가스의 흡기 효율, 충전 효율, 및 연소 가스의 배기 효율을 가능한 한높일 수 있는 방식으로 밸브를 개폐하도록 그 형상이 설계된다.

연소실 내를 이동하는 혼합 가스와 연소 가스는 관성을 가지고 흐르는 유체이기 때문에, 엔진이 최대한의 효율을 나타내도록 하기 위해서는 가스의 흐름에 유의하여 밸브의 개폐 시기와 리프트량이 결정되도록 하여야 한다. 이런 관점에서 밸브는 행정의 정확한 상사점(top dead center)이나 하사점(bottom dead center)에서 개폐되게 하는 것이 아니라 그 전후에서 개폐되도록 하고 있다. 즉, 도4의 전형적인 밸브 개폐 시기 선도에 도시된 바와 같이, 흡기 행정에서는, 혼합기의 관성을 이용하여 되도록 많은 혼합기가 실린더 내로 유입되도록 하기 위해 흡입 밸브가 상사점 전에 열리도록 하고 있고, 연소실로 흡입되는 혼합기의 관성을 이용하여 혼합기를 많이 흡입하기 위해 흡입 밸브가 하사점 후에 닫히도록 하고 있다. 또한, 배기 행정에서는, 연소 가스 배출로 인한 배기 행정 손실을 최소화하여 배기 효율을 높이기 위해 배기 밸브가 하사점 전에 열리도록 하고 있고, 연소 가스가 될 수 있는 대로 많이 배출되게 하여 잔류 연소 가스 압력을 낮게 하기 위해 배기 밸브는 상사점 후에 닫히도록 하고 있다.

이와 같이, 상사점 부근 위치에서는 흡기 밸브가 열린 후 배기 밸브가 닫히기까지 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열려 있는, 소위 '밸브 오버랩(valveoverlap)' 상태가 존재한다.

밸브 오버랩의 존재는 혼합기의 흡기 효율과 연소 가스의 배기 효율을 높이고 충전 효율을 높일 수 있다는 점에서, 고속에서는 엔진의 출력 증대를 이룰 수 있는 장점이 있지만, 저속에서는 배기 밸브가 닫히지 않은 상태에서 흡기 밸브가 열리게 됨으로써, 실린더로 유입하는 혼합기의 양이 적고 힘이 약한 상황에서 잔류하는 배기 연소 가스가 혼합기에 흡입되는 현상이 발생하게 되며, 따라서 혼합기의 연소 상태 악화를 야기한다.

상술한 바와 같이, 밸브 오버랩은, 흡기 효율과 배기 효율을 향상시키기 위해 필요하지만, 밸브 오버랩 기간을 고속에서는 상대적으로 길게 하고 저속에서는 상대적으로 짧게 하는 것이 엔진 효율 면에서 보다 바람직하다. 밸브 리프트량도 또한 마찬가지다.

그러나, 지금까지는 엔진의 회전수에 따라 서로 다른 최적의 밸브의 개폐 시기와 밸브의 리프트량(캠 리프트량)을 적절히 절충할 수 있는 단일의 형상으로 캠을 설계하여 사용하였을 뿐, 엔진의 회전수에 따라 밸브 리프트량과 밸브 개폐 시기를 변화시킬 수 있는 캠구조는 제안된 바 없다.

따라서, 본 발명이 목적은, 상술한 기술 배경하에서, 엔진의 회전 속도에 따라 캠 리프트량과 밸브 개폐 시기를 변화시킬 수 있는 캠구조를 제공하는 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은, 유압에 의해 상하로 이동될 수 있는 로브를 구비한 캠을 제공하여, 고속시에는 이동 가능한 로브를 상승시켜서 캠 리프트량과 밸브 오버랩 기간을 상대적으로 크게(길게) 하고, 저속시에는 이동 가능한 로브를 하강시켜서 캠 리프트량과 밸브 오버랩을 상대적으로 작게(짧게)하므로써, 엔진의 회전수에 따라 가능한 한 최적의 엔진 효율이 달성되도록 하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 캠구조의 절단 분해 사시도.

도2는 본 발명에 따른 캠구조의 단면도로서, 실선은 저속(또는 정지) 상태, 점선은 고속 상태를 나타낸 도면.

도3은 저속시와 고속시의 캠 리프트량과 밸브 오버랩 기간을 나타낸 그래프.

도4는 전형적인 밸브 개폐 시기 선도.

상기한 본 발명의 목적은, 캠샤프트의 회전에 따라 밸브를 개폐하는 캠에 있어서, 상기 캠은, 캠샤프트에 대해 수직인 방향으로 로브의 중앙부가 소정폭 제거되어 있고, 상기 제거부의 중앙에 수직 방향으로 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 돌출부로부터 기초원 하부면까지 수직으로 관통 볼트공이 형성되어 있는, 캠 본체;

상기 캠 본체의 돌출부에 대응하는 오목부가 하부면으로부터 상부로 형성되어 있고, 상기 캠 본체의 관통 볼트공에 대응하는 볼트공이 상기 오목부에 형성되어 있으며, 상기 캠 본체의 제거부에 끼워 맞춤될 때 상기 오목부에 상기 돌출부가 정확히 삽입되어 완전한 캠 형상을 이루는, 이동 가능한 로브;

상기 이동 로브가 상기 캠 본체 쪽으로 가압되도록 상기 캠 본체의 기초원 하부면 쪽에 스프링이 삽입되어 있고 상기 캠 본체와 이동 로브에 형성된 볼트공에 탄성적으로 체결되어 상기 캠 본체와 이동 로브를 완전한 캠 형상으로 조립하는 조립 볼트를 포함하고;

여기에서, 상기 돌출부와 상기 오목부에 의해 규정되는 공간이 오일실을 형성하며, 상기 오일실에 오일을 공급하기 위해, 상기 캠 본체에는 상기 캠샤프트에 형성된 오일 공급로에 연결되는 오일 통로가 형성되어 있고;

이로써, 상기 이동 로브는, 상기 이동 로브가 상기 스프링에 의해 상기 캠본체에 밀착하여 전체 캠의 장경이 최단 길이가 되는 위치로부터, 상기 오일 통로를 통해 상기 오일실로 공급되는 오일 유압에 의해 상기 이동 로브가 상승하여 전체 캠의 장경이 최장 길이로 되는 위치까지, 엔진 회전 속도에 비례하여 증가하는 오일 유압에 따라, 상하로 이동되는 것을 특징으로 하는 캠구조에 의해 달성된다.

바람직하게 상기 캠 본체의 기초원 하면부에는 상기 압축 스프링과 상기 조립 볼트의 헤드가 수용되어 조립 볼트 헤드가 캠 본체의 기초원 외면으로 돌출 되지 않도록 하는 오목홈이 형성되어 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 캠구조에 대해 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

본 발명의 캠구조는 합금 주철을 주조하여 캠샤프트와 캠을 일체로 형성한 일체형과, 강파이프로 이루어진 중공 캠샤프트에 소결 캠을 접합한 중공형에 모두 적용할 수 있다.

도1은 본 발명의 캠구조를 일체형에 적용한 예의 분해 사시도이고 도2는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 캠은 계란형의 단일 부재로 구성되어 있지 않고, 캠 본체(1)와 이동 로브(3)를 조립 볼트(5)로 조립하므로써 완전한 캠을 형성하도록 되어 있다.

캠 본체(1)는 완전한 캠 형상에서 캠샤프트(7)에 대해 수직인 방향으로 로브의 중앙부가형으로 소정폭 제거되어 있는 형상을 가진다. 그리고, 상기 제거부(9)의 중앙에는 수직 방향으로 돌출부(11)가 형성되어 있다. 이 돌출부(11)는 후술하는 이동 로브(3)의 오목부(19)에 대응하는 형상을 가지며, 조립시 상기 오목부(19)에 꼭 끼워 맞춤되고 이들 사이에 오일실(29)을 형성한다. 상기 돌출부(11)의 상단에서부터 캠 본체의 기초원(13) 하부면까지 수직으로 관통 볼트공(15)이 형성되어 있다. 또한, 바람직하게, 상기 캠 본체(1)의 기초원(13) 하면부에는 후술하는 압축 스프링(27)과 상기 조립 볼트(5)의 헤드(25)가 수용되어 조립 볼트 헤드(6)가 캠 본체(1)의 기초원 외면으로 돌출 되지 않도록 하는 오목홈(17)이 형성되다.

이동 로브(3)는 상기 캠 본체(1)의 제거부(9)에 정확하게 끼워 맞춤되어 완전한 캠 형상을 이루는 부재이다. 이동 로브(3)의 하부면 중앙에는 상기 캠 본체(1)의 돌출부(11)에 대응하는 오목부(19)가 상부로 형성되어 있다. 따라서, 이동로브(3)를 상기 캠 본체(1)의 제거부(9)에 끼워 맞춤할 때, 상기 오목부(19)에 상기 돌출부(11)가 정확히 삽입된다. 오목부(19)의 중앙에는 상기 캠 본체(1)의 관통볼트공(15)에 대응하는 볼트공(21)이 상부로 형성되어 있다.

상기 캠 본체(1)와 상기 이동 로브(3)는 상기 캠 본체와 이동 로브에 형성된 관통 볼트공(15)과 볼트공(21)에 체결되는 조립 볼트(5)에 의해 조립된다. 조립 볼트(5)에는 상기 오목홈(17)과 상기 관통 볼트중(15)의 경계선 상에 형성된 턱(23)과, 상기 조립 볼트(5)의 헤드(25) 사이에 압축 스프링(27)이 삽입되어 있다. 이 압축 스프링(27)은 그 탄성에 의해 상기 이동 로브(3)를 상기 캠 본체(1)에 밀착시키는 작용을 하며, 또한 압축 스프링(27)의 탄성력을 능가하는 힘이 상기 이동 로브(3)에 상부쪽으로 가해질 때, 상기 이동 로브(3)가 상부쪽으로 이동될 수 있도록하는 여유를 제공하는 작용을 한다.

상기 돌출부(11)와 상기 오목부(19)에 의해 규정되는 공간은 상기 이동 로브를 상부쪽으로 가압하는 이동시키는 오일실(29)을 형성한다. 캠샤프트(7)에는 도시되지 않은 오일 펌프로부터 오일을 캠의 오일실(29)에 공급하기 위한 오일 공급로(31)가 캠샤프트(7)를 따라 형성되어 있고, 상기 캠 본체(1)에는 상기 캠샤프트의 오일 공급로(31)와 상기 오일실(29)을 연통하는 오일 통로(33)가 형성되어 있다.

이하, 도2를 참조하여 본 발명에 따른 캠구조의 작용을 설명한다.

도2의 실선으로 나타낸 바와 같이, 엔진이 저속으로 회전할 때에, 상기 오일실(29)에 오일이 공급되지 않기 때문에, 상기 이동 로브(3)는 상기 스프링(27)의 탄성에 의해 상기 캠 본체(1)에 밀착하여 위치하여, 캠의 장경(L)은 최단 길이가 된다. 따라서, 캠의 장경(L)과 단경(1)의 차이로부터 결정되는 밸브 리프트량과, 흡기 밸브와 배기 밸브의 밸브 오버랩 기간은 도3의 실선으로 나타낸 것과 같게 된다.

한편, 엔진의 속도가 증가함에 따라, 그 속도에 비례하여 캠샤프트(7)의 오일 공급로(31)를 경유하여 상기 오일 통로(33)를 통해 상기 오일실(29)로 공급되는 오일에 의해, 상기 오일실(29) 내의 유압이 증가하며, 따라서 유압이 스프링(27)의 탄성력을 초과하는 시점부터 이동 로브가 상승하게 된다. 결국, 도2에 점선으로 나타낸 바와 같이, 상기 이동 로브(3)는 엔진 속도에 따라 캠의 장경(L)이 최장 길이로 되는 위치까지 상승한다. 이동 로브(3)의 상승에 따라 캠의 장경이 길어짐으로써, 도3에 점선으로 나타낸 바와 같이, 캠 리프트량(밸브 리프트량)이 커지는 한편, 흡기 밸브와 배기 밸브가 그 개방 시각이 빨라지고 폐쇄 시각이 늦추어져서 밸브 오버랩 기간이 길어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 캠은 엔진 속도에 비례하게 이동 로브에 가해지는 오일 유압에 따라, 소정의 범위 내에서 이동 로브가 상하로 이동 가능함으로, 엔진 저속시에는 이동 로브가 하강되어 있게 하여 밸브 오버랩 기간을 짧게 하고 밸브 리프트량을 작게 함으로써, 실린더로 유입하는 혼합기의 양이 적고 힘이 약한 상황에서 잔류하는 배기 연소 가스가 혼합기에 흡입되는 현상이 가능한 한 적게 발생하도록 하여 혼합기의 연소 상태 악화를 저감시킬 수 있고, 고속시에는, 이동 로브가 상승되어 하여 밸브 오버랩 기간을 길게 하고 밸브 리프트량을 크게 함으로써, 혼합기의 흡기 효율과 연소 가스의 배기 효율을 높이고 충전 효율을 높일 수 있다. 따라서, 엔진 속도에 따라 가능한 한 최적의 엔진 효율을 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 캠샤프트의 회전에 따라 밸브를 개폐하는 캠에 있어서, 상기 캠은, 캠샤프트(7)에 대해 수직인 방향으로 로브의 중앙부가 소정폭 제거되어 있고, 상기 제거부(9)의 중앙에 수직 방향으로 돌출부(11)가 형성되어 있으며, 상기 돌출부로부터 기초원(13) 하부면까지 수직으로 관통 볼트공(15)이 형성되어 있는, 캠 본체(1);

   상기 캠 본체(1)의 돌출부(11)에 대응하는 오목부(19)가 하부면으로부터 상부로 형성되어 있고, 상기 캠 본체(1)의 관통 볼트공(15)에 대응하는 볼트공(21)이 상기 오목부(19)에 형성되어 있으며, 상기 캠 본체(1)의 제거부(9)에 끼워 맞춤될 때 상기 오목부(19)에 상기 돌출부(11)가 정확히 삽입되어 완전한 캠 형상을 이루는, 이동 가능한 로브(3);

   상기 이동 로브(3)가 상기 캠 본체(3) 쪽으로 가압되도록 상기 캠 본체의 기초원(13) 하부면 쪽에 스프링(27)이 삽입되어 있고 상기 캠 본체(1)와 이동 로브(3)에 형성된 볼트공(15,21)에 탄성적으로 체결되어 상기 캠 본체와 이동 로브를 완전한 캠 형상으로 조립하는 조립 볼트를 포함하고;

   여기에서, 상기 돌출부(11)와 상기 오목부(19)에 의해 규정되는 공간이 오일실(29)을 형성하며, 상기 오일실(29)에 오일을 공급하기 위해, 상기 캠 본체(1)에는 상기 캠샤프트(7)에 형성된 오일 공급로(31)에 연결되는 오일 통로(33)가 형성되어 있고;

   이로써, 상기 이동 로브(3)는, 상기 이동 로브가 상기 스프링(27)에 의해 상기 캠 본체에 밀착하여 전체 캠의 장경이 최단 길이가 되는 위치로부터, 상기 오일통로(33)를 통해 상기 오일실(29)로 공급되는 오일 유압에 의해 상기 이동 로브가 상승하여 전체 캠의 장경이 최장 길이로 되는 위치까지, 엔진 회전 속도에 비례하여 증가하는 오일 유압에 따라, 상하로 이동되는 것을 특징으로 하는 캠구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 캠 본체(1)의 기초원(13) 하면부에는 상기 스프링(27)과 상기 조립 볼트(5)의 헤드(25)가 수용되어 조립 볼트 헤드(25)가 캠 본체의 기초원(13) 외면으로 돌출 되지 않도록 하는 오목홈(17)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캠구조.