KR100387867B1 - 엔진의 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 밸브 리프트량을 엔진의 동작상황에 맞추어 가변시킬 수 있도록 한 것에 관한 것으로서,

밸브의 스템엔드와 캠의 사이에 설치된 유압식 밸브 태핏 내부의 피스톤 하측 고압실에 밸브볼을 상기 피스톤에 형성된 밸브구멍을 향해 탄지하도록 설치된 볼밸브스프링과, 상기 밸브볼이 상기 밸브구멍을 개방하는 방향으로 이동되도록 하는 자력선을 공급하도록 상기 고압실 내에 설치된 전자석과, 엔진의 운전상태에 따라 상기 전자석에 제공되는 전력을 제어하는 컨트롤러로 구성된 엔진의 가변 밸브 리프트 장치를 제공하여,

엔진의 밸브리프트를 자동적으로 제어되는 전자석에 의해 엔진의 운전상태에 따라서 실시간으로 변화시킬 수 있도록 하여 현재의 엔진 상태에 가장 적합한 밸브 개폐동작으로 연비향상 및 출력향상을 도모할 수 있도록 한다.

Description

엔진의 가변 밸브 리프트 장치{A VARIABLE VALVE LIFT CONTROL SYSTEM OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 가변 밸브 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브의 리프트량을 엔진의 동작상황에 맞추어 가변시킬 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 실린더와 실린더 헤드 및 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤의 사이에 형성되는 연소실에서 연료를 연소시켜 발생된 폭발력을 상기 피스톤에 연결된 커넥팅 로드를 통해 크랭크샤프트를 회전시킴으로서 열에너지를 기계적인 회전력으로 변환하는 장치이다.

상기와 같은 엔진의 실린더 헤드에는 연료가 연소되어 동력을 발생시키도록 하는 연소실이 구비되고, 이 연소실에는 연소될 연료가 포함된 혼합기를 제공하는 흡기밸브와 연소된 가스를 방출하기 위한 배기밸브가 형성되어 있는 바, 이들 흡기밸브 및 배기밸브는 크랭크샤프트에 연결된 밸브 개폐 기구에 의해 연소실을 개폐하도록 이루어져 있다.

여기서, 상기 밸브 개폐 기구는 주로 오버 헤드 밸브식과, 오버 헤드 캠 샤프트방식이 사용되는데, 상기 두 가지 방법 모두 크랭크샤프트에 연결되어 회전하는 캠 샤프트의 캠 운동을 밸브의 직선 운동으로 변환시키는 것이다.

이와 같은 밸브 개폐 기구는 일반적으로 일정한 프로파일을 가지는 캠에 의해서 밸브가 항상 일정한 리프트를 형성하면서 개폐되도록 되어 있는데, 이러한 일정한 밸브리프트를 가지는 밸브 개폐 기구는 다음과 같은 측면이 있다.

즉, 일반적인 DOHC엔진의 경우에 아이들상태 및 저속 저부하 상태에서는 한 개의 흡기밸브만으로 운전이 가능하지만 항상 두 개의 밸브가 개폐되면서 불필요한 밸브구동마찰로 인해 연비가 나빠지게 하는 측면이 있고, 6기통이나 8기통 이상의 엔진에서는 아이들 및 저속저부하 상태에서 차량의 NVH(NOISE VIBRATION HARSHNESS) 측면에서 허용되는 한도 내에서는 전기통이 폭발할 필요가 없어서 일부의 실린더는 작동하지 않아도 되지만 전기통이 작동되기 때문에 상대적으로 연비에 불리하고, 엔진의 저,중,고속 영역의 운전상태에 각각 적합한 흡기효율을 확보하기에 곤란하여 일부속도 영역에 대해서는 그 성능의 일부를 희생시켜야하는 문제점을 가지고 있다.

한편, 린번(LEAN BURN)엔진의 경우에는 희박공연비의 연료를 효과적으로 연소시키기 위하여 흡기포트 중 한쪽에는 스월컨트롤밸브(SWIRL CONTROL VALVE)를 설치하여, 린번 운전영역에서는 스월컨트롤밸브를 닫아 실린더내에 빠른 유속의 스월을 발생시키도록 하고 있는데, 린번 운전영역이 아닌 경우에는 이 스월컨트롤밸브가 흡기작용의 저항요소로 작용하여 공기 충진효율이 저하되도록 하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 엔진의 밸브리프트를 엔진의 운전상태에 따라서 실시간으로 변화시킬 수 있도록 하여 현재의 엔진 상태에 가장 적합한 밸브 개폐동작을 구현하여 연비향상 및 출력향상을 도모할 수 있도록 한 엔진의 가변 밸브 리프트 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 가변 밸브 리프트 장치의 전자석에 전원이 공급되지 않은 상태의 상태도,

도 2는 도 1의 전자석에 전원이 공급되는 상태의 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 볼밸브스프링 2: 전자석

3: 컨트롤러 100: 실린더

102: 캠 104: 태핏하우징

106: 오일리저버 108: 헤드갤러리

110: 피스톤 112: 밸브

114: 플런저 116: 플런저스프링

118: 밸브구멍 120: 밸브볼

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 가변 밸브 리프트 장치는 밸브의 스템엔드와 캠의 사이에 설치된 유압식 밸브 태핏 내부의 피스톤 하측 고압실에 밸브볼을 상기 피스톤에 형성된 밸브구멍을 향해 탄지하도록 설치된볼밸브스프링과, 상기 밸브볼이 상기 밸브구멍을 개방하는 방향으로 이동되도록 하는 자력선을 공급하도록 상기 고압실 내에 설치된 전자석과, 엔진의 운전상태에 따라 상기 전자석에 제공되는 전력을 제어하는 컨트롤러로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예를 도시한 것으로서 기존의 유압식 밸브 태핏의 내부 구조에 약간의 변형을 가하여 본 발명이 목적으로 하는 바를 실현할 수 있도록 하고 있다.

즉, 본 발명이 구현된 유압식 밸브 태핏은 실린더헤드(100)에 측면이 지지되고 상측면은 캠(102)의 하측에 직접 접촉되어 캠(102)의 프로파일대로 상하 운동하는 태핏하우징(104)과, 상기 태핏하우징(104)의 내부에 마련된 오일리저버(106)에 오일을 공급하도록 실린더헤드(100)에 마련된 헤드갤러리(108)와, 상기 태핏하우징(104) 하측에 접촉되도록 설치된 피스톤(110)과, 상기 피스톤(110)의 외측을 가이드하면서 피스톤(110)하측과 함께 고압실을 형성하고 하측에는 밸브(112)의 스템엔드가 접촉되는 플런저(114)와, 상기 플런저(114) 내부 고압실에 설치되어 플런저(114)를 밸브(112)의 스템엔드측으로 밀착시키도록 하는 플런저스프링(116)과, 상기 피스톤(110)에 형성된 밸브구멍(118) 및 이를 개폐할 수 있도록 되어있는 밸브볼(120) 등으로 구성되어 있고,

여기에, 상기 피스톤(110) 하측 고압실에 위치한 밸브볼(120)을 상기 피스톤(110)의 밸브구멍(118)을 향해 탄지하도록 마련된 볼밸브스프링(1)과, 상기밸브볼(120)이 상기 밸브구멍(118)을 개방하는 방향으로 이동되도록 하는 자력선을 공급하도록 상기 고압실 내에 설치된 전자석(2)과, 엔진의 운전상태에 따라 상기 전자석에 제공되는 전력을 제어하는 컨트롤러(3)를 더 구비하였다.

여기서, 상기 볼밸브스프링(1)은 밸브볼(120)이 상기 전자석(2)의 자력 작용상태에 따라서 신속하게 피스톤(110)의 밸브구멍(118)을 개폐할 수 있는 정도의 탄성력을 제공하도록 해야하며, 상기 컨트롤러(3)는 본 실시예에서는 엔진의 ECU를 직접 사용하여 차량의 운전상태 및 엔진동작상태를 종합적으로 고려하여 상기 전자석으로 제공되는 전력을 제어할 수 있도록 하고 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

엔진의 운전상황에 따라서, 상기 유압식 밸브 태핏의 내부에 설치된 전자석은 적절한 전력을 공급받아 제어됨에 의해 상기 밸브볼(120)의 상태를 결정하여 밸브(112)의 리프트량을 조절하게 된다.

즉, 도 1에 도시된 것과 같이 상기 전자석(2)에 전원이 공급되지 않아 상기 밸브볼(120)이 상기 볼밸브스프링(1)에 의해 상기 피스톤(110)의 밸브구멍(118)을 막고 있는 상태에서는 상기 오일리저버(106)와 상기 고압실이 연통되지 않고 차단되어 상기 플런저(114)내부의 고압실은 오일이 비압축성이므로 강체와 같은 상태로 동작하게 되는바, 상기 캠(102)의 회전운동에 의해 태핏하우징(104)이 하측으로 이동되면 상기 피스톤(110)으로 그 힘이 전달되고, 이는 그대로 상기 고압실을 통해 플런저(114)로 전달되어, 플런저(114)로 하여금 밸브(112)를 하측으로 이동시켜 연소실을 개방시키도록 한다.

이때에는 상기 캠(102)의 프로파일대로 리프트의 손실이 없이 그대로 밸브(112)로 리프트량이 전달되어 밸브(112)의 리프트량은 최대가 된다.

반면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전자석(2)에 전원이 공급되어 상기 밸브볼(110)이 상기 볼밸브스프링(1)을 압축시키면서 상기 전자석(2)에 밀착되어 상기 피스톤(110)의 밸브구멍(118)을 개방하는 경우에는, 상기 캠(102)의 회전에 따른 리프트량이 상기 태핏하우징(104)을 통해 피스톤(110)에 전달되면, 상기 피스톤(110)은 하측으로 이동되는데, 이때에는 상기 피스톤(110) 하측의 고압실이 상기 밸브구멍(118)을 통해 오일리저버(106)와 연통되는 상태가 되어 있으므로 피스톤(110)의 움직임이 상기 플런저(114)로 전달되지 못하고 피스톤(110)은 상기 플런저 (114)내부에서만 하측으로 섭동하게 된다.

물론, 상기 태핏하우징(104)의 하향스트로크가 상기 태핏하우징(104)과 플런저(114) 사이의 간격보다 큰 경우에는 상기 태핏하우징(104)이 일정 스트로크 후에는 직접 상기 플런저(114)에 접촉되어 리프트량을 전달하므로 밸브(112)는 약간 이동하면서 소량 개방되는 상태가 되고, 플런저(114)의 높이를 조절하여 태핏하우징(104)과 플런저(114) 사이의 간격이 태핏하우징(104)의 하향 스트로크보다 큰 경우에는 상기 캠(102)의 회전에 의한 리프트량은 상기 밸브(112)로 전달되지 않고 단지 피스톤(112)이 상기 플런저(114)내에서 섭동하는 동작만이 존재하게 된다.

따라서, 상기 전자석(2)의 작동상태에 따라서, 밸브(112)의 개폐상태가 조절될 수 있는 바, 이는 엔진 및 차량의 운행상태를 종합적으로 분석하여 최적의 밸브개폐상태를 결정하는 ECU에 의해 상기 전자석(2)이 작동되도록 함에 의해 엔진의 작동속도에 따른 최적의 밸브개폐상태를 구현하여 저속에서부터 고속에 이르기까지 필요로 하는 흡기효율을 충분히 확보할 수 있도록 한다.

한편, DOHC엔진의 경우에 아이들 상태나 저속저부하 상태에서는 하나의 흡기밸브는 해당 전자석에 전원을 공급하고 다른 하나의 흡기밸브쪽에는 전자석에 전원을 공급하지 않도록 하여, 결국 하나의 밸브만이 실질적으로 밸브가 섭동하는 동작이 이루어지도록 함으로써, 종래에 두 개의 밸브가 구동되면서 발생시키던 구동마찰을 거의 절반에 가깝게 줄여 동력손실의 최소화할 수 있다.

나아가, 6기통 이상의 엔진이 아이들 상태나 저속저부하 상태에 있어서 하나의 실린더 이상을 작동시키지 않아도 되는 경우에는 인젝터의 연료분사를 차단함과 아울러 상기 전자석(2)에 전원을 공급하여 밸브(112)의 리프트를 없앰으로써 불필요한 동력손실 및 연료의 소모를 방지할 수 있게 된다.

아울러, 린번 엔진에 적용할 경우 린번 운전영역에서 스월컨트롤밸브 대신에 본 발명에 의한 밸브 장치를 이용하여 한쪽의 흡기포트를 닫고 운전할 수 있도록 하여 다른 한쪽의 흡기포트를 통해 공급되는 공기가 고속의 유속으로 유입되면서 고속스월을 형성하도록 할 수 있어서 린번 운전이 가능하도록 함과 동시에, 린번 운전영역이 아닌 경우에는 정상적으로 작동하게 되어 종래의 스월컨트롤밸브가 비 린번운전영역에서 흡기저항을 유발하던 문제를 해결함과 아울러 별도의 스월컨트롤밸브를 요구하지 않게 되는 이점이 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진의 밸브리프트를 자동적으로 제어되는 전자석에 의해 엔진의 운전상태에 따라서 실시간으로 변화시킬 수 있도록 하여 현재의 엔진 상태에 가장 적합한 밸브 개폐동작으로 연비향상 및 출력향상을 도모할 수 있도록 한다.

Claims (1)

1. 밸브의 스템엔드와 캠의 사이에 설치된 유압식 밸브 태핏 내부의 피스톤 하측 고압실에 밸브볼을 상기 피스톤에 형성된 밸브구멍을 향해 탄지하도록 설치된 볼밸브스프링과, 상기 밸브볼이 상기 밸브구멍을 개방하는 방향으로 이동되도록 하는 자력선을 공급하도록 상기 고압실 내에 설치된 전자석과, 엔진의 운전상태에 따라 상기 전자석에 제공되는 전력을 제어하는 컨트롤러로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 밸브 리프트 장치.