KR100401645B1 - 전자 기계식 밸브 트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 기계식 밸브 트레인에 관한 것으로서,액추에이터 하우징과,상기 액추에이터 하우징에 내재되는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트의 하측에 장착되는 도전성의 하부플레이트와, 상기 상부플레이트와 하부플레이트를 연결하는 도전성의 로드로 구비되어 H형을 이루는 아마추어와, 상기 상부플레이트와 상기 로드 사이를 절연하도록 장착되는 절연체와, 상기 로드에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 보빈에 감겨 설치되는 제1코일과, 상기 보빈의 외측에 절연부재의 개재로 고정 장착된 철심코어에 감겨 설치되는 제2코일과, 상기 아마추어의 하단에 장착되는 밸브과, 상기 아마추어를 상측에서 탄성 지지하는 제1밸브 스프링과, 하측에서 탄성 지지하는 제2밸브 스프링을 구비한다.

Description

전자 기계식 밸브 트레인{ELECTRO-MECHANICAL BALVE TRAIN}

본 발명은 전자 기계식 밸브 트레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸브 트레인를 작동하는 아마추어가 능동적으로 작동되도록 하여 응답성을 개선시킴과 동시에 보다 가볍고 컴팩트하게 제작할 수 있는 전자 기계식 밸브 트레인에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 내연기관은 혼합기를 흡기 다기관으로 유입하여 연소실에서 압축 폭발시켜 크랭크 샤프트를 구동시킴에 의하여 출력을 발생시키고, 이 과정에서 연소된 배기 가스를 배기 다기관으로 배출시킨다. 이와 같이 혼합기를 유입하여 연소실에서 연소시키고 배출시키도록, 연소실의 상부를 형성하는 실린더 헤드의 흡, 배기 포트에는 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 내연 기관의 연소 상태는 달라지게 된다. 따라서 최적의 연소 제어를 위해선 밸브 트레인의 작동 제어가 무엇보다 중요하다.

이러한 밸브 트레인의 작동 제어 방식으로는 크랭크 샤프트에 의해 연동하는 캠축과 상기 캠축의 캠에 의해 힌지 작동하는 로커 아암 등에 의하여 흡, 배기 밸브를 기계적으로 승강시키는 캠방식이 주로 채택되고 있다.

그런데 상기 캠식 밸브 트레인은 최근 활발히 연구되는 첨단 전자 제어방식의 엔진 개발과 이를 위한 가변 밸브 타이밍 제어등에 있어서, 다양한 방식의 밸브 제어 조건을 충족 시키기에는 그 기계적 구조의 특성상 일정한 한계가 있었다.

이에 따라 밸브 트레인을 전자적으로 작동 가능하도록 개선한 것이 전자 기계식 밸브 트레인으로서, 이 밸브 트레인에 의하여 밸브 타이밍과 작동구간을 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 간소화 시킬 수 있었다.

상기와 같은 전자 기계식 밸브 트레인의 일 예를 들면, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브바디(1) 내에 닫힘 코일(2)과 열림 코일(3)을 상하로 배치하고, 이의 중간에는 평판형의 아마추어(4)를 배치하며, 상기 아마추어(4)에 밸브(5)를 연결하는 동시에 그 상하로 밸브 스프링(6)(7)을 설치하는 구조로 이루어진다.

이에 따라, 밸브(5)의 닫힘 유지는 닫힘 코일(2)에 전류를 온 시키고, 열림 코일(3)에 전류를 오프시키면 되며, 밸브(5)의 열림 유지는 열림 코일(3)에 전류를 온 시키고 닫힘 코일(2)에 전류를 오프 시키면 되며, 닫힘 동작은 닫힘 코일(2)과 열림 코일(3)을 모두 오프시키면 밸브(5)가 밸브 스프링(6)(7)에 의하여 중립 상태로 가고, 이 때 닫힘 코일(2)에 고전류를 흘려 보내면 밸브(5)가 완전히 닫히게 되며, 밸브(5)의 열림 동작은 이와 반대로, 닫힘 코일(2)과 열림 코일(3)을 모두 오프시킨 상태에서 열림코일(3)에 고전류를 흘려 보내면 밸브(5)가 완전히 열리게 된다.

이러한 종래 기술의 문제점으로는 철심으로 된 아마추어 플래이트가 운전시간이 지남에 따라 자화되어 상하 코일에 전류가 흐르지 않더라도 부착되는 인력이 작용하여 응답속도가 떨어지는 단점이 있다.

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

이에 따라, 아마추어가 닫힘 코일 또는 열림 코일의 어느 일측으로 이동한 후 타측으로 이동 시에는 그 내부에 생성된 자성이 잔존하여 작동의 응답성이 떨어지는 문제점이 있다.

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 있다.

본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 밸브 트레인를 작동하는 아마추어가 능동적으로 작동되도록 하여 응답성을 개선시킴과 동시에 보다 가볍고 컴팩트하게 제작할 수 있는 전자 기계식 밸브 트레인을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자 기계식 밸브 트레인을 개략적으로 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자 기계식 트레인을 개략적으로 도시한 단면도.

도 3은 도 2의 전자 기계식 밸브 트레인의 분해 사시도.

도 4는 도 2의 전자 기계식 밸브 트레인의 중립시의 작동도.

도 6은 도 2의 전자 기계식 밸브 트레인의 닫힘시의 작동도.

도 7은 전자 기계식 밸브 트레인의 열림시의 작동도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...액추에이터 하우징 20...아마추어

30...제1밸브스프링 40...밸브

50...제2밸브스프링 60...제1코일

70...제2코일

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자 기계식 밸브 트레인은,액추에이터 하우징; 상기 액추에이터 하우징에 내재되는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트의 하측에 장착되는 도전성의 하부플레이트와, 상기 상부플레이트와 하부플레이트를 연결하는 도전성의 로드로 구비되어 H형을 이루는 아마추어; 상기 상부플레이트와 상기 로드 사이를 절연하도록 장착되는 절연체; 상기 로드에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 보빈에 감겨 설치되는 제1코일; 상기 보빈의 외측에 절연부재의 개재로 고정 장착된 철심코어에 감겨 설치되는 제2코일; 상기 아마추어의 하단에 장착되는 밸브; 및 상기 아마추어를 상측에서 탄성 지지하는 제1밸브 스프링과, 하측에서 탄성 지지하는 제2밸브 스프링을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 절연체는 플라스틱 재질의 캡부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 아마추어는 상기 하우징의 상부에 결합되는 중립 위치 조정 스크류부재의 상하 이동에 따라 밀려 위치조정이 가능하도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 아마추어의 상부 플레이트에는 단이 형성되어 상기 제1밸브 스프링이 좌우로 움직이지 않도록 고정하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자 기계식 밸브 트레인을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자 기계식 밸브 트레인을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 전자 기계식 밸브 트레인의 분해 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 기계식 밸브트레인(100)은, 액추에이터 하우징(10)과, 상기 액추에이터 하우징(10)의 내부에 내장되는 제1/제2코일(60)(70)과, 상기 제1/제2코일(60)(70)의 사이에 개재되는 아마추어(20)와, 상기 아마추어(20)의 하단에 장착되는 밸브(40)와, 상기 아마추어(20)를 밸브(40)의 상,하측에서 각각 탄성 지지하는 제1/제2밸브 스프링 (30)(50)을 구비한다.

상기 액추에이터 하우징(10)은 그 외측에 다수의 체결부(11)가 마련되어 실린더 헤드(13)에 장착된다.

상기 액추에이터 하우징(10)의 내부에는 아마추어(20)가 내장된다. 상기 아마추어(20)는 상부 플레이트(15)와, 하부 플레이트(17)와, 상부 플레이트(15)와 하부 플레이트(17)를 연결하는 로드(19)로 구비되어 "H" 형상을 이룬다. 상기 아마추어(20)는 전류가 흐를 수 있는 도전체로 이루어진다. 상기 상부 플레이트(15)와 로드(19)는 절연체(12)가 개재되어 결합되며, 절연체(12)는 플라스틱 재질의 캡부재로 형성어, 하부 플레이트(17)와 상부 플레이트(15)의 상호 간이 절연되도록 한다.

상기 아마추어(20)의 상부 플레이트(15)에는 단(14)이 형성되고, 그 단(14)에는 제1밸브스프링(30)이 설치되어 아마추어(20)의 상부 플레이트(15)를 상부측에서 탄성지지하며, 하부플레이트(17)에는 밸브(40)가 장착되며, 밸브(40)의 외측에는 제2밸브스프링(50)이 장착되어 하부플레이트(17)를 하부측에서 탄성 지지한다.

한편, 상기 상부플레이트(15)가 결합되는 부분의 액추에이터 하우징(10)에는 중립위치 조정 스크류(21)가 장착된다. 상기 중립위치 조정 스크류(21)는 그 회전에 의한 상하 위치 조절에 의하여 제1밸브스프링(30)을 가압하게 되는 구조를 갖음으로써, 제1밸브스프링(30)의 탄성력을 조절하여 제1밸브스프링(30)과 제2밸브스프링(50)의 탄성력을 같도록 조절하여, 아마추어(20)가 액추에이터 하우징(10) 내에서 중심위치에 위치되도록 한다.

상기 아마추어(20)의 로드(19)에는 보빈(23)이 결합되고, 이 보빈(23)에는 권선을 감아 제1코일(60)이 제작되고, 그리고 제2코일은(70) 보빈(23)의 외측에 설치되는 철심코어(71)에 권선이 감겨 제작된다. 상기 보빈(23)과 철심코어(71)간에는 절연부재(24)로 절연된다. 이에 따라, 제1코일(60)과 제2코일(70)은 일체형으로 제작되며, 절연체(12)와 제1코일(60)이 간섭되지 않도록 제1코일(60)의 높이를 철심코어(71)의 높이보다 작게 마련한다.

상기의 구성을 갖는 본 발명에 따른 전자 기계식 밸브 트레인의 작용을 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 코일에 전류가 가해지지 않을 때 제1/제2밸브스프링(30)(50)에 의하여 아마추어(20)는 중간 위치에 위치된다.

다음, 본 발명의 전자 기계식 밸브 트레인(100)의 닫힘 작용을 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1/제2코일(60)(70) 각각에 동일 방향의 전류를 가하여 아마추어(20)와 철심코어(71)의 극성이 상반되도록 하면, 아마추어(20)는 상방향으로 이동되어 철심코어(71)에 안착되어 닫히게 된다. 여기서 제1밸브스프링(30)에는 압축력이 내재되고, 제2밸브 스프링(50)에는 인장력이 내재된다. 상기 제1/제2코일(60)(70)에 흐르는 전류의 방향은 두 방향으로 흐르는 전류를 동일 방향으로 하도록 하며, 제1/제2코일(60)(70)이 함께 동일 방향으로 흐르는 전류의 방향은 어느 방향이어도 무관하다.

그리고, 본 발명의 전자 기계식 밸브 트레인(100)의 열림 작용을 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2코일(70)에 흐르는 전류의 방향을 상기 닫힘 작용에 흐르는 전류 방향의 반대 방향으로 흐르도록 하면, 아마추어(20)와 철심코어(71)는동일 극성을 띄어 척력이 작용되며, 이로 인하여 아마추어(20)는 철심코어(71)로부터 분리된다. 이때 아마추어(20)는 제1/제2밸브스프링(30)(50)으로부터 작용되는 압축력과 인장력에 의하여 이동되어 중립위치를 지나 열림 위치로 이동된다.

상기 열림위치에서 아마추어(20)의 상부 플레이트(15)는 절연체(12)를 통한 절연상태이므로, 상부플레이트(15)는 제2코일(70)에 흐르는 전류에 의하여 철심코어(71)에 안착되게 된다. 이때 제1밸브 스프링(30)에는 인장력이 저장되고, 제2밸브 스프링(50)에는 압축력이 저장되어 다음 위치로 이동시 이동 에너지를 제공하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 전자 기계식 밸브 트레인의 열림과 닫힘 위치로의 이동은 제1/제2밸브 스프링(30)(50)에 저장된 인장/압축력에 의하여 이동되며, 아마추어(20)와 코일은 열림과 닫힘 위치시의 위치 고정에 필요한 접착력만을 제공한다. 그리고 상기 아마추어(20)의 하부플레이트는 극성이 용이하게 선택적으로 변화될 수 있음으로써, 응답속도가 향상된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 전자 기계식 밸브 트레인은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫쩨, 밸브 트레인을 작동시키는 아마추어가 코일에 흐르는 전류방향의 제어에 따라 이동되어 응답성이 향상된다.

둘째, 자화된 코일간에 인력 및 척력의 등대에 따라 아마추어의 크기를 소형화할 수 있음으로써, 보다 가볍고 컴팩트하게 밸브 트레인을 제작할 수 있다.

셋째, 아마추어의 하부 플레이트가 자화되어 응답성이 떨어지는 단점을 보완하기 위하여, 영구자석에 비하여 무게가 가벼운 철심코어 만을 가지고 주변에 코일로 아마추어를 능동적으로 자화 시킴으로 응답속도를 향상시키고, 아마추어가 코일에 불필요하게 부착되는 현상을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예들을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 액추에이터 하우징;

   상기 액추에이터 하우징에 내재되는 상부플레이트와, 상기 상부플레이트의 하측에 장착되는 도전성의 하부플레이트와, 상기 상부플레이트와 하부플레이트를 연결하는 도전성의 로드로 구비되어 H형을 이루는 아마추어;

   상기 상부플레이트와 상기 로드 사이를 절연하도록 장착되는 절연체;

   상기 로드에 슬라이딩 가능하도록 장착되는 보빈에 감겨 설치되는 제1코일;

   상기 보빈의 외측에 절연부재의 개재로 고정 장착된 철심코어에 감겨 설치되는 제2코일;

   상기 아마추어의 하단에 장착되는 밸브; 및

   상기 아마추어를 상측에서 탄성 지지하는 제1밸브 스프링과, 하측에서 탄성 지지하는 제2밸브 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 절연체는 플라스틱 재질의 캡부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인.
4. 제1항에 있어서,

   상기 아마추어는 상기 하우징의 상부에 결합되는 중립 위치 조정 스크류부재의 상하 이동에 따라 밀려 위치조정이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인.
5. 제1항에 있어서,

   상기 아마추어의 상부 플레이트에는 단이 형성되어 상기 제1밸브 스프링이 좌우로 움직이지 않도록 고정하는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 밸브 트레인.