KR101063489B1

KR101063489B1 - 가변 밸브 리프트

Info

Publication number: KR101063489B1
Application number: KR1020080115627A
Authority: KR
Inventors: 이은호; 곽영홍; 권기영; 공진국; 우수형; 김영남
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: US8251027B2; DE102009037429A1; KR20100056700A; US20100122677A1

Abstract

본 발명은 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것으로 캠 샤프트, 상기 캠 샤프트에 편심되어 구비된 입력 캠, 상기 캠 샤프트와 평행하게 구비된 제어 축, 상기 제어 축에 구비된 제어 링크, 상기 제어 축에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비된 구동 캠, 상기 구동 캠에 형성된 접촉부 그리고 상기 접촉부와 접촉하며 상기 구동 캠의 피벗 운동에 대응하여 개폐되는 밸브 개폐 유닛을 포함하되, 상기 제어 링크, 상기 입력 캠 및 상기 구동 캠은 연결부를 통해 연결되고, 상기 제어 링크의 회전에 의하여 상기 입력 캠과 상기 구동 캠의 상대적인 거리가 조절된다.

연속 가변 밸브 리프트(CVVL: Continuous Variable Valve Lift), 입력 캠, 캠 축

Description

가변 밸브 리프트{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

본 발명은 가변 밸브 리프트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 밸브의 리프트를 엔진의 동작상태에 따라 연속적으로 가변 시킬 수 있는 가변 밸브 리프트 장치에 관한 것이다.

내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다. 공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다. 또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.

그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 가변 밸브 리프트(variable valve lift; VVL) 장치가 연구되고 있다.

본 발명의 목적은 롤러와 스프링 등의 구성이 없이 밸브 리프트를 가변 할 수 있는 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

구성이 간단하여 생산 비용을 줄일 수 있고, 전체 중량을 줄일 수 있어 연비를 향상 시킬 수 있는 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 캠 샤프트, 상기 캠 샤프트에 편심되어 구비된 입력 캠, 상기 캠 샤프트와 평행하게 구비된 제어 축, 상기 제어 축에 구비된 제어 링크, 상기 제어 축에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비된 구동 캠, 상기 구동 캠에 형성된 접촉부 그리고 상기 접촉부와 접촉하며 상기 구동 캠의 피벗 운동에 대응하여 개폐되는 밸브 개폐 유닛을 포함하되, 상기 제어 링크, 상기 입력 캠 및 상기 구동 캠은 연결부를 통해 연결되고, 상기 제어 링크의 회전에 의하여 상기 입력 캠과 상기 구동 캠의 상대적인 거리가 조절될 수 있다.

상기 연결부는 상기 입력 캠과 상기 제어 링크를 연결하는 제1 연결 링크 그리고, 상기 입력 캠과 상기 구동 캠을 연결하는 제2 연결 링크를 포함할 수 있다.

상기 접촉부는 그 단면이 상기 제어 축의 중심과 일정한 거리를 갖는 제로 리프트 구간 그리고 그 단면이 상기 제어 축의 중심으로부터 멀어지는 형상의 리프 트 구간을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 캠 샤프트, 상기 캠 샤프트에 편심되어 구비된 입력 캠, 상기 캠 샤프트와 평행하게 구비된 제어 축, 상기 제어 축에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비된 구동 캠, 그리고 상기 구동 캠의 피벗 운동에 대응하여 개폐되는 밸브 개폐 유닛을 포함하되, 상기 제어 축을 기준으로 상기 구동 캠의 피벗 운동하는 상대적인 중심각을 제어하여 상기 밸브 개폐 유닛의 개폐를 변화시킬 수 있다.

상기 가변 밸브 리프트 장치는 상기 구동 캠에 형성된 접촉부를 포함하고, 상기 밸브 개폐 유닛은 상기 접촉부와 접촉할 수 있다.

상기 제어 축에는 제어 링크가 구비되고, 상기 제어 링크, 상기 입력 캠 및 상기 구동 캠은 연결부를 통해 연결될 수 있다.

상기 접촉부는 그 단면이 상기 제어 축의 중심과 일정한 거리를 갖는 제로 리프트 구간 그리고 그 단면이 상기 제어 축의 중심으로부터 멀어지는 형상의 리프트 구간을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치에 의하면, 롤러와 스프링 등의 부품이 필요 없고, 구성이 간단하여 생산 비용을 줄일 수 있다.

또한, 전체 중량을 줄일 수 있어 동적 하중이 작고 연비를 향상 시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 밸브 리프트 장치는 캠 샤프트(10), 상기 캠 샤프트(10)에 편심되어 구비된 입력 캠(20), 상기 캠 샤프트(10)와 평행하게 구비된 제어 축(30), 상기 제어 축(30)에 구비된 제어 링크(40)를 을 포함한다.

상기 제어 축(30)에는 피벗(pivot) 운동 가능하게 구동 캠(50)이 구비되며, 상기 구동 캠(50)에는 접촉부(60)가 형성되고, 상기 접촉부(60)와 접촉하며 상기 구동 캠(50)의 피벗 운동에 대응하여 밸브 개폐 유닛(70)이 개폐된다.

상기 제어 링크(40), 상기 입력 캠(20) 및 상기 구동 캠(50)은 연결부(80)를 통해 연결되고, 상기 제어 링크(40)의 회전에 의하여 상기 입력 캠(20)과 상기 구동 캠(50)의 상대적인 거리가 조절될 수 있다.

상기 연결부(80)는 상기 입력 캠(20)과 상기 제어 링크(40)를 연결하는 제1 연결 링크(82) 그리고, 상기 입력 캠(20)과 상기 구동 캠(50)을 연결하는 제2 연결 링크(84)를 포함한다.

상기 접촉부(60)는 그 단면이 상기 제어 축(30)의 중심과 일정한 거리(R)를 갖는 제로 리프트 구간(62) 그리고 그 단면이 상기 제어 축(30)의 중심으로부터 멀어지는 형상의 리프트 구간(64)을 포함한다.

상기 제어 링크(40)는 엔진의 작동 상태에 따라 회전 위치가 가변 되며, 이러한 작동은 스텝 모터나 액추에이터 등을 포함하여 실현될 수 있고, 이러한 제어 링크(40)의 작동은 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 상세한 설명을 통해 구현 가능하므로 자세한 설명은 생략한다.

도2의 (a)와 (b)는 각각 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드에서 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태를 나타내는 도면이고, 도3의 (a)와 (b)는 각각 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트 모드에서 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 도2 및 도3을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 작동을 설명한다.

도면에 도시된 "A"는 제어 축(30)의 중심을 나타내고, "B"는 상기 제어 링크(40)와 상기 제1 연결 링크(82)의 연결 부분을 나타낸다.

"C"는 하이 리프트 모드에서 상기 "A"와 "B"를 연결한 가상의 선을 나타내며, "D"는 로우 리프트 모드에서 상기 "A"와 "B"를 연결한 가상의 선을 나타낸다.

상기 제로 리프트 구간(62)은 그 단면이 상기 "A"와 일정한 거리를 갖고, 상기 리프트 구간(64)은 그 단면이 상기 "A"로부터 멀어지는 형상을 갖는다.

하이 리프트 모드에서는 상기 제어 링크(40)가 상기 제어 축(30)을 기준으로 도면에서 상대적으로 반시계 방향에 위치한다.

상기 캠 샤프트(10)가 회전하면 상기 캠샤프트에 편심되어 구비된 상기 입력 캠(20)이 회전하며, 상기 입력 캠(20)의 회전에 의해 상기 연결부(80)가 왕복 운동하게 되고, 상기 연결부(80)와 연결된 상기 구동 캠(50)이 상기 제어 축(30)을 중심으로 피벗(pivot) 운동한다.

상기 구동 캠(50)의 피벗 운동에 의하여 상기 제로 리프트 구간(62)과 상기 리프트 구간(64)이 반복하여 상기 밸브 개폐 유닛(70)과 접촉하며 상기 밸브 개폐 유닛(70)이 개폐된다.

엔진에 필요한 로드(load)가 작은 감속 또는 정속 구간에서는 로우 리프트 모드로 전환된다.

상기 로우 리프트 모드에서는 상기 제어 축(30)이 시계 방향으로 회전한다.

즉, 도3에 도시된 바와 같이 상기 제어 링크(40)가 "α" 만큼 회전되어 위치한다.

그러면 상기 구동 캠(50)과 상기 입력 캠(20)의 상대적인 거리가 가까워 지고, 상기 제로 리프트 구간(62)과 상기 밸브 개폐 유닛(70)과 접촉하는 시간은 상대적으로 길어지고, 상기 리프트 구간(64)과 상기 밸브 개폐 유닛(70)고 접촉하는 시간은 상대적으로 짧아진다.

제로 리프트 구간(62)에서는 그 단면 형상이 상기 제어 축(30) 중심(A)과 동일하므로 밸브가 개폐되지 않으며, 따라서 로우 리프트 모드에서는 하이 리프트에 서의 밸브 리프트(H)에 비하여 밸브 리프트(L)가 작아지게 된다.

도면에는 하이 리프트 모드와 로우 리프트 모드에 대하여만 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엔진이 운전 상태에 따라 조절 링크의 회전각을 조절하여 연속적으로 리프트 양을 조절할 수 있다.

또한, 상기 제어 링크(40)의 회전각 조절이나 상기 제로 리프트 구간(62)과 상기 리프트 구간(64)의 설계 변경에 따라 리프트 발생이 없는 CDA(cylinder deactivation)를 구현 할 수도 있다.

즉, 도3에서 상기 제어 링크(40)를 시계 방향으로 더 회전 시키면 상기 리프트 구간(64)과 상기 밸브 개폐 유닛(70)이 접하지 않게 되어 캠 샤프트가 회전하더라도 밸브는 열리지 않는다.

상술한 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 작동은, 상기 제어 축의 피벗 운동의 상대적인 중심각의 변화로 설명할 수도 있다.

즉, 상기 제어 링크(40)가 "α" 만큼 상대적인 위치가 변하면, 이에 비례하여 상기 구동 캠(50)이 상기 제어 축(30)을 기준으로 피벗 운동하는 상대적인 중심각이 변하게 되어 상기 밸브 개폐 유닛(70)의 개폐가 가변된다.

도4는 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 밸브 리프트 변화를 도시한 그래프이다.

도4에 도시된 바와 같이 캠 샤프트(10)의 회전 방향과 상기 제어 링크(40)가하이 리프트에서 로우 리프트로 회전하는 방향이 반대일 경우, 밸브 리프트가 진각(advanced)된다.

따라서, 저부하 운전에서 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도2는 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 하이 리프트 모드의 작동을 나타내는 도면이다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 로우 리프트 모드의 작동을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 캠 샤프트 20: 입력 캠

30: 제어 축 40: 제어 링크

50: 구동 캠 60: 접촉부

62: 제로 리프트 구간 64: 리프트 구간

70: 밸브 개폐 유닛 80: 연결부

82: 제1 연결 링크 84: 제2 연결 링크

Claims

캠 샤프트,

상기 캠 샤프트에 편심되어 구비된 입력 캠,

상기 캠 샤프트와 평행하게 구비된 제어 축,

상기 제어 축에 구비된 제어 링크,

상기 제어 축에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비된 구동 캠,

상기 구동 캠에 형성된 접촉부 그리고

상기 접촉부와 접촉하며 상기 구동 캠의 피벗 운동에 대응하여 개폐되는 밸브 개폐 유닛

을 포함하되,

상기 제어 링크, 상기 입력 캠 및 상기 구동 캠은 연결부를 통해 연결되고,

상기 제어 링크의 회전에 의하여 상기 입력 캠과 상기 구동 캠의 상대적인 거리가 조절되되,

상기 연결부는

상기 입력 캠과 상기 제어 링크를 연결하는 제1 연결 링크 그리고,

상기 입력 캠과 상기 구동 캠을 연결하는 제2 연결 링크,

를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
삭제
제1항에서,

상기 접촉부는

그 단면이 상기 제어 축의 중심과 일정한 거리를 갖는 제로 리프트 구간 그리고

그 단면이 상기 제어 축의 중심으로부터 멀어지는 형상의 리프트 구간

을 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
캠 샤프트,

상기 캠 샤프트에 편심되어 구비된 입력 캠,

상기 캠 샤프트와 평행하게 구비된 제어 축,

상기 제어 축에 피벗(pivot) 운동 가능하게 구비된 구동 캠, 그리고

상기 구동 캠의 피벗 운동에 대응하여 개폐되는 밸브 개폐 유닛

을 포함하되,

상기 제어 축을 기준으로 상기 구동 캠의 피벗 운동하는 상대적인 중심각을 제어하여 상기 밸브 개폐 유닛의 개폐를 변화시키며,

상기 구동 캠에 형성된 접촉부를 더 포함하고,

상기 밸브 개폐 유닛은 상기 접촉부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 리프트 장치.
삭제
제4항에서,

상기 제어 축에는 제어 링크가 구비되고,

상기 제어 링크, 상기 입력 캠 및 상기 구동 캠은 연결부를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 하는 가변 밸브 리프트 장치.
제6항에서,

상기 연결부는

상기 입력 캠과 상기 제어 링크를 연결하는 제1 연결 링크 그리고,

상기 입력 캠과 상기 구동 캠을 연결하는 제2 연결 링크,

를 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.
제4항, 제6항 또는 제7항 중 어느 하나의 항에서,

상기 접촉부는

그 단면이 상기 제어 축의 중심과 일정한 거리를 갖는 제로 리프트 구간 그리고

그 단면이 상기 제어 축의 중심으로부터 멀어지는 형상의 리프트 구간

을 포함하는 가변 밸브 리프트 장치.