KR101251494B1 - 무단 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 장치는 캠축, 상기 캠축에 구비된 입력 캠, 수평면과 이루는 각도가 변화되도록 상기 캠축에 회전 가능하게 연결되고, 제1 연결축이 구비된 제1 암을 포함하는 가변 레버, 상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 연결축을 중심으로 회전하는 제1 링크, 캠축을 중심으로 회전하는 출력 캠, 상기 출력 캠에 의하여 개폐되는 밸브 개폐부, 상기 제1링크의 회전을 상기 출력 캠에 전달하도록 구비된 연결부 및 상기 제1링크가 상기 출력 캠을 회전시킨 후 복원되도록 상기 캠축에 구비된 보조 캠을 포함한다.

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

Description

무단 가변 밸브 리프트 장치{CONTINUOUS VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS}

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

일반적으로 엔진에는 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 구비되고, 이 연소실에는 연소될 연료가 포함된 혼합가스를 제공하는 흡기밸브와 연소된 가스를 방출하는 배기밸브가 형성되어 있다. 이들 흡기밸브 및 배기밸브는 크랭크 샤프트에 연결된 밸브 개폐기구에 의해 연소실을 개폐한다.

통상적인 밸브 개폐기구는 일반적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 리프트 양을 가지게 되며, 따라서 흡입 또는 배출되는 가스의 양을 조절할 수 없다. 이에 따라 엔진은 그 운전영역 전반에 걸쳐서 필요로 하는 최적의 상태를 발휘하지 못하게 된다.

즉, 저속의 운전상태에 맞추어 밸브 개폐기구가 설계되면 고속의 운전상태에서는 밸브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계되면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 다양한 형태의 무단 가변 밸브 리프트 장치가 개발되어 왔고, 밸브를 연 후 리프트 장치를 원상으로 복원하기 위하여 스프링 등을 사용하였으나, 이러한 스프링은 피로로 인한 탄성력의 약화, 설계의 어려움, 밸브가 튀는(bounce) 현상 등의 문제를 일으켜 왔다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 스프링 등의 구성을 보조 캠으로 대신하며 작동 영역을 다양하게 구성할 수 있는 무단 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 구성이 간단하고, 일반적인 밸브 장치의 캠축을 중심으로 구성하여 실린더 헤드 등의 구조 변경 없이 제작이 가능한 무단 가변 밸브 리프트 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치는 캠축, 상기 캠축에 구비된 입력 캠, 수평면과 이루는 각도가 변화되도록 상기 캠축에 회전 가능하게 연결되고, 제1 연결축이 구비된 제1 암을 포함하는 가변 레버, 상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 연결축을 중심으로 회전하는 제1 링크, 캠축을 중심으로 회전하는 출력 캠, 상기 출력 캠에 의하여 개폐되는 밸브 개폐부, 상기 제1링크의 회전을 상기 출력 캠에 전달하도록 구비된 연결부 및 상기 제1링크가 상기 출력 캠을 회전시킨 후 복원되도록 상기 캠축에 구비된 보조 캠을 포함한다.

상기 제1 링크는 상기 보조 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 링크를 복원시키도록 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 돌출부는 상기 보조 캠과 상기 제1 링크의 간극을 조절할 수 있도록 간극 조절 나사 기구로 할 수 있다.

상기 연결부는 상기 가변 레버에 형성된 제2 암, 상기 제2 암에 구비된 제2 연결축 및 상기 제1 링크의 회전력을 전달 받아 상기 출력 캠을 회전시키도록 상기 제2 연결축에 구비된 제2 링크를 포함할 수 있다.

상기 연결부는 상기 제2 링크와 상기 출력 캠을 연결하는 제3 링크를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 링크의 양단에는 상기 입력 캠과 접촉하는 제1 롤러와 상기 제2 링크와 접촉하는 제2 롤러가 각각 구비될 수 있다.

상기 출력 캠은 제1,2부분을 포함하고, 상기 개폐부를 가변적으로 개폐하도록 제1부분은 일정한 반지름을 갖고, 제2부분은 반지름이 증가하도록 구비될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무단 가변 밸브 리프트 장치는 리프트 장치의 복원을 위한 스프링 등의 구성 없이 작동이 가능하여 밸브가 튀는 현상을 방지할 수 있고, 장기간 사용하여도 성능 저하가 없는 무단 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

리턴 스프링을 사용하지 않아 마찰 손실이 저감되어 로우(low) 밸브 리프트에서 연비개선 효과가 크다.

무단 가변 밸브 리프트 장치가 무거워지더라도 밸브 리프트 장치의 관성력이 밸브까지 전달 되지 않아 리턴 스프링에 의한 밸브의 점프(Jump), 바운스(Bounce) 현상을 방지할 수 있다.

간극 조절 나사를 조절하면 설계변경 없이 다양한 엔진에서 사용이 가능한 무단 가변 밸브 리프트를 제공한다.

캠축을 중심으로 부품이 구성되어 구조가 간단한 무단 가변 밸브 리프트를 구성할 수 있어, 기존의 밸브 리프트 트레인의 과도한 설계변경 없이 실시가 가능한 무단 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

부품수가 적어 생산 단가와 정비 비용을 절감할 수 있다.

직동식과 스윙암식 밸브 리프트에 적용이 가능하며, 제2 링크나 출력 캠의 간단한 설계변경으로 밸브 리프트 양을 조절할 수 있고, CDA모드의 운전도 가능하다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 정면도이고, 도 2는 도1의 무단 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 보조 캠과 제1 링크를 중심으로 도시한 도면이다.

도1 내지 도3에 나타난 바와 같이, 캠축(100)에는 입력 캠(200)이 구비된다.

상기 캠축(100)에는 가변 레버(300)가 구비되며, 상기 가변 레버(300)는 제1암(310)을 포함하고, 상기 제1 암(310)에는 제1 연결축(330)이 구비된다.

상기 가변 레버(300)는 상기 캠축(100)을 중심으로 회전 가능하도록 구비되며, 상기 가변 레버(300)는 상기 캠축(100)에 대한 상대적인 각도가 차량의 운전조건에 따라 제어부(미도시)가 구비되어 제어될 수 있다.

상기 제어부의 구성은 본 기술의 평균업자에게 자명한 사항으로 자세한 설명은 생략한다.

설명의 편의상 상대적인 각도는 수평면을 기준으로 한다.

상기 입력 캠(200)의 회전에 대응하여 제1 링크(400)가 상기 제1 연결축(330)을 중심으로 회전하도록 구비된다.

상기 캠축(100)에는 보조 캠(250)이 구비되어 상기 제1 링크(400)가 회전 후 복원 되도록 한다.

상기 캠축에는 출력 캠(600)이 구비되어 밸브 개폐부(400)를 개폐한다.

상기 제1 링크(400)의 회전은 연결부(500)에 의하여 상기 출력 캠(600)에 전달 된다.

상기 제1 링크(400)에는 상기 보조 캠(250)의 회전에 대응하여 상기 제1 링크(400)를 복원시키도록 돌출부가 형성된다.

상기 돌출부는 상기 보조 캠(250)과 상기 제1 링크(400)의 간극을 조절할 수 있도록 간극 조절 나사 기구(430)로 할 수 있다.

상기 돌출부를 간극 조절 나사(430)로 하는 경우 장기간의 사용으로 상기 보조 캠(250)과 상기 제1 링크(400)의 간극이 변하여도 이를 쉽게 조절할 수 있고, 설계변경 없이 같은 구성을 다른 용량을 가진 엔진의 무단 가변 밸브 리프트 장치로 사용이 가능하다.

상기 연결부(500)는 상기 가변 레버(300)에 형성된 제2 암(320), 상기 제2 암(320)에 구비된 제2 연결축(340) 및 상기 제1 링크(400)의 회전력을 전달 받아 상기 출력 캠(600)을 회전시키도록 상기 제2 연결축(340)에 구비된 제2 링크(510)를 포함한다.

또한, 상기 연결부(500)는 상기 제2 링크(510)와 상기 출력 캠(600)을 연결하는 제3 링크(530)를 더 포함할 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제2 링크(510)와 상기 출력 캠(600)이 직접 연결될 수 도 있다.

상기 제1 링크(400)의 양단에는 상기 입력 캠(200)과 접촉하는 제1 롤러(410)와 상기 제2 링크(510)와 접촉하는 제2 롤러(420)가 각각 구비될 수 있다.

상기 제1 롤러(410)와 상기 제2 롤러(420)를 구비하여 밸브 리프트 장치의 작동이 더욱 원활하게 될 수 있다.

도면에는 2개의 밸브를 개폐하는 무단 가변 밸브 리프트의 구성이 나타나 있으나, 이러한 무단 가변 밸브 리프트를 여러 개 연결하여 구성할 수 도 있다.

즉, 여러 개의 실린더를 개폐하는 밸브 트레인을 하나의 제어부(미도시)로 제어하여 구동하는 것이 가능하다.

도4는 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 리프트 변경 원리를 설명하는 도면이다.

이하, 도4를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 리프트 변경 원리에 대하여 자세히 설명한다.

도4의 (a)와 (b)는 각각 하이 리프트시 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태를 나타내는 도면이고, (c)와 (d)는 각각 로우 리프트시 밸브가 닫힌 상태와 열린 상태를 나타내는 도면이다.

도4의 (a) 내지 (d)에서 Θ와 Θ'는 각각 하이 리프트(high lift)와 로우 리프트(low lift)에서 상기 캠축(100)을 중심으로 수평면과 상기 제2 연결축(340)이 이루는 각을 나타낸다.

또한, Ω는 상기 제1 연결축(330)을 중심으로 상기 제1 롤러(410)의 중심과 상기 간극 조절 나사(430)의 중심이 이루는 각을 나타낸다.

도면에서 출력 캠(600)은 제1,2부분(610)(620)을 포함하고, 상기 개폐부(700)를 가변적으로 개폐하도록 제1부분(610)은 일정한 반지름을 갖고, 제2부분(620)은 반지름이 증가하도록 구비된다.

도4의 (a)와(b)는 각각 하이 리프트(high lift) 모드에서 밸브가 닫힌 상태와 밸브가 열린 상태를 도시한 도면이다.

도4의 (a)에서 상기 입력 캠(200)이 회전하면, 상기 입력 캠(200)과 접촉하고 있는 상기 제1 링크(400)는 상기 제1 연결축(300)을 중심으로 일정한 각도로 반 시계방향으로 회전하게 된다. 상기 제1 연결축(300)의 회전에 의하여 상기 제2 링크(510)와 상기 제3링크(530)를 통해 상기 출력 캠(600)이 상기 캠축(100)을 중심으로 일정한 각도로 반 시계방향으로 회전한다.

도4의 (c)와(d)는 각각 로우 리프트(low lift) 모드에서 밸브가 닫힌 상태와 밸브가 열린 상태를 도시한 도면이다.

도4의 (c)와(d)에서의 작동은 도4의 (a)와(b)와 비교하여 수평면과 상기 가변레버(300)의 제2 암(320)이 이루는 각도, 즉, Θ가 Θ'로 바뀐 차이가 있으나, 상기 제1 링크(400)와 상기 출력 캠(600)의 상대적인 회전 각은 변화가 없다.

따라서, 로우 리프트 모드에서는 상기 가변레버(300)의 위치변화에 따라 제1부분(610)과 상기 밸브 개폐부(400)가 접촉하는 시간이 상대적으로 길어지게 된다. 즉, 상기 입력 캠(200)의 회전에 대하여 밸브가 열려 있는 시간이 짧아지고 밸브가 열리는 양도 작아지게 된다.

도면에는 하이 리프트 모드와 로우 리프트 모드에 대하여만 도시되어 있으나, 출력 캠의 간단한 설계변경이나, 가변레버의 조절에 의하여 CDA(cylinder deactivation)모드로 작동이 가능하다.

이하에서는 상기 보조 캠(250)의 형상을 결정하는 방법에 대하여 설명한다.

상기 입력 캠(200)이 상기 제1 롤러(410)와 접촉하며 회전하면, 상기 간극 조절 나사(430)도 일정한 궤적을 형성하게 되며, 상기 궤적과 상기 캠축(100)의 중심을 이용하면 상기 간극 조절 나사(430)와 접촉하며 상기 캠축(100)을 회전하는 보조 캠(250)의 형상을 구할 수 있다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 밸브 리프트 장치가 사용되는 밸브의 구성 예를 나타내주는 도면이다.

도5에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치는 직동식 밸브(700)와 스윙암식 밸브 (800)에 모두 적용이 가능하다.

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.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 정면도이다.

도 2는 도1의 무단 가변 밸브 리프트 장치의 사시도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 보조 캠과 제1 링크를 중심으로 도시한 도면이다.

도4는 본 발명의 실시예에 의한 무단 가변 밸브 리프트 장치의 리프트 변경 원리를 설명하는 도면이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 무단 밸브 리프트 장치가 사용되는 밸브의 구성 예를 나타내주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 캠축 200: 입력 캠

250: 보조 캠 300: 가변 레버

310: 제1 암 320: 제2 암

330: 제1 연결축 340: 제2 연결축

400: 제1 링크 410: 제1 롤러

420: 제2 롤러 430: 간극 조절 나사

500: 연결부 510: 제2 링크

520: 제3 링크 접촉부 530: 제3 링크

600: 출력 캠 610: 제1 부분

620: 제2 부분 700,800: 밸브 개폐부

Claims (11)

1. 캠축;

   상기 캠축에 구비된 입력 캠;

   수평면과 이루는 각도가 변화되도록 상기 캠축에 회전 가능하게 연결되고, 제1 연결축이 구비된 제1 암을 포함하는 가변 레버;

   상기 입력 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 연결축을 중심으로 회전하는 제1 링크;

   캠축을 중심으로 회전하는 출력 캠;

   상기 출력 캠에 의하여 개폐되는 밸브 개폐부;

   상기 제1링크의 회전을 상기 출력 캠에 전달하도록 구비된 연결부; 및

   상기 제1링크가 상기 출력 캠을 회전시킨 후 복원되도록 상기 캠축에 구비된 보조 캠;

   을 포함하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
2. 제1항에서,

   상기 제1 링크는,

   상기 보조 캠의 회전에 대응하여 상기 제1 링크를 복원시키도록 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
3. 제2항에서,

   상기 돌출부는 상기 보조 캠과 상기 제1 링크의 간극을 조절할 수 있도록 간극 조절 나사 기구로 하는 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
4. 제3항에서,

   상기 연결부는,

   상기 가변 레버에 형성된 제2 암;

   상기 제2 암에 구비된 제2 연결축; 및

   상기 제1 링크의 회전력을 전달 받아 상기 출력 캠을 회전시키도록 상기 제2 연결축에 구비된 제2 링크;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
5. 제4항에서,

   상기 연결부는,

   상기 제2 링크와 상기 출력 캠을 연결하는 제3 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
6. 제5항에서,

   상기 제1 링크의 양단에는 상기 입력 캠과 접촉하는 제1 롤러와 상기 제2 링크와 접촉하는 제2 롤러가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
7. 제6항에서,

   상기 출력 캠은 제1,2부분을 포함하고,

   상기 개폐부를 가변적으로 개폐하도록 제1부분은 일정한 반지름을 갖고, 제2부분은 반지름이 증가하도록 구비된 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
8. 제1항에서,

   상기 연결부는,

   상기 가변 레버에 형성된 제2 암;

   상기 제2 암에 구비된 제2 연결축; 및

   상기 제1 링크의 회전력을 전달 받아 상기 출력 캠을 회전시키도록 상기 제2 연결축에 구비된 제2 링크;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
9. 제8항에서,

   상기 연결부는,

   상기 제2 링크와 상기 출력 캠을 연결하는 제3 링크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
10. 제9항에서,

    상기 제1 링크의 양단에는 상기 입력 캠과 접촉하는 제1 롤러와 상기 제2 링크와 접촉하는 제2 롤러가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.
11. 제10항에서,

    상기 출력 캠은 제1,2부분을 포함하고,

    상기 개폐부를 가변적으로 개폐하도록 제1부분은 일정한 반지름을 갖고, 제2부분은 반지름이 증가하도록 구비된 것을 특징으로 하는 무단 가변 밸브 리프트 장치.

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