KR101903895B1

KR101903895B1 - 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치

Info

Publication number: KR101903895B1
Application number: KR1020170077193A
Authority: KR
Inventors: 민영대; 박진규
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2037-06-19

Abstract

본 발명은 흡기매니폴드의 개폐면적을 조절하는 가변밸브를 회동시키는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치로서, 상기 가변밸브를 축회전시키는 밸브축, 상기 밸브축과 일체로 선회하는 피동레버, 상기 피동레버와 링크결합되는 링크부재, 상기 링크부재와 링크결합되는 구동레버, 및 상기 구동레버를 선회시키는 모터구동부를 포함하여, 가변밸브의 정밀한 제어를 위한 장치의 설계가 용이하고 가변밸브의 선회각의 범위를 극대화시킬 수 있으며 간편한 구조의 전동모터를 사용하여 엔진제어기술을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치{ DRIVING DEVICE FOR VARIABLE VALVE OF INTAKE MANIFOLD }

본 발명은 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡기매니폴드의 개폐면적을 조절하는 가변밸브를 회동시키는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 흡기매니폴드는 엔진의 헤드측에 장착되어 실린더 내부로 엔진의 연소에 필요한 공기 및 연료를 공급한다. 흡기매니폴드의 내부에는 유입된 공기가 체류하는 플레늄 챔버가 구비되고, 플레늄 챔버의 일측으로는 다수의 실린더로 공기를 적절히 분배하여 안내하기 위해 분기된 다수의 러너가 구비되어 있다.

흡기매니폴드를 통해 유입되는 혼합기의 양은 엔진의 운전조건과 관련이 있으므로 엔진의 운전영역이 저속 저부하인 경우에는 적은 양의 혼합기의 유동이 필요하고, 엔진의 운전영역이 고속 고부하인 경우에는 흡기 저항을 최소화하면서 단시간에 다량의 혼합기의 유동이 필요하다. 이에 엔진의 운전 조건에 따라 러너의 체적을 가변적으로 조절하여 엔진의 효율성을 높일 수 있는 가변흡기시스템(VIS; Variable Intake System)이 적용되고 있다. 이러한 가변흡기시스템을 적용한 흡기매니폴드는 한국공개특허 공개번호 제10-2005-0115072호 및 한국공개특허 공개번호 제10-2006-0003513호에 개시되어 있다.

도 1을 참조하면, 가변흡기시스템은 흡기매니폴드(101)의 러너에서 흡기량을 가변적으로 변경할 수 있도록 러너 내부에 가변밸브(102)를 구비하고, 흡기매니폴드의 외부에 상기 가변밸브(102)를 회동시키는 액추에이터(150)를 구비하고 있다.

종래 가변흡기시스템의 액추에이터(150)는 공압식으로 링크부재(130)를 직선이동시키게 되면 피동레버(120)가 밸브축(110)을 회전시켜 가변밸브(102)를 선회시키는 방식이다.

그러나, 종래 공압식 액추에이터에 의해 직선운동을 회전운동으로 변환하는 방식의 경우 회전각을 크게 하기 위해서는 직선운동의 스트로크를 크게 증가시켜야 하는데, 공압식 액추에이터의 스토로크 한계로 인해 가변밸브의 회전각을 조절하는 데에도 한계가 있었다.

또한, 직선운동으로 가변밸브(102)의 선회각을 가늠하기가 어려워 가변밸브(102)의 정밀한 제어를 하기 위해서는 설계상의 어려움으로 인해 개발시간과 비용이 크게 소요되는 문제점이 있었다.

한국공개특허공보 제10-2012-0126349호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 가변밸브의 정밀한 제어를 위한 장치의 설계가 용이하고 가변밸브의 선회각의 범위를 극대화시킬 수 있으며 간편한 구조의 전동모터를 사용하여 엔진제어기술을 향상시킬 수 있는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치는, 흡기매니폴드의 개폐면적을 조절하는 가변밸브를 회동시키는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치로서, 상기 가변밸브를 축회전시키는 밸브축, 상기 밸브축과 일체로 선회하는 피동레버, 상기 피동레버와 링크결합되는 링크부재, 상기 링크부재와 링크결합되는 구동레버, 및 상기 구동레버를 선회시키는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 있어서, 상기 밸브축의 단부에 면취부가 구비되고, 상기 피동레버에 상기 밸브축의 면취부가 끼워지도록 상기 면취부와 동일한 형상의 결합홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 있어서, 상기 흡기매니폴드의 외측에 돌출되어 구비되고 상기 피동레버의 선회각을 제한하는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 있어서, 상기 피동레버는 상기 링크부재와 링크결합되는 링크작동부, 및 상기 밸브축을 중심으로 상기 링크작동부의 반대편에 구비되고 상기 스토퍼에 부딪히는 스토퍼구동부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 있어서, 상기 스토퍼는 상기 가변밸브의 닫힘한계를 결정하도록 상기 피동레버의 선회각을 제한하는 하한스토퍼, 및 상기 가변밸브의 개방한계를 결정하도록 상기 피동레버의 선회각을 제한하는 상한스토퍼를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 있어서, 상기 모터구동부는 상기 흡기매니폴드에 고정결합되는 모터케이스, 상기 모터케이스에 축회전가능하게 구비되고 상기 구동레버와 일체로 선회하는 구동레버축, 상기 구동레버축과 일체로 회전하는 피동기어, 상기 피동기어를 구동시키는 구동기어부, 및 상기 구동기어부를 구동시키는 구동모터를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 의하면, 가변밸브의 정밀한 제어를 위한 장치의 설계가 용이하고, 가변밸브의 선회각의 범위를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡한 구조의 공압식 액추에이터를 사용하지 않고 간편한 구조의 전동모터를 사용할 수 있게 됨으로써 엔진제어기술을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치가 장착된 상태를 나타낸 사시도,
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치를 나타낸 사시도,
도 5는 도 2에 도시된 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치를 나타낸 확대도,
도 6은 도 5의 정면도,
도 7은 도 6에 도시된 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치의 분해사시도,
도 8은 도 6에 도시된 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치를 나타낸 작동상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치는, 흡기매니폴드(101)의 개폐면적을 조절하는 가변밸브(102)를 축회전시키는 밸브축(10), 상기 밸브축(10)과 일체로 선회하는 피동레버(20), 상기 피동레버(20)와 링크결합되는 링크부재(30), 상기 링크부재(30)와 링크결합되는 구동레버(40), 상기 구동레버(40)를 선회시키는 모터구동부(50), 및 상기 피동레버(20)의 선회각을 제한하는 스토퍼를 포함한다.

상기 밸브축(10)은 흡기매니폴드(101)의 인테이크러너를 관통하여 축회전가능하게 구비된다. 상기 밸브축(10)의 길이방향을 따라 다수개의 가변밸브(102)가 서로 소정간격을 두고 고정결합되어 상기 가변밸브(102)와 상기 밸브축(10)이 일체로 축회전하게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이 상기 밸브축(10)의 단부에 면취부(11)가 형성되고, 상기 피동레버(20)에 상기 밸브축(10)의 면취부(11)가 끼워지도록 상기 면취부(11)와 동일한 형상의 결합홀(21)이 형성되어 있다. 상기 면취부(11)는 서로 마주보게 2개소에 형성되고, 상기 결합홀(21)도 이와 동일한 형상으로 형성된다. 상기 면취부(11)가 상기 결합홀(21)에 형상맞춤식으로 끼워짐으로써 상기 밸브축(10)과 상기 피동레버(20)가 일체로 회동할 수 있게 된다. 즉 상기 밸브축(10)을 중심으로 상기 피동레버(20)가 상기 밸브축(10)과 일체로 선회하게 되는데, 상기 피동레버(20)는 상기 링크부재(30)에 의해 작동하여 상기 밸브축(10)을 축회전시키게 되고, 상기 밸브축(10)의 축회전에 의해 상기 가변밸브(102)들이 선회하면서 인테이크러너의 개폐면적을 조절하게 된다.

상기 피동레버(20)는 상기 결합홀(21)을 중심으로 링크작동부(22)와 스토퍼구동부(23)로 구분되어 형성된다. 따라서, 상기 링크작동부(22)와 상기 스토퍼구동부(23)는 상기 결합홀(21) 내지 상기 밸브축(10)을 중심으로 시소운동하게 된다.

상기 링크작동부(22)는 상기 링크부재(30)의 단부에 링크결합되고, 상기 스토퍼구동부(23)는 상기 밸브축(10)을 중심으로 상기 링크작동부(22)의 반대편에 구비되어 있다.

상기 스토퍼구동부(23)가 상기 결합홀(21)보다 더 위쪽으로 돌출되어 구비됨으로써 상기 피동레버(20)가 선회할 때 상기 스토퍼에 부딪혀 선회각이 제한된다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스토퍼는 상기 가변밸브(102)의 닫힘한계를 결정하도록 상기 피동레버(20)의 선회각을 제한하는 하한스토퍼(61), 및 상기 가변밸브(102)의 개방한계를 결정하도록 상기 피동레버(20)의 선회각을 제한하는 상한스토퍼(62)를 포함하고 있다.

상기 하한스토퍼(61)와 상기 상한스토퍼(62)는 상기 흡기매니폴드(101)의 외측에 상기 밸브축(10)과 평행한 방향으로 돌출되어 구비된다. 상기 하한스토퍼(61)와 상기 상한스토퍼(62)는 상기 피동레버(20)의 선회반경내에 구비되어 상기 피동레버(20)와 부딪힘으로써 선회각을 제한하게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하한스토퍼(61)와 상기 상한스토퍼(62)는 상기 피동레버(20)와 부딪히는 면이 서로 부채꼴 형상을 이루며 형성되어 상기 피동레버(20)의 측면과 면접촉할 수 있게 된다. 도 6은 상기 피동레버(20)의 측면이 상기 하한스토퍼(61)의 접촉면에 면접촉한 상태를 나타낸다. 이때 상기 상한스토퍼(62)의 접촉면은 상기 피동레버(20)의 측면에 대하여 선회각만큼 기울어지게 형성되어 있다. 상기 피동레버(20)가 상기 상한스토퍼(62)의 접촉면에 접촉될 때에는 상기 하한스토퍼(61)의 접촉면이 상기 피동레버(20)의 측면과 선회각을 이루며 기울어지져 있게 된다.

상기 피동레버(20)는 제1힌지핀(25)으로 상기 링크부재(30)와 링크결합되고, 상기 구동레버(40)는 제2힌지핀(35)으로 상기 링크부재(30)에 링크결합된다. 상기 링크부재(30)의 일단에 상기 제1힌지핀(25)이 결합되고 타단에 상기 제2힌지핀(35)이 결합된다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 구동레버(40)는 상기 제2힌지핀(35)으로 상기 링크부재(30)와 링크결합될 뿐만 아니라 후술하는 구동레버축(52)에 의해 모터케이스(51)에 축회전가능하게 결합된다.

상기 모터구동부(50)는 상기 흡기매니폴드(101)에 고정결합되는 모터케이스(51), 상기 구동레버(40)와 일체로 선회하는 구동레버축(52), 상기 구동레버축(52)과 일체로 회전하는 피동기어(53), 상기 피동기어(53)를 구동시키는 구동기어부(도면미도시), 및 상기 구동기어부를 구동시키는 구동모터(55)를 포함하고 있다.

상기 구동레버축(52)은 상기 모터케이스(51)에 축회전가능하게 구비되되 상기 피동기어(53)와 일체로 축회전하게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 피동기어(53)가 상기 구동레버축(52)과 일체로 축회전하게 되면 상기 링크부재(30)를 링크운동시키면서 상기 피동레버(20)를 선회시키게 되고, 결국 상기 밸브축(10)을 축회전시켜 상기 가변밸브(102)를 선회동작시키게 된다. 즉 상기 구동모터(55)의 회전력을 상기 피동기어(53)와 상기 구동레버축(52)에 전달하여 회전운동을 상기 링크부재(30)의 직선운동으로 변환한 후 다시 상기 피동레버(20)의 회전운동으로 변환하여 상기 가변밸브(102)를 구동시키게 되는데, 이러한 작동구조에 의해 전동모터를 사용할 수 있게 되는 것이다. 종래에는 공압식 액추에이터의 직선운동을 회전운동으로 변환하는 방식이나, 본 발명은 전동모터의 회전운동을 직선운동으로 변환했다가 다시 회전운동으로 변환하는 방식이다. 이러한 차이점으로 인해 복잡한 구조의 공압식 액추에이터를 사용하지 않고 간편한 구조의 전동모터를 사용할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 전동모터 방식은 상기 구동레버(40)와 상기 피동레버(20)가 상기 링크부재(30)를 매개로 쌍을 이루며 동일한 동작을 하게 된다. 즉 상기 구동레버(40)와 상기 피동레버(20)가 동일한 선회운동을 동시에 할 뿐만 아니라, 상기 구동레버(40)와 상기 피동레버(20)의 길이에 따라 상기 구동레버(40)의 회전량과 상기 피동레버(20)의 회전량이 동일하게 설정될 수도 있다. 따라서, 상기 구동모터(55)의 회전량을 통해 상기 구동레버(40)의 회전각을 조절함으로써 상기 가변밸브(102)의 선회각을 용이하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

또한, 전동모터의 경우 상기 구동레버(40)의 선회각이 상기 피동레버(20)의 선회각과 비례하므로 상기 가변밸브(102)의 회전각을 크게 변화시킬 수 있게 된다. 나나가 상기 구동레버(40)의 길이를 상기 피동레버(20)의 길이보다 길게 하면 상기 구동레버(40)의 회전각보다 상기 피동레버(20)의 회전각이 커지면서 상기 가변밸브(102)의 회전각의 범위도 훨씬 커지게 된다.

상기 구동기어부는 상기 구동모터(55)의 회전력을 상기 피동기어(53)로 전달하는 동력전달수단으로, 다양한 기어의 조합으로 구성될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 : 밸브축 11 : 면취부
15 : 밸브체결너트 20 : 피동레버
21 : 결합홀 22 : 링크작동부
23 : 스토퍼구동부 25 : 제1힌지핀
30 : 링크부재 35 : 제2힌지핀
40 : 구동레버 50 : 모터구동부
51 : 모터케이스 52 : 구동레버축
53 : 피동기어 55 : 구동모터
61 : 하한스토퍼 62 : 상한스토퍼

Claims

흡기매니폴드의 개폐면적을 조절하는 가변밸브를 회동시키는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치에 있어서,
상기 가변밸브를 축회전시키는 밸브축;
상기 밸브축과 일체로 선회하는 피동레버;
상기 피동레버와 링크결합되는 링크부재;
상기 링크부재와 링크결합되는 구동레버; 및
상기 구동레버를 선회시키는 모터구동부;를 포함하고,
구동레버의 회전각보다 피동레버의 회전각이 커지도록 구동레버의 길이를 피동레버의 길이보다 길게 형성하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 밸브축의 단부에 면취부가 구비되고, 상기 피동레버에 상기 밸브축의 면취부가 끼워지도록 상기 면취부와 동일한 형상의 결합홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 흡기매니폴드의 외측에 돌출되어 구비되고, 상기 피동레버의 선회각을 제한하는 스토퍼;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치.
제3항에 있어서, 상기 피동레버는,
상기 링크부재와 링크결합되는 링크작동부; 및
상기 밸브축을 중심으로 상기 링크작동부의 반대편에 구비되고, 상기 스토퍼에 부딪히는 스토퍼구동부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치.
제4항에 있어서, 상기 스토퍼는,
상기 가변밸브의 닫힘한계를 결정하도록 상기 피동레버의 선회각을 제한하는 하한스토퍼; 및
상기 가변밸브의 개방한계를 결정하도록 상기 피동레버의 선회각을 제한하는 상한스토퍼;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 모터구동부는,
상기 흡기매니폴드에 고정결합되는 모터케이스;
상기 모터케이스에 축회전가능하게 구비되고, 상기 구동레버와 일체로 선회하는 구동레버축;
상기 구동레버축과 일체로 회전하는 피동기어;
상기 피동기어를 구동시키는 구동기어부; 및
상기 구동기어부를 구동시키는 구동모터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치.