KR100213156B1 - 내연기관의 흡기밸브 개폐가변장치 - Google Patents

Abstract

엔진의 속도 영역에 따라 흡기밸브의 양정 및 개폐시간을 적절히 제어하여 중저속에서 높은 토오크를 얻고 고속에서 출력을 향상시키기 위하여, 다수개의 슬릿을 갖는 실린더 헤드와, 상기한 슬릿에 각각 독립적으로 위치하여 스프링으로 완지되는 제1,2, 3, 4로커 아암 축들과, 상기한 아암 축들에 설치되며 양측단부에 각각 중저속 롤러와 고속용 롤러를 보유하는 로커 아암과, 상기한 중저속 롤러 및 고속용 롤러와 접촉하여 로커 아암의 변위를 일으키는 흡기캠 축 및 가변캠 축들을 포함하여 이루어지며, 상기한 로커 아암에는 가압통로가 형성됨과 아울러 이 가압통로에는 상기한 중저속 롤러가 설치된 피스톤이 위치한 챔버가 형성되고, 상기한 로커 아암 축에는 상기한 가압통로와 연통하는 통로가 뚫려져 오일펌프로 부터 생성되는 압력 오일을 공급하거나 배출시킬 수 있도록 하여 로커 아암의 힌지점을 가변시키도록 구성한 것을 특정으로 하는 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치를 제공한다.

Description

내연기관의 흡기밸브 개폐가변장치

재1도는 본 발명에 의한 흡기밸브 개폐 가변장치의 분해 사시도.

제2도는 본 발명에 관련하는 가변수단의 측단면도.

제3도는 본 발명에 의한 흡기밸브 개폐 가변장치의 동력전달 계통을 설명하기 위한 도면.

제4도는 본 발명에 의한 개폐 가변장치의 작용을 설명하기 위한 도면.

제5도는 본 발명에 의한 개폐 가변장치의 밸브 리프트 곡선을 나타내는 도면으로서,

a도는 저중속시의 선도이며,

b도는 고속시의 선도.

제6도는 종래의 밸브개폐장치에 의한 밸브 리프트 곡선을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 실린더 헤드 4 : 흡기밸브

8 : 로커 아암 10, 12, 14, 16 : 로커 아암 축

18, 20, 22, 24 : 슬릿 26, 38 : 스프링

28 : 통 로 32 : 가압통로

34 : 챔버 36 : 피스톤

40 : 중저속 롤러 42 : 고속용 롤러

44 : 중저속 캠 46 : 고속용 캠

본 발명은 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 속도 영역에 따라 흡기측 캠의 변위를 변화시켜 저, 중속에서 높은 토오크를 얻고, 고속에서 출력을 향상시킬 수 있도록 한 흡기밸브 개폐 가변장치에 관한 것이다.

일반적으로 고성능 엔진은 흡기계통의 변화를 모색하여 흡기효율을 높이고 또한 흡기의 흐름상태를 엔진의 상태에 따라 적절히 변화시키도록 하고 있다.

크랭크 축의 회전에 맞추어 밸브의 개폐를 정확히 유지하는 것을 밸브개폐시기라고 하는데, 밸브가 개폐함으로서 혼합기의 흡입이나 압축 및 연소가스의 배출이 이루어진다.

흡기밸브는 피스톤의 흡기행정 전 즉 배기행정이 끝나기 직진에 열리고 흡기행정의 하사점을 지난뒤 닫히도록 되어 밸브개폐시기가 조정된다.

이러한 것은 흡기의 관성을 이용하여 혼합기를 될 수 있는 한 많이 연소실로 유입시키기 위한 것인데, 이러한 것을 위하여 흡기밸브와 배기밸브가 모두 열려 있는 오버 랩 기간을 두고 있다.

그러나 이러한 방식으로는 흡기의 관성을 높이는데 한계가 있으므로, 엔진의 속도 영역에 따라 밸브의 개폐시기를 가변시키는 이른바 가변밸브 시스템이 제안되어 있다.

보통 엔진의 성능을 보면, 공회전 영역에서는 오버 랩구간이 적을수록 좋다. 즉 제6도에서 배기밸브의 닫힘점(V1)이 흡기밸브의 열림점(V2) 이후에 있도록 하여 구간(C)의 면적을 적게 하는 것이 좋다.

그리고 저, 중속에서는 흡기의 속도가 빠르지 않으므로 흡기밸브의 닫힘점(V3)이 빨라야 흡입된 새로운 공기가 다시 나가버리지 않게 되고, 고속에서는 흡기의 속도가 빠르기 때문에 흡기밸브의 닫힘점(V3)이 어느 한계까지 늦게 닫힐수록 흡입효율은 좋아지게 뒨다.

이러한 조건은 하나로 고정된 캠 프로파일에서는 모두 충족될 수 없기 때문에, 저중속에서 높은 토오크를 얻기 위한 설계를 하게되면 고속영역의 고출력을 기대할 수 없고, 고속영역에서 최대의 출력을 얻기 위한 설계를 하게 되면 저중속에시 토오크가 감소된다.

이러한 모든 조건을 만족시키기 위해서는 밸브의 개폐시기 및 타이밍을 엔진의 속도영역에 따라 가변시키는 것이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 속도 영역에 따라 흡기밸브의 개폐시기 및 밸브의 양정을 가변시킬 수 있는 밸브 개폐 가변장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 다수개의 슬렷을 갖는 실린더 헤드와, 상기한 슬릿에 각각 독립적으로 위치하여 스프링으로 탄지되는 제1, 2, 3, 4로커 아암 축들과, 상기한 아암 축들에 설치되며 양측단부에 각각 중저속 롤러와 고속용 롤러를 보유하는 로커 아암과, 상기한 중저속 롤러 및 고속용 롤러와 접촉하여 로커 아암의 변위를 일으키는 흡기캠 축 및 가변캠 축들을 포함하여 이루어지며, 상기한 로커 아암에는 가압통로가 형성됨과 아울러 이 가압통로에는 상기한 중저속 롤러가 설치된 피스톤이 위치한 챔버가 형성되고, 상기한 로커 아암 축에는 상기한 가압통로와 연통하는 통로가 뚫려져 오일펌프로 부터 생성되는 압력오일을 공급하거나 배출시킬 수 있도록 하여 로커 아암의 힌지점을 가변시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치를 제공한다.

상기한 챔버내의 피스톤은 스프링으로 탄지됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치를 제공한다.

상기한 로커 아암은 중저속에서 로커 아암축이 회동중심으로 가변되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치를 제공한다.

또한 상기한 로커 아암은 고속에서 중저속 롤러와 중저속 캠이 접촉하는 지점을 중심으로 회동하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치를 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련하는 밸브 개폐 가변장치가 실린더 헤드에 설치된 상태를 보여 주는 도면으로서, 부호(2)는 실린더 헤드를 지칭한다.

상기한 실런더 헤드(2)에는 다수개의 흡기밸브들(4)과 배기밸브들(6)이 설치되어 로커 아암(8)의 회동작용에 따라 개폐작용을 할 수 있도록 되어 있다.

상기한 로커 아암(8)은 로터 아암 축에 끼워져 설치되는데, 본 발명의 로커 아암은 다수개로 분할된 구조를 갖는다.

즉 제1로커 아암 축(10), 제2로커 아암 축(12), 제3로커 아암 축(14) 및 제4로커 아암 축(16)등으로 분할된다.

그리고 이들 각각의 로커 아암 축에 각각의 로커 아암들(8)이 끼워져 설치되는데, 이들 제1, 2, 3, 4로커 아암 축(10,12,14,16)들은 각각 실린더 헤드(2)에 형성된 슬럿들(18,20,22,24)에 승강가능하게 설치된다.

따라서 이들 슬릿들은 상하방향으로 길게 형성되는 장공의 형상을 갖고 있으며, 그 내측으로 로커 아암 축을 탄성적으로 지지하는 스프링(26)들이 설치된다.

상기한 로커 아암(8)의 중앙부에는 로커 아암 축들(10,12,14,16)이 끼워저 있으며, 이 축들은 실린더 헤드(2)에 형성된 슬릿(18)내에 위치한 스프링(26)에 의해 상측으로 탄성적인 힘을 받는 상태로 지지되고 있다.

상기한 로커 아암 축들은 길이방향으로 통로(28)가 뚫려져 오일펌프(도시생략)로부터 압송되는 오일이 유입될 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 엔진 오일이 로커 아암 축의 통로 안내될 수 있는 수단은 밸브 개폐가변수단에 사용되는 통상적인 수단으로 이용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

상기한 제1로커 아암 축(10)의 통로(28)는 측방으로 뚫려진 바이패스로(30)를 통하여 로커 아암(8)에 형성된 가압통로(32)측으로 오일을 공급할 수 있는 결합관계를 갖고 이루어진다.

상기한 가압통로(32)의 종단부에는 상방으로 챔버(34)가 형성되어 이 챔버내로 피스톤(36)이 승강가능하게 설치되고 있다.

이 피스톤(36)은 스프링(38)에 의해 탄지되어 항시 상방으로 탄성적인 힘을 받는 상태로 설치된다.

그리고 상기한 피스톤(36)에는 중저속 롤러(40)가 설치되어 회동할 수 있도록 되어 있으며, 이 중저속 롤러(40)와 반대측단에는 고속용 롤러(42)가 회동가능하게 설치되고 있다.

상기한 중저속 롤러(40)는 중저속 캠(44)과 접촉을 유지한 상태로 설치되며, 고속용 롤러(42)는 고속용 캠(46)과 접촉을 유지한 상태로 설치된다.

상기한 중저속 캠(44)과 고속용 캠(46)은 제3도에 도시한 바와 같이, 고속용캠(46)이 설치된 흡기캠 축(48)과, 이 흡기캠 축과 벨트 또는 체인으로 전동가능하게 설치된 가변캠 축(50)에 설치되어 크랭크 축(52)의 회전력을 전달받을 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 흡기밸브 개폐 가변장치는, 엔진이 구동을 하게 되면 그 구동력이 크랭크 축(52)를 회전시킴으로서 타이밍 벨트(V)를 통하여 흡기캠 축(48)과 배기캠 축(49)을 회진시키게 된다.

이때 엔진의 속도영역이 중저속 구간인 경우에는, 로커 아암 축(10)의 통로(28)로 공급되는 오일을 차단하게 된다.

이러한 오일의 공급차단은 통로(28)와 이어지는 관로상에 솔레노이드 밸브를 설치하고 이 솔레노이드 밸브를 전자제어 유닛(ECU)이 온/오프 제어토록 하여 실현할 수 있는데, 이러한 것은 밸브개폐 가변장치에 사용되는 것이므로 설명을 생략한다.

상기한 작용으로 로커 아암 축(10)의 통로(28)로 오일이 공급되지 않으면, 로커 아암(8)에 설치된 중저속 롤러(40)는 피스톤(36)을 상방향으로 미는 스프링(38)의 탄성력에 의해서만 지지되는 상태가 된다.

따라서 흡기캠 축(48)이 회전을 하게 되면 고속용 캠(46)은 고속용 롤러(42)와 접촉상태를 유지하면시 회전하고, 중저속 캠(44)은 중저속 롤러(40)와 접촉하여 회전을 하게 되지만, 중저속 롤러(40)는 스프링(38)이 압축되면서 캠의 회전에 따른 변위를 흡수하게 되므로 이러한 상태에서는 아무런 영향을 로커 아암(8)에 미치지 않게 된다.

따라서 로커 아암(8)은 로커 아암 축(10)을 중심으로 회동하면시 고속용 캠(46)의 캠 플로워에 의해서만 흡기밸브(4)의 개폐작용이 이루어지게 된다.

이러한 개폐작용은 일반적인 밸브개폐작용과 동일한데, 엔진이 고속영역으로 진입되면, 로커 아암 축(10)의 통로(28)내로 엔진 오일이 공급되면서 바이패스로(30)를 경유하여 로커아암(8)에 형성된 가압통로(32)로 공급된다.

이 가압통로(32)는 챔버(34)와 연통하고 있기 때문에 이곳으로 흐르는 오일의 압력에 의해 피스톤(36)은 상방향으로 힘을 받는 상태가 된다.

이러한 상태에서는 중저속 캠(44)이 회진을 하여도 피스톤(36)이 오일의 압력에 의해 하강하지 못하게 되므로 중저속 캠(44)에 의해 로커 아암(8)의 회동중심점이 바뀌게 뒨다.

즉 중저속에서 로커 아암 축(10)이 로커 아암(8)의 회동중심점이 되었는데, 고속에서는 중저속 캠(44)과 중저속 롤러(40)가 접촉하는 부위가 로커 아암(8)의 회동중심점이 된다.

이러한 지점이 로커 아암(8)의 회동 중심점이 되는 경우에, 고속용 캠(46)에 의해 눌리어지는 로커 아암(8)은 로커 아암 축(10)과 함께 아래측으로 이동하여야 한다.

이러한 로커아암 축(10)과 로커 아암(8)의 이동은, 실린더 헤드(2)에 형성된 슬릿(24)에 로커 아암 축(10)이 스프링(26)으로 탄지되어 있으므로 가능하게 뒨다.

즉 중저속에서는 제4도 a)에 도시한 바와 같이 지점(A)를 중심으로 로커 아암(8)이 회동하게 되고, 고속에서는 지점(B)을 중심으로 로커 아암(8)이 회동을 하게 된다.

이러한 작용으로 중저속에시는 흡기밸브(4)의 양정이 재5도 a)에 도시한 바와 같이 L1에 해당하는 정도이나, 고속에서는 제5도 b)에 도시한 바와 같이 양정L1보다 큰 L2의 양정으로 흡기밸브가 개폐된다.

이러한 흡기밸브의 개폐작용은 이와 같이 밸브의 양정(lift)을 가변시킴과 아울러 또한 밸브의 개폐시기에도 관계하게 된다.

즉 중저속에서는 제5도 a) 및 b)에 도시한 바와 같이 흡기밸브의 열림점(V2)이 고속에시보다 늦게 이루어져 실질적으로 고속에서 흡기밸브의 열림작용이 빠르게 이루어지도록 되고 있음을 알 수 있다.

이러한 작용으로 오버랩 구간(C)은 중저속에서 고속보다 작아져 흡기의 충진효율을 좋게 할 수 있으며, 흡기밸브의 닫힘점(V3)은 중저속에서 고속보다 빠르게 나타나고 있음을 알 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 밸브개페 가변장치는, 로커 아암의 회동지점을 가변시킴으로서 밸브의 양정곡선을 다양하게 변화시켜 공회전에서는 정숙한 엔진 특성올 얻을 수 있고, 중저속에서는 높은 토오크를 얻을 수 있으며, 고속에서는 높은 출력을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 다수개의 슬릿을 갖는 실린더 헤드와, 상기한 슬릿에 각각 독립적으로 위치하여 스프링으로 탄지되는 제1, 2, 3, 4로커 아암 축들과, 상기한 아암 축들에 설치되며 양측단부에 각각 중저속 롤러와 고속용 롤러를 보유하는 로커 아암과, 상기한 중저속 롤러 및 고속용 롤러와 접촉하여 로커 아암의 변위를 일으키는 흡기캠 축 및 가변캠 축들을 포함하여 이루어지며, 상기한 로커 아암에는 가압통로가 형성됨과 아울러 이 가압통로에는 상기한 중저속 롤러가 설치된 피스톤이 위치한 챔버가 형성되고, 상기한 로커 아암 축에는 상기한 가압통로와 연통하는 통로가 뚫려져 오일펌프로 부터 생성되는 압력 오일을 공급하거나 배출시킬 수 있도록 하여 로커 아암의 힌지점을 가변시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 내연기판의 흡기밸브 개폐 가변장치.
2. 제1항에 있어서, 챔버내의 피스톤은 스프링으로 탄지됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치.
3. 제1항에 있어서, 로커 아암은 중저속에서 로커 아암축이 회동중심으로 가변되는 것을 특징으로 하는 내연기판의 흡기밸브 개폐 가변장치.
4. 제1항에 있어서, 로커 아암은 고속에서 중저속 롤러와 중저속 캠이 접촉하는 지점을 중심으로 회동하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기밸브 개폐 가변장치.