KR101143305B1 - 밸브구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브구동장치에 관한 것으로, 연소실을 개폐하는 밸브 상측에 일측 가장자리를 대응되게 형성하고 외부 조작시 타측을 기준으로 스윙운동을 하며 주기적으로 밸브를 누르는 스윙암 및 이 스윙암을 주기적으로 회동시키는 캠부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래 기술과 달리 엔진 내의 연소실을 개폐하는 밸브의 리프트량을 제어할 수 있다.

엔진, 밸브, 캠

Description

밸브구동장치{APPARATUS FOR DRIVING ENGINE VALVE}

본 발명은 밸브구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이중 캠 방식을 이용하여 연소실을 개폐하는 밸브의 리프트량을 연속적으로 조정 가능하도록 하여 최적의 연비와 출력을 도모하고자 하는 밸브구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진은 연료가 연소되어 동력을 발생시키는 연소실이 형성되어 있으며, 이의 연소실에는 흡입공기와 배기가스를 제어할 수 있는 흡/배기 밸브를 포함하는 밸브 트레인이 배치되어 있으며, 이의 밸브 트레인은 크랭크 샤프트에 연동되면서 연소실을 개폐하도록 이루어져 있다.

이와 같은 밸브 트레인은 통상적으로 일정한 형상을 갖는 캠에 의해 밸브가 항상 일정한 리프트 값을 가지게 됨으로써, 흡입 또는 배출되는 가스의 양이 일정량으로 제한된다. 이에 따라 저속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 고속의 운전상태에서는 밸브가 열려있는 시간과 양이 충분하지 못하게 되고, 고속의 운전상태에 맞추어 설계를 하면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.

보다 구체적으로 일반적인 엔진의 경우에 있어서는 고속용으로 튜닝된 경우 밸브 리프트가 크게 설정되어 있기 때문에 고속 영역에서 우수한 성능을 발휘하지만 저속 영역에서의 아이들 안정성 및 저속 토크에 매우 불리하고, 상기와는 반대로 저속용으로 튜닝된 경우에는 아이들 안정성 및 저속에서의 토크가 우수하지만 고속에서의 출력 성능에 한계가 있으나, 상기와 같은 가변 밸브 리프트의 경우에는 고속 영역과 저속 영역에 각각 알맞게 밸브 리프트를 가변함으로써, 저속 및 고속에서의 이점을 동시에 취할 수 있게 된다.

따라서 최근에는 연비 개선과 출력 향상을 위해 멀티 밸브화에 이어 충진 효율을 높이기 위한 기술이 개발되고 있으며, 이의 결과물로서 엔진의 회전 영역에 따라 변화하는 공기의 흡입저항에 맞춰 흡기 매니폴드의 길이 또는 단면적으로 변경하는 가변 흡기 시스템(Variable Induction System; VIS)과, 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어함으로써, 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어하는 가변밸브 타이밍(Variable Valve Timing: VVT) 및 가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift; VVL)의 기술을 예로 들 수 있다.

기존 가변 밸브 리프트식 밸브구동장치는밸브의 리프트량에 변화를 줄 수 없고, 흡기 또는 배기 밸브의 개폐 시간도 항상 일정한 상태로 고정되어 있기 때문에, 흡입 또는 배출되는 공기의 양을 조절할 수 없게 되어 엔진의 운전 상태에 따 라 최적의 연비와 출력을 도모할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 유기적으로 연결된 2중 캠 방식을 이용하여 연소실을 주기적으로 개폐하는 밸브의 리프트량을 미세하게 조정 가능하도록 하여 최적의 연비와 출력을 도모하고자 하는 밸브구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 밸브구동장치는: 연소실을 개폐하는 밸브 상측에 일측 가장자리를 대응되게 형성하고 외부 조작시 타측을 기준으로 스윙운동을 하며 주기적으로 밸브를 누르는 스윙암 및 이 스윙암을 주기적으로 회동시키는 캠부를 포함한다.

상기 캠부는 기준축이 되는 피벗부재, 상기 피벗부재에 형성되는 웹부재, 상외력에 의해 강제 회전되는 하이 로터리 샤프트, 상기 하이 로터리 샤프트에 형성되고 상기 하이 로터리 샤프트의 회전시 편심 회전되는 하이 편심로드를 갖는 하이 리프트 캠 및 상기 웹부재에 형성되고 상기 하이 리프트 캠의 회전시 상기 하이 편심로드에 의해 하나 이상의 상기 스윙암을 동시에 작동하는 서브캠부를 포함한다.

상기 서브캠부는 상기 웹부재에 회전 가능하게 연결된 로우 로터리 샤프트, 상기 로우 로터리 샤프트에 형성되는 캠바디, 상기 캠바디에 형성되어 상기 하이 편심로드의 주기적 누름에 의해 상기 스윙암 방향으로 회전되는 팔로우암, 상기 로우 로터리 샤프트에 형성되고 상기 팔로우암의 회전시 상기 스윙암 각각의 일측을 동시에 주기적으로 누르도록 로우 편심로드를 갖는 로우 리프트 캠 및 상기 팔로우암과 상기 로우 리프트 캠의 자중에 의한 회전으로 상기 스윙암을 자연적으로 누르지 않도록 상기 캠바디를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함한다.

상기 캠바디는 상기 팔로우암을 기준으로 양측에 상기 로우 리프트 캠을 서로 대응되는 개수로 형성한다. 그리고, 상기 팔로우암은 상기 하이 리프트 캠과 직접적으로 접하는 부위에 팔로우롤러를 회전 가능하게 구비한다. 또한, 상기 로우 리프트 캠은 상기 스윙암의 중앙을 지지하도록 접촉면부를 형성한다. 아울러, 상기 스윙암은 상기 접촉면부와 접촉 부위에 스윙롤러를 회전 가능하게 형성한다.

상기 팔로우암과 상기 로우 리프트 캠은 상기 캠바디에서 서로 다른 방향으로 연장됨이 바람직하다.

상기 웹부재는 링크 샤프트를 회전 가능하게 연결하고, 상기 링크 샤프트는 작동부에 연결된다.

상기 작동부는 상기 링크 샤프트에 연결되는 커넥팅로드, 상기 커넥팅로드에 링크 연결되는 링크핀, 상기 링크핀에 링크 연결되어 상기 링크 샤프트의 축방향에 대해 수직한 방향으로 직선 왕복 이동함으로써 상기 링크 샤프트를 호 궤적 상에서 왕복 이동시키는 스크류부재 및 상기 스크류부재의 둘레면에 형성되어 외력에 의해 강제 회전시 상기 스크류부재를 왕복 전·후진 작동하는 동력전달부재를 포함한다.

이때, 상기 작동부는 상기 링크 샤프트를 내측에 수용하는 수용홈부를 갖는 작동자 및 상기 작동자에 나사 결합되어 외력에 의해 회전시 상기 작동자를 왕복 전·후진시킴으로써 상기 링크 샤프트를 호 궤적 상에서 왕복 안내하는 스크류부재 를 포함한다.

상기 탄성부재는 일측이 상기 링크 샤프트에 지지되고, 타측이 상기 캠바디에 지지됨이 바람직하다. 상기 서브캠부는 하우징에 수용되고, 상기 하우징과 상기 서브캠부는 외부로부터 윤활유를 공급받기 위해 유로를 서로 연결되게 형성함이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 밸브구동장치는 종래 기술과 달리 유기적으로 연결된 2중 캠의 간격 및 구름접촉 면적량을 조절함으로써 연소실을 주기적으로 개폐하는 밸브의 리프트량을 미세하게 조정 가능하도록 하여 최적의 연비와 출력을 실현할 수 있다. 본 발명은 2중 캠 중 상측의 캠을 장착한 하이 로터리 샤프트와 하측의 캠을 장착한 로우 로터리 샤프트를 직접적으로 연결하지 않아 2중 캠의 간격을 쉽게 조절할 수 있다. 그리고, 본 발명은 로우 로터리 샤프트를 한 쌍의 웹부재로 각 단부를 연결한 상태로 이 웹부재를 동시에 동일방향 및 동일속도로 회동시킴에 따라 로우 로터리 샤프트가 축방향을 유지한 채 호 궤적을 따라 이동됨으로써 복수 개의 밸브 리프트량을 동일하게 제어할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 밸브구동장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치를 하우징에 장착한 상태의 단면도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 연결관계를 보인 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 분해 사시도이다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 작동도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브구동장치의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 유로 연결관계를 보인 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치는 엔진 내의 연소실(10)을 개폐시키는 밸브(20)의 리프트량을 가변적으로 제어할 수 있는 것으로서, 스윙암(100) 및 캠부(300)를 포함한다.

스윙암(100)은 연소실(10)을 개폐하는 밸브(20) 상측에 일측 가장자리를 대응되게 형성하고, 외부 조작시 타측을 기준으로 스윙운동을 하며 주기적으로 밸브(20)를 직접적으로 누르는 역할을 한다. 특히, 스윙암(100)은 밸브(20)가 일정한 주기로 상하 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 일정한 프로파일의 요동 운동을 발생시키는 것이다. 따라서, 스윙암(100)이 타측을 기준으로 회전하여 그 일측이 주기적으로 밸브(20)의 상측을 누를 때마다 밸브(20)는 개폐 즉, 상하 방향으로 왕복 운동할 수 있게 된다.

이때, 스윙암(100)은 길이방향에 대해 일측 가장자리 하측에 대응되게 밸브(20)가 구비되고, 길이방향에 대해 일측에 반대되는 타측 가장자리 하측에 대응되게 서포트 멤버(200)를 고정 형성한다. 따라서, 스윙암(100)의 타측은 서포트 멤버(200)에 지지됨에 따라 회전하는 스윙암(100)의 기준이 된다.

특히, 스윙암(100)은 일측 가장자리 하부를 밸브(20)와 접촉하며, 타측 가장자리 하부를 서포트 멤버(200)와 접촉하는데, 이 서포트 멤버(200)는 스윙암(100)의 타측 하면과 접하여 상측 방향의 힘을 항상 작용한다. 따라서, 스윙암(100)은 서포트 멤버(200)에 지지되는 타측 중심(P1)을 기준으로 회전 가능하게 된다. 즉, 스윙암(100)의 타측 중심(P1)과 일측 중심(P2)을 잇는 중심선(L1)이 타측 중심(P1)을 기준으로 설정 회전각도 범위 내에서 왕복 회전된다.

이때, 서포트 멤버(200)는 하우징(30)에 고정 장착된다. 서포트 멤버(200)가 하우징(30)에 고정되는 구조는 일반적인 것으로 한다. 아울러, 스윙암(100)은 각 단부 하측을 서포트 멤버(200)와 밸브(20)에 연결되어 지지되기 때문에 쉽게 흔들리거나 위치 이동하지 않는다. 여기서, 하우징(30)은 연소실(10)의 상측에 형성된다. 스윙암(100)과 서포트 멤버(200)는 다양한 형상으로 변형 가능하다.

한편, 스윙암(100)은 외부력에 의해 타측을 기준으로 회전되는데, 캠부(300)는 스윙암(100)을 주기적으로 회동시키는 역할을 한다.

여기서, 캠부(300)는 피벗부재(310), 웹부재(320), 하이 로터리 샤프트(330), 하이 리프트 캠(340) 및 서브캠부(350)를 포함한다.

피벗부재(310)는 작동하는 캠부(300)의 기준축을 형성한다. 그래서, 피벗부재(310)는 하우징(30) 내측면에 고정 형성된다. 이때, 피벗부재(310)는 하우징(30)의 내부 일측면에 하나 형성될 수 있으나, 웹부재(320)의 견고한 지지를 위해 마주하는 양측면에 각각 형성됨이 바람직하다. 그래서, 웹부재(320)는 대응되는 피벗부재(310)에 회전 가능하게 연결된다. 즉, 피벗부재(310)는 웹부재(320)에 회전 가능하게 끼워지고, 웹부재(320)는 피벗부재(310)를 기준으로 회전하게 된다. 물론, 피벗부재(310)가 하우징(30)에 회전 가능하게 삽입되고, 웹부재(320)가 피벗부재(310)와 일체로 형성될 수도 있다. 피벗부재(310)는 축 형상으로 도시하나, 다양한 형상으로 적용 가능하다.

아울러, 웹부재(320)는 피벗부재(310)에 연결 형성된다. 즉, 웹부재(320)는 하측에 피벗부재(310)를 회전 가능하게 삽입한다. 그래서, 웹부재(320)는 피벗부재(310)를 기준으로 회전 가능하게 된다. 물론, 웹부재(320)는 피벗부재(310)에 일체로 형성되어 함께 회전되고, 피벗부재(310)가 하우징(30)에 회전 가능하게 장착될 수도 있다. 피벗부재(310)는 판 형상으로 도시하나, 다양한 형상으로 적용 가능하다.

그리고, 하이 로터리 샤프트(330)는 외력에 의해 강제 회전된다. 특히, 하이 로터리 샤프트(330)는 하우징(30)에 지지된다. 즉, 하이 로터리 샤프트(330)는 각 단부를 하우징(30)의 마주하는 측면에 각각 회전 가능하게 지지된다. 그래서, 하이 로터리 샤프트(330)는 견고하게 지지된다.

이 하이 로터리 샤프트(330)는 하이 리프트 캠(340)을 구비한다. 하이 리프 트 캠(340)은 일측 둘레면에 하이 편심로드(342)를 형성한다. 이에 따라, 하이 리프트 캠(340)은 편심되게 회전한다. 즉, 하이 리프트 캠(340)이 그 회전축(P3)을 중심으로 회전하여 그 일측에 돌출되게 형성된 하이 편심로드(342)가 원주 상의 소정의 위치에 위치할 때마다, 하이 편심로드(342)는, 후술할, 캠부(300)의 팔로우암(353) 및 스윙암(100)을 누르게 되고, 이에 따라 밸브(20)는 상하 방향으로 왕복 운동하며 연소실(10)을 개폐한다.

특히, 하이 리프트 캠(340)은 하이 로터리 샤프트(330)와 동일 방향 및 동일 속도로 회전하게 된다. 이때, 하이 리프트 캠(340)은 하이 로터리 샤프트(330)에 분리 가능하게 고정 결합될 수도 있고, 하이 로터리 샤프트(330)에 일체로 금형 제작될 수도 있다. 하이 리프트 캠(340)이 하이 로터리 샤프트(330)에 분리되기 위한 결합방식은 볼팅 등에 의해 행해지는데, 주로 디퓨젼 본딩(diffusion bonding)이 채택된다.

한편, 웹부재(320)에는 서브캠부(350)가 연결된다. 서브캠부(350)는 하이 리프트 캠(340)의 회전시 하이 편심로드(342)에 의해 하나 이상의 스윙암(100)을 동시에 작동하는 역할을 한다.

특히, 서브캠부(350)는 로우 로터리 샤프트(351), 캠바디(352), 팔로우암(353), 로우 리프트 캠(355) 및 탄성부재(358)를 포함한다.

로우 로터리 샤프트(351)는 웹부재(320)에 억지 끼워 맞춤 등의 방식으로 고정이 됩니다. 특히, 로우 로터리 샤프트(351)가 웹부재(320)에 대해 회전 가능하게 연결될 수 있으나, 회전이 가능할 경우 캠바디(352)에 오일 공급을 위한 유로(410) 가 바뀌어야 하며, 하우징(30)의 강성 저하 문제가 대두될 수 있습니다.

이때, 웹부재(320)는 한 쌍 구비됨에 따라, 로우 로터리 샤프트(351)는 각 단부를 해당되는 웹부재(320)에 지지한다. 특히, 로우 로터리 샤프트(351)는 하우징(30) 내부에서 하이 로터리 샤프트(330)의 하측에 위치한다.

그리고, 로우 로터리 샤프트(351)는 둘레면에 캠바디(352)를 형성한다. 이 캠바디(352)는 팔로우암(353)과 로우 리프트 캠(355)을 지지하는 역할을 한다. 이때, 캠바디(352)는 로우 로터리 샤프트(351)에 일체로 형성될 수도 있고, 로우 로터리 샤프트(351)에 분리 가능하게 결합될 수도 있다. 특히, 캠바디(352)는 링 형상으로 형성되어 로우 로터리 샤프트(351)에 삽입, 회전 가능하게 연결됨이 바람직하다. 그래서, 캠바디(352)가 회전되면, 로우 로터리 샤프트(351)는 캠바디(352)와 함께 동일 방향 및 동일 회전속도로 회전하게 된다. 캠바디(352)는 다양한 형상으로 적용 가능하다. 물론, 팔로우암(353)과 로우 리프트 캠(355)이 로우 로터리 샤프트(351)에 일체로 금형 제작될 수도 있다.

아울러, 캠바디(352)에 형성되는 팔로우암(353)은 하이 편심로드(342)의 주기적 누름에 의해 스윙암(100) 방향으로 왕복 회전된다. 이때, 팔로우암(353)은 하이 편심로드(342)와 접하는 부위의 마찰을 최소화하기 위해 팔로우롤러(354)를 회전 가능하게 장착함이 바람직하다. 여기서, 팔로우암(353)은 마주하는 한 쌍 구비되고, 그 사이에 팔로우롤러(354)가 회전 가능하게 개재됨이 바람직하다. 물론, 팔로우롤러(354)가 팔로우암(353)의 상·하측으로 돌출되도록 팔로우암(353)의 내측에 회전 가능하게 장착될 수도 있다. 아울러, 팔로우롤러(354)의 중심축(P6)은 로 우 로터리 샤프트(351)의 중심축(P4)을 기준으로 원 궤적을 따라 회전한다.

그리고, 캠바디(352)에 형성된 로우 리프트 캠(355)은 팔로우암(353)의 회전시 스윙암(100) 각각의 일측을 동시에 주기적으로 누르는 역할을 한다. 이때, 로우 리프트 캠(355)은 일측 둘레면에 로우 편심로드(356)를 돌출 형성한다. 그래서, 로우 리프트 캠(355)은 편심 회전된다.

즉, 로우 리프트 캠(355)이 그 회전축(P4)을 중심으로 회전하여 그 일측에 돌출되게 형성된 로우 편심로드(356)가 원주 상의 소정의 위치에 위치할 때마다, 로우 편심로드(356)는 스윙암(100)을 반복적으로 누르게 되고, 이에 따라 밸브(20)는 상하 방향으로 왕복 운동하며 연소실(10)을 개폐한다.

이때, 팔로우암(353)과 로우 리프트 캠(355)은 캠바디(352)에 일체로 형성됨이 바람직하고, 캠바디(352)에서 서로 다른 방향으로 연장된다. 특히, 로우 리프트 캠(355)의 로우 편심로드(356)는 캠바디(352)에서 팔로우암(353)의 팔로우롤러(354)보다 더 낮게 위치함이 바람직하다. 이는, 팔로우롤러(354)가 하이 편심로드(342)로부터 누름력을 전달받아 회전시, 로우 편심로드(356)가 최소한으로 회전되면서 스윙암(100)의 일측을 누를 수 있도록 하기 위함이다.

특히, 캠바디(352)는 팔로우암(353)을 기준으로 양측에 로우 리프트 캠(355)을 서로 대응되는 개수로 형성함이 바람직하다. 즉, 로우 리프트 캠(355)은 다수 개 형성되어 각각의 스윙암(100) 일측을 누르도록 작동하는데, 짝수 개 구비되어 팔로우암(353)을 기준으로 캠바디(352)의 양측에 동일 개수로 형성됨이 바람직하다. 이는, 캠바디(352)가 팔로우암(353)을 기준으로 양측에 서로 다른 개수의 로우 리프트 캠(355)을 장착할 경우 회전 모멘트가 미세하게 서로 다를 수 있어 각 스윙암(100)의 작동이 동일하게 이루어지지 않을 수 있기 때문이다. 편의상, 로우 리프트 캠(355)은 캠바디(352)에서 팔로우암(353)을 기준으로 양측에 각 하나씩 구비된 것으로 도시한다.

한편, 캠바디(352)는 탄성부재(358)에 탄성 지지된다. 이는, 팔로우롤러(354)와 하이 리프트 캠(340)을 작동 중에 항상 밀착시켜 주기 위함과 캠바디(352)의 관성력을 스윙암(100) 측으로 전달하지 않기 위함이다.

특히, 하이 리프트 캠(34)과 팔로우롤러(354)가 작동 중에 이격 될 경우, 작게는 노이즈 발생에서부터 크게는 밸브점핑현상이 일어날 수 있다. 노이즈 발생의 경우, 반복충격에 따른 피로 파괴가 일어날 수 있으며, 이러한 현상이 고속으로 진행될수록 캠바디(352)의 관성력이 커지게 된다. 이에 따라, 하이 로터리 샤프트(330)의 하이 리프트 캠(340)이 로우 리프트 캠(355)의 팔로우롤러(354)를 누르는 순간에 캠바디(352)의 관성력에 의하여 밸브(20)가 의도한 양보다 더 많이 열리는 현상을 초래한다. 따라서, 탄성부재(358)는 캠바디(352)를 견고하게 탄성 지지함이 바람직하다.

더욱 상세히, 탄성부재(358)는 로우 로터리 샤프트(351)에 연결되고, 일측을 후술할 링크 샤프트(360)에 지지함과 동시에 타측을 캠바디(352)에 지지한다. 물론, 탄성부재(358)의 양단부가 지지되는 위치는 다양하게 적용 가능하다. 이때, 탄성부재(358)는 토션 스프링으로 함이 바람직하다. 물론, 탄성부재(358)는 본 기능을 수행할 수 있는 다양한 기계요소를 적용 가능하다. 아울러, 탄성부재(358)는 로 우 로터리 샤프트(351)의 양측 가장자리에 각각 형성되어 캠바디(352)의 양측을 동일하게 탄성 지지함이 바람직하다.

이에 따라, 탄성부재(358)는 링크 샤프트(360)에 일측이 지지되어 캠바디(352)를 탄성적으로 들어올리는 역할을 한다.

특히, 로우 리프트 캠(355)은 스윙암(100)의 중앙을 지지하도록 접촉면부(357)를 형성함이 바람직하다. 즉, 스윙암(100)이 하우징(30)의 바닥면에 지지된 상태를 유지하기 위해 접촉면부(357)는 스윙암(100)의 상측을 눌러주는 역할을 한다. 이때, 로우 리프트 캠(355)의 로우 편심로드(356)가 스윙암(100)의 일측 가장자리를 누를 때, 접촉면부(357)는 스윙암(100)의 중앙에 단순 접촉되거나 스윙암(100)과 유격되도록 함이 바람직하다. 또한, 스윙암(100)은 접촉면부(357)와 접촉 부위에 스윙롤러(110)를 회전 가능하게 형성함이 바람직하다. 이는, 접촉면부(357)와 스윙암(100)의 마찰력을 최소화하기 위함이다. 여기서, 스윙롤러(110)는 스윙암(100)의 중앙 내측에 회전 가능하게 장착되고, 상측으로 노출되어 접촉면부(357)와 직접적으로 접촉하게 된다. 여기서, 스윙롤러(110)의 중심축(P5)은 스윙암(100)의 타측 중심(P1)과 일측 중심(P2)을 잇는 중심선(L1)의 중앙이 된다.

한편, 웹부재(320)에 회전 가능하게 연결된 링크 샤프트(360)는 작동부(370)에 연결된다. 이 작동부(370)는 피벗부재(310)를 기준으로 호 궤적을 따라 링크 샤프트(360)를 이동함으로써 변화되는 팔로우암(353)의 기울기에 따라 로우 리프트 캠(355)이 스윙암(100)의 일측을 누르는 양을 조절하는 역할을 한다.

일례로써, 작동부(370)는 커넥팅로드(371), 링크핀(372), 스크류부재(373) 및 동력전달부재(374)를 포함한다.

커넥팅로드(371)는 링크 샤프트(360)에 연결되어 직진 왕복 미는 외력의 작동시 링크 샤프트(360)를 직접적으로 미는 역할을 한다. 이때, 링크 샤프트(360)는 커넥팅로드(371)에 연결되어 있기 때문에 커넥팅로드(371)와 함께 이동되고, 피벗부재(310)에 회전 가능하게 장착된 웹부재(320)에 구비된다. 그래서, 웹부재(320)는 피벗부재(310)를 기준으로 링크 샤프트(360)와 함께 호 궤적을 따라 왕복 이동 가능하게 된다. 이때, 커넥팅로드(371)는 링크 샤프트(360)에 일체로 형성될 수도 있고, 링크 샤프트(360)에 분리 가능하게 장착될 수도 있으며, 다양한 형상으로 변형 가능하다.

아울러, 링크핀(372)은 커넥팅로드(371)에 링크 연결되고, 스크류부재(373)는 링크핀(372)에 링크 연결되어 링크 샤프트(360)의 축방향에 대해 수직한 방향으로 직선 왕복 이동함으로써 링크 샤프트(360)를 호 궤적 상에서 왕복 이동 유도하며, 동력전달부재(374)는 스크류부재(373)의 둘레면에 형성되어 외력에 의해 강제 회전시 스크류부재(373)를 왕복 전·후진 작동하는 역할을 한다.

즉, 동력전달부재(374)가 외력에 의해 회전시, 스크류부재(373)는 이 동력전달부재(374)의 회전력을 전달받아 직선 전·후진되고, 커넥팅로드(371)는 링크핀(372)을 통해 전·후진 외력을 전달받아 링크 샤프트(360)를 호 궤적을 따라 왕복 이동 가능하게 제어한다.

이때, 스크류부재(373)는 다양한 기계요소로 적용 가능하나 볼스크류를 포함하는 것으로 함이 바람직하고, 동력전달부재(374)는 외력에 의해 회전되는 너트로 함이 바람직하다. 특히, 동력전달부재(374)는 모터 등 동력발생원(374a)에 연결된다. 특히, 동력발생원(374a)은 동력전달부재(374)와 볼트 체결됨이 바람직하다. 동력발생원(374a)은 동력전달부재(374)가 운동 또는 정지 중에 작동부(370)의 축방향으로 이동하지 않도록 구속시켜주는 역할을 한다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동부(370)의 작동 상태를 도시한 도면이다.

도 5는 스윙암(100)이 로우 리프트 캠(355)에 의해 눌리지 않음에 따라 스윙암(100)이 회동하지 않아 밸브(20)가 연소실(10)을 닫고 있는 상태에서 스윙롤러(110)의 중심축(P5)과 로우 로터리 샤프트(351)의 중심축(P4)을 잇는 가상선(L2)이 스윙암(100)의 타측 중심(P1)과 일측 중심(P2)을 잇는 중심선(L1)에 수직하도록 작동부(370)가 작동한 상태를 도시한다.

이때, 로우 리프트 캠(355)의 접촉면부(357)는 스윙롤러(110)와 단순 접촉됨에 따라 스윙암(100)을 상측에서 하측 방향으로 지지하게 되다.

아울러, 하이 리프트 캠(340)은 팔로우암(353)의 팔로우롤러(354)와 접촉하고 있는데, 하이 편심로드(342)는 팔로우롤러(354)를 향하는 방향에 정반대되는 방향을 향하고 있다.

미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.

그리고, 도 6은 동력전달부재(374)가 정지되어 가상선(L2)이 스윙암(100)의 타측 중심(P1)과 일측 중심(P2)을 잇는 중심선(L1)에 수직한 상태를 유지한 채, 외력에 의해 하이 로터리 샤프트(330)가 회전하는 상태를 도시한다.

즉, 하이 로터리 샤프트(330)가 외력에 의해 회전하게 되면, 하이 리프트 캠(340)은 하이 로터리 샤프트(330)와 함께 회전되고, 이에 따라 하이 편심로드(342)는 팔로우암(353)의 팔로우롤러(354)를 일정시간 누르게 된다.

이때, 하이 편심로드(342)가 팔로우암(353)을 누르면, 캠바디(352)는 회전됨과 동시에 로우 리프트 캠(355)은 캠바디(352)와 동일 방향으로 회전된다. 그래서, 로우 편심로드(356)는 해당되는 스윙암(100)의 일측 가장자리 상부를 누르게 된다. 따라서, 밸브(20)는 연소실(10)을 개폐하게 된다.

특히, 하이 로터리 샤프트(330)의 중심축(P3)에서 하이 편심로드(342)의 최장축(r) 단부에 해당되는 부위가 팔로우롤러(354)를 누를 때, 밸브(20)는 소정거리(D1)까지 완전히 내려감에 따라 연소실(10)을 설정된 범위 내에서 최대한 개방한다. 여기서, 하이 편심로드(342)가 일정한 곡면구간에서 연속적으로 팔로우롤러(354)를 누를 때, 밸브(20)는 스윙암(100)의 누르는 힘에 의해 연소실(10)을 개폐한다.

미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.

도 7은 동력전달부재(374)가 회전하면서 피벗부재(310)를 기준으로 커넥팅로드(371)와 웹부재(320)를 호 궤적을 따라 회전시키도록 제어된 상태이다.

즉, 스윙암(100)이 로우 리프트 캠(355)에 의해 눌리지 않음에 따라 스윙암(100)이 회동하지 않아 밸브(20)가 연소실(10)을 닫고 있는 상태에서 가상선(L2)이 중심선(L1)에 대해 수직하지 않게 기울어진 상태를 도시한다.

특히, 스크류부재(373)가 직선 후진하게 되면, 웹부재(320)와 로우 로터리 샤프트(351)는 반시계방향으로 호 궤적을 따라 소정거리(A)만큼 이동하게 된다.

여기서, 팔로우롤러(354)의 중심축(P6)은 웹부재(320)와 로우 로터리 샤프트(351)는 반시계방향으로 호 궤적을 따라 소정거리(A)만큼 이동한 거리와 동일한 거리(A)로 이동함에 따라 팔로우암(353)은 로우 로터리 샤프트(351)의 중심축(P4)을 기준으로 반시계방향으로 소정 들려지게 된다.

이때, 로우 리프트 캠(355)의 접촉면부(357)는 스윙롤러(110)와 단순 접촉됨에 따라 스윙암(100)을 상측에서 하측 방향으로 지지하게 되다. 즉, 스윙롤러(110)는 밸브(20)의 닫힌 초기 상태에서 호 궤적을 따라 이동하는 접촉면부(357)와 항상 접촉하는 직경으로 형성됨이 바람직하다.

아울러, 하이 리프트 캠(340)은 팔로우암(353)의 팔로우롤러(354)와 접촉하고 있는데, 하이 편심로드(342)는 팔로우롤러(354)를 향하는 방향에 정반대되는 방향을 향하고 있다.

미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.

도 8은 동력전달부재(374)가 작동 정지되어 가상선(L2)이 중심선(L1)과 수직되지 않은 상태를 유지한 채, 외력에 의해 하이 로터리 샤프트(330)가 회전하는 상태를 도시한다.

즉, 하이 로터리 샤프트(330)가 외력에 의해 회전하게 되면, 하이 리프트 캠(340)은 하이 로터리 샤프트(330)와 함께 회전되고, 이에 따라 하이 편심로드(342)는 팔로우암(353)의 팔로우롤러(354)를 일정시간 누르게 된다.

이때, 하이 편심로드(342)가 팔로우암(353)을 누르면, 캠바디(352)는 회전됨 과 동시에 로우 리프트 캠(355)은 캠바디(352)와 동일 방향으로 회전된다. 그래서, 로우 편심로드(356)는 해당되는 스윙암(100)의 일측 가장자리 상부를 누르게 된다. 따라서, 밸브(20)는 연소실(10)을 개폐하게 된다.

이때, 하이 로터리 샤프트(330)의 중심축(P3)에서 하이 편심로드(342)의 최장축(r) 단부에 해당되는 부위가 팔로우롤러(354)를 누를 때, 밸브(20)는 소정거리(D2)까지 완전히 내려감에 따라 연소실(10)을 설정된 범위 내에서 최대한 개방한다. 여기서, 하이 편심로드(342)가 일정한 곡면구간에서 연속적으로 팔로우롤러(354)를 누를 때, 밸브(20)는 스윙암(100)의 누르는 힘에 의해 연소실(10)을 개폐한다.

특히, 중심선(L1)과 가상선(L2)이 수직하지 않은 상태에서 밸브(20)의 하강거리(D2)는 중심선(L1)과 가상선(L2)이 수직한 상태에서 밸브(20)의 하강거리(D1)보다 길게 된다. 이는, 팔로우롤러(354)가 호 궤적을 따라 소정거리(A1)만큼 이동하면서 로우 로터리 샤프트(351)의 중심축(P4)을 기준으로 들려짐에 따라 하이 편심로드(342)의 누름량을 더 많이 받기 때문이다.

미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.

한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동부를 갖는 밸브구동장치를 도시한 도면이다.

다른 실시예로써, 구동부(370)는 작동자(375) 및 스크류부재(378)를 포함한다.

작동자(375)는 링크 샤프트(360)를 내측에 수용하도록 수용홈부(376)를 갖는 다. 이때, 링크 샤프트(360)가 호 궤적을 따라 이동하기 때문에 수용홈부(376)는 상·하 방향으로 긴 장홀 형상이거나 작동자(375)의 하측으로 개방된 홀 형상으로 형성됨이 바람직하다.

아울러, 작동자(375)는 링크 샤프트(360)에 복수개 형성되어 동시 작동할 수 있으나, 편의상 링크 샤프트(360)에 하나 연결된 것으로 도시한다. 그리고, 작동자(375)는 다양한 형상으로 변형 가능하다.

또한, 스크류부재(378)는 링크 샤프트(360)의 축방향에 대해 수직한 방향으로 작동자(375)에 축 삽입된다. 그래서, 스크류부재(378)가 외력에 의해 회전되면, 작동자(375)는 스크류부재(378)의 축방향을 따라 직선 왕복 전·후진 작동하게 된다. 이때, 스크류부재(378)는 볼스크류로 함이 바람직하다. 스크류부재(378)가 외력에 회전되는 구조 및 스크류부재(378)가 위치 고정되어 회전되는 구조는 다양한 방식으로 적용 가능하다.

한편, 작동자(375)가 직선 왕복 전·후진되면, 링크 샤프트(360)와 웹부재(320)는 피벗부재(310)를 기준으로 호 궤적을 따라 왕복 이동하게 된다.

작동자(375)가 전·후진됨에 따라 밸브의 하강거리가 달라지는 원리는 상술한 바와 동일하다.

미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.

또한, 도 10은 하우징(30)을 통해 밸브구동장치 각 요소로 윤활유를 공급하여 상호 접촉시 마찰을 최소화하기 위해 유로(410)를 형성한 상태를 나타낸 도면이다.

즉, 하우징(30)은 윤활유를 공급받는 인렛(420)을 일측에 형성한다. 그리고, 이 하우징(30)은 인렛(420)에서 서포트 멤버(200)를 장착한 부위까지 유로(410)를 형성한다. 서포트 멤버(200)는 유로(410)를 통해 공급되는 윤활유의 미는 힘에 의해 항상 스윙암(100)의 타측 가장자리 하부를 지지하게 된다.

또한, 하우징(30)은 인렛(420)에서 피봇부재까지 또 다른 유로(410)를 형성한다. 그리고, 피벗부재(310)는 내부를 통해 윤활유를 웹부재(320) 내부로 유동 안내하며, 이 웹부재(320)는 공급된 윤활유를 로우 로터리 샤프트(351) 내부로 유동 안내한다. 아울러, 로우 로터리 샤프트(351) 내부로 공급된 윤활유는 로우 로터리 샤프트(351)와 캠바디(352) 사이로 공급하고, 캠바디(352)에 형성된 아웃렛(430)을 통해 외측으로 토출되면서 하이 리프트 캠(340)과 팔로우롤러(354)의 접촉 부위로 유동하게 된다. 따라서, 피벗부재(310), 웹부재(320), 로우 로터리 샤프트(351) 및 캠바디(352) 내부에도 유로(410)가 형성된다.

물론, 윤활유가 모든 부품간의 접촉부위로 유동할 수 있도록 유로(410)는 다양한 경로로 형성될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치를 하우징에 장착한 상태의 단면도이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 연결관계를 보인 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 분해 사시도이다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 작동도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸브구동장치의 사시도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브구동장치의 유로 연결관계를 보인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

20: 밸브 30: 하우징

100: 스윙암 110: 스윙롤러

200: 서포트 멤버 300: 캠부

310: 피벗부재 320: 웹부재

330: 하이 로터리 샤프트 340: 하이 리프트 캠

350: 서브캠부 351: 로우 로터리 샤프트

352: 캠바디 353: 팔로우암

355: 로우 리프트 캠 358: 탄성부재

360: 링크 샤프트 370: 작동부

Claims (13)

1. 연소실을 개폐하는 밸브 상측에 일측 가장자리를 대응되게 형성하고, 외부 조작시 타측을 기준으로 스윙운동을 하며 주기적으로 상기 밸브를 누르는 스윙암; 및

   상기 스윙암을 주기적으로 회동시키는 캠부를 포함하고,

   상기 캠부는, 기준축이 되는 피벗부재;

   상기 피벗부재에 형성되는 웹부재;

   외력에 의해 강제 회전되는 하이 로터리 샤프트;

   상기 하이 로터리 샤프트에 형성되고, 상기 하이 로터리 샤프트의 회전시 편심 회전되는 하이 편심로드를 갖는 하이 리프트 캠; 및

   상기 웹부재에 형성되고, 상기 하이 리프트 캠의 회전시 상기 하이 편심로드에 의해 하나 이상의 상기 스윙암을 동시에 작동하는 서브캠부를 포함하며,

   상기 웹부재는 링크 샤프트를 회전 가능하게 연결하고,

   상기 링크 샤프트는 작동부에 연결되며,

   상기 작동부는 상기 피벗부재를 기준으로 호 궤적을 따라 상기 링크 샤프트를 이동함으로써 변화되는 상기 팔로우암의 기울기에 따라 상기 로우 리프트 캠이 상기 스윙암의 일측을 누르는 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 서브캠부는,

   상기 웹부재에 회전 가능하게 연결된 로우 로터리 샤프트;

   상기 로우 로터리 샤프트에 형성되는 캠바디;

   상기 캠바디에 형성되어 상기 하이 편심로드의 주기적 누름에 의해 상기 스윙암 방향으로 회전되는 팔로우암;

   상기 로우 로터리 샤프트에 형성되고, 상기 팔로우암의 회전시 상기 스윙암 각각의 일측을 동시에 주기적으로 누르도록 로우 편심로드를 갖는 로우 리프트 캠; 및

   상기 캠바디를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 캠바디는 상기 팔로우암을 기준으로 양측에 상기 로우 리프트 캠을 서로 대응되는 개수로 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 팔로우암은 상기 하이 리프트 캠과 직접적으로 접하는 부위에 팔로우롤러를 회전 가능하게 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 로우 리프트 캠은 상기 스윙암의 중앙을 지지하도록 접촉면부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 스윙암은 상기 접촉면부와 접촉 부위에 스윙롤러를 회전 가능하게 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
8. 제 3항에 있어서,

   상기 팔로우암과 상기 로우 리프트 캠은 상기 캠바디에서 서로 다른 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
9. 삭제
10. 제 1항에 있어서, 상기 작동부는,

    상기 링크 샤프트에 연결되는 커넥팅로드;

    상기 커넥팅로드에 링크 연결되는 링크핀;

    상기 링크핀에 링크 연결되어 상기 링크 샤프트의 축방향에 대해 수직한 방향으로 직선 왕복 이동함으로써 상기 링크 샤프트를 호 궤적 상에서 왕복 이동시키는 스크류부재; 및

    상기 스크류부재의 둘레면에 형성되어 외력에 의해 강제 회전시 상기 스크류부재를 왕복 전·후진 작동하는 동력전달부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
11. 제 1항에 있어서, 상기 작동부는,

    상기 링크 샤프트를 내측에 수용하는 수용홈부를 갖는 작동자; 및

    상기 작동자에 나사 결합되어 외력에 의해 회전시 상기 작동자를 왕복 전·후진시킴으로써 상기 링크 샤프트를 호 궤적 상에서 왕복 안내하는 스크류부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 탄성부재는 일측이 상기 링크 샤프트에 지지되고, 타측이 상기 캠바디에 지지되는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 서브캠부는 하우징에 수용되고;

    상기 하우징과 상기 서브캠부는 외부로부터 윤활유를 공급받기 위해 유로를 서로 연결되게 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브구동장치.

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