KR101220383B1 - 연속 가변 밸브 타이밍 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자식 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 관한 것으로서, 캠축에 고정되는 캠축홀더; 상기 캠축홀더를 감싸는 캠스프로켓; 상기 캠축홀더 및 캠스프로켓과 결합되고, 이동에 의하여 캠축홀더 및 캠스프로켓을 서로 반대방향으로 회전시키는 리드스크류; 모터에 의해 구동되어 상기 리드스크류를 이동시키는 이동부재; 를 포함하는 CVVT 장치를 제공하여,
스크류너트와 스크류샤프트의 결합에 의하여 셀프락이 가능하여 장치를 고정시키기 위한 작동 전류를 최소화하고, 리드스크류, 스크류너트 등의 부품이 나사결합하므로 백래시에 의한 소음이 적으며, 모터를 캠축홀더의 내부에 장착할 수 있어 용량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

연속 가변 밸브 타이밍 장치{CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE TIMING APPARATUS}
본 발명은 연속 가변 밸브 타이밍 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동부재 및 리드스크류에 의하여 캠축홀더와 캠스프로켓의 위상을 다르게 하여 밸브타이밍을 가변시키는 CVVT 장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 엔진은 외부로부터 공기 및 연료를 흡입하여 연소실에서 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 장치로서, 상기 공기 및 연료를 연소실로 흡입하기 위해서 흡기밸브와, 연소실에서 연소된 폭발가스를 배출하기 위하여 배기밸브를 구비하고 있고, 이러한 흡,배기 밸브는 크랭크축의 회전에 연동하여 회전하는 캠축의 회전에 연동하여 개폐된다.
그러나, 엔진 회전수, 엔진부하 등에 따라 흡,배기 밸브의 최적 개폐시기는 달라질 수 있다. 따라서, 크랭크축의 회전에 따라 캠축의 회전이 확정적으로 결정되지 않고, 설정된 변위를 갖도록 하여 엔진의 구동상황에 따라 적절한 밸브 타이밍을 제어하는 기술이 개발되었으며, 이를 가변 밸브 타이밍(VVT: Variable Valve Timing) 장치라고 한다.
연속 가변 밸브 타이밍(CVVT: Continuously Variable Valve Timing, 이하 CVVT라 한다)은 이러한 가변 밸브 타이밍의 일종으로서, 밸브 타이밍을 설정된 변위 내의 임의의 값으로 제어할 수 있는 구성을 갖는다.
이러한 CVVT 장치는 종래에는 유압으로 밸브타이밍을 제어하는 방식이었으나 셀프락(Self Lock)기능이 없어 장치를 고정시키기 위하여 투입되는 전류의 소모가 컸고, 회전력 전달시 사용되는 여러 개의 복잡한 기어, 편심캠의 공차, 그루브(Groove) 등을 이용하므로 누적 공차 등에 의해 기구 작동에 어려움이 있어 정확한 캠의 작동각을 제어하기가 곤란하였다. 또한, 기어 적용시 백래시(Back lash)에 의한 소음이 발생하고 내구성 확보에 어려움이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 리드스크류에 양방향의 나사를 형성하고, 리드스크류를 캠축홀더와 캠스프로켓에 형성된 나사와 결합하도록 하여 리드스크류를 전후진시킴에 의해 캠축홀더와 캠스프로켓의 위상이 변하게 되어 밸브타이밍을 가변시키고, 스크류너트와 스크류샤프트에 의한 셀프락이 가능하여 작동 전류를 최소화하고, 나사결합에 의하므로 백래시에 의한 소음이 없는 CVVT 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 캠축에 고정되는 캠축홀더; 상기 캠축홀더를 감싸는 캠스프로켓; 상기 캠축홀더 및 캠스프로켓과 결합되고, 이동에 의하여 캠축홀더 및 캠스프로켓을 서로 반대방향으로 회전시키는 리드스크류; 모터에 의해 구동되어 상기 리드스크류를 이동시키는 이동부재; 를 포함하는 CVVT 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 실시예의 이동부재는 내주면에 나사가 형성되어 있고, 외주면에는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 돌출부의 사이에 삽입되는 리드스크류 하단을 이동시키는 스크류너트; 및 상기 스크류너트의 내부를 관통하면서 스크류너트와 결합하도록 외주면에 나사가 형성되어 있으며 일단이 상기 모터와 결합되어 있는 스크류샤프트를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 캠축홀더와 캠스프로켓에는 서로 반대 방향의 나사가 형성되어 있고, 상기 리드스크류에는 상기 캠축홀더와 캠스프로켓이 결합될 수 있도록 나사가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 캠축홀더의 내주면과 캠스프로켓의 내주면에는 각각 다른 방향의 나사가 형성되고, 상기 리드스크류의 외주면에는 캠출홀더의 내주면 및 캠스프로켓의 내주면과 결합하도록 나사가 형성되어 있고, 리드스크류의 하단은 스크류너트의 돌출부 사이에 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 리드스크류의 상단은 상기 캠축홀더와 캠스프로켓의 사이에서 이동가능하고, 리드스크류의 하단은 스크류너트의 돌출부 사이에 고정되고, 리드스크류의 내주면과 외주면에는 각각 다른 방향의 나사가 형성되며, 상기 캠축홀더의 외주면과 캠스프로켓의 내주면에는 각각 상기 리드스크류와 나사결합이 가능하도록 나사가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예의 캠축홀더는 내부에 이동부재 또는 모터가 장착될 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실시예는 이동부재와 리드스크류의 사이에 원활한 작동을 위해 개재된 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예는 스크류너트에는 돌기가 형성되어 있고, 모터에는 돌기 가이드가 형성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 스크류너트와 스크류샤프트의 결합에 의하여 밸브타이밍을 조절함으로써 셀프락이 가능하여 장치를 고정시키기 위한 작동 전류를 최소화하고, 리드스크류, 스크류너트 등의 부품이 나사결합하므로 백래시에 의한 소음이 적으며, 모터를 캠축홀더의 내부에 장착할 수 있어 용량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 CVVT 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 AA단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터에 결합된 이동부재의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 요부의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캠축홀더를 기준으로 한 진각시와 지각시의 캠축홀더와 캠스프로켓의 위상차를 나타낸 CVVT 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 CVVT 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 CVVT 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 모터에 결합된 이동부재의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 CVVT 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 AA단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터(300)에 연결된 이동부재(215)의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 CVVT 장치는 캠축(100)의 끝단에 볼트(120) 등의 고정부재로 고정되어 상기 캠축(100)과 함께 회전하는 캠축홀더(130)와, 상기 캠축홀더(130)의 외주면을 감싸면서 상기 캠축홀더(130)와는 서로 영향을 미치지 않으면서 회전이 가능한 캠스프로켓(140)과, 상기 캠축홀더(130) 및 캠스프로켓(140)과 나사결합하면서 캠축홀더(130) 및 캠스프로켓(140)을 서로 반대방향으로 회전시키는 리드스크류와, 상기 리드스크류를 이동시키는 이동부재(215) 및 상기 이동부재(215)를 구동시키는 모터(300)를 포함한다.
이 때, 상기 캠스프로켓(140)은 크랭크축(미도시)으로부터 회전력을 체인(미도시)을 통해 전달받아 회전한다.
또한, 상기 이동부재(215)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내주면에 나사가 형성되어 있는 스크류너트(210)와 상기 스크류너트(210)와 나사결합하도록 외주면에 나사가 형성되어 있는 스크류샤프트(200)를 포함하고, 상기 스크류샤프트(200)의 일단에는 모터(300)가 연결되어 있다. 그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 스크류너트(210)에는 돌출부(211,212)로부터 스크류샤프트(200)의 축방향으로 돌기(216)가 형성되어 있고, 상기 돌기(216)가 삽입되어 고정될 수 있는 돌기 가이드(217)가 모터(300)의 내부에 형성되어 있다.
이 때, 상기 스크류너트(210)에는 일정한 간격을 두고 돌출부(211,212)가 형성되어 있어 후술하는 리드스크류 하단(234)이 삽입고정된다.
상기의 리드스크류(230), 스크류샤프트(200) 및 스크류너트(210)가 모두 나사결합을 하므로 셀프락(self lock)되어 평상시에는 CVVT 장치를 고정시키기 위하여 별도의 전원을 공급할 필요가 없다. 뿐만 아니라, 리드스크류(230), 스크류샤프트(200) 등의 구성이 기어결합이 아닌 나사결합을 하고 있어 백래쉬(back lash)에 의한 소음을 최소화할 수 있다.
상기 스크류너트(210)와 리드스크류(230)의 사이에는 원활한 작동을 위하여 베어링(220)이 삽입되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)이 서로 반대 방향으로 회전할 수 있도록 각각 반대 방향의 나사가 형성된 채 상기 리드스크류(230)과 나사결합한다.
본 발명에 따른 제1실시예에 의하면 도 1에 도시된 바와 같이, 캠축홀더(130) 및 상기 캠축홀더(130)보다 외측에 위치한 캠스프로켓(140)은 리드스크류(230)의 상단(233)과 결합하는데, 상기 리드스크류의 외주면(231)의 일측에는 왼나사가 형성되어 있고, 리드스크류 외주면(231)의 타측에는 오른나사가 형성되어 있으며, 상기 캠축홀더(130) 및 캠스프로켓(140)의 내주면에도 각각 왼나사, 오른나사가 형성되어 있다.
이와 같은 구조에 의하여 상기 리드스크류(230)의 전후진에 의하여 상기 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)이 서로 반대 방향으로 회전함으로써 캠(110)과 캠스프로켓(140)의 위상이 달리지게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 제2실시예에 의하면 도 6에 도시된 바와 같이, 리드스크류 상단(233)의 내주면(232)과 외주면(231)에 서로 다른 방향의 나사가 형성되고, 상기 리드스크류의 하단(234)은 스크류너트의 돌출부(211.212)의 사이에 삽입고정되고, 상기 캠축홀더의 외주면(132)과 상기 캠스프로켓의 내주면(131)에는 각각 서로 다른 방향의 나사가 형성되어 있어 리드스크류(230)의 상단(233)이 상기 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)의 사이에서 전후진함에 따라 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)이 서로 반대 방향으로 회전함으로써 캠(110)과 캠스프프로켓(140)의 위상이 달리지게 된다.
본 발명에 따른 제3실시예에 의하면 도 7에 도시된 바와 같이, 기본적으로 제2실시예와 동일한 구조이나, 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)을 연장하여 캠축홀더(130)의 내부에 모터(300)를 장착할 수 있도록 하였다. 이에 의하면, CVVT 장치의 크기를 소형화할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 작동과정을 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저 도 1에 도시된 본 발명에 따른 제1실시예를 살펴본다.
평상시에는 캠축의 회전속도와 동일한 속도로 캠축홀더(130), 캠스프로켓(140) 및 리드스크류(230)가 동일한 방향으로 동일한 각속도로 회전한다.
밸브타이밍을 앞당겨야 할 경우에는 모터(300)를 작동시켜 스크류샤프트(200)를 회전시킨다. 상기 스크류샤프트(200)의 회전에 의하여 스크류너트(210)가 전진하게 되고, 스크류너트(210)의 전진에 의하여 스크류너트(210)의 돌출부(211,212)와 리드스크류의 하단(234)이 결합된 상태로 전진하게 된다.
리드스크류의 외주면(231)의 일측에는 왼나사가 형성되어 있고, 타측에는 오른나사가 형성되어 있으며, 캠축홀더의 내주면(131)과 캠스프로켓의 내주면(141)에는 각각 왼나사, 오른나사가 형성되어 있어 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)은 리드스크류(230)와 나사결합하게 된다. 상기 나사결합에 의하여 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)이 서로 반대 방향으로 회전하여 도 5의 A에 도시된 바와 같이 캠스프로켓(140)을 기준으로 한 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)의 위상각(α)이 확대되어 밸브타이밍을 앞당기는 진각이 수행된다.
이와는 반대로 밸브타이밍을 늦춰야 할 경우에는 모터(300)를 작동시키되, 스크류샤프트(200)의 회전방향을 진각시와는 반대로 하여 스크류너트(210)가 후진하도록 한다. 상기 스크류너트(210)의 후진에 의하여 리드스크류(230)도 후진하게 되고, 상기 리드스크류(230)의 후진에 의하여 상기 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)이 반대 방향으로 회전하여 위상각이 작아지게 된다. 이는 도 5의 B에 도시되어 있다. 즉, 캠스프로켓(140)을 기준으로 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)의 위상각(β)이 축소되어 지각이 수행된다.
이하에서는 본 발명에 따른 제2실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 제2실시예의 CVVT 단면도이다.
제2실시예의 경우에도 평상시에는 캠축홀더(130), 캠스프로켓(140) 및 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)의 사이에 위치한 리드스크류(230)가 캠축(100)과 동일한 방향으로 동일한 각속도로 회전한다.
그러다가, 밸브타이밍을 앞당겨야 할 경우에는 모터(300)가 작동시켜 스크류샤프트(200)를 회전시킴에 따라 스크류너트(210)가 전진한다. 상기 스크류너트(210)의 전진에 의해 스크류너트(210)의 돌출부(211,212)에 리드스크류 하단(234)이 삽입되어 고정된 상태로 리드스크류(230)가 전진한다.
상기 리드스크류(230)의 전진에 의하여 서로 반대 방향의 나사가 형성되어 있는 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)이 서로 반대 방향으로 회전하여 도 5의 A에 도시된 바와 같이, 위상각(α)이 커지게 되어 밸브타이밍이 앞당겨지는 진각이 수행된다.
이와는 반대로 밸브타이밍을 늦춰야 하는 경우에는 제1실시예에서와 마찬가지로 스크류샤프트(200)의 회전방향을 반대로 하여 스크류너트(210)를 후진시킨다. 상기 스크류너트(210)의 후진에 의하여 리드스크류(230)도 후진하게 되고 리드스크류(230)와 결합된 캠축홀더(130)와 캠스프로켓(140)이 서로 반대 방향으로 회전하여 도 5의 B에 도시된 바와 같이, 위상각(β)을 좁히게 되어 지각이 수행된다. 이 때, 리드스크류(230)가 이동하는 거리는 D1이다.
이하에서는 본 발명에 따른 제3실시예에 대하여 설명하기로 한다.
제3실시예는 기본적으로 제2실시예와 동일하나, 모터(300)의 위치가 캠축홀더(130)의 내부라는 점에서 상이하다. 즉, 이동부재(215)와 모터(300)의 위치가 제2실시예와는 반대라는 점을 제외하고는 작동과정은 동일하므로 이하에서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 이 때, 리드스크류(230)가 이동하는 거리는 D2이다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 스크류너트(210)의 돌출부(211)로부터 스크류샤프트(200)의 축방향으로 돌기(216)가 형성되어 있고, 상기 돌기(216)과 모터(300)의 내부에 형성된 돌기 가이드(217)에 결합됨으로써 보다 더 정밀한 제어를 할 수 있다. 즉, 돌기(216)가 고정됨으로써 스크류너트(210)는 회전을 하지 않고 좌우로만 움직일 수 있게 된다.
상기의 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 권리범위를 정함에 있어서는 상기에서 설명한 실시예에 한정되지 않음은 당연하다 할 것이다.
100: 캠축 110: 캠
120: 볼트 130: 캠축홀더
131: 캠축홀더의 내주면 132: 캠축홀더의 외주면
140: 캠스프로켓 141: 캠스프로켓의 내주면
200: 스크류샤프트 210: 스크류너트
211,212: 스크류너트의 돌출부 215: 이동부재
216: 돌기 217: 돌기 가이드
220: 베어링 230: 리드스크류
231: 리드스크류의 외주면 232: 리드스크류의 내주면
233: 리드스크류의 상단 234: 리드스크류의 하단
300: 모터

Claims (9)

  1. 캠축에 고정되는 캠축홀더;
    상기 캠축홀더를 감싸는 캠스프로켓;
    상기 캠축홀더 및 캠스프로켓과 결합되고, 이동에 의하여 캠축홀더 및 캠스프로켓을 서로 반대방향으로 회전시키는 리드스크류;
    모터에 의해 구동되어 상기 리드스크류를 이동시키는 이동부재;
    를 포함하는 CVVT 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캠축홀더와 상기 캠스프로켓에는 서로 반대 방향의 나사가 형성되어 있고, 상기 리드스크류에는 상기 캠축홀더와 상기 캠스프로켓이 결합될 수 있도록 나사가 형성되어 있는 CVVT 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캠축홀더의 내주면과 상기 캠스프로켓의 내주면에는 서로 반대 방향의 나사가 형성되고, 상기 리드스크류의 외주면에는 상기 캠축홀더의 내주면 및 상기 캠스프로켓의 내주면과 결합하도록 나사가 형성되어 있는 CVVT 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 리드스크류의 내주면과 외주면에는 서로 반대 방향의 나사가 형성되며, 상기 캠축홀더의 외주면과 상기 캠스프로켓의 내주면에는 각각 상기 리드스크류와 나사결합이 가능하도록 나사가 형성된 CVVT장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동부재는,
    내주면에 나사가 형성되어 있고, 외주면에는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 돌출부의 사이에 삽입되는 상기 리드스크류의 하단을 이동시키는 스크류너트; 및
    상기 스크류너트의 내부를 관통하면서 상기 스크류너트와 결합하도록 외주면에 나사가 형성되어 있으며 일단이 상기 모터와 결합되어 있는 스크류샤프트;
    를 포함하는 CVVT 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리드스크류의 상단은 상기 캠축홀더와 상기 캠스프로켓의 사이에서 이동가능하고, 상기 리드스크류의 하단은 상기 스크류너트의 돌출부 사이에 고정되는 CVVT 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스크류너트에는 돌기가 형성되어 있고, 상기 모터에는 돌기 가이드가 형성되어 있는 CVVT 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 모터는 상기 캠축홀더와 상기 리드스크류가 형성하는 공간에 배치되어, 상기 스크류샤프트는 상기 모터로부터 상기 캠축의 반대방향으로 배치되는 CVVT 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이동부재와 리드스크류의 사이에 원활한 작동을 위해 개재된 베어링을 더 포함하는 CVVT 장치.
KR1020100110422A 2010-11-08 2010-11-08 연속 가변 밸브 타이밍 장치 KR101220383B1 (ko)

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