KR101305176B1 - 자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브 리프트를 가변시켜 충진율을 높일 수 있는 가변 리프트 장치를 구성하되, 구성을 보다 간단히 하면서 엔진의 운전 조건에 따라 연속적으로 리프트를 변화시킴으로써, 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공한다.

스윙 아암, 연결 아암, 가압 아암, 센터 롤러

Description

자동차 엔진의 가변 밸브 리프트 장치{VARIABLE VALVE LIFT APPARATUS OF ENGINE FOR VEHICLES}

본 발명은 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센터 롤러의 위치를 엔진의 운전 조건에 따라 변화시킴으로써, 스윙 아암의 레버비 변화로 밸브의 리프트를 가변시킬 수 있도록 한 자동차 엔진의 가변 리프트 장치에 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 설계 를 하면 저속의 운전상태에서 반대의 현상이 일어나게 된다.

보다 구체적으로는 일반적인 엔진의 경우, 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 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어하는 가변 밸브 타이밍(Variable Valve Timing: VVT) 및 가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift; VVL)의 기술을 예로 들 수 있다.

이에 따라 본 발명은 상기 새로운 기술의 개발에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 밸브 리프트를 가변시켜 충진율을 높일 수 있는 가변 리프트 장치를 구성하되, 구성을 보다 간단히 하면서 엔진의 운전 조건에 따라 연속 적으로 리프트를 변화시킴으로써, 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 일측단이 실린더 헤드에 제1 고정 힌지에 의하여 고정되고, 타측단이 밸브를 구동하는 스윙 아암과; 상기 스윙 아암의 횡방향 부재에 수평방향으로 소정의 거리를 두고 형성되는 슬라이드 공의 안내에 따라 좌, 우 이동할 수 있도록 배치되는 센터 롤러와; 상기 스윙 아암의 상측에서 상기 센터 롤러와 접촉되면서 일측단이 연결 아암을 개재시켜 상기 스윙 아암의 제1 고정 힌지와 연결되고, 타측단 상측에 캠과 접촉되는 캠 접촉 롤러가 배치되는 가압 아암을 포함하여 이루어지는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치를 제공한다.

상기에서 가압 아암은 스윙 아암과 평행하게 배치된 상태에서 연결 아암의 상단부와 제2 고정 힌지로 연결됨을 특징으로 한다.

그리고 상기 제2 고정 힌지와 상기 센터 롤러의 회전축과의 거리를 a, 상기 가압 아암의 전체 길이를 b, 상기 제1 고정 힌지와 상기 센터 롤러의 회전축과의 거리를 x, 상기 스윙 아암의 전체 길이라고 y 할 때, 밸브의 총 가변 리프트가 {(a / b) * (y / x)} * 캠 높이로 구해짐을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면 본 발명은, 상기 센터 롤러의 위치 변화에 따른 레버비 의 변화에 의하여 밸브의 리프트를 가변시킬 수 있게 되는 것이다.

즉, 상기 센터 롤러가 제1,2 고정 힌지측으로 이동하면 밸브 리프트가 작아지고, 상기 센터 롤러가 밸브측으로 이동하면 밸브 리프트가 커지게 되는 바, 연속적으로 다양한 밸브 리프트의 조절이 가능하여 엔진의 회전 영역에 따라 밸브의 개폐시기 및 개폐량을 조절해 오버랩 타이밍을 제어하여 실린더 충진량과 잔류 가스량을 제어할 수 있게 되는 것이다.

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

도 1은 본 발명에 의한 가변 리프트 장치의 요부 발췌 사시도로서, 본 발명의 가변 리프트 장치는 3개의 아암(2)(4)(6)과, 2개의 롤러(8)(10)을 구비하여 이루어진다.

상기에서 3개의 아암이라고 함은 스윙 아암(2)과 연결 아암(4), 그리고 가압 아암(6)을 지칭하며, 2개의 롤러라고 함은 상기 스윙 아암(2)에 좌우 슬라이드 가능하게 결함되는 센터 롤러(8)와 캠과 직접 접촉되는 캠 접촉 롤러(10)를 지칭한다.

상기에서 스윙 아암(2)은 밸브(10)를 직접 구동시키는 것으로서, 일측단은 실린더 헤드에 고정 힌지(12)로서 회동 가능하게 고정되고, 타측단이 상기 밸브(10)와 접촉되면서 밸브(14)를 상하 구동시키게 되는 것이다.

이러한 스윙 아암(2)은 전,후 일정간격을 두고 이격되는 횡방향 부 재(16)(18)와, 상기 횡방향 부재(16)(18)의 일측단을 종방향으로 상호 연결하면서 밸브(14)와 접촉되는 밸브 가압부(20)로 이루어지되, 상기 횡방향 부재(16)(18)의 자유단이 일정 경사각을 가지고 하향 절곡되어 상기 고정힌지(12)로서 미도시된 실린더 헤드에 힌지 고정된다.

그리고 상기 횡방향 부재(16)(18)에는 그 길이 방향으로 일정 길이를 갖는 갖는 슬라이드 공(22)(24)이 형성되어 이들 횡방향 부재(16)(18) 사이에 배치되는 센터 롤러(8)의 회전축(26)을 좌우 슬라이드 가능하게 지지하게 된다.

상기에서 회전축(26)은 각 실린더 마다 배치되는 센터 롤러(8)를 지지하며, 그의 양단부에는 이의 회전축(26)을 좌우 이동시켜 줄 수 있는 구동수단이 배치된다.

상기에서 구동수단은 엔진의 운전 조건에 따라 ECU에서 제어하는 액튜에이터로서, 유압 또는 구동모터 등으로 구성될 수 있으며, 다양한 구동수단이 이미 공지되어 있고, 본 발명의 청구범위에서는 이를 청구하지 않는 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 연결 아암(4)은 상기 스윙 아암(2)의 횡방향 부재(16)(18)의 자유단 사이에 위치하면서 그 하단부가 고정 힌지(12)에 스윙 아암(2)과 연결되며, 그 상측단은 가압 아암(6)과 고정 힌지(28)로서 연결된다.

상기의 설명에서 2개의 고정 힌지(12)(28)가 존재하는 바, 이후 설명과 청구범위에서는 상기 스윙 아암(2)을 실린더 헤드에 회전 가능하게 고정시켜 주는 고정 힌지(12)를 제1 고정 힌지라고 하고, 연결 아암(4)과 가압 아압(6)을 연결하여 주 는 고정 힌지(28)를 제2 고정 힌지라고 지칭을 전제한다.

또한 상기에서 고정 힌지라고 함은 상호 연결되는 부분간의 회전은 허용하되, 힌지의 위치가 변하지 않음을 의미한다.

상기 연결 아암(4)의 상단에 힌지(28) 연결되는 가압 아암(6)은 상기 스윙 아암(2)의 횡방향 부재(16)(18)의 상측에서 평행하게 배치되며, 자유단 상측에서는 캠(30)과 직접 접촉되는 캠 접촉 롤러(10)가 배치된다.

이에 따라 상기 캠(30)이 구동되면 상기 리브프 가변장치는 일체가 되면서 제1 고정 힌지(12)를 기준으로 상하 승강하면서 상기 밸브(14)를 구동시키게 되는 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 가변 리프트 장치는 상기 센터 롤러(8)의 위치 변화에 따른 레버비의 변화에 의하여 밸브(14)의 리프트를 가변시키는 것이다.

즉, 도 2에서와 같이 센터 롤러(6)가 제1,2 고정 힌지(12)(28)측으로 이동하면 밸브 리프트가 작아지고, 도 3에서와 같이 센터 롤러(6)가 밸브(14)측으로 이동하면 밸브 리프트가 커지게 되는 것이다.

도면에서 a를 제2 고정 힌지(28)와 센터 롤러(6)의 회전축(26)과의 거리, b를 가압 아암의 길이, x를 제1 고정 힌지(12)와 센터 롤러(6)의 회전축(26)과의 거리, y를 스윙 아암(2)의 전체 길이라고 할 때,

센터 롤러(6)의 리프트는 (a / b) * 캠 높이로 구해지고,

밸브 리프트는 (y / x) * 센터 롤러의 리프트로 구해진다.

따라서 본 발명에 의한 밸브의 총 가변 리프트는 {(a / b) * (y / x)} * 캠 높이로 구해진다.

상기에서, a, b, x, y의 값은 지오메트리에 종속되는 값으로 엔진 설계시의 이상적인 초기의 값으로 설정된다.

따라서 도 2와 같은 최소 리프트 상태의 값을 a1, b1, x1, y1 이라고 하고, 리프트가 가변될 때를 a2, b2, x2, y2 라고 할 때, 구성의 특성상 b(b1, b2)와 y(y1, y2)는 변하지 않게 되는 바, 센터 롤러(6)의 위치에 따라 변하는 a(a1,a2)와 x(x1, x2) 값에 의하여 결정되므로, 엔진의 운전 조건에 따라 미도시한 구동수단에서 상기 회전축(26)을 좌우 이동시킴으로써, 가장 이상적인 밸브 리프트로 운전을 할 수 있는 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 개시하고 있으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명하여 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명에 의한 가변 밸브 리프트 장치의 사시도.

도 2는 밸브 리프트가 가장 작게 제어된 상태의 측면도.

도 3은 밸브 리프트가 가장 크게 제어된 상태의 측면도이다.

Claims (3)

1. 일측단이 실린더 헤드에 제1 고정 힌지에 의하여 고정되고, 타측단이 밸브를 구동하는 스윙 아암;

   상기 스윙 아암의 횡방향 부재에 수평방향으로 소정의 거리를 두고 형성되는 슬라이드 공의 안내에 따라 좌, 우 이동할 수 있도록 배치되는 센터 롤러;

   상기 스윙 아암의 제1 고정 힌지에 일단이 연결되는 연결 아암;

   상기 스윙 아암의 상측에서 스윙 아암과 평행하게 배치된 상태에서, 상기 센터 롤러와 접촉되며, 일측단이 상기 연결 아암의 타단에 제2 고정 힌지를 통하여 연결되고, 타측단 상측에 캠과 접촉되는 캠 접촉 롤러가 배치되는 가압 아암을 포함하며,

   상기 제2 고정 힌지와 센터 롤러의 회전축과의 거리를 a라 하고, 상기 가압 아암의 전체 길이를 b라 하고, 상기 제1 고정 힌지와 센터 롤러의 회전축과의 거리를 x라 하고, 상기 스윙 아암의 전체 길이를 y 라고 할 때, 상기 밸브의 총 가변 리프트가 {(a / b) * (y / x)} * 캠 높이로 구해짐을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 리프트 장치.
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