KR20210152805A - 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진 - Google Patents

연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진 Download PDF

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KR20210152805A
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하경표
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김종구
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Abstract

본 발명은 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 관한 것으로, 캠 축, 캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되는 캠 유닛, 상부 가이드 보스가 형성된 가이드 브라켓, 상기 캠 축의 회전을 상기 캠 유닛에 전달하는 이너 휠, 상기 이너 휠이 회전 가능하게 삽입되며, 가이드 나사산이 형성되어 상기 상부 가이드 보스에 이동 가능하게 삽입되는 가이드 샤프트가 형성된 휠 하우징, 그 내측에 이너 나사산이 형성되어 상기 가이드 나사산에 치합되며, 그 외측에 아우터 나사산이 형성된 웜 휠, 상기 아우터 나사산에 치합하는 제어 웜이 형성된 제어 샤프트, 및 상기 상부 가이드 보스의 하부에 장착되어 상기 가이드 샤프트를 지지하는 상부 부싱을 포함한다.

Description

연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진{CONTINUOUS VARIABLE VAVLE DURATION APPARATUS AND ENGINE PROVIDED WITH THE SAME}
본 발명은 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 밸브의 듀레이션을 엔진의 동작상태에 따라 가변 시킬 수 있으며, 소음 및 진동이 저감된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 내연기관(internal combustion engine)은 연소실(combustion chamber)에 연료와 공기를 받아들여 이를 연소함으로써 동력을 형성한다. 공기를 흡입할 때에는 캠축(camshaft)의 구동에 의해 흡기밸브(intake valves)를 작동시키고, 흡기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에 흡입되게 된다. 또한, 캠축의 구동에 의해 배기밸브(exhaust valve)를 작동시키고 배기밸브가 열려있는 동안 공기가 연소실에서 배출되게 된다.
그런데, 최적의 흡기밸브/배기밸브 동작은 엔진의 회전속도에 따라 달라진다. 즉, 엔진의 회전속도에 따라 적절한 리프트(lift) 또는 밸브 오프닝/클로징 타임이 달라지게 된다. 이와 같이 엔진의 회전속도에 따라 적절한 밸브 동작을 구현하기 위하여, 밸브를 구동시키는 캠의 형상을 복수 개로 설계하거나, 밸브가 엔진회전수에 따라 다른 리프트(lift)로 동작하도록 구현하는 연속 가변 밸브 리프트(continuous variable valve lift; CVVL) 장치가 연구되고 있다.
또한, 밸브의 열림 시간을 조절하는 것으로 CVVT(Continuous Variable Valve Timing)기술이 개발되어왔는데, 이는 밸브 듀레이션이 고정된 상태로 밸브 열림/닫힘 시점이 동시에 변경되는 기술이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진의 작동 상태에 따라 밸브의 듀레이션을 조절할 수 있으며, 소음 및 진동이 저감된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는, 캠 축, 캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되는 캠 유닛, 상부 가이드 보스가 형성된 가이드 브라켓, 상기 캠 축의 회전을 상기 캠 유닛에 전달하는 이너 휠, 상기 이너 휠이 회전 가능하게 삽입되며, 가이드 나사산이 형성되어 상기 상부 가이드 보스에 이동 가능하게 삽입되는 가이드 샤프트가 형성된 휠 하우징, 그 내측에 이너 나사산이 형성되어 상기 가이드 나사산에 치합되며, 그 외측에 아우터 나사산이 형성된 웜 휠, 상기 아우터 나사산에 치합하는 제어 웜이 형성된 제어 샤프트, 및 상기 상부 가이드 보스의 하부에 장착되어 상기 가이드 샤프트를 지지하는 상부 부싱을 포함할 수 있다.
상기 가이드 브라켓에는 하부 가이드 보스가 형성되며, 상기 휠 하우징에는 상기 휠 하우징의 이동을 안내하도록 상기 하부 가이드 보스에 삽입되는 가이드 로드가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 하부 가이드 보스의 하부에 장착되어 상기 가이드 로드를 지지하는 하부 부싱을 더 포함할 수 있다.
상기 이너 휠의 중심은 상기 상부 가이드 보스와 상기 하부 가이드 보스를 연결한 가상의 선으로부터 벗어날 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 휠 하우징과 상기 가이드 브라켓 사이에 개재되는 인서트를 더 포함할 수 있다.
상기 인서트는 상기 휠 하우징과 상기 가이드 브라켓 중 어느 하나에 고정될 수 있다.
상기 인서트는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
상기 인서트는 그 단면이 "U"자 형상으로 형성될 수 있다.
상기 가이드 브라켓에는 상기 제어 샤프트를 지지하는 제어 샤프트 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는상기 제어 샤프트를 회전 지지하도록 상기 제어 샤프트 홀에 장착되는 제어 샤프트 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 웜 휠을 지지하도록 상기 가이드 보스에 장착되는 스러스트 베어링을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 브라켓에는 상기 휠 하우징의 회전을 방지하는 단차면이 형성될 수 있다.
상기 이너 휠에는 제1, 2 슬라이딩 홀이 형성되고, 상기 캠 유닛에는 캠 슬롯이 형성되며, 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 캠 축에 결합되며 상기 제1 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 휠 및 상기 캠 슬롯에 슬라이딩 가능하게 삽입되고 상기 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 캠을 더 포함할 수 있다.
상기 롤러 캠은 상기 캠 슬롯에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 롤러 캠 바디, 상기 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 캠 헤드 및 상기 롤러 캠의 이탈을 방지하도록 형성된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 롤러 휠은 상기 캠 축에 슬라이딩 가능하게 결합되는 휠 바디 및 상기 제1 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 휠 헤드를 포함할 수 있다.
상기 캠 축의 내부에는 그 길이방향을 따라 캠 축 오일 홀이 형성되고, 상기 롤러 휠의 상기 휠 바디에는 상기 캠 축 오일 홀과 연통하는 바디 오일 홀이 형성되고, 상기 롤러 휠의 상기 휠 헤드에는 상기 바디 오일 홀과 연통하는 오일 그루부가 형성될 수 있다.
상기 캠 유닛은 하나의 실린더와 그와 이웃한 실린더에 대응하여 각각 구비되는 제1, 2 캠 부를 포함하고, 상기 이너 휠은 상기 캠 축의 회전을 상기 제1, 2 캠 부에 각각 전달하는 제1, 2 이너 휠을 포함할 수 있다.
상기 제1, 2 이너 휠은 상대 회전이 가능하도록 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 휠 하우징 내에 구비되며, 상기 제1, 2 이너 휠을 지지하는 제1, 2 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진에는 상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 의하면, 간단한 구성으로 엔진의 작동 상태에 따라 밸브의 듀레이션을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 휠 하우징과 가이드 브라켓 사이에 부싱을 적용하여 마모 방지 및 강성 보강이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 휠 하우징과 가이드 브라켓 사이에 인서트를 적용하여 휠 하우지으이 회전을 방지하고, 소음 및 진동 저감이 가능하다.
연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구성이 상대적으로 작아 밸브 트레인의 전체 높이를 상대적으로 낮게 유지할 수 있다.
기존의 일반 엔진의 과도한 설계 변경 없이도 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 적용할 수 있어 생산성을 높일 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 웜 휠을 적용하여 부품 수를 줄일 수 있고, 진동 및 소음을 저감할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착된 엔진의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 측면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 분해 사시도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 일부 분해사시도이다.
도5는 도1의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따른 단면도이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 휠 하우징의 사시도이다.
도7은 도1의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따른 단면도이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 가이드 브라켓의 사시도이다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 가이드 브라켓의 일부 투영도이다.
도10는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 이너 휠과 캠 유닛을 도시한 사시도이다.
도11은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 이너 휠과 캠 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도12는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 이너 휠의사시도이다.
도13은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 이너 휠의단면도이다.
도14 내지 도16은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도17은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 캠 슬롯을 도시한 도면이다.
도18은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 밸브 프로파일을 나타난 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착된 엔진의 사시도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 측면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 분해 사시도이고, 도4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 일부 사시도이다.
도5는 도1의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따른 단면도이고, 도6은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 휠 하우징의 사시도이고, 도7은 도1의 Ⅶ-Ⅶ 선을 따른 단면도이다.
도1 내지 도7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)은 실린더 헤드(3)와 엔진 블록(5)을 포함하고, 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 상기 실린더 헤드(3)에 장착된다.
상기 엔진에 4개의 실린더(201, 202, 203, 204)가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 캠 축(30), 캠(71)이 형성되고, 상기 캠 축(30)이 삽입되는 캠 유닛(70), 상부 가이드 보스(131)가 형성된 가이드 브라켓(130), 상기 캠 축(30)의 회전을 상기 캠 유닛(70)에 전달하는 이너 휠(80), 상기 이너 휠(80)이 회전 가능하게 삽입되며, 가이드 나사산(92)이 형성되어 상기 상부 가이드 보스(131)에 이동 가능하게 삽입되는 가이드 샤프트(91)가 형성된 휠 하우징(90), 그 내측에 이너 나사산(52)이 형성되어 상기 가이드 나사산(92)에 치합되며, 그 외측에 아우터 나사산(54)이 형성된 웜 휠(50) 및 상기 아우터 나사산(54)에 치합하는 제어 웜(104)이 형성된 제어 샤프트(102)와 상기 상부 가이드 보스(131)의 하부에 장착되어 상기 가이드 샤프트(91)를 지지하는 상부 부싱(170)을 포함한다.
상기 캠 축(30)은 흡기 챔 축일 수 있고, 흡기 축과 배기 캠 축일 수도 있다.
상기 가이드 브라켓(130)에는 상기 제어 샤프트(102)를 지지하는 제어 샤프트 홀(132)이 형성되며, 제어 샤프트 베어링(160)이 상기 제어 샤프트(102)를 회전 지지하도록 상기 제어 샤프트 홀(132)에 장착된다.
상기 가이드 보스(131)에는 상기 웜 휠(50)을 지지하도록 스러스트 베어링(150)이 장착되며, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 스러스트 베어링(150)는 상기 웜 휠(50)의 상하에 각각 장착될 수 있다.
상기 스러스트 베어링(150)을 지지하도록 웜 캡(152)이 상기 가이드 브라켓(130)에 결합될 수 있고, 예를 들어 상기 웜 캡(152)은 상기 가이드 브라켓(130)에 코킹으로 결합될 수 있다.
도5를 참조하면, 상기 웜 휠(50)의 이너 나사산(52)과 상기 가이드 나사산(92)은 사다리꼴 나사(trapezoidal thread)일 수 있다. 따라서, 상기 상기 제어 샤프트(102)의 회전이 상기 웜 휠(50)에 전달되어 상기 휠 하우징(90)의 상하 움직임이 부드럽게 제어될 수 있다.
상기 스러스트 베어링(150)은 상기 웜 휠(50)이 원활하게 회전토록 하며, 상기 웜 캡(152)은 상기 웜 휠(50)의 위치를 고정한다.
따라서, 상기 웜 휠(50)은 상기 가이드 브라켓(130)의 고정 위치에 장착되며, 상기 웜 휠(50)의 회전에 따라 상기 휠 하우징(90)이 도면의 상하 방향으로 원활하게 이동할 수 있다.
상기 가이드 브라켓(130)에는 하부 가이드 보스(133)가 형성되며, 상기 휠 하우징(90)에는 상기 휠 하우징(90)의 이동을 안내하도록 상기 하부 가이드 보스(133)에 삽입되는 가이드 로드(94)가 형성된다. 상기 가이드 로드(94)는 상기 휠 하우징(90)의 이동을 안내하며, 상기 휠 하우징(90)의 흔들림을 방지할 수 있다.
상기 하부 가이드 보스(133)의 하부에는 상기 가이드 로드(94)를 지지하는 하부 부싱(172)이 장착될 수 있다.
상기 휠 하우징(90)과 상기 가이드 브라켓(130) 사이에 상기 부싱들(170, 172)이 적용되어 상기 휠 하우징(90)의 흔들림을 방지할 수 있고, 마모 방지 및 강성 보강이 가능하다. 예를 들어, 상기 상기 휠 하우징(90)과 상기 가이드 브라켓(130)은 알루미늄 재질로 형성되고, 상기 상부 부싱(170) 및 상기 하부 부싱(172)은 스틸 재질로 형성되어 상기 휠 하우징(90)의 움직임을 안정적으로 지지할 수 있고, 상기 상부 가이드 보스(131)와 상기 하부 가이드 보스(133)의 살두께(thickness)를 축소할 수 있다.
상기 이너 휠(80)의 중심(B)은 상기 상부 가이드 보스(131)와 상기 하부 가이드 보스(133)를 연결한 가상의 선(A)으로부터 벗어난 것일 수 있다.
상기 캠 축(30)과 상기 제어 샤프트(102)는 가상의 수직선(S) 상에 장착될 수 있다. 따라서, 캠 캡 등의 볼트 체결시 공구의 간섭을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 가상의 수직선(S) 상이란, 완전히 수직한 선상에 있는 것을 의미하는 것은 아니고, 실질적인 수직선(substantially vertical) 상으로, 공구를 통한 작업시 간섭을 최소화 할 수 있는 배치를 의미한다.
상기 이너 휠(80)의 중심이 상기 상부 가이드 보스(131)와 상기 하부 가이드 보스(133)를 연결한 가상의 선(A)과 오프셋(off-set; △) 되어 밸브 듀레이션 장치에 약간의 기울기만 부여하여도 상기 캠 축(30)과 상기 제어 샤프트(102)는 가상의 수직선상(S)에 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 휠 하우징(90)과 상기 가이드 브라켓(130) 사이에 개재되는 인서트(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 인서트(180)는 상기 휠 하우징(90)과 상기 가이드 브라켓(130) 중 어느 하나에 고정될 수 있다.
예를 들어, 상기 휠 하우징(90)에 고정 홀(98)이 형성되고, 상기 인서트(180)에 인서트 돌출부(182)가 형성되며, 상기 인서트 돌출부(182)가 상기 고정 홀(98)에 결합될 수 있다. 반대로, 상기 가이드 브라켓(130)에 미도시한 홀이 형성되고, 상기 인서트(180)에 인서트 돌출부(184)가 형성되어 상기 인서트(180)가 상기 가이드 브라켓(130)에 결합될 수도 있다.
또한, 상기 인서트(180)가 상기 휠 하우징(90)과 상기 가이드 브라켓(130) 중 어느 하나에 볼팅, 끼움 등으로 결합될 수도 있고, 접착되어 고정될 수도 있다.
상기 인서트(180)는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 즉, 금속 재질로 형성된 상기 휠 하우징(90)과 상기 가이드 브라켓(130)이 접촉시 소음 및 진동이 발생할 수 있다. 그러나, 플라스틱 재질로 형성된 상기 인서트(180) 상기 휠 하우징(90)과 상기 가이드 브라켓(130) 사이에 개재되어 소음 및 진동을 억제하는 댐핑 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 인서트(180)는 PA66 과 같은 내마모성 엔지니어링 플라스틱으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 인서트(180)는 그 단면이 "U"자 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 인서트(180)가 상기 휠 하우징(90)를 감싸며 상기 인서트(180)가 분리되는 것을 방지할 수 있고, 상기 휠 하우징(90)이 상기 상부 가이드 보스(131)와 상기 하부 가이드 보스(133)를 중심으로 회전하는 것을 방지할 수도 있다.
상기 휠 하우징(90)에는 상기 가이드 브라켓(130)과 접촉하는 상부 스타퍼(95)와 하부 스타퍼(96)가 형성되어 상기 휠 하우징(90)의 이동을 제한할 수 있다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 가이드 브라켓의 사시도이다.
도8을 참조하면, 상기 가이드 브라켓(130)에는 상기 휠 하우징(90)의 회전을 방지하는 단차면(134)이 형성될 수 있다.
상기 가이드 브라켓(130)에는 상기 상부 가이드 보스(131)와 상기 하부 가이드 보스(133)가 형성되어, 기구 작동시 상기 휠 하우징(90)이 회전하여 편마모 등이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 의하면 상기 단차면(134)을 상기 가이드 브라켓(130)에 형성하며, 특히 측면의 볼트 체결을 위한 보스 등에 형성하여 구성 부품 수를 줄이며, 상기 휠 하우징(90)의 회전을 방지할 수 있다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 가이드 브라켓의 일부 투영도이다.
도9를 참조하면, 상기 가이드 브라켓(130)에는 상기 웜 휠(50)에 윤활 오일을 공급하는 브라켓 오일 홀(136)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 제어 샤프트 베어링(160), 상기 웜 캡(152)이 하나의 챔버를 형성하여 상기 브라켓 오일 홀(136)을 통해 상기 웜 휠(50)로 오일을 공급하면 오일압 소실을 최소화하며 각 부품에 적절한 오일 공급이 가능하다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 이너 휠과 캠 유닛을 도시한 사시도이고, 도11은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 적용되는 이너 휠과 캠 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도1 내지 도11을 참조하면, 상기 이너 휠(80)에는 제1, 2 슬라이딩 홀(86, 88)이 형성되고, 상기 캠 유닛(70)에는 캠 슬롯(74)이 형성된다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 캠 축(30)에 결합되며 상기 제1 슬라이딩 홀(86)에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 휠(60) 및 상기 캠 슬롯(74)에 슬라이딩 가능하게 삽입되고 상기 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 캠(82)을 더 포함한다.
상기 롤러 캠(82)은 상기 캠 슬롯(74)에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 롤러 캠 바디(82a) 및 상기 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 캠 헤드(82b)를 포함한다.
상기 롤러 캠(82)에는 상기 롤러 캠(82)의 이탈을 방지하는 돌출부(82c)가 형성된다.
상기 롤러 휠(60)은 상기 캠 축(30)에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 휠 바디(62) 및 상기 제1 슬라이딩 홀(86)에 회전 가능하게 삽입되는 휠 헤드(64)를 포함하며, 상기 휠 바디(62)와 상기 휠 헤드(64)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 캠 축(30)에는 캠 축 홀(34)이 형성되고, 상기 롤러 휠(60)의 휠 바디(62)가 상기 캠 축 홀(34)에 이동 가능하게 삽입되며, 상기 휠 헤드(64)가 상기 제1 슬라이딩 홀(86) 내에서 회전 가능하게 구비된다.
상기 캠 축(30)의 내부에는 그 길이방향을 따라 캠 축 오일 홀(32)이 형성되고, 상기 롤러 휠(60)의 상기 휠 바디(62)에는 상기 캠 축 오일 홀(32)과 연통하는 바디 오일 홀(66)이 형성되고, 상기 롤러 휠(60)의 상기 휠 헤드(64)에는 상기 바디 오일 홀(66)과 연통 홀(69)을 통해 연통하는 오일 그루부(68; 도14참조)가 형성된다.
상기 캠 축 오일 홀(32)로 전달되는 윤활유가 상기 바디 오일 홀(66), 상기 연통 홀(69) 및 상기 오일 그루부(68)을 통해 상기 이너 휠(80)으로 원활하게 전달될 수 있다.
도12는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 이너 휠의을 사시도이고, 도13은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 이너 휠의 단면도이다.
도2, 도12 및 도13을 참조하면, 상기 캠 유닛(70)은 하나의 실린더, 예를 들어 상기 제1 실린더(201)와 그와 이웃한 실린더, 예를 들어 상기 제2 실린더(202)에 대응하여 각각 구비되는 제1, 2 캠 부(70a, 70b)를 포함하고, 상기 이너 휠(80)은 상기 캠 축(30)의 회전을 상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)에 각각 전달하는 제1, 2 이너 휠(80a, 80b)을 포함할 수 있다.
상기 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 상기 휠 하우징(90) 내에 구비되며, 상기 제1, 2 이너 휠(80a, 80b)과 결합하는 제1, 2 베어링(140, 141)을 더 포함한다.
상기 제1, 2 베어링(140, 141)은 니들 베어링 일 수 있고, 하나의 휠 하우징(90) 내에 상기 제1, 2 이너 휠(80a, 80b)이 구비되고, 상기 제1, 2 베어링(140, 141)에 의해 상기 제1, 2 이너 휠(80a, 80b)이 원활하게 회전 가능하다.
또한, 하나의 휠 하우징(90) 내에 상기 제1, 2 이너 휠(80a, 80b)이 구비되어 부품 수가 줄어들어 생산성 및 경제성이 향상될 수 있고, 전체 기구가 차지하는 공간이 줄어들 수 있다.
상기 휠 하우징(90) 내에 구비되는 상기 제1 이너 휠(80a)과 상기 제2 이너 휠(80b)이 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 이너 휠(80a)과 상기 제2 이너 휠(80b)에 각각 제1 이너 휠 결합부(84)와 제2 이너 휠 결합부(85)가 형성되어 상기 제1 이너 휠 결합부(84)과 제2 이너 휠 결합부(85)가 결합될 수 있다.
도면에는 상기 제1 이너 휠 결합부(84)과 제2 이너 휠 결합부(85)가 각각 볼록/오목 형상으로 이를 결합한 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1, 2 이너 휠(80a, 80b)이 상대 회전이 가능하도록 결합하는 다양한 결합 구조일 수 있다.
상기 제1 이너 휠(80a)과 상기 제2 이너 휠(80b)이 결합된 경우, 상기 제1 이너 휠(80a)과 상기 제2 이너 휠(80b)이 분리된 경우보다, 부품, 예를 들어 베어링, 이너 휠, 휠 하우징 등의 제작 공차에 의한 흔들림이 방지되어 보다 안정적인 거동이 가능하다.
상기 제1, 2 캠 부(70a, 70b)에는 2개의 캠(71, 72)이 형성되고, 상기 각 캠들(71, 72) 사이에는 캠 캡 결합부(76)가 형성될 수 있다.
상기 캠(71, 72)과 접촉하여 밸브(200)가 개폐된다.
도14 내지 도16은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
도14에 도시된 바와 같이, 중립 상태, 즉, 상기 캠 축(30)과 상기 캠 유닛(70)의 회전 중심이 일치한 경우, 상기 캠(71, 72)은 상기 캠 축(30)과 동일한 속도로 회전한다.
엔진의 작동 상태에 따라 미도시한 ECU (engine control unit or electric control unit)가 상기 제어부(100)에 제어 신호를 인가하면, 예를 들어 제어 모터(106)가 상기 제어 샤프트(102)를 회전 시킨다.
도5, 도15 및 도16을 참조하면, 상기 제어 웜(104)이 상기 웜 휠(50)의 외측에 형성된 아우터 나사산(54)을 회전시켜 상기 웜 휠(50)이 회전하면, 상기 이너 나사산(52)과 치합된 상기 가이드 나사산(92)이 상대 이동하게 된다.
즉, 상기 제어 샤프트(102)의 회전에 의해 상기 웜 휠(50)이 회전하며 캠 축(30)에 대한 상기 휠 하우징(90)의 상대 위치를 변경시킨다.
상기 휠 하우징(90)의 위치가 상기 캠 축(30)의 회전 중심에 대해 상대적으로 상부 또는 하부로 이동하면, 상기 캠 축(30)에 대한 상기 캠(71, 72)의 회전 속도가 그 위상에 따라 변경된다.
즉, 상기 롤러 휠(60)의 휠 바디(62)가 상기 캠 축(30)에 형성된 캠 축 홀(34)에 이동 가능하게 삽입되며, 상기 휠 헤드(64) 상기 제1 슬라이딩 홀(86) 내에서 회전 가능하게 삽입되며, 상기 롤러 캠(82)이 상기 제2 슬라이딩 홀(88)에 회전 가능하게 삽입되며, 상기 캠 슬롯(74) 내에서 이동 가능하기 때문에, 상기 캠(71, 72)은 상기 캠 축(30)에 대한 상대적인 회전 속도가 변하게 된다.
도17은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 캠 슬롯을 도시한 도면이고, 도18은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 밸브 프로파일을 나타난 그래프이다.
도17에 도시된 바와 같이, 상기 캠 슬롯(74)이 상기 캠(71 또는 72) 보다 진각(도17의 74a) 또는 지각(도17의 74b)된 위치에 형성될 수 있고, 또는 캠 로브(lobe) 와 동일한 위상에 형성되어 다양한 형상의 밸브 프로파일을 형성할 수도 있다.
상기 밸브(200)의 최대 리프트 값은 일정하고, 상기 휠 하우징(90)의 위치가 상대적으로 변함에 따라 상기 캠(71, 72)의 상기 캠 축(30)에 대한 상대 회전 속도가 변하며, 상기 밸브(200)를 여닫는 시간이 변하고, 따라서, 상기 밸브(200)의 듀레이션이 변하게 된다.
상기 캠 슬롯(74)의 형성 위치, 상기 밸브(200)의 장착 각도 등에 따라 도18의 (a)에 도시된 바와 같이, 밸브를 여는 시간과 닫는 시간이 동시에 변경될 수 있다.
또한, 도18의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(200)의 열림 시간은 일정하게 하고, 상기 밸브(200)의 닫힘 시간을 진각(advanced) 시키거나, 지각(retarded) 시킬 수도 있다.
반대로, 도18의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(200)의 닫힘 시간은 일정하게 하고, 상기 밸브(200)의 열림 시간을 진각(advanced) 시키거나, 지각(retarded) 시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치에 의하면, 밸브 리프트의 다양한 듀레이션을 구현 할 수 있다.
또한, 연속 가변 밸브 듀레이션 장치의 구성이 상대적으로 작아 밸브 트레인의 전체 높이를 상대적으로 낮게 유지할 수 있다.
또한, 기존의 일반 엔진의 과도한 설계 변경 없이도 연속 가변 밸브 듀레이션 장치를 적용할 수 있어 생산성을 높일 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 웜 휠을 적용하여 부품 수를 줄일 수 있고, 진동 및 소음을 저감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 휠 하우징과 가이드 브라켓 사이에 부싱을 적용하여 마모 방지 및 강성 보강이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치는 휠 하우징과 가이드 브라켓 사이에 인서트를 적용하여 휠 하우지으이 회전을 방지하고, 소음 및 진동 저감이 가능하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 엔진 30: 캠 축
32: 캠 축 오일 홀 34: 캠 축 홀
50: 웜 휠 52: 이너 나사산
54: 아우터 나사산 60: 롤러 휠
62: 휠 바디 64: 휠 헤드
66: 바디 오일 홀 68: 오일 그루부
69: 연통 홀 70: 캠 유닛
70a, 70b: 제1, 2 캠 부 71, 72: 캠
74: 캠 슬롯 76: 캠 캡 결합부
80: 이너 휠 82: 롤러 캠
82a: 롤러 캠 바디 82b: 롤러 캠 헤드
82c: 돌출부 83: 캠 슬롯
84: 제1 이너 휠 결합부 85: 제2 이너 휠 결합부
86: 제1 슬라이딩 홀 88: 제2 슬라이딩 홀
90: 휠 하우징 91: 가이드 샤프트
92: 가이드 나사산 94: 가이드 로드
95: 상부 스타퍼 96: 하부 스타퍼 98: 고정 홀
100: 제어부 102: 제어 샤프트
104: 제어 웜 106: 제어 모터
130: 가이드 브라켓 131: 상부 가이드 보스
132: 제어 샤프트 홀 133: 하부 가이드 보스
134: 단차면 136: 브라켓 오일 홀
140, 141: 제1, 2 베어링 150: 스러스트 베어링
152: 웜 캡 160: 제어 샤프트 베어링
170: 상부 부싱 172: 하부 부싱
180: 인서트 182, 184: 인서트 돌출부
200: 밸브 211~214: 제1~4 실린더

Claims (20)

  1. 캠 축;
    캠이 형성되고, 상기 캠 축이 삽입되는 캠 유닛;
    상부 가이드 보스가 형성된 가이드 브라켓;
    상기 캠 축의 회전을 상기 캠 유닛에 전달하는 이너 휠;
    상기 이너 휠이 회전 가능하게 삽입되며, 가이드 나사산이 형성되어 상기 상부 가이드 보스에 이동 가능하게 삽입되는 가이드 샤프트가 형성된 휠 하우징;
    그 내측에 이너 나사산이 형성되어 상기 가이드 나사산에 치합되며, 그 외측에 아우터 나사산이 형성된 웜 휠;
    상기 아우터 나사산에 치합하는 제어 웜이 형성된 제어 샤프트; 및
    상기 상부 가이드 보스의 하부에 장착되어 상기 가이드 샤프트를 지지하는 상부 부싱;
    을 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 가이드 브라켓에는 하부 가이드 보스가 형성되며,
    상기 휠 하우징에는 상기 휠 하우징의 이동을 안내하도록 상기 하부 가이드 보스에 삽입되는 가이드 로드가 형성된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 하부 가이드 보스의 하부에 장착되어 상기 가이드 로드를 지지하는 하부 부싱;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 이너 휠의 중심은 상기 상부 가이드 보스와 상기 하부 가이드 보스를 연결한 가상의 선으로부터 벗어난 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 휠 하우징과 상기 가이드 브라켓 사이에 개재되는 인서트;
    를 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 인서트는 상기 휠 하우징과 상기 가이드 브라켓 중 어느 하나에 고정된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 인서트는 플라스틱 재질로 형성된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  8. 제5항에서,
    상기 인서트는 그 단면이 "U"자 형상으로 형성된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 가이드 브라켓에는 상기 제어 샤프트를 지지하는 제어 샤프트 홀이 형성된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  10. 제8항에서,
    상기 제어 샤프트를 회전 지지하도록 상기 제어 샤프트 홀에 장착되는 제어 샤프트 베어링;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 웜 휠을 지지하도록 상기 상부 가이드 보스에 장착되는 스러스트 베어링;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 가이드 브라켓에는 상기 휠 하우징의 회전을 방지하는 단차면이 형성된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 이너 휠에는 제1, 2 슬라이딩 홀이 형성되고,
    상기 캠 유닛에는 캠 슬롯이 형성되며,
    상기 캠 축에 결합되며 상기 제1 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 휠; 및
    상기 캠 슬롯에 슬라이딩 가능하게 삽입되고 상기 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 롤러 캠;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 롤러 캠은
    상기 캠 슬롯에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 롤러 캠 바디;
    상기 제2 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 캠 헤드; 및
    상기 롤러 캠의 이탈을 방지하도록 형성된 돌출부;
    를 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 롤러 휠은
    상기 캠 축에 슬라이딩 가능하게 결합되는 휠 바디; 및
    상기 제1 슬라이딩 홀에 회전 가능하게 삽입되는 휠 헤드;
    를 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 캠 축의 내부에는 그 길이방향을 따라 캠 축 오일 홀이 형성되고,
    상기 롤러 휠의 상기 휠 바디에는 상기 캠 축 오일 홀과 연통하는 바디 오일 홀이 형성되고,
    상기 롤러 휠의 상기 휠 헤드에는 상기 바디 오일 홀과 연통하는 오일 그루부가 형성된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 캠 유닛은 하나의 실린더와 그와 이웃한 실린더에 대응하여 각각 구비되는 제1, 2 캠 부를 포함하고,
    상기 이너 휠은 상기 캠 축의 회전을 상기 제1, 2 캠 부에 각각 전달하는 제1, 2 이너 휠을 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 제1, 2 이너 휠은 상대 회전이 가능하도록 결합된 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 휠 하우징 내에 구비되며, 상기 제1, 2 이너 휠을 지지하는 제1, 2 베어링;
    을 더 포함하는 연속 가변 밸브 듀레이션 장치.
  20. 제1항에 따른 연속 가변 밸브 듀레이션 장치가 장착된 엔진.
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