KR20040050307A

KR20040050307A - 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치

Info

Publication number: KR20040050307A
Application number: KR1020020078099A
Authority: KR
Inventors: 김우균
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-06-16

Abstract

본 발명은 엔진 유온에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역에서 엔진 출력을 개선할 수 있는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치에 관한 것으로, 베인(Vane)의 장착 위치를 기준으로 진각실(Advance Chamber)과 지각실(Retard Chamber)을 가지며, 상기 진각실과 지각실로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축의 위상을 가변시키는 베인 하우징과; 캠축의 로터에 장착되어 상기 베인 하우징과 결합된 상태에서 상기 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅하는 스토퍼 핀(STOPPER PIN)과; 베인의 일측면이 접하는 베인 암에 장착되어 최지각 상태에서 스토퍼 핀이 해제되지 않으므로 눌려있고, 스토퍼 핀이 해제되면 오일 압력을 보상하는 보상력을 제공하여 베인을 밀어내어 진각 속도를 보상하는 진각 보상부를 포함하여 구성한다.

Description

차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치{ADVANCE COMPENSATION DEVICE OF VANE TYPE CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE TIMING OF VEHICLE}

본 발명은 차량에 관한 것으로서, 특히 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치에 관한 것이다.

통상적으로, 차량의 엔진 효율을 높이려면 차량의 주행조건에 따라 엔진의 고속시와 저속시에 각각 밸브 개폐시기를 달리할 필요가 있게된다.

특히, 흡기 밸브 개변시기는 충진효율에 지대한 영향을 주는 인자로서, 흡기 밸브를 일찍 열어 주면 밸브 오버랩 기간이 길어져 고속에서는 흡, 배기 관성유동을 충분히 이용할 수 있으므로 체적효율이 증가하지만, 저속에서는 잔류 가스량의증가로 오히려 체적효율이 떨어지고 HC(탄화수소)의 배출량이 증가하게 된다.

이와 같은 문제점들을 해소하기 위해서 흡, 배기 밸브의 개폐시기를 가변시키는 장치가 개발되어 적용되고 있다.

흡, 배기 밸브의 개폐시기를 가변시키기 위한 방식으로 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT ; Continuously Variable Valve Timing)장치를 사용하였다.

연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치는 베인(Vane) 좌우의 챔버(Chamber)에 공급된 오일에 의해 형성된 압력으로 캠축 구동저항을 이겨 베인과 하우징의 상대운동을 일으킨다.

이러한 운동을 조절하여 운전조건에 따른 최적의 밸브 타이밍을 맞춰주는 역할을 한다.

이때, 스토퍼 핀(Stopper Pin)의 기능은 최지각 위치 세팅(Reference Position Setting) 즉, 초기 조립시 밸브 타이밍을 고정하는 기능과, 제어(Control)시 최지각 상태를 기준값으로 사용한다.

스토퍼 핀으로 54KPa 이상의 오일압력이 공급되면 로크(Lock)상태가 해제된다.

베인 타입의 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치는 오일 압력에 의해 베인과 하우징의 위상차를 만들어 캠축의 타이밍을 변경하는 기구이다.

연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 구동원리에 따라 진각시키고자 할 때는 오일 압력이 구동시켜야 하는 캠축의 구동 토크(밸브 스프링 + 저널부 마찰) 이상의 토크를 발생할 수 있어야 움직일 수 있다.

지각시킬 때에는 오일을 빼주기만 해도 저절로 지각위치로 이동한다.

베인 타입의 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치에서 적정한 진각 속도를 확보하는 것이 중요한 개발항목이 된다.

진각 속도에 영향을 미치는 요인은 오일 압력, 캠축 구동 토크 등이다.

따라서 엔진 회전수가 낮고, 오일 온도가 높은 구간에서는 진각 속도가 너무 낮아지는 문제가 있다.

오일 압력은 엔진 회전수에 비례하고, 오일 온도에 반비례하므로 이 조건에서 가장 오일 압력이 낮다, 오일 압력이 낮으면 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치가 발생시킬 수 있는 토크가 작아진다.

또한, 캠축 구동 토크는 엔진 회전수가 낮을수록 높고, 고유온에서 크다.

따라서, 이 조건이 가장 악조건이 되는 셈이다.

실제로 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치 엔진 개발시 1000rpm, 유온 120도를 시험 포인트로 하여 목표 진각 속도가 나오도록 개발을 하고 있다.

일반적으로 진각 속도가 부족한 엔진의 경우, 오일 펌프 용량을 키워서 대응한다.

이 방법은 오일 압력을 키워 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 구동 토크는 키울 수 있으나, 더 큰 용량의 오일 펌프를 구동해야 하므로 엔진의 연비 측면에서는 바람직하지 않다.

연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 적용 효과 중 하나인 연비 향상을 오일펌프 용량 증가가 상쇄해 버리므로, 용량이 큰 오일 펌프의 적용이 유명 무실해지기 때문이다.

본 발명의 목적은 엔진 유온에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 비작동 영역에서 엔진 출력을 개선할 수 있는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 베인 하우징 내부 구성을 도시한 도면.

도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치 동작 과정을 도시한 도면.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치에 있어서, 베인(Vane)의 장착 위치를 기준으로 진각실(Advance Chamber)과 지각실(Retard Chamber)을 가지며, 상기 진각실과 지각실로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축의 위상을 가변시키는 베인 하우징과; 캠축의 로터에 장착되어 상기 베인 하우징과 결합된 상태에서 상기 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅하는 스토퍼 핀(STOPPER PIN)과; 베인의 일측면이 접하는 베인 암에 장착되어 최지각 상태에서 스토퍼 핀이 해제되지 않으므로 눌려있고, 스토퍼 핀이 해제되면 오일 압력을 보상하는 보상력을 제공하여 베인을 밀어내어 진각 속도를 보상하는 진각 보상부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 베인 하우징(110) 내부 구성 및 진각 보상장치의 구성을 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 베인 하우징(110)은 차량의 엔진 회전에 연동되도록 외주면에 스프로킷(Sprocket)을 형성하며, 내주면에 베인(102)의 움직임을 한정하는 베인암(104)을 갖고, 캠축의 로터와 베인암(104)의 결합 공간에 의해 캠축의 진각 오일 홀과 지각 오일 홀에 각각 연결되는 진각실(111)(Advance Chamber) 및 지각실(112)(Retard Chamber)을 형성한다.

베인 하우징(110)의 진각실(111)과 지각실(112)로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축의 위상이 가변된다.

즉, 엔진내 오일 압력을 이용하여 캠축과 스프로킷과의 위상을 변화시키는 것이 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 기본 원리이며, 위상각을 진각시키느냐 지각시키느냐는 베인 하우징(110) 내에 위치되는 베인(102)에 엔진 오일 압력이 미세하게 작동됨으로써 위상을 변화시킨다.

스토퍼 핀(106)은 로크 압력을 미리 설정하고, 스토퍼 핀(106)의 로크 압력에서 스토퍼 핀(106)이 로크되도록 스토퍼 핀(106)을 설계한다.

이와 같이 설계된 스토퍼 핀(106)은 캠축의 로터에 장착되어 베인 하우징(110)과 결합된 상태에서 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅한다.

진각 보상부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 베인(102)의 일측면이 접하는베인암(104)에 장착되어 최지각 상태에서 스토퍼 핀(106)이 해제되지 않으므로 눌려있고, 스토퍼 핀(106)이 해제되면 오일 압력을 보상하는 보상력을 제공하여 베인(102)을 밀어내어 진각 속도를 보상하는 기능을 한다.

진각 보상부(120)는 장착홈(122), 이동부(124), 탄성부(126)를 포함하여 구성한다.

장착홈(122)은 베인(102)의 움직임에 접하는 베인암(104)의 일측면에서 설정된 깊이를 갖고 일측면에 걸림턱(121)이 형성된다.

이동부(124)는 일측이 걸림턱(121)에 끼워져 장착홈(122)으로부터의 이탈을 방지하는 돌기(125)를 갖는다.

이동부(124)는 베인(102)의 움직임에 따라 장착홈(122)으로 삽입되거나 장착홈(122)으로부터 돌출된다.

탄성부(126)은 장착홈(122)의 바닥면과 이동부(124)의 하면 사이에 결합되어 이동부(124)를 통해 보상력(반발력, 탄성력)을 전달하는 탄성 스프링으로 구성한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 베인 타입 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 진각 속도를 향상시키기 위해 베인 하우징(110) 내부의 구성에서 도 1에 도시된 바와 같이 진각 보상부(120)를 더 형성한 것이다.

도 1 내지 도 2b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치 동작 과정을 설명한다.

도 2a에 도시된 바와 같이 최지각 상태는 스토퍼 핀(106)에 의해 고정되고,이 스토퍼 핀(106)은 횡측으로의 힘으로는 빠지지 않는다.

하우징(110)에 홈이 파여 있어서 이 홈으로 오일 압력이 0.5 bar이상이 걸리면 해제되도록 되어 있다.

최지각 상태에서는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 스토퍼 핀(106)이 해제되지 않으므로 진각 보상부(120)를 구성하는 이동부(124)는 도 2a에 도시된 바와 같이 눌려있는 상태이다.

이런 상태에서 진각 명령이 발생하면, 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 스토퍼 핀(106) 홈으로 오일이 들어오면서 스토퍼 핀(106)의 구속은 일단, 해제된다.

그러면, 오일 압력이 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 베인(102)과 하우징(110)을 서로 떨어뜨리려는 순간에 탄성부(126)의 반발력으로 베인(102)을 더 밀어낸다.

즉, 도 2b에 도시된 바와 같이 진각시에는 오일 압력 + 탄성부(126)의 반발력이 작용하게 된다.

따라서, 오일 압력만으로는 부족한 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치 구동 토크(베인(102)과 하우징(110)을 밀어내는 힘)를 탄성부(126)가 보상해주므로 원하는 진각 속도를 얻을 수 있다.

그런데, 최지각 상태로 회복시에는 탄성부(126)를 밀고 들어가야 하므로 지각 속도가 늦어질 수 있으나, 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치의 원리상 지각 속도는 진각 속도보다 훨씬 빠르므로 문제가 되지 않는다.

이와 같은 이유로, 본 발명의 실시예는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치 개발시 가장 문제점인 1000 RPM, 120도에서의 진각 속도 부족을 해결할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치는 오일 펌프 용량 증가에 따라 엔진에 미치는 악영향 없이 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치 자체 메커니즘으로 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims

차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치에 있어서,

베인(Vane)의 장착 위치를 기준으로 진각실(Advance Chamber)과 지각실(Retard Chamber)을 가지며, 상기 진각실과 지각실로 공급되는 오일 압력의 차이에 따라 캠축의 위상을 가변시키는 베인 하우징과;

캠축의 로터에 장착되어 상기 베인 하우징과 결합된 상태에서 상기 차량의 엔진 점화시기 최지각 위치를 세팅하는 스토퍼 핀과;

베인의 일측면이 접하는 베인 암에 장착되어 최지각 상태에서 스토퍼 핀이 해제되지 않으므로 눌려있고, 스토퍼 핀이 해제되면 오일 압력을 보상하는 보상력을 제공하여 베인을 밀어내어 진각 속도를 보상하는 진각 보상부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치.
제1항에 있어서, 상기 진각 보상부는

베인의 움직임에 접하는 상기 베인암의 일측면에서 설정된 깊이를 갖고 일측면에 걸림턱이 형성된 장착홈과;

일측이 상기 걸림턱에 끼워져 상기 장착홈으로부터의 이탈을 방지하는 돌기를 갖는 이동부와;

상기 장착홈의 바닥면과 상기 이동부의 하면 사이에 결합되어 상기 이동부를통해 보상력을 전달하는 탄성부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 차량의 베인형 연속 가변 밸브 타이밍 장치의 진각 보상장치.