JP2017106439A - 連続可変バルブデュレーション装置およびこれを含むエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カム71,72が形成され、カム軸30に対するカムの相対的な位相が変更できる第1、第2カム部と、カム軸の回転を第1、第2カム部にそれぞれ伝達する第1、第2インナーブラケットと、第1、第2インナーブラケットが回転可能に挿入され、カム軸との相対的な位置が変化し、制御スロットが形成されたスライダーハウジング90と、第1、第2カム部70a、70bを回転可能に支持し、スライダーハウジングがスライディング可能に装着されるカムキャップ40と、制御ロッド110が偏心形成された制御シャフト108と、制御ロッドと回転可能に結合し、制御スロットに回転可能に挿入される偏心プレート98と、制御シャフトを選択的に回転させてスライダーハウジングの位置を調節する。
【選択図】図2
Description
しかし、最適の吸気バルブ/排気バルブ動作は、エンジンの回転速度によって変化する。つまり、エンジンの回転速度によって適切なリフト(lift)またはバルブオープニング/クロージングタイムが異なる。このように、エンジンの回転速度によって適切なバルブ動作を実現するために、バルブを駆動させるカムの形状を複数個に設計するか、バルブがエンジンの回転数に応じて異なるリフト(lift)で動作するように実現する連続可変バルブリフト(continuous variable valve lift;CVVL)装置が研究されている。
また、バルブの開放時間を調節するものとして、CVVT(Continuous Variable Valve Timing)技術が開発されてきたが、これは、バルブタイミングが固定された状態でバルブ開閉時点が同時に変更される技術である。
しかし、従来のCVVLまたはCVVTは、構成が複雑で、費用が高い問題がある。
連続可変バルブデュレーション装置の構成が相対的に小さくて、バルブトレインの全体高さを相対的に低く維持することができる。
既存の一般エンジンの過度な設計変更なしで連続可変バルブデュレーション装置が適用可能であり、生産性を高め、生産費用を節減することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置が装着されたエンジンの斜視図であり、図2は、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置の斜視図である。
図3は、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置のスライダーハウジングの斜視図であり、図4は、図3のIV−IV線に沿った断面図である。
図5〜図7は、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置の一部分解斜視図であり、図8は、図1のVIII−VIII線に沿った断面図である。
図1〜図8に示す通り、本発明の実施形態に係るエンジン1は、シリンダヘッド10と、シリンダヘッド10に装着されるカムキャリア12と、カムキャリアに装着される連続可変バルブデュレーション装置とを含む。
図面には、エンジン1が4つのシリンダ211、212、213、214を含むものとして示しているが、これに限定されるものではない。
スライダーハウジング90には、離脱防止ピン120が挿入されるハウジングピン挿入ホール122が形成され、偏心プレート98には、偏心プレート98が制御スロット94で回転し、離脱防止ピン120が挿入されるように偏心プレートピン挿入ホール124が形成される。
偏心プレートピン挿入ホール124は、偏心プレート98の円周方向に沿って形成され、偏心プレート98が制御スロット94内で回転可能である。
偏心プレート98の中心から偏心した位置に偏心プレートホール99が形成され、制御ロッド110が偏心プレートホール99に挿入される。
制御シャフト108が回転すると、制御シャフト108に偏心形成された制御ロッド110が偏心して回転し、偏心プレート98が制御スロット94内で相対回転する。すると、スライダーハウジング90が相対的な上下移動をする。
制御ロッド110とスライダーハウジング90との間に偏心プレート98が備えられて相対回転するため、スライダーハウジング90の移動が円滑に行われる。
第1、第2カム部70a、70bには2つのカム71、72が形成され、2つのカム71、72の間にカムキャップ結合部76が形成される。
カムキャップ40には、カムキャップ結合部76を回転可能に支持するカム支持部46が形成される。
カム71、72の回転によってバルブ200が開閉される。
第1、第2カム部70a、70bにはそれぞれカムキー74が形成され、第1、第2インナーブラケット80、81にはそれぞれ第1スライディングホール86と第2スライディングホール88が形成される。
カムキー74がスライディング可能に挿入されるカムキースロット83が形成されたカムキーピン82が第1スライディングホール86にそれぞれ回転可能に挿入される。
カム軸30にはカム軸ホール32が形成され、カム軸ピン60がカム軸ホール32に挿入されてカム軸30と結合され、カム軸ピン60がスライディング可能に挿入されるカム軸ピンスロット85が形成されたスライダーピン84がそれぞれの第2スライディングホール88に回転可能に挿入される。
スライダーハウジング90には、第1、第2インナーブラケット80、81の回転が干渉されないようにスペーサ91が備えられる。
図8に示すように、第1、第2カム部70a、70bの間にスライダーハウジング90が備えられ、エンジンレイアウトが単純になり、1つのスライダーハウジング90で第1、第2カム部70a、70bの相対的な回転速度を調節可能で、部品数を低減することができる。
また、デュレーションを調節する構成部品を低減可能で、エンジンの動力損失を低減することができる。
スライダーハウジング90には、カムキャップガイド41にオイルを供給するスライダーハウジング流路96が形成され、スライダーハウジング90の上下移動が円滑に行われる。
カムキャップ40には、制御シャフト108が挿入されるシャフトホール42が形成され、制御シャフト108を安定的に支持することができる。
第1、第2カム部70a、70bには2つのカム71、72が形成され、2つのカム71、72の間にカムキャップ結合部76が形成され、カムキャップ40には、カムキャップ結合部76を回転可能に支持するカム支持部46が形成される。
カムキャップ40は、スライダーハウジング90の移動を案内し、制御シャフト108を回転支持し、第1、第2カム部70a、70bを回転可能に支持する構成で連続可変デュレーション装置の構成を単純化し、部品数を低減することができる。
図9および図10に示す通り、制御部100は、制御モータ106および制御シャフト108に連結され、制御モータ106の回転を伝達する遊星ギヤセット130を含む。遊星ギヤセット130が制御モータ106と制御シャフト108とを連結してギヤ比を大きくすることができ、制御モータ106のモータ容量を低減することができる。
制御部100は、遊星ギヤセット130と結合されたウォームホイール104と、ウォームホイール104と噛み合うウォーム102とをさらに含むことができる。ウォーム102、ウォームホイール104、および遊星ギヤセット130を適用してギヤ比をより大きくすることができ、したがって、制御モータ106のモータ容量を低減することができる。
遊星ギヤセット130とウォーム102およびウォームホイール104を制御部ハウジング150内に装着して、エンジンレイアウトを単純化することができる。
遊星ギヤケージ138および遊星ギヤ軸139が形成された連結軸140が制御シャフト108に連結されるように備えられる。
遊星ギヤセット130は、ウォームホイール104を介して前記制御モータ106から回転が伝達されるサンギヤ132と、リングギヤ134と、サンギヤ132およびリングギヤ134と噛み合う遊星ギヤ136とを含む。
ハウジングカバー152にリングギヤ134が結合し、遊星ギヤ軸139に遊星ギヤ136が結合して、制御モータ106の回転が減速して制御シャフト108に出力される。
制御シャフト108の回転を感知するように制御部ハウジング150内に位置センサ142が備えられる。
位置センサ142は、連結軸140、サンギヤ132、またはウォームホイール104の回転を感知して当該信号を出力することができる。
図11は、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置の作動を比較するテーブルであり、図12は、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置の作動を比較するグラフである。
カム軸30と第1、第2インナーブラケット80、81の回転中心位置が同一の場合、つまり、図11のスライダーハウジング90の基準位置で表されたように、カム軸30に対するカム71、72の相対的な回転速度が変化しない。つまり、カム軸30とカム71、72は同一の速度で回転する。
エンジンの作動状態に応じて、図示しないECU(engine control unit or electric control unit)が制御部100の制御モータ106に制御信号を印加すると、制御モータ106が制御シャフト108を回転させる。すると、制御シャフト108に偏心形成された制御ロッド110が回転し、偏心プレート98を回転させる。すると、偏心プレート98の回転によって、スライダーハウジング90がカムキャップガイド41に沿ってその相対位置が変化する。
制御シャフト108の回転が制御シャフト108に偏心形成された制御ロッド110と偏心プレート98に偏心形成された偏心プレートホール99を介してスライダーハウジング90の上下移動に変化して、スライダーハウジング90の位置移動が円滑に行われる。
スライダーハウジング90の位置がカム軸30の回転中心に対して相対的に変化すると、カム軸30に対するカム71、72の相対的な回転速度が変化する。
つまり、カム軸ピン60は、カム軸30と一体に回転するが、カム軸ピン60がカム軸ピンスロット85でスライディング可能であり、スライダーピン84が第2スライディングホール88に回転可能に挿入され、カムキーピン82が第1スライディングホール86に回転可能に挿入され、カムキー74はカムキースロット83で移動可能なため、カム71、72は、カム軸30に対する相対的な回転速度が変化する。
図4に示すように、カム軸30に対するスライダーハウジング90の相対的な位置がΔH1だけ下方に移動すると、図11に示すように、カム71、72の相対的な回転速度が60度、120度の付近では遅くなり、240度と300度の付近では相対的に速くなる。
図4に示すように、カム軸30に対するスライダーハウジング90の相対的な位置がΔH2だけ上方に移動すると、図11に示すように、カム71、72の相対的な回転速度が60度、120度の付近では速くなり、240度と300度の付近では相対的に遅くなる。
また、スライダーハウジング90が基準位置である場合のバルブデュレーションD1に比べて、スライダーハウジング90の相対的な位置がΔH2の時のバルブデュレーションD3は長くなる。
図12のグラフ上において、説明の便宜のためにバルブリフトのピークポイントは一定であることを示しているが、これに限定されるものではない。
つまり、カムキー74の形成位置、バルブ200とカム71、72の接触位置、接触角度などに応じてバルブ200の開放時間を進角(advanced)させ、閉鎖時間は遅角(retarded)させることでバルブ200のデューレーションを増加させたり、逆にバルブ200の開放時間を遅角(retarded)させ、閉鎖時間は進角(advanced)させることでバルブ200のデューレーションを減少させることができる。
また、バルブ200の開放時間は一定にし、バルブ200の閉鎖時間を進角(advanced)させたり、遅角(retarded)させてもよい。
図13は、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置のスライダーピンの変形例を示す図である。
先に説明したカム軸ピンとスライダーピンとは分離された構成であるが、図13に示すスライダーピン160は、カム軸ホール32にスライディング可能に挿入されるピンボディ162、および第2スライディングホール88に回転可能に挿入されるピンヘッド164を含み、ピンボディ162とピンヘッド164とは一体に形成される。
カム軸30の内部には、その長手方向に沿ってカム軸オイルホール34(図8参照)が形成され、スライダーピン160のピンボディ162には、カム軸オイルホール34と連通するボディオイルホール166が形成される。
また、スライダーピン160のピンヘッド164には、ボディオイルホール166と連通ホール169を介して連通するオイルグルーブ168が形成される。
カム軸オイルホール34からボディオイルホール166、連通ホール169とオイルグルーブ168に潤滑油が伝達され、ピンヘッド164と第2スライディングホール88の摩擦が低減される。
上述のように、本発明の実施形態に係る連続可変バルブデュレーション装置によれば、バルブリフトの多様なデュレーションを実現することができる。
また、連続可変バルブデュレーション装置の構成が相対的に小さくて、バルブトレインの全体高さを相対的に低く維持することができる。
特に、制御部のモータなどがカムキャリアの外部に装着可能で、エンジン全体の高さを低くすることができる。
また、既存の一般エンジンの過度な設計変更なしで連続可変バルブデュレーション装置が適用可能であり、生産性を高め、生産費用を節減することができる。
10:シリンダヘッド
12:カムキャリア
30:カム軸
32:カム軸ホール
40:カムキャップ
41:カムキャップガイド
42:シャフトホール
46:カム支持部
47:カムキャップカバー
60:カム軸ピン
70a、70b:第1、第2カム部
71、72:カム
74:カムキー
76:カムキャップ結合部
80:第1インナーブラケット
81:第2インナーブラケット
82:カムキーピン
83:カムキースロット
84:スライダーピン
85:カム軸ピンスロット
86:第1スライディングホール
88:第2スライディングホール
90:スライダーハウジング
91:スペーサ
92:スライダーハウジングベアリング
94:制御スロット
95:スライダーハウジングガイド面
96:スライダーハウジング流路
98:偏心プレート
99:偏心プレートホール
100:制御部
102:ウォーム
104:ウォームホイール
106:制御モータ
108:制御シャフト
110:制御ロッド
120:離脱防止ピン
122:ハウジングピン挿入ホール
124:偏心プレートピン挿入ホール
130:遊星ギヤセット
132:サンギヤ
134:リングギヤ
136:遊星ギヤ
138:遊星ギヤケージ
139:遊星ギヤ軸
140:連結軸
142:位置センサ
150:制御部ハウジング
152:ハウジングカバー
160:スライダーピン
162:ピンボディ
164:ピンヘッド
166:ボディオイルホール
168:オイルグルーブ
169:連通ホール
200:バルブ
211〜214:第1〜第4シリンダ
Claims (24)
- カム軸と、
カムが形成され、前記カム軸が挿入され、前記カム軸に対する前記カムの相対的な位相が変更できる第1、第2カム部と、
前記カム軸の回転を前記第1、第2カム部にそれぞれ伝達する第1、第2インナーブラケットと、
前記第1、第2インナーブラケットが回転可能に挿入され、前記カム軸との相対的な位置が変化し、制御スロットが形成されたスライダーハウジングと、
前記第1、第2カム部を回転可能に支持し、前記スライダーハウジングがスライディング可能に装着されるカムキャップと、
前記カム軸と並んで備えられ、制御ロッドが偏心形成された制御シャフトと、
前記制御ロッドと回転可能に結合し、前記制御スロットに回転可能に挿入される偏心プレートと、
前記偏心プレートが前記スライダーハウジングから離脱するのを防止するように備えられた離脱防止ピンと、
前記制御シャフトを選択的に回転させて、前記スライダーハウジングの位置を調節する制御部と、
を含むことを特徴とする連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記スライダーハウジングには、前記離脱防止ピンが挿入されるハウジングピン挿入ホールが形成され、
前記離脱防止ピンが挿入されるように前記偏心プレートの円周方向に沿って偏心プレートピン挿入ホールが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記偏心プレートの中心から偏心した位置に偏心プレートホールが形成され、
前記制御ロッドが前記偏心プレートホールに挿入されることを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記第1、第2カム部にはそれぞれカムキーが形成され、
前記第1、第2インナーブラケットにはそれぞれ第1、第2スライディングホールが形成され、
前記カムキーがスライディング可能に挿入されるカムキースロットが形成され、前記各第1スライディングホールにそれぞれ回転可能に挿入されるカムキーピンと、
前記カム軸と結合するカム軸ピンと、
前記カム軸ピンがスライディング可能に挿入されるカム軸ピンスロットが形成され、前記各第2スライディングホールに回転可能に挿入されるスライダーピンと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記スライダーハウジングと前記第1、第2インナーブラケットとの間に備えられるスライダーハウジングベアリングをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。
- 前記第1、第2インナーブラケットの回転が干渉しないように前記スライダーハウジングに備えられたスペーサをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。
- 前記第1、第2カム部にはそれぞれカムキーが形成され、
前記第1、第2インナーブラケットにはそれぞれ第1、第2スライディングホールが形成され、
前記カムキーがスライディング可能に挿入されるカムキースロットが形成され、前記各第1スライディングホールにそれぞれ回転可能に挿入されるカムキーピンと、
前記カム軸にスライディング可能に挿入されるピンボディ、および前記第2スライディングホールに回転可能に挿入され、前記ピンボディと一体に形成されたピンヘッドを含むスライダーピンと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記カム軸には、その長手方向にカム軸オイルホールが形成され、
前記ピンボディには、前記カム軸オイルホールと連通するボディオイルホールが形成され、
前記ピンヘッドには、前記ボディオイルホールと連通するオイルグルーブが形成されたことを特徴とする請求項7に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記カムキャップには、
前記制御シャフトが挿入されるシャフトホールが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記カムキャップには、前記スライダーハウジングの移動を案内するカムキャップガイドが形成されたことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。
- 前記スライダーハウジングには、前記カムキャップガイドにオイルを供給するスライダーハウジング流路が形成されたことを特徴とする請求項10に記載の連続可変バルブデュレーション装置。
- 前記第1、第2カム部には2つのカムが形成され、
前記各カムの間にはカムキャップ結合部が形成され、
前記カムキャップには、前記カムキャップ結合部を回転可能に支持するカム支持部が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記制御部は、
制御モータと、
前記制御シャフトに連結され、前記制御モータの回転を伝達する遊星ギヤセットとを含むことを特徴とする請求項1に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記制御部は、
前記遊星ギヤセットと結合されたウォームホイールと、
前記ウォームホイールと噛み合うウォームとをさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記制御部は、
制御部ハウジングと、
前記制御部ハウジングと結合するハウジングカバーとをさらに含み、
前記制御部ハウジング内に前記遊星ギヤセット、前記ウォームホイール、および前記ウォームが備えられたことを特徴とする請求項14に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - 前記制御部は、
前記制御シャフトの回転を感知するように前記制御部ハウジング内に備えられる位置センサをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の連続可変バルブデュレーション装置。 - カム軸と、
カムが形成され、前記カム軸が挿入され、前記カム軸に対する前記カムの相対的な位相が変更できる第1、第2カム部と、
前記カム軸の回転を前記第1、第2カム部にそれぞれ伝達する第1、第2インナーブラケットと、
前記第1、第2インナーブラケットが回転可能に挿入され、前記カム軸との相対的な位置が変化し、制御スロットが形成されたスライダーハウジングと、
前記第1、第2カム部を回転可能に支持し、前記スライダーハウジングがスライディング可能に装着されるカムキャップと、
前記カム軸と並んで備えられ、制御ロッドが偏心形成された制御シャフトと、
前記制御ロッドと回転可能に結合し、前記制御スロットに回転可能に挿入される偏心プレートと、
前記偏心プレートが前記スライダーハウジングから離脱するのを防止するように備えられた離脱防止ピンと、
前記制御シャフトを選択的に回転させて、前記スライダーハウジングの位置を調節する制御部と、
を含むことを特徴とするエンジン。 - 前記スライダーハウジングには、前記離脱防止ピンが挿入されるピン挿入ホールが形成され、
前記離脱防止ピンが挿入されるように前記偏心プレートの円周方向に沿って偏心プレートピン挿入ホールが形成されたことを特徴とする請求項17に記載のエンジン。 - 前記偏心プレートの中心から偏心した位置に偏心プレートホールが形成され、
前記制御ロッドが前記偏心プレートホールに挿入されることを特徴とする請求項17に記載のエンジン。 - 前記第1、第2カム部にはそれぞれカムキーが形成され、
前記第1、第2インナーブラケットにはそれぞれ第1、第2スライディングホールが形成され、
前記カムキーがスライディング可能に挿入されるカムキースロットが形成され、前記各第1スライディングホールにそれぞれ回転可能に挿入されるカムキーピンと、
前記カム軸と結合するカム軸ピンと、
前記カム軸ピンがスライディング可能に挿入されるカム軸ピンスロットが形成され、前記各第2スライディングホールに回転可能に挿入されるスライダーピンと、
前記スライダーハウジングと前記第1、第2インナーブラケットとの間に備えられるスライダーハウジングベアリングとをさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のエンジン。 - 前記第1、第2カム部にはそれぞれカムキーが形成され、
前記第1、第2インナーブラケットにはそれぞれ第1、第2スライディングホールが形成され、
前記カムキーがスライディング可能に挿入されるカムキースロットが形成され、前記各第1スライディングホールにそれぞれ回転可能に挿入されるカムキーピンと、
前記カム軸にスライディング可能に挿入されるピンボディ、および前記第2スライディングホールに回転可能に挿入され、前記ピンボディと一体に形成されたピンヘッドを含むスライダーピンとをさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のエンジン。 - 前記カム軸には、その長手方向にカム軸オイルホールが形成され、
前記ピンボディには、前記カム軸オイルホールと連通するボディオイルホールが形成され、
前記ピンヘッドには、前記ボディオイルホールと連通するオイルグルーブが形成されたことを特徴とする請求項18に記載のエンジン。 - 前記制御部は、
制御部ハウジングと、
前記制御部ハウジングと結合するハウジングカバーと、
制御モータと、
前記制御モータの回転を伝達するウォームと、
前記制御部ハウジング内に備えられ、前記ウォームと噛み合うウォームホイールと、
前記制御部ハウジング内に備えられ、前記ウォームホイールの回転を前記制御シャフトに伝達する遊星ギヤセットとを含むことを特徴とする請求項17に記載のエンジン。 - 前記制御部は、
前記制御シャフトの回転を感知するように前記制御部ハウジング内に備えられる位置センサをさらに含むことを特徴とする請求項23に記載のエンジン。
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