KR0168103B1 - 내연기관용 밸브제어장치 - Google Patents

Abstract

실린더내로 혼합기를 공급하기 위하여 열려지고, 연소된 가스를 배출하기 위하여 열려지는 밸브들을 적어도 1개 이상씩 보유하고 있는 내연기관에 있어서, 흡기밸브와 배기밸브의 스템부 상단면과 로커아암과의 간극을 일정하게 유지시키기 위한 밸브 제어장치에 있어서, 하나의 장치로 흡기밸브와 배기밸브의 간극을 조정하여 구조적으로 간단하고 실린더 헤드부의 레이 아웃을 간단히 하기 위하여; 실린더 헤드에 고정되며 측방으로 열려진 개구를 갖는 가이드 부재와, 이 가이드 부재의 내측에서 측방향으로 이동 가능하게 배치되어 상반되는 제1방향과 제2방향으로 힘을 가하는 제1플런저 및 제2플런저와, 상기한 제1, 2플런저의 제1방향 또는 제2방향의 힘을 받아 로커아암의 선단을 흡기밸브 또는 배기밸브의 스템과 접촉되도록 하는 제1및 제2레버를 포함하며, 상기한 로커아암과 밸브스템의 접촉력을 일정하게 유지시키기 위하여 상기한 제1플런저에 측압을 가하는 압력유체가 수용되는 고압챔버와, 밸브 리프트시 배출된 고압챔버내의 압력유체를 재공급하기 위하여 오일통로와 연통하여 압력유체를 공급받는 저압챔버와, 상기한 고압챔버의 압력저하시 저압챔버측의 압력유체를 고압챔버측으로 공급하기 위하여 이들 챔버사이에 마련되는 체크밸브수단을 포함하는 내연기관용 밸브 제어장치를 제공한다.

Description

내연기관용 밸브제어장치

제1도는 본 발명에 의한 밸브 제어장치의 결합 측단면도.

제2도는 본 발명에 의한 밸브 제어장치의 분해 사시도.

제3도는 본 발명에 의한 밸브 제어장치가 실린더 헤드부에 설치된 상태를 나타내는 측단면도.

제4도는 일반적으로 유압 래시 어저스터를 사용하고 있는 내연기관의 실린더 헤드부를 나타내는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

40 : 가이드 부재 42 : 제1플런저

44 : 제2플런저 46 : 대 탄성부재

48, 50 : 리테이너 52 : 고압챔버

54,56 : 체크 볼부재 58, 60 : 저압챔버

62, 64 : 통로 66, 68 : 작은 탄성부재

70 : 제1레버 72 : 제2레버

90,92 : 스톱퍼

[산업상 이용분야]

본 발명은 내연기관용 밸브제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 래시 어저스터(lash adjuster)로 흡기밸브와 배기밸브의 밸브간극을 항시 일정하게 유지할 수 있도록 한 밸브제어장치에 관한 것이다.

[종래기술]

일반적인 내연기관에 있어서는 흡기밸브와 배기밸브의 개폐동작이 크랭크 샤프트의 회전력을 전달받아 행하여지고 있다.

이때 흡기밸브와 배기밸브의 개폐시기는 내연기관의 파워에 영향을 미치게 되는데, 흡기밸브는 피스턴의 흡기행정 전(배기행정이 완료되기 직전)에 열리고 흡기행정의 하사점(BDC)을 지난뒤에 닫힌다.

이러한 밸브개폐시기는 흡기의 관성을 이용하여 혼합기를 가능한 실린더내로 충분히 유입시키기 위한 것인데, 이에 비하여 배기밸브는 신속히 배기가스를 배출하기 위하여 동력행정이 완료되기전에 오픈시키고 있다.

상기한 흡기밸브와 배기밸브는, 엔진의 구동력으로 회전하는 캠 샤프트와, 이 캠 샤프트의 회전작용으로 캠의 노즈(nose)부분에 눌리어지는 캠 샤프트 플로워와, 이 플로워의 일측단부에 위치하여 밸브의 스템 엔드부와 캠 샤프트 플로워와의 간격을 조정하는 래시 어저스터를 포함하는 밸브 트레인에 의해 실질적으로 개폐되고 밸브간극(valve clearance)이 조정된다.

상기한 밸브간극은 밸브기구의 각 부품의 온도가 상승함에 의해 열팽창하는 것을 고려하여 결정하게 되는데 일반적으로 이러한 밸브간극은 조정스크류로 조정할 수 있는 구조로 되어있다.

그런데 이러한 밸브간극은 엔진이 구동할 때 소음을 발생하는 한 요인이 되고 있으며, 또 밸브간극의 조정이 잘못된 경우에는 흡기밸브 또는 배기밸브가 닫힌 상태에서 연소실내의 혼합기가 새어 나오는 원인이 된다.

이러한 문제점들을 개선하기 위한 방안으로 이른바 유압래시 어저스터가 개발되어 밸브간극 제어장치로 사용되고 있는데, 이러한 유압래시 어저스터가 미합중국 특허 4,539,951호에 개시되어 있다.

제4도는 일반적으로 사용되고 있는 유압 래시 어저스터의 사용예를 나타내는 도면으로서, 실린더 헤드(2)에 형성된 흡기포트(4)와 배기포트(6)는 밸브 트레인에 의해 개폐작용하는 흡기밸브(8)와 배기밸브(10)에 의해 열려지거나 닫혀질 수 있도록 되어 있다.

상기한 흡기밸브(8)와 배기밸브(10)의 스템부는 밸브 스프링(12, 14)으로 각각 탄지되어 항시 상방향으로 힘을 받도록 구성됨으로서 흡, 배기밸브(8, 10)의 사이트부가 흡, 배기포트(4, 6)에 긴밀히 접촉되도록 함과 아울러 밸브개폐작동시 흡기캠(16)과 배기캠(18)의 캠선도에 따라 이동할 수 있도록 하고 있다.

상기한 흡, 배기캠(16, 18)은 크랭크 축(도시생략)의 회전력을 전달받아 회전할 수 있는 구조로 실린더 헤드(2)상에 설치되는데, 이들 캠은 흡, 배기밸브(8, 10)의 스텝상단부와 접촉하고 있는 로커 아암(20, 22)을 누룰수 있는 위치에 설치된다.

상기한 로커 아암(20, 22)은 흡, 배기캠(16, 18)과의 마찰저항을 줄이기 위하여 실질적으로 흡, 배기캠(16, 18)과 접촉하여 회전하는 롤러(24, 26)를 보유하고 있다.

상기한 로커 아암(20, 22)은 일단부 아래측이 유압 래시 어저스터(28, 30)의 푸셔(32, 34)와 각각 접촉하고 있는데, 이 유압 래시 어저스터(28, 30)는 실린더 헤드(2)에 마련된 오일 통로(도시 생략)를 통하여 유입되는 압력유체에 의해 푸셔(32, 34)를 이동시킬 수 있는 구조를 갖고 있다.

[발명이 해결하려고 하는 문제점]

상기한 구조의 밸브간극조정장치는 흡기밸브와 배기밸브측에 각각 유압 래시 어저스터를 설치하여 사용하고 있기 때문에 실린더 헤드의 레이 아웃이 복잡하게 되는 문제점이 있고, 또 부품수의 증가로 인하여 코스트가 상승하는 요인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 어저스터로 흡기밸브와 배기밸브의 간극조정을 행할 수 있는 내연기관용 밸브 제어장치를 제공하는데 있다.

[문제점을 해결하기 위한 수단]

본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 실린더 헤드에 고정되며 측방으로 열려진 개구를 갖는 가이드 부재와, 이 가이드 부재의 내측에서 측방향으로 이동가능하게 배치되어 상반되는 제1방향과 제2방향으로 힘을 가하는 제1플런저 및 제2플런저와, 상기한 제1, 2플런저의 제1방향 또는 제2방향의 힘을 받아 로커아암의 선단을 흡기밸브 또는 배기밸브의 스템과 접촉되도록 하는 제1 및 제2레버를 포함하며, 상기한 로커아암과 밸브스템의 접촉력을 일정하게 유지시키기 위하여 상기한 제1플런저에 측압을 가하는 압력유체가 수용되는 고압챔버와, 밸브 리프트시 배출된 고압챔버내의 압력유체를 재공급하기 위하여 오일 패시지와 연통하여 압력유체를 공급받는 저압챔버와, 상기한 고압챔버의 압력저하시 저압챔버측의 압력유체를 고압챔버측으로 공급하기 위하여 이들 챔버사이에 마련되는 체크밸브수단을 포함하는 내연기관용 밸브 제어장치를 제공한다.

상기한 체크밸브수단은 제1, 2플런저에 뚫려진 구멍에 위치하는 볼부재와 이들 볼부재가 구멍에 접촉되도록 탄성력을 가하는 제1탄성부재와, 이 제1탄성부재가 능동적으로 또는 수동적으로 압축, 팽창작용을 할 수 있도록 지지하는 리테이너와, 상기한 리테이너를 지지하며 제1, 2플런저의 급격한 이동을 방지하기 위한 제2탄성부재를 포함하여 이루어짐을 특성으로 한다.

상기한 제1, 2플런저는 제1, 2레버와 접촉하는 부위에 마찰저항을 줄이기 위하여 저압챔버내의 유체가 레버와 플런저의 선단으로 공급될 수 있도록 구멍이 뚫려짐을 특징으로 한다.

또한, 상기한 제 1, 2플런저의 행정을 제한하여 로커아암과 밸브스템의 과도한 접촉이 발생하지 않도록 가이드 부재에는 스톱퍼가 설치됨을 특징으로 한다.

[작용]

이와 같이 이루어지는 본 발명의 밸브 제어장치는, 흡기캠 또는 배기캠의 노즈부위가 로커아암을 눌러 밸브를 개방시키게 되면, 로커아암의 하강으로 인하여, 제1, 2레버가 시계방향 또는 반시계방향으로 회동하면서 제1, 2플런저에 대하여 힘을 가하게 된다.

이때 제1, 2플런저가 중앙측으로 힘을 받게 되는데, 이러한 작용으로 제1, 2플런저 사이에 형성된 고압챔버내의 압력유체가 압축력을 받아 가이드부재와 플런저 사이로 누출되면서 고압쳄버내의 압력은 저압챔버내의 압력보다 낮아지게 된다.

이러한 작용으로 저압챔버내의 압력유체가 볼부재를 밀면서 통로를 개방하게 되므로 저압챔버내의 유체는 고압챔버내로 이동하게 되는데, 이때 이동하는 압력유체에 의해 고압챔버내의 압력이 저압챔버보다 높아지게 되면 볼부재가 다시 통로를 폐쇄하게 된다.

따라서 제1, 2플런저는 고압챔버내의 압력유체에 의해 항시 외측방향으로 이동력을 받게 되는데, 이 힘에 의해 레버가 회동하면서 로커아암의 일측단을 상방향으로 밀게 되므로 밸브의 스템부와 접촉하는 로커아암의 타측단부는 밸브스템부측으로 이동하여 접촉하게 된다.

[실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제1도와 제2도는 밸브 제어장치의 결합 측단면도 및 분해 사시도로서, 실린더 헤드에 고정 설치되는 가이드 부재(40)와, 이 가이드 부재(40)의 내측에 슬라이드 운동이 가능하게 결합되는 제1플런저(42)와 제2플런저(44)를 포함하여 이루어지고 있다.

상기한 가이드 부재(40)는 중공상으로 이루어져 양측단부가 열려져 형상으로 되어 있는데, 이 부재의 내측에 위치하는 제1플런저(42)와 제2플런저(44)는 서로 대항하는 면이 대 탄성부재(46)로 탄지되어 항시 서로 반대방향으로 이동력을 받도록 되어 있다.

상기한 탄성부재(46)는 제1, 2플런저(42, 44)를 탄지하는 것 이외에 실질적으로 플런저(42, 44)의 대향면에 각각 위치하는 리테이너(48, 50)를 지지하기도 한다.

상기한 리테이너(48, 50)는 제1, 2플런저(42, 44)사이에 형성되는 고압챔버(52)내로 돌출하여 이 리테이너(48, 50)의 내측으로 체크볼부재(54, 56)를 수용하고 있다.

이 체크볼부재(54, 56)는 제1, 2플런저(42, 44)에 형성된 저압챔버(58)(60)를 고압챔버(52)와 연통시키는 통로(62, 64)를 개폐하기 위한 것으로서, 리테이너(48, 50)의 내측에 위치하는 작은 탄성부재(66, 68)에 의해 탄지되어 저압챔버(58)(60)내의 압력에 의해 고압챔버(52)측으로 이동하면서 통로(62, 64)를 개방토록 하고 있다.

상기한 고압챔버(52)내의 압력에 의해 제1, 2플런저(42, 44)는 각각 상반된 외측방향으로 이동하여 그 선단부가 각각 로커아암에 대하여 변위를 발생시키는 제1, 2레버(70, 72)와 일정한 압력으로 접촉하는데, 제 1, 2플런저(42, 44)는 직선운동을 하고 이 직선운동에 의해 제1, 2레버(70, 72)는 축(74, 76)을 중심으로 회전운동을 하게 되므로 이들 접촉부위에는 마찰저항이 발생하게 된다.

이 저항은 본 발명에 의한 밸브 제어 작용에 바람직하지 못하므로, 본 실시 예에서는 제1, 2플런저(42, 44)의 선단부(78, 80)를 볼형상으로 하고 있으며, 이들 선단부(78, 80)와 접촉하는 레버(70, 72)에는 리세스(recess)(82, 84)를 형성하여 직선운동과 회전운동이 개별적으로 행하여질 수 있도록 하고 있다.

또한 상기한 바람직하지 못한 마찰저항을 더욱 줄이고자 제1, 2플런저(42, 44)의 선단부(78, 80)에는 저압챔버(58, 60)와 연통하여 이 챔버내의 유체를 선단부와 리세스부로 공급하기 위한 통로(86, 88)를 제공하고 있다.

상기한 제1, 2플런저(42, 44)는 서로 대향하는 면이 대 탄성부재(46)로 탄지되고, 이들 사이에 고압챔버(52)가 형성되어 외측방향으로 이동력을 받고 있는데, 이 힘에 의해 제1, 2플런저(42, 44)가 과도한 힘을 받아 가이드부재(40)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 가이드 부재(40)의 양측단부에 스톱퍼(90, 92)를 설치하고 있다.

이들 스톱퍼(90, 92)는 가이드 부재(40)에 끼움되어 고정되고 있으며, 제1, 2플런저(42, 44)의 이동을 억제하기 위하여 가이드 부재(40)의 내측부로 연장부(94, 96)를 형성하여 제1, 2플런저(42, 44)가 더 이상 이동하지 못하도록 하고 있다.

상기한 제1, 2레버(70, 72)는 실린더 헤드상에 고정설치되는 축(74, 76)에 회동가능하게 설치되고 있는데, 이들 레버는 각각 다른 방향으로 연장하는 제1프롱(prong)(98)과 제2프롱(100)을 보유하고 있다.

상기한 제1프롱(98)의 연장방향은 각각 제1, 2플런저(42, 44)에 대하여 힘을 가하거나 이들 플런저로부터 힘을 받을 수 있는 방향이고, 상기한 제2프롱(100)의 연장방향은 각각 제3도에 도시한 바와 같이 로커아암에 대하여 영향을 주거나 받을 수 있는 방향이다.

제3도는 본 발명에 의한 밸브 제어장치가 실질적으로 내연기관의 실린더헤드(102)에 설치된 상태를 나타내고 있는데, 혼합기를 실린더내로 유입시키기 위하여 열려지거나 닫히는 흡기밸브(8)와, 연소된 가스를 배출시키기 위하여 열려지거나 닫히는 배기밸브(10)의 밸브스템(104, 106)은 그 선단부가 로커아암(20, 22)의 일측단부와 접촉하고 있다.

상기한 로커아암(20, 22)은 밸브스템(104, 106)과 접촉하는 제1접촉단부(108, 110)와, 상기한 제1, 2레버(70, 72)와 접촉하는 제2접촉단부(112, 114)를 포함하여 이루어져 있으며, 이 로커아암(20, 22)에는 흡기캠(16)과 배기캠(18)과 접촉하는 부위에 마찰저항을 줄이기 위한 롤러(116, 118)가 회전 가능하게 설치되어 있다.

그리고 본 발명에 의한 밸브조정장치의 제1, 2레버(70, 72)가 로커아암(20, 22)의 제2접촉단부(112, 114)와 접촉하여 제1, 2 플런저(42, 44)의 이동력을 전달받아 로커아암(20, 22)의 제1접촉단부(108, 110)가 흡, 배기밸브(8, 10)의 스템상단부에 대하여 일정한 힘으로 가압하는 상태로 접촉상태부를 유지할 수 있도록 되어 있다.

상기한 밸브조정장치의 가이드 부재(40)에는 각각 저압챔버(58, 60)측으로 압력유체를 공급하기 위한 오일통로(116, 118)가 뚫려져 엔진오일과 같은 오일원으로 부터 압력유체가 흐를수 있도록 되어 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 밸브제어장치는, 엔진이 구동하면 흡기캠(16)과 배기캠(18)이 크랭크 축으로 부터 회전동력을 전달받아 함께 회전하게 되는데, 이 때 흡기캠(16) 또는 배기캠(18)의 노즈부위가 로커아암(20, 22)의 롤러(116, 118)와 접촉하는 시점부터 2개의 로커아암(20, 2)중 어느 하나의 로커아암이 다른 로커아암보다 우선하여 이동하여 해당하는 밸브(흡기밸브 또는 배기밸브)를 개방시키게 된다.

이때 작동하는 로커아암을 흡기밸브(8)에 관계하는 것으로 하여 설명하면, 로커아암(20)의 제2접촉단부(112)가 제1레버(70)의 제2프롱(100)을 상방에서 하방으로 누르게 되므로 이 레버는 도면에서 보아 반시계 방향으로 회동하게 된다.

이러한 작용으로 제1레버(70)의 제1프롱(98)은 제1플런저(42)를 제2레버(72)측으로 밀게 되는데, 배기밸브(10)와 관계하는 제2플런저(44)는 이동을 하지 않는 상태로 있기 때문에 제1플런저(42)와 제2플런저(44) 사이에 형성된 고압챔버(52)내의 압력유체는 압축력을 받아 이 고압챔버(52)내를 더욱 고압으로 만들게 된다.

그런데 유체는 압축되지 않는 물성을 갖고 있기 때문에 제1플런저(42)가 이동을 하게 되면 고압챔버(52)의 압력유체는 가이드 부재(40)와 제1플런저(42) 사이로 조금씩 누유되면서 고압챔버(52)는 압력이 저하되므로 제1플런저(42)는 이동하게 된다.

그리고 흡기행정이 완료되면서 흡기캠(16)의 베이스 서클(기초원)부가 로커아암(20)의 롤러(116)와 접촉을 하게 되면 로커아암(20)에 가하여지던 눌림력이 소멸되므로 흡기밸브(8)는 밸브스프링에 의해 상승(닫힘)하게 된다.

따라서 제1레버(70)의 제2프롱(100)에 가하여지던 힘이 없어지게 되는데, 상기한 작용에서 제1플런저(42)가 이동하면서 압축되었던 대 탄성부재(46)의 탄성력이 제1플런저(42)에 가하여지고 있기 때문에 제1플런저(42)는 흡기행정 시작시 이동하던 방향과 반대방향으로 즉 도면에서 보아 좌측으로 이동력을 받고, 또 고압챔버(52)가 실질적으로 저압챔버(58)측보다 압력이 낮아진 상태이기 때문에 체크 볼부재(54)는 저압챔버(58)내의 압력유체에 의해 고압챔버(52)측으로 이동력을 받게 된다.

이러한 작용으로 제1플런저(42)에 형성된 통로(62)가 열려지면서 저압챔버(42)내의 압력유체가 고압챔버(52)측으로 이동하게 된다.

이때 고압챔버(52)내의 압력이 저압챔버(58)내의 압력보다 커지면서 체크볼부재(54)는 다시 좌측으로 이동하여 통로(62)를 차단하게 되는데, 이와 같이 고압챔버(52)측의 압력이 높아지고 또 제1플런저(42)에 가하여지던 힘이 제거됨으로서 제1플런저(42)는 좌측으로 이동하여 제1레버(70)에 대하여 시계방향의 회동력을 전달하게 된다.

이러한 작용으로 제1레버(70)의 제2프롱(100)은 흡기밸브(8)가 상승하는데 간섭을 하지 않으면서 밸브스템(104)의 상단부에 접촉하여 항시 일정한 간극을 형성하게 된다.

상기한 작동설명은 흡기측에 대하여 설명한 것이나, 이러한 작동은 배기측에서도 동일하게 이루어지므로 흡기밸브 및 배기밸브의 스템상단부와 로커아암의 간극을 하나의 제어장치로 일정하게 유지시킬 수 있는 이점이 있다.

이러한 장치의 또다른 특징은 하나의 제어장치를 사용하기 때문에 실린더 헤드의 레이 아웃을 간단하게 할 수 있다는 것이며, 또 흡기 및 배기측에 각각 별도의 제어장치를 사용하면 종래의 제어장치에 비하여 부품수가 적기 때문에 코스트가 종래의 장치에 비해 저렴하다는 경제적 이점도 있다.

Claims (6)

1. 실린더 헤드에 고정되며 측방으로 열려진 개구를 갖는 가이드 부재와, 이 가이드 부재의 내측에서 측방향으로 이동 가능하게 배치되어 상반되는 제1방향과 제2방향으로 힘을 가하는 제1플런저 및 제2플런저와, 상기한 제1, 2플런저의 제1방향 또는 제2방향의 힘을 받아 로커아암의 선단을 흡기밸브 또는 배기밸브의 스템과 접촉되도록 하느 제1 및 제2레버를 포함하여, 상기한 로커아암과 밸브스템의 접촉력을 일정하게 유지시키기 위하여 상기한 제1플런저에 측압을 가하는 압력유체가 수용되는 고압챔버와, 밸브 리프트시 배출된 고압챔버내의 압력유체를 재공급하기 위하여 오일통로와 연통하여 압력유체를 공급받는 저압챔버와, 상기한 고압챔버의 압력저하시 저압챔버측의 압력유체를 고압챔버측으로 공급하기 위하여 이들 챔버사이에 마련되는 체크밸브수단을 포함하는 내연기관용 밸브 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 체크밸브수단은 제1, 2플런저에 뚫려진 구멍에 위치하는 볼부재와 이들 볼부재가 구멍에 접촉되도록 탄성력을 가하는 작은 탄성부재와, 이 제1탄성부재가 능동적으로 또는 수동적으로 압축, 팽창작용을 할 수 있도록 지지하는 리테이너와, 상기한 리테이너를 지지하며 제1, 2플런저의 급격한 이동을 방지하기 위한 대 탄성부재를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관용 밸브 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 제1, 2플런저는 제1, 2레버와 접촉하는 부위에 마찰저항을 줄이기 위하여 저압 챔버내의 유체가 레버와 플런저의 선단으로 공급될 수 있도록 구멍이 뚫려짐을 특징으로 하는 내연기관용 밸브 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 제1, 2플런저의 행정을 제한하여 로커아암과 밸브스템의 과도한 접촉이 발생하지 않도록 가이드 부재에는; 스톱퍼가 설치됨을 특징으로 하는 내연기관용 밸브 제어장치.
5. 제1항에 있어서, 제1, 2플런저는 각각 선단부가 원호상으로 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관용 밸브 제어장치.
6. 제1항에 있어서, 제1, 2레버는 각각 제1, 2플런저와 접촉하여 힘을 받거나 전달하는 제1프롱과, 로커아암으로 부터 힘을 받거나 힘을 가하는 제2프롱을 포함하는 내연기관용 밸브 제어장치.