KR0178821B1 - 엔진의 가변동 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

엔진의 가변동 밸브 장치에 있어서, 캠의 절환 작동 불량시에 있는 프로필 기능을 제공하는 것으로, 저속운전시에 밸브의 개폐에 관계하는 저속캠(21)에 대해서 메인 록커아암(1)이 추종하는 한계 화전수(N₁)과 고속 운전시에 밸브의 개폐에 관계하는 고속캠(22)에 대해서 서브 록커아암(2) 및 메인 록커아암(1)이 추종하는 한계 회전수(N₂)를 동시에 엔진의 상용 영역에 있는 최고 회전수 이상으로 설정한다.

Description

엔진의 가변동 밸브 장치

제1도는 본 발명의 실시예를 도시하는 가동밸브계의 평면도.

제2도는 제1도의 X-X선을 따라 취한 단면도.

제3도는 제1도의 Y-Y선을 따라 취한 단면도.

제4도는 제1도의 Z-Z선을 따라 취한 단면도.

제5도는 밸브 리프트 및 가속도 등을 도시하는 그래프.

제6도는 밸브 리프트를 도시하는 그래프.

제7도는 개방 밸브 각도, 밸브 리프트, 한정 회전수의 설정예를 도시하는 표.

제8도는 엔지의 출력 특성을 도시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 메인 록커아암 2: 서브 록커아암

9: 흡기 밸브 21: 저속캠

22: 고속캠 25: 로스트 모션

33,34: 플랜져 41: 오일 통로

본 발명은 엔진의 저회전시와 고회전시에서 밸브 리프트(양정) 특성을 절환하는 가변동 밸브 장치의 개량에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래부터 저중속운동시의 토오크와 고속 운전시의 출력향상을 양립하는 목적으로, 운전 상태에 따라서 흡기밸브 또는 배기밸브의 리프트 특성을 다르게 해서, 이것에 의해서 흡배기의 타이밍 또는 흡배기량을 제어하는 것이 알려져 있다.

이런 종류의 가변동 밸브 장치로서, 예를 들면 일본국 특개평2-42107호 공보에 개시되어 있는 것이 있다.

이것에 대해서 설명하면, 그 요동선단이 밸브에 맞닿는 저속용 록커아암과, 이 저속용 록커아암 한쪽측에 인접해서 밸브와의 맞닿은 부위를 갖지 않는 고속용 록커아암이 공통의 록커 샤프트에 요동가능하게 지지되고, 저속용 록커아암에는 저속캠이, 고속용 록커아암에는 저속 캠보다도 개방 밸브 각도 또는 밸브 리프트(밸브의 최대 리프트량)가 크게되는 프로필을 갖는 고속 캠이 각각 미끄럼 접촉되어 있다.

더욱이, 록커 샤프트에서 소정의 거리만큼 떨어진 요동부위에 있어서 록커 샤프트와 평행한 방향에서는 작동유압에 따라 움직이는 플랜져가 맞물림 구멍에서 빠지는 것으로 2개의 록커아암이 연결되기도 하고 그의 연결이 해제되기도 한다.

고속캠이 밸브의 개폐에 관계하는 고속운전시 저속용 록커아암은 고속용 록커아암과 일체로 되어서 요동하고, 저속캠은 저속용 록커아암에서 부상되어 공전하기 때문에, 저속캠에 저속용 록커아암이 추종하는 한계 회전수는 고속캠에 고속용 록커아암이 추종하는 한계 회전수보다 낮게 설정되어 있다.

[발명이 해결하려는 과제]

그러나, 풀랜져에 작용하는 유압을 제어하는 밸브 등의 작동불량에 의해, 고속 운전시에 저속캠이 밸브의 개폐에 관계하는 가능성이 있고, 이 경우, 저속캠의 프로필에 대해서 저속용 록커아암이 추종되지 못하게 되며, 가동 밸브계의 내구성을 저하시키는 원인으로 되기도 하고, 저속용 록커아암과 조속캠 사이에 잡음이 생긴다고 하는 문제점이 고려될 수 있다.

본 발명은 상기의 문제점에 착안하여, 엔진의 가변동 밸브 장치에 있어서, 캠의 절환 작동 불량시에 있는 페일 세이프(2중 안전장치, fail safe) 기능을 갖는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 공통의 흡기밸브 또는 배기밸브에 대하여, 저속캠과 상기 저속캠에 비교하여 밸브리프트 또는 개방 밸브각도의 적어도 한쪽이 크게 설정된 고속캠을 포함하는 복수의 캠을 구비하며, 밸브의 개폐작동에 관계되는 캠을 운전조건에 따라서 변환하는 캠 변환기구를 구비한 엔진의 가변동 밸브장치에 있어서, 각 캠에 추종하여 운동하는 부분의 한계 회전수를 함께 엔진의 상용영역에 있어서의 최고 회전수 이상으로 설정하는 것이다.

[작용]

예를 들면 저속운전시에 밸브의 개폐에 관계하는 저속 캠에 대해서 록커아암등으로 구송되는 캠절환기구가 추종하는 한계 회전수(N₁)를, 고속운전시에 밸브의 개폐에 관계하는 고속 캠에 대해서 캠절환기구가 추종하는 한계 회전수(N)와 함께 엔진의 상용영역에 있는 최고 회전수 이상으로 설정하므로써, 만일 제어계에 작동불량이 일어나서, 고속 운전시까지 저속캠의 개폐에 관계하는 경우, 고속 운전시까지 저속캠의 캠면에 대해서 메인 록커아암을 추종시키고, 록커아암등과 저속캠 사이에 잡음이 생기는 것을 방지하는 동시에, 2차 고장을 초래하는 것을 회피할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 기초해서 설명한다.

제1도, 제2도 및 제3도는 1개의 기통에 대해서 동일의 기능을 갖는 2개의 밸브(흡기 밸브, 배기밸브중 어느것이라도 좋으며, 도시하는 것은 흡기밸브로 한다)를 구비한 다기통 엔진에 대해서 본 발명을 적용한 경우의 실시예를 도시한다.

이것에 대해서 설명하면, 각 기통에는 2개의 흡기 밸브(9)에 대응해서 단일의 메인 록커아암(1)이 설치되어 있다. 메인 록커아암(1)의 베이스 단부는 각 시통에 공통인 메인 록커 샤프트(3)를 통해서 실린더에 요동자유롭게 지지되고, 메인 록커아암(1)의 선단에는 흡기밸브(9)의 스템 상부(꼭데기부)를 맞닿게 하는 조정 나사(10)가 너트(11)를 통해서 체결되어 있다.

메인 록커아암(1)에는 샤프트(13)에 니이들 베어링(12)을 통해서 롤러(14)가 회전자유롭게 연결되고, 이 롤러(14)에 저속 캠(21)을 구름 접촉시키도록 이루어져 있다.

메인 록커아암(1)은 평면상으로 거의 사각형으로 형성되고, 메인 록커아암(1)에는 롤러(14)와 병행한 단일의 서브 록커아암(2)이 설치되어 있다. 이 서브 록커아암(2)의 베이스 단부는 서브 록커 샤프트(16)를 통해서 매인 록커아암(2)에 상대적으로 회전가능하게 연결된다. 서브 록커 샤프트(16)는 서브 록커아암(2)에 형성된 구멍(17)에 미끄럼 가능하게 맞물려 있는 한편, 각 메인 록커아암(1)에 형성된 구명(18)에 눌려들어가 있다.

서브 록커아암(2)은 흡기밸브(9)에 맞닿는 부위를 가지지 않고, 그의 선단에는 고속캠(22)에 미끄럼 접촉하는 캠 펠로어부(23)가 원호상으로 돌출하여 형성되고, 그의 하측에는 상기 펠로어부(23)를 고속 캠(22)에 눌려 부착하는 로스트 모션 스프링(25)이 장착된다.

메인 록커아암(1)에는 서브 록커아암(2)의 바로 아래에 위치해서 로스트 모션 스프링(25)이 장착하는 원주상의 오목부(26)가 일체 형성된다. 코일 형상인 로스트 모션 스프링(25)의 하단은 오목부(26)의 저면(26a)에 놓여지고, 그의 상단은 오목부(26)에 미끄럼 자유롭게 맞물리는 리테이너(27)를 통해서 서브 록커아암(2)에 일체 형성된 펠로어부(28)에 맞닿는다.

제4도에 도시한 바와 같이, 양 록커아암(1,2)의 상대 회전을 서로 정지하기 위해, 서브 록커아암(2)에는 플랜져(31)를 미끄럼 자유롭게 맞물림시캐는 구멍(32)이 형성되고, 메인 록커아암(1)에는 플랜져(33, 34)를 미끄럼 자유롭게 맞물림 시키는 구멍(35, 36)이 각각 형성되고, 플랜져(33)의 배후에 오일실(37)이 나누어 형성되는 한편, 플랜져(34)의 배후에 리턴 스프링(38)이 장착된다.

플랜져(34)에 맞물리는 구멍(36)의 한쪽에는 마개(39)가 눌려넣어지고, 마개(39)에는 공기를 빼내는 구멍(40)이 열려 구비되어 있다.

오일실(37)에 작동 유압을 넣는 오일 통로(41)는 메인 록커아암(1) 및 메인록커 샤프트(3)의 내부를 통해서 설치된다. 메인 록커아암(1)에는 오일실(37)에 한쪽이 개구하는 동시에, 다른쪽이 메인 록커 샤프트(3)에 대하는 베어링면(42)을 관통하는 관통홀(43)이 형성되고, 관통홀(43)의 한쪽에는 마개(45)가 눌려들어가 있다. 록커 샤프트(3)의 내부에는 오일갤러리(44)가 축방향으로 형성되고, 이 오일갤러리(44)에서 관통홀(46) 및 환형(고리형상)홈(47)을 통해서 메인 록커아암(1)의 관통홀(43)과 연통하고 있다.

오일갤러리(44)에는 도시하지 않는 절환밸브를 통해서 오일펌프의 토출유압이 소정의 고속 운전시로 안내된다. 절환 밸브의 작동을 전자제어하는 콘트롤 유니트는 엔진 회전 신호, 냉각수온 신호, 윤활유의 온도 신호, 과급기에 의한 흡기의 과급 압력신호, 드로틀 밸브의 개방도 신호 등을 입력해서, 이들의 검출치에 기초해서 엔진토오크의 급격한 변동을 억제하면서, 후술하는 저속캠(21)과 고속캠(22)의 절환을 원활하게 하도록 되어 있다.

저속캠(21)과 이들에 인접하는 고속캠(22)은 각각 공통의 캠샤프트에 일체형성되고, 엔진의 저회전시와 고회전시에 있어서 요구되는 밸브 리프트 특성을 만족하도록 다른 형상(크기가 다른 상이한 형태도 포함)으로 형성되어 있다. 다시말하면, 고속캠(22)은 저속캠(21)에 비해서, 밸브 리프트 또는 개방밸브 각도(개방밸브 기간)의 적어도 한쪽을 크게하는 프로필을 가지고 있다. 여기서는 밸브리프트, 개방밸브 각도를 동시에 크게하고 있다.

엔진의 저속운전시, 메인 록커아암(1)은 저속캠(21)의 프로필에 따라서 요동하고, 각 흡기밸브(9)를 개폐구동한다. 이때, 서브 록커아암(2)은 고속캠(22)에 의해서 요동되지만, 제4도의 (a)도에 도시한 바와 같이 리턴스프링(38)의 부세력에 의해 각 플랜져(33, 31, 34) 가 각 구멍(35, 32, 36)에 각각 제자리로 들어가서 메인 록커아암(1)의 요동을 구속하지 않는다.

이것에 대해서, 엔진의 고속운전시에 작동 유압이 오일갤러리(44) 및 오일 통로(41)를 통해서 오일실(37)로 안내되면, 제4도의(b)도에 도시한 바와 같이, 각 플랜져(33, 31, 34)는 리턴스프링(38)에 대향해서 이동하고, 플랜져(33)가 각 구멍(35, 32)으로 이동해서 맞물림하는 동시에, 플랜져(34)가 각 구멍(32, 36)으로 이동해서 맞물림함으로써, 2개의 록커아암(1, 2)이 일체로 되어 요동한다. 여기에, 고속캠은 저속캠에 비교해서, 밸브의 개방각도 및 리프트량이 동시에 크게되도록 형성되어 있기 때문에, 서브 록커아암(2)과 일체화된 요동시는 메인 록커아암(1)의 롤러(14)가 저속캠(21)에서 부상하고, 각 흡기밸브(9)는 고속캠(22)이 프로필에 따라서 개폐 구동되고, 밸브의 개방 각도 및 리프트량이 동시에 크게 된다.

한편, 엔진이 고회전 영역에서 다시 저회전 영역으로 이동하면, 절환밸브의 동작에 의해 오일실(37)로 안내되는 유암이 저하하고, 리턴스프링(38)의 탄성복원력에 의한 각 플랜져(33, 31. 34)가 원 위치로 이동해서 에임 록커아암(1)의 구속이 해제된다.

그래서 본 발명의 요지로 하는 바이지만, 저속캠(21)과 고속캠(22)에 대해서 메인 록커아암(1)과 서브 록커아암(2)이 각각 추종하는 한계 회전수(N₁, N₂) 가 동시에 엔진의 상용 영역에 있는 최고 회전수 이상으로 되도록 거의 같게 설정한다.

본 엔진에서는 소정의 퓨엘 컷트(fuel cut) 화전수(N₄)에 도달하면 연로의 공급이 정지되고, 그 이상의 회전 상승을 규제하고 있지만, 본 실시예에서는 상기 엔진의 상용 영역에 있는 최고 회전수를 퓨엘컷트 회전수(N₄)로 정하고, 상기 각 한계 회전수(N₁, N₂)를 동시에 퓨엘컷트 회전수(N₄)이상으로 설정한다.

메인 록커아암(1)이 서브 록커아암(2)과 일체로 되어서 요동하는 고속캠 작동시에 있어서, 고속캠(22)의 캠면에 대해서 서브 록커아암(2)이 떨어지지 않게 미끄럼 접촉하는 한계 회전수(N₂)는 다음과 같이 대략 계산할 수 있다.

단, m₂는 고속캠 동작시의 밸브측 등가 관성질량(㎏)이고, 다음식으로 산출된다.

mv는 흡기밸브(9)의 질량(㎏), mr는 흡기 밸브(9)에 부착되는 리테이너(7) 및 코터(cotter, 도시하지 않음)의 질량(㎏), ms는 밸브 스프링(8)의 질량(㎏)이다.

Ir₂는 서브 록커아암(2)이 일체로 된 록커아암(1)의 메인 록커 샤프트(3)에 대하는 관성 모멘트(㎏, ㎟)이다.

b는 메인 록커 샤프트(3)의 중심과 흡기밸브(9)의 중심선과의 거리(㎜)이다.

F₂는 밸브스프링(8)이 흡기 밸브(9)에 부여하는 스프링 하중(N)이다.

y2max는 제5도에 도시한 바와 같이, 고속캠(22)에 추종하는 흡기밸브(9)의 최대부가 속도(㎜/rad²)이다.

메인 록커아암(1)이 서브 록커아암(2)과 독립해서 요동하는 저속캠 동작시에 있어서, 저속캠(21)의 캠면에 대해서 메인 록커아암(1)이 떨어지지 않게 미끄럼접촉하는 한계 회전수(N₁)는 다음식으로 대략 계산할 수 있다.

단, m₁은 저속캠 동작시의 밸브측 등가 관성질량이고, 다음식으로 산출된다.

Ir₁는 서브 록커아암(2)이 독립해서 요동하는 록커아암(2)의 메인 록커 샤프트(3)에 대한 관성 모멘트(㎏, ㎟)이다. 즉, 서브 록커아암(2)과 로스트 모션 스프링(25) 및 리프트(26)을 제외한 관성 모멘트(㎏, ㎟)와 같다.

c는 메인 록커 샤프트(3)의 중심과 리프트(26)의 중심선과의 거리(㎜)이다.

f는 로스트 모션 스프링(25)이 서브 록커아암(2)에 부여하는 스프링 하중(N)이다.

y1max는 저속캠(21)에 추종하는 흡기밸브(9)의 최대부가속도(㎜/rad²)이다.

메인 록커아암(1)이 서브 록커아암(1)이 서브 록커아암(2)과 독립해서 요동하는 저속캠 동작시에 있어서, 고속캠(22)의 캠면에 대해서 서브 록커아암(2)이 떨어지지 않게 미끄럼 접촉하는 한계 회전수(N'₁) 는 다음식으로 대략 계산할 수 있다.

단, m₃는 서브 록커아암(2)의 가동부 질량과 리프트(26)의 질량과 로스트 모션 스프링(25)의 질량에 1/3을 곱한 것의 합(㎏)과 거의 같다.

y3max는 고속캠(22)의 캠리프트 곡선의 최대 부하 속도(㎜/rad²)이다.

따라서, 저속캠(21)과 고속캠(22)에 대해서 메인 록커아암(1)과 서브 록커아암(2)이 각각 추종하는 한계 회전수를 거의 같게 하기 위해, N₂≒N₁≒N₁'의 관계로 설정한다.

그런데, 종래는 제6도에 실선으로 도시한 바와 같이, 저속캠(21)은 고속캠(22)에 비해서 개방 밸브 각도가 큰 폭으로 적게 설정되어 있기 때문에, 최대 부가속도│y1max│는 │y2max│보다 큰 값으로 되고, 한계 회전수N₁이 N₂보다 크게 할 만큼의 각별한 의미가 없고, N₂보다 적은 값으로 된다. 구체적으로는 제7도의 표에 도시한 바와 같이, 고속캠(22)은 개방밸브 각도가 280°, 밸브리프트가 1㎜로 설정되고, 흡기밸브(9)가 고속캠(22)에 추종하는 한계 회전수(N₂)가 9000rpm으로 되는 것에 대해서, 종래 장치에 있는 저속캠은 개방밸브 각도가 220°, 밸브리프트가 8㎜로 설정되고, 흡기 밸브(9)가 저속캠에 추종하는 한계 회전수(N₁)가 7000rpm으로 된다.

이것에 대처하는 하나의 수단으로서, 제6도에 점선으로 도시한 바와 같이, 저속캠(21)의 개방 밸브 각도를 비교적 크게 설정한다.

이것에 대처하는 다른 수단으로서, 제6도에 일점 쇄선으로 도시한 바와 같이, 저속캠(21)의 밸브리프트를 비교적 적게 설정한다.

또, 제6도에는 배기밸브를 개폐하는 저속캠과 고속캠의 리프트 특성도 도시하고 있다.

구체적으로는 제7도의 표에 도시한 바와 같이, 제1실시예로서, 저속캠(21)의 개방밸브 각도를 250°, 밸브리프트를 8㎜로 설정하고, 흡기밸브(9)가 저속캠(21)에 추종하는 한계 회전수(N₁)는 9400rpm 이다.

제2실시예로서, 저속캠(21)의 개방밸브 각도를 220°, 밸브스프링을 6㎜로 설정하고, 흡기밸브(9)가 저속캠(21)에 추종하는 한계 회전수(N₁)는 9200rpm이다.

이와 같게 해서, 저속캠(21)에 대해서, 메인 록커아암(1)이 추종하는 한계 회전수(N₁)를 고속캠(22)에 대해서 서브 록커아암(2)이 추종하는 한계 회전수(N₂)와 동시에 설정함으로, 만일 유압을 제어하는 절환 밸브 등의 동작 불량이 일어나서, 일부의 기통에 고속 운전시까지 저속캠(21)이 흡기 밸브(9)의 개폐에 괸계하는 경우, 저속캠(21)의 캠면에 대해서 메인 록커아암(1)을 추종시키고, 메인 록커아암(1)과 저속캠(21) 사이에서 잡음이 생기는 것을 방지하는 동시에, 그의 가동 밸브계에 2차 고장을 초래하는 것을 회피할 수 있다.

또, 고속캠(22)에 대해서, 서브 록커아암(2)이 로스트 모션 스프링(25)을 통해서 추종하는 한계 회전수(N₁')를 고속캠(22)에 대해서 서브 록커아암(2)이 추종하는 한계회전수(N₂)와 동등하게 설정함으로써, 만일 유압을 제어하는 절환밸브 등의 작동 불량이 일어나서, 고속운전시 저속캠(21)이 흡기밸브(9)의 개폐에 관계하는 경우, 고속캠(22)의 캠면에 대해서 서브 록커아암(2)을 추종시켜, 서브 록커아암(2)과 고속캠(22) 사이에서 잡음이 생기는 것을 방지할 수 있다.

제8도는 엔진의 출력 특력 특성을 도시하고 있지만, 제1실시예의 경우, 저속캠(21)의 개방 밸브 각도를 비교적 크게 설정함으로, 저속 운전시의 발생 출력은 약간 저하하지만, 고속 운전시의 발생 출력은 상승하고, 저속캠(21)에서 고속캠(22)으로 절환하는 회전수 영역에 있어서 발생 출력이 갑자기 떨어지는 것을 억제한다. 제2실시예의 경우는 저속캠(21)의 밸브 리프트를 비교적 적게 설정함으로써, 반대로 저속운전시의 발생 출력이 상승한다.

또한, 밸브의 개폐 동작에 관계하는 캠을 절환하는 절환기구는 상기 실시예와 같이 원주상의 플랜져(33, 34)를 구비하는 구조에 한정되는 것은 아니다.

[발명의 효과]

이상 설명한 바와 같은 본 발명은 통상의 흡기밸브 또는 배기밸브에 대해서 캠프로필이 다른 복구의 캠을 구비하고, 밸브의 개폐 작동에 관계하는 캠을 절환하는 캠절환기구를 구비한 엔진의 가변동 밸브 장치에 있어서, 각 캠에 대해서 캠절환기구가 추종하는 한계 회전수를 동시에 엔진의 상용 영역에 있어서 최고 회전수 이상으로 설정한 것으로, 만일 제어계등에 작동불량이 생겨서, 고속운전시 까지 본래 저속 운전시에 사용되어지는 저속캠이 밸브의 개폐에 관계하는 경우에, 고속 운전시까지 저속 캠의 캠에 대해서 메인 록커아암을 추종시켜, 록커아암등과 저속캠 사이에서 잡음이 생기는 것을 방지하는 동시에, 가동밸브계에 2차 고장을 조래하는 것을 회피할 수 있다.

Claims (1)

1. 공통의 흡기밸브 또는 배기밸브에 대하여, 저속캠과 상기 저속캠에 비교하여 밸브리프트 또는 개방 밸브각도의 적어도 한쪽이 크게 설정된 고속캠을 포함하는 복수의 캠을 구비하며, 밸브의 개폐작동에 관계되는 캠을 운전조건에 따라서 변환하는 캠 변환기구를 구비한 엔진의 가변동 밸브장치에 있어서, 각 캠에 추종하여 운동하는 부분의 한계 회전수를 함께 엔진의 상용영역에 있어서의 최고 회전수 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는 엔진의 가변동 밸브장치.