KR0185476B1

KR0185476B1 - 캠축 페이싱 구동

Info

Publication number: KR0185476B1
Application number: KR1019950027106A
Authority: KR
Inventors: 세이지 스가; 히로아끼 이마이; 가쯔히꼬 우찌다
Original assignee: 도오다 고오이찌로; 가부시끼가이샤 유니시아 젝스
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1999-03-20
Also published as: KR960008000A; DE19531616A1; US5592910A; JPH0868305A

Abstract

본 발명은 한 쌍의 축방향으로 이격된 환형 전방 및 후방 기어가 동축선 상의 구동 부재와 피동 부재 사이에 배치되어 결합되며 구동 부재 및 피동 부재는 다수의 피스톤 핀에 의해 환형 후방 기어에 장착된 캡축 페이싱 구동에 관한 것이다.

피스톤 핀은 전방 기어를 향해 후방 기어의 개구를 통과한다. 각 개구는 후방 기어가 대응 피스톤 핀의 외부 면을 접하지 않도록 유지하는 방식으로 대응 피스톤핀 주위의 간극을 제공하도록 치수 결정된다.

Description

캠축 페이싱 장치

제1도는 솔레노이드 제어 밸브가 작동 정지되어 가변 캠축 페이서가 하나의 또는 가장 전방의 위치에 있는 부분 단면도.

제2도는 제1도의 일점쇄선 원 A로 둘러싸인 부분의 일부 절결된 확대도.

제3도는 제2도와 유사한 도면.

제4도는 제1도의 일부 절결된 확대도.

제5도는 쿠션을 사용한 가변 캠축 페이서의 변형예의 일부 절결된 확대도.

제6도는 다른 형상의 쿠션의 일부 절결된 도면.

제7도는 또 다른 형상의 쿠션을 도시하는 제6도와 유사한 도면.

제8도는 솔레노이드 제어 밸브가 작동되어 가변 캠축 페이서가 하나의 또는 가장 후방의 위치에 있는 다른 실시예를 도시하는 도면.

제9도는 솔레노이드 밸브가 작동될 때 다른 또는 가장 전방의 위치에 있는 부품을 도시하는 제8의 일부 절결된 부분 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 캠축 20 : 스프로킷

30 : 스플라인 축 40 : 덮개

50, 52 : 기어 66 : 스프링

본 발명은 캠축 페이싱 구동에 관한 것이며, 특히, 엔진 구동되는 캠축(engine driven camshaft)에 의해 밸브 작동의 타이밍을 변경시키기 위한 캠축 페이싱 장치(camshaft phasing device)에 관한 것이다.

1994년 4월 15일 공개된 일본국 실용신안등록출원 공개 제6-28203호에서는 동축선 상의 구동 부재와 피동 부재 사이에 배치되어 결합된 한 쌍의 축방향으로 이격된 환형 기어를 사용한 가변 캠축 페이서가 공개되어 있다. 구동 부재는 내부 헬리컬 스플라인을 갖는 스프로킷 형태이며, 피동 부재는 나사에 의해 캠축에 전방 덮개를 통해 고정된 외부 헬리컬 스플라인을 갖는 스티브 축의 형태이다. 편의상 전방 (또는 외부) 기어 및 후방 (또는 내부) 기어랄 불리는 한 쌍의 축방향으로 이격된 환형 기어는 외부 및 내부 헬리컬 스플라인을 결합하는 내부 및 외부 스플라인을 갖는다. 전방 및 후방 기어는 코일 스프링을 압축하는 헤드를 가지며 후방기어 내에 억지끼워맞춤된 다수의 각도 상으로(angularly) 이격된 기어 핀에 의해 래시 보상(lash take-up)되도록 서로를 향해 편위된다. 캠축에 고정된 스티브 축과 스프로킷 사이에 페이스 관계(phase relationship)를 변경시키도록 일방향에서 전방 및 후방 기어를 축방향으로 이동시키기 위해, 환형 피스톤이 후방 기어의 내부 면에 인접하여 배치되어 다수의 각도 상으로 이격된 피스톤 핀에 의해 후방 기어에 장착된다. 피스톤 핀은 환형 피스톤에 고정되며 전방 기어의 내부 면과 결합 지지되도록 전방 기어의 내부 면을 향해 후방 기어의 다수의 개구를 각각 통해 전방으로 연장된다.

후방 기어로부터 이격된 환형 피스톤의 축방향 후향 변위를 제한하도록, 스냅 링이 이들 핀 주위에 각각 장착된다. 환형 피스톤은 스티브 축의 다듬질된 원통형 면과 밀봉 접촉하는 내부 주연 시일 및 대향한 스프로킷의 다듬질된 원통형 내부 면과 밀봉 접촉하는 외부 주연 시일을 수반한다. 환형 피스톤 및 그의 외부 및 내부 주연 시일은 스티브 축의 외부 원통형 면 및 스프로킷의 내부 원통형 면과 협력하여 환형 챔버를 한정한다. 환형 피스톤은 환형 챔버에 공급된 가압된 오일에 대응하여 일방의 축방향으로 이동 가능하다. 환형 챔버는 후방 기어에 인접한 환형 피스톤의 한 쪽에 위치된다. 환형 챔버를 압축하는 복귀 방향으로, 즉, 상기 방향에 대향 방향으로 환형 피스톤을 압박하도록 코일 복귀 스프링이 환형 피스톤과 스티브 축의 후방 플랜지 사이에 연장된다. 이러한 복귀 스프링 때문에, 피스톤 핀이 전방 기어의 내부 면 상에 지지되도록 압박된다. 환형 챔버로부터 가압된 오일을 배출함으로써 환형 피스톤의 복귀 이동이 개시된다. 후방 기어를 통해 피스톤 핀을 연장시켜 전방 기어와 지지 결합되게 하는 것이 좋다. 상기 방향으로의 환형 피스톤의 행정 중, 전방 기어는 후방 기어 뒤로 당겨진다. 따라서, 환형 피스톤의 복귀 행정 중, 전방 및 후방 기어가 서로로부터 약간 더 이격되어, 래시 보상력(lash take-up force)을 감소시키며, 따라서, 전방 및 후방 기어의 이동을 방해하는 마찰을 감소시킨다.

그러한 설계는 세이지 츄루타에 의해 1995년 3월 17일에 출원되어 함께 양도된 함께 계류중인 미합중국 특허 출원 제08/406, 302호에 도시되어 있다. 상기 미합중국 특허 출원은 1995년 3월 18일에 출원된 대한민국 특허 출원 제95-5704호 및 1995년 3월 17일에 출원된 독일연방공화국 특허 출원 제19509845.5호로 대한민국 및 독일연방공화국에서 대응 출원되었다.

상기 종류의 가변 캠축 페이서 제조시, 구성 부품의 마무리 및 후방 기어에 대한 피스톤 핀의 이동을 방해하는 바람직하지 않은 마찰을 방지하기 위해 한 쌍의 환형 기어의 인접 후방 기어에 대해 환형 피스톤의 중심선이 일치하도록 부품을 조립하는데 매우 주의를 기울여야 한다.

상술된 종류의 가변 캠축 페이서의 작동중, 스티브 축은 캠축으로부터 변화되는(alternating)토크를 받으며 이러한 변화되는 토크는 헬리컬 스플라인에 의해 변화되는 추력으로 변환되어, 한 쌍의 환형 기어 및 스프로킷을 진동시킨다. 이러한 문제점에 대처하기 위해 여러 가지 방법이 사용되었다. 공지 방법에 따르면, 0링 시일이 스프로킷과 관련 부품 사이의 충돌에 의해 야기된 소음을 감소시키기 위해 스프로킷에 축방향 편위력을 가하도록 전방 덮개와 스프로킷 사이에 작동 배치 되었다. 이러한 축방향 힘은 전방 덮개 및 스티브 축에 대한 스프로킷의 각 운동을 방해하는 마찰을 발생시킨다. 축방향 편위력의 크기는 주로 부하, 즉, 0링 시일의 변형 특성 및 0일 시일을 수납하는 시일 홈의 하부와 스프로킷의 전방 연장 허브의 인접 전방 단부 사이의 거리에 따라 변화된다. 널리 공지된 바와 같이, 0링 시일은 소정 범위의 변형에 대해 단위 변형 증가에 대한 부하 증가 비율이 크다. 따라서, 상술된 종류의 가변 캠축 페이서 제조시 이 거리의 엄격한 제어가 필요하다.

본 발명의 목적은 중심선을 일치시키기 위해 엄격하게 조절을 하지 않아도 한 쌍의 환형 기어에 대한 피스톤 핀의 이동을 방해하는 바람직하지 않는 어떠한 마찰도 발생시키지 않도록 가변 캠축 페이서를 개선시키는 데 있다.

본 발명에 따르면, 캠축을 갖는 내연 기관용 가변 캠축 페이서에 있어서, 동축선 상의 구동 부재 및 축을 중심으로 회전하도록 캠축에 고정된 피동 부재와,

상기 구동 부재와 피동 부재 사이에 배치되어 결합된 한 쌍의 축방향으로 이격되어 내부 및 외부 스플라인을 갖는 환형 기어와,

래시 보상을 위해 서로를 향해 상기 환형 기어를 편위시키기 위한 수단과, 환형 피스톤과, 상기 환형 피스톤의 한쪽의 챔버와, 상기 챔버에 공급된 가압된 오일을 포함하며, 상기 환형 피스톤은 상기 챔버에 공급된 상기 가압된 오일에 반응하여 일방의 축방향으로 이동 가능하며, 상기 환형 피스톤은 상기 환형 기어 중 하나의 환형 기어의 다수의 개구를 통해 상기 환형 기어 중 다른 환형 기어를 향해 통과하는 다수의 핀을 가지며, 상기 구동 부재와 피동 부재 사이의 페이스관계를 변화시키도록 상기 일방향에서 상기 환형 기어를 축방향으로 이동시키기 위한 수단과,

상기 환형 피스톤이 상기 복귀 방향으로 이동되면서 상기 복귀 방향으로 상기 환형 기어 중 상기 다른 환형 기어를 이동시키기 위해 상기 환형 기어 중 다른 환형 기어와 구동 접촉하게 상기 다수의 핀을 유지시키도록 상기 한 방향에 대향된 복귀 방향으로 상기 환형 피스톤을 편위시키는 복귀 스프링 수단을 포함하며,

상기 다수의 핀은 상기 환형 피스톤이 상기 한 방향으로 이동되면서 상기 한방향으로 상기 환형 기어 중 상기 하나의 환형 기어를 이동시키기 위해 상기 환형 기어 중 상기 하나의 환형 기어에 상기 다수의 핀의 이동을 전달하기 위해 상기 환형 기어 중 상기 하나의 환형 기어와 구동 관계로 되도록 배치된 부분을 가지며, 상기 환형 기어 중 상기 하나의 기어의 상기 다수의 개구 각각은 상기 환형 기어 중 상기 하나의 환형 기어가 상기 대응 핀의 외부 면과 접촉하지 않도록 유지되는 방식으로 상기 다수의 핀 중 대응하는 핀 주위에 간극을 제공하도록 치수결정되는 가변 캠축 페이서가 제공된다.

제1도에서, 도면 부호 10은 도시되지 않은 크랭크축에 의해 구동되는 캠축(12)을 갖는 종류의 내연 기관을 표시한다. 캠축(12)은 공지된 방식으로 엔진의 실린더 흡기 및/또는 배기 밸브(도시되지 않음)를 작동시키기 위한 다수의 캠(도시 되지 않음)을 수반한다. 캠축은 엔진 실린더 헤드(16)에 의해 지지되는 전방 베어링(14)에 의해 부분적으로 지지된다.

캠축(12)의 전방 피동 단부 상에는 스프로킷(20)을 포함하는 가변 캠축 페이서(18)가 있다. 스프로킷(20)은 치가 있으며 캠축(12)과 같은 축선인 축선(24)을 중심으로 스프로킷(20)을 회전 구동하기 위한 (도시되지 않은) 타이밍 체인에 의해 구동 결합되는 휠(22)을 포함한다. 훨(22)에는 후방 연장 허브(26) 및 전방 연장 허브(28)가 있다. 후방 연장 허브(26)는 환형 견부(27)를 한정하도록 전방 연장 허브(28)로 연결된다. 제4도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 전방 연장 허브(28)는 전방 단부(29)를 갖는다.

가변 캠축 페이서(18)는 일 (또는 전방) 단부(33)에 인접한 외부 헬리컬 스플라인(32) 및 다른 (또는 후방) 단부(35)에 인접한 후방 플랜지(34)를 갖는 스플라인 축(30) 형상의 스터브(stub)축을 또한 포함한다. 후방 플랜지(34)는 외주연면에 다듬질된(finished) 저널(36)을 갖는다. 외부 헬리컬 스플라인(32)과 후방 플랜지(34) 사이에 다듬질된 원통형 면(38)이 있다. 스플라인 축(30)의 전방 단부(33)는 전방 덮개(40)의 내부 면(39) 상에 지지된다. 덮개(40) 및 스플라인 축(30)은 나사(44)에 의해 캠축(12)의 전방 단부에 중심 개구(42)를 통해 고정된다.

후방 연장 허브(26)는 후방 플랜지(34)의 저널(36) 상에 각 운동(angular motion)하도록 지지된다. 전방 연장 허브(28)는 덮개(40)의 내부 면(39)으로 연장되며 덮개(40)의 주연 슬리브(46)의 원통형 내부 면 상에 각 운동하도록 지지된다.

제4도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 전방 단부(29)에서, 전방 연장 허브(28)는 시일 홈(49)내의 탄성 시일(51)의 편위력에 의해 환형 시일 홈(49)으로부터 부분적으로 돌출된 시일 일(47)상에 지지된다. 시일 홈(49)은 주연 슬리브(46)의 원통형 내부 면(46)을 따라 내향으로 덮개(40)의 내부 면(39)을 절삭함으로써 형성된다. 따라서, 제4도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 시일 링(47)은 덮개(40)의 내부면(39)의 높이로부터 부분적으로 돌출되어, 스프로킷(20)의 전방 연장 허브(28)의 전방 단부가 덮개(40)의 내부 면(39)과 접하지 않도록 유지된다. 스프로킷(20)은 탄성 시일(51)의 편위에 의해 스플로인 축(30)의 후방 플랜지(34)를 향해 덮개(40)로부터 이격되게 축방향으로 편위되어, 환형 견부(27)가 후방 플랜지(34)의 전방 면(53)을 접하도록 유지되며, 따라서 환형 견부(27)와 후방 플랜지(34)의 전방면(53) 사이의 충돌에 의한 소음을 감소시킨다.

탄성 시일(51)에 의한 편위력은 덮개(40) 및 스플라인 축(30)의 후방 플랜지(34)에 대해 스프로킷(20)의 각 운동을 방해하는 마찰을 발생시킨다. 이러한 편위력의 크기는 주로 부하(load), 즉, 탄성 시일(51)의 변형 특성(deflection characteristic) 및 시일 홈(49)의 하부와 스프로킷(20)의 전방 연장 허브(28)의 전방 단부(29) 사이의 거리에 따라 변화된다. 제4도에 도시된 바와 같이, 탄성 시일(51)은 고무로 제조되며 다수의 레그(55)를 갖는다. 이러한 구조는 소정 변형 범위에 대해 단위 변형 증가에 대한 부하 증가 비율이 작아, 탄성 시일(51)에 의한 편위력의 크기의 제품에 따른(product by product) 가변성을 감소시키며, 따라서, 스플라인 축(30)의 후방 플랜지(34) 및 덮개(40)에 대한 스프로킷(20)의 각 운동을 방해하는 마찰의 제품에 따른 가변성을 감소시킨다.

본 실시예에서, 탄성 시일(51)의 단면 형상은 대문자 X 이다. 탄성 시일(51)의 단면 형상은 대문자 Y일 수도 있으며 또는 별 모영의 유사하게 네 개 이상의 방사상 레그를 가질 수도 있다.

외부 헬리컬 스플라인(32) 및 원통형 면(38)이 형성되어 있는 스플라인 축(30)은 내경과 동심의(concentric) 전방 연장 허브(28) 내에 전방으로 연장된다.

전방 연장 허브(28)는 스플라인 축(30)의 외부 헬리컬 스플라인(32)을 향한 내부 헬리컬 스플라인(48)을 갖는다. 대향 스플라인(32, 48)은 페이싱 작용을 위해 제공된 대향 비틀림 각을 갖는다.

편의상, 전방 (또는 외부) 기어(50) 및 스플라인 축(30)의 후방 플랜지(34)에 보다 까까운 후방(또는 내부) 기어(52)라 불리는 두 개의 축방향으로 이격된 환형 기어가 두 개의 스플라인(32, 48) 사이에 결합되어 있다. 두 개의 기어(50, 52)는 스프로킷(20) 및 스플라인 축(30)의 내부 및 외부 스플라인(48, 32)과 각각 구동 결합되는 외부 및 내부 헬리컬 스플라인을 갖는다. 특히, 전방 기어(50)는 내부 및 외부 스플라인(54, 56)을 가지며, 후방 기어(52)는 내부 및 외부 스플라인(58, 60)을 가진다.

후방 기어(52)내에 억지끼워 맞춤되고 전방 기어(50)의 먼 쪽 또는 외부 면상의 요홈(68) 내의 코일 스프링(66)을 압축하는 헤드(64)를 갖는 다수의 각도 상으로 이격된(angularly spaced) 핀(62)에 의해 전방 및 후방 기어(50, 52)는 서로를 향해 편위된다. 핀(62)는 전방 기어(50)의 개구를 통해 연장된다. 개구는 전방 기어(50)가 후방 기어(52)에 대해 각 운동할 수 있도록 충분히 넓다. 전방 및 후방 기어(50, 52)의 스플라인은 중심선이 정렬되지 않으며(mis-aligned), 전방 및 후방 기어(50, 52)가 서로를 향해 압박될 때 전방 및 후방 기어(50, 52)의 스플라인에 결합되는 스플라인(32, 48)의 대향 면을 결합하여 스프로킷(30)과 스플라인축(30) 사이의 구동 토크 전달시 발생할 수도 있는 래시(lash)를 보상한다.(take up).

내부 주연 시일(74) 및 외부 주연 시일(72)을 수반하는 환형 피스톤(70)의 전방 연장 허브(28)의 내부 원통형 면과 스플라인 축(30)의 원통형 면(38) 사이에 배치된다. 환형 피스톤(70)이 후방 기어(52)의 내부 또는 후방 면에 인접하여 배치되며 각도 상으로 이격된 다수의 피스톤 핀(76)에 의해 후방 기어에 장착된다.

핀(76)은 환형 피스톤(70)에 고정되며 전방 기어(50)의 내부 또는 후방 면을 향해 그에 지지되도록 후방 기어(52)의 개구(77)를 통해 전방으로 연장된다. 제2도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 후방 기어(52)의 개구(77)는 피스톤 핀(76) 주위의 충분한 간극을 제공할 정도로 충분히 넓으며, 후방 기어(52)는 피스톤 핀(76)의 외부면과 접하지 않기 때문에, 후방 기어(52)와 환형 피스톤(70)은 중심선이 정렬되지 않을 수 있다. 피스톤 핀(76)의 전방 후방 기어(52) 외부 면 내에 절삭된 요홈(78)내에 배치된다. 요홈(78) 내의 스냅 링(80)은 각각 핀(76) 주위로 장착되거나 또는 핀을 둘러싸며, 후방 기어(52)로부터 이격되는 환형 피스톤(70)의 축방향 후방 변위를 제한하도록 요홈(78)의 하부와 결합 가능하다.

환형 피스톤(70) 및 시일(72, 74)은 환형 챔버(82)를 한정하도록 스플라인 축(30)의 원통형 면(38) 및 스프로킷(20)의 인접 원통형 내부 면과 상호 작용한다. 가압된 오일이 스플라인 축(30)의 단부 칼라(88) 내의 외부 환형 홈(86)에 연결되는 덮개(40) 내의 오일 통로(84)와, 나사(44) 내의 방사상 및 축방향 통로(90, 92)와, 환형 홈(96)에 연결되는 캠축(12) 내의 방사상 통로(94)를 통해 환형 챔버(82)로 공급되거나 또는 그로부터 배출될 수 있다. 환형 홈(96)은 캘러리(100)로부터의 유동을 차단하는 동안 오일 캘러리(100)로부터 오일을 공급하도록 또는 배출 하인(102)으로부터 오일을 배출하도록 작동하는 솔레노이드 제어 밸브(98)를 갖는 개략적으로 도시된 통로 수단에 의해 연결된다. 단부 칼라(88)내의 외부 환형 홈(86)은 다수의 개구(104)를 통해 나사(44)내의 방사상 통로(90)에 연결된 내부 환형 홈(106)으로 연결된다.

환형 피스톤(70)은 스플라인 축(30)의 후방 플랜지(34)와 환형 피스톤(70)사이에 연장된 코일 복귀 스프링(108)에 의해 환형 챔버(82)를 압축하는 방향으로 압박된다. 복귀 스프링(108)은 전방 기어(50)의 내부 또는 후방 면 상에 지지되도록 피스톤 핀(76)을 압박하여, 덮개(40)에 대해 전방 기어(50)를 압박한다.

솔레노이드 제어 밸브(98)가 작동되지(energized) 않을 때 (편의상 오프(off) 상태라 함), 상술된 가변 캠축 페이서(18) 실시예의 작동시, 제어 밸브(98)는 캘러리(100)를 폐쇄하고 환형 챔버(82)를 방출 라인(102)으로 개방시킨다. 따라서, 복귀 스프링(108)은 환형 챔버(82)의 부피가 최소로 유지되는 덮개(40) 근처의 제1또는 가장 전방 위치에 환형 피스톤(70)과 전방 및 후방 기어(50, 52)를 유지할 수 있다. 이러한 위치에서, 전방 기어(50)는 전방 덮개(40)의 내부 면에 대해 압박된다. 이러한 위치에서, 캠축(12)은 소정 감속 타이밍(retarded timing)상태 하에서 작동되는 흡기 엔진 밸브의 작동을 위해 스프로킷(20)과 감속 페이스로 전방 및 후방 기어(50, 52)에 의해 유지될 수도 있다.

엔진 작동 상태가 흡기 엔진 밸브의 가속(advanced) 밸브 타이밍을 필요로 할 경우, 솔레노이드 밸브(98)는 방출 라인(102)을 페쇄하고 가변 캠축 페이서(18)내의 환형 챔버(82)로 가압된 오일을 공급하기 위해 캘러리(100)를 개방시키도록 작동된다. 오일 압력에 의해 후방 플랜지(34)에 인접한 가장 후방의(opposite)위치로 복귀 스프링(108)의 편위에 대해 환형 피스톤(70)이 이동되며, 후방 기어(52)내의 요홈(78)의 하부 내의 스냅 링(80)의 결합 후 후방 기어(52)를 당겨, 그 후, 압을 압축하여 전방 기어(50)가 후방 기어(52)의 이동을 뒤따르도록 압박한다. 솔레노이드 밸브(98)가 작동될 때(편의상 온(on)상태라 함), 후방 기어(52)는 스플라인 축(30)의 원통형 면(38)과 외부 헬리컬 스플라인(32) 사이에 한정된 환형 견부(112)에 대해 압박한다. 따라서, 전방 및 후방 기어(50, 52)는 솔레노이드 밸브(98)가 작동될 때는 가장 후방의 또는 내부 위치를 유지할 수 있다.

외부 및 내부 헬리컬 스플라인(32, 48)의 대향된 비틀림 각 때문에, 전방 및 후방 기어(50, 52)의 후방 또는 내향 운동은 스프로킷(20)에 대한 캠축(12)의 페이스 각의 변화와 관련된 엔진 밸브의 타이밍이 또한 변환된다.

흡기 밸브의 감속 타이밍으로 복귀할 필요가 있을 때는 캘러리(100)로부터의 오일을 차단하며 가변 캠축 페이서(18) 내의 환형 팸버로부터 배출 라인(102)으로 오일을 배출시킬 수 있게 하는 솔레노이드 밸브(98)를 작동 정지(de-energizing)시킴으로써 개시된다. 환형 피스톤(70)으로부터 연장된 피스톤 핀(76)은 전방 기어(50) 상에 지지되어, 전방 및 후방 기어(50, 52)가 제1도에서 도시된 바와 같이 덮개(40)를 인접한 최전방 또는 외부 외치에 도달할 때까지 복귀 스프링(108)의 힘으로 전방 기어(50)를 압박한다.

페이스 변경 기능에 대하여, 전방 및 후방 기어(50, 52)는 내부 외부 스플라인(54, 58 및 56, 60) 및 결합되는 외부 및 내부 헬리컬 스플라인(32, 48)을 통해 모든 토크가 스프로킷(20)으로부터 캠축(12)으로 및 그 역으로 전달되는 수단이다. 환형 피스톤(70)은 토크를 전달하기 위한 수단을 구성하지는 않는다. 전방 및 후방 기어(50, 52)를 압박하여 상술된 바와 같이 결합된 스플라인(32, 48)의 대향 면과 결합시킴으로써 전방 및 후방 기어(50, 52)의 중심선 불일치와 핀(62) 및 스프링(66)에 의해 서로를 향한 편위는 스플라인 연결시 임의의 간극 래시를 보상한다.

후방 기어(52)에서 개구(77)를 통해 피스톤(76)을 통과시켜 전방 기어(50)와 지지 결합되도록 연장시키는 것이 좋다. 온 상태로부터 오프 상태(제1도 참조)로의 복귀 행정 중, 복귀 스프링(108)에 의해 이동되면서 전방 기어(50) 뒤에 있는 후방 기어(52)가 당겨짐으로써 전방 및 후방 기어(50, 52)가 서로로부터 극미하게 이격되어서 래시 보상력(lash take-up force)을 감소시키며, 따라서, 전방 및 후방 기어(50, 52)의 복귀 이동을 방해하는 마찰을 감소시킨다. 그에 의해 복귀 행정을 위해 필요한 힘이 감소될 수 있다.

복귀 행정 중 피스톤 핀(76) 상의 스냅 링(80)은 후방 기어(52) 내의 요홈(78)의 하부와 결합이 해제되나, 오프 상태(제1도 참조)로부터 온 상태로의 행정 중 피스톤 핀(76)으로부터 후방 기어(52)로 구동 연결시키도록 후방 기어(52) 내의 요홈(78)의 하부와 결합된다. 이러한 오프 상태로부터 온 상태로의 행정 중, 환형 피스톤(70)에 의해 이동되면서 전방 기어가 후방 기어(52)로 당겨짐으로써 전방 및 후방 기어(50, 52)가 서로로부터 극미하게 이격되어, 그에 의해, 래시 보상력을 감소시키며, 따라서, 전방 및 후방 기어(50, 52)의 후방 이동을 방해하는 마찰을 감소시킨다. 그에 의해 유압에 의해 필요로 하는 힘이 감소될 수 있다.

제3도에서 실선은 중심선 불일치에 의해 후방 기어(52)에 대해 한 방향으로 편심된 환형 피스톤(70)을 도시하며, 점선은 중심선 불일치에 의해 반대 방향으로 편심된 환형 피스톤(70)을 도시한다. 피스톤 핀(76)의 각각 주위로 간극을 제공함으로써, 후방 기어(52)에 대해 환형 피스톤(70)의 중심선 불일치가 발생할 때 후방 기어(52)가 각 피스톤 핀(76)들의 외부 면과 접하지 않도록 유지되며, 따라서 후방 기어(52)와 피스톤(70) 사이의 부드러운 상대적인 운동을 방해하는 피스톤 핀(75)과 후방 기어(52) 사이의 마찰이 제거된다.

제5도는 나사(44)에 의해 함께 회전되도록 스플라인 축(30)에 고정된 변형된 전방 덮개(40A)를 도시한다. 변형된 덮개(40A)는 제1도에서 도시된 덮개(40)와 대체로 동일하며, 제1도에서 사용된 것과 동일한 도면 부호는 동일 또는 유사한 부분 또는 부품을 표시하도록 사용되었다. 덮개(40)와는 달리, 변형된 덮개(40A)는 전방 환형 기어(50)의 전방 또는 외부 면(122)을 접하도록 배치된 쿠션(120)을 수반한다. 고무와 같은 탄성 재질로 제조된 쿠션(120)은 환형 디스크 형상이며, 환형 디스크형 쿠션 리테이너(126)의 중심 요홈(124) 내에 고정 수납된다. 쿠션 리테이너(126)는 환형 시일 홈(49)의 일부를 환정하도록 덮개(40A)의 주연 슬리브(46)의 원통형 내부 면으로부터 연부가 이격되어 덮개(40A)의 내부 면에 고정 부착된다.

쿠션 리테이너(120)는 연부와 중심 요홈(124) 사이의 편평한 내부 면(128)을 갖는다. 이 내부 면(128)은 전방 연장 허브(28)의 전방 단부(29)와 활주 가능하게 접하여 덮개(40A)에 대해 축(24)을 중심으로 스프로킷(20)의 각 운동을 가능하게 한다. 내부 면이 전방 기어(50)의 전방 면(122)를 접하지 않으나 전방 연장 허브(28)의 전방 단부(29)를 접하도록 구성되며, 쿠션(120)은 전방 기어(50)의 전방 면(122)에 대향된다.

쿠션(120)의 제공은 전방 기어(50)의 전방 면(122)과 덮개(40A)의 내부 면(39) 사이의 충돌을 방지한다. 쿠션 리테이너(126)의 내부 면(128)은 쿠션이 스프로킷(20)의 전방 연장 허브(28)의 전방 단부(29)와 접하지 않도록 유지하며 스프로킷(20)의 각 운동중 덮개(40A)에 대한 응력을 받는다. 따라서, 쿠션(120)은 빨리 마모되지 않는다.

제6도 및 제7도는 두 개의 다른 쿠션(120A, 120B)의 구조를 도시한다.

제6도에서, 쿠션(122A)은 고무와 같은 탄성 재질로 제조된 환형 디스크(130)를 포함한다. 환형 디스크(120)는 합성 수지로 제조된 외부 층(132, 134)에 의해 각각 덮인 전방 및 후방 면을 갖는다.

제7도에서, 쿠션(120B)은 금속과 같은 비탄성 재질로 제조된 환형 디스크(136)를 포함한다. 이러한 비탄성 환형 디스크(126)는 고무의 탄성 층(138, 140)에 의해 각각 덮이며, 그 후, 합성 수지의 외부 층(142, 144)에 의해 각각 덮인 전방 및 후방 면을 갖는다.

제1도 내지 제4도에서 도시된 실시예에서, 환형 피스톤(70)의 다수의 피스톤핀(76)은 한 쌍의 축방향으로 이격된 환형 기어(50, 52)의 후방 기어(52)의 다수의 개구(77)를 각각 통과하며, 환형 챔버(82)에 공급된 가압된 오일에 대응하여 한 방향으로 환형 피스톤(70)이 이동되면서 후방 기어(52)를 이동시키도록 후방 기어(52)에 다수의 피스톤 핀(76)의 운동을 전달하기 위해 후방 기어(52)와 구동 관계로 배치된 부분, 즉, 스냅 링(80)을 갖는다. 다른 환형 기어, 즉, 전방 기어(50)는, 환형 피스톤(70)으로부터 후방 기어(52)의 먼 쪽에 인접하여 배치되고 핀(62)주위의 관련 압축 스프링(66)에 의한 래시 보상을 위해 후방 기어(52)를 향해 편위된다. 다수의 피스톤 핀(76)은 후방 기어(52)를 통과하여 기어(50)를 향해 연장되며 환형 피스톤(70)이 상기 방향에 대향 복귀 방향으로 이동되면서 전방 기어(50)를 이동시키도록 복귀 스프링(108)의 편위에 의해 전방 기어(50)의 내부 면과 접촉 지지되어 유지된다.

필요시, 환형 피스톤은 전방 덮개와 한 쌍의 축방향으로 이격된 환형 기어 사이에 배치될 수도 있다. 이 경우, 다수의 피스톤 핀은 한 쌍의 환형 기어의 후방 기어의 다수의 개구를 통과하며 환형 챔버로 공급된 가압된 오일에 반응하여 한 방향으로 후방 기어를 이동하도록 후방 기어에 다수의 피스톤 핀의 이동을 전달하기 위해 후방 기어와 구동 관계로 배치된 부분을 갖는다. 다른 환형 기어, 즉 전방 기어는, 환형 피스톤과 후방 기어 사이에 배치되며 전방 기어와 후방 기어 사이에 배치된 다수의 압축 스프링에 의한 래시 보상을 위해 후방 기어로부터 이격되게 편위된다. 다수의 피스톤 핀은 전방 기어의 다수의 개구를 각각 통과한다. 환형 피스톤은 전방 기어에 인접하고 상기 방향에 대향된 복귀 방향으로 환형 피스톤이 이동되면서 복귀 스프링의 편위에 의해 전방 기어를 이동시키도록 전방 기어의 일부 또는 전방 면과 지지 접촉되는 압력 작용 면을 갖는다.

이러한 피스톤 구조는 제8도 및 제9도에서 도시된 다른 실시에에서 사용되었다.

제8도에서, 캠축(12)은 제1도와 같은 방식으로 내연 기관의 엔진 실린더 헤드(16)에 의해 수반되는 전방 베어링(14)에 의해 부분적으로 지지된다. 캠축(12)의 전방 단부 상에 스프로킷(202)을 포함하는 가변 캠축 페이서(200)가 있다. 스프로킷(202)은 이가 있으며 스프로킷(202)을 회전 가능하게 구동하기 위한 도시되지 않은 타이밍 체인에 의해 구동 결합되는 휠(204)을 포함한다. 휠(204)내에 전방 연장 허브(208) 및 후방 연장 허브(206)가 있다. 후방 연장 허브(206)는 환형 견부(210)를 한정하도록 전방 연장 허브(208)에 연결된다.

가변 캠축 페이서(200)는 후방 플랜지(216)에 인접한 외부 헬리컬 스플라인(214)을 갖는 스플라인 축(212) 형상의 스터브(stub) 축을 또한 포함한다. 후방 플랜지(216)는 외부연면에 다듬질된(finished) 저널(218)을 갖는다. 외부 헬리컬 스플라인(214)과 스플라인 축(212)의 전방 단부 사이에 다듬질된 원통형 면(220)이 있다. 도시되지는 않았지만, 스플라인 축(30)의 전방 단부(33)가 전방 덮개(40)의 내부 면(39) 상에 지지되는 것과 같은 방식(제1도 참조)으로 스플라인 축(212)의 전방 단부는 전방 덮개(222)의 내부 면 상에서 지지된다. 덮개(222) 및 스플라인 축(212)은 나사(226)에 의해 캠축(12)의 전방 단부에 중심 개구(224)를 통해 고정 된다.

후방 연장 허브(206)는 후방 플랜지(216)의 저널(218) 상에 각 운동(angular motion)하도록 지지된다. 전방 연장 허브(208)는 덮개(222)의 내부 면(39)으로 연장되며 전방 연장 허브(260)가 덮개(40)의 주연 슬리브(46)의 원통형 내부 면(45)상에 각 운동하도록 지지되는 방식(제1도 참조)과 동일한 방식으로 덮개(222)의 주연 슬리브(228)의 원통형 내부 면 상에 각 운동하도록 지지된다.

스를라인 축(212)은 내경과 편심된 전방 연장 허브(208) 내에서 전방으로 연장된다. 전방 연장 허브(208)는 스플라인 축(212)의 외부 헬리컬 스플라인(214)을 향한 내부 헬리컬 스플라인(230)을 갖는다.

편의상, 전방 기어(232) 및 스플라인 축(212)의 후방 플랜지에 가장 근접한 후방 기어(234)로 불리는 두 개의 축방향으로 이격된 환형 기어가 두 개의 스플라인(214, 230) 사이에서 스플라인들과 결합된다. 전방 및 후방 기어(232, 234)는 외부 및 내부 스풀라인(214, 230)과 각각 구동 결합되는 내부 및 외부 헬리컬 스풀라인을 갖는다. 특히, 전방 기어(232)는 내부 및 외부 헬리컬 스플라인(236, 238)을 가지며, 후방 기어(234)는 내부 및 외부 헬리컬 스플라인(244, 246)을 갖는다.

다수의 코일 스프링(248)은 전방 기어(232)의 내부 또는 후방 면 상의 요홈(250)내에 장착되고 서로로부터 이격되게 편위되도록 전방 및 후방 기어(232, 234) 사이에 압축된다. 전방 및 후방 기어(232, 234) 사이의 스플라인은 중심선 일치되지 않아, 전방 및 후방 기어(232, 234)의 스플라인이 결합되는 스플라인(214, 230)의 대향 면을 따라서 스프로킷(202)과 스플라인 축(212) 사이의 구동 토크를 전달시 발생할 수도 있는 래시를 보상한다

환형 디스크 부분(258)에 내부 주연 시일(256) 및 외부 주연 시일(254)을 수반하는 환형 피스톤(252)이 전방 연장 허브(208)의 내부 원통형 면과 스플라인 축(212)의 원통형 면(220) 사이에 있다. 환형 피스톤(252)은 덮개(222)와 한 쌍의 환형 기어(50, 52) 사이에 배치되며 전방 기어(232)를 향해 디스크 부분(258)으로부터 연장된 슬리브 부분(260)을 갖는다. 환형 피스톤(252)의 슬리브 부분(260)은 전방 기어(232)의 외부 또는 전방 면과 지지 결합되기 위한 내부 또는 후방 면(262)을 갖는다. 슬리브 부분(260)은 스프로킷(202)의 전방 연장 허브(208)의 내부 원통형 면으로부터 이격된 외부 주연 면 및 스플라인 축(212)의 원통형 면(220)으로부터 이격된 내부 주연 면을 갖는다.

환형 피스톤(252)은 각도 상 이격된 다수의 피스톤 핀(263)에 의해 후방 기어에 장착된다. 피스톤 핀(264)은 환형 피스톤(252)의 슬리브 부분(260)에 고정되고 전방 기어(232)의 개구(266)을 통해 그리고 후방 기어(234)의 개구(268)를 통해 후방으로 연장된다. 전방 기어(232)의 개구(266) 및 후방 기어(234)의 개구(268)는 피스톤 핀(264) 주위로 충분한 간극을 마련할 수 있게 충분히 넓으며, 전방 및 후방 기어(232, 234)는 피스톤 핀(264)의 외부 면을 접하지 않음에 따라 전방 및 후방 기어(232, 234)와의 환형 기어의 중심선 불일치가 가능하다. 제9도에서, 실선은 전방 및 후방 기어(232, 234)와 환형 피스톤(252)의 중심선 불일치를 도시한다. 제9도에서, 점선은 전방 및 후방 기어(232, 234)와 중심선 일치되어 편심된 환형 피스톤을 도시한다. 피스톤 핀(264)의 후방 헤드(270)는 후방 기어(234)의 내부 또는 후방 면에 절단된 요홈(272) 내에 배치되어 전방 기어(232)로부터 이격된 환형 피스톤(252)의 축방향 전방 변위를 제한하도록 요홈(272)의 하부와 결합 가능하다.

환형 피스톤(252)의 환형 디스크 부분(258), 시일(254, 256) 및 환형 피스톤(252)의 슬리브 부분(260)은 스플라인 축(212)의 원통형 면(220) 및 스프로킷(202)의 전방 연장 허브(208)의 원통형 내부 면과 상호 작용하여 환형 챔버(274)를 한정한다. 가압된 오일이 방사상 통로(276)를 통해 스플라인 축(212), 중심 개구(224)내의 나사(226)에 의해 한정된 통로(278), 및 환형 홈(282)에 연결된 방사상 통로(280)를 통해 환형 챔버(274)를 통해 환형 챔버(274)로 공급되거나 또는 그로부터 배출될 수 있다. 환형홈(282)은 캘러리(286)로부터의 유동을 차단하는 동안 배출 라인(288)으로 오일을 배출하거나 또는 오일 캘러리(286)로부터 오일을 공급하도록 작동되는 솔레노이드 제어 밸브(284)와 개략적으로 도시된 통로 수단을 통해 연결된다.

환형 피스톤(252)은 덮개(222)와 환형 피스톤(252) 사이에 연장된 코일 복귀 스프링(290)에 의해 환형 챔버(274)를 압박하는 방향으로 압박된다. 복귀 스프링(290)은 전방 기어의 외부 또는 전방 면 상에 지지되도록 환형 피스톤(252)의 슬리브 부분을(260)을 압박하여, 후방 플랜지(216)를 향해 전방 기어(232)를 압박한다.

가변 캠축 페이서(200)의 작동의 경우에 있어서, 솔레노이드 제어 밸브(284)가 작동되지 않을 때, 제어 밸브(284)는 캘러리(286)를 폐쇄하고 환형 챔버(274)를 배출라인(288)으로 개방시킨다. 따라서, 복귀 스프링(290)은 후방 플랜지(216)근처의 최후방 또는 내부 위치로 환형 피스톤(252)과 전방 및 후방 기어(232, 234)를 유지할 수 있다. 이 위치에서, 피스톤 핀(264)의 헤드(270)는 후방 플랜지(216)을 압박한다.

솔레노이드 제어 밸브가 작동될 때, 솔레노이드 밸브(284)는 배출 라인(288)을 폐쇄하고 환형 챔버(274)로 가압된 오일을 공급하도록 캘러리(286)를 개방한다. 오일 압력은 덮개(222)에 인접한 가장 전방 또는 외부 위치로 복귀 스프링의 편위에 대해 환형 피스톤(252)을 이동시키며, 후방 기어(234) 내의 요홈(272)의 하부와 헤드(270)를 결합한 후 후방 기어(234)를 당기며, 스프링(248)을 압축하여 전방 기어(232)가 후방 기어(234)의 이동을 뒤따르도록 압박한다. 따라서, 솔레노이드 밸브(284)가 작동될 때는 전방 및 후방 기어(232, 234)가 가장 전방 또는 외부 위치를 유지할 수 있다.

가장 후방 또는 내부 위치로의 복귀는 갤러리(286)로부터 오일을 차단하고 환형 챔버(274)로부터 배출 라인(288)으로 오일를 배출할 수 있게 하는 솔레노이드 밸브(284)를 작동 정지시킴으로써 개시된다. 환형 피스톤(252)의 슬리브 부분(260)은 전방 기어(232)의 전방 면 상에 지지되며, 전방 및 후방 기어(232, 234)가 제8도에서 도시된 가장 후방 또는 내부 위치로 올 때까지 복귀 스프링(290)의 힘으로 전방 기어(232)를 압박한다.

Claims

캠축을 갖는 내연 기관용 가변 캠축 페이서에 있어서, 동축선 상의 구동 부재와 축을 중심으로 회전하도록 캠축에 고정된 피동 부재와, 상기 구동 부재와 피동 부재 사이에 배치되어 결합된 한 쌍의 축방향으로 이격되어 내부 및 외부 스플라인을 갖는 환형 기어와, 래시 보상을 위해 서로를 향해 상기 환형 기어를 편위시키기 위한 수단과, 환형 피스톤과 상기 환형 피스톤의 한쪽의 챔버와 그리고 상기 챔버에 공급된 가압된 오일을 포함하며, 상기 환형 피스톤은 상기 챔버에 공급된 상기 가압된 오일에 반응하여 일방의 축방향으로 이동 가능하며 상기 환형 피스톤은 상기 환형 기어 중 하나의 환형 기어의 다수의 개구를 통해 상기 환형 기어 중 다른 환형 기어를 향해 통과하는 다수의 핀을 가지며 상기 구동 부재와 피동 부재 사이의 페이스관계를 변화시키도록 상기 일방향에서 상기 환형 기어를 축방향으로 이동시키는 수단과, 상기 환형 피스톤이 상기 복귀 방향으로 이동되면서 상기 복귀 방향으로 상기 환형 기어 중 상기 다른 환형 기어를 이동시키기 위해 상기 환형 기어 중 다른 환형 기어와 구동 접촉하게 상기 다수의 핀을 유지시키도록 상기 일방향에 대향된 복귀 방향으로 상기 환형 피스톤을 편위시키는 복귀 스프링 수단을 포함하며, 상기 다수의 핀은 상기 환형 피스톤이 상기 일방향으로 이동함으로써 상기 환형 기어 중 하나의 환형 기어를 일방향으로 이동시키기 위해 환형 기어 중 하나의 환형 기어에 상기 다수의 핀의 이동을 전달하도록 상기 환형 기어 중 하나의 환형 기어와 구동 관계가 되도록 배치된 부분을 가지며, 상기 환형 기어 중 하나의 환형 기어의 상기 다수의 개구 각각은 상기 환형 기어 중 하나의 환형 기어가 상기 대응 핀의 외부 면과 접촉하지 않도록 하는 방식으로 상기 다수의 핀 중 대응하는 핀 주위에 간극을 제공하도록 치수결정되는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제1항에 있어서, 상기 피동 부재는 한 단부에 인접한 외부 헬리컬 스플라인 및 대향 단부에 인접한 플랜지를 갖는 스터브 축과, 상기 스터브 축의 상기 한 단부에 인접한 덮개와, 함께 회전하도록 캠축에 상기 덮개 및 상기 스터브 축을 고정하도록 설계된 나사를 포함하며, 상기 플랜지는 외부 주연 면에 다듬질될 저널을 가지며, 상기 덮개는 원통형 내부 면을 갖는 주연 슬리브를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제2항에 있어서, 상기 구동 부재는 제1허브 및 환형 견부를 한정하도록 상기 제1허브에 연결된 제2허브를 포함하는 스프로킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제3항에 있어서, 상기 제2허브는 상기 스터브 축의 상기 플랜지의 상기 저널 상에서 각운동을 하도록 지지되며, 상기 제1허브는 상기 덮개의 상기 주연 슬리브의 상기 원통형 내부 면 상에서 각운동을 하도록 지지하는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제4항에 있어서, 상기 덮개에는 상기 견부를 상기 플랜지와 접촉 유지하기 위해 상기 플랜지를 향해 상기 스프로킷을 편위시키도록 상기 제1 허브와 접하는 탄성 시일 및 시일 링을 수납하는 시일 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제5항에 있어서, 상기 탄성 시일은 다수의 레그를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제6항에 있어서, 상기 탄성 시일은 대문자 X 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제6항에 있어서, 상기 탄성 시일은 대문자 Y 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제6항에 있어서, 상기 탄성 시일은 별 모양과 유사한 네 개 이상의 레그를 갖는 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제5항에 있어서, 상기 덮개는 상기 환형 기어 중 다른 환형 기어와 접하도록 설계된 쿠션을 수반하는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제10항에 있어서, 상기 덮개는 상기 쿠션을 고정 수납하는 중심 요홈을 갖는 덮개에 고정 부착된 쿠션 리케이너를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제11항에 있어서, 상기 쿠션 리테이너는 상기 시일 홈의 일부를 한정하도록 상기 덮개의 상기 주연 슬리브의 상기 원통형 내부 면으로부터 이격된 주연면을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제12항에 있어서, 상기 쿠션 리테이너는 상기 주연 면과 상기 중심 요홈 사이의 편평 면을 가지며, 상기 쿠션 리테이너의 상기 편평 면은 상기 덮개에 대해 상기 스프로킷의 각운동이 가능하도록 상기 스프로킷의 상기 제1허브를 활주가능하게 접하는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제13항에 있어서, 상기 쿠션은 고무로 제조되는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제13항에 있어서, 상기 쿠션은 합성 수지로 제조된 외부 층으로 각각 덮인 대향 면들(one and opposite faces)을 갖는 탄성 환형 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.
제13항에 있어서, 상기 쿠션은 고무의 탄성 층에 의해 각각 덮이고 그 후 합성 수지의 외부 층에 의해 각각 덮인 대향 면들을 갖는 비탄성 환형 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 캠축 페이서.