KR100189314B1 - 내연엔진의 밸브구동시스템 - Google Patents

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신이치 무라타
쥰 이소모토
노리유키 미야무라
히로후미 히가시
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나까무라 히로까즈
미쯔비시 지도오샤 고오교오 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 내연엔진의 흡기밸브 또는 배기밸브의 한쪽을 개폐하는 밸브구동시스템에 관한 것으로서, 크랭크축에 의해서 회전되는 캠축(20)과, 캠축(20)에 회전자재하게 장착된 캠로브(38)와 캠로브(38)에 일체로 형성되고, 밸브스프링(92)과 협동해서 흡기밸브(24)의 개폐하는 캠(24)과, 캠축(20)과 캠로브(38)와의 사이에 설치되고, 캠축(20)의 회전력을 캠로브(38)에 전달하는 비스커스커플링(40)과, 캠축(20)과 캠로브(38)와의 사이를 연결하고, 캠축(20)에 대해서 캠로브(38)를 소정회전각위치에 부세하는 스파이럴스프링(42)을 구비하고 있는 것이다.

Description

내연엔진의 밸브구동시스템
가변밸브타이밍기구를 내장한 밸브구동시스템은, 예를들면 일본국 특개소 59-54713호 공보 및 특개소59-110816호 공보에 개시되어 있다. 이들 공지의 시스템은, 캠축에 대해서 회전가능하게 장착된 캠과, 이들 캠축과 캠과의 사이를 접속하고, 캠속에 대한 캠의 회전위상을 조정하는 접속장치를 구비하고 있다. 이 접속장치는 캠축과 캠과의 사이를 유압적으로 접속하는 압력실과, 이 압력실내의 유압을 내연엔진의 운전상태에 따라서 조정하는 유압회로를 포함하고, 캠축에 대한 캠의 회전위상은, 압력실내의 압력에 의해서 조정된다.
상기한 접속장치의 경우, 캠축에 대한 캠의 회전위상, 즉, 밸브타이밍을 정확하게 제어하기 위해서는 유압회로중의 전자밸브에 의해, 압력실의 압력을 세밀하게 제어할 필요가 있다. 또, 유압회로는, 유압원으로서 고압의 유압을 발생하는 유압폄프를 필요로하고 유압회로로부터의 오일누출은 확실히 방지되지 않으면 안된다. 이 때문에, 접속장치의 각 부품에는 고정밀도의 가공이 요구되고, 또, 접속장치의 부품점수도 증가한다.
본 발명의 목적은, 밸브의 개방 또는 폐쇄의 타이밍을 전자제어를 필요로 하지 않고, 간단한 구조로 가변할 수 있고, 내연엔진의 전체운전영역에서, 내연엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 밸브구동시스템을 제공하는 데 있다.
(발명의 개시)
상기 목적은, 본 발명의 밸브구동시스템에 의해서 달성되고, 이 시스템은 내연엔진의 크랭크축에 연동해서 회전되는 제1회전부재와, 제1회전부재에 회전가능하게 해서 설치된 제2회전부재와, 이 제2회전부재에 설치되고, 흡기밸브 및 배기밸브의 한쪽의 밸브와 협동하는 캠과, 제1회전부재와 제2회전부재를 상대회전가능하게 해서 접속하는 접속수단을 구비하고 있다. 이 접속수단은, 제1회전부재의 회전력을 제2회전부재에 전달하고, 이 제2회전부재와 함께 캠을 회전시키는 전달기능과, 캠의 회전에 따라서 캠리프트가 감소하는 과정에 있어서, 유체에 의해서 상기 밸브의 밸브스프링의 복귀력에 의거한 상기 제2회전부재의 회전의 증속을 내연엔진의 운전상태에 따라서 제한하고, 크랭크축의 회전위상에 대한 상기 캠리프트의 종료시기를 결정하는 가변기능을 가지고 있다.
상기한 시스템에 의하면, 캠리프트의 감소과정에 있어서, 제1회전부재에 대한 제2회전부재의 회전의 증속이 밸브스프링에 의에서 발생하나, 이 회전의 증속은 접속수단의 가변기능에 의해 내연엔진의 운전상태에 따라서 제한되고, 이 결과, 캠리프트의 종료시기, 즉, 밸브의 폐쇄타이밍이 제어된다.
접속수단의 전달기능 및 가변기능은, 제1 및 제2회전부재간을 접속하는 유체커플링에 의해서 실현할 수 있다.
제2회전부재가 중공형상을 이루고 있으면, 제1회전부재상에 제2회전부재를 회전가능하게 장착하는 것만으로도, 이들 회전부재의 상대회전이 허용된다.
본 발명의 시스템이 다기통엔진에 적용되는 경우, 시스템은 각 기통에 공통의 제1회전부재와, 각기통마다의 제2회전부재를 구비할 수 있다.
시스템의 접속수단은, 제1회전부재에 형성된 푸셔부와, 제2회전부재에 형성되고, 캠리프트의 증대과정에 있어서, 푸셔부가 당접되는 받침부를 또 포함할 수 있다. 이 경우, 접속수단은, 제1 및 제2회전부재를 의한 부세수단을 구비하고 있는 것이 바람직하고, 이 부세수단은 받침부에 대해서 푸셔를 당접시키기 위하여, 제1 및 제2회전부재를 부세하고 있다.
상기한 푸셔부 및 받침부를 구비하고 있으면, 접속수단은 캠리프트의 증대과정에 있어서 제1 및 제2회전부재를 일체로 회전시키고, 이 결과, 밸브의 개방타이밍은 캠의 프로파일에 따라서 결정된다.
접속수단의 유체커플링으로서 비스커스커플링을 사용할 수 있고, 이 비스커스커플링은, 제1 및 제2회전부재의 사이에 규정되고, 점성유체가 봉입되는 유체실과, 유체실내에 배기되고, 제1회전부재에 고정된 제1플레이트와, 유체실내에 제1플레이트와 대향해서 배기되고, 제2회전부재에 고정된 제2플레이트를 가지고 있다.
이와 같은 비스커스커플링은, 제1회전부재의 회전속도에 따라서, 제1플레이트와 제2플레이트의 결합력이 변화하므로, 상기한 접속수단의 전달기능 및 가변기능을 동시에 발휘할 수 있고, 전자제어를 사용하지 않고, 밸브의 개방타이밍 및 폐쇄타이밍을 제어할 수 있다.
제2회전부재가 제1회전부재에 바깥쪽으로부터 끼워맞춤되는 제1부분과, 이 제1부분보다도 대직경의 제2부분을 가지고 있으면, 이 제2부분은 비스커스커플링의 상기 유체실을 규정하는 케이싱의 일부로서 사용할 수 있다. 이 경우, 제2회전부재는 그 일단부에 제2부분을 가지고, 그 타단부에 상기한 받침부를 가진 것이 바람직하다.
접속수단의 유체커플링은 상기한 비스커스커플링에 한정되지 않고, 유동커플링에 의해서도 실현할 수 있고, 이 유동커플링은, 제1 및 제2회전부재간에 규정되고, 비압축성유체가 봉입된 방과, 제1회전부재에 구비되고, 제1 및 제2회전부재의 회전방향에 상기 방을 제1 및 제2유체실로 분리하는 벽부재와, 제1 및 제2유체실을 접속하는 연통로를 포함하고 있다. 바람직하게는, 유동커플링은, 연통로의 유체저항을 변화시키는 조정수단을 또 포함하고 있다.
이와 같은 유동커플링에 의하면, 제1 및 제2유체실간에서의 비압축성유체의 주고받기의 특성이 제1회전부재의 회전속도에 따라서 변화함으로써, 상기한 전달기능 및 가변기구를 발휘하고, 전자제어를 사용하지 않고, 밸브의 개방타이밍 및 폐쇄타이밍을 내연엔진의 운전상태에 따라서 제어할 수 있다.
접속수단의 유체커플링은, 그 전달기능을 캠리프트의 증대과정에 있어서만 발휘하면 충분하다.
접속수단은, 제1회전부재에 대해서 상기 제2회전부재를 부세하는 부세수단을 또 포함할 수 있고, 이 부세수단은, 제1회전부재 및 제2회전부재가 일체로 회전하는 상황에 있어서, 제1회전부재에 대한 상기 제2회전부재의 회전각위치를 결정한다. 이 경우, 제2회전부재는, 부세수단의 부세력에 대항하면서, 제1회전부재에 대해서 회전가능하다.
또, 접속수단은 제1 및 제2회전부재의 상대회전의 허용범위를 제한하는 제한수단을 포함할 수 있다.
접속수단은, 상기한 제1유동커플링과는 다른 타입의 제2유동커플링을 구비할 수 있고, 이 제2유동커플링은, 제1회전부재에 구비되고, 제1회전부재의 회전방향에서 보아서 앞쪽에 위치하는 앞면을 가진 벽부재와, 이 벽부재의 앞면과 제2회전부재와의 사이에 규정된 유체실과, 이 유체실에의, 비압축성유체의 공급 및 배출을 제어하는 제어수단을 가지고 있다. 이 경우, 제어수단은 유체실로부터의 비압축정유체의 배출속도를 제한하는 수단을 포함할 수 있다. 제2유동커플링은, 제1유동커플링과 마찬가지의 기능을 발휘한다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
제1도를 참조하면, 4기통의 가솔린엔진(이하, 간단히 엔진이라고 칭함)(10)이 표시되어있고, 엔진(10)의 각기통에는 4개의 밸브가 구비되어 있다. 엔진(10)의 실런더헤드(12)는, 도시하지 않은 실린더블록상에 장착되어 있고, 이 실린더블록은 크랭크축을 구비하고 있다.
이 크랭크축의 회전력은, 타이밍벨트(14)를 개재해서 타이밍기어(16)(l8)에 전달된다. 이들 타이밍기어(16)(18)는, 제1회전부재로서의 캠축(20)(22)의 일단부에 각각 장착되고, 이들 캠축(20)(22)과 일체적으로 회전한다. 여기서, 캠축(20)(22)은, 크랭크축의 회전수의 1/2로 회전된다. 캠축(20)에는 복수의 흡기캠(24)이 장착되어 있고, 캠축(22)에는 복수의 배기캠(26)이 장착되어 있다. 이들 흡기캠(24) 및 배기캠(26)은, 각 기통당 1쌍씩 구비되어 있다.
캠축(20)(22)은, 실린더헤드(12)의 긴쪽 축선을 따라서 서로 평행하게 뻗어있고, 이들 캠축(20)(22)의 양단부는, 실린더헤드(12)에 각각 엔드베어링(28)을 개재해서 회전자재하게 지지되고 있다.
상기한 밸브구동시스템의 캠축(20)에는, 기통#1∼#4의 위쪽에 위치하는 부위에 가변밸브타이밍장치(30)가 각각 구비되어 있고, 또, 캠축(2)에도 기통#1∼#4의 위쪽에 위치하는 부위에 가변밸브타이밍장치(32)가 각각 구비되어 있다.
이와 같은 제1실시예의 가변밸브타이밍장치(30)(32)는 마찬가지의 구조를 가지고 있으므로, 이하에는, 제2도를 참조하면서 기통#1의 장치(30)에 대해서 설명한다.
가변밸브타이밍장치(30)는 크게 나누어서, 캠축(20)에 반달형의 키(34)를 개재해서 장착된 내부슬리브(36)와 제2회전부재로서의 캠축(20)을 포위하는 원통형상의 캠로브(⑹와, 이 캠로브(38)와 내부슬리브(36)와의 사이에 배치된 비스커스커플링(40)과, 캠로브(38)와 내부슬리브(36)와의 사이에 걸친 스파이럴스프링(42)을 구비하고 있다.
내부슬리브(36)는 보스를 가지고, 이 보스의 외주면에는 플랜지(44)가 일체로 형성되어 있다. 이 플랜지(44)는, 내부슬리브(36)의 보스를 안쪽보스부(46)와 바깥쪽보스부(48)로 구분하고 있다.
캠로브(38)는, 내부슬리브(36)의 전체를 덮는 대직경실린더부(50)와, 캠축(20)에 메탈베어링(52)을 개재해서 장착된 소직경실린더부(54)를 가지고 있다. 소직경실린더부(54)의 외주면에는, 그 중앙부에 넥부(56)가 형성되어 있고, 이 넥부(56)는 실린더헤드(12)에 중앙베이링(58)을 개재해서 회전자재하게 지지되고 있다. 이 중앙베어링(58)은, 실린더헤드(12)로부터 일체로 돌출된 캠저널(60)과 캠캡(62)을 가지고, 넥부(56)는 캠저널(60)과 캠캡(62)과의 사이에 끼워져 있다. 캠캡(62)은 캠로브(38)의 넥부(56)에 끼워맞춤되고, 도시하지 않은 1쌍의 볼트를 개재해서 캠저널(60)에 고정되어 있다. 따라서, 캠로브(38)의 축방향의 이동은 캠캡(62)에 의해 저지되고 있고, 캠캡(62)은, 캠로브(38)의 축방향의 위치결정에 사용되고 있다.
안쪽보스부(46)의 선단부와 대직경실린더부(50)의 내주면과의 사이, 또, 플랜지(44)와 대직경실린더부(50)의 내주면과의 사이에는, 고리형상의 시일(64)(66)이 각각 배치되어 있고, 이들 시일(64)(66)은, 내부슬리브(36)와 캠로브(38)의 사이의 상대회전을 허용하면서, 이들의 사이에 규정된 오일실(68)을 액체누설되지 않도록 유지하고 있다. 오일실(68)은, 소정의 점성특성을 가진 실리콘오일로 채워져 있다.
비스커스커플링(40)은, 복수매씩 내부플레이트 및 외부플레이트를 가지고 있다. 내부플레이트는 안쪽보스부(46)에 회전불가능하게 장착되어 있고, 외부플레이트는 대직경실린더부(50)에 회전불가능하게 장착되어 있다. 보다 상세하게는, 안쪽보스부(46)의 외주면 및 대직경실린더부(50)의 내주면에는 스플라인(70)(72)이 각각 형성되어 있고, 내부플레이트의 내주는, 안쪽보스부(46)의 스플라인(70)에 맞물리고, 그리고, 외부플레이트의 외주는 대직경실린더부(50)의 스플라인(72)에 맞물려 있다.
제3도에 표시되어 있는 바와 같이 내부플레이트(74)는, 복수의 슬릿(76)을 가지고 있고, 이들 슬릿(76)은, 내부플레이트(74)의 회전방향으로 등간격을 가지고 배치되어 있다. 제3도중 화살표로 표시하는 캠축(20)의 회전방향에서 보아서, 슬릿(76)은, 그 내단부가 외단부보다도 뒤쪽에 위치하도록 경사져 있다.
또한, 상기한 슬릿(74)은 내부플레이트(74)의 대신에 외부플레이트에 설치할 수도 있다.
제4도에 표시되어 있는 바와 같이 스파이럴스프링(42)의 내단부는 바깥쪽보스부(48)의 외주면에 고정되어 있고, 스파이럴스프링(42)의 외단부는, 대직경실린더부(50)의 개구단부에 고정되어 있다. 또, 스파이럴스프링(42)은, 컵형상을 이룬 커버(78)에 의해 바깥쪽으로부터 덮여 있고, 이 커버(78)의 개구단부는 대직경실린더부(50)의 외주면에 고정되어 있다.
캠로브(38)의 소직경실린더부(54)에는, 1쌍의 흡기캠(24)이 일체로 형성되어 있고, 이들 흡기캠(24)은 동일한 캠프로파일을 가지고 있다.
제5도를 참조하면, 한편의 흡기캠(24)과 헙동하는 로커암(80)이 표시되고 있다. 로커암(80)에는 롤러(82)가 회전자재하게 지지되어 있고, 이 롤러(82)는 흡기캠(24)에 당접하여 회전하고 있다. 로커암(80)의 일단부는, 하이드롤릭 래시조절기(84)에 지지되고 있고, 이 래시조절기(84)는, 실린더헤드(12)에 장착되어 있다. 래시조절기(84)는 흡기캠(24)의 베이스서클면(24a)과 로커암(80)의 롤러(82)와의 사이의 갭을 상시제거하도록 작용한다.
로커암(80)의 타단부는 흡기밸브(86)의 밸브스템, 즉, 밸브스템의 상단부에 당접하고 있다.
흡기밸브(86)는 연소실(88)에 개구한 흡기포트(90)를 폐쇄하는 방향, 즉, 제5도에서 보아서 위쪽에 밸브스프링(92)의 부세력을 받고 있다.
캠축(20)과 함께 흡기캠(24)이 회전되면, 흡기캠(24)은 그 캠프로파일을 따라서, 로커암(80)및 밸브스프링(92)을 개재해서 흡기밸브(86)를 상하로 왕복운동시킨다. 이에 의해, 흡기밸브(86)는 흡기포트(90)를 주기적으로 개방한다.
캠로브(38)의 다른쪽의 흡기캠(24)과 대응하는 흡기밸브(86)와의 사이에도, 마찬가지의 밸브구동기구가 구비되어 있고, 기통#1의 1쌍의 흡기밸브(86)는 서로 동기해서, 그 흡기포트를 개폐한다.
또, 기통#1의 1쌍의 배기밸브(94)(제2도참조)는, 캠축(22)과 함께 배기캠(26)이 회전됨으로써, 마찬가지의 밸브구동기구를 개재해서, 개폐된다.
다음에 가변밸브타이밍장치(30)의 작동에 관해서 설명한다.
캠축(20)의 회전에 따라서, 이 캠축(20)의 회전력이 내부슬리브(36)로부터 스파이럴스프링(42) 및 비스커스커플링(40)을 개개해서 캠로브(38)에 전달되면, 이 캠로브(38)도 또 회전된다.
여기서, 엔진(10) 즉 캠축(20)의 회전속도가 저속회전영역에 있을때, 비스커스커플링(40)의 전달토크, 즉, 그 내부플레이트와 외부플레이트와의 사이의 결합력은 비교적 낮고, 비스커스커플링(40)은 내부슬리브(36) 및 캠로브(38)의 상대회전을 허용한다. 이에 대하여, 캠축(20)의 회전속도가 고속회전영역에 있을때, 비스커스커플링(40)의 내부플레이트와 외부플레이트와의 사이의 결합력이 증가하므로, 비스커스커플링(40)은 내부슬리브(36)와 캠로브(38)를 일체적으로 연결한다.
그러므로, 흡기캠(24)의 회전에 따라서, 흡기캠(24)의 베이스서클면(24a)에 연결되는 리프트면(24b)이 롤러(82)를 개재해서 로커암(80)을 눌러내릴때, 흡기캠(24)은, 밸브스프링(92)의 부세력에 의거해서, 로커암(80)의 롤러(82)로부터 반력을 받고, 이 반력의 작용선은, 캠축(20)즉, 흡기캠(24)의 회전방향RO(제5도 참조)와는 반대방향이 된다. 따라서, 캠축(20)(비스커스커플링(40)의 내부플레이트)에 대하여, 흡기캠(24)(비스커스커플링(40)의 외부플레이트)이 지연되어 회전한다. 이 결과, 흡기밸브(86)의 밸브리프트의 중가속도는, 캠축(20)과 흡기캠(24)이 일체적으로 회전하는 경우, 즉, 엔진(10)의 회전속도가 고속회전영역에 있는 경우에 비해서 늦어진다.
제6도를 참조하면, 흡기밸브(86)의 밸브리프트특성이 나타나고 있고, 제6도중, 실선 및 파선의 밸브리프트특성 Hvh,Hv1은, 엔진(10)의 회전속도가 고속회전영역 및 저속회전영역에 있는 경우를 각각 표시하고 있다. 밸브리프트특성Hvh,Hv1을 비교하면, 저속회전영역에서의 경우, 흡기밸브(86)의 밸브리프트의 증가속도는 고속회전영역에서의 경우에 비해서 느려진다. 이와 같은 밸브리프트의 증가속도의 지연은, 상기한 설명으로부터 명백한 바와 같이 엔진(10)의 회전속도가 증가함에 따라서 감소한다.
흡기밸브(86)가 리프트하고, 흡기포트(90)를 개방한 후, 흡기캠(24)과 일체의 캠로브(38)는, 스파이럴스프링(42)을 감는 방향R1(제4도참조)으로 탄성변형시키면서 회전한다. 그러므로, 캠로브(38)의 회전각속도는 캠축(20)의 회전각속도에 비해서 감소한다. 이 경우, 흡기밸브(86)의 밸브리프트는, 제6도중 파선의 밸브리프트특성Hv1로부터 명백한 바와 같이 고속회전 영역에서의 경우에 비해서 지연되고, 또 밸브리프트의 속도도 또 고속회전영역에서의 경우에 비해서 느리게 된다.
이 점, 제6도에는, 흡기밸브(86)의 밸브리프트에 관하여, 그 리프트속도의 변화도 아울러 표시하고 있고, 실선 및 파선의 리프트속도특성Vh,V1은, 엔진(10)의 회전속도가 고속회전영역 및 저속회전영역에 있는 경우를 각각 표시하고 있다. 제6도의 리프트속도특성Vh,V1을 비교하면, 엔진(10)의 회전속도가 저속회전영역에 있는 경우, 흡기밸브(86)의 개방속도의 상승은 고속회전영역의 경우에 비해서 완만하고, 그리고, 그 최고개방속도는 고속회전영역의 경우에 비해서 느린 것을 알 수 있다.
흡기캠(24)의 회전이 진행하여, 흡기캠(24)의 리프트면(24b)이 로커암(80)의 롤러(82)를 통과하고, 그리고, 롤러(82)에 흡기캠(24)의 복귀면(24d)이 그 캠톱(24c)을 거쳐 당접하면, 흡기밸브(84)는 밸브스프링(92)의 부세력을 받아서 개방방향으로 움직인다. 이 경우, 흡기캠(24)에 로커암(80)을 개재해서 작용하는 밸브스프링(92)의 부세력이 흡기캠(24)의 회전방향에 작용하는데 더하여, 흡기캠(24)은 그 회전방향에 캠로브(38)를 개재해서 스파이럴스프링(42)의 복귀력을 받고 있으므로, 흡기캠(24)의 회전이 캠축(20)에 대해서 진행하고, 한편, 스파이럴스프링(42)은 되감기고, 원래의 상태로 복귀한다.
따라서, 제6도중 파선의 밸브리프트특성Hv1로부터 명백한 바와 같이, 흡기밸브(86)는, 고속회전영역에서의 경우에 비해서, 흡기캠(24)의 회전각에서 보아서 전진각A만큼 흡기포트(90)를 빨리 폐쇄한다. 또, 제6도중 파선의 리프트속도특성v1로부터 명백한 바와 같이 흡기밸브(86)의 폐쇄속도는, 고속회전영역에서의 경우에 비해서 증가한다. 이 결과, 저속회전영역에서의 흡기밸브(86)의 개방기간Tv1은, 고속회전영역에서의 개방기간Tvh에 비해서 감소된다.
전진각A는, 제7도에 표시되어 있는 바와 같이 엔진(10)의 회전속도가 저하함에 따라서 증가해서, 최대치Amax(예를들면 30°)에 달한다. 제7도중, E1,E2는 엔진(1)의 저속회전영역 및 고속회전영역에 각각 표시하고 있다. 또, 전진각A는, 비스커스커플링(40)의 실리콘오일의 점도 및 스파이럴스프링(42)의 스프링정수에 따라서 조정할 수 있다.
즉, 제8도에 표시된 바와 같이 기준의 실리콘오일의 점도에 대한 사용실리콘오일의 점도의 비 및 전진각A를 가로축 및 세로축에 각각 표시한 경우, 전진각A는 점도비가 증가함에 따라서 감소한다. 한편, 제9도에 표시되어 있는 바와 같이 기준의 스파이럴스프링의 스프링정수에 대한 사용스파이럴스프링의 스프링정수의 비 및 전진각A를 가로축 및 세로축에 각각 표시한 경우, 전진각A는 스프링정수비가 증가함에 따라서 감소한다. 제9도는, 캠축(24)의 회전속도를 일정(1000rpm)하게 한 경우의 실험결과를 표시하고 있다.
또한, 흡기캠(24)의 베이스서클면(24a)이 로커암(80)의 롤러(82)를 통과하고 있는 동안에 있어서, 스파이럴스프링(42)은, 캠축(20)에 대하여, 흡기캠(24)을 초기의 회전각위치에 복귀시킨다.
엔진(10) 즉, 캠축(20)이 고속회전영역에 있으면, 비스커스커플링(40)의 전달토크, 즉, 그 내부플레이트와 외부플레이트의 결합력이 증가한다. 따라서, 캠축(20)의 회전속도가 증가한에 따라서, 비스커스커플링(40)은, 내부슬리브(36)와 캠로브(38)와의 상대회전을 서서히 허용하지 않게 된다.
캠축(20)의 회전속도가 고속회전영역에 있을때, 흡기캠(24)의 회전에 따라서, 이 흡기캠(24)이 그 리프트면(24b)에서 로커암(80)의 롤러(82)를 눌러내릴때, 흡기캠(24)은, 밸브스프링(92)의 부세력에 의거해서, 로커암(80)의 롤러(82)로부터의 반력을 받고, 이 반력은 흡기캠(24)의 회전방향과는 반대방향으로 작용한다. 그러나, 이 경우, 비스커스커플링(40)의 전달토크가 높으므로, 흡기밸브(86)의 밸브리프트의 개시타이밍은, 흡기캠(24)이 캠축(20)과 일체로 결합되어 있는 경우에 비해서 약간 지연될 뿐이다. 즉, 제6도중, 실선의 밸브리프트특성Hvh로부터 명백한 바와 같이, 밸브리프트의 개시타이밍은, 저속운전영역에서의 경우에 비해서 빨라진다.
흡기밸브(86)가 리프트해서 흡기포트(90)를 개방한 후, 흡기캠(24)의 회전이 진행해도, 비스커스커플링(40)의 전달토크가 높기 때문에, 흡기캠(24)(캠로브(38))와 캠축(20)(내부슬리브(36))와의 상대회전은 약간이고, 스파이럴스프링(42)의 탄성변형도 약간에 불과하다.
이 경우, 흡기밸브(86)의 밸브리프트 및 리프트속도는 제6도중 실선의 밸브리프트특성Hvh 및 리프트속도특성 Vh에 따라서 변화하고, 흡기밸브(86)의 개방속도는 저속운전영역에서의 경우에 비해서 빠르다.
흡기캠(24)의 회전이 진행하고, 흡기캠(24)의 복귀면(24d)이 로커암(80)의 롤러(82)상에 도달해도, 비스커스커플링(40)의 전달토크가 높으므로, 이 경우에도 흡기캠(24)과 캠축(20)과의 상대회전은 약간이다. 따라서, 흡기밸브(86)의 폐쇄속도는, 개방속도와 실질적으로 동일하게 된다.
여기서, 캠축(20)의 회전속도가 중속 및 고속회전영역에 있을때, 비스커스커플링(40)의 전달토크는 스파이럴스프링(42)의 복귀력에 비해서 크므로, 흡기캠(24)은, 캠축(20)에 대한 초기의 회전각위치에 복귀하기 어렵고, 이 복귀에 지연이 생킨다. 이와 같은 지연은, 흡기밸브(86)의 밸브리프트특성의 상승부분을 혼란시킨다. 그러나, 비스커스커플링(40)의 내부플레이트(74)는 상기한 바와 같은 복수의 슬릿(76)(제3도참조)을 가지고 있으므로, 흡기캠(24)이 그 초기의 회전각위치에 복귀하는 경우, 비스커스커플링(40)내의 실리콘오일은, 슬릿(76)에 의해, 그 중앙에 집중되고, 그러므로, 비스커스커플링(40)의 전달트크가 감소한다. 따라서 흡기캠(24)은, 스파이럴스프링(42)의 복귀력에 의해, 그 초기의 회전각위치에 빠르게 복귀할 수 있다.
기통#1의 배기쪽의 가변밸브타이밍장치(32)나, 또, 기통#2로부터 #4의 가변밸브타이밍장치(30)(32)도 마찬가지로 작용한다.
상기한 가변밸브타이밍장치(30)(32)를 구비한 엔진(10)에 의하면, 이 엔진(10)의 회전속도가 저속회전영역에 있을때, 제10도에 표시되어 있는 바와 같이 흡기 및 배기밸브(86)(94)의 개방기간Til,Te1은, 흡기 및 배기캠(24)(26)의 캠프로 파일에 의해서 결정되는 개방기간보다도 각각 감소한다. 따라서, 개방기간Til,Te1의 오버랩기간To1이 짧아지므로, 엔진(10)의 불어내기, 즉 생가스의 배출을 방지할 수 있고, 이 결과 특히 엔진(10)의 아이들회전을 안정시킬 수 있다.
한편, 엔진(10)의 회전속도가 고속회전영역에 있을때에는, 엔진(10)에의 흡기의 관성력이 증가하고 있으므로, 이 경우, 제10도에 표시되어 있는 바와 같이 흡기 및 배기밸브(86)(94)의 개방기간Ti2,Te2가 저속회전영역에서의 경우에 비해서 길면, 이들 개방기간Ti2,Te2의 오버 랩기간To2도 길어기고, 흡기의 공급효율 및 배기효율을 각각 높일 수 있다.
다음에, 제11도를 참조하면, 제2실시예의 가변밸브타이밍장치(30'),(32')를 구비한 엔진(10')이 표시되어 있다. 여기서, 엔진(10') 및 장치(30')(32')의 설명, 또 후술하는 다른 실시예의 설명에 있어서, 상기한 실시예의 가변밸브타이밍 장치의 부재 및 부위와 동일한 기능을 가진 부재 및 부위에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
가변밸브타이밍장치(30')(32')는, 제1실시예의 경우와 마찬가기로 기통#1 ∼#4에 대응해서, 캠축(20)(22)에 각각 장착되어 있고, 이들 장치(30')(32')중 기통#2의 장치(30')가 제12도 및 제13도에 표시되어 있다.
가변밸브타이밍장치(30')는 캠로브(38)와 캠축(20)과의 상대회전을 규제하기 위한 도그클러치(100)를 또 구비하고 있다. 이 도그클러치(100)는 내부슬리브(36)쪽의 제1치(102)와, 캠로브(38)쪽의 제2치(104)를 구비하고 있다. 제1치(102)는 내부슬리브(36)의 바깥쪽보스부(48)의 단부로부터 일체로 돌출되고, 캠축(20)과 일체로 회전할 수 있다. 제14도에 표시되어 있는 바와 같이 제1치(102)는, 바깥쪽보스부(48)의 반둘레보다도 각도θ만큼 적은 영역에 걸쳐서, 바깥쪽보스부(48)의 회전방향으로 뻗어있다.
한편, 제2치(104)는 캠로브(38)의 소직경실린더부(54)의 단부로부터 일체로 돌출되고, 캠로브(38)즉 흡기캠(24)과 일체로 회전한다. 제15도에 표시되어 있는 바와 같이 제2치(104)는 제1치(102)와 거의 마찬가지의 내경을 가진 원호형상을 이루고, 소직경실린더부(54)의 반둘레에 걸쳐서 뻗어 있다.
캠축(20)의 회전방향RO에서 보아서, 제14도 및 제15도에 표시되어 있는 바와 같이, 기통#2의 장지의 제1치(102)는 그 전단부가 기통#1의 장치(30')의 제2치(104)와 당접한 상태에 있고, 기통#2의 제2치(104)는 그 후단부가 기통#3의 장치(30')제1기(102)와 당접한 상태에 있다.
제16도에 표시되어 있는 바와 같이 기통#1의 장치(30')의 제1치(102)는 생략되어 있고, 또, 제11도에 표시되어 있는 바와 같이, 기통#4의 장치(30')의 제2치(104)는 갭축(20)에 장착된 제2치(106)에 마찬가기로 해서 당접하고 있다. 이 제2치(106)는 제1치(102)와 마찬가지의 형상 및 기능을 가진다.
다른 인접하는 장치(30')간, 또 캠축(22)쪽의 인접하는 가변밸브타이밍장치(32')간의 제1 및 제2치(102(106)),(104)도 또 마찬가기의 걸어맞춤관계에 있다.
제2실시예의 가변밸브타이밍장치(30')(32')의 작동은 마찬가지이므로, 이하에는 기통#2의 장치(30')의 작동에 관해서 설명한다.
엔진(10')의 회전속도가 저속회전영역에 있을때, 장치(30')의 비스커스커플링(40)은, 상기한 바와 같이 캠축(20)(내부슬리브(36))과 흡기캠(24)(캠로브(38))와의 상대회전을 허용하고있다.
이와 같은 엔진(10')의 운전상태에 있어서, 흡기캠(24)의 회전에 따라서, 흡기캠(24)이 그 리프트면(24b)에서, 로커암(80)의 롤러(82)를 눌러내릴때, 흡기캠(24)은 상기한 바와 같이 로커암(80)의 롤러(82)로부터의 반력을 받는다. 그러나, 이 경우, 비스커스커플링(40)은 캠축(20)과 캠로브(38)와의 상대회전을 허용하고 있어도, 서로 협동하는 캠축(20)쪽의 제1치(102(106))와 캠로브(38)의 제2치(104)는 당접상태에 있고, 이들 캠축(20)과 캠로브(38)는 일체로 회전한다. 그러므로, 흡기밸브(86)는 흡기캡(24)의 캠프로파일에 따라서 리프트하고, 흡기포트(90)를 개방한다. 이 경우의 흡기밸브(86)의 리프트의 상승부분은, 제17도 중 밸브리프트특성Hv1의 실선부분에서 표시되고 있다.
흡기캠(24)의 회전이 진행하고, 흡기캠(24)의 복귀면(24d)이 캠톱(24c)을 거쳐 로커암(80)의 롤러(82)에 도달하면, 흡기캠(24)은 그 회전방향에 밸브스프링(92)의 복귀력을 로커암(80)의 롤러(82)를 개재해서 받는다. 여기서, 서로 협동하는 캠축(20)쪽의 제1치(102 (106))와 캠로브(38)의 제2치(104)는, 비스커스크플링(40)을 개재해서 서로 멀어지는 방향으로의 상대변위를 허용하고 있으므로, 흡기캠(24) 즉, 캠로브(38)는 밸브스프링(92)의 복귀력에 의해 캠축(20)에 대해서, 그 회전이 진행하고, 이때, 스파이릴스프링(42)은 감기방향R1과는 반대의 방향으로 탄성변형된다.
따라서, 흡기밸브(86)의 폐쇄타이밍은, 캠축(20)과 흡기캠(24)이 일체로 회전하는 경우에 비해서 빨라진다. 이 경우, 흡기밸브(86)의 리프트의 하강부분은 제17도중의 밸브리프트특정Hv1의 파선부분에서 표시되고 있고, 흡기밸브(86)의 폐쇄타이밍은 캠축(20)의 회전으로 보아서 전진각A'만큼 빨라진다. 이 전진각A'는 상기한 바와 같이 엔진(10')의 회전속도가 감소함에 따라서 증가하고, 그 최대치Amax(예를들면 30°)에 달한다. 또, 제17도에는, 흡기밸브(86)의 리프트속도특성V1도 아울러 표시되어 있고, 이 리프트속도특성V1로부터 명백한 바와 같이, 흡기밸브(86)의 폐쇄속도는 증가한다.
흡기밸브(86)의 폐쇄후, 흡기캠(24)의 베이스서클면(24a)이 로커암(80)의 롤러(82)를 통과하고 있는 동안에 있이서, 흡기캠(24)은, 스파이럴스프링(42)의 복귀력에 의해 캠축(20)에 대하여 초기의 회전각위치에 복귀한다.
엔진(10')의 회전속도가 저속회전영역에 있을때, 흡기밸브(86)의 개방타이밍은 상기한 바와 같이 일정하나, 그 폐쇄타이밍이 빨라지는 만큼, 흡기밸브(86)의 개방기간Tv1은 감소한다.
한편, 엔진(10')의 회전속도가 고속회전영역에 있을때, 비스커스커플링(40)은 상기한 바와 같이 엔진(10')의 회전속도가 증가하면 할수록, 그 전달토크가 증가하고, 캠축(20)(내부슬리브(36))와 흡기캠(24)(캠로브(38))과의 상대회전율 허용하기 어렵게 된다.
그러므로, 엔진(10')의 회전속도가 고속회전영역에 있을때, 흡기캠(24)은, 캠축(20)과 거의 일체적으로 회전하고, 흡기밸브(86)의 밸브리프트특정Hvh는, 제17도중 실선으로 표시된 바와 같이, 그 하강부분에 있어서도, 흡기캠(24)의 캠프로파일을 따라서 결정된다. 이 결과, 흡기밸브(86)의 개방기간Tvh는 저속회전영역에서의 개방기간Tv에 비해서 길어진다.
또한, 배기밸브(94)쪽의 가변밸브타이밍장치(32')는 상기한 장치(30')의 경우와 마찬가지로 기능한다.
따라서, 제2실시예의 장치(30'),(32')에 의하면, 도그클러치(100)의 작용에 의해 엔진(10')의 전체운전영역에 있이서 흡기 및 배기밸브(86)(94)의 개방타이밍은 일정하나, 이들 폐쇄타이밍은, 엔진(10')의 회전속도에 따라서 변화한다. 즉, 엔진(10')의 회전속도가 저속회전영역에 있을때에는, 제18도에 표시되어 있는 바와 같이 흡기 및 배기밸브의 개방기간Ti1,Te1은 각각 감소되나, 엔진(10')의 회전속도가 고속회전영역에 있을때, 그들의 개방기간Ti2,Te2는 증가한다.
제19도를 참조하면, 흡기밸브(86)에 적용한 제3실시예의 가변밸브타이밍장치(300)가 표시되어 있다. 이 장치(300)의 캠로브(38)는 캠축(20)에 회전자재하게 해서 직접적으로 장착되어 있고, 캠로브(38)의 내주면에는, 넥부(56)와 대응하는 부위에 고리형상 홈(302)이 형성되어 있다. 고리형상홈(302)에는, 복수의 래디얼구멍(304)의 일단부가 개구하고 있고, 래디얼구멍(304)의 타단부는 넥부(56)의 외주면에 있어서, 동일한 원주상에 개구하고 있다.
한편, 캠로브(38)의 넥부(56)를 유지하고 있는 캠저널(60) 및 캠캡(62)의 내주면에는, 원호홈이 각각 형성되어 있고, 이들 원호홈은 래디얼구멍(304)의 타단개구가 면하는 1개의 둘레홈(306)을 형성하고 었다. 캠저널(60)내에는 연통구멍(308)이 형성되어 있고, 이 연통구멍(308)은 일단부가 둘레홈(306)에 접속되고, 타단부는 실린더헤드내의 윤활오일의 공급경로(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 따라서, 이 공급경로내의 윤활오일은, 연통구멍(308), 둘레홈(306), 래디얼구멍(304)을 개재해서 고리형상홈(302)에 공급되고, 이 고리형상홈(302)은 윤활오일로 채워져 있다.
상기한 제3실시예의 가변밸브타이밍장치(300)에 의하면, 제1실시예의 장치(30)에 비해서, 메탈베어링(52)을 필요로 하지 않으므로, 장치(300)의 부품점수가 적어진다. 고리형상홈(302)내의 윤활오일은, 캠축(20)과 캠로브(38)와의 점접면에 비어져나와서 이들 접접면의 마모를 저감한다.
다음에, 제20도 및 제21도를 참조하면, 흡기밸브(86)에 적용한 제4실시예의 가변밸브타이밍장치(400)가 표시되어 있고, 이 장치(400)의 내부슬리브(36)는, 상기한 플랜지(44)의 대신에, 계란모양을 한 팽출부(402)를 가지고 있고, 캠로브(38)는 상기한 대직경실린더부(50)의 대신에, 외부케이싱(404)을 가지고 있다. 이 외부케이싱(404)은, 팽출부(402)를 양쪽으로부터 끼운 1쌍의 사이드링(406)(408)과, 팽출부(402)를 바깥쪽으로부터 둘러싸는 중간링(410)을 가지고 있고, 이들 링은 복수의 연결볼트(412)를 개재해서, 캠로브(38)에 연결되어 있다.
캠로브(38)와 내부슬리브(36)와의 사이, 또, 사이드링(406)과 내부슬리브(36)와의 사이에는, 안쪽시일(414)(416)이 각각 배치되어 있고, 사이드링(406)(408)의외주면과 커버(76)와의 사이에는 바깥쪽시일(418)이 각가 배치되어 있다.
제21도로부터 명백한 바와 같이, 중간링(410)의 내주면은 그 일부분이 팽출부(402)의 원호면이 접접하는 원호형상을 이루고 있고, 그 나머지부분과 팽출부(402)의 외주면과의 사이에는 빈곳이 확보되고 있다. 따라서, 팽출부(402)는, 중간링(410)에 대해서, 제3도중에 표시한 회전각 영역W의 범위내에서 회전할 수 있다.
팽출부(402)의 꼭대기부에는 구멍(419)이 형성되어 있고, 이 구멍(419)은 팽출부(402)의 직경방향으로 뻗어있다. 구멍(419)내에는 베인(420)이 접동자재하게 끼워맞춤되어 있고, 구멍(419)의 바닥과 베인(420)의 내단부와의 사이에는 스프링(422)이 배치되어 있다. 이 스프링(422)은, 베인(420)을 구멍(419)으로부터 돌출하는 방향으로 부세하고 있다. 따라서, 베인(420)의 외단부는 중간링(410)의 내주면에 당접하고, 중간링(410)과 팽출부(402)와의 사이의 빈곳을 1쌍의 액실(424)(426)로 구획하고 있다.
팽출부(402)에는, 구멍(419)의 하부와 교차하는 연통구멍(428)이 형성되어 있고, 이 연통구멍(428)은, 팽출부(402)의 양단부는 액실(424)(426)에 개구하고 있다. 따라서 액실(424)(426)은 연통구멍(428)을 개재해서 상호로 접속되어 있다. 액실(424)(426) 및 연통구멍(428)내는 오일로 채워져 있다.
제20도에 표시되어 있는 바와 같이, 사이드링(406)의 외주가장자리로부터는 림(430)이 일체로 형성되어 있고, 이 림(430)은 스파이럴스프링(42)을 포위하고 있다. 제22도에 표시되어 있는 바와 같이 스파이럴스프링(42)은, 그 내단부가 내부슬리브(36)의 바깥쪽보스부(48)에 고정되고, 그 외단부는, 사이드링(406)의 림(430)에 고정되어 있다.
상기한 제4실시예의 가변밸브타이밍장치(400)에 의하면, 엔진 즉, 캠축(20)의 회전은 내부 슬리브(36)의 팽출부(402)로부터 한쪽의 액실(424)내의 오일을 개재해서 외부케이싱(404), 캠로브(38)에 전달된다. 이때, 팽출부(402)는 액실(404)내의 오일을 가압하고, 이 가압에 의해 액실(424)내의 오일이 연통구멍(428)을 통해서 액실(426)에 유출할 경우, 내부슬리브(36)와 캠로브(38)와의 상대회전이 허용된다. 여기서, 연통구멍(428)내에 오일이 흐르면, 구멍(419)내의 오일압도 증가하므로, 이 오일압은 베인(420)을 중간링(410)의 내주면에 또 압압하고, 베인(420)은 액실(424)(426)간을 확실히 분리한다.
캠축(20)의 회전에 따라서, 흡기캠(24)의 리프트면(24b)이 로커암(80)의 롤러(82)를 눌러내리면, 흡기캠(24)은 밸브스프링(92)의 부세력에 의거해서 로커암(80)으로부터의 반력을 받는다. 이 반릭은, 상기한 바와 같이 캠축(20)에 대하여, 캠로브(38), 즉 흡기캠(24)의 회전을 느리게 하도록 작용한다. 여기서, 캠축(20)의 회전속도가 저속회전영역에 있을때에는, 액실(424)로부터 액실(426)에의 오일의 유출에 요하는 시간을 충분히 확보하고 있고, 제23도에 표시되어 있는 바와 같이 내부슬리브(36)의 팽출부(402)와 외부케이싱(404)은 스파이럴스프링(42)을 탄성변형시키면서 상대회전한다. 이 결과, 흡기캠(24)은, 캠축(20)에 대하여 지연되어 회전하고, 흡기밸브(86)의 개방타이밍이 지연된다.
이후, 캠축(20)의 회전이 진행하여, 흡기캠(24)의 복귀면(24d)이 로커암(80)의 롤러(82)에 도달하면, 상기한 바와 같이 흡기캠(24)은, 밸브스프링(92) 및 스파이럴스프링(42)의 복귀력을 그 회전방향으로 받는다. 따라서, 이 경우에는, 액실(426)내의 오일이 액실(424)에 유출하면서, 흡기캠(24)의 회전이 캠속(20)에 대해서 진행한다. 즉, 제23도의 상태로부터 제21도의 상태로 복귀하고, 흡기밸브(86)의 폐쇄타이밍이 빨라진다.
엔진, 즉 캠축(20)의 회전속도가 저속회전영역으로부터 증가하면, 액실(424)(426)간에서의 오일의 주고받기에 충분한 시간을 확보할 수 없게 된다. 따라서, 캠축(20)의 회전속도가 증가함에 따라서, 흡기밸브(86)의 개방타이밍의 지연 폐쇄타이밍의 진행은 모두 감소한다.
캠축(20)의 회전속도가 고속회전영역에 있으면, 캠축(20)및 흡기캠(24)은 일체적으로 회전하고, 흡기밸브(86)의 개방 및 폐쇄타이밍은, 흡기캠(24)의 캠프로파일에 따라서 결정된다.
따라서, 제4실시예의 가변밸브타이밍장치(400)의 경우에도, 제24도중 밸브리프트특정Hv1,Hvh로부터 명백한 바와 같이, 엔진의 회전속도가 저속회전영역에 있을때의 흡기밸브(86)의 개방기간Tv1은, 고속회전영 역에서의 개방기간rvh에 비해서 짧아진다.
제25도를 참조하면, 흡기밸브(86)에 적용한 제5실시예의 가변밸브타이밍장치(500)가 표시되어 있고, 이 장치(500)는, 액실(426)쪽의 연통구멍(428)의 개구단부가 테이퍼형상을 이루고 있는 점에서만, 제4실시예의 장치(400)와는 다르다. 제5실시예의 장치(500)에 의하면, 액실(424)로부더 액실(426)에의 오일의 유출성에 비해서, 액실(426)로부터 액실(424)에의 오일의 유출이 용이하므로, 엔진의 회전속도가 저속회전영역에 있을때, 흡기 및 배기밸브의 폐쇄타이밍은, 제26도중의 밸브리프트특성Hv1'로부터 명백한 바와 같이, 더욱 빨라진다. 이 결과, 제27도에 표시되어 있는 바와 같이, 제5실시예의 경우의 밸브의 개방기간Tv'는 제4실시예의 경우의 개방기간Tv에 비해서, 엔진의 회전속도가 저속회전영역에 있을때에 더욱 짧아 진다.
제28도 및 제29도를 참조하면, 흡기밸브(86)에 적용한 제6실시예의 가변밸브타이밍장치(600)가 표시되어 있다. 이 장치(600)의 경우, 내부슬리브(36)는 그 외주면에 3개의 제1벽(602)이 일체로 형성되어 있고, 이들 제1벽(602)은 내부슬리브(36)의 회전방향으로 등간격을 두고 이간되어 있다. 한편, 캠로브(38)의 대직경실린더부(50)는, 그 내주면에 3개의 제2벽(604)이 일체로 형성되어 있다. 이들 제2벽(6M)은 대직경실린더부(50)의 회전방향으로 등간격을 두고 이간하고, 제1벽(602)사이에 각각 위치결정되어 있다. 즉, 제1벽(602) 및 제2벽(604)은 캠축(20)의 회전방향서 보아서 교호로 배치되어 있다.
각 제1벽(602)은 캠축(20)의 회전방향에서 보아서 양쪽에 위치하는 제2벽(604)에 프런트탄성부재(608)및 리어탄성부재(610)를 개재해서 연결되어 있다. 이들 탄성부재(608)(610)는 중공이고, 그 내부에는 액실(612)(614)이 규정되어 있다.
프런트탄성부재(608)의 액실(612)은, 제2벽(604)내의 통로(614)를 개재해서 집합통로(616)에 접속되어 있다. 이 집합통로(616)는 대직경실린더부(50)내에 형성되고, 대직경실린더부(50)의 회전방향에서 보아서, 그 전체둘레에 뻗어 있다. 리어탄성부재(610)의 액실(614)은, 제2벽(604)내의 통로(618)를 개재해서 집합통로(620)에 접속되어 있다. 이 집한통로(620)는 집합통로(616)와 마찬가지로 해서 대직경실린더부(50)내에 형성되어 있으나, 제28도에 표시되어 있는 바와 같이 집합통로(616)(620)는 대직경실린더부(50)의 축선방향으로 나누어져 배지하고 있다.
제30도에 표시되어 있는 바와 같이, 집합통로(616)와 집합통로(620)는, 1개의 제2벽(604)내에 형성한 연통구멍(622)을 개재해서 상호로 접속되어 있고, 이 연통구멍(622)의 도중에는 오리피스(624)가 형성되어 있다. 액실(612)(614)및 통로(615)(616)(618)(620)내에는 오일로 채워져 있다.
제6실시예의 가변밸브타이밍장치(600)에 의하면, 캠축(20)의 회전력은 내부슬리브(36)의 제1벽(602)으로부터 프런트탄성부재(608)를 개재해서 대직경실린더부(50)의 제2벽(604)에 전달됨으로써, 캠로브(38), 즉, 흡기캠(24)이 회전된다.
따라서, 프런트탄성부재(608)의 액실(612)과 리어탄성부재(610)의 액실(614)은, 제4실시예의 장치의 액실(424)(426)(제21도참조)에 상당한다. 이 결과, 제6실시예의 장치(600)는, 제4실시예의 장치(400)의 경우와 마찬가기로, 엔진의 회전속도가 저속회전영역에 있을때, 홉기밸브(86)의 개방타이밍을 지연시키고, 그 폐쇄타이밍을 빠르게 한다.
이 경우, 개방타이밍의 지연은, 액실(612)로부터 액실(614)에 오일이 유출함에 따라서, 제31도에 표시되어 있는 바와 같이 프런트탄성부재(608)가 그 액실(612)의 용적을 감소시키도록 탄성변형되고, 한편, 리어탄성부재(610)가 그 액실(614)의 용적을 증가하도록 탄정변형됨으로써 얻어진다. 반대로, 폐쇄타이밍의 전진은, 액실(614)로부터 액실(612)에 오일이 유출함에 따라서, 제31도의 상태로부터 제29도의 상태로 복귀함으로써 얻어진다.
개방타이밍의 지연 및 폐쇄타이밍의 전진은, 연통구멍(622)의 오리피스(624)의 개방도를 적당히 설정함으로써 조정할 수 있다.
한편, 엔진의 회전속도가 고속회전영역에 있율때, 액실(612),(614)간에서의 오일의 주고받기가 실질적으로 방지되고, 흡기밸브(86)의 개방타이밍 및 폐쇄타이밍은, 흡기캠(24)의 캠프로파일에 따라서 각각 결정된다. 따라서, 제6실시예의 장치(600)는 제24도에 표시한 바와 같은 밸브리프트특성Hv1, Hvh를 가진다.
제32도를 참조하면, 흡기밸브(86)에 적용한 제7실시예의 가변밸브타이밍장치(700)가 표시되어 있다. 이 장치(700)는, 내부슬리브(36) 및 대직경실린더부(50)는, 제 1벽(602) 및 제2벽(604)을 1개씩 가지고 있고, 이들 제1 및 제2벽(602)(604)은,1개씩인 프런트 및 리어탄성부재(608)(610)를 개재해서 상호로 연결되어 있다. 이 경우, 프런트탄성부재(608)의 액실(612)로부더 뻗은 통로(615)와 리어탄성부재(610)의 액실(614)로부터 뻗은 통로(618)는 연통구멍(702)에 의해 상호로 접속되어있고, 이 연통구멍(702)에 오리피스(624)가 구비되어 있다.
가변밸브타이밍창치(700)는, 제6실시예의 장치(600)에 비해서 구조가 간단하나, 그 기능은 마찬가지이다.
제33도를 참조하면, 제8실시예의 가변밸브타이밍장치(800)의 일부가 표시되고 있다.
이 장치(800)는 제6실시예의 장치(600)의 오리피스(624)가 가변오리피스(802)로 치환되어 있는 점에서, 제6실시예와는 다르다.
가변오리피스(802)는, 대직경실린더부(50)의 제2벽(604)내에 형성된 실린더구멍(804)을 구비하고 있고, 이 실린더구멍(804)은 대직경실린더부(50)의 직경방향으로 뻗고, 연통구멍(622)에 교차하고 있다. 실린더구멍(804)의 양단부는, 1쌍의 통기구멍(806)을 개재해서 대직경실린더부(80)의 외주면 및 제2벽(604)의 외면에 개구하고 있다. 실린더구멍(804)내에는 피스톤(808)이 끼워맞춤되어 있고, 이 피스톤(808)의 외주면에는 나선홈(810)이 형성되어 있다.
이 나선홈(810)은, 피스톤(808)의 축선방향에서 보아서, 그 중앙부에 위치결정되어 있다.
실린더구멍(804)의 외단부와 피스톤(808)과의 사이에는 압축코일스프링(812)이 배치되어있다. 이 압축코일스프링(812)은, 피스톤(808)을 대직경실린더부(50)의 직경방향안쪽으로 압압하고, 피스톤(808)의 나선홈(810)을 연통구멍(622)에 노출하고 있다.
제8실시예의 가변밸브타이밍장치(800)에 의하면, 엔진 즉, 캠축(20)의 회전속도가 증가하면, 제34도에 표시되어 있는 바와 같이, 피스톤(808)은 원심력을 받고, 압축코일스프링(812)의 부세력에 대항해서, 실린더구멍(804)의 외단부쪽으로 이동한다. 이 피스톤(808)이동은, 연통구멍(622)에 노출하는 나선홈(810)의 노출길이, 즉, 제35도에 표시되어 있는 바와 같이 가변오리피스(802)의 개방도를 감소시킨다. 따라서, 캠축(20)의 회전속도가 증가함에 따라서, 가변오리피스(802)의 개방도가 감소하므로, 액실간에서의 오일의 흐름이 나빠지고, 이 결과, 흡기밸브(86)의 개방타이밍의 지연 및 그 폐쇄타이밍의 빨라짐은 각각 감소한다.
제36도를 참조하면, 제9실시예의 가변밸브타이밍장치(900)의 일부가 표시되어 있다. 이 장치(900)에는 상기한 가변오리피스(802)의 피스톤(808)을 구동하는 솔레노이드(902)가 구비되어 있고, 이 솔레노이드(902)는 피스톤(808)의 이동거리, 즉, 가변오리피스(802)의 개방도를 임의로 조정할 수 있다.
제37도를 참조하면, 흡기밸브(86)에 적용한 제10실시예의 가변밸브타이밍장치(1000)가 표시되어 있다. 이 장치(1000)는 상기한 제4실시예의 장치(400)와 마찬가지로, 중간링(410)과 팽출부(402)와의 사이의 빈곳이 베인(420)에 의해서 2개의 방으로 구획되어 있으나, 이들 방중의 한쪽이 액실(1002)로서 형성되어 있고, 다른쪽은 대기실(1004)로서 형성되어 있다.
따라서, 장치(1000)의 경우, 액실(424)(426)간을 접속하는 연통구멍(428)은 생략되어 있다.
액실(1002)은 중간링(410)및 커버(78)에 형성한 구멍(1006)을 개재해서 외부케이싱(404)의 바깥쪽으로 개방되어 있고, 구멍(1006)의 도중에는, 오리피스(1008)가 형성되어 있다. 이 오리피스(1008)는, 상기한 가변오리피스로 치환할 수도 있다. 한편, 대기실(1004)은, 중간링(410) 및 커버(78)에 형성한 구멍(1010)을 개재해서 외부케이싱(404)의 바깥쪽에 개방되어 있다.
또, 캠축(20)내에는 축방향통로(1012)가 형성되어 있고, 이 축방향통로(1012)는, 캠축(20)및 팽출부(402)내에 형성한 구멍(1014)을 개재해서 액실(1002)에 접속되어 있다. 또, 축방향통로(1012)는, 오일의 공급통로(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 이 공급통로는, 축방향통로(1012)를 개개해서 액실(1002)에 상시 오일을 공급하고 있다.
제10실시예의 장치(1000)는 상기한 실시예와는 달리, 1개의 액실(1002)밖에 가지고 있지 않으나, 제4실시예의 장치(400)와 마찬가지의 기능을 발휘할 수 있다.
본 발명은, 내연엔진의 흡기밸브 또는 배기밸브의 한쪽을 개폐하는 밸브구동시스템에 관한 것으로서, 특히 밸브타이밍을 가변하는 기구를 내장한 밸브구동시스템에 관한 것이다.
제1도는 내연엔진에 적용된 제1실시예의 밸브구동시스템을 표시한 평면도
제2도는 제1도의 시스템의 단면도
제3도는 제1도의 비스커스커플링의 내부플레이트를 표시한 평면도
제4도는 캠로브와 내부슬리브를 연결하는 스파이럴스프링의 정면도
제5도는 제1도의 시스템의 종단면도
제6도는 제1도의 시스템에 의한 밸브리프트특성율 표시한 그래프
제7도는 엔진회전수에 대한 밸브폐쇄타이밍의 전진각을 표시한 그래프
제8도는 비스커스커플링의 오일점도비에 대한 밸브폐쇄타이밍의 전진각을 표시한 그래프
제9도는 스파이럴스프링의 탄성정수비에 대한 밸브개방타이밍의 전진각을 표시한 그래프
제10도는 크랭크각에 대한 흡기 및 배기밸브의 밸브리프트특성을 표시한 그래프
제11도는 제2실시예의 밸브구동시스템을 표시한 평면도
제12도는 제11도의 시스템의 캠로브의 측면도
제13도는 제12도의 캠로브의 단면도
제14도는 제12도의 캠로브의 정면도
제15도는 제12도의 캠로브의 배면도
제16도는 제11도의 내연엔진의 기통#1에 적용한 캠로브의 측면도
제17도는 제11도의 시스템에 의한 밸브리프트 특성율 표시한 그래프
제18도는 크랭크각에 대한 흡기 및 배기밸브의 밸브리프트특성을 표시한 그래프
제19도는 제3실시예의 밸브구동시스템을 표시한 단면도
제20도는 제4실시예의 밸브구동시스템의 일부를 표시한 종단면도
제21도는 제20도의 시스템의 일부를 표시한 횡단면도
제22도는 제20도에 표시한 스파이럴스프링을 표시한 도면
제23도는 제21도의 상태로부터 캠축에 대해서 캠로브가 상대적으로 회전한 상태를 표시한 횡단면도
제24도는 제20도의 시스템에 의한 흡기밸브의 밸브리프트특성올 표시한 그래프
제25도는 제5실시예의 밸브구동시스템의 일부를 표시한 횡단면도
제26도는 제25도의 시스템에 의한 흡기밸브의 밸브리프트특성을 표시한 그래프
제27도는 제25도의 시스템에 있어서, 엔진회전수에 대한 흡기밸브의 개방기간을 표시한 그래프
제28도는 제6실시예의 밸브구동시스템의 일부를 표시한 단면도
제29도는 제28도의 시스템의 횡단면도
제30도는 제28도의 시스템의 일부를 표시한 확대도
제31도는 제29도의 상태로부터 캠축에 대해서 캠로브가 상대적으로 회전한 상태를 표시한 횡단면도
제32도는 제7실시예의 밸브구동시스템의 일부를 표시한 횡단면도
제33도는 제8실시예의 밸브구동시스템의 일부를 표시한 확대단면도
제34도는 제33도의 가변오리피스가 작동한 상태를 표시한 도면
제35도는 제33도의 피스톤의 이동기리에 대한 가변오리피스의 개방도를 표시한 그래프
제36도는 제9실시예의 밸브구동시스템의 일부를 표시한 확대단면도
제37도는 제10실시예의 밸브구동시스템의 일부를 표시한 횡단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(10) : 엔진 (12) : 실린더헤드
(14) : 타이밍벨트 (16)(18) : 타이밍기어
(20)(22) : 캠축 (24) : 흡기캠
(26) : 배기캠
(30)(32)(30')(32')(300)(400)(500)(600)(700)(800)(900)(1000) : 가변밸브타이밍장치
(36) : 내부슬리브 (38) : 캠로브
(40) : 비스커스커플링 (42) : 스파이럴스프링
(44) : 플랜지 (46) : 안쪽보스부
(48) : 바깥쪽보스부 (50) : 대직경실린더부
(54) : 소직경실린더부 (56) : 넥부
(58) : 중앙베어링 (60) : 캠저널
(62) : 캠캡 (64)(66) : 시일
(68) : 오일실 (70)(72) : 스플라인
(74) : 내부플레이트 (76) : 슬릿
(78) : 커버 (80) : 로커암
(82) : 롤러 (84) : 래시조절기
(86) : 흡기밸브 (88) : 연소실
(90) : 흡기포트 (92) : 밸브스프링
(94) : 배기밸브 (100) : 도그클러치
(302) : 고리형상홈 (304) : 래디얼구멍
(306) : 둘레홈 (308)(428)(622)(702) : 연통구멍
(402) : 팽출부 (404) : 외부케이싱
(406)(408) : 사이드링 (410) : 중간링
(414)(416) : 안쪽시일 (418) : 바깥쪽시일
(420) : 베인 (422) : 스프링
(424)(426)(612)(614)(1002) : 액실
(430) : 림 (602) : 제1벽
(604) : 제2벽 (608)(610) : 탄성부재
(616)(620) : 집합통로 (624)(1008) : 오리피스
(804) : 실린더구멍 (806) : 통기구멍
(808) : 피스톤 (810) : 나선흠
(812) : 코일스프링 (902) : 솔레노이드
(1004) : 대기실

Claims (20)

  1. 내연엔진의 크랭크축에 연동해서 회전되는 제1회전부재와, 상기 제1회전부재에 설치되고, 제1회전부재에 대해서 회전가능한 제2회전부재와, 상기 제2회전부재에 설치되고, 이 제2회전부재와 일체로 회전함으로써, 상기 내연엔진의 흡기밸브 및 배기밸브중 한쪽의 밸브를 밸브스프링과 협동해서 개폐하는 캠과, 상기 제1회전부재와 상기 제2회전부재를 상대회전가능하게 해서 접속하는 접속수단을 구비하고 있고, 상기 접속수단은, 상기 제1회전부재의 회전력을 상기 제2회전부재에 전달하고, 이 제 2회전부재와 함께 상기 캠을 회전시키는 전달기능과, 상기 캠의 회전에 따라서 캠리프트가 감소하는 과정에 있어서, 유체에 의해서 상기 밸브스프링의 복귀력에 의거한 상기 제2회전부재의 회전의 증속을 상기 내연엔진의 운전상태에 따라서 제한하고, 상기 크랭크축의 회전위상에 대한 상기 캠리프트의 종료시기를 결정하는 가변기능을 가진 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접속수단은, 상기 제1 및 제2회전부재간을 접속하고, 상기 내연엔진의 회전속도에 따라서 상기 캠리프트의 종료시기를 변화시키는 유체커플링을 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2회전부재는 중공형상을 이루고, 상기 제1회전부재에 바깥쪽으로부터 끼워맞춤되어 있는 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  4. 제3항에서 상기 내연엔진은 복수의 기통을 가지고 있고, 상기 시스템은 각 기통에 공통의 제1회전부재와, 각 기통마다의 제2회전부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 내연엔진의 밸브구동시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 접속수단은 상기 제1회전부재에 형성된 푸셔부와, 상기 제2회전부재에 형성되고, 상기 캠리프트의 증대과정에 있어서, 상기 푸셔부가 당접되는 받침부를 또 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 접속수단은, 상기 푸셔가 상기 받침부에 당접하는 회전방향에 상기 제1 및 제2회전부재를 부세하는 부세수단을 또 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 유체커플링은, 상기 제1 및 제2회전부재의 사이에 규정되고, 점성유체가 봉입되는 유체실과, 상기 유체실내에 배치되고, 상기 제1회전부재에 고정된 제1플레이트와, 상기 유체실내에 상기 제1플레이트와 대향해서 배치되고, 상기제2회전부재에 고정된 제2플레이트를 가진 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2회전부재는 상기 제1회전부재에 바깥쪽으로부터 끼워맞춤된 제1부분과, 이 제1부분보다도 대직경인 제2부분을 가지고, 이 제2부분은 상기 유체실을 규정하는 케이싱의 일부인 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2회전부재는, 상기 제2부분에 의해서 형성된 일단부와, 상기 받침부를 구기한 타단부를 가진 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 유체커플링은, 상기 제1 및 제2회전부재간에 규정되고, 비압축성유체가 봉입된 방과, 상기 제1회전부재에 구비되고, 상기 제1 및 제2회전부재의 회전방향에서 보아서 상기 방을 제1 및 제2유체실로 분리하는 벽부재와, 상기 제1 및 제2유체실을 접속하는 연통로를 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유체커플링은, 상기 연통로의 유체저항을 변화시키는 조정수단을 또 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  12. 제2항에 있어서, 상기 유체커플링은, 상기 캠리프트의 증대과정에 있어서, 상기 제1회전부재의 회전력을 상기 제2회전부재에 전달하는 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 접속수단은, 상기 제1회전부재에 대해서 상기 제2회전부재를 부세하는 부세수단을 또 포함하고 이 부세수단은, 상기 제1회전부재 및 제2회전부재가 일체로 회전하는 상황에 있어서, 상기 제1회전부재에 대한 상기 제2회전부재의 회전각위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 내연엔진의 벨브구동시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 접속수단은 상기 제1 및 제2회전부재의 상대회전의 허용범위를 제한하는 제한수단을 또 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  15. 제12항에 있어서, 상기 유체커플링은, 상기 제1 및 제2회전부재의 사이에 규정되고, 점성유체가 봉입되는 유체실과, 상기 유체실내에 배치되고, 상기 제1회전부재에 고정된 제1플레이트와, 상기 유체실내에 상기 제1플레이트와 대향해서 배치되고, 상기 제2회전부재에 고정된 제2플레이트를 가진 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2회전부재는 상기 제1회전부재에 바깥쪽으로부터 끼워맞춤된 제1부분과, 이 제1부분보다도 대직경의 제2부분을 가지고, 이 제2부분은 상기 유체실을 규정하는 케이싱의 일부인 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  17. 제12항에 있어서, 상기 유체커플링은, 상기 제1 및 제2회전부재간에 규정되고, 비압축성유체가 봉입된 방과 상기 제1회전부재에 구비되고, 상기 제1 및 제2회전부재의 회전방향에서 보아서 상기 방을 제1 및 제2유체실로 분리하는 벽부재와, 상기 제1 및 제2유체실을 접속하는 연통로를 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 유체커플링은, 상기 연통로의 유체저항을 변화시키는 조정수단을 또 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 접속수단은 상기 제1회전부재에 구비되고, 상기 제1회전부재의 회전 방향에서 보아서 앞쪽에 위치하는 앞면을 가진 벽부재와, 상기 벽부재의 앞면과 상기 제2회전부재와의 사이에 규정된 유체실과, 상기 유체실에의, 비압축성유체의 공급 및 배출을 제어하는 제어수단을 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 유체실로부터의 비압축성유체의 배출속도를 제한하는 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 내연엔진의 밸브구동시스템.
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