KR100242589B1 - 내연기관의 가변밸브 타이밍기구 - Google Patents

내연기관의 가변밸브 타이밍기구 Download PDF

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와다 아끼히로
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Abstract

본 발명은 내연기관의 시동성을 확보하는 동시에, 밸브타이밍의 가변영역을 확대하고 내연기관의 출력특성을 향상시킬 수 있는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구를 제공한다.
본 발명에서, 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)는, 최지각(最遲角)의 밸브타이밍을 실현하는 위치보다도 α도 만큼 진각측으로 이간된 위치에 록핀 계합구멍(145)을 구비하고 있다. 따라서, 지각측(遲角側)의 밸브타이밍 영역을 확대할 수 있게 되고, 엔진고회전역에 있어서의 흡기관성 효과의 향상이 가능해지며, 엔진출력특성이 향상된다. 또, 엔진시동시에는, 엔진시동에 최적인 밸브타이밍을 실현하는 위치, 즉 베인(122)을 최지각의 밸브타이밍 실현위치보다도 α도 만큼 진각측으로 이간된 위치에서 록핀(20)이 록핀 계합구멍(145)으로 되므로, 엔진시동성을 손상시키지도 않는다.

Description

내연기관의 가변밸브 타이밍기구
본 발명은, 내연기관의 운전상태에 따라 내연기관의 흡기밸브 및 배기밸브 중 적어도 한쪽의 밸브타이밍을 변경하는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구에 관한 것이다.
종래부터, 엔진의 운전상태에 따라 흡기밸브, 배기밸브 중 적어도 한쪽의 밸브타이밍을 변경시키는 가변밸브 타이밍기구가 실용화되고 있다. 이런 종류의 가변밸브 타이밍기구로서, 예를들어 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전위상(변위각도)을 연속적으로 변위시키는 가변밸브 타이밍기구가 알려져 있다.
연속위상 가변형의 가변밸브 타이밍기구로서, 예를들어 일본국 특개 평 1-92504호 공보에는, 타이밍풀리와 내부로우터가 상대회동함으로써 밸브타이밍을 변경하는 가변밸브 타이밍기구가 개시되어 있다. 이 가변밸브 타이밍기구에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 6은 종래예에 관계되는 가변밸브 타이밍기구의 정면도이다.
가변밸브 타이밍기구(90)는, 내주부에 형성된 돌출형상부(911) 사이에 오일홈(912)을 가지는 타이밍풀리(91)와, 오일홈(912)에 배치되는 베인(921)을 구비하는 동시에 타이밍풀리(91)와 조합된 내부로우터(92)를 구비하고, 오일홈(912)에 배치된 베인(921)의 전후에는, 각각 압력실(93)이 구획 형성되어 있다. 또, 타이밍풀리(91)는 크랭크샤프트 풀리를 거쳐 크랭크샤프트와 연결되고, 내부로우터(92)에는 캠샤프트(94)가 연결되어 있다.
또, 일부의 돌출형상부(911)는 반경방향으로 뻗는 긴 구멍(913)을 가지고 있고, 긴 구멍(913)내에는 스프링(951)에 의해 타이밍풀리(91)의 축심방향으로 가세되어 있는 록핀(95)이 수용되어 있다. 한편, 내부로우터(92)는 베인(921)의 최변위 위치에 대응하여 록핀(95)이 계합하는 계합구멍(922)을 가지고 있고, 이 계합구멍(922)의 축심측에는, 록핀(95)을 계합구멍(922)으로부터 개방하기 위하여 압력실(93)에 인가되는 압력을 전달하는 압력통로(923)가 접속되어 있다.
따라서, 오일압이 발생하고 있지 않은 엔진시동시에는, 록핀(95)은 스프링(951)에 의해 축심방향으로 가세되어 계합구멍(922)에 계합되므로, 베인(921)은 최변위위치에서 걸어멈추어진다. 이 결과, 타이밍풀리(91)와 내부로우터(92)의 상대회동이 제한된다.
이어서, 충분한 오일압이 얻어지게 되면, 록핀(95)에는 오일압이 인가되므로 록핀(95)은 가세력에 대항하여 계합구멍(922)으로부터 개방된다. 그리고, 베인(921)전후 중 어느 한쪽의 압력실(93)에 있어서의 오일압이 다른쪽의 압력실(93)에 있어서의 오일압보다 높아지면, 베인(921)은 오일압이 낮은 압력실(93)을 향해 이동하고, 타이밍풀리(91)와 내부로우터(92)는 상대회동한다.
이 가변밸브 타이밍기구(90)에 있어서는, 타이밍 풀리(91)는 크랭크샤프트와 동기회전하지 않으면 안되므로, 내부로우터(92)가 타이밍풀리(91)에 대하여 상대회동하게 된다. 따라서, 내부로우터(92)에 연결되어 있는 캠샤프트(94)의 회전위상과, 엔진의 기준회전 위상인 크랭크샤프트의 회전위상과의 사이에는 위상차가 발생하고, 크랭크각에 대한 밸브타이밍이 진각측, 혹은 지각측으로 변경된다.
그러나, 상기 종래기술에 있어서는, 베인(921)가 걸어멈춤되는 최변위 위치는, 엔진의 시동위치에 대응하고 있으므로 최변위 위치가 최지각 위치이건, 최진각(最進角)위치이건간에 엔진의 시동성을 손상시키지 않는 변위위치(변위각)인 것이 요구된다.
즉, 가변밸브 타이밍기구를 가지는 엔진중 흡기밸브의 밸브타이밍을 변경하는 엔진에서는, 엔진시동시, 흡기밸브의 밸브타이밍이 너무 지각인 경우, 연소실내의 흡기혼합기가 흡기관내로 되돌아가 버린다. 따라서, 엔진회전수가 극히 낮은 크랭킹시에는, 실압축비가 저하되어 시동이 곤란해지기 때문이다. 특히, 혼합기체적이 작은 저온시에는, 크랭킹을 하여도 혼합기가 충분히 압축되지 않아 시동이 곤란해져 버린다.
그 한편, 엔진고회전 영역에서는, 시동시에 적합한 밸브타이밍보다 더욱 밸브타이밍을 지각측으로 변경함으로써, 흡기관성 효과를 이용하여 흡입공기량을 증가시켜 엔진출력 특성을 향상시킬 수 있다. 동시에, 밸브타이밍을 지각측으로 변경함으로써 연소실내의 흡입혼합기가 흡기관내로 되돌아가 펌핑로스가 저감되어 연비특성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 종래의 가변밸브 타이밍기구(90)에서는, 적정한 엔진시동성을 확보하기 위하여 밸브타이밍의 변경가능 변위각, 특히 최지각측으로의 밸브타이밍의 변경이 제한되어, 보다 바람직한 엔진제어를 실행하기 위하여 요구되는 최지각측에 대한 타이밍 변경을 실현할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
또, 엔진시동시, 흡기밸브의 밸브타이밍이 너무 진각인 경우에는, 밸브오버랩량이 크게(밸브오버랩 기간이 길어)되어, 연소실내부의 EGR이 증대하여 버린다. 이 결과, 엔진시동성능이 저하된다고 하는 문제가 있었다.
이것에 대하여, 가변밸브 타이밍기구를 가지는 엔진 중 배기밸브의 밸브타이밍을 변경하는 엔진에서는, 엔진시동시 배기밸브의 밸브타이밍이 너무 지각인 경우, 밸브오버랩량이 크게(밸브오버랩 기간이 길어)되어, 연소실 내부의 EGR이 증대하여 버린다. 이 결과, 엔진시동성능이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
또, 엔진시동시, 흡기밸브의 밸브타이밍이 너무 진각인 경우에는, 배기밸브의 밸브개방 시기가 빨라 폭발행정에 있어서의 배기밸브의 밸브개방 기간이 길어지고, 폭발에 의해 얻어지는 폭발압력을 충분히 이용할 수 없어 시동성능이 저하된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안측된 것으로, 내연기관의 시동성을 확보하는 동시에, 밸브타이밍의 가변영역을 확대하여, 내연기관의 출력특성을 향상시킬 수 있는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구의 개략구성을 나타낸 사시도,
도 2는 커버를 떼어낸 상태에 있어서의 내연기관의 가변밸브 타이밍기구의 정면도,
도 3은 도 2중의 3-3선에 의해 내연기관의 가변밸브 타이밍기구를 절단한 측면단면도,
도 4는 각 유압공급로가 나타나도록 내연기관의 가변밸브 타이밍기구를 절단한 측면단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구의 작동영역과 종래예에 관계되는 가변밸브 타이밍기구의 작동영역을 모식적으로 나타내는 설명도,
도 6은 종래예에 관계되는 가변밸브 타이밍기구의 정면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 내연기관의 가변밸브 타이밍기구
101: 진각유압실102: 지각유압실
11: 스프로킷117: 록핀구멍
118: 록핀 진각 유압공급로12: 로우터
122: 베인125: 로터진각 유압공급로
126: 로우터지각 유압공급로 13: 커버
14: 리어하우징145: 록핀 계합구멍
15: 흡기측 캠샤프트20: 록핀
24: 스프링25: 제 1수압면
26: 제 2수압면261: 록핀 지각 유압공급로
40: 오일콘트롤밸브46: 유압펌프
상기 목적을 달성하기 위하여 제 1항 기재의 발명에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구는, 내주면에 적어도 하나의 오목부를 가지는 제 1회전체와, 오목부를 제 1압력실과 제 2압력실로 구획하는 복수의 베인을 가지는 동시에 상대회동가능하게 제 1회전체와 조합되는 제 2회전체와, 제 1회전체 또는 제 2회전체 중 한쪽을 내연기관의 기준회전 위상으로 동기회전시키는 구동축과, 제 1회전체 또는 제 2회전체 중 다른 한쪽에 연결된 피구동축과, 피구동축에 의해 밸브개방 위치 또는 밸브폐쇄 위치로 선택적으로 구동되는 밸브를 구비하며, 제 1압력실 및 제 2압력실에 인가되는 압력에 의해 제 1회전체와 제 2회전체가 상대회동하고, 내연기관의 기준회전 위상에 대한 피구동축의 회전위상이 변경됨으로써 피구동축에 의해 구동되는 밸브의 밸브타이밍을 변경하는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구에 있어서, 상기 오목부의 대략 중간에 위치하는 상기 내연기관의 시동시 대응위치에서, 상기 베인을 걸어멈춤시켜 상기 제 1회전체와 상기 제 2회전체의 상대회동을 규제하는 상대회동 규제수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 청구항에 관계되는 가변밸브 타이밍기구에서, 구동축은 제 1회전체, 또는 제 2회전체 중의 한쪽을 내연기관의 기준회전 위상으로 동기회전시킨다. 제 1회전체와 제 2회전체는 조합되어 있기 때문에, 제 1회전체, 또는 제 2회전체의 다른 한쪽도 또한 기준회전위상으로 동기회전되고, 또 피구동축도 기준위치위상으로 동기회전된다.
여기서, 제 1회전체와 제 2회전체는, 상대회동이 가능하도록 조합되어 있고, 제 1압력실에 인가되는 압력과 제 2압력실에 인가되는 압력 사이에 압력차가 발생하고, 베인이 양 압력실중 압력이 낮은 압력실측으로 이동하면 제 1회전체와 제 2회전체는 상대회동한다. 제 1회전체와 제 2회전체가 상대회동하면, 제 1회전체의 회전위상과 제 2회전체의 회전위상과의 사이에는 위상차가 발생한다.
따라서, 구동축, 및 제 1회전체, 또는 제 2회전체 중 어느 한쪽의 회전위상은, 제 1회전체와 제 2회전체가 상대회동함으로써 발생한 위상차분만큼 변경되고 다른 한쪽의 제 1회전체, 또는 제 2회전체에 전달된다. 또, 제 1회전체, 또는 제 2회전체의 다른한쪽에 연결되어 있는 피구동축의 회전위상도 변경되어, 기준회전위상과는 다르게 된다. 이 결과, 피구동축에 의해 구동되는 밸브의 밸브타이밍도 기준회전위상에 의거한 밸브타이밍으로부터 위상차분 만큼 변경된 회전위상에 의거한 밸브타이밍으로 변경된다.
상대회동 규제수단은, 오목부의 대략 중간에 위치하는 내연기관의 시동시기 대응위치에서, 베인을 걸어멈춤함으로써 제 1회전체와 제 2회전체의 상대회동을 규제한다. 따라서, 제 1회전체와 제 2회전체는, 내연기관 시동시에는 상대회동하지 않고 항상 내연기관의 시동시에 적합한 소정의 밸브타이밍이 실현된다.
(실시예)
이하, 본 발명에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구를 구체화한 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)의 구성에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
여기서, 도 1은 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)의 개략 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 커버(13)를 떼어낸 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)의 정면도이다. 또, 도 3은 도 2중의 3-3선에 의해 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)를 절단한 측면단면도이고, 도 4는 유압공급로가 나타나도록 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)를 절단한 측면단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)의 작동영역과, 종래예에 관계되는 가변밸브 타이밍기구의 작동영역을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
가변밸브 타이밍기구(10)는, 제 1회전체로서의 스프로킷(11), 제 2회전체로서의 로우터(12), 커버(13), 리어하우징(14), 및 흡기측 캠샤프트(15)를 구비하고 있다.
스프로킷(11)은, 자신의 회전축심과 동축의 중공부(111)를 가지는 두꺼운 원통상부재로 이루어지고, 기단측(도 1중 우측)의 외주면에는 타이밍체인(도시하지 않음)을 걸어장착하기 위한 복수의 치(齒)(112)가 형성되어 있다. 즉, 엔진(도시하지 않음)의 크랭크샤프트(도시하지 않음)로부터 출력된 구동력은, 크랭크샤프트에 고착된 크랭크샤프트 스프로킷(도시하지 않음), 타이밍체인을 거쳐 스프로킷(11)에 전달되는 것이다. 또, 스프로킷(11)의 선단측(도 1중 좌측)의 외주면에는, 커버(13)를 부착하기 위한 커버부(113)가 형성되어 있다.
또, 스프로킷(11)은, 선단부로부터 외주면의 치(112)의 형성위치에 대응하는 내주면에, 중공부(111)로부터 외주면을 향하는 4개의 대략 부채형상의 오목부(114)를 가지며, 각 오목부(114)의 사이에는 상대적으로 4개의 사다리꼴의 볼록부(115)가 형성되어 있다. 또, 외주면의 치(112)의 형성위치에 대응하는 내주면으로부터 기단부에 걸쳐서는, 리어하우징(14)을 장착하기 위한 리어하우징 장착부(116)가 형성되어 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 스프로킷(11)의 오목부(114)에는, 엔진오일(유압)이 공급되고, 스프로킷(11), 로우터(12), 커버(13), 및 리어하우징(14)이 조합되었을 때에는 유압실로서 기능한다.
또, 스프로킷(11)의 볼록부(115)의 하나는, 로우터(12)와 스프로킷(11)의 상대회동을 규제하지 않는 경우에, 록핀(20)이 리어하우징(14)과 접촉하는 일이 없도록 록핀(20)을 완전히 수용하는 록핀구멍(117)을 가지고 있다.
록핀(20)은 대경부(21)와 소경부(22)를 가지는 원주상의 핀이고, 대경부(21)에는 가세수단으로서의 스프링(24)을 수용하기 위한 스프링구멍(23)을 가지고 있다. 록핀(20)의 대경부(21)와 소경부(22)의 연결부에 나타나는 링상의 단면은, 후술하는 진각유압실(101)에 인가된 유압이 인가되는 제 1수압면(25)으로서 기능하고, 소경부(22)의 리어하우징(14)측단면은, 후술하는 지각유압실(102)에 공급되는 유압이 인가되는 제 2수압면(26)으로서 기능한다.
록핀구멍(117)은, 록핀(20)의 대경부(21)와 소경부(22)의 직경차에 의해 생기는 단면(제 1수압면(25))에 대하여, 진각유압실(101)에 인가되는 유압을 인가할 수 있도록, 도 3에 나타내는 바와 같이 동일축심을 가지는 다른 직경의 2개의 원통구멍으로 이루어져 있다. 또, 록핀구멍(117)은, 진각유압실(101)과 제 1수압면(25)을 연통하는 록핀진각 유압공급로(118)를 구비하고 있다.
로우터(12)는 자신의 회전축심과 동축의 볼트구멍(121)을 가지는 동시에, 스프로킷(11)의 중공부(111)에 적합한 두꺼운 원통체로 이루어지고, 그 외주면에는 반경방향으로 4개의 베인(122)이 90도 간격으로 연신되어 형성되어 있다.
베인(122)은 선단부에 시일부재(123)와, 로우터(12)가 스프로킷(11)에 설치되었을 때, 시일부재(123)를 스프로킷(11)의 오목부(114) 내주면으로 푸시하는 판스프링(124)을 구비하고 있다. 또, 베인(122)은 스프로킷(11), 로우터(12), 커버(13), 및 리어하우징(14)이 조합되었을 때에 유압실로서 기능하는 스프로킷(11)의 오목부(114)를, 진각유압실과 지각유압실로 구획한다.
여기서 도 2중 베인(122)의 좌측에 구획 형성된 유압실이 진각유압실로서 기능하고, 베인(122)의 우측에 구획형성된 유압실이 지각유압실로서 기능하는 것으로 한다. 또, 본 발명의 실시예에서는 이후, 스프로킷(11), 로우터(12), 커버(13), 및 리어하우징(14)이 조합된 상태에 있어서의 베인(122)좌측의 오목부(114)를 진각유압실(101), 베인(122) 우측의 오목부(114)를 지각유압실(102)로 한다.
또, 로우터(12)의 선단부 근방(도 1중 좌측), 및 각 베인(122)의 진각유압실(101)측 측면에는, 볼트구멍(121)과 각 베인(122)의 진각유압실(101)측의 기단부를 연통하는 로우터진각 유압공급로(125)가 형성되어 있고, 로우터(12)의 기단부 근방(도 1중 우측), 및 베인(122)의 지각유압실(102)측 측면에는, 볼트구멍(121)과 각 베인(122)의 지각유압실(102)측의 기단부를 연통하는 로우터지각 유압공급로(126)가 형성되어 있다.
또한, 하나의 베인(122)은, 그 기단측에 로우터(12)와 리어하우징(14)을 확실하게 동기회전시키도록 양자를 계합하기 위한 계합핀(30)이 삽입되는 계합핀구멍(127)을 가지고 있다.
커버(13)는 원반상부재의 외주면을 따라 스프로킷(11)의 커버부착부(113)에 적합한 플랜지(131)를 구비하는 동시에, 그 회전축심과 동축이고 결합볼트(32)가 관통하는 볼트구멍(132)을 구비하고 있다.
리어하우징(14)은, 스프로킷(11)의 리어하우징 장착부(116)에 내접되는 플랜지를 그 외주부에 가지는 두꺼운 원반부(141)와, 원반부(141)의 선단면에 형성된 축부(142)를 구비하고 있다.
원반부(141)는 리어하우징 진각유압공급로(143), 리어하우징 지각 유압공급로(144), 록핀(20)을 계합하기 위한 록핀계합구멍(145), 리어하우징(14)과 로우터(12)를 계합하는 계합핀(30)이 삽입되는 계합핀구멍(146)을 구비하고 있다. 또, 원반부(141)의 기단면에는, 리어하우징(14)과 흡기측 캠샤프트(15)를 확실하게 동기회전시키도록 양자를 확실하게 계합하는 계합핀(31)이 삽입되는 계합핀구멍(147)을 가지고 있다.
또한, 원반부(141), 및 축부(142)는 회전축심과 동축이고, 결합볼트(32)가 관통하는 볼트구멍(148)을 가지며, 또 축부(142)의 외주면에는 시일부재를 장착하기 위한 시일홈(149)이 형성되어 있다.
흡기측 캠샤프트(15)는, 선단근방(도 1중 좌측)의 저널부(151)를 비롯한 각 저널부(151)를 거쳐 실린더헤드(도시하지 않음)의 저널 받이부(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 저널부(151)는, 결합볼트(32)가 나사 결합되는 볼트결합구멍(152), 캠샤프트(15)선단의 원반상부 단면과 저널외주면의 진각유압공급포트(153), 지각유압공급포트(154)를 연통하는 캠샤프트 진각유압공급로(155), 및 캠샤프트 지각유압공급로(156)를 각각 2개씩 구비하고 있다.
또, 저널부(151)의 외주면에는, 흡기측 캠샤프트(15)의 회전시에도 오일콘트롤 밸브(OCV)로부터 저널 받이부를 거쳐 공급되는 엔진오일을, 진각유압공급포트(153), 지각유압공급포트(154)에 원활하게 공급할 수 있도록 접속유압 공급로(157)가 형성되어 있다.
또한, 캠샤프트(15) 선단의 원반상부 단면은, 캠샤프트(15)와 리어하우징(14)을 계합하는 계합핀(31)을 삽입하기 위한 계합핀구멍(158)을 구비하고 있다.
상기 각 구성부재는, 도 1에 나타내는 순서로 서로 조합되고, 마지막으로 각 부재의 볼트구멍(121, 132, 148)에 결합볼트(32)를 삽입한 후, 결합볼트(32)를 흡기측 캠샤프트(15)의 볼트결합구멍(152)에 나사 결합하여 가변밸브 타이밍기구(10)가 조립된다.
또한, 이 조립에 있어서는 록핀계합구멍(145)이 스프로킷(11)의 볼록부(115)로부터 α도 만큼 진각측으로 이간된 위치에 배치되도록 조립된다.
즉, 유압이 발생하고 있지 않은 엔진시동시, 록핀(20)이 록핀계합구멍(145)에 계합함으로써, 베인(122)은 스프로킷(11)의 볼록부(115)로부터 α도 만큼 진각측으로 이간된 위치에서 기계적으로 걸어멈춤되어, 엔진시동시 밸브타이밍과 최지각의 밸브타이밍은 다르다.
여기서, 커버(13), 로우터(12), 및 리어하우징(14)은, 결합볼트(32)에 의해 흡기측 캠샤프트(15)에 결합되어 있기 때문에 흡기측 캠샤프트(15)에 동기하여 회전한다. 더하여, 로우터(12)와 리어하우징(14), 및 리어하우징(14)과 흡기측 캠샤프트(15)는, 각각 계합핀(30, 31)에 의해 계합되어 있기 때문에, 상대회동이 확실하게 규제되고 이들 3자(12, 13, 14)는 동기하여 회전한다. 이것에 대하여, 스프로킷(11)은, 흡기측 캠샤프트(15)에 대하여 결합되어 있지 않다.
따라서, 스프로킷(11)은 흡기측 캠샤프트(15)에 대하여 상대회동 가능해지고, 결과적으로 로우터(12)와 스프로킷(11)은 상대회전하고, 크랭크샤프트의 회전위상에 대한 흡기측 캠샤프트(15)의 회전위상은, 진각 혹은 지각으로 된다.
다음에 도 2 내지 도 4를 참조하면서, 가변밸브 타이밍기구(10)의 유로구성, 및 가변밸브 타이밍기구(10)의 동작에 대하여 OCV(40)에 의해 제어되는 엔진오일의 흐름을 따라 설명한다.
OCV(40)는, 전자식 액츄에이터(41), 및 코일스프링(42)에 의해 구동되는 플랜저(43)가 스풀(44)을 축방향으로 왕복이동시킴으로써 엔진오일의 흐름방향을 전환하는 4포트방향 제어밸브이다. 그리고, 전자식 액츄에이터(41)가, 듀티제어됨으로써 그 개방도가 조정되고, 각 유압실(101, 102)로 공급되는 유압이 조정된다.
OCV(40)의 케이싱(45)은, 탱크포트(45t), A포트(45a), B포트(45b), 및 리저버포트(45r)를 가지고 있다. 그리고, 탱크포트(45t)는, 유압펌프(46)를 거쳐 오일팬(47)과 접속되어 있고, A포트(45a)는 진각유압공급포트(153)와, B포트(45b)는 지각유압공급포트(154)와 접속되어 있다. 또, 리저버포트(45r)는 오일팬(47)과 연통되어 있다.
스풀(44)은 원통상의 밸브체이고, 2개의 포트간에 있어서의 엔진오일의 흐름을 봉지하는 4개의 랜드(44a)와, 두 개의 포트간을 연통하고 엔진오일의 흐름을 허용하는 퍼시지(44b), 두 개의 퍼시지(44c)를 가지고 있다.
엔진정지시에는 유압펌프(46), OCV(40)와 함께 작동하지 않고, 또 크랭킹시에도 충분한 유압이 발생하고 있지 않기 때문에, 진각유압실(101), 및 지각유압실(102)에는 유압이 인가되지 않고, 양 유압실(101, 102)로 공급되는 유압이 인가되는 록핀(20)에도 유압은 인가되지 않는다.
이 결과, 록핀(20)은 스프링(24)의 탄성력에 의해 리어하우징(14)방향으로 가세되고, 엔진정지시에 록핀(20)에 계합된 경우에는 록핀계합구멍(145)에 계합된 상태 그대로이다. 또는, 엔진정지시에 록핀계합구멍(145)에 계합되지 않은 경우에는, 크랭킹시에 있어서의 로우터(12)의 회전에 의해 록핀계합구멍(145)에 계합한다.
따라서, 엔진시동시에는 로우터(12)와 스프로킷(11)은 동기회전하고, 스프로킷(11)(도시하지 않은 크랭크샤프트)에 대한 흡기측 캠샤프트(15)의 회전위상은 변경되지 않는다.
여기서, 본 발명의 실시예에 있어서는, 록핀계합구멍(145)은 최지각의 밸브타이밍을 실현하는 위치보다도 α도 만큼 진각으로 이간된, 엔진시동에 최적인 밸브타이밍을 실현하는 위치에 배치되어 있다. 따라서, 엔진시동시에는 항상 최적인 흡기측 캠샤프트(15)의 회전위상, 즉 흡기밸브의 밸브타이밍이 기계적으로 결정되게 되고, 엔진시동성을 손상시키는 일은 없다.
엔진시동 후, 유압펌프(46)에 의해 충분한 유압이 발생되고, OCV(40)가 구동제어되며, 스풀(44)이 도면 좌측으로 이동된 경우에는, 퍼시지(44b)는 탱크포트(45t)와 A포트(45a)를 연통하고, 진각유압공급포트(153)에 엔진오일이 공급된다. 그리고, 진각유압공급포트(153)에 공급된 엔진오일은, 저널부(151)내의 제 1유압공급로(155), 로우터(12)의 볼트구멍(121)내주면과 결합볼트(32)의 외주면과의 극간, 로우터(12)의 진각유압공급로(125)를 거쳐 진각유압실(101)로 공급되고, 진각유압실(101)의 유압이 증대한다.
이것과 동시에, 퍼시지(44c)는, B포트(45b)와 리저버포트(45r)를 연통하고, 지각유압실(102)내의 엔진오일은 로우터(12)의 지각유압공급로(126), 저널부(151)내의 지각유압공급로(156), 제 2유압공급포트(154), 및 OCV(40)의 B포트(45b), 리저버포트(45r)를 거쳐, 오일팬(47)으로 배출되고 지각유압실(102)의 유압이 감소한다.
또, 록핀(20)의 제 1수압면(25)에는, 인접하는 진각유압실(101)로부터 록핀진각 유압공급로(118)를 거쳐 유압이 공급된다. 그리고, 진각유압실(101)의 유압이 상승하고, 스프링(24)의 탄성력을 상회한 곳에서 록핀(20)은, 록핀계합구멍(145)으로부터 이간되고, 리어하우징(14) 표면과 접촉하는 일이 없도록 록핀구멍(117)내로 격납된다. 따라서, 로우터(12)와 스프로킷(11)의 원활한 상대회동이 허용되게 된다.
또는, 이미 지각유압실(102)에 유압이 인가되어 있는 경우에는, 록핀(20)은 제 2수압면(26)에 인가된 유압에 의해 록핀구멍(117)내에 격납되어 있다. 그리고, 제 2수압면(26)에 작용하는 압력은 지각유압실(102)의 압력저하에 수반하여 저하되나, 제 1수압면(25)에 작용하는 압력이 증대하므로, 록핀(20)은 여전히 록핀구멍(117)내에 격납된 상태이다.
따라서, 베인(122)은 진각유압실(101)로부터 지각유압실(102)로 향하는 회전방향(도 2에 있어서 시계방향)으로 압유를 받아 회동하고, 리어하우징(14)을 거쳐 흡기측 캠샤프트(15)에 비틀림이 부여된다. 이 결과, 스프로킷(11)(도시하지 않은 크랭크샤프트)에 대한 흡기측 캠샤프트(15)의 회전위상이 변경되고, 흡기측 캠샤프트(15)는 지각위치로부터 진각위치를 향해 회전한다. 그리고, 흡기측 캠샤프트(15)에 의해 구동되는 흡기밸브의 개방도 타이밍이 빨라진다.
이렇게 하여 타이밍이 진각된 흡기밸브는, 배기밸브가 밸브개방되어 있는 사이에 밸브개방되고, 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 밸브개방하는 밸브오버랩 기간이 확대된다. 또한, 베인(122)이 스프로킷(11)의 볼록부(115)와 맞닿은위상에서, 흡기밸브의 밸브개방 타이밍이 가장 빨라진다.
이것에 대하여, OCV(40)가 구동제어되고, 스풀(44)이 도면 우측으로 이동된 경우에는, 퍼시지(44b)는 탱크포트(45t)와 B포트(45b)를 연통하고, 제 2유압공급포트(154)에 엔진오일이 공급된다. 그리고, 제 2유압공급포트(154)에 공급된 엔진오일은, 저널부(151)내의 지각유압공급로(156), 로우터(12)의 지각유압공급로(126)를 거쳐 지각유압실(102)로 공급되고, 지각유압실(102)의 유압이 증대한다.
이것과 동시에, 퍼시지(44c)는 A포트(45a)와 리저버포트(45r)를 연통하고, 진각유압실(101)내의 엔진오일은, 로우터(12)의 진각유압공급로(125), 로우터(12)의 볼트구멍(121)과 결합볼트(32)의 극간, 저널부(151)의 진각유압공급로(155), 제 1유압공급포트(153), 및 OCV(40)의 A포트(45a), 리저버포트(45r)를 거쳐 오일팬(47)으로 배출된다. 따라서, 진각유압실(101)의 유압은 감소한다.
또, 록핀(20)의 제 2수압면(26)에는, 저널부(151)내의 지각유압공급로(156)로부터 록핀지각 유압공급로(261)를 거쳐 직접(지각유압실(102)을 거치는 일 없이)유압이 공급된다. 그리고, 엔진시동후, 맨 처음에 지각유압실(102)에 유압이 인가된 경우에는, 록핀(20)은 제 1수압면(25)에 유압이 작용한 경우와 마찬가지로 작동한다. 한편, 이미 제 1수압면(25)에 유압이 작용하고 있던 경우에는, 제 1수압면(25)의 작용하는 유압은 감소하나, 제 2수압면(26)에 작용하는 유압이 증대하기 때문에 록핀(20)은 계속하여 록핀구멍(117)내에 걸어멈춤된다.
따라서, 베인(122)은 지각유압실(102)로부터 진각유압실(101)로 향하는 회전방향(도 2에 있어서 반시계방향)으로 유압을 받아 회동하고, 리어하우징(14)을 거쳐 흡기측 캠샤프트(15)에 비틀림이 부여된다. 이 결과, 스프로킷(11)(도시하지 않은 크랭크샤프트)에 대한 흡기측 캠샤프트(15)의 회전위상이 변경되고, 흡기측 캠샤프트(15)는 진각위치로부터 지각위치를 향해 회전한다. 그리고, 흡기측 캠샤프트(15)에 의해 구동되는 흡기밸브의 밸브개방 타이밍이 지체된다.
이렇게 하여, 밸브오버랩 기간이 축소, 혹은 제거된다. 또한, 베인(122)이 스프로킷(11)의 볼록부(115)와 맞닿은 위상에서, 흡기밸브의 밸브개방 타이밍이 가장 늦어진다.
흡기밸브의 밸브개방 타이밍은, 엔진의 운전상태에 의거하여 연소가변 제어된다. 즉, 엔진의 운전상태에 의거하여 산출된 목표진각치와 실제로 검출된 실진각치를 비교하여, OCV(40)의 액츄에이터(41)에 대하여 출력하는 듀티비를 조정함으로써 밸브타이밍의 진각제어, 및 지각제어를 연속적으로 행하는 것이다. 이 결과, 흡기밸브의 밸브개방타이밍, 나아가 밸브오버랩 기간이 연속하여 변경되게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 최지각의 밸브타이밍을 실현하는 위치보다도 α도 만큼 진각측으로 이간된 위치에 록핀 계합구멍(145)을 배치하고 있으므로, 도 5에 나타내는 바와 같이 최지각 위치가 엔진시동위치였던 종래의 가변밸브 타이밍기구와 달리, 보다 지각측으로 밸브타이밍이 변경될 수 있다. 여기서, 도 5 좌측의 작동영역도는 종래예에 관계되는 가변밸브 타이밍기구의 작동영역을 나타내고, 우측의 작동영역도는 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)의 작동영역을 나타내고 있다.
이어서, 엔진이 정지하면 유압펌프(46)는 정지하고 엔진계내의 유압은 0으로 된다. 또, OCV(40)의 스풀(44)은, 지각유압실(102)에 유압을 공급하는 위치에서 정지하고, 지각유압실(102)내의 엔진오일은 오일팬(47)으로 배출된다.
따라서, 록핀(20)의 제 1수압면(25), 제 2수압면(26)에 인가되었던 유압도 저하되고, 록핀(20)은 스프링(24)의 탄성력에 의해 리어하우징(14)으로 푸시된다. 또, 흡기밸브의 반력을 받는 흡기측 캠샤프트(15)의 회동에 수반하여 로우터(12(베인(122))는 진각유압실(101)측으로 회동한다. 그리고, 록핀계합구멍(145)이 도래한 곳에서, 록핀(20)은 록핀계합구멍(145)에 계합되고, 로우터(12)와 스프로킷(11)의 상대회동이 규제된다.
이상, 발명의 실시예에 의거하여 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)는 최지각의 밸브타이밍을 실현하는 위치보다도 α도 만큼 진각측으로 이간된 위치에 록핀계합구멍(145)을 구비하고 있다.
따라서, 엔진의 시동특성을 손상시키는 일 없이, 엔진고회전시에 있어서의 엔진의 출력특성을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래의 가변밸브 타이밍기구는, 로우터와 스프로킷의 상대회동을 규제하는 수단을 구비하고 있지 않거나, 혹은 상대회동 규제수단을 구비하고 있어도 최지각의 밸브타이밍 실현위치에서 로우터와 스프로킷의 회동을 규제하는 구성을 구비하는 것에 지나지 않았다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 이와 같은 구성하에서는 엔진시동성을 확보하기 위하여, 최지각 밸브타이밍 실현위치를 엔진시동시에 적합한 밸브타이밍 실현위치와 같게 하지 않으면 안되며, 엔진시동시에 요구되는 밸브타이밍보다 더욱 밸브타이밍을 지연시킬 수는 없었다.
이것에 대하여, 본 발명의 실시예에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구(10)는, 지각측의 밸브타이밍 영역을 확대함으로써 엔진고회전역에서 소망하는 흡기관성 효과를 얻어 출력특성을 향상시키는 한편, 엔진시동시에는 베인(122)을 최지각의 밸브타이밍 실현위치보다도 α도 만큼 이간된 위치에서 걸어멈춤하는 록핀계합구멍(145)을 구비하고 있다.
따라서, 엔진시동시에 요구되는 밸브타이밍을 실현하는 동시에, 엔진고회전시에 요구되는 밸브타이밍을 실현할 수 있는 것이다.
이 이외에도, 최지각의 밸브타이밍이 엔진시동시의 밸브타이밍에 구속되지 않으므로, 펌핑로스를 저감할 수 있게 되고 결과적으로 연비특성을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 발명의 실시예에서는, 로우터(12)와 스프로킷(11)이 상대회동가능한 동안(밸브타이밍 변경기간), 록핀(20)에 대하여 항상 유압을 인가하는 구성을 구비하고 있다.
따라서, 밸브타이밍 변경기간, 록핀(20)은 록핀구멍(117)내에 완전히 수용되고, 록핀(20)과 리어하우징(14)이 접촉하여 양자(20, 14)의 마모를 방지할 수 있다.
이상, 발명의 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 취지에서 일탈하지 않는 범위에서 여러 변경개량이 가능하다.
(1) 상기 발명의 실시예에서는, 록핀(20)을 수용하는 록핀구멍(117)을 스프로킷(11)에 구비하고, 록핀(20)이 계합하는 록핀계합구멍(145)을 리어하우징에 구비하고 있다.
이러한 구성 대신에, 록핀구멍을 로우터베인에 구비하고, 록핀계합구멍을 스프로킷에 구비하는 구성을 구비하여도 된다. 어떻게 하여도 로우터와 스프로킷의 상대회동을 규제할 수 있는 것에는 변함이 없기 때문이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관계되는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구에 의하면, 내연기관의 시동성을 확보하는 동시에 밸브타이밍의 가변영역을 확대하여, 내연기관의 출력특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 내주면에 적어도 하나의 오목부를 가지는 제 1회전체와, 상기 오목부를 제 1압력실과 제 2압력실로 구획하는 복수의 베인을 가지는 동시에 상대회동가능하게 상기 제 1회전체와 조합되는 제 2회전체와, 상기 제 1회전체 또는 제 2회전체 중의 어느 한쪽을 내연기관의 기준회전위상으로 동기회전시키는 구동축과, 상기 제 1회전체 또는 제 2회전체 중의 다른 한쪽과 연동하는 피구동축과, 상기 피구동축에 의해 밸브개방위치 또는 밸브폐쇄위치로 선택적으로 구동되는 밸브를 구비하고, 상기 제 1압력실 및 제 2압력실에 인가되는 압력에 의해 상기 제 1회전체와 제 2회전체가 상대회동하고, 내연기관의 기준회전위상에 대한 피구동축의 회전위상이 변경됨으로써 피구동축에 의해 구동되는 밸브의 밸브타이밍을 변경하는 내연기관의 가변밸트타이밍 기구에 있어서,
    상기 오목부의 대략 중간에 위치하는 상기 내연기관의 시동시기 대응위치에서, 상기 베인을 걸어멈춤시켜 상기 제 1회전체와 상기 제 2회전체의 상대회동을 규제하는 상대회동 규제수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 가변밸브 타이밍기구.
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