KR100286513B1 - 가변운동 밸브기구 및 가변운동 밸브기구 장착 내연기관 - Google Patents

가변운동 밸브기구 및 가변운동 밸브기구 장착 내연기관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 운동 밸브 기구 및 가변 운동 밸브 기구장착 내연기관에 관한 것으로, 캠측 회전축을 편심상태로 지지하는 축 지지부재를 구비한 부등속 이음매에 의한 가변운동 밸브 기구에 있어서, 축 지지부재에 발생하는 마찰등을 고려하여 축 지지부재를 구동하도록 하는 것이다. 그 수단으로서는, 크랭크축으로부터 회전력을 전달하여 제 1회전축심(O₁)주위에 회전구동되는 캠측의 제 2회전축 부재와, 제 2회전축 부재의 캠에 의해 구동되는 내연기관의 흡기밸브 또는 배기밸브와, 캠 샤프트(11)와 제 2회전축 부재와의 사이에 개재되어 캠샤프트(11)에서의 회전력을 변속하여 캠측 부재로 전달하는 중간 회전부재(16)와, 중간 회전부재(16)를 제 1회전축심(O₁)에서 편심된 제 2회전축심(O₂)주위에 축지지되는 축지지부(15)를 갖는 축 지지부재(14)를 구비하며, 축지지부(15)의 축심위치의 주요한 변경은, 중간 회전부재와 축지지부재(14)와의 사이 또는 축지지부재(14)와 제 1회전축 부재(11)와의 사이에 발생하는 당김 토오크(drag torque)방향으로 따르도록 행한다.

Description

가변운동 밸브기구 및 가변운동 밸브기구 장착 내연기관
본 발명은, 내연기관의 흡기밸브나 배기밸브를 기관이 운전상태에 따른 타이밍으로 개폐제어하는 가변운동 밸브기구 및 가변운동 밸브기구 장착 내연기관에 관한 것으로서, 특히, 입력회전의 회전속도를 1회전중에서 증감하면서 출력하는 부등속 이음매를 이용한 가변운동 밸브 기구 및 가변운동 밸브기구 장착 내연기관에 관한 것이다.
(종래의 기술)
왕복운동식 내연기관(이하, 엔진이라고 칭함)에는, 흡기밸브나 배기밸브(이하, 이것들을 총칭하여 기관밸브 또는 간단하게 밸브라고 칭함)이 구비되어지지만, 이와 같은 밸브는, 캠의 형상이나 회전위상에 따른 밸브 리프트상태에서 구동 되기 때문에 밸브의 개폐타이밍 및 개방시기(밸브를 개방하고 있는 기간을 크랭크의 회전각도의 단위로 나타내는 량)도 캠의 형상이나 회전위상에 따르게 된다.
그렇지만, 엔진에 구비된 흡기밸브나 배기밸브의 경우에는, 엔진의 부하상태나 속도상태에 따라서 최적인 개폐타이밍이나 개방기간이 다르다. 그래서, 이와 같은 밸브의 개폐타이밍이나 개방기간을 변경되도록 한 소위 가변 밸브타이밍 장치(가변운동 밸브기구)가 각종 제안되어 있다.
특히, 캠과 캠 샤프트와의 사이에 편심기구를 이용한 부등속 이음매를 끼어 장착하며, 캠 샤프트가 1회전되는 사이에 캠을 캠 샤프트의 회전속도에 대하여 증감 또는 위상변화 시키도록하여 편심기구에 따른 캠측 회전축의 편심상태(즉, 캠측 회전축의 축심축 위치)를 조정하는 것으로서, 밸브의 개폐타이밍 및 개방기간을 조정할 수 있도록한 기술도 개발되어 있다.
이와 같은 부등속 이음매를 이용한 기술은 예를 들면 일본 특허 공개 소47-20654호와 평3-168309호, 평4-183905호, 평6-10630호 등에서 제안되어 있다.
그렇지만, 상술한 것과같은 부등속 이음매를 이용한 내연기관의 가변운동 밸브기구에서는, 어느것도, 부등속 이음매를 통해 캠에 회전력이 전달되지만, 이와같이 회전력을 전달하는 경우에 부등속 이음매에서는 상호 편심된 회전축심으로 회전되는 캠 샤프트측 회전부재와 캠측 회전부재와의 사이에 예를 들면 반경방향으로 슬라이드 되면서 회전력을 전달하는 접속부재(예를 들면 핀부재)를 시작으로 여러종류의 부재를 통해 복잡한 전달경로에서 회전력을 전달하게 된다.
특히, 핀부재등의 접속부재에서는, 캠 샤프트측 회전부재와 캠측 회전부재와의 사이에서의 회전력 전달시에 캠 샤프트측에서의 회전구동력과 캠측 에서의 밸브구동반력이 상호 역회전방향으로 작용한다. 이때문에 접속부재를 구비한 부분에서는, 축심선과 직교하는 방향에 이것들의 회전구동력과 밸브구동반력이 합성한 커다란 하중이 발생하게되며, 회전계의 미끄럼 운동면에 있어서도 커다란 부하가 되며, 이러한 미끄럼 운동면에서의 마찰이 증대되게 된다.
반면, 캠 샤프트측 회전축과 캠측 회전축과의 사이에는, 캠 샤프트측 회전축에 대하여 캠측 회전축을 소정의 편심상태로 유지하는 부재(축 지지부재)가 필요하게 되며, 밸브의 개폐 타이밍이나 개방기간을 조정하기 위해서는 이 축 지지부재를 위치를 변경하여 캠 샤프트측 회전축에 대한 캠측 회전축의 편심상태(일반적으로는, 편심축심의 위치)를 변경할 필요가 있다.
이러한 축 지지부재는, 밸브의 개폐 타이밍이나 개폐기간을 조정하는 경우에는, 일정한 범위에서 회전 또는 요동을 하게되지만, 기본적으로는 고정측 부재이며, 캠측 회전축이나 캠 샤프트측 회전축과 연동하여 회전되는 것은 아니다. 즉, 축 지지부재는 적어도 캠측 회전축과의 사이의 미끄럼 운동면에서 상술한 커다란 마찰을 받게된다.
이와 같은 마찰은 밸브의 특성(개폐 타이밍이나 개방기간)을 조정하기 위한 축 지지부재의 회전 또는 요동시에 축 지지부재의 응답성이나, 축 지지부재를 회전 또는 요동시키기 위한 엑추에이터의 부담에도 커다랗게 영향을 미치는 것으로 생각 할 수 있다.
본 발명은, 상술한 과제를 감안하여 아루어진 것으로서, 캠측 회전축을 편심상태로 지지하는 부재(축 지지부재)를 구비한 부등속 이음매를 이용하는 가변운동 밸브기구에 있어서,축 지지부재를 구동하는 경우에, 캠측 회전축과 이러한 축 지지부재와의 사이에 발생되는 마찰을 고려하여 구동을 행하는 것으로서, 축 지지부재의 응답성의 향상이나 이러한 축 지지부재를 위한 엑추에이터의 부담 경감을 행하도록 한, 가변운동 밸브기구 및 가변운동 밸브기구 장착 내연기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
이것을 위해, 청구항 제 1항에 기재된 본 발명의 가변운동 밸브기구는, 내연기관의 크랭크축에서 회전력을 전달하여 제 1회전 축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재와, 상기 제 1회전축심과는 다른 상기 제 1회전축심과 평행인 제 2회전축심을 갖는 축지지부를 구비함과 함께, 상기 제 1회전축 부재의 외주에 상대회전 또는 요동되도록 설치되어 상기 제 2회전축심을 변위시키는 축 지지부재와, 상기 축 지지부재에 축지지된 중간회전부재와, 상기 제 1회전축 부재에 중간 회전부재를 연결하여 상기 중간회전부재를 상기 제 1회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재와, 상기 제 1회전축심 주위에 회전되는 캠부를 갖는 제 2회전축부재와, 상기 중간 회전부재에 상기 제 2회전축 부재를 연결하여 제 2회전부재를 중간 회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 2접속부재와, 상기 캠부를 통해서 상기 제 2회전축 부재의 회전위상에 대응하여 상기 내연기관의 연소실로의 흡기유입 기간 또는 배기방출 기간을 설정하는 밸브부재와, 엑추에이터에 구동되며, 상기 내연기관의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재의 축지지부의 회전중심인 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용 부재를 구비하며, 상기 내연기관의 기관 회전수의 증가시에 제어용 부재를 통해 상기 축 지지부재를 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 동시에, 상기 제 1위치에서 제 2위치로의 변위의 방향이 중간 회전부재와 축지지부재와의 사이 또는 축지지부재와 상기 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크(drag torque)방향에 따르도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 제 2항 기재의 본 발명의 가변운동 밸브기구는, 내연기관의 크랭크축 에서 회전력을 전달하여 제 1회전축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재와, 상기 제 1회전축심과는 달리 제 1회전축심과 평행인 제 2회전축심을 갖는 축 지지부를 구비함과 함께 상기 제 1회전축 부재의 외주에 상대 회전 또는 요동되도록 설정되어 상기 제 2회전축심을 변위시키는 축지지부재와, 상기 축지지부재에 축지지된 중간 회전부재와, 상기 제 1회전축 부재에 상기 중간 회전부재를 연결하여 중간 회전부재를 제 1회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재와, 제 1회전축심 주위에 회전되는 캠부를 갖는 제 2회전축 부재와, 상기 중간 회전부재에 제 2회전축 부재를 연결하여 제 2회전부재를 상기 중간 회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 2접속부재와, 상기 캠부를 통해 제 2회전축 부재의 회전위상에 대응하여 내연기관의 연소실로의 흡기 유입기간 또는 배기방출 기간을 설정하는 밸브부재와, 엑추에이터에 구동되며, 상기 내연기관의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재의 축 지지부의 회전중심인 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용 부재를 구비하며, 상기 내연기관의 기관 회전수의 증가시에 상기 제어용 부재를 통해 축 지지부재를 상기 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 동시에 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향이 중간 회전부재와 축지지부재와의 사이 또는 축 지지부재와 상기 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크(drag torque)방향과는 반대방향에 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 제 3항 기재의 본 발명의 가변운동 밸브기구 장착 내연기관은, 흡기측 및 배기측에 각각 가변운동 밸브기구를 설치한 내연기관에 있어서, 가변운동 밸브기구가 상기 내연기관의 크랭크축에서 회전력을 전달하여 제 1회전축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재와, 상기 제 1회전축심과는 다르며, 또한, 상기 제 1회전축심과 평행인 제 2회전축심을 갖는 축 지지부를 구비함과 함께 제 1회전축 부재의 외주에 상대 회전 또는 요동되도록 설치되어 상기 제 2회전축심을 변위시키는 축 지지부재와, 상기 축 지지부재에 축 지지된 중간 회전부재와, 상기 제 1회전축 부재에 중간 회전부재를 연결하여 상기 중간 회전부재를 상기 제 1회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재와, 제 1회전축심 주위에 회전되는 캠부를 갖는 제 2회전축 부재와, 상기 중간 회전부재에 제 2회전축 부재를 연결하여 제 2회전부재를 중간 회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 2접속부재와, 상기 캠부를 통해 제 2회전축 부재의 회전위상에 대응하여 내연기관의 연소실로의 흡기 유입기간 또는 배기 방출기간을 설정하는 밸브부재와, 상기 내연기관의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재의 축 지지부의 회전중심인 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용부재와, 상기 흡기측의 가변운동 밸브기구에 설치된 축 지지부재 및 배기측의 가변운동 밸브기구에 설치된 축 지지부재를 직접적으로 또는 전달기구를 통해 간접적으로 각각 구동하는 엑추에이터를 구비하며, 상기 내연기관의 기관 회전수의 증가시에 상기 엑추에이터를 통해 흡기측의 축 지지부재 및 배기측의 축 지지부재를 각각 제 1위치에서 상기 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 동시에, 상기 흡기측의 축지지부재의 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향 및 배기측의 축지지부재의 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향이 어느것도 중간회전 부재와 축 지지부재와의 사이 또는 축 지지부재와 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크 방향에 따르든지 또는 상기 당김 토오크 방향과는 반대방향으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
청구항 제 4항 기재의 본 발명의 가변운동 밸브기구 장착 내연기관은, 흡기측 또는 배기측에 각각 가변운동 밸브기구를 설치한 내연기관에 있어서, 상기 가변운동 밸브기구가 내연기관의 크랭크축에서 회전력을 전달하여 제 1회전축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재와, 제 1회전축심과는 다르며, 또한, 상기 제 1회전축심과 평행한 제 2회전축심을 갖는 축 지지부를 구비함과 동시에 제 1회전축 부재의 외주에 상대 회전 또는 요동되도록 설치되어 제 2회전축심을 변위시키는 축 지지부재와, 상기 축 지지부재에 축 지지된 중간 회전부재와, 상기 제 1회전축 부재에 상기 중간 회전부재를 연결하여 중간 회전부재를 제 1회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재와, 상기 제 1회전축심 주위에 회전되어 캠부를 갖는 제 2회전축 부재와, 상기 중간 회전부재에 상기 제 2회전축 부재를 연결하여 제 2회전부재를 중간 회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 2접속부재와, 상기 캠부를 통해 제 2회전축 부재의 회전위상에 대응하여 상기 내연기관의 연소실로의 흡기유입 기간 또는 배기 방출기간을 설정하는 밸브부재와, 상기 내연기관의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재의 축 지지부의 회전중심인 상기 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용 부재와, 상기 흡기측의 가변운동 밸브기구에 설치된 상기 축 지지부재 및 배기측의 가변운동 밸브기구에 설치된 축 지지부재를 직접적으로 또는 전달기구를 통해 간접적으로 각각 구동하는 엑추에이터를 구비하며, 상기 내연기관의 기관 회전수의 증가시에 상기 엑추에이터를 통해 흡기측의 상기 축 지지부재 및 배기측의 축 지지부재를 각각 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 동시에 상기 흡기측의 축지지부재의 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향 및 배기측의 축 지지부재의 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향중 어느 한쪽의 변위방향이 중간 회전부재와 상기 축 지지부재와의 사이 또는 축 지지부재와 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크 방향에 따르도록 설정되며, 다른쪽의 변위방향이 상기 당김 토오크 방향과는 반대방향으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
도 1a 도 1b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브 기구에 있어서의 부등속 이음매의 주요부의 작동설정을 나타내는 모식적인 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구의 사시도.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브 기구의 주요부 종단면도.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구의 부등속 이음매의 주요부 배치를 모식적으로 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브 기구에 있어서의 부등속 이음매를 나타내는 단면도이며, 도 3의 B-B선 단면도.
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구에 있어서의 부등속 이음매를 나타내는 단면도 이며, 도 3의 A-A선 단면도.
도 7은 본 발명의 제 1실시예의 가변운동 밸브기구에 있어서의 부등속 기구의 작동원리에 관한 설명도이며, A1-A3는 제 1회전축 부재(캠 샤프트)와 중간 회전부재(결합 디스크)와의 사이의 회전위상의 관계를 나타내며, B1-B3는 중간 회전부재(결합 디스크)와 제 2회전축 부재(캠 로브)와의 사이의 회전위상의 관계를 나타내는 설명도.
도 8은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구의 부등속 기구에 관한 작동특성을 설명하는 특성도이며, a1-a5는 고속시의 작동상태를 나타내며, b1-b5는 저속시의 작동상태를 나타내는 설명도.
도 9는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구의 분해 사시도.
도 10은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구의 편심 위치조정의 동력 전달 경로를 나타내는 설명도.
도 11은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구의 편심 위치 조정기구의 엑추에이터를 나타내는 설명도.
도 12는 본 발명의 한 실시예의 가변운동 밸브기구의 부등속 기구의 설정을 설명하는 설명도로서, 기관의 밸브리프트량, 밸브 이동속도, 밸브 이동가속도의 변화예를 나타내는 설명도.
도 13은 본 발명의 한 실시예의 가변운동 밸브기구의 부등속 기구의 설정을 설명하는 설명도로서, 중간 회전부재(결합 디스크)에 가해지는 힘을 설명하는 설명도.
도 14는 본 발명의 한 실시예의 가변운동 밸브기구의 부등속 기구의 설정을 설명하는 설명도로서, 캠의 위상에 따라서 중간 회전부재(결합 디스크)에 가해지는 힘의 벡터를 나타내는 설명도.
도 15a는 본 발명의 한 실시예의 가변운동 밸브기구의 부등속 기구의 설정을 설명하는 설명도로서, 저속회전 영역에 관한 캠의 위상에 따라서 중간 회전부재(결합 디스크)에 가해지는 힘의 벡터를 나타내는 설명도.
도 15b는 본 발명의 한 실시예의 가변운동 밸브기구의 부등속 기구의 설정을 설명하는 설명도로서, 고속회전 영역에 관한 캠의 위상에 따라서 중간 회전부재(결합 디스크)에 가해지는 힘의 벡터를 나타내는 설명도.
도 16은 본 발명의 한 실시예의 가변운동 밸브기구의 부등속 기구의 설정을 설명하는 것으로서, 캠 구동에 필요한 토오크를 캠 샤프트의 각도에 대하여 나타내는 기관의 저속영역 경우의 설명도.
도 17은 본 발명의 한 실시예의 가변운동 밸브기구의 부등속 기구의 설정을 설명하는 것으로서, 캠 구동에 필요한 토오크를 캠 샤프트의 각도에 대하여 나타내는 기관의 고속영역 경우의 설명도.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 가변운동 밸브기구에 있어서의 부등속 이음매의 주요부의 작동설정을 나타내는 모식적인 단면도.
도 19는 본 발명의 제 2실시예에 따른 가변운동 밸브기구의 작동설정의 효과를 설명하는 특성도.
도 20a, 도 20b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 가변운동 밸브 기구에 있어서의 부등속 이음매의 주요부의 작동설정을 나타내는 모식적인 단면도.
도 21a, 도 21b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 가변운동 밸브 기구에 있어서의 부등속 이음매의 주요부의 작동설정을 나타내는 모식적인 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 엔진(내연기관)의 실린더 헤드 1A : 베어링부
2 : 밸브(밸브부재) 2A : 밸브의 스템(stem)단부
3 : 밸브 스프링 6 : 캠
6A : 캠의 볼록부(캠 산부분) 7 : 베어링부(베어링 구성부재)
7A : 베어링 하반부(제 1베어링 부재) 7B : 베어링 캡(제 2베어링 부재)
7C : 볼트 7D : 베어링 하반부와 베어링 캡과의 접합면
8 : 록커아암 11 : 캠 샤프트(제 1회전축 부재)
12 : 캠 로브(제 2회전축 부재) 13 : 부등속 이음매
14 : 콘트롤 디스크(축지지부재) 15 : 편심부(축 지지부)
16 : 결합 디스크(중간 회전부재) 16A : 제 1홈부로서의 슬라이더용 홈
16B : 제 2홈부로서의 슬라이더용 홈 17 : 제 1슬라이더 부재(제 1접속부재)
18 : 제 2슬라이더 부재(제 2접속부재) 19 : 드라이브 아암
19A, 20A, 21A, 22A : 구멍(hole) 20 : 아암부
21, 22 : 슬라이더 본체부 22B, 22C : 외측평면
23, 24 : 드라이브 핀부 25 : 록크 핀
28A, 28B : 내벽평면 30 : 편심 위치 조정기구
31 : 편심 제어기어 32 : 기어축(콘트롤 샤프트)
33 : 엑추에이터 33A : 죠인트
34 : ECU 35 : 콘트롤 기어(시저스 기어)
35A, 35B : 기어 36 : 저널
37 : 베어링 38 : 비틀림 스프링
39A : 배기밸브측 드리이브 기어기구 39B : 흡기밸브측 드라이브 기어기구
39b : 고정기어 39c : 스프링
39d : 가동기어 39e : 시저스 기어(scissors gear)
39f : 기어 40 : 인터메디에이트(intermediate) 기어기구
40a, 40b, 40c : 기어 41 : 벨트(타이밍 벨트)
42 : 플리 43 : 단부부재(입력부)
46 : 웨이브 워셔(wave washer) 47 : 미끄럼 베어링(slid bearing)
50 : 오일 콘트롤 밸브 51 : 유압 공급수단
52 : 엑추에이터 본체 53 : 하우징
55 : 베인(vane) 54 : 축부(콘트롤 샤프트)
56A : 제 1오일실 56B : 제 2오일실
57 : 스풀밸브 58 : 스프링
59 : 코일부분 60A, 60B : 유로
61 : 엔진오일 공급계 62 : 작동유 입구(오일입구)
63A, 63B : 드레인
(실시예)
이하, 도면에 의해 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다.
도 1a 내지 도 17에는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구 및 가변운동 밸브기구장착 내연기관을 나타내는 것이며, 도 18a, 도 18b, 도 19는 본 발명의 제 2실시예에 따른 가변운동 밸브기구를 나타내는 것이며, 도 20a, 도 29b는 본 발명의 제 3실시예에 따른 가변운동 밸브기구를 나타내는 것이고, 도 21a, 도 21b는 본 발명의 제 4실시예에 따른 가변운동 밸브기구를 나타내고 있다.
우선, 제 1실시예에 관하여 설명한다.
본 실시예에 따른 내연기관은, 리시프로(reciprocating)식의 내연기관이며, 또한, 본 실시예에 따른 가변운동 밸브기구는, 기통위측에 설치된 흡기밸브 또는 배기밸브(이것을 총칭하여 기관밸브 또는 단순하게 밸브라고 함)를 구동하도록 구비한고 있다.
도 2, 도 3, 도 4는 가변운동 밸브기구의 주요부를 나타내는 사시도, 단면도, 모식적 배치도(축 방향 단면에서 본 모식도)이며, 도 2, 도 3에 나타내듯이, 실린더 헤드(1)에는 도시생략된 흡기포트 또는 배기포트를 개폐하는 밸브(밸브부재)(2)가 장비되어 있으며, 이 밸브(2)의 스템단부(2A)에는, 밸브(2)를 폐쇄측에 부가되는 밸브 스프링(3)(도 4참조)이 설치되어 있다.
이어서, 밸브(2)의 스템단부(2A)에는 록커아암(8)이 접촉되어 있으며, 이 록커아암(8)에 캠(6)이 당접(접촉)되어 있다. 그리고, 캠(6)의 볼록부(캠산 부분)(6A)에 의해 밸브 스프링(3)의 부가력에 저항되도록 하여 밸브(2)가 개방방향으로 구동된다. 본 가변운동 밸브기구는 이와같은 캠(6)을 회전운동 시키기위해 구비되어 있다.
본 가변운동 밸브기구는, 도 2, 도 3에 나타내듯이, 밸트(타이밍 벨트)(41)와 플리(42)를 통해 엔진의 크랭크축(도시 생략)에 연동되어 회전두동되는 캠 샤프트(제 1회전축 부재)(11)와, 이 캠 샤프트(11)의 외주에 설치된 캠 로브(제 2회전축 부재)(12)를 구비하며, 캠(캠부)(6)는 이 캠 로브(12)의 외주에 돌출 설치되어 있다. 또한, 이 캠 로브(12)의 외주는 실린더 헤드(1)측의 베어링부(7)에 의해 회전자유로이 축 지지되어 있다.
또한, 캠 샤프트(11)는 이 캠 로브(12)를 통해 베어링부(7)에 지지되지만, 캠 샤프트(11)의 단부는 동일축심 선상에 결합된 단부부재(43)를 통해서 실린더 헤드(1)의 베어링부(1A)에 축 지지되어 있다. 전술한 플리(42)는 이와같은 단부부재(43)에 장비되어 있기 때문에 이 플리(42)를 장비한 단부부재(43)를 입력부라고 칭할 수 있다.
또한, 베어링부(7)는 도 3, 도 4에 나타내듯이 2개로 나누어진 구조로 이루어져 있으며, 실린더 헤드(1)에 형성된 베어링 하반부(7A)와, 이 베어링 하반부(7A)에 윗측에서 접합되는 베어링 캡(7B)과, 베어링 하반부(7A)에 베어링 캡(7B)을 결합하는 볼트(7C)로 구성된다.
또한, 도 4에 나타내듯이, 베어링 하반부(7A)와 베어링 캡(7B)과의 접합면(7D)은, 도시생략된 실린더의 축심선과 직교되도록 거의 수평으로 설정되어 있으며, 도 3, 도 4에서 거의 연직방향(상하방향)으로 향해서 체결되는 볼트(7C)에 의해 베어링 하반부(7A)와 베어링 캡(7B)이 거의 연직방향으로 강하게 결합되어 있다.
그리고, 캠 샤프트(11)과 캠 로브(12)와의 사이에 부등속 이음매(13)가 설치되어 있다.
또한, 본 가변운동 밸브기구는, 다기통엔진에 적합하며, 다기통엔진에 적용한 경우에는 각 기통마다 캠 로브(12)및 부등속 이음매(13)를 설치하도록 한다. 여기에서는, 한예로서 본 가변운동 밸브기구를 직렬 4기통 엔진에 적용한 경우를 설명한다.
상기 부등속 이음매(13)는 캠 샤프트(11)의 외주에 회전운동 가능하게 지지된 콘트롤 디스크(축 지지부재)(14), 이 콘트롤 디스크(14)에 일체적으로 설치된 편심부(축 지지부)(15)와, 이 편심부(15)의 외주에 설치된 결합 디스크(중간 회전부재)(17)및 제 2슬라이더 부재(제 2접속부재)(18)등을 구비하고 있다.
편심부(15)는, 도 2에 나타내듯이 캠 샤프트(11)의 회전중심(제 1회전중심선)(O₁)에서 편심된 위치에 회전중심(O₂)를 가지고 있으며, 결합 디스크(16)은 이 편심부(15)의 중심(제 2회전 중심축선)(O₂)의 주위에 회전하도록 되어 있다.
제 1슬라이더 부재(17)및 제 2슬라이더 부재(18)는 도 2에 나타내듯이 각각 그 선단에 슬라이더 본체부(21, 22)를 구비하며, 그 다른 단측에 드라이브 핀부(23, 24)를 구비하고 있다.
그리고, 결합디스크(16)의 한 면에는, 도 3에 나타내듯이 반경방향(레디얼 방향)으로 제 1슬라이더 부재(17)의 슬라이더 본체부(21)가 미끄럼운동 자유로이 결합된 슬라이더용 홈(16A)과, 제 2슬라이더 부재(18)의 슬라이더 본체부(22)가 미끄럼 운동 자유로이 결합된 슬라이더용 홈(16A)이 형성되어 있다. 여기에서는 2개의 슬라이더용 홈(16A, 16B)가 상호 180˚만큼 회전위상을 벗어나도록 동일 직경상에 배치되어 있다.
또한, 캠 샤프트(11)에는 드라이브 아암(19)이 설치되며, 캠 로브(12)에는 아암부(20)가 설치되며, 드라이브 아암(19)에는 제 1슬라이더 부재(17)의 드라이브 핀부(23)가 회전자유로이 들어가는 구멍부(19A)가 설치되며, 아암부(20)에는 제 2슬라이더 부재(18)의 드라이브 핀부(24)가 회전자유로이 결합되는 구멍부(20A)가 설치되어 있다.
또한, 드라이브 아암(19)은, 캠 로브(12)와 콘트롤 디스크(14)와의 사이의 아암부(20)를 제외한 공간에 캠 샤프트(11)에서 반경방향(레디얼 방향)으로 돌출되도록 설치되며, 록크 핀(25)에 의해 캠 샤프트(11)와 일체회전되도록 결합되어 잇다. 한편, 아암부(20)는 캠 로브(12)의 단부를 결합 디스크(16)의 한측면에 근접하는 위치까지 반경방향(레디얼 방향)및 축방향으로 돌출시키도록 일체 형성되어 있다.
그렇지만, 슬라이더 본체부(21)와 홈(16A)와의 사이에서는 도 4에 나타내듯이 슬라이더 본체부(21)의 외측 평면(21B, 21C)와 홈(16A)의 내벽 평면(28A, 28B)과의 사이에서 홈(16B)과 슬라이더 본체부(22)와의 사이에서는, 홈(16B)의 내벽평면(28C, 28D)와 슬라이더 본체부(22)의 외측평면(22B, 22C)와의 사이에서 각각 회전력의 전달이 행해진다.
이와같이 회전을 전달하는 경우에, 결합 디스크(16)가 편심되어 있는 것에 의해 결합 디스크(16)는 캠 샤프트(11)에 대하여 선행되거나 지연되거나 하는 것을 반복하며, 또한, 캠 로브(12)는 캠 샤프트(11)와는 부등속으로 회전되도록 이루어져 있다.
예를들어 도 7은, 캠 로브(12)가 캠 샤프트(11)와는 부등속으로 회전하는 점을 설명하는 도면이며, (A1)-(A3)는 캠 샤프트(11)에 대한 결합 디스크(16)의 회전각속도 변화를, (B1)-(B3)는 결합 디스크(16)에 대한 캠 로브(12)의 회전각속도 변화를 각각 설명하는 도면이다.
도 7의 A1에 나타내듯이, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(0 ₂)가 캠 샤프트(11)의 회전중심(제 1회전중심 축선)(O₁)에 대하여 윗측으로 편심되어 있으며, 이 편심된 방향에 슬라이더 홈(16A)및 제 1슬라이더 부재(17)에 위치한 상태를 회전 기준위치로서 캠 샤프트(11)가 시계방향으로 회전하게 된다.
또한, 도 7의 A1, A2에 있어서, S1은 캠 샤프트(11)측의 기준점(예를들면 제 1슬라이더 부재(17)의 중심점)의 회전 기준위치에서의 위치를 나타내며, H1은 결합 디스크(16)측의 기준점(예를들면 슬라이더 홈(16A)의 기준점)의 회전기준위치에서의 위치를 나타내고 있다.
또한, S2-S12는 캠 샤프트(11)측의 기준점(제 1슬라이더 부재(17)의 중심점)이 회전 기준위치(S1)에서 소정각도(여기에서는 30˚)씩 회전된 경우의 각 위치를 나타내며, H2-H12는 이것들의 캠 샤프트(11)측의 기준점 위치(S2-S12)에 따라서 회전하는 결합 디스크(16)측의 기준점(슬라이더 홈(16A)의 기준점)의 각 위치를 나타내고 있다).
여기에서, 캠 샤프트(11)측의 기준점의 회전은, 제 1회전중심 축선(O₁)을 중심으로 결합 디스크(16)측의 기준점의 회전은, 제 2회전 중심축선(O₂)를 중심으로 각각 행해지고 있다.
도 7의 A2에 나타내듯이, 캠 샤프트(11)측의 기준점(제 1슬라이더 부재 (17)의 중심점)이 S1→S2로 30˚ (S1·O1·S2)만큼 회전되면, 결합 디스크(16)측의 기준점(슬라이더 홈(16A)의 기준점)은 H1→H2로와 ∠H1·O2·H2의 각도분 회전되기 때문에 캠 샤프트(11)측 보다도 커다란 회전각도(∠H1·O2·H2＞∠S1·01·S2)만큼 회전된다. 즉, 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 빠른 속도로 회전한다.
이어서, 캠 샤프트(11)측이 S2→S3로 30˚(∠S2·O1·S3)만큼 회전되면, 결합 디스크(16)측은 H2→H3로 ∠H2·O2·H3의 각도분 회전되기 때문에 여기에서는 캠 샤프트(11)측 보다도 거의 커다란 회전각도(H2·O₂·H3＞S2·01·S3)만큼 회전한다. 즉, 이사이는, 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측보다도 약간 빠른 속도로 회전한다.
이어서, 캠 샤프트(11)측이 S3→S4로 30˚(∠S3·O1·S4)만큼 회전되면,결합 디스크(16)측은 H3→H4로 ∠H3·O₂·H4의 각도분 회전되기 때문에 여기에서는 캠 샤프트(11)측과 거의 동등한 회전각도(∠H3·O₂·H4≒∠S3·0₁·S4)만큼 회전한다. 즉, 이사이는, 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측과 거의 동등한 속도로 회전한다.
이어서, 캠 샤프트(11)측이 S4→S5로 30˚(∠S4·O₁·S5)만큼 회전되면,결합 디스크(16)측은 H4→H5로 ∠H4·O₂·H5의 각도분 회전되기 때문에, 여기에서는 캠 샤프트(11)측과 거의 동등한 회전각도(∠H4·O₂·H5≒∠S4·0₁·S5)만큼 회전한다. 즉, 이사이는, 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측과 거의 동등한 속도로 회전한다.
이어서, 캠 샤프트(11)측이 S5→S6로 30˚(∠S5·O₁·S6)만큼 회전되면,결합 디스크(16)측은 H5→H6로 ∠H5·O₂·H6의 각도분 회전되기 때문에, 여기에서는 캠 샤프트(11)측보다도 약간 작은 회전각도(∠H5·O₂·H6＜∠S5·0₁·S6)만큼 회전한다. 즉, 이사이는, 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측보다도 약간 늦은 속도로 회전한다.
이어서, 캠 샤프트(11)측이 S6→S7로 30˚(∠S6·O₁·S7)만큼 회전되면,결합 디스크(16)측은 H6→H7로 ∠H6·O₂·H7의 각도분 회전되기 때문에, 여기에서는 캠 샤프트(11)측보다도 작은 회전각도(∠H6·O₂·H7＜∠S6·0₁·S7)만큼 회전한다. 즉, 이사이는, 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측보다도 늦은 속도로 회전한다.
이와같이 결합 디스크(16)측은 위치 H1에 있어서 캠 샤프트(11)측에 대하여 가장 빠르게 회전하며, 그후, 캠 샤프트(11)측이 S1→S2→S3→S4→S5→S6→S7으로 회전되는 사이에는, 결합 디스크(16)측은 H1→H2→H3→H4→H5→H6→H7으로 진행하며, 이어서 캠 샤프트(11)측에 대한 속도를 감소시키며, 이 사이에 위치 H3에서 H5의 사이 부근에서 결합 디스크(16)측이 캠 샤프트(11)측과 거의 동등한 속도로 되며, 그후는 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측보다도 늦게되며, 위치 H7에서 캠 샤프트(11)측에 대하여 가장 늦게 회전하게 된다.
그후, 캠 샤프트(11)측이 S7→S8→S9→S10→S11→S12로 회전되는 사이에는, 결합 디스크(16)측은 H7→H8→H9→H10→H11→H12→H1로 진행하며, 이어서 캠 샤프트(11)측에 대한 속도를 감소시키며, 이 사이 위치 H9에서 H10의 사이 부근에서 결합 디스크(16)측이 캠 샤프트(11)측과 거의 동등한 속도로 되며, 그후는 결합 디스크(16)측은 캠 샤프트(11)측보다도 빠르게되며, 위치 H1에서 캠 샤프트(11)측에 대하여 가장 빠르게 회전하게 된다.
이와같은 캠 샤프트(11)측의 회전속도에 대한 결합 디스크(16)측의 회전속도를 캠 샤프트(11)의 회전각도(위치 S1을 0˚또는 360˚로서 상술하는 시계방향으로 회전하는 것으로 한다)에 대응시켜 나타내면, 도 7의 A3와 같이 된다. 이 도 7의 A3에서는 캠 샤프트(11)의 회전속도는 일정(횡축상)으로 있으며, 결합 디스크(16)측의 회전속도는 여유의 곡선을 갖는 특성으로 변화된다.
이와같은 결합 디스크(16)측의 회전에 대한 캠 로브(12)측의 회전각속도 변화는, 도 7의 B1-B3에 나타내듯이 이루어진다. 도 7의 A1-A3는 도 7의 B1-B3로 각각 대응된다.
또한, 도 7의 B1에 나타내듯이 결합 디스크(16)측과 캠 로브(12)측과는 제 1슬라이더 부재(17)에 대하여 180˚만큼 회전된 위치에 있는 슬라이더 홈(16B)및 제 2슬라이더 부재(18)를 통해 회전이 전달된다. 따라서, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(O₂)이 캠 샤프트(11)의 회전중심(제 1회전중심 축선)(O₁)에 대하여 편심된 방향으로 슬라이더 홈(16A)및 제 1슬라이더 부재(17)에 위치된 기준상태(도 7의 A1 참조)에서는 도 7의 B1에 나타내듯이 슬라이더 홈(16B)및 제 2슬라이더 부재(18)는 슬라이더 홈(16A)및 제 1슬라이더 부재(17)보다도 180˚만큼 회전된 위치(도면의 아랫측)로 되며, 이것을 기준위치로 한다.
또한, 도 7의 B1, B2에 있어서, H'1은 결합 디스크(16)측의 기준점(예를들면 슬라이더 홈(16B)의 기준점)의 회전 기준위치에서의 위치를 나타내며, R1은 캠 로브(12)측의 기준점(예를들면 제 2슬라이더 부재(18)의 중심점)의 회전기준 위치에서의 위치를 나타내고 있다.
또한, H'2-H'12는 결합 디스크(16)측의 제 1기준점(슬라이더 홈(16A)의 기준점)H2-H12에 대한 결합 디스크(16)측의 제 2기준점(슬라이더 홈(16B)의 기준점)을 나타내며, R2-R12는 이것들의 결합 디스크(16)측의 제 2기준점(슬라이더 홈(16B)의 기준점)H'2-H'12에 따라서 회전하는 캠 로브(12)측의 기준점(제 2슬라이더 부재(18)의 중심점)의 각 위치를 나타내고 있다.
여기에서, 결합 디스크(16)측의 기준점의 회전은 제 2회전 중심축선(O₂)을 중심으로, 캠 로브(12)측의 기준점의 회전은 제 1회전중심 축선(0₁)을 중심으로 각각 행해진다.
도 7의 B2, B3에 나타내듯이, 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측에 대한 결합 디스크(16)측의 속도특성을 더욱 강하게한 특성으로 회전되며, 위치R1에 있어서 결합 디스크(16)측에 대하여 가장 빠르게 회전되며, 이후, 결합 디스크(16)측이 H'1→H'2→H'3→H'4→H'5→H'6→H'7으로 회전되는 사이에는, 캠 로브(12)측은 R1→R2→R3→R4→R5→R6→R7으로되며, 이어서 결합 디스크(16)측에 대한 속도를 감소시켜, 이사이 위치 R3에서 R4의 사이 부근에서 캠 로브(12)측이 결합 디스크(16)측과 거의 동등한 속도로 되며, 그후는, 캠 로브(12)측은 결합 디스크(16)측 보다도 느리게 되며, 위치 R7에서 결합 디스크(16)측에 대하여 가장 늦게 회전되게 된다.
이후, 결합 디스크(16)측은 H'7→H'8→H'9→H'10→H'11→H'12→H'1로 회전되는 사이에는, 캠 로브(12)측은 R7→R8→R9→R10→R11→R12→R1으로되며, 이어서 결합 디스크(16)측에 대한 속도를 증가시켜, 이사이 위치 R9에서 R10의 사이 부근에서 캠 로브(12)측이 결합 디스크(16)측과 거의 동등한 속도로 되며, 그후는, 캠 로브(12)측은 결합 디스크(16)측 보다도 빠르게 되며, 위치 R1에서 결합 디스크(16)측에 대하여 가장 빠르게 회전되게 된다.
도 7의 B3는 이와같은 캠 로브(12)측의 회전 속도 특성을 결합 디스크(16)측의 회전속도 특성(도 7의 A3에 나타내는 것과 동일한 특성)에 대응시켜서 나타내고 있으며, 캠 로브(12)측의 회전각도는, 결합 디스크(16)측의 회전속도와 동일한 여유의 곡선과 같은 특성으로 변화되며, 또한, 결합 디스크(16)측의 특성을 한층 증대시킨(즉, 진폭을 증대시킨다)것으로 된다. 즉, 캠 로브(12)측의 회전속도는 캠 샤프트(11)측의 회전속도에 대하여 여유 곡선과 같은 특성으로 변화된다.
이와같은 캠 로브(12)측의 회전 속도 특성에 대하여 캠 로브(12)측의 회전위상 특성(즉, 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측 보다도 진행하든지 늦던지 하는 특성)에 관해서는, 도 8의 중단에 기재된 그래프안의 곡선 PA1, PA2에 나타내도록 되어 있다.
즉, 도 7의 A1, B1 및 도 8의 a1에 나타내듯이 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(O₂)가 캠 샤프트(11), 캠 로브(12)의 회전중심(제 1회전중심 축선)(O₁)에 대하여 윗측으로 편신되어 있는(고속 윗쪽편심)것으로 한다. 그리고, 회전중심(O₁,O₂)의 윗측에 슬라이더 홈(16A)및 제 1슬라이더 부재(17)가 위치되며, 회전중심(O₁,O₂)의 아랫측에 슬라이더 홈(16B)및 제 2슬라이더 부재(18)가 위치된 상태를, 기준(캠 샤프트 회전각도가 0)으로 하면, 캠 로브(12)측의 위상특성은, 도 8의 곡선 PA1에 나타내듯이 된다.
도 8의 곡선 PA1에 나타내듯이 도 8의 a1 및 도 7의 A2, B2중의 부호 S1, H'1, R1에 나타내는 캠 샤프트 회전각도가 0일 때에는, 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측과 동등한 위상각도로 된다.
이후의 캠 샤프트(11)의 회전각도에 따른 캠 로브(12)측의 회전위상특성, 즉, 캠 샤프트(11)측의 회전위상에 대한 캠 로브(12)측의 회전위상의 진행이나 지연의 특성은, 캠 샤프트(11)측의 회전속도에 대한 캠 로브(12)측의 회전속도(도 7 의 B3참조)를 적분한 적분값에 상당한다.
따라서, 도 8의 곡선 PA1에 나타내듯이, 캠 샤프트(11)가 0˚에서 90˚로 회전운동되는 경우에는 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에 선행하여 그 진행 각도가 이어서 증대하지만, 캠 샤프트(11)가 90˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)가 90˚에서 180˚로 회전운동 되는 경우에는 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에 선행되어 들어가지만 그 진행 각도는 이어서 감소되어 캠 샤프트(11)가 180˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측과 동일한 위상각도로 된다(도 8의 a3 참조).
또한, 캠 샤프트(11)180˚에서 270˚로 회전운동 되는 경우에는, 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에서 지연되어 그 지연각도가 이어서 증대되지만, 캠 샤프트(11)가 270˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 가장 늦으며(도 8의 a4참조), 그후, 캠 샤프트(11)가 270˚에서 360˚로 회전운동 되는 경우에는, 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에 늦게 들어가지만 그 지연각도는 이어서 감소되어 캠 샤프트(11)가 360˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측과 동등한 위상각도로 된다(도 8의 a5참조)
여기에서, 캠 샤프트(11)가 180˚의 위치에서 밸브리프트가 최대로 되도록 캠(6)에 대한 밸브(2)의 위치를 설정하면, 밸브의 리프트 커브(곡선)는 도 8의 곡선 VL1에 나타내듯이 된다. 또한, 도 8에서의 곡선 VL0는 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에 대하여 편심되어 있지않고 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측과 항상 동등한 위상각도로 되는 경우의 밸브의 리프트 커브특성(리프트 커브베이스)에 나타내는 것이다.
곡선 VL1에 나타내듯이 리프트 커브특성에서는 밸브의 개방 타이밍(개방 개시시간)ST1은 리프트 커브베이스의 개방 타이밍(ST0)보다도 빠르게 되며, 밸브의 폐쇄 타이밍(개방 종료시간)ET1은 리프트 커브베이스의 폐쇄 타이밍(ET0)보다도 지연된다. 밸브의 개방 타이밍(ST1)이 리프트 커브베이스 보다도 빠른 것은 밸브가 개방을 개시하는 영역에서는 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 회전위상 각도가 진행되고 있기 때문이며, 밸브의 페쇄 타이밍(ET1)이 리프트 커브 베이스보다도 지연되는 것은 밸브가 개방을 종료하는 영역에서는, 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 회전위상 각도가 지연되어 있기 때문이다.
한편, 도 8의 b1에 나타내듯이, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(O₂)이 캠 샤프트(11), 캠 로브(12)의 회전중심(제 1회전중심 축선)(O₁)에 대하여 아랫측으로 편심(저속아랫측 편심)되어 있어서 회전중심(O₁,O₂)의 윗측에 슬라이더 홈(16A)및 제 1슬라이더 부재(17)가 위치되며, 회전중심(O₁,O₂)의 아랫측에 슬라이더 홈(16B)및 제 2슬라이더 부재(18)가 위치된 상태를 기준(캠 샤프트 회전각도가 0)으로 되면, 캠 로브(12)측의 위상특성은 도 8의 곡선(PA2)에 나타내듯이 된다.
즉, 도 8의 곡선(PA2)에 나타내듯이, 도 8의 a1에 나타내는 캠 샤프트 회전각도가 0일 때에는 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측과 동등한 위상각도로 되며, 그후는, 캠 샤프트(11)가 0˚에서 90˚로 회전운동되는 경우에는, 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에서 늦어져서 지연각도가 이어서 증대되지만, 캠 샤프트(11)가 90˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 가장 늦어져(도 8의 b2참조), 그후, 캠 샤프트(11)가 90˚에서 180˚로 회전운동되는 경우에는 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에서 늦게 들어가지만 그 지연각도는 이어서 감소되어 캠 샤프트(11)가 180˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측과 동등한 위상각도로 된다(도 8의 b3참조).
또한, 캠 샤프트(11)가 180˚에서 270˚로 회전운동되는 경우에는, 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측에서 선행되어 그 진행각도가 이어서 증대되지만, 캠 샤프트(11)가 270˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 가장 진행되어(도 8의 b4참조), 그후, 캠 샤프트(11)가 270˚에서 360˚로 회전운동되는 경우에는 캠 로브(12)측이 캠 샤프트(11)측보다 선행되어 들어가지만 그 진행각도는 이어서 감소되어 캠 샤프트(11)가 360˚로 된 시점에서 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측과 동등한 위상각도로 된다(도 8의 b5 참조).
이와같이, 도 8의 곡선(PA2)에 나타내는 회전위상 특성에서 캠 로브(12)가 회전되는 경우에는, 밸브의 리프트 커브는 도 8의 곡선(VL2)에 나타내는 것과 같이 된다.
이 곡선(VL2)에 나타내는 리프트 커브특성에서는, 밸브의 개방 타이밍(개방개시 시기)ST2는 리프트 커브베이스의 개방 타이밍(ST0)보다도 지연되며, 밸브의 폐쇄 타이밍(개방종료 시기)ET2는 리프트 커브베이스의 폐쇄 타이밍(ET0)보다도 빠르게 된다.
이와같이 밸브의 개방 타이밍(ST2)이 리프트 커브베이스 보다도 늦어지는 것은, 밸브가 개방을 개시하는 영역에서는, 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 회전위상 각도가 지연되어 있기 때문이다. 또한, 밸브의 폐쇄 타이밍(ET2)이 리프트 커브베이스 보다도 빠르게 되는 것은 밸브가 개방을 종료되는 영역에서는 캠 로브(12)측은 캠 샤프트(11)측 보다도 회전위상 각도가 진행되어 있기 때문이다.
이와같이, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)O₂, 즉, 결합 디스크(16)의 편심위치에 따라서 밸브의 리프트 커브특성을 변경할 수 있기 때문이다. 밸브의 개방 타이밍이 빠르고 폐쇄 타이밍이 늦은 경우에는, 밸브 개방기간이 길게되며, 기관의 고속회전시에 적합하고, 밸브의 개방 타이밍이 늦어 폐쇄타이밍이 빠른 경우에는 밸브 개방기간이 짧게되어 기관의 저속회전시에 적합하게 되어 있다.
이 때문에, 도 8의 a1에 나타내듯이, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(O₂)이 캠 샤프트(11)의 회전중심(제 1회전중심 축선)(O₁)에 대하여 윗측(밸브 리프트 톱을 부여하는 회전위상 방향과 반대방향)에 있으면, 밸브 개방기간이 가장 길게되기 때문에 고속용 편심으로 되며, 도 8의 b1에 나타내듯이 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전 중심축선)(O₂)이 캠 샤프트(11)의 회전중심(제 1회전 중심축선)(O₁)에 대하여 아랫측(밸브 리프트 톱을 부여하는 회전위상 방향)에 있으면, 밸브 개방기간이 가장 짧게되기 때문에 저속용 편심으로 된다.
그리고, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전 중심축선)(O₂)이 도 8의 a1에 나타내는 위치와 도 8의 b1에 나타내는 위치와의 중간적인 위치에 있는 경우에는 그 위치에 따라서 밸브특성(밸브의 개방 타이밍이나 폐쇄 타이밍)에서 밸브(2)를 구동하게 된다.
즉, 제 2회전중심 축선(O₂)을 도 8의 a1에 나타내는 윗측편심 위치에서 아랫측 위치로 벗어나게하면, 밸브특성은, 곡선(VL1)으로 나타내는 리프트 커브특성(고속용 특성)에서 곡선(VL0)로 나타내는 리프트 커브베이스 특성에 가깝게 제 2회전중심 축선(O₂)이 제 1회전중심 축선(O₁)과 거의 동등한 높이로 되면(윗측방향으로의 편차가 없어진다), 밸브특성은 거의 리프트 커브베이스 특성에 가깝게된다. 또한, 제 2회전 중심축선(O₂)을 도 8의 b1에 나타내는 아랫측 편심위치로 향해서 벗어나 가면, 밸브특성은 곡선(VL0)으로 나타내는 리프트 커브 베이스특성에서 곡선(VL2)으로 나타내는 리프트 커브특성(저속용 특성)으로 가깝게 된다.
따라서, 예를들면, 기관의 회전수(회전속도)등의 기관의 운전상태에 따라서, 제 2회전 중심축선(O₂)의 위치를 연속적 또는 단계적으로 조정하면, 기관의 운전상태에 항상 적합한 특성으로 밸브(2)를 구동시킬 수 있다.
결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(O₂)을 위치조정하기 위해서는 결합 디스크(16)를 편심상태로 지지하는 편심부(15)를 회전시키면 좋기 때문에 본 기구에서는 편심부(15)를 갖는 콘트롤 디스크(14)를 회전시켜서 편심부(15)의 편심위치를 조정하는 편심위치 조정기구(제어용부재)(30)가 설치되어 있다.
이 편심 위치 조정기구(30)는, 도 2, 도 3에 나타내듯이, 콘트롤 디스크(14)의 외주에 형성된 편심 제어기어(31)와, 이 편심 제어기어(31)와 결합되는 콘트롤 기어(35)를 구비하는 캠 샤프트(11)와 평행으로 설치된 기어축(콘트롤 샤프트)(32)와, 이 콘트롤 샤프트(32)를 회전구동하기 위한 엑추에이터(33)를 구비하여 구성되어 있으며, ECU(34)를 통해서 작동을 제어하도록 이루어져 있다.
즉, 도 2에 나타내듯이, ECU(34)에 엔진 회전센서(도시생략)로부터의 검출정보(엔진 회전수 정보), 스로틀 포지션 센서에서의 검출정보(TPS정보), 에어플로우 센서(도시생략)에서의 검출정보(AFS정보)등이 입력되도록 되어 있으며, 편심 위치조정기구(30)에 있어서 모터의 제어는, 이것들의 정보에 근거하여 엔진의 회전속도나 부하상태에 따라서 행하도록 이루어져 있다.
그리고, 예를들어 엔진의 고속시나 고부하시에는, 도 8중의 곡선(VL1)과 같은 밸브 리프트특성으로 되도록 콘트롤 디스크(14)의 회전위상을 조정하여 밸브의 개방기간을 장기간으로 하도록 제어한다. 또한, 엔진의 저속시나 저부하시에는, 도 8중의 곡선(VL2)과 같은 밸브 리프트특성으로 되도록 콘트롤 디스크(14)의 회전위상을 조정하여 밸브의 개방기간을 단기간을 하도록 제어한다. 일반적으로는, 엔진의 고속시나 부하에 따라서, 도 8중의 곡선(VL1)과 곡선(VL2)와의 중간적인 밸브리프트 특성으로 되도록 콘트롤 디스크(14)의 회전위상을 조정한다.
그런데, 콘트롤 샤프트(32)에 구비된 콘트롤 기어(35)는, 2개의 기어(35A, 35B)로 이루어지는 시저스기어로서, 한쪽의 기어(35A)는 콘트롤 샤프트(32)에 고정되어 있지만, 다른쪽의 기어(35B)는 콘트롤 샤프트(32)에 대하여 회전가능하게 장비되어 있다. 즉, 기어(35B)는, 기어(35A)에 맞닿도록 하여 설치되어 있으며, 콘트롤 샤프트(32)의 외주에 고정되는 저널(journal;36)과의 사이에 장비된 비틀림 스프링(38)에 의해 회전방향으로의 부가력을 받도록 하여 설치되며, 양 기어(35A, 35B)에 의해 콘트롤 디스크(14)측의 편심제어기어(31)와 콘트롤 기어(35)가 한쪽으로 치우치는 일 없이 결합되도록 이루어져 있다.
또한, 편심위치 조정기구(30)의 설치에 있어서는, 이미 설치되어 있는 캠 샤프트(11)외주의 콘트롤 디스크(14)측의 편심제어 기어(31)에 대하여 양 기어(35A, 35B)를 결합시킨 위에서, 저널(36)을 콘트롤 샤프트(32)에 대하여 회전시키면서 축방향 소정위치로 배치되는 것으로서, 기어(35B)에 축방향 부가력 및 회전방향 부가력을 부여하고 있기 때문에, 저널(36)을 회전멈춤핀(36A)에 의해 콘트롤 샤프트(32)와 일체회전 되도록 고정한다.
또한, 본 가변운동 밸브기구를 4기통 엔진에 적용한 경우에는, 각 기통마다 캠 로브(12)및 부등속 이음매(13)를 설치하는 것으로 되지만, 여기에서는 각 기통에 흡기밸브 구동용의 가변운동 밸브기구와, 배기밸브 구동용의 가변운동 밸브 기구를 구비하고 있다. 즉, 도 9에 나타내듯이, 흡기밸브용 캠 샤프트(11IN)와 배기밸브용 캠 샤프트(11EX)를 구비하며, 흡기밸브용 캠 샤프트(11IN)에 있어서도 배기밸브용 캠 샤프트(11EX)에 있어서도, 각각 각 기통마다 캠 로브(12)및 부등속 이음매(13)가 구비되어 있다.
그리고, 편심위치 조정기구(30)는, 흡기밸브용 캠 샤프트(11IN)에 각 기통마다 장비된 콘트롤 디스크(14)측의 편심 제어기어(31)와, 배기밸브용 캠 샤프트(11EX)에 역시 각 기통마다 장비된 콘트롤 디스크(14)측의 편심제어 기어(31)와, 흡기 밸브용 캠 샤프트(11IN)에 인접한 흡기밸브측 콘트롤 샤프트(32)와, 배기밸브용 캠 샤프트(11EX)에 인접한 배기밸브측 콘트롤 샤프트(32)와, 이것들의 각 콘트롤 샤프트(32)에서 각 기통마다 설치되어 각 편심제어 기어(31)와 결합되는 콘트롤 기어(35)및 저널(36)및 스프링(38)을 구비하고 있다.
한편, 엑추에이터(33)는 스프로켓(단부부재)(43)과 반대측 단부의 도시생략된 실린더 헤드측 부분에 1개만 구비하며, 여기에서는, 배기밸브용 캠 샤프트(11EX)의 축단부에 엑추에이터(33)가 구비되어 있다.
이 엑추에이터(33)는 죠인트(33A)를 통해 배기밸브측 드라이브 기어기구(39A)에 접속되어 있으며, 엑추에이터(33)의 구동력은, 배기밸브측 드라이브 기어기구(39A)에서 배기밸브측 콘트롤 샤프트(32)에 전달되며, 배기밸브용 캠 샤프트(11EX)의 각 편심 제어기어(31)의 회전구동이 행해지도록 되어있다.
그 한편, 배기밸브측 드라이브 기어기구(39A)는 인터메디에이터(intermediate) 기어기구(40)를 통해 흡기밸브측 드라이브 기어기구(39B)에 접속되어 있으며, 엑추에이터(33)의 구동력은 배기밸브측 드라이브 기어기구(39A), 인터메디에이터 기어기구(40), 흡기밸브측 드라이브기어(39B), 를 경유하여 흡기밸브측 콘트롤 샤프트(32)에 전달되며, 흡기밸브용 캠 샤프트(11IN)의 각 편심제어 기어(31)의 회전 구동이 행해지도록 이루어져 있다.
따라서, 도 10에 나타내듯이, 배기밸브측(도면중 EX참조)에서는, 엑추에이터(33)의 구동력은, 드라이브 기어기구(39A), 배기밸브측 콘트롤 샤프트(32)및 각 콘트롤 기어(35)를 통해 각 편심 제어기어(31)에 전달되며, 흡기밸브측(도면에서 IN참조)에서는, 엑추에이터(33)의 구동력은, 드라이브 기어기구(39A), 인터메디에이트 기어기구(40), 드라이브 기어기구(39B), 흡기밸브측 콘트롤 샤프트(32)및 각 콘트롤 기어(35)를 통해허 각 편심 제어기어(31)에 전달되도록 이루어져 있다.
또한, 도 9에 나타내듯이, 각 드라이브 기어기구(39A, 39B)는 어느것도, 축(39a)에 고정된 고정 기어(39b)및 고정기어(39b)와의 사이에 스프링(39c)를 통해서 장비된 가동기어(39d)의 2개의 기어로 이루어지는 시저스기어(39e)와, 콘트롤 샤프트(32)의 단부에 고정된 기어(39f)로부터 구성된다. 시저스 기어(39e)에서는 가동 기어(39d)가 스프링(39c)에 의해 회전방향으로 부가된 상태로서 고정기어(39b)와 함께 기어(39f)와 결합되어 있으며, 드라이브 기어(39A, 39B)에 치우침이 발생되진 않도록 이루어져 있다.
또한, 인터메디에이트 기어기구(40)는, 상호 결합되는 3개의 기어(40a, 40b, 40c)로 이루어지며, 배기밸브측 드라이브 기어기구(39A)의 축(39a)의 회전을 동일방향으로 동일속도로 흡기밸브측 드라이브 기어기구(39B)의 축(39a)에 전달 되도록 이루어져 있다.
또한, 각 드라이브 기어기구(39A, 39B)의 시저스기어(39e)(즉, 기어 39b, 39d)는 각 편심 제어기어(31)와 동등한 기어수로 설정되며, 각 드라이브 기어기구(39A, 39B)의 기어(39f)는 각 콘트롤 기어(35)와 동등한 기어수로 설정되어 있으며, 엑추에이터축의 회전각도와 편심 제어기어(31)의 회전각도가 동등하게 되도록 설정되어 있다.
여기에서, 엑추에이터(33)에 관하여 설명한다. 이 엑추에이터(33)는, 예를들면 도 11에 나타내듯이, 오일콘트롤 밸브(50)을 갖는 유압 공급수단(51)과 엑추에이터 본체(52)를 구비하여 구성된다.
엑추에이터 본체(52)는, 유압식 엑추에이터로서, 베인(55)을 유압에 의해 축선주위에 왕복 회전운동 시키도록 이루어져 있다. 즉, 엑추에이터 본체(52)는 도 11에 나타내듯이 하우징(53)과, 배기밸브측 드라이브 기어기구(39A)의 축(39a)에 죠인트 기구(올덤 죠인트)를 통해 연결되는 축부(콘트롤 샤프트)(54)와, 이 축부(54)의 축선에서 반경방향에 연장되는 베인(55)과 이 베인(55)에 의해 구획된 제 1오일실(56)및 제 2오일실(56B)를 구비하고 있다.
또한, 하우징(53)내의 상부에는 오일 콘트롤 밸브(50)의 스풀 밸브(57)가 수용되며, 이 스풀밸브(57)은, 압축상태의 스프링(58)에 의해 부가되어 있으며, 오일 콘트롤 밸브(50)의 코일부분(59)에서의 전자력을 받으면 스프링(58)의 부가력에 저항하여 스풀밸브(57)가 소망의 위치로 조정되도록 이루어져 있다.
스풀밸브(57)는, 제 1오일실(56A)및 제 2오일실(56B)에 각각 연통된 유로(60A, 60B)와 엔진오일 공급계(61)에서의 작동유 입구(오일 입구)(62)과, 실린더 헤드(1)내에 작동유를 배출하는 드레인(63A, 63B)과의 사이에 설치되어 있다.
스풀밸브(57)가 도 11에 나타내는 중립위치일 때에는 유로(60A, 60B)가 폐쇄되어 양 오일실(56A, 56B)의 유압은 급배되지 않기 때문에 베인(55)이 고정상태로 된다.
이 중립위치에서 스풀밸브(57)가 도 11중의 좌측방향으로 이동하면, 제 1오일실(56A)로 통해서 유로(60A)와 오일입구(62)가 연통되며, 제 2오일실(56B)로 통하는 유로(60B)와 드레인(63B)가 연통되어 제 1오일실(56A)내로 작동유가 공급되어 제 2오일실(56B)내의 작동유가 배출되기 때문에 베인(55)은 도 11중의 우측방향으로 회전운동 된다.
반대로, 중립위치에서 스풀밸브(57)가 도 11의 우측 방향으로 이동하면, 제 1오일실(56A)로 통하는 유로(60A)와 드레인(63B)가 연통되어 제 2오일실(56B)에 통하는 유로(60B)와 오일 입구(62)가 연통되어 제 1오일실(56A)내의 작동오일이 배출되며 제 2오일실(56B)내로 작동유가 공급되기 때문에 베인(55)은 도 11중의 좌측방향으로 회전운동 된다.
이와같이 스풀밸브(57)의 위치에 따라서 베인(55)을 좌우 어느측으로 회전운동 시키거나 고정시키거나 할 수 있으며, 스풀밸브(57)의 위치조정은, 코일부분(59)의 전자력 조정, 즉, 코일부분(59)으로의 전력 공급조정에 의해 행해질 수 있다.
그리고, 여기에서는 베인(55)의 위치(회전위상)을 검출하는 포지션 센서(도시생략)이 설치되어 있으며, 도 2에 나타내듯이 포지션 센서에서의 베인(55)의 위치에 근거한 ECU(34)에 의한 피드백 제어로서 코일부분(59)의 전력 공급 조정이 행해지며, 베인(55)이 소정의 위치로 조정되도록 이루어져 있다.
또한, 베인(55)의 회전위상 각도에 따라서 콘트롤 디스크(14)의 회전위상 각도 즉, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(O2)의 위치가 결정되지만, 여기에서는 베인(55)이 도 11중의 가장 우측으로 회전된 위치(도면에서 위상각 0˚로 나타냄)로 되면, 결합 디스크(16)가 저속용 편심상태로 되며, 베인(55)이 도 11중의 가장 좌측으로 회전된 위치(도면에서 위상각 180˚으로 나타냄)로 되면, 결합 디스크(16)가 고속용 편심상태로 되도록 설정되어 있다.
즉, 베인(55)이 저속용 편심위치(베인 위상각 0˚)로 되면, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(0₂)의 위치는 도 8의 b1-b5에 나타내듯이 캠 샤프트(11)의 회전중심(제 1회전중심 축선)(0₁)에 대하여 아랫측(밸브 리프트 톱을 부여하는 회전위상 방향)으로 되며, 저속용 편심상태로 된다.
또한, 베인(55)이 고속용 편심위치(베인 위상각 180˚)로 되면, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(0₂)의 위치는 도 8의 a1-a5에 나타내듯이 캠 샤프트(11)의 회전중심(제 1회전중심 축선)(0₁)에 대하여 윗측(밸브 리프트 톱을 부여하는 회전 위상방향과 반대방향)으로 되며, 고속용 편심으로 된다.
그리고, 베인(55)은, 엔진의 회전속도등에 따라서 저속용 편심위치(베인 위상각 0˚)에서 고속용 편심위치(베인 위상각 180˚)까지의 사이에서 위상조정 되도록 이루어져 있다.
그런데, 도 11에 나타내는 하우징(53)의 단면도는 캠 샤프트(11)에 대하여 도 7, 도 8과 동일방향에서 본 상태를 나타내며, 베인(55)을 도 11중에서 시계방향으로 회전운동시키면, 결합 디스크(16)도 도 7, 도 8중에서 시계회전 방향으로 회전운동 되도록 이루어져 있다. 즉, 베인(55)을 저속측에서 고속측으로(즉, 베인 위상각이 증가하는 방향으로)시계회전 방향으로 회전운동 시키면, 결합 디스크(16)도 저속측에서 고속측으로 시계회전 방향으로 회전운동 된다. 이 회전운동 방향(시계 회전방향)은, 캠 샤프트(11)의 회전방향과 일치되며, 결합 디스크(16)의 저속측에서 고속측으로의 회전운동을 보다 작은 부하로 빠르게 행할 수 있도록 되어 있다.
즉, 편심부(15)는, 도 1a, 도 1b에 나타내듯이 그 내주면을 캠 샤프트(11)의 외주면에 활주 베어링(47)의 유막을 통해 미끄럼 접촉되며, 그 외주면을 결합 디스크(16)의 내주면에 베어링(37)을 끼어 미끄럼 접촉하고 있다. 편심부(15)는 엑추에이터(33)에 의한 위상조정을 위해 구동되지만, 기관의 회전에 대하여서는 회전운동 되지않고 고정상태로 간주할 수 있지만, 캠 샤프트(11)및 결합 디스크(16)는 기관의 회전에 연동되어 회전운동 되기 때문에 편심부(15)는 내주, 외주의 미끄럼 접촉면에 있어서, 캠 샤프트(11)및 결합 디스크(16)에서 그 회전방향으로 마찰 토오크(당김 토오크)을 받는다.
그때문에 편심부(15)를 회전구동 시키는 경우에는 이 마찰 토오크가 영향되어 편심부(15)를 이 마찰 토오크에 따른 방향에 회전구동시키면, 마찰 토오크에 가세되어 비교적 작은 구동력으로 편심부(15)를 회전구동 시킬 수 있다. 또한, 편심부(15)에 가해지는 구동력이 일정하면, 빠르게 편심부(15)를 회전구동 시킬 수 있게 된다.
한편, 편심부(15)를 마찰 토오크와 반대방향으로 회전구동 시키면 마찰이 저항이되어 편심부(15)를 회전구동 시키기에는 비교적 커다란 구동력이 필요하게 된다. 또한, 편심부(15)에 가해지는 구동력이 일정하면, 편심부(15)를 회전구동 시키는데 시간이 걸리게 된다.
본 가변운동 밸브기구에서는, 도 1a, 도 1b에 나타내듯이 흡기밸브측 도 1a, 도 1b에 나타내듯이 흡기밸브측(도 1a참조)에 관하여서도 배기밸브측(도 1b참조)에 관해서도, 편심부(15)를 저속측(이것을 제 1위치라고 함)에서 고속측(이것을 제 2위치라고 함)으로 회전운동되는 경우에는 화살표 nf로 나타내듯이 편심부(15)를 마찰 토오크에 따른 방향으로 회전구동시켜, 마찰 토오크를 이용하여 편심부(15)의 저속측에서 고속측으로의 회전운동을 빠르게 행하도록 설정되어 있다. 물론, 편심부(15)를 고속측에서 저속측으로 회전운동하는 경우에는, 화살표 ns로 나타내듯이 편심부(15)를 마찰 토오크와 반대방향으로 회전구동시키기 위해 마찰 토오크가 저항으로 되어 편심부(15)의 고속측에서 저속측으로의 회전운동은 반대로 시간이 걸리게 된다.
여기에서 편심부(15)의 내주, 외주의 미끄럼 접속면에 발생되는 마찰 토오크에 관하여 설명한다.
이 마찰 토오크는 이러한 미끄럼 접촉면에 수직항력이 가해지는 것으로서 발생되는 것이기 때문에 이러한 미끄럼 접촉면에 어떠한 수직항력이 가해지는지에 대하여 설명한다.
우선, 캠 샤프트(11)및 캠 로브(12)에 가해지는 힘과, 이들의 캠 샤프트(11)및 캠 로브(12)를 통해 결합 디스크(16)에 가해지는 힘에 관하여 설명한다.
캠 샤프트(11)에는, 엔진의 크랭크 샤프트의 회전에 따른 회전력(즉, 캠 구동토오크)가 가해진다.
또한, 캠 로브(12)에 가해지는 힘을 고려하면, 캠 로브(12)에는 캠(6)을 통해 밸브(2)의 리프트(개방)에 따라서 밸브 스프링(3)에서 스프링 반력이나 밸브등의 왕복운동에 의한 관성력을 받는다. 이때문에 도 12에 나타내듯이 엔진의 밸브 리프트량(VL)에 대한 캠 회전구동 토오크는 저속영역에서는 주로 밸브 스프링력에 대항하도록 동작되기 때문에 곡선(TL)과 같은 특성으로 되며, 고속영역에서는 주로 밸브의 관성하중에 대항되도록 작동되기 때문에 곡선(TH)와 같은 특성으로 된다.
또한, 도 12에 나타내듯이 밸브 리프트의 최대점을 경계로 캠의 작용 토오크의 방향이 역전되기 때문에 캠 구동 토오크는, 밸브 리프트의 최대점을 겨계로 정에서 부로 또는 부에서 정으로 역전된다.
그리고, 결합 디스크(16)에 가해지는 힘을 고려하면, 이 결합 디스크(16)에는 캠 샤프트(11)의 회전력으로서 가해지는 캠 샤프트측 슬라이더(17)에서의 캠 구동력(T1)과, 캠 로브측 슬라이더(18)에서의 캠 구동력(T1)에 대한 반력(F1)이 가해지며, 이들의 캠 구동력(T1)과 반력(F1)과의 합력(FF)가 결합 디스크(16)에 가해지는 힘으로 된다.
여기에서 결합 디스크(16)가 반시계방향으로 회전되고 있는 것으로하면, 밸브가 개방방향으로 이동되고 있는 경우에는, 도 13에 나타내듯이 캠 구동력(T1)과 반력(F1)이 상호 역회전 방향으로 작용하며, 캠 구동력(T1)과 반력(F1)과의 합력(FF)는 캠 샤프트측 슬라이더(17)의 중심과 캠 로브측 슬라이더(18)의 중심을 연결한 직선에 대하여 수직인 방향에서 캠 로브측 슬라이더(18)에 의해 반회전 방향으로 작용하게 된다.
밸브가 폐쇄방향으로 이동하고 있는 경우에는, 합력(FF)은 캠 샤프트측 슬라이더(17)의 중심과 캠 로브측 슬라이더(18)의 중심을 연결한 직선에 대하여 수직인 방향이지만, 도 13과는 반대로 캠 로브측 슬라이더(18)에 의해 회전방향에 작용하게 된다. 또한, 이와같은 합력(FF)의 방향은, 밸브 최대리프트시에 반전하게 된다.
결합 디스크(16)를 지지하는 힘은, 합력(FF)에 반하는 힘으로 되며, 합력(FF)은 캠 구동 토오크에 의해 발생한다. 따라서, 캠 구동 토오크는 밸브 개방운동시, 즉, 밸브 리프트가 상승되고 있을 때에는, 캠 로브측 슬라이더(18)에 의해 반 회전방향으로 또는 밸브 폐쇄운동시에는 캠 로브측 슬라이더(18)에 의해 회전방향으로 각각 작용하게 된다.
그래서, 캠(6)의 위상에 따라서 결합 디스크(16)에 가해지는 합력(FF)의 벡터를 도시하면, 도 14에 나타내는 것과 같이 된다. 도 14는 캠 로브측 슬라이더(18)의 위치를 C를 붙여서 나타내며, 캠 샤프트측 슬라이더(17)를 S를 붙여서 나타내며, 결합 디스크(16)는 반시계방향으로 회전되는 것이다.
또한, 도 14중의 종축의 윗방향이 밸브 최대 리프트시에 있어서 회전중심(제 1회전중심 축선)(O₁)에 대한 캠 로브측 슬라이더(18)이 위치를 나타내며, 이 종축 윗방향에서 우측(시계회전 방향은)밸브 최대리프트시 전의 캠 로브측 슬라이더(18)의 위치를 종축 윗방향에서 좌측(반시계 방향은)밸브 최대리프트시 후의 캠 로브측 슬라이더(18)의 위치를 각각 나타내고 있다.
도 14에 있어서, FL1은 밸브 개방운동시에 결합 디스크(16)에 가해지는 합력(FF)의 크기와 방향을, FL2는 밸브 폐쇄운동시에 결합 디스크(16)에 가해지는 합력(FF)의 크기와 방향을 각각 나타내고 있다.
도 14에 나타내는 FL1과 같이, 밸브 개방운동시에는, 밸브의 개방개시에서 상승 캠 구동토오크 최대점에 도달한 점에서 캠 구동력(T₁)이 최대로 되며, 결합 디스크(16)에 가해지는 합력(FF)도 최대로 된다. 이때의 합력(FF)은, 캠 샤프트측 슬라이더(17)와 캠 로브측 슬라이더(18)을 연결하는 선과 직교하여 캠 로브측 슬라이더(18)에 의해 반회전 방향으로 향한다. 즉, 캠 샤프트측 슬라이더(17)의 위상보다도 90˚만큼 회전방향 전방으로 벗어나며, 캠 로브측 슬라이더(18)의 위상보다도 90˚만큼 회전방향 후방으로 당김 방향으로 향한다.
또한, 도 14에 나타내는 FL2와 같이, 밸브 폐쇄운동시에는 밸브의 계쇄개시의 바로전의 하강 캠 구동토오크 최대점네 도달한 점에서 캠 구동력(T₁)이 최대로 되며, 결합 디스크(16)에 가해지는 합력(FF)도 최대로 된다. 이 때의 합력(FF)는, 캠 샤프트측 슬라이더(17)와 캠 로브측 슬라이더(18)를 연결하는 선과 직교하여 캠 로브측 슬라이더(18)에 의해 회전방향으로 향한다. 즉, 캠 샤프트측 슬라이더(17)의 위상보다도 90˚만큼 회전방향 후방으로 벗어나며, 캠 로브측 슬라이더(18)의 위상보다도 90˚만큼 회전방향 전방으로 당김 방향으로 향한다. 이와같이 결합 디스크(16)에 가해지는 2개의 최대하중의 방향은, 밸브 최대리프트시의 캠 로브측 슬라이더(18)방향과는 반대로 V자형상으로 향하도록 된다.
가변운동 밸브기구에서는, 밸브 리프트 기간은 엔진의 회전속도등에 따라서 조정되며, 저속시에는 밸브 리프트기간은 짧게조정되며, 고속시에는 밸브 리프트 기간은 길게 조정되기 때문에 도 14에 나타내는 결합 디스크(16)에 가해지는 합력(FF)의 특성도(벡터도)를 추정하며, 엔진의 회전속도 영역마다 나타내면, 도 15a, 도 15b에 나타내듯이 된다.
도 15a 및 도 15b에서, 도 15a는 엔진의 저속회전시를 나타내며, 도 15b는 엔진의 고속회전시를 나타내고 있다.
도 15a에 나타내듯이, 엔진의 저속 회전시에는, 밸브 리프트기간은 짧게 조정되며, 또한, 캠 구동 토오크(TL)는 밸브 스프링력이 주체적으로 되기 때문에 상승 캠 구동토오크 최대점 및 하강 캠 구동토오크 최대점이 어느것도 밸브 최대 리프트 점에 가깝게된다. 따라서, 밸브 개방운동시의 합력(FL1)의 최대 하중방향은, 이것에 따라서 횡축 우측방향(밸브최대 리프트시의 캠 로브측 슬라이더(18)의 위상각 보다도 90˚만큼 시계회전 방향)으로 접근하며, 밸브 폐쇄운동시의 합력(FL2)의 최대 하중방향은, 이것에 따라서 횡축 좌측방향(밸브 최대리프트시의 캠 로브측 슬라이더(18)위상각 보다도 90˚만큼 반시계회전 방향)으로 접근한다.
따라서, 결합 디스크(16)에 가해지는 2개의 최대 하중의 방향은, 역시 밸브 최대 리프트시의 캠 로브측 슬라이더(18)방향과 반대방향의 V자 형상으로 향하도록 되지만, 2개의 최대 하중방향을 이루는 각도(θL)는, 밸브 리프트기간(개방 밸브기간)의 단기화 및 엔진 회전수의 저회전화에 따라서 넓어진다.
또한, 도 15b에 나타내듯이 엔진의 고속회전시에는, 밸브 리프트 기간은 길게 조정되며, 캠 구동 토오크(TH)는 밸브의 관성력이 주체적이기 때문에 상승 캠 구동토오크 최대점 및 하강 캠 구동 토오크 최대점이 어느것도 밸브 최대 리프트 점에서 멀어진다. 따라서, 밸브 개방운동시의 합력(FL1)의 최대하중 방향은, 이것에 따라서, 횡축 우측방향(밸브 최대 리프트시의 캠 로브측 슬라이더(18)위상각 보다도 90˚만큼 시계 회전방향)에서 멀어지며, 밸브 폐쇄운동시의 합력(FL2)의 최대 하중방향은 이것에 따라서 횡축 좌측방향(밸브 최대 리프트시의 캠 로브측 슬라이더(18)위상각 보다도 90˚만큼 반시계 회전방향)에서 멀어진다.
따라서, 결합 디스크(16)에 가해지는 2개의 최대 하중의 방향은, 역시 맬브최대 리프트시의 캠 로브측 슬라이더(18)방향과 반대 방향의 V자형상으로 향하도록 되지만, 2개의 최대 하중방향을 이루는 각도는 밸브 리프트기간(개방 밸브기간)의 장기화 및 엔진 회전수의 고회전화에 따라서 좁혀진다.
또한, 도 16, 도 17은, 캠 구동에 필요한 토오크, 즉, 캠 샤프트(11)를 통해 결합 디스크(16)에 가해지는 캠 구동 토오크를 캠 샤프트의 회전각도에 대하여 나타내는 것으로서, 도 16은 엔진의 저회전시의 경우를 나타내며, 도 17은 엔진의 고회전시의 경우를 나타내고 있다. 도시하듯이 엔진의 고회전으로 될수록 캠 구동에 필요한 토오크가 증대하는 것 및 최대 토오크 점이 최대리프트에서 멀어지는 것을 알 수 있었다.
이와같이 결합 디스크(16)에 가해지는 힘을 고려하면, 도 14, 도 15a, 도 15b에 나타내듯이, 그 방향에 일정한 특성이 있으며, 도 16, 도 17에 나타내듯이, 엔진의 회전속도가 고속으로 될 수록 커다란 힘이 가해지는 것을 알았다.
그리고, 이와같은 캠 샤프트(11)나 결합 디스크(16)에 가해지는 힘이 편심부(15)의 내주, 외주의 미끄럼 운동면에 수직항력으로서 작용하기 때문에 이러한 미끄럼 접촉면에는 이 수직항력에 따른 마찰 토오크가 가해지는 것이다.
또한, 본 기구에서는, 도 3에 나타내듯이, 결합 디스크(중간 회전부재)(16)의 한측면(16C)은, 캠 로브(12)의 아암부(장착부)(20)에 대향되어 있지만, 특히, 캠 로브(12)의 아암부(20)의 단면(플랜지부)(20A)은, 결합 디스크(16)(중간 회전부재)(16)의 한측면에 맞닿아 있다. 이 아암부(20)의 양단면(20A)은, 도 3, 도 5에 나타내듯이, 아암부(20)에 구비된 슬라이더용 홈(제 2홈부)(16B)과 거의 90˚또는 이 이상의 위상차의 부분까지 연장 설치되며, 이 연설부는, 축심에서 가능한 만큼 바깥측으로 배치되어 있다. 그리고, 결합 디스크(16)의 한측면은, 이 연장된 아암 부 단면(플랜지부)(20A)에도 맞닿도록 되어 있으며, 이렇게하여 결합 디스크(16)가 캠 로브(12)측에 맞닿게 되며, 결합 디스크(16)의 축 흔들림방향의 경사(기울음)가 방지되도록 되어 있다.
또한, 캠 로브(12)의 후단에는 웨이브 워셔(46)가 장비되어 있으며, 아암부 단면(20A)의 결합 디스크(16)의 한측면으로의 당접력을 증대하여 결합 디스크(16)의 기울음 방지하중을 충분히 확보할 수 있도록 되어 있다.
또한, 결합 디스크(16)와 캠 로브(12)와는 전술하듯이 그 편심에 따라서 미소한 위상 벗어남을 발생하면서 회전되기 때문에 결합 디스크(16)와 아암부 단면(20A)과의 맞닿음 부분은 미소하게 미끄럼운동되게 되지만, 이 부분으로는 윤활유(엔진오일)을 공급시키기 위해 미끄러운 활주운동이 행해지도록 되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 도 3, 도 6에 나타내듯이 결합 디스크(16)와 편심부(15)와의 미끄럼 운동부, 즉, 편심부(15)의 외주면과 결합 디스크(16)의 내주면과의 사이에 전술한 베어링(37)이 끼여 장착 되어 있다. 여기에서는, 보다 소형화되어 장착되는 니들베어링이 이용되고 있지만, 베어링(37)은 이 니들 베어링에 한정되지 않고, 여러종류의 베어링을 이용할 수 있다.
이와같은 결합 디스크(16)와 편심부(15)와의 미끄럼 운동부를 [단순히 활주 베어링]이라고 한 경우, 특히, 기관의 시동시에 윤활유의 점성등에 기인하여 결합 디스크(16)와 편심부(15)와의 마찰이 크게 되지만, 이 베어링(37)을 장비하는 것에 의해, 결합 디스크(16)와 편심부(15)와의 마찰이 큰폭으로 저감되어서 결합 디스크(16)를 통한 회전력의 전달이나, 위상조정을 보다 원활하게 행하게되며, 기관의 시동성도 양호한 것으로 할 수 있도록 되어 있다.
즉, 시동이나 편심 위치조정에 따른 스타터나 엑추에이터의 부하를 저감할 수 있기 때문에 이것들의 스타터나 엑추에이터로서 보다 저용량으로 소형의 것을 채용할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 편심부(15)와 캠 샤프트(11)와의 미끄럼 운동부는, 활주 베어링(저널 베어링)(47)으로 되어 있지만, 니들 베어링과 같은 베어링을 편심부(15)와 캠 샤프트(11)와의 미끄럼 운동부의 사이에 설치하여 베어링을 결합 디스크(16)와 편심부(15)와의 미끄럼 운동부와 편심부(15)와 캠 샤프트(11)와의 미끄럼 운동부와의 사이의 양쪽에 설치되도록 하여도 좋다.
그러나, 양쪽의 미끄럼 운동부의 베어링을 끼어 장착하는 시스템의 대형화나 탑재성의 저하를 초래하기 때문에 이점이 문제라면, 어느것이 한쪽의 미끄럼 운동부에 따른 베어링을 끼어 장착하게 된다. 이경우에는, 캠 샤프트(11)와 편심부(15)와의 사이의 지름보다도, 보다 지름이 큰 결합 디스크(16)와 편심부(15)와의 사이에 설치된 쪽이 베어링을 보다 효과적으로 발휘할 수 있어서 바람직하다.
또한 도 3중의 부호 7E, 11A, 11B는 각 미끄럼 운동부로 윤활유(엔진오일)를 공급하는 오일구멍 이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 가변운동 밸브기구는, 상술하듯이 구성되어 있기 때문에 이와같은 가변운동 밸브기구를 구비한 내연기관에서는 편심위치 조정기구(30)를 통해 콘트롤 디스크(14)의 회전위상을 조정하면서, 밸브의 개방도 특성이 제어된다.
즉, ECU(34)에 있어서, 엔진 회전수 정보나 AFS정보등에 근거하여 엔진의 회전속도나 부하상태에 따른 콘트롤 디스크(14)의 회전위상을 설정하여 포지션 센서의 검출신호에 근거하여 콘트롤 디스크(14)의 실제의 회전위상이 설정된 상태로 되도록 엑추에이터(33)의 작동제어를 통해서 콘트롤 디스크(14)를 구동한다.
그리고, 이 ECU(34)에 의한 엑추에이터(33)의 작동 제어를 통해 편심부(15)를 회전운동시켜서 위상각도를 조정하며, 결합 디스크(16)의 회전중심(제 2회전중심 축선)(O2)를 변위 시키면서 예를들면 엔진의 회전속도나 엔진의 부하가 높게될수록 도 8의 곡선(VL1)에 가깝도록 하여 밸브 개방기간을 길게하여가며 반대로, 엔진의 회전속도나 엔진의 부하가 낮게될수록 도 8의 곡선(VL2)에 가깝도록 하여 밸브개방 기간을 짧게하여 진행된다.
이와같이하여, 엔진의 운전상태에 따라서 콘트롤 디스크(14)의 회전위상(위치)을 제어하면서, 엔진의 운전상태에 적합한 밸브구동을 행하도록 된다. 특히, 밸브의 리프트 특성은, 연속적으로 조정할 수 있기 때문에 항상 엔진의 운전상태에 최적인 특성으로 밸브구동을 행하도록 이루어져 있다.
그리고, 본 가변 운동 밸브기구에서는, 도 1a, 도 1b에 나타내듯이 흡기밸브측(도 1a 참조)에 관해서도 배기밸브측(도 1b참조)에 관해서도, 편심부(15)를 저속측에서 고속측으로 회전운동하는 경우에는 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따라서 방향에 회전구동 시키고 있기 때문에 마찰 토오크를 이용하여 편심부(15)의 저속측에서 고속측으로의 회전운동을 빠르게 행하게 된다.
따라서, 엔진 회전수가 증가(엔진이 가속)되고 있는 경우에, 또한, 자동차 엔진에 있어서는 차속증가시(가속시)에 밸브 타이밍의 저속측에서 고속측으로의 변경 응답이 빠르며, 가속시에도 회전속도에 따른(차속에 따른)최적의 밸브 타이밍을 빠르게 달성할 수 있으며, 가속감의 향상등, 가속성능의 향상에 기여한다. 게다가 이와같은 우수한 가속응답은 엑추에이터(33)의 용량을 증대하지 않기 때문에 비교적 소용량의 엑추에이터(33)에 의해 실현될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예에서는, 도 9에 나타내듯이 각 기통의 공간을 고려하여 시저스기어(콘트롤 기어)(35)를 콘트롤 샤프트(32)에 조립하고 있지만, 엑추에이터(33)측의 캠 샤프트단부에서는 인터메디에이트 기어기구(40)에 대한 백러쉬(back lash) 방지를 위해 콘트롤 샤프트(32)측이아닌 캠 샤프트(11)측의 기어에 시저스 기어(39e)를 조립하고 있다.
따라서, 캠 샤프트측 단부에 있어서는, 흡기(IN), 배기(EX)의 2개의 캠 샤프트(11)측에 각각 조립된 시저스 기어(39e)가 함께 작용하면서, 콘트롤 샤프트(32)및 인터메디에이트 기어기구(40)의 양쪽에 대하여 백러쉬를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는, 기구의 각 구성요소는 제 1실시예와 동일하지만, 도 18a, 도 18b에 나타내듯이 제 2실시예와는 반대로 편심부(15)를 고속측(제 2위치)에서 저속측(제 1위치)으로 회동하는 경우에 편심부(15)를 마찰토오크(당김 토오크)에 따른 방향(ns)에 회전구동 시켜서 마찰 토오크를 이용하여 편심부(15)의 고속측에서 저속측으로의 회동을 빠르게 행하도록 설정되어 있다.
물론, 편심부(15)를 저속측(제 1위치)에서 고속측(제 2위치)으로 회동하는 경우에는, 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)와 반대 방향(nf)으로 회전구동 시키게 된다. 이와같은 편심부(15)의 회동방향의 설정은, 흡기밸브측(도 18a참조)에 관해서도 배기밸브측(도 18b참조)에 관해서도 동일하게 행해지고 있다.
이와같이 설정되어 있는 것은, 차량용 엔진에 있어서는, 일반적으로 변속기를 구비하며, 차량의 가속시에는 시프트 업에 따라서 엔진 회전수가 급저하되는 특성에 착안한 것이다.
즉, 도 19는 변속기를 1단→2단→3단으로 시프트 업하면서 가속되어 가는 경우의 엔진 회전수의 변화특성을 조사한 결과이지만, 시프트 업시의 엔진회전수의 하강속도는, 시프트 변경하지 않고 엔진 회전수가 상승하고 있는 상승속도에 대하여 가장 차이가 없는 1단→2단으로의 시프트 업때에, 3배정도 이며, 2단→3단의 시프트 업때에는 그 이상으로 된다. 따라서, 시프트때에는 엔진회전수가 급격하게 저하되는 것을 알았다.
이와같은 변속기의 특성을 고려하면, 시프트 업에 따른 엔진 회전수의 급격한 저하에 지연되는 일 없이 최적인 개방 밸브 특성을 얻으며, 편심부(15)를 고속측에서 저속측으로 회동 시켜서 밸브타이밍의 고속측에서 저속측으로의 변경을 보다 빠르게 행하고자 한다. 그래서, 마찰 토오크를 이용하여 편심부(15)의 고속측에서 저속측으로의 회동을 행하는 것으로, 밸브 타이밍의 빠른 변경을 행하도록 하고 있는 것이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 가변 운동 밸브기구는, 상술하듯이 구성되기 때문에 이와같은 가변운동 밸브기구를 구비한 내연기관에서는 흡기밸브측에 관해서도 배기밸브측에 관해서도 도 18a, 도 18b에 나타내듯이 편심부(15)를 고속측에서 저속측으로 회동되는 경우에는 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따른 방향으로 회전구동 시키기위해 마찰 토오크를 이용하여 편심부(15)의 고속측에서 저속측으로의 회동을 빠르게 행할 수 있다.
이때문에 시프트 업에 따른 엔진 회전수가 급 저하로 지연되는 일 없이, 편심부(15)를 고속측에서 저속측으로 회동시켜, 밸브 타이밍의 고속측에서 저속측으로의 변경을 빠르게 행할 수 있게 되며 자동차 엔진에 있어서는 차속증가시(가속시)에 시프트 업시에도 엔진 회전속도에 따른 최적의 밸브 타이밍을 빠르게 달성할 수 있으며, 가속 느낌의 향상등 가속성능의 향상에 기여한다. 게다가 이와같은 우수한 가속 응답은 엑추에이터(33)의 용량을 증대하면서, 비교적 소용량의 엑추에이터(33)에 의해 실현할 수 있는 장점도 있다.
이어서, 본 발명의 제 3실시예에 관하여 설명한다.
본 실시예에서는 기구의 각 구성요소는 제 1실시예와 동일하지만, 도 20a, 도 20b에 나타내듯이, 편심부(15)를 저속측에서 고속측으로 회전운동하는 경우에 배기밸브측(도 20a참조)은, 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따른 방향(nf)으로 회전구동 시켜, 흡기밸브측(도 20b참조)은, 반대로 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)와는 반대 방향(nf)에 회전구동 시키도록 설정되어 있다.
따라서, 반대로 편심부(15)를 고속측에서 저속측으로 회동하는 경우에는 배기밸브측은, 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)와는 반대방향(ns)으로 회전구동 시켜 배기밸브측은, 반대로 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따른 방향(ns)으로 회전구동 시키도록 설정되어 있다.
또한, 1개의 엑추에이터(33)에 의해 배기밸브측 및 흡기밸브측의 각 편위위치 조정기구(30)를 구동하는 점도, 제 1, 제 2실시예와 동일하다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 가변운동 밸브기구는, 상술하듯이 구성되기 때문에 편심부(15)를 저속측(제 1위치)에서 고속측(제 2위치)으로 회전운동 되는 경우에는, 배기밸브측은, 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따른 방향(nf)로 회전구동 시키기 때문에, 마찰 토오크의 부가를 받아 구동부하가 작게되지만, 흡기밸브측은, 반대로 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)와는 반대 방향(nf)으로 회전구동시키기 때문에, 마찰 토오크의 저항을 받아허 구동부하가 크게된다.
또한, 편심부(15)를 고속측(제 2위치)에서 저속측(제 1위치)으로 회동되는 경우에는, 배기밸브측은, 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)와는 반대방향(ns)으로 회전구동 시키기 때문에, 마찰 토오크의 저항을 받아서 구동부하가 크게 되지만, 흡기밸브측은 반대로 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따른 방향(ns)으로 회전구동 시키기 때문에 마찰 토오크의 부가를 받아서 구동부하가 작게된다.
이것들의 배기밸브측 및 흡기밸브측의 각 가변운동 밸브기구의 편심위치 조정기구(30)는, 1개의 엑추에이터(33)에 의해 구동되기 때문에, 엑추에이터(33)에 따라서는 배기밸브측에서의 마찰 토오크의 영향 및 흡기밸브측에서의 마찰 토오크의 영향을 동시에 받게된다.
따라서, 편심부(15)를 저속측에서 고속측으로 회동하는 경우에는, 흡기밸브측에서의 마찰 토오크에 의한 저항(즉, 부하증가)은, 배기밸브측에서의 마찰 토오크에 의한 부가(즉, 부하감소)에 의해 상쇄되어 엑추에이터(33)에서는 본체로서는(배기밸브측과 흡기밸브측을 총합적으로 고려한 경우에는), 이러한 마찰 토오크의 영향을 거의 받지않게 된다.
마찬가지로, 편심부(15)를 고속측에서 저속측으로 회동하는 경우에는, 배기밸브측에서의 마찰 토오크에 의한 저항(즉, 부하증가)은, 흡기밸브측에서의 마찰 토오크에 의한 부가(즉, 부하감소)에 의해 상쇄되어 엑추에이터(33)에서는, 전체로서는(배기밸브측과 흡기밸브측을 총합적으로 고려한 경우에는), 이러한 마찰 토오크의 영향을 거의 받지않게 된다.
따라서, 기관의 가속측으로의 밸브 타이밍의 변경과 감속측으로의 밸브 타이밍의 변경을, 마찰 토오크(당김 토오크)에 영향을 주지않고 거의 동등한 응답으로 행할 수 있으며, 밸브타이밍 제어의 설정을 용이하게 행할 수 있는 장점이 있다.
이어서, 본 발명의 제 4실시예에 관하여 설명하면, 본 실시예에서는, 기구의 각 구성요소는 제 1실시예와 동일하지만, 도 21a, 도 21b에 나타내듯이, 제 3실시예와는 반대로 편심부(15)를 저속측(제 1위치)에서 고속측(제 2위치)으로 회동하는 경우에 배기밸브측(도 20a참조)은, 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)와는 반대방향(nf)으로 회전구동 시켜, 흡기밸브측(도 20b참조)은, 반대로 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따른 방향(nf)으로 회전구동 시키도록 설정되어 있다.
따라서, 반대로 편심부(15)를 고속측(제 2위치)에서 저속측(제 1위치)로 회동되는 경우에, 배기밸브측은, 반대로 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)에 따른 방향(nf)으로 회전구동시켜, 흡기밸브측은, 편심부(15)를 마찰 토오크(당김 토오크)와는 반대방향(ns)으로 회전구동 시키도록 설정되어 있다.
또한, 1개의 엑추에이터(33)에 의해 배기밸브측 및 흡기밸브측의 각 편심위치 조정기구(30)를 구동하는 점도, 제 1-제 3실시예와 동일하다.
본 발명의 제 4실시예에 따른 가변운동 밸브기구는, 상술하듯이 구성되었기 때문에 제 3실시예와 동일하게 편심부(15)를 저속측에서 고속측으로 회동되는 경우 및 고속측에서 저속측으로 회동하는 경우에는, 배기밸브측과 흡기밸브측중 어느한쪽에서의 마찰 토오크에 의한 저항(즉, 부하증가)은, 배기밸브측과 흡기밸브측중 어느 많은쪽에서의 마찰 토오크에 의한 부가(즉, 부하감소)에 의해 상쇄되며, 엑추에이터(33)에서는 전체로서는(배기밸브측과 흡기밸브측을 총합적으로 고려한 경우에는), 이러한 마찰 토오크의 영향을 거의 받지 않게된다.
따라서, 제 3실시예와 동일하게 기관의 가속측으로의 밸브 타이밍의 변경과 감속측으로의 밸브 타이밍의 변경을 마찰 토오크(당김 토오크)에 영향을 주지않게 거의 동등한 응답으로 행할 수 있으며, 밸브 타이밍제어의 설정을 용이하게 행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 각 실시예에서는, 배기밸브측과 흡기밸브측와의 양쪽을 1개의 엑추에이터로서 구동하고 있지만, 이것들은 별도로 구동되어도 좋으며, 또한, 각 실시예에 따른 구성은, 배기밸브측과 흡기밸브측중 어느 한쪽만 부분적으로 적용하는 것도 고려할 수 있다.
또한, 본 발명은, 각 실시예의 가변운동 밸브기구에 한정되는 것이 아닌, 종래의 기술의 란에 각 공보번호를 두고 기재된 각 가변운동 밸브기구에도 적용될 수 있는 것이다.
또한, 각 실시예의 가변운동 밸브기구에서는 제 1핀부재의 편심과 제 2핀부재의 축심을 제 1회전중심 축선(O1)의 주위에 거의 180˚만큼 각도를 벗어나서 제 1핀부재의 축심, 제 1회전중심 축선(O1), 제 2핀부재의 축심이 거의 일직선상에 놓이도록 배치하고 있지만, 제 1핀 부재의 축심 및 제 2핀 부재의 축심의 상대 위치 관계는 이것에 한정되는 것이 아닌, 제 1핀 부재의 축심과 제 1회전중심 축선(O1)과 제 2핀 부재의 축심이 180˚이외의 각도(예를들면 순각이라도 예각이라도 좋다)로 되도록 배치되어도 좋다.
또한, 부등속 이음매(13)에 관해서는 각 기통마다 설치될 수 있기 때문에 엔진의 형상이나 형식에 한정되지 않고, 4기통엔진등의 각종의 직렬다기통 엔진을 시작으로 어떠한 형식의 엔진에 대해서도 본기구를 적용할 수 있다.
또한, 본 가변운동 밸브기구는 밸브 스템과 캠과의 사이의 밸브 구동형태는 실시형태에 나타내는 것에 한정되지 않고, 예를들면 종래기술로서 기재된 각종의 밸브구동 형태등이라도 적용될 수 있는 것이다.
이상 상술하듯이, 청구항 제 1항 기재의 본 발명의 가변운동 밸브기구에 의하면, 내연기관의 기관 회전수의 증가시에 제어용 부재를 통해서 축 지지부재를 상기 제 1위치에서 해당 제 2위치로 변위시키지만, 이 제 1위치에서 제 2위치로의 변위의 방향이 중간회전 부재와 상기 축지지부재와의 사이 또는 해당 축 지지부재와 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크방향에 따르도록 설정되어 있기 때문에, 기관의 가속시에 회전속도에 따른 최적의 밸브 타이밍을 빠르게 달성할 수 있으며, 기관의 가속느낌의 향상등, 가속성능의 향상에 기여한다. 게다가 이와같은 우수한 가속응답은, 제어용 부재의 엑추에이터의 용량을 증대하지 않고, 비교적 소용량의 엑추에이터에 의해 실현할 수 있는 장점도 있다.
청구항 제 2항 기재의 본 발명의 가변운동 밸브기구에 의하면, 내연기관의 기관회전수의 증가시에 제어용 부재를 통해서 해당 축 지지부재를 상기 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키지만, 이 제 2위치에서 제 2위치로의 변위방향이 중간 회전부재와 상기 축 지지부재와의 사이 또는 해당 축 지지부재와 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크 방향과는 반대방향으로 설정되어 있기 때문에 기관의 감속시에 회전속도에 따른 최적의 밸브타이밍을 빠르게 달성할 수 있으며, 기관의 감속감의 향상이나 변속기 장착 기관이 경우의 가속시 시프트 업 감각의 향상등, 기관성능의 향상에 기여한다. 게다가, 이와같은 우수한 가속응답은, 제어용 부재의 엑추에이터의 용량을 증대하지 않고, 비교적 소용량의 엑추에이터에 의해 실현될 수 있는 장점도 있다.
청구항 제 3항 기재의 본 발명의 가변운동 밸브 기구장착 내연기관에 의하면, 내연기관의 기관 회전수의 증가시에 엑추에이터를 통해 흡기측의 축 지지부재 및 배기측의 축 지지부재를 각각 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키지만, 상기 흡기측의 축 지지부재의 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향 및 해당 배기측의 축 지지부재의 제 1위치에서 해당 제 2위치로의 변위방향이 어느쪽도 중간 회전부재와 축 지지부재와의 사이 또는 축 지지부재와 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크 방향에 따르든지, 또는, 상기 당김 토오크 방향과는 반대방향으로 설정되어 있기 때문에 기관의 가속시 또는 감속시에 회전속도에 따른 최적의 밸브 타이밍을 빠르게 달성할 수 있으며, 기관의 가속감의 향상등 가속성능의 향상 또는 감속감의 향상등의 감속성능의 향상에 기여한다. 게다가, 이와같은 우수한 가속응답은, 제어용 부재의 엑추에이터의 용량을 증대하지 않고, 비교적 소용량의 엑추에이터에 의해 실현할 수 있는 장점도 있다.
청구항 제 4항 기재의 본 발명의 가변운동 밸브기구 장착 내연기관에 의하면, 내연기관의 기관 회전수의 증가시에 엑추에이터를 통해서 흡기측의 축 지지부재 및 배기측의 축 지지부재를 각각 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키지만, 상기 흡기측의 축 지지부재의 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향 및 상기 배기측의 축 지지부재의 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향중 어느쪽 한쪽의 변위방향이 중간 회전부재와 상기 축 지지부재와의 사이 또는 상기 축 지지부재와 제 1회전축 부재와의 사이에 발생하는 당김 토오크방향에 따르도록 설정되며, 다른 쪽의 변위방향이 해당 당김 토오크방향과는 반대방향으로 설정되어 있기 때문에 당김 토오크가 흡기츠과 배기측으로 상쇄되어 기관의 가속측으로의 밸브 타이밍의 변경와 감속측으로의 밸브 타이밍의 변경을 당김 토오크에 영향을 주지않고 거의 동등한 응답으로 행할 수 있으며, 밸브 타이밍 제어의 설정을 용이하게 행할 수 있다.

Claims (4)

  1. 내연기관(1)의 크랭크축에서 회전력을 전달하여 제 1회전 축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재(11)와,
    상기 제 1회전 축심과는 다르게 상기 제 1회전 축심과 평행인 제 2회전 축심을 갖는 축지지부(15)를 구비함과 함께 상기 제 1회전축 부재(11)의 외주에 상대회전 또는 요동되도록 설치되어 상기 제 2회전축심을 변위시키는 축 지지부재(14)와, 상기 축 지지부재에 축지지된 중간 회전부재(16)와,
    상기 제 1회전축 부재(11)에 해당 중간 회전부재(16)를 연결하여 상기 중간회전부재(16)를 상기 제 1회전부재(11)와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재(17)와,
    상기 제 1회전 축심 주위에 회전되어 캠부(6)를 갖는 제 2회전축 부재(12)와,
    상기 중간 회전부재(16)에 상기 제 2회전축 부재(12)를 연결하여 제 2회전부재(12)를 중간 회전부재(16)와 연동하여 회전 가능하게 하는 제 2접속부재(18)와, 상기 캠부(6)를 통해서 상기 제 2회전축 부재(12)의 회전위상에 대응하여 상기 내연기관(1)의 연소실로의 흡기유입 기간 또는 배기방출 기간을 설정하는 밸브부재(2)와,
    엑추에이터(33)에 구동되며, 상기 내연기관의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재(14)의 축지지부(15)의 회전중심인 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용 부재(30)를 구비하며,
    상기 내연기관(1)의 기관 회전수의 증가시에 해당 제어용 부재(30)를 통해 상기 축 지지부재(14)를 상기 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 동시에,
    상기 제 1위치에서 제 2위치로의 변위 방향이, 상기 중간 회전부재(16)와 축지지부재(14)와의 사이 또는 상기 축지지부재(14)와 상기 제 1회전축 부재(11)와의 사이에 발생하는 당김 토오크(drag torque)방향에 따르도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가변운동 밸브기구.
  2. 내연기관(1)의 크랭크축에서 회전력을 전달하여 제 1회전 축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재(11)와,
    상기 제 1회전 축심과는 다르게 제 1회전 축심과 평행인 제 2회전 축심을 갖는 축 지지부(15)를 구비함과 함께 상기 제 1회전축 부재(11)의 외주에 상대 회전 또는 요동되도록 설치되어 상기 제 2회전 축심을 변위시키는 축 지지부재(14)와, 상기 축 지지부재(11)에 축 지지된 중간 회전부재(16)와,
    상기 제 1회전축 부재(11)에 상기 중간 회전부재(16)를 연결하여 상기 중간 회전부재(16)를 상기 제 1회전부재(11)와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재(17)와,
    상기 제 1회전축심 주위에 회전되는 캠부(6)를 갖는 제 2회전축 부재(12)와,
    상기 중간 회전부재(16)에 상기 제 2회전축 부재(12)를 연결하여 제 2회전부재(12)를 상기 중간 회전부재(16)와 연동하여 회전가능하게 하는 제 2접속부재(18)와,
    상기 캠부(6)를 통해 상기 제 2회전축 부재(12)의 회전위상에 대응하여 해당 내연기관의 연소실로의 흡기 유입기간 또는 배기방출 기간을 설정하는 밸브부재(2)와,
    엑추에이터(33)에 구동되며, 상기 내연기관의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재(14)의 축 지지부(15)의 회전중심인 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용 부재(30)를 구비하며,
    상기 내연기관(1)의 기관 회전수의 증가시에, 상기 제어용 부재(30)를 통해 상기 축 지지부재(14)를 상기 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 함께,
    상기 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향이 상기 중간 회전부재(16)와 축지지부재(14)와의 사이 또는 상기 축 지지부재(14)와 상기 제 1회전축 부재(11)와의 사이에 발생하는 당김 토오크 방향과는 반대방향에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가변운동 밸브기구.
  3. 흡기측 및 배기측에 각각 가변운동 밸브기구를 설치한 내연기관(1)에 있어서,
    상기 가변운동 밸브기구가, 상기 내연기관(1)의 크랭크축에서 회전력을 전달하여 제 1회전축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재(11)와,
    상기 제 1회전 축심과는 달리 상기 제 1회전축심과 평행인 제 2회전축심을 갖는 축 지지부(15)를 구비함과 함께 상기 제 1회전축 부재(11)의 외주에 상대 회전 또는 요동되도록 설치되어 상기 제 2회전축심을 변위시키는 축 지지부재(14)와,
    상기 축 지지부재에 축 지지된 중간 회전부재(16)와,
    상기 제 1회전축 부재(11)에 상기 중간 회전부재(16)를 연결하여 상기 중간 회전부재(16)를 상기 제 1회전부재(11)와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재(17)와,
    상기 제 1회전축심 주위에 회전되어 캠부(6)를 갖는 제 2회전축 부재(12)와,
    상기 중간 회전부재(16)에 상기 제 2회전축 부재(12)를 연결하여 상기 제 2회전부재(12)를 해당 중간 회전부재와 연동하여 회전가능하게 하는 제 2접속부재(18)와,
    상기 캠부(6)를 통해 상기 제 2회전축 부재(12)의 회전위상에 대응하여 상기 내연기관(1)의 연소실로의 흡기 유입기간 또는 배기 방출기간을 설정하는 밸브부재(2)와,
    상기 내연기관(1)의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재(14)의 축 지지부(15)의 회전중심인 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용부재(30)와,
    상기 흡기측의 가변운동 밸브기구에 설치된 상기 축 지지부재(14) 및 배기측의 가변운동 밸브기구에 설치된 축 지지부재(15)를, 직접적으로 또는 전달기구를 통해 간접적으로 각각 구동하는 엑추에이터(33)를 구비하며,
    상기 내연기관(1)의 기관 회전수의 증가시에, 상기 엑추에이터(33)를 통해 상기 흡기측의 축 지지부재 및 배기측의 축 지지부재(14)를 각각 제 1위치에서 상기 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 함께,
    상기 흡기측의 해당 축 지지부재(14)의 상기 제 1위치에서 제 2위치로의 변위방향 및 상기 배기측의 축 지지부재(14)의 상기 제 1위치에서 상기 제 2위치로의 변위방향이 어느것도 상기 중간회전 부재(16)와 상기 축 지지부재(14)와의 사이 또는 축 지지부재(14)와 제 1회전축 부재(11)와의 사이에 발생되는 당김 토오크 방향에 따르든가 또는 상기 당김 토오크 방향과는 반대방향으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가변운동 밸브기구 장착 내연기관.
  4. 흡기측 또는 배기측에 각각 가변운동 밸브기구를 설치한 내연기관에 있어서, 상기 가변운동 밸브기구가, 상기 내연기관(1)의 크랭크축에서 회전력을 전달하여 제 1회전축심 주위에 회전구동되는 제 1회전축 부재(11)와,
    상기 제 1회전 축심과는 달리 상기 제 1회전 축심과 평행한 제 2회전축심을 갖는 축 지지부(15)를 구비함과 함께 상기 제 1회전축 부재(14)의 외주에 상대 회전 또는 요동되도록 설치되어 상기 제 2회전 축심을 변위시키는 축 지지부재(14)와,
    상기 축 지지부재(14)에 축 지지된 중간 회전부재(16)와,
    상기 제 1회전축 부재(11)에 상기 중간 회전부재(16)를 연결하여 상기 중간 회전부재(16)를 상기 제 1회전부재(11)와 연동하여 회전가능하게 하는 제 1접속부재(17)와,
    상기 제 1회전축심 주위에 회전되어 캠부(6)를 갖는 제 2회전축 부재(12)와, 상기 중간 회전부재(16)에 상기 제 2회전축 부재(12)를 연결하여 상기 제 2회전부재(12)를 상기 중간 회전부재(16)와 연동하여 회전가능하게 하는 제 2접속부재(18)와,
    상기 캠부(6)를 통해 상기 제 2회전축 부재(12)의 회전위상에 대응하여 상기 내연기관(1)의 연소실로의 흡기유입 기간 또는 배기 방출기간을 설정하는 밸브부재(2)와,
    상기 내연기관(1)의 운전상태에 따라서 상기 축 지지부재(14)의 해당 축 지지부(15)의 회전중심인 상기 제 2회전축심을 제 1위치와 제 2위치와의 사이에서 변위시키는 제어용 부재(30)와,
    상기 흡기측의 상기 가변운동 밸브기구에 설치된 상기 축 지지부재(14) 및 배기측의 가변운동 밸브기구에 설치된 상기 축 지지부재(14)를, 직접적으로 또는 전달기구를 통해 간접적으로 각각 구동하는 엑추에이터(33)를 구비하며,
    상기 내연기관(1)의 기관 회전수의 증가시에, 상기 엑추에이터(33)를 통해 상기 흡기측의 상기 축 지지부재(14) 및 상기 배기측의 축 지지부재(14)를 각각 상기 제 1위치에서 제 2위치로 변위시키도록 구성됨과 함께,
    상기 흡기측의 축지지부재(14)의 해당 제 1위치에서 상기 제 2위치로의 변위방향 및 상기 배기측의 축 지지부재(14)의 상기 제 1위치에서 해당 제 2위치로의 변위방향중 어느 한쪽의 변위방향이 상기 중간 회전부재(16)와 상기 축 지지부재(14)와의 사이 또는 상기 축 지지부재(14)와 상기 제 1회전축 부재(11)와의 사이에 발생하는 당김 토오크 방향에 따르도록 설정되며, 다른쪽의 변위방향이 상기 당김 토오크 방향과는 반대방향으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가변운동 밸브기구 장착 내연기관.
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