KR100536963B1 - 내연기관의 시동방법 및 시동장치 - Google Patents

내연기관의 시동방법 및 시동장치 Download PDF

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오가사와라아츠시
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

시동용 전동기의 대형화를 막고, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 상 사점을 용이하게 넘게 하는 것으로서, 디컴프레서 기구를 가지는 내연기관에 있어서, 캠 축에 대해 제1, 제 2 정지위치 사이의 각도(Ad)에서 회전 가능한 디컴프레서 캠은 배기 밸브가 제1 정지위치에서 열린 상태로 되고, 제2 정지위치에서 닫힌 상태로 되는 캠 프로화일을 가진다. 시동 개시시(위치(P1))에 전동기에서 크랭크축을 역회전시킴으로써 디컴프레서 캠을 역회전시켜 제1 정지위치에 위치시키고, 다시 크랭크축만을 역회전시킨 후(위치(P3)), 전동기에서 크랭크축을 정회전시켜 디컴프레서 캠을 정회전시킨다. 디컴프레서 캠이 제 2 정지위치에 도달하기까지 동안 역회전 각도(Ar)의 범위에 포함되는 압축행정(S8, S12) 및 디컴프레서 캠의 정회전 개시후 최초의 압축행정 중 어느 하나에서 디컴프레서 캠이 배기 밸브를 열린 상태로 하여 크랭크축의 인렛 각도(Aa)를 크게 한다.

Description

내연기관의 시동방법 및 시동장치{STARTING METHOD AND STARTING DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 시동시에 전동기에 의해 회전 구동되는 크랭크축을 구비하는 내연기관에 있어서, 전동기와, 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠 축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 소정의 디컴프레서(decompressor) 리프트량만큼 밸브를 열게 해 내연기관의 압축행정에서의 압축압력을 감압시키는 디컴프레서 기구를 구비하는 시동장치 및 이 시동장치를 구비하는 내연기관의 시동방법에 관한 것이다.
시동시에 스타터 모터에 의해 회전 구동되는 크랭크축을 구비하는 내연기관은 이미 알려져 있다. 또한, 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠 축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 열게 하는 디컴프레서 기구를 구비한 내연기관도 알려져 있고, 예를들면, 일본국 특공평 6-70366호 공보에는 디컴프레서용 캠과, 캠 축에 1방향 클러치를 통해 캠 축에 지지되는 역전용 디컴프레서 캠을 가지는 디컴프레서 장치가 개시되어 있다. 역전용 디컴프레서 캠은 내연기관의 정지시에 압축행정에 있는 피스톤이 압축 압력에 의해 간신히 되돌려지고, 캠 축이 역회전한 경우에, 1방향 클러치에 의해 캠 축과 일체로 회전하여, 배기 밸브를 열게 하고, 다음 시동시에 연소실내의 압축 압력을 감소시킨다. 또한, 디컴프레서용 캠은 내연기관의 정지시에 캠 축이 역회전하지 않는 경우(예를들면, 피스톤이 팽창행정에 있는 경우)에, 다음 시동시의 압축행정에서 배기밸브를 열게 해 연소실내의 압축압력을 감소시킨다. 그리고, 이 디컴프레서 장치에 의하면, 어떠한 경우에도 시동후의 최초의 압축행정에 있어서만, 압축압력을 감소시키기 위한 디컴프레서 작용이 행해진다.
그런데, 상기 종래의 디컴프레서 장치에서는 내연기관의 시동 개시시에, 캠 축은 내연기관의 전회의 정지시의 위치로부터 정회전하게 되고, 크랭크축이 정회전하고 나서 디컴프레서 작용이 해제된 후의 최초의 압축행정 개시점(압축 하사점)까지의 크랭크 각도(이하, 「인렛 각도」라고 한다.)는 내연기관 정지시의 캠 축의 정지위치에 의해 결정되므로, 그 정지위치에 따라서는 충분한 인렛 각도를 확보할 수 없고, 크랭크축의 회전속도(각속도)가 피스톤이 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 상사점을 넘을 만큼 충분하지 않아, 시동이 원활하게 행해지지 않는다. 특히 저온시의 시동 등에서 내연기관의 슬라이드 이동 마찰이 클 때는 그와 같은 사태가 발생하기 쉽다. 그래서, 상기 최초의 압축 상사점을 확실히 넘을 수 있도록 하기 위해서는 내연기관을 스타터 모터로 시동시키는 경우, 그 발생 구동 토오크를 크게할 필요가 있어, 시동용 전동기가 대형화되는 문제점이 있었다. 또한, 상기 종래의 디컴프레서 장치에서는 시동 개시후의 최초의 압축 행정에서만 디컴프레서 작용이 행해지므로, 인렛 각도를 대폭 크게 하는 것이 곤란했다.
본 발명은 이러한 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 인렛 각도를 보다 크게 함으로써, 시동시에 크랭크축을 회전 구동하는 전동기의 대형화를 회피하고, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 상사점을 용이하게 넘게하는 내연기관의 시동방법 및 시동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1기재의 발명은 시동시에 전동기에 의해 크랭크축을 회전 구동시키고, 상기 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠 축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 디컴프레서 기구에 의해 열게 하는 내연기관의 시동방법에 있어서, 상기 디컴프레서 기구는 상기 캠 축에 형성된 디컴프레서 캠을 가지고, 상기 디컴프레서 캠은 상기 캠 축의 역회전 방향에서의 제1 정지위치와 상기 캠 축의 정회전 방향에서의 제2 정지위치와의 사이에서 상기 캠 축의 회전방향으로 회전 가능하게 됨과 동시에, 상기 기관밸브가 상기 제1 정지위치에서 열린 밸브 상태로 되고, 상기 제2 정지위치에서 닫힌 밸브 상태로 되는 캠 프로화일을 가지고, 시동 개시시에 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 역회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 역회전시켜 상기 제1 정지위치에 위치시키고, 그 후, 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 정회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 정회전시키고, 상기 디컴프레서 캠이 상기 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 상기 전동기에 의해 역회전된 소정 크랭크 각도의 범위에 포함되는 압축 행정 및 상기 디컴프레서 캠이 정회전한 후의 최초의 압축 행정 중 어느 하나에 해당하는 압축 행정에서는 상기 디컴프레서 캠에 의해 상기 기관밸브를 열린 상태로 하는 내연기관의 시동방법이다.
이 청구항 1기재의 발명에 의하면, 시동 개시시에 전동기에서 크랭크축을 소정 크랭크 각도만큼 역회전시킴으로써 디컴프레서 캠을 역회전시킨 후, 정회전시킴으로써, 크랭크축의 역회전 시에는 디컴프레서 캠을 역회전시켜 제1 정지위치에 위치시키고, 디컴프레서 캠에 의해 기관 밸브를 열린 상태로 할 수 있도록 하고, 크랭크축의 정회전 개시후는 디컴프레서 캠을 정회전시킨다. 그리고, 디컴프레서 캠이 제 2 정지 위치에 도달하기까지 동안에 역회전된 상기 소정 크랭크 각도의 범위에 포함되는 압축행정 및 디컴프레서 캠이 정회전한 후의 최초의 압축행정 중 어느 하나에 해당하는 압축 행정에서 디컴프레서 작용이 행해진다. 그 결과, 다음의 효과가 발휘된다. 즉, 크랭크축의 회전위치가 내연기관의 시동 개시시의 회전위치보다 상기 소정 크랭크 각도만큼 역회전된 만큼, 인렛 각도가 커지고, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 개시점에서 크랭크축의 회전 속도가 커지므로, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 상사점을 넘는 것이 용이하게 되어, 크랭크축을 회전 구동하는 전동기의 대형화를 회피하는데다 시동성이 향상된다. 또한, 내연기관의 시동 개시시의 크랭크축의 회전위치에 상관없이 크랭크축의 역회전시에 디컴프레서 캠을 제1 정지위치에 위치시킴으로써, 크랭크축의 정회전 개시시에는 항상 디컴프레서 캠의 일정 위치에서 기관 밸브를 열린 상태로 할 수 있으므로, 디컴프레서 캠에 의해 기관 밸브를 열린 상태로 할 수 있는 각도범위를 시동시 마다 일정하게 설정할 수 있어, 종래 기술보다도 크게 얻어지는 인렛 각도를 확실하게 확보할 수 있다.
청구항 2기재의 발명은 시동시에 전동기에 의해 크랭크축을 회전 구동시키고, 상기 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠 축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 디컴프레서 기구에 의해 밸브를 열게 하는 내연기관의 시동 방법에 있어서, 상기 디컴프레서 기구는 상기 캠 축에 구비된 디컴프레서 캠을 가지고, 상기 디컴프레서 캠은 상기 캠 축의 역회전 방향에서의 제1 정지위치와 상기 캠 축의 정회전 방향에서의 제2 정지위치와의 사이에서 상기 캠 축의 회전방향으로 회전 가능하게 됨과 동시에, 상기 기관 밸브가 상기 제1 정지위치에서 열린 상태로 되고, 상기 제2 정지위치에서 닫힌 상태로 되는 캠 프로화일을 가지고, 시동 개시시에 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 역회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 역회전시켜 상기 제1 정지위치에 위치시키고, 그 후, 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 정회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 정회전시키고, 상기 디컴프레서 캠이 상기 제2 정지위치에 도달하기까지 동안의 다수 회의 압축 행정에 있어서, 상기 디컴프레서 캠에 의해 기관 밸브를 열린 상태로 하는 내연기관의 시동방법이다.
이 청구항 2기재의 발명에 의하면, 시동 개시시에 전동기로 크랭크축을 소정 크랭크 각도만큼 역회전시킴으로써 디컴프레서 캠을 역회전시킨 후, 정회전시킴으로써, 크랭크축의 역회전시에는 디컴프레서 캠을 역회전시켜 제1 정지위치에 위치시키고, 디컴프레서 캠에 의해 기관 밸브를 열린 상태로 할 수 있도록 하며, 크랭크축의 정회전 개시후는 디컴프레서 캠을 정회전시킨다. 그리고, 디컴프레서 캠이 정회전하여 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 다수 회의 압축 행정에서 디컴프레서 작용이 이루어진다.
그 결과, 크랭크축의 정회전 개시후에 최저 2회의 압축행정으로 디컴프레서 작용이 이루어져 인렛 각도가 커지고, 청구항 1기재의 발명과 동일한 효과가 발휘된다.
청구항 3기재의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2기재의 내연기관의 시동방법에 있어서, 상기 디컴프레서 캠을 상기 제1 정지위치에 위치시킨 후, 상기 전동기에 의해 상기 크랭크축을 다시 역회전시키는 것이다.
이 청구항 3기재의 발명에 의하면, 인용된 청구항 기재의 발명의 효과가 더욱 증대한다. 즉, 크랭크축은 디컴프레서 캠이 제1 정지위치에 위치된 후, 다시 역회전되므로, 그 만큼, 인렛 각도가 더욱 커져, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 개시점에서의 크랭크축의 회전속도가 커지고, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 상사점을 한층 넘기 쉬워진다.
청구항 4기재의 발명은 시동시에 크랭크축을 회전 구동하는 전동기와, 상기 전동기에 의한 상기 크랭크축의 회전구동을 제어하는 제어수단과, 상기 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠 축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 열게 하는 디컴프레서 기구를 구비하는 내연기관의 시동장치에 있어서, 상기 디컴프레서 기구는 상기 캠 축의 역회전 방향에서의 제1 정지위치를 규정하는 역전 스토퍼와 상기 캠 축의 정회전 방향에서의 제2 정지위치를 규정하는 정회전 스토퍼와의 사이에서 상기 캠 축의 회전방향으로 회전 가능하게 상기 캠 축에 형성되고, 또한 상기 기관 밸브가 상기 제1 정지위치에서 열린 상태로 되고, 상기 제2 정지위치에서 닫힌 밸브 상태로 되는 캠 프로화일을 가지는 디컴프레서 캠과, 상기 크랭크축의 역회전시에 상기 캠 축과 상기 디컴프레서 캠이 상대회전 불가능하게 되는 구속 상태를 확립하여 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠에 역회전 토오크를 전달하는 동시에, 상기 크랭크축의 정회전시에 상기 캠 축과 상기 디컴프레서 캠이 상대회전 가능하게 되는 비구속 상태를 확립하여 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠에 정회전 방향의 회전 토오크를 전달하는 토오크 전달수단과, 상기 제1 정지위치 및 상기 제2 정지위치의 사이에서 상기 디컴프레서 캠의 정회전 방향에서의 회전을 저지 및 허용하는 회전 제어수단을 가지고, 상기 전동기는 상기 제어수단에 의해, 시동 개시시에 상기 크랭크축을 소정 크랭크 각도만큼 역회전시키고, 그 후에 정회전시키며, 상기 디컴프레서 캠은 상기 크랭크축의 상기 소정 크랭크 각도에서의 역회전시에, 상기 토오크 전달수단에 의해 역회전된 상기 제1 정지위치를 점유하고, 상기 크랭크축의 정회전시에, 상기 토오크 전달수단과 상기 회전 제어수단에 의해 상기 디컴프레서 캠이 상기 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 역회전된 상기 소정 크랭크 각도의 범위에 포함되는 압축행정 및 상기 디컴프레서 캠이 정회전한 후의 최초의 압축행정 중 어느 하나에 해당하는 압축행정에서는 상기 기관밸브를 열린 밸브 상태로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 시동장치이다.
이 청구항 4기재의 발명에 의하면, 시동 개시시에 전동기가 크랭크축을 소정 크랭크 각도만큼 역회전시키고, 그 후, 정회전시켜, 크랭크축의 역회전시에는 구속상태로 되는 토오크 전달수단에 의해 캠 축과 일체로 디컴프레서 캠을 역회전시켜 역전 스토퍼에 대향하고, 디컴프레서 캠이 기관 밸브를 열린 상태로 할 수 있는 제1 정지위치를 차지하도록 하고, 크랭크축의 정회전 개시후는 토오크 전달수단과 회전 제어수단에 의해 디컴프레서 캠을 정회전시키거나, 정지시켜 디컴프레서 캠이 정회전 스토퍼에 접하는 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 역회전된 상기 소정 크랭크 각도의 범위에 포함되는 압축행정 및 디컴프레서 캠이 정회전한 후의 최초의 압축행정 중 어느 하나에 해당하는 압축행정에서 기관 밸브를 열린 상태로 하여 디컴프레서 작용이 이루어진다. 그 결과, 청구항 1기재의 발명의 효과와 동일한 효과가 발휘된다.
청구항 5기재의 발명은 청구항 4기재의 내연기관의 시동장치에 있어서, 상기 토오크 전달수단은 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠으로의 토오크 전달경로에서 직렬로 형성된 1방향 클러치와 토오크 리미터로 구성되고, 상기 1방향 클러치는 상기 크랭크축의 역회전시에 상기 구속상태를 확립하는 동시에, 상기 크랭크축의 정회전시에 상기 비구속 상태를 확립하여 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠에 상기 회전 토오크를 전달하고, 상기 토오크 리미터는 상기 제1 정지위치를 차지하고 있는 상기 디컴프레서 캠에 상기 캠 축으로부터 전달되는 역회전 토오크를 상한 토오크 이하로 제한함과 동시에 상기 상한 토오크를 넘는 역회전 토오크가 상기 캠 축에 작용했을 때 상기 캠 축만을 역회전시키고, 상기 전동기는 상기 디컴프레서 캠을 상기 제1 정지위치에 위치시킨 후, 다시 상기 크랭크축을 역회전시키는 것이다.
이 청구항 5기재의 발명에 의하면, 청구항 4기재의 발명의 효과에 추가하여, 다음 효과가 발휘된다. 즉, 토오크 전달수단은 캠 축으로부터 디컴프레서 캠으로의 토오크 전달경로에서 직렬로 형성된 1방향 클러치와 토오크 리미터로 구성되고, 1방향 클러치에 의해, 캠 축과 디컴프레서 캠이 상대회전 불가능하게 되는 크랭크축의 역회전시에, 이 토오크 리미터에 의해, 간단한 구조로, 디컴프레서 캠이 역전 스토퍼에 접하고, 제1 정지위치에 멈춰 있는 상태인채로 크랭크 축은 다시 역회전되므로, 그 만큼, 인렛 각도가 더욱 커지고, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 개시점에서의 크랭크축의 회전속도가 커져 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 상사점을 한층 넘기 쉬워진다. 또한, 토오크 리미터에 의해, 디컴프레서 캠, 역전 스토퍼 및 1방향 클러치에 과대 토오크가 작용하는 것을 방지할 수 있다.
청구항 6기재의 발명은 청구항 4항 또는 청구항 5기재의 내연기관의 시동장치에 있어서, 상기 회전 제어수단은 상기 작동 밸브 캠의 디콤프레션시 작동각의 범위에서 상기 디컴프레서 캠의 회전을 허용하고, 상기 디컴프레서 캠의 유효 작동각은 상기 디콤프레션시의 작동각보다 크다.
이 청구항 6기재의 발명에 의하면, 디컴프레서 캠의 유효 작동각은 시동시에 디컴프레서 캠에 의해 밸브가 열리는 기관 밸브를 열게 하는 작동 밸브 캠의 디콤프레션시 작동각보다 크기 때문에, 정회전 개시후의 최초의 기관 밸브의 작동 밸브 캠에 의한 밸브 열림에 의해 디컴프레서 작용이 해제되지 않고, 그 후의 2회째 이후의 기관 밸브의 작동 밸브 캠에 의해 밸브가 열릴시에 디컴프레서 작용이 해제된다. 그 결과, 디컴프레서 캠의 캠 프로화일 형상의 설정에 의해, 간단한 구조로, 인용된 청구항 기재의 발명의 효과가 발휘된다.
또한, 이 명세서에 있어서, 각종 작동각 및 각종 각도는 크랭크축의 회전각도를 의미한다.
<발명의 실시 형태>
이하, 본 발명의 실시예를 도 1∼도 14를 참조하여 설명한다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명이 적용되는 내연기관(E)은 자동 2륜차에 탑재되는 SOHC형 단기통 4스트로우크 내연기관이고, 이 내연기관(E)은 실린더(1)와, 상기 실린더(1)의 상단부에 결합되는 실린더 헤드(2)와, 상기 실린더 헤드(2)의 상단부에 결합되는 실린더 헤드 커버(3)와, 실린더(1)의 하단부에 결합되어, 크랭크축(4)을 회전가능하게 지지하는 크랭크 케이스(도시되지 않음)를 구비한다. 실린더(1)에 형성되는 실린더 구멍(1a)에 슬라이드 이동 가능하게 끼워지는 피스톤(5)은 커넥팅 로드(6)를 통해 크랭크축(4)에 연결되고, 크랭크축(4)은 왕복 이동하는 피스톤(5)에 의해 회전 구동된다. 그리고, 크랭크축(4)은 내연기관(E)의 시동시에는 정회전 및 역회전 가능한 전동기로서의 스타터 모터(M)에 의해 회전 구동되고, 상기 스타터 모터(M)는 스타터 스위치(W) 및 회전 위치 센서(G)로부터의 신호가 입력되는 제어수단으로서의 전자 제어장치(C)에서의 출력신호에 따라 그 구동이 제어된다.
실린더 헤드(2)에는 실린더 구멍(1a)의 상측방 연소실(7)에 연통하는 흡기 포트(8) 및 배기 포트(9)가 형성되고, 흡기 포트(8)의 연소실(7)에의 개구인 흡기 밸브구(8a)를 개폐하는 흡기 밸브(10) 및 배기 포트(9)의 연소실(7)에의 개구인 배기 밸브구(9a)를 개폐하는 배기 밸브(11)가 배치된다. 기관 밸브로서의 흡기 밸브(10) 및 배기 밸브(11)는 각각의 선단부에 일체로 장착되는 리테이너(12)와 실린더 헤드(2) 사이에 장착되는 밸브 용수철(13, 14)에 의해 흡기 밸브구(8a) 및 배기 밸브구(9a)를 각각 폐쇄하도록 힘을 받는다. 또한, 실린더 헤드(2)에는 도시되지 않은 흡기장치로부터 흡기 포트(8)를 거쳐 연소실(7)로 흡입된 혼합기를 연소시키는 점화 마개(15)가 연소실(7)로 향해 조여진다.
실린더 헤드(2) 및 실린더 헤드 커버(3)에 의해 형성되는 작동 밸브실(V)내에는 흡기 밸브(10)와 배기 밸브(11) 사이에 배치되는 캠 축(16)이 1쌍의 볼 베어링(17)을 통해 실린더 헤드(2)에 회전 가능하게 지지되고, 캠 축(16)의 일단에 형성되는 피동 스프로켓(18)과, 크랭크축(4)에 형성되는 구동 스프로켓(19)과, 양 스프로켓(18, 19)에 걸쳐지는 타이밍 체인(20)으로 이루어지는 구동기구에 의해, 캠 축(16)이 크랭크축(4)의 회전속도의 1/2의 회전속도로, 크랭크축(4)에 동기하여 회전 구동된다.
또한, 작동 밸브실(V)내에는 흡기 밸브(10)와 캠 축(16) 사이 및 배기 밸브(11)와 캠 축(16)과의 사이에, 각각 캠 축(16)에 평행하게 배치되는 1쌍의 로커축(21, 22)이 실린더 헤드(2)에 고정되고, 이들 로커축(21, 22)에 흡기 로커 암(23) 및 배기 로커 암(24)이 각각 슬라이드 이동 가능하게 지지된다. 흡기 로커 암(23) 및 배기 로커 암(24)의 일단부에는 흡기 밸브(10) 및 배기 밸브(11)의 선단부에 접할 수 있는 태핏(tappet) 나사(25)가 조정 가능하게 조여지고, 록 너트(26)에 의해 고정되며, 흡기 로커 암(23) 및 배기 로커 암(24)의 타단부는 1쌍의 지지부(23a, 23b; 24a, 24b)에 의해 두짝으로 형성되며, 상기 1쌍의 지지부(23a, 23b; 24a, 24b) 사이에 형성되는 개구부에 수용되는 롤러(27) 및 롤러(28)가 1쌍의 지지부(23a, 23b; 24a, 24b)에 끼워지는 지지축(29)에 니들 베어링(30)을 통해 각각 회전 가능하게 지지된다.
그리고, 롤러(27) 및 롤러(28)는 캠 축(16)에 형성된 작동 밸브 캠으로서의 흡기 캠(31) 및 배기 캠(32)에 굴러가 접촉한다. 배기 캠(32)은 베이스 원부(32a)와, 열린 밸브 기간을 규정하는 소정의 작동각(A2)(도 7 참조) 및 소정의 리프트량을 규정하는 캠 리프트를 가지는 리프트부(32b)로 형성되는 캠 프로화일을 가지고, 흡기 캠(31)도 베이스 원부와 리프트부로 형성되는 캠 프로화일을 가지며, 그들 캠 프로화일에 따라 움직이는 흡기 로커 암(23) 및 배기 로커 암(24)이 밸브 용수철(13, 14)과 협동하여 흡기 밸브(10) 및 배기 밸브(11)를 각각 개폐한다. 그러므로, 양 로커 암(23, 24)은 대응하는 흡기 캠(31) 및 배기 캠(32)의 움직임에 추종하여, 흡기 밸브(10) 및 배기 밸브(11)를 개폐하는 캠 플로어로 되어 있다.
도 3∼도 5를 함께 참조하면, 캠 축(16)에는 내연기관(E)의 시동시에 압축행정에서의 연소실(7)내의 압축압력을 감압하고, 시동을 용이하게 하기 위한 디컴프레서 기구(D)가 형성된다. 이 디컴프레서 기구(D)는 캠 축(16)에 구비된 디컴프레서 캠(40)과 토오크 전달기구와 회전 제어수단을 가지고, 상기 디컴프레서 캠(40)은 상기 토오크 전달기구를 통해 전달되는 캠 축(16)의 토오크에 의해 정회전 및 역회전하는 캠 축(16)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전 가능하다.
상기 토오크 전달기구는 캠 축(16)으로부터 디컴프레서 캠(40)에 전달되는 토오크의 전달경로에서 직렬로 형성된 1방향 클러치(41)와 토오크 리미터(50)로 구성된다. 1방향 클러치(41)는 캠 축(16)의 축 방향에서 흡기 캠(31)과는 반대측에서 배기 캠(32)에 인접하여, 캠 축(16)의 외주에 장착된다. 이 1방향 클러치(41)는 캠 축(16)의 외주에, 상기 캠 축(16)에 대해 상대 회전 가능하게 끼워지는 원통상의 아우터 링(42)과, 롤러(43) 및 코일 용수철(44)로 이루어지는 클러치 소자를 구비한다. 아우터 링(42)은 소직경부(42a)와, 상기 소직경부(42a)보다 큰 외직경의 대직경부(42b)를 가지고, 대직경부(42b)의 내주면에는 캠 축(16)의 정회전 방향(N)과는 반대 방향인 역회전 방향(R)을 향해 깊이가 얕아지는 3개의 캠 홈(45)이 둘레방향으로 등간격으로 형성되고, 각 캠 홈(45)에 롤러(43)와, 상기 롤러(43)를 캠 홈(45)의 얕은 측으로 힘을 가하도록 코일 용수철(44)이 수용된다.
그리고, 크랭크축(4)의 정회전에 동기하여 캠 축(16)이 정회전할 때는 롤러(43)가 코일 용수철(44)의 용수철 힘에 저항하여 캠 홈(45)내를 깊은 쪽으로 이동하므로, 1방향 클러치(41)는 캠 축(16)과 아우터 링(42)이 상대 회전 가능해지는 비구속 상태로 되지만, 이 비구속 상태에서는 캠 축(16)과 롤러(43)와의 사이의 마찰력에 따라 코일 용수철(44)을 통해 아우터 링(42)에 전달되는 미세한 힘 및 캠 축(16)과 아우터 링(42) 사이의 미세한 마찰력에 의해, 후술하는 미소한 정회전 방향(N)에서의 회전 토오크가 캠 축(16)으로부터 아우터 링(42)에 전달된다. 또한, 크랭크축(4)의 역회전에 동기하여 캠 축(16)이 역회전할 때는 롤러(43)가 캠 홈(45)내를 얕은 쪽으로 이동하여, 캠 축(16)과 아우터 링(42) 사이로 들어가므로, 1방향 클러치(41)는 캠 축(16)과 아우터 링(42)이 상대회전 불가능해지는 구속상태로 되어, 캠 축(16)의 역회전 토오크가 아우터 링(42)으로 전달되고, 캠 축(16)과 아우터링(42)이 일체로 역회전한다.
또한, 아우터 링(42)의 소직경부(42a)의 외주에는 원환상의 디컴프레서 캠(40)이 상대 회전가능하게 끼워지고, 상기 디컴프레서 캠(40)은 워셔(46)를 끼고, 소직경부(42a)의 외주면에 형성된 환형상 홈에 장착되는 스토퍼 링(47)에 의해, 축방향에서 대직경부(42b)에 대향하는 단면(40d)이 토오크 리미터(50)의 후술하는 코일 용수철(53)의 용수철 힘에 저항하여, 대직경부(42b)의 단면(42b1)과 면접촉하는 상태를 유지하도록 그 축방향의 이동이 규제된다.
또한, 디컴프레서 캠(40)과 1방향 클러치(41) 사이에 형성되고, 1방향 클러치(41)에 전달된 캠 축(16)의 토오크를 디컴프레서 캠(40)에 전달하는 토오크 리미터(50)는 디컴프레서 캠(40)의 단면(40d)에 형성되는 걸림부와, 볼(52) 및 코일 용수철(53)로 이루어지고, 상기 걸림부에 걸리는 걸림 소자로 구성된다. 상기 걸림부는 디컴프레서 캠(40)의 단면(40d)에 둘레방향으로 등간격으로 형성된 다수개, 예컨대 12개의 걸림 홈(51)으로 구성되고, 각 걸림홈(51)은 도 6에 잘 나타나는 바와같이, 볼(52)의 일부가 면접촉하는 동시에 역회전 방향(R)으로 향해 급속히 얕아지는 급경사부(51a)와, 정회전 방향(N)으로 향해 서서히 얕아지는 완만한 경사부(51b)로 이루어진다 (상기 걸림홈(51)과 볼(52)는 걸림수단을 형성한다).
한편, 아우터 링(42)의 대직경부(42b)에는 3군데의 둘레 방향에 인접하는 캠 홈(45) 사이에 각각의 군데에서 축 방향으로 연장되어 단면(42b1)에 개구하는 예컨대 3개의, 바닥이 있는 수용 구멍(54)이 둘레방향에서 인접하는 3개의 걸림 홈(51)과 각각 축 방향에서 정합 가능한 간격을 두고 형성되며, 각 수용 구멍(54)에 볼(52)과, 상기 볼(52)을 디컴프레서 캠(40)을 향해 축방향으로 힘을 받는 코일 용수철(53)이 수용된다. 그리고, 걸림 홈(51)과 볼(52)이 정합하여, 볼(52)의 일부가 코일 용수철(53)의 용수철힘에 의해 걸림 홈(51)의 급경사부(51a)에 가압되어 끼워질 때, 토오크 리미터(50)는 캠 축(16)으로부터 아우터 링(42)을 통해 전달된 토오크를 그대로 디컴프레서 캠(40)에 전달하고, 아우터 링(42)과 디컴프레서 캠(40)이 일체로 회전한다. 또한, 디컴프레서 캠(40)에 대해 아우터 링(42)으로부터 작용하는 역회전 토오크가 디컴프레서 캠(40)과 아우터 링(42)이 일체로 회전하는 최대 토오크인 상한 토오크를 넘는 과대 토오크로 될 때는 상기 과대 토오크에 의해 볼(52)과 급경사부(51a)의 끼워짐이 해제되고, 토오크 리미터(50)는 아우터 링(42)에의 상기 과대 토오크의 전달을 차단하여, 아우터 링(42)만이 캠 축(16)으로부터 전달되는 역회전 토오크에 의해 캠 축(16)과 일체로 역회전한다. 그리고, 이 상한 토오크는 크랭크축(4)의 역회전시에 디컴프레서 캠(40)의 후술하는 캠 부와, 상기 캠 부와 접촉하는 배기 로커 암(24)과의 사이의 마찰력에 의한 회전 저항 토오크보다도 크게 설정된다. 또한, 디컴프레서 캠(40)에 아우터 링(42)으로부터 작용하는 정회전 토오크에 대해, 디컴프레서 캠(40)과 아우터 링(42)이 일체로 회전하는 최대 토오크는 디컴프레서 캠(40)에 전달되는 토오크가 상기 회전 토오크로 되므로, 걸림 홈(51)의 완만한 경사부(51b)에 의해, 역회전시의 상기 상한 토오크보다 작은 값으로 설정된다. 또한 완만한 경사부(51b)는 디컴프레서 캠(40)이 후술하는 역전 스토퍼(33)에 접해 있고, 아우터 링(42)만이 역회전할 때, 역회전 방향(R)에서 인접하는 걸림 홈(51)으로 향해 이동하는 볼(52)이 상기 걸림 홈(51)에 끼워지는 것을 원활하게 하는 작용을 한다.
한편, 배기 로커 암(24)의 한쪽 지지부(24a)의 외주면의 일부인 슬리퍼부(24a1)(도 3 참조)가 접촉하는 디컴프레서 캠(40)은 도 1, 도 5에 도시되는 바와같이 직경 방향으로 돌출되는 돌기부(40c)와, 상기 돌기부(40c)를 끼고 둘레 방향으로 연장되는 1쌍의 베이스 원부(40a1, 40a2)와, 양 베이스 원부(40a1, 40a2)에 연속됨과 동시에 직경 방향으로 돌출되는 리프트부(40b)를 가진다. 이 돌기부(40c)는 디컴프레서 캠(40)이 역회전할 때, 도 1에 도시되는 바와같이, 실린더 헤드(2)에 형성되는 역전 스토퍼(33)에 접하고, 이에 따라, 디컴프레서 캠(40)의 역회전이 저지된다. 또한, 돌기부(40c)는 디컴프레서 캠(40)이 정회전할 때, 로커 축(21)에 고정되는 정회전 스토퍼(34)에 접하고, 이에 따라, 디컴프레서 캠(40)의 정회전이 저지된다. 그러므로, 디컴프레서 캠(40)은 역회전 방향(R)에서의 제1 정지위치를 규정하는 역전 스토퍼(33)와, 정회전 방향(N)에서의 제2 정지위치를 규정하는 정회전 스토퍼(34)와의 사이에서만 회전 가능하다.
또한, 디컴프레서 캠(40)의 베이스 원부(40a1, 40a2)는 롤러(28)가 배기 캠(32)의 베이스 원부(32a)에 접촉해 있을 때, 슬리퍼부(24a1)가 접촉하는 반경을 가지고, 리프트부(40b)는 일정한 직경 방향에서의 돌출량으로 둘레방향의 소정범위에 걸쳐 형성되고, 연소실(7)내의 압축압력을 감압하는 디컴프레서 작용을 행하기 위해, 도 7에 도시되는 바와같이, 배기 캠(32)에 의한 배기 밸브(11)의 최대 리프트량(Le)보다 작은 소정의 디컴프레서 리프트량(Ld)을 규정하는 캠 리프트를 가진다. 그리고, 돌기부(40c)로부터 정회전 방향(N)에서의 베이스 원부(40a1) 및 리프트부(40b) 중, 디컴프레서 캠(40)이 역전 스토퍼(33)와 정회전 스토퍼(34)와의 사이에서 회전하는 각도인 설정 회전각도(Ad)의 범위내에서, 슬리퍼부(24a1)가 접촉하는 리프트부(40b)의 부분과, 슬리퍼부(24a1)가 접촉하는 베이스 원부(40a1)의 부분에 의해 디컴프레서 캠(40)의 캠 프로화일이 형성되고, 이 캠 프로화일에 의해, 디컴프레서 캠(40)이 상기 제1 정지위치를 차지할 때는 리프트부(40b)가 슬리퍼부(24a1)에 접촉할 수 있는 위치에 있고, 디컴프레서 캠(40)은 배기 밸브(11)를 열린 상태로 할 수 있고, 또한 디컴프레서 캠(40)이 상기 제2 정지위치를 차지할 때는 베이스 원부(40a1)가 슬리퍼부(24a1)에 접촉할 수 있는 위치에 있으므로, 디컴프레서 캠(40)은 배기 밸브(11)를 닫힌 상태로 할 수 있다.
또한, 이 실시예에서는 상기 캠 프로화일의 리프트부(40b)중 일정한 캠 리프트를 가지는 부분의 각도 범위인 유효 작동각(A1)이 크랭크축(4)의 정회전 개시후의 1회째 배기행정에서의 배기 밸브(11)의 열림에 의해 디컴프레서 작용이 해제되지 않도록, 배기 캠(32)의 디콤프레션시 작동각(A3), 즉 디컴프레서 캠(40)에 의해 밸브가 열린 배기 밸브(11)가 배기 캠(32)의 리프트부(32b)에 의해, 디컴프레서 리프트량(Ld)보다 큰 리프트량으로 밸브가 열리는 각도 범위보다 크고, 또한, 크랭크축(4)의 정회전 개시후의 2회째 배기행정에서의 배기 밸브(11)의 열림에 의해 디컴프레서 작용이 해제되도록, 디콤프레션시 작동각(A3)의 2배보다도 작게 설정된다.
그리고, 이 실시예에서 설정 회전각도(Ad)는 배기 캠(32)의 작동각(A2)의 2배보다 작게 설정된다.
또한, 상기 회전 제어수단은 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 슬리퍼부(24a1)가 접촉한 상태에서 밸브 용수철(14)의 용수철힘에 의거하는 가압력을 디컴프레서 캠(40)에 작용시키는 배기 로커 암(24)으로 구성된다. 그리고, 디컴프레서 캠(40)에 의해 배기 밸브(11)가 열리는 디컴프레서 작용시, 배기 로커 암(24)은 상기 가압력에 의해 슬리퍼부(24a1)와 리프트부(40b) 사이의 마찰력에 기인하는 회전 저항 토오크를 디컴프레서 캠(40)에 작용시킨다. 이 회전 저항 토오크는 상기 회전 토오크보다 커지도록 되어 있으므로, 배기 로커 암(24)은 그 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 접촉해 있을 때, 캠 축(16)이 정회전할 때의 상기 회전 토오크에 의한 디컴프레서 캠(40)의 정회전을 저지하는 한편, 배기 로커 암(24)의 롤러(28)가 배기 캠(32)의 리프트부(32b)와 접촉하여, 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에서 멀어지고, 배기 밸브(11)가 배기 캠(32)에 의해 열릴 때는 상기 회전 토오크에 의한 디컴프레서 캠(40)의 정회전을 허용한다.
그리고, 도 2를 참조하면, 전자제어장치(C)에는 캠 축(16)의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 센서(G)에서의 검출신호가 입력되고, 상기 센서에 의해, 캠 축(16)의 특정한 회전 위치, 예컨대 배기 상사점을 검출하여, 디컴프레서 캠(40)이 역전 스토퍼(33)에 접한 후에 역회전을 종료하는 크랭크축(4)의 회전위치가 역전 개시후의 2회째 배기 상사점(도 14에서 회전 위치(P8))이 되도록 설정된다. 또한, 배기 상사점에 있어서, 배기 밸브(11)의 리프트량은 디컴프레서 리프트량(Ld)보다 작아지고, 배기 로커 아암(24)의 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)에 접할 수 있는 리프트량으로 된다.
이에 따라, 전자제어장치(C)는 스타터 스위치(W)의 온 신호가 입력되었을 때, 스타터 모터(M)를 역회전시키고, 설정 회전 각도(Ad)(도 7 참조)보다 큰 각도로 되는 2회째 배기 상사점까지 초기 역회전 각도(Ar)(도 14 참조)만큼 크랭크축(4)을 역회전시키며, 그 후, 스타터 모터(M)를 정회전시켜, 크랭크축(4)을 정회전시키도록 스타터 모터(M)의 구동을 제어한다.
다음에, 도 14를 중심으로 도 1, 도 2, 도 7∼도 13을 함께 참조하여 디컴프레서 기구(D)의 동작에 대해 설명한다.
도 14에 도시되는 바와같이, 내연기관(E)의 시동 개시시(회전위치(P1))에 크랭크축(4)이 압축행정(S1)의 도중에 정지해 있고, 디컴프레서 캠(40)이 정회전 스토퍼(34)에 접해 있는 제2 정지위치에 있는 것으로 하자(도 8 참조). 또한, 여기서는 내연기관(E)가 정지했을 때, 크랭크축(4)의 역회전이 발생하지 않는 것으로 설명하지만, 역회전이 발생한 경우도 시동 개시시의 디컴프레서 캠(40)의 위치가 정회전 스토퍼(34)로부터 역회전 방향(R)으로 회전한 위치에 있는 점을 제외하고, 기본적으로 이하의 설명과 동일한 동작이 이루어진다. 또한, 도 14에서는 크랭크축(4)의 회전위치가 두꺼운 화살표로 표시되고, 디컴프레서 캠(40)의 회전위치가 공백 화살표로, 그리고 배기 밸브(11)의 개폐 상태가 중간으로 두꺼운 화살표로 표시되어 있다.
스타터 스위치(W)가 온 작동되어 전자제어장치(C)로부터의 지령에 의해 스타터 모터(M)가 역회전하고, 크랭크축(4) 및 캠 축(16)을 역회전시킨다. 또한, 크랭크축(4)의 역회전시에는 내연기관(E)에서의 연료공급 및 점화는 정지되고, 크랭크축(4)의 정회전 개시후에, 연료공급 및 점화가 행해진다. 이 캠 축(16)의 역회전에 의해, 1방향 클러치(41)는 구속상태로 되고, 아우터 링(42)이 캠 축(16)과 일체로 역회전한다. 이 때, 배기 로커 암(24)의 슬리퍼부(24a1)와 디컴프레서 캠(40)의 베이스 원부(40a1) 및 리프트부(40b)와의 접촉에 의한 마찰력에 의거하는 회전 저항 토오크는 상기 상한 토오크보다 작으므로, 캠 축(16), 나아가 아우터 링(42)으로부터 토오크 리미터(50)를 통해 디컴프레서 캠(40)에 작용하는 역회전 토오크에 의해, 디컴프레서 캠(40)은 캠축(16)과 일체로 역회전한다.
그리고, 캠 축(16)의 역회전 도중에 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 접촉하여, 배기 로커 암(24)이 흔들리고, 배기 밸브(11)가 디컴프레서 리프트량(Ld)에서 열리고, 또한 역전 개시후의 내연기관(E)의 최초 흡기행정(S2)(실제로는, 크랭크축(4)이 역회전하고 있으므로, 피스톤(5)은 상사점으로 향해 이동하지만, 편의상, 흡기행정이라고 한다. 이하, 마찬가지로 크랭크축(4)이 역회전하고 있는 경우에도, 정회전하고 있을 때의 행정명을 사용하여 설명한다.)을 거쳐 디컴프레서 캠(40)의 돌기부(40c)가 역전 스토퍼(33)와 접한 시점(회전위치(P2))에서 디컴프레서 캠(40)은 상기 제1 정지위치에 정지하여 그 이상의 역회전이 저지된다. 이 때문에, 디컴프레서 캠(40)에 작용하는 회전 저항 토오크는 상기 상한 토오크를 넘는 크기로 되고, 토오크 리미터(50)에는 상기 과대 토오크가 작용하여, 토오크 리미터(50)의 볼(52)이 걸림 홈(51)의 급경사부(51a)와의 끼워짐이 해제되고, 아우터 링(42)만이 캠 축(16)과 일체로 역회전하고, 이 역회전은 배기행정(S3), 팽창행정(S4) 및 압축행정(S5) 및 흡기행정(S6)을 거쳐, 회전 위치 센서(G)에 의해 역회전 개시후의 2회째 배기 상사점이 검지된 시점에서 크랭크축(4)이 초기 역회전 각도(Ar)만큼 역회전했을 때(회전위치(P3))에 종료한다(도 9 참조). 이 예에서 역회전이 종료한 시점에서, 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 배기 로커 암(24)의 슬리퍼부(24a1)가 접촉해 있고, 배기 밸브(11)는 디컴프레서 리프트량(Ld)으로 열려있다.
이어서, 전자제어장치(C)에서의 지령에 의해, 스타터 모터(M)가 정회전하고, 크랭크축(4) 및 캠 축(16)을 정회전시킨다. 이 때, 캠 축(16)의 정회전에 의해, 1방향 클러치(41)는 비구속 상태로 되고, 아우터 링(42)은 토오크 리미터(50)를 통해, 상기 상한 토오크보다 작은 상기 회전 토오크를 디컴프레서 캠(40)에 작용시킨다. 그러나, 흡기행정(S7)에 있는 크랭크축(4)의 회전위치가 크랭크축(4)(또는 캠 축(16))의 정회전 개시후의 최초의 압축행정(S8) 및 팽창행정(S9)을 거쳐 최초의 배기행정(S10)이 되기까지(도 10 참조)는 밸브 용수철(14)에 의해 힘을 받는 배기 로커 암(24)의 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 접촉하고 있음으로써 발생하는 회전 저항 토오크가 상기 회전 토오크보다 크기 때문에, 디컴프레서 캠(40)은 정회전하지 않고 상기 제1 정지위치에 멈춘다. 이 때문에, 최초의 압축행정(S8)에서는 배기 밸브(11)가 디컴프레서 리프트량(Ld)으로 열리고, 디컴프레서 작용이 행해져 연소실(7)내의 압축압력이 감압되므로, 피스톤(5)은 용이하게 압축 상사점(회전위치(P4))을 넘을 수 있다.
그리고, 최초의 배기행정(S10)에서, 캠 축(16)이 정회전하고, 배기 로커 암(24)의 롤러(28)가 배기 캠(32)에 접촉하여, 상기 배기 캠(32)에 의해 배기 로커 암(24)이 흔들리고, 배기 밸브(11)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트량보다 큰 리프트량으로 열리면(도 11 참조), 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)로부터 멀어지므로, 디컴프레서 캠(40)의 회전 저항 토오크는 상기 회전 토오크보다 작게 되어, 상기 회전 토오크에 의해 디컴프레서 캠(40)이 아우터 링(42)과 함께 캠 축(16)과 동일한 회전속도로 정회전한다. 이 디컴프레서 캠(40)의 정회전은 배기 캠(32)의 디콤프레션시 작동각(A3)의 범위에서 발생하지만, 디컴프레서 캠(40)의 유효 작동각(A1)이 디콤프레션시 작동각(A3)보다 크기 때문에, 최초의 배기행정(S10)이 끝날때는 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 다시 접촉하고, 배기 밸브(11)가 디컴프레서 리프트량(Ld)으로 열린 상태로 됨과 동시에, 디컴프레서 캠(40)의 회전 저항 토오크가 상기 회전 토오크보다 커지므로, 디컴프레서 캠(40)의 회전이 정지한다(도 12 참조).
그리고, 캠 축(16)만이 다시 정회전하여, 2회째 압축행정(S12)(디컴프레서 캠(40)이 정회전한 후의 최초의 압축행정이기도 하다.)에서 디컴프레서 작용이 행해지므로, 피스톤(5)은 용이하게 압축 상사점(회전위치(P5))을 넘을 수 있다.
캠 축(16)이 다시 팽창행정(S13)을 거쳐 정회전하고, 크랭크축(4)의 정회전 개시후의 제2 회째의 배기행정(S14)에서 배기 밸브(11)가 배기 캠(32)에 의해 열리면, 최초의 배기행정(S10) 때와 마찬가지로, 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)으로부터 멀어지므로, 디컴프레서 캠(40)이 상기 회전 토오크에 의해 캠 축(16)과 동일한 회전속도로 정회전한다. 그러나, 디컴프레서 캠(40)의 유효 작동각(A1)은 배기 캠(32)의 디콤프레션시, 작동각(A3)의 2배보다 작고, 또한 설정 회전 각도(Ad)는 배기 캠(32)의 작동각(A2)의 2배보다 작으므로(도 7 참조), 이 2회째의 배기행정(S14) 도중에, 디컴프레서 캠(40)의 돌기부(40c)가 정회전 스토퍼(34)에 닿아, 디컴프레서 캠(40)이 상기 제2 정지위치를 차지한다. 이 때문에, 2회째의 배기행정(S14)의 종료시에 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 베이스 원부(40a1)에 접촉하므로, 배기 밸브(11)는 배기 로커 암(24)의 롤러(28)가 접촉하는 배기 캠(32)의 캠 프로화일에 따라 작동하여 닫힌 상태로 된다(도 13 참조). 이에 따라, 배기 밸브(11)에 대한 디컴프레서 기구(D)에 의한 디컴프레서 작용이 해제되고, 이 후, 배기 밸브(11)는 배기 캠(32)만에 의해 개폐 작동된다.
그리고, 캠 축(16)이 다시 흡기행정(S15)을 거쳐 정회전하고, 크랭크 축(4)의 정회전 개시후의 3회째 압축행정(S16)에서는 디컴프레서 작용에 의한 감압이 행해지지 않고 통상의 압축 압력으로 혼합기가 압축되고, 점화 마개(15)에 의해 점화되어, 내연기관(E)의 시동운전이 진행되고, 이어서 아이들 운전으로 이행한다. 이 3회째 압축행정(S16)에서 크랭크축(4)은 내연기관(E)의 시동 개시 위치로부터 즉시 크랭크축(4)이 정회전되어 통상의 압축행정을 하는 것에 비해, 크랭크축(4)의 정회전 개시로부터 3회째 압축행정(S16)의 압축 개시점(P6)(크랭크축(4)이 정회전하고 나서 디컴프레서 작용이 해제된 후의 최초의 압축행정 개시점(압축 하사점))(회전위치(P6))까지의 크랭크 각도, 즉 크랭크축(4)의 인렛 각도(Aa)가 크기 때문에, 가속되는 시간이 길어지고, 크랭크축(4)은 보다 큰 회전속도로 회전하고 있으므로, 통상의 압축 압력이 되는 압축 상사점(P7)을 넘는 것이 용이해진다.
다음에, 상술과 같이 구성된 실시예의 작용 및 효과에 관해서 설명한다.
내연기관(E)의 시동 개시시에, 전자제어장치(C)에 의해 제어되는 스타터 모터(M)가 크랭크축(4), 나아가 캠 축(16)을 초기 역회전 각도(Ar)만큼 역회전시킨 후, 정회전시킴으로써, 크랭크축(4)의 역회전시에는 구속상태로 되는 1방향 클러치(41)를 통해 디컴프레서 캠(40)을 캠 축(16)과 일체로 역회전시켜 상기 제1 정지위치에 위치시키고, 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 배기 로커 암(24)을 접하게 해 배기 밸브(11)를 열린 상태로 할 수 있도록 한 후, 토오크 리미터(50)의 작용에 의해 디컴프레서 캠(40)을 상기 제1 정지위치에 멈춘 채로, 크랭크축(4) 및 캠 축(16)을 다시 역회전시킨다.
크랭크축(4)의 정회전 개시후는 1방향 클러치(41)로부터 전달되는 상기 회전 토오크가 작용하는 디컴프레서 캠(40)에 대해, 배기 로커 암(24)은 그 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)에 접촉하여 회전 저항 토오크를 디컴프레서 캠(40)에 작용시킴으로써 그 정회전을 저지하고, 그 롤러(28)가 배기 캠(32)에 접촉하여 슬리퍼부(24a1)가 디컴프레서 캠(40)으로부터 멀어져, 상기 회전 토오크에 의한 디컴프레서 캠(40)의 정회전을 허용한다. 이에 따라, 유효 작동각(A1)이 시동시에 디컴프레서 캠(40)에 의해 밸브가 열리는 배기 밸브(11)를 열게 하는 작동 밸브 캠의 디콤프레션시 작동각보다 크고, 또한 배기 캠(32)의 상기 디콤프레션시 작동각의 2배보다도 작게 설정되는 디컴프레서 캠(40)은 상기 제1 정지위치로부터 상기 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 역회전된 초기 역회전 각도(Ar)의 범위에 포함되는 최초 및 2회째의 압축행정(S8, S12) 또는 디컴프레서 캠(40)이 정회전한 후의 최초의 압축행정(S12)에 있어서 배기 밸브(11)가 디컴프레서 리프트량(Ld)으로 열린 상태에 있어, 디컴프레서 작용이 행해진다.
그 결과, 크랭크축(4)의 회전위치가 내연기관(E)의 시동 개시시의 크랭크축(4)의 회전위치(P1)보다도 초기 역회전 각도(Ar)만큼 역회전되어, 인렛 각도(Aa)가 커지고, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 개시점(회전위치(P6))에서의 크랭크축(4)의 회전속도가 커지기 때문에, 디컴프레서 작용 해제후 최초의 압축 상사점(회전위치(P7))을 넘는 것이 용이하게 되어, 크랭크축(4)을 회전 구동하는 스타터 모터(M)의 대형화를 막는데다 시동성이 향상된다. 또한, 인렛 각도(Aa)의 증가는 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)의 유효 작동각(A1)의 설정에 의해, 간단한 구조로 실현할 수 있다.
또한, 크랭크축(4)의 역회전시에 디컴프레서 캠(40)을 상기 제1 정지위치에 위치시킴으로써, 내연기관(E)의 시동 개시시의 크랭크축(4)의 회전위치(P1)에 상관없이, 크랭크축(4)의 정회전 개시시(회전위치(P3))에는 항상 디컴프레서 캠(40)의 리프트부(40b)의 일정한 위치에 배기 로커 암(24)을 접촉시킬 수 있도록 디컴프레서 캠(40)을 위치시킬 수 있으므로, 디컴프레서 캠(40)에 의해 배기 밸브(11)를 열린 상태로 할 수 있는 각도범위, 즉 유효 작동각(A1)을 시동시 마다 일정하게 설정할 수 있어, 상기 종래 기술보다도 크게 얻을 수 있는 인렛 각도(Aa)를 확실하게 확보할 수 있다.
또한, 크랭크축(4)의 역회전시에, 상기 상한 토오크를 넘는 역회전 토오크가 디컴프레서 캠(40)에 작용하는 것을 방지하는 토오크 리미터(50)가 캠 축(16)으로부터 디컴프레서 캠(40)에의 토오크 전달 경로에서, 1방향 클러치(41)와 직렬로 형성되어 있으므로, 1방향 클러치(41)에 의해, 캠 축(16)과 디컴프레서 캠(40)이 상대회전 불가능하게 되는 크랭크축(4)의 역회전시에, 토오크 리미터(16)에 의해, 간단한 구조로 디컴프레서 캠(40)이 역전 스토퍼(33)에 접하고, 상기 제1 정지위치에 멈추어 있는 상태 그대로 인렛 각도를 더욱 크게하기 위한 크랭크축(4)의 역회전이 가능해진다. 또한, 토오크 리미터(16)에 의해, 디컴프레서 캠(40), 역전 스토퍼(33) 및 1방향 클러치(41)에 과대 토오크가 작용하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 전술한 실시예의 일부 구성을 변경한 실시예에 대해 변경한 구성에 관해서 설명한다.
상기 실시예에서 초기 역회전 각도(Ar)는 회전 위치 센서(G)에서의 검출신호에 따라 역전 개시후의 2회째 배기 상사점에 의해 설정되는 각도인데, 설정 회전각도(Ad)보다 큰 각도로 되는 캠 축(16)의 회전위치, 예컨대 역전 개시후의 1회째의 배기 상사점에 의해 설정되는 각도, 또는 배기 상사점 이외의 역전 개시후의 캠 축(16)의 임의의 회전위치에 의해 설정되는 각도이어도 된다. 또한, 초기 역회전(Ar)은 회전 위치 센서(G)를 설치하지 않고, 설정 회전 각도(Ad)보다 큰 각도가 되도록 전자제어장치(C) 메모리에 기억된 미리 설정된 고정치로 이루어지는 각도라도 되고, 이에따라 회전 위치 센서가 불필요해져 비용 삭감이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서 초기 역회전 각도(Ar)는 디컴프레서 캠(40)이 역전 스토퍼(22)에 접한 후에도, 크랭크축(4) 및 캠 축(16)이 역회전되는 각도로 설정되었는데, 디컴프레서 캠(40)이 역전 스토퍼(33)에 접한 것을 검출하는 접촉 센서 등의 센서를 설치함으로써 디컴프레서 캠(40)이 상기 제1 정지위치를 차지한 시점에서 역회전이 종료하도록 해도 되고, 이 경우에도 종래 기술에 비해 인렛 각도(Aa)가 커져, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축행정을 넘는 것이 용이해진다.
상기 실시예에서 디컴프레서 캠(40)의 유효 작동각(A1)은 시동시에 디컴프레서 캠(40)에 의해 열리는 배기 밸브(11)를 열게 하는 배기 캠(32)의 디콤프레션시 작동각(A3)보다 크고, 또한 디콤프레션시 작동각(A3)의 2배보다 작게 설정되었는데, 배기 캠(32)의 2배보다 크게 설정할 수도 있고, 그 경우에는 인렛 각도(Aa)를 크게하는 것이 가능해진다.
전동기는 상기 실시예에서 스타터 모터(M)였는데, 전동기로서도 기능하는 전동기인 발전 전동기를 시동시에 스타터 모터로서 사용하는 것이어도 된다. 또한, 전동기는 정회전만 하는 것으로서, 제어수단은 상기 전동기 자체와 크랭크축(4)에의 회전력 전달 경로중에 크랭크축(4)의 정회전 및 역회전을 절환하는 절환 기구를 구비하는 것이어도 되고, 전동기와 상기 절환 기구에 의해 크랭크축(4)을 정회전 및 역회전시키도록 해도 된다.
디컴프레서 캠(40)에 의해 열리는 기관 밸브는 상기 실시예에서는 배기 밸브(11)이지만, 흡기 밸브(10)라도 된다. 그리고, 이 때, 캠 축(10)의 회전위치를 검출하는 센서를 형성하는 경우는 역회전을 종료하는 크랭크축(4)의 회전위치를 크랭크축(4)의 정회전 개시직후에 디컴프레서 캠(40)이 상기 회전 토오크에 의해 정회전하지 않는 범위에서 흡기 밸브를 닫는 시기 근방 가까이에 하는 것이 바람직하다.
크랭크축의 회전위치가 내연기관의 시동 개시시의 회전위치보다 상기 소정 크랭크 각도만큼 역회전된 만큼, 인렛 각도가 커지고, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 개시점에서 크랭크축의 회전 속도가 커지므로, 디컴프레서 작용 해제후의 최초의 압축 상사점을 넘는 것이 용이하게 되어, 크랭크축을 회전 구동하는 전동기의 대형화를 회피하는데다 시동성이 향상된다.
또한, 내연기관의 시동 개시시의 크랭크축의 회전위치에 상관없이 크랭크축의 역회전시에 디컴프레서 캠을 제1 정지위치에 위치시킴으로써, 크랭크축의 정회전 개시시에는 항상 디컴프레서 캠의 일정 위치에서 기관 밸브를 열린 상태로 할 수 있으므로, 디컴프레서 캠에 의해 기관 밸브를 열린 상태로 할 수 있는 각도범위를 시동시 마다 일정하게 설정할 수 있어, 종래 기술보다도 크게 얻어지는 인렛 각도를 확실하게 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예인 시동장치를 구비한 내연기관의 측단면도,
도 2는 도 1의 내연기관의 일부분을 개념적으로 도시한 평단면도,
도 3은 도 2의 요부 확대 단면도,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 도 3의 V-V선에서의 일부 단면도이고, 디컴프레서 캠에 대해서는 정면도,
도 6a는 도 5의 디컴프레서 캠의 정면도의 요부 확대도이고, 도 6b는 도 6a의 B-B선 단면도,
도 7은 도 1의 내연기관에 있어서의 배기 캠 및 디컴프레서 캠의 측면의 설명도,
도 8은 도 1의 내연기관의 시동 개시시의 디컴프레서 캠, 배기 캠 등의 위치관계를 설명하기 위한 단면도,
도 9는 디컴프레서 작용시, 크랭크축의 정회전 개시시의 도 8과 동일한 단면도,
도 10은 크랭크축의 정회전 개시후의 최초의 배기 행정 직전의 도 9와 동일한 단면도,
도 11은 크랭크축의 정회전 개시후의 최초의 배기 행정시의 도 9와 동일한 단면도,
도 12는 크랭크축의 정회전 개시후의 최초의 배기 행정 직후의 도 9와 동일한 단면도,
도 13은 크랭크축의 정회전 개시후의 2회째 배기행정 종료시의 도 8과 동일한 단면도,
도 14는 도 1의 내연기관에 있어서의 디컴프레서 기구의 동작의 설명도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 실린더 2 : 실린더 헤드
3 : 실린더 헤드 커버 4 : 크랭크축
5 : 피스톤 6 : 커넥팅 로드
7 : 연소실 8 : 흡기 포트
9 : 배기 포트 10 : 흡기 밸브
11 : 배기 밸브 12 : 리테이너
13, 14 : 밸브 용수철 15 : 점화 마개
16 : 캠 축 17 : 볼 베어링
18, 19 : 스프로켓 20 : 타이밍 체인
21, 22 : 로커 축 23 : 흡기 로커 암
24 : 흡기 로커 암 25 : 태핏 나사
26 : 록 너트 27, 28 : 롤러
29 : 지지축 30 : 니들 베어링
31 : 흡기 캠 32 : 배기 캠
33 : 역전 스토퍼 34 : 정회전 스토퍼
40 : 디컴프레서 캠 40b : 리프트부
40c : 돌기부 41 : 1방향 클러치
42 : 아우터 링 43 : 롤러
44 : 코일 용수철 45 : 캠 홈
46 : 워셔 47 : 스토퍼 링
50 : 토오크 리미터 51 : 걸림 홈
52 : 볼 53 : 코일 용수철
54 : 수용 구멍 E : 내연 기관
M : 스타터 모터 W : 스타터 스위치
C : 전자제어장치 V : 작동 밸브실
D : 디컴프레서 기구 N : 정회전 방향
R : 역회전 방향 G : 회전 위치 센서
Le, Ld : 리프트량 Al : 유효 작동각
A3 : 디콤프레션시 작동각 Ad : 설정 회전 각도
Ar : 초기 역회전 각도 Aa : 인렛 각도
P1∼P8 : 회전위치 S1∼S16 : 행정

Claims (6)

  1. 시동시에 전동기에 의해 크랭크축을 회전 구동시키고, 상기 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 디컴프레서 기구에 의해 열게 하는 내연기관의 시동방법에 있어서,
    상기 디컴프레서 기구는 상기 캠 축에 형성된 디컴프레서 캠을 가지고, 상기 디컴프레서 캠은 상기 캠 축의 역회전 방향에서의 제1 정지위치와 상기 캠 축의 정회전 방향에서의 제2 정지위치와의 사이에서 상기 캠 축의 회전방향으로 회전 가능하게 됨과 동시에, 상기 기관 밸브가 상기 제1 정지위치에서 열린 밸브 상태로 되고, 상기 제2 정지위치에서 닫힌 밸브 상태로 되는 캠 프로화일을 가지고, 시동 개시시에 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 역회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 역회전시켜 상기 제1 정지위치에 위치시키고, 그 후, 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 정회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 정회전시키고, 상기 디컴프레서 캠이 상기 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 상기 전동기에 의해 역회전된 소정 크랭크 각도의 범위에 포함되는 압축 행정 및 상기 디컴프레서 캠이 정회전한 후의 최초의 압축 행정 중 어느 하나에 해당하는 압축 행정에서는 상기 디컴프레서 캠에 의해 상기 기관밸브를 열린 상태로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 시동방법.
  2. 시동시에 전동기에 의해 크랭크축을 회전 구동시키고, 상기 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠 축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 디컴프레서 기구에 의해 밸브를 열게 하는 내연기관의 시동 방법에 있어서,
    상기 디컴프레서 기구는 상기 캠 축에 형성된 디컴프레서 캠을 가지고, 상기 디컴프레서 캠은 상기 캠 축의 역회전 방향에서의 제1 정지위치와 상기 캠 축의 정회전 방향에서의 제2 정지위치와의 사이에서 상기 캠 축의 회전방향으로 회전 가능하게 됨과 동시에, 상기 기관 밸브가 상기 제1 정지위치에서 열린 밸브 상태로 되고, 상기 제2 정지위치에서 닫힌 밸브 상태로 되는 캠 프로화일을 가지고, 시동 개시시에 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 역회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 역회전시켜 상기 제1 정지위치에 위치시키고, 그 후, 상기 전동기에서 상기 크랭크축을 정회전시킴으로써 상기 디컴프레서 캠을 정회전시키고, 상기 디컴프레서 캠이 상기 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 다수 회의 압축 행정에 있어서, 상기 디컴프레서 캠에 의해 기관 밸브를 열린 밸브 상태로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 시동방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디컴프레서 캠을 상기 제 1 정지위치에 위치시킨 후, 상기 전동기에 의해 상기 크랭크축을 다시 역회전시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 시동방법.
  4. 시동시에 크랭크축을 회전 구동하는 전동기와, 이 전동기에 의한 상기 크랭크축의 회전구동을 제어하는 제어수단과, 상기 크랭크축의 회전에 동기하여 회전 구동되는 캠 축에 형성된 작동 밸브 캠에 의해 개폐되는 기관 밸브를 열게 하는 디컴프레서 기구를 구비하는 내연기관의 시동장치에 있어서,
    상기 디컴프레서 기구는 상기 캠 축의 역회전 방향에서의 제1 정지위치를 규정하는 역전 스토퍼와 상기 캠 축의 정회전 방향에서의 제2 정지위치를 규정하는 정회전 스토퍼와의 사이에서 상기 캠 축의 회전방향으로 회전 가능하게 상기 캠 축에 형성되고, 또한 상기 기관 밸브가 상기 제1 정지위치에서 열린 밸브 상태로 되고, 상기 제2 정지위치에서 닫힌 밸브 상태로 되는 캠 프로화일을 가지는 디컴프레서 캠과 1 방향 클러치 및 상기 디컴프레서 캠과 상기 1방향 클러치의 사이에 개재되는 걸림수단을 구비한 토오크 리미터를 구비하여, 상기 크랭크축의 역회전시에 상기 캠 축과 상기 디컴프레서 캠이 상대회전 불가능하게 되는 구속 상태를 확립하여 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠에 역회전 토오크를 전달하는 동시에, 상기 크랭크축의 정회전시에 상기 캠 축과 상기 디컴프레서 캠이 상대회전 가능하게 되는 비구속 상태를 확립하여 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠에 정회전 방향의 회전 토오크를 전달하는 토오크 전달수단과, 상기 제1 정지위치 및 상기 제2 정지위치 사이에서 상기 디컴프레서 캠의 정회전 방향에서의 회전을 저지 및 허용하는 회전 제어수단을 가지고, 상기 전동기는 상기 제어수단에 의해, 시동 개시시에 상기 크랭크축을 소정 크랭크 각도만큼 역회전시켜, 그 후에 정회전시키고, 상기 디컴프레서 캠은 상기 크랭크축의 상기 소정 크랭크 각도에서의 역회전시에, 상기 토오크 전달수단에 의해 역회전시켜 상기 제1 정지위치를 차지하고, 상기 크랭크축의 정회전시에, 상기 토오크 전달수단과 상기 회전 제어수단에 의해 상기 디컴프레서 캠이 상기 제2 정지위치에 도달하기까지 동안에 역회전된 상기 소정 크랭크 각도의 범위에 포함되는 압축행정 및 상기 디컴프레서 캠이 정회전한 후의 최초의 압축행정 중 어느 하나에 해당하는 압축행정에서는 상기 기관밸브를 열린 밸브 상태로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 시동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 토오크 전달수단은 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠으로의 토오크 전달경로에서 직렬로 형성된 1방향 클러치와 토오크 리미터로 구성되고, 상기 1방향 클러치는 상기 크랭크축의 역회전시에 상기 구속상태를 확립하는 동시에, 상기 크랭크축의 정회전시에 상기 비구속 상태를 확립하여 상기 캠 축으로부터 상기 디컴프레서 캠에 상기 회전 토오크를 전달하고, 상기 토오크 리미터는 디컴프레서 캠과 상기 1방향 클러치의 사이에 개재되는 걸림수단을 구비하여 상기 제1 정지위치를 차지하고 있는 상기 디컴프레서 캠에 상기 캠 축으로부터 전달되는 역회전 토오크를 상한 토오크 이하로 제한함과 동시에 상기 상한 토오크를 넘는 역회전 토오크가 상기 캠 축에 작용했을 때 상기 캠 축만을 역회전시키고, 상기 전동기는 상기 디컴프레서 캠을 상기 제1 정지위치에 위치시킨 후, 다시 상기 크랭크축을 역회전시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 시동장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 회전 제어수단은 상기 디컴프레서 캠의 프로파일과 접촉하는 작동밸브 캠의 프로파일에 의해 이루어져 상기 작동 밸브 캠의 디콤프레션시 작동각의 범위에서 상기 디컴프레서 캠의 회전을 허용하고, 상기 디컴프레서 캠의 유효 작동각은 상기 디콤프레션시 작동각보다 큰 것을 특징으로 하는 내연기관의 시동장치.
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