KR100759748B1 - 밸브기어 - Google Patents

Abstract

캠 (21) 을 이용하여 모터 (12) 의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더 (1) 의 흡기밸브 (2) 또는 배기밸브 (3) 를 이 선형운동에 따라 개폐되도록 구동시키는 내연기관의 밸브기어 (11A, 11B) 와, 밸브 (2, 3) 의 리프트 동안 캠 (21) 의 회전방향이 바뀌는 요동구동모드에서 모터 (12) 를 작동시킬 수 있는 모터 제어수단 (30) 이 마련되어 있다. 상기 모터 제어수단 (30) 은 요동구동모드에서 밸브 (2, 3) 가 리프트를 개시하기 전에 캠 (21) 이 회전을 시작하도록 모터 (12) 의 운동을 제어한다.

밸브 기어

Description

밸브기어 {VALVE GEAR}

본 발명은 내연기관의 흡기밸브 또는 배기밸브를 구동하는 밸브기어에 관한 것이다.

내연기관의 흡기밸브 또는 배기밸브는 내연기관의 크랭크축으로부터 전달된 동력에 의해 개폐됨으로써 구동된다. 최근에는, 흡기밸브 또는 배기밸브를 전기모터로 개폐하여 구동하는 방법이 시도중이다. 예를 들어, 스텝모터로 캠 축을 회전시켜 흡기밸브를 개폐하는 밸브장치가 제안되었다 (일본특허공개공보 제 H8 - 177536 호). 또한 본 발명과 관련이 있는 이전의 기술 문헌으로서 일본특허공개공보 제 S59 - 68509 호가 있다.

전기 모터를 사용하는 밸브구동에서는, 캠을 내연기관의 크랭크축 회전속도나 회전 방향으로부터 개별적으로 구동하는 것이 가능하기 때문에 제어 자유도가 높고, 종래의 기계적인 밸브기어 (valve gear) 에서 얻을 수 없는 밸브기어 특성을 달성하는 것이 가능하다. 그러나, 응답성 개선과 같은 성능 개선에 적당한 특정 제어 방법은 명확해져 있지 않다.

그러므로, 본 발명의 목적은 전기모터로 밸브의 운동을 적절히 제어함으로써 성능 개선을 도모할 수 있는 내연기관의 밸브기어를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 있어서, 캠을 이용하여 전기모터의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더의 밸브를 선형운동에 따라 개폐되도록 구동시키는 내연기관의 밸브기어에 있어서, 밸브의 리프트 (lift) 동안 캠의 회전방향이 바뀌는 요동구동모드 (rocking drive mode) 에서 전기모터를 작동시킬 수 있는 전기모터 제어수단을 포함하고, 상기 전기모터 제어수단은 요동구동모드에서 밸브가 리프트를 개시하기 전에 캠이 회전을 시작하도록 전기모터의 운동을 제어하기 위한 요동제어수단을 포함한다.

제 1 양태의 밸브기어에 있어서, 리프트 개시 때의 캠의 초기속도는 밸브의 리프트 개시 위치에서 전기모터를 회전시키는 경우에 비하여 더 높고, 그 결과 밸브의 리프트 속도가 더 높아지고, 흡기밸브의 리프트량은 초기 단계에서 증가한다. 따라서, 밸브의 리프트량을 적분하여 얻은 시간면적은 증가하고, 흡기효율 또는 배기효율을 증가시킬 수 있다.

제 1 양태에 따른 밸브기어에 있어서, 요동제어수단 (rocking control means) 은, 내연기관의 엔진 출력 축의 회전속도를 흡기과정 개시로부터 배기과정 종료까지의 엔진 출력 축의 회전 수로 나눠 얻은 기본속도보다 밸브의 리프트 개시 때의 캠의 회전속도가 더 높도록 요동구동모드에서 캠의 회전 속도를 제어할 수 있다. 이 실시형태에 따르면, 밸브를 구동하기 위해 캠을 같은 방향으로 일정한 속도로 회전시키는 경우와 비교하여 리프트 개시 때의 캠의 초기속도를 더 높은 속도로 설정할 수 있다. 따라서, 상기 시간면적을 더욱 확대하도록 밸브가 열릴 때의 리프트 속도를 충분히 크게 할 수 있다.

제 1 양태에 따른 밸브기어에 있어서, 상기 요동제어수단은, 밸브의 리프트 동안 캠의 회전 방향을 바꾼 후, 다음번 리프트 중의 다음 변경이 있을 때까지 같은 방향으로 캠을 회전시킴으로써, 캠 노즈 (nose) 의 양측을 교대로 사용하여 밸브를 리프트 할 수 있다. 캠이 상술한 방법으로 구동될 경우, 캠과 모터의 회전 방향 변경의 빈도를 줄일 수 있고, 회전의 정지와 회전 방향의 변경으로 인해 밸브기어 시스템의 여러 부품에 대하여 오일 막의 혼란을 방지할 수 있으며, 그로 인해 윤활 성능을 개선 시킬 수 있다. 따라서, 밸브기어 시스템 부품들의 마찰 저항을 억제할 수 있고, 적은 부하로 전기 모터를 구동하는 것이 가능하며, 정격 토크가 작은 컴팩트 (compact) 한 전기모터를 사용할 수 있다. 또한, 캠의 편 마모도 방지할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따라, 캠을 이용하여 전기모터의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더의 밸브를 선형운동으로 개폐되도록 구동하는 내연기관의 밸브기어에 있어서, 캠을 한 방향으로 계속 회전시키는 정회전 구동모드 (forward rotating drive mode) 에서 전기모터를 구동할 수 있는 전기모터 제어수단을 포함하고, 상기 전기모터 제어수단은 정회전 구동모드에서 밸브의 리프트 개시 전에 캠의 회전 수를 변경하여 밸브의 작용각을 바꾸는 정회전 제어수단 (forward rotating control means) 을 포함한다. 제 2 양태의 밸브기어에 있어서, 리프트 개시 때에 캠에 다양한 속도를 적용하고, 그에 따라 작용각이 확대 또는 축소됨으로써 내연기관의 흡기 특성 또는 배기 특성을 다양하게 변화시킬 수 있다.

제 2 양태에 따른 밸브기어에 있어서, 정회전 제어수단은 상기 밸브의 리프트 개시 전에 내연기관의 엔진 출력 축의 회전 속도를 흡기행정의 개시로부터 배기행정 종료까지의 엔진 출력 축의 회전 수로 나누어 얻은 기본 속도와는 다른 소정의 속도로 캠의 회전 속도를 바꾸고, 밸브의 리프트 동안 이 소정의 속도로 캠을 회전시킨다.

한 방향으로 높은 속도로 캠을 회전시키는 경우, 캠의 회전 속도는 밸브의 리프트 동안의 관성 때문에 충분히 변화하지 않을 가능성이 있다. 이러한 경우에, 리프트 개시 전 소정의 속도까지 캠의 속도를 가속하거나 감속하고, 리프트 동안에는 소정의 속도로 캠을 회전시킴으로써 목표로 한 작용각을 확실하게 얻을 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 따라, 캠을 이용하여 전기모터의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더의 밸브를 선형운동에 따라 개폐되도록 구동하는 내연기관의 밸브기어에 있어서, 캠이 한 방향으로 계속 회전하는 정회전 구동모드와 캠의 회전 방향이 밸브의 리프트 동안 바뀌는 요동구동모드에서 전기모터를 작동시킬 수 있는 전기모터 제어수단을 포함하고, 상기 전기모터 제어수단은 요동구동모드와 정회전 구동모드의 변경시, 밸브의 리프트량을 적분함으로써 얻은 시간면적이 모드 변경 전후에 대략 일치하도록 요동구동모드와 정회전 구동모드 중 적어도 어느 하나로 전기모터의 동작을 제어하기 위한 변경제어수단을 포함한다.

제 3 양태의 밸브기어에 있어서, 캠의 구동모드는 시간면적이 대략 일치하는 상태에서 요동구동모드와 정회전 구동모드 사이에서 바뀌기 때문에, 변경 전후 사이에 흡기효율 또는 배기효율이 바뀌는 것을 방지할 수 있고, 운전성이 악화 되는 것을 막도록 원활한 모드 ( mode ) 변경을 구현할 수 있다.

제 3 양태의 밸브기어에 있어서, 변경제어수단 ( changing control means ) 은 모드의 변경시간이 가까워짐에 따라 밸브의 최대 리프트량이 증가하도록 요동구동모드에서의 전기 모터의 동작을 제어할 수 있다. 최대 리프트량은 정회전 구동모드에서 고정되어 있지만, 요동구동모드에서 최대 리프트량은 캠의 회전각을 변경함으로써 변경될 수 있다. 게다가, 캠의 회전 속도를 바꿈으로써 작용각이 임으로 설정될 수 있다. 따라서, 정회전 구동모드에 비하여 비교적 쉽게 밸브의 시간면적을 조절하여 정회전 구동모드의 시간면적과 일치시킬 수 있다.

또, 변경제어수단은 최대 리프트량의 증가에 따라 스로틀 밸브의 개도를 감소시키기 위해 내연기관의 스로틀 밸브의 개도를 제어할 수 있다. 최대 리프트량을 증가시켜 시간면적을 증가시키는 경우에, 스로틀 밸브의 개도를 감소시켜 증가에 대해 보상함으로써 흡기효율 또는 배기효율이 변하는 것을 억제할 수 있다. 특히, 흡기밸브를 구동하는 경우에, 요동구동모드에서 최대 리프트량을 작게 제한하면서 스로틀 밸브의 개도를 증가시킴으로써 펌핑손실이 억제될 수 있는 이점이 있다.

도 1 은 본 발명에 있어서 밸브기어의 개략적인 구조를 보여준다;

도 2 는 도 1 의 캠 기구를 상세하게 보여준다;

도 3 은 도 1 에서 모터제어장치에 의해 구현되는 모터제어 절차의 개요를 보여주는 흐름도이다;

도 4A 와 4B 는 정회전 구동모드와 요동구동모드 각각에서 캠의 운동을 보여준다;

도 5 는 캠의 구동 모드 적용 영역을 보여주는 그래프이다;

도 6 은 정회전 구동모드와 요동구동모드에서 크랭크 각, 흡기밸브의 리프트량, 캠의 회전 수 그리고 모터의 출력 토크 등의 대응관계를 보여주는 도표이다;

도 7 은 요동구동모드에서 캠 제어의 다른 예를 보여주는 도표이다;

도 8 은 내연기관의 회전 수에 대응하여 도 6 과 7 의 요동구동모드로부터 얻은 최대 리프트량의 한계를 보여주는 그래프이다;

도 9 는 정회전 구동모드에서 크랭크 각, 흡기밸브의 리프트량, 캠의 회전수 그리고 모터의 출력 토크 등의 대응관계의 다른 예를 보여주는 도표이다;

도 10 은 도 9 에 비하여 작용각이 더욱 감소하도록 캠을 작동시킨 예를 보여주는 도표이다;

도 11 은 최대 리프트 위치에 대해 캠의 속도가 비대칭적으로 설정된 한 예를 보여주는 도표이다;

도 12 는 요동구동모드와 정회전 구동모드 사이의 변경 시간에서 흡기밸브의 시간면적, 캠의 구동모드 그리고 스로틀량 등의 대응관계를 보여주는 도표이다;

도 13 은 도 12 의 B1 부분에서 크랭크 각, 흡기밸브의 리프트량, 캠의 회전 수 그리고 모터의 출력 토크 등의 대응관계를 보여주는 도표이다;

도 14 는 도 12 의 B2 부분에서 크랭크 각, 흡기밸브의 리프트량, 캠의 회전 수 그리고 모터의 출력 토크 등의 대응관계를 보여주는 도표이다;

도 15 는 작용각이 작게 제어되어 있는 정회전 소작용각 제어영역이 정회전 구동모드가 적용된 영역 내에서 요동구동모드가 적용된 영역에 인접한 위치에 설정되어 있는 예를 보여주는 그래프이다;

도 16 은 정회전 소작용각 제어영역이 도 15 에 보이는 것처럼 제공되었을 때 요동구동모드와 정회전 구동모드 사이의 변화 시간에서 흡기밸브의 시간면적, 캠의 구동모드 그리고 스로틀량 등의 대응관계의 다른 예를 보여주는 도표이다;

도 17 은 도 16 의 B2 부분에서 크랭크 각, 흡기밸브의 리프트량, 캠의 회전 수 그리고 모터의 출력 토크 등의 대응관계를 보여주는 도표이다;

도 18 은 요동구동모드에서 흡기밸브가 멈춰 있는 동안 연속적으로 구동하는 캠의 상태를 보여주는 전도이다;

도 19 는 도 18 에서의 구동 방법이 적용되었을 경우, 크랭크 각, 리프트량, 캠의 회전 수 그리고 모터의 출력 토크 등의 대응 관계를 보여주는 도표이다.

본 발명을 실행하기 위한 최상의 조건

도 1 은 본 발명에 따른 밸브기어의 상세 사항을 보여준다. 도 1 의 밸브기어 (11A, 11B) 는 4 행정 다기통 왕복식 내연기관에 설치되어 있다. 한 실린더 (1) 에는 이 실린더 (1) 를 개폐하기 위한 밸브수단으로 두 개의 흡기밸브 (2) 와 두 개의 배기밸브 (3) 가 마련되어 있다. 상기 두 개의 흡기밸브 (밸브 수단) (2) 는 하나의 밸브기어 (11A) 에 의해 구동되고, 상기 배기밸브 (밸브 수 단) (3) 은 다른 밸브기어 (11B) 에 의해 개폐되도록 구동된다. 다른 실린더들 (도시되어 있지 않음) 에 관해서는, 흡기밸브와 배기밸브는 다른 밸브기어 (11A, 11B) 에 의해 같은 방식으로 개폐되도록 구동된다. 흡기 측의 밸브기어 (11A) 와 배기 측의 밸브기어 (11B) 는 기본적으로 같은 구조를 갖고, 상기 흡기 측의 밸브기어 (11A) 를 설명한다.

흡기 측의 밸브기어 (11A) 에는 구동 원으로 역할하는 전기모터 (이하, 모터라 함) (12), 모터 (12) 의 회전운동을 전달하기 위한 전달기구에 해당하는 기어열 (13) 그리고 기어열 (13) 로부터 전달된 회전운동을 흡기밸브 (2) 의 선형 개폐 운동으로 변환하는 캠 기구 (14) 가 마련되어 있다. 모터 (12) 는 회전속도가 제어될 수 있는 DC 브러쉬리스 (brushless) 모터 등을 사용한다. 모터 (12) 는 모터의 회전위치를 검출하기 위한 리졸버 (resolver), 로터리 엔코더 (rotary encoder) 등과 같은 위치 검출 센서 (12a) 를 갖는다. 기어열 (13) 은 모터 (12) 의 출력 축 (도시되어 있지 않음) 에 고정된 모터기어 (15) 의 회전을 중간기어 (16) 를 경유하여 캠 구동기어 (17) 에 전달한다. 기어열 (13) 은 모터기어 (15) 와 캠 구동기어 (17) 가 일정한 속도로 회전하도록 구성될 수도 있고, 또는 캠 구동기어 (17) 의 속도가 모터기어 (15) 에 대하여 증가하거나 감소하도록 구성될 수도 있다.

또한 도 2 에 도시된 것처럼, 캠 기구 (14) 에는, 캠 구동기어 (17) 와 동 축으로 일체로 회전하도록 제공된 캠축 (20), 캠축 (20) 과 일체로 회전하도록 제공된 두 개의 캠 (21), 그리고 각각의 캠 (21) 에 대응하여 로커암축 (23) 의 주위를 회전하도록 지지되어 있는 한 쌍의 로커암 (24) 이 제공되어 있다. 캠 (21) 은 일종의 플레이트 캠으로 구성되어 있으며, 이 캠에는 캠축 (20) 과 동축으로 형성된 기초 원 (21b) 의 일부를 반경 방향 외측으로 돌출시켜 형성된 노즈 (nose) (21a) 가 있다. 캠 (21) 의 윤곽은 캠 (21) 의 전체 외주에 어떠한 음의 곡률도 생성되지 않도록 즉, 볼록한 곡선이 반경 방향 외측으로 형성되도록 설정되어 있다.

캠 (21) 각각은 로커암 (24) 의 한쪽 단부 (24a) 와 대향하도록 위치한다. 흡기밸브 (2) 각각은 밸브스프링 (28) 의 압축 반력에 의해 로커암 (24) 쪽으로 가압되어 있다. 그에 따라 흡기밸브 (2) 는 흡기 포트의 밸브시트 (valve seat) (도시되어 있지 않음) 에 밀착되어 있어 흡기 포트가 닫힌다. 로커암 (24) 의 다른 단부 (24b) 는 조절기 (29) 와 접촉해 있다. 이 조절기 (29) 는 로커암 (24) 의 다른 단부 (24b) 를 위로 밀고 있고, 로커암 (24) 은 한쪽 단부 (24a) 가 흡기밸브 (2) 의 상단부에 접촉한 상태로 유지된다.

상술한 캠 기구 (14) 에서, 모터 (12) 의 회전운동이 기어열 (13) 을 경유하여 캠 축 (20) 에 전달되면, 캠 (21) 은 캠축 (20) 과 일체로 회전되고, 로커암 (24) 은 노즈부 (21a) 가 로커암 (24) 을 타서 넘는 동안 일정 범위에서 로커암 축 (23) 의 둘레를 요동한다. 따라서, 로커암 (24) 의 한쪽 단부 (24a) 는 아래로 눌리고, 흡기밸브 (2) 가 구동되어 밸브스프링 (28) 에 대항하여 개폐된다.

토크 감소기구 (40) 가 상기 밸브기어 (11A) 에 마련되어 있다. 이 토크 감소기구 (40) 는 밸브스프링 (28) 이 흡기밸브 (2) 를 닫는 방향으로 도로 누르는 힘에 의해 발생하여 캠 기구 (14) 에 적용되는 토크 (여기서, 상기 토크를 밸브 스프링 토크라고 부른다) 를 감소시키기 위해 제공되어 있다 . 토크 감소기구 (40) 는, 캠 축 (20) 과 일체로 회전 가능한 역 위상 (inverse phase) 캠 (41) 과, 역 위상 캠 (41) 에 대향하여 배치된 토크 부가 장치 (42) 를 구비하고 있다. 역 위상 캠 (41) 에는 밸브 스프링 토크에 근거한 형상을 갖는 캠 면이 형성되어 있고, 이 캠 면에는, 밸브 스프링 토크의 위상에 반대되는 역 위상의 상보적인 힘이 토크 부가 장치 (42) 로부터 작용하고, 이에 따라 캠 기구 (14) 에 작용하는 밸브 스프링 토크가 상쇄된다.

도 1 에 도시된 것처럼, 각 밸브기어 (11A) 와 (11B) 의 모터 (12)의 동작은 전기모터 제어수단으로서 기능 하는 모터제어장치 (30) 에 의해 제어된다. 모터제어장치 (30) 는 마이크로 프로세서 및 이 마이크로 프로세서의 동작을 위해 필요한 주기억 장치 등과 같은 주변장치들을 구비하고 있는 컴퓨터 유니트이다. 이 모터제어장치 (30) 는 ROM 에 저장된 밸브제어 프로그램에 따라 각 모터 (12) 의 동작을 제어한다. 또한, 도 1 은 한 실린더 (1) 의 밸브기어 (11A) 와 (11B) 를 나타내지만, 모터제어장치 (30) 는 다른 실린더 (1) 의 밸브기어 (11A)와 (11B) 와 공유될 수 있다. 모터제어장치 (30) 는 실린더 (1) 마다 또는 밸브기어마다 구비하여도 좋다. 모터제어장치 (30) 는 밸브기어 (11A) 와 (11B) 의 제어를 위해 전용되어도 되고, 또는 다른 용도와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 내연기관의 연료 분사량을 제어하기 위한 엔진 제어 유니트 ( ECU ) 가 모터제어장치로 사용될 수 있다.

모터제어장치 (30) 에는, 정보 입력 수단으로서, 배기가스의 공연비에 대응하는 신호를 출력하는 A/F 센서 (31) , 흡기량을 조절하는 스로틀밸브의 개도에 대응하는 신호를 출력하는 스로틀 개도 센서 (32) , 엑셀페달 (accelerator pedal) 의 개도에 대응하는 신호를 출력하는 엑셀 개도 센서 (33) , 흡기량에 대응하는 신호를 출력하는 공기 유량계 (air flow meter) (34) , 크랭크축의 각에 대응하는 신호를 출력하는 크랭크 각 센서 (35) 등이 접속되어 있다. 또한, 이러한 센서들로부터 얻은 실측치 대신에 소정의 함수 식이나 맵 (map) 으로부터 구한 값을 모터 (12) 의 제어에 사용할 수 있다. 또한, 모터 (12a) 에 설치된 위치 검출 센서 (12a) 의 출력신호도 모터제어장치 (30) 에 입력된다.

다음은, 모터제어장치 (30) 에 의해 실행되는 모터 (12) 의 제어에 관해 설명한다. 이 경우, 한 실린더 (1) 의 흡기밸브 (2) 를 구동하기 위한 모터 (12) 의 제어가 설명되지만, 이는 다른 흡기밸브 (2) 를 구동하기 위한 모터 (12) 의 제어에도 적용된다. 도 3 은 모터제어장치 (30) 가 모터 (12) 의 출력 토크를 제어하기 위해 실행하는 모터 제어 절차를 보여준다. 이 모터 제어 절차에서, 모터제어장치 (30) 는 우선 단계 S1 에서 각각의 센서 (31) ~ (35) 의 출력을 참조하여 내연기관의 작동 상태를 결정하고, 다음 단계 S2 에서 흡기밸브 (2) 에 대한 캠 (21) 의 구동모드를 결정한다.

캠 (21) 의 구동모드는, 최대 리프트 위치, 즉 캠 (21) 의 노즈부 (21a) 가 도 4A 에 도시된 것처럼 상대 쪽 부품 (여기서는 로커암 (24)) 에 접촉되어 있는 위치를 넘어 정회전 방향 (도면에서 화살표 방향) 으로 캠 (21) 을 계속 회전시키 도록 한 방향으로 모터 (12) 를 계속 회전시키는 정회전 구동모드와, 도 4B 에 도시된 것처럼 캠 (21) 을 왕복시키도록 흡기밸브 (2) 의 리프트 도중 (실린더 (1) 를 여는 중간에) 모터 (12) 의 회전 방향을 바꾸는 요동구동모드를 포함한다. 또한, 요동구동모드에서 캠 (21) 의 회전 방향은 캠 (21) 이 정회전 구동모드의 최대 리프트 위치에 도달하기 전에 바뀐다.

또, 캠 (21) 의 구동모드는, 예를 들면 도 5 에 도시된 것처럼, 내연기관의 회전 수와 출력 토크와 관련하여 적절히 사용된다. 도 5 에서, 요동구동모드는 기본적으로 저 회전 영역에서 선택되고, 정회전 구동모드는 기본적으로 고 회전 영역에서 선택되지만, 양 모드의 경계의 회전 수는 내연기관의 출력 토크가 더 높을수록 저 회전 측으로 치우치도록 조절된다. 도 3 의 단계 S2 에서, 엔진 회전 수는 크랭크 각 센서 (35) 의 출력에 근거하여 결정되며, 출력 토크는 스로틀 개도 센서 (32) 에서 검출된 스로틀 개도와 공기 유량계 (34) 에서 검출된 흡기량에 근거하여 추정되고, 얻어진 엔진 회전 수와 출력 토크에 대응하는 모드는 도 5 의 맵 (실제로는 ROM 에 저장된 맵의 데이타) 에 근거하여 충분히 결정된다.

단계 S2 에서 구동모드를 결정한 후에, 내연기관의 작동상태와 캠 (21) 의 구동모드에 대응하여 모터 출력 토크가 연산 되는 단계 S3 로 진행된다. 예를 들어, 흡기밸브 (2) 에 적용되는 밸브기어 특성 (위상과 작동 각) 이 내연기관의 작동상태에 근거하여 결정되고, 결정된 밸브기어 특성을 구현하기 위해 필요한 모터 (12) 의 출력 토크가 연산된다. 단계 S3 에서, 흡기밸브 (2) 의 밸브기어 특성과 모터 (12) 의 출력 토크는 적절한 기간에 대해 결정될 수 있다. 예를 들어, 내연기관의 흡입, 압축, 팽창, 배기의 4 행정을 도 3 의 제어 과정의 연산주기에 대응시키고, 각 연산주기에서 밸브기어 특성과 출력 토크가 결정되도록 한다. 이러한 경우, 도 3 이 반복 실행되는 제어 과정에 의해 네 개의 행정이 끝날 때마다 모터 (12) 에 대한 출력 토크가 내연기관의 작동상태에 대응하여 갱신될 수 있다.

모터 (12) 의 출력 토크는 아래 설명된 것처럼 흡기밸브 (2) 의 밸브기어 특성에 근거하여 결정될 수 있다. 흡기밸브 (2) 에 적용되는 밸브기어 특성이 결정되면, 크랭크 각과 흡기밸브 (2) 의 리프트량 사이의 관계가 밸브기어 특성에 따라 일의적으로 결정되고, 흡기밸브 (2) 에 적용되는 리프트 속도와 크랭크 각 사이의 대응관계가 리프트량을 미분함으로써 결정된다. 캠 (21) 의 캠 윤곽에 근거하여 흡기밸브 (2) 의 리프트 속도가 캠 축 (20) 의 회전속도로 대체될 수 있기 때문에, 흡기밸브 (2) 의 밸브기어 특성이 결정되면, 캠축 (20) 에 적용되는 회전속도와 크랭크 각 사이의 대응관계는 흡기밸브 (2) 의 밸브기어 특성에 근거하여 일의적으로 결정될 수 있다. 이러한 경우, 흡기밸브 (2) 의 리프트 속도와 캠축 (20) 의 회전속도 사이의 대응관계는 캠 (21) 의 구동모드에 따라 다르지만, 그에 대한 상세한 사항은 후에 설명될 것이다.

상술한 방법으로 얻어진 회전속도를 미분하여 모터 (12) 가 캠축 (20) 에 가해야 하는 가속도를 결정하고, 가속도를 얻기 위해 필요한 모터 (12) 의 출력 토크를 연산하는 것이 좋다. 또한, 흡기밸브 (2) 와 동기적으로 왕복운동하는 여러 밸브기어 시스템 부품들 (로커암 (24) 등) 로부터 가해지는 관성 토크를 고려하여 모터 (12) 의 출력 토크가 결정되면, 제어 정확도가 바람직하게 개선된다. 관성 토크는 흡기밸브 (2) 의 리프트 속도와 가속도가 증가하는 고 회전시에 크게 영향을 주기 때문에, 고 회전시에 특히 선택되는 정회전 구동모드에서 상기 토크 영향을 고려하는 것이 바람직하다. 반대로, 저 회전시 선택되는 요동구동모드에서는, 모터 (12) 의 출력 토크는 관성 토크에 관계없이 결정되어도 좋다.

도 3 의 단계 S3 에서 모터 (12) 의 출력 토크를 연산한 후, 연산된 토크가 토크 지령치로서 모터 (12) 의 구동회로 (도시되지 않음) 에 출력되는 단계 S4 로 절차가 진행된다. 출력 후 절차가 일시적으로 끝나고, 다음 연산 주기를 기다려 도 3 의 절차가 다시 시작된다. 모터제어장치 (30) 로부터 토크 지령을 받은 구동회로는 토크 지령에 따라 다음 구동 주기에서 모터 (12) 에 공급되는 전류를 제어한다. 따라서, 흡기밸브 (2) 는 내연기관의 작동상태에 적당한 특성에 따라 개폐되도록 구동된다.

다음에, 도 6 ~ 16 을 참조하여 밸브기어 (11A) 에 의한 캠 (21) 의 동작 제어에 관한 여러 가지 상황이 설명될 것이다. 도 6 은, 정회전 구동모드와 요동구동모드에서 크랭크 각 (θ) , 흡기밸브 (2) 의 리프트량 (ｙ) , 캠 (21) 의 회전속도 (때때로 회전 수라고 불림) (Nc) 그리고 모터 (12) 의 출력 토크 (Tm) 의 대응관계를 보여준다. 위쪽에 가까워지면서 리프트량 (ｙ) 은 열리는 방향으로 증가하는 것이 도시되어 있다. 캠 회전 수는 캠 회전 수 (Nc) 가 0 인 위치로부터 위쪽에 가까워지면서 정회전 방향으로 증가 된다. 토크 (Tm) 은 수평축에서 0 이고, 위쪽에 가까워질수록 정회전 방향으로 증가 된다.

(정회전 구동모드에 있어서 기본 제어)

도 6 에 도시된 정회전 구동모드에서, 캠 (21) 은 기본속도 (Nb),즉 크랭크의 회전 속도 (크랭크 회전속도라고도 부른다) 의 절반에 대응하는 속도로 회전한다. 즉, 본 실시예에서 기본속도는 크랭크축의 회전속도를 흡기행정 개시로부터 배기행정 종료까지의 기간 동안의 크랭크축의 회전 수로 나누어 구한 속도로 정의된다. 4 행정 왕복식 내연기관에서, 상기 크랭크축의 회전 수는 2 이다. 이때, 캠 (21) 은 모터 (12) 에 의해 구동되지만, 캠 (21) 에 작용하는 밸브 스프링 토크는 토크 감소 기구 (40) 에 의해 상쇄되기 때문에, 모터 (12) 의 출력 토크 (Tm) 는 거의 0 이 된다. 위에 설명된 방법으로 얻어진 흡기밸브 (2) 의 리프트량 (ｙ) 의 변화는, 예를 들어, 1/2 의 감속비를 갖는 전달기구를 경유하여 크랭크축과 캠축 (20) 을 기계적으로 구동하는 경우에 얻은 리프트량의 변화와 같다.

(요동구동모드에 있어서 제어)

반면에, 요동구동모드에서는, 캠 (21) 의 회전은 리프트 개시위치 (Ps) 전에 시작되고, 캠 (21) 의 회전 수 (Nc) 는 리프트 개시위치 (Ps) 에서 기본속도 (Nb) 까지 증가 된다. 다시 말해, 캠 (21) 의 구동은 리프트 시작위치 (Ps) 에서 캠 (21) 의 초기속도가 기본속도 (Nb) 와 일치하도록 리프트 시작 전에 시작된다. 그 후, 캠 (21) 은 한동안 기본속도 (Nb)로 정회전하고, 캠 (21) 의 회전 수 (Nc) 는 최대 리프트위치 (Pp) 보다 앞선 제 1 전환위치 (Pa) 에서 감소되며, 캠 (21) 은 최대 리프트위치 (Pp) 에서 회전 수 (Nc) 가 0 인 일시정지 상태에 있게 되고, 그 다음 캠 (21) 의 회전방향은 반대 방향으로 변경되고, 그 후 회전 수는 점점 증 가 된다. 또, 캠 (21) 은 캠 (21) 의 역방향 회전 수가 기본속도 (Nb) 에 도달하는 제 2 전환위치 (Pb) 로부터 리프트 종료위치 (Pe) 까지 기본속도 (Nb) 로 역 방향으로 회전하고, 캠 (21) 의 속도감소는 리프트 종료위치 (Pe) 에서 시작되고, 그 후 캠 (21) 은 멈춘다. 위에 설명된 동작을 캠 (21) 에 적용시켜, 캠 (21) 의 리프트 개시위치 (Ps) 로부터 전환위치 (Pa) 까지, 그리고 전환위치 (Pb) 로부터 리프트 종료위치 (Pe) 까지 크랭크 각과 리프트량 사이의 대응관계를 정회전 구동모드의 것과 일치시키는 것이 가능하다. 도 6 의 요동구동모드에서, 캠 (21) 이 낮은 속도로 구동되기 때문에, 관성 토크는 무시해도 좋다. 이 경우, 모터 (21) 의 출력 토크는, 캠 (21) 의 가속 동안 크랭크 각에 비례하여 증가되고, 캠 (21) 의 감속 동안에는 크랭크 각에 비례하여 감소되는 파형을 그리게 된다.

도 6 의 요동구동모드에서, 캠 (21) 의 감속이 최대 리프트위치 (Pp) 에 도달하기 전에 시작되기 때문에, 최대 리프트위치 (Pp) 에서 흡기밸브 (2) 의 리프트량은 정회전 구동모드의 것보다 다소 작아지게 된다. 이러한 경우, 리프트량의 차 (△ｙ) 는 도 6 에서 가상선으로 보이는 비교예, 즉 캠 (21) 의 구동을 리프트 개시위치 (Ps) 로부터 시작하고 리프트 종료위치 (Pe) 에서 캠 (21) 을 멈추도록 제어가 실행되는 예 보다 더 작아진다. 게다가, 비교예와 비교해 볼 때, 흡기밸브 (2) 의 리프트량의 특성 선도는 최대 리프트위치 (Pp) 의 경계에서 옆으로 넓어져, 그 결과 흡기밸브 (2) 의 리프트 동작에 대한 시간면적이 증가 된다. 따라서, 최대 리프트량이 정회전 구동모드시 보다 감소함에도 불구하고, 실린더 (1) 에 대한 흡입 공기의 충진효율이 악화 되는 것을 방지하도록 시간면적을 충분히 확 보할 수 있다. 또한, 상기 시간면적은 리프트량의 변화를 나타내는 곡선과 크랭크 각을 나타내는 수평 축에 의해 둘러싸인 영역의 면적과 같고, 리프트량을 적분하여 얻는다.

도 7은 리프트 개시위치 (Ps) 로부터 제 1 전환위치 (Pa) 까지, 그리고 제 2 전환위치 (Pb) 로부터 리프트 종료위치 (Pe) 까지 기본속도 (Nb) 보다 더 높은 일정한 속도로 캠 (21) 을 구동하는 예를 보여준다. 또한, 비교를 위해, 도 6 의 요동구동모드에서의 파형이 가상선으로 나타나있다. 캠 (21) 의 최대속도가 도 6 의 요동구동모드에서는 기본속도 (Nb) 로 정해지기 때문에, 작용각 (위치 (Ps) 와 (Pb) 사이의 크랭크 각) 이 고정되면 최대 리프트량은 정회전 구동모드에 비해 더 작아지게 된다. 그러나, 도 7 의 예에 따라, 흡기밸브 (2) 의 리프트 속도는 도 6 의 정회전 구동모드에서보다 더 높게 되고, 그 결과 요동구동모드의 작용각이 정회전 구동모드의 작용 각과 일치하도록 하면서 최대 리프트량이 정회전 구동모드에서의 것과 일치하도록 할 수 있다. 또한, 도 7 의 리프트 개시위치 (Ps) 로부터 최대 리프트위치 (Pp) 까지에 있어서, 캠 (21) 의 회전 수와 기본속도를 보여주는 선들 사이에 생긴 해칭 (hatching) 된 두 영역 (A1) 과 (A2) 의 면적이 서로 동일해 지고, 또, 최대 리프트위치 (Pp) 로부터 리프트 종료위치 (Pe) 까지에 있어서 캠 (21) 의 회전 수와 기본속도 (이 경우, 역 방향) 를 보여주는 선들 사이에 생긴 해칭된 두 영역 (A3) 와 (A4) 의 면적이 서로 같아지도록 캠 (21) 의 회전 수를 설정하면, 흡기밸브 (2) 의 리프트량에 대한 시간면적을 정회전 구동모드의 것과 완전히 일치시키는 것이 가능하다.

도 8 은, 도 6 의 가상 선으로 도시된 비교 예와 함께, 도 6 과 7 의 요동구동모드시에 캠 제어를 실시하여 얻은 흡기밸브 (2) 의 최대 리프트량과 엔진 회전수 사의의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 도 8 로부터 명백하듯이, 엔진 회전 속도가 요동구동모드에서 일정 한계 이상으로 증가하면, 제어의 응답성이 불충분하고 최대 리프트량이 급격히 작아지는 경향이 있으나, 도 6 과 7 의 예에 의하면, 비교 예에 비하여 작아지는 경향을 줄일 수 있고, 특히 도 7 에서 제어를 실행하여 요동구동모드를 고 회전영역에 적용하는 것이 가능하다. 본 발명에 따라 도 6 또는 7 에 보이는 방법으로 캠 (21) 을 제어함으로써 모터제어장치 (30) 은 요동제어수단으로 기능한다.

(정회전 구동모드에서의 제어)

다음에, 정회전 구동모드에서 캠 (21) 의 제어가 도 9 를 참조하여 설명된다. 도 6 의 정회전 구동모드에서, 캠 (21) 은 기본속도로 계속 구동되지만, 흡기밸브 (2) 의 작용각은 리프트 도중에 캠 (21) 의 속도를 변화시켜 적당히 바뀔 수 있다. 도 9 에 도시된 예에서, 캠 (21) 의 가속은 리프트 개시위치 (Ps) 에서의 캠 (21) 의 초기속도를 기본속도 (Nb) 와 일치 시키기 위해 리프트 개시위치 (Ps) 전에 시작되고, 가속은 캠 (21) 이 기본속도 (Nb) 보다 더 높은 소정의 속도에 도달할 때까지 리프트 도중에도 계속되며, 그 후 캠 (21) 은 소정의 일정속도로 회전하고, 캠 (21) 은 최대 리프트에 도달한 후 적당한 시기에 감속되고, 그로 인해 흡기밸브 (2) 의 리프트 종료위치 (Pe) 는 도 6 에 도시된 기본제어 예 (도면에서 가상선) 의 경우보다 더 이른 위치로 이동하게된다. 따라서, 작용각이 도 6 의 경우와 비교하여 감소한다. 캠 (21) 은 흡기밸브 (2) 의 리프트 도중에 기본속도 (Nb) 보다 높은 속도로 정회전하기 때문에, 캠 (21) 을 리프트 종료위치 (Pe) 로부터 다음 리프트 개시위치 (Ps) 까지 기본속도 (Nb) 보다 낮은 속도로 구동시킬 필요가 있다. 이러한 경우, 기초원 (base circle) (21b) 이 상기 기간 동안 로커암 (24) 위를 미끄러지거나 또는 이 기초원이 상기 로커암 (24) 으로부터 떨어지기 때문에, 캠 (21) 이 기본속도 (Nb) 보다 낮은 속도로 구동되어도 흡기밸브 (2) 의 동작에는 영향을 주지 않는다. 이때, 캠 (21) 을 가속 및 감속시킬 때 토크가 모터 (12) 에 요구되기 때문에, 모터 (12) 의 토크는 도 9 와 같은 파형이 된다.

도 10 은 정회전 구동모드에 있어서 캠 (21) 제어의 다른 예를 보여준다. 또한, 도 10 의 가상선은 도 6 의 정회전 구동모드의 예를 보여준다. 도 10 의 제어에서, 캠 (21) 의 가속은 리프트 개시위치 (Ps) 까지 끝나고, 리프트 개시위치 (Ps) 에서 캠 (21) 의 초기속도는 기본속도 (Nb) 보다 높은 소정의 속도와 일치된다. 게다가, 캠 (21) 은 리프트 개시위치 (Ps) 에서 리프트 종료위치 (Pe) 까지 소정의 속도로 유지되고, 캠 (21) 의 감속은 리프트 종료위치 (Pe) 부터 시작된다. 도 9 처럼 흡기밸브 (2)의 리프트 도중에 캠 (21) 을 가속 또는 감속하는 경우에는 밸브기어 시스템 부품들의 관성의 영향으로 응답성이 악화되기 때문에 캠 (21) 의 속도의 변화량을 크게 할 수 없고, 흡기밸브 (2) 의 작용각의 범위를 조절하는 것이 비교적 좁은 범위로 제한된다. 그러나, 캠 (21) 의 가속과 감속이 도 10 처럼 캠 (21) 의 기초원 (21b) 이 로커암 (24) 와 대향하고 있는 동안만 실 행되고, 캠 (21) 이 리프트 동안 일정한 속도로 구동된다면, 관성의 영향을 억제하고, 또한 흡기밸브 (2) 의 작용각을 더 넓은 범위에서 조정하는 것이 가능하다.

상술한 것과 같이, 모터제어장치 (30) 은 본 발명에 따라 모터 (12) 를 도 9 또는 10 과 같이 제어하여 정회전 제어수단으로서 기능 한다. 본 발명에 있어서 정회전 제어수단은 캠 (21) 의 작용각을 감소시키는 구성에 제한되지 않는다. 이 작용각은 리프트 개시 전에 캠 (21) 을 감속시키고, 리프트 종료 후에는 캠 (21) 을 가속시킴으로써 도 6 의 경우와 비교하여 확장될 수 있다. 게다가, 도 9 와 도 10 에서, 캠 (21) 의 리프트량이 최대 리프트위치 (Pp) 에 대해 대칭적으로 변하고 있지만, 이 구조는 그러한 구성에 제한을 받지 않고, 상기 구조는, 예를 들어, 도 11 에서 처럼 최대 리프트위치 (Pp) 전후에 캠 (21) 의 속도를 비대칭적으로 변화시켜 흡기밸브 (2) 의 리프트량이 최대 리프트위치 (Pp) 에 대해 비대칭적으로 변하게 할 수도 있다. 이와 관련하여, 도 11 의 예에서는, 흡기밸브 (2) 를 닫는 과정에서 캠 (21) 의 회전속도보다 흡기밸브 (2)를 여는 과정에서 캠 (21) 의 회전속도를 더 높게 설정하여 흡기밸브가 높은 속도에서 열리고 비교적 낮은 속도에서 닫히도록 리프트 특성을 적용한다.

(모드 (mode) 를 변경할 때의 제어)

다음에, 도 12 ~ 도 14 를 참조하여 정회전 구동모드와 요동구동모드를 서로 변경하는 경우 캠 (21) 의 바람직한 제어에 관해 설명한다. 본 발명에서 모터제어장치 (30) 는 아래 설명하는 제어를 실행하여 변경제어수단으로서 기능한다. 상술한 도 5 에서, 정회전 구동모드 또는 요동구동모드 중 어느 하나가 내연기관의 회전 수와 출력 토크를 근거로 하여 선택된다. 그러나, 흡기밸브 (2) 에 적용되는 리프트 특성 (특히, 최대 리프트량) 이 양 모드에서 다르기 때문에, 캠 (21) 의 구동모드가 바뀔 때의 영향으로 흡기량이 단속적으로 변화하고 그로 인해 운전성에 영향을 줄 가능성이 있다. 그러므로, 도 12 에 도시된 것처럼, 캠 (21) 의 제어가 요동구동모드로부터 정회전 구동모드로 바뀔 때에 흡기밸브 (2) 의 시간면적 (상기 밸브시간면적) 이 점점 증가 될 뿐만 아니라 스로틀량이 감소되고 (구간 B1) , 밸브시간면적이 정회전 구동모드의 것과 일치되고 (구간 B2), 그 후 정회전 구동모드로 교체가 실행된다 (구간 B3) . 구체적으로는, 다음 제어가 바람직하다.

요동구동모드에서 구현되는 최대 리프트량을 적용하는 때의 리프트 특성이 도 13 에 가상 선으로 도시된 것과 같을 경우, 그리고 요동구동모드가 선택되는 경우, 도면에서 실선으로 보이는 것처럼 최대 리프트량이 작게 제한되는 리프트 특성이 얻어지도록 우선 캠 (21) 이 요동된다. 이러한 경우, 흡기밸브 (2) 의 시간면적이 감소하기 때문에, 모터제어장치 (30) 로부터 스로틀 밸브 (36) (도 1 참조) 에 개방 지령을 적용하여 스로틀 밸브 (36) 의 개도가 증가한다. 따라서, 스로틀 밸브 (36) 가 작은 개도로 제어될 경우 펌핑 손실을 줄일 수 있다. 스로틀 개도를 제어하는 다른 컴퓨터가 있는 경우, 모터제어장치 (30) 에 의한 스로틀 밸브 (36) 의 제어는 스로틀 개도를 증가시키기 위한 지령을 상기 컴퓨터에 적용하여 구현될 수도 있다.

제어가 위에 상술한 것처럼 리프트량이 제한된 상태로부터 정회전 구동모드 로 바뀌는 경우, 리프트량은 도 13 에 가상선으로 도시된 리프트 특성 쪽으로 점진적으로 증가하고, 그에 따라 밸브시간면적이 도 12 도시된 것처럼 점차 증가한다. 스로틀 밸브 (36) 의 개도 (스로틀량) 는 상기 조작에 동기하여 감소하고, 그에 따라 흡기량의 변화를 억제한다. 게다가, 도 14 에 보이는 것처럼, 요동구동모드에서 흡기밸브 (2) 의 시간면적은 정회전 구동모드에서의 것과 일치하게 되고, 그 후 정회전 구동모드로의 변경이 실행된다. 위에 설명된 제어에 따라, 흡기량을 단속적으로 변화시키지 않고 캠 (21) 의 구동모드를 바꾸는 것이 가능하다. 또한, 위의 설명은 요동구동모드로부터 정회전 구동모드로의 변경을 예로 들었지만, 정회전 구동모드로부터 요동구동모드로의 변경시에는 상기와 반대의 제어, 즉 구동모드가 밸브시간면적이 일치하게 되는 상태로 바뀌고, 그 후 스로틀 밸브 (36) 의 개도는 요동구동모드에서 리프트량을 서서히 감소시키는 동안 증가한다.

상술한 구조에서는, 요동구동모드에서 리프트량이 의도적으로 작게 제어되었지만, 정회전 구동모드 등에서는, 도 9 와 도 10 에 보이는 것과 같이, 작용각을 작게 제어함으로써 상기와 같은 방법으로 밸브시간면적을 작게 억제하고 한편 그 대신에 스로틀 밸브 (36) 의 개도를 적절히 증가시켜 펌핑 손실의 감소를 도모할 수 있다. 예를 들어, 도 15 에서 처럼, 정회전 구동모드가 적용된 영역 내의 요동구동모드가 적용된 영역에 근접한 위치에서 작용각을 미소하게 제어하기 위한 정회전 소작용각 제어영역이 설정된 맵 (map) 이 도 5 에서의 맵을 대신하여 이용된다. 이러한 경우, 도 16 처럼 요동구동모드로부터 정회전 구동모드로 변경할 때, 요동구동모드에서 밸브시간면적이 서서히 증가하고, 스로틀 밸브 (36) 의 개도 (스로틀량) 가 서서히 감소하도록 (구간 B1) 리프트량을 먼저 바꾸고, 밸브시간면적이 정회전 구동모드에 일치되도록 하고, 그 후 정회전 구동모드 (이러한 경우, 정회전 소작용각 제어영역) 로의 변경이 실행된다 (구간 B4).

또한, 정회전 소작용각 제어영역을 사이에 두는 경우에, 양 밸브시간면적들은 정회전 소작용각 제어영역의 것보다 큰 요동구동모드에서의 작용각을 확장함으로써 서로 일치되고, 한편 도 17 에 도시된 것처럼 구간 B2 에서는, 요동구동모드에서의 최대 리프트량을 정회전 소작용각 제어영역의 것보다 작도록 제어한다. 이러한 경우, 요동구동모드의 최대 리프트위치 (Pp) 와 정회전 소작용각 영역의 최대 리프트위치 (Pp) 를 서로 일치시키는 것이 바람직하다.

정회전 소작용각 영역이 제공되는 경우에는, 도 17 에 도시된 것처럼, 모드 변경시에 밸브시간면적을 일치시킬 수 있는 한은 요동구동모드에서 리프트량의 증가와 스로틀량의 감소를 항상 실행할 필요는 없다. 그러나, 정회전 구동모드에 있어서 실현 가능한 작용각의 범위에서는 응답성의 관점에서 내연기관의 회전 수에 따른 하한치가 존재한다. 엔진 회전 수의 하한치의 존재에 의하여 정회전 소작용각 영역에서 밸브시간면적도 하한이 있고, 요동구동모드에서 리프트량 설정에 따라서는, 리프트량의 변경 없이 시간면적을 일치시키는 것이 불가능한 경우가 있다. 이런 경우에는, 도 16 의 구간 B1 에서의 제어가 필수적이다.

(요동구동모드에서 캠 동작의 다른 예)

도 18 과 19 는 요동구동모드에서 캠 (21) 의 다른 구동방법을 보여준다. 상술한 각 형태에서는, 도 4B 에 보이는 것과 같이 요동구동모드에서는 일주 보다 더 좁은 영역에서 캠 (21) 을 전, 역 회전시킴으로써 도 4B 에 해칭되어 있는 것처럼 캠 (21) 의 노즈 (21a) 로부터 한 쪽에 있는 영역 (21c) 이 사용된다. 그와 반대로, 도 18A ~ 18C 에 보이는 구동방법에서는 캠 (21) 의 노즈 (21a) 양쪽이 교대로 사용되도록 캠 (21) 이 작동된다. 다시 말해, 흡기밸브 (2) 는 노즈 (21a) 의 한쪽에 있는 영역 (21c) 을 사용하여 도 18A 에 보이는 것처럼 정회전 방향 (+ 방향) 으로 캠 (21) 을 회전시킴으로써 리프트 되고, 그 후 흡기밸브 (2) 는 캠 (21) 을 역 회전 방향 (- 방향) 으로 구동시킴으로써 닫히고, 그 후 캠 (21) 은 멈추지 않고 도 18B 에 보이는 것처럼 역 방향으로 계속 구동된다. 게다가, 흡기밸브 (2) 는 다음 개폐시에 캠 (21) 을 역 방향으로 회전시키면서 노즈 (21a) 의 반대 측에 있는 영역 (21d) 를 사용하여 리프트 되고, 그 후 캠 (21) 이 정회전 방향으로 복귀함으로써 닫힌다. 그 후, 캠 (21) 은 계속하여 정회전 방향으로 구동된다. 상술한 운동을 반복함으로써 캠 (21) 의 노즈 (21a) 의 양측 영역 (21c) 와 (21d) 를 교대로 사용하여 흡기밸브 (2) 를 개폐시킬 수 있다.

도 19 는 캠 (21) 을 상술한 대로 구동하는 경우에, 크랭크 각 (θ) , 흡기밸브 (2) 의 리프트량 (y) , 캠 (21) 의 회전 수 (Nc) , 그리고 모터 (12) 의 토크 (Tm) 의 대응관계를 보여준다. 상기 예로부터 명확한 것처럼, 캠 (21) 의 노즈 (21a) 에 대해 양측 (21c) 와 (21d) 를 교대로 사용하는 구동방법에 있어서, 캠 (21) 은 항상 흡기밸브 (2) 의 최대 리프트 위치 (Pp) 를 제외하고 회전하며, 모터 (12) 의 정지 빈도는 낮게 된다. 따라서, 캠 (21) 의 멈춤에서 오는 캠 기구 (14) 의 유막 잘라짐을 방지하고, 캠 기구 (14) 의 각 부분의 윤활성능을 개선 시 킬 수 있다. 게다가, 윤활성능의 향상으로 마찰 저항이 감소하고, 모터 (12) 를 더 적은 부하로 구동하는 것이 가능하다. 또, 모터 (12) 의 정지 빈도가 감소하기 때문에, 모터 (12) 에서 출력되어야 하는 유효 토크가 작아질 수 있게 되고, 더 작은 모터를 선택할 수 있다. 또, 캠 (21) 의 양측 (21c) 와 (21d) 가 균일하게 이용되는 이점이 있고, 편 마모가 방지될 수 있다.

상술한 사항들에서, 흡기밸브 (2) 의 제어에 관하여 설명하였지만, 본 발명은 배기밸브 (3) 의 제어에도 적용될 수 있다. 본 발명은 엔진 출력 축으로 기능하는 크랭크 축이 흡입행정시부터 배기행정 종료시까지 두 번 회전하는 4 행정 내연기관에 제한되지 않고, 흡기부터 배기까지의 행정이 엔진 출력 축의 한번 회전 동안 끝나는 2 행정 내연기관에 적용될 수 있다. 이 경우에, 캠의 기본속도는 엔진 출력 축의 회전 속도와 일치한다.

Claims (11)

1. 캠을 이용하여 전기모터의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더 밸브를 이 선형운동에 따라 개폐되도록 구동시키는 내연기관의 밸브기어에 있어서,

   밸브의 리프트 (lift) 동안 캠의 회전방향이 바뀌는 요동구동모드 (rocking drive mode) 에서 전기모터를 작동시킬 수 있는 전기모터 제어수단을 포함하고, 상기 전기모터 제어수단은 요동구동모드에서 밸브가 리프트를 개시하기 전에 캠이 회전을 시작하도록 전기모터의 운동을 제어하기 위한 요동제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 요동제어수단은, 내연기관의 엔진 출력 축의 회전 속도를 흡기행정 개시로부터 배기행정 종료까지의 엔진 출력 축의 회전 수로 나눠 얻은 기본속도보다 밸브의 리프트 개시 때의 캠의 회전 속도가 더 높도록 요동구동모드에서 캠의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 요동제어수단은, 밸브의 리프트 동안 캠의 회전 방향을 바꾼 후, 다음번 리프트 중의 변경이 있을 때까지 같은 방향으로 캠을 회전시킴으로써 캠 노즈의 양측을 교대로 사용하여 밸브를 리프트 하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
4. 캠을 이용하여 전기모터의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더의 밸브를 선형운동으로 개폐되도록 구동시키는 내연기관의 밸브기어에 있어서,

   캠을 한 방향으로 계속 회전시키는 정회전 구동모드에서 전기모터를 구동할 수 있는 전기모터 제어수단을 포함하고, 상기 전기모터 제어수단은 정회전 구동모드에서 밸브의 리프트 개시 전에 캠의 회전 속도를 변경하여 밸브의 작용각을 바꾸는 정회전 제어수단을 포함하고,

   상기 정회전 제어수단은 상기 밸브의 리프트 종료 후로부터 그 다음 상기 밸브의 리프트 개시 전까지의 동안에 상기 캠의 가속 및 감속을 실시하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
5. 제 4 항에 있어서, 정회전 제어수단은 밸브의 리프트 개시 전에 내연기관의 엔진 출력 축의 회전 속도를 흡기행정의 개시로부터 배기행정 종료까지의 엔진 출력 축의 회전 수로 나누어 얻은 기본속도와는 다른 소정의 속도로 캠의 회전 속도를 바꾸고, 밸브의 리프트 동안 이 소정의 속도로 캠을 회전시키는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
6. 캠을 이용하여 전기모터의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더 밸브를 이 선형운동에 따라 개폐되도록 구동시키는 내연기관의 밸브기어에 있어서,

   캠이 한 방향으로 계속 회전하는 정회전 구동모드와 캠의 회전 방향이 밸브의 리프트 동안 바뀌는 요동구동모드 각각에서 전기모터를 작동시킬 수 있는 전기모터 제어수단을 포함하고, 상기 전기모터 제어수단은, 요동구동모드와 정회전 구동모드의 변경시, 밸브의 리프트량을 적분하여 얻은 시간면적이 모드를 변경하기 전후 사이에 대략 일치하도록 요동구동모드와 정회전 구동모드중 적어도 어느 하나 에서 전기모터의 운동을 제어하기 위한 변경제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
7. 제 6 항에 있어서, 변경제어수단은 모드의 변경시간에 가까워짐에 따라 요동구동모드에서 밸브의 최대 리프트량이 증가하도록 요동구동모드에서 전기모터의 운동을 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
8. 제 7 항에 있어서, 변경제어수단은 최대 리프트량의 증가에 따라 스로틀 밸브의 개도를 감소시키기 위해 내연기관의 스로틀 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
9. 제 1 항에 있어서, 요동제어수단은 밸브의 작용각의 목표치가 얻어지고 또한 밸브의 리프트량을 적분함으로써 얻은 시간 면적의 목표치가 얻어지도록 요동구동모드에서 캠의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
10. 제 4 항에 있어서, 정회전 제어수단은 밸브의 작용각의 목표치가 얻어지고 또한 밸브의 리프트량을 적분함으로써 얻은 시간 면적의 목표치가 얻어지도록 정회전 구동모드에서 캠의 회전 속도를 변경하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.
11. 캠을 이용하여 전기모터의 회전운동을 선형운동으로 바꾸고, 실린더의 밸브를 선형운동으로 개폐되도록 구동시키는 내연기관의 밸브기어에 있어서,

    캠을 한 방향으로 계속 회전시키는 정회전 구동모드에서 전기모터를 구동할 수 있는 전기모터 제어수단을 포함하고, 상기 전기모터 제어수단은 정회전 구동모드에서 밸브의 리프트 개시 전에 캠의 회전 속도를 변경하여 밸브의 작용각을 바꾸는 정회전 제어수단을 포함하고,

    상기 정회전 제어수단은 상기 밸브가 열리는 과정의 상기 캠의 회전속도를 상기 밸브가 닫히는 과정의 캠의 회전 속도 보다 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 밸브기어.

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