KR100841726B1 - 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각구조 - Google Patents

자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각구조 Download PDF

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니탄 밸브 가부시키가이샤
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

전자 브레이크 수단(40)이 설치되고, 캠 샤프트의 위상이 변하는 위상 가변장치로서, 클러치 케이스(60)의 내주벽 전방 가장자리부에 설치된 절결부(61a)를 통하여, 클러치 케이스(60)의 반경 방향 내측의 오일통(74)내의 엔진오일을 마찰재(66)와 회전 드럼(44)의 상대 슬라이딩면으로 인도하는 전자 브레이크 냉각구조에 있어서, 클러치 케이스 외주벽(60b) 전방 가장자리부에 오일 도출용의 절결부(61b)를 설치하고, 마찰재(66)와 회전 드럼(44)의 상대 슬라이딩면의 오일을 바깥쪽으로 적극적으로 배출하고, 냉각용 오일의 순환을 활발하게 하여 마찰재(66)의 슬라이딩면의 냉각 효과를 높인다.
Figure 112003045964375-pct00001
크랭크 샤프트, 캠 샤프트, 전자 클러치, 회전 드럼, 스프로킷, 플랜지 플레이트, 헬리컬 스플라인.

Description

자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조{ELECTROMAGNETIC BRAKE COOLING STRUCTURE OF PHASE VARIABLE DEVICE IN CAR ENGINE}
본 발명은, 전자(電磁) 브레이크 수단에 의해 회전 드럼에 제동력을 작용시키고, 스프로킷에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 변화시켜서 밸브의 개폐 타이밍을 변화시키는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치에 관계된 것이며, 특히, 위상 가변장치의 회전 드럼에 제동력을 작용시키는 전자 브레이크 수단을 엔진오일을 순환시켜서 냉각하는 냉각 구조에 관한 것이다.
이 종류의 위상 가변장치로서는, 예를 들면, 일본 특개평 4-272411호가 알려져 있다. 이것은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 엔진의 크랭크 샤프트의 구동력이 전달되는 구동 부재(스프로킷)(1)와 밸브 작동 기구를 구성하는 캠 샤프트(2) 사이에 장착된 이동판(3)을 축방향으로 이동시킴으로써 구동 부재(1)와 캠 샤프트(2) 사이의 위상이 변화되도록 구성되어 있다. 즉, 둘레방향으로 회전 정지된 전자 브레이크 수단(4)에 의해, 캠 샤프트(2)에 회전가능하게 받쳐져 있는 회전 드럼(5)에 제동력을 작용시키고, 이것에 의해 회전 드럼(5)이 구동 부재(1)에 대하여 지연되는 동시에, 연계하여 이동판(3)이 축방향으로 이동하고, 캠 샤프트(2)가 구동 부재(1)에 대해 회전운동하여 양자(1, 2) 사이의 위상이 변화된다. 또한, 동 장치는 엔진 룸 내부에 배치되어, 엔진오일 분위기하에서 구동한다.
전자 브레이크 수단(4)은, 전자 코일(4a)을 수용한 횡단면 コ자형 환상의 하우징(4b)과, 하우징(4b)의 개구부를 폐색하는 판부재(4c)와, 판부재(4c)에 접착된 마찰재(4d)를 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 하우징(4b)의 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이의 상대 슬라이딩면에서는, 슬라이딩 열에 의해 슬라이딩면 온도가 고온으로 되면, 엔진오일중에 분산되어 있는 산화 방지제나 마찰 조정제, 청정분산제 등의 첨가제의 반응물이나 오일중의 불용해 성분에 의해, 일반적으로 다공질재로 구성되어 있는 마찰재(4d)의 표면이 막혀, 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이에 발생하는 마찰 토크가 저하될 가능성이 있었다.
이 때문에, 하우징(4b)의 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이의 상대 슬라이딩면의 고온화를 억제하기 위해서, 캠 샤프트(2)내의 오일 통로(6a), 교차 구멍(6b), 공동(6c), 교차 구멍(6d), 캠 샤프트(2)와 하우징(4b) 사이의 환상 공동(6e), 및 하우징(4b)의 내주벽 전방 가장자리부에 설치한 노치(6f)를 통하여, 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이의 상대 슬라이딩면에 엔진오일을 공급하여, 상대 슬라이딩면을 냉각하는 구조로 되어 있다.
그리고, 상기한 종래의 전자 브레이크 냉각 구조에서는, 마찰재의 슬라이딩면을 냉각하는 점에서 일단은 만족할 수 있다. 그러나, 더욱더 고온의 환경 등에서도 유효하기 위해서는, 마찰재의 상대 슬라이딩면의 고온화를 억제하는 것에 더하여, 한층더 냉각 효과가 우수한 신규의 방책이 필요하다는 것이 요구되고 있었 다.
그래서, 발명자는, 종래의 냉각 구조를 충분히 검토하여, 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이에 공급된 오일이 원심력으로 바깥쪽으로 비산하는 것에 불과한 종래 구조에 대하여, 하우징(4b)의 외주벽 전방 가장자리부에 오일 도출홈(절결부)을 설치해서, 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이의 상대 슬라이딩부에 있는 오일을 적극적으로 바깥쪽으로 배출시키도록 하면, 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이의 상대 슬라이딩부에 도입되는 오일량도 증가하고, 마찰재(4d)와 회전 드럼(5) 사이의 상대 슬라이딩면을 냉각하기 위한 엔진오일의 순환이 활발하게 되어 냉각 효과가 상승한다고 생각하여, 실험을 거듭한 결과, 실제로 유효한 것이 확인되었으므로, 본 발명을 제안하기에 이른 것이다.
본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점 및 상기한 발명자의 지식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩면을 냉각하기 위한 엔진오일의 순환을 활발하게 함으로써 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩면의 고온화의 억제에 유효한 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 청구의 범위 1에서는, 크랭크 샤프트의 구동력이 전달되는 둥근 환상 스프로킷에 대하여 밸브 작동 기구를 구성하는 캠 샤프트가 동축상으로 상대 회전운동 가능하게 배치되고, 상기 캠 샤프트에 회전 드럼이 회전 가능하게 받쳐지고, 상기 회전 드럼과 축방향에 정면으로 마주 대하는 위치에 는, 상기 회전 드럼에 제동력을 작용시키는 전자 브레이크 수단이 설치되고, 상기 제동력에 의해 회전 드럼에 발생하는 상기 스프로킷에 대한 회전지연에 연계하여, 상기 스프로킷과 캠 샤프트 사이의 위상이 변하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치에 있어서,
상기 전자 브레이크 수단은, 상기 회전 드럼의 디스크면을 향해서 개구하는 횡단면 コ자형 둥근 환상이며 둘레방향에 회전 정지된 클러치 케이스, 상기 클러치 케이스내에 수용된 전자 코일, 상기 클러치 케이스의 개구부 내측에 고정된 마찰재 유지 플레이트, 상기 마찰재 유지 플레이트에 접착되어서, 그 표면이 상기 클러치 케이스의 내외주벽 전방 가장자리부로부터 약간 돌출하는 편평한 마찰재를 구비하고,
상기 클러치 케이스의 반경방향 내측에는, 상기 캠 샤프트의 오일 통로에 연통하고, 또한 상기 클러치 케이스와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부의 내주측에 연통하는 오일통이 설치되고, 상기 클러치 케이스의 내주벽 전방 가장자리부에는, 오일 도입용의 절결부가 설치되어, 상기 오일통의 엔진오일이 상기 오일 도입용의 절결부로부터 상기 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면부에 인도되도록 구성된 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조로서,
상기 클러치 케이스의 외주벽 전방 가장자리부에, 상기 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면 사이의 엔진오일을 바깥쪽으로 도출하는 오일 도출용의 절결부를 설치하도록 구성했다.
또한, 전자 브레이크 수단에 의해 작용하는 제동력에 의해, 회전 드럼에 스 프로킷에 대한 회전 지연이 생기고, 이 회전 지연에 연계하여 중간부재가 축방향으로 이동하고, 캠 샤프트가 스프로킷에 대하여 회전운동하는(스프로킷과 캠 샤프트간의 위상이 변화되는) 구성으로서는, 예를 들면, 실시예에 도시하는 바와 같이, 회전 드럼(44)에 나사결합하고 스프로킷(외통부(10))과 캠 샤프트(내통부(20))에 내외 헬리컬 스플라인 결합하는 중간부재(30)를 스프로킷(외통부(10))과 캠 샤프트(내통부(20)) 사이에 장착한 구성을 생각할 수 있다.
(작용) 엔진의 크랭크 샤프트의 구동력이 전달되는 스프로킷과 밸브 작동 기구를 구성하는 캠 샤프트가 일체로 되어 회전운동하도록 구성되어서, 스프로킷과 캠 샤프트와는 동기하여 회전하지만, 전자 브레이크 수단에 의해 회전 드럼에 제동력이 작용하면, 회전 드럼에는 스프로킷에 대한 회전지연이 생기고, 이 회전 드럼의 회전지연에 연계하여, 스프로킷에 대한 캠 샤프트의 위상이 변한다.
클러치 케이스의 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에는, 캠 샤프트내에 설치한 오일 통로, 클러치 케이스의 반경방향 내측에 설치한 오일통 및 클러치 케이스의 내주벽 전방 가장자리부에 설치한 오일 도입용의 절결부를 통하여 엔진오일이 도입되어, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면을 냉각하게 되어 있지만, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩면부의 엔진오일은, 클러치 케이스의 외주벽 전방 가장자리부에 설치한 오일 도출용의 절결부를 통하여 바깥쪽으로 적극적으로 도출되기 때문에, 그만큼 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부로의 엔진오일의 공급배출 속도가 빠르고, 상대 슬라이딩면 온도의 고온화가 억제된다. 즉, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 오일의 도출량이 증 가하는 만큼, 오일의 도입량도 증가하여, 그만큼 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에 있어서의 오일의 순환이 활발하게 되고, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩면에 발생하는 슬라이딩 열이 순환하는 엔진오일로 방열되어, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면의 냉각 효과가 상승한다.
청구의 범위 2에서는, 청구의 범위 1에 기재된 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조에 있어서, 상기 회전 드럼의 디스크면의 상기 마찰재에 정면으로 마주 대하는 위치에, 상기 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 오일을 도출하는 오일 도출 구멍을 설치하도록 구성했다.
(작용) 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 엔진오일은, 회전 드럼에 설치한 오일 도출 구멍으로부터도 외부로 도출되어, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부로부터의 오일의 도출량이 증가하는 만큼, 오일의 도입량도 증가하여, 그만큼 오일의 순환이 활발하게 된다.
청구의 범위 3에서는, 청구의 범위 2에 기재된 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조에 있어서, 상기 오일 도출 구멍을 상기 클러치 케이스의 내주벽 근처에 설치하도록 구성했다.
(작용) 오일 도출 구멍으로부터도 오일이 외부로 도출되어, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부로부터의 오일의 도출량이 더욱더 증가하는 만큼, 오일의 도입량도 증가하여, 그만큼 오일의 순환 속도가 빨라지는데, 오일 도출 구멍으로부터 도출되는 오일의 유속은, 오일 도출 구멍이 오일 도입용의 절결부에 가까울 수록, 유로 저항(손실)이 적어, 큰 오일 도출 속도가 확보되고, 오일의 순환 속 도가 빨라져, 그만큼 마찰재의 슬라이딩면에 새로운 엔진오일이 도입된다.
청구의 범위 4에서는, 청구의 범위 2 또는 3에 기재된 자동차용 엔진에 있어서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조에 있어서, 상기 클러치 케이스에 설치한 오일 도입용의 절결부, 오일 도출용의 절결부 및 상기 회전 드럼에 설치한 오일 도출 구멍을, 각각 둘레방향 복수 개소에 설치하도록 구성했다.
(작용) 오일 도입용의 절결부, 오일 도출용의 절결부 및 오일 도출 구멍의 수가 많은 만큼, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 엔진오일의 도입출량이 증가하여, 그만큼 오일의 순환도 활발하게 되어, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면의 냉각 효과가 상승한다.
청구의 범위 5에서는, 청구의 범위 1∼4중 어느 하나에 기재된 자동차용 엔진의 전자 브레이크 냉각 구조에 있어서, 상기 마찰재를 상기 베이스 플레이트에 정합하는 링 형상으로 형성하는 동시에, 그 표면측에, 상기 오일 도입용의 절결부와 오일 도출용의 절결부를 연락하는 오일 홈을 설치하도록 구성했다.
(작용) 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에 도입된 엔진오일은, 마찰재 표면의 오일 홈을 따라서 원활하게 흘러서, 오일 도출용의 절결부로부터 도출하므로, 마찰재 표면 전체가 균일하게 냉각되는 동시에, 오일의 도출량 및 도입량도 증가하여, 그만큼 오일의 순환이 활발하게 된다.
또, 마찰재 표면의 오일 홈을 경유해서 오일이 용이하게 순환할 수 있기 때문에, 유체 윤활로부터 경계 윤활로의 변화가 용이하게 되어, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면 사이에 작용하는 마찰 토크를 높일 수 있어서, 전자 브레이크 수단 작동시의 회전 드럼에 작용하는 제동력을 높일 수 있다.
청구의 범위 6에서는, 청구의 범위 1∼5중 어느 하나에 기재된 자동차용 엔진의 전자 브레이크 냉각 구조에 있어서, 상기 클러치 케이스의 내외주벽과 상기 마찰재의 내외주 가장자리부 사이에, 각각 둘레방향으로 연속하는 간극을 설치하도록 구성했다.
(작용) 오일 도입용의 절결부로부터 도입된 엔진오일은, 클러치 케이스 내주벽과 마찰재 사이의 간극(오일 통로)을 통하여 마찰재의 내주 전역에 원활하게 널리 퍼지는 동시에, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩부의 오일은, 클러치 케이스 외주벽과 마찰재 사이의 간극(오일 통로)을 통하여 오일 도출용의 절결부로부터 원활하게 도출된다.
청구의 범위 7에서는, 청구의 범위 1∼6중 어느 하나에 기재된 자동차용 엔진의 전자 브레이크 냉각 구조에 있어서, 상기 마찰재를, 카본 섬유와 아라미드 섬유의 쌍방으로 또는 어느 하나로 이루어지는 부직포에 열경화성 수지를 함침하여 경화시킨, 전체 기공의 80 용적% 이상의 기공이 5∼100㎛의 기공 직경 범위에 있는 다공질 성형체로 구성하도록 했다.
(작용) 카본 섬유와 아라미드섬유의 쌍방으로 혹은 어느 하나로 이루어지는 부직포에 열경화성 수지를 함침하여 경화시킨 다공질 성형체는, 전체 기공의 80 용적% 이상의 기공이 5∼100㎛의 기공 직경 범위에 있고, 기공 직경이 커서 막히기 어렵고, 또한 회전 드럼의 디스크면에 큰 마찰력(제동 토크)을 발생시킬 수 있다. 또, 내마모성도 양호하고, 내구성도 우수하다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예인 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 종단면도,
도 2 는 동 장치의 내부구조를 도시하는 사시도,
도 3 은 전자 브레이크 수단의 주요부를 구성하는 전자 클러치의 사시도,
도 4 는 동 전자 클러치의 정면도,
도 5 는 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부의 확대 단면도이며, (a)는 오일 도입용의 절결부 위치에서의 단면도, (b)는 코킹부 위치에서의 단면도,
도 6 은 회전 드럼의 사시도,
도 7 은 본 발명의 제 2 실시예인 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 주요부인 전자 클러치의 정면도,
도 8 은 동 장치의 주요부인 회전 드럼의 사시도,
도 9 는 본 발명의 제 3 실시예인 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 주요부인 전자 클러치의 정면도이다.
도 10 은 동 장치의 주요부인 회전 드럼의 사시도,
도 11 은 종래의 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 종단면도이다.
다음에, 본 발명의 실시형태를 실시예에 기초하여 설명한다.
도 1 내지 도 6은, 본 발명에 관계되는 위상 가변장치의 제 1 실시예를 도시하고, 도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 종단 면도, 도 2는 동 장치의 내부구조를 도시하는 사시도, 도 3은 전자 브레이크 수단의 주요부를 구성하는 전자 클러치의 사시도, 도 4는 동 전자 클러치의 정면도, 도 5(a),(b)는 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부의 확대 단면도이고, (a)는 오일 도입용의 절결부 위치에서의 단면도, (b)는 코킹부 위치에서의 단면도, 도 6은 회전 드럼의 사시도이다.
이들 도면에서, 이 실시예에 도시된 위상 가변장치는, 엔진에 조립 일체화된 형태로 사용되고, 크랭크 샤프트의 회전에 동기하여 흡배기 밸브가 개폐되도록 크랭크 샤프트의 회전을 캠 샤프트에 전달하는 동시에, 엔진의 부하나 회전수 등의 운전 상태에 따라 엔진의 흡배기 밸브의 개폐의 타이밍을 변화시키기 위한 장치이며, 동 장치는, 엔진의 크랭크 샤프트의 구동력이 전달되는 스프로킷인 둥근 환상 외통부(10), 외통부(10)와 동축으로 배치되어 외통부(10)에 대하여 상대 회전운동가능하고, 캠 샤프트(2)의 일부를 구성하는 종동측의 둥근 환상 내통부(20), 외통부(10)와 내통부(20)에 각각 헬리컬 스플라인 결합되어 외통부(10)와 내통부(20) 사이에 장착되고, 축방향으로 이동하여 외통부(10)에 대한 내통부(20)의 위상을 바꾸는 중간부재(30), 내통부(20)의 캠 샤프트(2) 비설치측에 설치되어서, 중간부재(30)를 축방향으로 이동시키는 전자 브레이크 수단(40)을 구비하여 구성되어 있다. 부호 8는, 엔진 케이스(위상 가변장치용 커버)이며, 엔진 및 동 장치는, 엔진오일 분위기하에서 사용된다.
외통부(10)는, 내주 가장자리에 링 형상의 오목부(13)가 설치된 스프로킷 본체(12), 스프로킷 본체(12)의 측면에 밀착하고, 오목부(13)와 협동하여 플랜지 결 합홈(13A)을 형성하는 내측 플랜지 플레이트(14), 내측 플랜지 플레이트(14)를 스프로킷 본체(12)에 함께 죄어 고정하여, 중간부재(30)와의 스플라인 결합부가 내주에 형성된 스플라인 케이스(16)로 구성되어 있다. 부호 13a는 오목부(13)의 개구측의 대직경 오목부, 부호 13b는 오목부(13)의 안측의 소직경 오목부이고, 양자(13a, 13b) 사이에는, 후술하는 내통부(20)측의 플랜지(24)의 외주 가장자리와 정면으로 마주 대하는 단차부(13c)가 설치되어 있다. 스프로킷인 외통부(10)(스프로킷 본체(12))에는, 엔진의 크랭크 샤프트의 회전이 체인(C)을 통하여 전달된다. 부호 11은, 스프로킷 본체(12)와 내측 플랜지 플레이트(14)와 스플라인 케이스(16)를 고정 일체화하는 체결 나사이며, 스프로킷 본체(12)와 내측 플랜지 플레이트(14)와 스플라인 케이스(16)로 스프로킷(외통부(10))을 구성함으로써, 플랜지 결합홈(13A)의 형성이 용이하고, 외통부(10)(스플라인 케이스(16))에서의 스플라인 결합부(17)의 형성도 용이하게 되어 있다.
또, 부호 32, 33은, 중간부재(30)의 내외주면에 설치된 암수 헬리컬 스플라인, 부호 23은 내통부(20)의 외주면에 설치되어 있는 수 헬리컬 스플라인, 부호 17은 스플라인 케이스(16)의 내주면에 설치되어 있는 암 헬리컬 스플라인이다. 그리고, 중간부재(30)의 내외의 스플라인(32, 33)은 역방향 헬리컬 스플라인이며, 중간부재(30)의 축방향으로의 약간의 이동으로, 외통부(10)에 대하여 내통부(20)의 위상을 크게 변화시킬 수 있다. 부호 31은, 중간부재(30)의 외주면에 형성된 수형 각나사부이다.
전자 브레이크 수단(40)은, 엔진 케이스(8)에 지지된 전자 클러치(42), 베어 링(22)에 의해 내통부(20)에 회전가능하게 받쳐지는 동시에, 중간부재(30)의 수형 각나사부(31)가 나사결합하여, 전자 클러치(42)의 제동력이 전달되는 회전 드럼(44), 회전 드럼(44)과 외통부(10) 사이에 축방향에 장착된 비틀림 코일 스프링(46)을 구비하여 구성되어 있다. 부호 45는, 회전 드럼(44)의 내주면에 설치된 암형 각나사부이고, 회전 드럼(44)과 중간부재(30)는, 각나사부(45, 31)를 따라서 둘레방향으로 상대 회전운동할 수 있다. 즉, 중간부재(30)는, 각나사부(45, 31)를 따라서 회전운동하면서 축방향으로 이동할 수 있다. 또, 회전 드럼(44)과 외통부(10)는, 감아 올려진 비틀림 코일 스프링(46)으로 연결되어 있고, 회전 드럼(44)에 제동력이 작용하지 않는 상태에서는, 외통부(10), 내통부(20), 중간부재(30) 및 회전 드럼(44)은, 일체로 되어서 회전한다. 또, 회전 드럼(44)과 외통부(10)(스플라인 케이스(16)) 사이에 장착한 비틀림 코일 스프링(46)은 축방향으로 장착되어 있기 때문에, 그만큼 위상 가변장치 전체가 축방향으로는 연장되지만, 반경방향으로는 컴팩트하게 되어 있다.
그리고, 전자 클러치(42)의 ON·OFF 및 전자 클러치(42)에의 통전량을 제어함으로써, 중간부재(30)가 각나사부(45, 31)를 따라서 회전운동하면서 축방향으로 이동하고, 이것에 의해 외통부(10)와 내통부(20)의 위상이 변화되어, 캠 샤프트(2)의 캠(2a)에 의한 밸브의 개폐의 타이밍이 조정된다. 즉, 전자 클러치(42)를 ON 하기 전에는, 전자 클러치(42)는 도 1의 가상선에 도시하는 위치에 있고, 회전 드럼(44)과 전자 클러치(42) 사이에는 간극(S)이 형성되어 있고, 외통부(10)와 내통부(20)는 위상차 없이 일체로 회전하고 있다. 그리고, 전자 클러치(42)를 ON하면, 전자 클러치(42)가 도 1의 오른쪽 방향으로 슬라이딩하여 회전 드럼(44)에 흡인되고, 이것에 의해 회전 드럼(44)에는 전자 클러치(42)로부터 전달되는 제동력이 작용한다. 그리고, 제동력이 작용하는 회전 드럼(44)에 외통부(10)에 대한 회전지연이 발생하고, 즉, 중간부재(30)가 각나사부(31, 45)에 의해 전진(도 1의 오른쪽 방향으로 이동)하고, 중간부재(30)의 내외 헬리컬 스플라인(32, 33)에 의해, 내통부(20)(캠 샤프트(2))가 외통부(10)(스프로킷 본체(12))에 대하여 회전운동하여 그 위상이 변한다. 그리고, 회전 드럼(44)은, 전달된 제동력과 비틀림 코일 스프링(46)의 스프링력이 균형을 이루는 위치(내통부(20)가 외통부(10)에 대하여 소정의 위상차를 갖는 위치)에 유지된다.
한편, 전자 클러치(42)를 OFF로 하면, 그 제동력이 회전 드럼(44)에 전달되지 않기 때문에, 코일 스프링(46)의 스프링력만이 작용하는 중간부재(30)는, 각나사부(31, 45)에 의해 후퇴(도 1의 왼쪽 방향으로 이동)하여 원래의 위치로 되고, 이 동안에, 내통부(20)(캠 샤프트(2))가 외통부(10)(스프로킷 본체(12))에 대하여 역방향으로 회전운동하여, 그 위상차가 없어진다.
또, 내통부(20)의 외주면(스프로킷 본체(12)와의 슬라이딩면)에는 플랜지(24)가 둘레에 설치되고, 한편, 외통부(10)(스프로킷 본체(12))의 내주면에는, 플랜지(24)가 결합하는 플랜지 결합홈(13A)이 둘레에 설치되고, 플랜지(24)의 측면과 플랜지 결합홈(13A)의 측면 사이에 마찰 토크 부가 부재(51, 55)가 장착되고, 외통부(10)와 내통부(20) 사이의 상대 슬라이딩부의 마찰 토크가 높아지며, 중간부재(30)와 외통부(10) 및 내통부(20) 사이의 헬리컬 스플라인 결합부(23, 32, 33, 17)에서의 치(齒)부끼리 부딪치는 부딪치는 음의 발생이 억제되어 있다.
다음에, 전자 브레이크 수단(40)을 구성하는 전자 클러치(42)의 구조와, 전자 클러치(42) 표면에 설치한 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면의 냉각 구조에 대하여 설명한다.
전자 클러치(42)는, 도 3 ∼ 도 5에 도시하는 바와 같이, 회전 드럼(44)의 디스크면을 향해서 개구하는 횡단면 コ자형 둥근 환상이고 둘레방향으로 회전 정지된 클러치 케이스(60), 클러치 케이스(60)내에 수용된 전자 코일(62), 클러치 케이스(60)의 개구부 내측에 고정된 금속제의 마찰재 유지 플레이트(64), 마찰재 유지 플레이트(64)에 접착되어, 그 표면이 클러치 케이스(60)의 내외주벽(60a, 60b) 전방 가장자리부로부터 약간 돌출하는 편평한 마찰재(66)를 구비하여 구성되어 있다. 부호 68은, 클러치 케이스(60)의 배면측 둘레방향 복수 개소에 돌출설치된 핀이며, 이 핀(68)이 엔진 케이스(8)측의 구멍(8a)에 결합하여, 클러치 케이스(60)는 축방향으로는 슬라이딩 가능하지만, 둘레방향으로는 이동할 수 없도록 구속되어 있다.
즉, 클러치 케이스(60)내에 전자 코일(62)이 수지 몰드에 의해 고정되고, 클러치 케이스(60)의 개구부 내측에는, 마찰재(66)를 일체화 한 마찰재 유지 플레이트(64)가 단차부(60c)에 적재되고, 마찰재 유지 플레이트(64)의 내주 및 외주의 둘레방향으로 삼등분한 3개소가 코킹에 의해, 클러치 케이스의 내외주벽(60a, 60b)에 고정되어 있다. 도 3, 도 4에 도시하는 부호 60d는 코킹부를 도시한다. 또, 마찰재(66)의 반경방향의 폭은 마찰재 유지 플레이트(64)의 반경방향의 폭보다 약간 작은 치수로 형성되어(마찰재(66)의 내경은 마찰재 유지 플레이트(64)의 내경보다 약 간 크고, 마찰재(66)의 외경은 마찰재 유지 플레이트(64)의 외경보다 약간 작게 형성되어) 있고, 이것에 의해 클러치 케이스의 내외주벽(60a, 60b)과 마찰재(66) 사이에는, 오일 통로가 되는 링 형상의 홈(63a, 63b)이 설치되어 있다. 또한, 마찰재 유지 플레이트(64)의 클러치 케이스(60)의 개구부에의 고정 수단은, 상기한 코킹에 한정되는 것은 아니고, 접착이나 끼워맞춤 등의 적당한 고정 수단이면 좋다.
마찰재(66)는, 전자 클러치(42)가 ON 되었을 때에 회전 드럼(44)의 디스크면에 접근하여 마찰력(제동력)을 발생시키기 위한 것이며, 초지 기재에 열경화성 수지를 함침한 두께 500㎛의 플레이트 형상의 다공질 성형체로 구성되어 있고, 클러치 케이스(60)의 내외주벽(60a, 60b)의 전방 가장자리부로부터 50㎛만큼 그 표면이 돌출한 형태로 되어 있다.
또, 전자 클러치(42)의 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에는, 엔진오일이 항상 공급되어, 양자(66, 44)의 슬라이딩면 온도의 상승이 억제되고 있다.
즉, 클러치 케이스(60)의 반경방향 내측에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 캠 샤프트(2)내의 오일 통로(70)에 연통하고, 또한 클러치 케이스(60)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩부의 내주측에 연통하는 오일통(74)이 엔진 케이스(8)에 의해 형성되고, 캠 샤프트(2)내의 오일 통로(70)에는, 캠 샤프트(2)의 저널 축받이(73)의 오일 포트 및 캠 샤프트(2)의 측면 구멍(73a)을 통하여, 엔진오일이 펌프(P)에 의해 압송되고 있다. 부호 73b는, 캠 샤프트(2)에 설치되어, 오일 통로(70)와 오일통(74)에 연통하는 측면 구멍이다. 그리고, 클러치 케이스의 내주 벽(60a) 전방 가장자리부에는, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에 엔진오일을 도입하는 오일 도입용의 절결부(61a)가 설치되고, 또한, 클러치 케이스의 외주벽(60b) 전방 가장자리부에는, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면의 엔진오일을 바깥쪽으로 도출하는 오일 도출용의 절결부(61b)가 설치되어 있다.
그리고, 클러치 케이스(60)의 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에는, 캠 샤프트(2)내에 설치한 오일 통로(70), 엔진 케이스(8)와 회전 드럼(44)(베어링(22)) 사이의 오일통(74) 및 클러치 케이스의 내주벽(60a) 전방 가장자리부에 설치한 절결부(61a)를 통하여 엔진오일이 도입되어, 마찰재(66)와 회전 드럼(44)의 상대 슬라이딩면을 냉각하는 동시에, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면의 냉각에 기여한 엔진오일은, 클러치 케이스(60)의 외주벽(60b) 전방 가장자리부에 설치한 오일 도출용의 절결부(61b)를 통하여 반경방향 바깥쪽으로 적극적으로 배출된다. 그러므로, 그만큼 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에의 엔진오일의 공급배출 속도가 빠르고, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩부에서의 오일의 순환이 활발하게 되어, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에 발생하는 슬라이딩 열이 순환하는 엔진오일에 방열되고, 마찰재(66)와 회전 드럼(44)의 상대 슬라이딩면이 효과적으로 냉각된다.
또, 마찰재(66)의 표면에는, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 내주측으로부터 외주측으로 뻗은 풍차형의 오일 홈(67)이 설치되어, 오일 도입용의 절결부(61a)와 오일 도출용의 절결부(61b)가 링 형상의 간극(63a), 풍차형의 오일 홈(67), 링 형상의 간극(63b)을 통하여 연통하고 있다. 이 때문에, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩부의 반경방향 내측에 도입된 엔진오일은, 마찰재(66) 표면의 오일 홈(67)을 따라서 원활하게 흐르고, 오일 도출용의 절결부(61b)로부터 도출되므로, 마찰재(66) 표면 전체가 균일하게 냉각되는 동시에, 오일의 도출량 및 도입량도 증가하여, 그만큼 오일의 순환이 활발하게 되고, 냉각 효과도 보다 우수하다.
또, 회전 드럼(44)의 디스크면의 마찰재(66)에 정면으로 마주 대하는 위치로서 클러치 케이스의 내주벽(60a) 근처에는, 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 둘레방향으로 팔등분한 8개소에 오일 도출 구멍(80)이 설치되어, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에서의 엔진오일을 회전 드럼(44)의 앞면측으로 도출하도록 되어 있다.
마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에서의 엔진오일은, 클러치 케이스 외주벽(60b) 전방 가장자리부의 절결부(61b)로부터 방사상으로 배출되는 이외에, 회전 드럼(44)의 이 오일 도출 구멍(80)으로부터도 배출되므로, 마찰재(66)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩부로부터의 오일의 도출량이 증가하는 만큼, 오일의 도입량도 증가하여, 그만큼 오일의 순환이 활발하게 되어 있다.
특히, 오일 도출 구멍(80)은 클러치 케이스(60)의 내주벽(60a) 근처에 설치되어, 오일 도출 구멍(80)에서의 큰 오일 유출 속도를 확보할 수 있게 되어 있다. 즉, 오일 도출 구멍(80)이 오일 도입용의 절결부(60a)에 가까울 수록, 유로저항(손실)이 적어, 큰 오일 도출 속도를 확보할 수 있으므로, 오일 도출 구멍(80)을 오일 도입용의 절결부(60a)에 가까운 위치에 설치하여, 큰 오일 도출 속도를 확보하므로써 오일의 순환 속도가 빨라지고, 그만큼 마찰재(66)의 슬라이딩면에 새로운 엔진오일이 도입되어, 그만큼 슬라이딩면의 냉각 효과가 상승하게 되어 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예인 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치를 도시하며, 도 8은 동 장치의 주요부인 전자 클러치의 정면도, 도 9는 동 장치의 주요부인 회전 드럼의 사시도이다.
이 제 2 실시예에서는, 마찰재(66A)가, 카본 섬유로 이루어지는 부직포에 열경화성 수지를 함침하여 전체 기공의 80 용적% 이상의 기공이 5∼100㎛의 기공 직경 범위에 있도록 조정된 다공질 성형체로 구성되어 있다.
이 다공질 성형체(마찰재(66A))는, 전체 기공의 80 용적% 이상의 기공이 5∼100㎛의 기공 직경 범위에 있고, 기공 직경이 커서 막히기 어렵고, 내구성이 우수하기 때문에, 회전 드럼의 디스크면에 큰 마찰력(제동 토크)을 작용시킬 수 있는 상태를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
또, 마찰재(66A)의 표면에는, 바둑판 눈형상으로 뻗은 오일 홈(67a)이 설치되어서, 마찰재(66A)의 표면 전체에 균일하게 엔진오일이 공급되도록 되어 있다.
한편, 회전 드럼(44)의 디스크면에는, 링 형상으로 뻗은 오일 통로(82)가 설치되고, 이 오일 통로(82)에 오일 도출 구멍(80)이 설치되어, 오일 도출 구멍(80)으로부터의 오일 유출 속도가 한층더 빨라지는 구조로 되어 있다.
이 때문에, 마찰재(66A)와 회전 드럼(44) 사이의 상대 슬라이딩면에서의 엔진오일의 순환이 보다 활발하게 되어, 마찰재(66A) 표면 전체가 균일하게 냉각된다.
또, 마찰재 표면의 오일 홈(67a)에 의해, 마찰재(66A)와 회전 드럼(44)의 상대 슬라이딩면 사이에 작용하는 마찰 토크를 높여서, 전자 클러치(42)가 ON으로 되었을 때의 회전 드럼(44)에 작용하는 제동력을 높이도록 작용한다.
그 밖에는, 상기한 제 1 실시예와 동일하고, 동일한 부호를 붙임으로써, 그 중복된 설명은 생략한다.
도 9, 도 10은 본 발명의 제 3 실시예인 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치를 도시하며, 도 9는 동 장치의 주요부인 전자 클러치의 정면도, 도 10은 동 장치의 주요부인 회전 드럼의 사시도이다.
이 제 3 실시예에서는, 마찰재(66B)가, 아라미드 섬유로 이루어지는 부직포에 열경화성 수지를 함침하여 전체 기공의 80 용적% 이상의 기공이 5∼100㎛의 기공 직경 범위에 있도록 조정된 다공질 성형체로 구성되어 있다.
이 다공질 성형체(마찰재(66B))는, 전체 기공의 80 용적% 이상의 기공이 5∼100㎛의 기공 직경 범위에 있고, 기공 직경이 커서 막히기 어렵고, 또한 회전 드럼의 디스크면에 큰 마찰력(제동 토크)을 발생시킬 수 있다. 더불어, 마찰재(66B)는, 내구성이 우수하기 때문에, 회전 드럼에 큰 마찰력(제동 토크)을 작용시킬 수 있는 상태를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
또, 마찰재(66B)의 표면에는, 방사상으로 뻗은 오일 홈(67b)이 설치되어, 마 찰재(66B)의 표면 전체에 균일하게 엔진오일이 공급되게 되어 있다.
한편, 회전 드럼(44)의 디스크면에는, 링 형상으로 뻗은 오일 통로(82)가 설치되어 있지만, 상기 제 1, 제 2 실시예에서 설치되어 있는 것과 같은 오일 도출 구멍(80)은 설치되어 있지 않고, 이 오일 도출 구멍(80) 대신에, 방사상으로 뻗은 오일 통로(84)가 설치되어 있다.
그 밖에는, 상기한 제 1 실시예와 동일하고, 동일한 부호를 붙임으로써 그 중복된 설명은 생략한다.
또한, 상기한 실시예에서는, 회전 드럼(44)에 브레이크를 작용시키는 클러치 케이스(60)의 앞면에 설치하는 마찰재로서, 초지 기재에 열경화성 수지를 함침한 다공질 성형체(66), 탄소 섬유 또는 아라미드 섬유로 이루어지는 부직포에 열경화성 수지를 함침한 다공질 성형체(66A, 66B)를 도시했는데, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유로 이루어지는 부직포에 열경화성 수지를 함침한 다공질 성형체로 구성하게 해도 좋다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 청구의 범위 1에 의하면, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 엔진오일의 순환이 활발하게 되어, 순환 엔진오일에 의한 마찰재의 상대 슬라이딩면의 냉각 효과가 향상되고, 전자 브레이크 작동시의 마찰재와 회전 드럼 사이의 양호한 브레이크 특성(제동성)이 유지된다.
청구의 범위 2에 의하면, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 엔진오일의 순환이 보다 활발하게 되어, 순환 엔진오일에 의한 상대 슬라이딩면의 냉각 효과가 더욱 개선되고, 전자 브레이크 작동시의 마찰재와 회전 드럼 사이의 양호한 브레이크 특성(제동성)이 유지된다.
청구의 범위 3에 의하면, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩부에 공급 배출되는 엔진오일의 순환이 더한층 활발하게 되어, 순환 엔진오일에 의한 마찰재의 상대 슬라이딩면의 냉각 효과가 향상되고, 전자 브레이크 작동시의 마찰재와 회전 드럼 사이의 양호한 브레이크 특성(제동성)이 유지된다.
청구의 범위 4에 의하면, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 엔진오일의 순환이 더욱 활발하게 되어, 전자 브레이크 작동시의 마찰재와 회전 드럼 사이의 브레이크 특성(제동성)이 보다 더 양호하게 된다.
청구의 범위 5에 의하면, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에 공급 배출되는 엔진오일의 순환이 보다 더 활발하게 되어, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면 전체가 균일하게 냉각되어서 고온화가 억제되고, 전자 브레이크 작동시의 마찰재와 회전 드럼 사이의 양호한 브레이크 특성(제동성)이 유지된다.
청구의 범위 6에 의하면, 클러치 케이스 내외주벽과 마찰재 사이의 간극이 오일 통로로서 기능하고, 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩부에 있어서의 엔진오일 공급 배출이 원활하게 행해져서, 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 엔진오일의 순환이 활발하게 되고, 전자 브레이크 작동시의 마찰재와 회전 드럼 사이의 브레이크 특성(제동성)이 보다 양호하게 된다.
청구의 범위 7에 의하면, 마찰재는 막히기 어려운 구멍 직경이 큰 다공질체 이며, 내구성도 우수하기 때문에, 회전 드럼에 큰 마찰력(제동 토크)을 작용시킬 수 있는 상태를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 크랭크 샤프트의 구동력이 전달되는 둥근 환상 스프로킷에 대하여 밸브 작동 기구를 구성하는 캠 샤프트가 동축상으로 상대 회전운동 가능하게 배치되고, 상기 캠 샤프트에 회전 드럼이 회전가능하게 받쳐지고, 상기 회전 드럼과 축방향에 정면으로 마주 대하는 위치에는, 상기 회전 드럼에 제동력을 작용시키는 전자 브레이크 수단이 설치되고, 상기 제동력에 의해 회전 드럼에 생기는 상기 스프로킷에 대한 회전 지연에 연계하여, 상기 스프로킷과 캠 샤프트 사이의 위상이 변하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치에 있어서,
    상기 전자 브레이크 수단은, 상기 회전 드럼의 디스크면을 향해서 개구하는 횡단면 コ자형 둥근 환상이고 둘레방향으로 회전 정지된 클러치 케이스, 상기 클러치 케이스내에 수용된 전자 코일, 상기 클러치 케이스의 개구부 내측에 고정된 마찰재 유지 플레이트, 상기 마찰재 유지 플레이트에 접착되어 그 표면이 상기 클러치 케이스의 내외주벽 전방 가장자리부로부터 약간 돌출하는 편평한 마찰재를 구비하고,
    상기 클러치 케이스의 반경방향 내측에는, 상기 캠 샤프트의 오일 통로에 연통하고, 또한 상기 클러치 케이스와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부의 내주측에 연통하는 오일통이 설치되고, 상기 클러치 케이스의 내주벽 전방 가장자리부에는, 오일 도입용의 절결부가 설치되어, 상기 오일통의 엔진오일이 상기 오일 도입용의 절결부로부터 상기 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면부에 인도되도록 구성된 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조로서,
    상기 클러치 케이스의 외주벽 전방 가장자리부에는, 상기 마찰재와 회전 드럼의 상대 슬라이딩면 사이의 엔진오일을 바깥쪽으로 도출하는 오일 도출용의 절결부가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 드럼의 디스크면의 상기 마찰재에 정면으로 마주 대하는 위치에는, 상기 마찰재와 회전 드럼 사이의 상대 슬라이딩부에서의 오일을 도출하는 오일 도출 구멍이 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 오일 도출 구멍은, 상기 클러치 케이스의 내주벽 근처에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 클러치 케이스에 설치된 오일 도입용의 절결부, 오일 도출용의 절결부 및 상기 회전 드럼에 설치된 오일 도출 구멍은, 각각 둘레방향 복수 개소에 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰재는, 상기 베이스 플레이트에 정합하는 링 형상으로 형성되는 동시에, 그 표면측에는, 상기 오일 도입용의 절결부와 오일 도출용의 절결부를 연락하는 오일 홈이 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 클러치 케이스의 내외주벽과 상기 마찰재의 내외주 가장자리부 사이에는, 각각 둘레방향으로 연속하는 간극이 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰재는, 카본 섬유와 아라미드 섬유의 쌍방으로 혹은 어느 하나로 이루어지는 부직포에 열경화성 수지를 함침하고 경화시킨, 전체 기공의 80 용적% 이상의 기공이 5∼100㎛의 기공 직경 범위에 있는 다공질 성형체로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진에서의 위상 가변장치의 전자 브레이크 냉각 구조.
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