KR101169900B1 - 내연 기관의 가변 밸브 장치 - Google Patents

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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

가변 밸브 장치는, 샤프트 부재(17)의 외측에 제1 캠(20)을 설치하는 동시에 동일 제1 캠과 쌍이 되는 제2 캠(22a)을 둘레 방향으로 변위 가능하게 설치하고, 제2 캠의 위상을 제1 캠에 대하여 변경하는 구조에 있어서, 제2 캠의 캠면(22c)을 제1 캠의 캠면의 캠 폭 b보다 큰 캠 폭 치수 a로 되도록 구성했다.

Description

내연 기관의 가변 밸브 장치{VARIABLE VALVE DEVICE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 캠 위상 변경 기구에 의해, 한 쌍의 흡기 밸브 또는 한 쌍의 배기 밸브를 구동하는 한 쌍의 캠 중 한쪽의 캠의 위상을 다른 쪽의 캠에 대하여 변경하는 내연 기관의 가변 밸브 장치에 관한 것이다.
자동차에 탑재되는 레시프로식의 엔진(내연 기관)에서는, 엔진의 배출 가스의 대책이나 펌핑 로스의 개선을 도모하기 위해, 실린더 헤드에 가변 밸브 장치를 탑재하는 것이 행하여지고 있다.
가변 밸브 장치에는, 엔진에서 많이 채용되고 있는 멀티밸브(한 쌍의 흡기 밸브, 한 쌍의 배기 밸브)의 밸브 사이의 위상을 가변시켜, 멀티밸브가 개방되어 있는 기간을 변경시키는 구조가 있다. 예를 들어 한 쌍의 흡기 밸브 또는 한 쌍의 배기 밸브를 구동하는 한 쌍의 캠 중, 한쪽의 캠에 대하여 다른 쪽의 캠의 위상을 가변하는 장치가 제안되어 있다.
이 가변 밸브 장치는, 통상의 샤프트 부재에 캠을 일체로 형성하는 캠 샤프트에서는 실현이 어렵다. 그로 인해, 동일 가변 밸브 장치는, 별체의 캠 부재(부품)를 샤프트 부재에 회전 가능하게 조립하는 조립 캠 구조의 캠 샤프트를 사용하여, 밸브 사이의 위상의 가변을 실현하고 있다. 예를 들어 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 바와 같이, 크랭크 출력으로 구동되는 샤프트 부재의 외측에, 한 쌍의 흡기 밸브 또는 한 쌍의 배기 밸브의 배치를 따라, 기준측이 되는 제1 캠을 고정하는 동시에, 쌍이 되는 가동측의 동일한 캠 폭을 갖는 제2 캠을 둘레 방향으로 변위 가능하게 끼우고, 가동 베인 기구 등 캠 위상 변경 기구에 의해, 제2 캠의 위상을 제1 캠의 위상을 기준으로 하여 변경시키는 구조가 사용된다.
이에 의해, 다른 엔진과 마찬가지로, 제1 캠, 제2 캠의 캠 변위는, 태핏 부재(혹은 로커 부재 등)의 종동 부재를 통하여 각 밸브에 전달되어, 한 쌍의 흡기 밸브 또는 한 쌍의 배기 밸브가 개방되어 있는 기간이 크게 변경된다.
일본 특허 공개 제2009-144521호 공보 일본 특허 공개 제2009-144522호 공보
샤프트 부재에 캠이 일체적으로 고정된 일반적인 캠 샤프트에서는, 제1 캠과 제2 캠 사이에 캠 저널을 갖는 경우, 제1 캠과 제2 캠이 대체로 동일한 밸브 리프트나 타이밍인 경우에는 상기 캠 저널 폭에 균등하게 밸브 리프트 하중이 작용하기 때문에, 미스얼라인먼트는 커지지 않는다. 그러나, 가변 밸브 장치에 의해 제1 캠과 제2 캠의 위상을 어긋나게 한 경우, 캠 저널 폭 방향의 전후로 시간차에 의해 밸브 리프트 하중이 작용하기 때문에, 미스얼라인먼트가 발생한다. 이로 인해, 제1 캠, 제2 캠의 캠면은 태핏이나 로커의 캠 접촉부와의 접촉 면적이 줄어들어, 고 하중이 되고, 양호한 윤활 상태로 유지할 수 없게 되어, 접촉부의 프릭션의 증대나 편마모의 요인이 된다.
나아가, 가변 밸브 장치에서 사용되는 제2 캠은, 통상의 샤프트 부재에 일체로 형성되는 구조나 샤프트 부재에 고정되는 제1 캠과는 달리, 샤프트 부재의 둘레 방향으로 회전 가능하게 하기 위해, 샤프트 부재와의 사이에는 회전시키는 데 필요한 미소한 클리어런스가 존재한다. 이 클리어런스는, 제2 캠의 미스얼라인먼트를 조장시키므로, 태핏이나 로커의 캠 접촉부와의 한층 더한 프릭션의 증대나 편마모의 요인이 된다. 또한, 미스얼라인먼트에 의해, 상기 클리어런스의 불안정함을 발생시켜, 제2 캠과 샤프트 부재의 미끄럼 이동면에 작용하는 편하중도 커져, 프릭션의 증대에 따른 응답성의 악화나 상기 부위의 마모도 발생한다.
가변 밸브 장치는, 이러한 일이 있으면, 가변 성능이 변동되어 버린다는 문제가 있다. 이것으로부터, 미스얼라인먼트를 수정하는 가공이나 조립 정밀도의 향상이나 미스얼라인먼트에 견디는 내마모성이 높은 재료나 표면 처리의 채용을 생각할 수 있지만, 모두 고비용으로, 그 대체 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 간단한 구조에 의해, 위상의 가변을 행하는 가동 캠의 미스얼라인먼트에 대한 내성을 높일 수 있는 내연 기관의 가변 밸브 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1의 내연 기관의 가변 밸브 장치는, 1기통에 대하여 설치된 한 쌍의 흡기 밸브의 밸브 사이의 위상 또는 한 쌍의 배기 밸브의 밸브 사이의 위상을 가변하는 내연 기관의 가변 밸브 장치이며, 내연 기관의 크랭크 출력에 의해 구동되는 샤프트 부재와, 상기 샤프트 부재의 외측에 설치된, 상기 한 쌍의 흡기 밸브의 한쪽 또는 상기 한 쌍의 배기 밸브의 한쪽을 구동하는 캠면을 갖는 제1 캠과, 상기 샤프트 부재의 외측에 둘레 방향으로 변위 가능하게 설치된, 상기 흡기 밸브의 다른 쪽 또는 상기 배기 밸브의 다른 쪽을 구동하는 캠면을 갖는 제2 캠과, 상기 제2 캠의 위상을 상기 제1 캠에 대하여 변경하는 캠 위상 변경 기구를 구비하고, 상기 제2 캠의 캠면은, 상기 제1 캠의 캠면의 캠 폭보다 큰 캠 폭 치수로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 내연 기관의 가변 밸브 장치에서는, 청구항 1에 있어서, 상기 샤프트 부재는, 파이프 부재로 형성된 아우터 캠 샤프트 내에 이너 캠 샤프트를 회전 가능하게 수납하여 구성되고, 상기 제1 캠이 상기 아우터 캠 샤프트의 외주부에 설치되는 동시에, 상기 제2 캠이 상기 아우터 캠 샤프트의 축심 주위로 회전 가능하게 설치되어 있고, 상기 아우터 캠 샤프트와 상기 이너 캠 샤프트의 상대 변위에 의해, 상기 제2 캠의 위상이 상기 제1 캠을 기준으로 가변 가능하게 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 내연 기관의 가변 밸브 장치에서는, 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 제1 캠은, 동일 기종의 내연 기관에 적용되는 샤프트 부재와 일체인 캠을 구비하는 캠 샤프트의 캠 폭보다 큰 캠 폭 치수로 형성되는 것을 특징으로 한다.
청구항 1의 내연 기관의 가변 밸브 장치에 의하면, 제1 캠, 제2 캠의 캠면의 미스얼라인먼트에 의한 태핏이나 로커의 캠 접촉부와의 접촉 면적이 유지되어, 양호한 윤활 상태가 유지되며, 접촉부의 프릭션의 증대나 편마모가 억제되어, 미스얼라인먼트에 의한 제2 캠과 샤프트 부재의 미끄럼 이동면에 작용하는 편하중의 최대값이 작아진다.
따라서, 간단한 구조에 의해, 위상의 가변을 행하는 캠의 미스얼라인먼트에 대한 내성을 높일 수 있다.
청구항 2의 내연 기관의 가변 밸브 장치에 의하면, 아우터 캠 샤프트는 굽힘 강성이 낮은 파이프 부재로 형성되기 때문에, 캠 폭 치수가 큰 제2 캠을 이용하여, 제2 캠으로부터 아우터 캠 샤프트에 가해지는 힘을 분산시킬 수 있다.
청구항 3의 내연 기관의 가변 밸브 장치에 의하면, 제1 캠, 제2 캠은 각각의 최적의 캠 폭으로 되어, 스플릿 가변에 수반하는 미스얼라인먼트에 유효하게 대응할 수 있어, 프릭션의 증대에 따른 응답성의 악화나 편마모를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가변 밸브 장치를 탑재한 내연 기관의 평면도.
도 2는 도 1에서의 I-I선을 따르는 가변 밸브 장치의 단면도.
도 3은 캠이 일체로 형성된 캠 샤프트를 도시하는 단면도.
도 4는 가변 밸브 장치의 각 부의 구조를 도시하는 분해 사시도.
도 5는 가변 밸브 장치의 가변 특성을 나타내는 선도.
도 6은 캠 폭의 변화가 초래하는 캠과 태핏과의 접촉 상태의 차이를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태의 주요부를 도시하는 평면도.
이하, 본 발명을 도 1 내지 도 6에 도시된 제1 실시 형태에 기초하여 설명한다.
도 1은 내연 기관, 예를 들어 복수 기통의 레시프로 엔진(이하, 간단히 엔진이라고 한다)의 평면을 도시하고, 도 2는 도 1에서의 I-I선을 따르는 단면을 도시하고 있으며, 도 1에서 참조 부호 1은 동일 엔진의 실린더 블럭, 참조 부호 2는 동일 실린더 블럭(1)의 헤드부에 탑재된 실린더 헤드를 나타내고 있다.
이 중 실린더 블럭(1)에는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 엔진의 전후 방향을 따라 복수의 기통(3)(일부 기통만 도시)이 형성되어 있다. 이들 각 기통(3) 내에는, 크랭크 샤프트(도시하지 않다)로부터 커넥팅 로드(도시하지 않다)를 개재하여 나뉜 각 피스톤(4)이 왕복 이동 가능하게 수납되어 있다.
실린더 헤드(2)의 하면에는, 각 기통(3)에 대응하여 각각 연소실(5)이 형성되어 있다. 각 연소실(5)에는, 흡기를 행하는 한 쌍의 흡기 포트(7)(2개), 배기를 행하는 한 쌍의 배기 포트(도시하지 않다)가 개구되어 있다. 각 흡기 포트(7)에는, 스템 단부에 각각 바닥이 있는 통형의 태핏(9)(종동 부재)이 장착된 한 쌍의 흡기 밸브(10)(2개)가 설치되어 있다. 그리고, 각 태핏(9)의 정상면(9a)에 형성되어 있는 구면 형상의 크라우닝(캠 접촉면)이 실린더 헤드(2)의 상부에 면하고 있다. 각 배기 포트(도시하지 않다)에는, 마찬가지로 태핏을 구비한 한 쌍의 배기 밸브(모두 도시하지 않다)가 설치되고, 마찬가지로, 밸브 기단부가 실린더 헤드(2)의 상부에 면하고 있다. 이들 흡기 밸브(10), 배기 밸브(도시하지 않다)에 의해, 흡기 포트(7), 배기 포트(도시하지 않다)가 개폐된다. 또한 각 연소실(5)에는, 도시는 하지 않았지만 점화 플러그가 각각 설치되어 있다.
또한 실린더 헤드(2)의 상부 좌우에는, 크랭크 샤프트의 축 출력에 의해 구동되는 흡기측의 이동 밸브 장치(6a), 동일하게 배기측의 이동 밸브 장치(6b)가 설치되어 있고, 각 기통(3)에서 소정의 연소 사이클(흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정, 배기 행정의 4사이클)이 반복되어 행하여진다. 이들 이동 밸브 장치(6a, 6b) 중, 배기측의 이동 밸브 장치(6b)에는, 예를 들어 도 3에 도시되는 통상의 캠 샤프트(13)를 사용한 구조가 사용된다. 구체적으로는, 배기 캠을 일체로 형성한 캠 샤프트, 상세하게는 복수 기통분의 배기 캠(12)을 머시닝 가공에 의해 샤프트(13a) (샤프트 부재)와 함께 형성한 캠 샤프트(13)가 사용된다. 이 캠 샤프트(13)가, 기통(3)이 배열되는 방향으로 회전 가능하게 부착되고, 각 배기 캠(12)의 캠면을 태핏의 정상면의 크라우닝(도시하지 않다)에 접촉시킨다. 이것으로, 각 배기 캠(12)의 캠 변위를 배기 밸브(도시하지 않다)에 전달한다.
또한 흡기측의 이동 밸브 장치(6a)에는, 배기측의 캠 샤프트(13)와는 달리, 도 4에 도시된 바와 같은 별도의 부품을 조립하여 구성되는 캠 샤프트, 소위 조립 캠 구조의 캠 샤프트(14)가 사용되고 있다. 이 캠 샤프트(14)를 사용하여, 도 2에 도시된 바와 같은 스플릿식의 가변 밸브 장치(15)를 구성하고 있다.
즉 캠 샤프트(14)의 샤프트 부재는, 예를 들어 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같은 파이프 부재로 구성된 아우터 캠 샤프트(17a) 내에, 제어 부재를 이루는 중실의 축 부재로 구성된 이너 캠 샤프트(17b)를 회전 가능하게 수납한 이중 샤프트(17)(본원의 샤프트 부재에 상당)에 의해 형성되어 있다. 이 이중 샤프트(17)도 배기측의 캠 샤프트(13)와 마찬가지로, 기통(3)이 배열되는 방향을 따라 배치되어 있다. 이 이중 샤프트(17) 중 한쪽의 단부(편측), 즉 아우터 캠 샤프트(17a)의 한쪽의 단부는, 아우터 캠 샤프트(17a) 단부에 설치된 브래킷(37)을 개재하여, 실린더 헤드(2)의 한쪽의 단부(편측)에 설치하고 있는 베어링부(18a)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 아우터 캠 샤프트(17a)의 중간부는, 태핏(9, 9) 사이에 설치한 중간 베어링부(18b)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 이것으로, 양쪽 샤프트(17a, 17b) 모두 동일 축심을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b) 사이는, 클리어런스에 의해 상대 변위 가능하게 되어 있다.
아우터 캠 샤프트(17a)에는, 기통마다의 한 쌍의 흡기 밸브(10)와 대응하여, 한 쌍(2개)의 흡기 캠(19)이 각각 설치되어 있다. 흡기 캠(19)은, 모두 기준의 위상을 정하는 고정 캠(20)(본원의 제1 캠에 상당)과 가동측이 되는 캠 로브(22)(가동 캠이며, 본원의 제2 캠에 상당)를 조합하여 구성되어 있다.
즉, 기준측이 되는 고정 캠(20)은, 아우터 캠 샤프트(17a) 중 편측의 태핏, 예를 들어 도면 중 좌측의 태핏(9)과 대응한 외주 부분에 설치되어 있다. 고정 캠(20)은, 판캠으로 형성되고, 아우터 캠 샤프트(17a)의 외측에 끼움으로써 고정, 구체적으로는 압입에 의해 고정되어 있다. 이 고정 캠(20)의 외주면에 형성되어 있는 캠면(20a)이 좌측의 태핏(9)의 크라우닝을 실시한 정상부(9a)와 접촉하여, 고정 캠(20)의 캠 변위가 좌측의 흡기 밸브(10b)에 전달된다.
캠 로브(22)는, 판캠으로 형성된 캠 산부(22a)를 갖고 있다. 이 캠 산부(22a)에, 안정성을 확보하기 위한 부분, 즉 중공의 보스부(22b)가 조합되어, 캠 로브 전체를 구성하고 있다. 캠 산부(22a) 및 보스부(22b)는, 아우터 캠 샤프트(17a)의 외측에 둘레 방향으로 회전(변위) 가능하게 끼워져, 캠 산부(22a)가 남은 우측의 태핏(9)의 바로 위에 배치되고 있다. 이 캠 산부(22a)의 외주면에 형성되어 있는 캠면(22c)이 우측의 태핏(9)의 크라우닝을 실시한 정상부(9a)와 접촉하여, 캠 산부(22a)의 캠 변위가 우측의 흡기 밸브(10a)에 전달된다.
보스부(22b)와 이너 캠 샤프트(17b)는, 연결 부재, 예를 들어 이중 샤프트(17)의 직경 방향으로 관통하도록 압입된 압입 핀(24)에 의해, 내·외 샤프트(17a, 17b)의 상대 변위를 허용하면서 연결되어 있다. 이 연결에 의해, 캠 산부(22a)(캠 로브(22))를 고정 캠(20)에 대하여 상대 변위 가능하게 하고 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 압입 핀(24)이 각각 통과하는 아우터 캠 샤프트(17a)의 주위벽 부분에는, 압입 핀(24)을 릴리프시키는 구멍, 예를 들어 지각 방향으로 연장되는 한 쌍의 긴 구멍(26)이 형성되어 있고, 이너 캠 샤프트(17b)가 아우터 캠 샤프트(17a)에 대하여 상대 변위 가능하다. 이것으로, 캠 산부(22a)가, 기준이 되는 고정 캠(20)의 위상부터 크게 지각하는 위상까지 가변할 수 있다. 또한, 도 4에서 참조 부호 14a는, 이너 캠 샤프트(17b)에 형성된 압입 구멍, 참조 부호 14b는, 보스부(22b)의 주위벽 부분에 형성된 압입 구멍을 각각 나타내고 있다.
이중 샤프트(17)의 한쪽의 단부에는, 내·외 샤프트(17a, 17b)를 상대 변위시키는 캠 위상 변경 기구(25)가 장착되어, 고정 캠(20)을 기준으로 캠 로브(22)의 캠 위상이 변경 가능한 가변 밸브 장치(15)를 구성하고 있다.
캠 위상 변경 기구(25)에는, 예를 들어 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 지각실(30)을 둘레 방향을 따라 갖는 원통형의 하우징(31) 내에, 축부(32)의 외주부로부터 방사상으로 복수의 베인(33)이 돌출된 베인부(34)를 회전 가능하게 수납하고, 각 베인(33)에 의해 각 지각실(30) 내를 구획하는 회전 베인 구조가 사용되고 있다. 또한, 하우징(31)의 외주부에는 타이밍 스프로킷(39)이 설치되어 있다. 동일 스프로킷(39)은, 타이밍 체인(40)을 통하여, 배기측의 캠 샤프트(13) 단부에 장착한 타이밍 스프로킷(13a)과 함께 크랭크 샤프트(도시하지 않다)에 연결되어 있다. 하우징(31)은, 고정 볼트(36)에 의해, 아우터 캠 샤프트(17a) 단부의 브래킷(37)(도 2에 도시)에 연결되고, 남은 베인부(34)의 축부(32)는, 고정 볼트(38)에 의해, 이너 캠 샤프트(17b)의 축단부에 연결되어 있고, 베인(33)이 지각실(30) 내를 회전 변위하면, 이너 캠 샤프트(17b)가 아우터 캠 샤프트(17a)에 대하여 상대적으로 변위한다.
더 설명하면, 캠 산부(22a)의 캠 위상은, 하우징(31)과 베인부(34) 사이를 연결하도록 설치한 복귀용 스프링 부재(42)(도 2에만 도시)의 압박력에 의해, 기준이 되는 고정 캠(20)의 캠 위상으로 정렬된다. 또한 각 지각실(30)은, 하우징(31)이나 브래킷(37)이나 베어링부(18a)에 형성된 각종 유로(43)(도 2에 일부만 도시)를 개재하여, 오일 컨트롤 밸브(44)(이하, OCV(44)라고 한다), 유압 공급부(45)(예를 들어 오일을 공급하는 오일 펌프를 갖는 장치로 구성)에 접속되어 있다. 즉, 흡기측의 캠 샤프트(14)에서는, 각 지각실(30) 내에 오일이 공급되면, 캠 산부(22a)를 고정 캠(20)으로부터 지각 방향으로 변위시킨다는 스플릿 가변이 행하여진다.
스플릿 가변을 설명하면, 크랭크 샤프트로부터의 축 출력은, 타이밍 체인(40), 타이밍 스프로킷(39), 하우징(31), 브래킷(37)을 거쳐, 아우터 샤프트(17a)에 전해지고, 고정 캠(20)을 회전 구동시켜, 태핏(9)을 통하여 좌측의 흡기 밸브(10b)를 개폐시킨다. 여기서, OCV(44)로부터 유압이 각 지각실(30)의 반대측의 진각실(도시하지 않다)에 공급되면, 복귀용 스프링 부재(42)의 압박력과의 협동에 의해, 캠 산부(22a)는, 도 5에서의 A 상태와 같이 고정 캠(20)의 캠 위상으로 정렬되기 때문에, 우측의 흡기 밸브(10a)는, 좌측의 고정 캠(20)과 동일한 위상을 유지한 채 개폐된다. OCV(44)를 통하여, 유압 공급부(45)의 유압이 지각실(30) 내에 공급되면, 유압 출력에 따라, 베인(33)은 지각실(30) 내를 당초 위치로부터 지각측으로 변위한다. 이때 유압의 출력 제어에 의해, 예를 들어 베인(33)이 지각실(30) 내의 도중까지 변위시키면, 이너 캠 샤프트(17b)는, 도중 위치까지 지각 방향으로 변위한다. 이때의 변위가 압입 핀(24)을 통하여 캠 로브(22)에 전해져, 캠 산부(22a)를 지각 방향으로 변위시킨다. 그러면, 도 5에서의 B 상태로 나타낸 바와 같이 기준이 되는 좌측의 흡기 밸브(10b)의 개폐 시기는 그 상태에서 바뀌지 않고, 우측의 흡기 밸브(10a)의 개폐 시기만이 바뀐다. 즉, 우측의 흡기 밸브(10a)는, 좌측의 흡기 밸브(10b)의 개폐 기간의 도중부터, 캠 산부(22a)의 캠 프로필에 따라 개폐된다. 또한 유압의 출력 제어에 의해, 베인(33)을 최지각 위치까지 변위시키면, 도 5에서의 C 상태로 나타낸 바와 같이 좌측의 흡기 밸브(10b)의 개폐 시기는 그 상태에서 바뀌지 않고, 우측의 흡기 밸브(10a)는, 좌측의 흡기 밸브(10b)의 개폐 시기와 교착된 상태를 유지하면서, 좌측의 흡기 밸브(10b)로부터 최지각 시기에 개폐한다. 즉 좌우의 흡기 밸브(10)의 밸브 개방 기간은, 엔진의 상태에 따라, 가장 작은 밸브 개방 기간 α부터 가장 큰 밸브 개방 기간 β까지의 범위 내에서 가변된다(스플릿 가변).
이러한 고정 캠(20)에 대하여 캠 로브(22)를 위상시키는 가변 밸브 장치(15)는, 캠 로브(22)가 회전 가능하기 때문에, 동일 장치(15) 특유의 문제를 수반한다.
즉, 이중 샤프트(17)에 조립한 캠 로브(22)는, 고정 캠(20)과는 달리, 아우터 캠 샤프트(17a)의 외주면을 회전할 수 있는 것이 요구되기 때문에, 아우터 캠 샤프트(17a)와의 사이에는, 캠 로브(22)를 회전시키는 데 필요한 미소한 클리어런스가 존재한다. 게다가, 클리어런스에는, 캠 로브(22)나 아우터 캠 샤프트(17a)의 부품 공차나 양쪽의 부품을 조립할 때의 조립 공차가 더해지기 때문에, 캠 산부(22a)는 광범위를 변위하기 쉬워, 캠면(22c)의 자세는 변동되기 쉽다(일정하지 않다). 즉, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 캠면(22c)은 캠축 중심에 대하여 미스얼라인먼트가 발생하기 쉬워진다.
또한, 도 5에서의 B, C의 상태에서는, 이러한 상황 하에서는 밸브 리프트 하중이 시간차에 의해 작용하기 때문에, 미스얼라인먼트가 발생한다. 즉, 샤프트에 캠이 일체적으로 고정된 일반적인 캠 샤프트에서는, 고정 캠 위치에 있는 제1 캠과 캠 로브 위치에 있는 제2 캠 사이에 캠 저널을 갖는 경우, 제1 캠과 제2 캠이 대체로 동일한 밸브 리프트나 타이밍이며 상기 캠 저널 폭으로 균등하게 밸브 리프트 하중이 작용하기 때문에, 미스얼라인먼트는 커지지 않는다. 그러나, 가변 밸브 장치(15)에서는, 제1 캠인 고정 캠(20)과 제2 캠인 캠 로브(22)의 위상을 어긋나게 한 경우, 캠 저널(18b)의 폭 방향의 전후로 시간차에 의해 밸브 리프트 하중이 작용하기 때문에, 큰 미스얼라인먼트가 발생한다.
이로 인해, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 캠면(22c)의 미스얼라인먼트가 발생하면, 태핏(9)의 캠 접촉면의 소정 위치인 크라우닝을 실시한 정상부(9a)와 캠 폭 단부의 접촉이 발생하는 경우가 있다. 또한, 밸브 리프트가 설계된 캠대로 행해지지 않는 경우가 생긴다. 이러한 일이 발생하면, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 캠면(22c)은 태핏(9)의 캠 접촉부와의 접촉 면적이 줄어들어, 고하중이 되어, 양호한 윤활 상태를 유지할 수 없게 되기 때문에, 당해 접촉부의 프릭션의 증대나 편마모의 요인이 된다.
따라서, 쌍이 되는 고정 캠(20), 캠 산부(22a)는 캠 폭이 동일하다고 한정하지 않고, 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 위상의 가변을 행하는 캠 산부(22a)의 캠면(22c)의 캠 폭 치수 a를, 고정 캠(20)의 캠면(20a)의 캠 폭 치수 b보다 크게 하여, 캠 폭 치수를 상이하게 했다. 즉, 캠 산부(22a)의 캠면(22c)은, 고정 캠(20)의 캠면(20a)보다 큰 캠 폭으로 형성하여 이루어진다(a>b).
그러면, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 미스얼라인먼트가 발생해도 태핏(9)의 캠 접촉면의 크라우닝을 실시한 정상면(9a)과, 캠 산부(22a)의 캠 폭 단부의 접촉을 피할 수 있다. 이것으로, 캠면(22c)의 미스얼라인먼트에 의한 정상면(9a)(캠 접촉부)과의 접촉 면적이 유지된다. 이에 의해, 캠 산부(22a)와 정상면(9a)에 있어서의 접촉부의 하중을 분산시킬 수 있어, 최대 하중도 저하된다. 이것은, 스플릿 가변에 수반하는 미스얼라인먼트, 즉 캠 저널 폭 방향의 전후로 시간차에 의해 밸브 리프트 하중이 작용할 때에 발생하는 미스얼라인먼트에 대해서도 마찬가지이다.
즉, 캠 산부(22a)의 캠 폭을 크게 하면, 캠 산부(22a)의 캠면(22c)에 있어서의 미스얼라인먼트에 대한 허용 범위는 증가한다. 게다가, 캠 산부(22a) 자체의 안정성도 증가하기 때문에, 캠 산부(22a)를 회전하기 위한 클리어런스나 조립 공차의 영향이 억제된다.
따라서, 간단한 구조에 의해, 위상의 가변을 행하는 캠의 미스얼라인먼트에 대한 내성을 높일 수 있다. 그로 인해, 캠 샤프트(14)는, 종래 캠과 마찬가지로 실린더 헤드(2)에 조립할 수 있으며(도 2), 번거로운 얼라인먼트 작업이나 그 전의 각 부품의 가공 정밀도 향상을 억제할 수 있다(가공 정밀도가 불필요). 나아가, 미스얼라인먼트에 의한 캠 산부(22a)(제2 캠)와 아우터 캠 샤프트(17a)(샤프트 부재)의 미끄럼 이동면에 작용하는 편하중의 최대값도 작아져, 프릭션의 증대에 따른 응답성의 악화나 편마모도 억제할 수 있다. 게다가, 캠 산부(22a)의 기울기는, 캠 폭 치수를 크게 함으로써 억제되기 때문에, 캠 산부(22a)의 불안정함을 요인으로 한 프릭션이나 편마모의 발생이 억제되어, 양호한 가변 성능을 확보할 수 있다. 또한, 설계대로의 밸브 리프트가 얻어지기 때문에, 성능 저하나 NVH의 악화도 없다. 게다가, 아우터 캠 샤프트(17a)는, 굽힘 강성이 낮은 파이프 부재로 형성되어 있으므로, 캠 산부(22a)의 캠 폭이 커지면, 캠 산부(22a)로부터 아우터 캠 샤프트(17a)에 전해지는 힘이 분산되어, 양호한 가변 성능이 유지된다.
특히 도 1에 도시된 바와 같이, 고정 캠(20)의 캠 폭 치수 b는, 동일 기종의 엔진에서 사용되는, 샤프트 부재와 일체인 캠을 구비하는 캠 샤프트의 캠 폭 치수, 예를 들어 도 3에 도시되는 샤프트(13a)와 일체인 배기 캠(12)을 갖는 캠 샤프트(13)의 배기 캠(12)의 캠면의 캠 폭 치수 c나, 도시하지 않았지만 동일 기종 엔진의 스플릿 가변을 하지 않는 시리즈에서 사용되는 흡기 캠과 일체인 흡기 캠 샤프트의 흡기 캠의 캠면의 캠 폭 치수보다 크게 하고 있으며(a>c, b>c), 각각 최적의 캠 폭으로 함으로써, 별도 부품을 조립하여 구성되는 고정 캠(20)에 대해서도 조립 공차의 영향을 받지 않아도 되는데다가, 스플릿 가변에 수반하는 미스얼라인먼트에도 대응할 수 있다.
또한, 이러한 효과는, 태핏(9)의 캠 접촉면의 크라우닝을 캠면(22c)측에 설치한 경우에 대해서도 마찬가지로 얻어지는 것은 물론이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태를 도시한다.
본 실시 형태는, 제1 실시 형태와 같은 고정 캠(20)(제1 캠)과 캠 로브(22)(제2 캠)를 조립한 이중 샤프트(17)(샤프트 부재)의 한쪽의 단부에 위상 변경 장치(25)를 설치하여 고정 캠(20)에 대하여 캠 로브(22)의 위상을 가변하는 가변 밸브 장치(15)가 아니라, 또한 고정 캠(20)의 위상과 캠 로브(22)의 위상을 일체로 가변시키는 기능을 더 추가한 가변 밸브 장치(50)에, 본 발명을 적용한 것이다.
즉 가변 밸브 장치(50)는, 고정 캠(20)(제1 캠)과 캠 로브(22)(제2 캠)를 조립한 이중 샤프트(17)(샤프트 부재)의 한쪽의 단부, 예를 들어 엔진 후방부측의 단부에 제1 실시 형태와 동일한 구조의 위상 변경 기구(25)를 연결하고, 다른 쪽의 엔진 전방부측의 단부에, VVT와 같은 회전 베인 구조로 형성되는 제2 위상 변경 기구(51)를 연결하고, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 상대 변위에 의한 위상의 가변 이외에, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 일체인 회전 변위에 기초하여, 고정 캠(20)과 캠 로브(22)의 위상이 일체로 가변되도록 한 것이다.
이렇게 본 발명을 가변 밸브 장치(50)에 적용해도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 단, 도 7에 있어서 제1 실시 형태 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략했다.
이상에서 본 발명에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치의 설명을 마치지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 태핏에서 캠 변위를 받아 밸브를 구동하는 구조를 예시했지만, 이에 한정하지 않고, 다른 종동 부재, 예를 들어 로커 부재에서 캠 변위를 받아 밸브를 구동하는 구조에 본 발명을 적용해도 좋다. 로커 부재에 의해 밸브를 구동하는 경우, 로커 부재의 캠측에 1개의 캠 접촉면을 갖고, 밸브측에 두 갈래 형상의 밸브 구동부를 갖고, 1개의 캠에 의해 복수의 밸브를 구동하는 구성을 생각할 수 있지만, 이 구성의 경우에는, 캠 폭 치수는 실제 캠 폭을 구동 밸브 수로 나눈 1밸브당 치수를 가리킨다(=실제 캠축/구동 밸브 수).
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태와 같은 한 쌍의 흡기 캠의 위상을 상대적으로 변경하는 가변 밸브 장치에 한하지 않고, 도시는 하지 않았지만 한 쌍의 배기 캠의 위상을 상대적으로 변경하는 가변 밸브 장치에 적용해도 좋다.
또한, 적용되는 엔진은, 상기 가변 밸브 장치에, 별도로 캠이 일체로 형성된 캠 샤프트를 사용하여 밸브를 구동하는 구조가 조합되는 이동 밸브계를 갖는 엔진이어도 좋다.
10: 1쌍의 흡기 밸브
12: 배기 캠
13: 배기측의 캠 샤프트
14: 흡기측의 캠 샤프트
15: 가변 밸브 장치
17: 이중 샤프트(샤프트 부재)
17a: 아우터 캠 샤프트
17b: 이너 캠 샤프트
19: 흡기 캠
20: 고정 캠(제1 캠)
20a: 고정 캠의 캠면
22a: 캠 산부(제2 캠)
22c: 캠 산부의 캠면
25: 캠 위상 변경 기구
a: 캠 산부의 캠 폭
b: 고정 캠의 캠 폭

Claims (3)

1기통에 대하여 설치된 한 쌍의 흡기 밸브의 밸브 사이의 위상 또는 한 쌍의 배기 밸브의 밸브 사이의 위상을 가변하는 내연 기관의 가변 밸브 장치이며,
내연 기관의 크랭크 출력에 의해 구동되는 샤프트 부재와,
상기 샤프트 부재의 외측에 설치된, 상기 한 쌍의 흡기 밸브의 한쪽 또는 상기 한 쌍의 배기 밸브의 한쪽을 구동하는 캠면을 갖는 제1 캠과,
상기 샤프트 부재의 외측에 둘레 방향으로 변위 가능하게 설치된, 상기 흡기 밸브의 다른 쪽 또는 상기 배기 밸브의 다른 쪽을 구동하는 캠면을 갖는 제2 캠과,
상기 제2 캠의 위상을 상기 제1 캠에 대하여 변경하는 캠 위상 변경 기구를 구비하고,
상기 제2 캠의 캠면은, 상기 제1 캠의 캠면의 캠 폭보다 큰 캠 폭 치수로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 샤프트 부재는, 파이프 부재로 형성된 아우터 캠 샤프트 내에 이너 캠 샤프트를 회전 가능하게 수납하여 구성되고,
상기 제1 캠이 상기 아우터 캠 샤프트의 외주부에 설치되는 동시에, 상기 제2 캠이 상기 아우터 캠 샤프트의 축심 주위로 회전 가능하게 설치되어 있고,
상기 아우터 캠 샤프트와 상기 이너 캠 샤프트의 상대 변위에 의해, 상기 제2 캠의 위상이 상기 제1 캠을 기준으로 가변 가능하게 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내연 기관과 동일 기종의 내연 기관에 적용되는 캠 샤프트이며, 당해 캠 샤프트가 샤프트 부재와 일체인 캠을 구비하는 것에 대하여, 상기 캠 샤프트의 상기 캠의 캠 폭보다, 상기 제1 캠의 캠 폭이 큰 치수로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
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