KR101179420B1 - 캠축 조정기 - Google Patents

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젠즈 호페
빅토르 리히텐발트
요헨 아우흐터
라이너 오터스바흐
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섀플러 홀딩 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 캠축(11) 내에 배열된 압력 매체 분배기(21)를 갖는 엔진 제어 시간 변경 장치(캠축 조정기(1))에 관한 것이다. 압력 매체 분배기(21)의 전면 단부에 반경 방향으로 연장하는 칼라(42)가 마련되고 이 칼라(42)는 캠축 스러스트 베어링의 일부를 형성한다.
엔진, 캠축 조정기, 캠축, 압력 매체 분배기, 스러스트 베어링

Description

캠축 조정기{DEVICE FOR ADJUSTING OF A CAMSHAFT}
도1은 회전 피스톤식 캠축 조정기의 기본 구조를 나타내는 도1a의 선 I-I을 따른 엔진 제어 시간 변경 장치(캠축 조정기)의 종단면도.
도1a는 회전 피스톤식 캠축 조정기의 기본 구조를 나타내나 압력 매체 분배기가 없는, 도1의 선 Ia-Ia를 따른 엔진 제어 시간 변경 장치(캠축 조정기)의 횡단면도.
도2는 본 발명에 따른 도1의 엔진 제어 시간 변경 장치(캠축 조정기)의 조립 상태의 종단면도.
도3은 본 발명에 따른 제2 조립 상태에서 도1에 따른 엔진 제어 시간 변경 장치(캠축 조정기)의 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 캠축 조정기 2: 구동휠
3: 피 구동부 4: 제1 측벽
5: 제2 측벽 6: 리세스
7: 돌기 8: 블레이드
9: 압력 스프링 10: 나사
11: 캠축 12: 제1 압력실
13: 제2 압력실 14: 래칭 장치
15: 카트리지 16: 코일 스프링
17: 피스톤 18: 연결 부재
19: 캠 20: 보어
21: 압력 매체 분배기 22: 중앙 밸브
23: 밸브 본체 24: 밸브 피스톤
25: 제1 환형 채널 26: 제2 환형 채널
27: 제3 환형 채널 28: 제4 환형 채널
29: 제1 개구 30: 제2 개구
31: 제3 개구 32: 제4 개구
33: 제5 개구 34: 제6 개구
35: 제7 개구 36: 제8 개구
37: 제1 연결부 38: 제2 연결부
39: 제3 연결부 40: 제4 연결부
41: 제9 개구 42: 칼라
43: 조정 요소 44: 조정 장치
45: 스프링 46: 제5 환형 채널
47: 제6 환형 채널 48: 제7 환형 채널
49: 제10 개구 50: 제11 개구
51: 요소 52: 제1 압력 매체 라인
53: 제2 압력 매체 라인 54: 환기 보어
55: 실린더 헤드 고정 부품
56: 보어 57: 홈
본 발명은, 크랭크축에 의해 구동되는 구동휠과, 구동휠에 의해 유압 액추에이터를 통해 구동되며 캠축 또는 캠축의 연장부에 장착되는, 캠축에 고정된 피 구동부를 포함하며, 상기 액추에이터가 상호 작용하는 적어도 한쌍의 유압 압력실로 구성되며, 상기 압력실에는 압력 매체 분배기와 압력 매체 라인을 통해 압력 매체가 공급되는, 엔진 크랭크축의 위상각에 대한 캠축의 위상각을 고정 및 변경하기 위한 캠축 조정기에 관한 것이다.
엔진에는 가스 교환 밸브를 작동하기 위해 캠축이 장착된다. 캠축은 캠축에 장착된 캠이 예를 들어 태핏, 드래그 레버 또는 로커 아암과 같은 캠 팔로우어에 지지되도록 엔진에 장착된다. 캠축이 회전 운동으로 변환되면, 캠은 캠 팔로우어를 가압하며 캠 팔로우어는 다시 가스 교환 밸브를 작동한다. 따라서, 캠의 위치 및 형태에 따라 가스 교환 밸브의 개방 지속 시간 및 개방도 뿐만 아니라 개방- 및 폐쇄 시점도 결정된다.
최근의 차량 설계는 밸브 트레인을 가변적으로 설계하는 경향이 있다. 한편으로, 밸브 행정 및 밸브 개방 지속 시간은 개별 실린더가 완전히 차단될 때까지 가변적으로 설계될 수 있어야 한다. 이를 위해, 절환 가능한 캠 팔로우어 또는 전자 유압식 또는 전자식 밸브 작동부 같은 설계가 제공된다. 또한, 엔진 작동 중에 가스 교환 밸브의 개방 및 폐쇄 시간에 영향을 미치는 것은 바람직하다. 예를 들어 규정된 밸브 오버랩이 설정될 수 있도록, 흡기 및 배기 밸브의 개방 또는 폐쇄 시점에 별도로 영향을 미치는 것도 바람직하다. 가스 교환 밸브의 개방 또는 폐쇄 시점의 설정을 통해, 엔진의 현재 특성 영역에 따라 예를 들어 현재 토크 또는 현재 부하에 따라, 특정량의 연료 소비가 감소될 수 있고, 배기 가스 특성에 바람직하게 작용할 수 있으며, 엔진 효율, 최대 토크 및 최대 출력이 증가할 수 있다.
상술된 가스 교환 밸브 시간 제어의 가변성은 크랭크축에 대한 캠축의 위상각의 상대적 변경을 통해 가능하다. 이때 캠축은 대부분 체인, 벨트, 또는 기어 구동 방식으로 직접 구동 연결 방식으로 크랭크축과 연결된다. 크랭크축에 의해 구동되는 체인, 벨트 또는 기어 구동부와 크랭크축 사이에는 캠축 조정기가 장착되는데, 이는 토크를 크랭크축으로부터 캠축으로 전달한다. 이 장치는 엔진 작동 중에 캠축과 크랭크축 사이의 위상각이 확실히 유지되도록 구성되는데, 바람직하게는, 캠축이 크랭크축에 대해 소정의 각도 범위 내에서 회전할 수 있다.
흡기 및 배기 밸브에 대해 각각 하나의 캠축을 갖는 엔진에서, 캠축에는 각 하나의 캠축 조정기가 장착될 수 있다. 이로써, 흡기 및 배기 밸브의 개방 및 폐쇄 시간은 시간적으로 상대적으로 변경되고 밸브 오버랩도 목표한대로 설정될 수 있다.
최신 캠축 조정기의 시트는 통상적으로 캠축의 구동측 단부에 위치한다. 캠축 조정기는 크랭크 축에 고정된 구동휠, 캠축에 고정된 피 구동부 및 구동휠로부터 피 구동부로 토크를 전달하는 조정 장치로 구성된다. 구동휠은 체인, 벨트 또는 기어로 구성될 수 있고 체인, 벨트 또는 기어에 의해 크랭크축에 회전 불가능하게 연결된다. 조정 장치는 전기, 유압 또는 공압으로 작동될 수 있다.
유압 작동식 캠축 조정기는 이른바 축방향 피스톤 조정기와 회전 피스톤식 조정기로 구별된다.
축방향 피스톤식 조정기에서 구동휠은 헬리컬 기어를 통해 피스톤과 연결된다. 또한, 피스톤은 마찬가지로 헬리컬 기어를 통해 피 구동부와 연결된다. 피스톤은 피 구동부 및 구동휠에 의해 형성된 중공 챔버를 서로 축방향으로 배열된 2개의 압력실로 분리한다. 하나의 압력실은 유압 매체로 작동되는 반면, 다른 압력실은 오일 유출부와 연결되어 피스톤이 축방향으로 변위될 수 있도록 한다. 이러한 축방향 변위는 양 헬리컬 기어에 의해 피 구동부에 대한 구동휠의 상대적 회전 및 크랭크축에 대한 캠축의 상대적 회전을 야기한다.
회전 피스톤식 조정기에서 구동휠은 고정자와 회전 고정식으로 연결된다. 고정자와 피 구동부는 서로에 대해 동심으로 배열된다. 상기 양 구성부 사이의 반경 방향 중간 챔버는 주연 방향으로 간격을 갖는 적어도 하나의, 그러나 통상적으로 복수의 중공 챔버를 포함한다. 중공 챔버는 축방향으로 측벽을 통해 압밀식으로 제한된다. 상기 중공 챔버의 각각에는 피 구동부와 연결된 베인이 연장된다. 이 베인은 각각의 중공 챔버를 2개의 압력실로 분할한다. 각 압력실을 유압 매체 펌프 또는 유압 매체 유출부와 특정 연결하여, 크랭크축에 대한 캠축의 상대적 위상이 설정 또는 유지될 수 있다.
캠축 조정기를 제어하기 위해, 센서가 예를 들어 부하 상태 및 토크와 같은 엔진의 특성 데이터를 검출한다. 이러한 데이터는 전자 제어 유닛에 공급되는데, 전자 제어 유닛은 엔진의 특성 데이터 영역과 상기 데이터를 비교하여 캠축 조정기의 조정 모터 또는 상이한 압력 챔버로 향하는 유압 매체의 유입부 및 유출부를 제어한다.
엔진 실린더 헤드 내의 캠축의 축방향 위치는 2면 작용하는 스러스트 베어링을 통해 결정된다. 바람직하게는, 상기 스러스트 베어링은 캠축의 캠축 조정기측 단부에 위치한다. 이를 통해, 작동 조건 하에 캠축의 열적팽창을 통한 제어 구동면의 변위가 방지된다.
이러한 유형의 스러스트 베어링은 예를 들어 독일 특허 DE 199 58 629 A1호에 공지되어 있다. 여기서, 스러스트 베어링은 베어링 셸의 원형 홈 내로 결합되어 캠축과 일체로 구성된 환형 반경 방향 웨브로 구성된다. 캠축의 스러스트 베어링의 이러한 실시예는 중앙 솔레노이드에 의해 제어되는 중앙 밸브를 갖는 캠축 조정기의 장착시에 적합하지 않은데, 이는 캠축 스러스트 베어링과 중앙 솔레노이드 사이의 여러 구성 부품들의 협동을 통해 큰 공차가 형성되기 때문이다. 따라서, 큰 행정을 갖는 중앙 솔레노이드가 요구되고, 이로 인해 캠축 조정기의 축방향 길이가 상당히 증가된다.
독일 특허 DE 100 13 877 A1호에는 엔진의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 변경하기 위한 장치가 공지되어 있고, 캠축 스러스트 베어링은 캠축 조정기의 캠 반대면에 구성된다. 압력 매체 어댑터는 고정 나사에 의해 캠축 조정기의 캠축 고정부에 연결된다. 압력 매체 어댑터의 캠축 조정기 반대측에는 반경 방향으로 연장되는 칼라가 형성된다. 압력 매체 어댑터와 캠축 조정기 사이에는 평와셔가 추가로 배열된다. 압력 매체 어댑터의 칼라 및 평와셔는 압력 매체 어댑터의 외측 표피면 상에 원형의 환형 홈을 형성하고, 상기 환형 홈 내로 예를 들어 실린더 헤드 자체, 베어링 브릿지 또는 하우징 부품과 같은 실린더 헤드 고정 부품이 결합된다. 이로써, 실린더 헤드에 대한 캠축의 축방향 변위가 방지된다.
캠축 조정기의 캠 반대면에 장착된 압력 매체 어댑터 및 평와셔에 의한 캠축의 스러스트 베어링의 상기 구성은 캠축 조정기의 회전자 또는 캠축 내에 중앙 밸브를 장착하는 것을 가능케한다. 이러한 조치에서는 캠축 스러스트 베어링과, 중앙 밸브의 조정을 위해 필요한 중앙 솔레노이드 사이의 적은 부품수에 의해 공차, 행정 및 중앙 솔레노이드의 축방향 길이가 감소될 수 있다.
상기 실시예에서는 캠축의 스러스트 베어링에 필요한 부품의 수가 많은 것이 불리하게 작용한다. 이는, 보다 높은 비용 및 추가 부품들의 무게 외에도 높은 조립 비용을 야기한다. 또한 예를 들어 와셔를 실수로 조립하지 않는 등의 조립 에러도 가능하다.
본 발명의 목적은 상술된 단점을 제거하고, 캠축에 대해 동축으로 배열된 압력 매체 분배기를 갖는 캠축 조정기를 제공하는 것으로서, 캠축 스러스트 베어링과 압력 분배기 사이의 공차 체인이 단축되고 캠축 스러스트 베어링의 부품 수가 최소화된다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 압력 매체 분배기 및 캠축 조정기가 실린 더 헤드 고정식 부품과 함께 캠축 스러스트 베어링을 형성함으로서 달성된다. 여기서, 실린더 헤드 고정식 부품은 예를 들어 실린더 헤드 자체, 베어링 브릿지 또는 하우징 부분이다.
본 발명에서, 캠축 조정기는 적어도 부분적으로 중공으로 구성된 캠축의 중공 부분에 회전 고정식으로 체결된다. 캠축은 캠축 조정기의 피구동측의 중앙 보어를 관통하고, 중앙 보어는 캠축 조정기의 영역 상에서 축 방향으로 연장된다. 또한, 캠축 대신에 챔축 연장부가 캠축 조정기를 관통하는 것도 가능하기 때문에, 이하, 캠축은 캠축 또는 캠축 연장부로도 이해된다.
캠축 조정기는 기본적으로 구동휠, 피 구동부 및 다양한 하우징 부품들로 구성되며, 하우징 부품들의 내부에는 상호 작용하는 적어도 2개의 압력실이 형성된다. 본 발명에서, 피 구동부는 형태 결합식, 마찰 결합식, 힘 결합식 또는 재료 결합식으로 캠축에 고정된다. 캠축은 캠축 조정기에 관통 결합되는 전면 단부에 중공으로 구성된다. 캠축의 내부에는 압력 매체 분배기가 배열된다. 압력 매체 분배기는 상호 작용하는 상기 양 압력실에 압력 매체를 공급한다. 압력 매체 분배기는 압력 매체 어댑터 또는 중앙 밸브로서 구성된다. 압력 매체 분배기가 중앙 밸브로서 구성되면, 중앙 밸브는 바람직하게는 중앙 밸브에 직접 연결되는 전자기 작동 장치에 의해 구동된다.
압력 매체 분배기는, 캠축 조정기의 캠 반대면에서 축방향으로 캠축 위로 돌출되고, 캠축과 힘 결합식, 재료 결합식 또는 형태 결합식으로 결합된다. 캠축으로부터 돌출하는 전면에서, 압력 매체 분배기에는 반경 방향으로 연장되는 칼라가 마련되는데, 이는 반경 방향으로 캠축 위로 돌출된다.
조립 상태에서, 캠축 조정기와 압력 매체 분배기의 반경 방향 칼라 사이에는 환형으로 캠축을 둘러싸는 홈이 마련된다. 이 홈 내로 실린더 헤드의 부분, 베어링 브릿지 부분 또는 하우징 부분이 삽입 결합된다. 실린더 헤드에 고정된 부품과의 협동 하에, 압력 매체 분배기의 반경 방향 칼라는 실린더 헤드 내로 캠축이 축방향 변위되는 것을 방지한다. 이와 유사한 방식으로, 캠축 조정기는 실린더 헤드에 고정된 부품과의 협동 하에 캠축이 축을 따라 반대 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 이때, 하우징의 일부 및 캠축 조정기의 피 구동부가 베어링의 실린더 헤드 고정 부분에 대한 정지면으로서 사용되는 것도 가능하다.
스러스트 베어링의 정지면이 캠축 조정기 및 캠축의 중앙에 놓인 압력 매체 분배기에 형성됨으로써, 부품수뿐만 아니라 가격 및 유닛 조립 비용도 최소화된다. 중앙 밸브를 압력 매체 분배기로 사용할 경우에, 압력실이 압력 매체 어댑터를 통해 압력 매체를 공급하도록 하는, 캠축 조정기의 외부에 배열된 밸브에 비해 부품수는 더 감소될 수 있다. 중앙 밸브 자체가 캠축 스러스트 베어링의 일부이기 때문에, 캠축 스러스트 베어링과 중앙 밸브 간의 공차는 최소로 감소될 수 있고, 그 결과 중앙 밸브를 제어하는 중앙 솔레노이드의 행정이 작게 설계될 수 있다. 이로써, 중앙 솔레노이드의 축방향 공간 및 전체 유닛이 최소화될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 압력 매체 분배기는 실린더 헤드에 고정된 부품과 함께 단독으로 캠축 스러스트 베어링을 형성하므로서 본 발명의 목적이 달성된다. 제1 실시예에서와 같이, 적어도 일부가 중공으로 구성된 캠축이 캠축 조정기의 보어를 관통한다. 캠축 조정기를 관통하는 캠축의 전면 단부는 중공으로 구성된다. 또한, 캠축의 상기 단부는 캠축 조정기에서 축방향으로 돌출된다. 실제로 구동부, 피 구동부 및 하우징 부품들로 구성된 캠축 조정기는 힘 결합식, 마찰 결합식, 형태 결합식 또는 재료 결합식으로 캠축에 결합된다. 구동측 단부에서 압력 매체 분배기가 캠축의 중공 부분 내로 장착된다. 상기 부분은 축방향으로 캠축 조정기로부터 캠축 전면 단부 이상으로 연장된다. 압력 매체 분배기는 압력 매체 어댑터로서 실시될 수 있다. 이 경우에, 적어도 2개의 압력 매체 채널이 제공되는데, 이를 통해 캠축 조정기가 캠축 내의 보어로 압력 매체를 공급한다. 또한, 실제로 보어가 마련된 슬리브 및 슬리브 내에 배열된 제어 피스톤으로 구성된 중앙 밸브를 사용하는 것도 가능하다. 캠축으로부터 돌출하는 압력 매체 분배기의 전면 단부에는, 반경 방향으로 연장되는 칼라가 형성되는데, 이 칼라는 반경 방향으로 캠축에서 돌출된다. 압력 매체 분배기는 힘 결합식, 재료 결합식 또는 형태 결합식으로 캠축과 결합된다.
조립 상태에서, 캠축의 구동측 전면은 축방향으로 실린더 헤드에 고정된 부품 내에, 예를 들어 실린더 헤드 자체, 베어링 브릿지 또는 덮개에 위치한다. 실린더 헤드에 고정된 부품에는 보어가 제공되는데, 보어 내에는 캠축이 배열된다. 보어의 내피면에는 환형 홈이 형성되는데, 반경 방향으로 떨어져 있는 압력 매체 분배기의 칼라가 상기 홈 내로 결합된다. 이러한 방법으로, 압력 매체 분배기의 반경 방향 칼라는 실린더 헤드에 고정된 부품과 협동하여 캠축의 스러스트 베어링을 형성한다.
피 구동부가 캠축 또는 캠축 연장부 상에서 변위되고 힘 결합식, 형태 결합식 또는 재료 결합식으로 캠축과 결합되는 것은 바람직하다. 또한, 캠축 또는 캠축의 연장부는 캠축 조정기의 캠 반대면 상에서 축방향으로 피 구동부 위로 돌출된다. 압력 매체 분배기는 적어도 부분적으로 중공으로 형성된 캠축의 내부에 배열되어, 압력 매체 어댑터 또는 바람직하게는 중앙 밸브로서 구성될 수 있다. 일 실시예에서는, 압력 매체 분배기가 4/3방향 밸브로 구성된다. 압력 매체 분배기는 힘 결합식, 형태 결합식, 재료 결합식 또는 나사 결합으로 캠축에 고정되고 축방향으로 캠축 위로 돌출된다. 압력 매체 분배기는 캠축 조정기 반대면에서 반경 방향으로 외측으로 연장된 칼라를 갖는다. 이때, 칼라는 실린더에 고정된 부품에 대한 스러스트 베어링의 일부를 형성한다.
도1a, 도1 내지 도3은 엔진 제어 시간 변경 장치(캠축 조정기(1))를 도시한다. 도1 및 도1a는 회전 피스톤식 캠축 조정기(1)의 기본 구조를 도시하며, 도2 및 도3은 본 발명에 따른 캠축 조정기의 2개의 상이한 조립 변형예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 캠축 조정기(1)는 회전 피스톤식 조정기로서 도시된다. 물론, 예를 들어 축방향 피스톤식 조정기와 같은 유압 작동식 캠축 조정기(1)의 다른 실시예도 가능하다. 캠축 조정기(1)는 기본적으로 구동휠(2), 피 구동부(3) 및 디스크 형태로 형성된 2개의 측벽(4, 5)으로 구성된다. 구동휠(2)은 도시된 실시예에서 체인휠로 실시되는데, 이는 도시되지 않은 크랭크축과 구동휠을 통해 연결된다. 그러나, 구동휠(2)이 크랭크축의 치형 벨트 또는 기어휠을 통해 구동되는 벨트휠 또는 기어휠로 구성되는 실시예도 가능하다. 구동휠(2) 및 피 구동부(3)는 서로에 대해 동심으로 배열되며, 반경 방향으로 내측에 놓인 구동휠(2)의 표면에는 반경 방향 리세스(6)가 마련되는데, 피 구동부(3)에 장착된 돌기(7)가 상기 리세스 내로 결합된다. 돌기(7)는 확장된 웨브 또는 베인(8)이다. 베인(8)은, 축방향으로 연장되고 피 구동부(3)의 표면에 형성된 홈 내에 배열되며 압력 스프링(9)에 의해 구동휠(2)의 리세스(6)의 반경 방향 내측면에 대해 가압된다.
캠축 조정기(1)는 축방향으로 제1 및 제2 측벽(4, 5)에 의해 한정된다. 측벽(4, 5)을 구동휠(2)에 고정하기 위해, 예를 들어 나사(10)와 같은 고정 수단이 제공된다. 구동휠(2), 피 구동부(3), 제1 및 제2 측벽(4, 5)은, 블레이드(8)에 의해 각각 상호 작용하는 2개의 압력실(12, 13)로 분리되는 서로 독립된 복수의 압력실을 형성한다. 크랭크축에 대한 캠축(11)의 위상각을 조정하기 위해, 예를 들어 제1 압력실에 압력 매체가 공급되고 제2 압력실은 도시되지 않은 압력 매체 저장실과 연결됨으로써, 회전자에 장착된 베인(8)이 제1 압력실(12)의 용적이 제2 압력실(13)의 용적보다 작게되도록 변위된다. 이로써, 회전자는, 가스 교환 밸브의 개방 시간이 예를 들어 더 이른 시점으로 변위되도록 캠축(11)에 대해 회전한다. 이와 유사하게, 제2 압력실(13)에 압력 매체를 공급하는 동시에 제1 압력실(12)을 압력 매체 저장실에 연결함으로써 가스 교환 밸브의 개방 시간이 더 지연된 시점으로 조정된다.
캠축 조정기(1)의 베인(8)이 예를 들어 엔진의 시동 위상과 같은 불충분한 압력 매체 공급의 위상에서 상기 위상의 단부 위치들 사이에서 비제어식으로 진동하는 것을 방지하기 위해, 캠축 조정기(1)에는 도2에 도시된 래칭 장치(14)가 마련되는데, 이는 상기 시간 간격 내에서 구동휠(2)에 대해 규정된 위상각에 피 구동부(3)를 유지한다. 피 구동부(3)의 축방향 보어 내에는 제1 측벽(4)에 지지되는 카트리지(15)가 배열된다. 카트리지(15)에는 축방향으로 연장되는 돌기가 마련되고 이 돌기를 중심으로 코일 스프링(16)이 배열된다. 코일 스프링(16)은 포트(pot)형으로 형성된 피스톤(17)을 가이드 슬롯(18)이 마련된 제2 측벽(5) 방향으로 소정의 힘으로 가압한다. 압력 매체가 충분히 공급되지 않는 위상에서, 피스톤(17)은 스프링력에 의해 가이드 슬롯(18) 내에 유지되고 캠축(11)과 크랭크축 사이의 고정 위상 관계도 유지된다. 래칭 메커니즘이 비활성되도록, 가이드 슬롯(18) 내로 결합된 피스톤(17)의 전면은 압력 매체에 의해 가압되어, 피스톤(17)은 코일 스프링(16)의 스프링력에 대항하여 피 구동부(3)의 축방향 보어 내로 변위된다. 피스톤(17)과 카트리지(15) 사이에 수집되는 누출 압력 매체를 방출시키기 위해, 카트리지(15) 내에서 반경 방향으로 연장하는 리세스 및 이 리세스와 연결된 개구가 제1 측벽(4) 내에 마련된다.
캠축 조정기(1)가 힘 결합식, 형태 결합식, 마찰 결합식 또는 재료 결합식으로 캠축(11) 상에 고정된다. 캠축(11)은 하나 이상의 캠(19)을 지지하고 피 구동부(3)의 보어(20)를 관통하며, 캠축은 캠(19) 반대측에서 축방향으로 캠축 조정기(1) 위로 돌출된다. 캠축(11)은 적어도 캠축 조정기(1)를 관통하는 전면 단부측에서 중공으로 형성된다. 이 중공실 내에 압력 매체 분배기(21)가 장착된다. 압력 매체 분배기(21)는 상호 작용하는 압력실(12, 13)을 압력 매체 펌프 또는 압력 매체 저장실과 연결하는 압력 매체 어댑터이다.
본 실시예에서 압력 매체 분배기(21)는 중앙 밸브(22)로 구성된다. 중앙 밸브(22)는 슬리브 형태로 형성된 밸브 본체(23) 및 밸브 피스톤(24)으로 구성된다. 밸브 본체(23)는 캠축 조정기(1)에 의해 둘러싸이는 캠축 부분으로부터 축방향으로 캠축(11)의 구동측 전면 단부를 넘어서까지 연장된다. 밸브 본체(23)의 외경은 실제로 캠축(11)의 내경에 적응되고 힘 결합식, 재료 결합식 또는 형태 결합식으로 결합된다. 예를 들어, 나사 결합, 압입 끼워맞춤 또는 접착과 같은 결합 방법들이 있다. 캠축(11)으로부터 돌출하는 밸브 본체(23)의 전면 단부에는 반경 방향으로 연장되는 칼라(42)가 마련되며, 이 칼라는 캠축(11)을 지나 반경 방향으로 연장된다.
밸브 본체(23)의 외피면에는 제1, 제2, 제3 및 제4 환형 채널(25, 26, 27, 28)이 마련되며, 환형 채널(25 내지 28)은 축방향으로 간격을 가지며 배열된다. 각각의 환형 채널(25 내지 28)은 밸브 본체(23)의 외피 내에 직경 감소부로서 형성되며, 캠축(11) 내에 장착된 제1 내지 제4 개구(29, 30, 31, 32)의 그룹과 각각 연통될뿐만 아니라 밸브 본체(23) 내에 장착되고 중앙 밸브(22)의 내부와 환형 채널(25 내지 28)을 연결하는 제5 내지 제8 개구(33, 34, 35, 36)와도 연통된다. 각 개구(29 내지 32) 그룹 중 하나와, 각 개구(33 내지 36) 그룹 중 하나와, 그에 속한 각 환형 채널(25 내지 28)은 연결부(37, 38, 39, 40)를 형성한다. 또한, 캠축(11) 내에 위치하는 밸브 본체(23)의 전면 단부에는 제9 개구(41)가 마련되며, 이는 적어도 부분적으로 중공으로 형성된 캠축(11)의 중공 챔버 내로 밸브 본체(23)의 내부 챔버를 환기시킨다.
밸브 본체(23) 내에는 중공으로 형성된 밸브 피스톤(24)이 축방향으로 변위 가능하게 배열된다. 밸브 피스톤(24)은 조정 장치(44)의 조정 요소(43)를 통해, 밸브 피스톤(24)에 부딪치며 밸브 본체(23)의 내부에 지지되는 스프링(45)의 복귀력에 대항하여 축방향으로 변위 가능하다. 조정 장치(44)는 조정 요소(43)와 연결된 영구 자석이 마련된 예를 들어 솔레노이드일 수 있다. 솔레노이드에 공급되는 전력의 변경을 통해 영구 자석의 위치, 조정 요소(43)의 위치 및 밸브 피스톤(24)의 위치가 바람직하게 변경될 수 있다.
밸브 피스톤(24)의 외피면에는 제5 내지 제7 환형 채널(46, 47, 48)이 마련되고, 이들은 다시 직경 감소부로서 밸브 피스톤(24)의 외피면 내에 형성된다. 제5 환형 채널(46)은 개구(49)의 제10 그룹을 통해, 그리고 제7 환형 채널(48)은 개구(50)의 제11 그룹을 통해 밸브 피스톤(24)의 내부와 연결된다. 밸브(24)의 내부는 제10 및 제11 개구(49, 50)를 제외하고 폐쇄되도록 구성된다. 도시된 실시예에서 밸브 피스톤(24)은 포트 형태로 형성된다. 밸브 피스톤(24)의 개방 전면은 밸브 피스톤(24)뿐만 아니라 조정 요소(43)에 지지되는 디스크형 요소(51)에 의해 압밀식으로 폐쇄된다.
이하, 캠축 조정기(1)의 작동 방식이 설명된다. 제1 연결부(37)를 통해 제5 환형 챔버(46)에 압력 매체가 공급된다. 제5 환형 채널(46)은 제10 및 제11 개구(49, 50)를 통해 제7 환형 채널(48)과 연통한다. 제5 환형 채널(46)은 조정 장치(44)의 각 위치에서 제1 연결부(37)와 연결되도록 구성된다.
조정 장치(44)의 솔레노이드의 비통전 상태에 해당하는 중앙 밸브(22)의 제1 절환 상태에서, 밸브 피스톤(24)은, 조정 장치(44)에 대해 최소 간격을 갖는 위치를 취하도록 스프링(45)에 의해 변위된다. 이 위치에서, 제7 환형 채널(48)은 제3 연결부(39)를 통해 제1 압력 매체 라인(52)과 연통하는데, 제1 압력 라인은 제1 압력실(12) 내로 통한다. 동시에, 압력 매체는 제2 압력실(13)로부터 제2 압력 매체 라인(53)과 제4 연결부(40)를 통해 밸브 본체(23)의 내부로 도달되는데, 이때 밸브 본체는 제9 개구(41)를 통해 캠축(11) 내로 환기되고 캠축으로부터 환기 보어(54)를 통해 크랭크 케이스 내로 환기된다. 이로써, 가스 교환 밸브 제어 시간은 조기 조정된다.
조정 장치(44)의 솔레노이드가 평균 전력으로 통전되어 취해지는, 도1에 도시된 밸브 피스톤(24)의 제2 위치에서, 제7 환형 챔버(48)는 제3 연결부뿐만 아니라 제4 연결부(40)와도 연통되지 않아, 압력 매체 흐름은 중단되고 캠축(11)과 크랭크축 사이의 현재 위상각이 유지된다.
제3 위치에서, 조정 장치(44)의 솔레노이드를 통해 최대 전력의 전류가 흐른다. 이로써, 밸브 피스톤(24)은 조정 장치(44)로부터 최대로 이격되는 위치로 가게된다. 중앙 밸브(22)의 상기 절환 상태에서, 압력 매체는 제1 연결부(37), 제5 환형 채널(46), 제10 및 제11 개구(49, 50), 제7 환형 채널(48) 및 제4 연결부(40)를 통해 제2 압력 매체 라인(53)과 연결되는데, 이로부터 압력 매체 라인이 제2 압력실(13)로 통한다. 동시에, 제1 압력실(12)이 제1 압력 매체 라인(52), 제3 연결부(39), 제6 환형 채널(47) 및 제2 연결부(38)를 통해 압력 매체 저장소와 연결된다. 이로써, 가스 교환 밸브의 개방 시간 조정은 지연된 시점으로 조정된다.
도2는 본 발명에 따른 캠축 조정기(1)의 제1 조립 상태를 도시한다. 엔진의 실린더 헤드 내의 캠축(11)의 축방향 위치는 2면 작용하는 스러스트 베어링에 의해 결정된다. 바람직하게는, 작동 조건 하에 축의 열적 팽창을 통한 제어면의 변위를 방지하기 위해, 상기 스러스트 베어링은 캠축의 제어측 단부에 위치한다. 이러한 경우, 캠축 스러스트 베어링은 캠축 조정기(1)의 피 구동부(3), 반경 방향으로 연장되는 밸브 본체(23)의 칼라(42) 및 실린더 헤드에 고정된 부품(55)에 의해 형성된다. 실린더 헤드에 고정된 부품(55)은 실린더 헤드 자체, 베어링 브릿지 또는 하우징 부품일 수 있다. 실린더 헤드에 고정된 부품(55)은 반경 방향으로 연장되는 칼라(42)와 캠축 조정기(1) 사이 영역 내에서 캠축(11)에 결합된다.
실린더 헤드 고정 부품은 반경 방향으로 연장되는 칼라(42)에 지지된다. 도시된 실시예에서, 실린더 헤드에 고정된 부품(55)은 칼라(42) 반대면에서 캠축 조정기(1)의 제1 측벽(4)을 관통하고 피 구동부(3)에 지지된다. 캠축(11)의 축방향 변위는 이러한 배열에 의해 효과적으로 방지된다. 바람직하게는, 실린더 헤드에 고정된 부품(55)은, 압력 매체의 효과적인 방출을 위해, 캠축 조정기(1)의 제1 측벽(4)을 캠축(11)의 전체 주연부에 걸쳐 관통하지 않게 배열된다.
또한, 제2 스러스트 베어링면이 캠축 조정기(1)의 피 구동부(3)에 형성되는 것이 아니라, 제1 측벽(4)에 형성되는 것도 가능하다.
실린더 헤드에 고정된 부품(55)으로서 베어링 브릿지가 제공되면, 이 실린더 헤드 고정 부품은 하나 또는 두 부분으로 구성될 수 있다.
단일 부분으로 구성될 경우에, 먼저 캠축 조정기(1)는 캠축(11) 상에 고정되어 실린더 헤드 내에 삽입된다. 베어링 브릿지는 베어링 보어에 의해 캠축(11)의 자유 단부 위로 슬라이딩된다. 이어서, 중앙 밸브(22)가 캠축(11) 내에 힘 결합식, 재료 결합식 또는 형태 결합식으로 고정된다. 고정은 예를 들어 나사 결합, 압입 끼워맞춤 또는 접착을 통해 행해질 수 있다.
베어링 브릿지가 두 부분으로 구성될 경우에, 그 하반부는 이미 실린더 헤드에 고정되어 있을 수 있다. 제1 단계에서 캠축(11)은 고정된 캠축 조정기(1) 및 고정된 중앙 밸브(22)와 함께 하반부 내로 삽입된다. 이어서, 베어링 브릿지의 상반부가 하반부 상에 안착되어 이와 결합된다.
도3은 캠축(11)의 스러스트 베어링의 다른 실시예를 도시한다. 실린더 헤드에 고정된 부품(55)에는 보어(56)가 마련된다. 보어(56)의 내피에는 환형 홈(57)이 마련된다. 캠축(11)은 반경 방향으로 연장되는 밸브 본체(23)의 칼라(42)가 보어(56)의 내피면의 환형 홈(57) 내로 결합되도록, 실린더 헤드에 고정된 부품(55)의 보어(56) 내에 배열된다. 물론 이러한 경우, 실린더 헤드에 고정된 부품(55)은 2부분으로 형성된 부품으로 실시된다. 조립시에, 캠축 조정기(1)는 캠축(11) 상에 결합된다. 이러한 경우, 베어링 브릿지의 하반부는 이미 실린더 헤드에 고정되어 있다. 캠축(11)은 고정된 캠축 조정기(1) 및 압력 매체 분배기(21)와 함께 실린더 헤드 내로 삽입된다. 이어서, 베어링 브릿지의 상반부가 캠축(11)의 자유 단부를 통해 하반부 상에 안착된다. 마지막으로, 상반부와 하반부가 서로 결합되어, 반경 방향으로 연장되는 칼라(42)가 환형 홈(57)과 함께 캠축 스러스트 베어링을 형성한다.
본 발명에 따르면, 캠축 스러스트 베어링과 압력 분배기 사이의 공차가 단축 되고 캠축 스러스트 베어링의 부품수도 감소되는 캠축 조정기가 제공된다.

Claims (10)

  1. 크랭크축에 의해 구동되는 구동휠(2)과,
    구동휠(2)에 의해 유압 액추에이터를 통해 구동되며 캠축(11) 또는 캠축(11)의 연장부에 장착되는, 캠축에 고정된 피 구동부(3)를 포함하며,
    상기 액추에이터는 상호 작용하는 적어도 한쌍의 유압 압력실(12, 13)로 구성되며,
    상기 압력실(12, 13)에는 압력 매체 분배기(21)와 압력 매체 라인(52, 53)을 통해 압력 매체가 공급되는,
    엔진 크랭크축의 위상각에 대한 캠축(11)의 위상각을 고정 및 변경하기 위한 캠축 조정기(1)에 있어서,
    압력 매체 분배기(21) 및 캠축 조정기(1)는 실린더 헤드에 고정된 부품(55)과 함께 캠축 스러스트 베어링을 형성하는 것을 특징으로하는 캠축 조정기.
  2. 크랭크축에 의해 구동되는 구동휠(2)과,
    구동휠(2)에 의해 유압 액추에이터를 통해 구동되며 캠축(11) 또는 캠축(11)의 연장부에 장착되는, 캠축에 고정된 피 구동부(3)를 포함하며,
    상기 액추에이터는 상호 작용하는 적어도 한쌍의 유압 압력실(12, 13)로 구성되며,
    상기 압력실(12, 13)에는 압력 매체 분배기(21)와 압력 매체 라인(52, 53)을 통해 압력 매체가 공급되는,
    엔진 크랭크축의 위상각에 대한 캠축(11)의 위상각을 고정 및 변경하기 위한 캠축 조정기(1)에 있어서,
    압력 매체 분배기(21)는 실린더 헤드에 고정된 부품(55)과 함께 단독으로 캠축 스러스트 베어링을 형성하는 것을 특징으로하는 캠축 조정기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 피 구동부(3)는 캠축(11) 또는 캠축(11)의 연장부를 통해 변위되며 힘 결합식, 형태 결합식 또는 재료 결합식으로 캠축과 연결되는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캠축(11) 또는 캠축(11)의 연장부는 캠축 조정기(1)의 캠(19) 반대면 상에서 축방향으로 피 구동부(3) 위로 돌출되는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 매체 분배기(21)는 적어도 부분적으로 중공으로 형성된 캠축(11) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 매체 분배기(21)는 중앙 밸브(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 매체 분배기(21)는 4/3방향 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 매체 분배기(21)는 힘 결합식, 형태 결합식, 재료 결합식 또는 나사 결합에 의해 캠축(11) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 매체 분배기(21)는 캠축 조정기(1) 반대면에 반경 방향으로 외향 연장되는 칼라(42)를 갖는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 칼라(42)는 실린더 헤드에 고정된 부품에 대한 스러스트 베어링의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 캠축 조정기.
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