KR101189087B1 - 엔진, 및 실린더 헤드용 캠샤프트 커버 - Google Patents

엔진, 및 실린더 헤드용 캠샤프트 커버 Download PDF

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지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
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Abstract

캠샤프트 커버는 실린더 헤드에 장착하며, 캠샤프트 페이저 조립체를 거쳐 캠샤프트의 위치를 조절하는 오일 제어 밸브를 위한 캐비티를 형성한다. 상기 캐비티는 상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 캠샤프트 위에 위치설정된다. 공급 통로는 상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 실린더 헤드로부터 상기 캐비티로의 가압 유체를 연통한다. 제어 통로는 상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 캐비티로부터 상기 캠샤프트 페이저 조립체로의 유체를 연통한다.

Description

엔진, 및 실린더 헤드용 캠샤프트 커버{ENGINE CAMSHAFT COVER WITH INTEGRATED OIL PASSAGES FOR CAMSHAFT PHASER ACTUATION}
본 발명은 유압 작동식 캠샤프트 페이저를 갖는 엔진용 캠샤프트 커버에 관한 것이다.
연료 효율적이고 비교적 저함량 차량에 대한 소비자의 요구에 따라, 새로운 엔진 조립체에 대한 필요성이 제기되고 있다. 캠샤프트 페이저 조립체 및 연료 분사 시스템 등의 정교한 엔진 서브시스템은 비교적 작은 공간에 패키징되어야 하는 엔진 부품의 개수 및 복잡성을 증가시킨다.
엔진은, 엔진의 축방향 길이를 연장시키지 않고서 "규격품인(off the shelf)" 유압 제어 밸브를 이용하여 캠 페이징을 허용하도록 위치설정된 통합형 오일 통로를 갖는 캠샤프트 커버를 구비한다.
특히, 캠샤프트 커버는 실린더 헤드에 장착하며, 오버헤드 캠샤프트의 캠샤프트 페이저 조립체를 제어하는 오일 제어 밸브를 위한 캐비티를 형성한다. 상기 캐비티는 상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 캠샤프트 위에 위치설정된다. 상기 캠샤프트 커버는, 상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 실린더 헤드로부터 상기 캐비티로의 가압 유체를 연통하는 공급 통로를 갖는다. 또한, 상기 캠샤프트 커버는, 상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 캐비티로부터 상기 캠샤프트 페이저 조립체로의 유체를 연통하는 제어 통로를 갖는다.
본 발명의 상기한 특징 및 이점 그리고 다른 특징 및 이점은 첨부한 도면과 함께 취한 발명의 최선책에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 실린더 헤드에 고정된 캠샤프트 커버를 도시한, 엔진의 개략적인 부분 사시도,
도 2는 도 1의 엔진의 개략적인 부분 사시도로서, 캠샤프트 커버를 제거한 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 1 및 도 2의 엔진의 개략적인 부분 사시도로서, 캠샤프트 커버를 점선으로 도시한 도면,
도 4는 캠샤프트 커버의 개략적인 사시도로서, 오일 제어 밸브를 커버에 장착한 상태를 도시한 도면,
도 5는 도 2 및 도 3의 캠샤프트 중 하나의 개략적인 부분 사시도.
도면을 참조하면, 동일 참조부호는 동일 부품을 지칭하며, 도 1은 엔진(10)을 도시한다. 엔진(10)은 엔진 블록(13)에 고정된 엔진 실린더 헤드(12)를 가지며, 상기 엔진 블록(13)은, 엔진 블록 내의 피스톤에 의해 구동되는 크랭크샤프트를 지지한다. 실린더 헤드(12)는 엔진 밸브를 지지하며, 엔진 블록(13) 내의 실린더로부터 연소 및 배기를 용이하게 하는 입구 및 배기 포트를 갖는다. 캠샤프트 커버(14)는 패스너(16)에 의해 실린더 헤드(12)에 고정된다. 캠샤프트 커버(14)는 하나 이상의 부재일 수 있으며, 전방 커버부(18) 및 메인부(20)를 갖는 단일 부재로서 도시되어 있다. 캠샤프트 커버(14)는 본원에 기술된 캐비티, 개구 및 통로와 함께 비교적 용이하게 주조 또는 형성될 수 있는 알루미늄 또는 또 다른 재료일 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 캠샤프트 커버(14)는, 캠샤프트 커버(14)가 제거된 경우 보이는 제 1 및 제 2 캠샤프트(22, 24)를 덮는다. 제 1 캠샤프트(22)는 회전축(26) 둘레에서 회전하고, 제 2 캠샤프트(24)는 회전축(26)에 평행한 회전축(28) 둘레에서 회전한다. 캠샤프트(22, 24)는 흡입 및 배기 밸브(도시하지 않음)를 개폐하도록 작동가능한 편심 로브(eccentric lobes)를 갖는다. 캠샤프트(22, 24)는 크랭크샤프트의 회전 속도에 대한 소정의 회전 속도로 타이밍 체인(도시하지 않음)을 거쳐 크랭크샤프트에 의해 구동된다.
제 1 유압 작동식 캠 페이저 조립체(30)는 제 1 캠샤프트(22)의 일단부에 연결되며, 제 1 캠 페이저(32)를 갖는다. 제 2 유압 작동식 캠 페이저 조립체(34)는 제 2 캠샤프트(24)의 일단부에 연결되며, 제 2 캠 페이저(36)를 갖는다. 캠 페이저 조립체(30, 34)는, 엔진 밸브의 승강 타이밍을 바꾸기 위해, 엔진 작동 조건에 근거하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트(22, 24)의 각도 배향을 변경하도록 작동가능하다.
캠 페이저 조립체(30, 34)의 제어는 전자 작동식 솔레노이드 밸브와 같은 오일 제어 밸브뿐만 아니라, 제어 밸브로 그리고 제어 밸브로부터 캠 페이저 조립체(30, 34)로의 유체 통로를 필요로 한다. 도 2를 참조하면, 엔진(10)은 중앙 분사 엔진이며, 이는 실린더 헤드(12)에 장착되고 캠샤프트(22, 24)들 사이에 위치설정되며 연료 레일(42)에 의해 공급되는 연료 인젝터(40)를 갖는다. 중앙 배치된 연료 인젝터(40)와 결합된 엔진(10)의 콤팩트한 축방향 길이는 오일 제어 밸브를 실린더 헤드(12)에 장착하기에 충분하지 않은 패키징 공간을 형성한다. 실린더 헤드(12)는 가압 유체 공급원으로부터 오일 제어 밸브로 그리고 캠 페이저(32, 36) 상으로의 유체를 지향시키는데 필요한 유체 통로를 이동하기 어렵게 하는 비교적 복잡한 형상을 갖는다. 또한, 유체 통로는 제 1 캠샤프트(22)로부터 제 2 캠샤프트(24)로의 유체를 중앙 장착된 연료 인젝터(40)로 인해 실린더 헤드(12) 내에서 횡방향으로 이동하도록 형성될 수 없다. 어느 정도는, 이러한 패키징 제한사항으로 인해, 다수의 엔진이 캠 페이징 기술을 구비하지 않는다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 캠샤프트 커버(14)는 도 1에 도시한 바와 같은 제 1 및 제 2 오일 제어 밸브(46, 49)를 도 2의 캠샤프트(22, 24) 위에 지지하며, 제 1 및 제 2 페이저(32, 36)의 유체 작동을 허용하게끔 유체 통로를 제공하도록 구성된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 오일 제어 밸브(46)는 캠샤프트 커버(14)에 의해 형성된 캐비티(48) 내에 장착된다. 제 2 오일 제어 밸브(49)는 캠샤프트 커버(14)에 의해 형성된 캐비티(50) 내에 장착된다. 캐비티(48, 50)는 캠샤프트 커버(14)의 대향 측부(52, 54)에 형성되며, 캐비티(48, 50)를 통한 중앙축이 도 2에서 점선으로 도시한 캠샤프트(22, 24)의 회전축(26, 28)에 평행하지 않도록 배향된다. 예를 들면, 캐비티(48, 50)는 캠샤프트(22, 24)의 회전축(26, 28)에 수직방향으로 연장되거나, 또는 캠샤프트(22, 24)의 회전축(26, 28)에 대해 몇 가지의 다른 각도로 연장될 수 있다. 제어 밸브(46, 49)는 캠샤프트 커버(14)에 장착하도록 캐비티(48, 50) 각각에 위치되며, 상기 캐비티(48, 50)는 캠샤프트 커버(14) 외부로 그리고 캠샤프트(22, 24)의 회전축(26, 28)에 평행하지 않은 위치에서 부분적으로 연장되므로, 오일 제어 밸브(46, 49)를 수용하기 위해 엔진(10)의 축방향 길이가 증가될 필요가 없다.
도 4에서, 중앙 개구(56)는 캠샤프트 커버(14)에 의해 형성되며, 캠샤프트 커버(14)의 상부면(57)을 통해 연장된다. 중앙 개구(56)는 캠샤프트 커버(14)가 실린더 헤드(12)에 장착되는 경우 연료 인젝터(40)가 중앙 개구(56)를 통해 도 2에 도시한 바와 같이 실린더 헤드(12)에 중앙 장착되게 한다.
도 3을 참조하면, 제 1 및 제 2 캠샤프트(22, 24), 제 1 및 제 2 캠샤프트 페이저 조립체(30, 34) 그리고 실린더 헤드(12)에 대한 제 1 및 제 2 오일 제어 밸브(46, 49)의 위치는 캠샤프트 커버(14)를 점선으로 나타냄으로써 도시된다. 특히, 오일 제어 밸브(46, 49)는 캠샤프트(22, 24) 위에 그리고 중앙 개구(56)와 제 1 및 제 2 캠 페이저 조립체(30, 34) 사이에 위치설정된다.
또한, 캠샤프트 커버(14)는 도 2의 캠 페이저(32, 36)를 제어하도록 가압 유체의 이동을 가능하게 한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 캠샤프트 커버(14) 내에 형성된 공급 통로(60)는 실린더 헤드(12) 내에 형성된 공급 통로(62)와 접속한다. 공급 통로(62)는 엔진 블록(13) 내에 위치된 가압 유체 공급원, 즉 펌프(63)와 유체 연통한다. 횡방향 공급 통로(64)는 비교적 짧은 브랜치 통로(66, 68)를 거쳐 오일 제어 밸브(46, 49) 양자에 가압 유체를 분배하도록 공급 통로(60)와 교차한다. 플러그(65)는 횡방향 공급 통로(64)의 단부를 폐쇄한다. 캠샤프트 커버(14)는 브랜치 통로(66)로부터 약간 오프셋된 제 1 제어 통로(70); 및 브랜치 통로(68)로부터 약간 오프셋된 제 2 제어 통로(72)를 형성한다. 또한, 캠샤프트 커버(14)는 각각의 브랜치 통로(66, 68)로부터 약간 오프셋된 제 3 제어 통로(71)와 제 4 제어 통로(73)를 형성한다. 제어 통로(70, 72)는 엔진 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트(22, 24)의 위치를 전진시키는데 사용되는 한편, 제어 통로(71, 73)는 엔진 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트(22, 24)의 위치를 후퇴시키는데 사용된다. 공급 통로(64)와 브랜치 통로(66)는 캐비티(48)를 갖는 오일 제어 밸브(46)의 밸브 바디(74)의 계면부를 통해 제어 통로(70)에만 연통하며, 이는 밸브 바디(74)의 전자 제어식 위치에 따라 다르다.
마찬가지로, 공급 통로(64)와 브랜치 통로(68)는 캐비티(50)를 갖는 오일 제어 밸브(49)의 밸브 바디(76)의 계면부를 통해 제어 통로(72)에만 연통하며, 이는 밸브 바디(76)의 전자 제어식 위치에 따라 다르다. 도 3은 밸브 바디(74, 76)의 운동을 제어하는 전자 제어 신호를 수신하도록 제어기(도시하지 않음)에 연결하는 전기 커넥터(75, 77)를 도시한다. 또한, 드레인 통로(도시하지 않음)는 캠샤프트 커버(14)에 의해 형성되어, 캐비티(48, 50)와 교차한다.
도 3의 제어 통로(70, 72)는 도 2에 가장 잘 도시한 제 1 및 제 2 캠샤프트 캡(84, 86) 내의 통로(80, 82)와 각각 연통한다. 2개의 캠샤프트 캡(84, 86)이 본 실시예에서 사용되지만, 양자의 캠샤프트(22, 24) 위에 단일의 캠샤프트 캡이 연장될 수 있다. 제어 통로(71, 73)는 제 1 및 제 2 캠샤프트 캡(84, 86) 내의 통로(81, 83)와 각각 연통한다. 캠샤프트 캡(84, 86)은 캠샤프트(22, 24) 내의 캐비티(87)를 통해 통로(81, 83)로부터 캠샤프트 페이저(32, 36)로의 유체를 분배한다. 도 5에서 캐비티(87)는 캠샤프트(22)에만 도시된다. 캠샤프트(24)는 유사한 캐비티를 갖는다. 또한, 제어 통로(80, 82)는 캠샤프트(22, 24) 위의 페이저(32, 36)와 연통한다. 제어 통로(70, 71, 72, 73)의 길이, 캠샤프트 캡(84, 86)을 통한 흐름 통로(80, 81, 82, 83)의 길이, 및 캠샤프트(22, 24)를 통한 페이저(32, 36)로의 흐름 통로(87)[또는 통로(81, 83)로부터의 흐름] 모두는 비교적 짧아서, 조절을 명령하는 오일 제어 밸브(46, 49)로의 제어 신호에 대한 페이저(32, 36)의 반응 시간이 신속하다.
따라서, 이러한 특징부를 수용하도록 실린더 헤드(12)의 더욱 값비싼 설비 교체를 필요로 하지 않고 그리고 중앙 분사 타입의 엔진(10)의 축방향 길이를 연장하지 않고서, 캠샤프트 커버(14)는 오일 제어 밸브(46, 49)의 패키징, 및 공급 통로(60, 64)와 브랜치 통로(66, 68)의 이동을 가능하게 한다.
본 발명을 수행하는 최선책이 상세하게 기술되었지만, 당업자는 첨부한 특허청구범위의 범위 내에서 본 발명을 실시하기 위한 각종 변형된 설계 및 실시예를 인식할 것이다.

Claims (10)

  1. 엔진 실린더 헤드;
    상기 엔진 실린더 헤드에 장착된 제 1 및 제 2 캠샤프트;
    상기 제 1 및 제 2 캠샤프트 각각에 장착된 제 1 및 제 2 유압 작동식 캠샤프트 페이저 조립체(first and second hydraulically-actuated camshaft phaser assemblies);
    상기 제 1 및 제 2 캠샤프트와 상기 제 1 및 제 2 유압 작동식 캠샤프트 페이저 조립체를 적어도 부분적으로 덮고, 상기 실린더 헤드에 연결된 캠샤프트 커버; 및
    상기 캠샤프트 커버에 장착되며 상기 제 1 및 제 2 캠샤프트 페이저 조립체를 제어하도록 작동가능한 제 1 및 제 2 오일 제어 밸브;를 포함하며,
    상기 캠샤프트 커버는, 상기 제 1 및 제 2 유압 작동식 캠샤프트 페이저 조립체의 제어를 위해, 상기 실린더 헤드로부터의 가압 유체를 상기 제 1 및 제 2 오일 제어 밸브에 지향시키는 상기 실린더 헤드, 및 상기 제 1 및 제 2 오일 제어 밸브와 연통하는 공급 통로(feed passage)를 형성하는 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 캠샤프트 사이에서 상기 실린더 헤드에 장착되는 연료 인젝터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캠샤프트는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 엔진.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 오일 제어 밸브는 상기 캠샤프트 커버 외부로 부분적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 오일 제어 밸브는 상기 캠샤프트들의 회전축에 실질적으로 비평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캠샤프트 커버는,
    상기 제 1 오일 제어 밸브와 상기 제 1 캠샤프트 페이저 조립체와 유체 연통하는 제 1 제어 통로; 및
    상기 제 2 오일 제어 밸브와 상기 제 2 캠샤프트 페이저 조립체와 유체 연통하는 제 2 제어 통로;를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 유압 작동식 캠샤프트 페이저 조립체는 상기 제 1 제어 통로 및 상기 제 2 제어 통로 각각과 유체 연통하는 통로들을 형성하는 하나 이상의 페이저 캠샤프트 캡을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 캠샤프트는 상기 하나 이상의 페이저 캠샤프트 캡 내의 통로들, 및 상기 캠샤프트 페이저 조립체와 유체 연통하는 추가적인 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  9. 오버헤드 캠샤프트와, 상기 캠샤프트의 위치를 조절하기 위해 오일 제어 밸브에 의해 제어되는 캠샤프트 페이저 조립체를 구비하는 엔진의 실린더 헤드용 캠샤프트 커버에 있어서,
    상기 캠샤프트 커버는, 상기 실린더 헤드에 장착하며,
    상기 오일 제어 밸브를 위한 캐비티;
    상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 실린더 헤드로부터 상기 캐비티로의 가압 유체를 연통하는 공급 통로; 및
    상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 캐비티로부터 상기 캠샤프트 페이저 조립체로의 유체를 연통하는 제어 통로;를 형성하며,
    상기 캐비티는 상기 캠샤프트 커버가 상기 실린더 헤드에 장착되는 경우 상기 캠샤프트 위에 위치설정되는 실린더 헤드용 캠샤프트 커버.
  10. 실린더 헤드;
    상기 실린더 헤드에 의해 지지되는 오버헤드 캠샤프트;
    상기 오버헤드 캠샤프트의 위치를 조절하도록 작동가능한 유압 작동식 캠샤프트 페이저 조립체;
    상기 캠샤프트 페이저 조립체로의 유압 유체 흐름을 제어하도록 작동가능한 오일 제어 밸브;
    연료 인젝터; 및
    상기 실린더 헤드에 장착된 캠샤프트 커버;를 포함하며,
    상기 캠샤프트 커버는,
    상기 오일 제어 밸브를 위한 캐비티;
    상기 실린더 헤드로부터 상기 캐비티로의 가압 유체를 연통하도록 구성된 공급 통로; 및
    상기 캐비티로부터 상기 유압 작동식 캠샤프트 페이저 조립체로의 유체를 연통하도록 구성된 제어 통로;를 형성하며,
    상기 캐비티는 상기 캠샤프트 커버의 측부에서 개방하고, 상기 캠샤프트 커버는 중앙 개구를 더 형성하며, 상기 중앙 개구는, 상기 중앙 개구를 통해 상기 실린더 헤드에 장착된 상기 연료 인젝터를 갖는 측부들 사이에서 상기 캠샤프트 커버의 표면을 통해 연장되고,
    상기 캐비티와 상기 공급 통로는, 상기 유압 작동식 캠샤프트 페이저 조립체들 사이의 상기 공급 통로, 및 상기 공급 통로와 상기 중앙 개구 사이의 상기 캐비티와 함께 상기 캠샤프트 위에 있는 엔진.
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