KR101223994B1 - 내연 기관의 캠축 조정 장치 및 장착용 공구 - Google Patents

내연 기관의 캠축 조정 장치 및 장착용 공구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 캠축을 조정하는 장치(1)에 관한 것으로, 외부 로터(3)에 대하여 회전하게 조절될 수 있으며, 중앙 스크류에 의하여 캠축(5)에 고정되는 내부 로터(2)를 구비한다. 본 장치의 마운팅을 향상시키기 위하여 본 발명에 따르면 내부 로터(2) 및/또는 외부 로터(3)가 제공되며, 내부 로터 및/또는 외부 로터는 내부 로터와 외부 로터가 회전에 관하여 고정되는 것이 보장될 수 있게 하는 장착용 공구(8,9)의 고정을 위한 적어도 하나의 요부(6,7)를 갖는다. 또한, 본 발명은 그런 장치의 장착을 위한 장착용 공구에 관한 것이다.
캠축, 내부 로터, 외부 로터, 캠축 조정 장치, 장착용 공구

Description

내연 기관의 캠축 조정 장치 및 장착용 공구{Device for adjusting the camshaft of an internal combustion engine and a mounting tool}
도 1은 장착용 공구와 함께 내연 기관의 캠축 조정 장치의 일부의 단면을 개략적으로 보여준다.(도 3의 A-B 단면)
도 2는 도 1의 "Z"를 확대하여 보여준다.
도 3은 장착용 공구를 제외한 장치의 내부 부분만의 도 1의 "C"방향 단면을 보여준다.
도 4는 내부 로터에 맞물리는 장착용 공구의 도 1의 "C"방향 단면을 보여준다.
* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
1 : 캠축 조정 장치 2 : 내부 로터
3 : 외부 로터 4 : 중앙 스크류
5 : 캠축 6, 7 : 요부
8, 9 : 장착용 공구 10 : 회전축
11 : 구멍(Bore) 12 : 외부 외주면
13 : 베이스 영역 14 : 공구 끼워맞춤 영역
15, 16 : 중공형 원통부 17 : 돌출부
18, 19 : 그리핑 암 20 : 구동 기어 휠
21 : 체결 너트 h : 요부의 축방향 연장
di, Di : 내경 Da, da : 외경
본 발명은 내연기관의 캠축을 조정하기 위한 것으로서, 외부 로터에 대하여 회전방향으로 조정될 수 있으며, 중앙 스크류에 의하여 캠축에 고정되는 내부 로터를 가지는 장치에 관한 것이다. 이와 더불어, 본 발명은 그러한 장치를 장착하는 장착용 공구에 관한 것이다.
이런 형태의 캠축 조정 장치들은 종래 기술에서 충분히 알려져 있다. 예를 들면, DE 198 08 618 A1, DE 199 51 391 A1과 DE 102 53 496 A1에서, 중앙 스크류에 의하여 내연 기관의 캠축에 체결되어 있는 내부 로터에 해결책이 기술되어 있다. 외부 로터는 체인이나 이빨 달린 벨트를 통하여 크랭크축에 기능적으로 연결되어 있다. 상대적인 회전 운동은 외부 유압 적용 수단의 제어하에서 내부 로터와 외부 로터 사이에서 유도된다. 이를 위하여, 예를 들면, 내부 로터는 블레이드들이 형성되거나 배치되어 있는 임펠러 휠로서 구현되어 있다. 블레이드들은 외부 로터내에 형성된 유압 챔버내에 위치하고 있다. 유압 챔버의 각 면에 대응하도록 작동함으로써 "초기 스톱"과 "후기 스톱"사이에 외부 로터에 대하여 내부 로터를 조절하는 것이 가능하다.
때때로 장치의 장착은 다음과 같은 점에서 문제가 된다. 내부 로터는 중앙 스크류에 의하여 회전방향으로 고정되는 방식으로 캠축에 고정되어 있어야 한다. 이를 위하여, 스크류는 미리 정해진 토크로 조여져야 한다. 스크류는 캠축의 축 방향으로 연장되는 나사산이 형성된 캠축 구멍에 체결된다. 이러한 의미에서, 체결 토크는 스크류의 키 면(key face)에 가해진다. 반대 토크는 캠축의 키 면에서 흡수된다. 스크류를 조임으로써 캠축의 내부 로터는 회전방향으로 고정된다. 이러한 의미에서, 체결 토크의 전체 부하는 필연적으로 캠축에 전달된다. 그 결과로서, 중앙 스크류 헤드와 내부 로터 사이의 마찰 토크 역시 내부 로터와 캠축 사이의 조임 면에 전달되고, 이것은 미끄러짐(slipping)을 야기할 수 있다. 이것은 번갈아서 내부 로터와 캠축 사이의 상대적인 위치를 변화시키는 상황을 야기할 수 있는데, 이는 심각한 결과를 가져올 수 있는 제어 시간 오차를 발생시킨다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 장착용 공구가 맞물릴 수 있는 키 면(예를 들면 육각 와셔)을 갖는 와셔를 중앙 스크류의 아래에 위치시키는 것이 기본적으로 가능하다. 결과적으로, 중앙 스크류가 체결될 때, 반대 토크는 와셔를 통하여 충분히 흡수될 수 있으므로(나사산에서의 마찰 토크만이 캠축의 키 면을 통하여 흡수되어야 한다) 캠축에 대하여 내부 로터가 비틀려지는 위험은 없게 된다. 그러나, 여기에서 추가적인 부품(와셔)을 필요로 하는 것은 불리하다. 왜냐하면, 이것은 추가 비용을 포함하고 캠축 조정 장치의 축방향 설치 공간을 증가시키기 때문이다.
마지막으로, 키 면이 상기의 캠축 조정기에 제공되도록 하는 목적으로 중앙 스크류가 체결될 때 반대 토크를 캠축 조정기의 외부 로터에 가하는 것이 기본적으로 가능하다. 캠축의 나사산에 작용하는 체결 토크는 캠축상에 형성된 키 면에 의하여 가해질 수 있다. 따라서, 외부 로터에는 캠축 조정기의 내부 부품들에 불리한 상당한 토크로 부하가 가해진다. 여기서, 상당한 힘은 블레이드들 또는 잠금 핀들에 가해지는 데, 이는 중앙 스크류를 위한 체결 토크가 작동 토크와 비교하여 크기 때문이다.
따라서, 본 발명은 상기한 불리한 점들을 회피하는 방식으로 초기에 언급하였던 형태의 캠축 조정기를 개발하는 것을 목적으로 한다. 또한, 캠축 조정기의 개별 부품들 사이 또는 내부 로터와 캠축 사이에 발생하는 높은 토크 부하 없이 캠축에 내부 로터를 연결시키는 중앙 스크류를 확고하게 결합하는 것이 가능하다. 여기에서 목적은 캠축 조정기의 경량 설계가 가능하도록 하는 것으로 예를 들면, 캠축 조정기의 작동 토크에 대한 한 치수 공정으로 충분하게 된다. 뿐만 아니라, 조정기가 설치될 때 발생하는 제어 시간 오차의 위험을 없앤다.
장착용 공구의 맞물림을 위한 요부(recess)는 바람직하게는 내부 로터의 회전축에 대하여 동심으로 형성된 내부 로터의 구멍에 만들어진다. 또한 요부는 외부 로터의 회전축에 대하여 동심으로 형성된 외부 로터의 외부 외주면에 만들어질 수 있다.
요부는 바람직하게는 반경방향으로 연장하는 그루브(groove)로서 구현될 수 있다. 요부는 축방향으로 내부 로터의 구멍의 축방향 연장 부분으로 연장될 수 있다. 이러한 의미에서, 요부는 내부 로터 또는 외부 로터의 내경으로부터 외경까지 연장될 수 있다.
요부가 축방향으로 후퇴되어진 베이스 영역을 가지면 장착용 공구의 개선된 끼워맞춤이 얻어질 수 있다. 여기서 베이스 영역은 후퇴되도록 배치되지 않은 공구 끼워맞춤 영역과 연속적으로 될 수 있다.
외주에 배치되고 장착용 공구가 맞물릴 수 있는 세 개의 요부들은 내부 로터 또는 외부 로터에 형성되는 것이 바람직하다. 장착용 공구를 오직 하나의 위치로 적용시킬 수 있게 하기 위하여 세 개의 요부들은 내부 로터 또는 외부 로터의 외주상에 불균일하게 분포되게 배치되도록 제공될 수 있다.
제조 장비의 관점에서 적어도 하나의 요부가 형상화 공정(shaping process) 또는 비금속 절단 제조 공정에 의해서 내부 또는 외부 로터에 형성된다면 가치있는 것으로 입증되었다.
소결(燒結) 금속 예를 들면, 합금 원소(alloy elements)들이 소결된 철 또는 비금속 재료가 내부 로터용 재료로서 사용될 수 있으며, 또한 내부 로터는 상기한 재료들을 일부라도 구비할 수 있다.
캠축 조정기를 설치하기 위한 본 발명에 따른 장착용 공구는 적어도 하나의 요부에 맞물리도록 대응하게 형성된 적어도 하나의 돌출부가 배치되어진 중공형 원통부를 구비한다. 바람직하게는 용접이 되어 반경방향으로 연장하는 그리핑 암이 중공형 원통부에 배치되어 있다면 장착용 공구의 취급이 수월해진다.
도 1은 내부 로터(2)와 외부 로터(3)가 개략적으로만 그려져 있는 캠축 조정기를 보여주며, 내부 로터(2)와 외부 로터(3)는 유압 조정 메커니즘(미도시)에 의하여 두개의 끝단 위치사이의 또 다른 것에 대해 세팅될 수 있다. 예를 들면, 유압 캠축 조정기의 통상적인 작동 방법의 설명은 DE 101 35 146 A1을 참조하면 된다.
내연기관의 크랭크축과 구동 기어 휠(20) 사이의 기능적인 연결은 체인(미도시)에 의해서 이루어지고, 상기 구동 기어 휠(20)은 외부 로터(3)에 대한 회전의 관점에서 고정되도록 연결되어 있다. 조정 메커니즘(미도시)은 외부 로터(3)와 내부 로터(2) 사이의 상대적인 회전 위치를 야기시킨다. 내부 로터(2)는 중앙 스크류에 의하여 내연 기관의 캠축(5)에 스크류 체결되어 있어서 회전에 대하여 고정될 수 있다. 내부 로터(2)는 크랭크축(5)의 회전축(10)에 대하여 동심으로 형성되는 구멍(11)을 가지며, 중앙 스크류(4)는 구멍의 중심에 배치된다.
중앙 스크류(4)가 비교적 높은 토크(원하지 않는 비틀림을 초래하게 되어 제어 시간의 오류를 초래할 수 있다)로 크랭크축(5)에 체결될 때 높은 토크가 내부 로터(2)로부터 캠축(5)으로 전달될 필요가 없도록 하기 위하여 도 2 및 도 3에 상세히 도시된 요부(6)들이 내부 로터(2)의 축방향 에지 영역에 제공된다. 이와 일치하여 요부(6)들은 그루브의 형태로 설정되어 있으며, 요부들은 구멍의 내경(di)으로부터 외경(da)까지 확장된다. 요부(6)들의 축방향 연장은 도 1과 함께 볼 때 도 2에 도시된 h에 의하여 주어진다. 연장(h)은 명백히 구멍의 전체 깊이 부분을 단지 메워준다. 도 3은 세 개의 요부(6)들이 내부 로터(2)에 제공되는 것을 보여주는데, 상기 요부(6)들은 외주상에 불균일하게 분포되도록 배치되어 있다. 두개의 요부(6)들은 구멍(11)에서 서로 직경방향으로 반대되게 위치하는 반면, 세번째 요부(6)는 두개의 요부 사이에 배치된다. 이것은 요부(6)들에 대하여 상보적이 될 수 있도록 형성된 공구가 내부 로터(2)에 오직 하나의 위치로만 끼워맞춰질 수 있도록 보장한다.
또한, 도 2는 요부(6)가 공구 끼워맞춤 영역(14)에 대하여 축방향으로 후퇴되게 배치되어진 베이스 영역(13)을 구비하는 것을 보여준다. 이것은 장착용 공구가 정확히 끼워맞춰지게 한다.
내부 로터(2)의 요부(6)들에 대응하는 요부(7)들이 외부 로터(3)에 배치되어 있으며, 유사한 방식으로 구현된다. 여기서, 요부들은 내경(Di)(도 1 참고)으로부터 외부 로터(3)의 외부 외주면(12)의 높이인 외경(Da)까지 연장된다.
도 4에는, 내부 로터(2)의 요부(6)들에 맞물리게 할 목적으로 캠축(5)의 내부 로터(2)를 장착하기 위하여 사용되는 장착용 공구(8)가 도시되어 있다. 중공형 원통부(15)상의 상기 장착용 공구(8)는 세 개가 일체로 형성된 돌출부(17)들을 구비하며, 돌출부들은 요부(6)들의 형상에 대응한다. 중앙 스크류(4)가 체결될 때 그리핑 암(18)은 장착용 공구(8)가 대응되는 레버로 고정될 수 있도록 해준다.
외부 로터(3)에 맞물리도록 사용되는 장착용 공구(9)는 장착용 공구(8)와 대응되도록 설계되어 있다.
도 1은 중앙 스크류(4)를 체결하기 위하여 캠축 조정기(1)에 장착용 공구(8,9)들이 어떻게 끼워맞춰지는가를 보여준다. 여기서, 장착용 공구(8,9)들은 캠 축 조정기(1)에서 뽑아져 있는 위치로 도시되어 있다. 장착용 공구(8)는 그 돌출부(17)(도 4 참고)가 요부(6)에 맞물리게 하는데, 이것은 그리핑 암(18)을 체결함으로써 내부 로터(2)가 회전되는 것을 방지한다. 대응되는 방식으로, 장착용 공구(9)는 중공형 원통부(16)에 배치된 그 돌출부(미도시)가 외부 로터(3)의 요부(7)에 맞물리게 하는데, 그 결과 그리핑 암(19)를 체결함으로써 외부 로터(3)가 회전하는 것을 방지할 수 있다. 그런 후, 중앙 스크류(4)는 캠축(5)에 가해져야 하는 약간의 토크가 없이도 체결 너트(21)에 의하여 체결될 수 있다.
본 발명에 의해 이와 같은 목적을 달성하는 수단은 내부 로터 및/또는 외부 로터가 장착용 공구의 맞물림을 위한 적어도 하나의 요부(recess)를 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 요부를 통하여 내부 로터와 외부 로터는 회전에 대한 고정을 확실하게 할 수 있다.
이것은 중앙 스크류의 체결 토크를 반대하는 토크가 내부 로터 또는 외부 로터에 직접적으로 흡수되도록 하여 특히 내부 로터와 캠축 사이에 연결이 토크 부하를 받지 않거나 있더라도 작은 토크 부하만을 받는 것을 보장한다. 그 결과, 상대적으로 캠축 조정기의 경량 설계가 가능하다. 또한, 내부 로터로부터 캠축으로의 체결 토크의 전달로 인한 제어 시간 오차도 방지된다.

Claims (16)

  1. 내부 로터와 외부 로터를 구비하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정장치로서,
    상기 내부 로터는 중앙 스크류에 의하여 캠축에 고정되며, 외부 로터에 대하여 회전하게 조정될 수 있으며,
    내부 로터 및 외부 로터 중 적어도 하나는 내부 로터와 외부 로터에 회전에 관하여 고정되는 것이 보장될 수 있게 하는 장착용 공구에 체결되는 하나의 요부를 구비하며,
    상기 요부는 상기 내부 로터의 회전축에 대하여 동심으로 형성된 구멍 상의 내부 로터 상에 형성되어 있으며,
    상기 요부는 상기 외부 로터의 회전축에 대하여 동심으로 형성된 외주면 상의 외부 로터 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 요부는 반경방향으로 연장하는 그루브(groove)로서 구현되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 로터 상에 형성된 상기 요부는 상기 구멍의 축방향 연장의 일부(h)에 걸쳐 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 로터 상에 형성된 적어도 하나의 상기 요부는 상기 내부 로터 상의 내경(di)으로부터 외경(da)까지 연장되거나 상기 외부 로터상의 내경(Di)으로부터 외경(Da)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 요부는 축방향으로 후퇴되어 있는 베이스 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 베이스 영역은 후퇴되도록 배치되어 있지 않은 공구 끼워맞춤 영역과 연속적인 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    세 개의 요부는 상기 내부 로터의 원주상에 분포되거나 또는 상기 외부 로터의 원주상에 분포되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    세 개의 상기 요부는 상기 내부 로터 또는 외부 로터의 원주상에 걸쳐 불균일하게 분포되어 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 요부는 형상화(shaping) 공정에 의하여 상기 내부 로터 또는 외부 로터에 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 로터는 적어도 부분적으로는 소결(燒結) 금속(sintered metal)을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 로터는 적어도 부분적으로는 비금속 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 엔진의 캠축 조정 장치.
  14. 제 1항의 캠축 조정 장치를 장착하기 위한 장착용 공구로서,
    중공형 원통부를 구비하되, 그 위에 적어도 하나의 대응되게 구성된 돌출부가 적어도 하나의 상기 요부 내에서 맞물리기 위하여 배치되는 것을 특징으로 하는 장착용 공구.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 중공형 원통부 상에 배치되며 반경방향으로 연장되는 그리핑 암을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장착용 공구.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 그리핑 암은 상기 중공형 원통부에 용접되는 것을 특징으로 하는 장착용 공구.
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