KR101271897B1 - 가변동 밸브 장치 부착 엔진 - Google Patents

가변동 밸브 장치 부착 엔진 Download PDF

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신이찌 무라따
다이스께 요시까
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 크랭크 샤프트에 대하여 제2 흡기 밸브를 구동하는 제2 흡기 캠(12)의 위상을 가변하는 제2 캠 위상 가변 기구(31)를 구비한 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 있어서, 제2 캠 위상 가변 기구(31)는, 크랭크 샤프트로부터 동력이 전달하는 캠 스프로킷(6)과는 반대측의 단부에 설치되고, 실린더 헤드(2)의 외측에 배치됨과 함께, 실린더 헤드(2)에 고정되어, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 적어도 하부를 덮는 액추에이터 커버(40)를 구비한다.

Description

가변동 밸브 장치 부착 엔진{ENGINE WITH VARIABLE VALVE GEAR}
본 발명은 캠의 위상을 변경할 수 있는 캠 위상 가변 기구를 구비한 엔진에 관한 것이다.
최근 들어, 밸브의 개폐 시기(캠의 위상)를 변화시키는 가변동 밸브 장치로서, 캠 위상 가변 기구를 구비한 엔진이 증가하고 있다. 또한, 1개의 기통에 밸브가 복수 구비된 엔진에 상기 캠 위상 가변 기구를 채용하고, 엔진의 운전 상태에 따라서 복수의 밸브의 일부만 개폐 시기를 변화시키는 기술이 개발되어 있다.
이러한 엔진의 이동 밸브 장치에 사용되는 캠 샤프트는, 샤프트 부재에 별체의 캠 산부를 회동 가능하도록 끼워 맞추어 조립된다. 캠 위상 가변 기구는, 예를 들어 베인식 액추에이터와 같은 유압 구동식 액추에이터가 사용되고, 캠 샤프트의 단부에 배치되어 있으며, 샤프트 부재와 캠 산부와의 위상을 가변시킴으로써, 복수의 밸브 중 일부의 밸브와 그 밖의 밸브와의 위상을 가변시키는 스플릿 가변을 가능하게 하고 있다(특허문헌 1을 참조).
일본 특허 공개 제2009-144521호 공보
그런데 캠 샤프트는 일반적으로, 엔진의 실린더 헤드 내에 수납되어 있다. 실린더 헤드는 캠 샤프트 등의 이동 밸브 장치의 조립 및 유지 보수를 위해, 상부 전체가 개구된 구조로 되어 있다. 실린더 헤드의 상부에는, 볼트에 의해 실린더 헤드 커버가 착탈 가능하도록 고정되어 있고, 실린더 헤드의 개구부를 덮는 구조로 되어 있다.
상기 특허문헌 1과 같이, 이동 밸브 장치에 캠 위상 가변 기구를 설치한 경우에는, 캠 위상 가변 기구를 구비하지 않고 있는 종래의 엔진과 비교하여, 이동 밸브 기구 전체의 축 방향 치수가 증가하게 된다. 따라서, 이동 밸브 장치를 수납하는 실린더 헤드도 캠 위상 가변 기구를 수납하기 위해서, 축 방향으로 연장된 것을 새롭게 준비할 필요가 있었다.
이렇게 축 방향 치수가 연장된 실린더 헤드를 제작하기 위해서는, 실린더 헤드의 가공 설비가 커진다는 문제점이 발생한다. 또한, 캠 위상 가변 기구의 유무에 의해 엔진의 실린더 헤드의 치수가 크게 상이하면, 이들 실린더 헤드를 동일한 라인에 제작하는 것이 곤란해져서 제작성이 저하하거나, 혹은 추가의 설비 투자가 과대하게 발생할 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 실린더 헤드의 치수를 억제하면서 캠 위상 가변 기구를 구비할 수 있는 구조의 가변동 밸브 장치 부착 엔진을 제공하는 데에 있다.
청구항 1에 기재된 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 일 단부측에 크랭크 샤프트로부터의 동력이 전달되어서 회전 구동하는 캠 샤프트에 설치되고, 크랭크 샤프트에 대하여 캠 샤프트에 설치되는 밸브 구동용 캠의 위상을 가변하는 캠 위상 가변 기구를 구비한 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 있어서, 캠 위상 가변 기구는, 캠 샤프트의 일 단부측과는 반대인 타단부측에 설치되고, 실린더 헤드의 외측에 배치됨과 함께, 실린더 헤드에 고정되어, 캠 위상 가변 기구의 적어도 하부를 덮는 커버 부재를 구비하는 것으로 하였다.
청구항 2에 기재된 발명에서는, 캠 위상 가변 기구는, 유압식 액추에이터임과 함께, 커버 부재에, 캠 위상 가변 기구로의 작동유의 급배를 제어하는 제어 밸브를 고정하도록 하였다.
청구항 3에 기재된 발명에서는, 실린더 헤드 및 커버 부재는 상부가 개구되고, 커버 부재는 상부의 개구면이 실린더 헤드의 개구면과 동일 평면상에 위치하도록 형성되고, 실린더 헤드의 개구부와 커버 부재의 개구부를 맞춰서 덮는 실린더 헤드 커버를 구비하도록 하였다.
청구항 4에 기재된 발명에서는, 캠 위상 가변 기구에 의해 가변 제어된 캠의 위상을 검출하는 검출 수단을 커버 부재에 구비하도록 하였다.
청구항 5에 기재된 발명에서는, 제어 밸브의 드레인 유로가 실린더 헤드 내에 개방되도록 하였다.
청구항 6에 기재된 발명에서는, 커버 부재 내의 공간과 실린더 헤드 내의 공간을 이격하는 격벽에, 커버 내의 공간과 실린더 헤드 내의 공간을 연통하는 유로를 형성하도록 하였다.
청구항 7에 기재된 발명에서는, 캠 위상 가변 기구는, 외형이 원기둥 형상이며, 캠 샤프트와 동축에 배치되고, 커버 부재의 내벽이 캠 위상 가변 기구의 외주를 따라서 원호 형상으로 형성되도록 하였다.
청구항 8에 기재된 발명에서는, 커버 부재의 내벽에 캠 위상 가변 기구의 회전에 의해 수납부 내의 작동유를 유로에 유도하는 도입 수단이 설치되도록 하였다.
청구항 9에 기재된 발명에서는, 커버 부재는, 상부가 개방되어서 커버 부재 내의 공간이 반 원통 형상으로 형성되어, 캠 위상 가변 기구의 하반부를 덮고, 실린더 헤드 커버는, 캠 위상 가변 기구의 외주를 따라서 원호 형상으로 내벽이 형성되어, 커버 부재의 상부를 덮도록 하였다.
청구항 10에 기재된 발명에서는, 커버 부재는, 실린더 헤드와는 별개로 형성되고, 실린더 헤드에 고정되도록 하였다.
청구항 11에 기재된 발명에서는, 캠 위상 가변 기구는, 캠 샤프트의 양단부에 각각 구비되는 동시에, 캠 샤프트가 실린더 헤드에 복수 설치된 베어링부에 의해 회전 가능하도록 지지되고, 양단부에 설치된 2개의 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는, 실린더 헤드 내 및 캠 샤프트 내에 각각 형성되고, 서로 다른 베어링부에 있어서 실린더 헤드 내의 유로와 캠 샤프트 내의 유로가 연통되도록 형성됨과 함께, 2개의 캠 위상 가변 기구 중 한쪽의 제1 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는 캠 샤프트의 외주면에 원환상(圓環狀)의 오일 홈을 구비하고, 다른 쪽의 제2 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는 베어링부의 내주면에 원환상의 오일 홈을 구비하도록 하였다.
청구항 12에 기재된 발명에서는, 엔진은 1개의 기통에 복수의 흡기 밸브가 구비되고, 제1 캠 위상 가변 기구는 복수의 흡기 밸브 전체의 위상을 가변함과 함께, 제2 캠 위상 가변 기구는 복수의 흡기 밸브 중 일부의 흡기 밸브의 위상을 가변시키도록 하였다.
청구항 13에 기재된 발명에서는, 제2 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로가 형성된 베어링부는, 제1 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로가 형성된 베어링부보다 내경이 크게 형성되도록 하였다.
청구항 1의 발명에 의하면, 캠 위상 가변 기구는, 실린더 헤드의 외측에 설치되고, 커버 부재 내에 배치된다. 이에 의해, 캠 위상 가변 기구를 실린더 헤드에 수납할 필요가 없으므로, 실린더 헤드의 치수를 억제하면서 캠 위상 가변 기구를 구비한 가변동 밸브 장치 부착 엔진이 실현 가능하게 된다. 따라서, 실린더 헤드의 가공 설비를 작게 할 수 있음과 함께, 캠 위상 가변 기구를 구비하지 않는 엔진과 실린더 헤드의 형상을 대략 공통화할 수 있게 되고, 실린더 헤드의 가공 설비를 공통화하여, 설비 비용을 억제할 수 있다.
또한, 실린더 헤드의 제작에 캠 샤프트가 삽입되는 캠 구멍을 관통 가공할 수 있으므로, 가공을 용이하게 할 수 있음과 함께, 캠 구멍의 정밀도가 향상되어서 캠 샤프트 회전시의 프릭션을 저감시킬 수 있다.
또한, 캠 위상 가변 기구가 유압식 액추에이터임과 함께 캠 위상 가변 기구로의 작동유의 공급 유로가 캠 구멍의 가공에 의해 형성된 베어링부와 캠 샤프트의 습동면(摺動面)을 사이에 두고 있을 경우에는, 캠 구멍의 가공 정밀도가 향상함으로써 습동면에서의 오일 누설을 감소시켜, 캠 위상 가변 기구의 작동 응답성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 액추에이터가 구획된 공간에 수납되기 때문에, 실린더 헤드 내의 대량의 윤활유가 액추에이터의 회전에 의해 교반되지 않으므로, 교반 저항이 증대하지 않는 데다가, 윤활유가 미스트 형상이 되어서 블로우 바이로 섞이는 양이 증대하기 어려우므로, 오일 소비에 악영향을 미치지 않는다.
청구항 2의 발명에 의하면, 유압식의 액추에이터인 캠 위상 가변 기구로의 작동유의 급배를 제어하는 제어 밸브가, 커버 부재에 고정되어 있으므로, 제어 밸브의 설치부에 있어서의 버 제거나 세정 등의 가공이 커버 부재에 실시됨으로써, 실린더 헤드보다도 비교적 작은 커버 부재에 이들 가공을 집약할 수 있고, 가공 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 액추에이터 근방에 제어 밸브를 배치하게 되므로, 확실한 가변 응답성이 얻어진다.
청구항 3의 발명에 의하면, 실린더 헤드 커버가 실린더 헤드의 개구부와 커버 부재의 개구부를 맞춰서 덮으므로, 부품 개수를 저감시킬 수 있다. 또한, 실린더 헤드 커버의 설치면이, 실린더 헤드와 커버 부재가 동일면 상에 배치되어 있으므로, 실린더 헤드 커버의 설치면에서의 시일성을 확보할 수 있다.
청구항 4의 발명에 의하면, 캠 위상 가변 기구에 의해 가변 제어되는 캠의 위상을 검출하는 검출 수단이, 커버 부재에 배치됨으로써, 캠 위상 가변 기구를 구비한 경우에 필요해지는 부품 설치부의 가공이 커버 부재에 집약되어, 가공 비용을 저감시킬 수 있다.
청구항 5의 발명에 의하면, 제어 밸브로부터의 드레인이 커버 부재 내의 공간이 아닌, 실린더 헤드 내에 개방되므로, 커버 부재 내의 작동유의 증가를 억제하고, 캠 위상 가변 기구의 작동 프릭션을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 청구항 6의 가변동 밸브 장치부 엔진에 의하면, 커버 부재 내에 캠 위상 가변 기구가 수납되므로, 캠 위상 가변 기구로부터 작동유가 누설되었다 하더라도, 외부로의 작동유의 유출을 방지할 수 있다. 그리고, 커버 부재 내의 공간과 실린더 헤드 내의 공간을 연통하는 유로가 격벽에 형성되므로, 커버 부재 내에 누설된 작동유가 실린더 헤드 내의 공간에 배출되어, 커버 부재 내에서의 작동유의 저류를 억제할 수 있다. 따라서, 캠 위상 가변 기구의 작동 시에, 커버 부재 내에서의 작동유의 교반에 의한 프릭션을 저감할 수 있고, 또한 캠 위상 가변 기구에 의한 가변 응답성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 청구항 7의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 의하면, 커버 부재의 내벽이 캠 위상 가변 기구의 외형을 따라서 원호 형상으로 형성되어 있으므로, 커버 부재 내에 작동유가 저류되었다 하더라도, 캠 위상 가변 기구의 회전시에 커버 부재내의 작동유가 원활하게 교반되어, 프릭션의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 작동유의 원활한 교반에 의해 에어레이션을 억제할 수 있으므로, 커버 부재 내의 작동유가 회수되어서, 캠 위상 가변 기구의 작동유로서 재이용되었을 경우에, 에어레이션에 의한 작동 유압의 저하가 억제되고, 캠 위상 가변 기구의 작동 응답성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 원호 형상으로 형성되기 때문에, 커버 부재의 형상을 작게 할 수 있고, 콤팩트한 설계가 가능하게 된다.
본 발명의 청구항 8의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 의하면, 도입 수단에 따라, 캠 위상 가변 기구의 회전에 의해 교반된 커버 부재 내의 작동유가 유로에 유도되므로, 작동유를 유로로부터 원활하게 배출시킬 수 있다. 따라서, 작동유의 저류를 신속히 해소하고, 작동유의 교반 저항을 신속히 저하시킬 수 있다.
본 발명의 청구항 9의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 의하면, 실린더 헤드 커버와 수납부를 맞추고, 내부에 캠 위상 가변 기구의 전체 둘레를 비교적 작은 간극으로 덮을 수 있다. 따라서, 간이한 구성으로 전체 치수를 억제하면서, 내부에 작동유의 저류량을 억제한 캠 위상 가변 기구 수납을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 청구항 10의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 의하면, 캠 위상 가변 기구의 수납부가 실린더 헤드와는 별체이므로, 캠 위상 가변 기구가 필요하지 않은 엔진과 실린더 헤드의 치수를 대부분 공통화할 수 있다.
본 발명의 청구항 11의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 의하면, 제1 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는 회전하는 캠 샤프트의 외주면에 원환상의 오일 홈을 구비하고, 제2 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는 고정된 베어링부의 내주면에 원환상의 오일 홈을 구비하므로, 제1 캠 위상 가변 기구로의 오일 홈에 공급하는 유로의 개구부에서는 캠 샤프트 외주면의 원환상 오일 홈 내의 오일도 오일 홈에 이끌려서 회전하여, 개구부에 대하여 오일의 흐름은 빠르고, 제2 캠 위상 가변 기구로의 오일 홈에 공급하는 유로의 개구부에서는 베어링부 내주면의 원환상 오일 홈 내의 오일은 회전하는 캠 축면측만 이끌려서 회전하여, 개구부에 대하여 오일의 흐름이 느려진다. 이에 의해, 오일 홈으로의 공급 유로의 개구부 부근에서의 압력차가 발생하고, 제1 캠 위상 가변 기구로의 유로의 개구부 부근보다도 제2 캠 위상 가변 기구로의 유로의 개구부 부근의 유압이 낮아져, 오일 홈 내에 작동유를 공급하기 쉬워진다. 따라서, 제1 캠 위상 가변 기구보다도 제2 캠 위상 가변 기구로의 작동유의 유통성이 향상되고, 제2 캠 위상 가변 기구에 우선해서 작동유가 공급되어 신속히 작동 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 청구항 12의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 의하면, 제1 캠 위상 가변 기구에 의한 복수의 흡기 밸브 전체 위상의 가변보다도, 제2 캠 위상 가변 기구에 의한 일부의 흡기 밸브의 위상을 우선해서 가변시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어 엔진의 저속 저부하 시에 오일 펌프로부터의 작동유의 공급량이 저하한 경우에도, 제2 캠 위상 가변 기구에 의한 소위 흡기 밸브의 스플릿 가변을 우선해서 신속히 행할 수 있고, 요구되는 최적의 캠 타이밍에 지연 없이 변경할 수 있으므로, 높은 드라이버빌리티를 유지하면서 연비 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 청구항 13의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 의하면, 제2 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로가 형성된 베어링부는, 제1 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로가 형성된 베어링부보다도 내경이 크게 형성되어 있으므로, 오일 홈 내에서의 작동유의 림스피드가 증가하고, 유로의 개구부 부근의 유압이 증대하기 어렵다. 이에 의해, 예를 들어 제2 캠 위상 가변 기구에 의해 소위 흡기 밸브의 스플릿 가변을 행하도록 하면, 이 흡기 밸브의 스플릿 가변을 우선해서 신속히 행할 수 있고, 높은 드라이버빌리티와 연비 성능이 유지되면서, 설계 자유도가 높아질 수 있고, 강도 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 캠 샤프트의 양단부에 각각 설치된 캠 위상 가변 기구의 가변 응답성의 균형을 잡을 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 있어서의 실린더 헤드내의 구조를 도시하는 상면도이다.
도 2는 흡기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 액추에이터 커버 및 실린더 헤드 커버의 설치 상태를 도시하는 엔진의 후방면도이다.
도 4는 액추에이터 커버의 외측 형상을 도시하는 사시도이다.
도 5는 액추에이터 커버의 내측 형상을 도시하는 사시도이다.
도 6은 액추에이터 커버의 둑 형상을 도시하는 단면도이다.
도 7은 흡기 캠 샤프트 및 그 지지부의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8a는 캠 샤프트측에 오일 홈을 설치한 경우, 오일 홈 내에서의 작동유의 림스피드를 도시하는 설명도이다.
도 8b는 실린더 헤드측에 오일 홈을 설치한 경우, 오일 홈 내에서의 작동유의 림스피드를 도시하는 설명도이다.
도 8c는 캠 샤프트측에 오일 홈을 설치한 경우, 오일 홈 내에서의 작동유의 림스피드를 도시하는 홈의 폭 방향의 단면도이다.
도 8d는 실린더 헤드측에 오일 홈을 설치한 경우, 오일 홈 내에서의 작동유의 림스피드를 도시하는 홈의 폭 방향의 단면도이다.
도 9a는 실린더 헤드측에 오일 홈을 설치한 경우, 유로의 배치 예를 도시하는 단면도이다.
도 9b는 실린더 헤드측에 오일 홈을 설치한 경우, 유로의 배치 예를 도시하는 단면도이다.
도 9c는 실린더 헤드측에 오일 홈을 설치한 경우, 유로의 배치 예를 도시하는 단면도이다.
도 9d는 실린더 헤드측에 오일 홈을 설치한 경우, 유로의 배치 예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 액추에이터 커버의 홈 형상을 도시하는 단면도이다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시 형태의 가변동 밸브 장치 부착 엔진(이하, 간단히 엔진(1)이라고 함)의 실린더 헤드(2) 내의 구조를 도시하는 상면도이다. 도 2는 흡기 캠 샤프트(4)의 구조를 도시하는 단면도이다.
본 실시 형태의 엔진(1)은, DOHC식 이동 밸브 기구를 갖는 직렬 3기통 엔진이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(2)의 내부에 회전 가능하도록 지지된 배기 캠 샤프트(3) 및 흡기 캠 샤프트(4)(본원의 캠 샤프트에 해당함)에는, 각각 캠 스프로킷(5, 6)이 접속되고, 이들의 캠 스프로킷(5, 6)은 체인(7)을 통해서 도시하지 않은 크랭크 샤프트에 연결되어 있다.
엔진(1)의 1개의 기통(8)에는, 2개의 흡기 밸브(9, 10)와 도시하지 않은 2개의 배기 밸브가 설치되어 있다. 2개의 흡기 밸브(9, 10)는, 흡기 캠 샤프트(4)에 교대로 배치된 제1 흡기 캠(11) 및 제2 흡기 캠(12)에 의해 구동된다. 상세하게는, 2개의 흡기 밸브 중 제1 흡기 밸브(9)는 제1 흡기 캠(11)에, 제2 흡기 밸브(10)는 제2 흡기 캠(12)에 의해 구동된다. 2개의 배기 밸브는, 배기 캠 샤프트(3)에 고정된 배기 캠(13)에 의해 구동된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(4)는, 중공 형상의 아우터 캠 샤프트(21)와 아우터 캠 샤프트(21)에 삽입된 이너 캠 샤프트(22)를 구비한 2중 구조로 되고 있다. 아우터 캠 샤프트(21) 및 이너 캠 샤프트(22)는, 약간의 간극을 가지면서 동심 상에 배치되고, 엔진(1)의 실린더 헤드(2)에 형성된 복수의 베어링부(23a 내지 23e)에 회동 가능하도록 지지되어 있다.
아우터 캠 샤프트(21)에는, 제1 흡기 캠(11)이 고정되어 있다. 또한, 아우터 캠 샤프트(21)에는 회동 가능하게 제2 흡기 캠(12)(본원의 밸브의 구동용 캠에 해당함)이 지지되어 있다. 제2 흡기 캠(12)은, 아우터 캠 샤프트(21)가 삽입되는 대략 원통 형상의 지지부(12a)와 지지부(12a)의 외주로부터 돌출되어 제2 흡기 밸브(10)를 구동하는 캠 산부(12b)로 구성되어 있다. 제2 흡기 캠(12)과 이너 캠 샤프트(22)는 핀 형상 부재(24)에 의해 연결되어 있다. 핀 형상 부재(24)는, 제2 흡기 캠(12)의 지지부(12a), 아우터 캠 샤프트(21) 및 이너 캠 샤프트(22)를 관통하고 있어, 이너 캠 샤프트(22)에 설치된 구멍에 대략 간극 없이 삽입됨과 함께, 양단부에 빠짐 방지가 이루어져 지지부(12a)에 연결되어 있다. 아우터 캠 샤프트(21)에는 핀 형상 부재(24)가 통과하는 긴 구멍(25)이 둘레 방향으로 연장해서 형성되어 있다. 따라서, 제1 흡기 캠(11)은 아우터 캠 샤프트(21)의 회전에 의해 구동하고, 제2 흡기 캠(12)은 이너 샤프트(22)의 회전에 의해 구동하는 구성으로 되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(4)에는, 제1 캠 위상 가변 기구(30) 및 제2 캠 위상 가변 기구(31)가 설치되어 있다. 제1 캠 위상 가변 기구(30) 및 제2 캠 위상 가변 기구(31)는, 예를 들어 공지된 베인식 유압 액추에이터가 사용되고 있다. 베인식 유압 액추에이터는, 원통 형상의 하우징(커버) 내에 베인 로터가 회동 가능하게 설치되어 구성되어 있고, 하우징 내로의 작동유의 공급에 따라, 하우징에 대한 베인의 회전 각도를 가변시키는 기능을 갖는다.
흡기 캠 샤프트(4)의 전단부에는 제1 캠 위상 가변 기구(30)가 설치되어 있다. 상세하게는, 제1 캠 위상 가변 기구(30)의 하우징에 캠 스프로킷(6)이 고정되어 있음과 함께, 제1 캠 위상 가변 기구(30)의 베인 로터에 아우터 캠 샤프트(21)의 전단부가 고정되어 있다.
흡기 캠 샤프트(4)의 후단부에는 제2 캠 위상 가변 기구(31)가 설치되어 있다. 상세하게는, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 하우징(31a)에는 아우터 캠 샤프트(21)의 후단부가 고정되어 있음과 함께, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 베인 로터에는 제2 흡기 캠(12)이 연결되는 이너 캠 샤프트(22)가 고정되어 있다.
따라서, 제1 캠 위상 가변 기구(30)는, 캠 스프로킷(6)에 대한 아우터 캠 샤프트(21)의 회전각을 가변시키는 기능을 갖는 한편, 제2 캠 위상 가변 기구(31)는, 아우터 캠 샤프트(21)에 대한 이너 캠 샤프트(22)의 회전각을 가변시키는 기능을 갖는다. 즉, 제1 캠 위상 가변 기구(30)는, 배기 밸브의 개폐 시기에 대하여 제1 흡기 밸브(9) 및 제2 흡기 밸브(10) 전체의 개폐 시기를 가변시키는 기능을 가짐과 함께, 제2 캠 위상 가변 기구(31)는, 제1 흡기 밸브(9)의 개폐 시기에 대하여 제2 흡기 밸브(10)의 개폐 시기를 가변시키는 스플릿 가변 기능을 갖는다.
실린더 헤드(2)에는, 아우터 캠 샤프트(21)의 실회전각을 검출하는 제1 캠 센서(32)과, 제1 캠 위상 가변 기구(30)로의 작동유의 흡배(吸排)를 제어하는 제1 OCV(오일 컨트롤 밸브)(33)가 고정되어 있다. 제1 OCV(33)는, 제1 캠 위상 가변 기구(30)에 근접한 위치에 배치되어 있고, 엔진(1)의 실린더 블럭에 고정된 도시하지 않은 오일 펌프로부터, 실린더 헤드(2)에 상하 방향으로 연장되어서 형성된 유로(34)를 통해서 작동유가 공급된다. 이 제1 캠 센서(32)는, 제1 OCV(33)의 제어, 즉 제1 캠 위상 가변 기구(30)의 작동 제어에 사용된다.
특히, 본 실시 형태의 엔진(1)에서는, 흡기 캠 샤프트(4)의 후단부가 실린더 헤드(2)의 후벽(2a)을 관통하고, 제2 캠 위상 가변 기구(31)가 실린더 헤드(2)의 외측에 배치되어 있다. 흡기 캠 샤프트(4)의 후벽(2a)에는, 흡기 캠 샤프트(4)의 후단부를 지지하는 베어링부(23e)가 설치되어 있다.
도 3은, 액추에이터 커버(40) 및 실린더 헤드 커버(41)의 설치 상태를 도시하는 엔진(1)의 후면도이다. 도 4는, 액추에이터 커버(40)의 외측 형상을 도시하는 사시도, 도 5는, 액추에이터 커버(40)의 내측 형상을 도시하는 사시도이다.
도 1 및 3 내지 5에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(2)에는, 액추에이터 커버(40)(본원의 커버 부재에 해당함)가 볼트(42)에 의해 고정되어 있다. 액추에이터 커버(40)는, 실린더 헤드(2)에 고정됨으로써, 외형이 원기둥 형상인 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 하측 절반을, 약간 간극을 갖고 덮도록 형성되어 있다.
액추에이터 커버(40)는, 상부가 개구되어 있고, 실린더 헤드(2)에 고정되었을 때, 그 상면(40a)이 실린더 헤드(2)의 상면(2b)과 편평하도록 형성되어 있다. 실린더 헤드(2)의 상면을 덮는 실린더 헤드 커버(41)는, 액추에이터 커버(40)의 상면도 덮도록 실린더 헤드(2)보다 후방에 돌출된 형상으로 되어 있다. 이에 의해, 액추에이터 커버(40)와 실린더 헤드 커버(41)의 일부에 의해, 제2 캠 위상 가변 기구(31)를 수납하는 공간(43)이 형성되어 있다.
액추에이터 커버(40)의 실린더 헤드(2)와의 접촉면(40b)에는, 내부의 공간(43)으로부터의 기름 누설 방지용으로서 고무 시일을 수납하는 시일 홈(40c)이 형성되어 있다.
액추에이터 커버(40)에는, 제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 작동유의 흡배를 제어하는 제2 OCV(본원의 제어 밸브에 해당함)(44)와, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 베인 로터의 회전 타이밍을 검출하는 제2 캠 센서(45)(본원의 검출 수단에 해당함)이 설치되어 있다.
제2 OCV(44)에는, 실린더 헤드(2)에 형성된 도시하지 않은 작동 유로로부터 액추에이터 커버(40)에 형성된 유로(40g)를 통해서 작동유가 공급된다. 그리고, 제2 OCV(44)부터 액추에이터 커버(40)에 형성된 유로(40d), 실린더 헤드(2)에 형성된 유로(71), 아우터 캠 샤프트(21)에 형성된 유로(72)를 통해서 제2 캠 위상 가변 기구(31)에 작동유가 공급된다. 제2 OCV(44)의 드레인은, 액추에이터 커버(40) 내에 형성된 드레인 유로(40h) 및 실린더 헤드(2)의 후벽(2a) 내의 드레인 유로(2d)를 통과하고, 실린더 헤드(2) 내에 복귀된다.
제2 캠 센서(45)는, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 외주벽(3lb)의 베인 로터에 고정되어 있는 부위에 면해서 액추에이터 커버(40)에 고정되어 있고, 이 부위의 실회전각을 검출함으로써, 이너 캠 샤프트(22)의 실회전각을 검출한다.
따라서, 제2 캠 센서(45)에 의해, 제1 캠 센서(32)로 검출된 아우터 캠 샤프트(21)의 회전각과의 차에 기초하여, 아우터 캠 샤프트(21)와 이너 캠 샤프트(22)의 실제 회전각 차를 검출하는 것이 가능하게 되고, 이 실회전각 차가 제2 OCV(44)의 제어, 즉 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 작동 제어에 사용된다.
제2 캠 센서(45)는, 검출면(45a)이 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)의 하단부보다 약간 상방에 위치하고 있다. 이에 의해, 공간(43) 내에, 예를 들어 철 가루가 혼입되어버린 경우에도, 검출면(45a) 앞에 저류되기 어려워져, 제2 캠 센서(45)의 오검출을 억제할 수 있다.
도 6은, 실린더 헤드(2)의 유로(50)의 위치와 액추에이터 커버(40)에 설치된 둑(52)의 위치를 도시하는 설명도이다.
실린더 헤드(2)의 후벽(2a)에는, 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)과, 실린더 헤드 내의 공간(51)을 연통하는 유로(50)가 형성되어 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 유로(50)는, 액추에이터 커버(40)의 내주벽(40e)과 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 외주벽(3lb) 사이의 간극에 면하고, 최하부부터 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 회전 방향측에 위치해서 배치되어 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 액추에이터 커버(40)의 내주벽(40e)에는, 상방에 돌출된 둑(52)(본원의 도입 수단에 해당함)이 설치되어 있다. 둑(52)의 높이는, 회전하는 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 외주벽(3lb)에 접촉하지 않도록 설정되어 있다. 둑(52)은, 후벽(40f)측에서 실린더 헤드(2)를 향하여, 상방에 경사져서 설치되고, 그 실린더 헤드(2)측의 단부(52a)가, 유로(50)의 개구부의 상방에 위치하도록 설정되어 있다.
도 7은, 흡기 캠 샤프트(4) 및 그 지지부의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제1 OCV(33)로부터 제1 캠 위상 가변 기구(30)에는, 실린더 헤드(2)에 형성된 유로(61), 흡기 캠 샤프트(4)에 형성된 유로(62)를 통해서 작동유가 공급된다. 특히, 베어링부(23a)에 지지되는 흡기 캠 샤프트(4)의 부위인 캠 저널(63)에는, 그 외주면에 원환상으로 오일 홈(64)이 형성되어 있고, 이 오일 홈(64)에 면해서 베어링부(23a)의 내주면에 유로(61)가 개구되어 있다. 이에 의해, 상대적으로 회전하는 베어링부(23a)와 캠 저널(63) 사이에서 항상 유로(61, 62)가 연통하는 구조로 되어 있다.
제2 OCV(34)부터 제2 캠 위상 가변 기구(31)에는, 상기한 바와 같이 실린더 헤드(2)에 형성된 유로(71), 아우터 캠 샤프트(21)에 형성된 유로(72)를 통해서 작동유가 공급된다. 특히, 베어링부(23e)에는, 그 내주면에 원환상으로 오일 홈(73)이 형성되어 있고, 이 오일 홈(73)에 면하고, 베어링부(23e)에 지지되는 흡기 캠 샤프트(4)의 부위인 캠 저널(74)의 외주면에 유로(72)가 개구되어 있다. 이에 의해, 상대적으로 회전하는 베어링부(23e)와 캠 저널(74) 사이에서 항상 유로(71, 72)가 연통하는 구조로 되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 엔진(1)에서는, 제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 유로(71)가 형성된 베어링부(23e)의 내경이, 제1 캠 위상 가변 기구(30)로의 유로(61)가 형성된 베어링부(23a)의 내경보다도 크게 형성되어 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 2개의 흡기 밸브(9, 10)의 위상차를 가변시키는 제2 캠 위상 가변 기구(31)가, 실린더 헤드(2)의 후방측 외측에 설치되어 있다. 그리고, 제2 캠 위상 가변 기구(31)는, 실린더 헤드(2)와는 별도 부품인 액추에이터 커버(40)에 수납된다. 이에 의해, 본 실시 형태의 엔진(1)은, 제2 캠 위상 가변 기구(31)가 없는 종래의 엔진과 비교하여, 실린더 헤드(2)의 전후 치수를 동일하게 할 수 있다. 따라서, 실린더 헤드(2)의 가공 설비를 작게 할 수 있게 된다. 또한, 제2 캠 위상 가변 기구(31)를 구비하지 않는 엔진과 실린더 헤드의 형상을 대략 공통화할 수 있게 되고, 실린더 헤드의 가공 설비를 공통화하여, 설비 비용을 억제할 수 있다.
또한, 실린더 헤드(2)의 후벽(2a)에, 흡기 캠 샤프트(4)의 후단부를 지지하는 베어링부(23e)가 형성된 구조로 되어 있으므로, 실린더 헤드(2)의 제작 시에 흡기 캠 샤프트(4)의 기타 베어링부(23a 내지 23d)용의 캠 구멍을 포함하여, 실린더 헤드(2)의 후방측으로부터 관통 가공이 가능하게 된다. 따라서, 베어링부(23a 내지 23e)용의 천공 가공이 용이해지는 동시에, 그 정밀도를 향상시켜서 흡기 캠 샤프트(4)의 회전시의 프릭션을 저감시킬 수 있다. 또한, 캠 위상 가변 기구(31)로의 작동유로가 베어링부(23e)와 캠 저널(74)과의 습동면을 통과하므로, 베어링부(23e)의 캠 구멍의 정밀도가 향상함으로써 습동부로부터의 작동유의 누설을 저감시킬 수 있다. 따라서, 기름 누설에 의한 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 응답성의 저하를 억제할 수 있다. 마찬가지로, 베어링부(23a)의 캠 구멍의 정밀도가 향상됨으로써 제1 캠 위상 가변 기구(30)의 응답성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 실린더 헤드 커버(41)가 실린더 헤드(2)의 개구부와 액추에이터 커버(40)의 개구부를 맞춰서 덮으므로, 부품 개수를 저감시킬 수 있다. 또한, 액추에이터 커버(40)의 상면(40a)과 실린더 헤드(2)의 상면(2a)이 동일면이 되므로, 실린더 헤드 커버(41)의 하면이 이에 맞춰서 편평하게 된다. 따라서, 실린더 헤드 커버(41)와 실린더 헤드(2) 및 액추에이터 커버(40)와의 시일성을 확보할 수 있다.
또한, 액추에이터 커버(40)에는, 제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 작동유의 급배 제어를 행하는 제2 OCV(44)가 고정되어 있다. 따라서, 제2 OCV(44)의 설치 가공을, 실린더 헤드(2)가 아닌, 비교적 작은 부품인 액추에이터 커버(40)에 실시할 수 있고, 가공 시의 버 제거나 세정 등의 작업을 용이하게 저비용으로 행할 수 있다.
나아가, 제1 흡기 캠(11)과 제2 흡기 캠(12)의 위상차 또는 간단히 제2 흡기 캠(12)의 위상을 검출하는 제2 캠 센서(45)도 액추에이터 커버(40)에 배치되므로, 제2 캠 위상 가변 기구(31)를 구비한 경우에 필요해지는 주변 기기의 설치 가공이 액추에이터 커버(40)에 집약되어, 가공 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제2 캠 위상 가변 기구(31)가 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)에 수납되어 있으므로, 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)은, 실린더 헤드(2) 내의 공간(51)과 후벽(2a)을 이격한 다른 공간이 되어 있다. 유압 액추에이터인 제2 캠 위상 가변 기구(31)는, 그 구조상, 작동유가 누설될 우려가 있지만, 설령 제2 캠 위상 가변 기구(31)로부터 작동유가 누설되었다 하더라도, 액추에이터 커버(40)에 의해 외부로의 유출이 방지된다. 또한, 제2 캠 위상 가변 기구(31)를 수납하는 공간과 실린더 헤드(2) 내의 공간(51)이 다른 공간이 되고 있으므로, 실린더 헤드(2) 내의 공간(51)에서 튀어오른 윤활유가 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)에 유입하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)과 실린더 헤드(2) 내의 공간(51)을 유로(50)에 의해 연통하고 있으므로, 제2 캠 위상 가변 기구(31)로부터 작동유가 누설되었다 하더라도, 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)으로부터 유로(50)를 통해서 실린더 헤드(2) 내의 공간(51)에 배출되어, 액추에이터 커버(40) 내에 작동유가 저류되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 OCV(44)의 드레인을 액추에이터 커버(40) 내의 공간(43)에 개방하는 것이 아닌, 실린더 헤드(2) 내의 공간(51)에 개방하므로, 제2 OCV(44)의 드레인에 의한 액추에이터 커버(40) 내의 작동유의 저류를 방지할 수 있다.
이와 같이, 액추에이터 커버(40) 내의 작동유의 저류를 억제함으로써, 흡기 캠 샤프트(4)의 회전에 수반되는 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 회전 시에, 작동유의 교반에 의한 프릭션을 저감시킬 수 있고, 또한 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 작동 응답성, 즉 제2 흡기 밸브(10)의 가변 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 액추에이터 커버(40)의 내주벽(40e)이 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 외주벽(3lb)을 따라 원호 형상으로 형성되어 있으므로, 설령 액추에이터 커버(40) 내로부터 작동유의 배출이 충분히 이루어지지 않고 저류된다 하더라도, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 회전시에 작동유가 원활하게 교반되어, 프릭션의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 작동유의 원활한 교반에 의해, 에어레이션을 억제할 수 있으므로, 액추에이터 커버(40) 내의 작동유가 회수되어서, 제2 캠 위상 가변 기구(31) 등의 작동유로서 재이용되었을 경우에, 에어레이션에 의한 작동 유압의 저하가 억제되고, 제2 캠 위상 가변 기구(31) 등의 작동 응답성의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 액추에이터 커버(40)의 내주벽(40e)과, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 외주벽(3lb)의 사이가 미소한 간극이므로, 액추에이터 커버(40) 내의 작동유의 양이 억제되고, 작동유의 교반 저항을 억제할 수 있다.
나아가, 액추에이터 커버(40)의 내주벽(40e)에는 둑(52)이 설치되어 있고, 이 둑(52)에 의해, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 회전에 의해 교반되는 액추에이터 커버(40) 내의 작동유가 유로(50)에 유도되므로, 액추에이터 커버(40) 내의 작동유를 유로(50)로부터 원활하게 배출시킬 수 있다. 따라서, 작동유의 저류를 신속히 해소시키고, 작동유의 교반 저항을 신속히 저하시킬 수 있다.
또한, 액추에이터 커버(40)는, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 하반부를 수납하고, 실린더 헤드 커버(41)에 의해, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 상반부를 덮는 구조로 하고 있다. 이와 같이, 액추에이터 커버(40)와 실린더 헤드 커버(41)에 의해, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 전체 둘레를 비교적 작은 간극으로 덮는 구조로 되어 있으므로, 간이한 구성으로 전체 치수를 억제하고, 또한 내부에 작동유의 저류를 억제한 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 수납을 가능하게 하고 있다.
또한, 제2 캠 센서(45)의 검출면(45a)에 자석이 내장되어 있을 경우, 작동유에 엔진 내부의 마모 등에 의한 철 가루가 혼입되어버리면, 검출면(45a)에 부착되고, 제2 캠 센서(45)의 오검출이 발생하는 경우가 있다. 그러나, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 전체 둘레를 비교적 작은 간극으로 덮는 구조로 하고 있으므로, 검출면(45a)에 가해지는 작동유의 양이 적어, 철 가루의 부착은 방지된다. 나아가, 둑(52)보다도 상방, 또한 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 회전 방향 앞쪽에 위치하도록 배치되어 있고, 공간(43) 내의 작동유에 철 가루가 혼입되어버린 경우에도, 둑(52)에 의해 작동유가 검출면(45)까지 도달하지 않고, 철 가루가 검출면(45) 앞에 저류되기 어려워져, 제2 캠 센서(45)의 오검출을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 엔진(1)에는, 상대적으로 회전하는 실린더 헤드(2)의 베어링부(23a, 23e)와 흡기 캠 샤프트(4) 사이에서 작동유가 항상 유통 가능하도록, 베어링부(23a, 23e)의 내주면 및 캠 저널(63, 74)의 외주면 중 어느 한쪽에 원환상의 오일 홈(64, 73)이 설치되어 있다. 특히, 본 실시 형태의 엔진(1)에서는, 제1 캠 위상 가변 기구(30)로의 유로(61)가 형성된 베어링부(23a)에서는, 캠 저널(63)의 외주면에 원환상의 오일 홈(64)이 설치되는 한편, 제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 유로(71)가 형성된 베어링부(23e)에서는, 베어링부(23e)의 내주면에 원환상의 오일 홈(73)이 설치된다. 이와 같이, 원환상의 오일 홈(64, 73)을 고정된 베어링부(23a, 23e) 및 회전하는 캠 저널(63, 74) 중 어느 하나에 설치함으로써, 그 오일 홈(64, 73) 내로의 작동유 유입의 용이함이 상이하고, 작동유의 유통성이 상이하다. 이하, 그 이유에 대해서, 도 8을 사용해서 설명한다.
도 8은, 오일 홈(64, 73) 내에서의 작동유의 림스피드를 도시하는 설명도이며, 도 8a는 캠 샤프트(캠 저널(63))측에 오일 홈(64)을 설치한 경우, 도 8b는 실린더 헤드(베어링부(23e))측에 오일 홈(73)을 설치한 경우를 나타낸다. 또한, 본도에서는, 림스피드를 비교하기 쉽도록 직선적으로 도시하고 있다. 또한, 도 8c는 캠 샤프트측에 오일 홈(64)을 설치한 경우의 홈의 폭 방향 단면도, 도 8d는 실린더 헤드측에 오일 홈(73)을 설치한 경우의 홈의 폭 방향 단면도이며, 오일 홈 내의 속도 분포를 나타낸다.
제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 오일 홈(73)에 공급하는 유로(71)의 개구부에서는, 베어링부(23e)의 내주면에 설치된 원환상의 오일 홈(73) 내의 오일은 회전하는 캠 샤프트측만이 이끌려서 회전되고 있어, 개구부에 대한 오일의 흐름이 느려진다. 이에 의해, 오일 홈(73)으로의 공급 유로의 개구부 부근에서 압력차가 발생하고, 제1 캠 위상 가변 기구(30)로의 유로의 개구부 부근보다도 제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 유로의 개구부 부근 쪽이 유압이 낮아져, 오일 홈(73) 내에 작동유를 공급하기 쉬워진다.
도 8a 및 도 8c에 도시한 바와 같이, 회전하는 캠 샤프트(캠 저널(63))측에 원환상의 오일 홈(64)을 설치한 경우에는, 캠 샤프트 외주면의 원환상의 오일 홈(64) 내의 오일도 오일 홈(64)에 이끌려서 회전되고 있어, 오일 홈(64) 내의 홈벽 근방에서는 작동유의 림스피드가 커진다(도면 중 b). 따라서, 오일 홈(64)의 유로(61)의 개구부 부근에서의 작동유의 림스피드(도면 중 a)도 비교적 커진다.
한편, 도 8b, 도 8d에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(2)에 고정된 부위인 베어링부(23e)측에 설치된 오일 홈(73) 내에서는, 유로(71)의 개구부 부근의 반대측에 있어서는 캠 저널(74)의 회전에 따라 점성에 의해 작동유가 회전하는데(도면 중 c), 홈 벽 근방에서는 작동유가 회전하기 어려워, 림스피드가 비교적 작다(도면 중 d). 따라서, 오일 홈(73)의 유로(71)의 개구부 부근에서의 작동유의 림스피드(도면 중 d)는 비교적 작아진다.
오일 홈으로의 공급 유로 개구부 부근에서의 작동유의 림스피드가 상이함으로써, 유압이 상이하고, 이 유압차가 베어링부(23a, 23e)에 형성된 유로(61, 71)로부터 오일 홈(64, 73) 내로의 작동유 유입의 용이함에 영향을 미친다. 즉, 도 8b, 도 8d에 도시한 바와 같이 실린더 헤드(2)측에 오일 홈(73)을 설치하는 편이 공급 유로의 개구부 부근에서의 유압이 작아, 작동유가 유입되기 쉬워지고, 도 8a, 도 8c에 도시한 바와 같이 캠 샤프트측에 오일 홈(64)을 설치하는 편이 공급 유로의 개구부 부근에서의 유압이 커서, 작동유가 유입되기 어려워진다. 본 실시 형태에서는, 실린더 헤드(2)측에 오일 홈(73)을 설치한 유로를 사용해서 제2 캠 위상 가변 기구(31)에 작동유가 공급되므로, 흡기 캠 샤프트(4)측에 오일 홈(64)을 설치한 유로를 사용해서 작동유가 공급되는 제1 캠 위상 가변 기구(30)보다도 우선해서 작동유가 공급되어, 제2 캠 위상 가변 기구(31)에 의한 스플릿 가변의 작동 응답성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 예를 들어 오일 펌프로부터의 작동유의 공급량이 저하하는 저부하 저회전 시에도, 제2 캠 위상 가변 기구(31)에 의한 스플릿 가변의 응답성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 제1 캠 위상 가변 기구(30)로의 유로가 형성된 베어링부(23a)보다, 제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 유로가 형성된 베어링부(23e) 쪽이 내경이 크게 형성되어 있으므로, 이에 따라 오일 홈(64)보다도 오일 홈(73) 내에서의 작동유의 림스피드, 특히 그 최대값이 커진다. 이렇게 림스피드의 최대값이 커져도, 오일 홈(73) 내의 공급 유로의 개구부 부근의 작동유의 림스피드는 낮으므로, 압력이 작고, 오일 홈(73) 내에 작동유가 유입하기 쉬워진다. 따라서, 제1 캠 위상 가변 기구(30)보다도 제2 캠 위상 가변 기구(31) 쪽에 작동유가 공급되기 쉬운 상태를 유지할 수 있다. 즉, 저널 직경을 크게 설계 가능하게 되어 높은 드라이버빌리티와 연비 성능이 유지되면서, 설계 자유도를 높게 할 수 있고, 강도 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 캠 저널의 오일 홈 배치를 상이하게 함으로써 공급 유로의 개구부 부근에서의 유압을 조정하여, 제1 캠 위상 가변 기구(30)와 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 가변 응답성의 밸런스를 맞출 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 캠 위상 가변 기구(30) 및 제2 캠 위상 가변 기구(31) 모두, 제1 캠 위상 가변 기구(30)에 근접한 유로(34)를 통해서 작동유가 공급되므로, 오일 펌프로부터 제1 캠 위상 가변 기구(30)까지의 유로 쪽이, 오일 펌프로부터 제2 캠 위상 가변 기구(31)까지의 유로보다도 거리가 짧아져 있다. 따라서, 유로의 전체적인 거리를 고려하면, 제2 캠 위상 가변 기구(31)까지의 유로 쪽이 압력 손실이 커져버리지만, 상기와 같이 베어링부(23a, 23e)의 구성에 의해, 제2 캠 위상 가변 기구(31)로의 작동유의 공급성을 향상시킴으로써, 작동유의 공급성의 불리함을 해소할 수 있다. 이와 같이, 유압원에서 먼 유압 기기에 대하여 유로가 형성되는 베어링부의 직경을 확장시킴으로써, 작동유의 공급성 저하를 피할 수 있고, 오일 펌프, 제1 캠 위상 가변 기구(30) 및 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 배치나, 유로 배치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는, 실린더 헤드(베어링부(23e))측에 오일 홈(73)을 설치한 경우, 오일 홈(73)에 대한 유로(61)의 배치 예를 도시하는 단면도이다.
실린더 헤드측에 오일 홈(73)을 설치한 경우에는, 상기한 바와 같이 오일 홈(73) 내에서의 작동유는 캠 저널(74)측만이 이끌려서 회전하고, 오일 홈(73)에 대한 유로(71)의 공급구(개구부) 부근 작동유의 속도가 느려지므로, 유로(71)로부터 오일 홈(73)으로의 작동유가 공급되기 쉬워진다. 따라서, 도 9a 내지 도 9d에 도시한 바와 같이, 오일 홈(73)으로의 작동유의 공급 위치 및 공급 방향을 자유롭게 설정하더라도 작동유가 공급 부족되기 어려워져, 유로(71)의 배치 등의 설계 자유도를 높게 할 수 있게 된다.
도 10은, 도입 수단이 다른 실시 형태인 홈(53)의 형상을 나타내는 구조도이다.
상기 실시 형태에서는, 작동유를 유로(50)에 도입하는 도입 수단으로서 액추에이터 커버(40) 내에 둑(52)을 설치했지만, 이 둑(52) 대신에 도 10에 도시한 바와 같이 홈(53)을 설치해도 좋다. 홈(53)은, 둑(52)과 마찬가지로, 후벽(40f)측에서 실린더 헤드(2)측을 향하고, 상방에 경사져서 설치되고, 그 실린더 헤드(2)측의 단부(53a)가, 유로(50)에 면하도록 설정되어 있다.
따라서, 둑(52)과 마찬가지로, 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 회전에 의해 교반되는 액추에이터 커버(40) 내의 작동유가 유로(50)에 유도되기 쉬워지고, 액추에이터 커버(40) 내의 작동유를 유로(50)로부터 원활하게 배출시킬 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 실린더 헤드 커버(41)가 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 상반부를 덮는 구조로 되어 있지만, 실린더 헤드 커버(41)와는 별도로 제2 캠 위상 가변 기구(31)의 상반부를 덮는 부재를 설치해도 좋다.
또한, 이상의 실시 형태에서는, 제1 흡기 밸브(9)와 제2 흡기 밸브(10)의 위상차를 가변하는, 소위 스플릿 가변을 행하는 제2 캠 위상 가변 기구(31) 이외에, 제1 흡기 밸브(9) 및 제2 흡기 밸브(10) 전체의 위상을 가변하는 제1 캠 위상 가변 기구(30)를 구비하고 있지만, 제2 캠 위상 가변 기구(31)만 구비한 엔진에서도, 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 아우터 캠 샤프트(21)의 선단부에 캠 스프로킷(6)이 고정되는 구조로 하면 좋다. 이러한 경우에도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 제2 캠 위상 가변 기구(31)를 실린더 헤드(2)의 후방측 외측에 설치하고, 액추에이터 커버(40)로 덮는 구조에 의해, 실린더 헤드(2)의 부품 전후의 치수를 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, DOHC식의 이동 밸브 기구를 갖는 직렬 3기통 엔진에 적용하고 있지만, 물론 SOHC 구조나, 기통수가 다른 엔진에 적용할 수 있다.
1 엔진
2 실린더 헤드
2d 드레인 유로
4 흡기 캠 샤프트
9 제1 흡기 밸브
10 제2 흡기 밸브
23a, 23e 베어링부
30 제1 캠 위상 가변 기구
31 제2 캠 위상 가변 기구
40 액추에이터 커버(커버 부재)
40h 드레인 유로
41 실린더 헤드 커버
44 제2 OCV(제어 밸브)
45 제2 캠 센서(검출 수단)
50 유로
52 둑(도입 수단)
53 홈(도입 수단)
64, 73 오일 홈

Claims (13)

  1. 일 단부측에 크랭크 샤프트로부터의 동력이 전달되어서 회전 구동하는 캠 샤프트에 설치되고, 상기 크랭크 샤프트에 대하여 상기 캠 샤프트에 설치되는 밸브 구동용 캠의 위상을 가변하는 캠 위상 가변 기구를 구비한 가변동 밸브 장치 부착 엔진에 있어서,
    상기 캠 위상 가변 기구는, 상기 캠 샤프트의 상기 일 단부측과는 반대인 타단부측에 설치되고, 실린더 헤드의 외측에 배치됨과 함께,
    상기 실린더 헤드에 고정되어, 상기 캠 위상 가변 기구의 적어도 하부를 덮는 커버 부재를 구비하고,
    상기 커버 부재 내의 공간과 상기 실린더 헤드내의 공간을 이격하는 격벽에, 상기 커버 내의 공간과 상기 실린더 헤드 내의 공간을 연통하는 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캠 위상 가변 기구는, 유압식 액추에이터임과 함께,
    상기 커버 부재에, 상기 캠 위상 가변 기구로의 작동유의 급배를 제어하는 제어 밸브가 고정된 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더 헤드 및 상기 커버 부재는 상부가 개구되고,
    상기 커버 부재는, 상부의 개구면이 상기 실린더 헤드의 개구면과 동일 평면 상에 위치하도록 형성되고,
    상기 실린더 헤드의 개구부와 상기 커버 부재의 개구부를 맞춰서 덮는 실린더 헤드 커버를 구비한 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캠 위상 가변 기구에 의해 가변 제어된 캠의 위상을 검출하는 검출 수단이, 상기 커버 부재에 구비된 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어 밸브의 드레인 유로는, 상기 실린더 헤드 내에 개방된 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  6. 제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캠 위상 가변 기구는, 외형이 원기둥 형상이며, 상기 캠 샤프트와 동축에 배치되고,
    상기 커버 부재의 내벽은, 상기 캠 위상 가변 기구의 외주를 따라서 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  7. 제6항에 있어서, 상기 커버 부재의 내벽에, 상기 캠 위상 가변 기구의 회전에 의해 상기 커버 부재 내의 공간 내의 작동유를 상기 유로에 유도하는 도입 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  8. 제3항에 있어서, 상기 커버 부재는, 상부가 개방되어서 상기 커버 부재 내의 공간이 반 원통 형상으로 형성되어, 상기 캠 위상 가변 기구의 하반부를 덮고,
    상기 실린더 헤드 커버는, 상기 캠 위상 가변 기구의 외주를 따라서 원호 형상으로 내벽이 형성되어, 상기 커버 부재의 상부를 덮는 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  9. 제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버 부재는, 상기 실린더 헤드와는 별개로 형성되고, 상기 실린더 헤드에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  10. 제2항에 있어서, 상기 캠 위상 가변 기구는, 상기 캠 샤프트의 양단부에 각각 구비되는 동시에, 상기 캠 샤프트가 상기 실린더 헤드에 복수 설치된 베어링부에 의해 회전 가능하도록 지지되고,
    상기 양단부에 설치된 2개의 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는, 상기 실린더 헤드 내 및 상기 캠 샤프트 내에 각각 형성되고, 서로 다른 상기 베어링부에 있어서 상기 실린더 헤드 내의 유로와 상기 캠 샤프트 내의 유로가 연통되도록 형성됨과 함께,
    상기 2개의 캠 위상 가변 기구 중 한쪽의 제1 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는 상기 캠 샤프트의 외주면에 원환상의 오일 홈을 구비하고, 다른 쪽의 제2 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로는 상기 베어링부의 내주면에 원환상의 오일 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  11. 제10항에 있어서, 상기 엔진은 1개의 기통에 복수의 흡기 밸브가 구비되고,
    상기 제1 캠 위상 가변 기구는 상기 복수의 흡기 밸브 전체의 위상을 가변 함과 함께, 상기 제2 캠 위상 가변 기구는 상기 복수의 흡기 밸브의 그 중 일부의 흡기 밸브의 위상을 가변시키는 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로가 형성된 베어링부는, 상기 제1 캠 위상 가변 기구에 작동유를 도입하는 유로가 형성된 베어링부보다 내경이 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변동 밸브 장치 부착 엔진.
  13. 삭제
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