KR101511181B1 - 가변동작 밸브 기구 - Google Patents

가변동작 밸브 기구 Download PDF

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코키 야마구치
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가부시키가이샤 오틱스
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Abstract

실린더헤드의 전체 높이가 높아지지 않는 가변동작 밸브 기구를 제공한다.
구동 캠(14)을 구비한 캠 샤프트(12)와, 캠 샤프트(12)와 평행하게 설치된 로커 샤프트(25)와, 로커 샤프트(25) 상에 설치되고, 구동 캠(14)과 밸브(13) 사이에 개재하여 밸브(13)의 개폐량을 변경하는 가변 기구(30)를 갖는 가변동작 밸브 기구(10)에 있어서, 가변 기구(30)는, 구동 캠(14)에 걸어맞추어지는 메인 암(35)과, 밸브(13)를 누르는 캠면(41)을 구비한 캠 암(40)과, 로커 샤프트(25) 상에 설치되고, 로커 샤프트(25)의 축심(26)으로부터의 거리가 점차 변화되는 외주면(32)을 갖는 컨트롤 캠(31)과, 컨트롤 캠(31)의 회동에 의해 축심(26)과의 거리가 변화되는 변위 부재(48)를 갖고, 변위 부재(48)와 축심(26)과의 거리가 변화됨으로써 메인 암(35)과 캠 암(40)과의 상대 위상이 변위되는 것을 특징으로 한다.
구동 캠, 캠 샤프트, 로커 샤프트, 가변 기구, 가변동작 밸브 기구, 메인 암, 캠 암, 컨트롤 캠, 변위 부재.

Description

가변동작 밸브 기구{VARIABLE VALVE MECHANISM}
본 발명은 내연기관의 운전상태에 따라 밸브 특성을 제어하는 가변동작 밸브 기구에 관한 것이다.
종래, 내연기관의 운전상태에 따라 밸브의 리프트량, 작용각 및 개폐 타이밍을 제어하는 가변동작 밸브 기구로서 도 6에 도시하는 특허문헌 1의 가변동작 밸브 기구(100)가 알려져 있다. 이 가변동작 밸브 기구(100)는 내연기관의 크랭크축(도시 생략)에 의해 회전되는 캠 샤프트(101)와, 밸브(102)를 개폐하는 동작 밸브 부재(103)를 구비하고 있다. 캠 샤프트(101) 상에는, 구동 캠(104)이 일체로 회동 가능하게 고정됨과 아울러, 동작 밸브 부재(103)에 걸어맞추는 캠면(105)을 구비한 요동캠(106)이 상대 회동 가능하게 지지되어 있다.
또, 캠 샤프트(101)와 평행한 컨트롤 샤프트(107) 상에는, 편심 캠(108)을 통하여 가변 링크(109)가 요동 가능하게 지지되어 있다. 가변 링크(109)의 일단은 링 형상 링크(110)로 구동 캠(104)에 연결되고, 가변 링크(109)의 타단이 로드 형상 링크(111)로 요동캠(106)에 연결되어 있다. 그리고, 구동 캠(104)의 동력을 3개의 링크(109, 110, 111)를 통하여 요동캠(106)에 전하고, 가변 링크(109)의 요동 각도를 편심 캠(108)으로 변화시켜, 밸브(102)의 리프트량 및 작용각을 내연기관의 운전상태에 따라 변경하게 되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특개 평11-324625호 공보
그러나, 가변동작 밸브 기구(100)는, 캠 샤프트(101)의 상방(실린더로부터 떨어지는 방향)에 컨트롤 샤프트(107)가 설치되어 있기 때문에, 가변동작 밸브 기구(100) 전체가 높이가 크게 되어, 실린더헤드의 전체 높이가 높아져 있었다.
그래서, 본 발명은, 실린더헤드의 전체 높이가 높아지지 않는 가변동작 밸브 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 가변동작 밸브 기구는, 구동 캠을 구비한 캠 샤프트와, 상기 캠 샤프트와 평행하게 설치된 로커 샤프트와, 상기 로커 샤프트 상에 설치되고, 상기 구동 캠과 밸브 사이에 개재하여 상기 밸브의 개폐량을 변경하는 가변 기구를 갖는 가변동작 밸브 기구에 있어서,
상기 가변 기구는 상기 로커 샤프트에 요동 가능하게 축지지되고, 상기 구동 캠에 걸어맞추어지는 메인 암과, 상기 로커 샤프트에 요동 가능하게 축지지되고, 상기 밸브를 누르는 캠면을 구비한 캠 암과, 상기 로커 샤프트 상에 설치되고, 이 로커 샤프트의 축심으로부터의 거리가 점차 변화되는 외주면을 갖는 컨트롤 캠과, 상기 메인 암 및 캠 암에 연결 부재를 통하여 연결되고, 상기 컨트롤 캠에 접하고, 이 컨트롤 캠의 회동에 의해 상기 축심과의 거리가 변화되는 변위 부재를 갖고,
상기 변위 부재와 축심과의 거리가 변화됨으로써 상기 메인 암과 상기 캠 암과의 상대 위상이 변위하는 것을 특징으로 하고 있다.
변위 부재의 태양으로서는, 특별히 한정은 되지 않지만, 컨트롤 캠과의 마찰이 작게 되는 점에서, 연결 부재에 회전 가능하게 축착(軸着)된 롤러인 것이 바람직하다.
메인 암의 태양으로서는, 특별히 한정은 되지 않지만, 구동 캠과의 마찰이 작게 되는 점에서, 구동 캠에 걸어맞춤하는 부위가 일동 가능하게 축착된 롤러인 것이 바람직하다.
밸브 클리어런스를 자동조정할 수 있는 점에서, 캠 암과 밸브 사이에 동작 밸브 부재를 개재시키는 것이 바람직하다.
동작 밸브 부재의 태양으로서는, 특별히 한정은 되지 않지만, 기단을 지지점으로 요동하는 로커 암, 밸브의 축선방향으로 직선이동 가능한 밸브 리프터 등을 예시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실린더헤드의 전체 높이가 높아지지 않는 가변동작 밸브 기구를 제공할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
구동 캠을 구비한 캠 샤프트와, 캠 샤프트와 평행하게 설치된 로커 샤프트와, 로커 샤프트 상에 설치되고, 구동 캠과 밸브 사이에 개재하여 밸브의 개폐량을 변경하는 가변 기구를 갖는 가변동작 밸브 기구에 있어서,
가변 기구는, 로커 샤프트에 요동 가능하게 축지지되고, 구동 캠에 걸어맞추 어지는 메인 암과, 로커 샤프트에 요동 가능하게 축지지되고, 밸브를 누르는 캠면을 구비한 캠 암과, 로커 샤프트 상에 설치되고, 로커 샤프트의 축심으로부터의 거리가 점차 변화되는 외주면을 갖는 컨트롤 캠과, 메인 암 및 캠 암에 연결 부재를 통하여 연결되고, 연결 부재에 회전 가능하게 축착되고, 컨트롤 캠에 접하고, 컨트롤 캠의 회동에 의해 축심과의 거리가 변화되는 변위 부재를 갖고,
변위 부재와 축심과의 거리가 변화됨으로써 메인 암과 캠 암과의 상대 위상이 변위하는 것을 특징으로 하는 가변동작 밸브 기구.
(실시예)
다음에, 본 발명의 실시예를 도 1~도 5에 기초하여 설명한다. 이 실시예의 가변동작 밸브 기구(10)는 자동차용 가솔린 엔진의 흡기계에 사용되고 있다. 단, 동일한 기구를 가솔린 엔진의 배기계에 적용하는 것도 가능하다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 가변동작 밸브 기구(10)의 캠 샤프트(12)는 실린더헤드(11)의 상방(실린더로부터 떨어지는 방향으로, 이하 동일함)의 하우징(도시 생략)에 지지되고, 엔진의 크랭크축에 의해 회전된다. 캠 샤프트(12) 상에는, 밸브(13)와 대응하는 위치에 구동 캠(14)이 고착되고, 구동 캠(14)에는 등반경부(15)와 노즈부(16)가 형성되어 있다.
캠 샤프트(12)의 하방(실린더에 근접하는 방향으로, 이하와 동일함)에는 밸브 클리어런스를 자동조정하는 로커 암(21)이 기단측의 피봇(22)에서 상하로 요동 가능하게 지지되고, 밸브(13) 상의 스프링(도시 생략)으로 상방으로 가압되어 있다. 로커 암(21)의 선단에는 밸브(13)를 누르는 누름부(23)가 설치되고, 로커 암(21)의 중간부에는 베이스 롤러(24)가 지지되어 있다.
로커 암(21)의 상방에는 로커 샤프트(25)가 캠 샤프트(12)와 평행하게 설치되고, 그 일단에는, 엔진의 운전상태에 따라 작동 제어되고, 로커 샤프트(25)를 회동시키는 액추에이터(도시 생략)가 연결되어 있다.
로커 샤프트(25) 상에는 가변 기구(30)가 설치되어 있다. 가변 기구(30)는 로커 샤프트(25)에 고착된 컨트롤 캠(31)과, 로커 샤프트(25)의 축선방향이 되는 컨트롤 캠(31)의 양측방에서 로커 샤프트(25)에 요동 가능하게 축지지된 메인 암(35)과, 로커 샤프트(25)의 축선방향이 되는 메인 암(35)의 양측방에서 로커 샤프트(25)에 요동 가능하게 축지지된 캠 암(40)과, 메인 암(35)은 제 1 연결 부재(46)를 통하여 연결되고, 캠 암(40)과는 제 2 연결 부재(47)를 통하여 연결된 변위 롤러(48)를 가지고 있다.
컨트롤 캠(31)은 로커 샤프트(25)의 축심(26)으로부터의 거리가 점차 변화되는 외주면(캠면)(32)을 갖고, 외주면(32)에는, 변위 롤러(48)가 맞닿아 있다. 또, 로커 샤프트(25)의 회동에 의해 컨트롤 캠(31)은 회동한다.
메인 암(35)은, 컨트롤 캠(31)의 양측방에 각각 설치된 2장의 판 형상의 암 플레이트(36)와, 양쪽 암 플레이트(36)의 일단에 회전가능하게 축착되고, 구동 캠(14)에 걸어맞추는 캠 롤러(37)로 이루어져 있다. 양쪽 암 플레이트(36)의 각각의 중간부에는 로커 샤프트(25)가 삽입통과되고, 일단에는 캠 롤러(37)가 축착됨으로써, 양쪽 암 플레이트(36)는 로커 샤프트(25)를 중심으로 일체로서 요동한다. 또, 타단에는 한 쌍의 판 형상의 제 1 연결 부재(46)가 요동 가능하게 축착되어 있 다.
캠 암(40)은 베이스 롤러(24)에 슬라이딩 접촉하고, 로커 암(21)을 통하여 밸브(13)를 누르는 캠면(41)을 갖는 캠면부(42)와, 캠면부(42)의 이면의 양단으로부터 돌출 설치되고, 서로 평행한 한 쌍의 암편부(43)로 이루어져 있다. 양쪽 암편부(43)는 각각 중간부에 로커 샤프트(25)가 삽입통과되어 있다. 또, 양쪽 암편부(43)의 선단에는, 한 쌍의 판 형상의 제 2 연결 부재(47)가 요동 가능하게 축착되어 있다. 캠면(41)은 축심(26)을 중심으로 하는 호 형상의 베이스면부(44)와, 베이스면부(44)로부터 연속되고, 평면 형상의 리프트면부(45)로 이루어져 있다.
변위 롤러(48)는 한 쌍의 제 2 연결 부재(47) 사이에 설치되어 있다. 또, 한 쌍의 제 1 연결 부재(46) 및 제 2 연결 부재(47)를 연결하는 변위축(49)이 삽입통과함으로써 회전 자유롭게 되어 있다. 또한, 로스트 모션 기구(도시 생략) 등에 의해 축심(26)에 근접하는 방향으로 가압되고, 항상 컨트롤 캠(31)에 접하게 되어 있다.
이와 같이 구성된 가변 기구(30)는, 메인 암(35), 캠 암(40), 제 1 연결 부재(46) 및 제 2 연결 부재(47)에 의해, 팬터그래프 형상의 링크 기구가 형성되어 있다.
가변동작 밸브 기구(10)의 작용을 도 3~도 5에 따라 설명한다.
도 3은, 캠 롤러(37)가 등반경부(15)에 걸어맞추어져 있을 때의 컨트롤 캠(31)의 회동에 의한 메인 암(35)과 캠 암(40)의 상대 위상의 변위를 나타내고 있다. 구체적으로는, 도 3a는 변위 롤러(48)가 컨트롤 캠(31)의 외주면(32) 상의 점 P1에 맞닿아 있을 때의 상태를 나타내고, 도 3b는 변위 롤러(48)가 컨트롤 캠(31)의 외주면(32) 상의 점 P2에 맞닿아 있을 때의 상태를 나타내고 있다. 또한, 암 플레이트(36), 제 1 연결 부재(46) 및 제 2 연결 부재(47)는 파선으로 나타내고 있다.
점 P2는, 점 P1보다 축심(26)으로부터 떨어져 있으므로, 점 P2와 축심(26)과의 거리 r2는, 점P1과 축심(26)과의 거리 r1보다 크다. 또, r1과 r2는 모두 변위 롤러(48)와 축심(26)과의 거리이기도 하다. 따라서, 컨트롤 캠(31)이 회동함으로써, 점 P1에서 컨트롤 캠(31)과 접하고 있던 변위 롤러(48)가 점 P2에서 컨트롤 캠(31)과 접하게 되면, 변위 롤러(48)와 축심(26)과의 거리가 커진다. 반대로, 점 P2에서 컨트롤 캠(31)과 접해 있었던 변위 롤러(48)가 점 P1에서 컨트롤 캠(31)과 접하게 되면, 변위 롤러(48)와 축심(26)과의 거리가 작아진다.
또, 변위 롤러(48)와 축심(26)과의 거리가 변화됨으로써, 메인 암(35)에 대한 캠 암(40)의 상대 위상이 변위되어, 캠 암(40)이 베이스 롤러(24)와 슬라이딩 접촉하는 위치가 변위된다. 구체적으로는, 변위 롤러(48)가 컨트롤 캠(31)의 외주면(32) 상의 점 P2에 맞닿아 있을 때(도 3b)는, 변위 롤러(48)가 컨트롤 캠(31)의 외주면(32) 상의 점 P1에 맞닿아 있을 때(도 3a)보다, 베이스 롤러(24)와 슬라이딩 접촉하고 있는, 베이스면부(44) 내의 위치가 리프트면부(45)측으로 옮겨져 있다. 즉, 변위 롤러(48)와 축심(26)과의 거리가 커지면, 베이스 롤러(24)와 슬라이딩 접촉하는, 베이스면부(44) 내의 위치는 리프트면부(45)에 의해 가까운 곳으로 된다. 반대로, 변위 롤러(48)와 축심(26)의 거리가 작아지면, 베이스 롤러(24)와 슬라이 딩 접촉하는, 베이스면부(44) 내의 위치는 리프트면부(45)로부터 보다 떨어진 곳이 된다.
도 4는, 밸브(13)를 최소의 리프트량으로 개폐할 때의, 가변동작 밸브 기구(10)의 작용을 도시하고 있다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 변위 롤러(48)는 축심(26)과의 거리가 최소가 되는 외주면(32) 상의 위치에서 컨트롤 캠(31)에 맞닿고, 변위 롤러(48)와 축심(26)의 거리가 최소로 되어 있다. 또, 캠 롤러(37)는 등반경부(15)에 걸어맞추어지고, 베이스 롤러(24)는 리프트면부(45)로부터 보다 떨어진 베이스면부(44) 내의 위치에서 접하고 있다. 그리고, 베이스 롤러(24)가 베이스면부(44)와 슬라이딩 접촉해 있는 동안은 로커 암(21)에는, 스프링의 가압력에 저항하여, 밸브(13)를 밀어 내리는 힘이 생기지 않고, 밸브(13)는 폐쇄 위치에서 유지되고 있다.
도 4b에 도시하는 바와 같이, 캠 샤프트(12)가 회전하고, 캠 롤러(37)가 노즈부(16)에 걸어맞추어지면, 메인 암(35)이 요동한다. 메인 암(35)이 요동하면, 제 1 연결 부재(46)를 통하여 연결되어 있는 변위 롤러(48)는 외주면(32) 상을 이동한다. 변위 롤러(48)가 외주면(32) 상을 이동하면, 제 2 연결 부재(47)를 통하여 연결되어 있는 캠 암(40)은 요동하고, 리프트면부(45)가 베이스 롤러(24)에 슬라이딩 접촉한다. 리프트면부(45) 상을 베이스 롤러(24)가 약간 슬라이딩함으로써, 캠 암(40)에 의해 로커 암(21)이 작게 밀어 내려진다. 그리고, 로커 암(21)은, 스프링의 탄성 바이어스력에 저항하여, 밸브(13)를 작게 밀어 내리고, 밸브(13)는 최소의 리프트량(Lmin)으로 개방된다.
도 5는, 밸브(13)를 최대의 리프트량으로 개폐할 때의, 가변동작 밸브 기구(10)의 작용을 나타내고 있다. 도 5a에 나타내는 바와 같이, 변위 롤러(48)는 축심(26)과의 거리가 최대가 되는 외주면(32) 상의 위치에서 컨트롤 캠(31)에 맞닿고, 변위 롤러(48)와 축심(26)과의 거리가 최대로 되어 있다. 또, 캠 롤러(37)는 등반경부(15)에 걸어맞추어지고, 베이스 롤러(24)는 리프트면부(45)에 의해 가까운 베이스면부(44) 내의 위치에서 접해 있다. 그리고, 베이스 롤러(24)가 베이스면부(44)와 슬라이딩 접촉하고 있는 동안은, 로커 암(21)에는, 스프링의 가압력에 저항하여, 밸브(13)를 밀어 내리는 힘이 발생하지 않고, 밸브(13)는 폐쇄 위치에서 유지되어 있다.
도 5b에 도시하는 바와 같이, 캠 샤프트(12)가 회전하고, 캠 롤러(37)가 노즈부(16)에 걸어맞추어지면, 메인 암(35)이 요동한다. 메인 암(35)이 요동하면, 제 1 연결 부재(46)를 통하여 연결되어 있는 변위 롤러(48)는 외주면(32) 상을 이동한다. 변위 롤러(48)가 외주면(32) 상을 이동하면, 제 2 연결 부재(47)를 통하여 연결되어 있는 캠 암(40)은 요동하고, 리프트면부(45)가 베이스 롤러(24)에 슬라이딩 접촉한다. 리프트면부(45) 상을 베이스 롤러(24)가 길게 슬라이딩함으로써, 캠 암(40)에 의해 로커 암(21)이 크게 밀어 내려진다. 그리고, 로커 암(21)은 스프링의 가압력에 저항하여, 밸브(13)를 크게 밀어 내리고, 밸브(13)는 최대의 리프트량(Lmax)으로 개방된다.
본 실시예에 의하면, 다음 (a), (b)의 효과가 얻어진다.
(a) 로커 샤프트(25) 상에 컨트롤 캠(31)을 설치함으로써, 다른 회전제어계 의 연속 가변동작 밸브 기구(예를 들면, 가변동작 밸브 기구(100))보다, 실린더헤드의 전체 높이를 낮게 할 수 있다.
(b) 각 밸브(13)마다 가변동작 밸브 기구를 설치(단일 밸브 완결로 함)함으로써, 실린더 상방 중앙부에 설치된 플러그 튜브, 인젝터 등의 주변부품으로 부터의 영향을 받지 않고 내연기관에 탑재할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 가변동작 밸브 기구의 전체도이다.
도 2는 동 가변동작 밸브 기구의 가변 기구의 분해사시도이다.
도 3은 동 가변동작 밸브 기구의 컨트롤 캠의 회동에 의한 캠 암의 변위의 설명도이다.
도 4는 동 가변동작 밸브 기구에서의 밸브 리프트량을 최소화할 때의 설명도이다.
도 5는 동 가변동작 밸브 기구에서의 밸브 리프트량을 최대화할 때의 설명도이다.
도 6은 종래의 가변동작 밸브 기구의 전체도이다.

Claims (6)

  1. 구동 캠(14)을 구비한 캠 샤프트(12)와, 상기 캠 샤프트(12)와 평행하게 설치된 로커 샤프트(25)와, 상기 로커 샤프트(25) 상에 설치되고, 상기 구동 캠(14)과 밸브(13) 사이에 개재하여 상기 밸브(13)의 개폐량을 변경하는 가변 기구(30)를 갖는 가변동작 밸브 기구(10)에 있어서,
    상기 가변 기구(30)는, 상기 로커 샤프트(25)에 요동 가능하게 축지지되고, 상기 구동 캠(14)에 걸어맞추어지는 메인 암(35)과,
    상기 로커 샤프트(25)에 요동 가능하게 축지지되고, 상기 밸브(13)를 누르는 캠면(41)을 구비한 캠 암(40)과,
    상기 로커 샤프트(25) 상에 설치되고, 이 로커 샤프트(25)의 축심(26)으로부터의 거리가 점차 변화되는 외주면(32)을 갖는 컨트롤 캠(31)과,
    상기 메인 암(35) 및 캠 암(40)에 연결 부재(46, 47)를 통하여 연결되고, 상기 컨트롤 캠(31)에 접하고, 이 컨트롤 캠(31)의 회동에 의해 상기 축심(26)과의 거리가 변화되는 변위 부재(48)를 갖고,
    상기 변위 부재(48)와 축심(26)과의 거리가 변화됨으로써 상기 메인 암(35)과 상기 캠 암(40)과의 상대 위상이 변위하는 것을 특징으로 하는 가변동작 밸브 기구.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 암(35)은, 상기 로커 샤프트(25)가 중간부에 삽입통과된 암 플레이트(36)와, 상기 암 플레이트(36)의 일단에 회전가능하게 축착되고, 상기 구동 캠(14)에 걸어맞추어지는 캠 롤러(37)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변동작 밸브 기구.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 캠 암(40)은, 상기 캠면(41)을 갖는 캠면부(42)와, 상기 캠면부(42)의 이면으로부터 돌출설치되고, 상기 로커 샤프트(25)가 중간부에 삽입통과된 암편부(43)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변동작 밸브 기구.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 캠면(41)은 상기 축심(26)을 중심으로 하는 호 형상의 베이스 면부(44)와, 상기 베이스 면부(44)로부터 연속되고, 평면 형상의 리프트 면부(45)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변동작 밸브 기구.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 기구(30)는 상기 메인 암(35), 캠 암(40) 및 연결 부재(46, 47)에 의해 팬터그래프 형상의 링크 기구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변동작 밸브 기구.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변위 부재(48)가 상기 연결 부재(46, 47)에 회전가능하게 축착된 롤러(48)인 것을 특징으로 하는 가변동작 밸브 기구.
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