KR101541634B1 - 기계제어식 밸브구동장치 및 밸브구동장치 배열 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작동궤적을 따라 전동기구가 직간접적으로 가스교환밸브에 작용하고, 이런 전동기구는 베어링을 통해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되고 밸브스트로크 조정기기와 캠축에 연결되어 있으며, 밸브스트로크 조정기기는 최대 스트로크를 조정할 수 있게 회전 조정축을 구비하고 있는 기계제어식 밸브구동장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 직렬로 배열된 다수의 가스교환밸브들이 다수의 실린더에 할당되어 있는 기계제어식 밸브구동장치 배열에 관한 것이다.

Description

기계제어식 밸브구동장치 및 밸브구동장치 배열{MECHANICALLY CONTROLLABLE VALVE DRIVE AND MECHANICALLY CONTROLLABLE VALVE DRIVE ARRANGEMENT}

본 발명은 작동궤적을 따라 전동기구가 직간접적으로 가스교환밸브에 작용하고, 이런 전동기구는 베어링을 통해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되고 밸브스트로크 조정기기와 캠축에 연결되어 있으며, 밸브스트로크 조정기기는 최대 스트로크를 조정할 수 있게 회전 조정축을 구비하고 있는 기계제어식 밸브구동장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 직렬로 배열된 다수의 가스교환밸브들이 다수의 실린더에 할당되어 있는 기계제어식 밸브구동장치 배열에 관한 것이다.

EP638706A1에 소개된 밸브구동장치와 배열에서는, 밸브스트로크의 제어를 위해, 실린더헤드에 회전하도록 지지된 편심축이 전동기구에 작용해 밸브스트로크를 0과 최대값 사이로 간단하게 조정한다. 이를 위해, 내연기관의 각 작동상태에 맞게 연소과정을 조절한다. DE10 2004 003 324 A1에 소개된 밸브구동장치 배열에서는 조정부재들을 서로 독립적으로 조정하여 실린더들을 특정 작동상태에서 제각기 정지시킬 수 있도록 한다. 또, EP 1 760 278 A2에 소개된 밸브구동장치에서는 부분 스트로크와 풀스트로크용으로 다양한 곡선형상을 갖는 편심부재를 이용하고, 조정부재에 의해 제로 스트로크를 구현할 수 있다.

그러나, 이런 종래의 밸브구동장치와 배열에서는, 전동기구의 중간 레버를 직진 및 회전시켜 밸브를 조정한다. 그 결과, 중간 레버의 이동이 아주 복잡해질 수밖에 없어, 제조 및 조립과정에서의 허용오차도 아주 좁다. 전체적으로, 전동기구가 고가이고 제어하기가 아주 어렵다.

본 발명은 종래의 이런 문제점을 해결하는 밸브구동장치와 배열을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이런 목적은 전동기구가 제1 휠과 제2 휠을 갖고, 제1 휠은 캠축에 연결되며 제2 휠은 가스교환밸브에 직간접적으로 작용하고, 이런 2개 휠이 조정축에 회전 가능하게 설치되며, 조정축의 회전이 2개 휠의 위상차에 영향을 주는 한편 2개 휠의 진동을 일으키도록 2개 휠이 기어결합된 것에 의해 달성된다. 이렇게 되면, 회전운동만으로 밸브스트로크에 영향을 주는 기계식 밸브구동장치가 구성된다. 또한, 전동기구의 지지구조를 크게 단순화할 수 있고 마모도 최소화할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 휠이 스프링에 의해 캠축을 압박하는 것이 좋다. 이 경우, 조정축을 양방향으로 구동할 수 있으며, 이에서의 유격도 보상할 수 있다.

또, 제1, 제2 휠들이 서로 마주보는 베벨기어로 형성되고, 적어도 하나의 유성기어를 통해 기어연결이 이루어지며, 각각의 유성기어는 조정축에 연결된 축에 지지되어 축과 함께 회전하도록 하면 좋다. 이 경우, 유성기어 전동기구가 구현된다.

한편, 제1, 제2 휠들이 내접기어로 형성되고, 이런 2 휠들의 내경과 잇수가 서로 다르며, 조정축이 편심축을 갖고, 제1, 제2 평기어들이 서로 결합된채 편심축에 지지되어 있으며 2 휠들에 기어결합되도록 할 수도 있다. 이렇게 되면, 2개 휠 사이의 이수 차이를 적게해도, 2 휠들 사이의 위상차에 비해 간단하게 조정축의 기어감속비를 높일 수 있다. 이렇게 높은 기어감속비에서는, 한편으로는 아주 작은 힘만으로도 조정축을 쉽게 구동할 수 있고, 다른 한편으로는 가스교환밸브의 최대 밸브스트로크를 아주 정확하게 설정할 수 있다. 이와 관련해, 2개의 평기어를 일체로 형성하면 조립과 생산이 특히 유리하다. 제2 휠이 제1 휠의 원주면에 회전지지된다는 점에서 특히 컴팩트한 디자인을 구현할 수 있다.

또, 제1 휠이 캠축용의 콘택트롤을 포함하면, 제1 휠이 조정축을 중심으로 진동을 하면서 회전하여 유리하다. 이때 제2 휠은 작동궤적을 갖도록 디자인하는 것이 좋다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 제2 휠이 작동궤적을 갖는 편향부재와 기어결합하고, 편향부재는 캠축에 동심으로 회전 가능하게 지지되는 것이 좋다. 이때, 조정축에 레버를 회전 가능하게 설치하면 조립과 생산 측면에서 유리하다. 이 경우, 전동기구와 레버를 사전에 점검하고 쉽게 설치할 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 이상 설명한 기계제어식 밸브구동장치가 각각의 실린더에 할당되어 있고, 가스교환밸브에 직간접적인 영향을 주는 작동궤적이 가스교환밸브마다 할당되어 있는 기계제어식 밸브구동장치 배열에 의해서도 달성된다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브구동장치 배열의 단면도;
도 2a~b는 본 발명에 따른 밸브구동장치의 제1 실시예의 종단면도와 횡단면도;
도 3a~b는 본 발명에 따른 밸브구동장치의 제2 실시예의 종단면도와 횡단면도;
도 4a~c는 본 발명에 따른 밸브구동장치의 제3 실시예의 종단면도와 횡단면도;

도 1에 도시된 본 발명에 다른 밸브 구동장치(10)에 다수의 가스교환밸브(12,14,16,18,20,22)가 직렬로 배열되어 있다. 실린더(13,15,17) 안에 각각의 가스교환밸브(12,14,16,18,20,22)의 밸브축과 레버(66)가 배열된다. 여기서는 내연기관의 실린더 하나당 흡입 가스교환밸브 2개씩 배당된다. 본 실시예의 기계제어식 밸브 구동장치(10)는 3개의 전동기구(28,30,32)를 갖고, 각각의 전동기구마다 2개의 가스교환밸브(12,14;16,18;20,22)가 배당된다. 이런 전동기구(28,30,32)는 조정축(35)의 베어링(36)에 지지된다. 도 1의 베어링(36)은 조정축(35)의 지지기구의 예를 든 것일 뿐이다.

뒤에 자세히 설명하겠지만, 전동기구마다 제1, 제2 휠(40,42)을 갖는데, 제1 휠(40)은 콘택트롤(44)을 통해 캠축(46)에 연결된다. 휠(40,42) 둘다 조정축(35)에 회전가능하게 지지되고, 서로에 대해서는 기어로 연결되므로, 조정축(35)의 회전이 2개 휠(40,42) 사이의 위상차에 영향을 주며, 회전고정이 2개 휠(40,42)의 동일 방향으로의 진동운동에 영향을 준다.

조정축(35)은 구동부재(48)를 통해 기존의 방식으로 구동된다. 구동부재(48)로는 앞뒤로 회전하는 회전구동기를 많이 사용한다. 따라서, 조정축(35)을 이용해 다음 작동상태에 맞는 밸브 스트로크를 현재 위치에 따라 신속정확하게 선택할 수 있다. 이를 통해, 360°이상의 회전각도를 구현할 수 있다.

도 2a는 기계제어식 밸브 구동장치의 제1 실시예의 종단면도로서, 편의상 가스교환밸브(12)에 대해 작동하는 것을 예로 들었다. 조정축(35)은 실린더헤드에 회전 가능하게 지지되고, 도 1에 도시된 구동부재(48)에 의해 회전된다. 조정축(35)에 가장 앞에 회전 지지된 것이 제1 휠(40)이다. 제1 휠(40)에 고정축(50)을 통해 자유회전 콘택트롤(44)이 지지되고, 콘택트롤은 캠축(46)에 맞물린다. 제1 휠(40)은 베벨기어로서, 이때 이는 제2 휠(42)을 향한다. 제1 휠(40)은 다수의, 바람직하게는 3개의 유성기어(54)에 맞물리는데, 본 실시예에서는 편의상 2개의 유성기머만 도시되었고, 이들 유성기어는 조정축에 연결된 축(56)에 지지되어 같이 회전한다. 유성기어(54)는 이(58)에서 맞물리고, 또한 베벨기어인 제2 휠(42)의 이(60)에 맞물린다. 도 2b에서 알 수 있듯이, 제2 휠(42)은 레버(66)의 롤(64)에 연결되는 작동궤적(62)를 갖는다.

이제 본 실시예의 기능에 대해 설명한다. 조정축(35)이 고정된 상태에서, 캠축(46)이 계속 회전하면 제1 휠(40)이 캠(68)을 통해 조정축(35)을 중심으로 진동한다. 이때문에, 유성기어(54)도 진동하며, 결국 제2 휠(42)은 제1 휠(40)과 반대 방향으로 진동한다. 이런 식으로, 공지의 방식으로 작동궤적(62)을 따라 가스교환밸브(12)가 열렸다가 다시 닫힌다.

가스교환밸브(12)의 최대 스트로크를 바꾸려면, 조정축(35)을 구동부재(48)를 통해 회전시키면 된다. 이런 회전에 의해, 유성기어(54)의 축(56)이 조정축(35)의 회전방향으로 움직여, 2개 휠(40,42) 사이의 상관계가 변하고, 이때문에 레버(66)의 롤(64)은 개폐동작 동안 작동궤적(62)의 다른 구간에 접하게된다.

도 2b는 제1 실시예의 단면도로서, 가스교환밸브(12)는 닫힌상태에 있다. 스프링(70)에 의해, 제1 휠(40)이 캠축(46)을 압박한다. 제1 휠(40)과 유성기어(54)의 기어비와, 유성기어(54)와 제2 휠(42)의 기어비가 같을 필요는 없고, 경우에 따라서는 기어비를 1:1이 아니게 하는 것이 유리할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 제2 실시예의 종단면도로서, 2개의 휠(40,42)이 조정축(35)에 회전 지지되고, 제1 실시예와 마찬가지로 캠축(46)용의 자유회전 콘택트롤(44)이 고정축(50)을 통해 제1 휠(40)에 지지된다. 도 2b와 마찬가지로, 제2 휠(42)도 작동궤적(62)을 갖는다. 제2 휠(42)의 작동궤적(62)이 휠(42)의 돌출부(72)에 있도록 설계한다.

본 실시예에서 내접기어(74,76)를 형성하는 2개 휠(40,42) 사이의 기어연결은 편심축(82)에서 회전하도록 배열된 제1, 제2 평기어(78,80)에 의해 이루어진다. 편심축(82)은 공지의 방식으로 조정축(35)에 형성된다. 제1, 제2 평기어(78,80)은 일체로 형성되는 것이 좋다. 2 휠(40,42) 사이에 위상차를 두기위해, 2 휠(40,42)과 관련 평기어(78,80)의 잇수를 다르게 한다. 여기서는 제1 휠(40)과 관련 제1 평기어(78)의 직경을 제2 휠(42) 및 관련 제2 평기어(80)의 직경보다 작게하여 잇수도 작게한다. 이렇게 하여, 조정축(35)의 회전과 조ㅓㅇ축의 베어링(36)에 지지된 판스프링(84)을 통한 2 휠(40,42) 사이의 위상차 사이에 높은 감속비가 이루어지는데, 이런 감속비는 한편으로는 제1 휠(40)과 제1 평기어(78) 사이의 기어연결과, 다른 한편으로는 제2 휠(42)과 제2 평기어(80) 사이의 기어연결에 의한 같은 방향으로의 미끄럼 이동에 의해 이루어지기도 하며, 전체 기어연결이 바이어스되고 이뿌리면의 유격을 피할 수 있다.

도 3b는 제2 실시예의 단면도로서, 최대 스트로크가 고정된채 가스교환밸브(12)가 열린 상태에 있다.

이제 제2 실시예의 기능에 대해 설명한다. 가스교환밸브(12)의 최대 스트로크를 위해, 조정축(35)은 회전 가능하게 고정된다. 캠축(46)이 계속 회전하면, 캠(68)에 의해 제1 휠(40)이 조정축(35)을 중심으로 진동한다. 제1 휠(40)에 기어연결된 제2 휠(42)도 같은 방향으로 진동한다. 제2 휠(42)의 돌출부(72)의 작동궤적(62)을 통해, 이런 진동이 레버(66)의 롤(64)에 전달되면서, 가스교환밸브(12)가 최대 스트로크로 개폐된다.

가스교환밸브(12)의 최대 스트로크를 바꾸려면, 구동부재(48)로 조정축(35)을 회전시킨다. 이렇게 되면, 편심축(82)의 위치가 변하고 2개의 평기어(78,80)가 같은 방향으로 회전한다. 그러나, 제1 휠(40)과 제1 평기어(78)의 기어쌍과 제2 휠(42)과 제2 평기어(80)의 기어쌍의 크기와 기어수가 다르기 때문에, 2개 휠(40,42) 사이에 위상차가 생긴다. 또, 제2 휠(42)의 돌출부(72)가 원하는 각도로 회전하면서, 밸브의 개폐운동 동안, 레버(66)의 롤(64)이 제2 휠(42)의 돌출부의 작동궤적(62)의 다른 부분과 접촉한다.

도 4a는 본 발명의 제3 실시예의 종단면도로서, 전체 전동기구가 2개의 축(35,46)에만 지지되기 때문에 컴팩트한 구성으로 표현했다. 최대 스트로크가 고정된채 밸브 구동장치에 비해, 캠축의 위치를 바꿀 필요가 없다. 또, 이 장치는 모든 부품이 2개의 축(35,46)에 지지되어 있어 간단하고 저렴하게 설치될 수 있다.

도 3의 실시예와 마찬가지로, 2개의 휠(40,42)이 조정축(35)에 회전 가능하게 지지된다. 이들 휠(40,42)은 잇수와 크기가 다른 내접기어(74,76)로 형성되면서, 2개의 평기어(78,80)를 통해 서로 기어결합된다. 제2 실시예와 마찬가지로, 2개의 평기어(78,80)는 조정축(35)의 편심축(82)에 회전지지되고, 크기와 잇수를 달리하고 맞물린 내접기어(74,76)에 결합된다.

제1 휠(40)의 고정축(50)에 구동축(68)의 콘택트롤(44)이 회전지지되며(도 4b 참조), 이 구동축은 이전 실시예들과는 다른 형상을 갖는다.

제2 휠(42)에 달린 외치(86)가 편향부재(90)의 외치(88)와 직접 맞물리고, 편향부재는 캠축(46)에 회전 지지된다(도 4c 참조). 편향부재(90)의 2개 편형캠(92)이 작동궤적을 그리면서 가스교환밸브(12)의 레버(66)의 롤(64)에 접촉한다. 레버(66)는 조정축(35)에 회전지지된다(도 4d 참조).

캠축(46)의 베어링(36)과 편향부재(90)에 축방향으로 지지된 판스프링(84)에 의해, 그리고 편향부재(90)의 외치(88)와 제2 휠(42)의 외치(86) 사이와, 제2 휠(42)과 제2 평기어(80) 사이는 물론, 제1 휠(40)과 제2 평기어(78) 사이의 기어결합의 같은 방향으로의 미끄럼 이동에 의해, 전체 기어연결부에 압박을 가해 이뿌리면의 유격을 없앨 수 있다.

가스교환밸브(12)의 최대 스트로크가 정해진채 조정축(35)이 회전 가능하게 설치된다. 캠축(46)이 계속 회전하면 구동캠(68)을 통해 제1 휠(40)이 조정축(35)을 중심으로 진동한다. 제1 휠(40)이 제2 휠(42)에 기어연결되어, 제2 휠(42)도 같은 방향으로 진동한다. 제2 휠(42)의 외치(86)를 통해, 이런 진동이 변향부재(90)의 반대방향의 진동으로 전달된다. 편향캠(92)이 레버(66)에 맞물려 있어, 가스교환밸브(12)는 최대 스트로크로 개폐된다.

가스교환밸브(12)의 최대 스트로크를 바꾸기 위해, 본 실시예에서는 구동부재(48)를 이용해 조정축(35)의 회전을 실행한다. 이런 회전에 의해, 편심축(82)의 위치가 바뀌고, 2개 평기어(78,80)가 같은 방향으로 회전한다. 그러나, 제1 휠(40)과 제1 평기어(78)의 기어쌍과 제2 휠(42)과 제2 평기어(80)의 기어쌍의 크기와 기어수가 다르기 때문에, 2개 휠(40,42) 사이에 위상차가 생긴다. 또, 편향부재(90)가 원하는 각도로 회전하면, 밸브가 개폐하는 동안, 레버(66)의 롤(64)이 캠(92)의 다른 부분에 접하게 된다.

도 4의 실시예의 특별한 장점은 제2 휠(42)의 외치(86)와 편향부재(90)의 외치(88)의 전동비 때문에 편향부재(90)의 진동이 제1 휠(40)에 의한 각도보다 더 큰 각도범위로 전달된다는데 있다. 이때문에 편향 캠(92)의 작동궤적에서 좀더 유리한 역비(force ratio)를 얻을 수 있다.

이상의 설명에서는 레버의 조금만 회전해도 편향부재가 진동하도록 되어있다. 최대 밸브 스트로크를 0에서 최대까지 변화시키는데, 편향부재의 전체 외주부의 일붐반을 이용한다. 따라서, 나머지 외주부에 다른 작동궤적을 더 둘 수 있다. 이런 궤적들을 이용하면, 예컨대 실린더의 가스교환밸브들의 정지를 제각기 제어할 수 있어 좀더 정확한 제어를 확보할 수 있음은 물론 실린더내에서 필요한 방향으 부하운동을 일으키거나, 또는 실린더의 모든 밸브들을 정지시켜 실린더 자체를 정지시킬 수도 있다.

Claims (11)

1. 작동궤적(62;92)을 따라 전동기구가 직간접적으로 가스교환밸브(12)에 작용하고, 이런 전동기구는 베어링을 통해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되고 밸브스트로크 조정기기와 캠축(46)에 연결되어 있으며, 밸브스트로크 조정기기는 최대 스트로크를 조정할 수 있게 회전 조정축(35)을 구비하고, 상기 전동기구가 제1 휠(40)과 제2 휠(42)을 갖고, 제1 휠(40)은 캠축(46)에 연결되며 제2 휠(42)은 가스교환밸브(12)에 직간접적으로 작용하는 기계제어식 밸브구동장치에 있어서:
   상기 2개 휠(40,42)이 조정축(35)에 회전 가능하게 설치되며, 조정축(35)의 회전이 2개 휠(40,42)의 위상차에 영향을 주는 한편 2개 휠(40,42)의 진동을 일으키도록 2개 휠(40,42)이 적어도 하나의 유성기어(54)나 2개의 평기어(78,80)를 통해 서로 기어결합되어 있는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
2. 제1항에 있어서, 제1 휠(40)이 스프링(70)에 의해 캠축(46)을 압박하는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2 휠(40,42)이 서로 마주보는 베벨기어로 형성되고, 적어도 하나의 유성기어(54)를 통해 기어연결이 이루어지며, 각각의 유성기어(54)는 조정축(35)에 연결된 축에 지지되어 축과 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 휠(40,42)이 내접기어로 형성되고, 상기 2개 휠(40,42)의 내경과 잇수가 서로 다르며, 조정축(35)이 편심축(82)을 갖고, 제1, 제2 평기어(78,80)가 서로 결합된채 편심축에 지지되어 있으며 상기 2개 휠(40,42)에 기어결합되는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1, 제2 평기어(78,80)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 제2 휠(42)이 제1 휠(40)의 원주면에 회전 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 휠(40)이 캠축(46)용의 콘택트롤(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 휠(42)이 작동궤적(62)을 갖는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
9. 제4항에 있어서, 상기 제2 휠이 작동궤적(62)을 갖는 편향부재(90)와 기어결합하고, 상기 편향부재(90)는 캠축(46)에 동심으로 회전 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 조정축(35)에 레버(66)가 회전 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치.
11. 직렬로 배열된 다수의 가스교환밸브들이 다수의 실린더에 할당되어 있는 기계제어식 밸브구동장치 배열에 있어서:
    제1항 또는 제2항에 따른 기계제어식 밸브구동장치가 각각의 실린더에 할당되어 있고, 가스교환밸브에 직간접적인 영향을 주는 작동궤적이 가스교환밸브마다 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브구동장치 배열.
    

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