KR101575926B1 - 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간 가변 조정 장치 - Google Patents

내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간 가변 조정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 요소(14), 출력 요소(15) 및 하나 이상의 측면 커버(16)를 구비하며 내연기관(1)의 가스 교환 밸브(9, 10)의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11)에 관한 것이며, 구동 요소(14)는 내연기관(1)의 크랭크 샤프트(2)에 구동 연결될 수 있고, 출력 요소(15)는 내연기관(1)의 캠 샤프트(6, 7)에 구동 연결될 수 있으며 구동 요소(14)에 대해 선회 가능하도록 배치되고, 측면 커버(16)는 출력 요소(15) 또는 구동 요소(14)의 축방향 측면에 배치되어 구동 요소(14) 또는 출력 요소(15)에 회전 불가능하게 연결되고, 구동 요소 및 출력 요소(14, 15) 반대편 측면 커버의 측면에 스프링 요소(25)가 배치되며 이 경우 측면 커버(16)가 디스크형 섹션(23)을 포함하는데, 구동 요소(14) 반대편 측면 커버(16)의 측면에 배치된 복수의 고정 요소들(24)이 상기 디스크형 섹션으로부터 축방향으로 돌출한다.

Description

내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간 가변 조정 장치{DEVICE FOR VARIABLY ADJUSTING THE CONTROL TIMES OF GAS EXCHANGE VALVES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 구동 요소, 출력 요소 및 하나 이상의 측면 커버를 구비하며 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 구동 요소는 내연기관의 크랭크 샤프트에 구동 연결될 수 있고, 출력 요소는 내연기관의 캠 샤프트에 구동 연결될 수 있으며 구동 요소에 대해 선회 가능하도록 배치되고, 측면 커버는 출력 요소 또는 구동 요소의 축방향 측면에 배치되어 구동 요소 또는 출력 요소에 회전 불가능하게 연결되고, 구동 요소 및 출력 요소 반대편 측면 커버의 측면에 스프링 요소가 배치되며 이 경우 측면 커버는 디스크형 섹션을 포함하는데, 구동 요소 반대편 측면 커버의 측면에 배치된 복수의 고정 요소들이 상기 디스크형 섹션으로부터 축방향으로 돌출한다.
최신 내연기관에서는 규정된 각도 범위에서 즉, 최대 진각 위치와 최대 지각 위치 사이에서 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 사이의 위상 관계를 가변적으로 조정할 수 있도록 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치들이 사용되고 있다. 상기 장치는 크랭크 샤프트로부터 캠 샤프트로 토크를 전달하는 파워 트레인 내에 통합된다. 이러한 파워 트레인은 예를 들어 벨트 구동장치, 체인 구동장치 또는 기어 구동장치로서 구현될 수 있다. 더욱이 상기 장치는 캠 샤프트에 회전 불가능하게 연결되며 하나 이상의 압력 챔버들을 포함하고, 상기 압력 챔버들에 의해 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 사이의 위상 관계가 목표대로 변동할 수 있다.
이러한 장치는 예컨대 DE 10 2008 017 688 A1호에 공지되어 있다. 상기 장치는 구동 요소, 출력 요소 및 2개의 측면 커버를 포함하며, 이때 구동 요소는 크랭크 샤프트에 구동 연결되고 출력 요소는 캠 샤프트에 회전 불가능하게 고정된다. 출력 요소는 구동 요소에 대해 선회 가능하도록 규정된 각도 간격 내에 배치된다. 구동 요소, 출력 요소 및 측면 커버는 유압 액추에이팅 구동장치를 형성하는 복수의 압력 챔버들을 제한하며, 출력 요소와 구동 요소 사이의 위상 관계는 상기 액추에이팅 구동장치에 의해 가변적으로 조정될 수 있다. 측면 커버는 출력 요소와 구동 요소의 축방향 측면에 배치되며 나사에 의해 구동 요소에 회전 불가능하게 연결된다. 이 경우 나사는 제1 측면 커버와 구동 요소를 관통하며 각각 하나의 클램핑 너트 내에 맞물리고, 클램핑 너트는 측면 커버와는 별도로 제조되어 분리되지 않도록 상기 측면 커버에 연결된다.
DE 197 08 661 B4호에는 2개의 측면 커버와 구동 요소를 구비한 장치가 공지되어 있으며, 상기 측면 커버는 나사에 의해 구동 요소에 고정된다. 이 경우 각각의 나사는 측면 커버와 구동 요소 모두를 관통하며, 나사 헤드는 하나의 측면 커버에 접한다. 더욱이, 나사들 각각은 다른 측면 커버의 하나의 축방향 측면에 접하는 클램핑 너트 내에 맞물린다.
DE 10 2005 024 241 A1호에는 나사 지지체와 일부재로 형성되어 있는 측면 커버를 갖는 또 다른 장치가 공지되어 있으며, 상기 장치는 측면 커버의 디스크형 섹션 위로 축방향으로 돌출한다.
본 발명의 과제는 제조가 복잡하지 않고 비용이 적게 드는 신뢰할 만한 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 스프링 요소가 고정 요소들 사이의 영역에 매립되는 것을 저지하는 별도의 스페이서가 스프링 요소와 측면 커버의 디스크형 섹션 사이에 배치됨으로써 해결된다.
상기 장치는 구동 요소와 출력 요소를 포함하며, 구동 요소는 내연기관의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 출력 요소는 내연기관의 캠 샤프트를 구동시킨다. 구동 요소는 예컨대 트랙션 메카니즘 구동장치 또는 기어 구동장치에 의해 크랭크 샤프트에 구동 연결될 수 있다. 출력 요소는 예컨대 캠 샤프트에 회전 불가능하게 연결될 수 있다. 또한 반대로 작용하는 2개 이상의 압력 챔버들을 구비한 액추에이팅 구동장치, 예컨대 유압 액추에이팅 구동장치가 제공되며, 상기 액추에이팅 구동장치에 의해 출력 요소는 구동 요소에 대해 규정된 각도 범위에서 선회할 수 있다. 이로써 출력 요소와 구동 요소 사이의 위상 관계가 가변적으로 조정될 수 있다. 구동 요소 및/또는 출력 요소의 축방향 측면에는 상기 부품들 중 하나의 부품에 회전 불가능하게 연결된 측면 커버가 제공된다. 측면 커버는 예컨대 압력 챔버를 축방향으로 밀폐하는 디스크형 섹션(상기 섹션은 경우에 따라 중앙 개구를 갖는다)을 포함한다. 더욱이 출력 요소 또는 구동 요소 반대편 측면 커버의 축방향 측면으로부터는 고정 요소들이 축방향으로 돌출한다. 고정 요소는 예컨대 나사의 나사 헤드이거나, 나사가 맞물리는 클램핑 너트일 수 있다. 고정 요소에 의해 측면 커버와 출력 요소 또는 구동 요소 사이가 연결될 수 있다. 고정 요소가 클램핑 너트인 경우, 상기 클램핑 너트는 측면 커버의 조립 전에 디스크형 섹션에 고정 방식으로 연결될 수 있거나 별도의 부품으로서 존재한다. 고정 요소들이 디스크형 섹션과 일부재로 형성되는 실시예(예를 들어, 내부 나사를 갖는 원통형 칼라)도 고려할 수 있다.
고정 요소들 전방에는 예컨대 코일 스프링, 특히 나선형 스프링으로서 형성되고 한편으로 출력 요소에, 다른 한편으로는 구동 요소에 작용하는 스프링 요소가 제공된다. 출력 요소는 상기 스프링 요소에 의해 구동 요소에 대해 토크를 공급받으며, 이러한 토크는 예컨대 압력 수단 공급이 충분하지 않을 경우 마찰 손실 보상 또는 기본 위치로의 도달에 사용될 수 있다.
내연기관의 작동 중 스프링 요소가 축방향 진동을 일으키도록 여기되면, 스프링 요소 또는 스프링 요소의 권선이 고정 요소들 사이 영역 내에 매립되거나 상기 영역에 끼임으로써, 스프링 요소가 기능할 수 없거나 스프링 요소가 손상될 위험이 존재한다. 이를 방지하기 위해, 측면 커버와는 별도로 제조되고 측면 커버의 디스크형 섹션과 스프링 요소 사이에 배치된 스페이서가 제공된다. 이 경우 스페이서는 스프링 요소가 고정 요소들 사이의 영역에 매립되는 것을 저지하도록 형성되고 배치된다. 예컨대 스페이서는 플라스틱으로 구성될 수 있으며 예를 들어 2개 이상의 고정 요소들 사이에 배치될 수 있다. 스페이서는 예컨대 측면 커버의 디스크형 섹션의 원주 방향으로 연장될 수 있다.
스프링 요소가 축방향 진동을 일으키도록 여기되면, 상기 스프링 요소가 스페이서와 만나게 되므로 진폭은 감소한다. 이로써 스프링 요소에 작용하는 진동 부하가 감소한다. 또한 진동이 완충된다.
바람직하게 스페이서는 2개 이상의 고정 요소들 사이의 클램핑 연결을 이용하여 측면 커버에 고정될 수 있다. 예컨대 이는 고정 요소에 맞게 조정된 리세스를 스페이서가 포함하고 스페이서가 탄성 변형 가능하도록 형성됨으로써 구현될 수 있다. 이로써 측면 커버에 추가의 고정 구조물을 형성하지 않아도 된다.
본 발명의 구체적 실시예에서 스페이서는 축방향으로 적어도 영역별로 고정 요소 위로 돌출되거나 상기 고정 요소와 동일 평면에 있다. 따라서 스프링 요소가 고정 요소에 충돌하는 것이 저지되므로 마모가 감소한다. 본 발명의 구체적 실시예에서, 스페이서는 기본 본체와, 상기 기본 본체로부터 돌출해 있는 리브들을 포함하며, 리브들은 축방향으로 적어도 영역별로 고정 요소 위로 돌출되거나 상기 고정 요소와 동일 평면에 있다. 이러한 구성에 의해 한편으로 스페이서의 유연성이 증가하므로 조립이 단순해지며 클램핑력은 증가한다. 또한, 스페이서의 제조 시 재료 사용이 감소한다.
본 발명의 추가의 특징들은 이하의 상세한 설명과, 본 발명의 실시예가 간단하게 도시되어 있는 도면들에 제시되어 있다.
도 1은 내연기관을 매우 개략적으로만 도시한 도면이다.
도 2는 내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 장치의 평면도이다.
도 4는 상기 장치의 부분을 도시한 사시도이다(이 경우 측면 커버만이 도시되어 있다).
도 1에는 내연기관(1)이 개략적으로 도시되어 있으며, 실린더(4) 내에서 크랭크 샤프트(2)에 안착되는 피스톤(3)이 표시되어 있다. 도시된 실시예에서 크랭크 샤프트(2)는 각각 하나의 트랙션 메카니즘 구동장치(5)에 의해 흡기 캠 샤프트(6) 또는 배기 캠 샤프트(7)에 연결되며, 가스 교환 밸브(9, 10)의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 제1 및 제2 장치(11)는 크랭크 샤프트(2)와 캠 샤프트들(6, 7) 사이의 상대 회전을 제공할 수 있다. 캠 샤프트들(6, 7)의 캠(8)은 하나 이상의 유입 가스 교환 밸브(9) 또는 하나 이상의 배출 가스 교환 밸브(10)를 작동시킨다.
도 2에는 본 발명에 따른 장치(11)의 종단면도가 도시되어 있다. 이러한 유형의 장치들(11)은 예컨대 DE 10 2008 017 688 A1호에 공지되어 있다. 상기 장치(11)는 구동 요소(14), 출력 요소(15) 및 2개의 측면 커버(16, 17)를 포함하며, 상기 측면 커버들은 구동 요소(14)의 축방향 측면에 배치되고 나사(12)에 의해 구동 요소에 고정된다. 출력 요소(15)는 예컨대 임펠러의 형태로 구현될 수 있으며, 실질적으로 원통형으로 구현된 허브 요소(18)를 포함하고, 허브 요소의 원통형 외측 자켓면으로부터 반경 방향 외부 쪽으로 블레이드가 연장된다.
구동 요소(14)의 외측 원주벽(19)으로부터 시작해서 반경 방향 내부 쪽으로 돌출부(20)가 연장된다. 도시된 실시예에서 돌출부(20)는 원주벽(19)과 일부재로 형성된다. 구동 요소(14)는 반경 방향 내부에 놓인 돌출부(20)의 원주벽들에 의해 출력 요소(15)에 대해 회전 가능하도록 상기 출력 요소에 지지된다.
구동 요소(14)와 제2 측면 커버(17)의 전방에는, 제2 측면 커버(17)에 회전 불가능하게 연결되며 체인 구동장치(미도시)를 이용하여 크랭크 샤프트(2)로부터 구동 요소(14)로 토크를 전달할 수 있는 스프로킷(21)이 배치되어 있다. 출력 요소(15)는 캠 샤프트(6, 7)가 관통하는 중앙 개구(13)를 포함한다. 출력 요소(15)는 용접 연결을 이용하여 캠 샤프트(6, 7)에 회전 불가능하게 연결된다.
장치(11)의 내부에서, 원주 방향으로 인접해 있는 각각 2개의 돌출부들(20) 사이에 압력 챔버(22)가 형성되어 있다. 압력 챔버들(22) 각각은 인접해 있는 돌출부들(20)에 의해 원주 방향으로, 측면 커버(16, 17)에 의해 축방향으로, 허브 요소(18)에 의해 반경 방향 내부 쪽으로, 원주벽(19)에 의해서는 반경 방향 외부 쪽으로 제한된다. 각각의 압력 챔버들(22) 내부로 블레이드가 돌출하며, 상기 블레이드는 측면 커버(16, 17)뿐만 아니라 원주벽(19)에도 접한다. 이로써 각각의 블레이드는 반대로 작용하는 2개의 압력 챔버들로 각각의 압력 챔버(22)를 분할한다.
하나의 그룹의 압력 챔버들을 가압하고 다른 그룹의 압력 챔버들을 감압함으로써, 출력 요소(15)에 대한 구동 요소(14)의 위상 관계뿐만 아니라 크랭크 샤프트(2)에 대한 캠 샤프트(6, 7)의 위상 관계도 변동할 수 있다. 두 그룹의 압력 챔버들 모두를 가압함으로써 위상 관계가 일정하게 유지될 수 있다.
제1 측면 커버(16)는 1개의 디스크형 섹션(23)과 4개의 고정 요소(24)를 포함한다. 고정 요소(24)는 디스크형 섹션(23)의 개구(32) 내에 형태 결합식으로 고정된 클램핑 너트의 형태로 구현된다. 클램핑 너트(24)는 구동 요소(14) 반대편 디스크형 섹션(23)의 측면으로부터 축방향으로 돌출한다. 클램핑 너트(24)에는 측면 커버(16, 17)와 구동 요소(14) 사이가 회전 불가능하게 연결되도록 나사(12)가 내부에 맞물려 있는 내부 나사가 각각 제공된다. 4개의 나사들(12) 중 2개의 나사는 해당 클램핑 너트(24)로부터 축방향으로 돌출해 있다. 다른 나사들(12)의 길이는 조립 상태에서 상기 나사들이 클램핑 너트(24)로부터 돌출하지 않도록 선택된다.
클램핑 너트(24)의 전방에는 사전 인장된 스프링 요소(25)가 나선형 스프링 형태로 제공된다. 나선형 스프링은 상이한 직경을 갖는 동심의 복수의 스프링 권선들(26)을 포함한다. 최외측 스프링 권선(26)의 하나의 단부는 클램핑 너트(24)로부터 돌출하는 제1 나사(12a)의 영역에 작용 접촉한다(도 3). 후속 진행 경로에서 볼 때, 최외측 스프링 권선(26)은 클램핑 너트(24)로부터 돌출하는 제2 나사(12b)의 영역에 의해 반경 방향으로 지지된다. 최내측 스프링 권선(26)의 하나의 단부는 출력 요소(15)로부터 돌출하는 핀(27)에 작용 접촉한다. 이와 동시에 최내측 스프링 권선(26)은 출력 요소(15)로부터 돌출하는 추가의 2개의 핀들(27)에 반경 방향 내부 쪽으로 지지된다. 이로써 사전 인장된 스프링 요소(25)는 구동 요소(14)뿐만 아니라 출력 요소(15)에도 연결되므로 상기 두 부품들 사이에 토크가 전달된다. 이러한 토크는 예컨대 장치(11)의 압력 수단 공급이 충분하지 않을 경우 출력 요소(15)를 기본 위치로 이동시키거나 가스 교환 밸브(9, 10)의 진각 또는 지각 제어 시간의 방향으로 상이한 조정 속도를 보상하는 데 사용될 수 있다.
내연기관(1)의 작동 중 스프링 요소(25)는 축방향 및 반경 방향 진동을 일으키도록 여기되므로, 개별 스프링 권선들(26)은 고정 요소들(24) 사이의 영역 내에 매립될 수 있다. 마찰 증가 외에도, 매립되는 스프링 권선(26)이 고정 요소들(24) 사이에 끼일 위험이 있으므로, 장치(11)의 기능이 제약을 받는다. 더욱이 스프링 요소(25)에서의 마모가 증가하며, 부하 상승으로 인해 스프링 요소(25)가 부서질 위험이 있다.
이를 방지하기 위해, 클램핑 너트들(24) 사이의 영역에 배치된 스페이서(28)가 제공된다. 스페이서(28)는 실질적으로 환형으로 형성되며, 이때 클램핑 너트(24)의 외부 형태에 맞게 조정된 리세스(29)가 제공된다. 스페이서(28)는 연성 플라스틱으로 제조되므로 사전 인장에 의해 클램핑 너트들(24) 사이에 삽입되어 상기 클램핑 너트들과 함께 클램핑될 수 있다. 이로써 스페이서(28)는 분실 방지식으로 구성되면서도, 파괴 없이 해체될 수 있도록 제1 측면 커버(16)에 연결된다.
스페이서(28)는 축방향으로 적게 연장되는 기본 본체(30)와 반경 방향 또는 원주 방향으로 뻗어있는 복수의 리브들(31)을 포함하며, 리브들(31)은 클램핑 너트(24)의 개방 단부들 위로 축방향으로 돌출한다. 스페이서(28)가 이와 같이 형성됨으로써 한편으로 재료 사용이 적게 유지된다. 또한, 스페이서(28)는 조립에 필요한 탄성을 얻는다.
내연기관(1)의 작동 중 스프링 요소(25)의 스프링 권선들(26)이 축방향 진동을 일으키도록 여기되면, 스페이서(28)는 클램핑 너트들(24) 사이의 영역 내에 스프링 권선들(26)이 진입하는 것을 저지한다. 또한 진폭이 감소하며 진동은 완충된다. 이로써 스프링 요소(25)의 손상이 방지되며 진동으로 인해 야기되는 부하가 감소한다. 스페이서(28)의 플라스틱은 마찰 최소화를 위해, 마찰을 감소시키는 입자들(예를 들어, 테플론 입자들)과 혼합될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로 섬유 강화 플라스틱이 사용될 수 있다.
1 : 내연기관
2 : 크랭크 샤프트
3 : 피스톤
4 : 실린더
5 : 트랙션 메카니즘 구동장치
6 : 흡기 캠 샤프트
7 : 배기 캠 샤프트
8 : 캠
9 : 유입 가스 교환 밸브
10 : 배출 가스 교환 밸브
11 : 장치
12 : 나사
13 : 중앙 개구
14 : 구동 요소
15 : 출력 요소
16, 17 : 측면 커버
18 : 허브 요소
19 : 원주벽
20 : 돌출부
21 : 스프로킷
22 : 압력 챔버
23 : 디스크형 섹션
24 : 고정 요소
25 : 스프링 요소
26 : 스프링 권선
27 : 핀
28 : 스페이서
29 : 리세스
30 : 기본 본체
31 : 리브
32 : 개구

Claims (7)

  1. 구동 요소(14), 출력 요소(15) 및 하나 이상의 측면 커버(16)를 구비하며 내연기관(1)의 가스 교환 밸브(9, 10)의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11)이며,
    구동 요소(14)는 내연기관(1)의 크랭크 샤프트(2)에 구동 연결될 수 있고,
    출력 요소(15)는 내연기관(1)의 캠 샤프트(6, 7)에 구동 연결될 수 있으며 구동 요소(14)에 대해 선회 가능하도록 배치되고,
    측면 커버(16)는 출력 요소(15) 또는 구동 요소(14)의 축방향 측면에 배치되어 구동 요소(14) 또는 출력 요소(15)에 회전 불가능하게 연결되고,
    구동 요소 및 출력 요소(14, 15) 반대편 측면 커버의 측면에 스프링 요소(25)가 배치되며,
    측면 커버(16)는 디스크형 섹션(23)을 포함하는데, 구동 요소(14) 반대편 측면 커버(16)의 측면에 배치된 복수의 고정 요소들(24)이 상기 디스크형 섹션으로부터 축방향으로 돌출하는,
    내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치에 있어서,
    스프링 요소(25)가 고정 요소들(24) 사이의 영역에 매립되는 것을 저지하는 별도의 스페이서(28)가 스프링 요소(25)와 측면 커버(16)의 디스크형 섹션(23) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11).
  2. 제1항에 있어서, 스페이서(28)는 2개 이상의 고정 요소들(24) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11).
  3. 제1항에 있어서, 스페이서(28)는 측면 커버(16)의 디스크형 섹션(23)의 원주 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11).
  4. 제1항에 있어서, 스페이서(28)는 2개 이상의 고정 요소들(24) 사이의 클램핑 연결을 이용하여 측면 커버(16)에 고정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11).
  5. 제1항에 있어서, 스페이서(28)는 축방향으로 적어도 영역별로 고정 요소(24) 위로 돌출되거나 상기 고정 요소와 동일 평면에 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11).
  6. 제5항에 있어서, 스페이서(28)는 기본 본체(30)와, 상기 기본 본체(30)로부터 돌출해 있는 리브들(31)을 포함하며, 리브들(31)은 축방향으로 적어도 영역별로 고정 요소(24) 위로 돌출되거나 상기 고정 요소와 동일 평면에 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11).
  7. 제1항에 있어서, 스페이서(28)는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 조정하기 위한 장치(11).
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