KR101617070B1 - 기계제어식 밸브작동기 및 기계제어식 밸브작동장치 - Google Patents

기계제어식 밸브작동기 및 기계제어식 밸브작동장치 Download PDF

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루돌프 플리에를
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콜벤슈미트 피어부륵 이노바치온스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 단부면에 의해 동작하는 변속기(35)가 베어링(36,38)을 통해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되고 밸브간극 조절수단(41)과 캠축(40)에 연결되어 있고, 밸브간극 조절수단(41)은 편심요소(49)를 갖춘 회전식 조절요소를 가지며, 이 편심요소(49)는 2개의 기저점(64,70)과 하나의 단면형태(61)를 가지며 스프링(55)의 힘을 거슬러 변속기(35)에 작용하면서 여러개의 밸브간극 위치들을 설정하며, 조절요소(49)가 원주방향으로 적어도 하나의 다른 편심요소(60)를 가져 적어도 2개의 단면 형태(61,63)가 제공되며, 조절요소(49)의 회전각도(α)에 따라 다른 편심요소들(60,62)이 변속기(35)와 맞물리는 기계제어식 밸브작동기와; 밸브작동장치에 관한 것이다.

Description

기계제어식 밸브작동기 및 기계제어식 밸브작동장치{MECHANICALLY CONTROLLABLE VALVE OPERATING MECHANISM, AND MECHANICALLY CONTROLLABLE VALVE OPERATING MECHANISM ARRANGEMENT}
본 발명은 단부면에 의해 동작하는 변속기가 베어링을 통해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되고 밸브간극 조절수단과 캠축에 연결되어 있고, 밸브간극 조절수단은 편심요소를 갖춘 회전식 조절요소를 가지며, 이 편심요소는 2개의 기저점과 하나의 단면형태를 가지며 스프링의 힘을 거슬러 변속기에 작용하면서 여러개의 밸브간극 위치들을 설정하는 기계제어식 밸브작동기와 관한 것이다. 본 발명은 또한, 다수의 가스절환밸브들이 일렬로 배열되고, 이런 가스절환밸브들에 적어도 2열의 실린더가 할당되며, 적어도 하나의 가스절환밸브에 변속기들이 할당되고, 이런 변속기 각각이 베어링에 의해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되며 각각의 밸브간극 조절수단 및 캠축에 연결되며, 각각의 밸브간극 조절수단은 편심요소를 갖는 회전식 조절요소를 갖고, 편심요소는 2개의 기저점 및 하나의 단면형태를 갖고 스프링의 힘에 거슬러 변속기에 작용해 각각 다른 밸브간극 위치들을 설정하는 기계제어식 밸브작동장치에 관한 것이기도 하다.
이런 밸브작동기와 밸브작동장치가 EP638 706A1에 소개되었는데, 여기서는 실린더헤드에 회전가능하게 지지된 편심축으로 밸브간극을 조절하는데, 편심축이 변속기에 작용하여 밸브간극을 0과 최대치 사이에서 간단하게 조절한다. 이런 방식에 의해 내연기관의 각각의 작동상태에 대한 연소과정을 조절할 수 있다. 또, DE 10 2004 003 324 A1에 소개된 밸브작동장치의 조절요소는 어떤 작동상태 동안 각각의 실린더들을 정지시키기 위해 각각 독립적으로 조절할 수 있다. 또 EP 1 760 278 A2에 소개된 밸브작동기는 간극 정도에 따라 각각 다른 곡선을 보이는 편심요소를 소개하는데, 여기서는 조절요소가 제로 간극곡선을 실현할 수 있다.
그러나, 이런 종래의 밸브작동기/밸브작동장치의 단점은, 편심요소 곡선에 의한 밸브간극의 조절이 아주 정밀하게 되어야만 한다. 또, 실린더가 부분 정지한 상태에서는 다양한 밸브간극 세팅이 극히 제한되어, 연료소비가 늘어나고 배기량이 높아진다.
본 발명의 목적은 이런 단점들을 회피하는 밸브작동기나 밸브작동장치를 제공하는데 있다.
이 목적은, 조절요소가 원주방향으로 적어도 하나의 다른 편심요소를 가져 적어도 2개의 종형부가 제공되며, 조절요소의 회전각도에 따라 다른 편심요소들이 변속기와 맞물리는 밸브작동기에 의해 달성된다. 이렇게 되면, 적어도 3개의 밸브간극 상태 사이를 간단하고 신속하게 절환할 수 있으면서도 조절요소를 어떤 방향으로도 회전할 수 있다. 또, 가스절환밸브의 가변성을 높여 내연기관의 연료소비와 배기가스 배출을 줄일 수 있는 저렴한 해결책이 제시된다.
적어도 하나의 제로간극곡선에 의해 편심요소들의 기저점들을 서로 띄워두면 특히 유리하다. 따라서, 여러가지 제로간극곡선 형상들을 조절요소의 원주변 둘레에 생성하여, 실린더들을 훨씬 더 다양하게 정지시킬 수 있다. 또, 편심요소들이 여러가지 형상을 갖고 이에 따라 각각의 밸브간극곡선 세트들이 다른 형상을 갖도록 하면 유리하다. 적어도 하나의 편심요소는 정점을 중심으로 비대칭 형상을 가질 수 있다. 또, 변속기가 적어도 하나의 피봇레버와 적어도 하나의 로커레버를 갖고, 피봇레버는 단부면을 통해 가스절환밸브에 맞물리며, 로커레버는 밸브간극 조절수단과 캠축에 연결되고 작업곡면에서 피봇레버와 맞물린다.
본 발명의 목적은 또한, 조절요소들이 원주방향을 따라 적어도 하나의 다른 편심요소를 가져, 적어도 2개의 단면형태가 제공되며, 조절요소의 회전각도에 따라 다른 편심요소가 변속기에 맞물리는 기계제어식 밸브작동장치에 의해서도 달성된다. 이런 장치는 어떤 작동상태에서 내연기관의 각각의 밸브와 실린더들을 정지시킬 수 있는 극히 경제적이면서도 간단한 방식을 제공한다. 이 장치에서 조절요소의 편심요소의 기저점들이 적어도 하나의 제로 간극곡선만큼 서로 떨어지도록 하면, 아주 다양하게 내연기관의 정지를 실현할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 각종 부하상태에 맞게 밸브간극곡선들을 실린더에 적용할 수 잇다. 편심요소들의 형상을 다르게 하거나 적어도 하나의 편심요소는 정점을 중심으로 비대칭으로 형성하면 이런 다양성이 더 커진다. 여러개의 조절요소들을 하나의 구동요소로 구동하면 특히 경제적이다.
다수의 편심요소들을 하나의 편심축에 설치하면 경제적으로 제작할 수 있다.
또, 변속기 각각이 적어도 하나의 피봇레버와 적어도 하나의 로커레버를 갖고, 피봇레버는 단부면을 통해 가스절환밸브에 맞물리며, 로커레버는 밸브간극 조절수단과 캠축에 연결되고 작업곡면에서 피봇레버와 맞물리도록 하면 특히 바람직하다. 최적의 연소를 위해 실린더를 짝수로 하면 좋은데, 절반의 실린더는 가스절환밸브를 포함하며, 각각의 가스절환밸브는 나머지 절반의 실린더와는 달리 편심요소를 하나씩 갖는다. 또, 배기측에서 실린더 중의 절반은 밸브간극 조절수단에 연결된 가스절환밸브를 갖고, 나머지 절반의 실린더는 종래의 방식으로 동작한다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 밸브작동장치의 사시도;
도 2는 2개의 조절요소가 달린 편심축의 단면도;
도 3은 조절요소의 위치에 대한 흡기밸브의 개방 특성을 보여주는 도면.
도 1은 다수의 가스절환밸브(12~26)가 일직선으로 배열된 본 발명의 밸브작동장치(10)의 일례의 사시도이다. 내연기관의 실린더 하나당 흡기 가스절환밸브 2개씩 할당된다. 기계식으로 제어되는 밸브작동장치(10)에 달린 4개의 변속기(28,29;30,31;32,33;34,35) 하나당 가스절환밸브(12,14;16,18;20,22;24,26) 2개씩 할당된다. 변속기(28,29;30,31;32,33;34,35)는 베어링에 의해 공지의 방식으로 실린더헤드에 지지된다. 도 1에 도시된 베어링(36,38)은 변속기(35)의 피봇레버(56)의 베어링을 예로 든 것일 뿐이다. 또, 변속기(28,29;30,31;32,33;34,35)는 공지의 방식으로 캠축(40)에 연결되어 동작한다. 한편, 변속기(28,29;30,31;32,33;34,35) 각각은 밸브간극 조절수단(41)의 조절기(42~49)를 통해 흡기밸브(12,14;16,18;20,22;24,26)의 밸브간극을 작거나 크게 조절할 수 있다. 본 실시예에서, 조절기(42~49)는 흡기밸브(12,14;16,18;20,22;24,26)에 각각 할당되고, 편심축(50)에 편심요소로 설치된다. 편심축(50)은 구동요소(52)에 의해 공지의 방식으로 구동된다. 한편, 가스절환밸브마다 변속기를 하나씩 할당할 수도 있다. 구동요소(52)는 시계방향과 반시계방향 양방향으로 회전할 수 있다. 편심축(50)은 주어진 위치에 따라 다음 작동상태에 맞는 밸브간극를 해당 편심요소(60,62)를 통해 신속정확하게 선택할 수 있도록 작동한다.
기계식으로 제어되는 밸브작동기(54)는 변속기(35)와 가스절환밸브(26)를 갖는다. 변속기(35)는 피봇레버(56)와 로커레버(58; rocker lever)로 이루어지는데, 피봇레버(56)는 단부면에서 가스절환밸브(26)와 맞물리고, 로커레버(58)는 밸브간극 조절수단(41)과 캠축(40)에 연결된다. 이때, 밸브간극 조절수단(41)의 조절요소(48)는 스프링(55)의 힘을 거슬러 로커레버(58)의 연결요소(예; 롤러, 도시되지 않음)에 맞물린다. 로커레버(58)는 도면에 도시되지 않은 작업곡면에서 피봇레버(56)와 맞물린다. 반대쪽에는 로커레버(58)를 슬롯형 링크내에서 안내하기 위한 안내롤러들이 배치된다. 이들 안내롤러 자체는 2개의 인접 로커레버들을 연결하는 축에 지지되는데, 안내롤러들 사이의 축에 롤러가 하나씩 배치되는데, 이 롤러는 캠축에 연결된다. 따라서, 캠축의 캠 하나가 2개의 변속기에 연결된다. 이런 변속기의 기능과 동작에 대해서는 DE10 1140 635 A1에 자세히 소개되어 있다.
각각의 조절요소, 여기서는 조절요소들(42,43,48,49)이 다른 편심요소를 갖는다(도 2 참조). 도 2는 편심축(50)의 2군데, 즉 조절요소(42)와 조절요소(47)의 단면을 보여준다. 따라서, 가스절환밸브(12)의 조절요소(42)는 밸브의 간극 높이에 영향을 주는 2개의 편심요소(60,62)를 갖는다. 이들 편심요소(60,62)는 각각 정점을 하나씩 갖는 종 모양의 종형부(61,63)를 갖는다. 종형부는 유한한 정점들을 연결한 형태라 할 수 있다, 그러나, 기본적으로 이런 종형부로 인해 가스절환밸브가 최대 간극 높이로 열릴 수 있고, 가스절환밸브는 변속기를 통해 조절요소의 각각의 편심요소에 연결된다. 이런 편심요소(60,62)는 높이와 곡선 형태가 서로 다른데, 한쪽 편심요소(62)는 정점을 기준으로 대칭이지만, 다른쪽 편심요소(60)는 비대칭 형태이기 때문에, 관련 밸브간극 곡선을 좀더 편편한 상승 형태로 유도할 수 있다. 이런 종형부(61,63)에 의해 편심요소(60,62)의 최대 간극 높이가 서로 달라진다.
본 실시예에서, 제로 간극곡선이 지나는 점인 2개의 기저점(64,70) 사이로 제로 간극곡선(72)이 형성되고, 무부하 간극곡선이 지나는 무부하점(66,68) 사이에 무부하 간극곡선(74)이 형성되는데, 이 곡선은 편심축에서 제로 간극곡선보다 0.2mm 정도 상승된다. 무부하 간극곡선의 장점은, 이 구역을 통해 조절을 하거나 이 구역을 지날 때 실린더가 완전히 정지하지 않아 냉각되지 않는다는 것이다. 두번째 조절요소(47)는 하나의 편심요소(76)만 갖는데, 이 편심요소의 형상과 높이는 편심요소(62)와 완전히 동일하다. 또, 제로 간극곡선(78)과 무부하 간극곡선(80)이 조절요소(42)의 종형부(61) 구역, 즉 기저점(82,84)과 무부하점(85)에서 합쳐진다.
편심요소에 다른 가능한 모든 형상을 적용할 수 있음은 분명하다. 물론, 하나의 조절요소가 2개 이상의 편심요소를 갖는 것도 가능하다. 본 실시예에서, 가스절환밸브(16,18,20,22)의 밸브간극을 조절하기 위한 조절요소(44,46)는 종래와 마찬가지로 하나의 편심요소(62)만 갖는다.
도 3은 본 발명에 따른 여러가지 밸브간극 세팅을 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 흡기밸브(12~26)를 갖는 4개의 실린더(86,88,90,92)를 볼 수 있다. 가스절환밸브(12,14;24,26)와 관련된 조절요소(42,48)는 하나의 편심요소(60)만 갖는다. 푠심요소(62)가 각각의 로커레버(58)와 맞물리도록 편심축(50)이 조절되면, 도 3의 I와 같은 밸브간극들이 흡기밸브(12,14;24,26)에 설정된다. 흡기밸브(16,18;20,22)는 정지한다. 내연기관이 동작하는 동안 모든 흡기밸브(12~26)가 열려있으려면, 편심요소들(62)이 각각의 로커레버(58)와 맞물리게 되는 각도(α)로 편심축(50)이 회전한다. 따라서, 흡기밸브(12~26)에 대해 도면의 II와 가은 밸브간극들을 얻을 수 있다. 여기서, 조절요소들의 회전 정도를 조정하여 원하는 밸브간극 곡선 세트를 신속정확하게 구할 수 있다.
그러나, 단순한 실린더 정지를 위해서는, 실린더 갯수를 짝수개로 하고, 절반의 실린더에 조절요소들을 할당하고 이런 조절요소들은 각각 나머지 절반의 실린더보다 편심요소를 하나씩 갖도록 하는 것이 특히 유리하다. 물론, 이런 구성으로 배기밸브도 조절하여, 흡기밸브가 정지해 있을 때 배기밸브도 정지하도록 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 단부면에 의해 동작하는 변속기(35)가 베어링(36,38)을 통해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되고 밸브간극 조절수단(41)과 캠축(40)에 연결되어 있고, 밸브간극 조절수단(41)은 편심요소(62)를 갖춘 회전식 조절요소(42)를 가지며, 이 편심요소(62)는 1개의 기저점(64)과 하나의 종형부(61)를 가지며 스프링(55)의 힘을 거슬러 변속기(35)에 작용하면서 여러개의 밸브간극 위치들을 설정하는 기계제어식 밸브작동기(54)에 있어서:
    상기 조절요소(42)가 원주방향으로 다른 기저점(70)을 갖는 적어도 하나의 다른 편심요소(60)를 가져 적어도 2개의 종형부(61,63)를 가지며, 그 결과 조절요소(42)의 회전각도(α)에 따라 편심요소들(60,62)이 각각 변속기(35)와 맞물리고;
    편심요소(60,62) 각각의 기저점들(64,70)이 적어도 하나의 제로 간극곡선(72)만큼 서로 떨어진 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 편심요소들(60;62)의 형상이 서로 다른 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 편심요소들(60;62) 중의 적어도 하나는 정점을 중심으로 비대칭 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변속기(35)가 적어도 하나의 피봇레버(56)와 적어도 하나의 로커레버(58)를 갖고, 상기 피봇레버(56)는 단부면을 통해 가스절환밸브(56)에 맞물리며, 상기 로커레버(58)는 밸브간극 조절수단(41)과 캠축(40)에 연결되고 작업곡면에서 피봇레버(56)와 맞물리는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동기.
  6. 다수의 가스절환밸브(12,14,16,18,20,22,24,26)가 일렬로 배열되고, 이런 가스절환밸브들에 적어도 2열의 실린더(86,88,90,92)가 할당되며, 적어도 하나의 가스절환밸브에 변속기(28,29,30,31,32,33,34,35)가 할당되고, 상기 변속기 각각이 베어링(36,38)에 의해 실린더헤드에 움직일 수 있게 설치되며 각각의 밸브간극 조절수단(41) 및 캠축(40)에 연결되며, 각각의 밸브간극 조절수단(41)은 편심요소(62,76)를 갖는 회전식 조절요소(42,43,44,45,46,47,48,49)를 갖고, 편심요소는 2개의 기저점(64,70;82,84) 및 하나의 단면형태를 갖고 스프링(55)의 힘에 거슬러 변속기에 작용해 각각 다른 밸브간극 위치들을 설정하는 기계제어식 밸브작동장치(10)에 있어서:
    상기 조절요소(42~49)가 원주방향을 따라 적어도 하나의 다른 편심요소(60)를 가져 적어도 2개의 종형부(61,63)를 가지며, 조절요소(42~49)의 회전각도(α)에 따라 다른 편심요소들(60;62;76)이 변속기(28,29,30,31,32,33,34,35)와 맞물리고;
    상기 조절요소(42~49)에서, 편심요소(60;62)의 각각의 기저점들(64,70)이 적어도 하나의 제로 간극곡선(72)만큼 서로 떨어진 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 편심요소들(60;62)의 형상이 서로 다른 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 편심요소들(60;62) 중의 적어도 하나는 정점을 중심으로 비대칭 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 조절요소(42~49)가 하나의 구동요소(52)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 조절요소(42~49)가 하나의 편심축(50)에 배치되는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 변속기(28,29,30,31,32,33,34,35)가 적어도 하나의 피봇레버(56)와 적어도 하나의 로커레버(58)를 갖고, 상기 피봇레버(56)는 단부면을 통해 상기 가스절환밸브(12,14,16,18,20,22,24,26)에 맞물리며, 상기 로커레버(58)는 밸브간극 조절수단(41)과 캠축(40)에 연결되고 작업곡면에서 의해 피봇레버(56)와 맞물리는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
  13. 제6항에 있어서, 짝수개의 실린더(86,88,90,92)가 제공되고, 그중 절반의 실린더는 가스절환밸브(12,14,16,18,20,22,24,26)를 포함하며, 각각의 가스절환밸브는 나머지 절반의 실린더와는 달리 편심요소(60;62;76)를 하나씩 갖는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
  14. 제6항에 있어서, 배기측에 짝수개의 실린더(86,88,90,92) 중의 절반은 밸브간극 조절수단에 연결된 가스절환밸브(12,14,16,18,20,22,24,26)를 갖고, 나머지 절반의 실린더는 기계제어식 밸브작동장치 없이 가스절환밸브의 동작을 일으키는 것을 특징으로 하는 기계제어식 밸브작동장치.
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