KR102294090B1 - 엔진 분배 장치를 위한 차단기 아암 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 열 엔진(heat engine)의 실린더 헤드 내의 밸브를 상기 엔진의 실린더 헤드 내에 배치된 캠 샤프트에 의해 작동시키기 위한 장치(10)의 차단기 아암(breaker arm)(20)에 관한 것이며, 상기 차단기 아암은, 피봇축(pivot axis)(22)에 대해 피봇될 수 있는 작동 아암(23)과, 상기 아암의 제1 단부로부터 연장되며 상기 캠 샤프트의 캠과 밸브 사이에 배치되는 접촉 헤드(24)를 포함한다. 본 발명은, 상기 접촉 헤드는 상기 밸브와 마주보는 하면(26)을 포함하고, 상기 하면은 실질적으로 볼록하며 상기 작동 아암(23)의 축을 따라서 변하는 곡률을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 분배 장치를 위한 차단기 아암

본 발명은 자동차의 열 엔진(heat engine) 또는 내부 연소 엔진의 분배 장치(distribution device)에 관한 것이다.

본 발명은 더욱 구체적으로 캠 샤프트에 의해 밸브들을 작동시키기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 더욱 상세하게는 밸브를 작동시키기 위한 장치의 부분인 차단기 아암(breaker arm)에 관한 것이다.

내부 연소 엔진 또는 열 엔진을 갖춘 자동차에서, 엔진의 실린더의 연소실 내에 공기 또는 신선한 가스를 유입시키고 그 다음에 상기 연소실 내에서 연소된 연소 가스를 배출하기 위해 분배 장치가 설치된다. 상기 분배 장치는 열 엔진의 실린더 헤드 내에서 병진 운동 가능한 밸브들을 포함한다. 밸브는 열 엔진들의 분배를 위한 기계 부재로서 신선한 가스의 유입과 연소 가스의 배출을 허용한다. 따라서, 연소실로부터 유입 덕트를 분리하는 유입 밸브(admission valve)와 배기 덕트로부터 상기 연소실을 분리하는 배기 밸브(exhaust valve) 사이에 차이가 있다. 자동차의 엔진에 사용되는 밸브는 일반적으로, 일단부에서 연소실 내로 개방된 덕트 개구를 차단할 수 있는 넓어진 밸브 헤드까지 연장된 로드(rod)를 포함하는 포핏 밸브(poppet valve) 또는 튤립 타입 밸브(tulip type valve)이다.

밸브는 일반적으로 밸브의 로드를 상기 로드의 축을 따라서 밀 수 있는 캠 샤프트에 의해 작동된다. 이를 위해, 캠 샤프트는 밸브 로드의 자유 단부에 접하는 캠들(cmas)을 갖고 있으며, 상기 캠 샤프트는 밸브 로드의 축에 대해 실질적으로 직각인 축을 중심으로 회전한다. 따라서, 신선한 공기를 위한 유입 덕트 또는 연소 가스의 배기 덕트 또는 배출 덕트의 개방을 인가하기 위해, 밸브 로드의 자유 단부는 캠 샤프트에 회전 가능하게 고정된 캠에 의해 실린더의 연소실을 향해 밀리게 된다. 이는, 공기 흡입 덕트 또는 연소 가스를 위한 배기 덕트의 개구를 개방하기 위해, 로드가 실린더 헤드에서 연소실을 향해 슬라이딩하기 때문이다. 이어서, 밸브는 하나의(또는 그 이상의) 복귀 스프링(들)에 의해 제자리로 복귀된다.

상기 로드의 자유 단부는 일반적으로 감소된 단면을 가지고, 캠과 밸브 로드 사이의 접촉에 지장을 줄 수 있으며, 이는 열 엔진의 오작동을 초래할 수 있다.

상기 접촉 단면을 증가시키기 위해, 예를 들어, 로드의 자유 단부에 로드에 고정적으로 결합되는 접촉 실린더를 추가함으로써, 밸브 로드와 캠이 보다 신뢰성 있게 접촉되도록 하는 것은 알려져 있다.

또한, 캠의 작동이 밸브 로드의 자유 단부로 전달되는 것을 보장하기 위해, 캠과 밸브 로드 사이에 접촉 차단기 아암(contact breaker arm)을 배치하는 것도 알려져 있다. 상기 차단기 아암은 일반적으로, 밸브 로드의 이동 축에 대해 직각인 축에 대해 회전 운동 가능한 아암과, 밸브 로드의 자유 단부에 접할 수 있는 차단기 아암 헤드로 구성된다. 캠은 회전 운동 중에 차단기 아암의 아암의 부분에 접하게 됨으로써, 병진 운동의 면에서 차단기 아암의 헤드의 이동을 초래하며 이에 따라 밸브 로드의 단부의 이동을 초래한다.

접촉을 보다 신뢰성 있게 만들기 위해, 한편으로는, 캠과 차단기 아암 사이에, 다른 한편으로는, 차단기 아암과 밸브 로드 사이에, 차단기 아암과 밸브 각각에 복귀 스프링들이 배치된다. 따라서, 차단기 아암의 틸팅 운동은, 밸브들이 공기 또는 가스 덕트의 개구를 개방하기 위해 개방 위치를 향해 슬라이딩할 수 있도록 캠에 의해 제어되며, 각각의 밸브의 폐쇄는 밸브의 복귀 스프링에 의해 제어된다.

밸브의 복귀 스프링은 밸브의 기술에 연관되며, 우리의 발명은 이 분야에 관련되지 않는다.

차단기 아암의 복귀 스프링은 분배 장치의 조립을 더욱 복잡하게 만들 수 있다.

종래 기술에서, 밸브들의 오작동 현상을 감소시키기 위한 많은 시도들이 있었다.

이는, 밸브들의 오작동은 엔진의 최대 엔진 속도를 제한하며, 즉, 엔진의 성능 수준을 제한하고, 피스톤과 밸브를 손상시키는 것과 같이 기계적 저하를 초래할 수 있다고 알려져 있기 때문이다.

밸브의 오작동을 제한하기 위한 알려진 해법들은 아래와 같다:

- 밸브의 가동 질량(movable mass)을 감소시킨다(예를 들어, 티타늄 밸브, 알루미늄 컵의 사용).

- 급격한 상승을 감소시킨다(예를 들어, 가속 또는 갑작스런 움직임을 감소한다).

- 분배의 고유 주파수를 증가시킨다.

- 스프링의 복귀 부하를 증가시킨다(예를 들어, 2중 스프링)

- 상이한 해법들을 결합한다.

그러나, 이러한 알려진 해법들은 밸브와 분배 장치의 가동 질량의 증가를 초래할 수 있으며, 이는 비용, 공간의 요구 및 엔진의 성능 수준에 영향을 미친다.

공개특허 FR2861130-A1은 실린더 부재를 개시하며, 이 실린더 부재는 밸브 로드의 단부에 배치됨으로써 상기 밸브 로드와 상기 로드의 축에 대해 직각인 축을 중심으로 틸팅 운동할 수 있는 차단기 아암 사이의 접촉이 보다 신뢰성 있도록 만든다. 로드의 단부에 추가적인 질량은 밸브의 동적 작동의 저하와 엔진 성능의 감소를 초래한다.

공개특허 FR2733539-A1은 차단기 아암을 개시하며, 이 차단기 아암은 밸브 로드의 슬라이딩/병진 축에 대해 직각인 축에 대해 피봇할 수 있으며, 캠과 밸브 로드의 단부 사이에 배치된다. 상기 차단기 아암은 차단기 아암과 캠 사이의 접촉을 보장하기 위해 탄성 복귀 장치를 포함하며, 이는 밸브를 작동시키기 위한 장치를 더욱 복잡하게 만든다.

엔진의 최적의 작동을 보장하기 위해, 밸브의 슬라이딩을 모니터링 하고, 한편으로는, 캠과 차단기 아암 사이의, 다른 한편으로는, 차단기 아암과 밸브 로드 사이의 접촉을 보장할 필요가 있다.

엔진의 작동 신뢰성을 보장하기 위해, 밸브를 그 축에 대해 회전시키는 것이 유리하다. 종래 기술의 문헌들에 설명된 차단기 아암들은 밸브를 회전시키는 어떠한 가능한 방법도 제안하지 않는다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점들을 극복하기 위한 것이며, 본 발명의 주제들 중 하나는 자동차의 열 엔진의 실린더 헤드에 배치된 밸브 작동 장치의 분배 차단기 아암이고, 상기 장치는 밸브 로드와 캠 샤프트에 회전 가능하게 고정된 캠 사이에 배치된 상기 분배 차단기 아암이 감소된 공간 내에 구현될 수 있도록 하며, 상기 차단기 아암은 밸브가 회전하도록 할 수 있다.

본 발명은 더욱 상세하게는 자동차의 열 엔진(heat engine)의 실린더 헤드 내에 배치된 캠 샤프트에 의해 밸브들을 작동시키기 위한 장치의 차단기 아암(breaker arm)에 관한 것으로서,

상기 차단기 아암은, 상기 캠 샤프트의 축과 실질적으로 평행한 피봇축(pivot axis)에 대해 피봇 운동할 수 있는 작동 아암, 및 상기 작동 아암의 제1 단부에 캠과 밸브 사이에 배치되는 접촉 헤드를 포함하며,

상기 접촉 헤드는 상기 밸브와 마주보는 하면(lower face)을 포함하고, 상기 하면은 실질적으로 볼록하며, 상기 작동 아암(23)의 축에 대해 변하는 곡률(curvature)을 포함한다.

유리하게는, 상기 차단기 아암이 상기 피봇축에 대해 피봇하는 중에 상기 차단기 아암과 상기 밸브 로드 사이의 접촉을 유지하기 위해, 상기 밸브 로드와 마주보는 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 하면은 볼록하며, 다시 말해서, 상기 하면은 상기 캠 쪽으로 지향된다. 이는, 상기 캠 샤프트의 캠이 상기 차단기 아암의 접촉 헤드에 접하여 상기 차단기 아암이 상기 피봇축에 대해 피봇하도록 하는 부분을 포함하기 때문이다. 이러한 접촉(abutment)의 결과로서, 상기 밸브 로드는 슬라이딩 방식으로 엔진의 실린더의 연소실 쪽으로 밀리게 되며, 이는 상기 로드를 차단기 아암으로부터 이격시킨다. 상기 볼록한 하면은 상기 작동 아암의 축을 따라서 곡률이 변하는 곡률을 포함하며, 이에 따라 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 하면과 상기 밸브 로드의 헤드 사이의 상대적인 운동을 보상할 수 있으며 상기 차단기 아암의 접촉 헤드와 상기 밸브 로드의 접촉을 유지하면서 상기 밸브 로드의 슬라이딩이 동반될 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 특징들에 따르면:

- 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 하면은 상기 차단기 아암의 피봇축(22)과 실질적으로 평행한 축에 대해 제1 곡률을 포함한다.

유리하게는, 상기 차단기 아암이 피봇축에 대해 피봇하는 동안에 상기 밸브 로드와 차단기 아암 사이의 접촉을 유지하면서 상기 밸브 로드의 슬라이딩을 동반하기 위해, 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 하면은 상기 차단기 아암의 피봇축과 실질적으로 평행한 축에 대해 제1 곡률을 포함한다.

- 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 하면은 상기 차단기 아암의 작동 아암(23)의 축과 실질적으로 평행한 축에 대해 제2 곡률을 포함한다.

유리하게는, 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 하면은 상기 차단기 아암의 작동 아암의 축과 실질적으로 평행한 축에 대해 제2 곡률을 포함하며, 상기 곡률은 상기 밸브의 축에 대해 횡방향으로 상기 밸브에 힘을 가할 수 있으며, 이는 가스 덕트를 상기 실린더의 연소실 쪽으로 개방하기 위해 상기 캠이 상기 차단기 아암과 밸브 로드에 접하면서 움직일 때, 상기 밸브 로드의 축을 중심으로 상기 밸브 로드와 밸브의 회전을 초래한다.

따라서, 가스 덕트를 실린더의 연소실 쪽으로 개방하기 위해, 상기 캠은 상기 차단기 아암에 접하여 상기 밸브의 슬라이딩 동작을 생성하며, 상기 슬라이딩 동작은 상기 밸브의 축에 대한 밸브의 회전에 의해 수반된다.

- 상기 차단기 아암의 접촉 헤드는, 반대쪽에 있으며 상기 캠 샤프트의 캠과 마주보는 상면(upper face)을 포함하고, 상기 상면은 오목하고 단일의 곡률을 가진다.

유리하게는, 상기 차단기 아암의 접촉 헤드는, 회전 중의 상기 캠의 접촉 이동을 동반하기 위해, 상기 캠 샤프트의 캠과 마주보며 볼록하고 단일의 곡률을 가진 상면을 포함한다. 이는, 상기 캠이 회전 운동 중에 상기 상면에 접하여 이동하기 때문에, 상기 캠과 상기 차단기 아암의 상면 사이의 접촉 슬라이딩 동작과 두 개의 요소들의 가능한 분리를 생성한다. 볼록한 상면은, 다시 말해서, 상기 밸브 쪽으로 지향된 상면은, 상기 캠의 회전 중에 두 개의 요소들 사이의 접촉이 최적의 방식으로 유지되도록 한다.

- 상기 상면의 곡률은 상기 차단기 아암의 피봇축과 실질적으로 평행한 축에 따른 것이다.

유리하게는, 상기 캠의 회전 중에 상기 캠과 상기 차단기 아암의 상면 사이의 접촉을 최적의 방식으로 유지하기 위해, 볼록한 상면의 곡률은 상기 차단기 아암의 피봇축과 실질적으로 평행한 축에 따른 것이며, 상기 차단기 아암의 피봇축은 상기 캠의 회전축과 실질적으로 평행하다.

- 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 상면은 낮은 마찰 계수를 가진 미끄럼 재료(sliding material)로 덮인다.

유리하게는, 상기 차단기 아암의 상면의 전체 표면에 걸쳐 상기 캠의 슬라이딩을 쉽게 하며 서로에 대한 상대적인 이동 중에 두 개의 요소들 사이의 마찰의 발생을 감소시키기 위해, 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 상면은 낮은 마찰 계수를 가진 미끄럼 재료(sliding material)로 덮이며; 상기 마찰의 발생은 상기 엔진의 바람직하지 않은 과도 사용(overuse)을 초래한다.

- 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 상면은 상기 차단기 아암의 피봇축을 따른 폭을 포함하며, 상기 상면의 폭은 상기 캠 샤프트의 캠의 폭과 상이하다.

유리하게는, 상기 캠과 상기 상면 사이의 실질적으로 영구적인 접촉을 보장하기 위해, 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 상면은 상기 차단기 아암의 피봇축을 따라서 폭을 포함하며, 상기 상면의 폭은 상기 캠 샤프트의 캠의 폭과 상이하다.

- 상기 차단기 아암은 상기 작동 아암의 제2 반대쪽 단부에 고정된 결합 링(engaging ring)을 포함하며, 상기 링은 접촉면에 의해 상기 피봇축을 둘러쌀 수 있다.

유리하게는, 상기 차단기 아암은 상기 접촉 헤드를 가진 상기 제1 단부에 대해 반대쪽의 제2 단부에서 상기 작동 아암으로부터 연장된 결합 링을 포함하며, 상기 링은 접촉면에 의해 상기 피봇축을 둘러쌀 수 있다. 따라서, 상기 차단기 아암은 실린더 헤드에 회전 가능하게 고정된 요소에 간단하게 결합된다.

- 상기 링은, 상기 접촉면 쪽으로 윤활 액체를 가져오기 위해 상기 링의 두께를 관통하여 연장된 반경 방향 개구를 포함한다.

- 상기 차단기 아암은 상기 링의 주변부 에지에 노치(notch)를 포함한다.

유리하게는, 상기 링은 상기 링의 두께를 관통하여 연장된 개구와 상기 링의 주변부 에지에 노치를 포함하며, 상기 개구와 노치는, 한편으로는, 접촉된 두 개의 요소들의 가열과, 다른 한편으로는, 바람직하지 않은 엔진의 과도 사용을 발생시킬 수 있는, 상기 차단기 아암과 피봇축 사이의 마찰 발생을 감소시키기 위해, 상기 차단기 아암의 접촉면 쪽으로 윤활 액체를 가져올 수 있다.

유리하게는, 상기 차단기 아암은 실린더 헤드에 회전 가능하게 고정된 유지 돌기의 축방향 자유 단부에 대해 피봇 운동 가능하도록 장착되며, 이는 상기 장치를 상기 실린더 헤드 내의 감소된 공간 내에 조립하는 것을 용이하게 만든다. 상기 차단기 아암은 작동 장치를 더욱 복잡하게 할 수 있는 복귀 메커니즘과 관련되지 않는다. 상기 유지 돌기는 바람직하게는 상기 차단기 아암의 링에 의해 둘러싸이는 적어도 하나의 자유 단부를 포함한다.

본 발명의 다른 특징들과 이점들은, 비제한적인 예들로 주어지고 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 특정한 실시예들의 상세한 설명에 의해 이해될 것이다.
- 도 1은 본 발명에 따른 밸브 작동 장치를 표현한 단면도이다.
- 도 2는 제1 시각에 따른 본 발명에 따른 차단기 아암의 개략도이다.
- 도 3은 제1 시각에 반대되는 제2 시각에 따른 차단기 아암의 개략도이다.
- 도 4는 실린더 헤드에 장착된 장치의 단면 평면도이다.
- 도 5는 캠과 밸브 로드 사이에 배치되기 위한 본 발명에 따른 차단기 아암의 단부의 개략도이다.

이하의 설명에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들 또는 유사한 기능들을 가진 구성요소들을 가리킨다.

도 1과 5에 도시된 바와 같이, 밸브들을 작동시키기 위한 장치(10)는 열 엔진(heat engine)(미도시)의 실린더 헤드(12)의 챔버(11)내에 배치되며, 공기 덕트 또는 가스 덕트를 개방하기 위해, 캠 샤프트의 회전 운동을 밸브들로 전달함으로써 상기 밸브들의 축을 따라서 밸브들의 슬라이딩 동작을 생성한다.

알려진 방식에서, 캠 샤프트(13)는 회전 운동 가능하게 장착되며 크랭크 샤프트(미도시)의 회전에 의해 체인 및 톱니바퀴(미도시)와 같은 전달 요소의 결과로서 회전된다. 상기 캠 샤프트는 상기 샤프트에 대해 회전 가능하게 고정되도록 장착된 다수의 캠들(14)을 갖고 있다.

도 5의 도시에 따르면, 차단기 아암(breaker arm)(20)은 상기 캠(14)과 밸브(32)의 로드(31)의 헤드(30) 사이에 배치되어, 상기 캠의 회전 운동을 상기 밸브 로드(31)의 축을 따르는 상기 로드의 병진 운동으로 전달한다. 상기 차단기 아암(20)은, 실린더 헤드의 벽체 요소에 회전 가능하도록 고정된 피봇축(pivot axle)(Y)에 대해 피봇 운동 가능하다. 상기 차단기 아암은 캠 샤프트의 축에 대해 실질적으로 직각인 축(23a)을 따라서 길이방향으로 연장되며, 상기 차단기 아암은 피봇축을 둘러싸는 제1 단부와, 차단기 아암이 작동 위치에 장착된 때 상기 캠(14)과 밸브 로드(31) 사이에 배치되는 제2 반대쪽 단부를 포함한다. 이하에서, 상기 차단기 아암의 피봇축(pivot axis)(22)은 실린더 헤드에 고정된 피봇축(Y)을 둘러쌀 수 있는 실린더형 링의 축이라는 것이 인용될 것이다. 상기 차단기 아암의 피봇축(22)은 차단기 아암이 작동 위치에 장착된 때 피봇축(Y)과 정렬된다.

도 2와 3에 도시된 바와 같이, 상기 차단기 아암(20)은 작동 아암(23)을 포함하며, 상기 작동 아암은 제1 단부(21a)에서 링까지 연장되고 제2 반대쪽 단부(21b)에서 접촉 헤드(24)까지 연장된다. 상기 차단기 아암의 축(23a)은 상기 작동 아암(23)의 축과 정렬된다. 상기 차단기 아암이 실린더 헤드 내의 작동 위치에 장착된 때, 상기 접촉 헤드(24)는 상기 캠(14)과 상기 밸브 로드(31)의 헤드(30) 사이에 배치된다.

상기 접촉 헤드(24)는 상기 캠(14)과 마주보는 상부 접촉면(upper contact face)(25)과, 상기 밸브 로드(31)와 마주보는 하부 반대쪽 접면(lower opposing abutment face)(26)을 포함한다.

상기 상면(25)은 상기 캠의 회전 이동 중에 상기 캠(14)과 실질적으로 영구적으로 접촉한 상태를 유지하도록 형성된다.

상기 상면(25)은 실질적으로 볼록하며, 다시 말해서, 상면(25)은 상기 하면(26) 쪽으로 지향된 곡률을 가진다. 도 2와 3에 도시된 실시예에 따르면, 상기 상면(25)은 상기 차단기 아암(20)의 피봇축(22)과 실질적으로 평행한 축(22b)을 따른 단일의 곡률을 가진다. 상기 상면(25)의 곡률은 상기 캠과 상기 차단기 아암의 접촉 헤드의 상면 사이에 실질적으로 영구적인 접촉을 허용할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 바람직한 방식에서, 상기 상면은 상기 피봇축(22)과 평행한 횡방향 축을 따라서 폭을 가지며, 이 폭은 상기 캠의 폭과 상이하다. 상기 상면의 폭은, 상기 접촉이 감소된 상기 캠과 차단기 아암 사이의 접촉을 보장하기 위해, 상기 캠의 폭보다 클 수 있다. 상기 상면의 폭은, 상기 차단기 아암과 상기 캠의 더욱 역동적인 작동을 얻기 위해, 상기 캠의 폭보다 작을 수도 있다. 이러한 방식에서, 횡방향 축을 따라서 상기 캠과 차단기 아암 사이의 상대적인 변위를 초래하는 엔진의 작동 중에 발생되는 진동에도 불구하고, 두 개의 요소들은 항상 서로 접촉된 상태로 유지될 것이다.

상기 캠(14)이 회전하는 동안, 상기 캠(14)과 상면(25) 사이의 접촉은 상기 상면의 표면 위에서 이동한다. 따라서, 상기 캠과 차단기 아암 사이에 발생하는 마찰의 가능한 정도를 감소할 필요가 있다. 바람직하게는, 상기 상면은 낮은 마찰 계수를 가진 미끄럼 재료(sliding material)로 덮인다. 이 재료는, 예를 들어, 건조 상태에서 대략 0.1(0.8 내지 1.8 사이)의 마찰 특성을 가지며 대략 0.02㎛의 거칠기(Ra)를 가진 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅일 수 있다.

바람직하게는, 상기 상면은 55 HRC(로크웰 경도) 이상의 경도를 가진 강(steel)으로 제조된다.

상기 하부 접면(26)은 상기 밸브 로드(24)의 축을 따라서 밸브 로드가 병진 운동하는 중에 상기 밸브 로드(31)의 헤드(30)와 접촉한 상태를 유지하도록 형성된다.

상기 차단기 아암의 접촉 헤드는 볼록한 밸브 로드와 마주보는 하면을 포함하며, 다시 말해서 상기 하면(26)은 상기 상면(25) 쪽으로 지향된 곡률을 가진다.

상기 하면(26)은 상기 차단기 아암의 피봇축(22)과 실질적으로 평행한 곡률의 축(22a)을 따른, 상기 상면 쪽으로 지향된 제1 주 곡률(main curvature)(27)을 가진다. 상기 곡률은 상기 하면(26)과 상기 밸브 로드의 헤드(30) 사이에 실질적으로 일정한 접촉을 허용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 하면의 주 곡률(27)의 반경(27a)은, 상기 하면의 제1 길이방향 단부(26a)로부터 제2 반대쪽 길이방향 단부(26b)까지 실질적으로 상기 작동 아암(23)의 축(23a)에 대해 변할 수 있다. 상기 곡률 반경은, 예를 들어, 상기 제1 길이방향 단부(26a)에서의 최소값으로부터 반대쪽 길이방향 단부(26b)보다 큰 곡률 값까지 증가할 수 있다. 이 방식으로, 상기 캠이 접촉 헤드에 대해 접하는 것은 상기 밸브 로드의 원하는 슬라이딩 프로파일에 따른 정확한 슬라이딩 동작을 생성할 수 있다. "슬라이딩 프로파일"이라는 용어는 상기 슬라이딩 동작의 가속 또는 감속의 상이한 단계들이 되는 것으로 이해되도록 의도된 것이다.

또한, 상기 곡률의 축(22a)은 상기 피봇축(22)과 평행하게 유지되면서 변위됨으로써 변할 수 있다.

상기 접촉 헤드의 하면은 상기 작동 아암(23)의 축(23a)과 실질적으로 평행한 곡률의 축(28a)을 따른 제2 곡률(28)을 가진다. 상기 곡률(28a)의 축은 상기 작동 아암의 축(23a)과 편향각(angle of deviation)을 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 곡률의 곡률 반경은 제1 횡방향 단부로부터 제2 반대쪽 횡방향 단부까지 횡방향 축을 따라서 변할 수 있으며, 곡률의 축은, 예를 들어, 상기 작동 아암의 축(23a)과 실질적으로 평행하게 유지되면서 변위됨으로써 변할 수 있다.

도 3에 개시된 실시예에 따르면, 상기 제2 곡률은 상기 곡률의 축(28a)에 대해 실질적으로 일정한 곡률 반경을 가진다. 바람직하게는, 상기 제2 곡률의 곡률 반경은 실질적으로 상기 주 곡률의 곡률 반경보다 더 크다.

상기 차단기 아암의 피봇축(22)과 평행한 축(22a)에 대한 상기 제1 주 곡률(27)과 상기 피봇축(22)을 가로지르는 축에 대한 상기 제2 곡률(28)의 연계는, 상기 하면(26)이 상기 작동 아암의 축(23a)에 대해 변하는 곡률을 포함하는 결과를 낳는다.

바람직하게는, 상기 접촉 헤드의 하면(26)은 55 HRC보다 큰 경도를 가진 강으로 제조된다.

상기 밸브의 복귀 스프링들(미도시)은 상기 밸브 로드를 차단기 아암의 방향으로 가압하며 상기 로드의 헤드(30)가 상기 차단기 아암의 하부 접면(26)과 접촉된 상태를 유지하는 것을 돕는다. 결과적으로, 상기 캠(14)과 상기 차단기 아암(20) 사이 및 상기 차단기 아암과 상기 로드(31)의 헤드(30) 사이에 실질적으로 영구적인 접촉이 성취된다.

바람직하게는, 상기 하면(26)의 표면도 낮은 마찰계수를 가진 미끄럼 재료로 덮이며, 이는 DLC일 수 있다.

상기 차단기 아암(22)에 부하(load)가 적용되지 않으며, 이에 따라 캠(14)과 밸브 로드(24) 사이의 부하 전달에 있어서 추가적인 부하를 발생시키지 않도록 차단기 아암의 움직임은 가능한 한 부드러워야 한다.

상기 차단기 아암은, 상기 작동 아암(23)의 제1 단부(21a)에서 상기 캠 샤프트(20)의 축과 실질적으로 평행한 피봇축(Y)을 둘러싸는 링(40)을 포함한다. 상기 피봇축은 유지 돌기(retention protuberance)(51)의 자유 단부(50)의 부분이다. 상기 링(40)의 내경은 상기 유지 돌기(51)의 피봇축(Y)의 외경보다 실질적으로 크다. 상기 유지 돌기는, 예를 들어, 고정 수단에 의해 회전 가능하게 고정되도록 실린더 헤드의 벽체 요소에 고정되는 유지 부재(52)를 포함한다. 상기 고정 수단은 바람직하게는, 상기 유지 부재를 관통하여 형성된 고정 구멍(53)을 통해 연장되며 실린더 헤드 내의 구멍 내부로 도입되는 고정 나사이다.

상기 유지 링(40)은 바람직하게는 반경 방향 두께를 가진 주변 벽(peripheral wall)(41)을 가진 실리더형이다. 상기 링의 접촉면(42b)이 피봇축(Y)을 둘러싼다.

도 2와 3에 따르면, 상기 유지 링(40)은 상기 링의 주변부 벽(41)의 두께를 관통하여 연장된 반경 방향 개구(43)를 포함한다. 상기 개구는 상기 링의 자유 외측 표면 부분에서 개방된다. 상기 개구는, 예를 들어, 상기 차단기 아암의 작동 아암의 연장 내에 있지 않은 상기 링의 자유 외측 표면 부분(42a)으로부터의 반경 방향 구멍으로 형성될 수 있다. 상기 개구(43)는 윤활 액체가 상기 링(40)의 외부로부터 상기 링의 내부 접촉면(42b)까지 전달될 수 있도록 한다.

또한, 상기 유지 링은 상기 링의 주변부 에지(45)에 노치(notch)(44)를 포함한다. 상기 노치도 윤활 액체가 상기 링의 내부 접촉면(42b) 쪽으로 제공될 수 있도록 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 차단기 아암은, 상기 밸브 로드의 헤드(30)에 어떠한 요소도 고정시킬 필요 없이 최적의 방식으로 상기 캠(14)의 회전 운동을 상기 밸브 로드(31)의 헤드(30)에 대한 접촉 이동으로 전달하도록 배치되며, 이는 수반된 질량의 감소와 밸브들과 엔진의 작동의 향상을 허용한다.

상기 차단기 아암은 바람직하게는 경량 합금강(light steel alloy)으로 제조된다.

도 5에 따르면, 밸브들을 작동시키기 위한 장치는 열 엔진의 실린더 헤드의 챔버(11) 내에 배치된다. 상기 차단기 아암은 실린더 헤드의 벽체 요소에 회전 가능하게 고정된 피봇축(Y) 둘레로 피봇 운동 가능하도록 장착되며, 상기 피봇축(Y)은 실린더 헤드의 벽체 요소에 고정된 유지 돌기(51)의 부분이다. 엔진의 작동 중에, 캠 샤프트는 회전하게 되고 캠(14)은 차단기 아암(20)의 상면에 접한 상태로 움직여서 상기 차단기 아암의 접촉 헤드(24)를 밸브의 방향으로 가압한다. 따라서, 상기 차단기 아암은 피봇축(Y)을 중심으로 회전하게 되고 접촉 부하를 밸브 로드의 헤드로 전달한다. 상기 밸브 로드(31)는 가스 덕트를 개방하기 위해 슬라이딩 방식으로 실린더의 챔버를 향해 강제 이동된다. 이어서 상기 캠(14)은 차단기 아암(20)과의 접촉이 해제된다. 따라서, 상기 밸브의 복귀 스프링은 밸브 로드(31)를 상기 캠에 접하는 차단기 아암의 접촉 헤드에 맞서서 반대 방향으로 밀어 올린다. 상기 로드의 슬라이딩 프로파일, 즉, 가속/감속 이동은 상기 차단기 아암의 하면의 곡률 중 작동 아암의 축에 대한 곡률의 변화에 의해 형성된다.

상기 제2 곡률은, 밸브 로드를 상기 실린더의 연소실을 향해 가압하기 위해, 상기 캠(14)이 접촉 헤드와 접하면서 이동할 때 상기 밸브 로드(31)의 축에 대해 횡방향의 부하의 생성을 허용한다; 따라서, 상기 횡방향 부하는 밸브 로드의 축을 중심으로 밸브 로드와 밸브의 회전을 발생시킨다.

실린더 헤드의 챔버(11) 내에, 상이한 공급 램프들(미도시)에 의해 도입된 오일에 의해 유증기(oil mist)가 형성된다. 따라서, 오일은 상기 링의 내부 접촉면(42b)을 윤활시키기 위해 상기 링(40)의 반경 방향 개구(43) 또는 노치(44)를 통과할 수 있다. 이들의 기능의 결과로서, 차단기 아암(20)에 부하가 생성되지 않는다. 상기 링과 피봇축 사이의 접촉은 임의의 특정한 오일 도입 덕트 없이 최소의 윤활을 요구한다.

또한, 오일은 차단기 아암의 접촉 헤드의 상면(25) 상에 도포될 수 있으며, 차단기 아암과 캠 사이의 접촉의 윤활을 허용한다. 도포된 코팅은 두 개의 요소들 사이에 마찰의 발생을 감소시킨다.

본 발명의 목적은 성취된다: 밸브들을 작동시키기 위한 장치는 쉽게 제조되며 감소된 질량을 가진 차단기 아암(20)으로 상기 캠(14)과 상기 밸브 로드(31)의 헤드(30) 사이에 더욱 신뢰성 있는 접촉이 일어날 수 있도록 한다. 상기 차단기 아암(20)은 실린더 헤드에 단순하게 고정된 피봇축(Y)에 대해 피봇 운동 가능하도록 장착된다. 상기 차단기 아암(20)은 밸브의 슬라이딩이 제어되도록 허용하며 밸브의 회전의 발생을 허용한다.

당연히, 본 발명은 위에서 예로서 설명된 실시예들에만 한정되지 않으며; 대신에 모든 변형들을 포함한다. 따라서, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서도, 특히 작동 아암과 피봇축 사이에 마찰 감소 수단, 예를 들어, 베어링을 추가하는 것이 가능할 것이다. 또한, 실린더 헤드의 횡방향 벽체 요소 대신에 길이 방향 스탑(stop)을 제공하는 것도 가능하다. 상기 길이방향 스탑은, 상기 캠과 차단기 아암 사이의 접촉 또는 차단기 아암과 밸브 로드의 헤드 사이의 접촉을 방해할 수 있는 상기 차단기 아암의 작동 아암의 과도하게 큰 축방향 변위를 방지할 수 있다.

Claims (10)

1. 자동차의 열 엔진(heat engine)의 실린더 헤드 내의 밸브들을 상기 엔진의 실린더 헤드 내에 배치된 캠 샤프트(14)에 의해 작동시키기 위한 장치(10)의 차단기 아암(breaker arm)(20)으로서,
   상기 차단기 아암은,
   - 피봇축(pivot axis)(22)에 대해 피봇 운동할 수 있는 작동 아암(23), 및
   - 상기 아암의 제1 단부로부터 연장되며 상기 캠 샤프트의 캠(14)과 밸브(32) 사이에 배치되는 접촉 헤드(24)를 포함하며,
   상기 접촉 헤드는 상기 밸브(32)와 마주보는 하면(lower face)(26)을 포함하고, 상기 하면(26)은 볼록하며, 상기 피봇축(22)과 평행한 축(22a)에 대한 제1 곡률(curvature)(27)과, 상기 작동 아암(23)의 축(23a)과 평행한 축(28a)에 대한 제2 곡률(28)을 포함하고,
   상기 제2 곡률(28)의 축(28a)이 상기 작동 아암(23)의 축(23a)과 평행하게 유지되면서 상기 하면(26)의 제1 횡방향 단부로부터 반대쪽의 제2 횡방향 단부까지 변위됨으로써, 상기 제2 곡률(28)의 반경은 상기 하면(26)의 제1 횡방향 단부로부터 반대쪽의 제2 횡방향 단부까지 횡방향 축을 따라서 변하는 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 곡률(27)의 반경(27a)은, 상기 하면(26)의 제1 길이방향 단부(26a)로부터 반대쪽의 제2 길이방향 단부(26b)까지 상기 작동 아암(23)의 축(23a)을 따라서 변하는 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 차단기 아암의 접촉 헤드(24)는, 상기 하면(26) 반대쪽에 있으며 상기 캠 샤프트의 캠(14)과 마주보는 상면(upper face)(25)을 포함하고, 상기 상면은 볼록하며 단일의 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 상면의 곡률은 상기 피봇축(22)과 평행한 축에 따른 것임을 특징으로 하는, 차단기 아암.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 차단기 아암의 접촉 헤드(24)의 상면(25)은 미끄럼 재료(sliding material)로 덮이는 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 차단기 아암의 접촉 헤드(24)의 상면(25)은 상기 피봇축(22)을 따른 폭을 포함하며, 상기 상면(25)의 폭은 상기 캠 샤프트의 캠(14)의 폭과 상이한 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 차단기 아암은 상기 작동 아암(23)의 제1 단부에 결합 링(engaging ring)(40)을 포함하며, 상기 링은 접촉면(42b)에 의해 상기 피봇축(22)을 둘러쌀 수 있는 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 링(40)은, 상기 접촉면(42b) 쪽으로 윤활 액체를 가져오기 위해 상기 링의 두께를 관통하여 연장된 반경 방향 개구(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 차단기 아암은 상기 링(40)의 주변부 에지에 노치(notch)(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차단기 아암.

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