KR19990063114A - 구동 휠에 대한 축의 유압식 회전각 조정 장치 - Google Patents

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주르겐 헤르만
독토르 잉그.에이치.씨.에프. 포르세 악티엔게젤샤프트
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    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
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Abstract

내연기관의 구동 휠에 대한 캠축의 상대 회전각 조정 장치는 구획 휠 내에서 회전가능하게 이동하도록 위치된 리브 또는 베인과 연결된 내부 부분으로 통상 구성된다. 이러한 종동 구획 휠은 원주방향으로 분포된 다수의 구획부를 가지며, 상기 구획부는 리브 또는 베인에 의해 2개의 압력 챔버로 분리되며, 회전 각도의 변경은 가압 작용에 의해 발생된다. 내연기관의 밸브 구동 장치로부터의 중첩된 교번 토크 영향을 최소화하기 위해, 회전 위치 변경을 유압식으로 댐핑시키는 댐핑 수단은 상기 조정 장치 내에 합체된다.

Description

구동 휠에 대한 축의 유압식 회전각 조정 장치
본 발명은 독립 청구항의 특징에 의한 구동 휠에 대한 축, 특히 내연 기관의 캠축의 유압식 회전각 조정 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 조정 장치는 예컨대 미국 특허 제4,858,572호에 개시되어 있다. 독립 청구항의 특징에 의한 이러한 장치에 있어서, 내부 부분은 원주부 주위에 분포된 다수의 반경방향 슬롯을 외측에 갖는 캠축의 단부에 고정식으로 연결되어 있고, 상기 슬롯 내에 베인 요소(vane element)가 반경방향으로 이동가능하게 안내된다. 이러한 내부 부분은 베인에 의해 구획부 상에서 상호 작용하는 2개의 압력 챔버로 분리되는 다수의 유압식으로 가압할 수 있는 구획부를 포함하는 구획 휠에 의해 둘러싸인다. 이러한 압력 챔버의 가압에 의해, 구획 휠은 압력차에 따라 내부 부분, 즉 캠축에 대해 회전할 수 있게 된다. 또한, 구획 휠에 있어서, 유압식으로 가압가능한 피스톤은 소정의 각방향 위치 내의 2개의 반경방향 보어 내에서 각각 안내되며, 상기 피스톤은 상기 조정 장치의 결합된 단부 위치에서 내부 부분의 반경방향 홈(depression) 내로 압착될 수 있다. 이들 피스톤은 압축 스프링 요소에 의해 내부 부분의 방향으로 압착되고, 보어의 유압식 가압에 의해 반대 방향으로 내부 링 내에서 이동할 수 있다. 상기 조정 장치는 압력 챔버의 가압을 위한 압력이 소점에 도달하지 않는다면 이러한 스프링 장착된 피스톤에 의해 2개의 단부 위치에서 로킹된다. 특정 압력 수준에 도달하는 때에만, 피스톤은 압축 스프링의 작용에 대해 다시 압착되어 내부 부분을 구획 휠에 대해 회전할 수 있게 한다. 이러한 조정 장치에 의해, 다른 작업들 중에서 내연 기관의 시동시 래틀링(rattling) 소음을 감소시키는 것이 고려되며, 상기 소음은 내연기관의 시동 및 운전시 토크의 교번하는 변화에 의해 발생된다.
또한, 구동 휠에 대한 캠축의 유압식 회전각 조정 장치는 DE 39 37 644 A1호에 공지되어 있는데, 다수의 반경방향으로 연장하는 리브는 캠축과 고정식으로 연결가능한 내부 부분에 영구적으로 연결되고, 상기 리브는 주위를 둘러싸고 있는 구획 휠의 구획부 내에서 회전가능하게 이동할 수 있고 이들 구획부를 2개의 압력 챔버로 각각 분리한다. 그러나, 구획부 휠에 대해 축의 회전 위치를 고정시키는 수단은 이러한 경우에는 제공되어 있지 않다.
이러한 종류의 구동 휠에 대한 축의 유압식 회전각 조정 장치는 캠축의 정속 회전 중에 밸브 구동 장치에 의해 발생되는 토크 변동을 갖는 교번 효과로 인하여 회전각 변화가 균일하지 않게 되는 단점을 가지지만 조정 공정 중에 일정한 위치 편차를 나타낸다. 이러한 종류의 장치는 회전각 변화의 다소 현저한 불균일 패턴을 갖는다.
한편, 본 발명의 목적은 조정 공정이 균일하게 되고 이 조정 공정 중에 캠축의 구동으로 인한 교번하는 토크의 영향이 최소화되는 방법으로 구동 휠에 대한 내연기관의 캠축의 상대 회전각 변경을 위한 독립 청구항의 특징에 의한 장치를 향상시키는 것이다.
도1은 개략적으로 도시된 압력 공급원을 갖는 장치를 축의 단부로부터 본 도면.
도2는 도1과 마찬가지로 개략적으로 도시된 압력 공급원을 갖는 도1의 선 II-II를 따른 단면도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
2 : 견부
4 : 나사형 핀
6 : 축방향 보어
7 : 캠축 베어링
8, 9 : 환형 홈
15 : 너트
18 : 구획 휠
16a 내지 16c : 리브
24a 내지 24c, 25a 내지 25c : 압력 챔버
26 : 공통 단부면
27 : 돌출부
28 : 환형 피스톤
32 : 밀봉 부재
34 : 판 스프링
39 : 제어 밸브
40 : 압력 매체 공급원
41 : 압력 매체 복귀부
이러한 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명에 의한 조정 장치의 회전각 변화를 유압식으로 댐핑시키는 댐핑 수단이 상기 장치 내에 합체된다. 쓰로틀 또는 다이아프램의 방법으로 유압 작동식 댐핑에 의해, 형성된 교번하는 토크에 의해 발생된 회전 운동의 중첩은 압력 챔버의 가압에 의한 회전각의 소정의 변화보다 더 큰 정도로 댐핑된다. 내부 부분과 구획 챔버에 의해 통상 형성되는 본 발명에 의한 장치 내로 직접 댐핑 수단을 합체시킴으로써, 댐핑 특성에 부정적으로 영향을 미치고 추가적으로 구성적 비용에 관련되는 댐핑 수단 및 유효 압력 챔버 사이의 긴 라인 길이가 방지되는 장점을 가질 수 있다.
이들 유압 작동식 댐핑 수단은 양호하게는 2개의 유압식으로 가압되는 압력 챔버들 사이의 댐핑 쓰로틀로서 설계될 수 있다.
회전각 변화 중에 한 압력 챔버에 대한 다른 압력 챔버의 체적이 감소 또는 증가되고 이어서 밀폐된 압력 매체가 한 압력 챔버의 밖으로 그리고 다른 압력 챔버의 내부로 댐핑 쓰로틀에 의해 가압되는 상태로 댐핑 쓰로틀에 의해 연결된 양 압력 챔버가 시스템 압력에 의해 일정하게 가압된다면 댐핑 효과는 특히 양호하다.
댐핑 쓰로틀은 2개의 압력 챔버들 사이의 특정 크기를 갖는 누설 채널로서 제조 관점에서 양호한 아주 효과적인 방법으로 설계될 수 있다.
이러한 조정 장치의 제조 및 댐핑 쓰로틀의 설계는 2개의 압력 챔버가 서로 인접하게 되고 댐핑 쓰로틀이 리브 또는 베인과 내부 부분 또는 구획 휠의 인접한 대향 표면 사이의 특정 크기를 갖는 간격에 의해 형성된다면 제조 기술 관점에서 특히 단순하고 저렴하게 된다.
본 발명의 일 실시예를 후속의 상세한 설명 및 도면에서 아주 상세하게 설명한다.
도1 및 도2에는, 자체적으로 공지되어 상세히 도시되지 않은 내연기관의 캠축(1)이 도시된다. 이 캠축은 한 단부에 원주방향 견부(shoulder; 2)로부터 시작된 원추 부분(3)을 구비하며, 상기 부분은 나사형 핀(4)으로의 전이부를 형성한다. 이러한 나사형 핀(4)의 자유 단부로부터 2개의 이격된 단부방향으로 밀폐된 종축방향의 보어(5, 6)는 캠축 내에 위치되고, 상기 보어는 캠축 베어링(7)의 주변까지 연장한다. 캠축 베어링(7)의 주변에서, 캠축(1)은 그 외부 원주에 2개의 이격된 환형 홈(8, 9)을 구비하며, 상기 홈은 반경방향 보어(10, 11)에 의해 축방향 보어(5, 6) 중의 하나와 연결된다. 캠축(1)의 원추 부분(3)의 주변에서, 2개의 원주방향 환형 홈(12, 13)은 그 외부 원주에 마찬가지로 구비되고, 상기 홈은 마찬가지로 개략적으로 도시된 바와 같이 반경방향 보어에 의해 축방향 보어(5, 6)와 각각 연결된다. 이어서, 환형 홈(12)은 축방향 보어(5)에 의해 캠축 베어링의 주변에서 환형 홈(8)과 연결되는 반면에 환형 홈(13)은 캠축 베어링의 주변에서 축방향 보어(6)에 의해 환형 홈(9)과 연결된다.
캠축의 자유 단부로부터 도시된 바와 같이, 나사형 핀(4)으로 나사결합된 너트(15)에 의해 고정된 내부 부분(14)은 원추 부분(3) 상에 제공된다. 이 너트(15)는 고정 연결을 발생시키도록 내부 부분과 캠축의 원추 부분(3) 사이의 견고한 연결을 동시에 발생시킨다. 본 실시예에서는, 상호 120도 각도로 오프셋된 3개의 반경방향 리브(16a 내지 16c)가 내부 부분(14)의 외부 원주로부터 시작된다. 리브(16a 내지 16c)는 밀봉 작용을 갖도록 포트 형태(pot-shaped)의 구획 휠(18)의 내부 측면(17)을 맞닿게 하는 외부 원주를 갖는다. 이러한 구획 휠(18)은 원주방향 모서리(20)가 시작되는 하부(19)를 가지며, 상기 모서리는 리브(16a 내지 16c)와 결합된다. 이러한 원주방향 모서리(20)는 그 외부에 축을 구동하는 도시되지 않은 치형 벨트와 상호 작용하는 치(21)를 구비한다. 그러나, 이러한 배치와는 달리, 예컨대 체인 구동 장치 또는 기어 구동 장치에 의해 구획 휠을 구동하는 것이 또한 가능하다.
원주 주위로 분포되고 120도 각도로 오프셋된 3개의 리브(22a 내지 22c)는 구획 휠(18) 및/또는 원주방향 모서리(20)의 내부로부터 각각 연장하며, 상기 리브는 밀봉 작용을 갖도록 내부 부분의 외부 원주(23)와 맞닿게 되고 구획 휠의 3개의 구획부에 의해 형성된다. 각각의 구획부에 있어서, 2개의 압력 챔버(24a 내지 24c, 25a 내지 25c)는 내부 부분의 리브(16a 내지 16c)와 리브(22a 내지 22c)에 의해 형성되고, 원주방향으로 제한된다. 축 단부로부터 멀어지는 방향으로 향하는 리브(16a 내지 16c, 22a 내지 22c)의 단부는 평면으로 기계가공되고 공통 단부 면(26)을 형성한다. 이러한 단부 면은 모서리의 주변부로부터 셋백(set back)되고 돌출한다. 이러한 단부 면(26)은 환형 피스톤으로 작용하는 디스크(28)에 의해 맞닿게 되고, 상기 디스크는 주변부(27)의 내부 원주(29)까지 연장한다. 환형 피스톤으로 작용하는 이러한 디스크(28)는 그 내부 측면이 캠축의 원추 부분(3)까지 연장하고, 주변 밀봉부(30)에 의해 캠축과 내부 부분으로부터 밀봉된다. 축 단부로부터 멀어지는 방향의 측면 상에서 디스크(28)는 구획 휠과 연결된 주변 덮개 요소(31)에 의해 축방향으로 고정된다. 본 실시예의 이러한 환형 덮개 요소는 환형 돌출부(27)의 주위에서 원주 주위로 분포된 다수의 나사에 의해 구획 휠과 함께 나사결합되고 캠축(1)의 원추 부분(3)과 인접하는 내부 원주를 갖는다. 디스크(28)의 외부 원주 상의 원주방향 밀봉부(32)에 의해 디스크는 환형 돌출부(27) 및 덮개 요소(31)로부터 밀봉된다. 이러한 덮개 요소에 있어서, 환형 피스톤(28)을 향하는 측면 상에 작은 직경을 갖고서 홈(33)이 형성된다. 이러한 홈은 환형 피스톤(28)과 함께 압력 챔버(34)를 형성한다.
압력 챔버(24a, 24b)는 내부 부분(14) 내에서 반경방향으로 연장하는 보어(35a, 35b)에 의해 환형 홈(12)과 각각 연결된다. 압력 챔버(25a, 25b)는 반경방향 보어(36a, 36b)에 의해 각각 유사한 방법으로 환형 홈(13)과 연결된다.
캠축 베어링(7) 내의 환형 홈(8, 9)은 개략적으로 도시된 바와 같이 압력 매체 라인(37 또는 38)에 의해 본 실시예에서 4/3 방향 밸브로서 설계된 제1 제어 밸브(39)와 각각 연결된다. 이러한 제어 밸브(39)는 내연기관의 캠축 구동 장치에 사용될 때 윤활 펌프가 될 수 있는 압력 매체 공급원(40)과 먼저 연결된다. 한편, 제어 밸브(39)는 압력 매체 복귀부(41)와 연결된다. 제어 밸브(39)의 중간 절환 위치(II) 내에서 압력 매체 공급원(40) 및/또는 압력 매체 복귀부(41)와 각각의 압력 챔버(24a, 24b, 25a, 25b) 사이의 압력 매체 연결이 방해를 받는다.
제1 제어 밸브(39)의 절환 위치(I)에서 압력 매체 공급원(40)은 환형 홈(9), 축방향 보어(6) 및 환형 홈(13)을 통해 압력 챔버(25a, 25b)에 연결되는 반면에 압력 챔버(24a, 24b)는 환형 홈(12), 축방향 보어(5) 및 환형 홈(8)에 의해 압력 매체 복귀부(41)에 연결된다.
제1 절환 밸브(39)의 절환 위치(III)에서 압력 챔버(24a, 24b, 25a, 25b)의 가압이 역전된다.
디스크 및/또는 환형 피스톤(28) 상에 작용하는 압력 챔버(24)는 본 실시예에서 2/2 방향 밸브로서 설계된 제2 제어 밸브(42)를 통해 압력 매체 공급원(40)에 연결된다. 이러한 제2 제어 밸브(42)는, 스프링 장착된 중간 위치(A)에서 압력 챔버(34)와 압력 매체 공급원(40) 사이의 연결부를 개방시키고 절환된 위치(B)에서 이러한 연결부를 폐쇄시키도록 설계된다.
압력 챔버(34)의 가압에 의해, 디스크 또는 환형 피스톤(28)은 공통 단부 면(26)에 대해 압착되어, 구획 휠에 대한 내부 부분의 회전을 방지하는 클램핑 작용력을 발생시킨다. 압력 챔버(34)를 향하는 측면 상의 훨씬 큰 유압적 유효 면적으로 인해 제1 제어 밸브(39)의 작동에 의해 구획 휠(18)에 대한 내부 부분(14)의 회전은 제2 제어 밸브(42)가 로킹 위치(B)에 있게 될 때에만 가능하게 된다. 이어서, 적절한 압력 모니터링(monitoring)을 함으로써, 낮은 특정 압력 수준에 도달할 때에만 회전 작동이 가능하고/하거나 클램핑 작동이 해제될 수 있다는 보장이 제공될 수 있다.
내부 부분(14)의 리브(16c)는 리브(16a, 16b)보다 짧게 제조되고, 구획 휠(18)의 내부 원주(17)에 도달하지 않는다. 따라서, 쓰로틀 간격으로서 작용하는 간격(43)이 형성된다. 이러한 2개의 인접한 압력 챔버(24c, 25c)는 제어 밸브들의 이동 위치와 관계없이 시스템 압력 또는 작동 압력으로 체크 밸브(44)를 통해 일정하게 가압된다. 이러한 목적으로, 압력 라인(45)은 체크 밸브(44)를 통해 압력 매체 공급원(40)과 연결된다. 본 실시예의 이러한 압력 라인은 캠축 베어링(7)의 주변에서 캠축 내의 추가 환형 홈(46)에 의해 반경방향 보어(47)와 연결된다. 반경 방향 보어는 캠축의 자유 단부의 주변에서 단부 방향으로 폐쇄되는 추가의 축방향 보어(48)에 대한 전이부를 형성시킨다. 이러한 축방향 보어(48)는 내부 부분(14)의 주변에 위치된 제3 환형 홈(49)과 연결되고, 이 홈(49)으로부터 채널(50 또는 51)이 연장하여 압력 챔버(25c 또는 24c)로 공급된다. 내부 부분(14)이 구획 휠(18)에 대해 회전할 때 회전 방향에 따라 압력 매체는 압력 챔버(24c)로부터 쓰로틀 간격(43)을 통해 압력 챔버(25c)로 또는 압력 챔버(25c)로부터 압력 챔버(24c)로 가압된다. 형성된 교번 토크뿐만 아니라 소정의 조정 비율 또는 체적 유동율의 함수로서 쓰로틀의 크기 또는 댐핑 간격에 관한 특정 설계에 의해, 교번 토크에 따라서 중첩되는 회전 위치 변동은 압력차에 의해 다른 압력 챔버에서 발생된 회전 위치의 변동으로 인한 균일한 기본 체적 유동율보다 훨씬 큰 정도로 댐핑된다. 쓰로틀 간격은 리브의 (축방향으로의) 전체 폭에 걸쳐 또는 리브 폭의 일부에 걸쳐 형성될 수 있다. 여기에 도시된 다른 실시예와 대비하여, 쓰로틀 간격은 구획 휠 상에 위치된 리브(22a 내지 22c) 중의 하나와 내부 부분(14)의 외부 원주 사이에 또한 형성될 수 있다.
또한, 도시된 실시예에 대비하여, 압력 챔버(24c, 25c)로의 압력 공급은 실제 조정 장치로 합체될 수 있다. 이러한 목적으로, 압력 챔버(24a, 24b, 25a, 25b)와 유사하게 압력 챔버(24c, 25c)는 도시되지 않은 보어에 의해 환형 홈(12, 13)과 연결된다. 압력 챔버(24c, 25c)가 압력 매체 탱크로 배출되지 않는 것을 보장하기 위해 각각의 압력 챔버로 개방되는 체크 밸브는 이들 보어 내에 위치된다. 또한, 양 압력 챔버를 2개의 환형 홈(12, 13) 중의 하나와 연결시키는 것이 가능하게 된다. 조정 장치의 초기 가압에 이어, 양 압력 챔버(24c, 25c)가 시스템 압력 또는 작동 압력을 받는다. 이러한 양 경우에 있어서, 압력 라인(45), 추가의 환형 홈(46, 49) 및 연결 보어(47, 48)가 없어도 될 수 있다.
본 발명에 의한 내연기관의 구동 휠에 대한 캠축의 상대 회전각 변경 장치를 구비함으로써, 조정 공정이 균일하게 되고 이 조정 공정 중에 캠축의 구동으로 인한 교번하는 토크의 영향이 최소화되게 캠축의 회전각 조정을 수행할 수 있다.

Claims (6)

  1. 적어도 대략 반경방향을 향하는 리브(16a 내지 16c) 또는 베인을 가지며 내연기관의 캠축과 고정식으로 연결되는 내부 부분(14)과, 가압될 때 각방향으로 이동가능하게 안내되는 리브 또는 베인(22a 내지 22c)에 의해 구획 휠에 대해 캠축을 회전시키고 2개의 압력 챔버(24a 내지 24c, 25a 내지 25c) 내에서 상기 리브 또는 베인에 부분 분리되는 원주 주위로 분포된 다수의 구획부를 갖는 종동 구획 휠(18)을 구비하는, 내연기관의 구동 휠에 대해 내연기관의 캠축(1)의 상대 회전각 변경 장치에 있어서,
    회전 위치의 변경은 합체된 댐핑 수단(43)에 의해 유압적으로 댐핑되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 댐핑 수단은 2개의 압력 챔버(24c, 25c) 사이의 댐핑 쓰로틀(43)로 설계된 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 댐핑 수단(43)과 상호 작용하는 압력 챔버(24c, 25c)는 시스템 압력으로써 일정하게 가압되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 댐핑 쓰로틀(43)은 2개의 압력 챔버(24c, 25c) 사이의 특정 크기를 갖는 누설 채널로서 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 상기 전 청구항 중의 어느 한 항에 있어서, 댐핑 수단(43)과 상호 작용하는 압력 챔버(24c, 25c)는 인접하고 내부 부분(14)의 리브(16c) 또는 베인과 구획 휠(18)의 인접한 벽 부분(17) 사이에서 소정의 크기를 갖는 간격을 갖도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 상기 전 청구항 중의 어느 한 항에 있어서, 댐핑 수단(43)과 상호 작용하는 압력 챔버는 인접하고 구획 휠(18)의 리브(25a 내지 25c)와 내부 부분(14)의 인접한 벽 부분(19) 사이에 소정의 크기를 갖는 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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