KR20030065498A - 불꽃점화식 내연기관의 부하조절용 가변 밸브 배전기 - Google Patents

불꽃점화식 내연기관의 부하조절용 가변 밸브 배전기 Download PDF

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KR20030065498A
KR20030065498A KR10-2003-7005680A KR20037005680A KR20030065498A KR 20030065498 A KR20030065498 A KR 20030065498A KR 20037005680 A KR20037005680 A KR 20037005680A KR 20030065498 A KR20030065498 A KR 20030065498A
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마아스게르하르트
힘젤프랑크
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이나-쉐플러 카게
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Abstract

본 발명은, 내연 기관의 부하를 스로틀 밸브 없이 조절하기 위한 가변 밸브 배전기(1)에 관한 것이다. 본 발명은, 내연 기관의 각 실린더가 2개의 유입 밸브(9)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 각 유입 밸브(9)는 상호 독립적으로 작동될 수 있는 개별의 조절 수단(8, 8a)과 함께 작용한다. 이 때문에, 밸브 배전기(1)의 가변성이 또한 상승된다.

Description

불꽃점화식 내연기관의 부하조절용 가변 밸브 배전기 {VARIABLE VALVE DISTRIBUTOR FOR LOAD-CONTROLLING A SPARK-IGNITED INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
가변적인 또는 완전 가변적인 밸브 배전기를 통해, 스로틀 밸브 없이(in a throttle free manner) 부하를 조절하는 방식의 장점은 전문 분야에서 충분히 공지되어 있다. 스로틀 밸브를 제거함으로써, 그렇지 않은 경우에 내연 기관의 넓은 부하 상태에 걸쳐 나타나는 흡입 손실이 저지될 수 있다.
동류의 밸브 배전기는 DE 195 09 604 A1에 공개되어 있다. 그러나 당업자는 상기 간행물로부터, 각 실린더마다 동일하게 작용하는 2개의 유입 밸브를 사용하는 경우에 상기 밸브가 어떻게 상호 무관하게 조절되는지에 대한 언급을 찾아낼 수 없다. 따라서 혼합물 처리시에는 단점들이 예상되는데, 그 이유는 예를 들어 부하 및 회전수가 작은 경우에는 선회가 지나치게 적게 이루어질 수 있기 때문이다. 상기와 같이 선회가 적으면, 전술한 내연 기관의 상태에서, 유입 밸브의 폐쇄 후 실린더 부하의 팽창시에 연료가 완전히 응축된다. 다른 한편으로, 회전수 및 부하가 높은 경우, 유입구에서는 텀블(tumble)-유동을 발생시키는 큰 가스 교체 횡단면이 바람직하며, 상기 텀블-유동은 고출력에 바람직하다. 따라서, 전체적으로 볼 때 동류의 밸브 배전기는 충분히 가변적으로 설계되어 있지 않다.
본 발명은 불꽃점화식 내연 기관의 부하를 조절하기 위한 가변 밸브 배전기에 관한 것으로, 상기 밸브 배전기는 캠 샤프트의 캠과 내연 기관의 실린더에 속하는 유입 밸브 사이에 배치되어 있고, 직접 밸브 작동 부재, 전달 부재 및 상기 전달 부재의 행정 기능에 영향을 미치기 위한 조절 수단을 구비하며, 상기 전달 부재는, 상기 캠과 밸브 작동 부재 사이에 구동 가능하게 설치되어 있고, 상기 캠에 의해 작동되는 제 1 작업면 및 상기 밸브 작동 부재 상에 작용하는 제 2 작업면을 갖는다.
본 발명은 바람직하게 도면을 참조하여 자세히 설명된다.
도 1은 가변 밸브 배전기의 개략도이고,
도 2는 도 1에 따른 밸브 배전기를 위한, 회전 핑거로서 형성된 조절 수단의 개략도이며,
도 3은 조절 수단을 지지하기 위한 샤프트의 종단면이다.
본 발명의 과제는, 분명하게 가변적으로 동작하는 동시에 상당히 간단하게 작동될 수 있는 전술한 방식의 밸브 배전기를 제작하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따른 청구항 1의 특징부의 장점에 의해 해결된다.
청구항 1에 따르면, 각각의 실린더는 적어도 2개의 유입 밸브를 포함하고, 각각의 유입 밸브에는 제 2 작업면을 갖는 전달 부재의 적어도 하나의 고유 부품 및 고유한 조절 수단이 속하며, 상기 조절 수단은 추가 조절 수단 또는 각 실린더마다 제공된 유입 밸브의 추가 조절 수단에 대해 상대적으로 움직일 수 있다.
이와 같은 조치에 의해 서문에 기술된 단점들이 제거된다. 각 실린더마다 제공되는 전체적인 유입 밸브는 (바람직하게는 2개) 상호 독립적으로 조절될 수 있다. 그래서 예를 들면, 공회전시 가스 교체 밸브가 완전히 정지되어 단 한 번의 적은 추가 행정을 실행시키는 것을 생각할 수 있다. 따라서 부하의 선회는 무단으로 영향을 받을 수 있으며, 이와 같은 영향은 명세서 도입부에 인용된 단점들을 효과적으로 제거한다. 전체 밸브 배전기는 자체 가변성과 관련하여 전자기 밸브 제어 장치와 매우 가까운데, 상기 밸브 제어 장치에서는 각각의 가스 교체 밸브가 별도로 조절될 수 있다.
본 발명의 제 1 개선예에 따르면, 예를 들어 회전 핑거 또는 편심기로서 제작된 조절 수단은 망원경 형태로 서로의 내부로 삽입된 샤프트(중공 샤프트 및 추가 샤프트) 상에서 진행한다. 이 경우 중공 샤프트는 모든 실린더에 동일한 유입 밸브의 제 1 열의 조절 수단과 견고하게 결합되고, 추가 샤프트는 상기 열 옆에 놓인 모든 실린더에 동일한 유입 밸브의 추가 열의 조절 수단과 견고하게 결합되며, 이 경우 샤프트들은 조절 수단에 의해서 상호 상대적으로 회전될 수 있다. 그럼으로써, 각 실린더마다 제공되는 상이한 조절 수단을 별도로 트리거할 필요가 없어진다.
본 발명의 보호 범위에 포함해서 생각하고 표현할 수 있는 또 다른 해결책은, 각 실린더마다 제공된 유입 밸브가 상호 독립적으로 트리거되는 것이 아니라, 오히려 적어도 2개의 실린더의 유입 밸브가 서로 상이하게 작동될 수 있다는 것이다. 이와 같은 내용이 의미하는 것은, 하나의 실린더를 위해서는 모든 조절 수단이 중공 샤프트와 그리고 예를 들어 상기 실린더 옆에 놓인 실린더를 위해서는 모든 조절 수단이 상기 중공 샤프트 내부에서 진행하는 추가 샤프트와 액추에이터를 통해 결합되어 있다는 것이다. 그럼으로써, 이와 같은 형상을 통해 실린더 중단이 실현될 수 있다. 하나의 실린더는 각각 비작동될 수 있는 반면, 추가 실린더에서는 밸브 행정이 진행될 수 있다.
전술한 DE 195 09 604 A1에 따른 해결책에서 적용되는 편심기도 또한 조절 수단으로서 제공될 수 있다. 그러나 또한, 도면 설명부에 자세하게 설명된 회전 핑거를 적용하는 것도 생각할 수 있다.
동일 유입 밸브의 추가 열의 조절 수단의 액추에이터를 위한 중공 샤프트 내에 있는 세그먼트 형태의 슬롯을 통해, 조절 수단의 상대적인 최대 상호 회전각이 동시에 결정된다.
중공 샤프트의 조절 수단을 위한 간단한 고정 형태는 추가 종속항으로부터 알 수 있다. 상기 종속항에 따르면, 조절 수단은 압입 끼워맞춤(press fit) 방식을 통해 중공 샤프트 상에 고정된다. 추가 조절 수단은 예를 들어 핀으로 형성된 액추에이터를 통해 추가 샤프트와 고정된다. 이 경우에도 마찬가지로 압입 끼워맞춤 방식 및 나사 결합 방식 또는 그와 유사한 방식을 생각할 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따르면, 중공 샤프트 및 추가 샤프트는 별도로 작동될 수 있어야 한다. 이 경우에는, 샤프트 정면에 각각 하나의 전기식 및 유압식 액추에이터를 설치하는 것이 제안된다. 그러나 또한, 단지 샤프트의 한 정면에만 서로의 내부로 연결된 액추에이터를 제공하는 것도 생각할 수 있다.
추가 종속항은 본 발명의 바람직한 개선예에 관한 것이다. 상기 개선예에 따라 별도의 조절 수단은 랫치(latch) 형태의 밸브 배전기에 설치되어야 하고, 상기 밸브 배전기의 전달 부재는 2개의 부분으로 제작된다. 이 경우 조절 수단은 로킹용 돌출부를 갖는 회전 핑거로 이루어지며, 상기 로킹용 돌출부는 캠 행정시에 랫치로 형성된 전달 부재의 부분에 의해 스캐닝 된다.
마지막으로, 밸브 작동 부재로서 견인 레버를 사용하는 것이 제안된다. 그러나, 또한 진동 레버 및 경사 레버의 사용 또는 더 나아가 컵형 태핏(cup tappet)의 사용도 생각할 수 있고 제안된다.
본 발명의 보호 범위는 하기에 설명된 도면 설명부에 따른 밸브 배전기 뿐만 아니라, 예를 들어 전술한 종래의 DE 195 09 604 A1로부터 알 수 있는 바와 같은 조절 수단을 구비한 밸브 배전기에도 관련된다.
도 1은, 기본 원리 및 작동 방식과 관련하여 전문 분야에 공지되어 있는 가변 밸브 배전기(1)를 공개한다. 밸브 배전기(1)는 불꽃점화식 내연 기관의 부하를 조절하기 위해 이용되며, 완전 가변적으로 설계된다. 캠 샤프트(3)의 캠(2)이 도시되어 있는데, 상기 캠은 2개 부분으로 된 전달 부재(5)의 제 1 작업면(4)(롤러) 상에 작용한다. 전달 부재(5)는 캠(2)의 측면에 레버(5a)로서 제작되어 있다. 상기 레버(5a)는 대략 중공 샤프트(6)의 중앙에 지지되어 있다(도 3 참조). 중공 샤프트(6)는 상기 샤프트에 대해 상대적으로 회전 가능한 추가 샤프트(7)를 포함한다. 레버(5a)의 한 종측면에는 조절 수단(8)이 배치되어 있다. 상기 조절 수단은 실린더의 동일한 유입 밸브(9)의 제 1 열의 행정에 영향을 미치기 위해서 이용된다. 조절 수단(8)은 압입 끼워맞춤 방식에 의해 중공 샤프트(6) 상에 고정된다. 상기 조절 수단은 랫치(5b) 쪽을 향한 로킹용 돌출부(9a)를 갖는다.
레버(5a)의 제 1 작업면(4)에 마주 놓인 일 단부(10)에서 선회 중심(11)에 랫치(5b)가 고정된다. 상기 랫치는 선회 중심(11)에 대해 회전 가능하게 진행하며, 롤러로서 형성된 제 3 작업면(12)을 가지며, 상기 제 3 작업면은 로킹용 돌출부(9a)와 그 내부가 연결된다. 또한 랫치(5b)는 상기 제 3 작업면(12)으로부터 이격되어 마주보는 제 2 작업면(13)을 가지며, 상기 제 2 작업면은 직접 밸브 작동 부재(15)의 접촉면(14)(롤러) 상에 작용한다. 이 때, 직접 밸브 작동 부재(15)는 일 단부에서는 지지 부재(16) 상에 지지되는 견인 레버로서 제작되며, 다른 단부에서는 유입 밸브(9) 상에 행정 방향으로 작용한다.
캠 행정에 의해서 강제적으로 이루어지는, 랫치(5b)를 갖는 레버(5a)의 선회 동작의 경우에는, 로킹용 돌출부(9a)와 접촉면(14) 사이에 있는 일 채널에서 상기 레버의 동작이 강제적으로 이루어진다. 도 1에 도시된 조절 수단(8)의 회전 위치에서는 유입 밸브(9)에서 최대 행정이 이루어진다. 따라서, 선회 중심(11)을 중심으로 하는 회전 및 전술한 채널 내에서의 병진 운동이 복합된 랫치(b)의 동작이 강제적으로 이루어진다.
예를 들어 유입 밸브(9)의 바람직한 제로 행정의 경우, 조절 수단(8)은 중공 샤프트(6)의 회전에 의해서 자세하게 기술되지 않은, 중공 샤프트(6)의 정면에 설치될 수 있는 액추에이터를 통해, 랫치(5b)의 제 3 작업면(12)이 로킹용 돌출부(9a)의 단 하나의 예비 지지된 기본 원형 섹션을 통과할 때까지 시계 바늘 방향과 반대로 회전된다. 그럼으로써 랫치(5b)는 유입 밸브(9)의 개구 방향으로 선회 동작을 실행하지 않게 된다. 유입 밸브는 폐쇄된 상태로 유지된다.
도 2, 3:
그러나 밸브 배전기는, 각각의 실린더에 적어도 2개의 유입 밸브가 제공되도록 형성되어야 한다. 이 경우 각각의 유입 밸브(9)는 적어도 랫치(5b)의 영역에서는 고유의 전달 부재(5)를 포함한다. 각각의 랫치(5b)에 고유의 조절 수단(8, 8a)이 할당됨으로써, 각 실린더마다 제공된 2개의 유입 밸브(9)는 상호 독립적으로 조절될 수 있다(청구범위의 장점 기술부 참조).
또한 중공 샤프트(6)는 전술한 바와 같이, 보어(17) 내부에 상기 중공 샤프트에 대해 상대적으로 회전될 수 있는 추가 샤프트(7)를 갖는다. 중공 샤프트(6) 및 추가 샤프트(7)는 상호 독립적인 액추에이터에 의해 작동될 수 있다. 하나의 액추에이터가 샤프트(6, 7)의 일 정면에 그리고 추가 액추에이터는 샤프트(7, 6)의 다른 정면에 배치되는 것을 생각할 수 있다.
이 경우에는, 예를 들어 유압식 또는 전기식 및 전기 유압식 등의 조치를 생각할 수 있다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 중공 샤프트(6) 상에는 실린더의 유입 밸브(9)의 제 1 열의 모든 조절 수단(8)이 프레싱 된다. 이 경우 동일한 형태의 모든 실린더의 유입 밸브(9)의 추가 열의 조절 수단(8a)은 추가 샤프트(7)와 고정결합된다. 이를 위해, 추가 샤프트(7)의 조절 수단(8a) 영역에는 세그먼트 형태의 슬롯(18)이 제공된다. 상기 슬롯(18)을 통해 핀으로 형성된 액추에이터(19)가 돌출한다. 상기 액추에이터는 추가 샤프트(7)의 수용부(20) 내에서 각각 고정적으로 지지되며, 마찬가지로 조절 수단(8a)의 수용부(21) 내에 고정 배치된다. 이와 같은 전술한 조치에 의해, 각 실린더마다 제공된 2개의 유입 밸브(9)를 상호 독립적으로 조절하는 것이 가능하다. 그럼으로써, 예를 들어 회전수 및 부하가 작은 경우에는 유입 밸브(9)가 완전히 정지되어 최소 행정을 실행한다. 그 경우에는 추가 유입 밸브(9)가 또한 "정상적으로" 개방되고, 그럼으로써 혼합물 형성에 긍정적으로 작용하는 강한 선회가 실린더 내에서 형성된다.
물론, 각 실린더마다 제공된 3개의 유입 밸브도 또한 본 발명에 따른 조치에 의해 상호 독립적으로 영향을 받는다는 것도 생각할 수 있다. 이와 같은 경우를 위해서는, 추가 샤프트(7)가 또 하나의 추가 샤프트를 그 내부에 수용해야만 하고, 상기 샤프트(7)에는 상기 추가 샤프트(7) 및 중공 샤프트(6)를 통해 돌출하는 여분의 액추에이터가 제공되어야 한다.
따라서 전체적으로 볼 때는, 공지된 가변 기계 장치의 장점을 기초로 하여 구성되고, 전자기 밸브 배전기의 가변성에 더 가까운 상승된 가변성을 갖는 밸브 배전기가 제안된다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 밸브 배전기 2: 캠
3: 캠 샤프트 4: 제 1 작업면
5: 전달 부재 5a: 레버
5b: 랫치 6: 중공 샤프트
7: 추가 샤프트 8, 8a: 조절 수단(회전 핑거)
9: 유입 밸브 9a: 로킹용 돌출부
10: 단부 11: 선회 중심
12: 제 3 작업면 13: 제 2 작업면
14: 접촉면 15: 직접 밸브 작동 부재(견인 레버)
16: 지지 부재 17: 보어
18: 슬롯 19: 액추에이터
20, 21: 수용부

Claims (9)

  1. 불꽃점화식 내연 기관의 부하를 조절하기 위한 가변 밸브 배전기(1), 특히 스로틀 밸브 없이 내연 기관의 부하를 조절하기 위한 완전 가변 밸브 배전기(1)로서,
    상기 밸브 배전기(1)는 캠 샤프트(3)의 캠(2)과 내연 기관의 실린더에 속하는 유입 밸브(9) 사이에 배치되어 있고, 직접 밸브 작동 부재(15), 전달 부재(5) 및 상기 전달 부재(5)의 행정 기능에 영향을 미치기 위한 조절 수단(8, 8a)을 구비하며, 상기 전달 부재(5)는, 상기 캠(2)과 밸브 작동 부재(15) 사이에 구동 가능하게 설치되어 있고, 상기 캠(2)에 의해 작동되는 제 1 작업면(4) 및 상기 밸브 작동 부재(15) 상에 작용하는 제 2 작업면(13)을 갖는 가변 밸브 배전기에 있어서,
    각각의 실린더가 적어도 2개의 유입 밸브(9)를 포함하고, 각각의 유입 밸브(9)에는 제 2 작업면(13)을 갖는 전달 부재(5)의 적어도 하나의 고유 부품 및 고유한 조절 수단(8, 8a)이 속하며, 상기 조절 수단은 추가 조절 수단(8, 8a) 또는 각 실린더마다 제공된 유입 밸브(9)의 추가 조절 수단에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 수단(8)은, 유입 밸브(9)의 방향으로 진행하는 중공 샤프트(6) 상에 지지되고, 회전 핑거 또는 편심기로 형성되며, 상기 중공 샤프트(6)에 의해 모든 실린더에 동일한 유입 밸브(9)의 제 1 열의 조절 수단(8)이 견고하게 결합되고, 각 실린더마다 2개의 유입 밸브(9)를 사용하는 경우에는 상기 열 옆에 놓인 모든 실린더에 동일한 유입 밸브(9)의 추가 열의 조절 수단(8a)이 상기 중공 샤프트(6)에 대해 회전 가능하게 진행하며, 상기 중공 샤프트(6)의 보어(17) 내에는 추가 샤프트(7)가 상기 중공 샤프트에 대해 회전 가능하게 배치되어 있으며, 상기 추가 샤프트(7)는 동일한 유입 밸브(9)의 추가 열의 조절 수단(8a)을 위해 액추에이터(19)를 각각 하나씩 구비하며, 상기 액추에이터가 중공 샤프트(6)를 관통하여 돌출하고 해당 조절 수단(8a)과 결합되는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 중공 샤프트(6)가 관통 돌출 액추에이터(19)의 영역에 세그먼트 형태의 슬롯(18)을 각각 하나씩 포함하며, 상기 액추에이터(19)는, 핀으로서, 핀 형태로 혹은 나사로서 형성되고, 한편으로는 상기 추가 샤프트(7)의 수용부(20) 내부로 그리고 다른 한편으로는 해당 조절 수단(8a)의 수용부(21) 내에서 진행하는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 슬롯(18)은, 추가 열의 유입 밸브(9)를 위한 조절 수단(8a)에 대한 제1 열의 유입 밸브(9)를 위한 조절 수단(8)의 최대 상대 회전각의 상관 관계를 보여주는 원호인 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    압입 끼워맞춤 방식을 통해 상기 하나의 조절 수단(8)이 중공 샤프트(6) 상에 견고하게 결합되는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공 샤프트(6) 및 상기 추가 샤프트(7)가 각각 하나의 별도의 전기식 및/또는 유압식 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액추에이터가 상기 샤프트(6, 7)의 마주 놓인 정면에 설치되는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 전달 부재(5)가 2개의 부분으로 제작되고, 제 1 작업면(4)을 갖는레버(5a) 및 제 2 작업면(13)을 갖는 적어도 하나의 랫치(5b)로 이루어지며, 상기 랫치(5b)의 선회 중심(11)은 상기 밸브 작동 부재(15)를 향한 레버(5a)의 일 단부(10)에서 레버(5a)에 고정되고, 상기 랫치(5b)의 제 2 작업면(13)은 상기 밸브 작동 부재(15)의 일 접촉면(14)에 인접하며, 각각의 랫치(5b)는 회전 핑거로서 형성된 개별 조절 수단(8, 8a)을 위한 제 3 작업면(12)을 가지고, 상기 작업면은 상기 제 2 작업면(13)으로부터 이격되어 마주보는 측면에서 진행하며, 상기 제 3 작업면(12)은 캠 행정시에 상기 조절 수단(8)의 로킹용 돌출부(9a)를 인출하고, 상기 로킹용 돌출부의 융기부는 유입 밸브(9)의 개구 방향으로 뻗으며, 상기 로킹용 돌출부(9a)는 제 3 작업면(12)에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    밸브 작동 부재(15)로서 견인 레버가 제공되는 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 내연기관의 부하 조절용 가변 밸브 배전기.
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