KR20030091763A

KR20030091763A - 내연 기관의 가변 밸브 장치

Info

Publication number: KR20030091763A
Application number: KR10-2003-0032813A
Authority: KR
Inventors: 무라따신이찌; 오까도시히꼬
Original assignee: 미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2003-12-03
Also published as: US6763793B2; CN1282820C; US20040016413A1; CN1460773A; DE10323428A1

Abstract

가변 밸브 장치는 제1, 제2 로커 아암 중 한 쪽 실린더 내에 장비되어 복귀 스프링으로 압박된 피스톤과, 제1, 제2 로커 아암 중 다른 쪽에 설치되어 피스톤에 접촉하여 양 로커 아암을 연동시킬 수 있는 결합 돌기를 구비하고, 복귀 스프링을 피스톤에 대해 결합 돌기로부터 떨어지는 방향으로 편심 배치한다. 이에 의해, 가변 밸브계의 동력 전달 부위의 강성이나 밸브 리프트량을 확보할 수 있다.

Description

내연 기관의 가변 밸브 장치{VALVE SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGEINE}

본 발명은, 내연 기관의 흡기 밸브나 배기 밸브를 기관의 운전 상태에 따라서 다른 구동 타이밍에서 개폐 구동할 수 있는, 내연 기관의 가변 밸브 장치에 관한 것이다.

최근, 왕복 이동식 내연 기관(이하, 엔진이라 함)에 구비되는 흡기 밸브나 배기 밸브(이하, 이들을 총칭하여 기관 밸브 또는 단순히 밸브라고도 함)의 작동 특성(개폐 타이밍이나 개방 기간)을 엔진의 부하 상태나 속도 상태에 따라서 가장 적절한 것이 되도록 절환할 수 있는 가변 밸브 장치(가변 작동 밸브 기구라고도 함)가 개발되어 실용화되고 있다.

이와 같은 가변 밸브 장치에 있어서 작동 특성을 절환하는 기구 중 하나로서, 예를 들어 일본 특허 공개 2001-41017호의 가변 밸브 기구가 존재한다.

이 가변 밸브 기구는, 저속용 로커 아암에 유압에 의해 제어되는 피스톤을 설치하고, 고속용 로커 아암에 형성된 결합 돌기가 피스톤에 선택적으로 결합하는 연결 기구를 갖고, 이 연결 기구에 의해 밸브 타이밍을 저속과 고속으로 절환하는 것이다.

또한, 이러한 가변 밸브 기구에서는 상기 피스톤을 실린더 바닥부측으로 압박하는 복귀 스프링이 설치되어 있다. 그리고, 피스톤에 유압이 작동하지 않는 상태에서는 피스톤이 복귀 스프링에 의해 압박되어 고속용 로커 아암의 결합 돌기와 결합하지 않는 실린더 내의 위치에 보유 지지된다.

본 발명은, 복귀 스프링을 구비하여 위치 절환 가능한 피스톤과 이 피스톤과 접촉하여 연계 동작할 수 있는 부재에 의해 기관 밸브의 개폐 타이밍의 절환을 행하는 가변 밸브 장치에 있어서, 가변 밸브계의 동력 전달 부위의 강성 확보나 밸브 리프트량 확보를, 관련 부위의 대형화를 초래하는 일 없이 행할 수 있도록 한 내연 기관의 가변 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이로 인해, 본 발명의 내연 기관의 가변 밸브 장치는 선단부가 흡기 밸브 또는 배기 밸브 중 한 쪽에 연계되고, 로커 샤프트에 요동 가능하게 지지되어 제1 캠에 의해 구동되는 제1 로커 아암과, 상기 로커 샤프트에 요동 가능하게 지지되어 상기 제1 로커 아암에 인접하도록 배치되고, 상기 제1 캠과 캠 형상이 다른 제2 캠에 의해 구동되는 제2 로커 아암과, 상기 제1, 제2 로커 아암 중 한 쪽에 형성된 실린더와, 상기 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 장착된 피스톤과, 상기 제1, 제2 로커 아암 중 다른 쪽에 돌출 설치되어 상기 피스톤에 형성된 결합부에 결합 가능한 결합 돌기와, 상기 피스톤을 상기 결합 돌기가 결합하는 결합 위치와 상기 결합 돌기가 결합하지 않는 비결합 위치 사이에서 절환하는 피스톤 위치 절환 장치를 구비하고 있다.

따라서, 피스톤 위치 절환 장치에 의해 피스톤을 결합 위치로 하면, 제1, 제2 로커 아암 중 다른 쪽으로 돌출 설치된 결합 돌기가 피스톤에 형성된 결합부에 결합하여, 제1 로커 아암과 제2 로커 아암이 일체로 요동하여, 제2 캠의 캠 프로필에 따라서 흡기 밸브 또는 배기 밸브 중 한 쪽을 개폐 구동한다. 또한, 피스톤 위치 절환 장치에 의해 피스톤을 비결합 위치로 하면, 제1 로커 아암과 제2 로커 아암이 독립하여 요동하고, 제1, 제2 로커 아암 중 한 쪽은 제1 캠의 캠 프로필에 따라서 흡기 밸브 또는 배기 밸브 중 한 쪽을 개폐 구동한다.

그리고, 상기 피스톤 위치 절환 장치는 상기 피스톤을 상기 비결합 위치로 압박하는 복귀 스프링을 구비하고, 상기 복귀 스프링이 상기 피스톤에 대해 상기 결합 돌기로부터 분리되는 방향으로 편심하여 배치되어 있으므로, 결합 돌기의 복귀 스프링과 간섭하지 않는 범위에서의 가동 스트로크를 확보하기 쉬워지고, 피스톤에 형성하는 결합부에 있어서 내부에 복귀 스프링을 배치한 경우에도, 이 결합부의 두께를 확보하기 쉬워진다.

따라서, 제2 로커 아암의 결합 돌기의 가동 범위를 크게 확보하게 되어, 제1 로커 아암을 제2 고속 캠에 따라서 작동시킬 때의 밸브 리프트량을 충분히 확보할 수 있게 된다.

도1의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치의 주요부(피스톤 위치 절환 장치)를 도시한 모식적인 단면도이며, 도1의 (a)는 피스톤이 비결합 위치에 있을 때의 종단면도, 도1의 (b)는 피스톤이 결합 위치에 있을 때의 종단면도, 도1의 (c)는 피스톤이 결합 위치에 있을 때의 횡단면도[도1의 (b)에 있어서의 IC-IC 화살표 단면도).

도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치를 도시한 실린더 헤드 내의 모식적인 측면도.

도3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치를 도시한 실린더 헤드 내의 모식적인 전개 단면도(도4와 대응하는 도면).

도4는 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치의 변형예를 도시한 실린더 헤드 내의 모식적인 전개 단면도(도5의 ⅣC-ⅣC 화살표 단면도).

도5는 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치의 변형예를 도시한 실린더 헤드 내의 모식적인 측면도.

도6은 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치의 다른 변형예를 도시한 실린더 헤드 내의 모식적인 측면도.

도7의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치의 주요부(피스톤 위치 절환 장치)를 도시한 모식적인 단면도이며, 도7의 (a)는 피스톤이 비결합 위치에 있을 때의 종단면도, 도7의 (b)는 피스톤이 결합 위치에 있을 때의 종단면도, 도7의 (c)는 피스톤이 결합 위치에 있을 때의 횡단면도[도7의 (b)에 있어서의 ⅦC-ⅦC 화살표 단면도).

도8의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치의 주요부(피스톤 위치 절환 장치)를 도시한 모식적인 단면도이며, 도8의 (a)는 피스톤이 비결합 위치에 있을 때의 종단면도, 도8의 (b)는 피스톤이 결합 위치에 있을 때의 종단면도, 도8의 (c)는 피스톤이 결합 위치에 있을 때의 횡단면도[도8의 (b)에 있어서의 ⅧC-ⅧC 화살표 단면도].

도9는 본 발명의 각 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치에 있어서의 연결 절환 기구의 유압 조정 기구를 도시한 모식적인 단면도.

도10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 각 실시 형태에 관한 내연 기관의 가변 밸브 장치에 있어서의 가변 밸브 특성을 나타낸 그래프로, 도10의 (a)는 저속시의 특성을 나타낸 그래프이고, 도10의 (b)는 고속시의 특성을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 실린더 헤드

11, 12 : 흡기 밸브

21, 22 : 배기 밸브

30 : 가변 밸브 장치

31 : 캠 샤프트

32 : 로커 샤프트

33, 34, 133 : 제1 로커 아암

35, 135 : 제2 로커 아암

36 : 로커 샤프트

42 : 유압 조정 장치

43 : 아암 스프링

144 : 홀더

145 : 리브

146 : 계지 구조

150 : 실린더

151 : 피스톤

152 : 복귀 스프링

153 : 개구부

154 : 결합면

155 : 스프링 가이드부

본 발명의 다른 목적 및 이점뿐만 아니라, 본 발명의 본질도 전체 도면에서 동일한 참조 부호가 동일한 또는 유사한 부분에 대해 사용된 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 설명될 것이다.

이하, 도면에 의해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

<제1 실시 형태>

도1 및 도2는 본 발명의 제1 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치를 도시한 것으로, 엔진의 각 기통 상방의 실린더 헤드(10)에는 각 기통마다 2개의 흡기 밸브(11, 12)와 2개의 배기 밸브(21, 22)가 구비되어 있고, 이들의 흡기 밸브(11, 12) 및 배기 밸브(21, 22)를 구동하기 위해 가변 밸브 장치(30)가 장비되어 있다.

이 가변 밸브 장치(30)는, 흡기 밸브(11, 12)를 구동하는 흡기 밸브 구동계와, 배기 밸브(21, 22)를 구동하는 배기 밸브 구동계로 나뉘어진다. 흡기 밸브 구동계는 캠 샤프트(31)와, 캠 샤프트(31)에 고정 설치된 캠(31a 내지 31c)과, 흡기용 로커 샤프트(32)와, 이 로커 샤프트(32)에 요동 가능하게 저어널되어 각 캠(31a 내지 31c)에 의해 요동하는 로커 아암(33 내지 35)을 구비하고 있다.

배기 밸브 구동계는 흡기계와 공용의 캠 샤프트(31)와, 캠 샤프트(31)에 고정 설치된 캠(31d, 31e)과, 배기용 로커 샤프트(36)와, 이 로커 샤프트(36)에 요동 가능하게 저어널되어 각 캠(31d, 31e)에 의해 요동하는 로커 아암(37, 38)(도1에서는 생략)을 구비하고 있다.

그리고, 가변 밸브 장치(30)의 흡기 밸브 구동계의 부분에, 연결 절환 기구(41)를 갖는 가변 작동 밸브 기구(40)가 설치되어 있다.

즉, 흡기 밸브 구동용의 로커 아암(33 내지 35) 중 로커 아암(제1 로커 아암)(33, 34)은 일단부의 조정 나사(33a, 34a)를 흡기 밸브(11, 12)의 스템 단부에 접촉시키고 있다. 흡기 밸브(11)는 로커 아암(33)의 요동에 따라서 개폐하고, 흡기 밸브(12)는 로커 아암(34)의 요동에 따라서 개폐하도록 되어 있다.

로커 아암(33)은, 타단부의 롤러(33b)를 엔진의 저속 회전시에 대응한 저속용 캠 프로필에 형성된 저속용 캠(제1 캠)(31a)에 접촉시키고 있다. 이 로커 아암(33)은 저속용 캠(31a)에 따라서 요동하면, 흡기 밸브(11)를 도10의 (a)에 일점 쇄선으로 나타내는 것과 같은 특성으로 개방하도록 되어 있다.

로커 아암(34)은, 타단부의 롤러(34b)를 엔진의 저속 회전시에 대응한 저속용 캠 프로필에 형성된 저속용 캠(제1 캠)(31b)에 접촉시키고 있다. 이 로커 아암(34)이 저속용 캠(31b)에 따라서 요동하면, 흡기 밸브(11)를 도10의 (a)에 실선으로 나타내는 바와 같은 특성으로 개방하도록 되어 있다.

또, 도10의 (a)에서는 2개의 저속 캠(31a, 31b)의 밸브 리프트 위상을 겹치지 않게 하여 기재하고 있지만, 이것은 일예이며, 양 저속 캠(31a, 31b)의 위상은 일치하는 것으로 해도 좋다.

한편, 로커 아암(제2 로커 아암)(35)은 일단부에 돌출 설치된 결합 돌기(35a)가 로커 아암(33, 34)에 결합 가능하게 되어 있다. 로커 아암(35)의 타단부에 설치된 롤러(35b)는, 엔진의 고속 회전시에 대응한 고속용 캠 프로필에 형성된 고속용 캠(제2 캠)(31c)에 접촉하고 있다.

로커 아암(33, 34)측에 있어서의 로커 아암(35)의 일단부가 접촉할 수 있는 부위에는, 개구부(153)를 구비한 실린더(150)가 형성되어 있다. 이 실린더(150) 내에는 피스톤(151)이 내장되어 있다. 또, 개구부(153)는 본 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 결합 돌기(35a)가 요동할 수 있는 공간을 확보할 수 있는 것이면 어떠한 형상이라도 좋다.

또한, 실린더(150) 내에는 로커 샤프트(32)측으로부터 유로(油路)(32a, 32b)를 통하여 작동유(여기서는 윤활유가 겸용됨)가 공급되도록 되어 있다. 그리고, 실린더(150) 내의 유압이 높아지면, 도1의 (b)에 도시한 바와 같이 피스톤(151)이 일단부에 유압을 받아 개구부(153)를 폐쇄하는 위치로 돌출하도록 구동된다.

또한, 실린더(150) 내의 유압이 약해지면, 도1의 (a)에 도시한 바와 같이 피스톤(151)이 복귀 스프링(152)의 압박력에 의해 개구부(153)로부터 벗어난 상태로 잠기도록 구동된다.

이러한 실린더(150) 내의 피스톤(151)과, 실린더(150) 내의 유압을 조정하는 유압 조정 장치(42)로부터, 로커 아암(33, 34)과 로커 아암(35)과의 연결 상태를 절환하는 연결 절환 기구(41)가 구성되고, 이 연결 절환 기구(41)와 흡기 밸브 구동계로부터 가변 작동 밸브 기구(40)가 구성되어 있다.

또, 유압 조정 장치(42)는, 도9에 도시한 바와 같이 엔진 하부의 오일 팬(도시 생략)으로부터 실린더 블럭(10)에 펌프업된 윤활유를 로커 샤프트(32) 내의 유로(32a)에 공급하는 윤활유 공급로(42a 내지 42c)와, 윤활유 공급로(42c)의 도중에 개재 장착된 오일 제어 밸브(42d)와, 이 오일 제어 밸브(42d)의 개방도를 제어하는 도시하지 않은 제어기로 구성되어 있다. 윤활유 공급로(42a, 42b)에는 필터(42e)가 개재 장착되어, 윤활유를 여과한 다음 실린더(150) 내로 공급하도록 되어 있다.

따라서, 유압 조정 장치(42)에 의해 실린더(150) 내의 유압이 약해지면 피스톤(151)이 매몰 상태가 된다[도1의 (a) 참조]. 이 경우에는, 실린더(150)의 개구부(153)에는 공간이 형성되고, 로커 아암(35)의 요동시에는 로커 아암(35)의 일단부의 결합 돌기(35a)는 이 공간 내로 출몰하지만, 로커 아암(33, 34) 자체에는 접촉하지 않는다.

이에 의해, 로커 아암(33, 34)은 각 대응 캠(31a, 31b)에 따라서 요동하고, 흡기 밸브(11, 12)를 도10의 (a)에 일점 쇄선 또는 실선으로 나타낸 바와 같은 특성으로 개방한다.

한편, 유압 조정 장치(42)에 의해 실린더(150) 내의 유압이 높아지면 피스톤(151)이 돌출 상태가 된다[도1의 (b) 참조]. 이 경우, 실린더(150)의 개구부(153)에는 피스톤(151)이 존재하게 되어, 로커 아암(35)의 요동시에는 로커 아암(35)의 일단부의 결합 돌기(35a)는 이 피스톤(151)에 접촉하여 피스톤(151)을 거쳐서 로커 아암(33, 34)을 요동시킨다.

이 때, 로커 아암(33, 34)은 각 대응 캠(31a, 31b)에 대해서는 격리하면서, 로커 아암(35)에 구동되어 고속용 캠(31c)에 따라서 요동하고, 흡기 밸브(11, 12)를 엔진의 고속 회전시에 대응시켜 도10의 (b)에 실선으로 나타낸 바와 같은 특성으로 개방한다.

따라서, 유압 조정 장치(42)는 피스톤(151)의 위치를 결합 돌기(35a)가 결합하는 결합 위치와 결합 돌기(35a)가 결합하지 않는 비결합 위치 사이에서 절환하는 피스톤 위치 절환 장치로서 기능한다.

그런데, 본 가변 밸브 장치에서는 피스톤(151)을 비계지 위치로 압박하는 코일형의 복귀 스프링(152)이, 피스톤(151) 및 실린더(150)에 대해 결합 돌기(35a)로부터 분리되는 방향으로 편심하여 배치되어 있다.

즉, 도1의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이 피스톤(151)에는, 그 일단부측(여기서는 상면)에, 복귀 스프링(152)의 일단부(여기서는 하단부)를 수용하는 정면으로부터 보아 원형의 오목부(151a)가 형성되어 있다. 한편, 실린더(150)의 일단부측(여기서는 상부의 하향면)에, 복귀 스프링(152)의 타단부(여기서는 상단부)를수용하는 정면으로부터 보아 원형의 오목부(150a)가 형성되어 있다.

단, 이들의 오목부(151a, 150a)는 피스톤(151) 및 실린더(150)의 축심선에 대해 결합 돌기(35a)로부터 분리되는 방향으로 편심하여 형성되어 있다. 따라서, 이들의 오목부(151a, 150a)에 양단부가 계지되는 복귀 스프링(152)도, 결합 돌기(35a)로부터 분리되는 방향으로 편심하여 배치되어 있다.

이 편심 배치에 의해, 피스톤(151)의 오목부(151a) 주위의 측면 중 피스톤(151)의 결합 돌기(35a)가 결합하는 측의 부분(결합면)(154)에 있어서는, 두께가 크게 형성되어 있다.

그로 인해, 피스톤(151)이 결합 위치에 있을 때에 이 두께가 큰 결합면(154)이 실린더(150)의 개구부(153)에 위치하여, 이 결합면(154)에 결합 돌기(35a)가 접촉하도록 되어 있다. 또, 피스톤(151)이 비결합 위치에 있을 때에는 피스톤(151)이 후퇴(매몰)하여 실린더(150) 내에 수납되고, 이 두께의 결합면(154)은 실린더(150)의 개구부(153)로부터 분리된다.

또한, 피스톤(151)에 있어서의 결합 돌기(35a)측의 측면 중 결합면(154)보다도 선단부측에는 스프링 가이드부(155)가 설치되어 있다.

이 스프링 가이드부(155)는, 피스톤(151)이 비결합 위치에 있을 때에는 결합 돌기(35a)의 이동 궤적의 연장선 상, 즉 실린더(150)의 개구부(153)에 위치하고 있다. 스프링 가이드부(155)는, 통상은 결합 돌기(35a)와 접촉하지 않는다.

그러나, 연결 절환 기구(41)가 작동하지 않을 때에, 로커 아암(33, 34) 또는 로커 아암(35) 중 어느 한 쪽이 대응하는 캠(31a, 31b, 31c)에 각각 추종하여 구동되지 않는 이상한 상태가 되어, 결합 돌기(35a)와 피스톤(151)과의 상대 위치 관계가 변화하여 결합 돌기(35a)가 피스톤(151) 내의 복귀 스프링(152)측으로 진입해 오는 경우도 생각할 수 있다.

이러한 때에는, 스프링 가이드부(155)가 복귀 스프링(152)을 보호하기 때문에, 결합 돌기(35a)가 복귀 스프링(152)에 접촉하는 일은 없으며, 이러한 접촉에 의한 복귀 스프링(152)의 손상을 회피할 수 있도록 되어 있다.

즉, 로커 아암(33, 34, 35)이 캠(31a, 31b, 31c)에 각각 추종하여 구동되는 정상적인 상태에 있어서, 피스톤(151)이 비결합 위치에 있을 때에는 피스톤(151)이나 그 내부의 복귀 스프링(152)은, 결합 돌기(35a)와 간섭하지 않도록 설정되어 있다.

본 실시 형태에서는, 피스톤(151) 내부의 복귀 스프링(152)을 보호하기 위해 스프링 가이드부(155)를 설치하고 있으므로, 상기한 이상한 상태가 되어도 복귀 스프링(152)의 손상을 회피할 수 있는 것이다.

또, 결합면(154)을 포함한 피스톤(151)의 외주는 도1의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 스프링 가이드부(155)를 제외하고 원통면으로 구성되어 있고, 스프링 가이드부(155) 자체의 표면도 피스톤(151)의 축심과는 편심한 볼록면형의 부분 원통면으로 구성되어 있다.

또한, 피스톤(151)이 실린더(150) 내에서 회전하지 않도록 회전 방지 핀(156)이 피스톤(151)과 실린더(150) 사이에 개재 장착되어 있다. 즉, 피스톤(151)과 실린더(150)와의 한 쪽에 회전 방지 핀(156)이 돌출 설치되고, 다른쪽에 회전 방지 핀(156)이 결합하는 결합홈이 뚫어 설치되고, 피스톤(151)의 축 방향 이동을 허용하면서 피스톤(151)이 실린더(150) 내에서 회전하지 않도록 규제한다.

한편, 볼록면형의 원통면으로 구성된 결합면(154)과 접촉하는 결합 돌기(35a)는, 결합면(154)에 접촉하는 선단부면을 결합면(154)과 대응하는[단, 결합면(154)보다도 약간 직경이 큰] 오목면형의 원통면에 의해 구성되고, 결합면(154)과 확실하게 선 접촉할 수 있도록 구성되어 있다.

그런데, 로커 아암(제1 로커 아암)(33, 34)은 흡기 밸브(11, 12)에 각각 구비된 복귀 스프링(도시 생략)에 의해 각 대응하는 캠(31a, 31b)으로부터 격리되지 않도록 압박되어 있다. 한편, 로커 아암(제2 로커 아암)(35)에는 이러한 압박력은 작용하고 있지 않으므로, 도2에 도시한 바와 같이 로커 아암(35)을 캠(31c)으로부터 격리되지 않도록 하는 압박 부재로서 아암 스프링(43)이 설치되어 있다.

또, 아암 스프링(43)은 스프링 본체(43a)와 스프링 본체(43a)를 내장하는 케이싱(43b)으로 이루어지며, 스프링 본체(43a)의 압박력이 케이싱(43b)을 거쳐서 로커 아암(35)에 전달되도록 되어 있다.

아암 스프링(43)은 홀더(144)의 일단부에 형성된 오목부(144a) 내에 장착되고, 홀더(144)에 의해 지지되어 있다. 이 홀더(144)는 중간부에 형성된 축 구멍(144b)에 배기용 로커 아암(37, 38)을 지지하는 로커 샤프트(36)가 삽통되어, 이 로커 샤프트(36)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 타단부(144c)를 실린더 헤드(10)로부터 상방에 세워 설치된 지지 부재로서의 리브(145)에 접촉시키고 있다.

즉, 홀더(144)는 로커 샤프트(36)에 회전 가능하게 지지되어 있으므로, 이 상태에서는 아암 스프링(43)을 지지하려고 하면 회전되어 버린다. 그러나, 홀더(144)는 리브(145)와, 리브(145)에 접촉하는 홀더(144)의 타단부(144c)로 구성되는 계지 구조(146)에 의해, 로커 샤프트(36) 주위의 회전을 정지할 수 있다. 따라서, 이 계지 구조(146)에 의해 아암 스프링(43)을 지지할 수 있도록 홀더(144)의 회전이 규제된다.

본 발명의 제1 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치는, 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 유압 조정 장치(피스톤 위치 절환 장치)(42)에 의해 실린더(150) 내의 유압을 높여 피스톤(151)을 돌출 상태(결합 위치)로 하면[도1의 (b) 참조], 실린더(150)의 개구부(153)에는 피스톤(151)의 결합면(154)이 위치하게 된다.

따라서, 피스톤(151)을 돌출 상태이고 또한 로커 아암(35)의 요동시에는, 로커 아암(35)의 일단부의 결합 돌기(35a)는 이 피스톤(151)의 결합면(154)에 접촉하여 피스톤(51)을 거쳐서 로커 아암(33, 34)을 요동시키게 된다.

즉, 연결 절환 기구(41)가 연결 상태가 되어, 흡기용의 로커 아암(33, 34)이 로커 아암(35)과 일체로 요동하여, 고속 캠(31c)의 캠 프로필에 따라서 흡기 밸브(11, 12)를 개폐 구동한다.

유압 조정 장치(피스톤 위치 절환 장치)(42)에 의해 실린더(150) 내의 유압을 약하게 하여 피스톤(151)을 매몰 상태(비결합 위치)로 하면[도1의 (a) 참조],실린더(150)의 개구부(153)에 공간이 형성된다.

따라서, 로커 아암(35)의 요동시에는 로커 아암(35) 일단부의 결합 돌기(35a)는 이 공간 내에 출몰하여, 로커 아암(33, 34) 자체에는 접촉하지 않는다. 이에 의해, 연결 절환 기구(41)는 분리 상태가 되어, 흡기용 로커 아암(33, 34)은 로커 아암(35)에 영향을 받는 일 없이 요동하여, 저속 캠(31a) 또는 저속 캠(31b)의 캠 프로필에 따라서 흡기 밸브(11, 12)를 개폐 구동한다.

본 장치에서는, 피스톤(151) 내의 복귀 스프링(152)이 결합 돌기(35a)측으로부터 분리되도록 치우친 위치에 배치되어 있다. 그로 인해, 복귀 스프링(152)과 간섭하지 않는 결합 돌기(35a)의 가동 범위를 크게 확보하여, 로커 아암(35)을 통해 로커 아암(33, 34)을 고속 캠(31c)에 따라서 작동시킬 때에 밸브 리프트량을 충분히 확보할 수 있게 된다.

또한, 복귀 스프링(152)의 편심 배치에 의해, 로커 아암(35)의 결합 돌기(35a)가 접촉하는 피스톤(151)의 결합면(154)의 두께가 크게 형성되어 있다. 그로 인해, 결합 돌기(35a)에 압박되어 이 결합면(154)에 밸브 리프트 하중이 작용한 경우에도, 이 결합면(154)이 변형되기 어려워 가변 밸브계의 동력 전달 부위의 강성을 충분히 확보할 수 있게 된다.

따라서, 캠 프로필과 같이 밸브를 구동할 수 있어, 가변 밸브 장치 본래의 성능을 확실하게 발휘할 수 있다.

또한, 피스톤(151)을 비결합 위치로 압박하는 복귀 스프링(152)으로서 토션 스프링을 이용할 수도 있지만, 토션 스프링을 이용하는 경우, 토션 스프링이 로커아암측과 접촉하여 마모 손상을 초래할 우려가 있다. 이 점에서, 본 실시 형태와 같이 복귀 스프링(152)을 코일형의 스프링에 의해 구성하면, 스프링의 마모 손상의 발생을 미연에 막을 수 있다.

또한, 만일 결합 돌기(35a)가 피스톤(151) 내의 복귀 스프링(152)측으로 진입해 온 경우도, 스프링 가이드부(155)가 복귀 스프링(152)을 보호하므로, 결합 돌기(35a)가 복귀 스프링(152)에 접촉하는 일 없이 복귀 스프링(152)의 손상이 방지된다.

또한, 피스톤(151) 외주의 결합면(154)은 볼록면형의 원통면으로 구성되고, 결합면(154)과 접촉하는 결합 돌기(35a)의 선단부면은 결합면(154)과 대응하고 또는 결합면(154)보다도 약간 직경이 큰 오목면형 원통면에 의해 구성되어 있다. 그로 인해, 결합 돌기(35a)의 결합면(154)으로의 접촉을 확실하게 선 접촉으로 행할 수 있게 되어, 로커 아암(33, 34)의 로커 아암(35)과의 연동을 확실하면서도 적정하게 행할 수 있게 된다.

또한, 스프링 가이드부(155) 표면도 볼록면형의 원통면으로 구성되어 있으므로, 결합 돌기(35a)의 가동 범위가 확대되는 이점이 있다.

<제2 실시 형태>

도3은 본 발명의 제2 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치를 도시한 모식적인 전개 단면도(도2에 대응하는 도면)이다. 또, 도3에 있어서, 도1, 도2와 동일 부호는 동일한 것을 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 흡기 밸브측과 배기 밸브측과의 양 쪽이 모두 가변 작동 밸브 기구로서 구성되어 있다.

즉, 흡기용의 로커 샤프트(32)에는 저속 캠(31b)에 의해 요동하는 로커 아암(제1 로커 아암)(133)과, 고속 캠(31c)에 의해 요동하는 로커 아암(제2 로커 아암)(135)이 요동 가능하게 저어널되어 있다.

로커 아암(133)과 로커 아암(135) 사이에는, 제1 실시 형태와 같은 제1 연결 절환 기구(41a)가 개재 장착되어 있다.

로커 아암(133)의 일단부측은 두 갈래로 나뉘어져 있고, 각 단부가 각각 흡기 밸브(11, 12)를 구동하도록 되어 있다. 제1 연결 절환 기구(41a)가 분리 상태인 경우에는, 로커 아암(133)은 로커 아암(135)의 움직임에 영향을 받는 일 없이, 저속 캠(31b)의 캠 프로필에 대응하여 요동하고, 흡기 밸브(11, 12)를 도10의 (a)에 실선으로 나타낸 바와 같이 저속 대응으로 개폐한다.

연결 절환 기구(41a)가 연결 상태인 경우에는, 로커 아암(135)의 결합 돌기(135a)를 통해, 로커 아암(133)은 로커 아암(135)과 일체로 고속 캠(31c)의 캠 프로필에 대응하여 요동하고, 흡기 밸브(11, 12)를 도10의 (b)에 실선으로 나타낸 바와 같이 고속 대응으로 개폐한다.

한편, 배기용의 로커 샤프트(36)에는 엔진의 저속시에 따른 저속 캠(31f)에 의해 요동하는 로커 아암(137)과, 고속 캠(31g)에 의해 요동하는 로커 아암(139)이 요동 가능하게 저어널되어 있다. 로커 아암(137)과 로커 아암(139) 사이에는, 제1 실시 형태와 같은 제2 연결 절환 기구(41b)가 개재 장착되어 있다.

로커 아암(137)의 일단부측은 두 갈래로 나뉘어져 있고, 각 단부가 각각 배기 밸브(21, 22)를 구동하도록 되어 있다. 제2 연결 절환 기구(41b)가 분리 상태인 경우에는, 로커 아암(137)은 로커 아암(139)의 움직임에 영향을 받는 일 없이, 저속 캠(31f)의 캠 프로필에 대응하여 요동하고, 배기 밸브(21, 22)를 엔진의 저속 운전에 대응시켜 개폐한다.

연결 절환 기구(41b)가 연결 상태인 경우에는, 로커 아암(139)의 결합 돌기(139a)를 통해, 로커 아암(137)은 로커 아암(139)과 일체로 고속 캠(31g)의 캠 프로필에 대응하여 요동하고, 배기 밸브(21, 22)를 엔진의 고속 운전에 대응시켜 개폐한다.

그리고, 로커 아암(제2 로커 아암)(135) 및 로커 아암(139)에는 도3에 도시한 바와 같이, 로커 아암(135, 139)을 캠(31c, 31g)으로부터 격리되지 않도록 하는 제1, 제2 압박 부재로서 아암 스프링(43A, 43B)이 각각 설치되어 있다.

또, 각 연결 절환 기구(41a, 41b)의 유압 조정 장치(피스톤 위치 절환 장치)(42)에 있어서는, 제1 실시 형태인 것과 마찬가지로 피스톤(151)을 비계지 위치로 압박하는 복귀 스프링(152)이 피스톤(151) 및 실린더(150)에 대해 결합 돌기(35a)로부터 분리되는 방향으로 편심하여 배치되고, 피스톤(151)의 결합면(154)은 두껍게 형성되고, 스프링 가이드부(155)는 결합면(154)보다도 크게 오목하고 얇게 형성되어 있다.

본 발명의 제2 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치는, 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 제1 실시 형태와 마찬가지로 복귀 스프링(152)의 치우침에 의해 복귀 스프링(152)과 간섭하지 않는 결합 돌기(35a)의 가동 범위를 크게 확보하고, 로커 아암(35)을 통하여 로커 아암(33, 34)을 고속 캠(31c)에 따라서 작동시킬 때에 밸브 리프트량을 충분히 확보할 수 있게 되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치는 결합면(154)의 두께가 크게 형성되어 있으므로, 가변 밸브계의 동력 전달 부위의 강성을 충분히 확보할 수 있어 가변 밸브 장치 본래의 성능을 확실히 발휘할 수 있게 되는 이점을 얻을 수 있다.

이와 같이, 제1 실시 형태와 같은 이점을 얻으면서, 피스톤의 대형화, 나아가서는 장치의 대형화나 중량 증가나 피스톤의 위치 절환에 드는 구동력의 증대를 억제할 수 있어, 복귀 스프링의 탄성력도 확보할 수 있게 된다.

또한, 만일 결합 돌기(35a)가 피스톤(151) 내의 복귀 스프링(152)측으로 진입해 온 경우도, 스프링 가이드부(155)가 복귀 스프링(152)을 보호하여, 복귀 스프링(152)의 손상이 방지된다.

계속해서, 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 대한 변형예를 설명한다. 도4 및 도5는 제1 변형예이며, 로커 아암(35)을 압박하는 압박 부재로서, 아암 스프링(43)을 설치한 것이다. 아암 스프링(43)은 스프링 본체(43a)와 스프링 본체(43a)를 내장하는 케이싱(43b)으로 이루어지며, 스프링 본체(43a)의 압박력이 케이싱(43b)을 거쳐서 로커 아암(35)에 전달된다. 이 아암 스프링(43)은, 도4에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 실린더 헤드(10)의 상부에 남겨진 공간[배기용 로커 샤프트(36)가 배치된 주변]에 리브(지지 기둥, 돌기)(45)를 세워 설치하고, 홀더(44)를 이 지지 기둥(45)에 고정 볼트(46)에 의해 나사 결합 체결함으로써 설치된다.

계속해서, 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 대한 제2 변형예를 도6에 도시한다. 로커 샤프트(36)에 고정 볼트(46a)를 나사 결합시키는 나사 구멍을 뚫어, 고정 볼트(46a)에 의해 홀더(44a)를 로커 샤프트(36)에 직접 고정하는 구조이다.

이상, 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 이러한 제1 및 제2 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는 스프링 가이드부(155)를 설치하고 있지만, 결합 돌기(35a)가 피스톤(151) 내의 복귀 스프링(152)에 접촉할 우려가 없으면, 스프링 가이드부(155)를 생략해도 좋다. 이 경우, 복귀 스프링(152)과 간섭하지 않는 결합 돌기(35a)의 가동 범위를 보다 크게 확보할 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2 실시 형태에 있어서는, 저속 캠에 의해 구동되는 로커 아암(33, 34, 133)에 실린더, 피스톤 및 개구부를 설치하고, 고속 캠에 의해 구동되는 로커 아암(35, 135)에 결합 돌기를 설치하고 있지만, 이와는 반대로 로커 아암(33, 34, 133)에 결합 돌기를 설치하고, 로커 아암(35, 135)에 실린더, 피스톤 및 개구부를 설치하고 있지만, 실린더, 피스톤 및 개구부를 설치하도록 구성해도 좋다.

<제3 실시 형태>

도7은 본 발명의 제3 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치를 도시한 것으로, 모식적인 단면도이다. 또, 도7에 있어서, 도1과 동일 부호는 동일한 것을나타내므로, 설명을 생략한다.

제3 실시 형태의 가변 밸브 장치에서는 도7의 (a)에 도시한 바와 같이, 피스톤(151)이 비결합 위치에 있을 때에, 피스톤(151)의 결합면(154)의 단부(154a)가 실린더(150)의 개구부(153)를 형성하는 모서리면(153a)으로부터 개구부(153)측으로 미소량만큼 돌출하도록 배치되어 있다.

또한, 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 피스톤(151) 결합면(154)의 상방에는, 결합면(154)의 상단부에 인접하여 절결부(오목부)(157)가 설치되어 있다. 그리고, 피스톤(151)이 비결합 위치에 있을 때에는 절결부(157)가 개구부(153)에 위치하여 결합 돌기(35a)가 이 절결부(157)의 깊숙한 곳까지 피스톤(151)에 간섭하는 일 없이 진입할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 본 발명의 제3 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치에서는 상기한 바와 같이 구성되어 있으므로, 상술한 제1 실시 형태로서 효과에다가 이하의 효과를 발휘한다.

즉, 제3 실시 형태에서는 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 피스톤(151)이 비결합 위치에 있을 때에, 피스톤(151)의 결합면(154)의 단부(154a)가 실린더(150)의 개구부(153)를 형성하는 모서리면(모서리부)(153a)으로부터 개구부(153)측으로 미소량만큼 돌출하므로 다음과 같은 효과를 발휘한다.

즉, 피스톤(151)이 조금 리프트한 시점에서, 결합 돌기(35a)가 피스톤(151)의 결합면(154)에 국부적으로 접촉하여 과대한 접촉 하중이 가해져, 이 접촉한 결합면(154)의 단부(154a)가 피스톤(151)의 외형보다도 팽창되도록 소성 변형하는 것이 상정된다.

가령 이러한 경우에서도, 이 소성 변형한 단부(154a)는 실린더(150)의 개구부(153)측으로 돌출하여 실린더(150) 내로 진입하지 않으므로, 결합면(154)의 단부(154a)가 실린더(150)의 개구부(153)의 모서리면(153a)에 걸리는 일은 없다.

따라서, 그 이후의 피스톤의 절환 응답성이 저하되는 결점을 회피할 수 있고, 물론 피스톤이 고정 부착하여 피스톤의 절환이 곤란해져 버리는 사태도 방지할 수 있어, 유압 조정 장치(피스톤 위치 절환 장치)(42)의 절환 성능, 즉 연결 절환 기구(41)의 절환 성능을 양호하게 유지할 수 있다.

게다가, 피스톤의 외경을 실린더의 내경에 대해 작게 설정한 경우와 같이, 커진 피스톤 간극으로부터 절환 유압이 누설되어 버려, 피스톤의 절환 응답성이 저하되어 버리는 결점도 생기는 일이 없으며, 피스톤의 절환 응답성의 저하에 기인한 피스톤(151)이나 결합 돌기(35a)의 마모나 변형을 방지할 수 있다.

물론, 결합면(154)의 단부(154a)의 개구부(153)의 모서리면(모서리부)(153a)으로부터 개구부(153)측으로의 돌출은 미소량뿐이므로, 피스톤(151)이 비결합 위치에 있는 경우에 단부(154a)가 개구부(153) 내로 진입하는 결합 돌기(35a)와 간섭할 우려도 없다.

바꿔 말하면, 결합면(154)의 단부(154a)의 돌출량은 피스톤(151)이 비결합 위치에 있는 경우에 단부(154a)가 개구부(153) 내로 진입하는 결합 돌기(35a)와 간섭하지 않도록 설정하는 것이 필요하다.

도8은 본 발명의 제4 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치의주요부(피스톤 위치 절환 장치)를 도시한 모식적인 단면도(도7에 대응하는 도면)이다. 또, 도8에 있어서, 도7과 동일 부호는 동일한 것을 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 본 가변 밸브 장치에서는 복귀 스프링(52)이 피스톤(51)이나 실린더(50)의 축심선에 대해 편심하고 있지 않은 점이 제1 실시 형태 및 제3 실시 형태의 것과 다르지만, 도8의 (a)에 도시한 바와 같이 피스톤(51)이 비결합 위치에 있을 때에, 피스톤(51)의 결합면(54)의 단부(54a)가 실린더(50)의 개구부(53)를 형성하는 모서리면(53a)으로부터 개구부(53)측으로 미소량만큼 돌출하도록 배치되어 있는 점에서는 제3 실시 형태인 것과 마찬가지로 구성되어 있다.

또한, 도8의 (a)에 도시한 바와 같이 피스톤(51)의 결합면(54)의 상방에는, 결합면(54)의 상단부에 인접하여 절결부(오목부)(57)가 설치되어 있고, 피스톤(51)이 비결합 위치에 있을 때에는 절결부(57)가 개구부(53)에 위치하여, 결합 돌기(35a)가 피스톤(51)에 간섭하는 일 없이 진입할 수 있도록 되어 있다.

본 발명의 제4 실시 형태로서의 내연 기관의 가변 밸브 장치는, 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 제3 실시 형태와 같이 결합면(54)의 단부(54a)가 피스톤(51)의 외형보다도 팽창되도록 소성 변형한 경우에도, 소성 변형한 단부(54a)는 실린더(50)의 개구부(53)측으로 돌출하여 실린더(50) 내로 진입하지 않는다.

그로 인해, 결합면(54)의 단부(54a)가 실린더(50)의 개구부(53)의 모서리면(53a)에 걸리는 일은 없으며, 그 이후의 피스톤의 절환 응답성이 저하되는결점을 회피할 수 있고, 물론 피스톤이 고정 부착되어 피스톤의 절환이 곤란해져 버리는 사태도 방지할 수 있다.

본 발명에 의하여, 복귀 스프링을 구비하여 위치 절환 가능한 피스톤과 이 피스톤과 접촉하여 연계 동작할 수 있는 부재에 의해 기관 밸브의 개폐 타이밍의 절환을 행하는 가변 밸브 장치에 있어서, 가변 밸브계의 동력 전달 부위의 강성 확보나 밸브 리프트량 확보를, 관련 부위의 대형화를 초래하는 일 없이 행할 수 있도록 한 내연 기관의 가변 밸브 장치를 제공할 수 있다.

Claims

선단부가 흡기 밸브 또는 배기 밸브 중 한 쪽에 연계되고, 로커 샤프트에 요동 가능하게 지지되어 제1 캠에 의해 구동되는 제1 로커 아암(33, 34, 133, 137)과,

상기 로커 샤프트에 요동 가능하게 지지되어 상기 제1 로커 아암에 인접하도록 배치되고, 상기 제1 캠과 캠 형상이 다른 제2 캠에 의해 구동되는 제2 로커 아암(35, 135, 139)과,

상기 제1, 제2 로커 아암 중 한 쪽에 형성된 실린더(50, 150)와,

상기 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 장착된 피스톤(51, 151)과,

상기 제1, 제2 로커 아암 중 다른 쪽으로 돌출 설치되어 상기 피스톤에 형성된 결합부에 결합 가능한 결합 돌기(35a, 135a, 139a)와,

상기 피스톤을 상기 결합 돌기가 결합하는 결합 위치와 상기 결합 돌기가 결합하지 않는 비결합 위치 사이에서 절환하는 피스톤 위치 절환 장치(41, 41a, 41b)를 구비하고,

상기 피스톤 위치 절환 장치는 상기 피스톤을 상기 비결합 위치로 압박하는 복귀 스프링(52, 152)을 구비하고,

상기 복귀 스프링(52, 152)이 상기 피스톤에 대해 상기 결합 돌기로부터 분리되는 방향으로 편심하여 배치된 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 피스톤(151)에는 상기 복귀 스프링의 일단부측을 수납하는 오목부(151a)가 형성되고,

상기 피스톤(151)의 상기 오목부 주위의 상기 결합 돌기측에는, 상기 결합부(154)를 갖는 두께부가 설치되고, 상기 두께부는 상기 피스톤이 결합 위치에 있으면 상기 실린더 밖에 위치하고, 상기 피스톤이 비결합 위치에 있으면 상기 실린더 내에 수납되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 피스톤(150)이 원통형 부분을 구비하고, 상기 원통형 부분에 상기 두께부가 형성되는 동시에 상기 두께부에 설치된 상기 결합부가 원통면형으로 형성되고,

상기 결합 돌기에 있어서의 상기 결합부와의 접촉 부분이, 상기 결합부에 따른 오목면형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 복귀 스프링(152)이 상기 결합 돌기의 상기 피스톤측에 대한 상대적인 요동 궤적의 연장 상에 배치되는 동시에,

상기 피스톤의 상기 결합 돌기측에는, 상기 피스톤이 비결합 위치에 있을 때에 상기 결합 돌기의 요동 궤적의 연장 상에 상기 복귀 스프링을 덮도록 위치하는 스프링 가이드부(155)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제4항에 있어서, 상기 스프링 가이드부(155)가 상기 결합 돌기의 오목면에 따르도록 원통면형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 피스톤(50, 150)의 상기 결합면(54, 154)의 단부가 상기 피스톤이 비결합 위치에 있을 때에 상기 실린더의 모서리면으로부터 돌출하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 장치.
제6항에 있어서, 상기 피스톤(50, 150)에는 상기 피스톤이 비결합 위치에 있을 때에 상기 결합 돌기의 요동 궤적 상에 위치하는 부위에 오목부(53, 153)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 장치.