KR20040049250A

KR20040049250A - 내연기관의 밸브 구동시스템

Info

Publication number: KR20040049250A
Application number: KR1020030062394A
Authority: KR
Inventors: 에자끼슈이찌; 아사다도시아끼; 쯔지기미또시; 구사까야스시; 가따오까겐지
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2003-09-06
Publication date: 2004-06-11
Also published as: CN100362215C; CN101240723B; JP4158507B2; US20040118367A1; US7267088B2; EP1426567A1; CN1512041A; JP2004183610A; DE60334670D1; EP1426567B1; CN101240723A

Abstract

복수개의 기통을 구비한 내연기관의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 모터로 효율적으로 개폐시킬 수 있는 밸브 구동시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 복수개의 기통 (2) 을 구비한 내연기관 (1) 에 적용되며 각 기통 (2) 에 설치된 흡기용 또는 배기용 밸브 (4: 또는 5) 를 구동시키기 위한 내연기관의 밸브 구동시스템 (1) 에 있어서, 내연기관 (1) 의 서로 다른 기통 (2) 의 밸브 (4) 를 각각 구동시키도록 설치된 복수개의 밸브 구동장치 (10) 를 구비하고 있다. 각 밸브 구동장치 (10) 에는, 회전 운동을 발생시키는 구동원으로서의 전동 모터 (12) 와 전동 모터 (12) 의 회전 운동을 캠 (21A: 또는 21B) 또는 링크 (101, 102) 를 통해 구동 대상인 밸브 (4) 의 개폐 운동으로 변환시켜 전달하는 동력 전달기구 (13) 가 설치되어 있다.

Description

내연기관의 밸브 구동시스템{VALVE DRIVING SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키는 밸브 구동시스템에 관한 것이다.

일반적인 내연기관의 흡기 밸브 및 배기 밸브는 내연기관의 크랭크축으로부터 취출된 동력에 의해 개폐 구동되고 있다. 그러나, 최근에는 전동 모터에 의해 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키는 것이 시도되고 있다. 예컨대 특허 문헌 1 (일본 공개특허공보 평8-177536호) 에는, 캠축을 모터로 구동시켜 흡기 밸브를 개폐시키는 밸브 구동장치가 개시되어 있다. 또한, EGR용 밸브를 대상으로 한 것인데, 밸브스템에 설치된 나사 기구를 이용하여 모터의 회전을 밸브의 직선적인 개폐 운동으로 변환시키는 밸브 구동장치도 알려져 있다 (특허 문헌 2 (일본 공개특허공보 평10-73178호) 참조).

모터의 회전을 나사 기구로 밸브의 개폐 운동으로 변환시키는 장치는 밸브를 개폐시키기 위해 필요한 모터의 회전량이 커서 효율이 나쁘기 때문에, 밸브를 고속으로 주기적으로 작동시킬 필요가 있는 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 구동장치로는 부적합하다.

한편, 캠축을 모터로 회전시키는 경우에는 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 효율적으로 구동시킬 수 있다. 그러나, 차량의 동력원으로 일반적으로 사용되는 다기통의 내연기관에서는 일렬로 배열된 복수개의 기통 사이에 캠축이 공용되고 있다. 이와 같이 공용된 캠축을 모터로 구동시키는 것만으로는 캠축의 동작 변화가 그 캠축에 의해 구동되는 모든 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 동작 특성에 영향을 미친다. 따라서, 모터를 제어함으로써 얻어지는 동작 특성의 자유도는 그다지 높지 않다.

그래서, 본 발명은 복수개의 기통을 구비한 내연기관의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 모터로 효율적으로 개폐시킬 수 있으며, 각 밸브의 동작 특성에 관한 자유도를 종래보다 높일 수 있는 내연기관의 밸브 구동시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 밸브 구동시스템의 요부를 나타내는 사시도이다.

도 2는 하나의 기통에 대응하여 설치된 밸브 구동장치의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 3은 밸브 구동장치의 다른 방향에서 본 사시도이다.

도 4는 밸브 구동장치의 또 다른 방향에서 본 사시도이다.

도 5는 밸브 특성 조정기구의 사시도이다.

도 6은 밸브 특성 조정기구를 일부 파단하여 나타내는 사시도이다.

도 7은 도 2의 밸브 구동장치로 실현할 수 있는 밸브의 동작 특성을 표 형식으로 나타낸 도면이다.

도 8은 도 2의 밸브 구동장치에 설치된 토크 변동 억제기구를 나타내는 사시도이다.

도 9는 도 2의 밸브 구동장치의 전동 모터에서 밸브까지의 운동 전달 경로를 나타내는 도면이다.

도 10은 밸브 스프링에 의해 부가되는 토크와 토크 변동 억제기구에 의해 부가되는 토크의 관계를 나타내는 도면이다.

도 11은 밸브 구동장치에 장착된 마이너스압 생성장치를 나타내는 사시도이다.

도 12는 마이너스압 생성장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명의 밸브 구동시스템이 설치된 내연기관을 차량의 엔진 룸에 탑재한 상태를 나타내는 도면이다.

도 14는 헤드 커버의 외부 상면에 전동 모터를 배치한 구성을 나타내는 도면이다.

도 15는 도 14의 구성을 헤드 커버의 측방에서 본 상태를 나타내는 도면이다.

도 16은 전동 모터에 냉각수를 도입하기 위한 구성을 나타내는 도면이다.

도 17은 도 16의 XVII-XVII 선을 따라 자른 단면도이다.

도 18은 링크를 이용하여 밸브를 개폐시키는 밸브 구동장치를 나타내는 도면으로, 도 18 (a) 는 측면도, 도 18 (b) 는 정면도이다.

도 19는 도 18의 밸브 구동장치의 동작을 나타내는 도면이다.

도 20은 링크를 이용하여 밸브를 개폐시키는 다른 밸브 구동장치를 나타내는 도면으로, 도 20 (a) 는 측면도, 도 20 (b) 는 정면도, 도 20 (c) 는 리프트량을 변화시킨 상태를 나타내는 도면이다.

도 21은 캠축을 전동 모터의 회전축으로 겸용한 밸브 구동장치를 나타내는 도면이다.

도 22는 도 21의 XXII-XXII 선을 따라 자른 단면도이다.

도 23은 도 21에 대하여 전자 코일과 영구 자석을 교체한 실시형태를 나타내는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

1: 내연기관2: 실린더 (기통)

4: 흡기 밸브5: 배기 밸브

10: 밸브 구동시스템

11A, 11B, 11C, 11D, 11E: 밸브 구동장치

12: 전동 모터12a: 커넥터

12b: 팬 구동축 (전동 모터의 회전축) 13: 동력 전달기구

14A, 14B: 캠축 (캠의 회전축) 15: 기어열

16: 로커 아암17: 밸브 특성 조정기구

21A, 21B: 캠21a, 21b: 노즈부

23: 밸브 스프링40: 토크 변동 억제기구

41: 반위상 캠 (회전부재) 41a: 캠면의 원호부

41b: 캠면의 오목부42: 토크 부하장치

45: 리프터46: 스프링 (스프링수단)

50: 축 지지부51: 확대부

52: 축소부53: 급유 구멍

60: 마이너스압 생성장치61: 진공 펌프

62: 전자 클러치63: 펌프 기어

64: 브레이크 부스터65: 축압 (蓄壓) 탱크

70: 헤드 커버72: 모터 버스바 (배선부재)

72a: 집합 단자부72e: 개별 단자부

73: 엔진 룸74: 라디에이터

75: 워터 자켓76: 냉각수 통로

76a: 냉각수 입구76b: 냉각수 출구

77: 팬100: 동력 전달기구

101: 편심 플레이트 (회전부재)

102, 104: 연결 핀103: 제 1 링크 (링크부)

105: 제 2 링크 (링크부) 106: 가이드통

107: 코일 스프링108: 슬라이더

110: 동력 전달기구111: 제 1 링크

112: 제 2 링크113: 제 3 링크

114, 115: 연결 핀117: 편심 핀 (위치 조정수단)

118: 컨트롤 축 (위치 조정수단) 120: 캠축

121: 전동 모터122: 캠

123: 영구 자석124: 전자 코일

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 내연기관의 밸브 구동시스템은, 복수개의 기통을 구비한 내연기관에 적용되며 각 기통에 설치된 흡기용 또는 배기용 밸브를 구동시키기 위한 내연기관의 밸브 구동시스템으로서, 상기 내연기관의 서로 다른 기통의 상기 밸브를 각각 구동시키도록 설치된 복수개의 밸브 구동장치를 구비하고, 각 밸브 구동장치에는, 회전 운동을 발생시키는 구동원으로서의 전동 모터와 상기 전동 모터의 회전 운동을 캠 또는 링크를 통해 구동 대상인 밸브의 개폐 운동으로 변환시켜 전달하는 동력 전달기구가 설치됨으로써, 상기 기술한 과제를 해결한다 (청구항 1).

본 발명에 의하면, 복수개의 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를, 복수개의 밸브 구동장치에 의해 각각 서로 독립적으로 개폐 구동시킬 수 있다. 따라서, 각 기통의 밸브의 동작 특성에 관한 자유도가 높아진다. 또, 모터의 회전 운동을 캠 또는 링크를 이용하여 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 개폐 운동으로 변환시키므로, 나사 기구를 이용하는 경우와 비교하여 모터의 회전량에 대한 밸브의 운동량 비율을 크게 취할 수 있다. 요컨대, 나사 기구에 의한 경우에는, 나사를 최소한 몇회 이상 회전시키지 않으면 밸브를 충분히 개폐시킬 수 없지만, 캠 또는 링크를 이용한 경우에는, 모터의 1 회전에 의해 운동의 1 주기가 완결되므로, 모터를 최대한 1 회전시키는 것만으로 흡기 밸브 또는 배기 밸브에 소정의 개폐 동작을 부여할 수 있다. 따라서, 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 효율적으로 구동시킬 수 있다.

본 발명의 밸브 구동시스템에서는 상기 밸브 구동장치가 기통마다 독립적으로 설치될 수도 있다 (청구항 2). 이와 같이 기통마다 밸브 구동장치를 설치한다면, 각 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 동작 특성을 다른 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 영향을 받지 않고 독립적으로 자유롭게 설정할 수 있다. 따라서, 기통마다 최적의 동작 특성을 흡기 밸브 또는 배기 밸브에 부여할 수 있다. 또한, 각 기통의 흡기 밸브 및 배기 밸브에 대하여 각각 독립적으로 상기 밸브 구동장치가 설치되어 있는 경우 (청구항 3) 에는, 각 기통의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 동작 특성을 서로 독립적으로 설정할 수 있게 되어, 흡기 밸브 및 배기 밸브 각각에 최적의 동작 특성을 부여할 수 있다.

단, 본 발명의 밸브 구동시스템에서는, 복수개의 밸브 구동장치 각각이 서로 다른 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키면 되고, 일부 또는 전부의 밸브 구동장치가 2 이상의 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키는 경우도 본 발명의 범위에 포함된다. 특히, 흡기 밸브가 개방되어 있는 기간 또는 배기 밸브가 개방되어 있는 기간이 중복되지 않는 기통 사이라면, 이들 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 공통된 전동 모터로 구동시켰다 하더라도, 각 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 동작 특성을 공통된 전동 모터로 구동시키는 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 동작에 영향 받지 않고 변화시킬 수 있다.

상기 동력 전달기구가 캠을 이용하여 상기 전동 모터의 회전 운동을 상기 개폐 운동으로 변환시키는 경우 (청구항 4), 본 발명의 밸브 구동시스템은 또한 다음과 같은 태양을 포함할 수 있다.

밸브 구동장치는 상기 캠의 위상과 상기 밸브의 리프트량 및 작용각의 적어도 어느 한쪽과의 상관 관계를 변화시키는 밸브 특성 조정기구를 추가로 구비할 수도 있다 (청구항 5). 이 경우에는, 밸브 특성 조정기구에 의한 리프트량 또는 작용각의 조정과 모터 제어의 협조에 의해 밸브의 동작 특성을 더 유연하게 변화시킬 수 있다. 예컨대, 밸브 특성 조정기구로 리프트량 및 작용각을 변화시킨 후에, 작용각의 변화를 상쇄시키도록 전동 모터에 의한 캠의 구동 속도를 제어하면 리프트량만의 변화를 실현할 수 있다.

밸브 구동장치는 상기 밸브측으로부터 상기 캠에 부가되는 토크의 변동을 억제하는 토크 변동 억제기구를 추가로 구비할 수도 있다 (청구항 6). 일반적으로 캠은 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 폐쇄하는 방향으로 탄성 지지하는 밸브 스프링의 반력에 의해 토크를 받고 있고, 그 토크의 크기 및 방향은 캠의 위상에 따라 변동한다. 그러나, 종래와 같이 다기통의 캠을 공통된 캠축으로 구동시키는 경우에는, 기통마다 캠의 둘레 방향 위치가 어긋나 있으므로, 어느 한 기통의 캠을통해 작용하는 토크가 다른 기통의 캠을 통해 작용하는 토크에 의해 제거되어 캠축에 작용하는 토크의 변동은 전체적으로 억제된다. 반면에, 밸브 구동장치가 서로 다른 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 서로 독립적으로 구동시키는 구성을 갖는 경우에는, 캠의 회전축도 밸브 구동장치마다 분단되기 때문에, 방향이 다른 복수개의 캠 사이에서 토크의 제거 효과를 기대할 수 없다. 이와 같은 경우에, 각 밸브 구동장치의 토크 변동 억제기구를 설치한다면, 캠에 부가되는 토크의 변동을 밸브 구동장치마다 억제하여 각 밸브 구동장치의 전동 모터에 요구되는 출력을 경감시킬 수 있다.

상기 토크 변동 억제기구는 상기 전동 모터로부터 상기 캠으로의 동력 전달 경로에 형성된 회전부재에 대하여 상기 캠에 부가되는 토크의 변동을 제거하는 방향의 역 (逆) 토크를 부가하도록 할 수도 있다 (청구항 7). 이와 같이 역 토크를 부하하면 캠으로부터 부가되는 토크의 변동을 억제할 수 있다.

또한, 상기 토크 변동 억제기구는 상기 회전부재의 외부 둘레에 형성된 캠면, 이 캠면과 대향 배치된 리프터 및, 상기 리프터를 상기 캠면에 가압하는 스프링수단을 구비하고 있고, 상기 회전부재의 상기 캠면의 윤곽은 상기 캠에 의한 상기 밸브의 리프트량이 최대가 되는 위치에서 상기 리프터와의 상기 캠면과의 접촉 위치가 상기 회전부재의 반경 방향 중심측으로 가장 후퇴하도록 설정될 수도 있다 (청구항 8).

흡기 밸브 또는 배기 밸브의 밸브 스프링으로부터 캠에 부가되는 토크는 캠에 의해 밸브가 개방되는 과정에서는 캠을 복귀시키는 방향으로 작용하고, 밸브의리프트량이 최대가 되는 위치, 즉 캠의 노즈부가 캠에 대한 종동절 (로커 아암이나 밸브 그 자체) 과 접하는 위치에서 토크가 일단 상실되고, 그 위치에서부터 캠이 진행되어 밸브가 폐쇄되는 과정에서 캠을 진행시키는 방향으로 토크가 작용한다. 반면, 상기 기술한 회전부재의 캠면과 리프터는, 리트프량이 최대가 되는 위치에서 캠면과 리프터의 접촉 위치가 반경 방향 중심측으로 가장 후퇴하도록 관계지워져 있으므로, 상기 스프링수단으로부터 리프터를 통해 회전부재에 부하되는 토크는, 밸브가 개방되는 과정에서 캠을 진행시키는 방향으로 작용하고, 밸브가 폐쇄되는 방향에서 캠을 복귀시키는 방향으로 작용한다. 따라서, 리프터를 통해 회전부재에 부가되는 토크는 캠에 부가되는 토크를 제거하는 방향의 역 토크로서 작용한다. 또, 캠의 고회전시에는 밸브측으로부터 부가되는 토크의 변동이 작아진다. 한편, 회전부재에 의해 리프터가 반경 방향 외측으로 밀려 나가는 힘은 회전부재의 회전 속도가 증가할수록 커지고, 리프터가 회전부재를 가압하는 힘은 회전 속도가 증가할수록 작아지기 때문에, 고회전시에 회전부재에 부가되는 역 토크도 감소한다. 그럼으로써, 리프터측으로부터 회전부재에 과잉으로 토크가 부하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 리프터가 회전부재를 가압하는 힘의 감소에 따라 회전부재와 리프터 사이에 작용하는 마찰력이 감소하기 때문에, 고회전시의 마찰 손실을 억제하여 연비 악화를 방지할 수 있다.

상기 캠의 회전축에는 캠 지지용 베어링과 자유롭게 회전할 수 있게 끼워맞춰진 축 지지부가 형성되고, 상기 축 지지부의 상기 베어링에 대한 접촉 범위에서 발생되는 마찰 저항에 영향을 미치는 인자가 상기 캠의 회전축의 둘레 방향에 관해불균일하게 설정됨으로써, 상기 축 지지부와 상기 베어링을 상기 토크 변동 억제기구로서 기능시킬 수도 있다 (청구항 9). 이와 같이 캠의 회전축과 캠 지지용 베어링 사이에 작용하는 마찰 저항을 둘레 방향에 관해 불균일하게 설정하면, 캠에 부가되는 토크가 커지는 부분에서는 마찰 저항을 감소시키고, 캠에 부가되는 토크가 작아지는 부분에서는 마찰 저항을 증가시키도록 하여, 전동 모터가 캠의 회전축을 구동시키기 위해 필요한 토크의 변동을 억제할 수 있다.

마찰 저항에 영향을 미치는 인자에는 여러가지가 포함되는데, 그 전형예로는 접촉 범위의 폭을 들 수 있다. 즉, 상기 캠의 회전축의 축선 방향에 관한 상기 접촉 범위의 폭을 불균일하게 설정함 (청구항 10) 으로써, 마찰 저항에 영향을 미치는 인자를 불균일하게 설정할 수 있다. 접촉 범위의 폭이 커지면 마찰 저항이 증가되고, 접촉 범위의 폭이 작아지면 마찰 저항이 감소된다. 그 밖에도 축 지지부의 접촉 범위의 마찰 계수를 변경하는 등 각종 수단으로 마찰 저항을 조정할 수 있다.

상기 마찰 저항이 커지는 부분은 상기 캠의 노즈부에 대하여 상기 캠의 회전축의 회전 중심을 사이에 두고 반대측에 형성되면 된다 (청구항 11). 상기와 같이 노즈부가 캠에 대한 종동절과의 접촉 위치를 통과할 때에는 캠에 부가되는 토크가 일단 상실된다. 바꿔 말하면, 캠에 의한 밸브의 리프트량이 최대가 되는 위치에서 캠에 부가되는 토크는 일단 상실된다. 따라서, 최대 리프트량이 부가되는 위치 전후에 캠에 부가되는 토크는 비교적 크게 변동한다. 한편, 캠의 노즈부가 종동절에 접하는 위치 전후에는 밸브측으로부터 노즈부에 부가되는 반력에 의해 캠의 회전축은 캠의 노즈부에 대하여 회전 중심을 사이에 두고 반대측에 가압된다. 따라서, 캠의 노즈부에 대한 반대측에 마찰 저항이 커지는 부분을 형성해 두면, 밸브의 리프트량이 최대가 되는 위치 부근에서 캠의 회전축의 마찰 저항이 커지는 부분이 베어링과 접하여 캠의 회전축에 작용하는 마찰 저항이 증가한다. 이와 같은 마찰 저항의 증가에 따라 캠에 부가되는 토크의 변동이 억제된다.

상기 캠의 회전축에는 상기 캠에 의해 초래되는 이 회전축의 회전 중심에 관한 회전 질량의 불균형을 상쇄시키는 균형 조정수단이 설치될 수도 있다 (청구항 12). 일반적으로 캠은 그 회전축과 동축인 베이스 원의 일부를 팽창시켜 노즈부를 형성한 형상을 가지고 있고, 캠 회전축의 회전 중심에 관한 회전 질량의 균형은 캠의 노즈부의 존재에 따라 깨진다. 그러나, 다기통 사이에서 공용되는 캠축이라면, 기통마다 캠이 다른 방향을 향하고 있으므로 각 캠의 회전 질량의 불균형이 서로 상쇄되어 전체적으로 캠축의 회전 질량이 회전 중심의 둘레에 알맞게 균형잡히게 된다. 반면, 본 발명의 밸브 구동시스템에서는 캠의 회전축이 분단되어 있으므로, 서로 방향이 다른 복수개의 캠의 상호 작용에 의한 회전 질량의 불균형의 상쇄는 기대할 수 없다. 이러한 경우에, 밸브 구동장치마다 균형 조정수단을 설치하면, 캠의 회전축마다 그 회전 중심에 관한 회전 질량의 균형을 개선시켜 전동 모터에 요구되는 출력을 경감시킬 수 있다. 또, 캠에 의해 초래되는 회전 질량의 불균형이란 캠의 노즈부에 대한 질량 편중에 의해 발생되는 회전 질량의 불균형을 의미한다. 또한, 불균형의 「상쇄」란 캠에 의해 초래되는 회전 질량의 불균형을 저감시키는 것 및 불균형을 완전히 해소시키는 것의 모든 개념도포함한다.

상기 균형 조정수단으로 상기 캠의 회전축에는 상기 회전 중심보다 상기 캠의 노즈부측으로 편심된 위치에 이 회전축의 질량을 감소시키는 삭제부가 형성될 수도 있다 (청구항 13). 회전 질량의 불균형을 해소하기 위하여 캠의 회전축에 웨이트를 추가한다면, 회전 질량은 균형맞춰져도 캠의 회전축의 관성 모멘트가 증가되어 결과적으로 전동 모터에 요구되는 토크가 증가된다. 반면에, 삭제부를 형성한 경우에는, 관성 모멘트를 증가시키지 않고 회전 질량의 불균형을 감소 또는 해소시킬 수 있다. 또, 「삭제부」는 구멍부, 홈부, 오목부, 노치부 등으로 구성할 수 있다.

상기 삭제부로서 상기 캠의 회전축의 상기 회전 중심보다 상기 노즈부측으로 편심된 구멍부가 형성되고, 이 구멍부가 상기 캠에 대한 급유 구멍으로 이용될 수도 있다 (청구항 14). 그럼으로써, 급유 구멍을 균형 조정수단으로 활용할 수 있다.

또, 캠의 윤곽은 요구되는 캠의 동작 특성에 따라 적절하게 설정해도 된다. 그러나, 본 발명의 밸브 구동시스템에서는, 각 밸브 구동장치의 전동 모터의 제어에 의해 다양한 동작 특성을 부여할 수 있으므로, 캠의 윤곽은 그 전체 둘레에 걸쳐 볼록 곡면으로 구성된 것으로 하는 것이 바람직하다 (청구항 15). 캠의 윤곽에 부분적으로 오목 곡면, 즉 마이너스 곡률을 갖는 부분이 존재하면, 그 부분을 연마하기 위해 반경이 작은 지석을 사용할 필요가 생겨 캠의 대량 생산에 대한 적응성이 손상되기 때문이다.

상기 캠의 회전축에 영구 자석 또는 전자 코일 중 어느 한쪽이 설치되고, 상기 회전축 주위에 상기 영구 자석 또는 전자 코일 중 어느 다른 한쪽이 설치됨으로써, 상기 캠의 회전축이 상기 전동 모터의 회전축으로 이용될 수도 있다 (청구항 16). 이 경우에는, 전동 모터의 회전축 (출력축) 으로부터 캠의 회전축으로의 회전 전달용 기어열 등이 불필요해진다. 따라서, 밸브 구동장치의 높이를 억제할 수 있다.

다음으로, 상기 동력 전달기구가 링크를 이용하여 상기 전동 모터의 회전 운동을 상기 개폐 운동으로 변환시키는 경우 (청구항 17), 본 발명의 밸브 구동시스템은 또한 다음과 같은 태양을 포함할 수 있다.

상기 동력 전달기구는 상기 전동 모터에 의해 회전 구동되는 회전부재와 상기 회전부재의 회전 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 회전부재와 자유롭게 회전할 수 있게 연결되는 동시에, 상기 밸브에도 자유롭게 회전 운동할 수 있게 연결된 링크부를 구비할 수도 있다 (청구항 18). 이 경우에는, 회전부재의 회전 운동을 링크부에 의해 밸브의 직선적인 개폐 운동으로 변환시킬 수 있다. 전동 모터를 1 회전 미만의 범위에서 교대로 정전 (正轉) 및 역전시킨 경우에는, 그 정/역전을 행하는 회전각의 증감에 따라 밸브의 리프트량을 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 링크부는 상기 회전부재에 자유롭게 회전할 수 있게 연결되는 제 1 링크와 상기 제 1 링크에 대하여 소정의 제한 범위 내에서 슬라이딩할 수 있게 연결되는 동시에, 상기 밸브와 자유롭게 회전 운동할 수 있게 연결된 제 2 링크를 구비할 수도 있다 (청구항 19). 이 경우에는, 회전부재와 제 1 링크의 연결점이 밸브측에 접근하는 방향으로 회전하는 과정에서는 제 1 링크와 제 2 링크가 서로 맞닿은 상태 (즉, 링크부재로서의 전체 길이가 가장 짧아지는 상태) 에서 일체적으로 작동하여 회전부재의 회전 운동이 밸브가 개방되는 동작으로 변환된다. 한편, 회전부재와 제 1 링크부재의 연결점이 밸브에서 멀어지는 방향으로 회전하는 경우에는 그 회전 도중에 밸브가 폐쇄되고, 또한 회전부재와 제 1 링크의 연결점이 밸브에서 멀어지면 제 1 링크에 대하여 제 2 링크가 연장되어 밸브가 폐쇄된 상태로 회전부재가 회전한다. 그래서, 전동 모터가 회전되어도 밸브는 작동하지 않는 불감대라고도 할 수 있는 영역이 생긴다. 이와 같은 불감대 영역을 형성함으로써, 링크와 회전부재나 밸브의 연결점에서의 미끄럼 속도가 상승하여 이들 미끄럼 부분의 오일막 형성이 촉진되어 마찰이나 마모가 경감된다. 그래서, 전동 모터가 발생시킬 토크가 감소되어 전동 모터의 속도 제어도 쉬워진다.

또, 상기 동력 전달기구는 상기 전동 모터에 의해 회전 구동되는 회전부재, 상기 회전부재의 회전 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 회전부재와 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 1 링크, 상기 제 1 링크 및 상기 밸브와 각각 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 2 링크 및, 상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크의 연결점 위치를 변화시키는 위치 조정수단을 구비할 수도 있다 (청구항 20). 이 경우에는, 회전부재의 회전 운동이 제 1 링크를 통해 제 2 링크에 전달되어 제 2 링크가 제 1 링크와의 연결점 주위에서 요동한다. 이 제 2 링크의 요동 운동이 밸브에 대하여 직선적인 개폐 운동으로 변환되어 전달된다. 그리고, 제 1 링크와 제 2 링크의 연결점 위치를 변화시킴으로써, 회전부재와 제 1 링크의 연결점으로부터 제2 링크와 밸브의 연결점까지의 거리를 변화시키고, 그럼으로써 밸브의 리프트량을 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 밸브 구동시스템은 동력 전달기구가 캠 또는 링크 중 어느 하나를 이용할지에 관계없이 다음과 같은 태양을 포함할 수 있다.

즉, 본 발명의 밸브 구동시스템은 상기 복수개의 밸부 구동장치 중 어느 하나의 밸브 구동장치의 전동 모터가 공기압 조정용 펌프의 구동원으로 이용될 수도 있다 (청구항 21). 이 경우에는, 밸브 구동장치의 전동 모터가 특정 지점의 공기압 조정용 구동원으로 겸용되므로, 부품 점수의 삭감을 도모할 수 있다.

상기 펌프의 구동원으로 이용되는 전동 모터는 복수개의 밸브 구동장치 중에서 적절하게 선택해도 된다. 바람직한 일례에서는 상기 기통의 배열 방향에 관해 가장 외측에 배치된 기통의 밸브를 구동시키는 전동 모터가 상기 공기압 조정용 펌프의 구동원으로 이용된다 (청구항 22). 이와 같은 전동 모터의 더 외측은 다른 전동 모터가 배치되지 않은 오픈 스페이스가 되기 때문에, 다른 기통에 대응한 전동 모터보다 펌프의 설치나 펌프에 회전 운동을 취출하기 위한 기구의 설치를 비교적 쉽게 할 수 있다. 또, 감속시 등에 일부 기통에서 연소를 정지시키는 기통 감소 운전을 실시하는 내연기관에서는, 그와 같은 기통 감소의 대상 (즉, 연소 정지의 대상) 이 되는 기통 이외의 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키는 전동 모터를 펌프의 구동원으로 이용하는 것이 바람직하다. 기통 감소 운전시에도 펌프를 작동시켜 원하는 공기압을 얻을 수 있기 때문이다.

공기압 조정용 펌프는 여러가지 목적에서 사용되어도 된다. 바람직한 일례에서는, 상기 펌프가 차량의 브레이크 부스터용 마이너스압을 생성하는 수단으로 설치된다 (청구항 23). 이 경우에는, 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키기 위한 전동 모터에 의해 브레이크 부스터에 적절한 마이너스압을 작용시킬 수 있다. 따라서, 내연기관의 흡기계에서 충분한 마이너스압을 얻을 수 없는 경우, 예컨대 층형성 연소를 실현하여 스로틀 밸브의 개방도를 크게 설정하는 통내 분사식, 또는 희박 혼합기 연소방식의 내연기관의 경우나 스로틀 밸브 대신에 흡기 밸브의 개구 면적 (리프트량과 작용각의 곱) 에 의해 흡입 공기량을 크게 제어하는 내연기관에서는, 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키는 전동 모터에 의해 마이너스압 생성용 펌프를 구동시킨다는 실용적 가치는 크다.

또, 내연기관의 연소 에너지를 이용하여 시동을 행하는 경우, 예컨대 내연기관의 정지 상태에서 팽창 행정에 있는 특정한 기통에서 연소를 발생시키고, 그 연소에서 얻은 에너지를 이용하여 내연기관을 시동시키는 경우에는, 그 특정한 기통에 공기를 충전시키기 위한 펌프를 본 발명의 밸브 구동장치의 전동 모터로 구동시킬 수도 있다. 이 경우, 펌프로부터 기통에 공기를 이송하거나, 펌프에서 이송되는 공기를 탱크 내에 일단 축적하고 시동시에 그 탱크로부터 특정한 기통에 공기를 이송하도록 할 수도 있다. 또한, 브레이크 부스터와 같이 마이너스압이 필요한 지점을 펌프의 흡입측과 접속시키고 그 펌프의 토출측을 탱크와 접속시켜 압력을 축적하고, 그 축적된 압력을 시동시에 특정한 기통으로의 공기 충전 등에 사용하도록 할 수도 있다. 이와 같은 태양에서는, 펌프가 마이너스압의 생성수단 및 공기압을 축적하기 위한 수단으로 겸용된다.

본 발명의 밸브 구동시스템에서는, 상기 내연기관의 헤드 커버의 상면측 외부에 상기 전동 모터의 적어도 일부가 노출될 수도 있다 (청구항 24). 이와 같이 하면 전동 모터를 헤드 커버 밖의 공기와 접촉시켜 전동 모터로부터의 방열을 촉진시킬 수 있다. 그리고, 전동 모터의 사용 온도영역을 낮추어 고온시의 출력 저하를 회피시켜 정격 출력이 보다 작은 전동 모터를 사용할 수 있게 된다.

내연기관의 헤드 커버는 동력 전달기구의 캠이나 링크의 기구 부분을 수용하는 공간을 덮어 이들 기구 부분에서 공급되는 윤활유의 비산을 방지하는 커버로 기능한다. 그 때문에, 전동 모터의 전기적인 커넥터부와 같이 고온이나 오일이 비산되는 열악한 환경에 대한 적응성이 낮은 부분은 헤드 커버 내에 배치해야 하는 것은 아니다. 이와 같은 부분을 헤드 커버 밖으로 노출시킨다면 전동 모터가 설치된 환경에서 기인되어 전동 모터에 문제점이 발생하는 빈도를 저하시키고, 그럼으로써 본 발명의 밸브 구동시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 밸브 구동시스템에서는, 상기 전동 모터가 상기 내연기관의 헤드 커버의 외부로 드러내여져 상기 헤드 커버의 상면에 배치될 수도 있다 (청구항 25). 그럼으로써, 전동 모터가 헤드 커버의 내부로부터 격리되어 전동 모터를 헤드 커버 내의 고온이나 오일의 분위기로부터 최대한 보호할 수 있다. 또, 전동 모터의 방열 효과도 높아진다.

또한, 전동 모터의 적어도 일부를 헤드 커버의 외부에 노출시킨 경우에, 상기 내연기관은 상기 복수개의 기통의 배열 방향을 차량의 좌우 방향에 일치시키고, 또 크랭크실측보다 실린더 헤드측이 차량 전방으로 변위되도록 앞측으로 기울인 상태에서 상기 차량에 탑재될 수도 있다 (청구항 26). 이와 같이 내연기관을 탑재하면, 차량 전진시에 내연기관 주위로 흘러드는 공기를 헤드 커버 밖으로 향해 있는 전동 모터의 노출 부분에 적극적으로 쐬게 하여 전동 모터의 냉각 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 밸브 구동시스템에서는, 상기 전동 모터를 냉각시키는 냉각수단을 구비하도록 할 수도 있다 (청구항 27). 전동 모터를 적극적으로 냉각시킴으로써, 전동 모터의 출력 저하가 발생하는 사용 온도영역의 상승을 회피시켜 보다 소형인 전동 모터로도 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동시키기 위해 충분한 출력을 발생시킬 수 있다.

냉각수단은 여러가지 형태로 구성해도 된다. 그 일례로서 상기 전동 모터 주위에 냉각수 통로가 형성되고, 그 냉각수 통로가 상기 내연기관의 냉각수의 순환 경로 일부에 포함됨으로써 상기 냉각수단이 구성될 수도 있다 (청구항 28). 이와 같은 냉각수단에 의하면, 내연기관의 냉각수를 이용하여 전동 모터를 강제적으로 냉각시킬 수 있기 때문에, 주위 공기와의 열 교환과 비교하여 전동 모터를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 특히, 상기 냉각수 방열용 라디에이터의 냉각수 출구와 상기 내연기관의 냉각수 입구 사이에 상기 전동 모터 주위의 상기 냉각수 통로가 배치된 경우 (청구항 29) 에는, 내연기관과의 사이에서 열 효과를 행하기 전의 온도가 가장 낮은 영역의 냉각수가 전동 모터 주위에 유도된다. 그래서, 냉각수에 의한 전동 모터의 냉각 효과를 최대한 높일 수 있다.

또, 상기 냉각수단으로 상기 전동 모터의 회전축 상에 팬이 설치될 수도 있다 (청구항 30). 이 경우에는, 전동 모터 자체의 출력을 이용하여 전동 모터 주위에 공기 흐름을 형성하고, 그럼으로써 전동 모터의 냉각 효율을 높일 수 있다.

또한, 헤드 커버 밖으로 전동 모터의 적어도 일부를 노출시키는 경우에는, 추가로 내연기관의 헤드 커버의 상측에 상기 전동 모터의 커넥터부를 노출시키고, 각 커넥터부에 접속되는 개별 단자부, 소정의 모터 제어회로와 접속되는 집합 단자부 및, 이들 단자부를 연결하는 전기적 배선이 공통된 기판 위에 형성된 배선부재를 각 개별 단자부가 상기 커넥터부와 전기적으로 접속되도록 하여 상기 헤드 커버 위에 설치될 수도 있다 (청구항 31). 이와 같은 구성에 의하면, 배선부재를 헤드 커버 위에 상기와 같이 장착하는 것만으로 집합 단자부로부터 각 전동 모터의 커넥터부로의 전기적 배선을 완료할 수 있다. 배선부재도 헤드 커버 위에 노출되어 있으므로, 각 전동 모터로의 배선 경로가 헤드 커버 내의 고온에 노출되지 않고 전류의 열 손실이 방지되어 전동 모터의 실제 출력이 향상된다.

또, 이상으로 설명한 캠을 이용하는 경우의 바람직한 태양 (청구항 5∼16) 은, 내연기관의 흡기용 또는 배기용 밸브를 구동시키기 위한 내연기관의 밸브 구동장치로서, 회전 운동을 발생시키는 구동원으로서의 전동 모터와 상기 전동 모터의 회전 운동을 캠을 통해 구동 대상인 밸브의 개폐 운동으로 변환시켜 전달하는 동력 전달기구가 설치된 내연기관의 밸브 구동장치의 발명에서 바람직한 태양으로 파악될 수도 있다. 또한, 링크를 이용하는 경우의 바람직한 태양 (청구항 18∼20) 은, 내연기관의 흡기용 또는 배기용 밸브를 구동시키기 위한 내연기관의 밸브 구동장치로서, 회전 운동을 발생시키는 구동원으로서의 전동 모터와 상기 전동 모터의회전 운동을 캠을 통해 구동 대상인 밸브의 개폐 운동으로 변환시켜 전달하는 동력 전달기구가 설치된 내연기관의 밸브 구동장치의 발명에서 바람직한 태양으로 파악될 수도 있다. 그리고, 이들 밸브 구동장치에 관한 발명에는 추가로 청구항 21∼29의 기술적 특징이 부가될 수도 있다.

발명의 실시형태

[제 1 실시형태]

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 밸브 구동시스템이 설치된 내연기관 (1) 을 나타내고 있다. 내연기관 (1) 은 복수개 (도면에서는 4개) 의 실린더 (기통: 2‥‥2) 가 한 방향으로 배열되어 있고, 각 실린더 (2) 에 피스톤 (3) 이 자유롭게 상하 운동할 수 있게 장착된 다기통 직렬식 가솔린 엔진으로 구성되어 있다. 각 실린더 (2) 의 상측에는 2개의 흡기 밸브 (4) 및 2개의 배기 밸브 (5) 가 각각 설치되어 있고, 이들 흡기 밸브 (4) 및 배기 밸브 (5) 가 피스톤 (3) 의 상하 운동에 연동되어 밸브 구동시스템 (10) 에 의해 개폐 구동됨으로써, 실린더 (2) 로의 흡기 및 실린더 (2) 로부터의 배기가 행해진다.

밸브 구동시스템 (10) 은 각 실린더 (2) 의 흡기측에 하나씩 설치된 밸브 구동장치 (11A‥‥11A) 와 각 실린더 (2) 의 배기측에 하나씩 설치된 밸브 구동장치 (11B‥‥11B) 를 구비하고 있다. 이들 밸브 구동장치 (11A, 11B) 는 모두 캠을 이용하여 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시키는 것이다. 밸브 구동장치 (11A) 의 구성은 서로 동등하고, 밸브 구동장치 (11B) 의 구성 역시 서로 동등하다. 도 2는 하나의 실린더 (2) 에 대응하여 설치된 흡기용 및 배기용 밸브구동장치 (11A, 11B) 를 나타내고 있다. 또, 밸브 구동장치 (11A, 11B) 는 서로 유사한 구성을 갖고 있으며, 먼저 흡기측 밸브 구동장치 (11A) 에 대해서 설명한다.

흡기측 밸브 구동장치 (11A) 는 구동원으로서의 전동 모터 (이하, 모터라고 함: 12) 와 모터 (12) 의 회전 운동을 흡기 밸브 (4) 의 직선적인 개폐 운동으로 변환시키는 동력 전달기구 (13) 를 구비하고 있다. 모터 (12) 에는 회전 속도를 제어할 수 있는 DC 브러시리스 모터 등이 사용된다. 모터 (12) 에는 그 회전 위치를 검출하기 위한 레졸바, 로터리 인코더 등의 위치 검출 센서가 내장되어 있다.

동력 전달기구 (13) 는 하나의 캠축 (14A), 모터 (12) 의 회전 운동을 캠축 (14A) 에 전달하는 기어열 (15), 흡기 밸브 (4) 를 구동시키는 로커 아암 (16) 및, 캠축 (14A) 과 로커 아암 (16) 사이에 개재된 밸브 특성 조정기구 (17) 를 구비하고 있다. 캠축 (14A) 은 실린더 (2) 마다 독립적으로 설치되어 있다. 바꿔 말하면, 실린더 (2) 마다 캠축 (14A) 은 나뉘어져 있다. 기어열 (15) 은, 모터 (12) 의 출력축 (도시 생략) 에 장착된 모터 기어 (18) 의 회전을 중간 기어 (19) 를 통해 캠축 (14A) 과 일체로 된 캠 구동 기어 (20) 에 전달함으로써 모터 (12) 에 동기하여 캠축 (14A) 을 회전시킨다.

도 3 및 도 4에도 나타낸 바와 같이 캠축 (14A) 에는 단일한 캠 (21A) 이 일체로 회전할 수 있게 설치되어 있다. 캠 (21A) 은 캠축 (14A) 과 동축인 베이스 원의 일부를 팽창시킨 판 캠의 1 종류로서 형성되어 있다. 모든 밸브 구동장치 (11A) 사이에서 캠 (21A) 의 프로파일 (외부 둘레의 윤곽) 은 서로 동등하다. 캠 (21A) 의 프로파일은 그 전체 둘레에 걸쳐 마이너스 곡률이 발생하지 않도록, 즉 반경 방향 외측으로 볼록 곡면을 그리도록 설정되어 있다.

로커 아암 (16) 은 지지축 (22) 을 중심으로 요동할 수 있게 설치되어 있다. 흡기 밸브 (4) 는 밸브 스프링 (23) 에 의해 로커 아암 (16) 측으로 탄성 지지되고, 그럼으로써 흡기 포트의 밸브 시트 (도시 생략) 에 흡기 밸브 (4) 가 밀착되어 흡기 포트가 폐쇄된다. 로커 아암 (16) 의 타단부는 어저스터 (24) 와 접하고 있다. 어저스터 (24) 가 로커 아암 (16) 의 타단부를 밀어 올림으로써, 로커 아암 (16) 은 그 일단부가 흡기 밸브 (4) 의 상단부와 접촉된 상태로 유지된다.

밸브 특성 조정기구 (17) 는 캠 (21A) 의 회전 운동을 로커 아암 (16) 에 요동 운동으로 전달하는 중개수단으로서 기능하는 동시에, 캠 (21A) 의 회전 운동과 로커 아암 (16) 의 요동 운동의 상관 관계를 변경함으로써, 흡기 밸브 (4) 의 리프트량 및 작용각을 변화시키는 리프트량 및 작용각 변경수단으로서도 기능한다.

도 5에 나타낸 바와 같이 밸브 특성 조정기구 (17) 는 지지축 (30), 이 지지축 (30) 의 중심부를 관통하여 배치된 조작축 (31), 지지축 (30) 상에 배치된 제 1 링 (32) 및, 그 양측에 배치된 2개의 제 2 링 (33, 33) 을 구비하고 있다. 지지축 (30) 은 내연기관 (1) 의 실린더 헤드 등에 고정적으로 장착된다. 조작축 (31) 은 액추에이터 (도시 생략) 에 의해 지지축 (30) 에 대하여 축선 방향 (도 6의 R 방향 및 F 방향) 으로 왕복 구동된다. 제 1 링 (32) 및 제 2 링 (33) 은 지지축 (30) 에 대하여 축선 방향으로 슬라이딩할 수 있으며 둘레 방향으로 요동할수 있게 지지되고 있다. 제 1 링 (32) 의 외부 둘레에는 롤러 종동절 (34) 이 자유롭게 회전할 수 있게 장착되고, 제 2 링 (33) 의 외부 둘레에는 노즈 (35) 가 형성되어 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이 지지축 (30) 의 외부 둘레에는 슬라이더 (36) 가 설치되어 있다. 슬라이더 (36) 는 그 둘레 방향으로 연장된 긴 구멍 (36c) 이 조작축 (31) 에 장착된 핀 (37) 과 맞물림으로써, 지지축 (30) 에 대하여 조작축 (31) 과 일체로 축선 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 또, 지지축 (30) 에는 핀 (37) 의 축선 방향의 이동을 허용하는 축선 방향의 긴 구멍 (도시 생략) 이 형성되어 있다. 슬라이더 (36) 의 외부 둘레에는 제 1 헬리컬 스플라인 (36a) 과 이것이 사이에 오도록 배치된 제 2 헬리컬 스플라인 (36b, 36b) 이 일체로 형성되어 있다. 제 2 헬리컬 스플라인 (36b) 의 트위스트 방향은 제 1 헬리컬 스플라인 (36a) 의 트위스트 방향에 대하여 반대 방향이다. 한편, 제 1 링 (32) 의 내부 둘레에는 제 1 헬리컬 스플라인 (36a) 과 맞물리는 헬리컬 스플라인 (32a) 이 형성되고, 제 2 링 (33) 의 내부 둘레에는 제 2 헬리컬 스플라인 (36b) 과 맞물리는 헬리컬 스플라인 (33a) 이 형성되어 있다.

도 4에서 알 수 있듯이 밸브 특성 조정기구 (17) 는 그 롤러 종동절 (34) 이 캠 (21A) 에, 노즈 (35) 가 각 흡기 밸브 (4) 에 대응하는 로커 아암 (16) 의 일단부에 각각 대향하도록 하여 내연기관 (1) 에 장착된다. 캠 (21A) 의 회전에 의해 롤러 종동절 (34) 이 노즈부 (21a) 와 접촉되어 밀려 내려가면, 롤러 종동절 (34) 을 지지하는 제 1 링 (32) 이 지지축 (30) 상에서 회전하고, 그 회전 운동이슬라이더 (36) 를 통해 제 2 링 (33) 에 전달되어 제 2 링 (33) 이 제 1 링 (32) 과 동일한 방향으로 회전한다. 이들 제 2 링 (33) 의 회전에 의해 노즈 (35) 가 로커 아암 (16) 의 일단부를 밀어 내리고, 그럼으로써 흡기 밸브 (4) 가 밸브 스프링 (23) 에 대항하여 하측으로 변위되어 흡기 포트가 개방된다. 노즈부 (21a) 가 롤러 종동절 (34) 을 넘어가면 밸브 스프링 (23) 의 힘에 의해 흡기 밸브 (4) 가 밀어 올려져 흡기 포트가 폐쇄된다. 이와 같이 해서 캠축 (14A) 의 회전 운동이 흡기 밸브 (4) 의 개폐 운동으로 변환된다.

또한, 밸브 특성 조정기구 (17) 에서는 조작축 (31) 을 축선 방향으로 변위시켜 도 6에 화살표시 R, F로 표시한 바와 같이 슬라이더 (36) 를 지지축 (30) 에 대하여 슬라이딩시키면, 제 1 링 (32) 과 제 2 링 (33) 이 둘레 방향에 대해 서로 반대 방향으로 회전한다. 슬라이더 (36) 를 화살표시 F 방향으로 이동시켰을 때에는, 제 1 링 (32) 이 화살표시 P 방향으로, 제 2 링 (33) 이 화살표시 Q 방향으로 각각 회전하여 롤러 종동절 (34) 과 노즈 (35) 의 둘레 방향의 간격이 증가한다. 한편, 슬라이더 (36) 를 화살표시 R 방향으로 이동시켰을 때에는, 제 1 링 (32) 이 화살표시 Q 방향으로, 제 2 링 (33) 이 화살표시 P 방향으로 각각 회전하여 롤러 종동절 (34) 과 노즈 (35) 의 둘레 방향의 간격이 감소한다. 롤러 종동절 (34) 과 노즈 (35) 의 간격이 증가할수록 노즈 (35) 가 로커 아암 (16) 을 밀어 내리는 양은 증가하고, 이에 따라 흡기 밸브 (4) 의 리프트량 및 작용각도 증가한다. 따라서, 도 6의 화살표시 F 방향으로 조작축 (31) 을 조작할수록 흡기 밸브 (4) 의 리프트량 및 작용각이 증가하게 된다.

이상과 같이 구성된 밸브 구동장치 (11A) 에 의하면, 모터 (12) 에 의해 캠축 (14A) 을 내연기관 (1) 의 크랭크축의 회전 속도의 절반 속도 (이하, 이를 기본 속도라고 함) 로 한 방향으로 연속적으로 구동시킴으로써, 크랭크축으로부터의 동력으로 밸브를 구동시키는 일반적인 기계식 밸브 구동장치와 동일하게, 크랭크축의 회전에 동기하여 흡기 밸브 (4) 를 개폐 구동시킬 수 있다. 또, 밸브 특성 조정기구 (17) 에 의해 흡기 밸브 (4) 의 리프트량 및 작용각을 변화시킬 수도 있다.

또한, 밸브 구동장치 (11A) 에 의하면, 모터 (12) 에 의한 캠축 (14A) 의 회전 구동 속도를 기본 속도에서 변화시킴으로써, 크랭크축의 위상과 캠축 (14A) 의 위상의 상대 관계를 변화시켜 흡기 밸브 (4) 의 동작 특성을 여러가지로 변화시킬 수 있다. 이 점을 도 7에 의해 설명한다. 또, 도 7의 표의 「리프트 형상」의 실선 및 가상선은 각각 밸브 구동장치 (11A) 에서 설정된 서로 다른 동작 특성을 각각 나타내고 있다. 또, 리프트 형상의 횡축은 크랭크축, 종축은 리프트량을 각각 나타내고 있다.

먼저, 도 7에 나타낸 동작 특성표의 ①에 나타낸 위상 변화와 ② 작용각 및 리프트량의 변화는 기계적인 밸브 구동장치에서도 실현할 수 있다. 예컨대, 크랭크축과 캠축의 위상을 어긋나게 함으로써, 동작 특성표의 ①에 나타낸 흡기 밸브의 위상 변화를 실현할 수 있다. 또, 밸브 특성 조정기구 (17) 를 이용하면 동작 특성표의 ②의 변화도 실현할 수 있다. 한편, 모터 (12) 에 의해 캠축 (14A) 을 구동시키는 경우에는, 캠축 (14A) 의 위상이 크랭크축의 위상의 제한을 받지 않는다. 따라서, 모터 (12) 에 의한 캠축 (14A) 의 회전 속도를 일시적으로 기본 속도보다 증감시킴으로써, 상기 ①의 위상의 변화는 쉽게 이를 실현할 수 있다. 또, 캠 (21A) 이 흡기 밸브 (4) 를 개방하는 도중에 모터 (12) 를 정지시키고, 그 다음에 모터 (12) 를 반대 방향으로 회전시킴으로써, 상기 ②의 동작 특성을 흡기 밸브 (4) 에 부여할 수도 있다.

이상과 같은 동작 특성의 변경에 추가하여 밸브 구동장치 (11A) 에 의하면, 추가로 도 7의 동작 특성표의 ③∼⑧에 나타낸 바와 같이 흡기 밸브 (4) 의 동작 특성을 변화시킬 수 있다. 표의 ③은 리프트량을 일정하게 유지한 상태에서 작용각을 변화시킨 예이다. 이와 같은 동작 특성의 변화는 흡기 밸브 (4) 가 개방되어 있는 동안에 캠축 (14A) 을 동기 속도보다 높은 속도로 구동시킴으로써 실현된다. 표의 ④는 작용각을 일정하게 유지하면서 리프트량을 변화시킨 예이다. 이와 같은 변화는 밸브 특성 조정기구 (17) 에 의해 리프트량을 변화시키는 한편, 밸브 특성 조정기구 (17) 의 리프트량 변화에 따른 작용각 변화를 없애도록 모터 (12) 에 의한 캠축 (14A) 의 회전 속도를 조정함으로써 실현된다.

표의 ⑤는 흡기 밸브 (4) 의 리프트 속도를 변화시킨 예이다. 예컨대, 캠축 (14A) 을 크랭크축의 절반 속도로 구동시켰을 때의 동작 특성이 ⑤의 실선으로 나타낸 바와 같았을 때에, 가상선으로 나타낸 동작 특성은 모터 (12) 에 의한 캠축 (14A) 의 구동 속도를 개방하는 과정에서 동축 속도보다 빠르고, 폐쇄하는 과정에서는 동기 속도보다 빨라지도록 제어함으로써 실현된다. 이와 같은 동작 특성을 부여함으로써, 흡기 밸브 (4) 를 빨리 개방하여 흡입 효율을 향상시키고, 또 흡기 밸브 (4) 를 폐쇄할 때에는 속도를 느리게 하여 시트에 닿았을 때 (흡기밸브 (4) 가 밸브 시트에 접할 때) 의 충격을 완화시킬 수 있다.

또, 표의 ⑤와 같은 동작 특성은 예컨대 캠 (21A) 의 프로파일을 조정함으로써 실현할 수도 있다. 그러나, 캠 (21A) 이 개방될 때의 최대 가속도를 크게 하면, 캠 (21A) 의 최소 곡률 반경이 작아지고, 경우에 따라서는 캠 (21A) 의 일부에 마이너스 곡률이 부여된 부분이 발생한다. 마이너스 곡률이 커지면 (즉, 곡률 반경이 작아지면), 캠 (21A) 의 외부 둘레면을 연마하는 지석의 반경을 감소시킬 필요가 있다. 그러나, 지석 반경이 작을수록 지석의 수명은 짧아지고 캠 (21A) 의 양산에 대한 적응성이 손상된다. 그래서, 상기와 같이 캠 (21A) 의 프로파일은 전체 둘레에 걸쳐 볼록 곡면으로 구성하고, 모터 (12) 의 구동 속도의 제어에 따라 흡기 밸브 (4) 의 개방 밸브 속도를 높임으로써, 캠 (21A) 의 양산에 대한 적응성을 높이면서 흡입 효율을 향상시킬 수 있다.

표의 ⑥은 원래대로라면 흡기 밸브 (4) 를 1회 개폐시켜야 할 기간에 흡기 밸브 (4) 를 2회로 나눠 개폐시킨 예이다. 이와 같은 동작 특성은 모터 (12) 에 의한 캠축 (14A) 의 회전 속도를 크랭크축과 동일 속도로 제어함으로써 실현된다. 이와 같은 동작을 흡기 밸브 (4) 에 부여함으로써, 내연기관 (1) 의 동작 사이클을 4 사이클과 2 사이클의 사이에서 전환할 수 있다. 표의 ⑦은 흡기 밸브 (4) 를 조기에 개방함으로써 내부 EGR을 실현하는 예이다. 단, 흡기 밸브 (4) 를 개방하기 시작한 후, 얼마 동안은 리프트량을 작게 유지하고 있다. 이와 같은 동작 특성은 캠축 (14A) 의 속도를 올려 흡기 밸브 (4) 의 개방 시기를 앞당긴 후, 캠축 (14A) 의 회전 속도를 미소한 속도까지 저하시키거나 또는 캠축(14A) 을 일시 정지시켜 리프트량의 증가를 억제하고, 이 상태를 소정 기간 계속한 후에 캠축 (14A) 의 속도를 증가시켜 리프트량을 증가시킴으로써 실현된다. 또한, 표의 ⑧은 캠축 (14A) 을 정지시켜 흡기 밸브 (4) 를 폐쇄한 상태로 유지하는 예이다. 또, 흡기 밸브 (4) 를 개방 상태로 유지할 수도 있다.

이와 같이 밸브 구동장치 (11A) 에 의하면, 모터 (12) 의 속도 제어와, 밸브 특성 조정기구 (17) 에 의한 리프트량 및 작용각 변경의 조합에 따라 여러가지 동작 특성을 흡기 밸브 (4) 에 부여할 수 있다. 또한, 밸브 구동장치 (11A) 는 실린더 (2) 마다 독립적으로 설치되어 있고 캠축 (14A) 도 실린더 (2) 마다 독립되어 있으므로, 흡기 밸브 (4) 의 동작 특성을 실린더 (2) 마다 독립적으로 최적의 상태로 설정할 수 있다. 그럼으로써, 각 흡기 밸브 (4) 의 동작 특성에 관한 자유도를 종래보다 높일 수 있다.

한편, 도 2에 나타낸 바와 같이 배기 밸브 (5) 의 밸브 구동장치 (11B) 에서는 밸브 구동장치 (11A) 와 달리 캠축 (14B) 에 2개의 캠 (21B) 이 설치되어 있고, 밸브 특성 조정기구 (17) 가 생략되어 있어 2개의 캠 (21B) 이 로커 아암 (16) 을 각각 직접 구동시킨다. 밸브 구동장치 (11B) 의 이들 이외의 부분은 밸브 구동장치 (11A) 와 공통되고, 이들 공통 부분의 설명은 생략한다. 캠 (21B) 의 프로파일은 캠 (21A) 과 동일하게 전체 둘레에 걸쳐 볼록 곡면으로 구성되어 있다. 배기 밸브 (5) 에 관해서도 밸브 구동장치 (11B) 의 모터 (12) 에 의한 캠축 (14B) 의 구동 속도를 여러가지 변화시킴으로써, 배기 밸브 (5) 의 위상이나 작용각을 여러가지로 변화시킬 수 있다. 밸브 구동장치 (11B) 도 실린더 (2) 마다 독립적으로 설치되어 있고 캠축 (14B) 도 실린더 (2) 마다 독립되어 있으므로, 배기 밸브 (5) 의 동작 특성을 실린더 (2) 마다 독립적으로 최적의 상태로 설정할 수 있다. 그럼으로써, 각 배기 밸브 (5) 의 동작 특성에 관한 자유도를 종래보다 높일 수 있다.

또, 배기측 밸브 구동장치 (11B) 에서는 밸브 특성 조정기구 (17) 가 생략되어 있어도 캠 (21B) 이 로커 아암 (16) 을 밀어 내리는 도중에 모터 (12) 를 정지시키고, 그 정지 위치로부터 캠축 (14B) 을 역전시킴으로써 배기 밸브 (5) 의 리프트량을 변화시킬 수 있다. 단, 그 경우의 최대 리프트량은 캠 (21B) 의 노즈부 (21b: 도 2) 가 로커 아암 (16) 을 넘어갈 때의 리프트량으로 제한된다. 이와 같은 모터 (12) 의 역전에 의한 리프트량의 제어는 상기 기술한 바와 같이 흡기측 밸브 구동장치 (11A) 에서도 실행할 수 있다.

본 실시형태의 밸브 구동시스템 (10) 은 흡기 밸브 (4) 와 배기 밸브 (5) 를 구동시키기 위한 상기 기술한 기본적 구성 이외에 몇가지 특징을 갖고 있다. 다음 순서대로 설명한다. 또, 다음에 설명하는 흡기측 밸브 구동장치 (11A) 의 각종 기구 또는 구조는 특별히 언급되지 않는 한 배기측 밸브 구동장치 (11B) 에도 설치되어 밸브 구동장치 (11A) 와 동일한 작용 효과를 발휘하는 것이다.

(토크 변동 억제기구에 대해서)

도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이 밸브 구동장치 (11A) 에는 토크 변동 억제기구 (40) 가 설치되어 있다. 토크 변동 억제기구 (40) 는 캠축 (14A) 이 실린더 (2) 마다 독립되어 있기 (바꿔 말하면 분단되어 있기) 때문에 설치된 것이다.캠축 (14A) 에는 캠 (21A) 의 노즈부 (21a) 가 밸브 스프링 (23) 의 압축에 의한 반력 (이하, 압축 반력이라고 함) 에 의해 가압됨으로써 토크가 작용한다. 복수개의 실린더 사이에서 캠축을 공용하는 일반적인 다기통식 내연기관에서는 동일한 캠축 상에 복수개의 캠이 형성되고, 각 캠의 노즈가 둘레 방향으로 어긋나 있다. 따라서, 각 캠을 통해 캠축에 작용하는 토크가 서로 상쇄하는 효과가 발생하여 토크의 변동은 억제된다. 그러나, 밸브 구동장치 (11A) 에서는 캠축 (14A) 이 실린더 (2) 마다 나뉘어져 있으므로, 어느 한 실린더 (2) 의 캠 (21A) 에 입력되는 토크의 변동을 다른 실린더 (2) 의 캠 (21A) 에 입력되는 토크에 의해 없앨 수 없다. 그래서, 각 밸브 구동장치 (11A) 에 토크 변동 억제기구 (40) 를 설치하고 있다.

토크 변동 억제기구 (40) 는 반위상 캠 (41) 과 토크 부하장치 (42) 를 구비하고 있다. 반위상 캠 (41) 은 중간축 (43) 에 의해 중간 기어 (19) 와 동축에 지지되어 중간 기어 (19) 와 일체로 회전할 수 있다. 반위상 캠 (41) 의 외부 둘레면은 캠면으로 구성되고, 이 캠면에는 중간축 (43) 의 축심과 동축인 원호를 그려 연장되는 원호부 (41a) 와 그 원호부 (41a) 보다 중심측으로 후퇴한 오목부 (41b) 가 형성되어 있다.

토크 부하장치 (42) 는 반위상 캠 (41) 의 외부 둘레면과 대향 배치된 하우징 (44), 이 하우징 (44) 으로부터 반위상 캠 (41) 으로 향하여 돌출될 수 있는 상태에서 하우징 (44) 에 수용된 리프터 (45) 및, 리프터 (45) 와 하우징 (44) 사이에 압축 상태로 장착되어 리프터 (45) 를 반위상 캠 (41) 의 외부 둘레면에 가압하는 스프링 (46) 을 구비하고 있다. 하우징 (44) 은 중간축 (43) 을 자유롭게 회전할 수 있게 지지하는 캡 (47) 에 고정되어 있다. 스프링 (46) 의 힘으로 리프터 (45) 의 선단이 반위상 캠 (41) 의 오목부 (41B) 의 사면에 가압됨으로써, 반위상 캠 (41) 에는 모터 (12) 에 의한 중간 기어 (19) 의 구동 방향과 동일 방향 또는 반대 방향의 토크가 리프터 (45) 로부터 부하된다.

도 9에서 알 수 있듯이 중간축 (43) 에 대한 반위상 캠 (41) 의 둘레 방향의 장착 위치는 흡기 밸브 (4) 의 리프트량이 최대가 되었을 때에, 즉 캠 (21) 의 노즈부 (21a) 가 도 9의 실선 위치에 도달하여 롤러 종동절 (34) 을 넘어갈 때에 리프터 (45) 가 오목부 (41b) 에 끼워넣어지도록 조정되어 있다. 이와 같이 캠 (21) 의 위상과 반위상 캠 (41) 의 위상의 관계를 설정함으로써, 밸브 스프링 (23) 의 압축 반력에 의해 발생되는 캠축 (14A) 의 구동 토크의 변동을 토크 부하장치 (42) 로부터 반위상 캠 (41) 에 부하되는 토크에 의해 억제할 수 있다. 이런 점을 도 10에 의해 설명한다.

도 10은 캠 (21A) 의 위상을 횡축으로, 모터 (12) 에서 캠 (21A) 까지의 구동 경로 상의 적당한 부재, 예컨대 캠축 (14A) 에 부하되는 토크를 종축으로 했을 때에, 밸브 스프링 (23) 측 및 토크 변동 억제기구 (40) 측으로부터 캠축 (14A) 에 각각 부하되는 토크의 크기 및 방향의 변화를 나타내고 있다. 단, 횡축은 토크=0을 나타내고, 캠축 (14A) 의 정전 방향 (도 9의 화살표시 C 방향) 과 반대 방향으로 부하되는 토크를 플러스 (+) 로, 캠축 (14A) 의 정전 방향으로 부하되는 토크를 마이너스 (-) 로 각각 나타내고 있다. 또, 도 10의 종축 위치는 흡기밸브 (4) 에 최대 리프트량이 부여되는 위치를 나타내고, 종축에서 우측으로 멀어질수록 도 9의 위치보다 캠 (21A) 가 정전 방향으로 어긋나고, 종축에서 좌측으로 멀어질수록 도 9의 위치보다 캠 (21A) 이 역전 방향으로 어긋나는 것을 나타낸다.

먼저, 도 10에 실선으로 나타낸 바와 같이 밸브 스프링 (23) 측으로부터 캠축 (14A) 에 부하되는 토크는 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치에서 거의 0이고, 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 역전 방향으로 어긋나 있을 때에는 플러스 값, 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 정전 방향으로 어긋나 있을 때에 마이너스 값이 된다. 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 역전 방향으로 어긋나 있는 상태에서는 밸브 스프링 (23) 의 압축 반력이 캠 (21A) 을 역전시키도록 작용하고, 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 정전측으로 어긋난 상태에서는 밸브 스프링 (23) 의 압축 반력이 캠 (21A) 을 정전시키도록 작용하기 때문이다.

한편, 도 10에 파선으로 나타낸 바와 같이 반위상 캠 (41) 측으로부터 캠축 (14A) 에 부하되는 토크는 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치 부근에서 거의 0이고, 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 역전 방향으로 어긋났을 때에 마이너스 값, 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 정전 방향으로 어긋났을 때에 플러스 값이 된다. 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 역전 방향으로 어긋난 상태에서 리프터 (45) 가 오목부 (41b) 에 들어가 있으면, 스프링 (46) 의 힘이 리프터 (45) 를 통해 반위상 캠 (41) 을 캠 (21A) 의 정전 방향에 대응하는 방향 (도 9의 화살표시 D 방향) 으로 누르도록 작용하고,캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치보다 정전 방향으로 어긋난 상태에서 리프터 (45) 가 오목부 (41b) 에 들어가 있으면, 스프링 (46) 의 힘이 리프터 (45) 를 통해 반위상 캠 (41) 을 캠 (21A) 의 역전 방향에 상당하는 방향으로 누르도록 작용하기 때문이다.

이와 같이 밸브 스프링 (23) 측으로부터 부하되는 토크와 반위상 캠 (41) 측으로부터 부하되는 토크는 서로 반대 방향으로 작용한다. 따라서, 밸브 스프링 (23) 의 반력에서 기인되는 캠축 (14A) 의 구동 토크의 변동을 토크 변동 억제기구 (40) 에 의해 억제할 수 있다. 또, 캠축 (14A) 의 회전 속도가 상승함에 따라 캠 (21A) 의 구동 경로 상에 배치된 각 부재의 관성력이 증대하여 밸브 스프링 (23) 의 반력에서 기인되는 토크 변동은 상대적으로 작아진다. 한편, 토크 변동 억제기구 (40) 에서는 캠축 (14A) 의 회전 속도가 상승할수록 반위상 캠 (41) 이 리프터 (45) 를 반경 방향 외측으로 가압하는 힘이 커진다. 그럼으로써, 스프링 (46) 이 반위상 캠 (41) 에 부하하는 토크가 작아져 상기 기술한 밸브 스프링 (23) 측으로부터 부하되는 토크의 감소와의 정합성이 유지된다. 추가로, 리프터 (45) 와 반위상 캠 (41) 사이에 작용하는 수직 항력이 작아지므로, 리프터 (45) 와 반위상 캠 (41) 사이에 작용하는 마찰 저항이 감소한다.

이상으로 설명한 바와 같이 토크 변동 억제기구 (40) 를 설치함으로써, 각 밸브 구동장치 (11A) 의 캠축 (14A) 의 구동 토크의 변동을 억제하고, 그럼으로써 모터 (12) 의 필요 출력을 경감시켜 모터 (12) 의 소형화, 경량화를 도모할 수 있다. 모터 (12) 는 실린더 (2) 마다 2개씩 설치되므로, 특히 실린더 (2) 의 수가 늘어난 경우에는 토크 변동 억제기구 (40) 를 설치한 효과는 현저하다. 또, 고속 회전시에는 밸브 구동장치 (11A) 내에서 발생하는 마찰 저항을 줄임으로써 연비의 악화를 억제할 수 있다.

또, 토크 변동 억제기구 (40) 의 구성은 일례로서 여러가지 변경이 가능하다. 예컨대, 반위상 캠 (41) 은 중간 기어 (19) 대신에 모터 기어 (18) 또는 캠 구동 기어 (20) 와 동축에 설치할 수도 있다. 모터 (12) 로부터 캠축 (14A) 까지의 회전 전달 경로의 어느 한 위치에 토크 변동 억제기구 (40) 로부터 토크를 부하할 수 있으면 된다.

(캠축의 지지 구조에 대해서)

도 3에 나타낸 바와 같이 캠축 (14A) 의 양단에는 축 지지부 (50,50) 가 캠 (21A) 과 일체 회전할 수 있게 형성되어 있다. 이들 축 지지부 (50,50) 가 베어링 (도시 생략) 에 끼워맞춰짐으로써, 캠축 (14A) 이 실린더 헤드 위에 자유롭게 회전할 수 있게 지지된다. 축 지지부 (50) 의 외부 둘레면에는 축 지지부 (50) 의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 확대부 (51) 와 확대부 (51) 보다 좁은 축소부 (52) 가 형성되어 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이 확대부 (51) 는 노즈부 (21a) 에 대하여 반대측인 소정 범위 E에 형성되어 있다. 소정 범위 E는 도 9에서는 거의 180°로 설정되어 있다. 이와 같이 확대부 (51) 를 형성한 경우에는, 흡기 밸브 (4) 에 최대 리프트량을 부여하는 위치에 캠 (21A) 이 이동했을 때에, 밸브 스프링의 반력에 의해 캠축 (14A) 에 부하되는 화살표시 G 방향의 하중이 축 지지부 (50) 의 확대부(51) 를 통해 캠축 (14A) 의 베어링에 수용되게 된다.

캠축 (14A) 의 축 지지부 (50) 의 확대부 (51) 가 베어링과 접하는 경우에는, 축소부 (52) 가 베어링과 접하는 경우보다 접촉 범위가 확대되어 캠축 (14A) 과 그 베어링 사이에 작용하는 마찰 저항이 커진다. 한편, 도 10에서도 알 수 있듯이 캠 (21A) 이 최대 리프트량을 부여하는 위치 근방까지 구동되면, 밸브 스프링 (23) 의 반력에 의해 발생되는 캠축 (14A) 의 토크가 캠 (21A) 의 회전 방향에 상관없이 0을 향하여 변화한다. 이와 같은 토크 감소에 대응하여 마찰 저항이 증가함으로써, 캠축 (14A) 의 회전에 제동 작용이 발생하고 그럼으로써 캠축 (14A) 의 구동 토크의 변동을 경감시킬 수 있다.

또, 캠축 (14A) 과 베어링 사이의 마찰 저항의 조정은 축 지지부 (50) 의 지지 범위 (면적) 의 변화에 한정되지 않고, 축 지지부 (50) 표면의 마찰 계수를 변화시킴으로써 실현할 수도 있다. 마찰 계수의 변화는 예컨대 마찰 저항을 증가 또는 감소시키는 물리적 또는 화학적인 표면 처리, 마찰 저항이 다른 부재의 고착 등의 수단에 의해 실현할 수 있다.

(캠축의 질량 균형의 조정에 대해서)

도 9에 나타낸 바와 같이 캠축 (14A) 에는 캠 (21A) 에 대하여 윤활유를 공급하기 위한 급유 구멍 (53) 이 형성되어 있다. 급유 구멍 (53) 은 캠축 (14A) 의 회전 중심 (RC) 에 대하여 캠 (21A) 의 노즈부 (21a) 측으로 편심되어 있다. 이와 같이 급유 구멍 (53) 을 편심시킨 이유는 다음과 같다.

밸브 구동장치 (11A) 에서는, 실린더 (2) 마다 캠축 (14A) 이 독립되어 있으므로, 캠축 (14A) 의 회전 중심 (RC) 에 관한 캠 (21A) 의 질량 불균형을 다른 실린더 (2) 용의 캠 (21A) 의 질량 불균형에 의해 상쇄하여 캠축 (14A) 의 무게 중심을 회전 중심 (RC) 에 맞출 수 없다. 회전 중심 (RC) 을 사이에 두고 노즈부 (21a) 의 반대측에 균형 유지용 웨이트를 부착한 경우에는 캠축 (14A) 전체의 관성 모멘트가 증가하여 모터 (12) 의 필요 출력이 증가한다. 그래서, 급유 구멍 (53) 을 편심시킴으로써, 관성 모멘트를 증가시키지 않고 회전 중심 (RC) 둘레의 캠축 (14A) 의 질량 불균형을 저감시킨 것이다. 이와 같이 해서 질량 불균형을 억제함으로써, 모터 (12) 의 필요 출력을 경감시켜 모터 (12) 의 소형 경량화를 도모할 수 있다.

또, 캠축 (14A) 의 질량 불균형은 급유 구멍 (53) 의 편심 이외의 수단에 의해서도 실현할 수 있다. 예컨대, 캠 (21A) 의 폭을 노즈부 (21a) 측에서 감소시키고, 캠축 (14A) 의 회전 중심 (RC) 보다 노즈부 (21a) 측의 표면에 노치를 형성하는 등의 수단에 의해서도 캠축 (14A) 의 회전 중심 (RC) 둘레의 질량 불균형을 수정할 수 있다.

(마이너스압 발생장치의 설치에 대해서)

도 11에 나타낸 바와 같이 밸브 구동시스템 (10) 의 어느 한 밸브 구동장치 (11A: 단, 밸브 구동장치 (11B) 일 수도 있음) 에는 마이너스압 생성장치 (60) 가 설치되어 있다. 마이너스압 생성장치 (60) 는 내연기관 (1) 이 흡기계에서 충분한 마이너스압을 얻을 수 없는 경우에 바람직하게 사용된다. 예컨대, 통 내 직분식 내연기관과 같이 저속시의 스로틀 개방도가 비교적 크게 제어되는 경우 또는 스로틀 밸브가 생략되어 흡기 밸브의 리프트량 제어 등에 의해 흡입 공기량이 조정되는 경우에 마이너스압 생성장치 (60) 가 설치된다. 또, 마이너스압 생성장치 (60) 는 내연기관 (1) 을 시동시키는 힘을 스타터 모터에 의존하지 않고 실린더 (2) 내의 연료 혼합기의 연소에 의해 얻도록 한 경우에 필요한 실린더 (2) 로의 시동 착화용 공기 충전에 적합한 구성도 구비하고 있다. 다음에, 상세하게 설명한다.

도 11의 마이너스압 생성장치 (60) 는 진공 펌프 (61), 클러치 (62) 및 펌프 기어 (63) 를 구비하고 있다. 도 12에 나타낸 바와 같이 진공 펌프 (61) 의 회전부 (61a) 는 전자 클러치 (62) 의 샤프트 플랜지부 (62a) 와 일체로 회전할 수 있게 연결되어 있다. 진공 펌프 (61) 의 펌프 하우징 (61b) 은 내연기관 (1) 의 예컨대 실린더 헤드 위에 고정적으로 지지된다. 펌프 기어 (63) 는 모터 기어 (18) 와 맞물려지는 동시에, 전자 클러치 (62) 의 디스크부 (62b) 와 일체적으로 샤프트 플랜지부 (62a) 위를 자유롭게 회전할 수 있으며 축 방향으로 이동할 수 있다. 샤프트 플랜지부 (62a) 에는 전자 코일 (62c) 및 아마추어 (62d) 가 일체로 장착되어 있다. 전자 코일 (62c) 의 여자에 의해 아마추어 (62d) 와 디스크부 (62b) 가 흡착되어 펌프 기어 (64) 로부터 펌프 회전부 (61a) 로의 회전 전달 경로가 접속되고, 모터 (12) 에 의해 진공 펌프 (61) 가 구동된다.

진공 펌프 (61) 의 흡기 포트 (61c) 는 브레이크 부스터 (64) 와 접속되고, 진공 펌프 (61) 의 배기 포트 (61d) 는 축압 탱크 (65) 와 접속되어 있다. 축압 탱크 (65) 에는 탱크 내압을 소정 이하로 제한하는 릴리프 밸브 (66) 및 탱크내압을 검출하는 압력 센서 (67) 가 설치되어 있다. 축압 탱크 (65) 는 추가로 제어 밸브 (68) 를 통해 내연기관 (1) 의 실린더 (2) 에 접속되어 있다. 브레이크 부스터 (64) 에도 그 내부의 압력을 검출하는 압력 센서 (69) 가 설치되어 있다.

이상과 같은 마이너스압 생성장치 (60) 에 의하면, 압력 센서 (69) 가 검출하는 브레이크 부스터 (64) 의 압력이 소정값 이상으로 상승하거나, 또는 압력 센서 (67) 가 검출하는 축압 탱크 (65) 의 압력이 소정값 이하로 저하한 경우에, 전자 클러치 (62) 에 통전되어 모터 (12) 로 진공 펌프 (61) 를 구동시킴으로써, 브레이크 부스터 (64) 내의 마이너스압을 적정 범위로 유지하고 또 축압 탱크 (65) 내에 소정 수준 이상의 압력을 축적해 둘 수 있다. 그리고, 내연기관 (1) 의 시동시에 제어밸브 (68) 를 개방함으로써, 시동에 필요한 공기를 실린더 (2) 내에 충전할 수 있다.

또, 마이너스압 생성장치 (60) 의 진공 펌프 (61) 는 밸브 구동시스템 (10) 을 구성하는 밸브 구동장치 (11A 또는 11B) 의 어느 하나에 의해서도 구동할 수 있다. 단, 모터 (12) 근방의 빈 공간을 고려하면, 실린더 (2) 의 배열 방향에 관해서 가장 외측에 배치된 밸브 구동장치 (11A 또는 11B) 의 모터 (12) 로부터 진공 펌프 (61) 에 회전을 취출하도록 하는 것이 바람직하다 (도 14 참조). 또, 내연기관 (1) 이 일부의 실린더 (2) 에서의 연소를 정지시키는 기통 감소 운전을 실시할 때에는, 그와 같은 연소 정지의 대상이 되지 않는 실린더 (2) 에 대응된 밸브 구동장치 (11A 또는 11B) 에 마이너스압 생성장치 (60) 를 설치하면 된다.

이상과 같은 마이너스압 생성장치 (60) 에 의하면, 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시키는 모터 (12) 로 진공 펌프 (61) 를 구동시키므로, 마이너스압 생성이나 실린더 (2) 로의 공기 충전용에 별도 구동원을 형성할 필요가 없는 이점이 있다. 또, 마이너스압 생성과 공기 충전 (또는 축압) 을 공통된 진공 펌프 (61) 로 행하므로, 이들 처리를 각각의 펌프 (61) 로 행하는 경우보다 부품 정수가 삭감되어 부품 장착에 필요한 공간도 삭감된다.

또, 마이너스압 생성용 펌프와 축압 탱크 (66) 에 압력을 축적하기 위한 펌프를 별도로 설치하고, 이들 펌프를 동일하거나 또는 서로 다른 전동 모터 (12) 로 구동시키도록 할 수도 있다. 마이너스압 생성 또는 축압 탱크의 압력 충전의 어느 하나만을 목적으로 펌프를 설치할 수도 있다.

(모터의 장착 구조에 대해서)

도 13에 나탄내 바와 같이 모터 (12) 는 내연기관 (1) 의 헤드 커버 (7) 의 외부 상면에 장착되어 있다. 도 14는 헤드 커버 (70) 위에서의 모터 (12) 의 배치를 나타내는 평면도, 도 15는 그 측면도이다. 또, 도 14의 좌우 방향이 실린더 (2) 의 배열 방향에 상당한다. 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이 흡기측 및 배기측 모터 (12) 는 헤드 커버 (70) 위에 실린더 (2) 마다 설치된 점화 코일부 (71‥‥71) 를 사이에 두고 대향하도록 설치되어 있다. 점화 코일부 (71) 는 점화 플러그 (도시 생략) 에 고압 전류를 공급하기 위한 것이다. 밸브 구동장치 (11A, 11B) 각각의 캠축 (14A, 14B) 으로부터 로커 아암 (16) 까지의 기구 부분은 헤드 커버 (70) 의 내부에 수용되어 있다. 기어열 (15) 을 구성하는 중간기어 (19) 의 상부가 헤드 커버 (70) 의 개구부 (70a) 로부터 상측으로 돌출되어 각 모터 (12) 의 모터 기어 (18) 와 맞물려 있다.

도 15에 나타낸 바와 같이 각 모터 (12) 는 전기적인 결선을 행하기 위한 커넥터 (12a) 를 헤드 커버 (70) 바로 위를 향하는 방향 (도 15의 화살표시 K 방향) 에 대하여 각 실린더 (2) 의 중심측, 바꿔 말하면 점화 코일부 (71) 측에 얼마간 기울인 상태에서 헤드 커버 (70) 에 장착되어 있다. 도 14에도 나타낸 바와 같이 각 커넥터 (12a) 는 배선 부재로서의 모터 버스바 (72) 와 접속되어 있다. 모터 버스바 (72) 는 모터 구동용 인버터 회로 (도시 생략) 와 접속되는 집합 단자부 (72a), 집합 단자부 (72a) 로부터 헤드 커버 (70) 의 중앙으로 연장되는 간선부 (72b), 간선부 (72b) 와 교차하며 흡기측 및 배기측 모터 (12) 사이를 실린더 (2) 의 배열 방향을 따라 연장되는 분배부 (72c) 및, 분배부 (72c) 로부터 각 모터 (12) 로 향하여 연장되는 지지선부 (72d) 를 구비하고 있다. 간선부 (72b), 분배부 (72c) 및 지지선부 (72d) 는 적당한 강성을 갖는 기판에 구리제 패턴 배선을 설치하여 구성되어 있고, 그 패턴 배선에 의해 집합 단자부 (72a) 와 개별 단자부 (72e) 가 전기적으로 접속된다.

모든 모터 (12) 를 헤드 커버 (70) 위에 장착한 후, 모터 버스바 (72) 를 각 지지선부 (72d) 의 선단이 각 모터 (12) 의 커넥터 (12a) 에 끼워지도록 하여 헤드 커버 (70) 에 장착함으로써, 집합 단자부 (72a) 와 모든 모터 (12) 의 커넥터부 (12a) 가 전기적으로 접속된다. 그리고, 집합 단자부 (72a) 에 인버터 회로 (도시 생략) 로부터의 배선의 커넥터부를 장착함으로써, 각 모터 (12) 에 대한 전기적인 접속이 완료된다.

도 13에 나타낸 바와 같이 내연기관 (1) 은 실린더 (2) 의 배열 방향을 차량의 좌우 방향과 일치시킨, 이른바 가로 배치 자세로 차량 앞부분의 엔진 룸 (73) 에 탑재되어 있다. 차량 전진시 (화살표시 H 방향) 에 엔진 룸 (73) 에 수용된 냉각풍을 모터 (12) 에 효율적으로 쐬게 하기 위하여, 내연기관 (1) 은 헤드 커버 (70) 측을 크랭크실측보다 차량 전방으로 변위시킨 앞경사 상태에서 엔진 룸 (73) 에 장착되어 있다.

도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이 모터 (12) 의 외부 둘레에는 워터 자켓 (75) 이 장착되어 있다. 워터 자켓 (75) 에는 냉각수 통로 (76) 가 형성되어 있다. 냉각수 통로 (76) 는 모터 (12) 주위를 골고루 둘러 싸고, 그 입구 (76a) 는 내연기관 (1) 의 냉각수로부터 열을 빼앗기 위한 라디에이터 (74: 도 13 참조) 의 냉각수 출구와 접속되고, 냉각수 통로 (76) 의 출구 (76b) 는 내연기관 (1) 의 냉각수 입구와 접속된다. 즉, 모터 (12) 주위에는 라디에이터 (74) 에 의해 냉각된 후에 내연기관 (1) 에서 가열되기 전의 가장 차가운 냉각수 (W) 가 도입된다. 그럼으로써, 모터 (12) 의 냉각 효과를 높일 수 있다. 또한, 도 17에 나타낸 바와 같이 모터 (12) 의 후단 (모터 기어 (18) 가 장착된 측에 대한 반대측) 에는 모터 (12) 의 출력축과 일체로 회전하는 팬 구동축 (12b) 이 돌출되고, 그 팬 구동축 (12b) 에는 냉각용 팬 (77) 이 장착되어 있다. 그럼으로써, 모터 (12) 자체의 회전에 의해 모터 (12) 가 냉각된다.

이상과 같은 구성에 의하면, 엔진 룸 (73) 의 열이나 모터 자체의 발열에 의한 모터 (12) 의 온도 상승을 억제하고, 모터 (12) 의 출력을 충분히 확보하면서 모터 (12) 의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 모터 버스바 (72) 도 헤드 커버 (70) 밖으로 노출되고, 또 집합 단자부 (72a) 로부터 모터 (12) 의 커넥터부 (12a) 까지의 배선 거리도 비교적 짧다. 따라서, 모터 (12) 에 관한 배선 부분의 열 손실이나 발열이 억제되어 모터 (12) 의 실제 출력이 증가한다.

헤드 커버 (70) 의 내부에 수용된 캠축 (14A, 14B) 으로부터 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 에 걸친 기구 부분에는 윤활유가 공급되고, 헤드 커버 (70) 는 이러한 윤활유의 비산을 방지하는 커버로서 기능한다. 따라서, 헤드 커버 (70) 의 외부에 모터 (12) 를 설치한 경우에는 모터 (12) 를 윤활유로부터 보호하는 효과도 얻을 수 있다.

또, 워터 자켓 (75) 에는 모터 (12) 의 커넥터부 (12a) 를 노출시키기 위한 개구부 노치부 또는 슬릿 등을 형성할 필요가 있다. 각 모터 (12) 의 냉각수 통로 (76) 는 라디에이터 (74) 에 대하여 직렬로 접속되거나 병렬로 접속될 수도 있다.

이상과 같은 실시형태에서는 실린더 (2) 마다 밸브 구동장치 (11A 및 11B) 를 설치했는데, 흡기 밸브 (4) 및 배기 밸브 (5) 의 개방 동작의 시기가 중복되지 않는 2 이상의 실린더 (2) 사이에서는 캠축 (14A, 14B) 을 공용하고, 동일한 모터 (12) 에 의해 이들 흡기 밸브 (4) 및 배기 밸브 (5) 를 구동시킬 수도 있다. 예컨대, 직렬 4 기통식 내연기관 (1) 이면 흡기 밸브 (4) 및 배기 밸브 (5) 의 개방 시기가 크랭크각으로 360°어긋나 있는 실린더 (2) 끼리 사이에서 전동 모터(12) 및 캠축 (14A, 14B) 을 공용할 수 있다.

또, 전동 모터 (12) 를 헤드 커버 (71) 의 외부에 완전히 노출시키는 예에 한정되지 않고, 전동 모터 (12) 의 일부를 헤드 커버 (71) 의 외부에 노출시키도록 할 수도 있다. 그와 같은 일부가 노출되는 구성이어도 냉각 효과나 버스바 (72) 를 이용한 배선 구조는 적용할 수 있다.

[제 2 실시형태]

도 18 및 도 19는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 밸브 구동장치 (11C) 를 나타내고 있다. 이 밸브 구동장치 (11C) 는 링크를 이용하여 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시키는 것이다. 여기서는, 흡기 밸브 (4) 를 구동시키는 것으로 설명하는데, 배기 밸브 (5) 를 구동시키는 경우도 동일한 구성이어도 된다.

밸브 구동장치 (11C) 는 구동원으로서의 전동 모터 (12) 와 이 모터 (12) 의 회전 운동을 흡기 밸브 (4) 의 개폐 운동으로 변환시키는 동력 전달기구 (100) 를 구비하고 있다. 동력 전달기구 (100) 는 모터 (12) 에 의해 회전 구동되는 회전부재로서의 편심 플레이트 (101), 편심 플레이트 (101) 의 회전 중심에서 편심된 연결 위치에 연결 핀 (102) 을 통해 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 1 링크 (103) 및, 흡기 밸브 (4) 의 상단부에 연결 핀 (104) 을 통해 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 2 링크 (105) 를 구비하고 있다. 편심 플레이트 (101) 와 제 1 링크 (103) 는 모터 (12) 의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환시키는 크랭크 기구로서 기능하고, 제 1 링크 (103) 및 제 2 링크 (105) 의 조합이 링크부를 구성한다.

제 1 링크 (103) 의 선단에는 가이드통 (106) 이 설치되고, 그 내부에는 코일 스프링 (107) 및 이를 가압하는 슬라이더 (108) 가 수용되어 있다. 코일 스프링 (107) 은 슬라이더 (108) 를 가이드통 (106) 의 내부 단면에 가압되도록 얼마간 압축된 상태에서 가이드통 (106) 의 내부에 수용되어 있다. 그리고, 제 2 링크 (105) 의 선단은 가이드통 (106) 의 내부에 삽입되어 슬라이더 (108) 와 연결되어 있다. 그럼으로써, 동력 전달기구 (100) 는 링크 기구의 1 종류인 슬라이더 크랭크 기구로서 구성되어 있다.

다음으로, 밸브 구동장치 (11C) 의 동작을 설명한다. 먼저, 편심 플레이트 (101) 와 제 1 링크 (103) 의 연결 위치가 도 19 (a) 에 가상선으로 나타낸 기준 위치에 있을 때에 흡기 밸브 (4) 가 밸브 시트 (VS) 에 밀착되고 슬라이더 (108) 가 가이드통 (106) 의 내부 상단에 닿아 있는 것으로 하면, 그 기준 위치에서 편심 플레이트 (101) 를 도 19의 시계 방향 (화살표시 CW 방향) 으로 회전시킴으로써, 가이드통 (106) 으로 슬라이더 (108) 를 밀어 내리고, 그 움직임을 제 2 링크 (105) 를 통해 흡기 밸브 (4) 에 전달하여 흡기 밸브 (4) 를 개방할 수 있다. 이 경우의 흡기 밸브 (4) 의 밸브 시트 (VS) 로부터의 리프트량 (L) 은 기준 위치로부터의 편심 플레이트 (101) 의 회전각 θa에 상관하여 도 19 (b) 에 나타낸 바와 같이 회전각 θa를 크게 하면 리프트량 (L) 도 증가한다.

한편, 도 19 (c) 에 나타낸 바와 같이 기준 위치에서부터 편심 플레이트 (101) 를 반시계 방향 (화살표시 CCW 방향) 으로 회전시킨 경우에는, 슬라이더 (108) 가 코일 스프링 (107) 을 수축시키면서 가이드통 (106) 으로부터 멀어진다.그래서, 흡기 밸브 (4) 가 밸브 스프링 (23) 의 힘에 의해 밸브 시트 (VS) 에 가압된 상태에서 편심 플레이트 (101) 가 반시계 방향 (화살표시 CCW 방향) 으로 회전한다. 이와 같은 반시계 방향의 회전은 연결 핀 (102, 104) 사이의 거리가 기준 위치에서의 연결 핀 (102, 104) 사이의 거리와 일치할 때까지 계속할 수 있다. 바꿔 말하면, 편심 플레이트 (101) 의 회전 중심과 연결 핀 (104) 의 중심을 연결하는 직선 (도 10에서는 일점 쇄선으로 나타냄) 위에 연결 핀 (102) 의 중심이 이동했을 때에 연결 핀 (102, 104) 의 거리는 최대가 되기 때문에, 이 위치를 극단 위치로 하고, 극단 위치에서 기준 위치까지의 편심 플레이트 (101) 의 회전각을 θb로 하면, 극단 위치에서 반시계 방향과 동등한 각도 θb 만큼 편심 플레이트 (101) 가 회전될 때까지는 슬라이더 (108) 가 가이드통 (106) 에 대하여 슬라이딩하고, 흡기 밸브 (4) 는 밸브 스프링 (23) 의 힘으로 밸브 시트 (VS) 에 밀착한 상태 (리프트량 (L) =0인 상태) 로 유지할 수 있다. 또, 연결 핀 (102) 이 극단 위치로 이동했을 때의 코일 스프링 (107) 의 높이가 밀착 높이보다 크게 확보되도록 가이드통 (106) 의 길이를 정해 둘 필요가 있다.

이상에서 알 수 있듯이 도 18 및 도 19의 밸브 구동장치 (11C) 에서는, 모터 (12) 에 의해 편심 플레이트 (101) 를 기준 위치에서 시계 방향으로 θa, 반시계 방향으로 2θb 이내의 범위에서 왕복 회전시킴으로써, 회전각 θa에 알맞는 리프트량 (L) 으로 흡기 밸브 (4) 를 개폐 구동시킬 수 있다. 또, 흡기 밸브 (4) 를 개폐시킬 때의 모터 (12) 의 회전 속도를 변화시킴으로써, 흡기 밸브 (4) 의 작용을 변화시킬 수도 있다.

또한, 흡기 밸브 (4) 를 폐쇄한 상태로 모터 (12) 를 회전시키는 범위 (극단 위치에서 좌우로 θb의 범위) 를 형성하고 있으므로, 모터 (12) 를 비교적 넓은 범위에서 왕복 회전 (요동) 시킬 수 있다. 따라서, 편심 플레이트 (101) 에서 흡기 밸브 (4) 에 이르는 동안의 미끄럼 부분 (핀 (102, 104) 에 의한 베어링 부분과 슬라이더 (108) 의 슬라이딩 부분) 의 미끄럼 속도가 상승하고, 이들 미끄럼 부분의 오일막 형성이 촉진되어 마찰이나 마모가 경감된다. 그래서, 모터 (12) 가 발생시킬 토크가 감소되어 모터 (12) 의 속도 제어도 쉬워진다.

이상에서는 밸브 구동장치 (11C) 가 단일한 흡기 밸브 (4) 를 구동시키는 것으로 했는데, 밸브 구동장치 (11C) 는 동일한 실린더 (2) 에 대응된 복수개의 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시킬 수 있다. 또, 밸브 구동장치 (11C) 는 제 1 실시형태의 밸브 구동장치 (11A 및 11B) 와 동일하게 서로 다른 실린더 (2) 의 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시키도록 하여 하나의 내연기관 (1) 에 복수개 사용된다.

[제 3 실시형태]

도 20은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 밸브 구동장치 (11D) 를 나타내고 있다. 이 밸브 구동장치 (11D) 도 링크를 이용하여 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시키는 것이다. 여기서는, 흡기 밸브 (4) 를 구동시키는 것으로 설명하는데, 배기 밸브 (5) 를 구동시키는 경우도 동일한 구성이어도 된다. 또, 도 20에서 도 18에 나타낸 밸브 구동장치 (11D) 와 공통되는 부분에는 동일 부호를 붙인다.

도 20의 밸브 구동장치 (11D) 는 구동원으로서의 전동 모터 (12) 와 이 모터 (12) 의 회전 운동을 흡기 밸브 (4) 의 개폐 운동으로 변환시키는 동력 전달기구 (110) 를 구비하고 있다. 동력 전달기구 (110) 는 모터 (12) 에 의해 회전 구동되는 편심 플레이트 (101) 와 편심 플레이트 (101) 의 회전 중심에서 편심된 연결 위치에 연결 핀 (102) 을 통해 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 1 링크 (111), 제 1 링크 (111) 및 흡기 밸브 (4) 의 상단부에 각각 연결 핀 (114, 115) 을 통해 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 2 링크 (112), 일단이 연결 핀 (116) 을 통해 제 2 링크 (112) 에 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 3 링크 (113) 및, 제 3 링크 (113) 의 타단측과 편심 플레이트 (117) 를 통해 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 컨트롤 축 (118) 을 구비하고 있다. 편심 플레이트 (101) 와 제 1 링크 (111) 는 모터 (12) 의 회전 운동을 왕복 운동으로 변환시키는 크랭크 기구로서 기능한다. 컨트롤 축 (118) 은 액추에이터 (도시 생략) 에 의해 회전 구동됨으로써 둘레 방향에 관해 적절한 분해능으로 위치 조정할 수 있다.

이상과 같이 구성된 밸브 구동장치 (11D) 에서는, 컨트롤 축 (118) 을 둘레 방향에 관해 일정한 위치로 유지한 상태에서 모터 (12) 에 의해 편심 플레이트 (101) 를 한 방향으로 연속적으로 회전시킴으로써, 흡기 밸브 (4) 를 왕복 회전시킬 수 있다. 또, 도 20 (b) 및 도 20 (c) 의 대비에서 알 수 있듯이 흡기 밸브 (4) 가 밸브 시트 (VS) 에 밀착된 상태에서 컨트롤 축 (118) 을 회전시켜 제 3 링크 (113) 를 통해 연결 핀 (116) 의 위치를 변화시킴으로써, 연결 핀 (114) 의 위치가 변화되어 연결 핀 (102) 의 위상과 연결 핀 (102) 에서 연결 핀 (105) 까지의거리의 상관 관계가 변화된다. 그럼으로써, 흡기 밸브 (4) 의 리프트량을 변화시킬 수 있다.

이와 같이 도 20의 예에서는 모터 (12) 를 한 방향으로 연속 회전시키는 구성으로서, 모터 (12) 의 회전 방향 전환이 필요하지 않기 때문에, 특히 고회전시에 모터 (12) 를 쉽게 제어할 수 있다는 이점이 있다.

이상과 같은 밸브 구동장치 (11D) 도 동일한 실린더 (2) 에 대응된 복수개의 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시킬 수 있다. 또, 밸브 구동장치 (11D) 는 제 1 실시형태의 밸브 구동장치 (11A 및 11B) 와 동일하게 서로 다른 실린더 (2) 의 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시키도록 하여 하나의 내연기관 (1) 에 복수개 사용된다.

[제 4 실시형태]

도 21 및 도 22는 본 발명의 제 4 실시형태의 밸브 구동장치 (11E) 를 나타내고 있다.

밸브 구동장치 (11E) 는 캠을 이용하여 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 를 구동시키는 점에서 상기 기술한 밸브 구동장치 (11A, 11B) 와 공통되지만, 캠축 (120) 을 전동 모터 (121) 의 일부로서 기능시키는 점에서 다르다. 즉, 밸브 구동장치 (11E) 에서는 캠축 (120) 의 하나의 캠 (122, 122) 사이에 영구 자석 (123) 이 매입되는 동시에, 캠축 (120) 주위에 전자 코일 (124) 이 배치됨으로써 캠축 (120) 을 회전축 (출력축) 으로 이용한 전동 모터 (121) 가 구성되어 있다. 캠 (122) 으로부터 흡기 밸브 (4) 또는 배기 밸브 (5) 에 이르는 구성은 일반적인캠식 밸브 구동장치와 동일할 수도 있다.

이와 같이 캠축 자체를 전동 모터의 회전축으로 이용하면, 도 2의 기어열 (15) 을 생략할 수 있다. 그럼으로써, 흡기 밸브 (4) 및 배기 밸브 (5) 의 상측에 필요한 공간을 삭감하여 밸브 구동장치를 포함한 내연기관의 전체 높이의 증가를 억제할 수 있다. 또, 도 23에 나타낸 바와 같이 캠축 (120) 에 전자 코일 (124) 을 매입하고, 그 외부 둘레에 영구 자석 (123) 을 배치하여 전동 모터 (121) 를 구성할 수도 있다.

본 발명은 상기 기술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술적 범위에 포함되는 한에서 여러가지 형태에서 실시해도 된다. 예컨대, 상기 기술한 제 1 실시형태에서 설명한 마이너스압 생성장치 및 전동 모터 (12) 의 장착 구조에 관한 각종 특징은 링크를 이용한 제 2 및 제 3 실시형태에서도 적용할 수 있다.

이상으로 설명한 바와 같이 본 발명의 내연기관의 밸브 구동시스템에 의하면, 복수개의 기통의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 복수개의 밸브 구동장치에 의해 각각 서로 독립적으로 개폐 구동시킬 수 있으므로, 각 기통의 밸브의 동작 특성에 관한 자유도를 높일 수 있고, 모터의 회전 운동을 캠 또는 링크를 이용하여 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 개폐 운동으로 변환시키므로, 나사 기구를 이용하는 경우와 비교하여 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 효율적으로 구동시킬 수 있다.

Claims

복수개의 기통을 구비한 내연기관에 적용되며 각 기통에 설치된 흡기용 또는 배기용 밸브를 구동시키기 위한 내연기관의 밸브 구동시스템으로서,

상기 내연기관의 서로 다른 기통의 상기 밸브를 각각 구동시키도록 설치된 복수개의 밸브 구동장치를 구비하고, 각 밸브 구동장치에는, 회전 운동을 발생시키는 구동원으로서의 전동 모터와 상기 전동 모터의 회전 운동을 캠 또는 링크를 통해 구동 대상인 밸브의 개폐 운동으로 변환시켜 전달하는 동력 전달기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 구동시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 밸브 구동장치가 기통마다 독립적으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 1 항에 있어서, 각 기통의 흡기 밸브 및 배기 밸브에 대하여 각각 독립적으로 상기 밸브 구동장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 동력 전달기구는 캠을 이용하여 상기 전동 모터의 회전 운동을 상기 개폐 운동으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 캠의 위상과 상기 밸브의 리프트량 및 작용각의 적어도 어느 한쪽과의 상관 관계를 변화시키는 밸브 특성 조정기구를 상기 밸브 구동장치가 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 밸브측으로부터 상기 캠에 부가되는 토크의 변동을 억제하는 토크 변동 억제기구를 상기 밸브 구동장치가 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 토크 변동 억제기구는 상기 전동 모터로부터 상기 캠으로의 동력 전달 경로에 형성된 회전부재에 대하여 상기 캠에 부가되는 토크의 변동을 제거하는 방향의 역 (逆) 토크를 부가하는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 토크 변동 억제기구는 상기 회전부재의 외부 둘레에 형성된 캠면과, 상기 캠면과 대향 배치된 리프터와, 상기 리프터를 상기 캠면에 가압하는 스프링수단을 구비하고 있고, 상기 회전부재의 상기 캠면의 윤곽은 상기 캠에 의한 상기 밸브의 리프트량이 최대가 되는 위치에서 상기 리프터와의 상기 캠면과의 접촉 위치가 상기 회전부재의 반경 방향 중심측으로 가장 후퇴하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 캠의 회전축에는 캠 지지용 베어링과 자유롭게 회전할 수 있게 끼워맞춘 축 지지부가 설치되고, 상기 축 지지부의 상기 베어링에 대한 접촉 범위에서 발생되는 마찰 저항에 영향을 미치는 인자가 상기 캠의 회전축의 둘레 방향에 관해 불균일하게 설정됨으로써, 상기 축 지지부와 상기 베어링을 상기 토크 변동 억제기구로서 기능시키는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 인자로서 상기 캠의 회전축의 축선 방향에 관한 상기 접촉 범위의 폭이 불균일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 마찰 저항이 커지는 부분이 상기 캠의 노즈부에 대하여 상기 캠의 회전축의 회전 중심을 사이에 두고 반대측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 캠의 회전축에는 상기 캠에 의해 초래되는 상기 회전축의 회전 중심에 관한 회전 질량의 불균형을 상쇄시키는 균형 조정수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 균형 조정수단으로 상기 캠의 회전축에는 상기 회전 중심보다도 상기 캠의 노즈부측으로 편심된 위치에 상기 회전축의 질량을 감소시키는 삭제부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 삭제부로서 상기 캠의 회전축의 상기 회전 중심보다도 상기 노즈부측으로 편심된 구멍부가 형성되고, 상기 구멍부가 상기 캠에 대한 급유 구멍으로 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캠의 윤곽이 전체 둘레에 걸쳐 볼록 곡면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캠의 회전축에 영구 자석 또는 전자 코일 중 어느 한쪽이 설치되고, 상기 회전축 주위에 상기 영구 자석 또는 전자 코일 중 어느 다른 한쪽이 설치됨으로써, 상기 캠의 회전축이 상기 전동 모터의 회전축으로 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동력 전달기구는 링크를 이용하여 상기 전동 모터의 회전 운동을 상기 개폐 운동으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 17 항에 있어서, 상기 동력 전달기구는 상기 전동 모터에 의해 회전 구동되는 회전부재와, 상기 회전부재의 회전 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 회전부재와 자유롭게 회전할 수 있게 연결되는 동시에, 상기 밸브에도 자유롭게 회전운동할 수 있게 연결된 링크부를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 18 항에 있어서, 상기 링크부는 상기 회전부재에 자유롭게 회전할 수 있게 연결되는 제 1 링크와 상기 제 1 링크에 대하여 소정의 제한 범위 내에서 슬라이딩할 수 있게 연결되는 동시에, 상기 밸브와 자유롭게 회전 운동할 수 있게 연결된 제 2 링크를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 17 항에 있어서, 상기 동력 전달기구는 상기 전동 모터에 의해 회전 구동되는 회전부재, 상기 회전부재의 회전 중심으로부터 편심된 위치에서 상기 회전부재와 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 1 링크와, 상기 제 1 링크 및 상기 밸브와 각각 자유롭게 회전할 수 있게 연결된 제 2 링크와, 상기 제 1 링크와 상기 제 2 링크의 연결점 위치를 변화시키는 위치 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 밸브 구동장치 중 어느 하나의 밸브 구동장치의 전동 모터가 공기압 조정용 펌프의 구동원으로 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 21 항에 있어서, 상기 기통의 배열 방향에 관해 가장 외측에 배치된 기통의 밸브를 구동시키는 전동 모터가 상기 공기압 조정용 펌프의 구동원으로 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 21 항에 있어서, 상기 펌프가 차량의 브레이크 부스터용 마이너스압을 생성하는 수단으로 설치된 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 1 항 내지 제 14 항에 있어서, 상기 내연기관의 헤드 커버의 상면측 외부에 상기 전동 모터의 적어도 일부가 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 24 항에 있어서, 상기 전동 모터가 상기 내연기관의 헤드 커버의 외부로 드러나 상기 헤드 커버의 상면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 24 항에 있어서, 상기 내연기관은 상기 복수개의 기통의 배열 방향을 차량의 좌우 방향에 일치시키고, 또한 크랭크실측보다도 실린더 헤드측이 차량의 전방으로 변위되도록 앞으로 경사시킨 상태에서 상기 차량에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전동 모터를 냉각시키는 냉각수단을 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 27 항에 있어서, 상기 전동 모터 주위에 냉각수 통로가 형성되고, 그 냉각수 통로가 상기 내연기관의 냉각수의 순환 경로 일부에 포함됨으로써 상기 냉각수단이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 28 항에 있어서, 상기 냉각수 방열용 라디에이터의 냉각수 출구와 상기 내연기관의 냉각수 입구 사이에 상기 전동 모터 주위의 상기 냉각수 통로가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 27 항에 있어서, 상기 냉각수단으로 상기 전동 모터의 회전축 상에 팬이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.
제 24 항에 있어서, 내연기관의 헤드 커버의 상측에 상기 전동 모터의 커넥터부를 노출시키고, 각 커넥터부에 접속되는 개별 단자부와, 소정의 모터 제어회로와 접속되는 집합 단자부와, 이들 단자부를 연결하는 전기적 배선이 공통된 기판 위에 형성된 배선부재가 각 개별 단자부를 상기 커넥터부와 전기적으로 접속시키도록 하여 상기 헤드 커버 위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 구동시스템.