KR20060004998A

KR20060004998A - 엔진의 밸브 작동 장치

Info

Publication number: KR20060004998A
Application number: KR1020057022620A
Authority: KR
Inventors: 노리아키 후지이; 아키유키 요네카와; 가츠노리 나카무라
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2006-01-16
Also published as: CA2526183A1; WO2004109078A1; CA2526183C; US20070028875A1; US7444966B2; EP1628007A1; EP1628007A4; KR100797497B1; MY137962A; TW200504276A; TWI269833B

Abstract

밸브 리프트 가변 기구를 갖춘 엔진의 밸브 작동 장치는, 수동 변속기의 시프트다운 미스 등에 의해 엔진 회전수가 허용 회전수를 넘어 증가할 가능성이 있을 때에, 밸브(19)의 개방각을 변화시키지 않고서 리프트량을 감소시킨다. 이에 따라, 밸브(19)의 리프트 곡선의 꼭대기부의 곡률을 작게 하여 밸브(19)에 작용하는 관성력을 저하시킴으로써, 밸브(19)의 부정 운동을 방지할 수 있다. 더구나 밸브(19)의 리프트량의 감소에 의해 흡입 공기량의 증가를 방지하고, 또한 엔진 브레이크가 잘 들지 않게 되는 것을 방지함으로써, 엔진 회전수를 감소시켜 밸브(19)의 부정 운동이 촉진되는 것을 방지할 수 있다.

Description

엔진의 밸브 작동 장치{VALVE MOVING DEVICE FOR ENGINE}

본 발명은, 밸브의 리프트량을 변화시키는 밸브 리프트 가변 기구를 갖춘 엔진의 밸브 작동 장치에 관한 것이다.

엔진의 밸브 이동 기구는, 엔진 회전수의 제곱에 비례하여 증가하는 밸브의 관성력을 극복하기 위해서, 밸브 스프링이 발생시키는 하중으로 밸브를 밸브 폐쇄 방향으로 압박할 필요가 있다. 수동 변속기의 시프트다운 미스 등에 의해 엔진 회전수가 허용 회전수를 넘은 경우에, 밸브가 부정(不正) 운동하여 밸브 이동 기구가 손상되는 것을 방지하기 위해서는, 상기 허용 회전수를 실현하는 데에 필요한 밸브 스프링의 하중을 상회하는 하중이 필요하게 된다. 그래서, 밸브 이동 기구의 손상을 방지하기 위해서, 밸브 스프링의 하중을 증가시키거나 밸브 이동 기구의 강도를 증가시키면, 중량이나 비용이 증가하는 문제가 있다.

일본 특허 공개 평8-232693호 공보에 기재된 엔진의 밸브 작동 장치는, 밸브의 리프트량을 변화시키지 않고 개방각을 증가시킴으로써, 밸브의 관성력을 감소시켜 부정 운동의 발생 방지를 도모하고 있다.

그러나 상기 종래의 밸브 작동 장치는, 엔진 회전수가 증가하여 밸브의 부정 운동이 발생하려고 되면, 밸브의 관성력을 감소시키기 위해서 밸브의 리프트량을 변화시키지 않고 개방각을 증가시키기 때문에, 원래 엔진 회전수를 저하시키고 싶어도, 흡입 공기량이 증가함에 따라 엔진 회전수가 증가해 버려, 밸브의 부정 운동이 촉진되어 버릴 가능성이 있었다. 또한 밸브의 개방각을 증가시키면 엔진 브레이크의 기능이 저하하기 때문에, 유효한 제동 효과를 얻을 수 없어 밸브의 부정 운동을 억제할 수 없을 가능성이 있었다.

본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 엔진 회전수가 허용 회전수를 넘어 증가할 가능성이 있을 때에, 밸브의 부정 운동을 효과적으로 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 밸브의 리프트량을 변화시키는 밸브 리프트 가변 기구를 갖춘 엔진의 밸브 작동 장치로서, 밸브 리프트 가변 기구는, 엔진 회전수가 증가함에 따라 밸브의 부정 운동이 발생하는 영역에서는, 밸브의 리프트 곡선의 꼭대기부의 곡률이 상기 부정 운동이 발생하지 않는 곡률로 되도록, 밸브의 리프트량을 작게 하는 것을 제1의 특징으로 한다.

이러한 제1의 특징에 따르면, 엔진 회전수가 증가하여 밸브의 부정 운동이 발생할 가능성이 있을 때에 밸브의 리프트량을 작게 하기 때문에, 밸브의 리프트 곡선의 꼭대기부의 곡률을 작게 하여 밸브에 작용하는 관성력을 저하시킴으로써 밸 브의 부정 운동을 방지할 수 있다. 더구나 밸브의 리프트량의 감소에 의해 흡입 공기량의 증가를 방지하고, 또한 엔진 브레이크가 잘 들지 않게 되는 것을 방지함으로써, 엔진 회전수를 감소시켜 밸브의 부정 운동이 촉진되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 제1의 특징의 구성에 더하여, 상기 밸브 리프트 가변 기구는, 밸브의 개방각을 변화시키지 않으면서 리프트량을 변화시키는 것을 제2의 특징으로 하며, 이러한 구성에 따르면, 밸브의 리프트량을 변화시킬 때에 밸브의 개방각이 변화하지 않기 때문에, 흡입 공기량이 증가하거나 엔진 브레이크가 잘 들지 않게 되거나 하는 것을 억제하여, 밸브의 부정 운동을 한층 더 확실하게 방지할 수 있다. 더구나 밸브의 리프트 곡선의 꼭대기부의 곡률을 변화시키는 파라미터로서 리프트량만을 제어하기 때문에 제어성이 향상된다.

더욱이 본 발명은, 상기 제1 또는 제2의 특징의 구성에 더하여, 상기 밸브 리프트 가변 기구는, 상기 부정 운동이 발생할 때에, 엔진 회전수에 따라서, 상기 부정 운동의 발생을 억제할 수 있는 값까지 상기 리프트량을 감소시키는 것을 제3의 특징으로 하며, 이러한 구성에 따르면, 엔진 회전수에 따라서 밸브의 리프트량을 감소시켜 부정 운동의 발생을 억제하기 때문에, 밸브의 리프트량을 과부족 없이 감소시켜 엔진 출력의 급변을 방지하면서, 밸브의 부정 운동을 확실하게 억제할 수 있다.

한편, 실시예의 흡기 밸브(19)는 본 발명의 밸브에 대응한다.

도 1∼도 12는 본 발명의 제1 실시예를 도시하는 것으로,

도 1은 엔진의 부분 종단면도(도 2의 1-1선 단면도),

도 2는 도 1의 2-2선 단면도,

도 3은 도 2의 3-3선을 따라 본 도면,

도 4는 밸브 리프트 가변 기구의 측면도,

도 5는 밸브 리프트 가변 기구의 사시도,

도 6은 도 3의 6 방향 화살 표시도,

도 7은 도 3의 7-7선 단면도,

도 8의 (a) 및 (b)는 밸브 리프트 가변 기구의 작용 설명도,

도 9는 밸브의 리프트 곡선을 도시한 도면,

도 10은 밸브 리프트에 대한 밸브 관성력 및 밸브 스프링 하중의 관계를 나타내는 그래프,

도 11은 도 3의 주요부 확대도,

도 12는 컨트롤 아암의 회전각 및 센서 아암의 회전각의 관계를 나타내는 그래프,

도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 것으로, 도 13은 제2 실시예의 도 11에 대응하는 도면, 도 14는 컨트롤 아암의 회전각 및 센서 아암의 회전각의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 첨부한 도면에 도시한 본 발명의 한 실시예에 기초하여 설명하면, 우선 도 1에 도시한 바와 같이, 직렬 다기통 엔진(E)은 내부에 실린더 보어(11 …)가 설치된 실린더 블록(12)과, 실린더 보어(11 …)에 미끄럼 이동이 자유롭게 끼워 맞춰지는 피스톤(13 …)과, 실린더 블록(12)의 정상면에 결합된 실린더 헤드(14)와, 실린더 헤드(14) 및 피스톤(13 …) 사이에 형성된 연소실(15 …)과, 실린더 헤드(14)의 정상면에 결합된 헤드 커버(16)를 구비한다. 실린더 헤드(14)에 각각의 연소실(15)에 연통하는 흡기 포트(17) 및 배기 포트(18)가 형성되어 있고, 흡기 포트(17)가 2개의 흡기 밸브(19, 19)에 의해 개폐되고, 배기 포트(18)가 2개의 배기 밸브(20, 20)에 의해 개폐된다. 각각의 흡기 밸브(19)의 스템(19a)은 실린더 헤드(14)에 설치한 밸브 가이드(21)에 미끄럼 이동이 자유롭게 끼워 맞춰져, 상하의 스프링 시트(22, 23) 사이에 배치한 밸브 스프링(24)에 의해서 밸브 폐쇄 방향으로 압박된다. 또한 각각의 배기 밸브(20)의 스템(20a)은 실린더 헤드(14)에 설치한 밸브 가이드(25)에 미끄럼 이동이 자유롭게 끼워 맞춰져, 상하의 스프링 시트(26, 27) 사이에 배치한 밸브 스프링(28)에 의해서 밸브 폐쇄 방향으로 압박된다.

도 1 및 도 2로부터 분명한 바와 같이, 실린더 헤드(14)에 설치한 캠 샤프트 홀더(29) 및 캠 샤프트 캡(30) 사이에, 흡기 캠 샤프트(31) 및 배기 캠 샤프트(32)가 회전이 자유롭게 지지된다. 흡기 밸브(19, 19)는 흡기 캠 샤프트(31)에 의해서 밸브 리프트 가변 기구(33)를 통해 구동되고, 배기 밸브(20, 20)는 배기 캠 샤프트(32)에 의해서 밸브 리프트ㆍ밸브 타이밍 가변 기구(34)를 통해 구동된다.

배기 밸브(20, 20)를 구동하는 밸브 리프트·밸브 타이밍 가변 기구(34)는 주지된 것으로, 여기서는 그 개략적인 것만을 설명한다. 캠 샤프트 홀더(29)에 지지한 배기 로커 아암 샤프트(35)에 2개의 저속용 로커 아암(36, 36)의 일단과, 1개의 고속용 로커 아암(37)의 일단이 피봇되어 있고, 저속용 로커 아암(36, 36)의 중 간부에 설치한 롤러(38, 38)에 배기 캠 샤프트(32)에 설치한 2개의 저속용 캠(39, 39)이 접촉하여, 고속용 로커 아암(37)의 중간부에 설치한 롤러(40)에 배기 캠 샤프트(32)에 설치한 고속용 캠(41)이 접촉한다. 저속용 로커 아암(36, 36)의 타단에 설치한 조정 볼트(42, 42)가 배기 밸브(20, 20)의 스템 엔드에 접촉한다. 엔진(E)의 저속 운전시에, 유압으로 저속용 로커 아암(36, 36) 및 고속용 로커 아암(37)의 결합을 분리하면, 저속용 로커 아암(36, 36)은 대응하는 저속용 캠(39, 39)에 의해 구동되고, 배기 밸브(20, 20)는 낮은 밸브 리프트·낮은 개방각으로 개폐된다. 또한 엔진(E)의 고속 운전시에, 유압으로 저속용 로커 아암(36, 36) 및 고속용 로커 아암(37)을 일체로 결합하면, 고속용 로커 아암(37)은 대응하는 고속용 캠(41)에 의해 구동되어, 고속용 로커 아암(37)에 결합된 저속용 로커 아암(36, 36)에 의해, 배기 밸브(20, 20)는 높은 밸브 리프트ㆍ높은 개방각으로 개폐된다. 이와 같이, 밸브 리프트·밸브 타이밍 가변 기구(34)에 의해, 배기 밸브(20, 20)의 밸브 리프트 및 밸브 타이밍이 2단계로 제어된다.

이어서, 도 3∼도 6에 기초하여 밸브 리프트 가변 기구(33)의 구조를 설명하면, 밸브 리프트 가변 기구(33)는 두 갈래의 상부 링크(61)와, 상부 링크(61)보다도 짧은 하부 링크(62)와, 로커 아암(63)을 구비하고 있고, 로커 아암(63)의 상부에는 상부 핀(64)을 통해 상부 링크(61)의 일단과 롤러(65)가 피봇 지지되고, 로커 아암(63)의 하부에는 하부 핀(66)을 통해 하부 링크(62)의 일단이 피봇 지지된다. 상부 링크(61)의 타단은 캠 샤프트 홀더(29)에 고정한 로커 아암 샤프트(67)에 피봇되고, 하부 링크(62)의 타단은 가동 지지축(60)에 피봇된다. 흡기 캠 샤프트 (31)에 설치한 캠(69)이 상부 핀(64)에 피봇 지지한 롤러(65)에 접촉하고, 로커 아암(63)에 설치한 2개의 조정 볼트(70, 70)가 흡기 밸브(19, 19)의 스템 엔드에 접촉한다.

상기 가동 지지축(60)은 이 가동 지지축(60)을 그 축선과 평행한 축선 둘레로 각변위시키는 것을 가능하게 한 크랭크 부재(68)에 연결되는 것으로, 이 크랭크 부재(68)는 상기 로커 아암(63)의 양측에서 실린더 헤드(14)의 캠 샤프트 홀더(29)에 회동 가능하게 지지된다.

크랭크 부재(68)는 일렬로 늘어서는 복수 기통에 공통으로 각 캠 샤프트 홀더(29 …)에 지지되는 단일의 것으로, 로커 아암(63)의 양측에 배치되는 웹(68a, 68a)과, 양 웹(68a, 68a)의 기단부 외면에 직각으로 연속해 있어 상기 캠 샤프트 홀더(29 …)에 회동 가능하게 지지되는 저널부(68b, 68b)와, 양 웹(68a, 68a) 사이를 연결하는 연결부(68c)를 각 기통마다 구비하고 크랭크 형상으로 구성되며, 가동 지지축(60)은 양 웹(68a, 68a) 사이를 연결하도록 크랭크 부재(68)에 연결된다.

이와 같이 가동 지지축(60)을 그 축선과 평행한 축선 둘레로 각변위시키는 것을 가능하게 하여 가동 지지축(60)에 연결되는 크랭크 부재(68)가, 로커 아암(63)의 양측에서 캠 샤프트 홀더(29 …)에 지지되도록 한 양단 지지의 지지 구조에 의해, 크랭크 부재(68)의 지지 강성을 높여, 흡기 밸브(20 …)의 리프트량 가변 제어를 정밀하게 행하는 것이 가능하게 된다.

또한 단일의 크랭크 부재(68)가, 일렬로 늘어서는 복수 기통에 공통으로 각 캠 샤프트 홀더(29 …)에 지지되기 때문에, 부품 개수의 증대를 피하여 엔진(E)의 컴팩트화를 도모할 수 있다.

더구나 크랭크 부재(68)는, 로커 아암(63)의 양측에 배치되는 웹(68a, 68a)과, 양 웹(68a, 68a)의 기단부 외면에 직각으로 연속해 있어 캠 샤프트 홀더(29 …)에 회동 가능하게 지지되는 저널부(68b, 68b)와, 양 웹(68a, 68a) 사이를 연결하는 연결부(68c)를 구비하고 크랭크 형상으로 구성되며, 가동 지지축(60)이, 양 웹(68a, 68a) 사이를 연결하는 식으로 크랭크 부재(68)에 연결되기 때문에, 각변위 구동되는 크랭크 부재(68)의 강성 증대를 도모하고, 가동 지지축(60)에 트위스트 토크가 거의 작용하지 않도록 할 수 있어, 하부 링크(62)의 가동 지지축 삽입 통과 구멍(62a) 및 상기 웹(68a, 68a)의 연결 구멍(59, 59)을 정합시킨 상태로 연결 구멍(59, 59)에 가동 지지축(60)을 압입함으로써 하부 링크(62)에 가동 지지축(60)을 통해 크랭크 부재(68)를 용이하게 조립할 수 있다.

로커 아암(63)이 도 4에 도시하는 상승 위치에 있을 때, 즉 흡기 밸브(19, 19)가 밸브 폐쇄 상태에 있을 때, 로커 아암(63)의 하부를 피봇하는 하부 핀(66)의 축선(L) 상에 크랭크 부재(68)의 저널부(68b …)가 동축으로 배치된다. 따라서 크랭크 부재(68)가, 그 저널부(68b …)의 축선 둘레에서 요동하면, 가동 지지축(60)은 저널부(68b)를 중심으로 하는 원호(A)(도 4 참조) 위를 이동하게 된다.

도 7을 아울러 참조하면, 크랭크 부재(68)의 축 방향 일단에서 저널부(68b)에는, 헤드 커버(16)에 형성한 지지 구멍(16a)으로부터 돌출되는 연결축부(68d)가 동축으로 또 일체로 연달아 설치된다. 상기 연결축부(68d)의 선단에 컨트롤 아암(71)이 고정되어 있고, 이 컨트롤 아암(71)이 실린더 헤드(14)의 외벽에 설치한 액 츄에이터 모터(72)에 의해서 구동된다. 즉 액츄에이터 모터(72)에 의해 회전하는 나사축(73)에 너트 부재(74)가 맞물리고 있고, 일단이 핀(75)에 의해 너트 부재(74)에 피봇된 연결 링크(76)의 타단은 핀(77 ,77)에 의해 컨트롤 아암(71)에 피봇된다. 따라서, 액츄에이터 모터(72)를 구동하면, 회전하는 나사축(73)을 따라서 너트 부재(74)가 이동하고, 너트 부재(74)에 연결 링크(76)를 통해 접속된 컨트롤 아암(71)에 의해서 저널부(68b) 둘레에서 크랭크 부재(68)가 요동함으로써, 가동 지지축(60)이 도 8(a)의 위치와 도 8(b) 위치 사이를 이동한다.

나사축(73), 너트 부재(74), 핀(75), 연결 링크(76), 핀(77, 77) 및 컨트롤 아암(71)은 실린더 헤드(14) 및 헤드 커버(16)의 외측면에 볼트(79 …)에 의해 고정되는 상자 형상의 케이싱(52)의 내측에 수납된다. 상기 케이싱(52)의 개구부는 볼트(53 …)에 의해 착탈 가능하게 고정되는 덮개 부재(78)로 덮여 있으며, 덮개 부재(78)를 제거하는 것만으로, 나사축(73), 너트 부재(74), 핀(75), 연결 링크(76), 핀(77, 77) 및 컨트롤 아암(71)의 메인터넌스를 용이하게 행할 수 있다. 더구나 케이싱(52)은 실린더 헤드(14) 및 헤드 커버(16)에 걸쳐 결합되는 것으로, 이에 따라 케이싱(52), 실린더 헤드(14) 및 헤드 커버(16)의 강성을 서로 함께 높일 수 있다. 그리고 케이싱(52)에 액츄에이터 모터(72)를 고정함으로써, 액츄에이터 모터(72)의 지지 강성도 높일 수 있다.

도 3으로부터 분명한 바와 같이, 실린더 축선(Ls)에 대하여, 컨트롤 아암(71) 및 나사축(73)은, 흡기 밸브(19)측(도면에서 좌측)에 배치되고, 액츄에이터 모터(72)는 배기 밸브(20)측(도면에서 우측)에 배치된다. 이와 같이 컨트롤 아암 (71) 및 나사축(73)과, 액츄에이터 모터(72)를 실린더 축선(Ls)을 사이에 두고 양측으로 분류하여 배치함으로써, 액츄에이터 모터(72)가 실린더 헤드(14) 혹은 헤드 커버(16)로부터 외부로 돌출하는 양을 최소한으로 억제하여 컴팩트화를 도모할 수 있다.

특히, 컨트롤 아암(71)의 일단이 연결되는 연결축부(68d)에 대하여, 직렬로 접속된 나사축(73) 및 액츄에이터 모터(72)가, 실린더 축선(Ls)과 직교하는 축선을 가지면서 실린더 헤드(14)측에 배치되기 때문에, 액츄에이터 모터(72)를 실린더 헤드(14)의 범위 내에 배치하여 한층 더 컴팩트화를 도모하는 동시에, 강고한 실린더 헤드(14)에 의해 액츄에이터 모터(72)의 지지 강성을 한층 더 높일 수 있다.

그런데 케이싱(52)은 4개의 볼트(79 …)에 의해 실린더 헤드(14) 및 헤드 커버(16)에 고정되어 있고, 이들 볼트(79 …) 중 2개의 볼트(79, 79)는 연결축부(68d)의 양측에서 실린더 축선(Ls)과 직교하는 방향으로 나란히 늘어서 배치되고, 실린더 헤드(14)측의 2개의 볼트(79, 79)의 한 쪽은 상기 실린더 축선(Ls)을 따라서 연결축부(68d)의 아래쪽에 배치되고, 다른 쪽의 볼트(79)는 액츄에이터 모터(72)에 인접하여 배치된다.

이러한 볼트(79 …)의 배치에 따르면, 이동량이 적은 컨트롤 아암(71)의 요동 중심인 연결축부(68d)의 양측에서 케이싱(52)이 2개의 볼트(79, 79)에 의해 헤드 커버(16)에 고정되고, 컨트롤 아암(71)의 요동 범위가 큰 나사축(73)에서는 이 나사축(73)의 아래쪽에서 케이싱(51)이 볼트(79)에 의해 실린더 헤드(14)에 고정되기 때문에, 케이싱(52)의 지지 강성을 높이면서 볼트(79 …)를 컴팩트하게 배치할 수 있다.

또한 케이싱(52)을 실린더 헤드(14) 및 헤드 커버(16)에 걸쳐 부착하면, 나사축(73) 또는 액츄에이터 모터(72)로부터 볼트(79 …)가 떨어져 휘어 버릴 가능성이 있지만, 나사축(73) 및 액츄에이터 모터(72)를 실린더 축선(Ls)에 직교하도록 실린더 헤드(14)측에 지지함으로써, 볼트(79 …)나 나사축(73)을 액츄에이터 모터(72)에 최대한 가까이 배치할 수 있다.

도 7에 주목하면, 크랭크 부재(68)의 축방향 일단에 배치되는 저널부(68b)를 지지하는 캠 샤프트 홀더(29)에는, 저널부(68b)에 동축으로 연속해 있는 연결축부(68d)를 향하게 하는 오일 고임부(80)가 설치되어 있고, 연결축부(68d)에는, 오일 고임부(80) 안으로 통하도록 연결축부(68d)의 외면에 외측단을 개구한 직경 방향 구멍(81)과, 케이싱(52) 안으로 통하도록 연결축부(68d)의 외면에 외측단을 개구한 직경 방향 구멍(82)과, 양 직경 방향 구멍(81, 82)의 내측단 사이를 연결하는 축 방향 구멍(83)이 형성된다. 또한 케이싱(52) 및 실린더 헤드(14)에는 케이싱(52) 내의 하부에 고인 오일을 실린더 헤드(14) 안으로 되돌리는 복귀 구멍(84)이 형성된다.

따라서 헤드 커버(16) 안으로 비산된 오일 혹은 흡기 캠 샤프트(31)의 베어링부로부터 누출된 오일은 오일 고임부(80)에 저장되고, 오일 고임부(80) 안의 오일면 아래에 연결축부(68d)가 몰입됨으로써, 오일 고임부(80) 안의 오일이, 직경 방향 구멍(81), 축 방향 구멍(83) 및 직경 방향 구멍(82)을 지나서 케이싱(52) 안으로 적하(滴下)된다. 이에 따라, 나사축(73) 및 너트 부재(74)의 맞물림부가 윤 활되어, 케이싱(52) 내의 바닥부로 낙하한 오일은 복귀 구멍(84)으로부터 실린더 헤드(14)측으로 되돌려진다.

도 3에 특히 주목하면, 케이싱(52)에는, 예를 들면 로터리 인코더와 같은 회전각 센서(85)가 부착되어 있고, 이 회전각 센서(85)가 구비하는 센서축(85a)의 선단에 센서 아암(86)의 일단이 고정된다. 컨트롤 아암(71)에는 그 길이 방향을 따라서 안내 홈(87)이 형성되어 있고, 그 안내 홈(87)에 센서 아암(86)의 타단에 설치한 핀(87)이 미끄럼 이동이 자유롭게 끼워 맞춰진다.

이어서 본 실시예의 작용에 관해서 설명하면, 액츄에이터 모터(72)에 의해 컨트롤 아암(71)이 도 3의 우측으로 요동하면, 컨트롤 아암(71)에 접속된 크랭크 부재(68)(도 5 참조)가 반시계 방향으로 회전하여, 도 8(a)에 도시한 바와 같이 가동 지지축(60)이 상승함으로써, 로커 아암 샤프트(67), 상부 핀(64), 하부 핀(66) 및 가동 지지축(60)을 연결하는 4절 링크의 형상이 대략 삼각형으로 된다. 이 상태에서 흡기 캠 샤프트(31)에 설치한 캠(69)으로 롤러(65)를 누르면, 4절 링크가 변형하여 로커 아암(63)이 쇄선 위치에서 실선 위치로 아래쪽으로 요동하여, 조정 볼트(70, 70)가 흡기 밸브(19, 19)의 스템 엔드를 눌러 높은 밸브 리프트로 밸브를 개방시킨다.

액츄에이터 모터(72)에 의해 컨트롤 아암(71)이 도 3의 좌측으로 요동하면, 컨트롤 아암(71)에 접속된 크랭크 부재(68)가 시계 방향으로 회동하여, 도 8(b)에 도시한 바와 같이 가동 지지축(60)이 하강함으로써, 로커 아암 샤프트(67), 상부 핀(64), 하부 핀(66) 및 가동 지지축(60)을 연결하는 4절 링크의 형상이 대략 사다 리꼴로 된다. 이 상태에서 흡기 캠 샤프트(31)에 설치한 캠(69)으로 롤러(65)를 누르면, 4절 링크가 변형하여 로커 아암(63)이 쇄선 위치에서 실선 위치로 아래쪽으로 요동하여, 조정 볼트(70, 70)가 흡기 밸브(19, 19)의 스템 엔드를 눌러 낮은 밸브 리프트로 밸브를 개방시킨다.

도 9는 흡기 밸브(19, 19)의 밸브 리프트 곡선을 나타내고 있으며, 도 8(a)에 대응하는 높은 밸브 리프트일 때의 개방각과, 도 8(b)에 대응하는 낮은 밸브 리프트일 때의 개방각은 동일하고, 밸브 리프트량만이 변화하고 있다.

그런데, 엔진 회전수가 허용 회전수를 넘어 증가하면 흡기 밸브(19, 19)의 개폐 속도가 증가하여, 밸브 스프링(24, 24)의 하중이 부족하게 되어 흡기 밸브(19, 19)가 확실하게 안착하지 않게 되는 상태가 발생한다.

도 10의 그래프는, 엔진의 최대 허용 회전수에 있어서의, 밸브의 리프트량에 대한 밸브의 관성력 및 밸브 스프링의 하중의 관계를 도시하는 것으로, 밸브의 관성력은 리프트량의 증가에 비례하여 증가하는 한편, 밸브 스프링의 하중은 소정의 세팅 하중에서부터 밸브의 리프트량의 증가에 따라서 증가한다. 밸브의 부정 운동을 방지하기 위해서는, 밸브의 리프트량을, 밸브 스프링의 하중이 밸브의 관성력을 상회하는 범위로 제한할 필요가 있다. 밸브의 리프트량이 작을수록 밸브 스프링의 하중에서 밸브의 관성력을 뺀 여유분이 커지기 때문에, 엔진 회전수가 증가하더라도 밸브의 부정 운동, 즉 밸브의 안착 불량이 발생하기 어렵게 된다.

또한 엔진 회전수가 Ne1→Ne2→Ne3과 같이 증가하면, 그에 따라서 밸브의 관성력도 증가하기 때문에, 부정 운동 영역은 밸브 리프트가 낮은 측으로 점차로 넓 어진다. 따라서, 엔진 회전수의 증가에 따라서 밸브 리프트를 감소시킴으로써 모든 엔진 회전수 영역에서 밸브의 부정 운동을 방지할 필요가 있다.

그래서 본 실시예에서는, 수동 변속기의 시프트다운 미스 등에 의해 엔진 회전수가 허용 회전수를 넘어, 흡기 밸브(19, 19)의 부정 운동이 발생할 것 같이 되면, 그 엔진 회전수에 따라서 밸브 리프트 가변 기구(33)를 작동시킴으로써, 도 9에 도시한 바와 같이, 흡기 밸브(19, 19)의 개방각을 변화시키지 않고서 밸브 리프트량을 감소시킨다. 그 결과, 밸브 리프트 곡선의 꼭대기부의 곡률이 감소하여 흡기 밸브(19, 19)에 작용하는 관성력이 감소하여, 밸브 스프링(24, 24)의 세팅 하중을 특별히 높이는 일없이 흡기 밸브(19, 19)의 부정 운동을 억제할 수 있다.

이 때, 흡기 밸브(19, 19)의 밸브 리프트량이 감소하더라도, 개방각이 증가하지 않기 때문에 흡입 공기량이 증가하는 일이 없고, 엔진 회전수가 증가하지 않도록 하여 흡기 밸브(19, 19)의 부정 운동을 확실하게 억제하여, 밸브 이동 기구의 손상을 방지할 수 있다. 또한 흡기 밸브(19, 19)의 개방각이 증가하지 않기 때문에 엔진 브레이크의 기능이 저하되는 일도 없이, 엔진 브레이크를 유효하게 작용시켜 엔진 회전수를 저하시킴으로써, 흡기 밸브(19, 19)의 부정 운동을 방지할 수 있다.

이와 같이, 흡기 밸브(19, 19)의 밸브 리프트량을 감소시킴으로써, 밸브 스프링(24, 24)의 하중을 특별히 증가시키는 일없이 부정 운동을 방지할 수 있기 때문에, 밸브 스프링(24, 24)의 대형화나, 그에 따른 밸브 이동 기구의 강도 증가가 불필요하여, 중량이나 비용의 증가를 피할 수 있다. 더구나 엔진 회전수에 따라서 흡기 밸브(19, 19)의 밸브 리프트량을 필요 충분한 양만큼 감소시키기 때문에, 엔진(E) 출력의 급변을 방지하면서 흡기 밸브(19, 19)의 부정 운동을 확실하게 억제할 수 있다. 더구나 흡기 밸브(19, 19)의 리프트 곡선의 꼭대기부의 곡률을 변화시키는 파라미터로서 개방각을 이용하지 않고 리프트량만을 이용하기 때문에 제어성이 향상된다.

그런데, 액츄에이터 모터(72)에 의해 크랭크 부재(68)를 요동시켜 흡기 밸브(19, 19)의 밸브 리프트를 변경할 때에, 밸브 리프트의 크기, 즉 크랭크 부재(68)의 연결축부(68d)의 회전각을 검출하여 액츄에이터 모터(72)의 제어로 피드백할 필요가 있다. 그 때문에, 크랭크 부재(68)의 연결축부(68d)의 회전각을 회전각 센서(85)에 의해 검출하도록 되어 있다. 크랭크 부재(68)의 연결축부(68d)의 회전각을 단순히 검출할 뿐이면, 상기 연결축부(68d)에 회전각 센서(85)를 직결하면 되지만, 낮은 밸브 리프트 영역에서는 리프트량이 약간 변화된 것만으로도 흡기 효율이 크게 변화되기 때문에, 크랭크 부재(68)의 연결축부(68d)의 회전각을 고정밀도로 검출하여 액츄에이터 모터(72)의 제어로 피드백할 필요가 있다. 그에 대하여, 높은 밸브 리프트의 영역에서는 리프트량이 다소 변화되더라도 흡기 효율이 크게 변화되지 않기 때문에, 상기 회전각의 검출에는 그만큼 높은 정밀도는 요구되지 않는다.

도 11에 실선으로 나타내는 컨트롤 아암(71)의 위치는 낮은 밸브 리프트의 영역에 대응하고, 이 영역으로부터 반시계 방향으로 요동한 영역에서 나타내는 컨트롤 아암(71)의 위치는 높은 밸브 리프트의 위치에 대응하고 있다. 낮은 밸브 리프트의 영역에서는, 회전각 센서(85)의 센서축(85a)에 고정한 센서 아암(86)의 핀 (88)이 컨트롤 아암(71)의 안내 홈(87)의 선단측〔축선(L)에서 먼 측〕에 끼워져 결합하고 있기 때문에, 컨트롤 아암(71)이 약간 요동한 것만으로 센서 아암(86)은 크게 요동한다. 즉 크랭크 부재(68)의 회전각에 대한 센서축(85a)의 회전각의 비율이 커져, 회전각 센서(85)의 분해능이 높아져 크랭크 부재(68)의 회전각을 고정밀도로 검출할 수 있다.

한편, 컨트롤 아암(71)이 쇄선으로 나타내는 위치로 요동한 높은 밸브 리프트의 영역에서는, 회전각 센서(85)의 센서축(85a)에 고정한 센서 아암(86)의 핀이 컨트롤 아암(71)의 안내 홈(87)의 기단측〔축선(L)에 가까운 측〕에 끼워져 결합하고 있기 때문에, 컨트롤 아암(71)이 크게 요동하더라도 센서 아암(86)은 근소한 양밖에 요동하지 않는다. 즉 크랭크 부재(68)의 회전각에 대한 센서축(85a)의 회전각의 비율이 작아져, 크랭크 부재(68)의 회전각의 검출 정밀도는 낮은 밸브 리프트일 때에 비해서 낮아진다.

도 12로부터 분명한 바와 같이, 컨트롤 아암(71)의 회전각이 낮은 밸브 리프트 상태에서 높은 밸브 리프트 상태로 향해서 증가해 가면, 처음에는 센서 아암(86)의 각도 증가율이 높기 때문에 검출 정밀도는 높아지지만, 점차로 상기 증가율이 낮아져 검출 정밀도가 낮아지는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 비싸고 검출 정밀도가 높은 회전각 센서(85)를 이용하지 않고도, 회전각 센서(85)의 센서 아암(86)을 컨트롤 아암(71)의 안내 홈(87)에 끼워 결합시킴으로써 높은 검출 정밀도를 필요로 하는 낮은 밸브 리프트 상태에 있어서의 검출 정밀도를 확보하여, 비용 절감에 기여할 수 있다.

이 때 컨트롤 아암(71)의 일단측〔연결축부(68d)에 가까운 측〕과, 센서 아암(86)의 일단측〔회전각 센서(85)에 가까운 측〕을 접근시켜 배치하여, 컨트롤 아암(71)의 일단측에 안내 홈(87)을 형성했기 때문에, 센서 아암(86)의 길이를 짧게 하여 컴팩트화할 수 있다. 또한 컨트롤 아암(71)의 일단측에 안내 홈(87)을 형성하면, 축선(L)으로부터의 거리가 작아져 안내 홈(87)의 원주 방향의 이동량도 작아지지만, 센서 아암(86)의 길이도 줄어들기 때문에, 센서 아암(86)의 회전각을 충분히 확보하여 회전각 센서(85)의 검출 정밀도를 확보할 수 있다.

이어서 도 13 및 도 14에 기초하여 본 발명의 제2 실시예를 설명하면, 제1 실시예의 안내 홈(87)은 컨트롤 아암(71)의 길이 방향을 따라서 직선형으로 형성되어 있지만, 제2 실시예에서는 컨트롤 아암(71)의 타단측의 낮은 밸브 리프트용의 안내 홈(87A)과, 컨트롤 아암(71)의 일단측의 안내 홈(87B)이, 각각 다른 원호형으로 형성되고 있다. 그 결과, 도 14에 도시한 바와 같이, 컨트롤 아암(71)의 회전각이 낮은 밸브 리프트 상태에서 높은 밸브 리프트 상태로 향해 증가하여 가면, 센서 아암(86)의 회전각이 절곡된 직선 형태로 변화되는 특성을 얻을 수 있다. 이와 같이, 컨트롤 아암(71)의 안내 홈(87, 87A, 87B)의 형상을 변화시킴으로써, 센서 아암(86)의 회전각의 변화 특성을 임의로 설정할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 청구의 범위에 기재된 본 발명을 일탈하지 않고 여러 가지 설계 변경을 하는 것이 가능하다.

예컨대, 상기 실시예에서는 밸브 리프트 가변 기구(33)를 흡기 밸브(19, 19) 에만 적용하고 있지만, 배기 밸브(20, 20)에만 적용하더라도 좋고, 흡기 밸브(19, 19) 및 배기 밸브(20, 20)의 양방에 적용하더라도 좋다.

Claims

밸브(19)의 리프트량을 변화시키는 밸브 리프트 가변 기구(33)를 구비한 엔진의 밸브 작동 장치로서, 밸브 리프트 가변 기구(33)는, 엔진 회전수가 증가함에 따라 밸브(19)의 부정 운동이 발생하는 영역에서는, 밸브(19)의 리프트 곡선의 꼭대기부의 곡률이 상기 부정 운동이 발생하지 않는 곡률로 되도록, 밸브(19)의 리프트량을 작게 하는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 작동 장치
제1항에 있어서, 상기 밸브 리프트 가변 기구(33)는, 밸브(19)의 개방각을 변화시키지 않으면서 리프트량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 작동 장치
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브 리프트 가변 기구(33)는, 상기 부정 운동이 발생할 때에, 엔진 회전수에 따라서, 상기 부정 운동의 발생을 억제할 수 있는 값까지 상기 리프트량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 밸브 작동 장치.