KR20060045604A - 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 밸브(5)를 개폐하는 제1 아암(25)과, 캠(15)에 의해 구동되는 제2 아암(35)과, 제2 아암의 변위를 받아 제1 아암(25)을 구동하는 제3 아암(45)과, 제2 아암의 지지점을 변위시키는 가변 기구(44)를 갖는다. 그리고, 제2 아암에는 구동면(40)을 갖고, 제3 아암은 구동면(40)과 면 접촉하는 피구동면(53a)이 형성된 축 부재(52)를 갖고, 제2 아암의 변위가 피구동면과 구동면 사이에서 미끄러짐을 수반하면서, 제3 아암에 전해지는 구성을 채용하였다.

밸브, 캠, 가변 기구, 구동면, 축 부재, 피구동면

Description

내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치 {VARIABLE DRIVING VALVE DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가변식 구동 밸브 장치를, 상기 장치를 탑재한 실린더 헤드와 함께 도시하는 단면도.

도2는 상기 가변식 구동 밸브 장치의 평면도.

도3은 상기 가변식 구동 밸브 장치의 분해 사시도.

도4는 상기 가변식 구동 밸브 장치의 최대 밸브 리프트 제어시에 있어서의 캠면의 베이스 원 구간에 로커 아암의 접촉부가 있을 때의 상태를 도시하는 단면도.

도5는 동일하게 캠면의 리프트 구간에 로커 아암의 접촉부가 있을 때의 상태를 도시하는 단면도.

도6은 상기 가변식 구동 밸브 장치의 최소 밸브 리프트 제어시에 있어서의 캠면의 리프트 구간에 로커 아암의 접촉부가 있을 때의 상태를 도시하는 단면도.

도7은 동일하게 캠면의 리프트 구간에 로커 아암의 접촉부가 있을 때의 상태를 도시하는 단면도.

도8은 상기 가변식 구동 밸브 장치의 성능을 도시하는 선도.

도9는 푸셔가 설치된 지점에서 실린더 헤드를 단면한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

5 : 흡기 밸브

6 : 배기 밸브

10 : 캠 샤프트

11 : 흡기측의 로커 샤프트

13 : 지지 샤프트(지지축)

19 : 로커 아암 기구

20 : 가변식 구동 밸브 장치

25 : 로커 아암(제1 아암)

30 : 롤러 부재(접촉자)

35 : 센터 로커 아암(제2 아암)

38 : 중계용 아암부(아암부)

40 : 경사면(구동면)

44 : 지지점 이동 기구(가변 기구)

45 : 스윙 캠(제3 아암)

49 : 캠면(전달면부)

52 : 단샤프트(축 부재)

53 : 오목부

53a : 받침면(피구동면)

53b : 내벽면

〃,〃 : 베이스 원 구간, 리프트 구간(변환부)

[문헌 1] 일본 특허 제3245492호 공보

본 발명은, 흡기 혹은 배기 밸브의 구동 위상을 가변 가능하게 한 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치에 관한 것이다.

자동차에 탑재되는 엔진(내연 기관)에는, 엔진의 배출 가스 대책이나 연료 소비율 저감 등의 이유로부터, 가변식 구동 밸브 장치를 탑재하여 자동차의 운전 상태에 따라서, 흡ㆍ배기 밸브의 위상(개폐 타이밍)을 변화시키는 것이 행해지고 있다.

이러한 가변식 구동 밸브 장치에는 캠 샤프트로 형성되어 있는 캠의 위상을, 일단 베이스 원 구간과 리프트 구간이 연속되어 있는 왕복식의 캠으로 치환하는 왕복 캠식 구조가 있다. 상기 구조의 대부분은, 왕복식 캠으로 치환한 베이스 원 구간과 리프트 구간과의 비율을 가변시키는 로커 아암 기구를 채용하여, 상기 비율을 자동차의 운전 상태에 따라서 변화시키는 구조가 이용되고 있다(예를 들어 특허 문헌 1을 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 제3245492호 공보

엔진에서는 연료 소비율을 저감시키기 위해, 펌핑 손실을 저감시키는 것이 요구되고 있다.

그런데, 펌핑 손실의 저감을 고려한 경우, 흡기 밸브의 위상을 변화시킬 때는 밸브 개방 시기를 거의 정렬하여 위상(개폐 타이밍)을 가변하는 것이 바람직하다(손실없이 흡입 공기가 기통 내로 흡입되는 상황을 만드는 데 의함).

그런데, 특허 문헌 1에 도시되는 가변식 구동 밸브 장치는, 간단히 캠 샤프트의 캠 위상을 왕복식 캠으로 치환하는 구조상, 이렇게 얻어지는 캠 위상의 가변은 최대 리프트량이 되는 부분이 거의 정렬되면서, 밸브 개방 시기와 밸브 폐쇄 시기가 변화하게 된다.

그래서, 이러한 왕복식의 가변식 구동 밸브 장치를 탑재한 엔진에서는, 별도 이것과는 방식이 다른 가변식 구동 밸브 장치, 구체적으로는 유압력으로 캠 자신을 진각이나 지각 방향으로 변위시키는 방식의 가변식 구동 밸브 장치를 병용하여 밸브 개방 시기를 거의 정렬하도록 흡기 밸브의 위상을 가변시켜 펌핑 손실을 저감시키고 있다.

그러나, 이러한 다른 방식의 가변식 구동 밸브 장치의 조력을 받아, 밸브의 위상을 가변한 것에서는 복수의 가변식 구동 밸브 장치를 병용하기 위해, 양쪽의 가변 시스템을 동시에 정확하게 제어해야 하는 동시에, 위상 가변량도 크게 할 필요가 있기 때문에, 응답성이나 가변량이 부족하여 충분한 연료 소비율의 개선을 도모할 수 없을 우려가 있다는 등의 문제가 있다.

그래서, 본 발명의 목적은 비교적 간단한 구성에 의해, 밸브 리프트량이나 밸브 개방 기간을 조정하고, 충분한 가변량을 확보하면서 밸브 개방 시기보다도 밸브 폐쇄 시기의 큰 가변을 행할 수 있는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치를 제공하는 데 있다.

청구항 1에 기재된 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해, 캠 샤프트로 형성된 캠에 의해 구동되어 흡기 또는 배기 밸브를 개폐하는 로커 아암 기구에는, 로커 샤프트에 요동 가능하게 지지되어 흡기 또는 배기 밸브를 구동 가능한 제1 아암과, 캠에 의해 구동되어 로커 샤프트측을 지지점으로서 요동하는 제2 아암과, 로커 샤프트의 근방에 배치된 지지축에 요동 가능하게 설치되고, 제2 아암의 변위를 받아 제2 아암의 지지점 이동이 초래되는 자세 변화에 의해 캠의 위상을 가변시켜 제1 아암을 구동하는 제3 아암과, 캠과의 접촉 위치를 상기 캠의 이동 방향 전후로 변위시키도록 제2 아암의 로커 샤프트측의 지지점을 변위시키는 가변 기구를 갖는 구성에다가, 또한 제2 아암에는 제3 아암을 구동하는 구동면을 갖고, 제3 아암에는 상기 제3 아암의 요동 방향으로 외주부에 구동면과 면 접촉하는 피구동면을 갖는 축 부재가 회전 가능하게 지지되어, 제2 아암의 변위가 피구동면과 구동면 사이에서 미끄러짐을 수반하면서, 제3 아암으로 전해지는 구성을 채용하였다.

청구항 2에 기재된 발명은, 또 상기 목적에다가, 구동면과 피구동면과의 면 접촉을 이용하여 제2 아암의 자세를 위치 결정하도록, 제2 아암으로부터 연장되는 아암부단을 오목부 내에 삽입하여 상기 아암부단으로 형성되는 경사면과, 오목부의 바닥면으로 형성되는 피구동면의 상호를 면 접촉시키는 구성을 채용하여, 제2 아암 의 자세가 오목부의 내벽면에 의해 규제되도록 하였다.

청구항 3에 기재된 발명은, 또 상기 목적에다가, 또한 밸브 개방 시기를 거의 정렬한 타이밍에서 연속적으로 밸브의 개폐 타이밍 및 밸브의 리프트량의 가변이 행해지도록, 제3 아암에는 제1 아암을 구동하도록 제1 아암과 접하는 전달면부를 갖고, 상기 전달면부를 지지축의 중심으로부터의 거리가 변화되는 변환부를 구비한 구성으로 하여, 접촉 위치의 변위가 초래되는 제2 아암의 자세 변화에 의해, 지지축으로부터 전달면부까지의 거리를 변화시켜 제1 아암에 전해지는 캠의 위상이 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 리프트량과 같이 연속적으로 변하도록 하였다.

[제1 실시 형태]

이하, 본 발명을 도1 내지 도8에 도시한 제1 실시 형태를 기초로 하여 설명한다.

도1은, 내연 기관, 예를 들어 복수 기통이 직렬로 나열하는 레시프로식 가솔린 엔진의 실린더 헤드(1)의 단면도를 도시하고 있다. 이 실린더 헤드(1)의 하면에는, 기통의 배열이 되어 연소실(2)이 길이 방향에 따라서 형성되어 있다. 이들 연소실(2)마다, 예를 들어 2개씩(한 쌍), 흡기 포트(3) 및 배기 포트(4)(한 쪽밖에 도시하지 않음)가 설치하고 있다. 또한 실린더 헤드(1)의 상부에는 흡기 포트(3)를 개폐하는 흡기 밸브(5)(왕복 밸브로 구성됨), 배기 포트(4)를 개폐하는 배기 밸브(6)(왕복 밸브로 구성됨)가 각각 조립 부착되어 있다. 또, 복수의 흡기 밸브(5) 및 복수의 배기 밸브(6)에는, 모두 밸브 스프링(7)에 의해 폐쇄 방향으로 압박되는 평상시 폐쇄식이 이용되고 있다. 또한 실린더 헤드(1)의 상부에는, 복수의 흡기 밸브(5) 및 복수의 배기 밸브(6)를 구동시키는 이동 밸브계, 예를 들어 SOHC식의 이동 밸브계(8)가 탑재되어 있다.

이 이동 밸브계(8)에 대해 설명하면, 부호 10은 연소실(2)의 헤드 상에 실린더 헤드(1)의 길이 방향으로 회전 가능하게 배치된 캠 샤프트, 11은 이 캠 샤프트(10)를 끼우는 상부 편측(실린더 헤드 폭 방향 편측)에 상기 캠 샤프트(10)와 거의 평행하게 배치된 회전 가능한 흡기측의 로커 샤프트, 12는 그 반대측에 상기 캠 샤프트(10)와 거의 평행하게 배치(고정)된 배기측의 로커 샤프트, 13은 로커 샤프트(10)의 근방, 예를 들어 로커 샤프트(11)와 로커 샤프트(12) 사이의 상측의 지지점에, 상기 캠 샤프트(10)와 거의 평행하게 배치(고정)된 지지 샤프트(본원의 지지축에 상당)를 도시한다. 캠 샤프트(10)는 엔진의 크랭크 출력에 의해, 도1 중의 화살표 방향에 따라서 회전 구동되는 부품이다. 이 캠 샤프트(10)에는 연소실(2)마다, 흡기용 캠(15)(1개)과 배기용 캠(16)(2개)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 흡기용 캠(15)은 연소실(2)의 헤드 상 중앙이 되는 샤프트 부분으로 형성되고, 배기용 캠(16)은 그 흡기용 캠(15)을 끼우는 양측의 부분으로 각각 형성하고 있다(도2에 도시).

이 중 배기측의 로커 샤프트(12)에는, 배기용 캠(16)마다[배기 밸브(6)마다], 배기 밸브(6) 구동용의 로커 아암(18)(도1 : 한 쪽밖에 도시하지 않음)이 각각 회전 가능하게 설치되어 있다. 또한 흡기측의 로커 샤프트(11)에는 흡기용 캠(15)마다, 복수(한 쌍)의 흡기 밸브(5)를 함께 구동하는 로커 아암 기구(19)가 설치되어 있어 캠 샤프트(10)의 회전에 의해, 소정의 연소 사이클(예를 들어 흡기 행정, 압축 행정, 폭발 행정, 배기 행정의 4 사이클)에 따라서, 흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6)를 개폐시키도록 하고 있다.

이 흡기측의 로커 아암 기구(19)에 가변식 구동 밸브 장치(20)가 채용되고 있다. 도2에는 이 가변식 구동 밸브 장치(20)를 구성하는 로커 아암 기구(19)의 평면도가 도시되고, 도3에는 상기 로커 아암 기구(19)를 분해한 사시도가 도시되어 있다.

상기 가변식 구동 밸브 장치(20)를 설명하면, 상기 장치(20)를 구성하는 로커 아암 기구(19)에는 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 로커 샤프트(11)에 요동 가능하게 지지되는 로커 아암(25)(제1 아암에 상당)과, 흡기용 캠(15)으로 구동되는 센터 로커 아암(35)(제2 아암에 상당)과, 지지 샤프트(13)에 요동 가능하게 지지되는 스윙 캠(45)(제3 아암에 상당)을 조합한 구조가 이용되고 있다.

이 중 로커 아암(251)에는, 예를 들어 도3에 도시되는 바와 같은 복수(한 쌍)의 흡기 밸브(5)로 변위를 전하는 부분을 두 갈래 형상으로 한 구조가 채용되어 있다. 예를 들어 로커 아암(25)은 중앙에 통형의 로커 샤프트 지지용 보스(26)를 갖고, 그 보스(26)를 끼운 일단부측에 흡기 밸브(5)의 구동을 이루는 구동 부분, 예를 들어 조정 나사부(27)를 갖는 한 쌍의 로커 아암 부재(29)를 병행하게 배치하고, 이들 로커 아암 부재(29)의 타단부 사이에 접촉자가 되는 롤러 부재(30)를 회전 가능하게 끼워 넣은 구조가 이용되고 있다. 또, 부호 32는 롤러 부재(30)를 회전 가능하게 피봇 지지하기 위한 단샤프트를 나타낸다. 그리고, 짜 올려진 로커 아암(25)의 각 로커 샤프트 지지용 보스(26)가 로커 샤프트(11)에 요동 가능하게 끼워 삽입되고, 롤러 부재(30)를 실린더 헤드(1)의 중앙측을 향해, 남는 조정 나사부(27)를 각각 실린더 헤드(1)의 상부로부터 돌출하고 있는 흡기 밸브(5)의 상부단(밸브 스템단)에 배치시키고 있다.

또한 센터 로커 아암(35)에는, 도1 및 도3에 도시된 바와 같이 흡기용 캠(15)의 캠면과 전접하는 전접자(轉接子), 예를 들어 캠 플로워(36)와, 상기 캠 플로워(36)를 회전 가능하게 지지하는 프레임형의 홀더부(37)를 갖는, 거의 L형 부재가 이용되고 있다. 구체적으로는, 센터 로커 아암(35)은 캠 플로워(36)를 중심으로 하여, 홀더부(37)로부터 상측, 구체적으로는 로커 샤프트(11)와 지지 샤프트(13) 사이를 향하여 기둥형으로 연장되는 중계용 아암부(38)(본원의 아암부에 상당)와, 홀더부(37)의 측부로부터, 한 쌍의 로커 아암 부재(39) 사이로부터 노출되는 로커 샤프트 부분(11a)(도4 내지 도7에 도시)의 하측으로 연장되는 평판형의 지지점용 아암부(39)를 갖고, L형으로 형성하고 있다. 그리고, 중계용 아암부(38)의 선단부(상단부면)에는 스윙 캠(45)으로 변위를 전하는 중계면(본원의 구동면에 상당)으로서, 예를 들어 로커 샤프트(11)측이 낮고, 지지 샤프트(13)측이 높아지도록 경사진 평탄한 경사면(40)이 형성되어 있다. 이렇게 남는 지지점용 아암부(39)의 선단부는, 예를 들어 로커 샤프트 부분(11a)에 지지되어 있다. 이 지지로는, 예를 들어 도1 및 도3에 도시된 바와 같이 로커 샤프트 부분(11a)에 구면형부(41a)가 하단부에 형성된 핀 부재(41)를 지지점용 아암부(39)의 선단부를 향해, 로커 샤프트 부분(11a)의 상측으로부터 하측으로 관통(직경 방향)하도록 나사 삽입하여 고정[예를 들어 너트(41b)로 고정]하고, 로커 샤프트 부분(11a)으로부터 돌출한 핀 단부를 지지점용 아암부(39)로 지지하는 구조가 이용되고 있다. 즉, 지지점용 아암부(39)의 선단부 상면에는 로커 샤프트 부분(11a)으로부터 돌출한 구면형부(41a)와 회전 가능하게 끼워 맞추는 반구면형의 받침부(42)가 형성되어 있다. 이에 의해, 센터 로커 아암(35)은 캠 플로워(36)가 흡기용 캠(15)으로 구동되면, 로커 샤프트(11)측을 지지점, 즉 구면형부(41a)와 받침부(42)가 끼워 맞추는 피봇부를 지지점으로, 상하 방향으로 요동하도록 하고 있다.

또한 로커 샤프트(11)의 단부에는 제어 액튜에이터로서, 예를 들어 제어용 모터(43)(도3만 도시)가 접속되어 있고, 제어용 모터(43)의 작동에 의해 로커 샤프트(11)를 소망에 회전 변위, 예를 들어 도4 및 도5에 도시된 핀 부재(41)가 수직 방향으로 배치된 자세로부터, 도6 및 도7에 도시된 캠 샤프트 회전 방향으로 거의 45°의 각도로 기울어진 자세까지의 범위로 회전 변위할 수 있게 하고 있다. 즉, 제어 모터(43), 피봇 지지 구조로 구성되는 지지점 이동 기구(44)(본원의 가변 기구에 상당)에 의해, 센터 로커 아암(35)의 로커 샤프트(11)측의 지지점을, 상기 샤프트(11)의 축 방향과 교차하는 방향으로 이동(변위)할 수 있게 하고 있다. 그리고, 이 이동이 초래되는 센터 로커 아암(35)의 위치 어긋남을 이용하여, 도4 내지 도7에 도시된 바와 같이 캠 플로워(36)의 흡기용 캠(15)에 대한 전접 위치(접촉 위치)가 가변, 즉 흡기용 캠(15)의 회전 방향 전후로 변위할 수 있게 하고 있다.

한편, 스윙 캠(45)은 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 지지 샤프트(13)에 회전 가능하게 끼워 삽입되는 통형의 보스부(46)와, 상기 보스부(46)로부터 롤러 부재(30)[로커 아암(25)]를 향해 연장되는 아암부(47)와, 상기 아암부(47)의 하부 에 형성한 변위 받침부(48)를 갖고 형성되어 있다. 이 중 아암부(47)의 선단부에는 로커 아암(25)으로 변위를 전하는 전달면부로서, 예를 들어 상하 방향으로 연장되는 캠면(49)이 형성되어 있다. 이 캠면(49)이 로커 아암(25)의 롤러 부재(30)의 외주면에 전접시키고 있다. 또한 변위 받침부(48)에는, 예를 들어 도3에 도시된 바와 같이 아암부(47)의 하부 중, 캠 샤프트(10)의 바로 위가 되는 하면 부분에 오목 함몰부(51)를 형성하고, 상기 오목 함몰부(51) 내에 샤프트(10, 11)와 동일한 방향으로, 단샤프트(52)(본원의 축 부재에 상당)를 회전 가능하게 수납한 구조가 이용되고 있다. 즉, 단샤프트(52)는 스윙 캠(45)의 요동 방향으로 회전 가능하게 설치된다. 또한 오목 함몰부(51)의 개방부로부터 노출되는 단샤프트(52)의 하부에는 오목부로서, 예를 들어 홈 형태의 오목부(53)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 오목부(53)는 단샤프트(52)의 축심과 교차하는 방향으로 연장되는 홈 형태로 형성하고 있다. 그리고, 이 오목부(53) 내에 중계용 아암부(38)[센터 로커 아암(35)]의 선단부가 미끄럼 이동 가능하게 삽입되어 있다. 또한 오목부(53)의 바닥면에는 경사면(40)과 면 접촉하여 상기 경사면(40)을 슬라이드 가능하게 받아내는 평면형의 받침면(53a)(본원의 피구동면에 상당)이 형성되어 있다.

이에 의해, 스윙 캠(45)은 센터 로커 아암(35)의 요동 변위를 받으면 지지 샤프트(13)를 지지점으로 하고, 오목부(53)를 센터 로커 아암(35)으로부터의 하중이 작용되는 작용점으로 하고, 캠면(49)이 로커 아암(25)을 구동시키는 역점으로서 주기적으로 요동하도록 되어 있다. 또한 스윙 캠(45)은 캠 플로워(36)가 흡기용 캠(15)의 소정 위치로부터 진각 방향이나 지각 방향으로 변위[센터 로커 아암(35) 이 흡기용 캠(15)의 이동 방향 전후로 변위]하면, 상기 변위에 수반하는 자세의 변화로부터, 흡기용 캠(15)의 위상이 진각 방향(혹은 지각 방향)으로 어긋나게 되어 있다.

또한 캠면(49)에는, 예를 들어 지지 샤프트(13)의 중심으로부터의 거리가 변화되는 곡면(본원의 변환부)이 이용되고 있다. 이것에는, 예를 들어 도1 중에 도시된 바와 같이 캠면(49)의 상부측을 베이스 원 구간(〃), 즉 도1 중에 도시된 바와 같이 지지 샤프트(13)의 축심을 중심으로 한 원호면으로 형성된 구간으로 하고, 하부측을 리프트 구간(〃), 즉 상기 원호에 연속한 반대 방향의 원호면 및 또한 반대 방향의 원호면, 예를 들어 흡기용 캠(15)의 리프트 영역의 캠 형상과 같은 원호면으로 형성된 구간으로 한 곡면이 이용되고 있다. 이 캠면(49)에 의해, 캠 플로워(36)가 흡기용 캠(15)의 소정 위치로부터 진각 방향으로 변위[센터 로커 아암(35)의 지지점 위치가 변위]하면, 롤러 부재(30)가 접하는 캠면(49)의 영역이 변화, 상세하게는 롤러 부재(30)가 왕래하는 베이스 원 구간(〃)과 리프트 구간(〃)의 비율이 변화되도록 하고 있다. 이 진각 방향의 위상 변화를 수반하면서 행해지는 구간(〃,〃)의 비율의 변화에 의해, 흡기 밸브(5)의 개폐 타이밍이 밸브 개방 시기를 정렬하면서 연속적으로 가변되거나, 동시에 흡기 밸브(5)의 밸브 리프트량이 연속적으로 가변되거나 하고 있다.

또한 핀 부재(41)의 상단부에는, 회전 조작을 받는 받침부로서 예를 들어 플러스형의 오목부(55)(도4에만 도시)가 형성되어 있다. 이 핀 부재(41)의 오목부(55)와, 먼저 서술한 핀 부재(41)의 나사 삽입 구조와, 먼저 서술한 핀 부재(41)를 로크하는 너트(41b)에 의해, 흡기 밸브(5)의 밸브 개방 시기를 기통마다 조정할 수 있게 하고 있다.

한편, 도1, 도3, 도4, 도9 중, 부호 58은 로커 아암 기구(19)의 각 아암 사이를 밀접, 즉 흡기 캠(15), 센터 로커 아암(35) 및 스윙 캠(45)의 상호간을 밀접하는 방향으로 압박하기 위한 푸셔이다. 푸셔(58)는, 예를 들어 도3, 도4, 도9에 도시된 바와 같이 상단부가 개구된 종형의 바닥이 있는 통형의 홀더부(59)와, 상기 홀더 부재(59)의 개구부에 상하 이동 가능하게 끼워 삽입된 하단부가 개방된 바닥이 있는 통형의 가동부(60)와, 홀더부(59) 내에 상기 홀더부(59) 내 바닥면과 가동부(60) 내 바닥면 사이에 걸쳐진 스프링 부재, 예를 들어 코일 스프링(61)을 갖고 구성되어 있다. 이 푸셔(58)가 스윙 캠(45)을 하방으로부터 상측을 향해 압박하는 자세로, 실린더 헤드(1) 상에 설치되어 있다. 즉, 푸셔(58)는, 예를 들어 보스부(46)의 외주면으로부터 아암부(47)와는 반대측을 향해 돌출되도록 형성된 리브형의 받침부(67)와 그 하측의 실린더 헤드(1) 상면 부분에 형성된 다이부(68) 사이에 부착되어 있다. 구체적으로는 푸셔(58)는, 예를 들어 도4 및 도9에 도시된 바와 같이 홀더부(61)의 일부에, 예를 들어 홀더부(59)의 하부측으로 연장되는 설치 다리(63)를 형성하고, 이 설치 다리(63)의 중단 부분에, 지지점용으로서 배기측의 로커 샤프트(12)와 끼워 맞춤 가능한 C자형의 끼워 넣음부(64)를 형성하고, 설치 다리(63)의 하단부에 반력 받침용으로서 받침 시트(65)를 형성한 구조가 이용되고 있다. 또, 받침 시트(65)는, 예를 들어 설치부(63)의 선단부를 홀더부(59)의 하부측과 나열하는 방향으로 굴곡하여 형성하고 있다. 이러한 푸셔(58)가 가동부(60)의 선단부면으로 형성되어 있는 충돌부(60a)를 받침부(67)의 하면에 충돌시켜, 끼워 넣음부(64)를 받침부(67)의 바로 아래의 로커 샤프트(12) 부분에 끼워 맞추고, 로커 샤프트(12) 부분의 하측 다이부(68) 상에 받침 시트(65)를 적재한 자세로, 받침부(67)와 실린더 헤드(1) 상면 사이에 장착하고 있다. 또, 푸셔(58)는 로커 샤프트(12)를 피하여 부착하기 위해, 로커 샤프트(12)측으로 기울여 장착하고 있다. 또한 푸셔(58)는, 푸셔(58) 자신이나 끼워 넣음부(64)나 받침 시트(65)나 다이부(68) 등 각 부의 설정으로부터, 받침부(67)와 다이부(68) 사이에 부착하면, 가동부(60)가 압입되도록 하고 있다. 이에 의해, 코일 스프링(61)은 받침부(67)와 다이부(68)[실린더 헤드(1) 상면] 사이에 푸셔(58)가 장착됨에 따라 압축 변형되어 소요의 압박력이 발생되도록 하고 있다. 이 코일 스프링(61)에 의해, 지지점(X) 측으로부터, 스윙 캠(45)을 하측으로부터 상측을 향하는 방향으로부터 압박하여, 항상 각 아암끼리가 떨어지는 일이 없도록 밀접시키고 있다(로스트모션 억제를 위해). 이 설치 구조에 의해 푸셔(58)[포함하는 코일 스프링(61)]는 지지 샤프트(13)를 끼우고, 로커 아암(25), 센터 로커 아암(35), 스윙 캠(45)이 있는 밀집한 지지점과는 반대측의 공(空) 스페이스가 있는 배기 밸브(6)측에 배치시키고 있다. 또한 푸셔(58)[포함하는 코일 스프링(61)]는 지지점(X), 작용점(Y), 역점(Z)[모두 흡기용 캠(15)의 변위나 상기 캠(15)이 초래되는 구동력을 전달하는 접촉 부분]이 대략 동일 평면으로 나열한 로커 아암(25), 센터 로커 아암(35), 스윙 캠(45)(본원의 제1 내지 제3 아암에 상당)의 배치가 되고, 상기 점(X 내지 Z)과 함께 대략 동일 평면 상에 배치되어 있다. 이 배치에 의해, SOHC식의 이동 밸브계(8)에 있어서, 공 스페이스가 되는 한 쌍의 배기 밸브(6) 사이나 한 쌍의 배기 밸브(6)용의 로커 아암(18) 사이를 활용하여, 합리적으로 로커 아암 기구(19)로 압박력을 부여하도록 하고 있다.

또, 도1 중, 부호 54는 흡기 캠(15)과, 센터 로커 아암(35) 및 스윙 아암(45)의 상호간을 밀접하는 방향으로 압박하기 위한 푸셔, 55는 연소실(2) 내의 혼합기를 점화하는 점화 플러그를 도시한다.

이어서, 이와 같이 구성된 가변식 구동 밸브 장치(20)의 작용을 설명한다.

우선, 흡기 밸브(5)의 개폐에 수반하는 로커 아암 기구(19)의 움직임에 대해 설명하면, 지금 캠 샤프트(10)가 회전(화살표 방향)하고 있다고 한다.

이 때, 센터 로커 아암(35)의 캠 플로워(36)는 로커 아암 부재(29) 사이에 배치되어 있는 흡기용 캠(15)을 받고 있고, 상기 캠(15)의 캠 프로필에 모방 구동된다. 그렇게 하면, 센터 로커 아암(35)은 로커 샤프트(11)측의 피봇부를 지지점으로서 상하 방향으로 요동된다. 그리고, 이 요동 변위가 센터 로커 아암(35)의 바로 위에 있는 스윙 캠(45)으로 전해진다.

여기서, 스윙 캠(45)은 일단부가 지지 샤프트(13)로 요동 가능하게 지지되고, 타단부가 로커 아암(25)의 롤러 부재(30)에 전접되어 있다. 이 상태로부터, 하부에 있는 회전 가능한 단샤프트(52)로 형성한 받침면(53a)으로, 중계용 아암부(38) 선단부의 경사면(40)을 받고 있다. 이에 의해, 스윙 캠(45)은 경사면(40)을 미끄러지면서(미끄럼 이동), 상기 경사면(40)으로 끌어 올리거나 하강하거나 하는 등의 거동을 반복한다. 이 때 경사면(40)과 받침면(53a) 사이에서 발생하는 미끄 러짐, 또는 상기 미끄러짐에 수반하는 단샤프트(52)의 회전 변위에 의해, 센터 로커 아암(35)과 스윙 캠(45) 사이를 중간 역할을 하면서, 센터 로커 아암(35)으로부터의 변위가 순조롭게 스윙 캠(45)으로 전달된다. 그리고, 이 전달이 초래되는 스윙 캠(45)의 요동에 의해, 캠면(49)이 상하 방향으로 구동된다.

이 때, 캠면(49)에는 롤러 부재(30)가 전접되어 있기 때문에, 캠면(49)으로 롤러 부재(30)를 주기적으로 압박한다. 이 압박을 받아 로커 아암(25)은 로커 샤프트(11)를 지지점으로 구동(요동)되고, 복수(한 쌍)의 흡기 밸브(5)를 한 번에 개폐시킨다.

이러한 운전 중, 제어 모터(43)의 작동에 의해, 로커 샤프트(11)를 회전시켜, 예를 들어 최대 밸브 리프트량이 확보되는 지지점으로, 센터 로커 아암(35)의 지지점 위치를 위치 결정한다. 그렇게 하면, 센터 로커 아암(35)의 캠 플로워(36)는 흡기용 캠(15) 상을 변위하여, 스윙 캠(45)의 캠면(49)을 수직에 가까운 각도[베이스 원 구간(〃)에 있을 때]가 되는 자세로 위치 결정된다.

이에 의해, 캠면(49)은 롤러 부재(30)가 왕래하는 영역(비율)이 최대의 밸브 리프트량을 초래하는 영역, 즉 도4에 도시된 가장 짧은 베이스 원 구간과 도5에 도시된 가장 긴 리프트 구간(〃)으로 설정된다. 그렇게 하면, 흡기 밸브(5)는 좁은 베이스 원 구간(〃)과 가장 긴 리프트 구간(〃)이 이루는 캠면 부분으로 구동되는 로커 아암(25)에 따라, 도8 중 A1의 선도에 도시되는 최대 밸브 리프트량, 또는 소망으로 하는 개폐 타이밍으로 개폐된다.

한편, 흡기용 캠(15)의 위상을 가변할 때는, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 제어 모터(43)의 작동에 의해, 로커 샤프트(11)를 최대 밸브 리프트량이 확보되는 위치[도4 및 도5 중 핀 부재(41) 위치]로부터, 시계 방향으로 회전시킨다. 이에 의해, 센터 로커 아암(35)의 주축부(지점 위치)는 캠 샤프트(10)측으로 어긋난다.

여기서, 센터 로커 아암(35)은 스윙 아암(45)으로 변위를 전하는 부분이, 중계용 아암부(38)의 경사면(40)과 상기 경사면(40)과 면 접촉하는 단샤프트(52)의 받침면(53a)에 의해 형성되고, 흡기용 캠(15)을 받는 부분이 흡기용 캠(15)과 전접하는 캠 플로워(36)로 형성되어 있으므로, 상기 변위(어긋남)를 받으면, 센터 로커 아암(35)의 전체는 캠 플로워(36)의 전접 위치가 흡기용 캠(15)의 진각 방향으로 진행되도록 변위(어긋남)한다. 이 전접 위치의 변화에 의해, 가변하고자 하는 캠 위상의 밸브 개방 시기가 주축부(지점 위치)의 가변량에 따라서 빨라진다.

또한 경사면(40)도 지지점의 이동을 받아 당초의 위치로부터 받침면(53a)을 진각 방향으로 변위(슬라이드)한다. 이에 의해, 센터 로커 아암(35)은 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 스윙 캠(45)의 캠면(45)이 하측으로 기울어지는 자세로 변한다. 이 기울기가 커짐에 따라, 롤러 부재(30)가 왕래하는 캠면(49)의 영역은 베이스 원 구간(〃)이 점차로 길고, 리프트 구간(〃)이 점차로 짧아지는 비율의 영역으로 변한다. 그리고, 이 가변한 캠면(49)의 캠 프로필이 롤러 부재(30)로 전달되고, 로커 아암(25)을 밸브 개방 시기를 빠르게 하면서 요동 구동한다. 이에 의해, 흡기 밸브(5)의 개폐 타이밍은 센터 로커 아암(35)의 지지점 위치의 이동에 따라, 도8 중에 도시된 바와 같이 최대 밸브 리프트량(A1)으로부터, 핀 부재(41)가 기울어짐으로써 얻어지는 최소 밸브 리프트량(A7)까지, 최대 밸브 리프트시와 거의 같 은 밸브 개방 시기로부터 밸브 개방하는 타이밍을 유지하면서, 연속적으로 가변 제어된다. 또, 도6 및 도7은 이 가변 제어 중, 최소 밸브 리프트량(A7)으로 하였을 때의 상태를 나타내고 있다.

이와 같이 로커 아암(25), 센터 로커 아암(35) 및 스윙 캠(45)을 조합시킨 로커 아암 기구(19)만으로, 밸브 개방 시기를 거의 정렬한 한 캠 위상의 가변을 할 수 있다. 게다가, 스윙 캠(45)은 요동 지지점(X)과 역점(Z) 사이에 작용점(Y)을 형성한 구조이므로, 스윙 캠(45)의 요동 지지점(X)에 작용하는 하중은 작용점(Y)에 작용하는 센터 로커 아암(35)으로부터의 하중, 그것과는 반대의 방향으로부터 역점(Z)에 작용하는 로커 아암(25)으로부터의 하중 중, 부정하지 않고 남는 하중이 작용되게 된다. 그로 인해, 스윙 캠(45)은 요동 지지점(X)에 작용하는 하중을 작게 억제한 상태로 가동, 즉 하중 부담이 적은 상태로 가동시킬 수 있어 마찰을 억제한 캠 위상의 가변을 할 수 있다.

그로 인해, 1계통(단일)의 로커 아암 기구(19)만으로 펌핑 손실의 저감, 또는 마찰의 저감을 도모할 수 있는 캠 위상의 가변을 실현할 수 있다. 게다가, 스윙 캠(45)은 하중 부담이 억제됨으로써 스윙 캠(45)의 내구성을 도모할 수 있다. 게다가, 스윙 캠(45)의 지지 강성이나 강도의 저감화도 도모할 수 있으므로, 아울러 로커 아암 기구(19)의 경량화도 도모할 수 있다.

게다가, 센터 로커 아암(35)의 변위는 경사면(40)과 받침면(53a) 사이에서 생기는 미끄러짐, 또는 상기 미끄러짐에 수반하는 단샤프트(52)의 회전 변위[스윙 캠(45)의 요동 방향]에 의해, 중간 역할을 하여 스윙 캠(45)으로 전해지도록 하고 있으므로, 순조로운 구동력의 전달로 캠 위상을 가변할 수 있다. 게다가, 경사면(40)과 받침면(53a)은 넓은 면적으로 접촉하고 있으므로(면 접촉에 의한), 밸브 구동에 필요한 구동력 및 변위가 안정적으로 센터 로커 아암(35)으로부터 스윙 캠(45)으로 전할 수 있어, 항상 양호한 가변 동작을 약속할 수 있다. 덧붙여, 스윙 캠(45)의 자세 변화는 경사면(40)과 받침면(53a)과의 면 접촉을 이용하여 광범위하게 행해지기 때문에, 캠 위상의 가변량이 충분히 확보되어 충분한 가변 성능을 얻을 수 있다.

또한 경사면(40)과 받침면(53a)의 면 접촉은 중계용 아암부(38) 단부를 단샤프트(52)의 오목부(53) 내에 삽입 충돌시켜 실현하고 있기 때문에, 오목부(53)의 양측의 내벽면(53b, 53b)에 의해 센터 로커 아암(35)의 자세가 규제되고, 별도 캠 샤프트 축 방향의 위치 결정을 행하는 기구를 필요로 하지 않고, 센터 로커 아암(35)의 위치 결정을 할 수 있다.

특히 스윙 캠(45)에는, 지지 샤프트(13)로부터 캠면(49)까지의 거리를 변화시키고, 로커 아암 부재(29, 29)로 전해지는 캠 위상을 밸브 리프트량과 모두 연속적으로 가변시키는 구조가 이용되고 있으므로, 밸브 개방 시기보다도 밸브 폐쇄 시기를 크게 변화시켜 연속적으로 흡기 밸브(5)의 개폐 타이밍 및 밸브의 리프트량의 가변을 동시에 행할 수 있다. 이러한 밸브 폐쇄 시기를 크게 변화시킴으로써 밸브 리프트량 및 개폐 타이밍의 연속적인 가변은 손실을 억제하면서 흡입 공기를 기통 내로 흡입시킬 수 있고, 특히 펌핑 손실의 저감이 우수한 효과를 발휘한다. 또한 본 발명에 위상 가변 장치를 병용해도, 위상 변화량은 작게 완료되므로, 가변하는 응답 지연이 생기지 않아 충분한 연료 소비율의 개선을 도모할 수 있다.

또, 본 발명은 상술한 제1 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경하여 실시해도 상관없다. 예를 들어 상술한 제1 실시 형태는, 본 발명을 흡기 밸브의 로커 아암 기구에 적용한 예를 들었지만, 이에 한정되지 않으며, 배기 밸브의 로커 아암 기구에 적용해도 좋다. 또 제1 실시 형태에서는 SOHC식 이동 밸브계(1개의 캠 샤프트로 흡기 밸브와 배기 밸브를 구동하는 구조)의 엔진에 본 발명을 적용하였지만, 이에 한정되지 않으며, DOHC식 이동 밸브계(캠 샤프트가 흡기측과 배기측으로 전용에 있는 구조)의 엔진에 본 발명을 적용해도 좋다.

청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 제1 내지 제3 아암을 조합시킨 간소한 단일의 로커 아암 기구로, 충분한 가변량을 확보하면서 밸브 개방 시기보다도 밸브 폐쇄 시기의 큰 가변을 할 수 있다.

게다가, 제2 아암의 변위는, 상기 제2 아암으로 형성된 구동면과 제3 아암으로 형성된 피구동면 사이에서 미끄러짐을 수반하면서 제3 아암으로 전해지도록 하고 있으므로, 순조로운 구동력의 전달을 기초로 캠 위상의 가변을 할 수 있다. 게다가, 구동면과 피구동면 사이에는 넓은 접촉 면적이 확보되므로(면 접촉에 의한), 항상 밸브를 구동하는 데 필요한 구동력이 제2 아암으로부터 제3 아암으로 안정적으로 전달되어 양호한 가변 동작을 기대할 수 있다. 덧붙여, 제3 아암의 자세의 변화는 구동면과 피구동면과의 접촉을 이용하여 광범위하게 행해져 충분한 가변량 을 확보할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 상기 효과에다가 별도, 위치 결정 기구를 필요로 하지 않고, 구동면과 피구동면이 면 접촉되는 것을 이용하여 제2 아암과 제3 아암 사이의 캠 샤프트 축 방향의 위치를 결정할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 상기 효과에다가 밸브 개방 시기를 거의 정렬하면서 캠 위상이 연속적인 가변, 또는 밸브 리프트량의 연속적인 가변을 할 수 있다는 등의 효과를 발휘한다.

Claims (8)

1. 복수의 기통을 갖는 내연 기관에 회전 가능하게 설치된 캠 샤프트에 의해 구동되고, 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 개폐하는 동력 전달 부재를 갖고, 상기 동력 전달 부재의 상기 흡기 밸브 또는 배기 밸브측을 구동하는 구동 범위를 변화시킴으로써, 상기 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 리프트량을 변화시키는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치에 있어서,

   상기 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 구동하는 제1 아암과,

   상기 캠 샤프트로 형성되는 캠에 의해 구동되어 요동하는 제2 아암과,

   상기 제2 아암의 변위를 받아 상기 제1 아암을 구동하는 제3 아암을 갖고,

   상기 제2 아암은 상기 제3 아암을 구동하는 구동면을 갖고,

   상기 제3 아암은 상기 구동면과 면 접촉하는 피구동면이 형성된 축 부재를 갖고,

   상기 제2 아암의 변위가, 상기 피구동면과 상기 구동면 사이에서 미끄러짐을 수반하면서, 상기 제3 아암에 전해지도록 해 놓은 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동면은 상기 제2 아암으로부터 상기 피구면으로 연장되는 아암부의 선단부에 상기 제3 아암의 요동 방향으로 기우는 경사면으로 이루어지고,

   상기 피구동면은, 상기 축 부재의 외주부의 일부를 오목하게 한 오목부의 바닥면에 평면 형상으로 형성되어 이루어지고,

   상기 경사면 및 상기 피구동면의 서로는, 상기 아암부단을 상기 오목부 내에 삽입하여 면 접촉시켜 놓은 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3 아암은 상기 제1 아암을 구동하도록 상기 제1 아암과 접하는 전달면부를 갖고,

   상기 전달면부는, 상기 지지축의 중심으로부터의 거리가 변화하는 변환부를 구비하고,

   상기 접촉 위치의 변위가 초래되는 상기 제2 아암의 자세 변화로부터, 상기 지지축으로부터 상기 전달면부까지의 거리를 변화시키고, 상기 제1 아암에 전해지는 캠의 위상이, 상기 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 리프트량과 같이 연속적으로 가변되도록 해 놓은 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3 아암은, 상기 제3 아암의 요동 방향으로 회전 가능하게 지지되고, 상기 제2 아암의 변위를 받아 구동되는 작용점과 상기 제1 아암을 구동하는 역점을 갖고, 또한 상기 작용점이 상기 제3 아암의 요동 지지점과 상기 역점 사이에 위치하는 구성인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 아암을 상기 캠으로 밀접시키도록, 상기 제3 아암을 통해 상기 제2 아암을 상기 캠측으로 항상 압박하는 스프링 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 스프링 부재는, 상기 제3 아암을 하방으로부터 상방을 향해 압박하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 제1 아암, 상기 제2 아암, 상기 제3 아암은 변위나 구동력을 전달하는 각 접촉 부분이 동일 평면 형상으로 배열하도록 배치되고,

   상기 스프링 부재는, 상기 접촉 부분이 나열된 동일 평면 형상으로 배치되어, 상기 제3 아암을 압박하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 아암은, 상기 캠 샤프트와 평행하게 배치되는 로커 샤프트의 축 방향으로 병행하게 배치되고, 복수의 흡기 또는 배기 밸브로 변위를 전하는 제1 벽부와 제2 벽부를 갖고,

   상기 제2 아암과 상기 제3 아암과는 상기 제1 벽부와 제2 벽부 사이에 개재하고, 상기 캠의 변위가 상기 제1 및 제2 벽부 사이를 통해, 상기 제1 벽부와 제2 벽부로 전해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변식 구동 밸브 장치.

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