KR20060050790A

KR20060050790A - 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치

Info

Publication number: KR20060050790A
Application number: KR1020050079795A
Authority: KR
Inventors: 세이노스께 하라
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-05-19
Also published as: US20070113810A1; US20060042577A1; US7461620B2; JP4278590B2; JP2006070725A; KR100741444B1; US7188595B2; DE102005041299A1

Abstract

캠 샤프트 상의 구동 캠과 제어 샤프트 상의 제어 캠의 조합된 운동을 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체로 전달하기 위한 밸브 작동 링크가 제공된다. 상기 밸브 작동 링크는 제어 샤프트를 지지하는 베어링부와 상기 캠 샤프트를 둘러싸서 그 사이에 주어진 공간을 유지하는 후크 형상 하부와 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체를 반복적으로 누르는 캠 부분을 포함하여 엔진 밸브의 개폐 작동을 수행한다.

샤프트, 캠, 엔진, 밸브, 밸브 작동 링크

Description

내연 기관의 가변 밸브 작동 장치{VARIABLE VALVE ACTUATION DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도1은 본 발명의 제1 실시예인 가변 밸브 작동 장치의 단면도.

도2는 상기 제1 실시예의 가변 밸브 작동 장치의 부분 정면도.

도3은 상기 제1 실시예의 가변 밸브 작동 장치의 분해도.

도4는 도1과 유사한 도면이나, 가변 밸브 작동 장치가 낮은 밸브 상승 모드인 상태를 도시하는 도면.

도5는 도1과 유사한 도면이나, 가변 밸브 작동 장치가 높은 밸브 상승 모드인 상태를 도시하는 도면.

도6은 상기 제1 실시예의 가변 밸브 작동 장치가 갖는 밸브 상승 특성을 도시하는 그래프.

도7은 도1과 유사한 도면이나, 본 발명의 제2 실시예인 가변 밸브 작동 장치를 도시하는 도면.

도8은 상기 제2 실시예의 가변 밸브 작동 장치의 부분 정면도.

도9는 상기 제2 실시예의 가변 밸브 작동 장치의 분해도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 실린더 헤드

4: 베어링 부재

5: 캠 샤프트

5a: 구동 캠

6: 로커 아암

7: 간극 조정기

8: 작동 링크

9: 상승각 변경 기구

23: 지지 샤프트

24: 스윙 아암

26: 제어 샤프트

27: 제어 캠

28: 복귀 스프링

100, 200: 가변 밸브 작동 장치

본 발명은 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진 밸브(즉, 흡기 및/또는 배기 밸브)의 개폐 작동을 수행하는 한편 엔진의 작동 상태에 따라 엔진 밸브의 상승각을 변경시키는 타입의 가변 밸브 작동 장치에 관한 것이다.

지금까지, 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치의 분야에서, 다양한 형태가 제안되고 활용되어 왔다. 이들 중 일부가 일본 특허 공개 공보 평7-63023호 및 평11-107725호에 기술되어 있다.

그러나 그들 고유의 구조로 인해, 전술된 공보에 개시된 가변 밸브 작동 장치는 컴팩트하고 단순한 구조를 갖지 못하였다. 즉, 상기 공보들 중 전자의 장치에서는 실린더 헤드 상에 배열된 부품의 레이아웃이 복잡하고, 후자의 장치에서는 실린더 헤드 상에 배열된 부품이 복잡한 구조를 갖는다. 물론, 이러한 부품들의 복잡한 레이아웃 및 구조는 제조된 가변 밸브 작동 장치의 비용을 필연적으로 상승시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 구성이 단순하고 크기가 작고 경제적인 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 엔진의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 구동 캠이 주연에 형성된 캠 샤프트와, 제어 캠이 주연에 형성되고 엔진의 작동 상태에 따라 각의 위치가 변경되는 제어 샤프트와, 제어 샤프트를 지지하는 베어링부와 상기 캠 샤프트를 둘러싸서 그 사이에 주어진 공간을 유지하는 후크 형상 하부와 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체를 반복적으로 누르는 캠 부분을 포함하고 상기 제어 샤프트에 의해 마련된 제1 가상 피봇축에 대해 피봇할 때 엔진 밸브의 개폐 작동을 수행하는 밸브 작동 링크와, 밸브 작동 링크에 의해 마련된 제2 가상 피봇축에 대 해 피봇하고 상기 구동 캠과 접촉하는 제1 단부와 상기 제어 캠과 접촉하는 제2 단부를 갖는 스윙 아암과, 상기 스윙 아암의 제1 단부를 상기 구동 캠 쪽으로 편의시키고 상기 스윙 아암의 제2 단부를 상기 제어 캠 쪽으로 편의시키는 편의 부재를 포함하고, 상기 제어 샤프트의 각의 위치가 변경될 때 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각이 변경되는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치가 제공된다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 엔진의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 구동 캠이 주연에 형성된 캠 샤프트와, 상기 캠 샤프트와 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체 사이에 이동 가능한 캠 부분을 갖고, 상기 캠 부분이 제1 가상 피봇축에 대해 피봇될 때 상기 엔진 밸브의 개폐 작동을 수행하는 밸브 작동 링크와, 상기 밸브 작동 링크를 회동(rock)시키도록 상기 구동 캠에서 밸브 작동 링크로 토크를 전달하고, 상기 밸브 작동 링크의 이동 경로를 변경시켜 상기 밸브 작동 링크에 외력이 인가될 때 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각을 변경시키는 상승각 변경 기구를 포함하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치가 제공된다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 엔진의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 구동 캠이 주연에 형성된 캠 샤프트와, 상기 캠 샤프트를 둘러싸서 그 사이에 주어진 공간을 유지하고 상기 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체와 접촉하는 후크 형상 하부를 포함하여 상기 엔진 밸브의 개폐 작동을 수행하는 밸브 작동 링크와, 상기 밸브 작동 링크를 회동시키도록 상기 구동 캠에서 밸브 작동 링크로 토크를 전달하고 상기 밸브 작동 링크의 이동 경로를 변경시켜 상기 밸브 작동 링크에 외력이 인가될 때 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각을 변경시키는 상승각 변경 기구를 포함하는 내연 기 관의 가변 밸브 작동 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 목적 및 장점은 첨부 도면을 참조할 때 후속하는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하에서는, 본 발명의 두 실시예(100, 200)에 대해 첨부 도면을 참고하여 설명할 것이다.

이해를 돕기 위하여, 좌측, 우측, 상측, 하측, 우향 등과 같은 다양한 방향에 대한 용어들이 본 설명에서 사용된다. 그러나, 이러한 용어들은 해당 부품 또는 부분들이 도시된 도면 또는 도면들에 대해서만 이해되기 위한 것이다. 본 설명을 통하여, 사실상 동일한 부품 및 부분들은 동일한 도면 부호로 표시된다.

도1 내지 도5, 특히 도1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예인 가변 밸브 작동 장치(100)가 도시된다.

도1에서 이해되는 바와 같이, 가변 밸브 작동 장치(100)가 실제로 적용되는 내연 기관은 (도시되지 않은) 실린더 블록 내에 형성된 각각의 실린더를 위한 한 쌍의 흡기 포트(2, 2)를 갖는 타입이다. 각각의 흡기 포트(2)에는 (도시되지 않은) 해당 피스톤 상부의 실린더 내에 한정되는 연소 챔버에 노출되는 흡기 밸브(3)가 마련된다.

도1 및 도3에서 이해되는 바와 같이, 가변 밸브 작동 장치(100)는 통상 베어링 부재(4)를 통해 실린더 헤드(1) 상에 회전 가능하게 지지되고 엔진의 종축을 따라 연장되는 캠 샤프트(5)와, 흡기 밸브(3, 3)의 스템 단부(3a, 3a)와 접촉하는 가압 아암부를 갖는 2개의 로커 아암(6, 6)과, 실린더 헤드(1) 상에 보유되고 로커 아암(6, 6)의 다른 아암부가 접촉하는 헤드 또는 플런저(7c, 7c)를 갖는 2개의 유압식 간극 조정기(7, 7)와, 캠 샤프트(5)를 둘러싸도록 배치되고 로커 아암(6, 6)을 통하여 흡기 밸브(3, 3)의 개폐 작동을 수행하는 2개의 밸브 작동 링크(8, 8)와, 밸브 작동 링크(8, 8)를 통하여 흡기 밸브(3, 3)의 상승각을 변경시키는 상승각 변경 기구(9)를 포함한다. 도면 부호 10은 실린더 헤드(1) 상에 장착되는 헤드 커버를 나타낸다.

도1에서 알 수 있듯이, 각각의 흡기 밸브(3)는 실린더 헤드(1) 내에 설정된 밸브 가이드(11)에 의해 활주 가능하게 보유된다. 도시된 바와 같이, 각각의 흡기 밸브(3)는 상향으로, 즉 흡기 밸브(3)의 스템에 의해 보유된 스프링 리테이너(12)와 실린더 헤드(1) 내에 형성된 리세스의 바닥면 사이에 배치된 밸브 스프링(13)에 의해 흡기 포트(2)를 폐쇄하는 방향으로 편의된다.

도2에서 이해되는 바와 같이, 캠 샤프트(5)는, 각각이 실린더 헤드(1) 상에 일체로 형성된 상승된 블록부(1a) 상에 형성된 반원통형 홈과 베어링 부재(4)의 하부면 상에 형성된 다른 하나의 반원통형 홈을 포함하는 정렬된 원형 베어링 개구들에 의해 회전 가능하게 보유된다.

도2 및 도3에서 알 수 있듯이, 캠 샤프트(5)에는 그 주연에 원활한 캠 표면을 갖는 로브가 구비된 구동 캠(5a)이 일체로 형성된다.

도1 및 도3에서 이해되는 바와 같이, 각각의 로커 아암(6)에는 롤러(15)를 수용하는 구멍(6a)이 형성된다. 즉, 롤러(15)는 구멍(6a)을 가로질러 연장하는 롤러 샤프트(14)를 통하여 구멍(6a) 내에 회전 가능하게 보유된다. 비록 도면에 도 시되지 않았으나, 롤러 샤프트(14)에 대한 롤러(15)의 원활한 회전을 위해 볼 베어링이 사용된다. 각 로커 아암(6)의 하나의 아암부는 해당 흡기 밸브(3)의 스템 단부(3a)와 접촉하는 하부면을 갖고, 로커 아암(6)의 다른 하나의 아암부는 유압식 간극 조정기(7)의 플런저(7c)의 구형 헤드와 접촉하는 오목한 하부면을 갖는다.

간극 조정기(7)는 알려진 타입으로서, 도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(1)의 원통형 리세스 내에 단단히 수용되는 바닥이 있는 원통형 몸체(7a)와, 원통형 몸체(7a) 내에 단단히 수용되고 구멍이 형성된 하부를 갖는 원통형 리테이너(7b)와, 원통형 리테이너(7b) 위의 원통형 몸체(7a) 내에 축방향으로 활주 가능하게 수용된 전술된 플런저(7c)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 원통형 리테이너(7b)와 플런저(7c)에 의해 그들 사이에는 유압 챔버(7d)가 한정된다. 체크 밸브(7e)는 (도면 부호가 없는) 편의 스프링의 힘으로 원통형 리테이너(7b)의 구멍이 형성된 하부의 하부면에 대항하여 가압된다. 이러한 구조로, 고압 챔버(7q)가 원통형 리테이너(7b)의 구멍이 형성된 하부 아래에 한정된다.

실린더 헤드(1) 내에 형성된 유압 통로(1b)를 통하여 유압 챔버(7d) 내로 유압이 공급된다.

엔진의 작동 중에 플런저(7c)가 로커 아암(6)의 상기 다른 아암부에 의해 하향 이동될 때, 유압 챔버(7d) 내의 유압은 체크 밸브(7e)를 개방시키는 각도로 증가되어, 고압 챔버(7q)에 유압을 공급한다. 이때, 플런저(7c)는 상향 이동하도록 힘을 받아 로커 아암(6)의 상기 하나의 아암부와 해당 흡기 밸브(3)의 스템 단부(3a) 사이의 간극을 영(0)으로 조정한다.

도2 및 도3에서 알 수 있듯이, 2개의 밸브 작동 링크(8, 8)는 그들 사이에 구동 캠(5a)을 그들의 후크 형상 하부(16, 16)에 놓도록 배열된다. 즉, 각 후크 형상 하부(16)는 캠 샤프트(6) 주연에 연장되어 그 사이에 일정 공간을 둔다. 도2에 도시된 바와 같이, 2개의 밸브 작동 링크(8, 8)는 구동 캠(5a)에 대해 대칭으로 배열된다.

도1 및 도3에서 알 수 있듯이, 밸브 작동 링크(8, 8)의 각각은, 상승각 변경 기구(9) 쪽으로 연장하고 그를 관통하여 형성된 개구(18)를 갖는 아암부(17)를 갖는다. 각각의 밸브 작동 링크(8)는 그의 상단에 반원통형 베어링 리세스(19)를 갖는다.

도3에서 이해되는 바와 같이, 후크 형상 하부(16) 및 반원통형 베어링 리세스(19)는 사각형의 경량화 개구(21)가 사이에 형성되는 전방 및 후방 비임부(beam portion)(20)를 통하여 일체로 연결된다. 이러한 경량화 개구(21)의 마련은 밸브 작동 링크(8)의 하중이 감소되도록 한다.

후크 형상 하부(16)는 캠 샤프트(6)의 원통형 외부면 주연에 연장하는 오목하게 굴곡된 내부 에지(16a)를 가져 그들 사이에 일정 공간을 유지하고, 상기 후크 형상 하부(16)는 그 아래 부분에 해당 로커 아암(6)의 롤러(15) 상에 활주 가능하게 놓여진 캠 부분(22)을 더 갖는다.

도3에서 알 수 있듯이, 각 밸브 작동 링크(8)의 캠 부분(22)은 통상의 사각 형상이고 약간 오목한 하부면 또는 캠 표면(22a)을 갖는다. 캠 부분(22)의 기단부(22b)는 후크 형상 하부(16)의 생크부(16b)에 일체로 연결된다. 캠 부분(22)에는 얇은 전단부(22c)가 형성된다.

도3에 잘 도시된 바와 같이, 캠 표면(22a)은 기단부(22b) 근처에 위치된 작은 곡률 반경부와 얇은 전단부(22c) 근처에 위치된 큰 곡률 반경부를 갖는다.

도1, 도2, 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 밸브 작동 링크(8, 8)의 반원통형 베어링 리세스(19, 19)는 아래에서 상세히 설명될 제어 샤프트(26)를 회전 가능하게 지지하기 위해 사용된다.

도1 및 도3에서 알 수 있듯이, 상승각 변경 기구(9)는 2개의 밸브 작동 링크(8, 8)의 개구(18, 18) 내에 수용된 양 단부를 갖는 (제2 가상 피봇축에 대응하는) 지지 샤프트(23)와, 상기지지 샤프트(23)에 의해 회전 가능하게 지지되는 스윙 아암(24)과, 엔진의 종축을 따라 연장하는 (제1 가상 피봇축에 대응하는) 전술된 제어 샤프트(26)와, 2개의 밸브 작동 링크(8, 8) 사이의 위치에서 제어 샤프트(26) 상에 일체로 배치된 제어 캠(27)과, 제어 캠(27)과 구동 캠(5a) 쪽으로 스윙 아암(24)을 편의시키도록 실린더 헤드(1)에 의해 보유되는 복귀 스프링(28)을 포함한다.

도3에서 알 수 있듯이, 지지 샤프트(23)는 중공 샤프트로서 개구(18, 18) 내에 회전 가능하게 수용된 양단부를 갖는다. 도2에 도시된 바와 같이, 6개의 C-형 링(31)이 지지 샤프트(23)와 개구(18, 18)와 스윙 아암(24) 사이의 상대 위치 설정을 달성하기 위하여 사용된다.

다시 도3을 참조하면, 스윙 아암(24)은 선형 부재로 프레스 금속 시트로 구성된다. 즉, 스윙 아암(24)은 하중을 줄이기 위한 소위 채널 구조를 갖는다. 스 윙 아암(24)의 중간부에는, 지지 샤프트(23)가 통과하는 개구(24a)가 형성되어 있다. 스윙 아암(24)의 일단에는 샤프트(29a)를 통하여 회전 가능하게 연결되는 제1 롤러(29)를 갖고 타단에는 샤프트(30a)를 통하여 회전 가능하게 연결되는 제2 롤러(30)를 갖는다.

도1 및 도3에서 이해되는 바와 같이, 제1 롤러(29)는 상기 구동 캠(5a) 상에 작동식으로 놓여지고, 제2 롤러(30)는 제어 캠(27) 상에 작동식으로 놓여진다.

도2에서 이해되는 바와 같이, 제어 샤프트(26)는 정렬된 원형 베어링 개구들에 의해 회전 가능하게 보유되는 데, 상기 원형 베어링 개구의 각각은 베어링 부재(4)의 상부면 상에 형성된 반원통형 홈과 베어링 브래킷(25)의 하부면 상에 형성된 다른 반원통형 홈을 포함하고, 제어 샤프트(26)는 밸브 작동 링크(8, 8)의 상기 반원통형 베어링(19, 19) 내에 회전 가능하게 수용된 축방향으로 이격된 부분을 갖는다. 즉, 제어 샤프트(26)의 축방향으로 이격된 부분은 밸브 작동 링크(8, 8)를 회전 가능하게 지지한다.

도3에 도시된 바와 같이, 제어 샤프트(26) 상의 제어 캠(27)은 매끄러운 캠 표면(27a)과 그 옆에 함몰부(27b)를 갖는 로브를 포함한다.

도1에서 알 수 있듯이, 스윙 아암(24)의 상기 제2 롤러(30)는 제어 캠(27)의 매끄러운 캠 표면(27a)에 대항하여 가압된다. 도시된 바와 같이, 베어링 브래킷(25) 및 베어링 부재(4)는 복수개의 볼트 및 너트(32)에 의해 상승된 블록부(1a)에 연결된다.

복귀 스프링(28)은, 도1에 도시된 바와 같이, 중간의 코일부와, 실린더 헤드 (1)의 상단부에 형성된 보어 내에 가압 끼워 맞춤되는 일 단부(28a)와, 지지 샤프트(23)에 대항하여 가압되도록 굽어 감긴 타 단부(28b)를 포함한다. 이러한 복귀 스프링(28)의 편의력으로 인해, 스윙 아암(24)의 제1 및 제2 롤러(29, 30)는 구동 캠(5a) 및 제어 캠(27)에 대항하여 각각 가압된다.

비록 도면에 도시되지 않았으나, 전기식 액추에이터가 엔진의 작동 상태에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 제어 샤프트(26)를 원하는 각의 위치로 회전시킨다. 전기식 액추에이터의 제어를 위하여, 마이크로컴퓨터를 갖는 공지의 제어 유닛이 사용된다. 즉, 크랭크 각 센서, 트로틀 각 센서, 엔진 냉각수 온도 센서, 공기 유량계 등으로부터의 정보 신호를 처리함으로써, 상기 제어 유닛은 현재 엔진 작동 상태를 판단하고, 이러한 판단에 따라 전기식 액추에이터를 제어한다.

이하에서는 상기 제1 실시예의 가변 밸브 작동 장치(100)의 작동에 대해 설명한다.

먼저, 흡기 밸브(3, 3)의 개폐 작동에 대해 도1 및 도3을 참조하여 설명한다.

엔진의 (도시되지 않은) 크랭크 샤프트에서 캠 샤프트(5)로 캠 샤프트(5)를 회전시키기 위해 토크가 전달된다. 그 다음, 캠 샤프트(5)의 토크는 구동 캠(5a) 및 제1 롤러(29)를 통하여 스윙 아암(24)으로 전달되어 지지 샤프트(23)에 대해 스윙 아암(24)을 회전시킨다. 이러한 스윙 아암(24)의 회전 또는 힘은 지지 샤프트(23)를 통하여 밸브 작동 링크(8, 8)로 전달된다.

이때, 밸브 작동 링크(8, 8)는 제어 샤프트(26)를 중심으로 회전하도록 힘을 받아 캠 부분(22, 22)이 밸브 스프링(13)의 편의력에 대항하여 로커 아암(6, 6)의 롤러(15, 15)를 간헐적으로 가압하게 한다. 따라서 흡기 밸브(3, 3)는 반복적으로 개폐된다. 각 캠 부분(22)의 캠 표면(22a)은, 아래 설명에서 이해되는 바와 같이, 흡기 밸브(3, 3)의 상승각을 변경시키기 위해 기단부(22b)와 전단부(22c) 사이의 롤러(15) 상에서 주행한다.

다음으로, 상승각 변경 기구(9)에 의한 상승각 제어가 도1 및 도3을 참조하여 설명된다.

엔진의 아이들링 상태와 같은 저속 저부하 작동 상태에서, 상기 제어 유닛은 제어 샤프트(26)를 소정 각의 위치로 회전시키는 방식으로 전기식 액추에이터를 제어한다. 이때, 도4에서 알 수 있듯이, 제어 캠(27)의 캠 표면(27a)은 약간 상승된 부분에서 제2 롤러(30)와 접촉한다.

따라서 스윙 아암(24)은 지지 샤프트(23)에 대해 시계 방향으로 약간 회전하도록 힘을 받는다. 이때, 밸브 작동 링크(8, 8)는 제어 샤프트(26)를 중심으로 캠 샤프트(5)로부터 멀어지는 방향으로, 즉 도1에서 반시계 방향으로 회전하게 되어, 각 캠 부분(22)의 캠 표면(22a)과 해당 롤러(15)가 접촉하는 위치는 캠 표면(22a)의 사실상 중심 위치에서 전단부(22c) 쪽으로 이동한다.

그에 따라서, 도6의 실선으로 표시된 바와 같이, 흡기 밸브(3, 3)의 상승각은 작게 제어된다. 주지된 바와 같이, 엔진의 저속 저부하 상태에서 밸브 상승각이 작게 제어될 때, 향상된 연료 소비 및 엔진 작동의 안정성이 모두 기대된다.

이후에 엔진이 고속 고부하 작동 상태로 변경될 때, 제어 유닛은 제어 샤프 트(26)를 다른 소정 각의 위치로 회전시키는 방식으로 상기 전기식 액추에이터를 제어한다. 이때, 도5에 도시된 바와 같이, 제어 캠(27)의 캠 표면(27a)은 높이 상승된 부분에서 제2 롤러(30)와 접촉한다.

따라서 스윙 아암(24)은 복귀 스프링(28)의 편의력에 대항하여 지지 샤프트(23)를 중심으로 반시계 방향으로 회전하도록 힘을 받는다. 이때, 밸브 작동 링크(8, 8)는 캠 샤프트(5)에 가까운 방향으로, 즉 도5에서 시계 방향으로 제어 샤프트(26)를 중심으로 회전하여, 각 캠 부분(22)의 캠 표면(22a)과 해당 롤러(15)가 접촉하는 위치는 전단부(22c)에서 기단부(22b) 쪽으로 이동한다.

따라서 도6에서 점선으로 표시된 바와 같이, 흡기 밸브(3, 3)의 상승각은 높게 제어된다. 이로써, 높은 출력이 엔진에 의해 생성된다.

가변 밸브 작동 장치(100)를 조립하기 위해서는, 다음의 조립 단계들이 바람직하다.

도1, 도2 및 도3에서 이해되는 바와 같이, 먼저, 캠 샤프트(5), 제어 샤프트(26), 베어링 부재(4) 및 베어링 브래킷(25)이 너트(32)를 볼트에 느슨하게 결합시킴으로써 실린더 헤드(1) 상에 임시로 장착되고, 복귀 스프링(28)이 실린더 헤드(1)에 고정된다. 더욱이, 작동 링크(8, 8), 스윙 아암(24) 및 지지 샤프트(23)는 임시로 조립되어 임시 유닛을 구성한다.

그 다음, 상기 임시 유닛은 하부 위치에서 제어 샤프트(26)로 가져가 제어 샤프트(26)와 반원통형 베어링 리세스(19, 19)가 정합되게 한 후, 상기 임시 유닛은 제어 샤프트(26)를 중심으로 회전하여 후크 형상 하부(16, 16)가 그 사이의 일 정 공간으로 캠 샤프트(5)를 수용하게 한다. 그 다음, 볼트 상의 너트(32)는 체결 방향으로 돌려진다. 이로써, 전술된 임시로 조립된 유닛은 도1에 도시된 바와 같은 방식으로 실린더 헤드(1) 상에 장착된다.

이러한 장착 중에, 스윙 아암(24)은 복귀 스프링(28)에 의해 도1에서 우측으로 편의되어, 제1 및 제2 롤러(29, 30)는 구동 캠(5a) 및 제어 캠(27)에 대항하여 탄성 가압되고 밸브 작동 링크(8, 8)의 캠 부분(22, 22)은 상기 위치에서 로커 아암(6, 6)의 롤러(15, 15)에 대항하여 가압된다. 최종적으로, 너트(32, 32)는 실린더 헤드(1) 상에 상기 부품을 완전히 장착하기 위하여 체결 방향으로 충분히 회전된다.

전술된 바와 같이, 밸브 작동 링크(8, 8), 스윙 아암(24) 및 지지 샤프트(23)는 실린더 헤드(1) 상에 장착되기 전에 임시 유닛을 구성하기 위하여 임시로 조립될 수 있다. 더욱이, 캠 샤프트(5)를 둘러싸도록 형성된 후크 형상 하부(16, 16)가 마련되기 때문에, 임시 유닛은 실린더 헤드(1)의 단면에서 우측 위치로 가져오게 될 수 있다. 따라서 상기 유닛을 실린더 헤드(1) 상에 장착하는 것은 단순한 작업으로 신속하게 수행될 수 있다.

밸브 작동 링크(8, 8)의 후크 형상 하부(16, 16)를 마련하는 것이 캠 샤프트(5)의 위치나 레이아웃을 변경시키지 않는다는 것을 알아야 한다. 즉, 가변 밸브 작동 장치(100)에서, 밸브 작동 링크(8, 8)는 캠 샤프트(5)와의 간섭 없이 흡기 밸브(3, 3)의 스템 단부(3a, 3a)에 대한 우측 위치에서 설정될 수 있어서, 실린더 헤드(1) 상에서 부품의 레이아웃 변경을 고려할 필요가 없다. 다시 말해서, 가변 밸 브 작동 장치(100)에서, 필요한 밸브 상승각 제어는 전술된 방식으로 캠 샤프트(5) 근처에 상승각 변경 기구(9)와 밸브 작동 링크(8, 8)를 단순히 배치함으로써 달성된다.

이하에서는 가변 밸브 작동 장치(100)의 다른 장점이 설명될 것이다.

밸브 작동 링크(8, 8) 및 상승각 변경 기구(9)는 캠 샤프트(5) 위에 밀착 배치될 수 있다. 이는 가변 밸브 작동 장치(100)가 엔진 출력을 증가시키기 위해 형상이 복잡해진 흡기 및 배기 포트를 갖는 고출력 타입의 내연 기관에 용이하게 적용할 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 가변 밸브 작동 장치(100)의 컴팩트한 배열로 인해, 실린더 블록(1)의 크기를 증가시키거나 그의 구조를 복잡하게 할 필요가 없는 데, 이는 엔진의 가격을 줄이게 된다.

제어 샤프트(26)는 그 위에 제어 캠(27)을 장착하기 위한 수단뿐만 아니라 밸브 작동 링크(8, 8)를 피봇 가능하게 지지하기 위한 수단으로서 기능을 한다. 즉, 밸브 작동 링크(8, 8)를 피봇 가능하게 지지하는 별도의 지지 부재를 마련할 필요가 없어, 이는 가변 밸브 작동 장치(100)의 구조를 더 단순하게 한다.

전술된 바와 같은 각 밸브 작동 링크(8)의 캠 부분(22)의 하나의 캠 표면(22a)으로 인해, 흡기 밸브(3)의 상승각에 따라 변경되는 밸브 스프링(13)의 편의력이 롤러(15)에서 캠 표면(22a)으로 원활하게 인가된다. 따라서 캠 표면(22a)의 원하지 않는 마모가 억제 또는 적어도 최소화된다. 캠 부분(22)의 전단부(22c)의 얇은 구성으로 인해, 밸브 작동 링크(8)의 중량 감소를 얻을 수 있다.

도4 또는 도5에서 이해되는 바와 같이, 흡기 밸브(3)가 개방될 때, 즉 밸브 작동 링크(8)의 캠 부분(22)이 그의 캠 표면(22a)에서 로커 아암(6)을 아래로 누를 때, 밸브 스프링(13)에 의해 생성된 편의력은 로커 아암(6), 롤러(15), 캠 부분(22) 및 밸브 작동 링크(8)의 주요부를 통하여 밸브 작동 링크(8)의 반원통형 베어링 리세스(19)의 하부 위치에서 제어 샤프트(26)로 인가된다. 이러한 상태에서, 캠 샤프트(5)는 회전을 유지하여, 캠 샤프트(5)의 구동 캠(5a)은 스윙 아암(24)을 계속적으로 피봇시키는 제1 롤러(29)를 누른다. 즉, 구동 캠(5a)이 제1 롤러(29)를 누를 때, 제2 롤러(30)는 밸브 스프링(13)의 편의력을 제거하기 위한 방향으로 제어 캠(27)에 대항하여 가압된다. 이는 제어 샤프트(26)가 과도한 힘으로 인가되는 것을 방지한다. 따라서 제어 샤프트(26)의 직경의 감소와 하중의 감소가 얻어진다.

2개의 밸브 작동 링크(8, 8)는 하나의 구동 캠(5a)으로 제어되는데, 이는 상기 장치(100)의 구성을 단순하게 한다.

2개의 밸브 작동 링크(8, 8)는 구동 캠(5a)에 대해 대칭으로 배치되어, 2개의 흡기 밸브(3, 3)의 밸브 스프링(13, 13)의 편의력이 2개의 밸브 작동 링크(8, 8)에 고르게 인가된다. 이로써, 2개 링크(8, 8)의 원하지 않는 기울어짐이 억제되는 데, 이는 상승각 변경 기구(9)의 성능을 향상시킨다.

스윙 아암(24)의 양 단부 상의 제1 및 제2 롤러(29, 30)를 사용함으로써, 구동 캠(5a) 및 제어 캠(27)에 인가되는 마찰은 거의 억제 또는 적어도 최소화되는데, 이는 상기 장치(100)의 내구성을 증가시킨다. 2개의 밸브 작동 링크(8, 8)의 반원통형 베어링 리세스(19, 19)를 사용하면, 제어 샤프트(26)에 대한 링크(8, 8) 의 조립이 용이해진다. 밸브 스프링(13)의 편의력은 반원통형 베어링 리세스(19, 19)를 통하여 제어 샤프트(26)에 인가되는 데, 이는 상기 베어링 리세스(19, 19)의 마찰을 감소시킨다.

각각의 밸브 작동 링크(8)는 제어 샤프트(26)의 축에 대해 회전하도록 힘을 받는다. 상기 회전 중에, 상기 링크(8)의 캠 표면(22a)은 곡선을 그려서, 상기 얇은 전단부(22c)는 흡기 밸브(3)의 상승되지 않은 상태를 위하여 정확한 기초원을 만들 수 있는 데, 이는 유압식 간극 조정기(7)의 정확한 작동을 이끈다.

도3에 도시된 바와 같이, 각각의 밸브 작동 링크(8)는 컴팩트하게 결합된 반원통형 베어링 리세스(19), 전방 및 후방 비임부(20), 후크 형상 하부(16) 및 캠 부분(22)을 갖는다. 이러한 개구(21)의 마련 및 컴팩트한 구조는 상기 링크(8)의 중량을 감소시키고 강인성을 가져온다.

스윙 아암(24)의 제1 및 제2 롤러(29, 30)를 구동 캠(5a) 및 제어 캠(27)에 대항하여 각각 편의시키고 가압하기 위하여 하나의 복귀 스프링(28)만이 사용되어, 상기 장치(100)를 단순하세 구성한다.

도1에 도시된 바와 같이, 복귀 스프링(28)의 굽어 감긴 타 단부(28b)는 지지 샤프트(23)의 원통형 외부면에 대항하여 탄성적으로 근접하게(intimately) 가압된다. 따라서 스윙 아암(24)의 위치가 바뀌더라도, 상기 굽어 감긴 타 단부(28b)가 지지 샤프트(23)에 가압 접촉되는 것은 변하지 않고 유지되어, 복귀 스프링(28)에서 스윙 아암(24)으로 인가된 편의력은 일정한 안정성을 갖는다.

도면의 도7 내지 도9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예인 가변 밸브 작동 장치(200)가 도시된다.

상기 제2 실시예(200)에서, 2개의 밸브 작동 시스템이 2개의 흡기 밸브(3, 3)를 각각 또는 독립적으로 작동시키기 위해 사용된다. 즉, 상기 2개의 흡기 밸브(3, 3)는 2개의 스윙 아암(24, 24)에 의해 각각 제어된다.

도9에 도시된 바와 같이, 2쌍의 구동 캠(5a, 5a)(5b, 5b)이 캠 샤프트(5) 상에 일체로 형성되고, 2개의 제어 캠(27, 27)은 제어 샤프트(26) 상에 일체로 형성된다. 도시된 실시예에서, 구동 캠(5a, 5a)의 캠 프로파일은 다른 구동 캠(5b, 5b)과 다르고, 하나의 제어 캠(27)의 캠 프로파일은 다른 제어 캠(27)과 다르다.

도8에서 알 수 있듯이, 상기 구동 캠(5a, 5a) 쌍과 다른 구동 캠(5b, 5b) 쌍 사이와, 상기 2개의 상기 제어 캠(27, 27) 사이에는, 캠 샤프트(5)와 제어 샤프트(26)를 지지하는 지지벽 구조체가 배치된다. 상기 지지 구조체는 실린더 헤드(1)의 하나의 상승된 블록부(1a)와 베어링 부재(4)와 베어링 브래킷(25)을 포함한다.

각각의 밸브 작동 시스템은 한 쌍의 구동 캠(5a 및 5a)(또는 5b 및 5b), 하나의 제어 캠(27), 하나의 스윙 아암(24), 하나의 밸브 작동 링크(8), 하나의 로커 아암(6) 및 하나의 간극 조정기(7)를 포함한다.

이하에서는 각각의 밸브 작동 시스템에 대하여 도9를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

이하에서 명확해질 이유로, 스윙 아암(24)은 해당 밸브 작동 링크(8)의 아암부(17)를 수용하도록 크기가 정해진 긴 슬릿(24b)을 갖도록 구성된다. 스윙 아암(24)에 이러한 긴 슬릿(24b)을 마련하기 위하여, 금속 시트를 가압하여 채널 구조 의 스윙 아암(24)을 제작하는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 스윙 아암(24)의 대략 중간부에는 지지 샤프트(23)가 통과하는 개구(24a)가 형성된다. 스윙 아암(24)은, 그의 하단부에 각각의 샤프트(33a)(또는 34a)를 통하여 회전 가능하게 연결되는 2개의 제1 롤러(33 및 33)(또는 34 및 34)가 구비되고, 그의 상단부에 샤프트(30a)를 통하여 회전 가능하게 연결되는 제2 롤러(30)가 구비된다. 제1 롤러(33, 34)를 제 위치에 보유하기 위하여 와셔(35, 36)가 사용된다.

조립 시, 2개의 제1 롤러(33 및 33)(또는 34 및 34)가 캠 샤프트(5)의 2개의 구동 캠(5a 및 5a)(또는 5b 및 5b) 상에 각각 놓이고 제2 롤러(30)(또는 30)가 제어 샤프트(26)의 제어 캠(27)(또는 27) 상에 놓인다는 것에 유의하여야 한다.

도8 및 도9에서 이해되는 바와 같이, 지지 샤프트(23)는 그의 대략 중간부에서 밸브 작동 링크(8)의 개구(18) 내에 수용된다. 와셔(38) 및 C-형 링(37)은 지지 샤프트(23)를 제 위치에 보유시키기 위해 사용된다.

스윙 아암(24)을 밸브 작동 링크(8)에 장착하는 것은 후속하는 조립 단계에서 수행된다.

먼저, 스윙 아암(24)은 슬릿(24a) 내에서 상기 링크(8)의 아암부(17)를 수용하는 방식으로 밸브 작동 링크(8) 상에 놓인다. 그 다음, 스윙 아암(24)은 상기 링크(8)에 대해 약간 이동하여 개구(24a, 18)들 사이에 정렬된 배치를 이루고 나서, 지지 샤프트(23)가 정렬된 개구(24a, 18) 내에 삽입되고, 그 다음, 와셔(38) 및 C-형 링(37)이 지지 샤프트(23)의 대향 단부들에 연결된다.

도7에 도시된 바와 같이, 복귀 스프링(28)의 상기 단부(28b)는 직각으로 절곡되어 긴 가압부(24c)를 갖고 그에 의해 2개의 스윙 아암(24)의 배면측(24c)이 캠 샤프트(5) 및 제어 샤프트(26)를 향하여 가압된다.

따라서 제2 실시예(200)에서, 밸브 작동 링크(8, 8) 및 상승각 변경 기구(9)의 기본적인 작동은 전술된 제1 실시예(100)와 사실상 동일하다.

그러나 전술된 바와 같이, 제2 실시예(200)에서, 2개의 흡기 밸브(3, 3)의 개폐 작동은, 각각이 캠 샤프트(5)의 쌍으로 된 구동 캠(5a 및 5a)(또는 5b 및 5b)과, 제어 샤프트(26)의 하나의 제어 캠(27)(또는 27)과, 하나의 스윙 아암(24)과, 하나의 밸브 작동 링크(8)와, 하나의 로커(6)와, 하나의 간극 조정기(7)를 포함하는 작동 시스템들에 의해 독립적으로 제어된다. 주어진 방향으로 2개의 스윙 아암(24, 24)을 편의시키기 위하여, 하나의 복귀 스프링(28)이 사용된다.

따라서 제2 실시예(200)에서, 흡기 밸브(3, 3)에 대한 구동 캠(5a, 5a, 5b, 5b)과 제어 캠(27, 27) 운동의 전달은 전술된 제1 실시예(100)와 비교하여 보다 확실하고 정확하게 수행된다.

도8에 도시된 바와 같이, 구동 캠(5a, 5a, 5b, 5b)은 로커 아암(6, 6) 근처에 위치된다. 이는 종래의 실린더 헤드 상의 부품들의 레이아웃에 큰 변화 없이 실린더 헤드(1) 상에 캠 샤프트(5)를 위치시키는 것이 용이하게 이루어지는 것을 의미한다.

전술된 바와 같이, 한 쌍의 구동 캠(5a, 5a)의 캠 프로파일은 다른 한 쌍의 구동 캠(5b, 5b)과 서로 상이하다. 이는 상기 실린더의 연소 챔버 내로 공급되는 공기/연료 혼합물의 스월(swirl) 현상을 향상시켜, 연료 소모뿐만 아니라 배기를 향상시킨다.

도8에 도시된 바와 같이, 밸브 작동 시스템이 균형 잡힌 방식으로 지지벽 구조체(1a, 4, 25)에 의해 작동식으로 지지되기 때문에, 캠 샤프트(5) 및 제어 샤프트(26)에서 스윙 아암(24, 24)으로 인가되는 하중은 밸브 작동 링크(8, 8)와 그에 따라 2개의 흡기 밸브(3, 3)로 효과적으로 전달되는 데, 이는 흡기 밸브(3, 3)의 안정된 개폐 작동을 수행한다.

각각의 스윙 아암(24)은 슬릿(24b)을 갖도록 구성되어 밸브 작동 링크(8)의 아암부(17)를 그 안에 수용하는 데, 이는 링크(8), 스윙 아암(24) 및 지지 샤프트(23)를 포함하는 컴팩트한 유닛을 이룬다. 만일 스윙 아암(24)이 금속 플레이트를 가압하여 구성되면, 상기 유닛의 비용 절감이 달성된다.

2004년 8월 31일자로 출원된 일본 특허 출원 제2004-252257호의 전체 내용이 여기에 참고로 포함된다.

비록 본 발명이 실시예를 참고로 앞에서 서술되었으나, 본 발명은 전술된 이들 실시예에 한정되지 않는다. 이러한 실시예의 다양한 변형 및 변경이 전술된 설명에 비추어 본 기술 분야의 숙련자에 의해 수행될 수 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 가변 밸브 작동 장치는 구성이 단순하고, 크기가 작고, 경제적인 효과가 있다.

Claims

내연 기관의 가변 밸브 작동 장치이며,

엔진의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 구동 캠이 주연에 형성된 캠 샤프트와,

제어 캠이 주연에 형성되고 엔진의 작동 상태에 따라 각의 위치가 변경되는 제어 샤프트와,

상기 제어 샤프트를 지지하는 베어링부와, 상기 캠 샤프트를 둘러싸서 그 사이에 주어진 공간을 유지하는 후크 형상 하부와, 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체를 반복적으로 누르는 캠 부분을 포함하고, 상기 제어 샤프트에 의해 마련된 제1 가상 피봇축에 대해 피봇할 때 엔진 밸브의 개폐 작동을 수행하는 밸브 작동 링크와,

밸브 작동 링크에 의해 마련된 제2 가상 피봇축에 대해 피봇하고 상기 구동 캠과 접촉하는 제1 단부와 상기 제어 캠과 접촉하는 제2 단부를 갖는 스윙 아암과,

상기 스윙 아암의 제1 단부를 상기 구동 캠 쪽으로 편의시키고 상기 스윙 아암의 제2 단부를 상기 제어 캠 쪽으로 편의시키는 편의 부재를 포함하고,

상기 제어 샤프트의 각의 위치가 변경될 때 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각이 변경되는 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 캠은 상기 엔진의 작동 상태에 따라 제1 가상 피봇축에 대해 피봇하도록 배치된 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 편의 부재는 상기 스윙 아암과 제2 가상 피봇축의 하나와 탄성 접촉하도록 배치된 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 다른 하나의 밸브 작동 링크가 더 구비되어 전체 2개의 밸브 작동 링크가 각각의 실린더를 위해 구비되고, 상기 2개의 밸브 작동 링크 모두는 상기 캠 샤프트의 구동 캠에 의해 구동되는 가변 밸브 작동 장치.
제4항에 있어서, 상기 2개의 밸브 작동 링크는 상기 캠 샤프트의 구동 캠에 대해 대칭으로 배열된 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 스윙 아암의 제1 단부에는 상기 캠 샤프트의 구동 캠과 접촉하는 제1 롤러가 설치되고, 상기 스윙 아암의 제2 단부에는 상기 제어 샤프트의 제어 캠과 접촉하는 제2 롤러가 설치되는 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 밸브 작동 링크의 베어링부는 상기 밸브 작동 링크가 상기 제1 가상 피봇축에 대해 피봇하는 방식으로 상기 제어 샤프트를 지지하는 반원통형 베어링 리세스를 포함하는 가변 밸브 작동 장치.
제7항에 있어서, 상기 밸브 작동 링크는 상기 반원통형 베어링 리세스를 통 하여 편의 수단에 의해 상기 제1 가상 피봇축 쪽으로 편의된 가변 밸브 작동 장치.
제7항에 있어서, 상기 제어 캠은 각각의 실린더가 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각을 제어하도록 상기 제1 가상 피봇축 상에 구비된 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 베어링부 및 후크 형상 하부는 경량화 개구가 관통 형성된 평탄한 비임부를 통하여 일체로 연결된 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 밸브 작동 링크의 캠 부분은 상기 엔진 밸브의 스템 단부 상에서 그의 기단부로부터 선단부 쪽으로 이동할 때 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각을 서서히 감소시키도록 형성된 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 캠 샤프트에는 엔진 밸브를 독립적으로 제어하기 위하여 마련된 복수의 구동 캠이 형성되어, 구동 캠 각각의 회전 토크가 상기 밸브 작동 링크를 통하여 해당 엔진 밸브로 전달되고, 상기 제어 캠의 각의 위치를 변경시켜 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각이 변경되는 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체는 상기 엔진 밸브의 스템 단부와 접촉하는 일 단부와 지지점 부재가 접촉하는 타 단부를 갖는 로커 아암을 포함하는 가변 밸브 작동 장치.
제13항에 있어서, 상기 밸브 작동 링크의 캠 부분은 상기 로커 아암에 의해 회전 가능하게 보유되는 롤러와 접촉하는 가변 밸브 작동 장치.
제13항에 있어서, 상기 지지점 부재는 유압식 간극 조정기의 플런저인 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 스윙 아암은 상기 밸브 작동 링크의 일부를 안에 수용하도록 크기가 정해진 긴 슬릿을 갖도록 구성된 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 2개의 밸브 작동 링크가 각각의 실린더를 위해 마련되고, 상기 밸브 작동 링크는 상기 캠 샤프트 상에 형성된 각각의 구동 캠에 의해 각각 작동되고, 상기 구동 캠의 캠 프로파일들은 서로 다른 가변 밸브 작동 장치.
내연 기관의 가변 밸브 작동 장치이며,

엔진의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 구동 캠이 주연에 형성된 캠 샤프트와,

상기 캠 샤프트와 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체 사이에서 이동 가능한 캠 부분을 갖고, 상기 캠 부분이 제1 가상 피봇축에 대해 피봇될 때 상기 엔진 밸브의 개폐 작동을 수행하는 밸브 작동 링크와,

상기 밸브 작동 링크를 회동시키도록 상기 구동 캠에서 밸브 작동 링크로 토크를 전달하고, 상기 밸브 작동 링크의 이동 경로를 변경하여 상기 밸브 작동 링크에 외력이 인가될 때 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각을 변경시키는 상승각 변경 기구를 포함하는 가변 밸브 작동 장치.
제18항에 있어서, 상기 제1 가상 피봇축은 상기 캠 샤프트에 대해 상기 엔진 밸브에 대향하는 위치에 위치된 가변 밸브 작동 장치.
내연 기관의 가변 밸브 작동 장치이며,

엔진의 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 구동 캠이 주연에 형성된 캠 샤프트와,

상기 캠 샤프트를 둘러싸서 그 사이에 주어진 공간을 유지하고 상기 엔진 밸브의 밸브 가압 구조체와 접촉하는 후크 형상 하부를 포함하여 상기 엔진 밸브의 개폐 작동을 수행하는 밸브 작동 링크와,

상기 밸브 작동 링크를 회동시키도록 상기 구동 캠에서 밸브 작동 링크로 토크를 전달하고 상기 밸브 작동 링크의 이동 경로를 변경시켜 상기 밸브 작동 링크에 외력이 인가될 때 상기 엔진 밸브의 밸브 상승각을 변경시키는 상승각 변경 기구를 포함하는 가변 밸브 작동 장치.