KR20060112219A

KR20060112219A - 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템

Info

Publication number: KR20060112219A
Application number: KR1020060036942A
Authority: KR
Inventors: 마꼬또 나까무라; 세이노스께 하라; 세이지 스가; 마사히꼬 와따나베; 도미오 호까리
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2006-10-31
Also published as: US7478614B2; DE102006016739A1; US20060236960A1; FR2884855A1; CN1854471A; JP2006307656A

Abstract

압축 점화 엔진을 위한 가변 작동식 밸브 시스템에서, 조절 기구는 엔진 구동 조건에 따라 하사점으로부터 흡기 밸브 폐쇄 타이밍을 분리하기 위해 제어 섹션에 의해 제어되며, 엔진 시동 안정화 섹션은 제어 섹션의 작동 불능 때와, 엔진의 정지 중에, 그리고 엔진의 시동 중 적어도 하나의 경우에서라도 엔진 시동을 보장한다.

압축 점화 엔진, 가변 작동, 하사점, 엔진 시동, 엔진 정지

Description

압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템 {VARIABLY OPERATED VALVE SYSTEM FOR COMPRESSION IGNITION ENGINE}

도1은 본 발명을 따른 바람직한 실시예의 가변 작동식 밸브 시스템의 개략도.

도2는 도1의 실시예의 가변 작동식 밸브 시스템의 4행정 엔진의 경우 작동을 설명하기 위한 특성 그래프.

도3은 도1에 도시된 실시예의 가변 작동식 밸브 시스템의 2행정 엔진의 경우 작동을 설명하는 특성 그래프.

도4는 도1에 도시된 실시예에서 가변 작동식 밸브 시스템에 사용되는 엔진(1)의 시동 중의 제어 흐름을 도시하는 흐름도.

도5는 도1에 도시된 실시예에서 가변 작동식 밸브 시스템에 사용되는 연료 분사 패턴에 대한 예시도.

도6은 도1에 도시된 실시예에서 가변 작동식 밸브 시스템의 흡기 밸브에 대한 위상 조절 기구에 대한 분해 사시도.

도7a는 도6에 도시된 가변 작동식 밸브 기구의 개략도와 관련된 전진각 위치를 도시하는 예시도.

도7b는 도6에 도시된 가변 작동식 밸브 기구의 개략도와 관련된 최대 전진각 위치를 나타내는 예시도.

도7c는 도6에 도시된 가변 작동식 밸브 기구의 개략도와 관련된 최대 지연각 위치를 나타내는 예시도.

도8a, 도8b 및 도8c는 도1에 도시된 가변 작동식 밸브 시스템의 실시예에서 유압 시스템의 개략도.

도9는 도1에 도시된 가변 작동식 밸브 시스템의 실시예에 사용되는 흡기 밸브의 전진각측을 나타내는 특성 그래프.

도10은 본 발명을 따른 가변 작동식 밸브 시스템의 제2 실시예에 사용되는 흡기 밸브의 지연각측을 나타내는 특성 그래프.

도11은 도10에 도시된 가변 작동식 밸브 시스템의 제2 실시예의 경우 바이어스 스프링의 작동을 설명하기 위한 개략도.

도12는 본 발명을 따른 가변 작동식 밸브 시스템의 바람직한 제3 실시예에 사용되는 엔진 시동 중의 제어 흐름도.

도13은 도12에 도시된 가변 작동식 밸브 시스템의 제3 실시예에 사용되는 시동성(시동 특성) 보장 안정책 제어를 나타내는 흐름도.

도14는 본 발명을 따른 바람직한 제4 실시예에서 가변 작동식 밸브 시스템에 대한 개략도.

도15는 도14에 도시된 가변 작동식 밸브 시스템의 제4 실시예에서 흡기 밸브의 특성 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 엔진

2: 크랭크샤프트

3: 실린더 피스톤

4: 연료 분사 밸브

5: 크랭크각 센서

7: 시동기

8: 예열 플러그

9: 흡기 밸브

10 : 배기 밸브

11: 흡기 캠

12: 배기 캠

14: 캠 액슬 타이밍 풀리

15: 수온 센서

16: 흡기 시스템

17: 기류 센서

18: 터보 차져

본 발명은 왕복 운동 엔진의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 위한 가변 작동식 밸브 시스템에 관한 것이며, 특히 4행정 및 2행정 디젤 엔진 등의 압축 점화 엔진에 사용되기에 적합한 가변 작동식 밸브 시스템에 관한 것이다.

최근, 엔진 구동 상태에 따라 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브의 리프트와 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 작동식 밸브 시스템이 엔진의 충전 효율과, 유효 압축비와, 간여 가스량을 제어하며, 엔진 성능과 배출 기능을 개선시키기 위해 널리 사용된다. 디젤 엔진 또는 예비 혼합 압축 점화 엔진에서, 엔진의 압축 행정과 함께 발생되는 가스의 온도 상승으로 인해서, 분사된 연료가 자연 발화된다. 연료의 자연 발화는 실린더의 온도가 높고 압력이 높은 상태에서만 수행된다. 자연 발화가 연료의 종류에 의존하지만, 온도가 1000 K 이상이 아니고, 압력이 1 MPa 이상이 아니면 자연 발화는 수행되지 않는다. 따라서, 엔진의 저온 시동 중에(소위, cold start), 실린더 벽의 온도는 낮고, 실린더는 가스의 열을 빼앗긴다. 실린더 내의 온도 및 압력을 높이기 위해 압축비가 예를 들어 15 이상으로 증가하지 않을 경우, 자연 발화가 진행되지 않으며 연료의 연소는 발생되지 않는다. 그러나, 엔진의 워밍업이 완료되는 시점에서, 높은 압축비는 실린더 피스톤에 가해지는 압력을 증가시킨다. 그러므로, 기계적인 마찰 손실은 증가하고 엔진 성능은 쉽게 감소된다. 이러한 것을 피하기 위해서, 엔진 시동이 끝난 후에, 엔진의 성능을 개선시키기 위해서 압축비가 15 이하로 줄어드는 것이 제안되었다. 엔진 시동 후에, 실린더 벽의 온도는 더 높아진다. 압축비가 낮을지라도, 실린더는 가스 열을 빼앗기지 않는다. 따라서, 가스 온도와 압력은 커지고, 자연 발화가 수행된다. 압축비의 변화는 잘 알려진 바와 같이 피스톤의 틈새 체적을 기계적으로 변화시키거나 피스톤 행 정을 기계적으로 변화시켜 수행딘다. 그러나, 이러한 기계 장치는 복잡해진다. 흡기 밸브의 밸브 폐쇄 타이밍(또는 실린더당 흡기 밸브)은 압축 행정 시작 시의 가스 질량이 변화할 수 있도록 크랭크각에 대해서 지연 또는 전진한다. 크랭크각에 대한 가스 온도와 압력의 상승이 지연될 수 있다. 즉, 유효 압축비는 감소될 수 있다. 종래의 가변 작동식 밸브 시스템에 대한 예가 1989년 12월 20일에 공개된 일본특허출원 공보 H1-315631호에 개시되어 있는데, 2행정 디젤 엔진에서 전기적으로 구동되는 가변 작동식 장치(캔 트위스트 타입)는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(IVC)를 하사점(BDC)에 접근시켜 유효 압축비를 증가시킨다. 그러므로, 엔진 시동 중에 자연 발화가 보장되며 통상의 구동 중에 IVC(흡기 밸브 폐쇄)를 지연시켜 유효 압축비가 감소하고, 연료의 경제성이 줄어든다. 또한, 아까아까 유우조오와 미우라 하지메에 의한 오토모티브 테크놀로지 제 59권 제2호의 33 내지 38 페이지에 수록된 배출을 줄이고 연료 경제성을 개선시키기 위한 가변식 밸브 작동 기술의 최근 동향이라는 제목의 일본 논문에 개시된 바와 같이 또 다른 제안된 가변 작동식 밸브 기구는 유압에 의해 작동되는 로터리 베인이 포함된다.

그러나, 전술된 종래의 가변 작동식 시스템에서, 유압 스위치 밸브의 고정(잠김)이나 유압 스위치 밸브의 전기 시스템의 결함과 같은 기계적인 결함이나 그 유압 시스템이 결함이 발생될 경우, 엔진 시동 중에 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(IVC)은 하사점(BDC)으로부터 분리(변화)되어 유효 압축비가 충분이 상승되지 않고 시동 결함이 발생된다. 전력 구동 가변 작동식 밸브 시스템의 경우에서도, 배터리 전압의 저하 또는 모터의 단락 등과 같은 결함이 발생할 경우, IVC는 BDC로부터 분리되어 자연 발화가 발생하지 않고 시동 경함이 발생할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(IVC)이 하사점(BDC)으로부터 분리되어 자연 발화가 발생되지 않고 시동 결함이 발생하는 엔진의 시동 중의 불편함을 해결할 수 있는 압축 점화를 위한 가변 작동식 밸브 시스템을 제공하는 것이다. 상기 일본특허출원공보에 개시된 종래의 가변 작동식 밸브 시스템에서, 위상 조절 기구(VTC, 밸브 타이밍 제어 기구)는 스텝핑 모터를 이용한다. 스텝핑 모터의 흐르는 전류가 OFF될 때, 위상 조절 기구가 정상적으로 작동될 경우, IVC는 자동적으로 BDC 근방 위치에 도달한다[하사점(BDC) 이후 크랭크 각도(CA)에서 20도]. 스텝핑 모터를 흐르는 전류가 ON일 때, IVC는 BDC로부터 지연된 위치로 접근하도록 제어된다[하사점(BDC)이후에 크랭크 각도에서 60도). 그러나, 스텝핑 모터의 로터리 액슬이 고정(잠금)될 경우, 위상 조절 기구는 위상 조절 기구가 고정되는 위치에 고정된다. 스텝핑 모터를 흐르는 전류가 OFF일 경우, IVC는 BDC 근처 위치로 설정될 수 없다. 따라서, 엔진 시동 중에 IVC는 BDC 근방 위치로 설정된다. 엔진 시동 후에, IVC는 지연된다. 그러나, 스텝핑 모터가 고정되면, 엔진 시동 중의 불편함은 해결될 수 없다. 또한, 상기 일본 논문에서 다양한 가변 작동식 밸브 시스템이 제안되었다. 위상(VTC)를 변화시키는 조절 기구와 리프트(리프트 양)을 변화시키는 또 다른 조절 기구가 전자 제어 유닛(ECU)의 출력 전기 신호에 응답하여 작동되는 전기 제어 섹션(전기 모터 및 전자석)에 의해 직접 구동된다. 또는, 전기 제어 섹션에 의해 작동되는 유압 동력 섹션이 간접적으로 구동된다. 가변 작동식 밸브 시스템의 각각의 예시에서, 상기 일본특허출원공보에 개시된 것과 동일하게 제어 섹션이 작동 불능일 경우, BDC 근방 위치까지 IVC를 접근시키는 수단은 제공되지 않는다. 그러므로, 엔진 시동 중의 불편함은 여전히 해결될 수 없다.

전술된 목적을 달성하기 위해서는 본 발명의 일 태양을 따라, 압축 점화 엔진을 위한 가변 작동식 밸브 시스템이 제공되며, 엔진 구동 조건에 따라 흡기 밸브 폐쇄 타이밍을 하사점으로부터 분리하기 위한 제어 섹션에 의해 제어되는 조절 기구와, 제어 섹션의 작동 불능일 때와, 엔진의 정지 중과 엔진의 시동 중에 어느 하나의 경우라도 엔진 시동이 보장되는 엔진 시동 안정화 섹션이 제공된다.

명세서에 개시된 IVC는 전술된 바와 같이 흡기 밸브 폐쇄 타이밍으로 정의될 수 있지만, 흡기 밸브가 완전히 폐쇄되는 타이밍이 아니라 램프 간격을 포함하지 않는 유효 리프트 간격이 완료되는 타이밍 일 수 있다는 것을 알 수 있다. 유효 폐쇄 타이밍이 BDC 근방으로 설정될 경우, 리프트 가속 간격이 완료되는 실질적인 폐쇄 타이밍은 BDC으로 간주될 수 있으므로, 유효 압축비는 실제로 더 증가될 수 있다. 엔진 구동 조건에 따라 IVC가 BDC(하사점)로부터 분리되도록 제어하기 위한 제어 섹션을 포함하는 본 발명을 따른 압축 점화 엔진을 위한 가변 작동식 밸브 시스템에서, 제어 섹션이 작동 불능이더라도 기계적 바이어스 섹션은 IVC를 항상 BDC 근방 상태로 설정한다. 따라서, 유효 압축비는 엔진이 제공되는 가장 높은 레벨로 유지될 수 있고, 엔진 시동의 안정성은 현격히 증가될 수 있다. 또한, 기계적 바이어스 섹션이 제어 섹션의 불편함으로 인해서 BDC 근방으로 IVC를 설정할 수 없을 경우, 시동성(시동 특성) 보장 안전책 제어 논리는 확실히 엔진을 시동시킬 수 있다.

본 발명의 요약은 필요한 모든 특성을 다 설명하지 않으므로 본 발명은 이러한 전술된 특성들의 부수적인 조합일 수 있다.

본 발명을 더욱 잘 이해하기 위해서 도면을 참조할 것이다.

우선, 4행정 디젤 엔진의 가변 작동식 밸브 시스템이 도1을 참고로 설명될 것이다. 엔진(1)의 크랭크샤프트(2)는 도1에 도시된 바와 같이 시계 반향으로 회전한다. 실린더 피스톤(3)이 바닥 위치(가장 낮은 위치)에 있는 상태를 크랭크 각도(CA-crank angle)가 180도인 하사점(BDC-bottom dead center)이라고 한다. 크랭프샤프트(2)가 회전하고 피스톤(2)이 상사점(도1에 도시된 바와 같이 가장 높은 위치)에 도달했을 때, 이를 상사점(TDC-top dead center)이라고 하며 그 크랭크 각도(CA)는 360도이다. 통상의 디젤 연소의 경우, 연료가 연료 분사 밸브(4)로부터 실린더 내로 분사되며, 가스의 높은 온도로 인해 자연 발화되어 연료가 연소된다. 예비 혼합 압축 점화의 경우, 연료는 흡입 행정에서 연료 분사 밸브(4)로부터 분사되고, 분사된 연료는 실린더에 충전된 공기와 충분히 혼합된다. 피스톤(3)이 상승하면, 실린더 내의 예비 혼합된 공기의 온도와 압력이 높아지고, 공기와 연료 혼합물이 자연 발화하여 연료가 연소한다. 연료 분사 밸브(4)의 연료 분사 타이밍은 크랭크각 센서(5)의 신호에 따르며, 전자 제어 유닛(ECU; 6)에 의해 제어된다. 또한, 엔진(1) 시동 중에 시동기(7)는 크랭크샤프트(2)와 맞물려, 그에 따라 크랭크 샤프트(2)가 회전한다. 더욱이, 엔진(1) 시동 중에, 예열 플러그(8)에 전류가 흘러 예열 플러그(8)의 온도가 올라간다. 그러므로, 연료의 증발이 촉진되어 연료의 공기 혼합물에 자연 발화를 돕는다. 배기 가스는 촉매 변환기(301)에 의해 정화된다.

흡기 밸브(9) 및 배기 밸브(10)는 엔진(1)의 상부에 배치되며, 흡기 캠(11)과 배기 캠(2)에 의해 각각 구동된다. 흡기 캠(11)은 리프트 위상 변화 타입의 가변 작동식 밸브 기구(VTC-a variable timing control mechanism; 13)을 통해 캠 액슬 타이밍 풀리(14)에 연결된다. 크랭크샤프트(2)의 회전은 타이밍 벨트 또는 타이밍 풀리를 통해 캠 액슬 타이밍 풀리(14)로 전달된다. 수온 (또는 냉매 온도) 센서(15)로부터 나온 신호는 ECU(전자 제어 유닛; 6)에 입력된다. VTC 위상차 위치 센서(200)로부터의 신호도 ECU(6)로 입력된다. 크랭크샤프트(2)가 회전할 때, 캠 액슬 타이밍 풀리(14)도 크랭프샤프트(2) 1/2 회전만큼 회전한다. 흡기 캠(11)이 회전하고, 흡기 밸브(9)의 개방 작동은 크랭프샤프트(2)의 회전당 한번 수행되며, 공기가 실린더로 흡입된다. 또한, 캠 액슬 타이밍 풀리(14)가 회전할 때, 여기에 연결된 배기 캠(12)이 회전한다. 그러므로, 배기 밸브(12)의 개방 작업은 크랭크샤프트(2)의 2회전당 한번 수행되며, 공기는 실린더 내로 흡입된다. 흡입 공기량를 측정하기 위한 기류 센서(17), 터보 차져(18) 및 배기 가스 재순환 밸브(EGR; 19)는 흡기 밸브(9)의 상류측 위치에 위치한 흡기 시스템(16)에 배치된다.

도2는 도1에 도시된 통상적인 4행정 디젤 엔진에서 흡기 밸브(9)와 배기 밸브(10)의 통상적인 개방-폐쇄 타이밍을 도시한다. 배기 밸브(10)는 크랭크각(CA) 이 -180도일 때 배기 행정 시작 때에 개방된다. 이 타이밍을 EVO(배기 밸브 개방 타이밍-Exhaust Valve Open Timing)이라고 한다. 배기 밸브(10)는 배기 행정이 종료되는 타이밍에 폐쇄된다. 이 타이밍을 EVC(배기 밸브 폐쇄 타이밍-Exhaust Valve Closure timing)이라고 한다. 흡기 밸브(10)는 흡기 행정 시작시 크랭크 각도가 0도 근처의 위치에서 개방되며, 흡입 행정 종료에 대응하는 BDC 근방에서 폐쇄된다. 전자의 타이밍을 IVO(흡기 밸브 개방 타이밍-Intake Valve Open timing)이라고 하며, 후자의 타이밍을 IVC(흡기 밸브 폐쇄 타이밍-Intake Valve Closure timing)이라고 한다. 자연발화는 압축 행정의 종료 때에 TDC(상사점) 이전 위치에서 발생된다. 만약 IVC가 BDC보다 빠르게 된다면(BDC보다 더 전진된 각도라면), 실린더 내로 충전된 가스의 양은 감소하고 유효 압축비가 감소된다. 또한, 만약 IVC가 BDC(하사점)보다 늦다면(지연되었다면), 실린더 내로 충전된 가스는 흡기 시스템(16)으로 다시 되돌아가고, 실린더 내에 충전된 가스의 질량은 감소하며, 유효 압축비는 감소한다.

2행정 엔진의 경우, 1 사이클이 도3에 도시된 바와 같이 360도(1회전)에서 종료된다. 그러므로, 크랭크 각도가 180도일 때, 4행정에 대응하는 흡입 행정과 압축 행정이 진행된다. 다음번 180도에서, 팽창 행정된 배기 행정이 수행된다. 자연 발화는 TDC 이전에 수행된다. 흡기 밸브(9) 및 배기 밸브(10)의 개방 작동은 1회전당 한번 수행되기 때문에, 캠 액슬 타이밍 풀리(14)는 도1에 도시된 바와 같이 크랭프샤프트(2)와 동일한 회전 속도로 구동된다. 4행정 엔진의 경우에서의 요소들은 2행정 엔진의 경우에서의 다른 요소들에도 적용될 수 있다. IVC가 BDC에 도달하면, 공기 혼합 연료는 가스의 질량이 많은 상태에서 압축되며, 유효 압축비가 높아진다. 또한, IVC가 BDC에 대해서 지연되면, 엔진 실린더에 충전된 가스의 양은 감소되며 유효 압축비는 흡기 시스템(16)의 압력이 일정할 경우 감소된다. 도4는 엔진 시동이 수행될 때 ECU(6)의 제어 작동을 도시한다. 엔진(1)이 시동될 때, 즉 크랭크각 센서(5)의 신호로부터 나온 엔진 속도가 0일 때, 또는 냉매 온도(수온) 센서(15)에 의해 출력된 신호로부터 나온 엔진 온도가 40도 이하일 때, 제어 유닛(ECU; 6)은 엔진(1)이 저온 시동(cold start)으로 판정하고, IVC가 BDC 근처 상태가 되어 유효 압축비가 높이지는 모드로 엔진(1)을 구동시킨다. 엔진(1)의 회전 속도가 500 rpm과 같거나 높을 때, 제어 유닛(ECU; 6)는 엔진 시동이 끝나고 IVC는 BDC보다 위상각(Δ) 만큼 지연된다고 판정한다. 4행정 엔진의 경우, 유효 압축비는 IVC가 BDC보다 더 전진하였을 경우 감소될 수 있다. 엔진 정지의 경우, IVC는 BDC로 설정되는 경우와, 점화 스위치 키가 온(on)되는 것과 동시에 IVC가 BDC에 도달되도록 제어되는 경우가 예상된다. 그러므로, 도4의 단계(83, 84 및 86)에서 위상각(Δ)의 검출 및 제어는 VTC 위상 센서(200)의 신호에 의해 수행된다. 엔진 정지 중에 IVC가 BDC로 이미 설정된 경우, IVC의 위치만 도4의 단계(83)에서 체크되며, 시동기의 온(on)이 직접 입력된다. 엔진 회전이 증가할 때, IVC는 단계(86)에서 위상각(Δ) 만큼만 지연된다. 엔진 정지 중에 IVC가 BDC로 설정되지 않은 경우, IVC가 BDC와 거의 동일하게 되도록 제어 작동이 단계(83)에서 수행된다. 연료 분사 밸브(4)를 통해 분사된 연료의 질량은 기류 센서(17)로부터의 흡기 공기의 유동량을 나타내는 신호와 엔진(1)의 회전 신호에 따라 제어된다. 또한, 배기 가스 재순환(EGR) 밸브(19)와 터보차저(18)가 고려된 상태에서, 연료의 질량 및 연료 분사의 타이밍이 결정된다. 흡기 밸브(9)의 IVC의 변화로 인해서 연료 분사량(연료의 질량)과 연료 분사 타이밍이 변경될 필요가 있게 되는 것은 당연하다. 그러므로, VTC 위상 센서(200)의 신호가 ECU(6)에 입력된다. 연료 분사량은 VTC의 위상, 즉 IVC의 위치에 따라 변경된다. 도5에 도시된 바와 같이, 디젤 엔진의 1행정의 분사 중에, 연료는 연료 분사를 파일럿 분사(pilot injection), 예비 분사(prior injection), 메인 분사(main injection), 서브 분사(sub injection) 및 포스트 분사(post injection)로 나누어 분사한다. 이러한 분사 패턴은 구동 상태에 따라 변한다. 도4의 플로우차트의 단계(85)에서, 연료 분사 패턴은 IVC의 함수로 주어진다. IVC의 변화는 연료 분사 패턴(연료 분사량과 연료가 분사되는 횟수)에 즉각 반영된다.

도6은 전술된 도4의 단계(83, 84 및 86)에서 실행된 흡기 밸브 VTC(가변 타이밍 제어 기구)의 분해 사시도이다. 이 VTC는 전기 유압식이다. 흡기 캠(11)이 부착된 흡기 캠 액슬(20)은 중심 볼트(21)에 의해 유압 베인 메인 프레임(22)에 고정된다. 캠 액슬 타이밍 풀리(14)는 유압 하우징(23) 내에 고정된다. 유압 베인 메인 프레임(22)은 유압 하우징(23) 내에 수용되며, 전방 커버(24)에 의해 씰링된다. 4개의 베인이 유압 베인 메인 프레임(22) 내에 설치된다. 각각의 베인의 일측면에 유압을 인가하여, 유압 베인 메인 프레임(22)과 유압 하우징(23)의 위상이 유압 하우징(23) 내에서 변할 수 있다. IVC는 유압 메인 프레임(22)과 유압 하우징(23)의 위상차에 따라 엔진의 구동 중에 변할 수 있다. 이 경우, IVO가 동시에 변할 수 있다.

총 8개의 4위치 2열 바이어스 스프링(25)이 베인부의 측면(네 개의 위치)과 유압 하우징(23)의 스톱퍼면(네 개의 위치) 사이에 배열된다. 이러한 바이어스 스프링(25)은 유압 베인 메인 프레임(22)을 시계 방향, 즉 캠 액슬(20)이 전진하는 방향으로 편향시킨다. 전방 커버(24)는 네 개의 고정 볼트(107)에 의해 유압 하우징(23)에 고정된다. 전방 커버(24)에 흡입 구멍(150)에 구비된다. 도6, 도7a, 도7b 및 도7c에서, 전진각 유압 경로(32), 지연각 유압 경로(33), 전진각 유압 구멍(106) 및 지연각 유압 구멍(107)을 통해 전진각 유압 챔버(30) 및 지연각 유압 챔버(31) 내로 오일이 공급된다. 이러한 전진각 유압 경로(32)와 지연각 유압 경로(33)는 도6에 도시된 흡기 캠 액슬(20) 내에 배치된다. 오일(윤활유)는 전진각 유압 홈(34)과 지연각 유압 홈(35)을 통해 엔진(1)에 윤활유를 공급하는 오일 펌프에 의해 외부로부터 공급된다. 전진각 유압 홈(34)과 지연각 유압 홈(35)이 캠 저널 베어링(108)의 일부 내에 배치된다. 중앙 볼트 조임 나사 구멍(140)은 흡기 캠 액슬(20)의 팁부에 배치된다. 이러한 유압 피스톤(110)은 캠 액슬 타이밍 풀리(14)의 시트(111)에 끼워맞춰진다. 유압 피스톤(110)이 시트(111)에 끼워 맞춰질 때, 베인 메인 프레임(22)은 캠 액슬 타이밍 풀리(14)에 끼워 맞춰지고, 캠 액슬 타이밍 풀리(14)와 동일하게 작동한다. 베인 메인 프레임(22)에 작용된 유압이 예를 들어 엔진 시동 중에 충분하지 않을 때, 베인 메인 프레임(22)의 진동이 방지되도록 이러한 끼워맞춤 작업이 수행된다. 이러한 끼워 맞춤의 위치는 IVC가 도6에 도시된 바와 같이 BDC와 거의 동일한 위치에서 설정된다. 엔진(1)이 회전을 시 작할 때, 베인 메인 프레임(22)에 작용되는 유압은 더 높아진다. 이 때에, 끼워 맞춤이 전진각 유압 구멍(106)과 지연각 유압 구멍(107)으로부터 공급된 오일에 의해 피스톤 리턴 스프링(112)에 대해서 해제되는 방향으로 유압 피스톤(110)에 이동한다. 이는 베인 메인 프레임(22)이 통상의 유압에 의해 제어되도록 베인 메인 프레임(22)과 캠 액슬 타이밍 풀리(14) 사이에 연결을 해제한다.

도6에서, 베인 메인 프레임(22)을 전방 커버(24)에 결합시키기 위한 바이어스 트위스트 스프링(120)이 추가될 수 있다. 유압 하우징(23) 내에 배치된 바이어스 스프링(25)의 위치는 바이어스 스프링(120)이 배치되는 위치와는 다르다. 그러므로, 이러한 스프링(25, 120)은 큰 편향력이 발생되도록 실제로 간섭되지 않는다. 도6에 도시된 바와 같이, 바이어스 트위스트 스프링(120)의 양 단부에 위치한 후크는 전방 커버(24)에 설치된 트위스트 스프링 후크 삽입 구멍(122)과 베인 메인 프레임(22)에 구비된 트위스트 스프링 후크 삽입 구멍(121) 내로 삽입된다. 이러한 바이어스 트위스트 스프링(120)은 흡기 캠 액슬(20)을 시계 방향, 즉 전진각 방향으로 편향시킨다. 도7a, 도7b 및 도7c에서, 유압 하우징(23)은 크랭크샤프트 타이밍 풀리(132)와 타이밍 체인(131)에 의해 구동된다. 4행정 엔진의 경우, 유압 하우징(23)은 크랭크샤프트(2)의 1회전당 1/2 회전한다. 2행정 엔진의 경우, 유압 하우징(23)은 크랭크샤프트(2)의 1회전당 1회전한다. 전진각 유압 경로(32)와 지연각 유압 경로(33)를 통해 전진각 유압 챔버(30)와 지연각 유압 챔버(31) 내로 오일이 공급된다. 이 때에, 전진각 유압 챔버(30) 내의 유압이 지연각 유압 챔버(31) 내의 유압과 동일하거나 클 경우, 전진각 유압 챔버(30) 내에 오일이 충전 된다. 그러므로, 베인 메인 프레임(22)은 도7b에 도시된 상태가 되며, IVO와 IVC의 작동은 캠 액슬 타이밍 풀리(14)의 회전(크랭크각 : CA)(최대 전진각)에 대해서 더 빠른 타이밍에서 수행된다. 유압이 전진각 유압 챔버(30)와 지연각 유압 챔버(31)에 작용되지 않을 경우, 바이어스 스프링(25)은 도7b에 도시된 전진각 위치에서 IVO와 IVC를 자동적으로 제어한다. 반면에, 지연각 유압 챔버(31) 내의 유압은 전진각 유압 챔버(30) 내의 유압보다 충분히 더 큰 경우, 지연각 유압 챔버(31) 내에 오일이 충전되고, 유압 베인 메인 프레임(22) 내의 상태는 도7c에 도시된 바와 같다. 그러므로, IVO 및 IVC의 작동은 IVO와 IVC가 가장 지연된 상태(최대 지연각)와 같다. 그러므로, 전진각 유압 챔버(30) 상에 바이어스 스프링(25)을 제공하여 유압이 적용되지 않았을 때 최대 전진각 상태(예, BDC)로 IVC를 자동적으로 설정할 수 있게 한다. 바이어스 스프링(15)의 대안으로써, 신축형 코일 스프링과 판형 스프링이 포함된다. 또한, 바이어스 트위스트 스프링(120)은 유압이 적용되지 않을 때 최대 전진각 상태(예, BDC)로 IVC를 자동적으로 설정할 수도 있다.

전술된 오일의 유동은 도8a, 도8b 및 도8c에 도시된 오일 제어 밸브(39)에 의해 제어된다. 오일 제어 밸브(39)는 솔레노이드부(40), 스풀부(41) 및 스풀 바이어스 스프링(42)을 포함한다. 도8a, 도8b 및 도8c에서, 기호(A)는 전진각 유압 경로(32)에 연결되고, 기호(R)는 지연각 유압 경로(33)에 연결된다. 도1에 도시된 ECU(6)로부터의 신호는 솔레노이드부(40)에 입력된다. 도8a에서, 스풀부(41)가 도8a에 도시된 바와 같이 ECU(6)로부터의 신호에 반응하여 놓일 때, 전진각 유압 경로(32)의 유압은 커지고 지연각 유압 경로(33) 내의 압력은 감소한다. 그러므로, 베인 메인 프레임(22)은 전진각측을 향해 이동한다. 스불부(41)는 현재 상태(안정된 위치)로써 도8a에 도시된 상태이다. 그러므로, IVC의 현재 상태는 BDC(최대 전진각)이다. 즉, IVC는 BDC와 거의 동일하게 된다. 스풀부(41)가 스풀 바이어스 스프링(42)에 대해서 도8b에 도시된 상태일 때, 전진각 유압 경로(32)의 압력이 감소하고, 지연각 유압 경로(33)의 유압은 베인 메인 프레임(22)이 지연각측에서 회전하도록 증가된다. 도8c에 도시된 바와 같이, 스풀부(41)가 중간 위치에 보유될 때, 전진각 유압 경로(32) 및 지연각 유압 경로(33)는 폐쇄된다. 베인 베인 프레임(22)은 소정 위치에 보유된다. 즉, IVC가 최대 지연각 상태와 최대 전진각 상태 사이의 임의의 위치에서 보유된다. 이러한 제어는 VTC 위상 센서(200)의 출력을 기초로 ECU(6)에 의한 폐쇄 루프 제어이다.

전술된 바와 같이, 오일 제어 밸브(39)의 솔레노이드부(40)는 스풀(41)의 위치를 제어한다. 그러므로, 도9에 도시된 바와 같이 흡기 밸브(9)의 개방 간격은 IVC가 BDC보다 더 지연되는(크랭크 각도가 대략 40도) 최대 지연각 위치의 상태로 IVC가 BDC에 접근하는 최대 전진각 위치의 상태에서 제어될 수 있다. 이 때에, IVO가 동시에 변한다. IVC를 BDC에 접근시켜서, 유효 압축비는 감소하고 엔진(1)의 기계적 마찰 손실이 감소된다. 그러므로, 엔진 시동후 연료 소비가 감소될 수 있다. 또한, 유효 압축비의 감소로 인해서 연소 온도의 과도한 상승을 억제할 수 있다. 그러므로, NOx 배출이 감소될 수 있다. 전술된 실시예에서, 현재 상태에서 스풀부 바이어스 스프링(42)은 지연각 유압 경로(33)를 대기압에 개방시킨다. 그러므로, 바이어스 스프링(25)은 유압 베인 메인 프레임(22)이 현재 상태로써 최대 전진 상태가 되도록 한다. 따라서, 엔진(1) 정지 중에 최대 전진각 상태는 자동적으로 설정되는데, 즉 IVC가 BDC와 대략 동일하게 되는 상태로 설정된다. 엔진(1)이 압축비가 높을 때 시동되는 것이 가능하게 된다. 그러므로, 엔진 시동의 안정성은 기계적인 바이어스 섹션이 구비되지 않은 경우와 비교해볼 때 현격히 개선될 수 있다. 솔레노이드부(40)가 작동 불량이고 오일 제어 밸브(39)가 작동하지 않을 경우 IVC가 BDC와 대략 동일한 상태는 최소로 보장된다. 그러므로 연료 소비가 증가해도 엔진(1)은 안정적으로 연료를 연소시킬 수 있다. 바이어스 섹션이 없는 경우, IVC는 BDC와 항상 대략 동일하지 않고, 매우 안정적인 시동을 보장하는 것이 어렵게된다.

오일 제어 밸브(39)가 작동 불능이면, 예를 들어 솔레노이드부(40)가 그 벽에 부착된 고정부 때문에 작동하지 않고(소외 솔레노이드부(40)의 들러붙음이라고 함) 스풀부(41)가 도8b에 도시된 상태에 있을 때, 유압은 IVC를 지연각측을 향해 제어시키려고 한다. 그러나, 본 발명을 따른 가변 작동식 밸브 시스템의 실시예에서, 바이어스 스프링(25)은 IVC가 전진각측을 향해 이동하도록 전진각측을 향해 베인 메인 프레임(22)을 회전시킨다. 따라서, IVC가 전진각측에 유지되도록 지연각도측을 향한 IVC의 이동은 회피된다. 그러므로, 유효 압축비는 증가하고 엔진의 시동 능력(시동 특성)은 보장될 수 있다. 특히, 엔진 시동 크랭크 작동시 발생된 유압은 지연각도 방향을 향해 캠 액슬(20)을 이동시키려는 모멘트가 지연각 방향을 향해 흡기 캠 액슬(20)을 이동시키려는 모멘트보다 크도록 설정된다. 정밀한 작동이 예상될 수 있는 이점이 커질 수 있다. 오일 제어 밸브(39)가 그 작동 불량으로 인해 도8a에 도시된 전진각 상태에 있는 경우에도, 그리고 유압 시스템의 작동 불능과 응답 지연으로 인해 베인 메인 프레임(22)에 충분한 유압이 공급되지 않는 경우라도, 바이어스 스프링(25)은 베인 메인 프레임(22)을 통해 최대 전진각 상태로 IVC를 강제로 유지시켜, 시동 특성이 보장될 수 있다. 또한, 엔진 시동 중에 오일 제어 밸브(39)의 작동 불능으로 인해서 유압 상태가 도8c에 도시된 보유 제어 상태에 있게 할 때에도 그렇다. 본 실시예에서, 베인 메인 프레임(22)에 작용하는 바이어스 스프링(25)은 IVC에 대한 베인 메인 프레임(22)을 전진 상태에 있게 한다. 따라서, 바람직한 시동 특성이 보장될 수 있다. 각각의 바이어스 스프링(25)의 토크는 2 Nm 내지 3 m로 설정되어 흡기 캠 액슬(20)의 가변 작동식 밸브 모멘트를 극복할 수 있다. 각각의 바이어스 스프링(25)의 길이는 예를 들어 5cm이며, 그 힘은 1 kg 내지 2 kg이다. 만약 더 큰 토크가 설정되면, 더 많은 이점이 보장될 수 있다.

IVC가 BDC보다 더 빨라도(더 전진하여도) 유효 압축비는 감소될 수 있다. 흡기 밸브(9)가 흡입 행정 중간에 폐쇄되기 때문에, 충전된 공기의 양은 감소하고 유효 압축비는 감소한다. 도10은 전술된 작동 원리가 사용되어 본 발명을 따른 제2 실시예로 구성되는 경우 흡기 밸브(9)의 IVO 및 IVC의 타이밍을 도시한다. 최대 지연각측의 경우 IVC는 BDC에 접근한다. 최대 전진각측의 경우 IVC는 BDC보다 더 전진한다. 엔진(1)의 시동 중에, IVC는 BDC로 접근되도록 제어되며, 유효 압축비는 증가하고, 시동 특성이 보장될 수 있다. 엔진(1)의 시동 종료시, IVC는 최대 전진각 위치로 제어되고, IVC는 BDC보다 더 전진한다. 그러므로, 흡기 밸브(9)가 흡입 행정 중에 폐쇄되기 때문에, 충전된 공기의 질량은 감소하고, 유효 압축비와 마찰 손실은 감소하며, 연료 소비는 감소한다. 이런 경우, 현재 상태에서 IVC가 BDC와 거의 동일하기 때문에, 바이어스 스프링은 도11에 도시된 바와 같이 베인 메인 프레임(22)이 베인의 시계 방향으로 최대 지연 각도측이 되는 방식으로 장착된다. 오일 제어 밸브(39)의 작동이 도7a 내지 도7c에 도시된 제1 실시예의 경우와 동일하지만, 전진각측 유압 경로(A)는 지연각측 유압 경로(B)로 전환된다. 즉, 엔진(1) 시동 중에 VTC는 도7a에 도시된 상태이며, IVC는 BDC와 대략 동일하다.

이 때에, IVO가 TDC 후의 타이밍에서 지연되기 때문에, 흡기 밸브(9)를 통과하는 공기는 가스 흐름이 강화되도록 빨리 배출된다. 연료의 분사 촉진 때문에, 엔진 시동 특성이 더 강화될 수 있다. 엔진(1)의 시동이 끝날 때, 제어 밸브(39)의 작동으로 인해서 최대 전진각 상태로 베인 메인 프레임(22)을 제어한다. 그러므로, IVC는 BDC보다 더 전진한다. 결과적으로, 유효 압축비는 감소하고 저연료 소비 구동이 가능해진다.

가변 작동식 밸브 시스템의 제3 바람직한 실시예가 도12을 참고로 설명될 것이다. 도12는 엔진 정지 후에 후속 시동 중에 시동 특성을 보장하는 제어 기능에 대한 제어 흐름도를 도시한다. 즉, 도12의 단계(91')에서 제어 유닛(6)은 점화 키(스위치)가 오프(off)되어 있는지 판정한다. 만약 점화 키 스위치(91')가 오프(Yes-예)라면, 루틴은 단계(91)로 진행한다. 단계(91)에서, 제어 유닛(6)은 BDC를 향해 IVC를 이동시키기 위해 오일 제어 밸브(39)에 대한 신호를 발생시킨다(도7a에 도시된 실시예의 경우 전진각측으로 이동시키기 위해 IVC에 대해서 신호가 발 생되며, 도11에 도시된 실시예의 경우 지연각측으로 이동시키기 위해 IVC에 대해서 신호가 발생된다). 단계(S92)에서, 제어 유닛(6)은 VTC 위상 센서(200)를 통해 실제 IVC를 검출한다. 그런 다음 단계(S92')에서, 제어 유닛(6)은 IVC가 BDC를 향해 이동하는지의 여부를 판정한다. 실제 IVC가 단계(92')에서 BDC로 이동하지 않을 경우(No-아니오), 루틴은 단계(92")로 진행한다. 단계(92")에서, 제어 유닛(6)은 소정 시간이 지났는지를 판정한다. 통과하지 않았을 경우(No-아니오), 루틴은 단계(91)로 되돌아간다. 단계(92")에서 통과했을 경우(Yes-예) 또는 IVC가 단계(92')에서 대략 BDC와 동일할 경우(Yes-예), 제어 유닛(6)은 엔진(1)의 작동을 멈추기 위해 연료 분사 밸브(4)를 통해 연료 점화를 중지시키기 위한 엔진 정지 신호를 발생시킨다. 반면에, IVC가 BDC가 아닐 경우, 루틴은 단계(91)로 돌아가 오일 제어 밸브(39)를 제어하여 IVC -> BDC를 달성하기 위해 제어 작업을 반복한다. 만약 실제 IVC가 더이상 오일 제어 밸브(39)의 작동 불능으로 인해서 BDC 근처로 접근하지 않을 경우, 엔진(1)은 소정 시간(예, 30초)이 지난 후에 강제로 정지된다. 전술된 바와 같이, 캠 액슬 타이밍 풀리(14)에 베인 메인 프레임(22)을 고정시키기 위해 유압(압력) 피스톤(110)의 고정 위치는 IVC가 대략 BDC와 동일하게 되도록 설정된다. 그러므로, IVC가 BDC와 거의 동일하게 되도록 결정되는 시점에서 엔진(1)은 정지된다. 이 때에, 오일 펌프의 압력이 감소되기 때문에, IVC를 BDC와 거의 동일하게 고정시키도록 피스톤 복귀 스프링(112)(도6 참조)의 작동에 의해 유압 피스톤(110)은 시트(111)에 결합된다. 따라서, 엔진(1)의 후속 시동시에 베인 메인 프레임(22)은 IVC가 BDC와 거의 동일한 상태 하에서 캠 액슬 타이밍 풀리(14) 에 결합된다. 그러므로, 유압 베인 메인 프레임(22)의 변동 진동은 회피될 수 있다. 단계(93)에서, IVC가 BDC로부터 분리된 상태하에서 엔진(1)이 [단계(93')에서] 정지하는 경우에도, 바이어스 스프링(25)은 IVC가 대략 BDC와 동일한 위치로 베인 메인 프레임(22)을 설정한다. 단계(95)에서, 유압 피스톤(110)은 IVC에 대한 베인 메인 프레임(22)을 BDC의 위치로 고정시킨다. 따라서, 도12를 따른 제어 작업으로 인해 높은 안정성이 제공된다. 단계(93, 94)에서의 작업은 대부분의 경우 IVC를 엔진 시동 중에 IVC가 BDC와 거의 동일한 상태가 되도록 한다. 그러나, 유압 베인 메인 프레임(22)의 기구가 작동 불능일 경우, 바이어스 스프링(25)의 작동에 의해서도 IVC가 BDC로부터 변할수(분리될 수) 있다. 어떠한 대응 수단이 강구되지 않는다면, 엔진 시동의 안정성은 감소된다. 그러므로, 도13에 도시된 시동 성(시동 특성) 보장 안전책 제어 논리가 추가될 수 있다. 만약 점화 스위치가 온 되었고[단계(95')에서 Yes-예], IVC가 VTC 센서(200)를 통해 BDC로부터 크게 변할 경우[단계(96')에서 Yes-예]일 경우, 단계(97)에서 시동 특성 보장 안정책 제어가 수행된다. 이러한 제어에서, 예열 플러그(8)에 인가된 전류가 증가하여 연료 증발이 촉진된다. 유효 압축비가 낮을 경우라도, 연소를 보장하는 방법이 있다. 흡기 공기의 온도를 먼저 증가시키기 위해 전기 히터가 흡기 시스템(16)에 배치되는 방법이 있다. 또한, 전기 히터는 연료 자체를 가열하며 연료의 증발을 촉진시킨다.

또한, 공통 레일 연료 분사 시스템에서 엔진 시동을 돕기 위해 도5에 도시되 바와 같이 연료 분사 패턴을 변경하기 위한 효과적인 방법이 있다. 즉, 도13의 단계(95')에서, 제어 유닛(6)은 점화 키 스위치가 온 인지의 여부를 판정한다. 그런 다음, 점화 스위치가 단계(S95')에서 온(Yes-예)일 때, 루틴은 단계(96, 96')로 진행한다. 단계(96')에서, 제어 유닛(6)은 BDC로부터 IVC의 변화가 큰지의 여부를 판정한다. IVC가 BDC(하사점)과 거의 동일할 경우, 제어 유닛(6)은 단계(97)의 제어 작업을 건너띄고 단계(98)에서 통상적인 엔진(1)의 제어 작업을 수행한다[단계(98)에서, 연료 분사 패턴의 변경이 수행된다). 단계(97)의 작업으로 인해서 연료 소비가 증가한다. 그러나, IVC가 BDC로부터 분리되더라도, 즉 바이어스 스프링(25)에 의해 제어 작업이 초기에 의도한 방식으로 수행되지 않더라도, 엔진(1)은 확실히 시동될 수 있다. 가변 작동식 밸브 시스템에서, 위상각을 변경하는 시스템에 추가하여 예를 들어 흡기 밸브(9)의 리프트를 연속적으로 변화시키는 다른 시스템(VEL- a variable event-and-lift mechanism)이 있는데, 이는 2004년 3월 11일에 공개된 일본특허출원 공개번호 제2004-76618호에 개시되어 있다. 도14에 도시된 제4 실시예에서 바이어스 스프링의 작동이 설명될 것이다. 즉, 도14에 도시된 바와 같이, 실린더 하나 당 두 개의 흡기 밸브(9)가 배치되었다. 두 개의 흡기 밸브(9)의 운동은 동일하다. 구동 액슬(202)은 4행정 엔진의 경우 크랭크샤프트(2)의 1/2 회전으로 구동된다. 2행정 엔진의 경우, 구동 액슬(202)은 크랭크샤프트(2)의 회전과 동일한 회전수로 구동된다.

도6에 도시된 바와 같이 위상 변화 섹션은 구동 액슬(202)과 캠 액슬 타이밍 풀리(14) 사이에 개재될 수 있다. 이 경우, 밸브 개방-폐쇄 타이밍(위상)과 각각의 흡기 밸브(9)의 리프트는 동시에 전반적으로 제어될 수 있다. 본 발명을 따른 실시예에서, 이러한 요소들의 결합이 사용되거나, 단독으로 사용될 수 있다. 구동 액슬(202)의 회전은 편심 캠(212)에 의해 링크 암(216)과 로커 암(203)을 통해 출력 캠(204)의 스윙 운동으로 전환되며, 흡기 밸브(9)의 개방 작업을 수행한다. 또 다른 편심 캠(211)은 록커 암(203)에 배치된다. 제어 액슬(206)의 회전으로 인해서 로커 암(203)의 받침점이 변하게 되고, 출력 캠(204)의 리프트가 변한다. 교환 액츄에이터(210)는 볼 스크류 액슬(207)을 회전시킨다. 너트(214)의 운동으로 인해서 제어 액슬(206)이 회전된다. ECU(제어 유닛; 6)에 대한 위치 센서(215) 신호의 입력과 교환 액츄에이터(210)의 폐루프 제어로 인해서 흡기 밸브(9)가 타켓 리프트에서 개방된다.

도14에 도시된 전술된 실시예에서, 바이어스 스프링(201)이 상기 요소들에 추가된다. 이러한 바이어스 스프링(201)은 너트(214)를 교환 액츄에이터(210)에 아무런 모멘트가 가해지지 않을 때 도14에 도시된 화살표 방향으로 이동시킨다. 너트(214)가 화살표 방향으로 이동할 경우, 제어 액슬(206)은 시계 반대 방향으로 회전한다. 이러한 시계 반대 방향 회전으로 인해서 제어 액슬(206)의 팁부에 배치된 핀(208)이 실린더 헤드에 배치된 스톱퍼(209)와 접촉할 때까지 제어 액슬(206)이 회전한다. 핀(208)이 스톱퍼(209)와 접촉하는 상태 하에서, 각각의 흡기 밸브(9)의 리프트는 작고, IVC는 도15의 리프트(A)로 도시된 바와 같이 BDC와 거의 동일하다. VTC 위상 제어가 도13에 도시된 단계(97)의 시동 특성 보장 제어(VEL을 통핸 IVC 교정)로 언급된 바와 같이 실패할 경우(하사점으로부터 IVC가 분리), 전체 리프트[도15에 도시된 리프트(B)] 중에 IVC는 BDC로부터 분리된다. 그러나, 만약 각각의 흡기 밸브(9)의 리프트가 VEL을 통해 감소할 경우, 즉 바이어스 스프 링(201)의 작동은 IVC를 BDC로 접근하도록 설정할 수 있다. 따라서, 도6에 도시된 VTC(가변 타이밍 제어) 기능이 IVC가 BDC로부터 분리되도록 그 작동 불능에 의해 수행되지 않을 경우에도, 바이어스 스프링(201)은 IVC를 BDC로 접근시키도록 강제로 설정할 수 있다. VEL을 통해서만의 제어에서, 리프트(B)(도15)는 리프트가 클 때 IVC가 BDC로부터 지연되도록 설정된다. 위상 제어 VTC는 제어를 IVC가 BDC로 접근하는 파선[도15에서 리프트(C)]으로 표시된 정상 상태가 되도록 한다. VTC가 존재하지 않고 리프트가 과도하게 클 때, 도15의 하사점(BDC 중앙)으로부터 IVC의 작동 불능(분리 또는 변경)의 위치가 설정된다. 이 때에, 교환 액츄에이터(210)의 작동으로 인해서 엔진(1)의 구동 상태에 따라 리프트가 증가하거나 감소(조절)된다. 교환 액츄에이터(210)의 작동이 중지될 경우, 바이어스 스프링(201)으로 인해서 IVC는 현재 상태의 BDC로 거의 동일하게 된다. 그러므로, VEL 만이 사용되는 경우, 유효 압축비는 증가하고 엔진(1)의 안정성(시동 특성)은 개선될 수 있다. 도13에 도시된 명칭 변화(variation)은 명칭 분리(datachment 또는 separation)에 대응함을 알 수 있다.

본 출원은 2005년 4월 26일에 출원된 이전 일본특허출원 제2005-127788호를 기초로하며, 본원에 참조로 합체되었다.

본 발명의 압축 점화를 위한 가변 작동식 밸브 시스템을 통해 흡기 밸브 폐쇄 타이밍(IVC)이 하사점(BDC)으로부터 분리되어 자연 발화가 발생되지 않고 시동 결함이 발생하는 엔진의 시동 중의 불편함이 해결되는 효과가 있다.

Claims

압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템이며,

엔진 구동 조건에 따라 흡기 밸브 폐쇄 타이밍을 하사점으로부터 분리하기 위해 제어 섹션에 의해 제어되는 조절 기구와,

제어 섹션의 작동 불능 중과, 엔진의 정지 중과, 엔진의 시동 중 적어도 어느 하나의 경우에서도 엔진 시동을 보장하는 엔진 시동 안정화 섹션을 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제1항에 있어서, 엔진 시동 안정화 섹션은 제어 섹션의 작동 불능 중과, 엔진의 정지 중과, 엔진의 시동 중 적어도 어느 하나의 경우 중에 하사점 근방의 위치로까지 접근하기 위해 흡기 밸브 폐쇄 타이밍을 향하도록 조절 기구를 편향시키며 조절 기구에 설치된 기계적 바이어스 섹션을 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제2항에 있어서, 조절 기구는 엔진의 크랭크 각도에 따라 흡기 밸브의 개폐 위상을 변화시키는 위상 조절 기구와 흡기 밸브의 리프트를 변화시키는 리프트 조절 기구들 중 적어도 하나를 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제3항에 있어서, 조절 기구는 위상 조절 기구를 포함하며, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 전진각 위치는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 지연각 위치보다 하사점에 더 근접한 위치로 설정되고, 기계적 바이어스 섹션은 위상 조절 기구에 작용하여 최대 전진각 위치의 상태가 되도록 하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제3항에 있어서, 조절 기구는 리프트 조절 기구를 포함하며, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 전진각 위치는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 지연각 위치보다 하사점에 더 근접한 위치로 설정되고, 기계적 바이어스 섹션은 리프트 조절 기구에 작용하여 최대 전진각 위치의 상태가 되도록 하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제3항에 있어서, 조절 기구는 위상 조절 기구를 포함하며, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 지연각 위치는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 전진각 위치보다 하사점에 더 근접한 위치로 설정되며, 기계적 바이어스 섹션은 위상 조절 기구에 작용하여 최대 지연각 위치 상태가 되도록 하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제3항에 있어서, 조절 기구는 리프트 조절 기구를 포함하며, 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 지연각 위치는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 최대 전진각 위치보다 하사점에 더 근접한 위치로 설정되며, 기계적 바이어스 섹션은 리프트 조절 기구에 작 용하여 최대 지연각 위치의 상태가 되도록 하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제1항에 있어서, 시동 안정화 섹션은 하사점에 근접한 상태로 흡기 밸브 폐쇄 타이밍을 제어하기 위해 제어 섹션에 신호를 전송한 후 엔진의 시동 중 엔진의 정지 신호를 출력하는 제어 유닛을 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제1항에 있어서, 시동 안정화 섹션은 엔진 시동 중에 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 하사점으로부터 분리되는 경우 엔진의 시동을 돕는 엔진 시동성 보장 안정책 제어 기능을 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제1항에 있어서, 시동 안정화 섹션은 흡기 밸브 폐쇄 타이밍의 위치 상의 정보를 기초로 연료 분사 패턴을 변경하기 위한 제어 기능을 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제3항에 있어서, 위상 조절 기구는 흡기 밸브를 위한 흡기 캠이 부착된 흡기 캠 액슬과; 흡기 캠이 고정된 유압 베인 메인 프레임과; 유압 하우징에 고정된 캠 액슬 타이밍 풀리를 포함하는데, 유압 베인 프레임은 유압 하우징 내에 수용되고 전방 커버에 대해서 씰링되며 유압 베인 메인 프레임과 유압 하우징의 위상이 변화 되도록 유압이 가해지는 각 측면에 대해서 네 개의 베인을 가지며, 유압 베인 메인 프레임과 유합 하우징 사이의 위상 차로 인해서 엔진의 통상적인 구동 중에 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 변화되며; 상기 위상 조절 기구는 또한 유압 베인 메인 프레임과 유압 하우징 사이에 개재되어 엔진의 통상적인 구동 중에 흡기 밸브 폐쇄 타이밍을 변화시키는 복수의 바이어스 스프링과; 베인의 측면과 유압 하우징의 스톱퍼 면 사이에 개재되어 캠 액슬을 전진각 방향으로 편향시키는 복수의 바이어스 스프링과; 적어도 하나의 전진각 유압 챔버와 적어도 하나의 지연각 유압 챔버를 포함하는데, 상기 양 유압 챔버는 유압 베인 부재와 유압 하우징에 의해 형성되고, 오일은 전진각 유압 경로와, 지연각 유압 경로와, 전진각 유압 구멍과, 지연각 유압 구멍을 통해 공급되며; 상기 위상 조절 기구는 또한 유압 베인 메인 프레임이 캠 액슬 타이밍 풀리에 고정되도록 시트에 끼워 맞춤되는 유압 피스톤을 포함하며, 유압 베인 메인 프레임의 끼워 맞춤 위치는 흡기 밸브 폐쇄 타이밍이 하사점과 거의 동일한 위치로 설정되는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제11항에 있어서, 위상 조절 기구는 유압 베인 메인 프레임을 전방 커버에 결합시키고 흡기 캠 액슬을 전진각 방향으로 편향시키기 위한 바이어스 스프링을 더 포함하며, 바이어스 트위스트 스프링의 양 단부의 후크는 유압 베인 메인 프레임과 전방 커버의 트위스트 스프링 후크 삽입 구멍에 연결되는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제12항에 있어서, 전진각 유압 챔버의 유압이 지연각 유압 챔버의 유압보다 크거나 같을 경우, 캠 액슬 타이밍 풀리의 회전에 대한 흡기 밸브 개폐 작업은 더 빠른 타이밍에서 수행되는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제12항에 있어서, 전진각과 지연각 유압 챔버 모두에 아무런 유압도 가해지지 않을 경우, 바이어스 스프링은 자동적으로 흡기 밸브 개폐 타이밍의 작동을 최대 전진각 위치로 제어하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제12항에 있어서, 지연각 유압 챔버의 유압이 전진각 유압 챔버 보다 더 클 경우, 캠 액슬 타이밍 풀리의 회전에 대해서 흡기 밸브 개폐 타이밍의 작동은 크랭크 각도에 대해서 최대 지연각 위치에 있게 되는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제14항에 있어서, 바이어스 스프링은 기계적 바이어스 섹션으로 구성되는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제12항에 있어서, 바이어스 트위스트 스프링은 기계적 바이어스 섹션으로 구성되는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제12항에 있어서, 오일 제어 밸브는 전진각 유압 경로와 지연각 유압 경로 사이의 유압 경로에 배치되고, 오일 제어 밸브는 제어 섹션에 연결된 솔레노이드와, 스풀 바이어스 스프링을 포함하며, 스풀 바이어스 스프링은 오일 제어 밸브의 스풀부를 밸브 폐쇄 타이밍이 하사점에 대응하는 최대 전진각 위치에 있는 현재 상태가 되도록 하며, 유압 메인 프레임은 바이어스 스프링에 의해 하사점에 접근하는 상태가 되는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제12항에 있어서, 오일 제어 밸브는 전진각 유압 경로와 지연각 유압 경로 사이의 유압 경로에 배치되고, 오일 제어 밸브는 제어 섹션에 연결된 솔레노이드와 스풀부와, 스풀 바이어스 스프링을 포함하며, 스풀 바이어스 스프링은 오일 제어 밸브의 스풀부를 밸브 폐쇄 타이밍이 하사점에 대응하는 최대 지연각 위치에 있는 현재 상태가 되도록 하며, 유압 메인 프레임은 바이어스 스프링에 의해 하사점에 접근하는 상태인 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제9항에 있어서, 시동성 보장 안정책 기능은 연료 증발을 촉진시키기 위해 예열 플러그에 인가된 전류를 증가시키는 방법을 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.
제3항에 있어서, 리프트 조절 기구는 엔진 크랭크샤프트의 회전과 동기되도록 흡기 캠 타이밍 풀리에 연결된 구동 액슬을 포함하며, 구동 액슬의 회전은 링크 암과 록커 암을 통해 출력 캠의 선회 동작으로 변환되고, 출력 캠의 선회 동작은 태핏을 통해 흡기 밸브의 개방 작동을 수행하고; 상기 리프트 조절 기구는 또한 록커 암에 배치되고, 록커 암의 받침대에 대해서 제어 액슬을 회전시켜 변화되어 출력 캠의 리프트가 변화되는 편심 캠과; 볼 스크류 액슬을 회전시키고 제어 액슬을 회전시키기 위해 너트가 이동되는 교환 액츄에이터와; 기계적 바이어스 섹션으로 구성되며 제어 액슬의 팁부 상에 배치된 핀이 스톱퍼에 접촉할 때까지 제어 액슬을 회전시켜 편향되도록 너트 상에서 이동하는 또 다른 바이어스 스프링을 포함하는 압축 점화 엔진용 가변 작동식 밸브 시스템.