KR20070022719A - 베인 형태의 캠축 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정자(2c) 및 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 고정자에 대해 유압식으로 회전될 수 있으며, 임펠러 그루브(2) 내에 삽입된, 반경 방향으로 돌출된 임펠러(2a)를 포함하며, 캠축에 연결될 수 있는 베인 형태의 캠축 조절 장치에 관한 것으로서, 캠축 쪽의 임펠러 그루브(2)의 단부 섹션(5)은 확장된 단면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
베인, 캠축, 고정자, 회전자, 캠축 조절 장치

Description

베인 형태의 캠축 조절 장치{VANE-TYPE CAMSHAFT ADJUSTER}
본 발명은 고정자 및 그에 대하여 유압식으로 회전될 수 있으며, 임펠러 그루브 내에 삽입된 반경 방향으로 돌출된 임펠러를 포함하며, 캠축에 연결될 수 있는 회전자를 포함하는 베인 형태의 캠축 조절 장치에 관한 것이다.
밸브의 개폐를 위한 조절 시간을 변경시키기 위하여 캠축 조절 장치가 사용된다. 캠축과 이를 구동하는 크랭크 축 사이의 고정된 각도 관계는 이를 통해 제외되고, 조절 시간은 회전수 및 추가적인 매개 변수에 따라 최적으로 조절될 수 있다. 캠축 조절 장치는 크랭크축에 대한 캠축의 상대적인 회전을 가능케 한다.
공지된 베인 형태의 캠축 조절 장치는, 반경 방향으로 돌출된 복수의 임펠러를 가지며, 스프링의 힘을 통해 반경 방향 외측으로 고정자 하우징에 대하여 가압되는 임펠러를 포함한다. 고정자에는 반경 방향 내측으로 돌출되는 복수의 스토퍼가 형성되며, 이 스토퍼는, 임펠러가 스토퍼 방향으로 작동하는 경우에 회전자의 조절 운동을 양 회전 방향으로 제한한다. 고정자의 스토퍼의 각각의 임펠러 쪽과 인접한 쪽 사이에 챔버가 형성되며, 그 챔버 내로 유체, 통상적으로 엔진 오일이 캠축 조절 장치에 배열된 밸브를 통해 공급되도록 임펠러가 전방 에지와 함께 고정자에 접하여 위치한다. 고정자는 한편으로는 유체 챔버를 분리하고 밀봉하기 위해 제공되며, 다른 한편으로는 캠축과 크랭크 축 사이의 조절 각도를 결정하기 위해 제공된다.
캠축 조절 장치의 회전자는 조립시에 나사를 통해 힘 결합 방식으로 캠축과 연결된다. 힘 결합의 생성을 위해 조절 장치의 회전자(회전 피스톤)는 측면 플랜지 면을 갖는 중앙 나사의 예비 인장력을 통해 상응하는 캠축의 측면으로 압축된다. 힘 결합은 구동부로부터 구동 토크 및 경우에 따라서는 축방향 또는 반경 방향의 힘을 전달해야 한다. 이 때문에 비교적 높은 예비 인장력이 유도되어야 한다. 회전자 내에서 임펠러 그루브의 그루브 바닥 내의 캠축을 향하는 면에는 비교적 높은 인장 응력이 생성되는 것이 현저하게 나타난다. 또한 임펠러 그루브 내에서의 임펠러의 지지에 의한 조절 장치의 구동부로부터 출력부로의 캠축 구동 토크의 전달을 통해 높은 응력이 임펠러 그루브 내로 유도된다. 이로 인해 힘과 응력의 중첩 및 이에 따르는 재료의 큰 부하가 나타난다.
그러나, 대부분의 경우 고 강도 재료는 비싸고 복잡한 제작 기술을 요구하기 때문에, 높은 강도를 갖는 재료를 사용하는 것은 지양되어야 한다. 이러한 방법이 무게 증가 및 질량 관성의 증가를 유도하기 때문에, 회전자의 폭 및/또는 직경을 증가시키는 것은 실질적인 해결책이 아니다. 임펠러의 확실한 안내가 더 이상 보장되지 않을 수도 있기 때문에, 회전자의 폭을 통해 그루브 바닥에서의 단순한 반경 확장은 가능하지 않다. 그 외에 임펠러 그루브의 그루브 바닥에 배열된 임펠러 스프링이 변위되는 위험이 따른다.
본 발명은, 베인 형태의 캠축 조절 장치를 제시하고, 이 경우에 캠축 쪽의 응력 집중이 감소되는 문제에 기초를 둔다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 도입부에 언급된 유형의 베인 형태의 캠축 조절 장치에서 본 발명에 따라, 임펠러 그루브의 캠축 쪽의 단부 섹션이 확장된 단면을 포함한다.
본 발명은, 중앙 나사의 예비 인장력을 통해 생성되는 임펠러 그루브의 그루브 바닥 영역 내의 응력이 조립된 상태에서 캠축에 접하는 플랜지 면의 영역까지 회전자의 축방향으로 한정되는 것을 인식하는 데에 기초를 둔다. 본 발명에 따르면, 응력이 최적화된 윤곽을 갖는 이러한 제한된 영역 만이 허용되는 반면, 임펠러 그루브의 나머지 영역은 임펠러 및 임펠러 스프링의 최적의 안내를 위해 종래의 기능에 따른 윤곽을 유지한다. 임펠러 그루브의 캠축 쪽의 단부 섹션의 영역의 확장된 단면을 통해 노치 효과(notch effect)가 감소하고 현저하게 감소된 최대 응력을 갖는 일정한 응력 분포가 폭 상에서 나타난다.
임펠러 그루브가 그루브 측면에 대한 그루브 바닥의 영역에서 언더컷되고, 이 위치에 확장된 단면을 갖는 경우, 특히 최대 응력이 효과적으로 감소된다. 본 발명에 따르면, 특히 언더컷에 위치하는 가장 위험한 영역은 확장된 단면의 선택을 통해 해제된다. 회전자의 캠축 쪽의 접촉면으로부터 간격을 둔 나머지 영역은 변경되지 않고 유지된다. 확장된 영역은 한편으로는, 그루브 바닥의 영역에 위치할 수 있지만, 언더컷의 영역에 제공될 수도 있으며, 또한 확장된 단면의 영역은 그루브 바닥의 영역 및 언더컷의 영역 또는 이들 두개의 영역에 제공될 수 있다.
확장되지 않은 그루브 단면과 확장된 그루브 단면 사이의 변이부가 원호 형태로 형성되는 경우, 특히 바람직한 응력 곡면이 나타난다. 상이한 직경을 갖는 두 개의 단면 사이에서 원호로서 형성된 변이부는 점진적인 응력 상승에 작용하며, 이로써 국부적인 최대 응력이 방지된다.
본 발명의 대안적인 구성에 따르면, 임펠러 그루브는 언더컷 및 그루브 바닥의 영역 내에서 확장된 단면을 갖는, 반경 방향 외측으로 연장되는 섹션을 포함할 수 있다. 이러한 변형예에서, 그루브 바닥으로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 영역은 최적화된다. 원래의 그루브 바닥 및 단부 섹션에서의 그루브 바닥은 공통의 바닥선을 가질 수 있다. 확장된 영역의 단면은 거의 타원형으로 형성될 수 있고 그루브 바닥의 영역 내에서 직선 섹션을 포함할 수 있다. 확장된 섹션은 적어도 거의 일정한 직경을 갖는 것도 가능하다. 이러한 형태의 구조는 특히 제조시에 바람직하다.
본 발명의 다른 대안적인 구성에 따르면, 단면이 확장되지 않은 임펠러 그루브의 섹션이 연속적으로 확장되는 단면을 갖는 섹션으로 전환될 수 있다. 그루브 바닥의 영역에서는 임펠러 그루브가 변경되지 않을 수 있으나, 그 영역으로부터 반경 방향 외측으로 찻잔 형태로 연장된다. 또한 이러한 실시 형태의 경우에 확장된 영역의 타원형 단면이 바람직하다. 보통의 단면을 갖는 임펠러 그루브와 확장된 단면을 갖는 섹션 사이의 연속적인 변이를 통해 캠축이 접하여 위치하는 측면에서의 증가된 응력 집중이 방지된다. 그에 상응하여 높은 강도를 갖는 재료로 복귀되는 것은 필요하지 않으며, 본 발명에 따른 대상은 저렴한 비용으로 제작될 수 있다.
특히 바람직한 본 발명의 다른 개선 형태에 따르면, 임펠러 그루브는 그루브 바닥의 영역에 반경 방향 내측으로 연장되는, 확장된 단면을 갖는 섹션을 포함할 수 있다. 확장된 단면을 갖는 이러한 영역은 바람직하게는 언더컷의 영역 및 그루브 바닥에 위치하고 반경 방향 외측으로 연장되는 확장된 단면을 갖는 섹션에 추가된다. 전체적으로 언더컷, 그루브 바닥 및 그루브 측면의 시작부분을 에워싸는 전체 영역은 확장된 직경을 포함한다. 어떠한 위치에도 날카로운 에지를 갖는 변이부가 생성되지 않기 때문에 국부적인 최대 응력은 나타나지 않는다. 확장된 단면을 갖는 영역은 타원 바닥 형상을 갖고 원뿔 모양으로 형성된다.
본 발명의 다른 장점과 상세한 사항들은 도면에 대한 바람직한 실시예를 통해 설명된다. 도면들은 개략적으로 도시된다.
도1은 베인 형태의 캠축 조절 장치의 단면도이다.
도2a는 본 발명에 따른 베인 형태의 캠축 조절 장치의 회전자에 대한 사시도이다.
도2b는 도1에 도시된 회전자의 측면도이다.
도3a 내지 도3c는 종래 기술에 따른 회전자의 임펠러 그루브의 단부 섹션을 도시한 도면이다.
도4a 내지 도4c는 본 발명의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 제3 실시예를 도시한 도면이다.
도7a 내지 도7c는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 도면이다.
도1은 베인 형태의 캠축 조절 장치에 대한 단면도이며, 도2a는 베인 형태의 캠축 조절 장치(0)의 회전자(1)에 대한 사시도이다.
회전자(1)는 디스크 모양의 기본 형태를 포함하고, 주연부 상에 균일하게 분포되고, 임펠러(2a) 내로 삽입될 수 있는 다섯 개의 임펠러 그루브(2)를 가지며, 임펠러 그루브는 회전자(1)와 고정자(2c) 사이에서 오일로 충전 가능한 챔버(2b)를 밀봉한다. 모든 임펠러 그루브(2)의 좌측 및 우측에는 보어(3, 4)가 배치되며, 이 보어를 통해 오일이 상기 챔버(2b) 내로 유입되고 다시 유출될 수 있다.
임펠러 그루브(2)는 축방향으로 연장되고, 그 단부 섹션(5)의 단면은 확장된다.
도2b는 도1에 도시된 회전자(1)의 부분 단면도를 도시한다. 이 도면에서는, 임펠러 그루브(2)가 축방향으로 회전자(1)의 전체 두께에 걸쳐 거의 일정한 섹션을 갖고, 단지 단부(5) 부분의 영역만이 확장된 단면을 갖는다는 것을 특히 잘 알 수 있다. 이러한 섹션 확장은 노치 효과의 감소와 이를 통해, 단부 섹션(5)에서의 응력 저하를 초래한다.
도3a 내지 도3c는 종래 기술에 따른 회전자의 임펠러 그루브(9)의 단부 섹션에 대한 확대도이다. 도3a는 사시도이며, 도3b는 도2a, 도2b와 유사한 측면도이며, 도3c는 임펠러 그루브(9)에 대한 정면도이다. 도3c에서 알 수 있듯이, 그루브 측면(6)은 그루브 바닥(8) 근처에 곡선 부분과 직선 부분으로 구성된 언더컷(7)을 포함한다. 임펠러 그루브(9)는 자유 단부(10)에서 나머지 영역에서와 같이 일정한 직경을 가지며, 이로써 이러한 자유 단부 위치에서 증가된 응력을 초래하는, 비교적 큰 섹션 증가가 나타난다.
도4a 내지 도4c는 본 발명의 제1 실시예를 도시한다.
도3a 내지 도3c에 도시된 임펠러 그루브와는 다르게, 확장되지 않은 그루브 단면과 확장된 그루브 단면 사이의 변이 부분은 원호 형태로 형성된다. 변이 부분(11)은 그루브 바닥(12) 및 언더컷(13)으로부터 외측으로 연장된다. 원호 형태의 변이 부분(11)은 외측에서의 확장된 단면 근처에 적은 응력 집중을 유도하는 비교적 완만한 힘 방향 변화에 영향을 준다.
도5a 내지 도5c는 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 임펠러 그루브는 언더컷(13)의 영역에 반경 방향 외측으로 향하는, 즉 임펠러 그루브의 개구쪽으로 연장되는, 확장된 직경을 갖는 섹션(14)을 포함한다. 도5b에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 섹션(14)의 직경은 일정하다. 다른 한편으로는, 확장된 단면을 갖는 영역은 그루브 바닥(12)으로부터 반경 방향 내측으로는 연장되지 않는다. 원하는 응력 감소는 이러한 변형예에서는 무엇보다도 확장된 직경에 의해 가능하다.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다.
임펠러 그루브의 섹션(15)의 확장되지 않은 단면이 연속적으로 확장되는 단면을 갖는 섹션(16)으로 변이되는 것을 도6b에서 알 수 있다. 이러한 변형예들은 마찬가지로 국부적인 최대 응력의 특히 낮은 수준을 특징으로 한다. 도5a 내지 도 5c의 변형예의 같은점은, 그루브 바닥(12)으로부터 반경 방향 내측으로 연장되는 영역이 확장된 영역을 포함하지 않는다는 것이다.
도7a 내지 도7c는 본 발명의 제4 실시예를 도시한다. 회전자(1)의 이러한 단부 섹션의 기본 구조는 도6a 내지 도6c에 도시된 기본 구조와 유사하나, 추가로 임펠러 그루브는 그루브 바닥(12)의 영역 내에서 확장된 단면을 갖는 반경 내측으로 연장되는 섹션(17)을 포함한다. 언더컷(13)의 양 방향으로 연장된 확장된 섹션(18)은 도6a 내지 도6c에 도시된 바와 같이 설계되며, 이로써 상기 섹션(18)은 도6의 섹션(16)에 상응한다. 회전자(1)의 측면에 형성되고, 섹션(17, 18)의 경계로서 형성된 개구는 평평한 그루브 바닥을 제외하고 대체로 타원으로 형성된다. 섹션(18)의 경계선은, 중심점이 거의 그루브 측면의 언더컷(19) 영역 내에 위치하는 원의 원호 섹션이다.
<도면 부호 리스트>
0 : 베인 형태의 캠축 조절 장치
1 : 회전자
2 : 임펠러 그루브
2a : 임펠러
2b : 챔버
2c : 고정자
3 : 보어
4 : 보어
5 : 단부 섹션
6 : 그루브 측면
7 : 언더컷
8 : 그루브 바닥
9 : 임펠러 그루브
10 : 단부
11 : 변이부
12 : 그루브 바닥
13 : 언더컷
14 : 섹션
15 : 섹션
16 : 섹션
17 : 섹션
18 : 섹션
19 : 단부

Claims (10)

  1. 고정자(2c) 및 회전자를 포함하며, 상기 회전자는 고정자에 대해 유압식으로 회전될 수 있으며, 임펠러 그루브(2) 내에 삽입된, 반경 방향으로 돌출된 임펠러(2a)를 포함하며, 캠축에 연결될 수 있는, 베인 형태의 캠축 조절 장치(0)에 있어서,
    캠축 쪽의 임펠러 그루브(2)의 단부 섹션(5)은 확장된 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 임펠러 그루브(2)는 그루브 바닥(12)의 영역에 그루브 측면에 대해 언더컷(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서, 임펠러 그루브는 그루브 바닥(12)의 영역에 확장된 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 임펠러 그루브는 언더컷(13)의 영역에 확장된 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 확장되지 않은 그루브 단면과 확장된 단면 사이의 변이부(11)는 원호 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 형 태의 캠축 조절 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 임펠러 그루브는 언더컷(13) 및 그루브 바닥(12)의 영역에 확장된 단면을 갖는 반경 방향 외측으로 연장되는 섹션(14, 16, 18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  7. 제6항에 있어서, 확장된 단면을 갖는 섹션(14)은 적어도 거의 일정한 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  8. 제6항에 있어서, 단면이 확장되지 않은 임펠러 그루브의 섹션(15)은 연속적으로 확장되는 단면을 갖는 섹션(16)으로 전이되는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  9. 제6항에 있어서, 임펠러 그루브는 그루브 바닥(12)의 영역에 확장된 단면을 갖는 반경 방향 내측으로 연장되는 섹션(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
  10. 제9항에 있어서, 단면이 확장되지 않은 임펠러 그루브의 섹션은 연속적으로 확장되는 단면을 갖는 섹션으로 전이되는 것을 특징으로 하는 베인 형태의 캠축 조절 장치.
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