KR20070050368A - 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어 - Google Patents

내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어 Download PDF

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KR20070050368A
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요아힘 자이츠
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쉐플러 카게
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Abstract

본 발명은 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어(1)에 관한 것이다. 상기 캠 팔로어(1)는 내측 레버(3) 및 이를 자신의 아암(2)으로 에워싸는 외측 레버(4)로 구성되며, 이러한 레버(3, 4)는 종방향으로 변위 가능한 커플링 수단(6)을 통해, 결합시 밸브의 큰 행정 및 분리시 밸브의 작은 행정이 발생하는 방식으로 서로 결합될 수 있다. 레버(3, 4)는 종방향으로 보았을 때 내측 레버(3)에서의 지지 요소를 위한 상보면(11)과 레버(3, 4) 상측에서의 캠 행정을 위한 드러스트 면(12, 13; thrust face) 사이에 배치된 공통 축(5) 상에서 작동한다.
이러한 형태의 캠 팔로어(1)는 회전점에 인접하여 위치한 축(5)으로 인해 이러한 회전점을 중심으로 단지 작은 질량 관성 모멘트를 갖는다.
캠 팔로어, 내연기관, 밸브 트레인, 밸브 행정, 캠 행정

Description

내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어{SWITCHABLE CAM FOLLOWER OF A VALVE TRAIN OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도1은 본 발명에 따른 캠 팔로어를 공간적으로 도시한 도면.
도2는 캠 팔로어의 종방향 중심면을 따라 절단한 단면도.
<도면의 주요 부품에 대한 부호의 설명>
1 : 캠 팔로어
2 : 아암
3 : 내측 레버
4 : 외측 레버
5 : 축
6 : 커플링 수단
7 : 하부면
8 : 단부
9 : 접촉면
10 : 단부
11 : 상보면
12 : 드러스트 면
13 : 드러스트 면
14 : 로스트 모션 스프링
15 : 정면
16 : 횡방향 빔
17 : 상보면
18 : 상부면
19 : 측벽
20 : 횡방향 웨브
21 : 영역
22 : 영역
23 : 정면
24 : 돌기부
25 : 하부면
26 : 횡방향 빔
27 : 채널
본 발명은 내측 레버 및 이를 자신의 아암으로 에워싸는 외측 레버로 구성되는, 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어에 관한 것이며, 상기 레버는 공통 축 상에서 서로에 대해 상대적으로 피봇 변위로 작동하고, 결합시 밸브의 큰 행정 및 분리시 밸브의 작은 행정 또는 0-밸브 행정이 발생되도록 커플링 수단을 통해 서로 결합될 수 있으며, 하부에서 내측 레버는 일 단부에 가스 교환 밸브를 위한 접촉면 및 타 단부에 지지 요소를 위한 상보면을 구비하며, 외측 레버는 각각의 아암 상에 캠의 큰 행정을 위한 드러스트 면을 구비하며, 내측 레버는 캠의 작은 행정 또는 0-캠 행정을 위한 드러스트 면을 구비하며, 레버 사이에 로스트 모션(lost motion) 스프링이 구비된다.
이러한 유형의 캠 팔로어는 개념을 형성하는 DE 103 10 226 A1호에 나타난다. 이러한 캠 팔로어는 인접한 밸브 측 단부에 결합 축을 가지며, 상기 단부 상에 레버 부품들이 서로에 대해 상대적으로 피봇 운동할 수 있도록 지지된다. 타 단부에는 내측 레버, 즉 상보면의 상부 영역 내에서 지지 요소의 헤드 상에 지지시키기 위해, 종방향으로 변위 가능한 커플링 수단(피스톤)이 제공되며, 커플링 수단은 커플링시에 외측 레버의 아암을 단부측에서 결합시키는 횡방향 브래킷 하부에서 변위 가능하다.
축은 전체 레버의 피봇 점으로부터 비교적 멀리 떨어져 위치하는 것이 뚜렷하게 나타난다. 이로써 캠 팔로어는 전체적으로 상기 피봇 점을 중심으로 불필요하게 큰 질량 관성 모멘트를 갖는다. 또한 마찬가지로 분리된 상태에서 외측 레버는 멀리 떨어져 일 단부에 위치하는 축으로 인해 불필요하게 큰 질량 관성 모멘트를 갖는다. 또한 커플링 시, 외측 레버에는 불필요하게 큰 굽힘 현상이 발생하는데, 이는 캠의 가동시에, 상응하는 보강 조치를 통해서만 방지되어야 한다. 또한 레버가 전체적으로 비교적 넓게 설계되어, 이때 조립시 문제점이 나타날 수도 있다는 것이 확인된다.
본 발명의 목적은 상기 단점들을 제거하는 상술된 유형의 캠 팔로어를 제작하는 것이다. 특히 질량 관성 모멘트 및 굽힘 현상에 관하여 최적화된 캠 팔로어가 제작되어야 한다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 캠 팔로어의 종방향으로 보았을 때, 축이 지지 요소를 위한 상보면과 캠 행정을 위한 드러스트 면 사이에 배치되며, 외측 레버의 아암은 일 단부에서 드러스트 면 직후에 정면에서 중단되며, 내측 레버는 적어도 가스 교환 밸브를 위한 접촉면의 영역에 의해 외측 레버의 아암의 정면을 지나 종방향으로 돌출된다.
이로써 도입부에서 인용된 단점들이 효과적으로 제거된다. 특히 종방향 래칭부를 구비한 가변 캠 팔로어가 제공되는데, 이는 슬라이드 형태의 커플링 수단이 내측 레버 내에서 지지 요소를 위한 상보면 상부에서 작동되며, 타 단부에서 종방향으로 외측 레버의 횡방향 빔과 클램핑될 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는 횡방향 래칭부를 구비한 밸브 레버가 제공된다.
명세서 도입부에 인용된 종래 기술과 비교하면 축은 일 단부로부터 가변 캠 팔로어의 횡방향 중앙면 방향으로 현저하게 변위된다. 이로써 결합된 상태에서 피봇점(상보면)을 중앙으로 질량 관성 모멘트의 감소가 예상될 수 있다. 이를 통해 경우에 따라서는 더 큰 최대 회전수가 구동될 수 있다. 또한 동시에 레버 중앙 방 향으로의 축의 변위는 분리된 상태에서 축을 중앙으로 외측 레버의 질량 관성 모멘트의 감소를 초래한다. 이로써, 이러한 분리 상태에서 경우에 따라서는 높은 회전수가 구동될 수 있다.
동시에, 캠 접촉 및 커플링 시, 도입부에서 인용된 외측 레버의 굽힘 현상은 감소되며, 이로써 캠 팔로어는 작아질 수 있다.
외측 레버의 아암은 본 발명에 따라 각각의 캠의 큰 행정을 위한 드러스트 면 직후에 중단되어 이러한 영역 내에서 한편으로는 재료가 절약되며, 다른 한편으로는 적어도 밸브측 일 단부에 횡방향 설계 공간이 제공된다.
본 발명을 구체적으로 설명하면, 로스트 모션 스프링으로서 바람직하게는 외측 레버의 아암과 내측 레버 사이의 축 상에서 인장되는, 적어도 하나의 비틀림 스프링이 제공되는 것이 제안된다. 바람직하게는 외측 레버의 아암 내부에서 연장되는 두 개의 로스트 모션 스프링이 제공된다. 또한, 대안적으로 레버 사이에서 작용하는 나선 압축 스프링 또는 그와 유사한 다른 로스트 모션 스프링이 구상된다. 비틀림 스프링을 사용함으로서, 특히 크지 않고 간단한 구조를 갖는 가변 캠 팔로어가 제공된다.
제안된 슬라이드(피스톤)는 내측 레버 내에서 상보면 상부에 커플링 수단으로서 지지 요소의 헤드 및 짧은 채널로부터 유도될 수 있는 유압 매체를 통해 적어도 한 방향으로 매우 간단하게 변위될 수 있다. 다른 방향으로, 나선형 압축- 또는 나선형 인장 스프링 같은 기계 역학적인 스프링 수단의 힘에 의한 복귀가 발생할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 슬라이드 세트, 볼, 웨지 등과 같은 다른 커 플링 수단이 제공될 수 있다. 또한 자기식, 전자기식 등과 같은 대안적인 가동이 구상된다.
평면도에서 외측 레버는 박스- 또는 U-프로파일 형태를 형성하고 일 단부에 횡방향 빔에 의해 결합된다. 횡방향 빔은 한편으로는 외측 레버를 안정시키고, 다른 한편으로는 횡방향 빔의 상측 면은 커플링 수단을 위한 돌출된 드러스트 면으로서 사용된다.
횡방향 빔의 상부면에서 상보면에 대한 커플링 수단의 중심 정렬된 배열의 구조를 위해 정지부가 제공된다. 이는 타 단부에서 내측 레버의 정면으로부터 돌출된, 횡방향 빔의 하부면과 연통하는 돌기로서 형성될 수 있다. 대안적으로 외측 레버의 아암은 캠 팔로어의 횡방향 중앙면 영역 내에서 횡방향 빔을 통해 하부면에 결합될 수 있으며, 횡방향 빔 상에서 내측 레버가 하부면과 접촉된다. 이로써 캠 기본 주기 내에서 상응하는 대향면에 대하여 커플링 수단의 중심 정렬된 배열이 생성된다. 이러한 영역 내에서 역시 작은 커플링 유극이 제공되어야 하는 것은 명백하다. 이는 횡방향 빔에서의 상보면 높이 또는 중앙에서 하부를 클램핑하는 횡방향 빔의 높이의 변화를 통해 생성될 수 있다. 경우에 따라서는 이러한 영역 내에서는 적합한 부가 조절부가 위치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따라, 레버(외측- 또는 내측 레버) 중 적어도 하나는 강철판과 같은 경량재로 구성되어야 한다. 이는 캠 팔로어의 제작 비용 및 중량에 유리하게 작용한다. 바람직하게는 캠 팔로어가 강철판으로 구성되는 한 자신의 기본적인 부품들을 통해 스탬핑-, 절곡 공정으로 대량 생산되어야 한다.
타 단부에서의 상보면을 갖는 내측 레버의 영역은 내측 레버의 측벽들 사이에서 별도로 제공될 수 있다. 그러나, 이는 내측 레버의 상응하는 단부 측 정면 뒤쪽에 별도로 배치된다. 또한, 대안적으로 커플링 수단을 위한 상응하는 수용부를 갖는 상보면의 영역은 내측 레버와 일체로 구성될 수 있다.
본 발명을 구체적으로 설명하면, 내측 레버 내에서 드러스트 면으로서 회전 가능한 롤러 및 외측 레버에서의 드러스트 면으로서 활주면이 제공된다. 이로써 통계적으로 또는 경험적으로 가장 빈번한 캠 접촉이 관측된 영역만이 복잡한 회전 결합을 갖는다. 그러나, 회전 가능한 롤러를 갖는 전체 드러스트 면 또는 단지 활주면을 갖는 전체 드러스트 면이 제공되거나 또는 외측 레버에서의 드러스트 면이 회전 가능한 롤러이고, 내측 레버에서의 드러스트 면은 활주면을 통해 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 바람직하게는 도면을 통해 상세히 설명된다.
도면은 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어(1)를 나타낸다. 상기 캠 팔로어는 평면도에서 U-형태와 유사한, 얇은 벽으로 된 외측 레버(4)로 구성되며, 외측 레버의 아암(2) 사이에 빔 형태의 내측 레버(3)가 자신의 측벽(19)을 통해 수용된다. 레버(3, 4)는 공통 축(5) 상에서 서로에 대해 상대적으로 피봇 운동 가능하게 작동한다. 축(5)은 캠 팔로어(1)의 횡방향 중앙면 영역 내에 위치한다.
내측 레버(3)는 일 단부(8)의 하부측(7)에 적어도 하나의 가스 교환 밸브를 위한 접촉면(9)을 갖는다. 내측 레버(3)는 타 단부(10)의 하부측(7)에, 지지 요소 의 헤드 상에 지지하기 위한 상보면(11)을 갖는다. 상보면의 상부에 종방향으로 변위 가능한 슬라이드가 커플링 수단(6)으로서 위치되는 것을 알 수 있다. 이러한 커플링 수단은 유압 매체에 의해 자신의 커플링 위치로 변위될 수 있다. 유압 매체는 인접한 채널(27)을 통해 지지 요소의 헤드로부터 커플링 수단(6)의 내측 정면부로 안내될 수 있다. 원하는 커플링을 위해 커플링 수단(6)은 부분적으로 유압식으로 내측 레버(3)로부터 진출하며, 이를 위해 외측 레버(4)의 아암(2)을 결합시키는, 타 단부(10)에서의 횡방향 빔(16)은 상부면(18)에 상보면(17)을 갖는다.
외측 레버(4)는 일 단부(8)의 면 상에 축(5) 다음에 각각의 캠의 큰 행정을 위한 두 개의 드러스트 면(12)을 갖는다. 이러한 드러스트 면은 활주면으로서 형성된다. 내측 레버(3)는 측벽(19)들 사이의 이러한 횡방향 영역 내에 회전 가능하고 바람직하게는, 예를 들어 캠의 작은 행정을 위한 드러스트 면(13)으로서 사용되는 롤링 베어링 식의 롤러를 갖는다.
일 단부(8)에 접촉면(9)을 갖는 내측 레버(3)의 영역이 외측 레버(4)의 정면(15)을 지나 돌출되는 것을 알 수 있다. 이로써 외측 레버(4)는 드러스트 면(12) 직후에 짧아진다. 또한 내측 레버(3)는 하부에 상기 접촉면(9)을 갖는 횡방향 웨브(20)를 통해 하나의 단부(8) 영역 내에서 결합되는 것이 나타난다.
도1에 도시된 바와 같이, 축(5)은 여기서 비틀림 스프링으로서 형성되는 두 개의 로스트 모션 스프링(14)을 구비한다. 이러한 스프링(14)은 외측 레버(4)의 아암(2)과 내측 레버(3)의 아암(19) 사이에서 축 방향으로 연장된다. 상응하는 설계 공간을 제공하기 위해 외측 레버(4)의 아암(2)은 이러한 영역 내에서 박스 형태 로 형성된다.
캠 기본 주기의 경우에 외측 레버(4)에 대한 내측 레버(3)의 정렬된 위치 배열을 보장하기 위하여, 두 가지가 제안된다. 내측 레버(3)의 하부 영역(22)으로부터 타 단부(10)에는 돌기부(24)가 돌출되거나, 돌기부 상에서 외측 레버(4)의 횡방향 빔(16)이 자신의 하부면(25)과 접촉할 수 있다.
또한, 대안적으로 대략, 캠 팔로어(1)의 횡방향 중앙면 영역 내에서, 내측 레버(3)를 하부 클램핑하여 외측 레버(4)의 아암(2)을 결합하는 횡방향 빔(26)이 사용될 수 있다. 또한 내측 레버(3)는 횡방향 빔(26)의 상부면 상에서 자신의 하부면(7)의 적합한 영역과 접촉할 수 있다.
명세서 도입부에서 언급한 바와같이, 축(5)은 캠 팔로어(1)의 종방향으로 보았을 때, 지지 요소를 위한 상보면(11)과 캠 행정을 위한 드러스트 면(12, 13) 사이에 배치된다. 이로써 명세서 도입부에 인용된 종래 기술에 대해, 상기 축(5)은 현저하게 레버 중앙 방향으로 더 이동되었다. 상기 축은 전체 캠 팔로어(1)(상보면(11))의 피봇 점에 더욱 인접하여 위치한다. 이를 통해 캠 팔로어(1)의 결합된 상태에서 최대 회전수가 상승될 수 있도록, 피봇 점을 중심으로 하는 전체 캠 팔로어(1)의 질량 관성 모멘트가 감소될 수 있다. 또한 동시에, 분리된 상태에서 축(5)을 중심으로 하는 외측 레버(4)의 질량 관성 모멘트가 감소된다. 또한 결합 상태에서 외측 레버(4)에는 캠 가동시에 명세서 도입부에 인용된 종래 기술에서와 같은 비교적 큰 굽힘 현상이 발생하지 않는다. 이로써 외측 레버(4)는 경우에 따라서 더욱 작은 치수로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 축이 레버의 피봇점에 더 가까이 위치함으로써, 불필요하게 큰 관성 모멘트와 굽힘 현상이 감소되고 조립이 용이한 캠 팔로어가 제작된다.

Claims (9)

  1. 내측 레버(3) 및 이 내측 레버를 자신의 아암으로 에워싸는 외측 레버(4)로 구성되는, 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어(1)이며, 상기 레버(3, 4)는 공통 축(5) 상에서 서로에 대해 상대적으로 피봇 운동으로 작동하고, 결합시에 밸브의 큰 행정 및 분리시에 밸브의 작은 행정 또는 0-밸브 행정이 발생되도록 커플링 수단(6)을 통해 서로 결합될 수 있으며, 하부(7)에서 내측 레버(3)는 일 단부(8)에 가스 교환 밸브를 위한 접촉면(9) 및 타 단부(10)에 지지 요소를 위한 상보면(11)을 구비하며, 외측 레버(4)는 각각의 아암 상에 캠의 큰 행정을 위한 드러스트 면(12)을, 그리고 내측 레버(3)는 캠의 작은 행정 또는 0-캠 행정을 위한 드러스트 면(13)을 구비하며, 레버(3, 4) 사이에 로스트 모션 스프링(14)이 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어에 있어서,
    축(5)은 캠 팔로어(1)의 종방향으로 보았을 때, 지지 요소를 위한 상보면(11)과 캠 행정을 위한 드러스트 면(12, 13) 사이에 배치되며, 외측 레버(4)의 아암(2)은 일 단부(8)에서의 드러스트 면(12) 직후에 정면(15)에서 중단되며, 내측 레버(3)는 적어도 가스 교환 밸브를 위한 접촉면(9)의 영역에 의해 외측 레버(4)의 아암(2)의 정면(15)을 지나 종방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  2. 제1항에 있어서, 로스트 모션 스프링(14)으로서 외측 레버(4)와 내측 레 버(3) 사이의 축(5) 상에서 인장되는 적어도 하나의 비틀림 스프링 또는 적어도 하나의 비틀림 스프링 세트가 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  3. 제1항에 있어서, 내측 레버(3) 내에, 즉 지지 요소를 위한 내측 레버의 상보면(11) 상부 영역 내에 캠 팔로어(1)의 종방향으로 변위 가능한 슬라이드가 커플링 수단(6)으로서 제공되며, 외측 레버(4)의 아암(2)이 타 단부(10)에 횡방향 빔(16)에 의해 벨트 형태로 결합되며, 커플링 수단(6)은 커플링되는 경우를 위해 부분적으로 횡방향 빔(16)의 상부면(18)의 상보면(17) 상에서 변위 가능한 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  4. 제3항에 있어서, 내측 레버(3)는 실제로 직립이고 얇은 벽으로 된 두 개의 측벽(19)으로 구성되며, 상기 측벽은 적어도 하나의 단부(8) 영역 내에서 횡방향 웨브(20)에 의해 가스 교환 밸브를 위한 접촉면(9)과 결합되며, 커플링 수단(6)은 측벽(19) 사이 또는 측벽 후방 정면의 별도의 삽입부 내에서, 또는 측벽(19)과 단일품으로 형성된 영역(21) 내에서 연장되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  5. 제3항에 있어서, 타 단부(10)에서 내측 레버(3)의 정면(23)의 하부 영역(22)으로부터 돌기(24)가 돌출되며, 캠의 기본 주기 위상에서 횡방향 빔(16)의 하부 면(25)을 횡방향 빔(16)의 상부면(18)의 상보면(17)에 대해 커플링 수단(6)을 중심 정렬시키기 위해 상기 돌기 상에 접촉하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  6. 제3항에 있어서, 외측 레버(4)의 아암(2)은 하부면(7)에, 그리고 드러스트 면(12, 13)의 길이 영역 내에서 횡방향 빔(26)에 의해 클램핑되며, 캠의 기본 주기 위상에서 횡방향 빔(16)의 상부면(18)의 상보면(17)에 대해 커플링 수단(6)을 중심 정렬시키기 위해 내측 레버(3)가 상기 횡방향 빔 상에서 하부면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  7. 제1항에 있어서, 부품들 중 적어도 하나의 내측 레버(3)/외측 레버(4)는 철판 같은 얇은 벽으로 된 경량 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  8. 제1항에 있어서, 내측 레버(3) 내의 드러스트 면(13)으로서 회전 가능한 롤러 및 외측 레버(4)에서의 드러스트 면(12)으로서 활주면이 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 내측 레버(3) 내의 상보면(11)을 절단하는 채널(27)에 의해 안내될 수 있는 유압 매체를 통해 커플링 수단(6)이 적어도 하나의 변위 방향으로 변위 가능한 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 트레인의 가변 캠 팔로어.
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