KR20080104226A - 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리 - Google Patents

내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리 Download PDF

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KR20080104226A
KR20080104226A KR1020077030891A KR20077030891A KR20080104226A KR 20080104226 A KR20080104226 A KR 20080104226A KR 1020077030891 A KR1020077030891 A KR 1020077030891A KR 20077030891 A KR20077030891 A KR 20077030891A KR 20080104226 A KR20080104226 A KR 20080104226A
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cam
locking plunger
blind bore
camshaft
valve drive
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요르그 우츨라
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이아파우 게엠베하 인제뉘어게젤샤프트 아우토 운트 페어케어
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Abstract

본 발명은 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리에 관한 것으로, 캠샤프트 상에 회전 가능하게 설치된 캠(3)과 고정된 캠(2)의 안전한 연결이 실행되고 고장을 피할 수 있는 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따르면, 캠샤프트(1) 상에 회전 가능하게 설치된 캠(3)의 베이스 써클(14) 영역에 그루브형 가이드부(8)가 배치되고, 캠샤프트(1)에 회전하지 않도록 고정 연결된 캠(2)의 베이스 써클(14)의 블라인드 보어(17) 안에 설치되고 제어되어 이동될 수 있는 파일럿 록킹 플런저(6)가 상기 가이드부와 맞물리거나 맞물림 해제 가능하다. 상기 파일럿 록킹 플런저가 맞물릴 수 있는 상기 그루브형 가이드부(8)는 회전 가능하게 설치된 캠(1)의 베이스 써클(14)에서 약 180˚방향으로 연장된다.
내연기관, 밸브 드라이브 어셈블리, 캠샤프트, 캠

Description

내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리{VALVE DRIVE ASSEMBLY FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 언급된 특징을 갖는 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리에 관한 것이다.
DE 42 28 796 A1에는 내연기관용 가변 밸브 드라이브가 공지되어 있으며, 상기 밸브 드라이브에서는 밸브 리프트(valve lift) 및/또는 밸브 타이밍(valve timing)을 조절하기 위해 가스교환밸브가 상이한 캠 윤곽과 함께 가동된다. 이때, 하나의 캠은 캠샤프트 상에 회전 가능하게 배치되고, 다른 캠은 캠샤프트 상에 단단히 배치된다. 내연기관의 완전 부하 영역에는 전자제어가 차단 밸브를 통해 오일압력을 고정된 캠의 유압 챔버 안으로 제어하고, 이때 상응하는 플런저를 옮기며, 이로 인해 고정 캠은 캠샤프트 상에 회전 가능하게 설치된 캠과, 회전 가능하게 설치된 캠의 캠 영역에 배치된 보어 안으로 상기 플런저가 맞물림으로써 형상 끼워맞춤으로 커플링된다. 형상 끼워맞춤으로 커플링된 캠은 상대적으로 큰 리프트와 함께 태핏을 통해 각각의 가스교환밸브들을 가동한다. 스위치 오프된 오일압력에서 부분 부하 영역에는, 서로 커플링된 양 캠들의 분리가 실행된다. 고정 캠은 적은 리프트를 가지고 태핏을 가동하는 반면, 캠샤프트 상에 회전 가능하게 설치된 캠은 언록킹되고 캠샤프트는 자유로이 이 캠 안에서 회전한다. 양 캠들의 커플링시 이동될 수 있는 플런저가 회전 가능한 캠 안의 상응하는 보어 안으로 맞물릴 수 있도록, 캠 영역 안의 보어 앞에는 입구 경사로가 배치된다.
그러나, 이러한 구성의 단점은 양 캠의 형상 끼워맞춤식 연결시 회전 가능하게 설치된 캠의 보어 안에서 록킹 플런저의 맞물림 영역이 적다는 것이다. 이때, 특히 그 회전 방향으로 변하는 모멘트에 의하여 고장이 배제될 수 없다.
본 발명의 목적은 캠샤프트 상에 회전 가능하게 설치된 캠과 회전 고정된 캠의 안전한 연결을 실행하고 고장을 피할 수 있는, 전술한 유형의 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따른 청구범위 제 1 항의 특징부에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상이한 프로파일(profile)을 가지고 캠샤프트 상에 배치되어 선택적으로 하나 이상의 가스교환밸브를 가동하는 두 개 이상의 캠을 구비하고, 하나의 캠은 캠샤프트에 회전하지 않도록 고정 연결되고, 다른 캠은 캠샤프트 상에 회전 가능하게 설치되어 제어 가능한 록킹 플런저를 통해 캠샤프트에 회전 고정 배치된 캠과 형상 끼워맞춤으로 연결될 수 있는, 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리에 있어서, 캠샤프트 상에 회전 가능하게 설치된 캠의 베이스 써클(base circle) 영역에 그루브형 가이드부가 배치되고, 캠샤프트에 회전 고정 배치된 캠의 베이스 써클의 블라인드 보어(blind bore) 내에 설치되어 제어 가능하게 이동될 수 있는 파일럿 록킹 플런저(pilot locking plunger)가 상기 가이드부와 맞물리거나 맞물림 해제 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 파일럿 록킹 플런저가 맞물릴 수 있는 상기 그루브형 가이드부는 회전 가능하게 설치된 캠의 베이스 써클에서 약 180˚만큼 연장되어 있다.
본 발명에 따른 구성의 장점은, 양 캠들간의 록킹 과정에서 약 180˚의 영역이 제공되며, 이 영역에 파일럿 록킹 플런저가 문제없이 맞물릴 수 있다는 데에 있다. 이로 인해, 잘못된 연결이 최대한 배제될 수 있다. 파일럿 록킹 플런저의 맞물림 후, 회전 가능한 캠은 파일럿 록킹 플런저를 통해 연동되고, 따라서 양 캠들의 동일한 속도로 인해 메인 록킹 플런저(main locking plunger)는 회전 가능하게 설치된 캠의 상응하는 보어 안으로 문제없이 맞물릴 수 있으며, 그 방향으로 변화하는 과정에서 안정적인 토크 전달을 달성할 수 있다.
이하, 본 발명을 도면을 참조로 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 드라이브에서 캠이 록킹된 상태를 도시한 개략적 단면도,
도 2는 도 1의 A-A에 따른 단면도,
도 3은 도 1의 x-x의 상세도로서, 언록킹된 위치에서의 메인 록킹 플런저를 확대도시한 단면도,
도 4는 도 1의 y-y의 상세도로서, 언록킹된 위치에서의 90˚만큼 이동하여 파일럿 록킹 플런저가 도시되어 있는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1: 캠샤프트 2, 3: 캠
4: 채널 5: 베어링
6: 메인 록킹 플런저 7: 스프링
8: 가이드부 9, 10: 방사상 보어
11a: 캠(3)을 언록킹하기 위한, 스위치 온 및 오프 가능한 제어채널
11b: 캠(3)을 록킹하기 위한, 스위치 온 및 오프 가능한 제어채널
12: 보어 13: 블라인드 보어
14: 캠(2)의 베이스 써클 15: 캠(3)의 베이스 써클
16: 파일럿 록킹 플런저 17: 블라인드 보어
18: 스프링 19: 실링 플런저
20: 블라인드 보어 21: 방사상 채널
22: 공급채널
도 1에는 본 발명에 따른 밸브 드라이브의 종방향 단면이 도시되어 있으며, 상기 밸브 드라이브에는 캠샤프트(1) 상에 회전하지 않도록 고정된 캠(2) 및 회전 가능하게 설치된 캠(3)이 서로 나란히 배치된다. 캠들(2,3)은 동일한 베이스 직경(base diameter, 14, 15)을 구비한다. 회전 가능하게 설치된 캠(3)은 내연기관의 완전 부하 작동시 최대 밸브 리프트(valve lift)를 형성하기 위해 회전 고정 배치된 캠(2)에 비해 큰 프로파일 높이를 갖는다. 캠(2)은 내연기관의 부분 부하 작동을 위해 적은 리프트 또는 영 리프트(zero lift)를 형성하도록 디자인된다.
회전 고정된 캠(2)으로부터 캠(3)이 언록킹된(unlocked) 상태에서는, 회전 고정된 캠(2)만이 롤러 타입 캠팔로워(roller-type cam follower)(도시되지 않음) 또는 태핏(tappet)에 작용하며, 상기 태핏은 내연기관의 실린더의 하나 또는 복수의 가스교환밸브를 가동한다. 이 상태에서 캠샤프트(1)는 자유로이 캠(3) 안에서 회전한다. 록킹된(locked) 상태에서는, 회전 캠(3)만이 롤러 타입 캠팔로워(도시되지 않음) 또는 태핏에 작용하며, 상기 태핏은 내연기관의 실린더의 하나 또는 복수의 가스교환밸브를 가동한다. 회전 고정된 캠(2)의 프로파일 높이가 낮기 때문에, 커플링된(coupled) 상태에서는, 롤러 타입 캠팔로워 또는 태핏과의 맞물림이 생기지 않는다.
본 발명에 따르면, 캠샤프트(1) 상에 회전 가능하게 설치된 캠(3)과 회전 고정된 캠(2)의 록킹은 파일럿 록킹 플런저(pilot locking plunger, 16) 및 메인 록킹 플런저(main locking plunger, 6)에 의하여 실행된다. 상기 파일럿 록킹 플런저(16)와 메인 록킹 플런저(6)를 통해 캠(3)은 회전 고정된 캠(2)과 커플링(couple)되거나 커플링이 해제될 수 있다.
도 4에 언록킹된 위치에 도시되어 있는 파일럿 록킹 플런저(16)는 블라인드 보어(blind bore, 17) 안에 이동 가능하게 설치되며, 상기 블라인드 보어는 캠(2)의 베이스 써클(base circle, 14)의 영역, 바람직하게는 그 에지 영역에, 메인 록킹 플런저(6)에 대해 약 90˚로 배치된다. 캠샤프트(1) 상에 회전 가능하게 설치된 캠(3)의 베이스 써클(15)의 영역에는 그루브형(groove-type)의 가이드부(guide, 8)가 배치되고, 제어 이동될 수 있는 파일럿 록킹 플런저(16)는 상기 가이드부와 맞물림 및 맞물림 해제 가능하다. 상기 그루브형 가이드부(8)는 회전 캠(3)의 베이스 써클(15)의 영역에서 약 180˚만큼 연장된다.
그루브형 가이드부(8) 방향으로의 파일럿 록킹 플런저(16)의 위치 이동은 내연기관의 압력순환-윤활 오일 시스템으로부터의 오일압력을 통해 제어 가능하게 실행된다. 이를 위해 블라인드 보어(17)로 공급채널(22)이 통하며, 상기 공급채널은 캠샤프트(1)의 종방향으로 뻗어 있는 보어(12)와 연결된다. 따라서, 보어(12)로부터 분기되는 방사상 채널을 통해, 블라인드 보어(17)는 캠샤프트(1)의 베어링(5) 안에 배치된 제어채널(11b)과 연결된다. 제어채널(11a, 11b)로의 압력오일 공급은 제어 가능한 차단 밸브(도시되지 않음)를 통해 실행된다. 이때, 스위치 온 및 오프 가능한 제어채널(11a)은 캠(3)의 언록킹에 사용되며, 스위치 온 및 오프 가능한 제어채널(11b)은 캠(3)의 록킹에 사용된다. 파일럿 록킹 플런저(16)의 바닥에는 스프링(18)이 배치되며, 이 스프링은 그루브형 가이드부(8)의 방향으로의 파일럿 록킹 플런저(16)의 위치 이동을 위해 작용하는 오일압력에 대항하여 작용한다.
도 3에 언록킹된 위치에 도시되어 있는 메인 록킹 플런저(6)는 캠(2)의 영역 에 배치된 블라인드 보어(20) 안에 이동 가능하게 설치된다. 캠(3)의 방향으로의 메인 록킹 플런저(6)의 제어된 위치 이동은 상기 메인 록킹 플런저(6)의 바닥과 블라인드 보어(20)의 바닥 사이에 배치된 스프링(7)을 통해, 그리고 마찬가지로 내연기관의 압력순환-윤활 오일 시스템으로부터의 제어 가능한 오일압력을 통해 실행된다. 이를 위해, 캠(2) 영역의 블라인드 보어(20)는 방사상 채널(21), 캠샤프트(1) 안에 배치된 축방향 보어(12) 및 그 밖의 방사상 채널을 통해 베어링(5) 안에 배치된 제어채널(11b)과 연결된다.
캠(3)의 영역에는 블라인드 보어(13)가 캠(2) 방향으로 배치되며, 상기 블라인드 보어 안에는 실링 플런저(sealing piston, 19)가 이동 가능하게 배치된다. 블라인드 보어(13)는 캠샤프트(1) 안에 배치된 방사상 보어(10), 축방향 채널(4) 및 그 밖의 방사상 보어(9)를 통해 제어 가능한 압력 오일 공급부의 제어채널(11a)과 연결된다.
내연기관을 위한 본 발명에 따른 밸브 드라이브의 작용 방식은 다음과 같다:
완전 부하 작동시, 보다 큰 캠 프로파일이 제공된 캠(3)은 예컨대 캠팔로워를 통해 가스교환밸브와 맞물린다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 캠샤프트(1) 상에 회전 가능하게 설치된 캠(3)은 캠샤프트(1) 상에 회전하지 않도록 고정적으로 배치된 캠(2)과 형상 끼워맞춤으로 연결된다. 파일럿 록킹 플런저(16)의 바닥에는 공급채널(22)을 통해 오일 압력이 작용하며, 이에 의하여 상기 파일럿 록킹 플런저(16)는 캠(3)의 그루브형 가이드부(8) 안으로 이동된다. 회전 고정된 캠(2)과 회전 가능한 캠(3)이 록킹된 위치에서, 파일럿 록킹 플런저(16)는 캠샤프트(1)의 회 전 방향으로 볼 때 가이드부(8)의 외부 가장자리에 인접한다. 메인 록킹 플런저(6)는 오일압력의 작용으로 인해 부분적으로 캠(3)의 블라인드 보어(13) 안으로 이동되고, 따라서 메인 록킹 플런저(6)를 통해 회전 가능한 캠(3)과 회전 고정된 캠(2) 사이의 형상 끼워맞춤식 연결이 형성된다.
내연기관의 부분 부하 작동시, 적은 밸브 리프트 또는 영 리프트(zero lift)와 함께, 회전 가능한 캠(3)과 고정된 캠(2) 사이의 연결이 분리된다. 이때, 조절 가능한 제어 장치를 통해, 방사상 채널(21)을 통해 파일럿 록킹 플런저(16) 및 메인 록킹 플런저(6)에 작용하는 오일압력은 스위치 오프되며, 따라서 상기 플런저들은 무압 상태가 된다. 스프링(18)에 의해 파일럿 록킹 플런저(16)는 블라인드 보어(17) 안으로 물러난다. 동시에 블라인드 보어(13)는 방사상 보어(10)를 통해 압력오일의 작용을 받는다. 오일압력은 실링 플런저(19)를 이동시키고, 이로써 메인 록킹 플런저(6)를 완전히 캠(2)의 블라인드 보어(20) 안에 위치될 때까지 이동시킨다. 이로써 캠(3)은 언록킹되며, 더 이상 캠샤프트(1)에 의해 간접적으로 구동되지 않는다.
내연기관이 다시 완전 부하 작동에서 작동되면, 모터 특유의 파라미터들에 따라 다시 회전 가능한 캠(3)과 고정된 캠(2)의 커플링이 실행된다. 제어채널(11b) 및 공급채널(22)을 통해 블라인드 보어(17)에 압력오일이 공급되며, 방사상 채널(21)을 통해 블라인드 보어(20)에 압력오일이 공급된다. 파일럿 록킹 플런저(16)는 오일압력에 의해 회전 캠(3) 방향으로 이동되며, 그루브형 가이드부(8) 안에 맞물릴 수 있다. 가이드부(8)가 약 180˚로 베이스 써클(15)의 영역에서 연장됨으로 써, 록킹 과정시 파일럿 록킹 플런저(16)의 안전한 맞물림이 행해진다. 가이드부(8) 안으로 파일럿 록킹 플런저(16)가 맞물린 후, 캠(3)은 파일럿 록킹 플런저(16)에 의해 연동된다. 스프링(7)의 힘과 메인 록킹 플런저(6)에 접하는 오일압력을 통해, 메인 록킹 플런저(6)는 블라인드 보어(20)와 블라인드 보어(13)의 축방향 일직선 정렬시 부분적으로 블라인드 보어(13) 안으로 이동된다. 이로써 록킹이 형성되며, 캠(3)은 가스교환밸브에 효력을 갖는다.

Claims (8)

  1. 상이한 프로파일을 가지고 캠샤프트 상에 배치되어 선택적으로 하나 이상의 가스교환밸브를 가동하는 두 개 이상의 캠을 구비하고, 하나의 캠은 캠샤프트에 회전하지 않도록 고정 연결되고, 다른 캠은 캠샤프트 상에 회전 가능하게 설치되어 제어 가능한 록킹 플런저를 통해 캠샤프트에 고정 배치된 캠과 형상 끼워맞춤으로 연결될 수 있는, 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리에 있어서,
    캠샤프트(1) 상에 회전 가능하게 설치된 캠(3)의 베이스 써클(15) 영역에 그루브형 가이드부(8)가 배치되고, 캠샤프트(1)에 고정 배치된 캠(2)의 베이스 써클(14)의 블라인드 보어(17) 내에 설치되어 제어 가능하게 이동될 수 있는 파일럿 록킹 플런저(16)가 상기 가이드부(8)와 맞물리거나 맞물림 해제 가능한 것을 특징으로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그루브형 가이드부(8)는 캠(3)의 베이스 써클(15)의 영역에서 약 180˚만큼 뻗어있는 것을 특징으로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 파일럿 록킹 플런저(16)를 그루브형 가이드부(8) 방향으로 이동시키기 위해, 블라인드 보어(17)가 제어 가능한 압력 오일 공급부와 연결되는 것을 특징으 로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일럿 록킹 플런저(16)의 바닥에 스프링(18)이 배치되며, 상기 스프링은 파일럿 록킹 플런저(16)를 그루브형 가이드부(8) 방향으로 이동시키도록 작용하는 오일압력에 대항하여 작용하고, 상기 스프링은 오일압력의 스위치 오프시 파일럿 록킹 플런저(16)를 그루브형 가이드부(8) 방향으로 이동시키기 위해 상기 파일럿 록킹 플런저(16)를 블라인드 보어(17)의 바닥 방향으로 이동시키며, 이에 따라 파일럿 록킹 플런저(16)를 통한 캠(2)과 캠(3)의 연결은 언록킹되는 것을 특징으로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    캠(2)의 영역에 블라인드 보어(20)가 배치되고, 상기 블라인드 보어 안에는 제어 가능하게 이동될 수 있는 메인 록킹 플런저(6)가 설치되며, 상기 메인 록킹 플런저는 캠(3)의 영역에 배치된 블라인드 보어(13)에 맞물리거나 맞물림 해제 가능한 것을 특징으로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 록킹 플런저(6)를 이동시키기 위해, 캠(2)의 블라인드 보어(20) 및 캠(3)의 블라인드 보어(13)는 제어 가능한 오일 압력 공급부와 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 록킹 플런저(6)의 바닥과 캠(2)의 블라인드 보어(20)의 바닥 사이에는 스프링(7)이 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블라인드 보어(13) 내에 실링 플런저(19)가 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 드라이브 어셈블리.
KR1020077030891A 2006-03-15 2007-03-09 내연기관용 밸브 드라이브 어셈블리 KR20080104226A (ko)

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DE102006012385.9 2006-03-15

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