KR20090128325A

KR20090128325A - 내연 엔진용 밸브 트레인

Info

Publication number: KR20090128325A
Application number: KR1020090047045A
Authority: KR
Inventors: 로니 홀스타인; 헤리버트 임캄프
Original assignee: 만 디젤 에스이
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2009-12-15
Also published as: CN101713305B; CN101713305A; JP2009299685A; DE102008027649A1; KR101630873B1; FI123193B; FI20095585A; JP5383331B2; FI20095585A0

Abstract

본 발명은 밸브 태핏(1)을 작동시키기 위한 주밸브 리프터(10)를 구비하되, 주밸브 리프터가 캠 샤프트(4)의 제1 캠(11)에 의해 밸브 리프터 축(2)을 중심으로 하여 회전 방향(D)으로 회전할 수 있고; 스위칭 밸브 리프터(20)를 구비하되, 스위칭 밸브 리프터가 제1 캠에 대해 각도 방향으로 오프셋된 캠 샤프트의 제2 캠(21)에 의해 밸브 리프터 축(2)을 중심으로 하여 회전할 수 있으며; 작동 상태(도 4)에서 스위칭 밸브 리프터가 주밸브 리프터를 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 동반 회전시키게 하는 스위칭 요소를 구비하되, 스위칭 요소가 스위칭 핀(31)과 스토퍼(32)를 포함하고, 스토퍼(32)가 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 하나(10)에 배치되며, 스위칭 핀(31)이 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 다른 하나(20)에서 전진 방향(S)으로 슬라이딩 가능하게 안내되어 스위칭 요소의 작동 시에 스위칭 핀이 주밸브 리프터로 하여금 스위칭 밸브 리프터와 함께 동반 회전하게끔 하는 내연 엔진용, 특히 디젤 엔진용 밸브 트레인에 관한 것으로, 전진 방향(S)은 밸브 리프터 축(2)에 대해 대략 수직으로 배치된다.

Description

내연 엔진용 밸브 트레인{VALVE TRAIN FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 엔진용, 특히 디젤 엔진용 밸브 트레인(valve train), 그러한 밸브 트레인을 구비한 내연 엔진, 및 그러한 밸브 트레인을 조정하기 위한 방법에 관한 것이다.

밸브 리프터(valve lifter)(캠 팔로워(cam follower)라고도 함)을 구비하는 그러한 유형의 밸브 트레인에서는, 캠 샤프트의 캠에 의해 밸브 리프터가 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 회전하면서 밸브 태핏 또는 태핏 로드를 작동시킴으로써 내연 엔진의 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 예컨대 밸브 스프링의 복원력을 거슬러 개방한다.

그와 관련하여, 0 내지 360도의 회전각으로 지시될 수 있는 밸브 개방 시간은 통상적으로 캠 윤곽 형태에 의해 구조적으로 결정된다. 밸브 개방 시간은 기본적으로 엔진 특성에 영향을 미친다.

따라서, 예컨대 NOx가 최적화된 엔진에서 미연소 탄소 방출을 감소시키기 위해 밸브 개방 시간을 예컨대 회전수에 의존하여 또는 변하는 엔진 부하에 의존하여 변경할 수 있는, 소위 캠 조정 시스템을 구비한 가변 밸브 트레인이 이미 공지되어 있다.

아울러, 밸브 태핏을 작동시키기 위한 제1 밸브 리프터가 저속 회전수용 캠에 의해 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 회전하는 청구항 1의 전제부에 따른 밸브 트레인이 "가변 밸브 타이밍 및 리프트 전자 제어(Variable Valve Timing and Lift Electronic Control)"(VTEC)라는 개념 하에 공지되어 있다. 고속 회전수용 캠에 의해 밸브 리프트 축을 중심으로 하여 회전하는 제2 밸브 리프터는 스위칭 요소가 작동하지 않을 경우에는 자유롭게 회전한다. 그러한 스위칭 요소는 제2 밸브 리프터에 배치된 스위칭 핀을 포함하는데, 그 스위칭 핀은 밸브 리프터 축과 평행한 전진 방향으로 슬라이딩 가능하게 안내된다. 스위칭 핀이 유압에 의해 인출되면, 그 스위칭 핀은 제1 밸브 리프터의 대응 리세스에 맞물리고, 그에 따라 제1 밸브 리프터가 제2 밸브 리프터에 의해 동반 회전한다. 즉, 밸브 태핏이 고속 회전수용 캠에 의해 작동한다.

그러한 방안은 몇 가지 단점을 갖는다. 즉, 밸브 리프터 축의 축 방향으로 작용하는 스위칭 요소의 변위력은 특히 리세스와 스위칭 볼트가 서로 정확하게 동렬로 놓이지 않을 경우에는 제1 밸브 리프터와 제2 밸브 리프터를 축 방향으로 억지로 떼어 놓으려고 하게 된다. 따라서, 불리하게도 스위칭 볼트와 그를 수납하는 리세스를 정밀하게 정렬하는 것이 필요하다. 다른 한편으로, 스위칭 요소의 작동 시에는 스위칭 볼트가 2개의 밸브 리프터에 지지됨으로 인해, 아울러 작동 시에는 물론 비작동 시에도 스위칭 볼트에 높은 전단력이 생겨 마모가 증가하게 된다.

본 발명의 과제는 전술한 단점들 중의 적어도 하나를 감소시키거나 회피시키는 것이다.

그러한 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 전제부에 따른 밸브 트레인이 그를 특징짓는 특징들에 의해 개선되게 된다. 청구항 15는 그러한 밸브 트레인을 구비한 내연 엔진을 보호 범위로 하고, 청구항 16은 그러한 밸브 트레인을 조정하기 위한 방법을 보호 범위로 한다. 종속 청구항들은 바람직한 개선책들에 관한 것이다.

본 발명에 따른 밸브 트레인은 디젤 엔진, 특히 대형 디젤 엔진이나 선박용 디젤 엔진과 같은 내연 엔진의 실린더의 흡기 시간 또는 배기 시간을 제어하는 역할을 한다. 여기서, 본 발명에 따른 밸브 트레인은 하나 이상의 흡기 밸브를 작동시킬 수 있음은 물론, 부가적으로 또는 선택적으로 하나 이상의 배기 밸브를 작동시킬 수도 있다. 여러 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브들에 대해서도 본 발명에 따른 밸브 트레인이 각각 마련될 수 있고, 바람직하게는 내연 엔진의 모든 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브들이 본 발명에 따른 밸브 트레인을 각각 구비할 수 있다.

그러한 밸브 트레인은 밸브 태핏 또는 태핏 로드를 직접적으로 또는 간접적으로 작동시키는 주밸브 리프터를 포함하는데, 그 주밸브 리프터는 캠 샤프트의 제1 캠에 의해 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 회전 방향으로 회전할 수 있다. 주 밸브 리프터는 예컨대 밸브를 통상적으로 폐쇄한 채로 유지시키는 밸브 스프링에 의해 또는 자체 복원 스프링에 의해 편향될 수 있고, 밸브 리프터 축과 평행한 캠 샤프트 축을 중심으로 하여 회전하는 제1 캠의 윤곽 형태에 의해 포지티브 피트 방식으로 그를 복원시키는 편향력을 거슬러 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 회전할 수 있고, 그에 따라 제1 캠이 더 회전하면 주밸브 리프터가 다시 그 출발 각위치로 되돌아가게 된다. 여기서는, 탄성 변형 가능한 요소를 스프링으로 단순화시켜 지칭하고 있는데, 그러한 스프링은 기계적 스프링, 특히 코일 스프링 이외에 유압 스프링, 공압 스프링, 및 자기 스프링도 포함한다.

본 발명에 따른 밸브 트레인은 캠 샤프트의 제2 캠에 의해 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 회전할 수 있는 스위칭 밸브 리프터를 더 포함한다. 여기서, 제2 캠은 제1 캠에 대해 회전 방향의 앞쪽으로 오프셋되어 캠 샤프트의 회전 시에 우선 제2 캠이 스위칭 밸브 리프터를 회전시키고 시간상으로 엇갈려 제1 캠이 주밸브 리프터를 회전시키되, 주밸브 리프터가 회전을 시작할 때에 스위칭 밸브 리프터도 역시 제2 캠에 의해 그 출발 위치로부터 회전될 수 있게 된다. 제1 캠과 제2 캠 사이의 각도 오프셋 및 제1 캠과 제2 캠의 윤곽 형태를 적절히 선택함으로써, 밸브 개방의 경과, 특히 예컨대 크랭크축의 회전각과 관련된 밸브 개방 시점 및/또는 밸브 개방 시간이 변경될 수 있다. 그러한 밸브 트레인의 가변 밸브 조정 시스템은 개방 각도(스위칭 밸브 리프터의 캠 윤곽 형태가 더 일찍 나옴), 폐쇄 각도(스위칭 밸브 리프터의 캠 윤곽 형태가 더 늦게 나옴), 또는 리프트(더 큰 캠 윤곽 형태)를 변경할 수 있다. 그 3개의 방안을 조합하는 것도 가능하다. 도시된 실시예에서 는, 개방 각도가 유지되고, 폐쇄 각도가 변경되는 것이 바람직하다.

그를 위해, 본 발명에 따른 밸브 트레인은 스위칭 밸브 리프터의 작동 상태에서 주밸브 리프터를 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 동반 회전시키는 스위칭 요소를 더 구비한다. 즉, 스위칭 요소가 작동하지 않을 때에는 주밸브 리프터가 제1 캠에 의해 회전하여 밸브 태핏을 그에 상응하게 작동시키는 반면에, 스위칭 요소가 작동할 때에는 주밸브 리프터가 스위칭 밸브 리프터에 의해, 즉 제2 캠에 의해 회전하여 밸브 개방의 경과가 변경되게 된다.

스위칭 요소는 스위칭 핀 및 스토퍼를 구비하는데, 스토퍼는 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 하나에 배치되고, 스위칭 핀은 스위칭 요소의 작동 시에 주밸브 리프터가 스위칭 밸브 리프터와 함께 동반 회전하도록 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 다른 하나에서 전진 방향으로 슬라이딩 가능하게 안내된다.

본 발명에 따르면, 전진 방향은 밸브 리프터 축에 대해 법선 방향으로, 즉 수직으로 배치된다. 그럼으로써, 스위칭 요소의 변위력이 더 이상 밸브 리프터 축의 축 방향으로 작용하지 않고, 그것은 밸브 리프터의 좋지 않은 비틀림 및 변형을 상호 감소시키게 된다. 바람직한 일 구성에서는, 인출된 스위칭 핀이 스토퍼와 대향된 쪽으로 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 다른 하나의 지지 스토퍼에 지탱되면, 바람직하게도 전단 응력이 회피될 수 있는데, 그것은 스위칭 핀이 그를 안내하는 밸브 리프터에 지지될 수 있기 때문이다.

본 발명의 제1 구성에 따르면, 스위칭 핀은 스위칭 밸브 리프터에서 안내될 수 있고, 스위칭 요소의 작동 시에 회전 방향으로 본 경우에는 주밸브 리프터에 배치되는 스토퍼의 배후에 맞물려 주밸브 리프터를 스위칭 밸브 리프터와 함께 동반 회전시킬 수 있다. 그 경우, 스위칭 핀은 스위칭 요소의 작동 시에 인출되어 스토퍼의 배후에 맞물린다.

여기서, 스토퍼는 캠 샤프트의 반대쪽을 향한 주밸브 리프터의 상면과 대략 동일 평면에 형성될 수 있다. 그것은 본 발명에 의해 가능케 되는 밸브 트레인의 콤팩트한 구성을 더욱 개선하여 미리 주어진 캠 샤프트 공간에의 통합을 용이하게 한다.

본 발명의 대안적 제2 구성에서는, 스토퍼가 스위칭 밸브 리프터에 배치될 수 있고, 스위칭 요소의 작동 시에 회전 방향으로 본 경우에는 주밸브 리프터에서 안내되는 스위칭 핀의 배후에 맞물릴 수 있다. 그 경우, 스위칭 핀은 스위칭 요소의 작동 시에 인출되어 스토퍼의 배후에 맞물려 주밸브 리프터를 스위칭 밸브 리프터와 함께 동반 회전시킬 수 있다.

스위칭 핀은 특히 유압에 의해, 공압에 의해, 전자기력에 의해, 및/또는 전동력에 의해 슬라이딩될 수 있다. 유압 또는 공압 작동에 의해 적은 에너지로 큰 힘이 인가되고, 아울러 바람직하게도 시스템에서의 진동이 감쇠될 수 있는 한편, 전자기력 또는 전동력에 의한 작동은 바람직하게도 짧은 응답 시간을 갖는다.

스위칭 핀은 가이드 부시에서 안내되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 마모가 감소하여 밸브 트레인의 내구 수명이 증가할 수 있다. 가이드 부시는 스토퍼와 대향된 쪽으로 적어도 스토퍼 아래까지 연장되어 지지 스토퍼를 형성하고, 스위칭 요소의 스토퍼에 의해 추진되는 스위칭 핀을 반대쪽에서 지지한다. 지지 스토퍼도 역시 스위칭 핀이 안내되는 밸브 리프터와 일체로 형성되거나 또는 분리 가능하거나 분리 불가능하게 그 밸브 리프터에 연결될 수 있다. 그러면, 가이드 부시가 바람직하게도 전진 방향으로 동일 평면에서 지지 스토퍼로 이행될 수 있다.

스위칭 핀과 스토퍼의 접촉 면은 전진 방향의 반대 방향으로 경사져, 특히 전진 방향으로 쐐기꼴로 기울어져 스위칭 핀이 스토퍼 아래 또는 위로 인입 또는 인출되는 이동을 용이하게 하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 바람직하게도 스위칭 핀이 어느 정도 자동으로 센터링될 수 있게 된다.

스위칭 핀은 작동력이 없어졌을 때에 스위칭 핀을 작동한 상태 또는 작동하지 않은 상태로 옮기는 제1 탄성 복원 요소를 거슬러 슬라이딩될 수 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 제1 탄성 복원 요소는 스위칭 핀을 작동한 상태, 예를 들어 인출된 상태로 옮길 수 있고, 그에 따라 스위칭 핀은 예컨대 유압 또는 전자기력에 의해 복원 요소를 거슬러 제어되어 인입될 수 있되, 통상적으로는 작동한 채로 있게 된다("통상적으로는 맞물린 채로 있게 된다"). 대안적으로, 스위칭 핀은 복원 요소를 거슬러 제어되어 인출될 수 있고, 통상적으로는 작동하지 않은 채로 있게 된다("통상적으로는 맞물리지 않은 채로 있게 된다").

스토퍼는 캠이 스위칭 핀을 그 출발 위치, 바람직하게는 편향된 그 출발 위치로부터 회전시키는 회전 방향으로만 스위칭 핀과 연동하는 것이 바람직하다. 즉, 스위칭 요소가 작동하면, 스위칭 밸브 리프터는 주밸브 리프터를 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 출발 위치로부터 회전 방향으로 동반 회전시키지만, 그 회전 방향의 반대 방향으로는 주밸브 리프터를 분리시킬 수 있다. 환언하면, 본 바람직한 구성에서는, 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터가 한쪽으로만, 즉 회전 방향으로만 서로 지지되고, 반대 방향으로는 서로 분리될 수 있다.

공지된 바와 같이 축 방향으로 슬라이딩 가능한 핀이 리세스에 맞물리는 것과는 대조적으로, 본 방안은 여러 이점을 갖는다. 한편으로, 스위칭 핀과 스토퍼 사이의 정밀한 정렬에 대한 요구가 줄어든다. 다른 한편으로, 한쪽으로 지지되는 하중은 마모를 감소시키고, 그에 의해 밸브 트레인의 내구 수명이 증가한다. 또한, 바람직하게도 주밸브 리프터가 이제 그 출발 위치로부터 회전할 때에 스위칭 밸브 리프터가 회전 방향의 반대 방향으로 이미 그 출발 위치로 되돌아 오도록 하는 것이 가능하다. 그럼으로써, 스위칭 밸브 리프터가 제2 캠의 윤곽 형태를 따를 수 있고, 그것은 캠 윤곽 형태의 구성 및 조정을 용이하게 한다.

스토퍼는 전진 방향으로 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 하나와 그를 회전시키는 캠과의 접촉점 부근에 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 전진 방향으로의 접촉점으로부터 스토퍼까지의 거리는 전진 방향으로의 스위칭 핀의 연장의 50% 이하, 바람직하게는 25% 이하이다. 그럼으로써, 캠이 스위칭 핀에 접촉하는 것과 스토퍼가 스위칭 핀에 접촉하는 것으로부터 나오는 서로 반대로 작용하는 힘들이 밸브 리프터 축에 대해 대략 동일한 레버 암으로 작용하여 스위칭 핀이 큰 휨 모멘트 변동을 겪지 않게 된다.

스위칭 요소는 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터의 각도 변위를 제한하는 제한 스토퍼를 구비할 수 있다. 그러한 제한 스토퍼는 예컨대 스위칭 핀과 대향된 스토퍼의 쪽에서 스위칭 핀이 안내되는 밸브 리프터에 배치되어 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터가 회전 방향의 반대 방향으로 서로 떨어져 회전 이동하는 것을 제한한다.

본 발명에 따른 밸브 트레인은 스위칭 밸브 리프터를 제2 캠 쪽으로 편향시키기 위해 제2 탄성 복원 요소를 구비한다. 특히, 스위칭 밸브 리프터가 한쪽으로만 주밸브 리프터에 지지될 경우, 스위칭 밸브 리프터는 그에 작용하는 편향력, 예컨대 밸브 스프링에 의해 그 출발 위치로 되밀리지 않게 된다. 제2 탄성 복원 요소는 바람직하게도 제2 캠과의 접촉을 보장할 수 있다.

주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터의 서로 대면한 단부 면들은 적어도 부분작으로 서로 접촉하여 서로 지지가 된다. 축 방향으로 슬라이딩 가능한 스위칭 핀과는 달리 여기서는 단부 면들에 리세스가 마련될 필요가 없기 때문에, 바람직하게도 지지 및 슬라이딩 면이 평활하게 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 내연 엔진용 밸브 트레인에서는, 스위칭 밸브 리프터의 작동 상태에서 주밸브 리프터를 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 동반 회전시키는 스위칭 요소가 구비되어 스위칭 요소가 작동하지 않을 때에는 주밸브 리프터가 제1 캠에 의해 회전하여 밸브 태핏을 그에 상응하게 작동시키는 반면에, 스위칭 요소가 작동할 때에는 주밸브 리프터가 스위칭 밸브 리프터에 의해, 즉 제2 캠에 의해 회전하여 밸브 개방의 경과가 변경되게 된다. 또한, 스위칭 요소는 전진 방향으로 슬라이딩 가능하게 안내되는 스위칭 핀 및 그 스위칭 핀이 맞물리는 스토퍼를 구비 하는데, 전진 방향은 밸브 리프터 축에 대해 법선 방향으로, 즉 수직으로 배치된다. 그럼으로써, 스위칭 요소의 변위력이 더 이상 밸브 리프터 축의 축 방향으로 작용하지 않고, 그에 의해 밸브 리프터의 좋지 않은 비틀림 및 변형을 상호 감소시키게 된다. 또한, 인출된 스위칭 핀이 스토퍼와 대향된 쪽으로 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 어느 하나의 지지 스토퍼에 지탱됨으로써, 전단 응력이 회피될 수 있고, 그에 따라 마모가 줄어들게 된다.

종속 청구항들 및 실시예들로부터 본 발명의 또 다른 특징들 및 이점들이 분명해질 것이다. 그를 위해, 첨부 도면들이 부분적으로 개략화되어 도시되어 있다.

도 1은 본 발명에 일 구성에 따른 밸브 트레인을 사시도로 나타낸 것이다. 그러한 밸브 트레인은 밸브 태핏(1)을 작동시키기 위한 주밸브 리프터(10) 및 그에 인접한 스위칭 밸브 리프터(20)를 포함한다. 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터는 밸브 리프터 축(2)을 중심으로 하여 회전될 수 있게 장착되는데, 주밸브 리프터(10)는 자세한 도시를 생략한 방식으로 밸브 태핏(1)에 작용하는 밸브 스프링에 의해 회전 방향(D)(도 4를 참조)의 반대 방향으로 편향된다. 동일한 작용 방식으로, 스위칭 밸브 리프터(20)는 압축 스프링을 포함하는 제2 복원 요소(22)에 의해 회전 방향(D)의 반대 방향으로 편향되고, 그에 따라 2개의 밸브 리프터들(10, 20)이 캠 샤프트(4) 쪽으로 편향되게 된다.

여기서, 주밸브 리프터(10)는 롤(12)(도 3을 참조)에 의해 그 롤(12)이 구르는 캠 샤프트(4)의 제1 캠(11)에 맞대어 눌러지는 한편, 스위칭 밸브 리프터(2)도 같은 방식으로 롤(23)에 의해 그 롤(23)이 구르는 캠 샤프트(4)의 제2 캠(21)에 맞대어 눌러지는데, 제2 캠(21)은 캠 샤프트(4)의 회전 방향의 반대 방향으로 제1 캠(11)에 대해 뒤쪽으로 오프셋되어 있다. 환언하면, 캠 샤프트의 회전 시에 우선 제2 캠(21)의 윤곽 형태가 그 기초 원(base circle)으로부터 벗어나고 나서야 비로소 계속된 회전 시에 제1 캠(11)의 윤곽 형태도 그 기초 원으로부터 벗어나게 된다.

즉, 캠 샤프트(4)의 회전에 의해, 제1 캠(11)이 주밸브 리프터(10)를 그 출발 위치로부터 편향을 거슬러 누르기 시작하고, 롤(12)이 제1 캠(11)의 기초 원에서 구르지 않을 때에 주밸브 리프터(10)를 밸브 리프터 축(2)을 중심으로 하여 회전 방향(D)으로 회전시킨다. 그럼으로써, 주밸브 리프터(10)가 밸브 태핏(1)을 밸브 스프링(도시를 생략함)의 편향을 거슬러 이동시키고, 그에 따라 도시를 생략한 선박용 디젤 엔진의 흡기 밸브가 캠 샤프트(4)의 각위치에 의존하여 개방되게 된다. 그와 비슷하게, 롤(23)이 기초 원을 넘어 상승한 캠 윤곽 형태를 따를 때에 제2 캠(21)이 스위칭 밸브 리프터(20)를 복원 요소(22)의 편향을 거슬러 회전 방향(D)으로 회전시키게 된다. 특히, 도 4 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 밸브 트레인은 주밸브 리프터(10)와 일체로 형성되는 스토퍼(32) 및 스위칭 밸브 리프터(20)에 있는 가이드 부시(33)에서 밸브 리프터 축(2)에 수직한 전진 방향(S)으로 슬라이딩 가능하게 안내되는 스위칭 핀(31)을 구비한 스위칭 요소를 포함한다. 스위칭 핀(31)은 도시를 생략한 밸브를 통해 제어될 수 있는 유압 라인(35)의 유압에 의해 가이드 부시(33)에서 전진 방향(S)으로 슬라이딩하면서 가이드 부시(33) 내에 배치되어 스위칭 핀(31)을 둘러싼 제1 복원 스프링(34)을 잡아당긴다. 유압 라인(35)의 유압이 소정의 값에 미치지 못하게 되면, 제1 복원 스프링(34)은 스위칭 핀(31)을 전진 방향(S)의 반대 방향으로 도 5에 도시된 그 출발 위치로 되돌린다. 스위칭 핀(31)은 그 스위칭 핀의 제동으로 인해 부시의 손상이 일어나지 않도록 하기 위해 단부 위치 댐퍼를 구비한다. 그러한 댐퍼는 부시의 단부에 있는 오일로 채워진 챔버를 플랜지(약간 더 큰 지름을 갖는 단)가 폐쇄함으로써 얻어지게 된다. 오일은 지름 차이에 의해 생기는 환형 틈새를 통해 교축되어 이탈된다. 그럼으로써, 단부 위치 도달 3 내지 4㎜에서 인출 이동이 감쇠되게 된다.

밸브 트레인은 다음과 같이 조정된다: 스위칭 요소가 작동하지 않으면, 즉 유압 라인(35)의 유압이 없으면, 제1 복원 스프링(35)이 스위칭 핀(31)을 그 뒤로 물러난 출발 위치(도 5를 참조)로 편향시킨다. 주밸브 리프터(10)의 롤(12)이 기초 원으로부터 벗어난 제1 캠(11)의 캠 윤곽 형태의 영역 위를 구르는 즉시, 제1 캠(11)이 주밸브 리프터(10)를 회전 방향(D)으로 회전시키고, 그에 따라 주밸브 리프터(10)가 밸브 태핏(11)을 작동시키게 된다.

캠 샤프트의 회전과 관련하여, 주밸브 리프터(10)의 롤(12)이 기초 원으로부터 벗어난 제1 캠(11)의 캠 윤곽 형태의 영역 위를 구르기 전에, 스위칭 밸브 리프터(20)의 롤(23)이 기초 원으로부터 벗어난 제2 캠(21)의 캠 윤곽의 영역 위를 구르게 되는데, 제2 캠(21)은 제1 캠(11)에 대해 캠 샤프트의 회전 방향의 앞쪽으로 오프셋되어 있다. 그럼으로써, 스위칭 밸브 리프터(20)가 제2 복원 요소(22)의 복원력을 거슬러 그 출발 위치로부터 회전 방향(D)으로 회전하게 된다. 하지만, 스 위칭 핀(31)이 그 출발 위치로 인입되어 있기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이 스위칭 밸브 리프터(20)가 회전축(2)을 중심으로 하여 회전할 때에 스위칭 핀(31)은 주밸브 리프터(10)를 동반 회전시키는 일 없이 주밸브 리프터(10)의 스토퍼(32)의 옆을 스치고 지나간다. 그에 따라, 스위칭 요소가 작동하지 않을 때에는 스위칭 밸브 리프터(20)가 자유롭게 회전하고, 밸브 태핏(1)을 작동시키는 일 없이 제2 캠(21)의 윤곽 형태를 따르게 된다.

밸브의 개방 시점이 캠 샤프트의 각위치에 대해 앞쪽으로 오프셋되면, 밸브 트레인 제어 시스템(도시를 생략함)이 예컨대 선박용 디젤의 회전수에 의존하여 상응하는 지시를 받아 유압 라인(35)의 유압을 제어하는데, 그 유압은 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터가 밸브 리프터 축(2)에 대해 거의 동일한 각위치를 차지할 때에, 즉 예컨대 롤(12, 23)이 모두 제1 캠 또는 제2 캠(11, 21)의 해당 기초 원 상을 구를 때에 스위칭 핀(31)이 제1 복원 스프링(34)의 저항을 거슬러 스토퍼(32) 아래로 인출되도록 하게끔 제어된다. 그럼으로써, 스위칭 요소가 작동하여 스위칭 핀(31)이 회전 방향(D)으로 스토퍼(32)의 배후에 맞물리게 된다.

본 실시예에서는, 가변 밸브 조정 시스템이 제어 기구 없이도 그 기능을 하게 된다. 2개의 밸브 리프터(10, 20)가 같은 위치, 예컨대 기초 원 상에 있으면, 스위칭 핀(31)이 인출될 수 있다. 밸브 리프터(10, 20)가 동일하지 않은 위치에 있으면, 스토퍼(32)가 개구부를 차단하여 스위칭 핀(31)이 인출되는 것을 저지한다. 여기서, 스위칭 핀(31)은 도시를 생략한 스토퍼에 의해 전진 방향으로 제한된다.

먼저, 스위칭 밸브 리프터(20)의 롤(23)이 반경 방향으로 기초 원을 넘어 돌출된 제2 캠(21)의 영역 위를 구르면, 스위칭 밸브 리프터(20)가 전술된 바와 같이 밸브 리프터 축(2)을 중심으로 하여 회전 방향(D)으로 회전하게 된다. 스위칭 요소의 작동 시에는 스위칭 핀(31)이 회전 방향(D)으로 스토퍼(32)의 배후에 맞물리기 때문에, 스위칭 밸브 리프터(20)가 주밸브 리프터(10)를 회전 방향으로 동반 회전시키고, 그에 따라 주밸브 리프터(10)가 밸브 태핏(1)을 좀더 일찍 작동시키게 된다. 그 경우, 스위칭 핀(31)은 스토퍼(32)와 대향된 유도 스위칭 요소(36)에 접하는 것이 바람직하다.

롤(23)이 기초 원을 넘어 돌출된 제2 캠(21)의 윤곽 형태를 지나 내려가면, 제2 복원 요소(22)가 스위칭 밸브 리프터(20)를 회전 방향(D)의 반대 방향으로 그 출발 위치로 되돌린다. 스위칭 밸브 리프터(20)는 스토퍼(32)의 배후에 맞물린 스위칭 핀(31)에 의해 주밸브 리프터(10)에 대해 한쪽으로만 지지되기 때문에, 그러한 되돌림은 예컨대 제1 캠(11)에 의해 계속해서 출발 위치로부터 떨어진 채 유지되어 밸브 태핏(1)을 작동시킬 수 있는 주밸브 리프터(10)의 위치와는 상관없이 이뤄지게 된다. 즉, 본 실시예에서는 밸브 태핏(1)에 의해 작동하는 밸브의 개방 시점은 물론 개방 시간이 스위칭 요소의 작동에 의해 변경될 수 있다.

그러한 밸브의 개방 시점의 변경을 취소하려면, 밸브 트레인 제어 시스템이 유압 라인(35)의 유압을 강하시켜 제1 복원 스프링(34)이 스위칭 핀(31)을 도로 그 출발 위치(도 5를 참조)로 되돌리도록 함으로써 스위칭 요소가 작동하지 않은 상태로 만든다. 그러한 스위칭 과정은 기초 원 위상(base circle phase)에서 또는 밸 브 개방 시에도 마찬가지로 이뤄지는데, 그것은 본 발명에서는 스위칭 핀(31)이 거의 부하를 받지 않기 때문이다.

스위칭 밸브 리프터(20)와 일체로 형성되거나 그에 분리 가능하게 또는 분리 불가능하게 연결되는 유도 스위칭 요소(36)용 홀더(3)가 마련되어 스위칭 핀(31)의 인출 또는 인입 여부를 알릴 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 구성에 따른 밸브 트레인을 사시도로 나타낸 도면;

도 2는 도 1에 따른 밸브 트레인을 대향된 쪽으로부터의 부분 단면도로 나타낸 도면;

도 3은 도 1에 따른 밸브 트레인의 배면도;

도 4는 스위칭 요소가 작동된 도 1에 따른 밸브 트레인을 측면 단면도로 나타낸 도면;

도 5는 스위칭 요소가 작동되지 않은 도 1에 따른 밸브 트레인을 측면 단면도로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 밸브 태핏 2: 밸브 리프터 축

3: 유도 스위칭 요소용 홀더 4: 캠 샤프트

10: 주밸브 리프터 11: 제1 캠 12: 롤

20: 스위칭 밸브 리프터 21: 제2 캠

22: 제2 복원 요소 23: 롤 31: 스위칭 핀

32: 스토퍼 33: 가이드 부시 34: 제1 복원 스프링

35: 유압 라인 D: 회전 방향 S: 전진 방향

Claims

내연 엔진용 밸브 트레인으로서,

밸브 태핏(1)을 작동시키기 위한 주밸브 리프터(10)를 구비하되, 주밸브 리프터가 캠 샤프트(4)의 제1 캠(11)에 의해 밸브 리프터 축(2)을 중심으로 하여 회전 방향(D)으로 회전할 수 있고;

스위칭 밸브 리프터(20)를 구비하되, 스위칭 밸브 리프터가 제1 캠에 대해 각도 방향으로 오프셋된 캠 샤프트의 제2 캠(21)에 의해 밸브 리프터 축(2)을 중심으로 하여 회전할 수 있으며;

작동 상태(도 4)에서 스위칭 밸브 리프터가 주밸브 리프터를 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 동반 회전시키게 하는 스위칭 요소를 구비하되, 스위칭 요소가 스위칭 핀(31)과 스토퍼(32)를 포함하고, 스토퍼(32)가 주밸브 리프터(10) 또는 스위칭 밸브 리프터(20)에 배치되며, 스위칭 핀(31)이 다른 밸브 리프터, 즉 스위칭 밸브 리프터(20) 또는 주밸브 리프터(10)에서 전진 방향(S)으로 슬라이딩 가능하게 안내되어 스위칭 요소의 작동 시에 스위칭 핀이 주밸브 리프터로 하여금 스위칭 밸브 리프터와 함께 동반 회전하게끔 하는 내연 엔진용 밸브 트레인에 있어서,

전진 방향(S)은 밸브 리프터 축(2)에 대해 대략 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항에 있어서, 스위칭 핀(31)은 스위칭 밸브 리프터(20)에서 안내되고, 스 위칭 요소의 작동 시에 회전 방향(D)으로 스토퍼(32)의 배후에 맞물려 주밸브 리프터(10)를 스위칭 밸브 리프터와 함께 동반 회전시키는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항에 있어서, 스토퍼는 스위칭 밸브 리프터에 배치되고, 스위칭 요소의 작동 시에 회전 방향으로 스위칭 핀의 배후에 맞물려 주밸브 리프터를 스위칭 밸브 리프터와 함께 동반 회전시키는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭 핀은 유압에 의해(35), 공압에 의해, 전자기력에 의해, 또는 전동력에 의해 슬라이딩될 수 있는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭 핀은 가이드 부시(33)에서 안내되는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭 핀과 스토퍼의 접촉 면은 전진 방향의 반대쪽으로 경사지는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭 핀은 작동력이 없어졌을 때에 스위칭 핀을 작동한 상태 또는 작동하지 않은 상태로 옮기는 제1 탄성 복원 요소(34)를 거슬러 슬라이딩될 수 있는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스토퍼는 회전 방향(D)으로만 스위칭 핀과 연동하는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 다른 하나(20)는 스토퍼(32)와 대향된 쪽에 유도 스위칭 요소(36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스토퍼는 전진 방향(S)으로 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터 중의 하나가 그를 회전시키는 캠과 접촉하는 지점 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭 밸브 리프터(20)를 제2 캠(21) 쪽으로 편향시키기 위한 제2 탄성 복원 요소(22)가 마련되는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터의 서로 대면한 단부면들은 적어도 부분적으로 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주밸브 리프터 또는 스위칭 밸브 리프터는 그 밸브 리프터를 회전시키는 캠 위를 구르는 롤(12, 13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 밸브 트레인을 구비하는 내연 엔진.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 밸브 리프터를 조정하기 위한 방법에 있어서,

주밸브 리프터와 스위칭 밸브 리프터가 밸브 리프터 축을 중심으로 하여 대략 동일한 각위치를 가질 때에 스위칭 요소를 작동시키거나 작동시키지 않는 것을 특징으로 하는 밸브 트레인 조정 방법.