KR20100047892A - 가변 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

기관의 크랭크 샤프트에 동기하여 회전하는 구동축(1)과, 구동축(1)에 설치된 구동 캠(13)과, 구동축(1)에 요동 가능하게 지지되는 요동 캠(6)과, 요동 캠(6)의 요동에 의해 개폐 구동되는 기관 밸브와, 구동축(1)과 평행한 요동축(7)과, 요동축(7)에 요동 가능하게 지지되는 로커 아암(3)과, 로커 아암(3)과 구동 캠(13)을 연계하는 제1 링크(4)와, 로커 아암(3)과 요동 캠(6)을 연계하는 제2 링크(5)와, 요동축(7)의 구동축(1)에 대한 상대 위치를 변화시킴으로써 기관 밸브 개방의 작동각 및 리프트량을 변경하는 요동축 위치 변경 수단(27)을 구비하고, 기관 밸브의 소정의 작동각 범위에서는, 소정의 작동각 범위의 범위 외에서 작동각을 변경했을 때에 비해, 작동각의 변경에 수반하는 기관 밸브의 최대 리프트의 변화가 억제되도록, 요동축(7)의 구동축(1)에 대한 상대 위치가 변화된다.

Description

가변 밸브 장치 {VARIABLE VALVE GEAR}

본 발명은 리프트량 및 작동각을 연속적으로 가변 제어 가능한 가변 밸브 장치에 관한 것이다.

일본 특허청이 2002년에 발행한 JP 2002-38913A는 기관 밸브의 리프트량 또는 작동각을 연속적으로 가변 제어 가능한 가변 밸브 장치로서, 기관에 동기하여 회전하고 외주에 구동 캠이 설치된 구동축과, 기관 밸브를 개폐 구동하는 요동 캠과, 일단부가 제1 회전 지지점(P1)을 통해 편심 제어 캠에 요동 가능하게 설치되는 동시에, 구동 캠과 요동 캠에 각각 제2, 제3 회전 지지점(P2, P3)을 통해 회전 가능하게 연계되어, 요동 작용에 의해 구동 캠의 구동력을 요동 캠으로 전달하는 로커 아암과, 구동 캠과 로커 아암을 연계하는 링크 아암과, 요동 캠과 로커 아암을 연계하는 링크 로드와, 편심 제어 캠을 액추에이터에 의해 회전 제어하는 제어축을 구비하고, 제1 회전 지지점(P1)과 구동축의 회전 중심(X)을 연결한 선에 대해, 제2, 제3 회전 지지점(P2, P3)이 동일 방향에 존재하는 구성에 의해, 기관 밸브의 리프트량 및 작동각을 연속적으로 가변 제어 가능한 가변 밸브 장치를 개시하고 있다.

그러나, 상술한 가변 밸브 장치에서는 기관 밸브의 작동각을 변경할 때, 구동축 중심(X)과 요동축 중심(P1)을 연결하는 직선(일정한 길이를 가정한 직선)의 각도 변화에 수반하는 기관 밸브의 리프트 변화량과, 구동축 중심(X)과 요동축 중심(P1) 사이의 거리(일정한 각도를 가정한 거리)의 변화에 수반하는 기관 밸브의 리프트 변화량을 전혀 고려하지 않고 요동축의 위치를 이동시키고 있으므로, 작동각에 대한 기관 밸브의 리프트량이 바람직한 값으로는 되지 않는다. 최소 리프트 제어 시의 상태로부터 최대 리프트 제어 시의 상태에 이르는 과정에서, 구동축 중심과 요동축 중심을 연결하는 직선의 각도 변화는 기관 밸브의 리프트량을 증대시키는 방향으로 작용하는 한편, 구동축 중심과 요동축 중심 사이의 거리는, 도중까지(최소 작동각으로부터 중간 작동각까지)는 증가하여 리프트량을 증대시키는 방향으로 작용하고, 그 후(중간 작동각으로부터 최대 작동각까지)에는 감소하여 리프트량을 감소시키는 방향으로 작용한다. 이때 상술한 가변 밸브 장치에서는 요동축 중심의 편심량[축심(P)에 대한 요동축 중심(P1)의 편심량]이 적당하지 않으므로, 작동각이 증대되는 것에 대해 리프트량이 크게 감소해 버리는, 바람직하지 않은 작동각 변화 범위가 발생한다. 즉, 요동축 중심의 편심량이 극히 작으므로, 구동축 중심과 요동축 중심을 연결하는 직선의 각도 변화가 극단적으로 작게 되어 있어, 구동축 중심과 요동축 중심을 연결하는 직선의 각도 변화가 초래하는 기관 밸브의 리프트량의 증대 작용이 극히 작아져 버리므로, 중간 작동각으로부터 최대 작동각까지의 사이는, 구동축 중심과 요동축 중심 사이의 거리 변화가 초래하는 기관 밸브의 리프트량의 감소 작용을 상쇄할 수 없어, 작동각이 증대되는 것에 대해 리프트량이 크게 감소해 버리게 된다.

본 발명의 목적은 소정의 작동각 범위에 있어서, 요동 캠의 리프트량의 저하를 억제할 수 있는 가변 밸브 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기관의 크랭크 샤프트에 동기하여 회전하는 구동축과, 구동축에 설치된 구동 캠과, 구동축에 요동 가능하게 지지되는 요동 캠과, 요동 캠의 요동에 의해 개폐 구동되는 기관 밸브와, 구동축과 평행한 요동축과, 요동축에 요동 가능하게 지지되는 로커 아암과, 로커 아암과 구동 캠을 연계하는 제1 링크와, 로커 아암과 요동 캠을 연계하는 제2 링크와, 요동축의 구동축에 대한 상대 위치를 변화시킴으로써 기관 밸브의 작동각 및 리프트량을 변경하는 요동축 위치 변경 수단을 구비하고, 기관 밸브의 소정의 작동각 범위에서는, 소정의 작동각 범위의 범위 외에서 작동각을 변경했을 때에 비해, 작동각의 변경에 수반하는 기관 밸브의 최대 리프트의 변화가 억제되도록, 요동축의 구동축에 대한 상대 위치가 변화된다.

본 발명의 상세 및 다른 특징이나 이점은 명세서의 이후에 기재된 것 중에서 설명되는 동시에, 첨부된 도면에 나타난다.

본 발명에 따르면, 소정의 작동각 범위에 있어서, 요동 캠의 리프트량의 저하를 억제할 수 있는 가변 밸브 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(A)의 기본적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 가변 밸브 장치(A)의 요동각, 요동 각속도, 요동 각가속도에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3a와 도 3b는 L0 길이를 변화시킴으로써 작동각을 변경하는 경우의, 요동각 및 요동 각가속도의 특성을 나타낸 도면이다.
도 4a와 도 4b는 L0각을 변경함으로써 작동각을 변경하는 경우의, 요동각 및 요동 각가속도의 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 L0 길이와 요동각 및 요동 부각가속도의 관계를 정리한 도면이다.
도 6은 L0각과 요동각 및 요동 부각가속도의 관계를 정리한 도면이다.
도 7은 참고예로서의 가변 밸브 장치(A)의 외관도이다.
도 8은 제1 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(B)의 외관도이다.
도 9는 제1 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(B)의 기본적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 10은 요동 부각가속도와 작동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 밸브 가속도와 작동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 밸브 리프트량과 작동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(C)의 외관도이다.
도 14는 가변 밸브 장치(C)를 기관 정면에서 본 도면이다.
도 15는 L0 길이와 요동각 및 요동 부각가속도의 관계를 정리한 도면이다.
도 16은 L0각과 요동각 및 요동 부각가속도의 관계를 정리한 도면이다.
도 17은 제2 실시 형태의 제어축(2)의 회전축 위치에 대해 도시하는 도면이다.
도 18은 요동 부각가속도와 작동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 밸브 리프트량과 작동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(D)를 기관 정면에서 본 도면이다.
도 21은 요동 부각가속도와 작동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 밸브 리프트량과 작동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 제4 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(B)를 기관 정면에서 본 도면이다.

도 1은 내연 기관을 정면(크랭크 샤프트축 연직방향)에서 보았을 때의, 본 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(A)의 기본적인 구성을 도시하는 도면이다.

가변 밸브 장치(A)는 흡기 밸브의 리프트량 및 작동각을 연속적으로 가변 제어 가능한 기구이다. 또한, 이하의 리프트량의 변화에 대한 설명은 최대 리프트량의 변화에 대한 설명을 가리킨다.

구동축(1)은 기관 본체로서의 실린더 헤드에 회전 가능하게 지지되어 있다. 구동축(1)은 타이밍 체인 내지는 타이밍 벨트를 통해 기관의 크랭크 샤프트에 의해 구동된다. 구동축의 회전 방향은 도 1에 있어서 시계 방향으로 한다.

구동축(1)은 구동축(1)의 중심에 대해 편심된 원형의 외주면을 갖는 구동 캠(13)을 구비한다. 구동 캠(13)은 구동축(1)의 외주에, 편심된 구멍을 갖는 원반 형상의 별도의 부품이 압입 등에 의해 고정됨으로써 구성되어 있다. 또한, 구동축(1)에는 구동 캠(13)을 고정한 위치로부터 축방향으로 어긋난 위치에, 기통마다 한 쌍의 요동 캠(6)이, 구동축(1)에 대해 회전 가능(요동 가능)하게 지지된다. 이 한 쌍의 요동 캠(6)이 구동축(1)의 주위를 소정의 각도 범위에서 요동(상하 이동)함으로써, 요동 캠(6)의 캠 노즈(6a)의 하방에 위치하는 흡기 밸브가 압박되어, 흡기 밸브가 하방으로 리프트된다. 또한, 한 쌍의 요동 캠(6)은 구동축(1)의 외주를 덮는 원통부를 통해 서로 일체화되어 있어, 동일 위상으로 요동한다.

또한, 구동축(1)의 전단부에는 크랭크 샤프트에 대한 구동축의 위상을 변화시켜, 작동각의 위상을 변화시키는 위상 가변 기구가 구비되어 있다. 이 위상 가변 기구는 일반적으로 알려져 있는 것과 마찬가지로, 구동축(1)의 전단부에 설치된 스프로킷과, 이 스프로킷과 구동축(1)을, 소정의 각도 범위 내에 있어서 상대적으로 회전시키는 위상 제어용 액추에이터로 구성되어 있다. 스프로킷은 타이밍 체인 혹은 타이밍 벨트를 통해, 크랭크 샤프트와 동기하여 회전하고 있다. 위상 제어용 액추에이터는 컨트롤 유닛으로부터의 제어 신호에 기초하여 제어된다. 이 위상 제어용 액추에이터의 제어에 의해, 스프로킷과 구동축(1)이 상대적으로 회전하여, 리프트 중심각이 지각한다. 즉, 리프트 특성의 곡선 자체는 바뀌지 않고, 전체가 진각 혹은 지각한다. 또한, 이 변화는 연속적으로 얻을 수 있다. 위상 가변 기구로서는, 유압식, 전자식 액추에이터를 이용한 것 등, 다양한 구성이 가능하지만, 본 실시 형태에서는 유압식 액추에이터를 사용하는 것으로 한다.

가변 밸브용 로커 아암(3)은 요동축(7)에 요동 가능하게 지지되어 있고, 구동축(1)의 중심과 요동축(7)의 중심을 연결한 직선에 대해 동일측으로 돌출되는 제1 아암(8) 및 제2 아암(9)을 구비한다. 또한, 제1 아암(8)보다 제2 아암(9)의 쪽이 돌출량이 크다. 또한, 가변 밸브용 로커 아암(3)은 분할된 2개의 부재로 이루어지고, 요동축(7)의 양측에 있어서 볼트(15)에 의해 체결되어 있다.

요동 캠(6)의 하면에는 구동축(1)과 동심 형상의 원호를 이루는 기초원면(base circle plane)과, 이 기초원면으로부터 캠 노즈(6a)의 외형을 구성하도록, 소정의 곡선을 그려서 연장되는 캠면이 연속해서 형성되어 있고, 이들 기초원면 및 캠면이, 요동 캠(6)의 요동 위치에 따라서 흡기 밸브 또는 밸브 리프터에 접촉하게 되어 있다. 즉, 기초원면은 베이스 서클 구간으로서, 리프트량이 제로로 되는 구간이고, 요동 캠(6)이 요동하여 캠면이 밸브 리프터에 접촉하는 구간은 흡기 밸브가 서서히 리프트해가는 리프트 구간으로 된다. 또한, 베이스 서클 구간과 리프트 구간 사이에는 약간의 램프 구간이 설치되어 있다.

제1 링크(4)는 일단부가 구동 캠(13)에 회전 가능하게 끼워 맞추어지고, 타단부가 제1 아암(8)의 선단 부근에 연결 핀(10)을 통해 연결되어 있다.

제2 링크(5)는 일단부가 제2 아암(9)의 선단 부근과 연결 핀(11)을 통해 연결되고, 타단부가 요동 캠(6)의 캠 노즈(6a)의 단부 부근과 연결 핀(12)을 통해 연결되어 있다. 연결 핀(10)은 로커 아암(3)과 제1 링크(4)의 제1 연결점을 이루고, 연결 핀(11)은 로커 아암(3)과 제2 링크(5)의 제2 연결점을 이룬다. 제1 연결점과 제2 연결점은 구동축(1)의 중심과 요동축(7)의 중심을 연결하는 직선에 대해 동일한 측에 있다. 그리고, 제2 연결점[연결 핀(12)]은 제1 연결점[연결 핀(10)]보다도 상기 요동축(7)의 중심으로부터 먼 위치에 있다. 또한, 요동 캠(6)은 구동축(1)의 중심과 요동축(7)의 중심을 연결하는 직선에 대해, 제1 연결점과 제2 연결점과 동일한 측에 캠 노즈(6a)를 갖고, 구동축은 기관 밸브를 개방할 때의 요동 캠의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전한다.

상기와 같은 구성의 가변 밸브 장치(A)에서는 구동축(1)이 기관의 크랭크 샤프트의 회전에 동기하여 회전하면, 구동 캠(13)의 작용에 의해 제1 링크(4)가 상하 운동하여, 이것에 수반하여 가변 밸브용 로커 아암(3)이 요동축(7)의 중심 주위로 요동한다. 이 가변 밸브용 로커 아암(3)의 요동은 제2 링크(5)를 통해 요동 캠(6)으로 전달되어 요동 캠(6)이 요동한다. 그리고, 요동 캠(6)의 캠 작용에 의해 흡기 밸브가 개폐 동작을 행한다.

도 2는 요동 캠(6)의 요동각, 요동 각속도, 요동 각가속도에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 2 중의 실선 A는 요동각, 실선 B는 요동 각속도, 실선 C는 요동 각가속도의 구동축 회전각에 대한 특성을 나타내고 있다. 또한, 도 2에서는 최대 리프트량으로 될 때의 구동축 회전각을 180도에 맞추고 있다.

요동 캠(6)의 요동각(θ)(실선 A)은 밸브 리프트 개시 시를 제로도로 하고, 밸브 리프트량이 증대되는 방향, 즉 도 1 중에서 시계 회전 방향을 정으로 한다. 최대 요동각은 밸브의 최대 리프트가 클수록 커진다. 요동 각속도는 dθ/dx(x는 구동축 회전 각도), 요동 각가속도는 d²θ/dx²로 나타낼 수 있다. 또한, 부의 방향(흡기 밸브의 리프트를 감소시키는 방향)의 요동 각가속도를 요동 부각가속도라고 하고, 부의 방향의 요동 각가속도의 절대치가 큰 경우를 「요동 부각가속도가 크다」라고 한다.

요동각(θ)은 구동축 회전각에서 360도를 1주기로 하고, 구동축 회전각 제로도로부터 180도까지는 요동각(θ)은 증대되고, 구동축 회전각 180도로부터 360도까지는 요동각(θ)은 감소한다. 요동각(θ)이 최대치로 될 때에 흡기 밸브는 최대 리프트량으로 되고, 요동각(θ)이 정의 값인 구간[구동축 회전각(D1 내지 D2)]이 밸브 리프트 구간으로 된다. 요동 각속도는 요동각(θ)에 대해 위상이 대략 90도 어긋나 있고, 요동각(θ)이 최대치로 될 때에 제로로 된다. 요동 각가속도는 요동각이 최대치로 될 때에 최소, 즉 요동 부각가속도가 최대로 된다.

상기와 같은 구성의 가변 밸브 장치(A)에 있어서, 작동각을 변화시킨다고 하는 것은, 요동 캠(6)의 초기 요동각을 변화시킨다고 생각해도 상관없다. 여기서, 초기 요동각이라 함은, 도 2 중에 있어서의 구동축 회전각이 제로일 때의 요동각[제로도(밸브 리프트 개시의 요동각)로부터 마이너스측으로 얼마나 요동하고 있는지를 나타내는, 부의 각도]을 말한다.

예를 들어, 작동각(리프트량)을 작게 하는 경우에는, 초기 요동각을 작게 하면 된다[기준이 되는 리프트 개시 시(제로)로부터 마이너스측으로 크게 이격하게 됨]. 이에 의해, 구동축(1)의 회전에 수반하여 요동 캠(6)이 요동할 때에, 기초원면이 장시간 밸브 리프터에 계속해서 접촉하여, 캠면이 밸브 리프터에 접촉하는 기간이 짧아진다. 이로 인해, 리프트량이 전체적으로 작아지고, 또한 작동각도 축소된다.

한편, 작동각(리프트량)을 크게 하는 경우에는 초기 요동각을 크게 하면 된다[기준이 되는 리프트 개시 시(제로)로부터 마이너스측으로 크게 이격되지 않도록 함]. 이 경우, 작동각(리프트량)을 작게 하는 경우와는 반대로, 기초원면이 밸브 리프터에 접촉하는 기간이 짧고, 캠면이 밸브 리프터에 접촉하는 기간이 길어지므로, 리프트량이 크고, 작동각도 확대된다.

상기와 같이 초기 요동각을 변화시키기 위해서는, 동등한 구동축 회전 각도에서(구동 캠의 각도를 일치시켜) 비교해 보았을 때의, 요동 캠(6)의 밸브 리프터에 대한 각도를 변화시킬 필요가 있고, 그로 인해, 요동축(7)의 위치를 변화시킨다.

그런데, 요동축(7)의 위치를 변화시키는 방법은 크게 2개로 나눌 수 있다. 하나는 구동축(1)의 중심과 요동축(7)의 중심의 거리(이하, 「L0 길이」라고 함)를 변화시키는 방법이고, 또 하나는 구동축(1)의 중심과 요동축(7)의 중심을 연결한 선의 각도를 바꾸는(장치 전체를 기울임) 방법이며, 다시 말하면, 도 1 중에 있어서 구동축(1)의 중심을 지나는 임의의 기준선과, 구동축(1)의 중심과 요동축(7)의 중심을 연결하는 직선이 이루는 각(이하, 「L0각」이라고 함)을 변화시키는 방법이다.

예를 들어, 도 1에 있어서(L0각을 바꾸지 않고) L0 길이를 길게 하면, L0 길이가 짧을 때에 비해 요동축(7)의 중심(7a)은 구동축(1)의 중심(1a)으로부터 이격되어 상방에 위치하게 된다. 이때, 구동축(1)의 중심(1a)의 위치는 일정하고, 구동 캠(13)의 중심(13a)의 위치도 동일한(구동축의 회전 각도를 바꾸지 않는 전제) 것으로 한다. 또한, 제어축(7)의 중심(7a)과 제1 연결점(10a) 사이의 길이와, 제1 연결점(10a)과 구동 캠(13)의 중심(13a) 사이의 길이도 일정하므로, 제어축 중심(7a)과 제1 연결점(10a)을 연결한 선과, 제1 연결점(10a)과 구동 캠 중심(13a)을 연결한 선이 이루는 각은 L0 길이를 길게 한 경우에 커진다. 따라서, L0 길이를 길게 하면, 제어축 중심(7a)과 제1 연결점(10a)을 연결한 선은 시계 방향으로 회전한 것과 동일한 기울기의 변화가 발생한다. 이때, 제1 연결점(10a)보다도, 요동축 중심(7a)으로부터 멀리 이격된 제2 연결점(11a)은, 지레의 원리에 의해[제1 연결점(10a)의 위치가 크게 변화되지 않는 가운데, 제어축 중심(7a)이 상방으로 이동하므로] 도면 내에 있어서 하방으로 이동하게 된다. 이에 의해, 제2 링크 전체가 하방으로 밀어 내려져, 제2 링크(5)와 요동 캠(6)을 연결하는 연결 핀(12)의 중심(12a)이 상대적으로 하방으로 밀어 내려지므로, 초기 요동각이 커지게(마이너스 정도가 작아져) 되어, 작동각(리프트량)이 커진다. 반대로 L0 길이가 짧아지면, 초기 요동각이 작아지게(마이너스 정도가 커져) 되어 작동각(리프트량)이 작아진다.

한편, (L0 길이가 변화되지 않는 상태에서) L0각이 커지면, 가변 밸브용 로커 아암(3), 제1 링크(4), 제2 링크(5) 및 요동 캠(6)이, 상대적인 자세는 변화되지 않은 채 요동 캠(6)의 요동축을 중심으로 하여 도 1 중에서 시계 회전 방향으로 회전하게 되므로, 초기 요동각이 커지게(마이너스 정도가 작아져) 되어 작동각(리프트량)이 커진다. L0각이 작아지면, 이것과는 반대로 초기 요동각이 작아지게(마이너스 정도가 커져) 되어 작동각(리프트량)이 작아진다. 또한, 「상대적인 자세」가 변화되는지 여부는, 요동축(7)의 중심(7a), 연결 핀(10)의 중심(10a), 구동축(1)의 중심(1a) 및 구동 캠(13)의 중심(13a)을 연결하여 형성한 사각형, 혹은 요동축(7)의 중심(7a), 연결 핀(11)의 중심(11a), 연결 핀(12)의 중심(12a) 및 구동축(1)의 중심(1a)을 연결하여 형성한 사각형의 형상이 변화되는지 여부로 판단할 수 있다(도 1 참조).

도 3a와 도 3b 및 도 4a와 도 4b는 흡기 밸브의 작동각이 대작동각인 경우와 소작동각인 경우에 대해, 요동 캠(6)의 요동각 및 요동 각가속도의 특성을 나타낸 도면이고, 도 3a와 도 3b는 L0 길이를 변화시킴으로써 작동각을 변경하는 경우, 도 4a와 도 4b는 L0각을 변화시킴으로써 작동각을 변경하는 경우에 대해 도시하고 있다.

도 3a와 도 3b에 도시한 바와 같이, L0 길이를 변화시키는 경우에는, 소작동각일 때(요동 부각가속도는 도면 중 상측의 파선으로 나타냄)에 비해 대작동각일 때(요동 부각가속도는 도면 중 하측의 파선으로 나타남)의 쪽이, 밸브 리프트 피크 시에 있어서의 요동 부각가속도(리프트를 감소시키는 방향의 요동 캠의 각 가속도)의 절대치(가속도 제로로부터의 괴리)가 커진다. 이는, L0 길이가 변화되면 가변 밸브용 로커 아암(3), 제1 링크(4), 제2 링크(5) 및 요동 캠(6)의 상대적인 자세가 변화되므로, 구동축(1)의 단위 회전각당의 요동 캠(6)의 요동각이 변화되는, 즉 L0 길이가 길어지면, 구동축(1)의 단위 회전각당의 요동 캠(6)의 요동각이(특히, 대작동각일 때의 최대 리프트 부근에서) 커지기 때문이다.

상기와 같이, L0 길이를 길게 하여, 작동각을 크게 했을 때에, 요동 부각가속도의 절대치가 커진다고 하는 것은, 작동각을 크게 함에 따라서, 흡기 밸브의 가속도가 증가한다고 하는 것이다. 작동각을 크게 함에 따라서, 흡기 밸브의 가속도가 증가하면, (다른 조건이 바뀌지 않으면 상대적으로) 구동축(1)의 회전각당의 밸브 리프트량(변화)이 증가(확대)하여, 작동각의 확대에 대응하여 증가하는 밸브 리프트량을 빠르게 증가(급격히 리프트량을 증가)시킬 수 있게 된다. 중간 작동각(최대 작동각과 최소 작동각 사이의 소정의 작동각)일 때의 밸브 리프트량이 빠르게 얻어지지 않는다고 하면, 충전 효율의 저하나 펌핑 로스의 증대로 연결되어, 기관 출력의 저하를 초래할 우려가 있지만, L0 길이를 길게 하여, 작동각을 크게 했을 때의 요동 부각가속도의 절대치를 크게 하여, 작동각의 확대에 대응하여 증가하는 밸브 리프트량을 빠르게 증가시킬 수 있으면, 그와 같은 우려는 없다.

한편, 도 4a와 도 4b에 도시한 바와 같이, L0각을 변화시키는 경우에는, 대작동각일 때와 소작동각일 때에 요동 부각가속도가 변하지 않는다. 이는, 상술한 바와 같이 L0각을 변화시키면 가변 밸브용 로커 아암(3), 제1 링크(4), 제2 링크(5) 및 요동 캠(6)의 상대적인 자세가 변화되지 않기 때문이다. 또한, 요동 각과 각가속도의 피크는 L0각의 변화에 수반하여 장치 전체가 회전하므로, 변화 전과 변화 후에 구동축 각도에 대한 위치가 어긋난다. 구동축의 회전 방향과 동일한 방향으로 장치 전체를 기울이면, 구동축 각도에 대한 피크 위치는 지연되는 측으로 이동한다.

도 5와 도 6은 각각 L0 길이, L0각과 요동각 및 요동 부각가속도의 절대치의 관계를 정리한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, L0 길이가 길어질수록 요동각 및 요동 부각가속도의 절대치는 모두 그 최대치가 커진다. 즉, L0 길이가 길어지면, 구동축(1)의 단위 회전각당의 요동 캠(6)의 요동각이(특히, 대작동각일 때의 최대 리프트 부근에서) 커진다. 이에 대해, 도 6에 도시한 바와 같이, L0각을 크게 하면 요동각의 최대치는 커지지만, 요동 부각가속도의 최대치는 일정한 그대로이다.

L0 길이를 길게 하여 작동각을 크게 했을 때에, 요동 부각가속도의 최대 절대치가 커져, 흡기 밸브의 가속도가 증가하면, (다른 조건이 바뀌지 않으면 상대적으로) 구동축(1)의 회전각당의 밸브 리프트량이 증가하므로, 소정의 작동각(중간 작동각) 부근에서의 밸브 리프트량을 증가시킬 수 있어, 충전 효율의 저하나 펌핑 로스의 증대를 해소하여, 기관 출력의 증가를 초래한다. 그런데, 밸브 리프트량의 신속한 증가가 바람직한 것은 소정의 작동각(중간 작동각)까지이며, 최대 작동각 부근의 밸브 리프트량의 증가가 지나치게 빠르면 최대 리프트량이 불필요하게 커져, 메커니컬한 손실(예를 들어, 밸브 스프링 반력에 견디기 위한 일)만이 커져, 오히려 효율을 악화시켜 버린다. 따라서, 소정의 작동각(중간 작동각)으로부터 최대 작동각 부근까지는 L0 길이를 오히려 짧게 하면서, L0각을 증가시킴으로써 흡기 밸브의 작동각을 확대시키면서도, 최대 작동각 부근의 최대 리프트량이 불필요하게 커지는 것을 억제하여, 메커니컬한 손실이 커지는 등의 문제를 해소할 수 있게 한다. L0 길이를 바꾸지 않고 L0각만을 변화시켜 작동각을 변화시키는 것에 대해서는, 이해를 돕기 위해, 보다 구체적인 구조(참고예)를 도시하여 더욱 상세하게 설명하는 것으로 한다.

도 7은 참고예로서의, L0각만을 변화시키는 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 구동축(1), 제1 링크(4), 제2 링크(5), 요동 캠(6) 및 가변 밸브용 로커 아암(3)에 대해서는 도 1과 마찬가지이다.

또한, 여기서는 1기통당 2개의 흡기 밸브를 구비하는 엔진의 하나의 기통에 대해 도시하고 있다. 따라서, 요동 캠(6)을 2개 구비하고 있다. 제2 링크(5)는 한쪽의 요동 캠(6)의 캠 노즈(6a) 부근과 연결 핀(12)을 통해 연결되어 있다. 여기서, 제2 링크(5)를 2개의 요동 캠(6) 중 한쪽에만 연결하고 있는 것은, 2개의 요동 캠(6)은 모두 중공관(14)에 의해 연결되어 있어, 한쪽의 요동 캠(6)이 요동하면 다른 쪽의 요동 캠(6)도 마찬가지로 요동하기 때문이다.

요동축(7)은 구동축(1)과 대략 평행하고 또한 요동축(7)의 쪽이 기관 상방이 되도록 배치한다.

도 7 중의 부호 20, 부호 21은 각각 요동축(7), 구동축(1)에 대해 회전 가능하게 끼워 맞춘 링 부재, 부호 22는 이들 링 부재(20, 21)를 연결하는 브리지 부재이다. 이와 같은 링 부재(20, 21) 및 브리지 부재(22)를 기통 열방향으로 복수 설치한다. 구동축(1) 및 요동축(7)의 후단부(도 7 중, 우측 방향)에도 마찬가지로 링 부재(23, 24) 및 브리지 부재(25)를 구비한다. 구동축(1) 후단부의 링 부재(24)의 외주에는 모터(27)의 피니언 기어와 맞물리는 기어부(24a)를 설치한다. 이와 같이 링 부재(20, 21, 23, 24), 브리지 부재(23, 25) 및 모터(27) 등으로 이루어지는 작동각 변경 기구에 의해 요동축(7)의 위치를 이동한다.

또한, 구동축(1)의 회전각을 검출하는 센서 및 요동축(7)의 구동축(1) 주위의 회전각을 검출하는 센서를 구비하여, 이들 센서의 검출치는 컨트롤 유닛(100)에 판독된다. 그리고, 컨트롤 유닛(100)은 차량의 운전 상태를 검출하는 센서(예를 들어, 크랭크각 센서, 액셀러레이터 개방도 센서 등)의 검출치에 기초하여 흡기 밸브의 목표 작동각을 연산하여, 모터(27)의 구동, 정지를 제어한다.

상기와 같은 구성에 따르면, 모터(27)를 구동하면, 피니언 기어(26)와 기어부(24a)가 맞물려 있으므로, 링 부재(24)가 구동축(1) 주위로 회전한다. 이것에 수반하여, 브리지 부재(25)를 통해 연결된 링 부재(23)가, 구동축(1)의 회전축과 요동축(7)의 길이 방향 축 사이의 거리(즉, L0 길이)를 반경으로 하는 원호 형상을 이동한다.

즉, L0 길이가 일정한 채로, L0각을 변화시킬 수 있다. 또한, 도 7의 상태를 최대 작동각일 때로 하고, 도 7 중의 화살표 R방향으로 회전시킴으로써 작동각을 작게 하는 것으로 한다.

이상과 같이 도 7의 참고예와 같은 구성에 따르면, 흡기 밸브의 작동각을 변화시키는 경우에, L0 길이를 일정하게 유지한 채 L0각만을 변화시키므로, 작동각의 변화에 관계없이 흡기 밸브의 요동 부각가속도를 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 도 7은 L0 길이가 일정한 채로 L0각을 변화시키는 구성의 일례이며, 다른 구성이라도 상관없다. 예를 들어, 일단부가 실린더 헤드에 요동 가능하게 지지되고, 타단부가 요동축(7)에 연결되어 있고, 일단부를 축으로 한 회전 및 신축이 가능한 액추에이터 로드 등을 사용하면, 이 회전량 및 신축량을 제어함으로써 L0 길이가 일정한 채로 L0각의 크기가 변화되는 궤적에서 요동축(7)을 움직일 수 있다.

다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다.

도 8은 본 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(B)의 구성도이다. 본 실시 형태에서는 제어축(2)을 구동축(1)과 대략 평행하고 또한 제어축(2)의 쪽이 기관 상방측에 위치하도록, 각각 실린더 헤드 상부의 캠 브래킷에 회전 가능하게 지지한다.

제어축(2)은, 소위 크랭크 형상을 하고 있고, 캠 브래킷에 지지되는 메인 저널(2a)과, 메인 저널(2a)의 중심으로부터 편심된 요동축(7)을 구비한다. 그리고, 한쪽의 단부에 설치된 모터(27)에 의해 소정 각도 범위 내에서 회전하도록 구성되어 있다. 이 모터(27)로의 전력 공급은 컨트롤 유닛(100)으로부터의 제어 신호에 기초하여 제어된다. 또한, 모터(27)는 작동각을 변경할 때에 제어축(2)을 목표 각도로 회전시킬 뿐만 아니라, 운전 중에 제어축(2)의 각도가 목표 각도로부터 어긋나지 않도록 유지하는 기능도 갖는다.

또한, 구동축(1)의 회전각을 검출하는 센서 및 제어축(2)의 회전각을 검출하는 센서를 구비하여, 이들 센서의 검출치는 컨트롤 유닛(100)에 판독된다.

그런데, 요동축(7)은 제어축(2)의 회전축[메인 저널(2a)의 중심]으로부터 편심되어 있으므로, 기관을 정면에서 보았을 때의 가변 밸브용 로커 아암(3)의 요동 중심 위치는 제어축(2)의 회전각에 따라서 변화된다. 따라서, 모터(27)에 의해 제어축(2)의 회전각을 변화시키면, 가변 밸브용 로커 아암(3)의 요동 중심 위치가 이동하여 요동 캠(6)의 초기 요동 위치가 변화되어, 흡기 밸브의 작동각이 변화된다.

도 9는 도 1과 마찬가지로 가변 밸브 장치(B)를 기관 전방(정면)으로부터 본 도면이다. 도 9 중의 C0는 제어축(2)의 회전축[메인 저널(2a)의 중심]을 나타내고, CRmax, CRmin은 각각 최대 작동각일 때, 최소 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치를 나타내고 있다.

그런데, 상술한 바와 같이 L0 길이 및 L0각을 변화시키면, 밸브 리프트량이 변화된다. 예를 들어, L0 길이가 길어지면 밸브 리프트량은 커지고, L0 각이 작아지면 밸브 리프트량이 작아진다. 이 특성을 이용하여, L0각을 작게 하여, 이에 의해 저하된 밸브 리프트량과 동일한 만큼 밸브 리프트량이 증대되도록 L0 길이를 길게 하면, 결과적으로 밸브 리프트량은 변화되지 않는다. 이와 같이, L0각의 변화에 의한 밸브 리프트량 변화를 상쇄하도록 L0 길이를 변화시킴으로써, 작동각의 변경에 수반하는 최대 밸브 리프트량의 변화를 억제하는 것이 가능하다. 이에 의해, 최대 작동각 부근의 밸브 리프트량의 증가가 지나치게 빨라서, 최대 리프트량이 불필요하게 커져, 메커니컬한 손실(예를 들어, 밸브 스프링 반력에 견디기 위한 일)이 커져 효율을 악화시켜 버리는 것을 방지한다. 도 9 중의 「등리프트선」은 밸브 리프트량을 일정하게 유지하도록 L0 길이 및 LO각을 변화시킨 경우의 요동축(7)의 궤적(가상선)을 도시하고 있다.

여기서, 제어축(2)의 배치에 대해 설명한다. 제어축(2)은 다음의 3개의 조건을 만족시키도록 배치한다. 또한, 도 9는 3개의 조건을 만족시키고 있는 경우로서의 일례를 나타내고 있다.

제1 조건은 최대 작동각일 때의 L0 길이 ≥ 최소 작동각일 때의 L0 길이일 것.

제2 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)[메인 저널(2a)의 중심]과 구동축(1)의 중심을 연결하는 직선과 기준선이 이루는 각을 α, 최대 작동각일 때의 L0각을 L0각max, 최소 작동각일 때의 L0각을 L0min으로 했을 때에, L0각max － α ≒ α － L0각min이고, 제어축(2)의 회전축(C0)이, 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심(CRmax)에 있어서의 등리프트선의 법선에 대해, 구동축(1)과 동일한 측에 있는 것이다.

제3 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)을 중심으로 하여 회전하는 요동축(7)의 중심이 그리는 원호가, 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치(CRmax)에 있어서의 등리프트선에, 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치(CRmax)에 있어서, 점차 접근하는 것이다.

다음에, 이들의 조건을 만족시킨 경우의 효과에 대해 설명한다.

도 10은 요동 부각가속도와 작동각의 관계, 도 11은 밸브 가속도와 작동각의 관계, 도 12는 밸브 리프트량과 작동각의 관계를 나타내는 도면이다. 각 도면에는 비교 대조로서, JP 2002-38913A에 개시되어 있는 바와 같은, 본 실시 형태의 제어축(2)에 상당하는 샤프트가, 요동축을 갖는 편심 구조로 되어 있고, L0각이 거의 변화되지 않고 주로 L0 길이의 변화에 의해 작동각을 변화시키는 기구에 대해서도 도시하고 있다(도면 중 「종래 기술」). 또한, 도 10의 종축은 부의 각가속도(감속 방향의 각가속도)의 절대치이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 종래 기술에서는 작동각을 최대 작동각보다도 작게 하면, 요동 부각가속도도 작아진다. 이는, 종래 기술에서는 L0 길이의 변화량에 대해 L0각의 변화량이 작아지기 때문에, 작동각의 가변 제어 폭을 L0 길이의 변화량으로 확보해야만 해, 이로 인해 도 5에 도시한 바와 같이 요동 부각가속도도 저하되어 버리기 때문이다.

한편, L0각만을 변화시키는 경우(도 10 중의 파선)에는, 전술한 바와 같이 최대 작동각 내지 최소 작동각 사이에서 요동 부각가속도는 일정해진다.

이들에 대해 본 실시 형태에서는, 최대 작동각일 때 및 최소 작동각일 때의 요동 부각가속도는 LO각만을 변화시킨 경우와 동등하지만, 중간 작동각일 때의 요동 부각가속도는 최대 작동각일 때보다도 크게 되어 있다.

이는, 도 9의 요동축(7)의 중심 위치의 궤적을 보면 알 수 있는 바와 같이, 중간 작동각일 때에는 최대 작동각일 때보다도 L0 길이가 길게 되어 있어, 요동 부각가속도가 최대 작동각일 때에 비해 증가하기 때문이다. 즉, 중간 작동각일 때에는 최대 작동각일 때에 비해 L0각은 작아지는 한편, L0 길이는 길게 되어 있어, 도 6에 도시한 바와 같이 L0각을 작게 하면 요동 부각가속도는 일정한 상태인 것에 대해, 도 5에 도시한 바와 같이 L0 길이를 길게 하면 요동 부각가속도는 커지기 때문이다.

L0 길이를 길게 하면 요동각이 커지므로(도 5 참조), 작동각은 커지는 방향으로 변화된다. 그러나, L0각의 감소에 의한 요동각의 감소의 쪽이 크기 때문에, 결과적으로 작동각은 작아진다. 이는 전술한 바와 같이, L0 길이가 길어지면, 구동축(1)의 단위 회전각당의 요동캠(6)의 요동각이 커지므로, L0 길이가 길어지는 것의 영향은, (특히 작동각이 대작동각 부근에 있을 때에) 작동각의 확대 이상으로 요동 부각가속도를 증가시키는 것에 강하게 효과가 있기 때문이다.

요동 캠(6)의 요동 부각가속도가 상기와 같은 특성으로 되면, 밸브 가속도는 도 11에 도시한 바와 같이, 전체 영역에 걸쳐서 종래 기술보다도 큰 밸브 가속도로 되어, 최대 작동각 부근의 중간 작동각일 때에 최대치를 취하고, 최대 작동각일 때에는 대략 동등해진다.

그리고, 밸브 리프트량은, 도 12에 도시한 바와 같이 중간 작동각에서는 종래 기술보다도 큰 리프트량으로 되고, 최대 작동각 부근에서는 대략 최대 리프트량에 가까운 리프트량을 유지하고 있다. 이는, 최대 작동각 부근에서는 요동축(7)의 궤적이 등리프트선에 점차 접근하고 있기 때문이다. 또한, 본 실시예의, 제어축(2)의 메인 저널에 대한 요동축(7)의 편심량은, 종래에는 없었던 크기까지 크게 설정되어 있으므로, 요동축(7)의 이동에 수반하는 작동각의 변화가 항상 일정 방향을 향하게 되어 있는 동시에, 작동각이 증대되는 것에 대해 리프트량이 감소되는 일도 없다. 이와 같이 하여, 중간 작동각으로부터 대작동각 사이에서는, 다른 작동각 범위에 비해, 작동각의 변경에 수반하는 기관 밸브의 최대 리프트의 변화가 억제되도록, 요동축이 구동축에 대해 변위된다. 또한, L0각의 변화에 기초하는 기관 밸브의 최대 리프트 변화량과, L0 길이의 변화에 기초하는 기관 밸브의 최대 리프트 변화량이, 서로 상쇄하도록 요동축이 구동축에 대해 변위된다. 또한, 중간 작동각에 있어서의 요동 부각가속도의 절대치가, 최대 작동각에 있어서의 요동 부각가속도와 동일하거나 또는 그 이상이 되도록 요동축이 구동축에 대해 변위된다.

이상에 의해 본 실시 형태에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 요동 캠(6)은 구동축(1)과 요동축(7)을 연결하는 직선에 대해 제2 연결부(11)측에 캠 노즈(6a)가 돌출되고, 또한 당해 직선에 대해 캠 노즈(6a)와 동일한 측에서 제2 링크(5)와 연결되어 있어, 작동각이 증대될수록 L0각이 커지고, 최소 작동각으로부터 소정 작동각까지는 L0 길이가 증대되어, 당해 소정 작동각으로부터 최대 작동각까지는 L0 길이가 감소하는 궤적에서 제어축(7)의 중심의 위치를 이동하므로, 중간 작동각일 때에 요동 부각가속도의 절대치가 최대치를 취한다. 이에 의해, 중간 작동각이 되는 중부하 운전 시의 충전 효율의 향상, 펌프 로스 저감을 도모할 수 있는 동시에, 소작동각일 때의 리프트량이 과잉으로 커지는 것을 방지하여, 저부하 운전 시의 흡입 공기량의 편차를 저감시킬 수 있다. 또한, 최대 작동각 부근의 최대 리프트량이 불필요하게 커져, 메커니컬한 손실이 커지는 것을 억제하여, 최대 작동각일 때에 있어서의 요동축(7)으로의 입력 하중을 저감시킬 수 있다.

(2) 최대 작동각일 때의 L0 길이 ≥ 최소 작동각일 때의 L0 길이로 함으로써, 구동축(1)의 단위 회전각당의 요동 캠(6)의 요동각을 최대 작동각일 때에 보다 크게 함으로써, 최대 작동각 부근의 요동 부각가속도를 크게 할 수 있다.

(3) 최대 작동각에 근접함에 따라서 등리프트선에 점차 접근하는 궤적에서 요동축(7)이 이동하므로, 최대 작동각일 때의 밸브 리프트량을 억제하면서 중간 작동각일 때의 밸브 리프트량을 증대할 수 있다.

(4) 제어축(2)의 요동축은 작동각이 최대 작동각일 때의 대략 절반의 경우에 있어서의 가변 밸브용 로커 아암(3)의 요동축과 요동 캠(6)의 요동축을 연결한 직선 상에 있고, 또한 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 요동축 위치에 있어서의 등리프트선의 법선에 대해, 요동 캠(6)의 요동축(1)측에 위치하므로, 편심된 요동축을 갖는 제어축(2)을 사용하여, 최대 작동각 부근에서 등리프트를 유지할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다.

도 13은 본 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(C)의 외관도, 도 14는 이 가변 밸브 장치(C)를 기관 정면에서 본 도면이다.

가변 밸브용 로커 아암(3), 제1 아암(8), 제2 아암(9), 제1 링크(4), 제2 링크(5)의 배치 및 제어축(2)이 크랭크 형상으로 형성되어 있는 점에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이지만, 요동 캠(6)의 방향, 제어축(2)의 회전축 위치가 다르다.

또한, 요동 캠(6)은 롤러 폴로워(33)를 갖는 롤러식 로커 아암(30)을 통해 흡기 밸브(31)를 구동하여, 롤러식 로커 아암(30)의 지지점에는 래쉬 어저스터(32)를 배치하는 점에서도 다르다. 또한, 제어축(2)의 회전축 위치에 대해서는 후술한다.

요동 캠(6)은 제어축(2)과 구동축(1)의 회전축을 연결한 선에 대해 제1, 제2 아암의 돌출 방향과는 반대측으로 캠면이 돌출되어 있고, 구동축(1)의 회전축에 대해 캠면과 반대측에서 제2 링크(5)와 연결되어 있다. 그리고, 구동축(1)이 회전함으로써 제1 링크(4)가 상방으로 이동하면, 제2 링크(5)도 끌어 올려져, 이에 의해 요동 캠(6)은 도 14 중에서 반시계 방향으로 회전하여 흡기 밸브(31)는 롤러식 로커 아암(30)을 통해 밀어 내려진다.

또한, 롤러식 로커 아암(30)은 롤러 폴로워(33)와 요동 캠(6)의 접촉부에 대해, 흡기 밸브(31)와의 접촉부 및 지지점이 하방으로 되는 형상이다. 이에 의해, 연결 핀(12)의 요동 궤적을 확보하는 것, 즉 요동캠(6)이 요동했을 때에 요동 캠(6)과 제2 링크(5)의 연결 부분이 롤러식 로커 아암(30)과 충돌하는 것을 회피할 수 있다.

도 15와 도 16은 도 5와 도 6에 상당하는 도면이고, 각각 L0 길이, L0각과 요동각 및 요동 부각가속도의 관계를 정리한 도면이다.

도 15에 도시한 바와 같이, L0 길이가 길수록 요동각 및 요동 각가속도는 작아진다. 그리고, 도 16에 도시한 바와 같이, L0각이 커지면, 요동각은 작아지지만 요동 각가속도는 일정한 상태이다.

도 17은 본 실시 형태의 제어축(2)의 회전축 위치에 대해 도시하는 도면이다. 도 9와 마찬가지로, C0은 제어축(2)의 회전축을 나타내고, CRmax, CRmin은 각각 최대 작동각일 때, 최소 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치를 나타내고 있다. 또한, 기준선, 제어축(2)의 회전축(C0)과 구동축(1)의 회전축을 연결한 선과 기준선이 이루는 각에 대해서도 마찬가지이다.

제어축(2)의 배치에 대해 설명한다. 제어축(2)은 다음의 3개의 조건을 만족시키도록 배치한다. 또한, 도 17은 3개의 조건을 만족시키고 있는 경우의 일례를 나타내고 있다.

제1 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)과 구동축(1)을 연결하는 직선과 기준선이 이루는 각을 α, 최대 작동각일 때의 L0각을 L0각max, 최소 작동각일 때의 L0각을 L0min으로 했을 때에, L0각max － α ≒ α － L0각min, 즉 최대 작동각일 때의 L0 길이 ≥ 최소 작동각일 때의 L0 길이일 것.

제2 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)이, 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심(CRmax)에 있어서의 등리프트선의 법선에 대해 구동축(1)과 반대측에 있는 것이다.

제3 조건은 회전축(C0)-요동축(7)의 중심 위치간 거리가, 제어축(2)을 회전시켰을 때의 요동축(7)의 중심의 궤적, 즉 제어축(2)의 회전축(C0)을 중심으로 하여 회전축(C0)-요동축(7)의 중심 위치간 거리를 반경으로 하는 원호가 최소 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치(CRmin)로부터 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치(CRmax)에 근접하는 것에 따라서 등리프트선에 점차 접근하고, 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치(CRmax)에서 양자가 일치하는 크기인 것이다.

다음에, 이들의 조건을 모두 만족시킨 경우의 효과에 대해 설명한다.

도 18은 요동 부각가속도와 작동각의 관계, 도 19는 밸브 리프트와 작동각의 관계를 나타내는 도면이다. 각 도면에는, 도 10과 도 12와 마찬가지로 비교 대조로 하여, 종래 기술에 대해서도 도시하고 있다. 또한, 도 18의 종축은 도 10과 마찬가지로 부의 각가속도(감속 방향의 각가속도)의 절대치이다.

도 18에 도시한 바와 같이, 종래 기술에서는 작동각을 최대 작동각보다도 작게 하면, 요동 부각가속도도 작아진다. 이에 대해 본 실시 형태에서는, 최대 작동각일 때에는 종래 기술과 동등하지만, 중간 작동각일 때에는 최대 작동각일 때보다도 크게 되어 있다.

이는, 도 17의 요동축(7)의 중심 위치의 궤적을 보면 알 수 있는 바와 같이, 최대 작동각일 때 및 최소 작동각일 때에는 L0각만을 변화시킨 경우와 같은 L0 길이이지만, 중간 작동각일 때에는 최대 작동각일 때보다도 L0 길이가 짧게 되어 있기 때문이다.

즉, 중간 작동각일 때에는 최대 작동각일 때에 비해 L0각은 크고, L0 길이는 짧게 되어 있고, 도 16에 도시한 바와 같이 L0각을 크게 하면 요동 부각가속도는 일정한 채로 작동각은 작아지고, 도 15에 도시한 바와 같이 L0 길이를 짧게 하면 요동 부각가속도는 커지기 때문이다.

요동 캠(6)의 요동 부각가속도가 상기와 같은 특성이 되면, 밸브 리프트량은 도 19에 도시한 바와 같이, 대략 전체 영역에 걸쳐서 종래 기술보다도 커져, 중간 작동각의 최대 작동각 부근이 되면 대략 최대 리프트량에 가까운 리프트량으로 되어 있다. 이는, 최대 작동각 부근에서는 요동축(7)의 궤적이 등리프트선에 점차 접근하고 있기 때문이다.

이상에 의해 본 실시 형태에서는 구동축(1)과 요동축(7)의 요동축을 연결하는 직선에 대해 제2 링크(5)와는 반대측으로 요동 캠(6)의 캠 노즈(6a)가 돌출되고, 또한 당해 직선에 대해 캠 노즈(6a)와 동일한 측에서 제2 링크(5)와 연결되어 있고, 작동각 변경 기구는 작동각이 증대될수록 L0각이 작아지고, 최소 작동각으로부터 소정 작동각까지는 L0 길이가 감소하고, 당해 소정 작동각으로부터 최대 작동각까지는 L0 길이가 증대되는 궤적에서 상기 가변 밸브용 로커 아암의 요동축의 위치를 이동하는 구성에 대해서도, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제3 실시 형태를 설명한다.

도 20은 본 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(D)에 대해, 도 17과 마찬가지로 기관 정면에서 본 도면이다. 도 17과의 차이점은 제어축(2)의 회전축(C0)의 위치뿐이므로, 이 점에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 있어서도, 제어축(2)은 다음의 3개의 조건을 만족시키도록 배치한다. 또한, 도 20은 3개의 조건을 만족시키고 있는 경우의 일례를 나타내고 있다.

제1 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)과 구동축(1)을 연결하는 직선과 기준선이 이루는 각α, L0각max, L0min이, L0각max ― α ≒ α ― L0각min, 즉 최대 작동각일 때의 L0 길이 ≥ 최소 작동각일 때의 L0 길이일 것.

제2 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)이, 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심(CRmax)에 있어서의 등리프트선의 법선과 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심 위치(CRmax)와 회전축(C0)을 연결하는 직선 사이에서, 또한 상기 법선에 가까운 위치에 있는 것이다.

다음에, 이들의 조건을 모두 만족시킨 경우의 효과에 대해 설명한다.

도 21은 요동 부각가속도와 작동각의 관계, 도 22는 밸브 리프트와 작동각의 관계를 나타내는 도면이다. 각 도면에는 도 10과 도 12와 마찬가지로 비교 대조로서, 종래 기술에 대해서도 도시하고 있다. 또한, 도 21의 종축은, 도 10과 마찬가지로 부의 각가속도(감속 방향의 각가속도)의 절대치이다.

도 21에 도시한 바와 같이, 종래 기술에서는 작동각을 최대 작동각보다도 작게 하면, 요동 부각가속도도 작아진다. 이에 대해 본 실시 형태에서는, 요동 부각가속도는 최소 작동각일 때에 가장 크고, 그곳으로부터 작동각이 커지는 것에 따라서 서서히 작아지고, 최대 작동각과 최소 작동각의 중간 정도의 작동각보다 커지면 다시 커진다. 그리고, 최대 작동각에 근접하면, 대략 종래 기술과 마찬가지로 된다.

이는, 도 20의 요동축(7)의 중심 위치의 궤적을 보면 알 수 있는 바와 같이, 최대 작동각일 때 및 최소 작동각일 때에는 L0각만을 변화시킨 경우와 동일한 L0 길이이지만, 중간 작동각일 때에는 최대 작동각일 때보다도 L0 길이가 길게 되어 있기 때문이다.

즉, 중간 작동각일 때에는 최대 작동각일 때에 비해 L0각은 크고, L0 길이는 길게 되어 있어, 도 16에 도시한 바와 같이 L0각을 크게 하면 요동 부각가속도는 일정한 채로 작동각은 작아지고, 도 15에 도시한 바와 같이 L0 길이를 길게 하면 요동 부각가속도는 작아지기 때문이다.

요동 캠(6)의 요동 부각가속도가 상기와 같은 특성으로 되면, 밸브 리프트량은 도 21에 도시한 바와 같이, 최대 작동각 부근 및 최소 작동각에서는 종래 기술과 마찬가지이고, 중간 작동각의 최대 작동각 부근도 종래 기술과의 차이는 작지만, 작동각이 작아지는 것에 따라서 종래 기술과의 차이가 커진다.

이상에 의해 본 실시 형태에서는, 구동축(1)과 요동축(7)의 요동축을 연결하는 직선에 대해 제2 링크(5)와는 반대측으로 요동 캠(6)의 캠 노즈(6a)가 돌출되고, 또한 당해 직선에 대해 캠 노즈(6a)와 동일한 측에서 제2 링크(5)와 연결된 구성에 대해서도, 제1, 제2 실시 형태와 동일한 효과 외에, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 기관에 회전 가능하게 지지되는 제어축(2)과, 여기서 편심된 요동축(7)을 구비하고, 구동축(1)으로부터 제어축(2) 중심까지의 거리는 최소 작동각일 때의 L0 길이보다도 짧으므로, 대략 최소 작동각일 때에 요동 부각가속도의 절대치가 커진다. 이에 의해, 소작동각일 때의 리프트량을 크게 할 수 있다.

본 발명의 제4 실시 형태를 설명한다.

도 23은 본 실시 형태를 적용하는 가변 밸브 장치(B)에 대해, 도 9와 마찬가지로 기관 정면에서 본 도면이다. 도 9와의 차이점은 제어축(2)의 회전축(C0)의 위치뿐이므로, 이 점에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 있어서도, 제어축(2)은 다음의 3개의 조건을 만족시키도록 배치한다. 또한, 도 20은 3개의 조건을 만족시키고 있는 경우의 일례를 나타내고 있다.

제1 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)과 구동축(1)을 연결하는 직선과 기준선이 이루는 각α, L0각max, L0min이, L0각max － α ≒ α － L0각min, 즉 최대 작동각일 때의 L0 길이≥최소 작동각일 때의 L0 길이일 것.

제2 조건은 제어축(2)의 회전축(C0)이, 최대 작동각일 때의 요동축(7)의 중심(CRmax)에 있어서의 등리프트선의 법선에 대해 구동축(1)과 반대측에 있는 것이다.

이들 조건을 모두 만족시키고 있는 경우에는, 도 21, 도 22와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 상기 각 실시 형태에서는, 흡기 밸브용 가변 밸브 장치에 대해 설명하였지만, 배기 밸브의 개폐 구동에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

예를 들어, 제1, 제2 실시 형태와 같이, 중간 작동각이라도 최대 작동각에 가까운 부분에서는 대략 최대 작동각일 때에 가까운 밸브 리프트량으로 되는 경우에는, 중고 부하(中高負荷) 운전 시 등에 있어서의 배기 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 제3, 제4 실시 형태와 마찬가지로 소작동각 영역에서의 밸브 리프트량이 커지는 경우에는, 아이들 운전 시 등과 같은 저부하 운전 시에 있어서, 남은 가스량의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변경을 할 수 있는 것은 물론이다.

이상의 설명에 관하여 2007년 8월 10일을 출원일로 하는 일본 특허 출원 제2007-209706호, 2007년 8월 21일을 출원일로 하는 일본 특허 출원 제2007―214529호, 2008년 2월 25일을 출원일로 하는 일본 특허 출원 제2008-043126호 및 2008년 2월 28일을 출원일로 하는 일본 특허 출원 제2008-047918호의 내용을 여기에 인용하여 참조한다.

이상과 같이, 본 발명은 요동 캠의 작동각이 변화될 때의 최대 리프트량의 변화를 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기관 밸브의 리프트량 또는 작동각을 연속적으로 가변 제어 가능한 가변 밸브 장치로의 적용에 있어서 특히 바람직한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예가 포함하는 배타적 성질 혹은 특징은 이하와 같이 클레임된다.

Claims (16)

1. 기관의 크랭크 샤프트에 동기하여 회전하는 구동축(1)과,
   상기 구동축(1)에 설치된 구동 캠(13)과,
   상기 구동축(1)에 요동 가능하게 지지되는 요동 캠(6)과,
   상기 요동 캠(6)의 요동에 의해 개폐 구동되는 기관 밸브와,
   상기 구동축(1)과 평행한 요동축(7)과,
   상기 요동축(7)에 요동 가능하게 지지되는 로커 아암(3)과,
   상기 로커 아암(3)과 상기 구동 캠(13)을 연계하는 제1 링크(4)와,
   상기 로커 아암(3)과 상기 요동 캠(6)을 연계하는 제2 링크(5)와,
   상기 요동축(7)의 구동축(1)에 대한 상대 위치를 변화시킴으로써 기관 밸브의 작동각 및 리프트량을 변경하는 요동축 위치 변경 수단(27)을 구비하고,
   상기 기관 밸브의 소정의 작동각 범위에서는 상기 소정의 작동각 범위의 범위 외에서 작동각을 변경했을 때에 비해, 작동각의 변경에 수반하는 기관 밸브의 최대 리프트의 변화가 억제되도록 요동축의 구동축에 대한 상대 위치가 변화되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 작동각 범위에서는 기관을 정면에서 보았을 때의 상기 구동축(1)의 중심과 상기 요동축(7)의 중심을 연결하는 직선의 각도 변화에 기초하는 기관 밸브의 최대 리프트 변화량과, 상기 구동축(1)의 중심과 상기 요동축(7)의 중심 사이의 거리의 변화에 기초하는 기관 밸브의 최대 리프트 변화량이, 서로 상쇄하도록 요동축(7)이 구동축(1)에 대해 변위하는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기관을 정면에서 보았을 때에, 상기 로커 아암(3)과 상기 제1 링크(4)의 제1 연결점(10)과, 상기 로커 아암(3)과 상기 제2 링크(5)의 제2 연결점(11)은 구동축(1)의 중심(1a)과 요동축(7)의 중심(7a)을 연결하는 직선에 대해 동일한 측, 또한 제2 연결점(11)은 제1 연결점(10)보다도 요동축(7)의 중심(7a)으로부터 먼 위치에 있고, 상기 요동 캠(6)은 상기 직선에 대해 제1 연결점(10) 및 제2 연결점(11)과 동일한 측에 캠 노즈(6a)를 갖고, 상기 구동축(1)의 회전 방향은 상기 기관 밸브를 개방할 때의 요동 캠(6)의 회전 방향과 동일한 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 소정의 작동각 범위에서는 작동각의 확대에 수반하여, 상기 구동축(1)의 중심과 상기 요동축(7)의 중심(7a) 사이의 거리가 짧아지는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 소정의 작동각 범위는 최소 작동각과 최대 작동각 사이의 소정의 작동각으로부터, 최대 작동각까지의 작동각 범위인 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 소정의 작동각 범위는 최소 작동각으로부터, 최소 작동각과 최대 작동각 사이의 소정의 작동각까지의 작동각 범위인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기관을 정면에서 보았을 때에, 상기 로커 아암(3)과 상기 제1 링크(4)의 제1 연결점(10)과, 상기 로커 아암(3)과 상기 제2 링크(5)의 제2 연결점(11)은 구동축(1)의 중심과 요동축(7)의 중심(7a)을 연결하는 직선에 대해 동일한 측, 또한 제2 연결점(11)은 제1 연결점(10)보다도 요동축(7)의 중심(7a)으로부터 먼 위치에 있고, 상기 요동 캠(6)은 상기 직선에 대해 제1 연결점(10) 및 제2 연결점(11)과 다른 측에 캠 노즈(6a)를 갖고, 상기 구동축(1)의 회전 방향은 상기 기관 밸브를 개방할 때의 요동 캠(6)의 회전 방향과 반대인 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 소정의 작동각 범위에서는, 작동각의 확대에 수반하여 상기 구동축(1)의 중심과 상기 요동축(7)의 중심(7a) 사이의 거리가 길어지는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 소정의 작동각 범위는 최소 작동각과 최대 작동각 사이의 소정의 작동각으로부터, 최대 작동각까지의 작동각 범위인 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 소정의 작동각 범위는 최소 작동각으로부터, 최소 작동각과 최대 작동각 사이의 소정의 작동각까지의 작동각 범위인 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
11. 제5항 또는 제9항에 있어서, 기관의 정면에서 보았을 때에, 최대 리프트를 일정하게 유지하는 요동축(7)의 중심 위치의 이동 궤적을 등리프트선으로 한 경우에, 요동축(7)의 중심 위치의 궤적은 최대 작동각에 근접함에 따라서 상기 등리프트선에 점차 접근하는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
12. 제5항 또는 제11항에 있어서, 최대 작동각에 있어서의 요동축(7)의 중심과 구동축(1)의 중심 사이의 거리가, 최소 작동각에 있어서의 요동축(7)의 중심(7a)과 구동축(1)의 중심(1a) 사이의 거리 이상인 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
13. 제5항, 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요동축(7)은 상기 요동축(7)의 중심(7a)과 다른 위치에 회전 중심을 가진 제어축(2)의 일부로서 구성되어 있고, 최대 작동각에 있어서의 요동축(7)의 중심(7a)과 구동축(1)의 중심(1a) 사이의 거리는 제어축(2)의 중심과 구동축(1)의 중심(1a) 사이의 거리보다도 긴 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
14. 제5항 또는 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 기관의 정면에서 보았을 때에, 최대 리프트를 일정하게 유지하는 요동축(7)의 중심 위치의 이동 궤적을 등리프트선으로 한 경우에, 상기 제어축(2)의 회전 중심은 작동각이 최대 작동각의 절반 부근일 때의 상기 요동축(7)의 중심(7a)과 구동축(1)의 중심(1a)을 연결한 직선 상에 있고, 또한 최대 작동각에 있어서의 요동축(7)의 중심(7a)은 상기 등리프트선의 법선에 대해 구동축(1)측에 있는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
15. 기관의 크랭크 샤프트에 동기하여 회전하는 구동축(1)과,
    상기 구동축(1)에 설치된 구동 캠(13)과,
    상기 구동축(1)에 요동 가능하게 지지되는 요동 캠(6)과,
    상기 요동 캠(7)의 요동에 의해 개폐 구동되는 기관 밸브와,
    상기 구동축(1)과 평행한 요동축(7)과,
    상기 요동축(7)에 요동 가능하게 지지되는 로커 아암(3)과,
    상기 로커 아암(3)과 상기 구동 캠(13)을 연계하는 제1 링크(4)와,
    상기 로커 아암(3)과 상기 요동 캠(7)을 연계하는 제2 링크(5)와,
    상기 요동축(7)의 구동축(1)에 대한 상대 위치를 변화시킴으로써 기관 밸브의 작동각 또는 리프트량을 변경하는 요동축 위치 변경 수단(27)을 구비하고,
    상기 요동 캠(6)이 요동하고 있을 때의, 기관 밸브의 리프트를 감소시키는 방향의 요동 캠(6)의 각가속도를, 요동 부각가속도로 한 경우에, 최대 작동각보다 작은 소정의 작동각에 있어서의 요동 부각가속도의 절대치가, 최대 작동각에 있어서의 요동 부각가속도와 동일하거나 또는 그 이상이 되도록, 요동축(7)의 구동축(1)에 대한 상대 위치가 변화되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.
16. 기관의 크랭크 샤프트에 동기하여 회전하는 구동축(1)과,
    상기 구동축(1)에 설치된 구동 캠(13)과,
    상기 구동축(1)에 요동 가능하게 지지되는 요동 캠(6)과,
    상기 요동 캠(7)의 요동에 의해 개폐 구동되는 기관 밸브와,
    상기 구동축(1)과 평행한 요동축(7)과,
    상기 요동축(7)에 요동 가능하게 지지되는 로커 아암(3)과,
    상기 로커 아암(3)과 상기 구동 캠(13)을 연계하는 제1 링크(4)와,
    상기 로커 아암(3)과 상기 요동 캠(7)을 연계하는 제2 링크(5)와,
    상기 요동축(7)의 구동축(1)에 대한 상대 위치를 변화시킴으로써 기관 밸브의 작동각 또는 리프트량을 변경하는 요동축 위치 변경 수단(27)을 구비하고,
    상기 요동 캠(6)이 요동하고 있을 때의, 기관 밸브의 리프트를 감소시키는 방향의 요동 캠(6)의 각가속도를, 요동 부각가속도로 한 경우에, 최소 작동각보다 큰 소정의 작동각에 있어서의 요동 부각가속도의 절대치가, 최소 작동각에 있어서의 요동 부각가속도와 동일하거나 또는 그 이하로 되도록, 요동축(7)의 구동축(1)에 대한 상대 위치가 변화되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 장치.

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