KR20100096020A - 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관 - Google Patents

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Abstract

흡기 캠 샤프트(21, 22)의 일단부에 배치되어, 크랭크 축에 대한 흡기 밸브의 구동 캠의 위상을 가변시키는 캠 위상 가변 기구(20)를 구비한 엔진에 있어서, 캠 위상 가변 기구(20)는, 동일 공급 유압으로 발생하는 가변 위상 토크가 상이한 2개의 베인식 유압 액추에이터(50, 51)가 흡기 캠 샤프트(2)에 대해 축 방향으로 배열되도록 구성된다.

Description

가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH VARIABLE VALVE GEAR}
본 발명은 흡기 캠의 위상을 변경 가능한 캠 위상 가변 기구를 구비한 내연 기관에 관한 것이다.
종래부터 흡기 캠의 위상을 변경하여 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변시키는 가변 밸브 기어로서 캠 위상 가변 기구를 구비한 내연 기관이 존재하였다. 또한, 캠 위상 가변 기구가 각각의 실린더에 대해 복수의 흡기 밸브를 구비한 내연 기관에 적용되는 기술이 개발되어 왔다. 이러한 기술에 따르면, 엔진의 속도 및 부하에 따라서 흡기 밸브들 중 일부만의 개폐 시기가 변화된다.
이와 같은 내연 기관에서는, 예를 들어 저부하 작동 시에 일부 흡기 밸브의 개폐 시기가 지각되어, 흡기 밸브 전체로서의 개방 기간이 지각측을 향해 증대됨으로써, 펌핑 로스가 저감된다.(일본 특허 출원 공개 공보 평3-202602호 참조)
그러나, 앞선 특허 문헌에 기재된 기술은, 흡기 밸브를 구동하는 2개의 캠 샤프트가 내연 기관에 대해 좌우 방향으로 배열되기 때문에, 밸브 트레인이 큰 치수가 될 수밖에 없는 문제점을 가진다.
또한, 연소성을 향상시키기 위해, 각각의 흡기 밸브의 개방 시기를 폐쇄 시기와는 독립하여 가변시키는 것이 바람직하다. 특히, 흡기 밸브의 폐쇄 시기는 크게 가변 가능하여야 하는 것이 바람직한 반면, 밸브 개방 시기는 단지 약간만 가변 가능할 필요가 있다. 반면, 앞선 특허 문헌에 기재된 기술의 경우, 필요한 가변 범위가 상이한 흡기 밸브의 개폐 시기 양쪽을 단일의 캠 위상 가변 기구가 적절하게 제어하는 것은 어렵다.
본 발명의 목적은 밸브 트레인의 콤팩트화를 달성하면서, 흡기 밸브의 개폐 시기 양쪽을 독립된 방식으로 적절하게 가변 제어할 수 있는 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관을 제공하는 데 있다.
앞선 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 흡기 캠 샤프트의 일단부에 배치되어 엔진의 크랭크 축에 대한 흡기 밸브의 구동 캠의 위상을 가변시키는 캠 위상 가변 기구가 제공된 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관을 제공한다. 캠 위상 가변 기구는, 동일 공급 유압으로 발생하는 가변 위상 토크가 상이한 2개의 베인식 유압 액추에이터가 흡기 캠 샤프트에 대해 축 방향으로 배열되도록 구성된다.
이와 같이, 캠 위상 가변 기구가 2개의 베인식 액추에이터로 형성되므로, 흡기 밸브의 개폐 시기는 하나의 액추에이터 및 다른 액추에이터에 의해 독립된 방식으로 개별적으로 가변 제어될 수 있다. 또한, 동일 공급 유압으로 발생하는 이러한 2개의 베인식 액추에이터의 가변 위상 토크가 다르기 때문에, 개폐 시기는 필요한 가변 응답성으로 적절하게 개별 제어될 수 있다.
양호하게는, 크랭크 축의 회전은 2개의 베인식 유압 액추에이터 중 제1 유압 액추에이터로 입력되어야 하고, 제1 유압 액추에이터로부터의 회전은 다른 하나 혹은 제2 베인식 유압 액추에이터로 입력되어야 하고, 동일 공급 유압으로 발생하는 제1 유압 액추에이터의 가변 위상 토크는 제2 유압 액추에이터의 가변 위상 토크보다 높아야 한다.
이와 같이, 동일 공급 유압으로 발생하는 제1 유압 액추에이터의 가변 위상 토크가 제2 유압 액추에이터의 것보다 높으므로, 제1 액추에이터는 캠 위상을 안정적으로 가변시킬 수 있다. 또한, 내연 기관에 부착된 오일 펌프의 용량을 크게 할 필요가 없으므로, 마찰은 증가하지 않는다. 또한, 최적의 베인 오일 배분에 기초하여, 높은 응답성의 위상 가변을 달성할 수 있으므로, 확실하게 펌프 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 양호하게는, 제2 베인식 유압 액추에이터는 제1 베인식 유압 액추에이터의 것보다도 큰 가변 위상 각도 범위를 가지도록 설정되어야 한다.
이와 같이, 동일 공급 유압으로 발생하는 제1 유압 액추에이터의 가변 위상 토크가 제2 유압 액추에이터의 것보다도 더 높기 때문에, 제2 유압 액추에이터의 가변 위상 각도 범위가 더 크게 설정될 수 있다. 따라서, 흡기 밸브가 개방되어 있는 기간에 대해서 변화를 보다 크게 설정할 수 있어, 펌프 손실을 더욱 저감시킬 수 있다.
또한, 양호하게는, 내연 기관은 각각의 실린더 내에 제1 흡기 밸브 및 제2 흡기 밸브를 포함하여야 하고, 캠 샤프트는 제1 흡기 밸브의 구동 캠이 고정된 중공 형상의 제1 흡기 캠 샤프트 및 제2 흡기 밸브의 구동 캠이 고정되고 제1 흡기 캠 샤프트에 회전 가능하게 삽입되는 제2 흡기 캠 샤프트를 포함하여야 하고, 제1 베인식 유압 액추에이터는 제1 흡기 캠 샤프트의 단부에 배치되고, 제2 베인식 유압 액추에이터는 제2 흡기 캠 샤프트의 단부에 배치되어야 한다.
이와 같이, 제1 유압 액추에이터를 작동시킴으로써 제1 흡기 캠 샤프트를 회전시켜 제1 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변시키는 한편, 제2 유압 액추에이터를 작동시킴으로써 제2 흡기 캠 샤프트를 회전시켜 제2 흡기 밸브의 개폐 시기를 가변시킬 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 흡기 밸브의 개폐 시기를 콤팩트한 구성으로 개별적으로 가변 제어할 수 있다.
또한, 양호하게는, 제2 베인식 유압 액추에이터는 제1 베인식 유압 액추에이터보다 적은 개수의 베인을 포함하여야 한다.
따라서, 제2 유압 액추에이터의 가변 위상 범위는 제1 유압 액추에이터의 것보다 크게 설정될 수 있다.
또한, 양호하게는, 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터는 캠 샤프트를 지지하는 캠 저널 및 캠 샤프트에 형성된 유로를 통해 작동유가 공급되어야만 한다.
따라서, 캠 샤프트와 함께 회전하는 제1 및 제2 베인식 액추에이터는 각각 캠 저널 및 캠 샤프트 내의 유로를 통해 작동유가 공급됨으로써 작동될 수 있다.
본 발명에 따르면, 밸브 트레인의 콤팩트화를 달성하면서, 흡기 밸브의 개폐 시기 양쪽을 독립된 방식으로 적절하게 가변 제어할 수 있는 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관이 제공된다.
단지 예시로서 제공되므로 본 발명을 전혀 제한하지 않는 다음 첨부 도면 및 이하 제공되는 상세한 설명으로부터 본 발명은 더욱 명백하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 개략 구조도.
도 2는 밸브 트레인의 개략 구조도.
도 3은 흡기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 종단면도.
도 4는 제2 흡기 캠의 설치부의 구조를 도시하는 상면도.
도 5는 제2 흡기 캠의 설치부의 구조를 도시하는 단면도.
도 6은 캠 위상 가변 기구 및 그 지지부의 구조를 도시하는 종단면도.
도 7은 제1 베인식 유압 액추에이터의 단면도.
도 8은 제2 베인식 유압 액추에이터의 단면도.
도 9는 제1 및 제2 유압 액추에이터를 도시한 유압 회로도.
도 10의 (A) 내지 도 10의 (C)는 제1 및 제2 유압 액추에이터의 작동 상태를 도시하는 설명도로서, 도 10의 (A)는 저부하 또는 중부하 상태를 도시하고, 도 10의 (B)는 고속 고부하 상태를 도시하고, 도 10의 (C)는 저속 고부하 상태를 도시하는 도면.
도 11은 캠 위상 가변 기구의 작동 설정에 사용되는 맵의 일례를 도시하는 도면.
도 12는 다른 실시예에 따른 밸브 트레인의 개략 구조도.
도 13은 대체 실시예에 따른 흡기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 종단면도.
이하, 첨부 도면을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관[엔진(1)]의 개략 구조도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(1)은 DOHC식 밸브 트레인을 갖고 있다. 엔진(1)의 흡기 캠 샤프트(2) 및 배기 캠 샤프트(3)의 각각의 전단부에는 캠 스프로켓(4, 5)이 개별적으로 연결된다. 캠 스프로켓(4, 5)은 체인(6)을 통해 크랭크 축(7)에 결합되어 있다. 크랭크 축(7)의 회전에 수반하여, 흡기 및 배기 캠 샤프트(2, 3)는 캠 스프로켓(4, 5)과 함께 회전하게 된다. 흡기 캠 샤프트(2) 상의 흡기 캠(10, 11)에 의해 흡기 밸브(12, 13)가 개폐되고, 배기 캠 샤프트(3) 상의 배기 캠(14, 15)에 의해 배기 밸브(16, 17)가 개폐된다.
도 2는 엔진(1)의 개략 구조도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(2)에는 가변 밸브 기어로서, 그 전단부에 캠 위상 가변 기구(20)가 설치되어 있다.
엔진(1)의 각각의 실린더에는 2개의 흡기 밸브[제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13)]와 2개의 배기 밸브(16, 17)가 설치되어 있다. 제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13)는 연소실(18)의 중앙부보다 우측에서 길이 방향으로 배치된다. 2개의 배기 밸브(16, 17)는 연소실(18)의 중앙부보다 좌측에서 길이 방향으로 배치된다. 제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13)는 제1 및 제2 흡기 캠(10, 11)에 의해 개별적으로 구동된다. 제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13)의 적절한 위치에서의 배치에 수반하여, 제1 및 제2 흡기 캠(10, 11)은 흡기 캠 샤프트(2)에 교대로 배치된다.
도 3 내지 도 5는 흡기 밸브의 밸브 트레인의 구조도이다. 도 3은 흡기 캠 샤프트(2)의 구조를 도시하는 종단면도이고, 도 4는 제2 흡기 캠(11)의 설치부의 구조를 도시하는 상면도이고, 도 5는 설치부의 단면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(2)는 중공 형상의 제1 흡기 캠 샤프트(21) 및 제1 흡기 캠 샤프트에 삽입된 제2 흡기 캠 샤프트(22)를 구비한 2중 구조로 되어 있다. 제1 및 제2 흡기 캠 샤프트(21, 22)는 이들 사이에 간극을 가지면서 동심으로 배치되어, 엔진(1)의 실린더 헤드에 형성된 캠 저널(23)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제1 흡기 캠 샤프트(21)에는 제1 흡기 캠(10)이 고정되어 있다. 또한, 제1 흡기 캠 샤프트(21)에는 제2 흡기 캠(11)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 제2 흡기 캠(11)은 대략 원통 형상의 지지부(11a) 및 캠부(11b)로 구성되어 있다. 제1 흡기 캠 샤프트(21)는 지지부(11a)에 삽입된다. 캠부(11b)는 지지부(11a)의 외주로부터 돌출하여 제2 흡기 밸브(13)를 구동하는 기능을 한다. 제2 흡기 캠(11) 및 제2 흡기 캠 샤프트(22)는 고정 핀(24)에 의해 서로 고정되어 있다. 고정 핀(24)은 제2 흡기 캠(11)의 지지부(11a)와 제1 및 제2 흡기 캠 샤프트(21, 22)를 관통한다. 고정 핀(24)은 제2 흡기 캠 샤프트(22) 내의 구멍에 실질적으로 간극 없이 삽입되고, 그 대향 단부가 크림핑(crimping)되어 지지부(11a)에 고정되어 있다. 제1 흡기 캠 샤프트(21)에는 고정 핀(24)이 통과하는 슬롯(25)이 둘레 방향으로 연장되어 형성되어 있다.
도 6 내지 도 8은 캠 위상 가변 기구(20) 및 그 지지부의 구조를 도시한다. 도 6은 종단면도이고, 도 7은 제1 베인식 유압 액추에이터(50)의 단면도이고, 도 8은 제2 베인식 유압 액추에이터(51)의 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 캠 위상 가변 기구(20)는 제1 및 제2 유압 액추에이터(50, 51)가 축 방향으로 배열되도록 구성되어 있다.
도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)는 각각 하우징(커버)(50a, 51a) 및 하우징 내에 회전 가능하게 설치되는 베인 로터(50b, 51b)를 포함한다. 제1 액추에이터(50)의 하우징(50a)의 후단부에는 제1 흡기 캠 샤프트(21)가 볼트(52)에 의해 체결되어 있다. 제1 및 제2 액추에이터(50, 51)의 개별 하우징(50a, 51a)은 서로에 대해 인접하여 회전 가능하게 배치되어 있다. 제2 액추에이터(51)의 하우징(51a)의 외주에는 스프로켓(4)이 고정되어 있다. 제2 액추에이터(51)의 하우징(51a) 및 제1 액추에이터(50)의 베인 로터(50b)는 볼트(53)에 의해 서로 체결되어 있다. 제2 액추에이터(51)의 베인 로터(51b)는 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 전단부에 볼트(54)에 의해 체결되어 있다.
따라서, 본 실시예의 캠 위상 가변 기구(20)는, 제1 및 제2 흡기 캠 샤프트(21, 22)가 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)를 통해 스프로켓(4)에 개별적으로 접속되도록 구성된다.
캠 저널(23)은 축 방향으로 넓은 폭을 가지고, 축 방향으로 배열되는 4개의 유로(55a 내지 55d)가 형성되어 있다. 이들 유로(55a 내지 55d)는 제1 흡기 캠 샤프트(21)에 형성된 4개의 유로(56a 내지 56d)와 개별적으로 연통하고 있다. 유로(56a 내지 56d)는 2개의 쌍으로, 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)에 접속된다. 상세하게는, 유로(56a, 56b)는 제1 유압 액추에이터(50)의 지각측 유실(57a) 및 진각측 유실(57b)과 연통하고, 유로(56c, 56d)는 제2 유압 액추에이터(51)의 지각측 유실(58a) 및 진각측 유실(58b)과 연통하고 있다.
특히, 본 실시예에서는, 제2 베인식 유압 액추에이터(51)의 베인 직경이 제1 유압 액추에이터(50)보다 크지만, 전자의 베인 두께를 후자의 베인 두께보다 작게 하여, 동일 공급 유압으로 발생되는 가변 위상 토크는 감소되고, 즉 제2 액추에이터(51)의 토크 용량은 제1 액추에이터(50)의 것보다 작아지도록 설정된다. 이와 같이 제2 유압 액추에이터(51)의 토크 용량을 더 작게 함으로써, 가변 각도에 대한 필요 오일 유량이 적게 설정될 수 있으므로, 가변 응답성이 높아져, 효과적으로 펌프 로스를 저감시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 유압 액추에이터(50, 51)를 축 방향으로 배열하기 때문에, 제2 액추에이터(51)를 축 방향에 대해 얇게 하여서 그 용량이 감소 된 경우에, 그 탑재성은 향상될 수 있다.
또한, 제2 베인식 유압 액추에이터(51)는 제1 유압 액추에이터(50)보다 그 베인 수를 적게 하여, 가변 위상 범위, 즉 하우징에 대한 베인 로터의 회전 가능한 각도가 커지도록 구성된다. 따라서, 제1 유압 액추에이터(50)를 지각 제어하여 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기를 상사점 부근으로 할 수 있고, 제2 유압 액추에이터(51)도 지각 제어하여 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기를 압축 행정 후반까지 크게 지각할 수 있다. 따라서, 펌핑 로스를 대폭으로 저감시켜, 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 유압 액추에이터(50)에 의해 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기를 진각측으로 제어하여 배기 밸브와의 오버랩 기간을 확대함으로써, 내부 EGR이 증대되어 연료 소모나 배기 방출을 저감시키는 경우라도, 제2 유압 액추에이터(51)의 베인 로터의 회전 가능한 각도가 크기 때문에 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기를 충분히 지각할 수 있다. 그 결과, 펌핑 로스가 저감되고, 제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13)는 밸브 개방 시기에 차이가 발생된다. 이렇게 함으로써, 연소실(18) 내에 스월(swirls)이 생성되어 연소 안정성을 향상시키는 것도 가능하게 된다.
도 1에 도시하는 ECU(40)는 입출력 장치(도시 생략), ROM 및 RAM과 같은 기억 장치, 중앙 처리 장치(CPU) 등을 구비하고 있고, 엔진(1)의 전체적인 제어를 행한다.
ECU(40)의 입력측에는 크랭크각 센서(41) 및 스로틀 센서(42)와 같은 각종 센서가 접속되어 있다. 크랭크각 센서(41)는 엔진(1)의 크랭크각을 검출한다. 스로틀 센서(42)는 스로틀 밸브(도시 생략)의 개방도를 검출한다. 또한, ECU(40)의 출력측에는 연료 분사 밸브(43) 및 점화 플러그(44) 등이 접속되어 있다. ECU(40)는 센서로부터의 검출 정보에 기초하여 점화 시기 및 분사량 등을 결정하여, 점화 플러그(44) 및 연료 분사 밸브(43)를 구동 제어한다. 또한, ECU(40)의 출력측에는 제1 유압 액추에이터(50)를 구동 제어하는 제1 오일 제어 밸브(이하, OCV라고 함)(45) 및 제2 유압 액추에이터(51)를 구동 제어하는 제2 OCV(46)가 접속되어 있다. ECU(40)는 센서로부터의 검출 정보에 기초하여 제1 및 제2 OCV(45, 46)를 제어한다.
도 9는 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)를 도시한 유압 회로도이다. 도 9에 도시된 상태에 있어서, 엔진은 정지되거나 시동이 방금 이루어진 것이다. 도 10의 (A) 내지 도 10의 (C)는 제1 및 제2 유압 액추에이터(50, 51)의 작동 상태를 도시하는 도면으로서, 도 10의 (A)는 저부하 또는 중부하 상태를 도시하고, 도 10의 (B)는 고속 고부하 상태를 도시하고, 도 10의 (C)는 저속 고부하 상태를 도시하고 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제1 베인식 유압 액추에이터(50)에 있어서, 지각측 또는 진각측 유실(57a, 57b)에는 제1 OCV(45)의 절환에 따라서, 오일 펌프(35)로부터의 작동유가 선택적으로 공급된다. 한편, 제2 베인식 유압 액추에이터(51)에 있어서, 지각측 또는 진각측 유실(58a, 58b)에는 제2 OCV(46)의 절환에 따라서, 오일 펌프(35)로부터의 작동유가 선택적으로 공급된다.
제1 유압 액추에이터(50)에는 최지각 위치에서 베인 로터(50b)의 이동을 규제하는 기능을 하는 로크 장치(60)를 구비하고 있다. 로크 장치(60)는 제1 유압 액추에이터(50)에 작동유가 공급된 경우에 로크가 해제된다. 제2 베인식 유압 액추에이터(51)에는 진각측으로 압박하는 스프링(61) 및 최진각 위치에서 베인 로터(51b)의 이동을 규제하는 기능을 하는 로크 장치(62)를 구비하고 있다. 로크 장치(62)는 제2 유압 액추에이터(51)에 작동유가 공급된 경우에 로크가 해제된다.
엔진이 정지되거나 시동이 방금 이루어진 경우와 같이, 오일 펌프(35)로부터의 작동유의 공급이 충분하지 않은 경우에는, 제1 및 제2 유압 액추에이터(50, 51)의 베인 로터(50b, 51b)는 각각 지각측 및 진각측에 위치하고, 로크 장치(60, 62)에 의해 위치가 개별적으로 로크된다.
저부하 또는 중부하 상태에서는, 도 10의 (A)에 도시한 바와 같이, 오일 펌프(35)로부터의 작동유는 제1 및 제2 유압 액추에이터(50, 51)의 각각의 지각측 유실(57a, 58a)로 도입된다.
고부하 상태에서는, 도 10의 (B)에 도시한 바와 같이, 오일 펌프(35)로부터의 작동유는 제1 유압 액추에이터(50)의 지각측 유실(57a) 및 제2 유압 액추에이터(51)의 진각측 유실(58b)로 도입된다.
저속 고부하 상태에서는, 도 10의 (C)에 도시한 바와 같이, 오일 펌프(35)로부터의 작동유는 제1 및 제2 유압 액추에이터(50, 51)의 각각의 진각측 유실(57b, 58b)로 도입된다.
제1 및 제2 OCV(45, 46)는 엔진 속도(N) 및 부하(L)에 기초한 맵에 따라서 연속적으로 절환된다.
도 11은 캠 위상 가변 기구(20)의 작동 설정에 사용되는 맵의 일례이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 저부하 상태에서는, 제1 베인식 유압 액추에이터(50)는 최지각으로 제어되고, 제2 베인식 유압 액추에이터(51)는 부하(L) 및 엔진 속도(N)에 따라서 구동 제어된다(도 11 중 D). 한편, 고부하 상태에서는, 제2 유압 액추에이터(51)는 최진각으로 제어되고, 제1 유압 액추에이터(50)는 부하(L) 및 엔진 속도(N)에 따라서 구동 제어된다(도 11 중 E).
따라서, 본 실시예의 엔진(1)에서는, 제1 흡기 밸브(12)의 개폐 시기는 제1 유압 액추에이터(50)에 의해 최지각으로 조정되고, 제2 유압 액추에이터(51)에 의해 지각된다. 전술된 바와 같이, 제2 유압 액추에이터(51)의 회전 가능 각도 또는 가변 위상 범위가 제1 유압 액추에이터(50)의 가변 위상 범위보다 크기 때문에, 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기를 크게 지각시킬 수 있다. 따라서, 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기와 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기 사이의 기간, 즉 밸브의 개방 기간을 지각측을 향해 크게 증가시킬 수 있다. 결과적으로는, 펌핑 로스를 저감시켜, 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 베인식 유압 액추에이터(51)의 토크 용량이 작으므로, 가변 응답성을 높게 설정하고 변화하는 운전 상태에 따라 펌핑 로스를 효과적으로 저감시킬 수 있어서, 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 고부하 상태에서는, 제2 유압 액추에이터(51)가 진각 제어되어, 밸브 개방 기간이 작아진다. 예를 들어 압축 행정의 전반, 즉 피스톤에 의한 흡기의 흡기 포트로의 되밀림이 발생하는 영역 부근에서 제2 흡기 밸브(13)를 폐쇄시키는 경우, 흡기의 충전 효율이 높아져, 출력의 확보가 향상될 수 있다. 특히, 저속 고부하 상태에서는 제1 유압 액추에이터(50)에 의해 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기가 진각된다. 따라서, 예를 들어 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기를 상사점(TDC) 또는 상사점보다 약간 진각시킴으로써, 흡기 행정 초기 단계의 펌핑 로스를 저감시킬 수 있고, 강한 관성 또는 맥동 과급 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 저속 고부하 상태에서는 연료 효율을 더욱 향상시켜, 양호한 연소 안정성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)를 구동 제어함으로써, 흡기 밸브(12, 13)의 개폐 시기를 적절하게 제어할 수 있다.
캠 위상 가변 기구(20)는 2개의 베인식 유압 액추에이터가 길이 방향으로 배열되도록 한 일체화 구성을 가지기 때문에, 콤팩트하게 될 수 있다.
또한, 제2 베인식 유압 액추에이터(51)의 용량은 제1 베인식 유압 액추에이터(50)의 것보다 적게 설정되고, 그 베인 직경은 더 크다. 따라서, 베인 두께를 대폭으로 감소시킬 수 있으므로, 캠 위상 가변 기구(20)를 특히 축 방향으로 콤팩트화할 수 있다.
한편, 제1 베인식 유압 액추에이터(50)의 베인 두께는 제2 유압 액추에이터(51)의 것보다 크다. 따라서, 직경이 작아도 큰 용량을 확보할 수 있다.
또한, ECU(40)는, 저부하 상태에서는 제1 유압 액추에이터(50)를 최지각 제어한 후에 제2 유압 액추에이터(51)를 제어하여 밸브 개방 기간을 연장시킨다. 이와 같이, 액추에이터(50, 51)를 동시에 작동시키는 것이 아니라, 순차적으로 제어하므로, 유압이 부족한 경우 없이 정확한 구동 제어를 행할 수 있다.
본 실시예에서는 제2 유압 액추에이터(51)가 제1 유압 액추에이터(50)보다 적은 개수의 베인을 사용하고 있지만, 이들 두 개의 액추에이터에 있어서 동일한 개수의 베인이 사용될 수도 있다.
전술된 실시예에서는 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)를 흡기 캠 샤프트(2)의 전단부에 서로 인접하여 배열하고 있지만, 본 발명은 이러한 배열에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(2)의 전단부 및 후단부에 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)를 개별적으로 배치해도 좋다.
도 12 및 도 13에 도시하는 본 발명의 다른 실시예에서는, 제1 유압 액추에이터(50)의 하우징에 캠 스프로켓(4)이 설치되고, 액추에이터(50)의 베인 로터에 제1 흡기 캠 샤프트(21)가 고정되어 있다. 한편, 제2 유압 액추에이터(51)의 하우징에는 제1 흡기 캠 샤프트(21)가 고정되고, 액추에이터(51)에는 제2 흡기 캠 샤프트(22)가 접속되어 있다.
따라서, 본 실시예에서는 제1 유압 액추에이터(50)는 크랭크 축(7)에 대한 제1 및 제2 흡기 캠(10, 11)의 각각의 위상을 가변시키고, 제2 유압 액추에이터(51)는 제1 흡기 캠(10)에 대한 제2 흡기 캠(11)의 위상을 가변시킨다.
또한, 이러한 방식으로 배열된 본 실시예에서는, 캠 위상 가변 기구의 배치에 기인한 엔진(1)의 횡폭 치수의 증가가 억제되어, 콤팩트한 구성을 실현할 수 있다. 본 실시예에 따른 구성은 엔진의 후방에서 넓은 공간이 확보되고 전방에서 공간이 적은 경우에 적합하다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제1 베인식 유압 액추에이터(50)는 크랭크 축 회전의 입력을 수용하고 제2 유압 액추에이터(51)에 따른 제1 흡기 캠 샤프트(21)의 위상을 가변시키기 위해서 다소 큰 토크 용량을 필요로 한다. 반면, 제2 유압 액추에이터(51)는 제1 유압 액추에이터(50)로부터의 회전 입력을 수신하고 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 위상을 가변시키도록 설계되기 때문에 작은 토크 용량만을 필요로 한다. 따라서, 제2 유압 액추에이터(51)에 있어서, 베인은 유압이 적용되는 영역이 작아지고 가변 각도에 대한 필요 오일 유량이 작아지도록 그 치수 및 개수가 감소된다. 이렇게 함으로써, 제1 유압 액추에이터(50)로 공급되는 오일의 유량은 액추에이터(50)가 제1 및 제2 흡기 캠 샤프트(21, 22)의 위상을 함께 확실하게 가변시키는 것이 가능하도록 유지될 수 있다.
1 : 엔진
2 : 흡기 캠 샤프트
20 : 캠 위상 가변 기구
21 : 제1 흡기 캠 샤프트
22 : 제2 흡기 캠 샤프트
23 : 캠 저널
40 : ECU
50 : 제1 베인식 유압 액추에이터
51 : 제2 베인식 유압 액추에이터

Claims (6)

  1. 흡기 캠 샤프트(2)의 일단부에 배치되어, 크랭크 축(7)에 대한 흡기 밸브(12, 13)의 구동 캠의 위상을 가변시키는 캠 위상 가변 기구가 제공된 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관에 있어서,
    상기 캠 위상 가변 기구(20)는, 동일 공급 유압으로 발생하는 가변 위상 토크가 상이한 2개의 베인식 유압 액추에이터(50, 51)가 상기 흡기 캠 샤프트(2)에 대해 축 방향으로 배열되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2개의 베인식 유압 액추에이터(50, 51)는, 상기 크랭크 축(7)의 회전이 입력되는 제1 베인식 유압 액추에이터(50) 및 상기 제1 유압 액추에이터(50)로부터의 회전이 입력되는 제2 베인식 유압 액추에이터(51)를 포함하고, 동일 공급 유압으로 발생하는 상기 제1 유압 액추에이터(50)의 가변 위상 토크가 상기 제2 유압 액추에이터(51)의 가변 위상 토크보다 높은 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 베인식 유압 액추에이터(51)는 상기 제1 베인식 유압 액추에이터(50)보다도 큰 가변 위상 각도 범위를 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 내연 기관은 각각의 실린더에 제1 흡기 밸브(12) 및 제2 흡기 밸브(13)를 포함하고, 상기 흡기 캠 샤프트(2)는 제1 흡기 밸브(12)의 구동 캠이 고정되는 중공 형상의 제1 흡기 캠 샤프트(21) 및 제2 흡기 밸브(13)의 구동 캠이 고정되고 상기 제1 흡기 캠 샤프트(21)에 회전 가능하게 삽입된 제2 흡기 캠 샤프트(22)를 포함하고, 상기 제1 베인식 유압 액추에이터(50)는 상기 제1 흡기 캠 샤프트(21)의 단부에 배치되고, 상기 제2 베인식 유압 액추에이터(51)는 상기 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 베인식 유압 액추에이터(51)는 상기 제1 베인식 유압 액추에이터(50)보다 적은 개수의 베인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 베인식 유압 액추에이터(50, 51)는 상기 흡기 캠 샤프트(2)를 지지하는 캠 저널(23) 및 상기 흡기 캠 샤프트(2)에 형성된 유로를 통해 작동유가 공급되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
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