KR20100096021A

KR20100096021A - 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관

Info

Publication number: KR20100096021A
Application number: KR1020100015580A
Authority: KR
Inventors: 신이찌 무라따
Original assignee: 미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2010-09-01
Also published as: DE102010008959A1; JP4873193B2; CN101813014B; KR101396736B1; CN101813014A; JP2010196485A; US8235015B2; US20100212619A1

Abstract

각각의 실린더에는 제1 흡기 밸브(12) 및 제2 흡기 밸브(13)가 구비되고, 제1 흡기 밸브(12)의 구동을 위한 제1 흡기 캠(10) 및 제2 흡기 밸브(13)의 구동을 위한 제2 흡기 캠(11)이 흡기 캠 샤프트(2)에 동축으로 회전 가능하게 지지된다. 내연 기관의 크랭크축에 대한 제1 및 제2 흡기 캠(10, 11)의 개별 위상을 가변하는 제1 캠 위상 가변 기구(20)는 제1 흡기 캠(10)에 대한 제2 흡기 캠(11)의 위상을 가변하는 제2 캠 위상 가변 기구(50)와 결합된다. 제2 캠 위상 가변 기구(50)는 제1 캠 위상 가변 기구(20)보다 큰 가변 위상 각도 범위를 가지도록 설정된다.

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 부하 및 속도에 따라서 흡기 밸브들 중 일부만의 개폐 시기가 변화된다.

이러한 내연 기관에서는, 특정 흡기 밸브의 개폐 시기가 엔진의 운전 상태에 기초하여 캠 위상 가변 기구에 의해 지각됨으로써, 특정 흡기 밸브의 개방 기간이 지각 제어가 적용되지 않은 것들과 함께 연장될 수 있다.(일본 특허 출원 공개 공보 평3-202602호 참조)

앞선 특허 문헌에 기재된 내연 기관에 있어서, 밸브 트레인의 콤팩트화를 도모하기 위해, 베인식 액추에이터로 형성되는 베인식 캠 위상 가변 기구가 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 베인식 캠 위상 가변 기구는 구조상의 제약에 의해, 큰 위상차를 쉽게 발생시킬 수 없다. 따라서, 흡기 밸브의 개폐 시기가 크게 변화될 수 없으므로, 밸브의 밸브 개방 기간을 크게 연장시킴으로써 펌핑 로스를 대폭으로 저감시키는 것이 곤란하다.

본 발명의 목적은 밸브 트레인의 콤팩트화를 달성하면서 흡기 밸브의 폐쇄 시기를 지각시키고 밸브 개방 기간을 연장하여 펌핑 로스를 대폭으로 저감시키는 것이 가능한 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 각각의 실린더에 제1 흡기 밸브 및 제2 흡기 밸브가 구비되고, 제1 흡기 밸브의 구동을 위한 캠 및 제2 흡기 밸브의 구동을 위한 캠이 흡기 캠 샤프트에 동축으로 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관을 제공하며, 상기 내연 기관은 내연 기관의 크랭크축에 대한 제1 및 제2 흡기 밸브의 구동을 위한 캠의 개별 위상을 가변하는 제1 캠 위상 가변 기구 및 제1 흡기 밸브의 구동을 위한 캠에 대한 제2 흡기 밸브의 구동을 위한 캠의 위상을 가변하는 제2 캠 위상 가변 기구를 구비하고, 제2 캠 위상 가변 기구가 제1 캠 위상 가변 기구보다 큰 가변 위상 각도 범위를 가지도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 제2 캠 위상 가변 기구의 가변 위상 각도 범위, 즉 제1 및 제2 흡기 밸브의 개별 개폐 시기 사이의 위상차를 제1 캠 위상 가변 기구의 것보다도 크게 함으로써, 밸브 개방 기간이 연장될 수 있다. 예를 들어, 저부하 저속 작동 시에 지각 제어와 밸브 개방 기간의 증대 제어를 수행함으로써, 펌핑 로스를 대폭으로 저감시켜, 연비를 대폭으로 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 흡기 밸브의 개별 개폐 시기 사이의 위상차를 크게 함으로써, 통내 유동이 향상될 수 있다. 이에 의해, 펌핑 로스가 저감되고 적은 공기량으로 실압축비가 낮은 상태에서도 연소 안정성이 높아질 수 있어, 연비가 추가로 향상될 수 있다. 또한, 공기와 연료 사이의 혼합도 강화되므로, 배기 가스 내의 미연소 성분의 배출을 저감시킬 수 있다.

양호하게는, 흡기 캠 샤프트는 제1 흡기 밸브의 구동을 위한 캠이 고정된 제1 흡기 캠 샤프트 및 제2 흡기 밸브의 구동을 위한 캠이 고정된 제2 흡기 캠 샤프트가 동축으로 배치되도록 구성되어야만 하고, 제2 캠 위상 가변 기구는 제1 흡기 캠 샤프트에 대한 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 위상을 가변시키고, 제1 캠 위상 가변 기구는 크랭크축에 대한 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 위상을 가변시켜야 한다.

이와 같이, 흡기 캠 샤프트는 제1 흡기 밸브의 구동을 위한 캠이 고정된 제1 흡기 캠 샤프트 및 제2 흡기 밸브의 구동을 위한 캠이 고정된 제2 흡기 캠 샤프트가 동축으로 배치되도록 구성된다. 따라서, 제1 및 제2 흡기 밸브를 지지하는 흡기 캠 샤프트가 콤팩트하게 될 수 있다. 또한, 제2 캠 위상 가변 기구가 제1 흡기 캠 샤프트에 대한 제2 흡기 캠 샤프트의 위상을 가변시키고, 제1 캠 위상 가변 기구가 크랭크축에 대한 제2 흡기 캠 샤프트의 위상을 가변시킨다. 따라서, 제1 캠 위상 가변 기구의 가변 위상 각도 범위가 제2 캠 위상 가변 기구의 가변 위상 각도 범위와는 용이하게 달라질 수 있고, 개별로 배치함으로써 설계 자유도 및 차량으로의 탑재성을 향상시키는 결과를 낳는다. 결과적으로, 전체 가변 밸브 트레인을 콤팩트하게 할 수 있고, 내연 기관의 레이아웃 자유도를 높일 수 있다.

양호하게는, 추가로, 제1 캠 위상 가변 기구는 배기 캠 샤프트의 일단부에 배치되고, 제2 캠 위상 가변 기구는 흡기 캠 샤프트의 일단부에 배치되어야만 한다.

제1 및 제2 캠 위상 가변 기구가 배기 및 흡기 캠 샤프트의 개별 일단부에 배치되므로, 상이한 가변 위상 각도 범위를 가지는 이들 두 개의 가변 기구가 상이한 장소에 배치된다. 따라서, 차량으로의 탑재성이 더 향상될 수 있고, 제1 및 제2 캠 위상 가변 기구가 전체 가변 밸브 트레인의 증대화 및 엔진의 길이 방향 치수의 증가가 억제된 상태에서 배치될 수 있다.

양호하게는, 추가로 제2 캠 위상 가변 기구는 전동 액추에이터이어야 한다.

따라서, 제2 캠 위상 가변 기구는 저온 시에도 응답성이 양호한 구동을 수행할 수 있다. 따라서, 캠의 위상은 예를 들어, 냉간 시동 모드와 같은 경우라도 펌핑 로스의 저감 등을 달성하도록 신속하게 제어될 수 있다. 또한, 유압 액추에이터의 것과 비교하여 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 밸브 트레인의 콤팩트화를 달성하면서 흡기 밸브의 폐쇄 시기를 지각시키고 밸브 개방 기간을 연장하여 펌핑 로스를 대폭으로 저감시키는 것이 가능한 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 엔진의 밸브 트레인의 개략 구조도.
도 3은 흡기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 종단면도.
도 4는 제2 흡기 캠용 설치부의 구조를 도시하는 상면도.
도 5는 제2 흡기 캠용 설치부의 구조를 도시하는 단면도.
도 6은 제1 캠 위상 가변 기구를 위한 작동 설정에 사용되는 맵의 예시도.
도 7은 제2 캠 위상 가변 기구를 위한 작동 설정에 사용되는 맵의 예시도.
도 8은 흡기 밸브의 리프트의 추이를 도시하는 타임 차트.

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, 본 실시예의 엔진(1)은 DOHC식 밸브 트레인을 갖고 있다. 엔진(1)의 배기 캠 샤프트(3)의 전단부에는 캠 스프로켓(5)이 연결된다. 캠 스프로켓(5)은 체인(6)을 통해 크랭크축(7)에 결합되어 있다. 또한, 배기 캠 샤프트(3)와 흡기 캠 샤프트(2)는 기어(60a, 60b)를 통해 서로 결합되어 있다. 따라서, 크랭크축(7)의 회전에 수반하여, 배기 캠 샤프트(3)는 캠 스프로켓(5)과 함께 회전되고, 흡기 캠 샤프트(2)는 기어(60a, 60b)를 통해 회전된다. 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, 엔진(1)에는 배기 캠 샤프트(3)의 전단부에 제1 캠 위상 가변 기구(20)가 설치되고, 흡기 캠 샤프트(2)의 전단부에 제2 캠 위상 가변 기구(50)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)가 적절한 위치에 배치됨에 따라, 제1 및 제2 흡기 캠(10, 11)은 흡기 캠 샤프트(2)에 교대로 배치된다.

제1 캠 위상 가변 기구(20)로서는 종래의 베인식 유압 액추에이터로 형성되는 베인식 캠 위상 가변 기구가 사용된다. 제1 캠 위상 가변 기구(20)는 기어(60a)가 고정된 하우징 내에 베인 로터가 회전 가능하게 배치되고, 이 베인 로터에 배기 캠 샤프트(3)가 고정되도록 구성되어 있다. 배기 캠 샤프트(3)에는 캠 스프로켓(5)이 고정되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 제1 캠 위상 가변 기구(20)에는 오일 제어 밸브(이하, OCV라고 함)(34)가 접속되어 있다. 제1 캠 위상 가변 기구(20)는 엔진(1)의 오일 펌프(35)로부터 OCV(34)의 절환에 따라서 베인 로터와 하우징 사이의 유실로 공급되는 작동유로써 베인 로터를 회전시킴으로써, 캠 스프로켓(5)에 대한 기어(60a)의 회전각을 변화시키는 기능을 갖는다. 구체적으로, 제1 캠 위상 가변 기구(20)는 크랭크축(7)에 대한 흡기 캠 샤프트(2)의 위상, 즉 제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13)의 개폐 시기를 연속적으로 조정 가능하게 되어 있다.

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 지지부(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.

제2 캠 위상 가변 기구(50)는 그 본체부(50a)에 기어(60b) 및 제1 흡기 캠 샤프트(21)가 고정되고 회전축(50b)에 제2 흡기 캠 샤프트(22)가 접속되도록 구성된 전동 모터이다. 따라서, 제2 캠 위상 가변 기구(50)는 제1 흡기 캠 샤프트(21)에 대한 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 위상, 즉 제1 흡기 밸브(12)의 개폐 시기에 대한 제2 흡기 밸브(13)의 개폐 시기를 연속적으로 지각측을 향하도록 조정 가능하게 되어 있다. 제1 흡기 밸브(12)의 개폐 시기에 대해 제2 흡기 밸브(13)의 개폐 시기를 지각시키면, 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기와 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기 사이의 기간, 즉 흡기 밸브의 개방 기간이 연장된다. 이와 반대로, 제1 흡기 밸브(12)의 개폐 시기에 대해 제2 흡기 밸브(13)의 개폐 시기를 진각시킴으로써 위상이 동일하게 된 경우, 흡기 밸브의 개방 기간이 작아진다.

ECU(40)는 입출력 장치(도시 생략), ROM 및 RAM과 같은 기억 장치, 중앙 처리 장치(CPU) 등을 구비하고 있고, 엔진(1)의 종합적인 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. ECU(40)의 출력측에는 OCV(34) 외에 추가로, 제2 캠 위상 가변 기구(50), 연료 분사 밸브(43) 및 점화 플러그(44) 등이 접속되어 있다. ECU(40)는 센서로부터의 검출 정보에 기초하여 점화 시기 및 연료 분사량 등을 결정하여, 점화 플러그(44) 및 연료 분사 밸브(43)를 구동 제어한다. 또한, ECU(40)는 센서로부터의 검출 정보에 기초하여, OCV(34)의 구동 제어, 즉 제1 및 제2 캠 위상 가변 기구(20, 50)의 작동 제어를 행한다.

도 6은 제1 캠 위상 가변 기구(20)의 작동 설정에 사용되는 맵의 일례이다.

ECU(40)는 엔진의 속도(N) 및 부하(L)에 따라서 제1 캠 위상 가변 기구(20)를 작동 제어한다. 상세하게는, ECU(40)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 저부하 저속 작동 시에는 최지각으로 기구를 제어하고, 부하 또는 속도가 증가함에 따라서 진각을 행한다. 그리고, 고부하 고속 작동 시에는 중간 위상이 이루어지고, 저속 고부하 작동 시에는 최진각 위치에 도달된다.

도 7은 제2 캠 위상 가변 기구(50)의 작동 설정에 사용되는 맵의 일례이다.

ECU(40)는 엔진의 속도(N) 및 부하(L)에 따라서 제2 캠 위상 가변 기구(50)를 작동 제어한다. 상세하게는, ECU(40)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 저부하 저속 작동 시에는 제1 흡기 밸브(12)의 개폐 시기에 대한 제2 흡기 밸브(13)의 개폐 시기를 지각측을 향하도록 제어하여, 흡기 밸브의 개방 기간을 연장시킨다. 또한, ECU(40)는 부하 또는 속도가 증가함에 따라서 밸브 개방 기간이 작아지도록 제2 캠 위상 가변 기구(50)를 작동 제어한다.

도 8은 흡기 밸브의 리프트의 추이를 도시하는 타임 차트이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 엔진(1)의 저부하 저속 작동 시에는, 제2 흡기 밸브(13)의 밸브 시기는 제1 캠 위상 가변 기구(20)에 의해 지각되고, 그 밸브 개방 기간은 제2 캠 위상 가변 기구(50)에 의해 연장된다. 따라서, 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기를 크게 지각시킬 수 있다. 따라서, 펌핑 로스가 대폭으로 저감되어, 연비를 대폭으로 향상시킬 수 있다. 특히, 제2 캠 위상 가변 기구(50)에 의한 가변 위상 범위를 제1 캠 위상 가변 기구(20)에 의한 가변 위상 범위보다 크게 설정함으로써, 제1 및 제2 흡기 밸브의 개별 개폐 시기 사이의 위상차가 증가될 수 있다. 결과적으로, 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기를 압축 행정 후반까지 지연시킬 수 있고, 또한 펌핑 로스가 저감된다. 이와 같이 이루어진 경우, 통내 유동이 높아져, 펌핑 로스가 저감되고 적은 공기량으로 실압축비가 낮은 상태에서도 연소 안정성이 높아지고, 또한 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 공기와 연료 사이의 혼합도 강화되므로, 배기 가스 내의 미연소 성분의 배출을 저감시킬 수 있다. 또한, 제2 캠 위상 가변 기구(50)의 가변 위상 범위가 제1 캠 위상 가변 기구(20)의 것과는 독립적으로 설정되므로, 설계 자유도 및 차량 탑재성이 높아질 수 있다. 따라서, 범위 설정이 전체 가변 밸브 트레인의 증대화 및 엔진의 길이 방향 치수의 증가가 억제된 상태에서 용이하게 달성될 수 있다. 또한, 엔진 적용 시의 레이아웃 자유도를 높일 수 있다.

한편, 고부하 고속 작동 시에는, 제2 흡기 밸브(13)는 제1 캠 위상 가변 기구(20)에 의해 중간 위상으로 되고, 제2 캠 위상 가변 기구(50)에 의해 밸브 개방 기간이 작아진다. 따라서, 제2 흡기 밸브(13)의 폐쇄 시기는 저부하 저속 작동의 경우보다 진각된다. 예를 들어, 압축 행정의 전반, 즉 피스톤에 의해 흡기가 흡기 포트로 밀려지는 영역 부근에서 제2 흡기 밸브(13)가 폐쇄되는 경우, 흡기의 충전 효율이 높아져, 출력을 확보할 수 있다.

또한, 고부하 저속 작동 시에는 제1 캠 위상 가변 기구(20)에 의해 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기가 진각된다. 따라서, 예를 들어 제1 흡기 밸브(12)의 개방 시기를 상사점(TDC)까지 또는 상사점보다 약간 진각시킴으로써, 흡기 행정 초기 단계에서의 펌핑 로스를 저감시킬 수 있고, 강한 관성 또는 맥동 과급 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 고부하 저속 작동 시, 예를 들어 시동 시에는 연비를 향상시키면서 양호한 연소성을 확보하여 시동성을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 제1 및 제2 캠 위상 가변 기구(20, 50)가 개별적으로 배기 및 흡기 캠 샤프트(3, 2)의 전단부에 배치된다. 따라서, 캠 위상 가변 기구(20, 50)를 용이하게 설치할 수 있고, 엔진(1)의 횡폭 치수를 거의 증가시키지 않고 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 제1 캠 위상 가변 기구(20)는 제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13)와 제2 캠 위상 가변 기구(50)를 구동시킬 필요가 있다. 그러나, 이러한 목적을 위한 능력을 증가시키기 위하여 기구(20)를 대형화시킨 경우에도, 엔진의 길이 방향 치수 등의 증가를 억제할 수 있다.

또한, 흡기 밸브(12, 13)의 개폐 시기를 변경하는 기구로서, 베인식 캠 위상 가변 기구 및 전동 모터가 사용된다. 따라서, 밸브 리프트를 증감시킴으로써 흡기 밸브의 폐쇄 시기를 변경하는 기구의 경우와 비교하여, 마찰을 저감시킬 수 있어, 밸브 트레인의 작동 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제2 캠 위상 가변 기구(50)가 전동 모터이므로, 저온 시에도 응답성이 양호한 구동이 달성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 냉간 시동 모드와 같은 경우에도 신속하게 흡기 캠의 위상을 제어할 수 있다. 또한, 유압 액추에이터의 것과 비교하여 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 캠 위상 가변 기구(20)와 마찬가지로, 제2 캠 위상 가변 기구(50)를 유압 구동식으로 해도 좋다.

또한, ECU(40)는, 저부하 저속 작동 시에는 제1 캠 위상 가변 기구(20)를 최지각 제어한 후에 제2 캠 위상 가변 기구(50)를 제어하여 밸브 개방 기간을 연장시킨다. 이와 같이, 캠 위상 가변 기구(20, 50)를 동시에 작동시키는 것이 아니라, 순차적으로 제어하므로, 캠 위상 가변 기구(20, 50)를 모두 유압 구동식으로 한 경우라도 유압이 부족한 경우 없이 정확한 작동 제어를 행할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 캠 위상 가변 기구(20)의 작동 설정에 사용되는 맵을 도 6에 도시된 것으로 한정하는 것은 아니다. 또한, 제2 캠 위상 가변 기구(50)의 작동 설정에 사용되는 맵을 도 7에 도시된 것으로 한정하는 것도 아니다. 본 발명에 따르면, 적어도 저부하 저속 작동 시에, 제1 캠 위상 가변 기구(20)가 최지각 제어되고, 제2 캠 위상 가변 기구(50)가 밸브 개방 기간을 비교적 길게 하도록 설정되는 것만이 필요하다. 다른 영역에 대한 설정은 엔진의 특성에 따른다. 또한, 제1 및 제2 캠 위상 가변 기구(20, 50)에 개별적으로 최지각 로크 기구 및 최진각 로크 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 캠 위상 가변 기구(20, 50)에 대해 정확한 절환 포인트를 설정할 수 있다.

또한, 제2 캠 위상 가변 기구(50)를 제1 및 제2 흡기 캠 샤프트(21, 22) 사이의 위상차를 작게 하는 방향으로 압박하는 스프링을 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제1 및 제2 흡기 밸브(12, 13) 사이의 위상차의 변동이 억제되어, 밸브 개방 기간이 안정되게 제어될 수 있다.

12 : 제1 흡기 밸브
13 : 제2 흡기 밸브
20 : 제1 캠 위상 가변 기구
21 : 제1 흡기 캠 샤프트
22 : 제2 흡기 캠 샤프트
40 : ECU
50 : 제2 캠 위상 가변 기구

Claims

가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관이며,
각각의 실린더에 제1 흡기 밸브(12) 및 제2 흡기 밸브(13)가 구비되고, 상기 제1 흡기 밸브(12)의 구동을 위한 제1 흡기 캠(10) 및 상기 제2 흡기 밸브(13)의 구동을 위한 제2 흡기 캠(11)이 흡기 캠 샤프트(2)에 동축으로 회전 가능하게 지지되고,
상기 내연 기관은,
상기 내연 기관의 크랭크축에 대한 상기 제1 및 제2 흡기 캠(10, 11)의 개별 위상을 가변하는 제1 캠 위상 가변 기구(20)와,
상기 제1 흡기 캠(10)에 대한 상기 제2 흡기 캠(11)의 위상을 가변하는 제2 캠 위상 가변 기구(50)를 포함하고,
상기 제2 캠 위상 가변 기구(50)는 상기 제1 캠 위상 가변 기구(20)보다 큰 가변 위상 각도 범위를 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 흡기 캠 샤프트(2)는 상기 제1 흡기 캠(10)이 고정된 제1 흡기 캠 샤프트(21) 및 상기 제2 흡기 캠(11)이 고정된 제2 흡기 캠 샤프트(22)가 동축으로 배치되도록 구성되고, 상기 제2 캠 위상 가변 기구(50)는 상기 제1 흡기 캠 샤프트(21)에 대한 상기 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 위상을 가변시키고, 상기 제1 캠 위상 가변 기구(20)는 크랭크축에 대한 상기 제2 흡기 캠 샤프트(22)의 위상을 가변시키는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 캠 위상 가변 기구(20)는 배기 캠 샤프트(3)의 일단부에 배치되고, 상기 제2 캠 위상 가변 기구(50)는 상기 흡기 캠 샤프트(2)의 일단부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 제2 캠 위상 가변 기구(50)는 전동 액추에이터인 것을 특징으로 하는, 가변 밸브 기어를 구비한 내연 기관.