KR20120039750A - 내연 기관의 가변 밸브 장치 - Google Patents

내연 기관의 가변 밸브 장치 Download PDF

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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 가변 밸브 장치는, 아우터 캠 샤프트(17a) 외주부 상의 가동 캠(22)과 아우터 캠 샤프트(17a) 내부의 이너 캠 샤프트(17b)를 접속하는 접속 수단으로서, 아우터 캠 샤프트(17a) 내에 이너 캠 샤프트(17b)를 회전 가능하게 끼운 샤프트 부재(17)의 직경 방향으로부터, 캠 로브(22), 아우터 캠 샤프트(17a), 이너 캠 샤프트(17b)를 관통하도록, 핀 부재(24)를 헐겁게 삽입하고, 동 핀 부재(24)의 단부에 빠짐 방지부(50)를 설치하는 구조를 채용하였다. 이에 의해, 큰 압입 하중이나 축력을 부품에 작용시키지 않고, 캠 로브(22)와 이너 캠 샤프트(17b)가 접속된다.

Description

내연 기관의 가변 밸브 장치{VARIABLE VALVE GEAR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 기준 캠을 기준으로 하여 가동 캠의 위상을 가변 가능하게 한 내연 기관의 가변 밸브 장치에 관한 것이다.
자동차에 탑재되는 왕복식 엔진(내연 기관)에서는, 엔진의 배출 가스의 대책이나 펌핑 로스의 개선을 도모하기 위해, 실린더 헤드에 가변 밸브 장치를 탑재하는 것이 행해지고 있다.
이러한 가변 밸브 장치에는, 파이프 부재로 형성된 아우터 캠 샤프트 내에 이너 캠 샤프트를 회전 가능하게 끼워넣어, 엔진의 크랭크 출력에 의해 구동되는 샤프트 부재로 하고, 아우터 캠 샤프트의 외주부에 고정식의 기준 캠과 샤프트 축심 주위로 회전가능한 가동 캠을 설치하고, 가동 캠과 이너 캠 샤프트와의 사이를 샤프트 직경 방향으로부터 삽입되는 핀 형상 부재로, 아우터 캠 샤프트와 이너 캠 샤프트간에서의 상대 변위를 허용하면서 접속하는 구조를 채용하여, 액추에이터의 출력에 의해 이너 캠 샤프트를 상대 변위시켜, 이너 캠 샤프트에 접속된 핀 형상 부재로부터의 출력에 의해, 가동 캠의 위상을 기준 캠에 대하여 가변시켜서, 밸브가 개방되어 있는 기간을 변화(스플릿 가변)시키는 것이 있다(특허 문헌 1, 2를 참조).
상기 가변 밸브 장치에서는, 용이한 작업으로, 아우터 캠 샤프트 내외에 있는 이너 캠 샤프트와 가동 캠의 사이를 접속하는 것이 요구된다. 따라서, 가동 캠과 이너 캠 샤프트를 접속하는 핀 형상 부재로서 압입 핀을 사용하고, 이 압입 핀을 샤프트 직경 방향으로부터 압입하고, 아우터 캠 샤프트의 내외의 가동 캠과 이너 캠 샤프트간을 접속시키거나, 핀 형상 부재로서 볼트 부재를 사용하고, 이 볼트 부재를 이너 캠 샤프트에 비틀어 넣어, 아우터 캠 샤프트의 내외의 가동 캠과 이너 캠 샤프트간을 접속시키는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2009-144521호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-144522호 공보
전자의 압입 핀을 가동 캠 및 이너 캠 샤프트에 압입시키는 구조이면, 압입 핀이 밸브 구동의 진폭 하중에 의해 빠지지 않도록 하기 위해서, 가동 캠, 이너 캠 샤프트에 큰 하중으로 압입할 필요가 있다. 그러나, 압입 하중은, 가동 캠 혹은 이너 캠 샤프트를 변형시키거나 휘게 하여, 이너 샤프트의 압입 핀 방향의 위치의 어긋남이 발생하거나 한다. 또한 파이프 부재로 형성된 아우터 캠 샤프트는 강성이 낮으므로, 가동 캠이나 이너 캠 샤프트의 변형, 휨이나 위치 어긋남을 받으면, 아우터 캠 샤프트간과의 마찰이 증가하거나, 접촉에 의해 새롭게 마찰이 발생하거나 하는 일이 있다.
그 외에, 상기의 변형이나 휨에 의해 아우터 파이프도 변형이나 휨이 발생한다. 이 아우터 파이프의 변형이나 휨에 의해, 캠축 중심의 진직도나 외경의 원통도에 영향을 미치면, 캠 샤프트와 실린더 헤드와의 저널베어링부의 마찰 증가나, 미스 얼라인먼트 증대에 의한 캠과 태핏간에서도 마찰 증가로 이어지는 경우도 있다.
후자의 나사 부재를 비틀어 넣는 구조에서는, 이너 캠 샤프트의 나사부 억압력이 가해져, 이너 캠 샤프트의 변형이나 휨이 발생하여, 상기와 마찬가지로, 마찰을 발생시키거나 한다. 또한, 외팔보이며, 응력 집중이 용이해 나사부 근방 강도의 향상이 필요해져, 콤팩트한 설계를 할 수 없다고 하는 문제가 가중된다.
이러한 마찰의 발생은, 가변 밸브 장치의 응답성을 악화시킬 뿐만 아니라, 엔진 전체의 마찰 증대로 되고, 연비를 악화시키고, 또한, 각 부품간에서의 이상 마모를 야기한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 부품간의 마찰의 발생을 억제하면서, 아우터 캠 샤프트 외주부 상의 가동 캠과 아우터 캠 샤프트 내부의 이너 캠 샤프트와의 접속을 행할 수 있는 내연 기관의 가변 밸브 장치를 제공하는 것에 있다.
청구항 1에 기재의 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 아우터 캠 샤프트 외주부 상의 가동 캠과 아우터 캠 샤프트 내부의 이너 캠 샤프트를 접속하는 접속 수단으로서, 아우터 캠 샤프트 내에 이너 캠 샤프트를 회전 가능하게 끼운 샤프트 부재의 직경 방향으로부터, 가동 캠, 아우터 캠 샤프트, 이너 캠 샤프트를 관통하도록, 핀 형상 부재를 헐겁게 삽입하고, 동 핀 형상 부재의 빠짐을 규제하는 빠짐 방지부를 구비한 구조를 채용하여, 압입 하중이나 축력을 부품에 작용시키지 않고, 가동 캠과 이너 캠 샤프트를 접속하는 것으로 하였다.
청구항 2에 기재의 발명은, 핀 형상 부재의 빠짐을 규제하는 빠짐 방지부를, 핀 형상 부재의 단부에 설치하였다.
청구항 3에 기재의 발명은, 빠짐 방지부에 응력이 집중되는 것을 피하도록, 핀 형상 부재의 길이 치수를 관통하는 구간보다 길게 설정하고, 핀 형상 부재를, 빠짐 방지부를 갖는 상태 그대로, 샤프트 부재의 직경 방향으로 변위 가능하게 배치하고, 빠짐 방지부와 동 빠짐 방지부가 접촉 분리되는 관통 구간의 단부에, 양자간에 하중이 가해지면, 빠짐 방지부를 관통 구간의 단부로부터 릴리프시키는 릴리프부를 형성하고, 빠짐 방지부가 관통 구간의 단부로부터 릴리프하는 것에 따라, 핀 형상 부재가 축 방향으로 변위하는 구조로 하였다.
청구항 4에 기재의 발명은, 간단한 구조로 핀 형상 부재의 빠짐 방지를 행할 수 있도록, 빠짐 방지부는, 핀 형상 부재의 단부에 코킹 가공을 실시하고, 동 코킹 가공시에 핀 형상 부재의 단부에 형성되는 대경부를 사용하는 것으로 하였다.
청구항 5에 기재의 발명은, 빠짐 방지부가, 가동 캠에 설치되고, 핀 형상 부재가 축심 방향을 따라 가동 캠의 외측으로 빠지는 것을 규제하는 구조로 하였다.
청구항 6에 기재의 발명은, 핀 형상 부재의 빠짐 방지를 용이하게 행할 수 있도록, 가동 캠에는 아우터 캠 샤프트의 외주부에 회전 가능하게 끼워지는 통형의 보스부를 형성하고, 핀 형상 부재는 동 가동 캠의 보스부의 주위벽을 관통하고, 빠짐 방지부는, 보스부의 외주부에 끼워지는 고정구를 사용하고, 동 고정구에서, 핀 형상 부재의 빠짐을 방지하는 구조로 하였다.
청구항 7에 기재의 발명은, 고정구가, 간단한 구조이며, 용이하게 보스부에 장착되도록, 고정구는 링 형상으로 구성한 것으로 하였다.
청구항 8에 기재의 발명은, 핀 형상 부재로부터 고정구에 대한 응력의 집중을 피하도록, 핀 형상 부재의 단부는, 구면 형상으로 형성되는 것으로 하였다.
청구항 1의 발명에 따르면, 부품의 변형이나 휨의 요인이 되는 압입 하중이나 축력을 작용시키지 않고, 아우터 캠 샤프트 외주부 상의 가동 캠과 아우터 캠 샤프트 내부의 이너 캠 샤프트를 접속할 수 있다.
그로 인해, 가동 캠과 이너 캠 샤프트는, 상기 변형이나 휨을 요인으로 한 부품간의 마찰의 발생뿐만 아니라, 다른 부품의 변형을 억제하면서 접속할 수 있다. 이 결과, 안정된 가변 성능을 확보할 수 있음과 동시에, 엔진의 마찰의 증대를 억제하여, 부품의 이상 마모를 방지할 수 있다. 또한, 핀 형상 부재에 작용하는 응력 위치를 변화시킴으로써, 핀 형상 부재의 사이즈를 콤팩트하게 할 수 있다.
청구항 2의 발명에 따르면, 핀 형상 부재의 단부에 설치된 빠짐 방지부에 의해, 간단한 구조로 핀 형상 부재의 빠짐을 방지할 수 있다.
청구항 3의 발명에 따르면, 또한 간단한 구조로, 빠짐 방지부에 응력이 집중되는 것을 피할 수 있고, 미연에 응력 집중을 요인으로 한 핀 형상 부재의 빠짐을 방지할 수 있다.
청구항 4의 발명에 따르면, 또한 핀 형상 부재에 코킹 가공을 실시한다고 하는 간단한 구조로, 핀 형상 부재의 빠짐 방지를 할 수 있다.
청구항 5의 발명에 따르면, 가동 캠에 설치된 빠짐 방지부에 의해, 간단한 구조로 핀 형상 부재의 빠짐을 방지할 수 있다.
청구항 6의 발명에 따르면, 또한 가동 캠의 보스부에 고정구를 끼운다고 하는 용이한 작업으로, 핀 형상 부재의 빠짐 방지를 실시할 수 있다.
청구항 7의 발명에 따르면, 링 형상의 고정구에 의해, 간단한 구조, 또한 보스부에 끼워 넣는 용이한 작업으로, 핀 형상 부재의 축심 방향 양측에의 빠짐을 규제할 수 있다.
청구항 8의 발명에 따르면, 또한 핀 형상 부재의 변위를 요인으로 한 고정구의 응력 집중을 피할 수 있어, 높은 신뢰성의 접속을 약속할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가변 밸브 장치를, 동 장치를 탑재한 내연 기관의 실린더 헤드와 함께 도시하는 평면도.
도 2는 도 1 중의 I-I선을 따르는 가변 밸브 장치의 단면도.
도 3은 동 가변 밸브 장치의 구조를 도시하는 사시도.
도 4는 가변 밸브 장치의 가변 특성을 도시하는 선도.
도 5는 핀 형상 부재의 장착으로부터 빠짐 방지부가 형성될 때까지를 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 주요부로 되는 핀 형상 부재를 사용한 접속 구조를 도시하는 단면도.
도 7은 동 핀 형상 부재의 빠짐 방지부에 가해지는 응력 집중을 억제하는 거동을 설명하는 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태의 가동 캠과 이너 캠 샤프트가 핀 형상 부재에서 접속될 때까지를 도시하는 사시도.
도 9는 도 8 중의 II선을 따르는 접속 구조의 단면도.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태의 주요부를 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명의 제5 실시 형태의 주요부를 도시하는 사시도.
도 12는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 실린더 헤드 내의 구조를 도시하는 평면도.
도 13은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 배기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 단면도.
도 14는 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 배기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 단면도.
도 15는 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 배기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 부분 단면도.
도 16은 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 배기 캠 샤프트의 구조를 도시하는 단면도다.
이하, 본 발명을 도 1 내지 도 5에 도시하는 제1 실시 형태에 근거하여 설명한다.
도 1은 내연 기관, 예를 들어 3기통(복수 기통)의 왕복 엔진(이하, 단순히 엔진이라 함)의 평면을 도시하고, 도 2는 도 1 중의 I-I선을 따르는 단면을 도시하고 있고, 동 도면 중 부호 1은 동 엔진의 실린더 블럭, 부호 2는 동 실린더 블럭(1)의 헤드부에 탑재된 실린더 헤드를 도시하고 있다.
이 중 실린더 블럭(1)에는, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이 엔진의 전후 방향을 따라 3개의 기통(3)(일부 기통만 도시)이 형성되어 있다. 이들 각 기통(3) 내에, 크랭크 샤프트(도시하지 않음)로부터 커넥팅 로드(도시하지 않음)를 통하여 나뉘어진 각 피스톤(4)(도 2에만 도시)이 왕복 이동 가능하게 끼워진다.
실린더 헤드(2)의 하면에는, 각 기통(3)에 대응하여 각각 연소실(5)이 형성되어 있다. 각 연소실(5)에는, 흡기를 행하는 한 쌍의 흡기 포트(7)(2개), 배기를 행하는 한 쌍의 배기 포트(도시하지 않음)가 개방되어 있다. 각 흡기 포트(7)에는, 태핏(9)이 장착된 한 쌍의 흡기 밸브(10)(2개)가 설치되어 있다. 그리고, 최상부에 있는 태핏(9)이 실린더 헤드(2)의 상부에 면하고 있다. 각 배기 포트(도시하지 않음)에는, 마찬가지로 한 쌍의 배기 밸브(도시하지 않음)가 설치된다. 이들 흡기 밸브(10), 배기 밸브(도시하지 않음)에 의해, 흡기 포트(7), 배기 포트(도시하지 않음)가 개폐된다. 또한 각 연소실(5)에는, 도시는 하지 않지만 점화 플러그가 각각 설치된다.
또한, 도 1에 도시되는 바와 같이 실린더 헤드(2)의 상부 좌우에는, 크랭크 샤프트의 축 출력으로 구동되는 흡기측의 밸브 장치(6a), 마찬가지로 배기측의 밸브 장치(6b)가 설치되어 있어서, 각 기통(3)에서 소정의 연소 사이클(흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정, 배기 행정의 4사이클)이 반복해서 행해지도록 하고 있다. 이들 밸브 장치(6a, 6b) 중, 배기측의 밸브 장치(6b)에는, 통상의 캠 샤프트(13)를 사용한 구조가 사용된다. 구체적으로는 한 쌍의 배기 캠(12)을 일체로 형성한 캠 샤프트, 상세하게는 도 1에 도시되는 3기통분의 배기 캠(12)을 절삭 가공에 의해 형성한 캠 샤프트(13)가 사용된다. 이 캠 샤프트(13)가, 기통(3)이 배열되는 방향으로 회전 가능하게 조립되어, 각 배기 캠(12)의 캠면을 배기 밸브(도시하지 않은)의 기단부에 접촉시키고 있다. 이것으로, 각 배기 캠(13)의 캠의 구동력을 각각 배기 밸브(도시하지 않음)에 전달한다.
또한, 흡기측의 밸브 장치(6a)에는, 배기측의 캠 샤프트(13)와는 달리, 도 2 및 도 3에 도시되는 별개의 부재를 조립하여 구성되는 캠 샤프트, 소위 조립 캠 구조의 캠 샤프트(14)가 사용되고 있다. 이 캠 샤프트(14)를 사용하여, 도 2 및 도 3에 도시되는 스플릿식의 가변 밸브 장치(15)를 구성하고 있다.
가변 밸브 장치(15)를 설명하면, 캠 샤프트(14)의 샤프트 부재는, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시되는 중공의 파이프 부재로 구성된 아우터 캠 샤프트(17a) 내에, 제어 부재를 이루는 축 부재로 구성된 이너 캠 샤프트(17b)를 회전 가능하게 끼운 이중 샤프트(17)로 형성된다. 이 이중 샤프트(17)도 배기측의 캠 샤프트(13)와 마찬가지로, 기통(3)이 배열되는 방향을 따라서 배치된다. 이 이중 샤프트(17) 중 한쪽의 단부(편측), 즉 아우터 캠 샤프트(17a)의 한쪽의 단부는, 아우터 캠 샤프트(17a) 단부에 설치한 캠 피스(37)를 통하여, 실린더 헤드(2)의 한쪽의 단부(편측)에 설치되어 있는 베어링부(18a)에 회전 가능하게 지지된다. 또한 아우터 캠 샤프트(17a)의 중간부는, 태핏(9, 9) 사이에 설치한 중간의 베어링부(18b)에 회전 가능하게 지지된다. 이것으로, 양쪽 샤프트(17a, 17b) 모두, 동일 축심을 중심으로 회전할 수 있도록 하고 있다. 또한, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b) 사이는, 클리어런스를 갖는 구조로 함으로써, 상대 변위시의 마찰 발생을 억제하고 있다.
아우터 캠 샤프트(17a)에는, 기통마다의 한 쌍의 흡기 밸브(10)와 대응하여, 한 쌍(2개)의 흡기 캠(19)이 각각 설치되어 있다. 흡기 캠(19)은, 모두, 기준의 위상을 결정짓는 기준 캠(20)과 가동측의 캠이 되는 캠 로브(22)(본원의 가동 캠에 상당)를 조합하여 구성된다.
이 중 기준 캠(20)은, 아우터 캠 샤프트(17a) 중 편측의 태핏, 예를 들어 좌측의 태핏(9)과 대응한 외주 부분에 고정되어 있다. 기준 캠(20)은, 판 캠으로 형성되고, 예를 들어 압입에 의해 아우터 캠 샤프트(17a)의 외측에 고정되어, 좌측의 태핏(9)의 바로 위에 고정되어 있다. 이 기준 캠(20)의 캠면이, 좌측의 태핏(9)과 접촉하고, 동 기준 캠(20)의 캠 변위가 좌측의 흡기 밸브(10)에 전달되는 구조로 되어 있다.
캠 로브(22)는 판 캠으로 형성된 캠 산부(22a)를 갖고 있다. 이 캠 산부(22a)에, 미스 얼라인먼트의 발생을 억제하기 위한 부분, 즉 중공의 보스부(22b)가 조합되어, 캠 로브 전체를 구성하고 있다. 캠 로브(22)는, 아우터 캠 샤프트(17a)의 외측에 주위 방향으로 회전 가능하게 끼워지고, 캠 산부(22a)를 나머지 우측의 태핏(9)의 바로 위에 배치시키고 있다. 이 캠 산부(22a)의 캠면이, 우측의 태핏(9)과 접촉하고, 동 캠 산부(22a)의 캠 변위가 우측의 흡기 밸브(10)에 전달되는 구조로 되어 있다.
그리고, 캠 로브(22)의 보스부(22b)와 이너 캠 샤프트(17b)의 사이는, 접속 수단, 예를 들어 핀 부재(24)(본원의 핀 형상 부재에 상당)를 샤프트 직경 방향으로부터 이중 샤프트(17)에 삽입 관통시키는 접속 구조(21)에 의해 접속시키고 있다.
여기서, 도 3에 도시되는 바와 같이 핀 부재(24)가 각각 통과하는 아우터 캠 샤프트(17a)의 주위벽 부분에는, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b) 간에서의 상대 변위를 허용하는 상대 변위 릴리프용의 관통 구멍, 예를 들어 핀 부재(24)를 릴리프하는 지각 방향으로 연장된 한 쌍의 긴 구멍(26)이 형성되어 있어서, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 상대 변위를 허용하도록 하고 있다. 이것으로, 이너 캠 샤프트(17b)가 아우터 캠 샤프트(17a)에 대하여 상대 변위하면, 캠 산부(22a)의 캠 위상이, 기준이 되는 기준 캠(20)의 캠 위상으로부터 크게 지각(遲角)한 캠 위상까지 가변할 수 있도록 하고 있다. 이러한 캠 위상의 가변을 실현하는 접속 구조(21)의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 이중 샤프트(17)의 한쪽의 단부에는, 내ㆍ외 샤프트를 상대 변위시키는 캠 위상 변경 기구(25)가 장착되어, 기준 캠(20)을 기준으로 캠 로브(22)의 캠 위상이 변경 가능한 가변 밸브 장치(15)를 구성하고 있다.
즉, 캠 위상 변경 기구(25)는, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이 복수의 지각실(30)을 주위 방향에 갖는 원통형의 하우징(31) 내에, 축부(32)의 외주부로부터 방사상에 복수의 베인(33)이 돌출된 베인부(34)를 회전 가능하게 끼우고, 각 베인(33)으로 각 지각실(30) 내를 구획하는 회전 베인 구조가 사용되고 있다. 하우징(31)은, 고정 볼트(36)에 의해, 아우터 캠 샤프트(17a) 단부에 설치되어 있는 캠 피스(37)에 연결되고, 남는 베인부(34)의 축부(32)는, 고정 볼트(38)에 의해, 이너 캠 샤프트(17b)의 축 단부에 연결되어, 베인(33)이 지각실(30) 내를 회전 변위하면, 이너 캠 샤프트(17b)가 아우터 캠 샤프트(17a)에 대하여 상대적으로 변위하도록 하고 있다.
구체적으로 설명하면, 캠 로브(22)의 캠 위상은, 하우징(31)과 베인부(34)의 사이를 연결하도록 설치한 복귀용 스프링 부재(42)(도 2에만 도시)의 가압력에 의해, 기준이 되는 기준 캠(20)의 캠 위상에 맞추어진다. 또한 각 지각실(30)은, 하우징(31)이나 캠 피스(37)나 베어링부(18a)에 형성된 각종 유로(43)(도 2에만 도시)를 통하고, 오일 컨트롤 밸브(44)(이하, OCV44이라고 한다), 유압 공급부(45)(예를 들어 오일을 공급하는 오일 펌프를 갖고 장치로 구성)에 접속된다. 즉, 각 지각실(30) 내에 오일이 공급되면, 도 4에 선도로 도시한 캠 로브(22)를 기준 캠(20)으로부터 지각 방향으로 변위시킨다고 하는 스플릿 가변이 행해진다.
즉, 크랭크 샤프트(도시하지 않음)로부터의 축 출력은, 예를 들어, 하우징(31)에 설치한 타이밍 스프로킷(39), 배기측의 캠 샤프트(13) 단부에 설치한 타이밍 스프로킷(13a)에 걸친 타이밍 체인(40)으로부터, 하우징(31), 캠 피스(37)를 거쳐, 아우터 캠 샤프트(17a)에 전해지고, 기준 캠(20)을 회전 구동시켜, 태핏(9)을 통하여 좌측의 흡기 밸브(10)를 개폐시킨다. 여기서, OCV44로부터 유압이 각 지각실(30)의 반대측의 진각실에 공급되면, 복귀용 스프링 부재(42)의 가압력과의 협동에 의해, 캠 로브(22)는, 도 4 중의 A 상태와 같이 기준 캠(20)의 캠 위상에 맞추어지면서 기준 캠(20)과 함께 회전하기 때문에, 우측의 흡기 밸브(10)는, 좌측의 기준 캠(20)과 같은 위상을 유지한 채 개폐된다. OCV44를 통하여, 유압 공급부(45)의 유압이 지각실(30) 내로 공급되면, 공급 유압에 따라, 베인(33)은 지각실(30) 내를 당초 위치로부터 지각측으로 변위한다. 이때 공급 유압의 제어에 의해, 예를 들어 베인(33)을 지각실(30) 내의 도중까지 변위시키면, 이너 캠 샤프트(17b)는, 도중 위치까지 지각 방향으로 변위한다. 이때의 이너 캠 샤프트(17b)의 변위가 핀 부재(24)에 전해지고, 이너 캠 샤프트(17b)로부터 출력되는 동 핀 부재(24)의 출력으로, 캠 로브(22)의 캠 산부(22a)는 지각 방향으로 구동된다. 이 캠 위상에 의해, 도 4 중의 B 상태로 도시한 바와 같이 기준이 되는 좌측의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기는 그대로 바뀌지 않고, 우측의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기만이 바뀐다. 즉, 우측의 흡기 밸브(10)는, 좌측의 흡기 밸브(10)의 개폐 기간의 도중에서부터, 캠 산부(22a)의 캠 프로필을 따라 개폐된다. 또한 공급 유압의 제어에 의해, 베인(33)을 최지각 위치까지 변위시키면, 도 4 중에 C 상태로 도시한 바와 같이 좌측의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기는 그대로 변하지 않고, 우측의 흡기 밸브(10)는, 좌측의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기와 교착한 상태를 유지하면서, 좌측의 흡기 밸브(10)로부터 가장 지각한 시기에서 개폐된다. 즉 좌우의 흡기 밸브(10)는, 엔진의 상태에 따라, 가장 작은 밸브 개방 기간α로부터 가장 큰 밸브 개방 기간β까지의 범위 내에서 가변된다(스플릿 가변).
이러한 스플릿 가변을 가능하게 하는, 전술한 핀 부재(24)를 삽입 관통시키는 접속 구조(21)에는, 부품간의 마찰의 발생을 억제하면서 캠 로브(22)와 이너 캠 샤프트(17b)를 접속하는 구조가 사용되고 있다. 이것에는, 도 2 및 도 5에 도시되는 바와 같이 예를 들어 코킹 가공이 가능한 핀 부재(24)를, 샤프트 직경 방향으로부터, 보스부(22b), 아우터 캠 샤프트(17a)의 긴 구멍(26), 이너 캠 샤프트(17b)를 헐겁게 삽입하여 관통시키고, 동 핀 부재(24)의 각 단부에 빠짐 방지부(50)를 설치하고, 핀 부재(24)와 핀 부재(24)가 삽입 관통하는 구멍 내면이 접촉하지 않고, 캠 로브(22)와 이너 캠 샤프트(17b)를 접속하는 구조가 사용되고 있다.
구체적으로는, 도 2 및 도 5의 (a)에 도시되는 바와 같이 보스부(22b)[캠 로브(22)]의 핀 부재(24)가 삽입 관통하는 각 관통 구멍(52), 이너 캠 샤프트(17b)의 핀 부재(24)가 삽입 관통하는 관통 구멍(53)은, 모두 핀 부재(24)의 직경 치수보다 약간 큰 내경의 구멍으로 형성되어 있다. 이것으로, 도 5의 (b), (c)와 같이 핀 부재(24)는, 관통 구멍(52, 53)의 내면과의 사이에서 발생하는 클리어런스δ에 의해, 각 부품과 접촉하지 않고, 보스부(22b), 아우터 캠 샤프트(17a), 이너 캠 샤프트(17b) 등의 관통 구간을 관통하도록 삽입 관통된다(헐겁게 삽입). 빠짐 방지부(50)에는, 예를 들어 도 5의 (b), (c)에 도시되는 바와 같이 관통 후의 핀 부재(24)의 각 단부에 코킹 가공을 실시하고, 동 단부에 관통 구멍(52)의 내경보다 큰 대경부(54)를 형성하는 구조가 사용되고, 핀 부재(24)의 양단부의 대경부(54)에 의해, 헐겁게 삽입된 핀 부재(24)의 빠짐을 규제하는 구조로 하고 있다. 핀 부재(24)는, 대경부(54)에 의해 빠짐 방지되므로, 핀 부재(24)의 축 방향으로, 또는, 핀 부재(24)의 회전 방향으로 작용하도록 해도 된다. 이러한 핀 부재(24)의 헐거운 삽입과 동 핀 부재(24)의 빠짐 방지를 조합한 구조는, 압입 구조나 나사 고정 구조일 때와는 달리, 도 2나 도 5의 (c)에 도시되는 바와 같이 캠 로브(22), 아우터 캠 샤프트(17a) 및 이너 캠 샤프트(17b)에는 변형이나 휨을 초래하는 요인이 되는 큰 압입 하중이나 축력을 작용시키지 않고, 아우터 캠 샤프트(17a) 외주 상의 캠 로브(22)와 아우터 캠 샤프트(17a) 내부의 이너 캠 샤프트(17b)를 접속할 수 있다.
따라서, 캠 로브(22)와 이너 캠 샤프트(17b)는, 무용한 부품간의 마찰의 발생을 억제하면서 접속할 수 있다. 이에 의해, 안정된 가변 성능을 확보할 수 있음과 동시에, 엔진의 마찰의 증대를 억제하여, 부품의 이상 마모를 방지할 수 있다. 특히, 코킹 가공에 의해 형성되는 대경부(54)를 빠짐 방지부(50)에 채용하면, 간단한 구조로 핀 부재(24)의 빠짐 방지를 할 수 있다.
또한, 핀 부재(24)의 헐거운 삽입은 종래의 압입 구조나 나사 고정 구조에서는 밸브를 구동하는 반력이 핀 부재의 동일 부위에 항상 작용하는 것과는 달리, 하중이 작용하는 부위가 어긋나므로 핀 직경을 작게 함으로써, 경량, 콤팩트한 설계가 가능해진다. 콤팩트하게 할 수 있으면 중량도 경감할 수 있고, 가변 응답성의 향상이나 엔진 본체에의 적용도 용이하게 된다. 먼저 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 클리어런스에 윤활유를 공급함으로써, 핀 부재(24)와의 간극에도 윤활유가 공급되기 때문에, 유막에 의해 핀 부재(24)에 작용하는 충격 하중이 억제됨과 동시에, 핀 부재(24)의 이동이 용이하게 되고, 핀 부재(24)의 콤팩트한 설계를 더욱 진행시킬 수 있다.
더욱이, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 클리어런스에 윤활유를 공급함으로써, 유막에 의해 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 접촉이 발생하기 어려워, 접촉시라도 마찰의 증대는 억제된다.
도 6 및 도 7는, 본 발명의 제2 실시 형태를 도시한다.
본 실시 형태는, 제1 실시 형태의 변형예로서, 스플릿 가변을 행할 때, 대경부(54)[빠짐 방지부(50)]에 응력이 집중하는 것을 피하도록 한 것이다. 즉, 이너 캠 샤프트(17b)로부터 출력되는 상대 변위가 핀 부재(24)로부터 캠 로브(22)에 전달될 때는, 핀 부재(24)의 대경부(54)와 캠 로브(22)의 관통 구멍(52)[보스부(22b)]이 접촉한다고 하는 거동으로 전해진다. 이때, 대경부(54)를 제외한 핀 부재(24)의 외주면(축부)은, 클리어런스δ에 의해 캠 로브(22)의 관통 구멍 내면과는 이격되어 있기 때문에, 하중은 대경부(54)에 집중해서 가해진다. 이 응력은, 강성 강도가 약하게 되는 대경부(54)의 굵기가 급격하게 변화되어 있는 부분, 즉 대경부(54)의 근원부에 집중된다. 이로 인해 대경부(54)는, 이 응력 집중에 의해, 근원부로부터 파단하여, 핀 부재(24)로부터 벗어날 우려가 있다. 대경부(54)가 핀 부재(24)로부터 벗어나면, 대경부(54)가 엔진에 물려 들어가거나, 이중 샤프트(17)로부터 핀 부재(24)가 빠져 나오거나 해서, 엔진의 파손으로 연결될 우려가 있다.
따라서, 본 실시 형태는, 이 점을 더 개선하기 위해, 대경부(54)와 관통 구멍(52) 사이에 하중이 가해지면, 대경부(54)가 릴리프하고, 핀 부재(24)의 외주면(축부)과 관통 구멍(52)의 내면이 접촉하는 상태 대신에, 안정된 강도를 유지하는 핀 부재(24)의 축부에서 하중을 받도록 하였다.
구체적으로는, 도 6에 도시되는 바와 같이 핀 부재(24)의 길이 치수L1[여기에서는 대경부(54)의 근원 사이]을, 핀 부재(24)가 캠 로브(22), 아우터 캠 샤프트(17a), 이너 캠 샤프트(17b)를 관통하는 관통 구간보다 길게 설정하고, 대경부(54)가 있는 그대로, 핀 부재(24) 전체를 이중 샤프트(17)의 직경 방향으로 변위 가능하게 한다. 또한, 대경부(54)와 동 대경부(54)와 접촉 분리하는 관통 구간의 단부, 여기에서는 보스부(22b)의 관통 구멍(52)의 개구 테두리부에, 양자간에 하중이 가해지면 대경부(54)를 관통 구멍(52)의 개구 테두리부로부터 릴리프하는 릴리프부(60)를 형성한 구조가 사용되고 있다. 릴리프부(60)는, 예를 들어 대경부(54)의 외주부에, 하부에 사변부를 갖는 삼각 형상부(61)를 형성하고, 관통 구멍(52)의 개구 테두리부에, 동 삼각 형상부(61)의 사변부와 조합하는 테이퍼면부(62)를 형성하여, 하중이 삼각 형상부(61)의 사변부와 테이퍼면부(62) 사이에 가해지면, 경사 작용으로부터, 대경부(54)를 관통 구멍(52) 단부로부터 이격되는 방향으로 이동(변위)시키는 구조가 사용되고 있다.
동일 구조에 따르면, 스플릿 가변이 행해지고, 핀 부재(24)의 대경부(54)와 캠 로브(22)의 관통 구멍(52) 사이에 하중이 가해지면, 도 7에 도시되는 바와 같이 삼각 형상부(61)의 사변부는, 클리어런스δ만큼, 관통 구멍(52)의 테이퍼면부(62) 상을 변위한다. 이 변위에 의해, 대경부(54)는 들어올려진다. 이것이 관통 구멍(52)의 개구 테두리부로부터 릴리프하는 거동이 된다. 이때, 핀 부재(24)는 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있기 때문에, 이 대경부(54)를 들어올림에 따라서, 핀 부재(24) 전체는, 도 7 중의 화살표로 도시되는 바와 같이 축 방향으로 변위하고, 핀 부재(24)의 대경부(54)가 캠 로브(22)의 관통 구멍(52)으로부터 이격되는 대신, 핀 부재(24)의 축부가 관통 구멍(52)의 내면에 배치된다. 즉, 응력 집중의 영향을 받기 쉬운 대경부(54)와 관통 구멍(52)이 맞닿는 상태로부터, 응력 집중의 영향이 받기 어려운 핀 부재(24)의 축부, 즉 안정된 강성 강도를 갖는 축 부분과 관통 구멍(52)이 맞닿는 상태로 대신하여, 이너 캠 샤프트(17b)으로부터의 출력(상대 변위)을 캠 로브(22)로 전달한다.
그로 인해, 대경부(54)[빠짐 방지부(50)]의 근원부에 대한 응력 집중을 피할 수 있고, 응력 집중을 요인으로 한 핀 부재(24)의 누락을 미연에 방지할 수 있다.
이에 부가하여, 아우터 캠 샤프트(17a)의 긴 구멍(26)으로부터 윤활유가 스며나오는 것에 의해, 핀 부재(24)와 관통 구멍(52)의 클리어런스δ로 유입되고, 핀 부재(24)가 축 방향으로 변위할 때의 윤활로 하는 것이 가능해서, 핀 부재(24)와 관통 구멍간의 마모를 억제할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 핀 부재(24)의 회전에 의한 마모도 생각할 수 있지만, 이것도 상기 윤활에 의해 억제할 수 있다.
다음에, 도 8 및 도 9를 사용하여, 본 발명의 제3 실시 형태를 설명한다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 캠 로브(22)와 이너 캠 샤프트(17b)를 접속하는 핀 부재(24)의 양단부를 코킹 가공하지 않고, 대경부(54)를 형성하지 않도록 하고 있다. 또한, 핀 부재(24)의 전체 길이를, 보스부(22b)의 외경 치수보다 약간 짧게 하고 있다. 그리고, 핀 부재(24)를, 샤프트 직경 방향으로부터, 보스부(22b), 아우터 캠 샤프트(17a)의 긴 구멍(26), 이너 캠 샤프트(17b)를 헐겁게 삽입 관통시켜, 보스부(22b)의 외주부에, 본 발명의 빠짐 방지 부재인 고정구(65)[핀 부재(24)와는 별체]를 조립하고, 고정구(65)에 의해, 핀 부재(24)가 그 축 방향을 따라서 캠 로브(22)의 외측으로 빠져 나오지 않도록 하는 구조로 하고 있다.
고정구(65)에는, 예를 들어 도 8의 (a)에 도시되는 보스부(22)의 외주부에 압입 가능하게 형성된 링 형상의 밴드 부재(66)가 사용된다. 밴드 부재(66)는, 관통 구멍(52)의 개구를 막는 폭 치수를 갖고 있어서, 보스부(22b) 단부로부터, 관통 구멍(52)을 차단하는 지점까지 압입하면, 도 8의 (b) 및 도 9에 도시되는 바와 같이 핀 부재(24)의 각 단부가 밴드 부분에서 차단된다. 이에 의해, 핀 부재(24)가 보스부(22)의 외측으로 빠지는 것은 규제되고, 캠 로브(22)와 이너 캠 샤프트(17b)의 접속은 유지된다.
이러한 밴드 부재(66)는, 기통 전부에서는 아니고, 모든 기통의 토크 변동을 입력하기 위해서 빠지기 쉬운 단부의 기통에만 설치하는 것도 가능하다. 또한 보스부(22b)의 관통 구멍(52), 이너 캠 샤프트(17b)의 관통 구멍(53)은, 복수 기통 엔진의 개폐 타이밍에 따라, 소정의 위상각도, 예를 들어 3기통이면 120도마다 복수개 설치하고 있고(도 8에 도시), 복수의 캠 로브(22)에서도, 동일한 구조[핀 부재(24), 밴드 부재(66)]이며, 이너 캠 샤프트(17b)에 조립될 수 있는 구조로 되어 있다.
이와 같이 캠 로브(22)(가동 캠)에 조립되는 고정구(65)로, 캠 로브(22), 캠 샤프트(17a, 17b)에 헐겁게 삽입된 핀 부재(24)가, 캠 로브(22)의 외측으로 빠져 나오지 않도록 규제하는 구조에 의해, 본 실시 형태에서는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 캠 로브(22), 아우터 캠 샤프트(17a) 및 이너 캠 샤프트(17b)에는 변형이나 휨을 초래하는 요인이 되는 큰 압입 하중이나 축력을 작용시키지 않고, 아우터 캠 샤프트(17a) 외주면의 캠 로브(22)와 아우터 캠 샤프트(17a) 내부의 이너 캠 샤프트(17b)를 접속할 수 있다.
게다가, 핀 부재(24)의 빠짐은, 캠 로브(22)의 보스부(22b)의 외주부에 끼우는 고정구(65)로 행하므로 간단하다. 특히 링 형상의 고정구(65)를 사용하면, 핀 부재(24)가 헐겁게 삽입된 보스부(24)의 외주부에 고정구(65)를 끼워 넣는 것만으로, 핀 부재(24)의 축심 방향 양측으로의 빠짐을 규제[핀 부재(24)의 단부가 고정구(65)로 차단되는 것에 의함]할 수 있어, 캠 로브(22)와 이너 캠 샤프트(17b)의 접속 작업을 용이하게 행할 수 있다. 특히, 복수의 관통 구멍(52, 53)을 형성하면, 모든 기통에서, 같은 형상, 같은 부품을 사용하여, 캠 로브(22)를 이너 캠 샤프트(17b)에 접속할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 제4 실시 형태를 도시한다.
본 실시 형태는, 제3 실시 형태의 변형예로서, 밴드 부재(66)[고정구(65)]에 응력이 집중되는 것을 피하도록 한 것이다. 즉, 통상의 단부면이 평탄한 핀 부재(24)이면, 이중 샤프트(17)의 회전에 수반하여 핀 부재(24)가 축 방향으로 변위하면, 핀 부재(24) 단부의 코너부가 밴드 부재(66)의 내면에 반복해 접촉하는 거동이 발생하여, 밴드 부재(66)의 일부에만 응력이 집중되기 쉽다. 응력 집중은, 밴드 부재(66)의 변형이나 파단을 야기하고, 그 결과, 변형에 의한 밴드 빠짐이나, 밴드 빠짐이나 파단에 의한 핀 부재(24)의 빠짐이 발생한다. 보다 구체적으로 설명하면, 빠진 핀 부재(24)가 엔진에 물려 들어가 엔진의 파손으로 연결될 우려도 있다. 그 때문에 부품의 신뢰성의 확보의 점에서 응력 집중은 피하고 싶다.
따라서, 본 실시 형태는, 이 점을 개선하기 위해서, 핀 부재(24)의 단부를 구면 형상으로 형성하고, 당해 구면부(68)에 의해, 응력 집중의 요인으로 되어 있는 핀 부재(24)의 코너부를 없애고, 밴드 부재(66)의 내면에 응력이 집중되는 것을 피하였다. 이렇게 하면, 응력 집중에 의해 밴드 부재(66)이 파단될 우려가 회피되어, 동 파단이 초래하는 핀 부재(24)의 빠짐을 미연에 막을 수 있어, 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제5 실시 형태를 도시한다.
본 실시 형태는, 제3 실시 형태나 제4 실시 형태의 변형예로서, 고정구로서 밴드 부재를 사용한 것이 아니고, 예를 들어 와이어 부재를 C자형으로 성형한 스냅 부재(67)를 사용하고, 동 스냅 부재(67)를 보스부(22b)의 외주부에 끼우는 것에 의해, 핀 부재(24)가 빠지는 것을 규제하도록 한 것이다. 이와 같이 하여도 제3 실시 형태와 마찬가지의 효과를 갖는다.
다음에, 도 12 내지 13을 사용하여, 본 발명의 제6 실시 형태를 설명한다.
도 12 및 13에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 이중 샤프트(17)의 양단부에, 제1 캠 위상 가변 기구(70) 및 제2 캠 위상 가변 기구(71)가 설치되어 있다. 제1 캠 위상 가변 기구(70)는 이중 샤프트(17)의 전단부에 설치되어 있다. 상세하게는, 제1 캠 위상 가변 기구(70)의 하우징(70a)에 타이밍 스프로킷(39)이 고정되어 있는 것과 동시에, 제1 캠 위상 가변 기구(70)의 베인 로터(70b)에 아우터 캠 샤프트(17a)가 고정되어 있다.
제2 캠 위상 가변 기구(71)는, 이중 샤프트(17)의 후단부에 설치되어 있다. 상세하게는, 제2 캠 위상 가변 기구(71)의 하우징(71a)에 아우터 캠 샤프트(17a)가 고정되어 있는 동시에, 제2 캠 위상 가변 기구(71)의 베인 로터(7lb)에 이너 캠 샤프트(17b)가 고정되어 있다.
따라서, 제1 캠 위상 가변 기구(70)는, 타이밍 스프로킷(39)에 대한 아우터 캠 샤프트(17a)의 회전각을 가변시키는 기능을 갖는 한편, 제2 캠 위상 가변 기구(71)는, 아우터 캠 샤프트(17a)에 대한 이너 캠 샤프트(17b)의 회전각을 가변 시키는 기능을 갖는다. 즉, 제1 캠 위상 가변 기구(70)는, 배기 밸브의 개폐 시기에 대하여 흡기 밸브(10) 전체의 개폐 시기를 가변시키는 기능을 갖는 동시에, 제2 캠 위상 가변 기구(71)는, 제1 실시 형태에 있어서의 캠 위상 가변 기구(25)와 마찬가지로, 한 쌍의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기의 차를 가변시키는 스플릿 가변 기능을 갖는다.
실린더 헤드(2)에는, 제1 캠 위상 가변 기구(70)에의 작동유의 흡입 배기를 제어하는 제1 오일 컨트롤 밸브(72)와, 아우터 캠 샤프트(17a)의 실제 회전각을 검출하는 제1 캠 센서(73)(검출 수단)가 고정되어 있다. 또한, 실린더 헤드(2)의 후방부에는, 제2 캠 위상 가변 기구(71)의 하반부를 수용하는 커버(74)가 고정되어 있고, 이 커버(74)에는, 제2 캠 위상 가변 기구(71)에의 작동유의 흡입 배기를 제어하는 제2 오일 컨트롤 밸브(75)와, 제2 캠 위상 가변 기구(71)의 베인 로터(7lb)의 회전각을 검출하는 제2 캠 센서(76)가 고정되어 있다.
제1 오일 컨트롤 밸브(72) 및 제2 오일 컨트롤 밸브(75)는, 유압 공급부(45)[예를 들어 엔진(1)의 실린더 블럭에 고정된 오일 펌프]로부터 작동유가 공급되는 구조로 되어 있다.
제1 오일 컨트롤 밸브(72)로부터 제1 캠 위상 가변 기구(70)로는, 실린더 헤드(2)에 형성된 유로(81), 및 캠 피스(82)에 형성된 유로(83)를 통하여 작동유가 공급된다. 캠 피스(82)는, 베어링부(18a)에 지지되는 아우터 캠 샤프트(17a)의 전단부의 부위이며, 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 베어링부(18a)에는, 그 내주면에 원 환상으로 오일 홈(84)이 형성되어 있고, 이 오일 홈(84)에 면해서 캠 피스(82)의 외주면에 유로(83)가 개방되어 있다. 이에 의해, 상대적으로 회전하는 베어링부(18a)와 캠 피스(82)의 사이에서, 항상 유로(81)와 유로(83)가 연통된 구조로 되어 있다. 또한, 제1 오일 컨트롤 밸브(72)의 드레인은, 실린더 헤드(2)의 캠실 및 체인 케이스 내로 배출된다. 또한, 유압 공급부(45)로부터 공급된 오일은, 실린더 헤드(2)에 형성된 유로(89), 베어링부(18a)의 내주면에 설치된 오일 홈(85), 및 캠 피스(82)에 설치된 유로(86)를 통하여, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 사이의 공간(87)으로 배출된다. 이 공간(87)으로 배기된 오일은, 유로(88)나 긴 구멍(26)을 통하여 베어링부(18b)나 캠 로브(22)의 내주면의 미끄럼 이동부에 윤활유로서 공급된다.
제2 오일 컨트롤 밸브(75)로부터 제2 캠 위상 가변 기구(71)로는, 실린더 헤드(2)에 형성된 유로(90), 및 캠 피스(91)에 형성된 유로(92)을 통하여 작동유가 공급된다. 캠 피스(91)는, 베어링부(18c)에 지지되는 아우터 캠 샤프트(17b)의 후단부의 부위이며, 통 형상으로 형성되어 있다. 베어링부(18c)에는, 그 내주면에 원 환상으로 오일 홈(93)이 형성되어 있고, 이 오일 홈(93)에 면하여, 캠 피스(91)의 외주면에 유로(92)가 개방되어 있다. 이에 의해, 상대적으로 회전하는 베어링부(18c)와 캠 피스(91)의 사이에서 항상 유로(90)와 유로(92)가 연통된 구조로 되어 있다.
제1 캠 센서(73)는, 최후방부의 베어링부(18c)에 근접하여, 그 전방측에 배치되어 있다. 캠 피스(91)의 전단부는, 베어링부(18c)보다 전방으로 돌출되어 있고, 그 전단부가 직경 방향 외측으로 연장하여 제1 캠 센서(73)의 센서용 타깃(100)(피검출체)이 설치되어 있다. 제1 캠 센서(73)는, 아우터 캠 샤프트(17a)의 회전에 수반하는 센서용 타깃(100)의 통과 타이밍을 검출함으로써, 아우터 캠 샤프트(17a)의 실제 회전각을 검출한다.
제2 캠 센서(76)는, 제2 캠 위상 가변 기구(71)의 베인 로터(7lb)에 고정되어 있는 센서용 타깃(101)이 검출면의 앞을 통과하도록 배치되어 있고, 이너 캠 샤프트(17b)의 회전에 수반하는 센서용 타깃(101)의 통과 타이밍을 검출함으로써, 이너 캠 샤프트(17b)의 실제 회전각을 검출한다. 센서용 타깃(101)은, 제2 캠 위상 가변 기구(71)의 후방면을 덮는 원판 형상의 부재이며, 그 테두리부의 일부가 돌출해서 제2 캠 센서(76)의 검출면에 상대(相對)하도록 형성되어 있다.
엔진 컨트롤 유닛(110)은, 엔진(1)의 운전 상태(토크, 회전 속도 등)를 입력함과 동시에 제1 캠 센서(73) 및 제2 캠 센서(76)의 검출값을 입력하고, 제1 오일 컨트롤 밸브(72) 및 제2 오일 컨트롤 밸브(75)를 제어한다. 상세하게는, 엔진 컨트롤 유닛(110)은, 엔진(1)의 운전 상태에 기초하여, 한 쌍의 흡기 밸브(10) 전체의 위상에 대응하는 아우터 캠 샤프트(17a)의 회전각의 목표값과, 한 쌍의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기의 위상차에 상당하는 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 실제 회전 각도차의 목표값을 연산한다. 또한, 엔진 컨트롤 유닛(110)은, 제1 캠 센서(73)에 의해 입력한 아우터 캠 샤프트(17a)의 실제 회전각과 제2 캠 센서(76)에 의해 입력한 이너 캠 샤프트(17b)의 실제 회전각과의 차에 의해, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 실제 회전 각도차를 구한다. 그리고, 엔진 컨트롤 유닛(110)은, 제1 캠 센서(73)에 의해 입력한 아우터 캠 샤프트(17a)의 실제 회전각이 목표값에 일치하도록, 제1 오일 컨트롤 밸브(72)를 제어해서 제1 캠 위상 가변 기구(70)를 작동 제어함과 동시에, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 실제 회전 각도차가 목표값에 일치하도록 제2 오일 컨트롤 밸브(75)를 제어해서 제2 캠 위상 가변 기구(71)를 작동 제어한다.
즉, 한 쌍의 흡기 밸브(10) 전체의 위상은, 제1 캠 위상 가변 기구(70)에 의해 가변 제어되고, 제1 캠 센서(73)에 의해 검출되는 아우터 캠 샤프트(17a)의 회전각에 의해 실제의 위상이 확인된다. 한 쌍의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기의 위상차는, 제2 캠 위상 가변 기구(71)에 의해 가변 제어되고, 제1 캠 센서(73) 및 제2 캠 센서(76)에 의해 검출되는 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)의 회전각차에 의해 실제의 위상차가 확인된다.
특히 본 실시 형태에서는, 캠 로브(22)의 보스부(22b)가 후방으로 연장됨과 동시에, 핀 부재(24)(24a 내지 24c)가, 대응하는 캠 로브(22)에 의해 구동되는 흡기 밸브(10)의 태핏(9)보다 완전 후방에 위치하도록 구성되어 있다.
또한, 복수의 캠 로브(22) 중, 최후방부의 캠 로브(22)의 후단부는, 캠 피스(91)의 근방까지 후방으로 연장되어 있어, 캠 피스(91)의 전단부에는, 최후방부의 캠 로브(22)의 보스부(22b)의 후단부를 덮는 돌출부(120)가 설치되어 있다. 돌출부(120)는, 핀 부재(24c)의 양단부면에 대하여 그의 적어도 일부를 각각 덮도록 전방으로 돌출되어 있고, 상세하게는, 돌출부(120)는 원환 형상으로 전방으로 돌출된 형상이며, 그 내경이 보스부(22a)의 외경보다 약간 크게 설정되어 있다. 그리고, 이 돌출부(120)에 의해 형성된 오목부에 핀 부재(24)의 적어도 일부를 포함하는 보스부(22a)의 후단부를 덮도록 배치되어 있다.
이상과 같이, 핀 부재(24)의 양단부에 면하여, 캠 피스(91)에 돌출부(120)를 설치하고 있으므로, 예를 들어 핀 부재(24c)가 외측으로 이동하려고 해도, 핀 부재(24c)의 단부면이 돌출부(120)에 간섭하여, 그 이상의 외측으로의 이동이 규제된다. 따라서, 예를 들어, 밸브 리프트시의 교번 하중에 의해, 핀 부재(24c)가 빠져 나갔을 경우라도, 돌출부(120)에 의해 핀 부재(24c)의 빠짐이 방지되므로, 핀 부재(24)가 빠져 나가서 돌출된 것에 의해 실린더 헤드(2)나 태핏(9)과 간섭해서 파손시키는 것을 방지할 수 있다. 특히, 빠져 나가서 돌출된 핀 부재(24)가 흡기 밸브(10)의 태핏(9) 등의 부품을 파손시켜서 흡기 밸브(10)를 개방 상태에서 이동 불능으로 해 버리는 것을 방지할 수 있고, 커넥팅 로드, 크랭크, 혹은 실린더 블럭 등의 주위의 부품의 파손을 확실하게 방지할 수 있다. 게다가, 핀 부재(24c)가 캠 구동력에 의해 파손된 경우라도, 돌출부(120)에 의해 핀 부재(24c)의 절손분이 탈락하지 않으므로, 탈락, 물려 들어감으로, 흡기 밸브(10)나 태핏(9)을 개방 상태에서 이동 불능으로 해 버리는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 제6 실시 형태에서는, 캠 피스(91)에 돌출부(120)를 설치함으로써, 핀 부재(24c)에 인접해서 배치된 다른 기능 부품인 캠 피스(91)를 이용하여 간단한 구조로, 핀 부재(24)의 빠짐 방지를 실현시킬 수 있다.
또한, 제6 실시 형태에서는, 3개의 캠 로브(22) 중 최후방부의 캠 로브(22)를 연결하는 핀 부재(24c)에 대하여 빠짐 방지가 이루어지고 있다. 이것은, 제6 실시 형태에서는, 이너 캠 샤프트(17b)의 후단부를 제2 캠 위상 가변 기구(71)가 회전 구동하는 구조이므로, 밸브 리프트시의 교번 하중에 의해 이너 캠 샤프트(17b)가 비틀림을 받는 횟수는 후방부쪽이 적산되기 때문에 많고, 게다가, 이너 캠 샤프트(17b)에 비틀림 공진이 발생하였을 경우도 제2 캠 위상 가변 기구(71)에 가까운 측으로 비틀림 응력이 작용하기 때문에 변형이 크고, 각 핀 부재(24a 내지 24c) 중 최후방부의 핀 부재(24c)가 빠지는, 또는, 파손될 가능성이 높기 때문이다. 따라서, 각 핀 부재(24a 내지 24c) 중 빠질 가능성이 높은 핀 부재(24c)에만 본 발명을 효과적으로 적용하고, 보다 간단한 구조로 충분히 빠짐 방지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 캠 피스(71)의 전단부에는, 돌출부(120)뿐만 아니라 센서용 타깃(100)이 일체로 되어서 설치되어 있으므로, 핀 부재(24)가 빠져서 돌출부(120)에 충돌하였을 때에, 캠 피스(91)의 돌출부(120)가 센서용 타깃(100)과 함께 변형되고, 제1 캠 센서(73)에서 출력 이상이 발생한다. 따라서, 이 제1 캠 센서(73)의 출력 이상에 의해 핀 부재(24)의 빠짐으로서 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 제6 실시 형태에서는, 핀 부재(24c)의 단부면과 돌출부(120)의 내측면에 약간의 간극이 설정되어져 있다. 이와 같이 하면, 핀 부재(24c)의 빠짐 방지의 효과를 확보하면서도, 돌출부(120)의 내경의 오차를 허용하여, 제작성을 향상시킬 수 있다. 또한, 핀 부재(24c)가 파손된 경우도 파편이 탈락하는 것이 방지된다.
또한, 핀 부재(24a 내지 24c)가, 흡기 밸브(10)의 태핏(9)보다 완전 후방에 위치하고 있으므로, 예를 들어 빠져 탈락했다고 해도, 태핏(9)에의 직접적인 충돌을 방지할 수 있고, 핀 부재(24a, 24b)에 있어서도 적어도 흡기 밸브(10)의 파손을 방지할 수 있다.
도 14는, 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 흡기측의 캠 샤프트(14)의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 15는, 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 흡기측의 캠 샤프트(14)의 후단부의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 16은, 본 발명의 제9 실시 형태에 관한 흡기측의 캠 샤프트(14)의 밸브 기구의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 제7 실시 형태에서는, 상기 제6 실시 형태와 비교하여, 이중 샤프트(17)의 후단부에는 캠 위상 가변 기구가 없고, 이중 샤프트(17)의 전단부에 설치된 캠 위상 가변 기구(125)가 스플릿 가변 기능을 갖는 액추에이터인 점이 상이하다.
상세하게는, 캠 위상 가변 기구(125)의 하우징(125a)에 타이밍 스프로킷(39)이 고정되어 있음과 동시에, 캠 위상 가변 기구(125)의 베인 로터(125b)에 아우터 캠 샤프트(17a)가 고정되어 있다. 따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 한 쌍의 흡기 밸브(10) 중 한쪽의 개폐 시기는 고정이며, 다른 쪽의 흡기 밸브(10)의 개폐 시기는 캠 위상 가변 기구(125)에 의해 가변된다.
이너 캠 샤프트(17b)의 후단부는 아우터 캠 샤프트(17a)의 후단부보다 약간 후방에 돌출되고, 이너 캠 샤프트(17b)의 후단부에는 센서용 타깃(126)(피검출체)이 볼트(127)에 의해 고정되어 있다. 센서용 타깃(126)은, 원판 형상의 부재이며, 그 외주면에 이너 캠 샤프트(17b)의 실제 회전각을 검출하는 캠 센서(128)(검출 수단)의 검출면이 배치된다. 캠 센서(128)에 의해 검출된 이너 캠 샤프트(17b)의 실제 회전각은, 캠 위상 가변 기구(125)의 작동 제어에 사용된다. 센서용 타깃(126)의 외주부는 전방에 플랜지 형상으로 돌출하는 돌출부(129)를 구비하고 있다. 그리고, 이 돌출부(129)는, 상기 제6 실시 형태에 있어서의 돌출부(120)와 같이, 최후방부의 캠 로브(22)를 연결하는 핀 부재(24c)의 양단부면의 적어도 일부를 각각 덮고, 핀 부재(24c)의 외측으로의 이동을 규제하도록 설치되어 있다.
따라서, 제7 실시 형태에서는, 이중 샤프트(17)의 후단부에 설치된 센서용 타깃(126)이 핀 부재(24c)의 빠짐 방지를 겸용하는 구조로 되어 있다. 이렇게 본 실시 형태에서는, 핀 부재(24c)에 인접해서 설치되어 있는 것 다른 기능 부품인 센서용 타깃(126)을 이용하여, 간단한 구조로 핀 부재(24c)의 빠짐 방지를 실현시킬 수 있다.
또한, 제7 실시 형태에서는, 제6 실시 형태와 마찬가지로 최후방부의 캠 로브(22)를 연결하는 핀 부재(24c)에 빠짐 방지가 실현되어 있지만, 이너 캠 샤프트(17b)의 후단부는 자유 단부로 되어 있어, 전단부를 캠 위상 가변 기구(125)가 회전시키는 구조로 되어 있다. 이러한 경우, 아우터 캠 샤프트(17a)와 이너 캠 샤프트(17b)가 거의 동등한 길이이며, 캠 위상 가변 기구(125)로부터 가장 먼 이너 캠 샤프트(17b)의 후단부는, 요동이 가장 커지므로, 이 요동의 크기에 의해 핀 부재(24c)가 빠질 가능성이 높아진다. 따라서, 각 핀 부재(24a 내지 24c) 중 빠질 가능성이 높은 핀 부재(24c)에 대해서만 효과적으로 빠짐 방지가 실현된다.
도 15에 도시한 바와 같이, 본원 발명의 제8 실시 형태는, 상기 제7 실시 형태에 대하여 센서용 타깃(130)(피검출체)의 형상이 다르다.
제8 실시 형태의 센서용 타깃(130)은, 이너 캠 샤프트(17b)에 고정되어 있는 것이 아니고, 캠 로브(22)에 고정되어 있다. 상세하게는, 센서용 타깃(130)은 이중 샤프트(17)의 후단부를 덮는 덮개 형상으로 형성되어 있고, 그 외주에 플랜지 형상으로 돌출부(131)가 설치되어 있다. 돌출부(131)는, 캠 로브(22)의 후단부가 간극 없게 끼워짐으로써, 센서용 타깃(130)이 고정된다. 이 경우, 돌출부(131)가 핀 부재(24c)의 양단부의 적어도 일부를 각각 덮도록 함으로써, 센서용 타깃(130)이 핀 부재(24c)의 빠짐 방지로 된다. 특히, 이 제8 실시 형태에서는, 볼트를 사용하지 않고 센서용 타깃(130)을 고정할 수 있으므로, 조립이 용이하게 된다.
도 16에 도시한 바와 같이, 본원 발명의 제9 실시 형태에서는, 전술한 제7 실시 형태와 마찬가지로, 이중 샤프트(17)의 전단부에 캠 위상 가변 기구(125)가 설치되고, 이너 캠 샤프트(17a)의 후단부가 자유 단부로 되어 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 캠 센서(128)가 이중 샤프트(17)의 전방측에 배치되고, 이것에 수반하여, 센서용 타깃(135)이 캠 위상 가변 기구(125)의 전방측에, 베인 로터(125b)와 이너 캠 샤프트(17b)를 체결하는 볼트에 의해 고정되어 있다.
또한, 아우터 캠 샤프트(17a)의 후단부는, 원판 형상의 마개(136)에 의해 폐쇄할 수 있어, 이너 캠 샤프트(17a)와 아우터 캠 샤프트(17b) 사이에 공급되는 윤활유의 유출이 방지된다.
본 실시 형태에서는, 각 기통에 있어서, 이너 캠 샤프트(17a)에 의해 구동되는 캠 로브(22)가 전방측에, 아우터 캠 샤프트(17b)에 고정된 기준 캠(20)이 후방측에 배치되어 있다. 그리고, 빠짐 방지의 대상이 되는 핀 부재는, 최전방부의 캠 로브(22)를 연결하는 핀 부재(24a)이다. 최전방부의 캠 로브(22)는, 보스부(22b)의 전단부가, 아우터 캠 샤프트(17a)의 전단부의 캠 피스(37)에 근접할 때까지 전방으로 연장하고 있다. 캠 피스(37)의 후단부에는, 캠 로브(22)의 보스부(22b)의 전단부를 덮도록 후방으로 돌출하는 돌출부(120)가 설치되어 있다. 돌출부(120)는, 제6 실시 형태와 마찬가지로, 핀 부재(24a)의 양단부면에 대해서 그의 적어도 일부를 각각 덮도록 구성되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 캠 피스(37)에 의해 핀 부재(24a)의 빠짐 방지가 가능해진다. 본 실시 형태에서는, 아우터 캠 샤프트(17a)에 대하여 이너 캠 샤프트(17b)가 짧고, 이너 캠 샤프트(17b)의 전단부를 캠 위상 가변 기구(125)에 의해 회전 구동하므로, 밸브 리프트시의 교번 하중에 의해 이너 캠 샤프트(17b)가 비틀림을 받는 횟수는, 캠 위상 가변 기구(125)에 가까운 이너 캠 샤프트(17b)의 전방부쪽이 적산되기 때문에 많아, 핀 부재(24a)가 빠질 가능성이 높다. 따라서, 각 핀 부재(24a 내지 24c) 중 이너 캠 샤프트(17b)의 전단부에 가장 가까운 핀 부재(24a)에 대하여 빠짐 방지가 실현되어 있다.
또한, 본 발명은 상술한 어느 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 가변해서 실시해도 상관없다. 예를 들어 상술한 제1, 2의 실시 형태에서는, 코킹 가공 가능한 핀 부재, 코킹 가공으로 형성된 대경부를 사용한 예를 들었지만, 이에 한하지 않고, 예를 들어 핀 부재에 리벳 부재를 사용하고, 동 리벳 부재에 코킹 가공을 실시하여 빠짐 방지부를 형성해도 되고, 요는 헐겁게 삽입되는 핀 형상 부재와 빠짐 방지부를 조합한 구조이면 상관없다.
또한, 상기 제6 내지 9 실시 형태에서는, 핀 부재(24)의 빠짐 방지를 행하는 돌출부(120, 129, 131)를, 캠 피스(37, 91) 또는 센서용 타깃(126, 130)에 설치하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 아우터 캠 샤프트(17a)의 외주에 설치한 조립용의 육각 너트와 같은, 빠짐 방지 대상이 되는 핀 부재에 근접해서 설치되어 있는 것 다른 기능 부품에 돌출부(120) 등을 설치해도 된다.
또한, 상기 제6 내지 제9 실시 형태에서는, 복수의 캠 로브(22) 중, 최전방부의 캠 로브(22)를 연결하는 핀 부재(24a), 또는 최후방부의 캠 로브(22)를 연결하는 핀 부재(24c)에 대하여 빠짐 방지를 실시하고 있지만, 최전방부 및 최후방부의 양쪽의 핀 부재(24a, 24c)에 빠짐 방지를 행해도 된다. 혹은, 양 외측 이외의 캠 로브(22)를 연결하는 핀 부재(24b)에 대하여도, 상기의 육각 너트와 같은 다른 기능 부재가 근접해 있으면, 핀 부재(24)의 양단부를 덮는 돌출부(120) 등을 설치해서 빠짐 방지를 행해도 된다.
또한 상술한 실시 형태는, 흡기측의 가변 밸브 장치에 본 발명을 적용하였지만, 이에 한하지 않고, 배기측에 가변 밸브 장치가 채용되어 있는 엔진이면, 배기측의 가변 밸브 장치에 본 발명을 적용해도 상관없다. 또한, 본 발명은, 3기통뿐만 아니라, 어느 것의 기통수의 엔진에서도 적용 가능하다.
14 : 흡기측의 캠 샤프트
15 : 가변 밸브 장치
17 : 2중 샤프트(샤프트 부재)
17a : 아우터 캠 샤프트
17b : 이너 캠 샤프트
20 : 기준 캠
21 : 접속 구조(접속 수단)
22 : 캠 로브(가동 캠)
22b : 보스부
24 : 핀 부재(핀 형상 부재)
50 : 빠짐 방지부(빠짐 방지 부재)
52, 53 : 관통 구멍
54 : 대경부
60 : 릴리프부
61 : 삼각 형상부
62 : 테이퍼면부
65 : 고정구(빠짐 방지부)
68 : 구면부
82, 91 : 캠 피스
100, 126, 130 : 센서용 타깃(피검출체)
120, 129, 131 : 돌출부(빠짐 방지부)

Claims (8)

  1. 파이프 부재로 형성된 아우터 캠 샤프트 내에 이너 캠 샤프트를 회전 가능하게 끼워 구성되고, 내연 기관의 크랭크 출력에 의해 구동 가능한 샤프트 부재와,
    상기 아우터 캠 샤프트의 외주부에 설치된 기준 캠 및 당해 아우터 캠 샤프트의 축심 주위로 회전 가능하게 설치된 가동 캠과,
    상기 아우터 캠 샤프트와 상기 이너 캠 샤프트의 상대 변위를 허용하면서 상기 가동 캠과 상기 이너 캠 샤프트를 접속하는 접속 수단을 갖고,
    상기 아우터 캠 샤프트와 상기 이너 캠 샤프트의 상대 변위에 의해, 상기 가동 캠의 위상이 상기 기준 캠을 기준으로 가변 가능해지도록 구성한 내연 기관의 가변 밸브 장치이며,
    상기 접속 수단은,
    상기 샤프트 부재의 직경 방향으로부터, 상기 가동 캠, 상기 아우터 캠 샤프트, 상기 이너 캠 샤프트를 관통하도록 헐겁게 삽입되고, 상기 샤프트간의 상대 변위를 상기 가동 캠에 전달하는 핀 형상 부재와,
    상기 핀 형상 부재의 빠짐을 규제하는 빠짐 방지부를 갖고 구성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 빠짐 방지부는, 상기 핀 형상 부재의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 핀 형상 부재는, 길이 치수가 상기 가동 캠, 상기 아우터 캠 샤프트 및 상기 이너 캠 샤프트를 관통하는 관통 구간보다 길게 설정되고,
    상기 빠짐 방지부는, 상기 핀 형상 부재의 단부에 설치된 상태 그대로, 상기 샤프트 부재의 직경 방향으로 변위 가능하게 배치되고,
    상기 빠짐 방지부와 동 빠짐 방지부와 접촉 분리하는 상기 관통 구간의 단부에는, 양자간에 하중이 가해지면, 상기 빠짐 방지부를 상기 관통 구간의 단부로부터 릴리프시키는 릴리프부가 형성되고,
    상기 빠짐 방지부가 상기 관통 구간의 단부로부터 릴리프함에 따라서, 상기 핀 형상 부재가 축 방향으로 변위하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 빠짐 방지부는, 상기 핀 형상 부재의 단부에 코킹 가공을 실시하여 이루어지고, 당해 코킹 가공시에 상기 핀 형상 부재의 단부에 형성되는 대경부인 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 빠짐 방지부는, 상기 가동 캠에 설치되고, 상기 핀 형상 부재가 그 축심 방향을 따라 당해 가동 캠의 외측으로 빠지는 것을 규제하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가동 캠은, 상기 아우터 캠 샤프트의 외주부에 회전 가능하게 끼워지는 통형의 보스부를 갖고,
    상기 핀 형상 부재는, 상기 보스부의 직경 방향에 대향하는 주위벽을 관통하고,
    상기 빠짐 방지부는, 상기 보스부의 외주부에 끼워지는 고정구로 구성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 고정구는 링 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 핀 형상 부재의 단부는, 구면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가변 밸브 장치.
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