KR20120089337A

KR20120089337A - 가변 밸브 타이밍 장치

Info

Publication number: KR20120089337A
Application number: KR1020127014926A
Authority: KR
Inventors: 마사오 사쿠라이
Original assignee: 마사오 사쿠라이
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-08-09
Also published as: US20120222513A1; JP2011117416A; WO2011070895A1; JP4505546B1; DE112010004706T5; CN102648336A

Abstract

본 발명은 장치 구조의 단순화 및 비용의 저렴화를 도모할 수 있는 동시에, 확실하고 또한 연속적으로 크랭크샤프트(crankshaft)에 대한 캠샤프트(camshaft)의 회전 위상을 변화시켜, 밸브의 개폐 타이밍뿐만아니라 개폐 시간도 변화시키는 것이 가능해지는 가변(可變) 밸브 타이밍 장치를 제공한다. 크랭크샤프트(11)로부터 회전 이동력을 전달하는 초동(初動) 기어(3) 및 캠샤프트(12)에 회전 이동력을 전달하는 후동(後動) 기어(4)를 각각 독립적으로 회전 가능하게 제1 축(2) 상에 배치하고, 상기 제1 축으로부터 이격(離隔)되어 평행한 제2 축(5) 상에 상기 초동 기어와 서로 맞물리는 제1 가변 기어(6) 및 상기 후동 기어와 서로 맞물리는 제2 가변 기어(7)를 일체로 회전 가능하게 배치하고, 상기 제2 축을 포지(抱持)하여 상기 제2 축을 상기 제1 축을 중심축으로 하여 회동(回動)시키는 조정 수단(8)을 설치하고, 또한 상기 제1 가변 기어의 이빨(teeth)수와 상기 제2 가변 기어의 이빨수가 상이하도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 밸브 타이밍 장치{VARIABLE VALVE TIMING DEVICE}

본 발명은, 예를 들면, 엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)에 대한 캠샤프트(camshaft)의 회전 위상을 변화시켜 흡기 밸브나 배기 밸브의 개폐 타이밍을 변화시키는 가변(可變) 밸브 타이밍 장치에 관한 것이다.

최근, 자동차의 엔진에 있어서, 흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩(overlap) 방지나 출력 향상 및 저연비를 실현하기 위해, 엔진의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시켜, 상기 캠샤프트의 캠에 의해 작동하는 흡기 밸브나 배기 밸브의 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치를 설치한 것이 많이 채용되고 있다.

종래의 이 종류의 가변 밸브 타이밍 장치로서, 엔진의 크랭크샤프트의 회전 이동력이 전달되는 아우터(outer) 기어와, 캠샤프트에 회전 이동력을 전달하는 이너(inner) 기어와, 상기 아우터 기어와 상기 이너 기어와의 사이에 배치되어 양자에 서로 맞물린 상태로 상기 이너 기어의 주위를 선회(旋回)하는 유성(遊星) 기어와, 상기 유성 기어의 선회 속도를 변화시키는 구동원인 모터를 구비하는 구성의 가변 밸브 타이밍 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 그리고, 실제의 사용에 있어서는, 상기 유성 기어가 상기 아우터 기어와 상기 이너 기어에 서로 맞물린 상태로 상기 이너 기어의 주위를 선회하고, 상기 아우터 기어의 회전 이동력을 상기 이너 기어에 전달하고, 또한 모터를 사용하여 유성 기어의 선회 속도를 변화시킴으로써, 아우터 기어에 대한 이너 기어의 회전 위상을 변화시켜, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시키게 된다.

일본공개특허 제2008―267174호 공보

그러나, 종래의 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서는, 모터로 유성 기어의 선회 속도를 변화시키면, 용이하게 아우터 기어에 대한 이너 기어의 회전 위상을 변화시키는 장점을 가지는 것이지만, 반면, 아우터 기어에 대한 이너 기어의 회전 위상을 적절히 변화시키는 데는, 구동원인 모터의 통전 제어 수단이나 회전 검출 수단 등이 필요해지므로, 장치의 구조가 스스로 복잡하게 되고, 또한 비용이 상승하게 될 우려가 있다.

본 발명은, 이러한 종래의 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서의 문제점을 유효하게 해결하기 위해 고안된 것이며, 엔진의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시켜, 상기 캠샤프트의 캠에 의해 작동하는 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 한쪽의 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치로서, 크랭크샤프트로부터 회전 이동력을 전달하는 초동(初動) 기어 및 캠샤프트에 회전 이동력을 전달하는 후동(後動) 기어를 각각 독립적으로 회전 가능하게 제1 축 상에 배치하고, 상기 제1 축으로부터 이격(離隔)되어 평행한 제2 축 상에 상기 초동 기어와 서로 맞물리는 제1 가변 기어 및 상기 후동 기어와 서로 맞물리는 제2 가변 기어를 일체로 회전 가능하게 배치하고, 상기 제1 가변 기어의 이빨(teeth)수와 제2 가변 기어의 이빨수가 상이하도록 설정하고, 상기 제2 축을 포지(抱持)하여 상기 제2 축을 상기 제1 축을 중심축으로 하여 회동(回動)시키는 기어 케이스를 설치하고, 상기 기어 케이스의 연속 회동을 제어하는 회동 제어 수단을 설치하고, 상기 회동 제어 수단을 상기 기어 케이스 측면에 설치된 돌출판과 상기 돌출판에 서로 회동 가능하게 선단(先端)을 연결하는 암과 상기 암의 기단(基端)을 회동 가능하게 지지하고, 또한 크랭크샤프트와 동기하여 회전하는 편심판으로 구성하여, 상기 기어 케이스에 의해 상기 제2 축을 회동시켜 상기 제1·제2 가변 기어의 위치를 어긋나게 함으로써, 상기 초동 기어에 대한 상기 후동 기어의 회전 위상을 변화시키고, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시키는 동시에, 상기 회동 제어 수단의 편심판의 회전에 의해 암의 기단을 변위시켜 상기 기어 케이스를 시계 회전 방향 또는 반시계 회전 방향으로 연속하여 회동시킴으로써, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 있어서는, 크랭크샤프트로부터 회전 이동력을 전달하는 초동 기어로부터 캠샤프트에 회전 이동력을 전달하는 후동 기어로 회전 이동력이 전달되는 과정에 있어서, 이빨수가 상이한 제1·제2 가변 기어, 이른바 차동(差動) 기어를 일체로 회전 가능하게 개재(介在)시켜, 상기 제1·제2 가변 기어의 위치를 기어 케이스에 의해 어긋나게 하는 것만으로, 용이하게 초동 기어에 대한 후동 기어의 회전 위상을 변화시키는 것이 가능해진다. 그러므로, 장치에 복잡한 제어 수단을 필요로 하지 않으므로, 장치 구조의 단순화 및 비용의 저렴화를 도모하는 것이 가능해지는 동시에, 확실하게 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시키는 것이 가능해져, 확실한 밸브의 개폐 타이밍의 변화를 보장할 수 있게 된다.

또한, 기어 케이스를 회동시키는 만으로, 용이하게 제1·제2 가변 기어의 위치를 어긋나게 하여, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시킬 수 있으므로, 기어 케이스를 연속적으로 회동시키면, 상기 회전 위상을 연속적으로 변화시키는 것이 가능해져, 그 결과, 밸브의 개폐 타이밍뿐아니라, 개폐 시간도 변화시키는 것이 가능해진다.

도 1의 (A)는 실시예 1에 관한 가변 밸브 타이밍 장치를 엔진에 장착한 상태를 나타낸 정면도, (B)는 (A)의 A―A선 일부 단면도이다.
도 2는 기어 케이스를 회동시킨 경우의 밸브 동작의 위상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 제1 가변 기어와 제2 가변 기어의 이빨수의 차이의 대소에 의한 밸브 동작의 위상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 관한 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서의 기어 케이스의 회동 제어 수단의 제1 예를 나타낸 설명도이다.
도 5는 실시예 1에 관한 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서의 기어 케이스의 회동 제어 수단의 제2 예를 나타낸 설명도이다.
도 6은 실시예 1에 관한 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서의 기어 케이스의 회동 제어 수단의 제3 예를 나타낸 설명도이다.
도 7은 실시예 1에 관한 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서의 기어 케이스의 회동 제어 수단의 제4 예를 나타낸 설명도이다.
도 8의 (A)는 실시예 1에 관한 가변 밸브 타이밍 장치에 있어서의 기어 케이스의 회동 제어 수단의 제５예를 나타낸 설명도, (B)는 (A)의 암 기단(基端)의 지지 위치를 나타낸 설명도이다.
도 9는 도 8에서의 암 기단의 지지 위치의 편심 방향을 변화시킨 경우의 밸브 동작의 위상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 8에서의 암 기단의 지지 위치의 편심 거리를 변화시킨 경우의 밸브 동작의 위상 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11의 (A)는 실시예 2에 관한 가변 밸브 타이밍 장치를 엔진에 장착한 상태를 나타낸 정면도, (B)는 (A)의 A―A선 일부 단면도이다.

본 발명은, 엔진의 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시켜, 상기 캠샤프트의 캠에 의해 작동하는 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 한쪽의 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치로서, 크랭크샤프트로부터 회전 이동력을 전달하는 초동 기어 및 캠샤프트에 회전 이동력을 전달하는 후동 기어를 각각 독립적으로 회전 가능하게 제1 축 상에 배치하고, 상기 제1 축으로부터 이격되어 평행한 제2 축 상에 상기 초동 기어와 서로 맞물리는 제1 가변 기어 및 상기 후동 기어와 서로 맞물리는 제2 가변 기어를 일체로 회전 가능하게 배치하고, 상기 제2 축을 포지하여 상기 제2 축을 상기 제1 축을 중심축으로 하여 회동시키는 조정 수단을 설치하고, 또한 상기 제1 가변 기어의 이빨수와 상기 제2 가변 기어의 이빨수가 상이하도록 설정하고, 상기 조정 수단에 의해 상기 제2 축을 회동시켜 상기 제1·제2 가변 기어의 위치를 어긋나게 함으로써, 상기 초동 기어에 대한 상기 후동 기어의 회전 위상을 변화시켜, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시키는 관계로, 장치에 복잡한 제어 수단을 필요로 하지 않으므로, 장치 구조의 단순화 및 비용의 저렴화가 도모되고, 또한 확실하게 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시키는 것이 가능해진다.

[실시예 1]

이하, 본 발명을 도시한 바람직한 실시예에 기초하여 상세히 설명하면, 실시예 1에 관한 가변 밸브 타이밍 장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 캠샤프트(12)를 연장한 제1 축(2)과, 상기 제1 축(2) 상에 공전(空轉) 가능하게 배치되는 초동 기어(3)와, 상기 제1 축(2) 상에 고정되어 배치되는 후동 기어(4)와, 상기 제1 축(2)과 이격되어 평행한 제2 축(5)과, 상기 제2 축(5) 상에 일체로 회전 가능하게 배치되는 제1 가변 기어(6) 및 제2 가변 기어(7)와, 상기 제1 축(2)에 회동 가능하게 지지되는 조정 수단인 기어 케이스(8)를 구비하고, 상기 기어 케이스(8)는, 상기 제2 축(5)을 포지하고, 또한 상기 초동 기어(3)·후동 기어(4)·제1 가변 기어(6) 및 제2 가변 기어(7)를 내부에 수납하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 본 실시예에 있어서는, 캠샤프트(12) 측의 타이밍 풀리(9b)와 상기 초동 기어(3)를 일체로 성형하고, 크랭크샤프트(11)의 회전 이동력이 상기 크랭크샤프트(11) 측의 타이밍 풀리(9a)로부터 타이밍 벨트(10)를 통하여 타이밍 풀리(9b)에 전달되면, 동시에 초동 기어(3)에도 상기 회전 이동력이 전달되는 구성으로 되어 있다.

그리고, 본 발명에서 특별히 중요한 것은, 상기 제1 가변 기어(6)의 이빨수와 상기 제2 가변 기어(7)의 이빨수를 상이하도록 설정하는 점에 있고, 본 실시예의 경우에는, 제1 가변 기어(6)를 제2 가변 기어(7)보다 소경(小徑)으로 하여, 제1 가변 기어(6)의 이빨수 쪽이 제2 가변 기어(7)의 이빨수보다 적어지도록 설정하는 것으로 한다. 따라서, 제1 축(2)과 제2 축(5) 사이의 거리는 일정한 관계로, 초동 기어(3)를 후동 기어(4)보다 대경(大徑)으로 하게 된다.

또한, 상기 제1 가변 기어(6)와 상기 제2 가변 기어(7)를 일체로 회전 가능하게 하기 위해, 본 실시예에 있어서는, 양 기어(6, 7)를 일체로 성형하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 양 기어(6, 7)를 별개로 성형하고, 각 기어(6, 7)에 연결 수단을 설치하여, 양 기어(6, 7)를 일체로 연결하는 것도 실시할 수 있다.

따라서, 이러한 가변 밸브 타이밍 장치(1)에 있어서는, 기어 케이스(8)가 도 1의 (A) 중 θ1의 고정 기준 위치에 있는 경우에는, 먼저, 크랭크샤프트(11)의 회전 이동력이, 타이밍 풀리(9a) 및 타이밍 벨트(10)를 통하여 타이밍 풀리(9b)에 전달되고, 상기 타이밍 풀리(9b)와 일체로 성형되어 있는 초동 기어(3)에도 크랭크샤프트(11)의 회전 이동력이 전달되게 된다.

이어서, 상기 회전 이동력이, 초동 기어(3)와 서로 맞물리는 제1 가변 기어(6) 및 상기 제1 가변 기어(6)와 일체로 설치되는 제2 가변 기어(7)에 전달할 수 있어, 상기 제2 가변 기어(7)와 서로 맞물리는 후동 기어(4)에 전달되고, 최종적으로는, 상기 후동 기어(4)가 고정되어 있는 제1 축(2)을 통하여 캠샤프트(12)로 전달되게 된다.

여기서, 크랭크샤프트(11)와 캠샤프트(12)의 회전 비율에 대하여 설명하면, 캠샤프트(12)는, 그 캠(12a) 또는 캠(12b)에 의해 각각 흡기 밸브(배기 밸브)(13, 14)를 개폐 동작시키는 것이며, 통상, 4사이클 엔진의 경우에는, 크랭크샤프트(11)가 2회전하는 동안에, 캠샤프트(12)는 1회전하게 되므로, 크랭크샤프트(11)와 캠샤프트(12)의 회전 비율은, 2:1로 된다. 따라서, 제1 가변 기어(6)와 제2 가변 기어(7)의 이빨수가 상이한 것을 전제로 하여, 상기 회전 비율로 되도록 초동 기어(3) 및 후동 기어(4)의 이빨수를 설정하는 것으로 한다.

다음에, 기어 케이스(8)를 제1 축(2)을 중심축으로 하여 회동시킨 경우에 대하여 설명하면, 기어 케이스(8)를 제1 축(2)을 중심축으로 하여 도 1의 (A) 중의 반시계 회전 방향으로 θ2까지 Lθ만큼 회동시켰을 때는, 상기 기어 케이스(8)에 포지되어 있는 제2 축(5)도 같은 방향으로 회동하여, 제1 가변 기어(6) 및 제2 가변 기어(7)가 각각 초동 기어(3) 및 후동 기어(4)와 서로 맞물린 상태에서 위치가 어긋나게 되지만, 이 때, 초동 기어(3)에 대한 후동 기어(4)의 회전 위상이 진각(進角)하고, 크랭크샤프트(11)에 대한 캠샤프트(12)의 회전 위상도 진각하게 된다.

따라서, 캠샤프트(12)의 회전 위상이 진각하고, 캠샤프트(12)의 캠(12a) 또는 캠(12b)에 의해 작동하는 흡기 밸브(배기 밸브)(13, 14)의 밸브 동작의 위상도 진각하게 되어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기어 케이스(8)가 고정 기준 위치 θ1에 있는 경우의 밸브 동작의 위상과 비교하여, 기어 케이스(8)를 θ2까지 Lθ만큼 회동시켰을 때의 밸브 동작의 위상이 t1분만큼 진각하게 된다. 그리고, 상기 t1은, 기어 케이스(8)의 회동량 Lθ에 따라 변화하게 된다.

다른 한편, 기어 케이스(8)를 제1 축(2)을 중심축으로 하여 도 1의 (A) 중의 시계 회전 방향으로 θ3까지 Rθ만큼 회동시켰을 때는, 상기 기어 케이스(8)에 포지되어 있는 제2 축(5)도 같은 방향으로 회동하여, 제1 가변 기어(6) 및 제2 가변 기어(7)가 각각 초동 기어(3) 및 후동 기어(4)와 서로 맞물린 상태에서 위치가 어긋나게 되지만, 이번에는, 초동 기어(3)에 대한 후동 기어(4)의 회전 위상이 지각(遲角)하고, 크랭크샤프트(11)에 대한 캠샤프트(12)의 회전 위상도 지각하게 된다.

따라서, 캠샤프트(12)의 회전 위상이 지각하고, 상기 캠샤프트(12)의 캠(12a) 또는 캠(12b)에 의해 작동하는 흡기 밸브(배기 밸브)(13, 14)의 밸브 동작의 위상도 지각하게 되어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기어 케이스(8)가 고정 기준 위치 θ1에 있는 경우의 밸브 동작의 위상과 비교하여, 기어 케이스(8)를 θ3까지 Rθ만큼 회동시켰을 때의 밸브 동작의 위상이 t2분만큼 지각하게 된다. 그리고, 이 경우에도, 상기 t2는, 기어 케이스(8)의 회동량 Rθ에 따라 변화하게 된다.

따라서, 기어 케이스(8)의 회동 방향에 따라 캠샤프트의 회전 위상을 진각시키거나 지각시키거나 하는 것을 가능하게 하고, 기어 케이스(8)의 회동량에 따라 캠샤프트의 회전 위상의 변화량을 조정하는 것이 가능해지지만, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 가변 기어(6)와 제2 가변 기어(7)의 이빨수의 차이의 대소에 따라서도 회전 위상의 변화량을 조정하는 것이 가능하며, 제1 가변 기어(6)와 제2 가변 기어(7)의 이빨수의 차이가 크면 클수록 회전 위상의 변화량도 커진다. 즉, 기어 케이스(8)를 도 1의 (A) 중의 반시계 회전 방향으로 θ2까지 Lθ만큼 회동시키는 경우에, 기어 케이스(8)의 회동량 Lθ가 같아도, 제1 가변 기어(6)와 제2 가변 기어(7)의 이빨수의 차이가 작은 경우의 밸브 동작의 위상차 t3보다 제1 가변 기어(6)와 제2 가변 기어(7)의 이빨수의 차이가 큰 경우의 밸브 동작의 위상차 t4쪽이 더욱 커지게 된다.

그리고, 본 실시예에 있어서는, 제1 가변 기어(6)를 제2 가변 기어(7)보다 소경으로 하고, 제1 가변 기어(6)의 이빨수를 제2 가변 기어(7)의 이빨수보다 적게 설정하고, 그에 따라 초동 기어(3)를 후동 기어(4)보다 대경으로 하는 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 그 반대의 구성, 즉 제1 가변 기어(6)를 제2 가변 기어(7)보다 대경으로 하고, 상기 제1 가변 기어(6)의 이빨수를 제2 가변 기어(7)의 이빨수보다 많게 설정하고, 그에 따라 초동 기어(3)를 후동 기어(4)보다 소경으로 하는 것도 임의로 실시할 수 있다. 이 경우에는, 본 실시예의 경우와는 달리, 기어 케이스(8)를 도 1의 (A) 중의 반시계 회전 방향으로 회동시켰을 때는, 캠샤프트(12)의 회전 위상이 지각하고, 기어 케이스(8)를 도 1의 (A) 중의 시계 회전 방향으로 회동시켰을 때는, 캠샤프트(12)의 회전 위상이 진각하고, 또한 캠샤프트(12)에 회전 이동력을 전달하는 후동 기어(4)가 본 실시예의 경우와 비교하여 대경으로 되어 저회전하므로, 본 실시예의 경우보다 캠샤프트(12)의 회전 위상의 변화량이 작아지게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 있어서는, 크랭크샤프트(11)로부터 회전 이동력을 전달하는 초동 기어(3)로부터 캠샤프트(12)에 회전 이동력을 전달하는 후동 기어(4)로 회전 이동력이 전달되는 과정에 있어서, 이빨수가 상이한 제1·제2 가변 기어(6, 7), 이른바 차동 기어를 일체로 회전 가능하게 개재시켜, 상기 제1·제2 가변 기어(6, 7)의 위치를 기어 케이스(8)에 의해 어긋나게 하는 것만으로, 용이하게 초동 기어(3)에 대한 후동 기어(4)의 회전 위상을 변화시킬 수 있는 관계로, 장치에 복잡한 제어 수단을 필요로 하지 않으므로, 장치 구조의 단순화 및 비용의 저렴화를 도모하는 것이 가능해지는 동시에, 확실하게 크랭크샤프트(11)에 대한 캠샤프트(12)의 회전 위상을 변화시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 흡기 밸브(배기 밸브)(13, 14)의 개폐 타이밍을 확실하게 변화시켜, 흡기 밸브와 배기 밸브의 오버랩의 방지나 엔진의 출력 향상 및 저연비를 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 기어 케이스(8)를 회동시키는 것만으로, 용이하게 제1·제2 가변 기어(6, 7)의 위치를 어긋나게 하여, 크랭크샤프트(11)에 대한 캠샤프트(12)의 회전 위상을 변화시킬 수 있으므로, 기어 케이스(8)를 연속적으로 회동시키면, 상기 회전 위상의 연속적인 변화가 가능해지고, 그 결과, 후술하는 도 8 내지 도 10에 의한 설명에서 나타낸 바와 같이, 흡기 밸브(배기 밸브)(13, 14)의 개폐 타이밍뿐아니라, 개폐 시간도 변화시키는 것이 가능해진다.

여기서, 본 실시예에 관한 가변 밸브 타이밍 장치(1)의 기어 케이스(8)의 회동을 제어하는 수단의 예를 도 4 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 도 4는 기어 케이스(8)의 회동 제어 수단으로서, 기어 케이스(8) 상단에 설치된 돌출판(15)과, 상기 돌출판(15)을 엔진 프레임에 고정된 브래킷(16) 측으로 끌어들이는 당김용 스프링(draw spring)(17)과, 상기 브래킷(16)에 설치되는 기어 케이스(8)의 회동을 규제하는 스토퍼 볼트(18)와, 상기 돌출판(15)을 상기 당김용 스프링(17)의 탄성 가압력에 저항하여 끌어들이는 로드 또는 와이어(19)를 구비하고, 상기 로드 또는 와이어(19)가 액셀과 연동하여 당기는 동작 또는 느슨하게 하는 동작을 하는 구성의 회동 제어 수단을 나타내고 있다. 따라서, 도 4의 예의 경우에는, 액셀과 연동하는 로드 또는 와이어(19)와 당김용 스프링(17)에 의해 기어 케이스(8)를 도면 중 시계 회전 방향 또는 반시계 회전 방향으로 회동시키는 것이 가능해진다.

또한, 도 5는 기어 케이스(8)의 회동 제어 수단으로서, 기어 케이스(8) 상단에 설치되는 반원형의 웜 휠(worm wheel)(20)과, 상기 웜 휠(20)과 서로 맞물리는 웜(21)과, 상기 웜(21)의 제어용 모터(22)를 구비하고, 상기 제어용 모터(22)에 의해 웜 휠(20)과 서로 맞물린 웜(21)의 회전 방향을 조정함으로써, 기어 케이스(8)를 도면 중 시계 회전 방향 또는 반시계 회전 방향으로 회동시키는 구성의 회동 제어 수단을 나타내고 있다.

또한, 도 6은 기어 케이스(8)의 회동 제어 수단으로서, 기어 케이스(8) 상단에 설치된 돌출판(15)과, 상기 돌출판(15)과 서로 회동 가능하게 연결되는 암(23)과, 상기 암(23)의 제어용 액츄에이터(24)를 구비하고, 상기 제어용 액츄에이터(24)와 상기 암(23)을 신축시킴으로써, 기어 케이스(8)를 도면 중 시계 회전 방향 또는 반시계 회전 방향으로 회동시키는 구성의 회동 제어 수단을 나타내고 있다.

또한, 도 7은 흡기 밸브측 또는 배기 밸브측의 각각의 캠샤프트(12) 측에 가변 밸브 타이밍 장치(1)를 장착하고, 상기 각 가변 밸브 타이밍 장치(1)에 도 4에 나타낸 기어 케이스(8)의 회동 제어 수단을 채용하는 예를 나타내고 있다. 이 예의 경우에는, 각각의 회동 수단에 측정 게이지(25)를 설치하여, 상기 측정 게이지(25)에 의한 측정 결과에 따라 흡기 밸브측 또는 배기 밸브측의 각각의 캠샤프트(12)의 회전 위상을 변화시키는 것이 가능해지고, 특히, 흡기 밸브 또는 배기 밸브의 개폐 타이밍의 변화에 의한 출력 특성·연료 소비량·배기 가스 측정 등을 행하는 시험 장치로서 사용하는 경우에 유효하게 된다.

마지막으로, 도 8의 (A)는 , 기어 케이스(8)를 연속적으로 회동시키는 경우의 회동 제어 수단으로서, 기어 케이스(8) 측면에 설치된 돌출판(15)과, 상기 돌출판(15)에 서로 회동 가능하게 선단을 연결하는 암(23)과, 상기 암(23)의 기단을 회동 가능하게 지지하고, 또한 타이밍 풀리(9a)와 동기하여 회전하는 편심판(27)을 구비하고, 상기 편심판(27)의 회전에 의해 상기 암(23)의 기단을 변위시켜 기어 케이스(8)를 연속적으로 반시계 회전 방향 또는 시계 회전 방향으로 회동시키는 구성의 회동 제어 수단을 나타내고 있다. 그리고, 도 8의 (B)는, 기어 케이스(8)가 고정 기준 위치 θ1에 있어서의 암(23)의 기단의 지지 위치를 나타내고 있다.

따라서, 이 회동 제어 수단에 있어서는, 기어 케이스(8)를 연속적으로 회동시킬 수 있어, 기어 케이스(8)가 고정 기준 위치 θ1에 있어서의 상기 암(23)의 기단의 지지 위치를 도 8의 (B)에 나타낸 각 위치로 조정 가능하게 하면, 도 9·도 10에 나타낸 바와 같이, 조정한 위치에 따라 각각 상이한 밸브 동작의 위상을 나타내게 된다.

예를 들면, 기어 케이스(8)가 고정 기준 위치 θ1에 있어서의 상기 암(23)의 기단의 지지 위치를 P2의 위치로 조정하면, 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기어 케이스(8)를 고정 기준 위치 θ1에서 θ2까지 일단 반시계 회전 방향으로 Lθ만큼 회동시킨 후에, 시계 회전 방향으로 크게 회동시켜 θ3까지 Lθ＋Rθ만큼 회동시키고, 이어서, 반시계 회전 방향으로 회동하여 고정 기준 위치 θ1까지 되돌리도록 회동시키는 일련의 회동 동작을 연속적으로 행하는 것이 가능해진다.

그러므로, 이 경우의 밸브 동작의 위상은, 통상 시의 밸브 동작의 위상인 도 9의 P0 그래프의 경우와 비교하여, 상기 P2 그래프에 나타낸 바와 같이 변화되므로, 밸브 동작 시간을 통상 시의 밸브 동작 시간과 비교하여 짧게 하는 것이 가능해진다.

따라서, 본 예에 있어서는, 밸브의 개폐 타이밍을 변화시킬뿐아니라, 밸브 동작 시간도 변화시킬 수 있으므로, 특히, 밸브의 개폐 시간의 조정이 필요한 경우에 유효하게 된다.

[실시예 2]

실시예 2에서의 가변 밸브 타이밍 장치(1)는, 상기 실시예 1과는 상이하고, 크랭크샤프트(11) 측에 장착하는 것이며, 상기 가변 밸브 타이밍 장치(1)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 크랭크샤프트(11)의 주변으로 돌출된 제1 축(2)과, 상기 제1 축(2) 상에 공전 가능하게 배치되는 초동 기어(3)와, 상기 제1 축(2) 상에 공전 가능하게 배치되는 후동 기어(4)와, 상기 제1 축(2)과 이격되어 평행한 제2 축(5)과, 상기 제2 축(5) 상에 일체로 회전 가능하게 배치되는 제1 가변 기어(6) 및 제2 가변 기어(7)와, 상기 제1 축(2)에 회동 가능하게 지지되는 조정 수단인 기어 케이스(8)를 구비하고, 상기 기어 케이스(8)는, 상기 제2 축(5)을 포지하고, 또한 상기 초동 기어(3)·후동 기어(4)·제1 가변 기어(6) 및 제2 가변 기어(7)를 내부에 수납하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 실시예 1과 마찬가지로, 제1 가변 기어(6)를 제2 가변 기어(7)보다 소경으로 하고, 제1 가변 기어(6)의 이빨수 쪽이 제2 가변 기어(7)의 이빨수보다 적어지도록 설정하는 것으로 한다. 따라서, 실시예 1과 마찬가지로, 초동 기어(3)를 후동 기어(4)보다 대경으로 하게 된다.

그리고, 본 실시예에 있어서는, 크랭크샤프트(11) 측에 상기 크랭크샤프트(11)와 함께 회전하는 크랭크 기어(28)를 설치하고, 상기 크랭크 기어(28)와 초동 기어(3)가 서로 맞물려, 상기 초동 기어(3)에 크랭크샤프트(11)의 회전 이동력을 전달하는 한편, 후동 기어(4)와 타이밍 풀리(9a)를 일체로 성형하고, 상기 후동 기어(4)가 회전하면 타이밍 풀리(9a)도 동시에 회전하여, 타이밍 벨트(10) 및 캠샤프트(12) 측의 타이밍 풀리(9b)를 통하여, 회전 이동력을 캠샤프트(12)에 전달하는 구성으로 되어 있다.

따라서, 가변 밸브 타이밍 장치(1)의 장착 개소가 캠샤프트(12) 측으로부터 크랭크샤프트(11) 측으로 변경되는 관계로, 크랭크샤프트(11)로부터 초동 기어(3)에 회전 이동력이 전달되는 구성 및 후동 기어(4)로부터 캠샤프트(12)에 회전 이동력이 전달되는 구성이 상기 실시예 1과는 상이한 것으로 된다.

그리고, 가변 밸브 타이밍 장치(1) 자체의 작용 및 효과에 대해서는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 되므로, 여기서는, 작용 및 효과에 관한 설명을 생략하지만, 본 실시예에 있어서는, 캠샤프트(12) 측 주변에 가변 밸브 타이밍 장치(1)의 장착 공간을 구획할 수 없도록 한 경우에 특히 유효하게 된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명에 관한 가변 밸브 타이밍 장치는, 장치에 복잡한 제어 수단을 필요로 하지 않는 관계로, 장치 구조의 단순화 및 비용의 저렴화가 도모되고, 또한 확실하고 또한 연속적으로 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 회전 위상을 변화시켜, 밸브의 개폐 타이밍뿐만아니라 개폐 시간도 변화시키는 것이 가능해지므로, 이것을 출력 향상이나 저연비를 도모하는 자동차의 엔진에 이용하면, 대단히 바람직한 것으로 된다.

1: 가변 밸브 타이밍 장치
2: 제1 축
3: 초동 기어
4: 후동 기어
5: 제2 축
6: 제1 가변 기어
7: 제2 가변 기어
8: 기어 케이스(조정 수단)
9a: 타이밍 풀리(크랭크샤프트 측)
9b: 타이밍 풀리(캠샤프트 측)
10: 타이밍 벨트
11: 크랭크샤프트
12: 캠샤프트
12a: 캠
12b: 캠
13: 흡기 밸브(배기 밸브)
14: 흡기 밸브(배기 밸브)
15: 돌출판
16: 브래킷
17: 당김용 스프링
18: 스토퍼 볼트
19: 로드 또는 와이어
20: 웜 휠
21: 웜
22: 제어용 모터
23: 암
24: 제어용 액츄에이터
25: 측정 게이지
26: 엔진 본체
27: 편심판
28: 크랭크 기어
θ1: 고정 기준 위치
θ2: 반시계 회전 방향으로의 회동 위치
θ3: 시계 회전 방향으로의 회동 위치
Lθ: 반시계 회전 방향에 대한 회동량
Rθ: 시계 회전 방향에 대한 회동량
t1: 기어 케이스를 Lθ만큼 회동시켰을 때의 밸브 동작의 위상차
t2: 기어 케이스를 Rθ만큼 회동시켰을 때의 밸브 동작의 위상차
t3: 제1 가변 기어와 제2 가변 기어의 이빨수의 차이가 적은 경우의 밸브 동작의 위상차
t4: 제1 가변 기어와 제2 가변 기어의 이빨수의 차이가 큰 경우의 밸브 동작의 위상차
P0: 편심판의 중심 위치
P1: 제1 편심 위치
P2: 제2 편심 위치
P3: 제3 편심 위치
P4: 제4 편심 위치

Claims

엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)에 대한 캠샤프트(camshaft)의 회전 위상을 변화시켜, 상기 캠샤프트의 캠에 의해 작동하는 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 한쪽의 개폐 타이밍을 변화시키는 가변(可變) 밸브 타이밍 장치로서,
상기 크랭크샤프트로부터 회전 이동력을 전달하는 초동(初動) 기어 및 상기 캠샤프트에 회전 이동력을 전달하는 후동(後動) 기어를 각각 독립적으로 회전 가능하게 제1 축 상에 배치하고, 상기 제1 축으로부터 이격(離隔)되어 평행한 제2 축 상에 상기 초동 기어와 서로 맞물리는 제1 가변 기어 및 상기 후동 기어와 서로 맞물리는 제2 가변 기어를 일체로 회전 가능하게 배치하고, 상기 제1 가변 기어의 이빨(teeth)수와 상기 제2 가변 기어의 이빨수가 상이하도록 설정하고, 상기 제2 축을 포지(抱持)하여 상기 제2 축을 상기 제1 축을 중심축으로 하여 회동(回動)시키는 기어 케이스를 설치하고, 상기 기어 케이스의 연속 회동을 제어하는 회동 제어 수단을 설치하고, 상기 회동 제어 수단을 상기 기어 케이스 측면에 설치된 돌출판과, 상기 돌출판에 서로 회동 가능하게 선단(先端)을 연결하는 암과, 상기 암의 기단(基端)을 회동 가능하게 지지하고, 또한 크랭크샤프트와 동기하여 회전하는 편심판으로 구성하여, 상기 기어 케이스에 의해 상기 제2 축을 회동시켜 상기 제1·제2 가변 기어의 위치를 어긋나게 함으로써, 상기 초동 기어에 대한 상기 후동 기어의 회전 위상을 변화시켜, 상기 크랭크샤프트에 대한 상기 캠샤프트의 회전 위상을 변화시키는 동시에, 상기 회동 제어 수단의 편심판의 회전에 의해 암의 기단을 변위시켜 상기 기어 케이스를 시계 회전 방향 또는 반시계 회전 방향으로 연속하여 회동시킴으로써, 상기 크랭크샤프트에 대한 상기 캠샤프트의 회전 위상을 연속적으로 변화시키는, 가변 밸브 타이밍 장치.