KR20140123429A

KR20140123429A - 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치

Info

Publication number: KR20140123429A
Application number: KR1020140042525A
Authority: KR
Inventors: 마코토 나카무라
Original assignee: 히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-10-22
Also published as: KR101648620B1; JP2014206081A; JP6170711B2

Abstract

본 발명은, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 배기 밸브의 작동각과 피크 리프트 위상을 세밀하게 제어하여, 연소 상태나 연비의 향상을 도모하며, 배기 에미션의 저감화를 도모할 수 있는 가변 밸브 작동 장치를 제공한다.
1기통당 2개의 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 가지고, 배기 행정에서 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브를 밸브 개방시키는 회전 캠(5) 및 흡기 행정에서 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브를 밸브 개방시키는 요동 캠(7)과, 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 작동각을 연속적으로 가변 제어하는 배기 VEL(01)과, 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 피크 리프트 위상을 연속적으로 가변 제어하는 배기 VTC(02)를 구비하고, 상기 배기 VEL과 배기 VTC에 의해, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 작동각과 피크 리프트 위상을 세밀하게 제어하도록 되어 있다.

Description

내연 기관의 가변 밸브 작동 장치{VARIABLE VALVE DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 특히 배기 밸브의 밸브 리프트량이나 작동각의 특성을 기관 운전 상태에 따라 가변으로 할 수 있는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 종래의 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치로서는, 이하의 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다.

개략을 설명하면, 이 가변 밸브 작동 장치는, 부(副)배기 밸브 개방 행정에서의 배기 밸브 개방 특성(이하, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성이라고 칭함)이 큰 작동각(밸브 개방 기간)이 일정한 상태이며, 또한, 상사점에 가까운 빠른 밸브 개방 시기가 일정하게 되어 있고, 또한, 피크 리프트량을 기관 저부하 영역에서는 대(大)리프트량으로, 중부하 영역에서는 중(中)리프트량으로, 고부하 영역에서는 소(小)리프트량으로 각각 제어되고 있다.

이에 의해, 기관의 요구 토크(기관 부하)에 따라, 새로운 공기 흡입량과 연소 가스(배기 가스 또는 EGR 가스) 재도입량의 밸런스를 변화시켜, 예컨대 저부하 영역에서는, 연소 가스 재도입량을 증가시켜, 가솔린 엔진에서의 HCCI 연소(예혼합 압축 착화 연소)에 의한 연비 향상이나 NOx의 저감 효과 등을 도모하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성11-264319호 공보(도 13 등 참조)

그러나, 예컨대, 기관 온도가 높은 경우의 연소 상태에 대해서 고찰하면, 전술한 바와 같은 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성이 빠른 배기 밸브 개방 시기에 의해 흡입 행정의 초기부터 고온의 연소 가스를 실린더 내에 취입시키고, 또한 밸브 리프트량에 상관없이 배기 밸브의 작동각이 일정하며 크기 때문에, 하사점 직후까지 장기간에 걸쳐 연소 가스를 취입시킨다. 이 때문에, 새로운 흡기(새로운 공기)와 연소 가스가 균일적으로 혼합되어 실린더 내의 혼합 가스 전체가 고온으로 되어 버린다.

그래서, 연료를 분사하여, 가솔린 엔진과 같은 점화 플러그에 의한 착화나, 혹은 디젤 연소(경유 압축 착화) 또는 상기 가솔린 HCCI 연소와 같은 압축 착화를 행하여 연소를 시킨 경우에는, 극히 짧은 기간에 급속 이상 연소하게 될 가능성이 있다. 이에 의해, 소위 정상이 아닌 노킹이나 프리이그니션 등이 발생할 우려가 있고, 또한 급속 연소에 의해 연소 소음이 증대하거나, NOx 등의 배기 에미션을 증대시킨다고 하는 기술적 과제를 초래하고 있다.

본 발명은, 상기 종래의 가변 밸브 작동 장치의 기술적 과제를 감안하여 안출된 것으로서, 배기 상사점으로부터 흡기 하사점까지의 흡기 행정과, 흡기 하사점으로부터 압축 상사점까지의 압축 행정과, 압축 상사점으로부터 팽창 하사점까지의 팽창 행정과, 팽창 하사점으로부터 배기 상사점까지의 배기 행정으로 이루어지는 4 사이클 내연 기관에 적용되는 것으로서, 상기 흡기 행정에서 흡기 밸브를 밸브 개방시키는 흡기 캠과, 1기통당 한쌍의 배기 밸브 중 한쪽의 배기 밸브를 상기 배기 행정에서 밸브 개방시키는 배기 메인 리프트 캠 및 상기 1기통당 한쌍의 배기 밸브 중 다른쪽의 배기 밸브를 상기 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 배기 서브 리프트 캠과, 상기 배기 서브 리프트 캠에 의한 배기 밸브 작동각을, 연속적 혹은 다단계로 가변 제어하는 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구와, 상기 배기 서브 리프트 캠에 의한 배기 밸브 피크 리프트 위상을 연속적 혹은 다단계로 가변 제어하는 배기 서브 리프트 위상 가변 기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 배기 밸브의 작동각과 피크 리프트 위상 양쪽 모두를, 연속적 혹은 다단계로 세밀하게 제어하기 때문에, 실린더 내로의 연소 가스의 재도입 특성이 세밀하게 제어되어, 연소 상태나 연비가 향상되며, 배기 에미션의 저감화를 도모할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 있어서의 가변 밸브 작동 장치의 주요부를 분해하여 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 가변 밸브 작동 장치의 주요부 단면도이다.
도 3의 (A)는 본 실시형태에 제공되는 록커 아암의 평면도이며, (B)는 측면도이다.
도 4는 배기 서브 리프트 소작동각(소리프트) 제어 시의 단면도를 나타내는 것으로서, (A)는 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 밸브 폐쇄 시에 있어서의 도 2의 A-A선 단면도이며, (B)는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 5는 배기 서브 리프트 소작동각(소리프트) 제어 시의 단면도를 나타내는 것으로서, (A)는 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 밸브 개방 시에 있어서의 피크 리프트 위치에서의 도 2의 A-A선 단면도이며, (B)는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 6은 배기 서브 리프트 중간 작동각(중간 리프트) 제어 시의 단면도를 나타내는 것으로서, (A)는 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 밸브 폐쇄 시에 있어서의 도 2의 A-A선 단면도이며, (B)는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 7은 배기 서브 리프트 중간 작동각(중간 리프트) 제어 시의 단면도를 나타내는 것으로서, (A)는 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 밸브 개방 시에 있어서의 피크 리프트 위치에서의 도 2의 A-A선 단면도이며, (B)는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 8은 배기 서브 리프트 최대 작동각(최대 리프트) 제어 시의 단면도를 나타내는 것으로서, (A)는 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 밸브 폐쇄 시에 있어서의 도 2의 A-A선 단면도이며, (B)는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 9는 배기 서브 리프트 최대 작동각(최대 리프트) 제어 시의 단면도를 나타내는 것으로서, (A)는 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브의 밸브 개방 시에 있어서의 피크 리프트 위치에서의 도 2의 A-A선 단면도이며, (B)는 도 2의 B-B선 단면도이다.
도 10은 본 실시형태에 제공되는 배기 VTC를 나타내는 도 2의 C-C선 단면도로서, (A)는 최진각(最進角) 위치를 나타내며, (B)는 최지각(最遲角) 위치를 나타내고 있다.
도 11은 본 실시형태에 있어서의 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브와 흡기 밸브의 밸브 리프트 특성도로서, (A)는 시동 직후의 밸브 리프트 특성도이며, (B)는 난기 완료 후의 밸브 리프트 특성도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 가변 밸브 작동 장치의 주요부 단면도이다.
도 13은 본 실시형태의 배기 VEL에 의한 제1 배기 밸브의 작동 상태를 나타내는 것으로서, (A)는 최대 작동각(최대 리프트) 제어 중의 밸브 폐쇄 상태를 나타내며, (B)는 밸브 개방 상태의 피크 리프트 위치를 나타내고, (C)는 소작동각(소리프트) 제어 시의 밸브 개방 상태의 피크 리프트 위치를 나타내고 있다.
도 14는 본 실시형태에 제공되는 회전 캠의 위상 변환 작동 상태를 나타내는 것으로서, (A)는 중간 위상 위치, (B)는 최지각 위치, (C)는 최진각 위치를 나타내고 있다.
도 15는 본 실시형태에 있어서의 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브와 흡기 밸브의 밸브 리프트 특성도로서, (A)는 시동 직후의 밸브 리프트 특성도이며, (B)는 난기 완료 후의 밸브 리프트 특성도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브와 흡기 밸브의 밸브 리프트 특성도로서, (A)는 제1 기통(선행 기통)에서의 각 배기 밸브와 흡기 밸브의 밸브 리프트 특성도이며, (B)는 제2 기통(후속 기통)에서의 각 배기 밸브와 흡기 밸브의 밸브 리프트 특성도이다.

이하에, 본 발명에 따른 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치의 각 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 기술한다. 이 실시형태에서는, 배기 상사점으로부터 흡기 하사점까지의 흡기 행정과, 흡기 하사점으로부터 압축 상사점까지의 압축 행정과, 압축 상사점으로부터 팽창 하사점까지의 팽창 행정과, 팽창 하사점으로부터 배기 상사점까지의 배기 행정으로 이루어지는 4 사이클 다기통 내연 기관에서, 특히 배기측에 적용한 것을 나타내고 있다.

〔제1 실시형태〕

이 실시형태에 있어서의 가변 밸브 작동 장치는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드(1)에 도시 생략된 밸브 가이드를 통해 슬라이딩 가능하게 설치되고, 2개의 배기 포트를 개폐하는 1기통당 한쌍(2개)이 설치된 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)와, 기관 전후 방향으로 배치된 내부 중공형의 구동축(4)과, 각 배기 밸브(3a, 3b)의 상단부에 배치된 단일체의 스윙 기구(6)와, 상기 구동축(4)의 외주에 일체적으로 설치되며, 상기 스윙 기구(6)를 통해 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 개폐 작동시키는 배기 메인 리프트 캠인 회전 캠(5)과, 상기 구동축(4)의 외주에 회전 가능하게 지지되고 마찬가지로 상기 스윙 기구(6)를 통해 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 개폐 작동시키는 배기 서브 리프트 캠인 요동 캠(7)과, 상기 구동축(4)의 외주에 일체적으로 설치된 후술하는 구동 캠(13)과, 상기 구동 캠(13)과 상기 요동 캠(7) 사이를 연계하며, 상기 구동 캠(13)의 회전력을 요동 운동으로 변환하여 요동 캠(7)에 요동력으로 하여 전달하는 전달 기구(8)와, 상기 전달 기구(8)의 자세를 변화시켜 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 밸브 리프트량 및 작동각을 기관 운전 상태에 따라 연속적으로 가변 제어하는 제어 기구(9)와, 상기 구동축(4)의 일단부(전단부)에 설치되며, 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b) 양쪽의 배기 서브 리프트의 밸브 타이밍(피크 리프트 위상)을 가변 제어하는 배기 서브 리프트 위상 가변 기구로서의 밸브 타이밍 가변 기구(배기 VTC)(02)를 구비하고 있다.

〔배기 VEL의 구조〕

상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 작동각이란, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)가 밸브 개방하고 있는 기간을 말한다. 또한, 상기 요동 캠(7)과 전달 기구(8) 및 제어 기구(9)에 의해 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구로서의 배기 VEL(01)이 구성되고, 이들 배기 VEL(01) 구성 요소는 각 기통에 1 세트씩 설치되어 있다.

상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)는, 실린더 헤드(1)의 상단부 내에 형성된 대략 원통형의 보어의 바닥부와 밸브 스템 상단부의 스프링 리테이너 사이에 탄성 장착된 밸브 스프링(10a, 10b)에 의해 각 배기 포트의 각 개구단을 폐색하는 방향으로 압박되어 있다. 그리고, 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)는, 상기 배기 행정에서 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성으로 밸브 개방 작동하고, 상기 흡기 행정에서 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성으로 밸브 개방 작동하도록 설정되어 있다.

상기 구동축(4)은, 양단부나 축 방향의 소정 개소가, 실린더 헤드(1)의 상부에 형성되어 있고, 배기 VEL(01)의 구성 부재의 양측부에 배치된 1기통당 2개의 제1 베어링부, 제2 베이링부(11a, 11b)나, 단부측의 베어링부(11c)에 의해 회전 가능하게 축 지지되어 있다. 또한, 상기 구동축(4)은, 내부에 축 방향으로 유통로(油通路)가 형성되고, 상기 유통로를 통과한 윤활유를 상기 각 베어링부(11a∼11c) 등으로 공급하도록 되어 있다. 또한, 구동축(4)의 외주의 축 방향으로 소정 위치에 1기통당 1개의 상기 구동 캠(13)이 고정 혹은 일체 성형되어 있다.

이 구동축(4)은, 일단부에 설치된 타이밍 체인(또는, 타이밍 벨트)이 감겨진 상기 배기 VTC(02)를 통해 기관의 크랭크 샤프트로부터 회전력이 전달되며, 도 1의 시계 방향(화살표 방향)으로 회전하도록 되어 있다.

상기 구동 캠(13)은, 대략 원반형으로 형성되고, 외주면이 편심원인 캠 프로필로 형성되어 있으며, 축심(X)이 구동축(4)의 축심(Y)으로부터 직경 방향으로 소정량만큼 오프셋되어 있다.

상기 회전 캠(5)은, 도 1 및 도 2에도 나타내는 바와 같이, 상기 구동축(4)의 외주면에 일체로 성형된 것이며, 외주면(5a)이, 소위 난형(卵型) 캠면으로서 구성되어 있다. 그리고, 이 회전 캠(5)이 구동축(4)과 동기 회전함으로써, 외주면(5a)의 베이스 서클부와 캠 노우즈부(5b)에 의해 상기 스윙 기구(6)를 통해 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 개폐 작동하도록 되어 있다.

상기 스윙 기구(6)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 스윙 아암(30)과, 상기 제1 스윙 아암(30)의 축 방향 측부에 인접 배치된 제2 스윙 아암(31) 및 이들 양자를 연결하는 연결부에 의해 일체적으로 구성되어 있다. 이들 양 스윙 아암(30, 31)은, 일체로 작동하고, 각 기단부(30a, 31a)측이 1개의 록커 샤프트(32)에 요동 가능하게 지지되어 있으며, 동일한 방향으로 돌출된 각 선단부(30b, 31b)의 하면에 원형상의 오목부가 형성되고, 이 각 오목부 내에 감합된 원반형의 심(shim)(33a, 33b)을 통해 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 스템 엔드 상면에 각각 접촉하고 있다.

상기 제1 스윙 아암(30)은, 상기 회전 캠(5)과 상기 록커 샤프트(32)의 축 방향으로 동일한 위치에 배치되고, 상기 록커 샤프트(32)의 축 방향의 폭 범위의 대략 중앙에 상기 회전 캠(5)의 외주면(5a)에 구름 접촉하는 롤러(34)가 설치되어 있으며, 이 롤러(34)의 폭 방향의 대략 중앙에 상기 제1 배기 밸브(3a)의 밸브 스템의 축심이 배치되어 있다. 또한, 상기 롤러(34)는, 제1 스윙 아암(30)의 폭 방향 대략 중앙에 형성된 오목홈 내에 롤러축(34a)을 통해 회전 가능하게 수용 배치되고, 상단부가 항상 회전 캠(5)측에 노출되어 있다.

상기 제2 스윙 아암(31)은, 상기 제1 스윙 아암(30)과 축 방향으로 오프셋 배치되고, 상기 요동 캠(7)으로부터의 요동력이 직접 전달되도록 되어 있으며, 또한, 선단부(31b)와 감합한 심(33b)의 구면형(球面型)의 하면이 제2 배기 밸브(3b)의 스템 엔드의 상면에 접촉하고, 요동 캠(7)의 요동력에 의해 상기 밸브 스프링(10b)의 스프링력에 대항하여 압박하여 제2 배기 밸브(3b)를 밸브 개방시키며, 상기 제2 스윙 아암(31)과 일체로 형성된 제1 스윙 아암(30) 및 심(33a)을 통해 제1 배기 밸브(3a)도 밸브 개방시키도록 되어 있다.

또한, 이 제2 스윙 아암(31)은, 폭 방향의 대략 중앙 위치에 상기 요동 캠(7)의 캠면(7c)에 구름 접촉하는 롤러(35)가 설치되어 있으며, 이 롤러(35)의 폭 방향의 대략 중앙이 상기 제2 배기 밸브(3b)의 밸브 스템의 축심 위치에 있다. 또한, 상기 롤러(35)는, 제2 스윙 아암(31)의 대략 중앙에 형성된 오목홈 내에 롤러축(35a)을 통해 회전 가능하게 수용 배치되고, 상단부가 항상 요동 캠(7)측에 노출되어 있다.

상기 각 심(33a, 33b)은, 각 배기 밸브(3a, 3b)에 접촉하는 각 하면이 대략 구면형으로 형성되어 있다. 이에 의해, 각 제1 스윙 아암, 제2 스윙 아암(30, 31)이 요동한 경우에, 각 배기 밸브(3a, 3b)의 스템 엔드의 중심 부근을 압박할 수 있도록 되어 있다.

또한, 이 각 심(33a, 33b)은, 두께가 상이한 것을 적절하게 선택하여, 특히, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 비(非)리프트 시(밸브 폐쇄 시)에 있어서 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 스템 엔드와 심(33a, 33b) 사이의 간극(소위, 밸브 클리어런스)이 0에 가까운 근소한 클리어런스로 조정되도록 되어 있다.

상기 요동 캠(7)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 대략 빗방울형을 나타내고, 기단부측으로 상기 구동축(4)의 외주면에 끼워져 삽입되는 짧은 원통형의 캠 샤프트(7a)에 일체로 설치되며, 상기 캠 샤프트(7a)를 통해 상기 구동축(3)의 축심(Y)을 중심으로 하여 요동 가능하게 지지되어 있다.

또한, 요동 캠(7)은, 기단부와 선단측의 캠 노우즈부(7b) 사이의 하면에는, 캠면(7c)이 형성되어 있다. 이 캠면(7c)은, 기단부측의 원형 밑면과, 상기 원형 밑면으로부터 캠 노우즈부(7b)측으로 원호형으로 연장되는 램프면과, 상기 램프면으로부터 캠 노우즈부(7b)의 선단측에 갖는 최대 리프트의 정상면에 연속되는 리프트면이 형성되어 있다. 또한, 상기 캠면(7c)은, 제2 스윙 아암(31)의 롤러(35)의 외주면에 접촉하고 있으며, 요동 캠(7)의 요동 위치에 따라 상기 롤러(35)에 대한 접촉 위치가 변위하여 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 밸브 리프트량과 작동각을 가변시키도록 되어 있다.

또한, 요동 캠(7)은, 캠면(7c)에서의 상기 롤러(35)와의 접촉점이 리프트면측으로 이동하여 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 개방 작동시키는 요동 방향이, 상기 구동축(4)의 회전 방향(화살표 방향)과 동일하게 설정되어 있다. 따라서, 상기 구동축(4)과 요동 캠(7) 사이의 마찰 계수에 의해, 요동 캠(7)이 리프트하는 방향으로 동시 회전 토크가 발생한다. 이 때문에, 요동 캠(7)의 구동 효율이 향상된다.

상기 요동 캠(7)은, 상기 캠 샤프트(7a)를 사이에 끼운 캠 노우즈부(7b)와 반대측의 위치에 연결부(7d)가 일체로 돌출 설치되어 있고, 이 연결부(7d)에는, 후술하는 링크 로드(17)의 타단부와 연결되는 연결용 핀(18)이 삽입 관통되는 핀 구멍(7e)이 양 측면 방향으로 관통 형성되어 있다.

그리고, 상기 요동 캠(7)의 가변적인 최대 캠 리프트량은, 상기 회전 캠(5)의 고정적인 최대 캠 리프트량보다 작게 설정되어 있다.

상기 전달 기구(8)는, 도 1∼도 4에 나타내는 바와 같이, 구동축(4)의 위쪽에 기관 폭 방향을 따라 배치된 록커 아암(15)과, 상기 록커 아암(15)과 구동 캠(13)을 연계하는 링크 아암(16)과, 록커 아암(15)과 상기 요동 캠(7)의 연결부(7d)를 연계하는 링크 로드(17)에 의해 기계적인 다절 링크 기구로서 구성되어 있다.

상기 록커 아암(15)은, 도 3의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 후술하는 제어 편심축(29)에 요동 가능하게 지지된 일단측의 통형 베이스부(15a)와, 상기 통형 베이스부(15a)의 외면으로부터 기관의 내측(하측 방향)으로 두갈래형으로 거의 병행으로 돌출 설치된 제1 아암부, 제2 아암부(15b, 15c)로 구성되어 있다.

상기 통형 베이스부(15a)는, 내부에 후술하는 제어 편심축(29)의 외주에 극소한 간극을 가지고 감합 지지되는 지지 구멍(15d)이 관통 형성되어 있다.

상기 제1 아암부(15b)는, 선단부의 외측면에 상기 링크 아암(16)의 후술하는 돌출 단부(16b)가 회전 가능하게 연계되는 축부(15c)가 일체로 돌출 설치되어 있다.

한편, 상기 제2 아암부(15c)는, 선단부의 블록부(15f)에 리프트 조정 기구(21)가 설치되어 있으며, 상기 리프트 조정 기구(21)의 후술하는 피봇 핀(19)에 상기 링크 로드(17)의 일단부(17a)가 회전 가능하게 연계되어 있다. 또한, 상기 블록부(15f)의 양 측부에는, 상기 피봇 핀(19)이 상하 방향으로 이동 가능한 긴 구멍(15h)에 가로 방향으로 관통 형성되어 있다.

상기 제1 아암부(15b)와 제2 아암부(15c)는, 서로 요동 방향으로 상이한 각도로 설치되며 상하로 위치가 어긋난 상태로 배치되고, 제1 아암부(15b)의 선단부가 제2 아암부(15c)의 선단부보다 약간의 경사 각도를 가지고 아래쪽으로 경사져 있다.

상기 링크 아암(16)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 비교적 대직경인 원환부(16a)와, 상기 원환부(16a)의 외주면 정해진 위치에 돌출 설치된 상기 돌출 단부(16b)를 구비하고, 원환부(16a)의 중앙 위치에는, 구동 캠(13)의 캠 본체(5a)의 외주면을 회전 가능하게 감합 지지하는 감합 구멍(16c)이 형성되어 있다.

상기 각 링크 로드(17)는, 프레스 성형에 의해 횡단면이 대략 ㄷ자 형상으로 형성되고, 내측이 콤팩트화를 도모하기 위해, 대략 원호형으로 절곡 형성되어 있다. 이 각 링크 로드(17)는, 일단부(17a)가 핀 구멍에 삽입 관통된 상기 피봇 핀(19)을 통해 제2 아암부(15c)에 연결되고, 타단부(17b)가 핀 구멍에 삽입 관통된 연결핀(18)을 통해 상기 요동 캠(7)의 연결부(7d)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 또한, 이 링크 로드(17)는 1기통(배기 2 밸브)당 1개만 설치되어 있기 때문에, 구조가 간소화되며 경감화를 도모할 수 있다.

상기 요동 캠(7)은, 링크 로드(17)에 의해 후단부의 연결부(7d)가 끌려 올라감으로써 요동 리프트하지만, 상기 롤러(34)로부터의 입력을 받는 캠 노우즈부(7b)는 요동 중심에 대하여 연결부(7d)의 반대측에 배치되어 있기 때문에, 요동 캠(7)의 쓰러짐의 발생을 억제할 수 있다.

상기 리프트 조정 기구(21)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 록커 아암(15)의 제2 아암부(15c)의 블록부(15f)의 상기 긴 구멍(15h)에 배치된 상기 피봇 핀(19)과, 상기 블록부(15f)의 하부 내에 상기 긴 구멍을 향하여 천공 형성된 조정용 암나사 구멍에 아래쪽으로부터 나사 부착한 조정 볼트(22)와, 블록부(15f)의 상부 내에 상기 긴 구멍을 향하여 천공 형성된 고정용 암나사 구멍에 위쪽으로부터 나사 부착한 록용 볼트(23)를 구비하고 있다.

그리고, 각 구성 부품의 조립 후에, 상기 조정 볼트(22)에 의해 상기 피봇 핀(19)의 상기 긴 구멍(15h) 내에서의 상하 위치를 조정함으로써 각 배기 밸브(3a, 3b)의 리프트량을 미세 조정하고, 상기 조정 작업이 종료한 시점에서 상기 록용 볼트(23)를 체결함으로써 피봇 핀(19)의 위치를 고정하도록 되어 있다.

상기 제어 기구(9)는, 구동축(4)의 위쪽 위치에 평행하게 배치된 제어축(24)과, 상기 제어축(24)을 회전 구동시키는 도시 생략된 전동 액추에이터를 구비하고 있다.

상기 제어축(24)은, 도 1, 도 2, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 지지축(24a)과, 상기 제어 지지축(24a)의 외주에 1기통마다 설치되며 상기 록커 아암(15)의 요동 지지점이 되는 복수의 제어 편심 캠(25)으로 구성되어 있다.

상기 제어 지지축(24a)은, 상기 각 록커 아암(15)에 대응하는 위치에 2면폭(맞변거리)형의 오목부(24b, 24c)가 형성되어 있으며, 상기 양 오목부(24b, 24c) 사이에는 축 방향으로 정해진 간격을 가지고 2개의 볼트 삽입 관통 구멍(26a, 26b)이 직경 방향을 따라 관통 형성되어 있다. 상기 각 오목부(24b, 24c)는, 제어 지지축(24a)의 축 방향을 따라 연장 형성되며, 각각의 바닥면이 평탄면으로 형성되어 있다.

상기 제어 편심 캠(25)은, 상기 한쪽의 오목부(24b)에, 다른쪽의 오목부(24c)측으로부터 상기 볼트 삽입 관통 구멍(26a, 26a)에 삽입 관통된 2개의 볼트(27, 27)를 통해 고정되는 브래킷(28)과, 상기 브래킷(28)의 선단측에 고정된 제어 편심축(29)으로 구성되어 있다.

상기 브래킷(28)은, 측면 대략 ㄷ자 형상으로 절곡 형성되어 상기 한쪽의 오목부(24b)의 길이 방향을 따라 연장 설치되며, 상기 한쪽의 오목부(24b)에 감합 유지되는 직사각형상의 기초부(28a)와, 상기 기초부(28a)의 길이 방향의 양 단부에 도 2 중, 아래쪽으로 돌출 설치된 아암형의 고정편(28b, 28b)으로 구성되어 있다.

상기 기초부(28a)는, 길이 방향의 양 단부측에 상기 볼트(27, 27)의 선단부가 나사 부착되는 암나사 구멍이 형성되어 있는 한편, 상기 양 고정편(28b, 28b)은, 각 선단부측에 상기 제어 편심축(29)을 고정하는 고정용 구멍(28c, 28c)이 관통 형성되어 있다. 또한, 이 브래킷(28)은, 기초부(28a)의 외면이 한쪽의 오목부(24b)의 바닥면에 접촉 배치되어 있으며, 양 고정편(28b, 28b)의 각 외단부 가장자리가 상기 한쪽의 오목부(24b)의 대향 내면에 밀접 상태로 접촉하면서 감합 유지되어 있기 때문에, 길이 방향의 위치 결정 정밀도가 높아진다.

상기 제어 편심축(29)은, 그 외주면에 상기 록커 아암(15)의 통형 베이스부(15a)의 지지 구멍(15d)을 통해 록커 아암(15)을 요동 가능하게 지지하고 있으며, 그 축 방향의 길이(L)가 상기 브래킷(28)의 양 지지편(28b, 28b)의 각 외면과 대략 동일하게 설정되고, 양 단부가 상기 각 고정용 구멍(28c, 28c) 내에 압입 등에 의해 고정되어 있다. 제어 편심축(29)의 축심(Q)이 상기 록커 아암(15)의 요동 지지점으로서 구성되어 있다.

그리고, 상기 제어 편심축(29)의 길이(L) 내에, 상기 구동 캠(13)의 캠 본체(5a)의 외면으로부터 상기 요동 캠(7)을 포함하는 링크 로드(17)의 외면까지가 배치된 상태로 되어 있다.

또한, 제어 편심축(29)의 축심(Q)은, 도 4의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 브래킷(28)의 양 지지편(28b, 28b)의 아암의 길이에 따라 상기 제어 지지축(24a)의 축심(P)으로부터 비교적 큰 편심량(α)으로 편심되어 있다. 바꾸어 말하면, 상기 제어 편심축(29)은, 상기 브래킷(28)을 통해 상기 제어 지지축(24a)의 축심(P)에 대하여 크랭크형으로 형성되어 있기 때문에, 그 편심량(α)을 충분히 크게 취할 수 있는 것이다. 그 결과, 후술하는 바와 같이, 리프트(작동각)를 증대해 간 경우에, 피크 리프트 위상이 지각(遲角)해 가는 특성을 보인다.

상기 전동 액추에이터는, 실린더 헤드(1)의 후단부에 고정된 도시 생략된 전동 모터와, 상기 전동 모터의 회전 구동력을 상기 제어 지지축(24a)에 전달하는, 예컨대 평기어 등의 감속기를 주로 하여 구성되어 있다.

상기 전동 모터는, 비례형의 DC 모터에 의해 구성되고, 기관의 운전 상태를 검출하는 후술하는 전자 컨트롤러(49)(ECU)로부터 출력되는 제어 신호에 의해 구동되도록 되어 있다.

이 전자 컨트롤러(49)는, 전술한 기관 회전수를 검출하는 크랭크각 센서나, 흡입 공기량을 검출하는 에어 플로우 미터, 기관의 수온을 검출하는 수온 센서 등에 의해 현재의 기관 운전 상태를 연산 등에 의해 검출하고 있는 것 외에, 상기 제어축(24)의 회전 위치를 검출하는 포텐셔미터 등으로부터의 정보 신호를 입력하고, 배기 VEL(01)의 작동 위치를 검출하여 상기 전동 모터를 피드백 제어하도록 되어 있다. 이러한 전동 액추에이터에 따르면, 유압이 아니라 전기를 이용함으로써, 기관의 오일 온도나 회전수 등에 관계없이, 신속한 전환 응답성을 기대할 수 있다.

그리고, 기관 운전 상태에 따라 상기 전동 액추에이터에 의해 상기 제어 지지축(24a)의 회전 위치를 제어함으로써, 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 밸브 리프트량과 작동각을 최소 작동각(최소 리프트량)으로부터 최대 작동각(최대 리프트량)까지 연속하여 제어하도록 되어 있지만, 전술한 큰 편심량(α)에 더하여, 상기 제어 지지축(24a)의 회전 위치에 따라 상기 제어 지지축(24a)의 축심(P)이나 록커 아암(15)의 돌출축(15e)의 축심(R) 및 피봇 핀(19)의 축심(S) 등의 위치 관계를 특정함으로써, 작동각 변화 시에 있어서, 밸브 리프트 특성의 개방 시기의 변화를 억제하면서 폐쇄 시기를 크게 변화시킬 수 있게 되어 있다.

이하, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 개폐 작동에 대하여 설명하면, 기관 운전 중의 배기 행정에서는, 상기 회전 캠(5)의 회전에 따라 메인 롤러(34)를 밀어 내리고, 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성, 즉 회전 캠(5)의 캠 프로필에 따라 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 개폐 작동시켜 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성에 따라 각 배기 포트를 개폐한다.

한편, 흡기 행정에서는, 배기 VEL(01)의 요동 캠(7)이 서브 롤러(35)를 밀어 내리고, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성, 즉 상기 요동 캠(7)의 캠 프로필에 따라 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 개폐 작동시키는 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 따라 각 배기 포트를 개폐한다.

〔배기 VEL의 작동〕

그리고, 상기 배기 VEL(01)의 상기 제어축(24)의 회전 위상을, 예컨대 도 1의 반시계 방향으로 θ1∼θ3으로 변화시키면, 도 4∼도 9에 나타내는 바와 같이, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성이, 피크 리프트량(L1)[작동각(D1)]으로부터 피크 리프트량(L3)[작동각(D3)]까지 변화하도록 되어 있다.

즉, 상기 배기 VEL(01)의 작동을 도 4∼도 9에 기초하여 설명한다. 여기서 도 4, 도 5는 제2 배기 밸브(3b)가 소리프트량(L1)[소작동각(D1)]으로 제어된 상태로서, 도 4의 (A), (B)는 밸브 폐쇄 시, 도 5의 (A), (B)는 밸브 개방 시를 나타내고, 도 6, 도 7은 제2 배기 밸브(3b)가 중간 리프트량(L2)[중간 작동각(D2)]으로 제어된 상태로서, 도 6의 (A), (B)는 밸브 폐쇄 시, 도 7의 (A), (B)는 개방 밸브 시를 나타내고 있다. 또한, 도 8, 도 9는 제2 배기 밸브(3b)가 최대 리프트량(L3)[최대 작동각(D3)]으로 제어된 상태로서, 도 8의 (A), (B)는 밸브 폐쇄 시, 도 9의 (A), (B)는 밸브 개방 시를 나타내고 있다. 한편, 여기서, 도 4∼도 9에 있어서의 (A)는, 도 2의 A-A선 단면도에 대응하고, (B)는 도 2의 B-B선 단면도에 대응한다.

구체적으로는, 기관 시동 직후로서 그때의 기관 온도가 너무 낮지 않은 경우, 혹은 기관 난기 완료 후의 약간 부하가 높은 경우에는, 상기 전자 컨트롤러(49)로부터 상기 전동 모터로의 제어 신호가 출력되어, 상기 감속기를 통해 제어 지지축(24a)이 도 4의 (A), (B) 및 도 5의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 반시계 방향 θ1의 위치로 회전 구동된다. 따라서, 제어 편심축(29)은, 동일하게 θ1의 위치가 되고, 축심(Q)이 구동축(4)으로부터 왼쪽 상측 방향으로 이격 이동한다. 이에 의해, 전달 기구(8)의 전체가, 구동축(4)을 중심으로 하여 반시계 방향으로 틸팅한다. 이 때문에, 요동 캠(7)도 반시계 방향으로 회동하여, 제2 스윙 아암(31)의 롤러(35)에 대한 접촉 위치가 캠면(7c)의 베이스 서클부 근처가 된다.

따라서, 도 4의 (A)에 나타내는 밸브 폐쇄 상태로부터 구동 캠(13)의 회전에 따라 링크 아암(16)을 통해 록커 아암(15)을 밀어 올리면, 도 5의 (A)에 나타내는 바와 같이, 링크 로드(17)를 통해 요동 캠(7)의 연결부(7d)를 들어 올려 상기 요동 캠(7)을 시계 방향으로 회전시키고, 그 리프트가 스윙 기구(6)의 제2 스윙 아암(31)의 롤러(35)를 통해 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)가 밸브 개방 리프트하지만, 그 리프트량 및 작동각은 충분히 작아진다[리프트량(L1), 작동각(D1)].

혹은, 기관 시동 직후의 기관 온도가 약간 낮은 경우, 혹은 기관 난기 완료 후에 부하가 약간 낮은 경우에는, 전자 컨트롤러(49)로부터의 제어 신호에 의해 전동 액추에이터를 통해 제어축(24)이, 도 6의 (A), (B) 및 도 7의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, θ2의 위치까지 반시계 방향으로 더욱 회전하고 제어 편심축(29)도 동일하게 θ2의 위치까지 회동하여, 제어 편심 캠(25)의 축심(Q1)은 구동축(4)에 가장 접근한다.

이 때문에, 록커 아암(15)과 링크 아암(16) 등의 전달 기구(8) 전체가 구동축(4)을 중심으로 시계 방향으로 회동하고, 이에 의해, 요동 캠(7)도 상대적으로 시계 방향(리프트 방향)으로 회동한다.

도 6에 나타내는 상태에서는, 요동 캠(7)이 올라오고 있으며, 요동 캠(7)의 베이스 서클부가 롤러(35)와 접하고 있기 때문에 리프트는 하고 있지 않다(밸브 폐쇄 상태). 도 7에 나타내는 상태에서는, 요동 캠(7)의 캠 노우즈부(7b)가 제2 스윙 아암(31)의 롤러(35)를 통해 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)가 밸브 개방 리프트한다. 따라서, 이러한 기관 영역에서는, 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 밸브 리프트량 및 작동각이, 도 11에 나타내는 바와 같이 증가하여 중간 리프트(L2) 및 중간 작동각(D2)이 된다.

혹은, 기관 시동 직후의 기관 온도가 매우 낮은 경우, 혹은 기관 난기 완료 후에 부하가 충분히 낮은 경우는, 전자 컨트롤러(49)로부터 상기 전동 모터로의 제어 신호가 출력되고, 평기어 감속기를 통해 제어 지지축(24a)이, 도 8의 (A), (B) 및 도 9의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 반시계 방향으로 더욱 회전하여 θ3의 위치로 이동한다. 따라서, 제어 편심축(29)은, 동일하게 θ3의 위치가 되고, 축심(Q)이 구동축(4)으로부터 오른쪽 상측 방향으로 이격 이동한다. 이에 의해, 전달 기구(8)의 전체가, 구동축(4)을 중심으로 하여 시계 방향으로 틸팅한다. 이 때문에, 요동 캠(7)도 시계 방향으로 회동하여, 제2 스윙 아암(31)의 롤러(35)에 대한 접촉 위치가 캠면(7c)의 리프트부측 근처가 된다. 이에 의해 상기 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 리프트량이 최대 피크 리프트(L3)가 되고, 작동각도 최대 작동각(D3)이 된다.

여기서, 피크 리프트가 되는 순간의 링크 아암(16)의 자세에 대하여 고찰하면, 리프트(L1)로 제어된 경우는 도 5의 (B)에 나타내는 바와 같이, α1의 각도이며, 리프트(L2, L3)와 제어 리프트를 증가시켜 가면, α2, α3과 반시계 방향으로 링크 아암의 자세는 세워지게 된다. 이는, 제어 리프트(제어 작동각)를 증가시켜 가면, 피크 리프트 위상은 지각하여 가는 것을 나타내고 있다. 즉, 제어 작동각을 확대해 갈 때, 피크 리프트 위상이 지각해 가기 때문에, 리프트 특성에 있어서의 밸브 개방 시기의 진각(進角) 변화는 억제되고, 밸브 폐쇄 시기는 크게 지각할 수 있다고 하는 특성이 얻어지는 것이다.

〔배기 VTC의 구조〕

상기 배기 VTC(02)는, 도 1, 도 2 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 베인 타입의 것으로서, 상기 구동축(4)에 회전력을 전달하는 상기 타이밍 스프로킷(41)과, 상기 구동축(4)의 단부에 고정되어 타이밍 스프로킷(41)에 내부에 회전 가능하게 수용된 베인 부재(42)와, 상기 베인 부재(42)를 유압에 의해 정회전 및 역회전시키는 유압 회로(43)를 구비하고 있다.

상기 타이밍 스프로킷(41)은, 상기 베인 부재(42)를 회전 가능하게 수용한 하우징(44)과, 상기 하우징(44)의 전단 개구를 폐색하는 원판형의 프론트 커버(45)와, 하우징(44)의 후단 개구를 폐색하는 대략 원판형의 리어 커버(46)로 구성되고, 이들 하우징(44) 및 프론트 커버(45), 리어 커버(46)는, 4개의 소직경 볼트(47)에 의해 구동축(4)의 축 방향으로부터 일체적으로 함께 체결 고정되어 있다.

상기 하우징(44)은, 전후 양 단부가 개구 형성된 원통형을 나타내고, 내주면의 둘레 방향 대략 90°위치에 4개의 슈(shoe)(44a)가 안쪽을 향하여 돌출 설치되어 있다. 이 각 슈(44a)는, 횡단면이 대략 사다리꼴 형상을 나타내고, 대략 중앙 위치에 상기 각 볼트(47)의 축부가 삽입 관통되는 4개의 볼트 삽입 관통 구멍이 축 방향으로 관통 형성되어 있으며, 각 내단부면의 고위부 위치에 축 방향을 따라 노치 형성된 유지홈 내에, ㄷ자 형태의 시일 부재(48)와 상기 시일 부재(48)를 안쪽으로 압박하는 도시 생략된 판 스프링이 감합 유지되어 있다.

상기 프론트 커버(45)는, 원반 플레이트형으로 형성되고, 중앙에 비교적 대직경인 지지 구멍(45a)이 천공 형성되어 있으며, 외주부에 상기 하우징(44)의 각 볼트 삽입 관통 구멍에 대응하는 위치에는 도시 생략된 4개의 볼트 구멍이 천공 형성되어 있다.

상기 리어 커버(46)는, 후단측에 상기 타이밍 체인이 맞물리는 기어부(46a)가 일체로 설치되어 있으며, 대략 중앙에 대직경인 베어링 구멍(46b)이 축 방향으로 관통 형성되어 있다.

상기 베인 부재(42)는, 중앙에 볼트 삽입 관통 구멍을 갖는 원환형의 베인 로터(42a)와, 상기 베인 로터(42a)의 외주면의 둘레 방향 대략 90°위치에 일체로 설치된 4개의 베인(42b)을 구비하고 있다.

상기 베인 로터(42a)는, 전단측의 소직경 통부가 상기 프론트 커버(45)의 지지 구멍(45a)에 회전 가능하게 지지되어 있는 한편, 후단측의 소직경인 원통부가 상기 리어 커버(46)의 베어링 구멍(46b)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

또한, 베인 부재(42)는, 상기 베인 로터(42a)의 볼트 삽입 관통 구멍에 축 방향으로부터 삽입 관통된 고정 볼트(49)에 의해 구동축(4)의 전단부에 축 방향으로부터 고정되어 있다.

상기 각 베인(42b)은, 그 안의 3개가 비교적 가늘고 긴 직육면체 형상으로 형성되고, 다른 하나가 비교적 큰 사다리꼴 형상으로 형성되며, 상기 3개의 베인(42b)은 각각의 폭 길이가 대략 동일하게 설정되어 있는 데 비하여, 1개의 베인(42b)은 그 폭 길이가 상기 3개의 것보다 크게 설정되어, 베인 부재(42) 전체의 중량 밸런스가 취해지고 있다.

또한, 각 베인(42b)은, 각 슈(44a) 사이에 배치되어 있으며, 각 외면의 축 방향으로 형성된 가늘고 긴 유지홈 내에 상기 하우징(44)의 내주면에 슬라이딩 접촉하는 ㄷ자 형태의 시일 부재(50) 및 상기 시일 부재(50)를 하우징(44)의 내주면 방향으로 압박하는 판 스프링이 각각 끼워져 장착 유지되고 있다. 또한, 각 베인(42b)의 상기 구동축(4)의 회전 방향과 동일한 측의 각각의 일측면에는, 대략 원형상의 2개의 오목홈이 각각 형성되어 있다.

또한, 이 각 베인(42b)의 양측과 각 슈(44a)의 양측면 사이에, 각각 4개의 진각측 오일실(51)과 지각측 오일실(52)이 각각 이격 형성되어 있다.

상기 유압 회로(43)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 각 진각측 오일실(51)에 대하여 작동 오일의 유압을 급배(給排)하는 제1 유압 통로(53)와, 상기 각 지각측 오일실(52)에 대하여 작동 오일의 유압을 급배하는 제2 유압 통로(54)의 2계통의 유압 통로를 가지고, 이 양 유압 통로(53, 54)에는, 유압 공급 통로(55)와 드레인 통로(56)가 각각 통로 전환용의 전자 변환 밸브(57)를 통해 접속되어 있다. 상기 공급 통로(55)에는, 오일 팬(58) 내의 오일을 압송하는 일방향의 오일 펌프(59)가 설치되어 있는 한편, 드레인 통로(56)의 하류단이 오일 팬(58)에 연통되어 있다.

상기 제1 유압 통로, 제2 유압 통로(53, 54)는, 원주형의 통로 구성부(60)의 내부에 형성되고, 이 통로 구성부(60)는, 일단부가 상기 베인 로터(42a)의 소직경 통부로부터 내부의 지지 구멍(42c) 내에 삽입 관통 배치되어 있는 한편, 타단부가 상기 전자 변환 밸브(57)에 접속되어 있다.

또한, 상기 통로 구성부(60)의 일단부의 외주면과 지지 구멍(42c)의 내주면 사이에는, 각 유압 통로(53, 54)의 일단측 사이를 이격 형성하여 시일하는 3개의 환형 시일 부재(61)가 끼워져 장착 고정되어 있다.

상기 제1 유압 통로(53)는, 상기 지지 구멍(42c)의 구동축(4)측의 단부에 형성된 오일실(53a)과, 베인 로터(42a)의 내부에 대략 방사형으로 형성되어, 오일실(53a)과 각 진각측 오일실(51)을 연통시키는 4개의 분기로(53b)를 구비하고 있다.

한편, 제2 유압 통로(54)는, 통로 구성부(60)의 일단부 내에서 멈추어져, 상기 일단부의 외주면에 형성된 환형 챔버(54a)와, 베인 로터(42a)의 내부에 대략 L자 형상으로 절곡 형성되며, 상기 환형 챔버(54a)와 각 지각측 오일실(52)에 연통하는 제2 유로(54b)를 구비하고 있다.

상기 전자 변환 밸브(57)는, 4포트 3위치형으로서, 내부의 밸브체가 각 유압 통로(53, 54)와 공급 통로(55) 및 드레인 통로(56)를 상대적으로 전환 제어하도록 되어 있으며, 상기 전자 컨트롤러(49)로부터의 제어 신호에 의해 전환 작동되도록 되어 있다. 상기 3위치란, 도 2에도 표시되어 있는 바와 같이, 위상 진각 변환 위치[전자 변환 밸브(57)의 좌측에 표시], 위상 지각 변환 위치(동 우측에 표시), 위상 유지 위치(동 중앙에 표시)의 3위치이며, 전자 변환 밸브(57)의 작동에 의해, 이들 3위치 중 어느 것을 유효하게 할지 선택할 수 있게 되어 있다.

이 컨트롤러(49)는, 기관 운전 상태를 검출하며, 크랭크각 센서 및 흡기측과 배기측의 캠각(구동축 위상) 센서로부터의 신호에 의해 타이밍 스프로킷(46)과 구동축(4)의 상대 회전 위치를 검출하고 있다.

그리고, 상기 전자 변환 밸브(57)의 전환 작동에 의해, 상기 위상 진각 변환 위치를 유효하게 함으로써 상기 진각측 오일실(51)에 작동 오일을 공급하는 베인 위상을 진각 제어하거나, 상기 위상 지각 변환 위치를 유효로 함으로써 지각측 오일실(52)에 작동 오일을 공급하여 베인 위상을 지각 제어를 하거나, 혹은 상기 위상 유지 위치를 유효로 함으로써 양 오일실(51, 52) 내의 오일을 유지(밀봉)함으로써 베인 위상을 유지 제어할 수 있게 되어 있다.

또한, 상기 베인 부재(42)와 하우징(44) 사이에는, 이 하우징(44)에 대하여 베인 부재(42)의 회전을 구속 및 구속 해제하는 록 기구가 설치되어 있다.

즉, 이 록 기구는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 폭 길이가 큰 1개의 베인(42b)과 두께가 두꺼운 리어 커버(46) 사이에 설치되고, 상기 베인(42b)의 내부의 구동축(4)의 축 방향을 따라 형성된 슬라이딩 이동용 구멍(66)과, 상기 슬라이딩 이동용 구멍(66)의 내부에 슬라이딩 이동 가능하게 설치된 덮개를 갖는 원통형의 록 핀(67)과, 상기 리어 커버(46)에 있는 고정 구멍 내에 고정된 횡단면이 컵형인 결합 구멍 구성부에 형성되어, 상기 록 핀(67)의 테이퍼형 선단부(67a)가 결합되거나 탈거되는 결합 구멍(68)과, 상기 슬라이딩 이동용 구멍(26)의 바닥면측에 고정된 스프링 리테이너(69)에 유지되고, 록 핀(67)을 결합 구멍(68) 방향으로 압박시키는 코일 스프링형의 스프링 부재(70)로 구성되어 있다. 또한, 상기 결합 구멍(68)에는, 도시 생략된 오일 구멍을 통해 상기 진각측 오일실(51)측, 혹은 상기 지각측 오일실(52)측 등으로부터 유압이 공급되도록 되어 있다.

그리고, 상기 록 핀(67)은, 상기 베인 부재(42)가 최진각측으로 회전한 위치(제1 위치)에서, 선단부(67a)가 전기 스프링 부재(70)의 스프링력에 의해 결합 구멍(68)에 결합되어 타이밍 스프로킷(41)과 구동축(4)의 상대 회전을 록한다. 또한, 상기 진각측 오일실(51) 등으로부터 결합 구멍(68) 내에 공급된 유압에 의해, 록 핀(67)이 후퇴 이동하여 결합 구멍(68)과의 결합이 해제되도록 되어 있다.

또한, 상기 각 베인(42b)의 일측면과 상기 일측면에 대향하는 각 슈(44a)의 대향면 사이에는, 베인 부재(42)를 진각측으로 회전 압박시키는 압박 수단인 4개의 코일 스프링(71)이 각각 배치되어 있다.

이 각 코일 스프링(71)은, 각각 독립하여 배치되고, 각각의 축 방향의 길이(코일 길이)는, 상기 베인(42b)의 일측면과 슈(44a)의 대향면 사이의 길이보다 크게 설정되며, 양자 모두 동일한 길이로 설정되어 있다.

또한, 이 실시형태에 있어서, 배기측에 있어서의 상기 베인 부재(42)의 변환각, 즉 최진각[도 10의 (A)]과 최지각[도 10의 (B)]의 차 θe(변환각)는, 스토퍼 위치를 변경함으로써, 적절하게 설정할 수도 있다.

한편, 상기 흡기 밸브측에도, 배기측과 마찬가지로 흡기 VTC가 설치되고, 이 흡기 VTC는, 배기 VTC(02)와 동일한 구조로 형성되어 있으며, 따라서, 구체적인 설명은 생략하지만, 배기 VTC와 마찬가지로 코일 스프링에 의해 베인이 진각측으로 압박되고, 또한 그 위치에서 록되도록 되어 있다.

〔배기 VTC의 작동〕

이하, 배기 VTC(02)의 작동을 설명한다. 우선, 이그니션 키를 오프하여 기관을 정지시켰을 때에, 전자 컨트롤러(49)로부터 전자 변환 밸브(57)에 대한 제어 전류의 출력이 정지되고, 밸브체가 스프링의 스프링력에 눌려, 공급 통로(55)와 진각측의 제1 유압 통로(53)를 연통시킨다. 즉, 도 2에 나타내는 전자 변환 밸브(57)에 있어서, 좌측의 위상 진각 변환 위치가 유효로 된다. 따라서, 공급 유압에 의해, 베인 부재(42)는 진각측으로 회전하고자 하지만, 기관 회전수가 0에 근접하면, 오일 펌프(19)의 토출 유압이 저하해 가, 공급 유압도 0이 되어 버린다.

여기서, 베인 부재(42)는, 구동축(4)에 작용하는 밸브 작동 프릭션에 의해 지각 방향으로 안정되기 쉽지만, 상기 각 코일 스프링(71)의 강한 스프링력에 의해, 도 10의 (A)에 나타내는 바와 같이, 타이밍 스프로킷(41)에 대하여 구동축(4)의 회전 방향(화살표 방향)인 시계 방향, 즉 진각 방향으로 상대 회전하여, 오일 펌프(19)의 유압이 작용하지 않아도 최진각 위치에서 안정된다.

이에 의해, 베인 부재(42)는, 최대폭의 베인(42b)이 슈(44a)의 지각측 오일실(52)측의 측면에 접촉한 위치에 유지되고, 이곳이 타이밍 스프로킷(41)에 대하여 구동축(4)이 최대한 진각측으로 변환된 위치가 된다.

또한, 동시에 이 위치에서, 록 핀(67)의 선단부(67a)가 결합 구멍(68) 내에 결합되어 상기 타이밍 스프로킷(41)과 구동축(4)의 자유로운 상대 회전을 규제한다.

따라서, 기관 재시동 시의 크랭킹 시와 같은 회전 변동이 큰 경우라도, 최대 진각 위치에 기계적으로 안정되고, 또한 록 핀(67)으로 고정되기 때문에, 베인 부재(42), 즉 구동축(4)의 위상을 안정적으로 할 수 있을 뿐 아니라, 그 플래핑을 억제할 수 있고, 이 결과, 밸브 타이밍 제어의 불안정화를 억제하여 양호한 시동성이나 냉기 에미션의 저감을 확실하게 얻을 수 있다.

한편, 흡기측의 VTC는, 배기측 VTC(02)와 마찬가지로, 최대 진각 위치에 기계적으로 안정되고, 또한 마찬가지로 록 핀으로 베인 부재가 고정되도록 되어 있다.

또한, 재차 배기 VTC(02)의 설명으로 되돌아가지만, 기관 시동을 개시한 후는, 컨트롤러(49)로부터 전자 변환 밸브(57)에 대한 제어 전류 및 밸브체 스프링에 의해 전자 변환 밸브(57)는 도 2에 나타내는 위치(위상 진각 변환 위치)에 있기 때문에, 오일 펌프(59)로부터 압송된 작동 오일은, 제1 유압 통로(53)로부터, 각각의 진각측 오일실(51)에 공급되어 각 베인 부재(42)를 코일 스프링(71)의 스프링력과 함께 최진각측에 유지하지만, 진각측 오일실(51) 내의 작동 유압이 높아지면, 그 고유압에 의해 각 록 핀(67)이 결합 구멍(68)으로부터 빠져 나와 베인 부재(42)의 자유로운 회동을 허용하게 된다. 그리고, 전술한 바와 같이, 전자 변환 밸브(57)의 3위치 제어에 의해, 위상 진각 제어, 위상 지각 제어, 위상 유지 제어를 자유롭게 할 수 있게 되는 것이다.

〔본 실시형태의 작용〕

도 11의 (A), (B)는, 흡배기 밸브의 리프트 특성을 나타내며, 도 11의 (A)는, 시동 직후의 리프트 특성을 나타내고 있다.

여기서는, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 밸브 개방 시기를 피스톤 상사점(TDC)측으로 진각 제어하며, 기관 온도가 낮을수록 작동각을 확대하도록 제어하고 있다.

즉, 전술한 바와 같이 유압식의 배기 VTC(02)를 최진각 위치로 제어하며, 기관 온도가 매우 낮은 경우에는, 전동식의 배기 VEL(01)에 의해, 배기 서브 리프트량을 최대의 L3, 즉 최대 작동각(D3)으로 제어하고 있다. 이들에 의해, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 밸브 개방 시기(EVOs3)가 빨라지기 때문에, 피스톤 하강에 따른 실린더 내 부압에 의해, 고온의 연소 가스를 흡입하는 피스톤 흡입 스트로크의 조기부터(흡입 스트로크가 짧은 때부터) 실린더 내에 도입할 수 있다. 이 때문에, 실린더 내 가스 전체를 난기하고, 예컨대 착화 가능 온도까지 높임으로써, 시동성을 향상시킬 수 있다. 특히, 극저온 시는 리프트량에 더하여 작동각을 확대함으로써, 고온의 연소 가스를 장기간에 걸쳐 도입할 수 있어, 난기 효과를 높여, 착화 가능한 온도까지 도달시킴으로써 양호한 시동성을 확보할 수 있다.

한편, 배기 서브 리프트의 폐쇄 시기(EVCs3)는, 작동각이 크게(D3) 되어 있기 때문에 지각하고 있어, 하사점(BDC) 내지 하사점 전으로 설정되어 있다. 왜냐하면, 하사점을 넘으면 피스톤이 상승하기 시작하기 때문에, 실린더 내압이 상승하여 부압으로부터 정압으로 반전되어, 배기 가스(연소 가스)의 재도입을 하기 어려워지기 때문에, 이와 같이 설정하여 연소 가스의 재도입을 재촉한다.

한편, 전술한 바와 같이 배기 VTC(02)가 최진각하고 있기 때문에, 도 11의 (A)에 나타내는 바와 같이, 메인 리프트의 배기 밸브 폐쇄 시기(EVCm)는, 상사점보다 XEm만큼 진각하고 있다. 따라서, 이 배기 밸브가 폐쇄된 시점에서 연소 가스가 실린더 내에 봉쇄되게 된다.

그리고, 피스톤이 상사점에 달하고 그로부터 재차 강하하여, 상사점으로부터 XI를 지난 시점의 IVO에서 흡기 밸브가 밸브 개방된다. 이 XI는 XEm과 동등 내지 약간 크게 되어 있기 때문에, IVO 시점의 실린더 내압은 대기압(배기압) 레벨, 혹은 이 이하까지 내려가 있어, 흡기 시스템측으로 실린더 내의 연소 가스를 내보내는 것을 억제할 수 있다.

따라서, 이와 같이 실린더 내에 봉쇄된 연소 가스도 흡기 행정까지 실린더 내에 남아, 전술한 배기 서브 리프트에 의한 실린더 내 가스 난기 효과를 더욱 높이는 것이다.

다음에, 기관 온도가 그다지 낮지 않은 경우에는, 마찬가지로 배기 VTC(02)를 최진각 위치로 제어하면서, 배기 서브 리프트의 작동각을 작게 제어한다. 예컨대, 서브 리프트량(L1)[작동각(D1)]으로 제어된다. 왜냐하면, 베이스의 기관 온도가 약간 높기 때문에, 배기 가스(연소 가스)의 재도입량이 적어도, 실린더 내 가스 전체를, 예컨대 착화 가능 온도까지 난기할 수 있기 때문이다.

이 경우, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 작동각을 작게 함으로써, 고온이지만 불활성 가스인 연소 가스의 도입 기간(도입량)을 짧게(적게) 할 수 있기 때문에, 연소 안정성도 높아진다. 즉, 그다지 기관 온도가 낮지 않은 경우에는, 상기 작동각을 작게 제어한 쪽이, 불활성 가스가 저감한 분만큼, 시동 시의 연소 안정성이 한층 더 향상하는 것이다. 또한, 연소 가스의 재도입량이 저감한 것에 따라, 그만큼 새로운 공기의 흡입 공기량이 증가하기 때문에, 기관 토크가 높여져, 시동 직후의 운전 성능도 향상시킬 수 있다. 즉, 시동 직후부터의 가속성을 높일 수 있다.

여기서, 전술한 도 4∼도 6에서 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 배기 VEL(01)은, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 작동각이 증가하는 것에 따라, 피크 리프트 위상이 지각하도록 기계적으로 구성되어 있다. 이에 의하면, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 작동각을 변화시킨 경우라도, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 개방 시기의 변화는 억제되기 때문에, 피스톤에 의한 연소 가스 재흡입(재도입)이 개시되는 피스톤 스트로크 위치의 변화도 억제되고(EVOs3∼1의 범위), 이 결과, 연소 가스의 재도입 특성이 안정화된다.

즉, 시동 직후의 기관 온도에 상관없이, 고온의 연소 가스를 피스톤의 흡입 스트로크의 조기부터 실린더 내에 도입할 수 있기 때문에, 실린더 내 가스 전체를 난기하여, 예컨대 착화 가능 온도까지 높임으로써 시동성을 향상시킬 수 있는 것이다. 덧붙여 말하면, 시동 직후의 기관 온도에 따라, 저기관 온도일수록 배기 작동각을 확대하고, 반대로 기관 온도가 높을수록 배기 작동각을 감소시킴으로써, 착화성을 유지하면서, 각 기관 온도에 있어서의 운전 성능(가속성)을 최대한 높일 수 있다.

또한, 기관 온도가 충분히 높은 경우(기관 정지 직후의 재시동 등), 배기 서브 리프트량을 L0, 즉 0 리프트(비리프트)로 하여도 좋다. 이 경우는, 착화성의 문제는 없기 때문에, 배기 서브 리프트를 0으로 함으로써, 새로운 공기의 흡입 공기량을 늘려 한층 더 토크를 높이고, 시동 직후의 운전 성능도 한층 더 높일 수 있다. 즉, 시동 직후부터 가속성을 충분히 높일 수 있다.

배기 서브 리프트량을 L0, 즉 0 리프트로 제어하기 위해서는, 도 4, 도 5에 나타내는 배기 서브 리프트량(L1)에 대하여, 제어축(24)을 θ1의 각도로부터 더욱 시계 방향으로 각도 θ0까지 회동시키면 좋다. 혹은, 제어축(24)의 각도는 바꾸지 않고, 요동 캠(7)의 캠면(7c)에서의 리프트 개시점을 캠 노우즈(7b)측으로 옮긴 캠 프로필로 하여도, 마찬가지로 0 리프트를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 배기 VTC(02)에 변환 동력인 유압을 부여하지 않은 경우의 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 기계적 안정 위치가, 냉기 시동 시에 있어서의 제어 서브 리프트 특성[도 11의 (A)의 L3 리프트 특성]과 대략 일치하도록 되어 있다.

즉, 배기 VTC(02)는, 변환 유압을 작용시키지 않은 경우에는, 도 10의 (A)에 나타내는 바와 같이, 바이어스 스프링인 코일 스프링(71)이나 록 기구에 의해 최진각 위치에 기계적으로 안정되어 있다. 예컨대, 기관 정지 시의 경우나, 고장에 의해 변환 유압을 발생시킬 수 없었던 경우가 이에 해당한다.

상기 배기 VEL(01)은, 예컨대 후술하는 제2 실시형태에 있어서의 도 12에 나타내는 바와 같이, 전동 모터가 가역 감속기(평기어 기구)를 통해 제어축(24)을 위상 변환시킴으로써, 배기 서브 리프트량을 변화시키는 기구로 되어 있다. 여기서, 제어축(24)을 리프트 증대 방향으로 회전 압박시키는 도시 생략된 바이어스 스프링과, 최대 리프트량(L3)의 제어축 각도로 그 이상의 위상 변환을 록하는 도시 생략된 로킹 부재를 설치하면, 전동 모터에 변환 전력을 작용시키지 않은 경우에는, 최대의 배기 서브 리프트량(L3)으로 기계적으로 안정시킬 수 있다. 예컨대, 기관 정지 시의 경우나, 고장에 의해 상기 변환 전력을 발생시킬 수 없었던 경우가 이에 해당한다.

이와 같이 해 두면, 전술한 배기 VTC(02) 및 배기 VEL(01)의 기계적 특성에 기초하여, 기관 정지 시, 즉 시동 전에 미리 시동이 가장 곤란한 극냉기 시동 시의 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성[도 11의 (A)에 있어서의 L3 리프트 특성]에 미리 기계적으로 안정되어 있기 때문에, 시동의 초기부터 시동성 향상 효과를 얻을 수 있다.

또한, 전기 시스템에 단선 등의 이상이 있었던 경우라도, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 미리 기계적 안정되어 있기 때문에, 극냉기 시를 포함하여 시동이 가능해진다. 즉, 우수한 메커니컬 페일 세이프 기능이 구비되어 있는 것이다.

한편, 이상 설명한 시동성 향상 효과, 시동 직후의 운전 성능 향상(토크 향상), 페일 세이프 효과 등은, 통상 가솔린 엔진과 같은 스파크 점화 엔진뿐만 아니라, 디젤이나 가솔린 HCCI 등의 압축 점화 엔진에서도 동일하게 얻어진다.

도 11의 (B)는 시동하여 충분히 난기가 진행된 후의, 어느 정도 고기관 온도가 된 난기 완료 후의 흡배기 밸브의 리프트 특성을 나타내고 있다. 즉, 배기 VTC(02)는, 예컨대 최지각측에, 크랭크각으로 Xe(구동축각으로 0.5×Xe)만큼 변환된다. 이 결과, 서브 리프트 특성에 있어서의 각 배기 밸브(3a, 3b)의 밸브 개방 시기는 하사점(BDC)측으로 지각 제어된다.

배기 서브 리프트량(L3)의 밸브 개방 시기(EVOs3)는, 상사점(TDC) 후(X3H)의 크랭크각까지 지각된다. 즉, 이 X3H는, 냉기 시동 시의 배기 서브 리프트량(L3)[도 11의 (A)]에서의 X3L에 대하여 Xe만큼 지각하고 있다.

이 결과, 이 난기 후 운전 시에는, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 밸브 개방 시기가 늦어지기 때문에, 최초에 흡기 밸브를 통해 실린더 내에 도입된 저온도의 새로운 공기와, 뒤에 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)를 통해 재도입된 고온도의 연소 가스가 바로는 충분히 열 교환되지 않고, 연소 가스에 의한 고온 가스 영역과, 새로운 공기에 의한 저온 가스 영역과, 양자 사이에서 혼합된 중간 온도 가스 영역이 존재하게 된다(소위, 온도 성층화 효과).

이 때문에, 실린더 내에 연료가 분사된 후에, 최초는 상기 고온 가스 영역으로부터 연소가 시작되고, 그 후, 중간 온도 가스 영역이 연소하며, 그리고 저온 가스 영역이 연소된다고 하는, 원활한 시간차 연소 패턴을 취한다. 따라서, 가스 전체가 혼합되어 고온이 된 경우에 상정되는 급속 이상 연소에 기인하는 문제, 즉 고온 가스에 의해 노킹이나 프리이그니션을 일으키거나, 급속 연소에 의해 연소 소음이 증대하거나, 또한, NOx 등의 에미션을 증대시켜 버린다고 하는 문제를 회피할 수 있는 것이다.

또한, 배기 메인 리프트도 배기 VTC(02)에 의해 동시에 최진각 위상(제1 위치)보다 Xe만큼 지각하고 있기 때문에, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 배기 메인 리프트 폐쇄 시기는 상사점 부근까지 지각하여, 전술한 시동 운전에 있어서의 XEm에 의한 연소 가스의 실린더 내 봉쇄는 억제되고, 그 면으로부터도 실린더 내 가스 온도가 억제되어 급속 이상 연소를 한층 더 억제할 수 있는 것이다.

또한, 기관의 부하(토크)가 낮을수록, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 배기 서브 리프트의 작동각(D3)을 확대하는 것은, 요구되는 새로운 공기량(요구 토크)이 작아져, 재흡입 연소 가스(EGR 가스)의 비율을 높게 하는 것을 의미하지만, 이와 같이 연소 가스량이 많은 상태라도, 전술한 바와 같이, 배기 서브 리프트 개시 시기를 늦추기 때문에, 급속 이상 연소 등을 억제하며, 연소 가스(EGR 가스) 증대에 따른 가스의 비열비 향상 등에 의해, 연비 향상을 실현할 수 있는 것이다.

기관의 부하(토크)가 증대해 간 경우에는, 작동각을 D2[리프트량(L2)], 또한 작동각을 D1[리프트량(L1)]로 재도입 기간 및 리프트량을 감소시켜 가, 재도입 연소 가스를 줄이고, 그 만큼, 새로운 공기량을 많게 하여 토크를 증대시켜 간다.

이러한 경우도, 본 실시형태에 있어서의 배기 VEL 기구의 특징으로서, 서브 리프트(작동각)를 L2(D2), L1(D1)로 저하시켜 행한 경우, 배기 서브 리프트의 개방 시기의 변화는 억제되고, 저부하의 서브 리프트(L3)와 동등 내지 약간 지각하는 정도로, 동일한 온도 성층화 효과가 안정적으로 얻어진다.

여기서, 만약 제2 배기 밸브(3b)의 작동각이나 리프트량을 내려 간 경우에, 피크 리프트 위상이 거의 변하지 않고, 결과로서 배기 서브 리프트의 개방 시기가 크게 지각하는 것 같은 VEL 기구(예컨대, 제2 실시형태의 VEL 기구)였다고 상정해 본다.

이 경우는, 서브 리프트(작동각)를 저하시켜 갔을 때, 배기 서브 리프트의 개방 시기가 크게 지각함으로써 온도 성층화 효과가 지나치게 커져, 문제가 생겨 버린다. 즉, 고온의 연소 가스가 실린더 내로의 도입이 개시되는 시기가 크게 지연됨으로써, 고온의 연소 가스와 찬 새로운 공기가 혼합되는 시간이 짧아져 버려, 전술한 연소 가스에 의한 고온 가스 영역과 새로운 공기에 의한 저온 가스 영역 사이의 양자가 혼합된 중간 온도 영역이 감소하여, 결과로서 연속적인 원활한 연소가 저해된다고 하는 문제가 발생한다.

본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 작동각을 변화시켰을 때에 개방 시기의 변화가 억제되는 VEL 기구이기 때문에, 이러한 문제가 되는 현상은 억제된다.

한편, 여기서 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 작동각이나 리프트량을 내려 간 경우에, 전술한 것 같은 배기 서브 리프트의 개방 시기가 크게 지각하는 VEL 기구(예컨대, 제2 실시형태의 VEL 기구)라도, 배기 유압 VTC(02)에 의해 준민하게 진각시키면, 이러한 문제를 회피할 수 있는 것도 고려된다.

그러나, 이 경우는, 배기 유압 VTC(02)에 의해 크게 진각해 갈 필요가 있고, 그때에, 배기 메인 리프트도 크게 진각하여 버리기 때문에, 결과로서 배기 메인 리프트의 개방 시기가 크게 진각하여 버려, 연소압이 조기에 빠져 버려, 연비가 악화되어 버린다고 하는 문제도 발생한다.

본 실시형태에서는, 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성을 변화시키지 않아도, 배기 서브 리프트의 작동각이나 리프트량을 내려 갔을 때, 배기 서브 리프트의 개방 시기의 변화를 억제할 수 있는 VEL 기구로 되어 있기 때문에, 이러한 문제를 회피할 수 있다.

그런데, 기관의 토크(부하)를 더욱 높이고자 하면, 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)의 배기 서브 리프트의 작동각(리프트량)의 저감과는 별도로, 흡기 밸브 폐쇄 시기를 하사점에 근접시켜 새로운 공기(흡입 공기)의 충전 효율 자체를 높이는 것도 필요된다.

즉, 예컨대 저속 토크를 높이고자 하는 경우는, 도 11의 (A)에 있어서, 흡기 VTC에 의해 흡기 밸브의 IVC(폐쇄 시기)를 하사점 부근까지 진각하는 것이 요구되지만, 이 경우, IVO(개방 시기)는 부수하여 상사점 바로 앞까지 진각하여 버린다. 이러한 경우에, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성이 흡기 밸브 리프트 특성에 부수하여 변화해 버리면, 전술한 효과를 얻기 어려워질 염려도 있다. 이러한 염려에 대하여, 본 실시형태에서는, 흡기 VTC가 진각하여도, 배기 서브 리프트는 흡기 VTC나 흡기 캠 샤프트와는 기계적으로 연동되지 않고 독립되어 있으며, 따라서, 배기 서브 리프트의 이상적인 개방 시기는 그대로 유지된다.

따라서, 예컨대, 배기 서브 리프트를 작동각(D3)[리프트(L3)] 제어였다고 하면, 흡기 VTC에 의해 흡기 밸브를 진각시켜도, X3H는 변하지 않는다. 즉, 피스톤에 의한 연소 가스의 재흡입이 개시되는 피스톤의 흡입 스트로크 위치(배기 서브 리프트 개방 시기)가 동일하기 때문에, 전술한 연소 가스의 재도입 특성의 안정성이 유지되어, 급속 이상 연소 등을 억제하면서 기관 토크도 높일 수 있다.

이상 설명해 온, 난기 완료 후에 있어서의 급속 이상 연소 억제 효과 등은, 통상 가솔린 엔진과 같은 스파크 점화 엔진뿐만 아니라, 디젤이나 가솔린 HCCI 등의 압축 점화 엔진에서도 동일하게 얻어진다.

〔제2 실시형태〕

도 12는 제2 실시형태를 나타내며, 제1 배기 밸브(3a)를 제1 실시형태와는 상이한 배기 VEL(01)에 의해 개폐 작동시키는 한편, 제2 배기 밸브(3b)를 특수한 회전 캠(80)에 의해 개폐 작동시키도록 되어 있다. 또한, 외측의 제1 구동축(4)의 일단부측(전단측)에 제1 실시형태와 동일한 배기 VTC(02)가 설치되어 있으며, 타단부측(후단측)에는, 상기 제1 구동축(4)의 내부에 회전 가능하게 설치된 제2 구동축(81)과 상기 제1 구동축(4)의 상대 위상을 변화시키는 전동 VTC(03)가 설치되어 있다.

상기 배기 VTC(02)는, 제1 실시형태의 것과 대략 동일한 구조로 변환각이 증대되어 있고, 배기 VEL(01)에 대해서는, 제어축이나 록커 아암 등의 구성 부재의 구조가 상이하며, 그 때문에 기구 특성이 상이하다.

즉, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제어축(24)은, 단일체형으로 형성되어 있으며, 상기 제어축(24)의 외주에 편심 제어 캠(25)이 일체로 결합되어 있다. 또한, 록 아암(15)은, 통형부(15a)를 통해 양단부(15b, 15c)가 제어축(24)의 직경 방향으로 돌출 설치되며, 일단부(15b)가 링크 아암(16)의 돌출 단부(16b)에 연결 핀(15f)을 통해 회전 가능하게 연결되어 있는 한편, 타단부(15c)가 연결핀(19)을 통해 링크 로드(17)의 상단부(17a)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 또한, 상기 링크 로드(17)의 하단부(17b)가 상기 요동 캠(7)의 캠 노우즈부(7b)측에 연결 핀(18)을 통해 회전 가능하게 연결되어 있다. 또한, 제1 배기 밸브(3a)는, 직동형의 밸브 리프터(20a)를 통해 상기 요동 캠(7)의 캠면(7c)에 의해 개폐 작동되도록 되어 있다.

그리고, 상기 제어 편심 캠(25)[제어축(24)]을 회전시키면, 예컨대, 도 11의 (C)에 나타내는 소리프트(L1)로부터, 도 11의 (B)에 나타내는 대리프트(L3)까지 변화할 수 있게 되어 있다.

여기서, 상기 편심 제어 캠(25)의 편심량(β)은, 제1 실시형태에 있어서의 제어 편심축의 오프셋량(α)보다 상당히 작고, 따라서, 상기 제어 편심 캠(25)[제어축(24)]을 회전시켜 리프트(작동각)를 변화시켰을 때, 피크 리프트 위치에서의 링크 아암(16)의 각도 변화가 근소한 것으로서, 피크 리프트 위상은 거의 변화되지 않는 기구 특성으로 되어 있다.

또한, 상기 제어축(24)은, 전동 모터(05)와 상기 전동 모터(05)의 회전 속도를 감속하는 가역식의 감속기(06)(평기어 기구)에 의해 회전 제어되고 있다. 상기 전동 모터(05)는 전자 컨트롤러(49)(ECU)로부터 출력되는 제어 전류에 의해 회전 제어되도록 되어 있다.

상기 제1 구동축(4)과 제2 구동축(81)은, 상대 회전 가능하게 되도록 구성되고, 이들 양 축(4, 81)이, 상기 전동 VTC(03)에 의해 상대 회전하도록 되어 있다.

한편, 상기 전동 VTC(03)는, 예컨대 일본 특허 공개 제2012-145036호 공보 등에 기재된 것으로서, 제1 구동축(4)에 대한 제2 구동축(81)의 상대 회전 위상을 변환할 수 있게 되어 있다.

즉, 상세한 설명은 생략하지만, 일본 특허 공개 제2012-145036호 공보에 있어서의 전동 VTC가, 외주측의 타이밍 스프로킷에 대한 내주측의 캠 샤프트의 상대 회전 위상을, 전동 모터 및 감속 기구를 통해 변환하는 데 대하여, 본 실시형태의 상기 전동 VTC(03)는, 외주측의 제1 구동축(4)에 대한 내주측의 제2 구동축(81)의 상대 회전 위상을, 전동 모터 및 감속 기구를 통해 변환하도록 되어 있을 뿐이며, 기본 구성 및 작동 원리는 상기 공보의 것과 동일하다.

이러한 상기 전동 VTC(03)는, 변환 에너지가 전기이기 때문에, 유압과 같은 기관 회전수나 기관 온도에 따른 응답 속도 제약도 작고, 극저온 시나 기관 정지 시나 시동 직후에도 고응답의 변환 작동이 가능하게 되어 있다.

상기 회전 캠(80)은, 도 14에 나타내는 바와 같이, 베이스 서클 구간을 구성하는 기단측의 기초 원 캠 로브(82)와, 주로 리프트 구간을 구성하는 캠 노우즈측의 리프트 캠 로브(83)로 분할 형성되어 있고, 그 맞춤면 사이에 형성된 양 원호형면(82a, 83a)을 가지고 제1 구동축(4)을 협지하도록 외측에서 끼워져 고정되며, 이들 양 캠 로브(82, 83)와 상기 양 축(4, 81)에 걸쳐 체결 핀(84)이 삽입 관통함으로써, 제2 구동축(81)과 회전 캠(80)이 일체 회전 가능하게 구성되어 있다.

구체적으로는, 상기 기초 원 캠 로브(82)에 있어서의 원호형면(82a)의 둘레 방향 중간 위치에는, 체결 핀(84)의 외직경보다 약간 작은 내직경으로 설정된, 상기 체결 핀(84)의 결합에 제공되는 핀 결합 구멍(82b)이 직경 방향을 따라 관통 형성되며, 상기 리프트캠 로브(83)에 있어서의 원호형면(83a)의 둘레 방향 중간 위치에도, 체결 핀(84)의 외직경보다 약간 작은 내직경으로 설정된, 상기 체결 핀(84)의 결합에 제공되는 핀 결합 구멍(83b)이 캠 노우즈를 향하여 천공 형성되고, 상기 양 결합 구멍(82b, 83b)에 걸쳐 체결 핀(84)이 상기 양 캠 로브(82, 83)에 대하여 압입됨으로써, 상기 양 캠 로브(82, 83)가 연결되어 회전 캠(80)이 구성된다.

또한, 상기 체결 핀(84)의 삽입 관통에 있어서, 상기 제2 구동축(81)에는, 체결 핀(84)이 삽입 관통하는 핀 삽입 관통 구멍(81a)이 직경 방향을 따라 관통 형성되어 있다. 그리고, 이 핀 삽입 관통 구멍(81a)은, 그 내직경이 체결 핀(84)의 외직경보다 약간 작게 설정되고, 상기 체결 핀(84)이 압입 상태로 삽입 관통되는 구성으로 되어 있으며, 이에 의해, 상기 체결 핀(84)의 지지 강성의 향상이 도모되고 있다. 한편, 이 제2 구동축(81)에 대한 체결 핀(84)의 삽입 관통에 있어서는, 상기 체결 핀(84)과 핀 삽입 관통 구멍(81a) 사이에 약간의 직경 방향 간극을 갖게 한 간극 끼움으로 하여도 좋고, 이러한 경우에는, 제2 구동축(81)과 체결 핀(84) 사이에 약간의 래틀링(rattling)이 발생하게 되어, 제1 구동축(4)과 제2 구동축(81) 사이에 축심의 어긋남이 발생된 경우라도, 상기 직경 방향 간극에 의해 그 축심의 어긋남을 흡수시키는 것이 가능해져, 장치의 원활한 작동을 도모하는 데 제공된다.

한편, 상기 제1 구동축(4)에는, 제2 구동축(81)에 대하여 정해진 양만큼 상대 회전 가능하게 되도록, 상기 핀 삽입 관통 구멍(81a)의 양 단부 개구에 면하는 한쌍의 둘레 방향을 따르는 긴 구멍형의 핀 삽입 관통홈(85a, 85a)이 대향하여 형성되어 있다. 즉, 이 제1 구동축(4)에 대한 제2 구동축(81)의 상대 회전은, 이들 각 핀 삽입 관통홈(85a, 85a)의 둘레 방향 폭 내에서 허용되고, 상기 각 핀 삽입 관통홈(85a, 85a)의 단부에 체결 핀(84)이 접촉함으로써 규제되게 된다.

〔본 실시형태의 작용〕

제1 배기 밸브(3a)는, 상기 배기 VEL(01)에 의해 개폐 작동되는 한편, 제2 배기 밸브(3b)는, 회전 캠(80)에 의해 개폐 작동되어, 각각 요동 캠(7) 혹은 회전 캠(80)의 캠 프로필에 따른 밸브 리프트 특성이 된다.

그리고, 상기 배기 VTC(02)의 진각 지각 변환에 의해, 제1 배기 밸브(3a), 제2 배기 밸브(3b) 양쪽 모두의 피크 리프트 위상이 같은 만큼 진각 지각한다.

한편, 상기 전동 VTC(03)의 진각 지각 변환에 따르면, 상기 회전 캠(80)에 의해 구동되는 제2 배기 밸브(3b)만의 피크 리프트 위상이 진각 지각한다.

즉, 도 14의 (B)가 상기 전동 VTC(03)에 의해 제2 배기 밸브(3b)가 최지각으로 제어된 상태이며, 도 14의 (C)가 마찬가지로 최진각으로 제어된 상태이고, 도 14의 (A)가 중간 위상으로 제어된 상태이다.

다음에, 배기 VEL(01)의 작동에 대해서 설명하면, 전동 모터(05)와 감속 기구(06)에 의해 제어축(24)이, 예컨대 도 13의 (C)에 나타내는 바와 같이, 일방향으로 회전되어 제어 캠(32)의 두께부가 상측에 위치되며, 록커 아암(15), 링크 로드(17) 및 요동 캠(7)의 전체가 도 13의 (C)에 나타내는 바와 같이, 반시계 방향으로 회동하도록 위쪽으로 끌려 올라간다. 이 결과, 요동 캠(7)의 밸브 리프터(20a)에 대한 접촉 위치가 베이스 서클 근처가 되어, 비교적 작은 소리프트량(L1)이 된다.

또한, 예컨대 도 13의 (B)에 나타내는 바와 같이, 전동 모터(05)에 의해 제어 캠(25)의 두께부가 하측에 위치하도록 제어축(31)이 타방향으로 회동 제어됨으로써, 록커 아암(15), 링크 로드(17) 및 요동 캠(7)의 전체가 시계 방향으로 회동하는 형태로 아래쪽으로 끌려 내려간다. 이 결과, 요동 캠(7)의 밸브 리프터(20a)에 대한 접촉 위치가 캠 노우즈부(7b) 근처가 되어 큰 리프트량(L3)이 된다.

한편, 상기 제어 편심 캠(25)의 편심량(β)은, 제1 실시형태에 있어서의 제어 편심축의 오프셋량(α)보다 상당히 작고, 따라서, 상기 제어 편심 캠(25)[제어축(24)]을 회전시켜 리프트(작동각)를 변화시켰을 때, 피크 리프트의 위상은 거의 변화하지 않는 것은 전술한 바와 같다.

다음에, 본 실시형태의 구체적인 효과에 대하여 도 15를 이용하여 설명한다.

도 15의 (A)에 시동 직후에 있어서의 흡배기 밸브의 리프트 특성을 나타낸다. 도 15의 (A)의 제1 배기 밸브(3a)의 배기 서브 리프트의 리프트 커브(L3)는, 제1 실시형태의 제1 배기 밸브(3a), 제2 배기 밸브(3b)에 있어서의 도 11의 (A)에 나타내는 서브 리프트 커브(L3)와 동일한 리프트 곡선이며, 제1 배기 밸브(3a)의 개방 시기(EVOs3), 폐쇄 시기(EVCs3)도 동일한 타이밍이고, 상이한 점은, 제1 배기 밸브(3a)만이 개폐 작동하는 점이다.

제2 배기 밸브(3b)의 배기 메인 리프트의 리프트 커브(LE)도, 제1 실시형태의 리프트 커브(LE)와 동일한 리프트 곡선이며, 개방 시기(EVOm)도 폐쇄 시기(EVCm)도 동일한 타이밍이고, 상이한 점은, 제2 배기 밸브(3b)만이 개폐 작동하는 점이다.

또한, 2개의 흡기 밸브의 리프트 커브(LI)는, 제1 실시형태의 리프트 커브(LI)와 동일한 리프트 곡선이며, 개방 시기(IVO), 폐쇄 시기(IVC)도 동일하고, 2밸브 모두 개폐 작동하는 점에서도 동일하여 실질적으로 동일하다.

제1 실시형태의 배기 서브 리프트(L3)[2개의 배기 밸브(3a, 3b) 모두]로 제어되는 경우와 마찬가지로, 본 실시형태에 있어서의 제1 배기 밸브(3a)만이 배기 서브 리프트(L3)로 제어되는 경우도, 기관 온도가 매우 낮은 냉기 시동 직후에 사용되는 것이지만, 본 실시형태에서는, 이하의 점에서 제1 실시형태보다 우수하다.

즉, 연소 가스의 배출 단계(배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성)에서 스월에 의한 교반 효과(실린더 내, 배기 포트 내)가 있고, 연소 가스의 재흡입 단계(배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성)에서도 스월에 의한 교반 효과(실린더 내)가 있으며, 냉기 시동 시에 있어서 배기 서브 리프트의 개방 시기를 빠르게 한 경우에서의 연소 상태의 향상 효과를, 이들 스월에 의해, 제1 실시형태보다 한층 더 높일 수 있다.

다음에, 시동 직후에 기관 온도가 그다지 낮지 않은 경우에는, 제1 실시형태와 마찬가지로 배기 서브 리프트의 작동각을 작게 해 간다. 예컨대, 배기 서브 리프트량(L1)[작동각(D1)]으로 제어되는 경우는, 제1 실시형태와 상이하며, 또한 배기 서브 리프트의 개방 시기(EVOs1)를, 배기 서브 리프트(L3)의 폐쇄 시기(EVOs3)와 동등하게 될 때까지 전술한 연비의 폐해없이 진각시킬 수 있다.

왜냐하면, 도 15의 (A)에 나타내는 바와 같이, 배기 VTC(02)에 의해 제1 배기 밸브(3a)의 서브 리프트 피크 리프트 위상을 X13만큼 진각시킴으로써, EVOs1을, EVOs3과 동등하게 될 때까지 진각시킬 수 있지만, 그때, 제2 배기 밸브(3b)의 배기 메인 리프트도 X13만큼 대폭 진각하여 버리기 때문에, 배기 메인 리프트 과잉 진각에 의한 성능상의 폐해, 예컨대 전술한 과잉 조기 EVO에 의한 연비 악화 등이 염려된다.

그러나, 본 실시형태에서는, 제1 구동축(4)[제1 배기 밸브(3a) 구동]에 대한 제2 구동축(81)[제2 배기 밸브(3b) 구동]의 위상을 변화시키는 전동 VTC(03)가 설치되어 있고, 이에 의해, 제2 구동축(81)을 크랭크각으로 X13만큼[제2 구동축(81) 각도로 0.5×X13 분량] 반대로 지각시키면 좋다. 이러한, 양 배기 VTC(02, 03)의 협조에 의해 제2 배기 밸브(3b)의 배기 메인 리프트의 개방 시기(EVOm), 폐쇄 시기(EVCm)를 유지하면서, 제1 배기 밸브(3a)의 서브 리프트의 개방 시기를 EVOs3까지 폐해없이 진각시킬 수 있다.

이 EVOs3은, 상사점으로부터 X3L이라고 하는, 시동 직후의 실린더 내 가스 난기에는 최적인 피스톤 스트로크 위치이며, 제1 배기 밸브(3a)의 서브 리프트가 소리프트(L1)였던 경우라도, 대리프트(L3)의 경우와 마찬가지로, 이 최적의 피스톤 스트로크 위치로부터, 연소 가스의 재흡입을 개시할 수 있기 때문에, 제1 실시형태에 대하여, 전술한 스월 효과에 더하여, 이 면으로부터도 시동성이 더욱 향상된다. 즉, 제1 실시형태에서는, 시동 직후에 기관 온도가 그다지 낮지 않은 경우에는, 제1 배기 밸브(3a)의 서브 리프트를 소리프트(L1)로 하는 것이 바람직하지만, 그 경우, 도 11의 (A)의 EVOs1에 나타내는 바와 같이, 상기 서브 리프트의 개방 시기가 이상적인 상사점 후 X3L라고 하는 시기로부터 조금 지각하게 된다. 그에 대하여 본 제2 실시형태에서는, 이상적인 상사점 후 X3L에 맞추거나, 혹은 한층 더 근접시킬 수 있다.

덧붙여서 말하면, 반대로 제1 배기 밸브(3a)의 배기 서브 리프트의 개방 시기를 이상의 상사점 후 X3L로부터 더욱 빠르게 한다고 가정하면, 흡기 밸브의 개방 시기에 근접하여 버려, 새로운 공기의 흡입 개시 직후에 연소 가스의 재흡입이 개시되고, 연소 가스가 흡기 포트측으로 역류하는 이상 현상이 생겨 버릴 우려가 있어서, 지나치게 빠르지 않은 상사점으로부터 X3L이라고 하는 배기 서브 리프트의 개방 시기가 최적 위치로 되어 있다. 그리고, 배기 서브 리프트량에 상관없이, 배기 서브 리프트의 개방 시기를, 이 이상적인 상사점 후 X3L에 맞춘, 혹은 한층 더 근접시킬 수 있다.

도 15의 (B)에는 시동하여 충분히 난기가 진행된 후의, 어느 정도 높은 기관 온도가 된 난기 완료 후의 흡배기 밸브의 리프트 특성을 나타내고, 저부하 상태에서는, 제1 배기 밸브(3a)의 배기 서브 리프트량은, 실시형태 1과 마찬가지로 L3으로 되어 있다. 또한, 배기 VTC(02)는, 실시형태 1과 마찬가지로 지각측으로 Xe만큼 변환되어 있고, 배기 서브 리프트량(L3)의 개방 시기는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 상사점 후 X3H로 되어 있다.

이 배기 서브 리프트(L3)의 특성은, 제1 실시형태의 도 11의 (B)에 나타내는 특성과 동일하며, 리프트 곡선이나 개방 폐쇄 시기 등은 동일하고, 전술한 바와 같이, 제1 배기 밸브(3a)만이 이 특성으로 작동하는 점이 상이하다.

따라서, 제1 실시형태의 도 11의 (B)에 나타내는 배기 서브 리프트(L3)의 리프트 특성과 마찬가지로, 도 15의 (A)에 나타내는 배기 서브 리프트(L3)의 리프트 특성도, 서브 리프트 개방 시기(상사점 후 X3H)에서의 피스톤 흡입 스트로크 위치는 충분히 내려가 있기 때문에, 전술한 온도 성층화 효과에 기초하여 급속 이상 연소를 억제할 수 있는 것이다.

또한, 본 제2 실시형태에서는, 한쪽의 배기 밸브[제1 배기 밸브(3a)]만으로부터 연소 가스가 재도입되기 때문에, 그때에 생기는 스월이, 피스톤 관면(冠面)이 아닌 실린더 보어 외주를 따른 기류에 메인이 되어, 실린더 보어의 외주측에 연소 가스가, 내주측에 새로운 공기라고 하는 온도 성층장도 될 수 있다. 여기서, 실린더 보어 외주측의 연소 가스 기류는, 실린더 보어 벽면(냉각수의 냉각 효과에 의해 피스톤보다 저온)에 의해 차가워지기 때문에, 한층 더 전술한 급속 이상 연소 등을 억제할 수 있다.

더욱 부하가 높아지면, 제1 실시형태와 마찬가지로, 배기 서브 리프트(L2)[작동각(D2)]로부터 더욱 L1[작동각(D1)]로 저하시켜 가는 점은, 제1 실시형태와 동일하다. 상이한 점은, 어느 리프트량에 있어서도, 개방 시기는 EVOs3, 즉 이상적인 상사점 후 X3H와 대략 일치시키고 있다는 점이다. 예컨대, 배기 서브 리프트량(L1)에서는, 배기 VTC(02)를 X13만큼 진각시킴으로써, 폐쇄 시기를 EVOs3과 일치시키고 있다.

그리고, 이것만이면, 배기 메인 리프트(LE)도 X13만큼 진각하여 버려, EVOm의 과잉 진각에 의한 폐해, 예컨대, 연소 에너지가 조기에 개방되어 버리는 것에 따른 연비 악화가 발생된다.

그 때문에, 기관 온도나 기관 회전에 상관없이 가능하게 변환이 가능한 전동 VTC(03)에 의해, 배기 메인 리프트(LE)만을 X13만큼 진각시킨다. 이와 같이 하면, 배기 메인 리프트(LE)의 위상을 이상적인 Xe로 유지하면서 배기 서브 리프트의 개방 시기(EVOs1)를 EVOs3(이상적인 상사점 후 X3H)으로 유지할 수 있다. 이 결과, 연소 가스의 재도입을 개시하는 피스톤 스트로크 위치를, 배기 서브 리프트량에 상관없이, 이상적인 전술한 X3H로 유지할 수 있기 때문에, 이상적인 연소 가스의 재도입 특성을 안정 유지하면서, 전술한 온도 성층화 효과에 의해 전술한 급속 이상 연소 등을 안정적으로 한층 더 억제할 수 있다. 덧붙여 말하면, 배기 서브 리프트의 개방 시기를 상사점 후 X3H를 넘어 크게 지각시키면, 온도 성층화 효과가 지나치게 현저해져, 원활한 연소가 저해되는 것은 전술한 바와 같다.

한편, 제1 구동축(4)의 크랭크축에 대한 위상 변환에 유압 구동에 따른 배기 VTC(02)를 이용하여, 제2 구동축(81)의 제1 구동축(4)에 대한 위상 변환에 전동 VTC(03)를 이용하는 이유는 이하와 같다.

즉, 제1 구동축(4)의 위상 변환에서는, 제1 배기 밸브(3a)와 제2 배기 밸브(3b) 양쪽 모두의 부하가 걸리기 때문에, 내부하성이 높은 유압의 배기 VTC(02)를 이용하고, 제2 구동축(81)의 제1 구동축(4)에 대한 위상 변환에서는, 제2 배기 밸브만의 부하가 되기 때문에 내부하성이 낮은 전동 VTC(03)를 이용한다.

이 결과, 전동 VTC(03)의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 모터의 소형화도 실현되고, 탑재성의 향상이나, 모터 Ip 저감에 의해 제2 배기 밸브(3b)(메인 리프트 커브) 변환 응답성을 높일 수 있으며, 예컨대 후술하는 제3 실시형태에서의 효과가 지연되지 않고 얻어진다.

〔제3 실시형태〕

도 13은 제3 실시형태에 있어서의 제1 배기 밸브, 제2 배기 밸브(3a, 3b)와 흡기 밸브의 밸브 리프트 커브(난기 완료 후)를 나타내고 있다. 이것은, 제2 실시형태와 동일한 가변 밸브 작동 장치를 이용하여 직렬 3기통의 내연 기관에 적용한 것이다. 그리고, 제1 배기 밸브(3a)의 배기 서브 리프트는, 제2 실시형태에 있어서의 도 15의 (B)에 나타내는 배기 서브 리프트(L1) 특성과 동일한 한편, 제2 배기 밸브(3b)의 배기 메인 리프트는, 개방 시기(EVOm)가 하사점 부근까지 지각 제어되고 있다. 즉, 도 16의 (A)에 나타내는 바와 같이, 도 15에 나타내는 기준 위상(파선)보다 Xe'만큼 지각하여, 도 15의 (B)에 나타내는 Xe보다 더욱 지각측으로 제어되고 있다.

여기서, 배기 서브 리프트 기간에 있어서의 배기 포트측의 연소 가스(배기 가스) 압력에 대해서 고찰한다.

도 16의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 점화 순서에서 후속하는 기통(하단; 예컨대 #2 기통)은, 동 선행하는 기통(상단; 예컨대 #1 기통)에 대하여, 크랭크각의 축각도로 240°지연되어 작동한다(3기통이기 때문에 720°÷3=240°).

여기서, 전술한 선행 기통의 배기 서브 리프트 기간에, 후속 기통으로부터의 큰 배기 블로우 다운 압력이, 배기 매니폴드의 후속 기통 배기 포트, 포트 집합부, 선행 기통 배기 포트를 통해, 선행 기통의 배기 포트 배기 밸브 부근에 작용할 것 같은 타이밍에 전술한 Xe'가 설정되어 있다. 즉, 후속 기통의 배기 메인 리프트가 지각된 EVOm에서 밸브 개방하면, 고압의 피키한 블로우 다운 배기 피크 압력이 상승하고, 그것이 전술한 배기 매니폴드 경로를 통과하여 음속에 기인하는 약간의 시간차(Δt)를 거쳐 선행 기통의 배기 포트 배기 밸브 부근에 도달한다.

그때, 선행 기통이 배기 서브 리프트하고 있으면, 배기 가스(연소 가스)가 이 블로우 다운 고압 피크 압력으로 선행 기통의 실린더 내에 압입된다. 따라서, 실린더 내에 새로운 공기가 충분히 충전되어 있는 도중이라도 연소 가스가 더욱 압입된다.

따라서, 기관 토크(부하)를 높게 유지하면서 연소 가스를 많이 취입하여, 비교적 토크가 높은 운전 조건에 있어서도, 다량의 연소 가스에 의한 연비 향상(가스 비열비 향상 등), NOx 등의 배기 에미션 저감을 실현할 수 있다. 또한, 연소 가스의 온도에 의해 자착화시키는 가솔린 HCCI 연소라면, 이 HCCI 연소의 작동 영역을 고부하(고토크)측으로 확대하는 것도 가능해져, 주행 연비가 한층 더 향상된다.

여기서, 배기 서브 리프트의 피크 리프트 위상과 EVOm의 위상차는 크랭크각으로 Δφ에 대하여 고찰하면, 전술한 Δt 사이에 대응하는 각도로 되어 있다.

예컨대, 기관 회전수가 2000 rpm이며 Δt가 0.002초이면, Δφ는 2000 rpm÷60초×360°×0.002초=24°(크랭크각)로 된다.

이 Δφ의 각도는, 동일한 Δt라도 변화하게 된다. 기관 회전수가 1500 rpm으로 저하하면, 크랭크의 각속도가 4분의 3이 되기 때문에, Δφ도 4분의 3으로 변화하지 않으면, 전술한 배기 서브 리프트 기간에서의 배기 압입 효과의 동조는 얻어지지 않는다.

한편, 배기 가스 온도가 내려가면, 음속 자체가 늦어지기 때문에 Δt 자체가 증가하여, 동일한 회전수라도, Δφ를 증가시키지 않으면 동조는 얻어지지 않는다. 즉, 기관 운전 상태에 따라, 각 서브 리프트 특성에 대응한 Δφ를 변화시키는 것, 즉, 배기 밸브의 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 개방 시기를 변화시키는, 즉, 피크 리프트 위상을 변화시킴으로써, 동조를 효과적으로 얻을 수 있다.

특히, 본 실시형태에서도 제2 실시형태와 마찬가지로 전동 VTC(03)에 의해 제2 배기 밸브(3b)의 위상을 변화시키기 때문에, 고응답으로 EVOm을 변화시킬 수 있고, 따라서 운전 상태/조건(기관 회전수나 부하 등)이 갑자기 변화한 경우라도, 상기 동조에 의한 효과가 지연되지 않고 얻어진다.

상기 각 실시형태에서는, 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구로서, 배기 서브 리프트량(작동각)을 연속적으로 변화시킬 수 있는 요동 캠(7)을 이용하는 예를 나타내었지만, 다단계로 리프트를 변화시킬 수 있는 작동 캠 프로필 변환식(예컨대 WO 2012/146361 A1, 2012/11/01 참조) 등의 다단계로 작동각(리프트)을 변화시킬 수 있는 것에도 적용할 수 있다.

또한, 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구로서 작동각을 변화시킨 경우에 피크 리프트 위상이 변화되는 기구를 이용하면, 이것이 배기 서브 리프트 위상 가변 기구를 겸하기 때문에, 배기측 VTC는 반드시 병용하지 않아도 좋다.

이상과 같이, 본 발명의 구체적인 기구 하드 구성은 특별히 특정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지를 만족시키는 범위이면, 한정은 되지 않는다.

또한, 본 발명이 적용되는 엔진으로서는, 통상 가솔린 엔진과 같은 스파크 점화 엔진뿐만 아니라, 디젤이나 가솔린 HCCI 등의 압축 점화 엔진이어도 상관없다.

상기 실시형태로부터 파악되는 상기 청구항 이외의 발명의 기술적 사상에 대해서 이하에 설명한다.

〔청구항 a〕청구항 2에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각의 증가에 따라, 상기 피크 리프트 위상이 지각하도록 구성된 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 작동각을 변화시킨 경우라도, 배기 밸브 개방 시기의 변화는 억제되기 때문에, 피스톤에 의한 연소 가스의 재도입이 개시되는 피스톤 스트로크 위치의 변화도 억제된다. 이 결과, 연소 가스의 재도입 특성이 안정화된다.

〔청구항 b〕청구항 2에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치로서,

상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각 및 피크 리프트 위상 양쪽 모두가, 상호 독립하여 연속적 혹은 다단계로 변화할 수 있도록 기계적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성을, 기관 온도나 기관 부하 등에 의해 피크 리프트 위상이나 작동각을 상호 독립하여 변경 가능하게 되기 때문에, 기관 운전 상태에 따라 적절한 밸브 개방 특성으로 할 수 있다.

〔청구항 c〕청구항 2에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치로서,

상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각과 피크 리프트 위상이, 상기 흡기 캠의 리프트 특성과는 독립하여, 또한 연속적 혹은 다단계로 변화할 수 있도록 기계적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 기관 운전 상태에 따라 흡기 밸브의 리프트 특성과는 연동하지 않고, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 작동각과 피크 리프트 위상을 세밀하게 변경할 수 있기 때문에, 실린더 내로의 배기 가스(연소 가스)의 재도입 특성이 한층 더 향상되어, 연소 상태의 향상이나 연비의 향상, 배기 에미션의 저감 효과 등을 더욱 높일 수 있게 된다.

〔청구항 d〕청구항 2에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치로서,

상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각이나 피크 리프트 위상이 상호 독립하고, 또한 상기 흡기 밸브의 밸브 개방 시기와는 독립하여 연속적 혹은 다단계로 변화할 수 있도록 기계적으로 구성한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

기관 운전 상태에 따라, 흡기 밸브의 밸브 개방 작동과는 연동하지 않고 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 작동각과 피크 리프트 위상을 상호 독립하여 세밀하게 변경할 수 있다.

〔청구항 e〕청구항 2에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

기관 시동 직후에는, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성을 배기 상사점측으로 진각시키며, 기관 온도가 낮을수록 작동각을 확대시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 기관 시동 시에, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 밸브 개방 시기가 빨라지기 때문에, 고온의 연소 가스를 빠르게 실린더 내에 도입시킬 수 있다. 이를 위해, 실린더 내 가스 전체를 착화 가능 온도까지 난기(暖氣)[난기(暖機)]하는 것이 가능해져, 시동성을 향상시킬 수 있다. 특히, 냉기 시동 시는, 작동각을 확대함으로써, 연소 가스를 장시간에 걸쳐 도입할 수 있다. 이에 의해, 난기 성능을 높일 수 있다.

한편, 그다지 기관 온도가 낮지 않은 경우는, 작동각이 작아도 실린더 내 가스 전체를 착화 가능한 온도까지 난기할 수 있기 때문에, 양호한 시동성을 확보할 수 있다. 또한 이 경우, 불활성 가스인 연소 가스의 도입 기간(도입량)을 짧게 할 수 있기 때문에, 시동 시의 착화성 확보에 더하여 연소 안정성도 높여진다. 또한, 새로운 공기가 증가하기 때문에, 기관 토크를 높일 수 있어, 시동 직후의 운전 성능(가속성)도 향상된다.

〔청구항 f〕청구항 e에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각을 최대로 한 경우에 있어서, 폐쇄 시기를 흡기 하사점 내지 하사점 전으로 설정한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 하사점을 넘으면 피스톤의 재상승이 시작되기 때문에, 실린더 내압이 상승하여 부압으로부터 정압으로 반전되어, 배기 가스(연소 가스)의 재도입이 어려워지는 경향이 있는 데 대하여, 하사점 또는 하사점 전으로 설정함으로써 연소 가스의 재도입을 재촉하는 효과도 있다.

〔청구항 g〕청구항 e에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 피크 리프트 위상을 팽창 행정의 하사점측으로 진각시키며, 상기 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성의 밸브 폐쇄 시기로부터 배기 상사점까지의 시간(기간)을, 배기 상사점으로부터 상기 흡기 밸브의 밸브 개방 시기까지의 시간(기간) 이하로 설정한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 흡기 밸브 개방 시기(IVO) 시점의 실린더 내는, 대기압(배기압) 레벨 혹은 그 이하까지 내려 가 있고, 흡기 시스템측으로 연소 가스가 내보내어지는 것이 억제된다. 따라서, 이와 같이 실린더 내에 갇힌 연소 가스도 흡기 행정까지 실린더 내에 남기 때문에, 배기 서브 리프트에 의한 실린더 내 가스에 의한 난기 효과가 더욱 높아진다.

〔청구항 h〕청구항 e에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 가변 밸브 작동 장치가 비작동 시에 있어서의 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각과 피크 리프트 위상이, 냉기 시동 시에 있어서의 제어 서브 리프트 특성의 작동각과 피크 리프트 위상과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 기관 시동 전에 시동이 가장 곤란한 냉기 시동 시의 제어서브 리프트 특성에 미리 기계적으로 안정되어 있기 때문에, 시동의 초기부터 시동성의 향상을 얻을 수 있다. 또한, 전기 시스템에 단선 등의 이상이 있었던 경우라도, 상기 서브 리프트 특성에 미리 기계적으로 안정되어 있기 때문에 냉기 시동 시도 포함하여 시동이 가능해진다.

〔청구항 i〕청구항 2에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

난기 완료 후는, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 밸브 개방 시기를 흡기 하사점측으로 지각시키며, 기관 부하가 낮을수록 작동각을 확대하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 난기 완료 후의 운전에 있어서, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 밸브 개방 시기가 늦어지기 때문에, 최초에 흡기 밸브를 통해 실린더 내에 도입된 저온의 새로운 공기와, 이후에 배기 밸브를 통해 재도입된 고온의 연소 가스가 바로는 충분히 열 교환되지 않고, 연소 가스에 의한 고온 가스 영역과, 새로운 공기에 의한 저온 가스 영역과, 양자 사이의 중간 온도 가스 영역이 존재하게 된다(소위, 온도 성층화 효과). 그 때문에, 최초는 고온의 영역으로부터 순차 연소한다고 하는 원활한 시간차 연소 패턴을 취한다. 따라서, 가스 전체가 혼합되어 고온이 된 경우에 상정되는 급속 이상 연소에 기인하는 문제, 즉 고온 가스에 의해 노킹이나 프리이그니션을 일으키거나, 급속 연소에 의해 연소 소음이 증가하고, 또한, NOx 등의 에미션이 증가하여 버린다, 라고 하는 문제를 회피할 수 있다.

또한, 기관 부하가 낮을수록 작동각을 확대함으로써, 이상과 같은 급속 이상 연소 등을 억제하면서 비열비가 높은 연소 가스를 증가시킴으로써 연비의 향상을 도모할 수 있다.

〔청구항 j〕청구항 2 또는 3에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 피크 리프트 위상이, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 피크 리프트 위상과는 독립하여 변화할 수 있도록 기계적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 상기 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 피크 리프트 위상을, 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성 변화와 연동 변화하는 것을 회피하면서 적정화할 수 있어, 더욱 여러 가지 성능이 향상된다. 즉, 실린더 내로의 배기 가스 재도입 특성이 한층 더 개선되어, 연소 상태나 연비의 향상을 얻을 수 있으며, 배기 에미션의 저감 효과가 더욱 향상된다.

〔청구항 k〕청구항 j에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

배기 밸브 부근의 배기 포트 내의 압력이, 배기 서브 리프트 기간에 있어서 높아지도록 연소 순서에서 후속하는 기통의 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성에 있어서의 피크 리프트 위상을 제어한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 흡기 충전 효율을 확보한 뒤에, 연소 가스를 다량으로 재흡입할 수 있기 때문에, 고토크 영역에서의 연비를 향상시킬 수 있고, 또한 NOx 등의 배기 에미션을 저감할 수 있다.

〔청구항 l〕청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 1기통당 한쌍의 배기 밸브 중 한쪽만이 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성이 되고, 상기 1기통당 한쌍의 배기 밸브 중 다른쪽만이 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성이 되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 연소 가스의 배출 단계에서 스월에 의한 실린더 내 교반 효과 및 배기 포트 내 교반 효과가 있으며, 또한, 연소 가스의 재도입 단계(배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성)에서의 스월에 의한 실린더 내 교반 효과도 있어, 냉기 시동 시에 있어서 배기 서브 리프트의 개방 시기를 빠르게 한 경우에서의 연소 상태의 향상 효과를 더욱 높일 수 있다.

〔청구항 m〕청구항 1에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 배기 메인 리프트 캠은, 크랭크 샤프트와 동기 회전하는 구동축과 일체로 회전 가능하게 설치되고,

상기 배기 서브 리프트 캠은, 상기 구동축의 회전이 요동량으로 변환되어 전달되는 전달 기구에 의해 요동하며,

상기 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구는, 상기 전달 기구의 자세를 변화시킴으로써 상기 배기 서브 리프트의 작동각을 가변 제어하도록 설치되고,

상기 배기 서브 리프트 위상 가변 기구는, 상기 크랭크 샤프트와 구동축의 회전 위상을 가변 제어하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

본 발명에 따르면, 배기 서브 리프트 캠에 의한 작동각과 피크 리프트 위상의 밸브 개방 가변 제어가 가능해진다.

〔청구항 n〕청구항 1에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

상기 배기 서브 리프트 캠은, 상기 구동축과 동기 회전 가능하며 축 방향으로 상기 구동축에 대하여 이동 가능하게 설치되어 있으며, 상기 구동축의 축 방향에 복수의 상이한 작동각의 캠면을 가지고,

상기 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구는, 상기 배기 서브 리프트 캠을 상기 구동축에 대하여 축 방향으로 이동시킴으로써 배기 서브 리프트에 있어서의 작동각을 변화시키며,

상기 배기 서브 리프트 위상 가변 기구는, 상기 크랭크 샤프트와 상기 구동축의 회전 위상을 가변시킴으로써 배기 서브 리프트에 있어서의 피크 리프트 위상을 변화시키도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

〔청구항 o〕청구항 1에 기재된 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치에 있어서,

크랭크 샤프트와 동기 회전하는 제1 구동축의 회전을 요동 연동으로 변환하여 전달하는 전달 기구에 의해 요동하는 요동 캠에 의해, 상기 다른쪽의 배기 밸브가 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성으로 개폐하도록 구성되고,

상기 제1 구동축과 동일 축에 설치된 제2 구동축과 일체 회전 가능하게 설치된 회전 캠에 의해 상기 한쪽의 배기 밸브가 상기 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성으로 개폐하도록 구성되며,

상기 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구는, 상기 전달 기구의 자세를 변화시킴으로써 상기 배기 서브 리프트의 작동각을 가변 제어하며,

상기 배기 메인 리프트 위상 가변 기구는, 상기 크랭크 샤프트와 상기 제1 구동축의 회전 위상을 가변 제어하는 제1 위상 가변 기구와, 상기 제1 구동축과 제2 구동축의 회전 위상을 가변 제어하는 제2 위상 가변 기구에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.

01 : 배기 VEL 02 : 배기 VTC
03 : 전동 VTC 1 : 실린더 헤드
3a : 제1 배기 밸브 3b : 제2 배기 밸브
4 : 구동축 5 : 회전 캠(배기 메인 리프트 캠)
6 : 스윙 기구 7 : 요동 캠(배기 서브 리프트 캠)
8 : 전달 기구 9 : 제어 기구
13 : 구동 캠 15 : 록커 아암
16 : 링크 아암 17 : 링크 로드
24 : 제어축 30 : 제1 스윙 아암
31 : 제2 스윙 아암 32 : 록커 샤프트
34 : 제1 롤러 35 : 제2 롤러
41 : 타이밍 스프로킷 42 : 베인 부재
42a : 베인 로터 42b : 베인
43 : 유압 회로 44 : 하우징
45 : 프론트 플레이트 46 : 리어 커버
51 : 진각측 오일실 52 : 지각측 오일실
53 : 제1 유통로 54 : 제2 유통로
57 : 전자 변환 밸브 59 : 오일 펌프
71 : 코일 스프링

Claims

배기 상사점으로부터 흡기 하사점까지의 흡기 행정과, 흡기 하사점으로부터 압축 상사점까지의 압축 행정과, 압축 상사점으로부터 팽창 하사점까지의 팽창 행정과, 팽창 하사점으로부터 배기 상사점까지의 배기 행정으로 이루어지는 4 사이클 내연 기관에 적용되는 가변 밸브 작동 장치로서,
상기 흡기 행정에서 흡기 밸브를 밸브 개방시키는 흡기 캠과,
1기통당 한쌍의 배기 밸브 중 한쪽의 배기 밸브를 상기 배기 행정에서 밸브 개방시키는 배기 메인 리프트 캠 및 상기 1기통당 한쌍의 배기 밸브 중 다른쪽의 배기 밸브를 상기 흡기 행정에서 밸브 개방시키는 배기 서브 리프트 캠과,
상기 배기 서브 리프트 캠에 의한 작동각을, 연속 혹은 다단계로 가변 제어하는 배기 서브 리프트 작동각 가변 기구, 그리고
상기 배기 서브 리프트 캠에 의한 피크 리프트 위상을, 연속적 혹은 다단계로 가변 제어하는 배기 서브 리프트 위상 가변 기구
를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각의 증가에 따라, 상기 피크 리프트 위상이 지각(遲角)하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각 및 피크 리프트 위상 양쪽 모두는, 상호 독립하여 연속적 혹은 다단계로 변화할 수 있도록 기계적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각과 피크 리프트 위상은, 상기 흡기 캠의 리프트 특성과는 독립하여, 또한 연속적 혹은 다단계로 변화할 수 있도록 기계적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각이나 피크 리프트 위상은, 상호 독립하여, 또한 상기 흡기 밸브의 밸브 개방 시기와는 독립하여 연속적 혹은 다단계로 변화할 수 있도록 기계적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 기관 시동 직후에는, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성을 배기 상사점측으로 진각(進角)시키며, 기관 온도가 낮을수록 작동각을 확대시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제6항에 있어서, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각을 최대로 한 경우에, 폐쇄 시기를 흡기 하사점 내지 하사점 전으로 설정한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제6항에 있어서, 상기 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성에서의 피크 리프트 위상을 팽창 행정의 하사점측으로 진각시키며, 상기 배기 메인 리프트 캠의 리프트 특성의 밸브 폐쇄 시기로부터 배기 상사점까지의 시간(기간)을, 배기 상사점으로부터 상기 흡기 밸브의 밸브 개방 시기까지의 시간(기간) 이하로 설정한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제6항에 있어서, 상기 가변 밸브 작동 장치가 비작동 시에 있어서의 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 작동각과 피크 리프트 위상은, 냉기 시동 시에 있어서의 제어 서브 리프트 특성의 작동각과 피크 리프트 위상과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.
제1항에 있어서, 난기 완료 후는, 상기 배기 서브 리프트 캠의 리프트 특성의 밸브 개방 시기를 흡기 하사점측으로 지각시키며, 기관 부하가 낮을수록 작동각을 확대하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 가변 밸브 작동 장치.