KR20150038655A

KR20150038655A - 내연 기관의 직동형 밸브 리프터

Info

Publication number: KR20150038655A
Application number: KR20157006536A
Authority: KR
Inventors: 마코토 야스이케
Original assignee: 니탄 밸브 가부시키가이샤
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2015-04-08
Also published as: CN104603407A; WO2014033910A1; KR101528274B1; JP5817040B2; EP2891774A4; CN104603407B; JPWO2014033910A1; EP2891774A1

Abstract

가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터는 캠 유닛에 대하여 일정한 방향을 이루는 것이 요구되는데, 이것을 종래의 종형홈과 핀의 끼워맞춤과 같은 쓸데없는 가공을 필요로 하는 방법에 따르지 않고, 간이한 구성으로 달성한다. 고 리프트 캠이나 저 리프트 캠이 슬라이딩 접촉하는 밸브 리프터의 캠 슬라이딩 접촉면을 매끄러운 경사면으로 형성하고, 당해 슬라이딩 접촉면에 있어서의 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점을 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점보다 낮게 하여, 양 지점간에 고도차를 마련한다. 이것에 의해 고 리프트 캠도 저 리프트 캠도 항상 낮은 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점으로부터 높은 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점을 향하여, 경사를 따라 낮은 쪽으로부터 높은 쪽으로 캠 슬라이딩 접촉면을 이동하므로, 밸브 리프터는 캠으로부터 왕복운동 축선 둘레의 힘을 받지 않는다. 이 때문에 밸브 리프터의 방향이 일정하게 된다.

Description

내연 기관의 직동형 밸브 리프터{DIRECT-ACTION VALVE LIFTER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 동밸브 기구를 구성하는 원통형의 직동형 밸브 리프터에 관한 것이다. 그 중 본 발명이 대상으로 하는 것은 가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터이다.

이러한 형식의 것은 고 리프트 캠과 저 리프트 캠이 일체화한 캠 유닛에 대하여, 고 리프트 캠 슬라이딩 접촉면을 가지는 고 리프터부와 저 리프트 캠 슬라이딩 접촉면을 가지는 저 리프터부를 전환하여 동작함으로써, 밸브의 리프트량(밸브 개방량)을 고저의 2단계로 조정할 수 있는 구조로 되어 있다. 일반적으로 고 리프트량일 때는 고 회전에서 효율이 좋지만 저 회전시에 효율이 저하하고, 저 리프트량일 때는 저 회전에서 효율이 좋지만 고 회전시에 효율이 저하한다. 이 점에서 내연 기관의 고 회전 영역과 저 회전 영역에 대응하여, 밸브의 리프트량을 고 회전에 적합한 고 리프트량과 저 회전에 적합한 저 리프트량으로 전환하는 것이다.

이러한 구조의 가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터는 캠 유닛에 대하여 일정한 방향을 이루는 것이 요구된다.

그 첫번째 이유는 캠과 밸브 리프터의 충돌 방지이다. 만약 밸브 리프터가 왕복운동 축선의 둘레에 회전하여 방향이 변하면, 고 리프터부가 정위치로부터 벗어나고, 저 리프트 캠으로 운전할 때, 고 리프트 캠이 고 리프터부로부터 벗어나 저 리프터부에 격돌하여 파괴되게 된다.

두번째 이유는 오일 공급 경로의 위치 어긋남 방지이다. 이 형식에서는 밸브 리프터의 캠 전환 기구를 엔진측으로부터 유압을 공급하여 조작하는데, 밸브 리프터가 회전하여 그 방향이 다른 방향을 향하면, 엔진측의 오일 공급구와 밸브 리프터측의 오일 수취구의 위치가 어긋나, 오일의 공급에 지장을 초래하고, 캠 전환 기구가 정상적으로 동작하지 않게 된다.

이러한 이유로부터 밸브 리프터가 캠 유닛에 대하여 일정한 방향을 이루는 것, 즉 밸브 리프터의 방향성이 요구되는 것인데, 이것을 종래는 밸브 리프터에 회전 방지 수단을 강구함으로써 실현하고 있었다.

예를 들면 도 14(특허문헌 1의 도 1)에서는, 밸브 리프터(101)의 측면에 핀(102)을 돌출시키고, 이것을 실린더 보어(103)의 내주에 형성한 종형홈(104)에 걸어맞춘다. 이 핀(101)과 종형홈(104)이 밸브 리프터(101)의 회전 방지 수단이다.

도 14의 105는 유로(106)의 유압으로 전진 후퇴하는 센터 리프터로, 도 14에 나타내는 후퇴 위치에 있을 때, 고 리프트용 센터 캠(108)은 슬릿(107)을 통과하여 공타(空打)가 되고, 저 리프트 캠(109)이 저 리프터부(110)에 슬라이딩 접촉한다. 그 결과, 밸브(111)는 저 리프트량으로 개폐한다. 한편, 센터 리프터(105)가 슬릿(107)에 진출하여 전진 위치에 있으면, 고 리프트 캠(108)이 센터 리프터(105)의 외주면에 슬라이딩 접촉하여 밸브(110)가 고 리프트량으로 개폐한다.

이러한 가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터에 있어서는, 도 14와는 반대로, 핀(102)을 보어측에, 종형홈(104)을 밸브 리프터측에 각각 설치해도 도 11의 예와 동일 효과이며, 어느 예에 있어서도 핀이 종형홈을 따름으로써 밸브 리프터의 회전 방지가 실현된다.

일본 특허공보 4829562호

이러한 종래의 회전 방지 수단은 종형홈의 형성이나 핀의 부착 등 쓸데없는 가공이 필요하여 제조가 번잡할 뿐만아니라, 구조도 복잡하며 마모나 내구성의 저하를 피할 수 없고, 이음 발생 등의 문제의 원인도 되고 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 어떻게 이러한 복잡한 구조 없이 가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터의 방향성을 실현할 것인가이다.

본 발명에서는 고 리프트 캠이나 저 리프트 캠이 슬라이딩 접촉하는 캠 슬라이딩 접촉면을 매끄러운 경사면으로 형성하고, 당해 슬라이딩 접촉면에 있어서의 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점을 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점보다 낮게 하여, 양 지점간에 고도차를 마련한다.

본 발명에서는 고 리프트 캠도 저 리프트 캠도 항상 낮은 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점으로부터 높은 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점을 향하여, 경사를 따라 낮은 쪽으로부터 높은 쪽으로 캠 슬라이딩 접촉면을 이동한다. 그 결과, 캠 슬라이딩 접촉면에 있어서의 캠의 슬라이딩 접촉 궤적이 캠 슬라이딩 접촉면의 경사 방향을 따르는 점에서, 밸브 리프터는 캠으로부터 왕복운동 축선 둘레의 힘을 받지 않는다. 이 때문에 밸브 리프터의 방향이 일정하게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 회전 방지 수단과 다르게, 캠 슬라이딩 접촉면을 경사 가공할 뿐인 심플한 구성으로 회전 방지를 실현할 수 있으므로, 부품점수를 삭감할 수 있어 경량화가 가능하고, 또 실린더 보어측에 회전 방지용의 종형홈 등을 가공할 필요가 없기 때문에 가공비를 저감할 수 있으며, 또한, 장착도 간단하고 제조가 용이하며 마모나 이음 발생의 우려가 없고 신뢰성이 향상하는 등의 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명을 실시한 내연 기관용 직동형 밸브 리프터 주변의 단면도이다.
도 2는 저 리프트시에 있어서의 도 1의 밸브 리프터의 내부 기구 설명도이다.
도 3은 도 2의 밸브 리프터 주변의 동작 설명도이다.
도 4는 고 리프트시에 있어서의 도 1의 밸브 리프터의 내부 기구 설명도이다.
도 5는 도 4의 밸브 리프터 주변의 동작 설명도이다.
도 6은 도 1의 밸브 리프터의 회전 방향을 설명하기 위한 작용 설명도이며, 밸브 리프터를 정면에서 본 상태를 나타낸다.
도 7은 도 1의 밸브 리프터의 회전 방향을 설명하기 위한 작용 설명도이며, 평면에서 본 상태를 나타낸다.
도 8은 도 1의 밸브 리프터의 회전 방향을 설명하기 위한 작용 설명도이며, 평면에서 본 상태를 나타낸다.
도 9는 본 발명을 실시한 밸브 리프터의 각종 캠 슬라이딩 접촉면의 단면도이며, 캠 슬라이딩 접촉면이 크라우닝인 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명을 실시한 밸브 리프터의 각종 캠 슬라이딩 접촉면의 단면도이며, 역크라우닝인 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명을 실시한 밸브 리프터의 각종 캠 슬라이딩 접촉면의 단면도이며, 경사진 평면의 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명을 실시한 밸브 리프터의 상이한 예의 사시도이다.
도 13은 본 발명을 실시한 밸브 리프터의 상이한 예의 사시도이다.
도 14는 종래예의 밸브 리프터 주변의 단면도이다.

도 1에 있어서, 11은 자동차용 엔진의 실린더 헤드이며, 12는 흡기 포트를 나타낸다. 13은 흡기 밸브, 14는 밸브 스템, 15는 가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터, 16은 캠이다. 그 중 16a는 고 리프트 캠이며 16b는 저 리프트 캠을 나타낸다. 이들은 공통의 캠 샤프트(17)에 일체적으로 부착되어 유닛화되어 있다.

18은 실린더 보어이며, 그 내측의 코일 스프링(19)에 의해 흡기 밸브(13)를 흡기 포트(12)에 눌러 닫는다. 캠(16(16a 또는 16b))은 밸브 리프터(15)를 코일 스프링(19)에 저항하여 도면 중 하방으로 누르고, 흡기 밸브(13)를 연다. 20은 밸브 리프터(15)의 캠 슬라이딩 접촉면이며, 여기를 캠(16)이 슬라이딩 접촉하여 밸브 리프터(15)를 누르고, 흡기 밸브(13)를 연다. 이것을 반복하여, 밸브 리프터(15)는 실린더 보어(18) 내를 직선 왕복운동한다.

밸브 리프터(15)의 캠 슬라이딩 접촉면(20)에는 고 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20a)을 가지는 고 리프터부(15a)와 저 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20b, 20b)을 가지는 저 리프터부(15b, 15b)가 배치되어 있다(도 2~도 5). 이들은 고 리프터부(15a)를 좌우로부터 저 리프터부(15b, 15b)가 끼우도록 배치되어 있고, 고 리프터부(15a)를 가로로 관통하는 유압 핀(21)이 유압으로 이동하면 선단이 저 리프터부(15b)에 삽입되고(도 4), 고 리프터부(15a)와 좌우의 저 리프터부(15b, 15b)가 일체화한다(도 5). 유압 핀(21)이 저 리프터부(15b)로부터 빠져나가면(도 2), 고 리프터부(15a)와 저 리프터부(15b)가 분리되어, 고 리프터부(15a)는 저 리프터부(15b)에 대하여 자유롭게 승강한다(도 3).

이 점에서 명확한 바와 같이, 도 3의 상태에서는, 고 리프트 캠(16a)은 고 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20a)에 접해도 밸브 리프터(15)를 내리누르지 않고, 소위 공타 상태가 된다. 그 결과, 저 리프트 캠(16b)이 저 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20b)에 접하여 저 리프터부(15b)를 내리누르고, 밸브 리프터(15)는 저 리프트량의 작동이 된다. 한편, 도 5의 상태에서는, 고 리프터부(15a)가 저 리프터부(15b)와 일체화하고, 고 리프트 캠(16a)이 고 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20a)에 접하여 밸브 리프터(15)를 내리누른다. 그 결과, 밸브 리프터(15)는 고 리프트량의 작동이 된다.

도면 중, 22는 유압의 오일 수취구, 23은 유압 핀(21)을 누르는 작동 핀, 24는 고 리프터부(20a)를 초기 위치(고 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20a)과 저 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20b)이 동일한 레벨에 늘어서는 위치)로 되돌리는 복귀 스프링이다.

그렇게 하여 본 발명의 캠 슬라이딩 접촉면(20)(고 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20a) 및/또는 저 리프트 캠 슬라이딩 접촉면(20b))은 매끄러운 경사면을 나타내고 있다.

이 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 캠(16)(고 리프트 캠(16a) 또는 저 리프트 캠(16b))은 가장 먼저 캠 슬라이딩 접촉면(20)의 중심으로부터 벗어난 높은 개소(H)에 점접촉한다. 이 개소를 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점(A)으로 하면, 캠(16)은 그 회전에 따라 캠 슬라이딩 접촉면(20)의 면 상을 슬라이딩 접촉하면서 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점(B)에서 캠 슬라이딩 접촉면(20)으로부터 떨어진다(도 7). 점(A와 B)을 연결하는 선분은 캠 슬라이딩 접촉면(20)의 중심으로부터 벗어나 있기 때문에, 밸브 리프터(15)는 캠(16)의 마찰 저항에 의해, 점(A)으로부터 점(B)을 향하는 방향, 즉 도 7의 화살표 방향(시계 방향)으로 회전한다. 바꾸어 말하면 밸브 리프터(15)는 캠(16)으로부터 시계 방향의 회전력을 받는다. 밸브 리프터(15)가 회전하고 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점(A)이 캠 슬라이딩 접촉면(20)의 낮은 개소(L)에 도달하면, 점(A)으로부터 점(B)을 향하는 캠(16)의 마찰 저항은 밸브 리프터(15)의 중심선에 직교하고 밸브 리프터(15)의 회전력이 상실되어, 밸브 리프터(15)의 회전이 정지된다.

이 점은 캠(16)이 역방향으로 회전하는 경우도 마찬가지이다.

회전이 역방향인 경우는, 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점이 도 8의 점(B)이 되고, 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점이 점(A)이 된다. 이 때의 캠(16)의 마찰 저항은 점(B)으로부터 점(A)을 향하는 방향으로 작용하고, 이것에 의해 밸브 리프터(15)는 도 8의 화살표 방향(반시계 방향)으로 회전한다. 그 결과, 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점(B)이 캠 슬라이딩 접촉면(20)의 낮은 개소(L)에 도달하면, 밸브 리프터(15)의 회전력이 상실되어, 밸브 리프터(15)의 회전이 정지한다.

이로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 캠 슬라이딩 접촉면(20)이 경사면을 나타내고 있는 것으로, 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점이 캠(16)의 회전 방향에 관계없이 캠 슬라이딩 접촉면(20)의 낮은 개소(L)에 안착되고, 밸브 리프터(15)의 회전이 정지된다.

캠 슬라이딩 접촉면(20)의 경사면은 평면(도 11)에 한정되지 않는다. 크라우닝(도 9)이어도 되고 역크라우닝(도 10)이어도 된다. 요컨대 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점을 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점보다 낮게 하여, 양 지점간에 고도차가 있으면 된다.

도 9의 크라우닝의 예에서는, 중심으로부터 좌측 절반이 수평면(25)이며, 우측 절반이 하향 구배면(26)으로 형성되어 있다. 수평면(25)과 하향 구배면(26)의 경계는 완만한 곡면으로 연속적으로 연결되고, 캠 슬라이딩 접촉면 전체는 중고(中古)의 크라우닝을 이루고 있다. 이 때문에 최종적으로는 캠(16)이 캠 슬라이딩 접촉면(20)에 접촉하기 시작하는 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점(A)이, 캠(16)이 캠 슬라이딩 접촉면(20)으로부터 떨어지는 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점(B)보다 낮은 위치에 안착된다.

도 10은 캠 슬라이딩 접촉면(20)이 동일한 크라우닝이라도 역크라우닝의 예이다. 즉, 캠 슬라이딩 접촉면(20)이 중심으로부터 좌측 절반이 하향 구배면(27)이며, 우측 절반이 수평면(28)으로 형성되어 있다. 하향 구배면(27)과 수평면(28)의 경계는 완만한 곡면으로 연속적으로 연결되고, 캠 슬라이딩 접촉면(20)의 전체는 중앙이 낮은 역크라우닝을 이루고 있다.

역크라우닝의 예에 있어서도, 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점은 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점보다 낮은 위치에서 안착된다.

양 지점의 고도차는 밸브 리프터가 외경 30mm인 경우, 최저 15μm를 넘을 필요가 있고, 30μm 이상이 바람직하다. 계산상, 평균 구배는 최저

(0.015/30)×100=0.05% 이상이다.

그런데 가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터에는 고 리프트 캠 슬라이딩 접촉면을 가지는 고 리프터부와 저 리프트 캠 슬라이딩 접촉면을 가지는 저 리프터부의 배치가 상이한 것이 존재한다.

도 12는 환상의 고 리프터부(29)의 내측에 저 리프터부(30)가 배치된 예이며, 도 13은 직사각형의 고 리프터부(31)의 좌우에 원호 형상의 저 리프터부(32, 32)가 배치된 예이다. 본 발명의 캠 슬라이딩 접촉면에는 이들 어느 쪽의 예도 포함된다.

본 발명은 자동차, 산업용 차량 등의 내연 기관에 편입되어 있는 가변 리프트 기구 부착 밸브 리프터에 널리 이용할 수 있다.

11…실린더 헤드
12…흡기 포트
13…흡기 밸브
14…밸브 스템
15…밸브 리프터
16…캠
18…실린더 보어
19…코일 스프링
20…캠 슬라이딩 접촉면
A…캠 슬라이딩 접촉 개시 지점
B…캠 슬라이딩 접촉 종료 지점

Claims

캠 슬라이딩 접촉면의 경사면이 밸브 리프터 왕복운동 방향에 직교하는 평면에 대하여 경사진 평면이며, 또한 당해 캠 슬라이딩 접촉면 상의 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점이 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점보다 낮은 것을 특징으로 하는 원통형의 직동형 밸브 리프터.
캠 슬라이딩 접촉면의 경사면이 크라우닝으로 가공되고, 또한, 당해 캠 슬라이딩 접촉면 상의 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점이 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점보다 낮은 것을 특징으로 하는 원통형의 직동형 밸브 리프터.
캠 슬라이딩 접촉면의 경사면이 역크라우닝으로 가공되고, 또한, 당해 캠 슬라이딩 접촉면 상의 캠 슬라이딩 접촉 개시 지점이 캠 슬라이딩 접촉 종료 지점보다 낮은 것을 특징으로 하는 원통형의 직동형 밸브 리프터.