KR20160135834A - 피봇운동식 가변 캠 종동자 - Google Patents

피봇운동식 가변 캠 종동자 Download PDF

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다니엘 포멀로
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다니엘 포멀로
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가변 밸브 타이밍 시스템내에서 가변 캠 로브 캠 샤프트와 이용되는 밸브 리프터 조립체에 작동가능하게 부착되는 캠 종동자가, 중앙 공동을 가진 하우징, 및 상기 중앙 공동내에서 상기 하우징에 피봇운동 가능하게 연결된 스템을 가진 머쉬룸 헤드를 포함하고, 상기 머쉬룸 헤드는 캠 로브 표면과 접촉하고 반경을 가진 표면을 가진다. 상기 캠 종동자는 아이들링 속도 및 체적 효율을 개선하기 위해 축 방향으로 이동가능한 캠 샤프트의 가변 캠 표면과 함께 이용된다.

Description

피봇운동식 가변 캠 종동자{PIVOTING VARIABLE CAM FOLLOWER}
본 발명은, 내연기관 선호적으로, 가변 밸브 작동(variable valve actuation)을 가진 내연기관에서 이용되는 개선된 캠 접촉 장치(cam contacting devices)에 관한 것이다. 특히, 피봇운동식 머쉬룸 헤드 캠 종동자( pivoting mushroom head cam follower)를 가진 캠 종동자가, 아이들링 속도 및 체적효율(volumetric efficiency)을 개선하기 위해 축 방향으로 이동가능한 캠 축의 가변 캠 표면과 함께 이용된다.
내연기관의 설계는, 상충하는 설계 또는 성능 매개변수들사이에서 그리고 캠 샤프트 설계 및 이에 따라 밸브 작동에 관하여 다수의 절충(trade- offs)을 요구한다.
예를 들어, 엔진을 설계할 때 설계자는 배출가스를 최소화하고 만족스런 엔진 성능을 보상하지 않고도 연비(fuel economy)를 증가시키기를 원한다. 과거에, 매개 변수들사이에서 균형을 이루기 위해 설계자로 하여금 상기 설계와 절충하도록 이끄는 상기 절충 매개변수들에 의해 상기 엔진 설계가 제한되었다. 따라서, 설계자는 종종, (토크 또는 아이들 안정성(idle stability)과 같은) 목표 엔진 성능에 치명적일 수 있는 (저 배출 가스와 같은) 주요 성능 목표에 집중하게 된다. 설계자가 최적화된 연료와 공기의 흡인(intake) 및 연소된 후에 소비된 가스의 배출로서 대표되는 엔진에 대한 통기성(breathability)을 포함시키지 못할 때 상기 절충이 종종 발생한다.
엔진의 상기 통기성은 주로, 캠 샤프트, 캠 로브(cam lobes), 밸브 리프터(valve lifters)( 및, 적용될 수 있다면, 관련 푸시 로드 또는 록커 암(rocker arms)의 물리적 구조에 의해 결정된다. 특히, 상기 캠들의 물리적 형상 또는 프로파일 및 캠들이 서로에 대해 가지는 관련 방향은, 캠 축 주위에서 각각의 흡기 및 배기 밸브들이 가지는 방향과 함께 실린더의 출력 맵(power map)을 결정하는 흡기 및 배기 밸브 개방의 타이밍, 개방 지속시간(duration), 밸브 리프트(valve lift) 및 밸브 밀폐 타이밍을 결정한다.
상기 부품들이 가지는 물리적 복잡성 이외에 작동 환경이 가지는 기계적 속도, 고압 및 고온 때문에, 엔진이 작동하는 동안 밸브의 조정은 어렵고 따라서 대부분의 엔진은 고정식 캠 로브(fixed cam lobe) 설계를 이용하며, 밸브 작동에 관한 관련 매개변수들은 엔진속도에 따라 변화하지 않는다. 그 결과, 고정식 캠 로브를 가진 엔진은 엔진의 성능 매개변수들사이의 절충을 요구한다.
좀 더 구체적으로, 상기 캠 축의 기능은 적절한 시간에 밸브를 개폐하고, 연소 전에 실린더를 충진하며 연소 후에 실린더를 비우는 것이다. 상기 캠 로브는 캠 축상에 장착되며, 밸브 개방의 타이밍, 개방 지속시간(duration), 밸브 리프트(valve lift) 및 밸브 밀폐 타이밍을 결정하는 프로파일을 가진다. 상기 캠 종동자는 상기 캠의 표면과 접촉하여 상기 표면위로 이동하여 개방/밀폐 하중을 밸브로 전달한다. 따라서 밸브의 개폐작용은 캠 샤프트의 회전에 대해 시간이 맞춰지고(timed) 다음에 캠 샤프트에 의해 제어된다.
따라서, 캠, 리프터의 물리적 치수 또는 형상 및 캠들이 서로에 대해 가지는 방향은, 원하는 엔진 성능을 구하기 위해 변화할 수 있는 매개변수들이다.
캠이 가지는 물리적 치수 또는 설계와 관련하여, 일반적으로 밸브의 물리적 운동 및 캠의 형상을 설명하기 위해 다양한 용어들이 이용된다. 예를 들어, 캠의 "기본 사이클"은 밸브가 밀폐되는 주기를 정의하고, "클리어런스 램프(clearance ramp)"는 측정될 수 있는 밸브 리프팅과 밀폐사이의 전이(transition) 시간을 정의하며, "플랭크(flank)" 또는 "램프(ramp)"는 밸브 개방(valve opening)을 위한 시간 및 밸브 개방의 특성을 제공하고, 노우즈(nose)는 완전 밸브 개방 및 최대 개방 변위(maximum opening displacement)를 정의하고 "지속시간"은 밸브가 밸브의 시트(seat)로부터 떨어지는 시간을 정의한다.
캠에 관한 상기 각각의 매개변수는 엔진이 작동하는 동안 독립적으로 제어될 수 없고, 따라서 다른 매개변수들 및 캠의 물리적 치수들이 허용하는 것사이에서 절충(compromises)을 요구한다. 예를 들어, 지속시간은 실린더를 충진 및/또는 소기(evacuation)하기 위해 충분히 긴 시간동안 밸브들을 개방 및 밸브를 너무 오래 개방하여 동축 압축의 손실 사이의 절충이며, 리프트를 증가시키면 출력이 증가되지만 상기 리프트는 리프터(lifter) 직경에 의해 제한된다.
리프터(또는 태핏(tappets))의 설계와 관련하여, 리프터에 관한 기술은 엔진마다 가변적이다. 일반적으로, 리프터 설계의 주요 목적은 작동하는 동안 소음을 최소화하는 동시에 리프터 표면 및 캠 표면사이에서 접촉을 유지하는 것이다. 리프터들의 두 가지 주요 등급은 중실 리프터 및 유압 리프터이며, 각각의 등급은 평평한 단부, 머쉬룸(mushroom) 및 롤러를 포함한 가변 접촉 단부들을 제공한다. 유압 리프터가 이용되면 일반적으로 밸브 래쉬(valve lash) 및 소음이 감소된다. 평평한 태핏 캠은 일반적으로 태핏 캠의 표면을 가로질러 경미한 테이퍼(taper)를 가지며, 해당 태핏 단부 표면은 일반적으로 미미하게 볼록한 구조를 가져서 오정렬된 리프터 보어(lifter bores)를 보상한다.
롤러 리프터는 캠과 접촉하는 롤러 또는 휠을 포함한다. 롤러 리프터는 매우 공격적인(aggressive) 램프 프로파일을 허용하여 상기 롤러와 캠의 접촉상태를 유지하기 위해 높은 밸브 스프링 인장을 요구한다. 또한, 롤러 리프터는 리프터와 캠사이의 마찰 손실을 감소시켜서 엔진의 전체 출력 또는 효율을 증가시킨다.
머쉬룸 리프터는 단부에서 벌지(bulge)를 가지고 상대적으로 큰 지속시간당 리프트를 제공하기 위해 이용된다.
흡기 및 배기 캠들이 가지는 서로에 대한 상대적인 방향에 의해 엔진의 출력 맵이 정의된다. 구체적으로, 로브 분리 각 또는 중첩은 상기 흡기 및 배기 밸브들이 동시에 개방되는 시간을 결정하고, 일반적으로 상대적으로 큰 로브 분리 각은 아이들 상태, 아이들 진공 및 상측 단부(top end) 출력을 개선시키고 상대적으로 작은 로브 분리 각은 아이들 상태를 감소시키지만 상대적으로 양호한 중간 범위 토크(mid range torque)를 제공한다.
캠의 정도화(degreeing)는, 엔진 성능을 변화시키기 위해 이용될 수 있는 매개변수이며 캠이 캠 샤프트에 대해 밸브를 작도시키는 위치를 변화시키는 것을 나타낸다. 구체적으로, 캠 샤프트를 지연(retarding) 즉, 캠 축에 대해 상대적으로 늦게 밸브를 개방시키는 것은, 상대적으로 낮은 단부 토크를 감소시키는 반면에 rpm 밴드(band) 위로 출력을 이동시키고 마력을 증가시킬 수 있다. 대조적으로, 캠 축을 전진(advancing)(밸브를 상대적으로 일찍 개방)하는 것은 반대 효과를 가진다.
고정식 캠 타이밍과 관련된 일부 문제를 해결하기 위해, 가변식 캠 타이밍 시스템이 설계되어 왔다. 일반적으로, 상기 시스템은 삼차원 표면을 가진 캠 로브 및 상기 삼차원 캠 표면위에서 축 방향으로 이동할 수 있는 리프터를 제공한다. 따라서, 캠 샤프트의 축 방향 위치는 밸브 타이밍을 제어하는 특정 캠 프로파일을 결정한다.
예를 들어, 상대적으로 짧은 흡기 시간을 제공하여 연료 흡인 특성을 감소시키고 실린더내 혼합기(in cylinder mixture)를 희석시키면 연비가 증가되지만 엔진의 토크 응답이 감소된다. 대조적으로, 상대적으로 큰 리프트 및 지속시간을 제공하여 연료 흡인 시간을 증가시키고 실린더 내 혼합기를 농후하게(enriching) 만들면 마력이 증가된다. 가변식 밸브 타이밍 시스템은 엔진 속도(분당 회전수)에 의존하여 서로 다른 캠 프로파일을 제공하여 상기 상충하는 목표들을 수용할 수 있고 엔진의 통기성이 개선되고 매니폴드 압력이 증가된다.
고성능 적용예들에서, 종래기술에 의하면 밸브 트레인 작동을 위한 최적 성능 향상 장치로서 단일 축 롤러 또는 휠을 기초한 리프터가 알려져 있다. 그러나 상대적으로 높은 엔진 속도에 대한 요구가 증가함에 따라, 상대적으로 높은 인장 상태에서 상대적으로 높은 속도를 위해 구성된 엔진에서 이용되는 스프링은 휠을 기초한 리프터에 의해 파손(fail)된다고 알려져있다. 전형적으로, 파손은 두 가지 형태로 발생된다. 휠 자체내에서 롤러 베어링 파손 및/또는 리프터의 재앙적 파손이며 모두 밸브 리프터 및 밸브 트레인내에서 진동을 발생시키는 "평평한 스포팅(flat spotting)"의 결과이다.
또한, 현존하는 휠- 기초 리프터 설계는 롤러 베어링으로 직접 윤활유를 전달하지 않고 간접적으로 윤활작용이 발생되어 베어링 표면으로부터 발생되는 열을 소산시키는 능력을 감소시킨다. 따라서, 휠이 베어링 레이스(bearing race)와 직접 접촉하고 두 개의 표면들사이에 최소 오일 필름(oil film)을 가지기 때문에 베어링 수명은 감소된다.
단일 액슬 기초 시스템내에서 최대 베어링 수명을 달성하려면, 리프터 몸체의 제한에 의해 휠 직경이 최대화되는 것을 고려할 때 설계자는 세 개의 매개변수들의 균형을 유지해야 한다. 상기 세 개의 요인들은 롤러 베어링 직경, 액슬 직경 및 휠 두께이다. 베어링 표면위에서 압축 및 접촉 응력을 최소화하고 액슬에서 응력을 최소화하며 롤러 베어링내에서 접촉 응력에 직접적으로 영향을 주는 액슬의 휨(deflection)을 최소화하기 위해 각각의 상기 매개변수는 변화해야 한다.
종래기술의 가변식 밸브 타이밍 시스템들이 예를 들어, 미국 특허 제2969051호, 독일 공개 문헌 제 DE 197 55 937호, 스위스 공개 문헌 제 DE 304494호 및 미국 특허 제2307926호, 및 PCT 공개 문헌 제W002/12682호에 공개되지만, 리프터/캠 접촉 시스템은 광범위한 실시 또는 성공을 가지지 못했다. 이러한 성공 부재는, 상기 시스템의 실제 실시에서 발생하는 실패의 결과로 추정된다. 즉, 내연기관의 가혹한 작동조건에서 종래기술의 가변 밸브 타이밍 시스템은 상기 시스템의 베어링/레이스(race)내에서 베어링 파손을 가지는 것으로 추정된다.
본 발명의 특징에 의하면, 내연기관 내부의 가변 밸브 타이밍 시스템내에서 가변 캠 로브 캠 샤프트와 이용되는 밸브 리프터 조립체에 작동가능하게 부착되는 캠 종동자가 제공되고, 상기 캠 종동자는 중앙 공동을 가진 하우징, 및 상기 중앙 공동내에서 상기 하우징에 피봇운동 가능하게 연결된 스템을 가진 머쉬룸 헤드를 포함하고, 상기 머쉬룸 헤드는 캠 로브 표면과 접촉하고 반경을 가진 표면을 가진다.
일부 실시예들에서, 상기 머쉬룸 헤드는 부분적으로 반경을 가진 캠 표면 및 부분적으로 평평한 캠 접촉 표면을 가진다.
캠 종동자의 실시예에 있어서, 상기 반경을 가진 표면이 캠 로브 표면과 미끄럼 운동하며 연결되기 위해 상기 반경을 가진 표면의 변부들은 곡선형상을 가진다.
캠 종동자의 실시예에 있어서, 하우징의 마주보는 측부들에서 개구부들 및 머쉬룸 헤드의 스템을 통해 연장되는 액슬에 의해 상기 스템은 상기 하우징과 피봇운동 가능하게 연결된다.
캠 종동자의 실시예에 있어서, 상기 머쉬룸 헤드 및 캠 로브 표면에 윤활작용을 제공하기 위한 윤활 시스템과 상기 하우징이 작동하게 연결되고, 상기 윤활 시스템은, 상기 하우징내에 형성되고 상기 밸브 리프터 조립체내에서 윤활유저장실로부터 상기 하우징의 마주보는 측부들에서 개구부들 중 적어도 한 개까지 연장되는 적어도 한 개의 채널, 액슬내에 형성되고 상기 하우징내에서 상기 채널을 통과하는 윤활유를 수용하기 위한 적어도 한 개의 윤활유 수용 포트 및 액슬내에 형성되고 상기 액슬로부터 상기 머쉬룸 헤드의 스템까지 윤활유를 통과시키기 위한 적어도 한 개의 윤활유 전달 포트, 및 머쉬룸 헤드내에 형성되고 상기 반경을 가진 표면까지 윤활유를 통과시키기 위해 상기 스템으로부터 상기 반경을 가진 표면까지 연장되어 상기 반경을 가진 표면 및 캠 로브 표면에 윤활작용을 제공하는 채널을 포함한다.
윤활 시스템을 포함한 캠 종동자의 실시예에 있어서, 상기 액슬 내부의 상기 윤활유 전달 포트는 액슬의 종 방향 중심내에 위치한다.
윤활 시스템을 포함한 캠 종동자의 실시예에 있어서, 상기 머쉬룸 헤드내부의 채널은 상기 머쉬룸 헤드의 종 방향 중심에 위치하고 액슬내부의 윤활유 전달 포트와 정렬된다.
본 발명의 또 다른 특징은, 내연기관(ICE) 내부의 가변 밸브 작동 시스템내에서 가변 캠 로브 캠 샤프트와 이용되는 밸브 리프터 조립체이며, 상기 밸브 리프터 조립체는 상기 내연기관(ICE) 내에서 밸브 리프터와 작동가능하게 연결되거나 밸브 리프터와 일체구성되는 상기 실시예들 중 어느 하나의 캠 종동자를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징은, 내연기관(ICE) 내부의 가변 밸브 타이밍 시스템내에서 가변 캠 로브 캠 샤프트와 이용되는 피봇운동식 캠 종동자를 가진 록커 암 밸브 리프터 조립체이고, 상기 록커 암 밸브 리프터 조립체는, 로커암을 포함하고 상기 로커 암은 로커 암과 일체로 구성된 캠 종동자 하우징을 가지며, 상기 하우징은 중앙 공동을 가지고, 상기 중앙 공동내에서 상기 하우징과 피봇운동 가능하게 연결된 스템을 가진 머쉬룸 헤드를 포함하며, 상기 머쉬룸 헤드는 캠 로브 표면과 접촉하기 위해 반경을 가진 표면을 가진다.
록커 암 밸브 리프터 조립체의 실시예에서, 상기 반경을 가진 표면이 캠 로브 표면과 미끄럼 운동하며 연결되기 위해 상기 반경을 가진 표면의 변부들은 곡선형상을 가진다.
록커 암 밸브 리프터 조립체의 실시예에서, 하우징의 마주보는 측부들 및 머쉬룸 헤드의 스템을 통해 연장되는 액슬에 의해 상기 스템은 상기 하우징과 피봇운동 가능하게 연결된다.
록커 암 밸브 리프터 조립체의 실시예에서, 상기 윤활 시스템과 상기 하우징이 작동하게 연결된다.
본 발명의 또 다른 특징은, 내연기관(ICE) 내부의 가변 밸브 타이밍 시스템이고, 상기 가변 밸브 타이밍 시스템은 복수 개의 캠 로브를 가진 가변 로브 캠 샤프트를 포함하고, 각각의 캠 로브는 내연기관(ICE) 내에서 해당 밸브의 개방을 제어하며, 상기 가변 로브 캠 샤프트의 해당 캠 로브와 작동하며 연결되고 상기 실시예들을 따르는 복수 개의 밸브 리프터 조립체를 포함하며, 해당 밸브 리프터 조립체와 작동하며 연결된 복수 개의 밸브들을 포함하고, 상기 복수 개의 밸브들은 한 개이상의 실린더 연소실의 해당 흡기 포트 또는 배기 포트와 작동하며 추가로 연결된다.
상기 가변 밸브 타이밍 시스템의 실시예들에서, 각각의 캠 로브는 각 캠 로브의 마주보는 단부들에서 제1 및 제2 캠 로브 면들을 가지고 상기 제1 및 제2 캠 로브 면들의 정점들은 캠의 위상변화를 위해 서로에 대해 축 방향으로 이동한다.
상기 가변 밸브 타이밍 시스템의 실시예들에서, 상기 캠 샤프트는 캠의 위상 변화를 제공하기 위해 해당 크랭크 샤프트에 대한 각변위를 위해 구성된다.
상기 가변 밸브 타이밍 시스템의 실시예들에서, 흡기 포트들은 복수 개의 연료 인젝터 포트들을 가진 밸브 시트들에 의해 둘러싸인다.
복수 개의 연료 인젝터 포트들을 포함한 상기 가변 밸브 타이밍 시스템의 실시예들에서, 각각의 밸브 시트내에서 등거리를 가진 8개의 연료 인젝터 포트들을 포함한다.
본 발명의 다양한 목적, 특징 및 장점들이 첨부도면에 도시된 본 발명의 실시예에 관한 하기 설명으로부터 이해된다. 도면들이 반드시 일정한 비율로 도시될 필요는 없고 대신에 본 발명의 다양한 실시예에 관한 원리를 설명한다. 동일한 도면부호는 동일한 부품들을 나타낸다.
도 1A는, 본 발명의 특징과 함께 이용하기 위한 가변 캠 로브들을 포함한 캠 샤프트(100)의 측면도. 부속 도면 A는, 도 1B에 도시되고 종래기술을 따르는 캠 샤프트의 유사한 섹션과 나란히 비교하기 위해 본 발명의 캠 샤프트의 섹션을 2배로 확대한 도면.
도 1B는 종래기술을 따르는 캠 로브들을 가진 종래기술의 캠 샤프트(200)를 도시하고 도 1A에 도시된 도면을 90도 회전한 측면도. 부속 도면 B는, 도 1A에 도시되고 본 발명을 따르는 캠 샤프트의 유사한 섹션과 나란히 비교하기 위해 종래기술의 캠 샤프트의 섹션을 2배로 확대한 도면.
도 2A는, 도면과 수직인 캠 샤프트 축(211)을 따라 볼 때, 도 1B에 도시된 종래기술의 캠 샤프트(200)의 종래기술의 캠 로브(220)와 접촉하기 위한 롤러 표면(380)을 가지고 종래기술을 따르는 롤러 휠 밸브 리프터 조립체(300)를 도시한 측면도.
도 2B는, 도 2A에 도시된 도면을 90도 회전할 때, 도 1B에 도시된 종래기술의 캠 샤프트(200)의 종래기술의 캠 로브(220)와 접촉하기 위한 롤러 표면(380)을 가지고 종래기술을 따르는 롤러 휠 밸브 리프터 조립체(300)를 도시한 측면도.
도 3A는, 도면과 수직인 캠 샤프트 축(111)을 따라 볼 때, 도 1A에 도시된 가변 로브 캠 샤프트(100)의 가변 캠 로브(120)의 중간 위치와 접촉하는 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)를 도시하고 본 발명을 따르는 피봇운동식 머쉬룸 헤드 밸브 리프터 조립체(400)를 도시한 측면도.
도 3B는, 도면과 평행한 캠 샤프트 축(111)을 따라 볼 때, 도 1A에 도시된 가변 로브 캠 샤프트(100)의 가변 캠 로브(120)의 중간 위치와 접촉하는 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)를 도시하고 본 발명을 따르는 피봇운동식 머쉬룸 헤드 밸브 리프터 조립체(400)를 도시한 측면도.
도 4A는 도 4B와 비교하기 위해 도 3A에 도시된 피봇운동식 리프터 조립체(400)를 도시한 측면도.
도 4B는, 도면과 수직인 캠 샤프트 축(511)을 따라 볼 때, 로브 위상변화가 작용하는 서로 다른 캠 로브(520)와 접촉하는 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)를 도시하고 본 발명을 따르는 피봇운동식 머쉬룸 헤드 밸브 리프터 조립체(400)를 도시한 측면도. 도 4A에 도시된 대칭구조의 가변 캠 프로파일과 대조적으로, 위상변화딘 로브(520)의 중간 상향 위상(intermediate upward phase)는 파선으로 도시된 최종 상향 위상에 대해 비대칭이다.
도 4C는, 피봇운동식 머쉬룸 헤드의 캠 접촉 표면(481)이 완전하게 반경을 가는 것을 도시하며 도 4A에 도시된 도면과 유사하고 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)를 도시한 측면도.
도 4D는, 부분적으로 반경을 가진 표면(881) 및 부분적으로 평평한 캠 접촉 표면(882)을 가지는 피봇운동식 머쉬룸 헤드(880)의 또 다른 실시예를 도시한 측면도.
도 5A는, 도 5C 및 도 5E의 평면도 및 분해도에서 부품들을 용이하게 시각화하기 위해 제공되고 도 3A에 도시된 피봇운동식 머쉬룸 헤드 밸브 리프터 조립체(400)를 도시한 측면도.
도 5B는, 도 5A에 도시된 도면을 90도 회전하여 구해지며 도 5D 및 도 5F의 평면도 및 분해도에서 부품들을 용이하게 시각화하기 위해 제공되고 도 3B에 도시된 피봇운동식 머쉬룸 헤드 밸브 리프터 조립체(400)를 도시한 측면도.
도 5C는 가압 오일 저장실(490)을 도시하는 하우징 섹션(470)을 도시한 평면도.
도 5D는, 도 5C에 도시된 도면을 90도 회전하여 구해지며 하우징 섹션(470) 및 가압 오일 저장실(490)을 도시한 또 다른 평면도.
도 5E는, 도 5A에 도시된 피봇운동식 머쉬룸 헤드 밸브 리프터 조립체(400)의 하단부를 도시한 측면 분해도.
도 5F는, 도 5B에 도시된 피봇운동식 머쉬룸 헤드 밸브 리프터 조립체(400)의 하단부를 도시한 측면 분해도.
도 6A는 도 6C 및 도 6D의 분해도 및 평면도에서 부품들을 용이하게 시각화하기 위해 제공된 피봇운동식 리프터 조립체(400)의 측면도.
도 6B는 도 6C 및 도 6D의 분해도 및 평면도에서 부품들을 용이하게 시각화하기 위해 제공된 리프터 기구(410)의 측면도.
도 6C는 도 6B에 도시된 리프터 기구(410)를 도시한 분해도.
도 6D는 리프터 기구(410)의 선택된 부분들을 도시한 일련의 평면도.
도 7은 로커암 몸체(605)와 일체로 구성된 피봇운동식 머쉬룸 헤드(680)의 하우징(670)을 가진 피봇운동식 리프터 조립체(600)의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 8은, V-8 엔진과 작동하는 장치내에 배열되고 도 1A에 도시된 가변 로브 캠 샤프트(100)를 도시한 도면. V- 8 실린더 헤드의 마주보는 두 개의 베이스(700a,700b)들이 베이스들사이에서 캠 샤프트(100)와 정렬된다. 저널(130b,130c)들사이에서 네 개의 가변 캠 로브들로부터 연장되는 일점 쇄선들이 각각의 가변 캠 로브 및 가변 캠 로브의 각 흡기 포트(707) 또는 배기 포트(709) 사이에서 (도면에 도시되지 않는) 로커암의 위치설정을 개략적으로 도시한다. 연료 인젝터 포트(719)들을 포함하는 대표적인 연소실(705) 및 선택된 기능 부품들이 부속도면에 도시된다.
이유
캠 샤프트의 축 방향 이동은 클러치와 같은 베어링 조립체위에 가압되는 기계식 액추에이터 또는 유압식 피스톤을 이용하여 이루어졌다. 상기 작동은 자동으로 회전속도의 변화와 관련하여 제공되거나 교축(throttle) 위치와 관련될 수 있다. 밸브 운동을 회복하거나 저항하기 위해 스프링들이 이용될 수 있다고 이해된다. 스프링 대신에 상기 형태의 가변 밸브 기술에 의해 에어백, 유압 시스템 및 데스모드로믹 시스템(desmodromic systems)이 이용될 수 있다. 엔진이 작동하는 동안 밸브 타이밍의 변화에 의해 엔진 성능은 작동조건과 일치하도록 수정될 수 있다. 가변 캠 시스템내에서 주어진 캠의 관련 형상이 변화하면, 흡기 캠(intake cam)의 독립적인 위상 변화(phasing), 배기 캠의 독립적인 위상 변화, 흡기와 배기를 동일하게 위상 변화시키거나 상기 흡기 및 배기 캠들을 서로 독립적으로 위상 변화시킬 수 있다.
가변 캠 로브를 위한 개선된 캠 종동자를 생산하기 위한 종래의 시도에 의하면, 볼 베어링(ball bearing)이 가변 캠 로브 종동자(PCT 공개공보 제 WO02/12682호)로서 시험되어 적절하게 작동하지만 점 접촉이 캠 표면을 빠르게 악화시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 선택적인 캠 로브 종동자는 상대적으로 큰 표면적을 가져서 접촉 하중을 분산시켜야 하는 것으로 인식되었다.
본 명세서에서 설명되는 일부 실시예들에 따라 제공된 상기 밸브 리프팅 조립체의 캠 로브 종동자(cam lobe follower)는 머쉬룸 헤드의 일반적인 형상을 가진다. 일부 실시예들은, 반경을 가진 접근 표면(radiused approach surface)을 가진 머쉬룸 헤드를 가져서 상기 머쉬룸 헤드는 캠 표면의 경사를 횡단이동(traverse)할 수 있다. 일부 실시예들의 또 다른 유용한 특징이 머쉬룸 형상의 "스템(stem)"에서 피봇 점(pivot point)에 의해 제공된다. 지지 표면에 고정될 때, 상기 머쉬룸 헤드는 피봇 점 주위에서 피봇운동하기 위한 수단을 가져서 캠 로브의 경사가 변화함에 따라 캠 접촉 머쉬룸 헤드 표면의 경사가 변화할 수 있다. 따라서 캠 접촉 표면은 캠의 한쪽 단부로부터 다른 한쪽 단부까지 연속적인 경사에 적응할 수 있다.
머쉬룸 헤드에 의해 제공된 상대적으로 큰 표면적에 의해 캠 종동자의 점 하중이 볼 베어링 또는 롤러 형태의 캠 종동자에 대해 분산되기 때문에, 본 발명을 따르는 캠 로브 종동자의 일부 실시예들에 의하면, 종래기술을 따르는 롤러 형태의 캠 종동자를 가진 리프터 조립체들에 대해 상대적으로 높은 스프링 압력이 허용될 수 있다. 따라서, 본 발명을 따르는 캠 종동자는, 캠의 리프트(lift) 및 지속 시간이 상대적으로 넓은 범위의 엔진속도에 걸쳐서 최적화되는 것을 허용하여 엔진효율을 증가시킨다.
가변 리프트 및 지속시간 기구와 관련하여, 본 발명의 실시예들에 의하면 공기 속도를 최적화하여 연료 방울 분무화(fuel droplet atomization)를 개선하는 수단이 제공된다. 상기 시스템이 가지는 또 다른 장점은, 가능한 가장 넓은 캠 로브를 이용하여 구해질 것이다. 상기 특징은 적절한 밸브 푸시로드 또는 록커 암 스페이싱(spacing)에 의해 실린더의 제어(cylinder- controlled)가 수행될 것이다.
서론
본 발명의 다양한 특징들이 도면들을 참고하여 설명된다. 설명을 위해, 도면에 도시된 부품들이 반드시 동일한 스케일로 도시되는 것은 아니다. 대신에, 상기 부품들이 본 발명의 다양한 특징들이 가지는 기능에 다양하게 기여한다는 것이 강조된다. 본 발명의 설명에서 선택적인 가능한 다수의 특징들이 도입된다. 당업자의 지식과 판단에 따라 본 발명의 서로 다른 실시예들에 도달하기 위해 상기 선택적인 특징들이 다양한 조합으로 대체될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
가변 로브 캠 샤프트
본 발명의 일부 특징에서 이용되기 위한 가변 로브 캠 샤프트가 도 1을 참고하여 설명된다. 도 1A를 참고할 때, 적절하게 설계된 밸브 리프터 조립체와 함께 가변 밸브 타이밍을 제공하기 위해 축 방향 운동을 위한 가변 로브 캠 샤프트(100)가 아래에서 설명된다. 상기 가변 로브 캠 샤프트(100)는 (도 8을 참고하여 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 것처럼) V-8 엔진에서 이용하도록 설계된다. 통상의 기술자는, 상대적으로 적은 갯수의 실린더를 가진 상대적으로 작은 엔진에서 이용하기 위한 선택적인 실시예들이 본 발명의 특징을 유지하면서도 상대적으로 적은 갯수의 가변 캠 로브들을 가진 캠 샤프트를 가지는 것을 이해한다.
상기 가변 로브 캠 샤프트(100)는, 일련의 가변 로브 캠(120)을 가진 축(110)으로 형성되고, 상기 가변 로브 캠들은 상기 특정 실시예들에서 1인치 폭을 가지며 LS-1 스타일 쉐보레 캠 샤프트를 기초로 한다. 상기 특정 실시예에서, 네 개의 로브 캠(120)들이 각 쌍의 캠 저널(cam journals)(상기 캠 저널 쌍은 130a와 130b, 130b와 130c, 130c와 130d, 130d와 130e이다). 명확한 이해를 위하여, 단지 세 개의 가변 캠 로브들(120a,120b,120c)이 도시된다. 도 1A에 도시된 캠들 중 일부가 직선형상으로 도시될지라도, 각각의 캠은 특정 가변 캠 로브(120a,120b)들과 유사한 경사 표면을 가지며, 예를 들어, 가변 캠 로브(120c)의 직선 외관은 관찰자의 시각으로부터 멀어지는 방향을 향하는 가변 캠 로브의 기다란 측부에 기인하다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 흡기 포트를 위한 밸브들을 제어하는 모든 캠 로브들은 동일한 치수를 가지며 배기 포트를 위한 밸브들을 제어하는 모든 캠 로브들은 동일한 치수를 가진다. 일부 실시예들에서 상기 캠 샤프트(100)의 모든 캠 로브들은 동일한 치수를 가진다.
상기 축(110)의 좌측부에 위치한 치수 표시는 대표적인 가변 로브 캠(120a)의 특징을 표시한다. 선택적인 실시예들이 다른 치수를 가질 수 있다. 14도 경사진 캠 표면의 가장 높은 위치와 가장 낮은 위치사이의 거리는 0.125인치이고, 상기 경사진 캠 표면의 가장 낮은 위치 및 상기 축(110)의 표면사이의 거리는 0.135인치이다.
V-8 엔진에서 이용하기 위한 종래기술의 캠 샤프트(200)가 도 1B에 도시되고 상기 캠 샤프트(100)와 비교하기 위해 도시된다. 캠 샤프트(100)는 캠 샤프트(200)에 대해 중요한 개선으로서 설계된다. 상기 캠 샤프트(200)는, 종래기술을 따르는 로브 캠(220a,200b) 및 캠 저널(230a,230b,230c,230d,230e)들을 가진 축(210)을 포함한다. 비교를 위한 부가 도면(A,B)들을 참고할 때, 가변 로브 캠(120b)은 종래기술을 따르고 대응하는 로브 캠(220b)보다 넓고, 캠 샤프트(100)의 캠 저널(130d)은 종래기술의 캠 샤프트(200)의 대응하는 캠 저널(230d)보다 넓다. 이러한 구성은, 각각의 도 1A 및 도 1B에 도시된 두 개의 캠 샤프트(100,200)에 형성된 모든 캠 로브들 및 캠 저널들에 적용된다는 것을 이해해야 한다. 상기 캠축(100)의 캠 저널(130) 및 로브(120)의 추가 두께가, 상기 캠 샤프트(100)의 축 방향 운동으로부터 장점을 구하기 위해 제공된다. 상대적으로 더 넓은 캠 로브들은, 밸브 리프터의 상대적으로 작은 상승 각(angle of climb)을 허용한다. (아래에서 더욱 상세하게 설명되는) 록커 암 밸브 시스템들에서 상기 비율은 1.4 내지 1.8이다. 상기 암의 효과적인 레버리지(leverage)( 및 따라서 상기 암이 상기 밸브 스템에 대해 작용하는 하중)는 록커 암 비율, 상기 회전 중심 및 캠 샤프트 또는 푸시로드가 작용하는 점사이의 거리에 의해 분할되는 상기 회전 중심으로부터 록커 암의 팁사이의 거리의 비율에 의해 결정된다. 최신 차량 설계에 의하면 약 1.5:1 내지 1.8:1의 록커 암 비율이 선호된다. 그러나, 상대적으로 작은 양의 비율( 밸브 리프트가 캠 리프트보다 클 때) 및 심지어 음의 비율(밸브 리프트가 캠 리프트보다 작을 때)이 과거에 이용되었다. 그러므로, 로브 높이의 단지 경미한 변화는, 내연기관 속으로 형성되는 공기 유동에 동적 효과를 가질 수 있다.
밸브 리프터 조립체
캠 샤프트(100)와 같은 가변 로브 캠 샤프트와 함께 이용하기 위한 본 발명의 실시예를 포함한 캠 리프터 조립체가 설명된다.
본 발명에 관한 밸브 리프터 조립체를 설명하기 전에, 본 발명의 특징이 가지는 장점들을 강조하고 비교하기 위하여 종래기술을 따르는 롤러 휠 밸브 리프터 조립체가 설명된다. 종래기술을 따르는 캠 샤프트(200)와 이용되는 종래기술의 롤러 휠 밸브 리프터 조립체(300)가 도 2A 및 도 2B의 서로 다른 도면들로 도시된다.
종래기술을 따르는 롤러 휠 밸브 리프터 조립체(300)가 정점에서 종래기술의 캠 로브(220)와 접촉한 상태가 도 2A의 측면도에 도시된다. 캠 샤프트 축(211)은 도면으로부터 수직을 향해 외측으로 연장된다. 상기 조립체(300)는 도시된 것처럼 리프터(360)와 미끄럼 가능하게 연결된 밸브 리프터 몸체(350)를 포함한다. 상기 터의 하측 단부에서 롤러 하우징(370) 및 롤러(380)가 롤러 하우징(370)에 연결된다.
상기 캠 로브(220)가 실선의 위치로부터 90도 회전한 위치가 파선으로 도시되고 롤러(380)가 도시된 것처럼 이중 화살표로 도시된 최하측 위치에 도달할 때까지 상기 롤러는 상기 캠 로브(220)의 표면을 따라 수직방향으로 아래로 이동한다.
도 2B를 참고할 때, 상기 캠 샤프트(210)의 축(211)이 도면과 평행하도록 도 2A에 도시된 90도 위치로부터 형성되고 종래기술을 따르는 롤러 휠 리프터 조립체(300)가 도시된다. 캠 로브(220)의 정점이 가지는 전체 상부 표면이 평평하다는 것이 중요하다.
도 3A 및 도 3B를 참고할 때, 본 발명의 특징들을 포함하고 피봇운동하는 밸브 리프터 조립체(400)가 도시된다. 도 3A 및 도 3B는 도 2A 및 도 2B와 각각 유사하며 다 함께 설명된다. 조립체(400)는 도 1A에 도시된 캠 샤프트(100)와 같은 가변 로브 캠 샤프트와 이용되거나 상대적으로 적은 갯수의 로브들을 가질 수 있는 다른 가변 로브 캠 샤프트와 이용된다. 도 3A 및 도 3B을 참고할 때, 상기 캠 샤프트(110)의 축은 111로 표시된다. 상기 특정 실시예에서, 밸브 리프터 몸체(450) 및 리프터(460)는 필수적으로 도 2A 및 도 2B에 도시된 조립체(300)의 밸브 리프터 몸체(350) 및 리프터(360)와 동일하다. 그러나, 중요한 차이점에 의하면, 하우징(470)에 의해 피봇회전 가능하게 지지되는 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)에 의해 캠 종동자 부분이 제공된다. 상기 하우징(470)은, 아래에서 설명되는 도 5의 배열에 따라 피봇 액슬(440)을 지지하기 위한 수단을 가진다. 또한, 도 3B를 참고할 때, 상기 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)는 곡선의 외측 변부(483a,483b)를 가져서 상기 캠 로브(120)의 경사 표면을 가로질러 상기 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)의 운동을 용이하게 한다.
상기 캠 로브(120)의 표면이 가지는 경사가 도 3A에서 실선과 파선의 조합으로서 도시된다. 실선은 상기 캠 로브(120)의 경사를 따라 중간 위치에 있을 때 현재 접촉 위치를 표시한다. 최상측 위치는, 파선으로 표시된 이중 화살표의 상측 단부에서 파선들 중 한 개로 표시된다. 캠 샤프트 축(111)이 90도 회전하여 정점은 도면에서 조립체(400)의 우측부에 위치한다. 상기 배열에서, 최상측 위치와 중간 경상 위치들이 도시된다.
캠 로브(120)의 경사 표면에 의해 발생되는 수직 밸브 변위가 상대적으로 큰 범위를 가지면, 도 3B에 도시된 것처럼, 캠 샤프트(110)의 축 방향 변위에 의해 제어되는 밸브 작동은 상대적으로 큰 범위가 형성되는 것을 통상의 지식을 가진자는 인식할 것이다. 상기 캠 샤프트(110)가 축 방향으로 우측을 향해 이동할 때, 상기 정지된 리프터 조립체(400)의 정지된 하우징(470)에 의해 지지되는 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)는 캠로브(120)의 경사 아래로 이동하여 더 아래로 수직 밸브 변위가 형성된다. 따라서, 본 발명의 상기 특징들에 의해 밸브의 개폐 타이밍이 상대적으로 큰 범위를 가진다는 것을 통상의 기술자는 인식할 것이다.
도 4A를 참고할 때, 상기 캠의 표면과 접촉하는 머쉬룸 헤드(480)의 표면은 곡선이거나 반경을 가진다(radiused). 특정 실시예에서, 상기 형상은, 도 4C에서 둘러싸는 파선의 원으로 도시된 완전한 반경을 가지며 도 4A에 도시된 것과 유사한 머쉬룸 헤드를 도시한다. 그 결과, 상기 머쉬룸 헤드(480)의 반경을 가진 표면(481)은, 상기 머쉬룸 헤드(480)의 캠 접촉 표면의 길이를 따라 연장되는 좁은 위치에서 캠 표면과 접촉한다. 도 4D에서 머쉬룸 헤드(880)와 같은 머쉬룸 헤드의 다른 실시예들은, 부분적으로 반경을 가진 표면(881) 및 부분적으로 평평한 캠 접촉 표면(882)을 가진다. 상기 부분적으로 평평한 캠 접촉 표면(882)은, 캠 표면위에 캠 종동자의 머쉬룸 헤드(880)의 점 하중을 분포시키기 위해 이용될 수 있다.
위상 변위된 캠 로브와 조합되는 밸브 리프터 조립체
본 발명의 특징에 따라 제공되는 피봇운동식 리프터 조립체(400)는 "위상 변화된(phased)" 캠 로브와 조합하여 이용될 수 있다. 캠 로브의 위상 변화는, 중립 위치에 대해 캠 로브의 단부면들을 선형 "비틀림(twisting)"하여 밸브 리프팅 작용을 진행(advance)하거나 지연(retard)시키는 수단을 제공한다. 캠 로브의 위상 변화는, 크랭크축에 대한 캠 샤프트의 (전방 또는 후방으로) 회전각을 나타내고 밸브가 이르거나 늦게 개폐하게 만드는 "캠 위상 변화(cam phasing)"으로 알려진 과정과 혼동하지 말아야 한다.
위상변화된 캠 로브(520)와 접촉하는 동일한 조립체(400)를 도시한 도 4B의 도면과 비교하기 위해 도 3B에 도시된 피봇운동식 리프터 조립체(400)의 도면이 도 4A로서 도시된다. 도 4A에 도시된 것처럼, 캠 로브(120)의 실선(위상 변화되지 않은 가변 캠 로브)은, 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)과 접촉하고 상기 캠 로브의 마주보는 제2면의 제2 정점과 정렬되는 캠 로브의 로브 정점을 가진 제1 면(121)을 도시한다. 대조적으로, 도 4B에 도시된 것처럼, 제1 로브 면(521)은 제2 면에 대해 축 방향으로 회전하여, 각 면의 정점들(523,525)들은 서로에 대해 각(φ)을 가지며 이동한다. 우측을 향하는 정점들의 두 개의 파선들은, 상기 캠 로브의 90도 회전 결과이다.
조립체(400)의 실시예와 같은 피봇운동식 리프터 조립체 및 위상 변화된 캠 로브의 조합에 의해 밸브 타이밍이 추가로 제어되어 엔진 성능, 연비 및 감소된 배출가스의 상당한 개선이 예상된다.
캠 종동자 윤활 시스템을 가진 피봇운동식 밸브 리프터 조립체
상기 밸브 리프터 조립체(400)의 또 다른 실시예가 도 5에 도시되고 (도 5에 도시되지 않은) 캠 로브 표면 및 피봇운동식 머쉬룸 헤드(480)를 윤활하기 위한 시스템을 포함한다. 도 5C 및 도 5D(하우징(470)의 평면도들) 및 도 5E 및 도 5F( 상기 하우징(470) 및 관련 부품들의 분해도들)에 도시된 추가적인 특징을 용이하게 이해하기 위해 도 5A 및 도 5B는 도 3A 및 도 3B에 도시된 조립체(400)의 동일한 도면을 도시한다. 추가적인 특징들은, 오일이 가압 오일 저장실(490)속으로 이동하는 것을 허용하는 밸브 리프터 몸체(450) 및 하우징(470)내부의 오일 유입 포트(491,492)들을 포함한다.
상기 오일 저장실(490)은 (도 5E에 도시된 것처럼) 하우징(470) 내부에 부분적으로 포함되고 상기 리프터(460) 내부에 부분적으로 포함된다. 상기 오일 저장실(490)은 오일 전달 포트(493a,493b)들을 가지며 상기 오일 전달 포트를 통해 오일은 상기 오일 저장실(490)속으로 이동한다.
상기 하우징(470)은 머쉬룸 헤드(480)를 수용하기 위해 개방 중앙 공동(471)을 가진다. 상기 하우징(470)의 측부들은 액슬 개구부(465a,465b)들을 가지고 상기 머쉬룸 헤드(480)는 또한 액슬 개구부(485)들을 가진다. 액슬(440)은 액슬 개구부(465a, 485, 465b)를 통해 나사체결된다. 다음에 상기 액슬(440)은 액슬 리테이너 링(441a,441b)들에 의해 하우징(470)상에 지지된다. 상기 배열에 의해 상기 머쉬룸 헤드(480)는 상기 하우징(470)에 대해 피봇운동 가능하게 부착되어 상기 머쉬룸 헤드(480)의 표면은 경사구조의 캠 표면을 추종할 수 있다. 상기 하우징(470)은, 상기 오일 저장실(490) 내부의 오일 전달 포트(493a,493b)들로부터 각각의 액슬 개구부(465a,465b)들까지 유체가 유동하는 것을 허용하는 한 쌍의 오일 채널(467a,467b)들을 가진다. 상기 액슬(440)은 각각의 액슬 개구부(465a,465b)로부터 유체를 수용하는 오일 전달 포트(443a,443b)들을 가져서 오일은 상기 액슬(440)의 중공 내측부속으로 이동하며 다음에 유체는 중공 내측부에서 중앙 오일 전달 포트(445)를 통해 유출하며 또한 상기 머쉬룸 헤드(480)의 측부위로 한 방울씩 떨어질 수 있다. 다음에 오일 전달 포트(445)를 통해 이동하는 유체는 머쉬룸 헤드(480)내에서 중앙에 위치한 오일 채널(487) 속으로 이동하여 상기 오일 채널로부터 아래로 이동하고 하부 캠 접촉 표면을 향해 이동하며, 오일 전달 포트(488)에서 유출하여 상기 머쉬룸 헤드(480)의 캠 접촉 표면 및 캠 로브 표면사이에서 미끄럼 연결 윤활작용이 제공된다.
요약하면, 피봇운동하는 밸브 리프터 조립체(400)의 윤활 시스템은 491/492 - 490 - 493a/493b - 467a/467b -443a/443b - 445 - 485 - 488의 경로를 따라 윤활유를 이동시키고 다음에 상기 머쉬룸 헤드(480)의 하부 표면 및 캠 로브 표면사이에서 윤활 작용을 제공하여 캠 로브 표면에서 머쉬룸 헤드(480)의 접촉 표면 부하를 감소시키고 상기 머쉬룸 헤드의 마모를 방지한다.
유압 리프터 기구
본 발명의 밸브 리프터가 가지는 특징을 포함한 실시예들은 도 6에 도시된 기구와 같은 유압 스프링 기초의 유압식 리프터 기구를 가지고, 상기 기구는 피봇운동식 리프터 조립체(400)와 관련하여 도시된다(도 6A). 예시적인 리프터 기구(410)가 도 6B에 도시되고 도 6C에서 분해도로 도시된다. 상기 기구는 플런저 스프링(418)의 작용에 의해 이동하는 플런저(414)를 포함하고, 상기 플런저 스프링은 체크 볼(check ball)(415), 체크 볼 스프링(416) 및 체크 볼 리테이너(417)을 가진 플런저(414)와 연결된다. 상기 플런저(414)의 상측 단부는 푸시로드 컵(pushrod cup)(413)과 연결되고 상기 푸시로드 시트 컵은 리테이너 링(retainer ring)(411)에 의해 제 위치에 고정된 푸시로드 시트(pushrod seat)(412)를 고정한다. 선택된 부품들의 평면도가 도 6D에 도시된다. 상기 기구에 의해 상기 조립체(400)의 리프터 부품의 매끄러운 작동이 보장된다.
피봇운동식 밸브 리프터의 실시예들이 중실 리프터들과 결합될 수 있다는 것을 통상의 기술자가 이해할 것이다.
로커암 기초의 피봇운동식 밸브 리프터 조립체
리프터 조립체(400)에 관한 실시예들을 참고하여 설명한 상기 피봇운동식 머쉬룸 헤드 부품이 다른 밸브 리프팅 조립체들에 적응될 수 있다는 것을 통상의 기술자가 이해할 것이다. 따라서, 록커 암 피봇운동식 리프터 조립체(600)가 도 7에 도시된다.
(차량, 선박, 모터사이클 및 왕복운동식 항공기 형태의 내연기관과 관련된) 로커암은 진동운동하는 레버이며, 상기 진동 레버는 포펫 밸브(poppet valve)를 개방하기 위해 캠 로브로부터 반경 방향 운동을 선형 운동으로 전달한다. 한쪽 단부가 (직접 또는 태핏(tapet) (리프터) 및 푸시로드에 의해) 캠 샤프트의 회전 로브에 의해 상승 및 하강되며, 다른 한쪽 단부는 밸브 스템위에 작용한다. 캠 샤프트 로브가 암의 외측부를 상승시킬 때, 내측부가 상기 밸브 스템을 아래로 가압하여 밸브를 개방한다. 암의 외측부가 캠 샤프트의 회전에 의해 귀환하는 것이 허용될 때, 내측부는 상승하여 밸브 스프링은 밸브를 밀폐시킨다.
상기 조립체(600)내에서 상기 로커 암(605)은 일체로 형성된 하우징(670)을 가진다. 하우징(670)의 부분과 유사한 별도의 하우징 부분을 연결하기 위해 종래기술의 로커 암들이 개조되는 선택적 실시예들이 구성될 수 있다. 상기 하우징(670)은, 도 6을 참고하여 설명된 상기 액슬 배열과 유사한 액슬 배열을 이용하여 피봇운동식 머쉬룸 헤드(680)를 수용한다.
상기 로커 암(605)은, 평형점(615)에 의해 피봇운동 가능하게 지지되고 로커 암 밸브 접촉 점(625)에서 밸브(645)를 타격한다. 종래기술에 따라 상기 밸브(645)와 연결된 스프링(635)에 의해 상기 밸브(645)의 운동이 제어된다. 상기 조립체(600)는, 도 1A에 도시된 캠 샤프트와 같은 가변 로브 캠 샤프트와 이용된다. 또한, 상기 캠 샤프트의 가변 로브(120)가 도 7에 도시된다. 상기 캠 샤프트 축(111) 주위에서 가변 로브(120)의 운동이 도 3A에 도시된다.
로커 암(605)의 몸체내에 저장실을 제공하고 상기 하우징(670)과 머쉬룸 헤드(680)내에 적절한 채널을 제공함에 따라 도 5에서 조립체(400)와 관련하여 설명한 상기 윤활 시스템은 로커 암 밸브 리프터 조립체(600)와 함께 이용될 수 있어서 상기 머쉬룸 헤드(680)의 반경을 가진 캠 로브 접촉 표면 및 캠 로브(120)의 표면사이에서 직접 윤활을 제공하는 장점이 구해진다.
V- 8 엔진내에서 가변 로브 캠 샤프트와 조합하여 이용되는 로커 암 기초의 피봇운동식 밸브 리프터 조립체
도 7에 관한 상기 설명에서와 같이, 피봇운동식 밸브 리프터 조립체는 로커 암과 이용하기 위해 구성될 수 있다. 도 8을 참고할 때, 4개의 실린더들을 각각 가지고 마주보는 실린더 헤드 베이스(703a,703b)들을 포함한 V- 8 엔진(700)의 프로파일이 도시된다. 각각의 실린더(첨부도면을 참고)에 대하여 둘러싸는 흡기 밸브 시트(713)를 가진 흡기 포트(707), 배기 포트(709) 및 둘러싸는 배기 밸브 시트(717)를 포함하는 연소실(705)이 도시된다. 각각의 연소실(705)은 점화플러그 포트(721)를 가진다.
흡기 밸브 시트(713)내부로 인젝터 포트(719)가 기계가공된다. 상기 실시예에서, 밸브 시트(713)는 총 8개의 인젝터 포트들을 가진다. 선택적인 실시예는 다른 갯수의 인젝터 포트(719)들을 가질 수 있지만, 인젝터 포트들은, 동일한 연료 분배를 위해 대칭 배열되는 것이 유리하다. 상기 인젝터 포트(719)들은 엔진에 대한 연료전달을 기계적으로 제어한다. 이러한 구성은, 자기적 솔레노이드 연료 인젝터에 의해 달성될 수 없는 3000 내지 5000psi의 상대적으로 높은 압력을 허용할 뿐만 아니라 비용이 많이 드는 컴퓨터 기초의 전자식 연료 주입 제어 시스템을 요구하지 않는다. 상기 압력은 연료 방울 분무화를 상당히 개선시키고 연료 소비를 개선하며 배출가스를 감소시킬 수 있다. 내연기관(ICE)의 작동 rpm 범위에 걸쳐서 밸브 작동 및 지속시간을 제어할 능력을 가지기 때문에 연료주입을 효과적으로 작동시키는 수단이 제공된다.
도 8을 참고할 때, 가변 로브 캠 샤프트(100)( 도 1A에 도시된 동일한 캠 샤프트)의 각 캠 로브들이 특정 실린더 연소실(705)의 배기 포트(709) 또는 흡기 포트(707)의 개폐작용을 제어하는 방법의 예가 개략적으로 도시된다. 캠 저널(130b, 130c)들사이에 위치한 네 개의 캠 로브들이 상기 예에서 이용되고 상기 캠 저널들로부터 연장되는 일점 쇄선들을 가져서 상기 일점 쇄선들은 로커 암 기초의 피봇운동식 밸브 리프터 조립체의 위치를 나타낸다. 좌측으로부터 우측으로 이동함에 따라 제1 일점 쇄선은, 실린더 헤드 베이스(703b)에서 좌측으로부터 두 번째 실린더 연소실의 가장 왼쪽의 캠 로브 및 흡기 포트(707)사이의 연결을 도시한다. 제2 일점 쇄선은, 실린더 헤드 베이스(703a)에서 좌측으로부터 두 번째 실린더 연소실의 다음 캠 로브 및 흡기 포트(707)사이의 연결을 도시한다. 제3 일점 쇄선은, 실린더 헤드 베이스(703b)에서 좌측으로부터 두 번째 실린더 연소실의 배기 포트 및 좌측으로부터 제3 캠 로브사이의 연결을 도시한다. 마지막으로, 제4 일점 쇄선은, 실린더 헤드 베이스(703a)에서 좌측으로부터 두 번째 실린더 연소실의 배기 포트 및 좌측으로부터 제4 캠 로브사이의 연결을 도시한다.
명확한 이해를 위해 록커 암 연결들을 나타내는 단지 한 개 세트의 선들이 도시될지라도, 각각의 16 밸브 캠 조합을 위해 한 개의 로커 암을 가진 V-8 엔진 프로파일내에 완전한 세트의 16 개의 로커암들이 제공된다.
도 8의 V-8 엔진 프로파일이 1.7:1 로커암 세트와 연결되고 각각의 로커 암이 도 7의 로커암과 유사한 구조를 가지면, 각각의 밸브는 0.2295 인치 내지 0.443인치의 개방 범위내에서 제어될 수 있다. 상기 범위에 의해 상대적으로 높은 엔진 속도 범위에서 탁월한 토크 및 마력이 제공된다.
결론
본 발명이 본 발명의 선호되는 실시예들 및 선호되는 이용에 관해 설명되고 도시될지라도, 통상의 기술자가 이해하고 있듯이 본 발명의 전체 범위에 속하는 수정 및 변경이 실시될 수 있기 때문에 본 발명은 제한되지 않는다.
100,200.....캠 샤프트,
220a,200b.....로브 캠
230a,230b,230c,230d,230e.....캠 저널,
210.....축,
120.....로브
130.....캠 저널.

Claims (20)

  1. 내연기관 내부의 가변 밸브 타이밍 시스템내에서 가변 캠 로브 캠 샤프트와 이용되는 밸브 리프터 조립체에 작동가능하게 부착되는 캠 종동자로서, 상기 캠 종동자는
    a) 중앙 공동을 가진 하우징, 및
    b) 상기 중앙 공동내에서 상기 하우징에 피봇운동 가능하게 연결된 스템을 가진 머쉬룸 헤드를 포함하고, 상기 머쉬룸 헤드는 캠 로브 표면과 접촉하고 반경을 가진 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 캠 종동자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반경을 가진 표면이 캠 로브 표면과 미끄럼 운동하며 연결되기 위해 상기 반경을 가진 표면의 변부들은 곡선형상을 가지는 것을 특징으로 하는 캠 종동자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하우징의 마주보는 측부들에서 개구부들 및 머쉬룸 헤드의 스템을 통해 연장되는 액슬에 의해 상기 스템은 상기 하우징과 피봇운동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 캠 종동자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 머쉬룸 헤드 및 캠 로브 표면에 윤활작용을 제공하기 위한 윤활 시스템과 상기 하우징이 작동하게 연결되고, 상기 윤활 시스템은,
    a) 상기 하우징내에 형성되고 상기 밸브 리프터 조립체내에서 윤활유저장실로부터 상기 하우징의 마주보는 측부들에서 개구부들 중 적어도 한 개까지 연장되는 적어도 한 개의 채널,
    b) 액슬내에 형성되고 상기 하우징내에서 상기 채널을 통과하는 윤활유를 수용하기 위한 적어도 한 개의 윤활유 수용 포트 및 액슬내에 형성되고 상기 액슬로부터 상기 머쉬룸 헤드의 스템까지 윤활유를 통과시키기 위한 적어도 한 개의 윤활유 전달 포트, 및
    c) 머쉬룸 헤드내에 형성되고 상기 반경을 가진 표면까지 윤활유를 통과시키기 위해 상기 스템으로부터 상기 반경을 가진 표면까지 연장되어 상기 반경을 가진 표면 및 캠 로브 표면에 윤활작용을 제공하는 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 종동자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하우징 내부의 상기 채널은 한 쌍의 채널들에 의해 제공되고, 각 채널은 상기 저장실로부터 하우징의 마주보는 측부들에서 개구부들 중 한 개까지 연장되며, 상기 액슬 내부의 상기 윤활유 수용 포트는 액슬 내부의 한 쌍의 윤활유 수용 포트들에 의해 제공되고, 각 윤활유 수용 포트는 상기 채널 쌍들의 해당 채널과 정렬되는 것을 특징으로 하는 캠 종동자.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 액슬내부의 윤활유 전달 포트는 상기 액슬의 종 방향 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 캠 종동자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 머쉬룸 헤드내부의 채널은 상기 머쉬룸 헤드의 종 방향 중심에 위치하고 액슬내부의 윤활유 전달 포트와 정렬되는 것을 특징으로 하는 캠 종동자.
  8. 내연기관(ICE) 내부의 가변 밸브 타이밍 시스템내에서 가변 캠 로브 캠 샤프트와 이용되는 밸브 리프터 조립체로서, 상기 밸브 리프터 조립체는
    상기 내연기관(ICE)내에서 밸브 리프터와 작동가능하게 연결되거나 밸브 리프터와 일체구성되고 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항을 따르는 캠 종동자를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 리프터 조립체.
  9. 내연기관(ICE) 내부의 가변 밸브 타이밍 시스템내에서 가변 캠 로브 캠 샤프트와 이용되는 피봇운동식 캠 종동자를 가진 록커 암 밸브 리프터 조립체로서, 상기 록커 암 밸브 리프터 조립체는,
    a) 로커암을 포함하고 상기 로커 암은 로커 암과 일체로 구성된 캠 종동자 하우징을 가지며, 상기 하우징은 중앙 공동을 가지고,
    b) 상기 중앙 공동내에서 상기 하우징과 피봇운동 가능하게 연결된 스템을 가진 머쉬룸 헤드를 포함하며, 상기 머쉬룸 헤드는 캠 로브 표면과 접촉하기 위해 반경을 가진 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 록커 암 밸브 리프터 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반경을 가진 표면이 캠 로브 표면과 미끄럼 운동하며 연결되기 위해 상기 반경을 가진 표면의 변부들은 곡선형상을 가지는 것을 특징으로 하는 록커 암 밸브 리프터 조립체.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 하우징의 마주보는 측부들 및 머쉬룸 헤드의 스템을 통해 연장되는 액슬에 의해 상기 스템은 상기 하우징과 피봇운동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 록커 암 밸브 리프터 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 머쉬룸 헤드 및 캠 로브 표면에 윤활작용을 제공하기 위한 윤활 시스템과 상기 하우징이 작동하게 연결되고, 상기 윤활 시스템은,
    a) 상기 하우징내에 형성되고 상기 밸브 리프터 조립체내에서 윤활유저장실로부터 상기 하우징의 마주보는 측부들에서 개구부들 중 적어도 한 개까지 연장되는 적어도 한 개의 채널,
    b) 액슬내에 형성되고 상기 하우징내에서 상기 채널을 통과하는 윤활유를 수용하기 위한 적어도 한 개의 윤활유 수용 포트 및 액슬내에 형성되고 상기 액슬로부터 상기 머쉬룸 헤드의 스템까지 윤활유를 통과시키기 위한 적어도 한 개의 윤활유 전달 포트, 및
    c) 머쉬룸 헤드내에 형성되고 상기 반경을 가진 표면까지 윤활유를 통과시키기 위해 상기 스템으로부터 상기 반경을 가진 표면까지 연장되어 상기 반경을 가진 표면 및 캠 로브 표면에 윤활작용을 제공하는 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 록커 암 밸브 리프터 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하우징 내부의 상기 채널은 한 쌍의 채널들에 의해 제공되고, 각 채널은 상기 저장실로부터 하우징의 마주보는 측부들에서 개구부들 중 한 개까지 연장되며, 상기 액슬 내부의 상기 윤활유 수용 포트는 액슬 내부의 한 쌍의 윤활유 수용 포트들에 의해 제공되고, 각 윤활유 수용 포트는 상기 채널 쌍들의 해당 채널과 정렬되는 것을 특징으로 하는 록커 암 밸브 리프터 조립체.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 액슬 내부의 윤활유 전달 포트는 상기 액슬의 종 방향 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 록커 암 밸브 리프터 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 머쉬룸 헤드내부의 채널은 머쉬룸 헤드의 종 방향 중심에 위치하고 액슬내에서 윤활유전달 포트와 정렬되는 것을 특징으로 하는 록커 암 밸브 리프터 조립체.
  16. 내연기관(ICE)내부의 가변 밸브 타이밍 시스템에 있어서,
    a) 복수 개의 캠 로브를 가진 가변 로브 캠 샤프트를 포함하고, 각각의 캠 로브는 내연기관(ICE) 내에서 해당 밸브의 개방을 제어하며,
    b) 상기 가변 로로브 캠 샤프트의 해당 캠 로브와 작동하며 연결되고 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항을 따르는 복수 개의 밸브 리프터 조립체를 포함하며,
    c) 해당 밸브 리프터 조립체와 작동하며 연결된 복수 개의 밸브들을 포함하고, 상기 복수 개의 밸브들은 한 개이상의 실린더 연소실의 해당 흡기 포트 또는 배기 포트와 작동하며 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 캠 샤프트는 상기 내연기관(ICE)내에서 축 방향 변위를 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 각각의 캠 로브는 각 캠 로브의 마주보는 단부들에서 제1 및 제2 캠 로브 면들을 가지고 상기 제1 및 제2 캠 로브 면들의 정점들은 캠의 위상변화를 위해 서로에 대해 축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 시스템.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡기 포트들은 복수 개의 연료 인젝터 포트들을 가진 밸브 시트들에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 가변 밸브 타이밍 시스템은 8개의 등거리를 가진 연료 인젝터 포트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 시스템.
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