WO2021100977A1

WO2021100977A1 - 연속 가변 동작 밸브 장치

Info

Publication number: WO2021100977A1
Application number: PCT/KR2020/003988
Authority: WO
Inventors: 장순길
Original assignee: 장순길
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-05-27

Abstract

본 발명은 내연기관에서 사용되는 밸브의 여는 시각, 닫는 시각, 여는 시간, 여는 정도를 각각 상호 독립적이고 연속적인 값으로 변경시킬 수 있는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 연속 가변 동작 밸브 장치는 복수의 슬라이스 캠과 내부 캠을 이용하여 캠의 유효한 플랭크와 유효한 노우즈를 변경하여 밸브를 여는 시간과 닫는 시간을 제어한다. 또 로커 암 축을 움직여 밸브의 여는 정도를 제어하는 방법과, 래크와 피니언을 사용하여 로커 암 축을 움직이는 방법을 개시한다. 본 발명에 의한 연속 가변 동작 밸브 장치는 자동차의 성능, 연료 절감, 환경 오염 물질 배출 절감 등에 기여할 것이다.

Description

연속 가변 동작 밸브 장치

내연 기관의 밸브를 캠으로 열고 닫을 때 밸브를 여는 시각, 밸브를 닫는 시각, 밸브를 여는 시간 및 밸브를 여는 정도를 제어하는 기술 분야.

내연 기관의 성능 개선과 연료 소모량 감소 및 배출 가스의 공해 성분 감소 등을 위해 내연 기관 밸브의 동작을 잘 제어할 필요가 있는 것이 확인되었다.

내연 기관의 운전 상태에 따라 내연 기관 제어 장치가 밸브를 여는 시각, 닫는 시각, 여는 시간 및 여는 정도를 조정하려고 할 때 그것을 잘 뒷받침할 수 있는 좋은 기계 장치가 필요하다.

VVT(Variable Valve Timing), VVD(Variable Valve Duration), 및 VVL(Variable Valve Lift)은 그러한 문제들을 해결하는 기계 장치와 관련된 기술들이었다. VVT는 밸브를 열고 닫는 시각을 조정할 수 있는 것이고, VVD는 밸브를 여는 시각과 닫는 시각을 따로 조정할 수 있어서 결국 밸브가 열려 있는 시간까지 변경할 수 있는 것이며, VVL은 밸브를 열 때 밸브의 열림 정도를 조정할 수 있는 기술이며, 이러한 변경의 정도를 연속적인 값으로 할 수 있는 것에는 연속적이라는 의미의 Continuous를 앞에 붙여 각각 CVVT, CVVD, CVVL이라고 하였다.

이러한 기술들의 구현 방법은 차동차 제조업체들에 따라 조금씩 달랐는데 혼다는 VTEC(Valve Timing Electronic Control)이라는 이름으로 VVT를 만들었고, 저속 캠과 고속 캠이 내연 기관의 회전속도에 따라 구분되어 사용되었고 각기 다른 타이밍과 리프트를 만들었다. 아우디는 Valvelift라는 이름으로 VVT와 VVL을 동시에 구현하였다. 고속, 저속, 초저속에서 리프트가 각기 다르게 움직였다. BMW는 Valvetronic이라는 이름으로 CVVL(Continuous Variable Valve Lift)을 만들었는데 밸브 리프트 정도를 연속적으로 변경시킬 수 있는 것이 특징이다. 이 밖에도 닛산이 만든 VVEL(Variable Valve Event and Lift), 토요타 밸브매틱(Valvematic), 피아트가 만든 멀티에어 등이 있었다.

내연 기관의 제어 장치가 내연 기관의 운전 상태에 따라 흡기 밸브와 배기 밸브의 여는 시각, 닫는 시각, 여는 시간 및 여는 정도를 조정하려고 할 때 그것을 잘 뒷받침할 수 있는 좋은 기계 장치를 필요로 하게 되는데 좋은 기계 장치에 대한 방법을 제공하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 과제이다.

종래의 여러 기계 장치는 구조가 복잡하고, 공간을 많이 차지하고, 여러 요소를 독립적으로 운용하기 어렵고, 비용이 많이 들 수 밖에 없는 등 여러 불편이 있었다.

좋은 기계 장치라고 할 때 그것은 비용이 적게 들고, 부피가 크지 않고, 가능하면 여러 요소를 독립적으로 운용할 수 있고, 구조가 간단하여 제작이나 유지보수가 쉽고, 기존의 장치에 수정을 덜 요구한다는 등의 특징을 가진 것이다.

밸브의 움직임을 캠으로 만들 때 밸브의 동작은 캠의 플랭크와 노우즈에 따라 달라진다. 캠의 플랭크가 달라지면 밸브를 여는 시각과 닫는 시각이 달라지고, 캠의 노우즈의 높이에 따라 양정이 정해지면 밸브의 이동 거리 즉 밸브의 여는 정도가 결정되는 것이다.

밸브의 여는 시각과 닫는 시각을 변경하기 위해서는 캠의 플랭크에 변경이 있어야 한다. 캠의 플랭크를 변경하기 위해 하나의 캠을 얇게 잘라 여러 개의 슬라이스 캠으로 만들고 슬라이스 캠을 서로 근접하게 배치하여 하나의 캠처럼 사용하되 플랭크에 변경이 필요한 때에는 슬라이스 캠을 하나씩 돌려서 유효한 플랭크와 유효한 노우즈를 변경시킨다.

캠축 위에서 캠축과 함께 회전 중인 슬라이스 캠을 하나씩 상대적으로 돌리는 방법은 원통 캠을 응용하여, 각 슬라이스 캠의 내부에 홈을 만들고, 슬라이스 캠의 내부에서 돌기가 있는 막대를 직선으로 움직여 슬라이스 캠이 돌아가게 한다. 슬라이스 캠의 내부에 있는 홈의 방향과 돌기가 움직이는 방향에 따라 슬라이스 캠의 회전 방향이 결정되기 때문에, 두 개의 돌기가 있는 하나의 막대를 움직여, 홈의 방향이 다른 두 개의 슬라이스 캠을 서로 반대 방향으로 회전시키는 것이 가능하다.

밸브를 여는 시각은 앞당기고 닫는 시각은 늦추는 식으로 밸브를 여는 시각과 닫는 시각을 서로 다르게 변경할 수 있으면 밸브를 여는 시간도 변경할 수 있다.

밸브의 여는 정도를 변경하기 위해서는 캠의 노우즈의 높이에 변경이 있으면 된다. 또 캠의 노우즈의 높이에 변경이 없다고 해도 지레의 원리를 이용하여 밸브의 여는 정도를 변경할 수 있다. 캠의 운동을 로커 암을 통해 밸브의 운동으로 전환할 때 밸브는 작용점에, 캠은 힘점에 있고, 로커 암은 지레, 로커 암 축은 받침점 역할을 한다.

지레의 받침점을 힘점 쪽에서 작용점 쪽으로 이동하면 작용점은 전보다 더 큰 힘을 받게 된다. 그렇지만 큰 힘을 받는 동시에 작용점의 이동 거리는 줄어든다. 작용점의 이동 거리가 줄어드는 것은 로커 암의 밸브 쪽 끝의 이동 거리가 줄어든다는 것이고 이것은 곧 밸브의 여는 정도가 줄어드는 것이다. 이와 같은 방법으로 로커 암 축의 위치를 변경하여 밸브의 여는 정도를 변경할 수 있다.

로커 암 축의 위치를 좌우로 변경할 때 중요한 것은 로커 암의 위치는 변경되지 않는 것이다. 로커 암에 래크를 달고 로커 암 축에 피니언을 단 후 래크에 맞물린 피니언이 굴러가는 형태를 취하면서 로커 암 축이 이동하면 로커 암 축의 위치는 변경이 되어도 로커 암은 제자리에 있을 수 있다. 로커 암 축이 이동할 때 굴러가는 형태를 취하도록 하기 위해 로커 암 축에 추가적으로 피니언을 더 설치하고 그 피니언과 맞물리는 래크를 고정하여 설치하는 것이 좋다.

또 지레의 받침점을 높이거나 낮추면 작용점도 높아지거나 낮아지게 되어, 힘점의 동작 구간에 대해 작용점의 동작 구간도 높게 또는 낮게 이동하게 된다. 작용점의 동작 구간이 높게 또는 낮게 이동하게 된다 것은 로커 암의 밸브 쪽 끝의 동작 구간이 높게 또는 낮게 이동하게 된다는 것이고, 로커 암의 밸브 쪽 끝의 동작 구간이 높게 또는 낮게 이동되어 밸브가 움직일 수 있는 동작 구간과 일치하지 않게 되면 일치하지 않게 되는 만큼 밸브는 밸브가 움직일 수 있는 구간을 다 움직이지 못하고 이동 거리가 줄어들게 된다. 이와 같은 방법으로 로커 암 축의 높이를 변경하여 밸브의 여는 정도를 변경할 수 있다.

로커 암 축의 위치를 상하로 변경할 때에는 로커 암 축이 기울지 않도록 하는 것이 중요하다. 로커 암 축의 양단에 피니언을 설치하고 그 피니언과 맞물리는 래크를 고정하여 설치하는 것이 좋다.

내연 기관을 새로 개발하거나 기존의 내연 기관의 성능을 개선하려고 할 때, 특히 밸브의 동작을 잘 제어하려고 할 때 기계 장치 부분에 본 발명에 의한 밸브 동작 제어 방법을 적용할 수 있을 것이다. 사용하기 쉽고 필요에 알맞게 밸브를 잘 제어할 수 있기 때문에 높은 성과를 거둘 수 있게 해줄 것이다.

본 발명에 의한 밸브 동작 제어 방법을 사용하는 내연 기관을 장착한 자동차는 성능이 개선되고 연료 소모량은 줄고 배출 가스의 공해 성분은 감소하며 간단한 구조로 인하여 제조와 유지보수가 간단하고 비용 부담도 높지 않아 제조 업체와 사용자의 요구 사항을 둘 다 만족시켜 줄 것이다.

도 1에는 하나의 캠을 사용할 때 그 캠의 플랭크와 노우즈를 임의로 변경할 수 있도록 하기 위해 3개의 슬라이스 캠을 근접하게 배치하여 하나의 캠과 같이 사용할 수 있도록 한 장치를 보이고 있다. 기본 캠(13)은 캠축(16)에 고정되고, 기본 캠(13)의 양쪽으로 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)이 캠축(16) 위에서 회전 가능하게 설치되고, 두 캠 링(14, 15)은 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)이 기본 캠(13)에 접해 있도록 하는 역할을 한다.

캠축(16)의 내부는 비어 있고 그 속에 좌우로 이동이 가능한 내부 캠 막대(17)가 들어가서 내부 캠 돌기(31)를 통해 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)을 움직이게 된다. 두 내부 캠 돌기(31)는 내부 캠 막대(17)에 고정되어 있어서 내부 캠 막대(17)와 함께 좌우로 움직이며, 캠축(16)에 있는 내부 캠 돌기 구멍(33)을 통과하여 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)의 내부에 있는 내부 캠 홈(32)에 각각 물리게 된다. 내부 캠 막대(17)에는 내부 캠 막대 핀(35)이 고정되어 있고, 내부 캠 막대 핀(35)은 캠축(16)에 있는 내부 캠 막대 핀 구멍(36)을 통과하여 내부 캠 막대 이송 링(18)에 연결되어 있어서 내부 캠 막대 이송 링(18)을 통해 내부 캠 막대(17)를 좌우로 움직일 수 있게 해준다.

내부 캠 막대(17)를 좌우로 움직이는 것은 내부 캠 막대 이송 링(18) 외에도 내부 캠 막대(17)의 양단을 통해서도 가능하다. 또 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)을 움직일 때 서로 독립적으로 움직일 수 있게 하려고 하면 내부 캠 막대(17)를 양분하여 두 개의 양분된 내부 캠 막대(19, 20)로 만들어 사용할 수도 있다.

도 2에는 도 1에서 보인 기본 캠(13)을 없애고 여는 캠(41, 42)과 닫는 캠(43)으로 구성된 슬라이스 캠(41, 42, 43)과 여는 캠(81), 닫는 캠(82) 및 기본 캠(83)으로 구성하되 모양이 수정된 슬라이스 캠(81, 82, 83)을 보이고 있다. 두 여는 캠(41, 42)은 캠 연결판(48)으로 연결되어 있다. 두 여는 캠(41, 42)의 가운데 위치하게 되는 닫는 캠(43)은 둘레의 일부를 잘라내어 캠 연결판(48)의 자리를 내어주고 있다. 여는 캠(42)에 연결된 슬리브(44)와 닫는 캠(43)에 연결된 슬리브(45)의 내부에는 내부 캠 홈이 있다. 오른쪽 아래의 슬라이스 캠(81, 82, 83)은 여는 캠(81)과 닫는 캠(82)에 대해 밸브를 여는 동안과 밸브를 닫는 동안에 밸브 리프트나 로커 암에 닿는 유효한 플랭크 부문을 넓히고 그것을 위해 여는 캠(81)과 닫는 캠(82)은 넓힌 부분의 반대쪽 자리를 내주고, 기본 캠(83)은 양쪽 옆 자리를 내어주고 있다.

도 3은 로커 암(60)을 좌우로 움직이지 않고 로커 암 축(62)을 로커 암(60)의 좌우로 움직일 수 있는 장치를 보이고 있다. 래크 위에서 피니언이 구르면 래크는 자리를 지키고 있는 가운데 피니언만 움직이는 것이 가능하다. 한 개의 축에 여러 개의 피니언을 설치하고, 각 피니언이 맞물리는 래크 위에서 구르는 경우에도 마찬가지이다.

두 로커 암 축 래크(66, 67)와 양쪽의 로커 암 축 이송기 레일(71, 72)이 고정되어 있으면서, 양쪽 로커 암 축 이송기 레일(71, 72) 위에서 움직이는 두 로커 암 축 이송기(69, 70)에 로커 암 축(62)이 설치되고, 로커 암 축(62)에 설치된 로커 암 피니언(63)이 로커 암 래크(61)와 맞물리고, 두 로커 암 축 피니언(64, 65)이 두 로커 암 축 래크(66, 67)에 각각 맞물려 움직이면 로커 암 래크(61)는 제자리를 지키게 된다. 로커 암 래크(61)가 제자리를 지키고 있다는 것은 로커 암(60)이 제자리에 있다는 것이고, 따라서 이것은 로커 암(60)이 좌우로 움직이지 않는 가운데 로커 암 축(62)이 자유로이 좌우로 이동할 수 있다는 것이고, 나아가 로커 암(60)은 좌우로 이동할 수 없다는 것이다.

양쪽의 로커 암 축 이송기 레일(71, 72)과 두 로커 암 축 이송기(69, 70)를 제외하고 그 대신 양쪽의 로커 암 축 피니언(64, 65)에 각각 맞물리는 보조 피니언(74)과 보조 래크(75)를 사용할 수도 있다.

도 4는 로커 암(90, 110)을 좌우로 움직이지 않고 로커 암 축(92, 112)을 상하로 움직일 수 있는 장치들을 보이고 있다. 래크 위에서 피니언이 구르면 래크는 자리를 지키고 있는 가운데 피니언만 움직이는 것이 가능하다. 축의 양단에 피니언과 고정된 래크가 설치되어 있다면 축은 기울임 없이 움직일 것이다.

로커 암 축 피니언(94, 95, 114, 115)에 맞물리는 보조 피니언(98, 99, 118, 119)과 보조 피니언(98, 99, 118, 119)에 맞물리는 보조 래크(100, 101, 120, 121)를 설치하면 로커 암 축(92, 112)을 편리하게 움직일 수 있다.

첨부한 도면에 나타난 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명의 구체적인 내용을 상세히 설명하도록 한다. 그러나 도면에 나타난 내용으로 본 발명의 내용이 한정되지는 않는다. 도면의 내용은 여러 가지로 서로 조합되어 사용될 수도 있다.

밸브의 움직임을 결정하는 것은 캠의 옆면인 플랭크와 상단인 노우즈다. 플랭크와 노우즈의 모양을 변경하여 밸브를 여는 시각, 밸브를 닫는 시각을 변경할 것이다. 밸브를 여는 시각과 닫는 시각을 서로 다르게 변경하면 밸브를 여는 시간이 변경된다. 접해 있는 복수의 슬라이스 캠은 밸브 리프터나 로커 암에 대해 하나의 캠과 같이 작용할 수 있다. 밸브 리프트나 로커 암에 복수의 슬라이스 캠이 동시에 접하거나 차례로 접하여 밸브 리프트나 로커 암을 움직일 수 있는데 이렇게 밸브 리프트나 로커 암에 접하는 플랭크와 노우즈를 각각 유효한 플랭크, 유효한 노우즈라고 부르기로 한다.

도 1에는 여러 슬라이스 캠들(11, 12, 13)을 서로 근접하게 설치하여 하나의 캠같이 작용할 수 있도록 한 장치를 보이고 있다. 그림에는 세 개의 슬라이스 캠(11, 12, 13)이 캠축(16)에 설치되어 있는데 필요에 따라 기본 캠(13) 또는 닫는 캠(12)을 제외하고 두 개만 사용할 수도 있고, 둘 다 제외하고 하나만 사용할 수도 있다. 그리고 캠축(16)에 설치되는 캠의 수는 하나로 제한되지 않는다.

기본 캠(13)은 캠축(16)에 고정하여 설치된다. 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)은 캠축(16) 위에서 기본 캠(13)에 가까이 있어야 하는데 두 캠 링(14, 15)이 그 역할을 맡고 있으며, 또 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)은 캠축(16) 위에서 회전이 가능해야 하는데, 이 회전을 구동하는 것은 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)의 내부에 있는 내부 캠 홈(32)과 내부 캠 막대(17)에 있는 내부 캠 돌기(31)이다. 내부 캠 막대(17)에 설치된 내부 캠 돌기(31)는 속이 빈 캠축(16) 속에서 내부 캠 막대(17)와 함께 좌우로 움직인다. 내부 캠 돌기(31)가 캠축(16)의 내부 캠 돌기 구멍(33)과 내부 캠 홈(32)을 따라 움직이면 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)은 각각의 내부 캠 홈(32)의 방향에 따라 회전 방향이 결정되어 회전하게 된다. 캠축(16)에 있는 두 내부 캠 돌기 구멍(33)은 두 내부 캠 돌기(31)가 각각 두 내부 캠 홈(32)에 닿을 수 있도록 길을 내어주고 캠축(16)에 대해 회전하지 않도록 하는 가이드 역할을 한다. 내부 캠 막대(17)를 좌우로 움직이는 것은 내부 캠 막대(17)의 양단을 통해 가능하며, 내부 캠 막대(17)에 내부 캠 막대 핀(35)으로 연결된 내부 캠 막대 이송 링(18)을 통해서도 가능하다. 캠축(16)에 있는 내부 캠 막대 핀 구멍(36)은 내부 캠 막대(17)에 설치된 내부 캠 막대 핀(35)을 내부 캠 막대 이송 링(18)에 연결될 수 있도록 해준다. 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)의 내부에 있는 내부 캠 홈(32)과 내부 캠 막대(17)에 있는 내부 캠 돌기(31), 내부 캠 막대 핀(35)은 각각 하나로 제한되지 않는다.

여는 캠(11)과 닫는 캠(12)이 독립적으로 움직여야 할 필요가 있는 경우에는 내부 캠 막대(17)를 양분하여 양분된 내부 캠 막대(19, 20)를 만들어 사용할 수도 있다. 내부 캠 막대(17)는 3등분이나 4등분하여 사용할 수도 있는 등 필요에 따라 다양하게 변경이 가능하다. 내부 캠 막대 핀, 내부 캠 막대 핀 구멍, 내부 캠 막대 이송 링은 필요에 따라 증설할 수 있다.

잠시 기본 캠(13)을 고려 대상에서 제외하고, 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)이 같이 움직인다고 말하면 그것은 밸브를 여는 시각이 앞당겨지거나 늦추어질 때 닫는 시각도 같은 정도로 앞당겨지거나 늦추어지는 것으로 두 슬라이스 캠(11, 12)이 밸브를 여는 시간에는 변경이 일어나지 않는 것을 말하기로 한다.

여는 캠(11)과 닫는 캠(12)이 다르게 움직인다고 말하면 그것은 밸브를 여는 시각이 앞당겨지거나 늦추어질 때 닫는 시각은 앞당겨질수도 있고 늦추어질 수도 있지만 여는 시각 하나에 대해 닫는 시각도 하나로 정해져 있는 것으로 두 슬라이스 캠(11, 12)이 밸브를 여는 시간에는 정해진 형태로 변경이 일어날 수 있는 것을 말하기로 한다.

여는 캠(11)과 닫는 캠(12)이 독립적으로 움직인다고 말하면 그것은 밸브를 여는 시각이 앞당겨지거나 늦추어질 때 닫는 시각은 앞당겨질 수도 있고 늦추어질 수도 있으며 여는 시각 하나에 대해 닫는 시각이 하나로 정해져 있지 않고 별도로 닫는 시각을 정해야 하는 것으로 두 슬라이스 캠(11, 12)이 밸브를 여는 시간에는 정해진 형태 없이 자유로운 변경이 일어날 수 있는 것을 말하기로 한다.

하나의 캠축(16)에 흡기 밸브나 배기 밸브 중 한 종류의 밸브를 위한 캠을 복수로 배치하는 경우에는 그림과 같이 하나의 내부 캠 막대(17)나 두 개의 양분된 내부 캠 막대(19, 20)를 사용할 수 있다. 하나의 내부 캠 막대(17)를 사용하면 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)을 다르게 움직일 수 있고, 두 개의 양분된 내부 캠 막대(19, 20)를 사용하면 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)을 독립적으로 움직일 수 있다. 하나의 캠축(16)에 흡기 밸브를 위한 캠과 배기 밸브를 위한 캠이 동시에 설치되는 경우에는 두 개의 양분된 내부 캠 막대(19, 20)를 사용하거나 세 개 또는 네 개의 막대로 나누어 사용하는 것이 필요하다. 두 개의 양분된 내부 캠 막대(19, 20)를 사용하는 것은 흡기 밸브들을 위한 것과 배기 밸브들을 위한 것으로 나누어 각각 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)들을 다르게 움직일 수 있게 해주고, 세 개 또는 네 개로 나누어 사용하는 것은 필요에 따라 한쪽 밸브만 두 개를 사용하거나 양쪽 밸브에 두 개씩 사용하는 것으로 여는 캠(11)과 닫는 캠(12)들을 한쪽 밸브 또는 양쪽 밸브에 대해 독립적으로 움직일 수 있게 해준다. 만약 하나의 캠축(16)에 흡기 밸브를 위한 캠과 배기 밸브를 위한 캠이 동시에 설치되고 한 개의 내부 캠 막대(17)를 사용해야 하면 모든 밸브에 대해 한 가지로 다르게 움직일 수 있다. 그것은 한 종류의 밸브를 여는 시각이 앞당겨지거나 늦추어질 때 닫는 시각은 앞당겨질수도 있고 늦추어질 수도 있고, 다른 종류의 밸브를 여는 시각이 앞당겨지거나 늦추어질 수도 있고 닫는 시각도 앞당겨지거나 늦추어질 수도 있지만 모든 변경이 하나의 형태로 정해져 있는 것으로 더 이상 자유로운 변경은 가능하지 않으며 캠이 밸브를 여는 시간에도 하나의 정해진 형태로만 변경이 일어날 수 있다.

도 2는 도 1에 보인 슬라이스 캠에 대해 기본 캠(13)을 없애고 변형이 된 것과 각 슬라이스 캠들의 모양만 변형된 것을 보이고 있다. 슬라이스 캠은 여러 가지로 변형된 모양을 취할 수 있음을 보이기 위한 것이다. 기본 캠(13)을 없애고 변형이 된 것은 여는 캠(41, 42)과 닫는 캠(43)만을 두고 좌우를 균형되게 만든 것이 특징이다. 두 여는 캠(41, 42)은 중간에 캠 연결판(48)으로 연결되어 있다. 선이 굵게 표시된 부분이 유효한 플랭크와 유효한 노우즈다. 각 슬라이스 캠(41, 42, 43)의 유효한 플랭크와 유효한 노우즈가 닿는 밸브 리프트나 로커 암 등에 좌우 불균형된 접촉, 마모, 회전 등을 일으키지 않도록 하기 위함이다. 닫는 캠(43)에 연결된 슬리브(45)와 여는 캠(42)에 연결된 슬리브(44)는 충분한 길이의 내부 캠 홈을 만드는 데에 도움이 될 수 있다. 두 슬리브(44, 45)의 내부에는 내부 캠 홈이 있다. 오른쪽 아래에 보인 각 슬라이스 캠들의 모양만 변형된 것은 밸브를 열 때에 밸브 리프트나 로커 암 등에 닿는 여는 캠(81)의 유효한 플랭크 부분과 밸브를 닫을 때에 밸브 리프트나 로커 암 등에 닿는 닫는 캠(82)의 유효한 플랭크 부분이 넓게 만들어지고, 넓게 된 플랭크 부분에 대해 필요한 공간을 내어주기 위해 여는 캠(81)과 닫는 캠(82)과 기본 캠(83)이 가장자리들을 내어주고 있다.

밸브의 여는 정도는 캠의 양정에 따라 결정된다고 하였는데, 캠의 양정을 변경하는 대신 로커 암을 지지하는 로커 암 축의 위치를 좌우로 또는 상하로 변경하면 밸브의 여는 정도를 변경할 수 있다.

도 3에는 로커 암(60)을 좌우로 움직이지 않으면서 로커 암 축(62)을 좌우로 움직일 수 있는 기계 장치를 보이고 있다. 로커 암 축(62)을 좌우로 움직이면 밸브를 여는 시각과 밸브를 닫는 시각에는 큰 변화를 일으키지 않고 밸브를 여는 정도를 변경할 수 있다. 로커 암(60)은 한 개가 그려져 있지만 한 개로 제한되는 것은 아니다. 로커 암(60)의 일단에는 롤러가 설치될 수도 있다. 로커 암(60)의 양단 아래에는 각각 밸브와 캠이 있다. 밸브와 캠은 미도시되었다.

로커 암 축(62)에는 로커 암 축 피니언(64, 65)이 둘만 보이는데, 로커 암 접속기(68) 속에 로커 암 피니언(63)이 하나 더 있다. 로커 암 접속기(68) 안에서 로커 암 피니언(63)이 로커 암 래크(61)와 맞물려 있는 가운데 로커 암 축(62)은 회전할 수 있고, 로커 암(60)은 좌우로 움직일 수 있다. 로커 암 축 래크(66, 67)는 고정되어 있어서 로커 암 축(62)이 회전하면 로커 암 축(62) 전체가 비틀림 없이 좌우로 움직인다.

로커 암 축(62)을 지지하고 좌우 움직임을 가능하게 하는 것은 양쪽의 로커 암 축 이송기 레일(71, 72)과 거기서 움직이는 로커 암 축 이송기(69, 70)이다. 로커 암 축 이송기(69, 70)를 한쪽에서 좌우로 밀면 양쪽의 로커 암 축 피니언(64, 65)과 로커 암 축 래크(66, 67) 때문에 로커 암 축(62) 전체가 좌우로 움직인다. 아래쪽 로커 암 축 이송기(70)에는 스크류 연결구(73)가 있는데 미도시한 전기 모터와 스크류 축을 포함한 엑츄에이터로 구동할 수 있고, 유압 장치를 포함한 엑츄에이터로 구동할 수 있는 등 여러 가지 방법을 사용해 구동할 수 있다. 또 웜기어를 로커 암 축(62)에 설치하고 긴 웜을 통해서 웜기어를 회전시키고 로커 암 축(62)을 회전시켜 로커 암 축(62)을 움직일 수도 있다. 로커 암 축(62)은 밀고 당기는 방법과 직접 회전시키는 방법 등 여러 가지 방법으로 움직일 수 있다.

로커 암 축(62)이 회전하면서 좌우로 움직이면 로커 암 피니언(63)이 회전하면서 이동하고 로커 암 피니언(63)과 로커 암 래크(61)가 맞물려 있어서 로커 암 래크(61)는 그 자리에 있게 된다. 따라서 로커 암(60)은 좌우로 움직이지 않는다. 또 캠의 회전과 캠의 양정에 따라 로커 암(60)이 움직일 때에도 로커 암 래크(61)와 로커 암 피니언(63) 때문에 로커 암(60)은 좌우로 미끄러지지 않고 자리를 지킨다.

로커 암(60)이 좌우로 미끄러지지 않고 자리를 지키고 있는 가운데 로커 암 축(62)이 좌우로 움직이면 로커 암 축(62)과 밸브 사이의 거리와 로커 암 축(62)과 캠 사의의 거리가 변하게 된다. 캠의 운동은 로커 암(60)을 통해 밸브의 운동으로 전환되는데 그 과정에서 로커 암(60)은 지레와 같은 작용을 하고 로커 암 축(62)은 지레의 받침점과 같은 작용을 한다. 캠의 양정이 일정한 상태에서도 로커 암 축(62)이 밸브 쪽으로 움직이면 밸브가 동작하는 거리가 줄어들게 되고 캠 쪽으로 움직이면 밸브가 동작하는 거리가 늘어나게 되는 것이다. 로커 암 축(62)을 좌우로 움직여 밸브의 여는 정도를 변경할 수 있게 되는 것을 알 수 있다.

필요에 따라 회전당 이송 거리를 같게 유지하면서 로커 암 피니언(63), 로커 암 축 피니언(64, 65), 로커 암 래크(61) 및 로커 암 축 래크(66, 67)의 치형을 다르게 만들 수도 있을 것이다.

도 3에서 로커 암(60)은 로커 암 축(62)의 위쪽에 설치되어 있는데 아래쪽으로 설치될 수도 있다. 그럴 경우 두 로커 암 축 래크(66, 67)도 각각 두 로커 암 축 피니언(64, 65)의 아래쪽에 설치되어야 한다.

양쪽의 로커 암 축 이송기 레일(71, 72)과 거기서 움직이는 로커 암 축 이송기(69, 70)를 제거하고 그 대신 보조 피니언(74)과 보조 래크(75)를 두 로커 암 축 피니언(64, 65) 아래에 각각 설치하여 운용할 수도 있다. 이런 경우에는 한쪽 또는 양쪽 보조 피니언(74)을 제외하고 보조 래크(75)를 로커 암 축 피니언(64, 65)에 맞물리고 좌우로 움직여 로커 암 축(62)을 좌우로 움직일 수도 있다.

도 4에는 로커 암(90, 110)을 좌우로 움직이지 않으면서 로커 암 축(92, 112)을 상하로 움직일 수 있는 기계 장치를 두 개 보이고 있다. 각각 로커 암 축(92, 112)을 상하로 움직이면 밸브를 여는 시각과 밸브를 닫는 시각에 변경을 일으키면서 밸브의 여는 정도를 변경할 수 있다. 각 장치에 로커 암(90, 110)은 한 개가 그려져 있지만 한 개로 제한되는 것은 아니다. 각 로커 암(90, 110)의 일단에는 롤러가 설치될 수도 있다. 로커 암(90, 11)의 아래에는 각각 밸브와 캠이 있다. 밸브와 캠은 미도시되었다.

양쪽의 로커 암 축 래크(96, 97, 116, 117)와 보조 래크(100, 101, 120, 121)는 고정되어 있고, 보조 피니언(98, 99, 118, 119)은 로커 암 축 피니언(94, 95, 114, 115)과 맞물리면서 보조 래크(100, 101, 120, 121)에도 맞물리어 있어서 로커 암 축(92, 112)이 회전하면 로커 암(90, 110)은 좌우로 움직이지 않으면서 로커 암 축(92, 112) 전체가 비틀림 없이 상하로 움직인다.

캠의 운동은 로커 암(90, 110)을 통해 밸브의 운동으로 전환되는데 그 과정에서 로커 암(90, 110)은 지레와 같은 작용을 하고 로커 암 축(92, 112)은 지레의 받침점과 같은 작용을 한다. 캠의 양정이 일정한 상태에서 로커 암 축(92, 112)이 상하로 움직이면 로커 암(90, 110)의 밸브 쪽 끝의 동작 구간이 상하로 이동하게 되는데, 로커 암 축(92, 112)이 로커 암(90, 110)의 어디에 위치하는가에 따라 방향이 달라진다. 로커 암 축(92)이 로커 암(90)의 중앙에 있고 캠과 밸브가 양끝 쪽에 있는 경우에는 로커 암 축(92)이 위로 움직이면 로커 암(90)의 밸브 쪽 끝의 동작 구간은 위로 이동하게 되고, 로커 암 축(112)과 밸브가 로커 암(110)의 양끝 쪽에 있고 캠이 중앙에 있는 경우에는 로커 암 축(112)이 위로 움직이면 로커 암(110)의 밸브 쪽 끝의 동작 구간은 아래로 이동하게 된다.

로커 암 축(92, 112)이 움직이고 로커 암(90, 110)의 밸브 쪽 끝의 동작 구간이 이동하여 로커 암(90, 110)의 밸브 쪽 끝의 동작 구간이 밸브가 움직일 수 있는 동작 구간과 일치하게 되면 밸브가 최대로 움직이게 되지만, 일치하지 않고 많이 벗어날수록 로커 암(110)의 밸브 쪽 끝이 밸브에 닿는 시간이 늦어지고 닿았다가 떨어지는 시간은 빨라지며 밸브가 적게 움직이게 된다.

로커 암 축(92, 112)을 상하로 움직여 밸브를 여는 시각과 밸브를 닫는 시각에 변경을 일으키면서 밸브를 여는 시간과 밸브의 여는 정도를 변경할 수 있게 되는 것을 알 수 있다.

로커 암 축(92, 112)을 지지하고 상하로 움직임을 가능하게 하는 방법 중에서 보조 피니언(98, 99, 118, 119)과 보조 래크(100, 101, 120, 121)를 사용하지 않고 도 3에 보인 것처럼 양쪽에 로커 암 축 이송기 레일(71, 72)과 거기서 움직이는 로커 암 축 이송기(69, 70)를 사용하는 것도 가능하다.

로커 암 축(92, 112)을 한쪽에서 상하로 움직이면 양쪽의 로커 암 축 피니언(94, 95, 114, 115)과 로커 암 축 래크(96, 97, 116, 117) 때문에 전체가 상하로 움직인다. 로커 암 축(92, 112)을 상하로 움직이는 것은 미도시한 전기 모터와 스크류 축을 포함한 엑츄에이터로 구동할 수 있고, 유압 장치를 포함한 엑츄에이터로 구동할 수 있으며 캠을 적용하는 등 여러 가지 방법을 사용해 구동할 수 있다.

도면에 사용된 부호들의 설명은 다음과 같다. 11: 여는 캠. 12: 닫는 캠. 13: 기본 캠. 14, 15: 캠 링. 16: 캠축. 17: 내부 캠 막대. 18: 내부 캠 막대 이송 링. 19, 20: 양분된 내부 캠 막대. 21: 여는 캠. 22: 닫는 캠. 23: 기본 캠. 26: 캠축. 27: 내부 캠 막대. 28: 내부 캠 막대 이송 링. 31: 내부 캠 돌기. 32: 내부 캠 홈. 33: 내부 캠 돌기 구멍. 35: 내부 캠 막대 핀. 36: 내부 캠 막대 핀 구멍. 41, 42: 여는 캠. 43: 닫는 캠. 44, 45: 슬리브. 46: 캠축. 47: 내부 캠 막대. 48: 캠 연결판. 49: 회전 방향. 58: 밸브 닫힘 로커 암 상태. 59: 밸브 최대 열림 로커 암 상태. 60: 로커 암. 61: 로커 암 래크. 62: 로커 암 축. 63: 로커 암 피니언. 64, 65: 로커 암 축 피니언. 66, 67: 로커 암 축 래크. 68: 로커 암 접속기. 69, 70: 로커 암 축 이송기. 71, 72: 로커 암 축 이송기 레일. 73: 스크류 연결구. 74: 보조 피니언. 75: 보조 래크. 81: 여는 캠. 82: 닫는 캠. 83: 기본 캠. 90: 로커 암. 92: 로커 암 축. 94, 95: 로커 암 축 피니언. 96, 97: 로커 암 축 래크. 98, 99: 보조 피니언. 100, 101: 보조 래크. 110: 로커 암. 112: 로커 암 축. 114, 115: 로커 암 축 피니언. 116, 117: 로커 암 축 래크. 118, 119: 보조 피니언. 120, 121: 보조 래크.

자동차의 중요한 품질의 하나로서 성능을 꼽을 수 있다. 본 발명에 의한 밸브 동작 제어 방법은 자동차에 사용되는 내연 기관에 적용하여 사용될 수 있다. 적은 비용과 간단한 구조로 자동차의 성능 향상을 위해 쉽게 이용 가능할 것이다.

Claims

속이 비고 내부 캠 돌기 구멍이 설치된 캠축;

상기 캠축 위에 설치되고, 내부 캠 홈이 설치된 슬라이스 캠; 및

상기 캠축 내부에 설치되고, 상기 캠축의 캠 돌기 구멍을 통과하여 상기 슬라이스 캠의 내부 캠 홈을 따라 움직이는 내부 캠 돌기가 설치된 내부 캠 막대;를 포함하는 연속 가변 동작 밸브 장치.
로커 암 래크가 설치된 로커 암;

로커 암 피니언과 로커 암 축 피니언이 설치된 로커 암 축;

상기 로커 암의 로커 암 래크과 상기 로커 암 축의 로커 암 피니언을 맞물려 있게 하는 로커 암 접속기; 및

상기 로커 암 축의 로커 암 축 피니언과 맞물리는 로커 암 축 래크;를 포함하는 연속 가변 동작 밸브 장치.
로커 암; 및

상기 로커 암이 설치되고, 상하로 움직이는 로커 암 축;을 포함하는 연속 가변 동작 밸브 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 로커 암 축에 설치되는 로커 암 축 피니언; 및

상기 로커 암 축 피니언에 맞물리는 로커 암 축 래크;를 더 포함하는 연속 가변 동작 밸브 장치.