KR100254125B1 - 내연기관의 밸브 제어용 캠축 - Google Patents

내연기관의 밸브 제어용 캠축 Download PDF

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Abstract

축과, 이 축을 받기 위한 관통부를 가지며 상기 축에 슬라이딩 되어 그곳에 고정연결되는 적어도 하나의 단조가공된 캠으로 구성되는 내연기관의 밸브 제어용 캠축. 이 축은 적어도 하나의 캠이 설치되는 위치에 압연 가공되는 다른 부분 보다 더 큰 직경을 갖는 부분을 가진다. 원주방향의 비이드 또는 웨브는 재료를 축의 원주방향으로 변형시켜 형성되며, 축을 받기 위한 캠의 관통부는 적어도 그의 일단부 상에 축방향 길이의 적어도 일부에 걸쳐 테이퍼상으로 확대되며, 이 확대부의 입구 개구의 치수는 비이드 또는 웨이브 반경 방향 높이에 대략 상당한다.

Description

내연기관의 밸브 제어용 캠축
제 1 도는 단조 가공된 캠을 가진 캠축의 사시도,
제 2 도는 단조 가공된 캠의 정면도,
제 3 도는 제 2 도에 도시된 캠의 종단면도,
제 4 도는 재료를 변형하여 형성된 웨브 또는 비이드를 가진 캠축의 부분도,
제 5 도는 캠축의 다른 실시예를 나타내는 도면,
제 6 도는 단조 가공된 캠을 캠축 상에서 슬라이딩시키는 공정을 나타내는 도면, 그리고
제 7 도는 기능상 정확한 위치에 슬라이딩된 캠을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 관형축 2 : 캠
3 : 외형 4 : 개구
6 : 확대부 7 : 비이드 또는 웨브
본발명은 내연기관의 밸브 제어용 캠축에 관한 것이다. 캠축은 이 캠축에 슬라이딩되어 견고히 연결된 적어도 하나의 캠을 갖는다. 재료를 변형하여 웨브와 비이드를 형성하는 캠축의 부분은 다른 부분 보다 직경이 더 크다.
이런 타입의 캠축이 독일 특허출원 DE-OS 37 10 190에 기술 및 도시되어 있으며, 이 캠축의 제조방법이 설명되고 있다. 이러한 공지의 구조에서 캠축에서 슬라이딩되는 캠은 소결(sintering)에 의해 제조된다. 소결재로 프레스 가공한 블랭크로 캠축이 끼워져 들어가는 관통부를 형성하며, 이 관통부는 캠 또는 상기 관통부의 축방향 전장을 교차하여 연장하는 반경 방향 돌출부를 갖는다. 여기서 이러한 수개의 돌출부는 관통부의 원주둘레에 균일하게 분포되도록 형성된다. 리지(ledge) 또는 스프링 형상의 돌출부 때문에 관통부는 그의 원주둘레가 불균일하며, 이것은 상기 관통부가 적어도 이론적으로 무수한 불특정의 접선이 그려질 수 있는 수개의 위치를 갖는다는 것을 의미한다.
캠의 관통부 직경은 축의 확대부의 직경과 일치하며, 따라서 전술한 내측 돌출부가 존재하지 않는다면 캠은 특별한 힘을 가하지 않고도 축의 확대부상을 슬라이딩할 수 있을 것이다. 관통부 안에 형성된 리지 또는 스프링 형상의 돌출부 또는 이것의 슬라이딩 방향에서 본 전단부 가장자리와 단부면은 이러한 공지의 구조상 예컨대 레버로서의 기능과 캠을 축상에서 슬라이딩시킬때 축과 캠간의 확실한 고정에 필요한 홈을 형성하는 기능을 갖는다. 슬라이딩된 캠은 이러한 공지의 구조에서 형상 고정에 의해서만 축상에 보유된다. 이러한 공지의 구조는 소결가공된 캠을 가진 캠축의 제조에 매우 합리적이다.
단조가공된 스틸캠을 가진 캠축이 바람직하고 또 필요로 하는 다수의 엔진이 존재한다. 이러한 스틸 캠은 특정한 성질을 얻기 우해 단조 및 템퍼링되며, 그 외주면을 하드닝하고 선반에서 보어를 뚫는다. 이러한 단조가공된 스틸캠에는 소결 가공된 캠에 형성된 바와 같은 리지 또는 스프링 형상의 돌출부를 상당한 노력 없이는 형성하기가 불가능하다. 스틸캠에 있어서 돌출부를 형성하기 위해서는 절삭 바이트로 보어를 재가공 예컨대 브로우치(broach) 가공하여야 한다. 이러한 제조단계는 비용상의 이유로 실용적이지 못하다. 이러한 가공은 단조 가공된 캠에 소용되는 비용 보다 상당히 더 많은 비용이 소요된다.
이에 대하여, 소결 가공된 캠을 가지며 앞에서 설명한 구조를 갖는 캠축을 경제적으로 제조할 수 있음이 확인되었고, 단조가공된 스틸캠을 가진 캠축의 제조방법에 필적할만한 제조방법에 도달하였으나, 상기 비용상의 이유에서 이와같은 시도가 제한되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결한 캠축을 제공하는데 있다. 이 목적과 이후에서 명백해질 다른 목적들에 따르면, 본 발명의 한 양태에 있어서 단조 가공된 캠은 축을 수용하기 위해 적어도 일단부에 적어도 축방향 길이의 일부에 걸쳐 테이퍼 형상으로 확대된 개구를 가진다. 테이퍼상 확대부의 개구치수는 비이드 또는 웨브의 반경향 높이와 대략 일치한다.
본 발명에 따르면 소결가공된 캠을 가진 캠축의 공지된 제조방법을 단조가공된 캠을 가진 캠축에도 이용할 수 있으며, 여기서는 축과 캠 간의 고정에 형상고정 대신에 마찰고정이 취해진다. 단조 가공된 캠의 관통부의 테이퍼상 확대부에 의해 비이드 또는 웨브로 들어가는 입구부분이 형성되며, 비이드 또는 웨브가 그 입구부분 안으로 들어가면서 압착되어 연구변형되며, 이에 따라 비이드 또는 웨브와 단조 가공된 캠의 내면간에 상당히 강한 보유력을 가진 마찰고정이 이루어진다. 이와 관련하여 테이퍼상 확대부의 입구 개구치수가 비이드 또는 웨브의 반경 방향 높이와 "대략"일치한다고 하는 것은 그 치수가 전술한 높이 보다 약간 더 크다든가 작다든가로 이해하면 된다. 테이퍼상 확대부는 원추형 면에 의해 또는 절두형 피라미드 형상이 입구부에 형성되는 평면에 의해 형성될 수 있다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제 1 도에 도시된 캠축은 관형축(1)과 이 축에 슬라이딩되어 마찰식 고정에 의해 움직이지 못하게 고정되는 단조 가공된 캠(2)으로 이루어진다. 캠들은 관형축(1)상에 서로 각도있게 편위되도록 배열된다. 또한 관형축 대신 중실 단면의 축을 사용하는 것도 가능하며 이러한 축은 열간단조된다. 제 2 및 제 3 도는 관형축(1) 상에 설치하기 위한 캠을 나타낸다. 캠(2)의 외양(3)은 각각의 용도의 특수성에 따라 형성된다. 관형축(1)을 수용하는 관통부(4)는 전원주 둘레에 걸쳐 연속적으로 연장한 벽을 갖는다. 관통부(4)의 직경 d는 관형축(1)의 외경 D 보다 약간 더 크다. 관통부(4)의 벽의 연속적인 형상이란 임의의 무작위한 지점에서 오직 하나의 접선이 그려질 수 있는 형상으로 이해하면 된다. 도시된 실시예에 있어서 관통부(4)의 단면은 원형상이다. 관통부(4)는 적어도 캠(2)의 일단부면(5) 상에서 테이퍼상의 확대부(6)로 변형되며, 이 확대부(6)의 개구각도는 대략 20°이고 길이는 관통부(4)의 축방향 길이의 일부 예컨대 5 : 1 정도이다.
제 4 도는 제 2 및 3 도에 따른 단조 가공한 캠이 배치되는 관형축의 부분을 나타낸다. 수개의 비이드 또는 웨브(7)는 압연 가공 나사부의 제조에서와 같이 압연기에 의해 C지역의 재료를 변형하여 형성된다. 관형축(1)의 직경 D는 관통부(4)의 내경 d보다 더 작으며, 비이드 또는 웨브(7)의 외경 D'는 테이퍼상 확대부(6)의 입구개구의 직경 d'보다 약간 더 작다. 제 4 도에 도시된 실시예에서 관형축(1)의 확대된 지역 C의 직경 D'는 관형축(1)의 축방향 길이 방향으로 일정하다. 제 5 도에 도시된 실시예에서 비이드 또는 웨브(7)의 직경은 캠의 이동방향(화살표 8)으로 증가한다. 비이드 또는 웨브의 반경 방향 높이가 이동방향 높이가 이동방향(화살표 8)으로 쐐기 또는 원추형상으로 증가하는 확대된 지역의 이러한 형상에 대응하여 캠(2)의 관통부(4)도 역시 길이방향으로 원추형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 이 경우도 역시 테이퍼상 확대부(6)가 형성될 것이다.
제 6 도는 캠(2)을 관형축(1) 상에서 슬라이딩시키는 동안 즉 캠축의 조립중에 단조 가공된 캠(2)의 테이퍼상 확대부의 입구개구가 첫번째의 비이드 또는 웨브(7)에 도달한 때를 나타낸다. 지금 이 상태에서 비이드 또는 웨브(7)은 테이퍼상 확대부(6)의 입구부분에 의해 변형되어 그 외측부분이 제 7 도와 같이 관통부(4)안에 들어가 있는 것 처럼 압착되고 있다. 제 7 도는 캠이 지역 C로 완전히 슬라이딩한 상태를 나타낸다. 캠(2)이 관형축(1) 상에 위치되고 마찰식 고정에 의해서만 보유됨으로써, 이에 의한 큰 변형력 때무네 관형축(1)을 구성하는 재료의 약간의 일부분이 변형되는 경우에도 관계없이 캠의 안정되고 견고한 보유가 이루어진다.
도시된 실시예에 있어서 전원주 둘레에 걸쳐 연속적인 일정한 방향으로 형상으로 연장한 관통부(4)는 원통형 보어의 형상으로 되어 있다. 관통부(4)를 예컨대 원형이 아닌 타원형으로 형성하여도 본 발명에 속하는 것이며, 이 경우 타원형의 장축은 캠의 대칭면(9) 내에 존재하며 단축은 장축에 직교한다. 이 경우에서 서로 유효하게 연결되는 부분들의 치수는 타원형 관통부의 최소 직경이 축의 확대 구역들 사이에 위치하는 부분들의 직경 보다 약간 더 크고 최대직경이 비이드 또는 웨브의 반경 방향 높이 보다 더 작게 되도록 선정한다. 이러한 캠의 슬라이딩중 비이드 또는 웨브의 외측부분과 가장자리가 전술한 바와 동일한 형태로 정확히 변형된다. 또한 이와같은 변형에 의해 추가로 형상 고정도 달성된다. 캠(2)의 관통부(4)가 원형형상이 아닌 형상을 갖는 경우에는 관형축 또는 중실축에도 그 형상에 대응하는 형상을 형성할 수 있다.
이러한 타원형 관통부는 최근의 프로그램 제어 공작기계상에서 특별한 어려움과 추가의 비용발생없이 제조될 수 있다. 또한 상기 공자기계상에서 다변형의 관통부를 형성하는 것도 가능하며, 이에 따라 관통부의 단면을 다각형 바람직하게는 정다각형의 형상으로 할 수도 있다. 다각형변의 수를 많게하여 대략 원형 또는 타원형 형상과 유사하게 하는 것도 가능하다. 적어도 이론상으로 그러한 다각형은 연속하는 각 직선변들이 교차하는 모서리에서 수개의 접선이 형성될 수 있기 때문에 불안정하다. 이 경우 입구개구의 테이퍼상 확대부는 관통부의 다각형 형상에 관계없이 원추형면에 의해 형성되어도 무방하다. 여기서 평면의 수를 다각형변의 수와 동일하게 한 경우도 본 발명에 포함되는 것이다.
전술한 실시예에 있어서, 재료를 변형하여 얻은 비이드 또는 웨브는 축의 원주방향으로 연장하여 있다. 또한 재료를 변형하여 얻은 비이드 또는 웨브가 캠축의 축 방향에 평형하게 연장하도록 캠축을 형성하는 것도 가능하다.
본 발명에 의하면 단조 가공된 캠을 가진 복합 캠축으로 제조하는 것이 가능하다.
캠과 연관하여 명세서와 특허청구의 범위에서 언급되고 있는 단조는 일반적으로 서로에 대해 이동하는 세이핑기로 가공물 상의 재료를 가압변형하는 것을 의미한다 (DIN 8583, R1. 4의 규격).
본 발명을 내연기관의 밸브 제어용 캠축으로 예시하고 설명하였으나, 이것에 한정되지 않고 본 발명의 경향을 벗어남없이 많은 변경 및 변화가 가능하다.

Claims (7)

  1. 축과, 이축을 수용하기 위한 개구를 가지고, 상기 축에 끼워져 이것과 고정결합되어 있는 하나 이상의 캠을 갖고 있으며, 이때 상기 축은 캠이 설치되어 있는 점에서, 적어도 단계적인 다른 부분에 대해 확대되어 있는 직경을 갖고, 또한 이 부분이 롤러로 밀어지거나 또는 압연에 의해 제조되고, 재료의 변형에 의해 얻어진 비이드 또는 압연에 의해 제조되고, 재료의 변형에 의해 얻어진 비이드 또는 리지에 의해 형성된 내연기관의 밸브를 제어하는 캠축에 있어서,
    상기 캠(2)은 단조에 의해 형성되고 상기 캠의 개구(4)가 축(1)을 수용하기 위해 일방측에 있어서, 또한 축 길이의 일부분에 걸쳐, 테이퍼형으로 확장되고, 이때 테이퍼상의 확대부(6)의 개구 치수는 상기 비이드 또는 리지(7)의 반경 방향의 높이에 상당하고, 개구(4)의 테이퍼형 확대부(6)의 축 길이는 단지 상기 캠(2)의 혹(W)의 작은 부분에 대응하고, 이러한 길이의 비는 1 : 5 이며, 또한 테이퍼형 확대부(6)의 개구 각도가 약 20°인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브제어용 캠축.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비이드 또는 리지(7)의 반경 방향 높이는상기 축(1)의 축 방향을 따라, 상기 캠(2)이 끼워지는 방향으로부터 쐐기형상 또는 원추형상으로 (도 5 참조) 증가하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 제어용 캠축.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 축을 수용하는 상기 캠내의 개구는, 예를들면 타원형상과같이, 비원형 형상을 가지며, 상기 타원 개구의 가장 작은 직경은 상기 축의 확대된 영역 사이에 위치된 부분의 직경보다 조금 더 크고 타원 개구의 가장 큰 직경은 비이드 또는 리지의 반경 방향의 높이보다 더 작은 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 제어용 캠축.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 축(1)을 수용하는 상기 캠(2) 내의 개구(4)는 전원주 둘레에 연속적인 형상 과정을 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 제어용 캠축.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 축(1)을 수용하는 상기 캠(2)내의 개구(4)는 전원주 둘레에 불연속적인 형상 과정을 가지는데, 예를 들면 소정의 등축 정다각형을 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 제어용 캠축.
  6. 제 1 항에 있어서, 재료 변형에 의해 얻어진 상기 비이드 또는 리지는 상기 축의 원주 방향에서 연장함을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 제어용 캠축.
  7. 제 1 항에 있어서, 재료 변형에 의해 얻어진 상기 비이드 또는 리지는 상기 캠축의 축에 실질적으로 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 내연소기관의 밸브 제어용 캠축.
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