KR100416895B1 - 내연기관의밸브구동장치 - Google Patents

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KR100416895B1 KR1019970010097A KR19970010097A KR100416895B1 KR 100416895 B1 KR100416895 B1 KR 100416895B1 KR 1019970010097 A KR1019970010097 A KR 1019970010097A KR 19970010097 A KR19970010097 A KR 19970010097A KR 100416895 B1 KR100416895 B1 KR 100416895B1
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Abstract

본 발명에 따른 내연 기관의 밸브 구동 장치는 서로 다른 다수의 스트로크 프로파일을 구비한 가스 교환 밸브의 작동을 가능하게 한다. 캠축 상에 다수의 캠트랙을 갖는 캠은 회전 불가능하나, 축 방향으로 이동할 수 있게 놓인다. 상기 캠에는 스트로크 프로파일이 마련되며, 스트로크 프로파일에는 작동 부재가 결합되어 캠을 축 방향으로 이동시키며, 하나의 캠축으로부터 다른 캠축으로의 전환이 달성된다.

Description

내연 기관의 밸브 구동 장치
본 발명은 주 청구항에 따른 내연 기관의 밸브 구동 장치에 관한 것이다.
이러한 밸브 구동 장치는 예를 들면 독일 특허 제42 30 877 A1호에 기술되어있으며 여기에는 캠축에 대해서도 개시되어 있으며, 상기 캠축 상에서는 2개의 서로 다른 캠트랙을 구비한 캠블록이 회전 불가능하나 축방향으로 활주 가능하게 구성된다. 캠 블록은 내연 기관의 가스 교환 밸브와 연동하며, 캠 블록의 구동 위치에 따라 가스 교환 밸브 상의 2개의 밸브 트랙 중 하나로 스트로크 진행이 전달된다. 캠 블록의 2개의 전방 측부 중 한 영역에서 나선형 안내 홈이 캠축내로 삽입되며, 안내홈 내로 스프링 부하식 스윙 가드가 결합된다. 이 스윙 가드는 캠축의 회전 위치에 따라 나선형 홈에 결합될 때 캠 블록의 전방 측에 놓인다. 이로써 스윙 가드는 압축 스프링 작동에 대하여, 안내 홈에서 강제 안내됨으로써 축 방향으로 이동해서, 가스 교환 밸브와 연동하는 제1의 캠트랙으로부터 제2 캠트랙으로의 전환이 이루어진다. 캠 블록의 제2 작동 위치에 도달할 경우, 스윙 가드는 유압 작동 로크 부재를 통해 고정된다. 나선형 홈은 단지 주변면의 일부를 통해 연장되며, 나선형 홈의 일단에서 가드 부재는 결합 해제된다. 유압식 로킹의 해제 후에 캠 블록은 압축 스프링의 작동으로 인해 그의 최초 위치로 복귀될 수 있다. 캠축의 나선형 홈은, 캠축의 회전 이동을 위한 규정된 각도 배열에 위치하여, 제1 캠트랙의 기초 단계에서만 캠 블록이 이동될 수 있도록 구성된다. 각각의 작동 캠 블록에 대한 나선형 홈이 정확한 각도를 두고 배열되어야 하기 때문에, 이러한 밸브 구동 장치를 위한 캠축은 매우 고가로 제작된다. 또한, 캠축 내에 그러한 홈을 제공하는 것은 다수의 처리 공정을 요구하며, 따라서 전반적으로 캠축의 제작은 비용이 많이 든다. 더욱이 캠축 내에 그러한 나선형 홈을 제공하는 것은 횡단면이 상당히 축소되기 때문에, 경우에 따라 축 직경은 밸브 구동으로 발생되는 힘과 모멘트를 수용할수 있도록 비교적 크게 선택되어야 한다. 또한, 스프링에 의해 지지되는 작동 스윙 가드의 구동은 많은 비용이 들며 큰 구조 공간을 필요로 한다. 스프링 지지부에 의한 오류 전환이 발생될 수 있다. 더욱이 그러한 작동을 통해 2개의 캠트랙 사이에서의 전환만이 가능하다.
본 발명의 목적은, 변위 가능한 캠을 구비한 캠축을 전체적으로 값싸고 간단하게 제작할 수 있으며, 제작과 조립시에 변위 가능한 캠의 각 회전 위치에 대한 스트로크 프로파일의 배열이 간단해질 수 있도록 내연 기관의 상기 유형의 밸브 구동장치를 개선하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징에 의해 달성된다. 캠에 스트로크 프로파일을 형성시키므로, 축과 무관하게 스트로크 프로파일의 작동될 수 있다. 그래서 축의 횡단면이 더 이상 손상되지 않기 때문에 축 직경을 아주 작게 할 수 있다. 또한, 캠트랙과 스트로크 프로파일이 동일 부재에 형성되기 때문에 축방향으로 변위 가능한 캠에 대한 스트로크 프로파일의 정확한 주기를 갖는 위치 설정이 보다 용이하게 보장된다. 따라서, 캠 기본 원형부와 스트로크 프로파일의 위치 편차 및 위상 편차는 조립시에 나타나지 않는다. 그래서 캠축은 예를 들면, 인발되기 때문에 가격이 저렴한 구성품으로써 제조될 수 있다. 슬라이드 운동에 의해 발생하는 힘과 모멘트가, 구동 부하에 필요한 높은 재질로 만들어진 캠에서 자체적으로 작용하기 때문에 비교적 저렴한 재료로 된 캠축이 또한 제작될 수 있다. 캠은 캠축에 대해 반경 방향으로 배열된 제어 핀과 연동하며, 이는 스트로크 프로파일과 활주가능하게 결합된다. 이러한 배열은 구성 및 공간에 대해 적은 비용으로 실린더 헤드에 배열되며 오류적 전환의 위험성이 없이 안정된 작동을 가능케 한다. 3개의 캠트랙이 서로 후속 배열되면, 3개의 다른 스트로크 프로파일을 갖는 다른 유리한 밸브 구동 장치가 각 캠에 제공된다. 각 캠의 단부측에 형성된 2개의 스트로크 프로파일이 캠에 형성될 때, 3개의 캠트랙을 갖는 캠의 변위는 특히 유리하게 이루어진다.
스트로크 프로파일 내로 결합될 때 캠의 최초 위치에 따라 축방향 이동을 개시하며 일정한 간격을 갖는 2개의 구동 핀과 각각의 스트로크 프로파일이 연동한다면, 캠의 축방향 변위 작동이 유리하게 달성된다. 특히 2개의 스트로크 프로파일을 사용할 때 압축 스프링 또는 유사한 형태의 복귀 부재의 사용이 필요 없게 된다. 이로써 이로 인한 오류 전환을 방지할 수 있을 것이다.
각 축 위치에서의 캠의 고정은 특히 간단한 방법으로 스프링식 정지 부재에 의해 이루어지며, 이는 각 작동 위치에 할당된 로킹 홈 내에 캠과 결합된다.
본 발명의 다른 장점과 유리한 구성은 종속항과 이하의 설명에서 명백해질 것이다.
도1은 내연 기관의 밸브 구동 장치를 간단히 나타낸 측면도.
도2는 캠축의 길이 방향의 부분 절결도.
도3은 캠 주연부와 스트로크 프로파일의 전개도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 가스 교환 밸브
4a, 4b, 4c : 캠트랙
5 : 캠
6 : 캠축
9, 10 : 스트로크 프로파일
11, 12, 13, 14 : 구동 부재
15, 16, 17, 18 : 구동 핀
본 발명의 실시예는 이하의 설명과 도면에 상세히 설명된다.
도1에 간단히 도시된 내연 기관의 밸브 구동 장치는 잘 알려진 밸브 리프터 롤러(2)와 연동하는 가스 교환 밸브(1)를 나타내며, 롤러(3)는 하나의 캠(5)의 캠트랙(4)에 놓인다. 캠(5)은 회전 불가능하나 잘 알려진 방법으로 구동되는 캠축(6)상에서 활주 가능하게 형성된다. 밸브 리프터 롤러(2)의 롤러(3)와 캠 트랙(4)이 연동함으로써, 캠축의 회전 운동은 가스 교환 밸브(1)의 스트로크 이동으로 전환된다.
캠(5)은, 스트로크 프로파일, 스트로크 높이부 및/또는 위상 위치가 서로 상이하며 축 방향으로 나란히 놓인, 3개의 캠트랙(4a, 4b, 4c)(도2)으로 이루어진다. 캠 트랙(4a, 4b, 4c)의 폭은, 캠 토우 레버(2)의 롤러(3)의 폭보다 약간 크게 선택되어 내연 기관의 구동 시에 각 캠트랙은 밸브 리프터 롤러(2)의 롤러(3) 및 가스 교환 밸브(1)와 연동한다.
밸브 리프터 롤러(2)를 3개의 캠트랙(4a, 4b, 4c) 중 하나와 연결시키기 위해 캠(5)이 캠축(6)의 축 방향으로 이동한다. 이를 위해, 캠축은 그 주연부에 축방향으로 연장된 프로파일을 가지며, 이는 캠(5)의 상응 프로파일과 연동하여 축 방향 이동과 동시에 회전 운동의 전달을 가능하게 한다. 캠(5)의 양 단에는 각각 원통형 돌출부(7, 8)를 포함하며, 주연부의 일부를 통해 연장되는 리세스 형태의 스트로크 프로파일(9, 10)이 상기 돌출부 내에 마련된다. 원통형 돌출부(7)의 영역 내에 2개의 구동 부재(11, 12)가 배열되고, 또 다른 2개의 구동 부재(13, 14)는 원통형 돌출부(8)의 영역 내에 배열된다. 이 구동 부재(11, 12, 13, 14)는 각각 구동 핀(15, 16, 17, 18)을 가지며, 이는 캠축(6)의 대략 반경 방향으로 연장되며 축 방향으로 변위될 수 있다. 여기 도시된 실시예에서 구동 핀(15, 16, 17, 18)은 유압 피스톤으로 형성되며, 이는 압축 스프링의 작동에 대해 구동 부재(11, 12, 13, 14)에 압력을 가함으로써 캠축(6) 방향으로 축 방향으로 이동 가능하다.
캠(5)의 축 방향 위치에 따라서는, 구동 부재에 압력을 가할 때 구동 핀이 원통형 돌출부(7, 8)에 놓이도록 하고, 캠축(6)과 캠(5)의 구동 위치에 따라서는, 각각 해당 스트로크 프로파일(9, 10)과 결합되도록 구동 부재(11, 12, 13, 14)는 구동 핀(15, 16, 17, 18)과 배열된다. 구동 핀(15, 16, 17, 18) 중 하나가 스트로크 커브(9 또는 10)에 각각 결합되면, 캠(5)은 스트로크 프로파일(9 또는 10)의 프로파일의 진행에 축 방향으로 활주된다. 구동 핀(15 또는 16)이 스트로크 프로파일 (9)(도2의 좌측 스트로크 프로파일)과 연동함으로써 각각의 초기 위치로부터 좌측으로 활주될 수 있다. 구동 핀(13 또는 14) 중 하나가 스트로크 프로파일(10)(도2의 우측 스트로크 프로파일)과 연동함으로써, 프로파일 진행에 상응하게 캠(5)이 각각의 구동 위치로부터 우측으로 활주된다. 스트로크 프로파일의 경사 방향의 변경을 통해서 조정 방향의 전환이 간단하게 달성된다.
캠(5)은 구동 부재(11, 12, 13, 14)와 연동으로 서로 다른 세 작동 위치(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)를 가지며, 이곳에서 각 캠트랙(4a, 4b, 4c)의 하나는 밸브 리프터 롤러 (2)의 롤러(3)와 연동한다. 각 작동 위치(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)내에서 캠(5)을 로킹하기 위해, 캠의 내측 주변면에는 링 형태로 둘러싸는 3개의 홈(19, 20, 21)이 마련된다. 캠축(6)내 원통형 리세스(22)에는 로킹 볼(23)이 형성되며, 이는 스프링 부재(24)의 작용에 의해 3개의 홈(19, 20, 21) 중 하나 내로 결합된다.
도2에 나타난 캠의 위치에서 캠은 홈(20)과 연동하는 로킹 볼(23)을 통해 중간 작동 위치(Ⅱ)에 있게 된다. 이 작동 위치(Ⅱ)에서 밸브 리프터 롤러(2)의 롤러 (3)는 캠트랙(4b)과 연동한다. 가스 교환 밸브가 캠트랙(4c)의 스트로크 진행을 따르도록 밸브 구동 장치의 최초 위치로부터 전환되면, 구동 부재(11)에 압력을 가함으로써 구동 핀(15)이 아래로 내려간다. 그러면 이는 원통형 돌출부(7)에 놓이게 되며, 캠의 해당 회전 위치에 도달 시에 스트로크 프로파일(9) 내로 결합되어, 프로파일의 연속 진행으로 캠은 좌측으로 이동된다. 도3은 작동면 즉, 스트로크 프로파일과 캠 진행(기본 원형부 25, 25 및 상승부 30, 30)의 배열을 나타낸 것이다. 캠 구동에 대한 스트로크 프로파일의 각 방향 배열의 정확성은 이동 부재의 각도 위치에 따른다. 스트로크 프로파일(9)의 단부에서 캠(5)은 작동 위치(Ⅲ)에 대응하는 좌측 단부 위치에 이르고, 이곳에서 롤러(3)는 캠트랙(4c)과 연동한다. 이 때 스트로크 프로파일(9, 10)은 그의 연장부와 각도 배열에서, 롤러(3)가 기본 원형부 (25) 내에서 각 캠트랙(4a, 4b, 4c)에 놓이는 경우에만 축 방향 활주 가능하도록 형성된다. 캠트랙(4a, 4b, 4c)은 인접한 캠트랙의 기본 원형부에 대해 적어도 그의 길이의 일부가 평행이고 동일한 높이로 연장되는 기본 원형부(25)를 갖도록 형성된다. 캠트랙의 기본 원형부(25)에는 스트로크 프로파일(9, 10) 또는 원통형 돌출부 (7, 8)의 기본 원형부(25)가 배열되며, 조정 부재의 공간적 위치에 따라 각도가 오프셋된다. 전환 위치(Ⅲ)의 도달 후 구동 부재(11)는 압력 해제되어, 압축 스프링 (31)의 작동으로 구동 핀(11)이 그의 최초 위치로 복귀한다. 캠(5)은 로킹 작용에 의하여 그의 전환 위치에 유지된다. 캠이 단부 위치에 도달된 후에 각각의 조정 부재에 대한 압력 구동이 복귀하지 않는다면, 이는 조정 이동에 영향을 미치지 않고 유지된다. 따라서, 각 구동 핀은 각 원통형 돌출부에 놓이나, 각 스트로크 프로파일의 종단 영역에서 비로소 스트로크 프로파일과 결합되면, 어떠한 이동도 일어나지 않는다. 각 스트로크 프로파일(9, 10)의 입구부(26, 27) 및 출구부(28, 29)는 원통형 돌출부의 주변면으로 단이 없이 지나간다.
캠이 작동 위치(Ⅲ)에서 중간 작동 위치(Ⅱ)로 복귀하면, 구동 부재(13)에는 압력이 가해지고, 구동 핀(17)은 원통형 돌출부(8)에 놓이고, 기본 원형 단계에 도달시 스트로크 프로파일(10)에 결합된다. 구동 핀(17)과 스트로크 프로파일(10)의 연동으로 캠은 중간 작동 위치(Ⅱ)로 복귀 이동한다.
중간 작동 위치(Ⅱ)로부터 우측 작동 위치(I)로의 캠의 이동은 구동 부재 (14)에 압력을 가함으로써 이루어지며, 상기 구동 부재 역시 스트로크 프로파일 (10)과 연동하여 캠이 우측으로 이동한다. 중간 작동 위치(Ⅱ)로의 캠의 복귀 설정은 스트로크 프로파일(9)과 연동하는 구동 부재(12)에 압력을 가하는 것과 유사한 방법으로 이루어진다.
구동 부재(11, 12, 13, 14)를 적절히 제어함으로써 구동 핀(15, 16, 17, 18) 중 하나만 아래로 진행시키고 다른 3개의 핀은 그의 최초 위치로 복귀시켜 그곳에 머물게 하는 것을 보장한다.
여기에 설명한 실시예와는 상이하게, 구동 부재(11, 12, 13, 14)의 구동은 예를 들면 공압식 또는 순수 기계식 또는 전자기식으로 행할 수 있다. 또한 여기서 기술한 밸브 리프터 롤러 대신에, 캠의 회전 운동을 가스 교환 밸브의 스트로크 운동으로 바꾸는 방법 등의 공지된 다른 전달 메카니즘을 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 축 방향으로 나란히 배열된 다수의 캠트랙(4a, 4b, 4c)을 구비하고 가스 교환 밸브(1)의 구동을 위한, 회전 불가능하나 축 방향으로 변위 가능한 적어도 하나의 캠(5)을 구비한 캠축(6)과, 캠의 변위를 위해 구동 부재(11, 12, 13, 14)와 연동하는 스트로크 프로파일(9, 10)을 포함하는 내연 기관의 밸브 구동 장치에 있어서,
    상기 스트로크 프로파일(9, 10)은 캠(5)에 형성되고, 상기 구동 부재(11, 12, 13, 14)는 캠축에 대해 반경 방향으로 배열된 구동 핀(15, 16, 17, 18)을 포함하고, 상기 구동 핀은 스트로크 프로파일(9, 10)과 활주 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 밸브 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 스트로크 프로파일(9, 10)은 커브형 트랙으로 형성되고, 이는 캠트랙과 인접하여 배열된 원통형 단면(7, 8)에 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 구동 장치.
  3. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 활주 가능한 캠은 캠(5)은 나란히 배열된 3개의 캠트랙(4a, 4b, 4c)을 구비하며, 캠에 2개의 스트로크 프로파일(9, 10)을 형성하며, 캠트랙이 상기 스트로크 프로파일 사이에서 연장하는 것을 특징으로 하는 밸브 구동 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 스트로크 프로파일(9, 10)은 캠(5)의 축 방향 전환 위치에 따라 2개의 구동 핀(15, 16, 17, 18) 중 하나와 연동하며, 상기 핀은 스트로크 프로파일(9, 10)과 결합 시에 축 방향 이동이 해제되는 것을 특징으로 하는 밸브 구동 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 변위 가능한 캠(5)과 캠축(6) 사이에 정지 수단 (19, 20, 21, 22, 23, 24)이 배열되어 캠을 축 방향 전환 위치에서 멈추게 하는 것을 특징으로 하는 밸브 구동 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정지 수단은 정지 홈(19, 20, 21) 내로 결합되는 스프링 부하식 볼(23)인 것을 특징으로 하는 밸브 구동 장치.
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