KR100595387B1

KR100595387B1 - 엔진의 가변밸브장치

Info

Publication number: KR100595387B1
Application number: KR1020040077894A
Authority: KR
Inventors: 다이고야수노리; 마에카와마사히로; 가와모토고이치; 호리우치마나부; 나카지마사토시
Original assignee: 후소 엔지니어링 가부시끼가이샤; 미츠비시 후소 트럭 앤드 버스 코포레이션
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-07-03
Also published as: US20050066921A1; KR20050032000A; JP2005105953A; US6948465B2; DE102004047721A1; CN1603579A

Abstract

가변밸브장치(V)는 제 2로커 암(20)으로부터 제 1로커 암(15)으로 캠 변위를 전하기 위한 스위칭기구(30)를 구비하고 있다. 로커 샤프트(7) 상에 경사지게 캠 샤프트(8)가 배치되어 있다. 로커 샤프트(7)의 위쪽과 캠 샤프트(8)의 옆쪽 사이의 데드 스페이스(δ)에 제 1접촉부(31)와 제 2접촉부(40)가 배치되어 있다. 제 1접촉부(3l)는 로커 암(15,20)의 회동방향으로 제 1로커 암(15)과 함께 회동 변위한다. 제 2접촉부(40)는 제 2로커 암(20)과 함께 회동 변위한다. 제 2접촉부(40)는 로커 암(15,20)이 회동하는 방향으로부터 제 1접촉부(31)에 접촉한다. 이러한 구조의 스위칭기구(30)는 응력적인 부담이 적고, 제 2로커 암(20)의 변위가 제 1로커 암(15)에 전해진다.

엔진, 가변밸브장치

Description

엔진의 가변밸브장치{Variable Valve Mechanism For Engine}

도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 가변밸브장치가 조립된 엔진의 실린더 헤드를 도시하는 종단면도,

도 2는 도 1에 도시된 가변밸브장치의 사시도,

도 3은 도 1에 도시된 가변밸브장치의 분해 사시도,

도 4는 도 2 중 화살표A 방향에서 본 가변밸브장치의 평면도,

도 5는 도 2 중 화살표F 방향에서 본 가변밸브장치의 배면도,

도 6은 저속 캠(cam)이 선택되었을 때의 도 2 중 화살표C 방향에서 본 가변밸브장치의 단면도,

도 7은 저속 캠이 선택되었을 때의 도 2 중 화살표D 방향에서 본 가변밸브장치의 단면도,

도 8은 고속 캠이 선택되었을 때의 도2 중 화살표C 방향에서 본 가변밸브장치의 단면도,

도 9는 고속 캠이 선택되었을 때의 도 2 중 화살표D 방향에서 본 가변밸브장치의 단면도,

도 10은 제 2접촉부의 선단부가 스위칭 소자에 접속한 상태를 나타내는 도 9 중 E선을 따른 단면도,

도 11은 저속용 캠과 고속용 캠의 리프트(lift)량 및 밸브 개폐시기를 나타내는 도면.

본 발명은 밸브를 구동하는 캠을 로커 암(rocker arms)의 선택에 의해 스위칭 가능하게 한 가변밸브장치에 관한 것이다.

레시프로 식의 내연기관(reciprocating internal combustion engine)에서는, 출력의 향상과 연비의 향상을 양립시키기 위해서, 동밸브계(valve train)에 캠 스위칭식의 가변밸브장치가 사용되고 있다. 캠 스위칭식의 가변밸브장치는 캠(cams)의 스위칭에 의해, 밸브(흡기밸브나 배기밸브)의 개폐 타이밍이나 밸브 리프트(va1ve 1ift)를 스위칭하는 장치이다. 대표적인 가변밸브장치에서는 1개의 캠 샤프트에 캠 프로파일(cam profile)이 다른 복수 종류의 캠이 형성되어 있다. 이들 캠에 의해 구동되는 각 캠마다 로커 암을 스위칭함으로써, 밸브의 개폐 타이밍이나 밸브 리프트가 스위칭된다.

엔진에 있어서는, 엔진 각부의 제약(interference)을 회피해서 실린더 헤드의 콤팩트화를 꾀하기 위해서, 로커 샤프트(rocker shaft) 상에 경사지게 캠 샤프트(cam shaft)가 배치되는 것이 있다. 이러한 엔진에서는 실린더 헤드의 콤팩트화가 지장을 받지 않도록 핀 식의 가변밸브장치가 사용되고 있다.

종래의 핀 식의 가변밸브장치의 일례가 일본특허공개 2000-345872호 공보에 기재되어 있다. 이 가변밸브장치에서는 서로 이웃하는 복수 종류의 로커 암의 한쪽에 다른 쪽의 로커 암에 대해서 진퇴 가능한 핀이 격납되어 있다. 다른 쪽의 로커 암에는 돌출한 상기 핀의 선단부가 삽입되는 오목부가 형성되어 있다. 이 구조에 의해, 상기 핀의 퇴피시에는 한쪽의 로커 암에서 전해지는 캠 변위가 밸브로 전달된다. 상기 핀이 돌출하면, 상기 핀이 다른 쪽의 로커 암의 상기 오목부에 감합함으로써, 양측 로커 암이 결합된다. 이 것에 의해, 다른 쪽의 로커 암에서 전해지는 캠 변위가 상기 핀과 상기 한쪽의 로커 암을 통해서 밸브로 전달된다.

상기 핀을 사용해서, 서로 이웃하는 2개의 로커 암을 결합하는 구조는 콤팩트 특성이 우수한 반면, 다음 이유에 의해 비용적으로 난점이 있다.

핀 식의 가변밸브장치는 2개의 로커 암끼리 결합된 상태에서는 핀에 전단응력이 가해지면서 이들 로커 암이 회동 변위해서 밸브의 구동이 행해진다. 이 때문에, 상기 핀이나 로커 암에는 상당한 전단응력이 생긴다. 그 때문에, 핀 식의 가변밸브 장치에서는 상기 핀이나 로커 암의 기계적 강도를 현격히 높이거나 하는 등, 안정적인 캠의 스위칭동작을 확보하는 수단이 요구된다. 이 때문에, 핀 식의 가변밸브장치는 가격이 높아지기 쉽다.

본 발명의 목적은 엔진의 실린더 헤드를 콤팩트하게 구성할 수 있고, 응력적인 부담이 경감되는 가변밸브장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 엔진의 가변밸브장치로서,

상기 엔진은,

실린더 헤드에 배치된 로커 샤프트와,

상기 실린더 헤드에 상기 로커 샤프트와 평행한 동시에 상기 로커 샤프트의 위쪽에 배치되며, 서로 캠 프로파일이 다른 제 1캠 및 제 2캠을 갖는 캠 샤프트와,

상기 로커 샤프트에 회동 가능하게 지지되고 상기 제 1캠에 의해 구동되어, 상기 제 1캠의 변위를 밸브에 전하는 제 1로커 암과,

상기 제 1로커 암과 평행하게 상기 로커 샤프트에 회동 가능하게 지지되어 상기 제 2캠에 의해 구동되는 제 2로커 암을 가지고 있다.

상기 가변밸브장치는,

상기 제 2로커 암의 변위를 상기 제 1로커 암에 선택적으로 전할 수 있는 스위칭기구를 갖고,

상기 스위칭기구는 상기 캠 샤프트의 옆쪽에 형성되며, 상기 스위칭기구는,

상기 제 1로커 암에 배치된 제 1접촉부와,

상기 제 2로커 암에 설치되고 상기 로커 샤프트 주변의 회동방향에 관해서 상기 제 1접촉부에 대향하는 제 2접촉부와,

상기 제 1접촉부 또는 제 2접촉부 중 어느 한쪽의 접촉부에 설치된 스위칭 소자로서, 상기 제 1접촉부 또는 제 2접촉부 중 다른 쪽의 접촉부에 접촉해서 상기 제 2로커 암의 변위를 상기 제 1로커 암에 전하는 제 1위치와, 상기 다른 쪽의 접촉부에 접촉하지 않는 제 2위치에 변위 가능한 스위칭 소자를 구비하고 있다.

이 구성에 따르면, 로커 샤프트의 위쪽과 캠 샤프트의 옆쪽 사이에 형성되는 데드 스페이스(dead space)에 상기 스위칭기구가 수납된다. 그리고 제 1로커 암의 회동방향으로부터 상기 제 2접촉부가 제 1접촉부에 접촉함으로써, 캠의 변위가 제 1로커 암으로 전달된다. 이 때문에 이 가변밸브장치는 과도한 응력이 발생하는 일없이 밸브에 구동력이 전달된다. 그 때문에 실린더 헤드의 콤팩트화와 응력의 경감화가 양립함과 아울러 2종류의 캠의 스위칭을 행할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 1접촉부는 상기 캠 샤프트에 가까운 쪽에 위치해서 상기 제 1로커 암의 상부로부터 돌출하고, 상기 제 2접촉부는 상기 캠 샤프트로부터 먼 쪽에 위치해서 그 선단부가 상기 제 1접촉부의 배면측으로 돌아 들어가도록 배치되어 있다.

이 구성에 따르면, 제 1접촉부와 제 2접촉부가 로커 샤프트의 측방향으로 돌출량이 작아진다. 즉, 제 1접촉부와 제 2접촉부가 로커 샤프트의 위쪽과 캠 샤프트의 옆쪽 사이의 영역에 합리적으로 배치된다.

본 발명의 한 형태에서는, 상기 제 1접촉부는 상기 제 1로커 암의 상부로부터 돌출한 형상으로 배면측에 창부를 갖는 통형상의 격납실과, 상기 격납실에 이동 가능하게 수용되어 외주부에 노치부가 형성된 상기 스위칭 소자를 갖고, 상기 노치부와 상기 외주부가 상기 창부에 대해서 선택적으로 위치 결정 가능하게 구성되며, 상기 제 2접촉부는 상기 제 2로커 암의 회동 변위에 따라 상기 창부로 진입 및 후퇴하는 선단부를 갖고, 상기 노치부가 상기 창부에 위치할 때에는 상기 선단부가 상기 노치부 내에 들어가고, 상기 외주부가 상기 창부에 위치할 때에는 상기 선단부가 상기 외주부에 접촉하도록 구성되어 있다.

이 구성에 따르면, 상기 효과와 더불어 간단한 부품의 조합으로 스위칭기구를 구성할 수 있다. 게다가, 제 2접촉부의 선단부에서 전해지는 하중을, 스위칭 소자를 지지하는 격납실의 벽부분으로도 받아낼 수 있기 때문에, 구동력을 전달하는 부분의 응력이 더욱 경감된다.

상기 스위칭 소자는 스프링 등의 탄성부재에 의해 평상시에는 상기 노치부가 상기 창부에 대면하는 위치로 밀리고, 상기 스위칭 소자에 유압이 가해졌을 때에 스위칭 소자의 외주부가 상기 창부에 대면하는 위치로 이동하면 좋다. 이 구성에 따르면, 상기 효과와 더불어 탄성부재와 유압의 조합이라고 하는 간단한 구성으로 필요한 스위칭 동작을 행하게 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 상기 스위칭 소자를 유압에 의해 이동시키기 위한 기름실을 구비하고, 상기 기름실과 연통하는 유로가 상기 로커 샤프트에 형성되어 있다. 또한, 상기 스위칭 소자가 그 축 둘레를 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 기구를 구비하고 있어도 좋다.

[발명의 실시예의 형태]

이하에 본 발명의 일실시형태에 대해서, 도 1∼도 11을 참조해서 설명한다.

도 1은 본 발명을 적용한 레시프로 식의 디젤 엔진의 일부의 단면을 도시하고 있다. 이 엔진의 기통(도시하지 않음)은 상기 엔진의 전후 방향을 따라 복수개 직렬로 나열해 있다. 이 엔진의 실린더 헤드(1)에는 각 기통마다 실린더 헤드(1)의 전후 방향에 예를 들면 2개의 흡기밸브(2)가 설치되어 있다. 도 1은 한쪽의 흡기밸브(2)를 도시하고 있다.

흡기밸브(2)는 모두 밸브 스템(valve stem)(3a)과 밸브 헤드(3b)를 갖고 있다. 밸브 스템(3a)은 실린더 헤드(1)에 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지되어 있다. 밸브 헤드(3b)는 실린더 헤드(1)의 하면의 흡기포트(5)를 개폐한다. 밸브 스템(3a)에 밸브 시트부재(4a)가 마련되어 있다. 실린더 헤드(1)의 상면에 밸브 시트부(4b)가 형성되어 있다.

밸브 시트부재(4a)와 밸브 시트부(4b) 사이에 밸브 스프링(6)이 압축한 상태로 설치되어 있다. 흡기밸브(2)는 평상시에는 밸브 스프링(6)의 탄성력에 의해 밀어 올려짐으로써, 흡기포트(5)를 폐쇄하고 있다. 밸브 스템(3a)이 밀어 내려지면, 흡기포트(5)가 개방된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(1)의 위쪽에, 로커 샤프트(7)가 배치되어 있다. 로커 샤프트(7)는 흡기밸브(2)에서 실린더 헤드(1)의 외측(폭방향)으로 조금 벗어난 위치에 설치되어 있다. 게다가, 이 로커 샤프트(7)는 예를 들면 밸브 스템(3a)의 상단과 거의 같은 높이로 한 낮은 위치에 배치되어 있다.

로커 샤프트(7)와 밸브 스템(3a) 사이에 흡기용의 캠 샤프트(8)가 회전 가능하게 배치되어 있다. 캠 샤프트(8)는 로커 샤프트(7)보다 조금 위쪽의 위치에 설치되어 있다. 즉, 도 4∼도 9에 도시된 바와 같이, 로커 샤프트(7) 상에 경사지게 캠 샤프트(8)가 로커 샤프트(7)와 평행하게 배치되어 있다. 로커 샤프트(7), 캠 샤프트(8)는 모두 실린더 헤드(1)의 전후 방향을 따라 연장되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 캠 샤프트(8)에는 흡기용의 제 1캠(9a)과 제 2캠(9b)이 형성되어 있다. 이들 2종류의 캠(9a,9b)은 서로 캠 프로파일이 다르 다. 캠(9a,9b)은 각 기통마다 예를 들면 기통 중심을 사이에 두고 양측에 설치되어 있다.

도 4, 도 5에 있어서 좌측에 위치하는 제 1캠(9a)은 저속용이며, 그 캠 프로파일은 엔진의 저속운전에 적합한 밸브 개폐 타이밍과 밸브 리프트량으로 설정되어 있다. 오른쪽에 위치하는 제 2캠(9b)은 고속용이며, 그 캠 프로파일은 저속용의 캠(9a)과 동일한 베이스 원(base circle)을 갖고, 엔진의 고속운전에 적합한 밸브 개폐 타이밍과 밸브 리프트량으로 설정되어 있다. 고속용의 제 2캠(9b)의 캠 프로파일의 밸브 리프트량은 저속용의 캠(9a)의 밸브 리프트량보다도 크다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1캠(9a)의 밸브 리프트량은 캠(9b)의 리프트량과 밸브 개폐시기의 관계를 나타내는 곡선의 내측에 반드시 수납되도록 하고 있다.

도 2와 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 로커 샤프트(7)에는 가변밸브장치(V)를 구성하는 저속용의 로커 암(15)과 고속용의 로커 암(20)이 서로 이웃해서 형성되어 있다. 저속용의 로커 암(15)은 본 발명에서 말하는 제 1로커 암에 해당하고, 고속용의 로커 암(20)은 본 발명에서 말하는 제 2로커 암에 해당한다.

이들 로커 암(15,20) 중 저속용의 로커 암(15)에 대해서 이하에 설명한다. 이 로커 암(15)은 원통형상의 보스(boss)부(16a)와 암(arm)부(16b)를 갖고 있다. 보스부(16a)는 로커 샤프트(7)의 기통 중앙과 대응하는 위치에 회동 가능하게 형성되어 있다. 암부(16b)는 보스부(16a)로부터 흡기밸브(2)의 방향으로 연장해 있다.

암부(16b)의 선단측은 거의 Y자 형으로 분기되어 있다. 이 분기된 암부(16b)의 선단부에 밸브 탭핑부(16c)가 형성되어 있다. 각 밸브 탭핑부(16c)가 각 흡기밸 브(2)의 각 밸브 스템(3a)의 바로 위에 배치되어 있다. 도 2 및 도 3 등에 도시된 바와 같이, 암부(16b)로부터 돌출하는 좌측의 보스부분에 롤러 지지벽(17)이 형성되어 있다. 이 롤러 지지벽(17)은 저속용의 캠(9a)의 바로 아래를 향해서 돌출해 있다.

롤러 지지벽(17)의 선단부와 이것과 대향하는 암부(16b)의 측면부분 사이에 캠받이부로서의 롤러(18)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 롤러(18)는 캠 샤프트(8) 위의 저속용의 캠(9a)과 접하고 있다. 롤러(18)는 캠 샤프트(8)의 아래쪽으로부터 캠(9a)의 변위를 받는다. 저속용의 캠(9a)이 회전하면, 이 캠(9a)의 캠 프로파일을 따라 암부(16b)가 로커 샤프트(7)를 지점으로 회동 변위한다. 이것에 의해, 캠(9a)의 변위가 밸브 스템(3a)에 인도되어 흡기밸브(2)가 밀어 내려져서 밸브를 개방한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고속용의 로커 암(20)은 보스부(21)와 한 쌍의 롤러 지지벽(22)과 롤러(23)를 갖고 있다. 보스부(21)는 로커 샤프트(7)에 회동 가능하게 감합하고 있다. 이 보스부(21)는 저속용의 로커 암(15)의 보스부(16a)와 이웃해서 배치되어 있다. 한 쌍의 롤러 지지벽(22)은 보스부(21)로부터 고속용의 캠(9b)의 바로 아래를 향해서 돌출하고 있다. 롤러(23)는 롤러 지지벽(22)의 선단부 간에 회전 가능하게 지지되어 있다.

롤러 지지벽(22)은 핀 형상의 밀어올림부재(24)(도 1에 도시함)에 의해, 밀어 올려지고 있다. 밀어올림부재(24)는 실린더 헤드(1)에 내장된 리턴 스프링(24a)에 의해 위쪽으로 가압되어 있다. 롤러(23)는 리턴 스프링(24a)의 탄성력에 의해 고속용의 캠(9b)에 접하고 있다. 롤러 지지벽(22)의 하부에 강화부(23a)가 형성되어 있다. 강화부(23a)는 밀어올림부재(24)의 선단부에 접촉하고 있다. 고속용의 캠(9b)이 회전하면, 캠(9b)의 캠 프로파일을 따라 로커 암(20)이 로커 샤프트(7)를 지점으로 회동 변위한다.

로커 암(15,20) 사이에 스위칭기구(30)가 형성되어 있다. 스위칭기구(30)는 저속용의 캠(9a)과 고속용의 캠(9b) 중 어느 한쪽의 캠 변위를 흡기밸브(2)로 전달하는 기능을 갖고 있다. 이 동(動) 밸브계(valve system)에서는 로커 샤프트(7) 상에 경사지게 캠 샤프트(8)가 배치되어 있다. 그리고, 로커 샤프트(7)의 위쪽과 캠 샤프트(8)의 옆쪽으로 둘러싸인 영역에 데드 스페이스(δ)가 존재하고 있다. 스위칭기구(30)는 이러한 동 밸브계의 데드 스페이스(δ)에 수납되어 있다.

이 스위칭기구(30)는 응력을 경감하기 위해서 압박식의 구조가 사용되어 있다. 도 2는 스위칭기구(30)의 전체의 외관을 도시한다. 도 3은 스위칭기구(30)를 분해해서 도시하는 도면이다. 도 4는 스위칭기구(30)의 평면도이다. 도 5는 스위칭기구(30)의 배면도이다. 도 6과 도 7은 각각 저속용의 캠(9a)에 의해 흡기밸브(2)를 구동할 때의 단면도이다. 도 8과 도 9는 각각 고속용의 캠(9b)에 의해 흡기밸브(2)를 구동할 때의 단면도이다.

스위칭기구(30)는 제 1접촉부(31)와 제 2접촉부(40)를 갖고 있다. 제 1접촉부(31)는 저속용의 로커 암(15)과 함께 회동 변위한다. 제 2접촉부(40)는 고속용의 로커 암(20)과 함께 회동 변위한다. 이들 접촉부(31,40)는 로커 암(15,20)의 회동방향을 따라 나열해 있다. 구체적으로는 제 1접촉부(31)는 캠 샤프트(8)에 가까운 쪽에 배치되어 있다. 제 2접촉부(40)는 제 1접촉부(31)와는 반대쪽의, 캠 샤프트(8)로부터 먼 쪽에 배치되어 있다. 제 1접촉부(31)는 예를 들면 종형 피스톤 구조를 갖고 있다.

이하에, 종형 피스톤 구조의 제 1접촉부(31)에 대해서 설명한다. 제 1접촉부(31)는 원통형상의 격납통(32)을 갖고 있다. 이 격납통(32)은 로커 암(15)의 로커 샤프트(7) 근처의 부위, 예를 들면 보스부(16a)의 상부으로부터 위쪽으로 돌출하고 있다. 이 격납통(32)은 캠 샤프트(8)와의 간섭을 피하기 위해서, 캠 샤프트(8)로부터 벗어나는 방향으로 경사져 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 격납통(32)의 내부의 중공부분은 보스부(16a)의 내면까지 연속하고 있다. 격납통(32)의 상단의 개구는 뚜껑부재(33)로 폐쇄되어 있다. 뚜껑부재(33)로부터 로커 샤프트(7)의 외주면까지 이어지는 격납통(32)의 내부에 격납실(34)이 형성되어 있다. 격납실(34)은 통형상, 예를 들면 원통형상을 하고 있다.

격납실(34)의 배면[캠 샤프트(8)와는 반대쪽]에 창부(34a)가 형성되어 있다. 창부(34a)는 격납통(32)의 배면측[캠 샤프트(8)와는 반대쪽]의 일부를 예를 들면 각형으로 절결함으로써 형성되어 있다. 창부(34a)를 갖는 격납실(34) 안에 피스톤으로서 기능하는 스위칭 소자(36)가 슬라이딩 가능하게 수용되어 있다.

스위칭 소자(36)는 회전 방지 기구에 의해 회전하는 일없이 일정한 자세인 채로, 상하방향만으로 이동할 수 있도록 하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 회전 방지 기구는 홈부(37a)와 핀(37b)에 의해 구성되어 있다. 홈부(37a)는 스위칭 소자 (36)의 외주면의 일부에 형성되어, 스위칭 소자(36)의 축방향으로 연장되어 있다. 핀(37b)은 홈부(37a)와 교차하도록 격납통(32)의 주벽부에 삽입 통과되어 있다.

스위칭 소자(36)의 일부, 예를 들면 배면측[캠 샤프트(8)와는 반대쪽]의 상단부분에 노치부(36a)가 형성되어 있다. 이 노치부(36a)는 창부(34a)와 대응한 위치에 형성되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(36)가 최하부까지 이동하면, 노치부(36a)가 창부(34a)에 위치한다. 스위칭 소자(36)가 최상부로 이동하면, 노치부(36a)의 바로 아래의 스위칭 소자(36)의 외주부(36b)가 창부(34a)에 위치하게 된다.

스위칭 소자(36)는 코일 스프링(38)에 의해 평상시에는 노치부(36a)가 창부(34a)와 대면하는 위치로 이동하고 있다. 코일 스프링(38)은 탄성부재의 일례이며, 뚜껑부재(33)와 스위칭 소자(36) 사이에 압축한 상태로 설치되어 있다. 이 스위칭 소자(36)는 기름실(32a)에 도입되는 유압에 의해 코일 스프링(38)에 저항해서, 상승 위치로 밀어 올릴 수 있다. 스위칭 소자(36)가 상승 위치까지 이동하면, 노치부(36a)의 외주부(36b)가 창부(34a)와 대면한다.

스위칭 소자(36)를 구동하기 위한 유압구조는 상기 기름실(32a)과, 로커 샤프트(7)의 내부에 형성된 통로(7a)와, 통공(39) 등에 의해 구성되어 있다. 통로(7a)에는 엔진 오일이 공급된다. 통공(39)은 로커 샤프트(7)의 주벽에 형성되어 있다. 이 통공(39)에 의해 격납실(34)의 하부의 기름실(32a)과 통로(7a)가 서로 연통하고 있다. 엔진 오일의 통로(7a)에는 이 통로(7a)를 개폐하는 오일 컨트롤 밸브(35)가 설치되어 있다.

오일 컨트롤 밸브(35)는 미도시한 엔진 제어 컴퓨터에 의해 엔진이 저회전수 영역이 되는 운전시에는 폐쇄하는 제어가 행하여진다. 오일 컨트롤 밸브(35)가 폐쇄되면, 기름실(32a) 안의 유압이 떨어지기 때문에, 노치부(36a)가 창부(34a)에 위치한다. 엔진이 그보다도 고회전이 되는 고회전 영역의 운전시에는 오일 컨트롤 밸브(35)를 개방하는 제어가 행하여진다. 오일 컨트롤 밸브(35)를 개방하면, 기름실(32a)에 공급되는 엔진 오일의 압력에 의해 스위칭 소자(36)가 밀어 올려진다. 이것에 의해 스위칭 소자(36)의 외주부(36b)가 창부(34a)에 위치한다. 통공(39)은 로커 암(15)의 회동위치에 관계없이, 기름실(32a)에 유압을 공급할 수 있는 위치에 형성되어 있다.

이렇게 제 1접촉부(31)는 창부(34a)에 대해서 노치부(36a)가 위치할지, 스위칭 소자(36)의 외주부(36b)가 위치할지를 선택적으로 스위칭할 수 있다.

제 2접촉부(40)는 암부(41)를 구비하고 있다. 암부(41)는 로커 암(20)의 배면측[캠 샤프트(8)와는 반대쪽]으로부터 돌출하고, 그 선단부가 제 1접촉부(31)의 배면측으로 돌아 들어가고 있다.

도 1∼도 3에 도시된 바와 같이, 암부(41)는 제 1연장부(41a)와 제 2연장부(41b)와 제 3연장부(41c)로 이루어진다. 제 1연장부(41a)는 보스부(21)의 배면측[캠 샤프트(8)와는 반대쪽]으로부터 위쪽으로 돌출하고 있다. 제 2연장부(41b)는 제 1연장부(41a)의 단부로부터 가로방향으로 연장되고, 격납통(32)의 창부(34a)와 대면하는 지점까지 돌아 들어가고 있다. 제 3연장부(41c)는 연장부(41b)의 단부로부터 창부(34a)로 진입하는 지점을 향해서, 전방[캠 샤프트(8)가 있는 방향]으로 돌 출하고 있다.

암부(41)의 선단부(41d)는 바꿔 말하면 제 2접촉부(40)의 선단부이기도 하다. 이 선단부(41d)는 로커 암(20)의 회동 변위에 따라 창부(34a) 안에 진입 및 후퇴한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 노치부(36a)가 창부(34a)에 위치할 때, 선단부(41d)는 외주부(36b)에 접촉하는 일없이 노치부(36a) 안을 이동한다. 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(36)의 외주부(36b)가 창부(34a)에 위치할 때, 선단부(41d)는 외주부(36b)에 접촉하면서, 외주부(36b)와 함께 로커 샤프트(7)의 주변을 회동한다.

암부(41)의 선단부(41d)가 스위칭 소자(36)에 접촉하지 않을 때는 저속용의 로커 암(15)으로부터의 캠 변위가 흡기밸브(2)로 전달된다. 이것에 대해서, 암부(41)의 선단부(41d)가 로커 암(15,20)의 회동방향으로부터 스위칭 소자(36)에 접촉했을 때에는, 고속용의 로커 암(20)으로부터의 캠 변위가 저속용의 로커 암(15)을 통해서 흡기밸브(2)로 전달된다.

이 실시형태에서는 스위칭기구(30)의 구성 요소 중 높이 치수가 큰 피스톤 구조의 제 1접촉부(31)가 비교적 높은 위치에 있는 캠 샤프트(8)측에 배치되어 있다. 또한, 비교적 높이가 낮은 암 구조의 제 2접촉부(40)가 캠 샤프트(8)와는 반대쪽의 낮은 위치에 배치되어 있다. 이렇게, 스위칭기구(30)의 구성 요소가 로커 샤프트(7)와 캠 샤프트(8) 사이의 데드 스페이스(δ)(도 2에 도시함)로부터 밀려나오지 않도록 배치되어 있다.

그 다음, 상기 구성의 스위칭기구(30)에 있어서, 저속용의 캠(9a)과 고속용 의 캠(9b)을 스위칭할 때의 동작에 대해서 설명한다.

예를 들면 엔진이 저회전수로 운전하고 있다고 한다. 이 때에는, 오일 컨트롤 밸브(35)는 폐쇄되어 있기 때문에, 로커 암(15)의 기름실(32a)에는 유압이 공급되지 않는다. 또한, 로커 샤프트(7)와 로커 암(15) 사이를 윤활하기 위해서, 소량의 오일이 공급된다. 이 윤활용 오일을 확보하기 위해서, 오일 컨트롤 밸브(35)에 작은 구멍이 형성되어 있다. 단, 윤활용 오일은 소량밖에 흐르지 않으므로, 기름실(32a)에는 스위칭 소자(36)를 밀어 올릴 만큼의 유압은 생기지 않는다. 이 때문에 스위칭 소자(36)는 도 1, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 코일 스프링(38)에 의해 아래쪽으로 가압되어, 노치부(36a)가 창부(34a)에 위치하고 있다.

이 때는, 고속용의 캠(9b)에 의해 요동하는 고속용의 로커 암(20)의 암부(41)의 선단부(41d)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 스위칭 소자(36)의 노치부(36a)의 공간 내를 전후 방향으로 왕복할 뿐이다. 이 때문에 고속용의 로커 암(20)으로부터의 캠 변위는 저속용의 로커 암(15)에 전해지지 않는다.

따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 저속용의 캠(9a)에 의해 회동 변위하는 저속용의 로커 암(15)의 움직임만이 밸브 스템(3a)에 전해지고, 흡기밸브(2)를 밀어 내린다. 이 때문에 흡기밸브(2)는 저속용의 캠(9a)에 의한 저속운전에 적합한 개폐 타이밍, 밸브 리프트량으로 구동된다.

한편, 엔진이 캠의 스위칭을 행하는 운전 상태, 예를 들면 엔진 회전수가 소정의 임계값을 초과하는 고속영역에서 운전되면, 오일 컨트롤 밸브(35)가 개방된다. 이것에 의해, 엔진 오일은 로커 샤프트(7) 안의 통로(7a)를 통해서 기름실 (32a)에 압송되어, 스위칭 소자(36)를 밀어 올린다. 이것에 의해, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 노치부(36a)의 바로 아래의 외주부(36b)가 창부(34a)에 위치한다.

고속용의 캠(9b)과 롤러(23)의 접촉 부분이 이 캠(9b)의 캠 프로파일의 베이스 원을 초과하는 부근으로부터, 암부(41)의 선단부(41d)가 스위칭 소자(36)의 외주부(36b)에 접촉한다(도 10참조). 이것에 의해, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 고속용의 로커 암(20)의 암부(41)의 선단부(41d)가 스위칭 소자(36)의 외주부(36b)를 밀기 때문에, 저속용의 로커 암(15)이 밀린다.

여기에서, 저속용의 로커 암(15)은 이 로커 암(15)이 회동하는 방향과 같은 방향으로 구동된다. 이 때문에, 고속용의 로커 암(20)의 회동에 따라 스위칭 소자(36)는 저속용의 로커 암(15)의 회동방향으로 밀린다.

이 거동에 의해, 고속용의 로커 암(20)으로부터의 캠 변위가 저속용의 로커 암(15)에 전해지고, 저속용의 로커 암(15)이 회동한다. 이렇게 해서 고속용의 로커 암(20)의 캠 변위가 저속용의 로커 암(15)을 통해서 밸브 스템(3a)으로 전달되어, 흡기밸브(2)를 밀어 내린다. 즉, 흡기밸브(2)를 구동하는 캠이 저속용의 캠(9a)으로부터 고속용의 캠(9b)으로 스위칭된다.

고속용의 캠(9b)의 밸브 리프트량은 저속용의 캠(9a)의 밸브 리프트량보다 크다. 이 때문에, 도 8에 도시된 바와 같이, 저속용의 캠(9a)이 롤러(18)로부터 분리된다. 즉, 이 롤러(18)는 저속용의 캠(9a)의 베이스 원 이외의 부분으로부터 분리된다. 이 때문에, 저속용의 캠(9a)의 개폐 타이밍과 밸브 리프트량은 밸브 스템 (3a)으로 전달되지 않게 된다. 그 대신에, 고속용의 캠(9b)에 의한 고속운전에 적합한 개폐 타이밍, 밸브 리프트량만이 밸브 스템(3a)으로 전달된다.

이렇게 본 실시형태에서는, 고속용 로커 암(20)의 암부(41)의 선단부(41d)를, 저속용 로커 암(15)의 회동방향으로부터 스위칭 소자(36)에 접촉시킴으로써, 고속용 로커 암(20)으로부터의 캠 변위를 저속용 로커 암(15)으로 전한다. 이러한 구성이면, 흡기밸브(2)의 구동력을 전달하는 제 1접촉부(31)와 제 2접촉부(40)에는 주로 굽힘 응력이 생길 뿐으로, 전단응력과 같은 엄격한 응력이 발생하지 않는다.

게다가, 제 1접촉부(31)는 저속용의 로커 암(15)과 함께 회동하는 피스톤 구조를 이루고, 제 2접촉부(40)는 고속용의 로커 암(20)과 함께 회동하는 암 구조를 이루고 있다. 그리고, 이들 제 1접촉부(31)와 제 2접촉부(40)가 로커 샤프트(7)의 위쪽과 캠 샤프트(8)의 옆쪽 사이의 데드 스페이스(δ)에 대략 수납되어 있다. 이 때문에, 제 1접촉부(31)와 제 2접촉부(40)가 로커 샤프트(7)나 캠 샤프트(8)의 주위에 크게 돌출하지 않는다.

그 때문에, 실린더 헤드(1)의 콤팩트화와 스위칭기구(30)의 응력의 경감화의 양쪽이 양립하고, 캠(9a,9b)의 스위칭을 행할 수 있다. 특히, 이 실시형태에서는 높이 치수가 비교적 큰 피스톤 구조의 제 1접촉부(31)가 캠 샤프트(8)에 가까운 쪽에 배치되고, 피스톤 구조보다도 높이를 낮게 할 수 있는 암 구조의 제 2접촉부(40)가 캠 샤프트(8)로부터 먼 쪽에 배치되어 있다. 이 때문에, 스위칭기구(30)의 구성요소가 로커 샤프트(7)의 옆쪽으로 크게 돌출되지 않고, 실린더 헤드 상부의 공간(space)적으로 제약이 있는 영역을 충분히 활용해서 스위칭기구(30)를 설치할 수 있다.

게다가, 스위칭기구(30)는 노치부(36a)가 형성된 스위칭 소자(36)와, 스위칭 소자(36)를 수납하는 격납실(34)과, 창부(34a)에 대해서 진퇴하는 선단부(41d)라 하는, 간단한 부품의 조합으로 된다. 이 때문에 저비용으로 실시할 수 있다. 게다가, 스위칭 소자(36)가 격납실(34)의 벽을 구성하는 격납통(32)에 의해 지지된다. 선단부(41d)로부터 가해지는 하중이 이 격납통(32)에 의해 받아낼 수 있기 때문에, 구동력을 전달하는 부분, 즉 스위칭 소자(36)의 응력적인 부담이 경감되어, 캠의 스위칭 동작의 신뢰성이 더욱 향상한다.

본 실시형태에서는, 스위칭기구(30)의 스위칭 동작에, 구조가 간단한 코일 스프링(38)과 기름실(32a)에 공급되는 유압을 이용하고 있다. 유압발생용으로는 엔진오일을 사용할 수 있기 때문에, 간단한 구성에 의해 캠(9a,9b)의 스위칭을 행하게 할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 일실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에서 각종 변경해서 실시해도 관계없다. 예를 들면 전술한 일실시형태는 흡기밸브를 예로 들었지만, 이것에 한정하지 않고, 배기밸브를 구동할 경우에도 적용해도 관계없다. 또 상술한 실시형태에서는 유압에 의해 스위칭 소자의 위치를 스위칭하고 있지만, 이것에 한정하지 않고, 다른 구조에 의해 스위칭 소자의 위치를 스위칭해도 좋다. 또한, 저속용과 고속용의 캠의 스위칭을 엔진 회전수에 따라서 행할 경우에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 엔진 부하 등에 따라서 캠을 스위칭해도 관계없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 엔진의 가변밸브장치에 의하면 엔진의 실린더 헤드를 콤팩트하게 구성할 수 있고, 응력적인 부담을 경감할 수 있다.

Claims

엔진의 가변밸브장치로서:

상기 엔진은,

실린더 헤드(1)에 배치된 로커 샤프트(7);

상기 실린더 헤드(1)에 상기 로커 샤프트(7)와 평행한 동시에 상기 로커 샤프트(7)의 위쪽에 배치되고, 서로 캠 프로파일이 다른 제 1캠(9a)및 제 2캠(9b)을 갖는 캠 샤프트(8);

상기 로커 샤프트(7)에 회동 가능하게 지지되고, 상기 제 1캠(9a)에 의해 구동되어, 상기 제 1캠(9a)의 변위를 밸브(2)에 전해주는 제 1로커 암(15); 및

상기 제 1로커 암(15)과 평행하게 상기 로커 샤프트(7)에 회동 가능하게 지지되어, 상기 제 2캠(9b)에 의해 구동되는 제 2로커 암(20)을 갖고;

상기 가변밸브장치(V)는,

상기 제 2로커 암(20)의 변위를 상기 제 1로커 암(15)에 선택적으로 전할 수 있는 것으로 스위칭기구(30)를 갖고;

상기 스위칭기구(30)는 상기 캠 샤프트(8)의 옆쪽으로 설치되고;

상기 스위칭기구(30)는,

상기 제 1로커 암(15)에 설치된 제 1접촉부(3l);

상기 제 2로커 암(20)에 설치되고 상기 로커 샤프트(7) 주변의 회동방향에 관해서 상기 제 1접촉부(31)에 대향하는 제 2접촉부(40); 및

상기 제 1접촉부(3l) 또는 제 2접촉부(40) 중 어느 한쪽의 접촉부에 설치된 스위칭 소자(36)로서, 상기 제 1접촉부(31) 또는 제 2접촉부(40) 중 다른 쪽의 접촉부에 접촉해서 상기 제 2로커 암(20)의 변위를 상기 제 1로커 암(15)에 전하는 제 1위치와, 상기 다른 쪽의 접촉부에 접촉하지 않는 제 2위치에 변위 가능한 스위칭 소자(36)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변밸브장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 1접촉부(3l)는 상기 캠 샤프트(8)에 가까운 쪽에 위치해서 상기 제 1로커 암(15)의 상부로부터 돌출하고,

상기 제 2접촉부(40)는 상기 캠 샤프트(8)로부터 먼 쪽에 위치해서 그 선단부(41d)가 상기 제 1접촉부(31)의 배면측으로 돌아 들어가도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변밸브장치.
제 2항에 있어서,

상기 제 1접촉부(3l)는, 상기 제 1로커 암(15)의 상부로부터 돌출하는 형상으로 배면측에 창부(34a)를 갖는 통형상의 격납실(34)과, 상기 격납실(34)에 이동 가능하게 수용되어 외주부(36b)에 노치부(36a)가 형성된 상기 스위칭 소자(36)를 갖고; 상기 노치부(36a)와 상기 외주부(36b)가 상기 창부(34a)에 대해서 선택적으로 위치 결정 가능하게 구성되며;

상기 제 2접촉부(40)는 상기 제 2로커 암(20)의 회동 변위에 따라 상기 창부 (34a)로 진입 및 후퇴하는 선단부(41d)를 갖고, 상기 노치부(36a)가 상기 창부(34a)에 위치할 때에는 상기 선단부(41d)가 상기 노치부(36a) 내에 들어가고, 상기 외주부(36b)가 상기 창부(34a)에 위치할 때에는 상기 선단부(41d)가 상기 외주부(36b)에 접촉하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변밸브장치.
제 3항에 있어서,

상기 스위칭 소자(36)는 탄성부재(38)에 의해 평상시에는 상기 노치부(36a)가 상기 창부(34a)에 대면하는 위치로 밀리고, 상기 스위칭 소자(36)에 유압이 가해졌을 때에, 상기 외주부(36b)가 상기 창부(34a)에 대면하는 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변밸브장치.
제 3항에 있어서,

상기 스위칭 소자(36)를 유압에 의해 이동시키기 위한 기름실(32a)을 구비하고, 상기 기름실(32a)과 연통하는 유로(7a)가 상기 로커 샤프트(7)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변밸브장치.
제 3항에 있어서,

상기 스위칭 소자(36)가 그 축 둘레를 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 기구(37a,37b)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변밸브장치.