KR100701878B1 - 내연기관의 밸브 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 내부 ERG의 효과를 높일 수 있는 밸브 구동장치를 제공함에 있다. 본 발명의 밸브 구동장치는 배기 밸브(4)의 개/폐 타이밍의 변경이 가능한 배기 밸브 구동기구(20); 및 EGR 모드시에 배기 행정으로부터 독립적으로 흡기 행정 도중에 상기 배기 밸브(4)를 개방하도록 상기 배기 밸브 구동기구(20)를 제어하는 제어장치를 구비한다. 바람직하게는, 상기 배기 밸브 구동기구(20)는 배기 행정에서 배기 밸브(4)를 개방하는 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 제 1 배기 캠(18); 및 흡기 행정 도중에 배기 밸브(4)를 개방하는 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 제 2 배기 캠(19)을 구비한다. 통상 모드시에는 제 1 배기 캠(18)의 변위가 배기 밸브(4)에 전달되고, EGR 모드시에는 제 1 배기 캠(18)의 변위에 추가적으로 제 2 배기 캠(19)의 변위가 배기 밸브(4)에 전달된다.
내연기관, 밸브 구동장치

Description

내연기관의 밸브 구동장치{VALVE DRIVE APPARATUS OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINE}
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 밸브 구동장치를 개략적으로 도시하는 사시도,
도 2a는 통상 모드시에 배기 밸브를 구동하기 위한 제 1 배기 캠을 도시하는 도면,
도 2b는 EGR 모드시에 배기 밸브를 구동하기 위한 제 2 배기 캠을 도시하는 도면,
도 3은 도 1의 X-X선에 따른 밸브 구동장치의 배기측 단면도,
도 4는 배기 밸브 구동기구의 개략 구성을 도시하는 사시도,
도 5는 모드 선택기구의 분해 조립도,
도 6은 배기 밸브 구동기구를 도 4의 화살표 A 방향으로부터 본 도면,
도 7은 배기 밸브 구동기구를 도 4의 화살표 B 방향으로부터 본 도면,
도 8은 통상 모드시에 제 1 배기 캠이 선택된 배기 밸브 구동기구를 도 4의화살표 C 방향으로부터 본 단면도.
도 9는 통상 모드시에 제 1 배기 캠이 선택된 배기 밸브 구동기구를 도 4의화살표 D의 방향으로부터 본 단면도,
도 10은 EGR 모드시에 제 2 배기 캠이 선택된 배기 밸브 구동기구를 도시하는 단면도,
도 11은 통상 모드시의 배기 행정에서의 밸브 리프트 및 흡기 행정에서의 밸브 리프트를 도시하는 도면,
도 12는 EGR 모드시의 배기 행정에서의 밸브 리프트, 흡기 행정에서의 밸브 리프트, 및 흡기 행정중에 개방되는 배기 밸브의 밸브 리프트를 도시하는 도면,
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 흡기 밸브 구동기구의 개략구성을 도시하는 사시도,
도 14a는 통상 모드시에 흡기 밸브를 구동하기 위한 제 2 흡기 캠을 도시하는 도면,
도 14b는 EGR 모드시에 흡기 밸브를 구동하기 위한 제 1 흡기 캠을 도시하는 도면,
도 15는 EGR 모드시의 배기 행정에서의 밸브 리프트, 흡기 행정에서의 밸브 리프트, 및 흡기 행정중에 개방되는 배기 밸브의 밸브 리프트를 도시하는 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 엔진 본체 1a: 피스톤
1b: 커넥팅로드 2: 실린더 블록
3: 실린더 헤드 4: 배기 밸브
5: 흡기 밸브 6: 밸브 스템(valve stem)
7: 배기 포트 7a: 배기 통로
8: 밸브 헤드 9: 플랜지
10: 시트부 11: 밸브 스프링
13/14: 배기용/흡기용 캠 샤프트 15: 흡기용 캠
16: 로커 암(rocker arm) 18: 제 1 배기 캠
19: 제 2 배기 캠 22: 로커 샤프트(rocker shaft)
24: 제 1 로커 암 25: 제 2 로커 암
26, 32: 보스부 27: 암부
28: 밸브 포커(valve poker) 29,33: 롤러 지지벽
30,34: 롤러 35: 리턴 스프링
36: 압상부재(pushing member) 37: 볼록부
41: 제 1 접촉부 60: 제 2 접촉부
42: 격납통 43: 덮개부재
44: 격납실 45: 창부
46: 피스톤 47: 홈부
48: 핀 49: 절결부
50: 코일 스프링 51: 경로
52: 통공 53: 오일 컨트롤 밸브
62: 제 1 부분 63: 제 2 부분
64: 제 3 부분 65: 포킹부(poking portion)
72: 제 2 흡기 캠 73: 제 1 흡기 캠
본 발명은 내부 EGR을 가능하게 하는 내연 기관의 밸브 구동장치에 관한 것이다.
자동차에 탑재되는 레시프로식 엔진(reciprocating engine)(내연 기관)에서는 배기가스 조성의 개선이나 촉매의 단기 활성화등을 위해 필요에 따라서 EGR(Exhaust Gas Recirculation), 즉 엔진의 배기 가스의 일부를 흡기측으로 재순환시키는 것이 이루어지고 있다. 최근, EGR로서 엔진의 주위에 중계 파이프를 설치하는 것이 필요한 외부 EGR 뿐아니라 이와 같은 파이프가 불필요한 내부 EGR가 채용되도록 되어 가고 있다. 내부 EGR에서는 엔진의 연소 사이클(즉, 흡기·압축·팽창·배기의 사이클) 중 배기 행정에서 배기 밸브가 개방되어 있을 때에 흡기 밸브를 개방된다. 이 때에 발생하는 배기와 흡기가 오버랩되는 기간을 이용하여 배기가스의 일부를 흡기 밸브로부터 흡기되는 공기 중에 혼입시키고 있다.
엔진을 운전하고 있는 순간에 아이드링시나 저부하시에는 배기가스의 온도가 저하되고, 촉매가 충분히 기능하기 어렵다. 이 때문에 촉매를 단기에 활성온도까지 상승시키는 것이 요구된다. 이와 같은 경우, EGR을 다량으로 행하면 실린더내 온도가 상승함으로써 배기 가스의 온도가 더욱 빨리 상승하는 것이 공지되어 있다. 따라서, EGR을 다량으로 행할 수 있게 하기 위해서는 종래, 캠의 위상을 전진각 방향 또는 지연각 방향으로 시프트시키는 밸브 타이밍 제어장치가 엔진에 설치되어 있었 다. 이와 같은 밸브 타이밍 제어장치에서는 배기 행정에서 배기 밸브가 개/폐하는 타이밍과, 흡기 행정에서 흡기 밸브가 개/폐하는 타이밍 사이의 위상차를 조정함으로써 오버랩량을 증가시켜서 배기가스의 환류량을 증가시키고 있다.
게다가, 예컨대, 일본 특허 공개 2000-345872호 공보에는 캠을 스위칭하는 방식의 밸브 타이밍 제어장치가 개시되어 있다. 이장치에서는 배기 밸브 또는 흡기 밸브를 구동하기 위한 캠을 스위칭함으로써 상기 오버랩량을 증가시킨 모드로의 스위칭을 하고 있다.
그런데, 상기 오버램량을 증가시키기 위해서는 흡기 밸브의 개방을 배기행정의 종료점 바로 전 시점으로부터 개시시키는 것이 요구된다. 그러나, 흡기 밸브의 개방이 피스톤의 상사점부근에서 이루어지므로 오버랩량을 증가하면 흡기 밸브와 피스톤 사이에서 간섭이 발생해버린다. 따라서, 오버랩량의 증가만으로는 EGR량이 제한되어 내부 EGR의 효과를 높이기가 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 내부 EGR의 효과를 높일 수 있는 내연기관의 밸브구동장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 내연기관의 밸브 구동장치는, 배기 밸브의 개/폐 타이밍의 변경이 가능한 배기 밸브 구동기구; 및 EGR 모드시 배기 행정시의 배기밸브의 개방과는 별도로 흡기 행정 도중에 상기 배기 밸브를 개방하도록 상기 배기 밸브 구동기구를 제어하는 제어장치를 포함한다.
이와같이 구성함으로써 흡기 행정 중에 배기가스의 일부를 실린더 내에 유입시키는 타이밍을 자유롭게 설정하는 것이 가능해 진다. 그 결과, 흡기 공기에 혼입되는 배기 가스의 량 조정이 용이해져 EGR의 효과를 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 배기 밸브 구동기구는 흡기 행정중에 흡기 밸브의 밸브 리프트량이 최대로 되는 시점 근방에서 상기 배기 밸브를 개방할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 큰 EGR량을 실현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배기 밸브 구동기구는, 배기 행정에서 상기 배기 밸브를 개방하는 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 제 1 배기 캠; 흡기 행정 도중에 상기 배기 밸브를 개방하는 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 제 2 배기 캠; 및 통상 모드시에 상기 제 1 배기 캠의 변위를 배기 밸브에 전달하고, EGR 모드시에 상기 제 1 배기 캠의 변위에 추가로 상기 제 2 배기 캠의 변위를 상기 배기 밸브에 전달하는 모드 선택 기구를 포함한다.
이와 같이 구성함으로써 간단한 캠의 조합으로 내부 EGR을 실현할 수 있게 되고, 관련된 구조를 단순화할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 밸브 구동장치는, EGR 모드시에 흡기 행정에서의 상기 흡기 밸브의 밸브 리프트량을 통상 모드시의 밸브 리프트량보다도 작은값으로 설정할 수 있는 흡기 밸브 구동기구를 더 포함한다. 이 경우, 상기 제어장치는 EGR 모드시에 상기 흡기 밸브의 밸브 리프트량이 상기 통상 모드시의 밸브 리프트량보다도 작도록 상기 흡기 밸브 구동기구를 제어한다.
이와 같이 구성함으로써 EGR 시에 흡기 밸브측으로부터 유입되는 흡기 공기 량을 억제할 수 있게 되고, 이에 따라서, EGR의 효과를 더욱 높일 수 있다.
(실시형태 1)
이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 ~ 도 12를 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 내연식의 엔진 요부를 도시하고 있다. 이는 레시프로식의 엔진이며, 흡기, 압축, 폭발 및 배기로 이루진 사이클을 반복하여 동력을 발생시킨다. 이 도면은 구체적으로는 복수의 실린더(도시안됨)가 캠 샤프트를 따라 나란한 디젤엔진의 밸브 구동장치를 도시하고 있다. 도 3은 이 밸브 구동장치의 배기측의 단면(도 1 중의 화살표 X 방향의 단면)을 도시하고 있다.
도 1중, 참조 부호 1은 엔진 본체를 도시하고 있다. 엔진 본체(1)는 실린더 블록(2) 및 실린더 헤드(3)로 구성된다. 실린더 블록(2)의 내부에는 횡방향으로 나란히 복수의 실린더(도시안됨)가 구성되어 있다. 실린더 헤드(3)는 실린더 블록(2)의 헤드부에 접속되어 있다. 실린더 블록(2)의 각 실린더에는 피스톤(1a)이 왕복동 가능하게 수용되어 있다. 각 피스톤(1a)은 커넥팅로드(1d)를 통해 크랭크 샤프트(도시안됨)에 연결되어 있다.
실린더 헤드(3)에는, 예컨대 실린더 마다 2개의 배기 밸브(4) 및 2개의 흡기 밸브(5)가 조립되어 있다. 배기 밸브(4)는, 반드시, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 실린더 헤드(2)의 내부에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된 밸브 스템(6), 및 실린더 헤드(1)의 하면에 개구하고 있는 배기 포트(7)를 개/폐하기 위한 밸브 헤드(8)를 구비하고 있다.
또한, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 밸브 스프링(11)이 밸브 스템(6)의 상단에 설치된 플랜지(9)와, 실린더 헤드(3)의 상면에 형성된 시트부(10) 사이에 압축된 상태로 삽입되어 있다. 배기 포트(7)는 평상 상태에 있어서는 밸브 스프링(11)의 탄성력으로 미는 배기 밸브(4)에 의해 폐쇄되어 있으며, 배기 밸브(4)가 밀리게 되었을 때에 개구하도록 구성되어 있다. 또한, 설명은 생략하지만, 흡기 밸브(5)측에도 마찬가지의 구조가 채용되어 있다. 또한, 도면중 참조 부호 7a는 배기 포트(7)에 연통되는 실린더 헤드(2) 내부의 배기 통로를 도시한다.
실린더 헤드(3)의 상방에는 배기 밸브(4)로부터 외측(폭방향)으로 벗어난 위치에, 도 1 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 배기용 캠 샤프트(13)가 회전가능하게 설치되어 있다. 마찬가지로, 흡기 밸브(5)로부터 외측(폭방향)으로 벗어난 위치에, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 흡기용 캠 샤프트(14)가 회전가능하게 설치되어 있다. 또한, 캠 샤프트(13,14)는 반드시 엔진 크랭크 샤프트(도시안됨)로부터의 출력에 의해 회전구동된다.
이 중 흡기용 캠 샤프트(14)의 하측에는 T자형 로커 암(16)(도 1에 그 일부가 도시되어 있음)이 배치되어 있다. 이 로커 암(16)은 캠 샤프트(14)에 형성되어 있는 흡기용 캠(15)(각 실린더마다 1개 설치되어 있음)의 변위를 각 실린더의 흡기 밸브(5)의 밸브 스템의 상단에 전한다. 따라서, 흡기 밸브(5)를 캠(15)의 윤곽 프로파일(통상 모드에서 엔진을 운전할 때의 흡기 행정을 규정하고 있음)에 따라서 개/폐된다.
이에 대해서, 배기용 캠 샤프트(13)의 하측에는 모드 선택기구(40)가 설치되어 있다. 이 모드 선택기구(40)는 캠 샤프트(13)에 형성되어 있는 복수 종류의 캠, 이예에서는 2종류의 캠(제 1 배기 캠 18, 제 2 배기 캠 19)의 변위를 배기 밸브(4)의 밸브 스템(6)의 상단으로 선택적으로 전하도록 구성되어 있다. 이와 같은 모드 선택기구(40)는 실린더 마다 설치되어 있다. 이와 같이, 배기 밸브 구동기구(20)로서 캠을 선택적으로 사용하는 방법이 채용되어 있다. 즉, 한쪽의 제 1 배기 캠(18)은, 통상 모드(EGR을 행하지 않은 통상 운전 모드)에 대응하고 있으며, 배기 행정에서 배기 밸브(4)를 개방함으로써 흡기 밸브(5)와 협동하여 연소 사이클(흡기, 압축, 폭발, 배기)을 구성하도록 형성되어 있다. 다른쪽의 제 2 배기캠(19)은 제 1 배기 캠(18)에 인접하여 배치되고, EGR 모드시에 흡기 행정(즉, 흡기 밸브(5)가 개방되어 있는 기간)의 도중에 배기 밸브(4)를 개방하도록 형성되어 있다.
도 4에는 배기 밸브 구동기구(20)의 개략 구성이 도시되어 있다. 도 5에는 모드 선택기구(40)의 요부의 분해도가 도시되어 있다. 도 6 ~ 도 9에는 배기 밸브 구동기구(20)를 각 방향(도 4의 각 A ~ D 방향)에서 본 도면이 도시되어 있다.
이어서, 이 배기 밸브 구동기구(20)의 기능에 대해서 상세히 설명한다. 배기 밸브용 캠의 한쪽, 즉 제 1 배기 캠(18)은, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 통상 모드시의 배기 밸브 개/폐타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 윤곽 프로파일을 구비하고 있다. 이에 대해서, 배기 밸브용 캠의 다른 쪽, 즉, 제 2 배기 캠(19)은, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, EGR 모드시에 흡기 행정의 도중에서 배기 밸브(4)의 개방 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 윤곽 프로파일을 구비하고 있다.
도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 제 2 배기 캠(19)에는 통상 모드용의 제 1 배기 캠(18)와 같은 베이스 원을 갖는 구조가 이용되어 있다. 이 제 2 배기 캠(19)이 흡기 행정중에 흡기 밸브의 밸브 리프트량이 최대치로 도달하는 시점 근방에서 배기 밸브(4)를 개방하도록 제 2 배기 캠(19)의 정상부(19a)는 제 1 배기 캠(18)의 정상부(18a)로부터 θ°지연 측으로 시프트한 위치에 설치되어 있다. 그리고, 이 위치를 기준으로 하여 제 2 배기 캠(19)의 외주면에 엔진이 필요로 하는 내부 EGR을 확보하는 개방 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 윤곽 프로파일이 형성되어 있다. 또한, EGR 모드용의 제 2 배기 캠(19)의 최대 밸브 리프트량은 통상 모드용의 제 1 배기 캠(18)의 최대 밸브 리프트량보다 작게 설정되어 있다.
도 3 및 도 4에서, 참조 부호 22는 로커 샤프트를 도시하고 있다. 이 로커 샤프트(22)는 캠 샤프트(13)의 하측에 캠 샤프트(13)에 대해서 평행하게 배치되고, 캠 샤프트(13)를 사이에 두고, 배기 밸브(4)의 반대측에 배치되어 있다. 이 로커 샤프트(22)에는, 도 4 ~ 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 캠을 선택적으로 사용하기 위한 모드 선택 기구(40)가 지지되어 있다.
이 모드 선택 기구(40)는 하기와 같이 구성되어 있다. 로커 샤프트(22)에는 실린더 마다 통상 모드용의 로커 암(제 1 로커 암(24))과, EGR 모드용의 로커 암(제 2 로커 암(25))가 상호 인접하여 장착되어 있다. 통상 모드용의 제 1 로커 암(24)은, 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더의 중앙에 대응하는 위치에서 로커 샤프트(22)에 회동가능하게 삽입된 원통상의 보스부(26)와, 이 보스부(26)로부터 배기 밸브(4)의 밸브 스템(6)의 상단까지 연장된 암부(27)를 구비하고 있다. 이 암부(27)는 선단근방에서 대략 Y자형으로 분기되고, 이 선단에 밸브 포커(28)가 형성되어 있다. 이 밸브 포커(28)는, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 캠 샤프트(13)의 하측에 위치하고, 또한 배기 밸브(4)의 각 밸브 스템(6)의 바로 위에 위치하고 있다.
제 2 로커 암(25)측과는 반대측의 보스부(26)의 단부로부터는 롤러 지지벽(29)이 제 1 배기 캠(18)의 바로 아래를 향하여 돌출되어 있다. 이 롤러 지지벽(29)의 측면과, 이에 대향하는 암부(27)의 측면사이에는 캠 수용부로서 이용되는 롤러(30)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 롤러(30)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 캠 샤프트(13)에 장착된 제 1 배기 캠(18)에 접촉되고, 캠 샤프트(13)의 하측에서 제 1 배기 캠(18)의 변위를 제 1 로커 암(24)에 전달한다. 따라서, 제 1 배기 캠(18)이 회전하면 제 1 배기 캠(18)의 윤곽 프로파일에 따라서, 암부(27)가 로커 샤프트(22)를 지점으로 해서 회동하고, 제 1 배기 캠(18)의 변위가 밸브 스템(6)의 상단으로 전달됨으로써, 배기 밸브(4)를 압하하거나(개방), 복귀하거나(폐쇄)한다(통상 모드).
이에 대해서, EGR 모드용 제 2 로커 암(25)은 도 4 ~ 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 보스부(26)에 인접하는 위치에서 로커 샤프트(22)에 회동가능하게 삽입된 원통상의 보스부(32)와, 이 보스부(32)로부터 제 2 배기 캠(19)의 바로 아래를 향하여 돌출된 한쌍의 롤러 지지벽(33)을 가지고 있다. 이들 한쌍의 롤러 지지벽(33)의 측면 사이에는 캠 수용부로서 이용되는 롤러(34)가 회동가능하게 지지되어 있다. 롤러 지지벽(33)은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더 헤드(3)의 상면에 설치된 리턴용 탄성요소, 예컨대 리턴 스프링(35)이 내장된 핀상의 압상 부재(36)에 의해 밀린다. 롤러(34)는 리턴 스프링(35)의 탄성력에 의해 제 2 배기 캠(19)에 접촉한다. 참조 부호 37은 롤러 지지벽(33)의 하부에 형성된 압상 부재(36)의 선단부와 접촉하기 위한 볼록부를 도시한다. 따라서, 제 2 배기 캠(19)이 회전하면 이 제 2 배기캠(19)의 윤곽 프로파일에 따라 제 2 로커암(25)이 로커 샤프트(22)를 지점으로 하여 회동한다(EGR 모드).
제 1 로커 암(24)과 제 2 로커 암(25) 사이에는 EGR 모드시 제 2 배기 캠(19)의 변위를 제 2 로커 암(25)을 통해 제 1 로커 암(24)에 전달하기 위한 가변 전달기구(41,60)가 설치되어 있다. 가변 전달기구에는 이 예에서는 전단응력이 발생하기 어렵고, 응력레벨이 낮은 압접식의 구조가 채용되어 있다.
이 가변전달기구(41,60)는 이하와 같이 구성되어 있다. 도 4 ~ 도 9에서 참조 부호 41은 제 1 접촉부를 나타내고, 참조 부호 60은 제 2 접촉부를 나타낸다. 제 1 접촉부(41)는 제 1 로커 암(24)으로부터 돌출하고, 제 1 로커 암(24)과 함께 회전한다. 제 2 접촉부(60)는 제 2 로커 암(25)으로부터 돌출하고, 제 2 로커 암(25)과 함께 회전한다. 이들 제 1 접촉부(41) 및 제 2 접촉부(60)는 로커 샤프트(22)의 회전방향을 따라 나란히 배치되어 있다. 구체적으로는, 제 1 접촉부(41)는 캠 샤프트(13)에 근접한 측에 배치되고, 제 2 접촉부(60)는 캠 샤프트(13)로부터 먼측에 배치되어 있다. 이 중 제 1 접촉부(41)에는 본 예에서는 종형 피스톤 구조가 이용되어 있다.
이 종형 피스톤 구조는 이하와 같이 구성되어 있다. 도 2 ~ 4의 참조 부호 42는 격납통이다. 이 격납통(42)은 제 1 로커 암(24)의 로커 샤프트(22) 근처의 부 위, 즉 보스부(26)의 상부로부터 상측으로 돌출하도록 형성되어 있다. 이 격납통(42)은 캠 샤프트(13)와의 간섭을 회피하기 위해 캠 샤프트(13)로부터 이간되는 방향으로 경사져 있다. 이 격납통(42)의 중공부분은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 보스부(26)의 내면까지 연속되어 있다. 격납통(42)의 상단은 덮개부재(43)로 폐쇄되어 있다.
격납통(42)의 내부에는 덮개부재(43)의 하면으로부터 로커 샤프트(22)의 외주면에 이르는 원통상의 격납실(44)이 형성되어 있다. 격납실(44)에는 피스톤(46)이 수용되어 있다. 피스톤(46)은 회전 방지 기구에 의해 회전을 구속시킨 상태에서 격납실(44) 내에서 상하 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 이 회전 방지 기구는, 도 3에 도시된 예에서는 피스톤(46)의 외주면의 일부에 형성된 축방향으로 연장되는 홈부(47), 및 이 홈부(47)에 맞물려 있도록 격납통(42)의 벽면으로부터 돌출하는 핀(48)으로 구성되어 있다.
격납실(44)의 배면측(캠 샤프트 13의 반대측)에는 격납통(42)의 벽면 일부를 구형으로 컷팅한 창부(45)가 형성되어 있다. 피스톤(46)의 배면측의 상단부분에는 창부(45)에 일치시켜 가공된 절결부(49)가 형성되어 있다. 창부(45)와 절결부(49)는 피스톤(46)이 하단부에 있을 때 절결부(49)가 창부(45) 내에 위치하고(도 3), 피스톤(46)이 상단부에 있을 때 절결부(49)의 하측에 맞닫는 피스톤(46)의 외주부분이 창부(45) 내에 위치하도록 배치되어 있다.
피스톤(46)은 탄성부재, 예컨대, 덮개부재(43)와 피스톤(46) 사이에 압축상태로 삽입된 코일 스프링(50)의 탄성력에 의해 하단측에 압착되어 있다. 따라서, 평상시에 있어서는 절결부(49)가 창부(45) 내에 위치하고 있다. 더욱이, 피스톤(46)은 격납실(44)내에 유압을 공급함으로써 상단측에 압착된다. 이에 따라서, 피스톤(46)의 외주부분이 창부(45) 내에 나타난다.
이와 같은 유압을 격납실(44) 내에 공급하기 위한 경로로서 도 3에 도시되어 있는 예에서는 로커 샤프트(22)의 내부에 형성된 경로(51), 및 로커 샤프트(22)의 주변벽에 형성되어 경로(51)와 격납실(44)의 저부를 연결하는 통공(52)이 이용되어 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 엔진오일이 로커 샤프트(22)의 단부로부터 경로(51)에 공급되고, 통공(52)을 통해 격납실(44)의 하부에 도입된다. 또한, 로커샤프트(22)보다 상류측에 있어서 엔진오일의 공급경로에 이 공급경로를 개/폐하기 위한 오일 컨트롤 밸브(53)가 설치되어 있다. 또한, 통공(51)은 제 1 로커 암(24)의 회동각도로 구속되지 않고, 격납실(44)내에 엔진오일이 공급되는 위치에 형성되어 있다.
상기 오일 컨트롤 밸브(53)(도 4)는 통상 모드시에는 폐쇄되어 있다. 따라서, 이 상태에서 피스톤(46)은 하단부에 있고, 절결부(49)가 창부(45) 내에 위치하고 있다. 이에 대해서, EGR 모드시에는 오일 컨트롤 밸브(53)가 개방된다. 이에 따라서, 피스톤(46)이 상단부로 이동하고, 피스톤(46)의 외주부분이 창부(45) 내에 나타난다.
이상과 같은 제 1 접촉부(41)에 대응하여 제 2 접촉부(60)에는 암(61)이 설치되어 있다. 이 암(61)은 제 2 로커 암(25)의 배면측(캠 샤프트 13의 반대측)으로부터 연장되고, 그 선단부가 제 1 접촉부(41)의 배면측에 돌아 들어가도록 형성되 어 있다. 구체적으로는, 암(61)은, 도 4 ~ 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 보스부(32)의 배면측(캠 샤프트 13와는 반대측)으로부터 상방으로 돌출하는 제 1 부분(62)과 이 제 1 부분(62)의 단부로부터 횡방향으로 연장하고, 격납통(42)의 창부(45)를 향해 결합되는 위치에 이르는 제 2 부분(63)과, 이 제 2 부분(63)의 단부로부터 전방(캠샤프트 13의 방향)으로 돌출하는 제 3 부분(64)을 조합시킴으로써 구성되어 있다.
제 3 부분(64)의 선단에는 포킹부(65)가 형성되고, 이 포킹부(65)는 제 2 로커 암(25)의 회동에 따라서 창부(45) 내로 진입하거나 창부(45) 내로부터 퇴피할 수 있다. 여기서, 창부(45) 내에 절결부(49)가 위치하고 있을 때에는 상기 포킹부(65)는, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 절결부(49) 내를 자유롭게 이동하여 제 1 접촉부(41)(따라서, 제 1 로커 암(24))와 간섭을 일으키지 않는다. 즉, 절결부(49)의 깊이는 포킹부(65)가 접촉하지 않는 치수로 설정되어 있다. 이에 대하여, 창부(46) 내에 피스톤(46)의 외주부분이 위치하고 있을 때에는, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 제 2 로커암(25)의 회동에 따라서, 상기 포킹부(65)가 피스톤(46)의 외주부분으로 포킹(poking)하고, 제 1 접촉부(41)(따라서, 제 1 로커 암(24))를 회동시킨다.
즉, 격납실(44) 내에 유압이 공급되어 있을 때에는 제 2 로커 암(25)의 회동에 따라서 포킹부(65)가 피스톤(46)의 외주부분에 포킹함으로써 EGR 모드용 제 2 배기 캠(19)의 변위가 제 2 로커 암(25) 및 제 1 로커 암(24)을 개재하여 배기밸브(4)에 전달된다. 이에 부가하여 통상 모드용 제 1 배기캠(19)의 변위도 제 1 로커 암(24)을 통해서 배기 밸브(4)에 전달된다. 이에 대해서, 격납실(44) 내에 유압이 공급되어 있지 않을 때에는 EGR 모드용 제 2 배기캠(19)의 변위가 제 2 로커 암(25)으로부터 제 1 로커 암(24)에 전달되지 않는다. 통상 모드용 제 1 배기캠(19)의 변위만이 제 1 로커 암(24)을 통해서 배기 밸브(4)에 전달된다. 이와 같은 구조를 채용함으로써 EGR 모드시에 배기 밸브(4)를 배기 행정과는 독립적으로 흡기 행정 도중에 개방할 수 있게 된다.
이어서, 이상과 같은 모드 선택기구(40)를 구비한 배기 밸브 구동기구(20)를 이용한 엔진운동에 대해서 설명한다.
현시점에서 엔진은 통상 모드로 운전되고 있다고 한다. 이때, 오일 컨트롤 밸브(53)는 폐쇄되어 있어 로커 샤프트(22)의 내부 경로(51)에 유압이 공급되어 있지 않다. 또한, 로커 샤프트(22)와 제 1 및 제 2 로커 암(24,25) 사이의 윤활용으로 소량의 오일을 공급하기 위해 오일 컨트롤 밸브에는 작은 구멍이 형성되어 있다. 단지, 이 구멍은 엔진오일이 소량으로 흐르지 않도록 설계되어 있고, 피스톤(46)을 압상시키는 과정의 유압에는 도달되지 않는다. 이 때문에, 피스톤(46)은, 도 3, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 코일 스프링(50)의 탄성력으로 압하되고, 창부(45) 내에는 절결부(49)가 위치하고 있다.
이 상태에서는 제 2 배기캠(19)에 의해 회동되는 제 2 로커 암(25)의 포킹부(65)는, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 피스톤(46)에 접촉하지 않고 절결부(49)의 내부에서 왕복한다. 즉, 제 2 로커 암(25)의 운동은 제 1 로커 암(24)에는 전달되지 않음으로써, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 배기캠(18)에 의해 회동되는 제 1 로커 암(24)의 운동 만큼이 밸브 스템(6)의 상단에 전달되고, 배기 밸브(4)가 압하됨으로써 배기 밸브(4)는 제 1 배기캠(18)에 의해 규정되는 통상 모드에 대응하는 개/폐 타이밍 및 밸브 리프트량으로 구동된다. 또한, 흡기 밸브(5)의 밸브 스템단에는 흡기용 로커 암(16)(도 1)으로부터의 변위가 전달됨으로써 흡기 밸브(5)는 흡기용 캠(15)에 의해 규정되는 통상 모드에 대응하는 개/폐 타이밍 및 밸브 리프트량으로 구동된다.
통상 모드에서는 상기와 같이 배기 밸브(4) 및 흡기 밸브(5)를 구동함으로써 배기 밸브(4) 및 흡기 밸브(5)는, 예컨대, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 피스톤(46)의 상사점(TDC) 부근에서 일부가 오버랩하는 타이밍에서 개/폐된다.
한편, EGR을 행할 필요가 있을 때에는 오일 컨트롤 밸브(53)를 개방함으로써 엔진오일이 로커 샤프트(22)의 내부 경로(51)를 통해 격납실(44)의 하부로 공급되고, 피스톤(46)을 압상시킨다. 그 결과, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 창부(45) 내에 피스톤(46)의 외주부분이 위치하게 된다.
이 상태에서는 제 2 배기 캠(19)의 접촉점이 베이스 원(base circle)을 초과하는 윤곽 프로파일 부분에 인입된 시점에서 제 2 로커 암(25)이 회동하고, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 제 2 로커 암(25)의 포킹부(65)가 피스톤(46)의 외주부분으로 포킹함으로써 제 2 로커 암(25)의 포킹부(65)로부터 피스톤(46)의 외주부분을 통해서 피스톤(46)을 압하하는 방향의 힘이 제 1 로커 암(24)에 전달된다. 이 힘은 제 1 로커 암(24)의 회동방향과 같은 방향이므로 이 힘으로 제 1 로커 암(24)이 회동되고, 이 동작이 밸브 스템(6)의 상단에 전달되고, 배기 밸브(4)가 압하된 다.
EGR 모드용 제 2 배기캠(19)은 통상 모드용 제 1 배기캠(18)으로부터 θ°지연되어 흡기 행정도중에 배기 밸브(4)를 개방하도록 설계되어 있으므로, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 배기 밸브(4)는 배기 행정에 있어서 "배기-1"과 같이 개방된 후(1회째), 이에 연속하는 흡기 행정에 있어서 흡기 밸브(5)가 개방되어 있는 중에 "배기-2"와 같이 개방된다(2회째).
이상과 같이, 상기 배기 밸브 구동기구(20)를 이용함으로써 흡기 행정 도중에 배기 밸브(4)를 개방하는 타이밍을 배기 행정으로부터 독립적으로 자유롭게 설정할 수 있게 된다. 이 때문에, 종래와 같이 오버랩 기간을 설정하여 EGR 량을 확보하는 방법과 비교해 제약이 작아지고, 충분한 EGR 량을 확보할 수 있다. 즉, 흡기 행정 도중에 배기 밸브(4)를 개방함으로써, 도 12의 "배기-2"의 사선부분으로 도시되어 있는 바와 같이, 다량의 배기가스를 흡입 공기중에 혼입시킬 수 있다. 게다가 도 12로부터 알 수 있듯이, 오버랩 기간중에 확보되는 EGR량에 비해 많은 EGR량을 확보할 수 있으므로 내부 EGR의 효과를 현저히 높일 수 있고, 배기 가스 조성의 개선, 더욱이 촉매의 조기 활성화를 도모할 수 있다. 물론, 도 12와 같이 오버랩과 겸용하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 흡기 행정중에 흡기 밸브(5)의 밸브 리프트량이 최대로 되는 시점 근방에서 배기 밸브(4)를 개방한다. 이와 같이 하면, 미리 규정되어 있는 흡기 행정의 범위내에서 큰 밸브리프트량을 확보하면서 배기 밸브(4)를 개/폐할 수 있어, 한층 다량의 EGR이 확보가능하다.
이 예에서는 배기 밸브 구동기구(20)에 통상 모드용 제 1 배기캠(18)과 EGR모드용 제 2 배기캠(19)을 병용하는 구조를 채용하고 있으므로 간단하게 흡기 행정의 도중에 배기 밸브(4)를 개/폐시킬 수 있다.
(실시예 2)
도 13 ~ 도 15에 본 발명의 제 2 실시형태를 나타낸다. 본 실시형태에서는 내부 EGR의 효과를 더 높이기 위해 흡기 행정 도중에 배기 밸브(4)를 개방할 수 있게 하는 배기 밸브 구동기구(20)에 추가로 흡기 행정에서의 흡기 밸브(5)의 밸브 리프트량을 변경가능하게 하는 흡기 밸브 구동기구(70)가 설치되어 있다. 이 흡기 밸브 구동기구(70)를 이용하여 EGR 모드일 때에 흡기 밸브(5)의 밸브 리프트량이 통상 모드에서의 밸브 리프트량보다 작아 지도록 제어된다.
구체적으로는, 제 1 실시형태에 도시한 모드 선택 기구(40)와 마찬가지의 구조를 구비한 모드 선택 기구(40a)를, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 흡기용 캠샤프트(14)와 흡기 측의 로커 샤프트(71)에 조합된다.
또한, 이 모드 선택기구(40a)의 각 부분은 먼저 도시한 모드 선택기구(40)의 각 부분과 기본적으로 같으므로 각 부의 설명은 생략한다. 도 13 내의 각부재에 대해서는 먼저 도시한 모드 선택기구(40)의 각부재와 구별하기 위해 말미에 "a"를 부가한 동일 부호가 첨부되어 있다.
이 모드 선택기구(40a)와 모드 선택기구(40) 사이의 상위점은 제 2 로커 암(25a)이 통상 모드일 때에 흡기 밸브에 (통상의) 밸브 리프트량을 전달하기 위해 사용되고, 제 1 로커 암(24a)이 EGR 모드일때에 흡기 밸브에 상대적으로 작은 밸브 리프트량을 전달하기 위해 사용되게 된다. 이에 대응하여, 제2 로커 암(25a)과 접촉하는 캠 샤프트(14)상의 제 2 흡기 캠(72)은, 도 14a에 도시된 바와 같이, 통상 모드일 때의 밸브 리프트량을 규정하는 윤곽 프로파일을 가진다. 제 1 로커 암(24a)과 접촉하는 캠 샤프트(14)상의 제 1 흡기 캠(73)은, 도 14b에 도시된 바와 같이, EGR 모드일 때의 상대적으로 작은 밸브 리프트량을 규정하는 윤곽 프로파일을 가진다. 또한, EGR 모드일 때에 제 1 흡기캠(73)에 의해 흡기 밸브(5)에 부여되는 밸브 리프트량은 EGR 모드일 때에 제 2 배기캠(19)(도 2b)에 의해 배기 밸브(4)에 부여되는 밸브 리프트량보다 크다.
이와 같은 모드 선택기구(40)를 구비한 흡기 밸브 구동기구(70)를 사용함으로써 통상 모드일 때에는 제 2 로커 암(25a)이 제 1 로커 암(24a)에 결합되고, 제 2 흡기캠(72)의 변위가 제 2 로커 암(25a) 및 제 1 로커 암(24a)을 통해 흡기 밸브(5)(도 1)의 상단에 전달되고, 흡기 밸브(5)가 구동된다. 또한, 이경우 제 1 흡기캠(73)의 변위가 제 2 흡기캠(72)의 변위보다 작고 또한 양자의 위상이 일치하고 있으므로 제 1 흡기 캠(73)의 변위는 제 1 로커 암(24a)으로 전달되지 않는다. 이에 대해서, EGR모드일때에는 제 2 로커 암(25a)이 제 1 로커 암(24a)으로부터 분리되고, 제 1 흡기캠(73)의 변위만이 제 1 로커 암(24a)을 통해서 흡기 밸브(5)의 상단에 전달되고, 흡기 밸브(5)가 구동된다.
이상과 같이, 흡기 밸브 구동기구(70)를 배기 밸브 구동기구(20)와 함께 사용함으로써 EGR모드일 때에, 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 흡기 행정에서의 공기 흡기량이 억제된다. 이에 따라서, EGR율이 높고, 내부 EGR을 보다 높은 효과 로 실현할 수 있다. 이와 같은 양자의 기구 병용은 특히, 조급한 촉매의 활성화가 요구되는 디젤엔진의 공기 과잉율이 큰 아이들운전시나 저부하 운전시에 배기 온도를 증대시킨 경우에 유효하다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경을 할 수 있다. 예컨대, 상술한 실시형태에서는 본 발명을 디젤엔진에 적용한 예를 들었으나 이에 한정되지 않고, 가솔린 엔진등의 타 엔진에 본발명을 적용하여도 좋다. 또한, 상술한 실시형태에서는 제 1 로커 암(24)(24a)과 제 2 로커 암(25)(25a)의 결합 및 분리를 위해 포킹식의 가변 전달기구를 채용하였으나 이에 한정되지 았고, 타 구조나 수단을 채용한 배기 밸브 구동기구 및 흡기 밸브 구동기구로 EGR 모드시에 흡기 행정 도중에 배기밸브를 개방시키거나 흡기 밸브를 저 밸브 리프트량으로 개방시켜도 좋다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 내연기관의 밸브구동장치에 의하면 내부 EGR의 효과를 높일 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 배기 행정에서 배기 밸브를 개방하는 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 제 1 배기 캠과, 흡기 행정 도중에 상기 배기 밸브를 개방하는 타이밍 및 밸브 리프트량을 규정하는 제 2 배기 캠, 및 통상 모드시에 상기 제 1 배기 캠의 변위를 상기 배기 밸브에 전달하고, EGR 모드시에 상기 제 1 배기 캠의 변위에 추가적으로 상기 제 2 배기 캠의 변위를 상기 배기 밸브에 전달하는 모드 선택 기구를 포함하여, 상기 배기 밸브의 개/폐 타이밍의 변경이 가능한 배기 밸브 구동기구, 및
    EGR 모드시 흡기 행정 도중에, 배기 행정시에 상기 제 1 배기 캠에 의한 상기 배기밸브의 개방과는 별도로, 상기 제 2 배기 캠에 의해 상기 배기밸브가 개방되도록 상기 배기 밸브 구동기구를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 배기 캠이 흡기 행정중에 흡기 밸브의 밸브 리프트량이 최대로 되는 시점 근방에서 상기 배기 밸브를 개방하도록 상기 제 2 배기 캠의 정상부는 상기 제 1 배기 캠의 정상부로부터 θ°지연 측으로 시프트한 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 구동장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    EGR 모드시에 흡기 행정에서의 상기 흡기 밸브의 밸브 리프트량을 통상 모드시의 밸브 리프트량보다도 작은 값으로 설정하는 흡기 밸브 구동기구를 더 포함하며;
    상기 제어장치는 EGR 모드시에 상기 흡기 밸브의 밸브 리프트량이 상기 통상 모드시의 밸브 리프트량보다도 작도록 상기 흡기 밸브 구동기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 밸브 구동장치.
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