KR101288649B1 - 상이한 캠 프로파일을 가진 슬라이딩 부품을 구비한 캠샤프트 - Google Patents

상이한 캠 프로파일을 가진 슬라이딩 부품을 구비한 캠샤프트 Download PDF

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Abstract

회전 구동 가능한 기본 캠샤프트(2)와, 상기 기본 캠샤프트(2)에 장착되어 기본 캠샤프트의 종방향으로 변위될 수 있고, 상이한 캠 프로파일을 가진 2개 이상의 캠(8, 9)을 구비한 하나 이상의 캠 팩(7)을 포함하는 하나 이상의 슬라이딩 부품(5)과, 하나 이상의 슬라이딩 부품(5)을 캠들(8, 9)의 상이한 시프팅 위치로 변위시키는 시프트 게이트(14)를 포함하는 시프팅 장치를 구비한 캠샤프트(1)에 관한 것이다. 이러한 유형의 캠샤프트에서 시프팅 장치는, 슬롯형 가이드 트랙(16)을 가진 시프트 게이트(14)를 구비하며 기본 캠샤프트(2)의 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 시프팅 샤프트(13)와, 슬라이딩 부품(5)과 연결되며 슬롯형 가이드 트랙(16)과 맞물리는 슬롯형 가이드 핀(11)을 포함한다. 캠샤프트의 제1 기본 설계에 따르면, 슬롯형 가이드 트랙(16)은 무한궤도형이고, 슬라이딩 부품(5)의 순방향 및 역방향 시프팅은 시프팅 샤프트(13)의 동일한 회전 방향에서 실시된다. 캠샤프트의 제2 기본 설계에 따르면, 시프팅 샤프트(13)는 기본 캠샤프트(2) 내에 배치되고, 기본 캠샤프트(2)의 벽에는 슬롯형 가이드 핀(11)이 관통하는 개구(12)가 형성된다. 이러한 유형의 캠샤프트는, 구조상 간단한 형상을 가지며 부품 수가 적은 캠샤프트에서 상이한 캠 프로파일을 가진 슬라이딩 부품의 순방향 및 역방향 시프팅을 가능하게 한다.

Description

상이한 캠 프로파일을 가진 슬라이딩 부품을 구비한 캠샤프트{CAMSHAFT HAVING A SLIDING PIECE WHICH HAS DIFFERENT CAM PROFILES}
본 발명은, 회전 구동 가능한 기본 캠샤프트, 상기 기본 캠샤프트에 장착되어 기본 캠샤프트의 종방향으로 변위될 수 있고, 상이한 캠 프로파일을 가진 2개 이상의 캠을 구비한 하나 이상의 캠 팩을 포함하는 하나 이상의 슬라이딩 부품, 및 하나 이상의 슬라이딩 부품을 캠 프로파일의 상이한 시프팅 위치로 변위시키는 시프팅 장치를 구비한 캠샤프트에 관한 것이다.
이러한 유형의 캠샤프트는 내연기관의 실린더 헤드에서 사용된다. 가스 교환을 초래하는 각각의 밸브, 즉 유입 밸브와 유출 밸브는 상이한 캠 프로파일을 가진 복수의 캠(예컨대, 2개 또는 3개의 캠)을 구비한 캠 팩에 배정된다. 캠 프로파일들은 동일한 기초원 반경(basic circle radius)을 갖는데, 이때 캠들은 연소 모드 및 엔진 제동 모드와 같은 다양한 작동 모드에 대해, 그리고 낮은 회전속도 범위와 높은 회전속도 범위에 대해 각각 상이하게 구성된다. 작동 모드에 따라, 캠 팩의 캠은 슬라이딩 부품의 변위에 의해 상기 캠 팩에 배정된 가스 교환 밸브와 작용 연결된다.
도입부에 언급된 유형의 캠샤프트가 DE 10 2008 005 639 A1호에 공지되어 있다. 상기 문서에는 기본 캠샤프트에서 변위될 수 있는 2개의 슬라이딩 부품을 구비한 캠샤프트가 이에 개시되어 있다. 슬라이딩 부품 각각은 복수의 캠 팩을 포함하고, 각각의 캠 팩은 상이한 캠 프로파일을 가진 2개의 캠을 구비한다. 제1 시프팅 위치에서 제2 시프팅 위치로 또는 그 역으로 슬라이딩 부품을 변위시키는 데 구동 장치가 사용된다. 슬라이딩 부품의 축방향 변위는 2개의 슬롯형 가이드 트랙을 가진 시프트 게이트의 시프트 경로에 의해 정의된다. 시프트 경로는 캠 쌍의 두 캠의 평균 간격에 상응한다. 구동 장치는 시프트 게이트의 슬롯형 가이드 트랙들과 맞물릴 수 있는 2개의 구동 핀을 구비하고, 그 결과로 슬라이딩 부품이 기본 캠샤프트의 회전에 의해 축방향으로 변위된다. 제1 시프팅 위치에서 시작하여, 먼저 하나의 슬라이딩 부품이 제2 시프팅 위치로 변위된다. 이 슬라이딩 부품의 변위 후에, 다른 슬라이딩 부품이 제1 시프팅 위치에서 제2 시프팅 위치로 변위된다. 이러한 캠샤프트에 있어서, 시프트 게이트는 캠샤프트의 축방향 연장부와 관련하여 슬라이딩 부품의 옆에 배치된다. 그러므로 캠샤프트는 비교적 긴 축방향 길이를 가진다.
본 발명의 과제는, 구조상 간단하고 콤팩트한 형상을 가지며 부품 수가 적은 캠샤프트에서 상이한 캠 프로파일을 가진 슬라이딩 부품의 순방향 및 역방향 시프팅이 가능하도록, 도입부에 언급된 유형의 캠샤프트를 개선하는 것이다.
상기 과제는 도입부에 언급된 유형의 캠샤프트에서 제1 해결방안에 따라, 시프팅 장치가, 슬롯형 가이드 트랙을 가진 시프트 게이트를 구비하며 기본 캠샤프트의 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 시프팅 샤프트와, 슬라이딩 부품과 연결되며 슬롯형 가이드 트랙과 맞물리는 슬롯형 가이드 핀을 포함하고, 슬롯형 가이드 트랙은 무한궤도형(endless)이며, 슬라이딩 부품의 순방향 및 역방향 시프팅은 시프팅 샤프트의 동일한 회전 방향에서 실시됨으로써 해결된다.
그러므로 본 발명에 따른 캠샤프트는 슬라이딩 부품마다 시프팅 샤프트의 시프트 게이트 내에 단지 하나의 슬롯형 가이드 트랙만을 필요로 하고, 상기 슬롯형 가이드 트랙 내에 슬라이딩 부품과 연결된 슬롯형 가이드 핀이 맞물린다. 슬롯형 가이드 트랙은 무한궤도형이므로, 슬라이딩 부품의 순방향 및 역방향 시프팅이 시프팅 샤프트의 동일한 회전 방향에서 실시될 수 있다. 초기 각도 위치에서 시작하여, 시프팅 샤프트가 소정 각도만큼 회전하면, 슬라이딩 부품이 초기 위치에서 새로운 위치로 변위되고, 그로 인해 순방향 시프팅이 야기된다. 시프팅 샤프트가 소정 각도만큼 더 회전하면, 슬라이딩 부품은 이 위치에서 유지된다. 시프팅 샤프트가 소정 각도만큼 한번 더 회전하면, 슬롯형 가이드 트랙은 역방향 시프팅 방향으로 기본 캠샤프트에 대한 슬라이딩 부품의 반대 이동을 초래하고, 시프팅 샤프트가 소정 각도만큼 더 회전하면, 슬라이딩 부품은 이 위치에서 유지된다. 시프팅 샤프트의 완전한 회전, 다시 말하면 360°회전이 이루어진 경우, 슬라이딩 부품의 순방향 및 역방향 시프팅이 전술한 순서로 다시 시작된다.
상기 과제는 도입부에 언급된 유형의 캠샤프트에서 제2 해결방안에 따라, 시프팅 장치가, 슬롯형 가이드 트랙을 가진 시프트 게이트를 구비하며 기본 캠샤프트의 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 시프팅 샤프트와, 슬라이딩 부품과 연결되며 슬롯형 가이드 트랙과 맞물리는 슬롯형 가이드 핀을 포함하고, 시프팅 샤프트는 기본 캠샤프트 내에 배치되며, 기본 캠샤프트의 벽에는 슬롯형 가이드 핀이 관통하는 개구가 형성됨으로써 해결된다.
그럼으로써 기본 캠샤프트는 시프팅 샤프트를 둘러싼다. 이러한 설계에서는, 바깥쪽 기본 캠샤프트가 그 종방향으로 변위될 수 있는 하나 이상의 슬라이딩 부품을 수용하고, 중앙에, 즉 기본 캠샤프트 내부에 배치된 시프팅 샤프트에 의해 슬라이딩 부품의 변위가 발생할 수 있기 때문에 간단한 구성이 가능하다. 이러한 설계에서, 기본 캠샤프트의 벽에는 슬롯형 가이드 핀이 관통하는 개구가 형성된다. 슬라이딩 부품의 순방향 및 역방향 시프팅 시, 슬라이딩 부품 및 그에 따른 슬롯형 가이드 핀은 기본 캠샤프트의 축방향으로만 이동하므로, 상기 개구는 바람직하게 기본 캠샤프트의 축방향으로 연장되는 슬롯으로 형성된다.
본 발명에 따른 제1 해결방안의 일 양상에 따르면, 시프팅 샤프트는 기본 캠샤프트 내에 배치되고, 기본 캠샤프트의 벽에는 슬롯형 가이드 핀이 관통하는 개구가 형성된다. 제2 해결방안의 일 양상에 따르면, 슬롯형 가이드 트랙은 무한궤도형이고, 슬라이딩 부품의 순방향 및 역방향 시프팅은 시프팅 샤프트의 동일한 회전 방향에서 실시된다.
본 발명에 따른 캠샤프트는 단기통 엔진 및 다기통 엔진용으로 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 캠샤프트에 배정된 각각의 실린더마다 하나의 슬라이딩 부품이 구비된다. 특히, 각각의 슬라이딩 부품은 각각의 실린더의 2개의 유입 밸브 또는 2개의 유출 밸브를 위한 2개의 캠 팩을 포함한다. 각각의 캠 팩은 특히 상이한 캠 프로파일을 가진 2개 또는 3개의 캠을 구비한다. 각각의 캠 팩의 캠들은 특히 윤곽(contour) 및/또는 양정과 관련하여 상이한 캠 프로파일을 가지도록 설계된다.
각각의 슬라이딩 부품의 영역에서, 기본 캠샤프트의 외경에는 스플라인 톱니 시스템이 구비되고, 슬라이딩 부품의 내경에는 대응하는 스플라인 톱니 시스템이 구비된다면, 기본 캠샤프트에서 각각의 슬라이딩 부품의 구조상 특히 간단한 설계 및 장착이 구현된다. 스플라인 톱니 시스템으로 인해, 슬라이딩 부품은 기본 캠샤프트 상에서 축방향으로 변위될 수 있지만, 기본 캠샤프트에 대해 회전할 수는 없다.
시프팅 샤프트가 이를 회전시키는 조절부를 위한 단부측 수용부를 구비한다면 유리할 것으로 여겨진다. 내연기관의 제어에 의해 개시된 펄스로 인해, 조절 메커니즘 또는 구동 시스템은 각각의 캠 또는 캠 팩의 기초원 위상 동안 시프팅 샤프트를 소정 각도만큼 기본 캠샤프트의 회전 방향으로 또는 그 반대 방향으로 회전시켜 시프팅 과정을 개시하고, 이러한 시프팅 과정을 통해 슬라이딩 부품은 기본 캠샤프트에 대해 그 축방향으로 이동한다.
슬롯형 가이드 핀과의 상호작용으로 슬라이딩 부품의 축방향 변위를 야기하는 각각의 슬롯형 가이드 트랙은, 시프팅 샤프트의 회전축에 대해 실질적으로 수직으로 배치된 평면에 위치하는, 실질적으로 평행한 2개의 제1 슬롯형 가이드 섹션, 및 상기 슬롯형 가이드 섹션들을 연결하며 시프팅을 야기하는 2개의 제2 슬롯형 가이드 섹션으로 이루어지도록 설계된다. 이러한 4개의 슬롯형 가이드 섹션으로 인해, 구조상 매우 간단한 설계로 슬라이딩 부품 및 그에 따른 캠 팩의 캠들의 순방향 및 역방향 시프팅이 가능하다.
하나의 제2 슬롯형 가이드 섹션은 바람직하게 시프팅 샤프트의 0°내지 45°의 상대회전각 범위에 배정되고, 다른 제2 슬롯형 가이드 섹션은 시프팅 샤프트의 180°내지 225°의 상대회전각 범위에 배정된다. 여기서, 상대회전각 범위의 지정이 선택된 이유는, 다기통 엔진(예컨대, 4기통 엔진)에서 일 실린더의 하나의 제2 슬롯형 가이드 섹션 및 다른 제2 슬롯형 가이드 섹션이 타 실린더들과 상이한 각도에 배정되지만, 그럼에도 각각의 다른 실린더에서는 시프팅 샤프트의 다른 초기 각도와 관련하여 0°내지 45°및 180°내지 225°의 회전각 범위가 배정되기 때문이다. 상이한 기통수를 가진 엔진의 경우, 상이한 시프팅 각도가 얻어지며, 예컨대, 2기통 엔진의 경우 상대회전각 범위가 90°이고, 3기통 엔진의 경우 상대회전각 범위가 60°이다.
특히, 4기통 직렬 엔진용 캠샤프트의 경우, 슬라이딩 부품의 시프트 게이트의 슬롯형 가이드 트랙은 시프팅 샤프트에 대해 상대회전식으로 배치되고, 그에 따라 4개의 슬라이딩 부품의 변위는 실린더 1-실린더 3-실린더 4-실린더 2의 점화 순서로 실시된다. 예컨대, 실린더 1-실린더 2-실린더 3-실린더 4와 같은 상이한 점화 순서도 가능하다.
그러므로 본 발명은 각각의 시프트 게이트의 동일한 슬롯형 가이드 트랙을 통해 순방향 및 역방향 시프팅이 가능한 캠샤프트를 제안한다. 각각의 시프트 게이트는 캠샤프트의 내부에 위치한다. 각각의 슬롯형 가이드 트랙의 슬롯형 가이드 섹션들의 소정의 배치를 통해, 점화 순서에 따른 실린더 선택형 시프팅이 가능하다. 시프팅 과정 중에, 시프팅 샤프트는 기본 캠샤프트에 대해 일 방향으로만 회전한다. 각각의 시프트 게이트의 설계로 인해, 무한 시프팅이 가능하다. 다시 말하면, 순방향 시프팅이 실시되느냐 아니면 역방향 시프팅이 실시되느냐의 여부와 관계없이, 시프팅 샤프트는 항상 일 방향, 즉 시프팅 방향으로 회전한다. 슬롯형 가이드 트랙의 구성에 따라, 시프팅 과정의 시작점과 종료점은 기본 캠샤프트의 위치와 관련하여 가변적이다. 본 발명에 따른 캠샤프트는 단기통 엔진 및 다기통 엔진용으로 사용될 수 있다. 캠샤프트는 슬라이딩 부품들에 의해 또는 슬라이딩 부품들 간의 지지점들에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 다른 특징들은 종속항, 첨부 도면, 및 도면에 도시된 바람직한 실시예의 설명에 제시되나, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 캠샤프트의 3차원 도면이다.
도 2는 도시된 캠샤프트를 형성하는 부품들의 3차원 도면이다.
도 3은 캠샤프트의 일부 영역을 통한 캠샤프트의 종방향 단면도이다.
도 4는 도 5의 IV-IV 라인을 따른 캠샤프트의 단면도이다.
도 5는 도 4의 V-V 라인을 따른 캠샤프트의 단면도이다.
도 6은 4기통 직렬 엔진의 경우에 캠샤프트의 슬라이딩 부품들의 다양한 시프팅 위치와 관련하여 캠샤프트를 도시한 도면이다.
도 7은 실린더 1-실린더 3-실린더 4-실린더 2의 점화 순서 동안 4기통 직렬 엔진의 실린더의 계통도이다.
후술하는 설명은 먼저 도 1 내지 도 5의 도시, 특히 도 2의 도시에 관한 것이다.
4기통 직렬 엔진으로 구성된 내연기관용 캠샤프트(1)가 도시되어 있다. 캠샤프트(1)는 유입 밸브의 운동을 제어하는 역할을 하고, 내연기관의 각각의 실린더는 2개의 유입 밸브를 구비한다. 대신, 캠샤프트는 또한 내연기관의 유출 밸브를 제어하도록 구비될 수 있음은 물론이다.
캠샤프트(1)는 기본 캠샤프트(2)를 구비하며, 기본 캠샤프트(2)의 일 단부 영역에는 캠샤프트 구동부(3)가 형성된다. 캠샤프트 구동부(3)는 내연기관의 크랭크샤프트를 둘러싼 체인 또는 벨트에 의해 구동되고, 엔진이 작동하는 동안 기본 캠샤프트(2)는 크랭크샤프트의 회전 속도의 절반으로 회전한다. 내연기관의 4개의 실린더의 배치에 상응하게, 기본 캠샤프트(2)는 예컨대 4개의 스플라인 톱니 시스템(4)을 구비하며, 이들은 기본 캠샤프트(2)의 종방향으로 서로 이격되어 배치된다. 외경에 구비된 이러한 스플라인 톱니 시스템들(4)은 슬라이딩 부품들(5), 즉 내경에 스플라인 톱니 시스템(6)이 구비된 4개의 슬라이딩 부품들(5)을 수용하는 역할을 한다. 슬라이딩 부품(5) 각각은 동일한 구성으로 이루어지고 각각의 경우 2개의 캠 팩(7)을 구비하며, 각각의 캠 팩은 캠 쌍으로 구성된다. 그러므로 각각의 캠 쌍은 2개의 캠(8, 9)으로 이루어진다. 2개의 캠(8, 9)은 외형 및/또는 양정과 관련하여 상이한 캠 프로파일을 가진다. 각각의 슬라이딩 부품(5)은 캠(8 또는 9)의 기초원 내에 슬롯형 가이드 핀(11)을 위한 수용공(10)을 가진다. 구체적으로 설명하면, 각각의 슬라이딩 부품(5)의 캠들(9) 중 하나에는 슬롯형 가이드 핀(11)이 삽입되는 수용공(10)이 구비되고, 슬롯형 가이드 핀(11)은 슬라이딩 부품(5)의 스플라인 톱니 시스템(6)을 지나 반경방향 내측으로 돌출된다. 슬롯형 가이드 핀(11)은 슬라이딩 부품(5)에 고정 연결된다.
스플라인 톱니 시스템들(4, 6)로 인해, 슬라이딩 부품(5)은 기본 캠샤프트(2)의 축방향으로 변위될 수 있지만, 기본 캠샤프트(2)에 대해 회전할 수는 없다. 4개의 외부 스플라인 톱니 시스템(4) 각각의 영역에서, 기본 캠샤프트(2)에는 슬롯들(12)이 구비되며, 이 슬롯들은 기본 캠샤프트(2)의 축방향으로 연장된다. 슬롯(12)을 가진 스플라인 톱니 시스템(4)에 배정된 슬라이딩 부품(5)의 슬롯형 가이드 핀(11)은 각각의 슬롯(12)을 관통한다. 따라서, 슬롯(12)을 관통하는 슬롯형 가이드 핀(11)과 관계없이, 슬라이딩 부품(5)은 슬롯(12)의 종방향 연장부에 상응하게 기본 캠샤프트(2)의 종방향 연장부 내에서 기본 캠샤프트에 대해 축방향으로 변위될 수 있다.
기본 캠샤프트(2)에는 동축 관통홀이 구비된다. 4개의 시프트 게이트(14) 및 구동 시스템용 단부측 수용부(15)를 구비한 시프팅 샤프트(13)가 실질적으로 상기 홀의 전장에 걸쳐 기본 캠샤프트(2)를 관통한다.
시프팅 샤프트(13)의 종방향 연장부와 관련하여, 시프트 게이트들(14)이 서로 이격되어 배치된다. 각각의 시프트 게이트는 완전한 원 상에서 연장되는 무한 슬롯형 가이드 트랙(16)을 가진다. 4개의 슬라이딩 부품(5)과 연결된 4개의 슬롯형 가이드 핀(11)이 4개의 시프트 게이트(14)의 4개의 슬롯형 가이드 트랙(16)과 맞물린다. 구동 시스템 및 그와 더불어 시프팅 샤프트(13)의 수용부를 통해 시프팅 샤프트(13)에 회전 운동이 도입되면, 시프트 게이트(14)와 슬롯형 가이드 핀(11)의 형상결합식 연결(positively locking connection)로 인해, 시프팅 샤프트(13)가 동일한 회전 방향으로 회전하는 경우 슬라이딩 부품들(5)은 캠샤프트(1)의 축방향으로 전후 이동하고, 그로 인해 슬라이딩 부품(5) 및 그와 더불어 캠(8, 9)의 순방향 및 역방향 시프팅 방향으로 이동한다. 여기서, 슬라이딩 부품(5)과 고정 연결된 슬롯형 가이드 핀(11)은 시프트 게이트(14)의 슬롯형 가이드 트랙(16) 내에서 슬라이딩한다.
후술하는 내용에서는, 특히 도 6 및 도 7을 이용하여, 내연기관의 실린더들의 실린더 1-실린더 3-실린더 4-실린더 2의 점화 순서에 대한 계통도를 통해, 4기통 직렬 엔진에서의 본 발명에 따른 캠샤프트의 작동 방법을 설명할 것이다.
엔진이 작동하는 동안, 기본 캠샤프트(2)는 상기 기본 캠샤프트 상에 배치된 슬라이딩 부품들(5) 및 내부에 배치된 시프팅 샤프트(13)와 함께 크랭크샤프트의 회전 속도의 절반으로 회전한다. 슬라이딩 부품들(5)은 예컨대 시프팅 위치(A)에 위치한다. 기본 캠샤프트(2)의 회전 운동에 대해, 시프팅 샤프트(13)는 시프팅 과정 이외의 시점에는 정지점(rest point)에 위치한다. 엔진 제어기에 의해 개시된 펄스로 인해, 구동 시스템은 소정 각도만큼 기본 캠샤프트(2)의 회전 방향으로 또는 그 반대 방향으로 기초원 위상 동안 수용부(15)를 통해 시프팅 샤프트(13)를 회전시켜 "실린더 1"에 대한 시프팅 과정을 개시한다. 시프팅 샤프트(13)의 회전 및 시프트 게이트(14)의 슬롯형 가이드 트랙(16)의 환형 설계와 배치로 인해, 회전 운동이 축방향 운동으로 변환되고, 이 축방향 운동은 "실린더 1"을 위한 슬라이딩 부품(5)을 제1 캠 프로파일, 예컨대 캠(8)에 상응하는 위치(A)로부터 제2 캠 프로파일, 이 경우 캠(9)에 상응하는 위치(B)로 변위시킨다. 시프팅은 캠들의 기초원 내에서 발생한다. 상기 과정이 3회 반복됨으로써, 시프팅 샤프트(13)의 4회의 회전 운동의 종료 시에 모든 슬라이딩 부품(5)이 위치(A)에서 위치(B)로 이동된다. 실린더 1~4를 위한 슬롯형 가이드 트랙들(16)을 가진 시프트 게이트들(14)의 설계와 배치는 실린더들이 점화 순서로 개별적으로 위치(A)에서 위치(B)로 변위될 수 있게 한다. 변위 경로는 슬롯형 가이드 트랙(16)의 설계에 의해서만 결정된다. 실린더들의 역방향 시프팅은 앞서 설명한 계통도에 따라 (점화 순서로) 실시된다. 시프팅 샤프트(13)가 시계방향 또는 그 반대 방향으로 4번 더 회전함에 따라, 슬라이딩 부품들(5)이 다시 개별적으로 점화 순서로 초기 위치로 복귀한다. 역방향 시프팅 과정 중에 시프팅 샤프트(13)가 4회 회전하면, 슬라이딩 부품들(5)과 시프팅 샤프트(13)는 다시 초기 위치[시프팅 위치(A)]에 위치한다.
이러한 상이한 시프팅 위치들은 도 6에 보다 상세히 도시되며, 도 6에 도시된 상태들(a~e)과 관련하여 이하에 설명될 것이다.
도 6에는 도면(a~e) 외에도 시프팅 샤프트의 위치들은 점으로 표시되며, 슬라이딩 부품들을 구비한 기본 캠샤프트의 위치는 원으로 표시된다.
(a) 초기 위치[예컨대, 시프팅 위치(A)]
기본 캠샤프트(2)와 시프팅 샤프트(13)는 초기 위치에 위치한다. 실린더 1을 구비한 기본 캠샤프트의 위치는 "12시 위치(0°/360°)"이다. 모든 슬라이딩 부품이 시프팅 위치(A)에 있다.
(b) 실린더 1의 시프팅
시프팅 샤프트는 반시계방향으로 45°회전한다. 실린더 1을 구비한 기본 캠샤프트의 위치는 "9시 위치(90°)"이다. 실린더 1을 위한 슬라이딩 부품은 시프팅 위치(B)에 있고, 실린더 2~4를 위한 슬라이딩 부품들은 시프팅 위치(A)에 있다.
(c) 실린더 1, 3의 시프팅
시프팅 샤프트는 반시계방향으로 90°회전한다. 실린더 1을 구비한 기본 캠샤프트의 위치는 "6시 위치(180°)"이다. 실린더 1, 3을 위한 슬라이딩 부품들은 시프팅 위치(B)에 있고, 실린더 2, 4를 위한 슬라이딩 부품들은 시프팅 위치(A)에 있다.
(d) 실린더 1, 3, 4의 시프팅
시프팅 샤프트는 반시계방향으로 135°회전한다. 실린더 1을 구비한 기본 캠샤프트의 위치는 "3시 위치(270°)"이다. 실린더 1, 3, 4를 위한 슬라이딩 부품들은 시프팅 위치(B)에 있고, 실린더 2를 위한 슬라이딩 부품은 시프팅 위치(A)에 있다.
(e) 모든 실린더의 시프팅 (종료 위치 "순방향 시프팅")
시프팅 샤프트는 반시계방향으로 180°회전한다. 실린더 1을 구비한 기본 캠샤프트의 위치는 "12시 위치(360°/0°)"이다. 모든 슬라이딩 부품이 시프팅 위치(B)에 있다. 시프팅 샤프트와 기본 캠샤프트는 종료 위치("순방향 시프팅")에 있다.
도 7에 도시된 1-3-4-2의 점화 순서에 대한 계통도에서는, 4개의 시프트 게이트(14)의 슬롯형 가이드 트랙(16)이 개별 실린더에 대한 전개도로 도시되어, 각각의 실린더에 배정된 캠 팩의 캠들(8, 9)의 상이한 순방향 시프팅 및 역방향 시프팅 시점을 보여준다. 각각의 슬롯형 가이드 트랙(16)이 2개의 실질적으로 평행한 제1 슬롯형 가이드 섹션(17)과, 상기 제1 슬롯형 가이드 섹션들(17)을 연결하며 시프팅을 야기하는 2개의 제2 슬롯형 가이드 섹션(18)으로 이루어짐을 상기 도면에서 알 수 있다. 제1 슬롯형 가이드 섹션들(17)은 시프팅 샤프트(13)의 회전축에 대해 실질적으로 수직으로 배치된 평면에 위치한다. 하나의 제2 슬롯형 가이드 섹션(18)은 시프팅 샤프트(13)의 0°내지 45°의 상대회전각 범위에 배정되고, 다른 제2 슬롯형 가이드 섹션(18)은 시프팅 샤프트(13)의 180°내지 225°의 상대회전각 범위에 배정된다. 원하는 점화 순서를 실행하기 위해 실린더들 사이의 이러한 상대 회전각 범위가 시계의 배향과 관련하여 변위된다는 점을 도 7의 도시에서 알 수 있다.
따라서, 캠샤프트의 이러한 설계는 동일한 슬롯형 가이드를 통한 순방향 및 역방향 시프팅을 가능하게 한다. 슬롯형 가이드 트랙의 구성은 점화 순서에 따른 실린더 선택형 시프팅을 가능하게 한다. 시프팅 과정에서 시프팅 샤프트는 (기본 캠샤프트에 대해) 일 방향으로만 회전한다. 슬롯형 가이드의 설계로 인해, 무한 시프팅이 가능하다. 그러므로 순방향 시프팅이 실시되느냐 아니면 역방향 시프팅이 실시되느냐와는 관계없이, 시프팅 샤프트는 항상 일 방향, 즉 시프팅 방향으로 회전한다. 기본 캠샤프트의 위치와 관련하여, 시프팅 과정의 시작점과 종료점은 슬롯형 가이드의 구성에 따라 가변적이다.
1: 캠샤프트
2: 기본 캠샤프트
3: 캠샤프트 구동부
4: 스플라인 톱니 시스템
5: 슬라이딩 부품
6: 스플라인 톱니 시스템
7: 캠 팩
8, 9: 캠
10: 수용공
11: 슬롯형 가이드 핀
12: 슬롯
13: 시프팅 샤프트
14: 시프트 게이트
15: 수용부/구동 시스템
16: 슬롯형 가이드 트랙
17: 슬롯형 가이드 섹션
18: 슬롯형 가이드 섹션

Claims (14)

  1. 회전 구동 가능한 기본 캠샤프트(2)와, 상기 기본 캠샤프트(2)에 장착되어 기본 캠샤프트의 종방향으로 변위될 수 있고, 상이한 캠 프로파일을 가진 2개 이상의 캠(8, 9)을 구비한 하나 이상의 캠 팩(7)을 포함하는 하나 이상의 슬라이딩 부품(5)과, 하나 이상의 슬라이딩 부품(5)을 캠들(8, 9)의 상이한 시프팅 위치로 변위시키는 시프트 게이트(14)를 포함하는 시프팅 장치를 구비한 캠샤프트(1)에 있어서,
    시프팅 장치는, 슬롯형 가이드 트랙(16)을 가진 시프트 게이트(14)를 구비하며 기본 캠샤프트(2)의 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 시프팅 샤프트(13)와, 슬라이딩 부품(5)과 연결되며 슬롯형 가이드 트랙(16)과 맞물리는 슬롯형 가이드 핀(11)을 포함하고, 슬롯형 가이드 트랙(16)은 무한궤도형이며, 슬라이딩 부품(5)의 순방향 및 역방향 시프팅은 시프팅 샤프트(13)의 동일한 회전 방향에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  2. 제1항에 있어서, 시프팅 샤프트(13)는 기본 캠샤프트(2) 내에 배치되고, 기본 캠샤프트(2)의 벽에는 슬롯형 가이드 핀(11)이 관통하는 개구(12)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  3. 회전 구동 가능한 기본 캠샤프트(2)와, 상기 기본 캠샤프트(2)에 장착되어 기본 캠샤프트의 종방향으로 변위될 수 있고, 상이한 캠 프로파일을 가진 2개 이상의 캠(8, 9)을 구비한 하나 이상의 캠 팩(7)을 포함하는 하나 이상의 슬라이딩 부품(5)과, 하나 이상의 슬라이딩 부품(5)을 캠들(8, 9)의 상이한 시프팅 위치로 변위시키는 시프트 게이트(14)를 포함하는 시프팅 장치를 구비한 캠샤프트(1)에 있어서,
    시프팅 장치는, 슬롯형 가이드 트랙(16)을 가진 시프트 게이트(14)를 구비하며 기본 캠샤프트(2)의 회전축을 중심으로 회전할 수 있는 시프팅 샤프트(13)와, 슬라이딩 부품(5)과 연결되며 슬롯형 가이드 트랙(16)과 맞물리는 슬롯형 가이드 핀(11)을 포함하고, 시프팅 샤프트(13)는 기본 캠샤프트(2) 내에 배치되며, 기본 캠샤프트(2)의 벽에는 슬롯형 가이드 핀(11)이 관통하는 개구(12)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  4. 제3항에 있어서, 슬롯형 가이드 트랙(16)은 무한궤도형이고, 슬라이딩 부품(5)의 순방향 및 역방향 시프팅은 시프팅 샤프트(13)의 동일한 회전 방향에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 개구(12)는 기본 캠샤프트(2)의 축방향으로 연장된 슬롯으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캠샤프트에 배정된 내연기관의 각각의 실린더마다 하나의 슬라이딩 부품(5)이 구비되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 슬라이딩 부품(5)은 2개의 캠 팩(7, 7)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 캠 팩(7)은 상이한 캠 프로파일을 가진 2개의 캠(8, 9)을 구비한 하나의 캠 쌍(8, 9)을 포함하거나, 상이한 프로파일을 가진 2개 이상의 캠을 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 캠 팩(7)의 캠들(8, 9)은 그들의 윤곽 또는 양정, 또는 이들 모두와 관련하여 상이한 캠 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 슬라이딩 부품(5)의 영역에서, 기본 캠샤프트(2)의 외경에는 스플라인 톱니 시스템(4)이 구비되고, 슬라이딩 부품(5)의 내경에는 대응하는 스플라인 톱니 시스템(6)이 구비되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 시프팅 샤프트(13)는 이를 회전시키는 조절부를 위한 단부측 수용부(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 슬롯형 가이드 트랙(16)은, 시프팅 샤프트(13)의 회전축에 대해 실질적으로 수직으로 배치된 평면에 위치하는 실질적으로 평행한 2개의 제1 슬롯형 가이드 섹션(17)과, 상기 슬롯형 가이드 섹션들(17)을 연결하며 시프팅을 야기하는 2개의 제2 슬롯형 가이드 섹션(18)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  13. 제12항에 있어서, 하나의 제2 슬롯형 가이드 섹션(18)은 시프팅 샤프트(13)의 0°내지 45°의 상대회전각 범위에 배정되고, 다른 제2 슬롯형 가이드 섹션(18)은 시프팅 샤프트(13)의 180°내지 225°의 상대회전각 범위에 배정되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 4기통 직렬 엔진용 캠샤프트(1)의 경우, 슬라이딩 부품(5)의 시프트 게이트(14)의 슬롯형 가이드 트랙(16)은 시프팅 샤프트(13)에 대해 상대회전식으로 배치되고, 그에 따라 4개의 슬라이딩 부품(5)의 변위는 실린더 1-실린더 3-실린더 4-실린더 2의 점화 순서로 실시되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트.
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