KR101378623B1

KR101378623B1 - 내연 기관 및 내연 기관용 밸브 구동 장치

Info

Publication number: KR101378623B1
Application number: KR1020120091749A
Authority: KR
Inventors: 디트마르 슈바르첸탈; 요아힘 그륀베르거
Original assignee: 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-03-26
Also published as: CN103016085A; US20130047944A1; DE102011052912B4; CA2781230C; CA2781230A1; KR20130023100A; DE102011052912A1; US8701610B2; CN103016085B

Abstract

본 발명은 실린더 헤드 및 실린더 헤드와 별도로 또는 실린더 헤드와 일체로 형성된 실린더 헤드 커버를 포함하는 내연 기관에 관한 것이며, 이때 가스 교환 밸브들을 작동시키기 위해 하나 이상의 회전가능하게 장착된 캠 샤프트(1)는 각각의 캠 샤프트(1) 상에서 축 방향으로 슬라이딩 가능한 하나 이상의 슬라이딩 캠(3)을 구비하고, 각각의 슬라이딩 캠(3)은 하나 이상의 링크 섹션(4)을 포함하고, 각각의 링크 섹션(4)의 외부 재킷면에는 하나 이상의 그루브(9a, 9b)가 형성되며, 각각의 슬라이딩 캠(3)을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위해 액츄에이터(7)가 제공되고, 각각의 캠 샤프트(1) 상에서의 축 방향 슬라이딩 후에 각각의 슬라이딩 캠(3)은 작동될 가스 교환 밸브에 대한 상대적인 축 방향 위치에서 록킹 장치(10)에 의해 랫칭(latching)가능하고, 록킹 장치(10)는 복수의 랫칭 홈(12)이 형성된 제1 랫칭부(11) 및 제1 랫칭부와 상호작용하는 하나 이상의 제2 랫칭부(13)를 포함한다. 슬라이딩 캠(3)을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위해, 상기 밸브 구동 장치는 제1 섹션(20)을 통해 각각의 링크 섹션(4)의 각각의 그루브와 맞물리고 제2 섹션(21)에서 액츄에이터(7)와 맞물리게 안착가능한 슬라이딩 편(19)을 포함한다.

Description

내연 기관 및 내연 기관용 밸브 구동 장치{INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VALVE DRIVE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 특허 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특허 청구항 9의 전제부에 따른 내연 기관용 밸브 구동 장치에 관한 것이다.

현대의 내연 기관들에는 연소실 내부의 차지(charge) 동작을 최적화하기 위한 다양한 밸브 구동 장치들이 이용되고 있다. 이와 더불어, 내연 기관의 가스 교환 밸브들에는 상이한 밸브 스트로크들(stroke)이 설정될 수 있다. DE 196 11 641 C1은 복수의 상이한 리프팅 커브로 가스 교환 밸브를 작동시킬 수 있도록 하는 내연 기관의 밸브 구동 장치를 개시하고 있다. 이를 위해, 캠 샤프트 상에는 복수의 캠 트랙을 가진 슬라이딩 캠이 회전 불가능하지만 축 방향 슬라이딩이 가능한 방식으로 장착되며, 슬라이딩 캠은, 캠의 축 방향 슬라이딩을 형성하도록, 액츄에이터의 작동부(핀으로 구현됨)와 맞물리는 리프팅 형상을 가진다. 캠의 축 방향 슬라이딩으로 각각의 밸브 스트로크가 설정된다.

DE 10 2008 060 166 A1에 개시된 밸브 구동 장치의 슬라이딩 캠은 캠 샤프트 상에 회전 불가능하지만 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착되며, 복수의 그루브가 형성된 링크 섹션을 가지고, 슬라이딩 캠을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위해 액츄에이터에는 작동 가능한 복수의 핀이 제공된다. 링크 섹션은, 그 외주부 상에서 이웃하고 공통 런아웃(run-out) 그루브와 통합되는 제1 오른 나사산 그루브 및 제2 왼손 나사산 그루브를 가진다. 액츄에이터의 핀들은 링크 섹션의 그루브들과 상호작용한다.

또한, 공지의 밸브 구동 장치의 경우 링크 섹션의 그루브들, 상세하게는, 슬라이딩 캠을 제1 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제1 그루브 및 슬라이딩 캠을 반대방향인 제2 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제2 그루브가 링크 섹션의 외주부 상에서 앞뒤로 배치된다. 이러한 밸브 구동 장치에서도, 슬라이딩 캠을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위하여 액츄에이터는 작동 가능한 복수의 핀, 상세하게는, 슬라이딩 캠을 제1 축 세그먼트에 대해 양 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제1 핀 및 슬라이딩 캠을 제2 축 세그먼트에 대해 양 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제2 핀을 포함한다.

슬라이딩 캠의 축 방향 슬라이딩을 위하여 슬라이딩 캠의 링크 섹션의 그루브들과 상호작용하는 액츄에이터의 핀들은 DE 10 2008 060 166 A1에서 알 수 있는 바와 같이 액츄에이터 하우징의 내부에서 랫칭 볼(latching ball) 형태의 랫칭부들에 의해 랫칭되어 고정된다. 여기서, 핀들의 랫칭된 연결을 풀기 위해, 액츄에이터, 상세하게는, 액츄에이터의 전자석이 작동되어 랫칭부들에 의한 액츄에이터 하우징 내부의 핀 연결부 랫칭을 해제한다. 전자석의 작동에 의해 풀리는 액츄에이터의 핀들은 링크 섹션의 그루브와 맞물리기 위해 슬라이딩 캠의 반경 방향 또는 슬라이딩 캠의 링크 섹션의 반경 방향을 따라 축 방향으로 이동될 수 있다.

종래 기술로부터 알 수 있는 다단계 밸브 구동 장치들에서, 액츄에이터들은 복수의 핀을 가지고 슬라이딩 캠의 링크 섹션들은 복수의 그루브를 가진다. 이 경우, 캠 샤프트 상에서 슬라이딩 캠을 축방향으로 조절하는 과정에서 액츄에이터와 슬라이딩 캠 사이 면에 상당한 압력이 가해지는 문제점이 있다. 또한, 이러한 실제로 공지된 밸브 구동 장치들의 경우, 시스템 공차를 유지하기 위해 비교적 폭넓은 슬라이딩 캠들이 요구되는데, 이에 따라 슬라이딩 캠의 무게가 증가 되고 상기한 면에 가해지는 압력이 더욱 증가하게 되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 특허 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관 및 특허 청구항 9의 전제부에 따른 밸브 구동 장치를 개선하는 데 있다.

상기 목적은 특허 청구항 1의 특징들을 가지는 내연 기관 및 특허 청구항 9의 특징들을 가지는 밸브 구동 장치에 의해 이루어진다.

본 발명에 따르면, 밸브 구동 장치는 슬라이딩 캠을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위하여 제1 섹션을 통해 각각의 링크 섹션의 각각의 그루브와 맞물리고 제2 섹션에서 액츄에이터와 맞물리게 안착가능한 슬라이딩 편을 포함한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 밸브 구동 장치에 있어서, 슬라이딩 편은 슬라이딩 캠, 상세하게는, 슬라이딩 캠의 링크 섹션과 액츄에이터 사이에서 이용되고, 하나의 액츄에이터는 복수의 핀이 필요 없다.

따라서, 단일 핀만을 가진 액츄에이터의 이용 하에 다단계 밸브 구동이 가능해진다. 결과적으로, 슬라이딩 캠과 액츄에이터 사이의 면, 상세하게는, 슬라이딩 캠, 슬라이딩 편, 및 액츄에이터 사이의 면에 가해지는 압력이 줄어들 뿐만 아니라 시스템 공차가 상대적으로 낮아지게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 밸브 구동 장치는 종래 기술에서 알려진 밸브 구동 장치들의 단점들을 피할 수 있다.

바람직하게는, 각각의 링크 섹션은 링크 섹션의 외주부에서 앞뒤로 위치하는 복수의 그루브, 상세하게는, 슬라이딩 캠을 제1 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제1 그루브 및 슬라이딩 캠을 반대 방향인 제2 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제2 그루브를 포함하고, 각각의 슬라이딩 캠을 양쪽 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위하여 액츄에이터는 제1 축 세그먼트에 대해 형태 결합식으로 슬라이딩 편의 제2 섹션의 제1 영역과 맞물리고, 각각의 슬라이딩 캠을 양쪽 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위하여 액츄에이터는 제2 축 세그먼트에 대해 형태 결합식으로 슬라이딩 편의 제2 섹션의 제2 영역과 맞물린다. 밸브 구동 장치 또는 밸브 구동 장치를 포함한 내연 기관의 이러한 구성으로, 구조적으로 단순하게 시스템 공차와 면에 가해지는 압력을 줄이면서, 슬라이딩 캠은 두 개의 축 방향으로 점진적으로 이동 가능한, 상세하게는, 세 개의 상이한 위치 사이에서 이동 가능한 밸브 구동 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 유리한 개선예에 따르면, 반경 방향 외측으로 각각의 슬라이딩 캠 상에는 각각의 슬라이딩 캠과 함께 축 방향으로 슬라이딩 가능하고, 복수의 랫칭 홈이 형성된 제1 랫칭부를 제공하는 슬라이딩 슬리브가 위치하고, 슬라이딩 편은 슬라이딩 슬리브 내부에서 축 방향으로 슬라이딩 가능한 방식, 상세하게는, 슬라이딩 캠이 축 방향으로 고정될 때 그리고 슬라이딩 슬리브가 축 방향으로 고정될 때 액츄에이터에 의해 릴리즈되는 슬라이딩 편은 슬라이딩 슬리브에 대해 상대적으로 이동가능하지만, 슬라이딩 편이 액츄에이터에 의해 축 방향으로 고정될 때는 슬라이딩 슬리브는 슬라이딩 캠이 축방향 슬라이딩 가능한 동시에 슬라이딩 편에 대해 이동 가능한 방식으로 슬라이딩 편은 슬라이딩 슬리브 내부에서 안내된다.

본 발명에 의해 종래의 내연기관 및 밸브 구동 장치가 개선된다.

또 다른 특징들 및 특징들의 조합들이 아래의 설명에서 나타날 수 있다. 본 발명의 특정한 예시적 실시예들이 도면에 간략화된 형태로 예시되고 아래에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른, 내연 기관의 밸브 구동 장치를 개략적으로 도시한 측면 상세도이다.
도 2는 도 1의 평면 상세도이다.
도 3은 도 1에 비해 90˚ 회전한 측면 상세도이다.
도 4는 도 1의 상세 사시도이다.
도 5는 슬라이딩 캠의 링크 섹션, 및 링크 섹션과 상호작용하는 액츄에이터의 작동 방법을 명확히 한 개략도이다.

도 1은 내연 기관의 밸브 구동 장치의 캠 샤프트(1) 영역을 나타내는 상세도이다. 도 1에 도시된 캠 샤프트(1)는 캠 샤프트 베어링들(17)에 의해 내연 기관의 실린더 헤드(미도시) 내부에 장착된다. 바람직하게는, 실린더 헤드는 실린더 헤드 하측부 및 캠 샤프트 하우징으로 구성된다. 실린더 헤드 하측부 및 캠 샤프트 하우징은 또한 일체형으로 구현될 수도 있다.

도 1에 도시된 캠 샤프트(1)는 흡입 캠 샤프트로 구현되고, 역할 로커 핑거들(18)을 이용하여 내연 기관의 흡기 밸브들(2)을 제어한다. 내연 기관의 배기 밸브들(미도시)을 제어하기 위해 배기 캠 샤프트(미도시)가 제공된다. 흡기 밸브들 및 배기 밸브들은 내연 기관의 가스 교환 밸브들이다.

바람직하게는, 하나의 실린더에 두 개의 흡기 밸브(2) 및 두 개의 배기 밸브(미도시)가 제공되며, 흡기 밸브들(2)은 흡기 캠 샤프트(1)에 의해 공지의 방식으로 작동 제어된다. 배기 밸브들은 배기 캠 샤프트(미도시)에 의해 공지의 방식으로 작동 제어된다. 이를 위해, 흡기 캠 샤프트(1) 및 배기 캠 샤프트(미도시) 각각은 복수의 슬라이딩 캠(3)을 가진다.

슬라이딩 캠(3)은 중앙에 위치한 링크 섹션(4) 및 두 개의 외측 캠 섹션(5)으로 이루어진다. 도시한 예시적인 실시예에서, 외측 캠 섹션(5) 각각은 세 개의 캠 트랙(6)을 포함하는데, 캠 트랙(6) 각각으로 상이한 밸브 스트로크가 설정된다. 이에 따라, 각각의 밸브에 대해 슬라이딩 캠(3)은 축 방향으로 슬라이딩 가능하고 세 개의 캠 트랙(6)을 가진 하나의 캠 섹션(5)을 포함한다.

각각의 슬라이딩 캠(5)은 단일 핀(8)을 가진 액츄에이터(7)에 할당되고, 단일 핀(8)은 슬라이딩 편(sliding piece)(19, 아래에서 보다 상세히 설명)에 의해 슬라이딩 캠(3)의 링크 섹션(4)의 재킷면 상에 형성된 그루브들(9a, 9b)과 상호작용한다. 결과적으로, 슬라이딩 캠(3)의 축방향 슬라이딩은 캠 샤프트(1) 상에서 발생한다. 이러한 슬라이딩 캠(3)의 축방향 슬라이딩으로 각각의 가스 교환 밸브는 특정한 캠 트랙(6)에 의해 의도한대로 작동되므로, 상이한 밸브 스트로크 셋팅이 이루어진다.

도 3 및 도 5로부터 가장 잘 추론할 수 있는 바와 같이, 축 방향으로 슬라이딩 가능한 슬라이딩 캠(3)의 링크 섹션(4)은 링크 섹션(4)의 외주 방향으로 앞뒤로 위치하여 슬라이딩 캠(3)의 외주부 상에 앞뒤로 위치한 복수의 그루브를 포함한다. 구체적으로, 링크 섹션(4)은 슬라이딩 캠(3)을 제1 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제1 그루브(9a) 및 슬라이딩 캠(3)을 반대 방향, 즉 제2 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제2 그루브(9b)를 포함한다. 여기서 링크 섹션(4)의 외주 방향으로 앞뒤로 위치한 그루브들(9a, 9b) 각각은 S자 모양을 가지면서, 이들 그루브(9a, 9b)는 링크 섹션(4)의 외부 재킷면에 링크 섹션(4)의 외주 방향으로 앞뒤로 형성되고, 이에 따라 슬라이딩 캠(3)의 상이한 외주 섹션들, 결과적으로, 링크 섹션(4)의 상이한 외주 섹션들 상에서 연장된다. S자 모양의 제1 그루브(9a)는 도 5에 도시된 슬라이딩 캠(3)을 슬라이딩시켜 캠 섹션(5, 도 5에 도시)을 화살표들(X)을 따라 왼쪽으로 슬라이딩시키고, 반면에 외주 방향으로 제1 그루브(9a)의 후방에 위치한 S자 모양의 제2 그루브(9b)는 슬라이딩 캠(3)을 화살표들(Y)을 따라 슬라이딩시켜 캠 섹션(5)을 화살표들(Y)을 따라 오른쪽으로 슬라이딩시킨다. S자 모양의 두 그루브(9a, 9b)는 두 개의 S자 모양을 가진 하나의 링크 섹션(4)을 정의한다.

캠 샤프트(1)에 대한 슬라이딩 캠(3)의 상대적인 축 방향 슬라이딩 후, 작동될 가스 교환 밸브에 대한 캠 샤프트(1) 상에서의 슬라이딩 캠(3)의 상대적인 축방향 위치는 록킹 장치(10)에 의해 록킹되거나 랫칭될 수 있다. 여기서, 슬라이딩 캠(3)과 상호작용하는 록킹 장치(10)는 복수의 랫칭 홈(12)이 형성된 제1 랫칭부(11)와 제2 랫칭부(13)를 포함하며, 제2 랫칭부(13)는 스프링부(14)가 작용하는 랫칭 볼(15)을 포함하고 제1 랫칭부(11)와 상호작용한다. 캠 샤프트(1) 상에서 록킹될 슬라이딩 캠(3)의 상대적인 위치에 따라, 제2 랫칭부(13)의 랫칭 볼(15)은 제1 랫칭부(11)의 랫칭 홈들(12) 중 하나와 맞물린다. 도 2에서, 제2 랫칭부(13)의 랫칭 볼(15)은 제1 랫칭부(11)의 중앙 랫칭 홈(12)과 맞물린다.

슬라이딩 슬리브(16)는 슬라이딩 캠(3)의 외측에서 방사상으로 위치하고, 슬라이딩 캠(3) 상에서 고정되어 슬라이딩 캠(3)에 대해 축 방향으로 슬라이딩되지는 않지만, 캠 샤프트(1)에 대해서는 슬라이딩 캠(3)과 함께 축방향으로 이동가능하다. 슬라이딩 슬리브(16)는 복수 개의 랫칭 홈(12)이 형성된 록킹 장치(10)의 제1 랫칭부(11)를 작동시킨다. 상세하게는, 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 슬리브(16)의 단면은 캠 샤프트(1)의 축방향으로 연장된다.

본 예시적인 실시예에서, 슬라이딩 슬리브(16)에 의해 제공되는 제1 랫칭부(11)와 상호작용하는, 록킹 장치(10)의 제2 랫칭부(13)는 내연 기관의 실린더 헤드 커버(상세하게 도시되지 않음) 내부에 액츄에이터(7)와 함께 장착되거나 수용된다. 실린더 헤드 커버 중 커버(28)만 도시되어 있는데, 커버(28)는 실린더 헤드 커버에 나사 결합될 수 있고, 액츄에이터(7) 및 제2 랫칭부(13)를 위한 실린더 헤드 커버의 수용구를 덮는다.

이와 달리, 상기 구성요소들, 즉, 록킹 장치(10)의 제2 랫칭부(13) 및 액츄에이터(7)를 실린더 헤드 내부에 장착하는 것 또한 가능하다. 실린더 헤드가 실린더 헤드 하측부 및 실린더 헤드 커버와 실린더 헤드 하측부 사이에 위치한 캠 샤프트 하우징으로 형성되는 경우, 제2 랫칭부(13) 및 액츄에이터(7)는 캠 샤프트 하우징 내부에 함께 수용되거나 장착될 수 있다.

본 발명에 따른 밸브 구동 장치에 있어서, 액츄에이터(7), 상세하게는, 액츄에이터(7)의 핀(8)은 슬라이딩 캠(3)을 구성하는 링크 섹션(4)의 그루브(9a, 9b)와 직접적으로 상호작용하지 않고 슬라이딩 편(19)의 중간 배치를 통해 간접적으로 상호작용한다. 바람직하게는, 슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 캠(3)의 각각의 링크 섹션(4)에 형성된 그루브(9a, 9b) 중 하나와 제1 섹션(20)에 의해 영구적으로 맞물린다. 슬라이딩 편(19)의 제1 섹션(20)에 대향하는 제2 섹션(21)은 액츄에이터(7)의 핀(8)과 상호작용한다. 따라서, 캠 샤프트(1) 상에서 슬라이딩 캠(3)을 축방향 슬라이딩시키기 위해 액츄에이터(7)가 작동하는 경우, 또는 액츄에이터(7)의 작동에 따라 액츄에이터(7)의 핀(8)이 릴리즈되는 경우, 핀(8)은 형태 결합식으로 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)과 맞물린다.

도 1 및 도 2로부터 가장 잘 추론할 수 있는 바와 같이, 액츄에이터(7), 구체적으로, 액츄에이터(7)의 핀(8)과 상호작용하는 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21) 상의 축방향에서 봤을 때 두 개의 영역 (22, 23)은 서로 이웃하며 액츄에이터(7)의 핀(8)을 형태 결합식으로 수용한다. 따라서, 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1 영역(22)은 제1 축 세그먼트에 대하여 각각의 슬라이딩 캠(3)을 양 방향(X, Y, 도 5 참조)으로 축방향 슬라이딩시켜, 각각의 캠 섹션(5)의 두 개의 직접적으로 인접한 캠 트랙(6) 사이의 스트로크를 조절하도록 한다. 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 축방향으로 인접한 제2 영역(23)은 제2 축 세그먼트에 대하여 각각의 슬라이딩 캠(3)을 두 개의 방향으로 축방향 슬라이딩시켜, 캠 섹션(5)의 다른 두 개의 직접적으로 인접한 캠 트랙(6) 사이의 스트로크를 조절하도록 한다. 각각의 축 세그먼트에 대한 각각의 슬라이딩 캠(3)의 상응하는 축 방향 슬라이딩을 고려해 볼 때, 액츄에이터(7)의 핀(8)은 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 각각의 영역(22, 23)과 형태 결합식으로 맞물린다.

도 5로부터 추론할 수 있는 바에 따르면, 슬라이딩 캠(3)의 축 방향 슬라이딩의 제1 축 세그먼트에서, 슬라이딩 캠(3)의 상대적인 축 방향 슬라이딩과 그에 따른 흡기 밸브(2)에 대한 도 5에 도시된 캠 섹션(5)의 상대적인 슬라이딩은 각각의 흡기 밸브(2)에 대해 상대적으로 작은 스트로크를 발생시키는 캠 트랙(6)과 각각의 흡기 밸브(2)에 대해 중간 크기의 스트로크를 발생시키는 캠 트랙(6) 사이에서 발생한다.

도 5에서, 슬라이딩 캠(3)의 슬라이딩, 결과적으로, 캠 섹션(5)의 슬라이딩은 제1 축 세그먼트에서 두 상태(A, B) 사이와 두 상태(G, H) 사이에서 발생한다.

슬라이딩 캠(3)의 축 방향 슬라이딩의 제2 축 세그먼트에서, 슬라이딩 캠(3)의 상대적인 축 방향 슬라이딩, 결과적으로, 흡기 밸브(2)에 대한 캠 섹션(5)의 상대적인 축 방향 슬라이딩은 각각의 흡기 밸브(2)에 대해 중간 크기의 스트로크를 발생시키는 캠 트랙(6)과 각각의 흡기 밸브(2)에 대해 상대적으로 큰 스트로크를 발생시키는 캠 트랙(6) 사이에서 발생한다.

도 5에서, 슬라이딩 캠(3)의 슬라이딩, 결과적으로, 캠 섹션(5)의 슬라이딩은 제2 축 세그먼트에서 두 상태(C, D) 사이와 두 상태(E, F) 사이에서 발생한다.

상기 상태들 사이에서의 이러한 전환들은 각각의 경우에 캠 샤프트(1)에 대한 슬라이딩 캠(3)의 축 방향 움직임의 방향에 있어서 상이하다. 구체적으로, 두 상태(A, B) 사이와 두 상태(C, D) 사이의 캠 섹션(5)의 움직임은 각각의 경우에 있어서 좌측 방향(X)으로 이루어지고, 두 상태(E, F) 사이와 두 상태(G, H) 사이의 캠 섹션(5)의 움직임은 각각의 경우에 있어서 우측 방향(Y)으로 이루어진다.

도 5에 도시된 캠 섹션(5)이 상태(A), 즉, 흡기 밸브(2)의 작은 스트로크를 위해 캠 트랙(6)이 작동하는 상태에서 상태(B), 즉, 흡기 밸브(2)의 중간 크기 스트로크를 위해 캠 트랙(6)이 작동하는 상태로 전환할려고 할 때, 다시 말해, 슬라이딩 캠(3)의 축 방향 이동이 제1 축 세그먼트의 제1 방향(X)으로 이루어지려고 할 때, 액츄에이터(7)의 핀(8)은 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1 영역(22)과 형태 결합식으로 맞물린다. 여기서, 캠 샤프트(1)를 회전시킴으로써, 결과적으로, 고정된 액츄에이터(7) 및 액츄에이터(7)의 고정된 핀(8)에 대해 슬라이딩 캠(3)을 회전 방향(Z)(도 5 참조)으로 상대적으로 회전시킴으로써, 슬라이딩 캠(3)은 제1 축 세그먼트에 있어서 제1 축 방향(X)으로 이동한다. 동시에, 링크 섹션(4)의 제1 그루브(9a)가 작용하여 슬라이딩 편(19)의 제1 섹션(20)과 상호작용한다.

슬라이딩 캠(3)과 그에 따른 캠 섹션(5)을 제1 축 방향(X)으로 더욱 축방향으로 이동하려고 한다면, 즉, 상태(C)에서 상태(D)로 전환하려고 한다면, 그리고 그에 따라 제2 축 세그먼트에서 슬라이딩하려고 한다면 액츄에이터(7)의 핀(8)은 형태 결합식으로 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제2 영역(23) 안으로 이동한다. 여기서, 캠 샤프트(1)와 그에 따른 슬라이딩 캠(3)을 고정된 액츄에이터(7)에 대해 다시 회전 방향(Z)으로 상대적으로 회전시킴으로써, 슬라이딩 캠(3)은 제2 축 세그먼트에 있어서 제1 축 방향(X)으로 더 이동한다. 슬라이딩 캠(3)의 이러한 축 방향 이동이 제1 축 방향(X)으로 이루어질 때 링크 섹션(4)의 제1 그루브(9a)가 다시 작용하여 축 방향 이동과정에서 슬라이딩 편(19)의 제1 섹션(20)과 맞물린다.

링크 섹션(4)의 제2 그루브(9b)는 슬라이딩 캠(3)을 반대 방향, 즉, 제2 축 방향(Y)으로 이동시키는데 이용된다. 여기서, 슬라이딩 캠(3)을 제2 축 세그먼트에서 제2 방향(Y)으로 축방향 슬라이딩시키기 위하여, 즉, 캠 섹션(5)을 상태(E)로부터 상태(F)로 전환시키기 위하여, 핀(8)을 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제2 영역(23)에 형태 결합식으로 맞물리게 한다. 그리고, 슬라이딩 캠(3)을 제1 축 세그먼트에서 제2 축 방향(Y)으로 이동시키기 위하여, 즉, 캠 섹션(5)을 상태(G)로부터 상태(H)로 전환시키기 위하여, 액츄에이터(7)의 핀(8)을 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1 영역(22)에 형태 결합식으로 맞물리게 한다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 방향(Y)으로의 이동 과정에서 링크 섹션(4)의 제2 그루브(9b)는 2개의 축방향 세그먼트에서 작용하여 슬라이딩 편(19)의 제1 섹션(20)이 제2 그루브(9b)와 맞물린다.

앞서 설명한 바와 같이, 각각이 S자 모양을 한 제1, 제2 그루브(9a, 9b)는 링크 섹션(4)의 외주 방향으로 앞뒤로 위치하여, 링크 섹션(4)과 이에 따른 슬라이딩 캠(3)의 상이한 외주 섹션들 상에서 연장된다. 2개의 그루브(9a, 9b)(구체적으로, 도 3 및 도 5 참조) 각각은 링크 섹션(4)의 외주 섹션들 상에서 180˚정도 연장된다.

상기 관계들에 따르면, 링크 섹션(4)의 제1 그루브(9a) 또는 제2 그루브(9b)는 캠 샤프트(1) 상에서 축 방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 캠(3)의 원하는 방향(X 또는 Y)에 따라 작용한다. 슬라이딩 캠(3)을 축방향(X)으로 슬라이딩시키기 위하여 제1 그루브(9a)가 작용하는 반면, 슬라이딩 캠(3)을 축방향(Y)으로 슬라이딩시키기 위하여 제2 그루브(9b)가 작용한다. 캠 샤프트(1) 상에서 축 방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩 캠(3)의 원하는 축 세그먼트에 따라, 액츄에이터(7)의 핀(8)은 제1 섹션(20)에 의해 각각의 그루브(9a 또는 9b)와 맞물리는 슬라이딩 편(19)의 영역들(22, 23) 중 하나와 형태 결합식으로 맞물린다. 제1 축 세그먼트에서의 슬라이딩 캠(3)의 축 방향 슬라이딩에 대해, 즉, 작은 밸브 스트로크의 캠 트랙(6)과 중간 크기 밸브 스트로크의 캠 트랙(6) 사이에서의 전환에 대해, 핀(8)은 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1 영역(22)과 형태 결합식으로 맞물린다. 반면에, 제2 축 세그먼트에서의 축 방향 슬라이딩에 대해, 즉, 중간 크기 밸브 스트로크의 캠 트랙(6)과 큰 밸브 스트로크의 캠 트랙(6) 사이에서의 캠 섹션(5)의 전환에 대해, 액츄에이터(7)의 핀(8)은 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제2 영역(23)과 형태 결합식으로 맞물린다.

도 2로부터 가장 잘 추론할 수 있는 바와 같이, 슬라이딩 편(19)은 제1 랫칭부(11)를 랫칭 홈들(12)과 작동시키는 슬라이딩 슬리브(16)의 장공(24) 내에서 축 방향으로 슬라이딩되도록 안내된다. 액츄에이터(7), 상세하게는 액츄에이터(7)의 핀(8)이 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1, 제2 영역(22, 23) 중 하나와 맞물릴 때, 슬라이딩 편(19)은 액츄에이터(7)에 의해 축 방향 위치가 고정된다. 이후, 캠 샤프트(1)의 회전에 의해 슬라이딩 슬리브(16)와 슬라이딩 캠(3)은 캠 샤프트(1) 상에서 축 방향으로 슬라이딩한다. 슬라이딩 편(19)이 축 방향으로 고정될 때, 슬라이딩 슬리브(16)는 슬라이딩 편(19)에 대해 축 방향으로 이동가능하고, 동시에 슬라이딩 캠(3)도 축 방향 슬라이딩 가능하게 된다. 액츄에이터(7), 상세하게는 액츄에이터(7)의 핀(8)이 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1, 제2 영역(22, 23) 중 하나와 형태 결합식으로 맞물리지 않을 때, 슬라이딩 캠(3) 및 슬라이딩 슬리브(16)는 축 방향으로 고정되고, 링크 섹션(4)의 그루브들(9a 또는 9b) 중 하나에서 제1 섹션(20)을 통해 맞물리는 슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 슬리브(16)에 대해 상대적으로 이동 가능하다.

장공(24)의 축 방향 치수들은 액츄에이터(7)의 핀(8)이 슬라이딩 편(19)과 맞물리거나 맞물리지 않을 때, 슬라이딩 편(19)과 슬라이딩 슬리브(16) 사이에서의 상대적인 축 방향 슬라이딩을 제한한다.

슬라이딩 캠(3)이 축방향 슬라이딩한 후, 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 상응하는 영역(22 또는 23)에서 액츄에이터(7)의 핀(8)을 그 축방향 외측으로 다시 이동시키기 위하여, 스프링부(25)에 의해 작동하는 리턴 핀(26)이 슬라이딩 편(19)과 상호작용한다. 핀(8)이 형태 결합식으로 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 영역들(22 또는 23) 중 하나와 맞물릴 때, 액츄에이터(7)의 핀(8)은 스프링부(25)에 의해 발생하는 스프링력에 반하는 반경 방향 내측으로 리턴 핀(26)을 밀어낸다. 캠 샤프트(1)가 회전하면, 리턴 핀(26)은 링크 섹션(4)의 각각의 그루브(9a 또는 9b)에 위치하는 램프(ramp) 타입 리턴부(27)와 밀착되어 반경 방향 외측으로 이동하고, 이러한 방식으로 액츄에이터(7)의 핀(8) 또한 외측으로 이동하여 액츄에이터(7) 내부의 랫칭 위치에 도달한다. 액츄에이터(7)가 작동될 때, 핀(8)이 풀리어 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1, 제2 영역들(22, 23) 중 하나와 형태 결합식으로 맞물릴 수 있게 된다. 리턴 핀(26)과 상호작용하는 램프 타입 리턴부(27)에 의해 액츄에이터(7)의 핀(8)이 다시 액츄에이터(7) 내부에 적절히 랫칭 가능하다. 램프 타입 리턴부들(27)은 링크 섹션(4)의 그루브(9a, 9b)의 영역 내에 각각 형성된다. 램프 타입 리턴부들(27)은 각각의 그루브(9a, 9b)의 각각의 그루브 베이스로부터 반경 방향 외측으로 연장된다.

1 캠 샤프트
2 흡기 밸브
3 슬라이딩 캠
4 링크 섹션
5 캠 섹션
6 캠 트랙
7 액츄에이터
8 핀
9a 그루브
9b 그루브
10 록킹 장치
11 제1 랫칭부
12 랫칭 홈
13 제2 랫칭부
14 스프링부
15 랫칭 볼
16 슬라이딩 슬리브
17 캠 샤프트 베어링
18 역할 로커 핑거
19 슬라이딩 편
20 제1 섹션
21 제2 섹션
22 제1 영역
23 제2 영역
24 장공
25 스프링부
26 리턴 핀
27 리턴부
28 커버

Claims

복수의 실린더, 실린더 헤드, 및 상기 실린더 헤드와 별도로 또는 상기 실린더 헤드와 일체로 형성된 실린더 헤드 커버를 포함하는 내연 기관이며,
가스 교환 밸브들을 작동시키기 위해 하나 이상의 회전가능하게 장착된 캠 샤프트(1)는 각각의 캠 샤프트(1) 상에서 축 방향으로 슬라이딩 가능한 하나 이상의 슬라이딩 캠(3)을 구비하고, 각각의 슬라이딩 캠(3)은 하나 이상의 링크 섹션(4)을 갖고 각각의 링크 섹션(4)의 외부 재킷면에는 하나 이상의 그루브(9a, 9b)가 형성되며, 각각의 슬라이딩 캠(3)을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위해 액츄에이터(7)가 제공되고, 각각의 캠 샤프트(1) 상에서의 축 방향 슬라이딩 후에 각각의 슬라이딩 캠(3)은 작동될 가스 교환 밸브에 대한 상대적인 축 방향 위치에서 록킹 장치(10)에 의해 랫칭 가능하고, 록킹 장치(10)는 복수의 랫칭 홈(12)이 형성된 제1 랫칭부(11) 및 상기 제1 랫칭부와 상호작용하는 하나 이상의 제2 랫칭부(13)를 포함하는 내연 기관에 있어서,
슬라이딩 캠(3)을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위하여 제1 섹션(20)을 통해 각각의 링크 섹션(4)의 각각의 상기 그루브와 맞물리고 제2 섹션(21)에서 액츄에이터(7)와 맞물리게 안착가능한 슬라이딩 편(19)을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 각각의 링크 섹션(4)은 링크 섹션(4)의 외주부에서 앞뒤로 위치하는 복수의 그루브, 상세하게는, 슬라이딩 캠(3)을 제1 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제1 그루브(9a) 및 슬라이딩 캠(3)을 반대 방향인 제2 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제2 그루브(9b)를 포함하고, 각각의 슬라이딩 캠(3)을 양쪽 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위하여 액츄에이터(7)는 제1 축 세그먼트에 대해 형태 결합식으로 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1 영역(22)과 맞물리고, 각각의 슬라이딩 캠(3)을 양쪽 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위하여 액츄에이터(7)는 제2 축 세그먼트에 대해 형태 결합식으로 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제2 영역(23)과 맞물리는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반경 방향 외측으로 각각의 슬라이딩 캠(3) 상에는 각각의 슬라이딩 캠(3)과 함께 축 방향으로 슬라이딩 가능하고, 복수의 랫칭 홈(12)이 형성된 제1 랫칭부(11)를 제공하는 슬라이딩 슬리브(16)가 위치하고, 슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 슬리브(16) 내에서 축 방향으로 슬라이딩 가능한 방식, 구체적으로, 슬라이딩 캠(3)이 축 방향으로 고정될 때 그리고 슬라이딩 슬리브(16)가 축 방향으로 고정될 때, 상기 액츄에이터에 의해 릴리즈된 슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 슬리브(16)에 대해 상대적으로 이동가능하고, 반면에 슬라이딩 편(19)이 액츄에이터(7)에 의해 축 방향으로 고정될 때, 슬라이딩 슬리브(16)는 슬라이딩 캠(3)이 축 방향 슬라이딩 가능한 동시에 슬라이딩 편(19)에 대해 이동 가능한 방식으로 안내되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제3항에 있어서, 슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 슬리브(16)의 장공(24) 내부에서 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 안내되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제4항에 있어서, 장공(24)은 슬라이딩 편(19)과 슬라이딩 슬리브(16) 사이에서의 상대적인 축 방향 슬라이딩을 제한하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 랫칭부(11)와 상호작용하는 제2 랫칭부(13) 또는 각각의 제2 랫칭부(13)는 각각의 액츄에이터(7)와 함께 상기 실린더 헤드 또는 상기 실린더 헤드 커버 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더 헤드는 실린더 헤드 하측부와, 상기 실린더 헤드 커버와 상기 실린더 헤드 하측부 사이에 위치한 캠 샤프트 하우징으로 형성되고, 제1 랫칭부(11)와 상호작용하는 제2 랫칭부(13) 또는 각각의 제2 랫칭부(13)는 각각의 액츄에이터(7)와 함께 상기 캠 샤프트 하우징 내부에 또는 대안적으로 상기 실린더 헤드 커버 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 슬라이딩 캠(3)의 링크 섹션(4)은 두 개의 축 방향 외측 캠 섹션들(5) 사이의 중앙에 위치하고, 캠 섹션들(5) 각각은 상이한 밸브 스트로크들을 설정하기 위한 복수의 캠 트랙(6)을 가지는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
내연 기관의 가스 교환 밸브들을 작동시키기 위해 하나 이상의 슬라이딩 캠(3)과 함께 하나 이상의 회전가능하게 장착된 캠 샤프트(1)를 갖는 내연 기관용 밸브 구동 장치이며,
하나 이상의 상기 슬라이딩 캠(3)은 각각의 캠 샤프트(1) 상에서 축 방향으로 슬라이딩 가능하고, 각각의 슬라이딩 캠(3)은 하나 이상의 링크 섹션(4)을 갖고, 각각의 링크 섹션(4)의 외부 재킷면에는 하나 이상의 그루브(9a, 9b)가 형성되며, 각각의 상기 슬라이딩 캠(3)을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위해 액츄에이터(7)가 제공되고, 각각의 캠 샤프트(1) 상에서의 축 방향 슬라이딩 후에 각각의 슬라이딩 캠(3)은 작동될 가스 교환 밸브에 대한 상대적인 축 방향 위치에서 록킹 장치(10)에 의해 랫칭 가능하고, 록킹 장치(10)는 복수의 랫칭 홈(12)이 형성된 제1 랫칭부(11) 및 제1 랫칭부(11)와 상호작용하는 하나 이상의 제2 랫칭부(13)를 포함하는 밸브 구동 장치에 있어서,
슬라이딩 캠(3)을 축 방향으로 슬라이딩시키기 위하여 제1 섹션(20)을 통해 각각의 링크 섹션(4)의 각각의 상기 그루브와 맞물리고 제2 섹션(21)에서 액츄에이터(7)와 맞물리게 안착가능한 슬라이딩 편(19)을 특징으로 하는 밸브 구동 장치.
제9항에 있어서, 각각의 링크 섹션(4)은 링크 섹션(4)의 외주부에서 앞뒤로 위치하는 복수의 그루브, 상세하게는, 슬라이딩 캠(3)을 제1 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제1 그루브(9a) 및 슬라이딩 캠(3)을 반대 방향인 제2 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위한 제2 그루브(9b)를 포함하고, 각각의 슬라이딩 캠(3)을 양쪽 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위하여 액츄에이터(7)는 제1 축 세그먼트에 대해 형태 결합식으로 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제1 영역(22)과 맞물리고, 각각의 슬라이딩 캠(3)을 양쪽 방향으로 축방향 슬라이딩시키기 위하여 액츄에이터(7)는 제2 축 세그먼트에 대해 형태 결합식으로 슬라이딩 편(19)의 제2 섹션(21)의 제2 영역(23)과 맞물리거나,
반경 방향 외측으로 각각의 슬라이딩 캠(3) 상에는 각각의 슬라이딩 캠(3)과 함께 축 방향으로 슬라이딩 가능하고, 복수의 랫칭 홈(12)이 형성된 제1 랫칭부(11)를 제공하는 슬라이딩 슬리브(16)가 위치하고, 슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 슬리브(16) 내에서 축 방향으로 슬라이딩 가능한 방식, 구체적으로, 슬라이딩 캠(3)이 축 방향으로 고정될 때 그리고 슬라이딩 슬리브(16)가 축 방향으로 고정될 때, 상기 액츄에이터에 의해 릴리즈된 슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 슬리브(16)에 대해 상대적으로 이동가능하고, 반면에 슬라이딩 편(19)이 액츄에이터(7)에 의해 축 방향으로 고정될 때, 슬라이딩 슬리브(16)는 슬라이딩 캠(3)이 축 방향 슬라이딩 가능한 동시에 슬라이딩 편(19)에 대해 이동 가능한 방식으로 안내되거나,
슬라이딩 편(19)은 슬라이딩 슬리브(16)의 장공(24) 내부에서 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 안내되거나,
장공(24)은 슬라이딩 편(19)과 슬라이딩 슬리브(16) 사이에서의 상대적인 축 방향 슬라이딩을 제한하거나,
제1 랫칭부(11)와 상호작용하는 제2 랫칭부(13) 또는 각각의 제2 랫칭부(13)는 각각의 액츄에이터(7)와 함께 실린더 헤드 또는 실린더 헤드 커버 내부에 장착되거나,
상기 실린더 헤드는 실린더 헤드 하측부와, 상기 실린더 헤드 커버와 상기 실린더 헤드 하측부 사이에 위치한 캠 샤프트 하우징으로 형성되고, 제1 랫칭부(11)와 상호작용하는 제2 랫칭부(13) 또는 각각의 제2 랫칭부(13)는 각각의 액츄에이터(7)와 함께 상기 캠 샤프트 하우징 내부에 또는 대안적으로 상기 실린더 헤드 커버 내부에 장착되거나,
각각의 슬라이딩 캠(3)의 링크 섹션(4)은 두 개의 축 방향 외측 캠 섹션들(5) 사이의 중앙에 위치하고, 캠 섹션들(5) 각각은 상이한 밸브 스트로크들을 설정하기 위한 복수의 캠 트랙(6)을 가지는 것을 특징으로 밸브 구동 장치.