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KR20060043320A - 내연기관의 밸브특성 변경장치 - Google Patents

내연기관의 밸브특성 변경장치 Download PDF

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KR20060043320A
KR20060043320A KR1020050017213A KR20050017213A KR20060043320A KR 20060043320 A KR20060043320 A KR 20060043320A KR 1020050017213 A KR1020050017213 A KR 1020050017213A KR 20050017213 A KR20050017213 A KR 20050017213A KR 20060043320 A KR20060043320 A KR 20060043320A
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KR
South Korea
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valve
power source
engine
valve timing
exhaust
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Application number
KR1020050017213A
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요시히토 모리야
Original Assignee
도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명의 내연기관의 밸브특성 변경장치는, 내연기관(10)의 흡기밸브의 밸브 타이밍을 변경하는 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)와 배기밸브의 밸브 타이밍을 변경하는 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)를 구비한다. 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)로서 축전지(22)를 동력원으로 하는 것을 사용하고, 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)로서 기관 구동식의 유압펌프(20)를 동력원으로 하는 것을 사용하는 것이다.

Description

내연기관의 밸브특성 변경장치{VALVE CHARACTERISTIC CHANGING APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도 1은 본 발명에 관한 내연기관의 밸브특성 변경장치의 일 실시형태에 대하여 그 개략구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 상기 실시형태의 흡기측 가변 밸브 타이밍기구를 비스듬하게 본 구조를 나타내는 사시도,
도 3은 상기 흡기측 가변 밸브 타이밍기구의 단면구조를 나타내는 단면도,
도 4는 상기 실시형태의 배기측 가변 밸브 타이밍기구 및 그 유압회로의 개략구성을 나타내는 블럭도,
도 5는 다른 실시형태에 관한 밸브특성 변경장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도,
도 6은 다른 실시형태에 관한 밸브특성 변경장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도,
도 7은 다른 실시형태에 관한 밸브특성 변경장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도,
도 8은 다른 실시형태에 관한 밸브특성 변경장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도,
도 9는 다른 실시형태에 관한 밸브특성 변경장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도,
도 10은 다른 실시형태에 관한 밸브특성 변경장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
본 발명은 복수의 기관밸브의 밸브특성을 특별하게 변경하는 복수의 가변기구를 구비하는 내연기관의 밸브특성 변경장치에 관한 것이다.
출력성능이나 연비성능, 배기성능이라는 기관성능의 향상을 목적으로 하여 기관 밸브의 개방시기나 폐쇄시기라는 이른바 밸브 타이밍을 기관 운전상황에 따라 가변으로 하는 가변 밸브 타이밍기구가 차량 탑재용 등의 내연기관에 널리 채용되어 있다. 그와 같은 가변 밸브 타이밍기구의 대부분은 기관 출력축인 크랭크축에 구동 연결되어 그 회전에 따라 작동되는 유압펌프가 발생하는 유압에 의하여 구동되도록 되어 있다.
또 최근, 그와 같은 가변 밸브 타이밍기구를, 예를 들면 흡기밸브 및 배기밸브에 특별하게 설치한 장치나(예를 들면 일본국 특개2000-110527호 공보 참조), V형 내연기관의 각 뱅크의 흡기밸브나 배기밸브 각각에 설치한 장치 등, 복수의 가변 밸브 타이밍기구를 설치하도록 한 밸브 타이밍 변경장치가 제안되어 있다.
그런데 통상 상기 밸브 타이밍 변경장치에서는 유압펌프가 발생하는 유압이 복수의 가변 밸브 타이밍기구에 분배 공급되고 있고, 그 공급유압을 기초로 각 가변 밸브 타이밍기구가 작동된다. 또 상기 밸브 타이밍 변경장치에 있어서는, 밸브 타이밍이 기관 운전상황에 따라 변경되기 때문에 각 밸브 타이밍기구의 작동이 같은 시기에 이루어지는 경우가 많다.
이 때문에 상기 장치에 있어서는 기관 운전상황의 변화시에 있어서 각 가변 밸브 타이밍기구에 충분한 유압을 공급하는 것이 곤란하게 되고, 나아가서는 그것에 기인하는 작동 응답성의 저하를 초래하기 쉽다. 한편 그 작동 응답성을 향상시키도록 높은 토출성능을 가지는 유압펌프를 채용한 경우에는, 그 대형화를 초래하게 되어 바람직하지 않다.
또한 이상 상세하게 설명한 유압구동식의 가변 밸브 타이밍기구를 복수로 구비하는 장치에 한정하지 않고, 예를 들면 전동식의 가변 밸브 타이밍기구를 복수로 구비하는 장치 등, 동일한 구동계를 통하여 작동되는 복수의 가변 밸브 타이밍을 구비하는 밸브 타이밍 변경장치에 있어서는, 그와 같은 실정도 대략 공통된 것으로 되어 있다. 또 밸브 타이밍을 변경하는 가변 밸브 타이밍기구에 대하여 위에서 설명하였으나, 예를 들면 리프트량 등이라는 이른바 밸브특성을 변경하는 가변기구에 있어서도 이와 같은 단점은 대략 공통된 것으로 되어 있다.
본 발명의 목적은 복수의 가변기구 각각의 작동 응답성의 저하를 적합하게 억제할 수 있는 내연기관의 밸브특성 변경장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 형태는, 내연기관의 밸브특성 변경장치에 관한 것이다. 적어도 하나의 제 1 기관 밸브의 밸브특성을 변경하는 적어도 하나의 제 1 가변기구를 가지는 제 1 기구군과, 적어도 하나의 제 2 기관 밸브의 밸브특성을 변경하는 적어도 하나의 제 2 가변기구를 가지는 제 2 기구군과, 상기 제 1 기구군용의 적어도 하나의 제 1 동력원을 가지는 제 1 동력원군과, 상기 제 2 기구군용의 적어도 하나의 제 2 동력원을 가지는 제 2 동력원군을 구비한다. 또한 밸브특성 변경장치는, 제 3 기구군 및 제 3 동력원군, 제 4 기구군 및 제 4 동력원군 등, 3개 이상의 기구군, 동력원군을 구비하고 있어도 좋다. 상기 제 1 동력원은, 제 1 기구군에 대하여 동력을 공급하고, 상기 제 2 기구군에 대해서는 동력을 공급하지 않는다. 상기 제 2 동력원은 상기 제 2 기구군에 대하여 동력을 공급하고, 제 1 기구군에 대해서는 동력을 공급하지 않는다.
또한 밸브특성 변경장치는, 제 1 내지 제 3 기구군 및 제 1 내지 제 3 동력원군, 제 1 내지 제 4 기구군 및 제 1 내지 제 4 동력원군 등, 3개 이상의 기구군, 동력원군을 구비하고 있어도 좋다.
상기 제 1 기구군은, 하나의 가변기구이어도 좋고, 제 2 기구군도 하나의 기구군이어도 좋다.
상기한 밸브특성 변경장치에 의하면, 복수의 가변기구를 공통의 동력원에 의하여 구동하는 구성과 비교하여 각 동력원군을 통하여 각 가변기구에 있어서의 필요한 동력을 용이하게 확보할 수 있어, 복수의 가변기구 각각의 작동 응답성의 저하를 적합하게 억제할 수 있게 된다.
또 상기한 밸브특성 변경장치에 있어서, 상기 각 동력원으로서 각각 다른 종류의 동력원을 사용하여도 좋다.
상기 구성에 의하면 각 가변기구의 동력원으로서 다른 종류의 동력원군을 사용하였기 때문에, 각 기관 밸브의 밸브특성을 변경할 때에 요구되는 응답성 각각에 따라 적절한 동력원, 예를 들면 유압펌프나, 공기압 펌프, 축전지를 선택할 수 있게 된다.
또, 상기한 밸브특성 변경장치에 있어서, 상기 제 1 기관 밸브는 흡기밸브이고, 상기 제 2 기관 밸브는 배기밸브이어도 좋다. 상기 제 1 가변기구는 흡기밸브의 밸브특성을 변경하는 흡기측 가변기구이고, 제 2 가변기구는 배기밸브의 밸브특성을 변경하는 배기측 가변기구이어도 좋다.
상기 구성에 의하면, 흡기측 가변기구와 배기측 가변기구의 동력원군이 각각 대응하는 동력원을 사용하기 때문에, 하나하나의 가변기구에 있어서 요구되는 구동력을 각 동력원군에 의하여 적절하게 발생시킬 수 있게 된다. 이 때문에 그들 가변기구를 통하여 변경되는 각 밸브특성의 변화에 대한 응답지연의 발생을 각각 극력 억제할 수 있게 되어, 실제의 밸브특성을 그 목표로 하는 특성에 신속하게 수속시킬 수 있게 된다. 특히 상기 각 기구군이 각각 하나의 가변기구인 경우에는, 흡기밸브 및 배기밸브에 요구되는 응답성에 적합한 적절한 동력원군을 선택할 수 있어, 흡배기 특성의 향상을 도모할 수 있게 된다.
또 상기한 내연기관의 밸브특성 변경장치에 있어서, 상기 제 1 동력원군은 기관 회전속도에 의존하지 않는 동력을 발생하여도 좋다. 또 상기 제 1 동력원군 의 최대 동력은, 기관 회전속도에 의존하지 않아도 좋다.
기관 시동시 등, 기관 저회전영역에 있어서는 기관 고회전영역과 비교하여 내연기관의 연소상태가 불안정하게 되는 경향이 있다. 이 때문에 이러한 불안정한 연소상태를 안정화시키기 위에서는 흡기밸브의 밸브특성에 따라 변화되는 흡입공기의 양 및 공급시기 및 그 흡입공기의 공급형태가 중요한 인자가 된다. 따라서 이러한 흡기밸브의 밸브특성을 변경하는 흡기측 가변기구의 제 1 동력원이, 기관 회전속도에 의존한 최대 동력을 발생하는 구성에 있어서는, 그 동력원의 발생동력이 기관 저회전영역에 있어서 부족되는 경우가 있다. 그 결과, 동력원군에 의해 원하는 구동력을 발생시키기 위하여 필요한 동력을 조달할 수 없어, 밸브특성을 변화시킬 때의 응답속도에 대해서도 제한받음으로써 기관 연소상태의 불안정화가 생길 염려가 있다.
이러한 흡기측 가변기구의 제 1 동력원이, 기관 회전속도에 의존하지 않는 동력을 발생하는 것을 채용한 경우, 기관 저회전영역에 있어서도 밸브특성의 변경시에 요구되는 응답속도를 확보할 수 있고, 나아가서는 기관 연소상태의 안정화를 도모할 수 있게 된다.
또한 이와 같이 흡기측 가변기구의 제 1 동력원으로서, 기관 회전속도에 의존하지 않는 동력을 발생하는 것을 채용할 때에는, 예를 들면 흡기측 가변기구가 상기 밸브특성을 변경시키는 전동기를 가지고, 제 1 구동원이 상기 전동기에 전력을 공급하는 축전지인 것을 채용하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 축전지에 의하여 에너지를 미리 축적하여 둘 수 있기 때문에, 기관 회전속도에 의존하지 않는 최대 발생 동력을 확보할 수 있게 된다.
또, 상기한 밸브특성 변경장치에 있어서, 상기 배기측 가변기구의 제 2 동력원이 기관출력에 의해 구동되는 유압펌프이어도 좋다.
배기밸브의 밸브특성은 내연기관의 배기효율에 큰 영향을 미치게 하는 인자의 하나이다. 그리고 특히 기관 고회전영역에 있어서는 배기 총량이 많아지기 때문에, 이와 같은 배기효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
이점, 상기 구성에 따르면 기관출력에 의해 구동되는 유압펌프를 동력원에 배기측 가변기구를 구동하도록 하고 있어, 기관 고회전영역, 즉 기관 출력축의 회전속도가 높을 때에는 유압펌프의 토출량이 충분히 확보되게 된다. 따라서 이러한 배기효율의 향상이 요망되는 기관 고회전영역에 있어서, 배기밸브의 밸브특성을 변경할 때에 양호한 응답성을 확보할 수 있다.
또한 이러한 기관출력에 의해 구동되는 유압펌프로서는 기관 윤활유계에 윤활유를 압송하는 윤활유용 펌프를 사용하는 것이 기관 구성의 공통화, 나아가서는 그 소형화를 도모하는 데에 있어서 바람직하다.
또한 상기 「밸브특성」으로서는, 흡기밸브, 배기밸브에 대하여 그것들의 개방시기, 폐쇄시기, 리프트량 및 그것들을 조합시킨 것을 들 수 있다. 또 이 조합시킨 것을 밸브특성으로서 변경하는 예로서는 예를 들면 각 밸브의 개방시기 및 폐쇄시기의 양쪽을 동시에 변경하는 것이 있다.
이하, 본 발명에 관한 내연기관의 밸브특성 변경장치를 구체화한 일 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1에, 본 실시형태가 적용되는 기관시스템의 개략 구성을 나타낸다.
상기 도 1에 나타내는 바와 같이 내연기관(10)의 출력축으로서의 크랭크축(11)의 한쪽 끝에는 크랭크 풀리(12)가 일체 회전 가능하게 고정되어 있다. 크랭크 풀리(12)는 흡기측 캠축(13)의 한쪽 끝에 배치된 흡기측 캠 풀리(14) 및 배기측 캠축(15)의 한쪽 끝에 배치된 배기측 캠 풀리(16)에 타이밍 벨트(17)를 거쳐 구동 연결되어 있다.
흡기측 캠 풀리(14)는 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)를 거쳐 흡기측 캠축(13)에 접속되어 있다. 또 배기측 캠 풀리(16)는 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)를 거쳐 배기측 캠축(15)에 접속되어 있다. 본 실시형태에서는 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)가 흡기측 가변기구로서, 또 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)가 배기측 가변기구로서 각각 기능한다. 그리고 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)에 의하여 흡기밸브의 개방시기 및 폐쇄시기의 양쪽이, 또 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)에 의하여 배기밸브의 개방시기 및 폐쇄시기의 양쪽이 동시에 변경된다. 또한 이들 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30) 및 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)의 구체적인 구성에 대해서는 뒤에서 설명한다.
한편, 크랭크축(11)는 타이밍 벨트(17)를 거쳐, 유압펌프(20)나 올터네이터(21)에도 구동 연결되어 있다. 유압펌프(200에 의하여 발생된 유압은 기관 윤활유계에 공급되어 내연기관(10)의 각 윤활부에 공급된다. 또 올터네이터(21)에 의하여 발전된 전력은 축전지(22)에 축적됨과 동시에 내연기관(10)의 각종 전장품에 공급된다.
상기 기관시스템은 기관제어에 필요한 정보를 검출하기 위한 각종 센서를 구비하고 있다. 이와 같은 센서로서는 예를 들면 크랭크축(11)의 회전위상을 검출하기 위한 크랭크센서나, 흡기밸브의 밸브 타이밍(이하, 흡기밸브 타이밍이라 함)을 검출하기 위한 위치센서, 배기밸브의 밸브 타이밍(이하, 배기밸브 타이밍이라 함)을 검출하기 위한 위치센서 등이 설치되어 있다.
또, 상기 기관시스템은 예를 들면 마이크로컴퓨터 등으로 이루어지는 전자제어장치(23)를 구비하고 있다. 이 전자제어장치(23)는 상기 각종 센서의 검출신호를 도입함과 동시에 각종 연산을 행하고, 그 연산결과에 의거하여 기관제어에 관한 각종 제어를 실행한다. 또한 전자제어장치(23)는 그러한 기관제어의 일환으로서 상기 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)의 작동제어나, 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)의 작동제어를 각각 실행한다.
또한 본 실시형태에서는 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)와 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)로 각각 독립된 특별한 동력원을 가지는 것을 사용하도록 하고 있다. 이하 그 이유에 대하여 설명한다.
기관 시동시 등, 기관 저회전영역에 있어서는 기관 고회전영역과 비교하여 내연기관(10)의 연소상태가 불안정하게 되는 경향이 있다. 이 때문에 이러한 불안정한 연소상태를 안정화시키는 데에 있어서는, 흡기밸브 타이밍에 의하여 변화되는 흡입공기의 양 및 공급시기 및 그 흡입공기의 공급형태가 중요한 인자가 된다. 따라서 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)로서, 기관 회전속도에 의존하여 그 최대 발생동력이 변화되는 동력원에 의해 구동되는 타입의 것을 채용하면, 그 동력원의 최 대 발생동력이 기관 저회전영역에 있어서 부족되는 경우가 있다. 그 결과, 원하는 구동력을 발생시킬 수 없어, 흡기밸브 타이밍을 변화시킬 때의 응답속도에 대해서도 제한받게 됨으로써 내연기관(10)의 연소상태의 불안정화가 생길 염려가 있다.
그와 같은 실정을 감안하여 본 실시형태에서는 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)를 구동하기 위한 구동계로서, 그 최대 발생동력이 기관 회전속도에 의존하지 않는 동력원에 의해 구동되는 구동계, 구체적으로는 축전지(22)를 동력원으로 하는 전동모터(35)에 의해 구동되는 전동 구동계를 채용하고 있다. 이에 의하여 기관 저회전영역에 있어서도 흡기밸브 타이밍의 변경시에 요구되는 응답속도를 확보할 수 있고, 나아가서는 기관 연소상태의 안정화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
한편, 배기밸브 타이밍은 내연기관(10)의 배기효율에 큰 영향을 미치게 하는 인자의 하나이다. 그리고 특히 기관 고회전영역에 있어서는 배기 총량이 많아지기 때문에, 이와 같은 배기효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는 그와 같은 점에 착안하여 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)를 구동하기 위한 구동계로서, 상기 유압펌프(20)를 동력원으로 하는 유압구동계를 채용하고 있다. 이에 의하여 기관 고회전영역, 즉 크랭크축(11)의 회전속도가 높을 때에는 유압펌프(20)의 토출량이 충분히 확보되기 때문에, 배기효율의 향상이 요망되는 기관 고회전영역에 있어서 배기밸브 타이밍을 변경할 때에 양호한 응답성을 확보할 수 있게 된다.
이하, 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30) 및 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)의 구체 구조에 대하여 설명한다.
여기서는 먼저 흡기측 가변 밸브타이밍기구(30)의 구체 구성에 대하여 설명한다.
도 2에 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)를 비스듬하게 본 구조를 나타낸다.
상기 도 2에 나타내는 바와 같이 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)는 흡기측 캠 풀리(14)[상세하게는 상기 크랭크축(11)(도 1)]의 회전위상에 대한 흡기측 캠축(13)의 상대 회전위상을 변경한다. 이에 의하여 상기 흡기측 캠축(13)에 고정된 캠(13a)의 회전위상, 나아가서는 상기 캠(13a)에 의하여 구동되는 흡기밸브의 흡기밸브 타이밍을 변경한다.
도 3에 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)의 단면구조를 나타낸다.
상기 도 3에 나타내는 바와 같이 상기 흡기측 캠 풀리(14)는 베어링(31)을 거쳐 흡기측 캠축(13)에 상대 회전 가능하게 설치되어 있다.
흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)는 흡기측 캠축(13)에 고정된 고정 기어(32)와, 상기 흡기측 캠 풀리(14)에 일체 형성된 고정 기어(33)와, 그것들 고정 기어(32, 33) 사이에 설치되는 피스톤기어(34)를 가지고 있다.
고정 기어(32, 33)는 모두 원통형상으로 형성되고, 고정 기어(33)가 소정 간극을 두고 고정 기어(32)의 바깥쪽을 덮도록 각각 설치된다. 고정 기어(32)의 외주면 및 고정 기어(33)의 내주면에는 각각 경사톱니가 형성되어 있고, 그들 경사톱니로서는 서로의 비틀림각이 역방향이 되는 경사톱니가 형성되어 있다.
피스톤 기어(34)는, 그들 고정 기어(32, 33) 사이에 있고, 상기 흡기측 캠축(13)의 축방향에 있어서 이동 가능하게 설치되어 있다. 이 피스톤 기어(34)의 내 주면 및 외주면에도 경사톱니가 각각 형성되어 있고, 그들 경사톱니가 상기 고정 기어(32)의 외주면의 경사톱니 및 상기 고정 기어(33)의 내주면의 경사톱니에 각각 맞물려 있다.
따라서 피스톤 기어(34)를 이동시킴으로써, 피스톤 기어(34)의 경사톱니의 톱니줄을 따르도록 각 고정 기어(32, 33)를 서로 역방향으로 상대 회전시켜 흡기측 캠 풀리(14)에 대한 흡기측 캠축(13)의 상대 회전위상을 변경하는 것이 가능하다.
또한, 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)에는 상기 피스톤 기어(34)를 이동시키기 위한 전동모터(35)가 설치되어 있다. 이 전동모터(35)는 기어나 베어링 등을 거쳐 상기 피스톤 기어(34)에 접속되어 있다. 그리고 이 전동모터(35)의 작동제어를 통하여 상기 피스톤 기어(34)의 위치제어가 이루어지고, 이것에 의하여 상기 흡기측 캠축(13)의 상대 회전위상, 나아가서는 흡기밸브 타이밍이 변경된다.
덧붙여 말하면, 이와 같은 밸브 타이밍제어는, 구체적으로는 다음과 같이 행하여진다.
전자제어장치(23)는, 상기 각종 센서의 검출신호를 기초로 그때 그때의 기관운전상태에 적합한 흡기밸브의 밸브 타이밍(목표 밸브 타이밍)을 산출한다. 그리고 목표 밸브 타이밍과 실제의 흡기밸브 타이밍이 다른 경우, 전자제어장치(23)는 그 차를 작게 하는 방향으로 상기 피스톤 기어(34)를 이동시키도록 전동모터(35)의 작동제어를 실행한다. 이에 의하여 고정 기어(32)가 고정 기어(33)에 대하여 상대 회전하여 흡기밸브 타이밍이 조정된다.
이와 같은 조정의 결과, 목표 밸브 타이밍과 실제의 흡기밸브 타이밍이 일치 하면 전자제어장치(23)는 피스톤 기어(34)의 이동을 정지하도록 전동모터(35)의 작동제어를 실행한다. 이에 의하여 상기 고정 기어(32)의 상대 회전위상, 나아가서는 흡기밸브 타이밍이 유지된다.
다음에, 상기 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)(도 1)의 구조에 대하여 상세하게 설명한다.
배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)는 배기측 캠축(15)의 회전위상과 배기측 캠 풀리(16)[상세하게는 크랭크축(11)]의 회전위상과의 관계를 변경하고, 이에 의하여 배기측 캠축(15)에 설치된 캠(도시 생략)의 회전위상, 나아가서는 상기 캠에 의하여 구동되는 배기밸브의 배기밸브 타이밍을 변경하는 것이다.
도 4에 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)의 구조 및 그 유압회로 구조를 모식적으로 나타낸다.
상기 도 4에 나타내는 바와 같이, 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)는 대략 둥근 고리형상의 하우징(41)과, 그 내부에 수용된 베인체(42)를 가지고 있다. 베인체(42)는 배기측 캠축(15)에, 또 하우징(41)은 배기측 캠 풀리(16)에 각각 일체로 회전 가능하게 연결되어 있다.
상기 베인체(42)의 외주에는 그 지름방향으로 연장되는 복수의 베인(43)이 형성되어 있다. 또 하우징(41)의 내주에는 그 둘레방향으로 연장되는 복수의 홈부(44)가 형성되어 있고, 베인(43)은 이 홈부(44) 내에 각각 설치되어 있다. 그리고 각 홈부(44) 내에는 베인(43)에 의해 구획됨으로써, 진각측 압력실(45)과 지각측 압력실(46)이 각각 형성되어 있다.
이들 진각측 압력실(45), 지각측 압력실(46)은 각각 적절한 오일통로를 거쳐 유압제어밸브(24)에 접속되어 있고, 상기 유압제어밸브(24)에는 상기 유압펌프(20)의 발생유압이 공급되고 있다. 그리고 이 유압제어밸브(24)는, 전자제어장치(23)로부터의 입력신호에 의거하여 동작하고, 유압을 진각측 압력실(45)이나 지각측 압력실(46)내에 공급, 또는 진각측 압력실(45)이나 지각측 압력실(46)로부터 작동오일을 배출시킨다. 이에 의하여 베인(43)은 그 양 측면에 형성된 진각측 압력실(45) 내와 지연각측 압력실(46) 내의 유압의 차에 의하여 상기 홈부(44) 내에 있어서의 상대 회전위상이 원하는 위상으로 설정된다. 그 결과, 베인체(42)는 하우징(41)에 대하여 상대회전되어, 배기측 캠 풀리(16)에 대한 배기측 캠축(15)의 상대 회전위상, 나아가서는 배기밸브 타이밍이 변경된다.
이와 같은 밸브 타이밍제어는, 구체적으로는 다음과 같이 행하여진다.
전자제어장치(23)는 각종 센서의 검출신호를 기초로, 그때 그때의 기관 운전상태에 적합한 배기밸브의 밸브 타이밍(목표 밸브 타이밍)을 산출한다.
그리고, 목표 밸브 타이밍과 실제의 배기밸브 타이밍이 다른 경우, 전자제어장치(23)는, 진각측 압력실(45) 및 지각측 압력실(46) 중 어느 한쪽으로부터 작동오일을 배출함과 동시에, 다른쪽에 대해서는 유압펌프(20)의 발생유압을 공급하도록 유압제어밸브(24)의 작동제어를 실행한다. 그 결과 생기는 진각측 압력실(45)과 지각측 압력실(46)과의 압력 편차에 따라 베인체(42)는 하우징(41)에 대하여 상대 회전하여 배기밸브 타이밍이 조정된다.
이와 같은 조정의 결과, 목표 밸브 타이밍과 실제의 배기밸브 타이밍이 일치 하면 전자제어장치(23)는 진각측 압력실(45) 및 지각측 압력실(46)에 대한 작동오일의 공급 및 배출을 정지하도록 유압제어밸브(24)를 작동 제어한다. 그 결과, 진각측 압력실(45) 및 지각측 압력실(46)의 압력은 균등하게 유지되고, 베인체(42)의 상대 회전위상, 나아가서는 배기밸브 타이밍이 유지된다.
이상 상세하게 설명한 실시형태는, 이하와 같이 그 구성을 변경하여 실시하는 것도 가능하다.
상기 실시형태의 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)에서는 전동모터(35)의 작동제어를 통하여 피스톤 기어(34)를 고정 기어(32, 33)에 대하여 상대 이동시킴으로써 흡기측 캠 풀리(14)에 대한 흡기측 캠축(13)의 상대 회전위상을 변경하도록 하였다. 이 상대 회전위상을 변경 가능하면, 예를 들면 전동모터에 의해 흡기측 캠축(13)를 직접 상대 회전시키는 등, 흡기측 가변 밸브 타이밍기구의 구성은 적절하게 변경 가능하다.
또, 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)로서는 축전지(22)를 동력원으로 하는 것이면, 전동모터에 의하여 작동되는 것에 한정하지 않고, 예를 들면 전동의 유압펌프나, 전자 클러치, 또는 전자브레이크 등, 다른 전동 엑츄에이터에 의해 작동되는 것을 채용할 수도 있다.
상기 실시형태에서는 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)로서, 내연기관(10)의 윤활유계에 윤활유를 압송하는 유압펌프(20)를 동력원으로 하는 것을 채용하도록 하였다. 기관 구동식 유압펌프이면 유압펌프(20) 대신에, 다른 유압기기의 작동을 위한 유압을 발생하는 유압펌프나, 따로 설치된 전용 유압펌프 등을 사용할 수도 있다. 또 변속기를 가지는 차량에 탑재되는 장치에 있어서는, 상기 변속기의 작동이나 윤활을 위한 유압을 발생하는 유압펌프를 사용하는 것도 가능하다. 또한 유압펌프에 한정하지 않고, 공기나 물 등, 오일 이외의 유체를 토출하는 유체압 펌프를 사용할 수도 있다.
각 기구(30, 40)의 작동 응답성을 확보 가능하면 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)로서 기관 구동식 유체압 펌프를 동력원으로 하는 것을 채용하는 것이나, 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)로서 축전지(22)를 동력원으로 하는 것을 채용하는 것도 가능하다. 덧붙여 말하면, 각 기구(30, 40)의 동력원으로서 유압펌프나, 공기압 펌프, 축전지(22) 등, 다른 종류의 동력원을 사용함으로써 흡기밸브 및 배기밸브의 밸브 타이밍을 변경할 때에 요구되는 응답성 각각에 따라 적절한 동력원을 선택하는 것이 가능하게 되어 흡배기 특성의 향상을 도모할 수 있게 된다.
각 기구(30, 40)로 하여금 모두 축전지(22)를 동력원으로 하는 것, 또는 유체압 펌프를 동력원으로 하는 것을 채용하도록 하여도 좋다. 상기 구성에 있어서는 예를 들면 2개의 동력원을 설치함과 동시에, 그것들의 한쪽을 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)에 대응하여, 다른쪽을 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)에 대응하여 각각 설치하도록 하면 좋다. 상기 구성에 의해서도 상기 (1)에 기재된 효과를 얻을 수는 있다.
본 발명은 흡기측 가변 밸브 타이밍기구나 배기측 가변 밸브 타이밍기구를 복수로 가지는 장치에도 적용 가능하다. 이와 같은 구성에 있어서는 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이 복수의 흡기측 가변 밸브 타이밍기구와 복수의 배기측 가 변 밸브타이밍기구에 대응하여 각각 독립된 특별한 동력원을 설치하도록 하면 좋다. 또 도 6에 나타내는 바와 같이, 각 가변 밸브 타이밍기구에 대응하여 각각 독립된 특별한 동력원을 설치하도록 하여도 좋다.
또 본 발명은 흡기측 가변 밸브 타이밍기구 및 배기측 가변 밸브 타이밍기구의 양쪽을 가지는 구성에 한정하지 않고, 복수의 가변 밸브 타이밍기구를 구비하는 구성이면 적용 가능하다. 상기 구성에 있어서는 예를 들면 도 7이나 도 8에 나타내는 바와 같이 복수의 가변 밸브 타이밍기구를 복수의 기구군으로 나누고, 그것들 기구군마다 각각 독립된 특별한 적어도 하나의 동력원을 설치하도록 하면 좋다. 또한 이 경우, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이 복수의 가변 밸브 타이밍기구로 이루어지는 기구군과, 하나의 가변 밸브 타이밍기구으로 나누는 것도 가능하다. 이와 같은 구성에 의해서도 복수의 가변 밸브 타이밍기구를 공통의 동력원에 의해 구동하는 구성과 비교하여 특별하게 설치된 독립된 동력원을 통하여 각 가변 밸브 타이밍기구에 있어서의 필요한 동력을 용이하게 확보할 수 있어, 복수의 가변 밸브 타이밍기구 각각의 작동 응답성의 저하를 적합하게 억제할 수 있게 된다.
본 발명은 하나의 뱅크만을 가지는 직렬형 내연기관 외에, 예를 들면 V형 내연기관이나 수평대향형 내연기관 등, 복수의 뱅크를 가지는 내연기관에 적용할 수도 있다. 복수의 뱅크를 가지는 내연기관에 있어서는 각 뱅크에 각각 가변 밸브 타이밍기구를 설치할 필요가 있기 때문에, 더욱 많은 가변 밸브 타이밍기구가 설치되게 되어, 상기한 작동 응답성의 저하 등의 불편이 생기기 쉽다. 이점, 상기 구성에 의하면 그와 같은 구성에 있어서, 각 밸브 타이밍을 목표로 하는 타이밍으로 신속하게 수속시킬 수 있다. 또한 상기 구성의 일례로서는 가변 밸브 타이밍기구의 동력원으로서 각 뱅크마다 각각 독립된 특별한 동력원을 설치하는 구성을 생각할 수 있다.
본 발명은 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이, 1세트의 캠축 및 캠 풀리에 대하여 복수의 가변 밸브 타이밍기구가 설치되는 장치에도 적용 가능하다. 이와 같은 구성에 있어서는 작동 응답성의 저하를 초래할 염려가 있을 때에, 복수의 가변 밸브 타이밍기구가 그것들 기구마다 각각 독립된 특별한 동력원에 의해 구동되 도록 그 제어상태를 설정하면 좋다.
복수의 기관 밸브의 밸브특성을 특별하게 변경하는 복수의 가변기구를 구비하는 내연기관이면, 본 발명은 적용 가능하다. 또한 이 「밸브특성」으로서는 구체적으로는 예를 들면 흡기밸브, 배기밸브에 대하여 그것들의 개방시기, 폐쇄시기, 리프트량 및 그것들을 조합시킨 것 등을 들 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 이하에 기재하는 효과를 얻을 수 있게 된다.
(1) 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)와 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)에서 각각 독립된 특별한 동력원을 가지는 것을 사용하도록 하였기 때문에, 각 기구(30, 40)를 공통의 동력원에 의해 구동하는 구성과 비교하여 하나하나의 기구(30, 40)에 있어서 요구되는 구동력을 각 동력원에 의하여 적절하게 발생시킬 수 있게 된다. 이 때문에 각 기구(30, 40)의 작동 응답성의 저하, 나아가서는 각 기구(30, 40)를 통하여 변경되는 흡기밸브 타이밍, 배기밸브 타이밍의 변화에 대한 응답 지연의 발생을 각각 극력 억제할 수 있게 되어, 실제의 밸브 타이밍을 그 목표로 하는 타이밍으로 신속하게 수속시킬 수 있게 된다.
(2) 또, 흡기밸브 및 배기밸브에 요구되는 응답성에 적합한 적절한 동력원으로서 각각 다른 종류의 동력원을 선택하였기 때문에, 흡배기 특성의 향상을 도모할 수 있게 된다.
(3) 흡기측 가변 밸브 타이밍기구(30)로서 축전지(22)를 동력원으로 하는 것을 채용하였다. 이 때문에 올터네이터(21)가 발생하는 에너지를 미리 축적하여 둠으로써 기관 회전속도에 의존하지 않는 최대 발생 동력을 확보할 수 있어, 기관 저회전영역에 있어서도 흡기밸브 타이밍의 변경시에 요구되는 응답속도를 확보할 수 있게 된다. 이에 의하여 나아가서는 기관 연소상태의 안정화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
(4) 배기측 가변 밸브 타이밍기구(40)로서 유압펌프(20)를 동력원으로 하는 것을 채용하였기 때문에, 배기효율의 향상이 요망되는 기관 고회전영역에 있어서 배기밸브 타이밍을 변경할 때에 양호한 응답성을 확보할 수 있게 된다.
(5) 유압펌프(20)로서, 내연기관(10)의 윤활유계에 윤활유를 압송하는 윤활유용 펌프를 사용하도록 하였기 때문에, 기관구성의 공통화, 나아가서는 그 소형화를 도모할 수 있다.

Claims (12)

  1. 내연기관의 밸브특성 변경장치에 있어서,
    적어도 하나의 제 1 기관 밸브의 밸브특성을 변동하는 적어도 하나의 제 1 가변기구를 가지는 제 1 기구군(30)과,
    적어도 하나의 제 2 기관 밸브의 밸브특성을 변경하는 적어도 하나의 제 2 가변기구를 가지는 제 2 기구군(40)과,
    상기 제 1 기구군(30)용의 적어도 하나의 제 1 동력원을 가지는 제 1 동력원군(22)과,
    상기 제 2 기구군(40)용의 적어도 하나의 제 2 동력원을 가지는 제 2 동력원군(20)을 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기구군은, 하나의 가변기구(30)이고, 상기 제 2 기구군은, 하나의 가변기구(40)인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 동력원(22)은, 상기 제 2 동력원(20)과는 다른 종류의 동력원인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기관 밸브는, 흡기밸브와 배기밸브를 포함하고,
    상기 제 1 가변기구는 상기 흡기밸브의 밸브특성을 변경하는 흡기측 가변기구 (30)이며,
    상기 제 2 가변기구는 상기 배기밸브의 밸브특성을 변경하는 배기측 가변기구(40)인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 동력원(22)은, 기관 회전속도에 의존하지 않고 동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 동력원 (22)의 최대 동력은, 기관 회전속도에 의존하지 않는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 흡기측 가변기구(30)는 상기 밸브특성을 변경시키는 전동기(35)를 가지고, 상기 제 1 동력원은, 상기 전동기(35)에 전력을 공급하는 축전지(22)인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 동력원은, 기관출력에 의해 구동되는 유압펌프(20)인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유압펌프(20)는 기관 윤활유계에 윤활유를 압송하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 가변기구(30)는 제 1 기관 밸브의 밸브특성으로서, 제 1 기관 밸브의 밸브의 개방시기 및 폐쇄시기의 양쪽을 변경하고,
    상기 제 2 가변기구(40)는 제 2 기관 밸브의 밸브특성으로서, 제 2 기관 밸브의 개방시기 및 폐쇄시기의 양쪽을 변경하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 동력원군은, 하나의 동력원인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 동력원군은, 하나의 동력원인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브특성 변경장치.
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