KR100998160B1 - 스풀 밸브 제어식 ｖｃｔ 로킹 핀 해제 메카니즘 - Google Patents

스풀 밸브 제어식 ｖｃｔ 로킹 핀 해제 메카니즘 Download PDF

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Abstract

동일한 스풀(22)을 활용하는 가변 캠 타이밍 시스템은 로킹 핀(11)을 작동적으로 제어하기 위해 VCT 메카니즘을 제어한다. 스풀의 다중 랜드들(18, 19, 20)의 위치는 소스 오일이 로킹 핀(11)과 페이서의 지연(R) 또는 전진(A) 챔버중 어느 하나에 공급되는지에 직접적으로 영향을 미친다.
가변 캠 타이밍 시스템, 스풀, 페이서, 로킹 핀, VCT 메카니즘

Description

스풀 밸브 제어식 ＶＣＴ 로킹 핀 해제 메카니즘{Spool valve controlled VCT locking pin release mechanism}
도 1a, 도 1b, 도 1c, 및 도 1d는 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면.
도 2는 로킹 핀에 결합된 입구와 출구 통로를 갖는 VCT 페이서의 단면도.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 취한 단면도.
도 4는 도 2의 B-B선을 따라 취한 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 베인 2, 3 : 챔버
4, 5 : 라인 6, 7 : 밸브
8, 9, 10, 14, 15, 16, 23 : 통로 11 : 로킹 핀
12 : 리세스 13 : 엔진 오일 공급부
17 : 보어 18, 19, 20 : 랜드
22 : 스풀 25 : 탄성 요소
본 출원은 2002년 9월 19일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/411,921호에 개시된 발명의 명칭이 "Spool valve controlled VCT locking pin release mechanism"인 발명을 청구한다. 미국특허 가출원의 35 USC §119(e) 하의 이점이 주장되며, 상기 가출원은 참조에 의해 본원에 합체된다.
본 발명은 가변 캠샤프트 타이밍(VCT ; Variable Camshaft Timing) 시스템의 작동을 제어하기 위한 유압 제어 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 VCT 페이서에 로크 핀을 로크하고 언로크하기 위해 활용되는 제어 시스템에 관한 것이다.
내연 기관의 성능은, 하나는 엔진의 다양한 실린더의 흡입 밸브를 작동시키고 다른 하나는 배기 밸브를 작동시키는 듀얼 캠샤프트를 사용함으로써 개선될 수 있다. 통상적으로, 그러한 듀얼 캠샤프트중 하나는 엔진의 크랭크샤프트에 의해 스프로켓 및 체인 드라이브 또는 벨트 드라이브를 통하여 구동되며, 나머지 캠샤프트는 제 2 스프로켓 및 체인 드라이브 또는 제 2 벨트 드라이브를 통하여 구동된다. 대안적으로, 양 캠샤프트가 단일의 크랭크샤프트 전동 체인 드라이브 또는 벨트 드라이브에 의해 구동될 수 있다. 듀얼 캠샤프트를 구비한 엔진의 성능은 아이들 퀄리티(idle quality), 연료 경제학, 감소된 배출, 또는 증대된 토오크의 측면에서, 캠샤프트중 하나, 대개는 엔진의 흡입 밸브를 작동시키는 캠샤프트의, 다른 캠샤프트 및 크랭크샤프트에 대한, 위치 관계를 변화시키고, 그로 인해 흡입 밸브의 배기 밸브에 대한 작동의 측면에서 또는 크랭크샤프트의 위치에 대한 밸브의 작동의 측면에서, 엔진의 타이밍을 변화시킴으로써 추가로 개선될 수 있다.
전부가 본원에 참조로 포함되는 후술하는 미국 특허들에 개시된 정보에 대한 고려는 본 발명의 배경을 탐구해 볼 때 유용하다.
미국특허 제5,002,023호는 본 발명의 기술분야에 포함되는 VCT 시스템을 개시하고 있으며, 여기에서 시스템 유압은 유압(hydraulic) 유체를 하나의 실린더에서 다른 실린더로 또는 그 반대로 선택적으로 전달하여 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 원주방향 위치를 전진(advance) 또는 지연(retard)시키기 위해 적절한 유압 유동 요소를 갖는 한쌍의 반대로 작동하는 유압 실린더를 구비한다. 상기 제어 시스템은 제어 밸브를 사용하며, 여기에서 반대로 작동하는 실린더중 하나에서 다른 하나로의 유체 배출은 밸브 내의 스풀을 그 중심 위치 또는 중립(null) 위치로부터 일 방향으로 또는 다른 방향으로 이동시킴으로써 가능하다. 스풀의 이동은 스풀의 일 단부에서의 제어 유압(Pc)의 증가 또는 감소와, 그 단부상의 유압력과 타단부에 작용하는 압축 스프링으로부터 기인하는 타단부상의 반대방향 기계력 사이의 관계에 반응하여 발생된다.
미국특허 제5,107,804호는 본 발명의 기술분야에 포함되는 다른 형태의 VCT 시스템을 개시하고 있으며, 여기에서 시스템 유압은 상기 미국특허 제5,002,023호에 의해 개시된 반대 작동 실린더들을 대체하는 포위된 하우징 내에 로브들(lobes)을 가지는 베인을 포함한다. 상기 베인은 하우징에 대해 요동가능하며, 적절한 유동 요소에 의해 하우징내의 유체가 로브의 일측부에서 타 측부로 또는 그 반대로 전달되어 베인을 하우징에 대해 일방향으로 또는 다른 방향으로 요동시키며, 이 작용은 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위치를 전진 또는 지연시키는 효과를 갖는다. 상기 VCT 시스템의 제어 시스템은 동일한 형태의 작용력에 반응하는 동일한 형태의 스풀 밸브를 사용하는 미국특허 제5,002,023호에 개시된 것과 동일하다.
미국특허 제5,172,659호와 제5,184,578호는 스풀의 일단부에 가해지는 유압 힘과 다른 단부에 가해지는 기계적 힘을 균형잡기 위한 시도에 의해 생성되는 상기 VCT 시스템의 문제들을 다루고 있다. 이들 미국특허 제5,172,659호와 5,184,578호에 개시된 개선된 제어 시스템은 스풀의 양 단부상의 유압 힘을 사용한다. 일단부상의 유압 힘은 완전 유체 압력(Ps)에서 엔진 오일 갤러리로부터 직접 적용되는 유압 유체에 기인한다. 상기 스풀의 다른 단부상의 유압 힘은 유압 실린더 또는 기타 배력기(force multiplier)에 기인하며, 이는 PWM 솔레노이드로부터 시스템 유압 유체에 반응하여 낮아진 압력(Pc)에서 작용한다. 스풀의 대향 단부 각각에서의 힘이 원천적으로 유압이므로, 동일 유압 유체에 기초하여, 유압 유체의 압력이나 점성의 변화는 자기 부정적이며, 스풀의 중심 위치 또는 중립 위치에 영향을 주지 못할 것이다.
미국특허 제5,289,805호는 유압 PWM 스풀 위치 제어, 및 매우 견고한 정도로 세트 포인트 트랙킹 거동을 보이는 진전된 제어 알고리즘을 이용하는 개선된 VCT 방법을 제공한다.
미국특허 제5,361,735호에서 캠샤프트는 비요동 회전을 위해 단부에 고정되는 베인을 구비한다. 상기 캠샤프트는 또한, 캠샤프트와 함께 회전할 수 있지만 캠샤프트에 대해 요동가능한 타이밍 벨트 구동 풀리를 구비한다. 상기 베인은 풀리의 대향 리세스내에 수용되는 대향 로브를 구비한다. 캠샤프트는 그것이 정상 작동중에 겪게되는 토오크 펄스에 반응하여 변화하는 경향이 있으며, 엔진 제어 유닛으로부터의 신호에 반응하여 제어 밸브의 밸브체내에서의 스풀 위치를 제어하여 리세스로부터의 엔진 오일 유동을 선택적으로 차단 또는 허용함으로써 전진 또는 지연이 가능하다. 상기 스풀은 통상 스테퍼 모터 형태의 전기 모터에 의해 회전되는 회전 선형 이동 전달 수단에 의해 주어진 방향으로 가압된다.
미국특허 제5,497,738호는 VCT 시스템의 이전 실시예에 의해 사용되는, 전체 유압 압력(Ps)으로 엔진 오일 갤러리로부터의 직접 적용된 유압 유체에 기인하는 스풀의 일단부에서의 유압 힘을 제거하는 제어 시스템을 개시하고 있다. 배출된 스풀의 다른 단부상의 힘은 다양한 엔진 파라미터를 모니터링하는 엔진 제어 유닛(ECU)으로부터 나온 전자 신호에 반응하여 배출된 스풀에 직접 작용하는 다양한 힘 솔레노이드 형태의 전자기계적 작동기로부터 기인한다. 상기 ECU는 캠샤프트 및 크랭크샤프트 위치들에 상응하는 센서로부터의 신호를 수용하며, 이 정보를 사용하여 상대적 위상각을 계산한다. 임의의 위상각 에러를 교정하는 폐루프 피드백 시스템이 통상적으로 사용된다. 가변 힘 솔레노이드를 사용함으로써 느린 동적 반응의 문제를 해소한다. 그러한 장치는 스풀 밸브의 기계적 반응만큼 빠르게 또한 종래의 (완전 유압) 차압 제어 시스템보다 확실히 빠르게 설계될 수 있다. 보다 빠른 반응에 의해 증가된 폐루프 게인을 사용하여, 시스템을 콤포넌트 공차 및 작동 환경에 대해 덜 민감하게 만들 수 있다.
미국특허 제5,657,725호는 작동을 위해 엔진 오일 압력을 이용하는 제어 시스템을 개시한다. 이 시스템은 그 단부에 함께 비요동 회전하도록 고정되는 베인을 갖는 캠샤프트를 구비한다. 상기 캠샤프트는 또한 캠샤프트와 함께 회전할 수 있지만 캠샤프트와 함께 요동할 수 있는 하우징을 지지한다. 상기 베인은 대향 위치하는 로브들을 구비하며, 이들 로브는 각각 하우징의 대향 리세스내에 수용된다. 상기 리세스들은 베인과 하우징이 서로에 대해 요동할 수 있도록 그리고 그로 인해 캠샤프트가 크랭크샤프트에 대해 위상 변화될 수 있도록 상기 로브보다 큰 원주방향 치수를 갖는다. 상기 캠샤프트는 그것이 정상 작동중에 겪게 되는 엔진 오일 압력 및/또는 캠샤프트 토오크 펄스에 반응하여 방향을 변화시키는 경향이 있으며, 엔진 제어 유닛으로부터의 엔진 작동 상태를 나타내는 신호에 반응하여 스풀 밸브체 내에서의 스풀의 위치를 제어함으로써 상기 리세스로부터의 복귀 라인을 통한 엔진 오일의 유동을 선택적으로 차단 또는 허용함으로써 전진 또는 지연될 수 있다. 상기 스풀은 엔진 제어 유닛으로부터의 신호에 반응하여 그 대향 단부에서의 유압 로드(load)를 제어함으로써 선택적으로 위치된다. 상기 베인은 회전중에 캠샤프트가 겪는 단일방향으로 작용하는 마찰 토오크에 대해 상쇄력을 제공하도록 극단 위치로 편향될 수 있다.
미국특허 제6,247,434호는 엔진 오일에 의해 작동되는 멀티-위치 가변 캠샤프트 타이밍 시스템을 개시한다. 상기 시스템 내에서, 캠샤프트에는 이것과 동기적으로 회전하도록 허브가 고정되며, 상기 하우징은 상기 허브를 둘러싸고, 상기 하우징은 허브 및 캠샤프트와 함께 회전할 수 있으며, 추가로 소정 회전 각도내에서 허브 및 캠샤프트에 대해 요동될 수 있다. 구동 베인은 하우징 내에서 반경방향으로 배치되고 허브상의 외표면과 협력하며, 종동 베인은 상기 허브내에 반경방향으로 배치되고 하우징의 내표면과 협력한다. 오일 압력에 대해 반응하는 로킹 장치는 하우징과 허브 사이의 상대 이동을 방지한다.
미국특허 제6,250,265호는 내연 기관을 로킹하기 위한 작동기를 구비한 가변 밸브 타이밍 시스템을 개시하고 있다. 상기 시스템은 가변 캠샤프트 타이밍 시스템을 포함하며, 이는 캠샤프트와 함께 회전하지만 캠샤프트에 대해 요동은 하지 않도록 캠샤프트에 고정되는 베인을 갖는 캠샤프트를 포함한다. 상기 베인은 원주방향으로 연장되고 반경방향 외측으로 돌출하는 다수의 로브를 가지며, 환형 하우징에 의해 둘러싸이고, 상기 하우징은 그 각각이 하나의 로브를 수용하는 대응하는 다수의 리세스를 구비하며, 하우징이 캠샤프트 및 베인과 함께 회전하는 동안 베인 및 캠샤프트에 대한 하우징의 요동이 가능하도록 내부에 수용된 로브보다 큰 원주방향 치수를 갖는다. 베인 및 캠샤프트에 대한 하우징의 요동은 로브의 대향 측부상의 리세스 각각에서의 압축 엔진 오일에 의해 작동되며, 그러한 리세스내 오일 압력은 통상 캠샤프트가 작동중에 회전할 때 캠샤프트에서의 토오크 펄스로부터 부분적으로 유도된다. 상기 캠샤프트와 환형 하우징과 함께 환형 로킹 플레이트가 동축으로 배치되며, 이 환형 로킹 플레이트는 로킹 플레이트가 환형 하우징과 결합하여 베인에 대한 그 원주방향 이동을 방지하는 제 1 위치와 베인에 대한 환형 하우징의 원주방향 이동이 허용되는 제 2 위치 사이의 캠샤프트의 종방향 중심축을 따라서 환형 하우징에 대해 이동할 수 있다. 상기 로킹 플레이트는 스프링에 의해 그 제 1 위치를 향하여 편향되며, 엔진 오일 압력에 의해 그 제 1 위치로부터 제 2 위치를 향하여 가압 되고, 상기 로킹 플레이트는 환형 하우징과 베인의 상대 위치를 변화시키는 것이 요구되는 유일한 때인, 엔진 오일 압력이 스프링 가압력을 이겨내기에 충분히 높을 때, 캠샤프트를 통해 이어지는 통로에 의해 상기 엔진 오일 압력의 제 2 위치에 노출된다. 상기 로킹 플레이트의 이동은 폐루프 제어 시스템이나 개루프 제어 시스템을 통해서 엔진 전자 제어 유닛에 의해 제어된다.
미국특허 제6,263,846호는 베인형 가변 캠샤프트 타이밍 시스템용 제어 밸브 전략을 개시한다. 이 전략은 캠샤프트, 및 이 캠샤프트에 함께 회전하도록 고정되는 허브를 구비하는 내연 기관을 포함하며, 여기에서 하우징은 허브를 둘러싸고 허브 및 캠샤프트와 함께 회전할 수 있으며 상기 허브 및 캠샤프트에 대해 더욱 요동될 수 있다. 구동 베인은 하우징 내에 반경방향 내측으로 배치되고 허브와 협력하며, 종동 베인은 허브내에 반경방향 외측으로 배치되어 하우징과 협력하며 또한 원주방향으로 교번하는 전진 및 지연 챔버를 형성하기 위해 구동 베인과 원주방향으로 교대로 배치된다. 허브에 대한 하우징의 요동을 제어하기 위한 구성은 전자 엔진 제어 유닛과 전진 제어 밸브를 포함하며, 상기 전진 제어 밸브는 전자 엔진 제어 유닛에 대해 반응하고 전진 챔버로의 엔진 오일 압력 및 전진 챔버로부터의 엔진 오일 압력을 조절한다. 전자 엔진 제어 유닛에 반응하는 지연 제어 밸브가 상기 지연 챔버로의 엔진 오일 압력 및 지연 챔버로부터의 엔진 오일 압력을 조절한다. 전진 통로는 전진 제어 밸브와 전진 챔버들 사이의 엔진 오일 압력과 연통되며, 지연 통로는 지연 제어밸브와 지연 챔버들 사이의 엔진 오일 압력과 연통된다.
미국특허 제6,311,655호는 베인-장착식 로킹-피스톤 장치를 갖는 멀티-위치 가변 캠 타이밍 시스템을 개시한다. 캠샤프트와 가변 캠샤프트 타이밍 시스템을 갖는 내연 기관으로서, 상기 캠샤프트에는 로터가 고정되고 이 로터는 회전가능하지만 캠샤프트에 대해서는 요동될 수 없는, 내연기관이 개시되어 있다. 하우징이 로터를 둘러싸며 로터 및 캠샤프트와 함께 회전할 수 있고, 또한 완전 지연 위치와 완전 전진 위치 사이에서 로터와 캠샤프트에 대해 더욱 요동될 수 있다. 로킹 구조에 의해 로터와 하우징 사이의 상대적 이동이 방지되고, 이 로킹 구조는 로터나 하우징중 어느 하나에 장착되며, 완전 지연 위치, 완전 전진 위치, 및 그 사이 위치에서 로터나 하우징중 다른 어느 하나에 각각 해제가능하게 결합될 수 있다. 상기 로킹 장치는 그 일단부에서 종료되는 키, 및 상기 로터를 하우징에 인터로킹시키기 위해 상기 키와 대향하여 장착되는 톱니모양부를 갖는 로킹 피스톤을 구비한다. 제어 구조는 하우징에 대한 로터의 요동을 제어한다.
미국특허 제6,374,787호는 엔진 오일 압력에 의해 작동되는 멀티-위치 가변 캠샤프트 타이밍 시스템을 도시한다. 상기 캠샤프트에는 이와 동기적으로 회전하도록 허브가 고정되고, 하우징이 상기 허브를 둘러싸며, 상기 하우징은 허브 및 캠샤프트와 함께 회전할 수 있고, 상기 하우징은 또한 상기 허브와 캠샤프트에 대해 소정의 회전 각도 이내에서 요동할 수 있다. 구동 베인은 하우징 내에 반경방향으로 배치되고 허브상의 외표면과 협력하며, 종동 베인은 허브 내에 반경방향으로 배치되고 하우징의 내표면과 협력한다. 오일 압력에 반응하는 로킹 장치는 하우징과 허브 사이의 상대적 이동을 방지한다. 제어 장치는 허브에 대한 하우징의 요동을 제어한다.
미국특허 제6,477,999호는 비요동 회전을 위해 그 단부에 고정된 베인을 갖는 캠샤프트를 개시하고 있다. 캠샤프트는 캠샤프트와 회전하나 캠샤프트에 대해 요동할 수 있는 스프로켓을 또한 갖는다. 베인은 각각 스프로켓의 대향 리세스들에 수용되어 대향된 로브들을 갖는다. 리세스들은 베인과 스프로켓이 서로에 대해 요동하는 로브들보다 더 큰 원주방향 치수를 갖는다. 캠샤프트 위상은 그 정상 작동 중에 경험하는 펄스에 반응하여 변화하는 경향이 있고, 제어 밸브의 밸브체내에서 스풀의 위치를 제어하여 리세스들로부터 가압된 유압 유체, 적합하게는 엔진 오일의 유동을 선택적으로 차단 또는 허용함으로써 전진 또는 지연중 어느 한 방향으로만 변경하는 것이 가능하다. 스프로켓은 캠샤프트의 길이방향 회전축과 평행하게 연장하고 이 회전축과 이격되는 통로를 통하여 연장하는 통로를 갖는다. 핀은 통로 내에서 미끄럼이동할 수 있고, 핀의 자유 단부가 통로를 지나서 돌출하는 위치로 스프링에 의해 탄성적으로 가압된다. 베인은 캠샤프트 방향으로 소정 스프로켓내에 있는 통로에 정렬된 포켓을 갖는 플레이트를 구비한다. 포켓은 유압 유체를 수용하고, 유체 압력이 정상 작동 레벨에 있을 때 포켓내의 충분한 압력은 핀의 자유 단부가 포켓에 진입하는 것을 유지한다. 그러나, 유압 압력의 저레벨에서, 핀의 자유 단부는 포켓에 진입하고, 소정 방향으로 캠샤프트와 스프로켓을 함께 래칫한다.
내연 기관은 향상된 엔진 성능 또는 감소된 배출물을 위해 캠샤프트와 크랭크샤프트 사이에서 각도를 변화하기 위해 다양한 메카니즘을 사용한다. 이들 가변 캠샤프트 타이밍(VCT) 메카니즘의 주요부는 엔진 캠샤프트상에서 하나 이상의 "베인 페이서"(또는 다중 캠샤프트 엔진에서 캠샤프트들)를 사용한다. 대부분의 경우에, 페이서들은 캠샤프트의 단부에 장착되고 베인이 고정되는 베인 챔버들을 갖는 하우징으로 에워싸인 하나 이상의 베인을 갖는 하우징을 구비한다. 하우징에 장착된 베인들, 하우징내의 챔버들 등을 갖는 것이 가능하다. 하우징의 외부 원주는 보통 캠샤프트로부터 또는 다중 캠 엔진에서 다른 캠샤프트로부터 체인, 벨트 또는 기어를 통과하는 구동력을 수용하는 스프로켓, 풀리, 또는 기어를 형성한다.
페이서들이 완전히 밀봉되지 않기 때문에, 이들은 오일이 누설로 인해 손실되게 된다. 정상 엔진 작동중에, 엔진 오일 펌프에 의해 발생된 오일 압력과 유동은 페이서의 충분한 오일과 완전한 기능을 유지하기 충분하다. 그러나, 엔진이 폐쇄되면, 오일은 VCT 메카니즘로부터 누설될 수 있다. 엔진 시동 상태 중에서, 엔진 오일 펌프가 오일 압력을 발생하기 전에, 챔버 내에서의 오일 압력의 제어 부족은 페이서가 오일 부족으로 인해 과도하게 요동하게 하고, 소음을 발생하며, 메카니즘을 손상시킨다. 부가적으로, 엔진이 시동되는 동안 페이서를 특정 위치에 고정하는 것이 바람직하다.
종래 기술의 페이서들에 사용된 한가지 해결책은, 불충분한 오일이 챔버들에 존재할 때에 크랭크샤프트에 대한 특정 위상 각도 위치에 페이서를 로크하는 로킹 핀을 도입하는 것이다. 이들 로킹 핀들은 보통 엔진에 스프링 부하되고 엔진 오일 압력을 사용하여 해제된다. 따라서, 엔진이 폐쇄되면 엔진 오일 압력은 스프링 하중식 핀이 페이서와 결합하여 고정되도록 소정값 이하에 도달한다. 엔진 시동중에, 이 핀은 엔진 오일 펌프가 이 핀을 해제하기에 충분한 압력을 발생할 때까지 결합되어 유지된다.
종래 기술에 사용된 다른 해결책은 독립 유압 경로들, 라인들, 또는 로킹 핀 을 작동시키기 위한 유압 제어 시스템들을 갖는 것이고, 이들 독립 유압 경로들, 라인들 또는 시스템들은 독립 스풀 밸브들에 의해 또는 전기 또는 전자기 로킹 메카니즘에 의해 제어된다.
로킹 핀을 작동적으로 제어하기 위해 VCT 메카니즘을 제어하는 동일한 스풀 밸브를 사용하는 VCT 시스템을 형성하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, VCT 메카니즘을 제어하기 위해 스풀 밸브를 활용하는 가변 캠 타이밍 시스템은 로킹 핀을 제어하기 위해 작동적으로 사용된다. 더욱이, 스풀의 다중 랜드들의 위치는 소스 오일이 로킹 핀과 페이서의 지연 또는 전진 챔버중 하나의 양자에 공급되는지에 직접 영향을 미친다.
VCT 시스템에서, VCT 메카니즘을 제어할 뿐만 아니라 로킹 핀을 작동적으로 제어하기 위해 동일한 스풀 밸브를 사용하는 메카니즘이 제공된다.
중심 위치 설정된 제어 밸브를 갖는 페이서를 구비하는 VCT 시스템에, 부가적인 통로들이 제공된다. 부가적인 통로들은 먼저, VCT 메카니즘 시스템을 채우는 소스 오일과 공통인 소스 오일을 연통시키기 위한 통로이고, 다음에, 로킹 핀에 및 로킹 핀으로부터 오일을 안내하는 통로이며, 마지막으로 오일을 로킹 핀으로부터 공급 섬프(sump)까지 유동하게 하는 배출구인 통로이다.
부가적인 랜드는 부가적인 통로들을 제어하기 위해 스풀상에 제공된다.
따라서, 가압 유체를 통하여 캠샤프트와 크랭크샤프트 또는 다른 샤프트 사이의 각도 관계를 조절하고 유지하기 위해 VCT 메카니즘이 제공되고, 상기 VCT 메카니즘은 상기 각도 관계를 조절하고 유지하기 위해 상기 가압 유체를 사용하는 페이서를 가지며, 상기 가압 유체는 유체 소스로부터 유체 싱크(sink)까지 유동한다. 상기 VCT 메카니즘은, 리세스와 결합하도록 배치되고 상기 가압 유체가 내부로 흐르도록 허용함으로써 로킹 핀을 상기 리세스로부터 분리하는 로킹 핀과; 상기 각도 관계를 조절하고 유지하기 위해 상기 가압 유체의 유동을 제어하는 스풀 밸브와, 상기 유체 소스로부터 상기 리세스를 향해 그리고 상기 리세스로부터 상기 유체 싱크를 향해 유동하는 상기 가압 유체의 타이밍을 제어하도록 배치된 여유 랜드; 및 내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치된 한 세트의 통로들을 포함한다. 상기 세트의 통로들은, 내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치되고, 상기 유체 소스와 유체 연통하게 배치된 제 1 단부와 제 2 단부를 갖는 제 1 통로와; 내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치되고, 상기 제 1 통로의 제 2 단부와 유체 연통하게 배치된 제 1 단부와, 상기 리세스와 유체 연통하는 제 2 단부를 갖는 제 2 통로; 및 내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치되고, 상기 제 2 통로의 제 1 단부와 유체 연통하게 배치된 제 1 단부와, 상기 유체 싱크와 유체 연통하는 제 2 단부를 갖는 제 3 통로를 포함한다.
내연 기관은 향상된 엔진 성능 또는 감소된 배출물을 위해 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 각도를 변화하기 위해 각종 메카니즘을 사용한다. 이들 메카니즘중 하나는 가변 캠샤프트 타이밍(VCT ; Variable Camshaft Timing) 메카니즘이다. 이들 VCT 메카니즘의 대부분은 작동 유체로서 엔진 오일을 사용하여 작동된다. VCT 메카니즘의 대부분이 100％ 밀봉되지 않기 때문에, 이들은 누설로 인해 오일을 손실시킨다. 정상 엔진 작동 동안에, 엔진 오일 펌프에 의해 발생된 오일 압력과 유동은 일반적으로 VCT를 충분한 오일로 유지하기 충분하고, 이에 의해 완전한 기능을 발휘한다. 그러나, 엔진이 폐쇄되면, 오일은 VCT 메카니즘로부터 누설되는 경향이 있다. 따라서, 후속하는 엔진 스타트 상태 중에, VCT는 VCT 시스템에서 오일 압력의 누설로 인해 과도하게 요동할 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 하기의 위치, 즉 중립(도 1a), 전진(도 1b), 해제된 로킹 핀을 갖는 지연(도 1c), 및 결합된 로킹 핀을 갖는 지연(도 1d)의 위치에 있어서 본 발명의 제어 시스템을 도시하고 있다. 도면들 각각에서, 세개의 랜드들(18, 19, 20)을 갖는 원통형 스풀(22)은 보어(17)에 있다. 엔진 오일 공급부(13)는 내부에 체크 밸브를 갖는 통로(14)와, 엔진 오일 공급부(13)와 같은 오일 소스와 직접 유체 연통하는 제 1 통로(15)를 통하여 보어(17)로 향한다. 오일 소스는 정상 VCT 메카니즘을 위한 수단을 제공한다. 다시 말하면, 제 1 통로(15) 없이, 엔진 오일 공급부(13)는 VCT 메카니즘을 위한 오일 공급을 여전히 유지한다. 본 발명을 실행하기 위해 제 1 통로(15)는 오일 공급부(13)에서 분기된다. 통로(16)는 엔진 오일 섬프(도시 생략)로 배출한다. 제 2 통로 L 또는 로크 통로(23)는 리세스(12)에 고정되게 배치된 로크 핀(11)으로 이어지고, 이에 의해 페이서를 제위치에 로킹한다. 제 2 통로 L(23)은 오일을 로킹 핀에 그리고 로킹 핀으로부터 안내하기 위해 사용된다. 제 3 통로(16)는 VCT 시스템내에서 순환하는 오일을 엔진 오일 섬프(도시 생략)로 배출시키는 배출구를 형성한다. 제 3 통로(16)의 기능중 하나는 오일이 로킹 핀(11) 영역으로부터 오일 섬프 또는 오일 공급 섬프로 유동하게 하는 것이다.
통로(8)는 전진 챔버 A(2)에 이어지고, 통로(10)는 유사하게 지연 챔버 R(3)에 이어진다. 두 챔버들은 페이서의 일부를 형성하는 베인(1)에 의해 분리된다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 종류의 "캠 토오크 작동식(CTA) 페이서에서, 체크 밸브들(6, 7)을 갖는 통로 S(9)는 작동 유체가 A로부터 R까지 또는 R로부터 A까지 통과하도록 재순환 라인을 제공한다. 작동 유체의 방향은 본 명세서에서 참조로 인용한 발명의 명칭이 "내연 기관용 가변 캠샤프트 타이밍"인 미국특허 제5,107,804호에 기재된 바와 같은 스풀 밸브의 위치에 의존한다. 그러나, 본 발명의 시스템은 오일 압력, 하이브리드 구성, 또는 페이서를 제어하기 위해 단일 스풀 밸브를 사용하는 어떤 다른 구성에 의해 직접 에너지화되거나 또는 이동되는 페이서들에서 사용될 수 있다는 것은 당업자에 의해 이해될 것이다.
도 1a를 다시 참조하면, 스풀(22)은 중립 위치에 있다. 제 1 랜드(18)는 소스 오일이 로킹 핀(11)으로부터 유출되는 것을 허용하지 않는 배출 통로 또는 제 3 통로(16)를 차단한다. 제 2 랜드(19)는 전진 분기 라인(8)으로부터의 소스 오일을 차단하고, 제 3 랜드(20)는 지연 분기 라인(10)으로부터의 소스 오일을 차단한다. 스풀과 연속하는 분기 라인에 공급된 보상(makeup) 소스 오일은 토오크 역전으로 인한 압력 펄스 중에 스풀(22)로부터 소스로의 오일의 복귀를 방지하기 위해 체크 밸브(14)를 포함하는 공급 라인을 거쳐서 공급된다.
전진 및 지연 분기 라인(8, 10) 양자가 차단되면, 소스 오일은 누설로 손실된 오일을 보상하기 위해 소스 분기 라인(9)을 통해 전진 및 지연 챔버들(2, 3)을 향해서만 이동할 수 있다. 소스 분기 라인(9)은 체크 밸브들(6, 7)에 의해 표시된 단면에서 끝난다. 다시, 전진 및 지연 분기 라인(8, 10) 양자가 차단되면, 결코 체크 밸브들(6, 7)이 폐쇄되지 않고, 이에 의해 소스 오일이 전진 및 지연 라인(4, 5) 양자를 통해 진행한다. 이러한 전진 및 지연 챔버들(2, 3) 양자는 오일로 채워져서 유지된다. 그러나, 오일은 전진 챔버(A)로부터 지연 챔버(R)로 또는 그 반대로 유동하지 않는다. 이에 의해, 베인(1)은 제위치에 효과적으로 고정된다. 상술한 바와 같이, 이 위치, 즉 중립 위치에 있는 스풀(22)에 대해, 소스 오일은 공급 라인 또는 제 1 통로(15)를 거쳐서 로킹 핀(11)에 오일을 자유롭게 공급하고, 이에 의해 로킹 핀(11)을 리세스(12)로부터 분리하여 유지하기 위해 가압한다.
도 1b는 전진된 또는 전진하는 위치에 있는 스풀(22)을 도시한다. 제 2 랜드(19)는 전진 챔버(A)로부터 배기되는 전진 분기 라인(8)을 차단한다. 제 3 랜드(20)는 지연 분기 라인(10)을 더 이상 차단하지 않고, 이에 의해서 소스 오일과 지연 챔버(3)로부터 유출되는 오일이 소스 분기 라인(9)과 인접한 체크 밸브(6)를 통하여 전진 라인(4)으로 유동하여 전진 챔버(2)를 채우는 동시에, 베인(1)을 이동시키는 캠 토오크 역전을 허용한다. 도 1a와 유사하게, 소스 오일은 로킹 핀(11)에 공급되고, 이에 의해 로킹 핀(11)을 리세스(12)로부터 분리하여 유지한다.
도 1c는 로킹 핀이 분리된 지연 위치 또는 지연되는 위치에 있는 스풀을 도시하고 있다. 로킹 핀(11)에 공급된 오일의 양은 결합 리세스(12)로부터 로킹 핀(11)을 유지하기 위한 적합한 양이다. 제 3 랜드(20)는 지연 분기 라인(10)을 완전히 차단한다. 전진 챔버(2)로부터 분기 라인(4)을 통해 유출하는 오일과 소스 오일은 조합되어 소스 분기 라인(9)을 통해서 지연 분기 라인(10)에 인접한 체크 밸브(7)를 통하여 지연 챔버(3)로 유동하고, 이에 의해 캠 토오크 역전이 지연 위치를 향해 베인을 이동시킨다. 도 1a 및 도 1b와 유사하게, 소스 오일은 로킹 핀(11)에 공급되고, 이에 의해 로킹 핀(11)은 리세스(12)로부터 분리되어 유지된다.
도 1d는 로킹 핀이 결합된 지연 위치에 있는 스풀(22)을 도시하고 있다. 제 1 랜드(18)는 배출 통로(16)를 더 이상 차단하지 않는다. 제 2 랜드(19)는 로킹 핀(11)을 분리 위치에 유지하는 소스 오일의 공급 라인(15)을 차단하고, 전진 분기 라인(8)을 소스 오일로부터 더 이상 차단하지 않는다. 제 3 랜드(20)는 소스 오일로부터 지연 분기 라인(10)을 차단한다. 이들 특정 위치에 있는 랜드들(18, 19, 20)에 대해, 소스 오일은 체크 밸브(14)를 통해서 스풀(22)을 포함하는 보어(17)로 유동한다. 전진 챔버(2)로부터 유출하는 오일과 협동하는 소스 오일은 지연 챔버(3)를 채우기 위해 지연 분기 라인(10)에 인접한 체크 밸브(7)를 통해서 이동하여 베인(1)을 이동시킨다. 로킹 핀(11)은 오일의 공급이 더 이상 존재하지 않고 잔류 오일이 배출 통로 또는 제 3 통로(16)를 통해 유출하기 때문에 리세스(12)와 결합한다.
본 발명의 기술내에 있는 바와 같이 랜드(18)와 스풀의 다른 단부상에서 통로들(15, 16, 23)의 위치를 역전시킴으로써 로킹 핀은 VCT 메카니즘이 지연 및 중립 상태에 있을 때 로터와 분리되고, 로킹 핀은 VCT 메카니즘이 전진된 상태에 있 을 때 로터와 결합하는 것을 이해할 수 있다. 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명한 바와 같이, 핀(11)은 제 2 통로 L(23)내의 오일과 유체 접촉하는 단부에 관하여 대향 단부상으로 편향되거나 또는 대향 단부와 결합하는 탄성 요소(25)에 의해 반대로 균형을 이룬다. 탄성 요소(25)에 의해 발휘된 힘은 실질적으로 일정하다. 더욱이, 탄성 요소(25)는 스프링일 수 있거나, 또는 특히 금속 스프링일 수 있다.
도 2는 페이서의 단면도를 도시하고 있다. 도 3 및 도 4는 도 2의 선 A-A 및 선 B-B를 따라 취한 단면도를 도시하고 있다. 일반적으로, 이들 도면들은 본 발명의 제어 시스템이 로터의 중심에서 스풀 밸브를 갖는 형태의 캠 페이서에 어떻게 고정되는 지를 도시하고 있다. 스풀은 통로(23)와 통로(16)를 구비하는 로크 핀(11)의 부근으로 그리고 로크 핀으로부터 유동하는 에너지화된 유체를 제어하기 위한 여유 랜드(18)를 차례로 갖는다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 페이서의 일부의 정면도가 도시되어 있다. 특히, 도 2는 로킹 핀(11)과 정면에서 보아 로킹 핀(11)에/으로부터의 통로(23)를 도시하고 있다. 세 개의 베인(1)이 이로부터 원주방향으로 연장하고 이것 상에 형성된 하우징(도시 생략)내에서 요동하는 로터가 도시되어 있다. 스풀(22)이 그 내부에서 이동하는 대략 원통형 형상의 원주방향 개구가 로터의 중심에 있다. 더욱이, 제 2 통로 L(23)은 소스(도시 생략)와 로킹 핀(11) 사이에서 유체 연통을 촉진하는 것에 주목해야 한다. 또한, 통로(4, 5)는 도 1a 내지 도 1d에 기술된 바와 같이 작용한다.
도 3을 참조하면, 도 2의 선 A-A를 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 특히, 도 3은 로크 핀 통로 L(23)과 배출 통로 V(16)를 도시하는 단면도이다. 소스(13)는 오일을 공급하며, 스풀 밸브(22)는 로터(4)의 중심에서 슬라이드 가능하게 위치된다. 로크 배출 통로(16)는 초과 오일을 배출한다.
도 4를 참조하면, 도 2의 선 B-B를 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 특히, 도 4는 로크 핀 통로 L(23)과 소스 통로(13)와 통로(15)를 도시하는 단면도이다. 스풀(22)은 로터(4)의 중심에서 제어가능하게 이동하거나 슬라이드되고 보어(17)에 의해 제한된다.
하기 설명은 하나만 또는 오히려 스풀 밸브(22)가 이동할 때 두 기능을 동시에 명령하고 실행하는 단일 스풀 밸브[베인(1)과 로킹 핀(11)을 각각 제어하기 위한 독립 스풀 밸브들과 반대로]를 사용하는 본 발명의 기능을 도시하는 예시이다. 먼저, "스풀 아웃(spool out)"은 VCT 또는 페이서를 정지부로 이동시키도록 명령한다. 이 정지부는 유체 통로들의 레이아웃에 따라 완전한 전진 또는 완전한 지연 중 어느 하나이다. 완전한 전진 또는 완전한 지연 정지부에 로킹 핀(11)을 배치함으로써, VCT 시스템은 고정된 위치를 자동적으로 찾는다. 제 2 명령은 소스 오일을 차단하고, 배출 통로(16)를 거쳐서 로킹 핀(11)을 배출하며, 이에 의해 로킹 핀(11)이 리세스(12)로 연장하여 결합하도록 한다.
알 수 있는 바와 같이, 유체 통로들을 제어하기 위해 독립 스풀 밸브들을 사용하는 공지된 VCT 로크 시스템과 비교하고, 본 발명에 도시된 바와 같이 중심 위치 설정된(center positioned) 스풀(22)과 같은 단일 스풀의 부근을 거쳐서 소스 오일을 안내하지 않고 페이서를 로킹 또는 언로킹하기 위해 소스 오일 압력을 사용하는 공지된 VCT 로크 시스템과 비교하면, 양 기능은 더 효과적으로 실행될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이 상기 두가지 기능(즉, VCT를 위치 조정하고 로크를 결합하는)을 실행하기 위해 하나의 스풀 밸브(22)만을 제공한다.
본 발명은 상기 두가지 기능을 조합하는 유일한 특징을 제공한다. 이 특징은 예를 들면 도 1a 내지 도 1d를 다시 참조하여 설명한다. 예를 들면, 스풀 밸브(22)가 이동하여 중립을 가로지르면, 스풀 위치에 의거한 제 1 명령은 VCT를 고정된 위치로 이동시킨다. 제 2 명령은 스풀 밸브가 더 이동한 후에 발생한다. 그래서, 스풀 밸브(22)가 이동할 때 연속적인 이벤트는 먼저 VCT를 재배치하고 그런 다음 로킹 핀(11)을 재배치한다. 스풀 밸브가 "안으로" 이동하면, 이벤트 단계는 역전된다. 스풀 밸브의 소량 이동은 스풀 밸브가 중립에 도달하기 전에도 VCT를 언로크한다. 중립을 지나서 이동한 후에, VCT는 고정된 위치로 이동할 수 있다. 이것은 로킹 핀이 분리되기 전에 VCT를 이동하도록 명령하면 로킹 핀을 제위치에 밀어넣는 경향이 있고 핀에 대한 작용력을 거쳐서 VCT를 언로크할 수 없기 때문에 바람직하다. 명백한 바와 같이, 본 발명은 고정된 위치로부터 떨어지도록 명령하기 전에 해제하기 위한 충분한 시간을 VCT에 부여할 필요가 있는 제어 전략을 선점한다.
본 발명의 다른 바람직한 결과는 스풀 밸브가 안으로 이동할 때 로킹 핀(11)을 분리하기 위한 제 1 작용이 발생하는 것이다. 이것은 스풀 밸브(22)가 VCT를 이동하도록 명령하기 위해 충분히 멀리 이동하기 전에도 발생한다.
본 발명에 관한 용어 및 사상에 대하여 후술한다.
유압 유체 또는 앞서 언급한 유체가 작동(actuating) 유체라는 것에 주의해 야 한다. 작동 유체는 베인을 베인 페이서에서 이동시키는 유체이다. 통상적으로, 작동 유체는 엔진 오일을 포함하지만, 별개의 유압 유체일 수 있다. 본 발명의 VCT 시스템은 베인을 이동시키도록 엔진 밸브를 개폐시키는 힘에 의해 초래되는 캠샤프트에서의 토오크 역전을 이용하는 캠 토오크 작동식(CTA: Cam Torque Actuated) VCT 시스템일 수 있다. CTA 시스템에서의 제어 밸브는 유체가 전진 챔버에서 지연 챔버로 유동하여 베인을 이동시키게 할 수 있거나, 유동을 정지시켜 베인을 위치 고정할 수 있다. 상기 CTA 페이서는 또한 누설에 의한 손실을 보상하기 위해 오일 입력부를 구비할 수 있으나, 페이서를 이동시키기 위해 엔진 오일 압력을 이용하지는 않는다. 베인은 유체를 작동시키는 반경방향 부재이며, 챔버 내에 수용되어 있다. 베인 페이서는 챔버내에서 이동하는 베인에 의해 작동되는 페이서이다.
하나의 엔진에는 하나 이상의 캠샤프트가 있을 수 있다. 상기 캠샤프트는 벨트나 체인 또는 기어 또는 다른 캠샤프트에 의해 구동될 수 있다. 캠샤프트상에는 로브가 밸브를 푸시하도록 제공될 수 있다. 멀티 캠샤프트 엔진에 있어서, 대부분은 배기 밸브용의 하나의 샤프트와, 흡입 밸브용의 하나의 샤프트를 구비한다. "V"형 엔진은 대개 두개의 캠샤프트(각각의 뱅크에 하나씩)를 구비하거나 네개의 캠샤프트(각각의 뱅크에 대해 흡입 및 배기용)를 구비한다.
챔버는 그 내부에서 베인이 회전하는 공간으로서 정의된다. 챔버는 (밸브를 빨리 크랭크샤프트에 대해 개방 상태로 만드는) 전진 챔버와, (밸브를 나중에 크랭크샤프트에 대해 개방 상태로 만드는) 지연 챔버로 구분될 수 있다. 체크 밸브는 유체가 한 방향으로만 유동할 수 있게 하는 밸브로서 정의된다. 폐 루프(closed loop)는, 하나의 특성을 다른 특성에 대해 변화시키고, 이어서 상기 변화가 정확히 이루어졌는지를 체크하며, 원하는 결과를 달성하기 위해 작용을 조절한다(예를 들어 ECU 로부터의 지령에 반응하여 페이서 위치를 변화시키기 위해 밸브를 이동시키고 이어서, 실제 페이서 위치를 체크하며, 밸브를 다시 정확한 위치로 이동시킨다). 제어 밸브는 페이서로의 유체 유동을 제어하는 밸브이다. 상기 제어 밸브는 CTA 시스템에서 페이서 내에 존재할 수 있다. 제어 밸브는 오일 압력이나 솔레노이드에 의해 작동될 수 있다. 크랭크샤프트는 피스톤으로부터 파워를 받아서 변속기 및 캠샤프트를 구동한다. 스풀 밸브는 스풀 형태의 제어 밸브로서 정의된다. 통상적으로 스풀은 보어내에 존재하며, 하나의 통로를 다른 통로에 연결한다. 대개의 경우 스풀은 페이서의 로터의 중심축상에 위치된다.
차동 압력 제어 시스템(DPCS)은 스풀의 각 단부상에서의 작동 유체 압력을 사용하는, 스풀 밸브 이동 시스템이다. 상기 스풀의 일 단부는 타 단부보다 크며, 상기 단부상의 유체는 (대개 오일 압력시에는 펄스폭 변조(PWM)에 의해) 제어되고, 스풀의 타 단부에는 완전 공급 압력이 공급된다(따라서 차등 압력). 밸브 제어 유닛(VCU:valve control unit)은 VCT 시스템을 제어하기 위한 제어 회로이다. 통상 상기 VCU는 ECU로부터의 지령에 반응하여 작용한다.
종동 샤프트는 파워를 수용하는 임의의 샤프트이다(VCT에서는 대부분 캠샤프트). 구동 샤프트는 파워를 공급하는 임의의 샤프트이다(VCT에서는 대부분 크랭크샤프트이지만, 하나의 캠샤프트를 다른 캠샤프트로부터 구동할 수 있다). ECU는 차량 컴퓨터인 엔진 제어 유닛이다. 엔진 오일은 엔진을 윤활하는데 사용되는 오일이며, 압력은 페이서를 제어 밸브를 통하여 작동시키도록 트랩(trap)될 수 있다.
하우징은 챔버를 갖는 페이서의 외측 부분으로서 정의된다. 하우징의 외측은 풀리(타이밍 벨트용), 스프로켓(타이밍 체인용) 또는 기어(타이밍 기어용)일 수 있다. 유압 유체는 브레이크 유체나 파워 스티어링 유체와 유사한 유압식 실린더에 사용되는 모든 특별한 종류의 오일이다. 유압 유체는 엔진 오일과 반드시 동일하지는 않다. 통상 본 발명은 "작동 유체"를 사용한다. 페이서를 위치적으로 로크시키기 위해 로크 핀이 사용된다. 대개는, 엔진 시동시 또는 폐쇄시와 같이 오일 압력이 너무낮아 페이서를 유지할 수 없을 때 로크 핀이 사용된다
오일 압력 작동식(OPA:oil pressure actuated) VCT 시스템은, 엔진 오일 압력이 베인을 이동시키도록 베인의 일측부 또는 타 측부에 적용되는 종래의 페이서를 사용한다.
작용 확인을 위해 피드백 없이 하나의 특성을 다른 것에 반응하여 변화시키는 (즉, ECU 로부터의 지령에 반응하여 밸브를 이동시키는) 제어 시스템에 개방 루프가 사용된다.
페이스(phase)는 캠샤프트와 크랭크샤프트(또는 페이서가 다른 캠에 의해 구동된다면 캠샤프트와 다른 캠샤프트)의 상대적인 각도 위치로서 정의된다. 페이서는 캠에 장착되는 전체 부분으로서 정의된다. 상기 페이서는 통상 로터와 하우징으로 그리고 가능하다면 스풀 밸브와 체크 밸브들로 구성된다. 피스톤 페이서는 내연 기관의 실린더내에서 피스톤에 의해 작동되는 페이서이다. 로터는 캠 샤프트 에 부착되는 페이서의 내측 부분이다.
펄스폭 변조(PWM)는 전류나 유체 압력의 온/오프 펄스 타이밍을 변화시킴으로써 가변적인 힘 또는 압력을 제공한다. 솔레노이드는 기계적 아암을 이동시키기 위해 코일에 흐르는 전류를 사용하는 전기적 작동기이다. 힘 가변형 솔레노이드(VFS: variable force solenoid)는 그 작동력이 대개 공급 전류의 PWM 에 의해 변화될 수 있는 솔레노이드이다. VFS는 온/오프(전부 아니면 전무) 솔레노이드와 상반된다.
스프로켓은 엔진 타이밍 체인과 같은 체인과 함께 사용되는 부재이다. 타이밍은 피스톤이 소정 위치(통상은 상사점(TDC))에 도달하는 시간과, 다른 무언가가 발생하는 시간 사이의 관계로서 정의된다. 예를 들면, VCT 또는 VVT 시스템에서, 타이밍은 대개 밸브가 개방 또는 폐쇄되는 때에 관한 것이다. 점화 타이밍은 점화 플러그가 점화될 때에 관한 것이다.
토션 어시스트(TA) 또는 토오크 어시스트식 페이서는 OPA 페이서에 대한 변형이며, 이는 오일 공급 라인에 체크 밸브를 추가하거나(즉, 단일 체크 밸브 실시예) 각각의 챔버에서 공급 라인에 체크 밸브를 추가한다(즉, 두개의 체크 밸브 실시예). 상기 체크 밸브는 토오크 역전으로 인한 오일 압력 펄스가 다시 오일 시스템으로 전파되는 것을 차단하고 베인이 토오크 역전으로 인해 후방으로 이동하는 것을 정지한다. TA 시스템에서는, 정방향 토오크 효과로 인한 베인의 이동이 허용되며, 따라서 "토션 보조"라는 표현이 사용된다. 베인 이동의 그래프는 계단 함수이다.
VCT 시스템은 페이서, 제어 밸브(들), 제어 밸브 작동기(들), 및 제어 회로를 포함한다. 가변 캠 타이밍(VCT)은 엔진의 흡입 및/또는 배기 밸브를 구동하는 하나 이상의 캠샤프트 사이의 각도 관계(위상:phase)를 제어 및/또는 변화시키는 것을 지칭하는 프로세스이다. 상기 각도 관계는 또한 캠과 크랭크샤프트 사이의 위상 관계를 포함하며, 여기에서 크랭크샤프트는 피스톤에 연결된다.
가변 밸브 타이밍(VVT:variable valve timing)은 밸브 타이밍을 변화시키는 임의의 프로세스이다. VVT는 VCT와 연관될 수 있거나, 캠의 형상이나, 캠에 대한 캠 로브의 관계 또는 캠이나 밸브에 대한 밸브 작동기의 관계를 변화시킴으로써, 또는 전기식 또는 유압식 작동기를 사용하는 밸브들 자체를 개별적으로 제어함으로써 달성될 수 있다. 즉, 모든 VCT는 VVT 이지만, 모든 VVT가 VCT는 아니다.
따라서, 본원에 기술된 본 발명의 실시예들이 단지 본 발명의 원리의 적용을 도시한다는 것을 이해해야 한다. 도시된 실시예들의 상세에 대한 인용은 본 발명에 대한 본질로서 간주된 특징들을 기술하는 청구범위의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다.

Claims (7)

  1. 가압 유체를 통하여 캠샤프트와 크랭크샤프트 또는 다른 샤프트 사이의 각도 관계를 조절하고 유지하며, 상기 각도 관계를 조절하고 유지하기 위해 유체 소스로부터 유체 싱크까지 유동하는 상기 가압 유체를 사용하는 페이서를 갖는 VCT 메카니즘에 있어서,
    상기 VCT 메카니즘은,
    리세스(12)와 결합하도록 배치되고, 상기 가압 유체가 내부로 흐르도록 허용함으로써 로킹 핀(11)을 상기 리세스(12)로부터 분리하는 로킹 핀(11)과,
    상기 각도 관계를 조절하고 유지하기 위해 상기 가압 유체의 유동을 제어하는 스풀 밸브(22)로서, 랜드들(19,20)을 구비하며, 상기 로킹핀(11)의 로크 및 언로크와 상기 유체 소스로부터 로킹핀(11)이 결합 및 분리되는 상기 리세스(12)를 향해 유동하는 그리고 상기 로킹핀(11)이 결합 및 분리되는 상기 리세스(12)로부터 상기 유체 싱크를 향해 유동하는 상기 가압 유체의 타이밍을 제어하도록 배치된 여유 랜드(18)를 갖는 상기 스풀 밸브(22), 및
    내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치된 한 세트의 통로들(A, S, R, L, V, 15)을 포함하고,
    상기 세트의 통로들은, 내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치되고, 상기 유체 소스와 유체 연통하게 배치된 제 1 단부와 제 2 단부를 갖는 제 1 통로(15)와,
    내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치되고, 상기 제 1 통로의 제 2 단부와 유체 연통하게 배치된 제 1 단부와, 상기 리세스(12)와 유체 연통하는 제 2 단부를 갖는 제 2 통로(23), 및
    내부에서 유동하는 유체를 갖도록 배치되고, 상기 제 2 통로(23)의 제 1 단부와 유체 연통하게 배치된 제 1 단부와, 상기 유체 싱크와 유체 연통하는 제 2 단부를 갖는 제 3 통로(16)를 포함하는 VCT 메카니즘.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀 밸브(22)의 랜드(19)는 상기 제 2 통로(23)의 제 1 단부와 상기 제 1 통로(15)의 제 2 단부 사이에서의 상기 유체 연통을 제어하기 위해 배치된 VCT 메카니즘.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀 밸브(22)의 여유 랜드(18)는 상기 제 2 통로(23)의 제 1 단부와 상기 제 3 통로(16)의 제 1 단부 사이에서의 상기 유체 연통을 제어하기 위해 배치된 VCT 메카니즘.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀 밸브(22)는 상기 페이서내에 배치된 중심 장착식 스풀 밸브(22)인 VCT 메카니즘.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다른 샤프트는 캠 샤프트인 VCT 메카니즘.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 세트의 통로들은 상기 페이서의 전진 챔버 및 지연 챔버와 유체 연통하게 배치된 VCT 메카니즘.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 VCT 메카니즘은 CTA VCT 시스템인 VCT 메카니즘.
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