KR101242882B1 - 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로설정하기 위한 장치 - Google Patents

내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로설정하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상호 작용하는 2 개의 압력챔버 (12, 13) 를 갖는 유압식 액추에이터 (18) 및 상기 압력챔버 (12, 13) 로의 또는 압력챔버 (12, 13) 로부터의 압력매체의 공급 및 유출을 위한 압력매체 공급 장치 (32) 를 구비한 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 이외에, 상기 장치 (1) 는 적어도 하나의 회전각 제한 장치 (24) 를 구비하며, 상기 회전각 제한 장치는 언록킹된 상태에서는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 제한하지 않고, 록킹된 상태에서는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 소정의 각도범위 또는 소정의 각도에 제한한다. 상기 회전각 제한 장치 (24) 는 압력매체의 공급을 통해 록킹된 상태로부터 언록킹된 상태로 옮겨진다. 회전각 제한 장치(들) (24) 로의 또는 회전각 제한 장치(들) (24) 로부터의 압력매체의 공급 및 유출을 위한 제어 라인 (19) 이 제공되며, 상기 제어 라인 (19) 은 압력매체 공급 장치 (32) 와 연통하지 않는다. 제어 밸브 (38) 는 제어 라인 (19) 으로의 압력매체 공급 및 제어 라인 (19) 으로부터의 압력매체 유출을 제어한다. 제어 밸브 (38) 는 유압식 가동 메카니즘 (39) 을 구비하며, 상기 가동 메카니즘은 압력매체 공급 장치 (32) 에 의한 압력매체의 작용하에 구속된다.

Description

내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 {DEVICE FOR VARIABLY SETTING THE CONTROL TIMES OF GAS EXCHANGE VALVES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1 항 및 제 2 항의 전제부에 따른 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치에 관한 것이다.
내연기관에서는 가스 교환 밸브의 가동을 위해 캠샤프트가 이용된다. 캠샤프트는, 상기 캠샤프트 상에 배치된 캠이 캠팔로워 (cam follower), 예컨대 밸브 태핏, 드래그 레버 또는 진동 레버에 인접하도록 내연기관 안에 배치된다. 캠샤프트가 회전되면 캠은 캠팔로워 상에서 굴러가며, 상기 캠팔로워는 다시금 가스 교환 밸브를 가동한다. 그러므로, 캠의 위치 및 형태에 의해 가스 교환 밸브의 열림 기간뿐만 아니라 열림 진폭과 열림 및 닫힘 시점이 확정된다.
오늘날의 모터 컨셉에 따르면, 밸브 트레인 (valve train) 을 가변적으로 디자인한다. 한편으론, 개별 실린더의 완전한 차단에 이르기까지, 밸브 행정 및 밸브 열림 기간이 가변적으로 형성될 수 있어야만 한다. 이를 위해, 스위칭 가능한 캠팔로워 또는 전기유압 또는 전기 밸브가동과 같은 컨셉이 제공된다. 이 이외에, 내연기관의 작동 동안 가스 교환 밸브의 열림 및 닫힘 시간에 영향을 줄 수 있는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이 경우, 예컨대 소정의 밸브 오버랩 (valve overlap) 을 목표로 두고 설정하기 위해, 유입 또는 유출밸브의 열림 또는 닫힘 시점에 분리하여 영향을 줄 수 있는 것이 특히 바람직하다. 모터의 현재의 특성맵 영역, 예컨대 현재의 회전수 또는 현재의 부하에 따라 가스 교환 밸브의 열림 및 닫힘 시점을 설정함으로써, 특수한 연료소모가 감소할 수 있고, 배기가스 반응이 긍정적으로 영향을 받으며, 모터 효율, 최대 토크 및 최대 성능이 상승할 수 있다.
밸브 제어 시간의 상기 상술된 가변성은 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상 위치 (phase position) 의 상대적 변경에 의해 달성된다. 이 경우, 캠샤프트는 대부분 체인 드라이브, 벨트 드라이브, 톱니휠 드라이브 또는 동일하게 작용하는 드라이브 컨셉을 통해 크랭크샤프트와 구동연결되어 있다. 크랭크샤프트에 의해 구동되는 체인 드라이브, 벨트 드라이브 또는 톱니휠 드라이브와 캠샤프트 사이에는, 내연기관의 제어 시간을 변경하기 위한 장치 (하기에서 캠샤프트 어드저스터 (camshaft adjuster) 로 명칭됨) 가 배치되며, 상기 장치는 토크를 크랭크샤프트로부터 캠샤프트로 전달한다. 이 경우, 상기 장치는, 내연기관의 작동 동안 크랭크샤프트와 캠샤프트 사이의 위상 위치가 안전하게 유지되며, 원하는 경우에는 캠샤프트가 크랭크샤프트에 대해 일정한 각도영역에서 비틀려질 수 있도록 형성된다.
유입 및 유출 밸브를 위해 각기 하나의 캠샤프트를 구비한 내연기관에서, 상기 내연기관은 각기 하나의 캠샤프트 어드저스터를 갖출 수 있다. 이로 인해, 유입 및 유출 밸브의 열림 및 닫힘 시간은 시간적으로 서로 상대적으로 연기될 수 있고, 밸브 오버랩은 목표되어 설정될 수 있다.
오늘날의 캠샤프트 어드저스터의 안착부는 대개 캠샤프트의 구동쪽 단부에 위치한다. 하지만 캠샤프트 어드저스터는 중간 샤프트, 회전하지 않는 부품 또는 크랭크샤프트 상에 배치될 수도 있다. 캠샤프트 어드저스터는, 크랭크샤프트에 의해 구동되며, 상기 크랭크샤프트에 대해 확고한 위상관계를 유지하는 구동휠, 캠샤프트와 구동연결된 출력부품, 토크를 구동휠로부터 출력부품으로 전달하는 조절 메카니즘으로 구성된다. 구동휠은 크랭크샤프트에 배치되지 않은 캠샤프트 어드저스터의 경우 체인휠, 벨트휠 또는 톱니휠로서 실시될 수 있으며, 체인 드라이브, 벨트 드라이브 또는 톱니휠 드라이브를 수단으로 크랭크샤프트에 의해 구동된다. 상기 조절 메카니즘은 전기적으로 (구동된 3축 기어를 수단으로), 유압식으로 또는 공기식으로 가동될 수 있다.
유압식으로 조절 가능한 캠샤프트 어드저스터의 2 개의 바람직한 실시형태들은 소위 축방향 피스톤 어드저스터 및 회전 피스톤 어드저스터를 나타낸다.
축방향 피스톤 어드저스터에서 구동휠은 피스톤과 연결되며, 상기 피스톤은 출력부품과 각각 헬리컬 톱니를 통해 연결된다. 상기 피스톤은, 출력부품과 구동휠에 의해 형성된 중공 공간을 서로 축방향으로 배치된 2 개의 압력챔버로 분리한다. 이제 한 압력챔버는 압력매체 (pressure medium) 로 가압되는 반면, 다른 압력챔버는 탱크와 연결되면, 피스톤은 축방향에서 옮겨진다. 피스톤의 상기 축방향 위치 이동은 헬리컬 톱니를 통해 출력부품에 대한 구동휠의, 그리고 이 로써 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대적 비틀림으로 옮겨진다.
유압식 캠샤프트 어드저스터의 제 2 실시형태는 소위 회전 피스톤 어드저스터이다. 상기 회전 피스톤 어드저스터 안에서 구동휠은 회전고정적으로 고정자와 연결된다. 고정자와 회전자는 동심적으로 서로 배치되며, 이때 상기 회전자는 압력 끼워맞춤으로, 형상 끼워맞춤으로 또는 재료 결합으로, 예컨대 프레스 끼워맞춤, 나사연결 또는 용접연결을 수단으로 캠샤프트, 캠샤프트의 연장부 또는 중간 샤프트와 연결된다. 고정자 안에는, 원주방향으로 간격을 두고 있는 여러 개의 중공 공간이 형성되며, 상기 중공 공간은 회전자로부터 출발하여 방사상 바깥으로 연장된다. 상기 중공 공간은 축방향에서 측면커버를 통해 압력 밀봉되어 한정된다. 각 중공 공간 안에는 회전자와 연결된 베인 (vane) 이 연장되며, 상기 베인은 각 중공 공간을 2 개의 압력챔버로 분할한다. 압력매체 펌프 또는 탱크를 구비한 개별 압력챔버들의 목표된 연결에 의해 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상이 설정되거나 또는 유지될 수 있다.
캠샤프트 어드저스터의 제어를 위해 센서는 모터의 특성 데이터, 예컨대 부하 상태 및 회전수를 파악한다. 이 데이터들은 전자 제어유닛에 공급되며, 상기 제어유닛은 내연기관의 특성 데이터맵과 상기 데이터를 비교한 후 여러 가지 압력챔버로의 압력매체의 유입 및 유출을 제어한다.
크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상 위치를 조절하기 위해, 유압식 캠샤프트 어드저스터 안에서 중공 공간의 상호 작용하는 2 개의 압력챔버 중 하나는 압력매체 펌프와 연결되며, 다른 하나는 탱크와 연결된다. 다른 챔버로부터의 압력 매체의 유출과 연결하여 챔버로의 압력매체의 유입은 압력챔버들을 분리하는 피스톤을 축방향으로 옮기며, 이로 인해 축방향 피스톤 어드저스터에서는 헬리컬 톱니를 통해 캠샤프트가 크랭크샤프트에 대해 상대적으로 비틀려진다. 회전 피스톤 어드저스터에서는 한 챔버의 압력 가압 및 다른 챔버의 압력 릴리프 (pressure relief) 를 통해 베인의 위치 이동, 그리고 이로써 직접 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 비틀림이 야기된다. 위상 위치를 유지하기 위해, 양 압력챔버들은 압력매체 펌프와 연결되거나, 또는 압력매체 펌프로부터 뿐만 아니라 탱크로부터 분리된다.
압력챔버로의 또는 압력챔버로부터의 압력매체 흐름의 제어는 제어 밸브, 대개 4/3 비례 밸브를 수단으로 행해진다. 밸브 하우징에는 압력챔버들을 위한 각기 하나의 이음부 (작업 이음부), 압력매체 펌프에 대한 이음부, 탱크에 대한 적어도 하나의 이음부가 제공된다. 본질적으로 중공 원통형으로 실시된 밸브 하우징의 내부에는 축방향으로 이동 가능한 제어 피스톤이 배치된다. 상기 제어 피스톤은 전자기 조정부재를 수단으로 스프링 요소의 스프링 힘에 대항하여 축방향으로 2 개의 소정의 끝위치들 사이의 각 위치로 이송될 수 있다. 이 이외에, 상기 제어 피스톤에는 환형 그루브 및 제어 에지가 제공되며, 이로 인해 개별 압력챔버들은 선택적으로 압력매체 펌프와 또는 탱크와 연결될 수 있다. 마찬가지로, 압력매체 챔버들이 압력매체 펌프로부터 뿐만 아니라 압력매체 탱크로부터도 분리되는 제어 피스톤의 위치가 제공될 수 있다.
내연기관의 스타트 단계 동안 캠샤프트 어드저스터는 위상 위치가 안전하게 유지될 수 있기까지 일종의 기간을 필요로 한다. 이는, 유압식 캠샤프트 어드저스터의 경우, 내연기관의 정지 동안 압력매체가 압력챔버로부터 배출되며, 그리고 이로써 내연기관의 스타트시 피스톤 또는 베인의 유압식 클램핑이 보장되지 않음으로써 야기된다. 크랭크샤프트에 의해 구동된 내연기관의 오일 펌프가 캠샤프트 어드저스터에게 충분히 압력매체를 공급하기까지, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상 위치가 확정되지 않는다. 이로 인한 결과는 내연기관의 나쁜 스타트 특성 및 작동 특성이다. 이 이외에, 피스톤 또는 베인은 압력공간의 내부에서 캠샤프트의 반응 모멘트로 인해 제동되지 않은채 조절되며, 이로 인해 상기 피스톤 또는 베인은 장치 안의 제한부에 부딪치고, 이로 인해 소음이 생기고 마모가 야기된다.
이를 저지하기 위해, 출력요소를 기계적으로 입력요소와 커플링하며, 그리고 이로써 양 부품들의 서로 간의 비틀림을 저지하는 회전각 제한 장치가 제공된다. 이와 같은 회전각 제한 장치는 록킹 피스톤을 통해 실현되며, 상기 록킹 피스톤은 출력요소 또는 입력요소에 형성된 수용부 안에 배치된다. 이 이외에 스프링이 제공되며, 상기 스프링은 상기 록킹 피스톤을 다른 부품의 방향으로 밀어붙인다. 이 이외에, 다른 부품에는 게이트 (gate) 가 제공되며, 미리 정해진 록킹 위상이 도달되면 상기 게이트 안으로 상기 록킹 피스톤이 밀어 붙여진다. 이 경우, 입력요소에 대해 출력요소를 양 극단 위상위치들 중 하나에서 또는 그 사이에 놓인 위상위치에서 록킹하는 것이 바람직할 수 있다. 적용에 따라 하나 또는 여러 개의 록킹 장치가 제공되며, 이때 게이트는 두 번째 경우에는 블라인드 홀 (blind hole) 로서 형성되거나 또는 원주방향으로 연장되는 그루브 (groove) 로서 형성될 수 있다.
DE 698 17 413 T2 에 이와 같은 장치가 기술되어 있다. 이 경우는 회전 피스톤 제조방식의 장치에 관한 것이다. 캠샤프트와 구동연결되어 있는 입력요소는 회전고정적으로 캠샤프트와 연결된 출력요소 상에 회전 가능하게 설치된다. 입력요소는 출력요소에 대해 열린 리세스를 갖고 형성된다. 상기 장치의 축방향에는 측면커버가 제공되며, 상기 측면커버는 상기 장치를 한정한다. 상기 리세스는 입력요소, 출력요소 및 측면커버를 통해 압력 밀봉되어 폐쇄되며, 그리로 이로써 압력공간을 형성한다. 출력요소의 외부 피복면에는 축방향 그루브가 제공되며, 상기 그루브 안으로 베인이 배치되고, 상기 그루브는 상기 리세스 안으로 연장된다. 상기 베인은, 상기 베인이 압력공간을 상호 작용하는 각기 2 개의 압력챔버로 분할하도록 형성된다. 압력챔버로의 또는 압력챔버로부터의 압력매체의 공급 또는 유출을 통해, 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상 위치는 선택적으로 유지되거나 또는 조절될 수 있다.
입력요소 안에 록킹 피스톤이 배치되며, 상기 록킹 피스톤은 스프링 수단을 수단으로 힘으로 출력요소의 방향으로 가압된다. 록킹 피스톤을 향하고 있는 출력요소의 외부 피복면에는 블라인드 홀이 형성된다. 상기 블라인드 홀은, 상기 블라인드 홀이 압력매체로 가압되지 않으면, 입력요소에 대한 출력요소의 소정의 위상 위치에서 록킹 피스톤이 블라인드 홀과 맞물리도록 배치되고 형성된다. 그러므로 회전자는 고정자에 대해 상대적으로 록킹되며, 이로 인해 상대적 비틀림 이 저지된다. 제어 라인을 통해 압력매체가 블라인드 홀로 공급되며, 이로 인해 록킹 피스톤의 정면은 압력매체로 가압된다. 이로 인해, 피스톤은 수용부 안으로 눌려지며, 한 방향으로 고정자에 대한 회전자의 조절이 가능해진다. 상기 제어 라인은 압력매체 공급 장치에 대해 단독으로 실시되며, 상기 압력매체 공급 장치는 압력챔버를 압력매체로 가압한다. 이 이외에, 제어 밸브 (control valve) 가 제공되며, 상기 제어 밸브는 제어 라인으로의 압력매체의 유입 또는 유출을 제어한다. 상기 제어 밸브는 마이크로프로세서 및 전자기 조정유닛을 통해 압력매체가 블라인드 홀로부터 유출되는 상태로부터 블라인드 홀이 압력매체로 가압되는 상태로 조절된다.
이때의 단점은 높은 비용이며, 상기 비용은 단독적인 제어 라인이 전자기 조정유닛을 수단으로 가동됨으로써 발생한다. 장치가 충분히 압력매체로 채워졌을 때에야 입력요소에 대한 출력요소의 록킹을 해제하기 위해, 이 상태는 검출되어야하며, 또는 제어 밸브가 가동되기까지 내연기관의 스타트 후 일종의 기간을 기다려야만 한다. 첫 번째 경우에는 센서가 제공되어야 하며, 상기 센서는 내연기관의 ECU 에 의해 감시되어야 하고, 이는 큰 비용 및 큰 제어 노력을 발생시킨다. 두 번째 경우에는 장치의 원하는 충전 상태가 도달되기 전에 록킹이 해제될 수 있으며, 이로 인해 상기 언급된 단점들이 생긴다.
따라서 본 발명의 목적은 상기 언급된 단점들을 피하는 것이며, 그리고 이로써 내연기관의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치를 제공하는 것이고, 상기 장치에서 입력요소에 대한 출력요소의 록킹은 과정적으로 안전하게 상기 장치의 요구 충전 상태 (desired filling state) 가 달성된 후에야 행해지며, 이는 전자기 조정유닛과 같은 고가의 추가 부품 없이, 그리고 가능한 한 가장 적은 제어 노력을 갖고 행해져야 한다.
상기 목적은, 캠샤프트를 구동하는 출력요소, 크랭크샤프트에 의해 구동되는 입력요소, 상호 작용하는 적어도 2 개의 압력챔버를 갖는 유압식 액추에이터, 압력챔버로 및 압력챔버로부터의 압력매체의 공급 및 유출을 위한 압력매체 공급 장치 (이때, 입력요소는 출력요소에 대해 회전 가능하게 배치되고, 양 부품들 사이의 위상 위치는 압력챔버로의 및 압력챔버로부터의 압력매체의 공급 및 유출에 의해 선택적으로 유지되거나 또는 조절될 수 있다), 언록킹 (unlocking) 된 상태에서는 입력요소에 대한 출력요소의 위상 위치를 제한하지 않고, 록킹 (locking) 된 상태에서는 입력요소에 대한 출력요소의 위상 위치를 소정의 (defined) 각도영역 또는 소정의 각도에 제한하는 적어도 하나의 회전각 제한 장치 (이때, 상기 회전각 제한 장치는 압력매체의 공급에 의해 록킹된 상태로부터 언록킹된 상태로 옮겨진다), 회전각 제한 장치(들)로 또는 회전각 제한 장치(들)로부터 압력매체를 공급 및 유출하기 위한 제어 라인 (이때, 상기 제어 라인은 상기 압력매체 공급 장치와 연통 (communicate) 하지 않는다), 가동된 상태에서는 제어 라인으로 압력매체 공급을 가능하게 하고 및 가동되지 않은 상태에서는 제어 라인으로부터의 압력매체 유출을 가능하게 하는 제어 밸브를 구비하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치의 제 1 실시형태에서, 본 발명에 따르면 상기 제어 밸브는 유압식 가동 메카니즘 (hydraulic actuating mechanism) 을 구비하며, 상기 가동 메카니즘은 압력매체 공급 장치에 의한 압력매체의 작용하에 구속된다.
상기 장치의 이러한 형성에 의해, 비용이 많이 들고 제어가 많이 드는 전자기 가동 메카니즘이 피해진다. 모터 제어 (ECU) 에서 추가로 필요한 제어 소프트 웨어와 같이, 제어 밸브로의, 결함이 쉽게 생기는 전기공급도 또한 포기될 수 있다. 이 이외에, 제어 밸브의 가동은 과정적으로 안전하게 압력매체를 수단으로 한 시점에서야 행해지는데, 왜냐하면 장치는 이미 충분히 압력매체로 가압되기 때문이다. 이 이외에, 제어 밸브의 스위칭 위치를 가동 및 유지하기 위한 전기 에너지가 필요하지 않다.
그 밖의 장점은, 압력매체 펌프로부터 공급된 시스템 압력이 장치가 더 이상 충분히 압력매체로 가압되지 않고, 그리고 이 때문에 입력요소에 대한 출력요소의 위상 위치가 더 이상 기능적으로 안전하게 유지될 수 없는 값 아래로 떨어지면 회전각 제한 장치가 자동으로 록킹된 상태로 옮겨지는 데에 있다. 이는 예컨대, 내연기관이 공회전에서 가동되고, 그리고 이로써 크랭크샤프트에 의해 구동된 압력매체 펌프가 충분한 압력을 생성할 수 없으면 나타날 수 있다.
이 경우, 압력매체 공급 장치는 제어 밸브, 제 1 압력매체 라인 및 제 2 압력매체 라인을 구비하며, 이때 상기 제어 밸브는 압력매체 펌프와 연통하고, 압력매체 라인들은 상기 제어 밸브 및 압력챔버들 중 각기 하나와 연통하며, 유압식 가동 메카니즘은 압력매체 라인들 중 하나와 연통한다.
이 조치들에 의해, 간단한 스타트 전략을 통해, 제어 밸브의 가동 전에 양 압력챔버들의 충전이 보장될 수 있다. 이 목적을 위해, 내연기관의 스타트 후 우선, 가동 메카니즘과 연통하지 않는 압력매체 라인에 의해 공급되는 압력챔버들 또는 압력챔버는 압력매체로 가압된다. 이에 이은 단계에서, 다른 압력매체 라인, 그리로 이로써 압력챔버들의 다른 그룹 또는 다른 압력챔버는 압력매체로 가압된다. 이는 제어 밸브의 가동을 일으키며, 그리고 이로써 회전각 제한 장치의 언록킹을 일으킨다. 하지만 이 시점에 이미 장치의 모든 압력챔버들은 압력매체를 공급받기 때문에, 액추에이터는 클램핑된 상태에 위치한다. 캠샤프트로부터 출력요소에 가해진 반응 모멘트 (reaction moment) 는 제어되지 않은 선회운동을 일으킬 수 없다. 이로 인해, 장치의 마모가 최소화되며, 다른 경우라면 일반적인 소음 현상이 피해진다.
상기 목적은, 캠샤프트를 구동하는 출력요소, 크랭크샤프트에 의해 구동되는 입력요소 (이때, 상기 양 부품들은 서로 회전 가능하게 조립되며, 그리고 적어도 하나의 압력공간을 확정하며, 이때 각 압력공간 안으로 상기 부품들 중 하나에 배치된 베인이 연장되며, 상기 베인은 상기 압력공간을 상호 작용하는 2 개의 압력챔버로 분할한다), 2 개의 압력매체 라인 (이때, 각 압력매체 라인은 하나의 압력챔버 또는 압력챔버들의 그룹과 연통하며, 그리고 이때 입력요소에 대한 출력요소의 위상 위치는 압력챔버들로의 및 압력챔버들로부터의 압력매체의 공급 및 유출에 의해 선택적으로 유지되거나 또는 조절될 수 있다), 언록킹된 상태에서는 입력요소에 대한 출력요소의 위상 위치를 제한하지 않고, 록킹된 상태에서는 입력요소에 대한 출력요소의 위상 위치를 소정의 각도범위 또는 소정의 각도에 제한하는 적어도 하나의 회전각 제한 장치 (이때, 상기 회전각 제한 장치는 압력매체의 공급을 통해 언록킹된 상태로 옮겨지고 유지된다), 제어 라인 및 제어 밸브 (이때, 상기 제어 라인은 제어 밸브 및 회전각 제한 장치(들)과 연통하며, 그리고 이때 상기 제어 밸브는 가동된 상태에서는 제어 라인으로의 압력매체 공급을 가능하게 하고 가동되지 않은 상태에서는 제어 라인으로부터의 압력매체 유출을 가능하게 한다) 를 구비하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치의 그 밖의 실시형태에서, 본 발명에 따르면 상기 제어 밸브는 유압식 가동 메카니즘을 구비하며, 상기 가동 메카니즘은 압력매체 라인들 중 적어도 하나와 연통함으로써 달성된다. 이 실시형태에서는 제 1 실시형태에서와 동일한 장점들이 달성된다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따르면, 제어 밸브는 작업 이음부 (working connection), 유입 이음부 및 유출 이음부를 구비하며, 이때 상기 작업 이음부는 제어 라인 및 제어 밸브의 유압식 가동 메카니즘과 연통하고, 상기 유입 이음부는 압력매체 펌프와 연통하며, 상기 유출 이음부는 탱크와 연통한다.
이로 인해, 압력챔버들이 가동 메카니즘과 연통하지 않는 압력매체 라인을 통해 압력매체로 가압될 때에도 회전각 제한 장치가 언록킹된 상태에 유지되는 것이 보장된다.
본 발명의 구체화에서, 회전각 제한 장치는 출력요소 또는 입력요소에 형성된 제 1 수용부 및 다른 부품에 형성된 제 1 게이트 (gate) 를 갖고 형성되며, 이때 상기 제 1 수용부 안에는 제 1 피스톤 및 제 1 스프링이 수용되고, 이때 상기 제 1 스프링은 상기 제 1 피스톤을 제 1 게이트가 형성되어 있는 부품의 방향으로 밀어붙인다. 이 경우 제 1 게이트는 블라인드 홀 (blind hole) 로서 형성되거나 또는 블라인드 홀을 갖는 계단식 게이트로서 형성되며, 이때 상기 블라인드 홀의 개구부는 록킹 피스톤의 치수에 맞춰진다.
이 이외에, 제 2 회전각 제한 장치가 제공될 수 있으며, 상기 회전각 제한 장치는 출력요소 또는 입력요소에 배치된 제 2 수용부 및 다른 부품에 형성된 제 2 게이트를 갖고 형성되고, 이때 상기 제 2 수용부 안에는 제 2 피스톤 및 제 2 스프링이 수용되며, 이때 상기 제 2 스프링은 상기 제 2 피스톤을 제 2 게이트가 형성되어 있는 부품의 방향으로 밀어붙인다. 이 경우, 제 1 게이트는 원주방향으로 연장되는 그루브 (groove) 로서 형성되며 제 2 게이트는 블라인드 홀 (blind hole) 로서 형성될 수 있으며, 상기 블라인드 홀의 개구부는 록킹 피스톤의 치수에 맞춰진다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 게이트가 각각, 원주방향으로 연장되는 그루브로서 형성된다. 회전각 제한 장치의 이러한 제안된 실시들은 특정한 록킹위치들에 맞춰지며, 이때 입력요소에 대한 출력요소의 위상 위치의 록킹은 극단위치들 중 하나에서 또는 그 사이에 놓인 위치에서 실현될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 특징들은 하기의 설명 및 본 발명의 실시예들이 간략히 도시되어 있는 도면으로부터 나타난다.
도 1 은 유압식 조정 장치의 종방향 단면,
도 2 는 도 1 에 따른 유압식 조정 장치의 횡단면,
도 2a 는 유압식 조정 장치의 제 2 실시형태의 횡단면,
도 3 은 도 2a 에 따른 조정 장치를 구비한 본 발명에 따른 장치의 압력매체 순환의 원칙 개략도,
도 4 는 도 2 에 따른 조정 장치를 구비한 본 발명에 따른 장치의 압력매체 순환의 원칙 개략도,
도 5 는 회전각 제한 장치의 그 밖의 실시형태에서 도 2 에 따른 조정 장치를 구비한 본 발명에 따른 장치의 압력매체 순환의 원칙 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 장치 1a : 조정 장치
2 : 입력요소 3 : 출력요소
4 : 구동휠 5 : 리세스
6 : 측벽 7 : 제 1 측면커버
8 : 제 2 측면커버 9 : 연결요소
10 : 베인 그루브 11 : 베인
12 : 제 1 압력챔버 13 : 제 2 압력챔버
14 : 그루브 바닥 15 : 판 스프링 요소
16 : 제 1 압력매체 라인 16a : 제 1 압력매체 채널
17 : 제 2 압력매체 라인 17a : 제 2 압력매체 채널
18 : 액추에이터 19 : 제어 라인
20 : 블라인드 홀 21 : 제 1 화살표
22 : 중앙 보어 23 : 형상부
24 : 회전각 제한 장치 25 : 수용부
26 : 피스톤 27 : 스프링
28 : 환기 요소 29 : 게이트
30 : 우묵부 31 : 압력공간
32 : 압력매체 공급 장치 33 : 제어 밸브
34 : 가동 장치 35 : 압력매체 펌프
36 : 탱크 37 : 역류방지밸브
38 : 제어 밸브 39 : 가동 메카니즘
P, P1 : 유입 이음부 T, T1 : 유출 이음부
A, A1 : 제 1 작업 이음부 B : 제 2 작업 이음부
도 1 및 도 2 는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1) 를 보이고 있다. 조정 장치 (1a) 는 본질적으로 입력요소 (input element, 2) 및 상기 입력요소에 대해 동심으로 배치된 출력요소 (output element, 3) 로 구성된다. 구동휠 (4) 은 회전고정적으로 입력요소 (2) 와 연결되며, 도시되어 있는 실시예에서 체인휠로서 형성된다. 벨트휠 또는 톱니휠로서 구동휠 (4) 의 실시형태도 또한 가능하다. 입력요소 (2) 는 회전 가능하게 출력요소 (3) 상에 설치되며, 이때 입력요소 (2) 의 내부 피복면에는 도시되어 있는 실시형태에서 원주방향 (circumferential direction) 으로 간격을 두고 있는 5 개의 리세스 (recess, 5) 가 제공된다. 리세스 (5) 는 방사상 방향에서는 입 력요소 (2) 및 출력요소 (3) 에 의해 한정되며, 원주방향으로는 입력요소 (2) 의 2 개의 측벽 (6) 에 의해 한정되고, 축방향에서는 제 1 측면커버 (side cover, 7) 및 제 2 측면커버 (8) 에 의해 한정된다. 리세스 (5) 의 각각은 이러한 방식으로 압력 밀봉되어 (pressure-tight) 폐쇄된다. 제 1 측면커버 (7) 및 제 2 측면커버 (8) 는 예컨대 나사와 같은 연결요소 (9) 를 수단으로 입력요소 (2) 와 회전고정적으로 연결된다.
출력요소 (3) 의 외부 피복면에는, 축방향으로 뻗어 있는 베인 그루브 (vane groove, 10) 들이 형성되며, 이때 각 베인 그루브 (10) 안에는 방사상으로 연장되는 베인 (vane, 11) 이 배치된다. 각 리세스 (5) 안으로 베인 (11) 이 연장되며, 이때 상기 베인 (11) 은 방사상 방향에서는 입력요소 (2) 에 인접하고 축방향에서는 측면커버들 (7, 8) 에 인접한다. 각 베인 (11) 은 리세스 (5) 를, 상호 작용하는 2 개의 압력챔버 (pressure chamber, 12, 13) 로 분할한다. 입력요소 (2) 에 베인 (11) 이 압력 밀봉되어 인접하는 것을 보장하기 위해 베인 그루브 (10) 의 그루브 바닥 (14) 과 베인 (11) 사이에는 판 스프링 요소 (leaf spring element, 15) 이 배치되며, 상기 판 스프링 요소는 베인 (11) 을 방사상 방향에서 힘으로 가압한다.
제 1 압력매체 라인 (16) 및 제 2 압력매체 라인 (17) 을 수단으로 제 1 압력챔버 (12) 및 제 2 압력챔버 (13) 는 도시되어 있지 않은 제어밸브를 통해 압력매체 펌프 (마찬가지로 도시되어 있지 않음) 또는 탱크 (tank) (마찬가지로 도시되어 있지 않음) 와 연결될 수 있다. 이를 통해, 출력요소 (3) 에 대한 입력요소 (2) 의 상대적 비틀림을 가능하게 하는 액추에이터 (actuator, 18) 가 형성된다. 이 경우, 모든 제 1 압력챔버 (12) 가 상기 압력매체 펌프와 연결되고 모든 제 2 압력챔버 (13) 가 상기 탱크와 연결되거나, 또는 정반대의 형성이 제공된다. 제 1 압력챔버들 (12) 이 상기 압력매체 펌프와 연결되고 제 2 압력챔버들 (13) 이 상기 탱크와 연결되면, 제 1 압력챔버들 (12) 은 제 2 압력챔버들 (13) 을 이용하여 확장된다. 이로부터의 결과는, 제 1 화살표 (21) 에 의해 도시된 방향에서, 원주방향으로 베인 (11) 의 위치 이동이다. 베인 (11) 의 상기 위치 이동을 통해 출력요소 (3) 는 입력요소 (2) 에 대해 상대적으로 비틀려진다. 제어밸브의 그 밖의 제어위치에서, 양 압력매체 라인들 (16, 17) 은 탱크로부터 및 압력매체 펌프로부터 분리된다. 이로 인해, 현재의 위상 위치가 유지된다. 대안적으로, 나타나는 누출 손실을 보상하기 위해 양 압력챔버들 (12, 13) 로의 압력매체의 소정의 공급이 허락될 수 있다.
입력요소 (2) 는 도시되어 있는 실시형태에서 그 구동휠 (4) 을 붙잡는 도시되어 있지 않은 체인 드라이브를 수단으로 크랭크샤프트에 의해 구동된다. 벨트 드라이브 또는 톱니휠 드라이브를 수단으로 입력요소 (2) 의 구동도 또한 가능하다. 출력요소 (3) 는 압력 끼워맞춤으로, 형상 끼워맞춤으로 또는 재료 결합으로, 예컨대 프레스 끼워맞춤 (press fit) 을 수단으로, 또는 중앙 나사를 수단으로 하는 나사연결을 통해 도시되어 있지 않은 캠샤프트와 연결된다. 압력챔버 (12, 13) 로의 압력매체의 공급 또는 압력챔버 (12, 13) 로부터의 압력매체의 유출의 결과로서 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 상대적 비틀림으로부터, 캠샤 프트와 크랭크샤프트 사이의 위상 이동이 생긴다. 그러므로, 압력챔버 (12, 13) 안으로 압력매체의 목표된 (targeted) 유입 또는 유출을 통해, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간은 목표되어 변화될 수 있다.
압력매체 라인들 (16, 17) 의 각각은 출력요소 (3) 의 중앙 보어 (22) 안에 배치된 도시되어 있지 않은 압력매체 분배기를 통해 각각 압력매체 채널 (16a, 17a) 과 연통 (communicate) 하며, 이때 압력매체 채널들 (16a, 17a) 의 각각은 압력챔버들 (12, 13) 중 하나로 통한다. 그 밖의 가능성은 중앙 보어 (22) 의 내부에 중앙 밸브를 배치하는 것이며, 상기 중앙 밸브를 통해 압력매체 채널 (16a, 17a), 그리고 이로써 압력챔버 (12, 13) 는 목표되어 압력매체 펌프 또는 탱크와 연결될 수 있다.
리세스 (5) 의 본질적으로 방사상으로 뻗어 있는 측벽 (6) 에는, 원주방향으로 리세스 (5) 안에 다다르는 형상부 (shaped-out portion, 23) 가 제공된다. 형상부 (23) 는 베인 (11) 을 위한 스톱 (stop) 으로서 쓰이며, 출력요소 (3) 가 입력요소 (2) 에 대해 상대적으로 그 양 극단위치들 (이 극단위치들에서 베인 (11) 은 측벽들 (6) 중 하나에 인접한다) 중 하나를 차지할지라도 압력챔버 (12, 13) 가 압력매체를 공급받을 수 있음을 보장한다.
장치 (1) 의 불충분한 압력매체 공급시, 예컨대 내연기관의 스타트 단계 동안 또는 공회전시, 출력요소 (3) 는 캠샤프트가 상기 출력요소에 가하는 교환 모멘트 (alternation moment) 및 드래그 토크 (drag torque) 로 인해 입력요소 (2) 에 대해 상대적으로 제어되지 않고 움직여진다. 제 1 위상에서 캠샤프트의 드래그 토크는 상기 드래그 토크가 측벽 (6) 에서 부딪칠 때까지 입력요소 (2) 에 대해 출력요소 (3) 를 입력요소 (2) 의 회전방향에 대해 반대로 놓여 있는 원주방향으로 밀어붙인다. 이어서, 압력챔버 (12, 13) 들 중 적어도 하나가 완전히 압력매체로 채워질 때까지, 캠샤프트가 출력요소 (3) 에 가하는 교환 모멘트는 출력요소의 진동 (3), 그리고 이로써 리세스 (5) 안에서 베인 (11) 의 진동을 일으킨다. 이는 장치 (1) 에서 보다 큰 마모 및 소음 현상을 일으킨다. 이를 저지하기 위해 장치 (1) 안에는 2 개의 회전각 제한 장치 (rotation angle limiting device, 24) 가 제공된다. 각 회전각 제한 장치 (2) 는 단지 모양의 (pot-shaped) 피스톤 (26) 으로 구성되며, 상기 피스톤은 출력요소 (3) 의 수용부 (25) 안에 배치된다. 피스톤 (26) 은 스프링 (27) 을 통해 축방향에서 힘으로 가압된다. 스프링 (27) 은 축방향에서 한쪽에서는 환기 요소 (ventilation element, 28) 에 지지되며, 이로부터 멀어지는 그 축방향 단부는 단지 모양으로 실시된 피스톤 (26) 의 내부에 배치된다.
제 1 측면커버 (7) 안에는 회전각 제한 장치 (24) 당 게이트 (gate, 29) 가, 내연기관의 스타트 및/또는 공회전을 위한 최적의 위치에 일치하는 위치에서 입력요소 (2) 에 대해 상대적으로 출력요소 (3)가 록킹될 수 있도록 형성된다. 이 위치에서 피스톤 (26) 은 장치 (1) 의 불충분한 압력매체 공급시 스프링 (27) 을 수단으로 게이트 (29) 안으로 밀어 붙여진다. 이 이외에, 장치 (1) 의 충분한 공급시 피스톤 (26) 을 수용부 (25) 안으로 되밀고, 그리고 이로써 록킹을 해제하기 위한 수단이 제공된다. 도시되어 있는 실시형태에서, 게이트 (29) 를 도시 되어 있지 않은 압력매체 채널들 및 우묵부 (30) 를 통해 압력매체로 가압함이 제공된다. 게이트 (29) 안으로 안내된 압력매체는 피스톤 (26) 을 스프링 (27) 의 힘에 반대하여 수용부 (25) 안으로 되밀며, 이로 인해 출력요소 (3) 와 입력요소 (2) 사이의 확고한 위상관계가 해제된다. 상기 압력매체는 제어 라인 (control line, 19) 및 도시되어 있지 않은 압력매체 채널들을 통해 게이트 (29) 안으로 안내된다.
도 2a 는 장치 (1) 의 대안적인 실시형태를 보이고 있다. 상기 장치는 도 2 에 도시되어 있는 장치 (1) 와 본질적으로 동일하며, 따라서 동일한 부품은 동일한 도면부호로 표시된다. 도 2 에 도시되어 있는 실시형태와는 달리 상기 장치에는 단지 하나의 회전각 제한 장치 (24) 가 제공된다.
도 3 내지 도 5 는 상이하게 실시된 회전각 제한 장치 (24) 를 구비한 장치 (1) 의 개략도를 보이고 있다. 장치들 (1) 의 각각은 입력요소 (2) 로 구성되며, 상기 입력요소에는 압력공간 (31) 이 형성된다. 이 이외에, 입력요소 (2) 에는 하나 또는 여러 개의 게이트 (29) 가 형성된다. 압력공간 (31) 안으로 출력요소 (3) 의 베인 (11) 이 연장된다. 이 이외에, 출력요소 (3) 에는 수용부 (25) 들이 형성되며, 상기 수용부들 안에는 각기 하나의 피스톤 (26) 이 배치되고, 상기 피스톤은 각기 하나의 스프링 (27) 을 수단으로 입력요소 (2) 의 방향으로 밀어 붙여진다.
압력챔버 (12, 13) 로 압력매체를 공급함으로써 베인 (11) 은, 언록킹된 회전각 제한 장치 (24) 에서, 압력공간 (31) 의 내부에서 선택적으로 옮겨지거나 또 는 특정한 위치에 유지될 수 있으며, 이로 인해 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치, 그리고 이로써 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위상 위치가 변화될 수 있거나 또는 유지될 수 있다.
이 이외에, 압력매체 공급 장치 (32) 가 제공되며, 상기 장치를 통해 목표되어 압력챔버 (12, 13) 로의 압력매체가 공급 또는 유출될 수 있다. 압력매체 공급 장치 (32) 는 제어 밸브 (33), 제 1 압력매체 라인 (16), 제 2 압력매체 라인 (17) 및 압력매체 채널 (16a, 17a) 로 구성된다. 제어 밸브 (33) 는 4/3 웨이 밸브로서 실시되며, 상기 밸브는 가동장치 (34) 를 통해 3 개의 제어위치들로 옮겨질 수 있다. 제어 밸브 (33) 는 2 개의 작업 이음부 (A, B), 유입 이음부 (P) 및 유출 이음부 (T) 를 갖고 형성된다. 유입 이음부 (P) 는 압력매체 펌프 (35) 와 연통하며, 유출 이음부 (T) 는 탱크 (36) 와 연통하고, 작업 이음부 (A) 는 제 1 압력매체 라인 (16) 및 제 1 압력매체 채널 (16a) 를 통해 제 1 압력챔버 (12) 와 연통하며, 제 2 작업 이음부 (B) 는 제 2 압력매체 라인 (17) 및 제 2 압력매체 채널 (17a) 을 통해 제 2 압력챔버 (13) 와 연통한다.
도 3 에는 단지 하나의 회전각 제한 장치 (24) 가 제공되어 있는 장치 (1) 의 제 1 실시형태가 도시되어 있다. 장치 (1) 의 이러한 방식을 수단으로 출력요소 (3) 와 입력요소 (2) 사이의 위상 위치는 극단위치들 중 하나에서 또는 중간 위치에서 고정될 수 있다. 이 경우 게이트 (29) 는 블라인드 홀 (blind hole, 20) 로서 실시되며, 이때 상기 블라인드 홀 (20) 의 개구부 횡단면은 피스톤 (26) 의 횡단면에 맞춰진다. 도 3 에 도시된 바와 같이 피스톤 (26) 이 게이트 (29) 와 맞물리면 출력요소 (3) 는 기계적으로 입력요소 (2) 와 연결되며, 그리고 이로써 그 상대적 위상 위치는 소정의 값에 고정된다. 이는 회전각 제한 장치 (24) 의 록킹된 상태에 일치한다.
출력요소 (3) 와 입력요소 (2) 사이의 위상 위치의 변경을 허락하기 위해 회전각 제한 장치 (24) 는 언록킹된 상태로 옮겨져야 하며, 상기 상태에서 피스톤 (26) 은, 상기 피스톤이 더 이상 게이트 (29) 와 맞물리지 않도록 스프링 (27) 의 힘에 반대하여 수용부 (25) 안으로 되밀린다. 이 목적을 위해 제어 라인 (19) 이 제공되며, 상기 제어 라인을 통해 게이트 (29) 에 압력매체가 공급될 수 있다.
회전각 제한 장치 (24) 의 목표된 언록킹 또는 록킹을 달성하기 위해 제어 밸브 (38) 가 제공되며, 상기 제어 밸브는 압력매체 펌프 (35) 와 제어 라인 (19) 사이에 배치된다. 제어 밸브 (38) 는 압력매체 펌프 (35) 로부터 제어 라인 (19) 으로의, 또는 제어 라인 (19) 으로부터 탱크 (36) 로의 압력매체 흐름을 제어한다.
제어 밸브 (38) 는 도시되어 있는 실시형태에서 3/2 웨이 밸브로서 형성된다. 이 경우, 제어 밸브 (38) 에는 작업 이음부 (A1), 유입 이음부 (P1) 및 유출 이음부 (T1) 가 형성된다. 작업 이음부 (A1) 는 제어 라인 (19) 과 연통하며, 유출 이음부 (T1) 는 탱크 (36) 와 연통하고, 유입 이음부 (P1) 는 압력매체 펌프 (35) 와 연통한다.
도 3 에 도시되어 있는 제어 밸브 (38) 의 제 1 제어위치에서, 작업 이음부 (A1) 는 유출 이음부 (T1) 와 연결된다. 이 위치에서 게이트 (29) 는 압력이 없이 유지되며, 이로 인해 피스톤 (26) 은 게이트 (29) 안에 유지된다. 회전각 제한 장치 (24) 는 록킹된 상태에 위치한다. 제어 밸브 (38) 의 제 2 제어위치에서 작업 이음부 (A1) 는 유입 이음부 (P1) 와 연결되고, 이로 인해 게이트 (29) 에 압력매체가 공급되며, 그리고 이로써 피스톤 (26) 은 게이트 (29) 밖으로 밀어 붙여진다. 이 경우 회전각 제한 장치 (24) 는 록킹된 상태로부터 언록킹된 상태로 바뀌며, 그리고 장치 (1) 의 위상 위치는 변화될 수 있다.
도시되어 있는 실시형태에서 압력매체 펌프 (35) 와 제어 밸브 (33) 사이에는 역류방지밸브 (37) 가 배치되며, 상기 역류방지밸브는, 장치 (1) 의 내부에서 캠샤프트의 반응 모멘트에 의해 생기는 압력피크 (pressure peak) 가 압력매체 펌프 (35) 까지 확장되는 것을 저지한다. 제어 밸브 (38) 의 유입 이음부 (P1) 는 압력매체 라인을 통해 압력매체 펌프 (35) 에 의해 공급을 받으며, 이때 이 분기부 (branch) 는 역류방지밸브 (37) 에 대해 상대적으로 상류에 놓인다. 즉, 회전각 제한 장치 (24) 의 언록킹은 시스템 압력 (system pressure) 을 수단으로 행해진다. 즉, 회전각 제한 장치 (24) 를 언록킹하기 위한 유압 시스템은 더 이상 장치 (1) 의 압력매체 공급을 장치 (32) 와 연통하지 않는다. 이는, 압력피크가 회전각 제한 장치 (24) 를 언록킹하기 위한 시스템 안으로 공급되지 않는다는 장점을 갖는다. 이로 인해, 압력피크로 인해 회전각 제한 장치 (24) 의 원치않는 언록킹 과정들이 생기는 것이 저지된다. 압력피크 이외에, 캠샤프트의 반응 모멘트 (reaction moment) 는 장치 (1) 의 유압 시스템 안에서의 압력변동을 야기한다. 이 압력변동으로부터의 회전각 제한 장치 (24) 의 언커플링 (uncoupling) 을 통해, 회전각 제한 장치 (24) 의 원치않는 언록킹 및 록킹이 피해진다.
제어 밸브 (38) 에는 유압식 가동 메카니즘 (39) 이 제공되며, 상기 가동 메카니즘을 통해 제어 밸브 (38) 는 양 제어위치들 사이에서 조절될 수 있다. 가동 메카니즘 (39) 은, 압력매체 라인 (16, 17) 에서 압력이 특정한 값을 능가하면 제어 밸브 (38) 가 제 2 제어위치로 옮겨지도록 압력매체 라인들 (16, 17) 중 하나와 연통한다. 도시되어 있는 실시형태에서 가동 메카니즘 (39) 은 제 1 압력매체 라인 (16) 과 연통하며, 상기 압력매체 라인은 다시금 제어 밸브 (33) 의 작업 이음부 (A) 와 연통한다. 내연기관의 스타트 후 제어 밸브 (33) 는 도시되어 있는 위치에 위치한다. 압력매체 펌프 (35) 는 제 2 압력매체 라인 (17) 을 통해 제 2 압력챔버 (13) 와 연결된다. 이는, 제 2 압력챔버 (13) 가 압력매체로 채워지는 결과를 갖는다. 일종의 시간 후 제어 밸브 (33) 는 제 3 제어위치로 바뀌며, 이로 인해 압력매체는 제 1 압력매체 라인 (16) 을 통해 제 1 압력챔버 (12) 에 공급된다. 동시에, 유압식 가동 메카니즘 (39) 은 압력매체로 가압되며, 이로 인해 제어 밸브 (38) 는 제 2 제어위치로 옮겨진다. 이로 인해, 압력매체는 압력매체 펌프 (35) 로부터 게이트 (29) 에 도달하며, 이는 회전각 제한 장치 (24) 가 언록킹된 상태로 옮겨지는 것을 그 결과로 갖는다. 이제 이미 양 압력챔버들 (12, 13) 이 압력매체로 채워졌기 때문에 장치 (1) 는 소정의 상태에 위치하며, 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 제어되지 않은 진동이 저지된다.
내연기관의 스타트 동안 이 방법을 통해, 이미 양 압력챔버 (12, 13) 가 압 력매체로 채워진 시점에서야 회전각 제한 장치 (24) 가 언록킹된 상태로 옮겨지는 것이 보장된다. 즉, 출력요소 (3) 의 베인 (11) 은 입력요소 (2) 에 대해 상대적으로 유압식으로 클램핑되며, 이로 인해 상기 베인은 소정의 위상 위치에 위치하고, 베인 (11) 이 측벽 (6) 에서 세게 부딪치는 것이 배제되며, 그리고 이로써 소음 현상이 시작되지 않고, 큰 마모가 우려되지 않는다.
이 이외에, 제어 밸브 (38) 의 작업 이음부 (A1) 는 마찬가지로 가동 메카니즘 (39) 과 연결된다. 가동 메카니즘 (39) 이 제 1 압력매체 라인 (16) 을 통해 처음으로 활성화되면, 게이트 (29) 뿐만 아니라 가동 메카니즘 (39) 에도 제어 밸브 (38) 를 통해 압력매체가 공급된다. 이로 인해, 제어 밸브 (38) 가 압력매체 펌프 (35) 에 의해 생성된 압력이 붕괴할 때까지 또는 시스템 압력이 일종의 값 아래로 내려갈 때까지 제 2 제어위치에서 유지되는 것이 보장된다. 즉, 이 경우, 제어 밸브 (38) 의 셀프 홀딩 메카니즘 (self-holding mechanism) 에 관한 것이다. 이제 제어 밸브 (33) 를 통해 제 2 압력매체 라인 (17) 이 압력매체 펌프 (35) 와 연결되고, 그리고 이로써 제 1 압력매체 라인 (16) 이 탱크 (36) 와 연결되면, 제어 밸브 (38) 는 이러한 셀프 홀딩 메카니즘을 통해 제 2 제어위치에서 유지되며, 그리고 이로써 이 이외에 게이트 (29) 는 압력매체로 가압된다. 이는 기능적으로 안전하게 회전각 제한 장치 (24) 의 원치 않는 조정을 저지한다.
전자기 가동 메카니즘을 구비하는 선행기술에 공개된 실시형태와 비교하여 볼 때, 여기에서는 제어 밸브 (38) 의 어떤 종류의 제어도 필요하지 않다. 압력매체 펌프 (35) 로부터 공급된 시스템 압력이 미리 결정된 값을 초과하는 순간 에, 시스템 압력이 미리 주어진 값에 다시 미달할 때까지 게이트 (29) 는 압력매체로 가압된다. 그 밖의 장점은, 유압식 가동 메카니즘 (39) 은 전자기 가동 메카니즘과 비교하여 볼 때 적절한 비용으로 제조될 수 있으며, 결함이 잘 생기지 않고, ECU 에 의해 제어될 필요가 없다는 것이다. 그 밖의 장점은, 시스템 압력이 특정한 값 아래로 떨어지면, 장치 (1) 가 더 이상 기능적으로 안전하게 가동될 수 없는 제 1 제어위치로 제어 밸브 (38) 가 자동으로 옮겨지는 데에 있다. 이는 예컨대, 내연기관이 공회전에서 가동될 때 생길 수 있다. 이 경우, 회전각 제한 장치 (24) 는 록킹된 상태로 옮겨진다. 이로 인해, 원치 않는 소음 현상이 피해지고, 마모가 예방된다. 이 이외에, 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 는 이 작동상태를 위해 최적인 위상 위치에 유지된다. 시스템 압력이 다시, 미리 주어진 값 위로 올라가면 회전각 제한 장치 (24) 는 다시금 자동으로 언록킹되며, 출력요소 (3) 와 입력요소 (2) 사이의 위상 위치는 보관된 특성맵 (characteristic map) 에 일치하여 가변적으로 설정될 수 있다.
도 4 및 도 5 는 2 개의 그 밖의 장치 (1) 를 보이고 있으며, 상기 장치에는 도 3 에 도시되어 있는 장치 (1) 와는 달리 2 개의 회전각 제한 장치 (24) 가 제공된다. 이 실시형태들은 가능한 양 극단위치들 사이에서의 위상 위치에서 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 록킹을 위해 특히 적합하다.
도 4 에서 회전각 제한 장치 (24) 의 양 게이트들 (29) 은 그루브 (groove) 로서 실시된다. 이 경우, 상기 그루브는, 한 회전각 제한 장치 (24) 는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 최대 지체 (retardation) 조절과 중간위치 사이의 위상 위치를 제한하는 반면, 제 2 회전각 제한 장치 (24) 는 중간위치와 최대 조기 (advance) 조절 사이에서 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 제한하도록 형성되고 배치된다. 양 회전각 제한 장치들 (24) 이 록킹된 상태에 있으면, 입력요소 (2) 에 대해 상대적으로 출력요소 (3) 는 중간위치에서 유지된다.
도 5 에서 게이트들 (29) 중 하나는 블라인드 홀 (blind hole, 20) 로서 실시되며, 제 2 게이트 (29) 는 그루브 (groove) 로서 실시된다. 이 경우, 그루브로서 실시된 게이트 (29) 를 구비한 회전각 제한 장치 (24) 는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 중간위치와 최대 조기위치 (advance position) 또는 최대 지체위치 (retardation position) 사이에 연장되는 각도영역에 제한한다. 블라인드 홀 (20) 은, 이 회전각 제한 장치 (24) 가 단지 중간위치에서 록킹된 상태로 옮겨질 수 있도록 배치된다.
공개된 실시형태들 외에, 본 발명의 많은 변경이 가능함이 당연하다. 예컨대, 피스톤 (26) 은 입력요소 (2) 안에 배치될 수 있고 게이트 (29) 는 출력요소 (3) 안에 배치될 수 있다. 이 이외에, 축방향 록킹장치 대신에 방사상 록킹장치도 가능하다. 베인 (11) 이 측벽들 (6) 중 하나에 인접하거나 또는 상기 베인이 측벽들 (6) 사이의 소정의 위치를 차지하면 회전각 제한 장치 (24) 를 구비한 도 3 에 도시되어 있는 실시형태가 록킹된 상태에 위치하는 것이 또한 가능하다. 이 외에, 제어 밸브 (33) (예컨대 4/4 또는 4/5 웨이 밸브로서) 의 여러 가지 실시형태도 가능하다. 마찬가지로, 예컨대 핀, 플레이트 및 이와 같은 것으로서 피스톤 (26) 의 여러 실시형태도 가능하다.

Claims (9)

  1. 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1) 로서, 상기 장치가
    - 캠샤프트를 구동하는 출력요소 (3),
    - 크랭크샤프트에 의해 구동되는 입력요소 (2),
    - 상호 작용하는 적어도 2 개의 압력챔버 (12, 13) 를 구비한 유압식 액추에이터 (18),
    - 압력챔버 (12, 13) 로의 또는 압력챔버 (12, 13) 로부터의 압력매체의 공급 및 유출을 위한, 압력매체 공급 장치 (32),
    - 이때, 입력요소 (2) 는 출력요소 (3) 에 대해 회전 가능하게 배치되고, 상기 입력요소 (2) 와 상기 출력요소 (3) 사이의 위상 위치는 압력챔버 (12, 13) 로의 또는 압력챔버 (12, 13) 로부터의 압력매체의 공급 및 유출을 통해 선택적으로 유지되거나 또는 조절될 수 있으며,
    - 언록킹된 상태에서는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 제한하지 않고, 록킹된 상태에서는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 소정의 각도범위 또는 소정의 각도에 제한하는, 적어도 하나의 회전각 제한 장치 (24),
    - 이때, 상기 회전각 제한 장치 (24) 는 압력매체의 공급을 통해 록킹된 상태로부터 언록킹된 상태로 옮겨지며,
    - 회전각 제한 장치(들) (24) 로의 또는 회전각 제한 장치(들) (24) 로부터의 압력매체의 공급 및 유출을 위한 제어 라인 (19) (이때, 상기 제어 라인 (19) 은 압력매체 공급 장치 (32) 와 연통하지 않는다), 및
    - 가동된 상태에서는 제어 라인 (19) 으로의 압력매체 공급을 가능하게 하며, 가동되지 않은 상태에서는 제어 라인 (19) 으로부터의 압력매체 유출을 가능하게 하는 제어 밸브 (38) 를 구비하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치에 있어서,
    - 상기 제어 밸브 (38) 는 유압식 가동 메카니즘 (39) 을 구비하며,
    - 상기 가동 메카니즘은 압력매체 공급 장치 (32) 에 의한 압력매체의 작용하에 구속되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  2. 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1) (1) 로서, 상기 장치가
    - 캠샤프트를 구동하는 출력요소 (3),
    - 크랭크샤프트에 의해 구동되는 입력요소 (2),
    - 이때, 상기 입력요소 (2) 와 상기 출력요소 (3) 는 서로 회전 가능하게 조립되며, 그리고
    - 적어도 하나의 압력공간 (31) 을 확정하고, 이때 각 압력공간 안으로 상기 요소들 중 하나에 배치된 베인 (11) 이 연장되며, 상기 베인은 압력공간 (31) 을 상호 작용하는 2 개의 압력챔버 (12, 13) 로 분할하고,
    - 2 개의 압력매체 라인 (16, 17) (이때, 각 압력매체 라인 (16, 17) 은 하나의 압력챔버 (12, 13) 또는 압력챔버들 (12, 13) 의 그룹과 연통하며, 그리고 이때 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치는 압력챔버들 (12, 13) 로의 또는 압력챔버들 (12, 13) 로부터의 압력매체의 공급 및 유출을 통해 선택적으로 유지되거나 또는 조절될 수 있다),
    - 언록킹된 상태에서는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 제한하지 않고, 록킹된 상태에서는 입력요소 (2) 에 대한 출력요소 (3) 의 위상 위치를 소정의 각도범위 또는 소정의 각도에 제한하는 적어도 하나의 회전각 제한 장치 (24) (이때, 상기 회전각 제한 장치 (24) 는 압력매체의 공급을 통해 언록킹된 상태로 옮겨지고 유지된다),
    - 제어 라인 (19) 및 제어 밸브 (38) 를 구비하며,
    - 이때, 상기 제어 라인 (19) 은 제어 밸브 (38) 및 회전각 제한 장치(들) (24) 과 연통하고, 그리고
    - 이때, 상기 제어 밸브 (38) 는 가동된 상태에서는 제어 라인 (19) 으로의 압력매체 공급을 가능하게 하고, 가동되지 않은 상태에서는 제어 라인 (19) 으로부터의 압력매체 유출을 가능하게 하는, 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1) 에 있어서,
    - 상기 제어 밸브 (38) 는 유압식 가동 메카니즘 (39) 을 구비하며,
    - 상기 가동 메카니즘 (39) 은 압력매체 라인들 (16, 17) 중 적어도 하나와 연통하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  3. 제 1 항에 있어서, 압력매체 공급 장치 (32) 는 제어 밸브 (33), 제 1 압력매체 라인 (16) 및 제 2 압력매체 라인 (17) 을 구비하며, 이때 상기 제어 밸브 (33) 는 압력매체 펌프 (35) 와 연통하고, 압력매체 라인들 (16, 17) 은 제어 밸브 (33) 및 압력챔버들 (12, 13) 중 각기 하나와 연통하며, 유압식 가동 메카니즘 (38) 은 압력매체 라인들 (16, 17) 중 하나와 연통하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 밸브 (38) 는 작업 이음부 (A1), 유입 이음부 (P1) 및 유출 이음부 (T1) 을 구비하며, 이때 상기 작업 이음부 (A1) 는 제어 라인 (19) 및 제어 밸브 (38) 의 유압식 가동 메카니즘 (38) 과 연통하고, 상기 유입 이음부 (P1) 는 압력매체 펌프 (35) 와 연통하며, 상기 유출 이음부 (T1) 는 탱크 (36) 와 연통하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전각 제한 장치 (24) 는 출력요소 (3) 또는 입력요소 (2) 에 형성된 제 1 수용부 (25) 및 다른 부품에 형성된 제 1 게이트 (29) 를 갖고 형성되며, 이때 상기 제 1 수용부 (25) 안에는 제 1 피스톤 (26) 및 제 1 스프링 (27) 이 수용되고, 이때 상기 제 1 스프링 (27) 은 상기 제 1 피스톤 (26) 을 제 1 게이트 (29) 가 형성되어 있는 부품의 방향으로 밀어붙이는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  6. 제 5 항에 있어서, 제 2 회전각 제한 장치 (24) 가 제공되며, 상기 제 2 회전각 제한 장치는 출력요소 (3) 또는 입력요소 (2) 에 형성된 제 2 수용부 (25) 및 다른 부품에 형성된 제 2 게이트 (29) 를 갖고 형성되고, 이때 상기 제 2 수용부 (25) 안에는 제 2 피스톤 (26) 및 제 2 스프링 (27) 이 수용되며, 이때 상기 제 2 스프링 (27) 은 상기 제 2 피스톤 (26) 을 제 2 게이트 (29) 가 형성되어 있는 부품의 방향으로 밀어붙이는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  7. 제 5 항에 있어서, 제 1 게이트 (29) 는 블라인드 홀 (20) 로서 형성되며, 상기 블라인드 홀의 개구부는 피스톤 (26) 의 치수에 맞춰지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  8. 제 6 항에 있어서, 제 1 게이트 (29) 는 원주방향으로 연장되는 그루브로서 형성되고 제 2 게이트 (29) 는 블라인드 홀 (20) 로서 형성되며, 상기 블라인드 홀의 개구부는 피스톤 (26) 의 치수에 맞춰지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 게이트 (29) 는 각각, 원주방향으로 연장되는 그루브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간을 가변적으로 설정하기 위한 장치 (1).
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