KR101489985B1 - 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치 - Google Patents

내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치 Download PDF

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섀플러 테크놀로지스 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 구동 부재(22)와, 출력 부재(23)와, 하나 이상의 압력 챔버(35, 36)와, 하나 이상의 회전각 제한 장치(42, 43)와, 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)를 포함하는, 내연 기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치(10)에 관한 것이다. 구동 부재(23)와 출력 부재(22) 간의 위상 위치는 압력 챔버들(35, 36)에 압력 매체를 공급하거나, 또는 압력 챔버들로부터 압력 매체를 배출하는 것을 통해 가변될 수 있다. 또한, 회전각 제한 장치(42, 43)는 하나 이상의 수용부(45)와, 이 수용부(45) 방향으로 힘을 공급받는 하나 이상의 맞물림 부재(44)를 포함하며, 그에 따라 회전각 제한 장치(42, 43)는, 맞물림 부재(44)가 수용부(45) 내에 맞물리는 그런 로킹 상태에서, 구동 부재(22)에 상대적인 출력 부재(23)의 위상 위치를 적어도 특정 각도 범위로 제한한다. 회전각 제한 장치(42, 43)는 수용부(45)에 압력 매체가 공급됨으로써 언로킹 상태로 전환될 수 있다. 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 내연 기관(1)의 작동 중에 적어도 일시적으로 수용부(45)와 연통된다.

Description

내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치{DEVICE FOR VARIABLY ADJUSTING THE CONTROL TIMES OF GAS EXCHANGE VALVES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관에서 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치에 있어서, 구동 부재와, 출력 부재와, 하나 이상의 압력 챔버와, 하나 이상의 회전각 제한 장치와, 하나 이상의 압력 어큐뮬레이터를 포함하고, 출력 부재와 구동 부재 사이의 위상 위치는, 압력 챔버에 압력 매체를 공급하거나, 또는 압력 챔버로부터 압력 매체를 배출하는 것을 통해, 최대 가능한 각도 범위 이내에서 가변될 수 있고, 각각의 회전각 제한 장치는 로킹 상태에서 적어도 최대 가능한 각도 범위보다 작은 각도 범위로 위상 위치를 제한하고, 회전각 제한 장치는 제어 라인을 통한 압력 매체 공급에 의해 언로킹 상태로 전환될 수 있으며, 압력 어큐뮬레이터는 내연 기관의 작동 동안 적어도 일시적으로 제어 라인과 연통되는 가변 조정 장치에 관한 것이다.
현대의 내연 기관에서는, 지정된 각도 범위에서, 즉 최대 진각 위치와 최대 지각 위치 사이에서 크랭크샤프트와 캠샤프트 사이의 위상 관계를 가변적으로 구성할 수 있도록 하기 위해, 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치가 이용된다. 이를 위해 가변 조정 장치는 크랭크샤프트로부터 캠샤프트로 토크를 전달하는 수단이 되는 파워 트레인(power train) 내에 통합된다. 이와 같은 파워 트레인은 예컨대 벨트, 체인 또는 기어 구동 장치로서 구현될 수 있다.
상기 가변 조정 장치는 예컨대 US 6,450,137 B2호로부터 공지되었다. 미국 공보의 장치는 상호 간에 반대 방향으로 회전할 수 있는 2개의 로터를 포함하며, 여기서 외부 로터는 크랭크샤프트와 연동되고, 내부 로터는 회전 불가능하게 캠샤프트와 연결된다. 또한, 가변 조정 장치는 4개의 압력 공간부를 포함하며, 여기서 압력 공간부 각각은 베인에 의해 상호 작용하는 2개의 압력 챔버로 분할된다. 압력 챔버들에 압력 매체를 공급하거나 압력 챔버들로부터 압력 매체를 배출하는 것을 통해, 베인은 압력 공간부들 내부에서 변위되며, 그렇게 함으로써 로터들의 상호 간 목표 회전과, 그에 따라 크랭크샤프트에 상대적인 캠샤프트의 목표 회전이 야기된다.
압력 챔버들에 압력 매체를 공급하거나, 또는 압력 챔버로부터 압력 매체를 배출하는 점은 컨트롤 유닛에 의해, 대개는 유압 방향 제어 밸브(제어 밸브)에 의해 제어된다. 제어 밸브로부터 출발하여 각각의 압력 챔버들로 이어지는 압력 매체 라인들이 제공된다. 컨트롤 유닛은 다시 센서들을 이용하여 내연 기관에서 캠샤프트의 위상 위치의 실제 및 설정 위치를 측정하여 상호 간에 비교하는 컨트롤러에 의해 제어된다. 두 위치 간의 차이가 확인되면, 신호가 컨트롤 유닛에 전송되고, 그에 따라 컨트롤 유닛은 그 신호에 부합하게 압력 챔버들로 향하는 압력 매체 흐름을 조정한다.
가변 조정 장치의 기능을 보장하기 위해, 내연 기관의 압력 매체 회로 내 압력은 특정 값을 초과해야 한다. 압력 매체는 대개 내연 기관의 오일펌프로부터 제공되고, 그로 인해 제공되는 압력은 내연 기관의 회전 속도에 대해 동기화 되는 방식으로 상승하기 때문에, 특정 회전 속도 미만에서 로터들의 위상 위치를 목표한 바대로 가변하거나 유지하기에 오일 압력은 여전히 매우 낮다. 이런 점은 예컨대 내연 기관의 시동 단계 또는 공회전 단계 동안 발생할 수 있다.
이와 같은 단계들 동안 가변 조정 장치는 제어되지 않는 진동을 유발할 수도 있고, 이는 내연 기관의 소음 방출 증가, 마모 증가, 시끄러운 작동 및 미연소 이미션 상승을 야기한다. 이를 방지하기 위해, 내연 기관의 임계의 작동 단계들 동안 두 로터를 기계적으로 회전 불가능하게 결합하는 래칭 기구가 제공된다.
래칭 기구는 2개의 회전각 제한 장치를 포함하며, 제1 회전각 제한 장치는 로킹 상태에서 최대 지각 위치와 지정된 중앙 위치(래칭 위치) 사이의 간격에서 외부 로터에 상대적인 내부 로터의 위치 조정을 허용한다. 제2 회전각 제한 장치는 로킹 상태에서 중앙 위치와 최대 진각 위치 사이의 간격에서 외부 로터에 상대적인 내부 로터의 회전을 허용한다. 만일 두 회전각 제한 장치가 로킹 상태에 위치하면, 외부 로터에 상대적인 내부 로터의 위상 위치는 중앙 위치로 제한된다. 회전각 제한 장치들 각각은 외부 로터의 보어부에 배치되어 스프링 하중을 받는 핀으로 구성된다. 핀들 각각은 스프링에 의해 내부 로터의 방향으로 힘을 공급받는다. 내부 로터에는 핀별로 수용부가 형성되고, 이 수용부는 장치들의 소정의 작동 위치들에서 대응하는 핀에 대향하여 위치한다. 이런 작동 위치들에서 스프링 하중을 받는 핀들은 수용부 내에 맞물릴 수 있다. 이때 각각의 회전각 제한 장치는 언로킹 상태에서 로킹 상태로 전환된다.
회전각 제한 장치들 각각은 수용부에 압력 매체가 공급됨으로써 로킹 상태에서 언로킹 상태로 전환될 수 있다. 이런 경우 압력 매체는 핀을 상기 수용부 내로 다시 가압되며, 그렇게 함으로써 외부 로터에 대한 내부 로터의 기계적 결합이 해제된다. 압력 매체 공급을 보장하기 위해, 회전각 제한 장치들 각각은 압력 매체 라인들과 연결된다. 그리고 압력 매체 라인들은 제어 밸브로부터 출발하여 회전각 제한 장치들 중 하나의 회전각 제한 장치의 각각의 수용부로 연장되고, 그런 다음 그 수용부로부터 다시 대응하는 압력 챔버 내로 연장된다.
내연 기관의 시동 과정과 공회전 단계 동안 두 로터는 회전각 제한 장치들에 의해 기계적으로 결합된다. 그러나 내부 로터는 외부 로터에 상대적으로 작은 진폭의 진동 운동을 실행한다. 이런 진동의 원인은, 내연 기관의 작동 중에 캠샤프트에 작용하는 교번 토크와 결부되어 수용부들 내에 핀들의 확실한 로킹을 가능하게 하기 위해 필요한 회전각 제한 장치들의 래칭 유격에 있다. 교번 토크를 바탕으로 내부 로터는, 일측의 회전각 제한 장치에 의해 회전이 정지될 때까지(제1 최종 위치), 외부 로터에 상대적으로 우선 하나의 원주 방향으로 회전한다. 이에 뒤이어, 타측의 회전각 제한 장치에 의해 회전이 정지될 때까지(제2 최종 위치), 반대되는 원주 방향으로 회전이 이루어진다. 상기 최종 위치들 간의 위상 위치 차이는 래칭 유격에 의해 범위 한정되는 각도(
Figure 112010045932266-pct00001
)에 상응한다. 제1 최종 위치에서 제2 최종 위치로 이동할 때 상호 작용하는 두 압력 챔버 중 일측의 압력 챔버의 용적은 값(V)만큼 축소되고, 그에 반해 타측의 압력 챔버의 용적은 값(V)만큼 확대된다. 이때 다음 방정식이 적용된다.
Figure 112010045932266-pct00002
위의 식에서, h는 압력 챔버의 축방향 길이이고, R은 압력 챔버의 내부 원주면과 캠샤프트 조정 장치의 회전축 간의 이격 거리이며, r은 베인들 옆에 위치한 내부 로터의 외부 원주면과 캠샤프트 조정 장치의 회전축 간의 이격 거리이다.
만일 압력 챔버들이 공회전 단계 또는 시동 단계 동안 비워져 있거나, 또는 압력 매체로 완전하게 채워져 있지 않으면, 외부 로터에 상대적인 내부 로터의 진동은 펌프 효과를 야기할 수도 있다. 이와 같은 펌프 효과는 하나 이상의 압력 챔버로 압력 매체를 공급할 수 있다. 그렇게 함으로써, 신뢰할 수 있는 정도로 가변 조정 장치를 작동시키기 위해, 다시 말하면 위상 위치를 확실하게 유지하거나, 또는 목표한 바대로 조정하기 위해 압력 매체 펌프가 충분한 시스템 압력을 공급하지 않으면서도, 하나 이상의 압력 챔버는 압력 매체로 완전하게 충전될 수 있다.
만일 충전된 압력 챔버의 용적이 진동을 바탕으로 값(V)만큼 축소된다면, 압력 매체 시스템 내에는 회전각 제한 장치들의 하나 또는 2개의 핀을 수용부로부터 그 보어부들 내로 다시 밀어 넣기에 충분한 압력 피크가 생성된다. 그로 인해 가변 조정 장치의 기계적 결합은, 가변 조정 장치 자체의 위상 위치를 고정하거나 조정하기에는 시스템 압력이 충분하지 않은 그런 시점(예컨대 시동 단계 또는 공회전 단계)에 해제된다. 이는 가변 조정 장치의 원주 방향으로 외부 로터에 상대적으로 내부 로터의 큰 진폭의 진동을 야기하며, 그렇게 함으로써 내연 기관의 배기가스 거동은 부정적인 영향을 받으며, 최악의 경우에는 내연 기관의 시동 성능이 보장되지 않는다.
또 다른 가변 조정 장치는 US 6,684,835 B2호로부터 공지되었다. 앞서 설명한 미국 공보와 다른 점은, 여기서는 두 회전각 제한 장치의 핀들을 위한 수용부가 하나만이 제공되는 점이다. 또한, 수용부는, 제어 밸브를 압력 챔버들과 연결시키는 압력 매체 라인과는 별도로 형성되어 있는 연결 라인을 통해 압력 매체를 공급받는다. 연결 라인은 일측에서 수용부와 연통되고, 타측에서는 제어 밸브의 포트와 연통된다.
이와 같은 실시예에서도, 가변 조정 장치 내에서는, 제어 밸브를 통해 수용부에까지 전달될 수 있고 동일한 문제를 야기하는 압력 피크가 발생한다.
본 발명의 목적은, 내연 기관에서 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치에 있어서, 공회전 단계 및/또는 시동 단계 동안 회전각 제한 장치의 의도하지 않은 언로킹이 방지되도록 하는 상기 가변 조정 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 회전각 제한 장치의 최소 반응 압력이 압력 어큐뮬레이터의 최소 반응 압력보다 더욱 높음으로써 달성된다. 여기서 최소 반응 압력이란, 압력 어큐뮬레이터의 충전이 개시되거나, 또는 맞물림 부재가 수용부의 정지부로부터 들어올려지기 시작할 때의 시스템 압력으로 간주된다.
가변 조정 장치는 예컨대, 종래 기술에서와 같이, 베인 휠 조정 장치(vane-wheel adjuster)의 형태로 형성되고, 예컨대 내연 기관의 크랭크샤프트로부터 인장식 구동 장치(tension mechanism drive) 또는 기어 구동 장치에 의해 구동되는 구동 부재(외부 로터)를 포함한다. 또한, 출력 부재(내부 로터)가 제공되며, 이 출력 부재는 캠샤프트에 대해 일정한 위상 위치를 보유하는데, 예컨대 마찰식 결합, 나사 결합, 강제 결합 또는 재료 결합에 의해 상기 캠샤프트와 회전 불가능하게 연결된다. 가변 조정 장치 내부에는 각각의 베인에 의해 상호 간에 반작용하는 2개의 압력 챔버로 분할되는 다수의 압력 공간부가 형성된다. 베인들은 출력 부재 또는 구동 부재와 연결된다. 압력 챔버들은 제어 밸브에 의해 압력 매체 펌프 또는 탱크와 연결될 수 있다. 압력 챔버들에 압력 매체를 공급하거나, 또는 압력 챔버로부터 압력 매체를 배출하는 것을 통해, 베인들은 압력 공간부들 내부에서 변위되며, 그렇게 함으로써 구동 부재에 대한 출력 부재의 상대적인 위상 위치와, 그에 따라 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 상대적인 위상 위치가 가변되는 방식으로 조정될 수 있다.
이에 대체되는 실시예에 따라, 가변 조정 장치의 또 다른 실시예가 제공될 수 있는데, 예컨대 압력 매체에 의해 축방향으로 변위될 수 있는 피스톤이 헬리컬 기어에 의해 출력 부재 및 구동 부재와 상호 작용하는 축방향 조정 장치 구조의 가변 조정 장치가 제공될 수 있다.
가변 조정 장치는, 구동 부재에 대한 출력 부재의 기계적 결합, 예컨대 형태 결합을 가능하게 하는 래칭 기구를 포함한다. 여기서 래칭 기구는 하나 이상의 회전각 제한 장치로 구성될 수 있다. 회전각 제한 장치들은, 구동 부재에 상대적으로 출력 부재의 가능한 위상 위치가 가변 조정 장치에 의해 최대 허용되는 각도 간격보다 더욱 작은 각도 간격으로 제한되는 로킹 상태를 취할 수 있다. 이때 회전각 제한 장치는 허용되는 위상 범위를 지정된 각도 간격으로, 또는 지정된 (유격에 따른) 각도로 제한할 수 있다. 회전각 제한 장치들의 압력 매체 공급에 의해 회전각 제한 장치들은, 가변 조정 장치가 자체의 모든 각도 간격을 이용할 수 있는 그런 언로킹 상태로 전환될 수 있다. 회전각 제한 장치에 대해 생각해 볼 수 있는 실시예는, 맞물림 부재, 예컨대 핀 또는 플레이트와, 이 맞물림 부재를 위한 수용부로 구성된다. 수용부는 예컨대 원형 선(circular line)의 구간에 따라 형성되는 장홈(long groove)으로서, 또는 맞물림 부재에 부합하는 리세스부로서 형성될 수 있다. 마찬가지로 장홈의 내부에 추가로 맞물림 부재에 부합하는 리세스부가 형성되어 있는 계단식 링크 형태의 구조도 생각해볼 수 있다.
회전각 제한 장치의 수용부는, 예컨대 압력 챔버들 중 하나의 압력 챔버를 포함하는 제어 라인을 통해, 또는 제어 밸브 및 추가 압력 매체 라인들을 통해 압력 매체를 공급받을 수 있다.
이에 추가로, 유압 매체 시스템과 연통되는, 특히 회전각 제한 장치의 수용부와 연통되는 압력 어큐뮬레이터가 제공된다. 이와 같은 연통은 직접적으로 이루어지거나, 또는 제어 라인 및/또는 감압 라인(relief line)을 통해 이루어진다. 압력 어큐뮬레이터는 예컨대 출력 부재 또는 구동 부재 내부에 배치될 수 있고, 감압 라인을 통해 수용부 또는 제어 라인과 영구적으로 연결될 수 있거나, 또는 구동 부재에 상대적인 출력 부재의 특정 위상 위치들에서만 연결될 수 있다. 감압 라인은 예컨대 출력 부재 또는 구동 부재에 리세스부로서 형성될 수 있다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 압력 어큐뮬레이터는, 특히 수용부가 장홈으로서 형성될 때, 제어 라인 또는 수용부에 대향하여 배치될 수 있다. 그로 인해 압력 어큐뮬레이터는 영구적으로 또는 특정 위상 위치들에서 제어 라인 또는 수용부와 직접적으로 연결된다.
만일 수용부의 압력 매체 공급이 압력 챔버들 중 하나의 압력 챔버를 통해 이루어지는 것이 아니라, 예컨대 제어 밸브에 형성되는 추가 제어 포트와 연결된 압력 매체 라인을 통해 이루어진다면, 압력 어큐뮬레이터는 가변 조정 장치 외부에도, 예컨대 실린더 헤드나 실린더 헤드 커버에도 배치될 수 있다. 이런 경우 하나 이상의 압력 어큐뮬레이터는, 제어 밸브를 압력 챔버들 및/또는 수용부와 연결시키는 하나 이상의 압력 매체 라인과 연결될 수 있다.
압력 어큐뮬레이터는 예컨대 압축 스프링 어큐뮬레이터, 블레더 어큐뮬레이터(bladder accumulator) 또는 다이아프램 스프링 어큐뮬레이터로서 형성될 수 있다.
만일 압력 어큐뮬레이터의 반응 압력이 회전각 제한 장치의 반응 압력보다 낮게 선택된다면, 회전각 제한 장치가 언로킹 상태로 전환되기 전에, 우선 압력 어큐뮬레이터의 충전이 이루어진다. 그로 인해 내부 로터가 외부 로터와 기계적인 방식으로 결합될 때 발생하는 압력 피크가 압력 어큐뮬레이터에 의해 저지된다. 이로써 가변 조정 장치는 우선 래칭 태로 유지되고 내연 기관의 시동 성능 및 공회전 거동은 부정적인 영향을 받지 않게 된다.
또한, 회전각 제한 장치의 최소 반응 압력은, 압력 어큐뮬레이터가 최대한 충전될 때의 최소 충전 압력보다 높을 수 있다. 그로 인해 회전각 제한 장치의 언로킹 과정은, 압력 어큐뮬레이터가 완전하게 충전될 때 비로소 개시된다.
본 발명의 개선 실시예에서, 출력 부재는 회전각 제한 장치가 로킹될 시에, 또는 회전각 제한 장치들이 로킹될 시에, 하나의 각도 간격에서 지정된 위상 위치를 중심으로 구동 부재에 대해 고정되며, 이때 각도 간격은 래칭 유격에 의해 규정되고, 이와 같은 가변 조정 장치의 래칭 상태에서 압력 챔버는 최대 용적 및 최소 용적을 취할 수 있으며, 압력 어큐뮬레이터의 용적은 적어도 최대 용적과 최소 용적 간의 용적 차이에 상응한다. 가변 조정 장치가 베인 휠 구조로 형성되는 실시예의 경우 다음 부등식이 적용된다.
Figure 112010045932266-pct00003
위의 식에서
Figure 112010045932266-pct00004
는 내부 로터와 외부 로터 사이에 회전각 제한 장치의 래칭 유격에 의해 최대 가능한 회전각도이고, h는 압력 챔버의 축방향 길이이고, R은 내부 모터의 회전축과 압력 챔버의 내부 자켓면 간의 이격 거리이며, r은 내부 로터의 회전축과 이 내부 로터의 외부 자켓면 간의 이격 거리이다. 이는 특히 수용부가 압력 챔버들 중 하나의 압력 챔버와 직접적으로 연통될 때 바람직하다. 여기서 V는 내부 로터가 외부 로터와 기계적인 방식으로 결합될 때 발생하는 진동 동안 회전각 제한 장치의 수용부 방향으로 최대한 공급될 수 있는 용적에 상응한다. 그로 인해 진동 중에 수용부 방향으로 공급되는 압력 매체는 압력 어큐뮬레이터에 의해 완전하게 수용되고, 회전각 제한 장치의 언로킹이 방지된다.
본 발명의 개선 실시예에서, 압력 어큐뮬레이터의 용적은 적어도 시동 단계 동안 압력 챔버들 중 하나의 압력 챔버로 공급되는 용적에 상응한다. 만일 압력 어큐뮬레이터의 관성이 특정 값을 초과하면, 수용부와 연결되어 있는 압력 챔버의 팽창 동안 압력 매체는 압력 어큐뮬레이터로부터 다시 압력 챔버로 공급되는 것이 아니라, 그 압력 어큐뮬레이터 내에 머무르게 되는 가능성이 존재하게 된다. 이런 경우 펌프 효과를 바탕으로 압력 매체는 제어 밸브를 통해 압력 챔버로 추가 공급될 수 있다. 그로 인해 외부 로터에 상대적으로 내부 로터의 진동이 발생하는 각각의 주기에 지정된 량의 압력 매체가 압력 어큐뮬레이터 내로 유입된다. 만일 압력 어큐뮬레이터가 수용할 수 있는 용적이, 시동 단계 동안 압력 챔버들 내로 공급될 수 있는 용적에 상응하면, 그 용적은 압력 어큐뮬레이터에 의해 수용된다. 결과적으로 회전각 제한 장치들은 래칭 상태로 유지된다. 시동 단계 동안 압력 챔버로 공급될 수 있는 용적은, 시동 단계가 종료될 때까지, 예컨대 공회전 속도에 도달할 때까지 실시되는 진동의 횟수와 방정식 (1)에서 산출된 용적(V)의 곱에 상응한다.
본 발명의 개선 실시예에서, 회전각 제한 장치는 하나 이상의 수용부와, 이 수용부 방향으로 힘을 공급받는 하나 이상의 맞물림 부재를 포함하고, 압력 어큐뮬레이터는 감압 라인을 통해 수용부와 연통된다. 여기서 감압 라인은 예컨대 가변 조정 장치의 측면 커버, 내부 로터, 또는 이 내부 로터의 보어부에 그루브로서 형성될 수 있다. 이때 수용부는 제어 라인을 통해 압력 매체를 공급받을 수 있고, 압력 어큐뮬레이터는 흐름 방향에서 제어 라인의 후방에서 수용부 내로 이어지는 감압 라인과 연통될 수 있다.
이에 대체되는 실시예에 따라, 압력 어큐뮬레이터는 수용부와 직접적으로 연통될 수 있다. 여기서 '직접적으로'라고 하면, 추가의 압력 매체 경로가 삽입되지 않은 조건에서, 압력 매체가 회전각 제한 장치로부터 압력 어큐뮬레이터로 공급될 수 있음을 의미한다. 이런 경우 압력 어큐뮬레이터의 이동 부재의 이동, 예컨대 스프링 피스톤 어큐뮬레이터의 압력 피스톤의 이동은 부분적으로 수용부의 가장자리 부분에 의해 오버래핑될 수 있다. 그로 인해 그 이동 부재가 압력 어큐뮬레이터로부터 수용부 안쪽으로 벗어나는 점이 방지될 수 있다.
이에 대체되는 실시예에 따라, 압력 어큐뮬레이터는 회전각 제한 장치의 맞물림 부재 내부에 배치될 수 있다. 이는 예컨대 맞물림 부재, 예컨대 핀이 보어부를 구비함으로써 달성될 수 있다. 이런 보어부는 예컨대 회전각 제한 장치의 수용부로 향해 있는 정면측에서 핀의 개구부를 통해 상기 수용부와 연통된다. 보어부 내부에는 예컨대 압력 피스톤이 스프링의 힘에 대항하여 축방향으로 변위 가능하게 배치된다. 스프링은 예컨대 핀의 보어부의 개방 단부에 형성되어 반경 방향에서 안쪽을 향해 연장되는 칼라부(collar)에 지지된다. 또한, 이에 대체되는 실시예에 따라, 반경 방향에서 안쪽을 향해 연장되는 러그들(lug)이 제공될 수도 있으며, 이런 러그들은 스프링이 보어부 내에 삽입된 후에 반경 방향으로 연장되는 러그들의 최종 위치로 변위된다.
이에 대체되는 실시예에 따라, 압력 어큐뮬레이터는 직접적으로, 또는 감압 라인을 통해 제어 라인과 연통될 수 있다. 이때 수용부는 제어 라인을 통해 압력 매체를 공급받을 수 있다. 제어 라인은 예컨대 가변 조정 장치의 측면 커버, 내부 로터, 또는 이 내부 로터의 보어부에 그루브로서 형성될 수 있다. 마찬가지로 감압 라인은 예컨대 언급한 형태들 중 하나를 취할 수 있다. 이런 경우 제어 라인은 예컨대 압력 챔버들 중 하나 이상의 압력 챔버와 연통될 수 있다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 제어 라인은, 일측에서 제어 밸브의 포트와 연결되고 타측에서 압력 챔버들 중 하나의 압력 챔버와 연결되는 압력 매체 라인과 연통될 수 있다. 마찬가지로 상기 압력 매체 라인이 일측에서 제어 밸브의 하나의 포트와 연결되고, 제어 라인과만 연통되는 점도 생각해볼 수 있다. 그로 인해 감압 라인 또는 압력 어큐뮬레이터 자체는 압력 피크 발생 위치와 회전각 제한 장치 사이에서 제어 라인 내로 이어지고, 그럼으로써 압력 피크는 회전각 제한 장치에 작용하기 전에 앞서 먼저 압력 어큐뮬레이터에 도달하게 된다.
추가 실시예에 따라, 제어 밸브와, 이 제어 밸브와 연통되는 2개 이상의 압력 매체 라인이 제공되며, 압력 매체 라인들 중 일측의 압력 매체 라인은 압력 챔버와 연통되고, 타측의 압력 매체 라인은 제어 라인과 연통되며, 압력 어큐뮬레이터는 직접적으로, 또는 감압 라인을 통해 상기 압력 매체 라인들 중 하나의 압력 매체 라인과 연통된다. 이때, 감압 라인은 압력 챔버 또는 제어 라인과 연통되는 압력 매체 라인 내로 이어진다. 그로 인해 내연 기관 내부에서 압력 어큐뮬레이터의 배치는 유연하게 구성될 수 있고 장착 공간 제한에 유연하게 대응할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 압력 어큐뮬레이터는 출력 부재 내부에 배치될 수 있다. 그로 인해 추가의 장착 공간이 요구되는 것이 아니라, 내부 로터의 영역 중 이용되지 않은 영역이 활용될 수 있다. 또한, 상기 압력 어큐뮬레이터가 공간상으로 볼 때 회전각 제한 장치 근처에 장착됨으로써, 기능 안정성도 상승한다.
제어 라인은 출력 부재 또는 구동 부재에 공동부로서 형성될 수 있다. 마찬가지로 제어 라인은 일측에서는 압력 챔버 내부로 이어지고 타측에서는 회전각 제한 장치와 연통될 수 있다.
본 발명의 추가 특징들은 다음의 실시예 설명과, 본 발명의 실시예가 개략적으로 도시되어 있는 도면들로부터 지시된다.
도 1은 내연 기관을 매우 개략적으로만 도시한 개략도이다.
도 2a는 연결된 유압 회로를 포함하여, 내연 기관에서 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변하기 위한 장치에 대한 본 발명에 따른 제1 실시예를 도시한 평면도이다.
도 2b는 절단선 IIB-IIB에 따라 도 2a의 장치를 절단하여 도시한 종단면도이다.
도 3은 연결된 유압 회로를 포함하여, 내연 기관에서 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변하기 위한 장치에 대한 본 발명에 따른 제2 실시예를 도시한 평면도이다.
도 4a는 연결된 유압 회로를 포함하여, 내연 기관에서 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변하기 위한 장치에 대한 본 발명에 따른 제3 실시예를 도시한 평면도이다.
도 4b는 절단선 IVB-IVB에 따라 도 4a의 장치를 절단하여 도시한 종단면도이다.
도 5는 내연 기관에서 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변하기 위한 장치에 대한 본 발명에 따른 제4 실시예를 도시한 평면도이다.
도 1은 내연 기관(1)을 개략적으로 도시하고 있으며, 크랭크샤프트(2)에 안착되는 피스톤(3)은 실린더(4) 내부에 도시되어 있다. 크랭크샤프트(2)는 도시된 실시예에서 각각의 인장식 구동 장치(5)를 통해 흡기 캠샤프트(6) 및 배기 캠샤프트(7)와 연결되며, 제1 및 제2 장치(10)는 크랭크샤프트(2)와 캠샤프트들(6, 7) 간의 상대적 회전을 제공할 수 있다. 캠샤프트들(6, 7)의 캠(8)들은 하나 이상의 흡기가스 교환 밸브(9a)와 하나 이상의 배기가스 교환 밸브(9b)를 각각 작동시킨다. 마찬가지로, 캠샤프트들(6, 7) 중 하나의 캠샤프트만이 장치(10)를 구비할 수 있거나, 또는 장치(10)를 구비한 하나의 캠샤프트(6, 7)만이 제공될 수도 있다.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 장치(10)의 제1 실시예를 종단면도와 측면 평면도로 각각 도시하고 있다. 장치(10)는 외부 로터(22)로서 형성되는 구동 부재와 내부 로터(23)로서 형성되는 출력 부재를 포함한다. 외부 로터(22)는 하우징(22a)과 2개의 측면 커버(24, 25)를 포함하고, 이 측면 커버들은 하우징(22a)의 축방향 측면 표면에 배치된다. 내부 로터(23)는 베인 휠의 형태로 형성되고, 실질적으로 원통형으로 형성되는 허브 부재(26)를 포함하며, 도시된 실시예에서 상기 허브 부재의 외부 원통형 자켓면으로부터는 5개의 베인(27)이 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 연장된다. 이때 베인(27)은 허브 부재(26)와 단일 부재로 형성될 수 있다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 베인들(27)은, 도 2a에 도시된 바와 같이 분리되어 형성될 수 있고, 허브 부재(26)에 형성되어 축방향으로 연장되는 베인 그루브들(28) 내에 각각 배치될 수 있다. 베인들(27)은 베인 그루브들(28)의 그루브 바닥부들과 베인들(27) 사이에 각각 배치되는 베인 스프링(27a)에 의해 반경 방향에서 바깥쪽 방향으로 힘을 공급받는다.
하우징(22a)의 외부 원주 벽부(29)로부터 출발하여 다수의 돌출부(30)가 반경 방향에서 안쪽을 향해 연장된다. 도시된 실시예에서 돌출부들(30)은 원주 벽부(29)와 단일 부재로 형성된다. 그러나 돌출부들(30) 대신에 원주 벽부(29)에 장착되어 반경 방향에서 안쪽을 향해 연장되는 추가 베인들이 제공되는 실시예도 생각해볼 수 있다. 외부 로터(22)는 반경 방향에서 안쪽에 위치하는 돌출부들(30)의 원주 벽부들에 의해 내부 로터(23)에 상대적으로 회전 가능한 방식으로 상기 내부 로터 상에 지지된다.
원주 벽부(29)의 외부 자켓면에는 스프로켓 휠(21)이 배치되며, 이 스프로켓 휠에 의해서는 미도시된 체인 구동 장치를 통해 크랭크샤프트(2)로부터 외부 로터(22)로 토크가 전달될 수 있다. 스프로켓 휠(21)은 독립된 구조 부재로서 형성되고 외부 로터(23)와 회전 불가능하게 연결되거나, 외부 로터와 단일 부재로 형성될 수 있다. 또한, 이에 대체되는 실시예에 따라, 벨트 또는 기어 구동 장치도 제공될 수도 있다.
측면 커버들(24, 25) 각각은 하우징(22a)의 축방향 측면 표면에 배치되고, 하우징에 회전 불가능하게 고정된다. 이를 위해 돌출부들(30) 각각에는 축방향 개구부가 제공되고, 그 각각의 축방향 개구부에는, 하우징(22a)에 측면 커버들(24, 25)을 회전 불가능하게 고정하는 고정 부재(32), 예컨대 볼트나 나사가 통과한다.
장치(10) 내부에서, 원주 방향으로 이웃한 각각 2개의 돌출부(30) 사이에는 압력 공간부(33)가 형성된다. 압력 공간부들(33) 각각은, 원주 방향에서는 이웃한 돌출부들(30)의 제한 벽부로서 서로 마주보고 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 그런 제한 벽부들(34)에 의해, 축방향에서는 측면 커버들(24, 25)에 의해, 반경 방향에서 안쪽을 향해서는 허브 부재(26)에 의해, 그리고 반경 방향에서 바깥쪽을 향해서는 원주 벽부(29)에 의해 범위 한정된다. 압력 공간부들(33) 각각의 내부로는 베인(27)이 돌출되며, 이때 베인(27)은, 측면 커버들(24, 25) 및 원주 벽부(29)에 접하는 방식으로 형성된다. 그로 인해 각각의 베인(27)은 상호 작용하는 2개의 압력 챔버(35, 36)로 각각의 압력 공간부(33)를 분할한다.
내부 로터(23)는 지정된 각도 범위에서 외부 로터(22)에 상대적으로 회전할 수 있다. 각도 범위는 내부 로터(23)의 일측의 회전 방향으로, 각각의 베인(27)이 압력 공간부들(33)의 제한 벽부들(34) 중 일측의 제한 벽부(진각 정지부 34a)에 접함으로써 제한된다. 이와 유사하게 타측의 회전 방향에서의 각도 범위는, 지각 정지부(34b)로서 이용되는 압력 공간부들(33)의 타측의 제한 벽부들(34)에 베인(27)이 접함으로써 제한된다. 이처럼 정의되는 각도 범위는, 외부 로터(22) 및 내부 로터(23) 간의 위상 위치가 가변될 수 있는 범위로서 최대 가능한 각도 범위를 나타낸다. 마찬가지로, 베인들(27) 중 하나 또는 수 개의 베인만이 각각 최종 정지부들(34a, 34b)에 접하는 그런 실시예들도 생각해볼 수 있다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 최대 가능한 회전각도 범위를 제한하는 회전 제한 장치가 제공될 수도 있다.
압력 챔버들(35, 36)의 일측 그룹에 압력을 공급하고 타측 그룹에서는 감압하는 것을 통해 내부 로터(23)에 상대적인 외부 로터(22)의 위상 위치가 가변될 수 있다. 압력 챔버들(35, 36)의 두 그룹 모두에 압력을 공급하는 것을 통해 두 로터(22, 23)의 상호 간 위상 위치는 일정하게 유지될 수도 있다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 위상 위치가 일정한 단계 동안, 압력 챔버들(35, 36) 어느 곳도 압력 매체를 공급받지 않을 수 있다. 유압 압력 매체로서는 통상적으로 내연 기관(1)의 윤활유가 이용된다.
압력 챔버들(35, 36)에 압력 매체를 공급하거나, 또는 압력 챔버로부터 압력 매체를 배출하기 위해, 미도시된 압력 매체 펌프와, 마찬가지로 미도시된 탱크와, 제어 밸브(37)와, 다수의 압력 매체 라인(38a, 38b, 38p, 38s)을 포함하는 압력 매체 시스템이 제공된다. 제어 밸브(37)는 압력 매체 포트(P)와, 탱크 포트(T)와, 2개의 작업 포트(A, B)와, 제어 포트(S)를 포함한다. 제1 압력 매체 라인(38a)은 제1 압력 챔버들(35)과 제1 작업 포트(A)를 연결한다. 제2 압력 매체 라인(38b)은 제2 압력 챔버들(36)과 제2 작업 포트(B)를 연결한다. 제3 압력 매체 라인(38p)은 압력 매체 포트(P)와 압력 매체 펌프를 연결한다. 장치(10)의 축방향 개구부(31)에 배치되는 제어 밸브(37)의 경우, 압력 매체 라인들(38a, 38b, 38s)은 내부 로터(23) 내에서 연장된다. 이와 같은 압력 매체 라인들은 예컨대 축방향 측면 표면에 보어부들 또는 반경 방향으로 연장되는 그루브들로서 형성될 수 있다. 장치(10) 외부의 수용부, 예컨대 실린더 헤드에 수용되는 제어 밸브들(37)의 경우, 압력 매체 라인(38a, 38b, 38s)은 내부 로터(23)에 형성되는 보어부들 또는 그루브들과 제어 밸브(37)를 연결하는 추가의 유압 매체 경로를 포함한다.
압력 매체 펌프로부터 공급되는 압력 매체는 제3 압력 매체 라인(38p)을 통해 제어 밸브(37)에 공급된다. 제어 밸브(37)의 각각의 제어 상태에 따라, 제3 압력 매체 라인(38p)은 제1 압력 매체 라인(38a), 또는 제2 압력 매체 라인(38b)과 연결되거나, 또는 두 압력 매체 라인(38a, 38b) 모두와 연결되거나, 또는 어느 압력 매체 라인과도 연결되지 않는다.
가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간(개방 및 폐쇄 시점)을 진각 방향으로 변위시키기 위해, 제3 압력 매체 라인(38p)을 통해 제어 밸브(37)로 공급되는 압력 매체는 제1 압력 매체 라인(38a)을 통해 제1 압력 챔버들(35)로 안내된다. 이와 동시에 압력 매체는 제2 압력 챔버들(36)로부터 유출되어 제2 압력 매체 라인(38b)을 통해 제어 밸브(37)로 안내되고, 그런 다음 탱크로 배출된다. 그렇게 함으로써 베인들(27)은 진각 정지부(34a)의 방향으로 변위되고, 그로 인해 장치(10)의 회전 방향으로 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 회전 운동이 달성된다. 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간을 지각 방향으로 변위시키기 위해, 제3 압력 매체 라인(38p)을 통해 제어 밸브(37)로 공급되는 압력 매체는 제2 압력 매체 라인(38b)을 통해 제2 압력 챔버들(36)로 안내된다. 이와 동시에 압력 매체는 제1 압력 챔버들(35)로부터 유출되어 제1 압력 매체 라인(38a)을 통해 제어 밸브(37)로 안내되고, 그런 다음 탱크로 배출된다. 그렇게 함으로써 베인들(27)은 지각 정지부(34b)의 방향으로 변위되고, 그로 인해 장치(10)의 회전 방향의 반대 방향으로 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 회전 운동이 달성된다. 그리고 제어 시간을 일정하게 유지하기 위해, 모든 압력 챔버들(35, 36)에 대한 압력 매체 공급이 억제되거나, 또는 허용된다. 그렇게 함으로써 베인들(27)은 각각의 압력 공간부들(33) 내부에서 유압에 의해 고정되고, 그로 인해 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 회전 운동이 방지된다.
내연 기관(1)의 시동 동안, 시스템 압력은 크랭크샤프트(2)의 속도와 함께 상승한다. 그로 인해 초기에 시스템 압력은 압력 공간부들(33) 내부에서 베인들(27)의 유압 고정을 보장하기에 충분하지 않다. 따라서 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 제어되지 않는 진동을 방지하기 위해, 두 로터(22, 23) 사이에 기계적 연결을 제공하는 래칭 기구(41)가 제공된다. 수많은 적용에서, 시스템 압력은 공회전 단계 동안 장치의 확실한 작동을 보장하기에 너무 낮다. 이런 경우 공회전 단계 동안에도 기계적 결합이 제공된다.
장치(10)에 대해 도 2a 및 2b에 도시된 실시예의 경우 래칭 위치는, 베인들(27)이 장치(10)의 래칭 상태에서 진각 정지부(34a)와 지각 정지부(34b) 사이의 위치에 위치하는 방식으로 선택된다.
이와 같은 실시예에서 래칭 기구(41)는 제1 및 제2 회전각 제한 장치(42, 43)로 구성된다. 도시된 실시예에서 회전각 제한 장치들(42, 43) 각각은 구체적인 실시예에 따라 핀(44)으로서 형성되어 축방향으로 변위될 수 있는 맞물림 부재를 포함한다. 핀들(44) 각각은 내부 로터(23)의 보어부 내에 수용된다. 핀들(44) 외에도 예컨대 플레이트와 같은 또 다른 맞물림 부재들이 이용될 수 있다. 또한, 제1 측면 커버(24)에는 원주 방향으로 연장되는 그루브 형태로 2개의 수용부(45)가 형성된다. 이런 수용부들은 도 2a에서 파선의 형태로 도시되어 있다. 핀들(44) 각각은 스프링 부재(46)에 의해 제1 측면 커버(24)의 방향으로 힘을 공급받는다. 만일 내부 로터(23)가 외부 로터(22)에 상대적으로, 핀(44)이 축방향에서 대응하는 수용부(45)에 대향해 있는 그런 위치를 취한다면, 상기 핀(44)은 수용부(45) 내로 밀착되고, 각각의 회전각 제한 장치(42, 43)는 언로킹 상태에서 로킹 상태로 전환된다. 이와 관련하여 제1 회전각 제한 장치(42)의 수용부(45)는, 제1 회전각 제한 장치(42)가 로킹될 시에, 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 위상 위치가 최대 진각 위치와 래칭 위치 사이의 범위로 제한되는 방식으로 형성된다. 만일 내부 로터(23)가 외부 로터(22)에 상대적으로 래칭 위치에 위치한다면, 제1 회전각 제한 장치(42)의 핀(44)은 원주 방향에서 수용부(45)에 의해 형성되는 정지부에 접하고, 그럼으로써 보다 지각되는 제어 시간 방향으로 이루어지는 추가 조정은 방지된다. 이와 유사하게, 제2 회전각 제한 장치(43)의 수용부(45)도, 제2 회전각 제한 장치(43)가 로킹될 시에 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 위상 위치가 최대 지각 위치와 래칭 위치 사이의 범위로 제한되는 방식으로 구성된다.
회전각 제한 장치들(42, 43)을 로킹 상태에서 언로킹 상태로 전환하기 위해, 각각의 수용부(45)에는 압력 매체가 공급된다. 그렇게 함으로써 각각의 핀(44)은 스프링 부재(46)의 힘에 반대되게 보어부 내로 다시 밀착되고, 그로 인해 회전각도 제한이 해제된다. 도시된 실시예에서 제1 회전각 제한 장치(42)의 수용부(45)는 제2 압력 챔버들(36) 중 하나의 압력 챔버로부터 제어 라인(48)을 통해 압력 매체를 공급받는다. 제어 라인(48)은 제2 압력 챔버(36)와 수용부(45) 사이에서 연장된다. 마찬가지로 제2 회전각 제한 장치(43)의 수용부(45)에 압력 매체를 공급할 수 있도록 제어 라인(48)이 제공된다. 이 제어 라인(48)은 일측에서 수용부(45)와 연통되고 타측에서는 내부 로터(23) 내부에 형성된 채널(49)과 연통된다. 채널(49)은 제어 포트(S)와 연결되어 있는 제4 압력 매체 라인(38s)과 연통된다. 제어 라인들(48)은 제1 측면 커버(24)에 그루브로서 형성된다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 상기 제어 라인들은 또한 내부 로터(23)의 측면 표면에 형성될 수도 있다.
다양한 회전각 제한 장치(42, 43)의 압력 매체 공급에 대한 다양한 실시예는 본 발명의 다양한 실시예를 도시하기 위해 순수 설명의 목적을 위해서만 선택된 것이다. 자명한 사실로서 두 회전각 제한 장치(42, 43)도 압력 챔버들(35, 36) 또는 제어 밸브(37)를 통해 압력 매체를 공급받을 수 있다.
시동 단계 동안, 압력 공간부들(33) 내부에서 베인들(27)의 유압 고정은 너무 낮은 시스템 압력으로 인해 일반적으로 보장되지 않는다. 이런 이유에서 내부 로터(23)는 외부 로터(22)에 비해 원주 방향의 진동 운동을 실시한다. 이런 진동은 캠샤프트(6, 7)에 작용하는 교번 토크에 의해 야기되며, 그 진동 자체는 장치(10)의 래칭 상태에서 발생한다. 이와 관련하여 진동의 각도 진폭(
Figure 112010045932266-pct00005
)은 래칭 유격에 의해 결정된다. 진동은 펌프 작용을 초래하고, 그렇게 함으로써 압력 매체 라인들(38a, 38b) 내에 존재하는 잔여 오일은 압력 챔버들(35, 36)로 공급될 수 있다. 이는 특히 압력 챔버들(35, 36)이 탱크 포트(T)와 연결되는 것이 아니라, 예컨대 압력 매체 라인(38p)과 연결될 때 이루어진다. 마찬가지로, 만일 작업 포트들(A, B) 중 하나의 작업 포트가 폐쇄되면 부정적인 작용도 발생할 수 있다. 이런 경우 압력 매체는 제어 밸브(37) 내부에서의 누출을 바탕으로 압력 챔버들(35, 36)로 공급될 수 있다. 만일 이와 같은 방식으로 제1 회전각 제한 장치(42)의 수용부(45)와 연결되는 제2 압력 챔버(36)가 압력 매체로 완전하게 충전되면, 압력 챔버(35)에서 생성된 압력 피크는 제1 회전각 제한 장치(42)의 핀(44)으로 전달된다. 이는 시스템 압력이 베인들(27)의 유압 고정을 보장하기에 여전히 너무 낮은 그런 시점에 제1 회전각 제한 장치(42)가 바람직하지 못하게 너무 이른 시기에 언로킹되는 점을 초래할 수 있다. 이와 같은 효과는 또한 내연 기관(1)의 공회전 단계 동안에도 발생할 수 있다. 이와 유사하게 압력 피크는 심지어 제1 또는 제2 압력 매체 라인(38a, 38b), 제어 밸브(37), 제4 압력 매체 라인(38s), 채널(49) 및 제어 라인(48)을 통해 제2 회전각 제한 장치(43)의 수용부(45)로 전달될 수 있고, 제2 회전각 제한 장치(43)는 마찬가지로 너무 이른 시기에 언로킹 상태로 전환될 수 있다. 그 결과 내부 로터(23)와 외부 로터(22) 간의 기계적 결합이 생략되고, 그럼으로써 시스템 유압이 장치(10)의 조절을 위해 충분한 수준에 도달할 때까지 장치(10)는 제어되지 않는 높은 진폭의 진동을 실시하게 된다.
이와 같은 과정을 방지하기 위해, 2개의 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)가 제공된다. 두 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 도시된 실시예에서 내부 로터(23) 내에 통합된다. 이와 관련하여 압력 어큐뮬레이터는 예컨대 도 2b에 도시된 바와 같이 압축 스프링 어큐뮬레이터일 수 있다. 이런 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 압력 피스톤(51)을 포함하고, 이 압력 피스톤은 내부 로터(23)의 보어부 내부에 배치되어 스프링(52)에 의해 제1 측면 커버(24) 쪽에 밀착된다. 회전각 제한 장치(42, 43)에 대한 차이점으로 압력 피스톤(51)은 내부 로터(23)와 외부 로터(22) 사이에 형태 결합식 연결을 제공하는 것이 아니라, 압력 매체를 위한 추가 용적만을 제공한다. 압력 피스톤(51)은 도시된 실시예에서 압력 어큐뮬레이터(50a)가 완전하게 비워질 때 제1 측면 커버(24)에 접한다. 그 결과 바람직하게는, 캠샤프트(6, 7)가 최초 회전하는 동안 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 진동을 기반으로, 압력 피스톤이 예컨대 잔여 압력 매체를 바탕으로 보어부의 벽부에 고착될 때, 압력 피스톤을 완화시키는 힘이 상기 압력 피스톤(51) 상에 작용하게 된다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 압력 피스톤(51)이 제1 측면 커버(24)에 접하는 점을 방지하는 정지부가 보어부 내부에 제공될 수도 있다. 또한, 이에 대체되는 실시예에 따라, 또 다른 형식의 압력 어큐뮬레이터, 예컨대 블레더 어큐뮬레이터 또는 다이아프램 스프링 어큐뮬레이터가 이용될 수도 있다.
제1 압력 어큐뮬레이터(50a)는 제1 감압 라인(54)을 통해 제1 회전각 제한 장치(42)의 수용부(45)와 연통된다. 감압 라인(54)은 제1 측면 커버(24)에 그루브로서 형성되며, 그리고 내부 로터(23)가 외부 로터(22)에 상대적으로, 래칭 위치와 최대 진각 위치 사이에 위치하는 상대적인 위상 위치를 취하는 점에 한해서는, 제1 압력 어큐뮬레이터(50a)와 연통되는 방식으로 구성된다. 이를 위해 상기 감압 라인은, 제1 압력 어큐뮬레이터(50a)가 조정 시에 최대 진각 위치로부터 래칭 위치로 이동하는 그런 원형 선에 따라 연장된다.
제2 압력 어큐뮬레이터(50b)는 제2 감압 라인(54)을 통해 채널(49)과 연통된다. 이런 경우 감압 라인(54)은 내부 로터(23)의 측면 표면에 그루브로서 형성되고 채널(49)로부터 제2 압력 어큐뮬레이터(50b)에까지 연장된다. 그로 인해 제2 압력 어큐뮬레이터(50b)는 외부 로터(22)에 대한 내부 로터(23)의 어느 위치에서든 채널(49)과 연통된다. 제1 압력 어큐뮬레이터(50a)와는 다르게, 제2 압력 어큐뮬레이터(50b)의 압력 피스톤(51)에 선단측 함몰부(53)가 제공된다. 이 함몰부는 반경 방향에서 바깥쪽에 위치하는 환상면(ring-shaped surface)으로서 형성된다. 그로 인해 제2 압력 어큐뮬레이터(50b)에 공급되는 압력 매체에는, 비록 압력 피스톤이 제1 측면 커버(24)에 접하더라도, 스프링(52)의 힘에 반대되게 압력 피스톤(51)을 변위시키기 위해 작용면이 충분히 제공될 수 있다.
압력 챔버들(35, 36)에서 생성되는 압력 피크는 압력 피스톤(51)뿐 아니라 핀들(44)에 작용한다. 만일 압력 피크의 압력이 특정 제1 압력(제1 반응 압력)을 초과하면, 압력 피스톤(51)은 스프링(52)의 힘에 반대되게 이동되고, 그렇게 함으로써 압력 매체를 위한 추가 용적이 제공된다. 만일 압력 피크의 압력이 특정 제2 압력(제2 반응 압력)을 초과하면, 회전각 제한 장치들(42, 43)의 핀들(44)이 스프링 부재(46)의 힘에 반대되게 이동되고, 그렇게 함으로써 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 기계적 결합이 해제된다. 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)과 회전각 제한 장치들(42, 43)은, 제2 반응 압력이 제1 반응 압력보다 더욱 높은 방식으로 형성된다. 이는 예컨대 압력 매체가 작용하는 면적이 고려되는 조건에서 스프링들(52) 및 스프링 부재들(46)을 적합하게 설계하는 것을 통해 달성될 수 있다. 그로 인해 대응하는 회전각 제한 장치(42, 43)의 핀(44)이 상기 핀의 보어부 내로 되밀리기 전에, 우선 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)의 충전이 이루어진다.
이에 추가로 제2 반응 압력은, 적어도 대응하는 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)를 완전하게 충전하기 위해 최소로 필요한 압력(최소 충전 압력)보다 더욱 높은 정도로 선택될 수 있다. 그로 인해 언로킹은, 대응하는 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)가 완전하게 충전될 때 비로소 개시된다. 그에 따라 내연 기관(1)의 시동 단계 및 공회전 단계 동안, 회전각 제한 장치들(42, 43)이 의도되지 않는 방식으로 언로킹 상태로 전환되는 점은 방지될 수 있다. 핀들(44) 대신에 압력 피스톤들(51)이 압력 피크의 작용 하에 변위된다. 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)은 압력 피크에 후속하는 작동 단계 동안 완화되는데, 다시 말하면 압력 피스톤들(51)은, 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)이 비워지는 피스톤 자체의 정지 위치 방향으로 복귀 이동된다. 압력 피스톤들(51)의 동력이 두 압력 피크 사이에서 피스톤 자체의 정지 위치로 복귀하기에 충분하지 않은 그런 내연 기관(1)에서는, 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)이 특히 시동 단계 동안 작용한다. 비록 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)은 각각의 압력 피크로 채워지긴 하지만, 회전각 제한 장치들(42, 43)의 언로킹은 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)이 완전하게 충전될 때까지 방지된다. 만일 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)의 용적이 적어도, 시동 단계 동안 충분한 시스템 압력이 형성되는 시점까지 압력 공간부들(33) 중 하나의 압력 공간부에 공급되는 용적에 상응하는 방식으로 구성된다면, 시동 과정 동안 의도되지 않은 언로킹은 신뢰할 수 있는 정도로 방지될 수 있다. 또한, 회전각 제한 장치(42, 43)의 의도되지 않은 언로킹이 발생하지 않으면서 장치(10)가 무부하 작동 조건으로 작동될 수 있는 그런 시간은 연장된다.
도 3은 장치(10)의 제2 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예는 실질적으로 제1 실시예와 동일하다. 그러나 제1 실시예와 다르게, 두 회전각 제한 장치(42, 43)의 수용부들(45)은 각각의 제어 라인(48)을 통해서, 제어 밸브(37)의 제어 포트(S)와 연결되어 있는 제3 압력 매체 라인(38s)과 연통된다. 본 실시예에서 제어 밸브(37)는 압력 챔버들(35, 36)에 대한 압력 매체의 공급 및 배출 흐름뿐 아니라, 수용부들(45)에 대한 압력 매체의 공급 및 배출 흐름을 조절한다. 다시 말해 본 실시예에서는 회전각 제한 장치들(42, 43)의 수용부들(45)과 압력 챔버들(35, 36) 사이가 직접적으로 연결되지 않는다. 그로 인해 압력 피크는 압력 매체 라인(38a, 38b)에 따라서만 제어 밸브(37), 제3 압력 매체 라인(38s), 채널들(49) 및 제어 라인들(48)을 통해 수용부들(45)로 전달될 수 있다. 본 실시예에서 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)은 내부 로터(23)에 통합되지 않는다. 제1 실시예에서 압력 어큐뮬레이터(50a)는 제어 라인(48)과 영구적으로 연통된다. 그로 인해 압력 어큐뮬레이터(50a)는 압력 피크의 발생 위치, 즉 압력 챔버들(35, 56)과 수용부들(45) 사이에 배치된다. 이에 대체되거나 추가되는 실시예에 따라, 압력 매체 라인들(38a, 38b)과 연통되는 압력 어큐뮬레이터들(50b)이 제공될 수 있다. 두 압력 매체 라인(38a, 38b) 중 일측의 압력 매체 라인이 임계의 시동 또는 공회전 단계 동안 탱크와 연통되는 실시예에서, 상기 압력 매체 라인(38a, 38b)과 연통되는 압력 어큐뮬레이터(50b)는 생략될 수 있는데, 그 이유는, 본 실시예의 경우 경우에 따라 발생하는 압력 피크가 탱크로 유도되고 그로 인해 압력 매체 시스템에는 전달되지 못하기 때문이다. 압력 어큐뮬레이터(들)(50b)는, 제1 또는 제2 압력 매체 라인(38a, 38b), 제어 밸브(37), 제3 압력 매체 라인(38s), 채널들(49) 및 제어 라인들(48)을 통해, 일시적으로 수용부들(45)과 연통된다. 이는 항시, 압력 챔버들(35, 36)과 연결되는 압력 매체 라인들(38a, 38b) 중 하나의 압력 매체 라인 및 제3 압력 매체 라인(38s)이 탱크와 연결되지 않을 때 발생한다. 압력 어큐뮬레이터들(50a, 50b)은 제1 실시예에 설명된 압력 어큐뮬레이터와 동일하게 구성된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 추가 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서 압력 어큐뮬레이터(50b)는 제2 회전각 제한 장치(43)의 핀(44) 내부에 배치된다. 압력 어큐뮬레이터(50b)는 중공체로 형성되는 핀(44)의 내부에 배치되는 압력 피스톤(51)으로 구성된다. 압력 피스톤(51)은 핀(44)의 내부에서 스프링(52)의 힘에 대항하여 축방향으로 변위될 수 있다. 스프링(52)은, 핀(44)과 단일 부재로 형성되어, 예컨대 핀(44)의 보어부 내에 압력 피스톤(51) 및 스프링(52)이 삽입된 후에 반경 방향으로 변위되는 러그들(47)에서 지지된다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 환형으로 둘러싸는 칼라부도 스프링(52)을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 수용부(45)로부터 압력 피스톤(51)에 압력 매체를 공급하는 점은, 핀(44)의 측면 표면으로서 수용부(45)의 방향으로 향해 있는 그런 선단측 측면 표면에 형성되는 개구부(40)에 의해 이루어질 수 있다.
본 실시예에서 압력 어큐뮬레이터(50a)는, 제1 회전각 제한 장치(42)의 수용부(45)와 직접적으로 연통되는 방식으로 배치된다. 도시된 스프링 피스톤 어큐뮬레이터의 경우, 이 스프링 피스톤 어큐뮬레이터는 수용부(45) 내로 직접적으로 이어진다. 이와 관련하여 압력 어큐뮬레이터(50a)는 반경 방향에서 핀(44) 쪽으로 오프셋 되어 배치되며, 그럼으로써 압력 피스톤(51)은 수용부(45)의 가장자리 부분에 의해 부분적으로 오버래핑된다. 그로 인해 압력 피스톤(51)이 수용부(45)를 통해 압력 매체를 공급받을 수 있으면서도, 수용부(45)가 무압 상태일 때 수용부 내에 맞물리지 않는 점이 보장된다. 또한, 이에 대체되는 실시예에 따라, 압력 어큐뮬레이터(50a)는, 압력 피스톤(51)을 유지시킬 수 있도록 압력 피스톤(51)을 위한 정지부들을 포함할 수도 있다. 본 실시예에서 압력 어큐뮬레이터(50a)는 상기 압력 어큐뮬레이터가 수용부(45)와 연통되는 한 임의의 방식으로 배치될 수 있다.
도 5는 장치(10)의 추가 실시예를 도시하고 있다. 앞서 설명한 두 실시예와 다르게, 본 실시예에서는 지정된 위상 위치(래칭 유격 포함)에서 외부 로터(22)와 내부 로터(23)를 결합하는 회전각 제한 장치(42)가 하나만이 제공된다. 이를 위해 수용부(45)는 본 실시예의 경우 원주 방향의 그루브로서 형성되는 것이 아니라, 핀(44)에 부합하게 제공되는 리세스부로서 형성된다. 바람직한 래칭 위상 위치는 외부 로터(22)에 상대적인 내부 로터(23)의 최대 진각 위치 또는 최대 지각 위치이다. 그러나 중앙 위치도 생각해볼 수 있다.
도시된 실시예에서 압력 어큐뮬레이터(50a)와 수용부(45)는, 내부 로터(23)(실선)에 형성되는 감압 라인(54) 및 제어 라인(48)을 통해 압력 챔버들(35, 36)과 연통된다. 이에 대체되는 실시예에 따라, 라인들은 또한 제1 측면 커버(24)에 형성될 수도 있다(파선).
1: 내연 기관
2: 크랭크샤프트
3: 피스톤
4: 실린더
5: 인장식 구동 장치
6: 흡기 캠샤프트
7: 배기 캠샤프트
8: 캠
9a: 흡기가스 교환 밸브
9b: 배기가스 교환 밸브
10: 장치 (가변 조정 장치)
21: 스프로켓 휠
22: 외부 로터
22a: 하우징
23: 내부 로터
24: 측면 커버
25: 측면 커버
26: 허브 부재
27: 베인
27a: 베인 스프링
28: 베인 그루브
29: 원주 벽부
30: 돌출부
31: 축방향 개구부
32: 고정 부재
33: 압력 공간부
34: 제한 벽부
34a: 진각 정지부
34b: 지각 정지부
35: 제1 압력 챔버
36: 제2 압력 챔버
37: 제어 밸브
38a: 제1 압력 매체 라인
38b: 제2 압력 매체 라인
38p: 제3 압력 매체 라인
38s: 제4 압력 매체 라인
40: 개구부
41: 래칭 기구
42: 회전각 제한 장치
43: 회전각 제한 장치
44: 핀
45: 수용부
46: 스프링 부재
47: 러그
48: 제어 라인
49: 채널
50a: 압력 어큐뮬레이터
50b: 압력 어큐뮬레이터
51: 압력 피스톤
52: 스프링
53: 함몰부
54: 감압 라인
A: 제1 작업 포트
B: 제2 작업 포트
P: 공급 포트
T: 배출 포트
S: 제어 포트

Claims (10)

  1. 내연 기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치(10)이며,
    - 구동 부재(22)와, 출력 부재(23)와, 하나 이상의 압력 챔버(35, 36)와, 하나 이상의 회전각 제한 장치(42, 43)와, 하나 이상의 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)를 포함하고,
    - 상기 출력 부재(23)와 상기 구동 부재(22) 간의 위상 위치는 압력 챔버들(35, 36)에 압력 매체를 공급하거나, 또는 압력 챔버로부터 압력 매체를 배출하는 것을 통해 최대 가능한 각도 범위 내에서 가변될 수 있고,
    - 각각의 회전각 제한 장치(42, 43)는 로킹 상태에서, 적어도 최대 가능한 각도 범위보다 작은 각도 범위로 상기 위상 위치를 제한하고,
    - 회전각 제한 장치(42, 43)는 제어 라인(48)을 통한 압력 매체 공급에 의해 언로킹 상태로 전환될 수 있으며,
    - 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 내연 기관(1)의 작동 동안 상기 제어 라인(48)과 적어도 일시적으로 연통되는,
    내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10)에 있어서,
    - 상기 회전각 제한 장치(42, 43)의 최소 반응 압력이 상기 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)의 최소 반응 압력보다 높은 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 회전각 제한 장치(42, 43)는 하나 이상의 수용부(45)와, 상기 수용부(45)의 방향으로 힘을 공급받는 하나 이상의 맞물림 부재(44)를 포함하고, 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 직접적으로, 또는 감압 라인(54)을 통해 상기 수용부(45)와 연통되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  3. 제1항에 있어서, 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 직접적으로, 또는 감압 라인(54)을 통해 상기 제어 라인(48)과 연통되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  4. 제1항에 있어서, 제어 밸브(37)와, 상기 제어 밸브(37)와 연통되는 2개 이상의 압력 매체 라인(38a, 38b, 38s)이 제공되고, 상기 압력 매체 라인들(38a, 38b) 중 하나는 압력 챔버(35, 36)와 연통되고, 또 다른 압력 매체 라인(38s)은 제어 라인(48)과 연통되며, 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 직접적으로, 또는 감압 라인(54)을 통해 상기 압력 매체 라인들(38a, 38b, 38s) 중 하나와 연통되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  5. 제1항에 있어서, 회전각 제한 장치(42, 43)의 최소 반응 압력은 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)가 최대한 충전되는 최소 충전 압력보다 높은 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  6. 제1항에 있어서, 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 출력 부재(23) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  7. 제1항에 있어서, 제어 라인(48)은 출력 부재(23) 또는 구동 부재(22)에 공동부로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  8. 제1항에 있어서, 제어 라인(48)은 일측에서 압력 챔버(35, 36) 내로 이어지고, 타측에서는 회전각 제한 장치(42, 43)와 연통되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  9. 제1항에 있어서, 출력 부재(23)는 회전각 제한 장치(42, 43)가 로킹되거나 회전각 제한 장치들(42, 43)이 로킹될 시에 하나의 각도 간격에서 지정된 위상 위치를 중심으로 구동 부재(22)에 대해 고정되고, 상기 각도 간격은 래칭 유격에 의해 규정되며, 상기 가변 조정 장치(10)의 래칭 상태에서 압력 챔버는 최대 용적 및 최소 용적을 취할 수 있으며, 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)의 용적은 적어도 최대 용적과 최소 용적 간의 용적 차이에 상응하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).
  10. 제1항에 있어서, 회전각 제한 장치(42, 43)는 하나 이상의 수용부(45)와, 상기 수용부(45) 방향으로 힘을 공급받는 하나 이상의 맞물림 부재(44)를 포함하고, 압력 어큐뮬레이터(50a, 50b)는 상기 맞물림 부재(44) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간 가변 조정 장치(10).

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