KR101530738B1 - 내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치 - Google Patents

내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치 Download PDF

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섀플러 테크놀로지스 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 구동 요소(22)와, 출력 요소(23)와, 회전각 제한 장치(42, 43)와, 제어 밸브(37)를 구비한, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치(10)에 관한 것이다. 상기 장치에는 적어도 2개의 상호 작용 압력 챔버(35, 36)도 제공된다. 상기 압력 챔버들(35, 36) 중 하나에 압력 매체가 공급되는 동시에 다른 하나의 압력 챔버(35, 36)는 비워짐으로써 출력 요소(23)와 구동 요소(22) 사이에서 위상 조정이 개시될 수 있다. 상기 회전각 제한 장치(42, 43)는 잠금 상태에서는 위상 위치의 변동을 저지하고, 상기 회전각 제한 장치(42, 43)는 잠금 해제 상태에서는 위상 위치의 변동을 허용한다. 상기 회전각 제한 장치(42, 43)는 압력 매체의 공급에 의해 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로 전환될 수 있다. 상기 제어 밸브(37)는 밸브 하우징(52) 및 제어 피스톤(54)을 포함한다. 상기 밸브 하우징(52)에는 적어도 각각 유입 포트(P), 배출 포트(T), 제1 및 제2 작업 포트(A, B) 및 제3 작업 포트[제어 포트(S)]가 형성되고, 상기 작업 포트들(A, B, S)은 축방향으로 서로 오프셋되어 중첩되지 않도록 밸브 하우징(52)에 형성된다.

Description

내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치{DEVICE FOR VARIABLY ADJUSTING THE CONTROL TIMES OF GAS EXCHANGE VALVES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 구동 요소와, 출력 요소와, 회전각 제한 장치와, 제어 밸브를 구비한, 내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치에는 상호 작용하는 적어도 2개의 압력 챔버가 제공되며, 상기 압력 챔버들 중 하나에 압력 매체가 공급되는 동시에 다른 하나의 압력 챔버는 비워짐으로써 출력 요소와 구동 요소 간의 위상 조정이 개시될 수 있다. 상기 회전각 제한 장치는 잠금 상태에서는 위상 위치의 변동을 저지하고, 상기 회전각 제한 장치는 잠금 해제 상태에서는 위상 위치의 변동을 허용하며, 이때 회전각 제한 장치는 압력 매체의 공급에 의해 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로 전환될 수 있다. 상기 제어 밸브는 밸브 하우징 및 제어 피스톤을 포함하며, 상기 밸브 하우징에는 적어도 각각 1개의 유입 포트, 배출 포트, 제1 및 제2 작업 포트 그리고 제3 작업 포트(제어 포트)가 형성되며, 유입 포트는 압력 매체원과 연결되고, 배출 포트는 탱크와 연결되고, 제어 포트는 회전각 제한 장치와 연결되고, 제1 및 제2 작업 포트는 압력 챔버들 중 각각 하나와 연결되며, 상기 작업 포트들은 축방향으로 서로 오프셋되어 중첩되지 않도록 밸브 하우징에 형성된다.
최신 내연기관에서는 크랭크축과 캠축 사이의 위상 관계가 최대 선행 위치와 최대 후행 위치 사이의 정해진 각도 범위 내에서 가변적으로 형성될 수 있도록 하기 위해 가스교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치가 사용된다. 이러한 목적으로, 상기 장치는 크랭크축으로부터 캠축으로 토크를 전달하는 데 사용되는 구동 트레인 내에 통합된다. 상기 구동 트레인은 예컨대 벨트 구동부, 체인 구동부 또는 기어 구동부로서 구현될 수 있다.
상기 장치는 상호 회전 가능한 2개 이상의 회전자를 포함하며, 상기 2개의 회전자 중 하나는 크랭크축과 구동 연결되고, 다른 하나는 캠축과 회전 불가능하게 연결된다. 상기 장치는 1개 이상의 압력 챔버를 포함하며, 상기 압력 챔버는 가동성 요소를 이용하여 2개의 상호 작용식 압력 챔버로 분할된다. 가동성 요소는 회전자들 중 적어도 하나와 상호 작용한다. 압력 챔버들로 압력 매체가 공급되거나, 압력 챔버들로부터 압력 매체가 방출됨으로써 압력 챔버 내에 있는 가동성 요소가 이동됨으로 인해 회전자들 상호 간의 상대 회전 및 그에 따른 크랭크축에 대한 캠축의 상대 회전이 야기된다.
압력 챔버들로의 압력 매체 공급 또는 압력 챔버들로부터의 압력 매체 배출은 제어 유닛, 통상 유압 방향전환 밸브(제어 밸브)를 이용하여 제어된다. 제어 유닛은 다시 제어기를 이용하여 제어되며, 상기 제어기는 센서들을 이용하여 크랭크축에 대한 캠축의 상대적 실제 위치와 목표 위치(위상 위치)를 검출하여 서로 비교한다. 상기 두 위치의 차이가 확인되면 제어 유닛으로 신호가 전송되고, 제어 유닛은 압력 챔버들로 공급될 압력 매체 흐름을 상기 신호에 맞추어 조정한다.
상기 장치의 기능을 보장하기 위해서는, 내연기관의 압력 매체 회로 내 압력이 소정의 값을 초과해야 한다. 압력 매체는 일반적으로 내연기관의 오일 펌프에 의해 제공되고, 그럼으로써 제공된 압력은 내연기관의 회전수와 동시에 증가하기 때문에, 특정 회전수 이하에서는 오일 압력이 회전자들의 위상 위치를 의도한 대로 변동시키거나 유지하기에 아직 너무 낮다. 이러한 경우는 예컨대 내연기관의 시동 단계 또는 공회전 단계에서 있을 수 있다.
상기 단계들 동안 상기 장치는 제어되지 않은 진동을 실행할 수도 있으며, 이는 내연기관의 소음 방사의 증가, 마모 증가, 부드럽지 않은 구동 및 배출물 증가를 야기한다. 이러한 단점들을 방지하기 위해, 내연기관의 임계적 작동 단계 동안 2개의 회전자를 서로 회전 불가능하게 연결하는 기계식 잠금 장치가 제공될 수 있으며, 상기 연결은 잠금 장치에 압력 매체가 공급됨으로써 중단될 수 있다. 이 경우, 잠금 위치는 단부 위치들(최대 선행 위치 및 최대 후행 위치) 중 하나에 또는 단부 위치들 사이에 제공될 수 있다.
상기 유형의 장치의 예가 US 6,684,835 B2호에 공지되어 있다. 상기 구현형에서는 장치가 베인 타입으로 구현되며, 이때 외측 회전자가 베인 휠로서 형성된 내측 회전자 상에 회전 가능하게 지지된다. 또한, 2개의 회전각 제한 장치가 제공되며, 제1 회전각 제한 장치가 잠금 상태에서 외측 회전자에 대해 내측 회전자가 최대 후행 위치와 정해진 중간 위치(잠금 위치) 사이의 간격 이내에서 변위되는 것을 허용한다. 제2 회전각 제한 장치는 잠금 상태에서 외측 회전자에 대해 내측 회전자가 중간 위치와 최대 선행 위치 사이의 간격 이내에서 상대 회전을 하는 것을 허용한다. 두 회전각 제한 장치가 모두 잠금 상태에 있는 경우, 외측 회전자에 대한 내측 회전자의 위상 위치는 중간 위치로 제한된다.
회전각 제한 장치 각각은 외측 회전자의 수용부 내에 배치된 스프링 장착식 잠금 핀으로 형성된다. 각각의 잠금 핀에 스프링에 의해 내측 회전자의 방향으로 힘이 가해진다. 내측 회전자에는 상기 장치들의 특정 작동 위치에서 잠금 핀들에 대응하여 놓이는 슬롯 링크가 형성된다. 상기 작동 위치들에서 핀들이 슬롯 링크에 맞물릴 수 있다. 이때, 각각의 회전각 제한 장치는 잠금 해제 상태로부터 잠금 상태로 전환된다. 회전각 제한 장치 각각은 슬롯 링크에 압력 매체가 공급되면 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로 전환될 수 있다. 이 경우, 압력 매체가 잠금 핀들을 그들의 수용부 내로 밀어넣음으로써 외측 회전자에 대한 내측 회전자의 기계적 연결이 중단된다.
압력 챔버들 및 슬롯 링크들로의 압력 매체 공급은 제어 밸브를 이용하여 실시되며, 이때 제어 밸브에는 특히 압력 챔버들과 통해 있는 2개의 작업 포트 및 잠금 그루우브와 통해 있는 1개의 제어 포트가 형성된다. 이러한 유형의 또 다른 제어 밸브들이 US 6,779,500 B2호로부터 공지되어 있다. 상기 제어 밸브들은 실질적으로, 압력 챔버들로 유입되거나 압력 챔버들로부터 배출되는 압력 매체 흐름을 안내하는 종래의 4/3 방향 비례제어 밸브 및 회전각 제한 장치들로 유입되거나 회전각 제한 장치들로부터 배출되는 압력 매체 흐름을 제어하는 2/2 방향 밸브로 구성되며, 상기 부분 밸브들은 직렬로 배치된다. 이때, 상기 두 부분 밸브는 1개의 공통 제어 피스톤 및 공통 밸브 하우징을 갖는다.
상기 실시예의 단점은 특히 밸브 하우징의 축방향으로 제어 밸브의 설치 공간에 대한 수요가 높다는 점이다. 또한, 제어 피스톤에 형성되어야 하는 제어 구조물의 수가 많다는 것도 단점이다. 이는 매우 높은 비용 및 보다 넓은 필요 설치 공간을 초래한다. 상기 실시예의 또 다른 한 단점은, 상기 제어 밸브가 내측 회전자의 중앙 수용부 내에 배치되는 중앙 밸브로서 사용되기에 부적합하다는 데 있다. 상기 제어 밸브들은 한편으로 장치의 내측 회전자를 통해 압력 매체가 공급되어야 하는 2개의 유입 포트를 포함한다. 이는 장치의 복잡도 및 결함 민감도를 증가시킨다. 또한, 장치가 축방향으로 넓게 형성됨에 따라 밸브의 5개의 포트 모두가 내측 회전자의 수용부에 의해 덮인다. 이는 장치의 제조 비용을 상승시키게 된다. 또한, 장치의 필요 설치 공간 및 중량을 증가시킨다.
본 발명의 과제는 제어 밸브를 구비한, 내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치를 제공하는 것이며, 이때 제어 밸브의 최대한 간단하고 경제적인 구조가 달성되어야 한다. 또한, 제어 밸브의 필요 설치 공간이 최소화되어야 한다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 제어 피스톤의 외부 표면에 제1 제어 챔버가 형성되고, 상기 제1 제어 챔버를 통해 바로 인접하여 배치된 2개의 작업 포트가 밸브 하우징 내 제어 피스톤의 위치에 따라 선택적으로 유입 포트와 연결되거나 분리될 수 있음으로써 해결된다. 바로 인접하여 배치된 포트들이라 함은 상기 포트들 사이에 다른 포트가 배치되지 않음을 의미한다.
한 실시예에서는, 제어 피스톤의 외부 표면에 제1 제어 챔버가 형성되고, 상기 제1 제어 챔버를 통해 작업 포트뿐 아니라 제어 포트도 밸브 하우징 내 제어 피스톤의 위치에 따라 선택적으로 유입 포트와 연결되거나 분리될 수 있다.
이 경우 제어 피스톤은 밸브 하우징에 대해 상대적으로, 바로 인접하는 작업 포트들이 동시에 제1 제어 챔버와 통하는 위치들을 취할 수 있다.
한 실시예에서는, 제어 피스톤이 밸브 하우징에 대해 상대적으로, 작업 포트와 제어 포트가 동시에 제1 제어 챔버와 통하는 위치들을 취할 수 있다. 또한, 제어 피스톤의 외부 표면에 제2 제어 챔버가 형성될 수 있으며, 상기 제2 제어 챔버를 통해 제1 제어 챔버와 직접 통하지 않는 작업 포트가 밸브 하우징 내 제어 피스톤의 위치에 따라 선택적으로 유입 포트와 연결되거나 분리될 수 있다.
이 경우 포트들이 축방향으로 서로 오프셋되어, 유입 포트, 제1 작업 포트, 배출 포트, 제2 작업 포트, 제어 포트의 순서로 배치되거나, 또는 유입 포트, 제어 포트, 배출 포트, 제2 작업 포트, 제1 작업 포트(A)의 순서로 배치될 수 있다.
또한, 제어 피스톤 및/또는 밸브 하우징은 실질적으로 회전 대칭형으로 형성될 수 있다.
작업 포트들 및 제어 포트는 밸브 하우징 내에 반경방향 개구로서 형성될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 개선예에서는, 제어 밸브가 출력 요소의 중앙 수용부 내에 배치되며, 이때 유입 포트는 출력 요소 및 구동 요소의 외부에 축방향으로 배치된다.
본 발명의 한 실시예에서는, 제어 피스톤이 중공형으로 형성되며, 제어 피스톤의 내부는 적어도 유입 포트 및 제1 제어 챔버와 통한다.
이때, 제어 피스톤의 외부 표면에 제3 제어 챔버가 형성되고, 이 제3 제어 챔버는 제어 피스톤의 내부로 통하며 밸브 하우징에 대한 제어 피스톤의 각각의 상대적 위치에서 유입 포트와 통한다.
제어 챔버들은 제어 피스톤의 외부 표면에 환형 홈으로서 형성될 수 있다.
또한, 제어 피스톤의 외부 표면에 제4 제어 챔버가 형성되고, 이 제4 제어 챔버를 통해 인접하는 작업 포트들(A, B, S) 중 하나 및 제1 제어 챔버와 통하지 않는 작동 챔버(A, B, S)가 밸브 하우징 내 제어 피스톤의 위치에 따라 선택적으로 배출 포트(T)와 연결되거나 분리될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 유압 액츄에이터로서 형성된 조정 장치 및 상기 조정 장치에 압력 매체를 공급하는 유압 시스템을 포함한다. 조정 장치는 예컨대 종래 기술에서와 같이 베인 타입으로 또는 액시얼 피스톤 타입으로 형성될 수 있다. 후자의 타입에서는, 2개의 압력 챔버를 서로 분리하는 압력 피스톤이 압력 매체 공급에 의해 축방향으로 변위된다. 이 경우, 압력 피스톤의 운동은 2개의 헬리컬 기어 쌍을 통해 출력 요소와 구동 요소 사이의 상대적 위상 회전을 개시한다. 또한, 특정 위상 위치에서 출력 요소를 구동 요소와 기계적으로 연결하기 위한 기계적 수단(회전각 제한 장치)이 제공된다. 상기 연결은 예컨대, 가능한 위상각이 임의의 각도 범위로 한정되는 방식으로, 또는 정해진 위상 위치에서 출력 요소와 구동 요소 사이의 회전 불가능한 연결이 형성될 수 있는 방식으로 실시된다. 회전각 제한 장치(들)는 잠금 상태(연결 상태) 및 잠금 해제 상태(분리 상태)를 취할 수 있다. 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로의 전환은 회전각 제한 장치(들)에 압력 매체가 공급됨으로써 이루어진다.
회전각 제한 장치(들)가 잠금 해제 상태에 있는 경우, 1개의 압력 챔버 또는 압력 챔버 그룹에 압력 매체가 공급되는 동시에 다른 압력 챔버(들)는 비워짐으로써, 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 위상 조정이 수행된다. 회전각 제한 장치(들)가 잠금 상태에 있는 경우에는, 회전각 제한 장치(들)에 의해 허용되는 범위 내에서만 위상 조정이 수행된다.
유압 시스템은 밸브 하우징 및 제어 피스톤을 구비한 제어 밸브를 포함한다. 밸브 하우징은 실질적으로 중공 원통 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 포트들은 원통형 외부 표면에 개구로서 형성될 수 있다. 밸브 하우징 내에서는 제어 피스톤이 상기 밸브 하우징에 대해 복수의 상대 위치를 취할 수 있으며, 그로 인해 복수의 제어 위치가 구현될 수 있다. 이 경우, 제어 피스톤은 조정 유닛을 이용하여 밸브 하우징의 축방향으로 상기 밸브 하우징에 대해 상대적으로 변위될 수 있다. 조정 유닛은 예컨대 전자기식 또는 유압식일 수 있다. 각각의 제어 위치에서 상이한 포트들의 정해진 연결이 수행된다. 밸브 하우징의 외부 표면에 개구로서 형성된 포트들은 서로 오프셋되어 배치된다. 그럼으로써 제어 피스톤 및 밸브 하우징이 실질적으로 회전 대칭형으로 형성될 수 있기 때문에, 제조가 훨씬 더 간단해질 수 있다. 제어 피스톤은 복수의 제어 구조물을 포함한다. 이와 관련하여, 한편으로는 제어 피스톤의 각각의 위치에서 유입 포트와 통하고, 다른 한편으로는 작업 포트 및 제어 포트(또는 다른 작업 포트)와 연결될 수 있는 제1 제어 챔버가 제공된다. 이때, 제1 제어 챔버가 오직 작업 포트와만 통하거나 제어 포트(또는 다른 작업 포트)와만 통하는 제어 피스톤의 위치들이 제공될 수 있다. 또한, 제1 제어 챔버가 상기 두 포트 모두와 통하는 위치들이 제공될 수 있다. 제어 챔버를 이용한 작업 포트 및 제어 포트(또는 다른 작업 포트)의 제어를 통해 제어 피스톤의 복잡성이 저하될 수 있다. 필요한 제어 요소의 수가 감소함으로써 복잡한 처리가 생략될 수 있기 때문에, 제조 비용이 절감될 수 있다. 필요한 제어 요소 수의 감소는 그 외에도 축방향 설치 공간의 절약을 야기하므로, 중앙 밸브로서의 사용도 고려될 수 있다. 제1 제어 챔버와 상호 작용하는 제어 구조물들이 밸브 하우징에 적절하게 배치됨으로써, 제어 밸브의 바람직한 제어 논리가 정의될 수 있다.
제어 챔버들은 제어 피스톤의 외부 표면에 예컨대 환형 홈으로서 형성될 수 있다. 부분환형 홈들로서 형성되는 것도 고려될 수 있다.
제1 제어 챔버와 유입 포트 사이의 연결은 중공형으로 형성된 제어 피스톤의 내부를 통해 이루어질 수 있다. 유입 포트를 통해 유입되는 압력 매체는 피스톤 개구들을 통해 제어 피스톤의 내부에 도달할 수 있다. 또한, 제1 및/또는 제2 제어 챔버를 피스톤 내부와 연결하는 추가의 피스톤 개구들이 제공될 수 있다.
포트들이 유입 포트, 작업 포트(또는 제어 포트), 출력 포트, 작업 포트, 제어 포트(또는 작업 포트)의 순서로 배치됨으로써, 제어 밸브가 중앙 밸브의 용도로 제공될 수 있다. 포트들의 순서에 기초하여, 제어 밸브의 압력 매체 공급부는 조정 장치의 외부에 배치될 수 있다. 이 경우, 제어 밸브가 내측 회전자로부터 축방향으로 돌출되는데, 이때 유입 포트는 내측 회전자의 외부에 배치된다. 따라서 내측 회전자의 폭은 단지 작업 포트들과, 제어 포트와 출력 포트 사이의 최대 거리에 상응해야 한다. 따라서 내측 회전자 및 그와 더불어 조정 장치가 더욱 좁게 형성될 수 있다. 또한, 내측 회전자 내부에 유입 포트(들)로 압력 매체를 안내하기 위한 압력 매체 라인이 불필요하기 때문에, 조정 장치의 구조가 간단해짐으로써 제조 비용이 절감된다. 중앙 밸브 해결책은 압력 챔버 내에 베인이 더욱 강건하게 유압식으로 고정될 수 있도록 한다.
또한 제어 밸브는, 제1 작업 포트가 탱크와만 통하고, 제2 작업 포트는 유입 포트와만 통하며, 제어 포트는 탱크와만 통하는 제1 제어 위치를 취할 수 있다. 또한, 제1 작업 포트는 탱크와만 통하고, 제2 작업 포트 및 제어 포트는 유입 포트와만 통하는 제2 제어 위치가 제공될 수 있다. 또한, 제어 포트가 유입 포트와만 통하는 반면, 작업 포트들은 유입 포트와도 통하지 않고 작업 포트들 중 어느 것과도 통하지 않는 제3 위치가 제공될 수 있다. 또한, 제2 작업 포트는 탱크와만 통하고, 제1 작업 포트 및 제어 포트는 유입 포트와만 통하는 제4 제어 위치가 제공될 수 있다.
따라서 제어 밸브가 제1 제어 위치를 취하는 내연기관의 시동 중에는 제어 포트 및 그와 더불어 회전각 제한 장치(들)가 탱크와 연결된다. 그럼으로써 시동 중에 내측 회전자와 외측 회전자의 연결이 보장된다. 제2 내지 제4 제어 위치는 선행 제어 시간의 방향으로 또는 후행 제어 시간의 방향으로의 위상 조정 또는 위상 위치의 유압식 고정을 허용한다.
본 발명의 또 다른 특징들은 본 발명의 실시예를 간단히 도시한 도면들 및 하기의 설명을 참조한다.
도 1은 내연기관의 개략도이다.
도 2a는 유압 회로를 구비한, 내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 변경하기 위한 본 발명에 따른 장치의 평면도로서, 여기서 제어 밸브는 개략적으로만 도시되었다.
도 2b는 제어 밸브를 구비한 도 2a의 장치를 라인 II B-II B를 따라 잘라낸 종단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2b의 제어 밸브의 상이한 제어 위치들의 각각의 종단면도이다.
도 1에는 내연기관(1)이 도시되어 있으며, 여기에는 크랭크축(2)에 연결되어 있는 피스톤(3)이 실린더(4) 내에 배치된 것을 볼 수 있다. 도시된 실시예에서 크랭크축(2)은 각각 하나의 트랙션 메커니즘 구동부(5)를 통해 흡기 캠축(6) 또는 배기 캠축(7)과 연결되며, 이때 크랭크축(2)과 캠축들(6, 7) 사이의 상대 회전을 위해 제1 및 제2 장치(10)가 제공될 수 있다. 캠축(6, 7)의 캠(8)은 하나 이상의 흡기 가스 교환 밸브(9a) 또는 하나 이상의 배기 가스 교환 밸브(9b)를 작동한다. 캠축들(6, 7) 중 하나에만 장치(10)가 구비될 수 있거나, 또는 장치(10)를 구비한 단 1개의 캠축(6, 7)만 제공될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에는 본 발명에 따른 장치(10)의 일 실시예의 평면도 및 종단면도가 도시되어 있다.
장치(10)는 조정 장치(11) 및 유압 시스템(12)을 포함한다. 조정 장치(11)는 1개의 구동 요소[외측 회전자(22)]와, 캠축(6, 7)에 회전 불가능하게 연결된 출력 요소[내측 회전자(23)]와, 2개의 측면 커버(24, 25)를 포함한다. 내측 회전자(23)는 베인 휠의 형태로 형성되고, 실질적으로 원통형으로 형성된 허브 요소(26)를 포함하며, 도시된 실시예에서 허브 요소의 원통형 외부 표면에서부터 반경방향 외측으로 5개의 베인(27)이 연장된다. 이때, 베인들(27)은 허브 요소(26)와 일체로 형성될 수 있다. 그 대안으로 베인들(27)은, 도 2a에 도시된 것처럼, 독립적으로 형성되며, 허브 요소(26)에 축방향으로 연장되도록 형성된 베인 그루우브들(28) 내에 배치될 수 있으며, 이 경우 베인 그루우브(28)의 그루우브 바닥과 베인(27) 사이에 배치된, 도시되지 않은 스프링 요소들에 의해 베인들(27)에 반경방향 외측으로 힘이 가해진다.
외측 회전자(22)의 외주연 벽(29)에서 시작하여 반경방향 내측으로 복수의 돌출부(30)가 연장된다. 도시된 실시예에서 상기 돌출부들(30)은 상기 외주연 벽(29)과 일체로 형성된다. 그러나 돌출부들(30) 대신, 외주연 벽(29)에 형성되어 반경방향 내측으로 연장되는 베인들이 제공되는 실시예도 고려될 수 있다. 외측 회전자(22)는 반경방향 내측에 놓인 돌출부들(30)의 주연 벽들에 의해 내측 회전자(23) 상에 상기 내측 회전자에 대해 회전 가능하게 지지된다.
주연 벽(29)의 외부 표면에는 체인 휠(21)이 형성되며, 이 체인 휠을 이용하여 도시되지 않은 체인 구동부를 통해 토크가 크랭크축(2)으로부터 외측 회전자(22)로 전달될 수 있다. 체인 휠(21)은 별도의 부품으로 형성되어 내측 회전자(23)와 회전 불가능하게 연결될 수 있거나, 상기 내측 회전자와 일체로 형성될 수 있다. 그 대안으로, 벨트 구동부 또는 기어 구동부가 제공될 수도 있다.
각각의 측면 커버(24, 25)는 외측 회전자(22)의 축방향 측면들 중 하나에 배치되어 그곳에 회전 불가능하게 고정된다. 이를 위해 돌출부들(30) 각각에 축방향 개구(31)가 제공되며, 각각의 축방향 개구(31)는 측면 커버(24, 25)를 외측 회전자(22)에 회전 불가능하게 고정하는 데 사용되는 고정 요소(32), 예컨대 볼트 또는 나사에 의해 관통된다.
장치(10) 내부에서 주연 방향으로 인접하는 각각 2개의 돌출부(30) 사이에 1개의 압력 챔버(33)가 형성되며, 이 압력 챔버는 주연 방향으로는 실질적으로 반경방향으로 연장되며 서로 마주보는, 인접한 돌출부들(30)의 경계벽들(34)에 의해 한정되고, 축방향으로는 측면 커버들(24, 25)에 의해 한정되고, 반경방향 내측으로는 허브 요소(26)에 의해 한정되며, 반경방향 외측으로는 주연 벽(29)에 의해 한정된다. 압력 챔버들(33) 각각의 내부로 베인(27)이 돌출하며, 이때 베인(27)은 측벽들(24, 25)뿐 아니라 주연 벽(29)에도 접하도록 형성된다. 따라서 각각의 베인(27)은 각각의 압력 챔버(33)를 상호 작용하는 2개의 압력 챔버(35, 36)로 분할한다.
외측 회전자(22)는 내측 회전자(23)에 대해 소정의 각도 범위 내에서 회전할 수 있도록 배치된다. 내측 회전자(23)의 회전 방향으로의 각도 범위는 선행 정지부(34a)로서 형성된 압력 챔버(33) 경계벽(34)에 각각의 베인(27)이 접함으로써(선행 제어 시간) 제한된다. 이와 유사하게, 타측 회전 방향으로의 각도 범위는 각각의 베인(27)이 후행 정지부(34b)로 사용되는 압력 챔버(33)의 또 다른 경계벽(34)에 접함으로써(후행 제어 시간) 제한된다. 그 대안으로, 내측 회전자(23)에 대한 외측 회전자(22)의 회전각 범위를 제한하는 회전 제한 장치가 제공될 수 있다.
일측의 압력 챔버(35, 36) 그룹에는 압력이 가해지고, 타측의 그룹에서는 압력이 경감됨으로써, 내측 회전자(23)에 대한 외측 회전자(22)의 위상 위치의 변동 및 그에 따른 크랭크축(2)에 대한 캠축(6, 7)의 위상 위치의 변동이 수행될 수 있다. 상기 두 압력 챔버(35, 36) 그룹 모두에 압력이 가해지면, 두 회전자(22, 23) 상호간의 위상 위치는 일정하게 유지될 수 있다. 그 대안으로, 위상 위치가 일정한 상태 동안에는 압력 챔버들(35, 36)에 압력 매체가 공급되지 않는 것도 가능하다. 통상 내연기관(1)의 윤활유가 유압 압력 매체로서 사용된다.
내연기관(1)의 시동 중에 또는 공회전 단계 중에는 장치(10)로의 압력 매체 공급이 압력 챔버들(33) 내부에서의 베인(27)의 유압식 고정을 보장하기에 충분치 않을 수 있다. 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 비제어 진동을 방지하기 위해, 상기 두 회전자(22, 23) 사이의 기계적 연결을 형성하는 잠금 기구(41)가 제공된다. 이때, 잠금 위치는 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 단부 위치들 중 하나에 놓일 수 있다. 이 경우, 회전각 제한 장치(42)가 제공되며, 회전자들(22, 23) 중 하나에는 잠금 핀(44)이 배치되고, 회전자들(22, 23) 중 다른 하나에는 상기 잠금 핀(44)에 매칭되는 슬롯 링크(45)가 형성된다. 내측 회전자(23)가 잠금 위치에 있을 경우, 잠금 핀(44)이 슬롯 링크(45) 내에 맞물림에 따라 두 회전자(22, 23) 사이에 회전 불가능한 기계적 연결이 구현될 수 있다.
잠금 위치는, 장치(10)의 잠금 상태에서 베인(27)이 선행 정지부(34a)와 후행 정지부(34b) 사이의 임의의 위치에 존재하도록 선택되는 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 이러한 유형의 잠금 기구(41)가 도 2a에 도시되어 있다. 상기 잠금 기구는 제1 및 제2 회전각 제한 장치(42, 43)로 구성된다. 도시된 실시예에서, 회전각 제한 장치 각각(42, 43)은 축방향으로 변위 가능한 잠금 핀(44)으로 형성되며, 각각의 잠금 핀(44)은 내측 회전자(23)의 보어 내에 수용된다. 또한, 제1 측벽(24)에 주연 방향으로 연장되는 홈 형태의 2개의 슬롯 링크(45)가 형성된다. 이 슬롯 링크들은 도 2a에서 파선의 형태로 도시되어 있다. 각각의 잠금 핀(44)에는 스프링 요소(46)에 의해 제1 측면 커버(24)의 방향으로 힘이 가해진다. 내측 회전자(23)가 외측 회전자(22)에 대해, 잠금 핀(44)이 축방향으로 관련 슬롯 링크(45)에 대응 배치되는 위치를 취하면, 상기 잠금 핀이 슬롯 링크(45) 내로 진입되어 각각의 회전각 제한 장치(42, 43)가 잠금 해제 상태로부터 잠금 상태로 전환된다. 이때, 제1 회전각 제한 장치(42)의 슬롯 링크(45)는, 제1 회전각 제한 장치(42)가 잠금 상태에 있을 때 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 위상 위치가 최대 후행 위치와 최대 선행 위치 사이의 임의의 범위로 제한되도록 설계된다. 내측 회전자(23)가 외측 회전자(22)에 대해 잠금 위치에 있는 경우, 제1 회전각 제한 장치(42)의 잠금 핀(44)이 주연 방향으로 슬롯 링크(45)에 의해 형성된 정지부에 접함으로써 더 선행하는 제어 시간의 방향으로의 추가 조정이 저지된다.
유사한 방식으로, 제2 회전각 제한 장치(43)의 슬롯 링크(45)는 제2 회전각 제한 장치(43)가 잠금 상태에 있을 때 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 위상 위치가 최대 선행 위치와 잠금 위치 사이의 임의의 범위로 제한되도록 설계된다.
회전각 제한 장치(42, 43)가 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로 전환되도록 하기 위해, 각각의 슬롯 링크(45)에 압력 매체가 가해진다. 그로 인해, 각각의 잠금 핀(44)이 스프링 요소(46)의 힘에 대항하여 보어 내로 재진입됨으로써 회전각 제한이 중지된다.
조정 장치(11)로의 압력 매체 공급을 위해, 복수의 압력 매체 라인(38a,b), 제어 라인(48), 제어 밸브(37), 압력 매체 펌프(47) 및 탱크(49)가 제공된다.
내측 회전자(23)의 내부에는 제1 및 제2 압력 매체 라인(38a, 38b)이 제공된다. 제1 압력 매체 라인(38a)은 제1 압력 챔버(35)에서부터 시작되어 내측 회전자(23)의 중앙 수용부(40)까지 연장된다. 제2 압력 매체 라인(38b)은 제2 압력 챔버(36)에서부터 시작되어 마찬가지로 중앙 수용부(40)까지 연장된다. 상기 압력 매체 라인들(38a,b)은 도 2a에서 간략한 도시를 위해 2개의 압력 챔버(33)에 관해서만 도시되었다.
회전각 제한 장치들(42, 43)로의 압력 매체 공급을 위해, 제어 라인들(48)이 제공되며, 이 제어 라인들은 내측 회전자(23)의 중앙 수용부(40) 내 제1 환형 홈(50)에서 시작되어 제1 측면 커버(24)를 거쳐 슬롯 링크(45)까지 연장된다. 이때, 제1 환형 홈(50)은 장치(10)의 모든 위상 위치에서 슬롯 링크(45)와 통한다.
내측 회전자(23)의 수용부(40) 내에는 제어 밸브(37)가 배치된다. 도시된 실시예에서 제어 밸브(37)는 내측 회전자(23)의 수용부(40)를 관통하는 중공 형태의 캠축(6, 7) 내에 수용된다. 이때, 내측 회전자(23)는 예컨대 마찰 결합식 또는 재료 결합식 연결에 의해 캠축(6, 7)과 회전 불가능하게 연결된다.
제어 밸브(37)는 제1 및 제2 작업 포트(A, B)와, 유입 포트(P)와, 제3 작업 포트[제어 포트(S)]와, 배출 포트들(T, Ta)을 포함한다. 유입 포트(P)를 통해 압력 매체 펌프(47)에 의해 압력 매체가 제어 밸브(37)에 공급될 수 있다. 제1 및 제2 작업 포트(A, B)는 제1 및 제2 압력 매체 라인(38a,b)과 통한다. 제어 포트(S)는 제어 라인들(48)과 통한다. 배출 포트들(T, Ta)을 통해 압력 매체가 제어 밸브(37)로부터 탱크(49)로 배출될 수 있다.
또한, 제어 밸브(37)는 4개의 제어 위치(S1-S4)로 전환될 수 있다(도2a). 제1 제어 위치(S1)에서 제2 작업 포트(B)는 유입 포트(P)와 통하는 반면, 제1 작업 포트(A) 및 제어 포트(S)는 모두 배출 포트들(T, Ta)과 연결된다. 상기 제어 위치(S1)는 내연기관(1)의 시동 단계 동안에 취해진다. 이 단계에서는 시스템 압력이 낮아서 일반적으로 압력 챔버들(33) 내에서의 베인(27)의 유압식 고정이 보장되지 않는다. 2개의 회전각 제한 장치(42, 43)의 슬롯 링크들(45)이 제어 라인들(48) 및 제어 밸브(37)를 통해 탱크(49)와 연결되기 때문에, 상기 두 회전각 제한 장치(42, 43)는 모두 잠금 상태를 취한다. 그럼으로써 내측 회전자(23)가 외측 회전자(22)와 기계적으로 연결되고, 그 결과 위상 위치가 잠금 위치에 고정된다. 제어 밸브(37)의 이러한 위치에서는 회전각 제한 장치들(42, 43)이 압력 매체 펌프(47)와 연결되지 않고 탱크(49)와 연결되므로, 의도치 않은 잠금 해제의 위험이 없다. 그로 인해 내연기관(1)의 시동 가능성이 보장되는 동시에 배기가스 배출이 감소한다.
제어 밸브(37)의 제어 위치들(S2-S4)은, 후행 제어 시간[제2 제어 위치(S2)]의 방향으로의 조정 또는 선행 제어 시간[제4 제어 위치(S4)]의 방향으로의 조정이 실시되거나 제어 시간이 일정하게 유지되는[제3 제어 위치(S3)], 장치(10)의 제어 위치들을 나타낸다. 상기 제어 위치들(S2-S4)에서는 회전각 제한 장치들(42, 43)의 슬롯 링크들(45)이 제어 라인들(48) 및 제어 밸브(37)를 통해 압력 매체 펌프(47)와 연결된다. 그럼으로써 잠금 핀(44)의 단부측에 시스템 압력이 인가되고, 그 결과 회전각 제한 장치들(42, 43)이 잠금 해제 상태에 놓이며, 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 위상 조정이 허용된다.
제2 제어 위치(S2)에서는 제2 작업 포트(B)뿐만 아니라 제어 포트(S)도 유입 포트(P)와 통하는 반면, 제1 작업 포트(A)는 배출 포트(T)에 연결된다. 따라서 제어 밸브(37) 및 제2 압력 매체 라인들(38b)을 통해 압력 매체가 압력 매체 펌프(47)에 의해 제2 압력 챔버들(36)로 공급된다. 이와 동시에, 제1 압력 챔버들(35)로부터 압력 매체가 제1 압력 매체 라인들(38a) 및 제어 밸브(37)를 통해 탱크(49)로 배출된다. 그럼으로써 압력 챔버들(33) 내부에서 베인(27)이 후행 정지부(34b)의 방향으로 움직인다. 그 결과, 크랭크축(2)에 대한 캠축(6, 7)의 위상 위치가 후행 제어 시간의 방향으로 변동된다.
제3 제어 위치(S3)에서는 제어 포트(S)만 유입 포트(P)와 통하고, 제1 및 제2 작업 포트(A, B)는 탱크(49)와 배출 포트들(T, Ta) 어느 것과도 연결되지 않는다. 따라서 압력 매체는 압력 챔버들(35, 36)로 전달되지도, 상기 압력 챔버들로부터 배출되지도 않는다. 베인(27)은 유압식으로 고정되기 때문에, 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 위상 위치 및 그와 더불어 크랭크축(2)에 대한 캠축(6, 7)의 위상 위치가 고정된다.
제4 제어 위치(S4)에서는 제1 작업 포트(A)뿐만 아니라 제어 포트(S)도 유입 포트(P)와 통하는 반면, 제2 작업 포트(B)는 배출 포트(T)에 연결된다. 따라서 제어 밸브(37) 및 제1 압력 매체 라인들(38a)을 통해 압력 매체가 압력 매체 펌프(47)에 의해 제1 압력 챔버들(35)로 공급된다. 그와 동시에, 제2 압력 챔버들(36)로부터 압력 매체가 제2 압력 매체 라인들(38b) 및 제어 밸브(37)를 통해 탱크(49)로 배출된다. 그럼으로써 압력 챔버(33) 내에서 베인(27)이 선행 정지부(34a)의 방향으로 움직인다. 그 결과, 크랭크축(2)에 대한 캠축(6, 7)의 위상 위치가 선행 제어 시간의 방향으로 변동된다.
제어 밸브(37)는 도 3a 내지 3d에 도시되어 있다. 제어 밸브는 도시되지 않은 조정 유닛 및 유압 섹션(51)으로 구성된다. 유압 섹션(51)은 실질적으로 중공 원통형으로 형성된 밸브 하우징(52) 및 제어 피스톤(54)으로 구성된다. 밸브 하우징(52)은 포트들(A, B, P, S, T, Ta)을 지지한다. 축방향 배출 포트(Ta)를 제외한 포트들(A, B, P, S, T)은 밸브 하우징(52)의 원통형 벽부에 개구들로서 형성되며, 밸브 하우징(52)의 외부 표면에 형성된 환형 홈들 내로 통한다. 작업 포트들(A, B)은 캠축(6, 7) 내 개구들을 통해 제1 및 제2 압력 매체 라인들(38a,b)과 통한다. 제어 포트(S)는 캠축(6, 7) 내 개구들을 통해 내측 회전자(23)의 제1 환형 홈(50)과 통하며, 상기 제1 환형 홈 내로 제어 라인들(48)이 통한다.
배출 포트(T)는 캠축(6, 7) 내의 다른 개구들을 통해 내측 회전자(23)의 수용부(40) 내에 형성된 제2 환형 홈(53)과 통한다. 이때, 제 2 환형 홈(53)은 축방향 보어(39)를 통해 조정 장치(11)의 외부와 연결된다.
포트들(A, B, P, S, T)은 축방향으로 서로 오프셋되어, 유입 포트(P), 제1 작업 포트(A), 배출 포트(T), 제2 작업 포트(B), 제어 포트(S)의 순서로 배치된다. 이때, 유입 포트(P)를 제외한 모든 포트가 수용부(40)의 내부에 배치된다(도 2b). 유입 포트(P)는 조정 장치(11)로부터 축방향으로 돌출된다. 그로 인해, 제어 밸브(37)에는 조정 장치(11)의 외부에서 압력 매체가 공급될 수 있다. 따라서, 압력 매체를 제어 밸브(37)로 보내기 위한 공급 라인이 내측 회전자(23)의 내부에 제공될 필요가 없다. 그럼으로써 내측 회전자(23)의 구성이 훨씬 간단해진다.
축방향 배출 포트(Ta)는 밸브 하우징(52)의 축방향 개구로서 형성된다.
제어 피스톤(54)은 실질적으로 중공 원통형으로 형성되며, 밸브 하우징(52)의 내부에 축방향으로 변위 가능하게 배치된다. 이때, 제어 피스톤(54)의 축방향 위치는 도시되지 않은 조정 유닛에 의해 연속으로 조정될 수 있다. 조정 유닛은 상기 조정 유닛이 비활성 상태일 때 제어 피스톤(54)을 출발 위치로 이동시키는 스프링(55)의 힘에 대항하여 작용한다. 스프링(55)은 축방향 배출 포트(Ta)를 형성하는 축방향 개구 내에 고정된 스프링 판(55a)에 지지된다. 조정 유닛(50)은 예컨대 전기 조정 유닛으로서 형성될 수 있다.
제어 피스톤(54)은 축방향으로 서로 이격된 4개의 제어 챔버(56a,b,c,d)를 포함한다. 도시된 실시예에서 상기 제어 챔버들(56a,b,c,d)은 제어 피스톤(54)의 외부 표면에 환형 홈들로서 형성된다. 제4 제어 챔버(56d)를 제외한 제어 챔버들(56a,b,c)은 피스톤 개구들(57a,b,c)을 통해 제어 피스톤(54)의 내부와 통한다. 제어 챔버들(56a-d)은 각각 2개의 환형 분리벽(58a-e)에 의해 한정된다. 즉, 제1 환형 분리벽(58a)은 제1 제어 챔버(56a)를 축방향 배출 포트(Ta)의 방향으로 한정하고, 제5 환형 분리벽(58e)은 유입 포트(P)를 도시되지 않은 조정 유닛의 방향으로 한정한다. 제2 환형 분리벽(58b)은 제1 제어 챔버(56a)를 제4 제어 챔버(56d)와 분리한다. 제3 환형 분리벽(58c)은 제4 제어 챔버(56d)를 제2 제어 챔버(56b)와 분리한다. 제4 환형 분리벽(58d)은 제2 제어 챔버(56b)를 제3 제어 챔버(56c)와 분리한다.
밸브 하우징(52)에 대한 제어 피스톤(54)의 상대적 위치에 따라, 제어 챔버들(56a-d)이 상이한 포트(A, B, P, S, T, Ta)와 통한다.
제1 제어 챔버(56a)는, 제2 작업 포트(B) 및 제어 포트(S)와 통할 수 있도록 배치된다.
제2 제어 챔버(56b)는, 제1 작업 포트(A)와 통할 수 있도록 배치된다.
제3 제어 챔버(56c)는 제어 피스톤(54)의 모든 위치에서 유입 포트(P)와 통한다.
제4 제어 챔버(56d)는, 제2 작업 포트(B) 또는 제1 작업 포트(A)와 통할 수 있도록 배치된다. 이때, 제4 제어 챔버(56d)는 항상 배출 포트(T)와 통한다.
도 3a-d를 토대로 제어 밸브(37)의 기능을 설명한다. 상기 도면들은 밸브 하우징(52)에 대한 제어 피스톤(54)의 상대적 위치에 있어서 차이가 있다. 도 3a에서는 조정 유닛이 비활성인 상태에 있는 제어 밸브(37)가 도시되어 있다. 스프링(55)은 제어 피스톤(54)이 제1 정지부(59)에 접하는 출발 위치로 상기 제어 피스톤(54)을 밀어낸다. 후속하는 도면들(3b-c)에서는 제어 피스톤(54)이 스프링(55)의 힘에 대항하여 증가하는 트래블 만큼 밸브 하우징(52)에 대해 오프셋된다.
도 3a에 도시된 제어 밸브(37)의 상태에서는 압력 매체가 유입 포트(P), 제3 제어 챔버(56c) 및 제3 피스톤 개구(57c)를 통해 제어 피스톤(54)의 내부에 도달한다. 그곳으로부터 압력 매체는 제1 피스톤 개구(57a) 및 제1 제어 챔버(56a)를 통해 제2 작업 포트(B)에 도달한다. 그와 동시에, 제2 또는 제3 환형 분리벽(58b,c)에 의해 제어 포트(S) 또는 제1 작업 포트(A)로의 압력 매체 흐름이 차단된다. 제1 작업 포트(A)는 제4 제어 챔버(56d)에 의해 배출 포트(T)와 연결되고, 제어 포트(S)는 축방향 배출 포트(Ta)와 연결된다.
결과적으로 압력 매체는 압력 매체 펌프(47)에 의해 제어 밸브(37)를 통해 제2 압력 챔버(36)에 도달하는 한편, 슬롯 링크들(45) 및 제1 압력 챔버들(35)로부터의 압력 매체는 탱크(49)로 배출된다. 그 결과, 회전각 제한 장치들(42, 43)이 잠금 상태에 놓임으로써 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 상대적 위상 조정을 방해한다.
도 3b에는 제어 피스톤(54)이 밸브 하우징(52)에 대해 스프링(55)의 힘에 대항하여 트래블(x1) 만큼 이동되어 있다. 유입 포트(P)를 통해 제어 밸브(37)에 공급되는 압력 매체는 제어 피스톤(54)의 내부를 통해 제1 제어 챔버(56a)에 도달하고, 그곳으로부터 제2 작업 포트(B) 및 제어 포트(S)에 공급된다. 그와 동시에, 제3 환형 분리벽(58c)에 의해 제1 작업 포트(A)로 가는 압력 매체 흐름이 차단된다. 제1 작업 포트(A)는 제4 제어 챔버(56d)를 이용하여 계속해서 배출 포트(T)와 연결된다. 제1 환형 분리벽(58a)은 제어 포트(S)를 축방향 배출 포트(Ta)와 분리한다.
결과적으로 압력 매체는 압력 매체 펌프(47)에 의해 제어 밸브(37)를 통해 제2 압력 챔버들(36) 및 슬롯 링크들(45)에 도달하는 한편, 제1 압력 챔버들(35)의 압력 매체는 탱크(49)로 배출된다.
그럼으로써 회전각 제한 장치들(42, 43)이 잠금 해제 상태로 전환된다. 그와 동시에, 제2 압력 챔버들(36)로 공급되는 압력 매체 흐름 및 제1 압력 챔버들(35)로부터 배출되는 압력 매체 흐름에 의해 후행 제어 시간들의 방향으로 위상 조정이 실시된다.
도 3c에는 제어 피스톤(54)이 밸브 하우징(52)에 대해 스프링(55)의 힘에 대항하여 트래블(x2 > x1)만큼 이동되어 있다. 유입 포트(P)를 통해 제어 밸브(37)에 공급되는 압력 매체는 제어 피스톤(54)의 내부를 통해 제1 제어 챔버(56a)에 도달하고, 그곳으로부터 제어 포트(S)에 공급된다. 그와 동시에, 제2 및 제3 환형 분리벽(58b,c)에 의해 두 작업 포트(A, B)로 가는 압력 매체 흐름이 차단된다. 그와 동시에 제2 및 제3 환형 분리벽(58b,c)은 작업 포트들(A, B) 각각과 배출 포트(T) 사이의 연결을 차단한다. 또한, 제1 환형 분리벽(58a)은 제어 포트(S)를 축방향 배출 포트(Ta)와 분리한다.
결과적으로 압력 매체는 압력 매체 펌프(47)에 의해 제어 밸브(37)를 통해 슬롯 링크들(45)에 도달하는 반면, 압력 매체가 압력 챔버들(35, 36)에 공급되지도, 상기 압력 챔버들로부터 배출되지도 않는다. 그럼으로써 조정 장치(11)는 유압에 의해 고정된다. 즉, 내측 회전자(23)와 외측 회전자(22) 사이에 위상 조정이 실시되지 않는다.
도 3d에는 제어 피스톤(54)이 밸브 하우징(52)에 대해 스프링(55)의 힘에 대항하여 트래블(x3 > x2)만큼 이동되어 있다. 유입 포트(P)를 통해 제어 밸브(37)에 공급되는 압력 매체는 제어 피스톤(54)의 내부를 통해 제1 제어 챔버(56a)에 도달하고, 그곳으로부터 제어 포트(S)에 공급된다. 그와 동시에, 압력 매체는 제어 피스톤(54)의 내부 및 제2 피스톤 개구들(57b)을 통해 제2 제어 챔버(56b)에 도달하고, 그곳으로부터 제1 작업 포트(A)에 공급된다. 유입 포트(P)와 제2 작업 포트(B) 사이의 연결은 제2 환형 분리벽(58b)에 의해 차단된다. 마찬가지로, 제1 작업 포트(A)로부터 배출 포트(T)로 가는 압력 매체 흐름은 제3 환형 분리벽(58c)에 의해 차단된다. 제2 작업 포트(B)는 제4 제어 챔버(56d)에 의해 배출 포트(T)와 연결된다. 또한, 제1 환형 분리벽(58a)은 제어 포트(S)를 축방향 배출 포트(Ta)와 분리한다.
결과적으로 압력 매체는 압력 매체 펌프(47)에 의해 제어 밸브(37)를 통해 제1 압력 챔버들(35) 및 슬롯 링크들(45)에 도달하는 반면, 제2 압력 챔버들(36)의 압력 매체는 탱크(49)로 배출된다.
그럼으로써 회전각 제한 장치들(42, 43)이 잠금 해제 상태로 전환된다. 그와 동시에, 제1 압력 챔버들(35)로 공급되는 압력 매체 흐름 및 제2 압력 챔버들(36)로부터 배출되는 압력 매체 흐름에 의해 후행 제어 시간들의 방향으로의 위상 조정이 실시된다.
도시된 제어 밸브(37)는 한편으로는 외측 회전자(22)에 대한 내측 회전자(23)의 위상 위치 제어에 사용된다. 또한, 회전각 제한 장치들(42, 43)의 잠금 상태들은 별도의 제어 포트(S)를 통해 제어될 수 있다. 제어 포트(S)와 작업 포트들(A, B)이 분리됨으로써, 회전각 제한 장치들(42, 43)의 의도치 않은 잠금 또는 잠금 해제의 위험이 감소한다. 추가로, 제어 포트(S)와 관련한 제어 논리가 작업 포트들(A, B)의 제어 논리와 무관하게 구현됨으로써, 각각의 용도에 맞추어 설계될 수 있다. 작업 포트들 중 하나(B) 및 제어 포트(S)로의 압력 매체 공급이 공통의 제어 챔버(56a)를 통해 이루어짐으로써, 제어 피스톤(54)의 구조가 간단해진다. 종래 기술에서 필요한 5개 또는 6개의 제어 챔버 대신, 제어 밸브(37)는 동일한 기능이 구현되는 조건에서 단 4개의 제어 챔버(56a-d)를 구비한다. 이는 제어 피스톤(54)의 구조를 간소화하는 데 상당한 기여를 한다. 또한, 제조하기가 복잡한 제어 에지들[제어 챔버들(56a-d)의 경계들]의 수가 최소로 줄어든다. 그럼으로써 제어 피스톤(54)이 보다 경제적으로, 보다 신뢰성 있게 제조될 수 있다. 또한, 제어 피스톤(54)이 축방향으로 더 짧게 설계됨으로써, 내연기관(1)의 설치 공간 임계 영역들에 배치되는 제어 밸브(37)의 필요 설치 공간이 현저히 축소될 수 있다. 이는 조정 유닛과 유압 섹션(51)이 서로 연결되는, 카트리지 밸브[조정 장치(11) 외부에 제어 밸브(37)가 배치되는 구조]로서 구현되는 경우뿐만 아니라, 유압 섹션(51)이 조정 유닛과 분리되도록 형성되어 조정 유닛(11)의 수용부(40) 내에 배치되는 중앙 밸브로서 사용될 경우(도 2b)에도 적용된다.
제1 작업 포트(A)와 제어 포트(S)의 배치가 뒤바뀌는 실시예도 고려될 수 있다.
1 내연기관
2 크랭크축
3 피스톤
4 실린더
5 트랙션 메커니즘 구동부
6 흡기 캠축
7 배기 캠축
8 캠
9a 흡기 가스 교환 밸브
9b 배기 가스 교환 밸브
10 장치
11 조정 장치
12 유압 시스템
21 체인 휠
22 외측 회전자
23 내측 회전자
24 측면 커버
25 측면 커버
26 허브 요소
27 베인
28 베인 그루우브
29 주연 벽
30 돌출부
31 축방향 개구
32 고정 요소
33 압력 챔버
34 경계벽
34a 선행 정지부
34b 후행 정지부
35 제1 압력 챔버
36 제2 압력 챔버
37 제어 밸브
38a 제1 압력 매체 라인
38b 제2 압력 매체 라인
39 축방향 보어
40 수용부
41 잠금 기구
42 회전각 제한 장치
43 회전각 제한 장치
44 잠금 핀
45 슬롯 링크
46 스프링 요소
47 압력 매체 펌프
48 제어 라인
49 탱크
50 제1 환형 홈
51 유압 섹션
52 밸브 하우징
53 제2 환형 홈
54 제어 피스톤
55 스프링
55a 스프링 판
56a 제1 제어 챔버
56b 제2 제어 챔버
56c 제3 제어 챔버
56d 제4 제어 챔버
57a 제1 피스톤 개구
57b 제2 피스톤 개구
57c 제3 피스톤 개구
58a 제1 환형 분리벽
58b 제2 환형 분리벽
58c 제3 환형 분리벽
58d 제4 환형 분리벽
58e 제5 환형 분리벽
59 정지부
A 제1 작업 포트
B 제2 작업 포트
P 유입 포트
S 제어 포트
T 배출 포트
Ta 축방향 배출 포트
x1-x4 이동 트래블
S1 제1 제어 위치
S2 제2 제어 위치
S3 제3 제어 위치
S4 제4 제어 위치

Claims (12)

  1. 구동 요소(22)와, 출력 요소(23)와, 회전각 제한 장치(42, 43)와, 제어 밸브(37)를 구비한, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치(10)이며,
    상호 작용하는 적어도 2개의 압력 챔버(35, 36)가 제공되며,
    압력 챔버들(35, 36) 중 하나에 압력 매체가 공급되는 동시에 다른 하나의 압력 챔버(35, 36)는 비워짐으로써 출력 요소(23)와 구동 요소(22) 사이에서 위상 조정이 개시될 수 있으며,
    회전각 제한 장치(42, 43)는 잠금 상태에서는 위상 위치의 변동을 저지하고,
    회전각 제한 장치(42, 43)는 잠금 해제 상태에서는 위상 위치의 변동을 허용하며,
    회전각 제한 장치(42, 43)는 압력 매체의 공급에 의해 잠금 상태로부터 잠금 해제 상태로 전환될 수 있으며,
    제어 밸브(37)는 밸브 하우징(52) 및 제어 피스톤(54)을 포함하며,
    밸브 하우징(52)에는 적어도 각각 1개의 유입 포트(P), 배출 포트(T), 제1 및 제2 작업 포트(A, B) 그리고 제3 작업 포트[제어 포트(S)]가 형성되며,
    유입 포트(P)는 압력 매체원(47)과 연결되고, 배출 포트(T)는 탱크(49)와 연결되고, 제어 포트(S)는 회전각 제한 장치(42, 43)와 연결되고, 제1 및 제2 작업 포트(A, B)는 압력 챔버들(35, 36) 중 각각 하나와 연결되며,
    작업 포트들(A, B, S)은 축방향으로 서로 오프셋되어 중첩되지 않도록 밸브 하우징(52)에 형성되는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10)에 있어서,
    제어 피스톤(54)의 외부 표면에 제1 제어 챔버(56a)가 형성되고, 상기 제1 제어 챔버를 통해 바로 인접하여 배치된 작업 포트들(A, B, S) 중 2개의 작업 포트가 밸브 하우징(52) 내 제어 피스톤(54)의 위치에 따라 선택적으로 유입 포트(P)와 연결되거나 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 제어 피스톤(54)은 밸브 하우징(52)에 대해 상대적인 위치를 취할 수 있고, 이 상대적인 위치에서 바로 인접하는 작업 포트들(A, B, S)은 제1 제어 챔버(56a)와 동시에 연통하는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  3. 제1항에 있어서, 제어 피스톤(54)의 외부 표면에 제2 제어 챔버(56b)가 형성되며, 상기 제2 제어 챔버를 통해 제1 제어 챔버(56a)와 직접 통하지 않는 작업 포트(A, B, S)가 밸브 하우징(52) 내 제어 피스톤(54)의 위치에 따라 선택적으로 유입 포트(P)와 연결되거나 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  4. 제1항에 있어서, 제어 피스톤(54)은 회전 대칭형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  5. 제1항에 있어서, 밸브 하우징(52)은 회전 대칭형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  6. 제1항에 있어서, 작업 포트들(A, B) 및 제어 포트(S)는 밸브 하우징 내에 반경방향 개구로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  7. 제3항에 있어서, 작업 포트들(A, B, P, S, T)은 축방향으로 서로 오프셋되어, 유입 포트(P), 제1 작업 포트(A), 배출 포트(T), 제2 작업 포트(B), 제어 포트(S)의 순서로 배치되거나, 유입 포트(P), 제어 포트(S), 배출 포트(T), 제2 작업 포트(B), 제1 작업 포트(A)의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  8. 제1항에 있어서, 제어 밸브(37)는 출력 요소(23)의 중앙 수용부(40) 내에 배치되며, 이때 유입 포트(P)는 출력 요소(23) 및 구동 요소(22)의 외부에 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  9. 제1항에 있어서, 제어 피스톤(54)은 중공형으로 형성되며, 제어 피스톤(54)의 내부는 적어도 유입 포트(P) 및 제1 제어 챔버(56a)와 통하는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  10. 제9항에 있어서, 제어 피스톤(54)의 외부 표면에 제3 제어 챔버(56c)가 형성되고, 상기 제3 제어 챔버는 제어 피스톤(54)의 내부로 통하며 밸브 하우징(52)에 대한 제어 피스톤(54)의 각각의 상대적 위치에서 유입 포트(P)와 통하는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  11. 제1항에 있어서, 제어 피스톤(54)의 외부 표면에 제4 제어 챔버(56d)가 형성되고, 상기 제4 제어 챔버를 통해 인접하는 작업 포트들(A, B, S) 중 하나 및 제1 제어 챔버(56a)와 직접 통하지 않는 작동 포트(A, B, S)가 밸브 하우징(52) 내 제어 피스톤(54)의 위치에 따라 선택적으로 배출 포트(T)와 연결되거나 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
  12. 제1항, 제3항, 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 챔버들(56a-d)은 제어 피스톤(54)의 외부 표면에 환형 홈으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9a, 9b)의 제어 시간의 가변 조정을 위한 장치(10).
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