KR101571916B1

KR101571916B1 - 로킹 장치를 구비한 캠 샤프트 조절기

Info

Publication number: KR101571916B1
Application number: KR1020107021568A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 슈트라우쓰
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2015-11-25
Also published as: CN102016243B; WO2009106283A1; CN102016243A; US8800512B2; DE102008011915A1; EP2260187A1; US20110067657A1; KR20100120701A

Abstract

본 발명은 캠 샤프트 조절기(1)에 관한 것이며 상기 캠 샤프트 조절기는 구동부 및 출력부가 로킹 회전 위치에 회전 불가능하게 로킹될 수 있게 하는 로킹 장치를 포함하고, 이때 로킹 장치는 구동부 또는 출력부 내에 수용된 축방향 바아(16-19; 25-28)와 상응하게 다른 부품 내에 형성된 바아 홈 링크(20-23; 29-32)를 각각 포함하는 복수의 맞물림 쌍을 포함하며, 이 경우 맞물림 쌍은, 구동 방향으로 출력부가 조절될 때 구동 방향으로 후발 진행하는 단부 회전 위치와 로킹 회전 위치 사이의 상대 회전 위치에서 바아가 바아 홈 링크와 연속적으로 맞물리게 되도록 형성되고, 이때 바아 홈 링크는 로킹 회전 위치에 도달할 때까지 구동 방향에 반대되는 출력부의 조절을 저지하며 구동 방향으로의 조절은 허용한다.

Description

로킹 장치를 구비한 캠 샤프트 조절기{CAMSHAFT ADJUSTER WITH LOCKING DEVICE}

본 발명은 엔진 기술 분야에 기초하며, 구동부 및 출력부를 로킹 회전 위치에 로킹하기 위한 로킹 장치를 장착한 엔진용 캠 샤프트 조절기에 관한 것이다.

엔진에서 가스 교환 밸브들은 크랭크 샤프트에 의해 회전하는 캠 샤프트에 의해 기계적으로 작동하며, 이때 캠의 배치 및 형태에 의해 가스 교환 밸브들의 개폐 시점이 목표한 대로 조정될 수 있다.

가스 교환 밸브들의 개폐 시점이 엔진의 현재 작동 상태에 따라 적절한 방식으로 제어되면, 유해 물질 배출 감소, 연료 소비 절감, 효율 증가, 엔진의 최대 토크 및 최대 출력과 같이 일련의 바람직한 효과를 얻을 수 있다. 가스 교환 밸브들의 개폐 시점은 캠 샤프트와 크랭크 샤프트 사이의 상대 회전 위치(위상 위치)의 변동에 의해 조절될 수 있으며, 이러한 목적으로 최신 자동차들에서는 특수한 장치들, 소위 캠 샤프트 조절기가 사용된다.

캠 샤프트 조절기는 크랭크 샤프트와 구동이 연결되는 구동부와, 캠 샤프트에 고정된 출력부와 상기 구동부와 출력부 사이에 배치된 액추에이터를 포함하며, 액추에이터는 구동부로부터 출력부로 토크를 전달하며 상기 두 부품들 간의 상대 회전 위치의 고정 및 조절을 가능하게 한다.

회전 피스톤 조절기에서, 크랭크 샤프트에 의해 구동되는 외부 회전자("고정자")의 중앙 중공 챔버에는 캠 샤프트에 고정된 동심의 내부 회전자("회전자")가 회전 조절 가능하도록 지지된다. 베인 조절기의 실시예의 경우, 고정자에는 원주 방향으로 분포되어 배치된 작동 챔버들이 형성되고 회전자에 연결된 각각 하나의 반경 방향 베인이 상기 작동 챔버 내로 연장되므로, 각각의 작동 챔버는 실질적으로 내압성을 갖는 2개의 압력 챔버들로 분할된다. 캠 샤프트의 작동 방향과 관련해서, 각각의 베인은 선발 진행하는 압력 챔버와 후발 진행하는 압력 챔버로 작동 챔버를 분할한다. 압력 챔버에 목표한 대로 압력이 공급됨으로써, 베인이 작동 챔버들 내에서 선회할 수 있으므로, 캠 샤프트에 회전 불가능하게 연결된 회전자에 의해 캠 샤프트와 크랭크 샤프트 사이의 상대 회전 위치(위상 위치)가 변동하게 된다. 회전자와 고정자 사이의 조절각은 작동 챔버의 반경 방향 벽에 대해 베인이 정지함으로써 또는, 조절각을 제한하기 위한 특수한 장치에 의해 제한될 수 있다.

베인 조절기는 예컨대 회전수 및 부하와 같이 전자식으로 측정된 엔진의 특성 데이터를 기초로 예컨대 비례 밸브로서 형성된 제어 밸브에 의해 개별 압력 챔버로의 또는 개별 압력 챔버로부터의 압력 매체의 유입 및 배출을 조절하는 전자 제어 장치에 의해 제어된다.

엔진의 작동 중 캠 샤프트에서는 교번 토크(alternating torque)가 발생한다. 이에 대한 원인으로는, 캠의 스타트 램프 영역에서 상기 캠이 밸브 스프링에 의해 폐쇄 위치에 유지된 가스 교환 밸브를 스프링력에 대항해서 개방해야 하므로 구동 토크가 커지고, 캠의 진행 램프 영역에서는 스프링력을 받으므로 구동 토크가 축소되는 것을 들 수 있다. 발생한 교번 토크는 캠 샤프트에 회전 불가능하게 연결된 회전자에 전달된다.

압력 매체 공급이 충분하지 않은 경우(거의 이는 엔진의 시동 단계 중 또는 공회전의 경우에 해당한다), 캠 샤프트로부터 회전자에 전달된 교번 토크에 의해 회전자가 통제되지 않는 방식으로 운동하므로 베인이 작동 챔버들 내에서 앞뒤로 부딪히며 이로 인해 마모가 가속화되고 원하지 않는 소음 발생이 야기된다. 또한 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 간의 위상 위치가 심하게 변동하므로, 엔진이 시동되지 않거나 소음을 많이 내면서 작동된다.

이러한 문제점을 방지하기 위해, 유압 캠 샤프트 조절기는 고정자와 회전자를 회전 불가능하게 로킹하기 위한 로킹 장치를 장착하고 있다. 이러한 로킹 장치는 예컨대 회전자 내에 수용된 축방향 바아를 포함하고, 상기 바아는 스프링에 의해 바아의 수용부로부터 축방향으로 밀려나오며, 고정자의 축방향 측면 플레이트에 형성된 로킹 홈 링크 내에 형태 결합식으로 맞물릴 수 있다. 언로킹을 위해, 바아의 단부측에 압력 매체가 제공되며 바아는 회전자 내의 수용부로 되돌아간다.

고정자와 회전자는, 엔진의 시동을 위해 열역학적으로 적합하고 기본 위치로서 지칭되는 캠 샤프트의 위상 위치에서 로킹된다. 엔진의 구체적 설계에 따라, 기초 위치로서는 진각, 지각 또는 중간 위치가 선택된다. 고정자 또는 캠 샤프트의 구동 방향과 관련하여, 지각 위치는 후발 진행하는 방향으로 회전자의 단부 회전 위치(선발 진행하는 압력 챔버들의 체적이 최대)에 상응하며 진각 위치는 선발 진행 방향으로 회전자의 단부 회전 위치(후발 진행하는 압력 챔버들의 체적이 최대)에 상응하고, 중간 위치는 상기 진각 위치와 지각 위치 사이에 위치한 위상 위치에 상응한다.

진각 위치와 지각 위치 사이의 중앙에 적어도 근접하게 위치한 중간 위치는 중앙 위치로서 지칭된다. 고정자 또는 캠 샤프트의 구동 방향과 동일한 회전 방향으로 회전자의 위상 위치를 조절하는 것은 진각 조절로서 지칭된다. 이에 대해 반대로 세팅된 회전 방향으로 회전자의 위상 위치를 조절하는 것은 지각 조절로서 지칭된다.

기본 위치에서 고정자와 회전자를 회전 불가능하게 로킹하기 위한 로킹 장치를 구비한 베인 조절기는 상기 유형으로서 충분히 공지되어 있으며, 예컨대 출원인의 공개 공보 DE 20 2005 008 264 U1호, EP 1 596 040 A2호, DE 10 2005 013 141 A1호 및 DE 199 08 934 A1호에 상세하게 설명되어 있다.

엔진의 정지 시 상기 기본 위치에 도달하지 않으면(예컨대 모터의 "스톨링"의 경우), 회전자는 마찰 토크에 의해 지각 위치로 자동으로 조절된다. 회전자가 진각 위치 또는 중간 위치에 로킹되어야 하면, 이로써 고정자에 대해 회전자를 조절하는 특수한 예방 조치가 취해진다. 종래의 캠 샤프트 조절기에서는, 원하는 기본 위치의 방향으로 회전자에 사전 응력을 가하는 예컨대 토션 스프링이 상기 목적을 위해 제공된다.

US 특허 6,439,181 B1호에 설명되어 있는 개선된 메카니즘의 경우, 진각 위치로 회전자를 회전시키기 위한 토션 스프링 외에, 반경 방향 바아 플레이트가 고정자에 제공되며, 상기 바아 플레이트는 회전자의 진각 조절 시 기본 위치에 아직 도달되기 전에 회전자가 다시 지각 위치로 되돌아가는 것을 방지하기 위해 회전자 내에 형성된 홈 링크 내에 맞물릴 수 있다. 이를 위해, 고정자 내에 수용된 바아 플레이트들이 각각 스프링에 의해 회전자 방향으로 또는 해당 홈 링크 내로 가압되며 유압을 받음으로써 고정자 내로 되돌아올 수 있다.

US 특허 6,439,181 B1호에 공지된 캠 샤프트 조절기의 경우 특히 고정자 내에 수용된 바아 플레이트들이 반경 방향을 향하므로, 고정자가 회전할 때 상기 바아 플레이트들이 원심력을 받는다는 점이 바람직하지 못하다. 이로 인해 한편으로, 로킹 장치가 의도하지 않게 분리되지 않도록 바아 플레이트들을 회전자의 방향으로 가압할 수 있는 스프링의 상응하게 큰 스프링력이 요구된다. 다른 한편으로, 바아 플레이트들의 유압식 언로킹을 위해 제공될 압력은 작용하는 원심력에 따라 좌우되므로 유압 조절이 어려워진다.

또한, 작동 챔버 또는 압력 챔버를 위해 제공될 수 있는 공간이 바아 플레이트들의 삽입으로 인해 축소된다는 것이 바람직하지 못하다. 충분히 많은 수의 작동 챔버들이 구현될 수 있도록, 삽입된 바아 플레이트들의 수는 이로써 비교적 적게 유지되는데, 도시된 실시예의 경우 3개의 바아 플레이트들이 해당된다.

상기 공보에 제시된 캠 샤프트 조절기의 경우, 원주 방향으로 바아 플레이트들이 균일하지 않게 분포됨으로써 회전하는 고정자 내에 불균형이 발생하므로, 고정자와 회전자의 지지에 악영향이 미치게 되고 회전자의 위상 위치가 변동할 수 있다는 추가의 단점이 나타난다.

이에 반해 본 발명의 목적은 상기에 언급한 단점 그리고 또 다른 단점들이 방지될 수 있는 엔진용 캠 샤프트 조절기를 제공하는 것이다.

상기 목적과 또 다른 목적은 본 발명의 제안에 따라 독립 청구범위의 특징을 갖는 범용의 캠 샤프트 조절기를 통해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 특징들에 의해 제시된다.

본 발명에 따라 엔진용 캠 샤프트 조절기가 제시된다. 캠 샤프트 조절기는, 크랭크 샤프트에 구동이 연결되고 크랭크 샤프트와 동기식으로 회전할 수 있는 구동부와, 캠 샤프트에 고정되면서 구동부에 대해 동심으로 그리고 회전 조절 가능하도록 지지된 출력부를 포함한다. 구동부와 출력부 사이에 예컨대 유압 액추에이터가 배치되며, 유압 액추에이터는 구동부로부터 출력부로 토크를 전달하며 상기 두 부품 간의 상대 회전 위치가 고정 및 조절되도록 한다.

출력부의 위상 위치는 최대 회전각 범위 내에서 조절될 수 있다. 구동부의 회전 방향 또는 구동 방향과 관련해서(이하에서는 "구동 방향"으로 지칭함), 출력부는 구동 방향으로 선발 진행하는 단부 회전 위치(진각 위치)와 상응하게 후발 진행하는 단부 회전 위치(지각 위치) 사이의 회전각 범위에서 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 캠 샤프트 조절기는 지각 위치와는 상이한 선택 가능한 로킹 회전 위치(기본 위치)에 구동부와 출력부가 회전 불가능하게 로킹될 수 있도록 하는 로킹 장치를 포함한다. 구동부와 출력부는 예컨대 진각 위치 또는 중앙 위치에 회전 불가능하게 로킹될 수 있다.

실질적으로, 본 발명에 따른 캠 샤프트 조절기는 로킹 장치가 복수의(예컨대 4개 이상의) 맞물림 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 맞물림 쌍은 구동부 또는 출력부 내에 수용된 각각 하나의 바아(예컨대 피스톤형 로킹 핀)와, 상기 바아에 할당되고 상응하게 다른 부품 내에 형성되며 원주 방향으로 연장되는 바아 홈 링크를 포함한다. 바아들은 예컨대 바아들이 스프링 요소에 의해 상기 바아의 수용부로부터 축방향으로 밀려나오고 단부측에 압력 매체를 제공받음으로써 그 수용부 안으로 되돌아갈 수 있음으로써, 각각 이동 메카니즘에 의해 해당 바아 홈 링크와 맞물리게 될 수 있다.

본 발명에 따른 캠 샤프트 조절기에서 상기 맞물림 쌍은, 구동 방향으로 후발 진행하는 단부 회전 위치(지각 위치)와 로킹 회전 위치(기본 위치) 사이의 상대 회전 위치에서 맞물림 쌍의 바아가 각각 할당된 바아 홈 링크들과 맞물리게 되도록 형성되고 배치된다. 특히 맞물림 쌍은, 구동부의 구동 방향으로 출력부가 조절될 때 맞물림 쌍의 바아가 바아 홈 링크와 연속적으로 맞물리게 되도록 형성되며, 이때 바아 홈링크는 바아가 맞물린 경우 구동 방향에 반대되는 출력부의 각각 하나의 조절(지각 조절)을 저지하고 로킹 회전 위치에 도달할 때까지 구동 방향으로의 조절(진각 조절)은 허용한다. 상기 방식으로, 로킹 회전 위치에 도달할 때까지 구동 방향에 반대되는 출력부의 스텝형 캐칭이 맞물림 쌍에 의해 구현될 수 있다.

각각 하나의 맞물림 쌍의 바아가 축방향을 향함으로서, 구동부와 출력부가 크랭크 샤프트와 함께 동기식으로 회전할 경우 발생한 원심력으로 인해 하나의 바아 위치가 변동하는 것이 방지될 수 있다. 또한, 작동 챔버 또는 압력 챔버를 위해 제공될 수 있는 공간이 축소되지 않으므로, 비교적 많은 수의 맞물림 쌍뿐만 아니라 이로써, 서로 간에 비교적 작은 각도 거리를 취하는 다수의 캐칭 스텝이 배치될 수 있다.

특히 바람직하게 상기 맞물림 쌍은, 캠 샤프트의 교번 토크에 의해 중앙에서 출력부가 조절되는 각도인 제2 회전각보다 각각 더 작은 제1 회전각 만큼 구동 방향으로 출력부가 각각 조절되는 경우, 상기 바아가 바아 홈 링크 내에 연속적으로 맞물릴 수 있도록 형성된다. 이로써 바람직하게 출력부만이 캠 샤프트로부터 출력부에 전달된 교번 토크에 기초해서 복수의 캐칭 스텝에 의해 로킹 회전 위치에 올 수 있으며 구동부와 함께 상기 위치에 회전 불가능하게 로킹될 수 있다. 구동부가 구동 방향으로 각각 조절되는 각도인 제1 회전각들은 서로 동일하거나 서로 상이할 수 있다.

맞물림 쌍이 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치되면, 크랭크 샤프트와 동기식으로 회전하는 캠 샤프트 조절기에 불균형이 발생하는 것은 바람직하게 방지될 수 있다. 본 발명에 따른 캠 샤프트 조절기에서, 구동부와 출력부는 개별 맞물림 쌍에 의해 로킹 회전 위치에 회전 불가능하게 로킹될 수 있으며, 로킹 장치는 구동부 또는 출력부 내에 수용된 바아와, 상응하게 다른 부품 내에 형성된 바아 홈 링크를 포함하고, 이때 바아가 해당 바아 홈 링크와 형태 결합식으로 맞물리게 되도록 맞물림 쌍이 형성된다.

본 발명에 따른 캠 샤프트 조절기에서 구동부와 출력부는 유사하게 구동부 또는 출력부 내에 수용된 각각 하나의 바아와, 상응하게 다른 부품 내에 형성된 바아 홈 링크를 포함하는 2개의 맞물림 쌍에 의해 로킹 회전 위치에 회전 불가능하게 로킹될 수 있으며, 이때 하나의 맞물림 쌍에서 바아는 구동 방향에 반대되는 출력부의 조절이 저지되도록 상기 바아에 할당된 바아 홈 링크와 맞물리게 될 수 있고, 다른 맞물림 쌍에서 바아는 구동 방향으로 출력부의 조절이 저지되도록 상기 바아에 할당된 바아 홈 링크와 맞물리게 될 수 있다.

본 발명에 따른 캠 샤프트 조절기는 바람직하게 베인 조절기의 형태로 형성되며, 특히 바람직하게 각각의 맞물림 쌍에서 바아는 회전자 내에 수용되고 바아 홈 링크는 고정자 내에, 예컨대 축방향 측면 플레이트나 커버 플레이트 내에 형성된다.

또한, 본 발명은 전술한 바와 같이 하나 이상의 캠 샤프트 조절기를 장착한 엔진에도 확대된다.

더욱이 본 발명은 전술한 바와 같이 하나 이상의 캠 샤프트 조절기를 장착한 엔진을 구비한 자동차에도 확대된다.

이제 실시예들을 기초로 본 발명을 더 자세히 설명하고자 하며, 이 경우 첨부된 도면들이 참조된다. 도면에서, 동일한 또는 동일하게 작용하는 요소들은 동일한 도면 부호로 표시하였다.
도 1은 회전자가 진각 위치에 로킹되어 있는, 본 발명에 따른 베인 조절기를 회전축에 대해 수직으로 절단해서 도시한 단면도이다.
도 2는 회전자가 지각 위치에 위치한, 도 1의 베인 조절기의 또 다른 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 위상 위치에 대해 회전자가 진각 위치의 방향으로 이동한, 도 1의 베인 조절기의 또 다른 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 위상 위치에 대해 회전자가 진각 위치의 방향으로 더 이동한, 도 1의 베인 조절기의 또 다른 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 위상 위치에 대해 회전자가 진각 위치의 방향으로 더 이동한, 도 1의 베인 조절기의 또 다른 단면도이다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 회전자의 위상 위치들에서 바아의 위치를 도시하기 위한 다양한 개략도이다.
도 7은 회전자가 중앙 위치에 로킹되어 있는 베인 조절기의 경우 바아의 위치를 도시하기 위한 또 다른 개략도이다.

회전 피스톤 원리에 기초한 유압 베인 조절기(1)는 본 발명의 제1 실시예에 따라 도 1 내지 도 6을 참조하여 상응하는 단면도에 의해 설명된다.

이에 따라, 베인 조절기(1)는 체인 휠(4)에 의해 (도시되지 않은) 크랭크 샤프트에 구동이 연결되는 외부 회전자 또는 고정자(2)를 구동부로서 포함하고, 고정자(2)의 중앙 중공 챔버 내에 동심으로 배치되고 예컨대 나사 연결부에 의해 (도시되지 않은) 캠 샤프트의 단부측에 회전 불가능하게 장착된 내부 회전자 또는 회전자(3)를 출력부로서 포함한다. 고정자(2)는 도 1에서 화살표로 도시된 바와 같이, 크랭크 샤프트와 동기식으로 반시계 방향으로 회전하므로 캠 샤프트의 작동 방향 또는 구동 방향이 정해진다.

고정자(2)의 중공 챔버를 제한하는 내부 자켓면(5)에는 복수의 반경 방향 리세스들(6)이 제공되며 상기 리세스들 각각은 제1 반경 방향 측벽(7)과 제2 반경 방향 측벽(8)에 의해 제한된다. 고정자(2)의 내부 자켓면(5)은 원주 방향으로 연장되는 내부 원주벽(9)과 원주 방향으로 연장되는 외부 원주벽(10)을 또한 포함하며 이들은 반경 방향 측벽(7, 8)에 의해 서로 연결된다.

고정자(2)는 회전자(3)의 외부 자켓면(11)에 접한 상기 고정자의 내부 원주벽(9)에 의해 회전자(3) 상에 회전 불가능하게 지지된다. 고정자(2)의 반경 방향 리세스(6)는 회전자(3)의 외부 자켓면(11) 및 이하에서 더 자세히 설명할 2개의 축방향 밀봉면들과 함께, 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 유압 작동 챔버(12)를 형성한다[본 도면에서는 예컨대 4개의 작동 챔버(12)가 형성됨]. 더 많은 수의 또는 더 적은 수의 작동 챔버들이 가능한 것은 단지 완전한 설명을 위해서만 언급된다.

각각의 작동 챔버(12) 내에는 회전자(3)로부터 시작해서 반경 방향 외부로 베인(13)이 돌출하므로, 작동 챔버(12) 각각은 서로 반대로 작용하는 한 쌍의 압력 챔버(14, 15)로 분할된다. 상기 압력 챔버들은 고정자(2)의 구동 방향과 관련해서 선발 진행하는 제1 압력 챔버(14)("압력 챔버 A")와 후발 진행하는 제2 압력 챔버(15)(압력 챔버 "B")이다.

베인(13)은 회전자(3)의 외부 자켓면(11)에 형성된 축방향 그루브 내에 수용된다. 축방향 그루브의 그루브 바닥에는 반경 방향 외부로 하중을 가하는 스프링 요소가 배치될 수 있으므로, 베인(13)은 고정자(2)의 외부 원주벽(10)에 밀봉 방식으로 접하게 된다. 이와 유사하게, 베인(13)이 회전자(3)와 일부재로 형성되는 것이 가능할 수도 있다.

고정자(2)는, 2개의 축방향 측면 플레이트 또는 밀봉 플레이트 즉, 캠 샤프트로부터 멀리 떨어진 밀봉 플레이트(33)의 캠 샤프트 쪽 밀봉면(34)과, 캠 샤프트에 근접해 있는 밀봉 플레이트의 캠 샤프트 반대편 밀봉면을 구비하고 회전자(3)를 내압 방식으로 둘러싸는 하우징을 형성한다. 2개의 밀봉면들에 의해 작동 챔버(12) 또는 압력 챔버들(14, 15)이 축방향으로 내압 방식으로 폐쇄된다.

각각의 작동 챔버(12)의 두 압력 챔버들(14, 15) 내에는 도시되지 않은 각각의 압력 매체 라인이 이어지며, 상기 압력 매체 라인을 통해 압력 매체(예컨대 유압유)가 압력 챔버들에 제공되거나 압력 챔버로부터 유도될 수 있다. 압력 매체가 목표한대로 공급됨으로써, 각각 하나의 작동 챔버(12)의 압력 챔버 쌍(14, 15) 사이에 압력 차이가 형성될 수 있으므로 베인(13)이 선회하며 이로써 고정자(2)에 대한 회전자(3)의 상대 회전 위치(위상 위치)가 변동하게 된다.

각각 하나의 작동 챔버(12)의 제1 반경 방향 측벽(7)과 제2 반경 방향 측벽(8)은 작동 챔버(12) 내로 돌출하는 베인(13)을 위해 각각 하나의 단부 정지부를 형성한다. 베인(13)이 제1 반경 방향 측벽(7)에 각각 접한 경우, 회전자(3)는 캠 샤프트의 작동 방향과 관련해서 지각 위치에 위치한다. 다른 한편으로, 베인(13)이 제2 반경 방향 측벽(8)에 각각 접한 경우, 회전자(3)는 진각 위치에 위치한다. 고정자(2)에 대해 최대로 가능한 회전자(3)의 조절각은 상기 두 단부 정지부에 의해 사전 설정된다. 이는 도시되지는 않았지만, 예컨대 고정자(2)가 박판으로 제조된 경우 베인이 반경 방향 측벽들(7, 8)에 부딪히는 것을 방지하기 위해, 최대로 가능한 회전자(3)의 조절각이 특수한 회전각 제한 장치에 의해 유사하게 사전 설정될 수 있다.

엔진의 작동 중 캠 샤프트에서 교번 토크가 발생하면, 압력 매체 공급이 충분하지 않은 경우 상기 교번 토크는 회전자(3)에 전달된다. 베인(13)이 통제되지 않는 방식으로 작동 챔버(12) 내에서 앞뒤로 부딪히는 것을 방지하기 위해, 회전자(3)는 로킹 장치에 의해 진각 위치에 고정자(2)와 함께 회전 불가능하게 로킹될 수 있다.

이를 위해, 상기 로킹 장치는 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 4개의 축방향 바아(16-19)를 포함하며, 이들 각각은 회전자(3)의 리세스 내에 수용된다. 바아(16-19)는 스프링 요소에 의해 캠 샤프트 쪽 밀봉면(34) 방향으로 각각 밀려나오며, 이는 도면에 자세히 도시되지 않는다.

바아(16-19)는 회전자(3)의 위상 위치에 따라 해당 바아 홈 링크(20-23) 내에 맞물릴 수 있으며, 바아 홈 링크는 캠 샤프트로부터 멀리 떨어진 제1 밀봉 플레이트(33)에 의해 형성된다. 도 1 내지 도 6에서 바아 홈 링크(20-23)는 각각 파선으로 도시되어 있다.

바아(16-19)의 단부측에 유압이 제공될 수 있으므로, 해당 스프링 요소의 스프링력에 대항해서 바아는 회전자(3) 내 바아의 수용부 안으로 되돌아 올 수 있다. 이를 위해 바아 홈 링크(20-23) 내에는 바아 홈 링크에 압력 매체를 공급하기 위한 각각 하나의 압력 매체 라인(24)이 이어진다. 바아 홈 링크는 압력 챔버 "A"에 의해 또는 대안적으로 압력 챔버 "B"에 의해 압력 매체를 공급받을 수 있다. 이와 유사하게, 별도의 압력 매체 공급도 가능하다. 바아 홈 링크는 압력 매체 통로(35)에 의해 유동 기술적으로 서로 연결된다.

도 1에는 회전자(3)가 기본 위치(진각 위치)에 위치한 상황이 도시되어 있으며, 상기 위치에서 4개의 바아(16-19) 모두는 상기 바아의 해당 바아 홈 링크(20-23) 내에 수용되고, 이때 제1 바아(16)는 제1 바아 홈 링크(20) 내에, 제2 바아(17)는 제2 바아 홈 링크(21) 내에, 제3 바아(18)는 제3 바아 홈 링크(22) 내에 맞물리고, 제4 바아(19)는 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물린다. 제1 바아 홈 링크(20) 내에 맞물리는 제1 바아(16)에 의해서만 고정자(2)와 회전자(3)가 형태 결합식으로 연결되므로, 고정자와 회전자는 회전 불가능하게 로킹될 수 있다. 제2 내지 제4 바아(17-19)에 의해서는, 회전자(3)의 지각 조절만이 저지된다. 바아(16-17), 특히 제1 바아(16)가 압력 매체를 공급받으면, 고정자와 회전자 사이의 회전 불가능한 로킹이 해제될 수 있다.

엔진의 정지 시 조절 기술적으로(즉, 압력 매체 조절에 기초해서) 회전자(3)가 기본 위치(진각 위치)를 취할 수 없으면, 로킹 장치(1)는 캠 샤프트에 전달된 교번 토크와 상호 작용하여, 회전자(3)가 진각 위치를 취하도록 그리고 회전자(3)와 고정자(2)가 진각 위치에 회전 불가능하게 로킹되도록 하며 이는 이하에서 더 자세히 설명하는 바와 같다.

도 2는 회전자(3)가 지각 위치에 위치한 상황과, 압력 매체 공급이 충분하지 않은 경우 회전자(3)가 자동으로 취하는 위치를 도시하고 있다. 지각 위치에서 베인(13)은 제1 반경 방향 측벽(7)에 접한다. 상기 위상 위치에서 4개의 바아들(16-19) 중 어떠한 바아도 상기 바아의 바아 홈 링크 내에 맞물릴 수 없다.

압력 매체 공급이 충분하지 않은 경우, 캠 샤프트로부터 교번 토크가 회전자(3)에 전달되며 도 3에 도시된 바와 같이 회전자(3)는 상기 교번 토크에 의해 평균 회전각(β) 만큼 진각 위치의 방향으로 회전한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제4 바아(19)와 제4 바아 홈 링크(23)는 회전자가 더 작은 회전각(α) 만큼 회전할 때 이미 제4 바아(19)가 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물릴 수 있도록 형성되고 배치된다. 제4 바아 홈 링크(23)는, 제4 바아(19)가 홈 링크 벽에 정지함으로써 상기 제4 바아 홈 링크가 회전자(3)의 지각 조절을 저지하지만, 진각 위치까지 회전자(3)의 계속된 진각 조절은 허용하도록 원주 방향으로 연장된다. 제4 바아(19)가 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물리면, 이로써 회전자(3)는 이하에서 보다 쉬운 참조를 위해 "제1 중간 위치"로 지칭되는 중간 위치에서 지각 조절(상기 지각 조절로부터는 계속된 진각 조절만이 가능함)에 대해 캐칭된다. 회전각(α)에 도달 할 경우 제4 바아(19)가 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물릴 수 있는데, 이때 상기 회전각이 교번 토크에 의해 야기된 회전자(3)의 진동의 평균 회전각(β) 보다 작기 때문에, 압력 매체 공급이 충분하지 않은 경우 지각 위치에 있는 회전자(3)는 제4 바아(19)가 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물릴 수 있을 정도로 교번 토크에 의해 항상 회전할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 교번 토크가 회전자(3)에 계속해서 전달됨으로써 회전자가 이제 제1 중간 위치로부터 시작해서 평균 회전각(β) 만큼 진각 조절의 방향으로 회전하므로, 제3 바아(18)는 제3 바아 홈 링크(22) 내에 맞물릴 수 있으며 지각 조절에 대해 회전자(3)를 캐칭한다. 제3 바아(18)와 제3 바아 홈 링크(22)는 회전자(3)가 더 작은 동일한 회전각(α) 만큼 회전할 때 이미 제3 바아(18)가 제3 바아 홈 링크(22) 내에 맞물릴 수 있도록 배치된다. 제3 바아 홈 링크(22)는 제3 바아(18)가 홈 링크 벽에 정지함으로써 회전자(3)의 지각 조절을 저지하지만, 진각 위치까지 회전자(3)의 계속된 진각 조절은 허용하도록 원주 방향으로 연장된다. 도 4에 도시된 회전자의 중간 위치는 "제2 중간 위치"로서 지칭된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 교번 토크가 회전자(3)에 계속 전달됨으로써 회전자가 이제 제2 중간 위치로부터 시작해서 다시 평균 회전각(β) 만큼 진각 조절의 방향으로 회전하므로, 제2 바아(17)는 제2 바아 홈 링크(21) 내에 맞물릴 수 있으며 지각 조절에 대해 회전자(3)를 캐칭한다. 제2 바아(17)와 제2 바아 홈 링크(21)는 회전자(3)가 더 작은 동일한 회전각(α) 만큼 회전할 때 이미 제2 바아(17)가 제2 바아 홈 링크(21) 내에 맞물릴 수 있도록 배치된다. 제2 바아 홈 링크(21)는, 제2 바아(17)가 홈 링크 벽에 정지함으로써 회전자(3)의 지각 조절을 저지하지만, 진각 위치까지 회전자(3)의 계속된 진각 조절은 상기 제2 바아 홈 링크가 허용하도록 원주 방향으로 연장된다. 도 5에 도시된 회전자의 중간 위치는 "제3 중간 위치"로서 지칭된다.

교번 토크가 회전자(3)에 계속해서 전달됨으로써, 회전자는 이제 제3 중간 위치로부터 시작해서 진각 위치로까지 회전하므로, 제1 바아(16)도 제1 바아 홈 링크(20) 내에 맞물릴 수 있으며, 이로써 회전자(3)와 고정자(2) 사이는 형태 결합식으로 연결되고 상기 연결에 의해 회전자와 고정자는 회전 불가능하게 로킹된다. 제1 바아(16)와 제1 바아 홈 링크(20)는 더 작은 회전각(α)이 동일한 경우에 제1 바아(16)가 제1 바아 홈 링크(20) 내에 맞물릴 수 있도록 형성되고 배치된다.

도 6에는 회전자와 고정자를 "펼친" 축단면도로 도시하고 있는 개략적인 도 6의 I 내지 도 6의 V를 기초로, 도 1 내지 도 5에 도시된 회전자의 다양한 위상 위치들에서 4개의 바아들(16-19)의 각각의 위치들이 도시되어 있다. 또한, 작동 챔버(12) 내 베인(13)의 위치가 도시되며, 이때 더 단순하게 도시할 목적으로만 상기 작동 챔버(12)가 고정자 내에 위치한 것으로 표시한다.

도 6의 I은 도 2의 위상 위치에 상응하는데 즉, 회전자(3)는 어떠한 바아도 그 바아 홈 링크 내에 맞물릴 수 없는 지각 위치에 위치한다. 도 6의 II는 제4 바아(19) 만이 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물리는 제1 중간 위치에 회전자(3)가 위치한 도 3의 위상 위치에 상응하며, 상기 바아는 회전자의 지각 조절을 저지하지만 회전자의 진각 조절은 허용한다. 도 6의 III은 도 4의 위상 위치에 상응하는데 즉, 제4 바아(19)는 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물리고 제3 바아(18)는 제3 바아 홈 링크(22) 내에 맞물리는 제2 중간 위치에 회전자(3)가 위치하며, 이때 제3 바아(18)만이 회전자의 지각 조절을 저지하지만 회전자의 진각 조절은 허용한다. 도 6의 IV는 도 5의 위상 위치에 상응하는데 즉, 제4 바아(19)는 제4 바아 홈 링크(23) 내에 맞물리고 제3 바아(18)는 제3 바아 홈 링크(22) 내에 맞물리며 제2 바아(17)는 제2 바아 홈 링크(21) 내에 맞물리는 제3 중간 위치에 회전자(3)가 위치하며, 이때 제2 바아(17)만이 회전자의 지각 조절을 저지하지만 회전자의 진각 조절은 허용한다. 도 6의 V는 도 1의 위상 위치에 상응하는데 즉, 4개의 바아들(16-19) 모두가 상기 바아들의 해당 바아 홈 링크(20-23) 내에 맞물리는 진각 위치에 회전자(3)가 위치하며, 이때 제1 바아(16)와 제1 바아 홈 링크(20) 사이가 형태 결합식으로 연결됨으로써 회전자(3)와 고정자(2)는 회전 불가능하게 로킹된다.

특히 도 6에 도시된 바와 같이, 제2, 제3 및 제4 바아 홈 링크는 상기 바아 홈 링크가 진각 위치까지 회전자(3)의 진각 조절을 가능하게 하도록 원주 방향으로 각각 연장된다. 회전자(3)의 계속된 진각 조절 시 해당 바아 홈 링크 내에서 이동할 바아의 경로에 상응하게, 원주 방향으로 제4 바아 홈 링크(23)의 크기는 원주 방향으로 제3 바아 홈 링크(22)의 크기보다 크다. 이와 유사하게, 제3 바아 홈 링크(22)의 크기는 제2 바아 홈 링크(21)의 크기보다 크고, 제2 바아 홈 링크(21)의 크기는 제1 바아 홈 링크(20)의 크기보다 크며, 이때 제1 바아 홈 링크는 제1 바아(16)를 형태 결합식으로 둘러싼다. 하나의 바아가 각각 맞물린 이후 다음 바아가 맞물릴 수 있도록, 회전자(3)가 진각 위치의 방향으로 계속 회전해야 하는 각도인 회전각(α)은 각각 동일하다. 도 6의 V에 도시된 바와 같이, 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 바아 홈 링크(20-23)는 각각 동일한 회전각(γ)으로 서로 이격되어 있다.

도 7에는 회전자가 중앙 위치에 로킹되어 있는 베인 조절기의 경우 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다.

도 7의 베인 조절기는 도 1 내지 도 6에 설명된 베인 조절기와 연관해서 볼 때 바아의 배치와, 회전자를 중앙 위치에 로킹시키는 로킹 장치의 바아 홈 링크의 구성 및 배치만이 상이하다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 도 1 내지 도 6의 실시예와 상이한 점만을 설명하고자 하며, 그렇지 않은 경우 관련된 실시예들을 참조하기로 한다.

도 7의 로킹 장치는 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 4개의 바아들(25-28)을 포함하며, 이들은 회전자(3)의 위상 위치에 따라 해당 바아 홈 링크(29-32) 내에 맞물릴 수 있다. 이 경우 제5 바아(25)는 해당하는 제5 바아 홈 링크(29)와, 제6 바아(26)는 해당하는 제6 바아 홈 링크(30)와, 제7 바아(27)는 해당하는 제7 바아 홈 링크(31)와, 제8 바아(28)는 해당하는 제8 바아 홈 링크(32)와 맞물린다.

도 7에는 도 6과 마찬가지로 회전자와 고정자를 "펼친" 축단면도로 도시하고 있는 개략적인 도 7의 I 내지 도 7의 IV를 기초로, 회전자(3)의 다양한 위상 위치들에서 4개의 바아들(25-28)의 각각의 위치들이 도시되어 있다. 또한, 작동 챔버(12) 내 베인(13)의 위치가 도시되며, 이때 더 단순하게 도시할 목적으로만 상기 작동 챔버(12)가 고정자 내에 위치한 것으로 표시한다.

도 7의 I은 회전자(3)가 지각 위치에 위치한 상황에 상응한다. 이에 상응하게 베인(13)은 제1 반경 방향 측벽(7)에 접한다. 상기 위상 위치에서는 제5 바아(25) 만이 해당하는 제5 바아 홈 링크(29) 내에 맞물릴 수 있다. 제5 바아 홈 링크(29)는 진각 위치까지 회전자(3)의 진각 조절을 상기 바아 홈 링크가 허용하도록 원주 방향으로 연장된다.

압력 매체 공급이 충분하지 않은 경우, 캠 샤프트로부터 교번 토크가 회전자(3)에 전달되므로, 회전자(3)는 평균 회전각(β) 만큼 진각 조절의 방향으로 회전한다. 이 경우 회전자(3)가 더 작은 회전각(α) 만큼 회전하면, 제8 바아(28)는 제8 바아 홈 링크(32) 내에 맞물리므로, 제8 바아(28)가 홈 링크 벽에 정지함으로써 회전자(3)의 지각 조절이 저지되지만 제8 바아 홈 링크(32)가 원주 방향으로 상응하게 연장됨으로써 중앙 위치까지 회전자(3)가 계속 진각 조절될 수 있다. 회전자(3)가 "제1 중간 위치"에 위치하는 상기 상황은 도 7의 II에 도시되어 있다.

도 7의 III에 도시된 바와 같이, 교번 토크가 회전자(3)에 계속 전달됨으로써, 회전자가 이제 제1 중간 위치로부터 시작해서 평균 회전각(β) 만큼 진각 조절의 방향으로 계속 회전하므로, 제7 바아(27)가 제7 바아 홈 링크(31) 내에 맞물릴 수 있으며 이로써 제7 바아(27)가 홈 링크 벽에 정지함으로써 회전자(3)의 지각 조절이 저지되지만 회전자(3)는 중앙 위치까지 계속 진각 조절될 수 있다. 도 7의 III에 도시된 회전자의 중간 위치는 "제2 중간 위치"로서 지칭된다.

도 7의 IV에 도시된 바와 같이, 교번 토크가 회전자(3)에 계속 전달됨으로써, 회전자(3)가 이제 제2 중간 위치로부터 시작해서 중앙 위치로 계속 회전하므로, 제6 바아(26)가 제6 바아 홈 링크(30) 내에 맞물릴 수 있으며 이로써 제6 바아(26)가 홈 링크 벽에 정지함으로써 회전자(3)의 지각 조절이 저지된다. 이와 동시에, 상기 중앙 위치에서 제5 바아(29)가 중앙 위치의 방향으로 회전자(3)의 위상 위치가 추가로 변동하는 것을 저지하기 때문에, 회전자(3)는 제5 및 제8 바아에 의해 회전자의 중앙 위치에 형태 결합식으로 고정되므로, 상기 중앙 위치에서 고정자와 회전자 사이는 회전 불가능하게 로킹될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제6, 제7 및 제8 바아 홈 링크는 상기 바아 홈 링크들이 중앙 위치까지의 회전자(3)의 진각 조절을 가능하게 하도록 원주 방향으로 각각 연장된다. 회전자(3)의 계속된 진각 조절 시 해당 바아 홈 링크 내에서 이동할 바아의 경로에 상응하게, 원주 방향으로 제8 바아 홈 링크(32)의 크기는 원주 방향으로 제7 바아 홈 링크(31)의 크기보다 크다. 이와 유사하게, 제7 바아 홈 링크(31)의 크기는 제6 바아 홈 링크(30)의 크기보다 크다. 제5 바아 홈 링크(29)는, 상기 바아 홈 링크가 중앙 위치까지의 회전자(3)의 진각 조절을 가능하게 하고 홈 링크 벽에 대해 제5 바아(25)를 정지시킴으로써 중앙 위치에서 회전자(3)의 추가 진각 조절을 저지하도록 원주 방향으로 책정된다. 도 7의 IV에 도시된 바와 같이, 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치된 제6, 제7 및 제8 바아 홈 링크(30-32) 각각은 하나의 동일한 회전각(δ)으로 서로 이격되어 있다.

1 : 베인 조절기
2 : 고정자
3 : 회전자
4 : 체인 휠
5 : 내부 자켓면
6 : 반경 방향 리세스
7 : 제1 반경 방향 측벽
8 : 제2 반경 방향 측벽
9 : 내부 원주벽
10 : 외부 원주벽
11 : 외부 자켓면
12 : 작동 챔버
13 : 베인
14 : 제1 압력 챔버
15 : 제2 압력 챔버
16 : 제1 바아
17 : 제2 바아
18 : 제3 바아
19 : 제4 바아
20 : 제1 바아 홈 링크
21 : 제2 바아 홈 링크
22 : 제3 바아 홈 링크
23 : 제4 바아 홈 링크
24 : 압력 매체 라인
25 : 제5 바아
26 : 제6 바아
27 : 제7 바아
28 : 제8 바아
29 : 제5 바아 홈 링크
30 : 제6 바아 홈 링크
31 : 제7 바아 홈 링크
32 : 제8 바아 홈 링크
33 : 밀봉 플레이트
34 : 밀봉 플레이트
35 : 압력 매체 통로

Claims

엔진용 캠 샤프트 조절기(1)이며, 상기 캠 샤프트 조절기는,
크랭크 샤프트에 구동이 연결되는 구동부(2)와,
상기 구동부(2)에 대해 동심이고 캠 샤프트에 회전 불가능하게 연결되며 구동부에 대해 회전 조절 가능하도록 배치되고 구동부(2)에 대한 2개의 단부 회전 위치들 사이의 상대 회전 위치가 액추에이터에 의해 조절될 수 있는 출력부(3)와,
구동부 및 출력부가 로킹 회전 위치에 회전 불가능하게 로킹될 수 있게 하는 로킹 장치를 포함하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기에 있어서,
로킹 장치는, 구동부 또는 출력부 내에 수용된 축방향 바아(16-19; 25-28)와 상응하게 다른 부품 내에 형성된 바아 홈 링크(20-23; 29-32)를 각각 포함하는 복수의 맞물림 쌍을 포함하며, 이 경우 맞물림 쌍은, 구동 방향으로 출력부가 조절될 때 구동 방향으로 후발 진행하는 단부 회전 위치와 로킹 회전 위치 사이의 상대 회전 위치에서 바아가 바아 홈 링크와 연속적으로 맞물리게 되도록 형성되고, 이때 바아 홈 링크는 출력부의 구동 방향에 반대되는 방향으로의 조절을 저지하며 로킹 회전 위치에 도달할 때까지 출력부의 구동 방향으로의 조절을 허용하는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항에 있어서, 맞물림 쌍은, 캠 샤프트의 교번 토크에 의해 출력부(3)가 조절되는 각도인 평균 회전각(β)보다 각각 더 작으면서 서로 동일하거나 서로 다른 회전각(α) 만큼 구동 방향으로 출력부가 조절되는 경우, 축방향 바아(16-19; 25-28)가 각각의 해당 바아 홈 링크(20-23; 29-32) 내에 연속적으로 맞물릴 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 맞물림 쌍은 원주 방향으로 균일하게 분포되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 로킹 회전 위치는 구동 방향으로 선발 진행하는 구동부의 단부 회전 위치인 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 로킹 회전 위치는 두 단부 회전 위치 사이의 중앙에 적어도 거의 근접하게 위치한 중앙 위치인 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 로킹 장치는 구동부 또는 출력부 내에 수용된 바아(16)와, 상응하게 다른 부품에 형성된 바아 홈 링크(20)를 갖는 맞물림 쌍(16, 20)을 포함하고, 이 경우 맞물림 쌍은 로킹 위치에서 구동부 및 출력부의 회전 불가능한 로킹을 위해 바아가 해당 바아 홈 링크와 형태 결합식으로 맞물리게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 구동부 및 출력부는 2개의 맞물림 쌍(25, 29; 26, 30)에 의해 회전 불가능하게 로킹되며, 이 경우 하나의 맞물림 쌍(25, 29)에서 바아는 구동 방향에 반대되는 출력부의 조절이 저지되도록 로킹 회전 위치에서 해당 바아 홈 링크와 맞물리게 될 수 있고, 다른 맞물림 쌍(26, 30)에서 바아는 구동 방향으로 출력부의 조절이 저지되도록 로킹 회전 위치에서 해당 바아 홈 링크와 맞물리게 될 수 있는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 베인 조절기의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제8항에 있어서, 바아는 회전자 내에 수용되며 바아 홈 링크는 고정자 또는 고정자의 축방향 커버 플레이트 내에 형성되는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 4개 이상의 맞물림 쌍이 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진용 캠 샤프트 조절기.
제1항 또는 제2항에 따른 캠 샤프트 조절기를 구비한 엔진.
제11항에 따른 엔진을 구비한 자동차.