KR102144951B1 - 2개의 중앙 제어 밸브를 갖는 가변 캠 타이밍 페이저 - Google Patents

2개의 중앙 제어 밸브를 갖는 가변 캠 타이밍 페이저 Download PDF

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다니엘 올로브손
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

가변 캠 타이밍 페이저 장치(201)가 개시되어 있고, 상기 가변 캠 타이밍 페이저 장치(201)는 적어도 하나의 베인을 갖는 로터(9); 로터(9)를 동축으로 둘러싸며, 로터의 적어도 하나의 베인을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스를 갖는 스테이터(7); 적어도 하나의 베인은 적어도 하나의 리세스를 제1 챔버(11) 및 제2 챔버 (13)로 분할함; 및 제1 챔버(11)에서 제2 챔버(13)로 또는 제2 챔버(15)에서 제1 챔버(13)로의 유압 유체 유동을 조절하기 위한 제어 어셈블리를 포함한다. 제어 어셈블리는 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13) 사이의 제 1 단방향 유동 경로를 따라 유체 유동을 가능하게 하거나 또는 차단하기 위한 중앙 온/오프 파일럿 밸브(15) 및 제1 유동 경로와 반대 방향으로 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13) 사이의 제2 단방향 유동 경로를 따라 유체 유동을 가능하게 하거나 또는 차단하기 위한 중앙 솔레노이드 밸브(37)를 포함한다. 본 발명은 또한 가변 캠 타이밍 페이저 장치에 사용하기 위한 통합 밸브 유닛 및 내연 기관에서 캠 샤프트의 타이밍을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 개시된 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기관 및 차량에 관한 것이다.

Description

2개의 중앙 제어 밸브를 갖는 가변 캠 타이밍 페이저
본 발명은 내연 기관용 가변 캠 타이밍 페이저 장치 및 이러한 가변 캠 타이밍 페이저를 사용하는 내연 기관에서 캠 샤프트의 타이밍을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기관 및 차량에 관한 것이다.
내연 기관의 밸브는 엔진 실린더 내로 흡기 및 배기 가스의 유동을 조절하는데 사용된다. 내연 기관의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 개폐는 일반적으로 하나 이상의 캠 샤프트에 의해 구동된다. 밸브가 엔진 실린더로의 공기 유동과 엔진 실린더의 배기의 유동을 제어하기 때문에, 실린더 피스톤의 각각의 행정 중 적절한 시간에 밸브가 개방 및 폐쇄되는 것이 중요하다. 이러한 이유로, 각각의 캠 샤프트는 종종 타이밍 벨트 또는 타이밍 체인을 통해 크랭크샤프트에 의해 구동된다. 그러나, 최적의 밸브 타이밍은 엔진 부하와 같은 다수의 인자에 따라 다르다. 종래의 캠 샤프트 장치에서, 밸브 타이밍은 캠 샤프트와 크랭크샤프트의 관계에 의해 고정적으로 결정되므로, 전체 엔진 작동 범위에 걸쳐 타이밍이 최적화되지 않아 성능이 저하되고, 연비가 낮아지며, 배기 가스가 많아진다. 따라서, 엔진 조건에 따라 밸브 타이밍을 변화시키는 방법이 개발되었다.
이러한 방법 중 하나는 유압 가변 캠 페이징(hVCP)이다. hVCP는 엔진 밸브 오버랩 및 타이밍에 대해 지속적이고 광범위한 설정을 허용하여 전반적인 엔진 성능을 향상시키는 가장 효과적인 전략 중 하나이다. 따라서, 현대의 압축-점화 및 스파크-점화 엔진에 일반적으로 사용되는 기술이 되었다.
오일-압력 작동식 및 캠 토크 작동식 유압 가변 캠 페이저 모두가 당 업계에 공지되어 있다.
오일-압력 작동식 hVCP 설계는 캠 샤프트 및 캠 스프로킷 각각에 장착된 로터 및 스테이터를 포함한다. 유압 오일은 오일 제어 밸브를 통해 로터로 공급된다. 페이징이 시작되면, 오일 제어 밸브는 로터와 스테이터 사이에 형성된 진각(advance) 챔버 또는 로터와 스테이터 사이에 형성된 지연(retard) 챔버 중 하나로 오일 유동을 유도하도록 배치된다. 진각 챔버와 지연 챔버 사이의 결과적인 오일 압력의 차이는 스테이터에 대해 로터를 회전시킨다. 이는 오일 제어 밸브의 선택된 위치에 따라 캠 샤프트의 타이밍을 진각시키거나 지연시킨다.
오일 제어 밸브는 중앙에 위치되는, 즉, 캠 샤프트와 동축으로 위치될 수 있거나 또는 원격으로, 즉, hVCP 장치의 비-회전 구성 요소로서 위치될 수 있는 3-위치 스풀 밸브이다. 이러한 오일 제어 밸브는 (오일 제어 밸브가 중앙에 장착된 경우) 회전 캠 페이저와 관련하여 고정된 가변 힘 솔레노이드(VFS)로 조절된다. 가변 힘 솔레노이드 및 스풀 밸브는 3개의 작동 위치, 즉, 진각 챔버에 오일을 제공하는 위치, 지연 챔버에 오일을 제공하는 위치 및 양 챔버로 오일을 재충전하는 위치(즉, 유지 위치)를 갖는다.
기존의 오일 압력 작동식 hVCP 기술은 밸브 타이밍을 변경하는데 효과적이지만, 페이징 속도가 비교적 느리고 오일 소비가 많다. 따라서, hVCP 기술의 최신 반복에는 캠 토크 작동(CTA)이라는 기술이 사용된다. 캠 샤프트가 회전함에 따라 캠 샤프트 상의 토크는 양의 토크와 음의 토크 사이에서 정현파 방식으로 주기적으로 변한다. 캠 토크 변화의 정확한 주기, 크기 및 형태는 캠 샤프트에 의해 조절되는 밸브의 수 및 엔진 회전 수를 포함하는 다수의 인자에 따라 다르다. 양의 토크는 캠 회전을 억제하고, 음의 캠 토크는 캠 회전을 보조한다. 캠 토크 작동식 페이저는 이러한 주기적인 토크 변화를 이용하여 로터를 선택된 방향으로 회전시켜 캠 샤프트 타이밍을 진각시키거나 지연시킨다. 원칙적으로, 이들은 "유압식 래칫(ratchets)"으로 작동하여 챔버 내의 오일에 작용하는 토크와 주기적인 압력 변동으로 인해 하나의 챔버에서 다른 챔버로 한 방향으로 유체를 유동시킨다. 유체 유동의 역방향은 체크 밸브에 의해 차단된다. 따라서, 토크가 관련 방향으로 작용할 때마다 로터는 스테이터에 대해 회전식으로 이동되지만, 토크가 주기적으로 반대 방향으로 작용할 때 정지 상태를 유지하게 된다. 이러한 방식으로, 로터는 스테이터에 대해 회전될 수 있고, 캠 샤프트의 타이밍은 진각되거나 또는 지연될 수 있다.
따라서, 캠 토크 작동 시스템은 "유압 래칫" 효과를 얻기 위해 체크 밸브가 로터 내부에 배치될 것을 요구한다. 진각 챔버, 지연 챔버 또는 양 챔버로 오일 유동을 유도하거나 또는 양 챔버로 오일 유동을 유도하지 않는 것(유지 위치)은 일반적으로 3-위치 스풀 밸브를 사용하여 달성된다. 이러한 스플 밸브는 중앙, 즉, 캠 샤프트와 동축으로 위치될 수 있거나 또는 원격으로, 즉, 캠 페이징 장치의 비-회전 구성 요소로서 위치될 수 있다. 3-위치 스풀 밸브는 일반적으로 가변 힘 솔레노이드를 사용하여 3개의 작동 위치 각각으로 이동한다.
미국 특허출원공개공보 US 2008/0135004호는 하우징, 로터, 페이저 제어 밸브(스풀) 및 조절식 압력 제어 시스템(RCPS)을 포함하는 페이저를 개시한다. 상기 페이저는 캠 토크 작동식 페이저 또는 오일 압력 작동식 페이저일 수 있다. RPCS에는 직접 제어 압력 조절 밸브에 대한 엔진 파라미터를 기반으로 설정 지점, 소망하는 각도 및 신호를 제공하는 컨트롤러가 있다. 직접 제어 압력 조절 밸브는 공급 압력을 제어 압력으로 조절한다. 제어 압력은 페이저 제어 스풀을 공급된 압력에 비례하여 진각, 지연 및 제로(null)의 세 위치 중 하나로 이동시킨다.
개선된 캠 타이밍 페이저 장치가 여전히 필요하다. 특히 승용차에 비해 엔진 부하가 더 크고 수명이 더 길어지는 상업용 차량에 사용하기에 적합한 캠 타이밍 페이저 장치에 대한 필요성이 여전히 남아있다.
본 발명의 발명자들은 선행 기술의 단점, 특히, 상업용 차량에서 기존의 캠 페이저 장치의 사용과 관련하여 선행 기술의 다양한 단점을 확인했다. 현재의 시스템에서 오일 제어 밸브(OCV)의 3-위치 스풀 밸브는 정밀하게 조절되어야 하며, 따라서, 단일 위치에서 스풀의 고장을 유발할 수 있는 불순물에 민감해야 한다. 3-위치 조절이 필요하기 때문에, 오일 제어 밸브와 함께 사용되는 솔레노이드 또는 압력 조절기는 세 가지 위치를 달성하기 위해 다양한 가변 힘을 제공하도록 정밀하게 조정될 수 있어야 한다. 이로 인해, 시스템에 상당한 기계적 복잡성이 추가되어 비용이 더 많이 들고 불순물에 보다 민감하고 덜 견고하다. 또한, 캠 페이저를 제어하기 위한 루틴을 더욱 복잡하게 한다.
오일 제어 밸브가 솔레노이드로 작동식이고, 중앙 장착식일 때, 솔레노이드-핀과 오일 제어 밸브 사이의 접촉은 오일 제어 밸브가 회전하고 솔레노이드-핀이 고정되어 있기 때문에 고정되지 않는다는 것이 관찰되었다. 이러한 슬라이딩-접촉은 접촉 표면을 마모시키며, 오일 제어 밸브의 위치 정확성이 장기간에 걸쳐 손상되고, 캠 페이저 성능에 영향을 준다. OCV에 대한 정밀한 제어를 보장하기 위해서는 가변 힘 솔레노이드 자체의 정확성도 높게 유지되어야 한다.
또한, 기존의 캠 페이저 장치의 오일 누설도 문제가 된다. 오일 제어 밸브 내부의 교차-포트(cross-port) 누설은 오일이 유압 회로를 벗어나고 시스템 강성이 감소되어 캠 샤프트 진동을 증가시킨다. 이러한 누설은 캠 페이저 장치의 오일 소비에도 영향을 준다. 오일 유동을 조절하는데 사용되는 3-위치 스풀 밸브는 오일이 캠 페이저 챔버를 벗어나는 다양한 누설 경로를 제공한다는 것이 관찰되었다. 가장 두드러지는 것은 밸브가 솔레노이드 작동식인 가변 힘 솔레노이드에 가장 근접한 슬라이딩 접촉 표면과 배출구에 연결된 포트이다. 시스템의 모든 압력 스파이크가 오일 제어 밸브에 의해 흡수되어야 하기 때문에, 캠 페이저 챔버 내부의 압력 증가로 이와 같은 누설이 증가한다. 이러한 압력 스파이크는 캠 샤프트 토크에 따라 달라지며 상업용 차량의 경우 50바(bar)를 초과할 수 있다. 캠 샤프트 토크는 중장비 차량의 경우 높아지며 압력 스파이크가 높아지고, 누설이 더 많이 발생한다.
원격으로 장착된 오일 제어 밸브를 이용하는 기존의 캠 페이징 시스템은 캠 페이저로부터의 압력 스파이크가 오일 제어 밸브에 도달하고, 이에 따라, 베어링 누설을 증가시키기기 전에 캠 샤프트 저널 베어링을 통해 전달되어야 하므로, 더 큰 시스템 누설이 발생한다는 것이 관찰되었다.
또한, 기존의 캠 토크 작동식 페이징 시스템의 로터는 매우 컴팩트하고 복잡한 것으로 밝혀졌다. 특수 설계된 체크 밸브는 오일 제어 밸브와 함께 결합하기 위해 로터에 장착되어야 한다. 이러한 체크 밸브는 기존 체크 밸브보다 내구성이 낮으며 추가적인 비용이 추가된다. 또한, 로터는 복잡한 내부 유압 파이프 시스템을 필요로 한다. 이러한 요구 사항으로 인해, 캠 토크 작동식 캠 페이저의 제조에는 특수 공구 및 조립이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 기계적으로 더 간단하고, 견고하며, 공지된 캠 토크 작동식 캠 페이저보다 오일 누설이 적은 캠 토크 작동을 이용하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 첨부된 청구항에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치에 의해 달성된다.
가변 캠 타이밍 페이저 장치는,
적어도 하나의 베인을 가지며, 캠 샤프트에 연결되도록 배치된 로터;
로터를 동축으로 둘러싸며, 로터의 적어도 하나의 베인을 수용하고 스테이터에 대해 로터의 회전 움직임을 가능하게 하는 적어도 하나의 리세스를 가지며, 구동력을 수용하도록 배치된 외주를 갖는 스테이터;
적어도 하나의 베인은 적어도 하나의 리세스를 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하고, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 압력 하에서 유압 유체를 수용하도록 배치되되, 상기 제1 챔버로 유압 유체의 도입은 상기 스테이터에 대해 상기 로터를 제1 회전 방향으로 이동하게 하고, 상기 제2 챔버로 유압 유체의 도입은 상기 스테이터에 대해 상기 로터를 제1 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 이동하게 함; 및
제1 챔버에서 제2 챔버로 또는 제2 챔버에서 제1 챔버로 유압 유체 유동을 조절하기 위한 제어 어셈블리를 포함한다.
상기 제어 어셈블리는,
로터 내에서 중앙에 위치하고, 파일럿 포트, 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 유동 포트 및 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 유동 포트를 포함하는 파일럿 밸브로, 상기 파일럿 밸브는 파일럿 포트에서 파일럿 유체의 압력의 조절에 의해 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환 가능하되, 상기 개방 상태에서는 파일럿 밸브가 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 가능하게 하고, 상기 폐쇄 상태에서는 파일럿 밸브가 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 차단하는, 파일럿 밸브;
파일럿 밸브와 제1 챔버 사이의 유체 경로에 배치되며, 파일럿 밸브에서 제1 챔버로의 유동을 가능하게 하지만 제1 챔버에서 파일럿 밸브로의 유동을 차단하도록 배치된 제1 체크 밸브;
가변 캠 타이밍 페이저 장치의 회전 구성 요소로부터 원격으로 위치되고, 파일럿 밸브의 파일럿 포트와 유체 연통하는 솔레노이드 제어식 액추에이터로, 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터는 1차 상태 및 2차 상태인 적어도 2개의 상태를 가지며, 파일럿 포트에서 파일럿 유체의 압력을 조절함으로써, 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터가 상기 1차 상태에서 상기 2차 상태로 전환할 때에는 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터가 파일럿 밸브를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 전환시키도록 배치되고, 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터가 상기 2차 상태에서 상기 1차 상태로 전환할 때에는 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터가 파일럿 밸브를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환시키도록 배치되는, 솔레노이드 제어식 액추에이터;
로터 및/또는 캠 샤프트 내에서 동축으로 배치된 밸브 몸체를 갖는 중앙 솔레노이드 밸브로, 상기 중앙 솔레노이드 밸브는 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 유동 포트 및 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 유동 포트를 포함하며, 상기 중앙 솔레노이드 밸브는 제1 챔버 및 제2 챔버 사이의 유체 연통을 차단하는 폐쇄 상태와 제1 챔버 및 제2 챔버 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 개방 상태 사이에서 전환 가능한, 중앙 솔레노이드 밸브; 및
중앙 솔레노이드 밸브와 제2 챔버 사이의 유체 경로에 배치되며, 중앙 솔레노이드 밸브에서 제2 챔버로의 유동을 가능하게 하고, 제2 챔버에서 중앙 솔레노이드 밸브로의 유동을 차단하도록 배치된 제2 체크 밸브를 포함한다.
이러한 방식으로 구성된 가변 캠 타이밍 페이저 장치는 다수의 이점을 갖는다. 구조가 간단하여 캠 페이저를 제어하기 위해 간단한 온/오프 밸브만 있으면 된다. 캠 페이저는 다른 캠 토크 작동식 캠 페이저와 비교하여 덜 복잡하거나 및/또는 덜 민감한 유압 구성 요소로 인해 더욱 견고하다. 구조적으로 견고한 온/오프 밸브만을 사용하고 캠 샤프트 베어링을 통해 압력 스파이크를 전달하지 않으므로 오일 배출 경로가 줄어들고 오일 소비가 낮아진다. 사용된 임의의 밸브가 두 위치만을 취하기 때문에, 밸브 고장의 위험성이 낮아지고, 이는 큰 작동력 및/또는 강력한 복귀 기기가 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 중간 위치 정확성이 필요하지 않으므로 더욱 견고한 솔레노이드가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 온/오프 파일럿 밸브를 작동시키기 위해 정밀한 다중 압력 조절이 필요하지 않다. 다른 이점들이 당업자에게 명백해질 수 있다.
가변 캠 타이밍 페이저 장치는 유압 유체 및/또는 파일럿 유체로서 유압 오일을 이용할 수 있다. 유압 오일을 활용하는 캠 페이저는 잘 확립되어 있다. 유압 오일을 파일럿 유체로 활용함으로써, 캠 페이저 장치의 구성이 단순화되고 캠 페이저를 오일로 리필하기 위한 대안적인 경로가 이용 가능하게 된다.
파일럿 밸브는 2/2 웨이(way) 온/오프 밸브일 수 있으며, 정상 개방 상태에 있도록 배치되고, 폐쇄 상태로 전환시키기 위해 파일럿 포트에서 증가된 유체 압력에 의해 작동될 수 있다. 이러한 밸브는 쉽게 이용할 수 있고, 잘 확립되어 있으며, 상업용 및 대형 차량 응용 분야에서 신뢰성 있는 서비스를 제공하기에 충분히 견고하다.
솔레노이드 제어식 액추에이터는 증가된 유체 압력의 소스와 유체 연통하는 입구 포트, 파일럿 밸브의 파일럿 포트와 유체 연통하는 출구 포트, 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브일 수 있고, 상기 솔레노이드 밸브의 1차 상태는 증가된 유체 압력의 소스로부터 파일럿 밸브의 파일럿 포트로의 유체 연통을 차단하고, 파일럿 밸브의 파일럿 포트로부터 벤트 포트로의 유체 연통을 가능하게 하는 비-통전 상태이고, 상기 솔레노이드 밸브의 2차 상태는 증가된 유체 압력의 소스로부터 파일럿 밸브의 파일럿 포트로의 유체 연통을 가능하게 하며 파일럿 밸브를 작동시키는 통전 상태이다. 이러한 솔레노이드 밸브는 쉽게 이용할 수 있고, 잘 확립되어 있으며, 상업용 및 대형 차량 응용 분야에서 신뢰성 있는 서비스를 제공하기에 충분히 견고하다. 솔레노이드 밸브는 밸브 고장의 위험성을 실질적으로 제거하는 포펫-형(poppet-type)일 수 있다.
솔레노이드 제어식 액추에이터는 실린더 내에 배치된 솔레노이드 구동식 피스톤을 포함할 수 있으며, 상기 실린더는 파일럿 밸브의 파일럿 포트와 유체 연통하도록 배치되고, 솔레노이드 구동식 피스톤의 1차 상태는 수축된 비-통전 상태이고, 솔레노이드 구동식 피스톤의 2차 상태는 연장된 통전 상태이며, 연장된 상태는 파일럿 밸브의 파일럿 포트에서 유체의 압력을 증가시킨다. 상기 증가된 유체 압력은 파일럿 밸브를 작동시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 파일럿 밸브의 작동 압력은 차량의 시스템 오일 압력에 의존할 필요는 없다. 실린더 액추에이터를 사용하여, 작동 압력은 오일 시스템 압력보다 높거나, 소망하는 경우 더 낮게 설계될 수 있다. 이를 통해 시스템의 견고성을 높일 수 있다.
중앙 솔레노이드 밸브는 정상 폐쇄 상태에 있도록 배치되고, 개방 상태로 전환시키기 위해 솔레노이드를 통전시킴으로써 작동되는 2/2 웨이 온/오프 밸브일 수 있다. 이러한 밸브는 다시 쉽게 이용할 수 있고, 잘 확립되어 있으며, 상업용 및 대형 차량 응용 분야에서 신뢰성 있는 서비스를 제공하기에 충분히 견고하다.
페일 세이프(failsafe) 관점에서, 정상 폐쇄 상태에 있는 중앙 솔레노이드 밸브와 함께 정상 개방 상태에 있는 파일럿 밸브를 갖는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 솔레노이드가 고장나면, 캠 토크 작동에 의해 로터가 베이스 위치로 이동되고, 이는 로터용 비틀림 스프링 편향 기기의 사용이 회피될 수 있음을 의미한다.
메인 오일 갤러리와 같은 증가된 유체 압력의 소스는 제1 리필 채널 및 제2 리필 채널을 통해 제1 챔버 및 제2 챔버와 유체 연통하도록 배치될 수 있으며, 제1 리필 채널 및 제2 리필 채널 각각은 제1 챔버 또는 제2 챔버로부터 증가된 유체 압력의 소스로의 유체 유동을 차단하도록 배치된 체크 밸브를 갖는다. 이는 최적의 성능을 위해 캠 페이저에 오일이 충분히 공급되고, 캠 페이저 시스템이 캠 샤프트 진동을 피하기에 충분히 강성인 것을 보장한다.
파일럿 밸브, 중앙 솔레노이드 밸브, 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브는 로터와 동축으로 배치된 단일 통합 밸브 유닛으로 통합될 수 있다. 통합 밸브 유닛의 사용은 캠 페이저를 제어하는데 필요한 개별 구성 요소의 수를 줄여 제조를 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
통합 밸브 유닛은,
원통형 벽, 원통형 하우징의 제1 단부를 밀봉하도록 배치된 제1 단부 벽 및 원통형 하우징의 제2 단부를 밀봉하도록 배치된 제2 단부 벽을 포함하는 원통형 하우징으로, 상기 하우징의 원통형 벽은 상기 하우징의 제1 단부 벽에 근접한 원통형 벽을 관통하는 제1 구멍, 원통형 하우징의 중간 부분에 근접한 원통형 벽을 관통하는 제2 구멍 및 상기 하우징의 제2 단부 벽에 근접한 원통형 벽을 관통하는 제3 구멍을 포함하는, 원통형 하우징;
제1 구멍과 제2 구멍 사이에서 상기 하우징에 배치된 제1 밸브 시트;
제2 구멍과 제3 구멍 사이에서 상기 하우징에 배치된 제2 밸브 시트;
제1 밸브 시트 상에 정상적으로 안착되도록 배치되며, 제1 구멍에서 제2 구멍으로의 유동을 차단하지만, 제2 구멍에서 제1 구멍으로의 유동을 가능하게 하도록 배치된 제1 밸브 부재;
제2 밸브 시트 상에 정상적으로 안착되도록 배치되며, 제2 구멍에서 제3 구멍으로의 유동을 차단하지만, 제3 구멍에서 제2 구멍으로의 유동을 가능하게 하도록 배치된 제2 밸브 부재;
상기 하우징의 제1 단부에 근접하여 상기 하우징과 외측으로 그리고 동축으로 배치되며, 파일럿 유체로부터 변경된 외부 유체 압력을 받을 때 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능하도록 배치된 제1 밸브 슬리브로, 상기 개방 위치는 제1 구멍을 통한 유체 유동을 가능하게 하고, 상기 폐쇄 위치는 제1 구멍을 통한 유체 유동을 차단하는, 제1 밸브 슬리브; 및
상기 하우징의 제2 단부에 근접하여 상기 하우징과 외측으로 그리고 동축으로 배치되며, 솔레노이드의 동작에 의해 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능하도록 배치된 제2 밸브 슬리브로, 상기 폐쇄 위치는 제3 구멍을 통한 유체 유동을 차단하고, 상기 개방 위치는 제3 구멍을 통한 유체 유동을 가능하게 하는, 제2 밸브 슬리브를 포함한다.
이러한 구성을 사용하여, 통합 밸브 유닛은 슬라이딩 밸브 슬리브와 같은 입증된 밸브 구성 요소 및 볼 밸브 부재나 디스크 밸브 부재와 같은 밸브 부재로부터 형성될 수 있다. 많은 기능이 단일 유닛에 통합되므로 공간이 절약된다. 체크 밸브 기능은 통합 밸브 유닛의 중앙에 위치하여 상업용 캠 토크 작동식 페이저로 알려진 소형의 특수 제작된 반경 방향으로 배치된 체크 밸브와 대조적으로 기존의 견고한 밸브 부재 및 시트가 사용될 수 있다.
제1 구멍 및 제3 구멍은 각각 가변 캠 타이밍 페이저 장치의 제1 챔버와 유체 연통하도록 배치될 수 있고, 제2 구멍은 가변 캠 타이밍 페이저 장치의 제2 챔버와 유체 연통하도록 배치될 수 있다. 이러한 방식으로 연결되면, 통합 밸브 유닛은 전술한 바와 같이 파일럿 밸브, 중앙 솔레노이드 밸브, 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브의 직접적인 대체물로 사용될 수 있다.
제1 밸브 슬리브는 일반적으로 개방 위치에 있을 수 있고, 증가된 유체 압력을 받을 때 폐쇄 위치로 이동할 수 있다. 제2 밸브 슬리브는 일반적으로 폐쇄 위치에 있을 수 있고, 솔레노이드를 통전시킴으로써 개방 위치로 이동할 수 있다. 따라서, 솔레노이드가 작동하지 않으면, 통합 밸브 유닛은 캠 토크 작동을 이용하여 로터를 베이스 위치로 복귀시키고, 이는 캠 페이저를 베이스 위치로 편향시키는데 비틀림 스프링이 필요하지 않을 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 바와 같은 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기관에서 캠 샤프트의 타이밍을 제어하는 제1 방법이 제공된다. 상기 방법은,
i. 솔레노이드 제어식 액추에이터를 2차 상태로 제공함으로써, 파일럿 밸브를 폐쇄 상태로 제공하고, 중앙 솔레노이드 밸브를 폐쇄 상태로 제공하는 단계;
ii. 솔레노이드 제어식 액추에이터를 1차 상태로 전환하여 파일럿 밸브를 개방 상태로 전환시킴으로써, 캠 샤프트 상에 작용하는 토크에 의해 초래되는 제1 챔버 및 제2 챔버의 주기적인 압력 변동으로 인해 유체가 제2 챔버에서 제1 챔버로 유동하게 되고, 제1 챔버에서 제2 챔버로의 유체 유동이 차단되어서, 스테이터에 대해 제1 회전 방향으로 로터가 회전하고, 제1 시간 방향으로 캠 타이밍이 조정되는 단계;
iii. 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징이 달성될 때까지 1차 상태로 솔레노이드 제어식 액추에이터를 유지하는 단계;
iv. 솔레노이드 제어식 액추에이터를 2차 상태로 전환하여 파일럿 밸브를 폐쇄 상태로 전환함으로써, 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 차단하고, 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징을 유지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 가변 캠 타이밍 페이저를 포함하는 내연 기관에서 캠 샤프트의 타이밍을 제어하는 제2 방법은,
i. 솔레노이드 제어식 액추에이터를 2차 상태로 제공함으로써, 파일럿 밸브를 폐쇄 상태로 제공하고, 중앙 솔레노이드 밸브를 폐쇄 상태로 제공하는 단계;
ii. 중앙 솔레노이드 밸브를 개방 상태로 전환시킴으로써, 캠 샤프트 상에 작용하는 토크에 의해 초래되는 제1 챔버 및 제2 챔버의 주기적인 압력 변동으로 인해 유체가 제1 챔버에서 제2 챔버로 유동하게 되고, 제2 챔버에서 제1 챔버로의 유체 유동이 차단되어서, 스테이터에 대해 제2 회전 방향으로 로터가 회전하고, 제1 시간 방향과 반대인 제2 시간 방향으로 캠 타이밍이 조정되는 단계;
iii. 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징이 달성될 때까지 개방 상태로 중앙 솔레노이드 밸브를 유지하는 단계;
iv. 중앙 솔레노이드 밸브를 폐쇄 상태로 전환시킴으로써, 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 차단하고, 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징을 유지하는 단계를 포함한다.
이들 방법은 캠 페이징을 간단하고 안정적인 방식으로 제어할 수 있으며, 제어를 위해 2개의 온/오프 솔레노이드만이 요구되어서 양방향으로 페이징하거나 현재 페이징을 유지할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 전술한 바와 같은 가변 캠 타이밍 페이저 장치 및/또는 전술한 바와 같은 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 위한 통합 밸브 유닛을 포함하는 내연 기관이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 전술한 바와 같은 가변 캠 타이밍 페이저 장치 및/또는 전술한 바와 같은 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 위한 통합 밸브 유닛을 포함하는 차량이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2a 은 본 발명에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치의 구성 요소로서 사용되는 통합 밸브 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 2b는 본 발명에 따른 통합 밸브 유닛의 제1 유체 경로를 개략적으로 도시한다.
도 2c는 본 발명에 따른 통합 밸브 유닛의 제2 유체 경로를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 내연 기관에서 캠 샤프트의 타이밍을 제어하기 위한 방법에 대한 프로세스 차트이다.
도 4은 본 발명에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기간을 구비한 차량을 개략적으로 도시한다.
본 발명은 종래 기술에서 공지된 다중 위치 스풀 밸브 대신에 중앙 장착식 온/오프 솔레노이드 밸브와 함께 중앙 장착식 온/오프 파일럿 밸브를 포함하는 제어 어셈블리를 이용함으로써 캠 토크 작동식 캠 페이징이 달성될 수 있다는 사실에 기초한다. 적절하게 배치된 체크 밸브와 함께 2개의 개별적으로 조절되는 온/오프 밸브의 조합으로, 유체 유동을 제어하여 간단하고 견고한 구성 요소만을 사용하여 캠 샤프트 타이밍을 진각, 지연 또는 유지할 수 있다. 다중 위치 조절이 필요 없기 때문에 가변 힘 솔레노이드 또는 압력 조절 밸브와 같은 다중 힘 액추에이터가 필요하지 않다. 2개의 제어 밸브는 단일 유닛으로 통합될 수 있으므로 종래 기술의 다중 위치 스풀 밸브보다 공간을 더 필요로 하지 않는다.
본 발명의 캠 타이밍 페이저 장치는 로터, 로터를 동축으로 둘러싸는 스테이터 및 제어 어셈블리를 포함한다.
캠 페이저 로터는 내연 기관의 캠 샤프트에 연결되도록 배치된다. 상기 캠 샤프트는 흡기 밸브 캠 샤프트, 배기 밸브 캠 샤프트 또는 결합된 흡기/배기 캠 샤프트와 같은 엔진 내의 임의의 다른 캠 샤프트일 수 있다. 로터는 적어도 하나의 베인을 구비하고, 바람직하게는 3개, 4개, 5개 또는 6개의 베인과 같은 복수의 베인을 구비할 수 있다. 제어 어셈블리의 파일럿 밸브로/로부터 오일 유동을 위한 별도의 오일 채널이 베인들 중 적어도 하나의 베인의 각각의 측면에 제공되지만, 바람직하게는 각각의 베인의 각각의 측면에 제공된다.
스테이터는 구동력을 수용하도록 배치된다. 이는 예를 들어, 타이밍 벨트를 통해 크랭크샤프트로부터 구동력을 사용하는 캠 스프로킷에 스테이터를 연결하는 것 일 수 있다. 스테이터는 또한 캠 스프로킷과 구조적으로 통합될 수 있다. 스테이터는 로터를 동축으로 둘러싸고, 로터의 적어도 하나의 베인을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스를 갖는다. 실제로, 스테이터는 로터 베인의 수와 동일한 개수의 리세스를 갖는다. 스테이터 내의 리세스는 로터 베인보다 약간 크며, 이는 로터가 리세스의 중앙에 위치된 베인과 함께 스테이터 내에 위치될 때 챔버가 각각의 로터의 각각의 측면에 형성됨을 의미한다. 이들 챔버는 유압 오일로 채워질 때 제1 방향으로 스테이터에 대해 로터를 회전시키는 제1 챔버와, 유압 오일로 채워질 때 제2 방향으로 스테이터에 대해 로터를 회전시키는 제2 챔버로서 특징지어질 수 있다.
제어 어셈블리는 파일럿 밸브, 파일럿 밸브를 작동시키기 위해 원격 위치된 솔레노이드 제어식 액추에이터, 파일럿 밸브와 제1 챔버 사이의 유체 경로에 배치된 제1 체크 밸브, 중앙 솔레노이드 밸브 및 중앙 솔레노이드 밸브와 제2 챔버 사이의 유체 경로에 배치된 제2 체크 밸브를 포함한다.
밸브가 "온/오프"로 언급되는 경우, 밸브는 개방 상태와 폐쇄 상태의 2가지 상태만을 갖는 밸브를 지칭한다. 그러나, 이러한 밸브는 2개보다 많은 포트를 가질 수 있다. 예를 들어, 3/2 웨이 온/오프 밸브는 3개의 포트와 2개의 상태를 갖는다. 이러한 밸브는 종종 개방될 때 2개의 유동 포트를 연결하고, 폐쇄될 때 유동 포트 중 하나를 벤트/배기 포트에 연결한다.
밸브 또는 밸브 슬리브가 "정상 폐쇄/개방/온/오프"로 언급되는 경우, 밸브가 작동하지 않을 때 밸브의 상태를 나타낸다. 예를 들어, 정상 개방 솔레노이드 밸브는 작동하지 않거나/비 통전일 때 개방 위치에 유지되며 일반적으로 스프링 리턴과 같은 리턴을 사용한다. 정상 개방 솔레노이드 밸브가 작동/통전될 때, 솔레노이드는 밸브를 개방 상태로 유지하는 리턴 힘을 극복하기에 충분한 힘으로 작용하고, 따라서, 밸브는 폐쇄된다. 비 작동/비 통전 시에, 리턴은 밸브를 개방 상태로 복귀시킨다.
구성 요소가 "유체 연통"되거나 또는 구성 요소 "사이에" 유동이 허용 또는 방지되는 것으로 언급되는 경우에, 이러한 유동은 반드시 방향성이 있는 것이 아닌, 즉, 유동이 양 방향으로 진행될 수 있다는 것으로 해석되어야 한다. 단일 방향의 방향 유동은 구성 요소"에서" 다른 구성 요소"로"의 유동으로 표시된다.
파일럿 밸브는 로터 또는 캠 샤프트 내에서 동축으로 위치되는 것과 같이 캠 페이저의 중앙에 위치하고 로터 및 캠 샤프트와 함께 회전한다. 파일럿 밸브는 별도의 구성 요소이거나 또는 제어 어셈블리의 하나 이상의 추가 밸브와 통합될 수 있다. 파일럿 밸브는 2/2 웨이 온/오프 밸브, 즉, 2개의 유동 포트, 즉, 제1 및 제2 포트와 2개의 위치(개방 또는 폐쇄)를 갖는 밸브일 수 있다. 파일럿 밸브는 제1 포트에서 제1 챔버로 이어지는 오일 채널과 유체 연통하며, 제2 포트에서 제2 챔버로 이어지는 오일 채널과 유체 연통한다. 따라서, 밸브가 개방될 때 제1 및 제2 챔버 사이의 유체 연통이 성립된다. 파일럿 밸브에는 파일럿 유체 공급부에 연결된 파일럿 포트도 있다. 온/오프 파일럿 밸브의 전환은 파일럿 포트에서 파일럿 유체의 압력에 의해 조절되고; 파일럿 유체의 압력은 원격 배치된 솔레노이드 액추에이터에 의해 조절된다. 파일럿 유체는 공기일 수 있으며, 즉, 파일럿 밸브는 공압식으로 작동될 수 있다. 그러나, 유압 오일이 이미 캠 페이저 장치에서 사용되므로 파일럿 유체는 유압 오일인 것이 바람직하고, 이는 시스템 설계를 상당히 단순화시킨다. 파일럿 밸브는 정상 폐쇄될 수 있으며, 즉, 작동되지 않을 때 폐쇄될 수 있다. 그러나, 파일럿 밸브는 또한 정상 개방일 수 있으며, 즉, 작동되지 않을 때 개방되어서 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 허용할 수 있다. 파일럿 밸브는 포펫 밸브, 슬라이딩 스풀 밸브 및 로터리 스풀 밸브를 포함하지만 이에 한정되지 않는 당 업계에서 공지된 임의의 적합한 밸브 유형일 수 있다. 상기 밸브는 복귀 스프링을 구비할 수 있다.
솔레노이드 액추에이터는 파일럿 밸브를 작동시키기 위해 파일럿 유체 압력을 조절한다. 이는 "가압(pushing)"에 의해 파일럿 밸브를 작동시키기 위한 압력을 증가시킴으로써 수행될 수 있다. 그러나, 파일럿 밸브는 파일럿 유체 압력을 감소시키는 "당김(pulling)" 효과에 의해 작동될 수도 있다. 솔레노이드 액추에이터는 오일을 파일럿 유체로 사용하는 경우에, 메인 오일 갤러리와 같은 유체 압력의 소스에 연결하여 유체 압력을 증가시키는 온/오프 솔레노이드 밸브일 수 있다. 예를 들어, 입구 포트에서 오일 갤러리에 연결되고 출구 포트에서 파일럿 밸브의 파일럿 포트로 이어지는 오일 채널에 연결되며, "오프" 위치에 있을 때 파일럿 포트로 이어지는 채널로부터 오일 압력을 해제하기 위한 벤트 포트를 구비하는 3-포트, 2-위치 온/오프 솔레노이드 밸브일 수 있다. 일반적으로 솔레노이드가 작동하지 않을 때는 "오프" 위치에 있고, 솔레노이드가 작동하면 "온" 위치로 전환될 수 있다. 솔레노이드 밸브는 포펫 밸브, 슬라이딩 스풀 밸브 및 로터리 스풀 밸브를 포함하지만 이에 한정되지 않는 당 업계에서 공지된 임의의 적합한 밸브 유형일 수 있다. 포펫 밸브를 사용하면 밸브 고장의 위험성이 거의 없다.
솔레노이드 액추에이터는 또한 파일럿 밸브의 파일럿 포트와 유체 연결되는 오일-충전 실린더일 수 있다. 온/오프 솔레노이드 작동식 피스톤은 실린더에 제공된다. 솔레노이드 작동식 피스톤은 작동시 실린더 내의 오일 체적을 하방으로 가압하여 파일럿 포트에서 증가된 압력을 유도할 수 있다. 대안적으로, 솔레노이드 작동식 피스톤은 작동시 실린더에서 후퇴하여 파일럿 밸브에서 감소된 오일 압력을 유도하고, 따라서, "당김" 효과를 발생시킬 수 있다.
솔레노이드 액추에이터는 캠 페이저 장치의 회전 구성 요소로부터 원격으로 위치될 수 있으며, 예컨대, 캠 샤프트 베어링 또는 내연 기관의 다른 비 회전 구성 요소 상에 또는 캠 샤프트 베어링 또는 내연 기관의 다른 비 회전 구성 요소에 근접하여 위치될 수 있다.
제1 체크 밸브는 파일럿 밸브와 제1 챔버 사이의 유체 경로에 배치된다. 상기 체크 밸브는 별도의 구성 요소이거나 또는 파일럿 밸브 및/또는 제어 어셈블리의 다른 밸브와 통합될 수 있다. 제1 체크 밸브는 파일럿 밸브가 개방될 때마다 제2 챔버에서 제1 챔버로의 방향으로 단방향 유동만을 가능하게 하는 기능을 한다. 즉, 제1 체크 밸브는 제1 챔버에서 제2 챔버로의 유동을 차단한다.
중앙 솔레노이드 밸브는 로터 또는 캠 샤프트 내에서 동축으로 위치되는 것과 같이 캠 페이저의 중앙에 위치하고 로터 및 캠 샤프트와 함께 회전하는 밸브 몸체를 갖는다. 솔레노이드 작동식 중앙 솔레노이드 밸브는 로터에 근접하여 로터의 회전축의 중심에서 로터의 외부에 장착될 수 있다. 솔레노이드는 캠 페이저 장치의 회전 구성 요소와 관련하여 고정되어 있다. 중앙 솔레노이드 밸브의 밸브 몸체는 별개의 개별 구성 요소이거나 또는 제어 어셈블리의 하나 이상의 추가 밸브와 통합될 수 있다. 중앙 솔레노이드 밸브는 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 포트 및 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 포트를 갖는다. 중앙 솔레노이드 밸브는 개방 위치와 폐쇄 위치인 2개의 상태를 갖는다. 개방 위치에 있을 때마다, 솔레노이드 밸브는 제2 챔버와 제1 챔버 사이의 유체 연통을 가능하게 하며, 폐쇄 위치에서는 중앙 솔레노이드 밸브를 통해 제2 챔버와 제1 챔버 사이의 유체 연통이 허용되지 않는다. 중앙 솔레노이드 밸브는 2/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브일 수 있다. 상기 밸브는 정상 폐쇄일 수 있으며, 이는 "오프" 위치에서 폐쇄되고, "온" 위치에서 개방되는 것을 의미한다. 대안적으로, 상기 밸브는 정상 개방일 수 있다. 중앙 솔레노이드 밸브는 포펫 밸브, 슬라이딩 스풀 밸브 및 로터리 스풀 밸브를 포함하지만 이에 한정되지 않는 당 업계에서 공지된 임의의 적합한 밸브 유형일 수 있다. 상기 밸브는 복귀 스프링을 구비할 수 있다.
제2 체크 밸브는 중앙 솔레노이드 밸브와 제2 챔버 사이의 유체 경로에 배치된다. 상기 체크 밸브는 별도의 구성 요소이거나 또는 중앙 솔레노이드 밸브 및/또는 제어 어셈블리의 다른 밸브와 통합될 수 있다. 제2 체크 밸브는 중앙 솔레노이드 밸브가 개방될 때마다 제1 챔버에서 제2 챔버로의 방향으로 단방향 유동만을 가능하게 하는 기능을 한다. 즉, 제2 체크 밸브는 제2 챔버에서 제1 챔버로의 유동을 차단한다.
파일럿 밸브, 파일럿 밸브의 솔레노이드 액추에이터 및 제1 체크 밸브는 함께 제2 챔버에서 제1 챔버로의 제1 단방향 유체 경로를 제어하는 기능을 한다. 파일럿 밸브가 폐쇄되면, 파일럿 밸브를 통한 유체 유동이 불가능하다. 파일럿 밸브가 개방될 때마다, 제2 챔버에서 제1 챔버로의 일방향 유체 유동이 가능하지만, 파일럿 밸브를 통해 반대 방향으로의 유동은 방지된다.
유사한 방식으로, 중앙 솔레노이드 밸브 및 제2 체크 밸브는 함께 제1 챔버에서 제2 챔버로의 제1 단방향 유체 경로를 제어하는 기능을 한다. 중앙 솔레노이드 밸브가 폐쇄되면, 중앙 솔레노이드 밸브를 통한 유체 유동이 불가능하다. 중앙 솔레노이드 밸브가 개방될 때마다, 제1 챔버에서 제2 챔버로의 일방향 유체 유동이 가능하지만, 파일럿 밸브를 통해 반대 방향으로의 유동은 방지된다.
따라서, 제어 어셈블리는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 2개의 개별 "유압 래칫(hydraulic ratchet)" 경로로 기능하며, 각각의 "유압 래칫" 경로는 중앙 밸브 중 하나에 의해 제어된다. 파일럿 밸브가 개방되고, 중앙 솔레노이드 밸브가 폐쇄되는 경우에, 유체는 제2 챔버에서 제1 챔버로만 유동할 수 있다. 따라서, 캠 샤프트 토크의 주기적인 변화로 인해 제2 챔버가 제1 챔버보다 높은 유체 압력을 가질 때마다 유체가 제2 챔버에서 제1 챔버로 유동한다. 그러나, 제1 챔버의 압력이 제2 챔버의 압력보다 높을 때마다, 반대 유동 방향이 방지된다. 따라서, 파일럿 밸브를 개방하고, 중앙 솔레노이드 밸브를 폐쇄하면 로터가 스테이터에 대해 제1 방향으로 회전하게 된다. 중앙 솔레노이드 밸브가 개방되고, 파일럿 밸브가 폐쇄되는 경우에, 유체는 제1 챔버에서 제2 챔버로만 유동할 수 있다. 따라서, 캠 샤프트 토크의 주기적인 변화로 인해 제1 챔버가 제2 챔버보다 높은 유체 압력을 가질 때마다 유체가 제1 챔버에서 제2 챔버로 유동한다. 그러나, 제2 챔버의 압력이 제1 챔버의 압력보다 높을 때마다, 반대 유동 방향이 방지된다. 따라서, 중앙 솔레노이드 밸브를 개방하고 파일럿 밸브를 폐쇄하면, 로터는 스테이터에 대해 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전하게 된다.
일 실시예에서, 파일럿 밸브, 중앙 솔레노이드 밸브, 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브는 단일 통합 밸브 유닛으로 통합될 수 있다. 이러한 경우에, 제어 어셈블리는 중앙에 위치된 단일 통합 밸브 유닛, 통합 밸브 유닛의 파일럿 밸브 구성 요소(제1 밸브 슬리브)를 작동시키기 위한 원격 위치된 솔레노이드 액추에이터 및 통합 밸브 유닛의 솔레노이드 밸브 구성 요소를 작동시키기 위한 중앙 고정 장착식 솔레노이드를 포함한다.
이제 통합 밸브 유닛이 상세히 설명될 것이다.
원통형 하우징은 원통형 벽, 원통형 하우징의 제1 단부를 밀봉하도록 배치된 제1 단부 벽 및 원통형 하우징의 제2 단부를 밀봉하도록 배치된 제2 단부 벽을 포함한다. 원통형 하우징은 바람직하게는 원형의 원통형이며 바람직하게는 종방향 축선을 따라 회전 대칭이다. 상기 하우징의 원통형 벽은 상기 하우징과의 유체 연통을 가능하게 하기 위해 하우징 벽을 관통하는 3개의 구멍 세트를 갖는다. 각각의 구멍 세트는 적어도 하나의 구멍을 포함하지만, 바람직하게는 4개 이상의 구멍 또는 6개 이상의 구멍과 같이, 2개 이상의 구멍을 포함한다. 각각의 구멍 세트는 바람직하게는 상기 하우징의 원형 벽의 원주 둘레에 고르게 이격되어 있다. 상기 하우징을 관통하는 각각의 구멍은 원형일 수 있지만, 상기 하우징의 종방향 회전 대칭 축선에 대해 하우징의 반경 방향 또는 종방향으로 연장될 수도 있다.
제1 구멍 세트는 하우징의 제1 단부 벽에 근접하여 위치되고, 제2 구멍 세트는 원통형 하우징의 중간 부분에 근접하여 위치되며, 제3 구멍 세트는 하우징의 제2 단부 벽에 근접하여 위치된다.
하우징 내에서, 제1 밸브 시트는 제1 구멍 세트와 제2 구멍 세트 사이에 배치되고, 제2 밸브 시트는 제2 구멍 세트와 제3 구멍 세트 사이에 배치된다.
제1 밸브 부재는 하우징 내에서 하우징의 제1 단부 벽에 더 근접한 제1 밸브 시트의 측면 상에 배치된다. 상기 밸브 부재는 일반적으로 제1 밸브 시트 상에 안착되어 밀봉을 형성하고, 제1 구멍 세트에서 제2 구멍 세트로의 유동을 차단한다. 그러나, 제2 구멍 세트에서 제1 구멍 세트 방향으로의 유동은 밸브 부재를 분리할 것이고, 따라서, 상기 방향으로의 유동이 허용된다.
제2 밸브 부재는 하우징 내에서 제1 밸브 시트와 제2 밸브 시트 사이에 배치된다. 제2 밸브 부재는 일반적으로 제2 밸브 시트 상에 안착되어 밀봉을 형성하고, 제2 구멍 세트에서 제3 구멍 세트로의 유동을 차단한다. 그러나, 제3 구멍 세트로부터 유동을 받을 때, 제2 밸브 부재는 변위되어서 제2 구멍 세트로의 유동을 가능하게 한다.
제1 및 제2 밸브 부재는 디스크 밸브 부재 또는 볼 밸브 부재와 같은 당 업계에 공지된 임의의 밸브 부재일 수 있다. 체크 밸브는 스프링을 포함하는 임의의 공지된 수단에 의해 통상적인 안착 위치 쪽으로 편향될 수 있다.
따라서, 밸브 시트 및 밸브 부재와 함께 하우징에 의해 허용되는 전체 유동 방향은 제2 구멍 세트에서 제1 구멍 세트까지이며; 제3 구멍 세트에서 제2 구멍 세트까지이다. 차단되는 유동 방향은 제1 구멍 세트에서 제2 또는 제3 구멍 세트로의 유동이며; 또는 제2 구멍 세트에서 제3 구멍 세트로의 유동이다.
2개의 밸브 슬리브는 하우징의 외부에 배치되며, 하우징과 동축으로 배치된다. 제1 밸브 슬리브는 하우징의 제1 단부에 근접하여 배치된다. 제1 밸브 슬리브는 파일럿 유체로부터 변경된 외부 유체 압력을 받을 때 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있다. 개방 위치는 제1 구멍 세트를 통한 유체 유동을 가능하게 하고, 폐쇄 위치는 제1 구멍을 통한 유체 유동을 차단한다. 따라서, 폐쇄 위치는 제2 또는 제3 구멍 세트에서 제1 구멍 세트로의 유동을 차단한다. 밸브 슬리브의 개방/폐쇄 기능은 예를 들어, 밸브 하우징 내의 제1 구멍 세트의 구멍에 대응하는 제1 밸브 슬리브의 구멍을 구비함으로써 달성될 수 있다. 밸브 슬리브의 구멍이 밸브 하우징의 구멍과 정렬되면 유동이 가능하게 되고; 구멍들이 정렬되지 않은 경우에 유동이 차단된다. 제1 밸브 슬리브는 하우징의 종방향 축선을 따르는 방향으로의 병진 운동에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있다. 그러나, 종방향 축선을 중심으로 하는 회전 운동은 두 상태 사이를 전환하는 방법으로 생각할 수도 있다. 제1 밸브 슬리브는 예를 들어, 정상 개방 상태인 스프링 복귀 부재를 사용하여 편향될 수 있다. 대안적으로, 상기 스프링 복귀 부재는 정상 폐쇄 상태일 수 있다.
제2 밸브 슬리브는 하우징의 제2 단부에 근접하여 배치된다. 제2 밸브 슬리브는 솔레노이드 액추에이터로부터의 작동력을 받을 때 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있다. 개방 위치는 제3 구멍 세트를 통한 유체 유동을 가능하게 하고, 폐쇄 위치는 제3 구멍을 통한 유체 유동을 차단한다. 이는 예를 들어, 밸브 하우징 내의 제3 구멍 세트의 구멍에 대응하는 제2 밸브 슬리브의 구멍을 구비함으로써 달성될 수 있다. 밸브 슬리브의 구멍이 밸브 하우징의 구멍과 정렬되면 유동이 가능하게 되고; 구멍들이 정렬되지 않은 경우에 유동이 차단된다. 제3 밸브 슬리브는 하우징의 종방향 축선을 따르는 방향으로의 병진 운동에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있다. 그러나, 종방향 축선을 중심으로 하는 회전 운동은 두 상태 사이를 전환하는 방법으로 생각할 수도 있다. 제2 밸브 슬리브는 예를 들어, 정상 폐쇄 상태인 스프링 복귀 부재를 사용하여 편향될 수 있다. 대안적으로, 상기 밸브는 정상 개방 상태일 수 있다.
제2 구멍 세트는 밸브 슬리브에 의해 덮히지 않으므로 항상 유체 연통을 위해 개방되어 있다.
밸브 하우징 및 밸브 슬리브는 다양한 부품을 서로 정확한 관계로 유지하고 제1 및 제2 챔버로의 유체 연결을 가능하게 하는 통합 밸브 인클로저로 둘러싸일 수 있다. 제1 구멍 세트 및 제3 구멍 세트는 제1 챔버와 유체 연결되도록 배치되고, 제2 구멍 세트는 제2 챔버와 유체 연결되도록 배치된다. 이러한 방식으로 배치될 때, 통합 밸브 유닛은 전술한 바와 같이 비-통합 제어 어셈블리와 유사한 방식으로 작동한다. 제1 밸브 슬리브는 파일럿 밸브와 유사하며, 제2 밸브 슬리브는 중앙 솔레노이드 밸브와 유사하다. 체크 밸브 기능은 밸브 하우징, 밸브 시트 및 밸브 부재에 의해 수행된다. 제1 밸브 슬리브가 개방되고, 제2 밸브 슬리브가 폐쇄되는 것은 제2 챔버에서 제1 챔버로의 단일 방향 유동을 가능하게 하지만, 반대 방향으로의 유동을 차단한다. 제2 밸브 슬리브가 개방되고, 제1 밸브 슬리브가 폐쇄되는 것은 제1 챔버에서 제2 챔버로의 단일 방향 유동을 가능하게 하지만, 반대 방향으로의 유동을 차단한다.
오일 압력은 메인 오일 갤러리와 같은 오일 압력의 소스에 연결하여 본 발명의 캠 페이저 시스템에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 이러한 연결 지점은 제1 및/또는 제2 챔버로부터 파일럿 밸브로 이어지는 유체 채널 상에 배치될 수 있다. 이러한 연결 지점은 또한 솔레노이드 액추에이터와 관련하여, 예를 들어, (전술한 바와 같이) 솔레노이드 밸브의 입구 포트에 대한 연결부로서 솔레노이드 액추에이터와 함께 또는 오일 충전-실린더와 함께 배치될 수 있다. 오일 압력의 소스에 연결되는 채널(들)에는 체크 밸브(들)가 제공되어서, 캠 페이저 어셈블리에서 오일 압력의 소스로 오일이 역류하는 것을 방지할 수 있다.
캠 페이저 어셈블리에는 다수의 페일 세이프 구성이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 압력 작동식 잠금 핀은 잠금 핀을 수용하기 위한 스테이터의 대응 리세스와 함께 로터의 베인 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 잠금 핀을 수용하기 위한 리세스는 베이스 위치에 위치되며, 즉, 완전히 진각되거나 또는 완전히 지연될 수 있다. 비틀림 스프링은 시스템 고장시 로터를 베이스 위치 쪽으로 편향시키기 위해 제공될 수 있다. 그러나, 캠 페이저의 제어 어셈블리는 제어 밸브 중 하나가 정상적으로 개방되어 있고 다른 밸브가 정상적으로 폐쇄되어 있도록 편향될 수도 있고, 이는 솔레노이드의 전기적 고장이 발생하는 경우에 캠 토크 작동에 의해 로터가 베이스 위치에서 사용되는 것을 의미한다. 따라서, 비틀림 스프링이 필요하지 않다. 잠금 핀은 일반적으로 전개(잠금) 위치에 있으며, 캠 페이저 장치의 구성 요소의 압력이 임계 압력을 초과하면 수축(잠금 해제) 위치로 작동된다. 예를 들어, 잠금 핀은 챔버로부터 파일럿 밸브로 이어지는 하나 이상의 채널과 유체 연결될 수 있다.
본 발명의 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 사용하여 페이징을 제어하는 수단은 제어 어셈블리가 개별 밸브 구성 요소 또는 통합 밸브 유닛을 포함하는지 여부에 상관없이 동일하다. 캠 샤프트 페이징이 필요한 경우, 한 챔버에서 다른 챔버로의 단방향 유동을 가능하게 하기 위해 제어 밸브 중 하나는 개방되고, 다른 밸브는 폐쇄된다. 캠 샤프트에 작용하는 토크의 주기적인 변화는 다른 챔버에 대해 2개의 챔버 각각에서 주기적인 변동을 초래한다. 압력 차이가 허용된 유동 방향으로 작용하면, 유체가 허용된 방향으로 두 챔버 사이에서 유동하게 된다. 압력 차이가 반대 방향으로 작용하면, 제어 어셈블리는 체크 밸브로서 기능하여 유동을 차단한다. 따라서, 로터는 스테이터에 대해 소망하는 방향으로 점진적으로 회전하게 되고, 캠 샤프트 타이밍이 변경된다. 따라서, 예를 들어, 파일럿 밸브를 개방하고 중앙 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 것은 스테이터에 대해 제1 방향으로 로터를 회전시키는 반면, 파일럿 밸브를 폐쇄하고 중앙 솔레노이드 밸브를 개방하는 것은 스테이터에 대해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 로터를 회전시키게 된다. 페이징의 유지가 필요한 경우, 파일럿 밸브 및 중앙 솔레노이드 밸브는 폐쇄되고, 따라서, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 양방향으로 유체가 유동하는 것이 차단된다.
본 발명은 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 개시된 가변 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시예를 도시한다. 캠 샤프트(1)는 캠 샤프트 베어링(3) 상에 놓여있다. 캠 샤프트(3)의 단부에는 캠 스프로킷(5)이 있다. 캠 스프로킷에는 스테이터(7)가 고정되어 있다. 로터(9)는 스테이터 내에 동축으로 배치된다. 로터(9)는 캠 샤프트(1)의 단부에 고정된다. 스테이터(7) 및 로터(9)의 베인들(도시되지 않음)은 함께 적어도 하나의 제1 챔버(11) 및 적어도 하나의 제2 챔버(13)를 형성한다. 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(13)로/로부터 오일 양을 변화시킴으로써, 스테이터(7)에 대한 로터(9)의 각도가 변화될 수 있다. 로터(9)가 캠 샤프트(1)에 고정되고, 스테이터(7)가 캠 스프로킷(5)에 고정되기 때문에, 캠 샤프트(1)와 캠 스프로킷(5) 사이의 각도도 변하고, 내연 기관의 밸브 타이밍이 변경된다.
제어 어셈블리는 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13) 사이의 유체 유동을 조절하기 위해 사용된다. 제어 어셈블리는 2/2 웨이 유체 압력 파일럿 밸브(15)를 포함한다. 파일럿 밸브(15)는 로터(9)에 근접한 캠 샤프트 (1)의 단부의 중앙에 위치된다. 파일럿 밸브(15)의 제1 포트는 제1 오일 채널(17)을 통해 제1 챔버(11)와 유체 연결되고, 파일럿 밸브(15)의 제2 포트는 제2 오일 채널(19)을 통해 제2 챔버(13)와 유체 연통한다. 제1 체크 밸브(21)는 파일럿 밸브(15)에서 제1 챔버(11)로의 유동을 가능하게 하지만 반대 방향으로의 유동을 차단하기 위해 제1 오일 채널(17)에 배치된다.
파일럿 오일 채널(23)은 파일럿 밸브(15)의 파일럿 포트에서 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브(25)의 출구 포트로 이어진다. 솔레노이드 밸브(25)는 캠 베어링 홀더 상에 위치된다. 솔레노이드 밸브(25)의 입구 포트는 메인 오일 갤러리와 같은 오일 압력의 소스(27)에 연결되고, 솔레노이드 밸브(25)의 나머지 포트는 벤트 포트이다. 오일 압력의 소스(27)로부터 이어지는 오일 리필 채널(29, 31)은 제1 오일 채널(17) 및 제2 오일 채널(19)에 각각에 결합된다. 각각의 오일 리필 채널(29, 31)에는 제1 및 제2 오일 채널(17, 19)로부터의 오일 역류를 방지하는 체크 밸브(33, 35)가 장착된다.
중앙 2/2 웨이 솔레노이드 밸브(37)는 로터(9) 내에서 중앙에 위치된 밸브 몸체(37) 및 밸브 몸체를 제어하기 위한 외부 고정 솔레노이드(43)를 구비하여 배치된다. 중앙 솔레노이드 밸브(37)의 제1 포트는 제3 오일 채널(39)을 통해 제1 챔버(11)와 유체 연결되고, 중앙 솔레노이드 밸브(37)의 제2 포트는 제4 오일 채널(41)을 통해 제2 챔버(13)와 유체 연통한다. 제2 체크 밸브(44)는 중앙 솔레노이드 밸브(37)에서 제2 챔버(13)로의 유동을 가능하게 하지만 반대 방향으로의 유동을 차단하기 위해 제4 오일 채널(41)에 배치된다.
증가된 유체 압력에 의해 작동되지 않을 때, 파일럿 밸브(15)는 개방되고, 작동되지 않을 때, 솔레노이드 밸브(25)는 폐쇄된다(파일럿 오일 채널(23)이 통풍되도록 유도함). 중앙 솔레노이드 밸브(37)는 작동되지 않을 때 폐쇄된다. 따라서, 솔레노이드 밸브(25 및 35)가 통전되지 않을 때, 오일은 제2 챔버(13)에서 제1 챔버(11)로 유동할 수 있지만, 제1 챔버(11)에서 제2 챔버(13)로 유동할 수는 없다. 따라서, 이러한 모드는 솔레노이드 밸브(25, 35)의 솔레노이드가 고장나는 경우에, 로터를 베이스 위치로 이동시키는 페일 세이프 모드뿐만 아니라 제1 방향으로의 페이징 모드로 작용한다. 제2 모드에서, 원격 솔레노이드 밸브(25)가 통전되어서, 파일럿 밸브(15)가 폐쇄되고, 중앙 솔레노이드 밸브(37)가 통전되지 않고 폐쇄된다. 상기 모드에서는 챔버 사이의 오일 유동이 가능하지 않으므로 페이징이 유지된다. 제3 모드에서, 원격 솔레노이드 밸브(25)가 통전되어서, 파일럿 밸브(15)가 폐쇄되고, 중앙 솔레노이드 밸브(37)가 통전되어 개방된다. 따라서, 상기 모드에서, 오일은 제1 챔버에서 제2 챔버로 유동할 수 있고, 따라서, 상기 모드는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 페이징을 제공한다. 전술한 바와 같이, 중앙 솔레노이드 밸브(37)는 로터(9) 및 캠 샤프트(1)와 함께 회전하지만, 상기 밸브(37)를 제어하는 솔레노이드(43)는 회전하지 않는다, 즉, 고정되어 있다. 이는 솔레노이드(43)의 전기자와 중앙 솔레노이드 밸브(37) 사이에 슬라이딩 접촉이 있음을 의미한다. 그러나, 중앙 솔레노이드 밸브(37)의 솔레노이드(43)의 전기자는 제2 방향의 페이징이 요구될 때마다 상기 밸브(37)와 접촉할 필요가 있으며, 이는 페이징 유지 모드를 얻기 위해 슬라이딩 접촉이 요구되는 종래 기술 해결책과 비교하여 슬라이딩 접촉의 지속 시간이 최소라는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 통합 밸브 유닛을 도시한다. 도 2a는 비-작동 상태의 통합 밸브 유닛을 도시한다. 밸브 유닛은 원통형 벽(103), 하우징(101)의 제1 단부에 있는 제1 단부 벽(105) 및 하우징(101)의 제2 단부에 제2 단부 벽(107)을 갖는 밸브 하우징(101)을 포함한다. 원통형 벽(103)을 관통하는 제1 구멍 세트(109)는 제1 단부 벽(105)에 근접하여 제공된다. 원통형 벽(103)을 관통하는 제2 구멍 세트(111)는 원통형 벽의 중간 부분에 근접하여 제공된다. 원통형 벽(103)을 관통하는 제3 구멍 세트(113)는 제2 단부 벽(107)에 근접하여 제공된다. 제1 밸브 시트(115)는 제1 구멍 세트(109)와 제2 구멍 세트(111) 사이에서 하우징(101) 내에 위치된다. 제2 밸브 시트(117)는 제2 구멍 세트(111)와 제3 구멍 세트(113) 사이에 위치된다. 제1 스프링 편향식 볼 밸브 부재(119)는 하우징(101) 내에 배치되어 제1 밸브 시트(115) 상에 정상적으로 안착된다. 제2 스프링 편향식 볼 밸브 부재(121)는 제2 밸브 시트(117) 상에 정상적으로 안착되도록 배치된다. 제1 밸브 슬리브(123)는 하우징(101)의 제1 단부를 동축으로 둘러싸도록 배치된다. 제1 밸브 슬리브(123)는 제1 위치에 있을 때 제1 구멍 세트(109)를 통한 유동을 가능하게 하고, 제2 위치에 있을 때마다 제1 구멍 세트를 통한 유동을 차단한다. 제1 밸브 슬리브는 정상 개방 위치에 있고, 원격 솔레노이드 액추에이터(25)(도시되지 않음)로부터의 증가된 오일 압력에 의해 폐쇄 위치로 이동된다. 제2 밸브 슬리브(125)는 하우징(101)의 제2 단부를 동축으로 둘러싸도록 배치된다. 제2 밸브 슬리브(125)는 제1 위치에 있을 때 제3 구멍 세트(113)를 통한 유동을 차단하고, 제2 위치에 있을 때마다 제3 구멍 세트를 통한 유동을 가능하게 한다. 제3 밸브 슬리브는 일반적으로 제1 (폐쇄) 위치에 있고, 솔레노이드(43)(도시되지 않음)에 의해 제2 (개방) 위치로 이동된다.
제1 구멍 세트(109) 및 제3 구멍 세트(113)는 제1 챔버(11)(도시되지않음)와 유체 연통하도록 배치된다. 제2 구멍 세트는 제2 챔버(13)(도시되지 않음)와 유체 연통하도록 배치된다.
도 2b 및 도 2c는 스테이터(7)에 대해 로터(9)를 양방향으로 회전시키기 위한 유체 유동 경로를 도시한다. 유동 경로는 화살표로 표시되어 있다.
도 2b는 제1 밸브 슬리브(123)가 작동되지 않고(개방), 제2 밸브 슬리브(125)가 작동되지 않을 때(폐쇄)마다의 유동 경로를 도시한다. 제1 밸브 슬리브가 개방되고, 제2 밸브 슬리브가 폐쇄될 때마다, 오일은 제2 구멍 세트(111) 및 제1 구멍 세트(109)를 통해 제2 챔버(13)에서 제1 챔버(11)로 유동할 수 있다. 역류 방향은 볼 밸브 부재(119)에 의해 점검되고, 따라서, 제1 챔버(11)에서 제2 챔버(13)로의 유동이 차단된다. 따라서, 제1 방향으로의 단방향 유동을 가능하게 하는 "유압 래칫" 효과가 얻어진다.
도 2c는 제1 밸브 슬리브(123)가 작동되고(폐쇄), 제2 밸브 슬리브(125)가 작동(개방)될 때마다의 유동 경로를 도시한다. 제1 밸브 슬리브가 폐쇄되고, 제2 밸브 슬리브가 개방될 때마다, 오일은 제3 구멍 세트(113) 및 제2 구멍 세트(111)를 통해 제1 챔버에서 제2 챔버로 유동할 수 있다. 역류 방향은 볼 밸브 부재(121)에 의해 점검되고, 따라서, 제2 챔버(13)에서 제1 챔버(11)로의 유동이 차단된다. 따라서, 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 단방향 유동을 가능하게 하는 "유압 래칫" 효과가 얻어진다.
양 밸브 슬리브(123, 125)가 폐쇄되면(도시되지 않음), 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13) 사이에서 유동이 가능하지 않으므로, 캠 페이저 유지가 달성된다.
도 3은 개시된 바와 같이 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기관에서 캠 샤프트의 타이밍을 제어하는 방법에 대한 프로세스 흐름도이다.
단계 i에서, 파일럿 밸브와 중앙 솔레노이드 밸브는 모두 폐쇄되어 있으며, 따라서, 캠 페이저는 유지 모드로 제공된다.
단계 ii에서, 파일럿 밸브 또는 중앙 솔레노이드 밸브 중 어느 하나가 개방되어서, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 단일 방향으로 단일 방향 유동을 가능하게 하며, 반대 방향으로의 유동은 제어 어셈블리의 체크 밸브 기능에 의해 차단된다.
단계 iii에서, 밸브는 소망하는 정도의 캠 페이징이 얻어지는데 필요한 시간 동안 단계(ii)와 동일한 상태로 유지된다.
단계 iv에서, 중앙 솔레노이드 밸브 및 파일럿 밸브는 폐쇄되어서 제1 및 제2 챔버 사이의 유체 연통을 차단하고, 캠 페이저를 위상 유지 상태로 설정한다.
본 발명은 또한 전술한 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기관 및 차량에 관한 것이다. 도 4은 내연 기관(203)을 갖는 대형 화물 차량(200)을 개략적으로 도시한다. 내연 기관은 크랭크샤프트(205), 크랭크샤프트 스프로킷(207), 캠 샤프트(도시되지 않음), 캠 샤프트 스프로킷(209) 및 타이밍 체인(211)을 갖는다. 가변 캠 타이밍 페이저 장치(201)는 캠 스프로킷/캠 샤프트의 회전축에 위치된다. 이러한 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 구비한 엔진은 캠 페이징이 결여된 차량과 비교하여 더욱 우수한 연비, 적은 배기 배출 및 우수한 성능과 같은 다수의 이점을 갖는다.

Claims (15)

  1. 내연 기관용 가변 캠 타이밍 페이저 장치(201)로,
    적어도 하나의 베인을 가지며, 캠 샤프트(1)에 연결되도록 배치된 로터(1);
    로터(9)를 동축으로 둘러싸며, 로터(9)의 적어도 하나의 베인을 수용하고 스테이터(7)에 대해 로터(9)의 회전 움직임을 가능하게 하는 적어도 하나의 리세스를 가지며, 구동력을 수용하도록 배치된 외주를 갖는 스테이터(7);
    적어도 하나의 베인은 적어도 하나의 리세스를 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13)로 분할하고, 상기 제1 챔버(11)와 상기 제2 챔버(13)는 압력 하에서 유압 유체를 수용하도록 배치되되, 상기 제1 챔버(11)로 유압 유체의 도입은 상기 스테이터(7)에 대해 상기 로터(9)를 제1 회전 방향으로 이동하게 하고, 상기 제2 챔버(13)로 유압 유체의 도입은 상기 스테이터(7)에 대해 상기 로터(9)를 제1 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 이동하게 함; 및
    상기 제1 챔버(11)에서 상기 제2 챔버(13)로 또는 상기 제2 챔버(13)에서 상기 제1 챔버(11)로 유압 유체 유동을 조절하기 위한 제어 어셈블리를 포함하는, 가변 캠 타이밍 페이저 장치에 있어서,
    상기 제어 어셈블리는,
    로터(9) 내에서 중앙에 위치하고, 파일럿 포트, 제1 챔버(11)와 유체 연통하는 제1 유동 포트 및 제2 챔버(13)와 유체 연통하는 제2 유동 포트를 포함하는 파일럿 밸브(15)로, 상기 파일럿 밸브(15)는 파일럿 포트에서 파일럿 유체의 압력의 조절에 의해 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환 가능하되, 상기 개방 상태에서는 파일럿 밸브(15)가 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13) 사이의 유체 연통을 가능하게 하고, 상기 폐쇄 상태에서는 파일럿 밸브가 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13) 사이의 유체 연통을 차단하는, 파일럿 밸브(15);
    파일럿 밸브(15)와 제1 챔버(11) 사이의 유체 경로에 배치되며, 파일럿 밸브(15)에서 제1 챔버(11)로의 유동을 가능하게 하지만, 제1 챔버(11)에서 파일럿 밸브(15)로의 유동을 차단하도록 배치된 제1 체크 밸브(21);
    가변 캠 타이밍 페이저 장치의 회전 구성 요소로부터 원격으로 위치되고, 파일럿 밸브의 파일럿 포트와 유체 연통하는 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)로, 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)는 1차 상태와 2차 상태인 적어도 2개의 상태를 가지며, 파일럿 포트에서 파일럿 유체의 압력을 조절함으로써, 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)가 상기 1차 상태에서 상기 2차 상태로 전환할 때에는 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)가 파일럿 밸브(15)를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 전환시키도록 배치되고, 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)가 상기 2차 상태에서 상기 1차 상태로 전환할 때에는 상기 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)가 파일럿 밸브(15)를 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환시키도록 배치되는, 솔레노이드 제어식 액추에이터(25);
    로터(9) 및/또는 캠 샤프트(1) 내에서 동축으로 배치된 밸브 몸체(37)를 갖는 중앙 솔레노이드 밸브(37)로, 상기 중앙 솔레노이드 밸브(37)는 제1 챔버(11)와 유체 연통하는 제1 유동 포트 및 제2 챔버(13)와 유체 연통하는 제2 유동 포트를 포함하며, 상기 중앙 솔레노이드 밸브(37)는 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(13) 사이의 유체 연통을 차단하는 폐쇄 상태와 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(13) 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 개방 상태 사이에서 전환 가능한, 중앙 솔레노이드 밸브(37); 및
    중앙 솔레노이드 밸브(37)와 제2 챔버(13) 사이의 유체 경로에 배치되며, 중앙 솔레노이드 밸브(37)에서 제2 챔버(13)로의 유동을 가능하게 하고, 제2 챔버(13)에서 중앙 솔레노이드 밸브(37)로의 유동을 차단하도록 배치된 제2 체크 밸브(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 유체 및/또는 파일럿 유체는 유압 오일인 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 파일럿 밸브(15)는 정상 개방 상태에 있도록 배치되고, 폐쇄 상태로 전환시키기 위해 파일럿 포트에서 증가된 유체 압력에 의해 작동되는 2/2 웨이 온/오프 밸브인 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)는 증가된 유체 압력의 소스(27)와 유체 연통하는 입구 포트, 파일럿 밸브의 파일럿 포트와 유체 연통하는 출구 포트 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브이며, 상기 3/2 웨이 솔레노이드 밸브의 1차 상태는 증가된 유체 압력의 소스(27)에서 파일럿 밸브(15)의 파일럿 포트로의 유체 연통을 차단하고, 파일럿 밸브(15)의 파일럿 포트에서 벤트 포트로의 유체 연통을 가능하게 하는 비-통전 상태이고, 상기 3/2 웨이 솔레노이드 밸브의 2차 상태는 증가된 유체 압력의 소스(27)에서 파일럿 밸브(15)의 파일럿 포트로의 유체 연통을 가능하게 하며, 파일럿 밸브(15)를 작동시키는 통전 상태인 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드 제어식 액추에이터는 실린더 내에 배치된 솔레노이드 구동식 피스톤이며, 상기 실린더는 파일럿 밸브(15)의 파일럿 포트와 유체 연통하도록 배치되고, 1차 상태에서는 상기 솔레노이드 구동식 피스톤이 상기 실린더에 대해 수축된 위치에 있으며, 2차 상태에서는 상기 솔레노이드 구동식 피스톤이 작동되어 상기 실린더에 대해 연장된 위치로 이동함으로써, 파일럿 밸브(15)의 파일럿 포트에서 유체의 압력이 증가되고, 파일럿 밸브(15)가 작동되는 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 솔레노이드 밸브(37)는 정상 폐쇄 상태에 있도록 배치되며 개방 상태로 전환시키기 위해 솔레노이드(43)를 통전시킴으로써 작동되는 2/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    증가된 유체 압력의 소스(27)는 제1 리필 채널(29) 및 제2 리필 채널(31)을 통해 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(13)와 유체 연통하도록 배치되며, 상기 제1 리필 채널(29) 및 제2 리필 채널(31) 각각은 제1 챔버(11) 또는 제2 챔버(13)에서 증가된 유체 압력의 소스(27)로의 유체 유동을 차단하도록 배치된 체크 밸브(33, 35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 파일럿 밸브(15), 상기 중앙 솔레노이드 밸브(37), 상기 제1 체크 밸브(21) 및 상기 제2 체크 밸브(44)는 로터와 동축으로 배치된 단일 통합 밸브 유닛으로 통합되는 것을 특징으로 하는 가변 캠 타이밍 페이저 장치.
  9. 가변 캠 타이밍 페이저 장치용 통합 밸브 유닛으로,
    원통형 벽(103), 원통형 하우징(101)의 제1 단부를 밀봉하도록 배치된 제1 단부 벽(105) 및 원통형 하우징(101)의 제2 단부를 밀봉하도록 배치된 제2 단부 벽(107)을 포함하는 원통형 하우징(101)으로, 상기 하우징의 원통형 벽은 상기 하우징의 제1 단부 벽(105)에 근접한 원통형 벽(103)을 관통하는 제1 구멍(109), 원통형 하우징의 중간 부분에 근접한 원통형 벽(103)을 관통하는 제2 구멍(111) 및 상기 하우징의 제2 단부 벽(107)에 근접한 원통형 벽(103)을 관통하는 제3 구멍(113)을 포함하는, 원통형 하우징(101);
    제1 구멍(109)과 제2 구멍(111) 사이에서 하우징(101) 내에 위치되는 제1 밸브 시트(115);
    제2 구멍(111)과 제3 구멍(113) 사이에서 하우징(101) 내에 위치되는 제2 밸브 시트(117);
    제1 밸브 시트(115) 상에 정상적으로 안착되도록 배치되며, 제1 구멍(109)에서 제2 구멍(111)으로의 유동을 차단하지만, 제2 구멍(111)에서 제1 구멍(109)으로의 유동을 가능하게 하도록 배치된 제1 밸브 부재(119);
    제2 밸브 시트(117) 상에 정상적으로 안착되도록 배치되며, 제2 구멍(111)에서 제3 구멍(113)으로의 유동을 차단하지만, 제3 구멍(113)에서 제2 구멍(111)으로의 유동을 가능하게 하도록 배치된 제2 밸브 부재(119);
    상기 하우징의 제1 단부에 근접하여 상기 하우징(101) 외측으로 그리고 상기 하우징(101)과 동축으로 배치되며, 파일럿 유체로부터 변경된 외부 유체 압력을 받을 때 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능하도록 배치된 제1 밸브 슬리브(123)로, 상기 개방 위치는 제1 구멍(109)을 통한 유체 유동을 가능하게 하고, 상기 폐쇄 위치는 제1 구멍(109)을 통한 유체 유동을 차단하는, 제1 밸브 슬리브(123); 및
    상기 하우징의 제2 단부에 근접하여 상기 하우징 외측으로 그리고 상기 하우징과 동축으로 배치되며, 솔레노이드(43)의 동작에 의해 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동 가능하도록 배치된 제2 밸브 슬리브(125)로, 상기 폐쇄 위치는 제3 구멍(113)을 통한 유체 유동을 차단하고, 상기 개방 위치는 제3 구멍(113)을 통한 유체 유동을 가능하게 하는, 제2 밸브 슬리브(125)를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 밸브 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 구멍(109) 및 제3 구멍(113)은 각각 가변 캠 타이밍 페이저 장치(201)의 제1 챔버(11)와 유체 연통하도록 배치되며, 상기 제2 구멍(111)은 가변 캠 타이밍 페이저 장치(201)의 제2 챔버(13)와 유체 연통하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 통합 밸브 유닛.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 밸브 슬리브(123)는 정상 개방 위치에 있으며, 증가된 유체 압력을 받을 때 폐쇄 위치로 이동 가능하고, 상기 제2 밸브 슬리브(125)는 정상 폐쇄 위치에 있으며, 솔레노이드를 통전시킴으로써 상기 개방 위치로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 통합 밸브 유닛.
  12. 제1항에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기관의 캠 샤프트(1)의 타이밍을 제어하는 방법으로, 상기 방법은,
    i. 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)를 2차 상태로 제공함으로써, 파일럿 밸브(15)를 폐쇄 상태로 제공하고, 중앙 솔레노이드 밸브(37)를 폐쇄 상태로 제공하는 단계;
    ii. 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)를 1차 상태로 전환하여 파일럿 밸브(15)를 개방 상태로 전환시킴으로써, 캠 샤프트 상에 작용하는 토크에 의해 초래되는 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(13)의 주기적인 압력 변동으로 인해, 유체가 제2 챔버(13)에서 제1 챔버(11)로 유동하게 되고, 제1 챔버(11)에서 제2 챔버(13)로의 유체 유동이 차단되어서, 스테이터(9)에 대해 제1 회전 방향으로 로터(9)가 회전하고, 제1 시간 방향으로 캠 타이밍이 조정되는 단계;
    iii. 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징이 달성될 때까지 1차 상태로 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)를 유지하는 단계;
    iv. 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)를 2차 상태로 전환하여 파일럿 밸브(15)를 폐쇄 상태로 전환함으로써, 제1 챔버(11)와 제2 챔버(13) 사이의 유체 연통을 차단하고, 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 타이밍 제어 방법.
  13. 제1항에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연 기관의 캠 샤프트(1)의 타이밍을 제어하는 방법으로, 상기 방법은,
    i. 솔레노이드 제어식 액추에이터(25)를 2차 상태로 제공함으로써, 파일럿 밸브(15)를 폐쇄 상태로 제공하고, 중앙 솔레노이드 밸브(37)를 폐쇄 상태로 제공하는 단계;
    ii. 중앙 솔레노이드 밸브(37)를 개방 상태로 전환시킴으로써, 캠 샤프트 상에 작용하는 토크에 의해 초래되는 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(13)의 주기적인 압력 변동으로 인해, 유체가 제1 챔버(11)에서 제2 챔버(13)로 유동하게 되고, 제2 챔버(13)에서 제1 챔버(11)로의 유체 유동이 차단되어서, 스테이터(7)에 대해 제2 회전 방향으로 로터(9)가 회전하고, 제1 시간 방향과 반대인 제2 시간 방향으로 캠 타이밍이 조정되는 단계;
    iii. 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징이 달성될 때까지 개방 상태로 중앙 솔레노이드 밸브(37)를 유지하는 단계;
    iv. 중앙 솔레노이드 밸브(37)를 폐쇄 상태로 전환시킴으로써, 제1 챔버(11)와 제2 챔버 사이(13)의 유체 연통을 차단하고, 소망하는 정도의 캠 타이밍 페이징을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 타이밍 제어 방법.
  14. 내연 기관(203)으로,
    제1항에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치 및/또는 제9항에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치용 통합 밸브 유닛을 포함하는 내연 기관.
  15. 차량(200)으로,
    제1항에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치 및/또는 제9항에 따른 가변 캠 타이밍 페이저 장치용 통합 밸브 유닛을 포함하는 차량.
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