KR102144952B1 - 시리즈-연결된 체크 밸브들을 활용하는 가변형 캠 타이밍 페이저 - Google Patents

시리즈-연결된 체크 밸브들을 활용하는 가변형 캠 타이밍 페이저 Download PDF

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다니엘 올브슨
미카엘 에릭슨
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

적어도 하나의 베인(5)을 구비하는 회전자(3); 상기 회전자(3)를 동축으로 둘러싸며, 상기 회전자(3)의 적어도 하나의 베인(5)을 수용하는 고정자(7); 상기 적어도 하나의 베인(5)은 상기 적어도 하나의 리세스를 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15)로 분할하고, 및 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 또는 제2 챔버(15)로부터 제1 챔버(13)로 유동하는 유압식 유체를 제어하기 위한 컨트롤 어셈블리를 포함하여 구성되는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)가 제공된다. 상기 컨트롤 어셈블리는, 제1 체크 밸브(17), 제2 체크 밸브(23) 및 선택형 불활성화 장치(35)를 포함한다. 상기 제1 체크 밸브(17) 및 제2 체크 밸브(23)는 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이의 유체 통로에서 직렬로 배치되어 있다. 상기 선택형 불활성화 장치(35)는 전개될 수 있으며, 선택형 불활성화 장치(35)가 전개될 때 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이의 유체의 상대 압력 차이에 따라 제1 체크 밸브(17) 또는 제2 체크 밸브(23) 중 하나를 선택적으로 불활성시키도록 구성되어 있다. 불활성화 장치의 전개 타이밍에 의해 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이의 유동 방향이 제어될 수 있다. 캠샤프트 타이밍 제어 방법, 기재되어 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관과 차량도 기재되어 있다.

Description

시리즈-연결된 체크 밸브들을 활용하는 가변형 캠 타이밍 페이저
본 발명은 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치 및 그러한 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 그러한 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관과 차량에도 관한 것이다.
엔진 실린더들에 흡입 및 배기가스 유동을 조절하기 위해 내연기관 내에 밸브들이 사용된다. 내연기관 내 흡기밸브와 배기밸브의 개폐는 통상적으로 하나 또는 그 이상의 캠샤프트에 의해 구동된다. 밸브들이 엔진 실린더로 내로 유입되는 공기 유동과 엔진 실린더에서 배출되는 배기를 제어하기 때문에, 실린더 피스톤이 스트로크 하는 동안에 밸브들이 적당한 시점에서 개폐되는 것이 중요하다. 이러한 이유로, 각 캠샤프트는 종종 타이밍 벨트나 타이밍 체인을 통해 캠샤프트에 의해 구동된다. 그러나 최적의 밸브 타이밍은 엔진 부하와 같은 많은 인자들에 따라 달라지게 된다. 통상의 캠샤프트 장치에서, 밸브 타이밍은 캠샤프트와 크랭크샤프트의 관계에 의해 고정되게 결정되며, 이에 따라 엔진이 작동하는 전체 범위에서 타이밍이 최적화되지 않아서, 성능을 떨어트리고 연료 경제성을 저하시키며 및/또는 배기물의 양을 증가시키게 된다. 따라서, 엔진 상태에 따라 밸브 타이밍을 변화시키는 방법이 개발되고 있다.
이러한 방법 중 하나가 유압식 가변형 캠 페이싱(hVCP: hydraulic variable cam phasing)이다. hVCP는 엔진-밸브 중첩 및 타이밍을 연속적이면서 광범위하게 설정할 수 있게 함으로써 전반적으로 엔진 성능을 개선시키는 가장 효과적인 전략 중 하나이다. 따라서, hVCP가 현대의 압축-착화 및 스파크-점화 엔진에 널리 사용되는 기술이 되었다.
오일-압력 작동식 및 캠 토크 작동식 유압식 가변형 캠 페이저 모두가 당 업계에 공지되어 있다.
오일-압력 작동식 hVCP 디자인은 캠샤프트와 캠 스프로켓에 각각 장착되어 있는 회전자와 고정자를 포함한다. 오일 컨트롤 밸브를 통해 유압 오일이 회전자로 공급된다. 페이싱(phasing)이 시작되면, 회전자와 고정자 사이에 형성되어 있는 진각실(advance chamber)과 회전자와 고정자 사이에 형성되어 있는 지각실(retard chamber) 중 어느 하나로 오일 유동이 향하게 오일 컨트롤 밸브가 위치한다. 진각실과 지각실 사이의 오일 압력 차이가 회전자가 고정자에 대해 상대 회전하도록 한다. 오일 컨트롤 밸브의 선택된 위치에 따라 캠샤프트의 타이밍을 진각시키거나 지각시킨다.
　오일 컨트롤 밸브는 중심에 위치하거나 즉 캠샤프트와 동축으로 위치하거나 혹은 원격으로 위치하거나 즉 hVCP 장치의 비-회전 요소로 위치할 수 있는 3-위치 스풀 밸브이다. 이 오일 컨트롤 밸브는 가변력 솔레노이드(VFS: variable force solenoid)에 의해 규제된다. 가변력 솔레노이드는 (오일 컨트롤 밸브가 중심에 장착되어 있을 때) 회전하는 캠 페이저에 대해 정지되어 있다. 가변력 솔레노이드 및 스풀 밸브는, 오일을 진각실로 제공하는 하나의 위치, 오일을 지각실로 제공하는 하나의 위치, 및 양 챔버를 오일로 재충진하는 하나의 위치(즉 홀딩 위치)의 3개의 작동 위치를 구비한다.
확립된 오일 압력 작동식 hVCP 기술은 가변 밸브 타이밍에는 효과적이지만 상대적으로 페이싱 속도가 늦고 오일 소모가 많다. 따라서, hVCP 기술의 최신 반복은 캠 토크 작동(CTA: cam torque actuation)으로 알려져 있는 기술을 활용한다. 캠샤프트가 회전함에 따라 캠샤프트 상의 토크는 양의 토크와 음의 토크 사이에서 정현파 방식으로 주기적으로 변화한다. 캠 토크 변동의 정확한 주기, 크기 및 형상은 캠샤프트와 엔진 회전 빈도에 의해 규제되는 밸브의 수를 포함하는 많은 인자들에 따라 달라진다. 양의 토크는 캠 회전을 저지시키는 반면 음의 토크는 캠 회전을 지지한다. 캠 토크 작동식 페이저는 이들 주기적인 토크 변동을 활용하여 로터를 선택된 방향으로 회전시켜 캠샤프트 타이밍을 진각시키거나 지각시킨다. 원래 캠 토크 작동식 페이저는 "유압식 래칫"(hydraulic ratchets)으로 작동하여, 챔버 내의 오일에 토크가 작용하여 주기적인 압력 변동을 야기함에 따라 유체가 한 챔버에서 다른 챔버로 단일 방향으로 흐르게 할 수 있다. 체크 밸브에 의해 반대 방향으로의 유체 유동이 방지된다. 이에 따라 토크가 관련 방향으로 작용하는 매 주기마다 회전자가 고정자에 대해 회전방식으로 시프트하지만, 토크가 주기적으로 반대 방향으로 작용할 때에는 정지하게 된다. 이러한 방식으로, 회전자가 고정자에 대해 회전할 수 있으며, 캠샤프트의 타이밍이 진각되거나 지각될 수 있다.
따라서, "유압식 래칫" 효과를 달성하기 위해, 캠 토크 작동 시스템에서 체크 밸브는 회전자 내부에 위치되어야 한다. 오일 유동을 진각실, 지각실 또는 이들 모두로 향하게 하는 것과 (홀딩 위치에서) 이들 어디로도 흐르지 않게 하는 것은 일반적으로 3-위치 스풀 밸브에 의해 달성된다. 이 스풀 밸브는 중심에 즉 캠샤프트와 동축으로 위치하거나, 떨어져서 즉 캠 페이싱 장치의 비-회전 컴포넌트로 위치할 수 있다. 이 3-위치 스풀 밸브는 일반적으로 가변력 솔레노이드에 의해 3개의 작동 위치 각각으로 이동하게 된다.
특허 출원 US2008/0135004호는 하우징, 회전자, 페이저 컨트롤 밸브(스풀) 및 압력 조절식 컨트롤 시스템(RPCS: regulated pressure control system)을 포함하는 페이저를 기재하고 있다. 이 페이저는 캠 토크 작동식 페이저나 오일 압력 작동식 페이저일 수 있다. RPCS는 다이렉트 컨트롤 압력 레귤레이터 밸브에 대한 엔진 파라미터에 기초하여 세트 포인트, 소망 각도 및 신호를 제공하는 컨트롤러를 구비한다. 다이렉트 컨트롤 압력 레귤레이터 밸브는 공급 압력을 컨트롤 압력으로 규제한다. 컨트롤 압력은 페이저 컨트롤 스풀을 공급되는 압력에 비례하여, 진각, 지각 및 널의 3 위치 중 하나로 이동시킨다.
개선된 캠 타이밍 페이저 장치에 대한 수요가 있다. 특히, 승용차에 비해 엔진 부하가 더 크고 사용 기간이 더 긴 상업용 차량에 사용하기 적합한 캠 타이밍 페이저 장치에 대한 수요가 있다.
본 발명의 발명자들은 종래 기술이 안고 있는 단점들 특히 상업용 차량에 사용되는 기존 캠 페이저 장치와 관련된 문제점들을 인지하였다. 현재 시스템 내의 오일 컨트롤 밸브(OCV)의 3-위치 스풀 밸브들은 정밀하게 되어야 하며 이에 따라 단일 위치에서 스풀을 막을 수 있는 불순물들에 민감하다는 것이 입증되었다. 3-위치 제어에 대한 필요성으로 인해, 오일 컨트롤 밸브와 관련되어 사용되는 솔레노이드 또는 압력 레귤레이터는, 3 위치를 이루기 위해 가변력을 제공하게 정밀하게 제어될 수 있어야만 한다. 이는 시스템을 기구적으로 상당히 복잡하게 만들고 비용이 많이 소요되게 하며 불순물에 더 민감하게 되고 덜 강인하게 한다. 또한 캠 페이저를 제어하는 루틴을 매우 복잡하게 만든다.
오일 컨트롤 밸브가 솔레노이드-작동식이고 중앙에 장착되는 경우, 오일 컨트롤 밸브는 회전하고 솔레노이드-핀은 고정되어 있기 때문에, 솔레노이드-핀과 오일 컨트롤 밸브 사이의 접촉이 비-고정식인 것으로 관측되었다. 이러한 슬라이딩-접촉은 접촉면을 마모시키고, 오일 컨트롤 밸브의 위치 정밀도는 장기간에 걸쳐 손상되고 이는 캠 페이저 성능에 영향을 주게 된다. 솔레노이드 자체의 가변력의 정밀도도 OCV를 정밀하게 제어할 수 있게 높게 유지되어야만 한다.
또한, 기존 캠 페이저 장치의 오일 누출도 문제이다. 오일 컨트롤 밸브 내부의 크로스-포트 누출은 유압식 회로에 오일이 빠져나가게 하고 감소된 시스템 강성으로 인해 캠샤프트 진동(oscilllation)을 증가시키게 된다. 이 오일 누출은 또한 캠 페이저 장치의 오일 소모에도 영향을 미친다. 오일 유동을 제어하는 데에 사용되는 3-위치 스풀 밸브들은 오일이 캠 페이저 챔버를 빠져나갈 수 있는 많은 다양한 누출 경로를 제공한다. 가장 눈에 띄는 것은 밸브가 솔레노이드-작동식인 가변력 솔레노이드에 가장 가까운 슬라이딩 접촉면과 벤트에 연결되어 있는 포트이다. 이 누출은 캡 페이저 챔버 내부에 압력이 증가할수록 증가하는데, 이는 시스템 내 모든 압력 상승(pressure spike)이 오일 컨트롤 밸브에 의해 흡수되어야만 하기 때문이다. 이들 압력 상승은 궁극적으로 캠샤프트 토크에 따라 달라지며, 상용 차량에서 이러한 압력 상승은 50 바를 초과할 수 있다. 중대형 차량에서 캠샤프트 토크가 더 높기 때문에, 더 높은 압력 상승을 야기하여 더 많은 양이 누출되게 한다.
원격-장착된 오일 컨트롤 밸브를 활용하는 기존 캠 페이징 시스템은 더 많은 시스템 누출을 시키는 것으로 관측되었다. 이는 캠 페이저로부터의 압력 상승이 오일 컨트롤 밸브에 도달하기 전에 캠샤프트 저널 베어링을 통해 전달되어야 하기 때문에 베어링 누출을 증가시키기 때문이다.
또한, 기존 캠 토크 작동식 페이징 시스템의 회전자는 매우 컴팩트하고 복잡하다는 것을 알게 되었다. 체크 밸브들이 오일 컨트롤 밸브와 연계되어 장착되기 위해서는 특별히-디자인된 체크 밸브들이 회전자 내에 장착되어야만 한다. 이런 체크 밸브들은 통상적인 체크 밸브들에 비해 내구성이 덜 하고 비용을 추가로 지출시킨다. 또한, 회전자는 복잡한 내부 유압식 파이프 시스템을 필요로 한다. 이러한 요구사항으로 인해, 캠 토크 작동식 페이징 시스템을 제작하는 데에 특별한 툴과 조립과정을 필요로 한다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 공지의 캠 토크 작동식 캠 페이저보다 기구적으로 더 단순하고, 더 강인하며 오일 누출이 적은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 첨부된 청구항들에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치에 의해 달성된다.
가변형 캠 타이밍 페이저 장치는,
적어도 하나의 베인을 구비하며, 캠샤프트에 연결되게 배치되는 회전자;
상기 회전자를 동축으로 둘러싸는 고정자로, 상기 회전자의 적어도 하나의 베인을 수용하며 상기 고정자에 대해 회전자가 회전 이동할 수 있게 하는 적어도 하나의 리세스를 구비하며, 구동력을 받기 위해 배치되는 외부 둘레부를 구비하는 고정자;
상기 적어도 하나의 베인은 상기 적어도 하나의 리세스를 가압되는 유압식 유체를 수용하게 배치되는 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하고, 제1 챔버 내로 유압식 유체가 도입되면 회전자가 고정자에 대해 제1 회전 방향으로 이동하고, 제2 챔버 내로 유압식 유체가 도입되면 회전자는 고정자에 대해 상기 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 이동하며; 및
제1 챔버로부터 제2 챔버로 또는 제2 챔버로부터 제1 챔버로 유동하는 유압식 유체를 제어하기 위한 컨트롤 어셈블리를 포함한다.
상기 컨트롤 어셈블리는,
제1 체크 밸브, 제2 체크 밸브 및 선택형 불활성화 장치를 포함하고,
상기 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 통로에서 직렬로(in series) 배치되고, 제1 체크 밸브는 제1 챔버로부터 제2 챔버로의 제1 방향으로는 유체가 흐르지 못하게 하고 제2 챔버로부터 제1 챔버로의 제2 방향으로는 유체를 흐르게 하도록 구성되며, 제2 체크 밸브는 제1 방향으로는 유체가 흐르게 하고 제2 방향으로는 유체가 흐르지 못하게 구성되며,
상기 선택형 불활성화 장치는 전개될 수 있으며, 선택형 불활성화 장치가 전개될 때 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체의 상대 압력 차이에 따라 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브 중 하나를 선택적으로 불활성시켜서 불활성으로 되는 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브는 제1 방향과 제2 방향의 양 방향으로 유체가 흐를 수 있게 구성된다.
기재되어 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치는 챔버들 중 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 소망하는 방향으로는 유체가 방향성으로 유동할 수 있게 하는 반면 그 반대 방향으로는 유체 유동을 방지하기 위해 선택형 불활성화 장치의 전개 타이밍을 조정함으로써 캠 위상조정을 제공하는 데에 사용될 수 있다.
이러한 방식으로 제작된 가변형 캠 타이밍 페이저 장치는 많은 이점들이 있다. 구조적으로는 간단하여 캠 페이저를 제어하기 위해 하나의 단순한 온/오프 밸브 또는 솔레노이드만을 필요로 한다. 이 캠 페이저는 다른 캠 토크 작동식 캠 페이저에 비해 덜 복잡하고 및/또는 유압식 컴포넌트들이 덜 민감해서도 더욱 강건하다(robust). 구조적으로 강건한 온/오프 작동만을 사용하고 캠샤프트 베어링을 통한 압력 스파이크(spike)가 전달되지 않는다는 것은 오일 누출 경로가 적어지고 오일 소모가 적어진다는 것을 의미한다. 사용되는 작동 밸브들 또는 솔레노이드들이 단 두 위치 즉 온/오프 위치만을 취하기 때문에 밸브들 또는 솔레노이드들이 막힐 위험이 작아지며, 이는 더 큰 작동력 및/또는 강력한 리턴 기구가 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 중간 위치 정밀도가 필요하지 않기 때문에, 더욱 강건한 솔레노이드가 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 차단 장치를 작동시키는 데에 미세한 멀티-압력 조절이 필요하지 않는다. 체크-밸브들이 캠 페이저 외부에 장착될 수 있어서(즉 회전자 베인 내에 장착되지 않아서), 더욱 확립되어 있으며 강건한 체크 밸브들을 사용할 수 있다. 또 다른 이점은 회전자 컴포넌트가 캠 토크 작동식 캠 페이저에 비해 제작비용이 저렴한 오일-작동식 캠 페이저와 더 유사성을 갖는다는 것이다.
제2 챔버가 과압일 때마다 상기 선택형 불활성화 장치가 전개됨에 따라 제1 체크 밸브가 불활성으로 될 수 있다. 제1 챔버가 과압일 때마다 상기 선택형 불활성화 장치가 전개됨에 따라 제2 체크 밸브가 불활성으로 될 수 있다. 이에 따라 불활성화 장치가 구조적으로 더 단순해질 수 있다. 여기서, 불활성화 장치의 "선택형"(selective) 컴포넌트는 두 챔버들 사이의 압력 차이에 의해 발생되는 유동 방향과 동일한 방향으로 움직인다.
제1 체크 밸브는 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 포트, 제2 체크 밸브의 제2 포트와 유체 연통하는 제2 포트 및 제1 밸브 부재를 포함할 수 있으며, 상기 제1 밸브 부재는 제1 체크 밸브의 제2 포트로부터 제1 체크 밸브의 제1 포트로 유체가 흐를 수 있게 하고, 제1 체크 밸브의 제1 포트로부터 제1 체크 밸브의 제2 포트로는 유체가 흐르지 못하게 하며, 제2 체크 밸브는 제2 챔버와 유체 연통하는 제1 포트, 제1 체크 밸브의 제2 포트와 유체 연통하는 제2 포트 및 제2 밸브 부재를 포함하되, 상기 제2 밸브 부재는 제2 체크 밸브의 제2 포트로부터 제2 체크 밸브의 제1 포트로 유체가 흐를 수 있게 하고, 제2 체크 밸브의 제1 포트로부터 제1 체크 밸브의 제2 포트로는 유체가 흐르지 못하게 한다. 이에 따라, 체크 밸브들이 "면-대-면"으로 배치되어 있다는 것은 홀딩 모드에서 주기적인 압력 변동들을 만나는 동안에 밸브 부재들이 비-안착되지 않는다는 것을 의미한다. 밸브 부재들은 캠 페이저를 위상조정할 때에만 이동된다. 이는 체크 밸브 컴포넌트 상의 마모가 줄어든다는 것을 의미한다.
선택형 불활성화 장치는 상기 선택형 불활성화 장치가 전개되어 있을 때 분리 위치로부터 맞물림 위치로 이동할 수 있는 적어도 하나의 불활성화 요소를 포함할 수 있으며, 선택형 불활성화 장치가 전개될 때 제1 밸브 부재 또는 제2 밸브 부재 중 하나를 선택적으로 변위시킨다. 이는 체크 밸브들을 선택적으로 불활성화 시키는 기계적으로 단순한 수단을 제공한다.
캠 페이저 장치의 선택형 불활성화 장치는,
제1 챔버와 유체 연통하는 제1 단부 및 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 단부를 구비하는 실린더;
상기 실린더 내에 배치되어 있는 실린더 부재로, 상기 실린더 부재는 제1 챔버가 과압일 때 유체 압력에 의한 제1 실린더 위치와 제2 챔버가 과압일 때 유체 압력에 의한 제2 실린더 위치 사이에서 실린더 종축선을 따르는 방향으로 이동할 수 있게 배치되어 있고, 상기 실린더 부재는 선택형 불활성화 장치가 전개될 때 제1 실린더 위치와 제2 실린더 위치 사이에 있을 때 실린더의 종축선에 대한 반경방향으로 이동할 수 있게 배치되어 있는, 실린더 부재;
선택형 불활성화 장치가 전개되어 있을 때, 실린더 부재의 반경 방향 이동에 의해 실린더 부재와 제2 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치되어 있는 제1 불활성화 요소로, 상기 맞물린 제1 불활성화 요소가 제1 밸브 부재를 변위시키는, 제1 불활성화 요소; 및
선택형 불활성화 장치가 전개되어 있을 때, 실린더 부재의 반경 방향 이동에 의해 실린더 부재와 제1 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치되어 있는 제2 불활성화 요소로, 상기 맞물린 제2 불활성화 요소가 제2 밸브 부재(29)를 변위시키는, 제2 불활성화 요소;를 포함할 수 있다.
이러한 불활성화 장치는 피스톤 또는 볼과 같이 유체 압력에 의해 실린더의 전장을 따라 이동하는 실린더 부재에 의해 작동된다. 이는 하나의 체크 밸브를 선택적으로 불활성으로 시키고 다른 체크 밸브는 정상적으로 기능시켜서 소망하는 방향으로 일방향 유동을 얻을 수 있는 효과적인 모드를 제공한다.
외부 유압식 압력의 상승, 외부 공압식 압력의 상승 또는 솔레노이드의 에너지 인가에 의해 선택형 불활성화 장치가 전개될 수 있다. 이에 따라, 컨트롤 어셈블리를 작동하는 데에 원격 작동과 같은 광범위한 기술이 사용될 수 있다.
외부 유압식 압력의 상승에 의해 선택형 불활성화 장치가 전개되고, 외부 유압식 압력은 캠 타이밍 페이저 장치의 모든 회전 컴포넌트들과 떨어져 위치하는 솔레노이드-제어식 액추에이터에 의해 제어될 수 있다. 이에 따라, 큰 중앙 솔레노이드를 사용하지 않아도 되고, 액추에이터를 자리를 조정하여 내연기관 내에서 적절한 위치에 위치시킬 수 있음에 따라 공간이 절약될 수 있다. 솔레노이드-제어식 액추에이터는 상승된 유체 압력 소스와 유체 연통하는 입구 포트, 선택형 불활성화 장치와 유체 연통하는 배출 포트 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브이고, 상기 솔레노이드 밸브의 1차 상태(primary state)는 상승된 유체 압력 소스로부터 선택형 불활성화 장치로 유체 연통을 방지하고 선택형 불활성화 장치로부터 벤트 포트는 유체 연통시키는 비-에너지 인가 상태이고, 상기 솔레노이드 밸브의 2차 상태(secondary state)는 상승된 유체 압력 소스와 선택형 불활성화 장치를 유체 연통시키고 적어도 하나의 불활성화 요소를 전개시키는 에너지 인가 상태일 수 있다. 이러한 솔레노이드 밸브들은 쉽게-이용할 수 있게 잘-확립되어 있으며, 상업용 및 중대형 차량 분야세서 신뢰성 있는 서비스를 제공하기에 충분히 강건하다. 솔레노이드 밸브는 포핏-타입일 수 있으며, 이는 실질적으로 밸브가 막힐 위험을 없애준다.
솔레노이드-제어식 액추에이터는 선택형 불활성화 장치와 유체 연통하게 배치되어 있는 배럴 내에 배치되어 있는 솔레노이드-구동식 플런저이고, 상기 솔레노이드-구동식 플런저의 1차 상태는 후퇴된 비-에너지 인가 상태이고, 솔레노이드-구동식 플런저의 2차 상태는 선택형 불활성화 장치에서 유체의 압력을 상승시키고 적어도 하나의 불활성화 요소를 전개시키는 신장된 에너지 인가 상태일 수 있다. 이에 따라 파일럿 밸브의 작동 압력이 차량의 시스템 오일 압력에 의존할 필요가 없다. 실린더 액추에이터를 사용함으로써, 작동 압력이 필요한 바에 따라 오일 시스템 압력보다 높게 또는 낮게 설계될 수 있다. 이는 시스템의 강건성을 더 크게 한다.
선택형 불활성화 장치는 고정 장착된 온/오프 솔레노이드에 의해 전개될 수 있다. 이러한 솔레노이드는 위상조정하는 중에 갬 페이터 장치의 회전 컴포넌트들과 마찰 접촉만 하며, 이는 솔레노이드의 마모와 위치 열화가 종래의 해법에 비해 상당히 감소된다는 것을 의미한다.
상승된 유체 압력 소스가 재충진 채널을 통해 제1 챔버 및/또는 제2 챔버와 유체 연통하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 캠 페이저 장치 내 유체 압력이 적절한 레벨로 유지될 수 있고, 적절한 강성(stiffness)이 달성되며 캠샤프트 진동이 최소로 될 수 있다.
유압식 유체가 유압식 오일일 수 있다. 캠샤프트 페이저 장치 내에 유압식 오일을 사용하는 것은 잘 확립되어 있으며 신뢰성 있는 기술이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 바에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법이 제공된다. 이 방법은,
ⅰ. 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 방지하기 위해 선택형 불활성화 장치가 비-전개된 상태로 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 단계;
ⅱ. 과압인 제1 챔버와 일치하는 시점에서 선택형 불활성화 장치를 전개하여 제2 체크 밸브를 선택적으로 불활성화 시키거나 또는 과압인 제2 챔버와 일치하는 시점에서 선택형 불활성화 장치를 전개하여 제1 체크 밸브를 선택적으로 불활성화 시키는 단계;
ⅲ. 선택형 불활성화 장치를 전개된 상태로 유지하여 캠샤프트 토크에 의해 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 단일 방향으로 유체가 주기적으로 흐를 수 있도록 하고, 그 반대 방향으로는 유체가 흐를 수 없도록 하여 고정자에 대해 회전자를 선택된 방향으로 회전시키는 단계;
ⅳ. 고정자에 대한 회전자의 소망하는 방향으로의 회전이 이루어지면, 선택형 불활성화 장치를 분리시켜 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 더 이상 유체 연통되지 않도록 하는 단계;를 포함한다.
이 방법은 캠샤프트 위상조정 제어를 간단하면서도 신뢰성 있는 방식으로 할 수 있도록 하며, 이는 단지 하나의 온/오프 액추에이터를 제어하면 되고, 소망하는 방향으로 위상조정을 시작할 때 한 번의 단순한 작동 타이밍만을 필요로 한다.
다른 측면에 따르면, 전술한 바에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관이 제공된다.
다른 측면에 따르면, 전술한 바에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 차량이 제공된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참고하여 다른 측면들, 목적들 및 이점들을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 제1 상태에 있는, 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2b는 제2 상태에 있는, 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2c는 제2 상태에 있는 중에 불활성화 장치가 작동할 때, 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2d는 개방 상태에 있는, 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 개시에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 다른 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 시스템 오일 압력이 보통일 때, 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 또 다른 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4b는 시스템 오일 압력이 감소되었을 때, 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 또 다른 실시형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 내연기관 내에서 본 개시에 따라 캠샤프트의 타이밍을 제어하기 위한 방법의 공정 흐름도이다.
도 6은 본 개시에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관을 포함하는 차량을 개략적으로 도시하는 도면이다.
첨부된 도면들과 아래에 기재되어 있는 발명의 상세한 설명을 함께 읽으면, 본 발명과 다른 목적들 및 본 발명의 이점들을 이해할 수 있을 것이다. 도면들에서 동일한 도면부호는 유사한 아이템을 지시하고 있다.
본 발명은 선택형 불활성화 장치를 포함하는 컨트롤 어셈블리를 사용하여 양 방향으로의 캠 토크 작동식 캠 위상조정(phasing)이 제어될 수 있다는 인식에 기초한다. 선택형 불활성화 장치는, 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 압력에 따라, 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브 중 하나를 개방 상태로 유지시켜 두 페이싱 챔버들 사이에 일방향 유동 경로가 형성되게 할 수 있다.
캠샤프트가 겪는 토크는 캠샤프트 회전을 지각시키는 양의 토크와 캠샤프트 회전을 부추기는 음의 토크 사이에서 주기적으로 변동한다. 이렇게 주기적으로 변통하는 토크는 궁극적으로 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 압력 차이를 주기적으로 변동시켜서, 초기에는 제1 챔버 내에 과압이 형성되고, 그런 다음 제2 챔버 내에 과압이 형성되며, 그리고 나서 제1 챔버 내에 과압이 형성되고 이어서 제2 챔버 내에 과압이 형성되는 등 일련의 과정이 계속된다. 만약 두 챔버가 유체 연통되어 있다면, 유체는 압력이 더 높은 챔버에서 압력이 낮은 챔버로 흐를 것이다. 즉 유동 방향이 주기적으로 변할 것이다. 통상적인 캠 토크 작동식(CTA: cam torque actuated) 캠 페이저는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 두 개의 별개의 일방향 유동 경로를 제공하는 것에 의한 이런 변동 압력을 이용한다. 제1 경로는 유체가 제1 챔버로부터 제2 챔버로만 흐르게 하고, 제2 경로는 그 반대 방향 즉 제2 챔버로부터 제1 챔버로만 흐르게 한다. 이들 경로들 중 하나를 개방하고 다른 경로는 폐쇄함으로써, 변동하는 압력 차이는 "유압식 래칫"(hydraulic ratchet) 효과에 의해 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 일방향 유동이 되게 한다.
본 발명의 캠 타이밍 페이저 장치는 회전자, 그 회전자를 동축으로 둘러싸는 고정자 및 컨트롤 어셈블리를 포함한다.
캠 페이저 회전자는 내연기관의 캠샤프트에 연결되게 배치된다. 이는 흡기 밸브 캠샤프트, 배기 밸브 캠샤프트 또는 조합형 흡기/배기 캠샤프트 같은 엔진 내 임의의 다른 캠샤프트일 수 있다. 회전자는 적어도 하나의 베인을 구비하지만 세 개, 네 개, 다섯 개 또는 여섯 개와 같이 복수의 베인을 구비하는 것이 바람직하다. 베인들 중 적어도 하나의 양 사이드에 오일을 컨트롤 어셈블리로 그리고 컨트롤 어셈블리로부터 채널링하기 위한 별개의 오일 채널들이 제공되지만, 베인들 모두의 양 사이드에 오일 채널들이 제공되는 것이 바람직하다.
고정자는 구동력을 받아들이기 위해 배치된다. 이는 예를 들면 고정자를 타이밍 벨트를 통해 크랭크샤프트로부터 구동력을 받는 캠 스프로켓에 연결하는 것일 수 있다. 고정자는 회전자와 동축으로 회전자를 둘러싸고, 회전자의 적어도 하나의 베인을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스를 구비한다. 실제로, 고정자는 회전자 베인과 동일한 수의 리세스를 구비한다. 고정자 내 리세스들은 회전자 베인들 보다 약간 크다. 이는 회전자가 고정자 내에 위치할 때 베인들이 리세스 중앙에 위치한다는 것을 의미하며, 각 회전자의 양쪽에 챔버가 형성된다. 이들 챔버들은 제1 챔버와 제2 챔버로 특징지어질 수 있다. 제1 챔버에 유압 오일이 채워지면 회전자가 고정자에 대해 제1 방향으로 회전하고, 제2 챔버에 유압 오일이 채워지면 회전자가 고정자에 대해 제2 방향으로 회전한다.
본 개시의 컨트롤 어셈블리는 제1 체크 밸브, 제2 체크 밸브 및 선택적인 불활성화 장치를 포함한다. 컨트롤 어셈블리는 캠 페이저 장치의 회전자 및/또는 캠샤프트 내 중앙에 위치할 수 있다. 컨트롤 어셈블리의 컴포넌트들은 별도로 이산된 컴포넌트이거나 부분적으로 또는 완전히 통합되어 있을 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 체크 밸브들은 밸브 바디를 공유할 수 있다.
밸브들이 "온/오프"(on/off)로 호칭되는 경우, 이는 밸브가 단지 개방 상태와 폐쇄 상태의 두 상태만을 구비하는 것을 가리킨다. 그러나 이러한 밸브들은 셋 이상의 포트를 구비할 수 있다. 예를 들면, 3/2 웨이 온/오프 밸브는 3개의 포트와 2개의 상태를 구비한다. 이런 밸브는 종종 개방되어 있을 때 두 유동 포트를 연결하고, 폐쇄되어 있을 때에는 유동 포트들 중 하나를 벤트/배출 포트로 연결한다.
밸브들이 "통상 폐쇄된/개방된/온/오프"(normally closed/open/on/off)로 호칭되는 경우, 이는 밸브가 작동하지 않을 때의 상태를 가리킨다. 예를 들면, 통상 개방된 솔레노이드 밸브는 통상적으로 스프링 리턴과 같이 리턴장치를 사용하여 작동하지 않을 때/동력이 인가되지 않을 때 개방 위치를 유지한다. 통상 개방된 솔레노이드 밸브가 작동/동력이 인가되는 경우, 솔레노이드가 밸브가 개방된 상태를 유지하는 리턴장치의 힘을 극복하기에 충분한 힘으로 작동하여, 밸브가 폐쇄된다. 비-작동/비-동력 인가되면, 리턴장치는 밸브를 개방 상태로 복귀시킨다.
컴포넌트들이 "유체 연통"(fluid communication)된 상태에 있는 경우 또는 컴포넌트들 "사이"(between)에서 유동되거나 유동되지 않는 경우, 이 유동이 반드시 방향성을 갖는 것으로 해석될 필요는 없다. 즉 유동은 양쪽 어느 방향으로 진행할 수 있다. 단일 방향으로의 방향성 유동(direction flow)은 한 컴포넌트로"부터"(from) 다른 컴포넌트"로"(to) 흐르는 것을 의미한다.
상기 챔버가 과압(overpressure)인 것으로 호칭되는 경우, 이는 상기 챔버 내의 유체 압력이 다른 챔버의 유체 압력보다 더 크다는 것을 의미한다. 예를 들면, 제1 챔버가 과압인 것으로 기술되면, 이는 제1 챔버 내의 압력이 제2 챔버 내의 압력보다 크다는 것을 의미한다.
제1 체크 밸브와 제2 체크 밸브는 제1 챔버로부터 제2 챔버로 이어지는 유동 경로 내에서 연속적으로 배치되어 있다. 이 유동 경로에서 오일 같은 유압식 유체는 두 방향으로 흐를 수 있다. 제1 방향은 제1 챔버로부터 제2 챔버를 향하는 방향이고, 제2 방향은 제2 챔버로부터 제1 챔버를 향하는 방향이다. 두 개의 체크 밸브들은 서로 반대 방향을 향하고 있어서, 제1 체크 밸브는 제1 방향으로는 유동되지 않게 하지만 제2 방향으로 유동되게 하는 반면, 제2 체크 밸브는 제1 방향으로 유동되게 하지만 제2 방향으로는 유동되지 않게 한다. 체크 밸브들이 "면-대-면"(face-to-face)으로 배치되어서, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 유체가 흐를 때, 만나는 제1 체크 밸브에 의해 유체 유동이 방지된다. 또는, 체크 밸브들이 "백-대-백"(back-to-back)으로 배치되어서, 유체 유동은 초기에 만나는 체크 밸브는 통과할 수 있으나 다음 번 만나는 체크 밸브에 의해 유동이 방지될 수 있다.
체크 밸브는 당 업계에서 알려져 있는 임의의 구조물일 수 있다. 예를 들면, 볼 밸브 부재, 리프트 밸브 부재, 다이어프램 밸브 부재 또는 디스크 밸브 부재를 구비하는 체크 밸브가 사용될 수 있다. 체크 밸브에는 스프링 같은 리턴 기구 또는 중력이나 허용된 방향과 반대 방향으로 작용하는 유체 압력에 의해 안착된 위치로 복귀될 수 있는 밸브 부재가 제공될 수 있다. 선택형 불활성화 장치의 디자인을 단순화 하기 위해, 제1 체크 밸브를 불활성화 시키기에 필요한 힘이 크기가 같고 제2 밸브에 대한 방향한 동일한 방향이 되게 배치될 수 있다. 이는, 예를 들면, 제1 및 제2 체크 밸브로 2개의 동일한 리프트 체크 밸브를 사용하여 달성될 수 있다.
체크 밸브들은 선택형 불활성화 장치에 의해 불활성될 수 있다. 불활성(deactivation) 하다는 것은, 체크 밸브의 밸브 부재가 안착되지 않아(de-seated) 제1 및 제2 방향 양 방향으로 유체가 흐를 수 있다는 것을 의미한다. 불활성화 기구는 가변일 수 있다. 예를 들면, 체크 밸브들은 밸브 부재를 안착시키지 않기 위해 필요한 방향으로 밸브 부재 위를 "밀어서"(pushing) 불활성화 될 수 있다.이와는 다르게, 밸브 부재가 밸브 시스템에 고정되어 있다면, 밸브 스템을 "밀어서", "당겨서" 또는 회전시켜 불활성으로 할 수 있다.
선택형 불활성화 장치는 제1 및 제2 챔버 사이의 압력 차이에 따라 반응하며, 어느 챔버가 과압 상태에 있는지에 따라 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브 중 어느 하나를 선택적으로 불활성화 시킬 수 있다. 두 개의 체크 밸브 중 하나를 선택적으로 불활성으로 함으로써, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 소망하는 방향으로의 일 방향 유동이 이루어진다.
선택형 불활성화 장치는 두 개의 체크 밸브와 연계되어 배치된다. 이는, 선택형 불활성화 장치의 적어도 일부 컴포넌트는 체크 밸브들의 밸브 부재를 비-안착시킬 수 있어야 한다는 것을 의미한다. 선택형 불활성화 장치의 다른 컴포넌트는 체크 밸브와 떨어져서 위치할 수 있다. 선택형 불활성화 장치는 체크 밸브와는 별개의 컴포넌트로 제작되거나 하나 또는 양 체크 밸브와 완전히 또는 부분적으로 통합되어 제작될 수 있다. 예를 들면, 모든 불활성화 요소와 긴밀하게 연관된 컴포넌트들은 체크 밸브와 바디와 통합되고, 반면 불활성화 요소를 작동시키는 데에 필요한 컴포넌트들은 떨어져서 위치할 수 있다.
선택형 불활성화 장치는 예를 들면 2개의 체크 밸브에 걸쳐 평행하게 유체식으로 결합된 실린더를 포함할 수 있다. 이 실린더는, 제1 챔버 내 과압에 의해 제1 방향으로 실린더의 제2 단부에 도달할 때까지 밀리거나 제2 챔버 내 과압에 의해 제2 방향으로 실린더의 제1 단부에 도달할 때까지 밀리는 피스톤 또는 볼 같은 실린더 부재를 구비한다. 제1 불활성 요소는 실린더의 제1 단부에서 측벽을 통해 연장하고, 제2 불활성 요소는 실린더의 제2 단부에서 측벽을 통해 연장한다. 이들 불활성 요소들은 이들이 제1 및 제2 체크 밸브 각각과 맞닿아 밸브 부재를 비-안착시켜서, 각 밸브들을 불활성화 시키도록 위치한다. 불활성 요소들은 실린더의 양 측 위에 위치하는 작동 부재에 의해 실린더로부터 불활성 요소들을 향해 반경방향 바깥쪽으로 압박되는 실린더 부재에 의해 전개된다. 작동 부재로부터 오는 힘은 실린더 부재를 통해 불활성화 부재로 전달되며, 이에 의해 맞물림 위치로 이동하게 된다. 이는 불활성화 부재가 작동 부재의 이동에 따라 전개된 실린더 부재에만 정렬된다는 것을 의미한다. 실린더 부재로부터 실린더 반대편 단부에 있는 불활성화 부재는 움직이지 않는다. 이러한 방식으로, 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브의 압력-선택형 불활성화가 이루어진다.
체크 밸브들이 "면-대-면" 또는 "백-대-백"으로 배치되는 지에 따라 체크 밸브가 실린더의 제1 단부 및 제2 단부에 대응하게 된다. 체크 밸브들이 "면-대-면"으로 배치되면, 불활성화 장치의 전개에 의해 가능해지는 일방향 유동 방향은 선택형 불활성화 장치가 전개될 때 형성되는 유동 방향과 반대 방향이 된다. 체크 밸브들이 "백-대-백"으로 배치되면, 불활성화 장치의 전개에 의해 가능해지는 일방향 유동 방향은 선택형 불활성화 장치가 전개될 때 형성되는 유동 방향과 동일한 방향이 된다. 체크 밸브들이 "백-대-백"으로 배치되면, 밸브 부재에 작용하는 비-안착력(de-seating force)은 밸브 부재를 재-안착시키기 위해 작용하는 유체 압력을 극복하기에 충분해야 한다는 점에 주목해야 한다.
캠샤프트 토크에 의해 생성된 압력은 커서 실린더 부재는 용이하게 이동될 수 있다. 따라서, 실린더 양 단부들 사이에서의 실린더 부재의 왕복이동(shuttling)은 순간적으로 이루어진다. 캠샤프트 토크가 크랭크 각도에 따라 주기적으로 변동하고 왕복이동이 신속하기 때문에, 실린더 부재 위치는 크랭크 각도에 따라 변하고 선택된 체크 밸브의 불활성화는 원하는 시점에서 단순해진다. 불활성화가 일단 시작되면, 불활성화가 종료될 때까지 체크 밸브는 계속해서 불활성 상태에 있게 되며, 이에 따라 선택형 불활성화 장치의 전개 타이밍은 각 위상조정 조가에 대해서만 수행되어야 한다.
선택형 불활성화 장치는 압력-작동식 또는 솔레노이드에 의한 직접 작동식일 수 있으며, 이에 따라 선택형 불활성화 장치는 유압식 장치, 공압식 장치 또는 솔레노이드 장치일 수 있다. 예를 들면, 공기 압력 또는 오일 압력 같은 유체 압력의 상승에 의해 선택형 불활성화 장치가 전개되면, 유체 압력을 제어하는 선택형 불활성화 장치의 컴포넌트들은 캠 타이밍 페이저 장치의 회전 부품들과 떨어져 위치할 수 있으며, 캠 베어링 홀더 같은 내연기관의 고정식 부품 상에 위치될 수 있다. 선택형 불활성화 장치에 대한 유체 압력은, 예를 들면, 작동 유체로 오일이 사용되는 경우 메인 오일 갤러리 같은 유체 압력 소스에 대한 연결에 의해 유체 압력을 상승시키는 온/오프 솔레노이드 밸브에 의해 조절될 수 있다. 이러한 솔레노이드 밸브는, 예를 들면, 입구 포트에서 선택형 불활성화 장치로 이어지는 오일 채널에 연결되어 있는 배출 포트에서 오일 갤러리에 연결되어 있으며, "오프" 위치에 있을 때 선택형 불활성화 장치로 이어지는 채널로부터 오는 오일 압력을 배출하기 위한 벤트 포트를 구비하는 3-포트, 2-위치 온/오프 솔레노이드 밸브일 수 있다. 솔레노이드 밸브는 솔레노이드가 작동하지 않을 때 통상적으로 "오프" 위치에 있을 수 있으며, 솔레노이드가 작동할 때 "온" 위치로 전환될 수 있다. 솔레노이드 밸브는 포핏 밸브, 슬라이딩 스풀 밸브 및 로터리 스풀 밸브를 포함하여 당 업계에 공지되어 있는 임의의 적당한 밸브 타입일 수 있다. 다만, 이들 밸브들만으로 한정되는 것은 아니다.
선택형 불활성화 장치와 유체 연결되어 있는 오일-충진 배럴이 유체 압력 소스로 사용될 수 있다. 온/오프 솔레노이드-작동식 플런저가 배럴 내에 제공된다. 솔레노이드-작동식 피스톤은 작동할 때에 배럴 내 오일의 용적부 위로 눌려져서 선택형 불활성화 장치에서의 압력을 증가시킬 수 있다.
메인 오일 갤러리 같은 오일 압력 소스로의 연결에 의해 캠 페이저 시스템 내에서 오일 압력이 유지될 수 있다. 예를 들면, 제1 체크 밸브와 제2 체크 밸브 사이의 유체 채널은 오일 압력 소스와 유동되게 연결될 수 있다. 오일 압력 소스에 연결되는 오일 재충진 채널에 캠 페이저 어셈블리로부터 오일 압력 소스로 오일이 역류되는 방지하기 위해 체크 밸브가 제공될 수 있다.
캠 페이저 어셈블리에 복수의 페일세이프 구성이 제공될 수도 있다. 압력 작동식 록 핀이, 그 록 핀을 수용하기 위한 고정자 내의 대응 리세스와 함께, 회전의 베인들 중 적어도 하나 내에 배치될 수 있다. 록킹 핀을 수용하는 리세스는 베이스 위치 즉 완전히 전진되거나 완전히 후퇴한 위치에 있을 수 있다. 시스템이 고장난 경우 회전자를 베이스 위치를 향해 편향시키기 위해 토션 스프링이 제공될 수 있다. 록 핀은 통상적으로 전개된(로킹) 위치에 있으며, 캠 페이저 장치의 컴포넌트 내 압력이 임계 압력을 초과할 때 후퇴된(언락) 위치로 간다. 예를 들면, 록 핀은 챔버로부터 컨트롤 어셈블리로 이어지는 하나 또는 그 이상의 채널과 유체 연결될 수 있다. 또는, 록 핀은 오일 재충전 채널과 유체 연결될 수 있다.
활용될 수 있는 다른 페일세이프 구성은 두 체크 밸브들을 우회시키는 채널 내에 배치되는 파일럿 체크 밸브이다. 이 파일럿 체크 밸브의 파일럿 포트는 캠 페이저 시스템 내의 가압 채널 예를 들면 오일 재충전 채널과 유체 연통한다. 시스템 내의 오일 압력이 임계 레벨 즉 보통의 오일 레벨을 초과하면, 파일럿 체크 밸브는 바이패스 채널 내에서 양 방향으로 유동되지 않게 한다. 즉 바이패스 밸브가 닫혀서 캠 페이저 장치는 전술한 바와 같이 기능한다. 그러나 시스템 내 오일 압력이 임계 레벨 미만으로 떨어지면, 에컨대 시스템 고장을 알려주면, 파일럿 체크 밸브는 한쪽 방향으로는 흐를 수 있게 하지만 반대 방향으로는 흐르지 못하게 작용한다. 이에 따라 캠샤프트 토크에 의해 회전자가 록킹 베이스 위치를 향하게 된다. 따라서, 파일럿 체크 밸브 페일세이프 구성을 사용함으로써, 회전자 내에서 페일세이프 토션 스프링을 사용할 필요가 없게 되어서 캠 페이저가 더 많은 캠샤프트 토크를 활용할 수 있게 된다.
캠 위상조정 없이 통상적으로 사용되는 동안, 선택형 불활성화 장치는 전개되지 않고, 제1 방향으로의 유동을 차단하는 제1 체크 밸브와 제2 방향으로의 유동을 차단하는 제2 체크 밸브에 의해 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 유체가 흐르지 못하게 된다. 캠샤프트 위상조정이 필요한 경우, 선택형 불활성화 장치 전개는 소망하는 체크 밸브의 불활성을 제공하는 챔버들 사이의 압력 차이와 일치되게 타이밍이 정해진다. 예를 들면, 제1 챔버로부터 제2 챔버로의 유압식 유체 유동이 필요한 경우, 선택형 불활성화 장치의 전개는 제1 체크 밸브의 불활성을 제공하게 타이밍이 정해진다. 캠샤프트 토크가 주기적으로 변동함에 따라, 유체는 제1 챔버로부터 제2 챔버로 흐를 수 있게 되지만, 제2 체크 밸브에 의해 제2 챔버로부터 제1 챔버로는 유체 유동이 방지된다. 이에 따라, 일방향 유동이 이루어지고, 회전자는 제1 방향으로 고정자에 대해 회전하게 된다. 즉 캠 위상조정이 이루어지게 된다.
도면들을 참고로 하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
도 1은 기재되어 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 나타내고 있다. 회전자(3)는 적어도 하나의 베인(5)을 포함한다. 회전자는 캠샤프트(도시되어 있지 않음)에 고정되어 있다. 적어도 하나의 리세스(9)를 구비하는 고정자(7)는 회전자(3)를 동축으로 둘러싸고 있다. 베인(5)은 리세스(9)를 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15)로 분할한다. 제1 오일 채널(19)이 베인(5)의 측면에 배치되어 있고, 제1 챔버(13)로부터 제1 체크 밸브(17)의 제1 포트로 이어져 있다. 제2 오일 채널(21)이 베인(5)의 측면에 배치되어 있고, 제2 챔버(15)로부터 제2 체크 밸브(23)의 제1 포트로 이어져 있다. 제3 오일 채널(25)이 제1 체크 밸브(17)의 제2 포트를 제2 체크 밸브(23)의 제2 포트에 연결시킨다.
제1 밸브 부재(27)가 제1 체크 밸브(17) 내에 배치되어서 제2 포트로부터 제1 포트로 유체가 흐르게 하고, 제1 포트로부터 제2 포트로는 유체가 흐르지 못하게 한다. 제2 밸브 부재(29)가 제2 체크 밸브(23) 내에 배치되어서 제2 포트로부터 제1 포트로 유체가 흐르게 하고, 제1 포트로부터 제2 포트로는 유체가 흐르지 못하게 한다.
불활성화 장치(35)의 불활성 요소를 수용하기 위해, 제3 오일 채널(25)의 벽을 관통하여 2개의 오리피스(31, 33)가 제공된다. 오리피스(31, 33)들은 불활성화 장치(35) 근방에 있는 제3 오일 채널(25) 벽의 측면 위에 제공된다. 제1 오리피스(31)는 제1 밸브 부재(27)의 단부를 직접 향하는 위치에서 오일 채널의 벽을 관통하여 배치된다. 제2 오리피스(33)는 제2 밸브 부재(29)의 단부를 직접 향하는 위치에서 오일 채널의 벽을 관통하여 배치된다.
불활성화 장치(35)는 제3 오일 채널(25)의 측벽에 매우 인접하게 배치된다. 불활성화 장치(35)는 제4 오일 채널(47)에 의해 제1 오일 채널(19)과 유체 연결되게 배치되어 있는 제1 단부 및 제5 오일 채널(49)에 의해 제2 오일 채널(21)과 유체 연결되게 배치되어 있는 제2 단부를 구비하는 실린더(39)를 포함한다. 실린더의 제1 단부가 제3 오일 채널의 제1 오리피스(31) 바깥에서 제1 오리피스(31)와 정렬되게 위치하고, 실린더의 제2 단부는 제3 오일 채널의 제2 오리피스(33) 바깥에서 제2 오리피스(33)와 정렬되게 위치하도록 실린더(39)와 제3 오일 채널(25)이 정렬되어 있다.
실린더(39)는 제3 오일 채널(25)을 향하는 실린더(39)의 측면 위 제1 단부에 위치하며, 제3 오일 채널(25)의 제1 오리피스(31)에 위치적으로 대응되는 제1 오리피스(40)를 구비한다. 제1 불활성화 핀(43)은 실린더(39)의 제1 오리피스(40)와 제3 오일 채널(25)의 제1 오리피스(31) 사이에서 연장한다. 제1 불활성화 핀(43)은 제3 오일 채널(25)의 제1 오리피스(31)를 통해 슬라이딩 할 수 있기에 적합한 크기로 되어 있다. 제1 불활성화 핀(43)의 일 단부는 실린더(39)의 제1 오리피스(40)와 밀봉 맞물림부를 형성하고 제2 단부는 제1 밸브 부재(27)의 단부 바로 근방에 위치한다. 제1 불활성화 핀(43)의 바디는 제3 오일 채널(25)의 제1 오리피스(31)와 밀봉 맞물림부를 형성한다.
실린더(39)는 제3 오일 채널(25)을 향하는 실린더(39)의 측면 위 제2 단부에 위치하며, 제3 오일 채널(25)의 제2 오리피스(33)에 위치적으로 대응되는 제2 오리피스(41)를 구비한다. 제2 불활성화 핀(45)은 실린더(39)의 제2 오리피스(41)와 제3 오일 채널(25)의 제2 오리피스(33) 사이에서 연장한다. 제2 불활성화 핀(45)은 제3 오일 채널(25)의 제2 오리피스(33)를 통해 슬라이딩 할 수 있기에 적합한 크기로 되어 있다. 제2 차단 핀(45)의 일 단부는 실린더(39)의 제2 오리피스(41)와 밀봉 맞물림부를 형성하고 제2 단부는 제2 밸브 부재(29)의 단부 바로 근방에 위치한다. 제2 불활성화 핀(45)의 바디는 제3 오일 채널(25)의 제2 오리피스(33)와 밀봉 맞물림부를 형성한다. 이에 따라 제1 및 제2 불활성화 핀들은 오일이 오리피스들(31, 33, 40 및 41)을 통해 누출되어 유체 압력이 손실되는 것을 방지한다.
실린더는 실린더(39)의 제1 단부에서 제1 오리피스(40)와 반경방향 반대편에 위치하는 제3 오리피스(53)를 구비한다. 제1 작동 핀(48)의 제1 단부는 제3 오리피스(53)와 밀봉 맞물림부를 형성한다. 제1 작동 핀(48)은 제3 오리피스(53)를 통해 슬라이딩하기에 적합한 크기로 되어 있다. 제1 작동 핀(48)의 바디는 불활성화 장치(35)가 작동하지 않을 때 실린더(39)의 외부 위에 위치한다.
실린더는 실린더(39)의 제2 단부에서 제2 오리피스(41)와 반경방향 반대편에 위치하는 제4 오리피스(55)를 구비한다. 제2 작동 핀(50)의 제1 단부는 제4 오리피스(55)와 밀봉 맞물림부를 형성한다. 제2 작동 핀(50)은 제4 오리피스(55)를 통해 슬라이딩하기에 적합한 크기로 되어 있다. 제2 작동 핀(50)의 바디는 차단 장치(35)가 작동하지 않을 때 실린더(39)의 외부 위에 위치한다.
피스톤(51)은 실린더(39) 내에 배치되어 있으며, 유체 압력에 응답하여 제1 위치와 제2 위치 사이의 유체 압력에 의해 이동할 수 있다. 제1 위치는 제2 불활성화 핀(45)과 제2 작동 핀(50) 사이에서 실린더(39)의 제2 단부이다. 제2 위치는 제1 불활성화 핀(43)과 제1 작동 핀(48) 사이에서 실린더(39)의 제1 단부이다. 피스톤(51)은, 불활성화 장치(35)가 작동할 때마다 불활성화 핀들(43, 45)을 밸브 부재들(27, 29)을 향해 이동시키기 위해 오리피스들(40, 41)을 통해 끼워질 수 있는 크기로 되어 있다.
캠 타이밍 페이저 장치는 다음과 같이 기능한다. 제1 챔버(13) 내의 오일 압력이 제2 챔버(15) 내의 오일 압력보다 높을 때, 피스톤(51)은 유체 압력에 의해 제1 위치(실린더(39)의 제2 단부에 있는)로 이동된다. 제1 체크 밸브(17)에 의해 오일은 흐르지 않는다. 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 제1 폐쇄 상태가 도 2a에 도시되어 있다. 제2 챔버(15) 내의 오일 압력이 제1 챔버(13) 내의 오일 압력보다 높을 때, 피스톤(51)은 유체 압력에 의해 제2 위치(실린더(39)의 제1 단부에 있는)로 이동된다. 제2 체크 밸브(23)에 의해 오일은 흐르지 않는다. 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 제2 폐쇄 상태가 도 2b에 도시되어 있다. 이에 따라, 작동하지 않을 때, 컨트롤 어셈블리는 양 방향으로 흐르지 못하게 한다. 즉 캠 위상조정 홀딩 모드에 있다. 그러나 피스톤(51)은 두 챔버들(13, 15)의 압력 차이가 작용하는 방향에 따라 두 개의 별개의 위치를 취할 수 있음에 주목해야 한다. 원하는 방향으로 위상조정을 제공하기 위해 이러한 특징이 이용된다.
제1 방향으로 위상조정을 하고자 하는 경우 즉 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유체를 흐르게 하기 위한 경우, 제2 챔버가 과압 상태에 있는 동안에 불활성화 장치(35)가 전개된다. 따라서 피스톤(51)이 제2 위치에 있게 된다. 불활성화 장치가 전개되면, 작동 핀들(48, 50)이 작동력에 의해 실린더(39) 내로 이동된다. 이 작동력은 유체 압력이거나 솔레노이드에 의해 제공되는 힘일 수 있다. 제2 위치에 있는 피스톤은 제1 작동 핀(48)에 의해 제1 실린더 오리피스(40)를 통해 가압된다. 이에 따라 피스톤은 제1 오리피스(31)를 통해 제1 불활성화 핀(43)을 제1 밸브 부재(27)에 대해 더 밀어서 제1 밸브 부재(27)가 비-안착 상태가 되게 한다. 실린더 반대편 단부에서, 제2 작동 핀(50)은 실린더 용적부 내로 이동한다. 그러나 피스톤(51)이 핀들(50, 45) 사이의 관련 위치에 있지 않기 때문에 이러한 동작은 불활성화 핀(45)으로 더 이상 전달되지 않는다. 따라서 제1 불활성화 핀(43)이 제1 밸브 부재(27)와 맞닿는 위치로 이동하는 반면, 제2 차단 핀(45)은 움직이지 않아 맞닿지 않는다. 이 상황이 도 2c에 도시되어 있다. 압력이 반대 방향으로 작용하고 제1 챔버(13)가 과압이 되도록 캠샤프트 토크가 변동되면, 제1 불활성화 핀(43)에 의해 제1 체크 밸브(17)는 개방 상태를 유지하고 진행하는 유체 압력에 의해 제2 체크 밸브(23)가 개방된다. 이에 따라 컨트롤 어셈블리를 통해 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 유체가 흐를 수 있게 된다. 제2 체크 밸브(23)에 의해 반대 방향으로는 흐르지 못한다. 이에 따라 불활성화 장치(35)가 전개되어 있는 동안에는 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로의 일방향 유동만이 허용된다. 이 상황이 도 2d에 도시되어 있다.
작동 핀들(48, 50)에서 작동력을 제거하면, 불활성화 핀들(43, 45)이 그들의 비-작동 상태로 복귀하고, 피스톤(51)은 실린더(39)로 복귀하며, 캠 페이저는 캠 위상조정 홀딩 상태인 비-작동 상태로 복귀하게 된다.
피스톤(51)이 제1 위치에 있을 때 불활성화 장치(35)를 전개함으로써, 이와 유사한 방식으로 반대 방향으로 위상조정을 할 수 있다.
도 3은 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 오일 재충진 채널(57)은 제3 오일 채널(25)과 메인 오일 갤러리 같은 오일 압력 소스(59) 사이에 유체 연결을 제공한다. 오일 재충진 채널(57)에는 캠 페이저 장치로부터 오일 압력 소스(59)로 오일 역류를 방지하기 위해 체크 밸브(61)가 제공된다.
도 4a 및 도 4b는 캠 타이밍 페이저 장치의 컨트롤 어셈블리의 또 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 제1 오일 채널(19)과 제2 오일 채널(21)이 유체 연통하게 바이패스 채널(63)이 제공된다. 바이패스 채널(63) 내에 파일럿 체크 밸브(65)가 배치되어 있다. 파일럿 체크 밸브(65)는 파일럿 오일 채널(67)을 통해 오일 압력 소스(59)와 유체 연통하는 파일럿 포트를 구비한다. 도 4a는 오일 압력 소스(59)가 보통의 오일 압력을 제공할 때의 컨트롤 어셈블리를 도시한다. 파일럿 체크 밸브(65)는 오일 압력 소스(59)의 유체 압력에 의해 닫혀 있어서 바이패스 채널(63) 내에서 양 방향으로 유체가 흐르지 못한다. 이에 따라 컨트롤 어셈블리는 전술한 바와 같이 바이패스 채널(63)이 없는 실시형태와 같이 기능한다. 오일 압력이 실패한 경우의 컨트롤 어셈블리가 도 4b에 도시되어 있다. 이제 파일럿 채널(67) 내의 오일 압력이 더 이상 파일럿 체크 밸브(65)를 폐쇄시키지 못하고, 파일럿 체크 밸브(65)가 레귤러 체크 밸브로 기능한다. 따라서, 파일럿 체크 밸브(65)는 제1 오일 채널(19)로부터 제2 오일 채널(21)로 오일이 흐르게 하지만, 반대 방향으로는 흐르지 못하게 한다. 따라서, 바이패스 채널(63)은 제1 챔버로부터 제2 챔버로 일방향 유동 경로를 제공한다. 이는 제1 방향으로 캠 위상조정을 제공하고 불활성화 장치(35)가 작동하지 않을 때에도 토션 스프링을 사용할 필요가 없으면서 베이스 위치로 회전자를 복귀시킨다.
도 5는 기재되어 있는 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법의 공정 흐름도를 도시하고 있다.
제1 단계에서, 캠 타이밍 페이저 장치는 불활성화 장치가 해제 위치에 있도록 제공되어, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체가 연통되지 않게 한다. 즉 캠 타이밍 페이저 장치는 초기에는 캠 위상조정 홀딩 상태에 있는다.
제2 단계에서, 불활성화 장치는 소망하는 위상조정 방향과 반대방향으로 작용하는 유체 압력과 일치되게 전개된다. 이는 불활성화 요소가 맞물림 위치로 이동되어 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브 중 하나를 개방된 상태를 유지하게 한다는 것을 의미한다.
제3 단계에서, 불활성화 장치의 전개가 유지된다. 이 기간 동안, 캠샤프트 토크가 변동하여 제1 및 제2 챔버 내 압력 피크를 변동시키고, 비-불활성화 체크 밸브는 한 방향으로 유체가 흐를 수 있게 하여 하나의 챔버에서 다른 챔버로의 방향성 유동이 얻어지게 된다.
제4 단계에서, 원하는 정도로 캠샤프트 위상조정이 이루어지면, 불활성화 장치가 분리된다. 불활성화 장치를 분리함으로써, 캠 타이밍 페이저 장치는 홀딩 상태로 복귀하게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 및 차량에도 관한 것이다. 도 6은 내연기관(203)을 구비하는 중대형 화물 차량(200)을 개략적으로 도시한다. 내연기관은 크랭크샤프트(205), 크랭크샤프트 스프로켓(207), 캠샤프트(도시되어 있지 않음), 캠샤프트 스프로켓(209) 및 타이밍 체인(211)을 구비한다. 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)는 캠 스프로켓/캠샤프트의 회전축선에 위치한다. 이러한 가변형 캠 타이밍 페이저 장치가 제공되어 있는 엔진은, 캠 위상조정 장치가 없는 차량에 비해 연료 경제가 개선되고, 배기물이 적어지며 성능이 개선되는 것과 같은 많은 이점을 갖고 있다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 베인(5)을 구비하며, 캠샤프트에 연결되게 배치되는 회전자(3);
    상기 회전자(3)를 동축으로 둘러싸는 고정자(7)로, 상기 회전자(3)의 적어도 하나의 베인(5)을 수용하며 상기 고정자(7)에 대해 회전자(3)가 회전 이동할 수 있게 하는 적어도 하나의 리세스(9)를 구비하며, 구동력을 받기 위해 배치되는 외부 둘레부를 구비하는 고정자(7);
    상기 적어도 하나의 베인(5)은 상기 적어도 하나의 리세스를 가압되는 유압식 유체를 수용하게 배치되는 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15)로 분할하고, 제1 챔버(13) 내로 유압식 유체가 도입되면 회전자(3)가 고정자(7)에 대해 제1 회전 방향으로 이동하고, 제2 챔버(15) 내로 유압식 유체가 도입되면 회전자(3)는 고정자(7)에 대해 상기 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 이동하며; 및
    제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 또는 제2 챔버(15)로부터 제1 챔버(13)로 유동하는 유압식 유체를 제어하기 위한 컨트롤 어셈블리를 포함하여 구성되는, 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치에 있어서,
    상기 컨트롤 어셈블리는,
    제1 체크 밸브(17), 제2 체크 밸브(23) 및 선택형 불활성화 장치(35)를 포함하고,
    상기 제1 체크 밸브(17) 및 제2 체크 밸브(23)는 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이의 유체 통로에서 직렬로 배치되고, 제1 체크 밸브(17)는 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로의 제1 방향으로는 유체가 흐르지 못하게 하고 제2 챔버(15)로부터 제1 챔버(13)로의 제2 방향으로는 유체를 흐르게 하도록 구성되며, 제2 체크 밸브(23)는 제1 방향으로는 유체가 흐르게 하고 제2 방향으로는 유체가 흐르지 못하게 구성되며,
    상기 선택형 불활성화 장치(35)는 전개될 수 있으며, 선택형 불활성화 장치(35)가 전개될 때 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이의 유체의 상대 압력 차이에 따라 제1 체크 밸브(17) 또는 제2 체크 밸브(23) 중 하나를 선택적으로 불활성시켜서 불활성으로 되는 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브는 제1 방향과 제2 방향의 양 방향으로 유체가 흐를 수 있게 구성되고,
    제2 챔버(15)가 과압일 때 상기 선택형 불활성화 장치(35)가 전개됨에 따라 제1 체크 밸브(17)가 불활성으로 되고, 제1 챔버(13)가 과압일 때 상기 선택형 불활성화 장치(35)가 전개됨에 따라 제2 체크 밸브(23)가 불활성으로 되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    제1 체크 밸브(17)는 제1 챔버(13)와 유체 연통하는 제1 포트, 제2 체크 밸브(23)의 제2 포트와 유체 연통하는 제2 포트 및 제1 밸브 부재(27)를 포함하되, 상기 제1 밸브 부재(27)는 제1 체크 밸브의 제2 포트로부터 제1 체크 밸브의 제1 포트로 유체가 흐를 수 있게 하고, 제1 체크 밸브의 제1 포트로부터 제1 체크 밸브의 제2 포트로는 유체가 흐르지 못하게 하며, 제2 체크 밸브(23)는 제2 챔버(15)와 유체 연통하는 제1 포트, 제1 체크 밸브(17)의 제2 포트와 유체 연통하는 제2 포트 및 제2 밸브 부재(29)를 포함하되, 상기 제2 밸브 부재(29)는 제2 체크 밸브의 제2 포트로부터 제2 체크 밸브의 제1 포트로 유체가 흐를 수 있게 하고, 제2 체크 밸브의 제1 포트로부터 제1 체크 밸브의 제2 포트로는 유체가 흐르지 못하게 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    선택형 불활성화 장치는 상기 선택형 불활성화 장치(35)가 전개되어 있을 때 분리 위치로부터 맞물림 위치로 이동할 수 있는 적어도 하나의 불활성화 요소(43, 45)를 포함하고, 선택형 불활성화 장치(35)가 전개될 때 제1 밸브 부재(27) 또는 제2 밸브 부재(29) 중 하나를 선택적으로 변위시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    선택형 불활성화 장치(35)는,
    제1 챔버(13)와 유체 연통하는 제1 단부 및 제2 챔버(15)와 유체 연통하는 제2 단부를 구비하는 실린더(39);
    상기 실린더(39) 내에 배치되어 있는 실린더 부재(51)로, 상기 실린더 부재(51)는 제1 챔버(13)가 과압일 때 유체 압력에 의한 제1 실린더 위치와 제2 챔버(15)가 과압일 때 유체 압력에 의한 제2 실린더 위치 사이에서 실린더 종축선을 따르는 방향으로 이동할 수 있게 배치되어 있고, 상기 실린더 부재(51)는 선택형 불활성화 장치(35)가 전개될 때 제1 실린더 위치와 제2 실린더 위치 사이에 있을 때 실린더(39)의 종축선에 대한 반경방향으로 이동할 수 있게 배치되어 있는, 실린더 부재(51);
    선택형 불활성화 장치(35)가 전개되어 있을 때, 실린더 부재(51)의 반경 방향 이동에 의해 실린더 부재(51)와 제2 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치되어 있는 제1 불활성화 요소(43)로, 상기 맞물린 제1 불활성화 요소(43)가 제1 밸브 부재(27)를 변위시키는, 제1 불활성화 요소(43); 및
    선택형 불활성화 장치(35)가 전개되어 있을 때, 실린더 부재(51)의 반경 방향 이동에 의해 실린더 부재(51)와 제1 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치되어 있는 제2 불활성화 요소(45)로, 상기 맞물린 제2 불활성화 요소(45)가 제2 밸브 부재(29)를 변위시키는, 제2 불활성화 요소(45);를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    외부 유압식 압력의 상승, 외부 공압식 압력의 상승 또는 솔레노이드의 에너지 인가에 의해 선택형 불활성화 장치(35)가 전개되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    외부 유압식 압력의 상승에 의해 선택형 불활성화 장치(35)가 전개되고, 외부 유압식 압력은 캠 타이밍 페이저 장치의 모든 회전 컴포넌트들과 떨어져 위치하는 솔레노이드-제어식 액추에이터에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    솔레노이드-제어식 액추에이터는 상승된 유체 압력 소스와 유체 연통하는 입구 포트, 선택형 불활성화 장치와 유체 연통하는 배출 포트 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브이고, 상기 솔레노이드 밸브의 1차 상태는 상승된 유체 압력 소스로부터 선택형 불활성화 장치로 유체 연통을 방지하고 선택형 불활성화 장치로부터 벤트 포트는 유체 연통시키는 비-에너지 인가 상태이고, 상기 솔레노이드 밸브의 2차 상태는 상승된 유체 압력 소스와 선택형 불활성화 장치를 유체 연통시키고 적어도 하나의 불활성화 요소를 전개시키는 에너지 인가 상태인 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    솔레노이드-제어식 액추에이터는 선택형 불활성화 장치와 유체 연통하게 배치되어 있는 배럴 내에 배치되어 있는 솔레노이드-구동식 플런저이고, 상기 솔레노이드-구동식 플런저의 1차 상태는 후퇴된 비-에너지 인가 상태이고, 솔레노이드-구동식 플런저의 2차 상태는 선택형 불활성화 장치에서 유체의 압력을 상승시키고 적어도 하나의 불활성화 요소를 전개시키는 신장된 에너지 인가 상태인 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    선택형 불활성화 장치는 고정 장착된 온/오프 솔레노이드에 의해 전개되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상승된 유체 압력 소스(59)가 재충진 채널(57)을 통해 제1 챔버(13) 및/또는 제2 챔버(15)와 유체 연통하게 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    유압식 유체가 유압식 오일인 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  13. 제1항, 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법으로,
    ⅰ. 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 방지하기 위해 선택형 불활성화 장치가 비-전개된 상태로 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 단계;
    ⅱ. 과압인 제1 챔버와 일치하는 시점에서 선택형 불활성화 장치를 전개하여 제2 체크 밸브를 선택적으로 불활성화 시키거나 또는 과압인 제2 챔버와 일치하는 시점에서 선택형 불활성화 장치를 전개하여 제1 체크 밸브를 선택적으로 불활성화 시키는 단계;
    ⅲ. 선택형 불활성화 장치를 전개된 상태로 유지하여 캠샤프트 토크에 의해 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 단일 방향으로 유체가 주기적으로 흐를 수 있도록 하고, 그 반대 방향으로는 유체가 흐를 수 없도록 하여 고정자에 대해 회전자를 선택된 방향으로 회전시키는 단계;
    ⅳ. 고정자에 대한 회전자의 소망하는 방향으로의 회전이 이루어지면, 선택형 불활성화 장치를 분리시켜 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 더 이상 유체 연통되지 않도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍 제어 방법.
  14. 제1항, 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)를 포함하는 내연기관(203).
  15. 제1항, 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)를 포함하는 차량(200).
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