KR20060069334A - 밸브 타이밍 제어 장치 및 최소 토크의 설정 방법 - Google Patents

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Abstract

밸브 타이밍 제어 장치에서, 구동 회전 부재(2)와 종동 회전 부재(1) 사이의 상대 회전 위상은 베인(5)에 의해 분할되는 유체 압력실(40) 내의 유체 압력을 이용하는 상대 회전 위상 조정 기구(7, 70, 75, 76, 11, 10, 9, 90a, 90b, 90c, 90d, 90e)에 의해 조정된다. 상기 상대 회전 위상은 가장 진행된 각도 위상과 가장 지연된 각도 위상 사이의 중간 위상에서 로킹 기구(6, 60, 6A, 6B, 61, 62)에 의해 구속된다. 상기 종동 회전 부재에 대한 상기 구동 회전 부재에 대하여 편향 기구(8)에 의해 가해지는 최소 설정 토크로서, 유체 압력이 잔존하는 동안에 상대 회전 위상 제어를 위해 워밍업 전 또는 최저 온도에서 크랭크 작동 시의 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최소 토크 중 큰 값이 선택된다.
밸브 타이밍, 제어, 토크, 회전 부재, 엔진, 위상, 상대 회전, 로킹, 편향

Description

밸브 타이밍 제어 장치 및 최소 토크의 설정 방법 {VALVE TIMING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR SETTING MINIMUM TORQUE}
도 1은 밸브 타이밍 제어 장치의 개략적인 구성을 나타내는 측단면도이다.
도 2는 로크 기구에 의한 상대 회전 위상의 로크 상태를 나타내는 입단면도이다.
도 3은 로크 기구에 의한 상태 회전 위상의 로크 해제 상태를 나타내는 입단면도이다.
도 4는 가장 지연된 각도 위상을 나타내는 입단면도이다.
도 5는 최초의 규제가 가해진 상태를 나타내는 입단면도이다.
도 6은 제어 밸브의 작동을 나타내는 다이어그램이다.
도 7A 및 7B는 편향 기구의 토크를 설정하기 위해 참조되는 설명도이다.
도 8은 엔진 시동 시의 각종 상태를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 9는 가장 지연된 각도 위상과 중간 위상 사이에 3단의 규제 위상을 포함하는 밸브 타이밍 제어 장치를 나타내는 입단면도이다.
도 10A, 10B, 10C는 도 9에 나타낸 밸브 타이밍 제어 장치에서 가장 지연된 각도 쪽으로의 위상 변경이 규제된 상태를 나타내는 다이어그램이다.
도 11A, 11B는 도 10C로부터 연속되는 위상 변경 규제 상태를 나타내는 다이 어그램이다.
도 12는 도 9에 나타낸 밸브 타이밍 제어 장치에서 상태 위상의 변경을 나타내는 타이밍 차트이다.
본 발명은 밸브 타이밍 제어 장치 및 최소 토크를 설정하기 위한 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 차량에 탑재된 엔진의 구동 조건에 따라서 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브의 한쪽 또는 양쪽의 개폐 타이밍을 제어하는 밸브 타이밍 제어 장치, 및 이러한 장치의 구동 회전 부재와 피동 회전 부재 사이에 제공되어 상기 종동 회전부재를 진행각도(advanced angle) 쪽으로 편향시키는 편향 기구에 의해 발생되는 토크를 설정하는 방법에 관한 것이다.
종래의 밸브 타이밍 제어 장치는, 크랭크샤프트와 동기 회전되는 구동 회전 부재, 상기 구동 회전 부재와 동축으로 제공되며 캠샤프트와 함께 회전되는 종동 회전 부재, 상기 구동 회전 부재 및 상기 종동 회전 부재의 적어도 하나에 제공되는 유체 압력실, 상기 유체 압력실을 상기 진행각도실과 지연각도실로 분할하는 베인(vane), 및 상기 진행각도실 및 지연각도실의 한쪽 또는 양쪽에 대한 작동 유체의 공급 또는 배출을 통해 상기 유체 압력실에 대한 베인의 상대 위치를 변경하고 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상을 상기 진행각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 진행된 각도 위상과 상기 지연각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 지연된 각도 위상 사이에서 조정 가능한 상대 회전 위상 조정 기구를 포함한다.
또한, 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이에는, 이들 사이에서의 상대 회전 위상을 가장 진행된 각도 위상 쪽으로 편향시키기 위한 편향 기구(예를 들면 비틀림 스프링)가 제공된다.
또한, 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이에는, 상대 회전 위상을 구속하는 로크 기구가 제공되어 엔진 시동 시에 최적의 상태가 되도록 한다.
예를 들어 로크 상태를 이루는 로킹 기구에서, 구동 회전 부재에 제공되는 로크 부재는 스프링 수단에 의해 종동 회전 부재 쪽으로 편향되고, 로킹 부재는 종동 회전 부재에 제공되는 로킹 유체실에 삽입된다. 따라서, 상대 회전이 구속된다. 로킹 상태를 해제시키기 위해, 로킹 유체실에 로킹 유체가 공급되어 유체 압력을 증가시키고 로킹 부재는 구동 회전 부재 쪽으로 후퇴된다.
상대 회전 위상 조정 기구, 편향 기구, 및 로킹 기구를 포함하는 종래의 밸브 타이밍 제어 장치에서, 편향 수단의 토크는 캠샤프트의 평균 토크를 기준으로 하여 설정된다. 즉, 제1 종래 기술(예를 들어 US2001/0039933A에 개시됨)에 따르면, 편향 기구의 최소 토크는 캠샤프트의 아이들 회전 범위 내의 평균 토크의 10%로 설정되고, 편향 기구의 최대 토크는 캠샤프트의 회전 관성 하의 평균 토크로 설정된다. 또한, 제2 종래 기술(예를 들어 US6155219A에 개시됨)에 따르면, 최대 토크는 내연기관의 시동 시에 크랭크샤프트의 1회전 사이클 후에 점화가 일어날 때까지의 캠샤프트의 평균 관성 토크로 설정된다.
근래, 엔진의 원활한 시동성을 얻고, 진행각도 및 지연각도 모두에서 구동 회전 부재와 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상의 범위를 얻기 위해, 상기 로킹 기구가 구동 회전 부재와 종동 회전 부재 사이의 상대 회전을 억제하는 로크 위상이 가장 지연된 각도 위상과 가장 진행된 각도 위상 사이의 중간 위상에 제공되도록 하는 밸브 타이밍 제어 장치가 제안되어 있다.
또한, 중간 로크 구조를 가지는 밸브 타이밍 제어 장치로서, 가장 지연된 위상으로부터 중간 위상으로 복귀될 때까지의 소정의 위상에서, 단일 스텝 또는 다중 스텝에서 상대 회전 위상이 지연각도 쪽으로 복귀되는 것이 규제되고, 이어서 상대 회전 위상은 중간 위상 쪽으로 이행되어, 중간 로크가 신속하게 실현되는, 유사한 종류의 밸브 타이밍 제어 장치가 제안되어 있다.
이러한 로크 위상의 관점에서, 제1 종래 기술 및 제2 종래 기술에서는 로크 위상이 중간 위상으로 설정되지 않는다. 즉, 제1 종래 기술에 개시된 장치에서는, JP2000-179314A(US2001/0039933A)의 단락 [0028] 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 로크 위상은 가장 지연된 각도 위상으로 설정되어 있다. 이에 반해, 제2 종래 기술에 개시된 장치에서는, JP2000-145415A(US615219A)의 단락 [0025] 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 로크 위상은 가장 진행된 각도 위상으로 설정되어 있다.
전술한 바와 같이, 중간 로킹 구조의 밸브 타이밍 제어 장치 분야에서는, 편향 기구의 토크 설정 기술이 충분히 확립되어 있지 않다. 따라서, 토크는 편향 기구에 대하여 비교적 부정확하게 설정되어 있다.
따라서, 로킹 기구가 작용을 하는 로크 위상(소위 중간 위상)을 가지는 밸브 타이밍 제어 장치에서, 편향 기구에 의해 발생되는 토크가 과부족 없이 설정될 수 있어서 상대 회전 위상이 용이하게 조정될 수 있고 중간 로크가 신뢰적으로 이루어질 수 있는 밸브 타이밍 제어 장치가 필요하게 되었다. 또한, 이러한 장치를 구현할 수 있도록 하는 편향 기구의 토크 설정 방법이 필요하게 되었다. 본 발명은 전술한 배경의 관점에 따라 이루어진, 밸브 타이밍 제어 장치 및 편향 기구의 토크 설정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진용 밸브 타이밍 제어 장치는, 크랭크샤프트와 동기 회전되는 구동 회전 부재(2), 상기 구동 회전 부재와 동축으로 제공되며 캠샤프트(3)와 함께 회전되는 종동 회전 부재(1), 상기 구동 회전 부재 및 상기 종동 회전 부재 중 한쪽에 제공되는 유체 압력실(40), 상기 유체 압력실을 진행각도실(43) 및 지연각도실(42)로 분할하는 베인(5), 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실의 한쪽 또는 양쪽에 대하여 작동 유체를 공급 또는 배출하고 상기 유체 압력실에 대한 상기 베인의 상대 위치를 변경하고 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상을 상기 지연각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 지연된 각도 위상과 상기 진행각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 진행된 각도 위상 사이의 범위에서 조정 가능한 상대 회전 위상 조정 기구(7, 70, 75, 76, 11, 10, 9, 90a, 90b, 90c, 90d, 90e), 상기 가장 진행된 각도 위상과 상기 가장 지연된 각도 위상 사이의 중간 위상에서 상기 상대 회전 위상을 구속하는 로킹 기구(6, 60, 6A, 6B, 61, 62), 및 상기 종동 회전 부재에 대한 상기 구동 회전 부재에 토크를 가하여 상기 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상 쪽으로 진행되도록 하는 편향 기구(8)를 포함한다. 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실 모두로부터 유체 압력이 배출되어 엔진의 워밍업 전에 제1 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최저 토크인 제1 토크(t1), 및 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실에 유압이 잔존하여 상기 상대 회전 위상이 상기 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도인 제2 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최소 토크인 제2 토크(t2) 중 큰 값이 편향 기구에 대한 최소 설정 토크로서 선택된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 엔진용 밸브 타이밍 제어 장치의 편향 기구에 대하여 최소 토크를 설정하는 방법에 있어서, 상기 밸브 타이밍 제어 장치는, 크랭크샤프트와 동기 회전되는 구동 회전 부재(2), 상기 구동 회전 부재와 동축으로 제공되며 캠샤프트(3)와 함께 회전되는 종동 회전 부재(1), 상기 구동 회전 부재 및 상기 종동 회전 부재 중 한쪽에 제공되는 유체 압력실(40), 상기 유체 압력실을 진행각도실(43) 및 지연각도실(42)로 분할하는 베인(5), 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실의 한쪽 또는 양쪽에 대하여 작동 유체를 공급 또는 배출하고 상기 유체 압력실에 대한 상기 베인의 상대 위치를 변경하고 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상을 상기 지연각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 지연된 각도 위상과 상기 진행각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 진행된 각도 위상 사이의 범위에서 조정 가능한 상대 회전 위상 조정 기구(7, 70, 75, 76, 11, 10, 9, 90a, 90b, 90c, 90d, 90e), 상기 가장 진행된 각도 위상과 상기 가장 지연된 각도 위상 사이의 중간 위상에서 상기 상대 회전 위상을 구속하는 로킹 기구(6, 60, 6A, 6B, 61, 62), 및 상기 종동 회전 부재에 대한 상기 구동 회전 부재에 토크를 가하여 상기 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상 쪽으로 진행되도록 하는 편향 기구(8)를 포함한다. 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실 모두로부터 유체 압력이 배출되어 엔진의 워밍업 전에 제1 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 상기 상대 회전 위상이 변경되는데 필요한 최저 토크인 제1 토크(t1), 및 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실에 유압이 잔존하여 상기 상대 회전 위상이 상기 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도인 제2 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 상기 상대 회전 위상이 변경되는데 필요한 최소 토크인 제2 토크(t2) 중 큰 값이 최소 토크로서 선택된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 로킹 기구가 작용하는 로크 위상(소위 중간 위상)을 가지는 밸브 타이밍 제어 장치에 있어서, 편향 기구에 의해 발생되는 토크가 과부족 없이 설정될 수 있어서 상대 회전 위상이 용이하게 조정될 수 있고 중간 로크가 신뢰적으로 이루어질 수 있는 밸브 타이밍 제어 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 편향 기구에 의해 발생되는 토크가 과부족 없이 설정될 수 있어서 상대 회전 위상이 용이하게 조정될 수 있고 중간 로크가 신뢰적으로 이루어질 수 있는 밸브 타이밍 제어 장치를 구현할 수 있는, 편향 기구의 토크 설정 방법이 얻어질 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 먼저, 밸브 타이밍 제어 장치를 설명한다. 도 1에 나타낸 밸브 타이밍 제어 장치는 차량용 엔진의 크랭크샤프트와 동기 회전하는 구동 회전 부재인 외부 로터(2), 및 외부 로터(2)와 동축으로 제공되며 캠샤프트(3)와 함께 회전되는 종동 회전 부재인 내부 로터(1)를 포함한다.
내부 로터(1)는 캠샤프트(3)의 단부에 일체로 부착되어 있다. 캠샤프트(3)는 엔진의 실린더헤드에 의해 지지되며 실린더헤드와 함께 회전 가능하다. 외부 로터(2)는 내부 로터(1)의 둘레에 제공된다. 외부 로터(2)는 상대 회전 위상의 소정의 범위 내에서 내부 로터(1)에 대하여 회전 가능하다. 외부 로터(2)는 전방 플레이트(22), 후방 플레이트(23), 및 외부 로터(2)의 외주를 따라 일체로 제공되는 타이밍 스프로킷(20)을 포함한다.
타이밍 스프로킷(20)과 엔진의 크랭크샤프트에 부착되어 있는 기어 사이에는, 타이밍 체인, 타이밍 벨트 등과 같은 동력전달 부재(24)가 제공되어 있다.
이러한 구성에서, 크랭크샤프트가 회전 구동되면, 동력전달 부재(24)를 통해 타이밍 스프로킷(20)에 회전 에너지가 전달된다. 따라서, 타이밍 스프로킷(20)을 포함하는 외부 로터(2)가 도 2에 나타낸 회전 방향(S)으로 회전 구동된다. 또한, 내부 로터(1)가 회전 방향(S)으로 회전 구동되며, 캠샤프트(3) 또한 회전된다. 그리고, 캠샤프트(3)에 제공된 캠은 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 하방으로 가압하여 개방시킨다.
다음에, 유체 압력실을 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 외부 로터(2)는 반경 방향 내측을 따라 돌출하여 슈(shoe)의 역할을 하며 각각이 회전 방향을 따라 서로 이격되어 있는 복수의 돌기부(4)를 포함한다. 그리고, 각각의 인접하는 돌기부(4)는 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이에 규정되는 유체 압력실(40)을 형성한다.
각각의 유체 압력실(40)과 대면하는 내부 로터(1)의 외주를 따라 베인 그루브(41)가 제공된다. 베인 그루브(41)에는 상대 회전 방향(도 2에 나타낸 화살표(S1, S2) 방향)에 관하여 유체 압력실(40)을 진행각도실(43) 및 지연각도실(42)로 분할하는 베인(5)이 반경 방향을 따라 슬라이드 되도록 삽입된다. 또한, 본 실시예에서, 베인(5)은 내부 로터(1)와는 별도로 형성되며, 내부 로터(1)의 베인 그루브(41)에 삽입된다. 그러나, 이것에 한정되지는 않는다. 내부 로터의 외주부로부터 반경 방향으로 연장되는 베인은 종동 회전 부재인 내부 로터와 일체로 형성될 수 있다. 또는, 베인은 구동 회전 부재인 외부 로터에 제공될 수도 있다.
또한, 진행각도실(43)은 내부 로터(1)에 형성된 진행각도통로(11)와 연통하고, 지연각도실(42)은 내부 로터(1)에 형성된 지연각도통로(10)와 연통하며, 진행각도통로(11) 및 지연각도통로(10)는 유압회로(7)에 접속되어 있다.
다음에, 유압회로를 설명한다. 유압회로(7)는, 진행각도통로(11) 및 지연각 도통로(10)를 통해 진행각도실(43) 및 지연각도실(42)의 한쪽 또는 양쪽에 대한 작동 유체인 엔진 오일의 공급 및 배출을 행하고, 유체 압력실(40)에 대한 베인(5)의 상대 위치를 변경함으로써, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상(이하, 상대 회전 위상이라고 함)을 조정하기 위한 상대 회전 위상 조정 기구의 역할을 한다. 상대 회전 위상은 가장 진행된 각도 위상(진행각도실(43)의 용적이 최대일 때 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상)과 가장 지연된 각도 위상(지연각도실(42)의 용적이 최대일 때 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상) 사이의 범위 내에서 조정 가능하다. 도 4는 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상의 상태일 때의 밸브 타이밍 제어 장치의 입단면도를 나타낸다.
보다 상세하게는, 유압 회로(7)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 작동 유체 또는 후술하는 로킹 유체로서 작용하는 엔진 오일을 제어 밸브(76)에 공급하기 위해 엔진의 구동력에 의해 구동되는 펌프(70), 복수의 포트를 통한 엔진 오일의 공급 및 배출을 위해 스풀을 이동시키도록 ECU(9)에 의해 급전량의 공급이 제어되는 솔레노이드식 제어 밸브(76), 및 엔진 오일이 저장되는 오일 팬(75)을 포함한다. 진행각도통로(11) 및 지연각도통로(10)는 제어 밸브(76)의 소정의 포트에 접속되어 있다.
다음에, 편향 기구를 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이에는 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상을 진행각도로 편향시키는 편향 기구로서의 비틀림 스프링(8)이 제공된다. 비틀림 스프링(8)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 외부 로터(2)를 내부 로터(1)에 대하여 화살표 (S1) 방향으로 편향시킨다. 비틀림 스프링(8)은 시동 로크(start lock)가 더욱 효과적이 되도록 한다.
다음에, 로킹 기구 및 로킹 유체실을 설명한다. 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이에는, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상과 가장 지연된 각도 위상 사이의 소정의 중간 위상(로크 위상) 내에 있을 때에 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전을 구속할 수 있는 로킹 기구(6)가 제공된다.
로킹 기구(6)는 외부 로터(2)에 제공되는 지연각도 로킹부(retarded locking portion)(6A) 및 진행각도 로킹부(advanced locking portion)(6B), 및 내부 로터(1)의 외주부의 일부에 제공되는 오목한 로킹 유체실(62)을 포함한다.
각각의 지연각도 로킹부(6A) 및 진행각도 로킹부(6B)는 반경 방향으로 슬라이드 가능하도록 외부 로터(2)에 제공되는 로킹 부재(60), 및 로킹 부재(60)를 반경 방향을 따라 내측으로 편향시키는 스프링(61)을 포함한다. 또한, 로킹 부재(60)의 형상은 플레이트 형상, 핀 형상 등일 수 있다.
지연각도 로킹부(6A)의 로킹 부재(60)가 로킹 유체실(62)에 삽입되면, 내부 로터(1)가 외부 로터(2)에 대하여 로크 위상으로부터 지연각도 방향(도 2의 화살표(S1) 방향)으로 상대 회전되는 것이 규제된다. 진행각도 로킹부(6B)의 로킹 부재(60)가 로킹 유체실(62)에 삽입되면, 내부 로터(1)가 외부 로터(2)에 대하여 로크 위상으로부터 진행각도 방향(도 2의 화살표(S2) 방향)으로 상대 회전되는 것이 규제된다. 즉, 지연각도 로킹부(6A) 또는 진행각도 로킹부(6B)의 어느 한쪽이 로킹 유체실(62)에 삽입되면, 지연각도 또는 진행각도의 어느 한쪽으로의 위상 변경이 규제되며, 다른 쪽으로의 위상 변경은 허용된다.
예시된 실시예에서, 로킹 유체실(62)은, 지연각도 로킹부(6A)가 삽입되는 로킹 유체실의 벽(65)에 제공되는 규제단차부(restricting step portion)(66)(내부 로터(1)의 외주면(1a)과 로킹 유체실(62)의 저면(62a)을 연결하며 내부 로터(1)의 반경 방향을 따라 제공되는 벽면)를 포함한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 진행각도 로킹부(6B)가 로킹 유체실(62)에 삽입되면, 가장 지연된 각도 위상(도 4에 나타낸 위상)과 중간 위상(도 2 및 3에 나타낸 위상, 이하, 규제 위상이라고 함) 사이의 위상으로부터 지연각도 쪽으로 상대 회전 위상이 변경되는 것을 규제하고, 규제 위상으로부터 진행각도 쪽으로 상대 회전 위상이 변경되는 것을 허용한다. 상기와 같은 규제 기구를 규제 수단이라고 한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 지연각도 로킹부(6A)의 로킹 부재(60) 및 진행각도 로킹부(6B)의 로킹 부재(60)가 로킹 유체실(62)에 삽입되면, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상은 가장 진행된 각도 위상과 가장 지연된 각도 위상 사이로 설정된 소정의 중간 위상(로크 위상) 내에서 구속될 수 있다. 이러한 상태를 로크 상태라고 한다. 특히, 로크 위상은 엔진 밸브의 개폐 타이밍이 엔진의 원활한 시동이 얻어지도록 하는 위상으로 설정된다.
로킹 유체실(62)은 내부 로터(1)에 제공되는 로킹 유체 통로(63)와 연통하고, 로킹 유체 통로(63)는 유압회로(7)의 제어 밸브(76)의 소정의 포트와 접속되어 있다. 즉, 유압회로(7)는 로킹 유체 통로(63)를 통해 로킹 유체실(62)에 대하여 로킹 유체인 엔진 오일의 공급 또는 배출을 행하도록 구성된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제어 밸브(76)로부터 로킹 유체실(62)에 로킹 유체가 공급되면, 로킹 부재(60)는 외부 로터(2) 쪽으로 후퇴되어, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전의 로크 상태가 해제된다. 이러한 해제는, 예를 들어 중간 로크의 상태에서 엔진의 시동 후에, 진행각도 제어 또는 지연각도 제어와 같은 밸브 타이밍 제어가 개시되는 시점에서 실행된다.
또한, 본 실시예에서, 로킹 기구는 지연각도 로킹부(6A) 및 진행각도 로킹부(6B)가 모두 로킹 유체실(62)에 삽입되어 중간 위상에서의 상대 회전 위상을 구속하도록, 즉 로크 상태를 만들도록 구성된다. 그러나, 이것에만 한정되지 않는다. 로킹 기구는 하나의 로킹 부재 및 하나의 로킹 유체실로 구성될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 로킹 유체실(62)은 종동 회전 부재인 내부 로터(1)에 형성된다. 그리고, 구동 부재인 외부 로터(2)에 수용되는 로킹 부재(60)는 로킹 유체실(62)에 삽입되어 로크 상태를 만든다. 그러나, 이것에만 한정되지 않는다. 로킹 기구는, 유체 압력실이 구동 회전 부재에 형성되고 종동 회전 부재에 수용되는 로킹 부재가 유체 압력실에 삽입되어 로크 상태를 만들도록 구성될 수도 있다.
다음에, 유압회로를 설명한다. 도 1 및 6에 나타낸 바와 같이, 유압회로(7)의 제어 밸브(76)는 ECU(9)로부터의 급전량에 비례하여 스풀을 W1 위치로부터 W4 위치로 이동시킨다. 따라서, 제어 밸브(76)는 진행각도실(43), 지연각도실(42), 및 로킹 유체실(62)에 작동 유체 또는 로킹 유체와 같은 엔진 오일의 공급 또는 배출, 또는 이들 작동의 정지 상태 사이에서 전환될 수 있다.
즉, 제어 밸브(76)의 스풀이 W1 위치에 놓이면, 진행각도실(43) 및 지연각도실(42) 내의 작동 유체, 및 로킹 유체실(62) 내의 로킹 유체가 오일 팬(75)으로 배출될 수 있다(드레인 조작).
제어 밸브(76)의 스풀이 W2 위치에 놓이면, 로킹 유체가 로킹 유체실(62)에 공급되어, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전의 로크 상태가 해제된다. 또한, 지연각도실(42) 내의 작동 유체가 배출되고 진행각도실(43)에 작동 유체가 공급되어, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 진행각도 방향(S) 쪽으로 이동된다(진행각도 쪽으로의 이행 조작).
제어 밸브(76)의 스풀이 W3 위치에 놓이면, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전의 로크 상태가 해제되고, 진행각도실(43) 및 지연각도실(42)에 대한 작동 유체의 공급이 중단되어, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 중단 시의 위상으로 유지된다(상대 회전 위상의 유지 조작).
제어 밸브(76)의 스풀이 W4 위치에 놓이면, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전의 로크 상태가 해제되고, 진행각도실(43) 내의 작동 유체가 배출되고, 지연각도실(42)에 작동 유체가 공급되어, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 지연각도 방향(S1) 쪽으로 이동된다(지연각도 쪽으로의 이행 조작). 또한, 제어 밸브(76)의 조작 및 구성은 전술한 것에 한정되지 않으며, 가능하다면 변경이 가해질 수 있다.
전자제어유닛(ECU)을 설명한다. ECU(9)는 엔진에 제공되며, 소정의 프로그램 등이 저장된 메모리, 중앙처리장치(CPU), 입출력 인터페이스 등을 포함한다. ECU(9)는 밸브 타이밍 제어 장치의 제어 기구로서 기능을 한다.
ECU(9)에는, 캠샤프트의 위상을 검출하기 위한 캠 각도 센서(90a), 크랭크샤프트의 위상을 검출하기 위한 크랭크 각도 센서(90b), 엔진 오일의 온도를 검출하기 위한 유체 온도 센서(90c), 크랭크샤프트의 회전수(엔진의 회전수)를 검출하기 위한 회전수 센서(90d), 및 점화 키 스위치(IG/SW(ignition key switch)라고 함)로부터의 검출 신호가 입력된다. 또한, 여러 종류의 센서, 예를 들면 차속 센서, 엔진 냉각수온도 센서, 또는 스로틀각도 센서 등으로부터의 검출 신호가 ECU(9)에 입력될 수 있다. ECU(9)는, 캠 각도 센서(90a)에 의해 검출된 캠샤프트의 위상, 및 크랭크 각도 센서(90b)에 의해 검출된 크랭크샤프트의 위상에 따라, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상, 즉 밸브 타이밍 제어 장치의 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상을 연산할 수 있다.
ECU(9)는, 상기와 같은 엔진 오일의 온도, 크랭크샤프트의 회전수, 차속, 스로틀각도 등의 엔진 작동 파라미터에 따라 유압회로(7)의 제어 밸브(76)에 대한 급전량을 조정하여, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 이러한 작동 파라미터에 적절한 상대 회전 위상이 되도록 제어한다.
다음에, 편향 기구의 토크 설정을 설명한다. 전술한 바와 같이, 밸브 타이밍 제어 장치는 상대 회전 위상 조정 기구 및 편향 기구를 포함한다. 따라서, 시동 로크가 중간 위상에서 실행된다. 편향 기구인 비틀림 스프링(8)의 토크 설정을 다음과 같이 상세하게 설명한다. 토크는, 최소 설정 토크와 최대 설정 토크 사이가 되도록 설정된다. 전술한 바와 같이, 최소 설정 토크는 도 7A에 따라 설정되 고, 최대 설정 토크는 도 7B에 따라 설정된다.
다음에, 최소 설정 토크를 설명한다. 최소 설정 토크는 제1 토크(t1) 및 제2 토크(t2)로부터 선택된다. 제1 토크(t1)는, 진행각도실(43) 및 상기 지연각도실(42) 모두로부터 유체 압력이 배출되어 엔진의 워밍업 전에 제1 온도(도 7A에서는, 예를 들어 0℃)에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에, 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상으로 상대 회전 위상이 변경되는데 필요한 최저 토크이다. 제2 토크(t2)는, 진행각도실(43) 및 지연각도실(42)에 유압이 잔존하여 상대 회전 위상이 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도인 제2 온도(도 7A에서는, 예를 들어 20℃)에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에, 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 상대 회전 위상이 변경되는데 필요한 최소 토크이다.
또한, 전술한 바와 같이, 밸브 타이밍 제어 장치는 규제단차부(66)를 포함한다. 따라서, 제1 토크(t1) 및 제2 토크(t2) 모두, 가장 지연된 각도 위상으로부터 규제단차부(66)에 로킹 부재(60)가 삽입되는데 필요한 토크, 또는 로킹 부재(60)가 규제단차부(66)에 삽입된 위상(규제 위상)으로부터 중간 위상에 도달하는데 필요한 토크 중에서 커다란 토크로 설정된다. 본 실시예에서, 양 토크는 거의 동일하다. 양 토크가 전술한 방법에 따라 설정되는 이유는 전술한 바와 같다.
다음에, 최대 설정 토크를 설명한다. 최대 설정 토크는 밸브 타이밍 제어의 제어성을 고려하여 결정된다. 편향 기구(8)의 최대 설정 토크는, 진행각도 쪽을 향하는 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답속도와, 지연각도 쪽을 향하는 상대 회전 위상을 제어하기 위한 응답속도가 동일해지는 아이들링(idling) 시의 캠 평균 토크로서 결정된다. 토크는, 도 7B에 나타낸 바와 같이, 아이들링 시의 캠 평균 토크 분포의 평균값으로서 결정될 수 있다.
전술한, 최소 설정 토크 및 최대 설정 토크의 설정 방법에 의해, 편향 기구의 토크가, 제1 토크 및 제2 토크 중 큰 쪽보다 크게 설정되고, 진행각도 쪽을 향하는 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답속도와, 지연각도 쪽을 향하는 상대 회전 위상을 제어하기 위한 응답속도가 동일해지는 아이들링 시의 캠 평균 토크보다 작게 설정되는, 밸브 타이밍 제어 장치가 얻어질 수 있다. 전술한 바와 같이 편향 기구의 토크를 설정함으로써, 시동 로크를 구현하는데 필요하고, 상대 회전 위상을 어느 정도까지 조정할 수 있는 최소 토크가 얻어질 수 있다.
한편, 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상과 중간 위상 사이에 위치되었을 때 엔진이 정지하는 경우에도, 상대 회전 위상은 크랭크 작동 수단에 의해 중간 위상으로 복귀될 필요가 있다. 따라서, 이러한 상황을 고려하면, 편향 기구(8)의 최대 설정 토크는 크랭크 작동 중의 캠 평균 토크로 설정된다. 이러한 토크는 도 7B에 나타낸 크랭크 작동 중의 캠 평균 토크 분포의 평균값일 수 있다. 최소 설정 토크 및 최대 설정 토크의 설정 방법에 의해, 편향 기구의 토크가 제1 토크 및 제2 토크 중 큰 쪽보다 크게 설정되고 크랭크 작동 중의 캠 평균 토크보다 작게 설정되는 밸브 타이밍 제어 장치가 얻어질 수 있다. 전술한 바와 같은 편향 기구의 토크 설정에 의해, 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상과 중간 위상 사이에 위치되었을 때 엔진이 정지되는 경우에도, 상대 회전 위상이 중간 위상으로 복귀되도록 하고 크랭크 작동에 의해 시동 로크가 구현되도록 하는 최소 토크가 얻어 질 수 있다.
다음에, 밸브 타이밍 제어 장치를 설명한다. 엔진 시동 시의 밸브 타이밍 제어 장치의 제어 상태를 도 8을 참조하여 설명한다.
ECU(9)는, 엔진 시동 신호가 IG/SW(90e)로부터 입력되면 엔진 시동을 위한 크랭크 작동을 실행하는 제어 기구로서 기능한다. 엔진이 시동되면, 제어 밸브(76)의 스풀이 W1 위치에 놓여서 진행각도실(43) 및 지연각도실(42) 내의 작동 유체 및 로킹 유체실(62) 내의 로킹 유체가 배출된다.
그리고, 진행각도실(43) 및 지연각도실(42) 내의 작동 유체가 배출된 상태에서, 크랭크샤프트는 크랭크 작동 처리에 따라 회전된다. 그 결과, 밸브를 왕복동시키기 위해 캠샤프트에서 발생되는 캠 토크의 주기적인 변화에 의해 베인(5)이 유체 압력실(40) 내에서 왕복동을 시작한다. 그리고, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 주기적으로 변화되고, 편향 기구로부터의 편향 효과에 의해 진행각도 쪽으로 진행된다. 그 결과, 도 8에 나타낸 상대 회전 위상과 같이, 상대 회전 위상이 도 4에 나타낸 것과 같은 가장 지연된 각도 위상에 있으면, 상대 회전 위상은 순차적으로 진행각도 쪽으로 이행된다. 그리고, 상대 회전 위상은 규제단차부(66)(도 5 참조)에 의해 규제되고, 중간 위상(도 2 참조)에서 로크된다. 시동 시, 한 쌍의 로킹 부재(60)는 스프링(61)에 의해 내부 로터(1) 쪽으로 편향된다.
즉, 한 쌍의 로킹 부재(60)가 내부 로터(1) 쪽으로 편향되면서, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 주기적으로 변화하고 순차적으로 진 행각도 쪽으로 이행된다. 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 중간 위상(로크 위상)이 되면, 한 쌍의 로킹 부재(60)는 로킹 유체실(62)에 삽입된다. 따라서, 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 로크 위상에서 로크되고 내부 로터(1) 및 외부 로터(2)는 로크 상태가 된다. 내부 로터(1)와 외부 로터(2) 사이의 상대 회전 위상이 엔진의 시동 시에 전술한 바와 같은 로크 위상에서 신속하게 로크되면, 엔진은 바람직하게 시동될 수 있다.
다음에, 제1 변형예를 설명한다. 전술한 실시예에서, 중간 로킹 구조를 가지는 밸브 타이밍 제어 장치는, 지연각도 로킹부(6A) 및 진행각도 로킹부(6B)를 가지는 로킹부(6), 및 지연각도 쪽으로의 위상 변경을 규제하기 위해 로킹부(6) 및 1단 단차부(66)에 의해 삽입되기 위한 로킹 유체실(62)을 포함한다. 그러나, 이러한 구성에 한정되지 않는다. 보다 많은 위상에서 지연각도 쪽으로의 위상 변경 규제가 가해질 수 있다. 도 9, 10A-10C, 11A-11B, 12는 보다 많은 위상에 규제가 가해질 수 있는 예시를 나타낸다. 도 9는 도 2에 따라 중간 로크가 가해진 위상에서의 밸브 타이밍 제어 장치를 나타내는 입단면도이다. 도 10A-10C 및 11A-11B는 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상으로 순차적으로 단차가 상승되는 상태에서의 로킹 기구(8)의 로크 상태를 나타낸다. 위상은 도 10A, 10B, 10C, 11A, 11B에 나타낸 순서로 중간 위상으로 이행된다. 도 12는 도 8에 나타낸 상대 회전 위상과 대응되는 타이밍 차트이다.
본 변형예에서는, 로킹부(6A) 및 로킹부(6B)에 대해 각각 2개의 로킹 유체실(62A, 62B)이 제공된다. 로킹 유체실(62A)의 한쪽 벽면(65A)에는 단차부(66A)가 제공된다. 로킹 유체실(62B)의 한쪽 벽면(65B)에는 단차부(66B)가 제공된다. 규제단차부(66A, 66B)에 로킹 부재(60)가 삽입되는 위상은 순차적으로 변화된다. 따라서, 복수 회의 단차 상승이 실행될 수 있다. 도 12는 순차적으로 단차가 상승되는 상황을 보여준다.
본 변형예에 따른 밸브 타이밍 제어 장치의 토크 설정에서, 비틀림 스프링(8)의 최소 설정 토크의 설정은 전술한 바와 같은 제1 토크(t1) 및 제2 토크(t2) 설정 방법을 따른다. 또한, 최대 토크는, 최소 토크와 마찬가지로, 가장 지연된 각도 위상으로부터 가장 지연된 각도 위상과 가장 근접한 규제 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는 선행 단계 토크, 규제 위상으로부터 중간 위상에 보다 가까운 다음 번 규제 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는 중간 단계 토크, 또는 가장 지연된 각도 위상과 가장 멀리 떨어진 규제 위상으로부터 중간 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는 후행 단계 토크로부터 선택된다. 이렇게 함으로써, 위상은 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상, 즉 중간 로크 위상으로 변경된다. 본 변형예에서, 이들 단자 상승 작동의 위상 차이는 거의 동일하다. 따라서, 비틀림 스프링(8)의 토크는, 이러한 위상 차이에 의한 단차 상승이 예를 들어 크랭크샤프트의 신뢰성 높은 회전의 대략 1 또는 2 사이클에 의해 실행될 수 있도록 설정될 수 있다.
다음에, 제2 변형예를 설명한다. 전술한 변형예에서는, 편향 기구인 비틀림 스프링(8)의 토크 설정에서, 캠 평균 토크는, 진행각도 쪽으로 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답속도가 지연각도 쪽으로 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답 속도와 동일해지는 아이들링 시에 최대 설정 토크로서 선택된다. 그러나 이것에 한정되지 않는다. 크랭크 작동 시의 캠 평균 토크의 최대치는 최대 설정 토크로서 선택될 수 있다.
다음에, 제3 변형예를 설명한다. 편향 기구(8)에 대한 토크 설정은 밸브 타이밍 제어의 관점에서 가급적 작게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 편향 기구(8)의 최소 설정 토크가 전술한 방법에 따라 선택되고 최대 설정 토크가 최소 설정 토크의 10-15% 증가된 값으로 설정되면 바람직하다. 그러므로, 설정 토크는 가급적 작게 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 엔진용 밸브 타이밍 제어 장치는, 크랭크샤프트와 동기 회전되는 구동 회전 부재, 상기 구동 회전 부재와 동축으로 제공되며 캠샤프트와 함께 회전되는 종동 회전 부재, 상기 구동 회전 부재 및 상기 종동 회전 부재 중 한쪽에 제공되는 유체 압력실, 상기 유체 압력실을 진행각도실 및 지연각도실로 분할하는 베인, 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실의 한쪽 또는 양쪽에 대하여 작동 유체를 공급 또는 배출하고 상기 유체 압력실에 대한 상기 베인의 상대 위치를 변경하고 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상을 상기 지연각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 지연된 각도 위상과 상기 진행각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 진행된 각도 위상 사이의 범위에서 조정 가능한 상대 회전 위상 조정 기구, 상기 가장 진행된 각도 위상과 상기 가장 지연된 각도 위상 사이의 중간 위상에서 상기 상대 회전 위상을 구속하는 로킹 기구, 및 상기 종동 회전 부재에 대한 상기 구동 회전 부재에 토크를 가하여 상기 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상 쪽으로 진행되도록 하는 편향 기구를 포함한다. 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실 모두로부터 유체 압력이 배출되어 엔진의 워밍업 전에 제1 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최저 토크인 제1 토크, 및 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실에 유압이 잔존하여 상기 상대 회전 위상이 상기 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도인 제2 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최소 토크인 제2 토크 중 큰 값이 편향 기구에 대한 최소 설정 토크로서 선택된다.
편향 기구에 의해 발생되는 토크의 최소값은 다음 조건에 따라 설정된다. 중간 로킹 구조가 채용되었기 때문에, 이러한 밸브 타이밍 제어 장치는, 중간 위상에 대하여 크랭크 작동이 개시되는 경우 가장 지연된 각도 위상에서 상대 회전 위상을 이동시키기 위해서는 매우 엄격한 조건이 필요하다. 따라서, 편향 기구는 중간 로크를 실행할 수 있는 토크를 필요로 한다.
여기서, 토크는 다음과 같은 2가지 상황 하에서 고려되어야 한다. 제1 시동 조건에서, 엔진은 비교적 장시간 정지 후에 시동된다. 제2 시동 조건에서, 엔진은 정지된 직후에 시동된다. 편향 기구는 시동 로크가 2가지 시동 조건 하에서 신뢰적으로 행해져야 하는 조건을 필요로 한다. 도 7A는 제1 시동 조건 및 제2 시동 조건 하에서 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 로크 위상으로 상대 회전 위상을 변경하는데 필요한 토크의 상태를 나타낸다. 도 7A에서, 횡축은 엔진의 수온(또는 유체 온도)을 나타내고, 종축은 시동 로크에 필요한 토크를 나타낸다. 필요한 토크는, 예를 들어 크랭크샤프트의 여러 회전 사이클에 의해 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상에 이르도록 하는데 필요한 토크이다. 도 7A는 제1 시동 조건 하에서 필요한 토크(t1) 및 제2 시동 조건 하에서 필요한 토크(t2)를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 필요한 토크는 온도가 상승함에 따라 감소한다. 또한, 제1 시동 조건에서는, 엔진이 장시간 동안 충분히 냉각되어 있었고 유체가 배출되었기 때문에, 온도의 영향이 작으며, 토크는 실질적으로 슬라이딩 저항에 해당한다. 이에 반해, 제2 시동 조건 하의 토크 감소 정도는 제1 시동 조건에 비해 상당히 크다. 이것은, 제2 시동 조건에서는, 엔진의 재시동이 엔진 정지 직후로 간주되었기 때문이다. 즉, 시동 로크는, 일부 유체실에 유체가 잔존하는 상태에서 실행되어, 상대 회전 위상을 변경시키기 위해 베인이 유압에 대항하여 움직일 필요가 있다.
엔진의 시동 조건에 있어서, 중간 로크는 전술한 2가지의 시동 조건 하에서 실행되는 것이 바람직하다. 제1 시동 조건에서, 시동 로크는 엔진이 시동될 수 있는 온도의 전체 범위(예를 들어 -5℃∼40℃)에서 실행될 필요가 있다. 이러한 온도 범위의 최저 온도를 제1 온도라고 하고, 제1 온도에서 필요한 토크를 제1 토크(t1)라고 한다. 이에 반해, 제2 시동 조건에서는, 시동 로크가, 엔진의 수온(유체 온도)이 비교적 높은(예를 들어 10℃∼20℃) 조건에서 상대 회전 위상 조정 기구가 기동되는 온도 범위에서 실행되면 충분하다. 중간 로크가 제2 시동 조건에서 어떻 게 이용되는가를 고려하여 이해할 수 있는 바와 같이, 저온 조건에서의 시동 로크의 필요성은 상정되지 않으며, 저온에 대한 고려는 필요하지 않다. 즉, 엔진의 수온(유체 온도)이 엔진의 불안정한 연소로 인해 전술한 온도 범위보다 낮으면, 상대 회전 위상은 로킹 기구에 의해 구속된다. 따라서, 전술한 온도 범위보다 저온인 조건에서는, 엔진이 중간 로크 상태로 정지된다. 그러므로, 엔진이 재시동될 때 시동 로크가 필요하지 않다. 따라서, 이러한 경우에는 시동 로크를 고려하지 않고 편향 기구의 토크가 설정될 수 있다. 이러한 온도 범위의 최저 온도, 즉 상대 회전 위상이 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도를 제2 온도라고 하고, 제2 온도에서 필요한 토크를 제2 토크(t2)라고 한다.
전술한 바와 같이, 엔진은, 이들 제1 온도 및 제2 온도를 고려하고, 편향 기구의 최저 설정 토크(편향 기구가 수용할 수 있는 최저 토크)로서 제1 온도 및 제2 온도에서 엔진을 시동시킬 수 있는 토크를 설정하여 시동되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 엔진용 밸브 타이밍 제어 장치의 편향 기구에 대하여 최소 토크를 설정하는 방법에 있어서, 상기 밸브 타이밍 제어 장치는, 크랭크샤프트와 동기 회전되는 구동 회전 부재, 상기 구동 회전 부재와 동축으로 제공되며 캠샤프트와 함께 회전되는 종동 회전 부재, 상기 구동 회전 부재 및 상기 종동 회전 부재 중 한쪽에 제공되는 유체 압력실, 상기 유체 압력실을 진행각도실 및 지연각도실로 분할하는 베인, 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실의 한쪽 또는 양쪽에 대하여 작동 유체를 공급 또는 배출하고 상기 유체 압력실에 대한 상기 베인의 상대 위치를 변경하고 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상을 상기 지연각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 지연된 각도 위상과 상기 진행각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 진행된 각도 위상 사이의 범위에서 조정 가능한 상대 회전 위상 조정 기구, 상기 가장 진행된 각도 위상과 상기 가장 지연된 각도 위상 사이의 중간 위상에서 상기 상대 회전 위상을 구속하는 로킹 기구, 및 상기 종동 회전 부재에 대한 상기 구동 회전 부재에 토크를 가하여 상기 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상 쪽으로 진행되도록 하는 편향 기구를 포함한다. 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실 모두로부터 유체 압력이 배출되어 엔진의 워밍업 전에 제1 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 상기 상대 회전 위상이 변경되는데 필요한 최저 토크인 제1 토크, 및 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실에 유압이 잔존하여 상기 상대 회전 위상이 상기 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도인 제2 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 상기 상대 회전 위상이 변경되는데 필요한 최소 토크인 제2 토크 중 큰 값이 최소 토크로서 선택된다.
편향 기구의 최소 설정 토크를 결정하기 위해 규제 기구가 제공되어, 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상으로 이행하는 동안, 상대 회전 위상이 지연각도 쪽으로 복귀되는 것을 규제하고, 상대 회전 위상이 진행각도 쪽으로 진행하는 것을 허용한다. 이러한 유형의 구성을 단차 상승(stepping-up) 구성이라고 한다. 가장 지연된 각도 위상과 중간 위상 사이에 1단계 또는 복수 단계의 규제 위상이 제공되는 경우가 있다. 그리고, 바람직한 중간 로크를 위해, 1 단계의 규제 위상인 경우에는, 가장 지연된 각도 위상으로부터 규제 위상으로, 그리고 규제 위상으로부터 중간 위상으로 위상을 변경시킬 수 있는 값으로 토크가 설정되면 충분하다. 복수의 규제 위상이 설정되는 경우에는, 가장 지연된 각도 위상으로부터 가장 지연된 각도 위상과 가장 인접한 규제 위상으로, 하나의 규제 위상으로부터 다른 규제 위상으로, 중간 위상과 가장 인접한 규제 위상으로부터 중간 위상으로 위상을 변경시킬 수 있는 토크가 필요하다.
따라서, 제1 측면의 전술한 구성에서, 제1 토크 및 제2 토크는 전술한 제1 온도 및 제2 온도에서의 조건을 만족하면서 다음과 같이 설정되어야 한다.
먼저, 1단계 규제 위상을 포함하는 구성의 경우를 설명한다. 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상과 중간 위상 사이에 제공되는 규제 위상에 있을 때, 상대 회전 위상이 중간 위상 쪽으로 변경되는 것을 허용하고 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상 쪽으로 변경되는 것을 규제하는 로킹 기구의 기능을 가지는 규제 수단이 제공되면, 가장 지연된 각도 위상으로부터 규제 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는데 필요한 선행 단계 토크, 및 규제 위상으로부터 중간 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는데 필요한 후행 단계 토크 중에서 큰 쪽이, 제1 온도에서의 제1 토크 및 제2 온도에서의 제2 토크로서 선택된다. 이렇게 함으로써, 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상으로 상대 회전 위상이 변경되어 시동 로크가 가해진 경우, 상대 회전 위상은 가장 지연된 각도 위상과 중간 위상 사이에 확실하게 위치되는 규제 위상을 얻을 수 있으며, 시동 로크가 확실하고 신속하게 가해질 수 있다. 또한, 이러한 조작에 필요한 토크는 작을 수 있다.
다음에, 복수 규제 위상을 포함하는 구성의 경우를 설명한다. 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상과 중간 위상 사이에 제공되는 규제 위상 중 하나에 있을 때, 상대 회전 위상이 중간 위상 쪽으로 변경되는 것을 허용하고 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상 쪽으로 변경되는 것을 규제하는 로킹 기구의 기능을 가지는 규제 수단이 제공되면, 가장 지연된 각도 위상으로부터 가장 지연된 각도 위상과 인접한 제1 규제 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는데 필요한 선행 단계 토크, 하나의 규제 위상으로부터 상기 하나의 규제 위상 다음 번의 다른 규제 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는데 필요한 중간 단계 토크, 및 가장 지연된 규제 위상과 가장 멀리 떨어진 제2 규제 위상으로부터 중간 위상으로 상대 회전 위상을 변경시키는데 필요한 후행 단계 토크 중에서 가장 큰 쪽이, 제1 온도에서의 제1 토크 및 제2 온도에서의 제2 토크로서 선택된다. 이렇게 함으로써, 가장 지연된 각도 위상으로부터 중간 위상으로 상대 회전 위상이 변경되어 시동 로크가 가해진 경우, 상대 회전 위상은 가장 지연된 각도 위상과 중간 위상 사이에 확실하게 위치되는 규제 위상을 얻을 수 있으며, 시동 로크가 확실하고 신속하게 가해질 수 있다. 또한, 이러한 조작에 필요한 토크는 훨씬 작을 수 있다.
전술한 설명에서, 편향 기구의 토크를 설정하기 위한 최대값(편향 기구가 수용 가능한 최대 토크)은 구체적으로 언급하지 않았다. 이 경우, 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도에 위치하더라도, 상대 회전 위상은 크랭크 작동의 효과에 의해 중간 위상으로 복귀되어야 한다. 따라서, 편향 기구가 수용 가능한 최대 설정 토크의 최대값은 크랭크 작동 시의 캠 평균 토크가 된다. 또한, 밸브 타이밍 제어의 제어성에 있어서, 편향 기구의 토크는 가급적 작게 설정되는 것이 바람직하다. 따라서, 최대 설정 토크는, 진행각도 쪽으로 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답속도가 지연각도 쪽으로 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답속도와 동일해지는 아이들링 시의 캠 평균 토크로 설정되는 것이 바람직하다.
전술한 상황을 도 7B를 참조하여 다음과 같이 설명한다. 도 7B에서, 횡축은 엔진의 회전수를 나타내고, 종축은 캠의 토크를 나타낸다. 캠의 토크는 도 7A에 나타낸 편향 기구에 대한 설정 토크에 해당한다. 도 7B에서, 제1 토크 및 제2 토크는 일점쇄선으로 나타내었다. 또한, 크랭크 작동 시의 캠 평균 토크, 아이들링 시의 캠 평균 토크, 및 캠의 평균 토크는 실선으로 나타내었다.
도시한 바와 같이, 캠 평균 토크는 엔진의 회전수가 증가함에 따라 연속적으로 감소한다. 캠 평균 토크는 크랭크 작동 시에는 비교적 높으며, 아이들링 후에는 비교적 낮다. 따라서, 가장 진행된 각도 위상으로부터 중간 위상으로의 시동 로크가 고려되는 경우, 편향 기구의 편향력은 캠 평균 토크의 최대값보다 클 수 없다. 또한, 밸브 타이밍 제어의 제어성이 고려되는 경우, 최대 설정 토크가, 진행각도 쪽으로 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답속도가 지연각도 쪽으로 상대 회전 위상을 조정하기 위한 응답속도와 동일해지는 아이들링 시의 캠 평균 토크로 설정되면, 바람직한 제어가 실행될 수 있다.
로킹 기구가 작용을 하는 로크 위상(소위 중간 위상)을 가지는 밸브 타이밍 제어 장치에서, 편향 기구에 의해 발생되는 토크가 과부족 없이 설정될 수 있어서 상대 회전 위상이 용이하게 조정될 수 있고 중간 로크가 신뢰적으로 이루어질 수 있는 밸브 타이밍 제어 장치가 제공된다. 또한, 이러한 장치를 구현할 수 있도록 하는 편향 기구의 토크 설정 방법이 제공된다.

Claims (9)

  1. 크랭크샤프트와 동기 회전되는 구동 회전 부재(2),
    상기 구동 회전 부재와 동축으로 제공되며 캠샤프트(3)와 함께 회전되는 종동 회전 부재(1),
    상기 구동 회전 부재 및 상기 종동 회전 부재 중 한쪽에 제공되는 유체 압력실(fluid pressure chamber)(40),
    상기 유체 압력실을 진행각도실(advanced angle chamber)(43) 및 지연각도실(retarded angle chamber)(42)로 분할하는 베인(vane)(5),
    상기 진행각도실 및 상기 지연각도실의 한쪽 또는 양쪽에 대하여 작동 유체를 공급 또는 배출하고 상기 유체 압력실에 대한 상기 베인의 상대 위치를 변경하고 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상을 상기 지연각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 지연된 각도 위상과 상기 진행각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 진행된 각도 위상 사이의 범위에서 조정 가능한 상대 회전 위상 조정 기구(7, 70, 75, 76, 11, 10, 9, 90a, 90b, 90c, 90d, 90e),
    상기 가장 진행된 각도 위상과 상기 가장 지연된 각도 위상 사이의 중간 위상에서 상기 상대 회전 위상을 구속하는 로킹 기구(locking mechanism)(6, 60, 6A, 6B, 61, 62), 및
    상기 종동 회전 부재에 대한 상기 구동 회전 부재에 토크를 가하여 상기 상대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상 쪽으로 진행되도록 하는 편향 기구(biasing mechanism)(8)
    를 포함하는 엔진용 밸브 타이밍 제어 장치에 있어서,
    상기 진행각도실 및 상기 지연각도실 모두로부터 유체 압력이 배출되어 엔진의 워밍업 전에 제1 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최저 토크인 제1 토크(t1), 및 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실에 유압이 잔존하여 상기 상대 회전 위상이 상기 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도인 제2 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최소 토크인 제2 토크(t2) 중 큰 값이 편향 기구에 대한 최소 설정 토크로서 선택되는
    밸브 타이밍 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상과 상기 중간 위상 사이에 제공되는 규제 위상에 있을 때, 상기 상대 회전 위상이 상기 중간 위상 쪽으로 변경되는 것을 허용하고, 상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상 쪽으로 변경되는 것을 규제하는 규제 수단(66, 6A, 61)을 더 포함하고,
    상기 상대 회전 위상을 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 규제 위상으로 변경시키는데 필요한 선행 단계 토크, 및 상기 상대 회전 위상을 상기 규제 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경시키는데 필요한 후행 단계 토크 중에서 큰 쪽이 상기 제1 온도에서의 제1 토크 및 상기 제2 온도에서의 제2 토크로서 선택되는
    것을 특징으로 하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상과 상기 중간 위상 사이에 제공되는 복수의 규제 위상 중 하나의 위상에 있을 때, 상기 상대 회전 위상이 상기 중간 위상 쪽으로 변경되는 것을 허용하고, 상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상 쪽으로 변경되는 것을 규제하는 규제 수단(66, 66A, 66B, 6A, 6B, 61)을 더 포함하고,
    상기 상대 회전 위상을 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 가장 지연된 각도 위상과 인접한 제1 규제 위상으로 변경시키는데 필요한 선행 단계 토크, 상기 상대 회전 위상을 하나의 규제 위상으로부터 상기 하나의 규제 위상 다음 번의 다른 규제 위상으로 변경시키는데 필요한 중간 단계 토크, 및 상기 상대 회전 위상을 상기 가장 지연된 규제 위상과 가장 멀리 떨어진 제2 규제 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경시키는데 필요한 후행 단계 토크 중에서 가장 큰 쪽이 상기 제1 온도에서의 제1 토크 및 상기 제2 온도에서의 제2 토크로서 선택되는
    것을 특징으로 하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 기구에 대한 최대 설정 토크는 크랭크 작동 시의 캠 평균 토크인 것을 특징으로 하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 기구에 대한 최대 설정 토크는, 상기 상대 회전 위상을 상기 진행각도 쪽으로 조정하기 위한 응답속도가 상기 상대 회전 위상을 상기 지연각도 쪽으로 조정하기 위한 응답속도와 동일해지는 아이들링(idling) 시의 캠 평균 토크인 것을 특징으로 하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 기구의 토크는 상기 제1 토크 및 상기 제2 토크 중 큰 쪽보다 크고, 크랭크 작동 시의 캠 평균 토크보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 기구의 토크는 상기 제1 토크 및 상기 제2 토크 중 큰 쪽보다 크고, 상기 상대 회전 위상을 상기 진행각도 쪽으로 조정하기 위한 응답속도가 상기 상대 회전 위상을 상기 지연각도 쪽으로 조정하기 위한 응답속도와 동일해지는 아이들링 시의 캠 평균 토크보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향 기구의 토크는 상기 최소 설정 토크보다 10% 내지 15% 증가된 범위 내로 설정되는 것을 특징으로 하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  9. 크랭크샤프트와 동기 회전되는 구동 회전 부재(2),
    상기 구동 회전 부재와 동축으로 제공되며 캠샤프트(3)와 함께 회전되는 종동 회전 부재(1),
    상기 구동 회전 부재 및 상기 종동 회전 부재 중 한쪽에 제공되는 유체 압력실(40),
    상기 유체 압력실을 진행각도실(43) 및 지연각도실(42)로 분할하는 베인(5),
    상기 진행각도실 및 상기 지연각도실의 한쪽 또는 양쪽에 대하여 작동 유체를 공급 또는 배출하고 상기 유체 압력실에 대한 상기 베인의 상대 위치를 변경하고 상기 구동 회전 부재와 상기 종동 회전 부재 사이의 상대 회전 위상을 상기 지연각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 지연된 각도 위상과 상기 진행각도실의 용적이 최대가 될 때의 가장 진행된 각도 위상 사이의 범위에서 조정 가능한 상대 회전 위상 조정 기구(7, 70, 75, 76, 11, 10, 9, 90a, 90b, 90c, 90d, 90e),
    상기 가장 진행된 각도 위상과 상기 가장 지연된 각도 위상 사이의 중간 위상에서 상기 상대 회전 위상을 구속하는 로킹 기구(6, 60, 6A, 6B, 61, 62), 및
    상기 종동 회전 부재에 대한 상기 구동 회전 부재에 토크를 가하여 상기 상 대 회전 위상이 가장 진행된 각도 위상 쪽으로 진행되도록 하는 편향 기구(8)
    를 포함하는 엔진용 밸브 타이밍 제어 장치의 편향 기구에 대하여 최소 토크를 설정하는 방법에 있어서,
    상기 진행각도실 및 상기 지연각도실 모두로부터 유체 압력이 배출되어 엔진의 워밍업 전에 제1 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최저 토크인 제1 토크(t1), 및 상기 진행각도실 및 상기 지연각도실에 유압이 잔존하여 상기 상대 회전 위상이 상기 상대 회전 위상 조정 기구에 의해 조정되는 최저 온도인 제2 온도에서 크랭크 작동이 실행되는 경우에 상기 상대 회전 위상이 상기 가장 지연된 각도 위상으로부터 상기 중간 위상으로 변경되는데 필요한 최소 토크인 제2 토크(t2) 중 큰 값이 상기 최소 토크로서 선택되는
    최소 토크 설정 방법.
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