KR20080079661A - 가변 밸브 타이밍 장치 - Google Patents

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노보루 다카기
요시히토 모리야
하루유키 우루시하타
아키히코 다케나카
에이지 이소베
다카유키 이노하라
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Abstract

흡기 밸브의 위상이 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역에 있는 경우, 전기 모터의 출력 축과 스프로킷 사이의 상대 회전의 회전 속도는 흡기 밸브의 위상을 변화시키도록 감속기어비 R (1) 로 감소된다. 흡기 밸브의 위상이 CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 있는 경우, 상대 회전의 회전 속도는 흡기 밸브의 위상을 변화시키도록 감속기어비 R (2) 로 감소된다. 상대 회전의 회전 방향이 같은 한, 흡기 밸브의 위상은 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역 및 CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역 모두에 대해서 동일한 방향으로 변화된다.

Description

가변 밸브 타이밍 장치{VARIABLE VALVE TIMING APPARATUS}
본 발명은 가변 밸브 타이밍 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 엑츄에이터의 작동량에 따른 변화량만큼 밸브가 개폐되는 타이밍이 변화되게 하는 가변 밸브 타이밍 장치에 관한 것이다.
VVT (Variable Valve Timing) 는 작동 조건에 따라 흡기 밸브 또는 배기 밸브가 개폐되는 위상 (크랭크 각) 을 변화시키는 것으로 공지되어 있다. 일반적으로, VVT 는 흡기 밸브 또는 배기 밸브를 개폐시키는 캠축을 스프로킷에 대해 회전시킴으로서 위상을 변화시킨다. 캠축은 유압 또는 전기 모터와 같은 엑츄에이터에 의해 회전된다. 특히, 캠축을 회전시키기 위해 전기 모터를 사용하는 경우에는, 캠축을 유압식으로 회전시키는 경우에 비해 캠축을 회전시키기 위한 토크를 획득하는 것이 어렵다. 그러므로, 캠축을 회전시키기 위해 전기 모터를 사용하는 경우에는, 전기 모터의 토크가 링크 기구 등을 경유하여 캠축에 전달되어 캠축을 회전시킨다. 그러나, 링크 기구 등이 개폐 타이밍을 조정하도록 작동되는 경우, 엑츄에이터의 작동은 링크 기구 등에 의해 캠축에 전달될 속도 (감속 또는 가속됨) 가 변화된다. 그러므로, 가변 타이밍을 정확하게 제어하기 위해서, 밸브의 개폐 타이밍의 변화량이 엑츄에이터의 작동량 등에 비례하는 것이 바람직하 다.
일본특허공보 제 2005-048707 호는 엑츄에이터에 의해 회전되는 안내 부재의 회전 위상에 비례하여 구동 축 (크랭크축) 에 대한 피동 축 (캠축) 의 회전 위상 (밸브 개폐 타이밍) 을 조정하는 밸브 타이밍 조정 장치를 개시한다. 일본특허공보 제 2005-048707 호에 개시된 밸브 타이밍 조정 장치는 구동 축 (크랭크축) 의 구동 토크를 내연기관의 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 한 밸브를 개폐시키도록 구동되는 피동 축 (캠축) 에 전달하는 전달 시스템에 제공되어 있으며, 조정 장치는 밸브 중 적어도 한 밸브의 개폐 타이밍을 조정한다. 상기 밸브 타이밍 조정 장치는, 구동 축과 동기하여 회전하는 제 1 회전 부재 및 피동 축과 동기하여 회전하는 제 2 회전 부재를 구비하며 제어되는 부재의 운동을 제 1 회전 부재에 대한 제 2 회전 부재의 상대 회전 운동으로 변환시켜 구동 축에 대한 피동 축의 회전 위상을 변화시키는 위상 변경 기구; 및 엑츄에이터로부터의 제어 토크의 전달에 의해 제 1 회전 부재에 대해 상대적으로 회전되어 안내 경로가 이어지는 방향으로 가동체를 안내하는 안내 부재를 포함한다. 가동체는 안내 부재에 대한 안내경로연장 방향으로 미끄러지면서 제어되는 부재를 이동시킴으로, 제 1 회전 부재에 대한 제 2 회전 부재의 회전 위상은 제 1 회전 부재에 대한 안내 부재의 회전 위상에 비례하여 변한다.
상기 공보에 개시된 밸브 타이밍 조정 장치에 의해, 가동체는 안내 부재에 대해 안내경로연장 방향으로 상대적으로 미끄러지면서 제어되는 부재를 이동시키고, 따라서 제 1 회전 부재에 대한 제 2 회전 부재의 회전 위상은 제 1 회전 부재 에 대한 안내 부재의 회전 위상에 비례하여 변한다. 따라서, 제 1 회전 부재에 대한 안내 부재의 회전 위상은 제 1 회전 부재에 대한 제 2 회전 부재의 회전 위상, 즉 구동 축에 대한 피동 축의 회전 위상을 정확하게 조정하도록 제어될 수도 있다.
그러나, 개폐 타이밍의 변화량이 일본특허공보 제 2005-048707 호에 개시된 밸브 타이밍 조정 장치에 의해 실행된 바와 같이 엑츄에이터의 작동량 등에 비례하여 변화되는 경우, 비례의 기울기가 더 작으면 (VVT 의 기어비가 더 크면), 개폐 타이밍이 변화될 수 있는 범위는 더 작다. 반대로, 기울기가 더 큰 경우 (VVT 의 기어비가 더 작은 경우), 엑츄에이터가 멈추면 (토크가 발생되지 않는 상태), 엔진의 작동은 캠축에 작용하는 토크를 발생시켜 엑츄에이터를 구동시킨다. 이러한 경우에, 개폐 타이밍은 변하고, 밸브 개폐 타이밍은 제어대로 유지될 수 없다.
본 발명의 목적은 넓은 범위에 걸쳐 밸브 개폐 타이밍을 변화시킬 수 있으며 밸브 개폐 타이밍을 제어되는 정확한 타이밍으로 유지시킬 수 있는 가변 밸브 타이밍 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 장치는 흡기 밸브 및 배기 밸브 중 적어도 한 밸브의 개폐 타이밍을 변화시킨다. 가변 밸브 타이밍 장치는 엑츄에이터, 및 엑츄에이터의 작동량에 따른 변화량만큼 개폐 타이밍을 변화시키는 변경 기구를 포함한다. 변경 기구는, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우와 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 사이에, 엑츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비가 상이하도록 그리고 개폐 타이밍의 변화의 방향이 동일하도록 개폐 타이밍을 변화시킨다.
본 발명에 따르면, 개폐 타이밍은, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우와 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 사이에 엑츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비가 상이하도록, 그리고 상기 경우 사이에 개폐 타이밍의 변화 방향이 동일하도록 변화된다. 따라서, 예컨대 개폐 타이밍은 두 영역에 대해 진각될 수 있는 한편, 타이밍이 한 영역에 대해 진각되는 정도는 다른 영역에 대해 진각된 정도보다 더 크게 될 수 있다. 선택적으로는, 예컨대 개폐 타이밍은 두 영역에 대해 지각될 수 있는 한편, 타이밍이 한 영역에 대해 지각되는 정도는 다른 영역에 대해 진각된 정도보다 더 크게 될 수 있다. 이로써, 개폐 타이밍이 변화될 수 있는 범위를 증가시킬 수 있다. 또한, 개폐 타이밍의 변화량이 작은 영역에 대해, 엑츄에이터로부터 출력되는 토크가 작아도, 개폐 타이밍은 변화될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 개폐 타이밍을 변화시킴으로써 엑츄에이터를 구동하기 위해 큰 토크가 필요하다. 그러므로, 이 영역에 대해, 엑츄에이터가 토크를 발생시키지 않는 상태에서도, 엑츄에이터는 엔진이 작동됨에 따라 캠축에 작용하는 토크에 의해 구동되는 것이 억제될 수 있다. 따라서, 제어하에 결정된 개폐 타이밍으로부터의 실제 개폐 타이밍의 변화는 억제될 수 있다. 따라서, 넓은 범위에 걸쳐 개폐 타이밍을 변화시킬 수 있으며 밸브 개폐 타이밍을 제어되는 타이밍으로 유지시킬 수 있는 가변 밸브 타이밍 장치가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 변경 기구는, 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우와 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 사이에 엑츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비는 상이하도록 그리고 개폐 타이밍의 변화 방향은 동일하도록 개폐 타이밍을 변화시키는 것 외에, 상기 개폐 타이밍이 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 있는 경우에 엑츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비가 소정의 변화율로 변화하도록 개폐 타이밍을 변화시킨다.
본 발명에 따르면, 개폐 타이밍이 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 영역에 있는 경우, 개폐 타이밍은 엑츄에이터의 작동량과 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비가 소정의 변화율로 변화하도록 변화된다. 따라서, 개폐 타이밍이 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 또는 제 2 영역으로부터 제 1 영역으로 변화하는 경우, 엑츄에이터의 작동량에 대한 개폐 타이밍의 변화량은 점진적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 그러므로, 개폐 타이밍의 변화량의 급격한 계단식 변화는 억제될 수 있으며, 따라서 개폐 타이밍의 급격한 변화가 억제될 수 있다. 따라서, 개폐 타이밍을 제어하는 능력은 향상될 수 있다.
더 바람직하게는, 제 2 영역은 제 1 영역에 대해 진각된 영역이다. 변경 기구는 개폐 타이밍의 변화량이 제 1 영역에 대한 변화량보다 제 2 영역에 대해서 더 크도록 개폐 타이밍을 변화시킨다.
본 발명에 따르면, 개폐 타이밍은 개폐 타이밍의 변화량이 다른 영역에 대해 진각된 영역에서 더 크도록 변화된다. 따라서, 개폐 타이밍이 변화될 수 있는 범위는 증가될 수 있다. 또한, 다른 영역에 대해 지각된 영역 (개폐 타이밍의 변화량이 더 작은 영역) 에 대해, 엑츄에이터로부터 출력되는 토크가 작은 경우에도 개폐 타이밍은 변화될 수 있으며, 개폐 타이밍을 변화시킴으로서 엑츄에이터를 구동하는데 큰 토크가 필요하다. 그러므로, 이러한 영역에 대해, 엑츄에이터가 토크를 발생시키지 않는 상태에서도, 예컨대 엔진이 작동됨에 따라 캠축에 작용하는 토크에 의해 엑츄에이터가 구동되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제어하에 결정된 개폐 타이밍으로부터의 실제 개폐 타이밍의 변화가 억제될 수 있다. 따라서, 개폐 타이밍은 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있고, 밸브 개폐 타이밍은 제어되는 타이밍으로 유지될 수 있다.
도 1 은 가변 밸브 타이밍 장치가 본 발명의 실시예에 따라 장착되어 있는 차량의 엔진의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2 는 흡기 캠축의 위상을 규정하는 맵을 도시한다.
도 3 은 흡기 VVT 기구를 도시하는 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 A-A 의 단면도이다.
도 5 는 도 3 의 B-B 의 (제 1) 단면도이다.
도 6 은 도 3 의 B-B 의 (제 2) 단면도이다.
도 7 은 도 3 의 C-C 의 단면도이다.
도 8 은 도 3 의 D-D 의 단면도이다.
도 9 는 흡기 VVT 기구 전체의 감속기어비를 도시한다.
도 10 은 스프로킷에 대한 안내 플레이트의 위상과 흡기 캠축의 위상 사이의 관계를 도시한다.
도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 이하에 설명한다. 이하의 설명에서, 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 나타낸다. 또한, 이들은 동일한 명칭을 가지며 동일하게 작용한다. 그러므로, 상세한 설명은 반복되지 않는다.
도 1 을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 가변 밸브 타이밍 장치가 장착되어 있는 차량의 엔진에 대하여 설명한다.
엔진 (1000) 은 각각 네 개의 실린더로 이루어진 군을 포함하는 "A" 뱅크 (1010) 및 "B" 뱅크 (1012) 를 구비하는 V 타입 8기통 엔진이다. 여기서, V8 엔진과 다른 임의의 엔진이 사용될 수도 있다.
에어클리너 (1020) 로부터 엔진 (1000) 으로 공기가 흡입된다. 흡입 공기의 양은 스로틀 밸브 (1030) 에 의해 조정된다. 스로틀 밸브 (1030) 는 모터에 의해 구동되는 전자식 스로틀 밸브이다.
공기는 흡기 매니폴드 (1032) 를 통해 실린더 (1040) 로 공급된다. 공기는 실린더 (1040) (연소실) 에서 연료와 혼합된다. 연료는 인젝터 (1050) 로부터 실린더 (1040) 안으로 직접 분사된다. 즉, 인젝터 (1050) 의 분사구가 실린더 (1040) 내에 제공되어 있다.
연료는 흡기 행정시에 분사된다. 연료 분사 타이밍은 흡기 행정으로 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예에 있어서, 엔진 (1000) 은 인젝터 (1050) 의 분사구가 실린더 (1040) 내에 배치되는 직접 분사식 엔진으로 기재되어 있다. 그러나, 직접 분사 (실린더내) 인젝터 (1050) 이외에, 포트 인젝터가 제공될 수도 있다. 또한, 포트 인젝터만이 제공될 수도 있다.
실린더 (1040) 의 공기-연료 혼합기는 스파크 플러그 (1060) 에 의해 점화되어 연소된다. 연소된 후의 공기-연료 혼합기, 즉 배기 가스는 삼원촉매 (1070) 에 의해 정화된 후에 차량의 외부로 배출된다. 공기-연료 혼합기는 연소되어 피스톤 (1080) 을 하방으로 누르고 크랭크축 (1090) 을 회전시킨다.
실린더 (1040) 의 상부에, 흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 가 제공되어 있다. 흡기 밸브 (1100) 는 흡기 캠축 (1120) 에 의해 구동된다. 배기 밸브 (1110) 는 배기 캠축 (1130) 에 의해 구동된다. 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 은 동일한 회전 속도로 회전되도록 체인 및 기어와 같은 부품에 의해 연결된다.
흡기 밸브 (1100) 는 흡기 캠축 (1120) 에 제공된 흡기 VVT 기구 (2000) 에 의해 제어되는 위상 (개폐 타이밍) 을 갖는다. 배기 밸브 (1110) 는 배기 캠축 (1130) 에 제공된 배기 VVT 기구 (3000) 에 의해 제어되는 위상 (개폐 타이밍) 을 갖는다.
본 실시예에 있어서, 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 은 흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 의 각각의 위상을 제어하도록 VVT 기구에 의해 회전된다. 여기서, 위상 제어 방법은 상기 방법으로 제한되지 않는다.
흡기 VVT 기구 (2000) 는 전기 모터 (2060) (도 1 에 비도시) 에 의해 작동된다. 전기 모터 (2060) 는 ECU (Electronic Control Unit) (4000) 에 의해 제 어된다. 전기 모터 (2060) 의 전류 및 전압은 전류계 (비도시) 및 전압계 (비도시) 에 의해 검출되며, 측정치가 ECU (4000) 에 입력된다.
배기 VVT 기구 (3000) 는 유압식으로 작동된다. 여기서, 배기 VVT 기구 (3000) 가 전기 모터에 의해 작동될 수도 있으며, 한편 흡기 VVT 기구 (2000) 는 유압식으로 작동될 수도 있다.
크랭크축 (1090) 의 회전 속도 및 크랭크 각을 나타내는 신호가 크랭크 각 센서 (5000) 로부터 ECU (4000) 에 입력된다. 또한, 흡기 캠축 (1120) 및 배기 캠축 (1130) 의 각각의 위상 (위상: 회전 방향의 캠축 위치) 을 나타내는 신호가 캠 위치 센서 (5010) 로부터 ECU (4000) 에 입력된다.
또한, 냉각제 온도 센서 (5020) 로부터의 엔진 (1000) 의 물 온도 (냉각제 온도) 를 나타내는 신호 및 공기유량계 (5030) 로부터의 엔진 (1000) 의 흡기량 (엔진 (1000) 안으로 이동한 또는 흡입된 공기량) 을 나타내는 신호가 ECU (4000) 에 입력된다.
센서로부터 입력된 이러한 신호와 메모리 (비도시) 에 저장된 맵 및 프로그램에 기초하여, ECU (4000) 는 예컨대 스로틀 개방 위치, 점화 타이밍, 연료 분사 타이밍, 분사되는 연료의 양, 흡기 밸브 (1100) 의 위상 및 배기 밸브 (1110) 의 위상을 제어하고, 그 결과 엔진 (1000) 은 원하는 작동 상태로 작동된다.
본 실시예에 있어서, ECU (4000) 는 변수로서 엔진 속도 (NE) 및 흡기량 (KL) 을 사용하는 도 2 에 도시된 맵에 기초하여 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 결정한다. 각각의 냉각제 온도에 대한 복수의 맵이 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 결 정하기 위해 저장된다.
이하에서, 흡기 VVT 기구 (2000) 에 대하여 더 설명한다. 여기서, 배기 VVT 기구 (3000) 는 하기와 같이 흡기 VVT 기구 (2000) 와 동일하게 구성될 수도 있다.
도 3 에 도시되어 있는 바와 같이, 흡기 VVT 기구 (2000) 는 스프로킷 (2010), 캠 플레이트 (2020), 링크 기구 (2030), 가이드 플레이트 (2040), 감속기 (2050), 및 전기 모터 (2060) 로 구성되어 있다.
스프로킷 (2010) 은 체인 등을 경유하여 크랭크축 (1090) 에 연결되어 있다. 스프로킷 (2010) 의 회전 속도는 크랭크축 (1090) 의 회전 속도의 절반이다. 흡기 캠축 (1120) 은 스프로킷 (2010) 의 회전 축선과 동심으로 그리고 스프로킷 (2010) 에 대해 회전가능하게 제공되어 있다.
캠 플레이트 (2020) 는 핀 (1) (2070) 에 의해 흡기 캠축 (1120) 에 연결되어 있다. 캠 플레이트 (2020) 는 흡기 캠축 (1120) 과 함께 스프로킷 (2010) 의 내측에서 회전한다. 여기서, 캠 플레이트 (2020) 및 흡기 캠축 (1120) 은 하나의 유닛으로 통합될 수도 있다.
링크 기구 (2030) 는 아암 (1) (2031) 및 아암 (2) (2032) 으로 구성된다. 도 3 의 A-A 를 따른 단면도인 도 4 에 도시되어 있는 바와 같이, 한 쌍의 아암 (1) (2031) 이 흡기 캠축 (1120) 의 회전 축선에 대해 서로 점 대칭으로 스프로킷 (2010) 내에 제공되어 있다. 각각의 아암 (1) (2031) 은 핀 (2) (2072) 에 대해 회전할 수 있도록 스프로킷 (2010) 에 연결되어 있다.
도 3 의 B-B 를 따른 단면도인 도 5 및 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 도 5 의 상태에 대해 진각되어 있는 상태를 도시하는 도 6 에 도시되어 있는 바와 같이, 아암 (1) (2031) 및 캠 플레이트 (2020) 는 아암 (2) (2032) 에 의해 연결되어 있다.
아암 (2) (2032) 은 핀 (3) (2074) 을 중심으로 아암 (1) (2031) 에 대해 회전할 수 있도록 지지된다. 또한, 아암 (2) (2032) 은 핀 (4) (2076) 을 중심으로 캠 플레이트 (2020) 에 대해 회전할 수 있도록 지지된다.
한 쌍의 링크 기구 (2030) 에 의해 흡기 캠축 (1120) 이 스프로킷 (2010) 에 대해 회전되어, 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변화시킨다. 따라서, 쌍으로 된 링크 기구 (2030) 중 하나가 손상 등에 의해 파괴되어도, 나머지 다른 링크 기구가 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변화시키는데 사용될 수 있다.
다시 도 3 을 참조하면, 안내 플레이트 (2040) 를 바라보는 표면인 각각의 링크 기구 (2030) (아암 (2) (2032)) 의 표면에는, 제어 핀 (2034) 이 제공되어 있다. 제어 핀 (2034) 은 핀 (3) (2074) 과 동축으로 제공되어 있다. 각각의 제어 핀 (2034) 은 안내 플레이트 (2040) 에 제공된 안내 홈 (2042) 에서 미끄러진다.
각각의 제어 핀 (2034) 은 반경 방향으로 이동하도록 안내 플레이트 (2040) 의 안내 홈 (2042) 에서 미끄러진다. 각각의 제어 핀 (2034) 의 반경방향 이동에 의해 흡기 캠축 (1120) 은 스프로킷 (2010) 에 대해 회전하게 된다.
도 3 의 C-C 를 따른 단면도인 도 7 에 도시되어 있는 바와 같이, 안내 홈 (2042) 은 안내 플레이트 (2040) 의 회전에 의해 각각의 제어 핀 (2034) 이 반경 방향으로 이동하도록 나선형으로 형성되어 있다. 여기서, 안내 홈 (2042) 의 형상은 이로 제한되지 않는다.
제어 핀 (2034) 이 안내 플레이트 (2040) 의 축선방향 중심으로부터 반경 방향으로 더 이동함에 따라, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 더 많이 지각된다. 즉, 위상의 변화량은 제어 핀 (2034) 의 반경방향 이동에 의해 발생되는 링크 기구 (2030) 의 작동량에 대응하는 값을 갖는다. 선택적으로는, 제어 핀 (2034) 이 안내 플레이트 (2040) 의 축선방향 중심으로부터 반경 방향으로 더 이동함에 따라, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 더 많이 진각될 수도 있다.
도 7 에 도시되어 있는 바와 같이, 제어 핀 (2034) 이 안내 홈 (2042) 의 단부에 접할 때, 링크 기구 (2030) 의 작동은 억제된다. 그러므로, 제어 핀 (2034) 이 안내 홈 (2042) 의 단부에 접할 때의 위상은 최대 지각 또는 최대 진각의 위상이다.
다시 도 3 을 참조하면, 안내 플레이트 (2040) 에는, 안내 플레이트 (2040) 및 감속기 (2050) 를 서로 연결하기 위해 감속기 (2050) 를 바라보는 표면에 복수의 오목부 (2044) 가 제공되어 있다.
감속기 (2050) 는 외치기어 (2052) 및 내치기어 (2054) 로 구성된다. 외치기어 (2052) 는 기어가 스프로킷 (2010) 과 함께 회전하도록 스프로킷 (2010) 에 대해 고정된다.
내치기어 (2054) 는 안내 플레이트 (2040) 의 오목부 (2044) 에 수용되는 복수의 돌출부 (2056) 를 구비한다. 내치기어 (2054) 는 전기 모터 (2060) 의 출 력 축의 축선방향 중심 (2064) 에 대해 편심되어 형성된 커플링 (2062) 의 편심 축선 (2066) 에 대해 회전가능하게 지지된다.
도 8 은 도 3 의 D-D 에 따른 단면을 도시한다. 내치기어 (2054) 는 그 치의 일부가 외치기어 (2052) 와 맞물리도록 제공되어 있다. 전기 모터 (2060) 의 출력 축의 회전 속도가 스프로킷 (2062) 의 회전 속도와 동일한 경우에, 커플링 (2062) 및 내치기어 (2054) 는 외치기어 (2052) (스프로킷 (2010)) 의 회전 속도와 동일한 회전 속도로 회전한다. 이러한 경우에, 안내 플레이트 (2040) 는 스프로킷 (2010) 의 회전 속도와 동일한 회전 속도로 회전하고, 따라서 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 유지된다.
전기 모터 (2060) 에 의해 커플링 (2062) 이 축선방향 중심 (2064) 을 중심으로 외치기어 (2052) 에 대해 회전하면, 이에 따라 내치기어 (2054) 전체가 축선방향 중심 (2064) 을 중심으로 회전하는 동시에 내치기어 (2054) 는 편심 축선 (2066) 을 중심으로 회전한다. 내치기어 (2054) 의 회전 운동에 의해 안내 플레이트 (2040) 가 스프로킷 (2010) 에 대해 회전하게 되고, 따라서 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 변화된다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상은 감속기 (2050), 안내 플레이트 (2040), 및 링크 기구 (2030) 에 의한 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도 (전기 모터 (2060) 의 작동량) 의 감소에 의해 변화된다. 여기서, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 변화시키기 위해 증가될 수도 있다.
도 9 에 도시되어 있는 바와 같이, 흡기 VVT 기어 (2000) 전체의 감속기어비 (위상의 변화량에 대한 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도의 비) 는 흡기 밸브 (1100) 의 위상에 따른 값을 가질 수도 있다. 본 실시예에 있어서, 감속기어비가 커짐에 따라, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도에 대한 위상의 변화량은 작아진다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각으로부터 CA (1) 까지의 제 1 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속기어비는 R(1) 이다. 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA (2) (CA (2) 는 CA (1) 에 대해 진각되어 있음) 로부터 최대 진각까지의 제 2 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속기어비는 R (2) (R (1) ＞ R (2)) 이다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA (1) 으로부터 CA (2) 까지의 제 3 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속기어비는 소정의 변화율 ((R (2) - R (1))/(CA (2) - CA (1))) 로 변한다.
상기 구성에 기초하여, 본 실시예의 가변 밸브 타이밍 장치의 흡기 VVT 기구 (2000) 는 하기와 같이 작용한다.
흡기 밸브 (1100) (흡기 캠축 (1120)) 의 위상이 진각되는 경우, 전기 모터 (2060) 는 스프로킷 (2010) 에 대해 안내 플레이트 (2040) 를 회전시키도록 작동되어, 도 10 에 도시되어 있는 바와 같이 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시킨다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시키도록 감속기어비 R (1) 로 감소된다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 흡기 밸브 (1100) 의 위상을 진각시키도록 감속기어비 R (2) 로 감소된다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 지각되는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축은 상기 위상이 진각되는 경우의 방향에 대해 반대 방향으로 스프로킷 (2010) 에 대해 회전된다. 위상이 지각되는 경우, 위상이 진각되는 경우와 유사하게, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 위상을 지각시키도록 감속기어비 R (1) 로 감소된다. 또한, 흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 위상을 지각시키도록 감속기어비 R (2) 로 감소된다.
따라서, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 방향이 같은 한, 흡기 밸브 (1100) 의 위상은 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역 및 CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역 모두에 대해 진각되거나 지각될 수 있다. 여기서, CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 대해, 위상은 더 진각되거나 더 지각될 수 있다. 따라서, 위상은 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있다.
또한, 감속기어비는 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역에서 크기 때문에, 엔진 (1000) 이 작동함에 따라 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의해 전기 모터 (2060) 의 출력 축을 회전시키는데 큰 토크가 필요하다. 그러므로, 예컨대 전기 모터 (2060) 가 정지되어 있는 경우, 전기 모터 (2060) 가 토크를 발생시키지 않아도, 흡기 캠축 (1120) 에 작용하는 토크에 의한 전기 모터 (2060) 의 출력 축의 회전이 억제될 수 있다. 그러므로, 제어하에 결정된 위상으로부터 실제 위상이 변화하는 것을 억제할 수 있다.
흡기 밸브 (1100) 의 위상이 CA (1) 와 CA (2) 사이의 제 3 영역에 있는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도는 소정의 변화율로 변하는 감속기어비로 감소되고, 이는 흡기 밸브 (1100) 의 위상의 진각 또는 지각을 야기할 수도 있다.
따라서, 위상이 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 또는 제 2 영역으로부터 제 1 영역으로 변하는 경우, 전기 모터 (2060) 의 출력 축과 스프로킷 (2010) 사이의 상대 회전의 회전 속도에 대한 위상의 변화량은 점진적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 이로써, 위상의 변화량의 급격한 계단식 변화가 억제될 수 있어 위상의 급격한 변화를 억제한다. 따라서, 위상을 제어하기 위한 능력이 향상될 수 있다.
상기와 같이, 본 실시예의 가변 밸브 타이밍 장치를 위한 흡기 VVT 기구는, 흡기 밸브의 위상이 최대 지각으로부터 CA (1) 까지의 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속기어비 R (1) 를 제공한다. 흡기 밸브의 위상이 CA (2) 로부터 최대 진각까지의 영역에 있는 경우, 흡기 VVT 기구 (2000) 전체의 감속 기어비는 R (1) 보다 낮은 R (2) 이다. 따라서, 전기 모터의 출력 축의 회전 방향이 같은 한, 흡기 밸브의 위상은 두 영역, 즉 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역 및 CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 대해 진각되거나 지각될 수 있다. 여기서, CA (2) 와 최대 진각 사이의 제 2 영역에 대해, 위상은 더 큰 범위까지 진각되거나 지각될 수 있다. 그러므로, 위상은 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있다. 또한, 최대 지각과 CA (1) 사이의 제 1 영역에 대해, 감속기어비는 크므로, 엔진이 작동함에 따라 흡기 캠축에 작용하는 토크에 의한 전기 모터의 출력 축의 회전은 억제될 수 있다. 따라서, 제어하에서 결정된 위상으로부터 실제 위상이 변화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 위상은 넓은 범위에 걸쳐 변화될 수 있고, 위상은 정확하게 제어될 수 있다.
본 발명을 상세하게 기재하고 설명하였지만, 이는 설명 및 실시예를 위한 것이고 제한되지는 않으며, 본 발명의 사상 및 범위는 첨부의 청구항에 의해서만 제한된다.

Claims (4)

  1. 흡기 밸브 (1100) 및 배기 밸브 (1110) 중 적어도 한 밸브의 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치로서,
    엑츄에이터 (2060); 및
    상기 엑츄에이터 (2060) 의 작동량에 따른 변화량만큼 상기 개폐 타이밍을 변화시키는 변경 기구 (2000, 3000) 를 포함하고,
    상기 변경 기구 (2000, 3000) 는, 상기 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우와 상기 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 사이에, 상기 엑츄에이터 (2060) 의 작동량과 상기 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비가 상이하도록 그리고 상기 개폐 타이밍의 변화 방향이 동일하도록 상기 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변경 기구 (2000, 3000) 는, 상기 개폐 타이밍이 제 1 영역에 있는 경우와 상기 개폐 타이밍이 제 2 영역에 있는 경우 사이에, 상기 엑츄에이터 (2060) 의 작동량과 상기 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비가 상이하도록 그리고 상기 개폐 타이밍의 변화 방향이 동일하도록 상기 개폐 타이밍을 변화시키는 것 외에, 상기 개폐 타이밍이 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 있는 경우에 상기 엑츄에이터 (2060) 의 작동량과 상기 개폐 타이밍의 변화량 사이의 비가 소정의 변화율로 변화하도록 상기 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장 치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역에 대해 진각된 영역이고, 상기 변경 기구 (2000, 3000) 는 상기 개폐 타이밍의 변화량이 상기 제 1 영역에 대한 변화량보다 상기 제 2 영역에 대해서 더 크도록 상기 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역에 대해 진각된 영역이고, 상기 변경 기구 (2000, 3000) 는 상기 개폐 타이밍의 변화량이 상기 제 1 영역에 대한 변화량보다 상기 제 2 영역에 대해서 더 크도록 상기 개폐 타이밍을 변화시키는 가변 밸브 타이밍 장치.
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