KR20080104257A - 캠샤프트 조정장치용 유압회로 및 대응 제어요소 - Google Patents

캠샤프트 조정장치용 유압회로 및 대응 제어요소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 내연기관의 캠샤프트 조정장치를 위한 밸브 및 적합한 유압회로에 적용될 수 있으며, 상기 유압회로에는 제어성능이 우수한 빠른 캠샤프트 조정장치를 제공하기 위해 다수의 역류방지밸브 또는 역류방지밸브의 기능을 하는 투웨이 밸브가 배치되어 있다.
캠샤프트, 밸브, 유압회로, 조정장치, 내연기관

Description

캠샤프트 조정장치용 유압회로 및 대응 제어요소{HYDRAULIC CIRCUIT, IN PARTICULAR FOR CAMSHAFT ADJUSTER, AND CORRESPONDING CONTROL ELEMENT}
본 발명은 특히 캠샤프트 조정장치를 구비한 자동차용의 유압회로 및 이에 대응하는 제어요소에 관한 것이다.
연결된 기계적 요소, 예컨대 캠샤프트의 위치를 변경하기 위해 자동차의 유압회로에는 유압 피스톤이 삽입된다. 유압 피스톤의 타입은 선회모터식 회전 피스톤이거나 또는 유압모터로도 알려져 있는 방사상 피스톤일 수 있으며, 상기 방사상 피스톤은 특정 각도범위의 내부에서 회전식으로 그 위치를 변경할 수 있다.
피스톤은 하우징의 내부에서 움직이며, 이때 상기 피스톤은 양쪽에서 유압식 공간들을 형성하고, 상기 공간들은 반대방향으로 변경된다. 이는, 유압 피스톤의 위치변경을 통해 한 유압챔버가 증대하면 부합하는 정도에서 피스톤에 마주하여 놓인 대응하는 챔버가 감소하는 것 및 정반대의 것을 의미한다. 알다시피 유압챔버들은 동일한 타입으로 형성되어 있고, 따라서 한 유압챔버의 부피에 관련한 증대는 부합하는 다른 챔버의 부피에 적당한 동일한 감소에 기여한다. 이 경우, 부피의 변 경은 양에 있어서 대등하거나 또는 심지어 동일하다.
매우 중요한 유압식 자동차 회로는 엔진 기름통 안에서 시작하는 캠샤프트 조정장치 회로이며, 상기 캠샤프트 조정장치 회로는 대응하는 밸브 및 선회모터식 캠샤프트 조정장치를 통해 구동 샤프트, 예컨대 크랭크샤프트 또는 그 밖의 캠샤프트에 대해 캠샤프트의 상대적 위치를 조정한다. 상기 조정은 구동 샤프트의 회전각과 관련하여 또는 피스톤의 위치와 관련하여 이른 시점 또는 늦은 시점을 향한 방향으로 행해진다. 이러한 시스템은 공지의 자동차 기어처럼 조립된 하나의 유일한 유압순환을 갖는 예컨대 닫힌 시스템과는 달리 변경가능한 오일 부피를 갖고 작동하는 열린 시스템으로 여겨지는데, 왜냐하면 엔진 기름통 안의 여러 개의 유압회로가 시작하면서 내연기관에 존재하기 때문이다.
자동차 안의 다른 공지의 유압회로는 예컨대 기어 제어부일 수 있고, 상기 기어 제어부는 엔진오일이 공급된 중앙 유압회로에 또는 독립적이며 자립적으로 닫힌 유압회로에 달라붙어 있다.
특히 쓰레디드 유압 시스템을 통한 여러 번의 유압하중에서, 자동차 제조사는 모든 사용자에게 공급해야만 하는 유압펌프의 하중이 가능한 한 적을 것을 요구한다. 이를 통해 내연기관의 의존적인 하중이 내려가며, 이는 다시금 효율 상승에 기여한다.
유압 사용자의 과잉공급이 감소할 수 있는 다수의 실시형태는 미국특허 US 2005/0072397 A1에서 도출될 수 있으며, 상기 과잉공급은 우선적으로 유압회로의 운반량에서 시작된다. 상기 미국특허에 기술된 발명의 관점에 따르면, 내연기관과 기계적으로 직접 커플링된 오일펌프의 회전수에 따른 운반량은 추가의 운반장치 또는 저장장치를 통해 양과 관련하여 감소한다.
내연기관 제조사가 요구하는 기타의 사항은 가능한 한 빠른 캠샤프트 조정장치를 내연기관 안에 장착하고자 하는 것이다. 일반적으로 캠샤프트 조정장치의 조정속도는 대응하는 크기의 오일 운반량을 통해 상승된다. 많은 자동차 제조사는 100 °/sec의 조정속도를 갖는 조정장치를 요구한다. 그 조정속도가 유일한 극단값으로 표시되는 조정장치를 문헌에서 자주 발견한다. 하지만 중요한 것은 가능한 한 일정해야만 하는 또는 선형이어야만 하는 내연기관의 모든 회전수에 걸친 조정속도이다. 즉, 부분적으로 200 °/sec 를 초과하는 개개의 조정속도가 기술되며, 상기 조정속도는 보다 자세히 살펴보면 회전수와 관련하여 순수하며 독특한 특성을 구비한다. 보다 자세히 표시를 관찰하면, 이 표시는 자주 낮은 오일온도를 갖는 높은 회전수에 관한 것임을 확인할 수 있다. 보다 큰 오일펌프를 장착하면 빠른 캠샤프트 조정장치를 얻을 수 있지만, 내연기관의 효율 또는 유효성은 내려간다.
유럽특허문헌 EP 0 388 244 A1으로부터 2개의 역평행 상호접속을 구비한 완전히 닫힌 시스템이 밸브를 통해 한 챔버로부터 제2 챔버로의 통틀어 일정한 오일부피의 오일 보상을 통해 구동된 샤프트의 구동 샤프트에 대한 상대 위치를 조정하는 것이 알려져 있다. 예컨대 주요 청구항 및 도 3 및 도 7에 요약되어 있는 문헌의 기술내용은 오히려 이론적인 것으로 여겨질 수 있는데, 왜냐하면 공지의 방식으로는 캠샤프트 조정장치 유압회로에서 누출이 나타나기 때문이다.
전문 문헌에, 특히 저자 프랭크 스미스(Frank Smith)와 로저 심슨(Roger Simpson)의 논문 'A camshaft torque acutated vane style VCT phaser'(SAE-논문 2005-01-0764로서 인쇄됨)에는 예컨대 펌프가 단지 조정장치의 누출을 보상함으로써 유압회로의 펌프를 경감하는 것이 제안되어 있고, 반면 조정장치의 양 반대방향 챔버들 사이에는 보통의 방식으로 닫힌 유압 보상 시스템이 존재한다. 그래프에 소개된 조정속도는, 소개된 시스템이 단지 대응하는 크기의 오일량을 갖고 조정장치의 유압회로에서 작동하는 것을 추측하게 한다. 특히 서유럽과 일본에서 알려진 소형 자동차의 고전적인 엔진에서는, 상기 기술된 시스템은 적용이 많지 않을 것 같은데, 왜냐하면 이러한 엔진은 현저히 보다 적은 충전량을 갖고도 잘 해내야만 하기 때문이다(5 리터 이하의 엔진오일). 동일한 카테고리에 속하는 특허는 미국특허 US 5 657 725에서 볼 수 있다.
이른 위치로 캠샤프트 조정장치를 조정하기 위해 캠샤프트로부터 캠샤프트 조정장치로 도입된 모멘트를 이용하는 것은 독일특허 DE 101 58 530 A1 및 독일특허 DE 10 2005 023 056 A1에 알려져 있다. 엔진이 뜨거운 작동단계로부터 낮은 회전수 영역으로 떨어지면 보다 신속하게 이른 위치에 도달하기 위해 독일특허 DE 101 58 530 A1은 기술을 사용하고자 하는 반면, 독일특허 DE 10 2005 023 056 A1은 무엇보다도 공급 펌프 탈락시 캠샤프트가 이른 위치에서의 계속적인 작동이 가능한 위치로 비틀어지는 것을 안전하게 하고자 한다. 이를 위해 독일특허 DE 101 58 530 A1은 캠샤프트 조정장치 자체 안의 압력 보상 밸브를 구비한 역류방지밸브를 사용하며, 반면 독일특허 DE 10 2005 023 056 A1은 여러 개의 역류방지밸브를 펌프 둘레에 배치하고자 한다.
독일특허 DE 602 07 308 T2는 밸브 또는 전환 개폐기를 이용할 것을 제안하며, 상기 밸브는 2개의 상태 사이에서, 즉 오일압력으로 가동된 캠샤프트 조정이 시작되는 높은 회전수 영역과 캠샤프트 모멘트에 의해 작동된 캠샤프트 조정이 시작되는 낮은 회전수 영역 사이에서 구별된다. 상기 전환 개폐기는 양 상태들 사이에서 작동에 좌우되어 여기저기 스위칭한다.
알 수 있는 바와 같이, 선행기술은 특정한 작동방식 및 작동타입을 위한 캠샤프트 모멘트의 이용을 가르친다. 유압 접속은 대응하는 과제 제시를 위해 디자인되었다.
조정속도를 개선하기 위해 출원인의 인하우스 개발에 기초를 둔 독일특허 DE 102 05 415 A1 또는 그 US 계열 구성원 미국특허 US 6 941 912 B2로부터, 조정속도 상승을 위해 유압매체를 한 챔버로부터 다른 챔버로 재장전할 수 있는 바이패스를 해제하기 위해 밸브의 그룹들, 특히 피스톤과 작동하는 4개의 밸브를 상호접속하는 것이 알려져 있다. 그렇지 않으면, 운반 펌프로부터 공급되는 열린 시스템에 관한 것이다. 실시예들 중 하나로부터는 유압 개폐기의 상호 접속된 이중 피스톤 배치를 수단으로 바이패스 배치가 실현 가능한 것을 알 수 있다. 이 실시예에 따르면 바이패스 배치는 개폐기로부터 디커플링되어 독자적으로 여러 개의 피스톤을 포함하며 형성되는 밸브 그룹과 함께 캠샤프트 조정장치의 후방 벽 안에 배치되어 있다.
즉, 본 발명의 목적은 가능한 한 작동 파라미터에 관계없이 높은 또한 거의 변함없는 유압 피스톤의 조정속도를 제공하며, 동시에 우수한 제어성능을 제공하고, 내연기관의 오일펌프를 위해 적은 하중을 나타내며, 또한 예컨대 상기 기술된 전문문헌의 V6 엔진보다 적은 가스교환밸브 복원 스프링을 구비하는 예컨대 1.3 또는 1.8 리터 기계 같은 작은 부피의 엔진에도 장착될 수 있는 유압 시스템을 설계하는 것이다.
공급 펌프로부터의 가압(pressure application)에 따라 정의된 변함없는 위치가 요구될지라도, 제어성능은 캠샤프트 조정장치에서 특히 상기 캠샤프트 조정장치가 진동하는 각도로 표시된다. 그러면, 각도에서 이론적으로 세팅된 위치로부터의 편차는 제어성능으로 불린다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 설계될 수 있는 시스템을 예컨대 국제특허출원 WO 2004/088094, WO 2004/088099 및 미국특허 US 6 814 036 A 또는 유럽특허 EP 1 347 154 A2에 보다 상세히 기술된 완전 가변 밸브 드라이브에서도 이용할 수 있도록 하는 것이다.
적합한 밸브는 청구범위 제1항으로부터 도출될 수 있다. 바람직한 형태는 종속항으로부터 도출될 수 있다.
예컨대 가스교환밸브 복원 스프링 및 캠샤프트 조정장치에서의 캠샤프트로부터 유래하는 순수한 교환 모멘트(alternation moment)의 이용 또는 가압된 유압매체를 수단으로 한 순수한 외부조정을 통한 순수한 교환 모멘트와는 달리, 본 발명에 따르면 팽창하는 교환 모멘트뿐만 아니라 순수한 교환 모멘트를 갖고 잘 해낼 수 있는 유압 시스템이 제안된다. 구동된 및 조정된 샤프트, 예컨대 캠샤프트의 하중 및 반응에 따라, 교대로 팽창하는 모멘트 및 교환 모멘트가 나타난다. 유압 개폐기, 예컨대 캠샤프트 조정장치 밸브의 트리거링을 위해 쓰이는 엔진 제어장치는 더 이상 일정하게 도입된 교환 모멘트에 의존하는 것이 아니라 실시형태에서 단지 하나의 유일한 밸브를 능동적으로 트리거링해야하며, 반면 유압회로의 나머지는 수동적으로 가동된다.
이러한 맥락에서 교환 모멘트는 때때로 포지티브 가변 부분(share)뿐만 아니라 때때로 네거티브 부분도 구비하는 유압 피스톤에서의 모멘트이다. 이에 반해, 팽창하는 모멘트는 양에 있어서 변화하기는 하나, 몇 밀리 세컨드의 보다 긴 기간에 걸쳐 모멘트 특성곡선의 동일한 부호범위에 머무는 모멘트이다.
적어도 2개의 유압챔버를 갖는 반대방향 유압 피스톤을 구비한 자동차 유압회로에는, 교환하거나 또는 팽창하며 작용하는 외부 모멘트가 작용한다. 유압회로는 반대방향 유압챔버들의, 유압펌프로부터 인출될 수 있는 상이한 가압을 통해 위치변경을 실행한다. 유압매체에의 가압을 피스톤에 안내하는 유압 개폐기 조정부(바람직하게는 밸브를 통해 구현됨) 이외에, 유압 피스톤을 그 위치에 있어 변경하기 위해 교환 모멘트의 네거티브 부분이 이용된다. 이와 반대로, 모멘트의 팽창하는 부분은 그 밖의 수단, 예컨대 역류방지밸브를 통해 서서히 꺼진다. 특히 역류방지밸브들의 해제를 통한 모멘트들의 선택적인 이용은 엔진의 회전수에 걸쳐 조정속도의 선형화(linearization)를 야기하며, 반면 피스톤을 조정하기 위해 펌프로부터의 가능한 한 작은 유압공급의 지속적인 이용은 모멘트의 순수한 팽창 부분에서도 높은 조정속도를 안전하게 한다.
한 형태에 따르면, 각각 한 타입의 챔버로부터 다른 챔버 타입을 위한 작동 연결부로의 유압식 연결경로가 제공되어 있다. 그러므로, 밸브를 구비한 유압회로가 발생한다. 밸브는, 적어도 하나의 역류방지밸브를 통해 각기 하나의 챔버 타입을 위한 한 작동 연결부 상에서의 교환 모멘트의 네거티브 부분으로부터 방출될 수 있는 유압을 각기 다른 챔버 타입의 제2 작동 연결부 상으로 넘겨줄 수 있다. 교대적인 넘겨줌이 행해질 수 있다. 그 밖에, 가압된 연결부의 가압은 제2 작동 연결부로 전달된다. 유압매체의 교대적인 넘겨줌은 한 챔버로부터뿐만 아니라 다른 챔버로부터도 부합하는 반대방향 챔버 상으로 실행될 수 있다.
자동차 유압회로가 캠샤프트 조정장치의 범위에서 조립되면, 자동차 유압회로는 엔진오일로 작동하는 내연기관의 유압회로이며, 상기 유압회로의 유압 피스톤은 선회모터식 또는 헬리컬 톱니 캠샤프트 조정장치이고, 상기 캠샤프트 조정장치 안으로 적어도 하나의 캠샤프트의 모멘트들이 도입된다.
가스교환밸브 스프링의 크기 및 그 수량은 캠샤프트로부터 캠샤프트 조정장치로 도입된 모멘트들의 빈도 및 타입에 영향을 끼친다. 캠샤프트 조정장치 제조사에게는 가능한 한 다방면에 걸쳐 이용가능한 내연기관용 캠샤프트 조정장치를 제공하도록 요구된다. 빈번하게 자동차 제조사는 동일한 캠샤프트 조정장치를 여러 가지 제품 시리즈의 상이한 엔진을 위해 사용하고자 한다. 하지만 캠샤프트 조정장치 제조사는 유압회로와 관련하여 기준을 만들어도 되며, 따라서 캠샤프트 조정장치의 행동을 적합한 밸브 또는 적합한 밸브 그룹 및 조정장치의 선택을 통해 유압식 상호접속과 함께 개선하는 것이 가능하다.
선회모터식 캠샤프트 조정장치를 사용하는 경우에는, 힘 대신에 모멘트 진동, 캠샤프트로부터 캠샤프트 조정장치로 도입되는 교환 모멘트 및 팽창하는 모멘트가 보다 상세히 관찰되며, 따라서 이 경우들에서는 힘 대신에 모멘트라 부른다. 모든 물리학자 또는 기계 제작자의 통용되는 지식에 따르면, 모멘트(M)로부터 힘(F)을 찾을 수 있고, 힘(F)으로부터는 대응하는 유압(P)이 방출되고, 이때 r은 선회모터식 캠샤프트 조정장치의 반경을 나타내며, x 및 y 는 평면을 나타낸다. 이에 대한 공식은 하기와 같다:
Figure 112008020833817-PCT00001
역류방지밸브의 기능은 바이패스(bypass)로 명칭될 수 있고, 상기 바이패스는 개폐기 전의 교환하는 힘의 네거티브 부분만을 다시 공급한다. 실시예에 따르면, 재공급하기에 적합한 장소는 P 연결부, 즉 개폐기의 연속 가압된 연결부이다. 그러면, 역류방지밸브 또는 역류방지밸브들은(여러 개의 역류방지밸브들이 존재한다면) 개폐기의 압력쪽으로만 유압(상기 유압은 피스톤의 챔버들로부터 유래한다)의 통과가 가능해지도록 배치된다. 바이패스 구조의 범위에서 역류방지밸브들의 삽입을 통해, 예컨대 독일특허 DE 10 2005 013 085에 보다 상세히 기술된 기술내용과 함께 카트리지 밸브에서 소량의 부품과 함께 신뢰도 있게 긴 시간에 걸쳐 기능을 하는 역류방지밸브들이 조립될 수 있는 기술적으로 세련된 해결책이 발견되었다.
교환력으로부터 생기는 압력의 양이 피스톤의 확대하는 챔버로의 공급라인들 중 하나에서의 다른 압력을 초과하면, 그리고 그 후 위치결정을 위해 존재하는 역류방지밸브를 해제하면, 자동차 유압회로 안의 우회 활동이 기능을 한다. 역류방지밸브들은 피스톤의 양 유압챔버들이 간접적으로 연결되어 있도록 배치될 수 있다. 이 경우, 한 챔버로부터 다른 챔버에 도달하기 위해 연결은 개폐기를 통할 수 있다. 다른 변형예는 직접적인 연결이며, 상기 직접적인 연결에서는 역류방지밸브의 열림시 직접적인 유압 연결이 한 유압챔버로부터 다른 유압챔버로 제공된다. 양 변형예들 중 어느 것이 선택되어야 하는가는 제공되어야 하는 자동차 유압회로를 위한 각 주변조건에 좌우된다. 여러 번 유압 라인을 조립하기 위해 개폐기가 배치되는 실린더 헤드가 충분한 장소를 제공하면, 실시 변형예에 따르면 간접적인 연결은 유압 개폐기를 통해 설계될 수 있다. 가능한 한 적은 누출과 더불어 가능한 한 빠른 재장전을 가능하게 하는 것이 요구되는 경우에는, 직접적인 연결이 역류방지밸브들을 통해 피스톤의 한 챔버로부터 다른 챔버로 선택될 수 있다.
유압 개폐기는 바이어스된다(biased). 바이어스를 발생시키기 위한 적합한 해결책은 하기와 같다:
유압식, 기계식, 기계-유압식 조합, 전기적, 자기 또는 전자기 조합. 더 많은 유압량을 갖고 작동될 수 있으면 유압식 바이어스가 선택된다. 기계적 바이어스는 일반적으로 한 번 세팅되며, 그 후 상기 바이어스는 더 이상 캘리브레이션될 수 없다. 전기적 및 자기 바이어스는 내연기관의 자동차 제어기기로 잘 안내될 수 있다. 이를 통해, 소프트웨어에 적당한 영향이 가능해진다.
본 발명의 실시예에 따르면 역류방지밸브들 중 하나는, 유압으로 가압된 유압 개폐기의 입구쪽으로부터 유압 개폐기의 출구쪽으로 연결이 이루어질 수 있도록 차단방향으로 배치된다. 유압 개폐기의 출구쪽은 이 실시형태에 따르면 피스톤의 유압챔버들 중 하나와 연결되어 있다. 제안된 실시형태는 매우 콤팩트한 변형예이다. 상기 변형예의 매력은 그 단순함과 간결함이다.
다른 실시예에 따르면 유압 피스톤의 방향 선택은 유압식으로 제어된 밸브를 통해 조정될 수 있다. 유압 속도의 범위에서, 유압식으로 매우 안정된 시스템은 그 피드백 루프를 통해 발생한다.
또한 바람직한 개선예에 따르면, 유압식으로 제어된 밸브는, 유압챔버들 중 하나의 가압을 다른 유압챔버로 연결하는데에 쓰인다. 여기에서도 유압식 종속은 유압회로의 안정화를 담당한다.
의도적으로 독일특허 DE 10 2005 013 085 A1으로부터 공개되지 않은 인식과 더불어, 역류방지밸브들을 장착된 띠들을 통해 유압 개폐기와 연결하는 통합된 부품을 마련하는 것이 가능하다.
밸브와 캠샤프트 조정장치가 중앙 밸브를 구비한 캠샤프트 조정장치로 통합되면, 아직 계속해서 통합될 수 있는 것은 전체 배치이다. 이 경우 상기 중앙 밸브는 캠샤프트 조정장치의 축방향 중앙에 배치되거나 또는 캠샤프트 조정장치의 축방향 연장부로서 배치된다. 중앙 밸브 또는 배치는 회전 감소 밸브, 역류방지밸브 또는 투웨이 밸브를 포함한다. 이 발명의 공개와 함께 자동차 기술자 또는 유압계통 기계공에게는 선택적으로 예컨대 압력 감소 밸브 및 3개의 역류방지밸브를 갖고 캠샤프트 조정장치에서 본 발명을 실현하기 위해 적합한 부품을 선택하는 것이 가능하다.
유리한 개선예에 따르면, 유압회로는 부분 유압회로를 포함할 수 있으며, 상기 부분 유압회로는 유압식으로 제어된 3개의 밸브로 조립되어 있다. 상기 3개의 밸브는, 교대로 2개의 공급 라인 및 2개의 리턴 라인(return line)을 차단하거나 또는 해제하는 과제를 맡는다.
유압회로는 본질적인 부품이 밸브가 되도록 형성될 수 있다. 그러면, 자동차 내연기관을 위한 밸브에 관한 것이다. 밸브는 특히 선회모터식 캠샤프트 조정장치에서, 교환 모멘트뿐만 아니라 팽창하는 모멘트로서 나타날 수 있는 모멘트 변동을 압력 원천으로부터 밸브의 가압된 연결부에 전달되는 유압을 갖고 넘겨줘야 한다. 캠샤프트 조정장치를 위해 전형적인 밸브는 4개의 연결부를 갖는 밸브일 수 있다. 연결부란 직접 또는 간접적으로 연속 압력 원천에 접속되는 연결부이다. 그것은 P 연결부이다. 그 밖의 연결부는 탱크 연결부이며, 상기 탱크 연결부는 일반적으로 엔진 기름통 안으로 안내한다. 유압 피스톤의 챔버들로 이어지는 작동 연결부들은 밸브의 내부에서의 유압 피스톤의 스위칭 위치에 따라 교대로 접속 또는 중단된다. 모멘트 변동 없이, 밸브는 유압을 때때로 선회모터의 챔버들 중 하나 안으로 안내한다. 유압회로에는 그 밖의 유압이 생기며, 상기 유압은 교환 모멘트의 네거티브 부분으로부터 유래한다. 교환 모멘트의 네거티브 부분으로부터 생긴 유압은 항상 적어도 하나의 역류방지밸브를 통해 방출될 수 있다. 방출된 압력은 제2 작동 연결부로 넘겨진다. 기술된 상태는 보다 이례적인 또는 특수 상태인데, 왜냐하면 대부분의 시간 동안 유압 개폐기 또는 밸브의 가압된 연결부로부터 유래하는 가압은 대응하는 작동 연결부로 전달되기 때문이다. 연속 압력을 넘어선 유압회로의 내부에서의 압력의 계속되는 이용이 시작된다. 역류방지밸브로부터 발생하는 바이패스 라인은 네거티브 모멘트를 이용하며, 반면 표준 조정은 유압 피스톤의 선택된 표준위치를 통해 안전하게 된다. 추가적인 압력자원의 바람직한 에너지적 이용 이외에, 이 피드백을 통해 제어성능 및 조정속도조차 균일하게 되거나 또는 개선된다.
특히 교환 모멘트의 네거티브 부분의 넘겨줌을 위해 2개의 역류방지밸브가 사용된다. 교환 모멘트의 네거티브 부분의 양으로부터 발생하는 압력이(상기 공식에 따라 계산될 수 있음) 가압된 연결부의 압력을 절대적으로 초과하면, 역류방지밸브들은 상기 역류방지밸브들이 밸브의 가압된 연결부로부터 작동 연결부로의 유압매체 흐름을 저지하도록 배치되어 있다. 밸브들은 이른바 방향 스로틀로서 기능을 한다. 이 관찰방식과 함께, 밸브들이 동일한 기능을 실현해야 한다면 2개의 스위칭 상태를 갖는 밸브도 본 발명에 따른 역류방지밸브로 여겨진다. 특히 바람직한 띠 대신에, 대등 영역 또는 역류방지밸브라는 개념의 의미로부터 벗어나지 않으면서 기술적으로 하위의 해결책이 선택될 수도 있다.
적합한 조치는 밸브를 특히 스프링으로 바이어스하고 전체 밸브를 카트리지 밸브로서 조립하는 것이다. 카트리지 밸브는 캠샤프트 조정장치를 위해 캠샤프트 카트리지 밸브로 명칭된다. 특히 적합한 것은 역류방지 띠를 나타내는 역류방지밸브이다. 상기 띠는 링을 형성하도록 모양이 만들어진다. 띠의 자체 유지를 통해 밸브들은 한 방향으로는 열리고 다른 방향으로는 닫힌다. 즉, 전체 카트리지 밸브는 역류방지밸브들을 구비한 통합된 부품을 형성한다. 카트리지 밸브의 내부에서의 전체 횡방향 연결은 횡방향 보어 및 슬리브(sleeve) 안의 및 피스톤 안의 리세스를 통해 실현된다.
유압 피스톤은 2개 또는 3개의 스위칭 위치를 차지할 수 있다. 실제로 물리적으로 스위칭 위치 영역들이 존재한다. 밸브는 웨이 밸브(way valve)로서 형성되어 있다. 바이어스를 통해 발생하는, 하지만 피스톤의 능동적인 트리거링을 필요로 하지 않는 제1 위치에는 개방 위치가 존재한다. 병렬 상호접속에 관한 것이다. 병렬 상호접속이란 가압된 연결부(P)가 제1 작동 연결부(A)로 안내하는 것을 뜻한다. 제2 작동 연결부는 탱크 연결부로 이어진다. P 연결부로부터 제2 연결부(B)로의 연결, 그리고 제1 작동 연결부(A)로부터 탱크 연결부(T)로의 연결이 존재하면, 교차 상호접속된 개방 위치를 말한다. 병렬 상호접속 내의 개방 위치 및 교차 상호접속 내의 개방 위치는 2개 또는 3개의 존재하는 것 중 2개를 나타낸다. 제3 위치는 중단된 또는 닫힌 위치일 수 있다. 상기 제3 위치는 중단된 위치가 제1 개방 위치와 제2 개방 위치 사이에 놓이도록 배치될 수 있다. 물론, 피스톤을 따라 3개보다 많은 위치를 구비하는 밸브들도 이용될 수 있다.
한 형태에 따르면, 제1 역류방지밸브는 제1 작동 연결부의 압력피크가 압력방지밸브를 통해 통과되도록 배치되어 있다. 그동안에 제2 역류방지밸브는 제2 작동 연결부의 압력피크가 상기 역류방지밸브를 통해 통과되도록 배치되어 있다. 제3 역류방지밸브는 펌프 보호 밸브로서 형성되어 있다. 펌프를 보호하기 위해 1개 또는 2개의 역류방지밸브는 정반대의 방향에서, 즉 이른바 반대로 차단하며 밸브 안으로 삽입된다. 그러므로, 항상 쌍을 형성하도록 통합된 양 역류방지밸브들 중 하나만이 열릴 수 있다. 밸브는 내연기관의 실린더 헤드 안에 장착될 수 있거나 또는 캠샤프트 조정장치 자체 안에도 장착될 수 있다.
포개어 넣어진 피스톤 배치들이 조립될 수 있는 이미 공지된 바이패스 실현에 반대하여, 본 경우에는 바이패스 라인은 개폐기를 통해, 또는 분리되어 특정한 밸브를 통해 안내된다. 이 실현은 부품비를 현저히 감소시키며, 밸브의 내부에서 쉽게 실현될 수 있는 피스톤 배치를 보장한다. 다른 인하우스(inhouse) 해결책에서 이미 연구된 바와 같이 슬라이더 안의 슬라이더를 실현하지 않고, 수동적으로 반응될 수 있는 시스템이 마련되었다. 상기 시스템은 외부 영향력 행사 없이 작동하며, 이때 시스템은 요구대로 외부 영향력 행사가 예컨대 단독적인 제어밸브를 통해 가능하도록 실현될 수도 있다. 힘 또는 모멘트로부터 발생하는 압력피크의 절대적인 양은 구체적인 제어 가능성에 영향을 끼치지 않는다. 사실은 제어성능을 향상시킨다. 또한, 시스템 안의 압력차이는 하위의 의미를 갖는다. 본 발명의 의미에서 역류방지밸브는 이미 공개된 배치 이외에 결과적으로 방향 영향을 갖는 모든 다른 적합한 배치도 의미한다.
본 발명은 하기에서 보다 상세히 기술되는 실시예들을 참조로 보다 잘 이해될 수 있으며, 하지만 본 발명은 상기 실시예들에 제한되지 않는다.
도 1은 모멘트 특성곡선을 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 모멘트 특성곡선으로부터 출발하여 발명가가 유압 회로에 도달하게 되는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 부분 유압회로를 수용하기 위한 중앙축의 축방향 연장부를 구비한 통용되는 캠샤프트 조정장치를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 3개의 상이한 스위칭 위치에서 역류방지 띠들을 구비한 가능한 밸브를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 유압 개폐기를 위해 적합한 그 밖의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13은 고전적인 공지의 시스템에 대해, 본 발명에 따른 여러 가지의, 여기에 공개된 시스템의 측정 기록 또는 계산 기록을 나타내는 도면이다.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1 : 자동차 유압회로 3 : 유압 피스톤
5 : 유압펌프 7 : 엔진 기름통으로서의 저장부
9 : 축방향 중앙 10 : 개폐기 조정부/ 밸브
12 : 역류방지밸브 13 : 역류방지밸브
14 : 역류방지밸브 15 : 역류방지밸브
16 : 역류방지라인 18 : 역류방지라인
20 : 축방향 연장부 22 : 압력 감소 밸브
24 : 압력 감소 밸브 26 : 투웨이 밸브
28 : 공급 라인 30 : 공급 라인
32 : 바이어스 스프링 33 : 바이어스 스프링, 조정 가능함
34 : 압력 공급라인 36 : 압력 공급라인
38 : 공급 스로틀 40 : 공급 스로틀
42 : 누출 스로틀 44 : 펌프 보호 밸브
46 : 제1 펌프 보호 밸브 47 : 제2 펌프 보호 밸브
50 : 교차 상호접속 내의 개방 위치 52 : 차단 위치
54 : 병렬 상호접속 내의 개방 위치 56 : 압력 보상 밸브
60 : 4/3 웨이 밸브 62 : 4/2 웨이 밸브
64 : 전기적으로 제어된 태핏 66 : 유압식으로 제어된 태핏
70 : 분배 라인 72 : 분배 라인
74 : 제1 제어 라인 76 : 제2 제어 라인
100 : 캠샤프트 조정장치 102 : 캠샤프트
104 : 블레이드 106 : 록킹 개구
108 : 회전자 110 : 웨브
112 : 고정자 114 : 회전자 베어링
116 : 감쇠 유압챔버 118 : 오물 집합 영역
200 : 밸브 202 : 유압 피스톤
204 : 띠모양 링 206 : 띠모양 링
208 : 띠모양 링 210 : 슬리브
212 : 표면 214 : 카트리지 밸브
216 : 필터 218 : 자석 밸브
220 : 유압부 224 : 흐름 개구
226 : 중공 공간 250 : 유압
404 : 펌프 보호 밸브 A,B : 유압챔버
F/F+/F- : 외부 힘 P : 입구쪽/가압된 연결부
A1 / B1 : 출구쪽/작동 연결부 M+ / M- : 모멘트 변동
M+ : 팽창하는 모멘트 T : 탱크 연결부
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 예컨대 단순화되어 도시되어 있는 바와 같이, 캠샤프트 조정장치에서 측정될 수 있는 모멘트들은 변동한다. X 축 상에는 시간, 즉 본 예에서는 40 ms가 표시되어 있다. Y 축 상에는 모멘트가 Nm로 십제곱(decimal power)으로서 표시되어 있다. 모멘트는 일정한 게 아니라 진동거동, 캠샤프트의 위치, 내연기관의 점화시점, 가스교환밸브의 개방점 등으로 인해 거의 영구적으로 변하는 것을 알 수 있다. 전체 모멘트(M)는 네거티브 부분(M-) 및 포지티브 부분(M+)으로 이루어진다. 내연기관에는 팽창하는 모멘트만이 존재하는 상태들도 나타나며, 그러면 부호 변환(sign change)이 시작되지 않는다. 그러므로, 팽창 토크의 경우에 단지 (M+) 또는 (M-) 특성곡선만이 캠샤프트 조정장치에서 측정된다. 내연기관의 작동 중에는 팽창하는 모멘트의 단계들(단지 M+ 또는 단지 M-) 뿐만 아니라 교환 모멘트(alternation moment)의 단계들도 나타나며, 상기 교환 모멘트에서는 때로는 네거티브 부분뿐만 아니라 때로는 포지티브 부분도 나타날 수 있 다. 조정장치가 팽창하는 상태에 머무는 동안은 모멘트(또는 힘)는 제어성능의 개선을 위해 이용될 수 없다. 하지만 모멘트의 부호 변환에서는 반대방향 모멘트는 이제 성공적으로 이용될 수 있다. 즉, 능동적인 영향 없이 자발적으로 가능한 한 유리하게 반대방향 모멘트를 이용할 수 있는 스위칭이 요구되는데, 이로부터 압력 250이 방출될 수 있도록 하기 위해서이다.
도 2 내지 도 6에는 본 발명의 상이한 실시예들이 도시되어 있으며, 상기 실시예들은 도시되어 있는 유압회로 설계도에 적용될 수 있는, 자동차 유압회로, 특히 캠샤프트 유압회로의 설계시의 구체적인 주변조건들에 좌우된다. 유사한 부품 또는 유사한 기능을 갖는 부품은 도 2 내지 도 6의 모든 실시예에서 동일한 도면부호로 표시되어 있다. 읽기 용이하도록 각 실시예에서 유사한 모든 부품은 개별적으로 명명되지 않았으며, 보다 나은 이해를 위해서는 유사한 실시형태를 참조하도록 한다.
도 2에 따른 실시예에는 캠샤프트 조정장치(100)일 수 있는 유압 피스톤(3)을 구비한 자동차 유압회로(1)가 도시되어 있다. 캠샤프트 조정장치(100)는 적어도 2개의 챔버(A, B)를 갖는다. 일반적으로 이 챔버들은 여러 번 교대로 나타난다. 2개의 공급라인(28, 30)은 유압 개폐기(10)의 제2차쪽으로부터 캠샤프트 조정장치에 도달한다. 상기 라인들은 임의로 짧게 또는 길게 선택될 수 있는데, 유압 개폐기(10)가 멀리 떨어져 내연기관 안의 다른 장소에 배치되어 있는지 여부, 또는 개폐기(10)와 캠샤프트 조정장치(100)가 하나의 부품으로 통합되어 있는지 여부에 좌우된다. 제1차쪽에, 스프링(32)을 통해 스프링 바이어스되고, 전기적으로 제어된 태핏(64)을 통해 전기적으로 조정될 수 있는 유압 개폐기(10)는 가압된 연결부(P) 및 엔진 기름통(7) 안으로 안내하는 탱크 연결부(T)를 갖는다. 압력 연결부(P)에서 압력 공급라인(34)이 이어진다. 유압 개폐기(10)의 제2 차쪽에서 작동 연결부(A1, B1)에는 예컨대 스터브 라인 또는 횡방향으로 천공된 라인을 수단으로 제1 역류방지라인(16) 및 제2 역류방지라인(18)이 이어진다. 상기 제1 역류방지라인은 제1 역류방지밸브(12)를 구비하며, 상기 제2 역류방지라인(18)은 제2 역류방지밸브(14)를 구비한다. 상기 역류방지밸브들은 압력 공급라인(34)으로 이어진다. 제1 역류방지라인(16)은 제1 작동 연결부(A1)에 작용하고, 제2 역류방지라인(18)은 제2 작동 연결부(B1)에 작용한다. 압력 공급라인(34) 안에는 합계점이 존재하며, 상기 합계점에는 역류방지밸브(12, 14) 뿐만 아니라 펌프 보호 밸브도 이어진다. 펌프 보호 밸브(44)와 역류방지밸브(12, 14)는 교차점과 관련하여 해제하며 배치되어 있다. 펌프 보호 밸브(44) 쪽으로 공급하는 쪽에는 그 밖의 압력 공급라인(36)이 제공되며, 상기 압력 공급라인은 유압펌프(5)와 연결되어 있다. 본 예에서는 4/3 웨이 밸브(60)가 선택되었으며, 상기 4/3 웨이 밸브는 교차 상호접속의 개방 위치(50), 차단 위치(52) 및 병렬 상호접속의 개방 위치(54)를 구비한다. 전기적으로 제어된 태핏(64)의 전류공급 없이 스프링(32)은 밸브(10)의 유압 피스톤을 병렬 상호접속의 개방 위치(54)로 누른다. 대안적으로, 밸브의 구조에 따라 다른 제1 위치가 선택될 수도 있다. 펌프(5)가 결함 없이 작동하면, 유압 오일이 없는 상태에서 펌프 보호 밸브(44)가 열리며, 유압매체는 엔진 기름통 또는 오일통(7)으로부터 밸브(10)를 통해 제1 유압챔버(A) 안으로 흐르고, 상기 유압챔버는 증대하며, 그리고 이로 인 해 제2 유압챔버(B)는 감소한다. 전기적으로 제어된 태핏(64)이 밸브(10)의 유압 피스톤을 조정하고 교차 상호접속의 개방 위치(50)가 세팅되면 유압매체는 챔버(A)로부터 작동 연결부(A1)를 통해 탱크 연결부(T)로 유출되며, 반면 유압펌프(5)에 의해 운반된 새로운 유압매체는 제2 유압챔버(B) 안으로 도입된다. 이로 인해 유압챔버(B)는 커지고, 반면 유압챔버(A)는 대응하여 작아진다. 캠샤프트 조정장치가 보통 조정 이외에 모멘트 도입 또는 힘 도입을 경험하면, 그리고 이 도입이 조정을 강화하면, 각 역류방지밸브(12, 14)가 열린다. 역류방지밸브(12, 14)가 힘 도입을 통해 열려 있는 동안, 압력 교차점에서의 상승 압력을 통해 펌프 보호 밸브(44)는 차단한다. 유압식 경로로 인해, 밸브들의 타입들 사이의 순간적이지 않은, 하지만 거의 즉각적인 교환적인 전환이 행해진다.
본 발명에 따른 유압회로에 대한 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 이 실시예에서도 유압 개폐기로서 밸브(10)가 선택되었고, 하지만 상기 밸브는 바로 압력 공급라인(36)을 통해 유압펌프(5)와 연결되어 있으며, 반면 4/3 웨이 밸브(60)인 밸브(10)의 다른 연결부는 엔진 기름통(7)으로 이어진다. 4/3 웨이 밸브(60)는 제1 상태, 즉 바이어스 스프링(32)의 스프링 바이어스를 통해 전기적으로 제어된 태핏(64)의 전류공급을 받지 않은 또는 낮게 전류공급을 받은 상태에서 차지된 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54), 차단 위치(52) 및 교차 상호접속 내의 개방 위치(50)를 갖는다. 제2 차쪽에서 밸브는 펌프 보호 밸브로서 작동하는 역류방지밸브(44, 46)로 상기 한쪽에서 및 그 밖의 밸브의 유압식으로 제어된 태핏 연결부(66)로 이어지며, 상기 밸브는 2개의 위치를 갖는 4/2 웨이 밸브(62)이다. 스로 틀(38, 40)은 공급 스로틀을 나타낸다. 밸브(10)로부터 공급 스로틀(38, 40)을 통한 연결은 분배 라인(70, 72)을 통해 행해진다. 펌프 보호 밸브(46, 47)는 역류방지밸브(12, 14)와 함께 4/2 웨이 밸브(62)의 P 연결부를 가리킨다. 밸브(62)의 4개의 연결부는 압력공급을 위한 P 연결부, 탱크를 위한 T 연결부, 제1 작동 연결부(A1) 및 제2 작동 연결부(B1)이다. 작동 연결부(A1, B1)는 공급 라인(28, 30)을 통해 유압 피스톤(3) 또는 캠샤프트 조정장치(100)의 유압챔버(A, B)로 이어지며, 상기 유압챔버들은 캠샤프트(102)와 기계적으로 단단히 연결되어 있다. 유압챔버(A, B)는 역류방지라인(16, 18)과도 연결되어 있으며, 상기 역류방지라인에는 역류방지밸브(12, 14)가 서로 반대방향을 향해 장착되어 있다. 공급 라인 안의 누출 스로틀(42)은 엔진 기름통(7)의 저장부를 가리킨다. 그러므로, 유압회로(1)는 4개의 역류방지밸브 이외에 4/3 웨이 밸브(60) 및 4/2 웨이 밸브(62)를 포함하며, 이때 상기 4/3 웨이 밸브는 기계적으로 바이어스되고 전기적으로 조정될 수 있으며, 상기 4/2 웨이 밸브는 양쪽에 유압식으로 클램핑된 태핏(66)을 구비한다. 개폐기(10) 및 상기 개폐기의 3개의 위치(50, 52, 54)를 통해 캠샤프트 조정장치의 위치가 선택된다. 크랭크샤프트 또는 그 밖의 캠샤프트에 대한 캠샤프트의 선택된 이른 또는 늦은 위치가 세팅되면, 밸브는 차단 위치(52)에 머문다. 공급 스로틀(38, 40)을 넘어선 유압회로는 유압펌프(5)로부터 디커플링된다. 펌프 보호 밸브(44, 46)는 차단된 상태에 머문다. 공급 스로틀(38, 40)을 넘어선 부분 유압회로와 캠샤프트 조정장치와의 통합에 의해, 펌프 보호 밸브들의 차단을 통해 누출 스로틀(42) 위로의 누출은 거의 나타나지 않는다. 캠샤프트 조정장치(100) 상으로 캠샤프 트(102)의 외부 모멘트의 방향전환이 시작되면, 양 역류방지밸브들(12, 14) 중 하나가 열리며, 그리고 한 챔버로부터 다른 챔버로의 유압매체의 반대방향 재장전(reload)을 담당한다. 4/2 웨이 밸브(62), 및 유압식 바이어스를 통해 세팅된 태핏 위치를 통해, 양 챔버들(A, B) 중 하나의 가능한 유압식 경감이 발생한다.
도 4 및 도 5는 유압 피스톤(3)으로서 도시되어 있는 캠샤프트 조정장치(100)를 구비한 유압회로(1)의 본 발명에 따른 아주 유사한 2개의 실시형태를 보이고 있다. 도 4의 유압회로(1)는 캠샤프트(102)를 상대적인 위상 안에서 조정하는 유압 피스톤(3) 또는 캠샤프트 조정장치(100)를 위한 유압회로를 개략적으로 보이고 있다. 캠샤프트 조정장치(100)는 여러 번 반대방향의 챔버(A, B)를 가지며, 캠샤프트(102)를 이른 위치 또는 늦은 위치로 조정하기 위해 상기 챔버들은 유압챔버(B)를 위한 공급 라인(28)을 통해 및 유압챔버(A)를 위한 공급 라인(30)을 통해 유압매체와 유압식으로 상이한 압력 레벨에서 적재될 수 있다. 여러 개의 유압챔버(A, B)를 위한 공급 라인은 누출을 감소시키며, 그리고 이와 함께 압력회로(1)의 시스템 안의 압력손실을 감소시킨다. 한 챔버로부터 부합하는 대응 챔버로의 수동적이며 자발적인 재장전을 허용하기 위해, 출구쪽 연결부(A1 및 B1)로부터 공급 라인(28, 30) 안으로 역류방지라인(16, 18)은 가리키며, 상기 역류방지라인 안으로 역류방지밸브(12, 14)가 차단 위치로 장착되어 있다. 유압 개폐기(10)는 스프링(32)으로 바이어스된 4/2 밸브이며, 상기 밸브는 정지 상태에서의 교차 상호접속 내의 개방 위치(50)와 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54) 사이에서 교환하는 위치를 차지할 수 있다. 밸브의 태핏은 유압식으로 압력 감소 밸브(22)를 통해 또는 유 사하게 작용하는 제2 압력 감소 밸브(24)를 통해 가동된다. 도 4에 따른 예에서 회전 실행은 공급 스로틀(38, 40)을 통해 도시되어 있으며, 상기 공급 스로틀들은 한쪽에서 압력 발생기, 유압펌프(5) 및 압력 감소 밸브(24)와, 묶인 공급 라인들(16, 18, 28, 30)을 갖는 개폐기와 캠샤프트 조정장치(100) 사이에 배치되어 있다. 시스템의 역류는 압력 감소 밸브(24)에서(도 4의 실시예) 또는 압력 감소 밸브(22)(도 5의 실시예)에서, 누출 위치(42)에서 및 유압 개폐기(10)에서 엔진 기름통의 탱크의 저장부(7) 안으로 돌아간다. 압력 감소 밸브(24)는 스프링(33)을 통해 바이어스될 수 있다. 역류방지밸브(44)는 펌프(5)를 보호한다. 무엇보다도 도 4에 따른 실시예는 유압 개폐기(10), 4/2 밸브 및 다수의 역류방지밸브(12, 14, 44)와 같은 부품을 캠샤프트 조정장치 안으로, 바람직하게는 캠샤프트로부터 떨어진 쪽에서 통합한다.
도 4의 실시예에는 4/2 밸브로, 또한 4/2 웨이 밸브로 명칭되는 유압 개폐기(10)가 도시되어 있으며, 상기 밸브는 한쪽에서 바이어스 스프링(32)을 통해 바이어스되어 있다. 4/2 웨이 밸브의 양 상태들은 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54) 및 교차 상호접속 내의 개방 위치(50)이다. 밸브(62)의 태핏은 유압식으로 제어된 태핏(66)이다. P 연결부는 내연기관의 오일통(7) 안으로 통한다. 양 공급라인들(28, 30)을 통해 유압 피스톤(3)의 유압챔버(A, B)로 안내하는 양 작동 연결부들(A1 및 B1)은 양 역류방지밸브들(12, 14)을 갖는 역류방지라인(16, 18)을 통해 압력 공급라인(34)의 유압식 합계점으로 돌아가며, 상기 압력 공급라인은 4/2 웨이 밸브(62)의 P 연결부를 가리킨다. 유압회로(1)의 유압회로 설계도에서 그 밖의 역 류방지밸브(44)를 알아볼 수 있으며, 상기 역류방지밸브는 펌프 보호 밸브로서 캠샤프트 조정장치쪽에 누출 스로틀(42) 전에 및 압력 공급라인(36) 안의 공급 스로틀(38) 전에 배치되어 있다. 압력 공급라인(36)으로부터 분배 라인(70)은 압력 감소 밸브(24)로 안내하며, 상기 압력 감소 밸브는 조정 가능한 바이어스 스프링(33)과 함께 정지 위치에서 바이어스되어 유지된다. 분배 라인(70)뿐만 아니라 압력 공급라인(36)도 유압펌프(5)에 의해 공급을 받는다. 압력 감소 밸브(24)는 엔진 블록쪽에 배치되며, 유압식으로 뒤따라, 유압식으로 제어된 태핏(66)의 방향으로 공급 스로틀(40) 및 누출 스로틀(42)이 작용한다. 누출 스로틀(42)은 마찬가지로 오일통(7) 안으로 통한다. 그러므로 유압회로(1)는 4개의 위치를 구비하며, 상기 위치들에서 오일은 유압통(7) 안으로 사라질 수 있다: 4/2 웨이 밸브(62)에서, 제1 공급 스로틀(38) 뒤에서; 제2 공급 스로틀(40) 뒤에서, 각기 누출 스로틀(42)을 통해; 압력 감소 밸브(24)에서 4/2 웨이 밸브(62)는 단지 2개의 위치만을 가지며, 즉 차단 위치(52)가 누락된다. 모멘트가 캠샤프트 조정장치(100)에 도입되고, 따라서 유압챔버(B) 또는 유압챔버들(B)이 감소하면, 잉여 유압매체는 공급 라인(28), 역류방지라인(18), 역류방지밸브(14)를 통해 압력 공급라인(34)의 합계점 안으로 도입된다. 거의 동시에 펌프 보호 밸브(44)가 닫히며, 그리고 이와 같이 하여 유압펌프(5)를 디커플링한다. 압력피크(pressure peak)는 유압펌프(5) 상에 손상을 주며 관통할 수 있는 것이 아니라 4/2 웨이 밸브(62) 또는 유압 개폐기(10)를 통해 유압식으로 제어된 태핏(66)의 위치에 따라 챔버(A) 안으로 또는 챔버(B) 안으로 돌아간다. 그러므로 압력 감소 밸브의 세팅을 통해 제어성능이 세팅될 수 있다.
도 5에서는 도 4와 매우 유사한 유압회로(1)를 볼 수 있는데, 차이는 압력 감소 밸브(22)이고, 상기 압력 감소 밸브는 한쪽에서 바이어스 스프링(32)을 통해 스프링 바이어스되며, 전기적으로 조정될 수 있고, 상기 압력 감소 밸브 안에서 전기적으로 제어된 태핏(64)이 반응된다. 여기에서도 유압회로는 도 4에 대한 설명과 유사하게 반응하며, 예외는 전기적으로 자동차 제어기기 또는 엔진 제어기기 밖으로 밸브 위치가 선택될 수 있다는 것이다. 유압회로(1)의 나머지 동일한 부품에 대해서는, 도 4에 대한 도면 설명을 참조하도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 그 밖의 유압회로(1)를 보이고 있으며, 상기 유압회로는 통합된 구성요소로서 도 7에 따른 구조예에 나타난 것과 유사하게 캠샤프트 조정장치(100) 안에 배치될 수 있다. 연관되어 있지만 종종 원하지 않는 누출 스로틀(42)과 함께 공급 스로틀(38, 40)로서 오일통(7)으로 유출하면서 도시되어 있는 회전 실행을 근거로, 전문가는 도 6에 따른 실시예에서는 유압 개폐기(10)를 제외하고 모든 부품이 캠샤프트 조정장치(100) 안에 장착되어 있는 것을 알아볼 수 있다. 스프링(32)을 통해 정의된 정지 위치 차지를 위해 스프링 바이어스를 갖는 4/3 밸브인 유압 개폐기(10)로부터, 2개의 분배 라인(70, 72)이 캠샤프트 조정장치(100) 가까이에 이르며, 상기 분배 라인들은 캠샤프트 조정장치(100)에서 역류방지밸브(46, 47) 전의 2개의 제어 라인(74, 76) 및 2개의 계속되는 라인으로 분배된다. 4/3 밸브는 교차 상호접속 내의 개방 위치(50), 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54) 및 차단 위치(52)를 구비하며, 이때 정지 위치 안에서 병렬 상호접속 내의 개방 위치가 차지된다. 밸브들(26) 사이의 유압식 커플링으로 인해, 교대로 유입방 향은 유압펌프(5)의 압력공급으로부터 캠샤프트 조정장치(100)의 챔버들(A, B) 중 하나 안으로 열려 있고, 반면 다른 밸브는 저장부(7)로의 방출방향을 허락한다. 압력보상 밸브(56)는 양쪽에서 유압식으로 클램핑되며, 따라서 개폐기(10)의 공급 위치에 따라, 동시에 역류방지라인들의 일부인 양 라인들(16, 18) 중 하나는 압력 공급을 받은 챔버(A, B)를 접속할 수 있다. 캠샤프트로부터의 압력 충격 또는 모멘트 충격하에서 감소하는 챔버로부터 확대하는 챔버 안으로 하역을 허락하기 위해, 압력 보상 밸브(56)와 함께 역류방지밸브(13, 15)는 라인들 안의 공급압력을 넘는 압력 초과시 챔버들 쪽으로 유압식 경로를 해제한다. 도 7에는 캠샤프트(102)와 함께 본 발명에 따른 캠샤프트 조정장치(100)의 유압회로(1)의 구조적인 변형예가 도시되어 있다. 캠샤프트에 대해 반대방향에는 캠샤프트 조정장치(100), 특히 회전자(108)의 축방향 연장부(20)가 있다. 회전자(108)는 회전자 베어링(114)으로 넘어가며, 상기 회전자 베어링은 블레이드(104) 및 축방향 연장부(20)를 갖는 회전자(108)보다 적은 직경을 갖고 형성되어 있다. 회전자 베어링(114) 안에는 회전 실행부가 통합되어 있고, 상기 회전 실행부는 접속 설계도에서 공급 스로틀(38)로서 도시되어 있다. 위치 고정된 회전자 베어링(114)의 회전 실행부의 개구들은 오일 채널들로 넘어가며, 상기 오일 채널들은 제어 라인(74, 76) 및 공급 라인(70. 72)이다. 몇몇의 공급 라인 및 제어 라인은 블레이드(104)로부터 다른 쪽으로 돌리며, 우선 축방향 연장부(20) 안으로 안내한다. 축방향 연장부(20)는 두건식으로 원통형의, 원형 섹션으로서 형성되어 있으며, 상기 섹션은 대략 가운데에, 바람직하게는 회전자(108)의 중심에 배치되어 있고, 역류방지밸브(46, 47) 및 투웨이 밸브(26)와 같은 부품을 수용하기 위해 제조공간을 제공한다. 도 6의 유압회로 설계도(1)에 따르면 라인들은 두건으로부터 블레이드(104) 및 챔버(A, B)로 뻗어 있다. 몇몇의 블레이드(104) 안에는 역류방지밸브(13, 15)가 배치되어 있으며, 상기 역류방지밸브들은 캠샤프트 조정장치(100)의 제1 타입의 챔버로부터 제2 타입의 챔버들로 재장전 경로를 각기, 특히 압력 보상 밸브(56)와 함께 해제한다. 다른 블레이드들(104) 안에는 록킹 개구(106)가 배치될 수 있다. 제3 타입 블레이드는 결코 그 밖의 기능을 구비하지 않으며, 즉 상기 제3 타입 블레이드는 단단하게 형성되어 있다. 블레이드(104)가 웨브(110)의 측벽에 대해 치면(상기 개념 '치다'는 감쇠 유압챔버(116) 및 오물 집합 영역(118)으로 인해 실제의 접촉이 주어지지 않는 것으로 이해될 수 있다), 챔버들 중 하나는, 예컨대 챔버(A)는 그 최대 확장 상태에 있다. 블레이드 위치들에서 최대 편향으로부터 벗어나, 유압 액체 안의 에너지를 제어성능 개선을 위해 사용하기 위해 역류방지밸브가 과중 압력에 항복하고, 그리고 경우에 따라 예컨대 축방향 연장부(20) 안에 놓일 수 있는 압력 보상 밸브(56)를 통해 캠샤프트(102) 및 그 가스교환 역류방지밸브들(도시되어 있지 않음)로부터의 방향전환된 임펄스를 사용할 수 있도록 경로를 해제함으로써 챔버 타입, 예컨대 챔버 타입(B)의 유압매체는 다른 타입의 챔버, 예컨대 챔버 타입(A)의 챔버 안으로 해당 역류방지밸브, 예컨대 역류방지밸브(15)를 통해 재장전될 수 있다.
도 6에 따른 유압 피스톤(3), 특히 캠샤프트(102)와 함께 캠샤프트 조정장치(100)를 위한 그 밖의 실시 변형예는 통합적인 배치 변형예를 보다 상세히 나타낸다. 공급 스로틀(38, 40)과 누출 스로틀(42)은 본 예에서 4/3 웨이 밸브(60)인 유압 개폐기(10)보다 위에 도시되어 있다. 보통, 캠샤프트 조정장치(100)의 위치는 바이어스 스프링(32)의 바이어스 힘에 맞서 4/3 웨이 밸브(60)의 전기적으로 제어된 태핏(64)의 전기적인 트리거링을 통해 세팅된다. 선택된 위치, 교차 상호접속 내의 개방 위치(50), 차단 위치(52) 및 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54)에 따라, 압력은 유압매체를 통해 유압펌프(5)로부터 캠샤프트 조정장치(100)의 유압챔버(A) 안으로 또는 유압챔버(B) 안으로 유압식으로 제어된 투웨이 밸브들(26) 중 하나를 통해 안내될 수 있다. 양 투웨이 밸브들(26)은 교대로 열려 있고, 통과 위치에 있다. 유압식 통과가 한 투웨이 밸브를 통해 시작되면, 유압식 차단은 다른 유압밸브를 통해 동일한 시점에 시작된다. 태핏의 위치 세팅을 위해 제어 라인(74, 76)이 쓰이며, 상기 제어 라인은 각기 분배 라인(70. 72)에 이어져 있다. 제어 라인(74, 76)은 펌프 보호 밸브(46, 47) 전에 및 공급 스로틀(38, 40) 뒤에 이어져 있다. 압력 보상 밸브(56)는 마찬가지로 투웨이 밸브이며, 상기 투웨이 밸브의 피스톤은 제어 라인(74, 76)을 통해 양쪽에서 클램핑되어 있다. 제어 라인에서의 압력비율에 따라 연결은 역류방지라인(16)을 통해 또는 제2 역류방지라인(18)을 통해 시작된다. 압력 보상 밸브(56)의 다른 쪽에는 역평행으로(antiparallel) 접속된 2개의 역류방지밸브(13, 15)가 배치되고, 압력피크를 유압챔버들(캠샤프트 조정장치(100)의 A 및 B 또는 다수의 A 및 B)로부터 각 다른 챔버 안을 향해 재장전하게 한다. 3개의 밸브(26 및 56)는 역류방지밸브(46, 47, 13, 15)와 함께 캠샤프트 조정장치쪽에서 내장된다. 유압 개폐기로는 모든 전문가에게 잘 알려진 통용되는 4/3 웨이 밸브(60)가 이용될 수 있다. 제어성능 개선은 캠샤프트 조정장치를 통해, 특히 역류 방지밸브(13, 15) 및 소속된 유압 개폐기를 통해 행해진다.
도 7은 도 6의 유압회로(1)의 캠샤프트 조정장치쪽 부분의 완전한 구조적 전환을 나타낸다. 캠샤프트 조정장치(100) 안에는 회전자(108)를 알아볼 수 있고, 밸브(26, 56, 46 및 47)의 유압식 배치를 수용할 수 있도록 상기 회전자의 축방향 중앙은 원통형으로 연장되어 있다. 회전자(108)는 그 고정자(112) 안에서 선회식으로 움직인다. 회전자(108)의 블레이드(104) 안에는 부품들이 삽입된다. 블레이드들(104) 중 2개는 역류방지밸브(13, 15)를 구비한다. 제3 블레이드는 예컨대 DE 10 2005 004 281 A1(유압링 게엠베하)으로부터 알려진 공지의 록킹핀을 위한 록킹 개구(106)를 갖는다. 캠샤프트 조정장치(100)의 회전자(108) 안에는 역류방지라인(16, 18), 제어 라인(74, 76) 및 분배 라인(70, 72)을 회전자(108) 안으로 장착하기 위해 다수의 채널이 제공된다. 펌프 보호 밸브(46, 47), 투웨이 밸브(26) 및 압력 보상 밸브(56)는 축방향 연장부(20) 안에 배치되어 있다.
캠샤프트 조정장치(100) 자체 안에서 역류방지밸브들 및 보조밸브들의 배치 대신에, 큰 기능성 그룹이 밸브(200) 안에서 도 8a 내지 도 8c에 따라 실현될 수 있다. 도 8a의 구조적으로 도시되어 있는 밸브는 도 9의 개략적인 그림과 유사하다. 도 8a 내지 도 8c는 단면 도면에서 여러 가지 태핏 위치 및 피스톤 위치를 갖는 동일한 밸브를 도시하고 있다. 밸브(200)는 자석부(218) 및 유압부(220)를 포함한다. 본 발명의 실시 변형예를 실현하기 위해 공지의 자석부(218) 상에는 맞춰진 유압부(220)가 설치되었다. 선택적으로 유압식으로 또는 전기적으로 제어된 태핏, 여기에서는 예컨대 전기적으로 제어된 태핏(64)은 바이어스 스프링(32)에 대해 유 압 피스톤(202)을 옮긴다. 바이어스 스프링(32)은 오일에 잠겨져 있고, 상기 바이어스 스프링을 통해 오일은 연결부(T)를 통해 저장부(7)로 흐른다. 오일은 흐름 개구(224)를 통해 피스톤(202)의 중공 공간(226) 안에 도달한다. 유압챔버(A, B)를 위한 연결부들은 각기 2개의 돌파 개구(A1, B1) 안을 가리킨다. 슬리브 안에 존재하는 돌파구들(A1, B1) 중 하나는 띠모양의 역류방지밸브(204, 208)와 함께 아래에 놓인다. 유압 피스톤(202)에서의 유출 엣지에 의해, 교대로 돌파부들 중 하나가 접속되어 있다. 밸브(200)의 유압부(220)의 대략 중간에 존재하는 P 연결부에는 슬리브(210) 외부에 필터(216)가 배치되어 있으며, 바람직하게는 영구적으로 삽입되어 있고, 상기 필터 아래에는 또 다른 띠모양 링(206)이 배치되고, 상기 링은 마찬가지로 역류방지밸브(204, 208)로서 양 띠와 같이 기능을 한다. 연결부(A)를 통해 띠모양 링(208) 상으로의 압력피크에서 역류방지밸브는 유압 피스톤(202)을 향한 경로를 해제하고, 반면 띠모양 링(206)으로 구성되는 펌프 보호 밸브(404)는 압력 원천을 연결부(P)에서 디커플링한다. 띠(204, 208, 206)는 표면(212) 아래에 배치되어 있다. 그 대신, 관련 채널을 형성하기 위해, 외부 반경의 주요 부분을 따라 뽑아내진 유압 피스톤(202)의 위치에 따라, 압력피크는 연결부(A)로부터 연결부(B)로 재장전될 수 있다. 도 9에 개략적으로 도시된 밸브(200)의 상기 매우 콤팩트한 실현은 카트리지 밸브(214)의 형태로 본 발명을 적절히 실현한 것을 나타내며, 상기 카트리지 밸브는 통용되는 내연기관의 실린더 헤드의 공지의 개구 안에 나사고정될 수 있다.
도 9의 4/3 웨이 밸브(62)는, 유사한 부품들이 이미 기술되어 있는 도 2 내 지 도 6과 관련하여 도움을 위해 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 자세히 살펴봄으로써 쉽게 이해될 수 있다.
도 10은 4개의 연결부(P, T, A1, B1)를 구비한 4/3 웨이 밸브(60)를 나타낸다. 3개의 상태는 교차 상호접속 내의 개방 위치(50), 차단 위치(52) 및 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54)이다. 한쪽에서 밸브는 바이어스 스프링(32)을 통해 스프링 바이어스된다. 밸브의 피스톤은 전기적으로 제어된 태핏(64)을 통해 스프링에 대해 이동될 수 있다. 띠(204, 206, 208), 역류방지밸브(12, 14) 및 펌프 보호 밸브(46, 47)를 수단으로 어떻게 실현될 수 있다는 것을 알면서, 도 8과 유사한 전환이 도 10에 개략적으로 도시된 밸브에 기초하여 이루어질 수 있다. 펌프 보호 밸브(46, 47) 및 역류방지밸브(12, 14)는 반대 흐름방향을 가리킨다. 압력공급된 쪽이 아니라 압력경감된 쪽(T)에서 압력피크가 나타나면, 역류방지밸브(12, 14)는 연결부(A1, B1) 사이의 연결을 이룬다. 그 순간 펌프 보호 밸브(46, 47)가 닫힌다. 예컨대 유압펌프(5) 형태의 유압 원천은 디커플링되며, 캠샤프트 조정장치(100)의 챔버들(A, B) 사이에는 보상이 역류방지밸브들(12, 14) 중 하나를 통해 시작된다.
도 11의 바이어스 스프링(32) 및 전기적으로 제어된 태핏(64)을 구비한 4/3 웨이 밸브(60)는 도 10의 밸브와 유사하며, 이때 흐름방향을 제한하며 한쪽을 여는 밸브(12, 14, 44)는 본래의 피스톤 영역(202) 밖에 놓여있고, 밸브에 직렬접속된 것으로 여겨진다. 이러한 유압 피스톤(202)은 연결부들(A1, B1, P, T) 사이의 더 많은 횡방향 결합을 모아야 하는 것을 알아볼 수 있다. 연결을 형성하는 위치들에서, 즉 제1 상태 및 제3 상태에서, P 연결부는 적어도 2개의 출구쪽 연결부로 이어 진다. 2개의 그 밖의 연결부들, 즉 P 연결부 및 T 연결부는 마찬가지로 밸브의 다른 쪽으로 또는 작동 연결부(A1, B1)로 이어진다.
도 12에도 마찬가지로 4/3 웨이 밸브(60)가 도시되어 있고, 상기 밸브의 역류방지밸브(12, 14)는 작동 연결부쪽에 배치되어 있는 것이 아니라 연결부(P)의 압력공급쪽에 제공되어 있다. 도 11을 도 12와 비교하면, 역류방지밸브들의 다른 장소에서 선택된 배치는 P 연결부에서의 펌프 보호 밸브(44)의 유지시 밸브(200)의 유압 피스톤(202)의 엣지 선택을 통한 그 밖의 내부 브리징(bridging)을 결과로 갖는 것을 알아볼 수 있다. 각기 작동 연결부(A1, B1)로부터 관찰할 때, 밸브는 연결부(P, T)에 이중으로 연결된 체결을 나타낸다. 그러면 여기에서 교차 상호접속 내의 개방 위치(50) 및 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54)는 개별 위치들 안에서 차단 위치(52) 옆에 다시 있을 수 있다. 도 11에 따라 구현하는 경우 위에서 정의된 위치들이 그렇게 직접적으로 적용될 수 없다.
도 13은 상이한 본 발명에 따른 시스템에 대해 고전적인 캠샤프트 조정장치 시스템(가장 위쪽 특성곡선)의 제어 편차를 나타낸다. 제어 편차는 Y 축 상에 기입되어 있다. 엔진 회전수는 X 축 상에 기입되어 있다. 내연기관의 여러 가지 작동 회전수, 즉 대략 750 rpm, 1000 rpm, 2000 rpm 및 4000 rpm 이 도시되어 있다. 비교적 높은 회전수에서만, 제어 편차는 캠샤프트와 관련하여 나머지 경우들에서의 1°에 비해 정확히 한번 2°로 벗어난다. 차단방향으로 역류방지밸브를 통한 피드백 없이는, 제어 편차는 예컨대 6°와 같은 높은 값에 머문다.
위에서 설명한 기술내용은 캠샤프트 조정장치 또는 캠샤프트 조정장치 밸브 의 내부에 유리하게 배치된 역류방지밸브 및 몇몇의 역류방지라인을 수단으로 수동적으로 작용하는 캠샤프트 조정장치 시스템이 구성될 수 있는 여러 가지 실시예들을 나타내며, 상기 캠샤프트 조정장치 시스템은 빠른 재장전을 통해, 도입된 토크 또는 도입된 외부힘을 통해 야기되어 캠샤프트 조정장치 시스템 전체를 안정화시킨다. 단지 적은 수량의 움직이는 부품만 필요하다. 절대적인 압력값은 중요도가 낮다. 압력공급에 대한 상대적인 압력차이를 갖고 작동된다. 특히 캠샤프트 조정장치 안에서 통합 또는 부분 통합시 짧은 경로로 인해, 추가로 상당량의 오일을 내놓을 수 없다. 도시되어 있는 유압회로는 여러 번 유압 개폐기 안에 통합될 수 있으며 간단히 실현될 수 있는 역류방지밸브를 통해 캠샤프트 조정장치의 각도 조정속도를 균등하게 한다. 고장을 방지할 수 있고 쉽게 구성될 수 있는 시스템이 설계되었고, 상기 시스템은 움직이는 적은 부품들을 갖고 잘 작동될 수 있다. 그렇기 때문에 본 발명은 특히 내연기관의 캠샤프트 조정장치를 위한 밸브 및 적합한 유압회로에 적용될 수 있고, 상기 유압회로에는 높은 제어성능을 갖는 빠른 캠샤프트 조정장치를 제공하기 위해 다수의 역류방지밸브 또는 역류방지밸브처럼 기능을 하는 투웨이 밸브가 배치된다.

Claims (6)

  1. 자동차 유압회로(1)용 밸브(200)로서, 상기 유압회로에서 모멘트 변동(M+, M-)이 교환 모멘트(M+, M-) 또는 팽창하는 모멘트(M+)의 형태로 나타나며, 상기 유압회로는 가압된 연결부(P), 탱크 연결부(T) 및 적어도 2개의 작동 연결부(A1, B1)를 구비하고, 상기 작동 연결부는 밸브(200)의 유압 피스톤(202)을 조정하여 상기 가압된 연결부(P)와 교대로 연결될 수 있는, 자동차 유압회로용 밸브에 있어서,
    상기 밸브(200)는 한 작동 연결부(A1, B1) 상에서의 교환 모멘트의 네거티브 부분(M-)으로부터 적어도 하나의 역류방지밸브(12, 14)를 통해 방출될 수 있는 유압(250)을, 상기 가압된 연결부(P)의 가압이 제2 작동 연결부(B1, A1)로 전달되는 경우에 상기 제2 작동 연결부(B1, A1) 상으로 넘겨주는 것을 특징으로 하는 자동차 유압회로용 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교환 모멘트의 네거티브 부분(M-)을 넘겨주는 것은 역류방지밸브(12, 14), 특히 2개의 역류방지밸브에 의해 실현되며, 이때 상기 역류방지밸브(12, 14)는 교환 모멘트의 네거티브 부분(M-)의 양으로부터 발생하는 압력이 가압된 연결부(P)의 압력을 절대적으로 초과하면 상기 가압된 연결부(P)로부터 각 작동 연결부(B1, A1)로의 유압매체 흐름을 저지하는 것을 특징으로 하는 자동차 유압회로용 밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밸브는 바이어스된, 특히 스프링(32)으로 바이어스된 카트리지 밸브(214), 특히 캠샤프트 카트리지 밸브이며, 상기 캠샤프트 카트리지 밸브의 역류방지밸브(12, 14, 44, 46, 47)는 띠모양의 링(204, 206, 208)으로서 슬리브(210)의 표면(212)의 아래에 형성되어, 통합된 부품을 이루는 것을 특징으로 하는 자동차 유압회로용 밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    2개 또는 3개의 위치(50, 52, 54)를 구비한 상기 유압 피스톤(202)은 웨이 밸브로서 형성되어 있으며, 상기 웨이 밸브의 조정되지 않은 제1 위치는 병렬 상호접속 내의 개방 위치(54)이고, 조정된 위치는 교차 상호접속 내의 개방 위치(50)인 것을 특징으로 하는 자동차 유압회로용 밸브.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 역류방지밸브(12)는 제1 작동 연결부(A1)의 압력피크가 통과되도록 배치되어 있으며, 반면 상기 제2 역류방지밸브(14)는 제2 작동 연결부(B1)의 압력피크가 통과되도록 배치되어 있고, 제3 역류방지밸브(44, 46, 47)는 펌프 보호 밸브로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 유압회로용 밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 펌프 보호 밸브로서 2개의 역류방지밸브(46, 47)가 제공되며, 상기 역류방지밸브는 역류방지라인(16, 18)의 역류방지밸브(12, 14)에 대해 반대로 차단하는 것을 특징으로 하는 자동차 유압회로용 밸브.
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