KR20090074161A - 연속 캠샤프트 위상 변환 장치 - Google Patents

연속 캠샤프트 위상 변환 장치 Download PDF

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Abstract

캠샤프트와 구동부 사이의 위상 변환 각도를 조절하기 위한 위상 변환 메커니즘은 유성 기어 트레인을 포함한다. 상기 유성 기어 트레인은 공통 축에 대해 동일한 각속도로 회전하도록 통합되는 제 1 및 제 2 유성 기어와, 상기 통합된 제 1 및 제 2 유성 기어가 각각 회전하는 제 1 유성 베어링 및 제 2 유성 베어링을 포함하는 캐리어를 구비하고, 상기 유성 기어가 상기 캐리어에 대해 회전하는 것을 방지함으로써 상기 유성 기어 트레인이 잠금 상태가 되도록 하기 위해 상기 캐리어에 의해 수행되는 락킹 매커니즘을 구비하여 상기 위상 변환 각도를 동일하게 유지시키고 상기 출력 새프트가 상기 입력 샤프트에 대해 동일한 각속도로 회전하도록 한다.
위상 변환, 캠샤프트, 내부 연소 엔진

Description

연속 캠샤프트 위상 변환 장치{Continuous Camshaft Phase-Shifting Apparatus}
본 발명은 미국 특허법 제119조 (e) 하에 2006년 9월 19일 미국에서 출원된 미국출원번호 60/845,692를 우선권으로 하는 것으로, 상기 우선권을 전부 포함하고 있다.
캠샤프트 위상 변환 메커니즘은 연료 소비를 감소시키는 효과를 거두고 배출가스의 질적 향상을 위해 밸브 타이밍을 가변화할 수 있도록 내부 연소 엔진에 사용된다. 적절한 캠샤프트 변환기가 구비된다면, 최대 안락함 및/또는 최대 토크와 최고의 성능(Performance)을 위해 밸브 타이밍을 가변시키는 것이 가능하다. 현재, 대부분의 캠샤프트 위상 변환 메커니즘의 형태는 유압 동력을 이용하는 것이다. 이러한 캠샤프트 위상 변환 메커니즘은 일반적으로 유압 쉬프터 유닛, 레귤레이션 밸브 및 제어회로로 구성된다. 상기 쉬프터 유닛은 적절한 견고함을 보장하기 위해서 낮은 누설율 및 충분히 큰 챔버/피스톤을 구비해야만 한다. 상기 레귤레이션 밸브는 설정(Set-Point) 각도를 고정시키도록 정확한 조정을 제공하는 조절 사이클 동안에 높은 유동율을 보장해야만 한다. 몇몇의 캠샤프트 위상 변환 메커니즘은 개별적인 고압 서플라이를 필요로 한다. 이러한 현 메커니즘은 복잡하고, 가격이 비싸 며, 정기적인 유지 보수를 필요로 한다. 더구나, 이러한 현 메커니즘의 성능은 주로 온도 요소에 의존한다.
복잡한 유압 시스템으로부터 자유롭고, 전기적인 컨트롤이 단순하며, 높은 정밀성 및 온도 의존도가 낮아, 경제적이고 반응이 좋으며 가격이 비싸지 않은 캠샤프트 위상 변환 메커니즘이 요구되고 있다.
본 발명은 위상 변환 메커니즘에 관한 것으로, 더 상세하게는 내부 연소 엔진의 캠샤프트에 대한 전기 기계적 위상 변환 메커니즘에 관한 것이다.
본 발명에서 개시하는 상기 위상 변환 메커니즘은 마찰 잠금 기능을 구비하는 정(Positive) 주전원 기어 트레인을 포함한다. 상기 기어 트레인은 동축으로 회전하는 제 1 내지 제 3 의 브랜치를 구비한다. 상기 제 1 브랜치는 입력 샤프트(즉, 크랭크 샤프트)와 연결되어 동작하고, 상기 제 2 브랜치는 출력 샤프트와 연결되어 동작하고, 잠금 가능한 브랜치인 상기 제 3 브랜치는 전기기계의 회전자와 연결되어 동작한다. 상기 기어 트레인은 오직 상기 잠금 가능한 브랜치인 상기 제 3 브랜치와 연결되는 상기 전기기계에 의해 위상이 조절되는 동안에만 잠금 상태가 해제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 입력 샤프트는 상기 크랭크 샤프트와 연결되고, 상기 출력 샤프트는 상기 캠샤프트와 연결되며, 상기 유성 기어 트레인은 상기 입력 샤프트 및 상기 출력 샤프트 둘레에 동축으로 정렬된다. 상기 유성 기어 트레인의 입력 선 기어는 상기 입력 샤프트와 연결되고, 상기 유성 기어 트레인의 출력 선 기어는 상기 출력 샤프트와 연결된다. 상기 유성 기어 트레인은 상기 입력 및 출력 선 기어와 각각 연결되는 제 1 및 제 2 유성 기어를 구비하고, 공통 축에 대해 동일한 각속도로 회전하도록 통합된다. 캐리어는 유성 샤프트 및 통합된 제 1 및 제 2 유성 기어가 각각 회전하는 제 1 유성 베어링과 제 2 유성 베어링을 포함한다.
상기 위상 변환 메커니즘의 락킹(Locking) 메커니즘은 상기 유성 기어가 상기 입력 선 기어, 상기 출력 선 기어 및 상기 캐리어를 일체로 회전시키는 상기 캐리어에 대해 회전하는 것을 방지함으로써 상기 유성 기어 트레인을 잠금 상태로 락킹한다. 따라서, 상기 입력 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 상기 위상 변환 각도는 동일하게 유지될 수 있고, 상기 출력 샤프트는 상기 입력 샤프트와 함께 동일한 각속도로 회전할 수 있다. 동작 중에, 상기 전기기계는 상기 락킹 메커니즘의 잠금 상태를 해제하여 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 다른 각속도로 회전하도록 하기 위해 상기 락킹 메커니즘으로 토크를 인가한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 구성하는 구동부, 캠샤프트 및 위상 변환 메커니즘을 나타내는 내부 연소 엔진의 구성요소를 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 입력 샤프트, 출력 샤프트 및 위상 변환 메커니즘의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 구성되는 위상 변환 메커니즘의 분해 조립도로서, 서로 동일하고 통합되는 제 1 및 제 2 유성 기어를 구비하는 유성 기어 트레인 및 락킹 메커니즘을 보여주는 도면,
도 4는 위상 변환 메커니즘의 구성요소들의 또 다른 분해 조립도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기어 트레인과 락킹 메커니즘의 단면도,
도 6은 입력 선 기어 및 위상 변환 메커니즘의 제한 장치의 익스텐션의 사시도,
도 7은 출력 선 기어 및 위상 변환 메커니즘의 제한 장치의 또 다른 실시예의 사시도이다.
이하에서 서술되는 발명의 상세한 설명은 실시예를 개시하려는 것이며 이에 한정하려는 의도가 아니다. 이하에서 서술되는 발명의 상세한 설명은 본 발명이 실시 가능하도록 바람직한 실시예를 서술하는 것이며, 몇몇의 다른 실시예, 적용, 변환 및 대체가 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 일반적인 전기기계 위상 변환 메커니즘(A)을 보여주는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 위상 변환 메커니즘(A)은 구동부(10)와 내부 연소 엔진(14)의 캠샤프트(12) 사이에 위치한다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 위상 변환 메커니즘(A)은 스프로켓(Sprocket, 16), 상기 구동부(크랭크 샤프트, 10)와 연결된 입력 샤프트(18), 락킹 메커니즘(22)을 구비하는 주전원 기어 트레인(20), 전기기계(24) 및 상기 캠샤프트(도 1의 12)와 연결되는 출력 샤프트(26)를 포함한다.
상기 주전원 기어 트레인(20)은 상기 입력 샤프트(18)와 상기 출력 샤프트(26) 둘레에 동축으로 정렬된다. 상기 주전원 기어 트레인(20)은 입력 선 기 어(28) 형태의 제 1 브랜치, 출력 선 기어(30) 형태의 제 2 브랜치, 캐리어(32) 형태의 잠금 가능한 제 3 브랜치, 제 1 유성 기어 세트(34) 및 제 2 유성 기어 세트(36)를 포함한다. 상기 입력 선 기어(28)는 상기 제 1 유성 기어 세트(34)와 맞물리고, 상기 출력 선 기어(30)는 상기 제 2 유성 기어 세트(36)와 맞물린다. 제 1 유성 기어 세트 내의 각각의 유성 기어(34)는 제 2 유성 기어 세트 내의 해당하는 유성 기어(36)와 연결되어 회전한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 유성 기어(34, 36)는 실질적으로 동일한 형태를 가지고, 단일 기어로서 통합된다. 유성 기어(34, 36)는 함께 유성 기어 쌍을 형성하여 공통 축을 동일한 각속도로 회전한다. 상기 유성 기어 쌍들은 베어링을 통해 유성 샤프트(도 1의 38) 세트에 의해 지지된다. 상기 캐리어(32)는 베어링(42)을 통해 하우징(40) 내에 지지된다.
도 2에서, 상기 입력 샤프트(18)는 한쪽 끝이 상기 스프로켓(16)과 연결되고, 다른 한쪽 끝이 상기 입력 선 기어(28)와 연결된다. 상기 입력 샤프트(18)는 베어링(44)을 통해 상기 하우징(40) 내에 지지된다. 상기 출력 샤프트(26)는 한쪽 끝이 상기 출력 선 기어(30)와 연결되고, 다른 한쪽 끝이 캠샤프트(도 1의 12)와 연결된다.
상기 전기기계(24)는 회전자(46)와 고정자(48)를 포함한다. 상기 회전자(46)는 상기 캐리어(32) 상에 맞춰져 확고한 기계적 연결을 형성함으로써, 상기 캐리어(32)가 상기 회전자(46)와 함께 일체로 회전할 수 있도록 한다. 도면으로 보는 바와 같이, 상기 고정자(48)는 상기 하우징(40)에 장착된다.
지지의 견고함을 개선하기 위해서, 상기 입력 샤프트(18) 및 상기 출력 샤프 트(26)는 베어링(도 1의 49)을 통해 하나가 다른 하나를 안내하도록 상기 입력 선 기어(28) 및 상기 출력 선 기어(30)를 넘어 연장된다. 입력 샤프트(18)는 상기 두 샤프트(18, 26) 사이의 위상 변환이 요구될 때, 상기 출력 샤프트(28)에 대하여 회전할 수 있다. 두 샤프트(18, 26) 사이의 초과 각도 변위를 방지하기 위해서, 양 회전 방향으로 기계적인 중지(Stop)를 제공하도록 각도 위치 제한 장치(도 1 및 도 3 내지 도 5의 50)가 채용될 수 있다.
상기 제한 장치(50)는 상기 입력 선 기어(28)와 상기 출력 선 기어(30)를 연결하여 회전시킨다. 도 3 및 도 4에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제한 장치(50)는 상기 입력 선 기어(28)의 페이스(54)에 위치하는 슬롯(52)을 포함하고 상기 출력 선 기어(30)의 또 다른 페이스(58)로부터 돌출된 익스텐션(56)을 포함하여 상기 익스텐션(56)을 상기 슬롯(52)과 연결하여 슬라이딩할 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 익스텐션(56)은 상기 출력 선 기어(30)로부터 돌출된 핀들을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서는(도 6 및 도 7), 익스텐션(60)은 상기 입력 선 기어(도 6의 28)의 페이스(54)로부터 돌출된 및/또는 상기 출력 선 기어(도 7의 30)의 페이스로부터 돌출된 키 부재를 포함한다. 상기 키 부재는 반대편 선 기어에 위치되는 정확한 맞춤 표면과 연결되어 슬라이딩 한다. 상기 샤프트(18, 26)가 회전하는 동안, 상기 익스텐션(56)은 상기 반대편 슬롯(52)으로 왕복운동하며 슬라이딩하여 상기 슬롯이 상기 샤프트(18, 26) 사이의 초과 각도 변위를 방지할 수 있도록 상기 익스텐션(56)의 움직임을 제한하도록 한다.
도 1 내지 도 5에서, 상기 주전원 기어 트레인(20)은 하기와 같이 정의되는 기본 기어비 SR0 를 갖는다.
Figure 112009016106939-PCT00001
(1)
여기서,
ω S1 = 상기 입력 선 기어(28)의 각속도
ω S2 = 상기 출력 선 기어(30)의 각속도
ω C =상기 캐리어(32)의 각속도
상기 기본 기어비는 하기하는 바와 같이 상기 주전원 기어 트레인(20)에서 상기 기어의 톱니 개수에 의해 전해질 수 있다.
Figure 112009016106939-PCT00002
여기서,
N S1 = 상기 입력 선 기어(28)의 톱니의 개수
N S2 = 상기 출력 선 기어(30)의 톱니의 개수
N P1 = 상기 제 1 유성 기어(34)의 톱니의 개수
N P2 = 상기 제 2 유성 기어(36)의 톱니의 개수
상기 입력 샤프트(18)에 대한 상기 출력 샤프트(26)의 위상 변환 각도는 다음과 같이 결정된다.
Figure 112009016106939-PCT00003
상기 주전원 기어 트레인(20)의 상기 락킹 메커니즘(22)은 상기 캐리어(32)로 외부 토크가 인가되지 않을 때 내부 잼(Jam) 또는 락(Lock)을 확인하는 구성 및 내부 기하학적 배치(Internal Geometry)를 갖는다. 상기 락킹 메커니즘(22)은 방사형 로드 아래 원뿔형 베어링(62, 64)을 포함하여 상기 유성 기어 쌍(34, 36)이 그들의 지지 샤프트(38)에 대해 회전하는 것을 방지하도록 상기 유성 기어 쌍(34, 36)으로 마찰 저항 토크를 부여한다. 나선형의 기어 및 톱니 결합하는 많은 다른 형태의 기어들에서, 상기 방사형 로드는 전송되는 토크의 양에 정비례한다. 그러므로, 상기 마찰 저항 토크는 또한, 상기 입력 및 출력 토크에 정비례한다. 다시 말하면, 상기 입력 선 기어(28)로부터 생성된 상기 입력 토크와 상기 출력 선 기어(30)로부터 생성된 상기 출력 토크는 상기 유성 기어들(34, 36)을 회전시키는 차동 토크(Differential Torque) 가 된다. 만약 최대 허용 마찰 토크가 상기 차동 인가 토크보다 더 크다면, 상기 주전원 기어 트레인(20)은 마찰로 잠긴다. 이러한 상태를 확인하기 위해서, 다음의 상기 유성 기어 트레인(20) 사이의 내부 기하학적 관계(Internal Geometry Relationship) 및 상기 제 1 유성 기어(34)와 상기 제 1 유성 베어링(42) 사이 및 상기 제 2 유성 기어(36)와 상기 제 2 유성 베어링(44) 사이의 계수가 특정된다.
Figure 112009016106939-PCT00004
여기서,
Figure 112009016106939-PCT00005
r 1 = 유성 지지 베어링(62)의 유효 보어 반경(Effective Bore Radius)
r 2 = 유성 지지 베어링(64)의 유효 보어 반경
R S1 = 상기 입력 선 기어(28)의 피치 원 반경(Pitch Circle Radius)
R S2 = 상기 출력 선 기어(30)의 피치 원 반경
α 1 = 상기 입력 선 기어(28) 및 상기 제 1 유성 기어(34)에 대한 압력 각도
α 2 = 상기 출력 선 기어(30) 및 상기 제 2 유성 기어(36)에 대한 압력 각도
β 1 = 유성 지지 베어링(62)의 원추 반각(Half Conical Angle)
β 2 = 유성 지지 베어링(64)의 원추 반각
Ч = 유성 지지 베어링(62, 64)에 대한 최대 허용 마찰 계수
상기 락킹 메커니즘(22)은 상기 유성 기어(34, 36)가 상기 입력 선 기어(28), 상기 출력 선 기어(30) 및 상기 캐리어(32)를 일체로 회전시키는 상기 캐리어(32)에 대해 회전하는 것을 방지한다. 따라서, 상기 입력 샤프트(18)에 대한 상기 출력 샤프트(26)의 상기 위상 변환 각도는 동일하게 유지되고, 상기 출력 샤프트(26)는 상기 동일한 각속도로 상기 입력 샤프트(18)에 대해 회전한다. 상기 락킹 메커니즘(22)은 상기 제 1 유성 기어(34)와 상기 제 1 유성 베어링(62) 사이 및 상기 제 2 유성 기어(36)와 상기 제 2 유성 베어링(64) 사이의 마찰 계수에 기인하는 마찰 토크를 포함한다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 전기기계(24)는 상기 캐리어(32)와 연결된다. 상기 전기기계(24)는 상기 입력 선 기어(28) 및 상기 출력 선 기어(30) 중 적어도 하나에 대해서 회전하도록 상기 캐리어(32)를 활성화시키는 상기 마찰 토크의 잠금 상태를 해제하기 위해 상기 유성 기어 트레인(20)으로 토크를 인가한다. 상기 입력 샤프트(18)에 대한 상기 출력 샤프트(26)의 상기 위상 변환 각도는 변하여 상기 출력 샤프트(26)가 상기 입력 샤프트(18)에 대하여 상이한 각속도를 나타낼 수 있다.
동작 중에, 상기 전기기계 캠샤프트 위상 변환 메커니즘(A)은 제 1 내지 제 3 동작 모드를 갖는다. 상기 제 1 동작 모드는 상기 전기기계(24)가 꺼지는 중립 모드에 관련된 것이다(즉, 어떠한 소모 전력 및 생산 전력이 존재하지 않는다.); 그러므로, 상기 캐리어(32)에 가해지는 토크는 없다. 상기 캐리어(32)에 가해지는 가동 토크가 없는 경우, 상기 주전원 기어 트레인(20)은 상기 락킹 메커니즘에 의해 마찰로 잠긴 상태 또는 "내부 정지(Internally Jammed)"가 된다. 이러한 잠금 상태에서는, 상기 주전원 기어 트레인(20)은 단지 일체로 회전될 수 있다. 상기 출력 샤프트(26)는 상기 입력 샤프트(18)와 동일한 방향 및 동일한 각속도로 회전한다. 그러므로, ω C = ω S1 이다. 식 (3)으로부터, Δθ = 0 이므로, 상기 동작 모드에서는 상기 입력 샤프트(18)와 상기 출력 샤프트(26) 사이에 위상 변화가 없을 것이다.
제 2 동작 모드는 생성 모드에 관련된다. 이 모드에서, 상기 전기기계(24)는 상기 기어 트레인(20)으로 저항 토크를 인가하고, ω C < ω S1 를 만족하도록 회전자(46)의 속도를 줄인다. 위와 같이 함으로써, 상기 주전원 트레인(20)은 기계 동력을 전기 전력으로 변환하는 제네레이터로서 동작한다. 상기 저항 토크는 상기 주전원 기어 트레인(20)의 잠금 상태를 해제시킨다. 결과적으로, 상기 출력 샤프트(26)는 상기 입력 샤프트(18)와 같은 방향으로, 그러나, 더 빠르거나 더 느린 각속도로 회전한다. 식 (3)으로부터, 상기 입력 샤프트(18)에 대해 상기 출력 샤프트(26)의 연속 위상 진행(만약, SR 0 > 1 이면) 또는 지연(만약, SR 0 < 1 이면)이 있을 것이다. 따라서, 상기 동작 모드에서는 상기 입력 샤프트(18)에 대한 상기 출력 샤프트(26)의 연속 위상 진행 또는 지연이 있다.
상기 제 2 동작 모드에서, 상기 전기기계(24)에 의해 상기 유성 기어 트레 인(20)으로 인가되는 상기 토크는 상기 제 1 유성 기어(34)와 상기 제 1 유성 베어링 사이(62) 및 상기 제 2 유성 기어(36)와 상기 제 2 유성 베어링(64) 사이의 마찰력에 기인하는 상기 토크를 극복함으로써 상기 캐리어(32)의 잠금 상태를 해제시키는 저항 토크를 포함한다. 상기 저항 토크는 위상 변환 각도를 변화시키도록 상기 캐리어(32)의 잠금 상태를 해제시켜 상기 출력 샤프트(26)가 상기 입력 샤프트(18)에 대하여 상이한 각속도로 회전하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 출력 샤프트(26)는 상기 입력 샤프트(18)에 대해 동일한 각 방향으로 회전한다.
상기 제 3 동작 모드는 모터링 모드에 관련된 것이다. 상기 동작 모드에서, 상기 전기기계(24)는 상기 기어 트레인(20)으로 구동 토크를 인가하고, 상기 회전자(46) 및 상기 캐리어(32)의 속도를 높여 ω C > ω S1 가 되도록 한다. 상기 전기기계(24)는 서플라이(도시하지 않음.)로부터 전기 전력을 끌어오고, 그것을 기계 동력으로 변환한다. 이러한 동작으로 인해, 상기 전기기계(24)는 모터로서 동작한다. 상기 구동 토크는 상기 주전원 기어 트레인(20)의 잠금 상태를 해제시킨다. 결과적으로, 상기 출력 샤프트(26)는 상기 입력 샤프트(18)와 같은 방향으로, 그러나, 더 느리거나 더 빠른 각속도로 회전한다. 식 (3)으로부터, 상기 입력 샤프트(18)에 대한 상기 출력 샤프트(26)의 연속 위상 지연(만약, SR 0 > 1 이면) 또는 진행(만약, SR 0 < 1 이면)이 있을 것이다. 따라서, 상기 동작 모드에서, 상기 입력 샤프트(18)에 대한 상기 출력 샤프트(26)의 연속 위상 지연 또는 진행이 존재한다.
상기 제 3 동작 모드에서, 상기 전기기계(24)에 의해 상기 유성 기어 트레 인(20)으로 인가되는 토크는 상기 제 1 유성 기어(34)와 상기 제 1 유성 베어링(62) 사이 및 상기 제 2 유성 기어(36)와 상기 제 2 유성 베어링(64) 사이의 마찰에 기인하는 상기 토크를 극복함으로써 상기 캐리어(32)의 잠금 상태를 해제시키는 구동 토크를 포함한다. 상기 구동 토크는 상기 위상 변환 각도를 변화시키도록 상기 캐리어(32)의 잠금 상태를 해제시켜 상기 출력 샤프트(26)가 상기 입력 샤프트(18)에 대해 같은 방향으로, 그러나 상이한 각속도로 회전하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 출력 샤프트(26)는 상기 입력 샤프트(18)와 동일한 각 방향으로 회전한다.
상기 위상 변환 메커니즘(A)의 장점 중 하나는 유압 시스템 제거에 따른 생산비용의 절감이다. 게다가, 상기 주전원 기어 트레인(20)이 내부적으로 잠금 상태이고 회전하는 중립 모드 하에서 동작이 일어나기 때문에, 상기 기어(28, 34, 36, 30), 유성 지지 베어링(62, 64) 및 파일럿 베어링(49)은 단속적으로 사용된다. 그러므로, 상기 위상 변환 메커니즘(A)은 비용이 저렴한 베어링을 사용한다. 위와 같은 이유로, 상기 위상 변환 메커니즘(A)은 스위칭되는 자기 저항 모터(Reluctance Motor)와 같은 비용이 저렴한 전기기계를 사용함으로써 전체적인 생산비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위 에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (26)

  1. 캠샤프트 및 상기 캠샤프트를 위한 구동부를 포함하는 내부 연소 엔진 내에서, 상기 구동부와 상기 캠샤프트 사이에 위치하여 상기 캠샤프트와 상기 구동부사이의 위상 변환 각도를 조절하는 위상 변환 메커니즘으로서,
    상기 구동부와 연결되는 입력 샤프트;
    상기 캠샤프트와 연결되는 출력 샤프트;
    상기 입력 샤프트 및 상기 출력 샤프트 둘레에 동축으로 정렬되고, 상기 입력 샤프트와 연결되는 입력 선 기어 및 상기 출력 샤프트와 연결되는 출력 선 기어를 구비하며, 상기 입력 및 출력 선 기어를 각각 연결하고 공통 축에 대해 동일한 각속도로 회전하도록 통합되는 제 1 및 제 2 유성 기어를 더 구비하고, 상기 통합된 제 1 및 제 2 유성 기어들이 각각 회전하는 제 1 및 제 2 유성 베어링을 포함하는 캐리어를 구비하는 유성 기어 트레인; 및
    상기 유성 기어가 상기 입력 선 기어, 상기 출력 선 기어 및 상기 캐리어를 일체로 회전시키는 상기 캐리어에 대해 회전하는 것을 방지함으로써 상기 유성 기어 트레인이 잠금 상태가 되도록 하여 상기 입력 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 위상 변환 각도를 동일하게 유지시키며, 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트와 동일한 각속도로 회전하도록 하는 락킹 메커니즘;
    을 포함하는 위상 변환 메커니즘.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 락킹 메커니즘은, 상기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰에 기인하는 마찰 토크를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐리어와 연결되는 전기기계를 더 포함하고,
    상기 전기기계는, 상기 입력 선 기어 및 상기 출력 선 기어 중 적어도 하나에 대해 회전하도록 상기 캐리어를 활성화시키는 상기 마찰 토크를 극복하기 위해 상기 유성 기어 트레인으로 토크를 인가하도록 구성되며, 상기 입력 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 위상 변환 각도는 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 상이한 각속도를 나타내도록 변하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상 변환 각도는, 상기 유성 기어 트레인의 기어비 SR0 의 함수인 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기어비 SR0 는 다음의 식으로 특정되고,
    Figure 112009016106939-PCT00006
    여기서,
    ω S1 = 상기 입력 선 기어의 각속도;
    ω S2 = 상기 출력 선 기어의 각속도; 및
    ω C = 상기 캐리어의 각속도;
    인 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위상 변환 각도의 변화는 다음의 식,
    Figure 112009016106939-PCT00007
    에 의해 특정되는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 기어비 SR0 는 다음의 식으로 특정되고,
    Figure 112009016106939-PCT00008
    여기서,
    N S1 = 상기 입력 선 기어의 톱니의 수;
    N S2 = 상기 출력 선 기어의 톱니의 수;
    N P1 = 상기 제 1 유성 기어의 톱니의 수; 및
    N P2 = 상기 제 2 유성 기어의 톱니의 수;
    인 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상 변환 각도의 변화는 다음 식,
    Figure 112009016106939-PCT00009
    에 의해 특정되는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기기계에 의해 상기 유성 기어 트레인으로 인가되는 토크는, 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 회전하는 위상 변환 각도를 변화시키도록 상 기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰력에 기인하는 토크를 극복함으로써 상기 캐리어의 잠금 상태를 해제시키는 저항 토크를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유성 기어 트레인의 기하학적 파라미터(Geometric Parameters) 및 상기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰 계수 사이의 관계는 다음의 식으로 특정되고,
    Figure 112009016106939-PCT00010
    여기서,
    Figure 112009016106939-PCT00011
    NP1= 상기 제 1 유성 기어의 톱니의 수;
    NS1= 상기 입력 선 기어의 톱니의 수;
    r 1 = 유성 지지 베어링의 유효 보어 반경;
    r 2 = 유성 지지 베어링의 유효 보어 반경;
    R S1 = 상기 입력 선 기어의 피치 원 반경;
    R S2 = 상기 출력 선 기어의 피치 원 반경;
    α 1 = 상기 입력 선 기어와 상기 제 1 유성 기어의 압력 각도;
    α 2 = 상기 출력 선 기어와 상기 제 2 유성 기어의 압력 각도;
    β 1 = 유성 지지 베어링의 원추 반각;
    β 2 = 유성 지지 베어링의 원추 반각; 및
    Ч = 상기 제 1 및 제 2 유성 베어링의 최대 허용마찰 계수;
    인 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  11. 제 6 항에 있어서,
    연속 위상 진행은, 상기 위상 변환 각도가 SR0 > 1 일 때 일어나는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  12. 제 6 항에 있어서,
    연속 위상 지연은, 상기 위상 변환 각도가 SR0 < 1 일 때 일어나는 것을 특 징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기기계에 의해 상기 유성 기어 트레인으로 인가되는 상기 토크는, 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 회전하는 상기 위상 변환 각도를 변화시키도록 상기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰 계수에 의해 인가되는 상기 토크를 극복함으로써 상기 캐리어의 잠금 상태를 해제시키는 구동 토크를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유성 기어 트레인의 기하학적 파라미터 및 상기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰 계수 사이의 관계는 다음의 식으로 특정되고,
    Figure 112009016106939-PCT00012
    여기서,
    Figure 112009016106939-PCT00013
    NP1= 상기 제 1 유성 기어의 톱니의 수;
    NS1= 상기 입력 선 기어의 톱니의 수;
    r 1 = 유성 지지 베어링의 유효 보어 반경;
    r 2 = 유성 지지 베어링의 유효 보어 반경;
    R S1 = 상기 입력 선 기어의 피치 원 반경;
    R S2 = 상기 출력 선 기어의 피치 원 반경;
    α 1 = 상기 입력 선 기어 및 상기 제 1 유성 기어에 대한 압력 각도;
    α 2 = 상기 출력 성 기어 및 상기 제 2 유성 기어에 대한 압력 각도;
    β 1 = 유성 지지 베어링에 대한 원추 반각;
    β 2 = 유성 지지 베어링에 대한 원추 반각; 및
    Ч = 상기 제 1 및 제 2 유성 베어링에 대한 최대 허용 마찰 계수;
    인 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  15. 제 13 항에서,
    연속 위상 지연은, 상기 위상 변환 각도가 SR0 > 1 일 때 일어나는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  16. 제 14 항에 있어서,
    연속 위상 진행은, 상기 위상 변환 각도가 SR0 < 1 일 때 일어나는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 입력 선 기어와 상기 출력 선 기어를 연결하여 회전할 수 있도록 하는 제한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제한 장치는, 상기 입력 선 기어의 페이스에 위치하는 슬롯을 포함하고, 상기 출력 선 기어의 또 다른 페이스로부터 돌출된 익스텐션을 포함하여 상기 익스텐션과 상기 슬롯을 연결하여 슬라이딩 되도록 하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제한 장치는, 상기 입력 선 기어의 페이스에 위치하는 슬롯을 포함하고, 상기 출력 선 기어의 또 다른 페이스로부터 돌출된 키 부재를 포함하여 상기 키 부재와 상기 슬롯을 연결하여 슬라이딩 되도록 하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 유성 기어는 동일하게 구성되고 단일 기어로서 통합되는 것을 특징으로 하는 위상 변환 메커니즘.
  21. 캠샤프트와 구동부 사이의 위상 변환 제어부를 구비하는 내부 연소 엔진으로서,
    상기 구동부와 연결되는 입력 샤프트;
    상기 캠샤프트와 연결되는 출력 샤프트;
    상기 입력 샤프트 및 상기 출력 샤프트 둘레에 동축으로 정렬되고, 상기 입력 샤프트와 연결되는 입력 선 기어, 상기 출력 샤프트와 연결되는 출력 선 기어를 구비하며, 각각 상기 입력 및 출력 선 기어와 연결되고 공통 축에 대해 동일한 각속도로 회전하도록 단일 기어로서 통합되는 제 1 및 제 2 유성 기어를 더 구비하고, 상기 통합된 제 1 및 제 2 유성 기어가 각각 회전하는 제 1 유성 베어링 및 제 2 유성 베어링을 포함하는 캐리어를 구비하는 유성 기어 트레인;
    상기 유성 기어가 상기 입력 선 기어, 상기 출력 선기어 및 상기 캐리어를 일체로 회전시키는 상기 캐리어에 대해 회전하는 것을 방지함으로써 상기 유성 기어 트레인이 잠금 상태가 될 수 있도록 하기 위해 상기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰에 기인하는 마찰 토크를 포함하여, 상기 입력 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 상기 위상 변환 각도를 동일하게 유지시키고 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트와 동일한 각속도로 회전하도록 하는 락킹 메커니즘; 및
    상기 캐리어와 연결되고, 상기 입력 선 기어 및 상기 출력 선 기어 중 적어도 하나에 대해 회전하도록 상기 캐리어를 활성화시키는 상기 마찰 토크를 극복하기 위해서 상기 유성 기어로 토크를 인가하도록 구성되어 상기 입력 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 상기 위상 변환 각도를 변화시키는 전기기계;
    를 포함하는 내부 연소 엔진.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 전기기계에 의해 상기 유성 기어 트레인으로 인가되는 상기 토크는, 상기 위상 변환 각도를 변화시켜 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 상이한 각속도로 회전하도록 상기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰 계수에 의해 인가되는 상기 토크를 극복함으로써 상기 캐리어의 잠금 상태를 해제시키는 저항 토크를 포함 하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 전기기계에 의해 상기 유성 기어 트레인으로 인가되는 상기 토크는, 상기 위상 변환 각도를 변화시켜 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 동일한 방향과 상이한 각속도로 회전하도록 상기 제 1 유성 기어와 상기 제 1 유성 베어링 사이 및 상기 제 2 유성 기어와 상기 제 2 유성 베어링 사이의 마찰에 기인하는 상기 토크를 극복함으로써 상기 캐리어의 잠금 상태를 해제시키는 구동 토크를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진.
  24. 내부 연소 엔진의 캠샤프트와 구동부 사이의 위상 변환 각도 조절 방법으로서,
    상기 구동부와 연결된 입력 샤프트 둘레와 상기 캠샤프트와 연결된 출력 샤프트 둘레에 정렬되는 유성 기어 트레인을 정렬하는 단계;
    입력 샤프트에 대한 출력 샤프트의 상기 위상 변환 각도를 동일하게 유지시키고 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 동일한 각속도로 회전하도록 상기 입력 샤프트와 연결되는 입력 선 기어, 상기 출력 샤프트와 연결되는 출력 선 기어 및 상기 유성 기어 트레인의 캐리어를 일체로 회전시키는 상기 마찰력에 의해 상기 유성 기어 트레인을 잠금 상태로 만드는 단계; 및
    상기 입력 샤프트에 대한 상기 출력 샤프트의 상기 위상 변환 각도를 변화시 켜 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 상이한 각속도를 나타내도록 상기 입력 선 기어와 상기 출력 선 기어 중 적어도 하나에 대해 회전하는 상기 캐리어를 활성화시키는 상기 유성 기어 트레인으로 인가되는 마찰력의 잠금 상태를 해제시키기 위해 상기 유성 기어 트레인으로 토크를 인가하는 단계;
    를 포함하는 위상 변환 각도 조절 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 유성 기어 트레인으로 상기 토크를 인가하는 단계는, 상기 위상 변환 각도를 변화시켜 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 상이한 각속도로 회전하도록 상기 마찰에 의해 인가되는 상기 토크를 극복함으로써 상기 캐리어의 잠금 상태를 해제시키는 저항 토크를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 각도 조절 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 유성 기어 트레인으로 상기 토크를 인가하는 단계는, 상기 위상 변환 각도를 변화시켜 상기 출력 샤프트가 상기 입력 샤프트에 대해 상이한 각속도로 회전하도록 상기 마찰력에 의해 인가되는 상기 토크를 극복함으로써 상기 캐리어의 잠금 상태를 해제시키는 구동 토크를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 변환 각도 조절 방법.
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