KR20100100754A - 비동기식 벨트 구동 캠축 위상 편이 장치 - Google Patents

비동기식 벨트 구동 캠축 위상 편이 장치 Download PDF

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KR20100100754A
KR20100100754A KR1020107007616A KR20107007616A KR20100100754A KR 20100100754 A KR20100100754 A KR 20100100754A KR 1020107007616 A KR1020107007616 A KR 1020107007616A KR 20107007616 A KR20107007616 A KR 20107007616A KR 20100100754 A KR20100100754 A KR 20100100754A
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crankshaft
phase shift
input shaft
camshaft
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KR1020107007616A
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샬론 알
도날드 렘보스키
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코요 베어링즈 유에스에이, 엘엘씨
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
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Abstract

본 발명은 내연 기관(E)과 함께 사용하기 위한 비동기식 캠축 위상 장치(46)에 관한 것이다. 내연 기관(E)은 엔진 제어 유닛(ECU), 캠축(42) 및 크랭크축(12)을 포함한다. 비동기식 위상 장치(46)는 캠축(42)과 크랭크축(12) 사이의 위상 편이 각도를 제어하기 위하여 크랭크축(12)과 캠축(42) 사이에 위치된다. 위상 장치(46)는 비동기식 벨트(40)를 통해 크랭크축(12)에 결합된 입력축(36)을 포함한다. 또한, 위상 장치(46)는 캠축(44)에 결합된 출력축(42), 입력축(36)과 출력축(42)을 중심으로 동축으로 정렬되고 입력축(36)과 출력축(42)에 결합되는 행성 기어열(48), 캐리어(56)를 통해 행성 기어열(48)에 결합된 모터(50)를 포함한다. 제어기는 엔진 제어 유닛(ECU)에 작동식으로 연결되고, 제어기는 엔진 제어 유닛(ECU)에 의해 생성된 엔진 작동 신호를 수신받고, 입력축(36)과 출력축(42)에 결합된 위치 센서(51)로부터 신호를 수신받도록 형성된다. 신호에 응답하여, 제어기는 토크 명령 신호를 생성하고 모터(50)로 토크 명령 신호를 송신하여, 캠축(42)과 크랭크축(12) 사이의 위상 편이 각도를 조정하기 위해 캐리어(56)를 통해 행성 기어열(48)을 제어하도록 모터(50)에 명령한다.

Description

비동기식 벨트 구동 캠축 위상 편이 장치{NON-SYNCHRONOUS BELT DRIVEN CAMSHAFT PHASE SHIFT DEVICE}
본 출원은 본 명세서에서 참조로 포함되는 2007년 10월 9일 출원된 미국 가특허 출원 제60/978,568호에 관련되며 이로부터 우선권을 주장한다.
캠축 위상 편이 장치는 내연 기관에서 연료 소비를 개선하고 배기 가스 질을 개선하기 위하여 밸브 타이밍(valve timing)을 변화시키는데 사용된다. 현재 캠축 편이 장치는 최대 편이 및/또는 최대 토크와 최고 성능으로 밸브가 작동되게 시간을 조정하는 것이 가능하다. 현재 사용되는 캠축 위상 편이 장치는 동기식(synchronous) 벨트 또는 체인 구동부를 통해 크랭크축에 의해 구동된다. 주로 크랭크축과 캠축 사이의 엄격한 타이밍 조건으로 인해 포지티브(positive)/동기식 체결 장치 시스템(즉, 톱니 벨트 구동부 및 체인 구동부)이 사용된다. 그러나, 포지티브 체결 구동 시스템과 연관된 비용이 비동기식 벨트로서 공지된, 편평형 벨트 또는 V형 벨트 구동 시스템과 같은 비-포지티브 체결 구동 시스템의 비용보다 크다. 패키징(packaging)과 비용 절감에 있어서 단순한 비-포지티브/비동기식 벨트 구동부에 의해 구동되는데 적합하면서도, 단순성 및 높은 정확성을 위해 전자공학적으로 제어되는 동안 소정의 밸브 타이밍을 달성하고 유지하기 위해 조절가능한 캠축 위상 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
간략히 언급하면, 본 발명의 개시내용은 내연 기관용 캠축 위상 장치에 관한 것이며, 특히, 비동기식 벨트 구동 캠축 위상 장치에 관한 것이다.
벨트 구동 캠축 위상 장치는 비동기식 벨트 및 입력축과 출력축에 작동식으로 연결된 유성 기어열(epicyclic gear train)을 포함한다. 입력축은 비동기식 벨트를 통해 크랭크축에 연결되며 출력축은 캠축에 연결된다. 캠축 위상 장치는 센서 및 제어기를 더 포함하며, 이를 통해 입력축과 출력축의 위치 및 캠축과 크랭크축의 위치가 감지되고 추적된다. 허용 밴드(tolerance band)를 초과하는 에러 신호에 의해 결정되는 바와 같이, 크랭크축과 캠축 사이의 위치에서의 소정의 관계가 비동기화 되는 경우, 교정 또는 보정이 기어열을 통해 출력축에 가해진다. 본 발명의 개시내용의 캠축 위상 장치는 비동기식 벨트 구동 시스템의 작동으로부터 기인하는 캠축과 크랭크축 사이의 상대적 각위치의 부정합(mismatch)에 대한 실시간 보정을 달성하기 위하여 적절한 슬루 레이트(slew rate)를 포함한다.
전술된 특징 및 본 발명의 개시내용 뿐만 아니라 제시되는 양호한 실시예에서 설명되는 장점은 첨부 도면과 관련하여 후술되는 설명을 통해 더욱 명백해질 것이다.
첨부 도면은 다음과 같으며, 본 발명의 상세한 설명의 일부를 형성한다.
도 1은 비동기식 벨트 구동 시스템의 개략도이며, 내연 기관의 내부 구성요소와 이와 관련된 풀리 및 비동기식 벨트를 개략적으로 도시하며,
도 2는 본 발명의 개시내용에 따라 구성되어 본 발명의 개시내용을 구체화하는 캠축 위상 편이 장치의 개략도이며,
도 3은 입력축, 출력축 및 위상 편이 장치의 단면도를 도시하며,
도 4는 본 발명의 개시내용에 따라 구성되어 본 발명의 개시내용을 구체화하는 위상 편이 장치의 분해도를 도시하며,
도 5는 도 4의 위상 편이 장치의 구성요소의 다른 분해도를 도시하며,
도 6은 본 발명의 개시내용에 따라 구성되어 본 발명의 개시내용을 구체화하는 위상 편이 장치의 단면도를 도시하며,
도 7은 입력축에 대하여 출력축의 소정의 각위치를 제어하는 캠축 위상 편이 장치의 토크 기반 제어 구조물의 개략도이다.
도면들 중의 몇몇 도면에 걸쳐 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표기된다. 도면들은 본 발명의 개시내용에서 제시된 개념을 설명하기 위한 것이며 일정비율로 그려진 것은 아님을 알 수 있다.
후술되는 상세한 설명은 본 발명을 제한하기 위함이 아니라 예시로서 설명한다. 이러한 설명은 당업자들이 본 발명의 개시내용을 실시하고 사용할 수 있게 하며, 몇몇 실시예, 적용예, 변형예, 대안예를 설명하며, 본 발명의 개시내용을 수행하기 위한 현재 최상의 모드로 여겨지는 것을 포함하여 본 발명의 개시내용을 사용한다.
도면을 참고로 하여, 내연 기관(E)용 구동 시스템이 10으로서 간략히 도시된다(도 1). 구동 시스템은 크랭크축(12)과 크랭크축 풀리(14), 공조(air-conditioning) 압축기(16)와 압축기 풀리(18), 동력 조향(power steering) 펌프(20)와 펌프 풀리(22), 물 펌프(24)와 펌프 풀리(26), 교류발전기(28)와 교류발전기 펌프(30), 인장장치(32)와 인장(tension) 풀리(34), 입력축(input shaft;36)과 관련 풀리(38) 및 비동기식 벨트(40)를 포함한다. 비동기식 벨트(40)는 관련 풀리(14, 18, 22, 26, 30, 34 및 38)들을 작동식으로 연결시키며, 크랭크축(12)은 크랭크축의 풀리(14)를 통해 비동기식 벨트(40)를 구동한다.
도 2 내지 도 6을 참고하면, 입력축(36)은 입력축(36)의 단부에서 입력 풀리(38)와 결합한다. 출력축(42)은 출력축(42)의 단부에서 캠축(44)과 결합한다. 또한, 전체가 46으로서 도시된, 본 발명의 개시내용의 전기 기계 위상 편이(phase shift) 장치는 내연 기관(E)의 캠축(44)의 단부에 위치되는 것으로 도시된다. 위상 편이 장치(46)는 전체가 48로서 도시된 유성 기어열, 전체가 50으로서 도시된 모터, 센서(51)와 입력축(36) 및 출력축(42)과 작동 연결되는 관련 타켓 휠(47, 49), 및 엔진 조절 유닛(ECU)을 포함한다.
유성 기어열(48)은 입력축(36) 및 출력축(42)을 중심으로 동축으로(co-axially) 정렬한다. 유성 기어열(48)은 입력 태양(sun) 기어(52)의 형태인 제1 브랜치(branch), 출력 태양 기어(54)의 형태인 제2 브랜치 및 캐리어(carrier; 56) 형태인 제어 브랜치를 포함한다. 또한, 기어열(48)은 제1 행성(planet) 기어(58) 및 제2 행성 기어(60)를 포함한다. 종래 기술에 공지된 바와 같이, 제1 행성 기어(58)는 제1 행성 기어의 일 세트를 포함할 수 있고, 제2 행성 기어(60)는 제2 행성 기어의 일 세트를 포함할 수 있다. 최적으로, 제1 행성 기어와 제2 행성 기어(60)의 세트들은 캐리어(56) 내에 균등하게 이격되어 있다.
입력 태양 기어(52)는 제1 행성 기어(58) 세트와 맞물리며, 출력 태양 기어(54)는 제2 행성 기어(60) 세트와 맞물린다. 제1 행성 기어 세트의 각 행성 기어(58)는 제2 행성 기어 세트의 대응 행성 기어(60)에 결합함으로써 제2 행성 기어 세트의 대응 행성 기어와 함께 일 유닛으로서 회전한다. 행성 기어들(58, 60)은 함께 공통축을 중심으로 동일한 각속도로 회전하는 행성 기어 쌍을 형성한다. 행성 기어 쌍은 베어링(64)을 통해 행성 축(62)의 일 세트에 의해 지지된다(도 2). 캐리어(56)는 베어링(68)을 통해 하우징(66) 내에 지지된다.
일 실시예(도 4 내지 도 6)에서, 행성 기어들(58, 60)은 대체로 동일하게 형성되고 단일 기어(70)로서 통합된다. 단일 기어(70)는 행성기어들(58, 60)과 각각 연관성이 있는 제1 기어 단부(72) 및 제 2 기어 단부(74)를 구비한다. 도 6은 180도 이격되어 위치된 단일 기어(70)의 일 세트의 단면도를 도시한다.
입력축(36)은 일 단부에서 입력 풀리(38)에 연결되고 다른 단부에서 입력 태양 기어(52)에 연결된다. 입력축(36)은 베어링(64)을 통해 하우징(66) 내에서 지지된다. 출력축(42)은 일 단부에서 출력 태양 기어(54)에 연결되고 다른 단부에서 캠축(44)에 결합된다. 출력축(42)은 베어링(64)을 통해 하우징(66) 내에서 지지된다. 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 제1 태양 기어(52) 및 제2 태양 기어(54)는 각각 입력축(36)과 출력축(42)으로부터 일체형으로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 모터(50)는 회전자(76)와 고정자(78)를 포함한다. 회전자(76)는 단단한 기계적 연결을 형성하도록 캐리어(56) 위에서 끼워짐으로써, 캐리어(56)는 일 유닛으로서 회전자(76)와 함께 회전한다. 도시된 바와 같이, 고정자(78)는 하우징(66)에 장착된다.
지지 강성(supporting stiffness)을 개선하기 위하여, 입력축(36)과 출력축(42)은 베어링(80)을 통해 하나가 다른 하나를 안내하도록(도 2) 입력 태양 기어(52)와 출력 태양 기어(54)를 넘어 연장될 수 있다. 두 축들(36, 42) 사이의 위상 편이가 바람직할 때, 입력축(36)은 출력축(42)에 대해 회전할 수 있다. 최적으로, 두 축들(36, 42) 사이의 과도한 각 변위를 방지하기 위하여, 전체가 82로서 도시되는 각위치 제한 장치(도 1, 도 4 내지 도 6)가 사용되어 양 회전 방향으로 기계적 멈춤을 제공한다.
제한 장치(82)는 입력 태양 기어(52)를 출력 태양 기어(54)와 회전가능하게 결합시킨다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 제한 장치(82)는, 일 실시예에서, 입력 태양 기어(52)의 면(86) 상에 위치한 슬롯(84)을 포함하고, 출력 태양 기어(54)의 다른 면(90)으로부터 돌출된 연장부(88)를 포함함으로써, 연장부(88)는 슬롯(84)과 활주가능하게 체결한다. 일 실시예에서, 연장부(88)는 출력 태양 기어(54)로부터 돌출된 핀을 포함한다. 축들(36, 42)의 회전 동안, 연장부(56)는 대향 슬롯(84) 내에서 활주가능하게 왕복운동함으로써, 슬롯(84)은 축들(36, 42) 사이의 과도한 각 변위를 방지하도록 연장부(56)의 이동성(travel movement)을 제한한다.
작동시, 크랭크축(12)은 크랭크축 풀리(14)와 입력 풀리(38)를 통한 사형(serpentine) 벨트(40)를 통해 입력축(36)을 구동한다. 이어서, 입력축(36)은 기어열(48)을 통해 출력축(42)을 구동한다. 센서(51)는 타겟 휠(47, 49)을 통해 입력축(36)과 출력축(42)의 각속도 및 위치를 모니터링한다. 이후, 센서(51)는 축 정보를 엔진 제어 유닛(ECU)으로 통신한다.
일 실시예에서, 크랭크축 풀리(14)의 피치선(pitch line) 속도에 대한 퍼센트 피치선 속도 손실로서 정의되는 유효 크리프율(creep rate)은 이하에서 "γ"로서 나타낸다. 크랭크축 풀리(14)의 피치 직경에 대한 입력축 풀리(38)의 피치 직경의 비율은 이하에서 "Ψ"로서 나타낸다. 입력축(36)의 각속도에 대한 크랭크축(12)의 각속도의 비율 "φ"은 다음과 같이 특정된다.
Figure pct00001
(1)
공칭 유효 크리프율이 γ=γ0인 경우, 방정식(1)에 따른 결과 각속도율 φ가 대체로 2에 근사하도록 크랭크축(12)과 입력축(36)에 대한 풀리 크기를 선택하는 것이 최적이다. 다시 말해, 크랭크축(12)에 대한 입력축(36)의 풀리 직경율은 다음과 같이 설정된다.
Figure pct00002
(2)
크랭크축(12)과 캠축(44) 사이의 동기화(synchronization)를 보장하기 위하여, 캐리어(56)의 각속도는 다음 관계를 밀접하게 유지하기 위하여 입력축(36) 또는 출력축(42)의 각속도에 따라 설정된다.
Figure pct00003
(3)
이 때,
ωc=캐리어(56)의 각속도,
ωs1=입력축(36)의 각속도,
ωs2=출력축(42)의 각속도,
ib=다음과 같이 정의되는 차동(differential) 기어열(48)의 베이스 기어율
Figure pct00004
(4)
이 때,
Ns1, Ns2 = 제1 태양 기어(52) 및 제2 태양 기어(54) 각각의 톱니 수
Np1, Np2 = 제1 행성 기어(58) 및 제2 행성 기어(60) 각각의 톱니 수. 도 6의 실시예에서, Np1, Np2 = 제1 행성 기어 단부(72) 및 제2 행성 기어 단부(74) 각각의 톱니 수.
φ= 입력축(36)에 대한 크랭크축(12)의 각속도율, 및 다음 방정식을 통한 크리프율과 관련됨.
Figure pct00005
(5)
방정식(5)을 방정식(3)에 치환하고, γ산출값에 대하여 (ωc/ωs1)으로 미분한다.
Figure pct00006
(6)
공칭값 γ0에서의 크리프율에 대한 속도율 (ωc/ωs1)의 민감도는 다음과 같다.
Figure pct00007
(7)
ib = 0.96, γ0 = 1%인 경우,
Figure pct00008
γ의 편차는 대체로 저주파 성분에 의해 대체로 표시되기 때문에, 벨트(40)의 크리프(creep)로 야기된 출력축(42)의 임의의 속도 편차의 보정은 캐리어(56)를 조절함으로써 가능하다. 크랭크축(12)의 위치에 대하여 출력축(42) 장치의 소정의 각위치를 달성하는데에 몇몇의 제어 구조물이 가능하다. 예컨대, 캐리어(56)의 속도는 방정식(3)에 의해 설정된 속도 관계를 유지하기 위하여 폐쇄 속도 제어 루프(closed speed control loop)에 대한 제어 변수로서 사용될 수 있다. 제어기는 엔진 제어 유닛(ECU) 및 모터(50)에 작동식으로 연결된다. 제어기는 엔진 제어 유닛(ECU)에 의해 생성된 엔진 작동 신호를 수신받고 입력축(36)과 출력축(42)에 결합된 위치 센서(51)로부터 신호를 수신받도록 형성되고, 이에 응답하여 명령 신호를 생성하고 모터(50)로 명령 신호를 송신하여, 캠축(12)과 크랭크축(44) 사이의 위상 편이 각도를 조정하기 위해 캐리어(56)를 통해 행성 기어열(48)을 제어하도록 모터(50)에 명령한다.
도 4는 출력축(42)의 소정의 각위치를 달성하기 위한 다른 제어 구조물을 도시한다. 특히, 도 4는 전체가 92로서 도시되고, 크랭크축(12)의 위치에 대해 출력축(42)의 소정의 각위치를 달성하기 위하여 본 발명의 개시내용의 캠축 위상 장치(46)와 함께 사용하기에 적절한 토크 기반(torque-based) 제어 구조물을 도시한다. 주요 제어 변수는 크랭크축(12)의 위치에 대해 캠축(44)의 각위치로서 정의되는 캠축 각도이다. 제어 토크 기반 제어 구조물(92)은 엔진(E)과 엔진 제어 유닛(ECU; 96)에 작동식으로 연결된 제어기(94)를 포함한다.
제어기(94)가 엔진 제어 유닛(96)으로부터 수신받은 정보를 기초로, 제어기(94)는 전압 신호와 같은 토크 명령 신호(98)를 생성한다. 수신받은 정보는 캠축 위상 편이 설정 지점(기준), 캠축 토크 부하(load) 및 캠축 각위치를 포함하지만 이에 제한되지는 않으며, 실제 캠축 위상 편이 각도는 각위치 센서 신호로부터 측정된다.
작동 시, 실제 캠축 위상 편이 각도는 기준값과 비교되어 차동(에러; error) 신호를 생성한다. 이후, 차동 또는 에러 신호는 제어기(94)의 비례-적분-미분(PID) 보정기(100)로 공급되어 피드백 토크 신호(102)를 생성한다. 이어서, 이러한 피드백 토크 신호(102)는 캠축 위상 각도를 조정하도록 모터(50)에 명령하기 위하여 토크 명령 신호(98)를 생성하는데 사용될 수 있으며, 이로써 PID 보정기(100) 또는 앞섬/뒤짐(lead/rag) 보정기에 대한 에러 신호는 허용 수준으로 감소된다. 이렇에 함으로써, 소정의 캠 위상 편이가 달성된다. 토크 기반 제어 구조물(92)에서는, 보정기(100)는 비례 및 미분 보정기(PD), 앞섬/뒤짐 보정기 또는 앞섬 보정기를 포함할 수도 있다.
엔진(E)의 작동 시, 캠축 토크가 밸브 리프트 이벤트(valve lift event) 동안 캠 위상 각도의 함수에 따라 변할 때 제어 시스템은 교란을 겪을 수 있다. 기준 입력에 대한 시스템의 응답을 개선시키고 교란에 대한 강인성을 증가시키기 위하여, 임의의 공지된 교란을 보정하기 위한 피드 포워드 기법(feed forward scheme)을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 제어기(94)는 예상 토크 교란을 처리하고 계산하기 위한 피드 포워드 브랜치 또는 블록(104)을 더 포함할 수 있다. 예상 토크 교란으로부터 생성되는 결과 피드 포워드 토크 신호(106)는 PID 보정기(100)(또는 앞섬/뒤짐 보정기)의 출력 신호 앞으로 공급되고 PID 보정기(100)(또는 앞섬/뒤짐 보정기)의 출력 신호와 조합되어 토크 명령 신호(98)를 형성한다.
피드 포워드 토크로도 칭해지는 예상 토크 교란은 두 성분, Trq_static 및 Trq_friction으로부터 결정된다. Trq_static은 세 브랜치 기어 구동부의 무마찰 정적 평형 상태로부터 계산된다. Trq_friction은 현재 캠축 토크 부하에 대한 마찰 토크를 극복하기 위해 필요한 성분이다. Trq_friction의 신호는 캐리어(56)와 입력축(36)[또는 출력축(42)] 사이의 상대 속도에 의해 결정된다. 캠축 위상 장치(A)의 개시된 구성에 있어서, 피드 포워드 토크는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00009
(8)
이 때, Tcam은 캠축의 위상 각도의 함수인 캠축 토크 부하이다.
캠 위상 각도는 분석 방정식에 의하여 또는 룩업 테이블(look-up table)로서 표현될 수 있다. 함수 sgn(v)는 캐리어(56)와 입력축(36) 사이의 상대 속도(v)의 신호를 나타낸다. 함수 f(Tcam)은 마찰 토크 Trq_friction의 크기를 나타낸다. 작동 시, Tffwd는 엔진 토크 및 속도의 함수로서 동력계(dynamometer) 시험으로 결정될 수 있다. 이후, 계산된 시험 데이터는 실시간 접근을 위해 내장(on-board) 메모리 장치(미도시)에 저장될 수 있다.
정상 작동[비위상 편이 이벤트(non-phase shifting event)] 시, 제어 구조물(92)은 방정식(3)에 의해 설정된 속도 관계가 유지되도록 모터 속도(ωc)를 자동으로 제어한다. 캠 축 위상 편이 이벤트 시, 캠 위상 각도 변화가 짧은 시간 이후에 편이 이벤트의 종료부에서 소정의 캠 위상 각도를 달성하도록 제어기(94)는 모터 속도(ωc)를 조정한다.
본 발명의 개시내용의 범위 이내에서 상기 구성의 다양한 변형이 이뤄질 수 있기 때문에, 상기 설명에 포함되거나 또는 첨부 도면에 도시된 모든 대상은 제한적 의미가 아닌 설명적 의미로서 해석되는 것으로 고려된다.

Claims (17)

  1. 엔진 제어 유닛, 크랭크축, 캠축, 크랭크축과 캠축 사이의 위상 편이 각도를 제어하기 위해 크랭크축과 캠축에 결합된 위상 편이 장치를 구비한 내연 기관에서, 위상 편이 장치는,
    크랭크축에 작동식으로 연결된 비동기식 벨트와,
    비동기식 벨트에 작동식으로 연결되고, 단부에 제1 태양 기어가 결합되어 있는 입력축과,
    캠축에 결합되고, 단부에 제2 태양 기어가 결합되어 있는 출력축과,
    제1 태양 기어와 제2 태양 기어를 중심으로 동축으로 정렬된 행성 기어열로서, 제1 태양 기어와 제2 태양 기어에 각각 체결되고 캐리어의 제1 베어링과 제2 베어링을 통해 공통축을 중심으로 회전하도록 연합되는 제1 기어 단부 및 제 2 기어 단부를 구비하는 행성 기어와 캐리어를 포함하는 행성 기어열과,
    캐리어에 작동식으로 연결된 모터와,
    엔진 제어 유닛과 모터에 작동식으로 연결된 제어기를 포함하며,
    제어기는 엔진 제어 유닛에 의해 생성된 엔진 작동 신호를 수신받고 입력축과 출력축에 결합된 위치 센서로부터 신호를 수신받도록 형성되고, 이에 응답하여 명령 신호를 생성하고 모터로 명령 신호를 송신하여, 모터가 캠축과 크랭크축 사이의 위상 편이 각도를 조정하기 위해 캐리어를 통해 행성 기어열을 제어하도록 명령하는
    위상 편이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 태양 기어에 대향하는 입력축의 단부에서 입력축에 연결된 입력축 풀리를 더 포함하고, 크랭크축에 연결된 크랭크축 풀리를 포함하며,
    비동기식 벨트는 크랭크축 풀리와 입력축 풀리에 작동식으로 연결되는
    위상 편이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 비동기식 벨트의 크리프율은 "γ"로 표기되며, 입력축 풀리의 피치 직경에 대한 크랭크축 풀리의 피치 직경의 비율은 "Ψ"로 표기되며, 입력축의 각속도에 대한 크랭크축의 각속도의 비율은 "φ"로 표기되고 다음 방정식에 의해 특정되는
    Figure pct00010

    위상 편이 장치.
  4. 제3항에 있어서, 행성 기어열의 "ib"로 표기되는 기어율은 다음 방정식에 의해 특정되며,
    Figure pct00011

    이 때,
    Ns1, Ns2 = 제1 태양 기어 및 제2 태양 기어 각각의 톱니 수이고,
    Np1, Np2 = 제1 기어 단부 및 제2 기어 단부 각각의 톱니 수인
    위상 편이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 다음 방정식을 따른 입력축의 각속도(ωs1)와의 관계를 유지하도록 캐리어의 각속도(ωc)를 제어하기 위하여, 제어기는 모터가 행성 기어열을 제어하도록 명령하는
    Figure pct00012

    위상 편이 장치.
  6. 제4항에 있어서, 다음 방정식을 따른 출력축의 각속도(ωs2)와의 관계를 유지하도록 캐리어의 각속도(ωc)를 제어하기 위하여, 제어기는 모터가 행성 기어열을 제어하도록 명령하는
    Figure pct00013

    위상 편이 장치.
  7. 제3항에 있어서, 제1 행성 기어가 제1 태양 기어와 맞물리고 제2 행성 기어가 제2 태양 기어와 맞물리도록, 행성 기어는 제1 행성 기어 및 제2 행성 기어를 포함하는
    위상 편이 장치.
  8. 제7항에 있어서, 행성 기어열의 "ib"로 표기되는 기어율은 다음 방정식에 의해 특정되며,
    Figure pct00014

    이 때,
    Ns1, Ns2 = 제1 태양 기어 및 제2 태양 기어 각각의 톱니 수이고,
    Np1, Np2 = 제1 행성 기어 및 제2 행성 기어 각각의 톱니 수인
    위상 편이 장치.
  9. 제8항에 있어서, 다음 방정식을 따른 입력축의 각속도(ωs1)와의 관계를 유지하도록 캐리어의 각속도(ωc)를 제어하기 위하여, 제어기는 모터가 행성 기어열을 제어하도록 명령하는
    Figure pct00015

    위상 편이 장치.
  10. 제2항에 있어서, 입력축에 대한 크랭크축의 각속도율은 "φ"로 표기되고 다음 방정식과 같이 크리프율과 연관되고,
    Figure pct00016

    이 때,
    γ = 크랭크축 풀리의 피치선 속도에 대한 퍼센트 피치선 속도 손실로서 정의되는 크리프율이며,
    γ0 = 비동기식 벨트의 미리 정해진 공칭 유효 크리프율인
    위상 편이 장치.
  11. 제1항에 있어서, 제어기는 내연 기관에 적용되는 예상 토크 교란을 처리하도록 구성된 피드 포워드 블록을 포함하는
    위상 편이 장치.
  12. 제11항에 있어서, 피드 포워드 브랜치의 출력 Tffwd는 다음 방정식에 따라 결정되며,
    Figure pct00017

    이 때,
    Trq_static은 세 브랜치 기어 구동부의 무마찰 정적 평형 상태로부터 계산되며,
    Trq_friction은 현재 캠축 토크 부하에 대한 마찰 토크를 극복하기 위해 필요한 성분이며,
    Tcam = 캠축 토크 부하이며,
    f(Tcam) = Trq_friction의 크기인
    위상 편이 장치.
  13. 내연 기관에서, 캠축과 크랭크축 사이의 위상 편이 각도를 제어하는 방법이며,
    입력축의 단부에 결합된 제1 태양 기어 단부를 구비한 입력축과 크랭크축에 비동기식 벨트를 연결시키는 단계와,
    캠축에 결합되면서 일 단부에 제2 태양 기어가 결합되어 있는 출력축과 입력축을 중심으로 행성 기어열을 정렬시키는 단계와,
    행성 기어열의 제1 행성 기어를 제1 태양 기어와 맞물리고 행성 기어열의 제2 행성 기어를 제2 태양 기어와 맞물리는 단계와,
    모터를 캐리어에 작동식으로 연결시키는 단계와,
    캠축과 크랭크축 사이의 위상 편이 각도를 조정하기 위하여 캐리어를 통해 행성 기어열을 제어하도록 모터에 명령하는 단계를 포함하며,
    제1 행성 기어 및 제2 행성 기어는 행성 기어열의 캐리어를 통해 공통축을 중심으로 회전하도록 연합되는
    위상 편이 각도 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 다음 방정식을 따른 입력축의 각속도(ωs1)와의 관계를 유지하도록 캐리어의 각속도(ωc)를 제어하기 위하여, 모터를 제어하는 단계가 행성 기어열을 제어하도록 모터에 명령하는 단계를 포함하며,
    Figure pct00018

    이 때,
    비동기식 벨트의 크리프율은 "γ"로 표기되며, 입력축 풀리의 피치 직경에 대한 크랭크축 풀리의 피치 직경의 비율은 "Ψ"로 표기되며, 입력축의 각속도에 대한 크랭크축의 각속도의 비율은 "φ"로 표기되고 다음 방정식에 의해 특정되며,
    Figure pct00019

    이 때,
    행성 기어열의 "ib"로 표기되는 기어율은 다음 방정식에 의해 특정되며,
    Figure pct00020

    이 때,
    Ns1, Ns2 = 제1 태양 기어 및 제2 태양 기어 각각의 톱니 수이고,
    Np1, Np2 = 제1 기어 단부 및 제2 기어 단부 각각의 톱니 수인
    위상 편이 각도 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서, 다음 방정식을 따른 출력축의 각속도(ωs2)와의 관계를 유지하도록 캐리어의 각속도(ωc)를 제어하기 위하여, 모터를 제어하는 단계가 행성 기어열을 제어하도록 모터에 명령하는 단계를 포함하며,
    Figure pct00021

    이 때,
    비동기식 벨트의 크리프율은 "γ"로 표기되며, 입력축 풀리의 피치 직경에 대한 크랭크축 풀리의 피치 직경의 비율은 "Ψ"로 표기되며, 입력축의 각속도에 대한 크랭크축의 각속도의 비율은 "φ"로 표기되고 다음 방정식에 의해 특정되며,
    Figure pct00022

    이 때,
    행성 기어열의 "ib"로 표기되는 기어율은 다음 방정식에 의해 특정되며,
    Figure pct00023

    이 때,
    Ns1, Ns2 = 제1 태양 기어 및 제2 태양 기어 각각의 톱니 수이고,
    Np1, Np2 = 제1 기어 단부 및 제2 기어 단부 각각의 톱니 수인
    위상 편이 각도 제어 방법.
  16. 내연 기관에서, 내연 기관의 캠축과 크랭크축 사이의 위상 편이 각도를 제어하는 방법이며,
    입력축의 단부에 결합된 제1 태양 기어 단부를 구비한 입력축과 크랭크축에 비동기식 벨트를 연결시키는 단계와,
    캠축에 결합되면서 일 단부에 제2 태양 기어가 결합되어 있는 출력축과 입력축을 중심으로 행성 기어열을 정렬시키는 단계와,
    행성 기어열의 제1 행성 기어를 제1 태양 기어와 맞물리고 행성 기어열의 제2 행성 기어를 제2 태양 기어와 맞물리는 단계와,
    모터를 캐리어에 작동식으로 연결시키는 단계와,
    캠축의 각위치 신호를 수신받는 단계와,
    캠축 위상 신호를 엔진 제어 유닛에 의해 제공된 기준 신호와 비교하는 단계와,
    비교된 캠축 신호를 기초로 하여 토크 명령 신호를 생성하는 단계를 포함하며,
    제1 행성 기어 및 제2 행성 기어는 행성 기어열의 캐리어를 통해 공통축을 중심으로 회전하도록 연합되며,
    토크 명령 신호는 캠축과 크랭크축 사이의 위상 편이 각도를 조정하도록 모터에 명령하는
    위상 편이 각도 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    토크 명령 신호는 "Tffwd"로 표기되고 다음 방정식에 따라 결정되며,
    Figure pct00024

    이 때,
    Trq_static은 세 브랜치 기어 구동부의 무마찰 정적 평형 상태로부터 계산되며,
    Trq_friction은 현재 캠축 토크 부하에 대한 마찰 토크를 극복하기 위해 필요한 성분이며,
    Tcam = 캠축 토크 부하이며,
    f(Tcam) = Trq_friction의 크기인
    위상 편이 각도 제어 방법.
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