KR20110051148A

KR20110051148A - 밸브 타이밍 조절기

Info

Publication number: KR20110051148A
Application number: KR1020100110119A
Authority: KR
Inventors: 소이찌 기노우찌; 다다오 이끼하라
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2011-05-17
Also published as: US20110107991A1; KR101224812B1; JP4900451B2; CN102052114A; DE102010060266A1; DE102010060266B4; JP2011099411A; US8353263B2; CN102052114B

Abstract

밸브 타이밍 조절기는 하우징 부재(1, 3), 베인 로터(9), 및 시일 판(50)을 구비한다. 하우징 부재의 제1 하우징 세그먼트는 그 내부에 베인 로터를 수용한다. 하우징 부재의 제2 하우징 세그먼트는 제1 하우징 세그먼트의 개구와 대면한다. 시일 판은 베이스 부분(59) 및 탄성 부분(55)을 구비한다. 베이스 부분은 제1 및 제2 하우징 세그먼트에 의해 그 사이에 유지된다. 탄성 부분은 소정의 각도 범위 내에서 베인 로터의 단부면과 압접한다. 탄성 부분, 제2 하우징 세그먼트, 및 캠샤프트(2, 92)는 그 사이에 압력 챔버(66)를 형성한다. 탄성 부분은 진각 및 지각 유압 챔버(60 내지 65) 중 단 하나와 압력 챔버 사이를 연통시키는 가압 오일 도입 통로(53)를 갖는다.

Description

밸브 타이밍 조절기{VALVE TIMING ADJUSTER}

본 발명은 흡기 밸브와 배기 밸브 중 적어도 하나를 개폐하는 밸브 타이밍을 조절하는 밸브 타이밍 조절기에 관한 것이다.

내연기관의 흡기 밸브와 배기 밸브 중 적어도 하나를 개폐하기 위해 캠샤프트를 구동하는 종래의 베인형 밸브 타이밍 조절기가 공지되어 있다. 보다 구체적으로, 종래의 밸브 타이밍 조절기는 엔진의 크랭크샤프트와 동기적으로 회전 가능한 타이밍 풀리 또는 체인 스프로켓을 통해서 얻어지는 구동력을 사용하여 캠샤프트를 구동한다. 또한, 종래의 밸브 타이밍 조절기는 (a) 캠샤프트와 (b) 타이밍 풀리 또는 체인 스프로켓 사이의 회전 위상 차이에 기초하여 밸브를 개폐한다.

상기 종래의 베인형 밸브 타이밍 조절기에서, 베인을 갖는 베인 로터(vane rotor)는 베인 로터를 내부에 회전 수용하는 하우징 부재의 종방향 단부면 상에서 슬라이딩한다. 따라서, 베인 로터와 하우징 부재 사이에 슬라이드 간극을 제공할 필요가 있다. 슬라이드 간극은 매우 작도록 설계된다. 그러나, 유압 챔버 내의 가압 오일이 슬라이드 간극을 통해서 누설되지 못하게 충분히 방지하는 것은 불가능하다.

슬라이드 간극은 예를 들어 반경방향 간극 및 스러스트(thrust) 간극을 구비한다. 반경방향 간극은 베인 로터 외주와 하우징 부재 내주 사이에 형성된다. 스러스트 간극은 베인 로터의 축방향 단부면과 하우징 부재의 축방향 단부면 사이에 형성된다. 본 명세서에서는, 슬라이드 간극으로서 스러스트 간극에 초점을 맞추고 있다. 반경방향 간극을 통한 누설은 본 발명의 실시예에서 언급되는 종래의 "시일 부재(7)" 및 종래의 "판 스프링(8)"과 같은 구성요소에 의해 이미 해결되었음을 알아야 한다.

본 명세서에서, 진각(advance) 유압 챔버와 지각(retard) 유압 챔버 사이에서의 가압 오일의 누설(또는 원치않는 연통)은 "내부 누설"로 지칭된다. 내부 누설이 발생하면, 밸브 타이밍 조절용 오일 펌프에 의해 공급되는 가압 오일이 효과적으로 사용되지 못한다. 따라서, 오일 펌프의 에너지 효율이 불리하게 저하될 수 있으며, 또한 밸브 개폐 타이밍의 조절을 통한 위상 제어의 정확성도 불리하게 악화될 수 있다.

상기 단점에 대처하기 위해, JP3567551호 또는 JP-A-H11-62524호에 개시된 발명에서는, 베인 로터와 기어 사이에 밀봉 시트가 제공되고, 상기 밀봉 시트는 돌출 탄성 부분을 갖는다. 따라서, 유압 챔버로부터의 가압 오일 누설을 방지할 수 있다.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 JP-A-H11-62524호에 기재된 밀봉 시트(150)를 도시한다. 밀봉 시트(150)는 맞춤결합(fitting) 구멍(152), 관통 구멍(151), 및 가압 오일 도입 통로(153)를 구비한다. 맞춤결합 구멍(152)은 캠샤프트의 단부 부분과 맞춤결합된다. 관통 구멍(151)은 밀봉 시트(150)를 원주 방향으로 위치설정하기 위해 사용된다. 가압 오일 도입 통로(153)는 진각 유압 챔버 중 하나로부터 밀봉 시트(150)의 후방으로 가압 오일을 도입하도록 구성된다. 또한, 밀봉 시트(150)의 반경방향 최내측 부분(154) 주위에는 디스크 스프링인 탄성 부분(155)이 형성된다. 밀봉 시트(150)가 베인 로터와 기어 사이에 제공되면, 탄성 부분(155)은 구부러지고, 밀봉 시트(150)는 베인 로터의 베인들과 접촉한다. 또한, 가압 오일이 가압 오일 도입 통로(153)를 통해서 밀봉 시트(150)의 후방으로 도입되면, 밀봉 시트(150)를 가로질러 차등 압력이 발생한다. 따라서, 이 차등 압력은, 가압 오일이 슬라이드 간극을 통해서 누설되지 못하도록, 밀봉 시트(150)를 후방으로부터 베인 쪽으로 압박한다.

본 명세서에서, "내부 누설"을 제한하기 위한 밀봉 성능은 "내부 누설 밀봉 성능"으로 지칭된다.

JP-A-H11-62524호에 기재된 밀봉 시트(150)는 반경방향 최내측 부분(154) 주위에만 제공되는 탄성 부분(155)을 갖는다. 따라서, 상기 밀봉 시트(150)는 좁은 영역에만 탄성력을 인가할 수 있다. 차등 압력도 좁은 영역에만 인가된다. 그 결과, 불리하게, 충분한 "내부 누설 밀봉 성능"을 얻을 수 없다. 또한, 탄성력의 부하가 밀봉 시트(150)의 특정 국소 영역에 집중되므로, 밀봉 시트(150)의 내구성이 불충분해질 수 있다.

JP-A-H11-62524호에 기재된 "밀봉 시트(150)"는 본 발명의 "시일 판(seal plate)"에 대응한다.

본 발명은 상기 단점을 감안하여 이루어진 것이며, 따라서 본 발명의 목적은 시일 판의 내부 누설 밀봉 성능 및 내구성이 향상된 밸브 타이밍 조절기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 오일 펌프의 에너지 효율이 향상되고, 향상된 내부 누설 밀봉 성능으로 인해 고정확도의 위상 제어를 갖는 밸브 타이밍 조절기를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위해서, 구동 샤프트로부터 종동 샤프트로 구동력을 전달하는 구동력 전달 시스템에 장착되는 밸브 타이밍 조절기로서, 하우징 부재, 베인 로터, 및 시일 판을 구비하는 밸브 타이밍 조절기가 제공된다. 하우징 부재는 구동 샤프트 및 종동 샤프트 중 하나와 동기적으로 회전 가능하다. 베인 로터는, 구동 샤프트 및 종동 샤프트 중 다른 하나이며 흡기 밸브와 배기 밸브 중 적어도 하나를 개폐하는 캠샤프트와 동기적으로 회전 가능하다. 베인 로터는 다수의 베인 부분을 구비하며, 각각의 베인 부분은 소정의 각도 범위 내에서 하우징 부재에 대해 회전 가능하게 움직일 수 있다. 다수의 베인 부분의 각각은 다수의 베인 부분 각각의 하나의 회전측에 진각 유압 챔버를 형성한다. 다수의 베인 부분의 각각은 다수의 베인 부분 각각의 다른 회전측에 지각 유압 챔버를 형성한다. 하우징 부재는 제1 하우징 세그먼트와 제2 하우징 세그먼트를 구비한다. 제1 하우징 세그먼트는 그 내부에 베인 로터를 수용한다. 제2 하우징 세그먼트는 제1 하우징 세그먼트의 개구와 대면하며, 제2 하우징 세그먼트는 베인 로터의 단부면을 커버한다. 베인 로터의 단부면과 제2 하우징 세그먼트 사이에는 시일 판이 제공되며, 시일 판은 제1 하우징 세그먼트와 제2 하우징 세그먼트에 의해 그 사이에 유지된다. 시일 판은 베이스 부분과 탄성 부분을 구비한다. 베이스 부분은 제1 하우징 세그먼트와 제2 하우징 세그먼트에 의해 그 사이에 유지된다. 탄성 부분은 상기 소정의 각도 범위에 대응하는 범위 내에서 베인 로터의 단부면과 압접한다. 탄성 부분, 제2 하우징 세그먼트의 단부면, 및 캠샤프트의 외주면은 그 사이에 압력 챔버를 형성한다. 탄성 부분은 진각 유압 챔버 및 지각 유압 챔버 중 단 하나와 압력 챔버 사이를 연통시키는 가압 오일 도입 통로를 갖는다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 흡기 밸브와 배기 밸브 중 적어도 하나를 개폐하기 위해 구동 샤프트로부터 종동 샤프트로 구동력을 전달하는 구동력 전달 시스템에 장착되는 밸브 타이밍 조절기로서, 하우징 부재, 베인 로터, 및 시일 판을 구비하는 밸브 타이밍 조절기가 제공된다. 하우징 부재는 구동 샤프트 및 종동 샤프트 중 하나와 동기적으로 회전 가능하며, 하우징 부재는 제1 하우징 세그먼트와 제2 하우징 세그먼트를 구비한다. 제1 하우징 세그먼트는 바닥 부분을 갖는 튜브 형상을 가지며, 제2 하우징 세그먼트는 제1 하우징 세그먼트의 개구와 대면한다. 베인 로터는 제1 하우징 세그먼트 내에 수용되어 그 사이에 내부 공간을 형성한다. 베인 로터는 구동 샤프트 및 종동 샤프트 중 다른 하나와 동기적으로 소정의 각도 범위 내에서 하우징 부재에 대해 회전 가능하다. 베인 로터는 상기 내부 공간을 베인 로터의 회전 방향으로 전후로 배치되는 진각 유압 챔버와 지각 유압 챔버로 분할하는 베인 부분을 구비한다. 시일 판은 베인 로터의 축방향으로 베인 로터와 제2 하우징 세그먼트 사이에 제공된다. 시일 판은 베이스 부분과 탄성 부분을 구비한다. 베이스 부분은 제1 하우징 세그먼트와 제2 하우징 세그먼트에 의해 그 사이에 유지된다. 탄성 부분은 소정의 각도 범위 내에 위치하는 베인 로터의 베인 부분의 축방향 단부면과 압접한다. 탄성 부분, 제2 하우징 세그먼트의 단부면, 및 구동 샤프트와 종동 샤프트 중 다른 하나의 외주면은 그 사이에 압력 챔버를 형성한다. 탄성 부분은 진각 유압 챔버 및 지각 유압 챔버 중 단 하나와 압력 챔버 사이를 연통시키는 가압 오일 도입 통로를 갖는다. 베이스 부분은 시일 판을 제1 및 제2 하우징 세그먼트에 대해 위치설정하는 위치설정 구멍을 갖는다.

본 발명에 의하면, 시일 판의 내부 누설 밀봉 성능 및 내구성이 향상될 뿐 아니라, 오일 펌프의 에너지 효율이 향상되고, 향상된 내부 누설 밀봉 성능으로 인해 고정확도의 위상 제어를 갖는 밸브 타이밍 조절기가 제공된다.

본 발명과 그 추가 목적, 특징 및 장점은 후술하는 설명, 청구범위 및 첨부도면으로부터 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 밸브 타이밍 조절기를 도시하는 단면도.
도 2는 제1 실시예의 밸브 타이밍 조절기가 제공된 내연기관을 도시하는 개략도.
도 3은 제1 실시예에 따른 밸브 타이밍 조절기의 완전 지각 위치를 도시하기 위해 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라서 취한 단면도.
도 4는 제1 실시예에 따른 밸브 타이밍 조절기의 완전 진각 위치를 도시하기 위해 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라서 취한 단면도.
도 5는 완전 지각 위치를 도시하기 위해 도 3의 V-V선을 따라서 취한 확대 단면도.
도 6은 완전 진각 위치를 도시하기 위해 도 4의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라서 취한 확대 단면도.
도 7은 제1 실시예에 따른 시일 판을 도시하는 평면도.
도 8a는 구성요소의 치수를 도시하는 단면도.
도 8b는 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라서 취한, 시일 판의 탄성 부분의 단면도.
도 8c는 시일 판의 탄성 부분의 변형을 도시하는 단면도.
도 9의 (a)는 종래의 밀봉 시트의 단면도.
도 9의 (b)는 종래의 밀봉 시트의 평면도.

(제1 실시예)

본 발명의 제1 실시예를 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명할 것이다.

내연기관(96)은 크랭크샤프트(97), 흡기 밸브(90)용 캠샤프트(2), 및 배기 밸브(93)용 캠샤프트(92)를 갖는다. 크랭크샤프트(97)는 "구동 샤프트"에 해당되고, 캠샤프트(2)와 캠샤프트(92) 중 적어도 하나는 "종동 샤프트"에 해당된다. 크랭크샤프트(97)는 크랭크샤프트(97)에 동축적으로 고정되는 기어(98)를 갖는다. 캠샤프트(2)는 캠샤프트(2)에 동축적으로 고정되는 기어(1)를 가지며, 캠샤프트(92)는 캠샤프트(92)에 동축적으로 고정되는 기어(91)를 갖는다. 기어(98), 기어(1) 및 기어(91)는 체인(95)과 결합되며, 따라서 크랭크샤프트(97)의 구동력이 기어(1) 및 기어(91)에 전달된다. 그 결과, 기어(1) 및 기어(91)는 크랭크샤프트(97)[또는 기어(98)]와 동기적으로 회전할 수 있다. 캠샤프트(2)는 흡기 밸브(90)를 개폐하며, 캠샤프트(92)는 배기 밸브(93)를 개폐한다.

본 발명의 제1 실시예의 밸브 타이밍 조절기(99)는 흡기 밸브(90) 용으로 채용되며, 흡기 밸브(90)를 크랭크샤프트(97) 및 기어(1)에 대해 소정의 위상 차이로 개폐한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 밸브 타이밍 조절기(99)를 도시하는 단면도이며, 도 3의 I-I선을 따라서 취한 단면에 대응한다. 또한, 도 1은 스토퍼 핀(70)의 도시를 제외하고 도 4의 I-I선을 따라서 취한 단면에 대응한다.

도 3은 후술될 "완전 지각 위치" 정의를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하듯이, 스토퍼 핀(70)은 스토퍼 링(74)과 맞춤결합된다.

도 4는 그 정의가 후술될 "완전 진각 위치"를 도시하는 단면도이다. 도 4는 스토퍼 핀(70)이 스토퍼 링(74)으로부터 철회(또는 결합해제)된 상태에서의 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라서 취한 단면도에 대응한다.

본 명세서에서, "진각"은 밸브 타이밍을 더 빠르게 만들며, "지각"은 밸브 타이밍을 더 느리게 만든다. 본 실시예에서, 도 3 및 도 4에서의 반시계 방향은 "진각 방향"에 대응하고, 시계 방향은 "지각 방향"에 대응한다. 또한, 진각 방향으로의 물체의 일 측을 "진각측"으로 지칭하고, 지각 방향으로의 물체의 다른 측을 "지각측"으로 지칭한다.

본 실시예에서, 베인 로터(9)는 "소정의 각도 범위" 내에서 슈 하우징(3)에 대해 "회전 운동 가능(movable rotationally)"하다. "회전 운동 가능"하다는 용어는 하우징 부재를 구성하는 두 구성요소인 기어(1) 및 슈 하우징(3)에 대해 "동축적으로 회전 운동 가능"함을 나타낸다. 또한, "소정의 각도 범위"는 "완전 진각 위치" 및 "완전 지각 위치"에 대응하는 한계 위치를 갖는다. 따라서, 베인 로터(9)는 완전 지각 위치에서 완전 진각 위치까지의 범위에서 하우징 부재에 대해 회전 운동 가능하다.

제1 실시예의 구성에 대해 후술할 것이다.

슈 하우징(3)은 "제1 하우징 세그먼트"로서 작용하고, 기어(1)는 "제2 하우징 세그먼트"로서 작용한다.

기어(1)는 "구동 샤프트"로서 작용하는 크랭크샤프트(97)로부터 전달되는 구동력에 기초하여 회전 운동 가능하다. 기어(1)는 기어(1)의 반경방향 중심에 베어링 구멍(1a)을 가지며, "종동 샤프트"로서 작용하는 캠샤프트(2)가 베어링 구멍(1a)에 끼워진다. 또한, 기어(1)는 완전 지각 위치에 위치된 스토퍼 핀(70)에 대응하는 위치에서 스토퍼 링 구멍(1b)을 갖는다. 스토퍼 링 구멍(1b)은 바닥을 갖거나 블라인드 구멍이다. 또한, 기어(1)는 나사 부재(14)와 나사결합되는 탭 구멍(1c)을 갖는다.

슈 하우징(3)은 바닥을 갖는 튜브 형상을 가지며, 기어(1)를 향해서 개방된다. 슈 하우징(3)은 전방 부분(3e), 슈 부분(3a, 3b, 3c) 및 중심 벽 부분(3d)에 의해 형성되는 내부 공간을 내부에 갖는다. 슈 부분(3a, 3b, 3c)에 의해 형성되는 공간은 중심 벽 부분(3d)으로부터 반경방향 외측으로 각각의 세 방향으로 연장된다. 전방 부분(3e)의 내벽은 슈 부분(3a, 3b, 3c)의 하면으로서 작용한다.

중심 벽 부분(3d)의 내벽면은 슈 부분(3a, 3b, 3c) 사이에 원주 방향으로 형성된다. 도 3에 도시하듯이, 중심 벽 부분(3d)의 내벽면의 단면은 이 단면을 슈 하우징(3)의 축방향에 수직한 평면을 따라서 취할 때 원호 형상을 갖는다. 중심 벽 부분(3d)은 베인 로터(9)의 로터 보디 부분(9d)을 내부에 수용한다.

슈 부분(3a, 3b, 3c)은 원호-형상 단면을 각각 갖는 내벽면을 갖는다. 또한, 슈 부분(3a, 3b, 3c)의 각각은 중심 벽 부분(3d)에 커플링되는 진각측 벽 및 지각측 벽을 갖는다. 슈 부분(3a, 3b, 3c)의 각각은 베인 로터(9)의 대응 베인 부분(9a, 9b, 9c)을 내부에 수용한다. 베인 부분(9a)은 베인 부분(9b, 9c) 각각의 폭보다 넓은, 원주방향으로 측정되는 폭을 갖는다. 베인 로터(9)가 완전 지각 위치에 위치되면, 베인 부분(9a)의 지각측 표면이 도 3에 도시하듯이 슈 부분(3a)의 지각측 내벽과 접촉한다. 또한, 베인 로터(9)가 완전 진각 위치에 위치되면, 베인 부분(9a)의 진각측 표면이 도 4에 도시하듯이 슈 부분(3a)의 진각측 내벽과 접촉한다. 대조적으로, 베인 부분(9b, 9c) 각각의 지각측 표면 및 진각측 표면은, 베인 로터(9)가 완전 지각 위치 또는 완전 진각 위치에 위치될 때에도 슈 부분(3b, 3c)의 대응 내벽과 접촉하지 않는다.

전방 부분(3e)은 관통 연장하도록 형성된 중심 구멍(3f)을 전방 부분(3e)의 반경방향 중심에 갖는다. 또한, 전방 부분(3e) 주위에는 세 개의 나사 부재 시트(3g)가 슈 부분(3a, 3b, 3c) 사이에 원주 방향으로 제공된다. 각각의 나사 부재 시트(3g)는 이 나사 부재 시트(3g)를 통해서 연장되는 나사 구멍(3h)을 갖는다.

전방 부분(3e)은 완전 지각 위치에 위치된 스토퍼 핀(70)의 위치에 대응하는 위치에 통풍 구멍(3i)을 갖는다. 통풍 구멍(3i)은 대기와 연통한다.

기어(1)는 도 3 및 도 4에 쇄선으로 도시되는 슈 하우징(3)의 위치설정 구멍에 대응하는 위치에서, 도 3 및 도 4에 쇄선으로 도시되는 위치설정 구멍을 갖는다. 또한, 후술될 시일 판(50)은 기어(1) 및 슈 하우징(3)의 위치설정 구멍의 위치에 대응하여 배치되는 위치설정 노치(54a) 및 위치설정 구멍(54b)을 갖는다.

시일 판(50)은, 시일 판(50), 기어(1) 및 슈 하우징(3)이 노크 핀(knock pins)(도시되지 않음)에 의해 위치설정되는 상태에서 기어(1)와 슈 하우징(3) 사이에 유지된다. 이후, 세 개의 나사 부재(14)는 탭 구멍(1c)에 나사결합되도록 나사 구멍(3h)을 통해서 연장된다. 그 결과, 시일 판(50), 기어(1) 및 슈 하우징(3)은 상호 동축적으로 체결된다.

베인 로터(9)는 로터 보디 부분(9d) 및 베인 부분(9a, 9b, 9c)을 구비한다. 로터 보디 부분(9d)은 슈 하우징(3)의 중심 벽 부분(3d) 내에 수용되고, 베인 부분(9a, 9b, 9c)은 대응 슈 부분(3a, 3b, 3c) 내에 수용된다.

로터 보디 부분(9d)의 외주 부분과 베인 부분(9a, 9b, 9c)의 외주 부분에는 시일 부재(7)가 도 3에 도시하듯이 슈 하우징(3)의 내주 벽면과 대면하도록 제공된다. 각각의 시일 부재(7)는 베인 로터(9)의 내주 벽면과 외주 부분 사이에 반경방향으로 형성되는 간극을 통한 내부 누설을 방지하기 위해 각각의 판 스프링(8)에 의해 슈 하우징(3)의 내주 벽면을 향해서 압박된다.

베인 로터(9)는 베인 로터(9)의 축방향 단부면이 상호 평행하도록 그리고 베인 로터(9)의 두께(축방향 치수)가 Tv이도록 정밀하게 형성된다. 또한, 슈 부분(3a, 3b, 3c)의 치수(Ds)는 도 8a에 도시하듯이 개방 단부로부터 그 하단부로 축방향으로 측정된다. 각각의 슈 부분(3a, 3b, 3c)은 그 바닥 부분이 슈 하우징(3)의 축방향에 수직하게 연장되도록 정밀하게 형성된다. 치수(Ds)와 두께(Tv) 사이의 차이는 하기 (식 1)에 의해 슬라이드 간극(Cv)으로 표시된다.

Cv = Ds - Tv (식 1)

또한, 베인 로터(9)는 베인 로터(9)의 반경방향 중심을 통해서 연장되도록 형성되는 관통 구멍(9e)을 갖는다. 본 실시예에서, 도 1에서의 우측은 "후방측"에 해당되고, 도 1에서의 좌측은 "전방측"에 해당된다. 관통 구멍(9e)은 그 후방측에 후방 소켓 조인트(9f)를 가지며, 그 전방측에 전방 소켓 조인트(9g)를 갖는다. 후방 소켓 조인트(9f)와 전방 소켓 조인트(9g)는 상호 고정밀도로 동축적으로 형성된다.

후방 소켓 조인트(9f)의 내주면은 캠샤프트(2)의 단부 부분(2a)의 외주면과 맞춤결합된다. 또한, 후방 소켓 조인트(9f)의 하면은 고정밀도로 평탄하며, 베인 로터(9)의 중심축에 대해 고정밀도로 직교한다. 그 결과, 캠샤프트(2)의 단부면과 후방 소켓 조인트(9f)의 하면은 고정밀도로 상호 접촉하며, 따라서 접촉하는 표면들을 통한 오일 누설을 방지할 수 있다.

전방 소켓 조인트(9g)의 내주면은 중심 와셔(5)의 외주면과 맞춤결합된다. 또한, 전방 소켓 조인트(9g)의 하면은 고정밀도로 평탄하며, 베인 로터(9)의 중심축에 대해 고정밀도로 직교한다. 그 결과, 중심 와셔(5)의 단부면과 전방 소켓 조인트(9g)의 하면은 고정밀도로 상호 접촉하며, 따라서 접촉하는 표면들을 통한 오일 누설을 방지할 수 있다.

캠샤프트(2)의 단부면은 그 반경방향 중심에 오일 통과 구멍(2b)을 가지며, 상기 오일 통과 구멍(2b)은 베인 로터(9)의 관통 구멍(9e)과 연통한다. 오일 통과 구멍(2b)의 측면은 도입 오일 통로(37)와 연통한다. 도입 오일 통로(28)는 캠샤프트(2)의 단부면의 반경방향 외측 부분에 형성된다. 오일 통과 구멍(2b)의 바닥부는 중심 볼트(15)와 나사 결합할 수 있는 탭 구멍(2c)을 갖는다.

중심 와셔(5)는 베인 로터(9)로부터 먼 중심 와셔(5)의 일측에 형성되는 리세스를 가지며, 상기 리세스의 반경방향 중심에 형성되는 관통 구멍을 갖는다.

중심 볼트(15)는 중심 와셔(5), 베인 로터(9)의 관통 구멍(9e), 및 캠샤프트(2)의 오일 통과 구멍(2b)을 통해서 연장되며, 소정의 체결 토크에 의해 탭 구멍(2c)에 체결된다. 상기 상태에서, 중심 볼트(15)는 중심 와셔(5)의 오목한 하면과 접촉하는 헤드 착좌면을 가지며, 상기 착좌면과 하면 사이의 마찰은 볼트(15)의 풀어짐을 방지한다. 그 결과, 캠샤프트(2)는 베인 로터(9)에 동축적으로 고정된다.

상기 조립체에서, 캠샤프트(2)와 베인 로터(9)는 기어(1) 및 슈 하우징(3)에 대해 회전 운동 가능하다. 즉, 캠샤프트(2) 및 베인 로터(9)는 "하우징 부재"에 대해 회전 운동 가능하다. 상기 구성에서, 슬라이드 간극(Cv)은 (a) 기어(1)에 인접한 베인 로터(9)의 단부면과 (b) 기어(1)의 단부면 사이에 형성된다. 즉, 슬라이드 간극(Cv)은 베인 로터(9)와 기어(1)의 대향면들 사이에 형성된다.

다음으로, 유압 작동 및 내부 누설 밀봉의 구성에 대해 후술할 것이다. 도 3 및 도 4에 도시하듯이, 세 쌍의 지각 유압 챔버 및 진각 유압 챔버가 형성된다.

(a) 지각 유압 챔버(60)는 슈 부분(3a), 베인 부분(9a) 및 로터 보디 부분(9d)에 의해 형성되며, 베인 부분(9a)의 진각측에 배치된다. 진각 유압 챔버(63) 또한 슈 부분(3a), 베인 부분(9a) 및 로터 보디 부분(9d)에 의해 형성되며, 베인 부분(9a)의 지각측에 배치된다.

(b) 지각 유압 챔버(61)는 슈 부분(3b), 베인 부분(9b) 및 로터 보디 부분(9d)에 의해 형성되며, 베인 부분(9b)의 진각측에 배치된다. 진각 유압 챔버(64) 또한 슈 부분(3b), 베인 부분(9b) 및 로터 보디 부분(9d)에 의해 형성되며, 베인 부분(9b)의 지각측에 배치된다.

(c) 지각 유압 챔버(62)는 슈 부분(3c), 베인 부분(9c) 및 로터 보디 부분(9d)에 의해 형성되며, 베인 부분(9c)의 진각측에 배치된다. 진각 유압 챔버(65) 또한 슈 부분(3c), 베인 부분(9c) 및 로터 보디 부분(9d)에 의해 형성되며, 베인 부분(9c)의 지각측에 배치된다.

지각 유압 챔버(60, 61, 62)는 일반적으로 각각의 베인 부분(9a, 9b, 9c) 및 로터 보디 부분(9d)에 의해 각각의 진각 유압 챔버(63, 64, 65)로부터 분리된다. 그러나, 보다 구체적으로, 인접하는 유압 챔버들은 기어(1)와 베인 로터(9)의 단부면 사이에 형성되는 슬라이드 간극(Cv)을 통해서 상호 연통될 수 있으며, 따라서 내부 누설이 발생할 수 있다. 그 결과, 오일 펌프의 효율이 저하될 수 있고, 따라서 종래 기술에서의 위상 제어의 정확성을 악화시킬 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는, 상기 내부 누설을 방지하기 위해, 시일 판(50)이 (a) 기어(1)와 (b) 베인 로터(9)의 단부면에 의해 그 사이에 유지된다.

도 7은 도 1에서 좌측에서 우측으로의 방향으로 관측되는 제1 실시예의 시일 판(50)의 평면도이다. 도 7은 도 3 및 도 4의 관측 방향과 유사한 방향으로 관측되는 평면도이다. 도 3 및 도 4에서는, 시일 판(50)의 일부가 베인 로터(9) 뒤에 도시되어 있다.

시일 판(50)은 그 반경방향 중심에 위치되는 맞춤결합 구멍(52)을 가지며, 상기 맞춤결합 구멍(52)에는 캠샤프트(2)의 단부 부분(2a)이 수용된다. 또한, 시일 판(50)은 기어(1)의 위치 및 슈 하우징(3)의 위치에 대응하는 위치에 관통 구멍(51), 위치설정 노치(54a) 및 위치설정 구멍(54b)을 갖는다. 관통 구멍(51)은 나사 부재(14)가 관통 연장할 수 있게 하며, 위치설정 노치(54a) 및 위치설정 구멍(54b)은 시일 판(50)을 회전 방향(원주 방향)으로 정확히 위치시키기 위해 사용된다. 본 실시예의 시일 판(50)의 설명에 있어서 "각각의 구멍" 또는 "위치설정 구멍"은 위치설정 노치(54a)를 포함하는 것을 알아야 한다. 시일 판(50)은 기어(1)와 슈 하우징(3) 사이에 효과적으로 유지될 각각의 구멍을 사용한다.

시일 판(50)은 베이스 부분(59) 및 탄성 부분(55a, 55b, 55c)을 갖는다. 탄성 부분(55a, 55b, 55c)은 베인 부분(9a, 9b, 9c)이 회전 운동 가능한 범위에 대응하여 맞춤결합 구멍(52)의 반경방향 외측 위치에 제공된다. 탄성 부분(55a, 55b, 55c)의 각각은 대체로 팬(fan) 형상을 가지며, 베이스 부분(59)으로부터 베인 로터(9)를 향해서 도 1에서의 우측에서 좌측으로의 방향으로 돌출한다. 도 7에서, 탄성 부분(55a, 55b, 55c)의 각각은 도 7의 뒷면으로부터 앞면으로의 방향으로 돌출한다. 본 실시예에서, 세 개의 탄성 부분(55a, 55b, 55c)은 설명을 쉽게 하기 위해 "탄성 부분(55)"으로 지칭된다. 베이스 부분(59)에는 각각의 구멍이 형성된다. 즉, 베이스 부분(59)은 탄성 부분(55) 및 각각의 구멍 이외의 부분이다.

도 5는 도 3의 V-V선을 따라서 취한 단면도이고, 도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라서 취한 단면도이다. 도 5 및 도 6은 슈 부분(3c)의 일부를 도시하는 확대 단면도이며, 두께 방향[시일 판(50)의 평면에 수직한 방향]으로 측정된 시일 판(50)의 치수는 과장되어 있다. 도 5 및 도 6은 슈 부분(3a, 3b)의 단면도이다.

탄성 부분(55)은 상면 부분(56) 및 경사 부분(58)을 포함한다. 상면 부분(56)은 평탄하고, 베인 로터(9)와 접촉하며, 도 8b에 도시하듯이 베이스 부분(59)으로부터 베인 로터(9)의 축방향[또는 캠샤프트(2)의 종방향]으로 변위된다. 경사 부분(58)은 베이스 부분(59)을 상면 부분(56)과 연결하며, 상면 부분(56) 및 베이스 부분(59)에 대해 경사진다. 경사 부분(58)은 도 7에 도시하듯이 맞춤결합 구멍(52)을 형성하는 에지 세그먼트를 제외하고 상면 부분(56)의 주변 에지에 형성된다. 탄성 부분(55), 기어(1)의 단부면, 및 캠샤프트(2)의 단부 부분(2a)의 외주면에 의해 압력 챔버(66)가 형성된다.

또한, 탄성 부분(55a)의 상면 부분(56)은, 스토퍼 핀(70)이 시일 판(50)에 대해 회전 운동할 수 있는 범위에 대응하는 위치에 형성되는 스토퍼 핀 구멍(57)을 갖는다.

본 실시예에서 "평탄하다"는 용어는 그 표면 상에 매우 작은 웨이브 또는 매우 작은 스크래치를 실질적인 작동을 위해 허용가능한 레벨로 가질 수 있는 표면을 나타내는 것이며, 따라서 본 실시예의 평탄면은 "완전히" 평탄한 표면으로 제한되는 것은 아님을 알아야 한다.

베이스 부분(59)의 평면과 상면 부분(56)의 평면 사이의 차이는 시일 판(50)의 축방향[시일 판(50)의 평면에 수직한 방향]으로 측정되며, "자유 높이(He)"로 지칭된다(도 8b 참조). 도 8c에서, 조립 이전의 탄성 부분(55)은 점선으로 도시되며, 조립 이후의 탄성 부분(55)은 실선으로 도시된다. 조립에 의해 초래되는 탄성 부분(55)의 변형은 도 8c에서 과장되어 있다. 자유 높이(He)는 도 8c에 도시하듯이 탄성 부분(55)이 조립될 때 탄성 부분(55)이 베인 로터(9)와 압접되도록 슬라이드 간극(Cv)보다 약간 크도록 설계된다. 자유 높이(He)와 슬라이드 간극(Cv) 사이의 차이는 하기 (식 2)에서 변형량(δ)으로 표시된다.

δ = He - Cv > 0 (식 2)

구체적으로, 자유 높이(He) 및 슬라이드 간극(Cv)의 양자는 약 0.1mm의 치수를 가지며, 변형량(δ)의 치수는 0.01mm의 크기를 갖도록 설계된다. 변형량(δ)이 제로보다 크기 때문에, 탄성력은 밀봉 성능을 발생시키고, 따라서 (a) 지각 유압 챔버(60, 61, 62)와 (b) 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 사이의 내부 누설을 감소시킬 수 있다.

또한, 시일 판(50)은 금속 시트이며, 프레스 작업을 통해서 각각의 구멍을 형성하도록 천공된다. 또한, 시일 판(50)은 프레스 작업을 통해서 돌출 탄성 부분(55)을 갖도록 가공된다. 베이스 부분(59)과 상면 부분(56) 사이의 경계는 급격한 단차부를 형성하지 않는다. 오히려, 경사 부분(58)은 베이스 부분(59)과 상면 부분(56) 사이의 차이를 서서히 변화시키도록 베이스 부분(59)의 평면에 대해 경사진다. 그 결과, 크랙 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 따라서 시일 판(50)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 시일 판(50)은 가압 오일 도입 통로(53)를 갖는다. 도 3에 도시하듯이, 가압 오일 도입 통로(53)는, 베인 로터(9)가 완전 지각 위치에 있을 때 가압 오일 도입 통로(53)가 대응 진각 유압 챔버(63, 64, 65)와 연통되게 하는 위치에 형성된다. 즉, 가압 오일 도입 통로(53)는 탄성 부분(55a, 55b, 55c)의 지각 단부에 형성된다. 보다 구체적으로, 도 5 및 도 6에 도시하듯이, 각각의 가압 오일 도입 통로(53)는 경사 부분(58)과 베이스 부분(59) 사이에서 연장되도록 형성된다. 따라서, 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 내의 가압 오일은 완전 지각 위치와 완전 진각 위치 사이의 임의의 회전 위상에서 가압 오일 도입 통로(53)를 통해서 압력 챔버(66) 내에 도입된다. 가압 오일 도입 통로(53)의 단면 형상은 원형 형상으로 제한되지 않으며, 가압 오일 도입 통로(53)는 세장형 구멍일 수도 있음을 알아야 한다. 또한, 단일의 진각 유압 챔버가 대안적으로 둘 이상의 가압 오일 도입 통로(53)를 가질 수도 있다.

본 실시예에서, 이상과 같이, 가압 오일 도입 통로(53)는 적어도 경사 부분(58)에 제공되는 부분을 갖는다. 즉, 경사 부분(58)은 가압 오일 도입 통로(53)를 갖는다.

그 결과, 가압 오일 도입 통로(53)를 최적의 위치에 제공할 수 있다. 가압 오일을 압력 챔버(66) 내에 도입하기 위해서는, 가압 오일 도입 통로(53)가 상면 부분(56) 또는 경사 부분(58)에 제공되어야 한다. 예를 들어, 가압 오일 도입 통로(53)를 대신에 상면 부분(56)에 제공하는 예시의 경우에, 베인 부분은 통로(53)와 중첩될 수 있고 가압 오일 도입 통로(53)를 베인 부분이 회전 운동할 수 있는 소정의 각도 범위 내에서 폐쇄할 수 있다. 베인 부분에 의한 가압 오일 도입 통로(53)의 상기 폐쇄를 방지하기 위해서는, 상면 부분의 영역이 도입 통로(53)의 개방을 위해 충분한 영역을 제공하도록 확대되어야 한다. 따라서, 이를 회피하기 위해, 가압 오일 도입 통로(53)는 본 실시예에서 경사 부분(58)에 제공된다.

압력 챔버(66)는 탄성 부분(55), 기어(1)의 단부면, 및 캠샤프트(2)의 외주면에 의해 타이트하게 형성된다. 압력 챔버(66)는 가압 오일 도입 통로(53)를 통해서만 외부와 연통된다. 즉, 압력 챔버(66)는 가압 오일 도입 통로(53) 외에는, 다른 공간과 연통되는 다른 통로를 전혀 갖지 않는다. 이상과 같이, 압력 챔버(66)는 탄성 부분(55), 기어(1)의 단부면, 및 캠샤프트(2)의 외주면에 의해 폐쇄(또는 타이트하게 형성)된다. 예를 들어, 본 실시예에서, "압력 챔버(66)가 타이트하게 형성된다"는 용어는 압력 챔버(66) 내부의 오일이 누설될 수 있는 통로가 압력 챔버(66)에 전혀 제공되지 않음을 나타낸다. 상기 정의에서, 타이트하게 형성된 압력 챔버(66)[또는 폐쇄된 압력 챔버(66)]는 오일의 누설을 허용하지 않는 매우 작은 구멍을 가질 수도 있다. 보다 구체적으로, 기어(1)의 단부면에 있어서 상기 압력 챔버(66)를 형성하는 부분에는 구멍 및 홈이 전혀 제공되지 않는다. 그 결과, 압력 챔버(66) 내에 도입된 가압 오일은 다른 공간으로의 누설이 제한되며, 따라서 가압 오일은 탄성 부분(55)을 베인 로터(9)에 대해 가압하는 힘을 효과적으로 발휘한다. 상기에서, 압력 챔버(66) 내의 오일의 압력은 탄성 부분(55)의 상기 압력 챔버(66)와 대향하는 측에 위치되는 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 내의 오일의 압력보다 높다. 그 결과, 탄성 부분(55)을 가로질러 차등 압력이 발생한다. 탄성 부분(55)은 대체로 팬 형상을 갖기 때문에, 탄성 부분(55)은 도 7에 도시하듯이 큰 원주방향 치수와 큰 반경방향 치수에 의해 형성되는 넓은 영역을 갖는다. 그 결과, 압력 챔버(66)의 오일 압력이 탄성 부분(55)의 넓은 영역에 인가될 때, 큰 가압력 부하를 발생시킬 수 있다.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시된 종래 기술에서는, 밀봉 시트(150)를 베인 로터(9) 쪽으로 가압하기 위해, 밀봉 시트(150)의 탄성력과 밀봉 시트(150)를 가로지르는 차등 압력이 사용된다. 상기 탄성력과 차등 압력은 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시하듯이 반경방향 최내측 부분(154) 주위의 좁은 영역에 인가된다. 그 결과, 종래 기술에서는 내부 누설 밀봉 성능이 충분히 달성되지 않는다. 또한, 종래 기술에서는 특정 영역에 탄성력의 부하가 집중되며, 따라서 밀봉 시트(150)의 내구성이 더 악화될 수 있다. 대조적으로, 본 실시예에서, 탄성력 및 차등 압력은 시일 판(50)을 베인 로터(9)에 대해 가압하기 위해 종래 기술에 비해 넓은 영역에 인가된다. 그 결과, 내부 누설 밀봉 성능이 효과적으로 향상된다. 또한, 본 실시예에서는 탄성력의 부하가 특정한 국소 영역에 집중되지 않기 때문에, 시일 판(50)의 내구성이 효과적으로 향상된다.

다음으로, 스토퍼 기구에 관한 구성을 설명할 것이다. 스토퍼 핀(70)은 기어(1)에 인접한 베인 부분(9a)의 단부면에 제공되는 수용 구멍(71) 내에 수용된다. 수용 구멍(71)의 바닥에는 구멍이 제공되며, 이 구멍은 베인 로터(9)가 완전 지각 위치에 있을 때 전방 부분(3e)의 통풍 구멍(3i)과 연통하게 된다.

스토퍼 링(74)은 기어(1)의 스토퍼 링 구멍(1b)에 맞춤결합된다. 스토퍼 링(74)은 베인 로터(9)에 인접한 스토퍼 링(74)의 개구의 직경이 스토퍼 링(74)의 타 단부의 직경보다 크도록 테이퍼지는 내주면을 갖는다. 스토퍼 핀(70)의 단부 부분의 외주면은 또한 스토퍼 링(74)의 내주면의 테이퍼 각도와 유사한 테이퍼 각도로 테이퍼지며, 따라서 스토퍼 핀(70)은 스토퍼 링(74)과 쉽게 맞춤결합된다.

수용 구멍(71)의 바닥부와 스토퍼 핀(70) 사이에는 스프링(72)이 제공되며, 상기 스프링(72)은 스토퍼 핀(70)을 스토퍼 링(74) 쪽으로 압박한다.

수용 구멍(71) 내에는 가이드 부시(73)가 맞춤결합되며, 가이드 부시 내에는 스토퍼 핀(70)이 수용된다. 스토퍼 핀(70)은, 가이드 부시(73)가 스토퍼 핀(70)의 종방향 변위를 안내하도록 가이드 부시(73)의 내주면의 대응 축방향 섹션과 맞춤결합되는 외주면의 축방향 섹션을 갖는다.

스토퍼 핀(70)은 종방향 특정 위치에 압력 수용 홈을 가지며, 상기 압력 수용 홈과 가이드 부시(73)의 내주면은 그 사이에 유압 챔버(23)를 형성한다. 또한, 가이드 부시(73)의 측면에는 가압 오일을 지각 메인 오일 통로(38)로부터 유압 챔버(23)로 도입하는 연통 구멍(25)(도 3 참조)이 제공된다.

스토퍼 핀(70)의 단부 부분, 스토퍼 링(74), 및 스토퍼 링 구멍(1b)의 바닥부에 의해 유압 챔버(24)가 형성된다. 또한, 가압 오일을 진각 메인 오일 통로(39)로부터 유압 챔버(24)로 도입하기 위한 연통 구멍(26)(도 4 참조)이 제공된다.

상기 구성으로 인해, 가압 오일이 유압 챔버(23) 또는 유압 챔버(24) 내에 도입되면, 스토퍼 핀(70)은 스프링(72)의 가압력에 대항하여 수용 구멍(71)의 바닥부를 향해서 변위되고, 따라서 스토퍼 핀(70)은 스토퍼 링(74)으로부터 결합해제된다. 즉, 가압 오일이 유압 챔버(23) 또는 유압 챔버(24) 내에 도입되면, 스토퍼 핀(70)은 스토퍼 링(74)으로부터 벗어나도록 도 1에서 좌측으로 변위된다. 상기에서, 수용 구멍(71) 내의 공기는 통풍 구멍(3i)을 통해서 외부로 배출된다.

도 3에 도시된 완전 지각 위치에서, 스토퍼 핀(70)은 스토퍼 링(74)에 맞춤결합되어 있기 때문에, 베인 로터(9)는 기어(1)와 커플링되며, 따라서 기어(1)와 함께 회전할 수 있다. 즉, 베인 로터(9)가 기어(1)와 커플링되어 있을 때 베인 로터(9)와 기어(1)는 서로에 대해 움직일 수 없다.

스토퍼 핀(70)이 스토퍼 링(74)으로부터 결합해제되면, 베인 로터(9)는 기어(1)로부터 커플링 해제된다. 그 결과, 베인 로터(9)는 완전 지각 위치에서 완전 진각 위치까지의 각도 범위에서 기어(1)에 대해 회전 운동할 수 있게 된다.

다음으로, 가압 오일의 공급 및 배출에 대해 설명할 것이다.

로터 보디 부분(9d)의 후방 소켓 조인트(9f)의 하면에는 환형 오일 통로(29)가 형성된다. 환형 오일 통로(29)는 캠샤프트(2)의 단부면과 접촉하며, 캠샤프트(2) 내의 도입 오일 통로(28)를 통해서 지각 메인 오일 통로(38)와 연통한다. 또한, 환형 오일 통로(29)는 로터 보디 부분(9d) 내의 지각 분배 통로(30, 31, 32)와 연통한다. 보다 구체적으로, 지각 분배 통로(30)는 지각 유압 챔버(60)와 연통하고, 지각 분배 통로(31)는 지각 유압 챔버(61)와 연통하며, 지각 분배 통로(32)는 지각 유압 챔버(62)와 연통한다.

단일의 환형 오일 통로(29) 대신에 대체 다중 오일 통로가 형성될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 대체 오일 통로들 각각은 (a) 도입 오일 통로(28)와 (b) 각각의 지각 분배 통로(30, 31, 32) 사이의 연통을 제공한다.

베인 로터(9)의 관통 구멍(9e)과 캠샤프트(2)의 오일 통과 구멍(2b)은 중심 볼트(15)의 샤프트 주위에 중심 오일 통로(36)를 형성한다. 중심 오일 통로(36)는 도입 오일 통로(37)와 캠샤프트(2) 내의 오일 통과 구멍(2b)을 통해서 진각 메인 오일 통로(39)와 연통한다. 또한, 중심 오일 통로(36)는 로터 보디 부분(9d) 내의 진각 분배 통로(33, 34, 35)와 연통한다. 보다 구체적으로, 진각 분배 통로(33)는 진각 유압 챔버(63)와 연통하고, 진각 분배 통로(34)는 진각 유압 챔버(64)와 연통하며, 진각 분배 통로(35)는 진각 유압 챔버(65)와 연통한다.

캠샤프트(2)는 실린더 헤드(도시되지 않음)에 형성된 베어링 부분(41)에 의해 회전 가능하게 지지되는 저널 부분(42)을 갖는다. 저널 부분(42)은 회전축 방향으로의 변위가 제한된다. 지각 메인 오일 통로(38)와 진각 메인 오일 통로(39)는 모두 베어링 부분(41) 내의 통로(도시되지 않음)를 통해서 도입 오일 통로(28) 및 캠샤프트(2) 내의 오일 통과 구멍(2b)과 연통한다.

스위칭 밸브(49)는 오일 팬(oil pan)(45)을 향한 측에 두 개의 포트를 갖는다. 스위칭 밸브(49)의 하나의 포트는 펌핑 오일 통로(47)와 연결되며, 이 펌핑 오일 통로를 통해서 오일 펌프(46)로부터의 가압 오일이 펌핑된다. 스위칭 밸브(49)의 다른 포트는 배출 오일 통로(48)와 연결되며, 이 배출 오일 통로를 통해서 오일이 오일 팬(45)으로 배출된다. 또한, 스위칭 밸브(49)는 밸브 타이밍 조절기(99)를 향한 다른 측에 추가적인 두 개의 포트를 갖는다. 하나의 포트는 지각 메인 오일 통로(38)와 연결되며, 다른 포트는 진각 메인 오일 통로(39)와 연결된다.

스위칭 밸브(49)는 하기의 세 가지 모드(49a 내지 49c) 사이의 작동을 전환할 수 있다.

(A) 지각-피드(retard-feed) 모드(49a): 스위칭 밸브(49)는 펌핑 오일 통로(47)와 지각 메인 오일 통로(38) 사이의 연통을 제공하며, 배출 오일 통로(48)와 진각 메인 오일 통로(39) 사이의 연통을 제공한다.

(B) 정지 모드(49b): 스위칭 밸브(49)가 일체의 연통을 제공하는 것이 방지된다.

(C) 진각-피드 모드(49c): 스위칭 밸브(49)는 펌핑 오일 통로(47)와 진각 메인 오일 통로(39) 사이의 연통을 제공하며, 배출 오일 통로(48)와 지각 메인 오일 통로(38) 사이의 연통을 제공한다.

상기 구성에 의해, 스위칭 밸브(49)의 스위칭 작동은 오일 펌프(46)로부터 가압 오일을 선택적으로 (a) 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 및 유압 챔버(23)로 또는 (b) 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 및 유압 챔버(24)로 공급할 수 있다. 또한, 스위칭 작동은 임의의 챔버로의 공급을 중지시킬 수 있다.

(작동)

다음으로, 밸브 타이밍 조절기(99)의 작동을 설명할 것이다. 본 실시예에서, 진각 방향으로의 작동은 "진각 작동"으로 지칭되고 지각 방향으로의 작동은 "지각 작동"으로 지칭된다.

(1) 도 3에 도시하듯이, 펌프(46)로부터 공급되는 가압 오일이 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 및 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 중 어느 챔버에도 도입되지 않는 엔진 시동시와 같은 초기 상태에서, 베인 로터(9)는 완전 지각 위치에 놓인다.

스토퍼 핀(70)은 스프링(72)의 가압력에 의해 스토퍼 링(74)과 맞춤결합되며, 베인 로터(9)는 스토퍼 핀(70)을 통해서 기어(1)와 결합된다.

(2) 진각 작동에 있어서, 스위칭 밸브(49)가 선택적으로 진각-피드 모드(49c)로 작동될 때, 오일 펌프(46)로부터의 가압 오일은 펌핑 오일 통로(47), 진각 메인 오일 통로(39), 및 도입 오일 통로(37)를 통해서 중심 오일 통로(36) 내로 펌핑된다. 이후, 가압 오일은 중심 오일 통로(36)로부터 진각 분배 통로(33, 34, 35)를 통해서 진각 유압 챔버(63, 64, 65)에 분배된다. 또한, 가압 오일은 연통 구멍(26)을 통해서 유압 챔버(24)에 분배된다.

스토퍼 핀(70)이 스토퍼 핀(70)의 단부 부분에 의해 유압 챔버(24)의 오일 압력을 수용하기 때문에, 스토퍼 핀(70)은 스프링(72)의 가압력에 대항하여 바닥부를 향해서 수용 구멍(71) 내로 더 푸시된다. 따라서, 스토퍼 핀(70)은 스토퍼 링(74)으로부터 결합해제되며 베인 로터(9)는 기어(1)로부터 커플링 해제된다.

베인 로터(9) 또한 각각의 베인 부분(9a, 9b, 9c)의 지각측 표면에 의해 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 내의 오일 압력을 수용하기 때문에, 베인 로터(9)는 진각 방향으로 회전 운동한다. 따라서, 도 4에 도시하듯이, 베인 로터(9)는 완전 진각 위치까지 최대한 회전 운동할 수 있다.

이상과 같이, 캠샤프트(2)의 밸브 타이밍이 진각된다. 또한, 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 내의 가압 오일은 환형 오일 통로(29), 도입 오일 통로(28), 지각 메인 오일 통로(38), 및 배출 오일 통로(48)를 통해서 오일 팬(45)으로 배출된다.

베인 로터(9)가 회전 운동하면, 베인 부분(9a, 9b, 9c)은 각각의 탄성 부분(55)과 접촉하면서 도 5에 도시된 위치로부터 도 6에 도시된 위치로 변위된다. 상기 회전 운동 중에, 진각 유압 챔버(65) 내의 압력은 상대적으로 높게 유지되고 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 내의 압력은 상대적으로 낮게 유지된다.

상기 상태에서, 시일 판(50)의 가압 오일 도입 통로(53)는 베인 부분(9a, 9b, 9c)에 의해 커버되지 않지만, 진각 유압 챔버(63, 64, 65)와 연통한다. 따라서, 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 내의 가압 오일이 도 5 및 도 6에서 점선으로 도시된 화살표로 도시하듯이 각각의 가압 오일 도입 통로(53)를 통해서 가압 챔버(66) 내에 도입된다. 그런데, 압력 챔버(66)의 오일 압력은 탄성 부분(55)의 상기 압력 챔버(66)와 반대되는 측에 배치되는 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 내의 오일 압력보다 높다. 그 결과, 탄성 부분(55)을 가로질러 차등 압력이 발생한다. 따라서, 탄성 부분(55)은 각각의 베인 부분(9a, 9b, 9c)에 대해 강하게 가압된다. 도 5 및 도 6에서, 화살표의 방향은 상기 가압 상태를 나타낸다. 따라서, 진각 유압 챔버(63, 64, 65)와 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 사이에서 효과적인 내부 누설 밀봉 성능을 달성할 수 있다.

(3) 다음으로, 지각 작동에 있어서, 스위칭 밸브(49)가 선택적으로 지각-피드 모드(49a)로 작동될 때, 오일 펌프(46)로부터의 가압 오일은 펌핑 오일 통로(47), 지각 메인 오일 통로(38), 및 도입 오일 통로(28)를 통해서 환형 오일 통로(29)로 펌핑된다. 이후, 가압 오일은 환형 오일 통로(29)로부터 지각 분배 통로(30, 31, 32)를 통해서 지각 유압 챔버(60, 61, 62)에 분배된다. 가압 오일은 또한 연통 구멍(25)을 통해서 유압 챔버(23)에 분배된다.

스토퍼 핀(70)이 스토퍼 핀(70)의 압력 수용 홈의 전방측 표면에서 유압 챔버(23) 내의 오일 압력을 수용하기 때문에, 스토퍼 핀(70)은 스프링(72)의 가압력에 대항하여 그 바닥부를 향해서 수용 구멍(71) 내로 더 푸시된다. 그 결과, 스토퍼 핀(70)은 스토퍼 링(74)으로부터 완전히 결합해제된 상태로 유지된다. 즉, 베인 로터(9)는 기어(1)로부터 분리된 상태로 유지된다.

지각 유압 챔버(60, 61, 62) 내의 오일 압력 또한 베인 부분(9a, 9b, 9c)의 진각측 표면에 인가되기 때문에, 베인 로터(9)는 기어(1)에 대해 지각 방향으로 회전 운동한다. 따라서, 베인 로터(9)는 도 3에 도시하듯이 완전 지각 위치까지 최대한 회전 운동할 수 있다.

그 결과, 캠샤프트(2)의 밸브 타이밍이 지각된다. 또한, 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 내의 가압 오일이 중심 오일 통로(36), 도입 오일 통로(37), 진각 메인 오일 통로(39), 및 배출 오일 통로(48)를 통해서 오일 팬(45)으로 배출된다.

상기 상태에서, 진각 유압 챔버(63, 64, 65)로부터 도입된 가압 오일은 압력 챔버(66) 내에 남아있다. 그 결과, 진각 작동과 마찬가지로, 탄성 부분(55)을 가로지르는 차등 압력은 탄성 부분(55)을 베인 부분(9a, 9b, 9c)에 대해 강하게 가압하며, 따라서 내부 누설 밀봉 성능을 효과적으로 달성할 수 있다.

(4) 베인 로터(9)가 진각 방향 또는 지각 방향으로 회전 운동하는 동안 스위칭 밸브(49)가 선택적으로 정지 모드(49b)로 변환될 때, 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 및 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 내의 가압 오일은 공급 및 배출되는 것이 방지되며, 또한 베인 로터(9)는 중간 위치에 유지된다. 따라서, 바람직한 밸브 타이밍을 얻을 수 있다.

작동 상태 (1) 내지 (4)를 통해서, 시일 판(50)의 탄성 부분(55)은 탄성력에 의해 베인 부분(9a, 9b, 9c)의 대응 단부면의 넓은 영역과 접촉한다. 또한, 탄성 부분(55)을 베인 부분(9a, 9b, 9c) 쪽으로 압박하기 위해 압력 챔버(66)와 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 사이의 차등 압력이 사용된다. 따라서, 진각 유압 챔버(63, 64, 65)와 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 사이에서 내부 누설 밀봉 성능을 효과적으로 달성할 수 있다. 그 결과, 오일 펌프의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 베인 로터(9)의 상대 회전 위상을 매우 정확히 제어할 수 있기 때문에, 바람직한 밸브 타이밍을 매우 정확히 얻을 수 있다.

또한, 탄성력의 부하가 시일 판(50)의 특정 국소 영역에만 집중되지 않기 때문에, 시일 판(50)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시예)

제1 실시예에서, 초기 상태는 완전 지각 위치에 해당되고, 완전 작동 상태는 완전 진각 위치에 해당된다. 또한, 시일 판(50)의 각각의 가압 오일 도입 통로(53)는 진각 유압 챔버(63, 64, 65)와 압력 챔버(66) 사이의 연통을 제공한다. 상기 상태는 흡기 밸브(90)의 밸브 타이밍 조절기(99)를 위해 채용된다.

대조적으로, 제2 실시예의 밸브 타이밍 조절기는 배기 밸브(93) 용으로 채용되며, 배기 밸브(93)를 크랭크샤프트(97) 및 기어(91)와 소정의 위상 차이로 개폐한다. 그 결과, 제1 실시예와 반대되는 위상 제어가 실행된다. 따라서, 제2 실시예에서, 초기 상태는 완전 진각 위치에 해당되고, 완전 작동 상태는 완전 지각 위치에 해당된다. 또한, 시일 판의 가압 오일 도입 통로는 각각의 지각 유압 챔버와 각각의 압력 챔버 사이의 연통을 제공한다.

(기타 실시예)

이상의 실시예들에서, 슈 부분(3a, 3b, 3c)과 베인 부분(9a, 9b, 9c)은 세 군데의 위치에 제공된다. 그러나, 슈 부분과 베인 부분은 대안적으로 두 군데, 네 군데 또는 그 이상의 위치에 제공될 수도 있다.

기어(1)는 크랭크샤프트(97)로부터의 구동력을 체인(95)을 통해서 전달하는 스프로켓 기어에 제한되지 않는다. 대안적으로, 기어(1)는 구동력을 벨트를 통해서 전달하는 풀리일 수도 있다.

또한, 베인 로터(9)와 동기적으로 회전할 수 있는 회전 샤프트는 내연기관(96)의 캠샤프트(2, 92)(종동 샤프트)에 제한되지 않는다. 대안적으로, 상기 회전 샤프트는 구동 샤프트로서 작용하는 크랭크샤프트(97)일 수도 있다.

본 발명은 이상의 실시예들에 제한되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 실시예에 채용될 수 있다.

당업자에게는 추가적인 장점 및 수정이 쉽게 이루어질 것이다. 따라서, 광의에서의 본 발명은 명세서에 도시 및 기재된 특정한 상세, 대표적인 장치, 및 예시적인 예에 제한되지 않는다.

1: 기어
2, 92: 캠샤프트
3: 슈 하우징
8: 판 스프링
9: 베인 로터
9a-9c: 베인 부분
50: 시일 판
53: 가압 오일 도입 통로
55: 탄성 부분
56: 상면 부분
58: 경사 부분
59: 베이스 부분
60, 61, 62: 지각 유압 챔버
63, 64, 65: 진각 유압 챔버
66: 압력 챔버
70: 스토퍼 핀
72: 스프링
74: 스토퍼 링
90: 흡기 밸브
93: 배기 밸브
97: 크랭크샤프트

Claims

구동 샤프트(97)로부터 종동 샤프트(2, 92)로 구동력을 전달하는 구동력 전달 시스템에 장착되는 밸브 타이밍 조절기이며,
상기 밸브 타이밍 조절기는,
구동 샤프트(97) 및 종동 샤프트(2, 92) 중 하나와 동기적으로 회전 가능한 하우징 부재와,
구동 샤프트(97) 및 종동 샤프트(2, 92) 중 다른 하나이며, 흡기 밸브(90) 및 배기 밸브(93) 중 적어도 하나를 개폐하는 캠샤프트(2, 92)와 동기적으로 회전 가능한 베인 로터(9)를 포함하고,
상기 베인 로터(9)는 다수의 베인 부분(9a 내지 9c)을 구비하며, 각각의 베인 부분은 소정의 각도 범위 내에서 하우징 부재에 대해 회전 가능하게 움직일 수 있고,
상기 다수의 베인 부분(9a 내지 9c)의 각각은 다수의 베인 부분(9a 내지 9c) 각각의 하나의 회전측에 진각 유압 챔버(63, 64, 65)를 형성하며,
상기 다수의 베인 부분(9a 내지 9c)의 각각은 다수의 베인 부분(9a 내지 9c) 각각의 다른 회전측에 지각 유압 챔버(60, 61, 62)를 형성하고,
상기 하우징 부재는,
그 내부에 베인 로터(9)를 수용하는 제1 하우징 세그먼트(3), 및
상기 제1 하우징 세그먼트(3)의 개구와 대면하며 베인 로터(9)의 단부면을 커버하는 제2 하우징 세그먼트(1)를 구비하고,
상기 밸브 타이밍 조절기는,
상기 베인 로터(9)의 단부면과 상기 제2 하우징 세그먼트(1) 사이에 제공되는 시일 판(50)을 더 포함하며,
상기 시일 판(50)은 상기 제1 하우징 세그먼트(3)와 제2 하우징 세그먼트(1)에 의해 그 사이에 유지되고,
상기 시일 판(50)은,
상기 제1 하우징 세그먼트(3)와 상기 제2 하우징 세그먼트(1)에 의해 그 사이에 유지되는 베이스 부분(59), 및
상기 소정의 각도 범위에 대응하는 범위 내에서 상기 베인 로터(9)의 단부면과 압접하는 탄성 부분(55)을 구비하며,
상기 탄성 부분(55), 상기 제2 하우징 세그먼트(1)의 단부면, 및 상기 캠샤프트(2, 92)의 외주면은 그 사이에 압력 챔버(66)를 형성하고,
상기 탄성 부분(55)은 상기 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 및 상기 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 중 단 하나와 상기 압력 챔버(66) 사이를 연통시키는 가압 오일 도입 통로(53)를 갖는 밸브 타이밍 조절기.
제1항에 있어서, 상기 압력 챔버(66)는 상기 탄성 부분(55), 상기 제2 하우징 세그먼트(1)의 단부면, 및 상기 캠샤프트(2, 92)의 외주면에 의해 폐쇄되며,
상기 압력 챔버(66)는 상기 가압 오일 도입 통로(53)를 통해서만 외부와 연통하는 밸브 타이밍 조절기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시일 판(50)의 탄성 부분(55)은 상기 베이스 부분(59)으로부터 상기 베인 로터(9)의 단부면을 향해서 돌출하며,
상기 탄성 부분(55)은,
상기 베인 로터(9)의 단부면과 압접하고, 평탄면을 가지며, 상기 베이스 부분(59)으로부터 캠샤프트(2, 92)의 종방향으로 변위되는 상면 부분(56), 및
상기 베이스 부분(59)을 상기 상면 부분(56)과 연결하고, 상면 부분(56) 및 베이스 부분(59)에 대해 경사지는 경사 부분(58)을 갖는 밸브 타이밍 조절기.
제3항에 있어서, 상기 경사 부분(58)은 가압 오일 도입 통로(53)를 갖는 밸브 타이밍 조절기.
제1항에 있어서, 상기 흡기 밸브(90) 및 배기 밸브(93) 중 적어도 하나는 흡기 밸브(90)이며,
상기 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 및 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 중 단 하나는 진각 유압 챔버(63, 64, 65)인 밸브 타이밍 조절기.
제1항에 있어서, 상기 흡기 밸브(90) 및 배기 밸브(93) 중 적어도 하나는 배기 밸브(93)이며,
상기 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 및 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 중 단 하나는 지각 유압 챔버(60, 61, 62)인 밸브 타이밍 조절기.
흡기 밸브(90) 및 배기 밸브(93) 중 적어도 하나를 개폐하기 위해 구동 샤프트(97)로부터 종동 샤프트(2, 92)로 구동력을 전달하는 구동력 전달 시스템에 장착되는 밸브 타이밍 조절기이며,
상기 밸브 타이밍 조절기는,
구동 샤프트(97) 및 종동 샤프트(2, 92) 중 하나와 동기적으로 회전 가능한 하우징 부재로서,
바닥 부분을 구비한 튜브 형상을 갖는 제1 하우징 세그먼트(3) 및
상기 제1 하우징 세그먼트(3)의 개구와 대면하는 제2 하우징 세그먼트(1)를 구비하는 하우징 부재,
상기 제1 하우징 세그먼트(3)와의 사이에 내부 공간이 형성되도록 제1 하우징 세그먼트(3) 내에 수용되는 베인 로터(9)로서,
상기 구동 샤프트(97) 및 종동 샤프트(2, 92) 중 다른 하나와 동기적으로 소정의 각도 범위 내에서 상기 하우징 부재에 대해 회전 가능하고,
상기 내부 공간을 베인 로터(9)의 회전 방향으로 전후로 배치되는 진각 유압 챔버(63, 64, 65)와 지각 유압 챔버(60, 61, 62)로 분할하는 베인 부분(9a 내지 9c)을 구비하는 베인 로터(9), 및
상기 베인 로터(9)의 축방향으로 상기 베인 로터(9)와 상기 제2 하우징 세그먼트(1) 사이에 제공되는 시일 판(50)으로서,
상기 제1 하우징 세그먼트(3)와 상기 제2 하우징 세그먼트(1)에 의해 그 사이에 유지되는 베이스 부분(59) 및
상기 소정의 각도 범위 내에 위치하는 상기 베인 로터(9)의 베인 부분(9a 내지 9c)의 축방향 단부면과 압접하는 탄성 부분(55)을 구비하는 시일 판(50)을 포함하며,
상기 탄성 부분(55), 상기 제2 하우징 세그먼트(1)의 단부면, 및 상기 구동 샤프트(97)와 상기 종동 샤프트(2, 92) 중 다른 하나의 외주면은 그 사이에 압력 챔버(66)를 형성하고,
상기 탄성 부분(55)은 상기 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 및 상기 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 중 단 하나와 상기 압력 챔버(66) 사이를 연통시키는 가압 오일 도입 통로(53)를 가지며,
상기 베이스 부분(59)은 상기 시일 판(50)을 상기 제1 및 제2 하우징 세그먼트(1, 3)에 대해 위치설정하는 위치설정 구멍(54a, 54b)을 갖는 밸브 타이밍 조절기.
제7항에 있어서, 상기 압력 챔버(66)는 이 압력 챔버(66)가 상기 가압 오일 도입 통로(53)를 통해서만 외부와 연통되도록 타이트하게 형성되는 밸브 타이밍 조절기.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 시일 판(50)의 탄성 부분(55)은 상기 베이스 부분(59)으로부터 상기 베인 부분(9a 내지 9c)의 축방향 단부면을 향해서 돌출하며,
상기 탄성 부분(55)은,
상기 베인 부분(9a 내지 9c)의 축방향 단부면과 압접하는 상면 부분(56)으로서, 상기 베인 로터의 축방향과 대체로 수직한 평탄면을 가지며, 상기 베이스 부분(59)으로부터 축방향으로 변위되는 상면 부분(56), 및
상기 베이스 부분(59)을 상기 상면 부분(56)과 연결하고, 상면 부분(56) 및 베이스 부분(59)에 대해 경사지는 경사 부분(58)을 갖는 밸브 타이밍 조절기.
제9항에 있어서, 상기 경사 부분(58)은 가압 오일 도입 통로(53)를 갖는 밸브 타이밍 조절기.
제7항에 있어서, 상기 흡기 밸브(90) 및 배기 밸브(93) 중 적어도 하나는 흡기 밸브(90)이며,
상기 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 및 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 중 단 하나는 진각 유압 챔버(63, 64, 65)인 밸브 타이밍 조절기.
제7항에 있어서, 상기 흡기 밸브(90) 및 배기 밸브(93) 중 적어도 하나는 배기 밸브(93)이며,
상기 진각 유압 챔버(63, 64, 65) 및 지각 유압 챔버(60, 61, 62) 중 단 하나는 지각 유압 챔버(60, 61, 62)인 밸브 타이밍 조절기.