KR20120068868A - 내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간 가변 조정 장치 - Google Patents

내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간 가변 조정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압식 위상 조정 장치(12)와 하나 이상의 볼륨 어큐뮬레이터(31)를 포함하여 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9, 10)의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치(11)에 관한 것이며, 위상 조정 장치(12)는 크랭크 샤프트(2) 및 캠 샤프트(6, 7)와 구동 연결될 수 있고 하나 이상의 진각 조정 챔버(24)와 하나 이상의 지각 조정 챔버(25)를 포함하고, 압력 매체 라인들(26a, b, p, v)을 통해서는 압력 매체가 상기 조정 챔버들로 공급되거나, 또는 상기 조정 챔버들로부터 배출될 수 있고, 진각 조정 챔버(24)로 압력 매체를 공급함과 동시에 지각 조정 챔버(25)로부터 압력 매체를 배출함으로써 캠 샤프트(6, 7)의 위상 위치가 크랭크 샤프트(2)에 상대적으로 진각 제어 시간의 방향으로 조정될 수 있고, 지각 조정 챔버(25)로 압력 매체를 공급함과 동시에 진각 조정 챔버(24)로부터 압력 매체를 배출함으로써 캠 샤프트(6, 7)의 위상 위치가 크랭크 샤프트(2)에 상대적으로 지각 제어 시간의 방향으로 조정되며, 압력 매체는 내연기관(1)의 작동 중에 볼륨 어큐뮬레이터(들)(31)로 공급될 수 있다.

Description

내연기관의 가스 교환 밸브의 제어 시간 가변 조정 장치{DEVICE FOR VARIABLY ADJUSTING THE CONTROL TIMES OF GAS EXCHANGE VALVES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 유압식 위상 조정 장치와 하나 이상의 볼륨 어큐뮬레이터를 포함하는, 내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치에 관한 것이며, 위상 조정 장치는 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트와 구동 연결될 수 있고 하나 이상의 진각 조정 챔버와 하나 이상의 지각 조정 챔버를 포함하며, 압력 매체 라인들을 통해서 압력 매체가 상기 조정 챔버들로 공급되거나, 상기 조정 챔버들로부터 배출될 수 있고, 진각 조정 챔버로 압력 매체를 공급함과 동시에 지각 조정 챔버로부터 압력 매체를 배출함으로써 캠 샤프트의 위상 위치가 크랭크 샤프트에 상대적으로 진각 제어 시간의 방향으로 조정될 수 있고, 지각 조정 챔버로 압력 매체를 공급함과 동시에 진각 조정 챔버로부터 압력 매체를 배출함으로써 캠 샤프트의 위상 위치가 크랭크 샤프트에 상대적으로 지각 제어 시간의 방향으로 조정될 수 있으며, 압력 매체는 내연기관의 작동 동안 볼륨 어큐뮬레이터(들)로 공급될 수 있다.
최근의 내연기관에서는, 최대 진각 위치와 최대 지각 위치 사이의 소정의 각도 범위에서 크랭크 샤프트에 상대적으로 캠 샤프트의 위상 위치를 가변 방식으로 구성할 수 있도록 하기 위해, 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치들이 이용된다. 이를 위해 가변 조정 장치의 유압식 위상 조정 장치가 구동 라인(drive line) 내에 통합되며, 구동 라인을 통해서는 토크가 크랭크 샤프트로부터 캠 샤프트로 전달된다. 상기 구동 라인은 예컨대 벨트 구동 장치, 체인 구동 장치 또는 기어 구동 장치로서 실현될 수 있다. 상기 유형의 가변 조정 장치의 실질적인 특성 인자(characteristic factor)는 위상 조정 속도와 압력 매체의 요구량이다. 다양한 주행 상태에 부합하게 위상 위치를 최적의 조건으로 조정할 수 있도록 하기 위해, 높은 위상 조정 속도가 바람직할 수 있다. 또한, 연비 절감 조치의 범주에서, 내연기관의 유압 펌프를 더욱 소형으로 구성할 수 있게 하거나, 제어되는 유압 펌프의 이용 시에 송출량을 줄일 수 있도록 하기 위해, 압력 매체 수요량을 더 낮추는 점이 요구된다.
상기 유형의 장치는 예컨대 EP 0 806 550 A1호로부터 공지되었다. 상기 장치는, 크랭크 샤프트와 구동 연결되는 구동 부재와, 캠 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결되는 피동 부재를 구비한 베인 타입(vane-type) 구조의 위상 조정 장치를 포함한다. 위상 조정 장치의 내부에는 복수의 압력 공간부(pressure space)가 형성되고, 압력 공간부들 각각은 베인에 의해 서로 반작용하는 2개의 압력 챔버로 분리된다. 압력 챔버들로 압력 매체를 공급하거나 그 압력 챔버들로부터 압력 매체를 배출하는 것을 통해 베인들이 압력 공간부들 내부에서 변위됨으로써 피동 부재와 구동 부재 사이의 위상 위치가 변하게 된다. 여기서 위상 조정을 위해 필요한 압력 매체는 내연기관의 유압 펌프에 의해 공급되고 제어 밸브에 의해 선택적으로 진각 또는 지각 조정 챔버들로 안내된다. 위상 조정 장치로부터 유출되는 압력 매체는 압력 매체 저장부, 즉 내연기관의 오일 팬 내로 안내된다. 따라서 위상 조정은 내연기관의 유압 펌프로부터 공급되는 시스템 압력에 의해 이루어진다.
또 다른 장치의 예가 US 5,107,804 A호로부터 공지되었다. 상기 미국 공보의 실시예에서도 위상 조정 장치는 마찬가지로 베인 타입 구조로 형성되고 복수의 진각 및 지각 조정 챔버가 각각 제공된다. EP 0 806 550 A1과는 다르게 위상 조정은 유압 펌프에 의해 압력 챔버들에 대한 압력 매체 공급에 의해 이루어지는 것이 아니라, 캠 샤프트에 작용하는 교번 토크가 활용된다. 교번 토크는 각각의 밸브 스프링으로 예압된 가스 교환 밸브들 상에서의 캠들의 롤링(rolling) 운동을 통해 야기된다. 이때, 캠 샤프트의 회전 운동은 가스 교환 밸브들의 개방 동안 제동되고 폐쇄 동안에는 가속된다. 상기 교번 토크가 위상 조정 장치로 전달됨으로써, 지각 및 진각 정지부의 방향으로 베인들에 주기적으로 힘이 가해진다. 그럼으로써 진각 조정 챔버들과 지각 조정 챔버들 내에서 교호적으로 압력 피크가 발생한다. 만일 위상 위치가 일정하게 유지되어야 한다면, 압력 챔버들로부터 압력 매체의 유출이 방지된다. 위상 조정이 진각 제어 시간의 방향으로 이루어지는 경우에, 진각 조정 챔버들에서 압력 피크가 발생하는 시점이라도, 진각 조정 챔버들로부터 압력 매체의 유출은 방지된다. 교번 토크로 인해 지각 조정 챔버들에서 압력이 상승한다면, 상기 압력은 발생한 압력 피크의 압력 상태에서 지각 조정 챔버들로부터 진각 조정 챔버들 내로 압력 매체를 안내하기 위해 이용된다. 이와 유사하게 지각 제어 시간 방향의 위상 조정도 이루어진다. 이에 추가로 압력 챔버들은 유압 펌프와 연결되지만, 이는 위상 조정 장치로부터의 누출을 보상하기 위해서만 이루어진다. 따라서 위상 조정은 발생한 압력 피크의 압력 상태에서 비워질 압력 챔버들로부터 채워질 압력 챔버들 내로 압력 매체를 편향시키는 것을 통해 이루어진다.
또 다른 장치가 US 2009/0133652 A1호로부터 공지되었다. 상기 미국 공보의 실시예에서 위상 조정은, 교번 토크가 낮은 조건에서, EP 0 806 550 A1호로부터 공지된 장치와 유사하게, 유압 펌프를 통해 진각 조정 챔버들 또는 지각 조정 챔버들에 압력을 공급함과 동시에 다른 편의 압력 챔버들로부터는 압력 매체를 내연기관의 오일 팬으로 배출함으로써 이루어진다. 교번 토크가 높은 조건에서는, US 5,107,804 A호로부터 공지된 장치와 유사하게, 고압 하에서 진각 조정 챔버들(지각 조정 챔버들)로부터 지각 조정 챔버들(진각 조정 챔버들) 내로 압력 매체를 안내하기 위해 상기 교번 토크가 이용된다. 이와 동시에 압력 챔버들로부터 배출된 압력 매체는, 압력 챔버들에 대한 압력 매체의 공급 또는 배출을 제어하는 제어 밸브로 공급된다. 상기 압력 매체는 제어 밸브 내부의 체크 밸브들을 통해서 유압 펌프와 연결되어 있는 공급 포트에 도달하며, 압력 매체의 일부분은 내연기관의 압력 매체 저장부 내로 배출된다.
본 발명의 목적은, 내연기관의 가스 교환 밸브들의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치에 있어서, 장치의 위상 조정 속도가 상승하게끔 하는 상기 가변 조정 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 추가로 2개 이상의 압력 매체 채널이 제공되고, 제1 압력 매체 채널은 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터들 중 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통하고 타측에서는 진각 조정 챔버와 연통되고, 제2 압력 매체 채널은 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터들 중 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통하고 타측에서는 지각 조정 챔버와 연통되며, 압력 매체 채널들 각각에는 각각의 압력 챔버로부터 볼륨 어큐뮬레이터로 향하는 압력 매체 흐름을 방지하면서 그 반대되는 압력 매체 흐름은 허용할 수 있는 체크 밸브가 장착되는 것을 통해 달성된다.
본원의 장치는 유압식 위상 조정 장치를 포함하며, 유압식 위상 조정 장치는 서로 반작용하는 2개 이상의 압력 챔버, 즉 하나 이상의 진각 조정 챔버 및 하나 이상의 지각 조정 챔버를 포함한다. 이와 관련하여 본 발명은 모든 유형의 유압식 위상 조정 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 EP 0 806 550 A1에 개시된 것과 같은 베인 타입 구조의 장치에 적용될 수 있고, 예컨대 DE 42 18 078 C1에 개시된 것과 같은 액시얼 피스톤 조정기로서, 또는 예컨대 US 4,903,650 A에 개시된 것과 같은 피봇 레버 조정기(pivot lever adjuster)로서 적용될 수도 있다.
위상 조정 장치는 하나 이상의 구동 부재와 피동 부재를 포함하고, 구동 부재는 예컨대 체인 구동 장치, 벨트 구동 장치, 또는 기어 구동 장치를 통해 내연기관의 크랭크 샤프트와 구동 연결된다. 피동 부재는 캠 샤프트와 구동 연결된다. 이는 예컨대 마찬가지로 체인 구동 장치, 벨트 구동 장치, 또는 기어 구동 장치에 의해, 또는 캠 샤프트와 피동 부재 사이의 회전 고정식 연결부에 의해 구현될 수 있다.
압력 매체 라인에 의해서는 압력 챔버들로 압력 매체가 공급되거나, 그 압력 챔버들로부터 배출된다. 압력 매체는 예컨대 내연기관의 유압 펌프에 의해 공급될 수 있고, 압력 챔버들로부터 배출되는 압력 매체는 압력 매체 저장부, 예컨대 내연기관의 오일 팬 내로 안내될 수 있다. 따라서 본원 장치의 위상 위치는 교번 토크가 낮을 시에도 가변 조정될 수 있다.
그 외에도 본원의 장치는 압력 매체를 수용하기 위한 하나 이상의 볼륨 어큐뮬레이터를 포함한다. 압력 매체는 무압 상태에서, 또는 압력이 가해지는 상태에서 볼륨 어큐뮬레이터(들) 내에 저장될 수 있다. 압력 매체는 내연기관의 작동 중에 어큐뮬레이터(들)로 공급된다.
유압 펌프 및 압력 매체 저장부와 압력 챔버들을 연결하는 압력 매체 라인들에 추가로, 압력 챔버들과 볼륨 어큐뮬레이터(들)를 연결하는 2개 이상의 압력 매체 채널이 제공된다. 이 경우 각각의 압력 매체 채널의 일측 단부는 볼륨 어큐뮬레이터들 중 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통하고, 제1 압력 매체 채널의 타측 단부는 진각 조정 챔버(들)와 연통되며, 제2 압력 매체 채널의 타측 단부는 지각 조정 챔버(들)와 연통된다. 그와 동시에 제1 압력 매체 채널은 진각 조정 챔버(들)와만 연통되고 지각 조정 챔버들과는 연통되지 않는다. 이와 유사하게 제2 압력 매체 채널은 지각 조정 챔버(들)와만 연통되고 진각 조정 챔버들과는 연통되지 않는다.
예를 들면 압력 매체 채널들을 통해 모든 압력 챔버와 연결되는 볼륨 어큐뮬레이터를 하나만 포함하는 실시예들을 생각해볼 수 있다. 마찬가지로 복수의 볼륨 어큐뮬레이터가 제공되어 있는 실시예들도 생각해볼 수 있다. 이 경우 예컨대 볼륨 어큐뮬레이터의 일측 부분은 진각 조정 챔버들과만 연통될 수 있고, 그에 반해 볼륨 어큐뮬레이터의 타측 부분은 지각 조정 챔버들과만 연통된다. 마찬가지로 각각의 볼륨 어큐뮬레이터와는 2개의 압력 챔버, 예컨대 진각 조정 챔버 및 지각 조정 챔버가 연계되고, 각각의 볼륨 어큐뮬레이터는 압력 매체 채널들을 통해 상기 압력 챔버들과 연통되는 점도 생각해볼 수 있다.
2개의 압력 매체 채널이 제공되고 제1/제2 압력 매체 채널이 모든 진각/지각 조정 챔버와 연통되는 실시예들 외에도, 복수의 압력 매체 채널, 예컨대 압력 챔버당 하나의 압력 매체 채널이 제공될 수도 있다. 대체되는 실시예에 따라, 제1 (진각) 지각 조정 챔버는 압력 매체 채널을 통해 볼륨 어큐뮬레이터와 연통되고 다른 (진각) 지각 조정 챔버들에는 압력 매체가 볼륨 어큐뮬레이터로부터 제1 (진각) 지각 조정 챔버를 통해 공급될 수도 있다.
압력 매체 채널들 각각에는 체크 밸브가 장착되고, 체크 밸브들 각각은 연계된 압력 챔버로부터 볼륨 어큐뮬레이터로 향하는 압력 매체 흐름을 억제하면서, 흐름 방향으로 체크 밸브의 상부 및 하부 사이의 압력 차이가 적합한 경우에 볼륨 어큐뮬레이터로부터 연계된 압력 챔버로 향하는 압력 매체 흐름은 허용한다. 체크 밸브들은 예컨대 압력 매체 채널의 내부에 배치되고 예컨대 볼 또는 플레이트 체크 밸브로서 형성될 수 있다. 마찬가지로 스프링 플레이트가 연계된 압력 매체 채널의 유입구 영역과 체크 밸브의 유형으로 상호 작용하는 실시예들도 생각해볼 수 있다. 볼륨 어큐뮬레이터는 하나 이상의 압력 매체 라인을 통해 내연기관의 압력 매체 저장부와 연통되거나 연결될 수 있다.
크랭크 샤프트에 상대적인 캠 샤프트의 위상 위치는 본원의 장치에 의해 한편으로 내연기관의 유압 펌프에 의해 공급되는 시스템 압력에 의해 변경되거나 고정 유지될 수 있다. 다른 한편으로 위상 조정을 야기하기 위해 캠 샤프트에 작용하는 교번 토크가 활용될 수 있다. 이 경우 조정 방향의 반대 방향으로 작용하는 교번 토크의 성분은 차단되고 조정 방향으로 작용하는 성분은 위상 조정 속도를 높이기 위해 활용된다. 위상 조정을 위해 이용되어야 하는 교번 토크 성분의 값은 캠 샤프트의 회전 각도 위치에 따라 연속해서 0부터 최댓값까지 상승했다가 다시 0으로 감소한다. 그와 동시에 피동 부재는 구동 부재에 상대적으로 설정 위상 위치의 방향으로 회전된다. 그에 따라 한편으로 비워질 압력 챔버들 내에서는 압력이 급속히 상승하며, 그럼으로써 압력 챔버들의 배출은 촉진된다. 다른 한편으로 채워질 압력 챔버들의 압력 매체 요구량이 동일한 정도로 상승한다. 작용 토크가 낮은 경우 채워질 압력 챔버들의 압력 매체 요구량은 유압 펌프에 의해 공급될 수 있다. 이런 경우에 비워질 압력 챔버들로부터 유출되는 압력 매체가 볼륨 어큐뮬레이터(들)를 채울 수 있다. 토크가 상승함에 따라 채워질 압력 챔버들의 압력 매체 요구량도 증가하며, 이런 점으로 인해 유압 펌프로부터 공급되는 체적 유량이, 채워질 압력 챔버들을 완전하게 충전하기에 불충분할 수 있다. 따라서 채워질 압력 챔버들 내에서는 종래의 장치에서 조정 속도에 제동 작용하는 부압이 발생한다. 제공되는 압력 어큐뮬레이터(들) 및 압력 매체 채널들을 통해 본 발명에 따른 장치에서는 상기 위상에서 볼륨 어큐뮬레이터(들) 내에 저장된 압력 매체가 압력 챔버들을 채우기 위해 이용될 수 있다. 압력 챔버들과 볼륨 어큐뮬레이터(들) 사이의 압력 차이에 의해서, 채워질 압력 챔버들로 향하는 압력 매체 채널들 내의 체크 밸브들이 개방되며, 그럼으로써 압력 매체는 상기 압력 챔버들 내로 도달할 수 있게 된다. 볼륨 어큐뮬레이터(들) 내로 공급되고 상기 위상 동안에는 채워질 압력 챔버들로 공급되는 추가의 압력 매체 체적에 의해, 오직 유압 펌프에 의해 공급되는 시스템 압력에 의해서만 작동되는 장치에 비해서, 위상 조정 속도가 대폭 상승될 수 있다.
크랭크 샤프트에 상대적으로 캠 샤프트의 위상 위치를 조정하기 위해 교번 토크가 활용되는 장치에서는, 비워질 압력 챔버들로부터 배출되는 압력 매체가 직접적으로, 그리고 고압 하에서 채워질 압력 챔버들 쪽으로 안내된다. 이 경우 압력 챔버들로부터 배출된 압력 매체 체적의 일부분만이 채워질 압력 챔버들에 도달한다. 나머지 부분은 누출로 인해 소실된다. 또한, 몇몇 실시예에서는, 압력 매체가 제어 밸브 내로 회수되고, 압력 매체의 일부분은 내연기관의 압력 매체 저장부 내로 배출됨에 따라 더 이상 채워질 압력 매체들에 도달하지 못하게 되는 것을 통해서도 손실이 발생한다.
따라서 상기 실시예들에서는 팽창하는 압력 챔버들을 채우기 위한 압력 매체가 충분히 제공되지 않으며, 그럼으로써 상기 압력 챔버들에서는 재차 위상 조정 속도에 부정적으로 작용하는 부압이 발생하게 된다. 제안되는 장치의 볼륨 어큐뮬레이터들을 적합하게 구성할 경우, 상기 손실은 볼륨 어큐뮬레이터(들) 내로 공급되는 압력 매체 체적에 의해 보상되며, 그에 따라 위상 조정 속도는 상승한다. 그 외에도 교번 토크가 높은 경우 압력 매체는 상기 교번 토크에 의해 생성된 높은 압력 상태에서 압력 챔버들 내로 안내되지 않는다. 오히려 채워질 압력 챔버들 내에서 발생하는 부압이 볼륨 어큐뮬레이터(들)로부터 압력 챔버들 내로 압력 매체를 공급하기 위해 활용된다. 따라서 도약식(jumpy) 위상 변화는 발생하지 않으며, 그럼으로써 장치의 제어성이 확보 유지된다.
본 발명의 바람직한 개선 실시예에서 볼륨 어큐뮬레이터는 위상 조정 장치 내부에 배치된다. 그에 따라 저장된 압력 매체는 공간상 압력 챔버들 가까이에 위치한다. 따라서 볼륨 어큐뮬레이터와 압력 챔버들 사이의 압력 매체 손실은 감소되고 장치의 응답 거동은 향상된다.
그와 동시에 볼륨 어큐뮬레이터는 하나 이상의 압력 매체 라인을 통해 압력 매체 저장부와 연결될 수 있고, 볼륨 어큐뮬레이터 내로 향하는 압력 매체 채널들의 유입구 영역은 볼륨 어큐뮬레이터 내로 향하는 압력 매체 라인들의 유입구 영역보다 위상 조정 장치의 회전축에 대해 더 큰 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서 초과량의 압력 매체는 볼륨 어큐뮬레이터로부터 내연기관의 압력 매체 저장부 쪽으로 배출될 수 있는 점이 보장된다. 그럼에도 볼륨 어큐뮬레이터(들) 내로 향하는 압력 매체 채널들의 유입구 영역들에서는, 위상 조정 장치가 자체의 회전축을 중심으로 회전하기 때문에, 원심력을 바탕으로, 압력 챔버들에 추가 공급을 위한 압력 매체가 존재하는 점이 보장된다.
볼륨 어큐뮬레이터(들)가 압력 매체 저장부와 연통되거나 연결되어 있는 경우, 압력 매체 저장부와 볼륨 어큐뮬레이터를 연결하는 압력 매체 라인(들)에는, 압력 매체 저장부로부터 볼륨 어큐뮬레이터로 향하는 압력 매체 흐름을 억제하면서 그 반대되는 압력 매체 흐름은 허용할 수 있는 체크 밸브가 장착될 수 있다. 만일 상기 체크 밸브의 이용이 배제되면, 볼륨 어큐뮬레이터들 내에는 압력 매체 저장부의 압력, 대개는 대기압이 존재한다. 체크 밸브에 의해서는 저장된 압력 매체의 압력 레벨이 상승할 수 있으며, 그럼으로써 교번 토크가 낮은 시점에 이미 볼륨 어큐뮬레이터(들)에 의한 위상 조정의 지원이 개시된다.
볼륨 어큐뮬레이터(들)에는 압력 매체가 유압 펌프로부터 직접 공급될 수 있다. 이런 경우에 예컨대 압력 매체 라인은 엔진 오일 통로로부터 직접 분기되어 압력 챔버들을 우회하는 조건에서 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통할 수 있다. 예컨대 압력 매체는 압력 챔버들로 공급되고 압력 챔버들로부터 유출되는 압력 매체 흐름을 제어하는 제어 밸브를 통해 볼륨 어큐뮬레이터(들)에 도달할 수 있다. 따라서 볼륨 어큐뮬레이터에는 언제나 압력 매체가 충분하게 공급되는 점이 보장된다. 대체되는 실시예에서 볼륨 어큐뮬레이터에는 압력 챔버들로부터 유출되는 압력 매체가 공급될 수 있다. 매번 위상 조정이 이루어질 때마다, 일측 그룹의 압력 챔버들은 타측 압력 챔버들을 작아지게 하면서 팽창한다. 타측 압력 챔버들로부터 유출되는 압력 매체는 볼륨 어큐뮬레이터(들)로 공급되어 재사용될 수 있으며, 그럼으로써 유압 펌프의 송출 흐름이 감소될 수 있다. 압력 챔버들로부터 배출되는 압력 매체는, 예컨대 압력 챔버들로부터 배출되고 그 압력 챔버들로 공급되는 압력 매체 흐름을 제어하는 제어 밸브를 통해 볼륨 어큐뮬레이터(들)로 안내될 수 있다.
본 발명의 개선 실시예에 따라, 본원의 장치는 제어 밸브를 포함하고, 제어 밸브에 의해서는 유압 펌프로부터 압력 챔버들로 향하는 압력 매체 공급과 압력 챔버들로부터 유출되는 압력 매체 배출이 제어될 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에 따라, 제어 밸브는 공급 포트와, 제1 및 제2 작업 포트와, 하나 이상의 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트를 포함하며, 일측에서 제1 작업 포트와 연통되고 타측에서는 진각 조정 챔버 내로 통하는 제1 압력 매체 라인이 제공되며, 일측에서 제2 작업 포트와 연통되고 타측에서는 지각 조정 챔버 내로 통하는 제2 압력 매체 라인이 제공되며, 일측에서 공급 포트와 연통되고 타측에서는 유압 펌프와 연통되는 제3 압력 매체 라인이 제공되며, 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터 포트와 연통되고 타측에서는 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통하는 하나 이상의 제4 압력 매체 라인이 제공되며, 제어 밸브에 의해서는 공급 포트와 제1 또는 제2 작업 포트 사이의 연결 및 볼륨 어큐뮬레이터 포트와 제2 또는 제1 작업 포트 사이의 연결이 이루어질 수 있다.
대체되는 실시예에 따라, 제어 밸브는 공급 포트와, 제1 및 제2 작업 포트와, 2개의 볼륨 어큐뮬레이터 포트와, 배출 포트를 포함하고, 일측에서 제1 작업 포트와 연통되고 타측에서는 진각 조정 챔버 내로 통하는 제1 압력 매체 라인이 제공되고, 일측에서 제2 작업 포트와 연통되고 타측에서는 지각 조정 챔버 내로 통하는 제2 압력 매체 라인이 제공되며, 일측에서 공급 포트와 연통되고 타측에서는 유압 펌프와 연통되는 제3 압력 매체 라인이 제공되며, 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통하고 타측에서는 볼륨 어큐뮬레이터 포트들 중 각각 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 포트와 연통되는 2개의 제4 압력 매체 라인이 제공되며, 일측에서 배출 포트와 연통되고 타측에서는 압력 매체 저장부와 연통되는 제5 압력 매체 라인이 제공되며, 제어 밸브에 의해서는 공급 포트와 제1 또는 제2 작업 포트 사이의 연결, 볼륨 어큐뮬레이터 포트들 중 일측 볼륨 어큐뮬레이터 포트와 제2 또는 제1 작업 포트 사이의 연결, 그리고 타측 볼륨 어큐뮬레이터 포트와 배출 포트 사이의 연결이 이루어질 수 있다.
따라서 채워질 압력 챔버들로 향하는 압력 매체 흐름과 비워질 압력 챔버들로부터 배출되는 압력 매체 배출 흐름은 비워질 압력 챔버들로부터 볼륨 어큐뮬레이터(들)의 충전을 동시에 제어하는 제어 밸브를 통해 제어된다. 압력 매체 흐름은 제어 밸브 내부의 제어 에지부들을 통해 안내되고 제어 에지부들 사이에 존재하는 횡단면 면적의 구성에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 본원의 장치는, 위상 조정이 유압 펌프에 의해 생성되는 시스템 압력에 의해 이루어지는 모드뿐 아니라 교번 토크가 위상 조정을 위해 이용되는 모드에서도 작동할 수 있다. 이때, 일측 모드로부터 타측 모드로의 전환은, 유압 펌프의 송출량이 채워질 압력 챔버들의 압력 매체 요구량을 더 이상 충당하지 않거나 다시 충당하는 것을 통해 자동으로 이루어진다. 또한, 위상 조정은 배출 제어에 의해 조절될 수 있다. 다시 말해, 조정 속도는 압력 챔버들로부터 배출되는 압력 매체의 양에 의해 결정되며, 채워질 압력 챔버들로 공급되는 압력 매체의 양에 의해서는 결정되지 않는다. 이런 점은 간단한 방식으로, 압력 챔버들로부터 볼륨 어큐뮬레이터(들) 또는 압력 매체 저장부로 향하는 횡단면 면적이 유압 펌프로부터 압력 챔버들로 향하는 횡단면 면적보다 항상 더 작게 구성됨으로써 구현될 수 있다. 그럼으로써 공기가 압력 챔버들 내로 흡입되는 점이 방지된다. 그 외에도 압력 챔버들로 공급되고 압력 챔버들로부터 배출되는 압력 매체 흐름은 제어 밸브의 제어 파라미터에 따라 도약식으로 상승하지 않음으로써 본원 장치의 간단하면서도 안정된 조절이 보장된다.
압력 챔버들과 볼륨 어큐뮬레이터(들)을 연결하는 압력 매체 채널들은 예컨대 대응하는 압력 챔버들 내로 직접 통할 수 있거나, 또는 압력 챔버들과 제어 밸브의 작업 포트들을 연결하는 압력 매체 라인들 내로 통할 수 있다.
본 발명의 추가 특징들은 하기의 구체적인 내용 설명과 본 발명의 실시예들이 단순화되어 도시되어 있는 도면으로부터 제시된다.
도 1은 내연기관을 매우 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예를 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 2의 위상 조정 장치를 화살표 III를 따라 도시한 상면도이다.
도 4는 도 2의 장치를 도시한 개략도이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 Z 부분을 각각 상세하게 도시한 확대도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 도 5 및 도 6과 유사하게 도시한 확대도이다.
도 9는 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예를 도 4와 유사하게 도시한 개략도이다.
도 10 및 도 11은 장치의 제3 실시예를 도 5 및 도 6과 유사하게 도시한 확대도이다.
도 1에는 내연기관(1)이 도시되어 있고, 크랭크 샤프트(2) 상에 안착된 피스톤(3)은 실린더(4) 내부에 도시되어 있다. 도시된 실시예에서 크랭크 샤프트(2)는 각각의 견인식 구동 장치(5)를 통해 흡기 캠 샤프트(6) 및 배기 캠 샤프트(7)와 각각 연결되고, 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9, 10)의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 제1 및 제2 장치(11)는 크랭크 샤프트(2)와 캠 샤프트(6, 7) 사이에 상대 회전이 이루어지도록 할 수 있다. 캠 샤프트들(6, 7)의 캠들(8)은 하나 이상의 흡기 가스 교환 밸브(9)와 하나 이상의 흡기 교환 밸브들(10)을 각각 작동시킨다. 캠 샤프트들(6, 7) 중 하나의 캠 샤프트에만 장치(11)를 장착할 수 있거나, 장치(11)를 구비한 하나의 캠 샤프트(6, 7)만을 제공할 수도 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 장치(11)의 제1 실시예가 종단면도로 도시되어 있다. 도 3에는 시선 방향에 배치된 측면 커버(17)가 제거된 상태에서 상기 장치(11)의 위상 조정 장치(12)가 상면도로 도시되어 있다.
본원의 장치(11)는 위상 조정 장치(12)와 제어 밸브(13)를 포함한다. 위상 조정 장치(12)는 구동 부재(15)와 피동 부재(16)를 포함한다. 구동 부재(15)의 외부면에는 체인 휠(14)이 배치되고, 이 체인 휠에 의해서는 미도시한 체인 구동 장치를 통해 토크가 크랭크 샤프트(2)로부터 구동 부재(15)로 전달될 수 있다. 구동 부재(15)의 축방향 측면 표면(axial side surface)에는 각각 측면 커버(17)가 회전 고정 방식으로 고정된다.
피동 부재(16)는 베인 형태로 형성되며, 실질적으로 원통형으로 형성된 허브 부재(18)를 포함하며, 도시된 실시예에서 허브 부재의 원통형 외부면으로부터 2개의 베인(19)이 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 연장되고 허브 부재(18)와 일체형으로 형성된다. 피동 부재(16)의 중앙 관통 개구부는 중공으로 형성된 캠 샤프트(6, 7)에 의해 관통되고, 피동 부재(16)는 압입 끼워 맞춤에 의해 캠 샤프트(6, 7)와 회전 고정 방식으로 연결된다.
구동 부재(15)의 둘레 벽부(20)로부터 출발하여 4개의 돌출부(21)가 반경 방향으로 안쪽 방향으로 연장된다. 도시한 실시예에서 돌출부들(21)은 둘레 벽부(20)와 일체형으로 형성된다. 구동 부재(15)는 반경 방향으로 안쪽에 위치하는 돌출부들(21)의 둘레 벽부들에 의해서 피동 부재(16)에 상대적으로 회전 가능하게 상기 피동 부재 상에 장착된다.
위상 조정 장치(12)의 내부에서는 원주 방향으로 서로 인접하는 각각 2개의 돌출부(21) 사이에 압력 매체 공간부(22)가 형성된다. 압력 매체 공간부들(22) 각각은, 원주 방향으로 인접한 돌출부들(21)의 경계 벽부이면서 서로 마주보고 위치하며 실질적으로 반경 방향으로 연장되는 상기 경계 벽부들(23)에 의해, 축방향으로는 측면 커버들(17)에 의해, 반경 방향 안쪽을 향해서는 허브 부재(18)에 의해, 그리고 반경 방향 바깥쪽을 향해서는 둘레 벽부(20)에 의해 범위 한정된다. 4개의 압력 매체 공간부(22) 중 2개의 압력 매체 공간부 내로는 각각의 베인(19)이 돌출되며, 베인들(19)은 측면 커버들(17)뿐 아니라 둘레 벽부(20)와도 접촉하는 방식으로 형성된다. 따라서 각각의 베인(19)은 각각의 압력 매체 공간부(22)를 서로 반작용하는 2개의 압력 챔버(24, 25), 즉 진각 조정 챔버(24)와 지각 조정 챔버(25)로 분리한다. 베인(19)에 의해 압력 챔버들(24, 25)로 분리되지 않는 다른 두 압력 매체 공간부(22)는 볼륨 어큐뮬레이터(31)로서 이용된다. 압력 챔버들(24, 25) 각각은 돌출부들(21) 내에 형성된 압력 매체 채널(32a, 32b)을 통해 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 중 하나의 볼륨 어큐뮬레이터와 연통된다. 그와 동시에 각각의 제1 압력 매체 채널(32a)은 진각 조정 챔버(24)와 볼륨 어큐뮬레이터(31)를 연결하고, 각각의 제2 압력 매체 채널(32b)은 지각 조정 챔버(25)와 볼륨 어큐뮬레이터(31)를 연결한다. 각각의 압력 매체 채널(32a, 32b)에는 제1 체크 밸브(33)가 할당되며, 상기 제1 체크 밸브는 각각의 압력 챔버(24, 25)로부터 각각의 볼륨 어큐뮬레이터(31)로 향하는 압력 매체 흐름을 억제하지만, 압력 챔버(24, 25)와 볼륨 어큐뮬레이터(31) 사이에 소정의 압력 차이가 존재하면 곧바로 볼륨 어큐뮬레이터(31)로부터 각각의 압력 챔버(24, 25)로 향하는 압력 매체 흐름을 허용한다. 제1 체크 밸브들(33)은 예컨대 압력 매체 채널들(32a, 32b)의 내부에 배치되고 볼 체크 밸브로서 형성될 수 있다.
피동 부재(16)는 구동 부재(15) 내에 수용되고 소정의 각도 범위 이내에서 상기 구동 부재에 대해 회전 가능하게 장착된다. 각도 범위는 피동 부재(16)의 일측 회전 방향으로 베인들(19)이 연계된 압력 매체 공간부들(22)의 각각의 대응하는 경계 벽부(23)[진각 정지부(23a)]와 접촉하는 것을 통해 제한된다. 이와 유사하게 타측 회전 방향으로 각도 범위는 베인들(19)이 연계된 압력 매체 공간부들(22)의 경계 벽부이면서 지각 정지부(23b)의 역할을 하는 또 다른 상기 경계 벽부들(23)과 접촉하는 것을 통해 제한된다.
진각 조정 챔버들(24)에 압력을 공급함과 동시에 지각 조정 챔버들(25)로부터 압력 매체를 배출함으로써 피동 부재(16)의 위상 위치는 구동 부재(15)에 상대적으로 진각 제어 시간의 방향으로 조정될 수 있다. 이런 경우에 피동 부재(16)는 구동 부재(15)에 대해 화살표(29)로 식별 표시된 본원의 장치(11)의 회전 방향으로 회전된다.
지각 조정 챔버들(25)에 압력을 공급함과 동시에 진각 조정 챔버들(24)로부터 압력 매체를 배출함으로써 피동 부재(16)의 위상 위치는 구동 부재(15)에 상대적으로 지각 제어 시간의 방향으로 조정될 수 있다. 이런 경우에 피동 부재(16)는 구동 부재(15)에 대해 본원의 장치(11)의 회전 방향(29)의 반대 방향으로 회전된다.
두 그룹의 압력 챔버들(24, 25)에 압력을 공급함으로써 위상 위치는 일정하게 고정 유지될 수 있다. 대체되는 실시예에서 위상 위치가 일정한 위상 동안에는 압력 챔버들(24, 25) 중 어느 챔버도 압력 매체를 공급받지 않을 수 있다. 유압 압력 매체로서는 통상적으로 내연기관(1)의 윤활유가 이용된다.
압력 챔버들(24, 25)에 대한 압력 매체 공급 또는 압력 매체 배출은 제어 밸브(13)에 의해 조절되는, 도 4에 도시된 유압 회로를 통해 이루어진다. 제어 밸브(13)는 공급 포트(P)와, 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와, 2개의 작업 포트(A, B)를 포함한다. 유압 회로는 5개의 압력 매체 라인(26a, b, p, v, t)을 포함한다. 제1 압력 매체 라인(26a)은 일측에서 제1 작업 포트(A)와 연통되고 타측에서는 진각 조정 챔버들(24) 내로 통한다. 제2 압력 매체 라인(26b)은 일측에서 제2 작업 포트(B)와 연통되고 타측에서는 지각 조정 챔버들(25) 내로 통한다. 제3 압력 매체 라인(26p)은 공급 포트(P)와 유압 펌프(27)를 연결하며, 제2 체크 밸브(34)는 제어 밸브(13)로부터 유압 펌프(27)로 향하는 압력 매체 흐름을 억제하면서 그 반대되는 압력 매체 흐름은 허용할 수 있다. 제4 압력 매체 라인(26v)은 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연통되고 타측에서는 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내로 통한다. 제5 압력 매체 라인(26t)은 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내로 통하고 타측에서는 압력 매체 저장부(28) 내로, 예컨대 내연기관(1)의 오일 팬 내로 통한다. 이와 동시에 제5 압력 매체 라인은 압력 매체 저장부(28) 내로 직접 통해 있거나(도 4에서 실선), 중간에 제3 체크 밸브(50)(도 4에서 파선)가 연결된 조건에서 상기 압력 매체 저장부 내로 통한다.
제어 밸브(13)는 3개의 제어 위치(S1 - S3)를 취할 수 있다. 제1 제어 위치(S1)에서 공급 포트(P)는 제1 작업 포트(A)와 연결되고 제2 작업 포트(B)는 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결된다. 제2 제어 위치(S2)에서는 일측에서 작업 포트들(A, B) 사이의 연결뿐 아니라 타측에서의 공급 포트(P)와 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1) 사이의 연결도 이루어지지 않는다. 제3 제어 위치(S3)에서는 공급 포트(P)가 제2 작업 포트(B)와 연결되고 제1 작업 포트(A)는 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결된다.
내연기관(1)의 작동 중에 캠 샤프트(6, 7)는 자체의 종축을 중심으로 회전한다. 이때, 각각의 가스 교환 밸브(9, 10)는 캠(8)에 의해 주기적으로 밸브 스프링(30)(도 1)의 힘에 대항하여 열리고 다시 닫힌다. 가스 교환 밸브(9, 10)[상승하는 캠(8)]의 개방 위상 동안 캠 샤프트(6, 7) 상에는 캠(8)의 레버 암과 밸브 스프링(30)의 힘의 벡터 곱에 상응하는 제동 토크가 작용한다. 가스 교환 밸브(9, 10)(하강하는 캠)의 폐쇄 동안에는 캠 샤프트(6, 7) 상에 캠(8)의 레버 암과 밸브 스프링(30)의 힘의 벡터 곱에 상응하는 가속 토크가 작용한다. 따라서 캠 샤프트(6, 7) 상에는 주기적인 교번 토크가 작용한다. 교번 토크에 의해서는 캠(8)이 상승하는 경우 베인들(19)이 위상 조정 장치(12)의 회전 방향(29)의 반대 방향으로 밀착된다. 그럼으로써 진각 조정 챔버들(24) 내의 압력이 상승하고 지각 조정 챔버들(25) 내의 압력은 하강하게 된다. 캠(8)이 하강하는 경우에 베인들(19)은 위상 조정 장치(12)의 회전 방향(29)으로 밀착됨으로써, 진각 조정 챔버들(24) 내의 압력은 하강하고 지각 조정 챔버들(25) 내의 압력은 상승하게 된다.
내연기관(1)의 작동 동안 2가지 상태가 발생할 수 있다. 제1 작동 상태에서는 유압 회로 내부에서 유압 펌프(27)에 의해 생성된 시스템 압력이 압력 챔버들(24, 25) 내에서 캠 샤프트(6, 7)에 작용하는 교번 토크에 의해 생성된 압력을 초과한다. 제2 작동 상태에서는 압력 챔버들(24, 25) 내에서 교번 토크에 의해 생성된 압력 피크가 유압 펌프(27)로부터 공급되는 시스템 압력을 초과한다.
만일 진각 제어 시간의 방향으로의 위상 조정이 요구된다면, 제어 밸브(13)는 제1 제어 위치(S1)를 취한다. 유압 펌프(27)에 의해 공급된 작동 압력이 압력 챔버들(24, 25) 내에서 교번 토크에 의해 생성된 압력 레벨을 초과하는 작동 위상에서, 유압 펌프(27)에 의해 송출된 압력 매체는 제3 압력 매체 라인(26p), 공급 포트(P), 제1 작업 포트(A) 및 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 진각 조정 챔버들(24)에 도달한다. 그럼으로써 각각의 압력 매체 공간부들(22) 내부의 베인들(19)은 위상 조정 장치(12)의 회전 방향(29)으로 변위된다. 그와 동시에 압력 매체는 지각 조정 챔버들(25)로부터 제2 압력 매체 라인(26b), 제2 작업 포트(B), 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1) 및 제4 압력 매체 라인(26v)을 통해 볼륨 어큐뮬레이터(31) 내로 밀려나간다. 그에 따라 진각 조정 챔버들(24)의 체적은 지각 조정 챔버들(25)을 작아지게 하면서 증가하고, 베인들(19)은 위상 조정 장치(12)의 회전 방향(29)으로 변위된다. 그럼으로써 캠 샤프트(6, 7)는 크랭크 샤프트(2)에 상대적으로 진각 제어 시간의 방향으로 회전된다. 볼륨 어큐뮬레이터들(31)은 지각 조정 챔버들(25)로부터 유출된 압력 매체에 의해 채워지며, 초과량의 압력 매체는 제5 압력 매체 라인(26t)을 통해 대기압 또는 제3 체크 밸브(50)에 대항하여 압력 매체 저장부(28) 내로 배출된다. 그에 따라 진각 조정 챔버들(24) 내에서 뿐 아니라 지각 조정 챔버들(25) 내에서도 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에서보다 더 높은 압력 레벨이 존재하며, 그럼으로써 제1 체크 밸브들(33)은 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 압력 챔버들(24, 25) 내로 향하는 압력 매체 흐름을 억제하게 된다.
압력 챔버들(24, 25) 내에서 교번 토크에 의해 생성된 압력 레벨이 유압 펌프(27)로부터 공급된 작동 압력을 초과하는 작동 위상에서는 2가지 경우로, 즉 지지하면서 조정 방향으로 작용하는 토크와 조정 방향의 반대 방향으로 작용하는 토크로 구분된다.
지원 토크의 경우 캠 샤프트(6, 7)는 가속되고 그에 따라 베인들(19)은 진각 정지부(23a)의 방향으로 변위된다. 그 결과 진각 조정 챔버들(24) 내에서 압력이 감소하고 지각 조정 챔버들(25) 내에서는 압력이 상승한다. 그에 따라 지각 조정 챔버들(25) 내에는 진각 조정 챔버들(24)에서보다 더 높은 압력이 존재하며, 진각 조정 챔버들(24) 내의 압력은 대기압 미만으로 떨어질 수 있다. 그에 따라 압력 매체는 지각 조정 챔버들(25)로부터 제2 압력 매체 라인(26b), 제2 작업 포트(B), 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1) 및 제4 압력 매체 라인(26v)을 통해 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로 공급된다. 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에는 압력 매체 저장부(28) 내로 통하는 제5 압력 매체 라인(26t)을 바탕으로 대기압이 존재하거나, 또는 제3 체크 밸브(50)가 제5 압력 매체 라인(26t) 내에 제공되는 실시예에서는 제3 체크 밸브(50)에 의해 정의되는 더욱 높은 압력 레벨이 존재하지만, 이 압력 레벨은 지각 조정 챔버들(25) 내부의 압력 레벨보다는 더 낮다. 지각 조정 챔버들(25) 내의 더욱 높은 압력 레벨을 바탕으로, 지각 조정 챔버들(25)과 볼륨 어큐뮬레이터들(31)을 연결하는 제1 체크 밸브들(33)은 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 지각 조정 챔버들(25) 내로 향하는 압력 매체 흐름을 차단한다. 그와 동시에 압력 매체는 유압 펌프(27)로부터 공급 포트(P), 제1 작업 포트(A) 및 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 진각 조정 챔버들(24)에 도달한다. 만일 채워질 압력 챔버들(24)의 압력 매체 요구량이 유압 펌프(27)로부터 공급된 체적 유량을 초과한다면, 진각 조정 챔버들(24) 내의 압력은 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 존재하는 압력 미만으로 떨어진다. 따라서 제1 체크 밸브들(33)은 제1 압력 매체 채널들(32a)을 통해서 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 진각 조정 챔버들(24)로 향하는 압력 매체 흐름을 차단 해제한다. 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내로 향하는 압력 매체 채널들(32a)의 유입구 지점들은 반경 방향으로, 제5 압력 매체 라인(26t)의 유입구 지점들보다 위상 조정 장치(12)의 회전축에 대해 더 큰 이격 간격을 갖기 때문에, 회전하는 장치(11) 내에 존재하는 원심력을 바탕으로, 어떠한 공기도 진각 조정 챔버들(24) 내로 흡입되지 않는 점이 보장된다. 그와 동시에 상기 과정 동안 볼륨 어큐뮬레이터들(31)은 지각 조정 챔버들(25)로부터 유출되는 압력 매체에 의해 계속해서 다시 채워진다. 그에 따라 진각 조정은 토크가 지지 작용하는 조건에서 종래의 장치(11)에 비해서 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 저장된 압력 매체 체적에 의해 지원된다. 지각 조정 챔버들(25)로부터 유출되는 압력 매체가 제어 밸브(13)의 공급 포트(P)로 안내되고 상기 공급 포트로부터 진각 조정 챔버들(24)에 도달하는 장치들(11)에 비해서, 장점은 누출 손실이 이미 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 위치하는 압력 매체 체적에 의해 보상되고 심지어는 초과 보상된다는 점에 있다. 따라서 위상 조종 속도는 확실히 증가한다.
토크가 조정 방향의 반대 방향으로 작용하는 경우, 캠 샤프트(6, 7) 상에는 제동 토크가 작용하며, 그럼으로써 베인들(19)은 지각 정지부(23b)의 방향으로 밀착된다. 그에 따라 진각 조정 챔버들(24) 내 압력이 상승하며, 압력 매체는 제2 체크 밸브(34) 및 제1 체크 밸브들(33)에 의해 진각 조정 챔버들(24)로부터 유출되지 않게 된다. 그럼으로써 베인들(19)은 자체의 위치에서 고정 유지되며, 그럼으로써 지각 조정 챔버들(25) 내의 압력은 감소하지 않으며, 그에 따라 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 존재하는 압력 미만으로 떨어지지도 않는다. 따라서 제1 체크 밸브들(33)은 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 지각 조정 챔버들(25)로 향하는 압력 매체 흐름을 방지한다. 결과적으로 토크가 위상 조정 방향의 반대 방향으로 향하는 경우 본원의 장치(11)의 역회전은 발생하지 않으며, 오히려 현재의 위상 위치가 고정 유지된다.
만일 지각 제어 시간의 방향으로의 위상 조정이 요구된다면, 제어 밸브(13)는 제3 제어 위치(S3)를 취한다. 유압 펌프(27)로부터 공급된 작동 압력이 압력 챔버들(24, 25) 내에서 교번 토크에 의해 생성되는 압력 레벨을 초과하는 작동 위상에서, 유압 펌프(27)에 의해 송출된 압력 매체는 제3 압력 매체 라인(26p), 공급 포트(P), 제2 작업 포트(B) 및 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 지각 조정 챔버들(25)에 도달한다. 그럼으로써 각각의 압력 매체 공간부들(22)의 내부에서 베인들(19)은 위상 조정 장치(12)의 회전 방향(29)의 반대 방향으로 변위된다. 그와 동시에 압력 매체는 진각 조정 챔버들(24)로부터 제1 압력 매체 라인(26a), 제1 작업 포트(A), 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1) 및 제4 압력 매체 라인(26v)을 통해 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내로 밀려나간다. 그에 따라 지각 조정 챔버들(25)의 체적은 진각 조정 챔버들(24)을 작아지게 하면서 증가하고, 베인들(19)은 위상 조정 장치(12)의 회전 방향(29)의 반대 방향으로 변위된다. 그럼으로써 캠 샤프트(6, 7)는 크랭크 샤프트(2)에 상대적으로 지각 제어 시간의 방향으로 회전된다. 볼륨 어큐뮬레이터들(31)은 진각 조정 챔버들(24)로부터 유출되는 압력 매체에 의해 채워지며, 초과량의 압력 매체는 제5 압력 매체 라인(26t)을 통해 대기압 또는 제3 체크 밸브(50)에 대항하여 압력 매체 저장부(28) 내로 배출된다. 그에 따라 진각 조정 챔버들(24) 내에서 뿐 아니라 지각 조정 챔버들(25) 내에서는 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에서보다 더 높은 압력 레벨이 존재하며, 그럼으로써 제1 체크 밸브들(33)은 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 압력 챔버들(24, 25) 내로 향하는 압력 매체 흐름을 억제한다.
압력 챔버들(24, 25) 내에서 교번 토크에 의해 생성된 압력 레벨이 유압 펌프(27)로부터 공급되는 작동 압력을 초과하는 작동 위상에서도 다시금 조정 방향으로 작용하는 지원 토크와 조정 방향의 반대 방향으로 작용하는 토크로 구분된다.
지원 토크의 경우 캠 샤프트(6, 7)는 제동되고, 그에 따라 베인들(19)은 지각 정지부(23a)의 방향으로 변위된다. 그 결과 지각 조정 챔버들(25) 내에서 압력이 감소하고 진각 조정 챔버들(24) 내에서는 압력이 상승한다. 그에 따라 진각 조정 챔버들(24) 내에서는 지각 조정 챔버들(25) 내에서보다 더 높은 압력이 존재하며, 지각 조정 챔버들(25) 내의 압력은 대기압 미만으로 떨어질 수 있다. 그에 따라 압력 매체는 진각 조정 챔버들(24)로부터 제1 압력 매체 라인(26a), 제1 작업 포트(A), 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1) 및 제4 압력 매체 라인(26v)을 통해 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로 공급된다. 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에는 압력 매체 저장부(28) 내로 통하는 제5 압력 매체 라인(26t)을 바탕으로 대기압이 존재하거나, 또는 제5 압력 매체 라인(26t) 내에 제3 체크 밸브(50)가 제공되는 실시예에서는 제3 체크 밸브(50)에 의해 정의된 더욱 높은 압력 레벨이 존재하지만, 이 압력 레벨은 지각 조정 챔버들(25) 내부의 압력 레벨보다 더 낮다. 진각 조정 챔버들(24) 내의 더욱 높은 압력 레벨을 바탕으로, 진각 조정 챔버들(24)과 볼륨 어큐뮬레이터들(31)을 연결하는 제1 체크 밸브들(33)은 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 진각 조정 챔버들(24) 내로 향하는 압력 매체 흐름을 차단한다.
그와 동시에 압력 매체는 유압 펌프(27)로부터 공급 포트(P), 제2 작업 포트(B) 및 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 지각 조정 챔버들(25)에 도달한다. 만일 채워질 압력 챔버들(25)의 압력 매체 요구량이 유압 펌프(27)로부터 공급되는 체적 흐름을 초과한다면, 지각 조정 챔버들(25) 내의 압력은 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 존재하는 압력 미만으로 떨어진다. 그에 따라 제1 체크 밸브들(33)은 제2 압력 매체 채널들(32b)을 통해 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 지각 조정 챔버들(25)로 향하는 압력 매체 흐름을 차단 해제한다. 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내로 향하는 압력 매체 채널들(32a, 32b)의 유입구 지점들이 반경 방향으로 제5 압력 매체 라인(26t)의 유입구 지점들보다 위상 조정 장치(12)의 회전축에 대해 더 큰 이격 간격을 갖기 때문에, 회전하는 장치(11) 내에 존재하는 원심력을 바탕으로, 어떠한 공기도 지각 조정 챔버들(25) 내로 흡입되지 않는 점이 보장된다. 그와 동시에 상기 과정 동안 볼륨 어큐뮬레이터들(31)은 지각 조정 챔버들(25)로부터 유출되는 압력 매체에 의해 계속해서 다시 채워진다.
그에 따라 지각 조정은 토크가 지지 작용하는 조건에서 종래의 장치들(11)에 비해서 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 저장된 압력 매체 체적에 의해 지원된다. 진각 조정 챔버들(24)로부터 유출되는 압력 매체가 제어 밸브(13)의 공급 포트(P)로 안내되고 상기 공급 포트로부터 지각 조정 챔버들(25)에 도달하는 장치들(11)에 비해서, 누출 손실이 이미 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 위치하는 압력 매체 체적에 의해 보상되고 심지어는 초과 보상된다는 장점이 있다. 따라서 위상 조정 속도는 확실히 상승한다.
토크가 조정 방향의 반대 방향으로 작용하는 경우 캠 샤프트(6, 7)는 가속되고 그에 따라 베인들(19)은 진각 정지부(23a)의 방향으로 밀착된다. 그럼으로써 지각 조정 챔버들(25) 내의 압력이 상승하며, 압력 매체는 제2 체크 밸브(34) 및 제1 체크 밸브들(33)에 의해 지각 조정 챔버들(25)로부터 유출되지 않게 된다. 그로 인해 베인(19)이 자체 위치에서 고정 유지됨으로써 진각 조정 챔버들(24) 내 압력은 감소하지 않고 그에 따라 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 존재하는 압력 미만으로 떨어지지도 않는다. 따라서 제1 체크 밸브들(33)은 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 진각 조정 챔버들(24)로 향하는 압력 매체 흐름을 방지한다. 결과적으로 토크가 위상 조정 방향의 반대 방향으로 향하는 경우 본원 장치(11)의 역회전은 발생하지 않으며, 오히려 현재의 위상 위치가 고정 유지된다.
만일 현재의 위상 위치가 고정 유지되어야 한다면, 제어 밸브(13)는 제2 제어 위치(S2)를 취한다. 상기 제어 위치에서 작업 포트들(A, B)은 폐쇄된다. 그에 따라 유압 펌프(27)에 의해 공급 포트(P)로 송출되는 압력 매체는 작업 포트들(A, B) 중 어느 작업 포트에도 도달하지 않게 된다. 마찬가지로 압력 챔버들(24, 25)로부터 유출되는 압력 매체도 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)에 도달하지 않는다. 압력 챔버들(24, 25) 내에서 캠 샤프트(6, 7) 상에 작용하는 교번 토크에 의해 야기되는 압력 피크가 발생할 경우, 압력 챔버들(24, 25)로부터 압력 매체의 유출은 폐쇄된 작업 포트들(A, B)에 의해 방지된다. 그에 따라 베인들(19)은 압력 챔버들(24, 25) 사이에서 유압으로 고정되며, 그럼으로써 현재의 위상 위치가 고정 유지된다. 그와 동시에, 압력 챔버들(24, 25) 내에 존재하는 압력이 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내에 존재하는 압력을 초과함으로써, 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 압력 매체 채널들(32a, 32b)을 통해 압력 챔버들(24, 25) 내로 향하는 압력 매체 흐름이 억제되는 점이 보장된다.
도 5 및 도 6에는 도 2의 Z 부분이 상세하게 확대도로 각각 도시되어 있으며, 제어 밸브(13)는 제1 제어 위치(도 5) 또는 제3 제어 위치(S3)(도 6)에 도시되어 있다. 제1 및 제2 압력 매체 라인(26a, b)은 피동 부재(16)의 내부에 상호 간에 축방향으로 오프셋 된 반경 방향 보어부로서 형성된다. 본 실시예에서는 마찬가지로 피동 부재(16)의 내부에 상호 간에 축방향으로 오프셋 된 반경 방향 보어부로서 형성되는 2개의 제4 압력 매체 라인(26v)이 제공된다. 제1, 제2 및 제4 압력 매체 라인(26a, b, v)은 피동 부재(16)의 원주 방향으로 상호 간에 오프셋 되어 배치되지만(도 3 참조), 도 5 및 도 6에는 보다 나은 설명을 위해 평면에 도시되어 있다. 제1, 제2 및 제4 압력 매체 라인(26a, b, v)은 일측에서 진각 조정 챔버들(24) 및 지각 조정 챔버들(25) 및 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내로 각각 통한다. 압력 매체 라인들(26a, b, v)의 타측 단부들은 캠 샤프트(6, 7)의 반경 방향 보어부들 내로 통하고, 상기 반경 방향 보어부들은 다시, 제어 밸브(13)의 밸브 하우징(36)에 반경 방향 개구부들(37)로서 형성되는, 제어 밸브(13)의 제1 작업 포트(A) 및 제2 작업 포트(B) 및 2개의 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 각각 연통된다. 밸브 하우징(36)의 내부에는 미도시된 작동 유닛에 의해 스프링(39)의 힘에 대항하여 밸브 하우징(36)의 내부에서 축방향으로 변위될 수 있는 제어 플런저(38)가 배치된다. 이 경우 제어 플런저(38)는 도 5에 도시된 위치와 도 6에 도시된 위치 사이의 각각의 위치로 변위되고 고정 유지될 수 있다.
만일 제어 밸브(13)가 제1 제어 위치(S1)(도 5)에 위치한다면, 공급 포트(P)를 통해 압력 매체는 밸브 하우징(36)의 내부로, 그리고 계속해서 제어 플런저(38)의 내부로 유입된다. 압력 매체는 상기 제어 플런저의 내부로부터 플런저 개구부(40)를 통해 제1 작업 포트(A)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 제1 작업 포트(A)의 반경 방향 개구부(37)와 플런저 개구부(40)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제1 제어면(41)(control area)을 통과한다. 압력 매체는 제1 작업 포트(A)로부터 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 진각 조정 챔버들(24)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 지각 조정 챔버들(25)로부터 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 제2 작업 포트(B)에 도달한다. 상기 제2 작업 포트는 제어 플런저(38)의 외부면에 형성된 제1 환형 그루브(42)를 통해 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결된다. 제2 작업 포트(B)로부터 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)로 향하는 경로 상에서 압력 매체는 제1 환형 그루브(42)와 제2 작업 포트(B)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제2 제어면(43)을 통과한다. 도시된 실시예에서 제2 제어면(43)은 제1 제어면(41)보다 더 작게 형성된다(유출 제어). 그에 따라 지각 조정 챔버들(25)로부터의 유출 흐름은 진각 조정 챔버들(24)로 향하는 공급 흐름에 비해서 감소되며, 그럼으로써 압력 챔버들(24, 25)이 내연기관(1)의 작동 중에 항상 완전하게 채워져 있는 점이 보장된다.
제1 제어 위치(S1)는 밸브 하우징(36)에 상대적인 제어 플런저(38)의 수많은 위치에 의해 구현될 수 있다. 이 경우 제어 플런저(38)는 압력 매체가 공급 포트(P)로부터 제1 작업 포트(A)에 도달하고 압력 매체가 제2 작업 포트(B)로부터 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)에 도달할 수 있는 위치에 위치해 있어야 한다. 이때, 제어 플런저(38)가 도 5에 도시된 위치로 더욱 근접하면 할수록, 제1 및 제2 제어면(41, 43)이 더 커지고, 이와 유사하게 압력 챔버들(24, 25)로 향하며 그로부터 유출되는 압력 매체 흐름은 더 증가한다.
만일 제어 밸브(13)가 제3 제어 위치(S3)에 위치한다면(도 6), 압력 매체는 공급 포트(P)를 통해 밸브 하우징(36)의 내부로, 그리고 계속해서 제어 플런저(38)의 내부로 유입된다. 그런 다음 압력 매체는 상기 제어 플런저의 내부로부터 플런저 개구부(40)를 통해 제2 작업 포트(B)에 도달한다. 이때, 압력 매체는 제2 작업 포트(B)의 반경 방향 개구부(37)와 플런저 개구부(40)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제3 제어면(44)을 통과한다. 압력 매체는 제2 작업 포트(B)로부터 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 지각 조정 챔버들(25)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 진각 조정 챔버들(24)로부터 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 제1 작업 포트(A)에 도달한다. 상기 제1 작업 포트는 제어 플런저(38)의 외부면에 형성된 제2 환형 그루브(45)를 통해 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결된다. 제1 작업 포트(B)로부터 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)로 향하는 경로 상에서 압력 매체는 제2 환형 그루브(45)와 제1 작업 포트(A)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제4 제어면(46)을 통과한다. 도시된 실시예에서 제4 제어면(46)은 제3 제어면(44)보다 더 작다(유출 제어). 따라서 진각 조정 챔버들(24)로부터의 유출 흐름은 지각 조정 챔버들(25)로 향하는 공급 흐름에 비해 감소되며, 그럼으로써 압력 챔버들(24, 25)이 내연기관(1)의 작동 동안 항상 완전하게 채워져 있는 점이 보장된다.
제3 제어 위치(S3)는 밸브 하우징(36)에 상대적인 제어 플런저(38)의 수많은 위치에 의해 구현될 수 있다. 이 경우 제어 플런저(38)는 압력 매체가 공급 포트(P)로부터 제2 작업 포트(B)에 도달하고 압력 매체가 제1 작업 포트(A)로부터 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)에 도달할 수 있는 위치에 위치해 있어야 한다. 이때, 제어 플런저(38)가 도 6에 도시된 위치에 더욱 근접하면 할수록, 제3 및 제4 제어면(44, 46)이 더 커지고, 이와 유사하게 압력 챔버들(24, 25)로 향하며 그로부터 유출되는 압력 매체 흐름은 더 증가한다.
도 7 및 도 8에는 제2 실시예가 도 5 및 도 6의 도와 유사하게 도시되어 있다. 상기 실시예는 대부분 제1 실시예와 동일하므로 하기에서는 차이점만이 다루어진다. 제2 실시예에서는, 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터들(31)과 연통되고 타측에서는 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연통되는 제4 압력 매체 라인(26v)이 하나만 제공된다. 제4 압력 매체 라인(26v)은 축방향으로 제1 압력 매체 라인(26a)과 제2 압력 매체 라인(26b) 사이에 배치된다.
제어 플런저(38)는 2개의 플런저 개구부(40, 47)와 환형 그루브(42)를 포함하고, 환형 그루브는 제어 플런저의 외부면에 형성되며, 플런저 개구부들(40, 47)과 환형 그루브(42)는 축방향으로 서로 이격되어 배치된다. 이때, 환형 그루브(42)는 플런저 개구부들(40, 47) 사이에 배치된다.
제어 밸브(13)가 제1 제어 위치(S1)에 위치한다면(도 7), 압력 매체는 공급 포트(P)를 통해 밸브 하우징(36)의 내부로, 그리고 계속해서 제어 플런저(38)의 내부로 유입된다. 그런 다음 압력 매체는 상기 제어 플런저의 내부로부터 제1 플런저 개구부(40)를 통해 제1 작업 포트(A)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 제1 작업 포트(A)의 반경 방향 개구부(37)와 제1 플런저 개구부(40)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제1 제어면(41)을 통과한다. 그리고 압력 매체는 제1 작업 포트(A)로부터 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 진각 조정 챔버들(24)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 지각 조정 챔버들(25)로부터 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 제2 작업 포트(B)에 도달한다. 상기 제2 작업 포트는 환형 그루브(42)를 통해 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결된다. 제2 작업 포트(B)로부터 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)로 향하는 경로 상에서 압력 매체는 환형 그루브(42)와 제2 작업 포트(B)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제2 제어면(43)을 통과한다. 도시된 실시예에서 제2 제어면(43)은 제1 제어면(41)보다 더 작게 형성된다(유출 제어). 그에 따라 지각 조정 챔버들(25)로부터의 유출 흐름은 진각 조정 챔버들(24)로 향하는 공급 흐름에 비해서 감소되며, 그럼으로써 압력 챔버들(24, 25)이 내연기관(1)의 작동 중에 항상 완전하게 채워져 있는 점이 보장된다.
만일 제어 밸브(13)가 제3 제어 위치(S3)에 위치한다면(도 8), 압력 매체는 공급 포트(P)를 통해 밸브 하우징(36)의 내부로, 그리고 계속해서 제어 플런저(38)의 내부로 유입된다. 그런 다음 압력 매체는 상기 제어 플런저의 내부로부터 제2 플런저 개구부(47)를 통해 제2 작업 포트(B)에 도달한다. 이때, 압력 매체는 제2 작업 포트(B)의 반경 방향 개구부(37)와 제2 플런저 개구부(47)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제3 제어면(44)을 통과한다. 압력 매체는 제2 작업 포트(B)로부터 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 지각 조정 챔버들(25)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 진각 조정 챔버들(24)로부터 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 제1 작업 포트(A)에 도달한다. 상기 제1 작업 포트는 환형 그루브(42)를 통해 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결된다. 제1 작업 포트(A)로부터 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)로 향하는 경로 상에서 압력 매체는 환형 그루브(42)와 제1 작업 포트(A)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제4 제어면(46)을 통과한다. 도시된 실시예에서 제4 제어면(46)은 제3 제어면(44)보다 더 작다(유출 제어). 따라서 진각 조정 챔버들(24)로부터의 유출 흐름은 지각 조정 챔버들(25)로 향하는 공급 흐름에 비해서 감소되며, 그럼으로써 압력 챔버들(24, 25)이 내연기관(1)의 작동 중에 항상 완전하게 채워져 있는 점이 보장된다.
도 9에는 본 발명에 따른 장치(11)의 추가 실시예가 도시되어 있다. 제3 실시예는 많은 부분에서 앞의 두 실시예와 동일하게 형성되므로, 하기에서는 상이한 사항만이 설명된다. 앞의 두 실시예와는 다르게 제어 밸브(13)는 2개의 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1, V2)와 추가의 배출 포트(T)를 포함한다. 두 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1, V2)는 각각의 제4 압력 매체 라인(26v)을 통해 볼륨 어큐뮬레이터들(31)과 연결된다. 배출 포트(T)는 제5 압력 매체 라인(26t)에 의해 압력 매체 저장부(28)와 연결된다.
여기서도 제어 밸브(13)는 재차 3개의 제어 위치(S1 - S3)를 취할 수 있다. 제1 제어 위치(S1)에서 공급 포트(P)는 제1 작업 포트(A)와 연결되고, 제2 작업 포트(B)는 제2 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V2)와 연결되며, 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)는 배출 포트(T)와 연결된다. 제2 제어 위치(S2)에서는 한편으로 작업 포트들(A, B) 사이의 연결이 이루어지지 않고 다른 한편으로는 공급 포트(P)와 볼륨 어큐뮬레이터 포트들(V1, V2) 사이의 연결도 이루어지지 않는다. 제3 제어 위치(S3)에서 공급 포트(P)는 제2 작업 포트(B)와 연결되고, 제1 작업 포트(A)는 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결되며, 제2 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V2)는 배출 포트(T)와 연결된다.
도 10과 도 11에는 제3 실시예의 제어 밸브(13)와 대응하는 압력 매체 라인들(26a, b, v, t)이 도시되어 있다.
제1, 제2 및 2개의 제4 압력 매체 라인(26a, b, v)은 재차 피동 부재(16)의 내부에 축방향으로 상호 간에 오프셋된 반경 방향 보어부로서 형성된다. 제1 및 제2 압력 매체 라인(26a, b)은 재차 대응하는 압력 챔버들(24, 25) 내로 통하고 작업 포트들(A, B)과 연결된다. 제4 압력 매체 라인들(26v)은 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 내로 통하고, 각각 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1, V2)와 연결된다. 제5 압력 매체 라인(26t)은 캠 샤프트(6, 7) 내에 반경 방향 개구부(37)로서 구현되고 배출 포트(T) 및 압력 매체 저장부(28)와 연통된다. 밸브 하우징(36)의 내부에는 재차 밸브 하우징(36)에 대해 축방향으로 포지셔닝 될 수 있는 제어 플런저(38)가 배치된다. 제어 플런저(38)는 반경 방향 플런저 개구부(40)를 구비하며, 이 플런저 개구부는 제어 플런저(38)의 외부면에 형성되는 2개의 환형 그루브(42, 45) 사이에 배치된다. 만일 제어 밸브(13)가 제1 제어 위치(S1)에 위치한다면(도 10), 압력 매체는 공급 포트(P)를 통해 밸브 하우징(36)의 내부로, 그리고 계속해서 제어 플런저(38)의 내부로 유입된다. 그런 다음 압력 매체는 상기 제어 플런저의 내부로부터 플런저 개구부(40)를 통해 제1 작업 포트(A)에 도달한다. 이때, 압력 매체는 제1 작업 포트(A)의 반경 방향 개구부(37)와 플런저 개구부(40)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제1 제어면(41)을 통과한다. 압력 매체는 제1 작업 포트(A)로부터 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 진각 조정 챔버들(24)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 지각 조정 챔버들(25)로부터 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 제2 작업 포트(B)에 도달한다. 제2 작업 포트는 제2 환형 그루브(45)를 통해 제2 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V2)와 연결된다. 제2 작업 포트(B)로부터 제2 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V2)로 향하는 경로 상에서 압력 매체는 제2 환형 그루브(45)와 제2 작업 포트(B)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제2 제어면(43)을 통과한다. 만일 볼륨 어큐뮬레이터들(31)이 완전하게 채워져 있다면, 압력 매체는 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 제4 압력 매체 라인(26v)을 통해 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)에 도달하며, 상기 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트는 제1 환형 그루브(42)를 통해 배출 포트(T)와 연결된다. 이때, 압력 매체는 제1 환형 그루브(42)와 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제3 제어면(44)을 통과한다. 도시된 실시예에서 제3 제어면(44)은 제1 제어면(41)보다 더 작게 형성된다. 따라서 지각 조정 챔버들(25)로부터의 유출 흐름은 진각 조정 챔버들(24)로 향하는 공급 흐름에 비해서 감소되고, 그에 따라 본 실시예에서도 유출 제어가 구현된다. 그와 동시에 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로 향하는 공급이 앞의 두 실시예에 비해서 증가됨으로써, 압력 매체는 더욱 높은 압력 상태에서 상기 볼륨 어큐뮬레이터들 내로 유입된다.
만일 제어 밸브(13)가 제3 제어 위치(S3)에 위치한다면(도 11), 압력 매체는 공급 포트(P)를 통해 밸브 하우징(36)의 내부로, 그리고 계속해서 제어 플런저(38)의 내부로 유입된다. 그런 다음 압력 매체는 상기 제어 플런저의 내부로부터 플런저 개구부(40)를 통해 제2 작업 포트(B)에 도달한다. 이때, 압력 매체는 제2 작업 포트(B)의 반경 방향 개구부(37)와 플런저 개구부(40)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제4 제어면(46)을 통과한다. 그리고 압력 매체는 제2 작업 포트(B)로부터 제2 압력 매체 라인(26b)을 통해 지각 조정 챔버들(25)에 도달한다. 그와 동시에 압력 매체는 진각 조정 챔버들(24)로부터 제1 압력 매체 라인(26a)을 통해 제1 작업 포트(A)에 도달한다. 제1 작업 포트는 제1 환형 그루브(42)를 통해 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연결된다. 이때, 압력 매체는 제1 환형 그루브(42)와 제1 작업 포트(A)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제5 제어면(48)을 통과한다. 만일 볼륨 어큐뮬레이터들(31)이 완전하게 채워져 있으면, 압력 매체는 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로부터 제4 압력 매체 라인(26v)을 통해 제2 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V2)에 도달하며, 상기 제2 볼륨 어큐뮬레이터 포트는 제2 환형 그루브(42)를 통해 배출 포트(T)와 연결된다. 이때, 압력 매체는 제2 환형 그루브(45)와 제2 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V2)의 반경 방향 개구부(37)의 중첩부에 의해 범위 한정되는 제6 제어면(49)을 통과한다. 도시된 실시예에서 제6 제어면(49)은 제4 제어면(46)보다 더 작게, 그리고 제5 제어면(48)보다 더 작게 형성된다. 따라서 진각 조정 챔버들(24)로부터의 유출 흐름은 지각 조정 챔버들(25)로 향하는 공급 흐름에 비해서 감소되고, 그에 따라 본 실시예에서도 유출 제어가 구현된다. 그와 동시에, 볼륨 어큐뮬레이터들(31)로 향하는 공급은 앞의 두 실시예에 비해서 증가됨으로써, 압력 매체는 보다 높은 압력 상태에서 상기 볼륨 어큐뮬레이터들 내로 유입된다.
제3 실시예의 작동 방식은 앞의 두 실시예와 유사하게 이루어진다.
제안되는 장치들(11)은 현저히 증가된 위상 조정 속도를 특징으로 한다. 그 외에도 구현된 유출 제어를 바탕으로, 제어 플런저(38)의 변위가 작을 경우 채워질 압력 챔버들(24, 25)로 향하는 압력 매체 공급 흐름은 크게 변하지 않기 때문에 위상 위치의 조절은 대폭 수월해진다. 추가의 장점은, 밸브 하우징(36)에 상대적으로 제어 플런저(38)의 조정될 위치가 유압 펌프(27)에 의해 송출된 체적 흐름이 채워질 압력 챔버들(24, 25)의 압력 매체 요구량을 충당하는지의 여부와 무관하다는 점에 있다. 따라서 내연기관(1)의 두 작동 상태에 적용될 수 있는 조절 전략만이 필요하며, 그럼으로써 본원의 장치(11)의 조절은 더욱 간소화된다.
1: 내연기관
2: 크랭크 샤프트
3: 피스톤
4: 실린더
5: 견인식 구동 장치(traction mechanism drive)
6: 흡기 캠 샤프트
7: 배기 캠 샤프트
8: 캠
9: 흡기 가스 교환 밸브
10: 배기 가스 교환 밸브
11: (가변 조정) 장치
12: 위상 조정 장치
13: 제어 밸브
14: 체인 휠
15: 구동 부재
16: 피동 부재
17: 측면 커버
18: 허브 부재
19: 베인
20: 둘레 벽부
21: 돌출부
22: 압력 매체 챔버
23: 경계 벽부
23a: 진각 정지부(advance stop)
23b: 지각 정지부(retard stop)
24: 진각 조정 챔버
25: 지각 조정 챔버
26a: 제1 압력 매체 라인
26b: 제2 압력 매체 라인
26p: 제3 압력 매체 라인
26v: 제4 압력 매체 라인
26t: 제5 압력 매체 라인
27: 유압 펌프
28: 압력 매체 저장부
29: 회전 방향
30: 밸브 스프링
31: 볼륨 어큐뮬레이터
32a: 제1 압력 매체 채널
32b: 제2 압력 매체 채널
33: 제1 체크 밸브
34: 제2 체크 밸브
35: -
36: 밸브 하우징
37: 반경 방향 개구부(radial opening)
38: 제어 플런저(control plunger)
39: 스프링
40: 제1 플런저 개구부
41: 제1 제어면
42: 제1 환형 그루브
43: 제2 제어면
44: 제3 제어면
45: 제2 환형 그루브
46: 제4 제어면
47: 제2 플런저 개구부
48: 제5 제어면
49: 제6 제어면
50: 제3 체크 밸브
A: 제1 작업 포트
B: 제2 작업 포트
P: 공급 포트
V1, V2: 볼륨 어큐뮬레이터 포트
T: 배출 포트
S1: 제1 제어 위치
S2: 제2 제어 위치
S3: 제3 제어 위치

Claims (10)

  1. 내연기관(1)의 가스 교환 밸브들(9, 10)의 제어 시간을 가변 조정하기 위한 장치(11)이며,
    - 유압식 위상 조정 장치(12)와 하나 이상의 볼륨 어큐뮬레이터(31)를 포함하고,
    - 상기 위상 조정 장치(12)는 크랭크 샤프트(2) 및 캠 샤프트(6, 7)와 구동 연결될 수 있으면서 하나 이상의 진각 조정 챔버(24)와 하나 이상의 지각 조정 챔버(25)를 포함하고, 압력 매체 라인들(26a, b, p, v)을 통해 압력 매체가 상기 조정 챔버들로 공급되거나, 또는 그 조정 챔버들로부터 배출될 수 있고,
    - 상기 진각 조정 챔버(24)로 압력 매체를 공급함과 동시에 상기 지각 조정 챔버(25)로부터 압력 매체를 배출함으로써 상기 캠 샤프트(6, 7)의 위상 위치가 크랭크 샤프트(2)에 상대적으로 진각 제어 시간의 방향으로 조정될 수 있고,
    - 상기 지각 조정 챔버(25)로 압력 매체를 공급함과 동시에 상기 진각 조정 챔버(24)로부터 압력 매체를 배출함으로써 상기 캠 샤프트(6, 7)의 위상 위치가 크랭크 샤프트(2)에 상대적으로 지각 제어 시간의 방향으로 조정될 수 있으며,
    - 상기 내연기관(1)의 작동 중에 압력 매체는 상기 볼륨 어큐뮬레이터(들)(31)로 공급될 수 있는,
    상기 장치(11)에 있어서,
    추가로 2개 이상의 압력 매체 채널(32a, b)이 제공되고, 제1 압력 매체 채널(32a)은 일측에서 상기 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 중 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통하고 타측에서는 상기 진각 조정 챔버(24)와 연통되고, 제2 압력 매체 채널(32b)은 일측에서 볼륨 어큐뮬레이터들(31) 중 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 내로 통하고 타측에서는 상기 지각 조정 챔버(25)와 연통되고, 상기 압력 매체 채널들(32a, b) 각각에는 체크 밸브(33)가 장착되며, 상기 체크 밸브는 상기 각각의 압력 챔버(24, 25)로부터 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)로 향하는 압력 매체 흐름을 억제하면서 그 반대되는 압력 매체 흐름은 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  2. 제1항에 있어서, 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)는 상기 위상 조정 장치(12)의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  3. 제1항에 있어서, 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)는 하나 이상의 압력 매체 라인(26v, t)을 통해 상기 내연기관(1)의 압력 매체 저장부(28)와 연통되거나 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  4. 제2항에 있어서, 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)는 하나 이상의 압력 매체 라인(26v, t)을 통해 압력 매체 저장부(28)와 연결될 수 있으며, 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31) 내로 향하는 압력 매체 채널들(32a, b)의 유입구 영역은 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31) 내로 향하는 압력 매체 라인들(26v, t)의 유입구 영역보다 상기 위상 조정 장치(12)의 회전축에 대해 더 큰 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 압력 매체 저장부와 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)를 연결하는 상기 압력 매체 라인(들)(26v, t)에는 체크 밸브(50)가 할당되고, 상기 체크 밸브는 상기 압력 매체 저장부(28)로부터 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)로 향하는 압력 매체 흐름을 억제하면서 그 반대되는 압력 매체 흐름은 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  6. 제1항에 있어서, 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)에는 상기 압력 챔버들(24, 25)로부터 유출되는 압력 매체가 공급되는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  7. 제1항에 있어서, 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31)에는 압력 매체가 유압 펌프(27)로부터 직접 공급되는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  8. 제1항에 있어서, 상기 장치(11)는 제어 밸브(13)를 포함하고, 상기 제어 밸브에 의해서는 유압 펌프(27)로부터 상기 압력 챔버들(24, 25)로 향하는 압력 매체 공급과 상기 압력 챔버들(24, 25)로부터의 압력 매체 배출이 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 밸브는 공급 포트(P)와, 제1 및 제2 작업 포트(A)와, 하나 이상의 제1 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)를 포함하고,
    - 일측에서 상기 제1 작업 포트(A)와 연통되고 타측에서는 진각 조정 챔버들(24) 내로 통하는 제1 압력 매체 라인(26a)이 제공되며,
    - 일측에서 상기 제2 작업 포트(B)와 연통되고 타측에서는 지각 조정 챔버들(25) 내로 통하는 제2 압력 매체 라인(26b)이 제공되며,
    - 일측에서 상기 공급 포트(P)와 연통되고 타측에서는 유압 펌프(27)와 연통되는 제3 압력 매체 라인(26p)이 제공되며,
    - 일측에서 상기 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 연통되고 타측에서는 볼륨 어큐뮬레이터(31) 내로 통하는 하나 이상의 제4 압력 매체 라인(26v)이 제공되며, 그리고
    - 상기 제어 밸브(13)에 의해서는 공급 포트(P)와 상기 제1 또는 제2 작업 포트(A, B) 사이의 연결 및 상기 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1)와 제2 또는 제1 작업 포트(B, A) 사이의 연결이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
  10. 제8항에 있어서,
    - 상기 제어 밸브는 공급 포트(P)와, 제1 및 제2 작업 포트(A)와, 2개의 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1, V2)와, 배출 포트(T)를 포함하며,
    - 일측에서 상기 제1 작업 포트(A)와 연통되고 타측에서는 진각 조정 챔버(24) 내로 통하는 제1 압력 매체 라인(26a)이 제공되며,
    - 일측에서 상기 제2 작업 포트(B)와 연통되고 타측에서는 지각 조정 챔버(25) 내로 통하는 제2 압력 매체 라인(26b)이 제공되며,
    - 일측에서 상기 공급 포트(P)와 연통되고 타측에서는 유압 펌프(27)와 연통되는 제3 압력 매체 라인(26p)이 제공되며,
    - 일측에서 상기 볼륨 어큐뮬레이터(31) 내로 통하고 타측에서는 각각 하나의 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1, V2)와 연통되는 2개의 제4 압력 매체 라인(26v)이 제공되며,
    - 일측에서 상기 배출 포트(T)와 연통되고 타측에서는 압력 매체 저장부(28)와 연통되는 제5 압력 매체 라인(26t)이 제공되며,
    - 상기 제어 밸브(13)에 의해서는 상기 공급 포트(P)와 제1 또는 제2 작업 포트(A, B) 사이의 연결, 상기 볼륨 어큐뮬레이터 포트들(V1, V2) 중 하나와 제2 또는 제1 작업 포트(B, A) 사이의 연결, 그리고 타측 볼륨 어큐뮬레이터 포트(V1, V2)와 상기 배출 포트(T) 사이의 연결이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치(11).
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