KR20140038896A - 내연 기관을 위한 중심설정 슬롯 - Google Patents

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웨스 거스제스키
존 스나이더
조 에스. 콜
잭 도일 허치슨
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Abstract

내연 기관을 위한 밸브 타이밍 제어 장치가 개시된다. 밸브 타이밍 제어 장치는, 캠샤프트에 연결되고 복수의 베인을 갖는 회전자를 포함한다. 고정자가 회전자와 맞물리고, 복수의 웨브를 포함한다. 웨브들과 베인들 각각의 사이에 압력 챔버가 제공된다. 중심설정 슬롯이 고정자 및/또는 회전자 상에 제공된다. 압력 매체 제어 밸브가 회전자의 베인들 중 하나 내에 배치되고, 고정자에 대한 회전자의 위치를 선택적으로 로킹 및 로킹해제시키도록 구성될 뿐만 아니라, 압력 챔버 내의 압력 매체가 중심설정 슬롯을 통해 그리고 그 후 압력 매체 제어 밸브를 통해 통기될 수 있도록 구성된다.

Description

내연 기관을 위한 중심설정 슬롯{CENTERING SLOT FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 작동 스테이지에 따라 소정 시간에 고정자에 대해 회전자를 중심설정하고 로킹하는 경향을 갖는 중심설정 슬롯이 제공되는 내연 기관의 캠 페이저(cam phaser)에 관한 것이다.
통상의 내연 기관은 크랭크샤프트가 체인 또는 구동 벨트를 사용하여 구동 휠을 구동시키도록 한다. 고정자는 구동 휠에 비틀림 강성의 방식으로 결합된다. 이로써, 고정자는 이러한 구동 요소 및 구동 휠에 의해 크랭크샤프트에 구동-연결된다.
대응하는 회전자는 고정자와 맞물리고, 비틀림 강성의 방식으로 캠샤프트에 결합된다. 캠샤프트는 가스 교환 밸브를 개방하기 위해 가스 교환 밸브에 대항하여 미는 캠 로브(cam lobe)를 갖는다. 캠샤프트를 회전시킴으로써, 가스 교환 밸브의 개폐 시점이 변화되어, 내연 기관이 관련된 속도에서 그의 최적 성능을 제공한다.
내연 기관의 작동 동안 성능을 최적화하기 위해, 캠샤프트의 각도 위치는 고정자에 대한 회전자의 상대 위치에 따라 구동 휠에 대해 연속적으로 변경된다. 구체적으로, 기관이 생성해야 하는 토크 및 마력의 크기와 기관 RPM이 타이밍 조정에 대한 기준이다. 이들 조정은 기관이 작동 중일 때 일어난다. 이는, 흡기 및 배기 밸브 타이밍이 RPM 범위 전체에 걸쳐 계속 조정되기 때문에, 가변 밸브 타이밍을 가능하게 한다. 성능 이점은 기관 효율의 증가 및 공회전 정숙성(idle smoothness)의 개선을 포함한다. 기관은 또한 종래의 밸브 타이밍을 가진 유사한 배기량의 기관에 비해 더 큰 마력 및 토크를 전달할 수 있다. 이는 또한 기관이 개선된 연비(fuel economy)를 갖도록 하고, 그 결과 기관이 더 적은 탄화수소를 방출하게 된다.
고정자는 고정자의 중심축을 향해 반경방향으로 돌출하는 웨브(web)를 포함한다. 중간 공간이 인접한 웨브들 사이에 형성되고, 압력 매체가 유압 밸브를 통해 이들 공간으로 도입된다. 회전자는, 회전자의 중심축으로부터 반경방향으로 멀리 돌출하며 고정자의 인접한 웨브들 사이에서 돌출하는 베인(vane)을 포함한다. 회전자의 이들 베인은 고정자의 웨브들 사이의 중간 공간을 2개의 압력 챔버(흔히, 각각 "A" 및 "B"로 지칭됨)로 세분한다. 캠샤프트와 구동 휠 사이의 각도 위치를 변경하기 위해, 회전자가 고정자에 대해 회전된다. 이러한 목적을 위해, 각각의 시간의 원하는 회전 방향에 따라, 2개의 압력 챔버 중 하나("A" 또는 "B) 내의 압력 매체가 가압되고, 동시에 다른 압력 챔버("B" 또는 "A")는 탱크를 향해 압력이 해제된다.
내연 기관의 소정의 작동 상태 동안, 고정자에 대한 회전자의 위치를 로킹하는 것이 필수적이다. 이러한 목적을 위해, 로크 핀(lock pin) 형태의 밸브 타이밍 제어 장치가 고정자 내에 제공된 대응하는 보어(bore) 내로의 로킹을 위해 회전자 상에 이용될 수 있다.
다수의 캠 위상 로킹 시스템의 로킹 핀은 로킹 핀이 하나의 챔버의 압력에 의해 로킹해제된 위치로 유지되도록 한다. 단차형(stepped) 로킹 핀이 이용되는 경우, 압력은 또한 양 챔버로부터 생성될 수도 있는데, 이는 단차형 로킹 핀의 "단차"가 양 챔버를 서로로부터 분리하기 때문이다.
캠 위상 로킹 시스템에서 발생하는 통상적인 문제는 하기를 포함하지만 이에 제한되지 않는다:
압력 매체가 냉각된 때 로킹에 실패하거나 비효율적으로 로킹됨;
특히 기관-점화가 스위치 오프되지만 크랭크샤프트가 여전히 회전하고 있을 때, ((가능하게는 가스 교환 밸브의 스프링력에 의해 야기되는) 캠샤프트의 토크 역전으로 인한) 지각(retard) 및/또는 진각(advance) 챔버 내의 잔류 압력이 핀을 로킹해제시키는 경향을 가짐;
기관이 꺼진 때 로킹에 실패하거나 비효율적으로 로킹됨; 그리고
압력 매체가 고온으로 될 때, 때때로 이것이 누출되어, 펌프가 낮은 압력을 전달하게 하고, 이는 캠 페이저 및 로크 핀의 작동에 영향을 주며, 이 경우 저압 매체 압력으로 인해 로킹에 실패하거나 비효율적으로 로킹될 수 있음.
본 발명은 기관의 작동 상태에 대해 원하는 시간에 고정자에 대해 회전자를 자연적으로 중심설정 및 로킹시키는 경향을 갖는 중심설정 슬롯을 제공하는 개선된 밸브 타이밍 제어 장치, 실제로는 캠 페이저를 제공하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 고정자에 대한 회전자의 위치와 관련하여 중심설정 메커니즘이 제공된다. 구체적으로, 압력 매체 제어 밸브를 통해, 지각 챔버 및 진각 챔버 둘 모두로부터의 압력 매체를 위한 유출 경로를 제공하는 중심설정 슬롯이 회전자 및/또는 고정자 상에 제공된다. 이는 고정자에 대해 회전자를 중심설정 및 로킹시키는 경향을 갖는다.
이로써, 본 발명은 제어 신호(즉, 액추에이터에 인가되는 전류 또는 제로 듀티 사이클(zero duty cycle))의 중단의 경우에 고장-안전(fail-safe) 로킹 메커니즘을 제공한다.
본 발명은 또한 적은 부품 개수 및 많은 다른 중간-로크 캠 페이저 시스템에 비해 감소된 복잡성을 제공한다.
본 발명은 또한 로크 위치의 진각 또는 지각 둘 모두에 대해 연장된 권한 범위를 제공한다.
본 발명은 기관이 꺼진 때 압력 매체가 냉각된 경우 또는 압력 매체 압력이 감소된 경우에도 효율적인 로킹을 제공한다.
또한, 본 발명은 지각 및/또는 진각 챔버 내에 포함되어 있는 잔류 압력의 결과로서 로킹 핀이 로킹해제되는 경향을 갖지 않도록 한다.
본 발명의 추가의 이점은 특허청구범위, 상세한 설명 및 도면으로부터 얻어질 수 있다.
본 발명은 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면과 관련하여 이하 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 타이밍 제어 장치의 회전자 구성요소의 사시도이다.
도 2는 밸브 타이밍 제어 장치의 고정자 구성요소의 정면도이다.
도 3은 서로 맞물린 회전자와 고정자를 도시하는 도면이다.
도 4는 밸브 타이밍 제어 장치의 압력 매체 제어 밸브 구성요소 및 캠샤프트와 유압 밸브를 도시하는, 도 3의 선 4-4를 따라 취한 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 기관의 다양한 작동 스테이지 동안 다양한 상태에서의 압력 매체 제어 밸브를 도시하는 도면이다.
도 9는 중심설정 슬롯이 차단되는 시점 동안 고정자에 대한 회전자의 배향을 도시하는 도면이다.
도 10 및 도 11은 중심설정 슬롯이 접근가능한 시점 동안 고정자에 대해 회전자의 배향을 도시하는 도면이다.
도 12는 더 큰 슬롯(즉, 유체 경로)을 갖는 대안적인 회전자를 도시하는 도면이다.
도 13은 더 큰 슬롯(즉, 유체 경로)을 갖는 대안적인 고정자를 도시하는 도면이다.
도 14는 도 1의 회전자와 함께 사용되는 도 13의 고정자를 도시하는 도면이다.
본 발명은 상이한 형태의 실시예가 가능할 수 있지만, 본 개시 내용이 본 발명의 원리의 예시로서 고려되어야 하고 예시된 것으로 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 조건으로 특정 실시예가 도면에 도시되고 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 실시예는 내연 기관과 함께 사용하기 위한 밸브 타이밍 제어 장치, 실제로는 캠 페이저를 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 밸브 타이밍 제어 장치의 구성요소들 중 하나는 회전자(10)를 포함한다. 회전자(10)는 허브(hub)(12) 및 허브(12)로부터 반경방향으로 멀리 돌출하는 베인(14)을 포함한다. 회전자(10)는 또한 회전자(10)의 외측 표면(22)으로 이어지는 추가의 채널(18, 20)(도 3 참조)과 연통하는 환상 채널(16)을 포함한다. 설명될 바와 같이, 이들 채널(16, 18, 20)은 압력 매체를 위한 유체 경로를 제공한다.
회전자(10)는 또한 그의 베인들(14) 중 하나(24) 내에, 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)를 포함한다. 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 압력 매체 제어 밸브(28)가 이러한 챔버(26) 내에 배치되고, 회전자(10)는, 이러한 챔버(26)로 이어지고 회전자(10)의 허브(12) 내에 제공된 환상 채널들(16) 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 내부 유체 채널(30)을 제공한다. 이로써, 압력 매체는 압력 매체 제어 밸브(28)와 유압 밸브(32)(도 4에 도시됨) 사이에서 전후로 유동할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)에 근접하고 이와 유체 연통하는 중심설정 슬롯(34)이 회전자(10)의 베인(24)의 외부 표면(36) 상에 형성된다. 본 명세서에서 이후 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 이러한 중심설정 슬롯(34)은, 기관의 소정의 작동 스테이지 동안 회전자(10)가 고정자(40)에 대해 소정의 위치에 있을 때 압력 매체가 중심설정 슬롯(34)을 따라 압력 매체 제어 밸브(28)로 이동할 수 있도록 하는 작용을 한다.
바람직하게는, 회전자(10)는 그의 외측 상에 시일링(sealing)을 갖지 않는다. 대신에, 바람직하게는, 시일링은 베인의 길이(즉, 시일링 길이)에 의해 달성된다. 바람직하게는, 베인의 반경방향 외측 상에 시일을 위해 슬롯이 제공되어야 하는 경우 이는 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)를 위한 이용가능한 공간을 감소시킬 것이기 때문에, 시일링은 없다. 그러나, 여전히 본 발명의 범주 내에서 완전하게 유지되면서, 시일링이 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 타이밍 제어 장치의 다른 구성요소는 고정자(40)를 포함한다. 고정자(40)는 구동 요소(역시 도시 안 됨)에 의해 크랭크샤프트(도시 안 됨)에 구동-연결된다. 이는 도 3에서 화살표(42)를 사용하여 나타내어진다. 고정자(40)는 원통형 고정자 기부(44), 및 내측을 향해 반경방향으로 기부(44)로부터 돌출하는 웨브(46)를 포함한다. 웨브들(46)은 이격되어 있고, 웨브들(46) 중 2개의 사이의 이들 공간들(48) 중 하나 내에, 압력 매체 제어 밸브(28)의 로크 핀(52)(도 4 내지 도 8에 도시됨)을 수용하도록 구성된 로크 핀 보어(50)가 있으며, 그럼으로써 고정자(40)에 대한 회전자(10)의 위치가 로킹된다(도 4, 도 5 및 도 8 참조).
도 2에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 중심설정 슬롯(54)이 또한 로크 핀 보어(50)에 근접하게 고정자(40)의 외부 표면(56) 내에 형성된다. 본 명세서에서 이후 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 이러한 중심설정 슬롯(54)은, 기관의 소정의 작동 스테이지 동안 회전자(10)가 고정자(40)에 대해 소정의 위치에 있을 때 압력 매체가 고정자(40) 내의 중심설정 슬롯(54)을 따라 회전자(10) 상의 중심설정 슬롯(34)으로 그리고 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로 이동할 수 있도록 하는 작용을 한다.
슬롯(34, 54)이 형성되는 시간 동안 회전자(10) 및 고정자(40) 중 하나 또는 둘 모두가 소결될 수 있다. 도 1 및 도 2는 회전자(10) 및 고정자(40) 각각의 상에 제공된 중심설정 슬롯(34, 54)을 도시하지만, 여전히 본 발명의 범주 내에서 완전하게 유지되면서, 유동 경로의 소정의 형태가 베인(14)과 웨브(46) 사이에 존재하는 압력 챔버(60, 62)로부터 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로 제공되는 한, 고정자(40)와 같이 이들 구성요소들 중 단지 하나의 상에 중심설정 슬롯을 제공하는 것 및/또는 본 명세서에 도시된 중심설정 슬롯(34, 54)과는 완전히 상이하게 보이는 유체 채널을 제공하는 것이 가능하다.
추가로, 본 명세서에서 용어 "중심설정"이 사용되지만, 로킹 핀 보어(50)가 고정자(40)의 정확하게 2개의 인접한 웨브들(46) 사이에 제공될 필요는 없다는 것(그리고 아마도 제공되지 않을 것)임이 이해되어야 하지만, 로킹 핀 보어(50)가 회전자(10)의 완전 지각 위치와 완전 진각 위치 사이의 소정의 중간 위치에 제공되는 것이 바람직하다.
도 3은 고정자(40)와 맞물린 회전자(10)를 도시한다. 구체적으로, 회전자(10)와 고정자(40)는 중심설정 슬롯들(34, 54)이 서로를 향하도록(즉, 회전자(10)의 외부 표면(36)이 고정자(40)의 외부 표면(56)을 향하도록) 서로 맞물린다. 도 3에 도시된 바와 같이, 회전자(10)와 고정자(40)는 서로에 대해 동축이고, 회전자(10)의 베인들(14) 각각은 고정자(40)의 2개의 인접한 웨브들(46) 사이에 배치된다. 이로써, 압력 챔버(60, 62)가 각각의 베인(14)과 웨브(46) 사이에 제공된다. 회전자(10)는 각각의 압력 챔버(60, 62)로의 적어도 하나의 유체 경로를 제공하여, 압력 매체는 각각의 압력 챔버(60, 62)와 유압 실린더(32)(도 4 참조) 사이에서 전후로 유동할 수 있다. 보다 구체적으로, 회전자(10)의 내부 채널(16, 18, 20)은 회전자(10)의 베인(14)과 고정자(40)의 웨브(46) 사이에 배치된 2세트의 압력 챔버(60, 62)가 있도록 구성되며, 이 경우 2개의 압력 챔버 중 하나(60)가 지각 압력 채널이고 나머지 압력 챔버(62)가 진각 압력 채널이다. 작동 동안, 지각 챔버(60)보다 진각 챔버(62)에 더 큰 압력 매체 압력을 제공하는 것은 회전자(10)가 고정자(40)에 대해 시계방향으로 이동하게 한다. 이러한 경우, 압축된 지각 챔버(60)로부터의 압력 매체는 (도 4에서 화살표(70)에 의해 나타낸 바와 같이) 탱크(T)로 배출될 것이다. 한편, 진각 챔버(62)보다 지각 챔버(60)에 더 큰 압력 매체 압력을 제공하는 것은 회전자(10)가 고정자(40)에 대해 반시계방향으로 이동하게 한다. 이러한 경우, 압축된 진각 챔버(62)로부터의 압력 매체는 (도 4에서 화살표(70)에 의해 나타낸 바와 같이) 탱크(T)로 배출될 것이다.
도 4는 도 3의 선 4-4를 따라 취한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 회전자(10)는 비틀림 강성의 방식으로 캠샤프트(64)에 결합된다. 캠샤프트(64)는 가스 교환 밸브(도시 안 됨)를 개방하기 위해 가스 교환 밸브에 대항하여 밀도록 구성된 하나 이상의 캠 로브(66)(그 중 하나가 도 4에 도시됨)를 포함한다. 유압 밸브(32)는 회전자(10)에 근접하게 캠샤프트(64) 내에 배치된다. 유압 밸브(32)는 종래의 것이고, 따라서 도 4에서 단일편의 형태로 단지 대략적으로 도시되어 있다. 유압 밸브(32)는 캠샤프트(64)를 제어하기 위해, 압력 매체의 제어된 유동을 효과적으로 제공하도록 전자장치를 통해 제어된다. 보다 구체적으로, 펌프(도시 안 됨)는 (도 4에서 화살표(68)에 의해 나타낸 바와 같이) 유압 밸브로 압력 매체를 공급하도록 작용하고, 유압 밸브는 탱크(T)로 배출한다.
이제 압력 매체 제어 밸브(28)가 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 도시된 바와 같이, 압력 매체 제어 밸브(28)는 로크 핀(52)을 포함한다. 바람직하게는, 로크 핀(52)은 대체로 원통형이고, 대체로 비-단차형이지만 헤드(72)를 갖는다. 로크 핀(52)은 또한 내부 견부(76)를 갖는 관통 보어(74)를 포함한다. 본 명세서에서 이후 상세히 설명될 바와 같이, 관통 보어는 압력 매체가 로크 핀(52)을 통해 유동할 수 있도록 한다.
압력 매체 제어 밸브(28)는 또한 고정자(40)에 고정된 커버(80)와 맞닿는 캡(cap)(78), 및 로크 핀(52)과 맞물려 로크 핀(52)을 고정자(40) 내의 로크 핀 보어(50)와의 맞물림 상태로 밀도록 구성된 압축 스프링(82)과 같은 편향 부재를 포함하여(도 4, 도 5 및 도 8 참조), 회전자(10)의 위치가 고정자(40)에 관해 효과적으로 로킹되게 된다. 바람직하게는, 로크 핀 보어(50) 내에서 맞물리는 로크 핀(52)의 부분(84)은 테이퍼 형성되는 것과는 대조적으로 원통형 외부 표면을 갖지만, 여전히 본 발명의 범주 내에서 완전하게 유지되면서 테이퍼 형성된 로크 핀이 사용될 수 있다. 이에 상관없이, 압축 스프링(82)의 하나의 단부(86)가 로크 핀(52)의 내부 견부(76)와 맞물린 동안, 압축 스프링(82)의 다른 단부(88)는 캡(78)과 맞물린다. 압축 스프링(82)의 단부(86)가 로크 핀(52) 내의 내부 견부(76)와 맞물리는 것으로 도시되어 있지만, 압축 스프링(82)의 이러한 단부(86)는 로크 핀(52)의 후방 표면과 맞물릴 수 있고, 이때 압축 스프링(82)의 다른 단부(88)는 캡(78) 내에 제공된 리세스에서 맞물린다. 압축 스프링(82)은 여전히 본 발명의 범주 내에서 완전하게 유지되면서 다수의 방식으로 구현될 수 있다. 실제로, 편향 부재가 도 4 내지 도 8에서 압축 스프링(82)인 것으로 도시되어 있지만, 편향 부재는 로크 핀(52)이 고정자(40) 내에 제공된 로크 핀 보어(50)를 향해 가압되는 한 다른 형태를 취할 수 있다.
도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 회전자(10)는 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로 이어지는 적어도 하나의 유체 채널(30)을 제공한다. 이로써, 압력 매체는 환상 채널들(16) 중 적어도 하나를 따라 회전자(10)를 통해 유압 밸브(32)(도 4 참조)와 압력 매체 제어 밸브 챔버(26) 사이에서 전후로 유동할 수 있다. 추가로, 회전자(10)는, 압력 매체가 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로부터 크랭크케이스로 통기될 수 있도록 하게 구성된 적어도 하나의 추가 채널(92)을 제공한다. 또한, 유압 밸브(32)로부터의 유동은 크랭크케이스에 의해 확립된 탱크(T)로 이어진다. 이때, 본 명세서에서 이하 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 압력 매체는 압축 스프링(82)의 힘을 극복하기 위해 로크 핀(52)의 헤드(72)를 밀고 나아가서, 로크 핀(52)이 후퇴되고 로크 핀 보어(50)로부터 밀려나게 하고, 그럼으로써 회전자(10)가 고정자(40)에 대해 피봇될 수 있도록 회전자(10)를 고정자(40)로부터 자유롭게 한다.
이제 기관의 소정의 작동 스테이지 동안의 압력 매체 제어 밸브(28)의 작동 및 압력 매체의 유동이 도 5 내지 도 11을 참조하여 설명될 것이다.
도 5는 기관 시동 동안 압력 매체 제어 밸브(28)의 상태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 압력 매체 제어 밸브(28)는 비활성화된 위치에 있고, 그 시간 동안 압축 스프링(82)이 로크 핀(52)을 고정자(40)의 로크 핀 보어(50)와의 맞물림 상태로 민다. 이때, 압력 매체는 (도 5 및 도 9 둘 모두에서 화살표(94)에 의해 나타낸 바와 같이) 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로부터 유압 밸브(32)(도 4 참조)로 통기될 수 있다. 추가로, 도 9에 도시된 바와 같이, 압력 매체는 (도 9에서 화살표(95)에 의해 나타낸 바와 같이) 진각 및 지각 챔버(60, 62) 둘 모두로(즉, 각각의 베인(14)의 양 측면으로) 스로틀링되며(throttle), 동시에 고정자(40) 상의 중심설정 슬롯(54)은 회전자(10)의 베인(24)이 고정자(40) 상의 중심설정 슬롯(54)을 덮도록 하는 회전자(10)의 위치의 결과로서 압력 챔버(60, 62)를 폐쇄시킨다.
도 6은 기관이 구동되고 있는 동안 압력 매체 제어 밸브(28)의 상태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 압력 매체는 (화살표(96)에 의해 나타낸 바와 같이) 유압 밸브(32)(도 4 참조)로부터 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로 제공되어, 압축 스프링(82)의 편향력이 극복되고, 로크 핀(52)이 고정자(40) 내의 로크 핀 보어(50)와의 맞물림으로부터 밀어내어진다. 로크 핀(52)은 캡(78)과 접촉하여 안착된 상태로 이동되고, 이는 압력 매체가 회전자(10)를 통해(즉, 채널(들)(92)을 통해 크랭크케이스로) 통기될 수 없도록 한다. 이러한 시간 동안, 회전자(10)는 고정자(40)로부터 효과적으로 로킹해제되고, 도 10에 도시된 바와 같이 고정자(40)에 대해 자유롭게 피봇된다.
도 7은 기관 정지 동안 압력 매체 제어 밸브(28)의 상태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 기관 정지 동안, 압력 매체 제어 밸브(28)는 그의 비활성화된 위치를 향해 이동한다. 압력 매체는 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로부터 (화살표(98)에 의해 나타낸 바와 같이) 회전자(10) 내의 채널(30)을 통해 유압 밸브(32)(도 4 참조)로 통기되고, 압축 스프링(82)은 로크 핀(52)을 미는 경향을 가져서 로크 핀(52)이 캡(78)으로부터 밀려나게 하고, 그럼으로써 유출 경로를 개방한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 회전자(10)가 고정자(40)에 대해 피봇됨에 따라, 압력 매체가 (도 11에서 화살표(100)에 의해 바와 같이) 압력 챔버(60, 62)로 스로틀링될 뿐만 아니라, 고정자(40) 내의 중심설정 슬롯(54)이 압력 챔버(60, 62) 내의 압력 매체에 접근가능하게 된다. 이는 로크 핀(52)이 로크 핀 보어(50)와 정렬되도록 하는 위치로 회전자(10)를 구동시키는 저압 영역을 생성한다. 회전자(10)가 이동하여 로크 핀(52)이 궁극적으로 로크 핀 보어(50)와 정렬됨에 따라, 압력 챔버(60, 62) 내의 압력 매체는 (도 11에서 화살표(101)에 의해 나타낸 바와 같이) 고정자(40) 내에 제공된 중심설정 슬롯(54)을 따라, 회전자(10) 내에 제공된 중심설정 슬롯(34)을 따라, (도 7에서 화살표(102)에 의해 나타낸 바와 같이) 압력 매체 제어 밸브 챔버(26)로, 로크 핀(52) 내의 관통 보어(74)를 통해, (화살표(104)로 나타낸 바와 같이) 캡(78)을 지나, 회전자(10) 내에 제공된 채널(들)(92) 외부로, 크랭크케이스로 통기될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 기관 정지 후 소정의 시점에서, 로크 핀(52)은 로크 핀 보어(50)와 정렬되고 그 내부에 안착된다. 이러한 시간 동안, 압력 매체 제어 밸브 챔버(26) 내에 남아 있는 임의의 압력 매체는 회전자(10) 내의 채널(30, 92)을 통해 (유압 밸브(32)(상기 유체 유동은 도 8에서 화살표(106)에 의해 그리고 도 9에서 화살표(94)에 의해 나타냄) 및 크랭크케이스(상기 유체 유동은 도 8에서 화살표(108)에 의해 나타냄) 둘 모두로) 통기될 수 있다. 이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 회전자(10)는 고정자(40) 내의 중심설정 슬롯(54)이 회전자(10)의 위치에 의해 덮여지도록 고정자(40)에 대해 위치된다. 이로써, 압력 챔버(60, 62)는 중심설정 슬롯(34, 54)을 통해 통기될 수 없고, 압력 매체는 (도 9에서 화살표(95)에 의해 나타낸 바와 같이) 압력 챔버(60, 62)로 스로틀링된다.
중심설정 슬롯(34, 54)이 압력 챔버(60, 62)에 접근가능하지 않지만, 도 10에 도시된 바와 같이, 회전자(10)의 위치가 로크 핀(52)을 통해 고정자(40)에 대해 로킹된 때(또는 로크 핀(52)이 로크 핀 보어(50)와 적어도 대략적으로 정렬된 때), 바람직하게는 회전자(10) 및 고정자(40) 상의 중심설정 슬롯(34, 54)은 회전자(10)가 완전 진각 또는 완전 지각 위치에 있을 때 이들이 서로 유체 연통하도록 구성된다.
회전자(10) 및 고정자(40) 상의 슬롯(34, 54)은 도 1 및 도 2에서 회전자(10) 및 고정자(40)의 외부 표면(36, 56) 상에 제공된 비교적 좁은, 대체로 선형의 리세스인 것으로 도시되어 있으며, 이들 유체 경로는 다수의 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 도 12는 슬롯(34)이 회전자(10) 상에 훨씬 더 큰 것으로 제공된 경우를 도시하고, 한편 도 13은 슬롯(54)이 고정자(40) 상에 훨씬 더 큰 것으로 제공된 경우를 도시한다. 도 14는 큰 슬롯(34)이 고정자(40) 상에 제공되지만, 더 작은 슬롯(54)이 회전자(10) 상에 제공된 예를 도시한다. 논의된 바와 같이, 압력 챔버(60, 62)로부터 멀어지게 이어지는 유체 경로는 다수의 형태를 취할 수 있다.
본 발명은, 기관의 소정의 작동 상태 동안에, 로크 핀(52)이 고정자(40) 내의 로크 핀 보어(50)와 정렬되도록 하는 위치로 회전자(10)를 이동시키도록 하는 경향을 갖는 메커니즘을 제공함으로써, 몇몇 이점을 제공한다. 추가적인 이점은 로크 핀(52)이, 기관의 소정의 작동 스테이지 동안, 압력 매체가 그를 통해 압력 챔버(60, 62)로부터 통기될 수 있는 압력 매체 제어 밸브(28)의 일부가 되는 결과로서 제공된다. 이들 이점 중 다수가 위에서 논의되었다.
설명된 실시예는 단지 예시적인 구성을 포함한다. 상이한 실시예를 위한 설명된 특징들의 조합이 또한 가능하다. 본 발명에 속하는 장치 부품에 대한 추가적인 특징, 특히 설명되지 않은 특징은 도면에 도시된 장치 부품의 기하학적 형상으로부터 얻어질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 해당 기술 분야의 숙련자가 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 변경을 고안할 수 있을 것으로 예상된다.

Claims (17)

  1. 내연 기관을 위한 밸브 타이밍 제어 장치이며,
    캠샤프트에 연결되고, 복수의 베인(vane)을 포함하는 회전자;
    회전자와 맞물리고, 복수의 웨브(web)를 포함하는 고정자로서, 상기 회전자와 상기 고정자 중 적어도 하나는 중심설정 슬롯(centering slot)을 포함하고, 웨브들과 베인들 각각의 사이에 챔버들이 제공되는, 고정자;
    상기 회전자의 상기 베인들 중 하나 내에 배치된 압력 매체 제어 밸브
    를 포함하고,
    상기 압력 매체 제어 밸브는 상기 고정자에 대한 상기 회전자의 위치를 선택적으로 로킹 및 로킹해제시키도록 구성되고, 밸브 타이밍 제어 장치는 상기 챔버들이 회전자의 위치에 따라 상기 중심설정 슬롯을 통해 그리고 그 후 상기 압력 매체 제어 밸브를 통해 통기될 수 있도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 중심설정 슬롯이 회전자와 고정자 둘 모두의 상에 제공되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 회전자는 중심설정 슬롯을 챔버들에 접근가능하지 않게 하기 위해 위치될 수 있도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 회전자는 고정자 상의 중심설정 슬롯을 적어도 부분적으로 덮기 위해 위치될 수 있도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 회전자는 고정자 상의 중심설정 슬롯을 완전히 덮기 위해 위치될 수 있도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 압력 매체 제어 밸브는 로크 핀(lock pin) 및 로크 핀을 고정자를 향해 가압하는 편향 부재를 포함하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 압력 매체 제어 밸브는 로크 핀을 포함하고, 로크 핀은 로크 핀을 통해 압력 매체 유체 경로를 제공하도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서, 압력 매체 제어 밸브는 로크 핀을 포함하고, 로크 핀의 일부분은 고정자와 맞물리며, 상기 일부분은 원통형인 밸브 타이밍 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 압력 매체 제어 밸브는 로크 핀을 포함하고, 회전자는 압력 매체 유체 경로를 제공하도록 구성되며, 로크 핀은 상기 압력 매체 유체 경로를 개폐하도록 이동가능한 밸브 타이밍 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서, 압력 매체 제어 밸브는 로크 핀을 포함하고, 로크 핀은 단차형이 아니지만 헤드를 포함하는 밸브 타이밍 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서, 압력 매체 제어 밸브는 상기 회전자의 상기 적어도 하나의 베인 내의 압력 매체 제어 밸브 챔버 내에 배치되고, 중심설정 슬롯은 압력 매체 제어 밸브 챔버에 근접하게, 회전자의 상기 적어도 하나의 베인의 표면 상에 제공되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  12. 제1항에 있어서, 고정자는 로크 핀 보어(bore)를 포함하고, 압력 매체 제어 밸브는 로크 핀 보어와 맞물리는 로크 핀을 포함하며, 중심설정 슬롯은 로크 핀 보어에 근접하게, 상기 고정자의 표면 상에 제공되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  13. 제1항에 있어서, 밸브 타이밍 제어 장치는 로크 핀을 더 포함하고, 압력 매체 제어 밸브는, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자와 맞물리고 고정자에 대해 회전자의 위치를 로킹시키며, 압력 매체가 압력 매체 제어 밸브로부터 회전자 외부로 통기될 수 있고, 압력 매체가 챔버로 스로틀링되며(throttle), 중심설정 슬롯이 챔버에 접근가능하지 않도록 회전자가 위치되는, 상태로 존재하도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  14. 제1항에 있어서, 밸브 타이밍 제어 장치는 로크 핀을 더 포함하고, 밸브 타이밍 제어 장치는, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자로부터 맞물림해제되고, 압력 매체가 압력 매체 제어 밸브로부터 통기되는 것을 방지하도록 압력 매체 제어 밸브가 구성되는, 상태로 존재하도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  15. 제1항에 있어서, 밸브 타이밍 제어 장치는 로크 핀을 더 포함하고, 밸브 타이밍 제어 장치는, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자로부터 맞물림해제되고 그로 인해 회전자가 고정자에 대해 이동될 수 있게 하며, 중심설정 슬롯이 적어도 하나의 챔버에 접근가능하도록 회전자가 위치되고, 압력 매체가 상기 적어도 하나의 챔버로부터 중심설정 슬롯을 따라 압력 매체 제어 밸브 내로 그리고 회전자 외부로 통기될 수 있도록 압력 매체 제어 밸브가 구성되는, 상태로 존재하도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  16. 제1항에 있어서, 밸브 타이밍 제어 장치는 로크 핀을 더 포함하고, 압력 매체 제어 밸브는, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자와 맞물리고 그로 인해 고정자에 대해 회전자의 위치를 로킹시키며, 압력 매체가 압력 매체 제어 밸브로부터 통기될 수 있도록 압력 매체 제어 밸브가 구성되고, 압력 매체가 챔버로 스로틀링되며, 중심설정 슬롯이 챔버에 접근가능하지 않도록 회전자가 위치되는, 상태로 존재하도록 구성되는 밸브 타이밍 제어 장치.
  17. 제1항에 있어서, 밸브 타이밍 제어 장치는 로크 핀을 더 포함하고, 압력 매체 제어 밸브는 제1 상태, 제2 상태, 제3 상태 및 제4 상태로 존재하도록 구성되며,
    제1 상태 동안, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자와 맞물리고 고정자에 대해 회전자의 위치를 로킹시키며, 압력 매체가 압력 매체 제어 밸브로부터 회전자 외부로 통기될 수 있고, 압력 매체가 챔버로 스로틀링되며, 중심설정 슬롯이 챔버에 접근가능하지 않도록 회전자가 위치되고,
    제2 상태 동안, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자로부터 맞물림해제되고, 압력 매체가 압력 매체 제어 밸브로부터 통기되는 것을 방지하도록 압력 매체 제어 밸브가 구성되며,
    제3 상태 동안, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자로부터 맞물림해제되고 그로 인해 회전자가 고정자에 대해 이동될 수 있게 하며, 중심설정 슬롯이 적어도 하나의 챔버에 접근가능하도록 회전자가 위치되고, 압력 매체가 상기 적어도 하나의 챔버로부터 중심설정 슬롯을 따라 압력 매체 제어 밸브 내로 그리고 회전자 외부로 통기될 수 있도록 압력 매체 제어 밸브가 구성되며,
    제4 상태 동안, 압력 매체 제어 밸브의 로크 핀이 고정자와 맞물리고 그로 인해 고정자에 대해 회전자의 위치를 로킹시키며, 압력 매체가 압력 매체 제어 밸브로부터 통기될 수 있도록 압력 매체 제어 밸브가 구성되고, 압력 매체가 챔버로 스로틀링되며, 중심설정 슬롯이 챔버에 접근가능하지 않도록 회전자가 위치되는 밸브 타이밍 제어 장치.
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