KR20140057169A - 중앙에 위치된 잠금 핀 밸브 스풀을 구비한 캠샤프트 페이저 - Google Patents

중앙에 위치된 잠금 핀 밸브 스풀을 구비한 캠샤프트 페이저 Download PDF

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KR20140057169A
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토마스 에이치. 리히티
카이 피. 셤
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델피 테크놀로지스 인코포레이티드
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Abstract

캠샤프트 페이저는 로브를 갖는 고정자 및 상기 로브가 배치된 베인을 갖는 고정자 내에 배치된 회전자를 포함한다. 상기 회전자와 고정자 중 하나 내에 배치된 잠금 핀은 상기 잠금 핀이 시트와 결합될 때에 상기 회전자와 고정자 간의 상대 회전을 방지하기 위해 시트와 선택적으로 결합한다. 볼트는 상기 회전자와 고정자를 통해 동축으로 연장되어 상기 캠샤프트 페이저를 캠샤프트에 부착시킨다. 상기 볼트에서의 밸브 스풀은 상기 잠금 핀으로의 오일 흐름 및 상기 잠금 핀으로부터의 오일의 흐름을 제어한다. 상기 볼트는 밸브 스풀에 가압된 오일을 공급하기 위하여 이를 통해 연장되는 공급 천공을 포함한다.

Description

중앙에 위치된 잠금 핀 밸브 스풀을 구비한 캠샤프트 페이저{CAMSHAFT PHASER WITH CENTRALLY LOCATED LOCK PIN VALVE SPOOL}
본 발명은 내연기관에서 크랭크샤프트와 캠샤프트 간의 위상 관계를 변화시키기 위한 유압 작동형 캠샤프트 페이저에 관한 것이고, 특히 위상 관계의 변화를 선택적으로 방지하기 위한 잠금 핀을 포함하는 이러한 캠샤프트 페이저에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 잠금 핀을 잠그고 잠금 해제하기 위한 잠금 핀 밸브 스풀을 포함하는 이러한 캠샤프트 페이저에 관한 것이다.
일반적으로, 통상적인 베인형 캠샤프트 페이저는 회전자 상의 복수의 외향 연장 베인을 포함하고, 이 베인은 고정자 상의 복수의 내향 연장 로브와 사이사이에 배치되어 상기 베인과 로브 사이에 교호적 진각 및 지연 챔버(alternating advance and retard chamber)를 형성한다. 상기 고정자 내에서 회전자를 회전시켜 상기 엔진 캠샤프트와 엔진 크랭크샤프트 간의 위상 관계를 변화시키기 위해, 엔진 오일이 상기 진각 및 지연 챔버 중 하나에 선택적으로 공급되고 진각 및 지연 챔버 중 다른 하나로부터 배출된다. 또한, 캠샤프트 페이저는 최대 진각 위치와 최대 지연 위치의 중간인 각도 위치에서 상기 회전자와 고정자 간의 상대적인 회전을 선택적으로 방지하는 중간 잠금 핀을 일반적으로 포함한다. 상기 중간 잠금 핀은 중간 잠금 핀으로부터 오일을 배출하고 상기 중간 잠금 핀에 가압된 오일을 공급함으로써 각각 결합되고 해제된다.
오일을 상기 중간 잠금 핀에 공급하고 상기 중간 잠금 핀으로부터 배출하는 것은 상기 진각 및 지연 챔버로부터 오일을 공급하고 배출하는데 사용되는 다른 오일 제어 밸브와 독립적으로 작동하는 오일 제어 밸브에 의해 수행되는 것이 바람직한데, 이는 상기 중간 잠금 핀을 그의 대응하는 중간 잠금 핀 시트와 정렬시키기 위하여 오일이 상기 진각 및 지연 챔버로부터 공급되거나 배출될 필요가 있기 때문이다.
Kaneko의 미국 공개 특허 US 2011/0271919 A1호는 이러한 캠샤프트 페이저를 나타내고 있다. Kaneko는 상기 위상 관계를 변화시키기 위해 상기 캠샤프트 페이저 외부의 제1 오일 제어 밸브를 제시하고 있다. 상기 제1 오일 제어 밸브는 오일을 상기 진각 및 지연 챔버에 공급하고 상기 진각 및 지연 챔버로부터 배출하기 위하여 캠샤프트 베어링에 두개의 환형 홈이 형성될 것을 필요로 한다. 또한, Kaneko는 상기 중간 잠금 핀을 제어하기 위해 상기 캠샤프트 페이저 외부의 제2 오일 제어 밸브를 제시하고 있다. 상기 제2 오일 제어 밸브는 오일을 상기 중간 잠금 핀으로부터 공급하고 배출하기 위하여 상기 캠샤프트 베어링에 부가적인 환형 홈이 형성될 것을 필요로 한다. 상기 캠샤프트 베어링에 형성된 각 환형 홈은 환형 홈들 사이에서 오일 누출을 방지하기 위하여 각 인접한 환형 홈으로부터 충분한 거리만큼 이격되어야 한다. 그러나, 일부 캠샤프트 베어링은 3개의 환형 홈을 수용할 만큼 충분히 크지 않을 수 있고, 3개의 환형 홈을 수용하기 위하여 상기 캠샤프트 베어링의 크기를 늘릴 수 있는 충분한 공간이 없을 수 있다.
위에서 제시된 하나 이상의 결점을 최소화하거나 없애는 캠샤프트 페이저가 필요한 것이다.
간략히 설명하면, 내연기관에서 크랭크샤프트와 캠샤프트 간의 위상 관계를 제어가능하게 변화시키기 위한 캠샤프트 페이저가 제공된다. 상기 캠샤프트 페이저는 축을 중심으로 회전가능하며 복수의 로브를 갖는 고정자를 포함하고, 상기 고정자는 상기 고정자와 크랭크샤프트 간의 고정 회전비를 제공하도록 내연기관의 크랭크샤프트에 연결가능하다. 또한, 상기 캠샤프트 페이저는 상기 고정자 내에 동축으로 배치되며 복수의 베인을 갖는 회전자를 포함하고, 베인은 고정자 로브와 사이사이에 배치되어 교호적 진각 및 지연 챔버를 형성한다. 상기 진각 챔버는 진각 방향으로 상기 크랭크샤프트와 캠샤프트 간의 위상 관계를 변화시키기 위하여 가압된 오일을 수용하며 상기 지연 챔버는 지연 방향으로 상기 캠샤프트와 크랭크샤프트 간의 위상 관계를 변화시키기 위하여 가압된 오일을 수용한다. 상기 회전자는 내연기관의 캠샤프트에 부착가능하여 상기 회전자와 캠샤프트 간의 상대 회전을 방지한다. 또한, 상기 캠샤프트 페이저는 잠금 핀이 잠금 핀 시트와 결합될 때에 상기 회전자와 고정자 간의 상대 회전을 실질적으로 방지하기 위해 잠금 핀 시트와의 선택적 결합을 위하여 상기 회전자와 고정자 중 하나 내에 배치된 잠금 핀을 포함한다. 상기 잠금 핀 시트로부터 잠금 핀을 분리하기 위하여 상기 잠금 핀에 가압된 오일이 선택적으로 공급되고, 상기 잠금 핀을 잠금 핀 시트와 결합시키기 위하여 상기 잠금 핀으로부터 오일이 선택적으로 배출된다. 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 상기 회전자와 고정자를 통해 동축으로 연장되며 상기 캠샤프트 페이저를 캠샤프트에 부착하기 위하여 상기 캠샤프트에 나사 결합가능하다. 잠금 핀 밸브 스풀은 상기 잠금 핀으로의 오일 흐름 및 상기 잠금 핀으로부터의 오일의 흐름을 제어하고, 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트 내에 위치된다. 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 상기 잠금 핀 제어 밸브 스풀에 가압된 오일을 공급하기 위하여 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트를 통한 공급 천공을 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 캠샤프트 페이저의 정면도이고;
도 2는 도 1의 캠샤프트 페이저를 나타낸 측면도이고;
도 3은 도 1 및 2의 캠샤프트 페이저를 나타낸 후면도이고;
도 4는 도 2의 4-4 라인에 따른 도 1-3의 캠샤프트 페이저의 반경 방향 단면도이고;
도 5는 도 4의 5-5 라인에 따른 도 1-4의 캠샤프트 페이저의 축 방향 단면도로서, 캠샤프트 페이저의 잠금 핀으로부터 오일을 배출하기 위하여 위치된 잠금 핀 스풀 및 또한 내연기관의 캠샤프트에 부착된 캠샤프트 페이저와 캠샤프트 페이저에 부착된 액츄에이터를 도시하고 있고;
도 6은 도 5의 축 방향 단면도로서, 캠샤프트 페이저의 잠금 핀에 가압된 오일을 공급하도록 위치된 잠금 핀 스풀을 도시하고 있고;
도 7은 도 4의 7-7 라인에 따른 도 1-4의 축 방향 단면도로서, 내연기관의 캠샤프트에 부착된 캠샤프트 페이저 및 캠샤프트 페이저에 부착된 액츄에이터를 도시하고 있고;
도 8은 도 1-7의 캠샤프트 페이저의 캠샤프트 페이저 부착 볼트를 나타낸 측면도이고;
도 9는 도 5의 잠금 핀 스풀 및 캠샤프트 페이저 부착 볼트를 나타낸 확대도이고;
도 10은 도 6의 잠금 핀 스풀 및 캠샤프트 페이저 부착 볼트를 나타낸 확대도이고;
도 11은 배출된 오일에 의해 취해진 경로를 나타낸 도 5의 축 방향 단면도이고;
도 12는 가압된 오일에 의해 취해진 경로를 나타낸 도 6의 축 방향 단면도이다.
유사한 참조 부호는 여러 도면에서의 동일한 구성요소를 식별하는데 사용되는 도 1-12를 참조한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 축(A)을 따라 연장되는 캠샤프트 페이저(12)를 포함하는 내연기관(10)이 도시되어 있다. 또한, 내연기관(10)은 복수의 왕복 피스톤(미도시)에 의해 구동되는 체인(미도시)과 크랭크샤프트로부터의 회전 입력에 기초하여 축(A)을 중심으로 회전가능한 캠샤프트(14)를 포함한다. 캠샤프트(14)가 회전함에 따라, 상기 캠샤프트는 내연기관의 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이 흡기 및/또는 배기 밸브(미도시)에 밸브 상승 및 폐쇄 운동을 부여한다. 캠샤프트 페이저(12)는 상기 크랭크샤프트와 캠샤프트(14) 간의 시기가 변화되게 한다. 이러한 방식으로, 상기 흡기 및/또는 배기 밸브의 개폐는 원하는 엔진 성능을 달성하기 위하여 진각되거나 또는 지연될 수 있다.
캠샤프트 페이저(12)는 내연기관(10)의 크랭크샤프트에 의해 구동되는 체인인 기어(미도시)에 의해 구동되는 스프로킷(18)을 갖는 고정자(16)를 포함한다. 대안적으로, 스프로킷(18)은 벨트에 의해 구동되는 풀리일 수 있다. 후방 커버(20)는 더 상세하게 후술될 방식으로 고정자(16)의 일단 위에 배치되어 스프로킷 볼트(22)로 고정자(16)에 밀봉되게 고정된다. 후방 커버(20)는 캠샤프트(14)를 동축으로 수용하기 위한 후방 커버 중앙 보어(24)를 포함하고 이를 통해 스프로킷(18)에 대해 상대 회전할 수 있다.
고정자(16)는 대체로 원통형이고, 반경 방향 내측으로 연장되는 복수의 로브(26)에 의해 형성된 복수의 방사형 챔버를 포함한다. 도시된 실시예에서, 3개의 방사형 챔버를 형성하는 3개의 로브(26)가 있지만, 로브의 수와 수량이 같은 방사형 챔버를 형성하기 위해 다른 개수의 로브가 제공될 수 있다는 것을 알 수 있다.
회전자(28)는 중앙 허브(30)를 포함하고, 상기 중앙 허브(30)는 그로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 복수의 베인(32) 및 축 방향으로 연장되는 중앙 관통 보어(34)를 갖고 이를 통해 축(A)에 대해 중앙에 위치된다. 베인(32)의 개수는 고정자(16)에 제공된 방사형 챔버의 수와 같다. 각 베인(32)이 각 방사형 챔버를 진각 챔버(36)와 지연 챔버(38)로 분할하도록 회전자(28)는 고정자(16) 내에 동축으로 배치된다. 로브(26)의 방사형 팁은 상기 방사형 챔버를 서로 분리시키기 위하여 중앙 허브(30)와 부합될 수 있다. 베인(32)과 로브(26)의 방사형 팁의 각각은 인접한 진각 챔버와 지연 챔버(36, 38)를 실질적으로 밀봉시키기 위한 복수의 와이퍼 밀봉부(39) 중 하나를 포함할 수 있다.
중앙 허브(30)는 그 내부에 형성된 복수의 진각 오일 유로(40) 및 지연 오일 유로(42)를 포함한다(하나의 진각 오일 유로(40)와 하나의 지연 오일 유로(42)만이 도 7에 도시되어 있음). 상기 복수의 진각 오일 유로(40) 중 각 하나는 상기 진각 챔버(36) 중 하나와 유체 연통하여 오일을 상기 진각 챔버에 그리고 진각 챔버로부터 공급하고, 상기 복수의 지연 오일 유로(42) 중 각 하나는 상기 지연 챔버(38) 중 하나와 유체 연통하여 오일을 상기 지연 챔버에 그리고 지연 챔버로부터 공급한다.
바이어스 스프링(44)이 회전자(28)에 형성된 환형 포켓(46) 내에 그리고 캠샤프트 페이저 커버(50)의 중앙 보어(48) 내에 배치된다. 바이어스 스프링(44)은 그 일단이 캠샤프트 페이저 커버(50)에 접지되고 그 타단은 회전자(28)에 부착된다. 내연기관(10)이 정지되는 경우, 바이어스 스프링(44)은 고정자(16) 내에서 최대 진각 위치를 향해 회전자(28)를 가압할 수 있다.
캠샤프트 페이저(12)는 최대 진각 위치와 최대 지연 위치 사이에 있는 소정 각도 위치에서 회전자(28)와 고정자(16) 간의 상대 회전을 선택적으로 방지하기 위한 다단식 이중 잠금 핀 시스템을 포함한다. 일차 잠금 핀(52)은 회전자(28)의 복수의 베인(32) 중 하나에 형성된 일차 잠금 핀 보어(54) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된다. 일차 잠금 핀 시트(56)는 그 내부에 일차 잠금 핀(52)을 선택적으로 수용하기 위해 캠샤프트 페이저 커버(50)에 끼워진 인서트이다. 일차 잠금 핀 시트(56)는 일차 잠금 핀(52)보다 크게 되어, 일차 잠금 핀(52)이 일차 잠금 핀 시트(56) 내에 안착될 때에 소정 각도 위치의 각 측에서 회전자(28)가 고정자(16)에 대하여, 단지 예를 들면 약 5°로 상대적으로 회전할 수 있다. 일차 잠금 핀 시트(56)의 확대 특성은 일차 잠금 핀(52)이 그 내부에 용이하게 수용되게 한다. 일차 잠금 핀(52)이 도 6에 도시된 바와 같이 일차 잠금 핀 시트(56) 내에 안착되도록 요망되지 않는 경우, 가압된 오일이 일차 잠금 핀(52)에 공급되어, 일차 잠금 핀(52)을 일차 잠금 핀 시트(56)의 밖으로 가압하여 일차 잠금 핀 스프링(58)을 압축한다. 이와 반대로, 일차 잠금 핀(52)이 도 5에 도시된 바와 같이 일차 잠금 핀 시트(56) 내에 안착되도록 요망되는 경우, 상기 가압된 오일은 일차 잠금 핀(52)으로부터 배출되어, 일차 잠금 핀 스프링(58)이 일차 잠금 핀(52)을 캠샤프트 페이저 커버(50)를 향해 가압하게 한다. 이러한 방식으로, 회전자(28)가 고정자(16) 내에 위치되어 일차 잠금 핀 시트(56)와 일차 잠금 핀(52)의 정렬을 가능하게 할 때에 일차 잠금 핀(52)은 일차 잠금 핀 스프링(58)에 의해 일차 잠금 핀 시트(56) 내에 안착된다.
이차 잠금 핀(60)은 회전자(28)의 복수의 베인(32) 중 하나에 형성된 이차 잠금 핀 보어(62) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된다. 이차 잠금 핀 시트(64)는 그 내부에 이차 잠금 핀(60)을 선택적으로 수용하기 위해 캠샤프트 페이저 커버(50)에 끼워진 인서트이다. 이차 잠금 핀(60)은 밀접한 슬라이딩 관계로 이차 잠금 핀 시트(64) 내에 끼워져서, 이차 잠금 핀(60)이 이차 잠금 핀 시트(64) 내에 수용될 때에 회전자(28)와 고정자(16) 간의 상대 회전을 실질적으로 방지한다. 회전자(28)와 고정자(16) 간의 상대 회전이 실질적으로 방지되는 것을 여전히 고려하면서 회전자(28)의 각 회전 방향으로, 회전자(28)와 고정자(16) 간의 작은 양의 상대 회전이 단지 예를 들면 약 0.5°로 허용될 수 있다. 이차 잠금 핀(60)이 도 6에 도시된 바와 같이 이차 잠금 핀 시트(64) 내에 안착되도록 요망되지 않는 경우, 가압된 오일이 이차 잠금 핀(60)에 공급되어, 이차 잠금 핀(60)을 이차 잠금 핀 시트(64)의 밖으로 가압하여 이차 잠금 핀 스프링(65)을 압축한다. 이와 반대로, 이차 잠금 핀(60)이 도 5에 도시된 바와 같이 이차 잠금 핀 시트(64) 내에 안착되도록 요망되는 경우, 상기 가압된 오일은 이차 잠금 핀(60)으로부터 배출되어, 이차 잠금 핀 스프링(65)이 이차 잠금 핀(60)을 캠샤프트 페이저 커버(50)를 향해 가압하게 한다. 이러한 방식으로, 회전자(28)가 고정자(16) 내에 위치되어 이차 잠금 핀 시트(64)와 이차 잠금 핀(60)의 정렬을 가능하게 할 때에 이차 잠금 핀(60)은 이차 잠금 핀 스프링(65)에 의해 이차 잠금 핀 시트(64) 내에 안착된다.
소정 각도 위치에서 회전자(28)와 고정자(16) 간의 상대 회전을 방지하는 것이 요망되는 경우, 상기 가압된 오일은 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60) 양자로부터 배출되어, 일차 잠금 핀 스프링(58)과 이차 잠금 핀 스프링(65)이 일차 및 이차 잠금 핀(52, 60)을 캠샤프트 페이저 커버(50)를 향해 각각 가압하게 한다. 일차 및 이차 잠금 핀 시트(56, 64)와 일차 및 이차 잠금 핀(52, 60)을 각각 정렬하기 위하여, 진각 챔버(36)로 가압된 오일의 공급, 지연 챔버(38)로 가압된 오일의 공급, 바이어스 스프링(44)으로부터의 가압, 및 캠샤프트(14)로부터의 토크 중 하나 이상에 의해 회전자(28)는 고정자(16)에 대하여 회전될 수 있다. 일차 잠금 핀 시트(56)는 확대되므로, 이차 잠금 핀(60)이 이차 잠금 핀 시트(64) 내에 안착되기 전에 일차 잠금 핀(52)은 일차 잠금 핀 시트(56) 내에 안착될 것이다. 일차 잠금 핀 시트(56) 내에 안착된 일차 잠금 핀(52)과 더불어, 회전자(28)는, 단지 예를 들면 약 10°만큼 고정자(16)에 대하여 회전될 수 있다. 이차 잠금 핀 시트(64)와 이차 잠금 핀(60)을 정렬하기 위하여 진각 챔버(36)로 가압된 오일의 공급, 지연 챔버(38)로 가압된 오일의 공급, 바이어스 스프링(44)으로부터의 가압, 및 캠샤프트(14)로부터의 토크 중 하나 이상에 의해 회전자(28)는 고정자(16)에 대하여 더 회전될 수 있고, 이에 의하여 이차 잠금 핀(60)은 이차 잠금 핀 시트(64) 내에 안착될 수 있다. 진각 챔버(36)로 그리고 이로부터, 지연 챔버(38)로 그리고 이로부터, 및 일차 및 이차 잠금 핀(52, 60)으로 그리고 이로부터 오일의 공급 및 배출은 더 상세하게 후술될 것이다.
캠샤프트 페이저 커버(50)는 스프로킷(18)과 고정자(16)를 통해 연장되어 캠샤프트 페이저 커버(50)와 나사산 결합되는 스프로킷 볼트(22)에 의해 고정자(16)에 밀봉되게 부착된다. 이러한 방식으로, 스프로킷(18), 고정자(16), 및 캠샤프트 페이저 커버(50)를 축 방향 및 반경 방향으로 서로 고정시키기 위하여, 고정자(16)는 스프로킷(18)과 캠샤프트 페이저 커버(50) 사이에 견고하게 클램핑된다.
캠샤프트 페이저(12)는 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)로 캠샤프트(14)에 부착된다. 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)는 캠샤프트(14)로부터 먼 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 단부에서의 볼트 헤드(68), 캠샤프트(14)에 가까운 볼트 나사산 단부(70), 및 볼트 헤드(68)를 볼트 나사산 단부(70)에 연결하는 볼트 섕크(72)를 포함한다. 원통형이며 볼트 헤드(68)에 가까운 볼트 섕크(72)의 섕크 밀봉부(74)는 밀접한 끼움 관계로 회전자(28)의 중앙 허브(30)를 통해 동축으로 연장된다. 볼트 섕크(72)의 섕크 공급부(76)는 섕크 밀봉부(74)로부터 멀어지게 연장되고 섕크 밀봉부(74)를 볼트 나사산 단부(70)에 연결한다. 섕크 공급부(76)는 그의 외면에 평면부(flat)(78)로 도시된 리세스 특징부를 포함한다. 평면부(78)의 기능은 캠샤프트 페이저(12)의 작동이 설명되면 더 명백해질 것이다.
블라인드 보어(80)는 볼트 헤드(68)에 의해 규정된 캠샤프 페이저 부착 볼드(66)의 단부에서 시작하여 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66) 안으로 동축으로 연장된다. 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)는 블라인드 보어(80)로부터 평면부(78)로 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)를 통해 반경 방향으로 연장되는 공급 천공(82)을 포함하여, 평면부(78)와 블라인드 보어(80) 사이에 유체 연통을 제공한다. 또한, 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)는 블라인드 보어(80)로부터 섕크 밀봉부(74)로 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)를 통해 반경 방향으로 연장되는 잠금 핀 천공(84)을 포함하여, 섕크 밀봉부(74)와 블라인드 보어(80) 사이에 유체 연통을 제공한다. 잠금 핀 천공(84)은 회전자(28)의 중앙 관통 보어(34)의 내면에 형성된 환형 잠금 핀 홈(86)과 정렬된다. 잠금 핀 홈(86)은 일차 잠금 핀(52) 및 이차 잠금 핀(60)과 각각 유체 연통하는 잠금 핀 오일 유로(88, 90)와 유체 연통하고 있다. 또한, 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)는 블라인드 보어(80)로부터 섕크 밀봉부(74)로 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)를 통해 반경 방향으로 연장되는 벤트 천공(92)을 포함하지만, 뒤에서 더 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 벤트 천공(92)의 기능은 블라인드 보어(80)와 섕크 밀봉부(74) 사이에 유체 연통이 제공될 것을 요구하지 않는다. 따라서, 벤트 천공(92)은 블라인드 보어(80)로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 환형 홈(미도시)으로 대체될 수 있다. 공급 천공(82), 잠금 핀 천공(84), 및 벤트 천공(92)에 적용된 바와 같은 "천공(drilling)"이라는 용어는 특징을 이루기 위한 공정을 나타내지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
볼트 공급 보어(94)는 볼트 나사산 단부(70)로부터 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66) 안으로 동축으로 연장된다. 볼트 공급 보어(94)는 섕크 공급부(76)로 연장되지만, 블라인드 보어(80)와 교차하지 않는다. 볼트 공급 통로(96)는 볼트 공급 보어(94)로부터 섕크 공급부(76)를 통해 반경 방향 외측으로 연장된다.
잠금 핀 밸브 스풀(98)은 잠금 해제 위치로 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 슬라이딩될 때에 공급 천공(82)으로부터의 가압된 오일이 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60)으로 전달되는 것을 선택적으로 이루기 위해 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 블라인드 보어(80) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된다. 또한, 잠금 핀 밸브 스풀(98)은 가압된 오일이 공급 천공(82)으로부터 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60)으로 전달되는 것을 선택적으로 방지하고 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 잠금 위치로 슬라이딩될 때에 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60)으로부터 오일을 배출한다.
잠금 핀 밸브 스풀(98)은 블라인드 보어(80)와의 반경 방향 간극을 제공하기 위한 크기로 이루어진 밸브 스풀 바디(100)를 포함한다. 환형 공급 랜드(102)는 공급 천공(82)에 가까운 밸브 스풀 바디(100)의 단부에서 밸브 스풀 바디(100)로부터 반경 방향 외측으로 연장된다. 공급 랜드(102)는 블라인드 보어(80) 내에 밀접하게 장착하기 위한 크기로 이루어져서 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 잠금 위치에 있을 때에 공급 천공(82)과 잠금 핀 천공(84) 간의 유체 연통을 실질적으로 방지한다.
또한, 잠금 핀 밸브 스풀(98)은 밸브 스풀 바디(100)로부터 반경 방향 외측으로 연장되고 볼트 헤드(68)를 향해 공급 랜드(102)로부터 축 방향으로 이격되게 위치된 환형 벤트 랜드(104)를 포함한다. 벤트 랜드(104)는 블라인드 보어(80) 내에 밀접하게 장착하기 위한 크기로 이루어져서 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 잠금 해제 위치에 있을 때에 잠금 핀 천공(84)과 벤트 천공(92) 간의 유체 연통을 실질적으로 방지한다.
또한, 잠금 핀 밸브 스풀(98)은 블라인드 보어(80)의 바닥에 근접한 잠금 핀 밸브 스풀(98)의 단부로 축 방향으로 연장되는 보어에 의해 형성된 스풀 스프링 시트(106)를 포함한다. 스풀 스프링 시트(106)는 스풀 스프링(108)의 일단을 수용하고 스풀 스프링(108)의 타단은 블라인드 보어(80)의 바닥에 접지된다. 스풀 스프링(108)은 블라인드 보어(80)의 바닥으로부터 멀어지게 잠금 핀 밸브 스풀(98)에 가압력을 가한다.
또한, 잠금 핀 밸브 스풀(98)은 스풀 스프링 시트(106)로부터 잠금 핀 밸브 스풀(98) 안으로 동축으로 그리고 벤트 랜드(104)를 축 방향으로 지나서 연장되는 스풀 벤트 보어(110)를 포함한다. 스풀 벤트 연결 통로(112)는 잠금 핀 밸브 스풀(98)을 통해 반경 방향으로 연장되어 스풀 벤트 보어(110)와 블라인드 보어(80) 사이에 유체 연통을 제공한다.
또한, 잠금 핀 밸브 스풀(98)은 밸브 스풀 바디(100)로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 유지 날개(114)를 포함하지만, 유지 날개(114)는 밸브 스풀 바디(100)의 전체 주연 둘레로 연장되지 않고 블라인드 보어(80) 내에 밀접하게 장착되지 않는 크기로 이루어질 수 있다. 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 잠금 위치에 있는 경우, 유지 날개(114)는 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 블라인드 보어(80)에 형성된 유지 클립 홈(117) 내에 고정되는 유지 클립(116)과 접하여서, 잠금 핀 밸브 스풀(98)의 이동을 제한하여 잠금 핀 밸브 스풀(98)을 블라인드 보어(80) 내에 유지시킨다. 유지 클립(116)은 더 상세하게 후술될 바와 같이 밸브 스풀 바디(100)와의 반경 방향 간극을 제공한다.
잠금 핀 밸브 스풀(98)을 잠금 위치로부터 잠금 해제 위치로 변위시키기 위하여 액츄에이터(118)가 제공된다. 액츄에이터(118)는, 예를 들어 액츄에이터 샤프트(120)를 구비한 솔레노이드 액츄에이터일 수 있다. 전류가 액츄에이터(118)에 인가되는 경우, 액츄에이터 샤프트(120)는 잠금 핀 밸브 스풀(98)을 잠금 해제 위치로 블라인드 보어(80)의 바닥을 향해 이동시켜, 스풀 스프링(108)을 압축한다. 액츄에이터(118)로 전류의 인가가 정지되는 경우, 스풀 스프링(108)은 잠금 핀 밸브 스풀(98)을 잠금 위치로 복귀되게 가압한다. 솔레노이드 액츄에이터는 공지되어 있으므로 여기에서는 더 설명되지 않을 것이다. 액츄에이터(118)가 솔레노이드 액츄에이터로서 설명되었지만, 잠금 핀 밸브 스풀(98)에 필요한 축 방향 이동을 제공할 수 있는 임의의 유형의 액츄에이터가 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
캠샤프트(14)에는 간극 보어(124) 및 간극 보어(124)보다 직경이 작은 나사산 보어(126)를 포함하는 단차진 캠샤프트 보어가 제공된다. 간극 보어(124)는 회전자(28)와 접하는 캠샤프트(14)의 단부로부터 캠샤프트(14) 안으로 동축으로 연장된다. 회전자(28)가 캠샤프트(14)와 동축이게 하기 위하여 회전자(28)는 캠샤프트(14)의 외주와 밀접하게 끼워지는 회전자 포켓(128)을 포함할 수 있다. 간극 보어(124)는 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 섕크 공급부(76)와 간극 보어(124) 사이에 반경 방향으로 환형 챔버(130)를 제공하기 위한 크기로 이루어진다. 나사산 보어(126)는 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 볼트 나사산 단부(70)와 나사 결합하는 암 나사를 포함한다. 따라서, 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)가 소정 토크로 조여지는 경우, 회전자(28)가 볼트 헤드(68)와 캠샤프트(14) 사이에서 견고하게 클램핑되도록 볼트 헤드(68)는 회전자(28)에 축 방향으로 작용한다. 이러한 방식으로, 캠샤프트 페이저(12)는 캠샤프트(14)에 고정된다. 캠샤프트 오일 공급 유로(132)는 더 상세하게 후술될 바와 같이 가압된 오일을 나사산 보어(126)에 공급하기 위해 나사산 보어(126)와 유체 연통할 수 있다.
캠샤프트(14)는 진각 챔버(36)로부터 오일을 공급하고 배출하기 위하여 캠샤프트 진각 통로(134)(도 7에 하나만이 보임)를 포함한다. 캠샤프트 진각 통로(134)는 회전자(28)의 진각 오일 유로(40)와 유체 연통하고 캠샤프트(14)의 외측 베어링면에 형성된 환형 캠샤프트 진각 홈(136)과 유체 연통하고 있다. 유사하게, 캠샤프트(14)는 지연 챔버(38)로부터 오일을 공급하고 배출하기 위하여 캠샤프트 지연 통로(138)(도 7에 하나만이 보임)를 포함한다. 캠샤프트 지연 통로(138)는 회전자(28)의 지연 오일 유로(42)와 유체 연통하고 캠샤프트(14)의 외측 베어링면에 형성된 환형 캠샤프트 지연 홈(140)과 유체 연통하고 있다. 캠샤프트 진각 홈(136)과 캠샤프트 지연 홈(140)에 그리고 이로부터 오일을 공급하고 배출하는 것은 고정자(16)에 대해 회전자(28)를 위치시켜 내연기관(10)의 원하는 작동 특성을 달성하기 위하여 위상 제어 밸브(미도시)에 의해 제어된다.
이제, 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60)의 잠금 및 잠금 해제에 대한 캠샤프트 페이저(12)의 작동에 대해 설명될 것이다. 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60)을 잠금 해제하여 회전자(28)가 고정자(16)에 대해 상대 회전하게 하는 경우, 액츄에이터(118)에는 전류가 통전된다. 액츄에이터(118)에 전류가 통전되는 경우, 액츄에이터 샤프트(120)는 잠금 핀 밸브 스풀(98)을 향해 축 방향으로 이동되어, 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 블라인드 보어(80) 내에서 블라인드 보어(80)의 바닥을 향해 축 방향으로 이동하게 하여 스풀 스프링(108)을 압축한다. 이에 의하여 캠샤프트 오일 공급 유로(132)로부터의 가압된 오일이 볼트 공급 보어(94), 볼트 공급 통로(96), 및 환형 챔버(130)로 공급된다. 환형 챔버(130)로부터, 상기 오일은 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 평면부(78)와 중앙 관통 보어(34)와 간극 보어(124) 사이에 반경 방향으로 형성된 공간에 의하여 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 공급 천공(82)으로 통과하게 된다. 공급 랜드(102)는 공급 천공(82)을 차단하고 있지 않으므로, 상기 오일은 블라인드 보어(80)로 연속될 수 있어서 상기 오일은 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 잠금 핀 천공(84), 회전자(28)의 잠금 핀 홈(86), 및 잠금 핀 오일 유로(88, 90)로 통과하여 상기 오일은 일차 잠금 핀 시트(56)로부터 일차 잠금 핀(52)을 그리고 이차 잠금 핀 시트(64)로부터 이차 잠금 핀(60)을 안착시키지 않거나 잠금 해제할 수 있게 된다. 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 이러한 위치에 있을 때에 벤트 랜드(104)가 잠금 핀 천공(84)과 벤트 천공(92) 사이에서 유체 연통을 차단하는 것을 주의해야 한다. 명확성을 위해, 도 12는 일차 잠금 핀 시트(56)로부터 일차 잠금 핀(52)을 그리고 이차 잠금 핀 시트(64)로부터 이차 잠금 핀(60)을 잠금 해제하는 가압된 오일에 의해 취해진 경로를 나타내기 위한 화살표(P)를 포함하고 있다.
이와 반대로, 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60)을 잠가서 회전자(28)가 고정자(16)에 대해 상대 회전하는 것을 방지하는 경우, 액츄에이터(118)에는 전류가 통전되지 않는다. 액츄에이터(118)에 전류가 통전되지 않는 경우, 액츄에이터 샤프트(120)는 잠금 핀 밸브 스풀(98)로부터 멀어지는 방향으로 축 방향으로 이동되어, 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 유지 클립(116)에 접할 때까지 스풀 스프링(108)의 힘 하에서 잠금 핀 밸브 스풀(98)이 블라인드 보어(80) 내에서 블라인드 보어(80)의 바닥으로부터 멀어지게 축 방향으로 이동하게 한다. 이러한 상황이 발생하는 경우, 공급 랜드(102)는 공급 천공(82)을 차단하도록 위치되고, 이에 의하여 가압된 오일이 캠샤프트 오일 공급 유로(132)로부터 잠금 핀 천공(84)으로 전달되는 것을 방지한다. 동시에, 벤트 랜드(104)는 벤트 천공(92)과 정렬되지만, 벤트 랜드(104)는 벤트 천공(92)을 차단하지 않을 만큼의 충분히 작은 축 방향 길이를 갖는다. 이에 의하여 일차 잠금 핀(52)과 이차 잠금 핀(60)으로부터의 오일은 잠금 핀 오일 유로(88, 90), 잠금 핀 홈(86), 잠금 핀 천공(84), 벤트 천공(92), 및 블라인드 보어(80)를 통과함으로써 액츄에이터(118)에 근접한 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 단부를 통해 배출될 수 있다. 공급 랜드(102)를 지나 블라인드 보어(80)의 바닥을 향해 누설될 수 있는 임의의 오일은 스풀 벤트 보어(110), 스풀 벤트 연결 통로(112), 및 블라인드 보어(80)를 통과함으로써 캠샤프트 페이저 부착 볼트(66)의 단부를 통해 배출되는 것을 유의해야 한다. 명확성을 위해, 도 11은 회전자(28)가 고정자(16)와 함께 적절히 위치되는 경우에 일차 잠금 핀(52)을 일차 잠금 핀 시트(56)와 그리고 이차 잠금 핀(60)을 이차 잠금 핀 시트(64)와 잠그는 배출된 오일에 의해 취해진 경로를 나타내기 위한 화살표(V)를 포함하고 있다.
가압된 오일이 공급 천공(82)에 도달되게 하는 섕크 공급부(76)의 리세스 특징부가 평면부(78)로 예시되었지만, 상기 리세스 특징부는 다른 형태를 취할 수 있는 것을 이해하여야 한다. 단지 예를 들면, 평면부(78)는 홈, 채널, 플루트, 또는 섕크 공급부(76)의 감소된 직경부로 대체될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예에 관하여 설명되었지만, 본 발명은 그렇게 제한되도록 의도되지 않고 오히려 다음의 청구범위에 제시된 정도로 확장된다.

Claims (19)

  1. 내연기관에서 크랭크샤프트와 캠샤프트 간의 위상 관계를 제어가능하게 변화시키기 위한 캠샤프트 페이저이며,
    축을 중심으로 회전가능하며 복수의 로브를 갖는 고정자로서, 상기 고정자는 상기 고정자와 크랭크샤프트 간의 고정 회전비를 제공하도록 내연기관의 크랭크샤프트에 연결가능한, 고정자;
    상기 고정자 내에 동축으로 배치되며 복수의 베인을 갖는 회전자로서, 복수의 베인은 고정자 로브와 사이사이에 배치되어 교호적 진각 및 지연 챔버를 형성하고, 상기 진각 챔버는 진각 방향으로 상기 크랭크샤프트와 캠샤프트 간의 위상 관계를 변화시키기 위하여 가압된 오일을 수용하며 상기 지연 챔버는 지연 방향으로 상기 캠샤프트와 크랭크샤프트 간의 위상 관계를 변화시키기 위하여 가압된 오일을 수용하고, 상기 회전자는 상기 회전자와 캠샤프트 간의 상대 회전을 방지하도록 내연기관의 캠샤프트에 부착가능한, 회전자;
    잠금 핀이 잠금 핀 시트와 결합될 때에 상기 회전자와 고정자 간의 상대 회전을 실질적으로 방지하기 위해 잠금 핀 시트와의 선택적 결합을 위하여 상기 회전자와 고정자 중 하나 내에 배치된 잠금 핀으로서, 상기 잠금 핀 시트로부터 잠금 핀을 분리하기 위하여 상기 잠금 핀에 가압된 오일이 선택적으로 공급되고, 상기 잠금 핀을 잠금 핀 시트와 결합시키기 위하여 상기 잠금 핀으로부터 오일이 선택적으로 배출되는, 잠금 핀;
    상기 회전자와 고정자를 통해 동축으로 연장되며 상기 캠샤프트 페이저를 캠샤프트에 부착하기 위하여 상기 캠샤프트에 나사 결합가능한 캠샤프트 페이저 부착 볼트; 및
    상기 잠금 핀으로의 오일 흐름 및 상기 잠금 핀으로부터의 오일의 흐름을 제어하기 위한 잠금 핀 밸브 스풀로서, 상기 잠금 핀 밸브 스풀은 캠샤프트 페이저 부착 볼트 내에 위치되는, 잠금 핀 밸브 스풀
    을 포함하고,
    상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 상기 잠금 핀 밸브 스풀에 가압된 오일을 공급하기 위하여 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트를 통해 연장되는 공급 천공을 포함하는
    캠샤프트 페이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잠금 핀 밸브 스풀은 캠샤프트 페이저 부착 볼트의 블라인드 보어 내에 위치되는 캠샤프트 페이저.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공급 천공은 블라인드 보어로부터 상기 캠샤프트 페이저를 통해 반경 방향으로 연장되는 캠샤프트 페이저.
  4. 제3항에 있어서, 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 그의 외면에 리세스 특징부를 포함하여, 상기 공급 천공에 가압된 오일을 공급하기 위해 상기 회전자와 캠샤프트 중 적어도 하나와 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트 사이에 반경 방향으로 통로를 형성하는 캠샤프트 페이저.
  5. 제4항에 있어서, 상기 리세스 특징부는 평면부인 캠샤프트 페이저.
  6. 제6항에 있어서, 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 블라인드 보어로부터 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트를 통해 반경 방향으로 연장되는 잠금 핀 천공을 포함하여 상기 블라인드 보어로부터 잠금 핀으로 유체 연통을 제공하는 캠샤프트 페이저.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공급 천공이 캠샤프트에 가깝고 상기 잠금 핀 천공이 캠샤프트로부터 멀도록 상기 잠금 핀 천공은 공급 천공으로부터 축 방향으로 이격되는 캠샤프트 페이저.
  8. 제7항에 있어서, 상기 잠금 핀 천공이 캠샤프트에 가깝고 벤트 천공이 캠샤프트로부터 멀도록 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 블라인드 보어로부터 반경 방향 외측으로 연장되며 상기 잠금 핀 천공으로부터 축 방향으로 이격되는 벤트 천공을 포함하는 캠샤프트 페이저.
  9. 제8항에 있어서, 상기 잠금 핀 밸브 스풀은 잠금 핀을 잠금 핀 시트와 결합시키기 위한 잠금 위치와 상기 잠금 핀을 잠금 핀 시트로부터 분리하기 위한 잠금 해제 위치 사이에서 상기 블라인드 보어 내에서 슬라이딩가능한 캠샤프트 페이저.
  10. 제9항에 있어서, 상기 잠금 핀 밸브 스풀은 상기 잠금 위치에 잠금 핀 밸브 스풀이 있을 때에 상기 공급 천공과 잠금 핀 천공 사이에서 유체 연통을 방지하는 공급 랜드를 포함하는 캠샤프트 페이저.
  11. 제10항에 있어서, 상기 공급 랜드는 상기 잠금 위치에 잠금 핀 밸브 스풀이 있을 때에 상기 공급 천공을 차단하는 캠샤프트 페이저.
  12. 제10항에 있어서, 상기 공급 랜드는 상기 잠금 해제 위치에 잠금 핀 밸브 스풀이 있을 때에 상기 공급 천공과 잠금 핀 천공 사이에서 유체 연통을 허용하는 캠샤프트 페이저.
  13. 제10항에 있어서, 상기 잠금 핀 밸브 스풀은 상기 잠금 해제 위치에 잠금 핀 밸브 스풀이 있을 때에 상기 잠금 핀 천공과 벤트 천공 사이에서 유체 연통을 방지하는 벤트 랜드를 포함하는 캠샤프트 페이저.
  14. 제13항에 있어서, 상기 벤트 랜드는 상기 잠금 위치에 잠금 핀 밸브 스풀이 있을 때에 상기 잠금 핀 천공과 벤트 천공 사이에서 유체 연통을 허용하는 캠샤프트 페이저.
  15. 제14항에 있어서, 상기 벤트 랜드는 잠금 핀으로부터 상기 캠샤프트 페이저의 외부로 오일을 배출하기 위한 경로를 제공하는 캠샤프트 페이저.
  16. 제4항에 있어서, 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 캠샤프트에 가까운 상기 캠샤프트 페이저의 단부에서 그 안으로 축 방향으로 연장되는 볼트 공급 보어를 포함하고, 상기 볼트 공급 보어는 상기 공급 천공과 유체 연통하고 있는 캠샤프트 페이저.
  17. 제16항에 있어서, 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트는 볼트 공급 보어로부터 그리고 상기 캠샤프트 페이저 부착 볼트를 통해 반경 방향 외측으로 연장되는 볼트 공급 통로를 포함하는 캠샤프트 페이저.
  18. 제17항에 있어서, 상기 볼트 공급 통로는 상기 회전자와 캠샤프트 중 적어도 하나와 상기 리세스 특징부 사이에 반경 방향으로 형성된 상기 통로와 유체 연통하고 있는 캠샤프트 페이저.
  19. 제1항에 있어서, 상기 잠금 핀 밸브 스풀의 이동은 상기 크랭크샤프트와 캠샤프트 간의 위상 관계를 변화시키지 않는 캠샤프트 페이저.
KR1020130130231A 2012-11-02 2013-10-30 중앙에 위치된 잠금 핀 밸브 스풀을 구비한 캠샤프트 페이저 KR20140057169A (ko)

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