KR20140111615A - 내연기관 내의 실린더 밸브 타이밍을 변하게 하기 위한 시스템 - Google Patents

내연기관 내의 실린더 밸브 타이밍을 변하게 하기 위한 시스템 Download PDF

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앨런 테위즈
오스틴 슈미트
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휴스코 오토모티브 홀딩스 엘엘씨
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Abstract

가변 엔진 밸브 타이밍 제어 시스템은 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 조정하기 위해, 제 1 및 제 2 액추에이터 포트들을 갖는 캠 위상 액추에이터를 갖는다. 제 1 제어 밸브는 제 1 액추에이터 포트를 엔진 오일 펌프 또는 제 1 밸브 포트 중 하나에 선택적으로 커플링한다. 제 2 제어 밸브는 제 2 액추에이터 포트를 엔진 오일 펌프 또는 제 2 밸브 포트 중 하나에 선택적으로 커플링한다. 별개의 체크 밸브들은 제 1 및 제 2 제어 밸브들을 통하여 캠 위상 액추에이터로부터 엔진 오일 펌프로 거꾸로 오일이 흐르는 것을 방지한다. 일 실례에서, 제 1 밸브 포트 및 제 2 밸브 포트는 유체 저장소에 연결된다. 다른 실례에서, 제 1 밸브 포트는 다른 체크 밸브에 의해 제 2 액추에이터 포트에 연결되고, 제 2 밸브 포트는 다른 체크 밸브에 의해 제 1 액추에이터 포트에 연결된다.

Description

내연기관 내의 실린더 밸브 타이밍을 변하게 하기 위한 시스템 {SYSTEM FOR VARYING CYLINDER VALVE TIMING IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관용 가변 실린더 밸브 타이밍 시스템들에 관한 것이며, 특히 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 사이의 위상 관계를 변하게 하는 액추에이터를 유압식으로 작동시키기 위한 장치에 관한 것이다.
내연기관은 크랭크 샤프트를 구동시키기 위해 연결되는 피스톤들을 갖는 복수의 실린더들을 갖는다. 각각의 실린더는 실린더 안으로의 공기의 흐름 그리고 이로부터의 배기 가스들의 흐름을 제어하는 둘 또는 셋 이상의 밸브들을 갖는다. 밸브들은 크랭크 샤프트에 의해 회전되도록 기계적으로 연결되는 캠 샤프트에 의해 작동되었다. 기어들, 체인들 또는 벨트들이 크랭크 샤프트를 캠 샤프트에 커플링하는데 사용되어왔다. 각각의 실린더의 연소 사이클 동안 밸브들이 적절한 시간들에서 개방되고 닫히는 것이 중요하다. 지금까지는, 이러한 밸브 타이밍 관계는 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 사이의 기계적인 커플링에 의해 결정되었었다.
밸브 타이밍의 결정된 설정은 종종 모든 엔진 작동 속도들에서의 최적의 전체 작동을 발생하는 절충안이었다. 하지만, 최적의 엔진 성능은 밸브 타이밍이 엔진 속도, 엔진 부하 및 다른 요인들의 함수로서 변하는 경우에 얻어질 수 있다는 것이 인식되어왔다. 컴퓨터화된 엔진 제어의 출현에 의해, 현재 작동 상태들을 기본으로 하여 최적의 실린더 밸브 타이밍을 결정하고 따라서 이에 반응하여 그 타이밍을 조정하는 것이 가능하게 되었다.
예시적인 가변 실린더 타이밍 시스템이 도 1 에 나타나 있으며, 여기서 엔진 컴퓨터(11)가 펌프(13)로부터 캠 위상 액추에이터(12)로의 가압된 오일의 흐름을 제어하는 4-방 전기유압 밸브(10)에 대한 최적의 밸브 타이밍 및 인가된 전류를 결정한다. 펌프(13)는 통상적으로 엔진을 통하여 윤활유를 보내는데 사용되는 종래의 펌프이다. 캠 위상 액추에이터(12)는 엔진의 크랭크 샤프트 상의 다른 풀리와 맞물리는 타이밍 벨트에 의해 구동되는 풀리(16)에 캠 샤프트(14)를 커플링한다. 풀리 대신에, 체인 스프로킷(chain sprocket), 기어, 또는 다른 장치가 캠 샤프트(14)를 크랭크 샤프트에 기계적으로 커플링하기 위해 이용될 수 있다. 센서(21)가 캠 샤프트(14)의 각도 위상을 표시하는 전기 피드백 신호를 엔진 컴퓨터(11)에 제공한다.
도 2 를 추가로 참조하면, 캠 위상 액추에이터(12)는 캠 샤프트(14)에 고착되는 로터(20)를 갖는다. 캠 위상 액추에이터(12)는 타이밍 벨트 풀리(16)의 4 개의 챔버(25)들 안에서 외측으로 돌출하는 4 개의 베인(22)들을 갖고, 이에 의해 각각의 베인에 대하여 대향하는 측들에 있는 각각의 챔버 내에 제 1 및 제 2 공동(26 및 28)들을 형성한다. 액추에이터 매니폴드(15) 내의 제 1 포트(18)는 제 1 통로(30)에 의해 제 1 공동(26)들에 연결되고 제 2 통로(33)는 제 2 포트(19)를 제 2 공동(28)들에 커플링한다.
캠 위상 액추에이터(12)의 제 1 및 제 2 포트(18 및 19)들에 엔진 오일을 가하는 것을 선택적으로 제어함으로써, 회전 풀리(16)와 캠 샤프트(14) 사이의 각도 위상 관계는 실린더 밸브 타이밍을 전진시키거나 또는 지연시키기 위해 변할 수 있다. 전기유압 밸브(10)가 중심 또는 중립 위치에서 동작될 때, 펌프(10)로부터의 유체는 각각의 타이밍 풀리 챔버(25) 내의 제 1 및 제 2 공동(26 및 28)들 양쪽 안으로 동등하게 공급된다. 로터 베인(22)들의 양쪽 측들 상의 동등한 압력은 풀리 챔버(25)들 내에 이러한 베인들의 현재 위치를 유지한다. 전기유압 밸브(10)는 엔진이 운행하는 대부분의 시간에 중심 위치에서 작동한다. 이러한 중심 맞춤된 위치를 유지하기 위해 전류가 전기유압 밸브(10)에 인가되어야 하는 것을 주목해야 한다.
전기유압 밸브(10)의 다른 위치에서, 펌프(13)로부터의 가압된 오일이 제 1 포트(18)에 가해지고 다른 오일은 제 2 포트(19)로부터 저장소(17)(예컨대, 오일 팬)로 배출된다. 이러한 가압된 오일은 제 1 공동(26)들 안으로 전달되고, 이에 의해 로터(20)를 타이밍 벨트 풀리(16)에 대하여 시계방향으로 강제하고 밸브 타이밍을 전진시킨다. 전기유압 밸브(10)의 또 다른 위치에서, 펌프로부터의 가압된 오일은 제 2 포트(19)에 가해지는 반면, 오일은 제 1 포트(18)로부터 저장소(17)로 배출된다. 이제 가압된 오일은 제 2 공동(28) 안으로 보내어지고, 이에 의해 로터(20)를 타이밍 벨트 풀리(16)에 대하여 반시계방향으로 강제하고, 이는 밸브 타이밍을 지연시킨다.
여기서 왼쪽 및 오른쪽, 또는 시계방향 및 반시계방향과 같은 방향적 관계들 및 이동에 대한 참조들은, 기계류에 부착되는 구성요소들에 대하여 동일하지 않을 수 있는, 도면들에 도시된 배향으로의 구성요소들의 관계 및 이동을 나타낸다. 여기서 사용된 것과 같은 "직접적으로 연결되는"이라는 용어는 연관된 유압 구성요소들이 밸브, 오리피스 또는 임의의 도관의 고유의 제한을 넘어서서 유체의 흐름을 제한 또는 제어하는 다른 장치와 같은 임의의 개입 요소 없이 도관에 의해 함께 연결되는 것을 의미한다. 또한 여기서 사용되는 것과 같은, "유체 연통"이라고 일컬어지는 구성요소들은 유체가 이러한 구성요소들 사이에서 흐르는 방식으로 작동되게 연결된다.
캠 위상 액추에이터(12)의 작동은 캠 샤프트의 토크 프로파일을 극복하기 위해 그리고 캠 타이밍을 조정하기 위해 엔진 오일 펌프로부터의 상당한 오일 압력 및 흐름을 요구한다. 게다가, 전기유압 밸브(10)는 엔진 작동 시간의 대부분인 중심 위치 안으로 놓여져 있는 동안에 전류를 소비한다. 유압 및 전기 에너지 소비를 감소시키고 이에 의해 캠 위상 시스템의 효율을 개선하는 것이 바람직하다.
펌프, 저장소, 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트를 갖는 내연기관의 실린더 밸브 타이밍을 변하게 하기 위한 제어 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 제 1 액추에이터 포트 및 제 2 액추에이터 포트로부터 선택적으로 가해지고 배수되는 오일에 반응하여 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 조정하기 위한 캠 위상 액추에이터를 포함한다.
제 1 제어 밸브는 펌프로부터 오일을 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 1 포트, 제 2 포트, 그리고 캠 위상 액추에이터의 제 1 액추에이터 포트와 유체 연통하는 제 1 작업 포트를 갖는다. 제 1 제어 밸브는 제 1 유체 경로가 제 1 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 1 위치를 갖고, 제 2 유체 경로가 제 2 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 2 위치를 갖는다.
제 2 제어 밸브는 펌프로부터 오일을 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 3 포트, 제 4 포트, 그리고 캠 위상 액추에이터의 제 2 액추에이터 포트와 유체 연통하는 제 2 작업 포트를 갖는다. 하나의 위치에서, 제 2 제어 밸브는 제 3 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제 3 유체 경로를 제공하고, 다른 위치에서 제 4 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제 4 유체 경로를 제공한다.
제 1 체크 밸브가 제 1 경로를 통하여 단지 펌프로부터 캠 위상 액추에이터로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결된다. 제 2 체크 밸브가 제 3 경로를 통하여 단지 펌프로부터 캠 위상 액추에이터로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결된다.
제어 시스템의 일 실례에서, 제 1 제어 밸브의 제 2 포트와 제 2 제어 밸브의 제 4 포트는 저장소와 유체 연통한다.
제어 시스템의 다른 실례에서, 제 1 제어 밸브의 제 2 포트는 제 2 액추에이터 포트와 유체 연통하고, 제 2 제어 밸브의 제 4 포트는 제 1 액추에이터 포트와 유체 연통한다. 이러한 실례에서, 제 3 체크 밸브가 단지 제 2 포트로부터 제 2 액추에이터 포트로의 하나의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되고, 제 4 체크 밸브가 단지 제 4 포트로부터 제 1 액추에이터 포트로의 하나의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결된다.
이후의 도면들은 다른 구성요소들 및 유압 회로들이 본 발명을 이행하기 위해 이용될 수 있는 이해와 함께 본 발명에 따른 가변 캠 조정 시스템들의 예들을 묘사한다.
도 1 은 캠 위상 액추에이터가 포함된 이전의 가변 캠 조정 시스템의 개략적인 다이어그램이고,
도 2 는 캠 위상 액추에이터를 통한 도 1 의 라인(2-2)을 따른 횡단면도이고,
도 3 은 본 발명에 따른 유압 회로의 제 1 실시예의 개략적인 다이어그램이고,
도 4 는 제 1 실시예의 캠 위상 액추에이터를 통한 반경방향 횡단면도이고,
도 5 는 본 발명에 따른 유압 회로의 제 2 실시예의 개략적인 다이어그램이다.
최초로 도 3 을 참조하면, 제 1 캠 위상 제어 시스템(40)이 엔진을 윤활하기 위해 저장소(44)로부터 오일을 공급하는 종래의 오일 펌프(42)에 의해 제공되는 오일을 이용한다. 오일 펌프(42)의 출구는 제 1 및 제 2 제어 밸브(46 및 48)들에 연결된다. 제어 밸브(46 및 48)들의 각각은 엔진 컴퓨터(45)로부터의 신호에 의해 작동되는 전기유압, 온/오프 또는 비례적인 3-방 밸브이다. 일 실례에서, 엔진 컴퓨터(45)는 밸브를 통하는 유체 흐름의 비례적인 변화를 달성하기 위해 온/오프, 3-방 밸브를 작동하도록 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 가한다. 각각의 예시적인 제어 밸브(46 또는 48)는 일체형 체크 밸브(50 또는 52)를 각각 포함한다. 제 1 제어 밸브(46)는 오일 펌프(42)의 출구로부터 오일을 수용하는 제 1 포트(53)를 갖고, 복귀 라인(56)을 경유하여 저장소(44)와 유체 연통하는 제 2 포트를 갖는다. 제 1 제어 밸브(46)가 도시된 것과 같은 제 1 위치에 있을 때, 제 1 경로가 제 1 포트(53)와 제 1 작업 포트(54) 사이에 제공된다. 제 1 스프링(61)은 제 1 제어 밸브(46)를 제 1 위치를 향하여 편향시킨다. 제 1 체크 밸브(50)는 오일이 제 1 포트(53)로부터 제 1 작업 포트(54)로만 제 1 경로에서 흐르는 것을 가능하게 하고 오일이 반대 방향으로 흐르는 것을 방지한다. 제 1 솔레노이드 액추에이터(63)가 엔진 제어기로부터의 전류에 의해 활성화될 때, 제 1 제어 밸브(46)는 제 2 위치로 이동한다. 이러한 제 2 위치에서, 제 1 제어 밸브(46)는 제 1 작업 포트(54)와 제 2 포트(55) 그리고 따라서 저장소(44) 사이에 양방향성 제 2 경로를 제공한다.
제 2 제어 밸브(48)는 오일 펌프(42)의 출구에 연결되는 제 3 포트(57)를 갖고, 복귀 라인(56)을 경유하여 저장소(44)에 연결되는 제 4 포트(59)를 갖는다. 도시된 제 2 제어 밸브(48)의 하나의 위치에서, 제 3 경로가 제 3 포트(57)와 제 2 작업 포트(58) 사이에 제공된다. 제 2 스프링(62)이 제 2 제어 밸브(46)를 이러한 하나의 위치로 편향시킨다. 제 3 경로를 통하는 유체 흐름은 제 2 체크 밸브(52)에 의해 단지 제 3 포트(57)로부터 제 2 작업 포트(58)로의 방향으로 제한된다. 제 2 제어 밸브(48)의 다른 위치는 제 2 작업 포트(58)와 제 4 포트(59) 사이에 양방향성 제 4 유체 경로를 제공한다. 엔진 제어기로부터의 전류는 제 2 제어 밸브(48)를 이러한 다른 위치로 이동시키기 위해 제 2 솔레노이드 액추에이터(64)를 활성화시킨다.
제 1 캠 위상 제어 시스템(40)은 엔진의 캠 샤프트와 크랭크 샤프트 사이의 회전 관계를 변하게 하기 위한 캠 위상 액추에이터(68)를 포함한다. 캠 위상 액추에이터(68)는 이러한 목적을 위해 사용되는 종래의, 유압식으로 작동되는 장치이고 도 1 및 도 2 에 나타낸 액추에이터와 유사할 수 있다. 캠 위상 액추에이터(68)는 제 1 제어 밸브(46)의 제 1 작업 포트(54)에 직접적으로 연결되는 제 1 액추에이터 포트(66)를 갖고, 제 2 제어 밸브(48)의 제 2 작업 포트(58)에 직접적으로 연결되는 제 2 액추에이터 포트(70)를 갖는다.
엔진 컴퓨터가 제 1 및 제 2 솔레노이드 액추에이터(63 및 64)들에 전류를 인가하지 않을 때, 2 개의 제어 밸브(46 및 48)들은 스프링(61 및 62)들에 의해 도 3 에 도시된 위치들로 편향된다. 이러한 상태에서, 오일 펌프(42)의 출구로부터의 동등한 압력이 캠 위상 액추에이터(68)의 양쪽 액추에이터 포트(66 및 70)들에 가해진다. 제 1 및 제 2 제어 밸브(46 및 48)들 내의 제 1 및 제 2 체크 밸브(50 및 52)들이 캠 위상 액추에이터(68)로부터 오일이 빠져나가는 것을 방지하기 때문에, 액추에이터는, 펌프 출구 압력이 낮을 때의 느린 엔진 속도들에서라도 그리고 심지어 엔진이 꺼질 때라도 본 위상 위치로 유지된다. 캠 위상 액추에이터들을 마지막 작동 위치로 유지하는 것은 엔진이 재시동될 때, 펌프(42)에 의해 발생되는 최소 오일 압력에 의한 최초의 느린 속도에도 불구하고 적절한 밸브 타이밍이 사용될 것을 보장한다.
엔진이 작동하는 동안 대부분의 시간에 발생하는 것과 같이, 캠 위상 액추에이터(68)의 위치를 유지하기 위해 제 1 및 제 2 제어 밸브(46 및 48)들을 동작 해제시키는 것은 오일 펌프로부터의 전력 및 유압 에너지 양쪽을 보존한다. 따라서, 본 캠 위상 제어 시스템은 도 1 에서와 같이, 4-방 제어 밸브를 이용하는 이전의 시스템보다 더 적은 에너지를 소비한다.
이전의 캠 위상 액추에이터들은 또한 캠 위상이 조정되지 않을 때 액추에이터를 고정된 위치로 유지하기 위해 잠금 메커니즘을 요구하였다. 제 1 캠 위상 제어 시스템(40)은 잠금 메커니즘을 요구하지 않는데, 이는 캠 위상 액추에이터(68)가 조정되지 않을 때, 체크 밸브(50 및 52)들이 오일을 캠 위상 액추에이터(68) 내에 유지하고 캠 위상 관계의 변화를 방지하기 때문이다.
계속하여 도 3 을 참조하면, 제 1 캠 위상 제어 시스템(40)은 캠 위상을 조정하는데 사용하기 위한 캠 토크의 양방향성 에너지 수확을 제공한다. 이는 추가로 에너지를 보존하고 거의 0 의 오일 공급 압력에서의 캠 위상의 조정을 가능하게 한다.
캠 위상 액추에이터(68)를 조정하고 실린더 밸브 타이밍을 전진시키기 위해, 제 1 제어 밸브(46)는 동작 해제되는 반면 제 2 제어 밸브(48)는 제 2 작업 포트(58)가 저장소 복귀 라인(56)이 연결되는 제 4 포트(59)에 연결되는 위치로 작동된다. 이는 오일 펌프(42)로부터의 가압된 유체가 제 1 액추에이터 포트(66) 안으로 공급되고 다른 유체가 제 2 액추에이터 포트(70)로부터 저장소(44)로 다시 배수되는 것을 가능하게 한다. 이는 캠 위상 액추에이터(68)가 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 사이의 위상 관계를 변화시키고 이에 의해 실린더 밸브 타이밍을 전진시키는 것을 야기한다. 캠 위상 액추에이터 상의 센서에 의해 검출되는 것과 같은, 캠 위상이 바람직한 각도에 도달할 때, 엔진 컴퓨터는 제 2 제어 밸브(48)를 조정된 캠 위상이 유지되는 도시된 위치로 복귀시키는 제 2 솔레노이드 액추에이터(64)를 동작 해제한다.
엔진 실린더 밸브들이 캠 위상 액추에이터 내의 구성요소들의 위치 관계 및 따라서 크랭크 샤프트와 캠 샤프트 사이의 위상 관계를 바꾸는 경향이 있는 캠 샤프트 상에 토크를 가하는 것이 이해되어야 한다. 캠 샤프트의 회전의 특정한 부분들 동안에, 넷 토크는 캠 위상을 바람직한 방향으로 조정하는 것을 돕고 이에 의해 펌프 압력으로부터의 조정력을 보조한다. 다른 회전 부분들 동안에, 넷 토크는 바람직한 캠 위상 조정에 대항한다. 이러한 후자의 부분들에 걸쳐서, 캠 샤프트 토크는 캠 위상 액추에이터(68)가 제 1 제어 밸브(46)를 통하여 오일 펌프(42)로 오일을 거꾸로 푸시하는 것을 야기한다. 예컨대 이러한 거꾸로의 흐름은 낮은 엔진 속도들에서, 펌프가 낮은 출력 압력을 발생할 때 발생할 수 있다. 제 1 캠 위상 제어 시스템(40)에 의해, 제 1 및 제 2 체크 밸브(50 및 52)들은 이러한 역류를 방지하고, 이에 의해 시스템이, 낮은 펌프 출력 압력, 오일 온도들, 및 엔진 속도들과 같은 더 넓은 범위의 엔진 조건들에 걸쳐 효과적으로 작동하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 본 시스템은 바람직한 캠 위상 조정에 대항하는 반대의 캠 토크의 효과를 억제하면서 캠 위상의 조정을 돕는 회전 방향으로의 넷 캠 샤프트 토크의 이점을 취한다. 다시 말하면, 본 제어 시스템은 네거티브한 캠 토크 에너지의 반대 효과들을 방지하면서 포지티브한 캠 토크 에너지를 수확한다.
캠 위상을 조정하는데 사용하기 위한 캠 토크의 이러한 수확은 에너지를 보존하고 거의 0 의 오일 공급 압력에서의 캠 위상의 조정을 가능하게 한다.
실린더 밸브 타이밍을 지연시키기 위해 캠 위상 액추에이터(68)를 조정하기 위해서, 제 1 제어 밸브(46)는 전기적으로 작동되어 제 1 작업 포트(54)는 제 2 포트(55)에 연결되고, 이에 의해 유체가 캠 위상 액추에이터로부터 저장소(44)로 배출되는 것을 가능하게 한다. 동시에, 제 2 제어 밸브(48)는 동작 해제되고 따라서 스프링(62)에 의해 도시된 위치로 편향된다. 이러한 위치에서, 펌프(42)로부터의 오일은 제 2 작업 포트(58) 그리고 캠 위상 액추에이터(68)의 제 2 액추에이터 포트(70)에 가해진다. 이러한 상태에서, 제 2 체크 밸브(52)는 네거티브한 캠 토크 에너지의 반대 효과들을 억제하면서 포지티브한 캠 토크 에너지의 수확을 가능하게 한다.
도 3 의 회로에 대하여 제 1 및 제 2 제어 밸브(46 및 48)들과 일체형인 대신 체크 밸브(50 및 52)들이 각각 제 1 및 제 3 포트(53 및 57)들에 연결되는 도관들 내에 이러한 밸브들 외측에 위치될 수 있는 것이 이해되어야 한다.
여전히 도 3 을 참조하면, 엔진이 이중 캠 샤프트들을 갖는다면, 제 2 캠 위상 액추에이터(72)가 다른 캠 샤프트를 위해 제공되고 제 1 및 제 2 제어 밸브(46 및 48)들의 제 1 및 제 2 작업 포트(54 및 58)에 각각 연결되는 액추에이터 포트(74 및 75)들을 갖는다. 제 1 및 제 2 캠 위상 액추에이터(68 및 72)들은 캠 샤프트(14)의 각각의 회전의 단지 일부 동안에, 제 1 통로(30)가 제 1 액추에이터 포트와 연통하고 제 2 통로(33)가 제 2 액추에이터 포트와 연통하는 것을 제외하고, 도 1 및 도 2 의 액추에이터(12)와 유사하다. 제 1 캠 위상 액추에이터(68)의 세부사항들을 나타내는 도 4 를 추가로 참조하면, 액추에이터 매니폴드(76)의 제 1 액추에이터 포트(66)는 로터(20)가 안에서 회전하는 보어의 둘레 주위에 90 도로 연장하는 아치형 리세스(77) 안으로 개방된다. 로터(20) 내의 반경방향 틈(78)은 외부 둘레 표면으로부터 제 1 공동(26)들에 계속되는 제 1 통로(30)로 뻗어있다. 매니폴드의 아치형 리세스(77) 그리고 로터의 반경방향 틈(78)은 캠 샤프트가 0 도와 90 도 사이에 회전적으로 위치될 때 이들이 유체 연통하도록 배열된다. 제 1 캠 위상 액추에이터(68)의 제 2 액추에이터 포트(70)는, 캠 샤프트가 0 도와 90 도 사이일 때, 제 2 공동(28)들에 대하여, 제 2 통로(33)와 유체 연통하도록 유사하게 배열된다. 당업자는 다른 각도들 및 각도 범위들이 둘 또는 셋 이상의 캠 위상 액추에이터들을 제어하는데 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
제 2 캠 위상 액추에이터(72)는 아치형 리세스(77)들이, 각각의 회전 동안 캠 샤프트가 180 도와 270 도 사이일 때, 제 1 및 제 2 액추에이터 포트(74 및 75)들이 제 1 및 제 2 통로(30 및 33)들과 연통하도록 위치되는 것을 제외하고 유사한 디자인을 갖는다. 아치형 리세스들의 이러한 각도 오프셋 때문에, 제 1 캠 위상 액추에이터(68)의 제 1 및 제 2 공동(26 및 28)들은 제 2 캠 위상 액추에이터(72)의 제 1 및 제 2 공동(26 및 28)들이 제어 밸브 작업 포트들에 능동적으로 연결될 때보다 캠 샤프트들의 각각의 회전 동안에 상이한 때들에 제어 밸브 작업 포트(54 및 58)들에 능동적으로 연결된다. 이는 2 개의 캠 위상 액추에이터(68 및 72)들에 의해 제공되는 캠 샤프트 위상이 별개로 제어되는 것을 가능하게 한다. 이중 캠 샤프트들이 0 도와 90 도 사이일 때, 제어 밸브(46 및 48)들은 제 1 캠 위상 액추에이터(68)의 위상을 변하게 하기 위해 엔진 컴퓨터에 의해 작동되고; 이중 캠 샤프트들이 180 도와 270 도 사이일 때, 제어 밸브들은 제 2 캠 위상 액추에이터(72)의 위상을 변하게 하기 위해 작동된다.
도 5 를 참조하면, 본 제어 시스템의 제 2 실시예는 캠 위상 액추에이터로부터 배출된 유체를 사용하는 재생을 제공한다. 이러한 재생적 회로는 펌프로부터 요구되는 오일 흐름의 양을 단지 캠 위상 액추에이터 및 제어 밸브들로부터 엔진으로 누출하는 유체를 대신하는데 필요한 양으로 감소시킨다.
제 2 캠 위상 제어 시스템(80)에서, 종래의 오일 펌프(82)는 저장소(84)(예컨대 엔진 오일 팬)로부터 한 쌍의 전기유압, 3-방 제어 밸브(86 및 88)들로 유체를 공급한다. 오일 펌프(82)의 출구는 제 1 제어 밸브(86)의 제 1 포트(92)에 연결되고, 이 제 1 제어 밸브는 또한 제 2 포트(94) 및 제 1 작업 포트(93)를 갖는다. 제 1 작업 포트(93)는 캠 위상 액추에이터(104)의 제 1 액추에이터 포트(106)에 직접적으로 연결되고 제 2 포트(94)는 제 1 재생 라인(100)에 의해 제 2 액추에이터 포트(108)에 커플링된다. 제 3 체크 밸브(95)는 오일이 제 1 재생 라인(100)을 통하여 단지 제 2 포트(94)로부터 제 2 액추에이터 포트(108)로의 방향으로만 흐르는 것을 가능하게 한다.
오일 펌프(82)의 출구는 또한 제 2 제어 밸브(88)의 제 3 포트(96)에 연결되고, 이 제 2 제어 밸브는 또한 제 4 포트(98) 및 제 2 작업 포트(97)를 갖는다. 제 2 작업 포트(97)는 캠 위상 액추에이터(104)의 제 2 액추에이터 포트(108)에 직접적으로 연결되고, 제 4 포트(98)는 제 2 재생 라인(102)에 의해 제 1 액추에이터 포트(106)에 커플링된다. 제 4 체크 밸브(99)는 오일이 제 2 재생 라인(102)을 통하여 단지 제 4 포트(98)로부터 제 1 액추에이터 포트(106)의 방향으로만 흐르는 것을 허용한다.
엔진이 다중 캠 샤프트들을 갖는다면, 별개의 캠 위상 액추에이터들이 각각의 캠 샤프트에 대하여 제공되고 이러한 액추에이터들은 캠 위상 액추에이터(104)에서와 동일한 방식으로 2 개의 제어 밸브(86 및 88)들의 작업 포트(93 및 97)들에 커플링된다.
2 개의 제어 밸브(86 및 88)들이 동작 해제될 때, 제 2 캠 위상 제어 시스템(80)은 그의 제어 밸브(46 및 48)들 양쪽의 동작 해제될 때 제 1 캠 위상 제어 시스템(40)과 동일하게 기능한다. 실린더 밸브 타이밍을 전진시키는 것이 바람직할 때, 제 1 제어 밸브(86)는 동작 해제된 채로 남아있고 제 2 제어 밸브(88)는 제 2 작업 포트(97)를 제 4 포트(98)에 연결하는 위치로 전기적으로 작동된다. 이러한 상태에서, 오일 펌프(82)로부터의 가압된 오일은 제 1 제어 밸브(86)를 통하여 캠 위상 액추에이터(104)의 제 1 액추에이터 포트(106)에 가해진다. 동시에, 오일은 제 2 제어 밸브(88), 제 4 체크 밸브(99) 그리고 제 2 재생 라인(102)을 통하여 제 2 액추에이터 포트(108)의 밖으로 흐른다. 제 2 재생 라인(102)을 통하여 흐르는 오일은 제 1 작업 포트(93)의 밖으로 흐르는 펌프로부터의 오일과 합쳐진다. 따라서, 제 2 액추에이터 포트(108)로부터 배출되는 오일은 재생적인 방식으로 제 1 액추에이터 포트(106)에 공급되고, 이에 의해 캠 위상 액추에이터(104)를 작동시키기 위해 오일 펌프(82)로부터 요구되는 흐름의 양을 감소시킨다. 이러한 유압 재생은 오일 펌프(82)에 의해 소비되는 에너지 양을 감소시킨다. 게다가, 오일 펌프(82)는, 또한 펌프가 제 2 캠 위상 제어 시스템(80)을 공급하기 위해서, 효과적으로 엔진을 윤활하는데 요구되는 것에 비해, 크기가 현저하게 증가될 필요가 없다.
유사하게는, 실린더 밸브 타이밍을 지연시키는 것이 바람직할 때, 제 1 제어 밸브(86)는 제 1 작업 포트(93)가 제 2 포트(94)에 연결되는 위치로 동작된다. 동시에, 제 2 제어 밸브(88)는 제 3 포트(96)로부터 제 2 작업 포트(97)로 펌프 출력 오일을 전달하는 경로를 제공하기 위해 동작 해제된 채로 유지된다. 이러한 모드의 작동에서, 캠 위상 액추에이터(104)의 제 1 액추에이터 포트(106)로부터 배출되는 오일은 재생 방식으로 제 1 제어 밸브(86), 제 3 체크 밸브(95) 그리고 제 1 재생 라인(100)을 통하여 제 2 액추에이터 포트(108)로 다시 공급된다. 이러한 재생적 흐름은 캠 위상 액추에이터(104)를 동작시키기 위해 제 2 제어 밸브(88)를 통하여 전달되는 오일 펌프(82)로부터 요구되는 임의의 추가의 흐름과 합쳐진다.
도 5 의 제 2 실시예는 단지 액추에이터 포트(106 또는 108)들 중 하나에만 재생을 제공하고, 다른 액추에이터 포트에는 제공하지 않음으로써 변할 수 있다. 예컨대, 제 1 재생 라인(100)은 제 1 제어 밸브(86)의 제 2 포트(94)를 저장소(84)에 연결하는 라인에 의해 대체될 수 있다. 이러한 변형에서, 제 2 포트(94)의 밖으로의 흐름은 저장소(84)로 복귀되지만, 제 2 제어 밸브(88)의 제 4 포트(98)의 밖으로의 흐름은 제 2 재생 라인(102)을 통하여 여전히 제 1 액추에이터 포트(106)로 흐른다.
전술한 설명은 주로 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 관한 것이다. 어느 정도의 관심이 본 발명의 범주 내의 다양한 대안들에 대하여 주어졌지만, 당업자는 본 발명의 실시예들의 공개 내용으로부터 이제 자명한 추가적인 대안들을 쉽게 실현할 것으로 예상된다. 따라서, 본 발명의 범주는 이하의 청구항들로부터 결정되어야 하며 상기 공개 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.

Claims (23)

  1. 펌프, 저장소, 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트를 갖는 내연기관의 실린더 밸브 타이밍을 변하게 하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은
    제 1 액추에이터 포트 및 제 2 액추에이터 포트를 가지며 상기 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 조정하기 위한 캠 위상 액추에이터,
    상기 펌프로부터의 유체를 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 1 포트, 제 2 포트, 그리고 캠 위상 액추에이터의 제 1 포트와 유체 연통하는 제 1 작업 포트를 포함하는 제 1 제어 밸브로서, 상기 제 1 제어 밸브는 제 1 유체 경로가 제 1 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 1 위치, 그리고 제 2 유체 경로가 제 2 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 2 위치를 갖는, 제 1 제어 밸브,
    상기 펌프로부터의 유체를 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 3 포트, 제 4 포트, 그리고 제 2 액추에이터 포트와 유체 연통하는 제 2 작업 포트를 포함하는 제 2 제어 밸브로서, 상기 제 2 제어 밸브는 제 3 유체 경로가 제 3 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제공되는 하나의 위치, 그리고 제 4 유체 경로가 제 4 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제공되는 다른 위치를 갖는, 제 2 제어 밸브,
    제 1 경로를 통하여 단지 펌프로부터 캠 위상 액추에이터로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 1 체크 밸브, 및
    제 3 경로를 통하여 단지 펌프로부터 캠 위상 액추에이터로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 2 체크 밸브를 포함하는,
    제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브의 제 2 포트 그리고 상기 제 2 제어 밸브의 제 4 포트는 저장소와 유체 연통하는,
    제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브의 제 2 포트는 제 2 액추에이터 포트와 유체 연통하는,
    제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 밸브의 제 4 포트는 제 1 액추에이터 포트와 유체 연통하는,
    제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    단지 상기 제 2 포트로부터 제 2 액추에이터 포트로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 3 체크 밸브, 그리고 단지 상기 제 4 포트로부터 제 1 액추에이터 포트로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 4 체크 밸브를 더 포함하는,
    제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브는 양쪽이 3-방 밸브들인,
    제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브는 양쪽이 전기적으로 작동되는 밸브들인,
    제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브를 제 1 위치를 향하여 편향시키는 제 1 스프링, 그리고 제 2 제어 밸브를 하나의 위치를 향하여 편향시키는 제 2 스프링을 더 포함하는,
    제어 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 체크 밸브는 제 1 제어 밸브와 일체형이고, 제 2 체크 밸브는 제 2 제어 밸브와 일체형인,
    제어 시스템.
  10. 펌프, 저장소, 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트를 갖는 내연기관의 실린더 밸브 타이밍을 변하게 하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은
    제 1 액추에이터 포트 및 제 2 액추에이터 포트를 가지며 상기 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 조정하기 위한 제 1 캠 위상 액추에이터,
    상기 펌프로부터의 유체를 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 1 포트, 상기 저장소와 유체 연통하는 제 2 포트, 그리고 제 1 액추에이터 포트와 유체 연통하는 제 1 작업 포트를 포함하는 제 1 제어 밸브로서, 상기 제 1 제어 밸브는 제 1 유체 경로가 제 1 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 1 위치, 그리고 제 2 유체 경로가 제 2 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 2 위치를 갖는, 제 1 제어 밸브,
    상기 펌프로부터의 유체를 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 3 포트, 상기 저장소와 유체 연통하는 제 4 포트, 그리고 제 2 액추에이터 포트와 유체 연통하는 제 2 작업 포트를 포함하는 제 2 제어 밸브로서, 상기 제 2 제어 밸브는 제 3 유체 경로가 제 3 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제공되는 하나의 위치, 그리고 제 4 유체 경로가 제 4 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제공되는 다른 위치를 갖는, 제 2 제어 밸브,
    제 1 경로를 통하여 단지 펌프로부터 제 1 작업 포트로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 1 체크 밸브, 및
    제 3 경로를 통하여 단지 펌프로부터 제 2 작업 포트로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 2 체크 밸브를 포함하는,
    제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브는 양쪽이 3-방 밸브들인,
    제어 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브는 양쪽이 전기적으로 작동되는 밸브들인,
    제어 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브를 제 1 위치를 향하여 편향시키는 제 1 스프링, 그리고 제 2 제어 밸브를 하나의 위치를 향하여 편향시키는 제 2 스프링을 더 포함하는,
    제어 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 체크 밸브는 제 1 제어 밸브와 일체형이고, 제 2 체크 밸브는 제 2 제어 밸브와 일체형인,
    제어 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 작업 포트와 유체 연통하는 하나의 액추에이터 포트 그리고 제 2 작업 포트와 유체 연통하는 다른 액추에이터 포트를 갖는 제 2 캠 위상 액추에이터를 더 포함하며, 제 1 캠 위상 액추에이터의 위상은 캠 샤프트의 회전 동안 각도들의 제 1 범위 동안에 변하고 제 2 캠 위상 액추에이터의 위상은 캠 샤프트의 회전 동안 각도들의 제 2 범위 동안에 변하는,
    제어 시스템.
  16. 펌프, 저장소, 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트를 갖는 내연기관의 실린더 밸브 타이밍을 변하게 하기 위한 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은
    제 1 액추에이터 포트 및 제 2 액추에이터 포트를 가지며 상기 크랭크 샤프트에 대한 캠 샤프트의 회전 위상을 조정하기 위한 제 1 캠 위상 액추에이터,
    상기 펌프로부터의 유체를 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 1 포트, 제 2 포트, 그리고 제 1 캠 위상 액추에이터의 제 1 포트와 유체 연통하는 제 1 작업 포트를 포함하는 제 1 제어 밸브로서, 상기 제 1 제어 밸브는 제 1 유체 경로가 제 1 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 1 위치, 그리고 제 2 유체 경로가 제 2 포트와 제 1 작업 포트 사이에 제공되는 제 2 위치를 갖는, 제 1 제어 밸브,
    상기 펌프로부터의 유체를 수용하기 위해 작동되게 연결되는 제 3 포트, 제 4 포트, 그리고 제 1 캠 위상 액추에이터의 제 2 액추에이터 포트와 유체 연통하는 제 2 작업 포트를 포함하는 제 2 제어 밸브로서, 상기 제 2 제어 밸브는 제 3 유체 경로가 제 3 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제공되는 하나의 위치, 그리고 제 4 유체 경로가 제 4 포트와 제 2 작업 포트 사이에 제공되는 다른 위치를 갖는, 제 2 제어 밸브,
    제 1 제어 밸브의 제 1 경로를 통하여 단지 펌프로부터 제 1 작업 포트로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 1 체크 밸브,
    제 2 제어 밸브의 제 3 경로를 통하여 단지 펌프로부터 제 2 작업 포트로의 방향으로만 흐르도록 유체를 제한하기 위해 작동되게 연결되는 제 2 체크 밸브, 및
    단지 제 1 제어 밸브의 제 2 포트로부터 제 2 액추에이터 포트로의 방향으로만 유체가 흐르게 하기 위한 경로를 제공하는 제 3 체크 밸브를 포함하는,
    제어 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 밸브의 제 4 포트는 저장소와 유체 연통하는,
    제어 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    단지 제 2 제어 밸브의 제 4 포트로부터 제 1 액추에이터 포트로의 방향으로만 유체가 흐르게 하기 위한 경로를 제공하는 제 4 체크 밸브를 더 포함하는,
    제어 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브는 양쪽이 3-방 밸브들인,
    제어 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브 및 제 2 제어 밸브는 양쪽이 전기적으로 작동되는 밸브들인,
    제어 시스템.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브를 제 1 위치를 향하여 편향시키는 제 1 스프링, 그리고 제 2 제어 밸브를 하나의 위치를 향하여 편향시키는 제 2 스프링을 더 포함하는,
    제어 시스템.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 체크 밸브는 제 1 제어 밸브와 일체형이고, 제 2 체크 밸브는 제 2 제어 밸브와 일체형인,
    제어 시스템.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 작업 포트와 유체 연통하는 하나의 액추에이터 포트 그리고 제 2 작업 포트와 유체 연통하는 다른 액추에이터 포트를 갖는 제 2 캠 위상 액추에이터를 더 포함하고, 제 1 캠 위상 액추에이터의 위상은 캠 샤프트의 회전 동안 각도들의 제 1 범위 동안에 변하게 되고 제 2 캠 위상 액추에이터의 위상은 캠 샤프트의 회전 동안 각도들의 제 2 범위 동안에 변하게 되는,
    제어 시스템.
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