KR20190013956A - 유압식 논리 요소를 활용한 가변형 캠 타이밍 페이저 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 베인(5)을 구비하는 회전자(3); 회전자(3)를 동축으로 둘러싸며, 회전자의 적어도 하나의 베인(5)을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스(9)를 구비하는 고정자(7)로, 적어도 하나의 베인(5)은 적어도 하나의 리세스(9)를 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15)로 분할하며, 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 또는 제2 챔버(15)로부터 제1 챔버(13)로 흐르는 유압식 유체를 제어하기 위한 컨트롤 어셈블리를 포함하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)가 기재된다. 상기 컨트롤 어셈블리는, 유압식 셔틀 요소(25)를 포함하는 캠 토크 작동식(CTA) 컨트롤 밸브(17)를 포함한다. 유압식 셔틀 요소(25)는 제1 챔버(13) 및 제2 챔버(15) 내의 과압에 따라 두 위치 사이에서 왕복이동한다. 이들 두 위치 중 각각의 위치는 챔버들 사이에서 유체가 흐르지 못하게 한다. 차단 장치(37)의 전개는 HSE(25)가 이들 두 위치 중 하나의 위치로 되는 것을 차단하여 두 챔버들(13, 15) 사이에서 단일 방향으로 흐르게 한다. 차단 장치(37)의 전개 타이밍에 의해 유동 방향이 조절될 수 있다. 캠샤프트 타이밍 제어 방법, 개시되어 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 및 차량도 개시된다.

Description

유압식 논리 요소를 활용한 가변형 캠 타이밍 페이저

본 발명은 내연기관에 사용되는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치 및 그러한 가변형 캠 타이밍 페이저를 사용하여 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 그러한 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 및 차량에도 관한 것이다.

엔진 실린더들에 흡입 및 배기가스 유동을 조절하기 위해 내연기관 내에 밸브들이 사용된다. 내연기관 내 흡기밸브와 배기밸브의 개폐는 통상적으로 하나 또는 그 이상의 캠샤프트에 의해 구동된다. 밸브들이 엔진 실린더로 내로 유입되는 공기 유동과 엔진 실린더에서 배출되는 배기를 제어하기 때문에, 실린더 피스톤이 스트로크 하는 동안에 밸브들이 적당한 시점에서 개폐되는 것이 중요하다. 이러한 이유로, 각 캠샤프트는 종종 타이밍 벨트나 타이밍 체인을 통해 캠샤프트에 의해 구동된다. 그러나 최적의 밸브 타이밍은 엔진 부하와 같은 많은 인자들에 따라 달라지게 된다. 통상의 캠샤프트 장치에서, 밸브 타이밍은 캠샤프트와 크랭크샤프트의 관계에 의해 고정되게 결정되며, 이에 따라 엔진이 작동하는 전체 범위에서 타이밍이 최적화되지 않아서, 성능을 떨어트리고 연료 경제성을 저하시키며 및/또는 배기물의 양을 증가시키게 된다. 따라서, 엔진 상태에 따라 밸브 타이밍을 변화시키는 방법이 개발되고 있다.

이러한 방법 중 하나가 유압식 가변형 캠 페이싱(hVCP: hydraulic variable cam phasing)이다. hVCP는 엔진-밸브 중첩 및 타이밍을 연속적이면서 광범위하게 설정할 수 있게 함으로써 전반적으로 엔진 성능을 개선시키는 가장 효과적인 전략 중 하나이다. 따라서, hVCP가 현대의 압축-착화 및 스파크-점화 엔진에 널리 사용되는 기술이 되었다.

오일-압력 작동식 및 캠 토크 작동식 유압식 가변형 캠 페이저 모두가 당 업계에 공지되어 있다.

오일-압력 작동식 hVCP 디자인은 캠샤프트와 캠 스프로켓에 각각 장착되어 있는 회전자와 고정자를 포함한다. 오일 컨트롤 밸브를 통해 유압 오일이 회전자로 공급된다. 페이싱(phasing)이 시작되면, 회전자와 고정자 사이에 형성되어 있는 진각실(advance chamber)과 회전자와 고정자 사이에 형성되어 있는 지각실(retard chamber) 중 어느 하나로 오일 유동이 향하게 오일 컨트롤 밸브가 위치한다. 진각실과 지각실 사이의 오일 압력 차이가 회전자가 고정자에 대해 상대 회전하도록 한다. 오일 컨트롤 밸브의 선택된 위치에 따라 캠샤프트의 타이밍을 진각시키거나 지각시킨다.

　오일 컨트롤 밸브는 중심에 위치하거나 즉 캠샤프트와 동축으로 위치하거나 혹은 원격으로 위치하거나 즉 hVCP 장치의 비-회전 요소로 위치할 수 있는 3-위치 스풀 밸브이다. 이 오일 컨트롤 밸브는 가변력 솔레노이드(VFS: variable force solenoid)에 의해 규제된다. 가변력 솔레노이드는 (오일 컨트롤 밸브가 중심에 장착되어 있을 때) 회전하는 캠 페이저에 대해 정지되어 있다. 가변력 솔레노이드 및 스풀 밸브는, 오일을 진각실로 제공하는 하나의 위치, 오일을 지각실로 제공하는 하나의 위치, 및 양 챔버를 오일로 재충진하는 하나의 위치(즉 홀딩 위치)의 3개의 작동 위치를 구비한다.

확립된 오일 압력 작동식 hVCP 기술은 가변 밸브 타이밍에는 효과적이지만 상대적으로 페이싱 속도가 늦고 오일 소모가 많다. 따라서, hVCP 기술의 최신 반복은 캠 토크 작동(CTA: cam torque actuation)으로 알려져 있는 기술을 활용한다. 캠샤프트가 회전함에 따라 캠샤프트 상의 토크는 양의 토크와 음의 토크 사이에서 정현파 방식으로 주기적으로 변화한다. 캠 토크 변동의 정확한 주기, 크기 및 형상은 캠샤프트와 엔진 회전 빈도에 의해 규제되는 밸브의 수를 포함하는 많은 인자들에 따라 달라진다. 양의 토크는 캠 회전을 저지시키는 반면 음의 토크는 캠 회전을 지지한다. 캠 토크 작동식 페이저는 이들 주기적인 토크 변동을 활용하여 로터를 선택된 방향으로 회전시켜 캠샤프트 타이밍을 진각시키거나 지각시킨다. 원래 캠 토크 작동식 페이저는 "유압식 래칫"(hydraulic ratchets)으로 작동하여, 챔버 내의 오일에 토크가 작용하여 주기적인 압력 변동을 야기함에 따라 유체가 한 챔버에서 다른 챔버로 단일 방향으로 흐르게 할 수 있다. 체크 밸브에 의해 반대 방향으로의 유체 유동이 방지된다. 이에 따라 토크가 관련 방향으로 작용하는 매 주기마다 회전자가 고정자에 대해 회전방식으로 시프트하지만, 토크가 주기적으로 반대 방향으로 작용할 때에는 정지하게 된다. 이러한 방식으로, 회전자가 고정자에 대해 회전할 수 있으며, 캠샤프트의 타이밍이 진각되거나 지각될 수 있다.

따라서, "유압식 래칫" 효과를 달성하기 위해, 캠 토크 작동 시스템에서 체크 밸브는 회전자 내부에 위치되어야 한다. 오일 유동을 진각실, 지각실 또는 이들 모두로 향하게 하는 것과 (홀딩 위치에서) 이들 어디로도 흐르지 않게 하는 것은 일반적으로 3-위치 스풀 밸브에 의해 달성된다. 이 스풀 밸브는 중심에 즉 캠샤프트와 동축으로 위치하거나, 떨어져서 즉 캠 페이싱 장치의 비-회전 컴포넌트로 위치할 수 있다. 이 3-위치 스풀 밸브는 일반적으로 가변력 솔레노이드에 의해 3개의 작동 위치 각각으로 이동하게 된다.

특허 출원 US2008/0135004호는 하우징, 회전자, 페이저 컨트롤 밸브(스풀) 및 압력 조절식 컨트롤 시스템(RPCS: regulated pressure control system)을 포함하는 페이저를 기재하고 있다. 이 페이저는 캠 토크 작동식 페이저나 오일 압력 작동식 페이저일 수 있다. RPCS는 다이렉트 컨트롤 압력 레귤레이터 밸브에 대한 엔진 파라미터에 기초하여 세트 포인트, 소망 각도 및 신호를 제공하는 컨트롤러를 구비한다. 다이렉트 컨트롤 압력 레귤레이터 밸브는 공급 압력을 컨트롤 압력으로 규제한다. 컨트롤 압력은 페이저 컨트롤 스풀을 공급되는 압력에 비례하여, 진각, 지각 및 널의 3 위치 중 하나로 이동시킨다.

개선된 캠 타이밍 페이저 장치에 대한 수요가 있다. 특히, 승용차에 비해 엔진 부하가 더 크고 사용 기간이 더 긴 상업용 차량에 사용하기 적합한 캠 타이밍 페이저 장치에 대한 수요가 있다.

본 발명의 발명자들은 종래 기술이 안고 있는 단점들 특히 상업용 차량에 사용되는 기존 캠 페이저 장치와 관련된 문제점들을 인지하였다. 현재 시스템 내의 오일 컨트롤 밸브(OCV)의 3-위치 스풀 밸브들은 정밀하게 되어야 하며 이에 따라 단일 위치에서 스풀을 막을 수 있는 불순물들에 민감하다는 것이 입증되었다. 3-위치 제어에 대한 필요성으로 인해, 오일 컨트롤 밸브와 관련되어 사용되는 솔레노이드 또는 압력 레귤레이터는, 3 위치를 이루기 위해 가변력을 제공하게 정밀하게 제어될 수 있어야만 한다. 이는 시스템을 기구적으로 상당히 복잡하게 만들고 비용이 많이 소요되게 하며 불순물에 더 민감하게 되고 덜 강인하게 한다. 또한 캠 페이저를 제어하는 루틴을 매우 복잡하게 만든다.

오일 컨트롤 밸브가 솔레노이드-작동식이고 중앙에 장착되는 경우, 오일 컨트롤 밸브는 회전하고 솔레노이드-핀은 고정되어 있기 때문에, 솔레노이드-핀과 오일 컨트롤 밸브 사이의 접촉이 비-고정식인 것으로 관측되었다. 이러한 슬라이딩-접촉은 접촉면을 마모시키고, 오일 컨트롤 밸브의 위치 정밀도는 장기간에 걸쳐 손상되고 이는 캠 페이저 성능에 영향을 주게 된다. 솔레노이드 자체의 가변력의 정밀도도 OCV를 정밀하게 제어할 수 있게 높게 유지되어야만 한다.

또한, 기존 캠 페이저 장치의 오일 누출도 문제이다. 오일 컨트롤 밸브 내부의 크로스-포트 누출은 유압식 회로에 오일이 빠져나가게 하고 감소된 시스템 강성으로 인해 캠샤프트 진동(oscilllation)을 증가시키게 된다. 이 오일 누출은 또한 캠 페이저 장치의 오일 소모에도 영향을 미친다. 오일 유동을 제어하는 데에 사용되는 3-위치 스풀 밸브들은 오일이 캠 페이저 챔버를 빠져나갈 수 있는 많은 다양한 누출 경로를 제공한다. 가장 눈에 띄는 것은 밸브가 솔레노이드-작동식인 가변력 솔레노이드에 가장 가까운 슬라이딩 접촉면과 벤트에 연결되어 있는 포트이다. 이 누출은 캡 페이저 챔버 내부에 압력이 증가할수록 증가하는데, 이는 시스템 내 모든 압력 상승(pressure spike)이 오일 컨트롤 밸브에 의해 흡수되어야만 하기 때문이다. 이들 압력 상승은 궁극적으로 캠샤프트 토크에 따라 달라지며, 상용 차량에서 이러한 압력 상승은 50 바를 초과할 수 있다. 중대형 차량에서 캠샤프트 토크가 더 높기 때문에, 더 높은 압력 상승을 야기하여 더 많은 양이 누출되게 한다.

원격-장착된 오일 컨트롤 밸브를 활용하는 기존 캠 페이징 시스템은 더 많은 시스템 누출을 시키는 것으로 관측되었다. 이는 캠 페이저로부터의 압력 상승이 오일 컨트롤 밸브에 도달하기 전에 캠샤프트 저널 베어링을 통해 전달되어야 하기 때문에 베어링 누출을 증가시키기 때문이다.

또한, 기존 캠 토크 작동식 페이징 시스템의 회전자는 매우 컴팩트하고 복잡하다는 것을 알게 되었다. 체크 밸브들이 오일 컨트롤 밸브와 연계되어 장착되기 위해서는 특별히-디자인된 체크 밸브들이 회전자 내에 장착되어야만 한다. 이런 체크 밸브들은 통상적인 체크 밸브들에 비해 내구성이 덜 하고 비용을 추가로 지출시킨다. 또한, 회전자는 복잡한 내부 유압식 파이프 시스템을 필요로 한다. 이러한 요구사항으로 인해, 캠 토크 작동식 페이징 시스템을 제작하는 데에 특별한 툴과 조립과정을 필요로 한다.

이에 따라, 본 발명의 목적은 공지의 캠 토크 작동식 캠 페이저보다 기구적으로 더 단순하고, 더 강인하며 오일 누출이 적은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 것이다.

본 발명 목적은 첨부된 청구항들에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치에 의해 달성된다.

가변형 캠 타이밍 페이저 장치는,

적어도 하나의 베인을 구비하며, 캠샤프트에 연결되어 배치되는 회전자;

회전자를 동축으로 둘러싸는 고정자로, 고정자는 회전자의 적어도 하나의 베인을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스를 구비하고, 고정자에 대해 회전자를 회전 이동할 수 있게 하며, 구동력을 받기 위해 배치되는 외부 둘레를 구비하는, 고정자;　

적어도 하나의 베인이 적어도 하나의 리세스를 가압되는 유압식 유체를 수용하도록 배치되어 있는 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하되, 유압식 유체가 제1 챔버에 유입되면 고정자에 대해 회전자가 제1 회전 방향으로 이동하고, 유압식 유체가 제2 챔버에 유입되면 고정자에 대해 회전자가 상기 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 이동하고;

제1 챔버로부터 제2 챔버로 흐르는 유압식 유체를 제어하기 위한 컨트롤 어셈블리;를 포함하고,

상기 컨트롤 어셈블리는,

회전자 및/또는 캠샤프트 내부 중앙에 위치하며, 제1 챔버와 유체 연통하게 배치되는 제1 포트, 제2 챔버와 유체 연통하게 배치되는 제2 포트를 구비하는 밸브 바디 및　 밸브 바디 내에 배치되는 유압식 셔틀 요소를 포함하는 캠 토크 작동식(CTA) 컨트롤 밸브; 및

밸브 바디와 연계되어 배치되는 차단 장치를 포함하고,

유압식 셔틀 요소는 제1 챔버 내의 과압에 의해 제1 폐쇄 위치로 제1 방향으로 이동하고, 제2 챔버 내의 과압에 의해 제2 폐쇄 위치로 제2 방향으로 이동하게 구성되되;

제1 폐쇄 위치에서, 유압식 셔틀 요소는 밸브 바디의 내벽 또는 밸브 바디 내에 위치하는 밸브 시트와 함께 밀봉부를 형성하여 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유체가 흐르지 않도록 하고;

제2 폐쇄 위치에서, 유압식 셔틀 요소는 밸브 바디의 내벽 또는 밸브 바디 내에 위치하는 밸브 시트와 함께 밀봉부를 형성하여 제2 챔버로부터 제1 챔버로 유체가 흐르지 않도록 하며;

차단 장치는 분리 위치와 맞물림 위치 사이에서 전개될 수 있는 적어도 하나의 차단 요소를 포함하고, 차단 장치가 전개되었을 때 적어도 하나의 차단 요소는 맞물림 위치에서 유압식 셔틀 요소의 위치에 따라 유압식 셔틀 요소가 제1 폐쇄 위치 또는 제2 폐쇄 위치로의 이동을 방지하게 구성되고, 유압식 셔틀 요소는 제1 챔버 내 과압에 응답하는 제1 폐쇄 위치와 제2 챔버 내 과압에 응답하는 제2 개방 위치 사이 또는 제2 챔버 내 과압에 응답하는 제2 폐쇄 위치와 제1 챔버 내 과압에 응답하는 제1 개방 위치 사이 중 어느 하나의 사이에서 이동하게 구성되되;

제2 개방 위치에서 유압식 셔틀 요소는 제2 챔버로부터 제1 챔버로 유체가 흐를 수 있게 하고;

제1 개방 위치에서 유압식 셔틀 요소는 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유체가 흐를 수 있게 하는 것;을 특징으로 한다.

기재되어 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치는, 소망하는 방향으로 챔버들 중 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 유체가 방향성 유동할 수 있게 하면서, 소망하는 방향의 반대 방향으로는 유체가 흐르지 않도록 차단 장치의 전개의 타이밍을 조정함으로써 캠 위상조정(phasing)을 제공하는 데에 사용될 수 있다.

이러한 방식으로 제작된 가변형 캠 타이밍 페이저 장치는 많은 이점들이 있다. 캠 페이저를 제어하는 데에 하나의 간단한 온/오프 밸브나 솔레노이드만을 필요로 하기 때문에 간단하게 제작할 수 있다. 이 캠 페이저는 캠 토크 작동식 캠 페이저에 비해 더 강건하고(robust), 덜 복잡하며 및/또는 덜 예민한 유압식 부품이다. 구조적으로 강건한 온/오프 작동식을 사용하고 캠샤프트 베어링을 통한 압력 상승이 전달되는 것을 피할 수 있다는 것은 오일 누출 경로가 적어지고 오일 소모도 적어진다는 것을 의미한다. 밸브 또는 솔레노이드 막힘(jamming) 위험이 낮아지는데, 이는 사용되는 모든 작동식 밸브나 솔레노이드가 두 위치 즉 온/오프만을 취하면 되기 때문이다. 이는 더 큰 작동력을 사용할 수 있고 및/또는 복귀 기구가 더 강력해진다는 것을 의미한다. 중간 위치 정밀도가 필요하지 않기 때문에, 더 강건한 솔레노이드가 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 차단 장치를 작동하기 위해 미세한 멀티-압력 조정이 필요하지 않는다. 체크-밸브들이 캠 페이저 외부에 장착될 수 있으며(즉 회전자 베인 내에 장착되지 않음), 이에 따라 더 확립되고 강건한 체크 밸브들이 사용될 수 있다. 또 다른 이점은 회전자 컴포넌트가 공지된 캠 토크 작동식 캠 페이저보다도 더 저렴하게 제작되는 오일-작동식 캠 페이저와 더 큰 유사성을 갖는다는 것이다.

유압식 셔틀 요소는, 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 압력 차이에 의해 밸브 바디의 종축선을 따라 병진 이동함으로써 이동하게 배치되어 있다. 이는 디스크 또는 볼 밸브 부재 및 그에 대응하는 밸브 시트와 같은 통상적인 밸브 요소들로 CTA 밸브를 제작할 수 있게 한다. 따라서, 제대로 확립되고, 강건한 컴포넌트들이 사용될 수 있다.

CTA 컨트롤 밸브는, 밸브 바디의 제1 단부에 배치되어 있는 제1 포트 및 밸브 바디의 제2 단부에 배치되어 있는 제2 포트를 구비하는 밸브 바디로, 밸브 바디 내에서 밸브 바디의 제1 단부와 중간 부분 사이에 제1 밸브 시트가 배치되어 있고, 밸브 바디 내에서 밸브 바디의 제2 단부와 중간 부분 사이에 제2 밸브 시트가 배치되어 있는 밸브 바디를 포함할 수 있다. 이러한 CTA 컨트롤 밸브는, 제1 단부와 제1 밸브 시트 사이에 배치되어 있으며, 제1 밸브 시트와 함께 밀봉부를 형성할 수 있게 배치되어 있는 제1 밸브 부재, 제2 단부와 제2 밸브 시트 사이에 배치되어 있으며, 제2 밸브 시트와 함께 밀봉부를 형성할 수 있게 배치되어 있는 제2 밸브 부재 및 제1 밸브 시트와 제2 밸브 시트를 관통하며, 제1 밸브 부재를 제2 밸브 부재에 부착시키게 배치되어 있는 밸브 스템을 포함하는 유압식 셔틀 요소로, 밸브 스템의 길이는 제1 밸브 부재가 제1 밸브 시트와 밀봉부를 형성할 때, 제2 밸브 부재는 제2 밸브 시트 상에 안착될 수 없고, 제2 밸브 부재가 제2 밸브 시트와 밀봉부를 형성할 때, 제1 밸브 부재는 제1 밸브 시트 상에 안착될 수 없게 하는 길이인, 유압식 셔틀 요소를 포함할 수 있다.

이러한 방식으로 형성된 CTA 컨트롤 밸브는 서로 반대방향을 향하게 연속하여 체결되어 있는 2개의 체크 밸브들과 유사하며, 하나의 체크 밸브의 밸브 부재는 다른 체크 밸브에 부착되어서 하나의 밸브 부재의 작용이 다른 밸브 부재에 영향을 미치게 된다. 체크 밸브들이 잘-확립된 신뢰성 있는 기술에 의한 것이므로, 그런 체크 밸브들에 기초한 CTA 컨트롤 밸브도 강건성과 신뢰성 있게 된다.

차단 장치는,

제1 챔버와 유체 연통하는 제1 단부 및 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 단부를 구비하는 실린더;

상기 실린더 내에 배치되어 있으며, 유압식 셔틀 요소가 제1 폐쇄 위치에 있을 때 유체 압력에 의해 제1 실린더 위치와 유압식 셔틀 요소가 제2 폐쇄 위치에 있을 때 유체 압력에 의해 제2 실린더 위치 사이에서 실린더의 종축선을 따르는 방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있는 실린더 부재로, 상기 실린더 부재는 차단 장치가 전개될 때 제1 실린더 위치와 제2 실린더 위치에서 실린더의 종축선에 대한 반경방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있는, 실린더 부재;

차단 장치가 전개될 때 실린더 부재의 반경방향 이동에 의해 실린더 부재와 제2 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치된 제1 차단 요소로, 상기 맞물리는 위치는 유압식 셔틀 요소가 제1 폐쇄 위치로 되지 않게 하는 제1 차단 요소; 및 차단 장치가 전개될 때 실린더 부재의 반경방향 이동에 의해 실린더 부재와 제1 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치된 제2 차단 요소로, 상기 맞물리는 위치는 유압식 셔틀 요소가 제2 폐쇄 위치로 되지 않게 하는 제2 차단 요소;를 포함한다.

이런 차단 장치는 피스톤 또는 볼과 같은 실린더 부재가 유체 압력을 사용하여 실린더의 전장을 따라 이동함에 의해 작동한다. 이는, 유압식 셔틀 요소의 단일 폐쇄 위치를 선택적으로 차단하면서 다른 폐쇄 위치는 허용하게 선택적으로 유효한 모드를 제공함으로써 소망하는 방향으로의 일방향 유동을 얻을 수 있게 된다.

유압식 셔틀 요소는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 압력 차이에 의해 밸브 바디의 중심 회전축선 주위로 회전 이동에 의해 이동하게 배치될 수 있다. 이에 따라, CTA 컨트롤 밸브는 축소된 크기로 캠 페이저 회전자-고정자 장치를 닮을 수 있게 되어, 많은 동일한 원리와 제조 기술이 적용될 수 있다.

유압식 셔틀 요소는 맞물릴 때 적어도 하나의 차단 요소를 수용하게 배치되는 둘 또는 그 이상의 중공부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 이러한 방식으로 유압식 셔틀 요소를 형성함으로써, 하나의 차단 요소만이 필요하게 되며, 두 차단 요소들 중 하나만을 선택적으로 전개하기 위한 장치를 필요로 하지 않는다. 따라서 CTA 컨트롤 밸브의 전반적인 디자인이 단순해지고 가동 파트가 적어지게 된다.

외부 유압식 압력의 증가, 외부 공압식 압력의 증가 또는 솔레노이드의 에너지 인가에 의해 적어도 하나의 차단 요소가 전개될 수 있다. 이에 따라, CTA 컨트롤 밸브를 작동하는 데에 원격 작동을 포함하여 매우 다양한 기술이 사용될 수 있다.

외부 유압식 압력의 증가에 의해 적어도 하나의 차단 요소가 전개되고, 외부 유압식 압력은 캠 타이밍 페이저 장치의 모든 회전 컴포넌트로부터 떨어져서 위치하는 솔레노이드-제어식 액추에이터에 의해 규제될 수 있다. 이에 따라, 거대한 중앙 솔레노이드를 사용할 필요가 없게 되며, 공간 활용이 가능한 곳에 액추에이터를 재배치하여 내연기관 내의 적당한 위치에서 공간을 절약할 수 있다. 솔레노이드-제어식 액추에이터는 증가된 유체 압력 소스와 유체 연통하는 입구 포트, 차단 장치와 유체 연통하는 배출 포트 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브이고, 솔레노이드 밸브의 1차 상태는 증가된 유체 압력 소스와 차단 장치가 유체 연통되지 않도록 하여 차단 장치로부터 벤트 포트로 유체 연통하게 하는 에너지-차단 상태이고, 솔레노이드 밸브의 2차 상태는 증가된 유체 압력 소스와 차단 장치가 유체 연통하고, 적어도 하나의 차단 요소를 전개시키는 에너지-인가 상태이다. 이러한 솔레노이드 밸브는 쉽게-이용할 수 있고, 제대로-확립되어 있으며 충분히 강건해서 상업용 그리고 중대형 차량 분야에서 신뢰성 있는 서비스를 제공할 수 있게 된다. 솔레노이드 밸브는 실질적으로 밸브가 막힐 위험이 없는 포핏-타입 밸브일 수 있다.

솔레노이드-제어식 액추에이터는 차단 장치와 유체 연통하게 배치되어 있는 배럴 내에 배치되어 있는 솔레노이드-구동식 플런저를 포함할 수 있으며, 솔레노이드-구동식 플런저의 1차 상태는 후퇴된 에너지-차단 상태이고 솔레노이드-구동식 플런저의 2차 상태는 신장된 에너지 인가 상태로, 신장된 상태는 차단 장치에서 유체 압력을 증가시키고 적어도 하나의 차단 요소를 전개시키는 상태이다. 이에 따라 파일롯 밸브의 작동 압력은 차량의 시스템 오일 압력에 의존할 필요가 없다. 실린더 액추에이터를 사용함으로써, 필요에 따라, 작동 압력이 오일 시스템 압력보다 더 높거나 낮게 설계될 수 있다. 이는 시스템의 강건성(robustness)을 더 크게 한다.

증가된 유체 압력 소스는 재충전 채널을 통해 제1 챔버 및/또는 제2 챔버와 유체 연통하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 캠 페이저 장치 내 유체 압력이 적당한 레벨로 유지될 수 있으며, 적당한 강성이 얻어지고, 캠샤프트 진동이 최소로 될 수 있다.

유압식 유체는 유압식 오일일 수 있다. 캠샤프트 페이저 장치 내에 유압식 오일을 사용하는 것은 잘 확립되어 있으며 신뢰성 있는 것이다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은,

ⅰ. 차단 장치가 분리된 위치에 있어서 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체 연통이 방지되게 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 단계;

ⅱ. 한 번에 차단 장치를 제1 위치에 있는 유압식 셔틀 요소와 일치되게 전개함으로써 적어도 하나의 차단 요소와 맞물려서 제2 위치를 차단하는 단계 또는 한 번에 차단 장치가 제2 위치에 있는 유압식 셔틀 요소와 일치하게 전개되어 적어도 하나의 차단 요소와 맞물려서 제1 위치를 차단하는 단계;

ⅲ. 차단 장치가 전개된 상태를 유지하여 캠샤프트 토크로 인해 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 단일 방향으로 주기적으로 유체가 유동할 수 있으나 반대 방향으로는 유동이 방지되어 선택된 방향으로 고정자에 대해 회전자가 회전하는 단계;

ⅳ. 고정자에 대해 회전자가 소망하는 회전이 이루어지면, 차단 장치를 해제하여 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 더 이상 유체 유동되는 것이 방지되는 단계;를 포함한다.

이 방법은 캠샤프트 위상조정을 간단하면서도 신뢰성 있게 조절할 수 있게 하며, 단일 온/오프 액추에이터의 제어만을 필요로 하고, 소망하는 방향으로 위상조정을 시작할 때 하나의 간단한 작동 타이밍만을 필요로 한다.

다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관이 제공된다.

또 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 차량이 제공된다.

아래에서 첨부된 도면들을 참고로 하여 다른 측면들, 목적들 및 이점들을 설명한다.

도 1은 본 개시에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2a는 제1 폐쇄 상태에 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2b는 제2 폐쇄 상태에 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2c는 제2 폐쇄 상태에 있는 동안에 블로킹 장치가 작동할 때, 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2d는 제1 개방 상태에 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하기 위한 본 개시에 따른 방법에 관한 공정 흐름도이다.
도 4는 본 개시에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하여 구성된 내연기관을 포함하는 차량을 개략적으로 설명하는 도면이다.

첨부된 도면들과 아래에 기재되어 있는 발명의 상세한 설명을 함께 읽으면, 본 발명과 다른 목적들 및 본 발명의 이점들을 이해할 수 있을 것이다. 도면들에서 동일한 도면부호는 유사한 아이템을 지시하고 있다.

본 발명은 캠 페이저의 제1 챔버와 제2 챔버에 걸친 압력 차이에 따라 수동적으로 이동하는 밸브 부재("유압식 셔틀 요소")를 포함하는 밸브가 양 방향으로 캠 토크 작동식 캠 페이싱을 제어하는 데에 사용될 수 있다는 인식에 기초한 것이다.

캠샤프트에 의해 경험되는 토크는 캠샤프트 회전을 지연시키는 양의 토크와 캠샤프트 회전을 교사하는 음의 토크 사이에 주기적으로 번갈아가며 발생한다. 이렇게 주기적으로 번갈아가며 발생하는 토크는 궁극적으로 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 주기적으로 변동하는 압력 차이를 유발하여, 초기에는 제1 챔버 내에 과압이 발생하고 그런 다음 제2 챔버에 과압이 발생하고, 이어서 제1 챔버에 그리고 이어서 제2 챔버에 과압이 발생하는 과정이 계속된다. 두 챔버들이 유체 연통되어 있다면, 고압의 챔버로부터 저압의 챔버로 유체가 흐르게 될 것이다. 즉 유동 방향이 주기적으로 바뀌게 된다. 종래의 캠 토크 작동식(CTA: cam torque actuated) 캠 페이저는 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 2개의 별개의 일방향 유동 경로를 제공함에 따른 이러한 교호 압력을 활용한다. 제1 경로는 유동이 제1 챔버에서 제2 챔버로만 흐르게 하고, 제2 경로는 그 반대 방향으로만 즉 제2 챔버에서 제1 챔버로만 흐르게 할 수 있다. 이들 유동 경로들 중 하나를 개방하고 다른 하나를 폐쇄함으로써 압력 차이가 발생하면, "유압식 래칫" 효과에 의해 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 일방향으로만 흐르게 된다.

본 발명의 캠 타이밍 페이저 장치는 회전자, 그 회전자를 동축으로 둘러싸는 고정자 및 컨트롤 어셈블리를 포함한다.

캠 페이저 회전자는 내연기관의 캠샤프트에 연결되게 배치되어 있다. 이는 흡기 밸브 캠샤프트, 배기 밸브 캠샤프트 또는 흡기/배기 샤프트의 조합과 같이 엔진 내 다른 임의의 샤프트일 수 있다. 회전자는 적어도 하나의 베인을 구비하지만, 복수의 베인 예를 들어 세 개, 네 개, 다섯 개 또는 여섯 개의 베인을 구비하는 것이 바람직하다. 오일을 컨트롤 어셈블리의 파일럿 밸브로부터 그리고 파일럿 밸브로 채널링 하기 위한 별도의 오일 채널이 베인들 중 적어도 하나의 양쪽에 제공되지만, 베인들 모두의 양쪽에 제공되는 것이 바람직하다.

고정자는 구동력을 받아들이기 위해 배치된다. 이는 예를 들면 고정자를 타이밍 벨트를 통해 크랭크샤프트로부터 구동력을 받는 캠 스프로켓에 연결하는 것일 수 있다. 고정자는 회전자와 동축으로 회전자를 둘러싸고, 회전자의 적어도 하나의 베인을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스를 구비한다. 실제로, 고정자는 회전자 베인과 동일한 수의 리세스를 구비한다. 고정자 내 리세스들은 회전자 베인들 보다 약간 크다. 이는 회전자가 고정자 내에 위치할 때 베인들이 리세스 중앙에 위치한다는 것을 의미하며, 각 회전자의 양쪽에 챔버가 형성된다. 이들 챔버들은 제1 챔버와 제2 챔버로 특징지어질 수 있다. 제1 챔버에 유압 오일이 채워지면 회전자가 고정자에 대해 제1 방향으로 회전하고, 제2 챔버에 유압 오일이 채워지면 회전자가 고정자에 대해 제2 방향으로 회전한다.

본 개시의 컨트롤 어셈블리는 캠 토크 작동식(CTA) 컨트롤 밸브와 그 밸브 바디와 연관되어 배치되는 블로킹 장치를 포함한다.

밸브들이 "온/오프"(on/off)로 호칭되는 경우, 이는 밸브가 단지 개방 상태와 폐쇄 상태의 두 상태만을 구비하는 것을 가리킨다. 그러나 이러한 밸브들은 셋 이상의 포트를 구비할 수 있다. 예를 들면, 3/2 웨이 온/오프 밸브는 3개의 포트와 2개의 상태를 구비한다. 이런 밸브는 종종 개방되어 있을 때 두 유동 포트를 연결하고, 폐쇄되어 있을 때에는 유동 포트들 중 하나를 벤트/배출 포트로 연결한다.

밸브들이 "통상 폐쇄된/개방된/온/오프"(normally closed/open/on/off)로 호칭되는 경우, 이는 밸브가 작동하지 않을 때의 상태를 가리킨다. 예를 들면, 통상 개방된 솔레노이드 밸브는 통상적으로 스프링 리턴과 같이 리턴장치를 사용하여 작동하지 않을 때/동력이 인가되지 않을 때 개방 위치를 유지한다. 통상 개방된 솔레노이드 밸브가 작동/동력이 인가되는 경우, 솔레노이드가 밸브가 개방된 상태를 유지하는 리턴장치의 힘을 극복하기에 충분한 힘으로 작동하여, 밸브가 폐쇄된다. 비-작동/비-동력 인가되면, 리턴장치는 밸브를 개방 상태로 복귀시킨다.

컴포넌트들이 "유체 연통"(fluid communication)된 상태에 있는 경우 또는 컴포넌트들 "사이"(between)에서 유동되거나 유동되지 않는 경우, 이 유동이 반드시 방향성을 갖는 것으로 해석될 필요는 없다. 즉 유동은 양쪽 어느 방향으로 진행할 수 있다. 단일 방향으로의 방향성 유동(direction flow)은 한 컴포넌트로"부터"(from) 다른 컴포넌트"로"(to) 흐르는 것을 의미한다.

상기 챔버가 과압(overpressure)인 것으로 호칭되는 경우, 이는 상기 챔버 내의 유체 압력이 다른 챔버의 유체 압력보다 더 크다는 것을 의미한다. 예를 들면, 제1 챔버가 과압인 것으로 기술되면, 이는 제1 챔버 내의 압력이 제2 챔버 내의 압력보다 크다는 것을 의미한다.

CTA 컨트롤 밸브는 회전자 및/또는 캠 페이저 장치의 캠샤프트 내 중앙에 위치하며, 제2 챔버와 유체 연통하게 배치되어 있는 제1 포트를 구비하는 밸브 바디, 제2 챔버와 유체 연통하게 배치되어 있는 제2 포트 및 밸브 바디 내에 배치되어 있는 유압식 셔틀 요소를 포함한다.

CTA 컨트롤 밸브는 유압식 셔틀 요소가 밸브 바디 내에서 방해받지 않으며 움직일 때, 유압식 셔틀 요소가 주기적으로 변하는 압력 차이에 의해 두 폐쇄 위치들 사이에서 앞뒤로 압박되는 원리로 작동한다. 이와 동시에, 유압식 셔틀 요소는 각 폐쇄 위치에 있을 때, 압력 차이가 작용하는 방향으로 유입되지 않게 하는 체크 밸브 부재로 작용한다. 따라서, 아무런 방해를 받지 않을 때, 유압식 셔틀 요소는 는 압력 변동을 감지하며, 이러한 압력 변동에 의해 두 폐쇄 위치들 사이에서 앞뒤로 이동한다. 그렇지만 유압식 셔틀 요소가 유동 방향 양쪽에서 체크 밸브로 작용하기 때문에, 두 챔버들 사이에서 유체 연통을 허용하지는 않는다.

유압식 셔틀 요소는 밸브 하우징과 동축으로 위치될 수 있으며, 공통 축선 주위를 회전한다. 이러한 방식으로 작동하는 유압식 셔틀 요소는 예를 들면 회전 디스크일 수 있으며, 이에 의해 유압식 셔틀 요소와 밸브 바디가 함께 회전자-고정자-유사 장치를 형성한다. 유압식 셔틀 요소는 밸브 하우징의 종축선을 따라 또는 종축선을 가로지르는 축선을 따라 선형 방식으로 이동할 수 있다. 이러한 방식으로 작동하는 유압식 셔틀 요소는 예를 들면 "덤벨" 구조로 밸브 스템에 의해 연결되어 있는 두 밸브 부재들을 포함할 수 있다. 이런 밸브 부재는 예를 들면 디스크 밸브 부재의 볼 밸브 부재일 수 있다.

CTA 밸브의 체크 밸브 기능은 여러 방식으로 얻어질 수 있다. 유압식 셔틀 요소가 선형 방식으로 이동하는 경우, 유압식 셔틀 요소의 밸브 부재가 밸브 시트 또는 밸브 벽에 대해 가압되어 밀봉 방식으로 맞닿음으로써 또는 과압인 챔버의 일 측에 가해지는 유체 압력에 의해 유체 유동이 방지될 수 있다. 유압식 셔틀 요소가 회전 운동을 활용하는 경우, 밸브 바디 내에서 유압식 셔틀 요소가 유동 채널에 인접하여 회전함에 따라 유동이 방지될 수 있다.

캠 페이싱을 위해, 유압식 셔틀 요소의 방해받지 않는 모션이 차단되어 유압식 셔틀 요소가 폐쇄 위치들 중 하나로 되는 것이 방지된다. 즉 하나의 이동 방향에서 유압식 셔틀 요소가 중간 위치로 제한되는 반면, 다른 방향으로는 여전히 폐쇄 위치로 될 수 있다. 유압식 셔틀 요소는 여전히 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 압력 차이에 대해 응답하지만, 이제는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에 이동된다. 개방 위치에서, 유압식 셔틀 요소는 체크 밸브 부재로 작용할 수 없으므로 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체 연통이 이루어진다. 따라서, 압력 차이가 작용할 때 유압식 셔틀 요소에 의해 한 방향으로 유체가 유동할 수 있지만, 유압식 셔틀 요소에 의해 다른 방향으로의 유체 유동은 방지된다. 이에 따라 차단된 유압식 셔틀 요소를 구비하는 CTA 밸브는 단일 방향으로 "유압식 래칫"으로 작용한다.

CTA 밸브가 유동을 허용하는 방향 및 이에 따라 캠 페이싱 방향은 유압식 셔틀 요소가 초기에 차단되었을 때 유압식 셔틀 요소의 위치에 의해 결정된다. 차단될 때 유압식 셔틀 요소가 제1 폐쇄 위치에 있다면, 유압식 셔틀 요소는 제1 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에서 변동할 것이다. 즉 제2 폐쇄 위치는 차단된다. 또는, 차단될 때 유압식 셔틀 요소가 제2 폐쇄 위치에 있다면, 유압식 셔틀 요소는 제2 폐쇄 위치와 제1 개방 위치 사이에서 변동할 것이다. 즉 제1 폐쇄 위치는 차단된다. 이에 따라, 제1 폐쇄 위치와 제2 폐쇄 위치 중 어느 한 위치에 있는 유압식 셔틀 요소와 일치하도록 유압식 셔틀 요소를 차단하는 타이밍에 의해 캠 페이싱의 방향이 선택될 수 있다. 차단되어 있는 유압식 셔틀 요소의 현재 위치와 대향하는 폐쇄 위치에 주목해야 한다. 이는 소망하는 캠 페이싱 방향의 반대 방향으로 작용하는 압력 차이와 일치하는 시점에 블로킹이 시작되어야 한다는 것을 의미한다. 캠샤프트에 의해 발생된 압력이 커서 유압식 셔틀 요소가 쉽게 움직일 수 있으며, 이에 따라 위치들 사이에서 순간적으로 왕복이동(shuttling)한다. 크랭크 각도에 따라 캠샤프트 토크가 주기적으로 변하고 왕복이동이 신속하기 때문에, 왕복이동 위치도 크랭크 각도에 따라 변하고 이에 따라 유압식 셔틀 요소의 차단이 소망하는 시점에서 간단하게 이루어진다. 일단 차단(blocking)이 시작되면, 차단이 종료될 때까지 유압식 셔틀 요소는 연속해서 차단되며, 이에 따라 블로킹 장치의 전개 타이밍이 각 위상조정(phasing) 조작에 대해서만 수행된다.

CTA 컨트롤 밸브의 디자인에 따라, 유압식 셔틀 요소의 제1 개방 위치와 제2 개방 위치는 서로 다른 위치이거나, 또는 제1 방향 또는 제2 방향 중 어느 방향으로 유압식 셔틀 요소의 이동에 의해 도달되는 동일한 위치일 수 있다.

유압식 셔틀 요소의 차단은 적어도 하나의 차단 요소를 포함하여 구성되는 차단 장치를 전개(deploy)함으로써 수행된다. 차단 장치는 CTA 컨트롤 밸브 바디와 관련되어 배치되어 있다. 이에 의해, 적어도 차단 장치의 차단 요소는, 유압식 셔틀 요소의 움직임을 제한하기 위해 체결될 때 밸브 바디 내에 존재하여야 한다는 것을 의미한다. 차단 장치의 다른 컴포넌트들은 밸브 바디 외부에 있거나 밸브 바디 내부에 있을 수 있다. 차단 장치는 CTA 컨트롤 밸브와 별개의 장치로 제작되거나 CTA 컨트롤 밸브에 일부가 통합되어 있거나 완전히 통합되어 제작될 수 있다. 예를 들면, 차단 요소 및 근접하게 관련된 컴포넌트들은 CTA 컨트롤 밸브에 통합될 수 있는 반면, 차단 요소를 작동시키기 위해 필요로 하는 컴포넌트들은 떨어져 위치할 수 있다.

전개될 때, 차단 요소가 유압식 셔틀 요소의 이동 범위를 차단하지 않는 위치로부터 유압식 셔틀 요소의 이동 경로 내의 일부 지점에서 유압식 셔틀 요소와 체결하여 유압식 셔틀 요소의 이동 범위를 차단하는 지점으로 이동한다. 차단 요소는 압력-작동식이거나 솔레노이드에 의해 직접 작동되는 방식일 수 있으며, 이에 따라 차단 장치는 유압식 장치, 공압식 장치 또는 솔레노이드 장치일 수 있다.

예를 들면, 공기압 또는 유압 같은 유압 상승에 의해 차단 요소가 전개되면, 유체 압력을 제어하는 차단 장치의 컴포넌트들이 캠 페이저 장치의 회전 컴포넌트로부터 떨어져 위치할 수 있으며, 캠 베어링 홀더 같은 내연기관의 고정식 컴포넌트 위에 위치할 수 있다. 차단 요소에 대한 유체 압력은 예를 들면 작동 유체로 오일이 사용되는 경우에 메인 오일 갤러리 같은 유체 압력 소스에 연결됨에 의해 유체 압력이 증가되는 온/오프 솔레노이드 밸브에 의해 규제될 수 있다. 이러한 솔레노이드 밸브는 예를 들면 입구 포트에서 오일 갤러리에 연결되어 있고, 출구 포트에서 차단 요소로 이어지는 오일 채널에 연결되어 있으며, "오프" 위치에 있을 때 차단 요소로 이어지는 채널로부터 오일 압력을 배출하기 위한 벤트 포트를 구비하는 3-포트, 2-포트 온/오프 솔레노이드 밸브일 수 있다. 솔레노이드가 작동하지 않을 때 솔레노이드 밸브는 통상적으로 "오프" 위치에 있을 수 있으며, 솔레노이드가 작동하면 "온" 위치로 전환된다. 솔레노이드 밸브는 당 업계에 주지되어 있는 임의의 적당한 유형의 밸브일 수 있다. 솔레노이드 밸브는 포핏 밸브, 슬라이딩 스풀 밸브 및 로터리 스풀 밸브를 포함하기는 하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 포핏 밸브를 사용하면 밸브가 막힐(jam) 위험이 거의 없어진다.

차단 요소와 유체 연결된 오일-충진 배럴이 유체 압력 소스로 사용될 수 있다. 온/오프 솔레노이드-작동식 플런저가 배럴 내에 제공되어 있다. 솔레노이드-작동식 피스톤은 작동할 때 실린더 내에서 오일 체적 위로 눌려져서 차단 요소에서 압력을 상승시킬 수 있다.

차단 장치는, 그 차단 장치가 배치될 때 유압식 셔틀 요소의 위치에 따라, 차단될 때 서로 다른 두 이동 범위를 구비할 수 있어야만 한다. 이에 따라 차단 장치는 유압식 셔틀 요소의 적어도 두 개의 다른 위치와 체결될 수 있어야만 한다. 이는 여러 방식으로 배치될 수 있다.

차단 장치는 2개의 별개의 차단 요소를 구비할 수 있다. 여기서 차단 장치가 전개되는 중에 유압식 셔틀 요소의 위치에 따라 차단 요소 중 하나 또는 다른 하나를 선택적으로 전개하게 배치되어 있다. 예를 들면, 차단 장치는 유압식 셔틀 요소의 위치에 따라 하나의 록 핀 또는 다른 하나의 록 핀을 선택적으로 작동시키는 것을 보조하는 차압 해석 프로그램과 함께 2개의 별개의 록 핀들을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태들의 예시가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

차단 장치는 전개하는 중에 유압식 셔틀 요소의 위치에 따라 2개의 별개의 차단 위치들 중 하나를 담당할 수 있는 하나의 차단 요소를 구비할 수 있다. 예를 들면, 피봇 방향에 따라 다른 위치에서 밸브 하우징에 진입하는 피봇 가능한 차단 요소가 사용될 수 있다.

차단 장치는 단일 차단 위치를 취하는 단일 차단 요소를 포함할 수 있다. 이에 따라 유압식 셔틀 요소는 차단 요소를 수용하는 2개의 별개의 체결 위치를 포함해야 한다. 예를 들면, 차단 요소는 록 핀을 포함할 수 있다. 이에 따라 유압식 셔틀 요소는 록 핀을 수용하도록 구성된 2개의 중공부를 포함한다. 제1 중공부는 제1 폐쇄 위치와 제2 개방 위치 사이에서 반복이동(shuttling) 할 수 있게 하며, 제2 중공부는 제2 폐쇄 위치와 제1 개방 위치 사이에서 반복이동 할 수 있게 한다. 중공부(hollow)는 차단 요소를 수용하기에 적당한 홀, 리세스 또는 틈새(cleft)를 의미한다.

캠 페이저 시스템이 메인 오일 갤러리 같은 오일 압력 소스에 연결됨으로써 캠 페이저 시스템 내에서 오일 압력이 유지될 수 있다. CTA 밸브는 오일 압력 소스에 연결되게 구성될 수 있다. 오일 압력 소스에 연결된 CTA 밸브는 유압식 셔틀 요소의 왕복이동 움직임에 의해 두 챔버들 사이에 오일을 분배하게 구성될 수 있다. 오일 압력 소스를 연결하는 채널(들)에는 캠 페이저 어셈블리로부터 오일 압력 소스로 오일이 역류하는 것을 방지하기 위해 체크 밸브(들)가 제공될 수 있다.

캠 페이저 어셈블리에는 복수의 페일 세이프 구성(failsafe feature)이 제공될 수도 있다. 예를 들면, 록 핀을 수용하기 위한 고정자 내 대응 리세스와 함께 압력-작동식 록 핀이 회전자의 베인들 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 록 핀을 수용하기 위한 리세스는 베이스 위치에 즉 완전히 진각된 위치나 완전히 지각된 위치 중 어느 한 위치에 있을 수 있다. 시스템이 고장난 경우 회전자를 베이스 위치를 향해 편향시키기 위해 토션 스프링이 제공될 수 있다. 록 핀은 통상적으로 전개된(록킹(잠김)) 위치에 있으며, 캠 페이저 장치의 컴포넌트 내 압력이 임계 압력을 초과하면 후퇴된(언락(해제)) 위치로 작동된다. 예를 들면, 록 핀은 챔버로부터 CTA 컨트롤 밸브로 이어진 하나 또는 그 이상의 채널들과 유체 연결될 수 있다. 이와는 다르게, 록 핀은 오일 재충전 채널과 유체 연결될 수 있다.

압력이 임계 값 미만으로 떨어질 때 밸브 하우징에 대해 유압식 셔틀 요소의 위치를 고정시키기 위해 CTA 밸브 내에서 록 핀이 전개되게 배치될 수 있다. 이 록-핀은 예를 들면 차단 요소로 이어지는 유체 채널 내 압력이 임계 레벨 미만으로 떨어지거나 오일 공급원 압력이 임계 레벨 미만으로 떨어지면 전개될 수 있다. 이 록 핀이 전개될 때, CTA 컨트롤 밸브는 "유압식 래칫" 효과에 의해 단일 방향으로 캠-토크 작동식 위상조정을 제공하는 위치에 고정될 수 있다. 이에 따라 캠 토크 작동에 의해 회전자가 베이스 위치로 복귀한다. 이러한 방식으로, 회전자를 베이스 위치로 편향시키는 토션 스프링을 사용하지 않을 수 있게 되며, 회전자를 고정자에 대해 회전시키는 데에 더 많이 생성된 캠샤프트 토크가 사용될 수 있다.

캠 위상조정을 하지 않으면서 통상적으로 작동하는 중에, 차단 장치는 전개되지 않으며, 이중 체크 밸브로 작동하는 CTA 컨트롤 밸브에 의해 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체가 흐르지 않는다. 캠샤프트 위상조정이 요구될 때, 차단 요소의 전개는 소망하는 위상조정 방향과 반대되는 방향으로 작용하는 캠샤프트 토크와 일치되게 타이밍이 조정된다. 예를 들면, 제1 챔버가 과압 상태에 있으면, 유압식 셔틀 요소는 제1 폐쇄 위치에 있다. 차단 요소를 전개함으로써 차단이 시작되면, 제1 폐쇄 위치(제1 챔버가 과압 상태에 있는 동안)와 제2 개방 위치(제2 챔버가 과압 상태에 있는 동안) 사이에서 유압식 셔틀 요소가 왕복이동하게 된다. 제1 폐쇄 위치는 체크 밸브 부재로 작용하는 유압식 셔틀 요소에 의해 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유체가 흐르지 못하게 한다. 그러나 제2 개방 위치에서는 유압식 셔틀 요소가 체크 밸브로 작용하는 것이 방지되어서, 제2 챔버로부터 제1 챔버로 유체가 흐를 수 있게 된다. 이러한 방식으로, 회전자가 고정자에 대해 회전하게 되며 캠 위상조정이 이루어진다.

이하에서 도면들을 참고로 하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

도 1은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치의 일 실시형태를 개시하고 있다. 회전자(3)는 적어도 하나의 베인(5)을 포함한다. 회전자는 캠샤프트(도시되어 있지 않음)에 고정되어 있다. 적어도 하나의 리세스(9)를 구비하는 고정자(7)가 회전자(3)와 동축으로 회전자를 둘러싸고 있다. 고정자는 캠 스프로켓(도시되어 있지 않음)에 고정되어 있다. 베인(5)은 리세스(9)를 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15)로 분할한다. CTA 컨트롤 밸브(17)가 회전자(3) 내 중앙에 배치되어 있다. 제1 오일 채널(19)이 베인(5)의 측면에 배치되어 있으며, 제1 챔버(13)로부터 CTA 컨트롤 밸브(17)의 제1 포트까지 이어져 있다. 제2 오일 채널(21)이 베인(5)의 측면에 배치되어 있으며, 제2 챔버(15)로부터 CTA 컨트롤 밸브(17)의 제2 포트까지 이어져 있다.

CTA 컨트롤 밸브(17)는 밸브 바디(22)를 포함한다. 밸브 바디(22)는 그 밸브 바디의 제1 단부에 배치되어 있는 제1 포트(23)와 밸브 바디의 제2 단부에 배치되어 있는 제2 포트(24)를 구비한다. 유압식 셔틀 요소(25)는 밸브 바디(22) 안에 구성되어 있다. 제1 밸브 시트(27)가 밸브 바디(22) 내에서 제1 포트(23)와 밸브 바디의 중앙 부분 사이에 배치되어 있고, 제2 밸브 시트(29)는 밸브 바디(22) 내에서 제2 포트(24)와 밸브 바디의 중앙 부분 사이에 배치되어 있다.

유압식 셔틀 요소(25)는 제1 포트(23)와 제1 밸브 시트(27) 사이에 배치되어 있는 제1 디스크 밸브 부재(31)를 포함한다. 제1 디스크 밸브 부재(31)는 제1 밸브 시트(27)와 함께 밀봉부를 형성할 수 있게 배치되어 있다. 제2 디스크 밸브 부재(33)가 제2 밸브 시트(29)와 제2 포트(24) 사이에 배치되어 있다. 제2 디스크 밸브 부재(33)는 제2 밸브 시트(29)와 함께 밀봉부를 형성할 수 있게 배치되어 있다. 밸브 스템(34)은 제1 디스크 밸브 부재(31)를 제2 디스크 밸브 부재(33)에 부착시킨다. 밸브 스템(34)은 제1 밸브 시트(27)와 제2 밸브 시트(29)를 관통하며, 제1 디스크 밸브 부재(31)와 제2 디스크 밸브 부재(33)가 동시에는 아니지만 개별적으로 그들의 밸브 시트에 안착될 수 있는 길이로 되어 있다. 즉, 밸브 스템(34)은 밸브 부재들(31, 33)이 안착되게 하기에는 짧지만, 이들 밸브 부재들(31, 33)이 동시에 안착될 수 없게 할 정도로는 충분히 길다. 유압식 셔틀 요소(25)는, 제1 디스크 밸브 부재(31)가 제1 밸브 시트(27) 위에 안착되는 제1 폐쇄 위치와, 제2 디스크 밸브 부재(33)가 제2 밸브 시트(29) 위에 안착되는 제2 폐쇄 위치 사이에서 오일 압력에 의해 이동할 수 있다.

차단 장치(37)의 차단 요소들을 수용하기 위해 밸브 바디(22) 벽을 관통하게 2개의 오리피스들(35, 36)이 제공되어 있다. 오리피스들(35, 36)은 차단 장치(37) 근방에 있는 밸브 바디(22)의 측면 위에 제공되어 있다. 제1 오리피스(35)는 밸브 바디(22)의 제1 단부를 향하는 제1 밸브 시트(27)의 면과 바로 이웃하는 위치에서 밸브 바디 벽을 관통하며 배치되어 있다. 제2 오리피스(36)는 밸브 바디(22)의 제2 단부를 향하는 제2 밸브 시트(29)의 면과 바로 이웃하는 위치에서 밸브 바디 벽을 관통하며 배치되어 있다.

차단 장치(37)는 CTA 컨트롤 밸브(17)의 측벽에 근접하게 배치된다. 차단 장치(37)는 실린더(39)를 포함하며, 실린더는 제3 오일 채널(47)에 의해 밸브 바디(22)의 제1 단부와 유체 연결하는 제1 단부 및 제4 오일 채널(49)에 의해 밸브 바디(22)의 제2 단부와 유체 연결하는 제2 단부를 구비한다. 실린더의 제1 단부가 밸브 바디 외부에서 밸브 바디의 제1 오리피스(35)와 정렬되게 그리고 실린더의 제2 단부는 밸브 바디 외부에서 밸브 바디의 제2 오리피스(36)와 정렬되도록, 실린더(39)와 밸브 바디(22)가 정렬되어 있다.

실린더(39)는 밸브 바디(22)를 향하는 실린더(39)의 측면 위 제1 단부에서 밸브 바디(22)의 제1 오리피스(35)와 대응되게 위치하는 제1 오리피스(40)를 구비한다. 제1 차단 핀(43)은 실린더(39)의 제1 오리피스(40)와 밸브 바디(22)의 제1 오리피스(35) 사이에서 연장한다. 제1 차단 핀(43)은 밸브 바디(22)의 제1 오리피스(35)를 관통하며 슬라이드할 수 있기에 적합한 크기로 되어 있다. 제1 차단 핀(43)의 일 단부는 실린더(39)의 제1 오리피스(40)와 밀봉 맞물림부를 형성하고, 제2 단부는 밸브 바디(22)의 제1 오리피스(35)와 밀봉 맞물림부를 형성한다.

실린더(39)는 밸브 바디(22)를 향하는 실린더(39)의 측면 위 제2 단부에서 밸브 바디(22)의 제2 오리피스(36)와 대응되게 위치하는 제2 오리피스(41)를 구비한다. 제2 차단 핀(45)은 실린더(39)의 제2 오리피스(41)와 밸브 바디(22)의 제2 오리피스(36) 사이에서 연장한다. 제2 차단 핀(45)은 밸브 바디(22)의 제2 오리피스(36)를 관통하며 슬라이드할 수 있기에 적합한 크기로 되어 있다. 제2 차단 핀(45)의 일 단부는 실린더(39)의 제2 오리피스(41)와 밀봉 맞물림부를 형성하고, 제2 단부는 밸브 바디(22)의 제2 오리피스(36)와 밀봉 맞물림부를 형성한다. 이에 따라, 제1 및 제2 차단 핀들은 오일의 누출을 방지하고 오리피스들(35, 36, 40 및 41)을 통한 유체 압력이 손실되지 않도록 한다.

실린더는 실린더(39)의 제1 단부에서 제1 오리피스(40)와 반경방향 반대편에 위치하는 제3 오리피스(53)를 구비한다. 제1 작동 핀(48)의 제1 단부는 제3 오리피스(53)와 함께 밀봉 맞물림부를 형성한다. 제1 작동 핀(48)은 제3 오리피스(53)를 관통하며 슬라이딩할 수 있기에 적합한 크기로 되어 있다. 차단 장치(37)가 작동하지 않을 때, 제1 작동 핀(48)의 바디는 실린더(39)의 외부에 있다.

실린더는 실린더(39)의 제2 단부에서 제2 오리피스(41)와 반경방향 반대편에 위치하는 제4 오리피스(55)를 구비한다. 제2 작동 핀(50)의 제1 단부는 제4 오리피스(55)와 함께 밀봉 맞물림부를 형성한다. 제2 작동 핀(50)은 제4 오리피스(55)를 관통하며 슬라이딩할 수 있기에 적합한 크기로 되어 있다. 차단 장치(37)가 작동하지 않을 때, 제2 작동 핀(50)의 바디는 실린더(39)의 외부에 있다.

실린더(39) 내에 피스톤(51)이 배치되어 있으며, 피스톤(51)은 유체 압력에 따라 제1 위치와 제2 위치 사이에서 유체 압력에 의해 이동할 수 있다. 제1 위치는 제2 차단 핀(45)과 제2 작동 핀(50) 사이에서 실린더(39)의 제2 단부에 위치한다. 제2 위치는 제1 차단 핀(43)과 제1 작동 핀(48) 사이에서 실린더(39)의 제1 단부에 위치한다. 피스톤(51)은, 차단 장치(37)가 작동할 때마다 차단 핀들(43, 45)을 밸브 바디(22) 안으로 변위시키기 위해, 오리피스들(40, 41)을 통해 끼워질 수 있는 크기로 되어 있다.

캠 타이밍 페이저 장치는 다음과 같이 작동한다. 제1 챔버(13) 내의 오일 압력이 제2 챔버(15)보다 높은 경우, 유압에 의해 유압식 셔틀 요소(25)가 제1 폐쇄 위치로 이동하여, 제1 디스크 밸브 부재(31)가 제1 밸브 시트(27) 위에 안착되어 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 유체가 흐르지 않게 된다. 이와 동시에, 피스톤(51)은 유압에 의해 (실린더(39)의 제2 단부에 있는) 제1 위치로 이동하게 된다. 이러한 캠 타이밍 페이저 장치의 제1 폐쇄 상태가 도 2a에 도시되어 있다. 제2 챔버(15) 내의 오일 압력이 제1 챔버(13)보다 높은 경우, 유압에 의해 유압식 셔틀 요소(25)가 제2 폐쇄 위치로 이동하여, 제2 디스크 밸브 부재(33)가 제2 밸브 시트(29) 위에 안착되어 제2 챔버(15)로부터 제1 챔버(13)로 유체가 흐르지 않게 된다. 이와 동시에, 피스톤(51)은 유압에 의해 (실린더(39)의 제1 단부에 있는) 제2 위치로 이동하게 된다. 이러한 캠 타이밍 페이저 장치의 제2 폐쇄 상태가 도 2b에 도시되어 있다. 이에 따라, 작동하지 않을 때, 컨트롤 어셈블리는 양 방향으로 유동하지 않도록 한다. 즉 캠 위상조정 홀딩 모드에 있다. 그러나 유압식 셔틀 요소(25)와 피스톤(51) 각각은 두 챔버들(13, 15)에 작동하는 압력 차이의 방향에 따라 2개의 별개의 위치를 취할 수 있음에 주목해야 한다. 이러한 구성은 원하는 방향으로 위상조정을 제공하기 위해 이용된다.

제1 방향으로 위상조정(phasing)이 요구되는 경우 즉 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유체 유동이 요구되는 경우, 제2 챔버가 과압 상태에 있는 동안에 차단 장치(37)가 전개된다. 이에 따라 유압식 셔틀 요소(25)는 제2 위치에 있으며, 피스톤(51)은 제2 위치에 있다. 차단 장치가 전개되면, 작동 핀들(48, 50)이 작동력에 의해 실린더(39) 내로 이동한다. 이 작동력은 유체 압력이거나 솔레노이드 이동에 의해 제공되는 힘일 수 있다. 제2 위치에 있는 피스톤이 작동 핀(48)에 의해 제1 오리피스(40)를 통해 압박된다. 궁극적으로 피스톤이 제1 오리피스(35)를 통해 제1 차단 핀(43)을 밸브 바디의 내부 체적 내로 밀게 된다. 실린더의 반대편 단부에서, 제2 작동 핀(50)은 실린더 체적 내로 이동한다. 그러나 이러한 움직임은 더 이상 제2 차단 핀(45)에 전달되지 않는데, 이는 피스톤(51)이 핀들(50, 45) 사이의 관련 위치에 있지 않기 때문이다. 따라서, 제1 차단 핀(43)이 밸브 바디(22)의 내부 체적 내에서 맞물림 위치로 이동하며, 제2 차단 핀(45)은 맞물리지 않는다. 이런 구성이 도 2c에 도시되어 있다. 반대 방향으로 압력이 작용하고 제1 챔버(13)가 과압으로 되게 하기 위해 캠샤프트 토크가 변동할 때, 유압식 셔틀 요소(25)는 제1 차단 핀(43)과 맞물리며 차단되어 제1 폐쇄 위치로 이동하지 못하며 제1 밸브 시트(27)와 함께 밀봉부를 형성한다. 이러한 구성이 도 2d에 도시되어 있다. 그보다는, 유압식 셔틀 요소는 제1 개방 위치로 이동이 제한되어서 제1 챔버(13)로부터 CTA 컨트롤 밸브(17)를 통해 제2 챔버(15)로 유체가 흐를 수 있게 된다. 작동 핀들(48, 50)에서 작동력이 제거되어 차단 핀들(43, 45)과 작동 핀들(48, 50)이 비-작동 상태로 복귀하고, 피스톤(51)이 실린더(39) 내로 복귀하며 캠 페이저가 비-작동 상태로 복귀하여 캠 위상조정 홀딩 상태로 될 때까지 유압식 셔틀 요소는 제1 개방 위치와 제2 폐쇄 위치 사이에서 변동하게 된다.

유압식 셔틀 요소(25)가 제1 폐쇄 위치에 있을 때, 차단 장치를 전개함으로써 이와 유사한 방식으로 반대 방향으로 위상조정이 이루어진다.

도 3은 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법에 관한 공정 흐름도이다.

제1 단계에서, 차단 장치가 해제된 위치가 되게 캠 타이밍 페이저 장치가 제공되어, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 유체 연통이 방지된다. 즉 초기에는 캠 타이밍 페이저 장치가 캠 위상조정 홀딩 상태에 있다.

제2 단계에서, 차단 장지가 위상조정을 원하는 방향과 반대 방향으로 작용하는 유체 압력과 일치되도록 전개된다. 이는 차단 요소가 맞물림 위치로 이동하여 CTA 밸브의 유압식 셔틀 요소의 이동을 추가로 제한한다는 것을 의미한다.

제3 단계에서, 차단 장치가 전개된 상태를 유지한다. 이 기간 동안, 캠샤프트 토크가 변동하여 제1 챔버와 제2 챔버 내에서 압력 피크가 번갈아 나타나게 하며, CTA 컨트롤 밸브는 한쪽 방향으로 유체가 유동하게 하여 하나의 챔버로부터 다른 챔버로의 방향성 유동이 얻어진다.

제4 단계에서, 원하는 정도로 캠샤프트 위상조정이 이루어지면 차단 장치가 해제된다. 차단 장치를 해제함으로써, 캠 타이밍 페이저 장치가 홀딩 상태로 복귀된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 및 차량에도 관한 것이다. 도 4는 내연기관(203)을 구비하는 중대형 화물 차량(200)을 개략적으로 도시하고 있다. 내연기관은 크랭크샤프트(205), 크랭크샤프트 스프로켓(207), 캠샤프트(도시되어 있지 않음), 캠샤프트 스프로켓(209) 및 타이밍 체인(211)을 구비하고 있다. 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)는 캠 스프로켓/캠샤프트의 회전축선에 위치하고 있다. 이러한 가변형 캠 타이밍 페이저 장치가 제공되어 있는 엔진은, 캠 위상조정 장치가 없는 차량에 비해 연료 경제가 개선되고, 배기가스가 적어지며 성능이 우수하다는 많은 이점들이 있다.

Claims (15)

1. 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)로,
   적어도 하나의 베인(5)을 구비하며, 캠샤프트에 연결되어 배치되는 회전자(3);
   회전자(3)를 동축으로 둘러싸는 고정자(7)로, 고정자(7)는 회전자의 적어도 하나의 베인(5)을 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스(9)를 구비하고, 고정자(7)에 대해 회전자(3)를 회전 이동할 수 있게 하며, 구동력을 받기 위해 배치되는 외부 둘레를 구비하는, 고정자(7);　
   적어도 하나의 베인(5)이 적어도 하나의 리세스(9)를 가압되는 유압식 유체를 수용하도록 배치되어 있는 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15)로 분할하되, 유압식 유체가 제1 챔버(13)에 유입되면 고정자(7)에 대해 회전자(3)가 제1 회전 방향으로 이동하고, 유압식 유체가 제2 챔버(15)에 유입되면 고정자(7)에 대해 회전자(3)가 상기 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 이동하고;
   제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 흐르는 유압식 유체를 제어하기 위한 컨트롤 어셈블리;를 포함하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치에 있어서,
   상기 컨트롤 어셈블리는,
   회전자(3) 및/또는 캠샤프트 내부 중앙에 위치하며, 제1 챔버(13)와 유체 연통하게 배치되는 제1 포트(23), 제2 챔버(15)와 유체 연통하게 배치되는 제2 포트(24)를 구비하는 밸브 바디(22) 및　 밸브 바디(22) 내에 배치되는 유압식 셔틀 요소(25)를 포함하는 캠 토크 작동식(CTA) 컨트롤 밸브(17); 및
   밸브 바디와 연계되어 배치되는 차단 장치(37)를 포함하고,
   유압식 셔틀 요소(25)는 제1 챔버(13) 내의 과압에 의해 제1 폐쇄 위치로 제1 방향으로 이동하고, 제2 챔버(15) 내의 과압에 의해 제2 폐쇄 위치로 제2 방향으로 이동하게 구성되되;
   제1 폐쇄 위치에서, 유압식 셔틀 요소(25)는 밸브 바디(22)의 내벽 또는 밸브 바디(22) 내에 위치하는 밸브 시트(27)와 함께 밀봉부를 형성하여 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 유체가 흐르지 않도록 하고;
   제2 폐쇄 위치에서, 유압식 셔틀 요소(25)는 밸브 바디(22)의 내벽 또는 밸브 바디(22) 내에 위치하는 밸브 시트(29)와 함께 밀봉부를 형성하여 제2 챔버(15)로부터 제1 챔버(13)로 유체가 흐르지 않도록 하며;
   차단 장치(37)는 분리 위치와 맞물림 위치 사이에서 전개될 수 있는 적어도 하나의 차단 요소(43, 45)를 포함하고, 차단 장치(37)가 전개되었을 때 적어도 하나의 차단 요소(43, 45)는 맞물림 위치에서 유압식 셔틀 요소(25)의 위치에 따라 유압식 셔틀 요소(25)가 제1 폐쇄 위치 또는 제2 폐쇄 위치로의 이동을 방지하게 구성되고, 유압식 셔틀 요소(25)는 제1 챔버(13) 내 과압에 응답하는 제1 폐쇄 위치와 제2 챔버(15) 내 과압에 응답하는 제2 개방 위치 사이 또는 제2 챔버(15) 내 과압에 응답하는 제2 폐쇄 위치와 제1 챔버(13) 내 과압에 응답하는 제1 개방 위치 사이 중 어느 하나의 사이에서 이동하게 구성되되;
   제2 개방 위치에서 유압식 셔틀 요소(25)는 제2 챔버(15)로부터 제1 챔버(13)로 유체가 흐를 수 있게 하고;
   제1 개방 위치에서 유압식 셔틀 요소(25)는 제1 챔버(13)로부터 제2 챔버(15)로 유체가 흐를 수 있게 하는 것;을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
2. 제1항에 있어서,
   제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이의 압력 차이에 의해 밸브 바디(22)의 종축선을 따라 병진 이동함으로써 유압식 셔틀 요소(25)가 이동하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
3. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   CTA 컨트롤 밸브는,
   밸브 바디(22)의 제1 단부에 배치되어 있는 제1 포트(23) 및 밸브 바디(22)의 제2 단부에 배치되어 있는 제2 포트(24)를 구비하는 밸브 바디(22)로, 밸브 바디 내에서 밸브 바디의 제1 단부와 중간 부분 사이에 제1 밸브 시트(27)가 배치되어 있고, 밸브 바디 내에서 밸브 바디의 제2 단부와 중간 부분 사이에 제2 밸브 시트(29)가 배치되어 있는 밸브 바디(22); 및
   제1 단부와 제1 밸브 시트(27) 사이에 배치되어 있으며, 제1 밸브 시트(27)와 함께 밀봉부를 형성할 수 있게 배치되어 있는 제1 밸브 부재(31), 제2 단부와 제2 밸브 시트(29) 사이에 배치되어 있으며, 제2 밸브 시트(29)와 함께 밀봉부를 형성할 수 있게 배치되어 있는 제2 밸브 부재(32) 및 제1 밸브 시트(27)와 제2 밸브 시트(29)를 관통하며, 제1 밸브 부재(31)를 제2 밸브 부재(33)에 부착시키게 배치되어 있는 밸브 스템(34)을 포함하는 유압식 셔틀 요소(25)로, 밸브 스템(34)의 길이는 제1 밸브 부재가 제1 밸브 시트와 밀봉부를 형성할 때, 제2 밸브 부재는 제2 밸브 시트 상에 안착될 수 없고, 제2 밸브 부재가 제2 밸브 시트와 밀봉부를 형성할 때, 제1 밸브 부재는 제1 밸브 시트 상에 안착될 수 없게 하는 길이인, 유압식 셔틀 요소(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
4. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   차단 장치는,
   제1 챔버(13)와 유체 연통하는 제1 단부 및 제2 챔버(15)와 유체 연통하는 제2 단부를 구비하는 실린더(39);
   상기 실린더(39) 내에 배치되어 있으며, 유압식 셔틀 요소(25)가 제1 폐쇄 위치에 있을 때 유체 압력에 의해 제1 실린더 위치와 유압식 셔틀 요소(25)가 제2 폐쇄 위치에 있을 때 유체 압력에 의해 제2 실린더 위치 사이에서 실린더의 종축선을 따르는 방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있는 실린더 부재(51)로, 상기 실린더 부재(51)는 차단 장치(37)가 전개될 때 제1 실린더 위치와 제2 실린더 위치에서 실린더의 종축선에 대한 반경방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있는, 실린더 부재(51);
   차단 장치가 전개될 때 실린더 부재(51)의 반경방향 이동에 의해 실린더 부재(51)와 제2 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치된 제1 차단 요소(43)로, 상기 맞물리는 위치는 유압식 셔틀 요소(25)가 제1 폐쇄 위치로 되지 않게 하는 제1 차단 요소(43); 및 차단 장치가 전개될 때 실린더 부재(51)의 반경방향 이동에 의해 실린더 부재(51)와 제1 위치에서 맞물리는 위치로 이동할 수 있게 배치된 제2 차단 요소(45)로, 상기 맞물리는 위치는 유압식 셔틀 요소(25)가 제2 폐쇄 위치로 되지 않게 하는 제2 차단 요소(45);를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
5. 제1항에 있어서,
   유압식 셔틀 요소(25)는 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 압력 차이에 의해 밸브 바디의 중심 회전축선 주위로 회전 이동에 의해 이동하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
6. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   유압식 셔틀 요소는 맞물릴 때 적어도 하나의 차단 요소를 수용하게 배치되는 둘 또는 그 이상의 중공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
7. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   외부 유압식 압력의 증가, 외부 공압식 압력의 증가 또는 솔레노이드의 에너지 인가에 의해 적어도 하나의 차단 요소가 전개되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
8. 제7항에 있어서,
   외부 유압식 압력의 증가에 의해 적어도 하나의 차단 요소가 전개되고, 외부 유압식 압력은 캠 타이밍 페이저 장치의 모든 회전 컴포넌트로부터 떨어져서 위치하는 솔레노이드-제어식 액추에이터에 의해 규제되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
9. 제8항에 있어서,
   솔레노이드-제어식 액추에이터는 증가된 유체 압력 소스와 유체 연통하는 입구 포트, 차단 장치와 유체 연통하는 배출 포트 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브이고, 솔레노이드 밸브의 1차 상태는 증가된 유체 압력 소스와 차단 장치가 유체 연통되지 않도록 하여 차단 장치로부터 벤트 포트로 유체 연통하게 하는 에너지-차단 상태이고, 솔레노이드 밸브의 2차 상태는 증가된 유체 압력 소스와 차단 장치가 유체 연통하고, 적어도 하나의 차단 요소를 전개시키는 에너지-인가 상태인 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
10. 제8항에 있어서,
    솔레노이드-제어식 액추에이터는 차단 장치와 유체 연통하게 배치되어 있는 배럴 내에 배치되어 있는 솔레노이드-구동식 플런저를 포함하고, 솔레노이드-구동식 플런저의 1차 상태는 후퇴된 에너지-차단 상태이고 솔레노이드-구동식 플런저의 2차 상태는 신장된 에너지 인가 상태로, 신장된 상태는 차단 장치에서 유체 압력을 증가시키고 적어도 하나의 차단 요소를 전개시키는 상태인 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
11. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    증가된 유체 압력 소스는 재충전 채널을 통해 제1 챔버(13) 및/또는 제2 챔버(15)와 유체 연통하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
12. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    유압식 유체가 유압식 오일인 것을 특징으로 하는 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법으로, 상기 방법은,
    ⅰ. 차단 장치(37)가 분리된 위치에 있어서 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이에 유체 연통이 방지되게 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 단계;
    ⅱ. 한 번에 차단 장치를 제1 위치에 있는 유압식 셔틀 요소(25)와 일치되게 전개함으로써 적어도 하나의 차단 요소(43, 45)와 맞물려서 제2 위치를 차단하는 단계 또는 한 번에 차단 장치(37)가 제2 위치에 있는 유압식 셔틀 요소(25)와 일치하게 전개되어 적어도 하나의 차단 요소(43, 45)와 맞물려서 제1 위치를 차단하는 단계;
    ⅲ. 차단 장치(37)가 전개된 상태를 유지하여 캠샤프트 토크로 인해 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이에서 단일 방향으로 주기적으로 유체가 유동할 수 있으나 반대 방향으로는 유동이 방지되어 선택된 방향으로 고정자(7)에 대해 회전자(3)가 회전하는 단계;
    ⅳ. 고정자(7)에 대해 회전자(3)가 소망하는 회전이 이루어지면, 차단 장치(37)를 해제하여 제1 챔버(13)와 제2 챔버(15) 사이에서 더 이상 유체 유동되는 것이 방지되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍 제어 방법.
14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)를 포함하는 내연기관(203).
15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)를 포함하는 차량(200).

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