KR20190013957A - 회전형 유압 논리 장치 및 그러한 장치를 활용하는 가변형 캠 타이밍 페이저 - Google Patents

회전형 유압 논리 장치 및 그러한 장치를 활용하는 가변형 캠 타이밍 페이저 Download PDF

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KR20190013957A
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

캠 타이밍 페이저 장치(201)에 사용하기 위한 컨트롤 밸브(1)가 제공된다. 이 상기 컨트롤 밸브는, 원통형 밸브 바디(3), 상기 밸브 바디의 리세스 내에 동축으로 위치하는 회전형 셔틀 요소(5), 및 차단 핀(20)을 포함한다. 제1 위상조정 챔버 및 제2 위상조정 챔버를 구비하는 캠 타이밍 페이저 장치에 사용할 때, 컨트롤 밸브(1)는 더블 체크 밸브로 작동하지 않을 때, 이들 챔버 간의 유동을 방지한다. 차단 핀(20)의 작동은 회전형 셔틀 요소(5)의 회전을 제한하여, 컨트롤 밸브(1)는 위상조정 챔버들(43, 45) 사이에서 단일 유동 방향으로 유동할 수 있게 한다. 허용된 유동 방향은 차단 핀(20)의 전개 타이밍을 조절함으로써 제어될 수 있다. 그러한 컨트롤 밸브를 포함하는 캠 타이밍 페이저 장치(201)도 기재되어 있다. 그러한 캠 타이밍 페이저 장치(201)를 포함하는 내연기관(203) 및 차량(200)도 기재되어 있다.

Description

회전형 유압 논리 장치 및 그러한 장치를 활용하는 가변형 캠 타이밍 페이저
본 발명은 내연기관용 가변형 캠 타이밍 페이저 장치 및 그러한 가변형 캠 타이밍 페이저를 사용하여 내연기관 내의 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 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 발명의 다른 목적은 캠 토크 작동식의 공지의 캠 타이밍 페이저 장치에 비해 기구적으로 더 단순하고, 더 강인하며 오일 누출이 적은 캠 토크 작동을 활용하는 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 것이다.
이들 목적들은 첨부된 청구항에 따른 캠 타이밍 페이저 장치에 사용하기 위한 컨트롤 밸브에 의해 달성된다.
컨트롤 밸브는,
외부 벽, 제1 말단부 및 제2 말단부를 포함하는 원통형 밸브 바디로, 상기 제1 말단부는 회전형 셔틀 요소를 수용하고 상기 회전형 셔틀 요소가 밸브 바디에 대해 회전 이동할 수 있게 구성된 리세스를 구비하는, 원통형 밸브 밸브 바디; 및
상기 밸브 바디의 리세스 내에 동축으로 위치하는 회전형 셔틀 요소를 포함하고;
리세스와 회전형 셔틀 요소는 함께 시그널링 챔버와 유동 챔버를 획정하고;
리세스는 베인을 포함하되, 상기 베인은 시그널링 챔버를 베인의 제1 측면 위의 제1 시그널링 챔버와 베인의 제2 측면 위의 제2 시그널링 챔버로 분할하고;
회전형 셔틀 요소는 제1 및 제2 시그널링 챔버들 내에서의 유체 압력의 변동에 따라 적어도 3개의 위치들 사이에서 회전하게 배치되되, 3개의 위치들 중 제1 위치는 제1 회전 방향으로 완전히 회전하여 제2 시그널링 챔버에 비해 제1 시그널링 챔버의 크기가 최대로 되는 위치이고, 제2 위치는 제2 회전 방향으로 완전히 회전하여 제1 시그널링 챔버에 비해 제2 시그널링 챔버의 크기가 최대로 되는 위치이며, 중간 위치는 제1 및 제2 시그널링 챔버의 크기가 거의 같은 위치이고;
작동 가능한 차단 핀이 컨트롤 밸브 내에 구성되어 있고, 회전형 셔틀 요소는 차단 핀을 수용하기 위한 두 개의 대응 홀들을 구비하게 구성되되, 제1 홀은 차단 핀을 수용하면 회전형 셔틀 요소가 제1 위치로 이동하는 것을 차단하게 배치되고, 제2 홀은 차단 핀을 수용하면 회전형 셔틀 요소가 제2 위치로 이동하는 것을 차단하게 배치되고;
리세스는 회전형 셔틀 요소가 제2 위치 또는 중간 위치에 있을 때마다 일 말단부에서 제1 시그널링 챔버와 유체 연통하게 배치되며 타 말단부에서 유동 챔버와 유체 연통하게 배치되며, 회전형 셔틀 요소가 제1 위치에 있을 때에는 유동 챔버와 유체 연동되지 않도록 배치되는 제1 유체 그루브를 포함하고;
리세스는 회전형 셔틀 요소가 제1 위치 또는 중간 위치에 있을 때마다 일 말단부에서 제2 시그널링 챔버와 유체 연통하게 배치되며 타 말단부에서 유동 챔버와 유체 연통하게 배치되며, 회전형 셔틀 요소가 제2 위치에 있을 때에는 유동 챔버와 유체 연동되지 않도록 배치되는 제2 유체 그루브를 포함하고;
밸브 바디는 그 밸브 바디의 제1 말단부와 제2 말단부 사이의 지점에서 외부 벽의 원주부 주위를 제1 말단부 및 제2 말단부와 평행하게 연장하는 제1 트러프 및 밸브 바디의 제2 말단부와 제1 트러프 사이의 지점에서 외부 벽의 원주부 주위를 제1 트러프와 평행하게 연장하는 제2 트러프를 구비하고;
밸브 바디를 관통하는 제1 채널이 제1 유체 그루브를 제1 트러프에 연결하고; 및
밸브 바디를 관통하는 제2 채널이 제2 유체 그루브를 제2 트러프에 연결한다.
컨트롤 밸브가 가변형 캠 타이밍 페이저 장치 내에 사용될 때, 컨트롤 밸브는 위상조정 챔버들 중 하나로부터 다른 챔버로 소망하는 방향으로 방향성 유체 유동이 되도록 하되 소망하지 않는 반대 방향으로는 유동 되지 않도록 차단 핀의 타이밍을 조정함으로써 위상조정할 수 있게 사용된다.
이러한 방식으로 제작된 캠 토크 작동식 캠 페이저용 컨트롤 밸브는 많은 이점들을 갖고 있다. 컨트롤 밸브 이에 따라 캠 페이저에 단지 하나의 단순한 온/오프 밸브 또는 솔레노이드만을 필요로 함에 따라 구조적으로 단순하다. 가동 파트의 수가 적고, 원한다면 리턴 기구도 필요하지 않는다. 따라서, 구조적으로 강건하다(robust). 캠 페이저를 제어하는 데에 하나의 온/오프 차단 핀만이 사용되기 때문에, 중간 위치 정밀도 또는 미세한 멀티-압력 조절이 필요하지 않다. 이는 밸브 부재들, 솔레노이드 또는 다른 파트들이 막힐(jamming) 위험을 줄여준다. 또한, 액추에이터를 원격으로 배치하거나 국부적으로 배치함에 따라 용이하게 제어할 수 있다.
밸브 바디의 리세스는 유동 챔버 및 밸브 바디를 관통하여 연장하는 오일 재충진 채널과 유체 연통하게 배치되는 제3 유체 그루브를 포함할 수 있다. 제3 유체 그루브는 회전형 셔틀 요소의 위치와 관계없이 이러한 유체 연통을 유지한다. 이에 따라 컨트롤 밸브가 캠 페이저 장치 내에서 구조적으로 컴팩트하고 단순한 방식으로 적당한 오일 압력을 유지할 수 있게 하는 데에 사용될 수 있다. 이는 캠 페이저가 충분히 강직하게 하며 캠샤프트 내 진동을 방지할 수 있게 한다.
제1 유체 그루브, 제2 유체 그루브 및 제3 유체 그루브는 기본적으로 서로 평행하다. 이는 컨트롤 밸브의 기계가공을 용이하게 한다.
페일-세이프 핀이 컨트롤 밸브 내에 구성되어 있고, 페일-세이프 핀을 수용하기 위한 대응 홀이 회전형 셔틀 요소 내에 구성될 수 있다. 페일-세이프 핀이 전개될 때 회전형 셔틀 요소가 제1 위치로 회전되지 못하게 차단된다. 이는 오일 시스템에 문제가 발생한 경우 캠 페이저의 회전자가 베이스 위치로 복귀시키는 기구적으로 간단한 수단을 제공한다.　이에 따라, 캠 페이저를 베이스 위치로 편향하기 위한 토션 스프링을 사용하지 않아도 되며, 캠 위상조정을 하는 데에 캠샤프트 토크 중 더 많은 부분을 활용할 수 있게 된다.
차단 핀이 제1 홀 내에 체결될 때마다 회전형 셔틀 요소가 제1 위치와 중간 위치 사이에서 왕복이동하고, 차단 핀이 제2 홀 내에 체결될 때마다 회전형 셔틀 요소가 제2 위치와 제2의 중간 위치 사이에서 왕복이동한다. 이에 따라, 두 중간 위치들이 동일하지 않아도 되어, 컨트롤 밸브를 설계할 때 자유도가 증대되고, 컨트롤 밸브를 제작할 때 공차가 더 커진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 목적은 첨부된 청구항들에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치에 의해 달성된다.
가변형 캠 타이밍 페이저 장치는,
적어도 하나의 회전자 베인을 구비하며 캠샤프트에 연결되게 배치되어 있는 회전자;
상기 회전자를 동축으로 둘러싸는 고정자로, 적어도 하나의 회전자 베인을 수용하며, 고정자에 대해 회전자가 회전 이동할 수 있게 하는 적어도 하나의 고정자 리세스를 구비하며, 고정자의 외부 원주부는 구동력을 받아들이게 배치되어 있는, 고정자;
적어도 하나의 회전자 베인이 적어도 하나의 고정자 리세스를 가압된 유압식 유체를 수용하게 배치되는 제1 위상조정 챔버 및 제2 위상조정 챔버로 분할하고, 유압식 유체가 제1 위상조정 챔버 내로 유입되면 회전자가 고정자에 대해 제1 회전 방향으로 이동하게 되고, 유압식 유체가 제2 위상조정 챔버 내로 유입되면 회전자가 고정자에 대해 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 이동하게 되며; 및
제1 위상조정 챔버로부터 제2 위상조정 챔버로의 유압식 유체의 유동 또는 제2 위상조정 챔버로부터 제1 위상조정 챔버로의 유압식 유체의 유동을 규제하기 위한 컨트롤 어셈블리;를 포함하는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치에 있어서,
컨트롤 어셈블리는,
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 컨트롤 밸브로, 회전자 및/또는 캠샤프트 내 중심에 장착되고, 컨트롤 밸브의 제1 트러프는 제1 위상조정 챔버와 유체 연통하게 배치되고, 컨트롤 밸브의 제2 트러프는 제2 위상조정 챔버와 유체 연통하게 배치되는 컨트롤 밸브; 및
차단 핀을 작동시키기 위한 작동 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기재되어 있는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치는 위상조정 챔버들 중 하나로부터 다른 챔버로 소망하는 방향으로 방향성 유체 유동이 되도록 하되 소망하지 않는 반대 방향으로는 유동 되지 않도록 차단 핀의 타이밍을 조정함으로써 캠 위상조정을 제공하는 데에 사용될 수 있다.
이러한 방식으로 제작된 가변형 캠 타이밍 페이저 장치는 많은 이점들을 갖고 있다. 구조적으로 단순하여, 캠 페이저를 제어하는 데에 단지 하나의 단순한 온/오프 밸브 또는 솔레노이드만을 필요로 한다. 다른 캠 토크 작동식 캠 페이저에 비해 덜 복잡하고 및/또는 유압식 컴포넌트가 덜 민감하여 캠 페이저가 더욱 강건하다. 구조적으로 강건한 온/오프 작동만을 사용하고, 캠샤프트 베어링을 통한 압력 상승(spike)의 전달을 방지한다는 것은, 오일 누설 경로가 적어지고 오일 소모가 적어진다는 것을 의미한다. 사용되는 작동 밸브들 또는 솔레노이드들이 온/오프의 두 위치만을 취하면 되고, 이는 더 큰 작동력 및/또는 강력한 리턴 기구가 사용될 수 있음을 의미하기 때문에, 밸브들 또는 솔레노이드들이 막힐 위험이 줄어든다. 중간 위치 정밀도가 필요하지 않게 되어 더욱 강건한 솔레노이드가 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 차단 핀을 작동시키는 데에 미세한 멀티-압력 조정이 필요하지 않는다. 체크 밸브가 캠 페이저 외부에(즉 회전자 베인 내에 설치되지 않음) 설치될 수 있고, 이에 따라 더 확립되고 강건한 체크 밸브가 사용될 수 있다. 다른 이점은 회전자 컴포넌트가 오일-작동식 캠 페이저와 더 유사성을 가져서, 공지의 캠 토크 작동식 캠 페이저보다 더 저렴하게 제작할 수 있다는 것이다.
작동 장치는 증가된 유체 압력 소스와 유체 연통하는 입구 포트 및 차단 핀과 유체 연통하는 출구 포트 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브이고, 상기 솔레노이드 밸브가 비-에너지 인가 상태에 있을 때에는 증가된 유체 압력 소스로부터 차단 핀으로 유체 연통은 금지하고 차단 핀으로부터 벤트 포트로의 유체 연통은 허용하며, 솔레노이드 밸브가 에너지 인가 상태에 있을 때에는 증가된 유체 압력 소스로부터 차단 핀으로의 유체 연통을 허용하여 차단 핀이 전개된다. 이러한 솔레노이드 밸브들은 용이하게 이용할 수 있고, 잘 확립되어 있으며 상업 및 중대형 차량 분야에 신뢰성 있는 서비스를 제공하기에 충분할 정도로 강건하다. 솔레노이드 밸브는 포핏-타입일 수 있으며, 이는 실질적으로 밸브 막힘(jam) 위험을 없애준다.
작동 장치는 차단 핀과 유체 연통하게 배치되어 있는 배럴 내에 배치되어 있는 솔레노이드-구동식 플런저를 포함하고, 비-에너지 인가 상태에 있을 때 솔레노이드-구동식 플런저가 후퇴하고, 에너지 인가 상태에 있을 때 솔레노이드-구동식 플런저가 신장하며, 에너지 인가 상태는 차단 핀에서의 유체 압력을 증가시켜 차단 핀을 전개시킨다. 이에 따라 차단 핀의 작동 압력이 차량의 시스템 오일 압력에 의존적일 필요가 없다. 실린더 액추에이터를 사용하면, 작동 압력은 필요에 따라 오일 시스템 압력보다 크게 또는 작게 설계될 수 있다. 이는 시스템을 더욱 강건하게 한다.
작동 장치는 고정 장착된 온/오프 솔레노이드를 포함할 수 있다. 따라서 가변력이 필요하지 않다는 차이가 있는, 기존의 캠 페이저 컨트롤 밸브 액추에이터와 유사한 중심에 장착된 고정식 솔레노이드가 사용될 수 있으며, 이에 따라 솔레노이드는 더 큰 작동력을 활용할 수 있으며 더 강건하게 제작될 수 있다.
유압식 유체는 유압식 오일일 수 있다. 캠샤프트 페이저 장치 내에 유압식 오일을 사용하는 것은 잘 확립되어 있으며 신뢰성이 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍 제어 방법이 제공된다. 이 방법은 다음 단계들을 포함한다.
ⅰ. 차단 핀이 분리된 위치로 되어 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이의 유체 연통이 방지되게 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 단계,
ⅱ. 일 시점에서 제1 위치에 있는 회전형 셔틀 요소와 일치되게 전개되어 차단 핀과 체결되어 제2 위치를 차단하고 또는 일 시점에서 제2 위치에 있는 회전형 셔틀 요소와 일치되게 전개되어 차단 핀과 체결되어 제1 위치를 차단하게 차단 핀을 전개하는 단계,
ⅲ. 차단 핀이 전개된 상태를 유지하여, 캠샤프트 토크에 의해 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이에서 단일 방향으로 유체가 주기적으로 유동할 수 있고, 반대 방향으로는 유체 유동이 방지되어 고정자에 대해 회전자가 선택된 방향으로 회전되는 단계,
ⅳ. 일단 고정자에 대한 회전자의 소망하는 회전이 이루어지면, 차단 핀을 분리하여 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이에서 추가적인 유체 연통이 방지되는 단계.
이 방법은 단지 하나의 온/오프 액추에이터만을 제어하면 되고, 원하는 방향으로 위상조정을 시작할 때 단 한번만 작동 타이밍을 맞추면 되는, 단순하면서도 신뢰성 있는 방식으로 캠 위상조정을 제어하는 방법을 제공한다.
다른 측면에 따르면, 내연기관은 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 차량이 제공된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참고하여 다른 측면들, 목적들 및 이점들을 상세하게 설명한다.
도 1a는 분해되어 있는 본 개시에 따른 컨트롤 어셈블리를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1b는 부분 조립된 본 개시에 따른 컨트롤 어셈블리의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 개시에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 조립되어 있는 본 개시에 따른 컨트롤 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4a는 제1 상태에 있는 컨트롤 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4b는 제2 상태에 있는 컨트롤 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4c는 제2 상태에서 차단 핀이 작동되어 있는 컨트롤 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4d는 차단 핀이 작동되어 있는 중간 상태에 있는 컨트롤 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시에 따른 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법의 공정 흐름도이다.
도 6은 본 개시에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관을 포함하는 차량을 개략적으로 도시하는 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 컨트롤 밸브를 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 과압인 것으로 호칭되는 경우, 이는 상기 챔버 내의 유체 압력이 분할하는 베인의 반대편에 있는 대응 챔버 내의 유체 압력보다 크다는 것을 의미한다. 예를 들어, 제1 위상조정 챔버가 과압인 것으로 기재되어 있다면, 이는 제1 위상조정 챔버 내의 압력이 제2 위상조정 챔버 내의 압력보다 높다는 것을 의미한다.
캠 타이밍 페이저 장치에 사용하기 위한 컨트롤 밸브는 캠 페이저 장치의 회전자 및/또는 캠샤프트 내 중심에 위치하고 있다. 컨트롤 밸브는 일 말단부에 오일의 분배와 제어가 수행되는 리세스를 구비하는 밸브 바디를 포함한다. 리세스 내부에는 회전형 셔틀 요소가 안착되어 있다. 밸브 캡이 이 리세스를 구비하는 밸브 하우징의 말단부를 커버하여 유체가 누설되지 않게 한다. 밸브 캡은 차단 핀 및 페일세이프 핀 같은 밸브 컴포넌트들을 수용한다. 회전형 셔틀 요소는 원통형 밸브 바디와 동축으로 배치되며, 리세스 내에서 이 공통 축선 주위를 앞뒤로 회전한다. 회전형 셔틀 요소는 원주부로부터 두개의 고리모양 섹터가 삭제되어 있는 디스크와 유사하다. 제1 섹터는 제2 섹터와 반경방향 반대편에 위치할 수 있지만, 다른 기하학적 배치도 상정 가능하다. 이들 삭제된 섹터들 각각은 밸브 바디 및 리세스와 함께 챔버를 형성한다. 제1 삭제된 섹터는 밸브 바디와 함께 시그널링 챔버를 형성하고 제2 삭제된 섹터는 유동 챔버를 형성한다. 이들 챔버들은 오일을 수용하고 분배하기 위한 것이다. 리세스 내에 제공되어 있는 베인은 시그널링 챔버를 제1 시그널링 챔버와 제2 시그널링 챔버로 분할한다.
회전형 셔틀 요소가 두개의 극한 위치 사이에서 회전하여 하나의 시그널링 챔버의 크기가 다른 시그널링 챔버보다 상당히 크게 될 수 있다. 제1 위치에서, 제1 시그널링 챔버의 크기가 제2 시그널링 챔버에 비해 최대로 되고, 제2 위치에서는 제2 시그널링 챔버의 크기가 제1 시그널링 챔버에 비해 최대로 된다. 하나의 극한 위치에서 다른 극한 위치로 회전하면, 회전형 셔틀 요소는 제1 및 제2 챔버들의 크기가 동일한 중간 위치를 통과하게 된다.
리세스 내에 두개의 그루브가 형성되어 있다. 하나의 그루브는 베인의 양 측면 바로 근방에 위치한다. 각 그루브는 베인을 나누는 직경 라인과 평행하게 연장하는 할선(secant line, chord) 형태일 수 있다. 그러나 그루브들이 평행할 필요는 없으며, 베인으로부터 리세스의 반대편 측부를 향해 수렴 또는 발산 연장할 수 있다. 그루브들은 리세스 면을 밀링하여 제작될 수 있다. 각 그루브는 리세스 면 근방에 있는 회전형 셔틀 요소의 면과 함께 채널을 형성한다. 이 채널은 시그널링 챔버 근방의 말단부에서 항상 개방되어 있지만, 회전형 셔틀 요소의 위치에 따라서는 유동 챔버에 인접하는 반대편 말단부에서는 개방 또는 폐쇄되어 있을 수 있다. 제1 그루브는, 회전형 셔틀 요소가 중간 위치나 제2 위치에 있을 때 유동 챔버와 유체 연통하지만, 회전형 셔틀 요소가 제1 위치에 있을 때에는 유체 연통되지 않는다. 이와 유사하게, 제2 그루브는, 회전형 셔틀 요소가 중간 위치나 제1 위치에 있을 때 유동 챔버와 유체 연통하지만, 회전형 셔틀 요소가 제2 위치에 있을 때에는 유체 연통되지 않는다. 이에 따라, 회전형 셔틀 요소가 중간 위치에 있을 때에는 그루브들이 유동 챔버를 통해 유체적으로 연결되어 있지만, 회전형 셔틀 요소가 두 극한 위치들 중 한 위치에 있을 때에는 두 그루브들 사이의 유체 연통이 방지된다.
밸브 하우징의 외부 벽에 제1 및 제2 원주부 트러프가 배치되어 있다. 이들은 밀링으로 제조되거나 밸브 바디를 주조할 때 제조될 수 있다. 컨트롤 밸브가 캠 페이저 장치의 중심 위치에 있을 때, 제1 트러프는 오일을 수용하고 캠 페이저의 잠재적인 다중 제1 챔버들 각각으로 오일을 전달하고, 제2 트러프는 오일을 수용하고 캠 페이저의 잠재적인 다중 제2 챔버들 각각으로 오일을 전달한다.
밸브 바디를 관통하여 제1 및 제2 트러프를 제1 및 제2 유체 그루브들 각각에 연결하는 제1 및 제2 채널들이 제작된다. 이들 채널들은 예를 들면 밸브 바디 내에 드릴 가공될 수 있다. 각 채널은 예를 들면 단일의 직선형 채널이거나 직교 벤드에서 교차하는 2개의 직교하는 채널일 수 있다.
따라서, 제1 시그널링 챔버는 제1 그루브, 제1 채널 및 제1 트러프를 통해 제1 위상조정 챔버와 항상 유체 연통한다. 이와 마찬가지로, 제2 시그널링 챔버는 제2 그루브, 제2 채널 및 제2 트러프를 통해 제2 위상조정 챔버와 항상 유체 연통한다. 회전형 셔틀 요소가 제1 및 제2 위치에 있을 때, 컨트롤 밸브는 폐쇄된다. 즉 제1 및 제2 위상조정 챔버들 사이의 유동이 방지된다. 회전형 셔틀 요소가 중간 위치에 있을 때, 컨트롤 밸브의 유동 챔버를 통해 제1 및 제2 위상조정 챔버들 사이에서 유동이 허용된다.
컨트롤 밸브는, 회전형 셔틀 요소가 밸브 바디 내에서 방해받지 않으면서 회전할 때 회전형 셔틀 요소가 제1 및 제2 위상조정 챔버들 사이에서 주기적으로 변동하는 압력 차이에 의해 두 극한 위치들 사이에서 앞뒤로 압박되는 원리로 작동한다. 제1 위상조정 챔버 내의 과압은 회전형 셔틀 요소를 제1 위치로 이동시키고, 제2 위상조정 챔버 내의 과압은 회전형 셔틀 요소를 제2 위치로 이동시킨다. 이와 동시에, 회전형 셔틀 요소는 각 극한 위치에서 압력 차이가 작용하는 방향으로 유체 유동이 되지 않도록 하는 체크 밸브 부재로 작용한다. 이에 따라, 방해받지 않을 때, 회전형 셔틀 요소는 압력 변동(fluctuation)을 감지하여 그 압력 변동에 의해 두 위치들 사이에서 앞뒤로 이동한다. 그렇지만, 회전형 셔틀 요소가 양 유동 방향으로 체크 밸브로 작용하기 때문에, 두 위상조정 챔버들 사이에 유체 소통은 허용하지 않는다.
캠 위상조정을 허용하기 위해, 회전형 셔틀 요소의 방해받지 않는 이동이 차단되어 회전형 셔틀 요소가 폐쇄되는 극한 위치들 중 하나의 위치로 가는 것이 방지된다. 즉 회전형 셔틀 요소의 한 방향으로의 회전이 중간 위치로 제한되는 반면, 다른 방향으로는 폐쇄 위치까지 갈 수 있다. 회전형 셔틀 요소는 여전히 제1 및 제2 위상조정 챔버들 사이의 압력 차이에 반응하지만, 이제는 극한 위치와 중간 위치 사이에서만 움직이게 된다. 회전형 셔틀 요소가 중간 위치에 있을 때, 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이에 유체 연통이 허용된다. 따라서, 극한 위치와 중간 위치 사이에서의 왕복이동에 의해 컨트롤 밸브는 단일 방향 체크 밸브와 균등한 방식으로 작용한다. 즉, 압력 차이가 일 방향으로 작용할 때, 회전형 셔틀 요소에 의해 유체 유동이 허용되는 반면, 다른 방향으로의 유체 유동은 회전형 셔틀 요소에 의해 허용되지 않는다. 따라서, 차단된 회전형 셔틀 요소를 구비하는 컨트롤 밸브는 일 방향으로 "유압 래치"(hydraulic ratchet)로 작용한다.
회전형 셔틀 요소의 차단(blocking)은 밸브 바디나 밸브 캡 내와 같이 컨트롤 밸브 내에 배치되어 있는 작동 가능한 차단 핀에 의해 수행된다. 작동 가능한 차단 핀은 리세스 내로 전개되어 회전형 셔틀 요소의 회전을 방해할 수 있다. 회전형 셔틀 요소는 전개된 차단 핀을 수용하기 위한 두 개의 홀들을 구비하게 구성된다. 제1 홀은 제1 위치로 이동하는 것을 차단하는 위치와 크기로 되어 있지만, 중간 위치와 제2 위치 사이에서의 왕복 이동은 허용한다. 제2 홀은 제2 위치로 이동하는 것을 차단하는 위치와 크기로 되어 있지만, 중간 위치와 제1 위치 사이에서의 왕복 이동은 허용한다. 홀에 의한다는 것은, 회전형 셔틀 요소 내의 관통 홀 또는 리세스 중 어느 하나가 작동 가능한 차단 핀과 체결하기에 충분한 깊이로 되어 있다는 것을 의미한다. 제1 홀에 의해 허용되는 중간 위치와 제2 홀에 의해 허용되는 중간 위치가 캠 페이저의 두 위상조정 챔버들 간에 유체 소통을 허용하는 한은, 제1 홀에 의해 허용되는 중간 위치가 제2 홀에 의해 허용되는 중간 위치와 정확하게 대응될 필요는 없다. 따라서, 회전형 셔틀 요소는 차단 핀이 제1 홀 내에 체결되어 있을 때 제1 위치와 중간 위치 사이를 왕복이동할 수 있고, 차단 핀이 제2 홀 내에 체결되어 있을 때 회전형 셔틀 요소는 제2 위치와 제2의 중간 위치 사이를 왕복이동할 수 있다.
컨트롤 밸브에 의해 허용되는 유동 방향 이에 따라 캠 위상조정 방향은 초기에 회전형 셔틀 요소가 차단되었을 때 회전형 셔틀 요소의 위치에 의해 결정된다. 차단되었을 때 회전형 셔틀 요소가 제1 위치에 있다면, 제2 홀이 차단 핀에 의해 체결되고, 회전형 셔틀 요소는 제1 (폐쇄) 위치와 중간 (개방) 위치 사이에서 변동한다. 즉 제2 위치는 차단된다. 이와는 다르게, 차단되었을 때 회전형 셔틀 요소가 제2 위치에 있다면, 제1 홀이 차단 핀에 의해 체결되고, 회전형 셔틀 요소는 제2 (폐쇄) 위치와 중간 (개방) 위치 사이에서 변동한다. 즉 제1 위치는 차단된다. 따라서, 캠 위상조정 방향은 제1 폐쇄 위치 또는 제2 폐쇄 위치 중 어느 한 위치에 있는 회전형 셔틀 요소와 일치되게 회전형 셔틀 요소를 차단하는 타이밍에 의해 선택될 수 있다. 차단된 회전형 셔틀 요소의 현재 위치와 반대되는 위치에 있음을 알 수 있다. 이는, 차단의 시작 시점이 원하는 캠 위상조정 방향과 반대 방향으로 압력 차이가 작용하는 것과 일치되는 시점에 맞추어져야 한다는 것을 의미한다. 캠 토크에 의해 발생되는 압력은 커서 유압식 셔틀 요소가 용이하게 움직일 수 있으며, 이에 따라 위치들 사이에서의 왕복이동은 순간적으로 이루어진다. 캠샤프트 토크는 크랭크 각도에 따라 주기적으로 변화하고 왕복이동(shuttling)은 급격하기 때문에, 왕복이동 위치 또한 크랭크 각도에 따라 변화하고 회전형 셔틀 요소의 차단은 원하는 만큼 간단하다. 일단 차단이 시작되면, 차단이 종료될 때까지 회전형 셔틀 요소는 연속적으로 차단되고, 이에 따라 차단 핀 전개 타이밍(timing)은 각 위상조정 작업에서 단 한번만 수행되어야 한다.
작동 가능한 차단 핀은 공압식, 유압식 또는 전기 수단에 의해 작동될 수 있다. 유압식 또는 공압식 수단을 사용하면, 유체 압력을 조절하는 액추에이터 컴포넌트는 캠 페이저 장치의 회전 컴포넌트들로부터 떨어져 위치할 수 있으며, 캠 베어링 홀더와 같이 내연기관의 정지 컴포넌트 이에 위치할 수 있다. 차단 핀에 대한 유체 압력은 예를 들면 오일이 작동 유체로 사용되는 경우 메인 오일 갤러리 같은 유체 압력 소스에 연결함으로써 유체 압력을 상승시키는 온/오프 솔레노이드 밸브에 의해 규제될 수 있다. 그러한 솔레노이드 밸브는 예를 들면 입구 포트에서 오일 갤러리에 연결되어 있고, 출구 포트에서 차단 핀에 이어지는 오일 채널에 연결되어 있으며, "오프" 위치에 있을 때 차단 핀으로 이어지는 채널로부터 오일 압력을 배출하기 위한 벤트 포트를 구비하는 3-포트, 2-위치 온/오프 솔레노이드 밸브일 수 있다. 솔레노이드 밸브가 작동하지 않을 때, 솔레노이드 밸브는 통상적으로 "오프" 위치에 있을 수 있고, 솔레노이드가 작동하면 "온" 위치로 전환된다. 솔레노이드 밸브는 당 업계에 주지되어 있는 임의의 적당한 밸브일 수 있다. 이러한 솔레노이드 밸브는 포핏 밸브, 슬라이딩 스풀 밸브 및 로터리 스풀 밸브를 포함하지만, 이들만으로 한정되지는 않는다. 포핏 밸브를 사용하면 밸브 잼 위험이 실질적으로 없어진다.
차단 핀에 유체 연결되어 있는 오일-충전 배럴이 유체 압력 소스로 사용될 수 있다. 온/오프 솔레노이드 작동식 플런저가 배럴 내에 제공된다. 솔레노이드 작동식 피스톤은 작동할 때 실린더 내 오일의 용적부 위를 가압하여 차단 핀에서의 압력을 증가시킬 수 있다.
또는, 캠 페이저 장치에 대해 중심에 장착되어 있는 고정식 솔레노이드 액추에이터에 의해 차단 핀이 직접 전개될 수 있다.
캠 페이저 시스템으로의 오일 공급을 유지하기 위해, 컨트롤 밸브는 오일 압력 소스에 연결되게 구성될 수 있다. 오일 압력 소스에 연결된 컨트롤 밸브는 유압식 셔틀 요소의 왕복이동에 의해 오일을 두 챔버들 사이로 분배하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤 밸브는 리세스 내에서 제1 및 제2 그루브들 사이에 배치되는 제3 그루브를 포함하는 오일 재충진 루트를 구비할 수 있다. 이 제3 그루브는 밸브 바디를 관통하는 오일 재충진 채널에 의해 오일 압력 소스와 유체 연통하게 배치된다. 제3 그루브는, 회전형 셔틀 요소의 위치에 관계없이 유동 챔버와 항상 유체 연통한다. 회전형 셔틀 요소는 앞뒤로 이동하고, 또는 오일이 제1 및 제2 시그널링 채널을 통해 제1 및 제2 위상조정 챔버들로 분배된다. 오일 압력 소스에 연결되어 있는 오일 재충진 채널에는 캠 페이저 어셈블리부터 오일 압력 소스로 오일이 역류하는 것을 방지하기 위한 체크 밸브가 제공될 수 있다.
캠 페이저 어셈블리에는 복수의 페일세이프 구성요소들도 제공될 수 있다. 예를 들면, 압력-작동식 록 핀이 회전자의 베인들 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 이와 함께 록 핀을 수용하기 위해 대응 리세스가 고정자 내에 배치될 수 있다. 폭 핀을 수용하기 위한 리세스는 베이스 위치 즉 완전히 전진하거나 완전히 후퇴한 위치에 있다. 회전자는 토션 스프링, 전술한 컨트롤 밸브 내의 페일-세이프 핀 또는 이들의 조합을 사용하여 베이스 위치로 편향될 수 있다. 록 핀은 통상 전개된 (록킹) 위치에 있고, 캠 페이저 장치의 컴포넌트 내의 압력이 임계 압력을 초과하면 후퇴된 (언록킹) 위치로 작동된다. 예를 들면, 록 핀은 위상조정 챔버로부터 컨트롤 밸브로 이어지는 하나 또는 그 이상의 채널들과 유체 연결될 수 있다. 또는 록 핀이 오일 재충진 채널과 유체 연결될 수 있다.
오일 오류가 있는 경우 밸브 하우징에 대해 회전형 셔틀 요소의 위치를 제어하기 위해, 압력이 임계 값 미만으로 떨어질 때 전개되는 페일-세이프 핀이 컨트롤 밸브 내에 배치될 수도 있다. 페일-세이프 핀 장치는 예를 들면 밸브 캡 또는 밸브 바디 내에 배치되어 있는 전개 가능한 페일세이프 핀과, 회전형 셔틀 요소 내에 대응하는 체결 홀을 포함한다. 이 페일-세이프 핀은 캠 페이저 시스템의 선택된 파트 내 압력이 임계 레벨 미만으로 떨어지면 전개된다. 이는 예를 들면 차단 핀으로 이어지는 유체 채널 내 압력이 임계 레벨 미만으로 떨어지거나 오일 공급원의 압력이 임계 레벨 미만으로 떨어질 때일 수 있다. 페일-세이프 핀이 전개될 때, 회전형 셔틀 요소는, 차단 핀을 사용하여 캠 위상조정을 제공할 때와 동일한 방식으로 즉 "유압 래치" 효과에 의해 차단된다. 페일세이프 핀에 의해 제공되는 위상조정 방향은 시스템을 디자인 하는 중에 선택되어서, 캠샤프트 토크 작동을 사용하여 페일세이프 핀이 전개될 때 회전자가 베이스 위치(완전히 전진 또는 완전히 후퇴한 위치)로 복귀하게 된다. 이러한 방식으로, 회전자를 베이스 위치로 편향시키는 토션 스프링을 사용하지 않아도 되며, 생성된 캠샤프트 토크의 더 많은 부분을 고정자에 대해 회전자를 회전시키는 데세 사용할 수 있다.
　캠 위상조정을 하지 않고 통상적으로 조업하는 중에, 차단 핀은 전개되지 않고 이중 체크 밸브로 작용하는 컨트롤 밸브로 인해 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이에 유체가 흐르지 않는다. 캠샤프트 위상조정이 필요하면, 차단 핀의 전개는 소망하는 위상조정 방향과 반대되는 방향으로 작용하는 캠샤프트 토크와 일치되게 타이밍이 맞춰진다. 예를 들면, 제1 챔버가 과압인 경우, 회전형 셔틀 요소는 제1 위치에 있다. 이제 차단 핀의 전개에 의해 차단이 시작되면, 회전형 셔틀 요소는 (제1 챔버가 과압인 동안) 제1 위치와 (제2 챔버가 과압인 동안) 중간 위치 사이에서 왕복이동하게 될 것이다. 제1 위치는 체크 밸브 부재로 작용하는 회전형 셔틀 요소로 인해 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유동되지 않게 한다. 그러나 중간 위치에서는 회전형 셔틀 요소가 체크 밸브로 작용하지 않으므로, 제2 위상조정 챔버로부터 제1 위상조정 챔버로는 유체가 흐를 수 있다. 이러한 방식으로, 회전자가 고정자에 대해 회전하며 캠 위상조정이 이루어진다.
도면들을 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 개시되어 있는 컨트롤 밸브의 일 실시형태를 나타낸다. 컨트롤 밸브(1)는 밸브 바디(3), 밸브 캡(4) 및 회전형 셔틀 요소(5)를 포함한다. 도 1a에서, 밸브 바디(3)와 회전형 셔틀 요소(5)는 명료함을 위해 분해된 상태로 도시되어 있다. 도 1b에 부분-조립된 컨트롤 밸브(1)의 단면이 도시되어 있다.
밸브 바디(3)는 회전형 셔틀 요소(5)를 수용하는 형상으로 된 리세스(7)를 포함한다. 리세스(7)는 베인(9), 제1 그루브(11), 제2 그루브(13) 및 제3 그루브(12)를 포함한다. 밸브 바디(3)의 외부는 밸브 바디(3)의 원주부 둘레로 연장하는 제1 트러프(15) 및 제2 트러프(17)를 구비한다. 밸브 바디를 관통하는 제1 채널(19)은 제1 그루브(11)를 제1 트러프(15)에 연결한다. 제2 채널(21)은 제2 그루브(13)를 제2 트러프(17)에 연결한다. 오일 재충진 채널(22)이 리세스(7)의 표면에서부터 밸브 바디의 반대편 말단부까지 밸브 바디를 관통하며 연장한다. 체크 밸브(23)가 오일 재충진 채널(22) 내에 밸브 바디의 제2 말단부 근방에 배치되어 있다. 차단 핀(20)과 페일-세이프 핀(18)이 밸브 캡(4) 내에 위치한다.
회전형 셔틀 요소(5)는 원주부로부터 두 반대편에 고리모양 섹터가 삭제되어 있는 디스크와 유사하다. 회전형 셔틀 요소(5)가 리세스 내에 조립되면, 이들 삭제된 섹터들은 밸브 바디와 함께 제1 시그널링 챔버, 제2 시그널링 챔버 및 유동 챔버를 형성한다. 회전형 셔틀 요소(5)는 차단 핀(20)을 수용하기 위한 제1 홀(25)과 제2 홀(27) 그리고 페일-세이프 핀(18)을 수용하기 위한 제3 홀(29)을 구비한다.
도 2는 컨트롤 밸브(1)를 포함하는 캠 페이저 장치를 도시하고 있다. 회전자(33)는 적어도 하나의 회전자 베인(35)을 포함한다. 회전자는 캠샤프트(도시되어 있지 않음)에 고정되어 있다. 적어도 하나의 리세스(39)를 구비하는 고정자(37)는 회전자(33)를 동축으로 둘러싸고 있다. 고정자는 캠 스프로켓(도시되어 있지 않음)에 고정되어 있다. 회전자 베인(35)은 리세스(39)를 제1 위상조정 챔버(43)와 제2 위상조정 챔버(45)로 분할한다. 컨트롤 밸브(1)는 회전자(33) 내 중심에 배치되어 있다. 제1 오일 채널(49)이 회전자 베인(35)의 측부에 배치되어 있으며, 제1 위상조정 챔버(43)로부터 제1 트러프를 통해 컨트롤 밸브(1)의 제1 채널(19)로 이어져 있다. 제2 오일 채널(51)이 회전자 베인(35)의 측부에 배치되어 있으며, 제2 위상조정 챔버(45)로부터 제2 트러프를 통해 컨트롤 밸브(1)의 제2 채널(21)로 이어져 있다.
조립된 상태의 컨트롤 밸브가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 리세스(7) 내에 위치하는 회전형 셔틀 요소(5)와 함께 밸브 바디(3)는 제1 시그널링 챔버(4), 제2 시그널링 챔버(6) 및 유동 챔버(8)를 획정한다. 제1 그루브(11)는 제1 위상조정 챔버(도시되어 있지 않음)로 이어지는 제1 채널(19)과 제1 시그널링 챔버(4) 사이에 항상 유체 연통되게 배치되어 있다. 이와 마찬가지로, 제2 그루브(13)는 제2 위상조정 챔버(도시되어 있지 않음)로 이어지는 제2 채널(21)과 제2 시그널링 챔버(6) 사이에 항상 유체 연통되게 배치되어 있다. 제3 그루브(12)는 밸브 바디를 관통하는 오일 재충진 채널(22)을 통해 오일 압력 소스로 연결되어 있다. 도시되어 있는 중간 위치에서, 제1 그루브(11) 및 제2 그루브(13)는 유동 챔버(8)와 유체 연통한다. 그러나 회전형 셔틀 요소를 반시계 방향으로 제1 위치까지 회전시키거나 또는 시계 방향으로 제2 위치까지 회전시키면 두 그루브들 사이에 유체가 연통되지 않는다는 것을 알 수 있다. 회전형 셔틀 요소 내에 배치되어 있는 제1 홀(25) 및 제2 홀(27)이 차단 핀을 수용한 상태로, 작동 가능한 차단 핀(20)이 밸브 캡(4) 내에 배치되어 있다. 페일-세이프 핀(18)은 밸브 캡과 회전형 셔틀 요소(5) 내에 배치되어 있는 페이세이프 핀에 대응하는 제3 홀(29) 내에 배치되어 있다.
도 4a 내지 도 4d에 캠 페이저 장치와 컨트롤 밸브의 기능이 설명되어 있다.
캠 타이밍 페이저 장치는 다음과 같이 기능한다. 제2 위상조정 챔버(45)보다 제1 위상조정 챔버(43)의 오일 압력이 높을 때마다, 유체 압력에 의해 회전형 셔틀 요소(5)가 제1 위치로 이동하고, 이에 의해 제1 위상조정 챔버(43)와 제2 위상조정 챔버(45) 사이에서 유체가 연통되지 않는다. 이러한 캠 페이저 장치의 제1 폐쇄 상태가 도 4a에 도시되어 있다.
제1 위상조정 챔버(43)보다 제2 위상조정 챔버(45)의 오일 압력이 높을 때마다, 회전형 셔틀 요소(5)가 제2 위치로 이동하고, 이에 의해 제1 위상조정 챔버(43)와 제2 위상조정 챔버(45) 사이에서 유체가 다시 연통되지 않는다. 이러한 캠 페이저 장치의 제2 폐쇄 상태가 도 4b에 도시되어 있다.
이에 따라, 작동하지 않을 때, 즉 캠 위상조정 홀딩 모드에서, 컨트롤 밸브는 양 방향으로 유동되는 것을 방지한다. 그러나 두 챔버들(43, 45)에 작용하는 압력 차이의 방향에 따라, 회전형 셔틀 요소(5)는 두 개의 별개의 위치를 취할 수 있음에 주목해야 한다. 소망하는 방향으로 위상조정을 하기 위해 이러한 특징이 이용된다.
제1 방향으로 위상조정을 하고자 한다면, 즉 제1 위상조정 챔버로부터 제2 위상조정 챔버로 유체를 유동시키고자 한다면, 제2 위상조정 챔버가 과압인 중에 차단 핀(20)이 전개된다. 이에 따라, 회전형 셔틀 요소(5)는 제2 위치에 있고, 차단 핀(20)이 전개되면 회전형 셔틀 요소(5)가 제1 홀(25)과 체결된다. 이런 상황이 도 4c에 도시되어 있다.
이제 반대 방향으로 압력이 작용하고 제1 위상조정 챔버(43)가 과압이 되도록 캠샤프트 토크 방향이 반대로 되면, 차단 핀(20)과 제2 위치로 이동하는 제1 홀(25)과의 체결에 의해 회전형 셔틀 요소(5)가 차단된다. 그 대신, 회전형 셔틀 요소는 중간 위치로 이동되는 것이 제한되어서, 유동 챔버(8)를 통해 제1 위상조정 챔버(43)로부터 제2 위상조정 챔버(45)로 유체가 유동될 수 있다. 이 상황이 도 4d에 도시되어 있다.
유압식 셔틀 요소는, 차단 핀(20)이 취출되어 비-작동 상태로 복귀할 때까지, 제2 위치와 중간 위치 사이를 변동하게 된다. 이러한 방식으로, 오일이 제1 위상조정 챔버로부터 제2 위상조정 챔버로 주기적으로 흐르고, 차단 핀(20)이 취출될 때까지 더 큰 정도의 위상조정이 얻어지게 된다.
회전형 셔틀 요소(5)가 제1 위치에 있을 때 차단 핀(20)이 전개됨으로써, 반대 방향으로 이와 유사한 방식으로 위상조정이 이루어진다.
도 5는 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍을 제어하는 방법에 대한 공정 흐름도이다.
제1 단계에서, 캠 타이밍 페이저 장치는 차단 핀이 분리된 위치로 제공되어서, 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이의 유체 유동을 방지한다. 즉 캠 페이저 장치는 초기에는 캠 위상조정 홀딩 상태에 있다.
제2 단계에서, 소망하는 위상조정 방향과 반대 방향으로 작용하는 유체 압력과 일치되게 차단 핀이 전개된다. 이는 차단 핀이 체결 위치로 이동하여서 컨트롤 밸브의 회전형 셔틀 요소의 더 이상의 이동을 제한한다는 것을 의미한다.
제3 단계에서, 차단 핀 전개된 상태를 유지한다. 이 기간동안, 변동하는 캠샤프트 토크에 의해 제1 및 제2 위상조정 챔버 내 압력 피크가 번갈아 가며 나타나고, 컨트롤 밸브는 단일 방향으로 유체가 유동되도록 하여 하나의 위상조정 챔버로부터 다른 위상조정 챔버로 일방향 유동이 이루어진다.
제4 단계에서, 소망하는 정도만큼 위상조정이 이루어지면 차단 핀이 분리된다. 차단 핀을 분리함으로써, 캠 타이밍 페이저 장치가 홀딩 상태로 복귀한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 및 차량에도 관한 것이다. 도 6은 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 구비한다. 가변형 캠 타이밍 페이저 장치(201)는 캠 스프로켓/캠샤프트의 회전축선에 위치한다. 그러한 가변형 캠 타이밍 페이저 장치가 제공되어 있는 엔진은 캠 위상조정 장치를 구비하지 않은 차량에 비해 개선된 연료 경제, 적어진 배기물 및 개선된 성능과 같은 많은 이점들이 있다.

Claims (13)

  1. 캠 타이밍 페이저 장치(201)에 사용하기 위한 컨트롤 밸브(1)로, 상기 컨트롤 밸브는,
    외부 벽, 제1 말단부 및 제2 말단부를 포함하는 원통형 밸브 바디(3)로, 상기 제1 말단부는 회전형 셔틀 요소(5)를 수용하고 상기 회전형 셔틀 요소(5)가 밸브 바디(3)에 대해 회전 이동할 수 있게 구성된 리세스(7)를 구비하는, 밸브 바디(3); 및
    상기 밸브 바디의 리세스 내에 동축으로 위치하는 회전형 셔틀 요소(5)를 포함하고;
    리세스(7)와 회전형 셔틀 요소(5)는 함께 시그널링 챔버와 유동 챔버(8)를 획정하고;
    리세스(7)는 베인(9)을 포함하되, 상기 베인(9)은 시그널링 챔버를 베인의 제1 측면 위의 제1 시그널링 챔버(4)와 베인의 제2 측면 위의 제2 시그널링 챔버(6)로 분할하고;
    회전형 셔틀 요소(5)는 제1 및 제2 시그널링 챔버들 내에서의 유체 압력의 변동에 따라 적어도 3개의 위치들 사이에서 회전하게 배치되되, 3개의 위치들 중 제1 위치는 제1 회전 방향으로 완전히 회전하여 제2 시그널링 챔버(6)에 비해 제1 시그널링 챔버(4)의 크기가 최대로 되는 위치이고, 제2 위치는 제2 회전 방향으로 완전히 회전하여 제1 시그널링 챔버(4)에 비해 제2 시그널링 챔버(6)의 크기가 최대로 되는 위치이며, 중간 위치는 제1 및 제2 시그널링 챔버의 크기가 거의 같은 위치이고;
    작동 가능한 차단 핀(20)이 컨트롤 밸브(1) 내에 구성되어 있고, 회전형 셔틀 요소(5)는 차단 핀(20)을 수용하기 위한 두 개의 대응 홀들(25, 27)을 구비하게 구성되되, 제1 홀(25)은 차단 핀(20)을 수용하면 회전형 셔틀 요소(5)가 제1 위치로 이동하는 것을 차단하게 배치되고, 제2 홀(27)은 차단 핀(20)을 수용하면 회전형 셔틀 요소(5)가 제2 위치로 이동하는 것을 차단하게 배치되고;
    리세스(7)는 회전형 셔틀 요소(5)가 제2 위치 또는 중간 위치에 있을 때마다 일 말단부에서 제1 시그널링 챔버(4)와 유체 연통하게 배치되며 타 말단부에서 유동 챔버(8)와 유체 연통하게 배치되며, 회전형 셔틀 요소(5)가 제1 위치에 있을 때에는 유동 챔버(8)와 유체 연동되지 않도록 배치되는 제1 유체 그루브(11)를 포함하고;
    리세스(7)는 회전형 셔틀 요소(5)가 제1 위치 또는 중간 위치에 있을 때마다 일 말단부에서 제2 시그널링 챔버(6)와 유체 연통하게 배치되며 타 말단부에서 유동 챔버(8)와 유체 연통하게 배치되며, 회전형 셔틀 요소(5)가 제2 위치에 있을 때에는 유동 챔버(8)와 유체 연동되지 않도록 배치되는 제2 유체 그루브(13)를 포함하고;
    밸브 바디(1)는 그 밸브 바디(3)의 제1 말단부와 제2 말단부 사이의 지점에서 외부 벽의 원주부 주위를 제1 말단부 및 제2 말단부와 평행하게 연장하는 제1 트러프(15) 및 밸브 바디의 제2 말단부와 제1 트러프(15) 사이의 지점에서 외부 벽의 원주부 주위를 제1 트러프와 평행하게 연장하는 제2 트러프(17)를 구비하고;
    밸브 바디를 관통하는 제1 채널(19)이 제1 유체 그루브(11)를 제1 트러프(15)에 연결하고; 및
    밸브 바디를 관통하는 제2 채널(13)이 제2 유체 그루브(13)를 제2 트러프(17)에 연결하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    오일 재충진 채널(22)이 밸브 바디(3)를 관통하여 연장하고, 밸브 바디의 리세스(7)는 회전형 셔틀 요소(5)의 위치와 관계없이 오일 재충진 채널(22)과 유체 연통하게 배치되는 제3 유체 그루브(12) 및 유동 챔버(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 유체 그루브(11), 제2 유체 그루브(13) 및 제3 유체 그루브(12)가 기본적으로 서로 평행하게 연장하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    페일-세이프 핀(18)이 컨트롤 밸브(1) 내에 구성되어 있고, 페일-세이프 핀(18)을 수용하기 위한 대응 홀(29)이 회전형 셔틀 요소(5) 내에 구성되어 있으며, 페일-세이프 핀(18)이 전개될 때 회전형 셔틀 요소(5)가 제1 위치로 회전되지 못하게 차단되는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    차단 핀이 제1 홀(25) 내에 체결될 때마다 회전형 셔틀 요소(5)가 제1 위치와 중간 위치 사이에서 왕복이동하고, 차단 핀이 제2 홀(27) 내에 체결될 때마다 회전형 셔틀 요소(5)가 제2 위치와 제2의 중간 위치 사이에서 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
  6. 적어도 하나의 회전자 베인(35)을 구비하며 캠샤프트에 연결되게 배치되어 있는 회전자(33);
    상기 회전자(33)를 동축으로 둘러싸는 고정자(37)로, 적어도 하나의 회전자 베인을 수용하며, 고정자에 대해 회전자가 회전 이동할 수 있게 하는 적어도 하나의 고정자 리세스(39)를 구비하며, 고정자의 외부 원주부는 구동력을 받아들이게 배치되어 있는, 고정자(37);
    적어도 하나의 회전자 베인(35)이 적어도 하나의 고정자 리세스(39)를 가압된 유압식 유체를 수용하게 배치되는 제1 위상조정 챔버(43) 및 제2 위상조정 챔버(45)로 분할하고, 유압식 유체가 제1 위상조정 챔버(43) 내로 유입되면 회전자(33)가 고정자(37)에 대해 제1 회전 방향으로 이동하게 되고, 유압식 유체가 제2 위상조정 챔버(45) 내로 유입되면 회전자(33)가 고정자(37)에 대해 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향으로 이동하게 되며; 및
    제1 위상조정 챔버로부터 제2 위상조정 챔버로의 유압식 유체의 유동 또는 제2 위상조정 챔버로부터 제1 위상조정 챔버로의 유압식 유체의 유동을 규제하기 위한 컨트롤 어셈블리;를 포함하는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치에 있어서,
    상기 컨트롤 어셈블리는,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 컨트롤 밸브(1)로, 회전자 및/또는 캠샤프트 내 중심에 장착되고, 컨트롤 밸브의 제1 트러프(15)는 제1 위상조정 챔버(43)와 유체 연통하게 배치되고, 컨트롤 밸브의 제2 트러프(17)는 제2 위상조정 챔버(45)와 유체 연통하게 배치되는 컨트롤 밸브; 및
    차단 핀(20)을 작동하기 위한 작동 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    작동 장치는 증가된 유체 압력 소스와 유체 연통하는 입구 포트 및 차단 핀과 유체 연통하는 출구 포트 및 벤트 포트를 구비하는 3/2 웨이 온/오프 솔레노이드 밸브이고, 상기 솔레노이드 밸브가 비-에너지 인가 상태에 있을 때에는 증가된 유체 압력 소스로부터 차단 핀으로 유체 연통은 금지하고 차단 핀으로부터 벤트 포트로의 유체 연통은 허용하며, 솔레노이드 밸브가 에너지 인가 상태에 있을 때에는 증가된 유체 압력 소스로부터 차단 핀으로의 유체 연통을 허용하여 차단 핀이 전개되는 것을 특징으로 하는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    작동 장치는 차단 핀과 유체 연통하게 배치되어 있는 배럴 내에 배치되어 있는 솔레노이드-구동식 플런저를 포함하고, 비-에너지 인가 상태에 있을 때 솔레노이드-구동식 플런저가 후퇴하고, 에너지 인가 상태에 있을 때 솔레노이드-구동식 플런저가 신장하며, 에너지 인가 상태는 차단 핀에서의 유체 압력을 증가시켜 차단 핀을 전개시키는 것을 특징으로 하는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    작동 핀이 고정 장착된 온/오프 솔레노이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    유압식 유체가 유압식 오일인 것을 특징으로 하는 가변형 캠 타이밍 페이저 장치.
  11. 다음 단계들을 포함하는, 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관 내 캠샤프트의 타이밍 제어 방법.
    ⅰ. 차단 핀이 분리된 위치로 되어 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이의 유체 연통이 방지되게 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 제공하는 단계,
    ⅱ. 일 시점에서 제1 위치에 있는 회전형 셔틀 요소와 일치되게 전개되어 차단 핀과 체결되어 제2 위치를 차단하고 또는 일 시점에서 제2 위치에 있는 회전형 셔틀 요소와 일치되게 전개되어 차단 핀과 체결되어 제1 위치를 차단하게 차단 핀을 전개하는 단계,
    ⅲ. 차단 핀이 전개된 상태를 유지하여, 캠샤프트 토크에 의해 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이에서 단일 방향으로 유체가 주기적으로 유동할 수 있고, 반대 방향으로는 유체 유동이 방지되어 고정자에 대해 회전자가 선택된 방향으로 회전되는 단계,
    ⅳ. 일단 고정자에 대한 회전자의 소망하는 회전이 이루어지면, 차단 핀을 분리하여 제1 위상조정 챔버와 제2 위상조정 챔버 사이에서 추가적인 유체 연통이 방지되는 단계.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 컨트롤 밸브 또는 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 내연기관.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 컨트롤 밸브 또는 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가변형 캠 타이밍 페이저 장치를 포함하는 차량.
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