KR100267599B1 - 왕복연소기관의 배기밸브제어기구 - Google Patents

Abstract

본원 발명의 왕복연소기관의 배기밸브제어기구는 서보피스톤(12)이 배기밸브(9)에 연결되고, 또한 서보피스톤(12)과 행정전달장치(61)사이에서 연장되는 라인(20)에 위치하는 유압매체의 콜럼에 의해 작동한다. 캠축(23)상의 캠(23')에 의해 이동되는 행정전달장치(61)는 콜럼을 엔진속도에 따라 서보피스톤(12)을 향해 변위시킴으로써, 배기밸브(9)가 작동하여 개방된다. 스로틀(67', 69)을 갖춘 개폐가능한 배출채널(66)이 콜럼의 영역에 형성되어, 행정전달장치(61)가 캠(23')에 의해 이동되는 시간중 일부동안에 소정량의 압력매체를 상기 채널(66)을 통해 유출시킨다. 따라서, 배기밸브의 폐쇄시점이 변동될 수 있다.

Description

왕복연소기관의 배기밸브제어기구

제1도는 배기밸브 및 전기기계제어장치를 구비한 실린더의 상부의 단면도.

제1a도는 3가지의 상이한 단면의 각 배출채널의 단면도.

제2도는 행정전달장치에 연결된 제어피스톤과 배기밸브의 시간에 따른 각 행정를 나타낸 그래프.

본원 발명은 왕복연소기관의 배기밸브제어기구에 관한 것으로, 배기밸브에 연결된 서보피스톤(servo-pistion)을 구비하고, 이 서보피스톤은 행정전달장치(stroke transmitter)와의 사이에서 연장되는 덕트에 위치하는 유압매체의 콜럼(column)에 의해 작동하고, 캠축상의 캠에 의해 이동되는 행정전달장치는 콜럼을 엔진속도에 따라 서보피스톤을 향해 변위시킴으로써, 배기밸브가 작동하여 개방된다.

아와 같은 종류의 공지의 기구에 있어서, 유압매체의 압력으로 배기밸브가 개방되고, 이에 따라 배기밸브의 개폐시점은 행정전달장치를 구동하는 캠축상의 캠의 상태에 의존한다. 또한, 연소기관의 실린더에서의 압축압력과 연소압력은 폐쇄시점에 의존한다. 일단 설정된 캠의 상태는 동작중에는 변화되지 않는다. 그러나, 부분부하시의 연소기관의 작동면에서는 가변성이 있는 것이 바람직하다.

본원 발명은 배기밸브의 폐쇄시점을 변동시킬 수 있는, 즉 캠의 상태에 의해 결정되는 폐쇄시점에 대해 개선시킬 수 있는 방법으로 전술한 바와 같은 제어기구를 개선하고자 하는 것이다.

이 문제는 본원 발명에 의해 해결가능한 것으로서, 이는 제어피스톤과 연동하여 작용하는 배출 채널의 형태로 개폐가능한 개구부(opening)를 콜럼의 영역에 형성하고, 또한 조정가능한 스로틀(adjustable throttle)을 포함함으로써, 행정전달장치가 캠에 의해 이동되는 시간중 일부 동안에 소정량의 압력매체를 상기 배출채널을 통해 유출시킴으로써 가능한 것이다.

따라서, 배출채널을 통해 압력매체를 유출시킴으로써 배기밸브는 종전의 방식보다 빨리 폐쇄시점에 이르게 된다. 이는 압축압력과 높은 범위의 부분부하에서 일정하게 유지될 수 있는 연소압력에 변화를 초래한다. 이와 같은 가능성에 의하여, 연소기관의 부분부하 작동하에서의 연료소비에 대한 개선을 할 수 있다. 배출채널내의 스로틀의 조정은 엔진의 부하에 의존한다.

다음에, 본원 발명의 일실시예에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도에 있어서, 피스톤(2)은 2행정 디젤연소기관의 실린더(1)내에서 상하로 운동가능하게 배치되어 있다. 피스톤(2)은 피스톤로드(도시되지 않음)에 의해 크로스헤드(crosshead)에 연결되고, 이 크로스헤드는 다시 공지의 방법으로 연결로드에 의해 크랭크축의 크랭크핀에 연결된다. 실린더(1)의 상단부에는 연소실(7)을 형성하는 실린더헤드(3)가 있다. 실린더헤드(3)의 중심에는 저면부에 배기채널(8)이 형성된 케이스(4)가 삽입된다. 배기채널(8)의 입구의 단부는 작동가능한 배기밸브(9)에 대한 밸브시트(5)를 형성한다. 실린더(1)의 벽에는 복수의 배기슬릿(10)이 형성되어 있으며, 제1도에는 그 중 한개의 배기슬릿만 도시되어 있다. 배기슬릿은 실린더(1)의 외측에서 배기실(11)에 연결되고, 이 배기실에서는 피스톤(2)의 하향행정중에 그 상부에지에 의해 배기슬릿(10)이 노출될 때 배기된 공기가 배기슬릿(10)을 통해 연소실(7)로 들어간다. 다음에, 이 공기는 연소가스를 개방된 배기밸브(9)를 통해 배기채널(8)로 밀고, 상향행정중에 배기밸브(9)가 폐쇄된 상태에서 피스톤(2)의 상부에지가 배기슬릿(10)을 지나 통과했을 때 공기가 압축된다. 실린더헤드(3)내에는 최소한 한개의 연료주입노즐(도시되지 않음)이 배치되어, 피스톤(2)이 그 상사점(上死点)의 영역에 오게되면 연료주입노즐은 연소실(7)내의 압축공기로 연료를 분사한다.

배기밸브(9)의 연소실(7)측과의 반대측의 단부에는 서보피스톤(12)이 배치되어 있으며, 이는 케이스(4)의 실린더(13)내에서 안내된다. 압축공기라인(15)이 스로틀(14)을 통해 제1도에서 서보피스톤(12)아래에 위치하는 실린더내의 스페이스로 연결된다. 이와 같이 서보피스톤(12)아래의 실린더스페이스에 유입된 공기는 공기스프링을 형성해서 배기밸브(9)가 폐쇄되도록 작용한다.

제1도에 있어서, 서보피스톤(12)의 상단부는 실린더실(19)내로 삽입되고, 이 실린더실(19)에는 덕트 즉 라인(20)이 연결되어 있으며, 이 라인(20)은 연소기관과 별체로 설치된 제어장치(68)의 실린더실(63)까지 유도된다. 실린더실(19)과, 라인(20)과, 실린더실(63)은 유압매체 예컨대 오일로 채워진다. 실린더실(63)에서는 행정전달장치(61)의 상단부에 의해 지지되는 제어피스톤(62)이 안내된다. 행정전달장치(61)에는 제1도에서의 그 하단부에 캠축(23)의 캠(23')에 대항하여 지지되는 롤러(22)가 설치된다. 유압매체는 펌프(24)에 의해 탱크(25)로부터 흡인되어 예를 들면 8~16바(bar)의 압력에서 체크밸브(27)를 갖춘 라인(26)을 통해 라인(20)으로 이송되어 라인(20)에 채워진다. 펌프(24)와 체크밸브(27)사이의 라인(26)에서 채널(65)이 분기되고, 또한 이 채널(65)은 실린더실(63)로 개구되어 있다.

즉, 채널(65)의 최저위치는 제1도에 도시된 위치에 있는 제어피스톤(62)의 상단면 높이에 있다. 펌프(24)의 이송측에는 초과압력밸브(24')가 공지의 방법으로 배치되어 있다. 초크를 구비한 탱크(25)에 이르는 배기라인(54)은 실린더실(19)까지 연결된다. 실린더실(19)의 상단부는 서보피스톤(12)이 그 상단위치에 이르게 될 때 서보피스톤(12)의 운동이 수력학적으로 감소되도록 형성된다. 따라서, 배기밸브(9)가 밸브시트(5)상에 강하게 접촉되는 것이 방지된다. 실린더실(63)을 밀봉하기 위하여 제어피스톤(62)에는 그 길이에 따라 3개의 피스톤링(64)이 분산배치되어 있다.

제1도에 있어서, 배출채널(66)은 채널(65)의 입구아래에서 실린더실(63)로부터 분기되고, 단차부(67')를 통해 이동가능하게 안내되는 스로틀핀(69)이 삽입되는 스페이스(67)까지 이른다. 여기에서, 단차부(67')와 스로틀핀(69)은 스로틀을 구성한다. 라인(34)이 스페이스(67)에 연결되어 탱크(25)까지 유도된다. 축방향의 채널(70)이 제1도에서 제어피스톤(62)의 상단면으로부터 형성되어 그 하단부에서 제어피스톤(62)의 하반부에 형성되어 있는 환형홈(71)으로 개구된다. 환형홈(71)은 제어피스톤(62)상에서 제어피스톤(62)이 가장 높은 위치에 있을 때 배출채널(66)의 입구앞에 위치하고, 환형홈(71)의 상측의 제어피스톤(62)의 표면에 의해 제어피스톤(62)이 채널(65)의 입구를 차단하도록 형성된다. 배출채널(66)은 제1a도에 도시한 3개의 단면도중의 한 단면으로 유용하게 형성될 수 있으며, 제어피스톤(62)이 하향 운동할 경우 실린더실(63)에서의 진공형성을 피하는 데에는 도면의 우측에 도시한 대략 삼각형의 단면이 우수하다.

단차부(67')에 대한 스로틀핀(69)의 위치조정은 조절장치(78)에 의해 행해지며, 이 조절장치(78)는 배기압력에 상응한 전기신호를 신호리드선(58)을 통해 공급받고, 또한 배기밸브(9)의 원하는 폐쇄시점에 상응한 전기신호를 신호리드선(59)을 통해 공급받는다. 배기 압력에 상응한 신호는 연소기관의 부하를 나타낸다. 출력측에서 조절장치(78)는 2개의 압력 매체라인(72,73)을 통해서, 위치결정피스톤(75)이 이동가능하게 안내되는 위치결정실린더(74)에 연결된다. 피스톤(75)은 힌지에서 캠축(77)상의 레버(76)에 연결되며, 그 위에는 진동레버(80)에 대항하여 지지되는 캠(79)이 있다. 이 접촉점과 진동레버(80)의 힌지점(81) 사이에 제1도에서 스로틀핀(69)의 하단부가 위치한다. 따라서, 조절장치(78)는 신호리드선(58)의 배기압력신호에 의존하여 위치결정피스톤(75)을 통해 캠(79)을 조정함으로써, 진동레버(80)를 힌지점(81) 주위에서 조정하고, 따라서 스로틀핀(69)이 이동함으로써 스로틀작용이 이루어지게 된다.

회전캠디스크(82)도 캠축(77)과 관련하여 작용하고, 회전할 때 연료제어장치링크(83)와 협동하게 된다. 캠디스크(82)는 연소기관의 부하제어장치로서의 역할을 하게 된다.

제2도에 있어서, 제어피스톤(62)의 행정을 B 축상에 시간에 따라 나타내고, 이와 동일한 시간에 대하여 C 축상에 배기밸브(9)의 2개의 행정 즉 실선 D는 본원 발명을 적용한 경우의 행정을, 파선 E는 본원 발명을 적용하지 않은 행정을 나타낸다. B축상의 시점 F는 하사점 UT앞의 크랭크각이 약 100°일 때를 나타내고, C 축상의 시점 R(UT 앞의 약 80°)에서 롤러(22)가 캠(23')을 상승시키므로 밸기밸브(9)가 개방되기 시작한다. B축상의 UT앞의 크랭크각이 약 45°일 때의 시점 H와 시점 L 사이에서 제어피스톤(62)의 환형홈(71)이 배출채널(66)의 입구까지 오게 되고, 그와 같은 상태는 시점 K 와 M 사이에서 홈(71)이 채널(66)의 입구로부터 이탈할 때까지 지속된다.

따라서, C축상의 시점 H 에서 배출채널(66)을 통해 유압매체의 유출이 개시됨으로써, 배기밸브(9)는 캠(23')의 상태에 의해 미리 결정된 코스(파선E)에서 벗어난 상태에서 곡선 D 에 따라 작동을 개시한다. 하사점 UT 을 지난 약 70°의 위치(시점 N)에서 배기밸브(9)는 다시 폐쇄위치로 돌아간다. 즉, 시점 P 앞의 크랭크각이 약 10°일때가 캠(23')의 상태에 따라 결정되는 폐쇄시점으로 된다. 시점 N은 시점 P 에 더 가깝게 하거나 하사점에 더 가깝게 위치할 수 있다.

시점 P 로부터 시점 N까지의 최대거리는 약 50°에 이른다.

제1도에 따른 구성은 다음과 같은 작용을 한다.

도시된 바와 같은 캠축(23)의 위치에 있어서, 피스톤(2)은 상사점영력에 위치한다. 행정전달장치(61)의 롤로(22)가 캠(23') 을 상승시키고, 제어피스톤(62)이 채널(65)의 입구를 지나 통과함에 따라 배기밸브(9)가 개방되어, 라인(20)내의 압력매체의 콜럼이 실린더실(19)을 향해 이동한다. 제어피스톤(62)의 환형홈(71)의 제1도에서의 상부에지가 환형홈(71)의 배출채널(66)의 입구를 지나 통과하여 실린더실(63)까지 이르면, 그 즉시 압력매체가 채널(70)을 통해 배출채널(66)로 유출되고, 이어서 스페이스(67)를 통해 라인(34)으로 유출되어 라인(20)내의 압력매체 콜럼이 언로딩상태로 된다. 따라서, 압력 매체 콜럼의 체적은 감소된다. 이 때, 유출량은 단차부(67')에 대한 스로틀핀(69)의 위치에 의존한다. 행정전달장치(61)의 롤러(22)가 캠(23')이 하향상태로 되는 면에 이르게 되면 제어피스톤(62)은 다시 하향이동되고, 환형홈(71)의 상부에지가 배출채널(66)의 입구아래로 하강하여 실린더실(63)까지 하강하면 배출채널(66)을 통한 압력매체의 유출은 종료된다. 배기밸브(9)는 서보피스톤(12)의 아래의 공기스프링에 의해 폐쇄위치로 다시 이동하여, 그 행정의 상단에서 피스톤(12)의 감쇠이동에 의해 밸브시트(5)에 부드럽게 접촉된다.

압력매체의 유출량은 이 매체를 라인(26)을 통해 라인(20)으로 공급하는 펌프(24)에 의해, 제어피스톤(62)의 하향행정중에 환형홈(71)이 배출채널(66)의 입구아래로 하강할 때 보충된다.

연소기관의 완전부하시에, 스로틀(67', 69)은 폐쇄된다. 이와 같은 경우에는, 배기밸브(9)는 제2도의 곡선 E에 따라 이동한다.

Claims (2)

1. 배기밸브(9)에 연결되고 라인(20)에 위치하는 유압매체의 콜럼(column)에 의해 작동하는 서보피스톤(servo-pistion)(12)을 포함하며, 상기 라인(20)은 서보 피스톤(12)을 안내하는 서보실린더(13)와 행정전달장치(61)를 안내하는 실린더(63) 사이에서 연장되고, 상기 행정전달장치(61)는 캠축(23)상의 캠(23')에 의해 이동하여 상기 콜럼을 엔진속도에 따라 상기 서보피스톤(12)을 향해 변위시키고, 상기 콜럼의 근처에 압력매체 공급라인(26)이 제공되고 상기 압력매체 공급라인과 별도로 개폐가능한 개구부(opening)가 배출채널(66)의 형태로 제공되며, 상기 배출채널(66)은 조정가능한 스로틀(throttle)(67', 69)-여기서 스로톨 (67', 69)은 압력매체를 배출함-에 노출되는 왕복연소기관의 배기밸브(9) 제어기구에 있어서,

   상기 배출채널(66)이 상기 실린더(63)안에서 안내되고 행정전달장치(61)에 연결되는 제어피스톤(62)과 연동하여 작용하고,

   상기 배출채널이 실린더(63)에 연결되고,

   채널(70)이 상기 제어피스톤(62)의 상단면으로부터 형성되어 그 하단부에서 환형홈(71)으로 개구되고,

   상기 환형홈(71)은 제어피스톤이 최정상 위치에 있을 때 상기 배출채널의 입구 앞에 위치하도록 배열되고,

   상기 제어피스톤(62)이 캠의 형상에 의해 결정되는 배기밸브(9)의 개방 직후 배출채널(66)을 통해 압력매체를 배출시키는 것을 특징으로 하는 왕복연소기관의 배기밸브제어기구.
2. 제1항에 있어서, 스로틀(67', 69)은 배기밸브(9)의 원하는 폐쇄시점과 연소기관의 배기실(11)내에 배기압력에 의존하여 구동되는 것을 특징으로 하는 왕복연소기관의 배기벨브기구.