KR100334314B1 - 다중실린더의 디젤기관 - Google Patents

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로렌티노 마코르
안드레아 페코리
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디. 몬티
씨.알.에프. 소시에타 콘소르티레 페르 아치오니
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Abstract

배기 가스에 의해 작동되는 터보-과급기로 과급되는 형태의, 트럭용 다기통 디젤 기관은 흡입 밸브와 배기 밸브를 작동하기 위한 가변 밸브 작동 시스템을 구비하는데, 이것은 밸브를 구동하는 특정 구조의 캠과 함께 여러 가지 상이한 기관 작동 모드를 제공하고 이 작동 모드는 기관의 작동 조건에 따라 선택될 수 있고 정해진 조작 모드 이외에 브레이크로서 적어도 하나의 기관 작동 모드를 포함한다.

Description

다중실린더의 디젤기관{MULTI-CYLINDER DIESEL ENGINE WITH VARIABLE VALVE ACTUATION}
이탈리아 특허 출원 제 TO96A000327에서 출원인은 하기 구성요소들의 가솔린기관을 제안한다.
-각 실린더에 대한 한 개이상의 흡기밸브 및 한 개이상의 배기밸브를 가지고, 각각의 밸브는 각각의 흡기관 및 배기관을 제어하기 위해, 밸브를 밀폐위치로 편향시키는 각각의 스프링수단과, 흡기 및 배기작용을 위한 캠축이 제공되며,
각각의 태핏에 의해 구동되는 실린더들의 밸브들이 제공되고, 각각의 흡기밸브 및 배기밸브는 캠축의 캠에 의해 구동되며,
-각각의 상기 태핏에 의해 가압상태의 유체를 포함한 챔버를 가진 유압수단을 삽입하여, 상기 귀환스프링의 작용에 대하여 각각의 흡기밸브 또는 배기밸브를 개방시키고,
각각의 태핏으로부터 밸브를 분리하고, 각각의 귀환스프링(4)수단의 작용에 대하여 밸브가 신속하게 밀폐되도록, 솔레노이드밸브에 의해 유출구 채널과 연결되며 각각의 흡기밸브 또는 배기밸브와 연결된 가압유체의 챔버가 구성되고,
-기관의 한 개이상의 작동변수의 함수로서, 각각의 흡기밸브 또는 배기밸브의 행정 및 개방시간을 변화시키기 위해 각각의 솔레노이드밸브를 제어하기 위한 전자제어수단을 포함한다.
상기 시스템에 의해 밸브운동을 제어하는 기계요소들을 수정하지 않고도, 흡기밸브 및 배기밸브의 개방에 대해 가변제어기능이 제공된다. 종래기술의 타이밍시스템에 있어서, 밸브를 제어하는 기계요소들( 캠, 로커아암, 태핏)의 기하학적 구조에 의해 각각의 흡기밸브 및 배기밸브의 운동이 일관되게 제어되고, 상기 시스템에 있어서, 주어진 밸브와 결합된 가압상태의 챔버를 제어하는 솔레노이드밸브는 가압상태의 상기 챔버로 부터 오일(oil)을 제거하는 것이 필요한 시간에 개방되고, 각각의 캠에 의해 상기 밸브가 개방되는 동안에도 각각의 귀환스프링의 작용에 의해 흡기밸브 또는 배기밸브가 신속하게 밀폐될 수 있다.
본 발명은 차량, 특히 트럭용 다기통 디젤기관에 관련된다. 본 발명은 배기가스에 의해 작동되는 터보과급기에 의해 과급되는 상기 형태의 기관에 관련된다.
도 1은 내연기관에서 가변밸브시스템의 작동원리를 도시한 개략도.
도 2, 3은 본 발명을 따르는 기관의 선호되는 실시예에서 배기밸브제어부분의 세부구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명을 따르는 기관에서 흡기밸브제어부분의 세부구조를 도시한 도면.
도 5,6 은 흡기밸브 및 배기밸브와 각각 결합되고, 본 발명의 실시예를 따르는 캠을 도시한 도면.
도 7은 흡기밸브를 제어하는 캠과 결합된 피스톤의 운동을 도시한 도면.
도 8은 배기밸브를 제어하는 캠과 결합된 피스톤의 운동을 도시한 도면.
도 9는 브레이크로서 기관이 작동하는 모드에서 흡기밸브 및 배기밸브의 개방행정들을 도시한 도면,
도 10, 11,12는 브레이크로서 작동하는 상기 모드에서 기관의 작동을 도시한 도면.
도 13은 브레이크로서 작동할 때, 서로 다른 기관속도들에서 밸브들의 개방행정을 도시한 도면.
도 14는 커틸(Curtill) 싸이클에 따라 기관이 작동하는 모드에서 밸브의 개방행정을 도시한 도면.
도 15는 기관의 정상작동싸이클에서 흡기밸브 및 배기밸브의 개방행정이 실선으로 도시되고, 밀러( Miller)싸이클을 따르는 모드에서 흡기밸브의 개방행정 및 터보 래그 방지모드(anti-turbo lag mode)에서 배기밸브의 개방행정이 점선으로 도시된 선도.* 부호설명*4 ... 스프링 6 ... 압력챔버7 ... 태핏 10 ... 캠축12 ... 도관 15 ... 솔레노이드밸브
본 발명의 목적은 선택가능하고 다양한 기관작동모드들을 제공할 수 있도록, 상기 가변밸브작동시스템을 디젤기관에 적용하는 것이다.
상기 목적을 위하여, 본 발명에 따르면 상기 특징들로 구성되고
각각의 흡기밸브 및 배기밸브가 제어되어, 기관작동의 정상 싸이클중 종래 개방단계뿐만 아니라 상기 정상싸이클의 일부 추가단계동안에도 개방되는 프로파일이 캠축의 각 캠에 형성되고,
상기 종래기술의 단계 또는 각각의 캠이 상기 흡기밸브 또는 배기밸브를 개방시키려고 하는 상기 추가단계동안, 각각의 흡기밸브 또는 배기밸브를 밀폐상태로 유지하도록 상기 전자제어수단이 각각의 솔레노이드밸브를 개방시켜서, 서로 다른 작동모드들에 따라 선택적으로 상기 기관이 상기 솔레노이드밸브에 의해 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 다중실린더의 디젤기관이 제공된다.
본 발명의 선호되는 특징에 따르면, 제동효과를 구하도록 피스톤의 상향행정마다 흡수된 동력을 이용하기 위하여, 각각의 피스톤이 하사점으로부터 상사점까지 매 상향행정하는 동안, 각각의 실린더의 흡기밸브 및 배기밸브가 밀폐상태를 유지하도록 각각의 솔레노이드밸브가 제어되고, 실린더들내부에 연료가 주입되지 않을 때 상기 전자제어수단은 기관을 브레이크로서 작동시키는 모드를 제공하고, 또한 상기 피스톤이 상사점(TDC)에 도달하기 바로 전에 각각의 솔레노이드밸브를 밀폐하면, 각각의 캠이 작용하여, 각각의 배기밸브가 개방될 수 있또록 상기 전자제어수단이 제공된다.
엔진이 브레이크로서 작동하는 상기 작동모드는 상기 원리를 적용한 제 1 실시예이고, 상기 실시예에 따르면, 기관의 정규 작동싸이클에서 종래기술의 개방단계 뿐만아니라, 일부 추가단계에서도 각각의 밸브들을 개방시키는 프로파일이 상기 캠들에 구성되며, 상기 추가단계에서 상기 밸브들이 정해진 단계들에서 밀폐상태로 유지되거나 다르게 작동되어, 마치 캠 스스로 상기 밸브를 개방하도록 상기 단계들에서 각각의 솔레노이드밸브가 개방된다. 상기 경우에 있어서, 브레이크로서 작동하는 작동모드에서 상기 밸브들을 구동시키는 프로파일부분들이 상기 캠들에 구성되고, 브레이크로서 작동하는 것이 필요할때만 상기 프로파일 부분들이 상기 솔레노이드밸브에 의해 작동가능하게 된다. 첨부된 도면들과 함께 하기 설명을 참고할 때, 기관의 정규작동을 대신하여 상기 경우에 있어서, 밸브들의 정규개방싸이클을 제어하는 캠의 프로파일 부분들을 작동가능하게 하고, 브레이크로서 작동하는 모드동안 이용되는 프로파일부분들을 작동불가능하도록, 상기 솔레노이드밸브들이 상기 전자제어수단에 의해 제어된다.
특히 브레이크로서 작동하는 모드를 설명하면, 상기 모드에서 제동효과를 구하기 위하여, 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)까지 피스톤이 각각 상향행정하는 것이 이용되어, 상기 피스톤이 2 행정싸이클에 따라 상승운동할 때마다 상기 피스톤은 능동적인 행정을 한다. 상기 방법에 의해 흡수된 동력은 매우 커서, 정규연소작용에 의한 평가 출력의 100-120%에 이른다. 예를 들어, 2400rpm에서 연소작용에 의한 기관출력이 257Kw이면, 동일속도에서 브레이크로서 흡수되는 동력은 305Kw 이다. 피스톤이 매회 상향행정 운동하는 마지막에 배기밸브가 개방되기 때문에 피스톤이 이전에 상향행정하는 동안 흡수한 모든 동력이, 피스톤의 하향행정동안, 압축공기에 의해 원래상태로 돌아갈 수 없으며, 만약 실린더내부에 구속된 공기체적이 항상 동일 체적이고 스프링과 같이 작용하면, 원래상태로 돌아갈 수도 있다.
기관이 브레이크로서 작동하는 상기 작동모드에서 배기가스에 의해 작동되는 터보과급기를 이용하여 과급되는 디젤기관에 관련되는 본 발명의 선호되는 특징에 의하면, 배기관으로부터 실린더내부로 공기를 흡기하고 터보과급기로 공급되는 공기유동을 감소시키기 위해 상사점(TDC)으로부터 피스톤이 햐향행정하는 제 1 부분동안 상기 배기밸브는 개방된 상태로 고정된다.브레이크로서 작동하는 상기 작동모드에서 상기 기관이 2 행정싸이클에 따라 작동하기 때문에, 상기 작동모드에서 터보과급기로 공급되는 공기유동은 기관의 정규연소작용동안 터보과급기에 정상적으로 공급되는 공기유동의 두배가 되므로 상기 배기밸브가 개방된 상태로 고정된다. 그 결과 터보과급기의 효율은 과도하게 강하되고 실린더로 공급되는 공기는 매우 불량하게 압축된다. 피스톤이 하향행정하는 제 1 부분동안 배기밸브가 개방상태로 고정되면, 이전에 배기관에 공급된 공기의 일부분이 실린더로 공급되고, 따라서 터보과급기의 터빈을 통과하는 유동이 감소되며, 터보과급기의 효율은 허용할 만한 수준으로 유지된다.
마지막으로 기관이 브레이크로서 작동하는 상기 작동모드에서, 피스톤이 하향행정하는 최종부분동안 흡기밸브가 개방되고, 그 결과 다음에 이어지는 상향행정을 고려하여 실린더는 충분히 충진될 수 있고, 상기 상향행정에서, 공기압축 및 동력흡수작용을 새로 개시하도록 흡기밸브 및 배기밸브는 밀폐된다.
상기 설명과 같이, 본 발명을 따르는 기관의 캠축에 구성된 캠들이, 밸브들이 특수하게 작동하는 싸이클을 구하기 위한 또 다른 프로파일 부분들을 가지고, 기관이 브레이크로서 작동하는 작동모드 및 정규작동모드이외에 서로 다른 작동모드를 선택적으로 제공하기 위하여, 상기 프로파일 들은 솔레노이드밸브들을 통해 전자제어수단에 의하여, 작동가능 또는 작동불가능하게 된다.
예를 들어, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 각각의 배기밸브를 제어하는 캠의 프로파일은 흡기단계의 최종부분동안 배기밸브를 추가로 개방하는 부분을 가진다. 기관이 소위 커틸(Curtill)싸이클에 따라 작동하는 것이 필요할 때, 상기 전자제어수단은 상기 프로파일 부분을 작동가능하게 한다. 기관이 특수하게 작동하는 상기 싸이클에 있어서, 흡기단계의 최종부분동안 배기밸브가 개방되면, 배기매니폴드 내부의 진공상태에 기인하여 새로운 일부공기가 우선 흡기관으로부터 배기관까지 직접 유동할 수 있고, 다음에 상기 배기매니폴드의 압력이 증가되면, 실린더의 충진상태를 개선하도록, 배기매니폴드내부의 여분압력을 이용하여 일부공기는 배기관으로부터 실린더내부로 귀환한다. 위험해질 수도 있는 기관속도에서 배기밸브를 추가로 개방하는 작동모드를 제거하기 위하여, 배기밸브를 추가로 개방하는 캠들의 프로파일 부분들이 각각의 솔레노이드밸브들을 이용하여 상기 전자제어수단에 의해 작동불가능해지기 때문에, 공지된 상기 싸이클이 본 발명의 기관에 적용될 수 있다.
또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 기관이 소위 밀러(Miller)싸이클에 해당하는 또 다른 작동모드에 따라 작동할 수 있다. 상기 작동모드에서 정규연소싸이클에서 전자제어수단이 흡기밸브의 밀폐타이밍을 선행 또는 지연하면, 압축비가 변화하고, 예를 들어, 압축비가 증가하는 경우에 있어서, 온도가 증가되어, 냉온에서 기관을 시동할 때, 발생하는 문제가 해결된다. 본 발명에 따르면, 상기 싸이클의 전체 소요부분을 통해 흡기밸브를 개방상태로 고정하는 프로파일이 흡기밸브와 관련한 캠들에 구성되고, 소요모드에 따라 흡기밸브들을 개방할 수 있도록 전자제어수단은 각각의 솔레노이드밸브들을 제어한다. 밀러싸이클을 기준할 때, 본 발명에 따르면, 배기가스의 NOx량을 감소시키기도록 온도감소와 같은 효과를 구할 수 있다.전이주기동안 터보과급기의 관성에 의해 야기되는 문제들을 극복하고 본 발명을 따르는 기관의 또 다른 작동모드에 있어서, 기관의 정규작동싸이클동안 예상된 배기밸브의 개방이 형성된다. 상기 작동모드에서, 엔탈피(enthalpy)가 상대적으로 큰 배기가스가 터보과급기 유니트의 터빈에 도달하여, 전이상태동안 상기 터보과급기는 사용자의 요구에 대해 더욱 신속하게 반응한다.
본 발명의 기본원리에 따르면, 기관싸이클의 서로 다른 단계들에서 흡기밸브 및 배기밸브를 개방하는 복잡한 프로파일의 캠들을 제공하고, 기관의 서로 다른 작동모드들을 구하기 위해 캠프로파일의 서로 다른 부분들을 작동가능 또는 작동불가능하도록 가변밸브작동시스템이 이용되며, 예를 들어, 상기 작동모드들은 기관의 작동상태에 따라 상기 전자제어수단에 의해 전자적으로 제어되거나 사용자에 의해 선택될 수 있다.
비제한적인 예로서 주어진 첨부된 도면들을 참고하여 하기 상세한 설명에 의해 본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들이 명백해진다.
도 1은 내연기관에서 가변밸브작동시스템의 작동원리를 개략적으로 도시한다. 내연기관의 헤드(3)내부에 형성된 각각의 ( 흡기 및 배기용) 도관(2)과 (흡기밸브 또는 배기밸브 )의 밸브(1)가 결합한다. 밸브(1)는 스프링(4)에 의해 밀폐위치 (도 1에서 위쪽)를 향해 편향되고, 밸브스템(stem)의 상단부에 작동하는 피스톤(5)에 의해 상기 밸브(1)가 개방된다. 피스톤(5)은 작동순서에서 가압상태의 오일에 의해 제어되고, 버킷(8)을 지지하는 태핏(7)에 의해 상기 오일은 압력챔버(6)내에 존재하여, 상기 버킷(8)이 캠축(10)의 캠(9)과 상호작용한다. 버킷(8)이 스프링(11)에 의해 지지된다. 솔레노이드밸브(15)의 셔터(14)를 통해 압력챔버(6)가 도관(12)에 연결되고, 상기 도관(12)이 작동순서에서 축압기(13)와 상호작용하며, 기관의 작동조건에 따라 (도면에 도시되지 않은 )전자제어수단에 의해 상기 솔레노이드밸브(15)가 제어된다.
솔레노이드밸브(15)가 개방될 때, 압력챔버(6)내부에 존재하는 가압상태의 오일이 방출되어 밸브(1)는 스프링(4)의 작용에 의해 신속하게 밀폐된다.솔레노이드밸브(15)가 밀폐되어 있을 때, 압력챔버(6)내부의 오일은 태핏(7)의 운동을 피스톤(5) 및 그 결과 밸브(1)로 전달하여, 밸브(1)의 위치가 캠(9)에 의해 결정된다. 즉 캠프로파일에 의존하는 싸이클에 따라 정상적으로 밸브(1)의 개방이 캠(9)에 의해 제어되지만, 태핏(7) 및 밸브(1) 사이의 관련작용을 방해하기 위해 , 필요할 때마다, 솔레노이드밸브(15)를 개방하여, 상기 제어작용이 불가능해질 수 있다.
본 발명은 배기가스에 의해 작동되는 터보과급기에 의해 과급되는 트럭용 다기통 디젤기관에 상기 형태의 가변밸브작동장치를 적용하는 것에 관련된다.
도 2, 3은 본 발명을 따르는 기관의 선호되는 실시예에 구성된 배기밸브제어부가 상세히 도시된다. 도면에서 기관의 실린더와 결합된 두 개의 배기밸브(E) (도 3)들의 개방작용이 캠(CE)에 의해 제어된다. 두 개의 배기밸브(E)는 각각의 스프링(4)들을 가지고, 두 개의 도관(6a)을 향하는 각각의 피스톤(5)들에 의해 상단부에서 제어된다. 상기 도관(6a)들이 압력챔버(6)들위에서 개방되고, 두 개의 태핏(7)들이 상기 압력챔버(6)들을 향하며, 각각의 스프링(11)이 상기 태핏(7)에 제공된다. 로커아암(17)의 한쪽단부에 피봇운동하도록 장착된 연결요소(16)에 의해 두 개의 태핏(7)들이 동시에 제어되고, 헤드(3)의 구조에 의해 축(18)주위에서 상기 로커아암(17)의 다른 한쪽 단부가 캠종동체의 롤러(19)를 가지고, 상기 롤러(19)는 캠축(10)의 캠(CE)과 접촉한다. 도 1에 도시된 구성과 상이한 상기 구성에서 태핏(7)들의 축에 대해 배기밸브(E)들의 축은 서로 다른 평면에 위치한다. 압력챔버(6) 및 도관(6a)을 충진하는 가압상태의 오일에 의해 태핏(7)들의 운동이 상기 배기밸브(E)들에 유압으로 전달되므로, 상기 구성이 가능하다.
도 4는 본 발명을 따르는 기관의 흡기밸브를 제어하기 위한 장치를 개략적으로 도시하며, 캠(CI)은 태핏(7)과 함께 작동하고, 상기 피스톤(7)은 압력챔버(6)를 향하고 각각의 스프링(11)을 가지며, 작동순서에서 기관의 각 실린더에 구성된 두 개의 흡기밸브(I)들과 연결된 두 개의 피스톤(5)들이 동시에 상기 압력챔버(6)에 의해 제어된다.
도 5, 6은 본 발명의 선호되는 실시예에서 배기밸브를 작동하기 위한 캠(CE)과, 흡기밸브를 작동하기 위한 캠(CI)의 프로파일을 나타낸다. 도면을 참고할 때, 각각의 기관작동에 관한 종래기술의 싸이클에서 제공되는 단계들뿐만 아니라 가변밸브작동시스템에 의해 선택될 수 있고, 캠프로파일의 여러부분들에서 임의로 작동가능 또는 작동불가능하게 하는 기관작동의 서로 다른 모드들을 따르는 추가 단계들에서도 흡기밸브 및 배기밸브를 개방하기 위하여, 각각의 상기 캠들은 종래기술의 프로파일과 상이하고 복잡한 형태의 프로파일을 가진다.
도 7, 8은 간주될 수 있고, 캠(CI) 및 캠(CE)의 프로파일을 또 다른 방법으로 도시하는 두 개의 선도들이다. 도 7을 참고할 때, 크랭크축의 회전각함수로서 흡기밸브(I)와 관련된 피스톤(7)의 변위가 도시된다. 피스톤(7)의 변위는 캠(CI)의 프로파일에 의해 직접 결정되므로 ,도 7의 선도는 상기 캠(CI)의 프로파일을 도시한 것으로 고려될 수 있다. 도 7의 선도에서 실린더와 관련된 피스톤의 상사점(TDC) 및 하사점(BDC)에 해당하는 각위치들이 도시된다. 유사하게 도 8은 배기밸브(E)와 관련된 피스톤(7)의 변위를 도시하고, 따라서 배기밸브를 작동시키는 캠(CE)의 프로파일을 도시한 것으로 간주될 수 있다.
도 7, 8의 선도들에서 기관싸이클의 각범위(F)들이 도시되고, 기관이 정상적으로 연소작동될 때, 가변밸브작동시스템과 관련한 솔레노이드밸브(15)는 밀폐상태로 고정되어 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)는 각각의 캠(CI) 및 캠(CE)에 의해 구동된다. 즉, 기관의 정상연소작동시 흡기밸브(I)는 300°내지 480°범위내에서만 캠(CI)에 의해 구동되고, 배기밸브는 약 70°내지 300°범위내에서만 각각의 캠(CE)을 감지한다. 그러므로, 기관이 종래기술의 싸이클에 따라 작동해야 한다면, 상기 각범위에 따라 작동하는 프로파일 부분이 캠에 구성되는 것으로 충분하다. 그러나, 도 7 및 도 8을 참고할 때, 또 다른 작동싸이클을 제공하기 위해서 본 발명의 캠프로파일들에 의하면, 상기 각범위 밖에서도 밸브의 추가 개방행정을 형성할 수 있다. 상기 설명을 참고할 때, 기관의 서로 다른 작동모드를 선택적으로 구하기 위해 기관의 캠프로파일중 여러 부분을 작동가능상태 또는 작동불가능상태로 만들도록 가변밸브작동시스템의 전자제어수단은 각각의 솔레노이드밸브를 제어한다.
도 15를 참고할 때, 기관의 정상작동모드에서 흡기밸브 및 배기밸브의 개방행정은 도 15의 선도에서 실선으로 도시되고, 여러 가지 크랭크각에서 흡기밸브 및 배기밸브의 변위가 도시된다. 기관의 정상작동싸이클에서 각도 0°은 폭발행정에 해당하고, 피스톤은 실린더내에서 상사점(TDC)에 위치한다. 상사점으로부터 개시하여, 폭발, 배기, 흡기 및 압축의 4단계들이 각범위 0°-180° 180°-360°, 360°-540° 및 540°-720°내에서 연속적으로 발생한다. 도 15를 참고할 때, 기관작동에 관한 종래기술의 싸이클에 따라 사실상 흡기 및 배기단계동안, 개방하도록 흡기밸브 및 배기밸브가 구동된다. 상기 흡기밸브 및 배기밸브를 개방하는 종래기술의 모드는 도 7, 8의 각범위(F)내에서 각각의 캠(CI) 및 캠(CE)에 의해 제어되며, 전자제어수단에 의해 각각의 밸브들을 구동하도록 상기 캠들이 작동가능하다.
본 발명에 따르면, 제동효과를 구하기 위해 기관은 , 기관의 정상작동모드대신에 , 제 1 작동모드로서 작동할 수 있다. 특히 최대적재상태로 긴 하강경사로에서 장시간 제동될 때, 고하중 트럭의 제동과 관련한 문제는 중요하다. 본 발명에 따르면, 기관을 브레이크로서 작동할 필요가 있을 때, 전자제어수단은 각각의 솔레노이드밸브(15)를 밀폐상태로 유지하도록 제어하여 도 7, 8의 범위(B)내에서만 각각의 캠을 작동가능하게 한다. 상기 방법에 의해, 흡기밸브 및 배기밸브는 기관의 정상 작동싸이클에서 밸브의 개방을 정상적으로 제어하는 캠의 프로파일 부분을 감지하지 못하는 반면에, 도 9를 참고할 때, 밸브들의 다른 작동모드를 형성하는 또 다른 프로파일 부분들이 상기 밸브들에 의해 감지된다. 도 15와 유사한 도 9의 선도를 참고할 때, 흡기밸브 및 배기밸브의 개방행정들이 브레이크로서 작동하는 기관의 작동모드에서 수정되는 방법을 도시한다. 상기 작동모드에서, 실린더내부에 위치한 피스톤이 하사점으로부터 상사점까지 매 상승행정하는 동안, 흡기밸브 및 배기밸브는 밀폐상태로 유지되어서 상기 단계동안 기관은 압축기로서 작동하고 동력을 흡수한다. 그러나 피스톤의 매 상승행정의 마지막에, 배기밸브는 개방되어 (도 9의 부분(a)), 실린더내부의 최대압력이 정해진 값을 초과하지 못한다. 그 결과 이어지는 하강행정동안 압축공기가 이전에 흡수한 모든 동력을 원래 상태로 돌려주는 것을 방지하고,만약 스프링으로서 작동하도록 실린더내부의 공기체적이 항상 일정하게 유지되면, 제동효과는 제공되지 못한다. 피스톤의 매 행정의 제 1부분( 도 9의 부분(b))에서 배기밸브가 개방상태로 유지되어, 피스톤의 하강행정동안, 배기매니폴드로부터 실린더내부로 일부공기가 유입된다. 따라서 터보과급기의 효율을 높게 유지하는 터보과급기의 터빈을 통해 유동하는 공기가 감소된다. 실제로 상기 제동모드에서, 2 행정싸이클이 구해지고, 상사점(TDC)을 향해 피스톤이 상승행정할 때마다 능동압축행정 및 피스톤이 하강행정할때마다 실린더를 완전히 충진하는 흡기단계가 상기 2행정싸이클을 형성한다. 상기 방법( 실린더내부에 연료가 주입되지 않는 제동모드)에 의해 터보과급기의 압축기를 통과하는 공기유동은 기관의 정상연소작동싸이클 중에 상기 압축기로 공급되는 공기유동에 대해 두 배가 된다. 그 결과 실린더내부에 흡기 공기를 불충분하게 압축하면서 터보과급기의 효율이 급격히 떨어진다. 배기관으로부터 공기를 흡입함으로써 상기 문제점이 해결된다. 도면을 참고할 때, 실린더내부에서 피스톤의 하강행정의 제 2 부분에서 실린더를 공기로 충진하도록 흡기밸브가 개방되고 다음 압축단계를 준비하도록 양쪽 밸브들이 밀폐되는 동안 상사점을 향해 피스톤이 상승운동한다. 상기 설명과 같이 , 전자제어수단이 소요 작동모드에 따라 상기 프로파일 부분들을 작동 및 비작동상태로 만들도록 가변밸브작동시스템의 솔레노이드밸브를 제어할 때, 기관의 캠들은 제동모드뿐만 아니라 기관의 정상작동모드에서 밸브들의 개방을 제어하기에 적합한 프로파일 부분을 가지므로 기관의 상기 제동모드는 용이하게 구해진다.
도 9를 참고할 때, 정확성을 증가시키기 위한 계산치로서 밸브의 이론적 개방행정이 실선으로 도시되고, 캠과 밸브사이의 오일로 인한 실제 개방행정이 점선으로 도시된다.
도 10, 11, 12를 참고할 때, 제동모드에서 기관의 작동이 도시된다. 도 10은 2400rpm의 속도에서 실린더내부의 압력을 나타낸다. 도 9에 도시된 단계(a)동안 배기밸브가 개방되기 때문에, 실린더내부의 최대압력은 상사점이 아니라 상사점 바로 전에서 도달한다.
도 11은 흡기매니폴드, 배기매니폴드 및 실린더내부의 압력을 도시한 선도이다. 끝으로 도 12는 제동시, 흡기밸브 및 배기밸브를 통과하는 질량 유동율을 도시한 선도이다. 도 9에서 배기밸브가 개방되어 있고 피스톤이 상사점에 근접해 있을 때, 피스톤 및 배기밸브사이에서 간섭이 존재하지 않는 것을 도시하기 위하여, 실린더내부의 피스톤의 변위가 도시된다.
도 13은 제동모드에서 흡기밸브 및 배기밸브의 개방이 기관속도에 따라 변화하는 것을 도시하고 도 9와 유사한 선도이다. 상기 선도는 서로 다른 기관속도에서 밸브의 서로 다른 개방행정들을 도시한다.
도 14에 있어서, 커틸(Curtill)싸이클이 구해지는 기관의 또 다른 작동모드가 도시된다. 상기 작동싸이클에 있어서, 종래기술의 싸이클에 해당하는 흡기밸브 및 배기밸브의 정상개방단계를 넘어, 도면에서 점선으로 도시한 것처럼 배기밸브가 추가로 개방되는 단계를 구할 수 있다. 상기 설명을 참고할 때, 흡기단계의 최종부분 및 압축단계의 제 1부분에서 배기밸브가 추가로 개방되기 때문에, 실린더를 더욱 양호하게 충진할 수 있다. 실제로 배기밸브가 추가로 개방되는 제 1부분(a)에서 신선한 공기의 일부가 흡기관으로부터 배기관까지 직접 유동하고, 제 2 부분(b)에서 배기 단계에 있는 다른 실린더들에 기인하여 배기매니폴드내부에 초과압력이 형성되므로, 배기관내부로 도입된 상기 공기는 상기 실린더내부로 되돌아간다. 본 발명을 따르는 기관에 있어서, 전자제어수단은 커틸싸이클에 따라, 배기밸브(E)를 추가로 개방하는 것이 유리한 일부 기관속도에서만 배기밸브(E)를 추가로 개방하고, 배기밸브를 추가로 개방하는 것이 치명적인 영향을 주는 속도에서는 배기밸브를 개방하기 않도록 각각의 솔레노이드밸브(15)를 제어할 수 있다.
도 15를 참고할 때, 기관의 정상싸이클에서 흡기밸브 및 배기밸브의 개방행정이 실선으로 도시되고, 소위 밀러(Miller)싸이클을 제공하는 또 다른 작동모드에서 흡기밸브의 개방행정 및, 소위 터보래그(turbo-lag)효과, 즉 과도상태에서 사용자의 요구에 응답하는 터보과급기의 관성을 감소시키는데 유용한 또 다른 작동모드에서 배기밸브의 행정이 점선으로 각각 도시된다. 특히, 첫 번째 경우에 압축비를 감소 또는 증가시키기 위하여 흡기밸브의 밀폐작용이 선행되거나 지연된다. ( 도 15에서 지연된다. ). 예를 들어, 흡기밸브의 밀폐작용이 지연된다면, 피스톤이 하사점으로 부터 상승될 때, 압축과정이 개시되므로 압축비가 감소된다. 상기 방법에 의하여, 도달온도는 감소되고, 그 결과 배기가스의 NOX는 감소된다. 반대 경우로서 압축비가 증가되면, 압축공기가 증가되고, 그 결과 냉온에서 기관을 시동하는 작업이 유리해진다.
도 15의 좌측에서 점선으로 도시한 선도에 해당하고 터보래그(turbo-lag) 효과를 감소시키는데 적합한 작동모드대신에, 과도상태에서 터보과급기의 관성에 기인한 치명적인 효과를 감소시키고, 배기가스가 보다 큰 엔탈피를 가지도록, 배기밸브의 개방이 선행되고 증가된다.
따라서 상기 상세한 설명으로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 의하면, 가변밸브작동장치를 구비하고, 배기가스로 작동되는 터보과급기에 의해 과급되는 트럭용 디젤기관이 제공되고 기관의 정상 작동싸이클에서 정상적인 개방단계동안 뿐만 아니라 상기 싸이클의 추가단계동안에도 흡기밸브 및 배기밸브를 제어하는 캠이 밸브 등을 제어할 수 있도록, 상기 캠들이 프로파일을 가져서, 기관의 사용조건에 따라 선택될 수 있는 기관의 여러 가지 작동모드를 제공하도록, 가변밸브작동시스템의 일부를 구성하는 전자제어수단이 캠 프로파일의 해당 부분을 작동 또는 비작동상태로 만든다. 사용자의 요구가 있을 때, 제동모드인 경우 또는 기관의 작동상태에 따라, 상기 전자제어수단이 자동으로 다양한 작동모드를 선택할 수 있도록 배열된다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 기관의 제동모드가 제공되어 간단한 수단에 의해서 그리고 기관속도에 따라 변화할 수 있도록 차량을 효과적으로 제동한다.
본 발명의 원리를 동일하게 유지하면서, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 실시예에 의해 설명 및 도시된 것에 대해 구성의 세부사항 및 실시예가 폭넓게 변화될 수 있다.
본 발명을 따르는 기관의 캠 구조가 첨부도면에서 예를 들어, 도시한 구조와 다르게 구성될 수 있다. 유압태핏을 제어하기 위한 장치의 구조 및 배열도 상이할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기관의 정상작동싸이클이외에 제동모드를 제공하도록 캠을 설계해야 한다. 상기 설명과 같이, 또 다른 모드를 제공하기에 적합한 캠을 제공하는 것이 선호되지만, 상기 설명의 모드들과 상이한 또 다른 작동모드를 제공할 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따라, 터보과급기에 의해 과급되는 트럭용 다기통 디젤기관을 제공하여 간단한 수단에 의해 차량제동, 유해물질 배출감소, 저온에서 용이한 시동, 터보래그효과의 감소, 내부배기가스재순환과 같은 여러 가지 요구에 적합한 서로 다른 작동모드에 따라 작동할 수 있다.
물론 본 발명은 과급되지 않는 기관에도 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 각각의 실린더를 위한 한 개이상의 흡기밸브(I) 및 한 개이상의 배기밸브(E)로 구성되고, 각각의 흡기관 및 배기관을 제어하기 위하여 상기 밸브들을 밀폐위치로 편향시키는 각각의 스프링(4)이 각각의 흡기밸브 및 배기밸브에 제공되며,
    기관실린더들의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)를 각각의 태핏(7)들에 의해 작동시키기 위한 캠축(10)이 구성되고, 상기 캠축(10)의 캠(CICE)에 의해 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)가 구동되고,
    가압유체의 압력챔버(6)를 포함하는 유압수단을 삽입하여 각각의 상기 태핏(7)들이 상기 스프링(4)의 작용에 대해 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)를 구동하고,
    각각의 태핏(7)으로부터 상기 밸브를 분리하고, 스프링(4)의 작용에 의해 상기 밸브가 신속하게 밀폐되도록, 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)와 연결된 압력챔버(6)가 솔레노이드밸브(15)를 통해 도관(12)에 연결되며,
    기관작동과 관련한 한 개이상의 변수들의 함수로서, 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)의 개방시간 및 행정을 변화시키도록 각각의 솔레노이드밸브(15)를 제어하는 전자제어수단이 구성되는 다중실린더의 디젤기관에 있어서,
    각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)가 제어되어, 기관작동의 정상 싸이클중 종래 개방단계뿐만 아니라 상기 정상싸이클의 일부 추가단계동안에도 개방되는 프로파일이 캠축(10)의 각 캠에 형성되고,
    서로 다른 작동모드들에 따라 선택적으로 상기 기관이 상기 솔레노이드밸브(15)에 의해 작동될 수 있도록, 상기 종래기술의 단계 또는 각각의 캠이 상기 흡기밸브(I) 또는 배기밸브(E)를 개방시키려고 하는 상기 추가단계동안, 각각의 흡기밸브(I) 또는 배기밸브(E)를 밀폐상태로 유지하도록 상기 전자제어수단이 각각의 솔레노이드밸브(15)를 개방시키며,
    제동효과를 구하도록 피스톤의 상향행정마다 흡수된 동력을 이용하기 위하여, 각각의 피스톤이 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)까지 매 상향행정하는 동안, 각각의 실린더의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)가 밀폐상태를 유지하도록 각각의 솔레노이드밸브(15)가 제어되고, 실린더들내부에 연료가 주입되지 않을 때 상기 전자제어수단은 기관을 브레이크로서 작동시키는 모드를 제공하고, 또한 상기 피스톤이 상사점(TDC)에 도달하기 바로 전에 각각의 솔레노이드밸브(15)를 밀폐하면, 각각의 캠(CE)의 작용에 기인하여, 각각의 배기밸브(E)가 개방할 수 있도록 상기 전자제어수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 다중실린더의 디젤기관.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 배기가스에 의해 작동되는 터보과급기에 의해 상기기관이 과급되고, 기관의 상기 제동모드에서, 터보과급기로 공급되는 공기유동을 감소시키기 위해, 배기관으로부터 실린더내부로 공기를 흡기하도록 피스톤이 상사점으로부터 하향행정하는 제 1 부분동안 배기밸브(E)가 개방상태로 고정되는 것을 특징으로 하는 다중실린더의 디젤기관.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제동모드에서 피스톤이 하사점을 향해 하향행정하는 최종부분동안 흡기밸브(I)가 개방상태로 고정되는 것을 특징으로 하는 다중실린더의 디젤기관.
  5. 각각의 실린더를 위한 한 개이상의 흡기밸브(I) 및 한 개이상의 배기밸브(E)로 구성되고, 각각의 흡기관 및 배기관을 제어하기 위하여 상기 밸브들을 밀폐위치로 편향시키는 각각의 스프링(4)이 각각의 흡기밸브 및 배기밸브에 제공되며,
    기관실린더들의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)를 각각의 태핏(7)들에 의해 작동시키기 위한 캠축(10)이 구성되고, 상기 캠축(10)의 캠(CICE)에 의해 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)가 구동되고,
    가압유체의 압력챔버(6)를 포함하는 유압수단을 삽입하여 각각의 상기 태핏(7)들이 상기 스프링(4)의 작용에 대해 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)를 구동하고,
    각각의 태핏(7)으로부터 상기 밸브를 분리하고, 스프링(4)의 작용에 의해 상기 밸브가 신속하게 밀폐되도록, 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)와 연결된 압력챔버(6)가 솔레노이드밸브(15)를 통해 도관(12)에 연결되며,
    기관작동과 관련한 한 개이상의 변수들의 함수로서, 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)의 개방시간 및 행정을 변화시키도록 각각의 솔레노이드밸브(15)를 제어하는 전자제어수단이 구성되는 다중실린더의 디젤기관에 있어서,
    각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)가 제어되어, 기관작동의 정상 싸이클중 종래 개방단계뿐만 아니라 상기 정상싸이클의 일부 추가단계동안에도 개방되는 프로파일이 캠축(10)의 각 캠에 형성되고,
    서로 다른 작동모드들에 따라 선택적으로 상기 기관이 상기 솔레노이드밸브(15)에 의해 작동될 수 있도록, 상기 종래기술의 단계 또는 각각의 캠이 상기 흡기밸브(I)또는 배기밸브(E)를 개방시키려고 하는 상기 추가단계동안, 각각의 흡기밸브(I) 또는 배기밸브(E)를 밀폐상태로 유지하도록 상기 전자제어수단이 각각의 솔레노이드밸브(15)를 개방시키며,
    커틸싸이클을 제공하기 위해 흡기단계의 최종부분동안 배기밸브(E)가 추가로 개방되도록, 각각의 배기밸브(E)를 제어하는 캠(CE)의 프로파일이 구성되고, 정해진 기관속도에서 배기밸브(E)가 추가로 개방되지 못하도록, 상기 전자제어수단이 상기 캠을 작동불가능하게 만드는 것을 특징으로 하는 다중실린더의 디젤기관.
  6. 삭제
  7. 각각의 실린더를 위한 한 개이상의 흡기밸브(I) 및 한 개이상의 배기밸브(E)로 구성되고, 각각의 흡기관 및 배기관을 제어하기 위하여 상기 밸브들을 밀폐위치로 편향시키는 각각의 스프링(4)이 각각의 흡기밸브 및 배기밸브에 제공되며,
    기관실린더들의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)를 각각의 태핏(7)들에 의해 작동시키기 위한 캠축(10)이 구성되고, 상기 캠축(10)의 캠(CICE)에 의해 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)가 구동되고,
    가압유체의 압력챔버(6)를 포함하는 유압수단을 삽입하여 각각의 상기 태핏(7)들이 상기 스프링(4)의 작용에 대해 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)를 구동하고,
    각각의 태핏(7)으로부터 상기 밸브를 분리하고, 스프링(4)의 작용에 의해 상기 밸브가 신속하게 밀폐되도록, 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)와 연결된 압력챔버(6)가 솔레노이드밸브(15)를 통해 도관(12)에 연결되며,
    기관작동과 관련한 한 개이상의 변수들의 함수로서, 각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)의 개방시간 및 행정을 변화시키도록 각각의 솔레노이드밸브(15)를 제어하는 전자제어수단이 구성되는 다중실린더의 디젤기관에 있어서,
    각각의 흡기밸브(I) 및 배기밸브(E)가 제어되어, 기관작동의 정상 싸이클중 종래 개방단계뿐만 아니라 상기 정상싸이클의 일부 추가단계동안에도 개방되는 프로파일이 캠축(10)의 각 캠에 형성되고,
    서로 다른 작동모드들에 따라 선택적으로 상기 기관이 상기 솔레노이드밸브(15)에 의해 작동될 수 있도록, 상기 종래기술의 단계 또는 각각의 캠이 상기 흡기밸브(I)또는 배기밸브(E)를 개방시키려고 하는 상기 추가단계동안, 각각의 흡기밸브(I) 또는 배기밸브(E)를 밀폐상태로 유지하도록 상기 전자제어수단이 각각의 솔레노이드밸브(15)를 개방시키며,
    터보-래그 효과를 감소시키도록 기관의 정규작동싸이클에 대해 상기 전자제어수단이 배기밸브(E)의 개방타이밍을 선행시키는 것을 특징으로하는 다중실린더의 디젤기관.
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