KR101010393B1 - 압력 펄스 발생 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력 펄스 발생 장치에 관한 것으로, 상기 장치는, 압력 유체 공급부(7)와 압력 유체 수용부(8), 압력 유체 회로(2), 챔버(4) 내에 변위가능하게 배치된 밸브체(3), 상기 밸브체(3)의 대향하는 양측으로 이어지는 상기 회로(2)의 제1 분기관(18) 및 제2 분기관(19)을 포함하고, 상기 챔버(4)는 밸브체(3)의 일측에 개구(21)를 가지며, 상기 개구(21)는 제1 분기관(18)과 연통하고 압력 유체가 챔버(4) 밖으로 유동할 수 있게 하며, 상기 밸브체(3)는 분기관(18, 19)내 압력 유체의 작용 하에, 개구(21)를 폐쇄하는 제1 위치와 개구(21)를 압력 유체의 유출을 위해 개방시키는 제2 위치로 변위될 수 있다. 상기 장치는 상기 챔버(4) 상류의 제2 분기관(19)을 통한 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 개방 또는 차단하도록 배치되는 제1 밸브 부재(9, 10)를 포함한다.
압력 유체 공급부, 압력 유체 수용부, 압력 유체 회로, 밸브체, 분기관, 개구, 챔버

Description

압력 펄스 발생 방법 및 장치{A METHOD AND DEVICE FOR PRESSURE PULSE GENERATION}
본원은 압력 펄스 발생기에서의 압력 유체 유동을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본원은 청구항 1의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 압력 펄스를 발생하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 독립 청구항 12의 전제부에 따른 장치에 관한 것이다.
본 발명은 압력 펄스가 발생되어야 하는 모든 형태의 기술 분야에 적용될 수 있다. 특히 본 발명은 펄스가 발생될 수 있는 속도와 개별 펄스의 시간 주기에 대한 요구조건이 높은 적용예에 적용될 수 있다.
내연 기관은, 캠샤프트에 의해 흡입, 배출 또는 연료분사 밸브로 종래의 엔진의 피스톤 운동을 전달함으로써 상기 밸브들의 움직임을 작동 및 제어하는 대신에, 내연 기관의 밸브들의 움직임을 제어 및 실행시키기 위해 압력 펄스가 사용될 수 있는 분야를 형성한다. 본 발명은 또한 연소 기관 실린더에서 가변 압축을 달성하도록 배치된 피스톤을 제어 및 작동시키기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 연소 기관의 연소실의 흡입 또는 배출 밸브의 제어 및 작동을 위해 사용되는 적용을 참조하여 예시적으로 비제한적 목적으로 기술될 것이다.
많은 세월 동안 피스톤 연소 기관의 설계자들은 엔진 작동 중에 밸브 타이밍을 변화시킬 수 있음에 대한 필요성을 느껴왔는 바, 이것이 예를 들면 연료 절감 및 방출과 관련하여 상당한 장점을 가져올 것이기 때문이다.
그러므로, 엔진 밸브를 개폐시키기 위한 종래의 캠샤프트 시스템을 엔진 밸브의 제어 및 작동을 위한 전자기학의 사용에 기초한 시스템으로 대체하기 위한 광범위한 노력이 이루어졌다. 그러한 해결책의 단점은, 밸브가 작동될 수 있는 속도에 대한 고도의 요건이 결국에는 사용되는 전자석에 대한 고도의 요건으로 귀결된다는 것이다. 각각의 전자석이 움직여야 하는 질량은 밸브의 질량에 상응한다. 밸브는 하나 이상의 전자석의 작용에 의해 변위되기 위해서는 적절한 자기 물질을 포함해야 하며, 그러한 물질은 종래의 밸브의 질량의 증가에 기여한다. 그 결과 자기적 관점에서의 밸브의 개선은 중량의 증가를 가져올 것이고 이는 결국 보다 크고 보다 강력한 전자석을 요구하게 되는 악순환이 있게 된다. 따라서, 이런 식으로, 엔진의 밸브의 충분히 신속한 제어 및 작동을 달성하기 위한 경제적으로 그리고 실용적으로 양호한 해결책을 얻기란 어려울 것이다. 더욱이, 전자석은 자화 및 탈자화(demagnetising)에 특정한 시간을 요하는 것으로 잘 알려져 있다.
또한 유압기술에 의해 엔진 밸브의 요구되는 운동을 얻기 위한 노력도 있어왔다. 오늘날, 그러한 시스템은 누구보다도 차량 제조업자에 의해 테스트된다. 이 경우에 압력 유체, 여기에서는 유압 액체(hydraulic liquid)가 엔진 밸브 운동을 달성하기 위해 사용된다. 따라서, 사용되는 압력 펄스 발생기는 신속하고 아주 정확하게 밸브 운동을 유도하는 압력 펄스를 송출하는 능력을 가질 것이 요구된다. 본원의 발명자는 오늘날 2행정 및 특히 4행정 연소 기관에 사용되는 엔진의 분당 회전수에서 밸브 제어에 만족스럽게 대처하도록 요구되는 성능을 갖는 종래의 어떠한 압력 펄스 발생기도 알고 있지 못하다. 그러한 압력 펄스 발생기의 달성에 대한 장애는, 그러한 압력 펄스 발생기에서 요구되는 단일 또는 다수의 밸브의 충분히 신속한 개폐 운동을 달성하는 것의 어려움일 것이다. 여기에서 언급되어야 할 것은, 밸브들은 종종 현대의 2행정 엔진 구조에서 포트로 대체되지만 본 발명은 2행정 엔진에서의 밸브 기술을 4행정 엔진의 밸브 기술에 대응하는 방식으로 사용할 수 있다는 것이다.
본 명세서에서 또한 언급되어야 할 것은, 문제가 될 수 있는 압력 펄스 발생기는 연소 기관 적용에 있어서 콤팩트해야 하며 작은 공간만을 차지해야 한다는 것이다.
본 발명의 한 가지 목적은 매우 높은 주파수 및 정확도로 압력 유체 펄스를 발생할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
다른 목적은, 압력 유체를 최대한 사용하여, 즉 압력 유체 회로에서의 압력 유체 손실이 일체 없이 높은 주파수로 정확하게 압력 펄스를 송출할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은, 가능한 한 작은 수의 복잡하지 않은 부품으로, 특히 가능한 한 작은 수의 전자석으로 높은 주파수로 정확하게 압력 펄스를 발생할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은, (연료 또는 워터용의) 개별적인 흡입, 배출 및 분사 밸브를 제어 및 작동하기 위한 연소 기관에 적용될 수 있는 압력 펄스 발생 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 연소 기관에서 가변 압축비를 달성하기 위한 피스톤용 구동 장치로서 작용할 수도 있을 것이다.
또 다른 목적은, 본 발명의 방법에 따라 작동하는 본 발명의 장치에 의해 그 밸브가 제어되는 연소 기관에서 2행정 작동에서 4행정 작동으로 및 그 역으로의 이행(transition)을 위한 조건을 생성하거나 실제로 이를 가능하게 하는 압력 펄스 발생 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 주 목적은 청구항 1의 특징부에서 한정되는 특징을 갖는 서두에 기술된 방법과, 청구항 12의 특징부에서 한정되는 특징을 갖는 서두에 기술된 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 목적의 달성에 기여하는 방법의 바람직한 실시예는 종속 청구항 2 내지 11에서 한정된다.
본 발명의 목적의 달성에 기여하는 장치의 바람직한 실시예는 종속 청구항 13 내지 25에서 한정된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치의 추가적인 특징 및 장점들은 하기의 상세한 설명으로부터 나타날 것이다.
본 발명은 이제 첨부도면을 참조하여 예시적으로 기술될 것이다.
도1은 시작 위치에 있는 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예를 도시하는 개략 단면도이다.
도2는 제1 단계 중에 있는 도1에 대응하는 장치의 개략 단면도이다.
도3은 제1 단계의 종료 시점의 도1 및 도2에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도4는 지속적인 동작 중에 있는 도1 내지 도3에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도5는 제2 단계 도중의 도1 내지 도4에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도6은 본 발명의 장치의 회로의 일부의 변형예의 도시도이다.
도7은 도6에 도시된 회로를 구비한 제1 단계에서의 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예의 도시도이다.
도8은 제2 단계에서의 도7에 따른 장치의 도시도이다.
도9는 제1 단계에서의 본 발명에 따른 장치의 제3 실시예의 도시도이다.
도10은 제2 단계에서의 도9에 따른 장치의 도시도이다.
도1은 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예의 도시도로서, 상기 장치는 도면부호 1로 지칭되며, 압력 유체 회로(2), 제1 챔버(4)에 배치되는 제1 밸브체(3), 제2 챔버(6)에 배치되는 제2 밸브체(5), 압력 유체 공급부(7, pressure fluid source), 압력 유체 수용부(depression)(8), 전자석(9)과 이 전자석에 의해 구동되는 제3 밸브체(10)를 구비하는 제1 밸브, 및 제2 전자석(11)과 이 제2 전자석에 의해 구동되는 제4 밸브체(12)를 구비하는 제2 밸브를 포함한다.
또한, 상기 장치는 실린더(13), 및 실린더 내부에 변위가능하게 배치되는 액추에이터 피스톤(14)을 포함한다. 압력 유체 회로(2)는 피스톤(14)의 일측과 연통하며, 피스톤의 일측에 압력 유체 펄스를 송출하여 피스톤을 변위시키도록 배열된다. 피스톤(14)은 밸브 샤프트(16)를 거쳐서 밸브(17)와 연소 기관의 연소실에 연결된다. 그러나 상기 밸브(17)는 또한 연소 기관의 연소실에 연료를 분사하기 위한 밸브일 수 있으며, 또는 가변 압축비를 달성하도록 연소실과 연결되는 실린더의 피스톤과 연결되거나 연소실에 연결되는 실린더의 피스톤을 형성할 수 있고, 연소 기관의 실린더에 관한 밸브 및 가변 압축 피스톤 각각의 위치는 압력 유체 펄스에 의해 제어된다.
압력 유체는 바람직하게는 기체상이며, 보다 바람직하게는 공기나 이산화탄소로 구성된다. 상기 언급된 적용에서, 압력 유체 공급부(7)는 바람직하게는 연관 탱크를 구비한 압축기이거나, 연소 기관에 유일하게(exclusively) 연관된 압력 탱크이며, 압력 유체 수용부는 압축기에 의해 발생되는 공기 압력보다 낮거나 압력 탱크에 존재하는 압력보다 낮은 압력을 갖는 임의의 장소이다.
압력 유체 회로(2)는, 압력 유체 공급부(7)로부터 분기되고 제1 챔버(4)내의 제1 밸브체(3)의 대향하는 양측으로 연장되는 제1 분기관(branch)(18) 및 제2 분기관(19)을 포함한다. 제1 챔버(4)내의 제1 밸브체(3)의 양측중 일측으로부터 도관(20)이 압력 유체 수용부로 이어지며, 제1 밸브체(3)의 타측에는 개구(21)가 존재하는 바, 이 개구의 둘레는 밸브체(3)용 시트를 형성하고, 상기 압력 유체 회로(2)의 고압측 또는 제1 챔버는 개구(21)를 통해서 실린더 챔버(15)와 연통될 수 있다. 제1 분기관은, 개구(21)가 배치되는 제1 밸브체(3)측 상의 제1 챔버(4)와 연통된 다.
도시된 실시예에서, 제1 챔버(4)는 제1 분기관을 통해서 압력 유체 공급부(7) 및 분기관(18)과 항상 연통되고 있다.
상기 장치(1)는, 압력 유체 수용부(8)와 압력 유체 공급부(7)로부터 각각 분기되고 제2 챔버(6)내의 제2 밸브체(5)의 대향하는 양측으로 연장되는 제3 분기관(22) 및 제4 분기관(23)을 또한 포함한다. 압력 유체 수용부(8)로부터 제2 챔버(6)내의 제2 밸브체(5)의 일측으로 제5 분기관(24)이 연장되며, 제2 밸브체(5)의 타측에는 개구가 존재하는 바, 이 개구의 둘레는 밸브체(5)용 시트를 형성하고, 상기 압력 유체 회로(2)의 저압측 또는 제2 챔버는 개구(25)를 통해서 실린더 챔버(15)와 연통될 수 있다.
상기 제3 분기관은 개구(25)가 위치된 제2 밸브체(5)측에서 제2 챔버(6)와 연통한다. 밸브체(3, 5)가 개구의 둘레에 얹혀, 즉 개구(21, 25) 주위의 영역 또는 에지에 얹혀 개구를 폐쇄할 때, 압력 유체 회로의 압력 유체가 일 방향으로, 여기에서는 폐쇄 방향으로 작용하는 밸브체(3, 5)의 면적은 압력 유체가 반대 방향으로 작용하는 챔버(4, 6)내의 반대 면적보다 크다. 더욱이, 개구(21, 25)를 커버하는 표면은 각각의 개별 밸브체의 처음 언급된 면적보다 작다. 상기 밸브체(3, 5)는 디스크 밸브로서 설계된다.
도시된 실시예에서, 제2 챔버(6)는 제3 분기관(22)을 거쳐서 압력 유체 수용부(8)와 항상 연통되어 있다.
상기 장치는, 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 개방/차단 하기 위한 제1 전기 작동형 밸브 부재, 및 도관을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 수용부 사이의 연통을 개방/차단하기 위한 제2 전기 작동형 밸브 부재를 포함한다. 상기 제1 및 제2 밸브 부재는 제1 전자석(9) 및 이 전자석에 의해 구동되는 밸브체(10)에 의해 형성되며, 상기 밸브체는 감압된(decompressed) 슬라이드 밸브를 형성한다. 상기 제1 밸브 부재는, 제2 밸브 부재가 폐쇄될 때 개방되도록 배치되며, 그 역의 경우도 마찬가지이다. 이는, 전자석이 작동되는 경우에 도관(20) 및 제2 분기관(19)중 어느 하나의 (정중장이 요구되지 않지만 바람직한) 전방으로 변위되며 전자석(9)이 작동중지(deactivate)되는 경우에 도관(20) 및 제2 분기관(19)중 다른 하나의 전방 위치로 변위되는 적어도 하나의 채널 또는 통로(도시되지 않음)를 밸브체(10)가 구비함에 따라 달성된다.
상기 장치는, 전자석(9)이 작동중지될 때 제3 밸브체(10)를 변위시키기 위한 스프링 요소(26)를 포함한다. 이는 차후 보다 상세히 설명될 것이다.
도6 내지 도10에 도시된 변형예에 따르면, 장치는 제2 전자석(11) 및 제2 전자석에 연관된 밸브체(12)에 의해 형성되는 제3 밸브 부재를 포함하며, 상기 제3 밸브 부재는 도관(20)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 수용부(8) 사이의 연통을 개방/차단하도록 배치된다. 이 경우, 제3 밸브 부재는 제2 밸브 부재의 상류측에 위치된다. 제3 밸브 부재는, 제2 전자석(11)이 작동되는 경우에 도관(20)에서의 연통을 위해 개방되며, 제2 전자석이 작동중지되는 경우에 연통을 차단한다.
개시된 모든 실시예에 따르면, 상기 장치는 제2 전자석(11) 및 그것에 연관된 밸브체(12)에 의해 형성되는 제4 밸브 부재를 추가로 포함하며, 상기 제4 밸브 부재는 제4 분기관(23)을 통한 압력 유체 공급부(7)와 제2 챔버(6) 사이의 연통을 개방/차단하도록 배치된다. 또한, 상기 장치는 제2 전자석(11) 및 그것에 연관된 밸브체(12)에 의해 형성되는 제5 밸브 부재를 포함하며, 상기 제5 밸브 부재는 제2 챔버(6)와 압력 유체 수용부(8) 사이의 연통을 개방/차단하도록 배치된다. 상기 제4 밸브 부재는 제5 밸브 부재가 차단될 때 개방되도록 배치되며 그 역의 경우도 마찬가지이다. 이러한 것은, 제2 전자석(11)이 작동되는 경우에 제4 분기관(23) 및 제5 분기관(24)중 어느 하나와 반대되는 위치로 변위되며 제2 전자석(11)이 작동중지되는 경우에 제4 분기관(23) 및 제5 분기관(24)중 다른 하나와 반대되는 위치로 변위되는 적어도 하나의 채널 또는 개구를 밸브체(12)가 구비함으로써 달성된다.
도7 내지 도10에 따른 실시예에서, 제3 밸브 부재는, 제4 밸브 부재가 제4 분기관(23)을 통한 압력 유체 공급부(7)와 제2 챔버(6) 사이의 연통을 개방할 때, 즉 제4 밸브 부재가 제5 분기관(24)을 통한 압력 유체 수용부(8)와 제2 챔버 사이의 연통을 폐쇄할 때, 도관(20) 내에서 개방되도록 배치된다.
상기 장치는, 제2 전자석(11)이 작동중지될 때 제4 밸브체(12)를 변위시키기 위한 스프링 요소(27)를 포함한다. 이는 차후 보다 상세히 설명될 것이다.
도9 및 도10에 도시된 제3 실시예에서, 장치는 제6 분기관(28)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 가능하게 하거나 차단할 목적으로, 제6 분기관(28) 및 제6 밸브 부재를 포함하며, 상기 제6 분기관(28)을 통해서 제1 챔버(4)가 압력 유체 공급부(7)와 연통하게 되고, 상기 제6 밸브 부재는 제2 전자석(11) 및 그것에 연관된 밸브체(12)에 의해 형성된다. 제6 밸브 부재는, 제5 밸브 부재가 개방될 때, 즉 제4 밸브 부재가 폐쇄될 때, 개방되도록 배치된다. 즉, 제1 챔버(4)는 제2 분기관(19)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통이 차단되거나 차단되고 있을 때 제6 분기관(28)을 통해서 압력 유체 공급부(7)와 연통될 수 있게 되며, 제6 분기관(28)을 통한 연통은 제1 챔버(4)가 제1 단계 중에 상기 도관(20)을 통해서 압력 유체 수용부(8)와 연통될 수 있게 되는 때 차단된다.
또한, 상기 장치는 액추에이터 피스톤(16) 또는 그것에 연결된 임의의 부품의 위치를 기록하는, 예를 들면 광학 또는 유도 센서와 같은 센서(29)를 포함한다. 상기 센서(29)는, 센서로부터의 신호에 기초하여 제1 및 제2 전자석(9, 11)을 작동 또는 작동중지시키는 제어 유닛(도시되지 않음)과 작동 연결되어 있다. 또한, 상기 장치는 밸브 액추에이터가 연관되어 있는 연소 기관의 실린더의 위치를 감지하기 위한 센서(도시되지 않음)를 포함한다. 이 센서와도 작동 연결되어 있는 상기 제어 유닛은 이후 이 센서로부터의 정보에 기초하여 전자석(9, 11)을 제어하도록 배치될 수 있다.
전술했듯이, 상기 장치는, 전자석(9, 11)이 작동중지되었을 때, 즉 밸브체(10, 12)가 느슨하게 될 때, 변위된 밸브체(10, 12)를 재변위시키도록 작용하는 스프링 요소(26, 27)를 포함한다. 이 경우에, 스프링 요소(26, 27)는 그것에 연관된 밸브체(10, 12)의 일 표면이 분기관 또는 도관을 통해서 이 경우는 압력 유체 공급부(7)와 계속(constantly) 연통할 수 있고 제2 반대 표면이 추가 분기관 또는 도관을 통해서 이 경우는 압력 유체 수용부(8)와 계속 연통할 수 있으므로 압력 유체에 의해 조절된다. 이 경우 상기 작동중지시에 고압측은 전자석에 반작용(counteract)하여 밸브체(10, 12)를 재변위시키도록 배치된다. 또한, 압력 유체 수용부가 대기압보다 높은 압력을 갖는다면(상기 표면들은 동일한 크기라고 가정함), 상기 표면들중 하나는 대기와 연통하고 다른 표면은 압력 유체 수용부와 연통 하는 것도 생각할 수 있다.
이미 언급된 구성요소들과는 별도로, 상기 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 유압식 브레이크 및 로킹 배열을 포함하는 바, 이는 예를 들면 연소 기관의 오일 펌프를 포함할 수 있는 압력 공급부(도시되지 않음)로부터 챔버(31)로 이어지는 도관(30)으로 구성되는 유압 회로를 포함하며, 액추에이터 피스톤(14)과 연결된 피스톤 샤프트(32)는 액추에이터 피스톤의 변위중에 바람직하게는 액추에이터 피스톤과 연관된 흡입 밸브(17)가 실린더 상부에 있는 흡입 밸브의 시트에 배치되는 홈 위치(home position)에 도달할 때 적어도 몇 번 상기 챔버 내에서 관통한다. 상기 장치는 밸브, 바람직하게는 비복귀 밸브(non return) 밸브(41)를 구비하며, 상기 비복귀 밸브는 유압 액체 도관(30)을 통한 액체 공급부와 챔버(31) 사이의 연통을 개방하고 반대방향으로 폐쇄한다. 또한, 하류 도관(33)이 존재하는 바, 이 도관을 통해서 챔버(31)는 유압 회로의 저압측(34), 예를 들면 연소 기관의 오일 팬과 연통할 수 있다.
상기 챔버(31)는 협착부(37, constriction)를 포함하고, 이 협착부를 통해서 피스톤 샤프트(32)가 이동하게 될 것이며, 상기 협착부(37) 또는 피스톤 샤프트는 그 사이에 슬롯이 생성되도록 배치되고, 상기 슬롯은 상기 이동중에 감소된다. 예를 들면, 이는 여기에서와 같이 피스톤 샤프트(32)의 단부가 원추형인 것에 의해 달성된다. 이런 식으로, 피스톤 운동이 계속될수록 챔버(31) 내에서 피스톤 샤프트(32)에 의해 밀려나는 액체가 그 제거를 위해 점점 작은 슬롯을 얻기 때문에 상기 방향으로 증가되는 제동 효과가 얻어진다. 제동 중에 가열되는 유압 액체는 따 라서 하류 도관(33)을 통해서 멀리 송출된다.
상기 장치는 하류 유압 액체 도관(33)을 통한 연통을 개방/차단하기 위한 작동가능한 밸브(35)를 포함한다. 상기 밸브(35)는 감압 슬레이브(slave) 밸브를 형성하며, 제7 분기관(36)을 통해서 제2 챔버(6)와 연결되거나, 또는 제2 챔버와 압력 유체 공급부 또는 압력 유체 수용부 사이에 각각 압력 유체 연통을 위해 잠시 개방되는 제4 분기관 및 제5 분기관과 연결된다. 제7 분기관(36) 내의 압력 유체는 밸브(35)를 그것이 폐쇄되는 위치 쪽으로 변위시키 위해 밸브(35)의 표면에 대해 작용한다. 반대 표면에는, 밸브를 그것이 폐쇄되는 위치, 즉 하류 도관(33)과의 연통을 차단하는 위치로 변위시키기 위한 대항력(counter force)이 존재하는 바, 이 대항력은 이 경우 하류 유압 액체 도관(33) 내의 유압 액체로 구성된다. 압력 유체 및 압력 액체에 의해 영향을 받는 표면의 압력 및 면적은 각각, 제7 분기관(36)이 압력 유체 수용부(8)와 연통할 때 슬레이브 밸브(35)가 도관(33)을 통해 연통되도록 개방되고 제7 분기관(36)이 압력 유체 공급부(7)와 연통할 때 슬레이브 밸브(35)가 상기 도관(33)을 폐쇄하도록 되어 있다.
또한, 도1 내지 도10을 참조하면, 도관(20) 및 제2 분기관(19)은 적어도 부분적으로 서로 평행하게 또는 나란하게 배치되어 있으며, 제4 분기관(23) 및 제5 분기관(24)은 적어도 부분적으로 서로 평행하게 또는 나란하게 배치되어 있고, 도관(20) 및 제5 분기관(24)은 적어도 부분적으로 서로 평행하게 또는 나란하게 배치되어 있다.
이제 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치의 사이클에 대해 주로 도1 내지 도5를 참조하여 설명한다.
도1에서 장치는 시작 위치에 있는 것으로 도시되어 있으며, 시작 위치에서 두 개의 전자석(9, 11) 및 그것에 연관된 밸브체(10, 12)는 작동중지되고 그로 인해 엔진 밸브(17)는 그 시트에 얹혀지는 그 홈 위치에 있게 된다. 압력 유체 공급부(7)는 제1 밸브체(3)의 양측에서 제1 챔버(4)와 연통하며, 개구(21)로부터 멀어 지는 밸브체(3) 측의 면적이 반대측의 면적보다 크기 때문에 밸브는 폐쇄된다. 마찬가지 방식으로, 압력 유체 수용부는 제2 밸브체(5)의 양측에서 제2 챔버(6)와 연통하며, 따라서 그것에 연관된 개구(25)를 폐쇄한다.
도2에서, 상기 장치는 문제의 연소 기관 실린더 내에서의 피스톤 위치에 대한 센서 측정에 기초한 제어 유닛으로부터의 명령을 따라서 제1 전자석(9)이 작동된 직후의 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 제1 전자석(9)이 작동된 결과, 제1 밸브체(10)는 제2 분기관을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 차단한다. 제1 분기관을 통해서 압력 유체가 제1 밸브체(3)에 가하는 압력은 밸브체가 개구(21)로부터 멀리 이동하게 만들며, 따라서 압력 유체가 챔버(15)내로 유동할 수 있고, 그로 인해 액추에이터 피스톤(14)과 밸브(17)는 홈 위치로부터 변위된다. 홈 위치로부터의 밸브의 변위는 종래와 같이 밸브 스프링(40)의 작용에 대항하여 이루어진다.
또한, 제2 전자석(11)이 작동됨으로써 제4 분기관(23)을 통한 압력 유체 공급부(7)와 제2 챔버(6) 사이의 연통이 가능해진다. 따라서, 제2 밸브체(5)는 그것에 연관된 개구(25)로부터 변위되는 것이 방지되며, 그 결과 유체가 챔버(15)로부터 상기 개구(25)를 통해서 유동하는 것이 방지될 수 있다.
도3에는 후속 단계가 도시되어 있는 바, 이 단계 중에 제1 전자석(9)은 작동중지되고 그것에 연관된 밸브체(10)는 스프링 요소(26)의 작용을 통해서 그 시작 위치로 재변위된다. 제1 밸브 부재는 제2 분기관(19)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 위해 다시 한번 개방되며, 그 결과 제1 챔버에 배치 되어 있는 제1 밸브체(3)는 제1 개구(21)를 폐쇄하는 위치로 재변위된다. 챔버(15)내의 압력 유체의 계속되는 팽창과 변위된 질량의 운동 에너지로 인해, 액추에이터 피스톤(14) 및 밸브(17)의 운동은 좀더 계속된다.
슬레이브 밸브(35)가 제7 분기관(36) 및 제4 분기관(23)을 통해서 압력 유체 공급부(7)와 연통됨으로써, 하류 도관(33)을 통한 유압 액체의 일체의 소기(evacuation)는 차단되지만 상류 도관(30)을 통한 유입은 허용되는 것에 주목해야 한다. 이 결과 유압 회로는, 밸브(17)가 그 원격 위치 또는 하사점에 도달할 때 슬레이브 밸브(35)가 다시 한번 그 개방 위치로 이동될 때까지 자물쇠(lock) 역할을 할 수 있다.
도4에는, 액추에이터 피스톤(14) 및 그것에 연관된 밸브(17)의 원격 위치 쪽으로의 계속되는 운동만이 도시되어 있으며, 상기 밸브는 제2 전자석이 작동중지되기 전에 일시적으로 로크될 수 있다.
도5에서 장치는 후속 단계, 즉 제2 전자석(11)이 작동중지되고 그것에 연관된 밸브체(12)가 관련 스프링 요소(27)의 작용을 통해서 제2 챔버(6)가 다시 한번 제5 분기관(24)을 통해 압력 유체 수용부(8)와 연통되는 위치로 변위된 후의 단계에 있는 것으로 도시되어 있다. 제2 챔버(6)에 배치된 밸브체(5)는 챔버(15)내 유체로부터의 압력에 의해 개구(25)로부터 멀리 변위되고, 압력 유체는, 액추에이터 피스톤(14) 및 그것에 연결된 밸브(17)가 홈 위치를 향해 변위되는 동안 챔버(15)로부터 제3 분기관(22)을 통해서 압력 유체 수용부(8)로 유출될 수 있다.
슬레이브 밸브(35)는 그 개방 위치로 변위되고, 따라서 이제 제7 분기관(36) 이 제5 분기관(24)을 통해서 압력 유체 수용부(8)와 연통되므로 밸브(17)를 더 이상 그 원격 위치에 로크시키지 않는다는 것에 주목해야 한다.
챔버(15)내의 압력이 밸브가 그 홈 위치에 도달하는 정도로 감소되었을 때, 제2 밸브체는 중력의 효과로 인해 폐쇄되며 및/또는 그 상측은 다시 한번 다음 사이클 이전에 압력 유체 공급부와 연통되게 된다. 따라서, 도1의 시작 위치로의 복귀가 이루어진다.
도면에 나타나 있듯이, 상기 밸브체(10, 12)의 각각은 본원의 내용에 따른 문제의 도관 및 분기관에서의 연통을 달성하기 위한 다수의 개구 또는 통로를 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
사용되는 전자석은 누름(pushing)형 또는 견인(pulling)형 자석일 수 있음이 이해되어야 한다.
상기 장치가 가변 압축비를 달성하기 위해 사용되는 경우, 밸브(17)는 그러한 장치에서의 대응 피스톤으로 교체되어야 한다. 이 피스톤은 이후 연소실과 직접 연통하는 실린더에 배치된다. 또한 상기 장치가 분사 밸브를 형성하는 경우, 밸브(17)는 피스톤으로 교체되어야 한다.
상기 장치는 또한 가스의 팽창용으로 사용될 수 있으며, 그에 따르면 생성되는 가스/공기 펄스는 에어 모터에 사용될 수 있으며, 일반적으로 가스 펄스를 기계적 운동으로 변환시키는데 사용될 수 있다.
본 발명의 특별한 장점은 압력 유체 회로(2)에서의 상기 도관 및 분기관의 개방/차단을 위해 최소 개수의 전자석 및 그에 연관된 밸브체를 사용한다는 점이 다. 따라서, 제2 분기관(19) 및 도관(20)을 그것에 연관된 밸브체(10)의 변위를 통해서 개방/폐쇄하기 위해 하나의 전자석(9)이 사용된다. 제4 및 제5 분기관(23, 24)과 도관(20) 및 제6 분기관(28)을 그것에 연관된 밸브체(12)의 변위를 통해서 개방/폐쇄하기 위해 추가 전자석(11)이 사용된다.

Claims (25)

  1. 제1 단부에서 압력 유체 공급부(7)와 연결되고 제2 단부에서 압력 유체 수용부(8)와 연결되는 압력 유체 회로(2)와,
    상기 회로(2)의 제1 분기관(18) 및 제2 분기관(19)을 포함하며,
    상기 분기관들은 압력 유체 공급부(7)로부터 제1 챔버(4)내에 변위가능하게 배치된 밸브체(3)의 대향하는 양측으로 이어지고,
    상기 제1 챔버(4)는 밸브체(3)의 일측에 개구(21)를 가지며, 상기 개구(21)는 제1 분기관(18)과 연통하고 압력 유체가 제1 챔버(4)로부터 유출될 수 있게 하며,
    분기관(18, 19)내 압력 유체의 작용하에, 상기 밸브체(3)는 개구(21)를 폐쇄하는 제1 위치로 또는 압력 유체의 유출을 위해 개구(21)를 개방시키는 제2 위치로 변위되는, 압력 펄스 발생기 내의 압력 유체 유동을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    제1 단계 중에, 개구(21)로부터 시작되는 압력 펄스를 달성하기 위해, 상기 밸브체는, 압력 유체 공급부(7)를 제1 분기관(18)을 통해서 상기 제1 챔버(4)와 연통시킴으로써 변위되고 동시에 제2 분기관(19)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통이 차단되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 단계 중에, 압력 유체 펄스를 차단하기 위해, 압력 유체 공급부(7)는 제2 분기관(19)을 통해서 제1 챔버(4)와 연통할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 챔버(4)는 도관(20)을 통해서 압력 유체 수용부(8)와 연결되고, 상기 제1 챔버(4)는 제1 단계 중에 도관(20)을 통해서 압력 유체 수용부(8)와 연통할 수 있게 되며, 제1 챔버(4)와 압력 유체 수용부(8) 사이의 연통은 제2 단계 중에 영구적으로 차단되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력 유체 회로는 회로(2)의 제3 분기관(22) 및 제4 분기관(23)을 포함하며, 상기 분기관들은 제2 챔버(6)내에 변위가능하게 배치된 제2 밸브체(5)의 대향하는 양측으로 이어지고,
    상기 제2 챔버(6)는 밸브체(5)의 일측에, 상기 제3 분기관(22)과 연통하는 개구(25)를 가지며, 개구(25)를 통해서 압력 유체는 제2 챔버(6)의 내외로 유동할 수 있고, 개구(25)에 의해 밸브체(5)는 분기관 내의 압력 유체의 작용 하에 변위를 통해서, 개구(25)를 폐쇄하는 제1 위치로 또는 개구(25)를 압력 유체의 유입 또는 유출을 위해 개방시키는 제2 위치로 변위되며,
    상기 제2 챔버(6)는 제1 단계 중에 제4 분기관(23)을 통해서 압력 유체 공급부(7)와 영구적으로 연통되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 제4 분기관(23)을 통한 제2 챔버(6)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통은 제2 단계 중에 또는 제2 단계와 연결될 때 그리고 후속 제1 단계 이전에 차단되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서, 제4 분기관을 통한 제2 챔버(6)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통이 차단될 때, 제2 챔버(6)는 제3 분기관(22)을 통해서 압력 유체 수용부(8)와 연통되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  7. 제4항에 있어서, 압력 유체 회로는 압력 유체 수용부(8)로부터 제2 챔버(6)로 이어지는 제5 분기관(24)을 제2 밸브체(5)의 제4 분기관(23)과 같은 측에 포함하며, 제2 챔버(6)는 제2 챔버(6)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통이 차단될 때 제5 분기관(24)을 통해 압력 유체 수용부(8)와 연통되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  8. 제4항에 있어서, 개구(21, 25)는 피스톤(14)의 일측에 있는 실린더 공간(15)으로 이어지며, 피스톤(14)은 상기 실린더 공간에서 이동할 수 있게 배치되고, 연소 기관의 흡입 또는 배출 밸브(17)와 연결되거나 연소 기관의 연소실에 대한 연료 분사 밸브와 연결되거나, 또는 연소실의 가변 압축비를 달성하기 위해 연소실과 연결되는 실린더의 피스톤과 연결되거나 상기 연소실에 연결되는 실린더의 피스톤을 형성하고, 연소 기관의 실린더에 관련된 밸브(17) 또는 가변 압축 피스톤의 위치는 상기 개구(21, 25)를 통해 송출되는 압력 유체 펄스에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회로내 연통의 허용 및 차단은 회로에 배치되어 전자기적으로 제어되는 밸브체(10, 12)에 의해서 및 밸브체(10, 12)에 연관된 전자석(9, 11)의 작동을 통해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서, 연소 기관의 실린더 내에서의 피스톤의 위치는 센서에 의해 기록되며, 회로내 연통의 허용 및 차단은 피스톤의 기록된 위치에 기초하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  11. 제3항에 있어서, 제1 챔버(4)는 제2 분기관(19)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통이 차단되거나 차단되고 있을 때 제6 분기관(28)을 통해서 압력 유체 공급부(7)와 연통될 수 있게 되며, 제6 분기관(28)을 통한 연통은 제1 챔버(4)가 제1 단계 중에 상기 도관(20)을 통해서 압력 유체 수용부(8)와 연통될 수 있게 되는 때 차단되는 것을 특징으로 하는 압력 유체 유동 제어 방법.
  12. 압력 펄스를 발생하기 위한 장치이며,
    압력 유체 공급부(7)와 압력 유체 수용부(8)와,
    압력 유체 회로(2)와,
    제1 챔버(4) 내에 변위가능하게 배치된 밸브체(3)와,
    상기 회로(2)의 제1 분기관(18) 및 제2 분기관(19)을 포함하며,
    상기 분기관들은 상기 밸브체(3)의 대향하는 양측으로 이어지고,
    상기 제1 챔버(4)는 밸브체(3)의 일측에 개구(21)를 가지며, 상기 개구(21)는 제1 분기관(18)과 연통하고 압력 유체가 제1 챔버(4) 밖으로 유동할 수 있게 하며, 분기관(18, 19)내 압력 유체의 작용 하에, 상기 밸브체(3)는 개구(21)를 폐쇄하는 제1 위치와 개구(21)를 압력 유체의 유출을 위하여 개방시키는 제2 위치로 변위될 수 있는, 압력 펄스 발생 장치에 있어서,
    상기 제1 챔버(4) 상류의 제2 분기관(19)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 개방 또는 차단하도록 배치되는 제1 밸브 부재(9, 10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  13. 제12항에 있어서, 제2 분기관(19)과 연통하는 제1 챔버(4)측으로부터 압력 유체 수용부(8)로 이어지는 도관(20)과, 상기 도관(20)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 수용부(8) 사이의 연통을 개방 또는 차단하도록 배치되는 제2 밸브 부재(9, 10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도관(20) 및 제2 분기관(19)은 적어도 부분적으로 서로 평행하게 또는 나란하게 배치되며, 제1 및 제2 밸브 부재는 하나의 동일한 보디(body)(9, 10)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 도관(20)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 수용부(8) 사이의 연통을 개방 또는 차단하도록 배치되는 제3 밸브 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  16. 제13항에 있어서, 제2 챔버(6) 내에 변위가능하게 배치되는 제2 밸브체(5)와,
    회로의 제3 분기관(22) 및 제4 분기관(23)과,
    제4 분기관(23)을 통한 제2 챔버(6)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 개방 또는 차단하기 위한 제4 밸브 부재(11, 12)를 포함하며,
    상기 분기관들은 제2 챔버(6)내의 제2 밸브체(5)의 대향하는 양측으로 이어지고,
    상기 제2 챔버(6)는 밸브체(5)의 일측에, 상기 제3 분기관(22)과 연통하는 개구(25)를 가지며, 개구(25)를 통해서 압력 유체는 이 제2 챔버(6)의 내외로 유동할 수 있고, 분기관(22, 23)내 압력 유체의 작용 하에, 밸브체(5)는 개구(25)를 폐쇄하는 제1 위치로 또는 개구(25)를 압력 유체의 유입 또는 유출을 위해 개방시키는 제2 위치로 변위될 수 있으며,
    제3 분기관(22)은 제2 챔버(6)로부터 압력 유체 수용부(8)로 연장되고, 제4 분기관(23)은 제2 챔버(6)로부터 압력 유체 공급부(7)로 연장되는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  17. 제16항에 있어서, 압력 유체 회로는, 압력 유체 수용부(8)로부터 제2 챔버(6)로 이어지는 제5 분기관(24)을 제2 밸브체(5)의 상기 제4 분기관(23)과 동일한 측에 포함하며, 제4 분기관(23)을 통한 제2 챔버(6)와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통이 차단될 때 제2 챔버(6)가 제5 분기관(24)을 통해서 압력 유체 수용부(8)와 연통할 수 있도록 배치되는 제5 밸브 부재(11, 12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  18. 제17항에 있어서, 제4 및 제5 분기관(23, 24)은 적어도 부분적으로 서로 평행하게 또는 나란하게 배치되며, 제4 및 제5 밸브 부재는 하나의 동일한 보디(11, 12)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  19. 제17항에 있어서, 제1 챔버(4)로부터 압력 유체 수용부(8)로 이어지는 도관(20)은 제5 분기관(24)과 부분적으로 서로 평행하게 또는 나란하게 배치되며, 제3 및 제5 밸브 부재는 하나의 동일한 보디(11, 12)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 도관(20)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 수용부(8) 사이의 연통을 개방 또는 차단하도록 배치되는 제3 밸브 부재를 더 포함하며, 제3, 제4 및 제5 밸브 부재는 하나의 동일한 보디(11, 12)에 의해 형성되고, 상기 보디는 상기 도관(20) 내에서와 제4 및 제5 분기관(23, 24) 내에서 동시에 움직임을 수행하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  21. 제16항에 있어서, 상기 제1 밸브체(3) 및 상기 제2 밸브체(5) 중 적어도 한쪽은, 당해 밸브체의 표면중 상기 개구(21, 25)를 향해 상기 분기관 내의 압력 유체에 노출되는 표면의 면적이, 밸브체의 반대측의 대응 표면보다 작은 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  22. 제16항에 있어서, 제1 챔버(4) 및 제2 챔버(6)의 개구(21, 25)는 이동가능한 피스톤의 일측의 실린더 공간(15) 내에서 개방되며, 상기 피스톤은 상기 공간에 배치되고, 연소 기관의 흡입 또는 배출 밸브(17)와 연결되거나 연소 기관의 연소실에 대한 연료 분사 밸브와 연결되거나, 또는 그 내부에서의 가변 압축비를 달성하기 위해 연소실과 연결되거나 연소실과 연결되는 실린더 내에 배열된 피스톤의 일부를 형성하고, 연소 기관의 실린더에 대한 밸브 또는 가변 압축 피스톤 각각의 위치는 상기 개구(21, 25)를 통해 송출되는 압력 유체 펄스에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  23. 제17항에 있어서, 상기 도관(20)을 통한 제1 챔버(4)와 압력 유체 수용부(8) 사이의 연통을 개방 또는 차단하도록 배치된 제3 밸브 부재를 더 포함하며, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 밸브 부재 중 적어도 하나는 전자석에 의해 구동되는 밸브체(10, 12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  24. 제22항에 있어서, 제4 및 제5 분기관(23, 24)은 피스톤(14)을 유압 제동 및/또는 로킹하기 위한 장치로부터의 액체 유동을 허용 및 차단하기 위해 압력 유체 제어형 슬레이브 밸브(35)와 연통하는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
  25. 제12항 또는 제13항에 있어서, 제1 챔버(4)가 이를 통해서 압력 유체 공급부(7)와 연통하게 되는 제6 분기관(28)과, 제6 분기관(28)을 통한 제1 챔버와 압력 유체 공급부(7) 사이의 연통을 허용 및 차단하기 위한 제6 밸브 부재(11, 12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 펄스 발생 장치.
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