KR101438189B1

KR101438189B1 - 크로스헤드와 캠 구동 배기 밸브 액추에이션 시스템을 구비한 대형 저속 터보차져 2-행정 단류 내연 엔진

Info

Publication number: KR101438189B1
Application number: KR1020130139195A
Authority: KR
Inventors: 에릭 듀 페데르센; 다니엘 자르네크란스; 킴 젠센
Original assignee: 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-09-04
Also published as: JP5762495B2; CN103821622B; JP2014101878A; CN103821622A; DK177695B1; KR20140063471A

Abstract

적어도 하나의 배기 밸브(11), 배기 캠(29)이 제공된 적어도 하나의 캠샤프트(28)를 구비한 실린더와 각 실린더(6)의 배기 밸브(11)와 연결된 유압식 푸쉬 로드를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2-행정 단류 내연 엔진에 있어서, 상기 엔진에는 배기 밸브(11)의 개방 시간을 연장하기 위해 배기 캠(29)의 폐쇄측면(73)이 활성화되는 주기 동안 유압식 푸쉬 로드의 유압유에 유압유의 체적을 선택적으로 추가하도록 구성된 장치(50)가 제공되며, 상기 장치(50)는 캠 프로파일에 대한 지연을 가지고 배기 밸브(11)가 그것의 시트(18)로 되돌아가는 것을 허용하기 위해 폐쇄측면(73)의 활성화가 끝나는 순간 이후에 일정한 지연을 가지고 유압식 피스톤에 추가된 유압유의 체적을 유압식 푸쉬 로드로부터 제거하기 위해 구성된다.

Description

크로스헤드와 캠 구동 배기 밸브 액추에이션 시스템을 구비한 대형 저속 터보차져 2-행정 단류 내연 엔진{A LARGE SLOW-RUNNING TURBOCHARGED TWO-STROKE UNIFLOW INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CROSSHEADS AND A CAM DRIVEN EXHAUST VALVE ACTUATION SYSTEM}

본 발명은 크로스헤드와 캠 구동 배기 밸브 액추에이션 시스템을 구비한 대형 저속 터보차져 2-행정 내연 엔진에 관한 것이다.

크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차져 2-행정 내연 엔진은 적어도 하나의 실린더와 그안에 수용된 왕복 피스톤을 구비한 엔진이다. 이러한 엔진은 피스톤과 크랭크샤프트 사이에 배치된 크로스헤드를 가진다. 연소 챔버는 피스톤과, 내부 실린더 벽 사이 및 실린더의 일 단부에 있는 실린더 커버에 의해 한정된다. 실린더 커버는 연소 챔버에서 배기 덕트 시스템으로 연소 잔여물을 배기하기 위한 제어가능하고 단속적으로 개방되는 배기 밸브를 포함한다. 이러한 엔진은 또한, 산소를 포함하는 가압된 소기 기체(scavenge air)의 개구부를 통한 도입에 의해 제1 단부를 향해 소기(scavenging) 하기 위해, 연소에 앞서 실린더의 제2 단부 근처의 연소 챔버 내에 단속적으로 설정되는(establishing) 개구부를 위한 수단을 가지며, 이러한 엔진은 연소 챔버내에서의 내부 연소를 위해 압축된 소기 기체로 연료를 분사하기 위한 수단을 가진다.

상기의 정의에 따른 엔진은 대체로 "대형 터보차져 2-행정 단류 크로스헤드 디젤 엔진"으로 불리며, 종종 복수의 직렬로 직립한 실린더들과, 하나의 크랭크샤프트 상에서 작동하는 피스톤으로 실현된다. 이러한 엔진들은 완전한 2-행정 작동 순서를 가질 수 있으며 발전소의 발전기를 구동하거나 선박의 추진을 위해 상대적으로 낮은 회전 속도(대략 80rpm 에서 200rpm)에서 수 메가와트의 전력을 전달하기 위해 실린더 직경과 피스톤 행정의 물리적 크기가 큰 것이 일반적이며, 종종 집만큼 큰 크기의 엔진도 만들어진다.

향상된 성능, 에너지 효율성 및 방출물질의 감소를 위한 요구는 이러한 대형 2-행정 디젤 엔진용 커먼 레일 전기-유압 제어식 배기 밸브 액추에이터 시스템으로 이어졌다. 이러한 시스템의 장점은 배기 밸브의 개폐 타이밍이 엔진의 동작 상태에 맞도록 자유롭게 선택될 수 있음으로 인해 증가된 그들의 유연성(flexibility)이다. 그러나, 이러한 커먼 레일 유압식 시스템은 상대적으로 비싸며 전통적인 캠 구동 방식에 비해 더 많은 에너지를 소모하는데 이는 개방 과정 동안 필요한 것보다 더 많은 에너지가 소모되고 폐쇄 과정 동안 회수가 없기 때문이다. 이러한 2가지 단점은 전자적으로 제어되는 엔진의 많은 장점들을 소멸시킨다.

JP 2009203865는 유압식 푸쉬 로드(push rod)를 사용하는 타입의 캠샤프트 구동 배기 밸브 액추에이팅 시스템을 가지는 대형 2-행정 디젤 엔진을 개시한다. 유압식 푸쉬 로드는 전자식 제어 유닛의 명령에 의해 유압식 푸쉬 로드로부터 유압유의 체적(volume)을 흡수할 수 있는 체적 제어 장치와 연결된다.

체적 제어 장치는 체적 제어 챔버를 한정하는 탄성 편향식 제어 피스톤을 포함한다. 제어 피스톤의 특징은 제어 피스톤에 의해 한정된 제어 챔버를 유압식 어큐뮬레이터에 선택적으로 연결하는 유압 밸브를 경유하여 전자식 제어 유닛에 의해 영향을 받을 수 있다는 것이다. 배기 밸브의 개폐 타이밍을 유연하게 제어하기 위한 이 시스템은 배기 밸브 액추에이션 시스템으로 동작되는 캠샤프트를 가지는 대형 2-행정 디젤 엔진에게 해답을 제공한다. 그러나, 이 해답은 상대적으로 복잡하고, 정밀한 제어를 요구하며, 최대 압력에 대해 자유롭지 않고 배기 밸브를 위한 유연한 타이밍을 만들기 위해 여전히 대량의 에너지를 사용한다.

이러한 배경 하에서, 본 발명의 목적은 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차져 2-행정 내연 엔진과 유연(flexible)하지만 상대적으로 간단하고 적은 에너지만 사용하는 캠 구동 배기 밸브 액추에이션 시스템을 제공하는 것이다.

이 목적은 크로스헤드를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 2-행정 단류 내연 엔진을 제공하는 것에 의해 달성되며, 상기 엔진은 실린더 당 적어도 하나의 배기 밸브와 하나의 배기 밸브 시트를 구비하며, 상기 배기 밸브는 개방된 위치와 상기 시트에 안착되는 위치인 폐쇄된 위치 사이에서 이동가능하게 구성된 복수의 실린더와, 각 배기 밸브와 연결되며, 그것과 함께 연결된 배기 밸브와 폐쇄 방향인 상기 밸브 시트쪽으로 편향(bias)되게 배열된 공기 스프링(pneumatic spring)과, 배기 캠이 제공되며, 상기 배기 캠에는 해당 배기 캠과 연결된 배기 밸브를 작동시키기 위한 개방측면, 폐쇄측면, 개방측면과 폐쇄측면을 연결하는 드웰 세그먼트(dwell segment) 및 폐쇄측면과 개방측면을 연결하는 기준 직경 세그먼트(base diameter segment)를 포함하는 캠 프로파일이 제공된 적어도 하나의 캠샤프트와, 각 실린더의 배기 밸브와 연결되며, 상기 캠샤프트의 배기 캠에 의해 구동되는 펌프 피스톤을 포함하는 유압식 피스톤 펌프, 해당 배기 밸브를 개방 방향으로 이동시키기 위해 배기 밸브상에서 작동하는 액추에이션 피스톤을 포함하는 유압식 액추에이터, 및 유압식 피스톤 펌프와 유압식 액추에이터를 연결하는 유압 도관을 포함하는 유압식 푸쉬 로드, 및 상기 펌프 피스톤과 상기 액추에이션 피스톤 사이의 상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유를 포함하고, 상기 엔진은 상기 배기 밸브의 개방 시간을 연장하기 위해 폐쇄측면이 활성화되는 주기동안 상기 유압식 피스톤 로드에 있는 유압유에 유압유의 체적을 선택적으로 추가하기 위해 구성된 장치를 더 포함하며, 상기 장치는 캠 프로파일에 의해 정의된 폐쇄 순간에 대한 지연을 가지고 상기 배기 밸브가 그것의 시트로 되돌아가는 것을 허용하기 위해 상기 유압식 피스톤 로드로부터 상기 유압식 피스톤 로드에 추가된 유압유의 체적을 상기 폐쇄측면의 활성화가 끝나는 순간 이후 일정한 지연을 가지고 제거하기 위해 구성된다.

공기 스프링은 개방 행정 끝에서 감속하는 동안 캠 롤러가 캠으로 떨어지는 것(jumping-off)을 방지하기 위해 상당히 "강하게(strong)" 또는 "기밀성 있게(stiff)" 구성된다. 따라서, 드웰 단계 동안 유압식 푸쉬 로드의 압력은 공기 스프링이 완전이 압축되기 때문에 높다. 이것은 드웰 단계 동안 유압유를 추가하는 것은 높은 압력을 필요로 하며 따라서 제거되는 유압유에 저장된 에너지를 위한 기술분야에서 상대적으로 복잡한 해결책과 같은, 특별한 장치를 제공하지 않는다면 유압식 푸쉬 로드로부터 유압유가 제거될 때 많은 양의 에너지가 손실되는 것을 의미한다. 폐쇄측면이 활성화될 때 유압식 푸쉬 로드의 압력은 매우 떨어지고 이 단계 동안 유압유를 추가하는 것에 의해 추가적인 유압유의 체적은 상당히 낮은 압력에서 추가될 수 있으며, 이는 상당히 낮은 에너지를 요구하므로 복잡한 에너지 저장 시스템이 필요하지 않다.

구현예에서 공기 스프링의 압축은 배기 밸브가 그것의 개방 위치에 머무르고 배기 캠의 드웰 세그먼트가 활성화될 때 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유에 드웰 압력을 야기하고, 상기 장치는 유압유의 체적을 푸쉬로드에 드웰 압력보다 낮은 압력을 가지고 가압(urge)하도록 구성된다.

배기 밸브 폐쇄 단계 동안 유압식 푸쉬 로드의 압력에 대응하는 특정 압력을 가지고 추가된 유압유의 체적을 가압하는 것(urging)에 의해, 유압식 푸쉬 로드로의 흐름이 부드럽게 시작되며, 그로 인해 시스템에서의 압력 진동(pressure oscillation)을 방지된다.

구현예에서 장치는 조절 피스톤의 일측에 있는 조절 챔버에서 완전히 수축된(retracted) 위치와 완전히 신장된(extended) 위치 사이에서의 행정을 가지는 조절 피스톤, 유압식 푸쉬 로드의 유압유와 유체연통되는 조절 챔버, 및 조절 피스톤에 작동하는 전자 제어식 액추에이팅 시스템을 포함하며, 상기 전자 제어식 액추에이팅 시스템은 폐쇄측면이 활성화되는 것에 의해 상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 압력이 드웰 압력 아래로 떨어지기 전에 조절 피스톤이 그것의 신장된 위치를 향해 움직이는 것을 시작하지 않도록 하기 위해 드웰 세그먼트가 활성화되는 주기 동안 드웰 압력보다 낮은 조절 챔버의 압력에 대응하는 힘을 가지고 조절 피스톤을 완전히 수축된 위치에서 신장된 위치로 가압하는 것을 시작하도록 구성된다.

조절 피스톤을 그것의 완전히 수축에서부터 시작하도록 허용하는 것에 의해 유압유가 뒤로 흐르는 위험 없이 드웰 압력을 극복하기 위해 필요로 하는 힘 보다 상당히 낮은 힘을 가지고 조절 피스톤을 가압하는 것이 가능하게 된다.

다른 구현예에서 전자 제어식 액추에이팅 시스템은 드웰 세그먼트가 활성화되는 주기 동안 조절 피스톤을 그것의 완전히 수축된 위치에서 그것의 신장된 위치를 향해 가압하는 것을 시작하도록 구성되며, 전자 제어식 액추에이팅 시스템은 일정한 지연이 경과되기까지는 조절 피스톤을 가압하는 것을 유지하고 그 이후에 조절 피스톤이 그것의 완전히 수축된 위치로 되돌아 가도록 가압하거나 이를 허용하도록 구성된다.

따라서, 유압식 피스톤 로드로 흐르는 유압유의 시작 타이밍은 자동적으로 조절되며 복잡하고 정확한 제어 시스템을 필요로 하지 않는다. 또한, 이 특징은 유압식 푸쉬 로드로의 흐름의 부드러운 시작을 보장하며 따라서 유해 압력 피크(harmful pressure peak)가 발생이 방지된다.

구현예에서 조절 피스톤은 자신을 그것의 신장된 위치로 향하도록 가압하기 위한 신장 피스톤과 연결되며 조절 피스톤은 자신을 그것의 수축된 위치로 향하도록 가압하기 위한 리턴 피스톤과 연결된다.

구현예에서 신장 피스톤은 그것과 함께 연결된 작동 챔버를 가지며 작동 챔버는 자신을 압력 소스 또는 탱크와 선택적으로 연결하는 전자 제어식 유압 밸브와 연결된다.

구현예에서 장치는 신장 피스톤, 리턴 피스톤 및 전자 제어식 유압 밸브를 포함한다.

구현예에서 전자 제어식 밸브는 전자 제어 유닛과 연결된다.

구현예에서 리턴 피스톤은 신장 피스톤보다 더 작은 직경을 가지며 리턴 스프링은 그것과 함께 연결되며 압력 소스와 지속적으로 연결되는 작동 챔버를 가진다.

구현예에서 엔진은 크랭크샤프트 또는 캠샤프트의 각위치를 나타내는 위치 센서를 더 포함하며 전자 제어식 유압 밸브는 컨버젼 맵(conversion map)에 기반하여 제어된 지연에 의해 배기 밸브의 폐쇄을 지연하기 위해 활성화되며 상기 컨버젼 맵은 소기압 비율 맵(scavenging pressure ratio map)에 필요한 압축 압력에 기초한다.

구현예에서 전자 제어 유닛은 배기 밸브가 그것의 시트로 되돌아가고 조절 피스톤이 그것의 수축된 위치와 일치하는 시트로 되돌아가도록 전자 제어식 밸브가 폐쇄측면의 활성화가 끝난 순간 이후 일정한 지연을 가지고 작동 챔버를 탱크에 연결하는 것을 지시하도록 구성된다.

상기의 목적은 또한 실린더 당 적어도 하나의 배기 밸브와 하나의 배기 밸브 시트를 구비한 복수의 실린더, 각 배기 밸브와 연결되며, 그것과 함께 연결된 배기 밸브와 폐쇄 방향인 상기 밸브 시트쪽으로 편향되게 배열된 공기 스프링(pneumatic spring), 배기 캠이 제공되며, 상기 배기 캠에는 해당 배기 캠과 연결된 배기 밸브를 작동시키기 위한 캠 프로파일이 제공된 적어도 하나의 캠샤프트, 및 배기 밸브에 캠 프로파일을 전송하기 위해 각 실린더의 배기 밸브와 연결되며, 유압유를 함유하는 유압식 푸쉬 로드를 포함하며, 상기 배기 밸브는 개방측면, 폐쇄측면, 개방측면과 폐쇄측면을 연결하는 드웰 세그먼트 및 폐쇄측면과 개방측면을 연결하는 기준 직경 세그먼트를 포함하는 상기 캠 프로파일에 의해 제어된 작동 순서를 가지며, 상기 공기 스프링의 편향(bias)은 드웰 주기 동안 유압식 푸쉬 로드의 상기 유압유에 기 설정된 드웰 압력을 야기하는 크로스헤드를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2-행정 단류 내연 엔진을 작동시키기 위한 방법을 제공하는 것에 의해 달성되며, 상기 방법은 드웰 주기 동안 유압식 로드의 상기 체적의 현재 압력보다 더 낮은 압력을 가지고 폐쇄측면이 활성화되는 주기 동안 유압식 푸쉬 로드의 유압유에 상당량의 유압유를 추가하는 단계, 및 폐쇄측면의 활성화가 끝나는 순간 이후에 일정한 지연을 가지고 유압식 푸쉬 로드의 유압유의 체적에서 상당량의 유압유를 제거하는 단계를 포함한다.

방법의 일 구현예는 상당량의 유압유는 일측에 조절 챔버를 구비하며 완전히 수축된 위치와 완전히 신장된 위치 사이의 행정을 가지는 조절 피스톤에 의해 추가되며, 상기 조절 챔버는 유압식 푸쉬 로드의 유압유와 유체연통되고, 상기 방법은 폐쇄측면이 활성화되는 것에 의해 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 압력이 드웰 압력 아래로 떨어지기 전에는 조절 피스톤이 그것의 신장된 위치를 향해 움직이는 것을 시작하지 않도록, 드웰 세그먼트가 활성화되는 주기 동안 드웰 압력보다 낮은 상기 조절 챔버의 압력에 대응하는 힘을 가지고 조절 피스톤을 완전히 수축된 위치에서 신장된 위치로 가압하는 단계를 포함한다.

방법의 일 구현예에서 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 체적에서 상당량의 유압유를 제거하는 것을 시작하는 시점은 크랭크샤프트의 각위치를 나타내는 신호에 기반하여 결정된다.

방법의 일 구현예에서 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 체적에서 상당량의 유압유를 제거하는 것을 시작하는 시점은 해당 실린더의 연소 챔버 내의 연소 압력을 제어하기 위해 이용된다.

본 발명에 따른 크로스헤드를 구비한 대형 저속 터보차져 2-행정 내연 엔진과 캠 구동 배기 밸브 액추에이션 시스템 및 방법의 다른 목적들, 특징들, 이점들은 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

하기의 발명의 상세한 설명부분에서, 발명은 도면에 도시된 예시적인 구현예를 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 엔진의 단면도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 엔진의 실린더 하나에 대한 종단면도이다.
도 3은 도 1에서 도시된 엔진의 상단부의 상세 단면도이며, 이 단면도는 배기 밸브와 배기 밸브 액추에이션 시스템의 예시적인 구현예를 도시한다.
도 4는 배기 밸브, 유압식 피스톤 로드, 캠샤프트 및 도 1에서 도시한 엔진의 유압식 피스톤 로드에 있는 유압유에 유압유의 체적을 선택적으로 추가하기 위한 장치의 단면도이다.
도 5는 캠 프로파일에 대한 배기 밸브의 개방 시간을 연장하기 위한 장치의 예시적인 구현예를 도시한 도 4의 상세 단면도이다.
도 6은 도 1에서 도시한 엔진의 배기 밸브 액추에이팅 시스템의 예시적인 구현예의 기호적 표현이다.
도 7은 캠 프로파일의 예시적인 구현예의 상세도이다.
도 8은 종래의 캠 구동 밸브 액추에이션을 가지는 도 1에서 도시된 엔진의 밸브 리프트 프로파일의 그래프이다.
도 9는 종래의 캠 구동 밸브 액추에이션 및 활성화된 캠 프로파일에 대한 배기 밸브의 개방 시간을 연장하는 장치를 가지는 도 1에서 도시한 엔진의 밸브 리프트 프로파일의 그래프이다.
도 10은 도 10에서 도시한 그래프의 배기 밸브 폐쇄 프로파일에 초점을 맞춘 상세도이다.
도 11은 배기 밸브 엑추에이터와 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 압력 또한 도시한 도 9의 그래프이다.

도 1 및 2는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 엔진의 단면도와 종단면도(현실적인 이유로 단지 하나의 실린더를 커버하는 엔진의 길이부분만 도시 되었으나, 엔진에 적어도 4개의 실린더가 있다는 것으로 이해되어야 한다)를 도시한다. 엔진(1)은, 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기일 수 있는 크로스헤드 타입의 단류 저속 2-행정 크로스헤드 디젤 엔진이다. 이러한 엔진은 직렬로 4개에서 14개까지의 실린더를 전형적으로 가진다. 엔진은, 예를 들어 선박의 메인 엔진으로 사용되거나 발전소의 발전기를 작동시키기 위한 정치 기관(stationary engine)으로 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들어, 5,000에서 110,000kw의 범위일 수 있다.

엔진(1)은 크랭크샤프트(3)용 메인 베어링을 구비한 베드플레이트(2)에 설치될 수 있다. 크랭크샤프트(3)는 세미-빌트(semi-built) 타입에 속한다. 세미-빌트 타입은 수축끼움 맞춤 연결(shrink fit connection)에 의해 메인 저널과 연결된 단조강(forged steel) 또는 주강(cast steel) 스로우(throw)들로 만들어진다. 베드플레이트(2)는 하나의 부분으로 만들어지거나 생산 시설에 따라 적당한 크기의 부분으로 분리되어 만들어질 수 있다. 베드플레이트는 측벽과 베어링 지주(bearing support)를 구비한 용접 교차 거더(welded cross girder)로 구성된다. 교차 거더는 기술분야에서 "횡식 거더(transverse girder)"로 언급되는 거더이다. 오일 팬(43)은 베드플레이트(2)의 바닥에 용접되며 강제 윤활 및 냉각 오일 시스템으로부터 돌아오는 오일을 모은다.

커넥팅 로드(8)는 크랭크샤프트(3)를 크로스헤드 베어링(22)과 연결한다. 크로스헤드 베어링(22)은 수직 안내판(23)들 사이에서 안내된다.

용접 제작된 A-형상 프레임 박스(4)는 베드플레이트(2)에 장착된다. 프레임 박스(4)는 용접하여 제작된다. 배기쪽의 프레임 박스(4)에는 각 실린더를 위한 릴리프 밸브가 제공되는 반면에, 캠샤프트쪽 프레임 박스(4)에는 각 실린더를 위한 대형 힌지 도어(hinged door)가 제공된다. 크로스헤드 안내판(23)은 프레임 박스(4)와 통합된다.

실린더 프레임(5)은 프레임 박스(4)의 상단에 장착된다. 스테이볼트(staybolt,27)는 베드플레이트(2), 프레임 박스(4) 및 실린더 프레임(5)을 연결하여 구조의 결합을 유지하도록 한다. 스테이볼트(27)는 유압식 잭(hydraulic jack)으로 조여진다.

실린더 프레임(5)은 하나 이상의 조각들로 주조되어 결국 캠샤프트 하우징(25)과 통합되거나, 또는 용접으로 제작된 것일 수 있다. 다른 구현예에 따르면(도시되지 않음) 캠샤프트(28)는 실린더 프레임(5)에 부착된 개별적인 캠샤프트 하우징에 수용될 수 있다.

실린더 프레임(5)에는 소기 공간(scavenge air space)을 청소하고 캠샤프트쪽에서 소기공(scavenge port)과 피스톤 링을 검사하기 위한 액세스 커버가 제공된다. 실린더 라이너(cylinder liner,6)와 그것은 소기 공간을 형성한다. 소기관(scavenge air receiver,9)은 실린더 프레임(5)쪽으로 열려있는 개구부와 함께 볼트 체결 된다. 실린더 프레임의 바닥에는, 소기를 위한 실링 링(sealing ring)과 배기 생산물(exhaust product)이 프레임 박스(4)와 베드플레이트(2) 안으로 뚫고 들어가는 것을 방지하는 오일 스크레이퍼(oil scraper)가 제공된 피스톤 로드 스터핑 박스(piston rod stuffing box)가 있으며, 이 방식은 이 공간에 있는 모든 베어링을 보호한다.

피스톤(13)은 피스톤 크라운(piston crown)과 피스톤 스커트(piston skirt)를포함한다. 피스톤 크라운은 내열강(heat-resistant steel)으로 만들어지며 4개의 링 그루브(ring groove)를 가지며 상기 그루브의 상면과 하면 모두에는 경질 크롬(hard-chrome)이 도금되어 있다.

피스톤 로드(14)는 4개의 스크루(screw)와 함께 크로스헤드(22)에 연결된다. 피스톤 로드(14)는 2개의 동축 보어(coaxial bore, 도시되지 않음)와, 피스톤(13)의 냉각을 위한 유입구와 유출구를 형성하는, 냉각용 오일 관을 함께 가진다.

실린더 라이너(6)는 실린더 프레임(5)에 의해 수용된다. 실린더 라이너(6)는 합금주철로 만들어지며 하부 플랜지(a low situated flange) 수단에 의해 실린더 프레임(5)에 걸려진다. 라이너의 가장 위쪽 부분은 주철 냉각 재킷(cast iron cooling jacket)에 의해 둘러싸여진다. 실린더 라이너(6)는 실린더 윤활용 드릴공(drilled hole, 도시되지 않음)을 가진다.

실린더는 단류 타입에 속하며, 터보차져(10, 도 1)에 의해 압축된 소기 공기(scavenge air)를 소기관(9)으로부터 공급받는, 에어박스에 위치한 소기공(7)을 가진다.

엔진(1)에는, 4-9 실린더 엔진에서는 엔진의 선단부에 배열되고 10 이상의 실린더 엔진에서는 배기쪽에 배열되는 하나 이상의 터보차져(10)가 설치된다.

터보차져(10)를 위한 공기 흡입(air intake)은 엔진룸으로부터 터보차져의 인테이크 사일런스(intake silencer,도시되지 않음)를 통해 직접적으로 발생한다. 터보차져(10)에서, 공기는 차징 에어 파이프(charging air pipe,미도시), 에어 쿨러(미도시) 및 소기관(9)을 통해 실린더 라이너(6)의 소기공(7)으로 안내된다.

엔진(1)에는 전자적으로 구동되는 소기 블로워(scavenge air blower,미도시)가 제공된다. 블로워의 흡입측은 에어 쿨러 다음의 소기 공간과 연결된다. 에어 쿨러와 소기관 사이에는 보조 블로워(auxiliary blower)가 공기를 공급하는 경우 자동적으로 닫히는 역류방지밸브(non-return valve,미도시)가 설치된다. 보조 블로워는 낮고 중간 부하 상태에서 터보차져 압축기를 돕는다.

연료 밸브(40)는 실린더 커버(12)에 동심으로 장착된다. 압축 행정 마지막에 인젝션 밸브(40)는 연소 챔버(15) 안으로 인젝션 노즐을 통해 연료를 미세한 분무형태로 고압으로 분사한다. 배기 밸브(11)는 실린더 커버(12)에 있는 실린더의 상부의 중앙에 장착되고 그것이 닫혀질 때는 해당 실린더 라이너(6)의 상판에 제공된 밸브 시트(18)에 머무른다. 팽창 행정 마지막에 배기 밸브(11)는 엔진 피스톤(13)이 소기공(7)을 아래로 통과하여 지나가기 전에 개방되어, 피스톤(13) 위의 연소 챔버(15)에 있는 연소 가스가 배기관(17)으로 열려있는 배기 통로(16)를 통해 흘러나가며 이로 인해 연소챔버(15) 내의 압력이 감소한다. 배기 밸브(11)는 피스톤(13)의 위로 움직이는 동안 다시 폐쇄된다. 배기 밸브(11)는 각 배기 밸브(11)를 캠샤프트(28)의 각 배기 캠(29)에 연결하는 유압식 푸쉬 로드에 의해 작동된다. 에어 스프링(38)은 배기 밸브가 배기 캠(29)상의 폐쇄측면(closing flank)을 따르는 것과 밸브 시트(18)로 돌아오는 것을 보장한다.

도 3 내지 7은 본 발명에 따른 배기 밸브 액추에이팅 시스템의 예시적인 구현예를 도시한다. 배기 밸브 액추에이팅 시스템은 모든 구현예에 대해 하나의 실린더에 대해서 도시되어 있다. 멀티-실린더 엔진에는 각 실린더를 위해 동일한 설비, 하지만 배수(multiple)의 배기 캠(29)들을 갖는 하나의 캠샤프트(28)를 가지는 설비가 있을 수 있다. 배기 밸브 액추에이팅 시스템은 배수의 캠(29)을 구비한 캠샤프트(28)를 포함한다(단지 하나만 도시되었음). 롤러(30)는 캠(캠 프로파일)의 표면을 따라가며 피스톤 펌프(31)의 피스톤(32)과 연결된다. 피스톤 펌프(31)는 도관(36)을 통해 배기 밸브 액추에이터(34)와 연결된다. 배기 밸브 액추에이터(34)는 배기 밸브(11)의 상단에 장착되며 배기 밸브(11)의 스템(stem)의 상단에서 작동하는 액추에이션 피스톤(35)을 포함한다. 가스 스프링(38) 또한 배기 밸브(11)의 스템과 연결되며 가스 스프링(38)의 압력 챔버에서의 가스 압력은 배기 밸브(11)를 닫히는 방향으로 그리고 그것의 시트(18) 위로 강제하도록 한다. 가스 스프링(38)은 롤러(30)가 캠 프로파일 표면의 폐쇄측면(73)과의 접촉을 유지하는 것을 보장하기에 충분히 단단(stiff)하도록 구성된다.

캠(29)과 배기 밸브(11) 사이의 동작 연결은 유압식 푸쉬 로드로 유발된다. 유압식 푸쉬 로드는 유압식 피스톤 펌프(31), 배기 밸브를 움직이기 위해 배기 밸브(11)상에서 작동하는 액추에이션 피스톤과 유압식 피스톤 펌프(31)를 유압식 액추에이터(34)와 연결하는 유압 도관(36)을 포함하는 유압식 액추에이터(34), 및 상기 펌프 피스톤(32)과 상기 액추에이션 피스톤(35) 사이의 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유를 포함한다.

밸브 액추에이터(34)가 가압되면 그것은 배기 밸브(11)를 개방되는 방향으로 강제로 움직이게 한다. 배기 밸브(11)의 위치는 엔진의 전자 제어 유닛(90)과 연결된 센서(미도시)에 의해 측정된다. 운전중에, 캠샤프트(28)는 크랭크샤프트와 함께 일제히 회전한다. 캠(29)의 프로파일은 피스톤 펌프(31)의 움직움을 결정하며 캠 프로파일은 개방측면(71), 폐쇄측면(73), 개방측면(71)과 폐쇄측면(73)을 연결하는 드웰 세그먼트(dwell segment,72)와 폐쇄측면(73)과 개방측면(71)을 연결하는 기준 직경 세그먼트(base diameter segment,70)를 포함한다.

캠샤프트(28)는 화살표 A가 표시된 방향으로 회전한다. 기준 세그먼트(70)와 개방측면(71) 사이의 전이(transition)는 1점쇄선 I로 표시되어 있다. 개방측면(71)과 드웰 세그먼트(72) 사이의 전이는 1점쇄선 II로 표시되어 있다. 드웰 세그먼트(72)와 폐쇄측면(73) 사이의 전이는 1점쇄선 III로 표시되어 있고 폐쇄측면(73)과 기준 세그먼트(70) 사이의 전이는 1점쇄선 IV로 표시되어 있다. 캠샤프트(28)는 화살표 A 방향으로 회전하고 개방측면(71)은 기준 세그먼트(70) 이후에 활성화되며, 드웰 세그먼트(72)는 개방측면(71) 이후에 활성화되고, 폐쇄측면(73)은 드웰 세그먼트(72) 이후에 활성화되며 기준 세그먼트(70)는 폐쇄측면(73) 이후에 활성화된다. 대응하는 1점쇄선들이 캠 프로파일에 의해 정의된 배기 밸브(11)의 개방 프로파일(opeing profile)의 그래프를 도시한 도 8에 도시되어 있다.

기준 세그먼트(70)가 활성화되는 주기(period)에는 배기 밸브(11)는 그것의 시트에 놓여져 있고 가스 스프링(38)이 강하게 압축되지 않기 때문에 유압식 푸쉬 로드의 압력은 낮은 레벨에 있다. 이 주기는 캠 프로파일에 전적으로 기초하는 배기 밸브(11)의 개방 프로파일을 가지는 그래프를 도시하는 도 8에 1점쇄선 IV와 I 사이의 안착 주기(seated period)로 언급되어 있다. 개방측면(71)이 활성화되는 주기에는 배기 밸브(11)는 그것의 시트 위에 놓여 있는 폐쇄 위치에서 그것의 개방 위치로 움직이고 유압식 푸쉬 로드의 압력은 가스 스프링(38)의 증가하는 압축때문에 높은 레벨로 증가한다. 이 주기는 도 8에 1점쇄선 I과 II 사이의 개방 주기로 언급되어 있다. 드웰 세그먼트(72)가 활성화되는 주기에는 유압식 푸쉬 로드의 압력은 거의 일정하며 가스 스프링(38)이 완전히 압축되었기때문에 높은 레벨을 유지한다. 이 주기는 도 8에서 1점쇄선 II와 III 사이의 드웰 주기로 언급되어 있다. 폐쇄측면(73)이 활성화되는 주기에는 유압식 푸쉬 로드의 압력은 높은 레벨에서 낮은 레벨로 감소한다. 이 주기는 도 8에서 1점쇄선 III와 IV 사이의 폐쇄 주기로 언급되어 있다.

유압유의 압력은 가스 스프링(38)의 영향에 의해서만 결정되는 것은 아니며; 도 11에서 확인할 수 있는 것처럼, 포함된 질량들(masses)의 가속과 감속 또한 영향력을 가지며, 상기에서 언급된 것과 같은 전반적인 압력 발달(pressure development)에 의해서 결정된다.

포지티브 디스플레이스먼트 펌프 피스톤(positive displacement pump piston,32)이 위로 움직이면, 유압유는 도관(36)을 통해 밸브 액추에이터(34)로 유입된다. 액추에이터(34)는 연소 챔버의 압력에 대항하여 배기 밸브(11)가 열리도록 강제한다. 포지티브 디스플레이스먼트 펌프 피스톤(32)이 아래로 움직이면, 가스 스프링(38)이 배기 밸브(11)와 배기 밸브 액추에이터(34)를 위로 움직이도록 강제하며 그로 인해 배기 밸브 액추에이터(34)의 유압유는 포지티브 디스플레이스먼트 펌프(31)로 되돌아 흐른다. 밸기 밸브(11)의 개방 동작동안 배기 밸브 액추에이터(34)로 이동되는 대부분의 에너지는 가스 스프링에 저장되어 있으며 배기 밸브 액추에이터(34)의 리턴 행정(return stroke) 동안 포지티브 디스플레이스먼트 펌프(31)에서 만들어지는 압력에 의해 캠샤프트(28)로 되돌아온다. 따라서, 배기 밸브(11)를 열기위해 필요한 유압 에너지의 작은 부분만이 낭비된다.

본 발명에 따른 배기 밸브 액추에이션 시스템은 유압식 푸쉬 로드에 유체의 체적을 더하고 더해진 체적을 다시 제거하기 위한 장치(50)를 포함한다. 유압유의 체적은 유압식 푸쉬 로드에 더해지며 이는 캠 프로파일에 의해 정의된 폐쇄 순간(closing moment)에 대해 배기 밸브(11)가 닫히는(그것의 헤드가 시트(18)상에 위치하는) 순간을 지연시키기 위한 목적을 가진다(캠 프로파일에서 선 IV를 가로지르는 위치와 도 8의 시간 척도에서 1점쇄선 IV의 교차점과 일치하는 캠 프로파일에 의해 정의된 폐쇄 순간)

폐쇄 순간의 지연, 즉 지연 시간의 길이는 실린더(6)에 있는 소기 공기의 압축 압력을 다양하게 제어하는데 사용된다. 필요한 지연은, 예를 들어 엔진 부하, 소기 공기 압력 및 rmp과 같은 작동 상태와 다양한 센서들에 의해 전자 제어 유닛(90)에 전달되는 작동 상태에 대한 다른 변수들에 기초하여 전자 제어 유닛(90)에 의해 결정되고 해당 엔진의 특정 타입에 대한 엔진 맵의 데이터의 사용에 의해 결정된다. 엔진 맵은 소기 공기 압력 비율을 위해 요구되는 압축 압력에 대한 테이블을 포함할 수 있다(이 비율은 배기 밸브 폐쇄 각의 무차원 측정(dimensionless measure)이다). 지연을 위한 전자 제어 유닛(90)에 의한 결정은 인간 조작자에 의해 선택되거나 엔진의 지리적 위치(geographical position)에 기초하여 자동으로 선택되는 작동 모드에도 의존하며, 이는 예를 들어 연료 절감 최적 모드 동작과 NO_X 최적 모드 동작 사이를 전환하기 위함이다.

본 구현예에서 장치(50)는 피스톤 펌프(31)에 부착되며 피스톤 펌프(31)의 하우징에 형성된 일 부분인 도관(63)을 통해 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유와 연통된다. 장치(50)는 비록 유압식 피스톤 로드 근처, 예를 들어 배기 밸브 액추에이터(34)에 위치하는 것이 바람직하나 다른 곳에 위치할 수도 있다.

본 구현예에서 장치(50)는 하우징(51)을 포함하며 장치(50)에는 하우징(51) 내부에 형성된 실린더에 수용되는 조절 피스톤(regulation piston,50)이 제공된다. 실린더와 조절 피스톤(52)은 조절 피스톤(52)의 일측면상에서 조절 챔버(53)를 함께 한정하며 조절 챔버(53)는 동작동안 유압유로 채워진다. 조절 피스톤(52)은 완전히 수축된 위치와 완전히 확장된 위치 사이의 행정을 가진다. 완전히 수축되고 확장된 위치들은 예를 들어 그것이 수용되는 실린더의 각 단부에 인접하는 조절 피스톤과 같은 물리적인 단부 멈춤부(end stop)에 의해 제한된다. 단부 멈춤부는 유압식 푸쉬 로드에 추가된 유압유의 최대 체적이 설정된 작은 양을 초과하지 않도록 보장한다. 조절 챔버(53)는 도관(63)을 통해 상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유와 유체 연통한다.

조절 피스톤(52)은 조절 피스톤(52)이 그것의 확장된 위치로 향하도록 가압(urging)하기 위해 신장 피스톤(extension piston,54)과 작동가능하게 연결되며 조절 피스톤(52)은 조절 피스톤(52)이 그것의 추축된 위치로 향하도록 가압하기 위해 리턴 피스톤(return piston,56)과 작동가능하게 연결된다. 신장 피스톤(54)은 그것과 함께 연결된 작동 챔버(operating chamber,55)를 가진다. 작동 챔버(55)는 작동 챔버(55)를 유압 소스(a source of hydraulic pressure) 또는 탱크에 전자 제어식 유압 밸브(69)의 위치에 따라, 선택적으로 연결하는 전자 제어식 3/2 유압 밸브(69)와 연결된다. 압력의 소스는 조절 피스톤(52)에 적용되기 위해 요구되는 힘과 맞추기 위해 선택된 일정한 압력(constant pressure)인 것이 바람직하다. 구현예에서 조절 피스톤(52)과 신장 피스톤의 치수(직경)는 일정한 참조 압력에 따라 선택되고 유압 소스는 압축 압력 제어 수단(means of compression pressure control)을 위해 사용되지 않는다.

전자 제어식 밸브(69)는 전자 제어 유닛(90)과 연결되며 전자 제어 유닛(90)은 전자 제어식 밸브(69)의 위치를 결정한다.

리턴 피스톤(56)은 신장 피스톤(54)보다 더 작은 직경을 가진다. 리턴 피스톤(56)은 그것과 함께 연결된 작동 챔버(57)를 가지며 작동 챔버(57)는 도관(60)에 의해 유압 소스(80)와 지속적으로 연결된다. 신장 피스톤(54)과 리턴 피스톤(56) 사이의 직경 차이는 양 작동 챔버(55,57)가 가압될 때, 즉 전자 제어식 밸브가 작동 챔버(55)를 유압 소스(80)에 연결할 때 조절 피스톤(52)이 그것의 확장된 위치로 향하도록 가압(urging)하는 힘을 야기한다. 조절 피스톤(52)을 그것의 확장된 위치로 향하도록 가압하는 힘의 크기는 유압유가 푸쉬 로드로 들어가는 유압유의 압력을 결정한다. 도 8 내지 도 11에서 볼 수 있듯이 이 힘에 대응하는 압력은 유압유가 폐쇄측면이 활성화되는 주기의 대략적인 중간지점에서 드웰 단계 동안의 안정된 압력의 약 1/3인 압력을 가지고 유압식 푸쉬 로드 안으로 움직이는 것을 시작하도록 선택된다.

전자 제어 유닛(90)에 의해 배기 밸브(11)의 개방 시간이 연장될 필요가 있다고 결정되면, 전자 제어 유닛(90)은 상기 드웰 세그먼트가 활성화되는 주기(드웰 단계) 동안 상기 조절 피스톤(52)을 상기 완전히 수축된 위치에서 상기 확장된 위치로 가압하는 것을 시작할 것이며, 이는 도 9 내지 11에서 전자 제어식 밸브에 대한 신호를 형성하는 것으로 확인할 수 있다. 유압식 푸쉬 로드의 압력이 조절 피스톤(52)에 의해 발생된 압력 아래로 아직 떨어지는 시점 전까지는, 전자 제어식 밸브의 추출 활성화 점(extract activation point)은 임계점이 아니다. 조절 피스톤(52)을 드웰 압력보다 낮은 상기 조절 챔버(53)의 압력에 대응하는 그것의 확장된 위치로 가압하는 힘 때문에 조절 피스톤(52)은 상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 압력이 폐쇄 측면(73)이 활성화되는 것에 의해 상기 드웰 압력의 훨씬 아래로 떨어지기 전에 그것의 확장된 위치로 움직이는 것을 시작하지 않으며, 이는 도 9 내지 11의 그래프로부터 확인할 수 있다.

전자 제어 유닛(90)은 드웰 세그먼트(70)가 활성화되는 주기동안 조절 피스톤(52)이 그것의 완전히 수축된 위치에서 그것의 확장된 위치를 향해 가압하는 것을 시작하도록 구성되며 기계적인 단부 멈춤부(end stop)가 조절 피스톤(52)이 뒤로 움직이는 것을 방지하기 때문에 조절 피스톤이 유압식 푸쉬 로드의 높은 압력에 의해 뒤를 향해 움직일 수 없도록 한다.

도 9 내지 11에서 볼 수 있듯이 전자 제어 유닛(90)은 조절 피스톤(52)이 캠 프로파일에 의해 정의된 폐쇄 주기(1점쇄선 IV에 대응하는)의 끝을 지나 경과하는 일정한 지연까지 그것의 연장된 위치로 가압하는 것을 계속하도록 구성된다. 그 이후에, 전자 제어 유닛(90)은 리턴 피스톤(56)에 작용하는 작동 챔버(57)에 있는 유압유의 압력이 조절 피스톤(52)을 그것의 수축된 위치로 향하도록 작용하는 힘을 야기하도록 작동 챔버(55)가 탱크와 연결되는 위치로 전자 제어식 밸브(69)를 스위칭하는 것에 의해 조절 피스톤(52)이 그것의 완전히 수축된 위치로 되돌아 움직이도록 가압한다. 조절 피스톤(52)의 리턴 움직임은 조절 챔버(53)의 압력에 의해 보조되어진다. 그것의 수축된 위치로의 조절 피스톤(52)의 움직임은 그전에 거기에 더해진 유압유의 체적을 제거하여 그로 인해 배기 밸브(11)가 닫히기 위해 그것의 시트(18)로 돌아오는 것을 허용한다.

배기 밸브(11)가 닫히는 것이 지연되는 시간의 길이는 엔진 실린더(6)에서의 압축 압력에 중요한 영향을 미치며 따라서 지연의 길이는 중요하며 정확하게 제어되어야 한다. 배기 밸브(11)의 폐쇄에 대한 원하는 지연 길이의 결정은 상기에서 기술된 것과 같으며 소기압 비율 맵(scavenging pressure ratio map)에 대한 원하는 압축 압력을 기반으로 하는 컨버젼 맵(conversion map)의 사용을 포함할 수 있다.

장치(50)는 상기 구현예에서 기술된 것과 다르게 구성될 수 있다. 유압유가 드웰 압력보다 낮고 기본 압력보다 높은 압력에 대응하는 압력을 가지고 유압식 푸쉬 로드 안으로 들어갈 수 있도록 구성되고, 드웰 단계 동안(폐쇄측면이 활성화되기 전에)유압유의 체적이 유압식 푸쉬 로드 안으로 들어가는 것을 시작하도록 구성되며 폐쇄측면이 활성화되는 것이 멈추는 순간(캠 프로파일에서 선 IV를 가로지르는 위치에 대응하는) 이후에 제어된 지연을 가지고 유압식 푸쉬 로드로부터 체적을 제거하도록 구성된 어떠한 장치라도 본 발명에 사용하기에 적합하다.

청구항에서 사용된 용어 "포함하는"은 다른 구성요소를 배제하지 않는다. 청구항에서 사용된 "단수" 표현은 복수를 배제하지 않는다.

비록 본 발명이 예시의 목적을 위해 상세한 설명에서 기술되었으나, 그와 같은 설명은 단지 그 목적을 위한 것으로 이해되어야 하며, 변형들이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 만들어질 수 있다.

Claims

크로스헤드(22)를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2-행정 단류 내연 엔진(1)에 있어서, 상기 엔진(1)은,
실린더 당 적어도 하나의 배기 밸브(11)와 하나의 배기 밸브 시트(18)를 구비하며, 상기 배기 밸브(11)는 개방된 위치와 상기 시트(18)에 안착되는 위치인 폐쇄된 위치 사이에서 이동가능하게 구성된 복수의 실린더;
각 배기 밸브(11)와 연결되며, 그것과 함께 연결된 배기 밸브(11)와 폐쇄 방향인 상기 밸브 시트(18)쪽으로 편향(bias)되게 배열된 공기 스프링(pneumatic spring,38);
배기 캠(29)이 제공되며, 상기 배기 캠(29)에는 해당 배기 캠(29)과 연결된 배기 밸브(11)를 작동시키기 위한 개방측면(71), 폐쇄측면(73), 개방측면(71)과 폐쇄측면(73)을 연결하는 드웰 세그먼트(dwell segment,72) 및 폐쇄측면(73)과 개방측면(71)을 연결하는 기준 직경 세그먼트(base diameter segment,70)를 포함하는 캠 프로파일이 제공된 적어도 하나의 캠샤프트(28);
각 실린더(6)의 배기 밸브(11)와 연결되며, 상기 캠샤프트(28)의 배기 캠(29)에 의해 구동되는 펌프 피스톤(32)을 포함하는 유압식 피스톤 펌프(31), 해당 배기 밸브를 개방 방향으로 이동시키기 위해 배기 밸브(11)상에서 작동하는 액추에이션 피스톤(35)을 포함하는 유압식 액추에이터(34), 및 유압식 피스톤 펌프(31)와 유압식 액추에이터(34)를 연결하는 유압 도관(36)을 포함하는 유압식 푸쉬 로드; 및
상기 펌프 피스톤(32)과 상기 액추에이션 피스톤(35) 사이의 상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유;를 포함하되,
상기 엔진은 상기 배기 밸브(11)의 개방 시간을 연장하기 위해 폐쇄측면(73)이 활성화되는 주기동안 상기 유압식 피스톤 로드에 있는 유압유에 유압유의 체적을 선택적으로 추가하기 위해 구성된 장치(50)를 더 포함하고 상기 장치(50)는 캠 프로파일에 의해 정의된 폐쇄 순간에 대한 지연을 가지고 상기 배기 밸브(11)가 그것의 시트(18)로 되돌아가는 것을 허용하기 위해 상기 유압식 피스톤 로드로부터 상기 유압식 피스톤 로드에 추가된 유압유의 체적을 상기 폐쇄측면(73)의 활성화가 끝나는 순간 이후 일정한 지연을 가지고 제거하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 1항에 있어서,
상기 공기 스프링(38)의 압축은 배기 밸브(11)가 그것의 개방 위치에 머무르고 배기 캠(29)의 드웰 세그먼트(70)가 활성화될 때 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유에 드웰 압력을 야기하고, 상기 장치(50)는 유압유의 체적을 상기 푸쉬로드에 상기 드웰 압력보다 낮은 압력을 가지고 가압(urge)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 1항에 있어서, 상기 장치(50)는,
조절 피스톤(52)의 일측에 있으며 상기 유압식 푸쉬 로드의 유압유와 유체연통(fluid communication)되는 조절 챔버(53)에서 완전히 수축된(retracted) 위치와 완전히 신장된(extended) 위치 사이의 행정을 가지는 조절 피스톤(52), 및
상기 조절 피스톤(52)에 작동하며, 폐쇄측면(73)이 활성화되는 것에 의해 상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 압력이 상기 드웰 압력 아래로 떨어지기 전에 조절 피스톤(52)이 그것의 신장된 위치를 향해 움직이는 것을 시작하지 않도록 하기 위해 드웰 세그먼트(72)가 활성화되는 상기 주기 동안 상기 드웰 압력보다 낮은 상기 조절 챔버(53)의 압력에 대응하는 힘을 가지고 상기 조절 피스톤(52)을 상기 완전히 수축된 위치에서 상기 신장된 위치로 가압하는 것을 시작하도록 구성된 전자 제어식 액추에이팅 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 3항에 있어서,
상기 전자 제어식 액추에이팅 시스템은 드웰 세그먼트(72)가 활성화되는 주기동안 조절 피스톤(52)을 그것의 완전히 수축된 위치에서 그것의 신장된 위치를 향해 가압하는 것을 시작하도록 구성되며, 상기 전자 제어식 액추에이팅 시스템은 상기 일정한 지연이 경과되기까지는 조절 피스톤을 가압하는 것을 유지하고 그 이후에 조절 피스톤(52)이 그것의 완전히 수축된 위치로 되돌아 가도록 가압하거나 이를 허용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 3항에 있어서,
상기 조절 피스톤(52)은 자신을 그것의 신장 위치(extended position)로 향하도록 가압하기 위한 신장 피스톤(54)과 연결되며 상기 조절 피스톤(52)은 자신을 그것의 수축 위치(retracted position)로 향하도록 가압하기 위한 리턴 피스톤(56)과 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 5항에 있어서,
상기 신장 피스톤(54)은 그것과 함께 연결된 작동 챔버(55)를 가지며 상기 작동 챔버(55)는 상기 작동 챔버(55)를 압력 소스 또는 탱크와 선택적으로 연결하는 전자 제어식 유압 밸브(69)와 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 6항에 있어서,
상기 장치(50)는 상기 신장 피스톤(54), 상기 리턴 피스톤(56) 및 상기 전자 제어식 유압 밸브(69)를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 7항에 있어서,
상기 전자 제어식 유압 밸브(69)는 전자 제어 유닛(90)과 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 6항에 있어서,
상기 리턴 피스톤(56)은 신장 피스톤(55)보다 더 작은 직경을 가지며 상기 리턴 스프링(56)은 그것과 함께 연결되며 상기 압력 소스와 지속적으로 연결되는 작동 챔버(57)를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 8항에 있어서,
크랭크샤프트(3) 또는 캠샤프트(28)의 각위치를 나타내는 위치 센서를 더 포함하며 상기 전자 제어식 유압 밸브(69)는 소기압 비율 맵(scavenging pressure ratio map)에 대해 요구되는 압축 압력에 기초하는 컨버젼 맵(conversion map)에 기반하여 제어된 지연에 의해 배기 밸브의 폐쇄을 지연하기 위해 활성화되는 것을 특징으로 하는 엔진.
제 9항에 있어서,
상기 전자 제어 유닛(90)은 상기 배기 밸브(11)가 그것의 시트(18)로 되돌아가고 상기 조절 피스톤(52)이 그것의 수축된 위치와 일치하는 시트로 되돌아가도록 상기 전자 제어식 밸브(69)가 폐쇄측면(73)의 활성화가 끝난 순간 이후에 일정한 지연을 가지고 상기 작동 챔버(55)를 탱크에 연결하는 것을 지시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진.
실린더 당 적어도 하나의 배기 밸브(11)와 하나의 배기 밸브 시트(18)를 구비한 복수의 실린더(6),
각 배기 밸브(11)와 연결되며, 그것과 함께 연결된 배기 밸브(11)와 폐쇄 방향인 상기 밸브 시트쪽으로 편향되게 배열된 공기 스프링(pneumatic spring,38),
배기 캠(29)이 제공되며, 상기 배기 캠(29)에는 해당 배기 캠(29)과 연결된 배기 밸브(11)를 작동시키기 위한 캠 프로파일이 제공된 적어도 하나의 캠샤프트(28), 및
배기 밸브(11)에 캠 프로파일을 전송하기 위해 각 실린더(6)의 배기 밸브(11)와 연결되며, 유압유를 함유하는 유압식 푸쉬 로드를 포함하며,
상기 배기 밸브(11)는 개방측면(71), 폐쇄측면(73), 개방측면(71)과 폐쇄측면(73)을 연결하는 드웰 세그먼트(72) 및 폐쇄측면(73)과 개방측면(71)을 연결하는 기준 직경 세그먼트(70)를 포함하는 상기 캠 프로파일에 의해 제어된 작동 순서를 가지며,
상기 공기 스프링(38)의 편향(bias)은 드웰 주기 동안 유압식 푸쉬 로드의 상기 유압유에 기 설정된 드웰 압력을 야기하는 크로스헤드(22)를 구비한 대형 저속 멀티 실린더 터보차져 2-행정 단류 내연 엔진(1)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
상기 드웰 주기 동안 유압식 로드에 있는 체적의 현재 압력보다 더 낮은 압력을 가지고 상기 폐쇄측면(73)이 활성화되는 주기 동안 유압식 푸쉬 로드의 유압유에 상당량의 유압유를 추가하는 단계, 및
폐쇄측면(73)의 활성화가 끝나는 순간 이후에 일정한 지연을 가지고 상기 유압식 푸쉬 로드의 유압유의 체적에서 상기 상당량의 유압유를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12항에 있어서,
상기 상당량의 유압유는 일측에 조절 챔버(53)를 구비하며 완전히 수축된 위치와 완전히 신장된 위치 사이의 행정을 가지는 조절 피스톤(52)에 의해 추가되며, 상기 조절 챔버(53)는 상기 유압식 푸쉬 로드의 유압유와 유체연통되고, 상기 방법은 폐쇄측면(73)이 활성화되는 것에 의해 상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 압력이 상기 드웰 압력 아래로 떨어지기 전에 조절 피스톤(52)이 그것의 신장된 위치를 향해 움직이는 것을 시작하지 않도록, 드웰 세그먼트(72)가 활성화되는 상기 주기 동안 상기 드웰 압력보다 낮은 상기 조절 챔버(53)의 압력에 대응하는 힘을 가지고 상기 조절 피스톤(52)을 상기 완전히 수축된 위치에서 상기 신장된 위치로 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12항에 있어서,
상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 체적에서 상기 상당량의 유압유를 제거하는 것을 시작하는 시점은 크랭크샤프트의 각위치를 나타내는 신호에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서,
상기 유압식 푸쉬 로드에 있는 유압유의 체적에서 상기 상당량의 유압유를 제거하는 것을 시작하는 상기 시점은 해당 실린더(6)의 연소 챔버(15) 내의 연소 압력을 제어하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.