KR101625527B1 - 내연기관용 밸브 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템에 관한 것으로, 이 내연기관용 밸브 시스템은 배기 또는 흡기 밸브, 액추에이터를 포함하며, 상기 액추에이터는 압력원과 유체적으로 연결되는 제 1 개구를 가지는 제 1 하우징 단부와 제 2 하우징 단부 사이에 축방향 연장부를 가지는 액추에이터 하우징, 상기 액추에이터 하우징 내에서 미끄럼 가능하고 제 1 피스톤 단부 및 제 2 피스톤 단부를 가지는 피스톤(10)으로서, 상기 제 2 피스톤 단부는 밸브를 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 작동시키기 위해 제 2 하우징 단부에 있는 개구를 통하여 밸브에 연결되는, 피스톤, 및 제 1 피스톤 단부의, 액추에이터 하우징의 제 1 단부를 향하는 제 1 피스톤 면과 제 1 하우징 단부 사이에 형성되는 제 1 챔버를 포함하며, 상기 피스톤은 축방향 연장부를 따라 제 1 피스톤 면에 대해 변위되게 배열되는 제 2 피스톤 면을 포함하며, 상기 제 2 피스톤 면은 액추에이터 하우징 및 피스톤에 의해 형성된 제 2 챔버 내에 배열되고, 상기 피스톤은 제 1 챔버와 제 2 챔버를 유체적으로 연결하는 유체 채널을 포함하거나 형성하여, 상기 가압 유체가 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 안내되어 제 2 피스톤 면 상으로 프레스되고 밸브를 개방한다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 밸브 시스템을 포함하는 내연기관 및 본 발명에 따른 밸브 시스템의 흡기/배기 밸브를 이동시키기 위한 밸브 작동 방법에 관한 것이다.

Description

내연기관용 밸브 시스템 {A VALVE SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 밸브 시스템을 포함하는 내연기관 및 본 발명에 따른 밸브 시스템의 흡기/배기 밸브를 이동시키기 위한 밸브 작동 방법에 관한 것이다.

제 US 5193495호에 도시된 바와 같은 내연기관들에서, 실린더들은 연소의 종료 후 배기 가스를 비우고 새로운 가스가 행정 동안 실린더 내로 들어오게 한다. 이를 위해, 배기 밸브 또는 흡기 밸브가 개방될 것이 요구된다. 예를 들면 배기 밸브를 개방할 때, 실린더 내의 압력은 매우 높으며, 밸브가 약간 개방되면 압력이 충분히 감소된다. 전자 작동식 밸브는 액추에이터에 의해 작동되어 밸브를 충분히 개방하도록 밸브를 하방으로 이동시키기 위하여 밸브의 스템의 상부에 가압력을 인가한다. 실린더 내의 고압을 극복하기 위하여, 밸브에 대한 초기력이 매우 높을 것이 요구되고 후속적으로 작동력은 밸브를 완전히 개방하도록 상기 운동을 계속하기 위해 충분히 낮을 수 있다.

공지된 액추에이터들에서, 액추에이터들은 가압 유체에 의해 작동된 듀얼 피스톤을 가지며, 실린더 내의 초기 압력이 극복되면, 듀얼 피스톤 중 외측 피스톤의 운동이 중단되어, 단지 듀얼 피스톤 중 내측 피스톤 만이 밸브를 완전히 개방하기 위해 이동되어 유지된다. 이러한 방식으로, 듀얼 피스톤의 결과적인 표면적은 실린더 내의 초기 고압이 극복된 후 실질적으로 감소되어, 가압 유체의 양이 밸브를 완전한 개방 위치로 더 이동시키기 위해 감소된다. 내부 피스톤을 구비한 듀얼 피스톤을 외측 피스톤 내에서 이동시킬 때, 듀얼 피스톤은 작동 동안 고장에 노출되고 이 같은 듀얼 피스톤은 또한 생산하기에 매우 복잡하고 비용이 많이 든다. 특히, 듀얼 피스톤의 이동 부분들은 범프들에 노출되어 액추에이터 고장, 조기 피스톤 마모 및 균열들을 초래한다.

본 발명의 목적은 종래기술의 상기 단점들 및 결점들을 완전히 또는 부분적으로 극복하는 것이다. 더욱 상세하게는, 제조하기가 더 용이하고 액추에이터 고장에 덜 노출되는 개선된 밸브 시스템을 제공하는 것이 목적이다.

아래 설명으로부터 명백하게 될 다양한 다른 목적들과 함께 상기 목적들, 장점들, 및 특징들은 가압 유체의 압력원을 갖는 내연기관용 밸브 시스템에 의해 본 발명에 따른 해법에 의해 달성되며, 상기 밸브 시스템은:

- 배기 또는 흡기 밸브,

- 액추에이터를 포함하며, 상기 액추에이터는:

- 상기 압력원과 유체적으로 연결되는 제 1 개구를 가지는 제 1 하우징 단부와 제 2 하우징 단부 사이에 축방향 연장부를 가지는 액추에이터 하우징,

- 상기 액추에이터 하우징 내에서 미끄럼 가능하고 제 1 피스톤 단부 및 밸브를 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 작동시키기 위해 제 2 하우징 단부에 있는 개구를 통하여 밸브에 연결되는 제 2 피스톤 단부를 가지는 피스톤, 및

- 제 1 피스톤 단부의, 상기 액추에이터 하우징의 제 1 단부를 향하는, 제 1 피스톤 면과 제 1 하우징 단부 사이에 형성된 제 1 챔버를 포함하며,

상기 피스톤은 상기 축방향 연장부를 따라 제 1 피스톤 면에 대해 변위되게 배열된 제 2 피스톤 면을 포함하며, 상기 제 2 피스톤 면은 액추에이터 하우징 및 피스톤에 의해 형성된 제 2 챔버 내에 배열되고, 상기 피스톤은 제 1 챔버와 제 2 챔버를 유체적으로 연결하는 유체 채널을 포함하거나 형성하여, 상기 가압 유체가 제 2 피스톤 면 상으로 프레스(press)하여 밸브를 개방하도록 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로 안내된다.

피스톤 내에 유체 채널을 가짐으로써, 압력 유체는 제 1 피스톤 면 및 제 2 피스톤 면 상에 동시에 프레스되고, 이에 따라 피스톤에 대한 초기 가압시, 단지 제 1 피스톤 면보다 더 큰 면적이 사용되고, 이에 따라 엔진의 실린더 내의 과압을 극복하기 위한 더 큰 힘이 얻어진다.

상기 피스톤은 비-가동 관계에 있는 하나의 부분 또는 부분들일 수 있다.

또한, 제 1 챔버는 제 2 챔버로부터 분리될 수 있다.

더욱이, 액추에이터 하우징은 제 2 챔버를 형성하는 고리형 그루브를 포함할 수 있다.

더욱이, 제 2 피스톤 면은 밸브의 폐쇄 위치에서 고리형 그루브에 대해 축방향 연장부(axial extension)로의 거리를 가질 수 있다.

또한, 상기 피스톤은 제 2 피스톤 면을 제공하는 고리형 돌기를 포함할 수 있다.

또한, 제 2 챔버는 제 1 피스톤 면에 가장 근접한 챔버 면을 가질 수 있고, 상기 챔버 면은 밸브의 폐쇄 위치에서 제 2 피스톤 면에 대해 축방향 연장부로의 거리를 갖는다.

상기 제 2 챔버는 고리형일 수 있다.

또한, 챔버 면은 피스톤과 인접하여 종료될 수 있다.

더욱이, 제 2 챔버는 피스톤과 인접하여 종료하는 제 2 챔버 면을 가질 수 있다.

상기 유체 채널은 제 1 채널 개구 및 제 2 채널 개구를 가질 수 있고, 제 2 채널 개구는 폐쇄 위치에서 제 2 챔버와 대향할 수 있으며, 상기 제 2 채널 개구는 축방향 연장부에 대해 수직하게 배열될 수 있어, 밸브를 개방하는 피스톤의 운동시, 제 2 채널 개구는 제 2 챔버를 지나서 이동되어 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이의 유체 연통을 단속한다.

더욱이, 제 1 채널 개구는 제 1 피스톤 면에 또는 피스톤의 원주 면에 배열될 수 있다.

상기 피스톤은 제 1 챔버와 대향하는 복수의 제 1 채널 개구들을 더 포함할 수 있다.

더욱이, 상기 피스톤은 제 2 챔버와 대향하는 복수의 제 2 채널 개구들을 더 포함할 수 있다.

부가적으로, 상기 밸브 시스템은 제 1 피스톤 단부에 배치된 감쇠 장치를 더 포함할 수 있다.

이 같은 감쇠 장치는 제 1 피스톤 단부에 있는 보어 내에 미끄럼 가능하게 배열된 감쇠 피스톤을 포함할 수 있고, 피스톤은 보어 내에 배열될 수 있고 감쇠 피스톤 상으로 프레스하는 가압 유체에 의해 압축될 수 있다.

또한, 상기 피스톤은 액추에이터 하우징 및 피스톤에 의해 형성된 고리형 공간에 대응하는 고리형 돌기를 포함할 수 있어서, 밸브를 개방하기 위한 피스톤의 운동 동안 돌기는 고리형 공간을 한정할 수 있다(confine).

상기 밸브를 개방하기 위한 피스톤의 운동 동안, 상기 돌기가 고리형 공간을 한정할 수 있을 때, 유체는 상기 공간 내에 포획되고 상기 피스톤의 운동이 피스톤의 진동을 감쇠하기 위해 감속된다. 이러한 방식으로, 피스톤의 정지 운동이 상당히 감쇠된다.

또한, 제 1 피스톤 면은 액추에이터 하우징의 제 1 단부로부터 축방향 연장부를 따라 이격하여 배열될 수 있다.

더욱이, 고리형 공간은 제 1 챔버의 부분일 수 있다.

또한, 고리형 공간은 제 3 챔버에 배열될 수 있다.

제 2 챔버는 제 1 챔버와 제 3 챔버 사이에 축방향 연장부를 따라 배열될 수 있다.

더욱이, 액추에이터 하우징은 축방향 연장부를 따라 제 2 챔버로부터 이격되어 배열된 제 3 개구를 포함할 수 있으며, 제 3 개구는 액추에이터 하우징의 제 1 단부 보다 액추에이터 하우징의 제 2 단부에 더 근접하게 된다.

또한, 제 3 개구는 제 2 채널 개구가 제 3 개구와 대향할 때, 유체 채널로부터 가압 유체를 수용하기 위한 릴리프 개구(relief opening)일 수 있다.

또한, 제 3 개구는 제 3 챔버에 유체적으로 연결될 수 있다.

본 발명은 또한 전술된 바와 같이 밸브 시스템을 포함하는 내연기관에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 전술된 바와 같이 내연기관을 포함하는 용기에 관한 것이다.

최종적으로, 본 발명은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 전술된 바와 같은 밸브 시스템의 흡기/배기 밸브를 이동시키기 위한 밸브 작동 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:

- 유체를 가압하는 단계,

- 가압 유체를 액추에이터 하우징에 있는 제 1 개구를 지나 안내하는 단계,

- 상기 유체를 피스톤에 있는 유체 채널로 안내하는 단계,

- 가압 유체에 의해 제 1 피스톤 면과 제 2 피스톤 면을 동시에 프레스하는 단계,

- 밸브를 개방하기 위하여 피스톤을 액추에이터 하우징의 제 2 단부를 향하여 이동시키는 단계,

- 제 2 챔버로의 유체 연결부를 폐쇄하는 단계, 및

- 밸브를 완전히 개방하기 위하여 피스톤을 추가로 이동시키는 단계를 포함한다.

이러한 밸브 작동 방법은 공간을 한정하도록 피스톤의 이동 동안 돌기를 이동시킴으로써 공간 내의 유체를 포획하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 공간 내의 유체를 포획하는 단계는 피스톤의 진동을 감쇠하도록 피스톤 운동이 정지할 때까지 피스톤의 운동을 감속시킬 수 있다.

또한, 전술된 바와 같은 밸브 작동 방법은 감쇠 피스톤을 프레스함으로써 스프링을 압축하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제 2 챔버로의 유체 연결부를 폐쇄하는 단계는 제 2 개구를 제 2 챔버를 지나 이동시킴으로써 수행될 수 있다.

본 발명 및 본 발명의 다수의 장점들은 첨부하는 개략적인 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이며, 상기 도면들은 예시 목적을 위해 몇몇의 비-제한적인 실시예들을 도시한다.
도 1은 내연기관의 밸브 시스템의 부분적인 횡단면도를 도시하며, 상기 밸브는 폐쇄된 위치에 도시되며,
도 2는 감쇠 장치 및 공기 스프링을 가지는 다른 밸브 시스템의 부분적인 횡단면도를 도시하며,
도 3은 감쇠 공간 및 릴리프 개구를 가지는 다른 밸브 시스템의 부분적인 횡단면도를 도시하며, 상기 밸브는 약간 개방된 위치에 도시되며,
도 4는 내연기관의 다른 밸브 시스템의 부분적인 횡단면도를 도시한다.
도면들 모두는 매우 개략적이고 반드시 실척대로 도시한 것은 아니며, 도면들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 필요한 부분들만을 도시되며, 다른 부분들은 생략되거나 단지 제안만된다.

도 1은 가압원(P)으로부터의 가압 유체에 의한 내연기관(100)의 배기 또는 흡기 밸브(2)의 작동을 위한 밸브 시스템(1)을 도시한다. 엔진(100)의 실린더(3)에서 연소가 종료되면, 새로운 디젤 연료가 실린더(3) 내로 유입되기 전에 배기 가스가 배기 밸브(2)를 통하여 방출된다. 밸브 시스템(1)은 개방될 것이 요구되는 배기 또는 흡입 밸브(2), 및 밸브를 개방하기 위한 액추에이터(4)를 포함한다. 액추에이터(4)는 제 1 하우징 단부(7)와 제 2 하우징 단부(8) 사이에 축방향 연장부(6)를 가지는 액추에이터 하우징(5)을 포함한다. 제 1 하우징 단부(7)는 압력원(P)과 유체적으로 연결하는 제 1 개구(9)를 가져서, 또한 고압 유체라고 불리는 가압 유체가 액추에이터 하우징(5) 내로 안내된다. 피스톤(10)은 액추에이터 하우징(5) 내에 미끄럼 가능하게 배열되고 제 1 피스톤 단부(11) 및 제 2 피스톤 단부(12)를 갖는다. 제 2 피스톤 단부(12)는 밸브(2)를 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 작동시키기 위해 제 2 하우징 단부(8)에 있는 개구(15)를 통하여 배기 밸브(2)의 스템(14)에 연결된다. 밸브(2)는 도 1에서 폐쇄 위치로 도시된다. 액추에이터(4)는 제 1 피스톤 단부(11)의 제 1 피스톤 면(17)과 제 1 하우징 단부(7) 사이에 형성된 제 1 챔버(16)를 갖는다. 제 1 피스톤 면은 액추에이터 하우징(5)의 제 1 단부(7)를 향한다. 피스톤(10)은 축방향 연장부(6)를 따라 제 1 피스톤 면(17)에 대해 변위되게 배열된 제 2 피스톤 면(18)을 포함한다. 제 2 피스톤 면(18)은 액추에이터 하우징(5)과 피스톤(10)에 의해 형성된 제 2 챔버(19) 내에 배열된다. 상기 피스톤(10)은 제 1 및 제 2 챔버(16, 19)들을 유체적으로 연결하는 유체 채널(20)을 포함하거나 형성하여, 가압 유체가 제 1 챔버(16)로부터 제 2 챔버(19)로 안내되어 밸브(2)를 개방하기 위해 제 2 피스톤 면(18) 상으로 프레스되고, 이에 따라 밸브(2)를 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동시킨다.

유체 채널(20)을 피스톤(10) 내에 가짐으로써, 가압 유체는 제 1 피스톤 면(17) 및 제 2 피스톤 면(18)을 동시에 프레스하여, 단지 제 1 피스톤 면(17)보다 통상의 더 큰 면적을 생성한다. 이에 따라, 밸브(2)를 개방하기 위한 유체는 더 큰 면적 상으로 프레스하여, 연소 실린더(3) 내의 초기 과압을 극복하기 위한 더 큰 힘을 생성한다. 그 위로 가압 유체가 프레스되는 초기의 더 큰 면적은 일체형(one-piece) 피스톤(10)에서 얻어지고 상기 피스톤(10) 내의 유체 채널(20)은 유체를 제 2 챔버(19)에 분배하고 이에 따라 외측 피스톤 내부에 미끄럼 가능하게 배열된 내측 피스톤의 공지되고 더 복잡한 설계가 회피된다. 본 발명의 피스톤(10)은 이에 따라 하나의 부분이거나 부분들이 비-가동 관계로 단단히 장착된다.

단지 하나의 유체 압력원은 제 1 챔버(16) 내로 가압 유체를 공급하기 위해 사용되고, 피스톤(10)에 있는 유체 채널(20)은 제 1 챔버(16)로부터 별개의 제 2 챔버(19)로 안내한다. 제 2 챔버(19)는 고리형이고 피스톤(10)과 함께 제 2 챔버(19)를 형성하는 고리형 그루브(21)를 포함하는 액추에이터 하우징(5)에 의해 형성된다. 상기 유체 채널(20)은 반경 방향으로 연장하는 보어(20b)와 유체적으로 연결된 축방향으로 연장하는 보어(20a)에 의해 형성된다. 축방향으로 연장하는 보어(20a)는 반경 방향으로 액추에이터 하우징(5)에 있는 제 1 개구(9)에 대해 변위되게 배열되어, 가압 유체는 제 1 피스톤 면(17) 상에 압력을 인가하도록 안내되고 유체 채널(20) 내로 직접 안내되지 않는다. 제 1 피스톤 면(17)은 축방향 연장부(6)를 따라 액추에이터 하우징(5)의 제 1 단부(7)로부터 이격하여 배열된다.

제 2 챔버(19)는 제 2 피스톤 면(18)이 밸브(2)의 폐쇄 위치에서 고리형 그루브(21)에 대해 축방향 연장부(6)로의 거리(d)를 갖도록 설계된다. 이러한 방식으로, 가압 유체는 도 1에서 피스톤(10)을 하방으로 이동시키도록 제 2 피스톤 면(18)에 맞닿아 프레스될 수 있다. 밸브(2)의 스템(15)에 연결되는, 피스톤(10)이 하방으로 이동할 때, 밸브(2)의 디스크 부분(31)은 실린더(3)의 시트(32)를 떠나서, 배기 가스가 밸브(2)의 디스크 부분(31)을 통과할 수 있고 배기 채널(30)을 통하여 외부로 통과할 수 있다.

도 1에서, 피스톤(10)은 제 2 피스톤 면(18)을 제공하는 고리형 돌기(22)를 포함한다. 돌기(22)는 고리형 링을 형성하기 위해 제 2 챔버(19) 내로 고리형 링으로서 돌출한다. 제 1 하우징 단부(7)를 향하는 피스톤(10)의 제 1 부분은 액추에이터 하우징(5)의 내경과 일치하는 제 1 직경을 가지며, 피스톤(10)의 제 2 부분은 제 1 직경보다 크고 액추에이터 하우징(5)의 제 2 내경과 일치하는 제 2 직경을 갖는다. 제 2 챔버(19)와 대향하여, 액추에이터 하우징(5)은 액추에이터 하우징(5)의 제 1 및 제 2 내경들 둘다 보다 큰 제 3 내경을 갖는다. 상기 피스톤(10)은 밸브(2)의 스템(14)에 단단히 연결된다.

상기 제 2 챔버(19)는 제 1 피스톤 면(17)에 가장 근접하고 피스톤(10)과 접하여 종료되는 챔버 면(23)을 갖는다. 상기 챔버 면(23)은 밸브(2)의 폐쇄 위치에서 제 2 피스톤 면(18)에 대해 축방향 연장부(6)로의 거리(d)를 갖는다. 챔버 면(23)과 대향하여, 제 2 챔버(19)는 또한 피스톤(10)과 접하여 종료하는 제 2 챔버 면(24)을 갖는다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 유체 채널(20)은 제 1 채널 개구(25) 및 제 2 채널 개구(26)를 가지며, 상기 제 2 채널 개구(26)는 폐쇄 위치에서 제 2 챔버(19)와 대향하고, 여기서 제 2 채널 개구(26)는 축방향 연장부(6)에 대해 수직하게 배열되어서, 피스톤(10) 및 이에 따라 제 2 채널 개구(26)의 이동시, 제 2 채널 개구(26)는 제 2 챔버(19)를 지나 이동하여, 제 1 챔버(16)와 제 2 챔버(19) 사이의 유체 연통을 단속한다. 제 1 채널 개구(25)는 제 1 피스톤 면(17)에 배열된다.

밸브(2)를 개방하기 위한 피스톤(10)의 하방 운동은 펌프(P)로부터의 고압 유체에 의해 제공되며, 상기 운동은 도 1에 도시된 코일형 스프링, 도 2에 도시된 공기 또는 가스 스프링, 도 3에 도시된 압축성 탄성 요소(44) 또는 유사한 정지 수단과 같은 정지 수단에 의해 정지된다. 밸브(2)가 개방되면, 스프링 또는 탄성 요소(44)가 압축되고, 이는 스프링 또는 요소 내의 고유력을 유도하며, 상기 고유력은 밸브를 이의 폐쇄 위치로 복귀시키기 위해 그리고 이에 따라 상방 운동을 제공하기 위해 사용된다. 밸브의 복귀 운동 동안, 고압 유체는 제 1 개구(9)를 통하여 밸브(46)에 의해 제어된 탱크(T)로 복귀된다.

도 2에서, 밸브 시스템(1)의 액추에이터(4)는 밸브(20의 폐쇄가 감쇠되고 원하지 않는 진동들이 회피되도록 제 1 피스톤 단부(11) 내에 배열된 감쇠 장치(27)를 갖는다. 감쇠 장치(27)는 제 1 피스톤 단부(11)에 있는 보어(33)에 미끄럼 가능하게 배열된 감쇠 피스톤(28)을 포함하며, 스프링(29)은 감쇠 피스톤(28) 상으로 프레싱하는 가압 유체에 의해 압축되고, 이에 의해 감쇠 장치(27)는 스프링 로딩되고 밸브(2)가 폐쇄될 때 범프들을 흡수할 준비가 된다. 밸브(2)를 폐쇄하기 위하여 개방되면, 밸브 시스템(1)은 스템(14)이 하방으로 이동할 때 공간(42) 내에 공기를 포함하는 스템(14) 둘레에 배열된 공기 스프링 피스톤(41)을 갖는 공기 스프링을 포함한다. 상기 피스톤(10)은 제 2 챔버(19)와 대향하여 복수의 제 2 채널 개구(26)들을 포함한다. 볼 수 있는 바와 같이, 유체 채널(20)의 제 1 부분은 피스톤(10) 내의 그루브(20c)이며 반경 방향으로 연장하는 보어(20b)에서 종료하는 고리형 부분에 의해 계속된다.

도 3에서, 밸브(2)는 약간 개방 위치에 있다. 피스톤(10)은 제 1 챔버(16)와 대향하는 복수의 제 1 채널 개구(25)들을 포함하며, 상기 유체 채널(20)은 이에 따라 제 1 피스톤 면(17)에서 복수의 채널들로서 시작하고 고리형 그루브(21)를 향하는 각도로 연장하는 보어(20b)에서 종료하기 위해 피스톤(10)의 하나의 중심 보어 내로 수렴한다. 더욱이, 피스톤(10)은 액추에이터 하우징(5) 및 피스톤(10)에 의해 형성된 고리형 공간(35)에 대응하는 고리형 돌기(34)를 포함하여, 밸브(2)를 개방하기 위한 피스톤(10)의 운동 동안, 돌기(34)는 고리형 공간(35)을 한정하고 그 안에 유체를 압축한다. 밸브(2)를 개방하기 위한 피스톤(10)의 운동 동안, 돌기(34)가 고리형 공간(35)을 한정할 때, 유체는 공간(35) 내에 포획되고 피스톤(10)은 피스톤의 진동을 감쇠하도록 감속된다. 이러한 방식으로, 피스톤(10)의 정지 운동은 상당히 감쇠되고 바람직하지 않은 떨림(vibration)들이 이에 따라 회피된다. 도 3에서, 고리형 공간(35)은 제 1 챔버(16)의 부분이고 도 4에서, 고리형 공간(35)은 제 3 챔버(36) 내에 배열된다. 제 2 챔버(19)는 축방향 연장부(6)를 따라 제 1 챔버(16)와 제 3 챔버(36) 사이에 배열된다.

도 3에서, 액추에이터 하우징은 제 1 챔버(16)로부터 더 멀리 축방향 연장부(6)를 따라 제 2 챔버(19)로부터 이격하여 배열된 제 3 개구(37)를 포함한다. 제 3 개구(37)는 이에 따라 액추에이터 하우징(5)의 제 1 단부(7) 보다 액추에이터 하우징(5)의 제 2 단부(8)에 더 근접하다. 제 3 개구(37)는 제 2 채널 개구(26)가 제 3 개구(37)와 대향할 때 유체 채널(20)로부터 가압 유체를 수용하기 위한 릴리프 개구로서 기능한다. 작동 동안, 밸브(2)의 디스크 부분(31)은 디스크 부분(31)이 공기 스프링(40), 압축성 요소(44) 또는 유사한 정지 수단이 고장나는 경우 연소 실린더(3)의 압축 피스톤에 대해 충돌하기 전에 정지되는 것이 중요하다. 제 3 개구(37)를 가짐으로써, 피스톤(10)의 하방 운동은 가압 유체가 이어서 상기 소스(P)로부터 그리고 제 3 개구(37)의 밖으로 안내될 때, 제 3 개구(37)에서 정지된다. 따라서 제 3 개구(37)는 다른 정지 수단의 고장의 경우에 안전 예방책으로서 기능한다. 안전 예방책으로서 기능하는 제 3 개구(37)를 가질 때, 액추에이터 하우징(5) 내의 제 1 개구(9)는 유체 채널(20), 제 1 채널 개구(25), 제 2 채널 개구(26) 및 제 3 개구(37)의 횡단면적보다 작은 횡단면적을 가진다.

밸브를 개방하기 위한 밸브(2)의 운동 동안, 보어(20b)는 고리형 그루브(19)를 지나 이동하고, 피스톤(10)이 밸브(2)를 더 개방하기 위해 추가로 이동할 때, 상기 피스톤(10) 및 그루브(19) 사이의 공간이 증가함에 따라 고리형 그루브(19) 내의 압력이 감소한다. 압력이 고리형 그루브(19) 내에서 너무 낮아지는 것을 회피하도록, 고리형 그루브는 고리형 그루브 내부의 유체가 증발하는 것을 회피하도록, 실질적으로 3 바아의 압력을 가지는 저압 유체 공급원(45)과 연결된다.

도 4에 도시될 수 있는 바와 같이, 제 1 채널 개구(25)는 피스톤(10)의 원주 방향으로 배열되고 제 1 피스톤 면(17)에 배열되지 않는다. 다른 실시예에서, 제 1 채널 개구(25)들은 피스톤(10)의 원주 방향 면에 그리고 제 1 피스톤 면(17) 둘다에 배열된다. 도 4에서, 제 3 개구(27)는 제 3 챔버(36)에 유체적으로 연결된다.

흡기 또는 배기 밸브(2)는 먼저 가압 유체에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하기 위해 그리고 이어서 가압 유체를 액추에이터 하우징(5)에 있는 제 1 개구(9)를 지나 안내하기 위해 액추에이터(4)에 의해 작동된다. 상기 유체는 피스톤(10) 내 유체 채널(20)로 그리고 제 2 챔버(19) 안팎으로 추가로 안내되어, 가압 유체에 의해 제 1 피스톤 면(17) 및 제 2 피스톤 면(18)을 동시에 프레스한다. 이러한 방식으로, 상기 피스톤(10)은 밸브(2)를 개방하도록 액추에이터 하우징(5)의 제 2 단부(8)를 향하여 이동된다. 가압 유체는 제 2 채널 개구(26)가 제 2 챔버(19)를 지나서 이동할 때까지 제 1 및 제 2 피스톤 면(17, 18)들 둘다 상으로 동시에 프레스되어 제 2 챔버(19)로의 유체 연결부를 폐쇄한다. 제 2 챔버(19)의 유체 연결부를 폐쇄한 후, 피스톤(10)은 제 1 피스톤 면(17) 상만 프레스하는 가압 유체에 의해 밸브(2)를 완전히 개방하도록 추가로 이동한다. 이러한 방식으로, 제 2 피스톤 면(18) 상에 작용하는 가압 유체가 단지 밸브(2)의 개방의 초기 단계에서만 사용되고 그 동안 실린더(3) 내의 과압이 높으며, 후속적으로 가압 유체가 단지 제 1 피스톤 면(17) 상으로 프레스하기 위해 사용되어 제 1 챔버(16)를 충전하고 또한 제 2 챔버(19)를 충전하지 않는다는 점에서, 가압 유체의 소모가 최소화된다.

피스톤(10)의 정지 운동 동안 진동 또는 떨림들을 방지하도록, 유체는 공간(35) 내에 포획되고 공간(35)을 한정하도록 피스톤(10)의 돌기를 이동시키고 그 안에 포획된 유체를 압축하도록 제 1 챔버(16) 또는 제 3 챔버(36) 중 어느 하나에 배열된다. 이에 따라, 공간(35) 내에 포획하는 유체는 피스톤의 진동을 감쇠하기 위하여 피스톤(10)의 운동을 감속한다. 밸브(2)를 다시 폐쇄할 때 밸브 시스템(1) 내의 떨림들을 추가로 회피하도록, 감쇠 피스톤(28) 내의 스프링(29)은 제 1 개구(9)를 통한 유체의 초기 가압 및 안내 동안 압축된다.

내연 기관이란 예를 들면 항양선(ocean-going vessel) 또는 발전소의 발전기를 작동하는 고정 엔진을 위한 20 cm 이상의 피스톤 직경을 갖는 실린더를 가지는 내연 기관을 의미한다. 상기 엔진은 2행정 또는 4행정 엔진일 수 있고 전형적으로 4개 내지 15개의 실린더들을 갖는다. 내연기관은 전형적으로 50 내지 200 rpm 범위의 속도를 가지는 주 추진 엔진으로서 사용되는 저속 엔진이다. 상기 엔진은 선박용 디젤 또는 0.5% 이상의 황 함량을 가지는 중유 또는 메탄, 에탄, 메탄올, 천연 가스, 석유 가스 또는 액화 연료 가스와 같은 가스 연료와 같은 연료에 의해 동력이 공급될 수 있다.

비록 본 발명이 본 발명의 바람직한 실시예들과 관련하여 위에서 설명되었지만, 아래의 청구범위들에 의해 규정된 바와 같은 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 수 개의 수정예들이 구상 가능한 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (10)

1. 가압 유체의 압력원(P)을 가지는 내연기관(100)용 밸브 시스템(1)으로서,
   - 배기 또는 흡기 밸브(2), 및
   - 액추에이터(4)를 포함하며,
   상기 액추에이터는:
   - 상기 압력원(P)과 유체적으로 연결되는 제 1 개구(9)를 가지는 제 1 하우징 단부(7)와 제 2 하우징 단부(8) 사이에 축방향 연장부(6)를 가지는 액추에이터 하우징(5), 및
   - 상기 액추에이터 하우징(5) 내에서 미끄럼 가능하고 제 1 피스톤 단부(11) 및 제 2 피스톤 단부(12)를 가지는 피스톤(10)을 포함하는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템에 있어서,
   상기 제 2 피스톤 단부(12)는 상기 밸브(2)를 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 작동시키기 위해 상기 제 2 하우징 단부(8)에 있는 개구(15)를 통하여 상기 밸브(2)에 연결되고, 상기 액추에이터는 상기 제 1 피스톤 단부(11)의, 상기 액추에이터 하우징(5)의 제 1 단부(7)를 향하는 제 1 피스톤 면(17)과 상기 제 1 하우징 단부(8) 사이에 형성되는 제 1 챔버(16)를 더 포함하며,
   상기 피스톤(10)은 상기 축방향 연장부(6)를 따라 상기 제 1 피스톤 면(17)에 대해 변위되게 배열되는 제 2 피스톤 면(18)을 포함하며, 상기 제 2 피스톤 면(18)은 상기 액추에이터 하우징(5) 및 상기 피스톤(10)에 의해 형성된 제 2 챔버(19) 내에 배열되고, 상기 피스톤(10)은 상기 제 1 챔버(16) 및 상기 제 2 챔버(19)를 유체적으로 연결하는 유체 채널(20)을 포함하거나 형성하여, 상기 가압 유체가 상기 제 1 챔버(16)로부터 상기 제 2 챔버(19)로 안내되어 상기 제 2 피스톤 면(18) 상으로 프레스되고 상기 밸브(2)를 개방하고, 그리고
   상기 유체 채널(20)은 제 1 채널 개구(25) 및 제 2 채널 개구(26)를 가지며, 상기 제 2 채널 개구(26)는, 상기 밸브(2)를 개방하는 상기 피스톤(10)의 이동시, 상기 제 2 채널 개구(26)가 상기 제 2 챔버(19)를 지나서 이동되어 상기 제 1 챔버(16)와 상기 제 2 챔버(19) 사이의 유체 연통을 단속하도록(disconnect) 구성되는 것을 특징으로 하는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 액추에이터 하우징(5)은 상기 제 2 챔버(19)를 형성하는 고리형 그루브(21)를 포함하는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 피스톤 면(18)은 상기 밸브의 폐쇄 위치에서 상기 고리형 그루브(21)에 대해 상기 축방향 연장부(6)로의 거리(d)를 갖는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 피스톤(10)은 상기 제 2 피스톤 면(18)을 제공하는 고리형 돌기(22)를 포함하는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 챔버(19)는 상기 제 1 피스톤 면(17)에 가장 근접한 챔버 면(23)을 가지며, 상기 챔버 면(23)은 상기 밸브(2)의 폐쇄 위치에서 상기 제 2 피스톤 면(18)에 대해 상기 축방향 연장부(6)로의 거리(d)를 갖는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 채널 개구(26)는 상기 폐쇄 위치에서 상기 제 2 챔버(19)와 대향하며, 상기 제 2 채널 개구(26)는 상기 축방향 연장부(6)에 대해 수직하게 배열되는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 피스톤(10)은 상기 액추에이터 하우징(5) 및 상기 피스톤(10)에 의해 형성된 고리형 공간(35)에 대응하는 고리형 돌기(34)를 포함하여, 상기 밸브(2)를 개방하기 위한 상기 피스톤(10)의 이동 동안 상기 돌기(34)가 상기 고리형 공간(35)을 한정할(confine) 수 있는,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 액추에이터 하우징(5)은 상기 축방향 연장부(6)를 따라 상기 제 2 챔버(19)로부터 이격하여 배열된 제 3 개구(37)를 포함하며, 상기 제 3 개구(37)는 상기 액추에이터 하우징(5)의 제 1 단부(7)보다 상기 액추에이터 하우징(5)의 제 2 단부(8)에 더 근접한,
   가압 유체의 압력원을 가지는 내연기관용 밸브 시스템.
9. 내연기관(100)으로서,
   제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 시스템(1)을 포함하는,
   내연기관.
10. 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 시스템(1)의 흡기/배기 밸브(2)를 이동시키기 위한 밸브 작동 방법으로서,
    - 유체를 가압하는 단계,
    - 상기 가압 유체를 상기 액추에이터 하우징(5) 내의 상기 제 1 개구(9)를 지나도록 안내하는 단계,
    - 상기 유체를 상기 피스톤(10)에 있는 유체 채널(20) 내로 안내하는 단계,
    - 상기 가압 유체에 의해 상기 제 1 피스톤 면(17) 및 제 2 피스톤 면(18)을 동시에 프레스하는 단계,
    - 상기 밸브(2)를 개방하도록 상기 피스톤(10)을 상기 액추에이터 하우징(5)의 제 2 단부(8)를 향하여 이동시키는 단계,
    - 상기 제 2 챔버(19)로의 유체 연결을 폐쇄하는 단계, 및
    - 상기 밸브(2)를 완전히 개방하도록 상기 피스톤(10)를 더 이동시키는 단계를 포함하는,
    밸브 시스템의 흡기/배기 밸브를 이동시키기 위한 밸브 작동 방법.

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