KR101752076B1 - 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 및 내연 엔진에서 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체를 작동시키는 방법 - Google Patents

디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 및 내연 엔진에서 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체를 작동시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본원은 압축기부 (16) 와 터빈부 (18) 를 가진 적어도 하나의 터보과급기 (14) 를 구비한 내연 피스톤 엔진 (12) 에서의 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 에 관한 것으로서, 상기 디지털 웨이스트 게이트 배열체는 3 개 이상의 개별적으로 제어가능한 온-오프 밸브 유닛들을 가진 유동 제어 유닛 (106) 을 포함하고, 상기 디지털 웨이스트 게이트 배열체는 각각의 온-오프 밸브 유닛을 개별적으로 제어하도록 배열된 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 을 포함한다. 상기 배열체 (100) 는 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 과 연결되어 있는 적어도 하나의 제어 가스 유입 포트 (108) 를 포함하고, 상기 제어 가스 유입 포트는 제어 가스 통로 (22) 를 통하여 터보과급기의 압축기부 (16) 의 하류측과 연결되어 배열되며, 그리고 상기 유동 제어 유닛 (106) 을 작동시키는 제어 가스는 상기 제어 가스 통로 (22, 22') 를 통하여 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 에 대하여 이용가능하도록 배열된다.

Description

디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 및 내연 엔진에서 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체를 작동시키는 방법 {A DIGITAL WASTE GATE VALVE ARRANGEMENT AND METHOD OF OPERATING A DIGITAL WASTE GATE VALVE ARRANGEMENT IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 압축기부와 터빈부를 가진 적어도 하나의 터보과급기를 구비한 내연 피스톤 엔진에서의 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체에 관한 것으로서, 상기 디지털 웨이스트 게이트 배열체는 3 개 이상의 개별적으로 제어가능한 온-오프 밸브 유닛들을 가진 유동 제어 유닛을 포함하고, 상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체는 각각의 온-오프 밸브를 개별적으로 제어하도록 배열된 공압식 액츄에이터 시스템을 포함한다.
본 발명은 압축기부와 터빈부를 가진 적어도 하나의 터보과급기를 구비한 내연 피스톤 엔진에서의 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체를 작동시키는 방법에 관한 것으로서, 터보과급기 유닛의 터빈부에서 배기 가스의 에너지는 압축기부를 구동시키는데 부분적으로 사용되고, 터빈부의 작동은 공압식 액츄에이터 시스템에 의해 제어되는 디지털 웨이스트 게이트 배열체에 의해 제어된다.
연소 엔진들의 작동 요건들은 보다 더 많은 요구를 하게 되어, 제어 시스템들의 정확성 및 신뢰성이 심지어 보다 더 중요하다. 내연 피스톤 엔진과 연결되어 있는 매우 중요한 유체 유동 시스템은 과급 공기 - 배기 가스 유동 시스템, 즉 엔진 가스 배출 시스템이다. 내연 피스톤 엔진들을 효율적으로 작동할 시, 엔진들과 연결되어 있는 과급 공기 압축기들, 통상적으로 터보과급기들을 사용하는 것이 대부분 지배적이다. 광범위한 부하 범위에 걸쳐 엔진을 적절하게 또한 효율적으로 작동시키기 위해서는, 가스 유동의 제어가 적어도 어느 정도로 필요하다는 것을 의미한다. 그리하여, 터보과급기에는 소위 웨이스트 게이트가 종종 제공된다. 웨이스트 게이트는 터보과급기의 터빈부에 걸쳐 바이패스 채널이고, 이 바이패스 채널을 통하여 제어가능한 양의 배기 가스가 터보과급기의 터빈부에서 작동을 실시하지 않고 유도될 수 있다. 웨이스트 게이트에는 통상적으로 기계식 밸브가 제공되고, 이 기계식 밸브의 개방 또는 폐쇄 상태는, 예를 들어 과급 공기 압력 또는 엔진의 부하에 따른다. 밸브는 매우 열악한 환경에서 작동하고, 여기에서 밸브는 매우 높은 속도들에서 유동하는 배기 가스들에서 몇백도씨의 온도에 노출된다. 또한, 과도 부하 단계들에서, 터보과급기에서의 제어는 엔진 성능에 상당한 영향을 준다.
상이한 종류들의 밸브 시스템들은 이하의 공보에 개시되어 있다.
WO 2012/175794 A2 에는 터보과급기 및 터보과급기 유닛의 압축기부와 터빈부를 엔진에 연결하는 가스 유동 시스템이 개시되어 있고, 이 가스 유동 시스템은 가스의 유동을 제어하도록 배열된 적어도 하나의 유체 유동 제어 디바이스를 포함한다. 유체 유동 제어 디바이스는, 2 개의 작동 위치들을 각각 가진 적어도 2 개의 평행한 밸브 유닛들을 포함하는 디지털 밸브 시스템이다.
EP 0137282 A2 에는 배기 가스 통로와 흡기 매니폴드 사이의 배기 가스 재순환 유동량을 제어하기 위한 EGR 시스템이 개시되어 있다. 배기 가스 시스템과 흡기 매니폴드를 연결하는 통로에 위치된 복수의 솔레노이드 작동식 밸브들이 있다. 또한 오리피스들을 통하여 유동하는 복합물을 얻도록 상기 솔레노이드 반응 밸브들 중 특정 밸브 또는 그룹을 미리 결정된 순서로 통전하는 것을 포함하는 방법이 개시되어 있다.
US 4768544 A 에는 공압식 피스톤 실린더에 의해 밸브 유닛들이 작동되는 디지털 밸브가 개시되어 있고, 이 공압식 피스톤 실린더 중 하나가 각각의 상기 밸브 유닛들에 연결된다.
본원의 목적은, 선행 기술의 웨이스트 가스 밸브 배열체들보다 더 신뢰가능한 작동을 제공하는 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 및 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체를 작동시키는 방법을 제공한다.
본원의 목적은 압축기부와 터빈부를 가진 적어도 하나의 터보과급기를 구비한 내연 피스톤 엔진에서의 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체에 의해 실질적으로 충족되고, 상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체는 3 개 이상의 개별적으로 제어가능한 온-오프 밸브 유닛들을 가진 유동 제어 유닛을 포함하고, 상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체는 각각의 온-오프 밸브 유닛을 개별적으로 제어하도록 배열된 공압식 액츄에이터 시스템을 포함한다. 상기 배열체는 공압식 액츄에이터 시스템과 연결되어 있는 적어도 하나의 제어 가스 유입 포트를 포함하고, 상기 제어 가스 유입 포트는 제어 가스 통로를 통하여 터보과급기의 압축기부의 하류측과 연결되어 배열되며, 그리고 상기 유동 제어 유닛을 작동시키는 제어 가스는 상기 제어 가스 통로를 통하여 공압식 액츄에이터 시스템에 대하여 이용가능하도록 배열되는 것을 본원의 특징으로 한다.
엔진의 가압된 과급 공기를 제어 공기로서 사용하는 것이 유리한데, 이는 필요할 때 가압된 공기를 이용할 수 있기 때문이고, 웨이스트 게이트 작동이 필요한 경우에, 압축기부에 제공되는 압력 및 그로 인한 공기 유동이 과도해진다. 따라서, 제어 공기로서 사용되는 공기 유량이 상당히 적더라도, 압축기부에 의해 용이하게 획득된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 배열체의 공압식 액츄에이터 시스템은 디지털 웨이스트 게이트 배열체의 각각의 밸브 유닛에 대하여 배열된 전용 공압식 액츄에이터를 포함하고, 그리고 공압식 액츄에이터들 각각은 압축기부의 하류측 유입 공기 통로와 연결되어 있다. 이러한 연결은 엔진의 실린더 헤드의 상류측 위치에 배열된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 공압식 액츄에이터들 각각은 엔진의 유입 공기 수용기와 연결되어 있다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 배열체의 공압식 액츄에이터 시스템은 각각의 공압식 액츄에이터에 대하여 배열된 제어 시스템을 포함하고, 각각의 제어 시스템에는 각각의 공압식 액츄에이터를 위한 적어도 2 개의 제어 포트들 및 유입 포트가 제공되고, 제어 시스템은 적어도 하나의 유입 포트와 제어 포트들 사이에 선택가능한 유동 연결들을 설정하도록 배열된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 제어 시스템은 사용된 제어 가스를 배출하기 위한 제어 가스 배출 포트를 포함한다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 제어 배출 포트에는 체크 밸브가 제공된다. 유리하게는, 체크 밸브는 개방 한계 압력을 가지도록 배열된다. 이러한 방식으로 공압식 액츄에이터에서 항상 소정의 미리 결정된 압력 레벨에 있다. 바람직하게는, 체크 밸브의 한계 압력은, 공압식 액츄에이터에서의 압력이 밸브 유닛들에서의 배기 가스의 압력보다 더 높도록 선택된다. 이는 배기측에서 액츄에이터 시스템으로의 배기 가스 유동 누출을 최소화시킨다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 제어 가스 배출 포트는 상기 2 개의 제어 포트들의 제어 포트들 중 하나에 선택가능한 유동 연결시 제어 시스템에 의해 제어가능하게 설정되도록 배열된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 액츄에이터는 스프링을 포함하는 공압식 피스톤 액츄에이터이고, 이 스프링은 밸브 폐쇄 방향 쪽으로 피스톤을 가압하도록 배열된다. 유리하게는, 스프링은 이 스프링 맞은편 피스톤 측에 제어 가스가 인가되지 않는 경우에 밸브 유닛이 스프링에 의해 폐쇄되어 유지되도록 선택된다.
본원의 목적들은 또한 압축기부와 터빈부를 가진 적어도 하나의 터보과급기를 구비한 내연 피스톤 엔진에서의 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체를 작동시키는 방법에 의해 충족되고, 터보과급기 유닛의 터빈부에서 배기 가스의 에너지는 압축기부를 구동시키는데 부분적으로 사용되고, 터빈부의 작동은 공압식 액츄에이터 시스템에 의해 제어되는 디지털 웨이스트 게이트 배열체에 의해 제어된다. 엔진이 작동되는 동안, 압축기부에 의해 과급 공기가 가압되고 그리고 가압된 과급 공기는 디지털 웨이스트 게이트 배열체의 공압식 액츄에이터 시스템을 작동시키는 제어 가스로서 사용되는 것을 본원의 특징으로 한다.
이하, 본원은 첨부된 예시적인 개략적인 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1 은 본원의 일 실시형태에 따른 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체가 제공된 내연 엔진을 도시한다.
도 2 는 본원의 일 실시형태에 따른 디지털 웨이스트 게이트 배열체를 도시한다.
도 3 은 본원의 일 실시형태에 따른 디지털 웨이스트 게이트 배열체를 도시한다.
도 4 는 본원의 일 실시형태에 따른 공압식 액츄에이터 시스템을 도시한다.
도 1 에서, 내연 피스톤 엔진 (12) 및 엔진과 관련된 연소 가스 시스템 (10) 을 개략적으로 도시한다. 내연 피스톤 엔진 (12) 의 연소 가스 시스템은 압축기부 (16) 와 터빈부 (18) 를 가진 터보과급기 유닛 (14) 을 포함하고, 이 터보과급기 유닛은 유입 공기, 즉 배기 가스의 에너지를 사용하여 엔진안으로의 과급 공기 유동을 제어가능하게 증가시키도록 제공된다.
가스 시스템 (10) 은, 상기 실시형태에서, 배기 가스 통로 (20) 와 유입 공기 통로 (30) 를 포함하는 메인 가스 채널을 포함한다. 배기 가스 통로 (20) 는 그의 제 1 단부에서 엔진의 배기 매니폴드 (24) 와 연결되어 있고 그리고 또한 엔진의 실린더들 (26) 에 연결되어 있다. 도관 통로는 예를 들어 파이프일 수 있다. 실린더들에서, 배기 가스들의 압력과 온도는 공지된 바와 같이 엔진의 실린더들에서 연료의 연소에 의해 증가된다. 엔진에는 터보과급기 유닛 (14) 이 제공된다. 배기 가스 통로 (20) 는 그의 제 2 단부에서 터보과급기 유닛 (14) 의 터빈부 (18) 의 입구에 연결되고, 이 터빈부에서 배기 가스의 에너지는 압축기부 (16) 를 구동시키는데 부분적으로 사용된다. 압축기부 (16) 는 엔진의 유입 매니폴드 (28) 를 포함하는 유입 공기 통로 (30) 에 연결되고, 이 유입 매니폴드를 통하여 연소 가스는 엔진의 실린더들에 분배된다. 터보과급기 유닛 (14) 은 공지된 유형일 수 있다. 추가로, 터보과급기 유닛은 터빈부 및/또는 압축기부에서 여러 개의 단계들을 가질 수 있다. 가스 시스템 (10), 특히 터보과급기 유닛 (18) 에는 바이패스 채널 (20') 이 제공되고, 이 바이패스 채널은 터빈부 (18) 의 유입측을 터빈부 (18) 의 유출측에 제어가능하게 연결한다.
바이패스 채널 (20') 에는 바이패스 패널 (20') 을 통한 가스 유동을 제어하기 위한 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 가 제공된다. 밸브 배열체 (100) 는, 그의 입구 (20.1) 가 터빈부 (18) 의 상류측에 연결되고 그리고 그의 출구 (20.2) 가 터빈부 (18) 의 하류측에 연결되도록 배열된다. 따라서, 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 의 작동 상태에 따라서, 배기 가스의 일부는 터빈부 (18) 를 바이패스시키도록 배열될 수 있다. 따라서, 밸브 배열체 (100) 는 터보과급기 유닛 (14) 의 웨이스트 게이트로서 작동한다.
디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 는 이 배열체의 입구 (20.1) 와 출구 (20.2) 사이에 배열된 유동 제어 유닛 (106) 을 더 포함한다. 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 는 또한 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 을 포함한다. 유동 제어 유닛 (106) 은 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 과 작동가능하게 연결되어, 이 공압식 액츄에이터 시스템은 공정 제어 유닛 (40) 으로부터의 제어 신호에 따라서 유동 제어 유닛 (106) 의 밸브 유닛들을 작동시킨다. 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 과 연결되어 있는 적어도 하나의 제어 가스 유입 포트 (108) 가 있고, 이 공압식 액츄에이터 시스템은 제어 가스 통로 (22) 를 통하여 터보과급기의 압축기부 (14) 의 하류측에 연결되어 배열된다. 이러한 방식으로, 엔진의 과급 공기는 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 을 위한 제어 가스로서 사용된다. 가스 유입 포트 (108) 는 엔진 (12) 의 과급 공기 냉각기 (15) 의 하류측에서 유입 공기 통로 (30) 안으로, 심지어 유입 매니폴드안으로 바로 개방되도록 배열될 수 있다. 유입 매니폴드에서, 압축기부에 의해 유발된 과급 공기의 가능한 압력 변동이 최소화된다. 또한, 공기 냉각기 이후의 과급 공기는 제어 공기를 위해 보다 더 적합한 온도에 있다. 점선 (22') 으로 도시한 바와 같이, 가스 유입 포트 (108) 는 또한 과급 공기 냉각기 (15) 의 상류측이지만 압축기부 (16) 의 하류측에서 유입 공기 통로 (30) 안으로 개방되도록 배열될 수 있다. 유동 제어 유닛 (106) 을 작동시키기 위한 제어 가스는 상기 제어 가스 통로 (22) 를 통하여 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 에 대하여 이용가능하도록 배열된다. 도면에는 도시하지 않았더라도, 바이패스 채널 (20'), 웨이스트 게이트 (100), 및 제어 가스 통로 (22) 는 터보과급기 (14) 에 일체화될 수 있음을 알아야 한다.
이러한 배열체에 의하여, 엔진이 작동되는 동안, 압축기부 (16) 에 의해 과급 공기가 가압되고 그리고 가압된 과급 공기는 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 의 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 을 작동시키는 제어 가스로서 사용된다.
유동 제어 유닛 (106) 에서, 디지털 웨이스트 게이트 배열체는 가스 유동에 대하여 평행하여 다수의 밸브 유닛들로 구성된다. 각각의 밸브 유닛은, 예를 들어 다른 밸브들의 유동 계수의 이진 배수 (binary multiple) 일 수 있는 유동 계수를 가진다. 예를 들어, 디지털 웨이스트 게이트 배열체는 4 개의 밸브 유닛의 그룹으로 구성될 수 있다. 제 1 밸브 유닛이 1 의 유동 계수를 가지는 경우에, 제 2 밸브 유닛은 2 의 유동 계수를 가지며, 제 3 밸브 유닛은 4 의 유동 계수를 가지고, 제 4 밸브 유닛은 8 의 유동 계수를 가진다. 이러한 밸브 유닛들의 각각은 공압식 액츄에이터에 의해 독립적으로 작동된다. 본원의 바람직한 실시형태에 따라서, 배열체 (100) 의 모든 밸브 유닛들은 공정 제어 유닛 (40) 에 의해 동일한 제어 신호에 응답하여 제어되도록 배열된다. 이러한 제어 신호는 엔진 작동의 단일 측정값에 기초할 수 있거나 다수의 측정치들을 사용하여 생성될 수 있다.
디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 의 일 실시형태는 도 2 에서 보다 더 자세하게 도시된다. 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 의 유동 제어 유닛 (106) 은 입구 (20.1) 와 출구 (20.2) 사이에 서로 평행하게 결합된 3 개 이상의 개별적으로 제어가능한 온-오프 밸브 유닛들 (106.1 ~ 106.N) 을 포함한다. 밸브 유닛들의 조합된 작동 상태는 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 의 작동 상태를 규정한다. 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 은 온-오프 밸브 유닛들 (106.1 ~ 106.N) 각각을 개별적으로 제어하도록 배열된다. 따라서, 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 은 각각의 밸브 유닛에 대하여 전용 공압식 액츄에이터 (102.1 ~ 102.N) 를 포함한다. 각각의 공압식 액츄에이터 (102.N) 는 각각의 액츄에이터 전용의 제어 시스템 (104.1 ~ 104.N) 에 연결된다. 제어 가스 유입 포트 (108) 는 공압식 액츄에이터들의 제어 시스템들 (104.1 ~ 104.N) 각각과 연결되어, 제어 가스는 공압식 액츄에이터를 작동시키도록 각각의 공압식 액츄에이터에 이용가능하게 된다. 제어 시스템들 (104.1 ~ 104.N) 각각에는 제어 가스 배출 포트 (110.1 ~ 110.N) 가 제공되어, 이 제어 가스 배출 포트를 통하여 사용된 제어 가스는 예를 들어 분위기로 퍼지될 수 있다. 본원의 일 실시형태에 따라서, 배열체의 작동은, 제어 가스 배출 포트에 의해 체크 밸브 (112.1 ~ 112.N) 에 연결되거나 이 체크 밸브가 제공되도록 개선될 수 있다. 이 체크 밸브는 유리하게는 개방 한계 압력을 갖도록 배열되고, 이는 체크 밸브가 개방되기 시작하기 전에 압력이 미리 결정된 레벨로 상승되어야 함을 의미한다. 이러한 방식으로 공압식 액츄에이터에서 항상 소정의 미리 결정된 압력 레벨에 있다. 바람직하게는, 체크 밸브의 한계 압력은, 공압식 액츄에이터에서의 압력이 밸브 유닛들에서의 배기 가스의 압력보다 더 높도록 선택된다. 이는 배기측에서 액츄에이터 시스템으로의 배기 가스 유동 누출을 최소화시킨다.
도면들에서는, 제어 시스템 (104.1 ~ 104.N) 으로서 5/2 유형의 솔레노이드 밸브가 도시되어 있지만, 유사한 작동 또는 기능은 당업자에게 명백한 많은 방식으로 실현될 수 있다.
도 3 에서는, 도 2 에 도시된 바와 유사하지만 2 개의 추가의 특징들이 도시된 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 가 도시되어 있고, 이러한 특징들 중 하나 또는 둘 다는 도 2 에 도시된 실시형태를 변형시키는데 사용될 수 있다. 먼저, 모든 밸브 유닛들은 동일하지만 이 밸브 유닛들에는 개별 밸브 유닛의 유동 계수를 설정하기 위한 교체가능한 스로틀부 (107.1 ~ 107.N) 가 제공된다. 바람직하게는, 상기 계수는 다른 밸브들의 계수의 이진 배수이다. 두번째로, 또한 각각의 제어 시스템 (104.1 ~ 104.N) 의 제어 가스 배출 포트 (110.1 ~ 110.N) 에서 조절가능한 스로틀 유닛 (109.1 ~ 109.N ) 이 도시된다. 조절가능한 스로틀 유닛에 의해서, 배출된 가스의 유량은 제어될 수 있고, 이 유량은 또한 공압식 액츄에이터의 작동 속도에 영향을 준다.
도 4 에서는 배열체 (100) 의 하나의 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 을 도시한다. 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 은 피스톤 (103) 이 밸브 유닛 (106.N) 에 연결된 피스톤 액츄에이터이다. 전술한 바와 같이, 공압식 액츄에이터 시스템은 공압식 액츄에이터 (102.N) 에 대하여 배열된 제어 시스템 (104.N) 을 포함한다. 제어 시스템 (104.N) 에는 적어도 2 개의 제어 포트들 (120, 122) 및 유입 포트 (124) 가 제공된다. 제어 시스템 (104.N) 의 유입 포트 (124) 는 제어 가스 유입 포트 (108) 와 유동 연결되어 있다. 제어 시스템 (104.N) 은 유입 포트 (124) 와 제어 포트들 (120, 122) 사이의 선택가능한 유동 연결을 설정하도록 배열된다. 따라서, 유입 포트 (124) 는, 제어 가스의 유동 방향을 액츄에이터 안으로 또한 외부로 지배하는 제 1 제어 포트 (120) 또는 제 2 제어 포트 (122) 와 유동 연결하여 배열된다. 도 4 에서 볼 수 있는 바와 같이, 공압식 피스톤 액츄에이터 (102.1) 를 위한 제 1 제어 포트 (120) 와 제 2 제어 포트 (122) 는 액츄에이터의 피스톤 (103) 의 반대측들과 연결되어 있다. 따라서, 적어도 하나의 유입 포트 (124) 와 제어 포트들의 유동 연결의 설정은 액츄에이터의 피스톤의 이동 방향을 규정한다.
제각기, 제어 가스 배출 포트 (110.N) 는 상기 2 개의 제어 포트들의 쌍의 제어 포트들 (120, 122) 중 하나에 선택가능한 유동 연결시 제어 시스템 (104.N) 에 의해 제어가능하게 설정되도록 배열된다. 이러한 작동 결과, 가압된 제어 가스는 액츄에이터의 피스톤 (103) 의 일측으로 유도되고, 액츄에이터의 피스톤 (103) 의 반대측으로부터의 가스는 제어 시스템을 통하여 제어 가스 배출 포트 (110.N) 로 유도된다. 본원의 일 실시형태에 따른 공압식 피스톤 액츄에이터는 압력 레벨 0.5 ~ 10 bar 로 작동하도록 배열된다.
도 4 에서는 본원의 일 실시형태에 따라서 액츄에이터 피스톤 (103) 의 반대측에 제어 압력이 인가되지 않으면 밸브 유닛 (106.N ) 을 유지하도록 배열되는 스프링 (160) 을 공압식 피스톤 액츄에이터가 포함하는 방식을 도시한다.
본원은, 현재 가장 바람직한 실시형태들로 간주되는 것과 연계하여 실시예들의 방식으로 본 명세서에 기재되어 있지만, 본원은 개시된 실시형태들에만 한정되지 않고, 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같이, 본원의 특징들의 다양한 조합들 또는 수정들 및 본원의 범위에 포함되는 여러 가지 다른 적용들을 포함하도록 의도됨을 이해할 것이다. 상기 어떠한 실시형태와 연계하여 언급된 상세부들은 이러한 조합이 기술적으로 가능할 때 다른 실시형태와 연계하여 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 압축기부 (16) 와 터빈부 (18) 를 가진 적어도 하나의 터보과급기 (14) 를 구비한 내연 피스톤 엔진 (12) 에서의 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100) 로서,
    상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체는 3 개 이상의 개별적으로 제어가능한 온-오프 밸브 유닛들을 가진 유동 제어 유닛 (106) 을 포함하고, 상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체는 각각의 온-오프 밸브 유닛을 개별적으로 제어하도록 배열된 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 을 포함하며,
    상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100) 는 상기 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 과 연결되어 있는 적어도 하나의 제어 가스 유입 포트 (108) 를 포함하고, 상기 제어 가스 유입 포트는 제어 가스 통로 (22, 22') 를 통하여 상기 터보과급기의 압축기부 (16) 의 하류측과 연결되어 배열되며,
    상기 유동 제어 유닛 (106) 을 작동시키는 제어 가스는 상기 제어 가스 통로 (22, 22') 를 통하여 상기 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 에 대하여 이용가능하도록 배열되고,
    상기 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 은 각각의 온-오프 밸브를 개별적으로 제어하도록 배열된 피스톤 액츄에이터들 (102.1 ~ 102.N) 및 각각의 상기 피스톤 액츄에이터 (102.1 ~ 102.N) 에 대하여 배열된 제어 시스템 (104.1 ~ 104.N) 을 포함하고,
    각각의 상기 제어 시스템 (104.1 ~ 104.N) 에는 각각의 상기 피스톤 액츄에이터 (102.N) 를 위한 적어도 2 개의 제어 포트들 (120, 122) 및 유입 포트 (124) 가 제공되고, 상기 제어 시스템 (104.N) 은 적어도 하나의 상기 유입 포트 (124) 와 상기 제어 포트들 (120, 122) 사이에 선택가능한 유동 연결들을 설정하도록 배열되며, 상기 제어 포트들 (120, 122) 은 상기 피스톤 액츄에이터 (102.1 ~ 102.N) 의 피스톤 (103) 반대측에 연결되고,
    상기 제어 시스템 (104.N) 은 사용된 제어 가스를 배출하기 위해 제어 가스 배출 포트 (110) 를 포함하고,
    제어 가스 배출 포트 (110.N) 는 상기 2 개의 제어 포트들의 제어 포트들 (120, 122) 중 하나에 선택가능한 유동 연결시 제어 시스템 (104.N) 에 의해 제어가능하게 설정되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100) 의 상기 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 은 상기 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100) 의 각각의 밸브 유닛 (106.1 ~ 106.N) 에 대하여 배열된 전용 공압식 액츄에이터 (102.1 ~ 102.N) 를 포함하고, 그리고 상기 공압식 액츄에이터들 각각은 압축기부 (16) 의 하류측에서 유입 공기 통로 (30) 와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100).
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    제어 배출 포트에는 체크 밸브 (112.N) 가 제공되는 것을 특징으로 하는, 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 체크 밸브 (112.N) 는 개방 한계 압력을 갖도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100).
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    피스톤 액츄에이터 (102.N) 는 밸브 유닛 폐쇄 방향 쪽으로 피스톤을 가압하도록 배열된 스프링 (126) 을 포함하는 피스톤 액츄에이터인 것을 특징으로 하는, 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100).
  8. 압축기부 (16) 와 터빈부 (18) 를 가진 적어도 하나의 터보과급기 (14) 를 구비한 내연 피스톤 엔진 (12) 에서의 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100) 를 작동시키는 방법으로서,
    터보과급기 유닛 (14) 의 터빈부 (18) 에서 배기 가스의 에너지는 상기 압축기부 (16) 를 구동시키는데 부분적으로 사용되고, 상기 터빈부 (18) 의 작동은 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 에 의해 제어되는 디지털 웨이스트 게이트 배열체에 의해 제어되고,
    엔진이 작동되는 동안, 상기 압축기부 (16) 에 의해 과급 공기가 가압되고, 가압된 과급 공기는 상기 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 의 상기 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 을 작동시키는 제어 가스로서 사용되며,
    상기 디지털 웨이스트 게이트 배열체 (100) 의 각각의 온-오프 밸브 유닛은 상기 공압식 액츄에이터 시스템 (102) 에 배열된 피스톤 액츄에이터 (102.1 ~ 102.N) 에 의해 개별적으로 제어되고,
    각각의 상기 피스톤 액츄에이터 (102.1 ~ 102.N) 에 대하여 배열된 제어 시스템 (104.1 ~ 104.N) 의 적어도 하나의 유입 포트 (124) 와 상기 제어 시스템 (104.1 ~ 104.N) 의 제어 포트들 (120, 122) 사이에 선택가능한 유동 연결을 설정함으로써, 상기 제어 가스는 상기 피스톤 액츄에이터 (102.1 ~ 102.N) 의 피스톤 (103) 반대측과 선택가능하게 유동 연결되어 연결되고,
    상기 제어 시스템 (104.N) 은 사용된 제어 가스를 배출하기 위해 제어 가스 배출 포트 (110) 를 포함하고,
    제어 가스 배출 포트 (110.N) 는 상기 제어 포트들 (120, 122) 중 하나에 선택가능한 유동 연결시 제어 시스템 (104.N) 에 의해 제어가능하게 설정되도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 디지털 웨이스트 게이트 밸브 배열체 (100) 를 작동시키는 방법.
  9. 삭제
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