KR101766518B1 - 내연 피스톤 엔진을 위한 배열체 및 내연 피스톤 엔진 - Google Patents

내연 피스톤 엔진을 위한 배열체 및 내연 피스톤 엔진 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 피스톤 엔진으로부터의 열을 전달하고 소정 범위로 엔진 및 엔진 부품들의 온도를 유지하기 위한 냉각 시스템을 갖는 내연 피스톤 엔진을 위한 배열체에 관한 것이고, 상기 냉각 시스템은 열이 추출되는 엔진의 적어도 일부를 통해 진행하도록 주 냉각 유체 채널이 배열된 펌프 시스템 (14) 을 갖는 주 냉각 유체 채널 (12) 및 주 냉각 유체 채널 (12) 로부터 분기되는 분기 채널 (18) 을 포함하고, 상기 분기 채널에 냉각 유체를 냉각하기 위한 냉각기 시스템 (20) 이 존재하고, 상기 냉각 시스템 내에 분기 채널이 주 냉각 유체 채널로부터 분기되는 위치에 유체 유동 제어 장치 (22) 가 배열된다. 유체 유동 제어 장치 (22) 는 두개의 작동 위치들을 각각 갖는 적어도 두개의 병렬 밸브 유닛들을 포함한다.

Description

내연 피스톤 엔진을 위한 배열체 및 내연 피스톤 엔진{ARRANGEMENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION PISTON ENGINE AND AN INTERNAL COMBUSTION PISTON ENGINE}
청구항 1 항의 서문에 따라 본 발명은 내연 피스톤 엔진으로부터의 열을 전달하고 소정 범위로 엔진 및/또는 엔진 부품들의 온도를 유지하기 위한 냉각 시스템을 갖는 내연 피스톤 엔진을 위한 배열체에 관한 것이고, 상기 냉각 시스템은 열이 추출되는 엔진의 적어도 일부를 통해 진행하도록 주 냉각 유체 채널이 배열된 펌프 시스템을 갖는 주 냉각 유체 채널 및 주 냉각 유체 채널로부터 분기하는 분기 채널을 포함하고 상기 분기 채널에 냉각 유체를 냉각하기 위한 냉각기 시스템이 존재하고, 상기 냉각 시스템 내에 유체 유동 제어 장치는 분기 채널이 주 냉각 유체 채널로부터 분기하는 위치에 배열된다.
또한 본 발명은 내연 피스톤 엔진으로부터의 열을 전달하고 소정 범위로 엔진 및/또는 엔진 부품의 온도를 유지하기 위한 냉각 시스템을 포함하는 내연 피스톤 엔진에 관한 것이다.
연소 엔진, 특히 내연 피스톤 엔진은 엔진의 회로들에서 유체 유동들을 제어하기 위한 제어 장치들를 갖는 몇개의 유체 회로들을 포함한다. 예를 들면, 엔진의 냉각 시스템은 요구되는 범위들 내에서 작동 온도를 유지하도록 일반적으로 제어된다. 또한 몇개만 언급하면 연료 분사, 차지 에어 (charge air) /배출 가스 유동과 같은 다른 유체 유동들이 존재하고, 다른 유체 유동들과 결합되어 적어도 몇몇 종류의 유동률 제어가 수행된다. 일반적으로, 그러한 유체 유동들의 제어는 적어도 어느 정도 유동률을 조정함으로써 실행된다. 기본적으로 내연 피스톤 엔진에서 모든 유체 유동들은 그 작동에서 충격을 주고, 유체 유동들 중 약간은 작동에서 유체 유동의 강한 영향으로 인해 매우 정확한 제어를 요구한다.
연소 엔진들의 작동 요구 조건은 점점 더 엄격해지고 따라서 제어 시스템들의 정확성 및 신뢰성은 항상 중요하다. 이는 그 중요성이 오래 전부터 인식되어 온 연료 시스템 뿐만 아니라, 내연 피스톤 엔진의 전반적인 성능에 영향을 주는 내연 피스톤 엔진에 실제적으로 모든 유체 유동 시스템들과 관련된다.
내연 피스톤 엔진에서의 온도의 제어는 일반적으로 엔진 내에 제공된 냉각 채널을 통해 순환되는 물 기반 용액을 순환시켜 발생된 열을 제거함으로써 달성된다. 전체 또는 부분적인 유동은 엔진으로의 순환으로부터 분류되고 용액이 냉각되는 열 교환 시스템으로 지향되고, 그 후 냉각된 용액이 순환으로 복귀된다.
온도 조정식 밸브들은 주위 용액의 온도를 감지하고 온도에 있어서의 변화들에 따라 작용한다. 온도 조정식 밸브들은 일반적으로 엔진을 나가는 유체의 온도를 제어하도록 설치되거나 또는 엔진 내로 들어가는 유체의 온도를 제어하도록 설정될 수 있다.
동력 장치 또는 선박 엔진들과 연결된 전형적인 엔진의 설치에서 엔진과 중앙 냉각기들 사이에 긴 간격이 존재할 수 있다. 이는 특히 150 kW/실린더 이상의 동력을 생성할 수 있는 큰 내연 피스톤 엔진들과 관련된다. 또한 파이프들에서의 유동 속도들은 침식, 부식 및 높은 유동 손실들을 회피하도록 제한된다. 상기 결과로서 제어 작용으로부터의 응답은 몇분 정도까지 늦어질 수 있다. 이는 평균이 온도 조정식 밸브의 설정값에 근접하지만 실제적인 엔진 온도는 긴 시간 주기 동안 너무 차가운 온도로부터 너무 따뜻한 온도로 변동하는 결과를 갖는다. 또한 일시적인 부하 변동들은 일반적으로 설정값들에 근접하게 확립되기 전에 온도를 변동시킨다. 엔진들에서 공통적으로 사용되는 기계적 온도 조정식 밸브들은 제어 정확성에 대한 요구들이 충분히 낮아야만 적절히 작동할 수 있다. 따라서, 내연 피스톤 엔진의 온도를 제어하기 위해 보다 정확하고 빠른 제어 장치에 관한 종래 기술의 해결책을 개선할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 제어 성능이 종래 기술의 해결책들에 비해 상당히 개선된 내연 피스톤 엔진을 위한 유체 유동 배열체 및 내연 피스톤 엔진을 제공하는 것이다.
특히 본 발명의 실시형태의 목적은 제어 성능이 종래 기술의 해결책들에 비해 상당히 개선된 내연 피스톤 엔진을 위한 온도 제어 배열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 내연 피스톤 엔진으로부터의 열을 전달하고 소정 범위로 엔진 및/또는 엔진 부품들의 온도를 유지하기 위한 냉각 시스템을 갖는 내연 피스톤 엔진을 위한 배열체에 의해 실질적으로 달성되고, 상기 냉각 시스템은 열이 추출되는 엔진의 적어도 일부를 통해 진행하도록 주 냉각 유체 채널이 배열된 펌프 시스템을 갖는 주 냉각 유체 채널 및 주 냉각 유체 채널로부터 분기되는 분기 채널을 포함하고 상기 분기 채널에 냉각 유체를 냉각하기 위한 냉각기 시스템이 존재하고, 상기 냉각 시스템 내에 분기 채널이 주 냉각 유체 채널로부터 분기되는 위치에 유체 유동 제어 장치가 배열된다. 본 발명은 유체 유동 제어 장치가 두개의 작동 위치들을 각각 갖는 적어도 두개의 병렬 밸브 유닛들 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 유체 유동 제어 장치는 상이한 유동 특성들을 갖는 병렬 밸브 유닛들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 배열체는 두개의 작동 위치들 중 하나에서 병렬 밸브 유닛들의 각각을 제어하도록 배열된 제어 시스템을 포함하고, 두개의 작동 위치들 사이에는 병렬 밸브 유닛이 병렬 밸브 유닛들의 작동 위치들의 조합을 선택하기 위해 절환될 수 있다.
본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 제어 시스템에는 제어 장치에 대해 떨어지게 배열된 프로브가 제공된다.
본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 각각의 병렬 밸브 유닛에는 제어 시스템에 연결된 액츄에이터가 제공된다.
본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 제어 시스템에는 엔진의 상이한 위치에 배열된 적어도 두개의 프로브들이 제공된다.
본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 각각의 병렬 밸브 유닛에는 병렬 밸브 유닛의 유동 특성들에 영향을 주는 제거 가능하게 조립된 제한 요소 (24) 가 제공된다.
본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 병렬 밸브 유닛들은 제한 요소들 (24) 가 서로 상이한 것을 제외하고는 서로 동일하다.
본 발명의 추가의 또 다른 실시형태에 따르면, 유체 유동 제어 장치는 유체 유동 제어 장치의 병렬 밸브 유닛들의 두개의 작동 위치들의 다수의 조합에 의해 제어 가능하게 작동되도록 배열된다.
또한 본 발명의 목적들은 차지 에어, 윤활유 및 실린더를 위한 냉각 섹션을 갖는, 내연 피스톤 엔진으로부터 열을 전달하고 소정 범위로 엔진 및/또는 엔진 부품들의 온도를 유지시키기 위한 냉각 시스템을 포함하는 내연 피스톤 엔진에 의해 실질적으로 달성된다. 본 발명은, 냉각 시스템이 제 1 시스템 및 제 2 시스템을 포함하고, 제 1 시스템은 실린더 재킷들을 위한 냉각 시스템 및 차지 에어를 위한 높은 온도 냉각 시스템을 포함하고, 제 2 시스템은 차지 에어 냉각 섹션을 위한 낮은 온도 냉각 시스템 및 윤활유 냉각 시스템을 포함하고, 제 1 및 제 2 시스템들은 청구항 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 냉각 시스템인, 것을 특징으로 한다.
다음에, 본 발명은 첨부된 예시, 개략적인 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 내연 피스톤 엔진에서의 유체 유동 시스템을 예시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 유체 유동 제어 장치의 유리한 실시형태를 예시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 유체 유동 제어 장치용 밸브 유닛의 또 다른 실시형태를 예시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 유체 유동 제어 장치용 밸브 유닛의 또 다른 실시형태를 예시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 유체 유동 제어 장치용 밸브 유닛의 유리한 실시형태를 예시한다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 내연 피스톤 엔진에서의 유체 유동 시스템을 예시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 유체 유동 제어 장치용 밸브 유닛의 추가의 또 다른 실시형태를 예시한다.
도 1 은 내연 피스톤 엔진 (100) 에서의 유체 유동 시스템 (10) 을 도식적으로 도시한다. 유체 유동 시스템은 단일의 유동 경로 또는 복수의 병렬 유동 경로들로 구성될 수 있는 주 유체 채널 (12) 을 포함한다. 주 유체 채널 (12) 은 주 유체 채널 (12) 내에서 압력을 증가시키기 위한 수단 (14) 을 포함한다. 본원 명세서에서 압력을 증가시키기 위한 수단 (14) 은 도 1 에서 펌프의 기호가 사용될 지라도 넓은 의미로 해석되어야 한다. 몇몇 경우들에서, 압력을 증가시키기 위한 수단 (14) 은 물론 실제 펌프 또는 그와 유사한 것일 수 있지만, 몇몇 경우들에서 연소 챔버도 연소 프로세스가 가압 수단 (14) 으로서 작용할 수 있는 펌프와 같이 작용할 수 있다. 주 유체 채널은 활용 유닛 (16) 까지 이르고, 활용 유닛 (16) 에서는 유체가 논의되고 있는 적용예 및 프로세스에 종속된 방법으로 활용된다. 실시형태에 따라, 활용 유닛은 관류 시스템이고, 그러한 경우에 유동 시스템은 유체의 임의의 재순환을 포함하지 않거나 유체의 단지 부분적인 재순환만을 포함할 수 있다. 본 실시형태 및 다른 실시형태들은 예를 들면 보다 상세한 방식으로 다른 도면들 및 도면들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
유동 시스템 (10) 은 주 유체 채널 (12) 로부터 분기되어 주 유체 채널 (12) 로부터 병렬 유동 경로를 형성하는 분기 채널 (18) 을 포함한다. 분기 채널의 목적은 엔진 내에서 또는 엔진과 연결되어 처리 유닛 (20) 을 통해 유체의 제 1 부분 (0% - 100%) 을 통과시키고 활용 유닛 (20) 을 우회하도록 남아 있는 유체의 제 2 부분 (100% - 0%) 을 배열하는 것이다. 또한 도 1 에는 주 유체 채널이 연결된 유체 (34) 의 공급원이 도시된다. 유체 (34) 의 공급원은 예를 들면 연료 탱크, 오일 섬프 (sump) 또는 엔진의 냉각 액체 저장부일 수 있다.
제어 배열체는 분기 채널이 주 유체 채널로부터 분기되는 위치에 또는 일반적으로 분기 채널이 주 유체 채널에 연결되는 위치에 유체 유동 제어 장치 (22) 를 추가로 포함한다. 유체 유동 제어 장치 (22) 는 몇개의 병렬 밸브 유닛들 (22.1, 22.2, ... 22.N) 을 포함하고 밸브 유닛들의 각각은 두개의 작동 위치들을 갖고, 두개의 작동 위치 사이에는 밸브 유닛들이 절환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 밸브 유닛들 각각에는 베이스 부품 (25) 및 제한 요소 (24) 가 제공된다. 바람직하게 제한 부품 (24) 은 유체 유동에 영향을 주도록, 즉 유체 유동을 스로틀 (throttle) 하도록 밸브 유닛 내에 배열된다. 유리하게 제한 부품 (24) 은 베이스 부품 (25) 에 제거 가능하게 조립된다. 제한 요소는 스로틀링 방식으로 밸브 유닛의 유동 특성들에 영향을 주는 부재이다. 보다 구체적으로 제한 요소 (24) 는 바람직하게 국소적으로 억제된 유동 영역을 형성함으로써 밸브 유닛의 유동 저항에 영향을 준다. 제한 요소 (24) 는 도 1 에서 원형으로서 도시된다. 부가적으로 밸브 유닛들 (22.1, 22.2 ... 22.N) 의 베이스 부품들 (25) 은 특히 결합 요소들에 대해 실질적으로 동일하고, 결합 요소에 의해 제한 요소 (24) 는 밸브 유닛에 결합하는 것이 유리하다. 밸브 유닛들의 수는 변경될 수 있지만 바람직하게 적어도 네개의 유닛들이 존재한다. 제한 부품은 조립될 때 밸브 유닛의 유동 특성들에 영향을 주기 위한 수단을 포함하고, 이는 제한 요소들이 바람직하게 상이한 밸브 유닛들에서는 상이하다는 것을 의미한다. 이러한 방법으로 밸브 유닛들은 모듈화되어 밸브 유닛의 유동 특성들이 밸브 유닛에서 유일한 제한 요소 (24) 만을 변경함으로써 간단히 변경되는 것을 가능하게 한다.
또한 유체 유동 제어 장치에는 두개의 작동 위치들 중 하나에서 밸브 유닛들 (22.1, 22.2,... 22.N) 의 각각을 제어하도록 배열된 제어 시스템 (30) 이 제공되고 두개의 작동 위치들 사이에서는 밸브 유닛이 절환될 수 있다. 도 1 의 실시형태에서, 작동 위치들은 분기 채널 (18) 로의 또는 더 나아가서 주 유체 채널 (12) 내로 어느 쪽으로든 유체의 유동을 조절한다. 제어 시스템은 엔진 (100) 과 연결된 프로브 (32) 와 연결된다. 프로브는 엔진에 하나 또는 몇개의 개별적인 프로브들 (32, 32') 을 포함할 수 있다.
제어 시스템 (30) 은 제어 시스템 (30) 이 프로브 (32) 의 측정값을 판독하거나 또는 수신하거나 또는 프로브 (32) 의 측정값이 제어 시스템 (30) 으로 전송되게 작동하도록 배열된다. 프로브의 측정값 또는 측정값들에 기초하여, 제어 시스템은 실시된 제어 계획의 변경에 대한 요구를 판별한다. 변경이 요구되는 경우에, 제어 장치는 밸브 유닛들의 작동 위치들의 새로운 조합을 선택한다. 이러한 방법으로 밸브 유닛들의 새로운 배열이 설정된다.
제한 요소들 (24) 은 바람직하게 제 1 밸브 유닛이 1 의 상대 유동 영역을, 제 2 밸브 유닛이 1/2 의 상대 유동 영역을, 제 3 밸브 유닛이 1/4 의 상대 유동 영역 등을 가질 때, 즉 "바로 다음" 밸브 유닛이 이전 밸브 유닛의 유동 영역의 두배가 되게 밸브 유닛의 유동 영역들이 배열되도록 선택된다. 유체 유동 제어 장치가 네개의 온/오프 밸브 유닛을 포함하는 경우, 작동 위치들과 유동률의 조합의 조화는 다음의 표에 도시되고, 표는 4 개의 밸브 유닛들로써 달성될 수 있는 정확성을 명백히 나타낸다.
Figure 112014000322567-pct00001
본 실시형태에서, 밸브 유닛 1 은 1 의 상대 유동률을 제공하고, 밸브 유닛 2 는 0.5 의 상대 유동률 등을 제공한다. 16 개의 상이한 유동률들이 네개의 밸브 유닛들로써 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 상응하게, 32 개 및 64 개의 상이한 유동률들이 5 개 및 6 개의 밸브 유닛들로써 얻어질 수 있다.
밸브 유닛들의 각각은 두개의 작동 위치들 사이에 독립적으로 절환될 수 있기 때문에, 개별적인 밸브 유닛들의 작동 위치들을 적절하게 배열하고 조합함으로써 요구될 수 있는 임의의 필수적인 유체 유동 상황을 실제적으로 설정하는 것이 가능하다. 밸브 유닛들의 타입에 따라, 작동 위치들은 "온" 또는 "오프" 또는 두개의 가능한 방향들 중 어느 쪽으로든 유동을 안내하는 위치들일 있다. 도 1 의 경우에, 밸브 유닛들은 두개의 가능한 방향들 중 어느 쪽으로든 유동을 안내하는 두개의 선택 가능한 위치들을 갖는다.
도 1 의 유체 유동 시스템 (10) 은 내연 피스톤 엔진 (100) 의 냉각 시스템의 실시형태를 구체적이지만 도식적인 방식으로 도시한다. 도 1 에 도시된 유체 유동 제어 장치는 유체가 물기반의 냉각 액체인 냉각 시스템과 연결되어 배열되고, 활용 유닛 (16) 은 엔진의 냉각 채널들, 구체적으로 엔진의 실린더 헤드에서의 냉각 채널들 (16) 을 나타낸다. 처리 유닛 (20) 은 냉각 액체가 냉각될 수 있는 냉각기 시스템이다. 따라서 엔진 (100) 은 엔진 내에 적절히 배열된 냉각 채널들 및 유체 유동 시스템의 냉각 작동을 조절하는 유체 유동 제어 장치 (22) 를 포함한다.
밸브 유닛들 (22.1, 22.2,... 22.N) 의 각각을 제어하도록 배열된 제어 시스템 (30) 은 엔진 (100) 과 연결되어 배열된 온도 프로브 (32, 32') 에 연결된다. 프로브 (32) 는 하나 또는 몇개의 온도 프로브 유닛들을 포함할 수 있다. 본 발명의 유리한 실시형태에 따르면, 프로브는 제어 장치 (22) 에 떨어져 배열된다. 바람직하게 적어도 하나의 온도 프로브 유닛은 엔진의 연소 챔버 부근에, 예를 들면 엔진의 실린더 헤드의 적어도 하나의 실린더 헤드에 배열된다. 이는 예를 들면 실린더 헤드에서의 냉각 채널일 수 있는 활용 유닛 (16) 근처에 프로브 (32) 의 위치로 도 1 에 도시된다. 이러한 방식으로, 유체 유동 제어 장치의 작동이 프로브/장치들에 의해 측정된 실제값에 기초하여 제어되므로, 냉각기 시스템으로 안내되는 냉각 액체의 비율은 특히 열 부하가 높고 그리고/또는 임계의 위치에서 감지된 실제 냉각 요구에 의해 판별된다. 또한, 몇몇 프로브들 (32, 32') 을 활용하는 설비는 실제적인 요구 조건들에 따라 보다 정확하게 냉각 액체의 비율을 조정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 경우에, 제어 계획은 몇몇 위치들의 실제 온도에 기초하여 선택될 수 있다. 또한 본 발명은 순향적 제어 작동도 가능하게 하므로 엔진의 온도 제어를 보다 빠르게 할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 냉각 시스템의 제어 시스템 (30) 은 두개 이상의 온도 프로브들 (32, 32') 을 포함한다. 적어도 두개의 온도 프로브 유닛들은 본 발명의 실시형태에 따라 엔진의 상이한 위치들에 존재한다. 상기 경우에, 유체 유동 제어 장치의 작동은 상기 두개 이상의 온도 프로브들 (32, 32') 을 사용함으로써 제어된다. 이러한 방법으로 온도 제어는 적어도 두개의 상이한 위치들의 온도에 종속적이도록 실행될 수 있고, 두개의 상이한 위치들의 온도 중에 어떤 것도 밸브 유닛들의 위치에서 냉각 액체의 온도가 아니다. 따라서 제어는 보다 정확하고 다양한 실제 작동 파라미터들이 제어에서 고려될 수 있다.
본 발명에 있어서, 엔진의 다양성 (redundancy) 을 상당히 증가시키는 밸브 유닛들의 상이한 선택을 사용함으로써 동등한 작동을 얻는 것이 가능할 수도 있다. 이는 선박 동력 시스템들에서 특히 큰 이점을 갖는다.
밸브 유닛들의 각각은 상이한 유동 특성들을 갖는다. 실제로 이는 바람직하게 밸브 유닛들의 유동 영역들이 서로 상이하다는 것을 의미한다.
도 2 에서 본 발명에 따른 유체 유동 제어 장치 (522) 의 유리한 실시형태가 도시된다. 유체 유동 제어 장치 (522) 는 유체 유동 제어 장치의 다른 부품이 배열되는 베이스 부품 (525) 을 포함한다. 베이스 부품에는 주 유체 채널이 연결될 수 있는 유체 입구 매니폴드 (504) 가 제공된다. 또한 베이스 부품 (525) 은 몇몇 밸브 스페이스들 (506) 을 포함한다. 밸브 스페이스들 (506) 은 도 6 의 실시형태에서 실린더형이고 각각의 스페이스의 제 1 단부 (508) 는 유체 입구 매니폴드 (504) 에 연결된다. 밸브 스페이스들은 서로 실질적으로 동일하다. 밸브 스페이스에는 밸브 스페이스의 실린더형 부분에 제 1 출구 (510) 및 제 2 출구 (512) 가 제공된다. 각각의 밸브 스페이스의 제 1 출구 (510) 는 제 1 출구들과 공통인 제 1 출구 매니폴드 (514) 에 연결된다. 개별적으로 각각의 밸브 스페이스의 제 2 출구 (512) 는 제 2 출구들과 공통인 제 2 출구 매니폴드 (516) 에 연결된다.
밸브 부재 (518) 는 각각의 밸브 스페이스에 배열된다. 밸브 부재 및 밸브 스페이스는 본 실시형태에서 밸브 유닛을 형성한다. 밸브 부재는 밸브 부재의 위치가 밸브 유닛의 작동 위치를 규제하도록 밸브 스페이스 (506) 에서 이동 가능하게 배열된다. 밸브 부재 (518) 는 유체 입구 매니폴드 (504) 가 제 1 출구 매니폴드 (514) 와 유체 연결되는 위치에 도시된다. 유체 입구 매니폴드 (504) 가 제 2 출구 매니폴드 (516) 와 유체 연결되는 다른 위치에 밸브 부재는 도면 부호 518' 로써, 도시된다
보다 구체적으로, 도 2 에 도시된 밸브 부재 (518) 는 밸브 스페이스 (506) 의 일부를 커버하는 실질적으로 중공 실린더형 슬리브이다. 슬리브의 위치가 변경될 때 슬리브는 밸브 부재 (518) 의 내측으로 유체를 안내하는 것을 가능하게 하는 제 1 출구 (510) 또는 제 2 출구 (512) 를 커버한다. 밸브 부재 및 밸브 스페이스 모두는 실린더형 단면 및 공통의 중심선 (18') 을 갖는다. 이 경우에 밸브 부재의 이동은 중심선 (18') 의 방향으로 발생된다.
밸브 부재는 제 1 출구 (510) 및 제 2 출구 (512) 중 하나만이 유체 입구 매니폴드 (504) 와 유동 연결될 수 있도록 배열된다.
도 2 에 도시된 실시형태에서, 밸브 스페이스 (506) 의 내부 표면은 슬리브 (520) 로써 커버되고, 슬리브 (520) 의 내측에는 밸브 부재 (518) 가 배열된다. 슬리브 (520) 의 내부 표면 및 밸브 부재 (518) 의 반대 표면은 실린더형 밀봉부를 형성하고, 실린더형 밀봉부에 의해 유체 유동은 밸브 부재의 위치에 의해 규제되는 방향으로 지향된다. 슬리브에는 제 1 출구 (510) 및 제 2 출구 (512) 의 위치에서 개구들이 제공된다. 슬리브 (520) 는 사용 기간 후 및/또는 손상 받거나 또는 마모되었을 때 슬리브가 비파괴 방식으로 대체될 수 있도록 제거 가능하게 조립되고 교환 가능하다.
밸브 스페이스 (508) 의 제 1 단부에는 제한 요소 (524) 가 존재한다. 밸브 유닛들 (522.1, 522.2, ... 522.N) 의 밸브 스페이스들은 특히 제한 요소 (524) 를 제외한 다른 부품들에 대해 실질적으로 동일하다. 제한 요소는 밸브 부재 전에 슬리브 (520) 의 바로 상류에 배열된다. 제한 부품 (524) 은 유리하게는 오리피스를 갖는 플랜지이다. 본원에서, 오리피스는 플랜지에 중앙에 위치된다. 밸브 유닛들의 각각에서 오리피스는 상이한 직경을 갖는다. 이러한 방법으로 플랜지는 밸브 유닛의 유동 특성들에 영향을 준다. 밸브 유닛들은 모듈화되어 밸브 유닛들의 유동 특성들이 밸브 유닛에서 플랜지 부품 (524) 만을 간단히 변경함으로써 변경되게 한다. 또한 제한 요소는 플레이트와 같은 요소일 수 있고, 하나 또는 몇개의 구멍들은 요소의 중앙선으로부터 오프셋되거나 또는 중앙에 위치된다.
각각의 밸브 유닛 (522.1, 522.2, ... 522.N) 에는, 밸브 스페이스로 밸브 부재를 이동시키도록 배열된 액츄에이터 (527) 가 제공된다. 액츄에이터는 도 2 의 실시형태에서 밸브 부재의 두개의 작동 위치들 사이에 밸브 부재를 능동적으로 이동시키도록 두개의 방향들에서 밸브 부재 (518) 에 대해 힘을 가할 수 있는 이중 작용 액츄에이터이다. 액츄에이터는 솔레노이드 작동되는 장치 또는 유압으로 작동되는 장치 또는 솔레노이드 작동되는 장치 또는 유압으로 작동되는 장치의 조합일 수 있고, 상기 경우에 솔레노이드 시스템은 액츄에이터 (527) 에 인가된 유압을 제어한다. 액츄에이터들 (527) 의 각각은 제어 장치 (도시 생략) 와 연결된다.
도 3 에는 유체가 밸브 부재 내에 배열된 리세스 (619) 를 따라 밸브 부재 (618) 외측으로 통과하는 밸브 유닛 (622.1) 의 실시형태가 도시된다. 유체 유동 제어 장치에는 몇개의 밸브 유닛들 (622.1) 이 병렬로 커플링된다. 밸브 스페이스 (606) 에는 제 1 출구 매니폴드 (614) 및 제 2 출구 매니폴드 (616) 에 개별적으로 연결된 그 실린더형 부분에 제 1 출구 (610) 및 제 2 출구 (612) 가 제공된다. 본 실시형태에서 액츄에이터 (627) 는 한 방향으로만 밸브 부재 (618) 에 대해 힘을 가할 수 있는 단일 작용 액츄에이터이다. 밸브 부재의 두개의 작동 위치들 사이에서 밸브 부재를 이동시키도록, 밸브 부재 (618) 의 액츄에이터 (627) 에 대해 대향 단부에 스프링 요소 (627) 가 배열된다. 액츄에이터 (627) 는 유압/공압 타입이고 스프링에 대해 한 방향으로 밸브 부재 (618) 를 이동시킬 수 있고 동작 압력의 해제 후 스프링은 그 최초 위치로 다시 밸브 부재를 복귀시킨다.
또한 제한 요소 (624) 는 도 4 의 밸브 유닛 (622) 에 배열된다. 제한 요소는 밸브 부재의 바로 상류에 배열된다. 제한 요소 (524) 는 본 실시형태에서 중앙 개구를 갖는 슬리브이다. 이러한 방법으로 슬리브는 밸브 유닛들의 유동 특성들에 영향을 준다. 밸브 유닛들은 모듈화될 수 있어서, 밸브 유닛의 유동 특성들이 밸브 유닛에서 슬리브만을 간단히 변경시킴으로써 변경되게 한다.
제한 부품은 다양한 방법으로 실시될 수 있다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 플랜지 또는 슬리브 대신에, 제한 부품은 밸브 유닛의 유체 유동 채널 내로 연장되는 대체 가능한 핀 (724) 일 수 있다. 도 4 의 밸브 유닛은 제한 요소와 관련한 상세를 제외하고는 도 2 의 밸브 유닛에 상응한다. 제한 요소의 효과는 점선 (725) 으로 도시된 바와 같이 상이한 치수들을 갖는 핀을 변경함으로써 변경될 수 있다.
도 5 에는 도 3 의 실시형태와 대부분 상응하는 본 발명의 추가의 또 다른 실시형태가 도시된다. 도 5 에는 정지부 (624) 에 의해 달성되는 제한 요소 (623) 가 도시되고, 정지부 (624) 에 대해 밸브 부재 (618) 는 유체가 제 1 출구 (610) 내로 지향되는 위치로 밀린다. 정지부 (624) 로 인해, 밸브 부재 이동이 제한되어 밸브 부재의 이동은 제 1 출구 (610) 내로의 유동을 제한한다. 또한 밸브 유닛은 밸브 부재의 다른 작동 위치 (도시 생략) 에 대해 밸브 부재의 이동을 제한하도록 밸브 부재의 다른 단부에서의 정지부를 포함할 수 있다. 이러한 종류의 정지부는 다양한 종류의 밸브 구성들로 사용될 수 있다.
도 6 에서는 유체 유동 시스템 (10) 의 또 다른 실시형태가 도시되고, 유체 유동 시스템 (10) 은 본원에서 큰 피스톤 연소 엔진의 냉각 시스템이다. 냉각 시스템은 제 1 시스템 (60), 즉 소위 높은 온도 (HT) 회로 및 제 2 시스템 (62), 즉 소위 낮은 온도 (LT) 회로를 포함한다. HT 회로는 직렬로 주 유체 채널 (12) 내에 배열된 차지 에어 (66) 를 위한 높은 온도 냉각 시스템 및 실린더 재킷들 (64) 을 위한 냉각 시스템을 포함한다. 또한 HT 회로는 순환 펌프 (68) 및 복귀 채널 (70) 을 포함한다. 복귀 채널은 본 발명에 따라 다른 단부에서 펌프 (68) 의 입구측에 연결되고 또 다른 단부에서 유체 유동 제어 장치 (22) 에 연결된다. 또한 주 유체 채널 (12) 로부터 분기하는 분기 채널 (18) 이 존재한다. 분기 채널의 목적은 분기 채널에 연결된 처리 유닛 (20) 을 통해 유체의 일부 (0% - 100%) 를 통과시키는 것이다. 처리 유닛 (20) 은 본 실시형태에서 특히 HT 시스템을 위한 열 회수 장치이다. 또한 분기 채널 (18) 은 본 발명에 따라 제 2 유체 유동 제어 장치 (22) 가 분기 채널에 연결되도록 펌프 (68) 의 입구측에 연결된다. 제 2 유체 유동 제어 장치 (22) 는 열 회수 장치로부터 펌프의 입구측으로 직접 또는 열 회수 장치로부터 펌프의 입구측으로 주 냉각기 (20') 를 통해 분기 채널로 유동을 지향시킨다.
LT 회로는 직렬로 LT의 주 유체 채널 (12) 내에 배열된 윤활유 냉각 시스템 (64') 및 차지 에어 (66') 냉각 섹션을 위한 낮은 온도 냉각 시스템을 포함한다. 또한 HT 회로는 순환 펌프 (68') 및 복귀 채널 (70') 을 포함한다. 또한 복귀 채널은 본 발명에 따라 다른 단부에서는 펌프 (68') 의 입구측에 연결되고 또 다른 단부에서 유체 유동 제어 장치 (22) 에 연결된다. 주 유체 채널 (12) 로부터 분기하는 분기 채널 (18) 도 존재한다. 분기 채널의 목적은 분기 채널에 연결된 주 냉각기 (20') 를 통해 유체의 일부 (0% - 100%) 를 통과시키는 것이다. 또한 분기 채널 (18) 은 펌프 (68) 의 입구측에 연결된다. 따라서 주 냉각기 (20') 는 HT 및 LT 회로들에 대해 공통이다.
또한 유체 유동 제어 장치들은 두개의 작동 위치들 중 하나에서 유체 유동 제어 장치들 (22) 및 그 밸브 유닛들의 각각을 제어하도록 배열된 제어 시스템 (30) 과 연결된다. 제어 시스템 (30) 은 엔진 (100) 과 연결된 몇개의 프로브들 (32) 에 연결된다.
제어 시스템 (30) 은 적어도 하나의 제어 장치에 대해 떨어진 엔진의 몇개의 위치들에서 하나 또는 모든 프로브들 (32) 로부터의 측정값을 판독하거나 수신하게 작동하도록 배열된다. 실시형태에 따르면 프로브들 (32) 은 엔진의 몇개의 위치들에서 존재하지만 모든 제어 장치들에 대해서는 떨어져 존재한다. 프로브들의 측정값 또는 측정값들을 기초하여, 제어 시스템은 실행된 제어 계획의 변경에 대한 요구를 판별한다. 변경이 요구되는 경우, 제어 장치는 하나 또는 몇개의 제어 장치들 (22) 에서 밸브 유닛들의 작동 위치들의 새로운 조합을 선택한다.
도 7 은 본 발명의 추가의 실시형태의 도식적인 도면이고 상기 실시형태에 따르면 밸브 유닛 (22.1, 22.2, ... 22.N) 의 각각에는 수동 잠금 시스템 (719) 이 제공되고 수동 잠금 시스템 (719) 에 의해 각각의 밸브 유닛의 밸브 부재는 밸브 부재의 작동 위치들 중 어느 쪽으로든 잠금될 수 있다. 수동 잠금 시스템 (719) 은 예를 들면 밸브 유닛의 오작동의 경우에 잠금될 수 있도록 각각의 밸브 유닛과 연결된 잠금 수단을 포함한다. 또한 잠금 수단은 작동 위치의 수동 변경을 허용하도록 배열된다. 잠금 수단은 도 7 을 참조하여 본원에 도시되지만, 수동 잠금 시스템은 물론 본 발명에 따라 밸브 유닛의 다른 실시형태들에서도 배열될 수 있다.
제한 요소 (24) 는 각각의 밸브 부재에 연결된 유체 유동 제어 장치 (22) 에 배열된다. 또한 제한 요소 (24) 는 밸브 부재의 제어 표면과 정합하는 밸브 시트로서 작동하도록 배열된다. 밸브들은 특히 제한 요소 (24) 를 제외하고는 다른 부품에 대해서도 실질적으로 동일하다. 또한 제한 요소는 밸브 시트에 대해 분리될 수 있다는 것이 명백하다. 밸브 유닛들은 모듈화될 수 있어서, 밸브 유닛들의 유동 특성들은 밸브 유닛에서 제한 요소 (24) 만을 단순히 변경함으로서 변경되게 한다.
각각의 밸브 유닛 또는 밸브 부재에는 액츄에이터가 제공되고, 본원에서는 공통 액츄에이터 시스템 (727) 이 배열되고, 공통 액츄에이터 시스템 (727) 은 밸브 스페이스에서 각각의 밸브 부재를 개별적으로 이동시키도록 배열된다.
본 발명은 현재 가장 바람직한 실시형태들로 여겨지는 예에 의해 본원에서 설명되지만, 본 발명은 개시된 실시형태에 제한되지 않고, 첨부된 청구항들에 규정된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 포함되는 그 특징 및 몇몇 다른 적용예들의 다양한 조합 또는 변경예를 포함하도록 의도된 것이라는 것이 이해될 것이다. 상기 임의의 실시형태와 관련하여 설명된 상세들은 그러한 조합이 기술적으로 실시 가능하다면, 다른 실시형태와 관련하여 사용될 수 있다

Claims (11)

  1. 내연 피스톤 엔진으로부터의 열을 전달하고 소정 범위로 엔진 및 엔진 부분들 중 하나 이상의 온도를 유지하기 위한 냉각 시스템을 갖는 내연 피스톤 엔진용 배열체로서,
    상기 냉각 시스템은 열이 추출되는 상기 엔진의 적어도 일부를 통해 진행하도록 주 냉각 유체 채널이 배열된 펌프 시스템 (14) 을 갖는 주 냉각 유체 채널 (12) 및 상기 주 냉각 유체 채널 (12) 로부터 분기하여 상기 주 냉각 유체 채널 (12) 에 대해 병렬 유동 경로를 형성하는 분기 채널 (18) 을 포함하고, 상기 분기 채널에 상기 냉각 유체의 냉각을 위한 냉각기 시스템 (20) 이 존재하고, 상기 냉각 시스템 내에 상기 분기 채널이 상기 주 냉각 유체 채널로부터 분기되는 위치에 유체 유동 제어 장치 (22) 가 배열되고 두개의 작동 위치들을 각각 갖는 적어도 두개의 병렬 밸브 유닛을 포함하고,
    상기 병렬 밸브 유닛들은 온-오프 밸브들이고, 상기 배열체에는 적어도 두개의 상기 병렬 밸브 유닛들의 작동 위치들의 조합이 상기 분기 채널 (18) 로 또는 더 나아가서 상기 주 냉각 유체 채널 (12) 로 어느 쪽으로든 상기 냉각 유체의 유동을 조절하는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬 밸브 유닛들의 각각은 상이한 유동 특성들을 갖는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 유동 제어 장치 (22) 는 두개 이상의 병렬 밸브 유닛들 (22.1 - 22.N) 을 포함하는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배열체는 상기 두개의 작동 위치들 중 하나에서 상기 병렬 밸브 유닛들 (22.1, 22.2,... 22.N) 의 각각을 제어하도록 배열된 제어 시스템 (30) 을 포함하고, 상기 두개의 작동 위치들 사이에서는 상기 병렬 밸브 유닛이 상기 병렬 밸브 유닛들의 작동 위치들의 조합을 선택하기 위해 절환될 수 있는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제어 시스템 (30) 에는 상기 유체 유동 제어 장치 (22) 에 대해 떨어져 배열된 프로브 (32, 32') 가 제공되는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 병렬 밸브 유닛에는 제어 시스템 (30) 에 연결된 액츄에이터가 제공되는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제어 시스템 (30) 에는 상기 엔진의 상이한 위치에 배열된 적어도 두개의 프로브들 (32, 32') 이 제공되는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 병렬 밸브 유닛 (22.1, 22.2, ... 22.N) 에는 상기 병렬 밸브 유닛의 유동 특성들에 영향을 주는 제거 가능하게 조립된 제한 요소 (24) 가 제공되는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 병렬 밸브 유닛들 (22.1, 22.2, ... 22.N) 은 상기 제한 요소들 (24) 이 서로 상이한 것을 제외하고는 서로 동일한, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 유동 제어 장치 (22) 는 유체 유동 제어 장치 (22) 의 병렬 밸브 유닛들의 두개의 작동 위치들의 다수의 조합으로써 제어 가능하게 작동하도록 배열되는, 내연 피스톤 엔진용 배열체.
  11. 차지 에어 (charge air; 66, 66'), 윤활유 및 실린더들을 위한 냉각 섹션들을 갖는, 내연 피스톤 엔진으로부터 열을 전달하고 소정 범위로 엔진 및 엔진 부분들 중 하나 이상의 온도를 유지하기 위한 냉각 시스템을 포함하는 내연 피스톤 엔진으로서,
    상기 냉각 시스템은 제 1 시스템 (60) 및 제 2 시스템 (62) 을 포함하고, 상기 제 1 시스템은 실린더 재킷들 (64) 을 위한 냉각 시스템 및 차지 에어 (66) 를 위한 높은 온도 냉각 시스템을 포함하고, 상기 제 2 시스템은 차지 에어 (66') 냉각 섹션을 위한 낮은 온도 냉각 시스템 및 윤활유 냉각 시스템 (64') 을 포함하고, 상기 제 1 시스템 (60) 및 상기 제 2 시스템 (62) 은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 냉각 시스템들인, 내연 피스톤 엔진.
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