KR101868656B1 - 가변 압축비를 이용한 엔진 제어용 튜브형 밸브 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 가변 압축비를 가지는 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)에 관한 것으로서, 상기 튜브형 밸브(400)는, 저압 챔버(403)를 포함하는 밸브 케이싱(402) 내부에서 길이방향으로 병진운동할 수 있는 적어도 하나의 직선형 튜브(401)로서, 상기 직선형 튜브(401)는 상기 저압 챔버(403) 내로 연장되는 제 1 단부(407) 및 고압 챔버(405) 내로 연장되는 제 2 단부(408)를 포함하고, 상기 제 2 단부(408)는 상기 밸브 케이싱(402)에 고정된 적어도 하나의 밀봉 표면(412)과 결합되어 상기 제 2 단부를 가능한 한 타이트하게 밀봉할 수 있으며, 상기 직선형 튜브(401)는 적어도 하나의 일방향 및 차단 스프링(427)에 의해서 상기 차단 표면(412)과 접촉 상태로 유지되는, 적어도 하나의 직선형 튜브(401)와; 상기 직선형 튜브(401)의 외부 표면과 상기 밸브 케이싱(402) 사이를 밀봉하여 저압 챔버(403)로부터 상기 고압 챔버(405)를 격리시키기 위한 밀봉 수단(409)으로서, 상기 밀봉 수단(409)은 내부에서 상기 직선형 튜브(401)가 유지되는 일방향 튜브(425)로 구성되는, 밀봉 수단과; 그리고 상기 일방향 밀봉 스프링(427)에 의해서 생성된 것과 반대되는 힘을 상기 직선형 튜브(401)로 인가할 수 있는 적어도 하나의 전기적 액추에이터(450)를 포함한다.

Description

가변 압축비를 이용한 엔진 제어용 튜브형 밸브{TUBULAR VALVE FOR CONTROLLING AN ENGINE WITH A VARIABLE COMPRESSION RATIO}
본원 발명은 가변 압축비 엔진의 압축비를 제어하기 위한 튜브형 밸브에 관한 것이다.
본 출원인 명의의 국제특허 WO 98/51911, WO 00/31377 및 WO 03/008783는 가변 실린더 용량 엔진들을 위한 여러 가지 기계적인 장치들을 개시한다.
본 출원인 명의의 국제특허 WO 98/51911는, 작동되는 동안 효과적인 실린더 용량 및/또는 부피비를 채용함으로써, 가변적인 속도 및 부하에서 이용되는 내연 피스톤 엔진들의 효율을 개선하기 위해서 이용되는 장치를 개시하고 있다는 것을 주지할 수 있을 것이다. 이러한 타입의 엔진이, 당업자에게 "가변 압축비 엔진"이라는 명칭으로 공지되어 있으며, 그러한 명칭을 이하의 문맥을 통해서 이용할 것이다.
본 출원인 명의의 국제특허 WO 00/31377에 따라서, 가변 압축비 엔진을 위한 기계적인 트랜스미션 장치는, 첫 번째로 롤링 유도(rolling guidance) 장치와 그리고 두 번째로 커넥팅 로드에 고정되어 피스톤과 커넥팅 로드 사이에서 운동을 전달하는 기어 휘일과 협력하는, 하부 부분이 트랜스미션 부재에 고정된 연소 피스톤을 포함한다.
본 출원인 명의의 국제특허 WO 03/008783에서, 가변 압축비 엔진을 위한 기계적 트랜스미션 장치가 "피스톤 랙(rack)"이라고 또한 지칭되는 트랜스미션 부재에 그 하부 부분이 고정된 연소 피스톤이 이동하는 적어도 하나의 실린더를 포함하고, 상기 연소 피스톤은 첫 번째로 작은-크기의 랙에 의해서 롤링 유도 장치와 협력하고 그리고 두 번째로 다른 큰-크기의 랙에 의해서 커넥팅 로드에 고정된 기어 휘일과 협력한다. 가변 압축비 엔진을 위한 그러한 기계적 트랜스미션 장치는 또한 상기 기어 휘일과 협력하는 적어도 하나의 제어 랙, 상기 연소 피스톤을 클램핑 예비 부하(preload)를 제공하는 트랜스미션 부재에 부착하는 수단, 상기 랙들의 치형부(teeth)를 강화시키는(stiffen) 연결 수단, 및 상기 기어휘일의 구조를 보강 및 경량화시키기 위한 수단을 포함한다.
큰-치수 랙들의 치형부 세트들 및 기어 휘일의 치형부 세트들 사이의 최소 동작 간극(clearance)이 상기 큰-치수 랙들 및 상기 기어 휘일 상에서 생성된 롤링 표면들의 위치에 의해서 고정된다(fixed)는 것을 주지하여야 할 것이다.
특허출원 FR 2 896 544에서, 가변 압축비 엔진은, 한편으로, 연소실에서 엔진의 적어도 하나의 실린더의 단부에 근접하도록, 다른 한편으로, 액추에이팅 실린더의 상부 챔버에서 상기 엔진을 제어하는 액추에이팅 실린더의 적어도 하나의 실린더의 단부에 근접하도록, 크랭크케이스와 협력하는 공통 실린더 헤드를 포함하고, 상기 크랭크케이스는 가변 압축비 엔진의 이동 링키지들의 구성요소들 모두를 수용한다는 것을 주지하여야 할 것이다.
특허출원 FR 2 896 539에서, 가변 압축비 엔진은, 엔진의 소음 방출에 대한 제어를 유지하기 위해서 롤링 표면들이 서로 항상 접촉하여 유지되도록 허용하고 그 크랭크케이스에서의 제조 공차들(tolerances)을 넓히도록 허용하는 적어도 하나의 프레스 액추에이팅 실린더를 구비하고, 상기 가변 압축비 엔진은, 그러한 엔진이 엔진 실린더들을 가지는 것만큼 많은, 프레스 액추에이팅 실린더들 및 제어 액추에이팅 실린더들을 가진다는 것을 주지할 수 있을 것이다.
특허들 WO 98/51911 및 FR 2 896 539에서, 가변 압축비 엔진 제어 랙은, 제어 액추에이팅 실린더로부터 유래될 수 있는 임의의 누출들을 보상하기 위한, 그리고 오일의 압축도의 영향들을 감소시킴으로써 제어 액추에이팅 실린더의 수직 위치 기준점(datum)을 유지하기 위해서 이용하는 정밀도 개선을 목표로 하고 그리고 액추에이팅 실린더의 챔버들 내부의 임의의 공동화(cavitation) 현상을 피하는 것을 목표로 하는, 예비 부하 압력을 제공하기 위한, 가압 유압 유체를 위한 유입구를 가지는 제어 액추에이팅 실린더에 의해서 제어된다는 것을 주지할 수 있을 것이다.
특허 WO 98/51911에서, 제어 액추에이팅 실린더가 하부 챔버 및 상부 챔버를 포함하고, 액추에이팅 실린더 상부 로드로서 또한 공지된 액추에이팅 실린더 로드의 연장에 의해서 상기 상부 챔버의 실린더 용량이 상기 하부 챔버의 용량과 동일하게 유지된다는 것을 주지할 수 있을 것이다. 여전히 특허 WO 98/51911에 따라서, 제어 액추에이팅 실린더는 또한 액추에이팅 실린더 피스톤, 스프링들에 의해서 제위치에서 유지되는 밸브들, 및 제어 로드를 포함하고, 상기 액추에이팅 실린더의 상부 단부는 한편으로 상기 실린더 헤드와 상기 상부 액추에이팅 실린더 로드 사이의 그리고 다른 한편으로 상기 실린더 헤드와 상기 제어 로드 사이의 밀봉 수단을 포함하는 실린더 헤드에 의해서 폐쇄된다.
본 출원인 명의의 프랑스 특허출원들 FR 2 896 539 및 FR 07/05237에서 청구된 바와 같이, 가변 압축비 엔진은 한편으로 동작에 필요한 유압 압력으로 그 프레스 액추에이팅 실린더 또는 실린더들로 공급하도록, 그리고 다른 한편으로 발생될 수 있는 임의의 유압 누출을 보상하기 위해서 그리고 그들의 위치를 증대시키기 위해서 필요로 하는 유압 압력으로 그것의 제어 액추에이팅 실린더 또는 실린더들로 제공하도록 디자인된 유압 유닛을 포함한다. 상기 유닛은 가변 압축비 엔진의 캠샤프트들 중 임의의 하나에 의해서 구동될 수 있는 고압 펌프에 의해서 엔진 윤활 회로로부터의 오일로 공급되고, 이어서 상기 유닛이 상기 엔진의 제어 액추에이팅 실린더 또는 실린더들 및 프레스 액추에이팅 실린더 또는 실린더들을 공급한다는 것을 주지할 수 있을 것이다.
본 출원인 명의의 프랑스 특허출원 FR 2 896 539 또는 WO 2007/085739에 따라서, 제어 액추에이팅 실린더로 공급되는 유압이 또한 가변 압축비 엔진의 부피비를 증대시키는 것을 목적으로 하는 동작들 중에 제어 액추에이팅 실린더의 이동 속도를 높이기 위해서 이용될 수 있다는 것을 주지할 수 있을 것이다. 이러한 마지막 변형에서, 상기 유압은, 액추에이팅 실린더의 실린더 헤드 내에 형성된 챔버에 의해서, 제어 액추에이팅 실린더의 상부 로드의 상부 면(face)으로 인가된다.
본 출원인 명의의 특허출원들 및 특허들에서, 제어 로드가 적어도 하나의 센서와 협력하는 전기 동작식 밸브들에 의해서 바람직하게 대체될 수 있고, 그에 따라 가변 압축비 엔진 압축비 제어 시스템의 제조를 단순화할 수 있다는 것을 주지할 수 있을 것이다.
그러나, 일단 신뢰할 수 있고, 경제적이고 그리고 가변 압축비 엔진 윤활 오일 내에 포함된 불순물들 및 입자들과 양립될 수 있는(compatible) 전기 작동형 밸브들을 생성하는데 있어서의 어려움을 고려할 때, 본 출원인 명의의 프랑스 특허출원 FR 08/03589는 상기 전기 동작형 밸브들을 압축비 조정 장치로 대체하는 것을 제안하며, 상기 압축비 조정 장치는 볼들의 상승과 관련되고 그리고 가변 압축비 엔진 제어 액추에이팅 실린더의 하부 챔버와 상부 챔버를 연결하는 이송 커낼(transfer canal)의 일 단부와 타단부의 안착부(seat) 상에 각각 놓이고 그 단부들 각각을 차단하는 적어도 2개의 볼들 또는 체크 밸브들을 포함하며, 상기 볼들은, 스프링에 의해서 그들의 안착부 상에서 유지될 때 일방향 밸브와 같이 작용하여, 그에 따라 유압 유체가 단지 일방향으로만 통과하게 허용한다.
이러한 후자의 특허출원으로부터, 상기 볼들이 상승 수단에 의해서 그들의 안착부로부터 상승될 수 있고, 그에 따라 유압 유체가 양 방향들로 통과되도록 허용되며, 상기 밸브 상승 수단은 원통형 푸시 로드의 중개(agency)를 통해서 상기 볼을 상승시킨다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 이러한 특허출원에 따라서, 밸브 상승 수단은, 많은 변형들로 생산될 수 있는 전기기계적 액추에이터들로 이루어질 수 있을 것이고, 그들 중 2개는 상기 볼들이 그들의 안착부들로부터 상승되는 2개의 상이한 높이들을 제공하는 한편, 다른 것은 증분적인(incremental) 밸브 상승을 위해서 제공된다. 상기 특허출원에서, 2개의 변형들이 또한 청구되는데, 그러한 변형들은, 원통형 푸시 로드가 길이방향 병진운동으로 동작하도록 허용하는 피스톤을 포함하는 스텝형 변형과 함께, 압전 구성요소들을 이용하고, 상기 피스톤은 볼을 그 안착부로부터 상승시키기 위해서 전기적으로 동작되는 밸브에 의해서 가변 압축비 엔진의 유압 유닛에서 획득되는 압력을 이용할 수 있다.
본 출원인 명의의 프랑스 특허 FR 2 933 140가, 본 출원인 명의의 프랑스 특허 FR 2 933 141 를 통해서 변경되었다는 것을 관찰할 수 있을 것이다. 후자의 특허에서, 볼들의 상승 수단은 기계적인 트랜스미션 수단을 통해서 스크류를 회전시키는 회전 전기 모터를 포함하는 스크류-동작형 장치로 구성된다.
이러한 장치는, 볼이 연속적으로 상승되는 높이 및 큰 정밀도를 제어하면서, 볼이 그것의 안착부로부터 상승될 수 있게 허용하거나 그 안착부 상으로 다시 셋팅될 수 있게 허용한다. 본 출원인 명의의 프랑스 특허 FR 2 933 140 에서 청구된 변형예들의 일부와 달리, 스크류-동작형 장치는 볼이 상승되는 높이의 정밀도 및 반복가능성에 영향을 미칠 수 있는 마모 위험을 제시하지 않는다.
가변 압축비 엔진의 압축비를 제어하기 위한 튜브형 밸브는 본 출원인 명의의 참조된 프랑스 특허출원들 FR 2 933 140 및 FR 2 933 141에 개시된 바와 같은 볼-상승 압축비 조정 장치와 관련된 일련의 문제점들을 해결하도록 디자인된 것이며, 이하를 포함한다:
- 제어 액추에이팅 실린더의 상응하는 챔버에서 얻어지는 압력이 높을 때 볼을 그 안착부로부터 상승시키기 위해서 매우 큰 힘이 생성되어야 한다. 전자기적 흡입 컵(suction cup)이 볼 상승 수단에 의해서 선택될 때, 이러한 힘은 상기 흡입 컵에 큰 코일을 피팅(fitting)할 것을 필요로 한다. 그것의 부피가 크기 때문에, 그러한 코일을 가변 압축비 엔진에 통합하는 것이 어려워지는 한편, 그 중량 및 비용이 너무 증대된다;
- 오일의 큰 유량이 상기 볼과 그 안착부 사이를 통과할 때 볼을 상승상태로 유지하기 위해서 큰 힘을 제공할 필요가 있다. 전자기적 흡입 컵이 상기 볼의 상승 수단으로서 이용될 때, 상기 힘은, 코일로 공급되는 전류의 펄스 폭을 변조함으로써 상기 흡입 컵의 파워를 변화시키는 것에 의해서 볼의 안착부로부터 볼을 부분적으로 상승시킬 수 있는 가능성을 손상시킨다(compromise). 특히, 그러한 경우에, 요구되는 전력들이 상기 코일 온도의 과다한 상승을 유발할 수 있고, 그에 따라 코일의 수명이 가변 압축비 엔진의 수명과 더 이상 양립될 수 없게 될 수 있을 것이다.
- 스크류-동작형 장치는 고가이고 복잡하며, 그 신뢰성을 보장하기가 어렵다. 또한, 가변 압축비 엔진의 용도에 따라서 필수적일 수도 있는, 실린더가 자체-압축(self-compress)되는 경향이 있을 때, 2개의 볼들을 동시에 상승시키는 것이 제어 액추에이팅 실린더 상의 압력을 해제(relieve)할 수 있게 함에도 불구하고, 이러한 장치는 가변 압축비 엔진 제어 액추에이팅 실린더의 하나의 챔버와 각각 소통하는 2개의 볼들이 동시에 상승되게 허용하지 않는다.
참조로서 언급된 프랑스 특허출원들 FR 2 933 140 및 FR 2 933 141에 개시된 바와 같은 가변 압축비 엔진 볼-상승 압축비 조정 장치와 관련된 일련의 문제점들을 해결하기 위해서, 가변 압축비 엔진의 압축비를 제어하기 위한 튜브형 밸브는 다음을 제시한다.
· 가변 압축비 엔진 제어 액추에이팅 실린더의 상부 챔버와 하부 챔버 사이를 오일이 통과할 수 있도록 하기 위해서 전기적 상승 수단에 의해서 생성되어야 하는 힘이 크게 감소되고, 그에 따라 상기 상승 수단이, 복잡하고 고가인 스크류-동작형 장치 대신에, 작은 부피의 전자기적 흡입 컵 또는 단일-코일 솔레노이드로 구성될 수 있게 된다.
· 제어 액추에이팅 실린더의 상부 챔버와 하부 챔버 사이의 오일 통과를 위해서 전체적인 또는 부분적인 보어 단면(section)을 유지하기 위해서 전기적 상승 수단에 의해서 생성되어야 하는 힘이 크게 감소되고, 상기 부분적인 보어 단면은 예를 들어 상승 수단에 통합되는 코일의 파워를 조정함으로써 얻어지고, 코일로 공급되는 전류의 펄스 폭 변조에 의해서 전력을 조정할 수 있다.
· 제어 액추에이팅 실린더 챔버들에서 얻어지는 압력의 큰 변동들이, 제어 액추에이팅 실린더의 상부 챔버와 하부 챔버 사이의 오일 통과를 위해서 전체적인 또는 부분적인 보어 단면을 유지하기 위해서 상승 수단에 의해서 공급되어야 하는 힘의 안정성에 미치는 영향을 상당히 제한한다.
· 제한된 각도 범위에 걸쳐 가변 압축비 엔진 압축비의 급격한 변경들을 허용하는 동시에, 크랭크 샤프트의 각도 위치의 특정 범위들에 걸쳐서 제어 액추에이팅 실린더의 피스톤이 이동할 수 있게 허용하는 동시에, 상기 피스톤이 상기 크랭크샤프트의 다른 각도 범위들에 걸쳐서 이동하는 것을 방지하기 위해서, 이러한 전략은 "CAI" 또는 "HCCL"라는 약어로 또한 공지된 압축 점화에 걸친 미세한 제어에 대해서 유용할 수 있을 것이다.
· 하나의 그리고 동일한 단일의 콤팩트한 장치로 조합하기 위한, 첫 번째로 가변 압축비 엔진 제어 액추에이팅 실린더의 상부 채널과 하부 채널을 연결하는 이송 커낼의 단부들 중 하나를 개방 및 차단하는 기능 및, 두 번째로, 상기 장치가 상기 커낼의 단부들 중 하나를 차단할 때 유압 유체가 일방향으로만 통과할 수 있도록 보장하는 일방향 밸브 기능.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 이하를 포함한다:
· 적어도 하나의 도관에 의해서 축압기와 소통하도록 배치된 저압 챔버, 및 적어도 하나의 도관에 의해서 제어 액추에이팅 실린더의 상부 또는 하부 챔버들 중 하나 또는 다른 하나와 소통하도록 배치된 고압 챔버를 포함하는 밸브 케이싱 내에서 길이방향 병진 운동할 수 있는 적어도 하나의 직선형 튜브로서, 상기 직선형 튜브가 상기 저압 챔버 내로 개방된 제 1 단부 및 상기 고압 챔버 내로 개방된 제 2 단부를 포함하고, 상기 제 2 단부는, 상기 제 2 단부를 가능한 한 타이트하게 밀봉하는 방식으로 상기 밸브 케이싱에 고정된 적어도 하나의 차단 표면과 접촉할 수 있고, 상기 직선형 튜브는 적어도 하나의 일방향(nonreturn) 및 차단 스프링에 의해서 차단 표면과 접촉 상태로 유지되는, 적어도 하나의 직선형 튜브,
· 상기 직선형 튜브의 외부 표면과 상기 밸브 케이싱 사이를 밀봉하여 저압 챔버로부터 상기 고압 챔버를 격리시키기 위한 밀봉 수단으로서, 상기 밀봉 수단은 내부에서 직선형 튜브가 유지되는 일방향 튜브로 구성되고, 상기 직선형 튜브는 상기 일방향 튜브 내에서 길이방향으로 이동될 수 있는 한편, 일방향 튜브는 상기 밸브 케이싱에 대해서 길이방향으로 이동될 수 있고, 상기 직선형 튜브는 상기 일방향 튜브와 함께 밀봉부를 형성하고, 상기 일방향 튜브는, 고압 챔버로부터 저압 챔버로 유압 유체가 통과하는 것을 방지하나, 상기 유체가 저압 챔버로부터 고압 챔버로 유동하는 것을 허용하기 위해서, 상기 일방향 및 차단 스프링에 의해서 상기 밸브 케이싱 내에 형성된 일방향 안착부와 접촉되어 유지되는 직선형 튜브의 차단 표면으로부터 가장 먼 단부를 포함하는, 밀봉 수단, 및
· 상기 일방향 및 차단 스프링에 의해서 생성된 것과 반대되는 힘을 상기 직선형 튜브로 인가할 수 있는 적어도 하나의 전기적 액추에이터로서, 상기 힘은, 전류가 상기 액추에이터를 통과할 때, 상기 직선형 튜브를 상기 차단 표면으로부터 분리시키기에 충분한, 적어도 하나의 전기적 액추에이터.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 직선형 튜브를 포함하고, 상기 직선형 튜브의 제 2 단부는 절두형(truncated) 구 형상을 가지고 그리고 상기 직선형 튜브는 안착부 상에 놓이는 볼에 의해서 형성되는 라인과 유사한 차단 표면과의 접촉 라인을 가진다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 당김(pull) 로드에 의해서 전기적 액추에이터에 연결된 직선형 튜브를 포함하고, 상기 당김 로드의 상기 튜브에 대한 부착은 상기 튜브를 완전히 차단하지 않고 그리고 유압 유체가 상기 튜브의 내부를 따라서 유동할 수 있게 허용하는 축방향 및/또는 방사상 통로를 남긴다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 당김 로드를 포함하고, 상기 당김 로드의 단부가 상기 직선형 튜브의 제 1 단부를 밀봉하는 표면 내에 형성된 홀 보다 더 큰 지름을 가지는 당김 헤드 내에서 종료되며, 상기 로드는 상기 홀을 통과하고 그리고 상기 헤드는 상기 튜브 내에 수용되며, 후자는 상기 저압 챔버 내로 개방된 적어도 하나의 방사상 및/또는 축방향 오리피스를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 당김 로드를 포함하고, 상기 당김 로드의 단부는 핀이 통과하는 홀이 천공된 편평한 관절형(articulating) 헤드 내에서 종료되고, 상기 핀의 2개의 단부들은 상기 튜브의 제 1 단부에 인접하여 상기 직선형 튜브 내에 방사상으로 형성된 홀들 내에 수용된다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 저압 챔버 내부에 수용되는 전기적 액추에이터를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 밸브 케이싱의 외부에 수용되는 전기적 액추에이터를 포함하는 반면 상기 직선형 튜브에 그것을 연결하는 당김 로드가 밸브 케이싱을 동시에 통과하여 그 사이에 밀봉부를 형성한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 직선형 튜브가 상기 일방향 튜브와 만드는 밀봉부에서 직선형 튜브의 횡단면을 포함하고, 상기 직선형 튜브의 횡단면은 상기 직선형 튜브가 차단 표면과 만나는 상기 직선형 튜브의 횡단면 보다 작다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 일방향 안착부와 접촉을 유지하고 그리고 절두형 구 형상을 가지며 안착부 상에 놓인 볼에 의해서 생성되는 것과 유사한 일방향 안착부와의 접촉 라인을 가지는 일방향 튜브의 일 단부를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 일방향 및 차단 스프링을 포함하고, 상기 스프링은, 일 단부에서, 상기 직선형 튜브의 제 2 단부에 인접하여 상기 직선형 튜브에 대해서 그리고, 타 단부에서, 상기 일방향 안착부와 접촉을 유지하는 일방향 튜브의 단부들 중 하나의 단부에 근접하여 일방향 튜브에 대해서 지탱된다(bear).
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 일방향 튜브 및/또는 직선형 튜브 상에 형성된 단부 정지부(stop)를 포함하고, 상기 단부 정지부는, 한편으로, 상기 일방향 튜브와 상기 일방향 안착부 사이의 최대 거리를 제한하고, 그리고 다른 한편으로, 동일한 비율들로, 상기 직선형 튜브와 상기 차단 표면 사이의 최대 거리를 제한한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 당김 로드와 상기 밸브 케이싱 사이의 밀봉을 위한 밀봉 수단을 포함하고, 상기 밀봉 수단은 적어도 하나의 환형 밀봉부 및/또는 적어도 하나의 피스톤 링으로 구성된다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 직선형 튜브와 상기 일방향 튜브 사이의 밀봉을 위한 밀봉 수단을 포함하고, 상기 밀봉 수단은 적어도 하나의 환형 밀봉부 및/또는 적어도 하나의 피스톤 링으로 구성된다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는, 전류가 코일을 통과할 때, 자기적 베인(vane) 또는 코어 플런저를 끌어 당기는 전도성 와이어의 코일로 이루어진 전기적 액추에이터를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 직선형 튜브에 직접적으로 부착된 코어 플런저를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 밸브 케이싱에 대해서 자유롭게 회전되나 상기 케이싱에 대한 병진 운동과 관련하여 고정된 스크류를 일방향 또는 타방향으로 회전시킬 수 있는 회전식 전기 모터로 구성된 전기적 액추에이터를 포함하고, 상기 스크류는 상기 직선형 튜브 내로 직접적으로 또는 간접적으로 스크류잉되고 그리고 상기 튜브는, 상기 스크류가 회전식 전기 모터의 작용 하에서 회전될 때, 상기 케이싱에 대한 병진 운동을 실시한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 포팅(porting) 플레이트에 고정된 유입구-배출구 도관들을 포함하는 회전 대칭성을 나타내는 적어도 하나의 구성요소로 구성된 밸브 케이싱을 포함하고, 상기 플레이트 자체는 상기 가변 압축비 엔진의 크랭크케이스에 부착되고 그리고 상기 플레이트는 하나 이상의 튜브형 밸브들을 지지하는 역할을 하고 그리고 한편으로 이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더의 상부 및 하부 챔버들과 소통하고 그리고 다른 한편으로 축압기와 소통하는 상기 밸브들을 위치시키는 도관들을 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 적어도 하나의 튜브형 밸브에 대한 밸브 케이싱으로서 작용하는 포팅 플레이트를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 직선형 튜브의 최대의 선형적인 병진 이동을 제한하는 적어도 하나의 조정가능한 또는 조정불가능한 밸브 단부 정지부가 피팅된 전기적 액추에이터를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 2개의 조정가능한 또는 조정불가능한 밸브 단부 정지부들이 피팅된 전기적 액추에이터를 포함하고, 제 1 단부 정지부는 상기 직선형 튜브와 상기 차단 표면 사이의 거리를 작은 값으로 제한하고, 그리고 제 2 단부 정지부는 상기 튜브와 상기 표면 사이의 거리를 최대 값으로 제한하며, 상기 전기적 액추에이터에 의해서 생성된 힘이 특정 힘을 초과하는 경우에 상기 제 1 단부 정지부를 지나는 이동이 가능할 것인 반면, 상기 제 2 단부 정지부를 지나는 이동은, 상기 액추에이터에 의해서 생성되는 힘에 관계 없이, 완전히 불가능하다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 전기적 액추에이터를 포함하고, 상기 전기적 액추에이터의 제 2 단부 정지부는 상기 전기적 액추에이터가 스프링을 복귀 단부 정지부로부터 분리시키기에 충분한 힘을 생성하지 않을 때, 복귀 단부 정지부에 대하여(against) 기대어지는(rest) 예비하중형 스프링으로 구성된다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 저압 챔버 내에 수용되는 코어 플런저를 포함하는 반면, 상기 코일은 상기 챔버의 외부에 수용되고, 전류가 통과할 때 상기 코일에 의해서 생성되는 자기장이 밸브 케이싱에 고정된 코일 슬리브를 통과하여 상기 코어 플런저를 끌어 당긴다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 밸브 케이싱에 고정된 차단 표면을 포함하고, 상기 차단 표면은 상기 케이싱 내로 스크류된 차단 플러그의 내부 면 상에 형성되고, 상기 플러그는 상기 직선형 튜브와 상기 차단 표면 사이의 접촉 영역의 외부 둘레에 위치되는 적어도 하나의 축방향 및/또는 방사상 오리피스를 포함하고, 그리고 상기 오리피스는 상기 고압 챔버를 상기 제어 액추에이팅 실린더의 상부 또는 하부 챔버들 중 하나 또는 다른 하나에 대해서 직접적으로 또는 간접적으로 연결한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 상기 밸브 케이싱 내에 수용된 실질적으로 원통형 형상의 일방향 안착부 캐리어의 면들 중 하나의 면 상에 형성된 일방향 안착부를 포함하고, 상기 안착부 캐리어에는, 상기 일방향 튜브가 상기 일방향 안착부와 접촉하지 않을 때 유압 유체가 저압 챔버로부터 고압 챔버로 통과할 수 있게 허용하고, 그리고 상기 직선형 튜브가 상기 차단 표면과 접촉하지 않을 때 상기 고압 챔버로부터 상기 저압 챔버로 유압 유체가 통과할 수 있게 허용하는 적어도 하나의 도관 및/또는 커낼이 장착된다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는, 차단 플러그가 일방향 안착부 캐리어 및 상기 코일 슬리브를 상기 밸브 케이싱에 대해서 부착하는 요소를 구성하도록 상기 일방향 안착부 캐리어 및/또는 코일 슬리브를 압축하는 밸브 케이싱 내로 스크류잉된 차단 플러그를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 회전 대칭을 나타내고 그리고 상기 가변 압축비 엔진의 크랭크케이스 상으로 또는 크랭크케이스 내로 직접적으로 스크류잉된 유입구-배출구 도관들을 포함하는 구성요소를 포함한다.
본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브는 표면의 형상과 상보적인 형상의 당김 볼과 협력하는 당김 헤드를 포함하고, 상기 볼은, 상기 직선형 튜브를 상기 전기적 액추에이터로부터 멀리 이동시키는 경향을 가지는 선회 조인트 스프링에 의해서 상기 표면에 대해서 프레스되어 유지된다.
비제한적인 예들로서 주어진, 첨부 도면들을 참조한 이하의 설명은 본원 발명에 대한, 본원 발명이 나타내는 특징들에 대한, 그리고 본원 발명이 제공할 것 같은 장점들에 대한 보다 양호한 이해를 제공할 것이다.
도 1 내지 도 4는, 전기적 액추에이터를 포함하고, 상기 전기적 액추에이터의 코어 플런저가 직선형 튜브에 대해서 직접적으로 부착되는, 본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브의 제 1 실시예를 도시한 개략적인 횡단면도이다.
도 5는 본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브의 제 1 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브의 실시예의 다른 형태를 도시한 도면으로서, 상기 튜브형 밸브의 전기적 액추에이터가 당김 로드에 의해서 상기 직선형 튜브에 연결되는 것을 도시한, 개략적인 횡단면도이다.
도 9는 본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브의 가변 압축비 엔진 내의 주요 구성요소들 및 그들의 위치들을 도시한 개략적인 횡단면도이다.
도 10은 본원 발명에 따른 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브의 가변 압축비 엔진의 엔진 블록 및 튜브형 밸브의 위치를 도시한 분해 사시도이다.
도 1 내지 10은 이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 연결하는 적어도 하나의 도관을 차단하는 수단을 포함하는 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 적어도 하나의 튜브형 밸브(400)를 도시한다.
도 9 및 10은, 본원 출원인이 소유한 특허출원들 및 특허들에 따른, 연소 피스톤(2)의 하부 부분 내에 피스톤에 고정되고 롤링 유도 장치(4)와 첫 번째로 그리고 기어휘일(5)과 두 번째로 협력하는 "피스톤 랙"이라고 알려진 트랜스미션 부재(3)를 포함하는 기계적 트랜스미션 장치(1)를 포함하는 가변 압축비 엔진을 도시한다.
피스톤(2)에 트랜스미션 부재 또는 피스톤 랙(3)은 기어휘일(5)의 치형부(51)와 협력하는 치형부(34)를 가지는 큰-치수의 제 1 랙(35)을 그 면들 중 하나의 면 상에 구비한다.
트랜스미션 부재 또는 피스톤 랙(3)은, 제 1 랙(35)의 반대쪽 측부 상에서, 제 2 랙(37)을 포함하고, 상기 제 2 랙의 작은-크기 치형부(38)는 상기 롤링 유도 장치(4)의 롤러(40)의 치형부와 협력한다.
롤링 유도 장치(4)의 롤러(40)의 운동을 피스톤(2)의 운동과 동기화시키는 랙(46)을 포함하는 지지부(41)에 크랭크케이스(100)가 고정된다.
기어휘일(5)은 연소 피스톤(2)과 상기 크랭크샤프트(9) 사이에서 운동을 전달하기 위해서 크랭크샤프트(9)에 연결된 커넥팅 로드(6)와 합력한다.
상기 트랜스미션 부재 또는 피스톤 랙(3)의 반대쪽 측부 상에서, 기어휘일(5)은 제어 랙(7)과 협력하고, 상기 크랭크케이스(100)에 대한 상기 제어 랙의 수직 위치는 제어 장치(12)에 의해서 제어되고, 상기 제어 장치는 이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더(8), 및 상기 크랭크케이스(100) 내에 형성된 액추에이팅 실린더 보어(112) 내에서 유도되는 액추에이팅 실린더 피스톤(13)을 포함한다.
이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더(8)는, 액추에이팅 실린더 피스톤(13) 위의, 액추에이팅 실린더 챔버(121) 및, 상기 액추에이팅 실린더의 피스톤(13) 아래의, 액추에이팅 실린더 하부 챔버(122)를 포함하고, 상기 챔버들은 액추에이팅 실린더 피스톤(13)의 동일한 행정에 대해서 서로 상이한 실린더 용량들을 가진다.
이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더(8)는 제어 랙(7)에 고정된 하부 액추에이팅 실린더 로드(16)로 그리고 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121) 내에 수용된 타이트닝(tightening) 헤드(139)를 구비하고 액추에이팅 실린더 피스톤(13)이 제어 랙(7)의 하부 액추에이팅 실린더 로드(16)에 부착될 수 있게 허용하는 클램핑 스크류(132)로 구성된다.
가변 압축비 엔진은 적어도 하나의 컴퓨터(94) 및 상기 제어 랙(7)의 수직 위치를 측정하기 위한 적어도 하나의 위치 센서(95)를 포함할 수 있을 것이다.
가변 압축비 엔진은, 피스톤 랙(3)의 통과가 검출된 크랭크샤프트(9)의 각도 위치를 고려함으로써 엔진의 압축비를 추정할 수 있게 하기 위해서, 피스톤의 랙(3)의 통과를 검출하는, 미도시된, 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있을 것이다.
도 1 내지 10은 본원 발명에 따른 압축비 조정을 위한 튜브형 밸브(400)를 도시하며, 상기 튜브형 밸브는, 적어도 하나의 도관(404)에 의해서 축압기(251)와 소통하도록 배치된 저압 챔버(403), 및 적어도 하나의 도관(406)에 의해서 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121) 또는 하부 챔버(122) 중 하나 또는 다른 하나와 소통하도록 배치된 고압 챔버(405)를 포함하는 밸브 케이싱(402) 내에서 길이방향 병진 운동할 수 있는 적어도 하나의 직선형 튜브(401)를 포함한다.
상기 직선형 튜브(401)는 상기 저압 챔버(403) 내로 개방된 제 1 단부(407) 및 상기 고압 챔버(405) 내로 개방된 제 2 단부(408)를 포함한다.
상기 직선형 튜브(401)는 가능한 한 타이트하게 밀봉하는 방식으로 상기 밸브 케이싱(402)에 고정된 적어도 하나의 차단 표면(412)과 접촉할 수 있는 제 2 단부(408)를 포함한다.
상기 직선형 튜브(401)의 상기 제 2 단부(408)는 적어도 하나의 일방향 및 차단 스프링(427)에 의해서 상기 차단 표면(412)과 접촉 상태로 유지된다.
상기 직선형 튜브(401)의 제 2 단부(408)는 절두형 구 형상을 가지고 그리고 안착부 상에 놓이는 볼에 의해서 형성되는 라인과 유사한 차단 표면(412)과의 접촉 라인을 가진다.
상기 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)는 상기 직선형 튜브(401)의 외부 표면과 상기 밸브 케이싱(402) 사이를 밀봉하여 저압 챔버(403)로부터 상기 고압 챔버(405)를 격리시키기 위한 밀봉 수단(409)을 포함한다.
상기 밀봉 수단(409)은 내부에 직선형 튜브(401)가 수용되는 일방향 튜브(425)로 구성되고, 상기 직선형 튜브(401)는 상기 일방향 튜브(425) 내에서 길이방향으로 이동될 수 있는 반면, 상기 일방향 튜브(425)는 상기 밸브 케이싱(402)에 대해서 길이방향으로 이동될 수 있다.
상기 직선형 튜브(401)와 상기 일방향 튜브(425) 사이에서 밀봉하기 위한 상기 밀봉 수단(409)은 적어도 하나의 환형 밀봉부 및/또는 적어도 하나의 피스톤 링으로 이루어진다.
그에 따라, 상기 직선형 튜브(401)는 상기 일방향 튜브(425)와 밀봉부를 만든다.
상기 일방향 튜브(425)는 상기 직선형 튜브(401)의 차단 표면(412)으로부터 가장 먼 차단 표면을 형성하는 하나의 단부(426)를 포함한다.
상기 차단 표면(426)은, 상기 고압 챔버(405)로부터 상기 저압 챔버(403)로 유압 유체가 통과하는 것을 방지하나, 상기 유체가 저압 챔버(403)로부터 고압 챔버(405)로 유동하는 것을 허용하기 위해서, 상기 일방향 및 차단 스프링(427)에 의해서 상기 밸브 케이싱(402) 내에 형성된 일방향 안착부(428)와 접촉되어 유지된다.
상보적인 밀봉 수단이 상기 직선형 튜브(401)의 외측 표면과 상기 일방향 튜브(425)의 내측 표면 사이에 제공될 수 있다는 것이 주지될 수 있을 것이며, 상기 수단은 적어도 하나의 환형 밀봉부 및/또는 적어도 하나의 피스톤 링을 포함하고, 예를 들어, 상기 환형 밀봉부는 하나의 그리고 동일한 홈 내에 수용된 2개의 링들로 이루어질 수 있고, 그리고 상기 제 1 링은 가요성 재료로 제조되고 상기 홈의 하단부 내에 수용되는 한편, 상기 제 2 링은 가요성을 가지지 않으나 마모에 대한 내성을 가지는 재료로 제조되고 그리고 이는 직선형 튜브(401)의 외측 표면 또는 일방향 튜브(425)의 내측 표면과의 접촉을 제공한다.
압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)는 상기 일방향 및 차단 스프링(427)에 의해서 생성되는 힘에 반대되는 힘을 상기 직선형 튜브(401)에 인가할 수 있는 적어도 하나의 전기적 액추에이터(450)를 포함하고, 상기 힘은, 전류가 상기 액추에이터를 통과할 때, 상기 직선형 튜브(401)를 상기 차단 표면(412)으로부터 분리시키기에 충분하다.
상기 직선형 튜브(401)는 당김 로드(414)에 의해서 상기 전기적 액추에이터(450)에 연결되고, 상기 당김 로드(414)의 상기 튜브에 대한 부착은 상기 튜브를 완전히 차단하지 않고 유압 유체가 상기 튜브의 내부를 따라서 유동하도록 허용하는 축방향 및/또는 방사상 통로를 남긴다.
당김 로드(414)의 단부는 상기 직선형 튜브(401)의 제 1 단부(407)를 밀봉하는 표면(418) 내에 형성된 홀(417) 보다 더 큰 지름을 가지는 당김 헤드(416) 내에서 종료된다(도 8).
상기 당김 로드(414)는 상기 홀(417)을 통과하는 반면, 상기 헤드(416)는 상기 튜브(401) 내에 수용되며, 후자는 상기 저압 챔버(403) 내로 개방된 적어도 하나의 방사상 및/또는 축방향 오리피스(419)를 포함한다.
압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)는 상기 당김 로드(414)와 밸브 케이싱(402) 사이를 밀봉하기 위한 밀봉 수단을 포함하고, 상기 수단은 적어도 하나의 환형 밀봉부 및/또는 적어도 하나의 피스톤 링을 구성된다.
도 6 및 7은 핀(422)이 관통하는 홀(421)이 천공된 편평한 관절형 헤드(420) 내에서 종료되는 당김 로드(414)의 단부의 대안적인 형태를 도시하고, 상기 핀(422)의 2개의 단부들은 상기 튜브의 제 1 단부(407)에 인접하여 상기 직선형 튜브(401) 내에 방사상으로 형성된 홀들(423, 424) 내에 수용된다.
압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)는 상기 저압 챔버(403) 내부에 수용되는 전기적 액추에이터(450)를 포함한다.
압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)는 밸브 케이싱(402)의 외부에 수용되는 전기적 액추에이터(450)를 포함하는 반면 상기 직선형 튜브(401)에 그것을 연결하는 당김 로드(414)가 밸브 케이싱(402)을 동시에 통과하여 그 사이에 밀봉부를 형성한다.
상기 직선형 튜브가 상기 일방향 튜브(425)와 만드는 밀봉부에서의 직선형 튜브(401)의 횡단면은, 상기 직선형 튜브(401)가 차단 표면(412)과 접촉하는 곳에서의 상기 직선형 튜브(401)의 횡단면 보다 작다.
이러한 단면의 차이는, 고압 챔버(405) 내에서 획득되는 압력이 저압 챔버(403) 내에서 획득되는 압력 보다 클 때, 제 2 단부(408)와 상기 직선형 튜브(401) 및 차단 표면(412) 사이의 접촉 압력을 증가시키기 위해서, 또는 상기 튜브와 상기 표면 사이의 임의의 원치않는 분리를 방지하기 위해서, 일방향 및 차단 스프링(427)에 의해서 생성된 힘과 조합되는 힘이 공급될 수 있다는 것을 의미한다.
일방향 안착부(428)와 접촉되어 유지되는 상기 일방향 튜브(425)의 차단 표면을 형성하는 단부(426)가 절두형 구 형상을 가지고 그리고 상기 안착부에 대해서 놓인 볼에 의해서 생성되는 것과 유사한 일방향 안착부(428)와의 접촉 라인을 가진다는 것을 주지할 수 있을 것이다.
상기 일방향 및 차단 스프링(427)은, 일 단부에서, 상기 직선형 튜브의 제 2 단부(408)에 인접하여 상기 직선형 튜브(401)에 대해서 그리고, 타 단부에서, 상기 일방향 안착부(428)와 접촉 유지되는 일방향 튜브의 단부들 중 하나의 단부(426)에 근접하여 일방향 튜브(425)에 대해서 지탱된다.
이러한 구성에서, 일방향 및 차단 스프링(427)의 단부들의 각각이 직선형 튜브(401)의 그리고 일방향 튜브(425)의 둘레에 생성된 쇼울더(429, 430)에 대해서 지탱될 수 있다. 따라서, 하나의 특별한 실시예에서, 각각의 쇼울더(429, 430)가 와셔(431)를 이용하여 확장될 수 있다.
일방향 튜브(425) 및/또는 직선형 튜브(401) 상에 단부 정지부(432)가 형성된다는 것이 주지될 수 있을 것이고, 상기 단부 정지부(432)는, 한편으로, 상기 일방향 튜브(425)와 상기 일방향 안착부(428) 사이의 최대 거리를 제한하고, 그리고 다른 한편으로, 동일한 비율들로, 상기 직선형 튜브(401)와 상기 차단 표면(412) 사이의 최대 거리를 제한한다.
하나의 특별한 실시예에 따라서, 상기 단부 정지부(432)는 상기 일방향 안착부(428)로부터 가장 먼 일방향 튜브(425)의 단부가 접하고 상기 직선형 튜브(401)의 제 2 단부(408) 근방에 생성된 돌출부 또는 쇼울더로 구성될 수 있을 것이다.
상기 전기적 액추에이터(450)는, 전류가 코일을 통과할 때, 자기적 베인 또는 코어 플런저(452)를 끌어 당기는 전도성 와이어의 코일(451)로 이루어진다.
상기 자기적 베인 또는 코어 플런저(452)는, 스크류잉, 클림핑, 본딩에 의해서 또는 당업자에게 공지된 다른 부착 수단에 의해서 상기 직선형 튜브(401)에 대해서 직접적으로 부착된다.
제 1의 특별한 실시예에 따라서, 상기 코일(451)을 통과하는 전류의 양이 펄스 폭 변조에 의해서 제어될 수 있다는 것이 주지될 수 있을 것이다.
제 1의 특별한 실시예와 조합될 수 있는 제 2의 특별한 실시예에 따라서, 트랜지스터의 스위칭에 의해서 이전에 축적된 전류를 가지는 커패시터의 전하(charge)가 상기 코일(451)로 전달될 수 있다. 이러한 구성은 짧은 지속시간에 걸쳐서 전기적 액추에이터(450)로 많은 양의 전력이 전달될 수 있게 허용한다.
이러한 제 2 실시예에 따라서, 상기 커패시터로부터 상기 코일로 전하를 전달하기 위해서 필요한 케이블의 길이를 제한하기 위해서, 상기 커패시터 및 트랜지스터가 코일(451)에 근접하여 배치된다.
상기 전기적 액추에이터(450)는 상기 밸브 케이싱(402)에 대해서 자유롭게 회전되나 상기 케이싱에 대한 병진 운동과 관련하여 고정된 스크류를 일방향 또는 타방향으로 회전시킬 수 있는 회전식 전기 모터로 구성되고, 상기 스크류는 상기 직선형 튜브(401) 내로 직접적으로 또는 간접적으로 스크류잉되고 그리고 상기 튜브는, 상기 스크류가 회전식 전기 모터의 작용 하에서 회전될 때, 상기 케이싱에 대한 병진 운동을 실시한다.
상기 밸브 케이싱(402)은 포팅 플레이트(433)에 고정된 유입구-배출구 도관들을 포함하는 회전 대칭성을 나타내는 적어도 하나의 구성요소로 구성되고, 상기 플레이트(433) 자체는 상기 가변 압축비 엔진의 크랭크케이스(100)에 부착된다.
상기 포팅 플레이트(433)는 압축비를 조정하기 위한 하나 이상의 튜브형 밸브들(400)을 지지하는 역할을 할 수 있고 그리고 한편으로 이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)와 소통하고 그리고 다른 한편으로 축압기(251)와 소통하는 상기 밸브들을 위치시키는 도관들(434, 435)을 포함한다(도 9).
상기 포팅 플레이트(433)는 압축비를 조정하기 위한 적어도 하나의 튜브형 밸브(400)에 대한 밸브 케이싱(402)으로서 작용한다.
상기 전기적 액추에이터(450)에는 상기 직선형 튜브(401)의 최대의 선형적인 병진 이동을 제한하는 적어도 하나의 조정가능한 또는 조정불가능한 밸브 단부 정지부(455)가 피팅된다(도 6).
도 7에는, 전기적 액추에이터(450)에 2개의 조정가능한 또는 조정불가능한 밸브 단부 정지부들(455, 456)이 피팅될 수 있다는 것을 도시하고, 상기 제 1 단부 정지부(455)는 상기 직선형 튜브(401)와 상기 차단 표면(412) 사이의 거리를 작은 값으로 제한하고, 그리고 제 2 단부 정지부(456)는 상기 튜브(401)와 상기 표면 사이의 거리를 최대 값으로 제한하며, 상기 전기적 액추에이터(450)에 의해서 생성된 힘이 특정 힘을 초과하는 경우에 상기 제 1 단부 정지부(455)를 지나는 이동이 가능할 것인 반면, 상기 제 2 단부 정지부(456)를 지나는 이동은, 상기 액추에이터에 의해서 생성되는 힘에 관계없이, 완전히 불가능하다.
전기적 액추에이터(450)의 제 2 밸브 단부 정지부(456)는 상기 전기적 액추에이터(450)가 스프링(459)을 복귀 단부 정지부(458)로부터 분리시키기에 충분한 힘을 생성하지 않을 때, 복귀 단부 정지부(458)에 대하여 기대어지는 예비하중형 스프링(459)으로 구성된다.
하나의 특별한 실시예에 따라서, 상기 예비하중형 스프링(459)은, 복귀 단부 정지부(458)에 대해서 기대어 질 때 큰 저항을 제공하고 그리고 상기 직선형 튜브(401)와 상기 차단 표면(412) 사이의 거리가 최대가 될 때 보다 적은 저항을 제공하는, 스틸 판(leaf), 금속 링 또는 임의의 다른 수단으로 구성될 수 있을 것이다.
도 1 내지 5는 저압 챔버(403) 내에 수용되는 코어 플런저(452)를 포함하는 반면, 상기 코일(451)이 상기 챔버(403)의 외부에 수용된다는 사실을 도시한다.
그에 따라, 전류가 코일(451)을 통과할 때 상기 코일에 의해서 생성되는 자기장이 밸브 케이싱(402)에 고정된 코일 슬리브(454)를 통과하여 상기 코어 플런저(452)를 끌어 당긴다.
상기 밸브 케이싱(402)에 고정된 차단 표면(412)은 상기 케이싱(402) 내로 스크류된 차단 플러그(457)의 내부 면 상에 형성된다.
상기 차단 플러그(457)는 상기 직선형 튜브(401)와 상기 차단 표면(412) 사이의 접촉 영역의 외부 둘레에 위치되는 적어도 하나의 축방향 및/또는 방사상 오리피스(460)를 포함하고, 그리고 상기 오리피스(460)는 상기 고압 챔버(405)를 상기 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121) 또는 하부 챔버(122) 중 하나 또는 다른 하나에 대해서 직접적으로 또는 간접적으로 연결한다.
일방향 안착부(428)가 상기 밸브 케이싱(402) 내에 수용된 실질적으로 원통형 형상의 일방향 안착부 캐리어(461)의 면들 중 하나의 면 상에 형성된다.
상기 안착부 캐리어(461)에는, 상기 일방향 튜브(425)가 상기 일방향 안착부(428)와 접촉하지 않을 때 유압 유체가 저압 챔버(403)로부터 고압 챔버(405)로 통과할 수 있게 허용하고, 그리고 상기 직선형 튜브(401)가 상기 차단 표면(412)과 접촉하지 않을 때 상기 고압 챔버(405)로부터 상기 저압 챔버(403)로 유압 유체가 통과할 수 있게 허용하는 적어도 하나의 도관 및/또는 커낼(462)이 장착된다.
상기 밸브 케이싱(402) 내로 스크류잉된 상기 차단 플러그(457)가 상기 일방향 안착부 캐리어(461) 및/또는 상기 코일 슬리브(454) 압축하며, 그에 따라 상기 플러그(457)는 상기 안착부 캐리어(461) 및 상기 코일 슬리브(454)를 상기 밸브 케이싱(402)에 대해서 부착하는 요소를 구성한다.
이러한 구성에서 그리고 그러한 구성의 임의 변형들에서, 상기 밀봉부들이 여러 가지 구성요소들을 서로에 대해서 밀봉하고 및/또는 상기 구성요소들과 밸브 케이싱(402) 사이에 밀봉부를 형성한다.
회전 대칭을 나타내고 그리고 유입구-배출구 도관들을 포함하는 구성요소는, 당업자에게 공지된 임의의 기계적인 부착 또는 연결을 이용하여, 상기 가변 압축비 엔진의 크랭크케이스(100) 상으로 또는 크랭크케이스 내로 직접적으로 스크류잉되거나 상기 케이싱에 부착된다.
상기 당김 헤드(416)는 표면(418)의 형상과 상보적인 형상의 당김 볼(440)과 협력하고, 상기 볼은, 상기 직선형 튜브(401)를 상기 전기적 액추에이터(450)로부터 멀리 이동시키는 경향을 가지는 선회 조인트 스프링(441)에 의해서 상기 표면에 대해서 프레스되어 유지된다.
동작:
하나의 특별한 실시예에 따라서, 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)가 작동하는 방식은 다음과 같다:
도 9에 도시된 바와 같이, 가변 압축비 엔진이 주어진 압축비에서 유지될 때, 각각 유압 유체가 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121)로부터 하부 챔버(122)로 그리고 그 반대로 유동할 수 있게 허용하는 각각의 튜브형 밸브(400)의 2개의 직선형 튜브들(401)의 제 2 단부(408)가 그들 각각의 차단 표면(412)과 접촉되어 각각 유지된다.
이러한 것이 발생될 때, 상기 유체가 상부 챔버(121)로부터 하부 챔버(122)로 그리고 그 반대 방향으로도 이동될 수 없고, 그리고 이는 상기 엔진의 제어 랙(7)의 위치가 결정된 값에서 유지되고 그리고 상기 엔진의 압축비가 고정적으로 유지된다는 것을 의미한다.
가변 압축비 엔진의 동작의 조건들을 고려하면, 그 압축비를 규칙적으로 맞출 필요가 있을 것이다.
상황들에 따라서, 상기 엔진의 압축비의 이러한 변경은 상기 엔진의 성능 또는 효율을 최대화하는 또는 그 대신에 3-방향 촉매 변환기의 동작을 개선하는 역할을 한다.
만약, 이러한 여러 가지 요건들을 고려할 때, 가변 압축비 엔진의 컴퓨터(ECU)(94)가 상기 엔진의 압축비를 증가시킬 필요가 있다면, 그러한 컴퓨터는 제어 액추에이팅 실린더(8)의 하부 챔버(122)의 직선형 튜브(401)에 연결된 전기적 액추에이터(450)로 전류를 전송하고, 그리고 이는 상기 튜브(401)를 그 차단 표면(412)으로부터 멀리 이동시키는 효과를 가지며, 상기 액추에이터(450)는 그것의 당김 로드(414)의 중개를 통해서 상기 튜브(401)에 작용한다.
그에 따라, 그 차단 표면(412)으로부터 멀리 이동되면, 상기 직선형 튜브(401)는 전달 커낼(437)을 통해서 유압 유체가 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)를 떠날 수 있게 허용하고 그리고 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)로 유입될 수 있게 허용하며, 상기 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)의 일방향 튜브(425) 자체는 유압 유체가 상기 상부 챔버(121) 내로 유입될 수 있게 허용하나, 그로부터 재방출(reemerge)되게 허용하지는 않는데, 이는 그것의 일방향 효과 때문이다(도 3).
본원 발명을 도시하는 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 유압 펌프가 가변 압축비 엔진의 제어 랙(7)을 이동시킬 필요가 없다.
그 이유는, 이러한 운동이 사실상, 엔진의 연소실 내에 포함된 가스들의 압력에 의해서 및/또는 상기 엔진의 주요(key) 이동 부분들의 관성으로부터 초래되는 힘들에 의해서 상기 제어 랙(7)으로 부여되는 대안적인 힘들에 의해서 생성된다는 사실 때문이며, 상기 주요 이동 부분은 기어휘일(5), 연소 피스톤(2), 및 피스톤 랙(3) 그리고 그것의 롤링 유도 장치(4)가 된다.
도 9로부터 용이하게 유추될 수 있는 바와 같이, 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)를 향한 제어 랙(7)의 운동은 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)의 부피를 증가시키고, 그러한 부피 증가는 상기 하부 챔버의 부피 감소 보다 더 크다.
이는, 제어 액추에이팅 실린더 상부 로드(8)의 부재의 결과이다. 결과적으로, 제어 랙(7)이 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)를 향해서 이동될 때, 액추에이팅 실린더 상부 챔버(121) 내의 압력이 감소된다. 이어서, 상기 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)를 유압 유체로 보충하는 것(replenishing)은, 가변 압축비 엔진의 유압 유닛(200)이 포함하는 축압기(251) 내에 저장된 유체로부터 실시된다.
역으로, 가변 압축비 엔진의 컴퓨터(ECU)(94)가 상기 엔진의 압축비를 감소시킬 필요가 있다면, 그러한 컴퓨터는 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121)의 직선형 튜브(401)에 연결된 전기적 액추에이터(450)로 전류를 전송하고, 그리고 이는 상기 튜브(401)를 그 차단 표면(412)으로부터 멀리 이동시키는 효과를 가지며, 상기 액추에이터(450)는 그것의 당김 로드(414)의 중개를 통해서 상기 튜브(401)에 작용한다.
그에 따라, 그 차단 표면(412)으로부터 멀리 이동되면, 상기 직선형 튜브(401)는 전달 커낼(437)을 통해서 유압 유체가 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)를 떠날 수 있게 허용하고 그리고 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)로 유입될 수 있게 허용한다. 이러한 경우에, 상기 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)의 일방향 튜브(425)는 유압 유체가 상기 챔버 내로 유입될 수 있게 허용하나, 그로부터 재방출되게 허용하지는 않는데, 이는 상기 튜브(425)의 일방향 효과 때문이다.
도 9로부터 용이하게 유추될 수 있는 바와 같이, 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)를 향한 제어 랙(7)의 운동은 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)의 부피를 증가시키고, 그러한 부피 증가는 상기 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)의 부피 감소 보다 더 작은데, 이는 제어 액추에이팅 실린더 상부 로드의 부재 때문이다.
결과적으로, 제어 액추에이팅 실린더(8)의 2개의 액추에이팅 실린더 챔버들(121, 122) 내에 포함된 유압 유체의 전체 부피가 감소된다. 이는, 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)에 의해서 배출되는 유체의 부피의 일부가 전달 커낼(437)을 통해서 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)로 다시 공급되는 한편, 나머지 부분은 가변 압축비 엔진의 유압 유닛(200)이 포함하는 축압기(251)로 다시 공급된다는 것을 의미한다.
상기 축압기(251)로 되돌아간 유압 유체의 부피가, 피스톤(13)에 의해서 실시된 이동 동작 중에 상기 액추에이팅 실린더 피스톤(13)에 의해서 스위핑된(swept) 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)의 부피와 상기 피스톤(13)에 의해서 동시에 스위핑된 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122)의 부피 사이의 차이와 대략적으로 동일하다는 것이 주지될 수 있을 것이며, 상기 동작은 가변 압축비 엔진의 압축비를 낮추는 것을 목적으로 한 것이다.
관찰될 수 있는 바와 같이, 가변 압축비 엔진의 이동 링키지에 의해서 제어 랙(7)으로 인가되는 왕복 힘들의 그리고 일방향 튜브들(425)의, 직선형 튜브들(401)의 조합된 작용하에서, 제어 액추에이팅 실린더(8)가 일방향 멈춤쇠(pawl)와 같이 거동하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 직선형 튜브(401)가 그것의 전기적 액추에이터(450)에 의해서 그것의 차단 표면(412)으로부터 멀리에서 유지되는 챔버의 방향을 따라서 상기 랙(7)이 이동할 수 있으나, 그 반대 방향으로는 이동할 수 없다.
동작이 가변 압축비 엔진의 압축비를 증가시키는 것을 목적으로 하는지 또는 일부 다른 동작이 그 압축비를 낮추는 것을 목적으로 하는지의 여부와 관계없이, 그것의 전기적 액추에이터(450)에 의해서 그것의 차단 표면(412)으로부터 멀리에서 유지되는 상응하는 직선형 튜브(401)가 상기 표면과의 접촉으로 복귀될 필요가 있는 순간이, 상기 가변 압축비 엔진의 컴퓨터(ECU)(94)에 의해서 결정된다.
상기 순간은 상기 제어 랙(7)의 위치로부터 상기 컴퓨터(ECU)(94)에 의해서 추정되며, 상기 위치는 상기 컴퓨터와 협력하는 위치 센서(95)에 의해서 상기 컴퓨터로 피드 백되고, 상기 센서(95)는 상기 랙(7)의 수직 위치를 계속적으로 측정한다.
그렇게 통지되면, 상기 제어 랙(7)이 희망하는 압축비에 상응하는 위치에 도달할 때, 컴퓨터(ECU)(94)는 직선형 튜브(401)를 다시 그것의 차단 표면(412)과 접촉되게 할 수 있다(도 1)
상기 컴퓨터(ECU)(94)와 상기 제어 랙(7)의 위치 센서(95) 사이의 협력은 또한, 상기 랙(7)의 위치의 임의의 원치않는 편차(drift)를 보상할 수 있다. 상기 편차는 여러 가지 누출의 결과일 수 있으며, 이들은 액추에이팅 실린더 피스톤 밀봉부(13)의 밀봉 부족으로부터 초래되는 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121)와 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122) 사이의 누출들이 될 수 있을 것이고 또는 상기 액추에이팅 실린더 챔버들(121, 122) 중 하나와 상기 제어 액추에이팅 실린더(8) 외부 사이의 누출들이 될 수 있을 것이다.
상기 편차를 보상하기 위해서, 상기 컴퓨터(ECU)(94)는, 상기 랙(7)이 희망 위치로 복귀할 때까지, 상기 랙(7)의 편차의 방향을 따라, 반대 챔버의 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 일시적인 분리를 명령할 수 있다.
상기 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121) 또는 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122) 중 어느 하나와 상기 제어 액추에이팅 실린더(8)의 외부 사이에 누출이 발생될 때, 상기 액추에이팅 실린더(8)는 상기 누출 챔버와 반대되는 챔버의 일방향 튜브(425)를 통해서 유압 유닛(200)의 축압기(251)에 의해서 유압 유체로 보충되는 반면, 밀봉된 챔버의 직선형 튜브(401)는 그것의 차단 표면(412)으로부터 멀리 부분적으로 및/또는 주기적으로 유지되며, 그에 따라 컴퓨터(ECU)(94)에 의해서 결정된 기준점과 일치되는 위치에서 상기 제어 랙(7)을 유지하는 것을 목적으로 하는 반대의 누출이 발생된다.
만약, 상부 액추에이팅 실린더 챔버(121) 및 하부 액추에이팅 실린더 챔버(122) 모두에서 누출이 발생된다면, 컴퓨터(ECU)(94)는 제어 랙(7)의 편차의 방향 및 레이트(rate)를 관찰하고 그리고 반대 방향에 위치된 액추에이팅 실린더 챔버(121 또는 122)의 직선형 튜브(401)를 편차의 방향으로 그것의 차단 표면(412)으로부터 멀리 상응하게 이동시키며, 이러한 후자의 전략은 또한 상기 제어 랙(7)이 컴퓨터(ECU)(94)에 의해서 결정된 바와 같은 기준점과 일치되는 위치에서 유지될 수 있게 허용한다.
본원 발명에 따른 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)의 하나의 특별한 실시예에 따라서, 제어 랙(7)을 이동시키는 동작들 중에, 가변 압축비 엔진의 크랭크샤프트(9)의 각도 위치가 컴퓨터(ECU)(94)에 의해서 고려될 수 있다.
컴퓨터(ECU)(94)를 이용한 상기 엔진의 이러한 관리 모드에서, 상기 제어 랙(7)의 이동은 크랭크샤프트(9)의 각도 위치의 특정 범위들에 걸쳐서만 허용되는 반면, 다른 범위들에서는 금지된다.
이러한 제어 전략은, 예를 들어, 상기 제어 랙(7)이 가변 압축비 엔진의 파워(power) 행정 및 배기 행정 동안에만 동작할 수 있게 하는 한편, 흡기 행정 및 압축 행정 중에 상기 랙(7)이 이동되는 것을 방지한다.
예를 들어, 상기 전략은 사이클을 위한 공기-연료 혼합물의 준비가 실제 압축비에 적합하게 정확하게 맞춰질 수 있게 하며, 상기 실제 압축비는 상기 준비를 따를 것이며, 예를 들어, 상기 혼합물의 자동-점화가 희망하는 순간에 실제적으로 시작될 수 있게 보장할 수 있을 것이다.
어떠한 액추에이팅 실린더 챔버(121, 122)가 고려되든지 간에, 컴퓨터(ECU)(94)가 크랭크샤프트(9)의 순간적인 각도 위치를 고려한다는 사실에 의해서, 또한 상기 컴퓨터(ECU)(94)가, 상기 직선형 튜브(401)와 그 차단 표면(412) 사이의 거리가 의도적으로(deliberately) 작은 경우에도, 상기 직선형 튜브(401)와 그 차단 표면(412) 사이의 거리에 걸쳐서 보다 정밀한 제어를 할 수 있게 되며, 그리고 전기적 액추에이터(450)의 코일로 공급되는 전류의 펄스 폭 변조에 의해서 전기적 액추에이터(450)의 코일(451)의 파워를 맞춤으로써 그 거리가 조정될 수 있다.
이러한 경우에, 직선형 튜브(401)의 상류 단부와 하류 단부 사이의 압력 차이가 주기적으로 변화되고, 그리고 이는 전기적 액추에이터(450)에 의해서 생성된 힘을 보조하거나 그에 반작용하는 효과를 가진다. 이러한 상류와 하류 사이의 압력차의 주기적인 변화는, 크랭크샤프트(9)의 각각의 각도 위치에 대해서 그리고 가변 압축비 엔진의 각각의 동작 지점에 대해서 컴퓨터(ECU)(94)의 메모리 내에 미리 기록될 수 있다.
이러한 미리 기록된 값들은, 컴퓨터(ECU)(94)가 코일(451)로 공급되는 전류의 펄스 폭을 변조할 수 있게 하고 그에 따라 이러한 코일의 파워를 상기 크랭크샤프트(9)의 현재의 각도 위치에 맞출 수 있게 하고 그리고 엔진의 동작 지점을 고려할 수 있게 하여 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 가장 안정된 가능한 거리를 획득할 수 있게 하고, 그리고, 어떠한 경우에도, 상기 직선형 튜브(401)가 그 길이방향 운동을 모색(hunting)하는 것을 방지한다.
상기 가변 압축비 엔진의 크랭크샤프트(9)의 각도 위치를 고려하는 것과 별개로, 컴퓨터(ECU)(94)는 또한 유압 유체의 점도를 고려할 수 있다. 그에 따라, 제어 랙(7)이 위치되는 정확도를 높이기 위해서 상기 점도를 함수로 하여, 상기 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 거리 및 이러한 거리가 유지되기 위한 시간이 컴퓨터(ECU)(94)에 의해서 교정될 수 있다.
상기 점도는 유체의 온도로부터 컴퓨터(ECU)(94)에 의해서 명확하게 추정될 수 있을 것이고, 그러한 온도는 센서에 의해서 상기 컴퓨터(ECU)(94)로 피드 백된다.
도 7에 도시된 특별한 실시예에 따라서, 본원 발명에 따른 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브(400)의 전기적 액추에이터(450)가 2개의 단부 정지부들(455, 456)을 포함할 수 있을 것이고, 상기 단부 정지부들은 상기 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 거리와, 상기 액추에이터(450)에 의해서 전달되는 당김 파워 사이의 기계적 연결을 구축한다는 것이 주지될 수 있을 것이다.
낮은 전력이 전기적 액추에이터(450)의 단자들로 인가될 때, 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 거리는 제 1 단부 정지부(455)에 의해서 낮은 값으로 유지된다. 전기적 액추에이터(450)의 단자들로 인가되는 특정 전력이 초과되면, 제 2 단부 정지부(456)에 도달할 수는 있으나 그것을 넘어서지는 못한다.
이러한 제 2 단부 정지부(456)는 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 최대의 허용된 거리를 규정한다. 이러한 결과를 얻기 위해서, 제 1 단부 정지부(455)가 유지되고, 예를 들어, 예비하중형 스프링(459)에 의해서 또는 도시되지 않은 임의의 다른 록킹 시스템에 의해서 차단 표면(412)으로부터의 특정 거리가 유지된다.
상기 록킹 시스템은, 예를 들어, 차단 표면(412)으로부터의 최대 이격 거리를 규정하는 넘어갈 수 없는(crossable) 단부 정지부(458)에 대해서 자체가 프레스된다.
제어 랙(7)으로 인가된 주어진 힘에 대해서, 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 최대 거리가 상기 랙(7)에 대한 빠른 속도의 이송을 획득할 수 있게 하는 반면, 직선형 튜브(401)와 그것의 차단 표면(412) 사이의 최대 거리는 상기 랙(7)에 대한 느린 속도의 이송을 획득할 수 있게 한다는 것이 주지될 수 있을 것이다.
상기 빠른 속도는 기준점 위치로부터 먼 액추에이팅 실린더 피스톤(13) 위치로부터 상기 기준선 위치에 근접한 다른 위치로 신속하게 전환될 수 있게 허용하는 반면, 느린 속도는 상기 기준점 위치에 인접한 위치로부터 상기 기준점 위치로 전환될 수 있게 허용한다.
상기 느린 속도는 또한, 발생가능한 유압 누출들에 의해서 유발되는 제어 랙(7)의 위치의 느린 편차를 보상하기 위해서 또는 상기 위치들이 서로 근접할 때 하나의 기준점 위치로부터 다른 기준점 위치로의 전환을 보상하기 위해서 이용될 수 있을 것이다.
또한, 전술한 설명이 단지 예로서 주어진 것이고 그리고 그러한 설명이 본원 발명의 범위를 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다는 것, 그리고 설명된 실시예의 구체적인 사항들을 임의의 다른 균등한 구체적인 사항들로 대체하는 것이 본원 발명의 범위를 벗어나지 않는다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

Claims (27)

  1. 제어 랙(7)에 연결된 적어도 하나의 액추에이팅 실린더 피스톤(13), 유압 유체로 채워지는 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)를 포함하는 이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더(8)를 수용하는 크랭크케이스(100)를 포함하는, 가변 압축비 엔진의 압축비를 조정하기 위한 튜브형 밸브에 있어서,
    · 적어도 하나의 도관(404)에 의해서 축압기(251)와 소통하도록 배치된 저압 챔버(403), 및 적어도 하나의 도관(406)에 의해서 상기 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121) 또는 하부 챔버(122) 중 하나 또는 다른 하나와 소통하도록 배치된 고압 챔버(405)를 포함하는 밸브 케이싱(402) 내에서 길이방향 병진 운동할 수 있는 적어도 하나의 직선형 튜브(401)로서, 상기 직선형 튜브(401)가 상기 저압 챔버(403) 내로 개방된 제 1 단부(407) 및 상기 고압 챔버(405) 내로 개방된 제 2 단부(408)를 포함하고, 상기 제 2 단부(408)는, 상기 제 2 단부를 가능한 한 타이트하게 밀봉하는 방식으로 상기 밸브 케이싱(402)에 고정된 적어도 하나의 차단 표면(412)과 접촉할 수 있고, 상기 직선형 튜브(401)는 적어도 하나의 일방향(nonreturn) 및 차단(shut-off) 스프링(427)에 의해서 상기 차단 표면(412)과 접촉 상태로 유지되는, 적어도 하나의 직선형 튜브,
    · 상기 직선형 튜브(401)의 외부 표면과 상기 밸브 케이싱(402) 사이를 밀봉하여 저압 챔버(403)로부터 상기 고압 챔버(405)를 격리시키기 위한 밀봉 수단(409)으로서, 상기 밀봉 수단(409)은 내부에서 상기 직선형 튜브(401)가 유지되는 일방향 튜브(425)로 구성되고, 상기 직선형 튜브(401)는 상기 일방향 튜브(425) 내에서 길이방향으로 이동될 수 있는 한편, 상기 일방향 튜브(425)는 상기 밸브 케이싱(402)에 대해서 길이방향으로 이동될 수 있고, 상기 직선형 튜브(401)는 상기 일방향 튜브(425)와 함께 밀봉부를 형성하고, 상기 일방향 튜브(425)는, 상기 고압 챔버(405)로부터 상기 저압 챔버(403)로 유압 유체가 통과하는 것을 방지하나, 상기 유체가 상기 저압 챔버(403)로부터 상기 고압 챔버(405)로 유동하는 것을 허용하기 위해서, 상기 일방향 및 차단 스프링(427)에 의해서 상기 밸브 케이싱(402) 내에 형성된 일방향 안착부(428)와 접촉되어 유지되는 상기 직선형 튜브(401)의 차단 표면(412)으로부터 가장 먼 단부(426)를 포함하는, 밀봉 수단, 및
    · 상기 일방향 및 차단 스프링(427)에 의해서 생성된 것과 반대되는 힘을 상기 직선형 튜브(401)로 인가할 수 있는 적어도 하나의 전기적 액추에이터(450)로서, 상기 힘은, 전류가 상기 액추에이터를 통과할 때, 상기 직선형 튜브(401)를 상기 차단 표면(412)으로부터 분리시키기에 충분한, 적어도 하나의 전기적 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선형 튜브(401)의 제 2 단부(408)는 절두형 구 형상을 가지고 그리고 안착부 상에 놓이는 볼에 의해서 형성되는 라인과 유사한 상기 차단 표면(412)과의 접촉 라인을 가지는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선형 튜브(401)는 당김 로드(414)에 의해서 전기적 액추에이터(450)에 연결되고, 상기 당김 로드의 상기 튜브에 대한 부착은 상기 튜브를 완전히 차단하지 않고 그리고 유압 유체가 상기 튜브의 내부를 따라서 유동할 수 있게 허용하는 축방향 및/또는 방사상 통로를 남기는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 당김 로드(414)의 단부가 상기 직선형 튜브(401)의 제 1 단부(407)를 밀봉하는 표면(418) 내에 형성된 홀(417) 보다 더 큰 지름을 가지는 당김 헤드(416) 내에서 종료되며, 상기 로드(414)는 상기 홀(417)을 통과하고 그리고 상기 헤드(416)는 상기 튜브(401) 내에 수용되며, 후자는 상기 저압 챔버(403) 내로 개방된 적어도 하나의 방사상 및/또는 축방향 오리피스(419)를 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 당김 로드(414)의 단부는 핀(422)이 통과하는 홀(421)이 천공된 편평한 관절형 헤드(420) 내에서 종료되고, 상기 핀(422)의 2개의 단부들은 상기 튜브의 제 1 단부(407)에 인접하여 상기 직선형 튜브(401) 내에 방사상으로 형성된 홀들(423, 424) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 액추에이터(450)는 저압 챔버(403) 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기적 액추에이터(450)가 상기 밸브 케이싱(402)의 외부에 수용되는 반면, 상기 직선형 튜브(401)에 그것을 연결하는 상기 당김 로드(414)가 상기 밸브 케이싱(402)을 통과하는 동시에 그것과의 밀봉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선형 튜브(401)가 상기 일방향 튜브(425)와 만드는 밀봉부에서의 상기 직선형 튜브(401)의 횡단면이 상기 직선형 튜브(401)가 차단 표면(412)과 만나는 곳에서의 상기 직선형 튜브(401)의 횡단면 보다 작은 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향 안착부(428)와 접촉을 유지하는 상기 일방향 튜브(425)의 단부(426)가 절두형 구 형상을 가지고 그리고 안착부 상에 놓인 볼에 의해서 생성되는 것과 유사한 일방향 안착부(428)와의 접촉 라인을 가지는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향 및 차단 스프링(427)은, 일 단부에서는, 상기 직선형 튜브의 제 2 단부(408)에 인접하여 상기 직선형 튜브(401)에 대해서 그리고, 타 단부에서는, 상기 일방향 안착부(428)와 접촉을 유지하는 일방향 튜브의 단부들 중 하나의 단부(426)에 인접하여 상기 일방향 튜브(425)에 대해서 지탱되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    단부 정지부(432)가 상기 일방향 튜브(425) 및/또는 상기 직선형 튜브(401) 상에 형성되고, 상기 단부 정지부는, 한편으로, 상기 일방향 튜브(425)와 상기 일방향 안착부(428) 사이의 최대 거리를 제한하고, 그리고 다른 한편으로, 동일한 비율들로, 상기 직선형 튜브(401)와 상기 차단 표면(412) 사이의 최대 거리를 제한하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 당김 로드(414)와 상기 밸브 케이싱(402) 사이의 밀봉을 위한 밀봉 수단을 포함하고, 상기 밀봉 수단은 적어도 하나의 환형 밀봉부 및/또는 적어도 하나의 피스톤 링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 직선형 튜브(401)와 상기 일방향 튜브(425) 사이의 밀봉을 위한 밀봉 수단(409)을 포함하고, 상기 밀봉 수단은 적어도 하나의 환형 밀봉부 및/또는 적어도 하나의 피스톤 링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 액추에이터(450)는, 전류가 코일을 통과할 때, 자기적 베인 또는 코어 플런저(452)를 끌어 당기는 전도성 와이어의 코일(451)로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 코어 플런저(452)가 상기 직선형 튜브(401)에 직접적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 액추에이터(450)는, 상기 밸브 케이싱(402)에 대해서 자유롭게 회전되나 상기 케이싱에 대한 병진 운동과 관련하여 고정된, 스크류를 일방향 또는 타방향으로 회전시킬 수 있는 회전식 전기 모터로 구성되고, 상기 스크류는 상기 직선형 튜브(401) 내로 직접적으로 또는 간접적으로 스크류잉되고 그리고 상기 튜브는, 상기 스크류가 회전식 전기 모터의 작용 하에서 회전될 때, 상기 케이싱에 대한 병진 운동을 실시하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 케이싱(402)은 포팅 플레이트(433)에 고정된 유입구-배출구 도관들을 포함하는 회전 대칭성을 나타내는 적어도 하나의 구성요소로 구성되고, 상기 플레이트(433) 자체는 상기 가변 압축비 엔진의 크랭크케이스(100)에 부착되고 그리고 상기 플레이트(433)는 하나 이상의 튜브형 밸브들(400)을 지지하는 역할을 하고 그리고 한편으로 상기 이중-작용 유압 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121) 및 하부 챔버(122)와 소통하고 그리고 다른 한편으로 상기 축압기(251)와 소통하게 상기 밸브들을 위치시키는 도관들(434, 435)을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 포팅 플레이트(433)가 적어도 하나의 튜브형 밸브(400)에 대한 밸브 케이싱(402)으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 액추에이터(450)에는 상기 직선형 튜브(401)의 최대의 선형적인 병진 이동을 제한하는 적어도 하나의 조정가능한 또는 조정불가능한 밸브 단부 정지부(455)가 피팅되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 액추에이터(450)에는 2개의 조정가능한 또는 조정불가능한 밸브 단부 정지부들(455, 456)이 피팅되고, 제 1 단부 정지부(455)는 상기 직선형 튜브(401)와 상기 차단 표면(412) 사이의 거리를 작은 값으로 제한하고, 그리고 제 2 단부 정지부(456)는 상기 튜브(401)와 상기 표면(412) 사이의 거리를 최대 값으로 제한하며, 상기 전기적 액추에이터(450)에 의해서 생성된 힘이 특정 힘을 초과하는 경우에 상기 제 1 단부 정지부(455)를 지나는 이동이 가능한 반면, 상기 제 2 단부 정지부(456)를 지나는 이동은, 상기 액추에이터에 의해서 생성되는 힘에 관계없이, 완전히 불가능한 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전기적 액추에이터(450)의 제 2 단부 정지부(456)는, 상기 전기적 액추에이터(450)가 예비하중형 스프링(459)을 복귀 단부 정지부(458)로부터 분리시키기에 충분한 힘을 생성하지 않을 때, 상기 복귀 단부 정지부(458)에 대하여 기대어지는 예비하중형 스프링(459)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 코어 플런저(452)가 상기 저압 챔버(403) 내에 수용되는 반면, 상기 코일(451)은 상기 챔버(403)의 외부에 수용되고, 전류가 통과할 때 상기 코일(451)에 의해서 생성되는 자기장이 상기 밸브 케이싱(402)에 고정된 코일 슬리브(454)를 통과하여 상기 코어 플런저(452)를 끌어 당기는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 케이싱(402)에 고정된 상기 차단 표면(412)이 상기 케이싱(402) 내로 스크류된 차단 플러그(457)의 내부 면 상에 형성되고, 상기 플러그(457)는 상기 직선형 튜브(401)와 상기 차단 표면(412) 사이의 접촉 영역의 외부 둘레에 위치되는 적어도 하나의 축방향 및/또는 방사상 오리피스(460)를 포함하고, 그리고 상기 오리피스(460)는 상기 고압 챔버(405)를 상기 제어 액추에이팅 실린더(8)의 상부 챔버(121) 또는 하부 챔버(122) 중 하나 또는 다른 하나에 직접적으로 또는 간접적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향 안착부(428)는 상기 밸브 케이싱(402) 내에 수용된 실질적으로 원통형 형상의 일방향 안착부 캐리어(461)의 면들 중 하나의 면 상에 형성되고, 상기 안착부 캐리어(461)에는, 상기 일방향 튜브(425)가 상기 일방향 안착부(428)와 접촉하지 않을 때 유압 유체가 상기 저압 챔버(403)로부터 상기 고압 챔버(405)로 통과할 수 있게 허용하고, 그리고 상기 직선형 튜브(401)가 상기 차단 표면(412)과 접촉하지 않을 때 상기 고압 챔버(405)로부터 상기 저압 챔버(403)로 유압 유체가 통과할 수 있게 허용하는 적어도 하나의 도관 및/또는 커낼(462)이 장착되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 밸브 케이싱(402) 내로 스크류잉된 차단 플러그(457)는 일방향 안착부 캐리어(461) 및/또는 코일 슬리브(454)를 압축하여, 상기 플러그(457)가 상기 안착부 캐리어(461) 및 상기 코일 슬리브(454)를 상기 밸브 케이싱(402)에 부착하는 요소를 구성하는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  26. 제 17 항에 있어서,
    회전 대칭을 나타내고 유입구-배출구 도관들을 포함하는 상기 구성요소가 상기 가변 압축비 엔진의 크랭크케이스(100) 상으로 또는 크랭크케이스 내로 직접적으로 스크류잉되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
  27. 제 4 항에 있어서,
    상기 당김 헤드(416)는 상기 표면(418)의 형상과 상보적인 형상의 당김 볼(440)과 협력하고, 상기 볼(440)은, 상기 직선형 튜브(401)를 상기 전기적 액추에이터(450)로부터 멀리 이동시키는 경향을 가지는 선회 조인트 스프링(441)에 의해서 상기 표면에 대해서 프레스되어 유지되는 것을 특징으로 하는 튜브형 밸브.
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