KR102032010B1 - 유압식 액츄에이터 및 가스 교환 밸브 장치 - Google Patents

유압식 액츄에이터 및 가스 교환 밸브 장치

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KR102032010B1 KR1020147027861A KR20147027861A KR102032010B1 KR 102032010 B1 KR102032010 B1 KR 102032010B1 KR 1020147027861 A KR1020147027861 A KR 1020147027861A KR 20147027861 A KR20147027861 A KR 20147027861A KR 102032010 B1 KR102032010 B1 KR 102032010B1
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바르실라 핀랜드 오이
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

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Abstract

내연 기관의 가스 교환 밸브를 개방하기 위한 유압식 액츄에이터 (35) 는 유압 유체를 가압하기 위한 가압 챔버 (9) 에 배열되는 구동 피스톤 (7) 을 포함한다. 2 개의 위치들을 가진 유압 밸브 (10) 는 유압식 액츄에이터 (35) 를 작동시키는데 사용된다. 본원은 또한 가스 교환 밸브 장치에 관한 것이다.

Description

유압식 액츄에이터 및 가스 교환 밸브 장치 {HYDRAULIC ACTUATOR AND GAS EXCHANGE VALVE ARRANGEMENT}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 내연 기관의 가스 교환 밸브를 개방시키는 유압식 액츄에이터에 관한 것이다. 본원은 또한 다른 독립항에 따른 가스 교환 밸브 장치에 관한 것이다.
선박 또는 발전소 엔진들 등의 대형 내연 기관들에서, 가스 교환 밸브들은 기계식으로 또는 유압식으로 작동될 수 있다. 흡기 밸브와 배기 밸브를 작동시키는 가장 통상적인 방법은 캠 구동식 밸브 개방 기구들을 사용하는 것이고, 여기에서 이 밸브들은 회전 캠의 로브 (lobe) 에 의해 개방되고 그리고 밸브 스프링들에 의해 폐쇄된다. 이러한 종류의 장치들은 신뢰가능하지만 유연하지가 않다. 밸브 타이밍은 조절하기가 어렵고, 가변적인 밸브 폐쇄 또는 개방 타이밍이 필요하면, 밸브 기구들은 복잡해진다. 전자 유압식 시스템들에서, 밸브 타이밍은 용이하게 변경될 수 있다. 하지만, 신뢰성을 저감시키는 대가로 유연성 (flexibility) 이 종종 얻어진다.
본 발명의 목적은 내연 기관의 가스 교환 밸브를 개방시키는 개선된 유압식 액츄에이터를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 액츄에이터의 특징부들은 청구항 1 의 특징부에 개시되어 있다. 본원의 다른 목적은 개선된 가스 교환 밸브 장치를 제공하는 것이다. 본원에 따른 가스 교환 밸브 장치의 특징부들은 다른 독립항의 특징부에 개시되어 있다.
본원에 따른 유압식 액츄에이터는 유압 유체를 가압하기 위한 가압 챔버, 상기 가압 챔버에 배열되고 그리고 상기 가압 챔버를 적어도 하나의 유입부와 적어도 하나의 유출부로 분할하는 구동 피스톤, 상기 구동 피스톤을 이동시키기 위해서 가압된 상기 유압 유체를 상기 가압 챔버의 상기 유입부에 도입하기 위한 유입 덕트, 상기 가압 챔버의 상기 유출부로부터의 상기 유압 유체를 상기 가스 교환 밸브에 공급하기 위한 유체 유출구, 및 상기 가압 챔버의 상기 유입부로부터 상기 유압 유체를 방출하기 위한 유출 덕트를 포함한다. 상기 액츄에이터는 유압 밸브를 더 포함하고, 상기 유압 밸브는, 상기 유입 덕트로부터 상기 가압 챔버의 상기 유입부로의 유동은 허용되고 그리고 상기 유입부로부터 상기 유출 덕트로의 유동은 방지되는 제 1 위치와, 상기 유입 덕트로부터 상기 가압 챔버의 상기 유입부로의 유동은 방지되고 그리고 상기 유입부로부터 상기 유출 덕트로의 유동은 허용되는 제 2 위치를 가진다.
본원에 따른 가스 교환 밸브 장치는, 상기 내연 기관의 실린더와 가스 교환 덕트 사이의 유동 연통을 개방 및 폐쇄하고 그리고 밸브 헤드와 밸브 스템을 구비하는 적어도 하나의 가스 교환 밸브, 수용 챔버, 상기 밸브 스템과 기계식으로 연결되고 그리고 상기 수용 챔버에 배열되는 피동 피스톤, 및 전술한 유압식 액츄에이터를 포함한다.
본원에 따른 유압식 액츄에이터 및 가스 교환 밸브 장치에 의하여, 가스 교환 밸브 작동 기구에서 전기 구성품들의 개수는 최소화될 수 있다. 그리하여 액츄에이터 및 장치는 기계식 밸브 개방 시스템의 신뢰성 및 전자 유압식 시스템의 유연성을 결합한다. 밸브 리프트는 구동 피스톤의 행정에 의해 제한되기 때문에, 또한 높은 밸브 리프트들이 방지된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 액츄에이터는 상기 유압 밸브를 작동시키기 위한 제어 밸브를 포함한다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 구동 피스톤은 가압 챔버의 유출측을 제 1 유체 유출구가 제공되는 제 1 유출부와 제 2 유체 유출구가 제공되는 제 2 유출부로 분할한다. 유체 유출구들 각각은 유압 유체를 하나의 가스 교환 밸브에 공급하는데 사용될 수 있다. 이는 가스 교환 밸브들 둘 다의 동시 개방을 보장해준다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상기 구동 피스톤의 유출부 단부는 중실의 원통부로 형성되고, 상기 구동 피스톤의 유입부 단부는 상기 가압 챔버의 유입부로 그리고 그 외부로의 유동을 허용하기 위해 상기 슬리브에 적어도 하나의 개구를 포함하는 중공의 원통부로 형성된다. 상기 개구는 상기 중공의 원통부의 외주부 둘레에 배열되는 홈과, 상기 중공의 원통부에 의해 규정된 공간에 상기 홈을 연결하는 보링 (boring) 을 포함할 수 있다. 이러한 홈 때문에, 가압 챔버의 유입부로 또는 그 외부로의 유동은 구동 피스톤의 어떠한 각 위치에서 허용된다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상기 액츄에이터는 상기 구동 피스톤의 운동의 시작시 및/또는 종료시 상기 가압 챔버의 상기 유입부로의 그리고/또는 상기 유입부 외부로의 유동을 스로틀링 (throttling) 하기 위한 수단을 포함한다. 가압 챔버의 유입부안으로 그리고 그 외부로의 유동이 제한되면, 구동 피스톤의 원활한 가속 및 감속이 보장된다. 가압 챔버의 유출부 단부에 그리고/또는 유입부 단부에 구동 피스톤이 있을 때, 상기 가압 챔버의 상기 유입부를 상기 유압 밸브에 연결하는 중간 덕트의 단부에 상기 피스톤의 개구를 부분적으로만 정렬함으로써, 상기 스로틀링 효과를 얻을 수 있다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상기 유입 덕트와 상기 유출 덕트에는 상기 유입 덕트와 상기 유출 덕트에서의 유량들을 조절하기 위해 조절가능한 스로틀들이 제공된다. 이러한 조절가능한 스로틀들에 의하여, 가스 교환 밸브 개방 및 폐쇄 속도들이 변경될 수 있다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상기 액츄에이터는 상기 제 1 구동 피스톤보다 더 큰 직경과 더 짧은 행정을 가진 제 2 구동 피스톤을 포함하고, 상기 제 2 구동 피스톤은 가압 행정의 시작시 상기 제 1 구동 피스톤을 보조하기 위해서 상기 가압 챔버의 유입부에 배열된다. 이러한 제 2 구동 피스톤에 의하여, 필요한 유압 압력이 낮아지고, 에너지가 절감될 수 있다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상기 유입 덕트와 유체 연통하는 유체 챔버는 상기 유압 밸브의 스핀들의 일 단부에 배열되고, 상기 유압 밸브를 작동시키기 위해서 상기 유체 챔버로부터 압력을 해제하도록 제어 밸브가 배열된다. 따라서, 유압 밸브를 작동시키기 위해서 외부의 유체 공급 덕트가 필요하지 않다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 가스 교환 밸브 장치에는 유출 덕트로부터 에너지를 회수하기 위해 유출 덕트에 그리고 상기 유입 덕트에 에너지를 공급하기 위해 유입 덕트에 연결되는 압력 어큐뮬레이터가 제공된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 피동 피스톤은 상기 밸브 스템 주변에 배열된다. 이는 구동 피스톤이 밸브 스템의 단부에 배열되는 구성과 비교하여 공간을 절감한다.
도 1 은 본원의 일 실시형태에 따른 가스 교환 밸브 장치를 도시한다.
도 2 는 가스 교환 밸브들이 개방된 도 1 의 장치를 도시한다.
도 3 은 본원의 제 2 실시형태에 따른 가스 교환 밸브 장치를 도시한다.
도 4 는 본원의 제 3 실시형태에 따른 가스 교환 밸브 장치를 도시한다.
도 5 는 본원의 제 4 실시형태에 따른 가스 교환 밸브 장치를 도시한다.
도 6 은 본원의 제 5 실시형태에 따른 가스 교환 밸브 장치를 도시한다.
도 7 은 본원의 일 실시형태에 따른 밸브 액츄에이터의 일부를 도시한다.
이제, 본원의 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 보다 자세히 설명한다.
본원에 따른 유압식 액츄에이터 및 가스 교환 밸브 장치는, 전기를 생성하는 발전소들에 사용되는 엔진들 또는 선박들의 주엔진 또는 보조 엔진 등의 대형 내연 기관들에 사용될 수 있다. 이러한 장치들은 엔진의 실린더와 가스 교환 덕트 (2) 사이의 유동 연통을 개방 및 폐쇄하는 적어도 하나의 가스 교환 밸브 (1, 1') 를 포함한다. 가스 교환 밸브들 (1, 1') 은 흡기 밸브들 또는 배기 밸브들일 수 있고, 그리하여 가스 교환 덕트 (2) 는 흡기 덕트 또는 배기 덕트이다. 첨부된 도면들에 도시된 실시형태들에 있어서, 상기 장치는 제 1 가스 교환 밸브 (1) 와 제 2 가스 교환 밸브 (1') 를 포함한다. 이러한 장치가 사용되는 엔진에서, 엔진의 실린더 각각에는 본원에 따른 가스 교환 밸브 장치가 제공된다. 바람직하게는, 흡기 밸브들과 배기 밸브들 둘 다를 위한 유사한 장치가 있다. 가스 교환 밸브들 (1, 1') 은 각각의 실린더의 실린더 헤드 (4) 에 배열된다. 각각의 가스 교환 밸브 (1, 1') 는 밸브 스템 (1b, 1b') 과 밸브 헤드 (1a, 1a') 를 포함한다. 밸브 헤드 (1a, 1a') 는 대응하는 밸브 시트 (1d, 1d') 와 상호 작용한다. 밸브 스프링 (16, 16') 은 가스 교환 밸브 (1, 1') 를 폐쇄하는 각각의 가스 교환 밸브 (1, 1') 의 밸브 스템 (1b, 1b') 주변에 배열된다. 실린더 헤드 (4) 에는 가스 교환 밸브들 (1, 1') 을 수용하는 밸브 안내부들 (17, 17') 이 제공된다.
가스 교환 밸브들 (1, 1') 은 전자 유압식으로 작동된다. 가스 교환 밸브들 (1, 1') 을 작동시키기 위해서, 각각의 가스 교환 밸브 장치는 유압식 액츄에이터 (35) 를 포함한다. 유압식 액츄에이터 (35) 는 구동 피스톤 (7) 이 배열되는 가압 챔버 (9) 를 포함한다. 구동 피스톤 (7) 은 가압 챔버 (9) 를 적어도 하나의 유입부 (9a) 와 적어도 하나의 유출부 (9b) 로 분할한다. 도면들의 실시형태에 있어서, 가압 챔버 (9) 는 하나의 유입부 (9a) 로 그리고 제 1 및 제 2 유출부 (9b, 9b') 로 분할된다. 구동 피스톤 (7) 은 가압 챔버 (9) 에서 왕복운동할 수 있다. 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 에 압력 매체가 도입되면, 구동 피스톤 (7) 은 가압 챔버 (9) 의 유출측 (9b, 9b') 에서 유압 유체를 가압한다. 가압 챔버 (9) 에는 이 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 쪽으로 구동 피스톤 (7) 을 미는 복귀 스프링 (18) 이 배열된다. 하지만, 구동 피스톤 (7) 의 복귀 행정은 또한 가압 챔버 (9) 의 유출부 (9b) 에 유압 유체를 도입함으로써 실시될 수 있다. 유압식 액츄에이터 (35) 는 유압 펌프 (12) 등의 압력원과 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 사이의 유동 연통을 개방 및 폐쇄하는 유압 밸브 (10) 를 포함한다. 유압 밸브 (10) 는 또한 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로부터의 유출을 방지 및 허용한다. 유압 밸브 (10) 는 유압 펌프 (12) 와 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 사이에 배열된다. 유압 밸브 (10) 의 제 1 위치에서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 유입 덕트 (15) 로부터 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로의 유동은 허용되고, 유입부 (9a) 로부터 유출 덕트 (21) 로의 유동은 방지된다. 유압 밸브 (10) 의 제 2 위치에서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 유입 덕트 (15) 로부터 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로의 유동은 방지되고, 유입부 (9a) 로부터 유출 덕트 (21) 로의 유동이 허용된다. 그리하여, 동일한 유압 밸브 (10) 는 가스 교환 밸브들 (1, 1') 둘 다의 밸브 개방 및 폐쇄 타이밍을 제어하는데 사용된다. 유압식 액츄에이터 (35) 는 가압 챔버 (9) 의 유출부들 (9b, 9b') 로부터 가스 교환 밸브들 (1, 1') 로 유압 유체를 공급하기 위해 유체 유출구들 (9d, 9d') 을 더 포함한다.
각각의 가스 교환 밸브 (1, 1') 의 밸브 스템 (1b, 1b') 과 기계식 연결하여 피동 피스톤 (1c, 1c') 이 배열된다. 그리하여, 가스 교환 밸브 (1, 1') 는 피동 피스톤 (1c, 1c') 과 함께 이동된다. 피동 피스톤 (1c, 1c') 은 가압 챔버 (9) 의 유출부 (9b, 9b') 와 유체 연통하는 수용 챔버 (5, 5') 에 배열된다. 가압 챔버 (9) 의 제 1 유출부 (9b) 는 제 1 연결 덕트 (6) 에 의해 제 1 가스 교환 밸브 (1) 의 수용 챔버 (5) 에 연결되고, 가압 챔버 (9) 의 제 2 유출부 (9b') 는 제 2 연결 덕트 (6') 에 의해 제 2 가스 교환 밸브 (1') 의 수용 챔버 (5') 에 연결된다. 유압식 액츄에이터 (35) 에는 가스 교환 밸브들 (1, 1') 각각을 위한 자체 유출부 (9b, 9b') 가 제공되기 때문에, 가압된 유압 유체는 가스 교환 밸브들 (1, 1') 둘 다에 동시에 공급된다.
가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 에 유압 유체가 도입되면, 구동 피스톤 (7) 은 가압 챔버 (9) 의 유출부들 (9b, 9b') 에서 유압 유체를 이동시키고 가압한다. 유압 유체는, 가압 챔버 (9) 의 유출부들 (9b, 9b') 로부터 수용 챔버들 (5, 5') 로 유동하고 그리고 가스 교환 밸브들 (1, 1') 은 개방된다. 유압 유체가 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로부터 방출되면, 구동 피스톤 (7) 은 복귀 스프링 (18) 에 의해 후방으로 이동될 수 있다. 그리하여, 유압 유체는 수용 챔버들 (5, 5') 로부터 가압 챔버 (9) 의 유출부들 (9b, 9b') 로 후방으로 유동할 수 있고, 가스 교환 밸브들 (1, 1') 은 밸브 스프링들 (16, 16') 에 의해 폐쇄될 수 있다.
도 1 및 도 2 의 실시형태에 있어서, 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 를 유압 밸브 (10) 에 연결하기 위해 유압 밸브 (10) 와 가압 챔버 (9) 사이에는 중간 덕트 (20) 가 배열된다. 유압 밸브 (10) 는 유압식으로 작동되는 슬라이드 밸브이다. 유압 밸브 (10) 는 유입 덕트 (15) 에 연결되는 제 1 포트 (10a), 유출 덕트 (21) 에 연결되는 제 2 포트 (10b), 및 중간 덕트 (20) 에 연결되는 제 3 포트 (10c) 를 포함하는 3 방향 밸브이다. 유압 밸브 (10) 는 제 1 위치와 제 2 위치를 가지는 스핀들 (22) 을 포함한다. 스핀들 (22) 의 제 1 위치에서, 제 1 포트 (10a) 와 제 3 포트 (10c) 사이의 유동 연통은 폐쇄되고, 제 2 포트 (10b) 와 제 3 포트 (10c) 사이의 유동 연통은 개방된다. 그리하여, 유압 유체는 유입 덕트 (15) 로부터 중간 덕트 (20) 로 유동할 수 있지만, 이 중간 덕트 (20) 로부터 유출 덕트 (21) 로의 유동은 방지된다. 스핀들 (22) 의 제 2 위치에서, 제 1 포트 (10a) 와 제 3 포트 (10c) 사이의 유동 연통은 개방되고, 제 2 포트 (10b) 와 제 3 포트 (10c) 사이의 유동 연통은 폐쇄된다. 그리하여, 유압 유체는 중간 덕트 (20) 로부터 유출 덕트 (21) 로 유동하지만, 유입 덕트 (15) 로부터 중간 덕트 (20) 로의 유동은 방지된다. 유압 밸브 (10) 에는 유압 밸브 (10) 가 작동되지 않을 때 스핀들 (22) 을 제 1 위치에 유지시키는 스프링 (19) 이 제공된다. 스핀들 (22) 에 외력이 가해지면, 스핀들 (22) 은 제 2 위치로 이동된다. 스핀들 (22) 에 힘을 가하기 위해, 유압식 액츄에이터 (35) 에는 제어 밸브 (11) 가 제공된다. 제어 밸브 (11) 는 솔레노이드로 작동되는 유압 밸브이다. 제어 밸브 (11) 는 또한 몇몇 다른 종류의 전기 작동식 밸브일 수 있다. 제어 밸브 (11) 가 도 2 의 위치에 있으면, 스핀들 (22) 을 이동시키도록 유압 유체가 스핀들 (22) 의 압력면 (23) 에 도입된다. 도 1 및 도 2 의 실시형태에 있어서, 수용 챔버 (5, 5') 는 밸브 스템 (1b, 1b') 주변에 배열되고, 피동 피스톤 (1c, 1c') 은 밸브 스템 (1b, 1b') 의 돌출부이다. 이러한 장치는 실린더 헤드 (4) 의 컴팩트한 설계를 가능하게 한다.
구동 피스톤 (7) 의 유출부 단부는 중실의 원통부 (7b) 로 형성되고, 구동 피스톤 (7) 의 유입부 단부는 중공의 원통부 (7a) 로 형성된다. 중실의 실린더 (7b) 의 유입부 단부는 유압 유체의 압력이 가해지는 표면을 형성한다. 유압 유체는 중공의 실린더 (7a) 의 슬리브를 통하여 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 에 도입된다. 그리하여, 슬리브에는 홈 (13a) 및 드릴링 (13b) 으로 구성되는 적어도 하나의 개구가 제공된다. 도면들의 실시형태에 있어서, 2 개의 드릴링들 (13b) 은 홈 (13a) 과 연계된다. 중공의 실린더의 전체 외주부 둘레에 배열되는 홈 (13a) 때문에, 구동 피스톤 (7) 의 어떠한 각 위치에서 드릴링들 (13b) 을 통한 유동이 허용된다. 홈 (13a) 은 중공의 실린더의 외부면 쪽으로 넓어지고 그리고 구동 피스톤 (7) 이 가압 챔버 (9) 의 유입부 단부에 있을 때 중간 덕트 (20) 와 부분적으로만 정렬된다. 그리하여, 유압 밸브 (10) 가 제 2 위치로 이동되면, 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로의 유동이 스로틀링되고, 유압 펌프 (12) 로부터 가압 챔버 (9) 로의 유체 공급이 허용된다. 그 결과, 구동 피스톤 (7) 은 원활하게 가속된다. 구동 피스톤 (7) 이 전방으로 이동하면, 홈 (13a) 은 중간 덕트 (20) 와 완전히 정렬되게 되고, 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로의 최대 유동이 허용된다. 구동 피스톤 (7) 이 가압 챔버 (9) 의 유출부 단부에 접근하면, 홈 (13a) 은 가압 챔버 (9) 의 벽들과 다시 부분적으로 겹쳐지게 된다. 그리하여, 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로의 유동은 제한되고 그리고 구동 피스톤 (7) 이 느려진다. 반대 방향으로의 구동 피스톤 (7) 의 운동도 유사한 방식으로 작동한다. 구동 피스톤 (7) 의 운동 시작시 그리고 종료시에 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로부터의 유출이 스로틀링되기 때문에, 구동 피스톤 (7) 의 가속 및 감속 둘 다가 원할하다.
또한 스로틀링 효과를 달성하기 위한 다른 방법들이 있다. 도 7 에서는 밸브 액츄에이터 (35) 의 일부가 도시되어 있고, 구동 피스톤의 개구는 직선의 드릴링 (13b) 이다. 유압 밸브 (10) 와 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 사이의 중간 덕트 (20) 는 가압 챔버 (9) 의 내부면을 둘러싸는 홈 (13c) 에 연결된다. 구동 피스톤 (7) 이 도 7 에 도시된 바와 같이 가압 챔버 (9) 의 유출부 단부에 있거나 또는 가압 챔버 (9) 의 유입부 단부에 있으면, 구동 피스톤 (7) 의 드릴링 (13b) 은 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 의 홈 (13c) 과 부분적으로만 정렬된다. 그리하여, 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 의 유출 또는 유입 유동이 스로틀링된다. 홈 (13c) 은 챔퍼되어, 구동 피스톤 (7) 의 운동 시작시 또한 종료시에 유동 면적이 매우 작게 된다.
구동 피스톤 (7) 은, 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 를 유출부 (9b) 에 연결하는 보링 (39) 을 더 포함한다. 제 2 보링 (40) 은 유입부 (9a) 를 제 2 유출부 (9b') 에 연결시킨다. 보링들 (39, 40) 을 통하여, 밸브 액츄에이터 (35) 의 유출측으로부터의 누출들이 보상될 수 있다. 보링들 (39, 40) 의 직경들은 작고, 그리하여 보링들 (39, 40) 을 통한 유동은 유압 액츄에이터 (35) 의 기능을 방해하지 않는다. 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 와 유출부들 (9b, 9b') 에는 또한 유압 시스템으로부터 공기를 제거하기 위한 공기 제거 포트들 (41, 42, 43) 이 제공된다. 공기 제거 포트들 (41, 42, 43) 의 직경들은 유압 유체의 과도한 누출을 방지하도록 작게 된다. 공기 제거 포트들 (41, 42, 43) 에는 또한 도 4 에 도시된 바와 같이 유압 유체의 누출을 저감시키는 스로틀들 (41a, 42a, 43a) 이 제공될 수 있다.
도 3 에 도시된 실시형태는 유압 밸브 (10) 의 구성면에서 도 1 및 도 2 의 실시형태와 상이하다. 도 3 의 유압 밸브 (10) 는 제 4 포트 (10d) 를 포함한다. 유압 액츄에이터 (35) 는 제 1 중간 덕트 (20) 및 제 2 중간 덕트 (28) 를 포함한다. 유압 밸브 (10) 의 제 1 포트 (10a) 는 유입 덕트 (15) 에 연결되고, 제 3 포트 (10c) 는 제 1 중간 덕트 (20) 에 연결된다. 제 2 포트 (10b) 는 유출 덕트 (21) 에 연결되고, 제 4 포트 (10d) 는 제 2 중간 덕트 (28) 에 연결된다. 유압 밸브 (10) 의 제 1 위치에서, 스핀들 (22) 은 유입 덕트 (15) 로부터 제 1 중간 덕트 (20) 로의 유동을 허용하고 그리고 제 2 중간 덕트 (28) 로부터 유출 덕트 (21) 로의 유동을 방지한다. 유압 밸브 (10) 의 제 2 위치에서, 스핀들 (22) 은 제 2 중간 덕트 (28) 로부터 유출 덕트 (21) 로의 유동을 허용하고 그리고 유입 덕트 (15) 로부터 제 2 중간 덕트 (28) 로의 유동을 방지한다. 유압 유체는 제 1 중간 덕트 (20) 를 통하여 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로 도입된다. 유압 유체는 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로부터 제 2 중간 덕트 (28) 를 통하여 방출된다. 도 3 의 실시형태에 있어서, 제어 밸브 (11) 로의 별도의 유체 공급이 필요하지 않다. 유입 덕트 (15) 는 제어 덕트 (26) 에 의하여 스핀들 (22) 의 일 단부에 배열된 유체 챔버 (27) 에 연결된다. 유압 밸브 (10) 의 스프링 (19) 과 함께, 유체 챔버 (27) 내의 압력은, 제어 밸브 (11) 가 폐쇄될 때, 유압 밸브 (10) 를 제 1 위치에 유지시킨다. 제어 밸브 (11) 가 개방되면, 유체 챔버 (27) 로부터 유압 유체가 방출되고, 유압 밸브 (10) 는 제 2 위치로 전환된다. 도 3 의 실시형태에 있어서, 피동 피스톤 (1c, 1c') 은 밸브 스템 (1b, 1b') 의 단부에 배열된다.
도 4 의 실시형태에 있어서, 유압 밸브 (10) 는 도 3 의 유압 밸브 (10) 와 동일하다. 이 실시형태에 있어서, 제 1 중간 덕트 (20) 와 제 2 중간 덕트 (28) 는 가압 챔버 (9) 이전에 결합된 중간 덕트 (36) 에 합쳐진다. 제 3 중간 덕트 (37) 와 제 4 중간 덕트 (38) 는 결합된 중간 덕트 (36) 로부터 분기되고 그리고 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 에 연결된다. 제 3 중간 덕트 (37) 와 제 4 중간 덕트 (38) 의 직경들은 결합된 중간 덕트 (36) 의 직경보다 작다. 제 3 중간 덕트 (37) 와 제 4 중간 덕트 (38) 에는 체크 밸브들 (24, 25) 이 제공된다. 제 3 중간 덕트 (37) 를 통하여, 결합된 중간 덕트 (36) 로부터 가압 챔버 (9) 로의 유동이 허용된다. 제 3 중간 덕트 (37) 는, 가압 챔버 (9) 의 유입부 단부에 구동 피스톤 (7) 이 있을 때, 이 구동 피스톤 (7) 의 홈 (13a) 이 제 3 중간 덕트 (37) 의 단부와 정렬되고, 결합된 중간 덕트 (36) 로부터 가압 챔버 (9) 로의 직접적인 유동이 방지되도록 위치된다. 제 4 중간 덕트 (38) 를 통하여, 가압 챔버 (9) 로부터 결합된 중간 덕트 (36) 로의 유동이 허용된다. 제 4 중간 덕트 (38) 는, 가압 챔버 (9) 의 유출부 단부에 구동 피스톤 (7) 이 있을 때, 이 구동 피스톤 (7) 의 개구 (13a) 가 제 4 중간 덕트 (38) 와 정렬되고, 가압 챔버 (9) 로부터 결합된 중간 덕트 (36) 로의 직접적인 유동이 방지되도록 위치된다. 따라서, 구동 피스톤 (7) 의 행정의 시작시 그리고 종료시 유동 속도는 제한되고 그리고 원활한 가속 및 감속이 달성된다. 도 4 의 실시형태에 있어서, 유입 덕트 (15) 에는 조절가능한 스로틀 (30) 이 제공된다. 또한, 유출 덕트 (21) 에는 조절가능한 스로틀 (31) 이 제공된다. 이러한 스로틀 (30, 31) 에 의하여, 유입 덕트 (15) 와 유출 덕트 (21) 에서의 유동이 제한될 수 있고, 가스 교환 밸브들 (1, 1') 의 개방 및 폐쇄 곡선들이 영향을 받을 수 있다. 유동이 적을수록 가스 교환 밸브의 개방/폐쇄도 더 느려지고 그리고 유동이 빨라지면 개방/폐쇄도 더 빨라진다. 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 에는 제 2 구동 피스톤 (7') 이 제공된다. 제 2 구동 피스톤 (7') 은 제 1 구동 피스톤 (7) 보다 더 큰 직경과 더 짧은 행정을 가진다. 제 2 구동 피스톤 (7') 이 제 1 구동 피스톤 (7) 을 보조하기 때문에, 제 1 구동 피스톤 (7) 의 행정의 시작시에 더 작은 유압 압력이 필요하다. 더 작은 유압 압력은 장치의 에너지 소모를 저감시킨다.
도 5 의 실시형태는, 장치에 에너지 회수용 압력 어큐뮬레이터 (32) 가 제공된다는 점에서, 도 4 의 실시형태와는 상이하다. 압력 어큐뮬레이터 (32) 는 스로틀 (31) 로부터 상류측 유출 덕트 (21) 에 연결된다. 압력 어큐뮬레이터 (32) 는 또한 스로틀 (30) 로부터 상류측 그리고 유압 펌프 (12) 와 압력 어큐뮬레이터 (32) 의 하류측의 유입 덕트 (15) 에 연결된다. 제 2 유압 펌프 (12b) 는 유압 펌프 (12) 로부터 그리고 압력 어큐뮬레이터 (32) 로부터 하류측에 배열된다. 제 1 유압 펌프 (12) 또는 압력 어큐뮬레이터 (32) 로부터 유출 덕트 (21) 로의 유동을 방지하도록 압력 어큐뮬레이터 (32) 와 유출 덕트 (21) 사이에 체크 밸브 (33) 가 배열된다. 구동 피스톤 (7) 의 후퇴 행정 동안, 유출 덕트 (21) 로부터 압력 어큐뮬레이터 (32) 로 에너지가 회수될 수 있다. 제 1 유압 펌프 (12) 는 구동 피스톤 (7) 을 작동시키는데 필요한 것보다 작은 압력 레벨에서 유압 유체를 공급한다. 제 1 유압 펌프 (12) 로부터 그리고 압력 어큐뮬레이터 (32) 로부터의 유동의 압력은 제 2 유압 펌프 (12b) 에 의해 충분한 레벨까지 상승된다.
도 6 의 실시형태에 있어서, 유압 밸브 (10) 는 솔레노이드 밸브이다. 단일 솔레노이드 밸브의 유동 용량이 작기 때문에, 이 장치에는 제 1 솔레노이드 밸브 (10) 와 평행하게 배열된 제 2 솔레노이드 밸브 (10b) 가 제공된다. 밸브들 (10, 10b) 은 또한 다른 전기적으로 작동되는 밸브들일 수 있다.
본원은 전술한 실시형태들에 한정되지 않고 첨부된 청구범위의 범위내에서 변경될 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다. 예를 들어, 다른 실시형태들의 특징들을 결합할 수 있다.

Claims (15)

  1. 내연 기관의 가스 교환 밸브 (1, 1') 를 개방하기 위한 유압식 액츄에이터 (35) 로서,
    - 유압 유체를 가압하기 위한 가압 챔버 (9),
    - 상기 가압 챔버 (9) 에 배열되고 그리고 상기 가압 챔버 (9) 를 적어도 하나의 유입부 (9a) 와 적어도 하나의 유출부 (9b) 로 분할하는 구동 피스톤 (7),
    - 상기 구동 피스톤 (7) 을 이동시키기 위해서 가압된 상기 유압 유체를 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 (9a) 에 도입하기 위한 유입 덕트 (15),
    - 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유출부 (9b) 로부터 상기 유압 유체를 상기 가스 교환 밸브 (1, 1') 에 공급하기 위한 유체 유출구 (9d), 및
    - 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 (9a) 로부터 상기 유압 유체를 방출하기 위한 유출 덕트 (21) 를 포함하고,
    상기 액츄에이터 (35) 는 유압 밸브 (10) 를 포함하고,
    상기 유압 밸브는,
    - 상기 유입 덕트 (15) 로부터 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 (9a) 로의 유동은 허용되고 그리고 상기 유입부 (9a) 로부터 상기 유출 덕트 (21) 로의 유동은 방지되는 제 1 위치와,
    - 상기 유입 덕트 (15) 로부터 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 (9a) 로의 유동은 방지되고 그리고 상기 유입부 (9a) 로부터 상기 유출 덕트 (21) 로의 유동은 허용되는 제 2 위치를 가지는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 (35) 는 상기 유압 밸브 (10) 를 작동시키기 위한 제어 밸브 (11) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 피스톤 (7) 은 상기 가압 챔버 (9) 의 유출측을 제 1 유체 유출구 (9d) 가 제공되는 제 1 유출부 (9b) 와 제 2 유체 유출구 (9d') 가 제공되는 제 2 유출부 (9b') 로 분할하는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 (35) 는 상기 구동 피스톤 (7) 의 운동의 시작시 및 종료시 중 하나 이상에 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 (9a) 로의 유동 및 상기 유입부 (9a) 외부로의 유동 중 하나 이상을 스로틀링 (throttling) 하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 피스톤 (7) 의 유출부 단부는 중실의 원통부 (7b) 로 형성되고, 상기 구동 피스톤 (7) 의 유입부 단부는 상기 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 로 그리고 그 외부로의 유동을 허용하기 위해 슬리브에 적어도 하나의 개구 (13a, 13b) 를 포함하는 중공의 원통부 (7a) 로 형성되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 개구 (13a, 13b) 는 상기 중공의 원통부 (7a) 의 외주부 둘레에 배열되는 홈 (13a) 과, 상기 중공의 원통부 (7a) 에 의해 규정된 공간에 상기 홈 (13a) 을 연결하는 보링 (boring; 13b) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 피스톤 (7) 의 상기 슬리브에서의 개구 (13a, 13b) 는 상기 슬리브의 외부면 쪽으로 넓어지는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 피스톤 (7) 의 상기 슬리브에서의 개구 (13a, 13b) 는, 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 단부에 상기 구동 피스톤 (7) 이 있을 때, 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 (9a) 를 상기 유압 밸브 (10) 에 연결하는 중간 덕트 (20, 28) 의 단부와 부분적으로만 정렬되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 피스톤 (7) 의 상기 슬리브에서의 개구 (13a, 13b) 는, 상기 가압 챔버 (9) 의 유출부 단부에 상기 구동 피스톤 (7) 이 있을 때, 상기 가압 챔버 (9) 의 상기 유입부 (9a) 를 상기 유압 밸브 (10) 에 연결하는 중간 덕트 (20, 28) 의 단부와 부분적으로만 정렬되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 덕트 (15) 와 상기 유출 덕트 (21) 에는 상기 유입 덕트 (15) 와 상기 유출 덕트 (21) 에서의 유량들을 조절하기 위해 조절가능한 스로틀들 (30, 31) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 (35) 는 상기 구동 피스톤 (7) 보다 더 큰 직경과 더 짧은 행정을 가진 제 2 구동 피스톤 (7') 을 포함하고, 상기 제 2 구동 피스톤 (7') 은 가압 행정의 시작시 상기 구동 피스톤 (7) 을 보조하도록 상기 가압 챔버 (9) 의 유입부 (9a) 에 배열되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 덕트 (15) 와 유체 연통하는 유체 챔버 (27) 는 상기 유압 밸브 (10) 의 스핀들 (22) 의 일 단부에 배열되고, 상기 유압 밸브 (10) 를 작동시키기 위해서 상기 유체 챔버 (27) 로부터 압력을 해제하도록 제어 밸브 (11) 가 배열되는 것을 특징으로 하는, 액츄에이터 (35).
  13. 내연 기관용 가스 교환 밸브 장치로서,
    - 상기 내연 기관의 실린더와 가스 교환 덕트 (2) 사이의 유동 연통을 개방 및 폐쇄하고 그리고 밸브 헤드 (1a, 1a') 와 밸브 스템 (1b, 1b') 을 구비하는 적어도 하나의 가스 교환 밸브 (1, 1'),
    - 수용 챔버 (5, 5') 및
    - 상기 밸브 스템 (1b, 1b') 과 기계식으로 연결되고 그리고 상기 수용 챔버 (5, 5') 에 배열되는 피동 피스톤 (1c, 1c') 을 포함하고,
    상기 가스 교환 밸브 장치는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 유압식 액츄에이터 (35) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 교환 밸브 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 교환 밸브 장치에는 유출 덕트 (21) 로부터 에너지를 회수하기 위해 유출 덕트 (21) 에 그리고 상기 유입 덕트 (15) 에 에너지를 공급하기 위해 유입 덕트 (15) 에 연결되는 압력 어큐뮬레이터 (32) 가 제공되는 것을 특징으로 하는, 가스 교환 밸브 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 피동 피스톤 (1c, 1c') 은 상기 밸브 스템 (1b, 1b') 주변에 배열되는 것을 특징으로 하는, 가스 교환 밸브 장치.
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