KR102192961B1 - 배기 밸브 배열체 및 배기 밸브의 폐쇄를 제어하는 방법 - Google Patents

배기 밸브 배열체 및 배기 밸브의 폐쇄를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

피스톤 엔진을 위한 배기 밸브 배열체는 캠 (1) 과 배기 밸브 (13) 사이에 배열된 힘 전달 수단 (2, 3, 14, 19) 을 포함한다. 유압 유체는 배기 밸브 (13) 의 개방 운동 동안 유체 챔버 (4) 안으로 도입될 수 있다. 피스톤 (7) 은 유체 챔버 (4) 에 배열되고 그리고 힘 전달 수단 (2, 3, 4,19) 에 연결된다. 챔버 (4) 로부터의 유출을 제어함으로써, 배기 밸브 (13) 의 폐쇄 속도는 제어될 수 있다. 챔버 (4) 로부터의 유출은, 적어도 배기 밸브 (13) 가 폐쇄 방향으로 어떠한 미리 정해진 거리를 이동할 때까지, 배기 밸브 (13) 의 폐쇄 커브가 캠 커브를 따르도록 하는 비율로 허용된다.

Description

배기 밸브 배열체 및 배기 밸브의 폐쇄를 제어하는 방법 {EXHAUST VALVE ARRANGEMENT AND METHOD FOR CONTROLLING CLOSING OF AN EXHAUST VALVE}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 피스톤 엔진을 위한 배기 밸브 배열체 (arrangement) 에 관한 것이다. 본원은 또한 다른 독립항의 전제부에 규정된 바와 같이 피스톤 엔진의 배기 밸브의 폐쇄를 제어하는 방법에 관한 것이다.
많은 내연기관들에는 가변 흡기 밸브 폐쇄 (VIC) 를 위한 수단이 제공되고, 이 수단은 엔진의 성능을 최적화하도록 상이한 흡기 밸브 폐쇄 타이밍들을 허용한다. 최근, 또한 가변 배기 밸브 폐쇄 (VEC) 를 위한 배열체들이 보다 통상적으로 되고 있다. VEC 배열체들은 2 단 터보과급을 사용하는 엔진들에서 특히 유리하다. 과급 압력들 (charge pressures) 이 높게 될 때, 상이한 부하들에서 상이한 소기 (scavenging) 가 필요하다. 엔진이 높은 부하에서 작동되면, 엔진의 구성품들을 냉각시키기 위해서는 긴 소기 시간이 필요하다. 따라서, 배기 밸브들은 배기 행정 동안 장시간 동안 개방되어 유지된다. 한편, 엔진이 낮은 부하에서 작동되면, 흡기 공기의 압력은 배기 가스들의 압력보다 낮다. 배기 덕트로부터 흡기 덕트안으로의 유동을 방지하기 위해서, 흡기 밸브들이 개방된 후에 동시에 또는 약간 후에 배기 밸브들이 폐쇄되어야 한다. 가변 배기 밸브 폐쇄 타이밍은, 재순환된 배기 가스들을 물 분사로 냉각시키기 위한 수단을 포함하는 엔진들에서 또한 유용하다. 물 분사를 사용하면, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 오버랩 (overlap) 이 필요하지 않지만, 물 분사를 중단해야 하면, 전부하에서 엔진이 작동하도록 더 긴 소기가 필요하다. VEC 배열체는 배기 밸브들과 이 배기 밸브들을 작동시키는 캠 사이에 배열된 챔버를 사용하여 종종 실시된다. 배기 밸브들은 캠에 의해 종래의 방식으로 개방된다. 배기 밸브들의 개방 운동 동안, 유압 유체는 챔버안으로 도입된다. 배기 밸브들의 폐쇄 모멘트 및 폐쇄 속도는 챔버로부터의 유출에 따른다. 예를 들어, 밸브에 의한 유출을 방지함으로써 폐쇄 지연 (closing delay) 이 제공될 수 있다. 이러한 종류의 방안들과 관련된 문제점은, 시스템의 오작동의 경우에, 배기 밸브의 폐쇄가 방지될 수 있고 그리고 피스톤이 배기 밸브와 충돌하여 광범위한 손상을 유발할 수 있다는 것이다.
본 발명의 목적은 피스톤 엔진을 위한 개선된 배기 밸브 배열체를 제공하는 것이고, 상기 배기 밸브 배열체는 배기 밸브의 폐쇄시에 지연을 허용하지만 엔진의 피스톤들이 배기 밸브들에 충돌하는 것을 방지한다. 본원에 따른 배열체의 특징적 구성들은 청구항 1 의 특징부에 주어진다. 본원의 다른 목적은 피스톤 엔진의 배기 밸브의 폐쇄를 제어하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 방법의 특징적 구성들은 다른 종속항의 특징부에 주어진다.
본원에 따른 배열체는, 적어도 하나의 배기 밸브, 회전가능한 캠, 상기 캠의 회전 운동을 선형 운동으로 변형시키고 그리고 이 선형 운동을 적어도 상기 배기 밸브의 개방 방향으로 상기 배기 밸브에 전달하기 위한 힘 전달 수단, 배기 밸브의 개방 운동 동안 유압 유체가 도입될 수 있는 유체 챔버, 상기 유체 챔버에 배열되고 그리고 힘 전달 수단 또는 상기 배기 밸브에 연결되는 피스톤, 상기 배기 밸브의 폐쇄를 허용하도록 상기 유체 챔버로부터의 유압 유체를 배출하기 위한 적어도 하나의 유출 포트, 및 상기 유체 챔버로부터의 유출을 제어하고 그리고 상기 배기 밸브의 폐쇄 운동을 느리게 하거나 지연시키도록 하는 유동 제어 수단을 포함한다. 상기 유출 포트들 및 상기 유동 제어 수단은, 적어도 상기 배기 밸브가 폐쇄 방향으로 어떠한 미리 정해진 거리를 이동할 때까지, 상기 배기 밸브의 폐쇄 커브가 캠 커브를 따르도록 하는 비율 (rate) 로 상기 유체 챔버로부터의 유출을 허용하도록 구성된다.
본원에 따른 방법에 있어서, 유압 유체는 배기 밸브의 캠 제어식 개방 운동 동안 유체 챔버안으로 도입되고, 상기 유체 챔버 내에 배열되고 그리고 캠과 상기 배기 밸브 사이의 힘 전달 수단 또는 상기 배기 밸브에 연결되는 피스톤의 운동에 영향을 주도록 또한 상기 배기 밸브의 폐쇄 운동을 느려지게 하거나 지연시키도록 상기 유체 챔버로부터의 유출이 제어된다. 상기 유체 챔버로부터의 유출은, 적어도 배기 밸브가 폐쇄 방향으로 어떠한 미리 정해진 거리를 이동할 때까지, 배기 밸브의 폐쇄 커브가 캠 커브를 따르도록 하는 비율로 허용된다.
"폐쇄 커브" 라는 표현은, 크랭크각에 따른 배기 밸브의 리프트 (lift) 를 의미한다. "캠 커브" 라는 표현은, 크랭크각에 따른 캠 종동자의 운동을 의미한다. 지연 기능이 사용되지 않고 그리고 배기 밸브의 리프트가 캠의 형상에 의해 결정되면, 그에 따라 배기 밸브의 폐쇄 곡선은 캠 커브에 대응한다. 본원에 따른 배열체 및 방법에 의하여, 엔진의 피스톤이 배기 밸브에 충돌하는 위험없이 배기 밸브의 폐쇄가 지연되거나 느려질 수 있다. 배기 밸브의 폐쇄 운동이 시작되면, 유체 챔버로부터의 유출은 제한되지 않는다. 밸브가 어떠한 거리로 이동된 후에만, 유출의 스로틀링이 실시된다. 상기 거리는, 스로틀링이 시작되는 순간에서의 밸브 리프트가 상사점에서 각각의 실린더에서의 엔진의 피스톤과 폐쇄된 배기 밸브 사이의 거리보다 작도록 결정된다. 따라서, 배기 밸브의 폐쇄 커브는 우선 캠 커브에 대응하지만, 스로틀링이 시작된 후에, 폐쇄 커브의 경사는 캠 커브의 경사보다 덜 가파를 수 있다.
유체 챔버로부터의 유출을 제어하기 위한 많은 다른 방법들이 있다. 예를 들어, 유체 챔버에서의 피스톤은 유동을 스로틀링하도록 배열될 수 있다. 피스톤의 단부 부분은 피스톤의 나머지보다 더 작은 직경을 가질 수 있다. 배기 밸브가 완전히 개방되면, 또한 유체 챔버의 유출 포트들은 완전히 개방된다. 피스톤이 미리 결정된 거리를 이동했다면, 이 피스톤은 1 개 이상의 유출 포트들을 커버하고, 유체 챔버의 벽과 피스톤 사이에 형성된 작은 갭을 통하여 유체 챔버로부터의 유출이 허용된다.
다른 옵션으로는 상이한 높이들, 즉 유체 챔버의 단부로부터 상이한 거리들에 있는 2 개 이상의 유출 포트들을 유체 챔버에 제공하는 것이다. 배기 밸브가 완전히 개방되면, 또한 모든 유출 포트들은 완전히 개방된다. 피스톤이 미리 정해진 거리를 이동했다면, 이 피스톤은 유출 포트들 중 적어도 하나를 차단하고 그리하여 유출이 제한된다. 몇몇 유출 포트들 또는 이 유출 포트들과 연결되는 유출 덕트들에는 스로틀들이 제공될 수 있다. 스로틀들은 조절가능할 수 있다. 또한 유출 조절을 허용하는 밸브를 몇몇 유출 포트들 또는 덕트들에 제공할 수 있다.
본원의 실시형태들은 첨부된 도면을 참조하여 보다 자세히 이하 설명된다.
도 1 은 VEC 기능을 가진 배기 밸브 개방 기구를 도시한다.
도 2 는 본원의 일 실시형태에 따른 배기 밸브 배열체를 도시한다.
도 3 은 본원의 제 2 실시형태를 도시한다.
도 4 는 본원의 제 3 실시형태를 도시한다.
도 5 는 본원의 제 4 실시형태를 도시한다.
도 6 은 본원의 제 5 실시형태를 도시한다.
도 7 은 VEC 기능이 차단되었을 때 밸브 리프트들을 도시한다.
도 8 은 VEC 기능이 작동되었을 때 밸브 리프트들을 도시한다.
본원에 따른 배기 밸브 배열체는 전기를 생성하기 위한 발전소들에 사용되는 엔진들 또는 선박들의 메인 또는 보조 엔진들과 같은 대형 내연기관들에 특히 적합하다. 본원은 2 단 터보과급의 엔진들 및 재순환된 배기 가스들의 수냉을 사용하는 엔진들에 특히 유용하다. 하지만, 이러한 배열체는 또한 다른 유형의 엔진들에 사용될 수 있다.
도 1 에서는 배기 밸브 (13) 를 위한 밸브 개방 기구의 일예를 도시한다. 엔진의 각각의 실린더에 2 개 이상의 배기 밸브 (13) 가 제공되는 경우에, 밸브 개방 기구는 하나의 실린더의 모든 배기 밸브들 (13) 을 제어하는데 사용될 수 있다. 배기 밸브 (13) 는 엔진의 실린더 (16) 와 배기 덕트 (17) 사이의 유체 연통을 개방 및 폐쇄하기 위한 실린더 헤드 (18) 에 배열된다. 배기 밸브가 작동되지 않으면 배기 밸브 (13) 를 폐쇄 유지하도록 배기 밸브 (13) 의 스템 주변에 스프링 (15) 이 배열된다. 밸브 개방 기구에는 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 지연하기 위한 VEC 기능이 제공된다. 밸브 개방 기구는 캠샤프트의 일부인 캠 (1) 을 포함한다. 캠 (1) 에는 베이스 원 (1a) 및 이 베이스 원 (1a) 으로부터 반경방향 외부로 연장되는 로브 (1b) 가 제공된다. 캠 종동자 유닛 (2) 의 캠 종동자 휠 (2a) 은 캠 (1) 과 일정하게 결합된다. 배열체에는 캠 (1) 에 대하여 캠 종동자 휠 (2a) 을 가압하는 스프링이 제공될 수 있다. 배기 밸브들 (13) 의 개방은 종래의 방식으로 작동한다. 캠 종동자 휠 (2a) 이 캠 (1) 의 로브 (1a) 와 결합되게 되면, 캠 종동자 유닛 (2) 은 캠 (1) 의 회전축으로부터 멀리, 즉 도 1 에서 상방으로 밀려진다. 캠 종동자 유닛 (2) 은 힘 전달 수단 (2, 3, 14, 19) 의 일부를 형성하고, 이 힘 전달 수단은 캠 (1) 의 회전 운동을 선형 운동으로 변형시키고 그리고 추가로 이 운동을 배기 밸브들 (13) 에 전달한다. 힘 전달 수단은 제 1 푸시 로드 (3), 제 2 푸시 로드 (19) 및 로커 아암 (14) 을 더 포함한다. 제 1 푸시 로드 (3) 는 배기 밸브들 (13) 의 적어도 개방 방향으로 캠 종동자 유닛 (2) 과 기계식 접촉을 하게 된다. 제 2 푸시 로드 (19) 는 로커 아암 (14) 에 연결된다. 로커 아암 (14) 은 제 2 푸시 로드 (19) 의 운동을 배기 밸브들 (13) 에 전달한다. 또한 많은 다른 유형들의 힘 전달 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 힘 전달 경로의 일부는 유압식일 수 있다.
배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동을 느리게 하거나 지연시키기 위해서, 밸브 개방 기구에는 유체 챔버 (4) 가 제공되고, 배기 밸브들 (13) 의 개방 운동 동안 유압 유체는 유체 챔버안으로 도입될 수 있다. 유체 챔버 (4) 는 유입 포트 (5a) 를 통하여 유입 덕트 (5) 에 연결된다. 유압 유체는 유입 덕트 (5) 와 유입 포트 (5a) 를 통하여 유체 챔버 (4) 안으로 도입될 수 있다. 이러한 배열체에는 또한 2 개 이상의 유입 포트들 (5a) 및/또는 덕트들 (5) 이 제공될 수 있다. 유입 덕트 (5) 에는 체크 밸브 (6) 가 제공되고, 이 체크 밸브는 유체 챔버 (4) 안으로의 유동을 허용하지만 유체 챔버 (4) 외부로의 유동은 허용하지 않는다. 체크 밸브 (6) 대신에 또는 체크 밸브 이외에, 유입 덕트 (5) 에는 유체 챔버 (4) 안으로의 유동을 선택적으로 허용하거나 방지하도록 하는 폐쇄 밸브가 제공될 수 있다. 폐쇄 밸브는 VEC 기능을 작동 및 차단시키도록 한다. 폐쇄 밸브가 폐쇄되면, 유체 챔버 (4) 안으로의 유동이 허용되지 않고, VEC 기능은 차단된다. 그 후, 밸브 개방 기구는 종래의 캠 제어식 배기 밸브 개방 기구와 동일한 방식으로 작동한다. 도 7 에서는 VEC 가 차단되었을 때 밸브 리프트들을 도시한다. 해치된 영역은 배기 밸브와 흡기 밸브의 오버랩을 도시한다. 유체 챔버 (4) 에는 피스톤 (7) 이 배열된다. 피스톤 (7) 은 유체 챔버 (4) 를 한정하고, 유압 유체는 피스톤 (7) 과 유체 챔버 (4) 의 캠샤프트 단부 사이에 도입된다. 도 1 의 실시형태에 있어서, 피스톤 (7) 은 제 1 푸시 로드 (3) 와 제 2 푸시 로드 (19) 에 연결되고, 즉 피스톤은 제 1 푸시 로드 (3) 와 제 2 푸시 로드 (19) 사이에 있다. 제 1 푸시 로드 (3) 는 캠 종동자 유닛 (2) 의 운동을 배기 밸브들 (13) 의 개방 방향으로 피스톤 (7) 에 전달하고, 제 2 푸시 로드 (19) 는 피스톤 (7) 의 운동을 로커 아암 (14) 에 전달한다. 하지만, 유체 챔버 (4) 와 피스톤 (7) 은 또한 많은 다른 방식들로 위치될 수 있다. 주로, 유체 챔버 (4) 는 실린더 헤드 (18) 내측에 배열될 수 있고, 피스톤 (7) 은 배기 밸브 (13) 의 스템에 연결될 수 있지만 이는 비현실적일 수 있다. 하지만, 피스톤 (7) 은 제 1 푸시 로드 (3) 와 제 2 푸시 로드 (19) 보다는 힘 전달 수단의 몇몇 다른 부분에 연결될 수 있다. 피스톤 (7) 은 항상 배기 밸브들 (13) 과 함께 이동한다.
캠 종동자 휠 (2a) 이 캠 (1) 의 로브 (1a) 와 결합되게 되면, 피스톤 (7) 은 제 1 푸시 로드 (3) 와 함께 이동된다. 폐쇄 밸브가 개방되면, 피스톤 (7) 의 운동은 유입 덕트 (5) 로부터 유체 챔버 (4) 안으로 유압 유체를 흡인시킨다. 제 1 푸시 로드 (3) 는 캠 종동자 유닛 (2) 과 결합되어 있다. 캠 종동자 휠 (2a) 이 로브 (1a) 의 선단과 결합되도록 캠 (1) 이 회전되면, 배기 밸브들 (13) 이 완전히 개방된다. 캠 종동자 휠 (1a) 이 로브 (1a) 의 내림 램프 (descending ramp) 에 진입하면, 배기 밸브들 (13) 은 폐쇄를 시작한다. 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동이 시작되면, 배기 밸브들 (13) 은 우선 캠 커브를 따른다. 유체 챔버 (4) 로부터의 유출을 제한함으로써, 배기 밸브들의 폐쇄 속도는 느려질 수 있다. 도 8 에서, 배기 밸브 (13) 의 리프트는 실선으로 도시되고, 캠 커브는 파선으로 도시된다. 해치된 영역은 배기 밸브 (13) 와 흡기 밸브의 오버랩을 도시한다.
도 2 에서는 도 1 의 밸브 개방 기구의 유체 챔버 (4) 로부터의 유출을 제한하기 위한 하나의 배열체를 도시한다. 도 2 의 실시형태에 있어서, 유체 챔버 (4) 에는 하나의 유출 포트 (8) 및 이 유출 포트 (8) 와 연결되어 있는 유출 덕트 (9) 가 제공된다. 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동의 시작시에 피스톤 (7) 이 캠 커브를 따르도록 유출 포트 (8) 를 통한 최대 유량이 적합하도록, 유출 포트 (8) 와 유출 덕트 (9) 가 치수결정된다. 배기 밸브들 (13) 과 피스톤 (7) 이 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 방향으로 어떠한 미리 결정된 거리를 이동했을 때, 피스톤 (7) 은 유체 챔버 (4) 외부로의 유동을 스로틀링하기 시작한다. 이는, 피스톤 (7) 의 캠샤프트 단부가 유출 포트 (8) 의 레벨, 즉 도 2 의 단계 (3) 에 있을 때 발생한다. 피스톤 (7) 의 캠샤프트 단부에서 피스톤 (7) 의 직경은 피스톤 (7) 의 나머지의 직경보다 약간 더 작다. 그리하여, 피스톤 (7) 은 유출 포트 (8) 를 완전히 차단하지 못하지만, 피스톤 (7) 과 유체 챔버 (4) 의 벽 사이에 작은 갭이 형성된다. 유압 유체는 이러한 갭을 통하여 유출 포트 (8) 로 유동할 수 있다. 하지만, 피스톤 (7) 이 캠 종동자 유닛 (2) 을 따를 수 없도록 이러한 유동은 스로틀링된다. 그리하여, 피스톤 (7) 은 유동 제어 수단으로서 작동하고 그리고 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 속도를 느리게 하여, 도 2 의 단계 (4) 에 도시된 바와 같이, 제 1 푸시 로드 (3) 와 캠 종동자 유닛 (2) 사이에 갭이 형성된다. 도 8 에서 볼 수 있는 바와 같이, 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 커브의 경사는 캠 커브보다 덜 가파르고, 캠 종동자 휠 (2a) 이 캠 (1) 의 베이스 원 (1a) 으로 이미 복귀되었을 때 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동은 계속된다. 소기 시간의 지속기간은 VEC 가 차단된 경우에서보다 더 길다. 도 2 의 단계 (5) 에 도시된 바와 같이, 피스톤 (7) 이 유체 챔버 (4) 의 캠샤프트 단부에 근접하면, 피스톤 (7) 의 더 두꺼운 부분은 유출 포트 (8) 를 부분적으로 차단한다. 따라서, 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 속도는 원활한 폐쇄를 허용하도록 추가로 감소된다. 결국, 도 2 의 단계 (6) 에 도시된 바와 같이, 유체 챔버 (4) 는 비워지고 그리고 제 1 푸시 로드 (3) 는 캠 종동자 유닛 (2) 과 다시 결합되게 된다. 피스톤 (7) 은 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 속도를 점차적으로 변경하도록 3 개 이상의 상이한 직경들을 가질 수 있거나, 피스톤 (7) 의 직경은 무단으로 (steplessly) 감소될 수 있다.
도 3 에서는 본원의 다른 실시형태를 도시한다. 상기 실시형태의 작동 원리는 도 1 의 실시형태와 동일하다. 또한, 도 3 의 배열체에 있어서, 유압 유체는 배기 밸브들 (13) 의 작동 운동 동안 유체 챔버 (4) 안으로 도입되고, 피스톤 (7) 은 유동 제어 수단으로서 작동한다. 캠 종동자 휠 (2a) 이 캠 (1) 의 로브 (1a) 의 내림 램프에 진입하면, 배기 밸브들 (13) 은 우선 자유롭게 이동할 수 있다. 유체 챔버 (4) 에는 제 1 유출 포트 (8a), 제 2 유출 포트 (8b), 및 제 3 유출 포트 (8c) 가 제공되고 그리고 각각의 유출 덕트들 (9a, 9b, 9c) 이 제공된다. 제 2 유출 덕트 (9b) 에는 밸브 (10) 가 제공되고, 이 밸브는 제 2 유출 덕트 (9b) 에서 유동을 방지하는데 사용될 수 있다. 밸브 (10) 는 추가의 유동 제어 수단으로서 작동한다. 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동의 시작시, 유압 유체는 모든 유출 포트들 (8a, 8b, 8c) 을 통하여 유체 챔버 외부로 유동할 수 있다. 유출 포트들 (8a, 8b, 8c) 및 덕트들 (9a, 9b, 9c) 은, 제 1 및 제 3 유출 포트들 (8a, 8c) 이 자유롭게 되면 배기 밸브들 (13) 이 캠 커브를 따를 수 있도록 치수결정된다. 이는, 제 2 유출 덕트 (9b) 의 밸브 (10) 가 폐쇄되더라도 적합한 폐쇄 속도가 달성됨을 보장해준다. 피스톤 (7) 이 어떠한 거리를 이동하면, 이 피스톤은 제 1 유출 포트 (8a) 를 차단하고 그리고 유체 챔버 (4) 로부터의 유출이 제한된다. 피스톤 (7) 이 유체 챔버 (4) 의 캠샤프트 단부에 보다 더 근접하게 이동되면, 피스톤 (7) 은 또한 제 2 유출 포트 (8b) 를 차단하고, 유압 유체는 제 3 유출 포트 (8c) 를 통해서만 유체 챔버 (4) 외부로 유동할 수 있다. 이는, 배기 밸브들 (13) 이 원활하게 폐쇄됨을 보장해준다. 제 2 유출 덕트 (9b) 에서의 밸브 (10) 는 제 2 유출 포트 (8b) 를 통한 유동을 보다 더 조기에 방지하는데 사용될 수 있다.
도 4 의 실시형태에 있어서, 배열체에는 2 개의 유출 포트들 (8a, 8b) 및 유출 덕트들 (9a, 9b) 이 제공된다. 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동의 시작시에, 유압 유체는 제 1 유출 포트 (8a) 와 덕트 (8b) 및 제 2 유출 포트 (9a) 와 덕트 (9b) 둘 다를 통하여 유체 챔버 (4) 외부로 유동할 수 있다. 유출 포트들 (8a, 8b) 및 덕트들 (9a, 9b) 은, 유출 포트들 (8a, 8b) 둘 다가 개방되면 배기 밸브들 (13) 이 캠 커브를 따를 수 있도록 치수결정된다. 피스톤 (7) 이 어떠한 거리를 이동한 후에, 이 피스톤은 제 1 유출 포트 (8a) 를 차단하고 그리고 유출이 제한된다. 제 2 유출 덕트 (9b) 에는 조절가능한 스로틀 (11) 이 제공되고, 이 스로틀은 추가의 유동 제어 수단으로서 작동한다. 스로틀 (11) 에 의해, 상이한 폐쇄 커브들이 달성될 수 있다. 스로틀 (11) 은 또한 원활한 폐쇄를 보장하도록 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동의 끝에서 유출을 보다 더 제한하는데 사용될 수 있다.
도 5 의 실시형태는 도 4 의 실시형태와 유사하다. 상기 실시형태에 있어서, 제 2 유출 덕트 (9b) 에는 스로틀이 제공되지 않지만, 제 2 유출 덕트 (9b) 는 제 2 챔버 (12) 에 연결되고, 이 제 2 챔버에서 캠 종동자 유닛 (2) 이 이동하도록 배열된다. 캠 종동자 휠 (2a) 이 캠 (1) 의 로브 (1b) 상에 있으면, 캠 종동자 유닛 (1) 은 제 2 유출 덕트 (9b) 의 다른 단부를 차단한다. 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동의 시작시, 유압 유체는 제 1 유출 포트 (8a) 를 통하여 유체 챔버 (4) 외부로 자유롭게 유동할 수 있다. 제 1 유출 포트 (8a) 와 제 1 유출 덕트 (9a) 는, 배기 밸브들 (13) 이 캠 커브를 따르도록 제 1 유출 포트 (8a) 를 통한 유량이 적합해지도록 치수결정된다. 배기 밸브들 (13) 이 밸브들 (13) 의 폐쇄 방향으로 어떠한 거리를 이동했을 때, 피스톤 (7) 은 제 1 유출 포트 (8a) 를 차단한다. 따라서, 유체 챔버 (4) 로부터의 유출이 방지된다. 캠 종동자 휠 (2a) 이 캠 (1) 의 베이스 원 (1a) 에 진입하면, 제 2 유출 포트 (8b) 를 통하여 제 2 챔버 (12) 로의 유체 유동이 허용된다. 하지만, 유체 챔버 (4) 의 비움은 즉각적으로 발생하지 않고, 그리하여 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄가 지연된다.
또한, 도 6 에서는, 배열체에 2 개의 유출 포트들 (8a, 8b) 및 유출 덕트들 (9a, 9b) 이 제공되는 일 실시형태를 도시한다. 제 2 유출 덕트 (9b) 에는, 예를 들어 전기적으로 또는 유압식으로 작동될 수 있는 신속 폐쇄 밸브 (10) 가 제공된다. 제 1 유출 포트 (8a) 와 제 1 유출 덕트 (9a) 는, 배기 밸브들 (13) 이 캠 커브를 따르도록 제 1 유출 포트 (8a) 를 통한 유량이 적합해지도록 치수결정된다. 이는, 제 2 유출 덕트 (9b) 의 밸브 (10) 가 작동하지 않는 경우에서도 충분히 신속하게 유체 챔버 (4) 가 비워짐을 보장해준다. 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄 운동의 시작시에, 제 1 유출 포트 (8a) 및 제 2 유출 포트 (8b) 둘 다를 통하여 유체 챔버 (4) 로부터의 유출이 허용된다. 피스톤 (7) 이 어떠한 거리를 이동한 후에, 이 피스톤 (7) 은 제 1 유출 포트 (8a) 를 차단하고, 제 2 유출 포트 (8b) 를 통해서만 유출이 허용된다. 제 2 유출 덕트 (9b) 에서의 밸브 (11) 는 원하는 배기 밸브 폐쇄 커브를 달성하도록 제 2 유출 포트 (8b) 를 통한 유동을 제어하는데 사용될 수 있다. 안전 배열체로서, 유체 챔버 (4) 에는 제 3 유출 덕트가 제공될 수 있고, 제 3 유출 덕트에서 캠 종동자 휠 (2a) 이 캠 (1) 의 베이스 원 (1a) 또는 로브 (1b) 에 있으면 유동이 방지된다. 예를 들어, 제 3 유출 덕트의 다른 단부는 캠 종동자 유닛 (2) 에 의해 차단될 수 있다. 캠 (1) 의 프로파일에는 캠 (1) 의 베이스 원 (1a) 아래에 있는 부분이 추가로 제공된다. 캠 종동자 휠 (2a) 이 베이스 원 (1a) 아래의 부분에 진입하면, 제 3 유출 덕트를 통한 유동이 허용된다. 이러한 배열체에 의해, 제 2 유출 덕트 (9b) 에서 밸브 (11) 의 오작동 경우에도 유체 챔버 (4) 의 비워짐과 배기 밸브들 (13) 의 폐쇄가 보장될 수 있다.
모든 전술한 실시형태들에 있어서, 실린더 (16) 의 피스톤이 배기 밸브들 (13) 에 충돌하는 것을 방지하기에 충분히 배기 밸브들 (13) 이 폐쇄된 후에만, 유출의 스로틀링이 실시된다. 상사점 근방에서의 피스톤의 운동을 또한 도시하는 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 스로틀링이 시작되면, 배기 밸브 리프트는 그에 따라서 상사점에서의 엔진의 피스톤과 폐쇄된 배기 밸브 (13) 사이의 거리보다 더 작다.
본원의 모든 전술한 실시형태들에 있어서, 유체 챔버 (4) 로부터의 유출의 스로틀링이 이후에 시작될 수 있는 미리 정해진 거리는, 엔진의 각각의 실린더에서 피스톤과 배기 밸브 (13) 사이의 접촉이 방지되도록 결정된다. 그에 따라, 대응하는 위치에서 배기 밸브 (13) 의 리프트는, 피스톤이 상사점에 있을 때 엔진의 각각의 피스톤과 폐쇄된 배기 밸브 (13) 사이의 거리보다 더 작다.
본원은 전술한 실시형태들에만 제한되지 않고 첨부된 청구범위의 관점에서 변경될 수 있음을 당업자라면 이해할 것이다. 예를 들어, 상이한 실시형태들로부터의 특징들을 조합할 수 있다.

Claims (14)

  1. 피스톤 엔진을 위한 배기 밸브 배열체 (arrangement) 로서,
    상기 배기 밸브 배열체는, 적어도 하나의 배기 밸브 (13), 회전가능한 캠 (1), 상기 캠 (1) 의 회전 운동을 선형 운동으로 변형시키고 그리고 상기 선형 운동을 적어도 상기 배기 밸브 (13) 의 개방 방향으로 상기 배기 밸브 (13) 에 전달하기 위한 힘 전달 수단 (2, 3, 14, 19), 배기 밸브 (13) 의 개방 운동 동안 유압 유체가 도입될 수 있는 유체 챔버 (4), 상기 유체 챔버 (4) 에 배열되고 그리고 상기 힘 전달 수단 (2, 3, 14, 19) 또는 상기 배기 밸브 (13) 에 연결되는 피스톤 (7), 상기 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 허용하도록 상기 유체 챔버 (4) 로부터의 유압 유체를 배출하기 위한 적어도 하나의 유출 포트 (8, 8a, 8b, 8c), 및 상기 유체 챔버 (4) 로부터의 유출을 제어하고 그리고 상기 배기 밸브 (13) 의 폐쇄 운동을 느리게 하거나 지연시키도록 하는 유동 제어 수단 (7, 10, 11) 을 포함하고,
    상기 유출 포트들 (8, 8a, 8b, 8c) 및 상기 유동 제어 수단 (7, 10, 11) 은, 적어도 상기 배기 밸브 (13) 가 폐쇄 방향으로 어떠한 미리 정해진 거리를 이동할 때까지, 상기 배기 밸브 (13) 의 폐쇄 커브가 캠 커브를 따르도록 하는 비율 (rate) 로 상기 유체 챔버 (4) 로부터의 유출을 허용하도록 구성되며,
    상기 유체 챔버 (4) 로부터의 유출은 상기 배기 밸브 (13) 가 상기 미리 정해진 거리를 이동할 때까지 스로틀링되지 않고,
    상기 배기 밸브 (13) 가 상기 미리 정해진 거리로 이동된 후, 상기 유출의 스로틀링이 실시되고, 상기 거리는, 상기 스로틀링이 시작되는 순간에서의 밸브 리프트가 상사점에서 상기 피스톤 엔진의 피스톤과 폐쇄된 상기 배기 밸브 (13) 사이의 거리보다 작도록 결정되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 거리는, 상기 배기 밸브 (13) 의 대응하는 위치에서, 각각의 실린더에서 상기 엔진의 피스톤과 상기 배기 밸브 (13) 사이의 접촉이 방지되도록 결정되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 배열체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유체 챔버 (4) 에서의 상기 피스톤 (7) 은, 상기 배기 밸브 (13) 가 상기 미리 정해진 거리를 이동한 후에 상기 유체 챔버 (4) 로부터의 유출을 스로틀링하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 배열체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유체 챔버 (4) 는 적어도 2 개의 유출 포트들 (8, 8a, 8b, 8c) 을 포함하고, 상기 피스톤 (7) 은 상기 배기 밸브 (13) 가 미리 정해진 거리를 이동한 후에 상기 유출 포트들 (8, 8a, 8b, 8c) 중 적어도 하나를 차단하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 배열체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유출 포트들 (8, 8a, 8b, 8c) 또는 상기 유출 포트 (8, 8a, 8b, 8c) 와 연결되는 유출 덕트 (9, 9a, 9b, 9c) 중 적어도 하나에는 스로틀 (11) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 배열체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스로틀 (11) 은 조절가능한 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 배열체.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 유출 포트들 (8, 8a, 8b, 8c) 또는 상기 유출 포트 (8, 8a, 8b, 8c) 와 연결되는 유출 덕트 (9, 9a, 9b, 9c) 중 적어도 하나에는 밸브 (10) 가 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 배열체.
  8. 피스톤 엔진의 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 제어하기 위한 방법으로서,
    유압 유체는 상기 배기 밸브 (13) 의 캠 제어식 개방 운동 동안 유체 챔버 (4) 안으로 도입되고, 상기 유체 챔버 (4) 내에 배열되고 그리고 캠 (1) 과 상기 배기 밸브 (13) 사이의 힘 전달 수단 (2, 3, 14, 19) 또는 상기 배기 밸브 (13) 에 연결되는 피스톤 (7) 의 운동에 영향을 주도록 또한 상기 배기 밸브 (13) 의 폐쇄 운동을 느려지게 하거나 지연시키도록 상기 유체 챔버 (4) 로부터의 유출이 제어되며,
    상기 유체 챔버 (4) 로부터의 유출은, 적어도 상기 배기 밸브 (13) 가 폐쇄 방향으로 어떠한 미리 정해진 거리를 이동할 때까지, 상기 배기 밸브 (13) 의 폐쇄 커브가 캠 커브를 따르도록 하는 비율로 허용되고,
    상기 배기 밸브 (13) 가 상기 미리 정해진 거리를 이동할 때까지, 상기 유출은 스로틀링되지 않으며,
    상기 배기 밸브 (13) 가 상기 미리 정해진 거리로 이동된 후, 상기 유출의 스로틀링이 실시되고, 상기 거리는, 상기 스로틀링이 시작되는 순간에서의 밸브 리프트가 상사점에서 상기 피스톤 엔진의 피스톤과 폐쇄된 상기 배기 밸브 (13) 사이의 거리보다 작도록 결정되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 제어하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유출은 상기 피스톤 (7) 에 의해 상기 유체 챔버 (4) 의 적어도 하나의 유출 포트 (8, 8a, 8b, 8c) 를 차단함으로써 제한되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 제어하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 유출은 상기 배기 밸브 (13) 가 상기 미리 정해진 거리를 이동한 후에 상기 피스톤 (7) 에 의해 유동을 스로틀링함으로써 제한되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 제어하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 유출은 상기 유체 챔버 (4) 의 유출 포트 (8, 8a, 8b, 8c) 또는 유출 덕트 (9, 9a, 9b, 9c) 와 연결되어 배열되는 적어도 하나의 스로틀 (11) 에 의해 유동을 스로틀링함으로써 제한되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 제어하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 유출은 유출 포트 (8, 8a, 8b, 8c) 또는 유출 덕트 (9, 9a, 9b, 9c) 와 연결되어 배열되는 적어도 하나의 밸브 (10) 에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는, 배기 밸브 (13) 의 폐쇄를 제어하기 위한 방법.
  13. 삭제
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