KR20020005969A - 내연기관용 배기밸브 및 그 배기밸브의 작동방법 - Google Patents

Abstract

배기 밸브를 제어하기 위하여, 제어밸브의 스풀(21)은 고압 포트(8) 또는 저압 포트(11)를 엑추에이터 피스톤이 변위될 수 있는 엑추에이터의 제 1 압력 챔버(29)과 연결하도록 길이 방향으로 변위된다. 배기밸브 스핀들(4)은 스풀(21)의 길이 방향 변위로 1 : 1 의 비로 길이 방향으로 배분하여 변위된다. 스핀들은 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 위치될 수 있으며, 배기밸브의 폐쇄 및 개방 위치 사이에서 스풀(21)과 동시에 이동한다.

Description

내연기관용 배기밸브 및 그 배기밸브의 작동방법 {A METHOD FOR ACTUATION OF AN EXHAUST VALVE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND SUCH AN EXHAUST VALVE}

본 발명은 엑추에이터의 제 1 압력 챔버과 고압 포트를 연결하도록 길이방향으로 변위된 제어밸브의 스풀에 의해 배기밸브가 개방되는 내연기관용 배기밸브의 작동 방법에 관한 것으로서, 엑추에이터 피스톤은 배기밸브의 개방 위치를 향하여 배기밸브의 스핀들과 함께 변위되며, 제어밸브 스풀은 배기밸브가 폐쇄될 때 제 1 압력 챔버과 저압 포트를 연결하도록 길이방향으로 변위된다.

이러한 배기밸브는 제어밸브가 솔레노이드 밸브에 의해 전기적으로 작동하고 캠축상의 캠에 의해 작동하는 미국 특허 제 3,209,737 호로부터 공지되었다. 제어밸브는 배기밸브을 개방하는 동안 제 1 압력 챔버를 고압 포트와 연속적으로 연결하고 폐쇄시에는 저압 포트와 연속적으로 연결한다. 따라서, 배기밸브의 운동은 압력이 엑추에이터 피스톤에 작용하는 시간 간격과 정수압 압력 정도에 따라 제어되며, 개방 영역과 폐쇄 영역을 구비한다. 실제로, 제어밸브는 배기밸브의 폐쇄와 개방을 위한 각각의 하나의 위치를 가져서, 제어 작용은 엑추에이터 피스톤이 스핀들을 움직이기 시작할 때 개방 및 폐쇄 운동 각각의 시작 시점에서 발생하여, 그 운동은 제어 밸브가 개방 위치에 있는 동안 계속된다. 작동시에, 정수압 압력의 변화가 발생하여, 스핀들 운동의 속도의 요동을 일으킨다. 배기밸브는 최대 부하의 특정 엔진 부하에서 적절하게 운동하도록 제어되며, 그 개방 속도는 엔진의 회전 속도에 따라 변화하지 않으며, 결과적으로, 그것은 다른 엔진의 부하에서 최적시간에 개방되지 않는다. 폐쇄 운동의 최종 부분동안의 스핀들의 제동 작용은 고정 하우징의 보어 내부로 밀어 올려진 스핀들 상의 핀에 의해 형성된 간격을 통하여 정수압 유동을 쓰로틀링함으로서 행해진다.

본 발명의 목적은 작동시의 제어를 포함하여 배기밸브의 보다 정확한 제어를 위한 방법을 제공하는 것이다.

이러한 관점에서, 본 발명은, 제어밸브 스풀을 길이방향으로 변위시키면서 1 : 1 의 비로 길이 방향으로 배기밸브의 스핀들이 분할되어 변위되며, 스핀들이 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 선택된 위치에서 위치될 수 있으며, 배기밸브의 스핀들은 배기밸브의 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 제어 밸브 스풀과 동시에 이동하는 것을 특징으로 한다.

스풀로써 스핀들을 길이 방향으로 분할하여 위치시키면 스풀 조정 작업이 배기밸브의 상응하는 운동에 전달된다. 따라서, 스풀의 현재 위치와 밸브 스핀들의 현재 위치 사이의 직접적인 관계가 존재하여, 배기밸브의 조정 운동은 스풀의 조정에만 영향을 받으며, 스풀이 특정 위치에 있을 때의 시간이나 정수압 압력의 변화에 영향을 받지 않는다. 스핀들이 맨끝의 위치 사이에 있는 동안 스핀들의 운동의 직접적인 제어를 허용하면서 상기의 스풀은 중간의 위치에 스풀을 위치시킨다. 스핀들은 나아가 스풀과 동시에 이동하기 때문에, 배기밸브는 엔진의 현재 회전 속도와 무관하게 엔진의 사이클에서 원하는 대로 이동될 수 있다.

양호하게는, 배기밸브의 폐쇄 위치의 단부는, 쓰로틀링 작업이 에너지 손실을 일으키기 때문에, 배기밸브의 폐쇄 운동의 단부는 쓰로틀링에 의해 스핀들을 제동하는 대신에 제어밸브에 의해 능동적으로 제어된다. 만약 제어밸브가 폐쇄 운동의 최종 부분을 제어하여 스핀들을 제동한다면, 고압 정수압 유동으로부터 배기밸브의 엑추에이터로의 에너지 통과량은 감소된다. 쓰로틀 간격을 정밀하게 형성하고 관련된 필요성을 배제함으로써 엑추에이터의 설계는 단순화될 수 있다.

또한, 하나의 엔진 싸이클에서 다음으로의 운동 경로의 예비적으로 형성된 부분에 있어서 배기밸브의 속도를 변화시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 배기밸브의 속도는 개방 운동의 시작시에 증가될 수 있으며, 밸브의 개방을 가속시킨다. 폐쇄 위치에서 개방 위치로 스핀들을 신속히 이동시키는 급가속은 밸브 디스크가 가열되는 것을 감소시키며, 유용하게도 대량의 유출 영역으로서의 고정 밸브 시트가 신속하게 얻어진다. 엔진 작동시의 배기밸브의 속도 변화 가능성은 현재의 작동 상태에 대한 연속적인 조정을 가능하게 한다.

본 발명에 따르는 방법은, 완전 개방에 도달되기 전에 배기밸브의 개방 운동이 개방 중간 위치에서 정지되기 때문에, 스핀들이 개방되는 희망 위치를 변화시킬 가능성을 제공한다. 이것은 정수압 유동의 소비를 감소시켜서 그것을 압축하는 에너지를 감소시킨다. 엔진이 부분 부하 하에서 작동할 때, 배기가스량은 엔진 사이클당 소량이며 엔진 형태에 영향을 받으며, 엔진의 회전 속도는 배기될 배기 가스를 위하여 많은 시간을 제공함으로써 낮추어질 수 있다. 상기 양 조건은 유출 영역의 감소를 일으킨다.

스핀들 운동의 정확한 제어 가능성은 폐쇄 운동의 최종시에 대기 시간을 위한 통기위치(ventilation position)에 스핀들을 보유하도록 적절히 사용될 수 있으며, 통기위치 통기틈은 배기밸브의 시트 표면 사이에 나타나서, 스핀들은 완전 폐쇄 위치로 이동된다. 잠시동안 완전 폐쇄 위치 근처에서 배기밸브를 개방시키는 것(대기시간이라 칭함)은 차가운 공기가 시트 표면을 지나 통과하게 하며, 냉각되게 한다. 밸브 재료의 평균 온도를 낮춘 결과 배기밸브의 수명은 연장되고, 다른 재료인 염가의 밸브 재료가 사용될 수 있게 한다. 밸브 시트의 내구성은 향상되어 잔존하는 입자는 통기 공기의 강력한 유동에 의해 날려질 수 있으며, 오목한 자국이 남을 가능성을 감소시킨다.

대기시간은 4 내지 50 ㎳ 가 적당하다. 상기의 범위는 큰 보어를 가진 저속 또는 중속 엔진에 적합하다. 대기시간이 4 ㎳ 이하가 되면, 원하는 냉각 효과는 나타나지 않으며, 대기시간이 50 ㎳ 이상이 되면 냉각용 공기의 소모가 너무 크게 된다.

양호하게는, 통기위치의 스핀들은 통기틈을 통하여 음속으로 공기가 유동하는 것을 가능하게 하면서 0.02 내지 0.50 ㎜의 상호간 거리로 시트 표면에 보유되며, 양호하게는, 유출 공기량을 감소시키는 0.05 내지 0.2 ㎜ 범위를 취하여, 압축압력은 영향받지 않은 상태로 유지된다.

폐쇄 운동의 최종 부분에서 스핀들을 폐쇄 위치로 이동시키고 그 직후 잠시 개방 방향으로 이동한 후 완전 폐쇄 위치로 이동시킴으로써 오목한 자국이 남을 가능성은 감소된다. 우선 완전 폐쇄에 영향을 주어서, 밸브 시트 표면 사이에 존재하는 입자는 먼지같은 물질로 파쇄되고, 스핀들이 즉시 개방되면, 배기가스로써 먼지같은 물질을 날려버리는 강력한 통기 유동이 생긴다. 이어지는 밸브의 완전 폐쇄에서, 시트 표면에는 입자가 없으며, 오목한 자국의 형성은 방지된다.

충진 공기를 배출하는 것을 제한하기 위해, 시트 표면을 냉각하고 세척하는 복합 과정은 시간상 제한될 수 있어서, 개방 방향의 간단한 운동과 완전 폐쇄 위치로의 운동은 배기밸브가 개방되는 시간의 1/10보다 짧은 시간에 발생한다.

내연 기관용 배기밸브에 관한 본 발명은 적어도 하나의 제 1 압력 챔버 및 관련된 엑추에이터 피스톤을 구비한 고정 실린더를 가지는 정수압 엑추에이터를 가진 밸브 스핀들과, 제 1 압력 챔버를 제어밸브 하우징의 고압 또는 저압 포트와 연결할 수 있는 제어밸브를 포함한다.

더욱 정확한 제어 과정은 배기밸브를 설치함으로써 얻어져서, 고압 및 저압 포트를 구비한 제어밸브 하우징은 길이방향으로 변위될 수 있으며, 제어밸브 하우징은 배기밸브 스핀들의 개방 및 폐쇄 위치사이에서 길이방향으로 배분되어 변위된다. 하우징을 스핀들과 함께 변위시킴으로써, 간단한 방법으로, 스핀들과 하우징이 스풀의 현재 위치에 의해 결정되는 원하는 위치에 있을 때 제어밸브는 정수압적으로 움직이지 않을 수 있다.

양호하게는, 제어밸브 하우징은 배기밸브 스핀들에 대하여 길이방향으로 움직이지 않아서, 예를 들어, 하우징과 스핀들은 1 : 1 의 비로 배분된 동일한 움직임으로 변위된다. 선택적으로, 스핀들의 변위는 제어밸브 하우징의 변위에 대하여 증가될 수 있어서, 예를 들어, 변위는 1 : 2 또는 1 : 3 의 미리 예정된 비로 배분하여 발생하고, 제어밸브 스풀은 상당히 짧은 행정을 가진다.

간단한 설계로서, 엑추에이터 피스톤은 제어밸브 하우징을 형성한다. 또다른 간단한 설계로서, 밸브 스핀들의 상부는 제어밸브 하우징을 형성한다. 어떠한 중간 연결 부재없이 제어밸브 스풀에 의해 엑추에이터 자체가 직접 제어되게 함으로써, 배기밸브의 제어는 지연 요소없이 똑바르게 된다.

일실시예에서, 제어밸브 스풀은 고정 코일 부분이 배기밸브 스핀들의 연장부에서 축을 공유하는 선형 모터의 이동형 자석 부분 상에서 길이 방향으로 움직이지 않도록 설치된다. 제어밸브 스풀의 조정을 위한 선형 밸브를 사용하면 기계적인 요소의 간단한 설계를 효과적으로 얻을 수 있는데, 그 이유는 선형 모터는 제어유닛으로부터의 전기적 신호에 기초하여 이동 부분의 현재 위치와 그 속도에 대하여 자유롭게 제어될 수 있기 때문이다. 선택적으로, 스풀은 캠축상의 캠에 의해 이동될 수 있지만, 작동시에 엔진 사이클동안의 배기밸브의 운동 패턴을 자유롭게 바꿀 가능성을 제한하고 또한 엔진의 캠축과 크랭크축 사이의 기계적 동조화 과정을 필요로 한다.

선형 모터가 사용되면 선형 모터의 이동 부분은 양호하게도 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이의 배기밸브의 최대 이동보다도 더 긴 행정 거리를 가진다. 이러한 사실은 마모, 온도변화등에 기인한 배기밸브의 길이의 변화를 보상하기 위한 긍적적인 가능성을 제공하며, 또한 선형 모터의 특징이 끝 부분의 위치 근처의 영역에서 변화할 수 있기 때문에 더욱 정확한 제어를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따르는 배기밸브의 도면이다.

도 2 내지 도 4는 도 1의 배기밸브에 의해 수행되는 연속적 운동의 예이다.

도 5는 실시예를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 실린더 2: 배기밸브

3: 덮개 4: 스핀들

5: 연소 챔버 7: 고압 도관

8: 고압 포트 10: 저압 도관

11: 저압 포트 13: 피스톤

14: 스프링 챔버 15: 공기압 도관

21: 스풀 24: 하우징

29: 제 1 압력 챔버 30: 벽

38: 어깨부 40: 제 2 압력 챔버

41: 채널

도 1은 적어도 200 ㎜의 보어, 특징적으로는 240 내지 1200 ㎜의 보어와 같은 대형 실린더 보어를 구비한 2행정 또는 4행정 엔진이 내연기관의 실린더(1)의 상부를 도시한다. 상기 엔진은 과급(supercgarge)되고 일정한 압력으로 고정된 동력을 생산하는 선박의 추진용인 2행정 크로스헤드 엔진일 수 있다. 배기밸브(2)는 실린더 덮개(3)의 실린더의 최상부에 설치된다. 실린더는 실린더의 하부에 위치된 소기 포트(scavening air port)와 같은 불균일 유동 소기에 의해 소기된다. 배기밸브는 실린더의 측벽과 같은 실린더 덮개의 중앙보다는 어디라도 위치될 수 있고, 몇몇 배기밸브는 동일한 덮개에 설치될 수 있다.

배기밸브는 덮개(3)의 하향 고정 시트 표면과 밀봉 형식으로 접하는 상향 환형 시트 표면을 구비한 밸브 디스크가 있는 스핀들(4)을 포함한다. 폐쇄위치에서, 배기밸브는 연소 챔버(5)과 배기통로(6) 사이의 연결을 차단하며, 개방위치에서, 스핀들(4)은 길이방향으로 하향하게 변위된다.

100 내지 500 바아, 보다 상세하게는 150 내지 300 바아의 고압의 정수압 유동를 가지는 고압 도관(7)은 도시된 실시예의 스핀들(4)과 일체가 되는 제어 밸브 하우징의 고압 포트(8)로 유도된다 (도 5의 실시예 참조). 저압 도관(10)은 사용된 정수압 유동의 배출이나 복귀를 가지는 제어밸브 하우징의 저압 포트(11)를 연결한다. 저압 도관은 고압 도관 주위에서 축을 공유하도록 위치되며, 이것은 배기밸브 하우징으로부터 고압도관으로 엔진에 나란하게 이어지는 통로가 수미터가 되는 대형 엔진의 장점이 되며, 고압 도관은 또한 정수압 유동으로써 연료를 분사하기 위한 정수압 드라이브를 제공할 수 있다. 저압 및 고압 도관을 축을 공유하도록 배열함으로써 보다 많은 공간을 확보하는 것에 추가하여, 저압 도관은 또한 고압 도관이 파손시에 고압 도관 주위에서 보호막으로서 작용한다.

도시된 실시예에서, 공기압 스프링 피스톤(13)이 스핀들(4)에 고정되고 공기압 스프링 실린더(5)에 위치되어, 공기압 스프링 챔버(14)는 피스톤 아래에 위치되며, 또한 공기압 도관(15)로부터의 압축 공기가 제공된다. 공기압 스프링은 폐쇄 위치의 방향으로 상향하는 힘을 가진 스핀들(4)에 연속적으로 작용한다.

관련 실린더에 연결된 전자 제어 유닛(16)은 배기밸브를 개방하고 폐쇄할 때의 신호장치(17)로부터 데이타를 수용한다. 상기 데이타는 전체 엔진에 집중되며, 다른 제어유닛에 의해 결정되는 작동 신호이거나, 표준 작동 모드로부터 이탈한 특수한 경우의 배기밸브에 요구되는 몇개의 결정된 작동 모드 중의 하나로서 엔진이 움직이는 현재 엔진의 부하와 가능한 정보와 같은 데이타인 다른 신호원(18)으로부터 수용된 신호에 기초하여 제어유닛(16)에서의 개방 및 폐쇄 시간에서의 작동을 목적으로 하는 크랭크축의 현재의 각 위치에 관한 데이타일 수 있다.

신호 와이어(19)를 통하여, 제어 유닛(16)은 폐쇄 및 개방 위치 사이에서 스핀들이 이동하는 동안 필요한 바와 같이 배기밸브로 고정 신호를 방출하고, 와이어(20)를 통하여, 제어 유닛은 스핀들 자체상에서 또는 제어 밸브의 스풀(21)과 연결된 부재상에서 스핀들의 현재 위치를 측정하는 센서로부터 위치 신호를 수용할 수 있다.

기계전자 변환기(22)는 제어 유닛으로부터 제어밸브의 스풀의 선형 위치 내부로 전기 신호를 변환시킨다. 도시되지 않은 실시예에서, 제어 밸브는 스핀들(4)과 분리되어 위치되며, 그 결과 아래에서 설명될 액추에이터의 압력 챔버과 제어밸브 포트 사이에 상당히 긴 연결 채널을 유도한다. 그러나, 이러한 분리는 제어밸브의 길이방향 축을 수평방향과 같은 스핀들의 길이방향 축과 축을 공유하기보다는 다른 방향으로 향하게 할 수 있게 한다. 또한, 이러한 분리 때문에, 변환기(22)는 스핀들(4)의 원하는 변위와 같은 크기의 선형 운동으로, 확대 유닛에서, 변환되는, 대신에 작은 운동을 일으키는, 스핀들과 같은 방식으로 움직이지 않는 유닛이 될 수 있다. 예를 들어, 스풀의 위치는 확대 유닛에서 스핀들 위치의 4배로 변환될 수 있는데, 즉, 스풀와 스핀들은 1 : 4 의 비율로 길이방향으로 배분되어 변위된다.

스풀과 스핀들이 선택된 중간 위치에 위치될 수 있기 때문에, 스풀의 위치에 배분하여 길이방향으로 스핀들(4)을 변위시킴으로써, 제어유닛(16)은 전자기 변환기(22)를 통하여 그 운동의 어느때라도 스핀들을 가속하거나 정지시킬 수 잇다. 선택된 위치는 미리 정해진 중간 위치나, 엔진의 현재의 작동 모드 및/또는 배기밸브의 일련의 작동 운동의 측정에 기초한 제어유닛에 의해 규칙적으로 계산되어진 위치일 수 있다. 도 2에 있어서, 일련의 운동의 예는 시간 (t)에 대한 스핀들의 하향 변위 (ℓ)을 도시하는 그래프에 기재된다. (a) 지점에서, 배기밸브는 완전히 폐쇄되고, 제어밸브 스풀의 길이방향 변위는 막 시작되어, 엑추에이터는 공기압 스프링의 폐쇄력이 (c) 지점에서 스핀들(4)이 완전히 개방되는 것이 멈추어지기에 충분하게 충분히 천천히 하강하는 (b) 지점으로 비례적으로 연속된다. 변환기(22)가 시작지점의 방향으로 스풀을 변위시키기 시작할 때, 스핀들은 (d) 지점에서 폐쇄운동이 시작될 때까지 유지된다. 스핀들이 폐쇄된 위치에 접근하면, 제어유닛(16)은시트 표면 사이에 0.3 ㎜의 통기틈이 존재하는 폐쇄위치로부터 짧은 거리의 (e) 지점에서 스핀들이 정지하도록 이동될 때까지 스풀의 속도를 낮출 수 있다. 이러한 작은 간격에서, 외부로 유동하는 공기는 음속이라 강력한 냉각 효과를 수반하며, 공기의 유동 부피는 간격이 아주 협소하기 때문에 매우 작다. 피스톤(23) 위에 연소 챔버의 압축력의 현저한 손실없이 냉각 작용이 수행될 수 있다. 현재 작동 모드와 냉각 필요성 사이의 관계를 위한 실험적인 수치와 관련하여 제어유닛에 의해 자유롭게 조정될 수 있으며 고정 밸브 시트에서 설치된 온도 센서에 의해 적절히 수행되는 시트재료 온도의 실제 측정에 기초하여 조정될 수 있는 대기시간이 지난 후에 (f) 지점에서 배기밸브는 완전히 폐쇄된다.

만약 실린더를 급속하게 비우거나 소기구(scavening)로 강력하기 소기하고자 하는 작동 상태가 필요하다면, 제어유닛(16)은 스핀들(4)의 속도가 낮추어지기 전에 오랫동안 기다릴 수 있고 대신에 파선으로 도시된 (b') 지점으로부터 강력한 감속 과정을 만들 수 있다. 상응하는 방식으로, 파선은 폐쇄 운동이 (f') 지점에서 밸브가 폐쇄될 때까지 시작 지점의 방향으로 스풀을 빠르게 이동시킴으로써 작동 상태의 일시적인 변화에 기인하여 원하는 대로 가속될 수 있다는 것을 도시한다.

도 3은 스핀들이 (f") 지점의 폐쇄 위치로 우선 이동되고 (e) 로 표시된 통기 위치로 즉시 재개방되는 일련의 폐쇄 과정을 도시한다. 전술한 바와 같이, 이것은 파손되어 날아가 버릴 폐쇄 밸브시트 사이에서 어떠한 입자가 걸리게 한다. 밸브 시트는 연소 압력이 밸브 디스크상에 작용하기 시작할 때까지 강력한 힘에 노출되지 않으며, 일시적인 밸브 폐쇄는 오목한 자국을 형성하도록 시트 재료 상에그러한 큰 충격을 가할 수 없다. 적절한 대기 시간이 지난 후, 스핀들(4)은 (f") 지점에 도시된 바와 같은 완전 폐쇄 위치로 변위된다.

엔진이 부분적인 부하로 운전될 때, 단지 작은 부피의 가스만이 엔진의 회전당 배출을 위해 필요하다. 따라서, 스핀들은 완전 개방 위치로 이동될 필요가 없다. 제어유닛(16)이 도 4에 도시된 바와 같이 정지시키기 위한 급감속용 스풀을 작동시키게 함으로써, 스핀들(4)은 아주 작은 거리만큼 하향하여 이동되어, 정수압 유동의 소비량을 감소시킨다. 제어유닛이 도관(7)의 정수압 유동량이 비정상적인 소량인 것에 대한 경고 신호를 받는다면, 보다 짧은 개방 동작이 선택될 수 있다.

하기의 본 발명의 다른 실시예의 설명에서, 상기와 같은 동일한 참조 번호가 동일한 기능을 수행하는 구조체에 사용될 수 있다.

도 5는 엑추에이터의 피스톤 부분과 제어밸브 양자를 일체적으로 구비한 스핀들(4)의 상부를 도시한다. 도면의 좌측 반쪽은 배기밸브가 폐쇄되는 시작점에서의 제어밸브와 엑추에이터를 도시하며, 우측 반쪽은 개방 위치를 도시한다. 스핀들(4)은, 압력 밀봉 형식으로, 스핀들(4)과 축을 공유하도록 설치된 변환기(22)를 위한 하양 관상 실드(27 : shield)를 구비한 상부의 단부 덮개(26)를 움직이는 엑추에이터 하우징(24)의 중앙 보어의 하부 구역(25) 내부로 통과된다. 변환기는 스위스의 Sulzer Electronics AG 에 의해 만들어진 선형 모터 타입의 린못(LinMot : 상표명임), 및 140 ㎜ 이상의 최대 행정을 가지는 모델명 P01-23 x 160 일 수 있다. 변환기는 부분(31)에 관하여 길이방향으로 변위되지 않도록 제어밸브의 스풀이 변위되는 하부단부에, 로드상의 자석의 형태로 변위가능하며 이동가능한 자석부분(31)과 고정 코일 부분을 가진다.

엑추에이터 하우징에서, 제 1 압력 챔버(29)를 위한 단부 바닥(28)은 고정되며, 스핀들(4)의 상부의 환형 벽(30)은 단부 바닥의 원통형 내부 표면(37)과 실드(27) 상의 원통형 외부 표면 사이에서 압력 밀봉 형식으로 상향하여 돌출된다. 엑추에이터 피스톤은 환형 피스톤 부분의 외측 및 내측 직경에 의해 형성된 상향하는 제 1 개방 구역(33)을 가진 제 1 피스톤 부분(32)과, 상향하는 개방 구역(35)을 가진 제 2 피스톤 부분(34)을 포함한다. 시작 위치에서, 제 1 피스톤 부분은 제 2 피스톤 부분의 상향하는 환형 표면과 접하며, 전체 개방 영역은 압력밀봉 형식으로 챔버의 내측 표면을 따라 미끄러지는 피스톤 부분(32)의 외측 표면 및 압력 밀봉 형식으로 단부 바닥의 원통형 내부 표면(37)을 따라 미끄러지는 벽(30)의 외측 표면에 의해 형성된 환형 구역의 영역과 대응한다.

엑추에이터가 하향 운동하는 동안, 제 1 피스톤 부분(32)은 엑추에이터 실린더의 내부 표면상의 어깨부(38)에 안착하여 정지되며, 이에 따라 제 2 피스톤 부분은 이동을 시작한다. 개방 운동이 유지되는 동안, 개방 영역은 압력 밀봉 형식으로 실린더의 내부 표면(36)을 따라 미끄러지는 피스톤 부분(34)의 외측 표면과 벽(30)의 외측 표면에 의해 형성된 환형 구역의 영역으로 감소된다.

엑추에이터 피스톤은 압력 밀봉 형식으로 엑추에이터 하우징의 하부 구역(25)을 따라 미끄러지는 스핀들(4)의 외측 표면과, 내부 표면(36)을 따라 미끄러지는 피스톤 부분(34)의 외측 표면에 의해 형성된 환형 구역의 영역에 상응하는 폐쇄 영역(39)을 추가로 구비한다. 폐쇄 영역은 제 2 압력 챔버(40)에 위치된다.

고압 도관(7)은 제 2 압력 챔버(40)의 엑추에이터 하우징에 연결되며, 채널(41)은 고압 포트(8)로 유도된다. 저압 도관(10)은 단부 바닥(28) 위의 엑추에이터 하우징의 캐비티에 연결되며, 채널(42)은 캐비티와 저압 포트(11)를 연결한다. 제어밸브 스풀(21)은 작은 직경을 가진 중간 구역과, 스핀들(4)의 상부 구역에 직접 연결된, 도시되지는 않았지만, 제어밸브 하우징(45)의 원통형 보어의 내측면과 압력 밀봉 형태로 접하는 두개의 원통형 단부 구역을 가진다. 작은 채널(43)을 경유하여, 제어 포트는 제 1 압력 챔버과 연속적으로 소통한다. 제어 스풀의 중립 위치에서, 스풀의 두개의 단부 구역은 고압 및 저압 포트를 차단한다. 스풀(21)이 엑추에이터 피스톤과 관련하여 하향 위치되면, 고압 포트는 노출되어 제 1 압력 챔버 내부로 유체가 유동되며 고압 포트가 다시 폐쇄될 때까지 스핀들(4)을 가진 엑추에이터 피스톤을 하향 위치시킨다. 스풀(21)이 엑추에이터 피스톤에 대하여 상향 위치되면, 저압 포트는 제 1 압력 챔버 밖으로 유체가 유동하여 저압 포트가 다시 폐쇄될 때까지 스핀들(4)을 가진 엑추에이터 피스톤은 상향 위치된다. 따라서, 엑추에이터 피스톤은 스풀(21)의 위치 이동을 엄격히 따르도록 제어된다.

이러한 제어에 따라, 엑추에이터 피스톤의 개방 폐쇄 영역은 상당히 크며, 스핀들(4)의 조정을 위한 여분의 힘을 남기게되며, 신속하고 정밀한 조정 작업을 가능하게 한다. 여분의 힘이 허용되기 때문에, 피스톤 영역의 크기는 고압 도관(7)의 최소 조정 가능한 압력에 기초하여 계산될 수 있어서, 도관의 압력의 변화는 여분의 힘이 증가하는 결과만을 초래한다.

엑추에이터가 조정 운동을 수행할 때, 유체는 엑추에이터를 관통하여 유동하며 냉각시킨다. 엑추에이터 피스톤이 일체로 결합된 제어밸브가 있는 도 5의 실시예는 제어포트로부터 챔버(29)로의 채널(43)이 최소의 길이를 가져서 스풀 조정과 엑추에이터 피스톤의 운동 사이의 제어 연결부가 직접적으로 비탄성적이고 출력의 손실을 최소화하는 잇점을 제공한다.

배출 채널(44)은 제 1 피스톤 부분(32) 아래의 공간이 어떠한 누출도 없앨 수 있게 할 수 있다. 도 5의 실시예는 스핀들(4) 상에서 공기압 스프링과 함께 사용될 필요가 없다. 만약 공기압 스프링이 사용된다면, 제 1 폐쇄 영역(39)은 생략될 수 있으며, 그렇지 않고 영역의 크기를 결정할 때에는 공기압 스프링이 폐쇄력을 가진다는 사실을 고려해야한다.

최종단계에서 배기밸브를 유지하고 통풍 위치를 냉각시키고 어떠한 입자를 부수어 날려버리는 상기의 방법은 캠-제어 엑추에이터와 같은 다른 엑추에이터와의 연결에 또한 사용될 수 있지만, 전술한 실시예는 그 정확한 기능 때문에 상기 방법을 사용하는데 특히 적합하다.

도 5에 도시된 실시예는 또한 수정될 수 있다. 예를 들어 엑추에이터 피스톤은 분리되어 제조될 수 있으며, 스핀들(4)로부터 분리될 수 있으며, 볼트 결합, 스크류 결합 또는 양 부분을 관통하는 보어에 삽입되는 맞춤못이나, 축방향으로 기계적 고정을 위한 수단에 의해 그 연장부로 배열될 수 있다. 엑추에이터 그 자체에서, 제어밸브 하우징은 엑추에이터 피스톤의 보어에 삽입되고 고정되는 분리된부재로서 형성될 수 있다. 예를들어, 고정 작업은 원뿔형태인 하우징의 외측 표면 및 하우징이 압축되어 접하고 부분이 수축되거나 서로 스크류 결합될 수 있는 대응하는 원뿔 표면을 가지는 피스톤의 보어에 의해 수행된다.

Claims (14)

1. 엑추에이터의 제 1 압력 챔버(29)와 고압 포트(8)을 연결하도록 길이 방향으로 변위된 제어 밸브의 스풀(21)에 의해 배기밸브가 개방되고, 엑추에이터 피스톤(32, 34)을 배기밸브의 스핀들(4)과 함께 변위되며, 배기밸브가 폐쇄될 때 제 1 압력 챔버(29)과 저압 포트(11)를 연결하도록 제어밸브 스풀(21)이 길이방향으로 변위되는 내연 기관용 배기밸브(2) 작동 방법에 있어서,

   배기밸브의 스핀들(4)은 제어밸브 스풀의 길이방향 변위와 함께 약 1 : 1 의 비로 길이 방향으로 배분하여 변위되며, 스핀들은 완전 개방 및 완전 폐쇄 위치 사이의 선택된 위치에 위치될 수 있으며, 배기밸브의 스핀들(4)은 배기밸브의 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 제어밸브 스풀(21)과 동시에 이동되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 배기밸브 작동방법.
2. 제 1 항에 있어서, 배기밸브의 폐쇄 운동의 최종 부분은 제어밸브에 의해 능동적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 운동 경로의 예정된 부분에서의 배기밸브의 속도는 하나의 엔진 싸이클에서 다음으로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 배기밸브의 개방 운동은 완전 개방 위치에 도달되기 전에개방 중간 위치에서 정지되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 2 항에 있어서, 폐쇄 운동의 최종 부분동안, 스핀들(4)은 통기틈의 통기 위치가 배기밸브의 시트 표면 사이에 존재하는 대기시간동안 통기위치에 유지되어, 스핀들은 완전 폐쇄 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 스핀들(4)이 4 내지 50 ㎳ 의 대기시간동안 통기위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 통기위치의 스핀들(4)이 0.02 내지 0.50 ㎜, 양호하게는 0.05 내지 0.2 ㎜의 상호간 거리로 시트 표면에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 폐쇄 운동의 최종 부분동안, 스핀들(4)은 폐쇄 위치로 이동되고, 그 직후 개방 방향으로 잠시 이동되고, 그 다음 완전 폐쇄 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 개방 방향으로의 일시적 운동과 폐쇄 위치로의 운동은 배기밸브가 개방되는 시간의 1/10 보다 짧은 시간 동안에 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 적어도 하나의 제 1 압력 챔버(29) 및 관련된 엑추에이터 피스톤(32, 34)을 구비한 고정 실린더를 가지는 정수압 엑추에이터가 있는 밸브 스핀들(4), 및 제어밸브 하우징에서 제 1 압력 챔버를 고압 포트(8) 또는 저압 포트(11)와 연결할 수 있는 제어밸브를 포함하는 내연 기관용 배기밸브에 있어서,

    고압 및 저압 포트를 가진 제어밸브 하우징은 길이 방향으로 변위될 수 있으며, 제어밸브 하우징의 길이 방향 변위는 배기밸브 스핀들(4)의 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 길이 방향에 배분된 변위인 것을 특징으로 하는 배기밸브.
11. 제 10 항에 있어서, 제어밸브 하우징(45)은 배기밸브 스핀들에 대하여 길이방향으로 움직이지 않는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
12. 제 10 항에 있어서, 엑추에이터 피스톤이나 밸브 스핀들의 상부 부분은 제어밸브 하우징(45)을 구성하는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 선형 모터의 고정 코일 부분이 배기밸브 스핀들(4)의 연장부에서 축을 공유하여 설치된 선형 모터의 이동형 자석 부분상에서 길이 방향으로 이동하지 않도록 제어밸브 스풀(21)이 설치되는 것을 특징으로 하는 배기밸브.
14. 제 13 항에 있어서, 선형 모터의 이동형 부분(31)은 폐쇄 및 완전 개방 위치 사이에서 배기밸브의 최대 이동보다 더 큰 행정 거리를 가지는 것을 특징으로 하는 배기밸브.