KR20020071854A

KR20020071854A - 포핏 밸브용 안내판

Info

Publication number: KR20020071854A
Application number: KR1020027004834A
Authority: KR
Inventors: 헨리칼카리스브룩
Original assignee: 비 투 피티와이 리미티드
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2002-09-13
Also published as: EP1221009A4; US6644255B1; CN1391640A; MXPA02003786A; WO2001029466A1; CA2387574A1; EP1221009A1; JP2003512587A

Abstract

밸브 작동 기구(14)용 안내판(10)으로서 상기 안내판(10)은 밸브 작동부와 밸브 비작동부를 정의하는 슬롯 또는 윤곽면(profiled surface)을 가진다. 핀(50, 51)과 같은 밸브 작동 부재는 슬롯(12) 또는 윤곽면을 따라 순환식(cyclic fashion)으로 이동하고, 상기 핀(50, 51)은 밸브에 연결되며, 핀(50, 51)이 밸브 작동부(17)를 따라서 이동하는 경우에 밸브는 작동되고, 핀이 밸브 비작동부(15)를 따라서 이동하는 경우에 밸브는 작동되지 않는다. 슬롯(12) 또는 윤곽면의 밸브 비작동부(15)는 핀(50, 51)의 순환 동작 전체 범위가 밸브 비동작부(15) 내에 포함될 수 있도록 하기에 충분한 길이를 가진다. 순환적인 동작 범위를 안내 경로(12)의 한 부분에서 다른 부분으로 이동시키기 위하여 안내판(10)은 핀(50, 51)에 대해 움직일 수 있다. 상기 장치는 오직 안내판(10)을 그저 이동시킴으로써 핀(50, 51)의 순환 동작을 변화시키지 않고 밸브를 선택적으로 활성화시키거나 비활성화시킬 수 있다.

Description

포핏 밸브용 안내판 {A GUIDE PLATE FOR A POPPET VALVE}

안내판(guide plate)은 내연 기관이나 펌프에 사용되는 포핏 밸브의 동작 특성을 변화시키기 위하여 사용될 수 있다. 일반적으로 안내 경로(guide path)를 통합시키는 안내판은 밸브 작동 수단이 안내판의 위치에 따라 상이한 동작 특성을 얻도록 움직일 수 있다. 이것은 밸브 작동 수단으로서 유용하며, 피스톤의 속도와 같은 변수에 따라 상이한 밸브 타이밍을 갖는 밸브를 개폐한다.

불꽃 점화 기관(spark ignition engine)의 필요조건은 실린더에 대해 조절된 공기 흐름의 제한에 의해 스로틀링(throttling)되어야 하는 것이다. 지배적인 엔진에서, 인렛 밸브(inlet valve)와 떨어져 위치한 싱글 버터플라이(single butterfly) 밸브는 인렛 트랙트(inlet tract)를 따라서 공기 흐름을 제한함으로써 공기 흐름을 감소시키는 데 이용되어 인렛 트랙트 압력을 낮춘다.

부분 하중(part load)에서 우수한 엔진 효율은 전(full) 인렛 트랙트 압력이 항상 유지되는 경우에 얻을 수 있다는 것이 일반적으로 인정된다. 이 상황은 인렛 밸브 개방의 조절된 변화량에 의해 트로틀링이 달성되는 경우에 가능하고 최적이다.

또한 멀티 실린더 엔진의 경우, 개별 실린더들의 부분 하중 동작의 필요성을 선택된 개수의 실린더를 잠금으로써 최소화할 수 있다는 것이 증명되었다.

본 발명은 포핏 밸브(poppet valve)를 작동시키는 안내판에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 안내판을 밸브 작동 수단의 제1 이동 범위를 나타내는 제1 위치에서 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 안내판을 밸브 작동 수단의 제2 이동 범위를 나타내는 제2 위치에서 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 안내판과 안내 경로의 제2 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 안내판과 안내 경로의 제3 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5는 안내판과 안내 경로의 제4 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6은 최대 상승 상태를 실현하기 위해 재배치된 밸브 작동 수단을 갖는 제4 실시예를 나타낸 도면이다.

도 7은 제2 위치에 제1 상부 안내판을 가지고 밸브의 휴지 상태(dwell state)를 실현하기 위해 배치된 밸브 작동 수단을 가지는 제4 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8은 재배치되지만 밸브의 휴지 상태를 유지하는 밸브 작동 수단을 가지는 제4 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 밸브 작동 수단에 대한 안내 경로를 가지는 안내판을 구비함으로써 종래 기술과 관련된 문제를 해결하기 위한 것이고, 여기서 안내 경로의 일부는, 밸브 작동 수단이 밸브를 개방 위치에서 폐쇄 위치로, 또는 폐쇄 위치에서 개방위치로 이동하는 것을 제한하는 데 적합하다.

이것은 밸브 타이밍 및/또는 밸브 동작을 변화시키는 기구가 밸브를 실질적으로 개방 위치 또는 실질적으로 폐쇄 위치로 유지시킬 수 있도록 하는 이점을 제공한다. 이것은 실린더를 개방되거나 폐쇄된 상태로 할 수 있어 실린더가 작용하는 것을 방지하고 엔진의 속도를 조절하는 데 또한 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명은 안내 경로를 구비하는 안내판을 포함하여 밸브 작동 수단이 안내 경로의 제1 부분을 따라 이동하는 경우에는 밸브 작동 수단이 밸브를 개방 위치에서 폐쇄 위치로, 또는 폐쇄 위치에서 개방위치로 이동시키지 않도록 하고, 밸브 작동 수단이 안내 경로의 제2 부분을 따라 이동하는 경우에는 밸브 작동 수단이 밸브를 개방 위치에서 폐쇄 위치로, 또는 폐쇄 위치에서 개방위치로 이동시키도록 한다.

밸브 작동부, 밸브 비작동부 및 안내 경로를 따라 이동하는 밸브 작동 부재를 포함하는 안내 경로를 구비하는 안내판에 관한 본 발명의 다른 실시예에서는 밸브 작동 부재는 밸브가 작동되지 않도록 밸브 비작동부를 따라서만 이동할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 안내판은 밸브 작동 수단이 따라서 이동하는 안내 경로의 일부를 변경시키기 위하여 이동된다. 이 방법에서, 밸브 작동 수단은 실린더 위치에 대해 일정한 방식으로 왕복 운동할 수 있지만, 밸브 상승거리(valve lift)는 안내판의 이동(movement)에 의해 변화될 수 있다. 안내판은 실린더 내의 피스톤 운동의 전체 사이클 동안에 밸브 상승이 없는 위치 또는 밸브 상승거리가 결코 영(zero)이 아닌, 즉 밸브가 실린더 내의 피스톤 운동의 전체 사이클 동안 닫히지 않는 위치로 이동될 수 있다.

본 발명은 또한 안내 경로와 이 안내 경로를 따라서 이동하는 밸브 작동 부재를 갖는 안내판을 구비하는 기구용 밸브를 선택적으로 활성화 또는 비활성화하는 방법에 관한 것이며, 밸브 비작동부와 밸브 작동부를 가지는 안내판을 준비하는 단계, 밸브 작동 부재가 안내 경로의 비밸브 작동 부분을 따라서만 이동하여 상기 밸브를 활성화시키지 않도록 하는 위치에 상기 안내판을 선택적으로배치하는 단계, 그리고 상기 밸브 작동 수단이 밸브 작동부의 적어도 일부를 따라서 이동하여 상기 밸브를 활성화시키도록 상기 안내판을 배치하는 단계를 포함한다.

하나 이상의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 안내 경로(12) 및 안내 경로(12) 내에서 이동하는 밸브 작동 수단(14)을 갖는 안내판(10)을 나타낸다. 일반적으로, 밸브 작동 수단은 안내판의 안내 경로를 따라서 왕복 운동으로 이동하는 핀(pin)이다. 밸브 작동 수단 및 다른 안내 경로에 대한 실시예들이 국제특허출원 PCT/AU98/00090에 더욱 상세하게 기재되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 통합된다. 안내 경로가 도 1에 도시한 바와 같은 제1 위치에서 도 2에 위치한 제2 위치로 이동되는 경우, 밸브 작동 수단이 취하는 경로는 변화한다. 안내 경로가 제1 위치에 있는 경우, 밸브 작동 수단은 밸브 비작동부(15)를 따라 이동하며 이 경우에 하나의 왕복 운동 사이클중에 밸브 작동 수단의 이동 종료 위치를 나타내는 위치(14a, 14b)로 나타낸 바와 같이 안내 경로의 직선 부분에 있다. 이것은 밸브 작동 부재가 밸브(도시하지 않음)를 작동시키지 않도록 하지만 밸브를 폐쇄된 채로 둔다.

안내 경로가 제1 위치에서 제2 위치로 이동됨에 따라 밸브 작동 수단은 안내 경로의 밸브 작동부(17)를 따라 더욱 이동하고, 따라서 밸브 작동 수단은 밸브 상승거리를 증가시킨다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 안내 경로는 이제 밸브 작동 수단이 안내 경로의 밸브 작동부(17)를 따라 약간 이동하도록 이동하였다. 밸브의 이동 범위는 위치(14c)와 위치(14d)로 나타냈으며, 안내핀(guide pin)(50, 51)의 상대적인 위치는 안내판(10)과 관련된다. 이것은 밸브가 개폐되도록 한다.

밸브가 폐쇄됨으로써 실린더에 동작 유체(working fluid)가 차거나 비는 것을 방지하고, 이에 따라 멀티 실린더 펌프 또는 엔진에서 더 많은 부하가 동작중인 다른 실린더들에 배치될 것이다. 이것은 다른 실린더들이 최적에 더욱 가까운 능력으로 계속 동작할 수 있는 이점을 제공한다.

또한 안내판을 제3의 위치에 배치함으로써 밸브들을 펌프 또는 엔진의 전체 사이클 동안 개방한 상태로 둘 수 있어, 밸브가 그 위치에서 벗어나 상승되도록 밸브 작동 수단이 안내 경로의 부분을 따라서 이동한다. 이것은 도 4에 도시한 실시예에서 나타내며, 도 4에서 안내 경로(30)의 제2 직선부(32)를 갖는 안내판(28)을 볼 수 있다. 이 제2 직선부는, 밸브가 밸브 작동 수단 운동의 전체 사이클 동안에 개방 상태를 유지할 수 있게 하며, 그 범위는 일반적으로 위치(36a)와 위치(35b)사이에 있는 것으로 나타난다. 이것은 밸브가 개방 상태를 유지하도록 하므로 어떤 일정한 응용에서는 유리하다. 그러므로, 안내판(28)을 이동시킴으로써 엔진, 펌프 또는 컴프레서 사이클 동안에 밸브 작동 수단을 통하여 완전 폐쇄, 개방 및 폐쇄, 그리고 완전 개방 상태를 유지하고 있는 밸브 동작을 변화시킬 수 있다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 안내 경로는 밸브 작동 수단이 항상 밸브를 개방 상태로 유지하는 위치에 있게 하는 확장 단부(extended end region)를 가진다. 이것은 실린더의 안밖으로 공기가 자유롭게 흐를 수 있게 하며, 특정 환경에서 바람직할 수 있다.

도 3에 피벗으로 장착된 안내판(20)을 개략적으로 도시한다. 위치(20)는 밸브의 동작 특성을 변화시키기 위하여 회전되는 경우의 안내판의 위치를 나타낸다. 하나의 엔진 사이클 동안에 밸브를 폐쇄 상태로 둘 필요가 있는 경우, 안내판(20)은 실선 외형선(solid outline)으로 나타낸 바와 같은 위치에 있으며, 여기서 안내 경로(26)의 밸브 비작동부(26) 내에서 전체 이동 범위를 갖는다. 안내 경로(26a)의 밸브 작동부는 커브를 그리고 있으며, 도면 부호 20a로 나타낸 위치에 대해 안내판을 회전시킴으로써 밸브 작동 기구는 적어도 부분적으로 밸브 작동부(26b) 내로 이동할 것이며, 이에 따라 밸브가 작동한다.

도 5 내지 도 8은 피벗으로 장착된 안내판(20)을 도시한다. 이 실시예는 도 3에 도시한 실시예와 동일하므로 같은 도면 부호를 이용한다. 안내판(20)은 피벗 포인트(pivot point)(22)에 장착되고, 따라서 밸브 작동 수단(24)이 예를 들어 끝 위치들(24a, 24b) 사이에 밸브(40)를 닫힌 상태로 둘 필요가 있을 경우에 안내 경로(26)의 밸브 비작동부(26a) 또는 안내 경로의 밸브 작동부(26b)를 따라 이동할 수 있도록 안내판(20)은 그 위치를 변경하여 할 수 있다. 이 끝(extreme)들 사이에서 안내판의 이동은 밸브 작동 수단이 자신의 궤도를 변화시키도록 하고, 이에 따라 밸브의 동작 특성을 변화시킨다.

도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 밸브 작동 수단은 밸브 크랭크샤프트(60)에 의해 구동된다. 바람직하게는 밸브 크랭크 샤프트(60)는 엔진 크랭크샤프트 속도에 대해 고정 비율로 회전한다. 밸브 작동 수단의 동작 범위는 크랭샤프트의 스트로크(stroke)에 의해 결정된다. 본 발명에서, 밸브 작동 수단의 이동이 적어도 안내판의 한 위치에 대해 안내 경로의 밸브 비작동부 내에 완전히 포함될 수 있도록 보증하기 위하여 안내 경로의 밸브 비작동부는 적어도 크랭크샤프트의 스트로크만큼 길어야 한다는 것을 알았다.

도 5 및 도 6에서의 안내판(20)이 도 7 및 도 8에서는 위치(20a)로 회전되었음을 알 수 있다. 안내판은 도 5 및 도 6에 나타낸 위치에 있는 경우, 밸브 작동 기구가 밸브 작동부(26b)와 밸브 비작동부(26a) 모두를 이동시키도록 한다.

따라서, 안내 경로가 도 5 및 도 6에 도시한 위치에 있는 경우에, 밸브는 피스톤 위치와 관련된 원하는 타이밍에 따라 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 도 7 및 도 8에서, 그러나 안내판(20)은 밸브 작동 기구가 밸브 비작동부(26a)를 따라서만 이동하도록 하는 위치로 이동하였고, 따라서 밸브는 하나의 엔진 사이클(엔진 크랭크샤프트의 회전) 동안에 작동되지 않는다. 안내판은 도 5 및 도 6, 그리고 도 7 및 도 8에 도시한 두 위치들 사이의 어느 위치로든 이동할 수 있다.

본 발명은 밸브의 동작 특성을 변화시키는 안내 경로를 가지는 안내판이 트로틀링 기구로서 작용할 수 있는 부가적인 이점이 있음에 유의하여야 한다. 안내 경로의 위치를 변화시킴으로써 밸브 상승거리는 변화될 수 있고, 결과적으로 더 적은 작동 유체가 시스템으로 유입된다. 밸브가 공기 흐름을 조절하므로 개별 또는 제2의 트로틀링 기구가 불필요하다. 본 발명은 또한 개별 실린더로 유입하는 연료 흐름을 감소시키거나 중단시키는 수단과 결합하여 사용될 수 있다. 내연 기관 내의 이러한 기구의 일례는 밸브를 폐쇄 또는 개방 상태로 유지할 뿐 아니라, 특정 실린더로의 연료 공급을 차단하는 엔진 관리 시스템에 있다. 이 시스템은 인렛 매니폴드(inlet manifold)에 개별 트로틀링 기구를 필요로 하지 않고 연료 및 공기의 흐름을 조절할 수 있기 때문에 특히 직접 연료 분사와 함께 사용할 수 있다.

본 발명은 부분 하중(part load)에서 엔진, 펌프 및 컴프레서와 함께 사용되는 경우에 특히 유용하지만, 포핏 밸브가 사용되는 많은 응용을 상상할 수 있다.

안내 경로를 가지는 안내판은 임의의 공지된 방법으로 이동될 수 있고, 예를 들어 슬롯에서의 직선 방향이나 고정점(fixed point) 주위를 회전하여 이동될 수 있다.

본 발명은 예를 들어 PCT/AU98/00090에 나타낸 안내판 및 안내 경로롤 포함하지만 이것으로 한정되지 않는 다양한 안내 경로의 형태 및 배치를 포함할 수 있음에 유의하여 한다.

Claims

밸브 작동부와 밸브 비작동부를 포함하는 안내 경로(guide path), 그리고

상기 안내 경로를 따라 이동하는 밸브 작동 부재

를 포함하며,

상기 밸브 작동 부재는, 상기 밸브가 작동하지 않도록 상기 밸브 비작동부를 따라서만 이동할 수 있는

안내판(guide plate).
제1항에서,

상기 밸브 비작동부는, 상기 밸브 작동 부재의 이동이 상기 안내 경로의 밸브 비작동부를 따라서만 일어날 수 있도록 하기에 충분한 길이를 가지는 안내판.
제1항 또는 제2항에서,

상기 밸브 작동 부재는 상기 밸브 작동부 및 상기 밸브 비작동부를 따라서 선택적으로 이동할 수 있는 안내판.
제1항 또는 제2항에서,

상기 밸브 작동 부재는 상기 안내 경로의 일부를 따라서 순환적으로 이동하고,

상기 안내판은 상기 안내 작동 부재에 대해 이동하여 상기 밸브 작동 부재가 상기 밸브 작동부 및 밸브 비작동부를 따라 이동하는 상기 일부를 조절하는 안내판.
안내 경로를 가지는 안내판, 그리고 상기 안내 경로를 따라서 이동하는 밸브 작동 부재를 구비하는 기구를 위하여 밸브를 선택적으로 활성화 또는 비활성화하는 방법으로서,

밸브 비작동부와 밸브 작동부를 가지는 안내판을 준비하는 단계,

상기 밸브 작동 부재가 상기 안내 경로의 밸브 비작동부를 따라서만 이동하여 상기 밸브를 활성화시키지 않도록 하는 위치에 상기 안내판을 선택적으로 배치하는 단계, 그리고

상기 밸브 작동 수단이 상기 밸브 작동부의 적어도 일부를 따라서 이동하여 상기 밸브를 활성화시키도록 상기 안내판을 배치하는 단계

를 포함하는 방법.