KR20040048980A - 가스 교환 밸브의 제어 장치 - Google Patents

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KR20040048980A
KR20040048980A KR10-2004-7005972A KR20047005972A KR20040048980A KR 20040048980 A KR20040048980 A KR 20040048980A KR 20047005972 A KR20047005972 A KR 20047005972A KR 20040048980 A KR20040048980 A KR 20040048980A
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outlet
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KR10-2004-7005972A
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우도 딜
베른트 로제나우
지몬 키저
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로베르트 보쉬 게엠베하
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism
    • F01L2800/06—Timing or lift different for valves of same cylinder

Abstract

본 발명은 내연 기관의 가스 교환 밸브의 제어 장치에 관한 것이고, 상기 제어 장치는 각각 가스 교환 밸브(12, 13)에 작용하는 조정 피스톤(26) 및 조정 피스톤(26)에 의해 제한되는 2 개의 유압 작동 챔버(27, 28)를 구비한 유압 밸브 액추에이터(17, 18)를 포함하고, 상기 2 개의 유압 작동 챔버 중 가스 교환 밸브(12, 13)를 폐쇄시키기 위한 제 1 작동 챔버(27)는 지속적으로 유체 압력을 받고, 가스 교환 밸브(12, 13)를 개방하기 위한 제 2 작동 챔버(28)는 제 1 및 제 2 전기 제어 밸브(34, 35)를 통해 교대로 가압 유체로 충전될 수 있거나 비워질 수 있다. 요구된 제어 밸브의 개수를 줄이기 위해, 밸브 액추에이터 쌍에서 제 2 밸브 액추에이터(18)의 제 2 작동 챔버(28)의 충전은, 할당된 가스 교환 밸브(12)의 개방을 위한 제 1 밸브 액추에이터(17)의 조정 피스톤(26)의 미리 설정된 행정 이후에, 제 1 제어 밸브(34)에 연결된, 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 작동 챔버(28)를 통해 실행된다.

Description

가스 교환 밸브의 제어 장치{Device for controlling gas exchange valves}
상기 방식의 공지된 장치(DE 198 26 047 A1)에서, 할당된 가스 교환 밸브의 밸브 리프터와 조정 피스톤이 일체형으로 연결된 각 밸브 액추에이터에서, 제 1 작동 챔버는 고압원과 지속적으로 연결되고, 제 2 작동 챔버는 한편으로는 고압원쪽으로의 공급관을 교대로 폐쇄 또는 개방시키는 제 1 전기 제어 밸브에 연결되고, 다른 한편으로는 방출관을 교대로 개방 또는 폐쇄시키는 제 2 제어 밸브에 연결된다. 전기 제어 밸브는 스프링이 복귀되는 2/2-분배 자기 밸브로서 형성된다. 전류가 없는 제어 밸브에서 제 1 작동 챔버는 여전히 고압하에 있는 반면에 제 2 작동 챔버는 고압원으로부터 분리되어 방출관에 연결된다. 가스 교환 밸브는 폐쇄된다. 가스 교환 밸브의 개방을 위해 2 개의 제어 밸브에 전류가 공급된다. 전환하는 제어 밸브에 의해 밸브 액추에이터의 제 2 작동 챔버는 한편으로는 제 2 제어 밸브에 의해 방출관에 대해 차단되고, 다른 한편으로는 제 1 제어 밸브에 의해 고압원쪽으로의 공급관에 연결된다. 가스 교환 밸브가 개방되고, 개방 행정의 크기는 제 1 전기 제어 밸브에 인가된 전기 제어 신호의 형성에 따라 좌우되고 그리고개방 속도는 고압원에 의해 제어된 압력에 따라 좌우된다. 가스 교환 밸브를 특정 개방 위치에 고정하기 위해, 제 1 제어 밸브는 이어서 전류 없이 전환됨으로써, 상기 제 1 제어 밸브는 밸브 액추에이터의 제 2 작동 챔버쪽으로의 공급관을 차단시킨다. 이러한 방법으로 제어 신호의 발생을 위한 전기 제어 장치에 의해 가스 교환 밸브의 전체 밸브 개방 위치가 세팅될 수 있다. 가스 교환 밸브의 제어를 위해 각각 2 개의 전기 제어 밸브가 필요하고, 상기 전기 제어 밸브에는 할당된 밸브 액추에이터에 상응하도록 유압이 작용한다.
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 내연기관의 연소 실린더 내의 가스 교환 밸브의 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 내연 기관의 연소 실린더 내의 2 개의 가스 교환 밸브의 제어 장치의 회로도이다.
본 발명에 따른 청구항 제 1항의 특징을 가진 가스 교환 밸브의 제어 장치는, 유압 에너지를 가스 교환 밸브의 직선 운동으로 전환시키기 위해 밸브 액추에이터 쌍의 2 개의 밸브 액추에이터의 제 2 작동 챔버를 직접적으로 유압 커플링시킴으로써, 2 개의 밸브 액추에이터의 제어를 위해 필요한 제어 밸브의 개수가 지금까지는 4 개에서 단 2 개로 감소되는 장점을 가진다. 따라서 제어 밸브의 트리거링을 위해 필요한 전자 제어 장치의 단부단의 개수도 절반이 되고 따라서 추가로 케이블링 비용도 감소되기 때문에, 제어 장치용 제조 비용이 전체적으로 현저히 감소될 수 있다. 필요한 구조 공간은 부품 및 케이블링의 생략으로 인해 추가로 감소되고, 작은 밸브 수에 의해 제어 밸브의 고장 가능성이 감소되고, 유압 에너지뿐만 아니라 전기 에너지 요구도 감소된다.
추가 청구항에서 구현된 조치에 의해 청구항 제 1항에 제시된 가스 교환 밸브의 제어 장치의 바람직한 개선예 및 개선 사항이 가능해진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제 1 및 제 2 밸브 액추에이터에 의해 작동되는 2 개의 가스 교환 밸브는 내연 기관의 동일한 연소 실린더 내에 배치된다. 이것은, 할당된 가스 교환 밸브의 개방을 위한 제 2 밸브 액추에이터의 힘의 과잉이, 할당된 가스 교환 밸브를 연소 실린더 내에서 발생할 수 있는 최대 배압에 대해 개방시켜야 하는 제 1 밸브 액추에이터의 힘의 과잉과 동일한 크기로 설계될 필요는 없으며, 더 낮게 설계될 수 있는데, 그 이유는 동일한 연소 실린더의 제 2 가스 교환 밸브의 개방을 위한 배압이 부분적으로 이미 개방된 가스 교환 밸브를 통해 감소될 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 적어도 제 1 밸브 액추에이터는 기계적 행정 제한부를 가지고, 상기 행정 제한부는 제 2 밸브 액추에이터의 제 2 작동 챔버에 연결되는 제 1 밸브 액추에이터의 배출구가 조정 피스톤에 의해 개방된 이후에, 밸브 개방 방향으로의 조정 피스톤의 추가 운동을 저지하도록 설계된다. 2 개의 가스 교환 밸브의 최대 개방 횡단면이 완전 부하 영역용으로 충분한 경우, 제 1 밸브 액추에이터의 이러한 행정 제한부는 에너지론적으로 바람직하다 ; 왜냐하면 제 1 밸브 액추에이터의 조정 피스톤의 저지에 의해, 전체적인 힘의 과잉이 제 1 밸브 액추에이터의 조정 피스톤의 변위 및 제 2 가스 교환 밸브의 개방을 위해 사용될 수 있기 때문이다. 2 개의 가스 교환 밸브의 행정 속도는 압력에 따라 좌우되고, 제 2 밸브 액추에이터의 제 2 작동 챔버에 대한 제 1 밸브 액추에이터의 제 2 작동 챔버의 배출구의 개방과 결부된 행정의 중첩에 의해 영향을 받는다. 따라서 가스 교환 밸브의 압력 및 행정에 따른 속도 곡선이 발생된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예에 의해 하기에서 더 자세히 설명된다.
도 1의 회로도에 도시된 가스 교환 밸브의 제어 장치에 의해, 단면도로만 도시된 내연 기관의 연소 실린더(10) 내에 배치된 한 쌍의 가스 교환 밸브(12, 13)는 내연 기관의 작동 특성 필드에 따라 에너지 소비가 최대화되도록 제어된다. 가스 교환 밸브(12, 13)로서, 연소 실린더(10)에 형성된 연소실(11)을 가스 밀봉식으로 폐쇄시키는 유입 밸브 또는 배출 밸브를 들 수 있다. 각 가스 교환 밸브(12, 13)는 공지된 방식으로, 연소 실린더 내의 개방 횡단면(14)을 둘러싸는 밸브 시이트(15) 및 축방향으로 이동하도록 안내된 밸브 샤프트(161)에 배치된 밸브 폐쇄 바디(162)를 구비한 밸브 부재(16)를 포함하고, 상기 밸브 폐쇄 바디는 개방 횡단면(14)의 폐쇄 및 개방을 위해 밸브 시이트(15)와 상호 작용한다. 밸브 샤프트(161)가 제 1 또는 제 2 축방향으로 이동됨으로써 밸브 폐쇄 바디(162)가 밸브 시이트(15)로부터 들어올려지거나 또는 밸브 시이트(15) 상에 놓인다.
도면의 블록 회로도에 도시된 2 개의 가스 교환 밸브(12, 13)의 제어 장치는 가스 교환 밸브(12)를 작동시키는 제 1 밸브 액추에이터(17) 및 가스 교환 밸브(13)를 작동시키는 제 2 밸브 액추에이터(18)를 포함한다. 2 개의 유압 밸브 액추에이터(17, 18)(액추에이터로도 지칭됨)는 각각 2 개의 가스 교환 밸브(12,13)의 밸브 샤프트(161)에 고정된다. 또한 밸브 제어 장치에 압력 공급 장치(19)가 해당되고, 상기 압력 공급 장치는 바람직하게 제어될 수 있는 고압 펌프(20), 체크 밸브(22) 및 압력 저장기(23)를 포함하고, 상기 고압 펌프는 유체, 예컨대 유압오일을 유체 저장소(21)로부터 이송시킨다. 체크 밸브(22)와 압력 저장기(23) 사이에서 분기되는 압력 공급 장치(19)의 출력(191)에 영구적인, 조절 가능한 고압이 나타나고, 상기 출력(191)을 향한 관통 방향으로 제 2 체크 밸브(24)가 여전히 상기 출력(191) 앞에 접속될 수 있다.
2 개의 유압 밸브 액추에이터(17, 18)는 동일하게 형성되고 각각 실린더 하우징(25) 및 그 안에 축방향으로 이동하도록 안내된 조정 피스톤(26)을 구비한 이중 작용하는 작동 실린더로서 형성되고, 상기 조정 피스톤은 실린더 하우징(25)의 내부 챔버를 제 1 작동 챔버(27)와 제 2 작동 챔버(28)로 분리시킨다. 2 개의 밸브 액추에이터(17, 18)의 2 개의 제 1 작동 챔버(27)는 압력 공급 장치(19)의 출력(191)에 영구적으로 연결된다. 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 작동 챔버(28)는 유입구(29) 및 2 개의 배출구(30, 31)를 포함하고, 제 2 배출구(31)는 제 1 배출구(30)로부터 행정 간격을 두고 배치되고, 조정 피스톤이 가스 교환 밸브(12)의 폐쇄를 야기하는 도 1에 도시된 조정 피스톤(26)의 폐쇄 위치에서 조정 피스톤(26)에 의해 제 2 배출구(31)가 폐쇄되고, 제 2 작동 챔버(28) 쪽으로 가스 교환 밸브(12)를 개방하기 위한 조정 피스톤(26)의 개방 행정이 미리 설정된 이후에야 비로소 개방된다. 제 2 밸브 액추에이터(18)의 제 2 작동 챔버(28)는 유입구(32) 및 배출구(33)를 포함한다. 제 1 밸브 액추에이터(17)의 유입구(29)는제 1 제어 밸브(34)를 통해 압력 공급 장치(19)의 출력(191)에 연결된다. 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 1 배출구(30)는 제 2 제어 밸브(35)의 밸브 입력에 연결되고, 상기 제 2 제어 밸브의 밸브 출력은 유체 저장소(21)로의 귀환부(36)에 연결된다. 제 2 밸브 액추에이터(18)의 유입구(32)는 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 배출구(31)에 연결되고, 제 2 밸브 액추에이터(18)의 배출구(33)는 체크 밸브(37)를 통해 제 2 제어 밸브(35)의 밸브 유입구에 연결된다. 체크 밸브(37)의 통과 방향은 배출구(33)로부터 제 2 제어 밸브(35)로 향한다. 2 개의 제어 밸브(34, 35)는 스프링이 복귀되는 2/2-분배 밸브로서 형성된다.
밸브 제어 장치의 기능은 하기와 같다 :
도면에 도시된 바와 같이, 제 1 제어 밸브(34)가 폐쇄되고 제 2 제어 밸브(35)가 개방되면, 밸브 액추에이터(17, 18)의 2 개의 제 2 작동 챔버(28)는 압력이 없어지고, 밸브 액추에이터(17, 18)의 제 1 작동 챔버(27)에 나타나는 압력 공급 장치(19)의 고압으로 인해, 조정 피스톤(26)은 상부 행정 종결 위치에 위치하고, 이로 인해 가스 교환 밸브(12, 13)가 폐쇄 위치에 고정된다. 이러한 상부 행정 종결 위치 또는 폐쇄 위치에서 조정 피스톤(26)은 제 1 밸브 액추에이터(17)에서 제 2 밸브 액추에이터(18)의 유입구(32)와 연결된 제 2 배출구(31)를 폐쇄시킨다.
제어 밸브(34, 35)가 전환되면, 귀환부(36)의 2 개의 밸브 액추에이터(17, 18)의 제 2 작동 챔버(28)가 차단되고, 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 작동 챔버(28)는 압력 공급 장치(19)의 출력(191)에 연결된다. 제 2 작동 챔버(28)를 제한하는 조정 피스톤(26)의 면이 제 1 작동 챔버(27)의 조정 피스톤(26)의 작용면보다 크기 때문에, 제 2 작동 챔버(28)에 나타나는 고압으로 인해, 조정 피스톤(26)이 하부로 이동되고, 밸브 샤프트(161)를 통해 밸브 폐쇄 바디(162)를 밸브 시이트(15)로부터 들어올림으로써, 가스 교환 밸브(12)가 개방되는 것이 야기된다.
내연 기관의 작동점에 따라 연소 실린더(10)에 상이한 개방 횡단면(14)이 제공되어야만 하고, 즉 단 하나의 가스 교환 밸브(12) 또는 2 개의 가스 교환 밸브(12, 13)가 더 작은 또는 더 큰 행정에 의해 트리거링 되어야만 한다. 더 큰 개방 횡단면이 요구되면, 제 1 밸브 액추에이터(17)의 조정 피스톤(26)의 규정된 행정 이후에 조정 피스톤(28)에 의해 배출구(31)가 개방됨으로써, 이제 제 2 밸브 액추에이터(18)의 제 2 작동 챔버(28)에 고압도 형성된다. 이로 인해 제 2 밸브 액추에이터(18)의 조정 피스톤(26)에 작용하는, 제 2 작동 챔버(28)의 힘의 과잉이 이제 조정 피스톤(26)을 이동시킴으로써, 밸브 부재(13)도 개방된다.
제 1 밸브 액추에이터(17)의 2 개의 배출구(30, 31)의 간격은 에너지 소비가 최대화되도록 내연 기관의 작동 특성 필드에 따라 설계된다. 예컨대 제 2 배출구(31)가 실린더 하우징(25)에서 이동될 수 있으면서, 제 2 작동 챔버(28)에 유체 밀봉식으로 연결된 조정링으로 변위됨으로써, 2 개의 배출구(30, 31)의 행정 간격을 제어할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 2 개의 제어 밸브(34 및 35)도 제어하는 전자 제어 장치에 의해 제어되는 행정 드라이브가 조정링에 고정된다. 제 1 배출구(30)에 대한 제 2 배출구(31)의 축방향 이동성은 도면에서 제 2 배출구(31)에 할당된 이중 화살표(39)에 의해 표시된다. 대안적으로 다수의 제 2배출구(31)가 조정 피스톤(26)의 행정 방향으로 연속 배치될 수 있고, 상기 제 2 배출구는 조정링에 의해 연속적으로 이동될 수 있다.
개방시 각 가스 교환 밸브(12 또는 13)의 행정 높이는 우선 제 1 제어 밸브(34)의 트리거링 지속 시간에 따라 좌우된다. 트리거링이 더 길어질 경우 적어도 제 1 밸브 액추에이터(17)에 제공된 기계적 행정 제한부가 고정된다. 도면에서 단지 스토퍼(38)로서 개략적으로 도시된 행정 제한부는 예컨대, 조정 피스톤(26)이 제 1 밸브 액추에이터(17)에서, 제 2 밸브 액추에이터(18)의 제 2 작동 챔버(28) 쪽으로 배출구(31)가 개방된 직후에 밸브 개방 방향으로의 추가 행정 운동을 하는 것이 방지되도록 설계된다. 이러한 행정 제한부는 에너지론적으로 중요한데, 그 이유는 유압 에너지가 제 2 밸브 액추에이터(18)에서 조정 피스톤(26)의 변위를 위해 필요하기 때문이다. 이러한 행정 제한부에 대한 전제 조건으로서, 행정 제한부에 의해 여전히 달성될 수 있는 2 개의 가스 교환 밸브(12, 13)의 개방 횡단면(14)의 총합이 내연 기관의 완전 부하 영역용으로 충분해야 한다.
2 개의 가스 교환 밸브(12, 13)의 행정 속도는 우선 압력에 따라 좌우되고, 행정의 중첩 및 2 개의 밸브 액추에이터(17, 18)의 제 2 작동 챔버(28) 사이의 연결부의 개방에 의해 영향을 받는다.

Claims (7)

  1. 각각 하나의 가스 교환 밸브(12, 13)에 할당된, 유압 밸브 액추에이터(17, 18)가 설치되고,
    상기 유압 밸브 액추에이터는 각각 가스 교환 밸브(12, 13)에 작용하는 조정 피스톤(26) 및 상기 조정 피스톤(26)에 의해 제한되는 2 개의 유압 작동 챔버(27, 28)를 포함하고,
    상기 2 개의 유압 작동 챔버 중 가스 교환 밸브(12, 13)를 폐쇄 방향으로 작동시키는 제 1 작동 챔버(27)는 지속적으로 가압 유체로 충전되고, 가스 교환 밸브(12, 13)를 개방 방향으로 작동시키는 제 2 작동 챔버(28)는 제 1 및 제 2 전기 제어 밸브(34, 35)를 통해 교대로 가압 유체로 충전될 수 있거나 비워질 수 있는,
    내연 기관의 연소 실린더(10) 내의 가스 교환 밸브(12, 13)의 제어 장치에 있어서,
    밸브 액추에이터 쌍의 제 2 밸브 액추에이터(18)의 제 2 작동 챔버(28)의 충전은, 할당된 가스 교환 밸브(12)의 개방 방향으로 제 1 밸브 액추에이터(17)의 조정 피스톤(26)의 미리 설정된 행정 이후에, 제 1 제어 밸브(34)에 연결된, 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 작동 챔버(28)를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 작동 챔버(28)는 제 1 제어 밸브(34)에 연결된 유입구(29) 및 2 개의 배출구(30, 31)를 포함하고,
    상기 2 개의 배출구 중 제 1 배출구(30)는 제 2 제어 밸브(35)에 연결되고, 제 2 배출구(31)는 제 2 밸브 액추에이터(18)의 제 2 작동 챔버(28)에 연결되고, 상기 제 2 작동 챔버는 체크 밸브(37)를 통해 제 2 작동 챔버(28)로 향한 폐쇄 방향으로 제 2 제어 밸브(35)에 연결되고,
    상기 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 작동 챔버(28)의 제 2 배출구(31)는, 상기 제 2 배출구가 제 1 밸브 액추에이터(17)의 조정 피스톤(26)에 의해, 할당된 가스 교환 밸브(12)의 폐쇄를 야기하는 폐쇄 위치에서 폐쇄되고, 조정 피스톤(26)의 미리 설정된 행정 이후에, 할당된 가스 교환 밸브(12)의 개방을 야기하는 개방 방향으로 개방되도록, 제 1 배출구(30)로부터 행정 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 액추에이터(17)의 2 개의 배출구(30, 31)의 상호 행정 간격이 제어되어 변동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 밸브 액추에이터(18)의 제 2 작동 챔버(28)가 상기 제 1 밸브 액추에이터(17)의 제 2 배출구(31)에 연결된 유입구(32) 및 체크 밸브(37)에 연결된 배출구(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 액추에이터(17)는 기계적 행정 제한부(38)를 가지고, 상기 행정 제한부는 조정 피스톤(26)에 의해 제 2 배출구(31)가 개방된 이후에, 할당된 가스 교환 밸브(12)의 개방 방향으로의 조정 피스톤(26)의 추가 행정 운동을 저지하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 밸브 액추에이터(17, 18)에 의해 작동되는 2 개의 가스 교환 밸브(12, 13)가 동일한 연소 실린더(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 밸브 액추에이터(17, 18)에 할당된 가스 교환 밸브(12, 13)가 유입- 또는 배출- 밸브로서 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
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