KR20040094419A - 감압된 커먼 레일 및 전용 엔진 밸브를 사용하는 방법 및엔진 밸브 작동 시스템 - Google Patents

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KR20040094419A KR10-2004-7011884A KR20047011884A KR20040094419A KR 20040094419 A KR20040094419 A KR 20040094419A KR 20047011884 A KR20047011884 A KR 20047011884A KR 20040094419 A KR20040094419 A KR 20040094419A
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주후 양
프랭크 스타우스키
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디이젤 엔진 리타더스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 작동 유체의 공통 공급원을 사용하여 배기 가스 순환(EGR) 및/또는 엔진 제동을 제공하기 위해 엔진 밸브를 작동시키는 방법 및 시스템을 개시한다. 이러한 엔진 밸브 작동 시스템은 연료 분사를 제공하는데 사용되는 것들과 같은 커먼 레일 시스템으로부터 고압 작동 유체를 수용한다. 유체 압력은 엔진 제동 또는 EGR용 엔진 밸브를 작동시키는데 사용되기 전에 감소된다. 바람직하게로는, 엔진 제동 또는 EGR에 전용되는 엔진 밸브는 엔진 내에 제공된다. 대안의 실시예에서, 전용 엔진 제동/EGR 밸브는 전자기 액츄에이터에 의해 구동될 수 있다.

Description

감압된 커먼 레일 및 전용 엔진 밸브를 사용하는 방법 및 엔진 밸브 작동 시스템 {ENGINE VALVE ACTUATION SYSTEM AND METHOD USING REDUCED PRESSURE COMMON RAIL AND DEDICATED ENGINE VALVE}
엔진 제동 중에, 배기 밸브들은 적어도 일시적으로 동력 생성 내연기관을 동력 흡수 공기 압축기로 전환시키도록 선택적으로 개방될 수 있다. 피스톤이 압축 행정중에 상방으로 이동하면, 실린더 내부에 포획된 가스들은 압축된다. 압축 가스는 피스톤의 상방향 운동을 방해한다. 엔진 제동 작동 중에, 피스톤이 상사점(TDC) 부근에 있으므로, 배기 매니폴드과 연통하는 적어도 하나의 엔진 밸브가 압축 가스를 해제하도록 개방될 수 있어서 압축 가스 내에 저장된 에너지가 후속 팽창 행정 중인 엔진으로 복귀되는 것이 방지된다. 그렇게 함으로써, 엔진은 동력을 낮춰 차량을 저속으로 운행하게 한다.
압축-해제형 엔진 브레이크의 작동은 이전 문단에서 설명한 바와 같이 오래전에 공지되어 있다. 압축-해제 제동 작동에 사용되는 시스템 중 초기 형태중의 하나가 쿰민스(Cummins)에게 허여된 미국 특허 제 3,220,392호이다. 상기 쿰민스 특허에 설명된 시스템은 기존 흡기, 배기, 또는 분사 푸쉬 로드 또는 로커 아암으로부터의 압축-해제 사상을 위해 한 쌍의 배기 밸브가 개방되도록 유도한다. 압축-해제 운동은 선택적으로 팽창가능한 유압 연동장치에 의해 푸쉬 로드 또는 로커 아암으로부터 가교된 2 개의 배기 밸브로 이송된다. 이러한 유압 연동장치는 엔진 제동 작동 중에 압축-해제 운동을 이송하도록 팽창되며 포지티브 파워 작동 중에 그러한 운동을 흡수하도록 수축된다. 포지티브 파워 작동 중의 유압 연동장치의 수축으로 압축-해제 운동이 포지티브 파워 중에 "로스트(lost)"되므로, 그러한 시스템을 일반적으로 "로스트 모션" 밸브 작동 시스템으로 지칭된다.
상기 쿰민스 시스템과 같은 로스트 모션 시스템에 있어서, 엔진밸브는 통상적으로 일정한 형상의 캠에 의해 구동되며, 특히 각각의 캠에 하나 이상의 일정한 돌기가 있는 캠에 의해 구동된다. 일정한 형상의 캠을 사용함으로써 엔진 제동 작동 중에 상이한 엔진 속도와 같은 다양한 엔진 작동 조건에 대한 엔진 성능의 최적화에 필요한 엔진 밸브 리프트의 크기 및/또는 타이밍 조절을 어렵게 한다.
세월이 지나서 상기 쿰민스 특허에 기술된 시스템과 방법에 대한 많은 개선이 이루어졌다. 그러한 개선중의 하나는 연료 분사시스템에 사용되는 것과 같은 공동의 고압 유체원을 사용하여 엔진 제동 작동을 위한 하나 이상의 밸브를 작동시키는 것이다. 그러한 시스템을 종종 "커먼 레일" 시스템이라 한다. 커먼 레일 밸브 작동 시스템에 있어서, 고압 유체원이 액츄에이터 피스톤에 선택적으로 적용됨으써 압축-해제 사상을 위한 하나 이상의 밸브를 작동시키게 된다. 엔진 제동을 달성하기 위한 작동을 위해 선택되는 밸브는 가장 일반적으로는 배기 밸브이다. 그와 같은 시스템은 시클러에게 허여된 미국 특허 제 4,572,114호, 피찌에게 허여된 미국 특허 제 5,012,778호, 및 메이스틱 등에게 허여된 미국 특허 제 5,787,859호, 제 5,809,964호 및 제 6,082,328호에 예시되어 있으며, 이들 각각의 특허는 본 출원에 참조되었다. 몇몇 커먼 레일 시스템에 있어서 전소 보조 밸브가 엔진 제동 작동을 위해 제공된다. 그러한 시스템은 코테 등에게 허여된 미국 특허 제 5,564,386호, 슈미트 등에게 허여된 미국 특허 제 5,609,134호 및 버그만에게 허여된 미국 특허 제 5,794,590호에 예시되어 있으며, 이들 각각의 특허도 본 출원에 참조되었다.
커먼 레일 시스템은 고압 유체 공급원이 밸브 작동에 일정하게 사용될 수 있으므로 밸브 타이밍의 조절에 실제로 제한없이 사용될 수 있다. 커먼레일 시스템이 이론적으론 거의 무한 변수를 제공할 수 있기 때문에, 작동되는 밸브들이 적합한 매니폴드(즉, 흡기 또는 배기 매니폴드)와 연통하는 한, 흡기, 배기, 압축-해제 제동, 블리더 제동, 또는 배기 가스 재순환(EGR)과 같은 거의 모든 형태의 엔진 밸브 사상을 수행하는데 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 유압의 적용에 대해서 정밀 고속의 제어를 부여하면 커먼 레일 시스템은 다양한 밸브 사상에 대한 요구에 대해서 밸브 작동을 분배할 수 있을 뿐만 아니라 리프트와 지속기간에 대해 얼마간의 제어도 제공할 수 있어야 한다.
그러나, 지금까지 제동 및 EGR용으로 사용되는 커먼 레일 엔진 밸브 작동 시스템은 광범위하게 사용되지 않았다. 특히 엔진 밸브의 장착 시에 필요한 정교한 제어는 효과적으로 구현되지 못했다. 특히 커먼 레일 작동 시스템을 이용하지 못하게 하는 경향이 있는 두 가지 문제점은 요청되는 제어 정도를 수행하는데 요구되는 부품의 비용과, 유압 손실의 경우 완전 고장에 대한 시스템의 민감성이다. 이러한 문제점이 해결될 때까지는, 로스트 모션 시스템이 계속해서 엔진 제동을 수행하는데 이용되는 주요 형태의 시스템이 될 것이다.
커먼 레일 시스템과 관련된 전술한 문제점은 부분적으로 엔진 밸브를 개방시키는 고압 공급원의 이용을 저지하고, 부분적으로 중요한 밸브 사상, 즉 주 흡기 및 주 배기 사상을 수행하는 시스템에 대한 신뢰성을 낮춘다. 제안된 커먼 레일 엔진 제동용 고압 시스템의 이용은 차량에 이미 설치된 커먼 레일 연료 분사 시스템으로부터 엔진 제동 시스템을 피기백(piggy-back)하려는 계획으로부터 출발했다. 이러한 "피기백"은 단지 하나의 고압 공급원(및 부품 세트)이 2 개의 시스템, 엔진 제동 및 연료 분사 시스템에 필요하기 때문에 상당한 비용 절감을 제공한다. 연료 분사는 3000 psi 정도의 매우 고압을 요구하기 때문에, 유사한 압력에서 유체를 이용하는 엔진 제동 커먼 레일 시스템을 제공하고자 시도되었다. 그러나, 이러한 고압의 이용은 교대로 복잡한 밸브 장착 장치를 요구하는 작동 밸브를 위한 매우 높은 힘의 리턴 스프링(return spring)의 이용을 의미한다. 더욱이, 고압 시스템이 있어서 누설은 문제가 되며, 부품 설계는 본래 보다 중요하고 고가이다. 따라서, 커먼 레일 작동을 위한 고압 유체의 이용을 수반하는 단점을 피하고 엔진 제동 및 EGR용으로 이용될 수도 있는 커먼 레일 시스템이 필요하다.
엔진 밸브 작동을 위한 커먼 레일 시스템의 이용으로부터 발생되는 제 2의 중요한 해결사항은 시스템의 고장 가능성이다. 유압 시스템은 유체 누출의 결과로 고장날 수도 있다. 누출 방지 수치의 범위가 클 수록, 시스템의 가격이 보다 상승된다. 차량은 부최적(sub-optimally)이기는 하나 이들 구조물 없이 분명 작동될 수 있기 때문에 엔진 제동 및/또는 EGR을 제공하는 커먼 레일 시스템의 고장은 본래 그리고 그 자체로 치명적이지는 않다. 그러나, 주 흡기 또는 주 배기 밸브 사상의 손실은 엔진의 완전한 고장을 야기하기 때문에 허용될 수 없다. 따라서, 엔진 제동 및/또는 EGR 밸브 사상을 전담하지만, 주 흡기 또는 주 배기 엔진 밸브 사상을 위해서는 요구되지 않는 커먼 레일 시스템이 요구된다.
본 출원인은 엔진 제동 및 EGR용 커먼 레일 시스템을 효과적으로 이용하여 감압된 커먼 레일 시스템, 또는 전자기적으로 구동되는 액츄에이터를 전용 엔진 제동/EGR 엔진 밸브와 결합시킴으로써 전술한 많은 문제점을 해결했다. 감압을 이용하면 누설 경향 및 효과를 감소시키고 밸브 트레인 하중을 감소시킨다. 더욱이, 이러한 시스템은 주 흡기 및 배기 밸브 작동을 손상시키지 않고 엔진 제동 및 내부 EGR에 거의 무한대의 시간 변화를 제공할 수도 있다.
본 발명의 모두는 아니지만 소정의 실시예의 다른 목적 및 장점은 부분적으로 다음의 상세한 설명에 설정되고, 그리고 부분적으로 본 발명의 실행 및/또는 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명은 압축-해제 제동 사상(compression-release braking event), 블리더형 엔진 제동 사상, 및/또는 내부 배기 가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 사상을 달성하기 위해 내연기관의 엔진 밸브를 작동시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엔진 밸브 작동 시스템의 블록 선도이며,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 엔진 밸브 작동 시스템의 블록 선도이며,
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 엔진 밸브 작동 시스템의 개략도이며,
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 엔진 밸브 작동 시스템의 블록 선도이며,
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 엔진 밸브 작동 시스템의 개략도이다.
전술한 해결사항에 응답해서, 본 출원인은 엔진 제동 및/또는 배기 가스 재순환용의 혁신적인 엔진 밸브 작동 시스템을 개발하였으며, 이러한 엔진 밸브 작동 시스템은 고압 작동 유체 공급원; 고압 작동 유체 공급원에 연결된 유체 감압 장치; 유체 감압 장치에 연결된 작동 유체 제어 밸브; 및 작동 유체 제어 밸브에 연결된 엔진 밸브 액츄에이터를 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명은 고압 작동 유체 통로; 고압 작동 유체 공급원; 고압 작동 유체 통로를 통해 작동 유체 공급원에 연결된 유체 감압 장치; 저압 작동 유체 통로; 저압 작동 유체 통로를 통해 유체 감압 장치에 연결된 작동 유체 제어 밸브; 액츄에이터 작동 유체 통로; 및 엔진 밸브 사상을 발생시키는 엔진 밸브 액츄에이터를 포함하는 엔진 밸브 작동 시스템이며, 엔진 밸브 액츄에이터는 액츄에이터 작동 유체 통로를 통해 작동 유체 제어 밸브와 연통한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 엔진 밸브 사상을 발생시키기 위해서 내연 기관 내의 엔진 밸브를 작동시키는 방법이다. 이러한 엔진 밸브의 작동 방법은 작동 유체를 유체 감압 장치에 제공하는 단계; 작동 유체의 압력을 제 1 압력으로부터 제 2 압력으로 감소시키는 단계; 제 2 압력에 있는 작동 유체를 엔진 밸브 액츄에이터에 선택적으로 적용하는 단계; 및 엔진 밸브 사상을 발생시키기 위해 엔진 밸브를 작동시키는 단계를 포함할 수도 있다.
전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 예시적이고 설명을 위한 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다. 본원에서 참조되고, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 상세한 설명과 함께 소정 실시예를 도시하며, 본 발명의 원리를 설명한다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 이제 첨부 도면을 참조할 것이며, 유사한 부재에 대해서는 유사한 도면 부호를 병기한다. 첨부 도면은 단지 예시적인 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
이제, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명할 것이며, 첨부 도면에 그 일예가 도시되어 있다. 도 1에는, 내연 기관용 밸브 작동 시스템(10)이 도시된다. 일 실시예에서, 밸브 작동 시스템(10)은 고압 작동 유체 공급원(100), 상기 고압 작동 유체 공급원(100)에 결합되는 유체 감압 장치(300), 상기 유체 감압 장치(300)에 결합되는 작동 유체 제어 밸브(400) 및 엔진 밸브(700)를 작동하기 위해 상기 작동 유체 제어 밸브(400)에 결합되는 엔진 밸브 액츄에이터(600)를 포함할 수 있다. 엔진 밸브(700)는 전용 제동 밸브를 포함할 수 있다. 그러나, 엔진 밸브(700)가 배기 밸브 및/또는 흡기 밸브를 포함할 수 있다는 것이 알려져 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 것처럼, 밸브 작동 시스템(10)은 작동 유체 제어 밸브(400)에 결합되는 어큐뮬레이터(accumulator; 500) 및 고압 유체 공급원(100)에 결합되는 저압 작동 유체 탱크(200)를 더 포함할 수 있다.
도 3의 본 발명의 일 실시예에서, 밸브 작동 시스템(10)은 커먼 레일 연료 분사 시스템을 제공하기 위해 사용될 수 있는 것과 같은 고압 유체 공급원(100)을 포함한다. 나비스타 인터내셔널(Navistar International)에 의해 판매되는 액압 전자 유니트 분사[hydraulic electronic unit injection(HEUI)] 시스템은 이러한 커먼 레일 연료 분사 시스템의 일 례이다.
고압 유체 공급원(100)은 고압 펌프(110), 압력 조절기(120) 및 고압 플레넘(high pressure plenum; 130)을 포함할 수 있다. 고압 유체 펌프(110)는 저압 탱크(200)로부터 디젤 연료와 같은 작동 유체를 끌어 낼 수 있다. 펌프(110)에 의해 제공되는 유체 압력은 수 천(예를 들어, 3000) psi 정도일 수 있다. 고압 유체 공급원(100)은 연료 분사 시스템에 관한 기술 분야에서 공지되어 있다. 고압 유체 공급원(100)에 의해 제공되는 압력은 압력(P1)으로 표시된다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시예에서, 고압 유체 공급원(100)에 의해 제공되는 고압 유체는 연료 분사를 제공하기 위해서 뿐만 아니라 엔진 제동 작동을 위한 유발 공급 장치를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 엔진 제동을 위해, 고압 유체 공급원(100)과 같은 고압 유체 공급 장치를 사용하는 하나의 장점은 이러한 공급원이 이미 엔진에 내장되어 있다는 점이다. 엔진 제동을 위해 고압 유체 공급원(100)을 이용하기 위하여, 고압 유체 공급원(100)으로부터 가압된 유체는 고압 라인(140)을 통해 감압 장치(300)에 제공될 수 있다. 감압 장치(300)는 대략적인 크기로, 바람직하게는 대략 300 psi의 레벨까지 유체의 압력을 감소시킬 수 있다. 감압된 유체는 라인(310)을 통해 제어 밸브(400)에 제공될 수 있다. 감압 장치(300)에 의해 제공되는 압력은 압력(P2)에 의해 표시될 수 있다.
일 실시예에서, 감압 장치(300)는 감압 밸브를 포함할 수 있다. 감압 장치(300)는 직접 작동식 감압 밸브, 양 방향 조정식 감압 밸브 및/또는 그 외 다른 공지된 감압 밸브를 포함할 수 있다. 당업자에게 명백한 것처럼, 고압 유체 공급원(100)으로부터 유체의 압력을 감소시키기 위해 적용되는 다른 감압 장치는 본 발명의 범위 및 취지 내에서 고려된다.
계속해서 도 3에서, 제어 밸브(400)는 밸브체(410) 및 제어기(420)를 포함할 수 있다. 밸브체(410)는 바람직하게는 3/2 방향 제어 밸브이며, 제 1 포트(412)와 제 2 포트(414)를 연결하는 내부 통로 및 제 3 포트(416)와 제 4 포트(418)를 연결하는 내부 통로를 포함할 수 있다. 밸브체(410)는 제어 밸브 스프링(430)에 의해 디폴트 위치(default position)로 치우칠 수 있다.
상기 디폴트 위치에서, 밸브체(410)의 내부 통로는 브레이크 액츄에이터 라인(440)을 어큐뮬레이터(500)와 연결할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 도 4에서 도시된 것과 같이, 어큐뮬레이터(500)는 제어 밸브(400)를 저압 탱크(200)에 연결하는 유체 복귀 라인 또는 벤트(vent)로 대체될 수 있다.
제어기(420)는 유체가 브레이크 액츄에이터 라인(440)으로 흐르거나 브레이크 액츄에이터 라인(440)으로부터 흐르도록 밸브체(410)를 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 도 3에서, 밸브체(410)는 제어 밸브 스프링(430)을 향해 선형적으로 이동될 수 있다. 제어기(420)는 고속으로 밸브체(410)를 이동시키기 위해 소정의 적합한 장치일 수 있다. 제어기(420)는 액압식, 수력 발전식, 기계식, 압전식 또는 전자기식(예를 들어, 솔레노이드) 장치일 수 있음이 알려져 있다. 제어기(420)는 적어도 1 회, 그리고 바람직하게는 엔진 사이클 당 1 회를 초과하여 밸브체(410)를 병진이동시킬 수 있는 것이 바람직하다.
제어기(420)는 바람직하게는 엔진 제어 모듈(ECM ; 도시되지 않음)에 의해 발생되는 전기 신호에 의해 제어된다는 것도 알려져 있다. 당업자들에게 명백한 것처럼, 상기 엔진 제어 모듈은 마이크로 프로세서를 포함할 수 있으며, 제어기(420)를 제어하기 위해 예를 들어, 엔진 실린더, 배기 매니폴드, 흡기 매니폴드 또는 그 외 다른 엔진 부품과 같은 다른 엔진 부품들에 연결되는 센서들에 결합될 수 있다.
브레이크 액츄에이터 라인(440)은 제어 밸브(400)와 엔진 밸브 액츄에이터(600) 사이의 유체 전달을 제공한다. 엔진 밸브 액츄에이터(600)는 유체 챔버(610), 상기 유체 챔버 내에서 미끄러져 움직이도록 배치되는 액츄에이터 피스톤(620) 및 리턴 스프링(630)을 포함한다.
리턴 스프링(630)은 유체 챔버(610) 내부에 도시되나, 상기 리턴 스프링은 엔진 밸브 액츄에이터(600)와 엔진 실린더(도시되지 않음) 사이에 소정의 위치에제공될 수 있다는 것이 알려져 있다. 상기 전용 브레이크 밸브(700)의 상한 위치로의 복귀가 액츄에이터 피스톤(620)을 그 상한 위치로 복귀시키기 때문에, 상기 리턴 스프링(630)은 전용 브레이크 밸브(700)를 위한 리턴 스프링으로서 제공될 수도 있다.
상기 액츄에이터 피스톤(620)은 엔진 밸브 헤드내에서 종료되거나, 또는 선택적으로, 엔진 제동 및/또는 배기 가스 재순환 기능을 하도록 전용 엔진 밸브(700)를 작동시킬 수 있다. 상기 엔진 밸브(700)는 엔진 실린더(720)와 배기 매니폴드(710)간의 선택적인 소통을 제공한다. 상기 리턴 스프링(630)은 액츄에이터 피스톤(620)을 유체 챔버(610)의 상단쪽으로 편향시킬 수 있다. 이 위치에서, 상기 전용 엔진 밸브(700)는 폐쇄된다.
상기 제어 밸브(400)는 제어기(420)에 의해 2개의 주요 위치를 취할 수 있다. 상기 제어 밸브(400)의 제 1 위치는 엔진 제동 및/또는 배기 가스 재순환이 바람직하지 않은 상태, 즉 상기 전용 엔진 밸브(700)가 폐쇄된 상태에 상응한다. 상기 전용 엔진 밸브(700)가 폐쇄되는 경우, 상기 제어기(420)는 밸브 본체(410)를 도 3에 도시된 위치로 유지한다. 이 위치에서, 상기 밸브 본체(410)의 제 1 포트(412)는 상기 브레이크 액츄에이터 라인(440)과 소통하며, 상기 제 2 포트(414)는 축압기(500)와 소통한다. 그 결과, 상기 밸브 본체(410)는 유체 챔버(610)와 축압기(500)간의 소통을 제공한다. 상기 축압기(500)내에서의 유체 압력은 낮으며, 따라서 상기 전용 엔진 밸브 리턴 스프링(스프링(630)일 수 있음)은 액츄에이터 피스톤(620)을 상방향으로 변위시켜 유체 챔버(610)로부터 축압기(500)로 유체를 가압할 수 있다. 상기 제어 밸브(400)가 감압 라인(310)과 브레이크 액츄에이터 라인(440)간에 소통을 제공하는 위치에 있지 않기 때문에, 새로운 유체가 유체 챔버(610)로 유입되어 액츄에이터 피스톤(620)을 하방으로 변위시킬 수 없다.
엔진 제동 및/또는 배기 가스 재순환이 필요한 경우, 상기 제어 밸브(400)로부터 감압된 유체가 액츄에이터 피스톤에 제공됨으로써, 상기 액츄에어터 피스톤(620)은 상기 전용 엔진 밸브(700)를 작동시키기 위하여 하방으로 변위될 수 있다. 상기 액츄에이터 피스톤(620)이 전용 엔진 밸브(700)측으로 하방으로 변위될 때, 상기 전용 엔진 밸브는 개방되고, 가스는 상기 배기 매니폴드 및 전용 엔진 밸브와 연관된 엔진 실린더 사이로 자유롭게 흐르게 된다.
초기 문제로서, 상기 감압 장치(300)로부터 감압 라인(310)으로 감소된 유압을 제공함으로써, 상기 시스템은 제동, EGR 또는 기타 다른 밸브 작동 효율을 위해 시동될 수 있다. 상기 감압 라인(310)에 유압이 존재하면, 밸브 본체(410)를 하방으로 이동하도록 하는 명령이 상기 제어기(420)에 전달될 수 있다. 이러한 하방 이동으로 인하여 밸브 본체의 제 3 포트(416)가 상기 감압 라인(310)과 정렬되며, 상기 제 4 포트(418)가 브레이크 액츄에이터 라인(440)과 정렬된다. 이 위치에서, 상기 밸브 본체(410)는 상기 감압 라인(310)과 브레이크 액츄에이터 라인(440)간의 유체 소통을 제공한다. 이러한 소통으로 인하여, 상기 브레이크 액츄에이터 피스톤(620)은 하방으로 이동하여 엔진 밸브(700)를 개방함으로써 엔진 제동 또는 배기 가스 재순환이 이루어지게 된다.
전술한 엔진 밸브(700)의 개폐 사이클은 제어기(420)에 의해 유체 챔버(610)가 방류 및 재충전될 수 있는 만큼 신속하게 이루어질 수 있다. 상기 시스템의 속도는 제어 밸브(400)의 속도와 크기, 브레이크 액츄에이터 라인(440)의 크기와 길이, 및 상기 작동 유체의 점도에 따라 좌우됨이 명백하다. 따라서, 상기 유체 챔버(610)에 대해 제어 밸브(400)를 가능한 한 근접하여 위치되도록 하여 시스템의 응답 시간을 개선하는 것이 유리하다. 본 발명의 일부 실시예에서, 상기 시스템이 엔진 사이클당 하나 이상의 엔진 밸브 사상이 가능하고, 상기 시스템이 제동 및 EGR 사상의 개방, 폐쇄 및 지속에 대해 매우 다양한 타이밍 선택을 제공하는 것이 바람직하다. 상기 시스템이 고속으로 작동할 수 있는 것이 바람직하지만, 상기 시스템이 유리한 결과를 제공하기 위하여 고속으로 항상 작동될 필요는 없다. 예를 들어, 상기 시스템(10)은 (도시 또는 도심에서) 제동 소음이 문제가 되는 동안에는 부분적인 또는 완전한 사이클 블리더 제동을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 또는 소음이 문제가 되지 않을 때에는 압축 해제형 제동을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
상기 전용 엔진 제동 밸브(700)의 작동을 위해 감소된 유체 압력(즉, 3000psi에 대립하는 것으로서 약 300psi)을 사용함으로써 여러가지 잇점을 얻을 수 있다. 제동 및/또는 EGR 과정에서 실현되는 장점에는, 제어 밸브(400)로서 사용된 고속 트리거 밸브는 감압 유체를 처리만하면 족하기 때문에 제조가 용이하고 더 안정적이라는 사실이 포함된다. 또한, 감압 유체의 사용은 제동 요소의 충격 부하 및 시팅(seating) 속도를 저감시키고, 그 부하 및 속도를 더 조절가능하게 만든다. 또한, 감압 유체의 사용은 제동 시스템의 진동과 유체 누설을 저감시키고, 전체 시스템을 더 소형화한다. 양의 출력 과정에서 실현되는 장점에는, 엔진 속도 및/또는 부하에 맞는 내부 EGR을 제공하기 위한 거의 무한한 밸브 타이밍의 변화가 포함된다. 또한, 상기 전용 밸브의 출구 통로가 메인 배기 밸브의 출구 통로와 상이할 수 있으며, 상기 냉각기가 전용 통로내에 제공될 수 있기 때문에, 상기 시스템(10)은 냉각된 내부 EGR을 제공하도록 변형될 수 있다.
본 발명의 선택적 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 동일한 구성요소는 동일한 참조번호로 표시하였다. 도 5에 도시된 시스템에서, 상기 엔진 밸브 액츄에이터(600)는 전자기 액츄에이터(690)로 제공되었다. 본 실시예에서는 도 3의 시스템에서와 같은 공용 레일 시스템이 필요없다. 다른 모든 점에 있어서, 도 5의 시스템은 도 3에 도시된 시스템과 유사하게 작동한다.
일 실시예에서, 상기 전자기 액츄에이터(690)는 엔진 밸브(700)를 엔진 사이클당 적어도 1회의 속도로 작동시킬 수 있는 고속 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 전자기 액츄에이터(690)는 저속 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 압전 액츄에이터에 한정되는 것은 아니지만, 압전 액츄에어터를 포함하는 엔진 밸브 액츄에이터의 다른 실시예도 본 발명의 사상과 범주내에 속하는 것으로 간주된다.
엔진 제동 및 EGR용 전용 엔진 밸브(700)는 주 배기 밸브보다 작을 수 있으며 개방되는데 보다 작은 힘을 필요로 할 수도 있다. 이러한 전용 엔진 밸브가 일단 완전히 개방되면, 밸브를 통과하는 흐름 영역은 보어와 밸브 스템 사이의 환형 갭에 의해 제어되며, 심지어 밸브의 개방을 유지하는데 보다 작은 힘이 필요할 수있다.
본 발명의 범위 및 개념에서 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명의 변형예 및 변경예가 가능함을 당업자는 이해할 것이다. 예컨대, 감압 시스템과 고압 시스템의 상대 압력은 본 발명이 의도하고자 하는 범위에서 벗어나지 않는 한 상술한 개시에서 참조한 것들과 상이할 수도 있다. 개별 부품의 크기 및 구성이 변경될 수 있으며, 어큐뮬레이터, 압력 센서 등과 같은 일부 부품들은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다면 제거될 수도 있다. 또한, 제어 밸브(400)의 구성도 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 변경될 수 있다. 또한, 사용되는 작동 유체도 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 변경될 수 있다. 그리고, 본 발명의 장치 및 방법의 실시예들은 4행정 엔진 제동 뿐만 아니라, 정상 엔진 배기 및 흡기 밸브 사상이 변화되는 2행정 엔진 제동에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예 및 변경예가 첨부된 청구의 범위와 이들의 균등물의 범위 내에 있다면, 본 발명은 이들 실시예 및 변경예 모두를 포함하는 것으로 볼 수 있다.

Claims (20)

  1. 고압 작동 유체 통로,
    고압 작동 유체 공급원,
    상기 고압 작동 유체 통로를 통해 상기 작동 유체 공급원에 연결된 유체 감압 장치,
    저압 작동 유체 통로,
    상기 저압 작동 유체 통로를 통해 상기 유체 감압 장치에 연결된 작동 유체 제어 밸브,
    액츄에이터 작동 유체 통로, 및
    엔진 밸브 사상을 발생시키도록 엔진 밸브를 작동시키기 위한 엔진 밸브 액츄에이터를 포함하며,
    상기 엔진 밸브 액츄에이터가 상기 액츄에이터 작동 유체 통로를 통해 상기 작동 유체 제어 밸브와 연통하는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 밸브 사상은 압축 해제 제동 사상, 블리더 제동 사상, 및 배기 가스 순환 사상으로 이루어지는 군으로부터 선택되는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 유체 공급원은 연료 분사 시스템을 포함하는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 감압 장치는 제 1 압력으로부터, 대략 상기 제 1 압력보다 낮은 크기의 압력을 가지는 제 2 압력으로 상기 작동 유체의 압력을 감소시키는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 압력은 약 300 psi인,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 밸브는,
    내부에 형성된 복수의 유체 통로를 구비하며, 제 1 작동 위치와 제 2 작동 위치 사이에서 선택적으로 병진이동하도록 되어 있는 밸브체,
    상기 밸브체를 병진이동시키는 제어기, 및
    상기 제 1 작동 위치 안으로 상기 밸브체를 편향시키는 스프링을 포함하는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 엔진 사이클 당 1회 이상의 속도로 상기 밸브체를 병진이동시키는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 밸브는, 상기 밸브체가 상기 제 1 작동 위치 내에 있는 경우, 어큐뮬레이터와 상기 액츄에이터 작동 유체 통로를 연결시키는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 밸브는, 상기 밸브체가 상기 제 1 작동 위치 내에 있는 경우, 저압 작동 유체 탱크와 상기 액츄에이터 작동 유체 통로를 연결시키는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 밸브는, 상기 밸브체가 상기 제 2 작동 위치 내에 있는 경우, 저압 작동 유체 통로와 상기 액츄에이터 작동 유체 통로를 연결시키는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 밸브 액츄에이터는,
    상기 액츄에이터 작동 유체 통로로부터 작동 유체를 수용하기 위한 유체 챔버,
    상기 유체 챔버 내에 미끄럼가능하게 배치되는 액츄에이터 피스톤, 및
    상기 액츄에이터 피스톤과 접촉 상태인 리턴 스프링을 포함하는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    저압 작동 유체 탱크를 더 포함하며,
    상기 작동 유체 공급원은,
    저압 유체 탱크와 연통하는 고압 펌프,
    압력 조절기, 및
    상기 고압 작동 유체 통로에 연결된 고압 플래넘을 더 포함하는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 밸브는 전용 엔진 배기 밸브인,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 밸브는 주 배기 밸브보다 작동하는데 보다 작은 힘을 필요로 하는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  15. 제 1 압력의 작동 유체를 제공하기 위한 고압 작동 유체 공급원,
    상기 작동 유체 공급원에 연결된 유체 감압 장치,
    상기 유체 감압 장치에 연결되며 제 1 작동 위치 및 제 2 작동 위치를 구비하는 작동 유체 제어 밸브, 및
    상기 작동 유체 제어 밸브가 상기 제 2 작동 위치 내에 있는 경우 제 2 압력의 상기 작동 유체를 수용하도록 되어 있는 엔진 밸브 사상을 발생시키도록 엔진 밸브를 작동시키기 위한 엔진 밸브 액츄에이터를 포함하는,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 압력은 약 300 psi인,
    엔진 밸브 작동 시스템.
  17. 엔진 밸브 사상을 발생시키도록 내연 기관 내의 엔진 밸브를 작동시키는 방법으로서,
    유체 감압 장치에 작동 유체를 제공하는 단계,
    제 1 압력으로부터 제 2 압력으로 상기 작동 유체의 압력을 감소시키는 단계,
    상기 제 2 압력의 상기 작동 유체를 엔진 밸브 액츄에이터에 선택적으로 적용하는 단계, 및
    상기 엔진 밸브 사상을 발생시키도록 상기 엔진 밸브를 작동시키는 단계를 포함하는,
    엔진 밸브의 작동 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 엔진 밸브를 작동시키는 단계는 압축 해제 제동 사상을 발생시키는 단계를 더 포함하는,
    엔진 밸브의 작동 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 엔진 밸브를 작동시키는 단계는 블리더 제동 사상을 발생시키는 단계를 더 포함하는,
    엔진 밸브의 작동 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 엔진 밸브를 작동시키는 단계는 배기 가스 재순환 사상을 발생시키는 단계를 더 포함하는,
    엔진 밸브의 작동 방법.
KR10-2004-7011884A 2002-01-30 2003-01-30 감압된 커먼 레일 및 전용 엔진 밸브를 사용하는 방법 및엔진 밸브 작동 시스템 KR20040094419A (ko)

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