KR20070118127A - 개선된 연료 효율을 갖는 대형 2 행정 디젤 엔진 - Google Patents

개선된 연료 효율을 갖는 대형 2 행정 디젤 엔진 Download PDF

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KR20070118127A
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맨 디젤 에이/에스
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Abstract

본 발명은 대형 2 행정 디젤 엔진(1)용 배기 밸브 어셈블리(18)에 관한 것이다. 상기 어셈블리(18)는 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11)를 포함한다. 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성한다. 상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후 방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 한다. 유압 수단(50)이 제어부(27)로부터의 명령에 따라서 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치와 열린 위치에 유지시킨다.

Description

개선된 연료 효율을 갖는 대형 2 행정 디젤 엔진{A LARGE TWO-STROKE DIESEL ENGINE WITH IMPROVED FUEL EFFICIENCY}
본 발명은 크로스헤드 타입의 대형 2 행정 디젤 엔진에 관한 것으로, 특히 유체 작동되고 전자적으로 제어되는 액츄에이터를 포함하는 밸브 어셈블리를 갖는 대형 2행정 디젤엔진에 관한 것이다.
크로스헤드 타입의 대형 2행정 디젤 엔진은 일반적으로 대형 선박용 추진장치와 발전소의 발동기로 이용되었고, 최근에 캠샤프트 제어 엔진으로부터 전자적인 제어 엔진으로 발전되었다. 전자 제어에 의해 연료 분사의 타이밍과 배기 밸브의 형상에 대한 융통성이 개량되었다.
그리하여 연소과정이 보다 잘 제어될 수 있어, 모든 런닝 스피드에서의 스모크레스 공정, 감소된 부분 부하 연료 소비와 보다 낮은 최소 런닝 스피드가 가능하게 되어 보다 효율적인 연소와 보다 낮은 배기량이 실천된다.
CN 1485530 (중국 특허출원번호), JP 2004-084670 (일본 특허출원번호), KR 2004-20003 (한국 특허출원번호)는 전자적으로 제어되는 대형 2 행정 디젤엔진이 개시되어 있다.
이러한 엔진에서, 배기 밸브는, 고압 유압 유체로 작동되는 유압 액츄에이터 에 의해 구동된다. 액츄에이터는 배기 밸브가 에어 스프링의 힘에 대항하여 개방되도록 강제한다. 배기 밸브의 열림 행정 중 유압 액츄에이터에 의하여 배달된 에너지의 대부분은 위치 에너지로 가스 스프링에 저장된다. 저장된 에너지는 캠 샤프트 구동 엔진에서와 다르게 닫힘 행정 중에 재사용되지 않고 재사용할 수단이 없으므로 낭비된다.
사용되지 않은 에너지는 열로 변환되어 리턴 오일과 함께 유압 시스템의 탱크로 가게 된다. 대형 2행정 디젤 엔진의 배기 밸브를 개방하기 위하여 사용되는 유압 에너지의 량은 매우 중요하고, 전자 제어 엔진의 증대된 연소 제어에 의해 얻어진 연료 절약의 많은 량이 배기 밸브 구동에서 손실된다.
실질적으로 동일한 밸브 어셈블리를 갖는 대형 2 행정 엔진이 WO98/57048에 개시되어 있다. 그러나, WO98/57048에서는 배기 밸브에는 컨트롤러에 연결된 위치 센서가 설치된다. 위치 센서로부터의 신호는 배기 밸브의 이동을 모니터 하기 위해 이용되고, 배기 밸브의 이동을 제어하기 위해 이용되지 않는다(노 위치 피드백 또는 다른 형태의 피드백 제어).
본 발명의 목적은 우선적으로 개선된 연료 효율을 갖는 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에서는, 배기 밸브 어셈블리를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 어셈블리는: 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 양방향으로 이동가능한 배기 밸브와; 상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스(mass) 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리와, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며; 상기 배기 밸브의 위치를 나타내는 신호를 공급하는 위치 센서와; 상기 위치 센서로부터 상기 신호를 수신하는 제어부; 및 상기 제어부로부터의 명령에 따라서 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치와 열린 위치에 유지시키는 유압 수단을 포함하여 구성되고, 상기 제어부는 상기 위치 센서로부터의 신호에 응답하여 상기 유압 수단에 명령을 하여 상기 배기 밸브를 유지시키도록 구성된다.
상기 배기 밸브 및 그와 연동 되어 움직이는 다른 부분들은 상기 제어부에 의해서 유연하게 제어될 수 있는 시점에서 상기 제어부에 의해 해제된 후에, 주로 상기 복동식 스프링 어셈블리에 축적된 위치 에너지에 의해 추진되며 상기 닫힌 위치와 열린 위치 간의 스윙동작은 실질적으로 방해받지 않는다. 리턴 행정을 위한 에너지는 상기 배기 밸브가 상기 열린 위치 쪽으로 하강할 때 상기 복동식 스프링 어셈블리에 축적된다. 따라서, 상기 배기 밸브의 운동을 유지시키기 위해서 마찰과 유체 저항으로 인해 손실된 에너지만 재공급하여 주면 된다. 이러한 점은, CN 1485530(중국출원), JP 2004-084670(일본출원), KR 2004-20003(한국출원)에 기재된 밸브 어셈블리와 비교할 때 상당한 에너지 절약이다. 상기 배기 밸브는 상기 위치 센서로부터의 신호를 통해서, 상기 제어부의 명령하에 상기 유압 수단에 의해 바람직한 위치에 정확하게 정지시킬 수 있으며, 그럼으로써 상기 배기 밸브의 이동 동작의 정확성이 향상된다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 연료 효율을 갖는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 16에서는, 배기 밸브 어셈블리를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 어셈블리는: 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브와; 상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리와, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후 방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며; 상기 배기 밸브의 위치를 나타내는 신호를 공급하는 위치 센서와; 상기 위치 센서로부터 상기 신호를 수신하고 그 신호에 따라서 상기 어셈블리중의 에너지 손실을 보상하기 위해 상기 배기 밸브에 가해지는 추가 에너지량을 구하도록 구성된 제어부와; 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단; 및 상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 제어부의 명령하에 상기 배기 밸브에 상기 구해진 추가 에너지량을 공급하는 유압 수단을 포함하여 구성된다.
상기 유압 수단은 엔진의 동작 조건과 같은 환경에 따라 가변할 수 있도록 효율적이고 유연성 있게 상기 추가 에너지를 공급할 수 있도록 한다. 상기 제어부는 상기 시스템에 공급될 추가 에너지 필요량을 구하기 위해 상기 위치 센서로부터의 신호와 선택적으로 다른 파라미터들을 사용하도록 구성될 수 있고, 상기 추가 에너지를 공급하는 유압 수단에 명령을 내려 상기 구해진 량의 유압 에너지를 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 또한 상기 추가 에너지를 공급하는 유압 수단에 명령을 내려 초기 에너지량을 공급하도록 구성될 수 있으며, 상기 초기 에너지량은 미리 정해진 값이거나 또는 상기 엔진의 동작 파라미터에 따라서 상기 제어부에 의해 구해진 값일 수 있다.
상기 제어부는 상기 추가 에너지를 공급하는 유압 수단에 명령을 내려 추가 에너지량을 공급하도록 하거나, 또는 상기 유압 수단에 명령을 내려 상기 배기 밸브를 느리게 동작시킴으로써 상기 배기 밸브의 실제 속도와 예상 속도 간의 편차를 보정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 위치 센서로부터의 신호와 선택적으로 다른 파라미터를 사용하여 상기 배기 밸브가 너무 빠르게 오버슈트 되거나 또는 밸브 시이트에 근접되는 지를 판정하고, 상기 배기 밸브가 과도한 속도로 오버슈트 되거나 또는 밸브 시이트를 타격하기 전에 상기 유압 수단에 명령을 내려 배기 밸브를 느리게 동작시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 연료 효율을 갖는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 26에서는, 공칭 최대 연속 레이팅에서 소정의 엔진 속도 Rm(rpm:분당 회전수)를 갖으며 배기 밸브어셈블리(18)를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 배기 밸브 어셈블리는: 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브와; 상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리와, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며; 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단; 및 상기 어셈블리내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브에 추가 에너지를 공급하는 유압 수단을 포함하여 구성되고, 상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)에 동작가능하게 연결된 복동식 에어 피스톤(41)을 포함하며, 상기 매스 스프링 시스템의 고유 진동수가 Rm의 1 내지 64배의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 고유 진동수는 상기 배기 밸브가 하나의 극한 위치로부터 다른 극한 위치로 이동할 때의 속도와 가속도를 결정한다. 상기 고유 진동수의 값이 1 내지 64 회 Rm 의 범위 내에 있는 경우에, 연소 챔버 내의 배기 가스를 적절히 그리고 적시에 배출하기에 충분한 빠르기로 상기 밸브가 열리고 닫히게 된다.
상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브와 그와 연동 되어 함께 움직이는 다른 부분들의 운동 에너지를 위치 에너지로 변환하기 위하여 기상 매체의 압축을 이용할 수 있다. 상기 고유 진동수는 상기 복동식 스프링 어셈블리의 상기 기상 매체의 기저 압력에 의해 영향을 받을 수 있으며, 그 기저 압력을 조절함으로써 상기 고유 진동수를 조정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 연료 효율을 갖는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 30에서는, 배기 밸브 어셈블리를 구비하고 엔진 속도 R(rpm:분당 회전수)를 갖는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 어셈블리는: 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브와; 상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리와, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며, 또한 상기 복동식 스프링 어셈블리는 기상 매체가 기저 압력에서 더 고압으로 압축됨으로써 에너지를 축적하고 상기 기상 매체가 상기 고압에서 상기 기저 압력으로 팽창되면서 상기 배기 밸브를 추진하는 타입이며; 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단과; 상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브에 추가 에너지를 공급하는 유압 수단; 및 상기 매스 스프링 시스템의 고유 진동수의 바람직한 값을 결정하고 그에 따라 상기 복동식 스프링 어셈블리의 상기 기상 매체의 기저 압력을 조절/조정하도록 구성된 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 제어부는 동작 조건에 따라서 상기 고유 진동수를 적절한 레벨로 조절할 수 있다. 낮은 런닝 스피드에서는 고유 진동수를 낮추어 기계적인 유압 시스템의 부하를 감소시키고 상기 배기 밸브 어셈블리 내에서 손실되는 에너지량을 감소시킬 수 있다.
상기 제어부는 실제 엔진 속도의 함수로서 바람직한 고유 진동수를 결정할 수 있다. 또한 상기 제어부는 실제 엔진 속도 R의 2 내지 10배의 범위 내로 상기 바람직한 고유 진동수를 결정할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 적은 유압 에너지를 사용하며 개선된 구성을 갖는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 39에서는, 배기 밸브 어셈블리를 구비하는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 어셈블리는: 밸브 하우징과; 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11); 및 상기 배기 밸브의 스템에 끼워지는 피스톤을 포함하며, 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 에어 스프링 어셈블리를 포함하여 구성되고, 상기 피스톤과 상기 배기 밸브 스템 간의 접속은 싱글 조인트에 의해 이루어진 것을 특징으로 한다.
싱글 조인트를 사용함으로써, 상기 스프링 피스톤을 상기 밸브 샤프트에 장착하는 과정을 간소화할 수 있고, 상기 밸브 어셈블리의 크기를 작게 할 수 있다.
바람직하게는 상기 스프링 피스톤은 2개의 대향하는 웨지들에 의해 밸브시스템으로 조여질 수 있다. 상기 웨지들은 웨지 링 또는 웨지 부싱으로 형성할 수 있다.
상기 배기 밸브 어셈블리는 상기 스프링 피스톤에 대향 되는 상기 밸브 스템 상에 배치되는 플랜지를 포함할 수 있다.
상기 웨지 링들 중 하나는 상기 스프링 피스톤 내에 설치되는 원추형 콜릿 구멍내에 수납되고, 다른 하나는 상기 플랜지 내에 설치되는 원추형 콜릿 구멍 내에 수납될 수 있다. 상기 플랜지는 상기 스프링 피스톤에 조여짐으로써 상기 반대방향으로 배치된 웨지 링들이 각각의 해당되는 콜릿 구멍 내로 밀어붙여 지고 상기 밸브 스템의 주변부에 대해서 반경 방향으로 밀착되며, 그럼으로써 상기 스프링 피스톤과 상기 웨지 부싱이 상기 밸브 스템 내로 조여지게 된다.
상기 플랜지는 상기 플랜지를 관통하여 조립된 인장 볼트들에 의해 상기 스프링 피스톤에 밀착될 수 있다.
상기 배기 밸브를 닫히는 방향으로 압박하는 유압 피스톤 실린더 구성의 상기 유압 피스톤은 상기 배기 밸브의 스템 주위에 배치되는 링 피스톤일 수 있다.
상기 링 피스톤은 상기 스프링 피스톤에 연결되는 슬리브로써 형성할 수 있다. 상기 슬리브는 상기 밸브 헤드를 향하여 배치될 수 있고 상기 스프링 피스톤과 일체로 형성될 수 있다.
상기 유압 피스톤-실린더 어셈블리에 대한 유압 유체의 흐름을 제어하기 위한 유압 밸브 블럭이 상기 밸브 하우징에 직접 부착될 수 있다.
상기 배기 밸브 어셈블리는 강자성 재료로 된 테이퍼 처리된 슬리브를 포함하는 위치 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 테이퍼 처리된 슬리브는 상기 부싱과 일체로 된 부분일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 적은 유압 에너지를 사용하며 개선된 안전성을 갖는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 57에서는, 배기 밸브 어셈블리를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 어셈블리는: 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 양방향으로 이동가능한 배기 밸브와; 상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리와, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하는 2개의 스프링 챔버를 구비하며; 제어부의 명령에 따라서 상기 배기 밸브를 유지시키는 유압 수단; 및 유압이 급감하거나 소정의 임계치 이하로 떨어질 때 상기 배기 밸브가 자동적으로 상기 닫힌 위치를 차지하도록 상기 배기 밸브를 열리는 방향으로 압박하는 스프링 챔버를 진공 배기시키는 수단을 포함하여 구성된다.
상기 진공 배기 수단은 탄성 수단에 의해 열린 위치 쪽으로 압박되고 유압 피스톤에 의해 닫힌 위치 쪽으로 압박되는 릴리프 밸브를 포함할 수 있으며, 상기 탄성 수단은 상기 유압이 급감하거나 상기 소정 임계치 이하로 떨어질 때 상기 릴리프 밸브를 상기 열린 위치 쪽으로 압박한다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 배기 밸브 어셈블리를 갖는 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 59에서는, 배기 밸브 어셈블리를 구비한 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 배기 밸브 어셈블리는: 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브와; 상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리(40)와, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 서로 반대 방향으로 작용하는 2개의 스프링 챔버에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하고, 또한 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 열린 위치에 있을 때 상기 배기 밸브를 열리는 방향으로 압박하는 상기 스프링 챔버 보다 상기 배기 밸브가 닫힌 위치에 있을 때 상기 배기 밸브를 열리는 방향으로 압박하는 스프링 챔버 내에 더 많은 양의 에너지를 축적하도록 구성되며; 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단과; 상기 복동식 스프링 어셈블리가 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단과; 상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브에 추가 에너지를 공급하는 유압 수단을 포함한다.
상기 제 8 밸브를 닫히는 방향으로 압박하는 상기 스프링 챔버 보다 상기 배기 밸브를 열리는 방향으로 압박하는 스프링 챔버 내에 더 많은 양의 에너지를 축적하도록 함으로써, 상기 배기 밸브의 열림 행정 중에 상기 연소 챔버 내의 가스 압력을 극복하기 위해 필요한 추가적인 조치의 보상이 제공된다. 따라서, 열림 행정을 위해 축적된 에너지량과 닫힘 행정을 위해 축적된 에너지량 모두를 실제 필요치에 근사하게 구성할 수 있으며, 그럼으로써 상기 유압 수단에 의해 상기 배기 밸브에 가해지는 추가 에너지량을 최소화할 수 있고, 두 행정 중에 너무 많은 에너지가 배기 밸브에 공급될 위험을 최소화할 수 있으며, 따라서 상기 배기 밸브의 각 행정의 끝에서 배기 밸브를 완충시킬 필요성이 감소 된다. 이러한 수단이 없이는, 열림 행정 중에 공급되는 추가 에너지가 닫힘 행정 중에 공급되는 추가 에너지량보다 훨씬 더 많게 된다.
바람직하게는, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 피스톤의 양측에 배치되는 압력 챔버를 구비한 실린더 내에 배치되는 피스톤을 포함한다.
상기 복동식 스프링 어셈블리는, 기상 매체가 기저 압력에서 더 고압으로 압축됨으로써 에너지를 축적하고 상기 기상 매체가 상기 고압에서 상기 기저 압력으로 팽창되면서, 상기 배기 밸브를 닫히는 방향으로 압박하는 상기 스프링 챔버의 기저 압력 보다 높은 상기 배기 밸브를 열리는 방향으로 압박하는 상기 스프링 챔버의 기저 압력으로 상기 배기 밸브를 추진하는 타입일 수 있다.
바람직하게는, 상기 대형 2 행정 디젤 엔진은, 엔진의 동작 조건에 따라서 및/또는 상기 배기 밸브의 측정된 위치 및/또는 속도에 따라서 상기 스프링 챔버들 간의 기저 압력들 간의 바람직한 차이 값을 결정하도록 구성된 제어부를 포함한다.
상기 열림 행정과 닫힘 행정에서 사용되는 에너지의 차이 값은 또한 상기 스프링 피스톤의 타측의 유효 면적과는 상이한 상기 스프링 피스톤의 일측의 유효 면적에 의해 구할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 배기 밸브 어셈블리를 갖는 대형 2 행정 디젤 엔진을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 청구항 70에서는, 개량된 전자 제어 배기 밸브 작동 시스템을 구비한 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진이 제공되며, 상기 배기 밸브 어셈블리는;닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브와; 상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들의 매스와 함께 매스 스프링 시스템을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리와, 상기 복동식 스프링 어셈블리는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 반대방향으로 배기밸브의 연속적인 추진을 위하여 반대 방향으로 작용하는 2개의 스프링 챔버에 에너지를 축적하고, 상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브에 추가 에너지를 공급하고, 닫힌 위치와 열린 위치로 배기밸브를 유지하기 위한 유압 피스톤 및 실린더 수단; 및 상기 유압 피스톤 및 실린더 수단은, 하나 이상의 능동 제어 밸브 부재들을 거쳐 고압 유체원 및 저압 디스차지와 선택적으로 연통하는 하나 이상의 압력 챔버들을 포함한다.
본 발명에 의한 대형 2 행정 디젤 엔진의 다른 목적, 특징, 이점 및 특성들은 상세한 설명으로부터 명백히 이해할 수 있을 것이다.
제1도는 실린더 커버를 구비한 2 행정 크로스헤드 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 정면도;
제1A도는 대형 2 행정 디젤 엔진의 레이아웃을 나타낸 도면;
제2도는 제1도의 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 횡단면도;
제3도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 주요 특징들을 나타낸 개략도;
제4도는 본 발명에서 사용되는 제어 밸브의 일 실시예의 횡단면도;
제5도는 본 발명에서 사용되는 제어 밸브의 다른 실시예의 횡단면도;
제6도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 일 실시예를 나타낸 개략도;
제7도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸 개략도;
제8도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 다른 실시예를 나타낸 개략도;
제9도는 본 발명에서 사용되는 제어 밸브의 다른 실시예의 횡단면도;
제10도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 일 실시예의 시스템도;
제11도는 상기 배기 밸브의 운동에 상대적인 제어 밸브의 위치들을 나타낸 동작 챠트도;
제12도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 다른 실시예의 개략도;
제13도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 다른 실시예의 개략도;
제14도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 실시예의 횡단면도;
제15도는 제14도의 상세도;
제16도는 제14도의 요부의 상세 횡단면도;
제17도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 다른 실시예의 횡단면도;
제18도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 다른 실시예의 횡단면도;
제19도는 본 발명에 의한 배기 밸브 어셈블리의 다른 실시예의 횡단면도.
본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 상세히 설 명한다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진(1)을 도시한다. 그 엔진은 저속 2 행정 크로스헤드 디젤 엔진이며, 선박의 추진 엔진이나 발전소의 발동기일 수도 있다. 이러한 엔진은 전형적으로 라인마다 6~16개의 실린더를 가진다. 이러한 엔진들은 크랭크축(3)에 적합한 메인 베어링을 가지는 베드플레이트(2)로 제작된다. 이 베드플레이트는 이용가능한 생산 설비에 따라 적합한 크기의 섹션으로 나뉘어진다. 용접 도안 A형 크랭크케이스 프레임(4)은 베드플레이트 위에 탑재된다. 실린더 프레임(5)은 크랭크케이스(4)의 최상부에 탑재된다. 스테이볼트(도시 생략)는 베드플레이트를 실린더에 연결하고 그 구조를 함께 유지한다. 실린더(6)는 실린더 프레임(5)에 의해 지탱된다. 배기밸브 어셈블리(18)는 각 실린더(6)의 상부에 설치된다. 실린더 프레임(5)는 또한 배기 리시버(17), 터보 차져(10) 및 소기 리시버(9)를 지탱한다.
도1A 는 엔진 파워와 스피드에 대한 레이아웃 다이어그램을 보여준다. 이 다이어그램은 4개의 레이아웃 포인트(L1,L2,L3,L4)를 포함한다.
L1 은, 100% 엔진파워와 100% 엔진스피드(Rm)에서의 공칭 최대 연속 레이팅(공칭 MCR)를 표시한다. 대형 2 행정 디젤 엔진의 100 % 엔진스피드(Rm)는 전형적으로 76 (1080mm 까지의 실린더 내경의 최대 타입용) 내지 250 RPM (260mm 까지의 실린더 내경의 최소 타입용) 범위 내에 있다. 엔진 파워의 범위는 100,000KW (최대타입용)에서부터 1600KW(최소타입용)까지 이다. L2 는 최대 엔진 스피드에서의 최소 엔진 파워를 표시하고, L3 는 최소 엔진 스피드에서의 최대 엔진 파워를 표시하고, L4 는 최소 엔진 스피드에서의 최소 엔진 파워를 표시한다.
도 2는 내연 기관의 실린더(6)를 보다 상세하게 도시한다. 실린더(6)는 단류 타입이고 소기 리시버(9)(도1)으로부터 터보차져(10)(도1)에 의해 가압된 소기가 공급되는 에어박스(8) 내에 위치한 소기 포트(7)를 갖는다. 미도시된 크로스헤드는 피스톤 로드(14)를 미도시된 크랭크를 통하여 크랭크축(3)(도1)에 연결한다.
배기 밸브(11)는 실린더 커버(12) 안의 실린더의 최상부의 중심에 탑재된다. 팽창 행정의 마지막에 배기 밸브(11)는 엔진 피스톤(13)이 소기 포트(7)를 통과하여 지나기 전에 개방됨으로써, 피스톤(13) 위의 연소 챔버(15) 내의 연소 가스는 배기 리시버(17)로 열려있는 배기 통로(16)를 통해 흘러나가고, 연소 챔버(15) 내의 압력은 경감된다. 배기 밸브(11)는 다음 연소에 적합한 효과적인 압축비에 좌우될 조정가능한 모멘트에서 피스톤(13)의 상향 운동 동안 다시 닫힌다. 밸브(11)의 내구성과, 연소 챔버 내의 상태의 편리하고 정확한 제어와, 엔진의 효율을 고려하여, 배기 밸브(11)는 편리하고 매우 정확하게 제어될 것이다.
배기 밸브(11)는 에어 스프링과 유압 피스톤 실린더 어셈블리를 포함하는 배기 밸브 어셈블리(18)에 의하여 개방 및 닫힌다. 밸브 블록은 배기 밸브 어셈블리(18)의 하우징에 직접 장착된다. 밸 브블록은, 라인(30)을 통하여 제어 컴퓨터(27)의 명령에 의해, 배기 밸브 어셈블리로의 유압 유체의 흐름 및 배기 밸브 어셈블리로부터의 유압 유체의 흐름을 제어하는 흐름 제어 밸브(6)를 포함한다.
제어 컴퓨터(27)는 라인(28)을 통하여 피드백 및 다른 신호들을 받는다. 밸브 블록 에는 콘솔(23)에 의해 지지되는 디스트리뷰터 블럭(22)의 최상부 표면의 포트에 밸브 블록의 입구포트를 연결하는 압력 도관(21)를 통하여 고압 유압 유체가 공급된다. 리턴 도관(20)은 밸브 블록의 출구 포트를 디스트리뷰터 블록(22)의 최상부 표면의 리턴 포트에 연결한다. 디스트리뷰터 블록(22)은 탱크(도2에 미도시)에 연결되고 또한 고압 유압 유체의 소스에 연결된다.
각 실린더(6)에는 링 도관(미도시)에 의해 접속된 두 개 또는 세 개의 인젝터(24)(하나만 도시됨)가 제공된다. 연료는 공급 도관(25)을 통해 디스트리뷰터 블럭(22)으로부터 인젝터(24)로 공급된다. 인젝터(24)는 리턴 도관(19)을 경유하여 디스트리뷰터 블럭(22)의 리턴 포트에 연결된다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배기 밸브 어셈블리(18)를 나타낸 개략도이다. 배기 밸브(11)은 밸브 헤드(31)가 밸브 시트(32)에 접촉되는 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 움직일 수 있다. 상기 배기 밸브(11)의 개도는 예를들어 동작조건에 따라 가변될 수 있다. 상기 복동식 에어 스프링(40)은 밸브 스템(33)에 고정되는 스프링 피스톤(41)에 의해 상기 배기 밸브에 동작 가능하게 연결된다. 상기 복동식 에어 스프링(40)은 2개의 스프링 챔버(42,43)을 구비한다. 상기 스프링 챔버(42)는 상기 배기 밸브가 닫힌 위치로 이동할 때 압축되고, 반면 상기 스프링 챔버(43)은 상기 배기 밸브가 상기 열린 위치로 이동할 때 압축된다. 상기 스프링 챔버(42,43)은 위치 에너지 축적기로서 작용한다.
상기 스프링 챔버(43)이 압축될 때는 그 내부에 축적된 에너지가 상기 배기 밸브(11)을 닫힌 방향으로 추진할 수 있다. 상기 배기 밸브(11) 이 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이의 실질상 중앙에 있을 경우는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 두 스프링 챔버(42,43) 내의 압력이 실질상 동등하며, 이 위치에서 상기 복동식 에어 스프링(40)은 상기 배기 밸브(11)에 어떠한 힘도 효과적으로 미치지 못한다. 상기 에어 스프링(40)은 각각의 스프링 피스톤(미도시)을 갖는 2개의 실린더로 형성할 수도 있다.
상기 에어 스프링(40)은 상기 배기 밸브(11)의 매스 및 그와 연동되어 움직이는 상기 스프링 피스톤과 같은 다른 부품의 매스와 함께 매스 스프링 시스템을 형성하며, 상기 매스 스프링 시스템은 일체로 움직이며, 상기 복동식 가스 스프링(40)의 스프링 챔버(42,43)에 축적되고 방출되는 위치 에너지를 주로 사용하여 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 왕복할 수 있다. 상기 배기 밸브(11) 및 그와 연동하여 움직이는 다른 부품들의 운동 에너지는 가스 스프링(40)의 상기 스프링 챔버들에 위치 에너지로 축적되며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 상기 닫힌 위치와 열린 위치 간의 상기 배기 밸브(11)의 왕복 운동을 유지시키기 위해서, 즉, 그 왕복 운동이 멈추지 않도록 하기 위해서는, 마찰과 점성으로 인해 손실된 에너지만 재충전해주면 된다.
상기 밸브 스템(33)에는 또한 복동식 유압 실린더(50)이 연결된다. 상기 복동식 유압 실린더(50)은 상기 밸브 스템(33)에 고정되는 복동식 피스톤(51)을 구비한다. 상기 복동식 피스톤(51)은 상기 유압 실린더를 압력 챔버(52)와 압력 챔버(53)으로 분할한다. 또는, 상기 배기 밸브(11)는 하나의 복동식 실린더 대신에 2개의 분리된 유압 실린더에 연결될 수도 있다.(후술함)
상기 압력 챔버(52)는 도관(66)을 통하여 제어 밸브(60)의 포트 A에 연결된다. 상기 압력 챔버(53)은 도관(67)을 통하여 제어 밸브(60)의 포트 B에 연결된다. 상기 제어 밸브(60)은 엔진의 공통 유압 압력 레일(미도시) 또는 고압 펌프 또는 펌프 스테이션(미도시)과 같은 고압 유압 유체의 공급원에 포트 P를 통해서 연결된다. 상기 제어 밸브(60)은 포트 T와 역지 밸브(72)를 구비한 도관(71)을 통해서 유압 유체 저장통 또는 탱크(73)에 연결된다.
상기 압력 챔버(52)가 가압되면, 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박하며, 반면 상기 압력 챔버(53)가 가압되면 상기 배기 밸브(11)을 닫히는 방향으로 압박한다. 상기 압력 챔버(52,53)의 가압은 제어 컴퓨터(27)(도 2 참조)의 명령하에 상기 제어 밸브(60)에 의해 제어된다. 그 정확한 동작은 후술하기로 한다. 원리적으로는, 상기 배기 밸브(11)의 왕복 운동을 유지하기 위해서는 점성과 마찰로 인해 손실된 에너지만 공급해주면 된다.
상기 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진에서 사용되기 위해서, 상기 배기 밸브(11)는 엔진 사이클의 일부에서는 닫혀 있고, 다른 부분에서는 열려 있어야 한다. 즉, 상기 배기 밸브(11)는 상기 열린 위치와 닫힌 위치 사이에서 자유롭게 왕복할 수 없다. 상기 배기 밸브(11)의 왕복 운동은 사인파의 정점과 저점, 즉 닫힌 위치와 열린 위치에서 정지되어, 거기서 큰 에너지 손실 없이 머무를 수 있다. 그 후에 상기 배기 밸브(11)가 해제되면, 상기 각각의 스프링 챔버(42,43)의 위치 에너지가 상기 배기 밸브(11)의 운동 에너지로 변환되고 상기 왕복 운동이 계속된다. 상기와 같은 정지에도 불구하고, 상기 배기 밸브(11)의 왕복 운동은 배기 밸브(11) 의 속도 프로파일을 결정하는 고유 진동수에 의해 특징 지워질 수 있다.
상기 배기 밸브(11)이 열린 위치에서 닫힌 위치로 움직이는 것과 그 반대로 움직이는 것 모두 충분히 빠르게 진행되어야 한다. 가변적인 고유 진동수를 갖는 시스템에서는, 헤르쯔로 표현되는 상기 매스 스프링 시스템의 고유 진동수가 항상 분당 회전수(RPM)로 표현되는 실제 크랭크 샤프트 속도 R의 적어도 2배 내지 10배가 되어야 한다. 상기 매스 스프링 시스템이 고정된 고유 진동수로 동작하는 경우, 그 고정된 고유 진동수는 엔진의 공칭 최대 연속 레이팅에서 분당 회전수(RPM)로 표현되는 크랭크 샤프트 속도 Rm 과 적어도 동등해야 하며, 상기 Rm의 2 내지 60배의 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 배기 밸브(11)의 왕복 운동은 상기 두 극점에서 상기 복동식 유압 실린더(50)에 의해 정지된다. 도 3에서, 상기 제어 밸브(60)의 일 예로서 6 포지션 사방변이 도시되어 있다. 다른 밸브 구성으로도 상기와 동일한 유압 연결들을 이루어, 상기 배기 밸브(11)의 왕복 운동에 추가 에너지를 공급할 수 있고 배기 밸브(11)을 상기 닫힌 위치와 열린 위치에 정지시킬 수 있는 유압 제어 시스템을 구현할 수 있다.
상기 유압 제어 밸브(60)는 상기 배기 밸브(11)을 제어하는 유용한 패턴으로 상기 포트 A, B, P 및 T 간의 연결을 형성하고 해제시킨다. 상기 패턴들로서 상기 유압 제어 시스템의 모드들이 도 3에 리스트 되어 있다.
모드 1: 포트 A 가 포트 T에 연결되고 포트 P가 포트 B에 연결된다. 이러한 모드에서는 가압된 유체가 압력 챔버(53)으로 가게 되고, 상기 압력 챔버(52)는 상기 탱크 또는 드레인에 연결된다. 이러한 모드는 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치에 정지시키기 위해 사용되며, 상기 스프링 챔버(42)에 축적된 위치 에너지가 방출되지 않는다. 이 모드는 또한 상기 배기 밸브(11)을 강제로 닫을 때 사용될 수 있고, 닫힘 행정 중에 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
모드 2: 포트 P 가 포트 A에 연결되고 포트 B가 포트 T에 연결된다. 이러한 모드에서는 가압된 유체가 압력 챔버(52)으로 가게 되고, 상기 압력 챔버(53)는 상기 탱크 또는 드레인에 연결된다. 이러한 모드는 상기 배기 밸브(11)을 (필요한 경우) 강제로 닫을 때 사용될 수 있고, 열림 행정 중에 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
모드 3: 포트 A와 B가 포트 T에 연결된다. 압력 챔버(52,53)은 서로 연결되고 탱크에도 연결된다. 이렇게 구성됨으로써, 유체가 압력 챔버(52)로부터 압력 챔버(53)으로 흐를 수 있게 되고 그 반대로도 흐를 수 있게 된다. 역지 밸브(72)는 이러한 효과를 보조한다. 이 모드는 상기 배기 밸브(11)이 상기 스프링 챔버(42)내의 위치에너지에 의해서 구동되어 닫힌 위치로부터 열린 위치로 자유롭게 이동하고, 상기 스프링 챔버(43)내의 위치에너지에 의해서 구동되어 열린 위치로부터 닫힌 위치로 자유롭게 이동하도록 할 때 사용된다. 이 모드에서는, 상기 배기 밸브의 운동이 상기 복동식 유압 실린더(50)에 의해서 실질적으로 방해 받지 않으며 지지되지도 않는다. 이 모드에서는, 상기 배기 밸브(11)가 실질적으로 자유롭게 왕복운동하는 매스 스프링 시스템으로서 동작한다.
모드 4a: 모든 포트가 닫힘으로써, 상기 유압 유체가 상기 두 압력 챔버(52,53)내에 갇히게 되고 상기 복동식 유압 피스톤(51)의 운동이 방지된다.
모드 4b: 포트 A와 T가 닫힌다. 포트 P는 포트 B에 연결된다. 상기 압력 챔버(52)내의 유압 유체는 갇히게 되고, 상기 압력 챔버(53)내는 고압으로 유지된다.
모드 4c: 포트 B와 T가 닫힌다. 포트 P는 포트 A에 연결된다. 상기 압력 챔버(53)내의 유압 유체는 갇히게 되고, 상기 압력 챔버(52)내는 고압으로 유지된다.
모드 4a, 4b 또는 4c가 실행되면, 상기 배기 밸브(11)의 운동이 끝나게 된다. 특정 설계에서는 상기 모드 4a, 4b 및 4c중 하나만 필요하다. 이 모드는 열린 위치에 또는 임의의 다른 바람직한 포인트에 상기 배기 밸브(11)를 정지시키기 위해서 사용된다. 어떠한 모드를 사용할 것인지는 유압 시스템의 구성에 따라 다르다.
상기 제어 밸브(60)은 비례 밸브인 것이 바람직하며, 그럼으로써 적은 량의 조절로 각 모드 간의 전환을 원활하게 할 수 있고, 따라서 갑작스런 매스 브레이킹 과 액격 효과로 인한 시스템내 압력 피크를 최소화할 수 있다. 또한 높은 가속도 힘으로 인한 기계적인 부하도 감소된다.
도 4는 상기 제어 밸브(60)의 일 실시예를 더 상세히 나타낸 것이다. 이 실시예에서는, 도 4의 우측에 밸브를 나타내는 기호로 표시된 바와 같은 내부 연결관계를 갖는 스풀 밸브이다. 상기 제어 밸브는, 메인 스풀(62)이 배치된 하우징(61), 전기적으로 구동되는 파일럿 밸브(63), 전자 조절기(64) 및 리니어 위치 검출기를 구비하고 있다. 상기 조절기(64)는 제어 컴퓨터(27)로부터 명령 신호를 수신하고, 상기 리니어 위치 검출기로부터 피드백 스풀 위치 신호를 수신한다. 상기 조절 기(64)는 상기 스풀(62)의 위치를 잘 알려진 폐쇄 루프 방식으로 제어한다.
도 5는 상기 제어 밸브(60)의 다른 실시예를 나타내며, 여기서는 포트 A와 B가 서로 바뀌어 있다. 이 밸브의 다른 특징들은 상기 도 4의 실시예와 동일하며, 도 4의 제어 밸브와 동일한 부호로 표시되어 있다.
상기 유압 제어 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 단일의 유압 밸브로 구성되거나, 또는 하나 또는 그 이상의 유압 밸브와 가능하면 하나 또는 그 이상의 역지 밸브의 결합으로써 구성할 수 있다.
상기 다른 실시예의 예를 들면, 2 포지션 삼방변(60A)과 도 6에 도시된 위치 피드백을 포함하는 비례 제어 3 포지션 삼방변(60B)의 결합으로써 구성할 수 있다. 상기 비례 제어 삼방변(60B)은 제어부(27)에 의해 제어되어 원할하게 열리고 닫힘으로써, 유압 유체의 갑작스런 압력 변화로 인해 발생하는 '수충격' 및 기타 위험을 피할 수 있다. 이 실시예에 의한 시스템은 동작 모드 4A와 4B를 갖지 않는다. 상기 시스템은 상기 배기 밸브를 모드 4C의 위치에 유지시킬 수 있다. 상기 삼방변(60A) 도 비례 밸브일 수 있으나, 이 밸브에 대해서는 상기 액격 효과가 덜 하므로, 온/오프 형 밸브를 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 최적 제어를 위해 요구되는 정확도와 속도를 수동적인 부품들로는 달성하기 어렵기 때문에, 본 실시예 및 다른 실시예에서 상기 압력 챔버(52,53)에 대한 유체의 흐름을 제어하는 밸브 부재들은 서보 밸브와 같은 능동적인 부품들이다.
저압 공급원(75)은 상기 시스템을 동작중 항상 충전된 상태로 유지시킨다.
도 6b는 1 엔진 사이클중 상기 밸브들(60A,60B)의 열리고 닫히는 타이밍과 그 에 따른 배기 밸브의 동작 프로파일을 나타낸다. 사이클 시작시에 상기 비례 밸브(60B)는 상기 압력 챔버(53)을 고압 공급원에 연결시키는 위치에 있으며, 한편 상기 서보 밸브(60A)는 상기 압력 챔버(52)를 탱크(73)에 연결시키는 위치에 있다. 그럼으로써, 상기 스프링 챔버(42)내의 압력이 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박함에도 불구하고, 상기 유압 피스톤 구성체(50)가 상기 배기 밸브(11)를 닫히는 방향으로 힘을 가함으로써 배기 밸브를 닫힌 위치에 유지시킨다. 상기 엔진 사이클중 상기 배기 밸브(11)가 열릴 필요가 있는 시점에서는, 상기 제어부(27)가 상기 비례 밸브(60B)에 신호를 보내어 상기 압력 챔버(53)를 탱크(73)에 연결시키는 위치까지 이동시키고, 그와 동시에 상기 제어부(27)가 상기 서보 밸브(60A)에 신호를 보내어 상기 압력 챔버(52)를 상기 고압 공급원에 연결시키는 위치까지 이동시킨다. 따라서, 상기 배기 밸브(11)는 상기 유압 피스톤 구성체(50)와 상기 복동식 스프링 구성체 모두에 의해 열리는 방향으로 밀린다. 상기 유압 피스톤 구성체(50)는 상기 배기 밸브(11)가 배기 밸브를 닫히는 방향으로 압박하는 연소 챔버내의 압력을 극복할 수 있도록 보조하고, 열리는 방향으로 신속히 가속시킨다. 상기 배기 밸브(11)가 열린 위치 쪽으로 대략 2/3만큼 이동했을 때, 상기 제어부가 상기 서보 밸브(60A)에 신호를 보내어 단시간 동안 상기 압력 챔버(52)를 탱크(73)에 연결시키는 위치로 이동시킨다. 그럼으로써, 두 압력 챔버가 모두 탱크(73)에 연결되고, 상기 스프링 챔버(43)내의 압력이 상승함으로써, 상기 배기 밸브가 열린 위치 방향으로 원할하게 감속될 수 있게 한다. 상기 배기 밸브가 그의 열린 위치에 도달하면, 상기 제어부가 상기 서보 밸브(60A)에 신호를 보내어 상기 압력 챔 버(52)를 고압 공급원에 연결시키는 위치까지 이동하도록 하고, 이와 동시에 상기 비례 밸브(60B)에 신호를 보내어 상기 압력 챔버(53)를 폐쇄시키는 위치(비례 밸브(60B)의 이 위치에서는 상기 압력 챔버(53)에 유체의 유입 또는 유출이 불가능함) 까지 이동하도록 한다. 따라서, 상기 배기 밸브(11)는 그의 열린 위치에 유지되는 한편, 상기 압력 챔버(52)는 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박하게 되며, 이것은 상기 폐쇄된 압력 챔버(53)에 의해서 방지된다. 따라서, 상기 배기 밸브는 배기 밸브(11)를 닫히는 방향으로 압박하는 상기 스프링 챔버(43)내의 압력을 받으며 상기 열린 위치에 유지된다. 엔진 사이클이 상기 배기 밸브(11)를 닫아야 하는 시점까지 진행되면, 상기 제어부(27)가 상기 서보 밸브(60A)에 신호를 보내어 상기 압력 챔버(52)와 상기 탱크(73)와 연결되는 위치까지 이동하도록 하고, 그와 동시에 상기 비례 밸브(60B)에 신호를 보내어 상기 비례 밸브가 완전히 열리고 상기 압력 챔버(53)를 상기 고압 공급원에 연결시키는 위치까지 매우 짧은 시간에 이동하도록 한다. 상기와 같은 압력 챔버(53)내의 짧은 고압 파워 펄스는 상기 배기 밸브가 압력 챔버(53)와 스프링 챔버(43)의 두 힘을 받는 상태에서 그의 닫힘 운동을 신속히 가속할 수 있게 해준다. 상기 서보 밸브(60A)는 매우 짧은 시간 동안만 완전 열린 상태를 유지한다. 상기 배기 밸브(11)가 밸브 시트(32)에 접근하면, 상기 제어부(27)가 상기 비례 밸브(60B)에 명령을 내려 부분적으로만 개방되는 위치로 변경시킴으로써, 상기 고압 유체 공급원으로부터 압력 챔버(53)로의 흐름이 감속된다. 이렇게 함으로써, 상기 배기 밸브(11)의 헤드(31)가 상기 밸브 시트(32)에 유연하게 안착될 수 있다. 상기 배기 밸브(11)가 일단 상기 시트(32)에 안착되 면, 상기 제어부가 상기 비례 밸브(60B)에 명령을 내려 그의 완전 개방 위치로 이동하도록 함으로써, 상기 배기 밸브가 그의 시트에 안정적으로 유지되고 상기 시스템이 새로운 엔진 사이클에 대비할 수 있도록 한다. 상기 밸브들 (60A,60B)를 열고 닫는 타이밍과 상기 비례 밸브(60B)의 개도는, 상기 배기 밸브의 위치/속도를 감지하는 센서(도 6에 도시 안함)로부터의 위치/속도 신호에 근거하여 상기 제어부에 의해 결정된다. 상기 제어부는 상기 위치/속도 신호에 근거하여 상기 배기 밸브(11)의 실제 위치/속도를 소정의 바람직한 값들과 비교함으로써 결정하거나, 또는 상기 배기 밸브(11)의 물리적 행동을 시뮬레이션한 수학적 모델에 근거하여 결정할 수 있다. 즉, 상기 제어부는 상기 배기 밸브의 바람직한 속도 프로파일을 얻기 위해 요구되는 추가 에너지량을 연산한다.
도 7은 도 4와 도 5의 실시예보다 비교적 덜 복잡한 스풀 구성을 갖는 유압 시스템의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 제어 밸브(60)는 역지 밸브들(68,69)와 결합되는 5 포지션 사방 스풀 밸브이다.
도 8은 도 7의 실시예와 실질적으로 동일한 유압 제어 밸브 및 시스템의 다른 실시예를 나타낸다. 단, 이 실시예에서는, 역지 밸브들(68,69)이 상기 스풀 밸브내에 통합되어 있다.
도 9는 도 8의 실시예의 제어 밸브(60)의 기계적 구성의 개략도이다. 도 8과 도 9의 제어 밸브(60)를 이용하는 전체 시스템은 도 10에 도시되어 있다. 공급 도관(91)이 압력 도관들(92,93)로 분기되어 고압 공기 공급원으로부터 상기 스프링 챔버(42,43)로 고압 공기를 공급한다. 상기 공급 도관(91)내의 압력은 통상 3 내지 10bar의 기저 압력으로 유지된다. 분기 도관(92)은 스프링 챔버(42)에 연결되며 역지 밸브(96)와 릴리프 밸브(97)를 포함한다. 상기 역지 밸브(94,96)는 상기 스프링 챔버(42,43)가 기저 압력의 추가 공기를 공급받을 수 있도록 함으로써, 동작중에 상기 스프링 챔버(42,43)로부터 누출되는 공기를 보상하도록 한다. 상기 압력 릴리프 밸브(95,97)는 상기 스프링 챔버들의 압력이 소정의 임계치를 초과할 때 상기 스프링 챔버(42,43)을 진공 배기되도록 한다.
위치 센서(55)는 상기 배기 밸브(11)의 위치를 측정한다. 바람직한 일 실시예에서, 상기 위치 센서(55)는, 밸브 스템(33)과 연동되어 움직이는 강자성 재료로 된 원추형 부재(56)와 상기 배기 밸브 어셈블리(18)의 하우징에 고정되는 고정식 픽업 부재(57)를 포함하는 와전류형 센서이다. 선형 가변 차동 변환기를 포함하는 센서 또는 자기변형 봉을 포함하는 센서등과 같은 다른 유형의 센서를 사용할 수도 있다. 상기 위치 센서(55)의 신호는 라인(28)을 통해서 제어 컴퓨터(27)(제어부)에 전송된다.
본 실시예에서는, 2개의 스트로크 단부 유압 댐퍼(58,59)가 상기 유압 실린더(50)에 포함된다. 상기 스트로크 단부 댐퍼(59)는 열림 행정중에 상기 배기 밸브의 오버슈트시에 상기 배기 밸브(11)를 위험으로부터 안전하게 보호한다. 상기 스트로크 단부 댐퍼(58)는 상기 밸브 헤드(31)가 과속으로 밸브 시트(32)에 돌출되어 안착되는 경우 상기 배기 밸브(11)를 손상으로부터 보호한다. 상기 스트로크 단부 댐퍼(58)는 자가 조절형의 것일 수도 있다.
상기 제어 컴퓨터(27)는 전기적 제어 신호를 라인(30)을 통해서 상기 제어 밸 브(60)에 공급한다. 상기 유압 제어 시스템은 도 8의 제어 시스템과 동일하나, 단 공기 방출 밸브(82)와 오리피스(83)를 더 구비한다. 상기 공기 방출 밸브(82)는 상기 유압 시스템을 탈기시키며, 한편 상기 오리피스(82)는 상기 유압 시스템내의 오일이 재충전되도록 함으로써 과열 또는 기타 위험 상황을 방지한다.
작 용
상기 배기 밸브 어셈블리(18)의 동작을 도 11을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 도 11의 차트에는, 상기 배기 밸브(11)의 위치와 제어 밸브(60)의 위치가, 크랭크샤프트(3)의 회전당 한번 일어나는 상기 배기 밸브(11)의 1회의 열림과 닫힘 운동 시간에 대해서 플로트 되어 있다. 차트의 시작점에서는, 유압 제어 밸브(60)가 상기 제어 컴퓨터(27)에 의해서 '1' 위치에 유지되고, 상기 배기 밸브(11)는 복동식 유압 실린더(50)에 의해서 닫힌 위치에 머물게 된다. 상기 제어 컴퓨터(27)는 실제 크랭크샤프트 각 위치와 회전속도에 근거해서, 또한 주위 압력 및 온도등과 같은 다른 파라미터들(이러한 신호들을 제공하는 센서들은 도시 안함)에 근거해서, 그리고 오퍼레이터가 선택한 엔진 프로그램(연료 절감 프로그램, 저배출 프로그램)에 따라서 상기 배기 밸브(11)를 열 시점을 결정한다. 다음, 상기 제어 컴퓨터(27)가 상기 제어 밸브(60)에 명령을 내려 "5" 위치로 이동하도록 함으로써, 가압된 오일을 상기 압력 챔버(52)내로 보내고, 상기 압력 챔버(53)를 탱크에 연결시킨다. 따라서, 상기 복동식 유압 피스톤(50)이 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박함으로써 'a' 길이의 파워 펄스를 공급한다. 상기 파워 펄스의 길이는 상기 크랭 크샤프트 각 위치와 회전속도와 상기 배기 밸브 스핀들(33)의 위치 및 속도를 포함하는 피드백 신호들에 근거해서 상기 제어 컴퓨터(27)에 의해서 결정된다. 또한 상기 유압 공급 라인의 압력을 측정하여 상기 파워 펄스의 길이 'a'를 정밀하게 조정하는 데 이용한다. 이러한 피드백 신호들에 근거해서, 상기 파워 펄스 길이는 상기 제어 컴퓨터(27)에 의해서, 상기 스핀들을 가압하는 상기 연소 챔버내의 가압된 배기 가스의 여는 힘를 극복하는 데 필요한 것보다 더 길게 산출된다. 따라서, 상기 길이 'a'는 엔진의 부하에 맞게 적응될 수 있으며, 가압된 유압 유체를 필요한 만큼의 양만을 사용할 수 있으므로 에너지 소비가 최소화된다. 예를 들면, 저 부하에서는, 에어 스프링(40)의 힘이 상기 배기 밸브(11)를 여는 데 충분하므로 상기 임펄스 'a'가 필요하지 않을 수 있다.
상기 파워 펄스가 실행되면, 상기 제어 컴퓨터(27)가 상기 제어 밸브(60)에 명령을 내려 "4" 위치를 차지하도록 함으로써, 상기 매스 스프링 시스템을 방해 받지 않고 열린 위치 쪽으로 이동시킨다.
상기 배기 밸브(11)의 열림 행정중에 길이 "b"를 갖는 추가의 파워 펄스가 선택적으로 부가될 수 있다. 그러나, 이러한 것은 선택적인 것이고, 상기 제어 컴퓨터(27)가 상기 피드백 신호들에 근거해서 구한 개방 기울기가 상기 배기 밸브(11)를 바람직한 개도 만큼 여는 데 충분한 정도의 기울기가 안됐을 경우에만 실행되게 된다. 이러한 선택적인 파워 펄스는 최소의 에너지로 상기 배기 밸브(11)의 전체 성능을 높이는 데 유용하다. 상기 선택적 펄스 "b" 이후에, 상기 배기 밸브 매스 스프링 시스템이 상기 제어 컴퓨터(27)에 의해 제어되는 제어 밸브와 함께 "4" 위 치로 자유롭게 복귀한다.
상기 배기 밸브(11)가 완전 개방 위치에 도달하면, 상기 배기 밸브 및 그와 함께 연동되어 움직이는 매스들의 운동에너지가 상기 스프링 챔버(43)내의 위치에너지로 전환됨에 따라 감소된다. 상기 길이 "a" 및 "b"를 갖는 파워 펄스가 이상적인 개도와의 편차를 보정한다.
상기 위치 및 속도 센서(55)의 신호가 상기 배기 밸브(11)가 완전 개방 위치에 도달했음을 나타내면, 상기 제어 컴퓨터(27)가 상기 제어 밸브(60)에 명령을 내려 "3" 위치를 차지하도록 함으로써, 상기 배기 밸브(11)가 리턴 행정을 시작하는 것을 방지한다.
상기 제어 컴퓨터(27)가 상기 배기 밸브(11)의 잠재적 오버슈트를 검지하는 경우, 상기 제어 밸브(60)가 작게 감속 조절되면서 "3" 위치로 서서히 이동함으로써 상기 유압 시스템내의 충격을 방지한다.
상기 제어 컴퓨터(27)는 크랭크샤프트 각 위치와 회전속도와 다른 파라미터들 및 오퍼레이터가 선택한 프로그램에 근거해서 상기 배기 밸브(11)를 닫을 시점을 결정한다. 이 시점에서, 상기 제어 컴퓨터(27)가 상기 제어 밸브(60)에 명령을 내려 "2" 위치를 차지하게 하고, 상기 스프링 챔버(43)내에 축적된 위치에너지에 의해서 상기 배기 밸브(11)가 닫힌 위치로 구동된다.
상기 배기 밸브가 완전 개방 위치에 도달하기 직전에, 상기 제어 컴퓨터가 상기 제어 밸브(60)에 명령을 내려 "1" 위치를 차지하게 하여 폐쇄 펄스를 상기 배기 밸브(11)에 공급한다. 상기 제어 컴퓨터의 입력에 따라서, 상기 폐쇄 펄스가 바람 직한 닫음 속도로 상기 배기 밸브(11)를 닫도록 하는 형태를 갖게 된다. 본 실시예에서는, 상기 스트로크 단부 유압 댐퍼(58)가 밸브 헤드(31)가 밸브 시트(32)상에 유연하게 안착되게 한다.
상기 배기 밸브(11)가 닫힌 위치에 도달하면, 상기 제어 컴퓨터(27)가 상기 제어 밸브(60)에 명령을 내려 "1" 위치를 차지하게 하여 상기 배기 밸브(11)를 닫힌 상태로 유지시키며, 이로써 사이클이 끝난다.
도 12는 배기 밸브 어셈블리(18)의 다른 바람직한 실시예를 나타낸다. 본 실시예는 주로 매스 스프링 시스템의 고유 진동수가 가변적이라는 점에서 도 9 및 도 10의 실시예와 다르다. 상기 스프링 챔버(42,43)의 기저 압력은 바람직한 고유 진동수에 대응하는 레벨로 조정된다. 상기 제어 컴퓨터(27)는 크랭크샤프트(3)의 회전속도에 근거해서, 그리고 선택적으로 오퍼레이터가 선택한 동작 프로그램등의 다른 파라미터들에 근거해서 상기 매스 스프링 시스템에 대한 바람직한 고유 진동수를 결정한다. 전술한 바와 같이, 상기 제어 컴퓨터(27)는 통상적으로 상기 매스 스프링 시스템의 고유 진동수를 분당 회전수(RPM)로 표현되는 실제 크랭크샤프트 속도 R의 2 내지 10배의 범위내로 유지시킨다.
상기 공급 도관(91)은 압력 도관들(92,93)로 분기되어 고압 공기 공급원의 고압 공기를 스프링 챔버(42,43)에 공급한다. 상기 공급 도관(91)의 압력은, 상기 압력 도관(91)내의 실제 압력을 감지하는 압력 센서(99)로부터의 압력 피드백 신호의 보조를 받아 상기 제어 컴퓨터(27)에 의해 제어 되는 감압 밸브(90)에 의해 조절된다.
상기 압력 도관(92)은 스프링 챔버(42)에 연결되며 역지 밸브(94)와 압력 제어 릴리프 밸브(95')를 포함한다. 압력 도관(93)은 스프링 챔버(43)에 연결되며 역지 밸브(96)와 릴리프 밸브(97')를 포함한다. 상기 역지 밸브들(94,96)은, 상기 제어 컴퓨터(27)가 고유 진동수를 상승시킬 필요가 있다고 결정하는 경우, 상기 압력 도관(91)내의 조정된 압력의 추가 공기가 상기 스프링 챔버(42,43)에 공급되도록 하여 상기 스프링 챔버(42,43)내의 압력을 증대시킨다.
상기 릴리프 밸브(95',97')는 기계적인 스프링 대신에 기압 피스톤에 의해 작동되는 파일럿이다. 상기 공급 도관(91)내의 제어 압력이 상기 기압 피스톤에 작용한다. 그러므로, 상기 릴리프 밸브(95',97')의 개방 압력은 상기 공급 도관(91)의 제어 압력보다 증폭된 것이다. 상기 릴리프 밸브(95',97')의 증폭도는 상기 밸브 시트와 기압 피스톤의 면적의 차이에 의해 주어지면, 상기 스프링 챔버(42,43)의 압축비와 실질상 동등하게 선택된다. 상기 압력 릴리프 밸브(95',97')는 상기 공급 도관(91)내의 제어 압력이 상기 제어 컴퓨터(27)의 명령치 이하로 저하됐을 때 상기 스프링 챔버(42,43)가 일부 공기를 배기시킬 수 있도록 한다. 본 실시예에서, 상기 감압 밸브(90)(또는 압력 조절 밸브)는 상기 두 스프링 챔버(42,43)에 공통으로 사용되며, 따라서 엔진(1)에는 하나의 감압 밸브(1)만 필요하다.
도 13은 2개의 감압 밸브(90,90')를 포함하는 다른 실시예를 나타낸다. 상기 감압 밸브(90)는 엔진의 모든 스프링 챔버(42)에 대한 기류를 조절하며, 상기 감압 밸브(90')는 상기 엔진의 모든 스프링 챔버(43)에 대한 기류를 조절한다. 본 실시예에서는 상부와 하부의 공기 실린더들의 압력이 서로 다를 수 있고, 상기 상부 스 프링 챔버(42)와 하부 스프링 챔버(43)의 압력이 서로 다를 수 있다. 그럼으로써, 자유 진동의 진폭을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 스프링 챔버(42)내의 공급 압력을 저하시킴으로써, 상기 배기 밸브(11)의 자연적인 상승 높이를 감소시킬 수 있다. 상기 상승 높이가 감소됨으로써, 저 엔진 부하에서 상기 배기 밸브를 이동시키는 데 필요한 에너지를 더 감소시킬 수 있다.
도 12와 도 13에 도시된 시스템에서는, 엔진이 동작중일 때 상기 스프링 챔버(42,43)내의 기압을 변경함으로써 상기 공기 스프링의 특성을 변화시킬 수 있다.
도 14, 15 및 16은 배기 밸브 어셈블리(18)의 바람직한 실시예의 기계적 구성을 더욱 상세히 나타낸 것이다. 상기 배기 밸브 어셈블리(18)는 3개의 하우징 부품(101A,101B,101C)을 포함한다. 하부 하우징(101A)은 밸브 시트(31)와 배기 통로(16)의 제1 부분(102)을 포함하고, 밸브 스템(33)을 안내하고 밀폐시키는 부싱(103)을 포함한다. 상기 하부 하우징 부품(101A)은 상기 실린더 커버(12)내로 끼워 진다.(도 2 참조) 중앙 하우징(101B)은 복동식 스프링 실린더의 주요 부분과 상기 압력 챔버(53)를 포함한다. 상기 제어 밸브(60)는 상기 중앙 하우징(101B)에 직접 연결되어 상기 제어 밸브(60)와 상기 압력 챔버(52,53)간의 유압 도관들의 길이를 최소화시킨다. 상기 상부 하우징 부품(101C)은 복동식 스프링 실린더의 적은 부분과 상기 압력 챔버(52)를 포함한다. 위치 센서(55)의 고정식 픽업 부재(57)가 상기 상부 하우징(101C)에 탑재된다.
상기 스프링 피스톤(41)은 웨지 링(110)이 수납된 상방으로 열린 원추형 콜릿 구멍을 구비하고 있다.(도 16Z 참조) 상기 웨지 링(110)은 웨지 효과에 의해 상기 스프링 피스톤(41)을 상기 밸브 스템(33)에 고정한다. 상기 밸브 스템(33)내의 원주상 홈(112)에 끼워지는 상기 웨지 링의 내향 돌출 돌기에 의해서 상기 웨지 효과가 증대된다. 이러한 구성은 상기 스프링 피스톤(41)에 작용하는 상측 방향의 힘을 잘 견디도록 한다. 그러나, 상기 스프링 챔버(42)내의 압축된 공기는 상기 스프링 피스톤(41)에 대해서 상당한 하측 방향 힘을 가한다. 따라서, 상기 하측 방향의 콜릿 구멍을 갖는 스프링 피스톤(41)과 대향하는 플랜지(114)가 상기 스프링 피스톤(41)위에 위치된다. 내향 돌기로써 원주상 홈(113)과 결합되는 웨지 링(116)이 상기 콜릿 구멍내에 수납된다. 상기 플랜지(114)는 이 플랜지를 통해 조립되는 수 개의 인장 볼트에 의해서 상기 스프링 피스톤(41)에 조여짐으로써, 상기 웨지 링(110,116)을 각가의 콜릿 구멍내로 밀어 넣는다. 그럼으로써, 상기 웨지 링(110,116)은 상기 밸브 스템(33)의 주변부에 대해 반경 방향으로 조여지고, 따라서 상기 밸브 스템과 견고하게 결합된다. 상기 반대 방향으로 배치된 2개의 웨지 링(110,116)은 상기 스프링 피스톤(41)과 밸브 스템(33)의 결합이 상측 방향 및 하측 방향 힘 모두를 견딜 수 있도록 해준다.
상기 스프링 피스톤(41)은 상기 중앙 하우징 부품(101B)내의 구멍과 밀폐 결합되는 하방으로 연장된 슬리브(47)를 구비한다. 상기 압력 챔버(53)는 상기 구멍 하부에 형성된다. 상기 하방으로 연장된 슬리브(47)는 상기 배기 밸브(11)가 하방으로 이동할 때 상기 압력 챔버(53)내로 들어 가며, 따라서 상기 슬리브(47)는 상기 압력 챔버(53)가 유압 유체에 의해 가압될 때 상기 배기 밸브(11)를 닫히는 방향으로 압박하는 유압 피스톤(51')으로서 작용한다.
유압 피스톤(51')은 상기 밸브 스템(33)의 상단에 배치된다. 상기 유압 피스톤(51')은 상기 상부 하우징 부품(101C)내에 수납됨으로써 압력 챔버(52)를 형성한다. 도 16W에 도시된 바와 같이, 종래의 자기 조절형 스트로크 단부 유압 댐퍼(58)가 상기 유압 피스톤(51')의 상단에 배치된다.
상기 플랜지(114)는 상방으로 연장된 슬리브(115)를 구비한다. 상기 상방으로 연장된 슬리브(115)는 강자성재로된 테이퍼된 횡단면을 갖는 원추형 부분(56)을 포함한다. 도 16X에 도시된 바와 같이, 상기 원추형 부분(56)은 상기 배기 밸브 위치 센서(55)의 픽업 부재(57)와 연동된다. 상기 픽업 부재(57)는 와전류 센서를 구비하며, 상기 센서는 강자성체, 본 실시예에서는 상기 원추형 부분(56)까지의 거리를 측정한다.
도 16Y는 스프링 바이어스 피스톤(126)을 포함하는 안전 밸브(125)를 나타낸다. 상기 안전 밸브는 상기 상부 스프링 챔버(42)를 주변 공기와 연결시키는 환기 도관(124)내에 배치된다. 상기 피스톤(126)은 상기 유압 시스템 압력에 의해 닫힌 위치 쪽으로 압박된다. 내부 공기압은 상기 피스톤(126)을 그의 열린 위치 쪽으로 압박한다. 상기 유압 시스템 압력이 정상치 범위내인 경우, 상기 피스톤(126)이 상기 공기압의 힘을 이겨내고 닫힌 위치를 차지한다. 파손등의 원인으로 상기 유압 시스템 압력이 떨어지는 경우, 상기 기압 바이어스 피스톤(126)이 열린 위치로 가게 되고, 상기 스프링 챔버(42)내의 공기가 배기된다. 따라서, 상기 유압 시스템 압력이 소정 임계치 이하로 떨어지는 경우, 상기 배기 밸브(11)가 닫힌 위치로 가게 된다.
도 17은 배기 밸브 어셈블리(18)의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예는 하기 차이점들 외에는 도 16의 실시예와 실질적으로 동일하다. 상기 플랜지(114)는 상방으로 연장된 슬리브를 구비하지 않는다. 상기 위치 센서(55')는 자기변형 봉 센서이다. 내부에 자석(도시 안함)을 구비한 테플론 링이 상기 밸브 스템(33)의 상단의 요홈 내부에 설치된다. 센서 봉(59)이 상부 하우징 부품(101C)의 상단에 부착되고, 상기 밸브 스템(33)내의 구멍(도시 안함)내로 연장된다. 상기 테플론 링은 상기 센서 봉(59)을 따라 접촉하지 않고 이동한다. 상기 센서 신호는 상기 밸브 스템(33)의 위치(및 산출된 속도)에 대응한다. 상기 움직이는 밸브 스템(33)내의 오일로 충전된 구멍으로 들어가는 봉에 의해 야기되는 '펌핑 효과' 는 상기 봉의 직경에 대해서 상기 구멍의 직경을 큰 치수로 함으로써 피할 수 있다. 상단의 밸브 스템(33) 자체가 상기 유압 피스톤(51')을 형성하며, 밸브 헤드(32)가 과도한 속도로 밸브 시트에 접촉되는 것을 방지하는 스트로크 단부 유압 댐퍼는 없다. 스트로크 단부를 완충하는 기능은 상기 제어 컴퓨터(27)에 의해 행하여 진다. 즉, 상기 제어 컴퓨터(27)는 위치 센서(55')로부터의 피드백 신호에 근거해서 상기 밸브 헤드(32)가 과도한 속도로 상기 밸브 시트(31)에 접촉되려 함을 검출하면 상기 압력 챔버(52)내의 압력을 상승시킨다. 상기 밸브 헤드(32)가 상기 밸브 시트(31)에 안착되는 허용 속도는 0.05 m/s ~ 0.4 m/s 이다.
도 18은 배기 밸브 어셈블리(18)의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예는 하기 차이점들 외에는 도 16의 실시예와 실질적으로 동일하다. 스프링 피스톤(41)이 밸브 스템(33)의 슬림한 또는 직경이 감소된 부분에 끼워 맞춰지고, 상기 밸브 스템 의 보통 직경 부분으로의 전이에 의해 형성된 쇼울더에 접촉된다. 상기 스프링 피스톤(41)은 상방으로 연장된 슬리브(48)를 포함한다. 유압 피스톤(51)이 또한 상기 슬림한 밸브 스템 부분에 끼워 맞춰진다. 상기 유압 피스톤(51)은 복동식이며, 그의 하면이 상기 슬리브(48)의 상면에 체류된다. 상기 유압 피스톤(51)은 상방으로 연장된 슬리브(54)를 포함한다. 상기 슬림한 밸브 스핀들 부분의 상부와 나사 결합되는 너트(119)가 상기 슬리브(54)의 상단에 배치되어, 상기 슬림한 밸브 스핀들 부분에 끼워지는 부분들을 조여 주며, 원추형 부분(56)은 상기 밸브 스템(33)의 상단과 일체로 되어 있다.
도 19는 배기 밸브 어셈블리(18)의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예는 하기 차이점들 외에는 도 16의 실시예와 실질적으로 동일하다. 유압 피스톤(51)이 복동식이다. 상기 유압 피스톤(51)은 밸브 스템(33)의 슬림한 또는 직경이 감소된 부분에 끼워 맞춰지고, 상기 밸브 스템의 보통 직경 부분으로의 전이에 의해 형성된 쇼울더에 접촉된다. 상기 유압 피스톤(51)은 상방으로 연장된 슬리브(54)를 포함한다. 스프링 피스톤(41)이 또한 상기 슬림한 밸브 스템 부분에 끼워 맞춰지고, 그의 하면이 상기 슬리브(54)의 상면에 체류된다. 상기 슬림한 밸브 스핀들 부분의 상부와 나사 결합되는 너트(119')가 상기 스프링 피스톤(41)의 상단에 배치되어, 상기 슬림한 밸브 스핀들 부분에 끼워지는 부분들을 조여 주며, 원추형 부분(56)은 상기 너트(119')와 일체로 되어 있다.
상기 실시예들의 배기 밸브 어셈블리(18)에 의하면, 임의의 부하 포인트에서 그리고 최소량의 에너지로 유압 공급 압력을 가변시키면서 캠샤프트 없이 2 행정 디젤 엔진의 배기 밸브(11)를 완전 제어할 수 있다. 상기 제어 컴퓨터(27)는 배기 밸브 위치, 유압 공급 압력 및 크랭크샤프트 각 위치를 측정함으로써 필요한 양만큼만 가압된 유압 유체를 공급할 수 있다.
상기에서 바람직한 실시예들을 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명의 기술사상 및 요지 범위 내에서 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.

Claims (73)

  1. 배기 밸브 어셈블리(18)를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 어셈블리(18)가:
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 대향 방향으로 이동가능한 배기 밸브(11)와;
    상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브와 연동되어 움직이는 임의 다른 부분들과 함께 매스 스프링시스템을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리(40)와,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후 방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며;
    상기 배기 밸브(11)의 위치를 나타내는 신호를 제공하는 위치 센서(55)와;
    상기 위치 센서(55)로부터 상기 신호를 수신하는 제어부(27); 및
    상기 제어부(27)로부터의 명령에 따라 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치와 열린 위치에 유지시키는 유압 수단(50)을 포함하여 구성되고,
    상기 제어부는 상기 위치 센서로부터의 신호에 응답하여 상기 유압 수단에 명령을 하여 상기 배기 밸브를 유지시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기 밸브(11)를 유지시키는 상기 유압 수단(50)이 2개의 실린더-피스톤 구성체(50,51,51',51')를 포함하며, 상기 각 실린더-피스톤 구성체 각각이 하나의 압력 챔버(52,53')를 구비하고 반대 방향으로 작용하는 것이 특징인 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  3. 제1항에 있어서, 상기 배기 밸브(11)를 유지시키는 상기 유압 수단(50)이 2개의 압력 챔버(52,53)를 구비하는 복동식 실린더 피스톤 구성체 타입인 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 유압 밸브(60)가 상기 압력 챔버(52,53)로부터의 유압 유체의 흐름 및 상기 압력 챔버(52,53)로의 유압 유체의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 유압 밸브(60)가 상기 제어부(27)로부터 제어 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  6. 제4항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 유압 밸브(60)가 적어도 하나의 위치에서 상기 압력 챔버(52,53)중 하나 또는 모두에 대해 유체를 흐르게 함으로써 상기 배기 밸브(11)를 닫힌 위치 또는 열린 위치에 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 유압 밸브(60)가 적어도 하나의 위치에서 상기 두 압력 챔버(52,53) 사이에 유체 통로를 형성하여 상기 배기 밸브(11)를 해제시키고 상기 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 추진할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 유압 밸브(60)가 적어도 하나의 위치에서 상기 압력 챔버(52)를 고압 유압 유체 공급원(P)에 연결시켜 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급함으로써 상기 어셈블리(18)내의 에너지 손실을 보상하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  9. 제8항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 유압 밸브(60)가 적어도 하나의 위치에서 상기 다른 압력 챔버(53)를 고압 유압 유체 공급원(P)에 연결시켜 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급함으로써 상기 어셈블리(18)내의 에너지 손실을 보상하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 유압 밸브(60)가 상기 압력 챔버(52,53)중 하나 또는 모두에 대해 유입되거나 유출되는 유압 유체를 감속 조절함으로써 상기 배기 밸브(11)를 감속시키는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 닫힘 행정 및/또는 열림 행정의 최종 부분에서 상기 배기 밸브(11)를 감속시키기 위한 스트로크 단부 댐퍼(58,59)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  12. 제11항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 스트로크 단부 댐퍼(58,59)가 상기 압력 챔버(52,53)와 일체로 된 부분인 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복동식 스프링 구성체(40)가 적어도 2개의 스프링 챔버(42,43)를 구비하는 공기 스프링 구성체이고, 상기 한 스프링 챔버(43)내의 공기는 상기 배기 밸브(11)가 열리는 방향으로 이동할 때 압축되고, 상기 다른 스프링 챔버(42)내의 공기는 상기 배기 밸브(11)가 닫히는 방향으로 이동할 때 압축되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  14. 제13항에 있어서, 상기 복동식 스프링 구성체(40)는 상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결된 복동식 스프링 피스톤(41)으로 구성되고, 상기 스프링 피스톤(41)은 상기 밸브 어셈블리(18)내의 실린더(40)를 2개의 반대되는 스프링 챔 버(42,43)로 분할하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  15. 제13항에 있어서, 상기 유압 피스톤 실린더 구성체(51',52,51',53)는 이동 방향에서 보았을 때 상기 에어 챔버의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  16. 배기 밸브 어셈블리(18)를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 어셈블리(18)는:
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11)와;
    상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브(11)와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리(40)와,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후 방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브(11)가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며;
    상기 배기 밸브(11)의 위치를 나타내는 신호를 공급하는 위치 센서(55)와;
    상기 위치 센서(55)로부터 상기 신호를 수신하고 그 신호에 따라서 상기 어셈블리중의 에너지 손실을 보상하기 위해 상기 배기 밸브(11)에 가해지는 추가 에너지량을 구하도록 구성된 제어부(27)와;
    상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수 단(50,60)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단(50,60)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단; 및
    상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 제어부(27)의 명령하에 상기 배기 밸브(11)에 상기 구해진 추가 에너지량을 공급하는 유압 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어부(27)는, 상기 위치 센서(55)로부터의 신호와 선택적으로 다른 파라미터를 사용하여 시스템에 공급할 추가 에너지량을 결정하고, 상기 유압 수단(50,60)에 추가 에너지를 공급하도록 명령을 내려 상기 결정된 양의 유압 에너지를 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제어부(27)는, 상기 유압 수단(50,60)에 추가 에너지를 공급하도록 명령을 내려, 미리 정해진 또는 상기 엔진(1)의 동작 파라미터를 근거로 해서 상기 제어부(27)에 의해 결정되는 초기 에너지량을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  19. 제18항에 있어서, 상기 제어부(27)는 상기 배기 밸브(11)의 행정중 적어도 일부 동안 상기 위치 센서(55)로부터의 신호를 주기적으로 또는 연속적으로 모니터하도록 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어부(27)는 실제 위치 및/또는 속도와 예상 위치 및/또는 속도를 비교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  21. 제20항에 있어서, 상기 제어부(27)는 상기 추가 에너지를 공급하는 유압 수단(50)에 명령을 내려 추가 에너지량을 공급하도록 하거나 또는 상기 유압 수단(50)에 명령을 내려 상기 배기 밸브(11)를 느린 속도로 유지시킴으로써 상기 배기 밸브(11)의 실제 속도와 예상 속도 간의 편차를 보정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  22. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부(27)는 상기 위치 센서(55)로부터의 신호와 선택적으로 다른 파라미터를 사용하여 상기 배기 밸브(11)가 오버슈트되거나 또는 과도한 속도로 밸브 시트(32)에 접근하는 것을 판정하도록 구성되고, 상기 배기 밸브(11)가 오버슈트되거나 또는 과도한 속도로 상기 밸브 시트(32)에 충돌하기 전에 상기 유압 수단(50)에 명령을 내려 상기 배기 밸브(11)를 느린 속도로 유지시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단(50)과; 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단(50)과; 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 유압 수단(50); 및 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급하는 유압 수단(50)이 한 쌍의 반대 방향으로 작용하는 유압 실린더 피스톤 어셈블리(50,51,51',51',52)로 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부((27)가 실제 위치 및/또는 속도를 바람직한 프로파일과 비교하고, 상기 실제 프로파일과 바람직한 프로파일을 비교함으로써 공급되어야 할 추가 에너지량 또는 브레이킹량을 결정하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  25. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부((27)가 상기 실제 프로파일과 바람직한 프로파일간의 차이를 상기 배기 밸브의 물리적 행동을 시뮬레이트하는 수학적 모델에 적용하여 상기 공급되어야 할 추가 에너지량 또는 브레이킹량을 결정하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  26. 공칭 최대 연속 레이팅에서 소정의 엔진 속도 Rm(rpm:분당 회전수)를 갖으며 배기 밸브 어셈블리(18)를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 배기 밸브 어셈블리(18)는:
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11)와;
    상기 배기 밸브에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리(40)와,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며;
    상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단(50)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단(50)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단; 및
    상기 어셈블리(11)내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브에 추가 에너지를 공급하는 유압 수단(50)을 포함하여 구성되고,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)에 동작가능하게 연 결된 복동식 에어 피스톤(41)을 포함하며, 상기 매스 스프링 시스템의 고유 진동수가 Rm의 1 내지 64배의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  27. 제26항에 있어서, 상기 복동식 에어 피스톤(41)이 밸브 스템(33)에 끼워 지고 웨지 결합(110,112)에 의해서 상기 밸브 스템에 대해 움직이지 않도록 고정되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  28. 제26항에 있어서, 상기 복동식 에어 피스톤(41)이 밸브 스템(33)에 끼워 지고 상기 밸브 스템내에 형성된 쇼울더에 의해서 상기 밸브 스템에 대해 움직이지 않도록 고정되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  29. 제26항에 있어서, 상기 유압 수단(50)은 상기 밸브 스템에 의해 형성된 또는 상기 밸브 스템상에 배치된 적어도 하나의 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  30. 배기 밸브 어셈블리를 구비하고 엔진 속도 R(rpm:분당 회전수)를 갖는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 배기 밸브 어셈블리는:
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11)와;
    상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 배기 밸브(11)와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리(40)와,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브(11)가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하며, 또한 상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 기상 매체가 기저 압력에서 더 고압으로 압축됨으로써 에너지를 축적하고 상기 기상 매체가 상기 고압에서 상기 기저 압력으로 팽창되면서 상기 배기 밸브(11)를 추진하는 타입이며;
    상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단(50)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단(50)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단(50)과;
    상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급하는 유압 수단(50); 및
    상기 매스 스프링 시스템의 고,유 진동수의 바람직한 값을 결정하고 그에 따라 상기 복동식 스프링 어셈블리(40)의 상기 기상 매체의 기저 압력을 조절/조정하 도록 구성된 제어부(27)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  31. 제30항에 있어서, 상기 제어부(27)가 상기 바람직한 고유 진동수를 실제 엔진 속도의 함수로서 결정하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 제어부(27)가 상기 바람직한 고유 진동수를 실제 엔진 속도의 2 내지 10배의 범위내로 결정하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  33. 제30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고유 진동수가가 상기 공기 실린더 또는 실린더들(40)내의 압력을 적응시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  34. 제33항에 있어서, 상기 각 스프링 챔버(42,43)가 상기 제어부(27)에 의해 압력이 조절되는 압력 라인(92,93)에 연결된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  35. 제34항에 있어서, 상기 압력 라인(92,93)내의 압력이 각각의 스프링 챔버(42,43)에 대해서 개별적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  36. 제35항에 있어서, 역지 밸브(94,96)가 각 압력 라인(92,93)내에 배치되어 각각의 스프링 챔버(42,43)로부터의 역류를 방지하며, 압력 제어 릴리프 밸브(95,97)가 상기 역지 밸브(94,96)와 스프링 챔버(42,43)간의 각 압력 라인(92,93)내에 배치됨으로써, 상기 릴리프 밸브(95,97)에 대한 제어 압력이 상기 각각의 역지 밸브(94,96)의 상류 압력이 되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  37. 제36항에 있어서, 상기 릴리프 밸브(95,97)의 개방 압력이 상기 제어 압력의 K 배이며, 상기 K는 닫힌 위치 또는 열린 위치 각각의 압축비와 실질적으로 동등한 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  38. 제34항 내지 37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부(27)에 피드백 신호를 공급하기 위해 상기 역지 밸브(94,96)의 상류측의 압력 센서(99,99')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  39. 배기 밸브 어셈블리(18)를 구비하는 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 배기 밸브 어셈블리(18)는:
    밸브 하우징(101A,101B,101C)과;
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11); 및
    상기 배기 밸브(11)의 스템(33)에 끼워지는 피스톤(41)을 포함하며, 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 에어 스프링 어셈블리(40)를 포함하여 구성되고,
    상기 피스톤(41)과 상기 배기 밸브 스템(33) 간의 접속은 2개의 반대 방향으로 배치된 웨지들을 포함하는 싱글 조인트에 의해 이루어는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  40. 제39항에 있어서,
    상기 싱글 조인트는 2개의 반대 방향으로 배치된 웨지들을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  41. 제40항에 있어서, 상기 웨지들이 웨지 링(110,116) 또는 웨지 부싱들에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  42. 제41항에 있어서, 상기 어셈블리(18)가 상기 스프링 피스톤(41)과 대향하는 밸브 스템(33)상에 배치되는 플랜지(114)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  43. 제42항에 있어서, 상기 웨지 링들(110,116) 중 하나는 상기 스프링 피스톤(41)내에 설치되는 원추형 콜릿 구멍내에 수납되고, 다른 하나는 상기 플랜 지(114) 내에 설치되는 원추형 콜릿 구멍 내에 수납되며, 상기 플랜지(114)는 상기 스프링 피스톤(41)에 조여짐으로써 상기 반대방향으로 배치된 웨지 링들(110,116)이 각각의 해당되는 콜릿 구멍 내로 밀어붙여 지고 상기 밸브 스템(33)의 주변부에 대해서 반경 방향으로 밀착되며, 그럼으로써 상기 스프링 피스톤(41)과 상기 플랜지가 상기 밸브 스템으로 조여지게 되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  44. 제 43항에 있어서, 상기 플랜지(114)는 상기 플랜지(114)를 관통하여 조립된 인장 볼트들(117)에 의해 상기 스프링 피스톤에 조여지는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  45. 제39항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 밸브(11)를 닫히는 방향으로 압박하는 유압 피스톤 실린더 구성체(50,51,51',53)중 적어도 하나의 유압 피스톤(50)은 상기 배기 밸브(11)의 스템(33) 주위에 배치되는 링 피스톤(51')을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  46. 제45항에 있어서, 상기 링 피스톤(51')은 상기 스프링 피스톤(41)에 연결되는 슬리브(47)로써 형성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  47. 제46항에 있어서, 상기 슬리브(47)는 상기 밸브 헤드(32)를 향하여 배치되며 상기 스프링 피스톤(41)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  48. 제39항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압 피스톤-실린더 어셈블리(50)에 대한 유압 유체의 흐름을 제어하기 위한 유압 밸브 블럭이 상기 밸브 하우징(101A,101B,101C)에 직접 부착된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  49. 제39항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 강자성 재료로 된 테이퍼 처리된 부분(56)을 구비하는 위치 센서(55)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  50. 제49항에 있어서, 상기 테이퍼 처리된 부분(56)은 상기 플랜지(114)로부터 연장된 부싱(115)과 일체로 된 부분인 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  51. 제39항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박하는 상기 유압 피스톤(52)이 상기 밸브 스템(33)의 상단부로써 구성된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  52. 제39항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 스템(33)의 상단부에는 상기 배기 밸브(11)의 위치를 감지하기 위한 길이 방향 구멍이 구비된 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  53. 제39항에 있어서, 상기 공기 스프링 어셈블리(40)가 복동식 스프링 피스톤(41)을 포함하며, 상기 유압 피스톤 실린더 구성체(50)가 하나의 공통된 복동식 유압 피스톤(51)을 포함함으로써, 상기 스프링 피스톤(41)과 복동식 유압 피스톤(51)이, 상기 밸브 스템(33)의 슬림한 상부에 끼워지고, 상기 밸브 스템(33)의 두꺼운 하부와 상기 밸브 스템(33)의 상부에 나사 결합된 너트(119,119') 사이에 샌드위치되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  54. 제53항에 있어서, 상기 부싱(54)이 상기 밸브 스템(33)의 슬림한 상부에 끼워지고, 상기 복동식 유압 피스톤(51)과 상기 복동식 스프링 피스톤(41) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  55. 제53항 또는 제54항에 있어서, 상기 너트(119')의 적어도 일부분이 위치 센서내에 사용되기 위해서 테이퍼되어 있는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  56. 제39항 내지 제55항 중 어느 하나에 있어서, 상기 밸브 스템(33)의 적어도 일부분이 위치 센서(55)내에 사용되기 위해서 테이퍼되어 있는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  57. 배기 밸브 어셈블리(18)를 갖는 크로스 헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 배기 밸브 어셈블리(18)는:
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 양방향으로 이동가능한 배기 밸브(11)와;
    상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브(11)와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리(40)와,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브(11)가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하는 2개의 스프링 챔버(42,43)를 구비하며;
    제어부(27)의 명령에 따라서 상기 배기 밸브(11)를 유지시키는 유압 수단(50); 및
    유압이 급감하거나 소정의 임계치 이하로 떨어질 때 상기 배기 밸브(11)가 자동적으로 상기 닫힌 위치를 차지하도록 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박하는 스프링 챔버(42)를 진공 배기시키는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  58. 제57항에 있어서, 상기 진공 배기 수단은, 상기 탄성 수단에 의해서 또는 스프링 챔버(42)내의 기압에 의해서 열린 위치 쪽으로 압박되고 유압에 의해 닫힌 위치 쪽으로 압박되는 릴리프 밸브(125)를 포함할 수 있으며, 상기 탄성 수단 또는 상기 기압은 상기 유압이 급감하거나 상기 소정 임계치 이하로 떨어질 때 상기 릴리프 밸브(125)를 상기 열린 위치 쪽으로 압박하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  59. 배기 밸브 어셈블리를 구비한 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 배기 밸브 어셈블리는:
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11)와;
    상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브(11)와 연동 되어 움직이는 다른 부분들과 함께 매스 스프링을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리(40)와,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 서로 반대 방향으로 작용하는 2개의 스프링 챔버에 에너지를 축적함으로써 상기 배기 밸브(11)가 다음에 반대 방향으로 추진되도록 하고, 또한 상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 열린 위치에 있을 때 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박하는 상기 스프링 챔버 보다 상기 배기 밸브(11)가 닫힌 위치에 있을 때 상기 배기 밸브(11)를 열리는 방향으로 압박하는 스프링 챔버 내에 더 많은 양의 에너지를 축적 하도록 구성되며;
    상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치와 상기 열린 위치에 유지시키는 수단(50)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치로부터 해제시키는 수단(50)과;
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)가 상기 배기 밸브(11)를 상기 닫힌 위치 쪽으로 추진할 수 있도록 상기 배기 밸브(11)를 상기 열린 위치로부터 해제시키는 수단(50)과;
    상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급하는 유압 수단(50); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  60. 제59항에 있어서, 상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 피스톤의 양측에 배치되는 압력 챔버들을 구비한 실린더내에 배치되는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  61. 제59항 또는 제60항에 있어서, 상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는, 기상 매체가 기저 압력에서 더 고압으로 압축됨으로써 에너지를 축적하고 상기 기상 매체가 상기 고압에서 상기 기저 압력으로 팽창되면서, 상기 배기 밸브를 닫히는 방향 으로 압박하는 상기 스프링 챔버의 기저 압력 보다 높은 상기 배기 밸브를 열리는 방향으로 압박하는 상기 스프링 챔버의 기저 압력으로 상기 배기 밸브(11)를 추진하는 타입인 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  62. 제61항에 있어서, 엔진의 동작 조건에 따라서 및/또는 상기 배기 밸브의 측정된 위치 및/또는 속도에 따라서 상기 스프링 챔버들의 기저 압력들 간의 바람직한 차이 값을 결정하도록 구성된 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  63. 제59항 또는 제60항에 있어서, 상기 스프링 피스톤의 일측의 유효 면적이 상기 스프링 피스톤의 타측의 유효 면적과 상이한 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  64. 제59항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 닫힌 위치에 있는 배기 밸브(11)를 열린 위치로 압박하는 스프링 챔버(42)의 체적이 열린 위치에 있는 배기 밸브(11)를 닫힌 위치로 압박하는 스프링 챔버(43)의 체적보다 작은 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  65. 제59항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 닫힌 위치에 있는 배기 밸브(11)를 열린 위치로 압박하는 스프링 챔버(42)내의 공기 압축비가 열린 위치에 있는 배기 밸브(11)를 닫힌 위치로 압박하는 스프링 챔버(43)내의 공기 압축비보다 큰 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  66. 제59항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 밸브의 열림 행정의 시작중에 추가 에너지가 유압적으로 공급되어 상기 배기 밸브에 가해지는 힘들을 이겨내고 상기 열림 행정의 끝에서 상기 배기 밸브가 열린 위치에 도달하도록 하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  67. 제59항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 밸브의 닫힘 행정이 끝나는 동안에 추가 에너지가 유압적으로 공급되어 상기 배기 밸브(11)를 열린 위치로 압박하는 스프링 챔버(11)내에 더 많은 양의 에너지가 축적되도록 하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  68. 제59항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 유압 피스톤 실린더 구성체(50,51,51',51')가 상기 배기 밸브를 열리는 방향으로 힘을 가하는 적어도 하나의 제1 압력 챔버(52)와, 상기 배기 밸브를 닫히는 방향으로 힘을 가하는 적어도 하나의 제2 압력 챔버(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  69. 제59항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 공급원으로부터 포지티브 유압이 상기 적어도 하나의 제1 압력 챔버(52)로 공급되는 한편, 상기 적어도 하나의 제2 압력 챔버(53)에 대해서는 유압 유체의 흐름이 방지되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  70. 배기 밸브 어셈블리를 구비한 크로스헤드 타입 대형 2 행정 디젤 엔진(1)에 있어서, 상기 배기 밸브 어셈블리는:
    닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 이동가능한 배기 밸브(11)와;
    상기 배기 밸브(11)에 작동가능하게 연결되어 상기 배기 밸브(11) 및 상기 배기 밸브(11)와 연동 되어 움직이는 다른 부분들의 매스와 함께 매스 스프링 시스템을 형성하는 복동식 스프링 어셈블리와,
    상기 복동식 스프링 어셈블리(40)는 상기 배기 밸브(11)가 상기 닫힌 위치와 열린 위치 사이에서 전후방향으로 움직이는 동안에 반대방향으로 배기밸브(11)의 연속적인 추진을 위하여 반대 방향으로 작용하는 2개의 스프링 챔버에 에너지를 축적하고,
    상기 어셈블리 내의 에너지 손실을 보상하기 위하여 상기 배기 밸브(11)에 추가 에너지를 공급하고, 닫힌 위치와 열린 위치로 배기밸브(11)를 유지하기 위한 유압 피스톤 및 실린더 수단(50); 및
    상기 유압 피스톤 및 실린더 수단(50)은, 하나 이상의 능동 제어 밸브 부재들(60)(60A)(60B)를 거쳐 고압 유체원 및 저압 디스차지와 선택적으로 연통하는 하나 이상의 압력 챔버들(52)(53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 디젤 엔진(1).
  71. 제70항에 있어서,
    상기 하나 이상의 능동 제어 밸브 부재들(60)(60A)(60B)는 상기 압력 챔버들(52)(53)로부터 그리고 상기 압력 챔버들(52)(53)로 흐름을 선택적으로 닫도록 된 것을 특징으로 하는 대형 2행정 디젤엔진(1)
  72. 제71항에 있어서,
    상기 능동 제어 밸브 부재들(60)(60A)(60B)는 서보밸브들인 것을 특징으로 하는 대형 2행정 디젤엔진(1).
  73. 제72항에 있어서,
    상기 서보 밸브들의 적어도 하나는 비례 밸브인 것을 특징으로 하는 대형 2행정 디젤엔진(1).
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