KR20120010571A

KR20120010571A - 엔진 브레이크 작동 방법

Info

Publication number: KR20120010571A
Application number: KR1020110072539A
Authority: KR
Inventors: 프란즈 람머; 프란즈 라이텐메이르; 고트프리트 라압
Original assignee: 만 누츠파르조이게 외스터라이히 아게
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-02-03
Also published as: EP2412954A1; KR101845559B1; CN102345517A; BRPI1103486B1; RU2488010C2; AT510237A1; CN102345517B; BRPI1103486A2; RU2011131117A; US8831861B2; AT510237B1; US20120017868A1; EP2412954B1

Abstract

본 발명은 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고, 배기 가스 터빈과 흡입 공기 압축기를 구비한 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저, 엔진의 배기 밸브들의 배기 가스 흐름을 배기 가스 터보 차저에 공급하는 적어도 하나의 배기 가스 매니폴드, 및 배기 밸브들과 배기 가스 터보 차저 사이에 마련되고 배기 가스 흐름을 교축하여 엔진 브레이크 작동을 위해 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 스로틀 장치를 포함하는 차량의 다기통 내연 엔진의 엔진 브레이크를 작동하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 방법에 따르면, 바람직하게는 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 수행한다. 그러한 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 기반으로 하여, 미리 정해진 브레이크 출력을 얻기 위한 스로틀 장치의 위치를 파악할 수 있다. 이어서, 그 미리 파악된 스로틀 장치의 위치에 상응하게 스로틀 장치를 세팅함으로써, 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행한다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 수단을 구비하는, 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되는 엔진의 엔진 브레이크를 작동하는 장치에 관한 것이기도 하다.

Description

엔진 브레이크 작동 방법{METHOD FOR ENGINE BRAKING}

본 발명은 공통의 샤프트 상에 배치되거나 공통의 샤프트를 통해 연결되는 배기 가스 터빈과 흡입 공기 압축기(charge air compressor)를 갖고, 배기 가스 흐름이 인가되는 적어도 하나의 1단 또는 다단 배기 가스 터보 차저(exhaust gas trurbo charger)를 구비한, 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되는 엔진; 배기 가스 흐름을 엔진의 배기 밸브들로부터 배기 가스 터보 차저로 안내하는 배기 가스 매니폴드; 및 배기 밸브들과 배기 가스 터보 차저 사이에 배치되고, 엔진 브레이크 작동을 위해 배기 가스 흐름을 교축하여 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 적어도 하나의 스로틀 장치(throttle device)를 포함하는 엔진 브레이크 작동 장치 및 그 엔진 브레이크 작동 방법에 관한 것이다. 여기서. "상류 쪽"이란 배기 가스가 엔진의 배기 밸브들을 통해 엔진을 떠나 스로틀 장치 또는 배기 가스 터보 차저 쪽으로 흐를 경우에 그 배기 가스의 흐름 방향과 반대인 배기 가스의 흐름 방향을 의미한다.

본 명세서에서 엔진 브레이크 장치로서 언급되는 것은 예컨대 EP 0736672 B1에 의해 보호되는 엔진 브레이크 작동 방법과 결부된 EP 0736672 B1의 엔진 브레이크 장치이다. 그러한 엔진 브레이크 작동 방법에서는, 배기 가스 흐름을 교축하여 스로틀 장치의 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성함으로써 그 배기 가스가 배기 밸브의 중간 개방 후에 연소실로 역류하고, 연이은 압축 행정 동안 배기 밸브를 계속해서 부분적으로 개방한 채 유지하면서 엔진 브레이크 작동을 제공하는 방식으로 엔진 브레이크 작동이 이뤄진다. 그러한 엔진 브레이크 작동 방법에서는, 엔진 브레이크의 작동 동안 중간 개방 후에 폐쇄되려는 성향을 띄는 배기 밸브를 캠축으로부터 떨어져 배기 밸브 작동 메커니즘에 장착된 제어 장치에 의해 강제적으로 가로막아 그 폐쇄를 저지하고 이어서 늦어도 캠에 의해 제어되는 배기 밸브 개방 시까지 부분적으로 개방한 채로 유지함으로써 스로틀 장치가 교축 위치에 있을 때에 배기 가스 중에서 생기는 압력 상승에 의해 일어나는 배기 밸브의 중간 개방에 제어 기술적으로 개입하게 된다.

그러한 엔진 브레이크 작동 방법에서는, 엔진 브레이크를 작동하는 동안 배기 가스 시스템에 배치된 스로틀 밸브가 교축 위치에 있게 되는데, 그러한 교축 위치에서는 해당 배기 가스 시스템이 완전히 폐쇄되지 않고, 그에 따라 가로막혀 모인 배기 가스의 일부가 가장자리 측에 개방된 채로 유지되는 좁은 갭을 통해 배기 밸브를 통과할 수 있게 된다. 그러한 배기 가스 유격(slip)은 배기 가스 흐름의 정체 및 내연 엔진 또는 엔진의 과열을 방지하기 위해 필요하다.

그러한 공지의 엔진 브레이크 작동 방법이 탁월한 브레이크 출력을 가져오기는 하지만, 많은 적용 사례들에 있어서 차량에 마련된 리타더(retarder) 및 상용 브레이크(service brake)와 같은 또 다른 브레이크 시스템의 부하를 더 크게 경감하거나 그러한 브레이크 시스템이 더 작은 크기로 될 수 있도록 하기 위해 엔진 브레이크 작동 중에 브레이크 출력을 증강하고자 하는 요구가 제기되고 있다.

그로부터 출발한 본 발명의 과제는 더 적은 부품 및 비용 소모로, 그리고 개선된 제어로 증강된 엔진 브레이크 출력을 가져오는 엔진 브레이크 작동 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

그러한 과제를 해결하기 위해, 청구항 1 및 청구항 9에 기재된 특징 조합을 제안한다. 본 발명의 바람직한 구성들 및 부가의 구성들은 종속 청구항들로부터 명확히 드러날 것이다.

본 발명에 따라, 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고, 배기 가스 터빈과 흡입 공기 압축기를 구비한 적어도 하나의 1단 또는 다단 배기 가스 터보 차저를 포함하는 차량의 다기통 내연 엔진 또는 다기통 엔진의 엔진 브레이크 작동 방법이 제공된다. 다수의 배기 가스 터보 차저들이 존재하는 경우, 적어도 하나의 고압 스테이지 및 적어도 하나의 저압 스테이지가 마련되는 것이 바람직하다.

그러한 내연 엔진 또는 엔진은 엔진의 배기 밸브들의 배기 가스 흐름을 배기 가스 터보 차저에 공급하는 적어도 하나의 배기 가스 매니폴드 및 배기 밸브들과 배기 가스 터보 차저 사이에 마련되고 배기 가스 흐름을 교축하여 엔진 브레이크 작동을 위해 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 스로틀 장치를 더 포함한다.

또한, 본 방법에 따라, 배기 가스 역압(exhaust gas counterpressure) 및 급기 압력(charge-air pressure)의 측정을 수행한다. 그러한 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 기반으로 하여, 미리 정해진 브레이크 출력을 얻기 위한 스로틀 장치의 위치를 파악할 수 있다. 이어서, 그 미리 파악된 스로틀 장치의 위치에 상응하게 스로틀 장치를 세팅함으로써, 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행한다.

제어량으로서 배기 가스 역압만을 기반으로 하는 제어와는 달리, 그것은 엔진의 전체 회전수 영역에 걸쳐 더 높은 배기 가스 역압을 얻는 것을 가능하게 한다. 배기 가스 터보 차저에 의해 생성되는 급기 압력은 배기 가스 역압에 상당한 영향을 미친다. 따라서 급기 압력을 배기 가스 역압을 제어하는 데 고려해 넣는 것은 배기 가스 역압의 더 신속한 상승 및 그에 따른 향상된 엔진 브레이크 출력을 가능하게 한다.

각각의 엔진 회전수에서 최대의 브레이크 출력을 얻기 위해, 본 발명의 또 다른 양태에 따라 먼저 최대 급기 압력을 조정하고, 해당 엔진 회전수에 대한 최대의 급기 압력이 도달된 후에 최대 배기 가스 역압의 제어를 수행한다. 즉, 스로틀 장치의 채널 횡단면을 엔진 회전수에 따라 종래의 제어에 비해 더 많이 개방할 수 있다.

스로틀 장치의 적어도 하나의 위치는 정해진 배기 가스 역압에 해당한다. 실제의 배기 가스 역압에서 제어 장치에 의해 실제의 급기 압력을 설정 급기 압력과 비교한 것으로부터 스로틀 장치의 정확한 위치를 식별하거나 제어하는 것이 바람직하다. 그러한 제어 장치는 예컨대 엔진 제어 장치 또는 차량 제어 장치일 수 있다.

즉, 도 2를 참조하면, 엔진 브레이크 작동에서의 더 우수한 응답 거동이 주어져 있다. 예컨대, 스로틀 장치의 채널 면적의 90%가 폐쇄되면, 배기 가스 역압은 도달 가능한 최대치의 약 65%에 달하게 된다. 엔진 브레이크 출력을 0으로 줄이려고 한다면, 스로틀 장치를 개방하여야 한다. 하지만, 스로틀 장치를 계속 개방하면, 우선 증가한 가스 유량으로 인해 급기 압력이 더 높아짐에 의거하여 배기 가스 역압의 상승이 일어난다. 즉, 배기 가스 역압이 증가하고 난 후에야 비로소 하락이 일어날 수 있고, 그것은 엔진 브레이크의 응답 거동을 열악하게 하는 결과를 낳는다. 그러나 스로틀 장치의 채널 면적의 30%만을 폐쇄할 경우에도 역시 약 65%의 배기 가스 역압이 유지된다. 따라서 본 발명에 따른 방법에 따라 스로틀 장치의 정확한 위치를 식별함으로써, 엔진 브레이크 작동에서의 개선된 응답 거동이 달성되고, 엔진이 더 높은 질량 유량에 의해 열적으로 부하를 경감하게 된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 각각의 엔진 회전수에 대한 급기 압력과 배기 가스 역압과 브레이크 출력 사이의 관계를 특성도(characteristic diagram)에 의해 엔진 제어 장치 또는 차량 제어 장치에 저장한다.

실제의 배기 가스 역압이 원하는 배기 가스 역압보다 더 낮고, 급기 압력이 미리 정해진 값과 일치하는 경우, 스로틀 장치의 위치를 더 폐쇄할 수 있다. 도 2를 참조하면, 미리 정해진 값은 예컨대 퍼센티지의 급기 압력이 퍼센티지의 배기 가스 역압보다 더 크거나 같도록 함으로써 주어질 수 있다.

실제의 배기 가스 역압이 원하는 배기 가스 역압보다 더 낮고, 급기 압력이 미리 정해진 값보다 더 작은 경우, 스로틀 장치의 위치를 더 개방할 수 있다.

제어 과정 동안, 제어를 위해 채널 면적의 개방이 실제로 급기 압력/배기 가스 역압의 상승을 제공하는지 여부를 확인한다. 계속적인 개방이 급기 압력의 하락을 일으키면, 스로틀 장치가 다시 용이하게 폐쇄된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어는 스로틀 장치 또는 배기 가스 흐름을 교축하는 장치에 의한 제어에 추가하여 과급 압력 제어를 위한 장치에 의해 수행하는데, 그러한 과급 압력 제어 장치에는 배기 가스 터빈을 우회하는 적어도 하나의 웨이스트 게이트(waste gate)가 통합되어 있다.

또한, 본 발명은 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고, 배기 가스 터빈과 흡입 공기 압축기를 구비한 적어도 하나의 1단 또는 다단 배기 가스 터보 차저, 엔진의 배기 밸브들로부터의 배기 가스 흐름을 배기 가스 터보 차저에 공급하는 배기 가스 매니폴드, 및 배기 밸브들과 배기 가스 터보 차저 사이에 마련되고 배기 가스 흐름을 교축하여 엔진 브레이크 작동을 위해 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 스로틀 장치를 포함하는 다기통 내연 엔진 또는 다기통 엔진의 엔진 브레이크 작동 장치에 관한 것이다.

또한, 그러한 엔진 브레이크 작동 장치는 배기 가스 역압 및 급기 압력을 측정하는 수단을 포함하고, 그러한 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 기반으로 하여 미리 장해진 브레이크 출력을 얻기 위한 스로틀 장치의 위치를 파악하는데 적합한 제어 장치가 마련된다. 그러한 제어 장치는 이어서 그 미리 파악된 스로틀 장치의 위치에 상응하게 스로틀 장치를 세팅함으로써 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행하는데 더 적합하다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어는 스로틀 장치 또는 배기 가스 흐름을 교축하는 장치에 의한 제어에 추가하여 과급 압력 제어를 위한 장치에 의해 수행된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 과급 압력 제어를 위한 장치는 배기 가스 터빈을 우회하는 적어도 하나의 웨이스트 게이트에 의해 형성된다.

본 발명의 또 다른 사상에 따라, 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 장치 또는 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 방법에 추가하여 또는 그에 대해 대안적으로, 엔진이 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고 실린더마다 배기 시스템에 연결된 적어도 하나의 배기 밸브를 구비하며, 그 배기 시스템에 스로틀 장치가 장착되고, 그 스로틀 장치가 엔진 브레이크 작동을 위해 배기 가스 흐름을 교축하여 그 스로틀 장치의 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하도록 작동됨으로써 그 배기 가스가 배기 밸브의 중간 개방 후에 연소실로 역류하고 연이은 압축 행정 동안 배기 밸브를 계속해서 부분적으로 개방한 채 유지하면서 증대된 엔진 브레이크 출력을 제공하는 엔진의 엔진 브레이크 작동 방법을 수행하기 위한 또 다른 방법 또는 또 다른 장치로서, 엔진 브레이크의 작동 동안 중간 개방 후에 폐쇄되려는 성향을 띄는 배기 밸브를 캠축으로부터 떨어져 배기 밸브 작동 메커니즘에 장착된 제어 장치에 의해 강제적으로 가로막아 그 폐쇄를 저지하고 이어서 늦어도 캠에 의해 제어되는 배기 밸브 개방 시까지 부분적으로 개방한 채로 유지함으로써 스로틀 장치가 교축 위치에 있을 때에 배기 가스 중에서 생기는 압력 상승에 의해 일어나는 배기 밸브의 중간 개방에 제어 기술적으로 개입하고, 엔진이 배기 가스 터빈과 흡입 공기 압축기를 구비한 적어도 하나의 1단 또는 다단 배기 가스 터보 차저, 엔진의 배기 밸브들의 배기 가스 흐름을 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저에 공급하는 적어도 하나의 배기 가스 매니폴드, 및 배기 밸브들과 배기 가스 터보 차저 사이에 마련되고 배기 가스 흐름을 교축하여 엔진 브레이크 작동을 위해 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 스로틀 장치를 더 포함하며, 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 수행하되, 그러한 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 기반으로 하여 미리 정해진 브레이크 출력을 얻기 위한 스로틀 장치의 위치를 파악하고, 그 미리 파악된 스로틀 장치의 위치에 상응하게 스로틀 장치를 세팅함으로써 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행하는 방법 또는 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 팽창 행정의 말미에 캠축 측에서 배기 밸브를 제어하는 것이 다시 유효하게 되면, 유압에 의해 잠긴 버퍼(buffer)로서 이전에 작용하던 제어 장치의 유지 기능을 해제하고, 이어서 배기 행정 동안 그 전행정(full stroke)에 이르기까지의 배기 밸브의 개방, 그 유지 및 재폐쇄를 부속된 통상의 배기 밸브 제어 캠들에 의해 이후로 제어 장치가 단지 기계적 버퍼로서만 작용하는 배기 밸브 작동 메커니즘을 경유하여 제어한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제어 장치는 실린더 헤드 측에 지지된 로커 암에 장착되어 작용하고, 로커 암의 구멍 내에서 스토퍼들에 의해 한정되는 2개의 단부 위치들 사이에서 누출 없이 축 방향으로 이동 가능하고 앞쪽에서 배기 밸브 샤프트의 후방 단부 면에 작용하며 뒤쪽에서 압축 스프링 및 유압에 의해 압력을 인가받는 제어 피스톤 및 그 로커 암 구멍의 나사 섹션에 나사 체결되는 제어 부시를 구비하는데, 앞쪽을 향해 제어 피스톤 쪽으로 개방된 제어 부시의 압력실에는 제어 피스톤에 압력을 인가하는 압축 스프링 및 압축 스프링 걸린 폐쇄 기구에 의해 압력 매체 공급 채널로부터 압력 매체가 도입되는 것만을 허용하는 체크 밸브가 장착된다. 압력 매체 공급 채널은 로커 암 내부의 공급 채널을 통해 압력 매체를 공급받고, 압력실로부터 제어 부시를 통해 그 상단부까지 감압 채널이 안내되는데, 그 감압 채널의 출구는 브레이크 작동 과정 동안 제어 장치의 저지 및 유지 단계에서 압력실에 압력 매체 압력을 구축 및 유지하고 그에 수반하여 제어 피스톤을 빼내고 그 빼내어진 배기 밸브 저지 위치로 제어 피스톤을 유지하려는 목적으로 실린더 커버에 고정적으로 배치된 스토퍼에 의해 폐쇄된 채로 유지된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 브레이크 작동 과정 동안 배기 가스 역압에 기인한 배기 밸브의 중간 개방 시에 제어 피스톤을 압력실에서 작용하는 힘(배기 밸브 샤프트를 따르는)에 의거하여 그 빼내어진 단부 위치로 밀어내고, 그에 수반하여 체적이 커진 압력실을 압력 매체로 채우며, 그럼으로써 이어서 제어 피스톤을 유압에 의해 배기 밸브 저지 위치로 잠그고, 그 배기 밸브 저지 위치에서 폐쇄 방향으로 이동하는 배기 밸브의 단부 면을 가로막아 그에 상응하게 배기 밸브를 개방한 채로 유지한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 유지 단계의 말미에 캠축 측에서 통상의 배기 밸브 캠들에 의해 직접적으로 또는 푸시 로드(push rod)를 통해 간접적으로 수행되는 로커 암의 작동 시에 제어 피스톤을 실린더 커버 측의 스토퍼로부터 떨어지게 선회시킴으로써 제어 부시의 상단부에서 제어 부시 내부의 감압 채널의 출구를 개방하고, 그럼으로써 압력실에 있는 압력 매체를 감압하고, 이제 더 이상 로커 암에 의해 잠기지 않아 뒤따라 움직일 수 있는 제어 피스톤에 의해 그 제어 피스톤이 완전히 집어 넣어진 기저 위치를 취할 때까지 체적을 줄이는 방식으로 제어 피스톤을 그 배기 밸브 저지 위치로부터 그 집어 넣어진 기저 위치로 복귀시킨다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 캠축이 아래쪽에 놓이고 그 캠축으로부터 푸시 로드 및 후속 로커 암을 경유하여 배기 밸브의 작동이 이뤄지는 내연 엔진에 적용하는 상황에서, 제어 장치는 푸시 로드와 로커 암의 힘 인가 기구 사이의 공간에서 실린더 헤드에 배치된 수납 슬리브에서 작용하고, 그 수납 슬리브 내에서 누출 없이 동축상으로 슬라이딩 가능하고 아래쪽에서 푸시 로드의 상단부에 지지된 제어 슬리브 및 그 제어 슬리브의 블라인드 홀 내에 누출 없이 동축상으로 슬라이딩 가능하게 장착된 제어 피스톤을 구비하며, 제어 피스톤은 위쪽에서는 로커 암의 힘 인가 기구와 조인트 연결된 추력 전달 부재에 지지되고 아래쪽에서는 추력 전달 부재 쪽으로 작용하는 압축 스프링에 의해 압력을 인가받으며, 압축 스프링은 제어 피슨톤의 아래쪽에 주어지는 블라인드 홀의 부분 및 그와 같이 한정된 유압 압력실에 장착되고, 유압 압력실은 실린더 헤드 또는 실린더 블록 내부의 공급 채널과 수납 슬리브 내부의 공급 채널 및 그와 연통하는 제어 슬리브 내부의 공급 채널을 통해 압력 매체, 특히 엔진 오일을 공급받되, 압력실에 장착된 체크 밸브가 그 스프링 걸린 폐쇄 기구에 의해 압력실로부터 공급 채널로의 압력 매체의 역류를 방지한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 브레이크 작동 과정 동안 배기 가스 역압에 기인한 배기 밸브의 중간 개방 시에 제어 피스톤을 압력실에서 작용하는 힘에 의거하여 빼내는 동시에 로커 암이 그 뒤를 따르게 하되, 제어 피스톤을 빼낼 때에 배기 밸브가 튀어오르는 행정에 맞춰 조정된 행정 거리 후에 제어 피스톤 내부의 감압 채널의 출구를 제어 슬리브 측의 블라인드 홀로부터 벗어나게 함으로써 개방하여 그 감압 채널을 통해 압력실 내부의 압력 매체를 감압하고, 연이은 배기 밸브의 폐쇄 이동의 시작 시에 감압 채널의 출구가 블라인드 홀의 벽에 의해 다시 폐쇄될 때까지 상응하게 뒤따르는 로커 암 및 추력 전달 부재에 의해 제어 피스톤을 그 빼내어지지 않은 기저 위치로 다시 이동시키고, 그에 의해 압력실을 다시 차단함으로써 제어 장치를 유압에 의해 잠가 배기 밸브를 해당 부분 개방 위치로 저지한 채로 계속 유지한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제어 피스톤이 유압에 의해 제어 슬리브 내에 잠겨있는 것을 해제하는 것과 제어 피스톤을 그 배기 밸브 저지 위치로부터 그 빼내어지지 않은 기저 위치로 복귀시키는 것은 캠축 측에서 통상의 배기 밸브 캠들에 의해 이뤄지는 푸시 로드의 작동 및 그에 수반하는 제어 슬리브의 행정 이동 시에 배기 밸브의 최대 개방 행정에 맞춰 조정된 제어 슬리브의 일정한 행정 후에 제어 슬리브를 수납 슬리브의 수납 구멍으로부터 벗어나게 함으로써 압력실을 가로질러 나가는 감압 구멍의 출구 횡단면을 개방하고, 그럼으로써 압력실에 있는 압력 매체를 감압하고, 이제 뒤따라 움직일 수 있는 제어 피스톤에 의해 그 제어 피스톤이 추력 전달 기구가 제어 슬리브의 단부 면에 얹혀질 때에 주어지는 완전히 집어 넣어진 기저 위치를 취할 때까지 체적을 줄일 경우에 이뤄지게 된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 배기 밸브는 배기 가스 역압에 의해 일어나는 중간 개방 후에 저지 위치로 유지되는데, 그 저지 위치로부터 폐쇄 위치까지의 거리는 캠축에 의해 제어되는 배기 밸브 개방 전행정의 약 1/5 내지 1/20이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제어 장치는 밸브 유격 보상 기구로서도 사용되는데, 밸브 작동 메커니즘에서 생기는 유격은 압력실에 압력 매체를 적절하게 다시 채워 그에 상응하게 제어 피스톤을 압력을 인가하려는 기구 쪽으로 뒤따르게 함으로써 보상되게 된다.

이하에서, 본 발명의 개시된 특징들은 또 다른 이점들 및 구성들을 달성하기 위해 임의로 상호 조합될 수 있음이 자명할 것이다.

본 발명에 따르면, 보다 적은 부품 및 비용 소모로, 그리고 개선된 제어로 증강된 엔진 브레이크 출력을 가져오는 엔진 브레이크 작동 방법 및 장치가 제공된다.

첨부 도면들을 참조로 한 본 발명의 실시 형태들에 관한 이후의 설명으로부터 본 발명의 또 다른 특징들 및 이점들이 명확히 드러날 것이다. 설명되는 실시예들 또는 실시 형태들은 순전히 예시적인 것들로, 결코 한정적인 것들로 이해되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 방법의 일례의 흐름도.
도 2는 스로틀 장치의 위치에 대한 급기 압력 및 배기 가스 역압의 추이를 나타낸 도표.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 장치의 미리 주어진 회전수 영역에서의 최대 브레이크 출력을 위한 자유 채널 횡단면을 선행 기술과 대비하여 나타낸 도표.
도 4a는 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 장치의 미리 주어진 회전수 영역에서의 공기 유량의 추이를 선행 기술과 대비하여 나타낸 도표.
도 4b는 본 발명에 따른 배기 가스 흐름 교축을 위한 장치 및 배기 가스 터보 차저의 터빈의 앞쪽에서의 배기 가스 역압의 추이를 나타낸 도표.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 브레이크 작동 방법의 적용 시에 브레이크 작동 동안의 배기 밸브의 행정 추이를 유추하게 하는 도표.
도 6은 DE 39 22 884 C2로부터 공지된 브레이크 작동 방법에서의 배기 밸브의 행정 추이를 유추하게 하는 도표.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 브레이크 작동 동안 작동 위치에 있는 본 발명에 따른 제어 장치의 또 다른 실시 형태를 갖는 배기 밸브 작동 메커니즘의 단면도를 각각 나타낸 도면.
도 8은 과급 압력 제어 장치에 의해 배기 가스 흐름을 교축하는 본 발명에 따른 장치의 기능 선도를 나타낸 도면.

도 1은 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 방법의 일례의 흐름도를 나타낸 것이다. S10 단계에서, 먼저 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 수행한다. 배기 가스 및 급기의 정압 및/또는 동압의 측정은 예컨대 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같은 공지의 압력 센서들(P)의 조력을 받아 수행된다. 급기 압력을 파악 또는 측정하기 위한 압력 센서(P)는 예컨대 흡입 공기 압축기(105)와 엔진(M) 또는 실린더들(101) 사이에 배치된다.

배기 가스 역압을 파악 또는 측정하기 위한 압력 센서(P)는 엔진(M) 또는 엔진(M)의 배기 밸브들(102)과 배기 가스 터빈(106) 사이에 배치될 수 있다. 그 경우, 압력 센서(P)는 엔진(M) 또는 엔진(M)의 배기 밸브들(102)과 스로틀 장치 또는 교축을 위한 장치(4) 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 압력 센서(들)(P)는 과급 압력 제어 장치(107)로의 바이패스 라인의 앞쪽에서 스로틀 장치(4)와 배기 가스 터빈(106) 사이에 배치될 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 또 다른 압력 센서(들)(P)가 하류 쪽에, 즉 배기 가스 터빈의 뒤쪽이자 배기 가스 후처리 장치의 앞쪽에 배치될 수도 있다.

S20 단계에서, 측정된 배기 가스 역압, 즉 실제의 배기 가스 역압이 원하는 배기 가스 역압보다 더 낮고, 측정된 급기 압력, 즉 실제의 급기 압력이 미리 정해진 값과 일치하는지 여부를 확인한다. 긍정의 확인이면, S30 단계에서 배기 가스 흐름의 다 높은 교축을 위해 스로틀 장치(4)(도 8을 참조)를 미리 정해진 위치로 폐쇄한다. 이때, 배기 가스가 통과하여 흐르는 횡단면이 감소하도록 스로틀 장치(4)의 플랩 밸브를 이동시킨다.

부정의 확인이면, S40 단계에서 측정된 배기 가스역압, 측 실제의 배기 가스 역압이 원하는 배기 가스 역압보다 더 낮고, 측정된 급기 압력, 즉 실제의 급기 압력이 미리 정해진 값보다 더 작은지 여부를 확인한다. 긍정의 확인이면, S50 단계에서 스로틀 장치(4)를 미리 정해진 위치로 개방하고, 그에 따라 S30과 S50 단계들에서 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어가 스로틀 장치(4)의 최적의 위치의 결정에 상응하게 스로틀 장치(4)를 세팅하는 것에 의해 이뤄지게 된다.

스로틀 장치(4)의 위치, 즉 플랩 밸브의 위치의 결정은 예컨대 센서가 스로틀 장치(4)의 플랩 밸브의 위치를 파악 또는 측정하여 엔진(M) 또는 그 엔진(M)이 탑재된 차량의 중앙 전자 제어, 평가, 및 피드백 장치 또는 중앙 전자 제어 장치(104)에 보고함으로써 검출된다(도 8을 참조).

그러한 제어는 위치 검출기에 의해 개선되게 되는데, 왜냐하면 그럴 경우에는 플랩 밸브의 정해진(미리 정해진) 위치들에 대한 파일럿 제어를 즉각적으로 수행할 수 있어 단지 원하는 브레이크 출력의 정확한 세팅을 위한 제어만이 필요하게 되기 때문이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법의 전술된 예에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 과급 압력 제어 장치(107)가 통합되고 배기 가스 터빈(106)을 우회하는 도 8에 도시된 바이패스 라인(B)이 과급 압력을 세팅하는데 사용된다. 이때, 바람직하게는 웨이스트 게이트 또는 바이패스 밸브로서 구성되는, 바이패스 라인(B)에 통합된 과급 압력 제어 장치(107)도 역시 제어 장치(104)에 의해 제어되고, 그에 따라 원하는 급기 압력을 세팅하기 위해 배기 가스 터빈(106)을 우회하는 부분 배기 가스 흐름을 상응하게 조절하여 다시 배기 가스 터빈(106)의 거동 및 그와 연결된 흡입 공기 압축기(105)에 상응하는 영향을 미치게 된다.

도 2는 브레이크 작동 시의 최대 브레이크 회전수, 즉 엔진 회전수에서 도 8에 도시된 스로틀 장치(4) 또는 그 플랩 밸브에 대한 또는 그에 따른 급기 압력 및 배기 가스 역압의 추이를 예시적으로 나타낸 도표이다.

급기 압력 또는 과급 압력은 브레이크 작동 시에 스로틀 장치가 완전 개방되면(배기 가스가 통과하여 흐르는 스로틀 장치의 채널 면적의 0%가 스로틀 장치의 플랩 밸브에 의해 폐쇄되면) 매우 낮은 수준(최대 급기 압력의 약 10%)에서 시작하여 이어서 스로틀 장치의 폐쇄에 따라 여기서는 스로틀 장치가 절반만큼 개방되었을 때에 도달되는 최대치로 상승하게 된다. 스로틀 장치를 더 폐쇄하면, 급기 압력은 배기 가스 터빈 및 그와 연결된 흡입 공기 압축기의 구동에 의해 가스 유량이 점차 작아지기 때문에 다시 하강하여 스로틀 장치가 완전 폐쇄되었을 때에, 즉 스로틀 장치의 제2 폐쇄 위치에서 0으로 되돌아오게 된다. 배기 가스 역압은 처음에 급기 압력과 거의 평행하게 상승하여 스로틀 장치가 급기 압력에서보다 약간 더 폐쇄된 위치에 있을 때에 최대치에 도달하고, 이어서 스로틀 장치가 완전 폐쇄되었을 때에 약 50%의 값으로 하강한다. 그러한 값은 압축기에 의해 부가적으로 압축된 공기의 공급 없이 엔진에 의해 생성되는 배기 가스 역압에 해당하는데, 그것은 스로틀 장치가 완전 폐쇄되었을 때에 배기 가스 터보 차저의 터빈 휠에 공기 흐름이 인가되지 않아 흡입 공기 압축기가 급기 압력을 생성하지 않기 때문이다.

브레이크 부분 부하 시에 원하는 일정한 배기 가스 역압에 대해, 대부분 스로틀 장치의 2개의 가능한 해당 위치들이 주어진다. 이때, 더 높은 과급 압력을 갖는 위치가 항상 더 좋은 위치가 된다. 센서 또는 센서가 통합된 제어기가 예컨대 실제의 과급 압력을 특성도로부터의 설정 과급 압력과 비교하여 스로틀 장치의 정확한 위치를 식별하여 배기 가스 역압에 대한 스로틀 장치의 위치를 더 높은 과급 압력을 갖는 쪽으로 제어하게 된다. 제어기는 스로틀 장치의 개방이 과급 압력의 상승을 일으키는지 여부를 항상 점검한다. 최대치를 넘으면, 스로틀 장치가 다시 폐쇄된다.

도 3은 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 장치의 미리 주어진 회전수 영역에서 최대 브레이크 출력을 위한 스로틀 장치의 개방된 채널 횡단면을 선행 기술과 대비하여 예시적으로 나타낸 도표이다. 터보 차저의 지원이 없는 종래의 엔진 브레이크 시스템에서는, 예컨대 브레이크 플랩(brake flap)과 같은 엔진 브레이크 작동 장치가 회전수 영역의 경과에 따라 단지 매우 조금만 개방된다. 따라서 엔진 브레이크 작동 장치에 의해 생성되는 배기 가스 역압은 엔진에 의해 생성되는 배기 가스 역압으로부터만 생기게 된다.

그러나 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 방법에 따르면, 엔진 브레이크 작동 장치는 현저히 더 개방될 수 있다. 1200rpm의 엔진 회전수에서는 배기 시스템의 채널 횡단면의 약 10%가 개방되고, 2400rpm의 엔진 회전수에서는 배기 시스템의 채널 횡단면의 약 40%가 개방된다. 물론, 그러한 표시 값들은 터보 차저의 설계에 따라, 즉 배기 가스 터빈 및 흡입 공기 압축기의 치수 설정에 따라 달라질 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 장치의 미리 주어진 회전수 영역에서 공기 유량의 추이를 선행 기술과 대비하여 예시적으로 나타낸 도표이다. 터보 차저의 지원이 없는 종래의 엔진 브레이크 시스템에서는, 공기 유량이 단지 엔진에 의해 생성되는 공기 유량에만 해당하고 있다. 그러한 공기 유량은 1400rpm의 엔진 회전수에서는 약 70%이고, 2400rpm의 엔진 회전수에서는 약 100%이다. 터보 차저의 지원을 받는 본 발명에 따른 엔진 브레이크 시스템에 따르면, 공기 유량은 1400rpm에서 이미 300%에 달하고, 2400rpm에서는 600%를 넘기까지 상승한다. 즉, 총 공기 유량에서 터보 차저 지원에 의한 공기 유량의 비율이 1400rpm에서 이미 터보 차저의 지원이 없는 엔진에 의해 생성되는 공기 유량의 3배의 값에 달하고 있다.

도 4b는 본 발명에 따른 배기 가스 흐름의 교축을 위한 장치 및 배기 가스 터보 차저의 터빈의 앞쪽에서의 배기 가스 역압의 추이를 예시적으로 나타낸 도표이다. 엔진 브레이크 작동 장치의 앞쪽에서의 배기 가스 역압은 1400rpm의 엔진 회전수에서 75%를 넘은 후에 2000rpm의 엔진 회전수에서 100%까지 상승한다. 이어서, 배기 가스 역압은 2400rpm의 최대 엔진 회전수까지 미세하게 하강한다. 엔진 브레이크 장치의 뒤쪽 또는 배기 가스 터보 차저의 터빈의 앞쪽에서의 배기 가스 역압은 1400rpm의 엔진 회전수에서 약 25%이고, 터보 차저 지원에 의한 공기 유량 증대로 인해 2400rpm의 최대 엔진 회전수까지 약 65%로 상승한다.

도 7a 내지 도 7d에서는, 동일하거나 서로 대응하는 부분들에 동일한 도면 부호들이 붙여져 있다.

그 도면들에서는, 해당 4행정 피스톤 왕복 내연 엔진 중에서 배기 밸브(10) 및 관련 밸브 작동 메커니즘의 샤프트를 본 발명의 이해에 필요한 정도로만 볼 수 있다.

기본적으로, 그러한 4행정 피스톤 왕복 내연 엔진은 실린더마다 배기 시스템에 연결된 적어도 하나의 배기 밸브를 구비한다. 그러한 배기 밸브들은 가스 교환 과정을 위해 종래의 캠축으로부터 적절한 밸브 작동 메커니즘을 통해 제어될 수 있다. 배기 밸브와 함께, 실린더 헤드(20)에 장착되고 캠축이 엔진에 배치되는 방식에 따라 캠축에 의해 직접적으로 또는 푸시 로드(40)에 의해 간접적으로 작동될 수 있는 로커 암(30)이 밸브 작동 메커니즘에 부속된다. 그 샤프트가 실린더 헤드(20)에서 안내되는 배기 밸브(10)는 도시를 생략한 폐쇄 스프링에 의해 상시로 페쇄 방향으로 압력을 인가받는다. 배기 시스템에는, 스로틀 장치, 예컨대 스로틀 밸브가 장착되는데, 그 스로틀 장치는 엔진 브레이크 작동을 위해 배기 가스 흐름을 교축하여 스로틀 장치의 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하도록 해당 제어 장치에 의해 작동된다. 인접 실린더의 배기 시에 발생하는 압력파가 정적 역압과 중첩되고, 정 압력차(positive pressure difference)에 기인하여 배기 밸브(10)의 중간 개방을 일으킨다(도 5에 따른 도표의 A1 단계를 참조). 브레이크 작동 동안 본 발명에 따라 중간 개방 후에 그 폐쇄 스프링의 작용 하에 다시 폐쇄되려는 성향을 갖는 배기 밸브(10)를 캠축으로부터 떨어져 배기 밸브 작동 메커니즘에 장착된 제어 장치(50)에 의해 강제적으로 가로막고 이어서 그 제어 장치에 의해 전체의 압축 행정 및 팽창 행정에 걸쳐 부분 개방된 저지 위치로 유지함으로써 캠축 제어와는 무관하게 이뤄지는 그러한 배기 밸브의 중간 개방에 제어 기술적으로 개입하게 된다(도 5에 따른 도표의 A2 단계를 참조).

그러한 제어 장치(50)는 다양한 방식으로 구현될 수 있고, 배기 밸브 작동 메커니즘의 여러 지점들에 장착될 수 있다. 그에 대한 예들이 도 7a 내지 도 7d에 제시되어 있다.

도 7a 내지 도 7d에 따른 예들에서, 제어 장치(50)는 로커 암(30)에서 작용하도록 장착되고, 2개의 주요 기구들, 즉 제어 피스톤(60)과 제어 부시(70)로 구성된다. 제어 피스톤(60)은 로커 암(30)의 구멍(80) 내에서 스토퍼들(90, 100)에 의해 한정된 2개의 단부 위치들 사이를 누출 없이 축 방향으로 이동할 수 있고, 앞쪽에서 만곡된 단부 면(110)을 통해 배기 밸브 샤프트의 후방 단부 면(120)에 작용하며, 뒤쪽에서 압축 스프링(130)에 의해 압력을 인가받을 뿐만 아니라 유압에 의해서도 압력을 인가받을 수 있다.

제어 부시(70)는 제어 피스톤(60)을 통해 로커 암(30)의 동일한 구멍(80)의 나사 섹션에 나사 체결되어 그 전방 단부 면으로써 제어 피스톤(60)의 집어 넣어진 기저 위치를 규정하는 후방 스토퍼(90)를 형성한다. 제어 피스톤(60)의 빼내어진 단부 위치는 로커 암(30)에 고정된 행정 제한 기구(140)가 맞물리는 제어 피스톤(60)의 환형 홈의 후방 에지에 의해 형성되는 전방 스토퍼(100)에 의해 한정된다.

제어 부시(70)는 앞쪽을 향해 제어 피스톤(60) 쪽으로 개방된 압력실(150)을 구비하고, 그 압력실(150)에는 제어 피스톤(60)에 압력을 인가하는 압축 스프링(130) 및 그 압축 스프링 걸린 폐쇄 기구(170)에 의해 압력 매체 공급 채널(160)로부터 압력 매체가 도입되는 것만을 허용하는 체크 밸브가 장착된다. 횡단 구멍 및 그로부터 출발하여 압력실(150)로 통하는 중앙 구멍으로 이뤄지는 제어 부시 내부의 압력 매체 공급 채널(160)은 로커 암 내부의 공급 채널(180)을 통해 로커 암 베어링 영역으로부터 일정 압력의 압력 매체, 여기서는 윤활유를 공급받는다. 또한, 압력실(150)로부터 제어 부시(70) 및 그에 고정 장착된 삽입 부재(190)를 통해 감압 채널(200)이 안내되는데, 그 감압 채널(200)의 삽입 부재 측 출구는 브레이크 작동 과정 동안 제어 장치(50)의 저지 및 유지 단계(A2)에서 압력실(150) 내에 압력 매체 압력을 구축 및 유지하고 그에 수반하여 제어 피스톤(60)을 빼내고 그 빼내어진 배기 밸브 저지 위치로 제어 피스톤(60)을 유지하려는 목적으로 실린더 커버(210)에 고정적으로 배치된 스토퍼(220)에 의해 폐쇄된 채로 유지된다.

이하, 도 7a-도 7b-도 7d-도 7d의 도면 순서로 엔진 브레이크 작동 동안의 풀 사이클에 관해 다루기로 한다.

도 7a는 흡기 행정의 처음에 폐쇄 위치(A)에 있는 배기 밸브(10)를 나타낸 것이다(그에 관해 도 5의 도표도 아울러 참조). 그 단계에서, 제어 장치(50)는 로커 암(30)의 내부에서 기계적 버퍼로서 작용하는데, 제어 피스톤(60)은 배기 밸브(10)에 의해 그 집어 넣어진 위치로 아래쪽으로부터 가압되고, 제어 부시(70)는 그 삽입 부재(190)에 의해 스토퍼(220)에 지지된다. 경우에 따라 있을 수 있는 밸브 유격은 제어 피스톤(60)을 부분적으로 빼냄으로써 해소된다.

도 7b는 엔진 브레이크 작동 동안 배기 밸브(10)가 배기 가스 역압에 기인한 중간 개방 시에 단계 A1(도 5의 도표도 아울러 참조)에서 그 최대 행정(B)에 도달한 순간의 상황을 나타낸 것이다. 그와 같이 배기 밸브(10)가 중간 개방되면, 배기 밸브(10)는 제어 피스톤(60)으로부터 떼어지고, 제어 피스톤(60)은 이제 압축 스프링(130)에 의해 그 저지 위치로 뒤따라 빼내어진다. 제어 피스톤(60)이 제어 부시(70)로부터 떨어져 이동하기 때문에, 그것은 압력실(150)이 확대되고 압력 매체 공급 채널을 통해 압력실(150)이 압력 매체로 채워지는 결과를 수반하는데, 압력실(150)이 완전히 채어진 후에는 한편으로 체크 밸브(170)의 차단으로 인해, 다른 한편으로 감압 채널(200)의 출구가 차단됨으로 인해, 제어 피스톤(60)이 유압에 의해 그 빼내어진 저지 위치[스토퍼(100)에 의해 미리 주어짐]로 잠기게 된다. 그러한 상태를 도 7b로부터 알 수 있다. 또한, 중간 개방 시에 배기 밸브(10)가 더 큰 행정(A-B)으로 제어 피스톤 행정을 앞선다는 것을 도 7b로부터 알 수 있다.

A1 단계로부터 A2 단계로 넘어가면, 배기 밸브(10)가 다시 폐쇄 방향으로 이동하지만, 짧은 거리(B-C) 후에 이미 유압에 의해 잠겨 있는 제어 장치(50)에 의해 저지되게 된다. 도 7c는 그러한 저지 위치(C)를 나타낸 것으로, 그 밖의 점에 있어서는 도 7b에서의 상황과 동일하다. 그러한 저지 위치(C)는 전체의 잔여 압축 행정 및 후속 팽창 행정에 걸쳐 그대로 유지된다.

팽창 행정의 말미에 캠축 측에서 해당 배기 캠들에 의해 배기 밸브(10)를 제어하는 것이 다시 유효하게 될 때에야 비로소 이전에 제어 장치(20)가 유압에 의해 그와 같이 잠긴 상태가 해제되게 되는데, 왜냐하면 로커 암(3)이 배기 밸브 쪽으로 개방 이동하는 즉시, 제어 부시(70)의 삽입 부재(190)가 스토퍼(220)로부터 떼어지기 때문이다. 그럼으로써, 감압 채널(200)이 개방되어 압력 매체가 이제 더 이상 잠기지 않은 제어 장치(50)의 압력실(150)로부터 배출될 수 있고, 특히 배기 밸브에 의해 그 집어 넣어진 기저 위치로 가압되는 제어 피스톤(60)의 작용 하에 그와 같이 배출될 수 있게 된다.

제어 피스톤(60)이 완전히 집어 넣어지는 즉시, 제어 장치(50)는 로커 암(30)에서 다시 순수한 기계적 버퍼로서만 작용하고, 그에 의해 A3 단계(도 5에 따른 도표도 아울러 참조)에서는 엔진 브레이크 작동 시의 배기 행정 동안 배기 전 행정(D)까지의 배기 밸브(10)의 개방(도 7d가 그 위치를 도시하고 있음), 그 유지및 재폐쇄가 캠축의 해당 배기 제어 캠들에 의해 제어되어 이뤄지게 된다.

엔진 브레이크 작동 시의 배기 행정 말미에, 로커 암(30)은 제어 장치(50)에 의해 다시 도 7a에 도시된 위치를 취하고, 그 위치로부터 다음 브레이크 사이클이 수행되게 된다.

도 8은 스로틀 장치(4) 및 또 다른 과급 압력 제어 장치를 포함하는 다기통 내연 엔진 또는 다기통 엔진(M)의 엔진 브레이크 작동 장치의 예의 개괄도 또는 기능 선도를 나타낸 것이다.

도 8에 도시된 엔진(M)은 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고, 6개의 실린더들(101)을 포함한다. 각각의 실린더(101)는 적어도 하나의 배기 밸브(102)를 구비한다. 엔진(M)은 배기 가스 터보 차저를 더 포함하고, 그 배기 가스 터보 차저는 흡입 공기 압축기(105) 및 배기 가스 터빈(106)을 구비한다. 배기 가스 터빈은 1단 또는 다단으로 형성될 수 있다.

흡입 공기 압축기(105)는 채널 시스템을 통해 엔진(M) 또는 실린더들(101)의 공기 입구 영역과 연결된다. 흡입 공기 압축기(105)는 기계적 연결을 통해, 바람직하게는 샤프트를 통해 배기가스 터빈(106)에 의해 구동된다. 공기 입구 영역 또는 엔진(M)의 실린더들(101)과 흡입 공기 압축기(105) 사이에는 공지의 구조의 적어도 하나의 압력 센서(P)가 위치하고, 그 압력 센서(P)는 흡입 공기 압축기(105)에 의해 흡입되고 이어서 압축되는 공기의 정압 및/또는 동압을 검출하거나 측정한다. 흡입 공기 압축기(105)의 앞쪽에는, 일정한 종류와 크기의 해당 입자들로부터 공기를 정화하기 위한 공기 필터(도 8에서는 도시를 생략)가 추가로 마련되거나 배치될 수 있다.

엔진(M)은 그 배기 측에 적어도 하나의 배기 가스 매니폴드(103)를 구비하는데, 그 배기 가스 매니폴드(103)는 각각의 실린더(101)의 적어도 하나의 배기 밸브(102)와 연결된다. 배기 가스 매니폴드(103)는 배기 가스 터보 차저의 배기 가스 터빈(106)과 더 연결된다. 엔진 브레이크 작동 장치는 엔진(M) 또는 배기 가스 매니폴드(103)와 배기 가스 터빈(106) 사이에 스로틀 장치(4) 또는 배기 가스 흐름의 교축을 위한 장치(4)를 구비한다. 이때, 스로틀 장치(4)는 예컨대 스로틀 장치의 하우징에서의 그 위치에 의해 통과하여 흐르는 배기 가스 흐름의 횡단면 및 그에 따른 배기 가스 역압에 영향을 미칠 수 있는 스로틀 밸브들(4)을 포함한다.

예컨대, 스로틀 밸브들(4)의 형태로 구성되는 배기 가스 흐름 교축 장치(4)는 그 위치에 있어 바람직하게는 액추에이터 또는 제어 장치(SM, 104)에 의해 제어되는데, 스로틀 밸브들(4)은 기계적으로 서로 연결된다. 스로틀 장치(4)와 엔진(M) 또는 실린더의 배기 밸브들(102) 사이에는 배기 가스의 정압 및/또는 동압을 파악하거나 측정하는 공지의 구조의 적어도 하나의 압력 센서(P)가 위치한다. 그에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 또 다른 압력 센서(p)가 스로틀 장치의 하류 쪽에 위치할 수도 있다.

이미 서두에서 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 적어도 하나의 또 다른 과급 압력 제어 장치(107)를 더 구비한다. 그러한 과급 압력 제어 장치(107)는 배기 가스 흐름에 있어 배기 가스 터빈(106)을 우회하는 적어도 하나의 바이패스 라인을 포함한다. 적어도 하나의 바이패스 라인은 적어도 하나의 웨이스트 게이트 또는 바이패스 밸브를 더 구비한다. 바이패스 밸브가 개방되면, 배기 가스는 배기 가스 터빈(106)의 앞쪽에서 적어도 하나의 바이패스 라인을 통해 분기되어 배기 가스 터빈(106)을 지나쳐 예컨대 배기 가스 후처리 시스템 및/또는 머플러 시스템으로 흐를 수 있게 된다. 적어도 하나의 웨이스트 게이트 또는 바이패스 밸브는 배기 가스에 대한 그 작용 또는 그 압력에 있어 액추에이터 또는 제어 장치(SM, 104)에 의해 제어된다.

풀 브레이크 출력이 필요하지 않은 경우, 본 발명에 따른 엔진 브레이크 작동 장치에 마련된 과급 압력 제어 장치(107)가 스로틀 장치 또는 배기 가스 흐름의 교축을 위한 장치(4)에 의한 제어에 추가하여 또는 그 대신에 배기 가스 흐름을 교축하는데 사용되는데, 그것은 그럼으로써 과급 압력 및 그에 따른 브레이크 출력을 더 빠르고 정밀하게 설정할 수 있기 때문이다. 흡입 공기 압축기(105)는 엔진(M)의 실린더(101)에서 미리 주어진 과급 압력을 생성하는데, 각각의 실린더(101)의 적어도 하나의 배기 밸브(102)를 통한 배기 가스 흐름을 배기 가스 매니폴드(103)를 경유하여 배기 가스 흐름의 교축을 위한 장치(4)에 공급한다.

일정한 엔진 회전수에서, 스로틀 장치(4)의 위치에 대해 항상 정해진 과급 압력이 설정된다. 이미 전술한 바와 같이, 과급 압력 제어 장치(107)의 바이패스 라인들 또는 공급 라인들은 배기 가스 흐름의 교축을 위한 장치(4)와 배기 가스 터빈(106)의 출구 뒤쪽 사이의 배기 가스 채널에 배치된다. 그러한 과급 압력 제어 장치(107)는 미리 주어진 양의 배기 가스 흐름을 배기 가스 터빈(106)을 지나쳐 인도하는데, 배기 가스 터빈(106)을 지나쳐 인도되는 배기 가스 흐름은 배기 가스 터빈(106)의 뒤쪽에서 다시 배기 가스 채널로 통하게 된다.

과급 압력 제어 장치(107)는 물론 배기 가스 흐름의 교축을 위한 장치(4)도 제어 장치(104)에 의해 제어 작동된다. 최대 과급 압력보다 더 낮은 과급 압력을 조정하려면, 원하는 과급 압력이 설정될 정도로 과급 압력 제어 장치(107)를 개방한다. 최대 브레이크 출력을 얻기 위해서는, 웨이스트 게이트 또는 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 그러면 최대 과급 압력으로 제어되게 된다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어는 배기 가스의 흐름의 교축을 위한 장치(4)에 의한 제어에 추가하여 과급 압력 제어 장치(107)에 의해 이뤄진다. 과급 압력 제어 장치(107)는 웨이스트 게이트에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명을 예들에 의거하여 상세히 설명하였으나, 본 발명을 그러한 구체적 실시 형태들에 한정하여서는 안 된다.

M : 엔진
P : 압력 센서
4 : 스로틀 장치
10, 102 : 배기 밸브
103 : 배기 가스 매니폴드
104 : 제어 장치
105 : 흡입 공기 압축기
106 : 배기 가스 터빈
107 : 과급 압력 제어 장치

Claims

바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고, 배기 가스 터빈(106)과 흡입 공기 압축기(105)를 구비한 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저, 엔진(M)의 배기 밸브들(102)의 배기 가스 흐름을 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저에 공급하는 배기 가스 매니폴드(103), 및 배기 밸브들(102)과 배기 가스 터보 차저 사이에 마련되고 배기 가스 흐름을 교축하여 엔진 브레이크 작동을 위해 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 스로틀 장치(4)를 포함하는 차량의 다기통 내연 엔진(M)에서 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 수행하여 엔진 브레이크를 작동하는 방법에 있어서,
배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 기반으로 하여, 미리 정해진 브레이크 출력을 얻기 위한 스로틀 장치(4)의 위치를 파악하고, 그 미리 파악된 스로틀 장치(4)의 위치에 상응하게 스로틀 장치(4)를 세팅함으로써 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제1항에 있어서, 각각의 엔진 회전수에서 최대의 브레이크 출력을 얻기 위해, 먼저 최대 급기 압력을 조정하고, 해당 엔진 회전수에 대한 최대의 급기 압력이 도달된 후에 최대 배기 가스 역압의 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 스로틀 장치(4)의 적어도 하나의 위치는 정해진 배기 가스 역압에 해당하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제3항에 있어서, 실제의 배기 가스 역압에서 실제의 급기 압력을 설정 급기 압력과 비교한 것으로부터 스로틀 장치(4)의 정확한 위치를 식별하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 엔진 회전수에 대한 급기 압력과 배기 가스 역압과 브레이크 출력 사이의 관계를 특성도에 의해 엔진 제어 장치 또는 차량 제어 장치(104)에 저장하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 실제의 배기 가스 역압이 원하는 배기 가스 역압보다 더 낮고, 급기 압력이 미리 정해진 값과 일치하는 경우(S20), 스로틀 장치(4)의 위치를 더 폐쇄하는(S30) 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 실제의 배기 가스 역압이 원하는 배기 가스 역압보다 더 낮고, 급기 압력이 미리 정해진 값보다 더 작은 경우(S40), 스로틀 장치(4)의 위치를 더 개방하는(S50) 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 배기 가스 흐름 교축 장치(4)에 의한 제어에 추가하여, 배기 가스 터빈(106)을 우회하는 적어도 하나의 웨이스트 게이트가 통합된 과급 압력 제어 장치(107)에 의해 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고, 배기 가스 터빈(106)과 흡입 공기 압축기(105)를 구비한 배기 가스 터보 차저, 엔진(M)의 배기 밸브들(102)로부터의 배기 가스 흐름을 배기 가스 터보 차저에 공급하는 배기 가스 매니폴드(103), 배기 밸브들(102)과 배기 가스 터보 차저 사이에 마련되고 배기 가스 흐름을 교축하여 엔진 브레이크 작동을 위해 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 스로틀 장치(4), 및 배기 가스 역압 및 급기 압력을 측정하는 수단(P)을 포함하는 차량의 다기통 내연 엔진(M)의 엔진 브레이크를 작동하는 장치에 있어서,
배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 기반으로 하여 미리 장해진 브레이크 출력을 얻기 위한 스로틀 장치(4)의 위치를 파악하도록 구성된 제어 장치(104)가 마련되고, 그 제어 장치(104)는 그 미리 파악된 스로틀 장치(4)의 위치에 상응하게 스로틀 장치(4)를 세팅함으로써 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 장치.
제9항에 있어서, 배기 가스 흐름 교축 장치(4)에 의한 제어에 추가하여, 과급 압력 제어 장치(107)에 의해 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어가 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 장치.
제10항에 있어서, 과급 압력 제어 장치(107)는 배기 가스 터빈(106)을 우회하는 적어도 하나의 웨이스트 게이트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 장치.
엔진(M)이 바람직하게는 디젤 원리에 따라 작동되고 실린더(101)마다 배기 시스템에 연결된 적어도 하나의 배기 밸브(102)를 구비하며, 그 배기 시스템에 스로틀 장치(4)가 장착되고, 그 스로틀 장치(4)가 엔진 브레이크 작동을 위해 배기 가스 흐름을 교축하여 그 스로틀 장치(4)의 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하도록 작동됨으로써 그 배기 가스가 배기 밸브(102)의 중간 개방 후에 연소실로 역류하고 연이은 압축 행정 동안 배기 밸브(102)를 계속해서 부분적으로 개방한 채 유지하면서 증대된 엔진 브레이크 출력을 제공하되, 엔진 브레이크의 작동 동안 중간 개방 후에 폐쇄되려는 성향을 띄는 배기 밸브(10, 102)를 캠축으로부터 떨어져 배기 밸브 작동 메커니즘에 장착된 제어 장치(50)에 의해 강제적으로 가로막아 그 폐쇄를 저지하고 이어서 늦어도 캠에 의해 제어되는 배기 밸브 개방 시까지 부분적으로 개방한 채로 유지함으로써 스로틀 장치(4)가 교축 위치에 있을 때에 배기 가스 중에서 생기는 압력 상승에 의해 일어나는 배기 밸브(10)의 중간 개방에 제어 기술적으로 개입하고, 엔진이 배기 가스 터빈(106)과 흡입 공기 압축기(105)를 구비한 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저, 엔진(M)의 배기 밸브들(10)의 배기 가스 흐름을 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저에 공급하는 배기 가스 매니폴드(103), 및 배기 밸브들(10, 102)과 배기 가스 터보 차저 사이에 마련되고 배기 가스 흐름을 교축하여 엔진 브레이크 작동을 위해 그 상류 쪽으로 배기 가스 중에 압력 상승을 생성하는 스로틀 장치(4)를 더 포함하며, 배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정(S10)을 수행하는 엔진(M)의 엔진 브레이크를 작동하는 방법에 있어서,
배기 가스 역압 및 급기 압력의 측정을 기반으로 하여 미리 정해진 브레이크 출력을 얻기 위한 스로틀 장치(4)의 위치를 파악하고, 그 미리 파악된 스로틀 장치(4)의 위치에 상응하게 스로틀 장치(4)를 세팅함으로써 배기 가스 역압 및 급기 압력의 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제12항에 있어서, 팽창 행정의 말미에 캠축 측에서 배기 밸브(10)를 제어하는 것이 다시 유효하게 되면, 유압에 의해 잠긴 버퍼로서 이전에 작용하던 제어 장치(50)의 유지 기능을 해제하고, 이어서 배기 행정 동안 그 전행정에 이르기까지의 배기 밸브(10)의 개방, 그 유지 및 재폐쇄를 부속된 통상의 배기 밸브 제어 캠들에 의해 이후로 제어 장치(50)가 단지 기계적 버퍼로서만 작용하는 배기 밸브 작동 메커니즘을 경유하여 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 제어 장치(50)는 실린더 헤드 측에 지지된 로커 암(30)에 장착되어 작용하고, 로커 암(30)의 구멍(80) 내에서 스토퍼들(90, 100)에 의해 한정되는 2개의 단부 위치들 사이에서 누출 없이 축 방향으로 이동 가능하고 앞쪽에서 배기 밸브 샤프트의 후방 단부 면(120)에 작용하며 뒤쪽에서 압축 스프링(130) 및 유압에 의해 압력을 인가받는 제어 피스톤(60) 및 그 로커 암 구멍(80)의 나사 섹션에 나사 체결되는 제어 부시(70)를 구비하고, 앞쪽을 향해 제어 피스톤(60) 쪽으로 개방된 제어 부시(70)의 압력실(150)에는 제어 피스톤(60)에 압력을 인가하는 압축 스프링(130) 및 압축 스프링 걸린 폐쇄 기구(170)에 의해 압력 매체 공급 채널(160)로부터 압력 매체가 도입되는 것만을 허용하는 체크 밸브가 장착되며, 압력 매체 공급 채널(16)은 로커 암 내부의 공급 채널(180)을 통해 압력 매체를 공급받고, 압력실(150)로부터 제어 부시(70)를 통해 그 상단부까지 감압 채널(200)이 안내되며, 브레이크 작동 과정 동안 제어 장치(50)의 저지 및 유지 단계에서 압력실(150)에 압력 매체 압력을 구축 및 유지하고 그에 수반하여 제어 피스톤(60)을 빼내고 그 빼내어진 배기 밸브 저지 위치(C)로 제어 피스톤(60)을 유지하려는 목적으로 그 감압 채널(200)의 출구를 실린더 커버에 고정적으로 배치된 스토퍼(220)에 의해 폐쇄한 채로 유지하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제14항에 있어서, 브레이크 작동 과정 동안 배기 가스 역압에 기인한 배기 밸브(10)의 중간 개방 시에 제어 피스톤(60)을 압력실(150)에서 작용하는 힘(배기 밸브 샤프트를 따르는)에 의거하여 그 빼내어진 단부 위치로 밀어내고, 그에 수반하여 체적이 커진 압력실(150)을 압력 매체로 채우며, 그럼으로써 이어서 제어 피스톤(60)을 유압에 의해 배기 밸브 저지 위치(C)로 잠그고, 그 배기 밸브 저지 위치(C)에서 폐쇄 방향으로 이동하는 배기 밸브(10)의 단부 면(110)을 가로막아 그에 상응하게 배기 밸브(10)를 개방한 채로 유지하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제15항에 있어서, 유지 단계의 말미에 캠축 측에서 통상의 배기 밸브 캠들에 의해 직접적으로 또는 푸시 로드(40)를 통해 간접적으로 수행되는 로커 암의 작동 시에 제어 피스톤(60)을 실린더 커버 측의 스토퍼(220)로부터 떨어지게 선회시킴으로써 제어 부시(70)의 상단부에서 제어 부시 내부의 감압 채널(200)의 출구를 개방하고, 그럼으로써 압력실(150)에 있는 압력 매체를 감압하고, 이제 더 이상 로커 암(30)에 의해 잠기지 않아 뒤따라 움직일 수 있는 제어 피스톤(60)에 의해 그 제어 피스톤(60)이 완전히 집어 넣어진 기저 위치를 취할 때까지 체적을 줄이는 방식으로 제어 피스톤(60)을 그 배기 밸브 저지 위치(C)로부터 그 집어 넣어진 기저 위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 캠축이 아래쪽에 놓이고 그 캠축으로부터 푸시 로드 및 후속 로커 암을 경유하여 배기 밸브의 작동이 이뤄지는 내연 엔진에 적용하는 경우, 제어 장치(50)는 푸시 로드(40)와 로커 암(30)의 힘 인가 기구 사이의 공간에서 실린더 헤드(20)에 배치된 수납 슬리브에서 작용하고, 그 수납 슬리브 내에서 누출 없이 동축상으로 슬라이딩 가능하고 아래쪽에서 푸시 로드(40)의 상단부에 지지된 제어 슬리브(70) 및 그 제어 슬리브(70)의 블라인드 홀 내에 누출 없이 동축상으로 슬라이딩 가능하게 장착된 제어 피스톤(60)을 구비하며, 제어 피스톤(60)은 위쪽에서는 로커 암(30)의 힘 인가 기구와 조인트 연결된 추력 전달 부재(190)에 지지되고 아래쪽에서는 추력 전달 부재(190) 쪽으로 작용하는 압축 스프링(130)에 의해 압력을 인가받으며, 압축 스프링(130)은 제어 피슨톤(60)의 아래쪽에 주어지는 블라인드 홀의 부분 및 그와 같이 한정된 유압 압력실(150)에 장착되고, 유압 압력실(150)은 실린더 헤드 또는 실린더 블록 내부의 공급 채널과 수납 슬리브 내부의 공급 채널 및 그와 연통하는 제어 슬리브 내부의 공급 채널을 통해 압력 매체, 특히 엔진 오일을 공급받되, 압력실(150)에 장착된 체크 밸브가 그 스프링 걸린 폐쇄 기구(170)에 의해 압력실(150)로부터 공급 채널로의 압력 매체의 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제17항에 있어서, 브레이크 작동 과정 동안 배기 가스 역압에 기인한 배기 밸브(10)의 중간 개방 시에 제어 피스톤(60)을 압력실(150)에서 작용하는 힘에 의거하여 빼내는 동시에 로커 암(30)이 그 뒤를 따르게 하되, 제어 피스톤(60)을 빼낼 때에 배기 밸브가 튀어오르는 행정(A-B)에 맞춰 조정된 행정 거리 후에 제어 피스톤 내부의 감압 채널의 출구를 제어 슬리브 측의 블라인드 홀로부터 벗어나게 함으로써 개방하여 그 감압 채널을 통해 압력실 내부의 압력 매체를 감압하고, 연이은 배기 밸브(10)의 폐쇄 이동의 시작 시에 감압 채널의 출구가 블라인드 홀의 벽에 의해 다시 폐쇄될 때까지 상응하게 뒤따르는 로커 암(30) 및 추력 전달 부재(190)에 의해 제어 피스톤(60)을 그 빼내어지지 않은 기저 위치로 다시 이동시키고, 그에 의해 압력실(150)을 다시 차단함으로써 제어 장치(50)를 유압에 의해 잠가 배기 밸브(10)를 해당 부분 개방 위치로 저지한 채로 계속 유지하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제17항 또는 제18항에 있어서, 제어 피스톤(60)이 유압에 의해 제어 슬리브(70) 내에 잠겨있는 것을 해제하는 것과 제어 피스톤(60)을 그 배기 밸브 저지 위치(C)로부터 그 빼내어지지 않은 기저 위치(A)로 복귀시키는 것은 캠축 측에서 통상의 배기 밸브 캠들에 의해 이뤄지는 푸시 로드(40)의 작동 및 그에 수반하는 제어 슬리브(70)의 행정 이동 시에 배기 밸브(10)의 최대 개방 행정(A-D)에 맞춰 조정된 제어 슬리브(70)의 일정한 행정 후에 제어 슬리브(70)를 수납 슬리브의 수납 구멍으로부터 벗어나게 함으로써 압력실(150)을 가로질러 나가는 감압 구멍의 출구 횡단면을 개방하고, 그럼으로써 압력실(150)에 있는 압력 매체를 감압하고, 이제 뒤따라 움직일 수 있는 제어 피스톤(60)에 의해 그 제어 피스톤(60)이 추력 전달 기구(190)가 제어 슬리브(70)의 단부 면에 얹혀질 때에 주어지는 완전히 집어 넣어진 기저 위치를 취할 때까지 체적을 줄일 경우에 이뤄지는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제12항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 배기 밸브(10)는 배기 가스 역압에 의해 일어나는 중간 개방 후에 저지 위치(C)로 유지되되, 그 저지 위치(C)로부터 폐쇄 위치까지의 거리는 캠축에 의해 제어되는 배기 밸브 개방 전행정(A-D)의 약 1/5 내지 1/20인 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.
제12항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 제어 장치(50)는 밸브 유격 보상 기구로서도 사용되되, 밸브 작동 메커니즘에서 생기는 유격을 압력실(150)에 압력 매체를 적절하게 다시 채워 그에 상응하게 제어 피스톤(60)을 압력을 인가하려는 기구(10 또는 190) 쪽으로 뒤따르게 함으로써 보상하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 작동 방법.