KR20120125666A - 밸브 시팅 제어부를 갖춘 밸브 작동 시스템 - Google Patents

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KR20120125666A
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브라이언 루기에로
네일 이. 푸치스
라이언 노쓰
존 쉬워러
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자콥스 비히클 시스템즈, 인코포레이티드.
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Abstract

본 발명은 내연 기관 밸브의 시팅 속도를 작동 및 제어하는 가변 밸브 작동 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 내부에 형성된 보어를 갖춘 하우징과; 상기 보어 내에 미끄럼가능하게 배치되며 내부에 형성된 오리피스를 구비하는 외부 피스톤과; 상기 외부 피스톤 내에 미끄럼가능하게 배치되는 캐치 피스톤과; 그리고 내부 피스톤으로부터 연장되는 원뿔형 연장부를 포함하며, 상기 원뿔형 연장부는 향상된 엔진 밸브 시팅을 제공하기 위해 상기 외부 피스톤의 오리피스를 통해 가변 유동 영역을 제공하도록 구성된다.

Description

밸브 시팅 제어부를 갖춘 밸브 작동 시스템 {VALVE ACTUATION SYSTEM WITH VALVE SEATING CONTROL}
본 출원은 "컴팩트한 외부 자가-조절 밸브 캐치(COMPACT EXTERNAL SELF-ADJUSTING VALVE CATCH)"라는 명칭으로 2005년 4월 11일자로 출원된 미국특허 가출원번호 제60/669,919호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 대체로 내연 기관 밸브 엔진을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 엔진 밸브의 제어식 시팅(controlled seating)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
흡입 및 배출 밸브와 같은 엔진 연소실 밸브는 통상적으로 밸브 폐쇄 위치를 향해 스프링식 편향되어 있다. 다수의 내연 기관에서, 엔진 밸브는 엔진 내의 고정식 프로파일 캠(profile cam)에 의해 개폐될 수 있다. 보다 구체적으로, 엔진 밸브는 캠 상의 하나 이상의 고정식 로브(lobe)에 의해 개폐될 수 있다. 일부의 경우, 고정식 프로파일 캠을 사용함으로써, 엔진 밸브 리프트의 타이밍 및/또는 양을 조절하는 것이 곤란할 수 있다. 그러나, 여러 엔진 속도와 같은 여러 엔진 작동 조건에 대해 엔진 밸브 개폐 시간을 조절하는 것이 바람직하다.
고정식 캠 프로파일이 제공되는 경우, 밸브 타이밍 및 리프트를 조절하는 방법은 밸브와 캠 사이의 밸브 트레인 연동 장치(valve train linkage) 내의 "로스트 모션(lost motion)" 장치를 병합시켜야 했었다. 로스트 모션은 가변 길이 기계식, 유압식, 또는 다른 연동 수단을 갖는 캠 프로파일에 의해 결정되는 밸브 모션을 변경하기 위한 기술적 해결안 급에 적용되는 용어이다. 로스트 모션 시스템은 캠과 엔진 밸브 사이의 밸브 트레인 연동 장치 내에 포함되는 가변 길이 장치를 포함한다. 캠 상의 로브(들)는 엔진 작동 조건의 범위에 대해 요구되는 "최대"(가장 긴 체류 및 가장 큰 리프트) 모션을 제공할 수 있다. 완전히 팽창된 경우, 가변 길이 장치(또는 로스트 모션 시스템)는 캠 모션의 모두를 밸브에 전달할 수 있으며, 완전히 수축된 경우, 가변 길이 장치는 감소된 양의 캠 모션을 밸브 전달하거나 어떠한 캠 모션도 전달하지 않는다. 로스트 모션 시스템의 길이를 선택적으로 감소시킴으로써, 캠에 의해 밸브에 부여되는 모션의 모두 또는 일부가 효과적으로 차감되거나 손실될 수 있다.
유압 기반(hydraulic-based) 로스트 모션 시스템은 유압식으로 팽창 및 수축가능한 피스톤 조립체의 사용을 통해 가변 길이 장치를 제공할 수 있다. 이러한 가변 길이 장치의 길이는 피스톤이 유압실 안으로 회수되면 단축되며, 피스톤이 유압실 외부로 확장되면 증가된다. 유압실의 안팎으로의 작동유의 유동을 제어하기 위해 하나 이상의 작동유 제어 밸브가 사용될 수 있다.
가변 밸브 액츄에이션(variable valve actuation; VVA) 시스템으로 공지된 한 유형의 로스트 모션 시스템은 다중 레벨의 로스트 모션을 제공할 수 있다. 유압식 VVA 시스템은 유압식 로스트 모션 피스톤을 보유하는 챔버 내의 작동유의 양을 신속하게 변경하기 위해 고속 제어 밸브를 사용할 수 있다. 제어 밸브는 또한 챔버 내에 2개 이상의 레벨의 작동유를 제공할 수 있어서, 로스트 모션이 복수 길이를 획득할 수 있게 하고 가변 레벨의 밸브 액츄에이션을 제공한다.
통상적으로, 엔진 밸브는 상당히 신속하게 개폐될 것이 요구되므로, 따라서, 밸브 리턴 스트링은 대개 비교적 강성이다. 밸브 개방 사상(event) 후 점검없이 방치된다면, 밸브 리턴 스프링은 밸브 및/또는 그의 시트에 손상을 야기하기에 충분한 힘으로 밸브가 그의 시트(seat)와 충돌하게 할 수 있다. 캠 프로파일을 따라가는 밸브 리프터(valve lifter)를 사용하는 밸브 액츄에이션 시스템에서, 캠 프로파일은 고유의 밸브 폐쇄 속도 제어를 제공한다. 캠 프로파일은 액츄에이션 로브가 캠 기초원과 완만하게 병합되도록 형성될 수 있으며, 이것은 엔진 밸브가 자신의 시트에 접근할 때 엔진 밸브의 속도를 감속시키는 역할을 한다.
유압식 로스트 모션 시스템에서, 그리고 특히 VVA 유압식 로스트 모션 시스템에서, 유압 회로로부터 작동유의 신속한 배수는 캠 프로파일에 의해 제공되는 밸브 시팅을 밸브가 경험하는 것을 막을 수 있다. 예컨대, VVA 시스템에서, 엔진 밸브는 로스트 모션 시스템으로부터 작동유를 신속하게 방출함으로써 캠 프로파일에 의해 제공되는 것 보다 이른 시간에 폐쇄될 수 있다. 로스트 모션 시스템으로부터 작동유가 방출되면, 밸브 리턴 스프링은 엔진 밸브가 "자유 낙하(free fall)"가 하게 하여 용인될 수 없는 고속으로 밸브 시트와 충돌하게 한다. 엔진 밸브는 종국에 밸브 또는 밸브 시트를 부식시키거나 심지어 엔진 밸브를 균열시키거나 파손시킬 정도의 힘으로 밸브 시트와 충돌할 수 있다. 이러한 경우, 로스트 모션 시스템으로부터 작동유의 방출에 의해 엔진 밸브의 폐쇄 속도가 제어되므로 엔진 밸브 시팅 제어가 요구될 수 있다. 따라서, 로스트 모션 시스템을 포함하는 엔진, 그 중에 특히 VVA 로스트 모션 시스템에 밸브 시팅 장치가 필요로 한다.
엔진 밸브와 그 시트 사이의 손상성 충격을 방지하기 위해, 밸브 시팅 장치는 다른 밸브 트레인 요소들의 위치와 무관하게 폐쇄 모션을 저지해야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 엔진 밸브가 밸브 시팅 제어를 경험하게 되는 위치는 비교적 일정해야 한다. 즉, 밸브 시팅 장치가 밸브의 폐쇄 모션을 적극적으로 저지하게 되는 엔진 밸브가 이동하는 동안의 지점은 모든 엔진 작동 상태에 대해 비교적 일정해야 한다. 따라서, 로커 아암, 푸시 튜브 등과 같은 개재되는 밸브 트레인 요소들의 위치와 무관하게 엔진 밸브의 폐쇄 모션을 대항할 수 있도록 밸브 시팅 장치를 위치시키는 것이 유리할 수 있다.
이러한 밸브 시팅 장치는 유압 요소를 포함할 수 있어서, 하우징 내에 지지될 필요가 있고 작동유의 공급을 필요로 할 수 있으며, 또한 동시에 특수 엔진의 패키징 한계 내부에 끼워질 수 있다. 또한 다른 유압 로스트 모션 부품들 부근에 밸브 시팅 장치를 위치시키는 것이 유리할 수 있다. 다른 로스트 모션 부품들 부근에 밸브 시팅 장치를 위치시킴으로써, 하우징, 유압 공급부 및/또는 어큐뮬레이터가 공유될 수 있어서, 요구되는 붚무들의 개수와 부피를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들은 상기한 요구 중 하나 이상을 충족시키며 또한 다른 장점들을 제공한다.
출원인은 밸브 시팅 제어를 갖는 혁신적인 밸브 액츄에이션 시스템(valve actuation system)을 개발하였다. 일 실시예에서, 이러한 밸브 액츄에이션 시스템은, 내부에 형성된 보어를 갖춘 하우징과; 상기 보어 내에 미끄럼가능하게 배치되며 내부에 형성된 오리피스를 구비하는 외부 피스톤과; 그리고 상기 외부 피스톤 내에 미끄럼가능하게 배치되는 캐치 피스톤으로서, 상기 캐치 피스톤으로부터 상기 외부 피스톤의 오리피스 안으로 연장되는 원뿔형 연장부를 갖는 캐치 피스톤;을 포함한다.
출원인은 혁신적인 밸브 시팅 장치를 또한 개발하였으며, 상기 밸브 시팅 장치는, 내부에 형성된 보어를 갖춘 하우징과; 상기 보어 내에 미끄럼가능하게 배치되며, 하부 부분 내에 형성된 오리피스 및 내부 중공부를 구비하는 원통형 외부 피스톤과; 상기 외부 피스톤 내에 미끄럼가능하게 배치되는 원통형 캐치 피스톤으로서, 상기 캐치 피스톤으로부터 상기 외부 피스톤의 오리피스 안으로 연장되는 원뿔형 연장부 및 내부 중공부를 구비하는 원통형 캐치 피스톤과; 상기 외부 피스톤의 상부 부분에 배치되며 내부에 개구를 구비하는 캡과; 상기 캐치 피스톤과 상기 캡 사이에 배치되는 캐치 스프링과; 그리고 상기 하우징의 보어의 단부벽과 상기 캡 사이에 배치되는 하나 이상의 스프링;을 포함한다.
출원인은 또 다른 혁신적인 밸브 시팅 장치를 개별하였으며, 상기 밸브 시팅 장치는, 내부에 형성된 보어를 갖춘 하우징과; 상기 보어 내에 미끄럼가능하게 배치되며, 하부 부분 내에 형성된 오리피스 및 내부 중공부를 구비하는 원통형 외부 피스톤과; 상기 외부 피스톤 내에 미끄럼가능하게 배치되는 원통형 캐치 피스톤으로서, 상기 캐치 피스톤으로부터 상기 외부 피스톤의 오리피스 안으로 연장되는 원뿔형 연장부 및 내부 중공부를 구비하는 원통형 캐치 피스톤과; 상기 외부 피스톤의 상부 부분에 배치되며 내부에 개구를 구비하는 캡과; 상기 캐치 피스톤과 상기 캡 사이에 배치되는 캐치 스프링과; 상기 하우징의 보어의 단부벽과 상기 캡 사이에 배치되는 하나 이상의 스프링과; 그리고 상기 하우징의 보어의 하부 부분과 상기 외부 피스톤 사이에 배치되는 하나 이상의 체크 밸브;를 포함한다.
전술한 개괄적인 설명과 다음의 상세한 설명은 오로지 예시적이며 설명을 위한 것이지 청구하고자 본 발명을 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 여기 일체로 병합되며 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 특정한 실시예들을 도시하고 있으며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위해서, 첨부된 도면들이 참조되는데, 상기 도면들에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 가리킨다. 도면은 단지 예시적인 것이며 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.
도 1은 밸브 시팅 제어 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸브 시팅 장치의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸브 시팅 장치의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 영역 대 밸브 시팅 장치 이동의 그래프이다.
이제, 도 1에 도시된 실례를 통해 본 발명의 밸브 시팅 제어 시스템(valve seating control system; 10)의 제1 실시예를 보다 상세히 설명한다. 밸브 시팅 제어 시스템(10)은 로스트 모션 시스템(lost motion system; 100)에 작동가능하게 연결된 하나 이상의 밸브 트레인 요소(valve train element; 300), 밸브 시팅 장치(valve seating device; 200), 및 하나 이상의 엔진 밸브(400)를 포함할 수 있다. 로스트 모션 시스템(100)은 모션 부여 수단(motion imparting means; 500)으로부터의 입력을 수용할 수 있다. 밸브 트레인 요소(300)은 엔진 밸브(400)로 밸브 액츄에이션 모션을 전달할 수 있다. 엔진 밸브(400)는 제한된 것은 아니지만 주 흡입구(main intake), 주 배출구(main exhaust), 압축 해제 제동(compression release braking), 블리더 제동(bleeder braking), 배출 가스 재순환, 조기 배출 밸브 개방 및/또는 폐쇄, 조기 흡입 개방 및/또는 폐쇄, 중심맞춤식 상승(centered lift), 등과 같은 여러 엔진 밸브 사상을 발생시키도록 구동될 수 있다. 엔진 밸브(400)는 배출 밸브, 흡입 밸브, 또는 보조 밸브를 포함할 수 있다.
모션 부여 수단(500)은 선형 액츄에이션 모션을 부여하기 위한 캠(들), 푸시-튜브(들), 로커 아암(들) 또는 다른 기계적, 전기기계적, 유압식, 또는 공압 장치의 임의의 조합체를 포함할 수 있다. 모션 부여 수단(500)은 엔진 부품으로부터 모션을 수용하여 로스트 모션 시스템(100)으로 입력으로서 모션을 전송한다.
로스트 모션 시스템(100)은, 모션 부여 수단(500)을 밸브 트레인 요소(300)에 연결시키고 모션 부여 수단(500)에 의해 밸브 트레인 요소(300)에 부여되는 모션의 전부 또는 일부를 선택적으로 제거할 수 있는 임의의 구조물을 포함할 수 있다. 로스트 모션 시스템(100)은 예컨대, 가변 길이 기계적 연동 장치, 유압 회로, 유압 기계식 연동 장치, 전기기계적 연동 장치, 및/또는 모션 부여 수단(500)과 밸브 트레인 요소(300) 사이에 제공되며 하나 이상의 작동 길이를 얻도록 구성된 임의의 다른 연동 장치를 포함할 수 있다. 로스트 모션 시스템(100)이 유압 회로와 병합된다면, 로스트 모션 시스템(100)은 예컨대, 촉발 밸브(trigger valve)(들), 체크 밸브(들), 어큐뮬레이터(들), 및/또는 유압 회로로부터 작동유를 방출하거나 유압 회로에 작동유를 부가하는데 사용되는 다른 장치들과 같이, 유압 회로 내의 유체이 양과 압력을 조정하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
엔진 밸브(400)는 슬리브(420) 내부에 배치될 수 있으며, 이어서 슬리브(420)는 실린더 헤드(410) 내에 제공된다. 엔진 밸브(400)는 슬리브(420)에 관해 상하로 미끄러지도록 구성될 수 있으며 엔진 밸브 스프링(450)에 의해 폐쇄 위치로 편향될 수 있다. 엔진 밸브 스프링(450)은 밸브의 단부에 부착될 수 있는 밸브 스프링 리테이너(valve spring retainer; 440)와 실린더 헤드(410) 사이에서 압축될 수 있어서, 엔진 밸브 시트(430) 안으로 엔진 밸브(400)를 편향시킨다. 엔진 밸브(400)가 엔진 밸브 시트(430)와 접촉하는 경우, 엔진 밸브(400)는 유하하게 폐쇄 위치에 있게 된다.
하나 이상의 밸브 트레인 요소(300)는 로스트 모션 시스템(100)으로부터 힘을 수용하며 엔진 밸브(400)에 이러한 힘을 전달할 수 있다. 하나 이상의 밸브 트레인 요소(300)는 또한, 엔진 밸브(400)를 다시 로스트 모션 시스템(100) 및/또는 밸브 시팅 장치(200)로 폐쇄 위치로 편향시키는 엔진 밸브 스프링(450)의 힘을 전달할 수 있다.
밸브 시팅 장치(200)는 밸브 트레인 요소(300)에 작동가능하게 연결될 수 있다. 밸브 시팅 장치(200)가 작동되면, 이 밸브 시팅 장치(200)는 밸브 트레인 요소(300)를 통해 엔진 밸브 스프링(450)의 편향에 대한 저항을 제공할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 밸브 시팅 장치(200)는 연속적으로 작동될 수 있다. 그러나, 사용자가 원하는 경우 밸브 시팅 장치(200)가 비활성화될 수 있어서, 밸브 시팅 장치(200)가 선택된 시간에 엔진 밸브(400)를 시팅하도록 작동하지 않음을 고려한다. 밸브 시팅 장치(200)가 비활성화되면, 엔진 밸브(400)는 엔진 밸브 스프링(450) 및/또는 로스트 모션 시스템(100)의 편향하에서 시팅될 수 있다.
로스트 모션 시스템(100)이 모션을 잃도록 작동되지 않는 경우, 모션은 모션 부여 수단(500)으로부터 밸브 트레인 요소(300)를 통해 엔진 밸브(400)로 전달될 수 있다. 마찬가지로, 엔진 밸브 스프링(450)의 힘은 엔진 밸브 스프링(450)으로부터 밸브 트레인 요소(300)를 통해 로스트 모션 시스템(100) 및/또는 밸브 시팅 장치(200)로 전달될 수 있다. 그러나, 로스트 모션 시스템(100)이 모션 부여 수단(500)의 모션을 잃도록 작용하면, 엔진 밸브(400)는 정상적으로 "자유 낙하"에 근접할 수 있으며, 이러한 상태에서, 엔진 밸브(400)는 바람직하지 않게 고속에서 엔진 밸브 시트(430)와 접촉할 수 있다. 로스트 모션 시스템(100)이 모션을 잃는 경우 엔진 밸브(400)가 근접하게 되는 속도를 늦추기 위해, 밸브 시팅 장치(200)가 사용될 수 있다.
밸브 시팅 장치(200)는 밸브 트레인 요소(300)를 통해 엔진 밸브(400)의 모션을 방해함으로써 엔진 밸브(400)가 엔진 밸브 시트(430)와 접촉하게 되는 속도를 늦출 수 있다. 밸브 시팅 장치(200)는 바람직하게 진보적인 방식으로, 특히 최종 밀리미터의 이동에서 엔진 밸브(400)의 시팅 속도를 늦출 수 있어서, 엔진 밸브(400) 및 엔진 밸브 시트(430) 모두에 대한 마모 및 손상을 감소시킨다.
반더포엘(Vanderpoel)에게 특허허여된 미국특허 제6,474,277호 및 슈외러 등에게 특허허여된 미국특허 제6,302,370호에 공지된 밸브 시팅 장치의 사용의 실례가 개시되어 있으며, 상기 미국특허 모두는 여기에 모두 참조되었다.
밸브 시팅 장치(200)의 제1 실시예가 도 2에 상세히 도시되어 있으며, 유사한 참조 부호는 유사한 구성 요소를 가리킨다. 밸브 시팅 장치(200)는 내부에 형성된 원통형 보어를 갖는 하우징(202) 내에 배치될 수 있다. 하부 하우징 부분(204)은 밸브 시팅 장치에 작동유를 공급하기 위한 하나 이상의 포트(도시 안됨)를 포함할 수 있다.
원통형 외부 피스톤(210)은 하우징(202) 내에 미끄럼가능하게 배치될 수 있다. 외부 피스톤(210)은 중공(hollow)의 내부 부분, 내부 부분 내의 오리피스(280), 및 상단부를 포함할 수 있다. 오리피스(280)는 외부 피스톤(210)의 내부 중공부과 하우징(202)의 내부 부분(204) 사이로 작동유가 유동할 수 있게 한다. 외부 피스톤(210)은 또한 하부 부분 내에 형성된 링(ring) 형상 만입부(indentation)를 포함할 수 있다.
원통형 캐치 피스톤(catch piston; 220)은 외부 피스톤(210)의 내부 중공부 내에 미끄럼가능하게 배치될 수 있다. 캐치 피스톤(220)은 원뿔형 연장부(225)를 포함할 수 있는데, 이러한 원뿔형 연장부(225)는 캐치 피스톤(220)이 외부 피스톤(210)에 대항해 지지되어 있는 경우 캐치 피스톤의 바닥으로부터 오리피스(280) 안으로 연장된다. 캐치 피스톤(220)은 또한 내부 중공부를 포함할 수 있다. 외부 환형 링은 또한 캐치 피스톤의 하부 부분으로부터 외부 피스톤(210)의 링 형상 만입부 안으로 연장될 수 있다.
캐치 피스톤(220)의 원뿔형 연장부(225)는 기부로부터 하부 종결부로 가늘어지도록(tapering) 선택적으로 형상화될 수 있다. 원뿔형 연장부(225)의 테이퍼 형상(taper)은 기부에서 오리피스(280)와 실질적으로 동일한 직경을 하부 종결부에서는 보다 작은 직경을 가지도록 선택될 수 있다. 원뿔형 연장부(225)는 밸브 시팅 사상 동안 오리피스(280)를 통한 유체의 유동의 원하는 수준의 조절에 따라 기부로부터 종결부까지 선형으로, 점진적으로, 또는 선형보다 적게 가늘어질 수 있다.
외부 피스톤(210)의 상단부에는 캡(290)이 제공될 수 있다. 이 캡은 외부 피스톤이 미끄럼가능하게 내부에 배치되는 하우징의 보어의 상부 부분과 외부 피스톤(210)의 내부 부분 사이에 작동유의 유동을 허용하는 캡 개구(cap opening; 295)를 포함할 수 있다. 캐치 피스톤(220)과 외부 피스톤(210)의 내부 부분 내에는 캐치 피스톤 스프링(270)이 배치된다. 캐치 피스톤 스프링(270)은 캐치 피스톤(220) 및 캡(290)을 서로로부터 멀어지게 편향시킬 수 있다. 내부 캡 스프링(250) 및 외부 캡 스프링(260)은 하우징(202) 내의 보어의 상부 부분 내에 배치될 수 있다. 내부 캡 스프링(250) 및 외부 캡 스프링(260)은 하우징(202)의 보어의 상부 단부벽으로부터 멀어지게 캡(290) 및 외부 피스톤(210)을 편향시킬 수 있다.
하우징의 하부 부분(204) 내에는 미끄럼식 핀(slidable pin; 230)이 배치될 수 있다. 미끄럼식 핀(230)은 핀 가이드(240)에 의해 오리피스(280)에 관해 중심 위치에 유지될 수 있다. 이러한 핀 가이드(240)는 오리피스(280)를 선택적으로 덮을 수 있도록 수직으로 핀(230)이 미끄러질 수 있게 할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 핀(230)은 엔진 밸브(400)와 접촉하는 하단부, 및 엔진 밸브와 접촉하는 개재되는 다수의 밸브 트레인 요소(300) 중 임의의 수의 밸브 트레인 요소 또는 엔진 밸브 브릿지(bridge)를 포함할 수 있다. 핀(230)은 엔진 밸브(400)와 밸브 시팅 장치(200) 사이의 엔진 밸브 폐쇄력과 밸브 시팅 저항의 전달을 허용할 수 있다. 내부 캡 스프링(250), 외부 캡 스프링(260) 및 캐치 피스톤 스프링(270)은 핀(230)에 대항해서 밸브 시팅 장치(200)를 집합적으로 편향시키며, 이어서, 핀(230)이 엔진 밸브에 대항해서 편향될 수 있다.
밸브 시팅 장치(200)는 다음과 같이 작동할 수 있다. 밸브 시팅 제어가 필요한 경우, 자동식 제어 밸브 또는 그 반대를 통해 하우징의 하부 부분(204)에 작동유가 제공될 수 있다. 엔진 밸브가 개방되는 경우, 핀(230)이 아래로 엔진 밸브를 뒤따를 수 있다. 핀(230)이 아래로 병진 이동함에 따라, 내부 및 외부 캡 스프링(250, 260) 및 캐치 피스톤 스프링(270)은 밸브 시팅 장치(200)의 요소들이 분리되게 한다. 종국에, 오리피스(280)는 핀(230)의 상단부에 의해 더 이상 덮여 있지 않을 수 있다. 캐치 피스톤 스프링(270)의 하향 편향이 충분히 크지 않기 때문에, 및/또는 스프링이 최대 연장에 도달되지 않기 때문에, 하우징 하부 부분(204) 내의 작동유가 캐치 피스톤(220)을 상부로 밀어낼 수 있고 이러한 작동유가 원뿔형 연장부(225)를 지나 유동할 수 있어서 외부 피스톤(210)과 캐치 피스톤(220) 사이의 공간을 충진한다. 작동유는 또한 캐치 피스톤(220)과 외부 피스톤(210) 사이의 공간을 지나서 누출될 수 있어서, 캐치 피스톤과 외부 피스톤 사이의 내부 부분을 충진하며, 또한 캡(290) 위의 공간을 충진한다. 이 결과, 밸브 시팅 장치(200)의 모든 내부 공간이 작동유로 충진될 수 있다.
엔진 밸브가 폐쇄됨에 따라, 핀(230)은 외부 피스톤(210)과 만날 때까지 위로 병진 운동한다. 핀(230)이 외부 피스톤과 조우하면, 핀(230)은 오리피스의 하단부를 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있어서, 외부 피스톤(210)과 캐치 피스톤(220) 사이의 공간으로부터 하우징의 하부 부분(204)으로의 유체 유동을 적어도 부분적으로 차단할 수 있다. 핀(230)의 추가의 상방으로의 병진 이동은 스프링(250, 260, 270)에 의해, 그리고 밸브 시팅 장치(200) 내의 작동유에 의해 저항을 받을 수 있다. 원뿔형 연장부(225)는 외부 피스톤(210)과 캐치 피스톤(220) 사이의 공간 외부로의 유체 유동을 점진적으로 조절할 수 있다. 유체 유동의 점진적인 조절로 인해, 엔진 밸브가 그의 시트에 접근함에 따라 핀(230)의 상방 병진 운동에 대한 저항이 점진적으로 증가할 수 있으며, 이로써, 엔진 밸브가 시팅될 때까지 엔진 밸브의 상향 속도를 점진적으로 감소시킨다. 원뿔형 연장부(225)는 엔진 밸브가 시팅되기 전에 엔진 밸브 이동의 최종의 밀리미터 동안 이러한 유체 유동을 점진적으로 조절하도록 구성될 수 있다. 이러한 방법으로, 원뿔형 연장부는 오리피스(280)를 통해 가변 유동 영역을 제공한다. 이것은 또한 오리피스(280)가 보다 큰 직경을 가질 수 있게 할 수 있으며 다음의 밸브 시팅 사상을 위해 작동유로 밸브 시팅 장치(200)의 내부를 신속하게 재충진할 수도 있다. 밸브 시팅 장치(200)의 내부로부터 재차 하우징의 하부 부분(204) 안으로 유동하는 작동유는 하우징의 하부 부분에 작동유를 제공하는 비교적 낮은 작동유 공급 시스템(도시 안됨) 안으로 흡수될 수 있다.
도 3에는 밸브 시팅 장치(200)의 제2 실시예가 도시되며, 여기서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 가리킨다. 도 3에 도시된 밸브 시팅 장치는 외부 피스톤(210)과 하우징의 하부 부분(204) 사이에 제공되는 하나 이상의 체크 밸브를 포함한다는 점에서 도 2에 도시된 밸브 시팅 장치와 상이하다. 체크 밸브 각각은 체크 통로(216)의 상단부에서 체크 시트(check seat; 214) 상에 지지될 수 있는 체크 볼(check ball; 212)을 포함할 수 있다. 체크 밸브는 하우징의 하부 부분(204)으로부터 외부 피스톤(210)과 캐치 피스톤(220) 사이의 공간으로 일방향 유체 유동을 허용한다. 이들 체크 밸브는 밸브 시트 사상들 사이에서 작동유로 밸브 시팅 장치(200)를 보다 신속하게 재충진할 수 있게 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 밸브 시팅 장치(200)는 슬레이브 피스톤(slave pistion) 또는 다른 밸브 트레인 요소(300) 안으로 일체화될 수 있어서, 핀(230) 및 핀 가이드(240)를 필요로 하지 않는다.
도 4는 알려진 밸브 시팅 장치(610)의 캐치 피스톤 이동에 대한 예상되는 상대 유동 영역과 본 발명의 실시예에 따라 제조된 밸브 시팅 장치(600)의 캐치 피스톤 이동에 대해 예상되는 상대 유동 영역을 비교한 그래프이다. 이 그래프는 유동 영역이 조기 충진 및 시팅 모션 동안 초기에 보다 클 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 밸브 시팅 장치를 사용하는 경우 밸브가 그 시트에 접근함에 따라(그래프의 좌측 부분) 보다 큰 속도로 점진적으로 제한될 수 있음을 보여준다.
본 발명의 범위 또는 개념을 벗어나지 않고 본 발명의 구조, 구성 및/또는 작동에 여러 변경 및 변화가 이루어질 수 있음은 당업자에게 명확할 것이다. 예컨대, 로스트 모션 기능성이 필요하지 않다면, 밸브 시팅 장치(200)의 실시예들은 로스트 모션 시스템(100)없이 시스템 내에 제공될 수 있음을 고려한다. 또한, 밸브 시팅 장치(200)는 이 장치가 엔진 밸브를 시팅하도록 작동하는 한은 엔진 밸브 트레인 내의 사실상 임의의 지점에 제공될 수 있음을 이해한다.

Claims (14)

  1. 내부에 형성된 보어를 갖는 하우징;
    상기 보어 내에 미끄럼가능하게 배치되며, 내부에 형성된 오리피스를 갖는 외부 피스톤; 그리고
    상기 외부 피스톤 내에 미끄럼가능하게 배치되며, 캐치 피스톤으로부터 상기 외부 피스톤의 오리피스 내까지 연장되는 원뿔형 연장부를 구비하는 캐치 피스톤;을 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 피스톤의 상부 부분과 접촉하며, 내부에 제공된 개구를 갖는 캡; 및
    상기 캐치 피스톤 및 상기 캡 사이에 배치되는 캐치 스프링;을 더 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징의 보어의 단부 벽 및 상기 캡 사이에 배치되는 하나 이상의 스프링을 더 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 보어의 단부 벽과 상기 캐치 피스톤 사이에 배치되는 하나 이상의 스프링을 더 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 원뿔형 연장부가 기저부(base portion)로부터 말단부까지 선형으로 테이퍼진(tapered)
    밸브 시팅 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원뿔형 연장부가 기저부로부터 말단부까지 점진적으로 테이퍼진
    밸브 시팅 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 원뿔형 연장부가 기저부로부터 말단부까지 점점 더 적은 정도로 테이퍼진
    밸브 시팅 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 보어의 하부 부분 및 상기 외부 피스톤 사이에 배치되는 하나 이상의 체크 밸브를 더 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 피스톤의 상부 부분과 접촉하는 캡; 및
    상기 캐치 피스톤 및 상기 캡 사이에 배치되는 캐치 스프링;을 더 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징의 보어의 단부 벽 및 상기 캡 사이에 배치되는 하나 이상의 스프링을 더 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징의 보어의 단부 벽 및 상기 캐치 피스톤 사이에 배치되는 하나 이상의 스프링을 더 포함하는
    밸브 시팅 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 원뿔형 연장부가 기저부로부터 말단부까지 선형으로 테이퍼진
    밸브 시팅 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 원뿔형 연장부가 기저부로부터 말단부까지 점진적으로 테이퍼진
    밸브 시팅 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 원뿔형 연장부가 기저부로부터 말단부까지 점점 더 적은 정도로 테이퍼진
    밸브 시팅 장치.
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