KR20160070138A

KR20160070138A - 연소 엔진 및 밸브 액츄에이터의 공압 작동을 위한 가스 취급 시스템

Info

Publication number: KR20160070138A
Application number: KR1020167012683A
Authority: KR
Inventors: 앤더스 회그룬드; 얼반 칼슨; 코에니세그 크리스티안 본
Original assignee: 프리밸브 에이비
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-06-17
Also published as: US20160237866A1; RU2016118533A; JP2016533451A; CN105814320B; CN107178399A; CN105814320A; EP3058235A1; RU2016118533A3; EP3058235A4; JP6467411B2; RU2664601C2; WO2015057131A1; CN107178399B; SE537454C2; US10077689B2; SE1351231A1; EP3058235B1

Abstract

제 1 양태에 따르면, 본 발명은 연소 엔진에 관한 것으로, 이 연소 엔진은, 연소 엔진(1)에 포함되어 있는 연소실(7)을 선택적으로 개폐하도록 되어 있는 제어 가능한 제 1 엔진 밸브(8), 및 이 제 1 엔진 밸브(8)를 구동시키도록 되어 있는 가스 취급 시스템을 포함하고, 가스 취급 시스템은 폐쇄형 공압 압력 유체 회로를 포함하고, 이 폐쇄형 압력 유체 회로는, 서로 직렬로 연결되어 있고 상기 제 1 엔진 밸브(8)에 작동 연결되어 있는 압축기(31)와 밸브 액츄에이터(10)를 포함한다. 본 연소 엔진은, 가스 취급 시스템은 적어도 하나의 가스 어큐뮬레이터 도관(39)을 통해 상기 폐쇄형 압력 유체 회로에 연결되어 있는 가스 어큐뮬레이터(38)를 더 포함하며 상기 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 제 2 양태에 따르면, 본 발명은 밸브 액츄에이터의 공압 제어를 위한 가스 취급 시스템에 관한 것이다.

Description

연소 엔진 및 밸브 액츄에이터의 공압 작동을 위한 가스 취급 시스템{COMBUSTION ENGINE AND GAS HANDLING SYSTEM FOR PNEUMATIC OPERATION OF A VALVE ACTUATOR}

본 발명은 일반적으로 자동차, 트럭, 보트 등과 같은 차량 또는 발전 장치와 같은 기계에 동력을 공급하는 데에 적절한 연소 엔진에 관한 것이다. 관련된 연소 엔진은 무캠축 피스톤 엔진인데, 이는 "자유 밸브를 갖는 엔진"으로도 알려져 있다. 본 발명은 특히, 연소 엔진에 포함되어 있는 연소실을 선택적으로 개폐하도록 되어 있는 제어 가능한 제 1 엔진 밸브, 및 이 제 1 엔진 밸브를 구동시키도록 되어 있는 가스 취급 시스템을 포함하는 연소 엔진에 관한 것으로, 상기 가스 취급 시스템은 폐쇄형 기체 압력 유체 회로를 포함하고, 이 폐쇄형 압력 유체 회로는, 서로 직렬로 연결되어 있고 상기 제 1 엔진 밸브에 작동 연결되어 있는 압축기와 밸브 액츄에이터를 포함한다.

제 2 양테에서, 본 발명은 밸브 액츄에이터의 기체 작동을 위한 가스 취급 시스템에 관한 것이다.

무캠축 연소 엔진에서, 액체 또는 가스와 같은 압력 유체를 사용하여, 하나 이상의 엔진 밸브의 변위/개방을 달성한다. 이는, 공기를 흡입하고 또한 연소실로부터 배기를 배출시키기 위해 엔진 밸브를 열기 위해 종래의 연소 엔진에 사용하는 캠축 및 관련 장치가 부피가 덜 엄격하고 더 제어 가능한 시스템으로 대체되었음을 의미한다.

상당한 각운동량 출력이 나타나도록 구성된 엔진에서, 연소실 내의 압력은 각운동량 출력의 증가에 비례하여 증가하며, 연소실과 관련하여 내향 개방 엔진 밸브를 열기 위해 밸브 액츄에이터를 열기 위해 필요한 힘이 각운동량 출력의 증가에 비례하여 역시 증가하게 된다. 6 - 8000 rpm 과 같은 높은 회전 속도에서는, 엔진 실린더로부터 나오는 배기의 배출에 대해 공기를 충전하는 것이 제한되지 않도록 엔진 밸브의 매우 신속한 개방이 요구된다. 이들 요건, 즉 배기 밸브의 개방시 엔진 연소실 내의 높은 역압을 갖는 고성능 엔진에서 높은 빈도로 극히 빠른 개방에 대한 필요성은, 밸브 액츄에이터의 상류의 압력 유체의 압력이 8 - 30 바아 정도로 높을 것을 필요로 한다. 밸브 액츄에이터의 하류에서, 압력 유체는 3 - 6 바아의 낮은 압력을 갖는다.

높은 회전수와 높은 엔진 부하시에, 밸브 액츄에이터의 정확한 작동을 달성하기 위해 저압측과 고압측 사이의 압력차는 15 - 20 바아 정도이어야 하며, 엔진이 아이들 운전할 때 또는 낮은 회전수와 낮은 부하시에는, 저압측과 고압측 사이의 압력차는 2 - 5 바아 정도일 필요가 있다. 압축기에 의해 압력이 저압측에서 고압측으로 증가될 때, 낮은 회전수에서의 더 낮은 압력차가 바람직하고, 압력 증가시, 고압측에서의 압력 증가와 동시에 에너지 소비가 일어난다.

예컨대 바쁜 주 도로에 들어갈 때 또는 느리게 가는 차량을 갑자기 추월할 때 낮은 회전수와 저부하로부터 높은 회전수와 고부하로의 신속한 가속 및/또는 매우 빠른 변화가 필요한 경우, 운전자가 필요로 하는 가속을 달성하기 위해 저압측과 고압측 사이의 압력차는 즉시 증가되어야 한다. 종래의 압축기는 크게 변하는 크기를 갖는 압력차를 발생시킬 수 있지만, 서로 별개인 큰 압력차 레벨과 압력 유체 흐름 사이의 즉각적인 이동의 요건을 만족하지 못한다.

또한, 큰 압력차로부터 작은 압력차로 가는 현 시스템에 불활성이 있는데, 즉, 회전수/엔진 부하의 짧은/일시적인 상승 후에 차량이 다시 낮은 회전수로 작동될 때, 압력차 및 높은 에너지 소비가 원하는 레벨로 감소되기 전까지 시간이 걸릴 것이다.

본 발명의 목표는, 종래의 연소 엔진의 단점과 결점을 해결하고 개선된 연소 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명의 기본적인 목적은, 연소 에진의 회전수/엔진 부하의 신속한 증가가 필요할 때 압력 유체 회로의 고압측에서의 압력을 증가시켜 저압측과 고압측 사이의 압력차를 즉시 증가시킬 수 있는, 서두에서 언급한 종류의 개선된 연소 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 저압측과 고압측 사이에서 큰 압력차에서 작은 압력차로 신속하게 전환될 수 있는 연소 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 압력차의 갑작스런 증가 후에 압력차의 갑작스런 증가가 다음에 필요하기 전에 셀프 프라이밍(self priming)되는 연소 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 주 목적은 적어도, 독립 청구항에 기재되어 있는 특징을 갖는 서두에서 언급한 종류의 연소 엔진 및 밸브 액츄에이터의 기체 작동을 위한 가스 취급 시스템에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속 청구항에 더 기재되어 있다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 상기 가스 취급 시스템은 적어도 하나의 가스 어큐뮬레이터 도관을 통해 상기 폐쇄형 압력 유체 회로에 연결되어 있는 가스 어큐뮬레이터를 더 포함하며 상기 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 서두에서 언급한 종류의 연소 엔진이 제공된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 밸브 액츄에이터의 기체 작동을 위한 가스 취급 시스템이 제공되는데, 이 시스템은, 폐쇄형 기체 압력 유체 회로를 포함하고, 이 폐쇄형 압력 유체 회로는 서로 직렬로 연결되어 있는 압축기와 밸브 액츄에이터를 포함하고, 상기 가스 취급 시스템은 적어도 하나의 가스 어큐뮬레이터 도관을 통해 상기 폐쇄형 압력 유체 회로에 연결되어 있는 가스 어큐뮬레이터를 더 포함하며, 상기 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브를 포함한다.

본 발명은, 압력 유체 회로의 고압측에서 즉각적인 압력 증가가 이루어지도록 가스 어큐뮬레이터가 고압 하의 다량의 압력 유체를 폐쇄형 압력 유체 회로에 신속하게 공급할 수 있도록 더 빠른 압력 피크를 저장하도록 되어 있다는 지견에 기반한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 폐쇄형 압력 유체 회로는 상기 압축기에서부터 밸브 액츄에이터의 입구 개구까지 연장되어 있고, 상기 가스 어큐뮬레이터는 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관을 통해 상기 주 압력 유체 통로에 연결되어 있고, 상기 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 가스 어큐뮬레이터는 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관을 통해 상기 주 압력 유체 통로에 연결되어 있고, 상기 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관은 가스 어큐뮬레이터 쪽 방향으로의 유동을 허용하는 역류 방지 밸브를 포함한다. 이렇게 해서, 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관에 있는 제어 가능한 밸브가 닫힐 때, 가스 어큐뮬레이터 내의 압력은 폐쇄형 유체 회로의 고압측에서의 최고 압력 피크와 항상 같게 된다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 압축기는 가변 용량을 갖는다. 이는, 회전수 또는 부하의 빠른 증가와 관련하여 압축기의 용량을 증가시킴으로써 압력 유체 회로의 고압측의 압력 증가가 더욱 빨리 될 수 있음을 의미한다. 용량의 크기는 바람지하게는 압축기 피스톤의 고압측과 저압측 사이의 압력차, 즉 압축기에서의 압력비에 의해 제어된다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 폐쇄형 압력 유체 회로는 상기 실린더 헤드 챔버에서부터 압축기까지 연장되어 있는 보조 압력 유체 통로를 포함하고, 상기 가스 어큐뮬레이터는 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관을 통해 상기 보조 압력 유체 통로에 연결되어 있고, 상기 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브를 포함한다. 또한, 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관이 보조 압력 유체 통로에 연결되어 있는 지점의 상류에서 보조 압력 유체 통로에 역류 방지 밸브가 배치되어 있고, 이 역류 방지 밸브는 압축기 쪽 방향으로의 유동을 허용하는 것이 바람직하다. 이리하여, 압축기 피스톤의 상측에서의 평균 압력이 증가되고, 이에 따라 압축기의 용량이 신속하게 증가된다.

본 발명의 다른 이점과 특징은 나머지 종속 청구항 및 바람직한 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

본 발명의 전술한 그리고 다른 특징과 이점에 대한 보다 완전한 이해는 첨부 도면을 참조하는 바람직한 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1 은 연소 엔진의 일 부분에 대한 개략적인 측단면도이다.
도 2 는 밸브 액츄에이터의 개략적인 측단면도이다.
도 3 은 실린더 헤드와 실린더 헤드 외벽의 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 4 - 9 는 밸브 액츄에이터의 기체 제어를 위한 가스 취급 시스템의 대안적인 실시 형태의 예를 보여주는 개략적인 회로도이다.

먼저, 전체적으로 참조 번호 "1"로 나타나 있는 본 발명의 일 부분을 개략적으로 나타내는 도 1 을 참조한다. 연소 엔진(1)은 적어도 하나의 실린더(3)를 갖는 실린더 블럭(2)을 포함한다. 이 실린더 블럭(2)은 일반적으로 3개 또는 4개의 실린더(3)를 포함한다. 나타나 있는 실시 형태에서, 한 실린더(3)만 언급하지만, 연소 엔진이 더 많은 실린더를 포함하는 실시 형태에서, 나타나 있는 실린더(3)와 관련하여 아래에서 설명하는 장치는 바람직하게 연소 엔진(1)의 모든 실린더에 적용됨을 알아야 한다.

또한, 연소 엔진(1)은 상기 실린더(3) 안에서 축방향으로 이동가능한 피스톤(4)을 포함한다. 이 피스톤(4)의 운동, 즉 전후 방향의 축방향 이동은 피스톤(4)에 연결되어 있는 연결 로드(5)에 전달되며, 이 연결 로드는 크랭크축(미도시)에 연결되어 그 크랭크축을 회전 구동시킨다.

연소 엔진(1)은 또한 실린더 헤드(6)를 포함하는데, 이 실린더 헤드는 상기 실린더(3) 및 피스톤(4)과 함께 연소실(7)을 형성한다. 이 연소실(7) 안에서 연료-공기 혼합물의 점화가 통상적인 방식으로 일어나게 되는데, 이에 대해서는 여기서 더 설명하지 않겠다. 실린더 헤드(6)는 가스 교환 밸브라고도 하는 적어도 하나의 제어 가능한 제 1 엔진 밸브(8)를 포함한다. 나타나 있는 실시 형태에서, 실린더 헤드는 제어 가능한 엔진 밸브(9)도 포함한다. 나타나 있는 실시 형태에서, 한 엔진 밸브(8)는 연소실(7)에 대한 공기의 공급을 위해 선택적으로 개폐되는 입구 밸브를 구성하고, 나타나 있는 실시 형태에서, 제 2 엔진 밸브(9)는 연소실(7)로부터의 배기 배출을 위해 선택적으로 개폐되는 공기 출구 밸브 또는 배기 밸브를 구성한다.

연소 엔진(1)은 상기 제 1 엔진 밸브(8)에 작동 연결되어 있는 제 1 밸브 액츄에이터(전체적으로 "10"으로 표시되어 있음)를 더 포함하는데, 이 액츄에이터는 연소 엔진(1)의 폐쇄형 압력 유체 회로에 배치되어 있다. 밸브 액츄에이터(10)는 압력 유체를 위한 적어도 하나의 입구 개구(11) 및 압력 유체를 위한 적어도 하나의 출구 개구(12)를 갖는 기체 압력 유체 회로를 포함한다. 압력 유체는 가스 또는 가스 혼합물, 바람직하게는 공기 또는 질소 가스이다 공기는, 폐쇄형 압력 유체 회로에 누출이 일어난 경우 압력 유체를 교환하거나 더 많은 압력 유체를 공급하는 것이 쉽다는 이점을 가지며, 질소는, 산소가 없어 다른 요소의 산화가 방지된다는 이점을 갖는다.

연소 엔진이 여러 개의 밸브 액츄에이터를 포함하는 경우, 이들은 상기 폐쇄형 압력 유체 회로에서 서로 병렬로 배치된다. 각각의 밸브 액츄에이터는 하나 이상의 엔진 밸브에 작동 연결될 수 있으며, 연소 엔진은 예컨대 동일한 밸브 액츄에이터(10)에 의해 함께 구동되는 2개의 공기 입구 밸브(8)를 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 각각의 밸브 액츄에이터는 연소 엔진(1)의 작동에 대한 최대 가능한 제어성을 달성하기 위해 하나의 엔진 밸브를 작동시키는 것이 바람직하다.

연소 엔진에 대한 아래의 설명은 하나의 엔진 밸브(8) 및 하나의 밸브 액츄에이터(10)만 포함할 것이지만, 다른 언급이 없으면, 상응하는 설명이 모든 엔진 밸브 및 밸브 액츄에이터에도 해당됨을 알아야 한다.

연소 엔진(1)은 상기 폐쇄형 압력 유체 회로의 일 부분을 형성하는 실린더 헤드 챔버(13)를 또한 포함하며, 이 챔버는 실린더 헤드(6) 및 적어도 하나의 제 1 실린더 헤드 외벽(14)으로 형성된다. 나타나 있는 실시 형태에서, 실린더 헤드 외벽(14)은 2개의 부분으로 분할되어 있고, 이들 부분은 볼트에 의해 실린더 헤드(6)에 개별적으로 부착 및 분리 가능하다. 실린더 헤드 챔버(13)는 바람직하게는 3 - 10 리터, 전형적으로 5 - 6 리터 정도의 부피를 갖는다. 일 대안적인 실시 형태에서는, 실린더 헤드 외벽(14)만 존재하며, 이 외벽은 실린더 헤드(6)와 함께 실린더 헤드 챔버(13)를 형성한다.

상기 밸브 액츄에이터(10)의 적어도 하나의 출구 개구(12)는 실린더 헤드 챔버(13)와 유체 연통한다는 것인데, 즉 상기 적어도 하나의 출구 개구(12)를 통해 밸브 액츄에이터(10)를 떠나는 압력 유체가 실린더 헤드 챔버(13)에서 유출한다는 것이다. 연소 엔진(1)이 여러 개의 밸브 액츄에이터를 포함하는 경우, 압력 유체를 위한 밸브 액츄에이터의 모든 출구 개구는 동일한 실린더 헤드 챔버에 연결되어 있다.

바람직하게는, 밸브 액츄에이터(10) 전체는 실린더 헤드 챔버(13) 안에 배치되고, 밸브 액츄에이터(10)는 예컨대 볼트(16) 또는 유사한 홀딩 수단에 의해 실린더 헤드 외벽(14)에 분리 가능하게 연결되는 것이 바람직하다. 이 실시 형태에서, 따라서 밸브 액츄에이터(10)는 실린더 헤드(6)와 접촉하지 않고 실린더 헤드 외벽(14)에 "매달려" 있다. 밸브 액츄에이터(10)가 실린더 헤드 외벽(14) 및 실린더 헤드(6)와 접촉하면, 구성 면에서 불리한 공차 체인이 생기게 된다.

이제, 도 2 를 참조할 것인데, 이 도는 밸브 액츄에이터(10)를 개략적으로 나타낸다.

밸브 액츄에이터(10)는 아래쪽으로 개방된 실린더 공간을 형성하는 액츄에이터 피스톤 디스크(17) 및 액츄에이터 실린더(21)를 포함한다. 액츄에이터 피스톤 디스크(17)는 상기 실린더 공간을 제 1 상측 부분(19)과 제 2 하측 부분(20)으로 분할하며, 액츄에이터 실린더(21) 안에서 축방향으로 이동가능하다. 액츄에이터 피스톤 디스크(17)는, 제 1 엔진 밸브(8)와 접촉하여 이를 구동시키는 액츄에이터 피스톤(전체적으로 참조 번호 "21"로 표시되어 있음)의 일 부분을 형성한다. 액츄에이터 피스톤은 제 1 엔진 배브(8)에 대한 축방향 유격(play)을 제거하기 위한 수단(22)을 더 포함한다. 유격 제거 수단(22)은 바람직하게는 유압식이고, 액츄에이터 피스톤 디스크(21)가 그의 상측 복귀 위치에 있을 때, 제 1 엔진 밸브(8)가 닫혀 있는 경우, 조립 공차, 열팽창 등을 보정하기 위해 액츄에이터 피스톤(21)은 상기 유격 제거 수단에 의해 상기 제 1 엔진 밸브와의 접촉을 유지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터 피스톤(21)의 축방향 길이는 유격 제거 수단(22)에 의해 조절된다.

상기 실린더 액츄에이터(10)의 실린더 공간의 다른 부분(20)은 상기 실린더 헤드 챔버(13)와 유체 연통한다. 이렇게 해서, 액츄에이터 피스톤(21)이 상측 복귀 위치에 있을 때, 실린더 공간의 제 1 부분(19) 및 실린더 공간의 제 2 부분(20)으로부터 동일한 압력이 액츄에이터 피스톤 디스크(17)에 작용할 수 있다. 그리하여, 액츄에이터 피스톤 디스크(17)와 액츄에이터 실린더(12) 사이의 시일링은 중요하지 않고, 하지만, 액츄에이터 피스톤 디스크(17)의 이동에 대한 저항을 최소화하기 위해 어느 정도의 누출이 허용될 수 있고, 안착 위치에서, 액츄에이터 피스톤 디스크는 낮은 압력 레벨의 변화에 영향을 받지 않는다.

상기 밸브 액츄에이터(10)는, 입구 개구(12)를 개폐하는 제어 가능한 입구 밸브(23), 출구 개구(11)를 개폐하는 제어 가능한 출구 밸브(27), 역류 방지 밸브(26)를 포함하는 유압 회로(25)(그 역류 방지 밸브는 유압 회로(25)의 충전을 허용함), 및 유압 회로(25)의 비움을 제어하는 제어 가능한 비움 밸브(27)를 포함한다. 밸브 액츄에이터(10)에 있는 밸브는 개략적으로 나타나 있고 예컨대 슬라이딩 밸브, 시트 밸브 등으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제어 가능한 밸브 중 몇 개는 단일체로 구성될 수 있다. 각 밸브는 직접 또는 간접적으로 전기적으로 제어될 수 있다. 직접적으로 전기적으로 제어된다는 라는 말은, 밸브의 위치가 예컨대 전자기 장치에 의해 직접 제어되는 것을 의미하고, 간접적으로 전기적으로 제어된다는 라는 말은, 밸브의 위치가 예컨대 전자기 장치에 의해 제어되는 압력 유체에 의해 제어되는 것을 의미한다.

엔진 밸브(8)를 열기 위해 액츄에이터 피스톤 디스크(17)의 하향 이동을 달성하기 위해, 입구 밸브(26)는 고압의 압력 유체가 실린더 공간의 상측 부분(19)에 충전될 수 있도록 열린다. 액츄에이터 피스톤(21)이 아래쪽으로 이동하면, 유압 회로(25)의 역류 방지 밸브(26)가 열리며, 이에 의해, 유압 유체가 흡입되어, 액츄에이터 피스톤(21)이 떠나는 공간을 대체하게 된다. 그 후, 입구 밸브(23)는 닫히고, 실린더 공간의 상측 부분(19)에 들어간 압력 유체는 팽창할 수 있고, 그래서 액츄에이터 피스톤 디스크(17)는 계속 아래쪽으로 이동하게 된다. 실린더 공간의 상측 부분(19)에 있는 압력 유체가 액츄에이터 피스톤 디스크(17)를 더 이동시키지 못하면, 즉 액츄에이터 피스톤 디스크(17)의 하측면에 작용하는 압력과 엔진 밸브(8)의 복귀 스프링(28)의 압력이 액츄에이터 피스톤 디스크(17)의 상측면에 작용하는 압력 만큼 높으면, 액츄에이터 피스톤 디스크(17)가 멈추게 된다. 유압 회로(25)의 비움 밸브(27)가 닫힌 상태로 유지되고 이와 동시에 그 유압 회로(25)의 역류 방지 밸브(26)가 자동적으로 닫힘으로 인해, 액츄에이터 피스톤 디스크(17)는 원하는 시간 동안 하측 위치에 유지된다(고정된다). 복귀 운동을 달성하기 위해, 출구 밸브(24)가 열려, 실린더 공간의 상측 부분(19)으로부터 압력 유체가 배출될 수 있고, 추가적으로, 유압 회로(25)의 상기 비움 밸브(27)가 열리고, 그래서 유압 액체가 유압 회로(25)로부터 배출되면 액츄에이터 피스톤 디스크가 위쪽으로 이동하게 되고, 동시에 압력 유체가 실린더 공간의 상측 부분(17)로부터 실린더 헤드 챔버(13)로 배출된다.

이제 도 3 을 주로 참조하는데, 이 도는 특히 실린더 헤드 및 실린더 헤드 외벽의 개락적인 부분 단면 사시도를 나타낸다.

상기 실린더 헤드 외벽(14)은 압력 유체 매니폴드(29)를 포함하는데, 매니폴드는 밸브 액츄에이터(10)의 적어도 하나의 입구 개구(11)에 연결되어 있다. 압력 유체 매니폴드(29)는 실린더 헤드 외벽(14)의 축방향 길이를 따라 연장되어 있다. 압력 유체 매니폴드(29)는, 압축기(31)에서부터 밸브 액츄에이터(10)의 입구 개구(11)까지 연장되어 있는 주 압력 유체 통로(30)의 일 부분을 형성한다. 압축기(31)는 고압의 압력 유체를 밸브 액츄에이터에 공급한다. 또한, 보조 압력 유체 통로(32)(도 1 참조요)가 실린더 헤드 챔버(13)에서 상기 압축기(31)까지 이어져 있다.

주 유체 압력 통로(30)의 용적, 즉 고압측은 가능한 한 작게 유지되며, 그래서 압력 유체의 온도는 압축기(31)에서부터 밸브 액츄에이터(10)까지 가능한 한 작게 감소할 것이다. 한편, 실린더 헤드 챔버(13) 및 보조 압력 유체 통로(32)의 용적, 즉 저압측은 최대로 될 것이며, 그래서, 압축기(31)가 저압측으로부터 가스/압력 유체를 끌어 올 때 상기 저압측과 고압측의 압력비는 가능한 한 적게 영향을 받을 것이다. 바람직하게는 실린더 헤드 챔버(13) 및 보조 압력 유체 통로(32)의 용적은 주 압력 유체 통로(30)의 용적 보다 적어도 10배, 가장 바람직하게는 적어도 15배 더 크다.

압축기(31)는 가변 압축기 용적/용량을 가지며, 또는 다른 수단으로 조절 가능한 유출을 가지며, 일반적으로 압축기(31)는 연소 엔진(1)의 크랭크축으로 구동된다. 높은 회전수 및 높은 토크 출력에서, 주 압력 유체 통로(30) 내의 압력 유체의 더 높은 압력이 요구되며, 낮은 회전수 및 낮은 토크 출력에서, 주 압력 유체 통로(30) 내의 압력 유체의 더 낮은 압력이 요구된다. 높은 회전수/토크 부하시에 고압측과 저압측 사이의 압력차는 15 - 20 바아 정도이고, 낮은 회전수와 낮은 엔진 부하시에는 2 - 5 바아 정도이다. 압축기(31)는 바람직하게는 축 피스톤 펌프 또는 사판 펌프인데, 이러한 펌프는 가변적인 스트로크를 갖는 여러 개의 피스톤을 통해 가변적인 용량을 제공하며, 모든 피스톤은 각각의 사이클에서 서로 다른 위치에 있게 된다. 상기 스트로크는 활주 판의 경사에 의해 결정되며, 이 판은 피스톤에 작용하여 그 피스톤을 회전 구동시켜 축방향 운동을 수행하게 되며, 활주 판의 중심 축선은 끄덕거림 운동을 수행한다. 활주 판이 도는 각각의 회전시, 모든 피스톤은 한 사이클을 수행할 것이다. 그래서 활주 판의 기울어짐은 가변적이고 조절 가능하다.

연소실 안에 높은 역압이 존재할 때 충분한 속도로 내향 열림 엔진 밸브를 열기 위해서는 고압측의 압력 레벨은 8 - 30 바아(bar)이고, 저압측의 압력 레벨은 4 - 8 바아이다.

상기 실린더 헤드 외벽(14)은 밸브 액츄에이터(10)의 상기 유압 회로(25)의 입구 개구(34)와 연결되어 있는 유압 액체 매니폴드(33)를 더 포함한다. 유압 액체 매니폴드(33)는 압력 유체 매니폴드(29)에 평행하게 제 1 실린더 헤드(14)의 축방향 길이를 따라 연장되어 있다. 펌프(35) 등이 배치되어 있어, 가압된 유압 액체를 도관(36)을 통해 유압 액체 매니폴드(33)에 공급한다. 실린더 헤드 외벽(14)은, 특히 다양한 센서 등을 위해 제 1 밸브 액츄에이터(10)를 제어하기 위해 필요한 모든 전기적 기반 구조(미도시)를 포함한다.

이제 도 4 - 9 를 주로 참조할 것인데, 이들 도는 밸브 액츄에이터(10)의 기체 제어를 위한 본 발명에 따른 가스 취급 시스템의 대안적인 실시 형태를 개략적으로 보여주며, 그 가스 취급 시스템은 폐쇄형 기체 압력 유체 회로를 포함한다.

도 4 - 9 에서, 압축기는 우측에 나타나 있고, 주 압력 유체 통로(30)(고압측)은 상측 가장자리에 있고, 밸브 액츄에이터(10)는 좌측에 있으며, 보조 압력 유체 통로(32)(저압측)는 하측 가장자리에 있다. 따라서 압력 유체는 도면에서 반시계 방향으로 흐르는데, 이는 도 4 에서 화살표(37)로 도시되어 있다.

본 발명에서 중요한 것은, 상기 가스 취급 시스템은 적어도 하나의 어큐뮬레이터 도관을 통해 폐쇄형 압력 유체 회로에 연결되어 있는 가스 어큐뮬레이터(38)를 포함하고, 상기 가스 어큐뮬레이터는 제어 가능한 밸브를 포함한다는 것이다.

이제 바람직한 실시 형태를 나타내는 도 4 를 참조한다. 이 실시 형태에서, 가스 어큐뮬레이터(38)는 제어 가능한 밸브(40)를 포함하는 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)을 통해 상기 주 압력 유체 통로(30)와 연결된다.

예컨대 차량이 가속 페달이 빠르게 늘리고 그리고/또는 회전수가 빠르게 증가함에 응하여 고압측에서 저압 레벨에서 고압 레벨로의 신속한 압력 증가가 필요할 때, 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)에 있는 제어 가능한 밸브(40)는 열리고, 그래서, 고압측에 존재하는 압력 레벨 보다 높은 압력 레벨을 갖는 폐쇄된 용적 내의 압력 유체가 주 압력 유체 통로(30) 안으로 유입하고 고압측에서 즉각적인 압력 상승을 제공한다. 가스 어큐뮬레이터(38)의 내의 압력 레벨은 다소 내려가게 된다. 가스 어큐뮬레이터(38)의 용적은 주 압력 유체 통로(30) 내의 용적 보다 바람직하게는 적어도 5배 더 크다. 바람지하게는, 압축기(31)는 압축기 및 압축기 피스톤의 하측에 작용하는 압력에 의해 제어되는 가변 용량(31)을 가지며, 그래서, 고압측에서의 압력 증가시 압축기(31)는 압축기(31)의 용량의 자동적인 증가를 이루고, 이에 의해 더 압력이 더 증가된다.

바람직하게는, 제 1 압력 센서(41)가 가스 어큐뮬레이터(38)에 연결되고, 제 2 압력 센서(42)가 주 압력 유체 통로(30)에 연결되어 있어, 상기 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)에 있는 제어 가능한 밸브(40)가 열리기 전에, 가스 어큐뮬레이터(38) 내의 압력 레벨이 주 압력 유체 통로(30) 내의 압력 레벨 보다 높게 된다. 나타나 있는 실시 형태에서, 제 3 압력 센서가 또한 보조 압력 유체 통로(32)에 연결되어 있어, 저압측과 고압측 사이의 압력 관계를 결정할 수 있다.

가스 어큐뮬레이터(38) 내의 압력을 사용하여 주 압력 유체 통로(30) 내의 압력 레벨을 간단히 상승시킬 때, 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)에 있는 제어 가능한 밸브(40)는 닫힌다. 고압측의 압력 레벨이 다시 낮아져야 할 때, 가스 어큐뮬레이터(38)를 재충전하기 위해 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)에 있는 제어 가능한 밸브(40)가 열리게 된다. 밸브 액츄에이터(10)에 대한 고압의 압력 유체가 남아 있을 필요가 있든 없든 상관 없이, 압축기(31)가 바람직하게 작동되어, 가스 어큐뮬레이터를 소정의 레벨까지 재충전한다.

이제, 제 2 실시 형태를 나타내는 도 5 를 참조한다. 도 4 에 따른 실시 형태와 다른 점만 설명할 것이다.

도 4 에 따른 제 1 실시 형태에 추가적으로, 연소 엔진(1)은 주 압력 유체 통로(30)와 가스 어큐뮬레이터(38) 사이에 연장되어 있는 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)을 포함하는데, 이 도관은 역류 방지 밸브(44)를 포함하고, 이 밸브는 가스 어큐뮬레이터(38) 쪽 방향으로의 유동을 허용한다. 주 압력 유체 통로(30)에서 원하는 압력 증가가 이루어지자 마자, 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)에 있는 제어 가능한 밸브(40)가 닫힐 수 있다. 그후, 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)에 있는 역류 방지 밸브(45)에 의해, 주 압력 유체 통로(30) 내의 가장 늦게 달성된 최고 압력 피크가 가스 어큐뮬레이터(38)에 전달되어 저장된다. 이에 따라, 가스 어큐뮬레이터(38)의 더 간단하고 자동적인 프라이밍이 달성된다. 또한, 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)은 또한 유동 제한 수단(44')을 포함하는데, 이 수단은 예컨대 수축으로 이루어진다. 유동 제한 수단(44')의 목적은, 압축기(31)가 전달하는 증가된 압력이 처음에 가스 어큐뮬레이터(38)를 재충전하는 데에 사용되지 않도록 지연/제한하는 것이다.

이제, 제 3 실시 형태를 나타내는 도 6 을 참조한다. 도 4 및 5에 따른 실시 형태와 다른 점만 설명할 것이다.

이 실시 형태에서, 그리고 다음 실시 형태에서, 보조 압력 유체 통로(32)와 밸브 액츄에이터(10) 사이에 배치되는 실린더 헤드 외벽(13)이 또한 나타나 있다. 그럼에도, 그 실린더 헤드 외벽(13)은 제 3 실시 형태 및 그 다음 실시 형태에서 없어도 되며, 제 1 및 2 실시 형태에 포함될 수 있다.

도 6 에 따른 제 3 실시 형태에서, 상기 가스 취급 시스템은, 가스 어큐뮬레이터(38)와 보조 압력 유체 통로(32) 사이에 연장되어 있는 가스 어큐뮬레이터 도관(47)을 포함하고, 이 도관은 제어 가능한 밸브(48)를 포함한다. 제 1 및 2 실시 형태에 나타나 있는 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)은 제 3 실시 형태에는 없다.

고압측에서 저압 레벨에서 고압 레벨로의 신속한 압력 증가가 필요할 때, 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)에 있는 제어 가능한 밸브(48)는 열리고, 그래서, 폐쇄된 용적 내의 압력 유체는 보조 압력 유체 통로(32) 안으로 유입하게 된다. 그리하여, 압축기(31)에는 더 밀한 압력 유체가 공급되고, 이에 의해, 압축기(31)의 용량의 더욱 신속한 증가가 일어나 고압측에서 더욱 빠른 압력 증가가 일어나게 된다. 바람직하게는, 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)은 압축기 근처에서 또는 그 압축기와 직접 연결되어 보조 압력 유체 통로(32)와 연결되어 있는데, 즉 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)은 가장 바람직하게는 압축기(31)와 보조 압력 유체 통로(32) 사이의 인터페이스에서 보조 압력 유체 통로(32)에 연결된다.

바람직하게는, 압축기(31)는 압축기(31)에 대한 압력 관계 및 압축기 피스톤의 저부측에서의 압력에 의해 제어되는 가변 용량을 가지며, 그래서 압축기(31)는 압축기(31)의 입구에서 압력이 상승하면, 그 압축기의 용량을 자동적으로 증가시키도록 되어 있다.

이제, 제 4 실시 형태를 개시하는 도 7 를 참조한다. 도 6 에 따른 실시 형태와 다른 점만 설명할 것이다.

도 7 에 따른 제 4 실시 형태에서, 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)은, 역류 방지 밸브(45)에 추가하여, 고압측에서의 압력 상승에 대한 필요가 남아 있을 때 가스 어큐뮬레이터(38)의 재충전을 방지하는 제어 가능한 밸브(45')를 포함한다.

제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)이 보조 압력 유체 통로(32)에 연결되어 있는 지점의 상류에서 보조 압력 유체 통로(32)에 역류 방지 밸브(49)가 배치되는 것이 더 바람직하며, 이 역류 방지 밸브(49)는 압축기 쪽 방향으로의 유동을 허용하여, 공급된 압력 유체가 실린더 헤드 챔버(13)에 유입하는 것을 방지한다.

대안적인 실시 형태(미도시)에서, 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)은 압축기(31)에 직접 연결되며, 역류 방지 밸브(49) 또한 바람직하게는 압축기(31)에 배치된다.

제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)에 있는 제어 가능한 밸브(45') 때문에, 상기 제어 가능한 밸브(45")가 열리기 전에는 가스 어큐뮬레이터(38)는 재충전/프라이밍되지 않는다. 이리하여, 압력이 상승해야 하는 용적이 최소한으로 유지되어, 더 빠른 압력 상승이 이루어지게 된다. 주 압력 유체 통로(30) 내의 고압에 대한 필요성이 낮아지거나 없어지면, 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)에 있는 제어 가능한 밸브(45')가 열리게 되며, 그래서, 압력 유체는 가스 어큐뮬레이터(38)에 유입하게 된다. 추가적으로, 압축기(31)의 용량이 자동적으로 감소할 것이고, 이에 따라, 고압측에서 더욱 빠른 압력 강하가 일어나게 된다.

이제, 제 5 실시 형태를 개시하는 도 8 를 참조한다. 앞에서 설명한 실시 형태와 다른 점만 설명할 것이다.

제 5 실시 형태는 도 4 에 따른 제 1 실시 형태와 도 7 에 따른 제 4 실시 형태를 결합한 것이다. 그러나, 이 실시 형태는 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관은 포함하지 않는다. 그러나, 제 5 실시 형태는 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)을 통해 주 압력 유체 통로(30)에서 또는 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)을 통해 보조 압력 유체 통로(32)에서 가스 어큐뮬레이터(38)로부터 압력 유체를 열어 방출할 수 있다.

이제, 제 6 실시 형태를 개시하는 도 9 를 참조한다. 앞에서 설명한 실시 형태와 다른 점만 설명할 것이다.

제 6 실시 형태는 도 5 에 따른 제 2 실시 형태와 도 7 에 따른 제 4 실시 형태를 결합한 것이다. 그러나, 이 실시 형태는 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)에 있는 제어 가능한 밸브를 포함하지 않는다.

도 8 에 따른 제 5 실시 형태와 유사하게, 제 6 실시 형태는 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)을 통해 주 압력 유체 통로(30)에서 또는 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)을 통해 보조 압력 유체 통로(32)에서 가스 어큐뮬레이터로부터 압력 유체를 열어 방출할 수 있다. 추가로, 제 6 실시 형태는 도 5 에 따른 제 2 실시 형태의 자동적인 재충전 기능을 제공한다.

본 발명의 가능한 변형예

본 발명은 도면에 나타나 있는 전술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고, 그 실시 형태는 실례를 드는 예시적인 것이다. 본 특허 출원은 본원에서 설명되는 바람직한 실시 형태에 대한 모든 수정예와 변형예도 포함하는 것이고, 따라서 본 발명은 첨부된 청구 범위의 기재 사항으로 규정되며, 그래서 장치는 첨부된 청구 범위 내에서 모든 가능한 방식으로 수정될 수 있다.

또한, 위, 아래, 상측, 하측 등에 대한 모든 정보는, 참조 번호가 정확히 읽혀질 수 있도록 도면이 배향되고 장치가 도면에 따라 배향된 상태에서 해석되고 읽혀져야 한다. 따라서, 그러나 용어는 나타나 있는 실시 형태에서 상대적인 관계만 나타내는 것이며, 본 발명에 따른 장치가 다른 구성/설계를 가지면 그 관계는 변할 수 있다.

한 특정 실시 형태의 특징이 다른 실시 형태의 특징과 결합될 수 있음을 명시적으로 언급하지는 않았지만, 그러한 결합은 가능하다면 자명한 것으로 생각되어야 한다.

Claims

연소 엔진으로서,
연소 엔진(1)에 포함되어 있는 연소실(7)을 선택적으로 개폐하도록 되어 있는 제어 가능한 제 1 엔진 밸브(8), 및 제 1 엔진 밸브(8)를 구동시키도록 되어 있는 가스 취급 시스템을 포함하고,
상기 가스 취급 시스템은 폐쇄형 기체 압력 유체 회로를 포함하고, 상기 폐쇄형 기체 압력 유체 회로는 서로 직렬로 연결되어 있는 압축기(31)와 밸브 액츄에이터(10)를 포함하고, 상기 밸브 액츄에이터(10)는 상기 제 1 엔진 밸브(8)에 작동 연결되어 있고,
상기 가스 취급 시스템은 적어도 하나의 가스 어큐뮬레이터 도관(39, 47)을 통해 상기 폐쇄형 기체 압력 유체 회로에 연결되어 있는 가스 어큐뮬레이터(38)를 더 포함하며, 상기 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브(40, 48)를 포함하는 연소 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 폐쇄형 기체 압력 유체 회로는 상기 압축기(30)에서부터 밸브 액츄에이터(10)의 입구 개구(11)까지 연장되어 있는 주 압력 유체 통로(30)를 포함하는 연소 엔진.
제 2 항에 있어서,
상기 가스 어큐뮬레이터(38)는 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관(39)을 통해 상기 주 압력 유체 통로(30)에 연결되어 있고, 상기 제 1 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브(40)를 포함하는 연소 엔진.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 가스 어큐뮬레이터(38)는 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)을 통해 상기 주 압력 유체 통로(30)에 연결되어 있고, 상기 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관은 가스 어큐뮬레이터(38) 쪽 방향으로의 유동을 허용하는 역류 방지 밸브(45)를 포함하는 연소 엔진.
제 4 항에 있어서,
상기 제 2 가스 어큐뮬레이터 도관(44)은 유동 제한 수단(44')을 포함하는 연소 엔진.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐쇄형 기체 압력 유체 회로는 상기 압축기(31) 및 밸브 액츄에이터(10)와 직렬로 연결되어 있는 실린더 헤드 챔버(13)를 포함하고, 상기 밸브 액츄에이터(10)의 출구 개구(12)가 상기 실린더 헤드 챔버(13)와 유체 연통하는 연소 엔진.
제 6 항에 있어서,
상기 폐쇄형 기체 압력 유체 회로는 상기 실린더 헤드 챔버에서부터 압축기(31)까지 연장되어 있는 보조 압력 유체 통로(32)를 포함하고, 상기 가스 어큐뮬레이터(38)는 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)을 통해 상기 보조 압력 유체 통로(32)에 연결되어 있고, 상기 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브(48)를 포함하는 연소 엔진.
제 7 항에 있어서,
제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)이 보조 압력 유체 통로(32)에 연결되어 있는 지점의 상류에서 보조 압력 유체 통로(32)에 역류 방지 밸브(49)가 배치되어 있고, 역류 방지 밸브(49)는 압축기(31) 쪽 방향으로의 유동을 허용하는 연소 엔진.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)은 압축기(31)와 상기 보조 압력 유체 통로(32) 사이의 인터페이스에서 보조 압력 유체 통로(32)와 연결되어 있는 연소 엔진.
제 6 항에 있어서,
상기 가스 어큐뮬레이터(38)는 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)을 통해 압축기(31)에 연결되고, 상기 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브(48)를 포함하는 연소 엔진.
제 10 항에 있어서,
상기 폐쇄형 기체 압력 유체 회로는 실린더 헤드 챔버(13)에서부터 압축기(31)까지 연장되어 있는 보조 압력 유체 통로(32)를 포함하고, 제 3 가스 어큐뮬레이터 도관(47)이 압축기(31)에 연결되어 있는 지점의 상류에서 압축기(31)에 역류 방지 밸브가 배치되어 있고, 역류 방지 밸브는 상기 보조 압력 유체 통로(32)에서 나가는 방향으로의 유동을 허용하는 연소 엔진.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기(31)는 가변 용량을 갖는 연소 엔진.
밸브 액츄에이터(10)의 공압 작동을 위한 가스 취급 시스템으로서, 폐쇄형 기체 압력 유체 회로를 포함하고, 상기 폐쇄형 기체 압력 유체 회로는 서로 직렬로 연결되어 있는 압축기(31)와 밸브 액츄에이터(10)를 포함하고,
상기 가스 취급 시스템은 적어도 하나의 가스 어큐뮬레이터 도관(39, 47)을 통해 상기 폐쇄형 압력 유체 회로에 연결되어 있는 가스 어큐뮬레이터(38)를 더 포함하며, 상기 가스 어큐뮬레이터 도관은 제어 가능한 밸브(40, 48)를 포함하는 가스 취급 시스템.