KR20160091446A - 엔진 밸브 가동 제어를 위한 로커 래치 - Google Patents

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KR20160091446A
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지. 마이클 주니어 그론
저스틴 데미안 발트럭키
네일 푸치스
존 제이. 레스터
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자콥스 비히클 시스템즈, 인코포레이티드.
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Abstract

엔진 시동, 정지 동안 및 블리더 제동을 위해 엔진 실린더를 감압하는데 사용되는 엔진 밸브 가동 시스템들 및 방법들이 개시된다. 예시적인 시스템은 로커 샤프트에 피봇식으로 장착되는 로커 아암 및 로커 아암에 대하여 고정된 위치로 로커 아암에 인접하여 장착되는 구조물을 포함할 수 있다. 래치 피스톤이 로커 아암과 구조물 사이에 슬라이딩 가능하게 배치될 수 있다. 래치 피스톤은 로커 아암의 피봇 동작을 제한하고 엔진 밸브들을 개방 조건으로 유지하기 위해 로커 아암 및 구조물 모두에 맞물리도록 선택적으로 연장될 수 있다.

Description

엔진 밸브 가동 제어를 위한 로커 래치 {ROCKER LATCH FOR CONTROLLING ENGINE VALVE ACTUATION}
본 출원은 발명의 명칭이 "엔진 밸브 가동 제어를 위한 로커 래치(Rocker Latch For Controlling Engine Valve Actuation)" 이고, 2012년 12월 18일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/738,794호에 관한 것이며, 그의 우선권 및 선출원일의 이득을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 내연기관의 엔진 밸브들의 제어를 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 피봇팅 로커 아암에 의해 작용될 때 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
엔진이 포지티브(positive) 동력을 발생하게 하기 위해서, 뿐만 아니라 엔진 제동을 위해서, 내연기관의 밸브 가동이 요구된다. 포지티브 동력 동안, 흡입 밸브들은 연소를 위해 연료 및 공기가 실린더 안으로 들어가게 하기 위해 개방될 수 있다. 배기 밸브들은 연소 가스가 실린더로부터 빠져나가는 것을 가능하게 하기 위해 개방될 수 있다.
내연기관들은 포지티브 동력을 발생하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 블리더(bleeder) 타입 엔진 제동을 제공하기 위해 또한 사용될 수 있다. 블리더 엔진 제동 동안, 메인 배기 밸브 이벤트 외에, 하나 또는 그 초과의 배기 밸브(들)가 나머지 엔진 사이클들(즉, 완전 사이클 블리더 제동을 위한 흡입, 압축 및 팽창 사이클들)에 걸쳐 블리더 제동을 제공하기에 충분한 양만큼 약간 개방된 채로 유지될 수 있다. 블리더 제동 작동의 배기 밸브들의 최초 개방은 압축 행정의 상사점(TDC)에 앞설 수 있고, 바람직하게는 흡입과 압축 사이클들 사이의 하사점(BDC) 근처이다. 그와 같이, 블리더 타입 엔진 제동은 밸브들을 가동시키기 위해 더욱더 낮은 힘을 요구할 수 있고 압축 해제 타입 브레이크의 신속한 블로우 다운(blow-down) 대신 연속적인 블리딩에 의해 더 적은 소음을 발생할 수 있다. 따라서, 엔진 블리더 제동은 현저한 이점들을 가질 수 있다.
시동 및 정지 동안, 내연 기관은 이 내연기관이 낮은 엔진 속도들에서 공기를 압축할 때 떨리고 흔들릴 수 있다. 또한, 유체가 차갑고 더 높은 점도를 가질 때 유압 유체에 의해 밸브 가동 시스템을 충전하고 활성화시키기 위해 적절하게 높은 크랭킹 속도들을 달성하는 것은 특히 어려울 수 있다. 엔진 시동 동안 흡입 및/또는 배기 밸브를 개방된 채로 유지하는 것은 실린더를 감압할 수 있어서 피스톤이 TDC 위치를 향하여 더 쉽게 이동할 수 있다. 엔진 감압 시스템이 엔진의 시동 또는 정지 동안 엔진 실린더의 하나 또는 그 초과의 흡입 및/또는 배기 밸브들을 개방된 채로 유지할 수 있다. 따라서, 엔진이 막 정지되려고 할 때, 엔진 감압 시스템은 엔진을 감압하기에 충분한 리프트만큼 흡입 및/또는 배기 밸브(들)를 개방된 채로 유지하기 위해 활성화될 수 있다. 밸브 리프트는 피스톤이 밸브 안으로 주행하지 않고, 리프트가 실린더의 압력 유입 및 압력 배출을 적절하게 하도록 제어될 수 있다.
본원에 설명된 타입의 엔진 감압 시스템은, 크랭킹 배터리 전력이 낮고, 시동을 위한 크랭킹 시간이 증가되고, 연료/공기 혼합물이 점화될 가능성이 더 적고, 엔진을 시동시키는 것이 더 어려운 때인, 추운 기상 조건들에서 특히 유용할 수 있다. 게다가, 배터리 전력 및 시동기 시스템 요건들을 감소시킬 수 있는 엔진 감압은, 증가된 연료 효율을 가능하게 하는 더 낮은 중량의 구성요소들, 그리고 부가적인 시동 보조에 대한 필요성의 방지 또는 감소를 초래할 수 있다. 감압 시스템의 사용으로부터 초래되는 시동 시간의 감소는 또한 배출물 이익들을 제공할 수 있다. 감압 정지는 엔진 중지 각도의 무작위를 또한 초래할 수 있으며, 이는 시동기 기어 및 플라이휠 링 기어의 더 고르게 분산된 마모에 도움을 줄 수 있다. 따라서, 이러한 이점들, 하지만 전술한 것에 제한되지 않는 이점들이 본원에 설명된 본 발명의 실시예들의 하나 또는 그 초과의 사용에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들이 상기 언급된 요구들의 하나 또는 그 초과를 충족시킬 것이며 마찬가지로 다른 이익들을 제공할 수 있다.
전술한 어려움들에 대응하여, 출원인은 로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 혁신적인 시스템을 개발하였고, 상기 시스템은 : 로커 샤프트에 피봇식으로 장착된 로커 아암; 로커 아암에 대하여 고정된 위치에 로커 아암에 인접하여 장착되는 구조물; 로커 아암과 구조물 사이에 슬라이딩 가능하게 배치되는 래치 피스톤; 및 래치 피스톤에 작동식으로 연결되는 래치 피스톤 액추에이터를 포함하고, 상기 래치 피스톤은 로커 아암의 피봇 동작을 제한하기 위해 래치 피스톤이 로커 아암과 구조물 모두에 맞물리는 것을 야기하기 위해 연장된 위치를 취하도록 구성되고, 상기 래치 피스톤 액추에이터는 래치 피스톤이 연장된 위치를 취하거나 연장된 위치로부터 후퇴하게 하도록 래치 피스톤에 힘을 가하도록 구성되고, 상기 래치 피스톤은 래치 피스톤 액추에이터가 래치 피스톤에 힘을 가하는 것을 중지할 때 계속해서 연장된 위치로 래치 피스톤을 유지하도록 구성되는 맞물림 표면을 더 포함한다.
출원인은 내연기관을 감압하는 혁신적인 방법을 또한 개발하였으며, 이는 : 엔진 실린더 및 로커 아암과 연관된 엔진 밸브를 개방하기 위해 제 1 방향으로 로커 아암을 피봇시키는 단계; 엔진 밸브가 폐쇄 방향으로 이동하도록 제 2 방향으로 로커 아암을 피봇시키는 단계; 래치 피스톤이 로커 아암 및 이 로커 아암에 인접한 구조물과 맞물리는 것을 야기하도록, 또는 구조물로부터 로커 아암을 연결 해제하는 것을 야기하도록 래치 피스톤에 가동력을 가하는 단계; 로커 아암 및 구조물과 맞물리는 래치 피스톤에 반응하여 엔진 밸브를 개방 위치로 유지하는 단계; 및 래치 피스톤 상에 가동력이 가해지는 것이 중지된 후에 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물과 맞물려서 엔진 밸브가 개방 위치로 남아있는 위치에 래치 피스톤을 유지하는 단계를 포함한다.
출원인은 혁신적인 내연기관의 시동 방법을 또한 개발하였으며, 이는 : 엔진 크랭킹 동안 엔진 실린더 내의 하나 또는 그 초과의 엔진 밸브들을 하나 초과의 엔진 사이클 동안 계속해서 개방 상태로 유지하는 단계; 엔진 파라미터가 미리 정해진 값에 도달된 후에 하나 또는 그 초과의 엔진 밸브들이 계속해서 개방 상태에 있는 것을 유지하는 것을 중단시키는 단계; 및 하나 또는 그 초과의 엔진 밸브들을 계속적인 개방 상태로 유지하는 것의 중단에 반응하는 엔진 시동을 위하여 엔진 실린더에 연료를 제공하는 단계를 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 이후의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적이며, 청구된 대로의 본 발명의 제한이 아닌 것 모두가 이해되어야 한다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 동일한 참조 부호들이 동일한 요소들을 지칭하는 첨부된 도면들이 이제 참조될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸브 가동 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 등각도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 등각도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 부분 횡단 등각도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 부분 횡단 등각도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로커 및 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 횡단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로커 아암 및 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 횡단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 로커 아암 및 엔진 밸브 가동을 제어하기 위한 로커 래치의 부분 횡단면도이다.
도 11은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 로커 래치의 부분 횡단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 대안적인 능동 제어 실시예에 따른 로커 래치의 부분 횡단면도이다.
도 13은 부분적인 감압 상태에 있는 동안 내연기관을 시동하는 단계들을 예시하는 흐름도이다.
명료함을 위해 그리고 적절한 것으로 간주되는 경우, 참조 부호들은 대응하는 피쳐(feature)들을 가리키기 위해 도면들에서 반복되었고, 도면들의 다양한 요소들은 본 발명의 피쳐들을 더 양호하게 도시하기 위해 반드시 실척대로 그려지지 않은 것이 이해될 것이다. 도면들은 단지 예시적이며, 본 발명을 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다.
본 발명의 방법들 및 시스템들의 실시예들이 이제 상세하게 참조될 것이며, 그의 예들은 첨부된 도면들에 예시된다. 본원에 실시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 하나 또는 그 초과의 엔진 밸브들의 가동 방법들 및 시스템들을 포함한다.
본 발명의 실시예가 도 1 에 밸브 가동 시스템(10)으로서 개략적으로 도시된다. 밸브 가동 시스템(10)은, 로커 아암(200)에 작동식으로 연결되는, 캠, 푸시 튜브, 또는 다른 밸브 트레인 요소와 같은 로커 액추에이터(100)를 포함할 수 있다. 로커 액추에이터(100)는 로커 아암(200)에 선택적으로 동작을 가하도록 구성될 수 있다. 로커 아암(200)은 하나 또는 그 초과의 엔진 밸브(400)들 또는 밸브 브리지(도시되지 않음)에 작동식으로 연결될 수 있으며, 이는 결국 엔진 밸브들에 작용할 수 있다. 피봇팅 로커 아암(200)에 대하여 위치가 고정된 구조물(300)이 로커 아암에 인접하여(즉, 가까이에) 장착될 수 있다. 래치 피스톤 또는 바(320)(본원에는 총괄하여 래치 피스톤으로 지칭됨)가 구조물(300)과 로커 아암(200) 사이에서 선택적으로 연장할 수 있어서 서로에 대하여 로커 아암 또는 구조물 중 하나에 선택적으로 맞물린다. 래치 피스톤(320)은 구조물(300)에 대한 로커 아암(400)의 피봇팅 동작을 제한함으로써 엔진 밸브 가동을 제어할 수 있다.
래치 피스톤(320)은 래치 피스톤이 구조물(300)과 로커 아암(200) 사이에서 연장되거나 또는 연장으로부터 후퇴되도록 래치 피스톤 액추에이터(500)에 의해 선택적으로 작용될 수 있다. 래치 피스톤(320)이 연장될 때, 이는 로커 아암이 엔진 밸브 스프링들의 영향 하에 완전히 뒤로 피봇팅하는 것을 방지할 수 있다. 로커 아암(200)의 피봇팅 동작의 방해의 결과로서, 엔진 밸브(들)(400)는 엔진의 전체 사이클에 걸쳐 약간 개방된 채로 남아있을 수 있다. 엔진 밸브(400)들은 하나 또는 그 초과의 배기 밸브들, 흡입 밸브들 또는 보조 밸브들을 포함할 수 있다. 래치 피스톤(320)의 선택적인 연장은 엔진 밸브(400)들이, 이에 제한되지 않지만, 블리더 제동 이벤트를 포함하는 엔진 밸브 이벤트 및/또는 엔진 감압을 발생하는 것을 야기할 수 있다.
제 1 실시예에서, 래치 피스톤(320)은 래치 피스톤 액추에이터(500)로부터의 입력에 반응하여 로커 아암(200)이 엔진 밸브 폐쇄 위치로 피봇팅하는 것을 방지하는 모드와 로커 아암이 엔진 밸브 폐쇄 위치로 피봇팅하는 것을 방지하지 않는 모드 사이에서 전환될 수 있다. 래치 피스톤 액추에이터(500)는 최초의 엔진 시동, 정지 또는 블리더 제동을 위해 하나 또는 그 초과의 엔진 밸브들을 개방된 채로 유지하기 위해 구조물(300)과 로커 아암(200) 사이에 래치 피스톤(320)을 연장하게 할 수 있는 임의의 유압, 전자기, 기계적, 공압 또는 가스 가동 장치 또는 시스템을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서, 래치 피스톤 액추에이터(500)는 래치 피스톤(320)을 선택적으로 연장하기 위해 유압 유체 또는 공기 또는 가스들과 같은 작동 유체를 공급하기 위한 공급 밸브를 제어할 수 있다. 래치 피스톤 액추에이터(500)는, 래치 피스톤(320)을 연장하는 적절한 시점들을 결정하고 선택하기 위해, 예컨대 다른 엔진 구성요소(들)에 연결되는 마이크로프로세서를 포함할 수 있는 전자 제어용 수단을 포함할 수 있다.
엔진 감압 이벤트들은 엔진 구성요소(들)로부터 수집되는 정보에 기반한 복수의 엔진 작동 조건들(예컨대, 속도들, 부하들, 등)에서 최적화될 수 있다. 수집된 정보는 제한 없이, 엔진 속도, 차량 속도, 오일 온도, 매니폴드(또는 포트) 온도), 매니폴드(또는 포트) 압력, 실린더 온도, 실린더 압력, 특별한 정보 및/또는 크랭크 각도를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예가 도 2에 도시되며, 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 지칭한다. 도 2 내지 도 9를 참조하여, 구조물(300)은 로커 아암(200)에 인접한 고정된 위치에 장착된 하우징(305)의 형태로 제공될 수 있다. 예시된 실시예에서, 구조물(300)은 로커 샤프트(250)에 장착될 수 있지만, 구조물이 로커 아암(200)의 피봇팅 동작에 대하여 위치가 고정되는 한, 이는 엔진 실린더 헤드, 또는 다른 표면에 장착될 수 있는 것이 이해된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(305)은 로커 샤프트 주위에 랩핑되도록 구성되는 마무리된 표면(350)을 포함할 수 있다. 마무리된 표면(350)은 로커 샤프트 주위에 밀착 피팅을 형성하도록 형상을 가질 수 있다.
도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(305)은 래치 피스톤 보어(310), 그리고 볼트 보어 또는 구멍(330)을 가질 수 있으며 이들은 서로 교차한다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 래치 피스톤 보어(310)는 개방 단부 그리고 하우징(305) 내에서 종료되는 폐쇄 단부를 가질 수 있다. 도 3, 도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 볼트 구멍(330)의 양단부들은 개방될 수 있어서 볼트(390)가 로커 샤프트(250)에 하우징(305)을 단단하게 고착시키기 위해 볼트 구멍을 통과할 수 있다. 볼트(390)는 베어링 캡 또는 엔진 실린더 헤드에 하우징(305)을 단단하게 고착시키기 위해 로커 샤프트(250)를 통과할 수 있다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 래치 피스톤(320)은 래치 피스톤의 단부가 로커 아암(200)을 향하여 래치 피스톤 보어(310)의 밖으로 연장하도록 래치 피스톤 보어(310) 내에 슬라이딩 가능하게 배치될 수 있다. 래치 피스톤(320)은 래치 피스톤의 좁고 넓은 단부들을 분리시키는 숄더를 가질 수 있다. 피스톤 보유 링(370)이 래치 피스톤 보어(310)의 개방 단부 근처에 위치될 수 있다. 피스톤 보유 링(370)은 중앙 개구를 가질 수 있으며, 그 개구를 통하여 래치 피스톤(320)의 좁은 단부가 통하여 연장한다. 스프링(360)이 래치 피스톤 보어(310) 안으로 래치 피스톤을 편향시키기 위해 래치 피스톤(320)의 숄더와 피스톤 보유 링(370) 사이에서 연장할 수 있다.
래치 피스톤(320)의 좁은 단부의 직경은 래치 피스톤(320)의 숄더로부터 그의 말단으로 선형으로, 점진적으로 또는 선형이 아니게 테이퍼질 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 래치 피스톤(320)의 좁은 단부는 로커 아암(200)에 배치되는 보스(boss)(210)와 선택적으로 접촉할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 대안적인 실시예에서, 래시(lash) 조정 스크류(220)가 보스(210)로부터 연장할 수 있고 래치 피스톤(320)의 좁은 단부는 로커 아암(200)의 피봇팅 동작을 중단시키거나 제한하기 위해 래시 조정 스크류(220)와 접촉할 수 있다. 래치 피스톤(320)의 좁은 단부는 로커 아암 보스(210) 또는 조정 스크류(220)와 맞물리도록 구성되는 접촉 표면을 가질 수 있다. 구체적으로, 래치 피스톤(320)의 좁은 단부에는 로커 아암 보스(210) 또는 조정 스크류(220)와 맞물리도록 구성되는 표면이 제공될 수 있으며 둘 사이의 접촉은 래치 피스톤 액추에이터(500)가 래치 피스톤에 그의 전체 가동력을 가하는 것을 중지할 때라도 래치 피스톤이 그의 연장된 위치로 유지되는 것을 야기한다. 래치 피스톤은 래치 피스톤(320)을 래치 피스톤 보어(310)의 벽으로 밀어넣기 위해 로커 아암(200)을 통하여 작용하는 엔진 밸브 스프링들의 힘의 결과로서 그의 연장된 위치로 유지될 수 있다. 대안적으로, 도 11을 참조하면, 래치 피스톤(320)은 로커 아암 보스(210) 또는 조정 스크류(도시되지 않음)에 제공되는 정합 맞물림 구조물(212)과 상호 잠금될 수 있는 맞물림 구조물(322)을 포함할 수 있다. 따라서, 도 9 및 도 11에 도시된 래치 피스톤(320)의 좁은 단부는 엔진이 정지되고 래치 피스톤 액추에이터(500)가 래치 피스톤에 그의 전체 가동력을 가하는 것을 중지한 이후라도 로커 아암 보스(210) 또는 조정 스크류(220)에 맞닿아 맞물린 채로 남아있을 수 있다. 그 결과, 엔진의 하나 또는 그 초과의 실린더들은 엔진 시동이 개시될 때 감압된 상태에 있을 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 볼트(390)가 로커 샤프트(250)에 하우징(305)을 제거 가능하게 부착하기 위해 볼트 구멍(330) 안으로 삽입될 수 있다. 도 3을 참조하면, 편평한 표면을 갖는 리세스(380)가 볼트 구멍(330)에 배치되는 볼트(390)에 맞닿아 래치 피스톤(320)을 지지하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 래치 피스톤(320)이 래치 피스톤 보어(310) 내에서 회전하는 것을 방지한다.
도 3, 도 4, 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이, 다월(dowel) 링(340)이 볼트 구멍(330)의 하나의 개방 단부 주위에 배치될 수 있고, 이는 하우징(305)의 측면의 마무리된 표면(350)에 있다. 다월 링(340)은 로커 샤프트(250)에 로커 래치(300)를 정렬시키기 위해 로커 샤프트(250)의 카운터 보어(345) 안으로 피팅될 수 있다. 다월 링(340)은 로커 샤프트(250)에 하우징(305)을 위치시키기 위해 하우징(305)의 측면의 마무리된 표면(350)의 볼트 구멍(330)의 개방 단부에 프레스 피팅될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다월 링(340)은 로커 샤프트(250)의 카운터 보어(345) 안으로 삽입되고 이로부터 제거되는 것을 가능하게 하기 위해 틈(split)을 가질 수 있다.
유압 유체가 유압 유체 공급부(도시되지 않음)로부터 하우징(305)에 공급될 수 있다. 유압 유체 공급부는 제어 밸브(도시되지 않음)를 통하여 하우징(305)에 연결될 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 유압 유체는 유압 유체 공급부로부터 로커 샤프트(250)에 형성된 유체 공급/배수 통로(260)를 통하여 볼트 구멍(330)으로 유동할 수 있다. 볼트 구멍(330)은 래치 피스톤 보어와 볼트 구멍의 교차시 래치 피스톤 보어(310)의 안으로 그리고 밖으로 유동하기 위해 유압 유체가 볼트(390) 주위로 흐를 수 있다. 제어 밸브는 볼트 구멍(330)으로의 그리고 이로부터의 유압 유체의 공급을 조절할 수 있다. 하우징(305)에 유압 유체를 공급하기 위한 다른 유압 설비가 본 발명의 범주 및 사상 내에서 충분히 고려된다.
상기 언급된 바와 같이, 공급되는 유체는 유압 유체 또는 임의의 다른 적절한 유체일 수 있다. 예컨대, 대안적인 실시예에서, 래치 피스톤(320)은 래치 피스톤 보어(310)에 공급되는 공압 공기 또는 가스들에 의해 가동될 수 있다. 공압 공기/가스들은 제어 밸브(도시되지 않음)를 통하여 하우징(305)에 공급될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 래치 피스톤(320)은 로커 아암(200)에 형성되는 래치 피스톤 보어(310)에 슬라이딩 가능하게 배치될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 스프링(360) 및 피스톤 보유 링(370)은 래치 피스톤(320)을 래치 피스톤 보어(310) 안으로 편향시킬 수 있다. 키(395)가 로커 아암에 형성되는 보어 또는 구멍에 배치될 수 있으며 키(395)는 래치 피스톤(320)이 래치 피스톤 보어(310)의 축선을 따라 슬라이딩하는 것을 가능하게 할 수 있지만, 래치 피스톤(320)이 래치 피스톤 보어(310)에서 회전하는 것을 방지할 수 있다.
도 10의 실시예에서, 구조물(300)은 로커 샤프트, 로커 캡, 로커 샤프트 캡, 실린더 헤드 또는 로커 아암(200)의 피봇팅 동작에 관련되어 위치가 고정되는 다른 구조물에 부착될 수 있다. 구조물(300)은, 도 10에 도시된 바와 같이 래치 피스톤(320)에 의해 선택적으로 맞물리도록 구성되는 보스(610)를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 래시 조정 스크류(도 8 참조)가 보스(610)로부터 연장할 수 있고 래치 피스톤(320)의 좁은 단부가 로커 아암(200)의 피봇팅 동작을 중단시키거나 제한하기 위해 래시 조정 스크류와 선택적으로 맞물릴 수 있다. 도 10의 실시예는 도 2 내지 도 9에 예시된 실시예와 유사한 방식으로 작동될 수 있다.
능동 제어 실시예로서 일반적으로 설명되는 또 다른 대안적인 실시예에서, 래치 피스톤(320)은 엔진 밸브 개방을 유지하기 위해 래치 피스톤이 구조물(300) 및 로커 아암(200) 모두와 맞물리는 연장된 위치로 정상적으로 편향될 수 있다. 동일한 참조 부호들이 동일한 요소들을 지칭하고 본 발명의 능동 제어 실시예를 예시하는 도 12를 참조하면, 구조물(300)은 래치 피스톤(320)이 슬라이딩 가능하게 배치되는 래치 피스톤 보어(310)를 포함할 수 있다. 스프링(362)이 래치 피스톤(320)을 래치 피스톤 보어(310)의 밖으로 로커 아암(도시되지 않음)을 향하여 편향시킬 수 있다. 구체적으로, 유압 유체 압력이 시스템에 능동적으로 공급되지 않을 때 스프링(362)이 래치 피스톤(320)을 래치 피스톤 보어(310)의 밖으로 로커 아암을 향하여 정상적으로 편향시킬 수 있다.
볼트(390)(또는 대안적으로, 다른 실시예들에 도시된 키(395))가 볼트 구멍(330)에 제공될 수 있다. 볼트(390)(또는 키(395))가 래치 피스톤 보어(310)에서 볼트가 회전하는 것을 방지하기 위해 래치 피스톤(320)에 제공되는 리세스와 맞물릴 수 있다. 볼트 구멍(330)은, 상기 설명된 바와 같이 제어기의 제어 하에서, 유압 유체가 볼트 구멍을 통하여 래치 피스톤 보어(310)에 공급되는 것을 가능하게 할 정도의 크기를 가질 수 있다. 래치 피스톤(320)에는, 볼트 구멍(330)을 통하여 공급되는 유압 유체의 힘이 스프링(362)의 편향에 대항하여 래치 피스톤 보어(310) 안으로 래치 피스톤을 푸시하기 위해 래치 피스톤(320)에 작용할 때 숄더와 같은 힘 수용 표면(324)이 제공된다. 래치 피스톤(320)으로의 유압 유체 압력(또는 다른 힘)의 공급은, 이전에 설명된 실시예들의 로커 아암에 맞물리는 것과 대조적으로, 래치 피스톤이 능동 제어 실시예에서 로커 아암과 맞물림 해제되는 것을 야기한다.
본 발명의 실시예의 작동이 이제 설명될 것이다. 도 2 내지 도 9에 관하여, 여기에 도시된 실시예는 래치 피스톤(320)이 구조물(300)과 로커 아암(200) 사이에서 선택적으로 연장되는 결과로서 하나 또는 그 초과의 엔진 밸브들(도시되지 않음)을 개방된 채로 유지함으로써 엔진 시동, 정지 또는 블리더 제동 동안 실린더 감압을 제공할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 감압이 요구되지 않을 때, 래치 피스톤(320)은 스프링(360)에 의해 래치 피스톤 보어(310) 안으로 편향될 수 있으며 로커 아암은 래치 피스톤과 접촉하지 않고 자유롭게 피봇할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 유압 유체가 래치 피스톤 보어(310)에 공급될 때, 유압 유체 압력은 스프링(360)의 편향을 극복할 수 있고 래치 피스톤(320)을 래치 피스톤 보어의 밖으로 푸시할 수 있으며 래치 피스톤의 좁은 단부는 로커 아암 보스(210) 또는 조정 스크류(220)와 맞물린다. 예시적인 실시예에서, 래치 피스톤(320)은 로커 아암(200)이 래치 피스톤(320)을 연장시키기 위해 요구되는 높이를 초과하여 리프트될 때 거의 동시에 래치 피스톤 보어(310) 밖으로 푸시될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 돌출 래치 피스톤(320)은 로커 아암(200)의 회전을 중단시킬 수 있고 로커 아암이 완전히 다시 피봇팅되는 것을 방지하며, 이에 의해 예컨대 엔진 감압 및/또는 블리더 제동을 제공하기에 충분한 양만큼 엔진 밸브를 개방된 채로 유지한다. 엔진 작동 동안, 래치 피스톤(320)에 작용하는 유압 유체는 제어기(500)가 유압 유체 공급을 중지하지 않는한 래치 피스톤이 로커 아암(200)을 개방된 채로 유지하는 것을 야기한다.
제어기(500)가 유압 유체 공급을 유지하는 동안 엔진이 정지될 때, 오일 압력은 떨어지고, 시간이 갈수록, 래치 피스톤 보어(310)의 유압 유체 압력이 줄어들게 됨으로써 스프링(360)의 편향을 극복하기 위한 충분한 유압 유체가 래치 피스톤 보어에 존재하지 않게 된다. 그럼에도 불구하고, 이때에, 로커 아암(200)은 밸브 스프링(도시되지 않음)의 편향에 의해 래치 피스톤(320)에 맞닿아 푸시된다. 밸브 스프링에 의해 가해지는 힘은 스프링(360)의 편향이 로커 아암과 맞물림으로부터 래치 피스톤(320)을 푸시하는 것을 방지하기에 충분한 힘으로 로커 아암(200)을 상방으로 가압하기에 충분할 수 있다. 다시 말하면, 밸브 스프링의 편향이, 상기 설명된 바와 같이 래치 피스톤(320)과 로커 아암(200)을 함께 잠근다. 따라서, 로커 아암(200)은 그 이후의 엔진 시동 동안 엔진이 부분적으로 감압되는 것을 가능하게 하기 위해 개방된 채로 유지될 수 있다.
도 2 내지 도 10에 도시된 실시예들에서, 엔진이 6 개의 실린더들을 갖는다면, 예컨대 엔진이 정지될 때, 6 개의 실린더들 중 4 개의 실린더들에 대한 로커 아암들이 상기 설명된 공정에 의해 개방된 감압 상태로 래칭될 수 있다. 나머지 2 개의 로커 아암들은 엔진 밸브들의 개방의 어떠한 간헐적 단계에 있을 수 있거나, 엔진 밸브들이 폐쇄될 수 있으며, 유압 압력이 이러한 로커 아암들과 연관된 래치 피스톤들에 가해지는 것이 중단될 때, 스프링(360)은 래치 피스톤들을 후퇴시킬 수 있고, 이러한 밸브들은 엔진 시동시 밸브 스프링들의 편향 하에서 폐쇄된다(또는 이미 폐쇄되었다면 폐쇄된 채로 남아있는다). 엔진이 재시동될 때 개방된 채로 래칭되는 4 개의 로커 아암들은 시동 속도를 개선하기 위해 엔진을 부분적으로 감압할 수 있고 잠재적으로 상기 설명된 이익들을 제공할 수 있다.
엔진이 재시동될 때, 개방된 채로 래칭되는 로커 아암(200)들은 엔진이 감압되는 것을 가능하게 할 수 있음으로써 시동기는 엔진을 회전하게 하고 엔진이 떨리는 것을 방지할 수 있다. 엔진이 그의 시동 사이클을 통하여 돌아갈 때, 캠 샤프트는 래치 피스톤(320)들 상의 로커 아암(200)들에 의해 가해지는 압력을 완화할 수 있고 스프링(360)들이 래치 피스톤(320)들을 하우징(305)들 안으로 후퇴시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 래치 피스톤 후퇴 및 엔진 압축은 2 번의 엔진 회전들 내에 발생할 수 있다. 2 번 초과 또는 2 번 미만의 엔진 회전들에서 발생하는 래치 피스톤 후퇴 및 엔진 감압이 또한 본 발명의 범주 및 사상 내에서 충분히 고려된다.
도 2 내지 도 10에 도시된 실시예는 하나 또는 그 초과의 배기 밸브들을 개방된 채로 유지함으로써 엔진 작동 동안 블리더 타입 엔진 제동을 또한 제공할 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 배기 밸브(들)를 위한 로커 아암이 로커 래치(300)의 래치 피스톤(320)에 의해 개방된 채로 유지될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 배기 밸브(들)는 나머지 엔진 사이클들에 걸쳐(완전한 사이클의 블리더 제동) 또는 나머지 엔진 사이클들의 일부 동안(부분 사이클 블리더 제동) 약간 개방된 채로 유지될 수 있다. 마찬가지로, 도 2 내지 도 10에 도시된 실시예들은 또한 배기 가스들이 재순환하기 위해 밸브들을 개방된 채로 유지함으로써 배기 가스 재순환을 제공할 수 있다.
그 예가 도 12와 연관하여 상기 설명된 능동 제어 능력을 갖춘 시스템들에서, 엔진 제어 시스템은 하나 또는 그 초과의 엔진 파라미터들을 기반으로 한 엔진의 폐쇄 루프 피드백을 가능하게 하는 시동 제어 전력을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 능동 제어 실시예가 이용되고 엔진이 휴지 상태일 때, 정지 상태 또는 잠재적으로 엔진 멈춤(stall)의 결과로서, 래치 피스톤(320)은 스프링(362)의 영향 하에 래치 피스톤이 구조물(300)과 로커 아암 모두와 맞물리는 위치로 연장될 수 있다. 그 결과, 엔진 밸브들 중 하나 또는 그 초과는 개방 위치로 래칭될 수 있다.
도 13을 참조하면, 엔진 시동은 단계(600)에서 엔진 키를 ON 위치로 회전시킴으로써 개시될 수 있다. 엔진 키를 ON 으로 회전시키는 것은 래치 피스톤이 정지되는 엔진의 결과로서 이미 연장되지 않았다면 단계(602)에서 구조물(300) 및 로커 아암과 맞물리기 위해 래치 피스톤이 연장되게 할 수 있다. 키를 ON 으로 회전시키는 것은 단계(604)에서 제어기가 상기 참조된 하나 또는 그 초과의 엔진 파라미터들을 측정하는 것을 또한 야기할 수 있으며 단계(606)에서 시동기가 엔진을 크랭크하는 것을 야기할 수 있다. 단계(608)에서 하나 또는 그 초과의 측정된 엔진 파라미터들이 한계값을 충족하거나 초과하도록 결정된다면, 단계(612)에서 유압 유체는 래치 피스톤이 로커 아암과 맞물림 해제되는 것을 야기하고 연관된 엔진 실린더의 엔진 압축을 가능하게 하기 위해 능동 제어 래치 피스톤(320)에 제공될 수 있다. 엔진 파라미터 값이 충족되거나 초과되지 않고, 그 후 단계(610)에서 제어기가 시간 기간 한계가 초과되었는지 여부를 판정할 수 있다. 시간 한계값이 초과된다면, 단계(612)에서 유압 유체가 래치 피스톤이 로커 아암과 맞물림 해제되는 것을 야기하고 연관된 엔진 실린더의 엔진 압축을 가능하게 하기 위해 능동 제어 래치 피스톤(320)에 제공될 수 있다. 단계(608 및 610)들에서 엔진 파라미터 한계값과 시간 한계값 모두가 충족되거나 초과되지 않았다면, 엔진은 단계(606)에서 감압된, 또는 부분적으로 감압된 상태로 계속해서 크랭크될 수 있다. 일단 단계(612)에서 엔진 압축이 가능하게 되면, 연료가 단계(614)에서 공급될 수 있고 단계(616)에서 엔진 시동이 완료된다.
도 13을 계속해서 참조하면, 감시된 엔진 파라미터(들)는 냉각수 온도, 흡입 매니폴드 공기 온도, 오일 압력, 연료 압력, 엔진 속도, 배기 온도, 금속 온도, 흡입 매니폴드 압력, 실린더 압력, 실린더 온도, 엔진 속도 변동, 시동기 모터 전류 유입(current draw), 배터리 전압, 발전기 전류, 전달 오일 압력 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 도 13에 예시된 제어 순서는 엔진이 크랭킹의 시작에 앞서 감압 상태에 있는 것을 확인하는 단계를 포함하도록 또한 수정될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예들에서, 설명된 엔진 밸브 가동 시스템(10)과 연관된 엔진 실린더에는 엔진 감압을 사용하면서 개선된 엔진 시동을 위한 가열된 실린더 입구 공기가 추가로 제공될 수 있다. 가열된 입구 공기는 예컨대 전기 저항 히터 또는 연소 오일 플레임 버너에 의해 제공될 수 있다. 온도 센서가 대기 온도 또는 엔진 온도를 측정하기 위해 제공될 수 있다.
본 발명의 변형들 및 수정들이 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 이탈함이 없이 이루어질 수 있는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 예컨대, 발명의 의도된 범주로부터 이탈함이 없이 상기 실시예들에서 공압 유체가 유압 유체 대신 사용될 수 있다. 또한, 볼트 대신, 하우징은 발명의 의도된 범주로부터 이탈함이 없이 임의의 다른 상업적으로 이용 가능한 수단을 사용하여 로커 샤프트에 고정될 수 있다.

Claims (23)

  1. 로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템으로서,
    로커 샤프트 상에 피봇식으로 장착되는 로커 아암;
    상기 로커 아암에 대하여 고정된 위치로 로커 아암의 근처에 장착되는 구조물;
    상기 로커 아암과 구조물 사이에 슬라이딩 가능하게 배치되는 래치 피스톤; 및
    상기 래치 피스톤에 작동식으로 연결되는 래치 피스톤 액추에이터를 포함하고,
    상기 래치 피스톤은 로커 아암의 피봇 동작을 제한하기 위해 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물 둘다와 맞물리게 되는 연장된 위치를 취하도록 구성되고,
    상기 래치 피스톤 액추에이터는 래치 피스톤이 연장된 위치를 취하거나 상기 연장된 위치로부터 후퇴하게 하도록 래치 피스톤에 힘을 가하도록 구성되고,
    상기 래치 피스톤은 래치 피스톤 액추에이터가 래치 피스톤에 힘을 가하는 것을 중지할 때 래치 피스톤을 계속해서 연장된 위치로 유지하도록 구성되는 맞물림 표면을 더 포함하는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤은 구조물에 제공되는 래치 피스톤 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤은 로커 아암 내에 제공되는 래치 피스톤 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤 액추에이터는 래치 피스톤에 유압 힘을 가하는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤 액추에이터는 래치 피스톤에 기계적 힘을 가하는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤 액추에이터는 래치 피스톤에 가스 압력 힘을 가하는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤은 래치 피스톤 액추에이터가 래치 피스톤에 힘을 가하지 않을 때 상기 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물 둘다와 맞물리지 않는 위치를 향하여 편향되는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤에 가해지는 래치 피스톤 액추에이터 힘은 전자기식으로 발생되는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤은 래치 피스톤 액추에이터가 래치 피스톤에 힘을 가하지 않을 때 상기 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물 둘다와 맞물리는 위치를 향하여 편향되는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물 내의 보어; 및
    상기 보어 내로 연장하는 볼트 또는 키를 더 포함하고,
    상기 보어는 볼트 또는 키를 수용하기 위한 그리고 유체가 보어를 통하여 래치 피스톤으로 유동하는 것을 허용하기 위한 크기를 갖는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물 내에 있으며, 상기 래치 피스톤의 근처에 제공되는 보어;
    상기 보어 내로 연장하는 볼트 또는 키; 및
    상기 래치 피스톤 상에 제공되며, 상기 래치 피스톤의 회전을 방지하기 위해 볼트 또는 키와 맞물리도록 구성되는 리세스를 더 포함하는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 로커 아암 또는 구조물은 로커 아암과 구조물 사이의 맞물림의 지점의 위치를 조정하기 위한 조정 스크류를 포함하는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤 상에 제공되는 맞물림 구조물을 더 포함하는,
    로커 아암 가동식 엔진 밸브가 폐쇄되는 것을 방지하기 위한 시스템.
  14. 내연기관 실린더의 감압 방법으로서,
    제 1 방향으로 로커 아암을 피봇시켜서 엔진 실린더 및 로커 아암과 연관된 엔진 밸브를 개방하는 단계;
    상기 엔진 밸브가 폐쇄 방향으로 이동하도록 제 2 방향으로 로커 아암을 피봇시키는 단계;
    래치 피스톤이 로커 아암 및 상기 로커 아암에 인접한 구조물과 맞물리게 하거나 또는 상기 구조물로부터 상기 로커 아암을 맞물림해제되게 하도록, 상기 래치 피스톤에 가동력을 가하는 단계;
    상기 래치 피스톤이 상기 로커 아암 및 구조물과 맞물리는 것에 반응하여 엔진 밸브를 개방 위치로 유지하는 단계; 및
    엔진 밸브가 개방 위치를 유지하도록 상기 래치 피스톤 상의 가동력이 감소된 후에 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물과 맞물리는 위치에 래치 피스톤을 유지하는 단계를 포함하는,
    내연기관 실린더의 감압 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    내연기관이 정지(shut down)된 동안 복수의 엔진 사이클에 대해 상기 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물과 맞물리는 위치에 상기 래치 피스톤이 유지되는,
    내연기관 실린더의 감압 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤 상에 제공되는 맞물림 구조물의 결과로서 상기 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물과 맞물리는 위치에 상기 래치 피스톤이 유지되는,
    내연기관 실린더의 감압 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤은 가동력에 반응하여 로커 아암과 구조물 사이의 연장으로부터 맞물림 해제되는,
    내연기관 실린더의 감압 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    엔진 오일 압력 또는 엔진 연료 압력이 목표 레벨에 도달될 때까지 내연기관이 크랭크되는 동안 상기 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물과 맞물리는 위치에 상기 래치 피스톤이 유지되는,
    내연기관 실린더의 감압 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    입구 공기 온도가 목표 설정점에 도달될 때까지 내연기관이 크랭크되는 동안 상기 래치 피스톤이 로커 아암 및 구조물과 맞물리는 위치에 상기 래치 피스톤이 유지되는,
    내연기관 실린더의 감압 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 래치 피스톤은 가동력에 반응하여 로커 아암과 구조물 사이에서 연장하는,
    내연기관 실린더의 감압 방법.
  21. 내연기관의 시동 방법으로서,
    엔진 크랭킹 동안 복수의 엔진 사이클에 대하여 엔진 실린더 내의 하나 또는 복수의 엔진 밸브들을 계속해서 개방 상태로 유지하는 단계;
    엔진 파라미터가 미리 정해진 값에 도달된 후에 하나 또는 복수의 엔진 밸브들을 계속해서 개방 상태로 유지하는 것을 중단시키는 단계; 및
    상기 하나 또는 복수의 엔진 밸브들을 계속해서 개방 상태로 유지하는 것을 중단시키는 것에 반응하여 엔진 시동을 위하여 엔진 실린더에 연료를 제공하는 단계를 포함하는,
    내연기관의 시동 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 엔진 파라미터는 엔진 크랭킹 시간 및 엔진 온도로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는,
    내연기관의 시동 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    엔진 크랭킹 동안 복수의 엔진 사이클에 대하여 상기 하나 또는 복수의 엔진 밸브들을 계속해서 개방 상태로 유지하면서 엔진 실린더에 가열된 공기를 제공하는 단계를 더 포함하는,
    내연기관의 시동 방법.
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