KR20180100628A - 액시얼 피스톤 모터를 작동시키기 위한 방법 및 액시얼 피스톤 모터 - Google Patents

Abstract

연료 및 압축된 연소 매체가 연소실내에서 연속적으로 연소되어 작업 유체 속으로 전달되고 작업 실린더속에 연속적으로 전달되는 액시얼 피스톤 모터가 공개된다. 상기 액시얼 피스톤 모터를 가능한 효과적으로 작동시키기 위한 압축을 형성하기 위해 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개가 포지티브 제어에 의해 밀폐되고 각각의 압축기 실린더내에 형성되는 압축기 압력에 의해 개방된다.

Description

액시얼 피스톤 모터를 작동시키기 위한 방법 및 액시얼 피스톤 모터

본 발명은 액시얼 피스톤 모터를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법에 의하면 연료 및 압축 연소 매체가 연소실내에서 연속적으로 연소되어 작업 매체를 발생시키고 피스톤들이 전후로 운동하는 연속적인 작업 실린더들로 전달되며 다음에 상기 피스톤들은 연소매체가 압축되는 압축기 실린더내에서 전후로 운동하는 동력 인출부(take off) 및 압축기 피스톤을 구동하고 상기 연소 매체는 압축기 유입구 밸브에 의해 흡인되며 압축된 연소 매체는 압축기 실린더들에 의해 연소실로 압축기 유출 밸브를 통하여 전달된다. 유사하게, 본 발명은, 작업 매체를 발생시키기 위해 연속적으로 압축된 연소 매체와 연료를 연소시키는 연소실, 주기적으로 개폐될 수 있는 쇼트 연결부(shot connection)에 의해 연소실과 연결되고 작동 피스톤들이 전후로 운동하는 작업 실린더들, 작동 피스톤에 의해 구동되는 압축기 피스톤들이 전후로 운동하는 압축기 실린더들, 및 압축기 실린더들의 압축기 유출 밸브로부터 연소실로 연장되는 적어도 한 개의 연소매체 공급라인을 포함한 액시얼 피스톤 모터에 관한 것으로, 상기 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개는 압축기 실린더로부터 떨어져 개방되고 밸브 구동부(valve drive)와 함께 작동하는 밀폐부(closure)를 가진다.

예를 들어, 상기 작동 방법과 액시얼 피스톤 모터가 문헌 제 EP 1 035 310 A2호 및 제 WO 2011/00943호에 공개된다. 이와 관련하여, 문헌 제 EP 1 035 310 A2호에 공개된 세라믹 볼은 가압실 또는 연소 매체 고읍 라인내에 형성된 압력에 의해 밸브시트에 대해 가압되고 압축기 유출 밸브의 밀폐 부분으로서 작용한다. 이렇게 하여 압축기 피스톤의 압력이 가압 실내부에 형성된 압력보다 작거나 해당 연소 매체 공급 라인의 압력보다 작은 경우에 유출 밸브는 밀폐된 상태로 유지된다. 압축기 실린더 내부의 압력이 연소 매체 공급 라인 또는 가압실내부의 압력보다 크면, 상기 세라믹 볼에 의해 형성된 압축기 유출 밸브의 밀폐 부분은 개방되고 설정 나사(setting screw)와 충돌한다. 그 결과, 가압실속에 형성된 경로가 개방된다. 문헌 제 WO 2011/00943호에 공개된 압축기 유출 밸브의 수동 제어(passive control)은 반구로서 형성되고 밸브커버 압축 스프링과 함께 작동하는 밸브 커버(valve cover)를 이용하여 궁극적으로 상기 압축기 유출 밸브는 연소 매체 공급 라인 및 압축기 실린더사이의 압력차에 의해 제어되며, 밸브 커버를 압축하는 스프링의 스프링 하중은 궁극적으로 상기 압력차의 작용과 평행하게 작용한다.

문헌 제 DE 602 25 683 T2호에 공개된 데스모드로믹 밸브(desmodromic valve) 제어에 의하면 밸브는 강제로 개폐된다.

본 발명의 목적은 효율적으로 압축이 이루어지는 액시얼 피스톤 모터 및 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 액시얼 피스톤 모터(axial piston motor)의 작동 방법 및 독립항의 특징을 가진 액시얼 피스톤 모터에 의해 달성된다. 상기 독립항들과 독립적으로 또 다른 유리한 실시예들이 종속항들 및 하기 설명으로부터 이해될 수 있다.

따라서, 액시얼 피스톤 모터를 작동시키기 위한 상기 형태의 작동 방법이 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개가 포지티브 제어(positive control)에 의해 밀폐되고 각각의 압축기 실린더내에 형성되는 압축기 압력에 의해 개방되는 특징을 가지면 가장 효율적인 압축이 발생할 수 있다. 이렇게 하여, 압축기 실린더내에 충분한 압축기 압력이 형성되는 한 연소 매체가 압축기 실린더로부터 연소실로 전달되며, 포지티브 제어(positive control)의 밀폐단계에 의해 압축기 실린더속으로 연소 매체가 역류되지 않고 따라서 손실이 발생되지 않는다.

다단 압축을 위한 상기 방법의 제어에 의하면, 압축기를 떠나는 연소 매체가 연소실로 직접 전달되는 것이 아니라 추가 압축 단계 예를 들어, 추가의 압축기 실린더에 의해 간접적으로 연소실로 전달된다.

상기 방법에 의하면, 압축 및 작동은 분리되어 압축은 가장 낮은 온도에서 발생될 수 있다.

선호적으로, 관련 압축기 피스톤이 압축기 피스톤의 상사점에 도달하기 전에 상기 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개의 밀폐단계가 시작된다. 이때, 압축된 연소 매체는 아직까지 압축기 실린더로부터 연소실로 유동한다. 그러나, 상기 유동은 상기 상사점 근처에서 상대적으로 경미한 체적 질량 유동으로 발생하여 밀폐 압축기 유출 밸브로부터 형성되고 상대적으로 작은 밸브 토출(valve throughput)은 중요하지 않게 되고 유동을 매우 경미하게 방해한다.

선호적으로, 관련 압축기 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 5°보다 늦지 않게 선호적으로 7°보다 늦지 않게 상기 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개의 밀폐단계가 시작된다.

이와 관련하여, 압축기 유출 밸브를 밀폐하기 위해 상기 압축기 유출 밸브의 밀폐부분은 압축기 유출 밸브가 궁극적으로 밀폐될 때까지 가속되고 일정 경로 거리를 가로질러야 한다. 밀폐 단계가 적절한 시간에 개시된다는 점에서 특히 허용오차를 고려하여 해당 압축기 유출 밸브가 적절한 시간에 밀폐되는 것이 보장될 수 있다.

이와 관련하여, 밀폐단계가 개시된 후에 강제적인 제어 또는 포지티브 제어인 밀폐 단계가 일부 환경에서 압축기 유출 밸브들 중 한 개가 가지는 운동 질량(moving mass)에 의해 발생될 수 있고 그 결과 특히 관련 압축기 피스톤이 상사점에 도달할 때 압축기 유출 밸브는 상기 압력차에 의해 밀폐된 상태로 유지되기 때문에 허용 오차에 근접할 수 있다. 이와 관련하여, 압축기 유출 밸브가 단단히 밀봉될 때까지 해당 압축기 유출 밸브가 능동적으로 압축되거나 가압 장치와 접촉된 상태를 가지는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 이와 관련하여, 밀폐단계가 개시된 후에 상기 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개는 자신의 중량에 의해 다소 탄도학적으로 자유롭게 밀폐되는 것이 유리하다.

따라서, 관련 압축기 피스톤이 상사점에 도달할 때 상기 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개가 밀폐되는 것이 유리하다. 그 결과, 연소 매체가 상기 연소 매체 공급 라인으로부터 각각의 압축기 실린더속으로 귀환 유동하는 것이 효과적으로 방지될 수 있다. 상기 설명과 같이, 상기 귀환 유동은 또한 제2 압축기 단에 의해 중지될 수 있다. 이렇게 하여, 상기 압축기 피스톤은 상사점에 도달한 직후에 흡인 효과를 가지기 때문에 압축된 연소매체의 손실은 최소값으로 감소되거나 완전히 방지될 수 있다.

각각의 압축기 실린더에서 형성되는 압축기 압력에 의해 상기 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개가 개방되기 때문에, 일단 압축기 실린더내에 충분한 압력이 존재하면 연소 매체는 연소실로 즉시 전달될 수 있다.

해당 압축기 유출 밸브의 해당 압력제어식 개방을 보장하기 위해, 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개는 각각의 압축기 실린더내에서 압축 단계 전에 구속해제되는 것이 유리하다. 이것은 예를 들어, 프라이밍(priming) 과정 동안 발생될 수 있다. 궁극적으로 연소 매체 공급 라인 및 압축기 실린더사이의 압력차에 의해 해당 압축기 유출 밸브가 단단히 밀폐되는 것이 이미 보장되기 때문에, 구속해제는 특히 관련 압축기 피스톤이 상사점에 도달한 후에 12°보다 늦지 않게, 선호적으로 10°보다 늦지 않게 발생될 수 있다.

특히, 압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개는 기계적으로 구동될 수 있어서 특히 정밀한 형태의 구동이 허용되므로 구조와 관련하여 용이하게 구성된다.

압축기 유출 밸브들 중 적어도 한 개는 액시얼 피스톤 모터의 동력 인출부와 동기화되어 구동되는 것이 선호되며, 액시얼 피스톤 모터의 동력 인출부 및 압축기 유출 밸브의 구동부사이의 위상이 필요한 경우에 각각의 작동상태에 관한 함수로서 적응될 수 있다.

상기 형태의 액시얼 피스톤 모터에 있어서, 상기 액시얼 피스톤 모터가 상기 밀폐 부분은 밸브 구동부와 함께 작동하며 제한 장치에 대항하여 개방되고, 상기 밸브 구동부는 개방 방향으로 구속해제되는 특징을 가질 때 가장 효과적인 압축이 발생할 수 있다. 그 결과, 한편으로 상기 밀폐 부분의 원하는 밀폐가 유리하다면 허용되고 다른 한편으로 압축기 실린더내에 충분한 압력이 형성될 때 밀폐 부분의 개방이 허용된다.

점증적으로 또는 선택적으로, 상기 형태의 액시얼 피스톤 모터가 상기 밀폐 부분은 밸브 구동부와 함께 작동하며 제한 장치에 대항하여 개방되고, 상기 밸브 구동부는 오직 상기 개방 방향을 따라 밀폐 부분상에 작용하는 특징을 가질 때 가장 효과적인 압축이 발생할 수 있다. 그 결과 한편으로 밀폐 부분의 강제적인 밀폐가 유리한 것으로 나타날 때 허용되고 압축기 실린더내에 충분한 압력이 형성될 때 밀폐 부분이 개방될 수 있다.

상기 형태의 액시얼 피스톤 모터에 있어서, 압축 및 작동이 분리되어 압축은 가장 낮은 온도에서 발생될 수 있다.

선호적으로, 상기 밸브 구동부는 기계적으로 구성되어 상기 밀폐 부분은 간단하고 정밀하게 제어될 수 있다.

구체적인 실시예에서, 상기 밸브 구동부는 상기 밀폐 부분사에 작용하는 가압 장치를 가질 수 있어서 개방 방향으로만 상기 밀폐 부분상에 작용하는 밸브 구동부가 구조적으로 특히 간단하게 구해질 수 있다. 구체적인 실시예에서, 상기 가압 장치가 밀폐 부분으로부터 제거된다는 점에서 상기 밸브 구동부는 개방 방향으로 구속해제될 수 있다.

따라서 상기 가압 장치와 제한 장치는 공통의 제어 모듈상에 배열되어 가압 장치 또는 제한 장치가 상기 제어 모듈의 이동에 의해 해당 위치로 이동하고 해당 압축기 유출 밸브가 이렇게 제어될 수 있다.

선호적으로, 상기 가압 장치와 제한 장치는 제어 모듈상에 서로 일체로 구성되어 구조적으로 특히 간단한 구조를 가진다.

특히, 상기 제어 모듈은 응력 위치와 이완 위치사이에서 이동하며, 상기 응력위치에서 선호적으로 가압장치 및 이완위치에서 선호적으로 제한 장치가 밀폐부분과 함께 작동하도록 각각 위치할 수 있다. 그 결과, 응력위치에서 상기 가압 장치는 밀폐부분상에 작용하여 이에 따라 밀폐 부분을 가압하는 반면에, 이완 위치에서 오직 제한 장치가 밸브 경로를 개방 방향으로 한정한다. 상기 제어 모듈이 해당 가압 운동을 가진다는 점에서 예를 들어, 해당 변위가 발생할 수 있다. 유사하게, 경사 레버 등의 경사 운동 또는 회전운동이 제공되어 제어 모듈은 상기 응력위치 및 이완 위치사이에서 변화하고 상호작용을 위해 밀폐 부분에 대해 가압 장치 또는 제한 장치를 제공한다.

필요한 경우에, 가압 장치와 제한 장치는 동일하게 구성될 수도 있고 특히 예를 들어, 가압 펀치(press down punches), 아마추어 또는 경사 레버의 경우에 가압 장치와 제한 장치는 동일하게 구성될 수 있다.

선호적으로, 상기 가압 장치, 제한 장치 및/또는 제어 모듈은 탄성 상태로 장착된다. 그 결과, 밀폐 부분에 작용하는 하중이 최소화되어 상기 밀폐 부분의 사용수명이 증가된다. 이것은 특히 밀폐 부분이 경량 설계로 구성되고 예를 들어, 매우 가벼운 재료로 제조되거나 내부에 중공구조를 가질 때 유리하다. 가압 장치와 관련하여 불가피한 생산 허용오차와 무관하게 상기 밸브는 신뢰성있게 밀폐되는 것이 보장될 수도 있다. 이와 선택적으로 또는 점증적으로, 밀폐 부분은 가압 장치, 제한 장치 또는 제어 모듈에 대해 효과적인 탄성 상태의 장착을 형성할 수도 있어서 이렇게 해당 구속해제가 보장된다. 또한, 필요한 경우에, 심지어 밸브가 밀폐되고 가압장치에 대해 배열될 때 가압장치가 밸브상에서 가압되면 상기 탄성 상태의 장착은 허용오차의 동일화를 위해 이용될 수 있다.

상기 탄성 상태의 장착과 선택적으로 또는 점증적으로, 상기 압축기 유출 밸브가 밀폐될 때 가압 장치는 밀폐 부분으로부터 떨어져 위치하여 허용오차의 동일화를 허용한다. 이것은 특히, 약간 다른 방식으로 상기 압축기 유출 밸브가 작동상 신뢰성을 가지며 밀폐되는 것이 보장될 때 가능하다. 이것은 압축기 유출 밸브의 고유 질량 및/또는 압력차, 압축기 유출 밸브 또는 다른 수단 예를 들어, 자기력에 의해 보장될 수 있다. 다음에 상기 탄성 상태의 장착은 재료의 응력 이완을 위해 이용될 수 있다.

종래기술로부터 이미 충분히 공지된 것처럼 연소실은 두 개의 단계로 작용할 수 있고 주요 연소실내에서 연료가 일반적으로 공기인 연소 매체와 접촉하기 전에 필수적으로 연료의 대부분을 열적으로 준비하는 예비 버너(pre burner)일 수 있다. 서로 다른 구조를 가진 연소실들은 또한 해당 액시얼 피스톤 모터들내에서 이용하게 이용될 수도 있다.

상기 설명과 같이, 연소매체 공급 라인은 상대적으로 복잡한 구조를 가질 수도 있다. 따라서, 상기 연소매체 공급 라인은 병렬구조를 가지고 다음에 개별적으로 각각의 압축기 실린더들로부터 연소실로 연장되는 다중 라인들을 가질 수 있다. 유사하게, 연소매체 공급 라인은 상기 설명과 같이 추가의 압축기 단들을 포함하고 따라서 우선 추가의 압축기 실린더속으로 개방되고 다음에 압축기 유출 밸브 또는 압축기 실린더의 압축기 유출 밸브로부터 연소실까지 형성된다. 연소매체 공급 라인의 부품으로서 압력실들이 압축기 실린더 다음에 제공될 수 있고 상기 압력실내에서 압축기 실린더에 의해 형성된 연소 매체가 우선 수집되고 다음에 한 개이상의 공급 라인내에서 연소실로 전달된다. 또한, 상기 연소매체 공급 라인은 한 개이상의 열교환기를 포함하고 상기 열교환기에 의해 연소 매체는 연소실로 유입되기 전에 가열(tempered)되며, 열교환기에서 작업 실린더로부터 발생한 배출가스 즉 배출가스의 열에너지가 종래기술에 이미 공지된 것처럼 이용되는 것이 선호된다.

상기 압축기 유출 밸브들 중 한 개가 판 밸브이고 판 밸브의 밸브 커버는 밀폐 부분이며 판 밸브의 밸브 샤프트상에 밸브 구동부가 작동하는 것이 선호된다. 이렇게 하여, 해당 액시얼 피스톤 모터가 구조적으로 간단하고 정밀하게 구성될 수 있다. 다른 한편으로, 해당 밸브 구동부가 제공되는 한 볼 밸브의 볼 또는 해당 반구가 밀폐 부분으로서 이용될 수 있다.

특히, 상기 밸브 구동부는 액시얼 피스톤 모터의 동력 인출부와 동기화되는 캠 샤프트 또는 캠 디스크를 가질 수 있다. 그 결과, 해당 동기화가 구조적으로 간단하고 정밀하게 형성될 수 있고, 다음에 상기 밀폐 부분을 기계적으로 구동하거나 기계적으로 구성된 밸브 구동부에 의해 구동할 수 있다. 다른 한편으로, 전기 신호, 유압 신호 또는 공압 신호가 캠 디스크 또는 캠 샤프트에 의해 발생될 수도 있고 상기 신호는 다음에 밸브 구동부의 동기화를 위해 이용될 수 있다.

상기 밸브 구동부는 추가의 압축기 유출 밸브 또는 압축기 유입구 밸브를 구동하고 그 결과 이에 따라 효과적인 구성방법이 제공되고 즉 매우 적은 구성 노력이 요구된다.

압축기 실린더 및 작업 실린더내에서 피스톤의 운동 방향은 동력 인출 샤프트와 평행하거나 액시얼 피스톤 모터로서 동력 인출부와 평행한 방향을 가진다. 연소실은 작동 실린더에 대해 중심에 배열되어 각각의 작업 실린더에 대해 동일하거나 매우 유사한 경로 거리가 형성되고 액시얼 피스톤 모터가 매우 균일하게 작동하는 것이 선호된다.

상기 해결책의 특징 및 청구범위의 특징들이 적용될 수 있다면 조합되어 장점들을 점증적으로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 장점, 목적 및 특성들이 특히 첨부된 도면에도 도시된 실시예에 관한 하기 설명으로부터 이해된다.

도 1은 압축기 유출 밸브가 밀폐상태를 가질 때 액시얼 피스톤 모터의 압축기 실린더 헤드를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 압축기 유출 밸브가 개방 상태를 가질 때 도 1의 구성을 도시한 도면.
도 3은, 도 1 및 도 2에 도시된 압축기 실린더 헤드가 이용될 수 있는 액시얼 피스톤 모터를 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 4는, 도 3에 도시된 액시얼 피스톤 모터의 작업 실린더 및 연소실을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는, 압축기 유출 밸브가 밀폐상태를 가질 때 도 3 및 도 4에 도시된 구조에서 이용될 수 있는 추가의 압축기 실린더 헤드를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 압축기 유출 밸브가 밀폐상태를 가질 때 도 5에 도시된 구조를 도시한 도면.
도 7은, 도 3 및 도 4에 도시된 액시얼 피스톤 모터내에서 이용될 수 있는 추가의 압축기 실린더 헤드를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은, 도 3 및 도 4에 도시된 액시얼 피스톤 모터내에서 이용될 수 있는 추가의 압축기 실린더 헤드를 개략적으로 도시한 단면도.

도 1 및 도 2에 도시된 압축기 실린더 헤드(17)가 도 3 및 도 4에 도시된 액시얼 피스톤 모터(10)내에서 이용될 수 있고 압축기 실린더(40)에 대한 적어도 환 개의 연소 매체 유입구(46) 및 한 개의 연소 매체 유출구(47)를 가진다.

전후로 운동하는 압축기 피스톤(45)에 의해 압축기 실린더(40) 내에 압축되는 연소 매체는 매니폴드(48)내에 수집되고 개별 압축기 실린더(40)의 연소 매체 유출구(47)가 상기 매니폴드속으로 개방된다.

실시예에서 세 개의 부분들로 형성된 다중 부분 연소 매체 공급 라인(56)은 열교환기(55)의 갯수에 따라 상기 매니폴드(48)로부터 열교환기(55)를 통해 연소실(20)까지 도달하고, 상기 매니폴드(48)는 연소매체 공급 라인(56)의 일부분으로서 고려되어야 한다. 변형예에서, 연소매체 공급 라인(56)은 상대적으로 간단하거나 복잡하게 구성될 수 있고 또한 예를 들어, 추가 압축기 단(compressor stages)까지 연장되거나 추가 압축기 단에 의해 중단되며 상기 압축기 단들은 또한 해당 밸브 및 연소 매체 유입구 및/또는 유출구를 가질 수도 있다.

연소실(20)로부터 시작해서, 주기적으로 개폐될 수 있는 각각의 작업 실린더(30) 및 연소실(20) 사이에서 쇼트 채널(shot channels)(26)로 표시되는 쇼트 연결부(25)들이 작업 실린더(30)까지 연장된다. 실시예의 구체적인 실시에 의존하여, 쇼트 연결부는 연소실(20) 등에 대해 동축 구조로 배열된 로터리 밸브 또는 제어 피스톤에 의해 예를 들어, 작업 실린더를 둘러싸는 버트- 맥컬럼(Burt McCollum) 슬리브 밸브에 의해 구성될 수 있다.

상기 작업 실린더(30)내에서 작동 피스톤(35)들은 전후로 운동한다. 상기 작동 피스톤들은 각각, 피스톤 로드(51)에 의해 압축기 피스톤(45)과 연결되며, 상기 피스톤 로드(51)는 동력 단절 샤프트(power take off shaft)(53)상에 배열된 동력 인출부(50)의 캠 디스크(52)와 함께 작동한다. 상기 피스톤 로드(51)는 대형 단부 베어링(57)에 의해 상기 동력 인출부(50)의 캠 디스크(52)와 함께 작동한다(도 7을 참고한다).

상기 압축기 실린더(40), 압축기 피스톤(45), 작업 실린더(30), 작동 피스톤(35) 및 피스톤 로드(51)들은, 별(star) 형상을 가지며 상기 연소실(20) 및 동력 단절 샤프트(53) 주위에서 동축 구조로 배열된다.

상기 액시얼 피스톤 모터(10)는 한쪽 측부에서, 도면에 상세하게 도시되지 않지만 충분히 공지된 배출 가스 밸브와 배출가스(36)를 위한 라인 및 쇼트 채널(26)을 가진 작업 실린더 헤드(15)를 가지는 하우징(16)을 포함한다.

유사하게 상기 하우징(16)은 압축기 실린더 헤드(17)를 가진다.

배출 가스(36)는 열교환기(55)속으로 전달되고 상기 연소매체가 연속적으로 작동하는 연소실내에서 연료의 연소를 위해 이용되기 전에 열교환기의 열에너지는 열교환기(55)내에서 연소 매체 공급 라인(56)속의 압축 연소 매체로 전도된다. 도 3 및 도 4의 개략도에서 단지 단일 단(single stage) 연소실이 도시된다. 여기서 특히 연료를 준비하기 위한 예비 버너(pre burner)를 가진 다중 단 연소과정이 제공될 수도 있다.

상기 압축기 실린더 헤드(17)내에 제공된 연소 매체 유출구(47)가 압축기 유출 밸브(42)에 의해 개폐될 수 있다.

판 밸브(plate valve)(80)로서 형성된 압축기 유출 밸브(42)는 밸브(70)로서 밀폐 부분(71)을 가지며, 상기 밀폐 부분은 상기 판 밸브(80)의 밸브 커버(81) 및 압축기 실린더 헤드(17) 자체에 의해 형성되고 상기 판 밸브(80)의 밸브 시트(83)를 형성하는 대응 부분(75)에 의해 형성된다. 상기 판 밸브(80)는 또한, 밸브 안내부(89)에 의해 안내되는 밸브 샤프트(82)를 포함하여, 상기 밸브(70)가 신뢰성있게 개폐될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 밸브 안내부(89)는 압축기 실린더 헤드(17)내에 배열된다.

상기 압축기 실린더 헤드(17)내에 장착되어 슬리브 형상의 제어 모듈 안내부(88)에 의해 동력 단절 샤프트(53)에 대해 반경 방향으로 이동하고 가압 스프링(press down spring)(87)에 의해 캠 디스크(61)에 대해 가압되는 제어 모듈(65)이 밸브 구동부(60)로서 이용되며, 제어 모듈(65)은 마찰 손실을 감소시키기 위해 캠 디스크(61)위에서 이동하는 캠 종동자 볼(cam follower ball)(85)을 가진다. 상기 가압 스프링(87)은 한쪽 측부에서 제어 모듈 안내부(88) 상에서 지지되고 다른 한쪽 측부에서 제어 모듈(65)이 부착되는 슬리브(84) 상에서 지지되어 상기 제어 모듈(65)은 캠 디스크(61)에 의해 동력 단절 샤프트(53)의 회전운동과 동기화되어 제어되는 데 상기 캠 디스크(61)는 동력 단절 샤프트(53)상에 설치되기 때문이다.

마찰 손실을 감소시키기 위해 제어 모듈(65) 및 밸브 샤프트(82)사이에 제어 볼(86)이 제공된다.

상기 제어 모듈(65)은, 상기 동력 단절 샤프트(53)를 기준으로 반경 방향으로 볼 때 제어 모듈(65)의 서로 다른 위치들에 배열된 제한 장치(73) 및 가압 장치(74)를 포함한다. 다음에 캠 디스크(61)의 캠 트랙에 의존하여 상기 제한 장치(73) 또는 가압 장치(74)는 캠 디스크(61)에 의해 제어 볼(86)과 상호작용하는 위치로 이동한다.

축 방향으로 볼 때 상기 가압 장치(74)는 밸브 시트(83)와 근접하게 배열되어 밸브 커버(81)는 밸브 시트(83)에 대해 가압되며, 도 1에 도시된 것과 같이 상기 가압 장치(74)가 제어 볼(86)을 기준으로 상호작용위치에 배열될 때 상기 압축기 유출 밸브(42)는 밀폐된다.

대조적으로 상기 제한 장치(73)가 제어 볼(86)을 기준으로 상호 작용 위치에 배열되면 도 2에서 예로서 도시된 것과 같이 압축기 실린더(40) 내부의 가스 압력이 연소매체 유출구(47)속의 가스 압력을 초과하는 경우, 밸브 커버(81)는 밸브 시트(83)로부터 개방될 수 있다.

상기 제한 장치(73)가 제어 볼(86)에 대해 상호작용 위치내에 배열되면 이 정도까지 상기 제어 모듈(65) 즉, 밸브 구동부(60)는 개방 방향(72)을 향해 밸브(70)를 구속해제한다. 다음에 상기 밸브는 자신에 의해 개방되고 가스 압력에 의해 제어될 수 있다. 다른 한편으로 제어 모듈(65)의 가압 장치(74)가 밸브 구동부(60)에 의해 제어 볼(86)과 상호작용 위치로 이동하면 상기 밸브(70)는 강제적으로 밀폐된다.

가압 장치(74) 및 제한 장치(73)는 제어 모듈(65)의 탄성 암위에 제공되어 제어 모듈(65)은 밸브(70)의 밀폐부분(71)과 탄성 상태로 상호작용한다. 그 결과 한편으로 밸브(70)의 재료에 대한 응력이 완화되고 다른 한편으로 특히 불가피한 생산 오차를 고려하여 대응 부분(75)위에서 밀폐 부분(71)의 탄성 시트가 보장된다.

상기 실시예에서, 가압 장치(74) 및 밸브 샤프트(82), 제어 볼(86) 또는 밸브 시트(83) 사이의 기하학적 형상이 서로 조정되어 상기 압축기 유출 밸브(42)가 밀폐될 때 가압 장치가 제어 볼(86)에 대해 상호작용위치로 이동하면 가압 장치(74)는 제어 볼(86)과 떨어져 위치하여, 생산 오차를 고려하게 된다. 상기 압축기 유출 밸브(42) 자체는 압축기 유출 밸브가 제어 모듈(65)에 의해 밀폐 방향으로 가속되면 자신의 운동 및 질량에 의해 탄도학적으로(ballistically) 밀폐된다. 또한, 해당 압축기 피스톤(45)의 상사점이 도달할 때 압축기 유출 밸브(42)상에서 압력차는 밸브를 밀폐시킨다. 선택적인 실시예에서, 탄성 상태의 장착이 허용 오차에 대해 충분히 조정되면 심지어 상기 압축기 유출 밸브(42)가 밀폐될 때에 상기 가압 장치(74)는 상기 제어 볼(86)에 대해 상호작용위치에 배열될 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서, 아마추어(91)를 가진 자석(90)이 밸브 구동부(60)로서 이용되고 상기 자석과 밸브 구동부는 판 밸브(80)로서 구성된 밸브(70)와 함께 작동한다.

밸브 안내부(89)가 삽입되는(recessed)는 알루미늄 지지부(93)는 자석(90)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 아마추어(91)의 측부에서 정지부(94)를 가지고, 자석에 대해 상기 정지부 스프링(92)은 아마추어(91)를 가압한다. 상기 자석(90)으로 전류가 인가될 때 상기 아마추어(91)는 상기 스프링(92)의 스프링 하중에 대항하여 개방 방향(72)과 반대로 상기 자석(90)에 대해 끌어 당겨진다. 상기 자석(90)의 스위치 연결이 꺼질 때 상기 스프링(92)은 개방 방향(72)을 따라 정지부(94)에 대해 상기 아마추어(91)를 다시 가압할 수 있다.

상기 알루미늄 지지부(93)의 영역에서 알루미늄 지지부(93)를 둘러싸는 압축기 실린더 헤드(17)의 영역은 냉각 리브(95)들을 가진다.

상기 구성에 의하면, 밸브(70)의 밀폐 부분(71)은 개방 방향을 향해 자유롭게 개방되고 단지 압축기 실린더(40) 및 연소 매체 유출구(47) 사이에 압력차가 존재하기 때문에 제한적으로 개방될 수 있으며, 상기 밀폐 부분은 자석(90)에 의해 밀폐될 수 있다. 이와 관련하여, 밸브(70)의 밀폐부분(71)과 접촉하는 아마추어(91)의 샤프트는 제한 장치(73)로서 작동하고 또한 가압 장치(74)로서 작동하며, 압축기 유출 밸브(42) 즉 밸브(70)는 아마추어(91)의 인력에 의해 밸브(70)의 개방 방향과 반대로 강제로 밀폐될 수 있다.

상기 실시예에서, 아마추어(91)의 샤프트, 밸브 시트(83) 또는 밸브 샤프트(81)는 기하학적 형상과 관련하여 서로 조정되어 심지어 압축기 유출 밸브(42)가 밀폐될 때에 가압 장치(74)가 밸브 샤프트(81)위에 배열된다. 여기서, 허용오차의 동일화(tolerance equalization)를 위해 상기 아마추어(91) 및 자석(90)사이에 작은 간격이 유지될 수 있다. 선택적으로, 밸브 샤프트(81) 또는 아마추어(91)의 샤프트가 이에 따라 상대적으로 짧게 형성된다는 점에서 압축기 유출 밸브(42)의 탄도학적 밀폐가 제공될 수 있어서 압축기 유출 밸브(42)가 밀폐될 때 가압 장치(74)는 밸브 샤프트(81)에 대해 배열되지 못한다.

도 7 및 도 8에 도시된 구성은, 캠 샤프트(62)로서 작동하는 캠 디스크(61)에 의해 제어되는 압축기 유입구 밸브(41)의 가능한 실시예를 도시한다. 이와 관련하여, 각각의 압축기 유입구 밸브(41)는 작동 레버(99)에 의해 제어된다.

10 액시얼 피스톤 모터(axial piston motor)
15 작업 실린더 헤드(working cylinder head)
16 하우징(housing)
17 압축기 실린더 헤드(compressor cylinder head)
20 연소실(combustion chamber)
25 쇼트 연결부(shot connection)
26 쇼트 채널(shot channel)
30 작업 실린더(working cylinder (numbered as an example)
35 작동 피스톤(working piston)
36 배출가스(exhaust gas)
40 압축기 실린더(compressor cylinder)
41 압축기 유입구 밸브(compressor inlet valve)
42 압축기 유출 밸브(compressor outlet valve)
45 압축기 피스톤(compressor piston)
46 연소 매체 유입구(combustion medium inlet)
47 연소 매체 유출구(combustion medium outlet)
48 매니폴드(manifold)
50 동력 인출부(power take-off)
51 피스톤 로드(piston rod)
52 캠 디스크(cam disk)
53 동력 단절 샤프트(power take-off shaft)
55 열교환기(heat exchanger)
56 연소 매체 공급 라인(combustion medium feed line)
57 대형 단부 베어링(large end bearing)
60 밸브 구동부(valve drive)
61 캠 디스크(cam disk)
62 캠 샤프트(cam shaft)
65 제어 모듈(control module)
70 밸브(valve)
71 밀폐 부분(closure part)
72 개방 방향(opening direction)
73 제한 장치(restriction arrangement)
74 가압 창치(press-down arrangement)
75 대응 부분(counter-part)
80 판 밸브(plate valve)
81 밸브 커버(valve cover)
82 밸브 샤프트(valve shaft)
83 밸브 시트(valve seat)
84 슬리브(sleeve)
85 캠 종동자 볼(cam follower ball)
86 제어 볼(control ball)
87 가압 스프링(press-down spring)
88 제어 모듈 안내부(control module guide)
89 밸브 안내부(valve guide)
90 자석(magnet)
91 아마추어(armature)
92 스프링(spring)
93 알루미늄 지지부(aluminum support
94 정지부(stop)
95 냉각 리브(cooling ribs)
99 작동 레버(actuation lever)

Claims (18)

1. 연료 및 가압된 연소 매체가 연소실(20)내에서 연속적으로 연소되어 작업 매체를 발생시키고 작동 피스톤(5)들이 전후로 운동하는 연속적인 작업 실린더(30)들로 전달되며 다음에 상기 작동 피스톤들은 연소 매체가 압축되는 압축기 실린더(40)내에서 전후로 운동하는 압축기 피스톤(45) 및 동력 인출부(50)를 구동하고 상기 연소 매체는 압축기 유입구 밸브(41)에 의해 흡인되고 상기 압축된 연소 매체는 연소실(20)의 압축기 실린더(40)에 의해 압축기 유출 밸브(42)를 통하여 연소실로 전달되는 액시얼 피스톤 모터(10)의 작동 방법에 있어서,
   압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개가 포지티브 제어에 의해 밀폐되고 각각의 압축기 실린더(40)내에 형성되는 압축기 압력에 의해 개방되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 관련 압축기 피스톤(45)이 상사점에 도달하기 전에 상기 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개의 밀폐단계가 시작되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
3. 제2항에 있어서, 관련 압축기 피스톤(45)이 상사점에 도달하기 전에 5°보다 늦지 않게 선호적으로 7°보다 늦지 않게 상기 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개의 밀폐단계가 시작되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 관련 압축기 피스톤(45)이 상사점에 도달할 때 상기 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개가 밀폐되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐단계가 개시된 후에 상기 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개는 자신의 중량에 의해 자유롭게 밀폐되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개는 압축 단계전에 구속해제되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개는 기계적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개는 액시얼 피스톤 모터(10)의 동력 인출부(50)와 동기화되어 구동되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터의 작동 방법.
   
9. 연속적으로 압축되는 연소 매체 및 연료를 연소시켜서 작업 매체를 발생시키는 연소실(20)을 포함하고, 주기적으로 개폐될 수 있는 쇼트 연결부(25)들에 의해 상기 연소실(20)과 연결되는 작업 실린더(30)들을 포함하며, 상기 작업 실린더내에서 작동 피스톤들이 전후로 운동하고, 압축기 피스톤(45)이 전후로 운동하는 압축기 실린더(40)들을 포함하며 상기 압축기 피스톤은 상기 압축기 피스톤(45)에 의해 구동되고, 압축기 실린더(40)의 압축기 유출 밸브(42)로부터 상기 연소실(20)까지 연장되는 적어도 한 개의 연소 매체 공급 라인(56)을 포함하며, 상기 압축기 유출 밸브(42)들 중 적어도 한 개는 상기 압축기 실린더(40)로부터 떨어져 개방되는 밀폐 부분(71)을 가지는 액시얼 피스톤 모터(10)에 있어서,
   상기 밀폐 부분(71)은 밸브 구동부(60)와 함께 작동하며 제한 장치(73)에 대항하여 개방되고, 상기 밸브 구동부(60)는 개방 방향(72)으로 구속해제되는 특징 및/또는 상기 밸브 구동부(60)는 오직 상기 개방 방향(72)을 따라 밀폐 부분(71)상에 작용하는 특징을 가지는 액시얼 피스톤 모터.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 밸브 구동부(60)는 기계적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 밸브 구동부(60)는 상기 밀폐 부분(71)상에 작용하는 가압 장치(74)를 가지는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
12. 제11항에 있어서, 상기 압축기 유출 밸브(42)가 밀폐될 때 상기 가압 장치(74)는 상기 밀폐 부분(71)으로부터 떨어져 위치하는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 가압 장치(74) 및 제한 장치(73)는 제어 모듈(65)상에 위치하고 선호적으로 서로 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
14. 제13항에 있어서, 상기 제어 모듈(65)은 응력 위치와 이완 위치사이에서 이동하는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압 장치, 제한 장치 및/또는 제어모듈은 탄성상태로 장착되는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기 유출 밸브(42)들 중 한 개는 판 밸브(80)이고 판 밸브의 밸브 커버(81)는 밀폐 부분(71)이며 판 밸브의 밸브 샤프트(82)상에 밸브 구동부(60)가 작동하는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 구동부(60)는 액시얼 피스톤 모터(10)의 동력 인출부(50)와 동기화되는 캠 샤프트(62) 또는 캠 디스크(61)인 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.
    
18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 구동부(60)는 추가로 압축기 유출 밸브(42) 및/또는 압축기 유입구 밸브(41)를 구동하는 것을 특징으로 하는 액시얼 피스톤 모터.

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