KR20190111771A - Exhaust valve actuation system and large two-stroke internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an exhaust valve actuation system for a large two-stroke internal combustion engine and, more specifically, to a hydraulic exhaust valve actuation system capable of being electronically controlled. According to the present invention, the exhaust valve actuation system comprises: a displacement pump (40) including a first shaft (43) and first and second ports and providing two flowing directions; a hydraulic accumulator (28) fluid-connected to the first port; a motor-generator, such as a variable displacement motor (30), including a second shaft (33) and third and fourth ports, and providing two flowing directions with respect to the rotational direction of one shaft. The second port is fluid-connected to a linear hydraulic actuator (70) actuated on a spindle (23) of an exhaust valve (4) and the first shaft (43) is operatively coupled to the second shaft (33).

Description

배기 밸브 작동 시스템 및 대형 2행정 내연 기관{EXHAUST VALVE ACTUATION SYSTEM AND LARGE TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}EXHAUST VALVE ACTUATION SYSTEM AND LARGE TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 대형 내연 기관용 배기 밸브 작동 시스템에 관한 것으로, 특히 전자식으로 제어할 수 있는 유압 구동식 배기 밸브 작동 시스템에 관한 것이다. 유압 구동식 배기가스 작동 시스템은 일반적으로 대형 터보차징 2행정 압축 점화 내연 기관에 사용된다. 본 발명은 또한 배기 밸브 작동 시스템을 구비한 대형 2행정 압축 점화 내연 기관에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust valve actuation system for a large internal combustion engine, and more particularly to a hydraulically driven exhaust valve actuation system that can be controlled electronically. Hydraulically driven exhaust operation systems are commonly used in large turbocharged two-stroke compression ignition internal combustion engines. The invention also relates to a large two-stroke compression ignition internal combustion engine with an exhaust valve actuation system.

대형 터보차징 2행정 압축 점화식 내연 기관은 일반적으로 컨테이너선과 같은 대형 해양 선박이나 발전소에서 원동력으로 사용된다.Large turbocharging two-stroke compression ignition internal combustion engines are commonly used as motive power in large marine vessels or power plants such as container ships.

이들 엔진의 실린더에는 실린더 커버, 즉 실린더 상단에 단일 배기 밸브가 제공되고, 실린더 라이너의 하부 영역에 피스톤 제어 소기 포트 링이 제공된다.The cylinders of these engines are provided with a cylinder cover, i.e. a single exhaust valve at the top of the cylinder, and a piston controlled scavenging port ring in the lower region of the cylinder liner.

대부분의 현대식 엔진에는 전자식으로 제어되고 유압으로 작동되는 배기 밸브 작동 시스템이 제공된다. 구식 캠축 작동 배기 밸브 작동 시스템과 비교하여, 전자식으로 제어되고 유압으로 작동하는 시스템은 크게 향상된 유연성과 조정 기능을 제공하여 엔진의 전체 작동 조건에서 배기가스와 연료 소비를 최적화할 수 있다. 이로써 연소 과정을 더 효율적으로 제어하여, 보다 효율적으로 연소하고 배출 값을 낮출 수 있어, 모든 구동 속도에서 무연 작동, 부분 부하 연료 소비 감소 및 최소 구동 속도 감소가 가능하다.Most modern engines are provided with an electronically controlled, hydraulically actuated exhaust valve actuation system. Compared with the old camshaft operated exhaust valve actuation system, the electronically controlled and hydraulically actuated system offers significantly improved flexibility and adjustment to optimize exhaust and fuel consumption over the full operating conditions of the engine. This allows more efficient control of the combustion process, resulting in more efficient combustion and lower emission values, resulting in lead-free operation, reduced partial load fuel consumption and reduced minimum drive speed at all drive speeds.

유압 작동 시스템은 배기 밸브의 밸브 디스크에 작용하는 연소실의 압력과 배기 밸브를 시트 쪽으로 밀어주는 공기 스프링의 힘에 대항하여 배기 밸브를 열어야 한다.The hydraulic actuation system must open the exhaust valve against the pressure of the combustion chamber acting on the valve disk of the exhaust valve and the force of the air spring pushing the exhaust valve towards the seat.

따라서, 초기에는 배기 밸브를 열기 위해 매우 큰 힘이 필요하고 상당한 양의 유압 에너지가 배기 밸브의 개방 행정에 사용된다.Thus, initially a very large force is needed to open the exhaust valve and a significant amount of hydraulic energy is used for the opening stroke of the exhaust valve.

배기 밸브의 개방 행정에서 유압 액추에이터에 의해 전달되는 에너지의 대부분은 위치 에너지로 가스 스프링에 저장된다. 대신에, 폐쇄 행정에서 배기 밸브에 작용하는 배기가스의 에너지와 저장된 에너지의 주요 부분은 유압 액추에이터로부터 유압 에너지의 형태로 되돌아 오는 에너지를 포획할 수단이 없기 때문에 낭비된다. 이 유압 에너지는 유압 시스템의 탱크로 리턴 오일(유압 액체)로 낭비된다. Most of the energy delivered by the hydraulic actuator in the open stroke of the exhaust valve is stored in the gas spring as potential energy. Instead, the main part of the energy and the stored energy of the exhaust gas acting on the exhaust valve in the closing stroke is wasted because there is no means to capture the energy returning from the hydraulic actuator in the form of hydraulic energy. This hydraulic energy is wasted as return oil (hydraulic liquid) into the tank of the hydraulic system.

대형 2행정 디젤 에너지에서 배기 밸브를 작동하는 데 사용되는 유압 에너지의 양은 상당히 중요하며, 전자 제어식 엔진의 연소 제어를 증가시킴으로써 얻은 연료 절감의 상당 부분은 유압식으로 구동되는 배기 밸브 작동 시스템에서 잃게 된다.The amount of hydraulic energy used to operate the exhaust valves in large two-stroke diesel energy is of considerable importance, and much of the fuel savings gained from increasing combustion control in electronically controlled engines are lost in hydraulically driven exhaust valve actuation systems.

WO01/20138호에는 내연 기관의 밸브를 제어하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이 장치에는 펌프가 구비된 유압 회로, 회로 내 매체 유동을 제어하도록 설계된 제어 밸브 및 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 엔진 밸브를 움직이도록 설계된 동력 장치가 포함된다. 펌프는 내연 기관이 작동하는 동안 적어도 회로의 일부에서 연속적으로 매체의 유동이 순환하도록 설계되고, 제어 밸브는 필요에 따라 펌프에 의해 순환되는 매체의 유동을 동력 장치에 유도하여 동력 장치가 모터 밸브를 원하는 방향으로 움직이도록 설계된다. 이 장치에서, 이 유압 에너지는 위에서 자세히 설명한 것처럼 유압 시스템의 탱크로의 리턴 오일(유압 액체)로 낭비된다. WO01 / 20138 discloses a device for controlling a valve of an internal combustion engine. The device includes a hydraulic circuit with a pump, a control valve designed to control the media flow in the circuit, and a power unit designed to move the engine valve between the open and closed positions. The pump is designed such that the flow of the medium is continually circulated in at least part of the circuit during operation of the internal combustion engine, and the control valve induces the flow of the medium circulated by the pump to the power unit as necessary, so that the power unit may It is designed to move in the desired direction. In this device, this hydraulic energy is wasted as return oil (hydraulic liquid) to the tank of the hydraulic system as detailed above.

본 발명은 위와 같은 상황을 고려하여 위에 언급된 문제점을 극복하거나 적어도 감소시키는 것이 목적이다.It is an object of the present invention to overcome or at least reduce the above mentioned problems in view of the above situation.

전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백하다. The above and other objects are achieved by the features of the independent claims. Further implementations are apparent from the dependent claims, the description and the drawings.

제1 양태에 따르면, 대형 2행정 내연 기관, 특히 전자식으로 제어할 수 있는 유압 구동 배기 밸브 작동 시스템용 배기 밸브 작동 시스템이 제공되며, 상기 배기 밸브 작동 시스템은 다음을 포함한다.According to a first aspect, there is provided an exhaust valve actuation system for a large two-stroke internal combustion engine, in particular an electronically controllable hydraulically driven exhaust valve actuation system, the exhaust valve actuation system comprising:

제1 샤프트, 제1 포트 및 제2 포트를 구비하고 두 유동 방향을 제공할 수 있는 용적 펌프(positive displacement pump), 제1 포트에 유체로 연결된 유압 어큐뮬레이터, 배기 밸브의 스핀들에 작용하는 선형 유압 액추에이터에 유체로 연결되도록 구성되는 제2 포트 및 제2 샤프트를 구비한 모터-발전기를 포함하며, 제1 샤프트는 제2 샤프트에 작동 가능하게 결합한다.A positive displacement pump having a first shaft, a first port and a second port and capable of providing two flow directions, a hydraulic accumulator fluidly connected to the first port, a linear hydraulic actuator acting on the spindle of the exhaust valve And a motor-generator having a second port and a second shaft configured to be fluidly connected to the first shaft, the first shaft being operatively coupled to the second shaft.

어큐뮬레이터를 가변 용량 펌프의 제1 포트에 연결하고, 유압 배기 밸브 액추에이터를 가변 용량 펌프의 제2 포트에 연결함으로써, 유압 유체는 유압 어큐뮬레이터와 유압 액추에이터 사이에 갇히고, 리턴 수단(예: 가스 스프링)과 배기 밸브에 작용하는 배기가스에 의한 배기 밸브의 폐쇄 행정 동안 유압 액추에이터에 공급된 기계적 에너지는 유압 어큐뮬레이터에 전달된다. 또한, 귀환(return) 행정 동안 유압 액추에이터로부터 오는 유압 에너지의 다른 부분은 순간적으로 브레이크로 작용할 수 있는 모터 발전기 또는 가변 용량 모터에 전달된다. 즉, 유압 펌프로 작용하여 고압 유압 액체를 다시 유압 모터에 정상적으로 동력을 공급한다. 따라서, 폐쇄 행정 동안 배기 밸브에 공급되는 에너지의 매우 큰 부분은 배기 밸브를 크게 작동시키기 위한 순 에너지의 양을 감소시킴으로써 거기에서 회수된다.By connecting the accumulator to the first port of the variable displacement pump and connecting the hydraulic exhaust valve actuator to the second port of the variable displacement pump, the hydraulic fluid is trapped between the hydraulic accumulator and the hydraulic actuator, and the return means (e.g. gas spring) Mechanical energy supplied to the hydraulic actuator during the closing stroke of the exhaust valve by the exhaust gas acting on the exhaust valve is transmitted to the hydraulic accumulator. In addition, other parts of the hydraulic energy coming from the hydraulic actuators during the return stroke are delivered to a motor generator or variable displacement motor that can act as a brake momentarily. That is, it acts as a hydraulic pump to supply high pressure hydraulic liquid to the hydraulic motor normally. Thus, a very large portion of the energy supplied to the exhaust valve during the closing stroke is recovered there by reducing the amount of net energy for greatly operating the exhaust valve.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 유압 어큐뮬레이터는 제1 폐쇄 유압 시스템을 형성하도록 제1 포트에 연결된다.According to a possible embodiment of the first aspect, the hydraulic accumulator is connected to the first port to form a first closed hydraulic system.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 선형 유압 액추에이터는 제2 폐쇄 유압 시스템을 형성하도록 제2 포트에 연결된다. According to a possible embodiment of the first aspect, a linear hydraulic actuator is connected to the second port to form a second closed hydraulic system.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 용적 펌프는 제1 샤프트의 한 회전 방향에 대해 두 유동 방향을 제공할 수 있는 가변 용량 펌프이다.According to a possible embodiment of the first aspect, the volumetric pump is a variable displacement pump capable of providing two flow directions with respect to one direction of rotation of the first shaft.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 모터-발전기는 제2 샤프트의 두 회전 방향으로 작동하도록 구성된다. According to a possible embodiment of the first aspect, the motor-generator is configured to operate in two directions of rotation of the second shaft.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 모터-발전기는 제3 포트와 제4 포트를 구비하고 한 유동 방향에 대해 제2 샤프트의 두 회전 방향이 가능한 가변 용량 모터이다.According to a possible embodiment of the first aspect, the motor-generator is a variable displacement motor having a third port and a fourth port and capable of two directions of rotation of the second shaft with respect to one flow direction.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 모터-발전기는 전기 모터-발전기이다.According to a possible embodiment of the first aspect, the motor-generator is an electric motor-generator.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 모터-발전기는 제3 포트와 제4 포트를 구비하고 상기 제2 샤프트의 한 회전 방향에 대해 유동 방향이 둘인 가변 용량 모터이다.According to a possible embodiment of the first aspect, the motor-generator is a variable displacement motor having a third port and a fourth port and having two flow directions with respect to one rotational direction of the second shaft.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 제3 포트는 제1 고압 유압 유체의 제1 공급원에 연결되고, 제4 포트는 제2 고압의 제2 공급원에 연결되고, 제1 고압은 제2 고압보다 더 높다.According to a possible embodiment of the first aspect, the third port is connected to a first source of first high pressure hydraulic fluid, the fourth port is connected to a second source of second high pressure, and the first high pressure is higher than the second high pressure. Higher.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 배기 밸브 작동 시스템은 가변 용량 모터의 회전 속도와 용량을 제어하도록 구성되고 가변 용량 펌프의 용량을 제어하도록 구성된 전자제어장치를 포함한다.According to a possible embodiment of the first aspect, the exhaust valve actuation system comprises an electronic control device configured to control the rotational speed and the capacity of the variable displacement motor and to control the capacity of the variable displacement pump.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 배기 밸브 작동 시스템은 배기가스 스핀들의 위치를 나타내는 제1 센서를 포함한다.According to a possible embodiment of the first aspect, the exhaust valve actuation system comprises a first sensor indicating the position of the exhaust gas spindle.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 배기 밸브 작동 시스템은 가변 용량 모터의 회전 속도를 나타내는 제2 센서를 포함한다.According to a possible embodiment of the first aspect, the exhaust valve actuation system comprises a second sensor indicating the rotational speed of the variable displacement motor.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 가변 용량 펌프는 레이디얼 피스톤 펌프 및/또는 가변 용량 유압 모터는 레이디얼 피스톤 모터이다.According to a possible embodiment of the first aspect, the variable displacement pump is a radial piston pump and / or the variable displacement hydraulic motor is a radial piston motor.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 배기 밸브 작동 시스템은 가변 용량 펌프의 하나 이상의 제어 포트에 유체로 연결되는 제1 제어 밸브를 포함하여, 제1 가변 용량 펌프의 용량과 방향 유동을 제어하고, 제1 제어 밸브는 전자제어장치에 의해 전자식으로 제어된다. According to a possible embodiment of the first aspect, the exhaust valve actuation system comprises a first control valve fluidly connected to one or more control ports of the variable displacement pump, thereby controlling the capacity and the directional flow of the first variable displacement pump, The first control valve is electronically controlled by the electronic controller.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면 배기 밸브 작동 시스템은 가변 용량 유압 모터의 용량과 방향 유동을 제어하기 위해 가변 용량 유압 모터의 하나 이상의 제어 포트에 유체로 연결되는 제2 제어 밸브를 포함하고, 제2 제어 밸브는 전자제어장치에 의해 전자식으로 제어된다.According to a possible embodiment of the first aspect the exhaust valve actuation system comprises a second control valve fluidly connected to one or more control ports of the variable displacement hydraulic motor for controlling the capacity and directional flow of the variable displacement hydraulic motor, 2 The control valve is electronically controlled by an electronic controller.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 전자제어장치는 가변 용량 유압 모터의 용량을 제어함으로써 제2 샤프트의 회전 속도를 소정의 회전 속도로 유지하도록 구성된다.According to a possible embodiment of the first aspect, the electronic controller is configured to maintain the rotational speed of the second shaft at a predetermined rotational speed by controlling the capacity of the variable displacement hydraulic motor.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 전자제어장치는 배기 밸브의 원하는 위치를 나타내는 신호에 따라 제2 포트로 및 제2 포트로부터의 유동을 제어하도록 구성된다.According to a possible embodiment of the first aspect, the electronic control device is configured to control the flow to and from the second port in accordance with a signal indicating a desired position of the exhaust valve.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 배기 밸브 작동 시스템은 상기 제1 샤프트 또는 상기 제2 샤프트에 연결된 플라이휠을 포함한다.According to a possible embodiment of the first aspect, the exhaust valve actuation system comprises a flywheel connected to the first shaft or the second shaft.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 제1 샤프트는 제2 샤프트에 결합하여 그와 함께 일제히회전한다.According to a possible embodiment of the first aspect, the first shaft is coupled to and rotates in concert with the second shaft.

제1 양태의 가능한 실시 예에 따르면, 가변 용량 펌프와 가변 용량 모터는 단일 공통 샤프트를 갖는 단일 유닛으로 구성된다.According to a possible embodiment of the first aspect, the variable displacement pump and variable displacement motor consist of a single unit having a single common shaft.

제1 양태의 가능한 실시예에 따르면, 가변 용량 유압 모터는 일시적으로 펌프로 작용하도록 구성되고 및/또는 가변 용량 펌프는 일시적으로 모터로 작동하도록 구성된다.According to a possible embodiment of the first aspect, the variable displacement hydraulic motor is configured to temporarily serve as a pump and / or the variable displacement pump is configured to temporarily operate as a motor.

제2 양태에 따르면, 대형 터보차징 2행정 자기 점화식 내연 기관이 제공되며, 상기 내연 기관에는 다음이 포함된다.According to a second aspect, there is provided a large turbocharging two-stroke self-ignition internal combustion engine, the internal combustion engine comprising:

하부 영역에 소기 포트 및 상단에 배기 밸브를 구비한 복수의 실린더, 밸브 디스크가 밸브 시트 상에 놓이는 폐쇄 위치와 실린더 내의 가스 배출을 허용하는 개방 위치 사이에서 반대 방향으로 이동 가능하고 밸브 스템과 밸브 디스크를 갖는 배기 밸브, 밸브 스템에 작동 가능하게 연결되어 배기 밸브를 폐쇄 위치 쪽으로 가압하는 단동 유체 작동식 수단, 밸브 스템에 작동 가능하게 연결된 선형 유압 액추에이터 및 선형 유압 액추에이터가 가압 될 때 배기 밸브를 개방 위치 쪽으로 가압하도록 구성된 유압 액추에이터, 및 제1 양태 및 그 가능한 한 실시예에 따른 배기 밸브 작동 시스템.A plurality of cylinders with a scavenging port in the lower region and an exhaust valve at the top, movable in the opposite direction between a closed position in which the valve disc rests on the valve seat and an open position allowing gas discharge in the cylinder, An exhaust valve having a valve, a single-acting fluid actuated means operatively connected to the valve stem to press the exhaust valve toward the closed position, a linear hydraulic actuator operatively connected to the valve stem and an open position when the linear hydraulic actuator is pressurized A hydraulic actuator configured to pressurize toward the side, and an exhaust valve actuation system according to the first aspect and possibly one embodiment thereof.

제2 양태의 가능한 실시예에 따르면, 전자제어장치(50)는 제1 센서(62)의 신호를 배기 밸브(4)에 대해 원하는 위치와 비교함으로써 폐 루프 방식으로 배기 밸브의 위치 및/또는 속도를 제어하도록 구성된다. According to a possible embodiment of the second aspect, the electronic control device 50 compares the signal of the first sensor 62 with the desired position with respect to the exhaust valve 4 by the position and / or velocity of the exhaust valve in a closed loop manner. It is configured to control.

제2 양태의 가능한 실시예에 따르면, 제1 포트를 어큐뮬레이터에 연결하는 도관은 오리피스를 경우하여 제1 고압원에 연결된다.According to a possible embodiment of the second aspect, the conduit connecting the first port to the accumulator is connected to the first high voltage source in the case of an orifice.

본 발명의 상기 양태와 다른 양태는 이하에서 설명되는 실시예(들)로부터 명백해질 것이다.Other and different aspects of the invention will become apparent from the embodiment (s) described below.

본 개시에 관한 다음의 상세한 설명 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대형 2행정 자기 점화 터보차징 엔진의 전방 단부와 한 측면을 도시한 입면도이다.
도 2는 도 1 엔진의 후방 단부와 다른 측면을 도시한 입면도이다.
도 3은 흡기 및 배기 시스템을 구비한 도 1에 따른 엔진의 도식적인 표현이다.
도 4는 도 1 엔진의 전기 유압식 배기 밸브 작동 시스템의 제1 실시예를 설명하는 다이어그램이다.
도 4a는 도 1 엔진의 전기 유압식 배기 밸브 작동 시스템의 또 다른 실시예를 설명하는 다이어그램이다.
도 5는 배기 밸브의 개방 운동을 도시하는 그래프이다.
도 6은 모터의 토크와 모터의 속도를 도시하는 그래프이다.
In the following detailed description of the disclosure, the invention is described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
1 is an elevational view showing the front end and one side of a large two-stroke self-ignition turbocharging engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an elevational view showing the rear end and the other side of the engine of FIG. 1. FIG.
3 is a schematic representation of the engine according to FIG. 1 with an intake and exhaust system.
4 is a diagram illustrating a first embodiment of an electrohydraulic exhaust valve actuation system of the FIG. 1 engine.
4A is a diagram illustrating another embodiment of an electrohydraulic exhaust valve actuation system of the FIG. 1 engine.
5 is a graph showing an opening movement of the exhaust valve.
6 is a graph showing the torque of the motor and the speed of the motor.

다음의 상세한 설명에서, 대형 2행정 엔진을 예시적인 실시예로 기술한다. 도 1 내지 도 3은 크랭크샤프트(42)와 크로스헤드(44)를 포함한 대형 저속 터보차징 2행정 디젤 엔진을 도시한다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템을 포함한 대형 저속 터보차징 2행정 디젤 엔진의 도식적인 표현을 도시한다. 이 일례의 실시예에서, 엔진에는 열을 지은 6개의 실린더(1)가 있다. 대형 터보차징 2행정 디젤 엔진은 일반적으로 엔진 프레임(45)에 의해 지지가 되는 라인 내에 5개 내지 16개의 실린더를 갖는다. 이 엔진은 예컨대, 해상 운송 선박의 주 엔진 또는 발전소의 발전기 작동을 위한 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들면, 5,000 내지 110,000kW 범위일 수 있다.In the following detailed description, a large two-stroke engine is described as an exemplary embodiment. 1-3 show a large low speed turbocharging two stroke diesel engine comprising a crankshaft 42 and a crosshead 44. 3 shows a schematic representation of a large low speed turbocharging two stroke diesel engine with an intake and exhaust system. In this exemplary embodiment, there are six cylinders 1 of heat in the engine. Large turbocharged two-stroke diesel engines generally have five to sixteen cylinders in a line supported by engine frame 45. This engine can be used, for example, as the main engine of a marine transport vessel or as a stationary engine for generator operation of a power plant. The total power of the engine may be in the range of 5,000 to 110,000 kW, for example.

엔진은 실린더(1)의 하부 영역에 피스톤 제어 포트 링 형태의 소기 포트(22) 및 실린더(1)의 상단에 배기 밸브(4)를 갖는 2-행정 단류(uniflow) 유형의 디젤(자기-점화) 엔진이다. 따라서, 연소실 내 유동은 항상 하단에서 상단이므로, 엔진은 소위 단류형(uniflow)이다. 소기는 소기 리시버(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 리시버(22)로 통과한다. 실린더(1) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(7)은 소기를 압축하고, 연료가 분사되고, 연소가 진행되고, 배기가스가 발생한다. 배기 밸브(4)가 개방되면, 배기가스는 관련 실린더(1)와 연관된 배기 덕트(35)를 통과하여 배기가스 리시버(3) 내로 유동하고, 계속해서 제1 배기 도관(18)을 통과하여 터보차저(5)의 터빈(6)으로 유동하여, 여기서 배기가스는 제2 배기 도관(7)을 통해 유출된다. 샤프트(8)를 통해 터빈(6)은 공기 입구(10)를 통해 공급되는 압축기(9)를 구동한다. The engine is a two-stroke uniflow type diesel (self-ignition) with a scavenging port 22 in the form of a piston control port ring in the lower region of the cylinder 1 and an exhaust valve 4 on top of the cylinder 1. A) engine. Thus, since the flow in the combustion chamber is always from bottom to top, the engine is so-called uniflow. The scavenging air passes from the scavenging receiver 2 to the scavenging receiver 22 of the individual cylinder 1. The piston 7 reciprocating in the cylinder 1 compresses scavenging, fuel is injected, combustion proceeds, and exhaust gas is generated. When the exhaust valve 4 is opened, the exhaust gas flows through the exhaust duct 35 associated with the associated cylinder 1 into the exhaust gas receiver 3, and then passes through the first exhaust conduit 18 to turbo Flowing into the turbine 6 of the charger 5, where the exhaust gas flows out through the second exhaust conduit 7. Through the shaft 8 the turbine 6 drives the compressor 9 which is fed through the air inlet 10.

압축기(9)는 가압된 과급 공기를 과급 공기 리시버(2)에 이르는 과급 공기 도관(11)으로 전달한다. 도관(13) 내 소기는 과급 공기를 냉각하기 위해 인터쿨러(12)를 통과한다. 냉각된 과급 공기는 낮은 부하 또는 부분 부하 조건에서 과급 공기 유동을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 통과하여 과급 공기 리시버(2)로 이동한다. 더 높은 부하에서, 터보차저 압축기(9)는 충분히 압축된 소기를 전달한 다음, 보조 송풍기(16)는 역류방지 밸브(15)를 경유하여 바이패스 된다. The compressor 9 delivers pressurized boost air to the boost air conduit 11 leading to the boost air receiver 2. The scavenge in conduit 13 passes through intercooler 12 to cool the charge air. The cooled boost air travels to the boost air receiver 2 through an auxiliary blower 16 driven by an electric motor 17 which pressurizes the boost air flow under low or partial load conditions. At higher loads, the turbocharger compressor 9 delivers sufficiently compressed scavenges, and then the auxiliary blower 16 is bypassed via the non-return valve 15.

실린더는 실린더 라이너(52) 내에 형성된다. 실린더 라이너(52)는 엔진 프레임(45)에 의해 지지되는 실린더 프레임에 의해 지지된다. The cylinder is formed in the cylinder liner 52. The cylinder liner 52 is supported by a cylinder frame supported by the engine frame 45.

도 4의 제1 실시예에 도시된 바와 같이, 배기 밸브(4)는 일 단부에 밸브 디스크(25)를 구비한 밸브 스핀들(23)을 포함한다. 밸브 스핀들(23)은 밸브 하우징의 보어 내에 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉 식으로 수용된다. 밸브 하우징은 그 하단부에 배기 밸브(4)가 폐쇄 위치에 있을 때 밸브 디스크(25)가 놓이는 원주형 밸브 시트(26)를 한정한다.As shown in the first embodiment of FIG. 4, the exhaust valve 4 comprises a valve spindle 23 with a valve disc 25 at one end. The valve spindle 23 is slidably and sealingly received in the bore of the valve housing. The valve housing defines at its lower end the circumferential valve seat 26 on which the valve disc 25 is placed when the exhaust valve 4 is in the closed position.

플런저(61)를 포함하는 공기 스프링(67)은 배기 밸브(4)를 폐쇄 위치로 탄성 가압하도록 구성된다. 플런저(61)는 밸브 스템(23)에 고정되고 하우징의 보어 내에 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉 식으로 수용된다. 스프링 챔버(66)는 플런저(61) 아래에 위치하고, 가압 되면 플런저(61)를 상향으로 가압한다. 스프링 챔버(66)는 스프링 챔버(66)의 정확한 가압을 보장하기 위해 역류 방지 밸브를 통해 공압 공급원(63)에 연결된다.The air spring 67 including the plunger 61 is configured to elastically press the exhaust valve 4 to the closed position. The plunger 61 is fixed to the valve stem 23 and is slidably and sealably received in the bore of the housing. The spring chamber 66 is positioned below the plunger 61, and pressurizes the plunger 61 upward when pressed. The spring chamber 66 is connected to the pneumatic source 63 via a non-return valve to ensure accurate pressurization of the spring chamber 66.

또는, 공기 스프링은, 스프링 챔버(66)로부터 빠져나가도록 허용되지만 압력원의 연결에 의해 주어진 압력, 바람직하게는 일정한 압력이 유지되는 가압 액체로 채워지는 액체 기반의 복귀 바이어스(return-biased) 시스템으로 대체될 수 있다. Alternatively, the air spring is a liquid based return-biased system filled with pressurized liquid which is allowed to exit from the spring chamber 66 but is given a pressure, preferably a constant pressure, by the connection of the pressure source. Can be replaced by

밸브 스핀들(23)의 상단은 밸브 하우징의 보어 내에 슬라이딩 가능하게 그리고 밀봉 식으로 수용되는 플런저(61)에 연결된다. 압력 챔버(60)는 플런저(61) 위의 보어 내에 형성되고 챔버(60)는 제2 유압 도관(35)에 연결된 포트와 유체로 연통한다. The upper end of the valve spindle 23 is connected to a plunger 61 slidably and sealingly received in the bore of the valve housing. The pressure chamber 60 is formed in a bore above the plunger 61 and the chamber 60 is in fluid communication with the port connected to the second hydraulic conduit 35.

압력 챔버(60)와 플런저(61)는 하우징 내에 수용되고, 선형 배기 밸브 액추에이터(70)의 일부이다. 압력 챔버(60)가 가압 되면, 플런저(61)는 배기 밸브(4)를 개방 위치, 즉 아래쪽 방향(도 4의 방향에서와 같이 아래쪽)으로 가압한다. 그 후, 배기 밸브(4)는 공기 스프링(67)의 힘과 밸브 디스크(25)에 작용하는 연소실 내 연소 압력의 힘에 대항하여 유압식으로 개방된다. 공기 스프링(67)은 역류 방지 밸브를 통해 고압 공기 공급원(63)에 연결된 스프링 챔버(66)를 포함한다.The pressure chamber 60 and the plunger 61 are housed in the housing and are part of the linear exhaust valve actuator 70. When the pressure chamber 60 is pressurized, the plunger 61 presses the exhaust valve 4 in an open position, that is, in a downward direction (downward as in the direction of FIG. 4). The exhaust valve 4 is then hydraulically opened against the force of the air spring 67 and the force of the combustion pressure in the combustion chamber acting on the valve disc 25. The air spring 67 includes a spring chamber 66 connected to the high pressure air source 63 via a non-return valve.

밸브 작동 시스템에는 제1 샤프트(43)의 회전 방향을 뒤바꾸지 않고 두 유동 방향을 전달할 수 있는 유형의 제1 샤프트(43)를 갖는 가변 용량 펌프(40)가 제공된다. 가변 용량 펌프(40)는 제1 유압 도관(34)을 경유하여 유압 어큐뮬레이터(28)에 연결된 제1 포트 및 제2 유압 도관(35)을 경유하여 배기 밸브(4)의 선형 액추에이터의 압력 챔버(60)에 연결된 제2 포트를 갖는다. 제1 유압 도관(34)은 가변 용량 펌프(40) 및 선형 유압 배기 밸브 액추에이터(70)에서의 누출 손실을 보상하기 위해 오리피스(36)를 통해 제1 고압의 제1 공급원에 연결되고, 어큐뮬레이터(28)가 제1 고압에서 계속 가압 되어 상당한 양의 유압 에너지를 저장하도록 한다. 그러나 더 오랫동안에 대해 누출 손실을 보상하기 위해, 오리피스(36)를 통해 소량의 유압 액체의 유동만이 가능하다. 따라서, 오리피스(36)를 통해 유동하는 유압 액체는 배기 밸브(4)의 개방 행정과 폐쇄 행정 중에 발생하는 제1 유압 도관(34) 내의 동적 압력 변화에 영향을 미치기에 불충분하다. 즉, 유압 어큐뮬레이터(28)가 제1 폐쇄 유압 시스템을 형성하기 위해 제1 포트에 연결된다.The valve actuation system is provided with a variable displacement pump 40 having a first shaft 43 of the type capable of transmitting two flow directions without reversing the direction of rotation of the first shaft 43. The variable displacement pump 40 is a pressure chamber of the linear actuator of the exhaust valve 4 via the first port and the second hydraulic conduit 35 connected to the hydraulic accumulator 28 via the first hydraulic conduit 34. 60) connected to the second port. The first hydraulic conduit 34 is connected to a first high pressure first source through an orifice 36 to compensate for the leakage loss in the variable displacement pump 40 and the linear hydraulic exhaust valve actuator 70. 28) continues to pressurize at the first high pressure to store a significant amount of hydraulic energy. However, only a small amount of hydraulic liquid flow through the orifice 36 is possible to compensate for the leakage loss for longer. Thus, the hydraulic liquid flowing through the orifice 36 is insufficient to affect the dynamic pressure change in the first hydraulic conduit 34 that occurs during the opening and closing strokes of the exhaust valve 4. That is, hydraulic accumulator 28 is connected to the first port to form a first closed hydraulic system.

가변 용량 펌프(40)는 실시예에서 레이디얼 피스톤 펌프이다. 실시예에서, 레이디얼 피스톤 펌프는 스트로크 링에 대항하여 작동하는 실린더 블록 내에 레이디얼 피스톤을 가지며, 실린더 블록에 대한 스트로크 링의 위치는 가변 용량 펌프의 용량을 조정하기 위해 조정이 가능하다. 스트로크 링의 편심 위치는 맞은편에 대향하는 2개의 제어 피스톤과 보상기로 제어된다(스트로크 링의 위치가 중심에 있을 때 용량은 제로(0)임).The variable displacement pump 40 is a radial piston pump in the embodiment. In an embodiment, the radial piston pump has a radial piston in the cylinder block operating against the stroke ring, the position of the stroke ring relative to the cylinder block being adjustable to adjust the capacity of the variable displacement pump. The eccentric position of the stroke ring is controlled by two control pistons and compensators opposite each other (the capacity is zero when the position of the stroke ring is centered).

가변 용량 펌프(40)의 용량은 본 실시예에서 솔레노이드 비례 제어 밸브인 제1 제어 밸브(41)로 제어된다. 제1 제어 밸브(41)는 가변 용량 펌프(40)의 용량을 유압식으로 조정하기 위해 가변 용량 펌프(40)에 작동 가능하게 연결된다. 예컨대, 제1 제어 밸브(41)에 의해 지름 방향으로 대향된 제어 피스톤으로 전달되는 유압을 제어함으로써 제어된다. 제1 제어 밸브(41)는 전자제어장치(50)에 의해 전자식으로 제어된다.The capacity of the variable displacement pump 40 is controlled by the first control valve 41 which is a solenoid proportional control valve in this embodiment. The first control valve 41 is operably connected to the variable displacement pump 40 to hydraulically adjust the capacity of the variable displacement pump 40. For example, it is controlled by controlling the oil pressure transmitted by the first control valve 41 to the radially opposed control piston. The first control valve 41 is electronically controlled by the electronic controller 50.

가변 용량 펌프(40)의 제1 샤프트(43)는 본 실시예에서 제1 샤프트(43)와 제2 샤프트(33)를 일제히 회전시키는 커플링(53)을 통해 모터-발전기(30)의 제2 샤프트와 결합한다. 그러나 실시예에서, 제1 샤프트(43)와 제2 샤프트(33)는 1 대 1의 비율 또는 1 대 1과 다른 비율을 갖는 기어에 의해 결합된다.The first shaft 43 of the variable displacement pump 40 is in this embodiment the first of the motor-generator 30 through a coupling 53 which rotates the first shaft 43 and the second shaft 33 together. 2 Engage with the shaft. However, in the embodiment, the first shaft 43 and the second shaft 33 are joined by gears having a ratio of one to one or a ratio different from one to one.

압력 릴리프 밸브(39)는 과도한 압력으로부터 시스템을 보호하기 위해 제2 유압 도관(35)을 탱크(T)에 연결한다. 따라서, 선형 유압 액추에이터(70)는 제2 폐쇄 유압 시스템을 형성하도록 제2 포트에 연결된다.The pressure relief valve 39 connects a second hydraulic conduit 35 to the tank T to protect the system from excessive pressure. Thus, the linear hydraulic actuator 70 is connected to the second port to form a second closed hydraulic system.

모터-발전기는 실시예에서 전기-모터 발전기이고, 도시된 실시예에서는 제2 샤프트(33)의 회전 방향을 변경하지 않으면서 두 유동 방향으로 유압 유체의 유동을 공급할 수 있는 가변 용량 유압 모터(30)이다. 가변 용량 유압 모터(30)는 제3 포트와 제4 포트를 갖는다. 제3 포트는 제1 고압의 제1 공급원(29)에 연결되고, 제4 포트는 제2 고압의 제2 공급원(19)에 연결된다. 제2 고압은 제1 고압보다 낮고, 바람직하게는 상당히 낮지만, 제로 또는 정상 기술 압력보다 훨씬 높다. The motor-generator is an electric-motor generator in the embodiment, and in the illustrated embodiment a variable displacement hydraulic motor 30 which can supply the flow of hydraulic fluid in two flow directions without changing the direction of rotation of the second shaft 33. )to be. The variable displacement hydraulic motor 30 has a third port and a fourth port. The third port is connected to the first source of high pressure 29 and the fourth port is connected to the second source of high pressure 19. The second high pressure is lower than the first high pressure, preferably considerably lower, but much higher than zero or normal technical pressure.

가변 용량 모터(30)는 실시예에서 레이디얼 피스톤 모터이다. 실시예에서, 레이디얼 피스톤 모터는 스트로크 링에 대항하여 작동하는 실린더 블록 내의 레이디얼 피스톤이며, 실린더 블록에 대한 스트로크 링의 위치는 가변 용량 펌프의 용량을 조정하기 위해 조정이 가능하다. 스트로크 링의 편심 위치는 맞은편에 대향하는 2개의 제어 피스톤과 보상기로 제어된다(스트로크 링의 위치가 편심하지 않으면 용량은 제로(0)임).The variable displacement motor 30 is a radial piston motor in the embodiment. In an embodiment, the radial piston motor is a radial piston in a cylinder block operating against a stroke ring, the position of the stroke ring relative to the cylinder block being adjustable to adjust the capacity of the variable displacement pump. The eccentric position of the stroke ring is controlled by two control pistons and compensators opposite to each other (the capacity is zero if the position of the stroke ring is not eccentric).

가변 용량 모터(30)의 용량은 본 실시예에서 솔레노이드 비례 제어 밸브인 제2 제어 밸브(31)로 제어된다. 제2 제어 밸브(31)는 가변 용량 모터(30)의 용량을 유압식으로 조정하기 위해 가변 용량 모터(30)에 작동 가능하게 연결된다. 예컨대, 제1 제어 밸브(41)에 의해 지름 방향으로 대향된 제어 피스톤에 전달되는 유압을 제어함으로써 제어된다. 제2 제어 밸브(31)는 전자제어장치(50)에 의해 전자식으로 제어된다.The capacity of the variable displacement motor 30 is controlled by the second control valve 31 which is a solenoid proportional control valve in this embodiment. The second control valve 31 is operatively connected to the variable displacement motor 30 for hydraulically adjusting the capacity of the variable displacement motor 30. For example, it is controlled by controlling the oil pressure transmitted to the control piston opposed in the radial direction by the first control valve 41. The second control valve 31 is electronically controlled by the electronic controller 50.

모터(30)의 회전 속도, 즉 제2 샤프트(33)의 회전 속도는 제2 센서(32)에 의해 포착된다. 제2 센서(32)의 신호는 예컨대, 신호 케이블에 의해 전자제어장치(50)에 전달된다.The rotational speed of the motor 30, that is, the rotational speed of the second shaft 33, is captured by the second sensor 32. The signal of the second sensor 32 is transmitted to the electronic controller 50 by, for example, a signal cable.

전자제어장치(50)는 신호 케이블을 통해 제2 제어 밸브(31)에 신호를 보내어 제1 샤프트/유압 모터(30)의 회전 속도를 제어한다. 제1 제어 밸브는 가변 용량 펌프(40)의 용량과 유동 방향을 제어한다. The electronic controller 50 sends a signal to the second control valve 31 via a signal cable to control the rotational speed of the first shaft / hydraulic motor 30. The first control valve controls the capacity and flow direction of the variable displacement pump 40.

배기 밸브(4)에는 배기 밸브(4)의 위치와 속도를 측정하기 위한 제1 센서(62)가 제공된다. 제1 센서(62)는 배기 밸브(4)의 위치 및/또는 속도를 나타내는 신호를 발생시킨다. 센서(62)는 예컨대, 신호 케이블을 통해 전자제어장치(50)에 연결되어 전자제어장치(50)가 배기 밸브(4)의 위치와 속도를 통지 받는다. The exhaust valve 4 is provided with a first sensor 62 for measuring the position and speed of the exhaust valve 4. The first sensor 62 generates a signal indicative of the position and / or speed of the exhaust valve 4. The sensor 62 is connected to the electronic controller 50 via, for example, a signal cable so that the electronic controller 50 is informed of the position and speed of the exhaust valve 4.

전자제어장치(50)는 신호 케이블을 통해 제1 제어 밸브에 신호를 보내 가변 용량 펌프(40)의 용량을 제어함으로써 배기 밸브(4)의 속도를 제어한다.The electronic controller 50 controls the speed of the exhaust valve 4 by sending a signal to the first control valve via a signal cable to control the capacity of the variable displacement pump 40.

전자제어장치(50)는 배기 밸브(4)의 속도를 모니터링한다. 전자제어장치(50)는 실시예에서 배기 밸브(4)가 따를 적절한 속도/프로파일을 결정하도록 구성된다. 이 프로파일은 실시예에서 엔진 작동 조건에 따라 연속적으로 적용된다.The electronic controller 50 monitors the speed of the exhaust valve 4. The electronic control device 50 is configured in this embodiment to determine the appropriate speed / profile that the exhaust valve 4 will follow. This profile is applied continuously according to the engine operating conditions in the embodiment.

전자제어장치(50)에는 엔진의 크랭크 각도에 대해 통보되고, 배기 밸브 작동의 프로파일이 엔진 사이클과 동기화되도록 밸브(4)의 작동을 제어한다. The electronic controller 50 is informed about the crank angle of the engine, and controls the operation of the valve 4 so that the profile of the exhaust valve operation is synchronized with the engine cycle.

전자제어장치(50)에는 엔진 작동 테스트로부터 보정된 데이터 또는 배기 밸브(4)에 대해 원하는 적절한 프로파일을 결정하기 위해 엔진 작동 테스트로부터 보정된 데이터를 사용하는 방정식을 기반으로 한 룩업 테이블이 제공될 수 있다. 배기 밸브(4)에 대해 원하는 프로파일은 배기가스, 동력 및/또는 연료 효율에 대해 시스템이 최적화되도록 선택되며, 이들 요소는 상황에 따라 고려된다.The electronic controller 50 may be provided with a lookup table based on equations using the data corrected from the engine operation test or the data corrected from the engine operation test to determine the appropriate profile desired for the exhaust valve 4. have. The desired profile for the exhaust valve 4 is chosen such that the system is optimized for exhaust gas, power and / or fuel efficiency, and these factors are taken into account depending on the situation.

전술한 바와 같이, 압력 챔버(60) 내 유압 액체의 충분한 압력은 배기 밸브(4)가 연소실 내 압력 및 공기 스프링(67)의 힘에 대항하여 개방되도록 한다. 전자제어장치(50)는 배기 밸브(4)가 열릴 필요가 있다고 결정할 때, 이에 따라 전자제어장치(50)는 가변 용량 펌프(40)의 용량과 유동 방향을 조정하도록 제1 제어 밸브(41)에 명령을 내린다. 그러면 유압 액체가 유압 액추에이터(28)로부터 배기 밸브 액추에이터(70)의 압력 챔버(60)로 펌핑되어 배기 밸브가 공기 스프링(67)의 압력 및 연소실 내의 압력에 대해 개방되도록 한다. 펌핑 동작은 실질적으로 유압 어큐뮬레이터(28)에 저장된 유압 액체의 높은 압력에 의해 보조 되며, 따라서 가변 용량 펌프(40)는 이러한 유동을 지지하기 위한 전력을 공급할 필요가 없다. 실시예에서 유압 액추에이터(28)의 압력은 가변 용량 펌프(40)가 유압 모터로 작동되도록 하고, 동시에 가변 용량 모터(30)가 펌프로 작동되도록 강제하기에 충분히 높다. 여기서, 전자제어장치(50)는 이에 따라 제2 샤프트(33)의 원하는 회전 속도를 유지하기 위해 가변 용량 유압 모터(30)의 용량과 유동 방향을 제어한다. 배기 밸브(4)가 개방 행정에 도달하면, 전자제어장치(50)는 제1 제어 밸브(41)에 가변 용량 펌프(40)의 용량을 0으로 조정하여 배기 밸브(4)의 이동을 정지하라고 지시한다.As described above, sufficient pressure of the hydraulic liquid in the pressure chamber 60 causes the exhaust valve 4 to open against the pressure in the combustion chamber and the force of the air spring 67. When the electronic controller 50 determines that the exhaust valve 4 needs to be opened, the electronic controller 50 thus adjusts the capacity and flow direction of the variable displacement pump 40 to the first control valve 41. Give a command to Hydraulic fluid is then pumped from the hydraulic actuator 28 to the pressure chamber 60 of the exhaust valve actuator 70 to open the exhaust valve against the pressure of the air spring 67 and the pressure in the combustion chamber. The pumping operation is substantially assisted by the high pressure of the hydraulic liquid stored in the hydraulic accumulator 28, so that the variable displacement pump 40 does not need to supply power to support this flow. In the embodiment the pressure of the hydraulic actuator 28 is high enough to cause the variable displacement pump 40 to be operated by a hydraulic motor and at the same time force the variable displacement motor 30 to be operated by the pump. Here, the electronic controller 50 thus controls the capacity and flow direction of the variable displacement hydraulic motor 30 in order to maintain the desired rotational speed of the second shaft 33. When the exhaust valve 4 reaches the open stroke, the electronic controller 50 instructs the first control valve 41 to adjust the capacity of the variable displacement pump 40 to zero to stop the movement of the exhaust valve 4. Instruct.

전자제어장치(50)는 배기 밸브를 폐쇄할 필요가 있다고 결정하면, 프로세스는 반대이고, 전자제어장치(50)는 가변 용량 펌프(40)의 용량 유동 방향을 조정하도록 제1 제어 밸브(41)에 지시하고, 그에 따라 제2 도관(35)으로부터 제1 유압 도관(34)으로 그리고 유압 어큐뮬레이터(28)로 유동한다. 이 유동은 배기 밸브에 작용하는 배기가스에 의해 그리고 공기 스프링(67)에 의해 보조 되고, 유압 어큐뮬레이터(28) 내의 압력에 대항한다. 따라서, 가변 용량 펌프(40)는 어큐뮬레이터(28)의 압력 및 압력 챔버(60) 내의 보조에 따라 가변 용량 모터(30)에 의해 구동될 필요가 있다. 여기서, 전자제어장치(50)는 제2 샤프트(33)의 일정 속도를 유지하기 위해 가변 용량 모터(30)의 용량과 유동 방향을 조정한다. 가변 용량 펌프(40)의 용량에 대한 전자제어장치(50)의 정확한 제어는 그 시트(26) 상의 배기 밸브 디스크(25)의 "부드러운-폐쇄"를 허용하고, 따라서 배기 밸브 액추에이터는 폐쇄 행정을 위해 댐퍼 없이 구성될 수 있다.If the electronic controller 50 determines that the exhaust valve needs to be closed, the process is reversed, and the electronic controller 50 controls the first control valve 41 to adjust the displacement flow direction of the variable displacement pump 40. And thus flows from the second conduit 35 to the first hydraulic conduit 34 and to the hydraulic accumulator 28. This flow is assisted by the exhaust gas acting on the exhaust valve and by the air spring 67 and counteracts the pressure in the hydraulic accumulator 28. Accordingly, the variable displacement pump 40 needs to be driven by the variable displacement motor 30 in accordance with the pressure of the accumulator 28 and the assistance in the pressure chamber 60. Here, the electronic controller 50 adjusts the capacity and flow direction of the variable displacement motor 30 to maintain a constant speed of the second shaft 33. Accurate control of the electronic control device 50 to the capacity of the variable displacement pump 40 allows for a “soft-close” of the exhaust valve disc 25 on its seat 26, so that the exhaust valve actuator may be closed. Can be configured without damper.

도 5는 시간에 따른 배기 밸브(4)의 개방 운동을 도시한 그래프이다. 도시된 프로파일은 단지 예일 뿐이고, 프로파일의 형상과 개방 행정의 크기는 전자제어장치(50)에 의해 자유롭게 제어될 수 있다. 전자제어장치(50)는 배기 밸브(4)를 개방하기 위한 프로파일을 결정하고, 이에 따라 가변 용량 펌프(40)의 용량을 제어한다. 전자제어장치(50)는 위치 센서(62)의 신호에 의해 배기 밸브(4)의 위치를 통지받는다. 그 결과, 전자제어장치(50)는 임의의 원하는 프로파일에 따라 배기 밸브의 위치를 결정할 수 있다.5 is a graph showing the opening movement of the exhaust valve 4 with time. The illustrated profile is merely an example, and the shape of the profile and the size of the open stroke can be freely controlled by the electronic controller 50. The electronic controller 50 determines the profile for opening the exhaust valve 4 and thus controls the capacity of the variable displacement pump 40. The electronic controller 50 is notified of the position of the exhaust valve 4 by the signal of the position sensor 62. As a result, the electronic controller 50 can determine the position of the exhaust valve according to any desired profile.

도 6은 모터(30)의 제1 샤프트의 토크와 회전 속도를 도시한 그래프이다. 그래프는 모터 토크가 음으로 됨을 도시한다. 즉, 모터(30)는 배기 밸브(4)의 개방 행정의 초기 단계 동안 브레이크/펌프로 작용한다. 동시에, 유압 모터(30)의 제2 샤프트(33)의 속도는 약간 증가하고 설정된 속도로 복귀한다. 유압 어큐뮬레이터(28)의 압력이 배기 밸브의 선형 유압 액추에이터(70)의 압력보다 높기 때문에 음의 토크가 생성되며, 따라서 유압 액추에이터(28)로부터 선형 유압 액추에이터(70)로의 유동은 가변 용량 펌프(40)를 구동한다. 즉, 가변 용량 펌프(40)는 모터와 같이 이 단계에서 작동한다. 배기 밸브(4)가 그 시트(26)로 복귀하면 상황이 역전된다. 복귀 행정의 초기 단계 동안, 전자제어장치는 선형 유압 액추에이터(70)로부터 유압 액추에이터(28)로 유압 액체를 펌핑하기 위해 가변 용량 펌프(40)의 용량을 변경한다. 이러한 펌핑 작용은 가변 용량 모터(30)로부터 가변 용량 펌프(40)로 토크를 분리할 것을 요구하며, 가변 용량 모터(30)에 대한 양의 토크 및 모터의 제2 샤프트(33)의 회전 속도에서의 약간의 감소함을 그래프에서 보여준다. 전자제어장치(50)는 제2 샤프트(33)의 회전 속도를 원하는 일정한 레벨로 유지하도록 구성되며, 그에 따라 가변 용량 모터(30)의 용량을 조정한다.6 is a graph showing the torque and the rotational speed of the first shaft of the motor 30. The graph shows that the motor torque is negative. That is, the motor 30 acts as a brake / pump during the initial stage of the open stroke of the exhaust valve 4. At the same time, the speed of the second shaft 33 of the hydraulic motor 30 increases slightly and returns to the set speed. Negative torque is generated because the pressure of the hydraulic accumulator 28 is higher than the pressure of the linear hydraulic actuator 70 of the exhaust valve, so that the flow from the hydraulic actuator 28 to the linear hydraulic actuator 70 is variable displacement pump 40. ). That is, the variable displacement pump 40 operates at this stage like a motor. The situation is reversed when the exhaust valve 4 returns to the seat 26. During the initial phase of the return stroke, the electronic controller changes the capacity of the variable displacement pump 40 to pump hydraulic liquid from the linear hydraulic actuator 70 to the hydraulic actuator 28. This pumping action requires separating torque from the variable displacement motor 30 to the variable displacement pump 40 and at a positive torque relative to the variable displacement motor 30 and the rotational speed of the second shaft 33 of the motor. The graph shows a slight decrease in. The electronic controller 50 is configured to maintain the rotational speed of the second shaft 33 at a desired constant level, thereby adjusting the capacity of the variable displacement motor 30.

가변 용량 펌프(40)가 제로 용량을 가지므로 배기 밸브가 움직이지 않으면 배기 밸브 작동을 위한 에너지 소비는 낮다. 개방 행정 중에 유압 액추에이터(28)의 유압 에너지는 선형 배기 밸브 액추에이터(70)를 구동하고 실제로 가변 용량 펌프(40)를 "구동"한다. 가변 용량 펌프(40)로 들어가는 에너지는 펌프로 작용하고 엔진의 유압 시스템으로 다시 유압 에너지를 전달하는 가변 용량 모터(30)에 의해 이 단계 동안 부분적으로 회수된다. 폐쇄 행정 동안, 선형 배기 밸브 액추에이터(70), 가스 스프링 및 플런저(61)로 전달되는 배기 밸브 디스크(25)와 샤프트(23)에 작용하는 연소실 내 가스로부터 작용하는 힘은 압력 챔버(60)에서 유압 유체를 가압한다. 이 압력은 다음 행정을 위해 유압 액추에이터(28)를 재충전할 때 가변 용량 펌프(40)를 보조한다. 따라서, 배기가스와 공기 스프링의 에너지는 복귀 행정 중에 이 에너지를 유압 어큐뮬레이터(28)에 전달하여 저장함으로써 회수된다.Since the variable displacement pump 40 has zero capacity, the energy consumption for the exhaust valve operation is low unless the exhaust valve is moved. The hydraulic energy of the hydraulic actuator 28 during the open stroke drives the linear exhaust valve actuator 70 and actually "drives" the variable displacement pump 40. The energy entering the variable displacement pump 40 is partially recovered during this step by the variable displacement motor 30 which acts as a pump and delivers hydraulic energy back to the hydraulic system of the engine. During the closing stroke, forces acting on the exhaust valve disc 25 and gas in the combustion chamber acting on the shaft 23 to the linear exhaust valve actuator 70, gas spring and plunger 61 are exerted in the pressure chamber 60. Pressurize hydraulic fluid. This pressure assists the variable displacement pump 40 when recharging the hydraulic actuator 28 for the next stroke. Therefore, the energy of the exhaust gas and the air spring is recovered by transferring this energy to the hydraulic accumulator 28 and storing it during the return stroke.

도 4a는 유압 펌프(40)가 가변 용량 펌프 대신 고정 용량 펌프라는 점 외에는 도 4에 도시된 제1 실시예와 본질적으로 동일한 배기 밸브 작동 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 고정 용량 펌프(40)는 두 방향으로 유동을 제공하기 위해 두 회전 방향으로 작동하도록 구성된다. 4A shows another embodiment of an exhaust valve actuation system that is essentially the same as the first embodiment shown in FIG. 4 except that the hydraulic pump 40 is a fixed displacement pump instead of a variable displacement pump. The fixed displacement pump 40 is configured to operate in two directions of rotation to provide flow in two directions.

이에 따라, 본 실시예에서 가변 용량 유압 모터(30)의 형태인 모터 발전기는 유동 펌프(40)를 반대 방향으로 제어하기 위해 상이한 방향으로 구동 샤프트(33)(제2 샤프트)를 작동시킬 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서, 용량 펌프(40)와 가변 용량 모터(30)는 유압 어큐뮬레이터(28)를 배출하고 배기 밸브(4)를 개방하기 위해 선형 유압 액추에이터(70)를 가압하기 위해 각각의 샤프트(33, 43)의 한 회전 방향으로 작동되고, 가변 용량 펌프(40)와 가변 용량 모터(30)는 유압 어큐뮬레이터(28)를 보충하기 위해 선형 유압 액추에이터(70)를 비울 때(특히 압력 챔버(60)를 비운다) 배기 밸브(4)를 폐쇄하기 위해 각 샤프트(33, 43)의 반대 회전 방향으로 작동된다.Accordingly, the motor generator in the form of the variable displacement hydraulic motor 30 in this embodiment needs to operate the drive shaft 33 (second shaft) in different directions to control the flow pump 40 in the opposite direction. have. Thus, in this embodiment, the displacement pump 40 and the variable displacement motor 30 each shaft for pressurizing the linear hydraulic actuator 70 to discharge the hydraulic accumulator 28 and open the exhaust valve 4. (33, 43) are operated in one rotational direction, and the variable displacement pump 40 and variable displacement motor 30 empty the linear hydraulic actuator 70 to replenish the hydraulic accumulator 28 (especially the pressure chamber ( 60) is operated in the opposite direction of rotation of each shaft 33, 43 to close the exhaust valve 4.

전자제어장치(50)에 의한 배기 밸브 작동 시스템의 제어는 제1 제어 밸브(31)를 통해 이루어져 가변 용량 모터(30)의 작동을 제어한다. 고정 용량 펌프(40) 자체가 임의의 유압 제어 입력을 갖지 않기 때문에, 도 4a의 실시예에 따른 유압 및 제어 시스템은 도 4의 실시예에 비해 덜 복잡하다. The control of the exhaust valve operating system by the electronic controller 50 is made through the first control valve 31 to control the operation of the variable displacement motor 30. Since the fixed displacement pump 40 itself does not have any hydraulic control input, the hydraulic and control system according to the embodiment of FIG. 4A is less complicated than the embodiment of FIG. 4.

실시예에서, 가변 용량 모터(30)와 가변 용량 펌프(40)는 공통 샤프트를 포함하는 단일 유닛으로 구성된다. 이 단일 유닛은 실시예에서 배기 밸브 하우징에 직접 부착된다.In an embodiment, the variable displacement motor 30 and the variable displacement pump 40 consist of a single unit comprising a common shaft. This single unit is directly attached to the exhaust valve housing in the embodiment.

본 발명을 본 명세서의 다양한 실시예와 관련하여 설명했다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형들은 도면, 개시된 내용 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 본 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정관사 "하나"는 복수를 배제하지 않는다. 특정 방안들이 서로 다른 종속항에서 인용된다는 단순한 사실만으로 방안으로 사용된 이들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다. 컴퓨터 프로그램은 다른 하드웨어와 함께 또는 다른 하드웨어의 일부로 제공되는 광학 저장 매체 또는 고체 상태 매체와 같은 적절한 매체상에 저장/분배될 수 있지만, 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템과 같은 다른 형태로 배포될 수 있다. 전자제어장치는 단일 유닛으로 표현되었지만 연결된 복수의 전자제어장치의 결합으로 실현될 수 있다. The present invention has been described in connection with various embodiments herein. However, other variations to the disclosed embodiments can be understood and practiced by those skilled in the art having practiced the invention as claimed from the drawings, the disclosure and the study of the appended claims. In the claims, the word comprising does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" does not exclude a plurality. The simple fact that certain measures are cited in different subclaims does not indicate that a combination of them used as a measure cannot be used to advantage. The computer program may be stored / distributed on suitable media, such as optical storage media or solid state media, provided with or as part of other hardware, but may be distributed in other forms, such as the Internet or other wired or wireless communication systems. have. The electronic control unit is represented as a single unit but can be realized by combining a plurality of connected electronic control units.

청구항에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Reference signs used in the claims should not be construed as limiting the scope.

28 : 유압 어큐뮬레이터
30 : 용량 모터
31 : 제2 제어 밸브
33: 제2 샤프트
40 : 용량 펌프
41 : 제1 제어 밸브
43 : 제1 샤프트
50 : 전자제어장치
70 : 유압 액추에이터
28: hydraulic accumulator
30: capacity motor
31: second control valve
33: second shaft
40: capacity pump
41: first control valve
43: first shaft
50: electronic control device
70: hydraulic actuator

Claims (20)

대형 2행정 내연 기관용 배기 밸브 작동 시스템, 특히 전자식으로 제어할 수 있는 유압 구동 배기 밸브 작동 시스템에 있어서,
제1 샤프트(43), 제1 포트 및 제2 포트를 구비하고, 두 유동 방향을 제공할 수 있는 용량 펌프(40),
상기 제1 포트에 유체로 연결된 유압 어큐뮬레이터(28),
상기 배기 밸브(4)의 스핀들(23) 상에 작용하는 선형 유압 액추에이터(70)에 유체로 연결되도록 구성되는 상기 제2 포트 및
제2 샤프트(33)를 갖는 모터-발전기를 포함하며,
상기 제1 샤프트(43)는 상기 제2 샤프트(33)에 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 배기 밸브 작동 시스템.
In exhaust valve actuation systems for large two-stroke internal combustion engines, in particular hydraulically actuated exhaust valve actuation systems,
A displacement pump 40 having a first shaft 43, a first port and a second port, capable of providing two flow directions,
A hydraulic accumulator 28 fluidly connected to the first port,
The second port configured to be fluidly connected to a linear hydraulic actuator 70 acting on the spindle 23 of the exhaust valve 4 and
A motor-generator having a second shaft (33),
And the first shaft (43) is operably connected to the second shaft (33).
제1항에 있어서,
상기 유압 어큐뮬레이터(28)는 제1 폐쇄 유압 시스템을 형성하도록 상기 제1 포트에 연결되는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 1,
The hydraulic accumulator (28) is connected to the first port to form a first closed hydraulic system.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 선형 유압 액추에이터(70)는 제2 폐쇄 유압 시스템을 형성하도록 상기 제2 포트에 연결되는 배기 밸브 작동 시스템.
The method according to claim 1 or 2,
The linear hydraulic actuator (70) is connected to the second port to form a second closed hydraulic system.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용량 펌프는 상기 제1 샤프트의 한 회전 방향에 대해 두 유동 방향을 제공할 수 있는 가변 용량 펌프(40)인 배기 밸브 작동 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Said displacement pump is a variable displacement pump (40) capable of providing two flow directions with respect to one rotational direction of said first shaft.
제1항에 있어서,
상기 모터-발전기는 상기 제2 샤프트(33)의 두 회전 방향으로 작동하도록 구성되는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 1,
The motor-generator is configured to operate in two directions of rotation of the second shaft (33).
제5항에 있어서,
상기 모터-발전기는 제3 포트와 제4 포트를 구비하고 한 유동 방향에 대해 상기 제2 샤프트(33)의 두 회전 방향이 가능한 가변 용량 모터(30)인 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 5,
The motor-generator is a variable displacement motor (30) having a third port and a fourth port and capable of two directions of rotation of the second shaft (33) with respect to one flow direction.
제1항에 있어서,
상기 모터-발전기는 전기 모터-발전기인 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 1,
And the motor-generator is an electric motor-generator.
제1항에 있어서,
상기 모터-발전기는 제3 포트와 제4 포트를 구비하고 상기 제2 샤프트(33)의 한 회전 방향에 대해 두 유동 방향이 가능한 가변 용량 모터(30)인 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 1,
The motor-generator is a variable displacement motor (30) having a third port and a fourth port and capable of two flow directions with respect to one rotational direction of the second shaft (33).
제8항에 있어서,
상기 제3 포트는 제1 고압의 제1 공급원에 연결되고, 상기 제4 포트는 제2 고압의 제2 공급원에 연결되고, 상기 제1 고압은 상기 제2 고압보다 더 높은 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 8,
The third port is connected to a first source of first high pressure, the fourth port is connected to a second source of second high pressure, and the first high pressure is higher than the second high pressure.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 가변 용량 모터(30)의 회전 속도와 용량을 제어하고 상기 가변 용량 펌프(40)의 용량을 제어하도록 구성된 전자제어장치(50)를 더 포함하는 배기 밸브 작동 시스템.
The method according to claim 8 or 9,
And an electronic control device (50) configured to control the rotational speed and capacity of the variable displacement motor (30) and to control the capacity of the variable displacement pump (40).
제1항에 있어서,
상기 스핀들(23)의 위치를 나타내는 제1 센서(62)를 포함하는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 1,
Exhaust valve actuation system comprising a first sensor (62) indicating the position of the spindle (23).
제1항에 있어서,
상기 모터-발전기의 회전 속도를 나타내는 제2 센서(32)를 포함하는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 1,
And a second sensor (32) indicative of the rotational speed of the motor-generator.
제8항에 있어서,
상기 가변 용량 펌프(40)는 레이디얼 피스톤 펌프 및/또는 상기 가변 용량 모터(30)는 레이디얼 피스톤 모터인 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 8,
The variable displacement pump (40) is a radial piston pump and / or the variable displacement motor (30) is a radial piston motor.
제10항에 있어서,
상기 가변 용량 펌프(40)의 용량과 방향 유동을 제어하는 상기 가변 용량 펌프(40)의 하나 이상의 제어 포트에 유체로 연결되는 제1 제어 밸브(41)를 포함하고, 상기 제1 제어 밸브(41)는 상기 전자제어장치(50)에 의해 전자식으로 제어되는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 10,
A first control valve 41 fluidly connected to one or more control ports of the variable displacement pump 40 for controlling the volumetric and directional flow of the variable displacement pump 40, the first control valve 41 ) Is an electronically controlled exhaust valve operating system by the electronic control device (50).
제10항에 있어서,
상기 가변 용량 유압 모터(30)의 용량과 방향 유동을 제어하는 상기 가변 용량 유압 모터(30)의 하나 이상의 제어 포트에 유체로 연결되는 제2 제어 밸브(31)를 포함하고, 상기 제2 제어 밸브(31)는 상기 전자제어장치(50)에 의해 전자식으로 제어되는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 10,
A second control valve (31) fluidly connected to one or more control ports of the variable displacement hydraulic motor (30) for controlling the capacity and directional flow of the variable displacement hydraulic motor (30); (31) is an exhaust valve operating system that is electronically controlled by the electronic control device (50).
제10항에 있어서,
상기 전자제어장치(50)는 상기 가변 용량 유압 모터(30)의 용량을 제어함으로써 상기 제2 샤프트(33)의 회전 속도를 소정의 회전 속도로 유지하도록 구성되는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 10,
The electronic control device (50) is configured to maintain the rotational speed of the second shaft (33) at a predetermined rotational speed by controlling the capacity of the variable displacement hydraulic motor (30).
제10항에 있어서,
상기 전자제어장치(50)는 상기 배기 밸브(4)의 원하는 위치를 나타내는 신호에 따라 상기 제2 포트로 및 상기 제2 포트로부터 유동을 제어하도록 구성되는 배기 밸브 작동 시스템.
The method of claim 10,
The electronic control device (50) is configured to control the flow to and from the second port in accordance with a signal indicative of a desired position of the exhaust valve (4).
대형 터보차징 2행정 자기 점화 내연 기관에 있어서,
실린더의 하부 영역에 소기 포트(22) 및 실린더의 상단에 배기 밸브(4)를 갖는 복수의 실린더(1),
밸브 스템(23)과 밸브 디스크(25)를 갖고, 밸브 시트(26) 상에 밸브 디스크(25)가 놓이는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 반대 방향으로 이동 가능한 상기 배기 밸브(4),
상기 배기 밸브(4)를 폐쇄 위치를 향하여 가압하도록 상기 밸브 스템(23)에 작동 가능하게 연결된 단동형 유체 작동식 수단,
상기 밸브 스템(23)에 작동 가능하게 연결되고, 상기 선형 유압 액추에이터(70)가 가압 될 때 상기 배기 밸브를 가압하여 개방 위치로 향하도록 구성되는 선형 유압 액추에이터(70) 및
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배기 밸브 작동 시스템을 포함하는 대형 터보차징 2행정 자기 점화 내연 기관.
In a large turbocharging two-stroke self-ignition internal combustion engine,
A plurality of cylinders 1 having a scavenging port 22 in the lower region of the cylinder and an exhaust valve 4 at the top of the cylinder,
Said exhaust valve (4) having a valve stem (23) and a valve disc (25) and movable in an opposite direction between a closed position and an open position in which the valve disc (25) is placed on the valve seat (26),
Single-acting fluid actuated means operably connected to the valve stem 23 to press the exhaust valve 4 toward the closed position,
A linear hydraulic actuator 70 operatively connected to the valve stem 23 and configured to pressurize the exhaust valve to the open position when the linear hydraulic actuator 70 is pressurized;
A large turbocharging two-stroke self-ignition internal combustion engine comprising an exhaust valve actuation system according to claim 1.
제18항에 있어서,
상기 제1 센서(62)의 신호를 상기 배기 밸브(4)에 대해 원하는 위치와 비교함으로써 폐 루프 방식으로 상기 배기 밸브의 위치 및/또는 속도를 제어하도록 구성된 전자제어장치(50)를 포함하는 대형 터보차징 2행정 자기 점화 내연 기관.
The method of claim 18,
A large size comprising an electronic control device 50 configured to control the position and / or speed of the exhaust valve in a closed loop manner by comparing the signal of the first sensor 62 with a desired position with respect to the exhaust valve 4. Turbocharged two-stroke self-ignition internal combustion engine.
제18항에 있어서,
상기 제1 포트를 상기 어큐뮬레이터(28)에 연결하는 제1 도관은 오리피스(36)를 경유하여 상기 제1 고압원에 연결되는 대형 터보차징 2행정 자기 점화 내연 기관.
The method of claim 18,
And a first conduit connecting said first port to said accumulator (28) is connected to said first high pressure source via an orifice (36).
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