KR20200022039A

KR20200022039A - 내연 피스톤 엔진을 위한 캠샤프트 어셈블리 및 적어도 2 개의 작동 모드들에서 작동하도록 내연 피스톤 엔진을 전환하는 방법

Info

Publication number: KR20200022039A
Application number: KR1020207004455A
Authority: KR
Inventors: 위리 빠실라; 야리 렌꼬넨; 유호 산드베리; 빠올로 뻴리짜리; 빠올로 ?리짜리
Original assignee: 바르실라 핀랜드 오이
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2020-03-02
Also published as: KR102177594B1; WO2019034254A1; CN111033030B; EP3669068B1; CN111033030A; EP3669068A1

Abstract

본 발명은 내연 피스톤 엔진을 위한 캠샤프트 어셈블리에 관한 것으로서, 제 1 단부 (16.1) 와 제 2 단부 (16.2), 및 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 제 2 단부 (16.2) 사이의 중간부 (18) 로서, 캠샤프트 어셈블리의 캠 표면들이 제공되는 상기 중간부를 포함한다. 중간부 (18) 는 제 1 단부 (16.1) 와 중간부 (18) 사이 및 제 2 단부 (16.2) 와 중간부 (18) 사이의 제 1 부착 수단에 의해 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 에 해제가능하게 조립될 수 있고, 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 스페이서부 (20) 를 포함하며, 스페이서부에는 종방향 양 단부들에서 제 2 부착 수단이 제공되고, 제 2 부착 수단 (20) 은 제 1 단부 (16.1) 와 중간부 (18) 사이에 제 1 부착 수단과, 해제가능한 어셈블리를 위해, 양립가능하다.

Description

내연 피스톤 엔진을 위한 캠샤프트 어셈블리 및 적어도 2 개의 작동 모드들에서 작동하도록 내연 피스톤 엔진을 전환하는 방법

본 발명은 내연 피스톤 엔진을 위한 캠샤프트 어셈블리에 관한 것으로서, 베어링 표면이 제공되어 캠샤프트 어셈블리가 베어링에 의해 회전가능하게 지지되어 엔진에 조립될 수 있는 제 1 단부와 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이의 중간부로서, 캠샤프트 어셈블리의 캠 표면들이 제공되는 상기 중간부를 포함한다.

본 발명은 또한 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 내연 피스톤 엔진을 전환하는 방법에 관한 것이다.

내연 엔진은 오늘날 가스 또는 액체 연료를 에너지로 전환하는 가장 효율적인 수단 중 하나이다. 신흥 가스 시장에서는, 초기에 액체 연료로 작동하고 그리고 가스로 작동하도록 전환되는 엔진을 구축할 수 있다. 이는 다른 방법으로도 작동한다. 가스 공급이 불확실하거나 가격이 변동할 때, 이는 엔진을 가스 연료 작동에서 액체 연료 작동으로 전환시키는 것을 수행할 수 있다. 물론, 다른 연료들 사이에서도 전환이 가능함을 상정할 수 있다.

내연 피스톤 엔진들에서, 피스톤은 실린더내에서 왕복운동하도록 배열되고, 피스톤의 왕복 운동은 크랭크샤프트의 회전 운동으로 전달된다. 엔진의 각각의 실린더에서 가스 교환 밸브들을 작동시키도록 배열된 캠샤프트가 있다. 캠샤프트는 실린더 뱅크의 길이를 따라 뻗어 있는 원통형 로드로 구성되고 그로부터 다수의 캠이 돌출되어 있다. 캠들은, 캠들이 회전함에 따라 밸브에 가압력을 제공함으로써 밸브들을 강제 개방시킨다.

예를 들어 150 kW/실린더 이상의 동력을 제공할 수 있는 대형 엔진들에서, 캠샤프트는 종종 개별 부분들로 구성된다. 통상적으로, 작동 연료들 사이의 엔진 전환시에, 샤프트의 캠 섹션은 전환 중에 연료 특정 캠들로 대체되었다. 무거운 캠 섹션들의 운송, 보관 및 장착은 번거롭고 시간 소모적이다. 이는 또한 캠 표면도 주의해서 취급해야 하므로, 이러한 취급으로 또한 까다로운 필드 조건에서 작동할 때 캠이 손상될 위험이 있다. 따라서, 문제에 대한 보다 실용적인 방안을 개선할 필요가 있다.

캠샤프트를 조정하는 것과 관련된 선행의 방법들 중 하나는 US 2010126445 A1 에 개시되어 있고, 여기서 리프팅 프로파일 요소는 축방향으로 이동가능하게 장착된 캠샤프트상에 회전방향으로 고정된 방식으로 제공되고 제어 홈을 제공하며, 캠샤프트의 미리 정해진 축방향 운동을 생성하기 위해 제어 유닛을 가진다. 제어 유닛은, 캠샤프트에 대하여 반경방향으로 이동가능하고 그리고 리프팅 프로파일 요소에 제어가능하게 결합하도록 설계된 탭핏 유닛 (tappet unit) 을 가지며, 여기서 리프팅 프로파일 요소는 캠샤프트의 축방향 운동을 설명하기 위해 제 1 및 제 2 관통 깊이에서 탭핏 유닛과 상호작용하도록 설계된 제 1 및 제 2 제어 홈들을 형성한다.

추가로, 예를 들어 EP 0798451 A1, US 2007204819 A1 및 US 20100269769 A1 의 공개에는 캠샤프트상에서 캠들을 축방향으로 이동시키기 위한 상이한 종류의 밸브 구동 어셈블리들이 개시되어 있다. 캠 부분들은, 슬리브에 의해, 톱니형 샤프트상의 액츄에이터들에 의해 또는 캠 지지 측벽들상의 홈들에 의해 이동된다. 하지만, 이러한 배열들에서, 특히 단순화 및 신뢰성과 관련하여 많은 결함이 여전히 남아 있다.

본 발명의 목적은 선행 기술의 방안들과 비교하여 구현이 간단하고 신뢰할 수 있으며 상당히 개선된 캠샤프트 어셈블리를 제공하는 것이다.

본원의 목적들은 독립항에서 그리고 본원의 상이한 실시형태들의 보다 상세들을 설명하는 다른 청구항들에 개시된 바와 같이 실질적으로 충족될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 내연 피스톤 엔진을 위한 캠샤프트 어셈블리는, 제 1 단부와 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이의 중간부로서, 캠샤프트 어셈블리의 캠들이 제공되는 중간부를 포함하며, 상기 단부들에는 베어링 표면이 제공되어 캠샤프트 어셈블리가 베어링 표면들을 통하여 베어링들에 의해 회전가능하게 지지되어 엔진에 조립될 수 있고, 캠샤프트 어셈블리는 종축 방향을 가지며, 중간부의 캠들 중 적어도 하나는 종축 방향으로 서로 실질적으로 나란한 제 1 캠 표면 및 제 2 캠 표면을 포함하고, 중간부는 제 1 단부 및 제 2 단부에 해제가능하게 조립된다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 캠샤프트 어셈블리는 종축 방향으로 제 1 단부의 베어링 표면 및 제 2 단부의 베어링 표면에 대한 중간부의 상대 위치를 변경하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부는 내연 피스톤 엔진의 흡기 밸브들을 작동시키는데 사용하기 위한 제 1 세트의 캠들 및 내연 피스톤 엔진의 배기 밸브를 작동시키는데 사용하기 위한 제 2 세트의 캠들을 포함하고, 상기 제 1 세트의 캠들 및 상기 제 2 세트의 캠들의 각각의 캠들은 종축 방향으로 서로 인접한 제 1 캠 표면 및 제 2 캠 표면을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부는 내연 피스톤 엔진의 연료 펌프를 작동시키는데 사용하기 위한 제 3 세트의 캠들을 포함하고, 상기 제 3 세트의 캠들의 각각의 캠들은 제 1 캠 표면만으로 구성된다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부는 내연 피스톤 엔진의 연료 펌프를 작동시키는데 사용하기 위한 제 3 세트의 캠들을 포함하고, 상기 제 3 세트의 캠들의 각각의 캠들은 종축 방향으로 서로 인접한 제 1 캠 표면 및 제 2 캠 표면을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부의 상대 위치를 변경하기 위한 수단은 제 1 단부와 중간부 사이에 또는 제 2 단부와 중간부 사이에 배열된 적어도 하나의 스페이서부 또는 제 1 단부와 중간부 사이에 그리고 제 2 단부와 중간부 사이에 배열된 1 개 초과의 스페이서부를 포함하여, 캠의 제 1 캠 표면 및 제 2 캠 표면 중 적어도 하나가 엔진에서 캠 표면의 대응부인 캠 종동자의 위치에서 종축 방향으로 위치된다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부의 상대 위치를 변경하기 위한 수단은 제 1 단부와 중간부 사이에서 또는 제 2 단부와 중간부 사이에서 조립가능하게 배열된 스페이서부를 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부는 제 1 단부 및 제 2 단부에 해제가능하게 조립가능하고, 캠샤프트 어셈블리는 제 1 단부와 중간부 사이에 조립된 제 1 스페이서부를 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 캠샤프트 어셈블리는 제 1 단부와 중간부 사이에 조립된 제 1 스페이서부, 및 제 2 단부와 중간부 사이에 조립된 제 2 스페이서부를 포함하고, 상기 제 1 스페이서부 및 제 2 스페이서부는 종축 방향으로 상이한 길이로 되며, 제 1 스페이서부 및 제 2 스페이서부는 제 1 단부의 베어링 표면 및 제 2 단부의 베어링 표면에 대한 중간부의 상대 위치를 종축 방향으로 변경하기 위해 서로 상호교체될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부의 상대 위치를 변경하기 위한 수단은 종축 방향으로 상이한 결합 길이가 제공되는 제 1 의 제 2 단부 및 제 2 단부를 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 중간부의 상대 위치를 변경하기 위한 수단은, 종축 방향으로 상이한 결합 길이가 제공되고 그리고 종축 방향으로 변경하기 위해 서로 교체가능한 제 1 단부 및 제 2 단부를 포함하고, 제 1 단부 및 제 2 단부는 종축 방향으로 상이한 길이로 되며, 제 1 단부 및 제 2 단부는 제 1 단부의 베어링 표면 및 제 2 단부의 베어링 표면에 대한 중간부의 상대 위치를 종축 방향으로 변경하기 위해 서로 상호교체될 수 있다.

중간부는 제 1 단부와 중간부 사이의 그리고 제 2 단부와 중간부 사이의 제 1 부착 수단에 의해 제 1 단부와 제 2 단부에 해제가능하게 조립될 수 있다. 더욱이, 캠샤프트 어셈블리는 그의 종방향 양 단부에서 제 2 부착 수단이 제공되는 스페이서부를 포함하고, 제 2 부착 수단은, 제 1 단부와 중간부 사이의 제 1 부착 수단 및 제 2 단부와 중간부 사이의 제 1 부착 수단과, 해제가능한 어셈블리를 위해, 양립가능하다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 캠샤프트 어셈블리의 중간부는, 제 1 캠 표면 및 제 2 캠 표면을 각각 포함하는 다수의 캠 섹션들 및 앞뒤로 해제가능하게 장착된 캠 섹션들 사이의 다수의 샤프트부들을 포함하여, 캠샤프트 어셈블리의 중간부를 형성한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 캠샤프트 어셈블리의 중간부는, 제 1 세트의 캠에 속하는 적어도 하나의 캠과 제 2 세트의 캠에 속하는 적어도 하나의 캠을 각각 포함하는 다수의 캠 섹션들 및 앞뒤로 해제가능하게 장착된 캠 섹션들 사이의 다수의 샤프트부들을 포함하여, 캠샤프트 어셈블리의 중간부를 형성한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제 1 캠 표면 및 제 2 캠 표면은 상이한 캠 프로파일들을 포함한다.

이러한 방안은 적어도 2 개의 구성들 사이에서 전환될 수 있는 내연 피스톤 엔진에서 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 이는 엔진이 디젤 엔진에서 가스 엔진으로 또는 그 반대로 또는 파일럿 액체 연료 점화를 가진 가스 연료 엔진과 디젤 엔진 사이에서 전환될 수 있음을 의미한다. 엔진은 또한 가스 교환 밸브의 리프팅 거동을 변경하여 가스 교환 특성을 변경함으로써 동일한 연료로 다른 방식으로 작동하도록 전환될 수 있다.

"캠 표면" 이라는 용어는 캠샤프트를 둘러싸는 안내 표면을 의미하고, 캠 종동자는 사용중일 때 이 안내 표면에 대하여 위치 안내를 하도록 작동한다.

본 발명에 따른 캠샤프트 어셈블리는, 전환이 용이한 방식으로 실시될 수 있는 견고하고 간단한 기계적 구조물을 제공한다.

본 특허 출원에 개시된 본원의 예시적인 실시형태들은 첨부된 청구범위의 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 동사 "포함하도록" 은 본 특허출원에서 또한 개시하지 않은 특징들의 존재를 배제하지 않는 개방형 제한으로서 사용된다. 종속 청구항들에 개시된 특징들은 달리 명시하지 않는 한 상호 자유롭게 조합가능하다. 본원의 특징으로 고려되는 새로운 특징들은 특히 첨부된 청구범위에 개시되어 있다.

이하에서, 본 발명은 첨부된 예시적이고 개략적인 도면들을 참고하여 설명될 것이다.

도 1 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리를 도시한다.
도 3 은 본원의 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리의 상세를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리를 도시한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리 (10) 를 개략적으로 도시한다. 도 1 은 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 2 개의 상이한 셋업들을 A 및 B 로 도시하고, 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 이 셋업들에 조립될 수 있다. 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 내연 피스톤 엔진 (12) 내의 설치 위치에 도시되어 있다. 도 1 에는 캠샤프트 어셈블리 (10) 가 엔진내에 지지되는 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 단부에 있는 2 개의 베어링들 (14) 이 도시되어 있다. 도시되지 않더라도, 실제로 추가의 베어링이 있을 수 있음이 명백하다.

캠샤프트 어셈블리 (10) 는 베어링 표면이 제공되는 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 를 포함하여, 캠샤프트 어셈블리는 베어링들 (14) 에 의해 회전가능하게 지지되어 엔진 (12) 에 조립될 수 있다. 따라서, 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 의 위치는, 엔진 (12) 내의 베어링들 (14) 의 위치로 축방향으로 결정된다. 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 가 엔진 (12) 내의 베어링들 (14) 에 회전가능하게 고정되더라도, 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 는, 적어도 전환이 실시되는 동안, 어느 정도로 축방향으로 이동될 수 있어서, 캠샤프트 어셈블리는 본 발명의 실시형태에 따라서 필요한 정도로 분리 및 재조립될 수 있다.

제 1 단부 (16.1) 와 제 2 단부 (16.2) 사이에는 중간부 (18) 가 조립되어 있다. 중간부 (18) 에는 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 캠 표면들이 제공되어 있다. 제 1 단부 (16.1), 중간부 (18) 및 제 2 단부 (16.2) 는 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 종방향 회전축 (D) 의 방향으로 연속적으로 배열된다. 엔진에서 종방향 회전축 (D) 은 엔진의 크랭크샤프트의 회전축의 방향으로 되어 있다. 중간부 (18) 는 제 1 단부 (16.1) 와 중간부 (18) 사이의 그리고 제 2 단부 (16.2) 와 중간부 (18) 사이의 제 1 부착 수단에 의해 제 1 단부 (16.1) 와 제 2 단부 (16.2) 에 해제가능하게 조립될 수 있다. 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 종방향 양 단부에 있는 제 2 부착 수단이 제공되는 스페이서부 (20) 를 포함한다. 스페이서부 (20) 를 사용하는 것은, 종축 (D) 방향으로, 제 1 단부 (16.1) 의 베어링 표면 및 제 2 단부 (16.2) 의 베어링 표면에 대한 중간부 (18) 의 상대 위치를 변경하기 위한 수단의 간단한 실시형태이다.

도 1 에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제 2 부착 수단은 제 1 단부 (16.1) 와 중간부 (18) 사이의 제 1 부착 수단 및 제 2 단부 (16.2) 와 중간부 (18) 사이의 제 1 부착 수단과, 설치를 위해, 양립가능하다. 제 2 부착 수단 및 제 1 부착 수단은 서로 양립가능하여, 스페이서부 (20) 는 제 1 단부 (16.1) 와 중간부 (18) 사이에 또는 제 2 단부 (16.2) 와 중간부 (18) 사이에 선택적으로 설치될 수 있다.

본 발명의 범주내에서, 2 개의 별도의 스페이서부들 (20) 이 있고, 그 중 하나만이 캠샤프트 어셈블리의 제 1 단부 (16.1) 와 관련하여 설치하기에 적합하고, 다른 하나만이 캠샤프트 어셈블리의 제 2 단부 (16.2) 와 관련하여 설치하기에 적합하도록, 도 1 의 캠샤프트 어셈블리를 변경하는 것도 상정할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 스페이서부들 중 하나에는 제 1 단부 (16.1) 의 제 1 부착 수단과 양립가능한 제 2 부착 수단이 제공되고, 스페이서부들 중 다른 하나에는 제 2 단부 (16.2) 의 제 1 부착 수단과 양립가능한 제 2 부착 수단이 제공된다. 도 1 에서, A 관점은 제 1 셋업에서 어셈블리 (10) 를 도시하고, B 관점에서 어셈블리 (10) 는 제 2 셋업에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 스페이서부 (20) 의 설치 위치에 따라서 엔진내의 베어링들 (14) 에 대하여 종축 (D) 방향으로 중간부 (18) 의 위치를 좌측으로 또는 우측으로 시프팅시키는 효과를 제공한다. 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 중간부 (18) 의 종방향 위치가 변경될 때, 사용시 유효 캠 표면들도 변경되며, 이는 이하에 설명된다.

이제 도 1 을 다시 참조하면, 중간부 (18) 는 내연 피스톤 엔진의 흡기 밸브 (비도시) 를 작동시키는데 사용하기 위한 제 1 세트의 캠들 (22) 및 내연 피스톤 엔진 (12) 의 배기 밸브 (비도시) 를 작동시키는데 사용하기 위한 제 2 세트의 캠들 (24) 을 포함한다. 제 1 세트의 캠들 (22) 및 제 2 세트의 캠들 (24) 의 캠들 각각은 종축 (D) 방향으로 서로 인접한 제 1 캠 표면 (I) 및 제 2 캠 표면 (II) 으로 구성된다. 도 1 에 도시된 실시형태에서, 제 1 캠 표면 (I) 및 제 2 캠 표면 (II) 의 폭은 스페이서부 (20) 의 폭과 실질적으로 동일하다. 폭보다 더 중요한 것은, 캠 종동자의 제어에 의해, 어셈블리 (10) 의 셋업이 변경될 때, 제 1 캠 표면에서 제 2 캠 표면으로 변경시키는 것, 즉 중간부가 충분히 이동되는 것이다. 폭은 종축 (D) 방향의 치수를 의미한다.

이러한 방안은 적어도 2 개의 작동 구성들 사이에서 전환될 수 있는 내연 피스톤 엔진에서 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 엔진은 디젤 엔진에서 가스 엔진으로 또는 그 반대로 전환될 수 있음을 의미한다.

엔진에는, 캠샤프트 어셈블리 (10) 에 의해 구동되거나 작동되는 가스 교환 밸브들 (비도시) 을 작동시키기 위한, 즉 개방하고 폐쇄하기 위한 작동 시스템 (26) 이 제공된다. 작동 시스템 (26) 은 각각의 밸브 액츄에이터와 관련하여 배열된 캠 종동자 (28) 를 포함한다. 캠 종동자는 캠 표면을 따르도록 구성되고, 그리하여 캠샤프트 어셈블리의 회전축으로부터 캠 표면의 반경방향 거리의 변경에 따라 왕복운동한다. 작동 시스템은 엔진 (12) 에 속하고 그리고 엔진에서 종축 (D) 방향으로 미리 정해진 고정된 종방향 위치에 배열된다. 따라서, 캠샤프트 어셈블리 (10) 가 단부들 (16.1, 16.2) 및 베어링들 (14) 에 대하여 셋업들 (A, B) 사이에서 변경될 때, 각각의 캠 종동자에 효과적인 캠 표면이 이에 따라서 변경된다.

도 1 의 실시형태에서, 중간부 (18) 는 내연 피스톤 엔진의 액체 연료 펌프 (27) 를 작동시키는데 사용하기 위한 제 3 세트의 캠들 (25) 을 더 포함한다. 따라서, 이러한 셋업은 액체 연료를 사용하는 디젤 사이클에 따라 작동하는 엔진에 사용될 수 있다. 또한, 연료 펌프에는 캠 종동자 (28) 가 제공된다. 도 1 의 실시형태에서, 제 3 세트의 캠들 (25) 의 캠들 각각은 제 1 캠 표면 (I) 만을 가진다. 제 1 캠 표면은 엔진이 디젤 사이클에 따라 작동하도록 구성될 때 사용하도록 의도되고, 그리고 캠 표면이 연료 펌프 (27) 의 위치에 없도록 캠샤프트가 변경되었을 때 엔진은, 예를 들어 스파크 점화식 가스 엔진으로서 작동될 수 있다.

중간부 (18) 는 엔진 (12) 의 실린더들의 개수와 동일한 다수의 캠 섹션들 (18.1) 을 포함한다. 캠 섹션들 (18.1) 각각은 도 2 의 실시형태에 도시된 바와 같이 제 1 세트의 캠들 (22) 에 속하는 적어도 하나의 캠 및 제 2 세트의 캠들 (24) 에 속하는 적어도 하나의 캠을 포함한다. 도 2 의 실시형태에 따른 캠샤프트 어셈블리는 상이한 가스 교환 거동이 획득되기를 원하는 경우에 사용가능하다. 그렇지 않으면, 도 2 에 도시된 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 도 1 에 도시된 바에 해당된다. 도 1 의 실시형태에서, 캠 섹션 (18.1) 은 또한 예를 들어 연료 펌프를 작동하도록 의도된 제 3 세트의 캠들 (25) 에 속하는 하나의 캠을 포함한다. 중간부 (18) 는 또한 앞뒤로 해제가능하게 장착된 캠 섹션들 (18.1) 사이의 다수의 샤프트부들 (18.2) 을 포함하여, 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 중간부 (18) 를 형성한다. 샤프트부 (18.2) 에는, 샤프트부 (18.2) 에 의해, 단부들 사이에서, 캠샤프트 어셈블리 (10) 를 종축에 대하여 회전가능하게 지지할 수 있도록 베어링 표면이 유리하게 제공된다. 캠들의 개수는 엔진의 설계, 즉 하나의 실린더내의 실제 가스 교환 밸브들의 개수 및 다른 캠샤프트 작동식 디바이스들의 개수에 따라서 변할 수 있다.

제 1 캠 표면 (I) 및 제 2 캠 표면 (II) 은 엔진의 상이한 구성들에서 사용하기 위한 상이한 캠 프로파일들을 포함하고, 사용된 캠 표면의 선택은 대안으로 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 제 1 또는 제 2 셋업을 선택하고 조립함으로써 사용된다. 엔진이 정지된 동안 셋업의 변경이 실시된다. 본 발명에 따른 캠샤프트 어셈블리 (10) 가 내연 엔진 (12) 에 설치될 때, 엔진은 본 발명에 따른 캠샤프트 어셈블리에 의해 2 개 이상의 상이한 작동 모드로 추후에 용이하게 구성될 수 있다. 엔진의 캠 시스템들의 특성은, 각각의 엔진 구성의 요구를 충족시키기 위한 현장 서비스 절차일지라도, 캠샤프트의 최소한의 변경으로 그리고 간단한 방식으로 변경될 수 있다.

도 1 의 A 관점에 도시된 셋업에서, 내연 엔진은 사용 액체 연료를 사용하여 작동하도록 구성된다. 이는, 예를 들어 디젤 파일럿 분사를 사용하는 이중 연료 (DF) 엔진으로서 또는 통상적으로 공지된 디젤 모드 작동으로서 구현될 수 있고, 이는 물론 상이한 경우에 캠 표면들이 상이할 것을 요구할 수 있다. 예를 들어, 제 3 세트의 캠들 (25) 의 캠 표면들이 DF 엔진에 사용될 때, 연료 펌프의 행정 길이 및 연료 분사의 타이밍은, 제 3 세트의 캠들 (25) 이 펌프의 더 긴 행정 (더 많은 연료양) 을 필요로 하는 디젤 엔진에 사용되는 경우와 다르게 설정될 수 있다.

A 관점에 도시된 경우에, 스페이서부 (20) 는 제 2 단부 (16.2) 와 중간부 (18) 사이에 있다. 이제, 캠들 세트 (22, 24) 의 제 1 캠 표면들 (I) 은 종축 (D) 방향으로 축방향 위치에 있고, 여기에서 제 1 캠 표면들이 밸브 작동 시스템의 각각의 캠 종동자들 (28) 과 협력한다. 이러한 방식으로, 제 1 캠 표면들 (I) 은 가스 교환 밸브들을 작동시키고 있고, 또한 제 3 세트의 캠들 (25) 의 제 1 캠 표면들은 연료 펌프들 (27) 의 각각의 캠 종동자 (28) 와 협력하고 있다. 본 발명에 따라서, 중간부 (18) 는 축방향으로 엔진내에서 이동될 수 있어서, 한 세트의 캠들 (22, 24) 의 여러 개의 인접한 캠 표면들 중 하나는 그 작동 상대부의 위치에, 즉 엔진내의 가스 교환 밸브 또는 연료 펌프의 캠 종동자와 같은 캠 종동자의 위치에 위치됨이 명백하다. 중간부 (18) 의 이동 길이는 제 1 캠 표면에서 제 2 캠 표면으로 캠 종동자의 제어를 변경해야 하고, 이는 종동자의 상이한 종류의 제어를 초래할 수 있다.

도 1 의 B 관점에 도시된 셋업에서, 내연 엔진은 스파크 점화, 레이저 점화 또는 플라즈마 점화와 같이 점화 에너지를 연소실에 직접 인가함으로써 점화되는 가스 엔진으로서 작동하도록 구성된다. B 관점에 도시된 경우에, 스페이서부 (20) 는 제 1 단부 (16.1) 와 중간부 (18) 의 캠 섹션 (18.1) 사이에 있다. 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 이러한 위치에서, 캠들 세트 (22, 24) 의 제 2 캠 표면들 (II) 은 종축 (D) 방향으로 일 위치에 있고, 여기서 이는 가스 교환 밸브들을 작동하는 작동 시스템의 각각의 캠 종동자들 (28) 과 협력한다. B 관점에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 연료 펌프 (27) 의 캠 종동자 (28) 는 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 중간부 (18) 를 시프팅할 수 있도록 제거되었다. 이는, 이러한 경우에 엔진이 액체 연료를 필요로 하지 않기 때문에 실시될 수 있다. 실제로, 엔진의 구성은 엔진에 변경이 필요하지 않도록 될 수 있고, 즉 연료 펌프의 캠 종동자 (28) 의 제거가 필수 단계인 것으로 이해되어서는 안된다.

도 3 은 도 2 와 유사한 캠 섹션 (18.1) 및 샤프트부 (18.2) 및 스페이서부 (20) 의 측면도를 보다 상세하게 도시한다. 또한, 캠 섹션 (18.1) 및 스페이서부 (20) 의 정면도가 도시되어 있다. 이제, 중간부 (18) 는 필요한 개수의 캠 섹션들 (18.1) 및 샤프트부 (18.2) 를 사용하고 그리고 이들을 차례로 조립함으로써 조립된다. 캠 섹션들 (18.1) 및 샤프트부 (18.2) 에는 그 종방향 단부에서 제 1 부착 수단 (30) 이 제공된다. 중간부 (18) 는 캠 섹션 (18.1) 및 샤프트부 (18.2) 로 형성되므로, 중간부에는 또한 제 1 부착 수단 (30) 이 제공되고, 이에 따라서 중간부 (18) 는 제 1 부착 수단 (30) 에 의해 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 에 해제가능하게 조립될 수 있다.

스페이서부 (20) 에는 그 종방향 단부에서 제 2 부착 수단 (32) 이 제공되고, 제 2 부착 수단 (30) 은 제 1 부착 수단 (30) 과, 설치를 위해, 양립될 수 있다. 여기에 도시되지 않더라도, 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 에는 또한 제 1 부착 수단 (30) 이 제공되고, 이에 따라서 스페이서부도 단부에 부착될 수 있다. 제 2 부착 수단 (32) 및 제 1 부착 수단 (30) 은 서로 양립가능하여, 스페이서부 (20) 는 제 1 단부 (16.1) 와 중간부 (18) 사이에 또는 제 2 단부 (16.2) 와 중간부 (18) 사이에 선택적으로 설치될 수 있다.

도 3 에 도시된 어셈블리 (10) 의 부분들의 실시형태에서, 제 1 부착 수단 (30) 및 제 2 부착 수단 (32) 은 축방향 단부에서 플랜지 섹션 (34) 을 포함한다. 플랜지 섹션들 (34) 은 어셈블리 맞댐 (butting) 을 위해서 서로 양립가능하다. 플랜지 섹션들 (34) 에는 나사 (36) 또는 이와 유사한 나사결합 바아를 위한 개구 (40) 가 제공된다. 개구 (40) 는 플랜지 섹션 (34) 의 에지 부분을 둘러싸도록 각방향으로 이격된 방식으로 배열된다. 샤프트부 (18.2) 에는 플랜지 섹션 (34) 의 에지 부분을 둘러싸도록 각방향으로 이격되어 배열된 개구 (40) 와 정합하도록 배열된 나사결합 구멍 (38) 이 제공된다. 플랜지 섹션들 (34) 에는 또한 그 축방향 단부들에서 안내 및/또는 중심맞춤 수단 (42) 이 제공된다. 안내 및/또는 중심맞춤 수단 (42) 은 서로 부착된 맞댐면들에서 축방향으로 안으로 불룩하고 그리고 밖으로 불록한 절두 원추 형태인 것으로 도시되어 있다. 어셈블리의 부분들의 하나의 축방향 단부에서, 절두 원추는 축방향으로 안으로 불룩 (리세스) 하고, 반대의 축방향 단부에서 절두 원추는 밖으로 불룩 (돌출부) 하다. 이러한 방식으로 연속적으로 조립된 부분들에서, 절두 원추 형상의 안내 및/또는 중심맞춤 수단 (42) 은 서로 정합하여 배열된다. 유사한 효과를 얻을 수 있는 다른 가능성으로는 반구 형태를 사용하는 것이다. 도 3 은 캠 섹션 (18.1) 의 캠 표면들 (I, II) 을 또한 도시한다.

도 5 에는 본 발명의 다른 실시형태가 도시되어 있다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 효과는 또한 캠샤프트 어셈블리에 의해 얻어질 수 있고, 여기서 중간부 (18) 의 상대 위치를 변경하기 위한 수단은 중간부 (18) 의 양 단부들에서 동시에 조립된 스페이서들 (20) 을 포함한다. 스페이서부들은 종축 (D) 방향으로 상이한 길이로 된다. 스페이서들 (20) 이 상이한 길이로 되는 특징은, 또한 3 개의 실질적으로 동일한 스페이서들 (20) 을 제공함으로써 얻어질 수 있고, 그 중 하나는 중간부 (18) 의 일 단부에 조립되고 2 개는 중간부 (18) 의 타단부에 조립되며, 이는 중간부 (18) 의 스페이서부 (20) 우측에 점선으로 도시되어 있다.

도 6 에는 본 발명의 다른 실시형태가 도시되어 있다. 이러한 실시형태에서, 중간부 (18) 는 다음과 같이 종축 (D) 을 따라서 이동될 수 있다. 캠샤프트 어셈블리는 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2) 를 포함한다. 제 1 단부 (16.1) 는 종축 (D) 방향으로 특정 범위를 사용하여 베어링 (14) 에 지지를 제공하도록 된다. 다시 말해서, 제 1 단부 (16.1) 는 상이한 종방향 위치에서 엔진에 고정될 수 있다. 다른 한편으로는, 어셈블리는 2 개의 별개의 제 2 단부 (16.2a, 16.2b) 를 포함하고, 그 중 하나는 엔진이 제 1 작동 모드에서 작동하도록 배열될 때 사용되고, 다른 하나는 제 2 작동 모드에서 작동하도록 배열될 때 사용된다. 제 2 단부들 (16.2a, 16.2) 은 상이한 결합 길이로 되어서, 단부들 중 어느 하나가 사용되는지에 따라서, 중간부 (18) 의 위치가 변경된다. 결합 길이는 베어링 (14) 에서부터 제 1 부착 수단 (30) 까지의 거리, 즉 어셈블리내의 중간부 (18) 의 단부를 의미한다. 제 2 단부 (16.2a, 16.2b) 의 위치가 변경되면, 베어링 (14) 상의 제 1 단부 (16.1) 의 지지 위치가 각각 변경되고 그리고 중간부 (18) 가 이동된다.

제 2 단부 (16.2) 와 중간부 (18) 사이에서만 조립되거나 분리되고, 상이한 종방향 위치에서 중간부를 설정하는 하나의 (또는 그 이상의) 스페이서부 (20) 를 사용함으로써 상응하는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 경우에도, 베어링 (14) 상의 제 1 단부 (16.1) 의 지지부는 전술한 바와 같이 각각 변경되고 중간부 (18) 는 이동된다.

따라서, 일반적으로, 캠샤프트 배열체는 내연 피스톤 엔진을 전환하는 방법에 사용될 수 있고, 엔진은 적어도 2 개의 작동 모드에서 작동하도록 본원에 개시된 실시형태들 중 어느 하나에 따른 캠샤프트 어셈블리를 포함하며, 이 방법에서, 엔진은, 엔진의 캠 종동자가 제 1 캠 표면 (I) 으로부터 안내되는 종방향 위치에서 중간부 (18) 가 제 1 단부 (16.1) 와 제 2 단부 (16.2) 사이의 캠샤프트 어셈블리에 조립되도록 제 1 작동 모드에서 작동하도록 배열되고, 엔진은, 캠 종동자들이 제 2 캠 표면 (II) 으로부터 안내되는 위치에서 중간부 (18) 가 캠샤프트 어셈블리에 조립되도록 제 2 작동 모드로 작동하도록 배열된다.

본 발명은 본원에서 현재 가장 바람직한 실시형태들로 고려되는 것과 관련하여 실시예의 방식으로 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시형태들에 제한되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같이, 본원의 특징들의 다양한 조합들 또는 변경들, 그리고 본 발명의 범위 내에 포함된 여러 개의 다른 적용들을 포함하는 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 상기 임의의 실시 형태와 관련하여 언급된 상세한 설명들은 이런 조합들이 기술적으로 실현가능하다면 또 다른 실시형태와 관견하여 사용될 수도 있다.

Claims

내연 피스톤 엔진을 위한 캠샤프트 어셈블리로서,
제 1 단부 (16.1) 와 제 2 단부 (16.2), 및 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 제 2 단부 (16.2) 사이의 중간부 (18) 로서, 상기 캠샤프트 어셈블리의 캠들이 제공되는 상기 중간부를 포함하고,
상기 단부들 (16.1, 16.2) 에는 베어링 표면이 제공되어 상기 캠샤프트 어셈블리 (10) 가 상기 베어링 표면들을 통하여 베어링들 (14) 에 의해 회전가능하게 지지되어 상기 엔진 (12) 에 조립될 수 있고,
상기 캠샤프트 어셈블리는 종축 (D) 방향을 가지며,
상기 중간부 (18) 의 캠들 중 적어도 하나는 상기 종축 (D) 방향으로 서로 실질적으로 나란한 제 1 캠 표면 (I) 및 제 2 캠 표면 (I) 을 포함하고,
상기 중간부 (18) 는 상기 제 1 단부 (16.1) 및 상기 제 2 단부 (16.2) 에 해제가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 캠샤프트 어셈블리는 상기 제 1 단부 (16.1) 의 베어링 표면 및 상기 제 2 단부 (16.2) 의 베어링 표면에 대한 상기 중간부 (18) 의 상대 위치를 상기 종축 (D) 방향에서 변경하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 는 내연 피스톤 엔진의 흡기 밸브들을 작동시키는데 사용하기 위한 제 1 세트의 캠들 (22) 및 내연 피스톤 엔진 (12) 의 배기 밸브들을 작동시키는데 사용하기 위한 제 2 세트의 캠들 (24) 을 포함하고, 상기 제 1 세트의 캠들 (22) 및 상기 제 2 세트의 캠들 (24) 의 각각의 캠은 상기 종축 (D) 방향으로 서로 인접한 제 1 캠 표면 (I) 및 제 2 캠 표면 (II) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 는 내연 피스톤 엔진 (12) 의 연료 펌프를 작동시키는데 사용하기 위한 제 3 세트의 캠들 (25) 을 포함하고, 상기 제 3 세트의 캠들의 각각의 캠은 제 1 캠 표면 (I) 만으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 는 내연 피스톤 엔진 (12) 의 연료 펌프를 작동시키는데 사용하기 위한 제 3 세트의 캠들 (25) 을 포함하고, 상기 제 3 세트의 캠들 (25) 의 각각의 캠은 상기 종축 (D) 방향에서 서로 인접한 제 1 캠 표면 (I) 및 제 2 캠 표면 (II) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 의 상대 위치를 변경하기 위한 상기 수단은, 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 중간부 (18) 사이에 또는 상기 제 2 단부 (16.2) 와 상기 중간부 (18) 사이에 조립가능하게 배열된 스페이서부 (20) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 는 상기 제 1 단부 (16.1) 및 상기 제 2 단부 (16.2) 에 해제가능하게 조립될 수 있고, 상기 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 중간부 (18) 사이에 조립된 제 1 스페이서부 (20) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 는 상기 제 1 단부 (16.1) 및 상기 제 2 단부 (16.2) 에 해제가능하게 조립될 수 있고, 상기 캠샤프트 어셈블리 (10) 는 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 중간부 (18) 사이에 조립된 제 1 스페이서부 (20), 및 상기 제 2 단부 (16.2) 와 상기 중간부 (18) 사이에 조립된 제 2 스페이서부 (20') 를 포함하며,
상기 제 1 스페이서부 (20) 및 상기 제 2 스페이서부 (20') 는 종축 (D) 방향으로 상이한 길이로 되고,
상기 제 1 스페이서부 (20) 및 상기 제 2 스페이서부 (20') 는 상기 제 1 단부 (16.1) 의 베어링 표면 및 상기 제 2 단부 (16.2) 의 베어링 표면에 대하여 상기 중간부 (18) 의 상대 위치를 상기 종축 (D) 방향에서 변경하기 위해 서로 상호교체될 수 있는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 의 상대 위치를 변경하기 위한 상기 수단은 상기 종축 (D) 방향으로 상이한 결합 길이가 제공되는 제 1 의 제 2 단부 (16.2) 및 제 2 의 제 2 단부 (16.2') 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 2 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 의 상대 위치를 변경하기 위한 상기 수단은, 상기 종축 (D) 방향으로 상이한 결합 길이가 제공되고 그리고 상기 종축 (D) 방향으로 변경하기 위해 서로 교체가능한 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2') 를 포함하고,
상기 제 1 단부 (16.1) 및 상기 제 2 단부 (16.2') 는 상기 종축 (D) 방향으로 상이한 길이를 가지며,
상기 제 1 단부 (16.1) 및 제 2 단부 (16.2') 는 상기 제 1 단부 (16.1) 의 베어링 표면 및 상기 제 2 단부 (16.2) 의 베어링 표면에 대한 상기 중간부 (18) 의 상대 위치를 상기 종축 (D) 방향에서 변경하기 위해 서로 상호교체될 수 있는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 중간부 (18) 는 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 중간부 (18) 사이 및 상기 제 2 단부 (16.2) 와 상기 중간부 (18) 사이의 제 1 부착 수단에 의해 상기 제 1 단부 (16.1) 및 상기 제 2 단부 (16.2) 에 해제가능하게 조립될 수 있고,
상기 스페이서부 (20) 에는 이의 종방향 양 단부에서 제 2 부착 수단이 제공되며, 상기 제 2 부착 수단 (20) 은 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 중간부 (18) 사이의 상기 제 1 부착 수단 및 상기 제 2 단부 (16.2) 와 상기 중간부 (18) 사이의 상기 제 1 부착 수단 중 적어도 하나와, 해제가능한 어셈블리를 위해, 양립가능한 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 캠샤프트 어셈블리의 상기 중간부 (18) 는, 제 1 세트의 캠들 (22) 에 속하는 적어도 하나의 캠 및 제 2 세트의 캠들 (24) 에 속하는 적어도 하나의 캠을 각각 포함하는 다수의 캠 섹션들 (18.1), 및 앞뒤로 해제가능하게 장착된 상기 캠 섹션들 (18.1) 사이의 다수의 샤프트부들 (18.2) 을 포함하여, 상기 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 상기 중간부 (18) 를 형성하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 3 항 및 제 4 항에 있어서,
상기 캠샤프트 어셈블리 (10) 의 상기 중간부 (18) 는, 제 1 세트의 캠들 (22) 에 속하는 적어도 하나의 캠, 제 2 세트의 캠들 (24) 에 속하는 적어도 하나의 캠, 및 제 3 세트의 캠들 (25) 에 속하는 적어도 하나의 캠을 각각 포함하는 다수의 캠 섹션들 (18.1), 및 앞뒤로 해제가능하게 장착된 상기 캠 섹션들 사이의 다수의 샤프트부들을 포함하여, 상기 캠샤프트 어셈블리의 상기 중간부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 캠 표면 (I) 및 상기 제 2 캠 표면은 상이한 캠 프로파일들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 캠샤프트 어셈블리.
적어도 2 개의 작동 모드들에서 작동하도록, 제 1 항에 따른 캠샤프트 어셈블리를 포함하는 내연 피스톤 엔진을 전환하는 방법으로서,
상기 방법에서, 상기 엔진은, 상기 엔진의 캠 종동자가 제 1 캠 표면 (I) 으로부터 안내되는 종방향 위치에서 상기 중간부 (18) 가 상기 제 1 단부 (16.1) 와 상기 제 2 단부 (16.2) 사이의 상기 캠샤프트 어셈블리에 조립되도록 제 1 작동 모드에서 작동하도록 배열되고,
상기 엔진은, 캠 종동자들이 제 2 캠 표면 (II) 으로부터 안내되는 위치에서 상기 중간부 (18) 가 상기 캠샤프트 어셈블리에 조립되도록 제 2 작동 모드로 작동하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 내연 피스톤 엔진을 전환하는 방법.