KR890002578B1 - 왕복운동 내연기관용 배기밸브 - Google Patents

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내용 없음.

Description

왕복운동 내연기관용 배기밸브

제 1 도는 2행정 디젤엔진의 실린더 위에 설치된 본 발명의 배기밸브의 실시예의 축단면도.

제 2 도는 배기밸브 유압장치의 회로도.

제 3 도는 제 2 도의 유압제어밸브와 배기밸브의 타이밍 선도.

본 발명은 2행정 디젤기관과 같은 왕복운동하는 내연기관용 배기밸브에 관한 것으로, 배기밸브는 연소실로부터 멀어지게 이동함으로써 연소실 배기가스의 배출을 허용하도록 개방되는 밸브 부재를 포함하며, 상기 밸브 부재는 연소실의 가스압력에 의해서는 개방방향으로 그리고 상기 가스압력과 반대방향의 유압에 의해서는 폐쇄방향으로 바이어스되는 것이다.

이러한 종류의 배기밸브는 1980년 5월 간행된 정기간행물 "Marine Propulsion", 제13면의 "일방향 소기에 대한 신규한 방법"에 소개되어 있으며, 그것의 밸브 부재는 기계식이 아닌 유압에 의해 동작되는 잘 알려진 대향 피스톤 엔진의 배기 피스톤과 유사한 피스톤 슬라이드로서 형성되어 있다. 유압 작동 실린더의 동작챔버에 있는 피스톤은 슬라이드에 연결되어 있으며, 상기 동작챔버는 제어밸브를 통해 축압기와 통하고, 상기 제어밸브는 엔진 실린더의 압축 및 동작행정 동안에 폐쇄되어 이로써 슬라이드를 폐쇄상태로 유지시키는데 필요한 배압을 제공하는 정도의 유량을 상기 동작챔버에 형성되게 한다. 상기 제어밸브가 개방되면, 실린더의 배기 가스 압력이 슬라이드를 외측으로 구동시켜 압유가 상기 동작챔버로부터 축압기로 전달되게 한다. 제어밸브는 고축위치로 전환시킴으로써 슬라이드의 이동은 지연되고, 이어서 제어밸브가 완전히 닫히면 슬라이드는 개방위치에서 유지되며 이러한 상태는 제어밸브가 실린더 소기기간의 말기에서 재개방되어 축압기의 압력이 슬라이드를 폐쇄위치로 이동시킬때까지 계속된다. 이러한 종류의 슬라이드형 배기 밸브에 있어서, 밸브 개폐 작동에 슬라이드의 비교적 큰 주행을 필요로 하고 이를 위한 슬라이드 작동에 고압의 압유가 상당한 량으로 필요하고 그에 따라 동력소모가 큰 단점이 있었다.

본 발명의 목적은, 밸브개폐에 필요한 소모 동력이 감소되고 보다 확실한 동작의 시이트형 유압식 배기 밸브를 제공함으로써 상기한 종래 기술의 단점을 제거하는 것이다.

본 발명의 목적은, 왕복운동하는 내연기관용 배기밸부에 있어서, 배기밸브의 밸브 부재가 다른 면적의 2개의 피스톤들에 견고하게 연결되어 있으며, 상기 피스톤들 각각은, 연소실로부터 떨어져 있는 각기 피스톤의 표면과 함께 동작실을 형성하는 관련 유압실에서 이동가능하며, 상기 각각의 동작실로 그리고 그로부터 압유의 유입 및 배출유동을 제어하는 독립적이며 개별적으로 동작되는 밸브가 제공되며, 상기 피스톤들은 밸브를 폐쇄시키는 작은 피스톤과 연소실의 가스압력에 대항하여 밸브 부재를 폐쇄위치에서 유지하는 큰 피스톤인 것을 특징으로 하는 배기밸브를 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 중요한 장점은 2개의 개별적으로 제어되는 유압 실린더에 대해 폐쇄 및 유지기능을 분할함으로써 얻어진다. 밸브 부재의 폐쇄가 최대 압력보다 훨씬 낮은 실리더 압력에 대하여 이루어지기 때문에, 폐쇄 피스톤의 면적은 유지 피스톤의 면적보다 더 작은 것으로 될 수 있으며, 그에 따라 요구되는 고압의 압유량 및 밸브폐쇄를 위한 동력소모가 감소된다.

배기밸브가 폐쇄된 전체 기간동안에 유지 실린더의 동작챔버는 별도의 제어밸브를 거쳐 고압에 연결된 채로 남아 있어서, 상기한 선행기술의 슬라이드 밸브와 같은 것이 아니라 시이트 밸브로써 배기밸브를 설계할 수 있으며, 그 이유는 유압 작동 실린더의 한정된 동작챔버에서의 압력 상승의 결과 압유의 압축을 야기하여 밸브 부재의 외측 이동을 동반하기 때문이다. 더우기, 피스톤 슬라이드보다는 시이트 밸브의 안내면을 따라 믿을만한 밀봉을 이루기가 쉽다.

본 발명의 특징에 따라서, 2개의 제어밸브는 폐쇄 실린더의 동작챔버와 유지실린더의 동작챔버에서 유압이 먼저 설정되게 설치된다. 밸브의 폐쇄이동중에, 유지 실니더의 동작챔버는 낮은 유압 즉 하나의 제어밸브를 지니는 유로를 통하여 유지 실린더의 동작챔버에 연결되는 유압 유체 저장소로부터 채워진다.

저장소는 밸브 부재에 고착된 제 3 피스톤에 의해서 제한되는 실린더 공간으로 형성되고, 그 체적은 유지 실린더의 동작챔버의 체적에 반비례하여 변화한다. 이러한 실시예는 저장소와 유지실린더의 동작챔버를 밸브 몸체의 격벽의 마주보는 측면위에 위치시켜서 실현될 수 있으며, 이렇게 하여 각각의 작동 싸이클중에 저장소와 유지챔버 사이에서 고체되는 보다 많은 량의 압유용의 매우 짧은 유로를 얻을 수 있으며, 따라서 낮은 동력 손실로 액체를 이동시킨다.

유지 피스톤과 제 3 피스톤은 단지 외부로부터의 최소의 고압 압유가 공급되는 것이 각각의 작동 싸이클중에 요구되기 때문에 같은 크기가 되는 것이 좋다.

더우기, 실시예에서는 압유는 배기밸부가 개방되면 저장소로 전달될때 저장소에 과도한 압력이 발생되지 않게 한다.

저장소는 고측밸브가 장치된 도관을 통하여 저압압유 공급원과 영구히 연결될 수 있다. 상기 도관을 통하여 유지챔버와 저장소의 체적 사이의 어떤 차이도, 배기밸브가 개방되면 유지챔버로부터 저장소로 흐르는 액체의 양의 증가로 인하여 발생하는 압유의 "증가분"으로 같아질 수 있다. 더우기, 상기 도관은 액체로부터 유리되는 공기를 저장소로부터 제거하도록 작용할 수 있다.

밸브 부재는 개방방향으로 작용하는 작은 보조력을 영구히 받는다. 이러한 힘을 제공하기 위하여, 폐쇄실린더의 동작챔버로부터 떨어진 폐쇄 피스톤의 면이 폐쇄챔버의 단면적보다 작은 단면적의 환성의 보조챔버를 제공하며, 보조챔버는 고압 유체 압력에 영구히 연결되어 있다. 또한, 유지 실린더의 동작챔버로부터 떨어진 유지 피스톤의 면은 양호한 공기 압력이 영구히 유지되는 보조챔버를 한정한다. 보조력은, 실린더 압력이 전부하보다 낮을 때 밸브가 낮은 엔진부하에서 충분히 빠르게 열리고 개방 이동의 말기에 완전히 밸브가 열려있는 동안에 외축방향으로 향한 가스압력을 보충하게 한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

제 1 도에는, 배기밸브가 일방향 배기의 2행정 디젤 엔진(상세히 도시안됨)의 실린더 커머(1)에 설치되어 있다. 또한, 제 1 도는 밸브 부재(2)가 실린더의 연소실(4)로부터 배출구(3)를 둘러싸는 환상시이트 위에 안치되는 그 폐쇄위치에 있다.

밸브 부재(2)는 배기가스의 배출도관(5)을 지니는 실린더 커버(1)의 축방향 이동을 위하여 안내된다.

중간 블록(6)은 실린더 커버(1)의 상부에 고정되고 제 2 의 중간블록(7)은 첫째 중간 블록(6)의 상부에 고정된다. 상부 커버(9)를 지니는 하우징(8)은 둘째 중간 블록(7)의 상부에 고정된다.

밸브 부재(2)는 중간 블록(6, 7) 및 하우징(8)을 통하여 상부로 연장된 스핀들(10)에 고정된다.

스핀들(10)에는 실린더 커버(1)의 실린더 보어와 중간블록(6)의 하부면과 함께 유압동작챔버를 제공하는 피스톤(11)이 고정되어 있으며 상기 유압동작챔버는 이하에서 유지챔버(12)로 부르기로 한다. 피스톤(11)과 같은 직경의 피스톤(13)은 스핀들(10)에 고정되고 중간 블록(7)의 실린더 보어 속에서 이동가능하다.

중간 블록(6)의 상부면과 중간 블록(7)의 보어와 함께 피스톤(13)은 압유 저장소(14)를 제공한다.

피스톤(13)위의 챔버(15)는 하우징(8)의 보어(16)을 통하여 의기와 통한다. 스핀들(10)의 상단부에는 폐쇄 피스톤으로 불리는 피스톤(17)이 고정되어 있으며, 이 피스톤을 하우징(8)의 보어 속에서 이동가능하고 상기 보어와 상부 커버(9)와 함께 폐쇄챔버로 불리는 동작챔버(18)를 제공한다. 제 1 도에는 스핀들(10)과 블록(6)의 주위 보어 사이와 밸브 부재(2), 피스톤(11, 13, 17)과 각각의 주위 실린더벽 사이의 밀봉 수단이 개략적으로 도시되어 있다.

배기밸브의 개방 및 폐쇄 이동의 제어는 제 2 도에 도시된 밸브 및 도관장치에 의해서 수행되며, 이 장치는 고압 유압펌프로부터 공급받는 고압부와, 대기압보다 약간 압력이 유지되는 저압부를 지니는 유압장치의 일부를 형성한다. 제 2 도에는, 고압부(19)와 저압부(20)가 개략적으로 그 라인으로 도시되어 있다. 최대 실린더 압력이 약 100바아인 내연기관에 있어서, 고압부의 압력은 약 200바아이고 저압부의 압력은 약 1.5바아이다.

유압장치는 3개의 외부의 2위치 제어밸브(21, 22, 23)과, 블록(6)속에 설치되고 제어밸브(22)에 의해서 제어되며 유지챔버(12)와 저장소(14)사이에서의 압유의 흐름을 전후로 제어하는 4개의 상호동일한 밸브(24)를 지닌다. 더우기, 유지챔버(12)는, 챔버로의 방향으로만 개방되고 압유의 누수를 보충하도록 챔버 속으로 압유가 흘러들어 갈 수 있는 체크 밸브(25)를 통하여 저압부(20)에 연결된다.

제 1 도 및 2도에는, 엔진 실린더속의(도시 안됨) 피스톤이 상사점(TDC)에 있을때의 밸브 부재(2)와 제어밸브(21 내지 24)의 위치가 도시되어 있다.

또한, 제 3 도를 참조하면, 완전한 작동싸이클중에 피스톤 위치가 횡축에 도시되고, 그에 상응하는 상기 제어밸브(21 내지 24)의 각각의 위치가 상부로부터 종축에 도시되고 최하부에는 밸브 부재(2)의 위치가 도시된다.

또한, 제 3 도에는, 상사점에서의 제어밸브들의 위치가 I로 도시되고 그 반대 위치가 II로 도시된다.

상사점에서, 유압장치의 고압부(19)의 고압은 제 1 도에 도시된 바와같이 제어밸브(21)과 도관(26)을 통하여 유지챔버(12)속에서 작용한다. 피스톤(11)의 면적은 배출구(3)의 면적보다 약간 크거나 같으며, 동시에 유지챔버(12)의 압력은 최대 실린더압력보다 상당히 더 크고, 따라서 밸브 부재(2)는 도시된 폐쇄위치에서 유지된다. 밸브(24)가 폐쇄되기 때문에 저장소(14)는 유지챔버(12)와의 고통이 차단되고, 제 2 도에 도시되었듯이 고축밸브가 있는 도관(27)을 통하여 저압부(20)과 영구히 연결되어 있기 때문에 저장소의 압력은 낮다.

제 1 도에 도시되었듯이 밸브(23)와 도관(28)을 통하여 폐쇄챔버(18)은 저압부(20)에 연결되고 폐쇄 피스톤(17)의 하부면의 작은 환상의 보조챔버(29)는 도관(30)을 통하여 고압부에 항상 연결되어 있다. 챔버(29)의 유효면적은 작아서 챔버(29)의 압력으로부터 발생하는 폐쇄 피스톤(17)위의 상향력이 피스톤(11)에 작용하는 유치챔버(12)의 하향력과 비교하여 하찮은 정도이다.

엔진 피스톤의 작동행정중에 제어밸브(21 내지 24)는 제어밸브(22)가 엔진 크랭크샤프트와 동시에 회전하는 캠샤프트의 캠 위치에 의한 명령신호에 응답하여 이동될때까지 각각의 위치에서 유지된다.

이것은 블록(6)의 도관(31)을 통하여 고압부(19)로부터 외부의 단계진 제어밸브(24)의 위로 향한 환상면(32)에 작용하는 고압 압유의 공급을 위해서 열린다.

이 순간을 제 3 도의 횡축에 t₁으로 표시된다.

그러나, 이 기간동안에는 밸브(24)는 이들의 하부면이 유지챔버(12)의 고압과 폐쇄스프링(33)의 힘을 받아 폐쇄된 채로 유지된다.

조금후인 t₂에는, 제어밸브(21)은 도관(26)을 고압부(19)로부터 차단시키고 대신에 저장소(14)로 열려진 도관(34)에 연결시키는 다른 단부위치로 이동된다. 이것은 유지챔버(12)와 저장소(14)사이의 압력차를 없애고, 밸브(24)에 작용하는 압력차를 없앤다. 밸브들의 작동면(32)에 작용하는 힘은 스프링(33)의 힘을 초과하여 밸브들이 하향이동하여 밸브축과 평행하게 유지챔버(12)과 저장소(14)사이를 뻗은 4개의 통로(35, 36)을 개방시킨다. 유지챔버와 저장소 사이의 압력 평형은 피스톤(11)에 대한 하향력이 없어지게하며 연소실(4)속에서 발생하는 가스압력이 제 3 도의 하부에 도시된 것 같이 밸브 부재(2)를 그 개방위치로 상승시킬 수 있게 한다. 밸브 부재 주행중에 유지챔버(12)속의 압유량은 개방통로(35, 36)를 통하여 저장소(14)로 이동된다. 폐쇄챔버(18)속에 있던 적은 양의 압유는 도관(28)과 제어밸브(23)를 통하여 저압부(20)로 배출된다.

엔진 피스톤이 하사점(BDC)을 지나서 이동되고 상향 이동하면, 제어밸브(23)는 t₃에서 이동된다. 따라서, 폐쇄챔버(18)은 밸브를 통하여 고압부(19)에 연결되고 따라서 발생된 피스톤(17)상의 하향력은 스핀들(10)과 밸브 부재(2)를 하향 이동시키기 시작한다.

이러한 폐쇄 이동중에 밸브(24)는 아직 개방되어 있어서 압유가 통로(35, 36)을 지나 장소(14)로부터 유지챔버(12)로 흐름저항 없이 전달된다.

배출구(3)이 폐쇄되는 시간과 일치하여 제 3 도에 도시되는 t₄에서는 제어밸브(22)가 제 2 도에서 도시된 위치로 이동되어서 밸브(24)의 환상면(32)에 작용하는 압력이 없어진다. 이들 밸브들은 제 3 도에서 도시되었듯이 그 폐쇄스프링(33)의 영향하에서 폐쇄되기 시작한다.

조금후의 t₅에서는, 제어밸브(21, 23)은 그 반대편 단부위치로 이동하라는 명령신호를 받아 유지챔버(12)는 다시 고압의 압력을 받아 엔진 실린더의 압축행정의 일부와 폭발행정중에 밸브 부재(2)가 그 폐쇄위치에서 유지되게 하도록 한다. 동시에, 폐쇄챔버(18)의 압력은 이 챔버를 저압부(20)에 연결함으로써 해제된다. 필요하면, 제어밸브(23)은 제어밸브(21)보다 늦게 이동될 수 있다.

Claims (9)

1. 엔진실린더의 연소실로부터 멀어지는 이동에 의해 연소실(4)로부터 배기가스를 배출하도록 개방되고 연소실의 가스압력으로 인하여 개방 방향으로 그리고 반대방향의 유압에 의해서 폐쇄방향으로 바이어스되는 밸브 부재(2)를 지니는 2행정 디젤기관과 같은 왕복운동 내연기관에 있어서, 밸브 부재(2)는 면적이 다른 2개의 피스톤(11, 17)과 견고하게 연결되고, 상기 각각의 피르톤은 연소실(4)로부터 떨어진 각각의 피스톤면과 함께 동작챔버(18, 12)를 한정하고 유압실린더 속에서 이동가능하며, 각각의 동작챔버(18, 12)들로 그리고 그로부터 압유의 유입 및 배출을 제어하는 별도의 각기 독립적으로 동작되는 제어밸브(23, 21)가 제공되며, 상기 피스톤(17)은 배기밸브를 폐쇄시키도록 상대적으로 작은 면적을 지니고 피스톤(11)은 연소실의 가스압력에 대하여 폐쇄위치에서 밸브 부재(2)를 유지시키도록 상대적으로 큰 면적으로 구성된 것을 특징으로 하는 왕복운동 내연기관용 배기밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 2개의 제어밸브(23, 21)가 처음에는 폐쇄실린더의 동작챔버(18)내에 유압을 형성하도록 하고 이어서 유지실린더의 동작챔버(12)내에 유압을 형성하도록 배치된 것을 특징으로 하는 배기밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 압유를 위한 저장소(14)를 포함하며, 그 저장소는, 제어되는 밸브(24)를 갖고 있는 유동통로(35, 36)를 경유하여 유지실린더의 동작챔버(12)에 연결된 것을 특징으로 하는 배기밸브.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 저장소(14)는 밸브 부재(2)에 고정된 제 3 의 피스톤(13)에 의해 한정되는 실린더 공간에 의해 형성되고, 상기 저장소의 체적이 유지실린더의 동작챔버(12)의 체적이 반비례하여 변하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배기밸브.
5. 제 4 항에 있어서, 유지피스톤(11)과 제 3 의 피스톤(13)이 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 배기밸브.
6. 제3-5항중 어느 한 항에 있어서, 저장소(14)가, 고축밸브가 있는 (27)을 통하여 저압의 압유원과 영구적으로 통하도록 된 것을 특징으로 하는 배기밸브.
7. 제3-5항중 어느 한 항에 있어서, 유지실린더의 동작챔버(12)와 저장소(14)사이의 유동통로(35, 36)에 있는 제어된 밸브(24)가 유지실린더의 동작챔버(12)내의 압력이 경갑되는 것과 동시에 개방되도록 된 것을 특징으로 하는 배기밸브.
8. 제1-5항중 어느 한 항에 있어서, 폐쇄실린더의 동작챔버(18)로부터 떨어져 있는 폐쇄피스톤(17)의 면은, 동작챔버(18)의 면적보다 작은 단면적의 환상의 보조챔버(29)를 한정하고, 그 보조챔버는 고압의 유압에 영구적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배기밸브.
9. 제1-5항중 어느 한 항에 있어서, 유지실린더의 동작챔버로부터 떨어져 있는 유지시프톤면은, 양의 공압(空壓)이 영구적으로 유지되는 보조챔버를 한정하는 것을 특징으로 하는 배기밸브.

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