KR910000667B1

KR910000667B1 - 포핏 밸브용 유압식 작동기구

Info

Publication number: KR910000667B1
Application number: KR1019830005767A
Authority: KR
Inventors: 에릭 로젠룬트 한센
Original assignee: 엠.에이.엔 비 앤드 더블유 디젤 에이/에스; 원본미기재
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1991-01-31
Also published as: DK148664C; JPH0146690B2; DK543182A; DK148664B; KR840007132A; JPS59113228A

Abstract

내용 없음.

Description

포핏 밸브용 유압식 작동기구

제1도는 내연기관의 포핏 밸브 및 관련 작동 기구의 구성도.

제2도는 시간 혹은 크랭크 각(crank angle)의 함수로서 제어 밸브의 개폐와 작동 실린더의 유압, 밸브 양정을 도시한 선도.

제3도는 전자 제어장치와 입력 및 출력 신호선의 개략도.

제4도는 전자 제어장치에 내장된 비교기와 조정기 사이의 관계를 보여주는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 배기 밸브 8 : 작동 피스톤

9 : 작동 실린더 10 : 작동실

11,19,23,28 : 공급 덕트 18,24 : 압유원

20 : 제1제어 밸브 22 : 제2제어 밸브

29 : 제4제어 밸브 30 : 제3제어 밸브

31 : 가변유로 조절장치 43 : 전자 제어장치

21,23,27 : 귀환 덕트

본 발명은 왕복 피스톤 기관의 포핏 밸브의 개방용 유압식 작동 기구에 관한 것으로, 밸브는 폐쇄 위치를 향하여 스프링력으로 편향되어 있다. 이 기구는, 이에만 한정되는 것은 아니지만, 특히 내연 기관의 배기 밸브로 사용될 수 있다. 본 발명 기구는, 포핏 밸브(poppet valve)를 조작하도록 밸브 심봉에 연결된 피스톤을 갖는 작동 실린더와, 고압유(高壓油)원과 실린더의 작동실은 연결시키는 공급 덕트(duct), 공급 덕트내에 위치한 제1제어 밸브, 상기 작동실에 연결되어 있는 귀환 덕트, 그 귀환 덕트내에 위치한 제2제어 밸브, 예정된 크랭크 각도에서 상기 제어 밸브들 각각을 개폐하는 명령 신호를 전달하도록 부착된 제어장치로 구성되어 있다.

이런 종류의 기구는 미합중국 특허 명세서 제3,209,737호에서 공개되어 있는바, 한 밸브가 열릴때 다른 밸브들은 닫히고 또 역으로도 되도록 제1 및 제2제어 밸브가 구조상 결합되어 있다. 작동 피스톤은 동일축에 2개의 분리된 피스톤으로 구성되어 있으며, 그 피스톤들은 축방향으로 상대적으로 움직일 수 있으며 환형의 외측 피스톤의 최대 행정이 내측 피스톤의 행정보다 더 짧다. 포핏 밸브의 개방, 즉 양정 이동 초기에는 전체 피스톤 면적이 기압유의 압력을 받지만, 양정 이동 후기에는 고압유가 오직 내측 피스톤에만 작용한다.

본 발명은, 포핏 밸브가 완전 개방위치에 아직 도달하기전에 제1제어 밸브를 폐쇄시키는 명령 신호를 전달하도록 프로그램된 제어장치, 제1유압유원의 고압력보다 조금 낮은 중간 압력의 제2유압원, 작동 실린더의 작동실과 상기 제2유압유원을 연결시키는 제2공급 덕트, 제1제어 밸브의 폐쇄와 동시에 개방되어 포핏 밸브가 충분히 열릴때 폐쇄되도록 되어 있고 상기 제2공급 덕트에 제공된 제3제어 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 포핏 밸브용 유압식 작동기구를 제공한다.

본 발명에 따른 작동기구의 기능은 다음과 같은 점에서 미합중국 특허 명세서로부터 알려진 기구의 기능과 다르다. 즉, 본 발명에 따라, 밸브이 양정 이동 초기에 포핏 밸브의 가속으로 밸브가 받는 운동 에너지는 밸브가 다른 어떤 에너지 입력을 받지 않고 완전 개방 위치로의 밸브의 후기 이동을 확실히 수행할 수 있도록 충분히 높다. 제2압유 공급 덕트의 상대적으로 낮은 압력은 양정 이동 후기에 작동실에 압유가 채워진 상태를 유지시키는데 필요한 압유의 유입을 확보할 정도의 압력이면 된다. 결과적으로 고압유의 소비는 현저하게 낮아진다. 본 발명에 따른 기구는 역시 공지의 기구보다 상당히 간단하며 특히 일체로 된 단일 작동 피스톤을 사용하기 때문에 간단하다.

제1제어 밸브 폐쇄 명령 신호가 제어장치로부터 전달되는 시간을 변화시킴으로써 엔진 실린더의 가스 압력에 의한 부하와 같은 작동 조건의 변화에 조화시키도록 고압유체에 의한 동력 펄스(pulse)의 크기를 조정하는 것이 가능하며, 그것에 의하여 여러 엔진 부하에서 기구의 동력소비를 최소화한다.

예컨대, 각 엔진 실린더와 관련된 제1제어 밸브의 개방을 조절하는 캠 축의 조절가능한 캠과 2 행정 기관의 크랭크축과 동기 회전하는 캠축을 포함하여, 상호 결합된 기계식 및 유압식 혹은 공압식 제어장치가 사용될 수 있지만 제어장치는 전자식 제어장치가 바람직하다.

본 발명의 구체예에서, 완전히 개방된 밸브 헤드의 위치를 탐지하고 입력 신호를 제어장치로 보내도록 된 감지기에 의해서 동력 펄스의 크기에 대한 조정을 얻을 수 있으며, 상기 제어장치는 상기 입력 신호에 따라 제1제어 밸브 폐쇄 명령 신호를 보내는 시간을 수정할 수 있다. 그러한 수정은, 포핏 밸브의 요구되는 최대양정이 선행 밸브 운동에서 얻어지지 않은 경우에 제어 밸브의 폐쇄 시간을 지연시키고, 반대로 밸브 양정이 요구되는 최대치를 넘은 경우에는 그 폐쇄 시간을 촉진시킴으로써 이루어진다.

본 발명의 동작기구는 제2감지기를 포함하여서 밸브 헤드가 시이트(seat)에서 양정 이동되는 것을 감지하고 입력 신호를 제어장치에 전달하며, 필요하다면, 제어장치는 상기 입력 신호에 의하여 제1제어 밸브를 열기 위한 명령 신호를 전달하는 시간을 수정하도록 한다. 이러한 특징으로 포핏 밸브의 양정 이동 개시와 제어장치에 의한 명령 신호의 전달사이의 간격이 정확히는 계산할 수도 없으며 변화하는 기간임에도 불구하고 밸브이 양정이 소망되는 크랭크 각도에서 항상 시작하도록 하는 것을 가능하게 한다.

벨브를 닫히게 하는 스프링이 공압식 스프링일때, 닫히게 하는 스프링 작동실은 공기가 상기 작동실로 유입되도록 개방하는 첵 밸브(check valve)를 토아ㅎ여 가압 공기 저장소와 통하게 되어 있다. 제어장치는 피스톤 기구의 동작변수에 따라 저장소의 압력을 조절하도록 될 수 있다. 공압식 스프링 작동실은 초기의 압력이 높은 강력한 스프링을 구성하여, 작동피스톤에 가해지는 동력 펄스의 크기가 증가되면, 그에 대응하여 밸브의 개폐가 빨라진다는 점에서 밸브 운동 특성에 영향을 주는 것이 가능하다.

첨부된 도면을 참고로 본원 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서, 번호(1)은, 실린더 커버(cover)에 포핏 밸브를 가지는 일방향 배기식 디젤기관과 같은 내연 기관의 실린더 관련 실린더 커버를 개략적으로 지시한다. 부분적으로 개방된 상태로 도시된 포핏 밸브(2)는 밸브 시트(4)와 함께 실린더의 연소실(6)로부터의 배기 통로(5)를 조절하는 밸브 헤드(3)를 포함한다. 밸브 심봉(7)의 상단부에 고착된 작동 피스톤(8)은 유압 작동 실린더(9)에 대하여 기밀관계로 이동가능하다. 작동실(10)은 피스톤(8)의 윗면에 의해 실린더(9) 안에서 한정되고, 압유가 덕트(11)를 통하여 작동실(10)의 내외로 흐를 수 있다. 밸브 심봉(7)에 역시 고착된 피스톤(12)은 공압 실린더(13)에 대하여 기밀관계로 이동가능하며, 그 피스톤의 저면은 가압된 공기를 수용하는 저장소(16)와 덕트(15)를 통하여 연결되는 작동실(14)을 한정한다. 덕트(15)에 첵 밸크(17)가 제공되는데, 그 밸브는 작동실(14)로 공기가 유입되는 것을 허용하지만 덕트(15)를 유출되는 것은 막는다.

유압-공압 축압기와 같은 고압의 압유원(18)은 덕트(19)를 통하여 예컨대 파일럿 조작 솔레노이드 밸브(apilot operated solenoid valve)일 수 있고 신속하게 개방하는 제1제어 밸브(20)의 유입구와 연결되고, 덕트(11)은 제1제어 밸브(20)의 유입구와 연결되고, 덕트(11)로부터 분기된 덕트(21)는 신속하게 개방하는 제2제어 밸브(22)의 유입구에 연결되고 제2제어 밸브의 유출구는 덕트(23)를 통하여 중간 압력의 압유를 수용하는 압유원(24)과 연결되는바, 그 중간 압력은 압유원(18)의 압력보다 낮지만 대기압보다는 특히 높다. 압유원들(24,18)은, 두 압유원 사이의 압력차를 조성하고 유지할 수 있는 유압 펌프(216)가 제공된 덕트(25)에 의해 연결된다. 덕트들(11,23)은, 다른 2개의 덕트(27,28)로 서로 연결된다. 제1 및 제2제어 밸브(20,22)와 유사하고 신속하게 개방하는 제4제어 밸브(29)가 덕트(27)에 있는 반면, 덕트(28)에 제3밸브(30)가 있어서 작동실(10)로 압유가 흐르는 것은 허용하지만 덕트로 역류되는 것을 막는다. 바람직하게는 조절될 수 있는 가변유로 조절기(31)가 덕트(27)와 덕트(23)의 연결지점과 제4제어 밸브(29) 사이에 있다.

저장소(16)에 연결된 압축기(32)는 저장소에서 소망되는 공기 압력을 유지시키며, 그 압력은 제3도을 참고로 후술될 전자 제어장치(43)로부터 신호선(33)을 통하여 압축기에 전달되는 제어 신호에 의해 변경될 수 있다. 전자 제어장치(43)는 압유원(18,24)의 유압을 요구되는 수준값으로 유지하기 위하여 신호선(34)을 통하여 펌프(26)에 명령신호를 전달한다. 전자 제어장치(43)로부터 나온 다른 신호선(35,36,37)은 제어 밸브(20,22,29)를 개폐 명령 신호를 전달한다.

공압 피스톤(12)에 고착된 로드(38)가 고정된 감지기(39)를 작동시켜서 밸브 시이트(4)에 대한 밸브(2)의 위치를 계속 감지하고 그에 해당되는 위치 지시 신호를 신호선(40)을 통하여 전자 제어장치(43)에 전달한다. 다수의 실린더를 갖는 엔진에서는 공기 저장소(16), 압유원(18,24), 신호선(33,34)등은 전체 엔진에 공유되는데 각 엔진에서는 공기 저장소(16), 압유원(18,24), 신호선(33,34)등은 전체 엔진에 공유되는데 각 엔진 실린더와 연결되는 피스톤 감지기, 신호선, 밸브와 연결된 공기 및 압유 덕트가 분리되어 배치된다. 이러한 것은 제1도에서 각기(15',19',23')로 표시된 여러개의 짧게 나타난 덕트로 개략적으로 도시되어 있다.

제2도에 도시된 곡선은 포핏 밸브(2)의 개폐와 관련된 상술한 작동기구의 작동을 예시한다. 각 곡선의 가로좌표는 시간(t)을 나타낸다. 제2도의 상부에서 시간에 종속된 밸브 양정 및 작동실(10)의 유압이 각각 곡선(41)과 (42)로 도시되고 상기 곡선 아래에 제1, 제2 및 제4제어 밸브(20,22,29)의 개폐 시기가 도시되어 있다.

시간 t₀에서, 밸브 헤드(3)는 작동실(14)의 공기압으로 밸브 시이트(4)와 접촉하여 밀폐되고 3개의 제어 밸브(20,22,29)는 각기 닫힌다. 작동실(10)의 압력은 중간 압력의 압유원(24)의 압력과 같다. t₁에서, 제1제어밸브(20) 개방 명령 신호가 관련 신호선(35)를 통하여 제어 밸브에 전달되고, 곧이어 제어 밸브(20)가 열려서 작동실(10)의 압력은 고압의 압유원(18)의 압력에 상응하는 최대치로 급격히 상승된다. 포핏 밸브(2)는 점차 빠른 속도로 열리기 시작하는데, 그 속도는 부분적으로는, 피스톤(8)에 작용하는 고압에 의해서 그리고 부분적으로는 연소실(6)의 연소가스에 의해 밸브 헤드(3)에 가해지고 점차로 감소하는 대응 압력에 의해 결정된다.

시간 t₂에서, 제어 밸브(20)가 폐쇄 명령 신호를 받고 이어서 작동실(10)의 압력이 급격히 떨어져 결과적으로 제3제어 밸브(30)가 열려서 압유가 중간 압력의 압유원(24)로부터 작동실(10)로 유입될 수 있다. 포핏 밸브(2)는 제어 밸브(20)가 열려 있는 동안에 받은 운동 에너지 때문에 양정 이동을 계속하고, 압유원(24)으로부터의 압유의 유입이 포핏 밸브(2)의 동작과 시간적으로 연관되어 적절하게 일어난다. 작동실(14)의 대응하는 공기 압력과 연소실(6)의 가스 압력때문에 포핏 밸브(2)의 속도는 양정 이동이 멈춰질때까지 감소된다. 그때에 제3밸브(30)는 작동실(10)로부터 압유가 유출되는 것을 방지함으로써 배기 밸브(2)는 열린 상태로 유지된다.

포핏 밸브(2)의 폐쇄 이동은, 신호선(36)을 통하여 전달된 명령 신호에 응답하여 제2제어 밸브(22)가 닫히는 t₃에서 시작된다. 그와 동시에 혹은 조금 늦게 그러나 어떤 경우에 제어 밸브(22)가 열려 있는 동안에 제4제어 밸브(29) 개방 명령신호가 신호선(37)을 통하여 전달된다. 전술된 상향력의 영향으로(제1도에서 알 수 있듯이) 포핏 밸브(2)가 상대적으로 낮은 압력에 대항하여 폐쇄운동을 시작하는바, 그 압력은 중간 압력의 압유원(24)의 압력과 같으며 작동실(10)에 작동한다. 제2 및 제4제어 밸브(22,29) 모두가 개방되면 압유는 작동실(10)로부터 덕트(21,27)를 통해 흐른다.

포핏 밸브(2)가 완전히 폐쇄되기 전에, 제2제어 밸브(22)는 t₄에서 폐쇄되고, 그에 따라 작동실(10)의 압유는 가변유로 조절장치(31)를 포함하는 덕트(27)를 통해서만 배출될 수 있다.

이것으로 작동실(10)의 일시적인 압력상승이 초래되어서 밸브 헤드(3)가 밸브 시이트(4)에 다시 안착될때까지 밸브의 폐쇄운동을 제동하거나 감소시킨다. 포핏 밸브(2)가 완전히 폐쇄되면, 제4제어 밸브(29)는 시간 t₅에서 역시 폐쇄된다.

제3도는 입력 및 출력 신호를 전달하는 신호선과 연결된 전자 제어장치(43)를 보여준다. 상기 제어장치는 마이크로컴퓨터 혹은 마이크로프로세서(microprocessor)로 될 수 있으며, 이것은 엔진의 터보과급기의 회전속도 및/혹은 공기 충전 압력, 엔진의 부하, 엔진의 회전속도와 같은 엔진 가동 관련변수에 따라 포핏 밸브의 개폐시기, 밸브의 최대 양정등을 포함하여 엔진의 포핏 밸브의 운동을 최적화하도록 미리 프로그램 되어 있다.

전자 제어장치(43)에 상기 작동변수 입력은 단일의 입력 신호선(44)으로 제3도에서 개략적으로 도시되어 있다. 다른 입력 신호선(45)을 통하여는 제어장치가 각기 포핏 밸브(2)의 개폐시기를 결정하는데 기초가 되는 순간적인 크랭크 각(angle)에 대하여 계속적인 정보를 받는다. 제어장치(43)는 신호선(40)을 통하여 입력신호를 받는바, 신호선(40)은 실린더 포핏 밸브(2)의 순간적인 위치를 나타낼수록 각각의 실린더와 결합된 선을 포함한다.

제어장치(43)는 상기 입력 신호를 처리하고, 각기 신호선(35,36,37)을 통하여 각기 엔진 실린더의 제1, 제2 및 제4제어 밸브(20,22,29)에 전달되는 출력 신호를 발생시킨다. 더우기, 압축기(32)와 유압 펌프(26)을 제어하는 신호들은 각각 신호선(33,34)을 통하여 제어장치로부터 전달된다.

제어장치(43)은 애널로그(analogue) 혹은 디지탈(digital)장치이며, 따라서, 제어장치에 입력되는 신호는 애널로그 혹은 디지탈 신호이다. 예를 들면, 제1도에 도시된 바와 같은 애널로그 감지기(39)는 2개 혹은 그 이상의 디지탈 감지기로 대치될 수 있으며, 그중 한 감지기는 초기 밸브 양정(예를 들면 약 1-2mm)을 감지하는 한편 다른 감지기 혹은 감지기들은 포핏 밸브(2)의 실제적인 최대 양정이 요구되는 양정과 같은지(혹은 크거나 작은지)를 감지한다.

상기 제어장치(43)는 관련된 여러 엔진의 동작 조건 변수들에 대한 함수로서 포핏 밸브와 유압 및 공압 밸브의 개방, 폐쇄 등의 시점의 범위를 프로그램한 맵(maps)들과 조정기를 포함한다. 제4도에는, 예컨대 제어 장치(43)에 내장되어 시간 t₃에 해당하는 최적치 신호와 감지기(39)로 감지한 실제값에 해당하는 신호를 받아서 비교하는 비교기(46) 및 그 비교기의 출력 신호를 받아서 밸브(22) 개방 시기(t₃)를 수정하는 문제 입력(Problem Input) 조정기(44)를 예로서 보여주고 있다.

본 발명의 구체예에서 유압은 고압유원(18)에서 200-300바아(bar)이고 중간 압유원(24)에서 약 10바아이다. 공압식으로 닫히는 스프링력의 요구되는 강성과 공압 실린더(13)의 지름에 따라 저장소(16)의 공기 압력은 5-10바아이다.

Claims

포핏 밸브 심봉(7)에 연결된 작동 피스톤(8)을 지니는 작동실린더(9), 그 작동 실린더의 작동실(10)과 고압의 압유원(18)을 연결시키는 공급 덕트(duct : 11,19)와 상기 덕트의 제1제어 밸브(20)와, 상기 작동실(10)로부터 나오는 귀환 덕트(21,23)와 그의 제2제어 밸브(22), 예정된 크랭크 각도에서 상기 제어 밸브(20, 22)의 개폐 명령 신호를 전달하도록된 제어장치(43)를 포함하는 폐쇄위치로 스프링-바이어스된 왕복 피스톤의 포핏 밸브(2) 개방용 유압식 작동기구에 있어서, 상기 제어장치(43)는 포핏 밸브(2)가 완전히 개방된 위치에 이르기전에 제1제어 밸브(20) 폐쇄 명령 신호를 전달하도록 프로그램되어 있으며, 고압유원(18)의 압력보다 낮은 중간 압력의 제2압유원(4) 및 그와 작동 실린더의 작동실(10)을 연결하는 제2공급 덕트(23,28)들이 설치되어 있고, 제1제어 밸브(20)의 폐쇄와 동시에 개방되고 포핏 밸브(2)가 완전히 개방되면 폐쇄 되도록된 제3제어 밸브(30)가 상기 제2공급 덕트(23,28)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제1항에 있어서, 상기 제어장치(43)가 전자식 제어장치인 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제1항 또는 제2항에 있어서, 완전히 개방된 밸브 헤드(3)의 위치를 감지하고 제어장치(43)에 입력 신호를 전달하는 제1감지기(39)를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 입력 신호에 따라 제1제어 밸브(20) 폐쇄 명령 신호 전달 시간(t₂)를 수정하는 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제3항에 있어서, 밸브 헤드(3)가 밸브 시이트(4)로부터 이동되는 시기를 감지하고 제어장치(43)에 입력 신호를 전달하는 제2감지기를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 입력 신호에 따라 제1제어 밸브(20) 개방 명령 신호 전달 시간(t₁)를 수정하는 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2감지기가 밸브 시이트(4)에 대한 밸브 헤드(3)의 위치를 계속 감지하는 애널로그 방식의 공통 감지기(39)인 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제1항에 있어서, 제3제어 밸브(30)가 작동 실린더의 작동실(10)로 압유가 흐르도록 열리는 첵 밸브인 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제1항에 있어서, 귀환 덕트(21,23)가 제2압유원(24)과 작동실(10)을 연결시키는 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제1항에 있어서, 작동실(10)로부터의 제2귀환 덕트(27)와 상기 덕트(27)에 가변유량 조절장치(31) 및 제4제어 밸브(29)가 설치되어 있고, 제어장치(43)가 제2제어 밸브(22) 개방 명령 신호보다 조금 늦거나 동시에 상기 제4제어 밸브(29) 개방 명령 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.
청구범위 제1항에 있어서, 밸브 폐쇄 스프링이 공압식 스프링이며, 작동실(14)로 공기가 유입되도록 개방되는 첵 밸브(17)를 통하여 가압 공기 저장수(16)와 폐쇄 스프링의 작동실(14)이 연결되며, 제어장치(43)가 피스톤 기관의 동작변수에 따라 저장소의 압력을 조정하도록 된 것을 특징으로 하는 유압 작동기구.