KR102652495B1 - 재생 밸브용 유압 액추에이터 - Google Patents
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Abstract
재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 고압 공급 유압 펌프(2)에 의해 공급되는 고압 어큐뮬레이터(5), 점진적 레버 아암 비율 레버(27)에 의한 작동을 위한 액추에이터 유압 챔버(7)를 한정하는 액추에이터(6), 밸브 복귀 디바이스(12)를 구비한 밸브(8), 고압 어큐뮬레이터(5)와 액추에이터 유압 챔버(7) 사이에 배치된 밸브 리프터 유압 밸브(13), 저압 어큐뮬레이터(4)를 액추에이터 유압 챔버(7)에 연결하는 리프터 체크 밸브(15), 상기 챔버(7)와, 밸브(8)를 개방하기 위해 이전에 투입된 에너지를 회수하는 폐쇄 및 재생 유압 모터(20) 사이에 배치된 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)를 포함한다.
Description
본 발명은 특히 왕복 내연 기관에 사용하기 위한 재생 밸브용 유압 액추에이터(regenerative valve hydraulic actuator)에 관한 것이다.
내연 기관의 초기 시절이래 가장 널리 사용되는 내연 기관, 즉, 보 드 로사스(Beau de Rochas), 오토(Otto) 또는 디젤(Diesel) 사이클을 사용하는 흡입 및 배기 밸브의 개방 및 폐쇄를 작동시키기 위해 수많은 디바이스가 설계되었다.
그러나, 신뢰성, 견고성, 단순성 및 적당한 단가 때문에, 캠 샤프트는 전세계적으로 생산되는 거의 모든 4-행정 엔진(four-travel engines)을 장착한 사실상 보편적인 밸브 액추에이터로서 취해졌었다.
이러함에도 불구하고, 상기 캠 샤프트가 포함하는 캠은 상기 캠이 작동하는 밸브 리프트 법칙을 자유롭게 변경할 수 없는 그 디자인에 의해 고정된 프로파일을 갖는다.
보다 큰 유연성을 향한 첫 번째 단계는 왕복 내연 기관의 캠 샤프트(들)와 크랭크 샤프트 사이에 위상 시프터(phase-shifter)를 삽입하는 것에 의해 만들어졌으며, 상기 위상 시프터는 크랭크 샤프트의 각도 위치에 대한 흡입 밸브 또는 배기 밸브 중 하나 또는 둘 모두의 개방의 전진 또는 지연을 허용한다. 상기 위상 시프터는 약자 VVT("가변 밸브 타이밍(Variable Valve Timing)"을 나타냄)로서 공지된 전략의 일부로서 사용된다.
두 번째 단계는 밸브의 개방 시간 및/또는 리프트 높이를 가변적으로 만드는 것으로 이루어졌으며, 이러한 전략은 약자 VVA("가변 밸브 작동(Variable Valve Actuation)"을 나타냄)에 의해 더욱 잘 알려져 있다. 이와 관련하여, 다수의 디바이스가 다양한 브랜드 및/또는 다양한 상표명으로 판매되었거나 판매되고 있다.
적어도 2개의 선택 가능한 캠 프로파일 및 연속 가변 리프터를 가지는 이산 가변 밸브 리프터 사이의 구별은 일반적으로 단일 캠과 연속 가변 비율 전동 장치(continuously variable ratio transmission)에 기초하여 만들어진다. 이산 가변 리프터는 예를 들어 "Honda®"로부터의 "VTec®" 디바이스, "Porsche®"로부터의 "Variocam Plus®" 디바이스, "Audi®"로부터의 "Valvelift system®", 및 "Toyota®"로부터의 "VVTL-i®" 디바이스를 포함한다.
연속 가변 밸브 리프터 디바이스는 가변 비율 레버에 기초하는 "BMW®"에 의해 개발된 "Valvetronic®" 디바이스와 "FIAT®"로부터의 "Multiair®" 디바이스를 포함하며, 후자는 상기 밸브의 리프트가 다소 크거나 작게 잘라내는 것을 유압 유체 탱크 복귀 솔레노이드 밸브가 가능하게 하는 동안 캠과 밸브 푸시 로드 사이의 유압 전달(hydraulic transmission)을 제공한다.
왕복 내연 기관의 밸브의 개방, 폐쇄 및 리프팅에서의 제어의 유연성을 높이기 위해, 캠 샤프트 및 그 변하지 않는 프로파일 캠을 다소 가변적인 디바이스로 대체하기 위해 수많은 디바이스가 순수하고 간단하게 고안되었다. 캠이 없는 이러한 디바이스는 "캠리스(camless)" 디바이스로서 공지되었다.
상기 "캠리스" 디바이스의 목표는 물리적 및 기하학적 구조에 의해 허용되는 한계 내에서 밸브를 개방하고, 리프팅하고 폐쇄하기 위한 법칙에서 큰 다양성을 만드는 것이다. 대부분 프로토 타입 단계에서 중지된 수많은 "캠리스" 디바이스가 생산되었다. 예를 들어 "Valeo®"로부터의 "전자기 캠리스" 디바이스, "Cargine®"로부터의 "Free Valve®" 디바이스, "Siemens®"와 상호 작용하여 미국 회사 "Sturman®"에 의해 개발된 유압-전기 디바이스 또는 회사 "Lotus®"로부터의 "Active Valve Train(AVT™)" 디바이스가 이러한 경우이다.
다양한 디바이스가 설계 단계에서 중지되었으며, 단지 일부 경우에만 구현되었다. 이와 관련하여, 유체 역학적 또는 전기 유압 "캠리스" 디바이스를 기술하는 출원인인 소유한 특허에 주목한다. 이러한 장치 중 첫 번째는 번호 FR 2 842 867로 공개되었으며, 피스톤 엔진을 위한 밸브 유압 액추에이터를 설명하는 반면에, 두 번째는 번호 FR 2 980 516으로 공개되었으며 왕복 캠 전기 유압식 밸브 액추에이터를 개시한다.
현재, 자동차를 위한 "캠리스" 유형 디바이스는 대량 생산되지 않는다. 이러한 것은 "캠리스" 디바이스와 비교하여, 적어도 하나의 캠을 기반으로 하는 밸브 액추에이터는 더욱 경쟁력이 있고 모험이 적으며, 보다 유리한 비용-이익 비율을 가지기 때문이다.
또한, 밸브를 가속하고 복귀 스프링을 압축하기 위해 투자된 에너지가 전혀 회수되지 않거나 또는 너무 적게 회수되거나, 또는 유압, 전자기 또는 기계적 "캠리스" 액추에이터의 에너지 효율이 불충분하기 때문에 수많은 "캠리스" 디바이스의 에너지 균형은 최종 분석에서 평범한 수준이다.
예를 들어, 발명자 Michael M. Schechter의 미국 특허 제5,410,994호는 밸브를 개방하기 위해 투자된 유압 에너지를, 밸브에 공급되는 유압 유체의 유량이 시스템의 에너지 소비를 결정하는 주요 요인이라는 것을 상기 특허의 명세서에서 발명자가 명시하는 지점까지 회수하지 못한다.
높은 에너지 소비로 이어지는 것 외에, 밸브의 운동 에너지 또는 밸브 복귀 스프링 압축 에너지의 미회수는 상기 스프링의 특성에 관계없이 상기 밸브의 큰 불안정성을 의미하며, 밸브는 미회수 에너지가 열의 형태로 완전히 소산되지 않으면 높은 여기를 받는 질량-스프링 시스템(mass-spring system)을 유압 유체와 함께 형성한다.
이러한 것은 많은 "캠리스" 디바이스가 부정확하고, 기생적 움직임(parasitic movement)을 받는 밸브의 불안정한 리프팅 및 유지 개방으로 이어지는 이유이다. 이러한 것은 특히 밸브의 움직임을 더욱 정밀하게 하기 위해 상기 밸브의 움직임을 감쇠시킬 필요성으로 이어지는데 반하여, 본질적으로 감쇠는 열의 형태로 에너지를 소산시키며, 이는 효율성 측면에서 바람직하지 않다.
상기 밸브가 시트 근처에 도달할 때, 대부분의 "캠리스" 디바이스는 폐쇄 동안 밸브를 충분히 감속시키는데 어려움이 있다는 것을 유의해야 한다. 이러한 감속은 상기 시트에 정상적인 서비스 수명을 부여하고 과도한 음향 방출을 방지하기 위해 상기 밸브와 상기 시트 사이의 충격력을 제한하기 위해 필요하다. "소프트 랜딩(soft landing)"으로서 공지된 이러한 감속 전략은 종래 기술에서 "정숙의 경사로(ramp of silence)"로서 공지된 것으로 종료되는 프로파일을 가지는 캠에 의해 자연적으로 구현되며, 이는 또한 효율면에서 우수한 조건 하에서 밸브의 에너지의 운동 에너지의 회수를 보장한다.
또한, 이와 관련하여, 예를 들어 발명자 Zheng Lou로부터의 미국 특허 공개 제2008/0251041 A1호처럼, 미국 특허 제5,410,994호가 밸브의 시트 근처에서 밸브를 감속시키기 위한 임의의 캠 또는 기계적 디바이스를 포함하지 않는다는 점에 유의한다.
그러므로, 이러한 디바이스는 수용할 수 없는 음향 방출, 밸브 시트의 해머링(hammering), 및 이러한 디바이스가 장착된 내연 기관의 전체 효율을 손상시키는 에너지 소비를 필연적으로 초래한다.
따라서, 지금까지, 종래 기술을 고려하여, 하나 이상의 캠 샤프트에 기초한 더욱 간단하고 더욱 강력한 수단이 "캠리스" 기술에 의지하지 않고 상기 내연 기관에 대해 이론적으로 수용 가능한 효율 이득의 대부분을 달성할 수 있다는 점에서, "캠리스"형 밸브 액추에이터에 의해 내연 기관의 에너지 효율을 최대화하기 위해 허용되는 기술적, 경제적 및 산업적 노력은 정당화되지 않았다.
다시 말해서, 자동차의 대량 생산을 위해 시행되기 위해, "캠리스"형 밸브 액추에이터의 제조 단가, 신뢰성 및 전체 크기가 적어도 캠형 액추에이터의 제조 단가, 신뢰성 및 전체 크기와 비교 가능하거나 또는 더 경쟁력이 있어야만 한다.
그러나 기능상의 이유로 캠형 액추에이터에 의지하는 것이 불가능하면, "캠리스" 밸브 액추에이터에 대한 의지는 정당화될 수 있다. 이러한 것은 특히 예를 들어 출원인이 소유하는 프랑스 특허가 FR 3 032 236으로 공개된 캠 샤프트 내연 기관의 경우이다. 실제로, 상기 엔진의 흡입 계량 밸브는 캠형 액추에이터가 어떠한 경우에도 필요한 조건 하에서 상기 밸브의 개방을 보장할 수 없는 짧은 시간(수백 마이크로 초 정도)에 리프팅되어야만 한다. 동일한 것이 상기 밸브의 폐쇄와 관련하여 적용된다. 그러므로, 고전적인 액추에이터는 상기 엔진이 매우 저속으로만 회전하지 않는 한, 특허 번호 FR 3 032 236에 따라서 엔진의 계량 밸브를 개방할 수 없었으며, 후자의 액추에이터가 자동차 또는 대형차의 분야에서 사용되는 경우에는 불가능하다.
또한, FR 3 032 236에 따른 전달-팽창 및 재생 엔진, 특히 상기 엔진의 복동 팽창 실린더의 실린더 헤드의 특정 아키텍처는 캠 샤프트와 호환되기 어려울 뿐이다. 실제로, 상기 팽창 실린더의 실린더 배럴, 하부 실린더 헤드 및 상부 실린더 헤드가 구성하는 조립체는 2015년 9월 14일자 프랑스 특허 출원 제1558585호에 기술된 바와 같이 중공 필라(hollow pillar)에 현수되는데 적합하며, 상기 출원 또한 본 출원인이 소유한다.
한편으로 중공 필라가 볼 조인트 연결부에 놓이고, 다른 한편으로 상기 조립체가 고온으로 있으면, 상기 조립체가 임의의 유형의 캠 샤프트의 벨트 또는 체인 전동 장치를 포함하는 것을 하부 실린더 헤드 및/또는 상부 실린더 헤드에 고착하는 것은 불가능하다. 그러므로, 특허 공개 제FR 3 032 236호에서 제안한 바와 같이, 상기 실린더 헤드에 장착될 준비가 된 카트리지를 제공하는 것이 적절하며, 상기 카트리지는 특히 계량 밸브 액추에이터와 계량 밸브 자체를 포함하는 한편, 상기 카트리지는 충분히 유연한 케이블 및/또는 라인에 의한 것을 제외하고 서로 및/또는 상기 액추에이터에 공급되는 에너지원에 연결되지 않는다.
왕복 피스톤 압축기 및 엔진의 응용 분야에서, 그리고 하나의 특정 실시형태에 따르면, 본 발명으로부터의 재생 밸브용 유압 액추에이터의 결과는 다음과 같다:
상기 밸브의 감쇠의 실질적인 부재에도 불구하고 작동하는 밸브의 기생적인 움직임을 정밀하게 하고 거의 유도하지 않으며;
밸브의 배향이 엔진에 대해 구속되지 않고, 상기 카트리지가 장착되는 실린더 헤드의 열팽창을 수용할 수 있도록 충분히 유연한 라인을 제외하고 액추에이터의 에너지원에 연결되지 않는 각각의 밸브에 대해 독립적으로 장착될 준비가 된 독립 카트리지를 제조할 가능성 때문에, 임의의 종래 기술의 피스톤 압축기 또는 임의의 왕복 내연 기관을 장착하는데 적합하고, 제FR 3 032 236호로 공개된 프랑스 특허에 기술된 전달-팽창 및 재생 엔진에 특히 설치 가능하며;
캠형 액추에이터의 에너지 효율과 유사한 높은 에너지 효율을 가지며, 상기 높은 효율은 특히 밸브의 가동 부품에 더하여 상기 액추에이터의 모든 가동 부품의 사실상 모든 운동 에너지를 회수하는 것에 의해 얻어지며;
폐쇄 이동 동안 상기 밸브가 획득하는 고속에도 불구하고 밸브가 매우 저속으로 밸브 시트로 복귀되는 것을 가능하게 한다는 점에서 정숙하며;
임의의 왕복 내연 기관의 수명과 호환 가능한 긴 수명이며;
필요하면, 상기 밸브를 통해 상기 챔버가 수용하는 압축 가스의 이탈을 허용하지 않고, 이러한 것에 의해, 상기 피스톤과 상기 밸브 사이의 어떠한 충돌도 방지하도록 상기 압축기 또는 엔진의 피스톤의 캡에 밸브 오목부를 제공해야 하는 것을 방지하는 임의의 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진의 압축 또는 연소실의 외부로 임의의 밸브가 개방되는 것을 가능하게 하는데 적합한 한편, 상기 밸브를 통한 가스의 어떠한 유동도 용이하게 되며;
경제적으로 제조 가능하게 된다.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는 특히 한편으로 토크 및 동력을 최대화하고 다른 한편으로 연료 소비 및 오염 물질의 방출을 감소시키는 것을 가능하게 하는 대부분의 전략을 임의의 왕복 내연 기관에서 구현하도록 의도되며, 상기 전략은 상기 엔진의 흡입 및/또는 배기 밸브의 정확하고 유연한 제어에 기초한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터로 인해, 상기 엔진의 성능에서의 이러한 현저한 개선은 음향 방출 또는 제조 단가를 상당히 증가시키지 않으면서 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는 특히 제FR 3 032 236호로 공개된 프랑스 특허에 기술된 바와 같이 전달-팽창 및 재생 엔진의 최적의 조건 하에서 제조를 가능하게 하도록 설계되며, 후자는 종래의 왕복 내연 기관에 비해 연료 소비 및 오염 물질의 배출에서의 급격한 감소를 약속했다.
비록 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터가 주로 왕복 피스톤 압축기 및 엔진을 위해 의도되었을지라도, 상기 액추에이터는 임의의 종류의 가스 또는 유체가 순환하는 적어도 하나의 라인을 포함하는 임의의 다른 적용 분야, 기계 또는 장치에 적용될 수 있는 한편, 상기 액추에이터는 상기 라인에서 상기 가스 또는 유체의 흐름을 허용하거나 차단하기 위해 상기 라인에서 임의의 유형의 임의의 밸브를 개방하고 폐쇄하는 것을 유리하게 가능하게 하는 것으로 이해된다.
또한, 상기 액추에이터는 작동되는 밸브와 함께 사용될 수 있으며, 밸브는 적어도 2개의 위치 사이에서 신속한 움직임을 필요로 하는 임의의 다른 물체로 교체된다.
본 발명의 다른 특징은 상세한 설명 및 독립항에 직접 또는 간접적으로 종속되는 종속항에 기술되어 있다.
압축기 또는 엔진 실린더 헤드에 의해 폐쇄된 실린더에서 왕복하도록 전달 수단(transmission means)에 연결된 적어도 하나의 피스톤을 포함하며, 상기 피스톤, 상기 실린더, 및 상기 실린더 헤드는 적어도 하나의 흡입 라인 및 적어도 하나의 배기 또는 배출 라인이 개방되는 압축 또는 연소실을 형성하며, 상기 2개의 라인 중 하나 또는 둘 모두는 밸브가 밸브 시트에 놓일 때 밸브가 차단할 수 있는 라인 오리피스에 의해 상기 연소실에 연결되는 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진을 위한 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터로서, 상기 액추에이터는:
고압 공급 라인을 통해 고압 어큐뮬레이터(high-pressure accumulator)로 유압 유체를 배출하도록 저압 공급 라인을 통해 저압 어큐뮬레이터 또는 유체 탱크로부터 상기 유체를 진입시킬 수 있는 적어도 하나의 고압 유압 공급 펌프;
액추에이터 실린더 헤드에 의해 캡핑된 액추에이터 실린더를 포함하는 적어도 하나의 액추에이터로서, 상기 실린더는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드에 직접 또는 간접적으로 부착되는 한편, 상기 실린더 및 액추에이터 실린더 헤드는 액추에이터 피스톤과 함께 액추에이터 유압 챔버를 형성하며, 상기 피스톤은 전달 수단에 의해 밸브에 기계적으로 연결되며, 상기 수단은 액추에이터 유압 챔버가 유압 유체에 의해 가해지는 압력을 받으면, 액추에이터 피스톤이 상기 밸브가 상호 작용하는 밸브 시트로부터 멀어지게 상기 밸브를 이동시키는 경향이 있도록 하는, 상기 적어도 하나의 액추에이터;
액추에이터가 생성할 수 있는 힘과 반대인 힘을 밸브에 가하는 적어도 하나의 밸브 복귀 디바이스로서, 그러므로 상기 디바이스는 밸브가 상호 작용하는 밸브 시트와 접촉하도록 밸브를 복귀시키는 경향이 있는, 상기 적어도 하나의 밸브 복귀 디바이스;
고압 어큐뮬레이터를 액추에이터 유압 챔버에 연결하는 고압 리프터 라인을 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있는 적어도 하나의 밸브 리프터 유압 밸브;
저압 어큐뮬레이터 또는 유체 탱크를 액추에이터 유압 챔버에 연결하는 관성 리프터 라인에 배치된 적어도 하나의 리프터 체크 밸브로서, 상기 체크 밸브는 상기 라인을 통해 유압 유체가 저압 어큐뮬레이터 또는 유체 탱크로부터 액추에이터 유압 챔버로 유동하는 것을 허용하지만, 반대 방향으로는 허용하지 않는, 상기 적어도 하나의 리프터 체크 밸브;
액추에이터 유압 챔버를, 폐쇄 및 재생 유압 모터가 포함하는 유체 흡입구와 상기 모터가 또한 포함하고 유압 모터 저압 복귀 라인에 의해 저압 어큐뮬레이터 또는 유체 탱크와 연결되는 유체 출구와 연결하는 폐쇄 및 재생 라인을 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있는 적어도 하나의 밸브 폐쇄 유압 밸브;
전달 수단의 전부 또는 일부를 구성하는 적어도 하나의 점진적 레버 아암 비율 레버(progressive lever arm ratio lever)로서, 상기 레버는 액추에이터 피스톤이 구동 또는 저항력을 직접 또는 간접적으로 인가할 수 있는 액추에이터의 힘의 적어도 하나의 인가 지점, 밸브가 구동 또는 저항력을 직접 또는 간접적으로 인가할 수 있는 밸브의 힘의 적어도 하나의 인가 지점, 및 힘이 압축기 또는 엔진 실린더 헤드 상에 직접 또는 간접적으로 인가되는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 적어도 하나의 인가 지점을 노출시키는, 상기 적어도 하나의 점진적 레버 아암 비율 레버를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 밸브의 개방 이동 동안 점진적 레버 아암 비율 레버를 따라서 액추에이터의 힘의 인가 지점 및/또는 밸브의 힘의 인가 지점 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점을 이동시키기 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 상호 작용하는 액추에이터 피스톤 및/또는 밸브 및/또는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드와 함께 적어도 하나의 선회 연결부 또는 적어도 하나의 롤링-슬라이딩 연결부를 직접 또는 간접적으로 각각 형성하는, 액추에이터의 힘의 인가 지점 및/또는 밸브의 힘의 인가 지점 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점을 포함하며, 상기 연결부는 인가 지점을 이동시키기 위한 수단을 구성한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 액추에이터의 힘의 인가 지점 및/또는 밸브의 힘의 인가 지점 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점의 레벨에서 점진적 레버 아암 비율 레버에 제공된 적어도 하나의 레버 접촉 트랙으로 이루어진 롤링-슬라이딩 연결부를 포함하며, 상기 트랙은 액추에이터 피스톤 및/또는 밸브 및/또는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드에 직접 또는 간접적으로 각각 형성된 레버 반작용 표면과 상호 작용하고, 상기 피스톤 및/또는 상기 표면은 상기 트랙과 상기 표면 사이의 접촉이 확립되는 곡선의 접촉 프로파일을 갖는다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 복귀 액추에이터 실린더 헤드에 의해 캡핑된 복귀 액추에이터 실린더를 포함하는 밸브 복귀 액추에이터로 이루어진 밸브 복귀 디바이스를 포함하며, 상기 실린더는 압축기 또는 엔진의 실린더 헤드에 직접 또는 간접적으로 부착되는 한편, 상기 실린더 및 복귀 액추에이터 실린더 헤드는 복귀 액추에이터 피스톤과 함께 복귀 액추에이터 유압 챔버를 형성하며, 상기 피스톤은 복귀 전달 수단(return transmission means)에 의해 밸브에 기계적으로 연결된다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 복귀 압력 라인에 의해 고압 어큐뮬레이터에 연결된 복귀 액추에이터 유압 챔버를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터에서, 저압 어큐뮬레이터가 수용하는 유압 유체의 레벨 및 압력은 유체 탱크로부터 저압 강제 공급 라인을 통해 상기 어큐뮬레이터로 상기 유체를 전달할 수 있는 저압 강제 공급 유압 펌프에 의해 값의 특정 범위 내에서 유지된다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 상호 작용하는 밸브 시트를 구비하거나 또는 구비하지 않는 적어도 하나의 밸브, 액추에이터, 전달 수단, 밸브 복귀 디바이스, 리프터 체크 밸브, 밸브 리프터 유압 밸브 및 밸브 폐쇄 유압 밸브가 적어도 하나의 유압 커넥터를 노출시키는 액추에이터 카트리지 내에 함께 수용되는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 튜브 액추에이터에 의해 길이 방향 병진으로 이동될 수 있는 차단 튜브를 포함하는 관형 밸브로 이루어진 밸브 리프터 유압 밸브 및/또는 밸브 폐쇄 유압 밸브를 포함하며, 상기 튜브는 차단 튜브 보어에서 유체 기밀 방식으로 수용되고, 유체 기밀 접촉부의 연속적인 라인을 튜브 시트와 함께 형성하도록 튜브 시트 상에 놓이거나 또는 튜브 내부 용적부로부터 튜브 외부 수집기-분배기로 또는 그 반대로 유압 유체를 보내는 것을 가능하게 하도록 상기 시트로부터 특정 거리에서 유지될 수 있는 튜브 밀봉 지지 표면(tube sealing bearing surface)에서 끝난다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는 전기장을 받을 때 기계적으로 변형되는 세라믹 요소의 스택을 포함하는 유압 증폭 압전 액추에이터인 튜브 액추에이터를 포함하며, 상기 스택의 단부는 액추에이터 센더 실린더(actuator sender cylinder)와 함께, 적어도 하나의 액추에이터 리시버 챔버(actuator receiver chamber)와 연통하는 액추에이터 센더 챔버를 형성하는 큰 지름의 액추에이터 센더 피스톤에 연결되며, 적어도 하나의 액추에이터 리시버 챔버는 한편으로는 작은 지름의 액추에이터 리시버 피스톤에 의해, 다른 한편으로 액추에이터 리시버 실린더에 의해 형성되며, 액추에이터 리시버 피스톤은 길이 방향 병진으로 차단 튜브를 이동시킬 수 있도록, 상호 작용하는 차단 튜브에 직접 또는 간접적으로 연결된다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 액추에이터 센더 챔버 및 액추에이터 리시버 챔버를 포함하며, 이러한 챔버들은 액추에이터 강제 공급 체크 밸브에 의해 가압 유압 유체 공급원에 함께 연결되며, 상기 강제 공급 체크 밸브는 유압 유체가 상기 공급원으로부터 상기 챔버들로 유동하는 것을 허용하지만, 그 반대는 허용하지 않는다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 액추에이터 센더 챔버를 향해 액추에이터 센더 피스톤을 이동시키는 경향이 있는 압력 보상 스프링을 수용하는 액추에이터 센더 피스톤을 포함하며, 상기 스프링이 상기 피스톤에 가하는 힘은 액추에이터 센더 챔버에 있는 피스톤이 가압 유압 유체 공급원에 있는 피스톤과 동일할 때 유압 유체가 상기 피스톤에 가하는 힘보다 작거나 동일하다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 액추에이터 리시버 챔버를 향해 액추에이터 리시버 피스톤을 이동시키는 경향이 있는 압력 보상 스프링을 수용하는 액추에이터 수용 피스톤을 포함하며, 상기 스프링이 상기 피스톤에 가하는 힘은 액추에이터 리시버 챔버에서의 압력이 가압 유압 유체 공급원에서의 압력과 동일할 때 유압 유체가 상기 피스톤에 가하는 힘보다 작거나 동일하다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 리시버 챔버 공통 매니폴드를 통해 복수의 액추에이터 리시버 챔버와 연통하는 액추에이터 센더 챔버를 포함하고, 각각의 상기 리시버 챔버를 형성하는 액추에이터 리시버 피스톤은 차단 튜브 자체를 길이 방향 병진으로 이동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 선택 밸브 액추에이터에 의해 그 개방이 요구되는 선택 밸브에 의해 리시버 챔버 공통 매니폴드와 각각 연통되거나 또는 연통되지 않는 액추에이터 리시버 챔버를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 적어도 2개의 반대로 작용하는 센터링 스프링에 의해 리시버 챔버 공통 매니폴드에 대해 소정의 길이 방향 위치 근처에서 센터링되어 유지되는 적어도 하나의 중실형 또는 중공형 비압축성 원통형 요소를 비유체 기밀 방식으로 수용하는 리시버 챔버 공통 매니폴드를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진에 의해 직접 또는 간접적으로 회전 구동되는 유압 모터 샤프트에 장착된 폐쇄 및 재생 캠, 및 상기 캠에 직접 또는 간접적으로 지지되고, 유체 흡입구와 연통하는 폐쇄 및 재생 챔버를 폐쇄 및 재생 실린더와 함께 형성하는 폐쇄 및 재생 피스톤을 포함하는 폐쇄 및 재생 유압 모터를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 밸브를 밸브 시트로 복귀시키도록 폐쇄 및 재생 피스톤이 지지되는 적어도 하나의 재생 각도 섹터(R)를 포함하는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일을 노출시키는 폐쇄 및 재생 캠을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 밸브 시트로의 밸브의 2번의 복귀 사이에 폐쇄 및 재생 라인을 사전 압축하도록 폐쇄 및 재생 피스톤이 지지되는 적어도 하나의 사전 압축 각도 섹터(P)를 포함하는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일을 노출시키는 폐쇄 및 재생 캠을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 캠 위상 변위 수단에 의해 유압 모터 샤프트에 대해 각도적으로 오프셋될 수 있는 폐쇄 및 재생 캠을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 폐쇄 및 재생 캠 내부에 형성된 적어도 하나의 암형 나선형 스플라인과 상호 작용하는, 유압 모터 샤프트의 원통형 외부면 상에 형성된 적어도 하나의 수형 나선형 스플라인으로 이루어진 캠 위상 변위 수단을 포함하며, 스플라인은 캠 위상 변위 액추에이터에 의해 유압 모터 샤프트에 대해 축 방향으로 이동되어 적소에서 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 폐쇄 및 재생 캠의 위상 변위 그루브(phase-shifting groove)와 상호 작용하는 위상 변위 포크(phase-shifting fork)에 의해 폐쇄 및 재생 캠에 연결된 캠 위상 변위 액추에이터를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 팽창 체크 밸브의 단부를 포함하는 폐쇄 및 재생 라인을 포함하며, 상기 팽창 체크 밸브는 저압 어큐뮬레이터, 유체 탱크, 또는 가압 유압 유체 공급원으로부터 유입되는 유압 유체가 프리휠 채널(freewheel channel)을 통해 상기 라인에 진입하는 것을 허용하지만 이를 떠나는 것은 허용하지 않는다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 사전 압축 밸브를 포함하는 폐쇄 및 재생 라인을 포함하며, 상기 사전 압축 밸브는 저압 어큐뮬레이터, 유체 탱크, 또는 가압 유압 유체 공급원으로부터 유입되는 유압 유체가 상기 라인에 들어오고 그리고/또는 이를 떠나는 것을 허용한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 유격 보상 수단을 포함하는, 액추에이터의 힘의 인가 지점 및/또는 밸브의 힘의 인가 지점 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 내부에 유격 보상 챔버를 포함하는 유격 보상 액추에이터로 이루어진 유격 보상 수단을 포함하며, 유격 보상 체크 밸브는 저압 어큐뮬레이터, 고압 어큐뮬레이터, 유체 탱크 또는 가압 유압 유체 공급원으로부터 유입되는 유압 유체가 상기 챔버에 진입하는 것을 허용하지만 이를 떠나는 것은 허용하지 않는 유격 보상 체크 밸브를 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 내부에 유격 보상 챔버를 포함하는 유격 보상 액추에이터로 이루어진 유격 보상 수단을 포함하며, 유격 보상 챔버는 저압 어큐뮬레이터, 고압 어큐뮬레이터, 유체 탱크 또는 가압 유압 유체 공급원으로부터 유입되는 유압 유체가 상기 챔버에 진입하고 이를 떠나는 것을 허용하는 유격 보상 노즐을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터는, 액추에이터 피스톤이 그 안으로 개방되는 레버 챔버에 수용되는 점진적 레버 아암 비율 레버를 포함하고, 상기 챔버는 레버 챔버 체크 밸브 또는 레버 챔버 교정 노즐, 또는 상기 밸브 및 상기 노즐에 의해 저압 어큐뮬레이터, 유체 탱크 또는 가압 유압 유체 공급원과 연결되며, 레버 챔버 체크 밸브는 유압 유체가 상기 레버 챔버를 떠나는 것을 허용하지만 그 안으로 진입하는 것은 허용하지 않으며, 레버 챔버 교정 노즐은 유압 유체가 상기 레버 챔버에 진입하고 떠나는 것을 허용하며, 상기 노즐은 레버 챔버 체크 밸브와 평행하게 배치된다.
비제한적인 예로서 제공된 첨부 도면을 참조한 다음의 설명은 본 발명, 그 특징 및 본 발명이 얻을 수 있는 장점을 더욱 양호한 이해를 가능하게 할 것이다:
도 1은 하나의 변형예를 통해 팽창 체크 밸브의 단부 및 프리휠 채널을 포함하는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 이론도이며, 상기 이론도는 유압 회로 및 유닛을 설명하기 위해 일반적으로 사용되는 기호를 이용한다.
도 2는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터를 수용하는 왕복 내연 기관의 개략적인 단면도이다.
도 3은 FR 3 032 236로 공개되고 본 출원인이 소유한 프랑스 특허 및 또한 본 출원인이 소유한 2015년 9월 14일자의 프랑스 특허 출원 제1558585호에 따라 개선된 버전에서 기술된 바와 같은 전달-팽창 및 재생 엔진의 팽창 실린더 조립체의 3차원 도면이며, 상기 조립체가 포함하는 팽창 실린더의 하부 실린더 헤드 및 팽창 실린더의 상부 실린더 헤드는 한편으로 팽창 실린더 하부 실린더 헤드로 이루어진 하부 카트리지 보유 플레이트를 통해, 다른 한편으로 팽창 실린더 상부 실린더 헤드로 이루어진 상부 카트리지 보유 플레이트를 통해 상호 작용하는 실린더 헤드 상으로 압착기 접합부(presser abutment)를 통해 가압되는 4개의 액추에이터 카트리지를 각각 수용하며, 상기 플레이트는 플레이트 타이 로드(plate tie-rod)에 의해 서로를 향해 이동되는 경향이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 액추에이터 카트리지, 상부 및 상부 카트리지 보유 플레이트, 및 상호 작용하는 플레이트 접합부를 통해 그 각각의 실린더 헤드 상으로 가압된 상기 액추에이터 카트리지를 유지하도록 상기 보유 플레이트들을 서로를 향해 이동시키는 경향이 있는 플레이트 타이 로드를 보다 명확하게 구별할 수 있도록 다양한 부재가 제거된 도 3에 도시된 팽창 실린더 조립체의 3차원 도면이다.
도 5 내지 도 12는 리프터 체크 밸브가 저압 어큐뮬레이터로부터 액추에이터 유압 챔버로 흐를 수 있게 하는 유압 유체의 흐름이 팽창 체크 밸브의 단부를 완전히 통과하는 본 발명 및 하나의 특정 실시형태에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 개략적인 단면도이며, 상기 2개의 체크 밸브는 직렬로 배치되고, 상기 도면의 각각은 유압 회로 및 유닛을 설명하기 위해 통상적으로 사용되는 기호를 이용하여 유압 다이어그램에 링크되며, 상기 도면은 본 발명에 따른 상기 유압 액추에이터의 작동 순서의 설명을 도면별로 가능하게 한다.
도 13은 레버 반작용 표면을 지지하고 상기 표면과 실린더 헤드 사이에 삽입된 유격 보상 액추에이터를 제공하는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태에 따라 점진적 레버 아암 비율 레버와 이와 상호 작용하는 피스톤의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 재생 밸브용 유압 액추에이터에 따라서, 유격 보상 체크 밸브와 유격 보상 노즐을 동시에 포함하는 유격 보상 액추에이터를 제공하는 유격 보상 액추에이터의 변형예의 단순화된 단면도이며, 상기 액추에이터는 이를 더욱 전진시키는 경향이 있는 유격 보상 스프링을 더 포함한다.
도 15는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터에 따라서 액추에이터의 힘의 인가 지점에서 가해지는 힘의 진화의 함수로서, 도 14에 도시된 바와 같이 유격 보상 액추에이터의 압축 또는 신장에서의 드리프트를 도시하는 그래프이다.
도 16은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 단면도이며, 밸브 복귀 디바이스는 그 자체로 공지된 코일 스프링으로 이루어진다.
도 17은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 단면도이며, 밸브 복귀 디바이스는 상기 밸브와 동축인 밸브 복귀 액추에이터으로 이루어지며, 그 복귀 액추에이터 피스톤은 밸브 스템에 고정된다.
도 18은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 개략도이며, 밸브 복귀 디바이스는 복귀 레버에 의해 폐쇄 위치로 밸브를 복귀시키는 밸브 복귀 액추에이터로 이루어진다.
도 19는 밸브가 압축 또는 연소실의 외부를 향해 개방되는 왕복 피스톤 압축기에 특히 적합한 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 개략도이며, 밸브 복귀 디바이스는 흡입 라인 또는 배기 라인 또는 배출 라인에 적절하게 수용되는 코일 스프링으로 이루어진다.
도 20은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 개략도이며, 밸브 복귀 디바이스는, 상기 밸브와 동축이고, 그 밸브 액추에이터 피스톤이 밸브 스템에 고정에 고정되는 반면에, 밸브 액추에이터 설부(valve actuator tongue)가 점진적 레버 아암 비율 레버의 일부를 형성하는 밸브 복귀 액추에이터로 이루어진다.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터에 의해 튜브 액추에이터의 변형예로서 제공된 유압 증폭 압전 액추에이터의 개략적인 단면도이고, 상기 도 21 및 22는, 상호 작용하는 튜브 시트 상에 각각 놓이고, 그런 다음 튜브의 내부 용적부로부터 튜브 외부 수집기-분배기로 유압 유체가 보내지는 것을 가능하게 하도록 상기 시트로부터 특정 거리에서 유지되는 차단 튜브를 나타낸다.
도 23은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터가 포함하는 유압 증폭 압전 액추에이터의 개략적인 단면도이며, 상기 압전 액추에이터의 액추에이터 센더 챔버는 레버 챔버 공통 매니폴드를 통해, 선택 밸브에 의해 상기 매니폴드와 각각 연통될 수 있거나 연통될 수 없는 복수의 액추에이터 리시버 챔버와 연통할 수 있다.
도 24는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 액추에이터 카트리지, 밸브 리프터 유압 밸브, 및 유압 증폭 압전 액추에이터에 의해 길이 방향 병진으로 이동되는 관형 밸브로 이루어진 밸브 폐쇄 유압 밸브의 3차원 국부 투시도(phantom view)이다.
도 25는 도 24에 도시된 특정 구성에서 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 3차원 단면도이며, 상기 단면도는 특히 밸브와 직접 상호 작용하는 주요 이동 또는 비이동 구성 요소, 및 리프터 체크 밸브를 강조한다.
도 26은 도 24에 도시된 특정 구성에서 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 3차원 단면도이며, 상기 단면도는 특히 밸브와 직접 상호 작용하는 주요 이동 또는 비이동 구성 요소, 및 리프터 체크 밸브를 강조한다.
도 27은 도 24에 도시된 특정 구성에 따른 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 단면도이며, 상기 단면도는 도 26에 도시된 것과 직각이고 액추에이터 유압 챔버를 강조한다.
도 28은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터가 포함할 수 있는 폐쇄 및 재생 캠의 개략적인 단면도이고, 상기 도면은 폐쇄 및 재생 피스톤이 지지되는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일이 노출시킬 수 있는 다양한 각도 섹터를 도시한다.
도 29 내지 도 33은 폐쇄 및 재생 캠이 유압 모터 풀리에 의한 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진에 의해 회전으로 구동되는 유압 모터 샤프트에 장착되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터의 하나의 특정 구성의 작동을 연속적인 단계로 도시하는 개략적인 단면도이며, 상기 캠은 상기 캡의 내부에 형성된 암형 나선형 스플라인과 상호 작용하는, 상기 샤프트의 원통형 외부면에 형성된 수형 나선형 스플라인으로 이루어진 캠 위상 변위 수단에 의해 상기 샤프트에 대해 각도적으로 오프셋될 수 있으며, 상기 스플라인은 위상 시프터 형태를 통해 캠 위상 시프터 액추에이터에 의해 유압 모터 샤프트에 대해 축 방향으로 이동 가능하거나 유지 가능하다.
도 34는 도 29 내지 도 33에 도시된 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터의 3차원 국부 투시도이다.
도 35는 도 29 내지 도 33에 도시된 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터의 3차원 및 절개 분해도이다.
도 1은 하나의 변형예를 통해 팽창 체크 밸브의 단부 및 프리휠 채널을 포함하는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 이론도이며, 상기 이론도는 유압 회로 및 유닛을 설명하기 위해 일반적으로 사용되는 기호를 이용한다.
도 2는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터를 수용하는 왕복 내연 기관의 개략적인 단면도이다.
도 3은 FR 3 032 236로 공개되고 본 출원인이 소유한 프랑스 특허 및 또한 본 출원인이 소유한 2015년 9월 14일자의 프랑스 특허 출원 제1558585호에 따라 개선된 버전에서 기술된 바와 같은 전달-팽창 및 재생 엔진의 팽창 실린더 조립체의 3차원 도면이며, 상기 조립체가 포함하는 팽창 실린더의 하부 실린더 헤드 및 팽창 실린더의 상부 실린더 헤드는 한편으로 팽창 실린더 하부 실린더 헤드로 이루어진 하부 카트리지 보유 플레이트를 통해, 다른 한편으로 팽창 실린더 상부 실린더 헤드로 이루어진 상부 카트리지 보유 플레이트를 통해 상호 작용하는 실린더 헤드 상으로 압착기 접합부(presser abutment)를 통해 가압되는 4개의 액추에이터 카트리지를 각각 수용하며, 상기 플레이트는 플레이트 타이 로드(plate tie-rod)에 의해 서로를 향해 이동되는 경향이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 액추에이터 카트리지, 상부 및 상부 카트리지 보유 플레이트, 및 상호 작용하는 플레이트 접합부를 통해 그 각각의 실린더 헤드 상으로 가압된 상기 액추에이터 카트리지를 유지하도록 상기 보유 플레이트들을 서로를 향해 이동시키는 경향이 있는 플레이트 타이 로드를 보다 명확하게 구별할 수 있도록 다양한 부재가 제거된 도 3에 도시된 팽창 실린더 조립체의 3차원 도면이다.
도 5 내지 도 12는 리프터 체크 밸브가 저압 어큐뮬레이터로부터 액추에이터 유압 챔버로 흐를 수 있게 하는 유압 유체의 흐름이 팽창 체크 밸브의 단부를 완전히 통과하는 본 발명 및 하나의 특정 실시형태에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 개략적인 단면도이며, 상기 2개의 체크 밸브는 직렬로 배치되고, 상기 도면의 각각은 유압 회로 및 유닛을 설명하기 위해 통상적으로 사용되는 기호를 이용하여 유압 다이어그램에 링크되며, 상기 도면은 본 발명에 따른 상기 유압 액추에이터의 작동 순서의 설명을 도면별로 가능하게 한다.
도 13은 레버 반작용 표면을 지지하고 상기 표면과 실린더 헤드 사이에 삽입된 유격 보상 액추에이터를 제공하는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태에 따라 점진적 레버 아암 비율 레버와 이와 상호 작용하는 피스톤의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 재생 밸브용 유압 액추에이터에 따라서, 유격 보상 체크 밸브와 유격 보상 노즐을 동시에 포함하는 유격 보상 액추에이터를 제공하는 유격 보상 액추에이터의 변형예의 단순화된 단면도이며, 상기 액추에이터는 이를 더욱 전진시키는 경향이 있는 유격 보상 스프링을 더 포함한다.
도 15는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터에 따라서 액추에이터의 힘의 인가 지점에서 가해지는 힘의 진화의 함수로서, 도 14에 도시된 바와 같이 유격 보상 액추에이터의 압축 또는 신장에서의 드리프트를 도시하는 그래프이다.
도 16은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 단면도이며, 밸브 복귀 디바이스는 그 자체로 공지된 코일 스프링으로 이루어진다.
도 17은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 단면도이며, 밸브 복귀 디바이스는 상기 밸브와 동축인 밸브 복귀 액추에이터으로 이루어지며, 그 복귀 액추에이터 피스톤은 밸브 스템에 고정된다.
도 18은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 개략도이며, 밸브 복귀 디바이스는 복귀 레버에 의해 폐쇄 위치로 밸브를 복귀시키는 밸브 복귀 액추에이터로 이루어진다.
도 19는 밸브가 압축 또는 연소실의 외부를 향해 개방되는 왕복 피스톤 압축기에 특히 적합한 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 단순화된 개략도이며, 밸브 복귀 디바이스는 흡입 라인 또는 배기 라인 또는 배출 라인에 적절하게 수용되는 코일 스프링으로 이루어진다.
도 20은 밸브가 압축 또는 연소실의 내부를 향해 개방되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 하나의 특정 실시형태의 개략도이며, 밸브 복귀 디바이스는, 상기 밸브와 동축이고, 그 밸브 액추에이터 피스톤이 밸브 스템에 고정에 고정되는 반면에, 밸브 액추에이터 설부(valve actuator tongue)가 점진적 레버 아암 비율 레버의 일부를 형성하는 밸브 복귀 액추에이터로 이루어진다.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터에 의해 튜브 액추에이터의 변형예로서 제공된 유압 증폭 압전 액추에이터의 개략적인 단면도이고, 상기 도 21 및 22는, 상호 작용하는 튜브 시트 상에 각각 놓이고, 그런 다음 튜브의 내부 용적부로부터 튜브 외부 수집기-분배기로 유압 유체가 보내지는 것을 가능하게 하도록 상기 시트로부터 특정 거리에서 유지되는 차단 튜브를 나타낸다.
도 23은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터가 포함하는 유압 증폭 압전 액추에이터의 개략적인 단면도이며, 상기 압전 액추에이터의 액추에이터 센더 챔버는 레버 챔버 공통 매니폴드를 통해, 선택 밸브에 의해 상기 매니폴드와 각각 연통될 수 있거나 연통될 수 없는 복수의 액추에이터 리시버 챔버와 연통할 수 있다.
도 24는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 액추에이터 카트리지, 밸브 리프터 유압 밸브, 및 유압 증폭 압전 액추에이터에 의해 길이 방향 병진으로 이동되는 관형 밸브로 이루어진 밸브 폐쇄 유압 밸브의 3차원 국부 투시도(phantom view)이다.
도 25는 도 24에 도시된 특정 구성에서 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 3차원 단면도이며, 상기 단면도는 특히 밸브와 직접 상호 작용하는 주요 이동 또는 비이동 구성 요소, 및 리프터 체크 밸브를 강조한다.
도 26은 도 24에 도시된 특정 구성에서 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 3차원 단면도이며, 상기 단면도는 특히 밸브와 직접 상호 작용하는 주요 이동 또는 비이동 구성 요소, 및 리프터 체크 밸브를 강조한다.
도 27은 도 24에 도시된 특정 구성에 따른 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 단면도이며, 상기 단면도는 도 26에 도시된 것과 직각이고 액추에이터 유압 챔버를 강조한다.
도 28은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터가 포함할 수 있는 폐쇄 및 재생 캠의 개략적인 단면도이고, 상기 도면은 폐쇄 및 재생 피스톤이 지지되는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일이 노출시킬 수 있는 다양한 각도 섹터를 도시한다.
도 29 내지 도 33은 폐쇄 및 재생 캠이 유압 모터 풀리에 의한 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진에 의해 회전으로 구동되는 유압 모터 샤프트에 장착되는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터의 하나의 특정 구성의 작동을 연속적인 단계로 도시하는 개략적인 단면도이며, 상기 캠은 상기 캡의 내부에 형성된 암형 나선형 스플라인과 상호 작용하는, 상기 샤프트의 원통형 외부면에 형성된 수형 나선형 스플라인으로 이루어진 캠 위상 변위 수단에 의해 상기 샤프트에 대해 각도적으로 오프셋될 수 있으며, 상기 스플라인은 위상 시프터 형태를 통해 캠 위상 시프터 액추에이터에 의해 유압 모터 샤프트에 대해 축 방향으로 이동 가능하거나 유지 가능하다.
도 34는 도 29 내지 도 33에 도시된 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터의 3차원 국부 투시도이다.
도 35는 도 29 내지 도 33에 도시된 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터의 폐쇄 및 재생 유압 모터의 3차원 및 절개 분해도이다.
재생 밸브용 유압 액추에이터(1), 그 구성 요소, 그 변형예, 및 부속품의 다양한 세부 사항이 도 1 내지 도 35에 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 특히 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 의해 폐쇄된 실린더(103)에서 왕복하도록 전달 수단(102)에 연결된 적어도 하나의 피스톤(101)을 포함하는 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)을 위해 의도된다.
여전히 도 2에서, 피스톤(101), 실린더(103) 및 압축기 엔진 실린더 헤드(104)는 적어도 하나의 흡입 라인(106) 및 적어도 하나의 배기 또는 배출 라인(107)이 개방되는 압축기 또는 연소실(105)을 형성하는 것으로 보여지며, 상기 라인(106, 107) 중 하나 또는 모두는 밸브 시트(11) 상에 놓일 때 밸브(8)가 차단할 수 있는 라인 오리피스(10)에 의해 상기 연소실(105)에 연결된다.
도 1 및 도 5 내지 도 12는 특히 예시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 저압(BP) 어큐뮬레이터(4) 또는 유체 탱크(46)로부터 저압 공급 라인(47)을 통해 유압 유체(3)를 진입시키고, 고압 공급 라인(48)을 통해 고압(HP) 어큐뮬레이터(5)로 상기 유체(3)를 배출할 수 있는 적어도 하나의 고압 유압 공급 펌프(2)를 포함한다.
고압 유압 공급 펌프(2)는 예를 들어 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같은 전달 수단(102)에 의해 회전으로 구동될 수 있다는 점에 유의한다. 상기 펌프(2)는 도한 피스톤형 펌프, 기어형 펌프, 베인형 펌프, 또는 당업자에게 공지된 임의의 다른 유형일 수 있는 반면에, 고압 어큐뮬레이터(5)는 피스톤형, 멤브레인형, 기계적 또는 공압 스프링형, 또는 당업자에게 공지된 임의의 다른 유형일 수 있다.
도 1 및 도 2, 도 5 내지 도 12, 도 16 내지 도 20, 및 도 25 및 도 26은 또한 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)가 액추에이터 실린더 헤드(49)에 의해 캡핑된 액추에이터 실린더(25)를 포함하는 적어도 하나의 액추에이터(6)를 포함하는 것을 도시하며, 상기 실린더(25)는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 직접 또는 간접적으로 고정된다.
상기 도면에서, 액추에이터 실린더(25) 및 액추에이터 실린더 헤드(49)는 액추에이터 피스톤(26)과 함께 액추에이터 유압 챔버(7)를 형성하고, 상기 피스톤(26)은 전달 수단(9)에 의해 밸브(8)에 기계적으로 연결되며, 상기 수단(9)은 액추에이터 유압 챔버(7)가 유압 유체(3)에 의해 가해지는 압력을 받으면, 상기 밸브(8)를 밸브 시트(11)를 향해 이동시키기 위해 액추에이터 피스톤(26)이 상기 밸브(8)를 이와 상호 작용하는 밸브 시트(11)로부터 멀어지도록 이동시키는 경향이 있도록 한다.
라인 오리피스(10)는 흡입 라인(106) 및/또는 배기 또는 배출 라인(107)에서 상호 교환 가능하게 제공될 수 있어서, 밸브(8)는 밸브 시트(11) 상에 놓여 있을 때 상기 라인(106, 107)에서의 임의의 가스의 통행을 방지한다.
특히 도 1 및 도 2, 도 5 내지 도 12, 및 도 16 내지 도 20에 명확하게 보이는 방식으로 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 액추에이터(6)가 생성할 수 있는 힘과 반대인 힘을 밸브(8) 상에 가하는 적어도 하나의 밸브 복귀 디바이스(12)를 포함하며, 그러므로, 상기 디바이스(12)는 밸브(8)를 상호 작용하는 밸브 시트(11)와 접촉하도록 복귀시키거나, 또는 상황에 따라서 상기 시트(11)로부터 멀어지게 밸브를 이동시키는 경향이 있으며, 상기 복귀 디바이스(12)는 예를 들어 왕복 내연 기관의 밸브를 그들의 시트와의 접촉으로 복귀시키기 위해 통상적으로 사용되는 것으로 그 자체가 공지된 나선형 스프링일 수 있다.
도 1, 도 5 내지 도 12, 및 도 20에서, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 고압 어큐뮬레이터(5)를 액추에이터 유압 챔버(7)에 연결하는 고압 리프터 라인(14)을 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있는 적어도 하나의 밸브 리프터 유압 밸브(13)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
또한, 밸브 리프터 유압 밸브(13)를 개방하는 것은 밸브(8)가 상호 작용하는 밸브 시트(11)로부터 리프팅되는 것을 가능하게 하고, 상기 밸브(8)는 그런 다음 필요한 흐름 섹션이 라인 오리피스(10)의 레벨에 도달할 때까지 상기 시트(11)로부터 멀어지도록 이동되는 것으로 도시되어 있다.
예로서, 밸브 리프터 유압 밸브(13)는 컴퓨터에 의해 제어되는, 당업자에게 공지된 임의의 유형의 솔레노이드 밸브일 수 있다. 또한, 각각의 밸브 리프터 유압 밸브(13)에 의해 동일한 고압 어큐뮬레이터(5)와 각각의 액추에이터 유압 챔버(7)의 동시 연결 후에, 복수의 밸브(8)가 그들의 시트로부터 동시에 리프팅되어야만 하면, 상기 밸브(8)들은 그 자체가 공지된 유동 분배기를 통해 상기 어큐뮬레이터(5)에 공통으로 연결될 수 있으며, 이는 상기 밸브(8)들이 각각 상호 작용하는 밸브 시트(11)로부터 각각 동일한 속도로 동시에 리프팅되는 것을 보장한다는 점에 유의한다.
또한, 도 1, 도 5 내지 도 12, 도 20, 및 도 24 내지 도 27은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)가 저압 어큐뮬레이터(4) 또는 유체 탱크(46)를 액추에이터 유압 챔버(7)에 연결하는 관성 리프터 라인(16)에 있는 적어도 하나의 리프터 체크 밸브(15)를 포함하는 것을 도시하며, 상기 밸브(15)는 유압 유체(3)가 상기 라인(16)을 통해 저압 어큐뮬레이터(4) 또는 유체 탱크(46)로부터 액추에이터 유압 챔버(7)로 유동하는 것을 허용하지만; 반대 방향으로 유동하는 것을 허용하지 않으며, 상기 밸브(15)는 스프링에 의해 그 시트로 가압되어 유지된 볼로 이루어질 수 있다.
도 1, 도 5 내지 도 12 및 도 20에서, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는, 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)가에 포함하는 유체 흡입구(19)와 상기 모터(20)가 또한 포함하고 유압 모터 저압 복귀 라인(22)에 의해 저압 어큐뮬레이터(4) 또는 유체 탱크(46) 또는 임의의 유형의 저압 어큐뮬레이터와 연결되는 유체 출구(21)와 액추에이터 유압 챔버(7)를 연결하는 폐쇄 및 재생 라인(18)을 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있는 적어도 하나의 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
밸브 폐쇄 유압 밸브(17)를 개방하는 것은 밸브(8)가 상호 작용하는 밸브 시트(11) 상에 밸브(8)를 복위시키는(replace) 것을 가능하게 한다는 것을 알 수 있다. 예로서, 상기 밸브(17)는 컴퓨터에 의해 제어되는, 당업자에게 공지된 임의의 유형의 솔레노이드 밸브일 수 있다.
폐쇄 및 재생 유압 모터(20)는 피스톤형, 기어형, 베인형, 또는 당업자에게 공지된 임의의 유형일 수 있다는 점에 유의한다.
또한 복수의 밸브(8)가 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)에 의해 그들의 시트에 동시에 복위되어야만 한다면, 상기 밸브(8)는 그 자체로 공지된 유동 분배기를 통해 상기 모터(20)에 공통으로 연결될 수 있으며, 이는 상기 밸브(8)가 모두 상호 작용하는 밸브 시트(11)와 접촉하도록 동일한 속도로 동시에 복귀하는 것을 보장한다는 점에 유의한다.
폐쇄 및 재생 유압 모터(20)를 구동하는 샤프트 또는 기계식 전달 디바이스는 유리하게 동시에 고압 유압 공급 펌프(2) 및/또는 저압 유압 강제 공급 펌프(45)를 구동할 수 있으며, 상기 2개의 펌프(2, 45)는 예를 들어 흡입 및 배출 밸브가 제공된 챔버를 실린더와 함께 형성하는 적어도 하나의 피스톤과 상호 작용하는 적어도 하나의 캠으로 이루어질 수 있다.
도 2, 도 5 내지 도 13, 도 16 내지 도 20, 및 도 24 내지 도 26에서, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 전달 수단(9)을 부분적으로 또는 전체적으로 구성하는 적어도 하나의 점진적 레버 아암 비율 레버(27)를 포함하는 것으로 도시되어 있으며, 상기 레버(27)는 액추에이터 피스톤(26)이 구동 또는 저항력을 직접 또는 간접적으로 인가할 수 있는 액추에이터의 힘의 적어도 하나의 인가 지점(28), 밸브(8)가 구동 또는 저항력을 직접 또는 간접적으로 인가할 수 있는 밸브의 힘의 적어도 하나의 인가 지점(29), 및 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104) 상에 힘을 직접 또는 간접적으로 인가하는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 적어도 하나의 인가 지점(30)을 노출시킨다.
도 9에 명백히 도시된 바와 같이, 이러한 구성은 먼저 액추에이터 힘의 인가 지점(28)과 밸브 힘의 인가 지점(29) 사이, 또는 액추에이터 힘의 상기 인가 지점(28)과 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30) 사이에 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)을 한정하고, 두번째로 밸브 힘의 인가 지점(29)과 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30) 사이에 밸브 작용 레버 아암(LS)을 한정하는 것을 가능하게 한다.
특히 도 20에서, 점진적 레버 아암 비율 레버(27)는 복수의 부분으로 이루어질될 수 있는 것으로 도시되어 있다. 이 경우에, 상기 레버(27)는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 관절 연결된 밸브 액추에이터 설부(70)를 포함한다.
도 5 내지 도 13 및 도 16 내지 도 20에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 밸브(8)의 개방 이동 동안 점진적 레버 아암 비율 레버(27)를 따라서 액추에이터 힘의 인가 지점(28) 및/또는 밸브 힘의 인가 지점(29) 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)을 이동시키는 인가 지점을 이동시키기 위한 수단(31)을 포함할 수 있다.
이러한 특정 구성에 따르면, 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)의 길이와 밸브 작동 레버 아암(LS)의 길이 사이의 비율은 밸브(8)의 리프트의 함수로서 변한다.
예를 들어, 액추에이터 피스톤(26)이 힘을 인가하는 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)은 밸브(8)가 밸브 시트(11) 근처에 있을 때 최대 길이를 가질 수 있고, 상기 밸브(8)가 상기 시트(11)로부터 더 멀리 있을 때 보다 짧은 길이를 가질 수 있으며, 밸브 작용 레버 아암(LS)의 경우에 상황은 정확히 반대이다.
다시 말하면, 점진적 레버 아암 비율 레버(27)는 액추에이터 피스톤(26)의 주어진 일정 일정 속도에 대해, 밸브(8)를 리프팅하거나 복위시키는 속도는 상기 밸브(8)가 시트(11)로부터 더 멀리 있을 때보다 밸브(8)가 그 밸브 시트(11)와 접촉하는 그 위치의 근처에 위치될 때 더 낮도록 하는 것이 유리할 수 있다.
도 2, 도 5 내지 도 13, 도 16 내지 도 19, 및 도 24 내지 도 27에 도시된 실시형태에서, 인가 지점을 이동시키기 위한 수단(31)은 캠 레버(71)의 형태를 취할 수 있다는 점에 유의한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 변형예에 따르면, 액추에이터의 힘의 인가 지점(28) 및/또는 밸브의 힘의 인가 지점(29) 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 기점(30)은, 상호 작용하는 액추에이터 피스톤(26) 및/또는 밸브(8) 및/또는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)와 함께 직접 또는 간접적으로 적어도 하나의 선회 연결부(34), 또는 적어도 하나의 롤링-슬라이딩 연결부(35)를 각각 형성하며, 연결부는 인가 지점을 이동시키기 위한 수단(31)을 구성한다는 점에 유의한다.
대안으로서, 상기 인가 지점(29, 29, 30)은 또한 임의의 유형의 기어 디바이스에 의해 동역학이 부과될 수 있는 롤링 연결부를 형성할 수 있다.
도 5 내지 도 13, 도 16 내지 도 20 및 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 롤링-슬라이딩 연결부(35)는 액추에이터의 힘의 인가 지점(28) 및/또는 밸브의 힘의 인가 지점(29) 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)의 레벨에서 점진적 레버 아암 비율 레버(27) 상에 형성된 적어도 하나의 레버 접촉 트랙(36)으로 이루어질 수 있으며, 상기 트랙(36)은 액추에이터 피스톤(26) 및/또는 밸브(8) 및/또는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104) 상에 직접 또는 간접적으로 각각 형성된 레버 반작용 표면(37)과 상호 작용하며, 상기 트랙(36) 및/또는 상기 표면(37)은 상기 트랙(36)과 상기 표면(37) 사이의 접촉부가 확립되는 곡선의 접촉 프로파일(38)을 갖는다.
곡선의 접촉 프로파일(38)의 결과는 밸브(8)가 상호 작용하는 밸브 시트(11)를 향하거나 또는 멀어지게 이동할 때, 롤링-슬라이딩 연결부(35)가 점진적 레버 아암 비율 레버(27)를 따라서 이동된다는 것이며, 이는 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)을 증가시키고 그리고/또는 밸브 작동 레버 아암(LS)을 감소시키거나, 또는 그 반대로 한다.
보다 구체적으로 도 5 내지 도 12, 도 17 내지 도 20 및 도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 밸브 복귀 디바이스(12)는 복귀 액추에이터 실린더 헤드(50)에 의해 캡핑되는 복귀 액추에이터 실린더(40)를 포함하는 밸브 복귀 액추에이터(39)로 이루어질 수 있으며, 상기 실린더(40)는 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 직접 또는 간접적으로 고정되는 반면에, 상기 실린더(40) 및 복귀 액추에이터 실린더 헤드(50)는 복귀 액추에이터 피스톤(41)과 함께 복귀 액추에이터 유압 챔버(42)를 형성하며, 상기 피스톤(41)은 복귀 전달 수단(43)에 의해 밸브(8)에 기계적으로 연결된다.
이러한 변형예에 따르면, 복귀 액추에이터 유압 챔버(42)는 복귀 압력 라인(44)에 의해 고압 어큐뮬레이터(5)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 밸브 복귀 디바이스(12)는 그 자체로 공지된 밸브 복귀 스프링으로 이루어질 수 있다.
도 1, 도 5 내지 도 12 및 도 20에서, 저압 어큐뮬레이터(4)가 수용하는 유압 유체(3)의 레벨 및 압력은 저압 강제 공급 라인(60)을 통해 유체 탱크(46)로부터 상기 어큐뮬레이터(4)로 상기 유체(3)를 전달할 수 있는 강제 공급 저압 유압 펌프(45)에 의해 특정 범위의 값 내에서 유지될 수 있다는 점에 유의한다.
유체 탱크(46)는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 임의의 부분으로부터 특히 유압 유체(3)의 누출이 그 안으로 유동하는, 그 자체로 공지된 비가압 탱크일 수 있다는 점에 유의한다.
도 2 내지 도 12 및 도 24 내지 도 27은 적어도 상호 작용하는 밸브 시트(11)가 있거나 없는 밸브(8), 액추에이터(6), 전달 수단(9), 밸브 복귀 디바이스(12), 리프터 체크 밸브(15), 밸브 리프터 유압 밸브(13), 및 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)가 적어도 하나의 유압 커넥터(53)를 노출시키는 액추에이터 카트리지(52) 내에 함께 수용될 수 있다는 것을 도시한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 액추에이터 카트리지(52)가 출원인이 소유하고 FR 3 032 236로 공개된 프랑스 특허의 전달-팽창 및 재생 엔진의 팽창 실린더 조립체(54)에 장착되면, 액추에이터 카트리지(52)는 상기 조립체(54)가 포함하는 팽창 실린더 하부 실린더 헤드(33) 및 팽창 실린더 상부 실린더 헤드(61)에 수용된 밸브 케이지(56)를 포함할 수 있다는 점에 유의한다.
이러한 경우에, 밸브(8)는 또한 밸브 시트(11)를 수용하는 상기 케이지(56)에서 직접 또는 간접적으로 안내될 수 있고, 밸브 시트 및/또는 밸브 케이지(56)의 일부는 열전달 유체가 도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같이 순환하는 밸브 냉각 회로(32)에 의해 냉각될 수 있도록 밸브(8)를 안내한다.
이와 관련하여, 도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 밸브(8)가 포함하는 밸브 스템(51)은 밸브(8)에 의해 수용된 열의 양을 제한하는 밸브 열 스크린(58)에 의해 유리하게 보호될 수 있으며, 상기 열은 열전달 유체에 의해 배출될 수 있다.
도 5 내지 도 12 및 도 21 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 밸브 리프터 유압 밸브(13) 및/또는 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)는 튜브 액추에이터(137)에 의해 길이 방향 병진으로 이동될 수 있는 차단 튜브(131)를 포함하는 관형 밸브(130)로 이루어질 수 있으며, 상기 튜브(131)는 차단 튜브 보어(181)에 유체 기밀 방식으로 수용되고, 유체 기밀 접촉부의 연속적인 라인을 튜브 시트와 함께 형성하도록 튜브 시트(136) 상에 놓일 수 있거나, 또는 튜브 내부 용적부(133)로부터 튜브 외부 수집기-분배기(134)로 또는 그 반대로 유체(3)가 유동하는 것을 허용하도록 상기 시트(136)로부터 일정한 거리에 유지되는 튜브 밀봉 지지 표면(135)에서 끝난다.
튜브 밀봉 밸브 표면(135)은 관형 밸브(130)가 각각 "상시 폐쇄"인지 또는 "상시 개방" 유형인지에 따라 튜브 복귀 스프링(138)에 의해 튜브 시트(136)와 접촉하거나 상기 시트(136)로부터 일정 거리에 유지될 수 있다는 점에 유의한다. 또한 튜브 액추에이터(137)는 상호 교환 가능하게 전기, 전자기, 압전, 공압, 유압, 또는 당업자에게 공지된 임의의 유형일 수 있다는 점에 유의한다.
도 21 내지 도 27에 도시된 바와 같이, 튜브 액추에이터(137)는 전기장을 받을 때 기계적으로 변형되는 세라믹 요소의 스택(140)을 포함하는 유압 증폭 압전 액추에이터(139)일 수 있으며, 상기 스택(140)의 단부는 액추에이터 센더 실린더(142)와 함께, 적어도 하나의 액추에이터 리시버 챔버(144)와 연통하는 액추에이터 센더 챔버(143)를 형성하는 큰 지름의 액추에이터 센더 피스톤(141)에 연결되고, 적어도 하나의 액추에이터 리시버 챔버는 한편으로는 작은 지름의 액추에이터 리시버 피스톤(145)에 의해, 다른 한편으로 액추에이터 리시버 실린더(142)에 의해 형성되며, 액추에이터 리시버 피스톤은 길이 방향 병진으로 차단 튜브를 이동시킬 수 있도록, 상호 작용하는 차단 튜브(131)에 직접 또는 간접적으로 연결된다.
액추에이터 센더 피스톤(141)의 섹션과 액추에이터 리시버 피스톤(145)의 섹션 사이의 비율은 유압 증폭 압전 액추에이터(139)의 이동의 증폭 비율을 결정한다는 점에 유의한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 이러한 변형예에 따르면, 액추에이터 센더 챔버(143) 및 액추에이터 리시버 챔버(144)는 액추에이터 강제 공급 체크 밸브(148)에 의해 가압 유압 유체 공급원(147)에 함께 연결될 수 있으며, 액추에이터 강제 공급 체크 밸브는 유압 유체(3)가 상기 공급원(147)으로부터 상기 챔버(143, 144)로 유동하는 것을 허용하지만 그 반대는 허용하지 않는다. 가압 유압 유체 공급원(147)은 유리하게 저압 어큐뮬레이터(4)일 수 있다.
도 21 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 드리프트 방지 노즐(150)은 액추에이터 강제 공급 체크 밸브(148)와 평행하게 배치될 수 있으며, 상기 노즐(150)은 유압 유체(3)가 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 상기 챔버(143, 144)로 또는 그 반대로 유동하는 것을 가능하게 하는 한편, 상기 노즐(150)은 낮은 유량의 유압 유체(3)만이 통과할 수 있는 수축부를 형성한다.
도 21 내지 도 24에서, 액추에이터 센더 피스톤(141)은 액추에이터 센더 챔버(143)를 향해 액추에이터 센더 피스톤을 이동시키는 경향이 있는 압력 보상 스프링(149)을 수용할 수 있으며, 상기 스프링(149)이 상기 피스톤(141)에 가하는 힘은 액추에이터 센더 챔버(143)에서의 압력이 가압 유압 유체 공급원(147)에서의 압력과 동일할 때 유압 유체(3)가 상기 피스톤(141)에 가하는 힘보다 작거나 동일하다.
동일한 상기 도 21 내지 도 24에서, 액추에이터 수용 피스톤(145)은 액추에이터 리시버 챔버(144)를 향해 액추에이터 수용 피스톤을 이동시키는 경향이 있는 압력 보상 스프링(149)을 수용할 수 있으며, 상기 스프링(149)이 상기 피스톤(145)에 가하는 힘은 액추에이터 리시버 챔버(144)에서의 압력이 가압 유압 유체 공급원(147)에서의 압력과 동일할 때 유압 유체(3)가 상기 피스톤(145)에 가하는 힘보다 작거나 동일하다.
도 23은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 변형예에 따르면, 액추에이터 센더 챔버(143)가 공통 리시버 챔버 매니폴드(151)를 통해 복수의 액추에이터 리시버 챔버(144)와 연통할 수 있다는 것을 도시하며, 각각의 상기 리시버 챔버(144)를 형성하는 액추에이터 수용 피스톤(145)은 이 경우에 차단 튜브(131) 자체를 길이 방향 병진으로 이동시킬 수 있다.
도 23에 도시된 변형예에 따르면, 액추에이터 리시버 챔버(144)는 그 개방이 선택 밸브 액추에이터(153)에 의해 제어되는 선택 밸브(152)에 의해 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)와 연통으로 또는 비연통으로 배치될 수 있다는 점에 유의한다.
따라서, 세라믹 요소의 스택(140)이 액추에이터 리시버 챔버(144)에 대응하는 차단 튜브(131)를 길이 방향 병진으로 이동시킬 수 있기 위하여, 상기 챔버(144)와 상호 작용하는 선택 밸브(152)가 미리 상기 챔버를 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)와 연통하도록 배치한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 이러한 특정 구성은 예를 들어, 복수의 차단 튜브(131)를 연속적으로 기동하는데 매우 빠르지만 비용이 비싸고 부피가 큰 세라믹 요소의 단지 하나의 스택(140)만의 사용을 가능하게 하며, 상기 튜브(131)는 솔레노이드 액추에이터(182)와 같이 의심할 여지없이 더 느리지만 비용이 덜 들고 부피가 적은 선택 밸브 액추에이터(153)에 의해 선택된다.
비제한적인 예로서, 이러한 특정 전략은 흡입 및/또는 배기 밸브(8)가 높은 각도 오프셋으로 연속적으로 작동되는 다수의 실린더를 가지는 디젤 또는 보 드 로사스 사이클 왕복 내연 기관과 관련하여 완전히 유익하다. 상기 오프셋은 예를 들어 4-실린더 엔진의 경우에 크랭크 샤프트의 180°의 회전이다.
여전히, 도 23에 도시된 변형예에 따르면, 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)는 적어도 2개의 반대로 작용하는 센터링 스프링(157)에 의해 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)에 대한 특정 길이 방향 위치의 근처에서 센터링되어 유지되는 적어도 하나의 중실형 또는 중공형 비압축성 원통형 요소(156)를 비유체 기밀 방식으로 수용할 수 있다는 점에 유의한다.
상기 요소(156)는 바람직하게 비교적 비압축성, 즉, 재료의 탄성 계수는 높고 밀도가 낮은 재료로 이루어진다. 상기 요소(156)는 큰 내경의 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)의 사용을 가능하게 하며, 이는 유압 유체(3)가 유동할 때 상기 매니폴드(151)가 생성하는 손실 수두(head loss)의 제한을 가능하게 하며, 이러한 것은 그 밖에 상기 매니폴드(151) 내부에서 다량의 유압 유체(3)에 의해 유도될 수 있는 높은 압축성을 겪지 않는다.
따라서, 액추에이터 센더 피스톤(141)이 액추에이터 센더 챔버(143)로부터 유압 유체(3)를 배출할 때, 비압축성 원통형 요소(156)는 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)에서 자유롭게 이동하는 것에 의해 그 움직임의 적어도 일부에서 유압 유체(3)를 수반한다. 대응하는 차단 튜브(131)의 개방 및/또는 폐쇄하는 조작이 완료되었으면, 비압축성 원통형 요소(156)는 상호 작용하는, 2개의 반대로 작용하는 센터링 스프링(157)의 공액 작용(conjugate action)에 의해 초기 위치 근처로 복귀된다.
도 28 내지 도 35에서, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)는 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)에 의해 또는 압축기 또는 엔진(100)과 관련된 임의의 수단에 의해 직접 또는 간접적으로 회전 구동되는 유압 모터 샤프트(163) 상에 장착된 폐쇄 및 재생 캠(158), 및 상기 캠(158) 상에 직접 또는 간접적으로 지지되고 폐쇄 및 재생 실린더(160)와 함께, 유체 흡입구(19)와 연통하는 폐쇄 및 재생 챔버(161)를 형성하는 폐쇄 및 재생 피스톤(159)을 포함할 수 있다는 것이 도시되어 있다.
도 34 및 도 35에 도시된 바와 같이, 유압 모터 샤프트(163)는 고정이든 또는 가변 비율이든 벨트 또는 체인, 기어 또는 임의의 기계, 전기 또는 유압 전달에 의해 구동되는 유압 모터 풀리(170)를 통해 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)에 의해 회전 구동될 수 있다.
또한, 도 29 내지 도 35에 도시된 바와 같이, 폐쇄 및 재생 피스톤(159)은 폐쇄 및 재생 설부(173)를 통해 폐쇄 및 재생 캠(158) 상에 지지될 수 있다는 점에 유의한다.
도 28은 폐쇄 및 재생 캠(158)이 밸브 시트(11) 상으로 밸브(8)를 복귀시키도록 폐쇄 및 재생 피스톤(159)이 지지되는 적어도 하나의 재생 각도 섹터(R)를 포함하는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)을 노출시킬 수 있다는 것을 도시한다.
또한, 폐쇄 및 재생 캠(158)은 밸브 시트(11)로의 밸브(8)의 2번의 복귀 사이에 폐쇄 및 재생 라인(18)을 사전 압축하도록 폐쇄 및 재생 피스톤(159)이 지지되는 적어도 하나의 사전 압축 각도 섹터(P)를 포함하는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)을 노출시킬 수 있다.
도 29 내지 도 35에서, 폐쇄 및 재생 캠(158)은 캠 위상 변위 수단(164)에 의해 유압 모터 샤프트(163)에 대해 각도적으로 오프셋될 수 있다는 것이 도시되어 있다.
이들 동일한 도면에서, 캠 위상 변위 수단(164)은 폐쇄 및 재생 캠(158) 내부에 형성된 적어도 하나의 암형 나선형 스플라인(166)과 상호 작용하는, 유압 모터 샤프트(163)의 원통형 외부면 상에 형성된 적어도 하나의 수형 나선형 스플라인(165)으로 이루어질 수 있으며, 스플라인은 선형 또는 회전 전기 스테퍼 모터, 유압 액추에이터, 또는 당업자에게 공지되거나 또는 공지되지 않은 임의의 액추에이터일 수 있는 캠 위상 변위 액추에이터(167)에 의해 유압 모터 샤프트(163)에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 적소에서 유지된다.
도 29 내지 도 35에서, 캠 위상 변위 액추에이터(167)가 폐쇄 및 재생 캠(158)이 포함하는 위상 변위 그루브(169)와 상호 작용하는 위상 변위 포크(168)를 통해 폐쇄 및 재생 캠(158)에 연결될 수 있는 것으로 도시되어 있다.
도 29 내지 도 33, 및 도 35에서, 폐쇄 및 재생 라인(18)은 저압 어큐뮬레이터(4)로부터, 유체 탱크(46)로부터, 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 유입되는 유압 유체(3)가 프리휠 채널(24)을 통해 상기 라인(18)으로 진입하는 것을 허용하지만 이를 떠나는 것을 허용하지 않는 팽창 체크 밸브(171)의 단부를 포함할 수 있는 것으로 도시되어 있다.
팽창 체크 밸브(171)의 단부는 스프링에 의해 그 시트 상으로 가압되어 유지되는 볼로 이루어질 수 있다는 점에 유의한다. 본 발명에 따른 재생 밸브 액추에이터(1)의 도 5 내지 도 12에 도시된 특정 구성에 따르면, 저압 어큐뮬레이터(4)로부터 액추에이터 유압 챔버(7)로 유동하는 것을 리프터 체크 밸브(15)가 허용할 수 있는 유압 유체(3)의 유동은 팽창 체크 밸브(171)의 단부를 완전히 통과할 수 있으며, 두 체크 밸브(15, 171)는 그런 다음 직렬로 배치된다는 점에 또한 유의하여야 할 것이다.
이러한 특정 배열은 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 작동에 중대한 영향을 미치지 않으며, 특히 액추에이터 유압 챔버(7)를 저압 어큐뮬레이터(4)와 연결하는 유압 커넥터(53)의 필요성을 제거하는 것에 의해 절약을 가능하게 한다.
도 29 내지 도 35에서, 폐쇄 및 재생 라인(18)은 저압 어큐뮬레이터(4)로부터, 유체 탱크(46)로부터, 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 나온 유압 유체(3)가 상기 라인(18)에 진입하고 그리고/또는 이를 떠나는 것을 허용하는 사전 압축 밸브(172)를 포함할 수 있는 것으로 도시되어 있다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 하나의 특정 실시형태에 따르면, 사전 압축 밸브(172)는 관형 밸브(130)로 이루어질 수 있다.
도 13, 도 14, 도 20, 도 25 및 도 26에서, 액추에이터의 힘의 인가 지점(28) 및/또는 밸브의 힘의 인가 지점(29) 및/또는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)은 유격 보상 수단(174)을 포함할 수 있는 것으로 도시되어 있다.
유격 보상 수단(174)은 유리하게 그 내부에 유격 보상 챔버(176)를 포함하는 유격 보상 액추에이터(175)로 이루어지며, 유격 보상 챔버)는 저압 어큐뮬레이터(4)로부터, 압력 어큐뮬레이터(5)로부터, 유체 탱크(46)로부터, 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 유입되는 유압 유체(3)가 상기 챔버(176)로 진입하는 것을 허용하지만 챔버를 떠나는 것을 허용하지 않는 유격 보상 체크 밸브(177)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
도 13에 명백히 도시된 바와 같이, 유격 보상 액추에이터(175)는 그 단부 중 하나에서 고정 볼 조인트 연결부(68)를 통해 지지되는 레버 반작용 표면(37)과 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104) 사이에 삽입될 수 있다.
또한, 도 13에서, 유격 보상 액추에이터의 다른 단부에서, 레버 반작용 표면(37)은 바람직하게 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104) 상에서 실질적으로 레버 반작용 표면(37)에 평행하게 이동할 수 있는 슬라이딩 볼 조인트 연결부(69)에 의해 지지된다.
도 14에서, 유격 보상 수단(174)은 그 내부에서 유격 보상 챔버(176)를 포함하는 유격 보상 액추에이터(175)로 이루어지며, 유격 보상 챔버는 저압 어큐뮬레이터(4)로부터, 고압 어큐뮬레이터(5)로부터, 유체 탱크(46)로부터, 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 유입되는 유압 유체(3)가 상기 챔버(176)로 유입되어 이를 떠나는 것을 허용하는 유격 보상 노즐(178)을 포함하는 것으로 도시되어 있다.
특히 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 이러한 특정 구성은 액추에이터(6)가 점진적 레버 아암 비율 레버(27)에 큰 힘을 가할 때 유격 보상 액추에이터(175)가 후퇴하는 것을 가능하게 한다.
이러한 것은 상기 액추에이터(175)에 반대되는 힘이 낮거나 심지어 0일 때(상기 밸브(8)가 그 리프팅 이동의 끝에서 감속할 때)의 순간에 밸브(8)를 리프팅할 때 발생하는 유격 보상 액추에이터(175)의 반대 방향, 즉 연장으로의 드리프트의 균형을 맞출 수 있게 한다.
특히, 상기 구성은 상기 밸브(8)를 상호 작용하는 밸브 시트(11) 상으로 복귀시키는 것이 불가능하게 하는 것, 즉 유격 보상 액추에이터(175)가 연장으로 과도하게 드리프트되는 것을 방지한다.
유격 보상 노즐(178)은 유리하게 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이, 스프링에 의해 시트에 가압된 볼로 이루어질 수 있는 유격 보상 체크 밸브(177)에 통합될 수 있으며, 상기 볼과 상기 시트 사이의 밀봉은 의도적으로 불완전하다. 도 14는 또한 유격 보상 액추에이터(175)를 앞으로 이동시키는 경향이 있는 유격 보상 스프링(179)이 제공될 수 있다는 것을 도시한다.
도 25 및 도 26에서, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 하나의 변형예에 따르면, 점진적 레버 아암 비율 레버(27)는 액추에이터 피스톤(26)이 또한 이어지는 레버 챔버(23)에 수용될 수 있으며, 상기 챔버(23)는 유압 유체(3)가 상기 레버 챔버(23)를 떠나는 것을 허용하지만 진입하는 것을 허용하지 않는 레버 챔버 체크 밸브(59)에 의해, 또는 유압 유체(3)가 상기 레버 챔버(23)를 떠나고 이에 진입하는 것을 허용하는 교정된 레버 챔버 노즐(67)에 의해, 또는 상기 밸브(59)와 상기 노즐(67) 모두에 의해 저압 어큐뮬레이터(4), 유체 탱크(46), 또는 가압 유압 유체 공급원(147)과 연결되며, 상기 노즐은 레버 챔버 체크 밸브(59)와 평행하게 배치된다.
또한, 레버 챔버 체크 밸브(59) 및 레버 챔버 교정 체크 노즐(67)은 특히 스프링에 의해 시트로 가압된 볼을 상기 밸브(59)로서 사용하는 것에 의한 것이거나 동일한 것일 수 있으며, 상기 시트와 함께 상기 볼은 레버 챔버 교정 노즐(67)로서 작용하는 유압 유체(3)의 누출의 통행을 허용한다.
도 25 및 도 26에 도시된 바와 같이, 특히, 밸브(8)가 그 밸브 시트(11)에 복위될 때 또는 상기 밸브(8)가 상기 시트(11) 근처로 복귀할 때의 순간에, 상호 작용하는 전달 수단(9) 상으로 가압된 액추에이터 피스톤(26)을 유지하도록 레버 챔버(23)에 수용된 유압 유체(3)의 체적의 변화의 이용을, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 이러한 특정 구성이 가능하게 한다.
대안적으로, 액추에이터 피스톤(26)은 예를 들어 상호 작용하는 액추에이터 실린더(25) 내에 또는 그 위에 제공되는 제동 수단과 상호 작용할 수 있으며, 상기 수단은 캐스터 효과(castor effect)를 발생시키는 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 형상은 상기 실린더(25)에 고정되거나 또는 상기 실린더에 대해 자유로울 수 있으며 스프링 부하를 받거나 받지 않는다.
발명의 작동
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 작동은 도 1 내지 도 35로부터 용이하게 이해된다.
도면에 도시된 개략적인 섹션은 단지 설명적이며, 특히 다양한 부품이 조립되는 것을 가능하게 하는, 당업자에게 제공될 구성 세부 사항을 반영하지 않는다는 점에 유의해야 한다.
상기 액추에이터(1)의 기본 원리는 도 1에 도시되어 있다. 다음의 설명 동안, 상기 액추에이터(1) 및 하나의 그리고 동일한 시스템으로 결합되는 다양한 구성 요소의 이해를 고려하여 상기 도면을 참조하는 것이 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액추에이터(1)는 이러한 적용이 본 발명을 제한함이 없이 그 자체로 공지된 형태의 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)에서 특히 다루어지지만, 상기 액추에이터(1)는 다른 응용 분야를 유리하게 찾을 수 있다.
도 3 및 도 4는 출원 제FR 3 032 236호로 공개된 본 출원인이 소유한 프랑스 특허의 전달-팽창 및 재생 엔진의 팽창 실린더 조립체(54)에, 특히 또한 본 출원인이 소유한 2015년 9월 14일자 프랑스 특허 출원 제1558585호에서 제시된 바와 같은 상기 엔진의 개선된 형태에 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 설치를 상세히 도시한다.
상기 도 3 및 도 4로부터, 본 발명에 따른, 특히 도 5 내지 도 12에 도시된 개략적인 단면도에 도시된 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 주요 부재, 즉, 상호 작용하는 밸브(8) 및 밸브 시트(11), 액추에이터(6), 전달 수단(9), 밸브 복귀 디바이스(12), 리프터 체크 밸브(15), 밸브 리프터 유압 밸브(13), 및 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)가 함께 수용되는 액추에이터 카트리지(52)가 유리하게 제공되었다는 것이 추론된다.
이러한 비제한적인 실시형태에서, 팽창 실린더 조립체(54)는 열 전달 유체가 순환하는 밸브 냉각 회로(32)에 의해 냉각된 밸브 케이지(56)를 각각 가지는 8개의 액추에이터 카트리지(52)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 이와 관련하여, 도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 밸브 스템(51)은 밸브(8)에 의해 수용되는 열의 양을 제한하는 밸브 열 차폐물(58)에 의해 유리하게 보호될 수 있으며, 상기 열은 열 전달 유체에 의해 배출되어야만 한다는 점에 유의한다.
도 3에서, 팽창 실린더 조립체(54)는 실린더 배럴(55), 팽창 실린더 하부 실린더 헤드(33) 및 팽창 실린더 상부 실린더 헤드(61)를 포함하며, 팽창 실린더 상부 실린더 헤드는 예를 들어 본 출원인이 소유한 2015년 9월 14일자 프랑스 특허 출원 제1558585호에 의해 설명된 바와 같이 세라믹으로 만들어지고 중공 필라(62)에 현수될 수 있다.
한편으로, 중공 필라(62)들이 볼 조인트 연결부 상에 놓여 있고, 다른 한편으로, 팽창 실린더 조립체(54)가 고온으로 가열되는 것을 고려하면, 벨트, 기어 또는 임의의 캠 샤프트 체인에 의한 전동 장치에 팽창 실린더 하부 실린더 헤드(33) 및/또는 팽창 실린더 상부 실린더 헤드(61)를 고정하는 것이 불가능할 것이다.
그러므로, 특허 공개 제FR 3 032 236호 및 본 발명이 제안한 바와 같이, 상기 실린더 헤드(33, 61)에 장착될 준비가 된 액추에이터 카트리지(52)를 제공하는 것이 적절하며, 상기 카트리지(52)들은 서로, 및/또는 오직 가요성 라인 및/또는 케이블에 의해서만 카트리지들에 전력을 공급하는 에너지원에 연결된다.
도 3 및 도 4에서, 팽창 실린더 하부 실린더 헤드(33)의 액추에이터 카트리지(52)는 유리하게 하부 실린더 보유 플레이트(57)에 의해 팽창 실린더 하부 실린더 헤드로 가압되는 반면에, 팽창 실린더 상부 실린더 헤드(61)의 액추에이터 카트리지(52)는 상부 카트리지 보유 플레이트(63)에 의해 팽창 실린더 상부 실린더 헤드로 가압된다.
상기 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 2개의 플레이트(57, 63)는 각각의 상기 카트리지(52)를 향하는, 상기 플레이트(57, 63)가 포함하는 플레이트 접합부(64)에 의해 상호 작용하는 액추에이터 카트리지(52)와 접촉하여 유지된다.
또한, 상기 2개의 플레이트(57, 63)는 플레이트 타이 로드(65)에 의해 서로를 향해 이동하는 경향이 있으며, 플레이트 타이 로드는 그 중 4개가 이 예에 있으며, 플레이트들을 서로를 향해 이동시키기 위하여 긴 스크루의 헤드 아래에 배치된 스프링(66)과 상호 작용하는 상기 스크루로 이루어진다. 도 3 및 도 4에서, 이러한 비제한적인 실시형태에 따르면, 상기 스프링(66)은 그 자체가 공지된 3개의 "벨빌(Belleville)"형 와셔의 스택으로 이루어지는 것이 도시되어 있다.
명백하게, 이러한 특정 구성에 따르면, 하부 카트리지 보유 플레이트(57), 상부 카트리지 보유 플레이트(63) 및 이들이 상호 작용하는 플레이트 타이 로드(65)는 팽창 실린더 조립체(54)에 비해 상대적으로 낮은 온도로 유지된다.
실제로, 상기 플레이트(57, 63)는 상기 조립체(54)와 직접 접촉하지 않는 반면에, 액추에이터 카트리지(52)는 한편으로 밸브 케이지(56)가 포함하는 밸브 냉각 회로(32)에 의해, 다른 한편으로 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)에서 유압 유체(3)의 순환에 의해 낮은 온도, 예를 들어 약 100℃로 유지된다.
도 3에서, 제FR 3 032 236호로 공개된 프랑스 특허의 요지인 전달-팽창 및 재생 엔진이 포함하는 전동 장치 케이싱(73)에 대해 팽창 실린더 조립체(54)를 배향시키는데 상호 작용하는 센터링 갠트리(centering gantry)(72)가 있을 수 있는 것으로 도시되어 있다. 전동 장치 케이싱(73)에 대해 그 수직축을 주위에서 정확하게 배향된 팽창 실린더 조립체(54)를 유지하기 위하여, 도시되지 않은 링크가 유리하게 하부 카트리지 보유 플레이트(57), 상부 카트리지 보유 플레이트(63), 또는 둘 모두와 상기 갠트리(72)를 직접 또는 간적적으로 연결하도록 제공될 수 있다는 점을 유의하여야 할 것이다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 작동을 상세히 설명하기 위해, 여기서 상기 액추에이터(1)가 밸브(8)가 포함하는 밸브 스템(51)을 당길 수 있는 도 5 내지 도 12에 도시된 비제한적인 실시형태가 이용될 것이며, 밸브는 그 밸브 시트(11)로부터 리프팅되는 것에 의해 개방될 때 상호 작용하는 흡입 라인(106)의 내부를 향해 이동하고, 상기 시트(11)의 지지 표면은 상기 라인(106)의 내부를 향해 배향된다.
이러한 구성은 특히 제FR 3 032 236호로 공개된 프랑스 특허의 요지인 전달-팽창 및 재생 엔진의 도 3 및 4에 도시된 팽창 실린더 조립체(54)의 흡입 계량 밸브에 매우 적합하다. 따라서, 도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 이는 상기 모터에 대해 동일하고 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)가 설치되는 그 팽창 실린더 조립체(54)에 대해 더 정밀하다고 가정한다.
도 5 내지 도 12에서, 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)가 참조된다는 점에 유의한다. 이러한 것은 본 발명에 따른 회생 밸브 유압 액추에이터(1)의 작동의 이해를 용이하게 하기 위한 유일한 목적으로 순수하게 용어적이다. 실제로, 상기 도면에 도시된 상기 실린더 헤드(104)의 일부는 여기서 특히 밸브 시트(11)와 함께 액추에이터 카트리지(52)의 필수 부분이다. 결과적인 조립체는 압축 또는 연소실(105), 흡입 라인(106), 및 상기 카트리지(52)를 수용하는 임의의 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)의 배기 또는 배출 라인(107)이 형성되는 실린더 헤드(104)의 나머지 내로 도입되도록 설계될 수 있다.
도 5 내지 도 12에서, 밸브 리프터 유압 밸브(13) 및 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)는 각각 유압식으로 제어되는 관형 밸브에 관한 2016년 9월 27일자 프랑스 특허 출원 제FR 1659096호의 요지에 동일한 관형 밸브(130)로 이루어지며, 상기 출원은 본 출원인이 소유한다.
도 5 내지 도 12는 또한 점진적 레버 아암 비율 레버(27)가 전달 수단(9)의 구성 요소 중 하나를 형성하는 캠 레버(71)의 형태를 취한다는 것을 도시한다. 상기 캠 레버(71)는 액추에이터 피스톤(26)이 구동 또는 저항력을 인가할 수 있는 액추에이터 힘의 인가 지점(28), 밸브(8)가 구동 또는 저항력을 인가할 수 있는 밸브 힘의 인가 지점(29), 및 힘이 실린더 헤드(104)에 인가되는 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)을 노출시킨다. 이들 다양한 인가 지점(28, 29, 30)은 구체적으로 도 9에서 참조된다.
도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 이러한 특정 실시형태에 따르면, 액추에이터 힘의 인가 지점(28) 및 밸브 힘의 인가 지점(29)은 선회 연결부(34)를 형성하는 반면에, 실린더 헤드 상에 반응력을 인가하는 지점(30)은 그 자체로 인가 지점을 이동시키기 위한 수단(31)을 구성하는 롤링-슬라이딩 연결부(35)를 형성한다는 점에 유의한다.
도 5 내지 도 12는 롤링-슬라이딩 연결부(35)가 특히 곡선의 접촉 프로파일(38)을 가지는 레버 접촉 트랙(36)에 의해 형성된다는 것을 또한 도시하며, 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)은 밸브(8)의 개방 및 페쇄의 조작 동안 곡선의 접촉 프로파일을 따라서 이동되며, 상기 프로파일(38)은 실린더 헤드(104) 상에 형성된 레버 반작용 표면(37)과 상호 작용한다.
도 9에는 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP) 및 밸브 작동 레버 아암(LS)이 도시되어 있다. 이러한 도시는 밸브(8)가 상호 작용하는 밸브 시트(11)에 근접할 때, 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)이 가장 긴 길이를 갖는다는 것을 용이하게 이해하게 한다. 또한, 상기 아암(LP)은 밸브(8)가 최대로 개방될 때 가장 짧은 길이를 갖는다. 이러한 상황은 밸브 작동 레버(LS)의 경우와 정확히 반대이다.
도 13은 캠 레버(71)의 작동을 위한 하나의 특정적이고 비제한적인 전략을 상세히 설명하고, 특히 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)을 이동시키는 결과를 상세히 설명하기 위해 사용된다.
특히, 도 13에서, 캠 레버(71)는 상기 캠 레버(71)가 회전할 때 밸브(8)를 고정으로 유지하는 동심의 중립 각도 섹터(NC)를 유리하게 가질 수 있는 것으로 도시되어 있다. 이러한 섹터는 밸브 시트(11)에서 밸브(8)가 복위된 후에 캠 레버(71)의 회전에서의 감속을 동반하는 것을 가능하게 한다.
도 13에 도시된 이러한 비제한적인 예에 따르면, 캠 레버(71)는, 밸브(8)를 리프팅하지 않지만, 밸브(8)의 2개의 개구 사이에서, 캠 레버(71)가 더 이상 어떠한 회전으로도 구동되지 않을 때 밸브(8)의 리프팅 개시의 근처에서 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)의 제의(propositioning)를 가능하게 하는 접선의 중립 각도 섹터(NT)를 또한 갖는다.
그 부분에 대한 저속 리프트 각도 섹터(LL)는 왕복 내연 기관에서 통상적으로 이용되는 캠에 제공되어 당업자에게 "정숙의 경사로(ramp of silence)"로 지칭되는 것을 대략적으로 재현한다. 상기 섹터(LL)는 한편으로 예를 들어 처음의 10분의 1㎜에 걸쳐 밸브의 리프팅의 시작 시에 밸브(8)의 높은 가속을, 다른 한편으로는 상기 밸브(8)의 폐쇄 이동의 끝에서 밸브 시트(11) 상에 상기 밸브(8)를 느리게, 예를 들어, 초당 1 m 미만의 속도로 복위시키는 것을 가능하게 한다.
캠 레버(71)는 또한, 밸브가 리프트될 때 밸브(8)의 가속을 종료시키는 신속 리프트 각도 섹터(LR)를 포함하고, 신속 리프트 각도 섹터는 그 후 밸브의 제2 리프트 절반 이동에 걸쳐서 밸브를 동반하며, 밸브 리프트 유압 밸브(13)는 폐쇄되는데 반하여, 리프트 체크 밸브(15)는 저압 어큐뮬레이터(4)로부터 유입되는 유압 유체(3)를 액추에이터 유압 챔버(7) 내로 도입한다.
밸브(8)의 복귀 동안, 신속 리프트 각도 섹터(LR)는 저속 리프트 각도 섹터(LL)에 선행하고, 액추에이터 피스톤(26)은 그런 다음 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)를 통해 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)를 향해 유압 유체(3)를 배출한다.
도 5 내지 도 12에서, 밸브 복귀 디바이스(12)는 복귀 액추에이터 실린더 헤드(50)에 의해 캡핑된 복귀 액추에이터 실린더(40)를 포함하는 밸브 복귀 액추에이터(39)로 이루어지며, 상기 실린더(40) 및 실린더 헤드(50)는 복귀 전달 수단(43)에 의해 밸브(8)에 연결된 복귀 액추에이터 피스톤(41)을 가지는 복귀 액추에이터 유압 챔버(42)를 형성하는 것으로 도시되어 있다.
도 5 내지 도 12는 또한 복귀 액추에이터 유압 챔버(42)가 복귀 압력 라인(44)에 의해 고압 어큐뮬레이터(5)에 연결되는 것을 개략적으로 도시한다.
도 5 내지 도 12에서, 액추에이터 피스톤(26) 및 복귀 액추에이터 피스톤(41)은 제FR 3 009 037호로 공개된 본 출원인이 소유한 특허의 피스톤 밀봉 디바이스가 갖춰질 수 있으며, 상기 디바이스는 높은 작동 압력에서의 강한 밀봉을 보장하고, 고속과 호환 가능하고, 짧고 가벼운 피스톤(26, 41)의 생산을 가능하게 한다.
이러한 비제한적인 실시형태에 따르면, 액추에이터 피스톤(26)의 섹션은 복귀 액추에이터 피스톤(41)의 섹션의 대략 2배인 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 작동을 상세히 설명하기 위해, 유압 유체(3)는 저압 어큐뮬레이터(4)에서 20 bar의 압력으로, 그리고 고압 어큐뮬레이터(5)에서 500 bar의 압력으로 유지되는 것으로 가정될 것이다.
도 5는 정지 상태의 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)를 도시하고, 밸브(8)는 그 밸브 시트(11) 상에 놓이고 라인 오리피스(10)를 폐쇄하여, 흡입 라인(106)이 개방되는 압축 또는 연소 연소실(105)과 연통하지 않는 것을 도시한다.
이 단계에서, 밸브 리프터 유압 밸브(13) 및 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)는 폐쇄된다. 액추에이터 유압 챔버(7)에서의 압력은 20 bar인 반면에, 복귀 액추에이터 유압 챔버(42)에서의 압력은 500 bar이며, 상기 챔버는 고압 어큐뮬레이터(5)에 직접 연결된다.
도 5에 도시된 폐쇄 위치에서, 밸브(8)를 밸브 시트(11)와 접촉하여 유지하는 힘은 500 bar의 압력에 의한 복귀 액추에이터 피스톤(41)의 섹션의 결과물(product)에 상응하며, 도 9에 도시된 바와 같이 밸브 작용 레버 아암(LS)의 길이에 의한 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)의 몫만큼 20 bar의 압력에 의해 액추에이터 피스톤(26)의 섹션의 결과물을 뺀다.
밸브(8)를 개방하기 위해, 도시되지 않은 컴퓨터는 밸브 리프터 유압 밸브(13)의 개방을 명령한다. 이러한 상황은 도 6에 도시되어 있다. 상기 밸브(13)는 개방되고, 500 bar의 압력은 계속해서 복귀 액추에이터 피스톤(41)에 가해지는 한편, 500 bar의 동일한 압력이 또한 액추에이터 피스톤(26)에 가해진다.
액추에이터 피스톤(26)의 섹션은 복귀 액추에이터 피스톤(41)의 섹션의 2배이고, 상기 액추에이터 피스톤(26)은 긴 레버 아암을 가지며, 상기 피스톤(26)은 최대 속도로 가속된다. 이러한 것을 수행하는데 있어서, 상기 피스톤(26)은 밸브(8)에 큰 힘을 가하여 밸브를 가속하고, 상호 작용하는 밸브 시트(11)로부터 밸브를 리프팅하기 시작한다.
도 7은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)가 상기 밸브(8)의 리프팅을 완벽하게 하기 위해 액추에이터 피스톤(26), 전달 수단(9), 복귀 액추에이터 피스톤(41), 및 밸브(8)에 의해 저장된 운동 에너지의 이용을 어떻게 유리하게 가능하게 하는지를 도시한다.
도 7에 도시된 단계에서, 밸브(8)는 이미 그 개방 이동의 약 절반을 커버하였다. 도시되지 않은 컴퓨터는 밸브 리프터 유압 밸브(13)의 폐쇄를 명령했다. 그 관성에 의해 구동되는, 액추에이터 피스톤(26), 전달 수단(9), 캠 레버(71), 복귀 액추에이터 피스톤(41), 및 밸브(8)로 이루어진 조립체는 계속해서 움직이며, 이는 액추에이터 유압 챔버(7)에서의 압력이 20 bar 아래로 강하된 지점까지 상기 챔버(7)에서의 압력 강하를 유도하였다.
이러한 상황의 결과는 저압 어큐뮬레이터(4)로부터 유입되는 유압 유체(3)가 상기 밸브(15)를 통해 액추에이터 유압 챔버(7) 내로 도입되기 시작하는 동안 리프터 체크 밸브(15)가 그 시트로부터 리프팅된다는 것이다.
이와 동시에, 복귀 액추에이터 피스톤(41)은 밸브(8)를 제동하면서 약 500 bar에서 유압 유체(3)를 고압 어큐뮬레이터(5)로 배출하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 상황은 액추에이터 피스톤(26), 전달 수단(9), 캠 레버(71), 복귀 액추에이터 피스톤(41), 및 밸브(8)로 이루어진 조립체의 모든 운동 에너지가 복귀 액추에이터 피스톤(41)에 의해 생성된 500 bar에서 유압 유체(3)의 유동으로 변환될 때까지 계속되며, 상기 에너지는 고압 어큐뮬레이터(5)에 저장된다.
이러한 움직임 동안, 그리고 밸브(8)가 그 개방 이동의 끝에 도달하기 시작하는 동안, 동시에 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)은 상당히 짧아진 반면에, 밸브 작동 레버 아암(LS)은 길어졌다.
도 9는 밸브(8)의 개방 이동의 끝에서 마주치는 평형 상황을 도시하고 있다. 이동 부재는 그 모든 운동 에너지를 고압 어큐뮬레이터(5)에 부여하였으며, 복귀 액추에이터 피스톤(41)은 밸브 시트(11)를 향해 밸브(8)를 가압하는 경향이 있었다. 그 후, 리프터 체크 밸브(15)는 즉시 폐쇄되어, 액추에이터 유압 챔버(7)에서 유압 유체(3)를 가두며, 유압 챔버에서의 압력은 복귀 전달 수단(43)을 통해 밸브(8) 상에서 복귀 액추에이터 피스톤(41)에 의해 생성된 힘이 특히 밸브 힘의 인가 지점(29)을 통해 상기 밸브(8) 상에서 액추에이터 피스톤(26)에 의해 생성된 동일한 세기의 힘에 의해 정확히 대응될 때까지 상승되며, 이러한 것은 상기 피스톤(41, 26)의 섹션 비율 및 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)과 밸브 작동 레버 아암(LS) 사이의 비율을 허용한다.
그러므로, 액추에이터 유압 챔버(7)에서의 평형 압력은 이들 다양한 섹션 비율 및 레버 비율의 결과이다. 본 명세서에서 취해진 예에 따르면, 도 9에서의 상기 평형 압력은 대략 300 bar인 것으로 고려된다.
더욱이, 본 명세서에서, 20 bar의 압력이 액추에이터 유압 챔버(7)에서 도달되는 순간에, 그리고 리프터 체크 밸브(15)가 폐쇄된 직후에, 도시되지 않은 컴퓨터가 밸브 리프터 유압 밸브(13)를 간단히 개방하여, 밸브(8)가 그 최대 개방에 도달되었을 때 액추에이터 피스톤(26)을 움직이지 않게 유지하기 위해 액추에이터 유압 챔버(7)에서의 압력을 300 bar로 의도적으로 증가시키는 것이 명시될 수 있다.
이러한 전략은 유압 유체(3)의 압축성의 효과의 영향을 제거하고, 액추에이터 피스톤(26)이 그 액추에이터 실린더(25)에서 다시 전진하여 밸브(8)를 부분적으로 폐쇄하는 것을 방지한다.
도 10은 도 9에 도시된 바와 같은 평형 상황으로부터 시작하여 밸브(8)를 폐쇄하기로 결정될 때 일어나는 상황을 도시한다.
그러나, 상기 밸브(8)를 폐쇄하는 순서를 보다 상세히 설명하기 전에, 도 5 내지 도 12의 우측 상단에 있는 도면으로부터 시작하여, 한편으로 고압 유압 공급 펌프(2)의 작동 및 다른 한편으로 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 작동을 보다 상세하게 고려하는 것이 유용하다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 작동을 설명하기 위해 본 명세서에서 취해진 예에 따르면, 고압 유압 공급 펌프(2)는 ± 3 bar의 허용 오차(latitude)로 500 bar의 고압 어큐뮬레이터(5)에서 압력 설정점을 유지하도록 설계되는 것으로 고려될 것이다. 상기 펌프(2)는 예를 들어 상기 설정점이 준수되기 위해 그 용량이 자동으로 조정되도록 가변 입방 용량의 것이다. 여기에서, 그리고 예로서, 상기 펌프(2)는 이 예에서 제FR 3 032 236호로 공개된 프랑스 특허의 요지인 전달-팽창 및 재생 엔진으로 이루어진 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)의 크랭크 샤프트(102)에 의해 직접 구동된다.
폐쇄 및 재생 유압 모터(20)는 또한 그 회전 속도가 상기 크랭크 샤프트(102)의 회전 속도에 비례하도록 상기 크랭크 샤프트(102)에 기계적으로 연결된다.
도 5 내지 도 12에서, 밸브 리프터 유압 밸브(13) 및 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)가 폐쇄될 때, 저압 어큐뮬레이터(4)에서의 20 bar의 압력이 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 유체 흡입구(19) 및 유체 출구(21) 모두에 인가된다는 것이 명확하다.
이러한 것은 상기 모터(20)를 통한 유압 유체(3)의 순환을 야기하고, 상기 모터는 한편으로 팽창 체크 밸브(171)의 단부를 포함하는 프리휠 채널(24)을 경유한 상기 유체(3)를 그 유체 흡입구(19)를 통해 진입시키고, 다른 한편으로 상기 유체(3)를 그 유체 출구(21)를 통해 유압 모터 저압 복귀 라인(22)으로 배출한다. 요약하면, 상기 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)는 이를 위해 크랭크 샤프트(102)에 의해 구동되어 자체적으로 루핑된다(looped).
도 10에 도시된 바와 같이, 도시되지 않은 컴퓨터가 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)를 개방할 때, 상기 컴퓨터는 액추에이터 유압 챔버(7)를 폐쇄 및 재생 라인(18)과 연결한다. 상기 챔버에 수용된 유압 유체(3)는 상기 라인(18)에서 급격하게 팽창되고, 라인에서의 압력은 거의 순간적으로 예를 들어 280 bar로 상승한다.
몇 마이크로 초 후에, 액추에이터 피스톤(26)은 복귀 액추에이터 피스톤(41)에 의해 가압될 때 신속하게 이동하였으며, 상기 가압은 특히 전달 수단(9)을 통해 가해졌다. 이렇게 하여, 액추에이터 피스톤(26)은 액추에이터 유압 챔버(7) 및 폐쇄 및 재생 라인(18) 모두에서 대략 300 bar의 압력을 회수하였다.
밸브 폐쇄 유압 밸브(17)가 개방된 직후에 거의 순간적으로, 팽창 체크 밸브(171)의 단부의 하류측에서의 압력은 상기 밸브(171)의 상류측에서의 20 bar의 압력보다 매우 많이 높아지게 된다. 그러므로, 처음에 280 bar의 압력이 인가되고 그런 다음 몇 초 후에 300 bar의 압력이 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 유체 흡입구(19)에 인가되도록, 상기 밸브(171)는 폐쇄된다.
이러한 것의 결과는 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)가 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)의 크랭크 샤프트(102)에 구동 토크를 즉시 인가한 것이었다.
폐쇄 및 재생 유압 모터(20)는 이 예에서 그 자체로 공지된 포지티브 변위형이며, 이는 폐쇄 및 재생 라인(18)에서 지금부터 유동하는 유압 유체(3)에 일정한 유량을 부과하였으며, 상기 유량은 크랭크 샤프트(102)의 회전 속도에 의해 고정된 상기 모터(20) 자체의 회전 속도에 의해 결정된다.
따라서, 상호 작용하는 액추에이터 실린더(25)에서 액추에이터 피스톤(26)이 전진하는 속도는 이 단계에서 크랭크 샤프트(102)의 회전 속도에 의해 직접 결정된다.
도 11에서 도시된 바와 같이, 밸브(8)를 리프팅할 때 발생한 것과 반대로, 밸브(8)가 밸브 시트(11)를 향해 이동할 때 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP) 길이는 다시 증가하는데 반하여, 상관되는 방식으로, 밸브 작용 레버 아암(LS) 길이는 감소한다. 이러한 것은 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 힘이 인가되는 실린더 헤드(30) 상에서의 반응력의 인가 지점이, 캠 레버(71) 상에 형성된 레버 접촉 트랙(36)이 포함하는 곡선의 접촉 프로파일(38)을 따라서 이동되기 때문이다.
복귀 액추에이터 피스톤(41)이 밸브(8)에 가하는 힘은 대략 일정하며, 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP) 대 밸브 작동 레버 아암(LS)의 길이에 대한 비율에서의 증가는 액추에이터 피스톤(26) 상의 캠 레버(71)를 구성하는 점진적 레버 아암 비율 레버(27)에 의해 인가된 힘, 그러므로 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 유체 흡입구(19)에서의 유압 유체(3)의 압력의 점진적인 감소로 이어진다. 이러한 것은 캠 레버(71)를 통해 액추에이터 피스톤(26) 상에서 추가적인 힘을 발생시키는 밸브(8)의 감속에도 불구하고 사실로 유지된다.
밸브(8)가 밸브 시트(11)로부터 수십 ㎜일 때, 캠 레버(71)는 도 13에 도시된 바와 같이 그 저속 리프트 각도 섹터(LL)를 이동하고, 밸브 작용 레버 아암(LS)에 의해 분할된 액추에이터 피스톤 레버 아암(LP)의 몫은 크게 된다. 액추에이터 피스톤(26)이 전진하는 속도와 밸브(8)의 속도 사이의 비율은 상기 몫에 비례한다. 폐쇄 및 재생 라인(18)에서의 압력은 이제부터 비교적 낮다.
상기 밸브(8)를 복위시키는 속도는 매우 느리며(예를 들어, 초당 수십 ㎝), 이는 상호 작용하는 밸브 시트(11) 상에서 상기 밸브(8)의 부드러운 랜딩을 보장하는 것이 따른다. 상기 랜딩은 밸브(8) 및 밸브 시트(11)의 정숙 및 장기간 작동을 보장하고, 밸브(8)가 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 유체 흡입구(19)로 진입된 유압 유체(3)에 거의 모든 운동 에너지를 부여하는 것을 보장한다.
일단 밸브가 전체적으로 폐쇄되고 그 밸브 시트(11)에 완벽하게 복위되면, 도 12에 도시된 바와 같이, 액추에이터 피스톤(26)은 시작할 때 특히 캠 레버(71)의 동심의 중립 각도 섹터(NC) 덕분에 전달 수단(9)에 의해 이동이 수반되는 밸브(8)의 위치에 영향을 미치지 않으면서 수십 ㎜의 그 이동을 계속할 수 있었다. 상기 피스톤(26)은 그런 다음 직면하는 압력에 의해 정지 위치로 복귀되었다. 이러한 추가적인 마이크로-이동은 액추에이터 피스톤(26) 및 상호 작용하는 전달 수단(9)이 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 유체 흡입구(19) 내로 도입된 유압 유체(3)에 그들의 운동 에너지를 부여하는 것을 가능하게 하였다.
그런 다음, 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)가 기계적으로 연결된 크랭크 샤프트(102)에 의해 계속 회전됨에 따라서, 폐쇄 및 재생 라인(18)에서의 압력은 폐쇄 및 재생 라인(18)에 남아있는 압축된 유압 유체(3)가 팽창됨에 따라서 그리고 팽창될 때 저압 어큐뮬레이터(4)에서 20 bar의 압력으로 점진적으로 복귀된다.
20 bar 보다 상당히 낮은 압력이 폐쇄 및 재생 라인(18)에 도달되면, 폐쇄 및 재생 모터(20)는 전술한 바와 같이 다시 자체적으로 루핑되어, 이를 위해 팽창 체크 밸브(171)의 단부 및 프리 휠 채널(24)을 통해 그 유체 흡입구(19)의 레벨에서 유압 유체(3)를 진입시킨다.
그러나, 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 작동에 대해 방금 제공된 설명은 이론적이다. 실제로, 폐쇄 및 재생 라인(18)에 수용된 유압 유체(3)의 압축성을 관리할 필요가 있으며, 그렇지 않으면 밸브(8)가 너무 심하게 폐쇄될 것이다. 실제로, 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)가 폐쇄될 때 폐쇄 및 재생 라인(18)에서 액추에이터 유압 챔버(7)에 수용된 유압 유체(3)의 격렬한 팽창은 밸브(8)의 여기 및 불안정성 외에, 유압 유체(3)가 상기 밸브(17)를 통과함에 따라서 유압 유체에서의 난류에 의한 심각한 에너지 손실과 함께 상기 챔버(7)의 급속한 감압을 생성할 수 있다.
또한, 액추에이터 유압 챔버(7)의 내부 용적부에 대한 폐쇄 및 재생 라인(18)의 내부 용적부가 클수록, 밸브(8)의 불안정성 및 관련 에너지 손실이 더 크다는 점에 유의한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 하나의 특정 실시형태에 따르면, 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)가 도 28에 도시된 바와 같이 폐쇄 및 재생 캠(158)으로 이루어질 수 있다는 것은 이들 두 가지 바람직하지 않은 효과를 방지하기 위한 것이다. 이러한 비제한적인 예에 따르면, 상기 캠은 각각 특정한 역할을 가지는 복수의 각도 섹터로 분할된 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)을 포함한다.
재생 각도 섹터(R), 팽창 각도 섹터(D), 조작 각도 섹터(M), 사전 압축 각도 섹터(P), 및 안정화 각도 섹터(S)가 도 28에 명확하게 도시되어 있다.
각각의 각도 섹터(R, D, M, P 및 S)의 역할은 도 29 내지 도 33에 상세히 도시되어 있으며, 이는 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 작동을 연속적인 단계로 설명하는 개략적인 단면도이다.
폐쇄 및 재생 캠(158)은 도 34 및 도 35에서 도시된 바와 같이 유압 모터 풀리(170)에 의해 제FR 3 032 236호로 공개된 본 출원인이 소유한 프랑스 특허의 전달-팽창 및 재생 엔진의 크랭크 샤프트(102)에 의해 회전으로 구동되는 것으로 추정되는 유압 모터 샤프트(163)에 장착되는 것으로 도시되어 있다.
또한, 상기 캠(158)은 상기 캠(158) 내부에 형성된 암형 나선형 스플라인(166)과 상호 작용하는, 상기 샤프트(163)의 원통형 외부면 상에 형성된 수형 나선형 스플라인(165)으로 이루어진 캠 위상 변위 수단(164)에 의해 유압 모터 샤프트(163)에 대해 각도적으로 오프셋될 수 있는 것으로 도시되어 있으며, 스플라인은 위상 변위 포크(168)를 통해 작용하는 캠 위상 변위 액추에이터(167)에 의해 유압 모터 샤프트(163)에 대해 축 방향으로 이동 가능하다.
도 29 내지 도 33은 폐쇄 및 재생 캠(158)를 회전시키는 것이 폐쇄 및 재생 설부(173)를 통해 폐쇄 및 재생 피스톤(159)이 그 폐쇄 및 재생 실린더(160)를 이동시키도록 하는 것을 명확히 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(159)과 상기 실린더(160)는 폐쇄 및 재생 챔버(161)를 함께 형성한다.
또한, 폐쇄 및 재생 캠(158)이 유압 모터 샤프트(163)에 대한 그 축 방향 위치에 관계없이, 그 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)을 폐쇄 및 재생 설부(173)에 항상 노출시키도록 충분히 길게 만들어지는 것은 명백하다.
도 29 내지 도 33은 폐쇄 및 재생 라인(18)에 연결된 유압 커넥터(53)를 도시하고, 상기 커넥터(53)는 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 유체 흡입구(19)를 형성한다. 또한 도 29 내지 도 33에서, 유압 커넥터(53)는 저압 어큐뮬레이터(4)와 직접 연통하는 유압 모터 저압 복귀 라인(22)에 연결된다는 점에 유의한다. 후자의 상기 커넥터(53)는 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 유체 출구(21)를 형성한다.
도 29 내지 도 33을 고려하여, 폐쇄 및 재생 챔버(161)와 유압 모터 저압 복귀 라인(22)의 연통을 제공하는 것은 팽창 체크 밸브(171)의 단부를 통해 실행될 수 있으며, 이러한 경우에, 유압 유체(3)는 사전 압축 밸브(172)가 그 튜브 액추에이터(137)에 의해 개방되어 유지될 때 사전 압축 밸브를 통해 상기 라인(22)으로부터 상기 챔버(161)로 이동할 수 있지만, 그러나 그 반대로는 이동할 수 없다는 것이 명백하며, 상기 사전 압축 밸브(172)는 상기 밸브(171)와 평행하게 장착되고, 유압 유체(3)가 상기 라인(22)으로부터 상기 챔버(161)로, 그리고 그 반대로 이동하는 것을 가능하게 한다.
도 29는 재생 각도 섹터(R)의 역할을 도시한다. 밸브(8)는 복위되는 과정에 있으며, 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)는 개방되어 있다. 폐쇄 및 재생 피스톤(159)은 폐쇄 및 재생 설부(159)를 가압하고, 이는 폐쇄 및 재생 캠(158)을 통해 유압 모터 샤프트(163)를 회전 구동한다. 그러므로, 상기 섹터(R)는 밸브(8) 및 밸브의 움직임에서 수반되는 이동 구성 요소의 운동 에너지의 많은 부분이 회수되는 것을 가능하게 한다.
도 30은 밸브(8)가 그 밸브 시트(11) 상에 적재된 직후에 일어나는 것을 도시한다. 도 30에서 Da로 처음 표시된 것에서, 폐쇄 및 재생 라인(18)의 유압 유체(3)로 채워진 내부 용적부는 그 압력이 20 bar 미만, 즉 저압 어큐뮬레이터(4)에서의 압력보다 낮아질 때까지 팽창된다. 이 순간으로부터, 그러므로 두번째로 도 30에서 Db로 표시된 것에서, 팽창 체크 밸브(171)의 단부는 개방되고, 저압 어큐뮬레이터(4)에 수용된 유압 유체(3)가 폐쇄 및 재생 챔버(161)로 복귀되는 것을 가능하게 하였다.
도 31에 도시된 것이 이어지고, 폐쇄 및 재생 설부(173)는 조작 각도 섹터(M)와 접촉하고 있다. 이 도면에서, 사전 압축 밸브(172)는 그 튜브 액추에이터(137)에 의해 개방되었으며, 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)은 사전 압축 각도 섹터(P)의 시작을 필요한 각도 위치에 위치시키도록 가능한 필요한 만큼, 폐쇄 및 재생 피스톤(159)이 그 폐쇄 및 재생 실린더(160)에서 상승하게 한다는 것을 알 수 있다.
사전 압축 밸브(172)가 다시 폐쇄된 것이 도 32에 도시되어 있다. 상기 밸브(172)의 폐쇄 지점은 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)에서 물리적 현실(physical reality)이 없는 사전 압축 각도 섹터(P)의 시작을 마킹하였다. 상기 밸브(172)가 실제로 다시 폐쇄되는 순간은 첫번째로 밸브(8)가 도 9에 도시된 바와 같이 개방 상태로 유지될 때 액추에이터 유압 챔버(7)에서의 압력, 두번째로 유압 유체(3)의 압축성, 및 세번째로 폐쇄 및 재생 라인(18)의 내부 용적 및 강성을 고려하여 도시되지 않은 컴퓨터에 의해 결정되었다.
폐쇄 및 재생 설부(173)가 사전 압축 각도 섹터(P)에 걸쳐서 이동할 때 사전 압축 밸브(172)가 빨리 폐쇄될수록, 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)가 개방되는 순간에서의 폐쇄 및 재생 라인(18)에서의 압력은 더 높아질 것이다.
목표는 상기 밸브(17)가 개방될 때, 폐쇄 및 재생 라인(18)의 압력은 액추에이터 유압 챔버(7)에서의 압력에 가능한 근접하게 하는 것이다.
목표 압력이 폐쇄 및 재생 라인(18)에 도달되면, 폐쇄 및 재생 설부(173)는, 유압 모터 샤프트(163)와 동심인 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)의 일부에 불과하며, 그러므로 폐쇄 및 재생 실린더(160)에서 폐쇄 및 재생 피스톤(159)의 이동을 발생시키지 않는 안정화 각도 섹터(S)에 걸쳐서 이동할 것이다.
이러한 순간부터, 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)는 새로운 밸브(8) 폐쇄 사이클을 실행할 준비가 되고, 폐쇄 및 재생 캠(158)은 다시 도 29에 도시된 바와 같이 재생 각도 섹터(R)에 도달한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 전체적으로 가요성이며, 밸브(8)가 다시 폐쇄되어야만 하는 크랭크 샤프트(102)에 대한 회전 모멘트가 다시 변할 때 크랭크 샤프트(102)에 대해 폐쇄 및 재생 캠(158)을 각도적으로 재정렬시킬 필요가 있다는 것을 알 수 있다.
이를 위해, 상기 캠(158)은 유압 모터 샤프트(163) 상에 형성된 수형 나선형 스플라인(165)과 상호 작용하는 암형 나선형 스플라인(166)을 포함한다.
상기 스플라인(165, 166)은 폐쇄 및 재생 캠(158)에 형성된 위상 변위 그루브(169)와 상호 작용하는 위상 변위 포크(168)에 의해, 상기 캠(158)이 도 34 및 도 35에 도시된 캠 위상 변위 액추에이터(167)에 의해 상기 샤프트(163)를 따라서 축 방향으로 이동될 때 유압 모터 샤프트(163)에 대해 상기 캠(158)을 각도적으로 오프셋시킨다.
도시되지 않은 변형예를 통해, 동일한 폐쇄 및 재생 캠(158)은 각각 밸브(8)를 폐쇄하는데 전용되는 복수의 폐쇄 및 재생 설부(173)를 작동시킬 수 있다는 점에 유의한다. 다른 변형예를 통해, 유압 모터 샤프트(163)는 크랭크 샤프트(102)의 속도의 2배의 속도로 회전할 수 있는 반면에, 단일 폐쇄 및 재생 설부(173)는 동일한 폐쇄 및 재생 라인(18)을 공유하는 2개의 밸브(8)의 복귀를 담당하도록 만들어질 수 있으며, 제1 밸브(8)의 폐쇄는 제2 밸브(8)의 폐쇄에 대해 크랭크 샤프트(102)를 대략 180°오프셋시킨다.
방금 설명된 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 작동에 대한 설명으로부터, 상기 액추에이터(1)가 임의의 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)의 밸브(8)의 유압 작동의 실질적인 모든 목적에 대해 유리한 응답을 구성한다는 것을 알 수 있다.
이러한 목적은 운동 시에, 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)에 의한 이동성 기계적 구성 요소 및 유압 유체(3)의 운동 에너지의 회수를 포함한다. 실제로, 회수되지 않으면, 상기 에너지는 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)의 최종 에너지 균형의 손상에 대한 순수한 손실로서 소산될 뿐만 아니라, 한편으로 별개로 고려되는 이동성이지만 강성의 기계적 구성 요소 및 다른 한편으로 압축성 유압 유체(3)로 구성되는 질량-스프링 시스템을 여기시킬 수 있다. 이러한 여기는 기능적 불안정성과 소음을 생성한다. 상기 여기는 감쇠에 의해 약화될 수 있지만, 이러한 것은 감쇠가 열의 형태로 여기 에너지를 소산시키는 것으로 알려짐에 따라서 최종 효율을 저하시키곤 하였다.
이제, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 소산 감쇠를 유도하지 않고, 대신 밸브(8)의 제1 절반 이동 동안 주요 이동성 부품에 의해 저장된 운동 에너지를 사용하여 재생 감쇠를 유도하여 그 제2 절반 이동 동안 상기 밸브(8)를 이동시킨다.
또한, 그 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)의 고급 기능으로 인해, 본 발명에 따른 상기 액추에이터(1)는 밸브(8)의 폐쇄 사이클의 재생 부분에 최고의 안정성과 최상의 에너지 효율을 제공하도록 폐쇄 및 재생 라인(18)에서 유압 유체(3)의 사전 압축을 제어한다.
또한, 용이하게 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 이러한 리프트가 유도하는 캠 프로파일이 주어지면 종래의 캠을 사용하여 생산하기 어려운 밸브(8)의 매우 빠른 리프팅을 가능하게 한다. 이러한 것은, 상기 액추에이터(1)가 상호 작용하는 밸브 시트(11) 상에서의 밸브(8)의 느린 복위를 보장하며, 이는 상기 밸브(8)와 상기 시트(11)의 정숙한 작동 및 필요한 서비스 수명을 보장하기 위해 필요하다고 할 수 있다.
또한, 도시되지 않은 컴퓨터는 상기 크랭크 샤프트(102)의 회전 동안 임의의 각도 위치에서 밸브(8)의 개방 또는 폐쇄를 촉발하도록 언제든지 밸브 리프터 유압 밸브(13) 또는 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)의 개방 및 폐쇄를 명령할 수 있다는 점에 유의한다. 이러한 가능성은 상기 흡입 라인(106)을 통해 압축 또는 연소실(105) 내로 진입되는 가스의 양과 상기 가스가 상기 연소실(105)로 진입되는 순간을 정확하게 조절할 수 있도록 완전한 자유도를 남겨둔다.
또한, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 밸브 리프터 유압 밸브(13)의 개방 시간에 작용하는 것에 의해 밸브(8)의 리프트 높이를 조절하는 가능성을 제공한다는 점에 유의한다. 고압 어큐뮬레이터(5)에서 주어진 압력에 대하여, 상기 시간이 길수록, 상기 밸브(8)의 리프트가 높게 된다.
더욱이, 상기 액추에이터(1)는 또한 도 9에 도시된 위치에서 가능한 필요한 만큼 길게 밸브(8) 개방을 록킹하고 유지할 수 있는 가능성을 제공한다. 이러한 것은 밸브 리프트(8) 안정(plateau)이 만들어지는 것을 가능하게 하고, 이는 다양한 적용에서 유용할 수 있다.
도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 특정 구성은 유리하게 고압 어큐뮬레이터(5)에서의 압력을 조절할 수 있게 한다는 점에 유의해야 할 것이다. 상기 조절은 밸브(8)를 리프팅하고 복위시키는 속도의 선택을 가능하게 한다. 실제로, 복귀 액추에이터 피스톤(41)은 고압 어큐뮬레이터(5)에서의 압력이 액추에이터 피스톤(26)에 의해 밸브(8)를 개방하도록 보다 빠르게 증가되면 고압 어큐뮬레이터에서의 압력을 받으며, 복귀 액추에이터 피스톤(41)에 의해 상기 밸브(8)에 가해지는 복귀력은 동일한 비율로 증가될 것이다. 결과적으로, 밸브(8)의 리프팅 속도 및 복위 속도는 항상 대략 비례로 유지된다.
또한, 다양한 수단이 고압 어큐뮬레이터(5)에서 압력의 변화를 가능하게 한다는 점에 유의해야 할 것이다. 상기 수단은 고압 유압 공급 펌프(2)의 입방 용량을 일시적으로 증가시키거나 또는 감소시킬 가능성, 또는 고압 어큐뮬레이터(5) 내로 또는 상기 어큐뮬레이터(5)가 연결된 회로 내로 보다 많거나 또는 보다 적게 도입될 수 있는 비압축성 용적을 다시 제공할 가능성을 포함한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 다른 장점은 밸브 복귀 액추에이터(39)를 이용하여 그 밸브 시트(11) 상으로, 도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같이 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)의 밸브(8)를 복귀시키기 위해 일반적으로 사용되는 스프링을 복위시킬 가능성을 포함한다.
본 발명에 의해 가능하게 된 이러한 특정 구성은 당업자에 의해 통상적으로 사용되는 바와 같은 강 스프링의 큰 치수 및 높은 왕복 질량의 페널티없이 밸브(8)에 매우 높은 복귀력이 가해지는 것을 가능하게 한다. 이러한 의미에서, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 통상적으로 그 자체로 공지된 데스모데믹 제어(desmodromic control)를 통해서만 접근 가능한 밸브(8)의 복귀 동력을 제공할 수 있다.
이러한 특정 특징은 특히 예를 들어 본 출원인이 소유한 제FR 3 032 236호로 공개된 프랑스 특허의 전달-팽창 및 재생 엔진의 흡입 및 배기 계량 밸브를 제조하는데 필요한 만큼 밸브(8)의 빠르고 짧은 리프트가 얻어지는 것을 가능하게 한다.
실제로, 상기 전달-팽창 및 재생 엔진은 바람직하게 가스 압력 변화에 의해서가 아니라, 오히려 더욱 많은 토크를 발생시키도록 팽창의 잘라냄(truncation)에 의해, 또는 보다 작은 토크를 생성하기 위해 배기시에 준단열 재압축(quasi-adiabatic recompression)이 이어지는 팽창의 확장에 의해 제어될 수 있다. 그런 다음, 일정한 압력으로 작동하는 상기 모터는 더 이상 부하 과도 현상에 응답하는 어떠한 지연도 없다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)는 상기 모터의 압축기에 유리하게 적용될 수 있으며, 상기 압축기의 부하는 상기 액추에이터(1)로 인하여 그 흡입 밸브(8)에 의해 또한 제어될 수 있다는 점에 유의한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 응답성 및 속도는 또한 고속 내연 기관이 상기 엔진의 효율, 토크, 동력 및 오염물 배출을 최적화하기 위한 수많은 제어 변형예를 제공하는 밸브(8)가 장착되는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)에 의해 제공되는 밸브(8)의 제어의 융통성은 예를 들어 압축 또는 연소실(105) 내로 재순환되는 배기 가스의 양의 미세 조정, 및 압축 점화 내연 기관의 제조를 위해 동일한 열역학적 사이클 동안 다수의 리프트가 제공되는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 모든 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)의 압축기 또는 엔진(104)의 실린더 헤드에 대한 통합의 큰 융통성에 유의한다. 특히, 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 에너지원과, 밸브(8)를 수용하는 액추에이터 카트리지(52) 사이에 임의의 기계적 연결의 부재는 밸브가 압축 또는 연소실(105)에 대해 자유롭게 배향되는 것을 가능하게 한다. 이러한 것은 특히 예를 들어 투과성 및/또는 연소 품질 기준에 따라 상기 연소실(105)의 기하학적 양의 개선을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 다른 장점을 통해, 도 5 내지 도 12에 도시된 바와 같은 상기 액추에이터(1)의 특정 구성은 유압 유체(3)가 가두어질 수 있는 임의의 막 다른 골목(cul-de-sac)을 가능한 많이 방지한다. 실제로, 상기 구성은 액추에이터 카트리지(52) 내부에 구성된 다양한 회로 및 용적부를 통해 고압 어큐뮬레이터(5)와 저압 어큐뮬레이터(4) 사이의 유압 유체(3)의 일정한 순환을 보장한다. 게다가, 냉각기가 상기 유체(3)의 경로 상에 제공될 수 있다. 따라서, 상기 카트리지(52)는 상기 유압 유체(3)에 의해 냉각되고, 그 온도가 안정화된다. 이러한 장치는 예를 들어 본 출원인이 소유한 제FR 3 032 236호로 공개된 프랑스 특허의 전달-팽창 및 재생 엔진에 관련하여 그 전체적인 이점을 발견하며, 상기 엔진의 팽창 실린더 조립체(54)는 어떠한 외부 냉각 회로도 포함하지 않는다.
본 발명에 따른 재생 밸브용 유압 액추에이터(1)의 다른 장점은 관형 밸브(130)를 포함하는 것이며, 특히 관형 밸브가 유압 증폭 압전 액추에이터(139)와 상호 작용할 때, 밸브의 작동은 도 21 및 도 22로부터 용이하게 이해된다.
Claims (28)
- 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 의해 폐쇄된 실린더(103)에서 왕복하도록 전달 수단(102)에 연결된 적어도 하나의 피스톤(101)을 포함하는 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)을 위한 재생 밸브용 유압 액추에이터(regenerative valve hydraulic actuator)(1)로서,
상기 피스톤(101), 상기 실린더(103) 및 상기 실린더 헤드(104)는 적어도 하나의 흡입 라인(106) 및 적어도 하나의 배기 또는 배출 라인(107)으로 개방되는 압축 또는 연소실(105)을 형성하고, 상기 2개의 라인(106, 107) 중 하나 또는 둘 모두는 밸브(8)가 밸브 시트(11)에 놓일 때 상기 밸브가 차단할 수 있는 라인 오리피스(10)에 의해 상기 연소실(105)에 연결되되,
고압 공급 라인(48)을 통해 고압 어큐뮬레이터(high-pressure accumulator)(5)로 유압 유체(hydraulic fluid)(3)를 배출하도록 저압 공급 라인(47)을 통해 저압 어큐뮬레이터(4) 또는 유체 탱크(46)로부터 상기 유체(3)를 진입시킬 수 있는 적어도 하나의 고압 유압 공급 펌프(2);
액추에이터 실린더 헤드(49)에 의해 캡핑된 액추에이터 실린더(25)를 포함하는 적어도 하나의 액추에이터(6)로서, 상기 실린더(25)는 상기 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 직접 또는 간접적으로 부착되는 한편, 상기 실린더(25) 및 상기 액추에이터 실린더 헤드(49)는 액추에이터 피스톤(26)과 함께 액추에이터 유압 챔버(7)를 형성하며, 상기 피스톤(26)은 전달 수단(9)에 의해 상기 밸브(8)에 기계적으로 연결되며, 상기 수단(9)은 상기 액추에이터 유압 챔버(7)가 유압 유체(3)에 의해 가해지는 압력을 받으면, 상기 액추에이터 피스톤(26)이 상기 밸브가 상호 작용하는 상기 밸브 시트(11)로부터 멀어지게 상기 밸브(8)를 이동시키는 경향이 있도록 하는, 상기 적어도 하나의 액추에이터(6);
상기 액추에이터(6)가 생성할 수 있는 힘과 반대인 힘을 상기 밸브(8)에 가하는 적어도 하나의 밸브 복귀 디바이스(12)로서, 상기 디바이스(12)는 상기 밸브가 상호 작용하는 상기 밸브 시트(11)와 접촉하도록 상기 밸브(8)를 복귀시키는 경향이 있는, 상기 적어도 하나의 밸브 복귀 디바이스(12);
상기 고압 어큐뮬레이터(5)를 상기 액추에이터 유압 챔버(7)에 연결하는 고압 리프터 라인(14)을 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있는 적어도 하나의 밸브 리프터 유압 밸브(13);
상기 저압 어큐뮬레이터(4) 또는 상기 유체 탱크(46)를 상기 액추에이터 유압 챔버(7)에 연결하는 관성 리프터 라인(16)에 배치된 적어도 하나의 리프터 체크 밸브(15)로서, 상기 라인(16)을 통해 유압 유체(3)가 상기 저압 어큐뮬레이터(4) 또는 상기 유체 탱크(46)로부터 상기 액추에이터 유압 챔버(7)로 유동하는 것을 허용하지만, 반대 방향으로는 허용하지 않는, 상기 적어도 하나의 리프터 체크 밸브(15);
상기 액추에이터 유압 챔버(7)를, 상기 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)가 포함하는 유체 흡입구(19)와 상기 모터(20)가 포함하고 유압 모터 저압 복귀 라인(22)에 의해 상기 저압 어큐뮬레이터(4) 또는 상기 유체 탱크(46)와 연결되는 유체 출구(21)와 연결하는 폐쇄 및 재생 라인(18)을 개방하거나 또는 폐쇄할 수 있는 적어도 하나의 밸브 폐쇄 유압 밸브(17); 및
상기 전달 수단(9)의 전부 또는 일부를 구성하는 적어도 하나의 점진적 레버 아암 비율 레버(27)로서, 상기 액추에이터 피스톤(26)이 구동 또는 저항력을 직접 또는 간접적으로 인가할 수 있는 상기 액추에이터의 힘의 적어도 하나의 인가 지점(28), 상기 밸브가 구동 또는 저항력을 직접 또는 간접적으로 인가할 수 있는 상기 밸브(8)의 힘의 적어도 하나의 인가 지점(29), 및 힘이 상기 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104) 상에 직접 또는 간접적으로 인가되는 상기 실린더 헤드 상에서의 반응력의 적어도 하나의 인가 지점(30)을 노출시키는, 상기 적어도 하나의 점진적 레버 아암 비율 레버(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터. - 제1항에 있어서, 인가 지점을 이동시키기 위한 수단(31)이 상기 밸브(8)의 개방 이동 동안 상기 점진적 레버 아암 비율 레버(27)를 따라서 상기 액추에이터의 힘의 인가 지점(28) 및/또는 상기 밸브의 힘의 인가 지점(29) 및/또는 상기 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)을 이동시키는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제2항에 있어서, 상기 액추에이터의 힘의 인가 지점(28) 및/또는 상기 밸브의 힘의 인가 지점(29) 및/또는 상기 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)은, 상호 작용하는 상기 액추에이터 피스톤(26) 및/또는 상기 밸브(8) 및/또는 상기 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)와 함께 적어도 하나의 선회 연결부(34) 또는 적어도 하나의 롤링-슬라이딩 연결부(35)를 직접 또는 간접적으로 각각 형성하며, 상기 연결부는 상기 인가 지점을 이동시키기 위한 수단(31)을 구성하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제3항에 있어서, 상기 롤링-슬라이딩 연결부(35)는 상기 액추에이터의 힘의 인가 지점(28) 및/또는 상기 밸브의 힘의 인가 지점(29) 및/또는 상기 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)의 레벨에서 상기 점진적 레버 아암 비율 레버(27)에 제공된 적어도 하나의 레버 접촉 트랙(36)으로 이루어지며, 상기 트랙(36)은 상기 액추에이터 피스톤(26) 및/또는 상기 밸브(8) 및/또는 상기 압축기 또는 엔진 실린더 헤드(104)에 직접 또는 간접적으로 각각 형성된 레버 반작용 표면(37)과 상호 작용하고, 상기 피스톤(26) 및/또는 상기 표면(37)은 상기 트랙(36)과 상기 표면(37) 사이의 접촉이 확립되는 곡선의 접촉 프로파일(38)을 가지는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 밸브 복귀 디바이스(12)는 복귀 액추에이터 실린더 헤드(50)에 의해 캡핑된 복귀 액추에이터 실린더(40)를 포함하는 밸브 복귀 액추에이터(39)로 이루어지며, 상기 실린더(40)는 상기 압축기 또는 엔진의 실린더 헤드(104)에 직접 또는 간접적으로 부착되는 한편, 상기 실린더(40) 및 상기 복귀 액추에이터 실린더 헤드(50)는 복귀 액추에이터 피스톤(41)과 함께 복귀 액추에이터 유압 챔버(42)를 형성하며, 상기 피스톤(41)은 복귀 전달 수단(43)에 의해 상기 밸브(8)에 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제5항에 있어서, 상기 복귀 액추에이터 유압 챔버(42)는 복귀 압력 라인(44)에 의해 상기 고압 어큐뮬레이터(5)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 저압 어큐뮬레이터(4)가 수용하는 유압 유체(3)의 레벨 및 압력은 상기 유체 탱크(46)로부터 저압 강제 공급 라인(60)을 통해 상기 어큐뮬레이터(4)로 상기 유체(3)를 전달할 수 있는 강제 공급 저압 유압 펌프(45)에 의해 값의 특정 범위 내에서 유지되는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상호 작용하는 상기 밸브 시트(11)를 구비하거나 또는 구비하지 않는 적어도 하나의 밸브(8), 액추에이터(6), 전달 수단(9), 밸브 복귀 디바이스(12), 리프터 체크 밸브(15), 밸브 리프터 유압 밸브(13) 및 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)는 적어도 하나의 유압 커넥터(53)를 노출시키는 액추에이터 카트리지(52) 내에 함께 수용되는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 밸브 리프터 유압 밸브(13) 및/또는 상기 밸브 폐쇄 유압 밸브(17)는 튜브 액추에이터(137)에 의해 길이 방향 병진으로 이동될 수 있는 차단 튜브(131)를 포함하는 관형 밸브(130)로 이루어지며, 상기 튜브(131)는 차단 튜브 보어(181)에서 유체 기밀 방식으로 수용되고, 유체 기밀 접촉부의 연속적인 라인을 튜브 시트(136)와 함께 형성하도록 상기 튜브 시트 상에 놓이거나, 또는 튜브 내부 용적부(133)로부터 튜브 외부 수집기-분배기(134)로 또는 그 반대로 유압 유체(3)를 보내는 것을 가능하게 하도록 상기 시트(136)로부터 특정 거리에서 유지될 수 있는 튜브 밀봉 지지 표면(135)에서 끝나는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제9항에 있어서, 상기 튜브 액추에이터(137)는 전기장을 받을 때 기계적으로 변형되는 세라믹 요소의 스택(140)을 포함하는 유압 증폭 압전 액추에이터(139)이며, 상기 스택(140)의 단부는 액추에이터 센더 실린더(actuator sender cylinder)(142)와 함께, 적어도 하나의 액추에이터 리시버 챔버(actuator receiver chamber)(144)와 연통하는 액추에이터 센더 챔버(143)를 형성하는 큰 지름의 액추에이터 센더 피스톤(141)에 연결되며, 적어도 하나의 액추에이터 리시버 챔버는 한편으로는 작은 지름의 액추에이터 리시버 피스톤(145)에 의해, 다른 한편으로 액추에이터 리시버 실린더(142)에 의해 형성되며, 상기 액추에이터 리시버 피스톤은 길이 방향 병진으로 차단 튜브를 이동시킬 수 있도록, 상호 작용하는 상기 차단 튜브(131)에 직접 또는 간접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제10항에 있어서, 상기 액추에이터 센더 챔버(143) 및 상기 액추에이터 리시버 챔버(144)는 액추에이터 강제 공급 체크 밸브(148)에 의해 가압 유압 유체 공급원(147)에 함께 연결되며, 상기 강제 공급 체크 밸브는 유압 유체(3)가 상기 공급원(147)으로부터 상기 챔버(143, 144)로 유동하는 것을 허용하지만, 그 반대는 허용하지 않는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제11항에 있어서, 상기 액추에이터 센더 피스톤(141)은 상기 액추에이터 센더 챔버(143)를 향해 상기 액추에이터 센더 피스톤을 이동시키는 경향이 있는 압력 보상 스프링(149)을 수용하며, 상기 스프링(149)이 상기 피스톤(141)에 가하는 힘은 상기 액추에이터 센더 챔버(143)에 있는 피스톤이 상기 가압 유압 유체 공급원(147)에 있는 피스톤과 동일할 때 유압 유체(3)가 상기 피스톤(141)에 가하는 힘보다 작거나 동일한 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제11항에 있어서, 상기 액추에이터 수용 피스톤(145)은 상기 액추에이터 리시버 챔버(144)를 향해 상기 액추에이터 리시버 피스톤을 이동시키는 경향이 있는 압력 보상 스프링(149)을 수용하며, 상기 스프링(149)이 상기 피스톤(145)에 가하는 힘은 상기 액추에이터 리시버 챔버(144)에서의 압력이 상기 가압 유압 유체 공급원(147)에서의 압력과 동일할 때 유압 유체(3)가 상기 피스톤(145)에 가하는 힘보다 작거나 동일한 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제10항에 있어서, 상기 액추에이터 센더 챔버(143)는 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)를 통해 복수의 액추에이터 리시버 챔버(144)와 연통하고, 각각의 상기 리시버 챔버(144)를 형성하는 상기 액추에이터 리시버 피스톤(145)은 차단 튜브(131) 자체를 길이 방향 병진으로 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제14항에 있어서, 상기 액추에이터 리시버 챔버(144)는 선택 밸브 액추에이터(153)에 의해 그 개방이 요구되는 선택 밸브(152)에 의해 상기 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)와 각각 연통되거나 또는 연통되지 않는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제10항에 있어서, 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)는 적어도 2개의 반대로 작용하는 센터링 스프링(157)에 의해 상기 리시버 챔버 공통 매니폴드(151)에 대해 소정의 길이 방향 위치 근처에서 센터링되어 유지되는 적어도 하나의 중실형 또는 중공형 비압축성 원통형 요소(156)를 비유체 기밀 방식으로 수용하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 폐쇄 및 재생 유압 모터(20)는 상기 왕복 피스톤 압축기 또는 엔진(100)에 의해 직접 또는 간접적으로 회전 구동되는 유압 모터 샤프트(163)에 장착된 폐쇄 및 재생 캠(158), 및 상기 캠(158)에 직접 또는 간접적으로 지지되고, 상기 유체 흡입구(19)와 연통하는 폐쇄 및 재생 챔버(161)를 폐쇄 및 재생 실린더(160)와 함께 형성하는 폐쇄 및 재생 피스톤(159)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제17항에 있어서, 상기 폐쇄 및 재생 캠(158)은 상기 밸브(8)를 상기 밸브 시트(11)로 복귀시키도록 상기 폐쇄 및 재생 피스톤(159)이 지지되는 적어도 하나의 재생 각도 섹터(R)를 포함하는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)을 노출시키는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제17항에 있어서, 상기 폐쇄 및 재생 캠(158)은 상기 밸브 시트(11)로의 상기 밸브(8)의 2번의 복귀 사이에 상기 폐쇄 및 재생 라인(18)을 사전 압축하도록 상기 폐쇄 및 재생 피스톤(159)이 지지되는 적어도 하나의 사전 압축 각도 섹터(P)를 포함하는 폐쇄 및 재생 캠 프로파일(162)을 노출시키는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제17항에 있어서, 상기 폐쇄 및 재생 캠(158)은 캠 위상 변위 수단(164)에 의해 상기 유압 모터 샤프트(163)에 대해 각도적으로 오프셋될 수 있는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제20항에 있어서, 상기 캠 위상 변위 수단(164)은 상기 폐쇄 및 재생 캠(158) 내부에 형성된 적어도 하나의 암형 나선형 스플라인(166)과 상호 작용하는, 상기 유압 모터 샤프트(163)의 원통형 외부면 상에 형성된 적어도 하나의 수형 나선형 스플라인(165)으로 이루어지며, 상기 스플라인은 캠 위상 변위 액추에이터(167)에 의해 상기 유압 모터 샤프트(163)에 대해 축 방향으로 이동되어 적소에서 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제21항에 있어서, 캠 위상 변위 액추에이터(167)는 상기 폐쇄 및 재생 캠(158)의 위상 변위 그루브(phase-shifting groove)(169)와 상호 작용하는 위상 변위 포크(phase-shifting fork)(168)에 의해 상기 폐쇄 및 재생 캠(158)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 폐쇄 및 재생 라인(18)은 팽창 체크 밸브(171)의 단부를 포함하며, 상기 팽창 체크 밸브는 상기 저압 어큐뮬레이터(4), 상기 유체 탱크(46), 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 유입되는 유압 유체(3)가 프리휠 채널(24)을 통해 상기 라인(18)에 진입하는 것을 허용하지만 이를 떠나는 것은 허용하지 않는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 폐쇄 및 재생 라인(18)은 사전 압축 밸브(172)를 포함하되, 상기 사전 압축 밸브는 상기 저압 어큐뮬레이터(4), 상기 유체 탱크(46), 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 유입되는 유압 유체(3)가 상기 라인(18)에 진입하고 그리고/또는 이를 떠나는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 액추에이터의 힘의 인가 지점(28) 및/또는 상기 밸브의 힘의 인가 지점(29) 및/또는 상기 실린더 헤드 상에서의 반응력의 인가 지점(30)은 유격 보상 수단(174)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제25항에 있어서, 유격 보상 수단(174)은 내부에 유격 보상 챔버(176)를 포함하는 유격 보상 액추에이터(175)로 이루어지되, 상기 유격 보상 챔버는 상기 저압 어큐뮬레이터(4), 상기 고압 어큐뮬레이터(5), 상기 유체 탱크(46) 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 유입되는 유압 유체(3)가 상기 챔버(176)에 진입하는 것을 허용하지만 이를 떠나는 것은 허용하지 않는 유격 보상 체크 밸브(177)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제25항에 있어서, 상기 유격 보상 수단(174)은 내부에 유격 보상 챔버(176)를 포함하는 유격 보상 액추에이터(175)로 이루어지며, 상기 유격 보상 챔버는 상기 저압 어큐뮬레이터(4), 상기 고압 어큐뮬레이터(5), 상기 유체 탱크(46) 또는 가압 유압 유체 공급원(147)으로부터 유입되는 유압 유체(3)가 상기 챔버(176)에 진입하고 이를 떠나는 것을 허용하는 유격 보상 노즐(178)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
- 제1항에 있어서, 상기 점진적 레버 아암 비율 레버(27)는 상기 액추에이터 피스톤(26)이 그 안으로 개방되는 레버 챔버(23)에 수용되되, 상기 챔버(23)는 레버 챔버 체크 밸브(59) 또는 레버 챔버 교정 노즐(67), 또는 상기 밸브(59) 및 상기 노즐(67)에 의해 상기 저압 어큐뮬레이터(4), 상기 유체 탱크(46) 또는 가압 유압 유체 공급원(147)과 연결되며, 상기 레버 챔버 체크 밸브는 유압 유체(3)가 상기 레버 챔버(23)를 떠나는 것을 허용하지만 진입하는 것은 허용하지 않으며, 상기 레버 챔버 교정 노즐은 유압 유체(3)가 상기 레버 챔버(23)에 진입하고 떠나는 것을 허용하며, 상기 노즐은 레버 챔버 체크 밸브(59)와 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 재생 밸브용 유압 액추에이터.
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