KR100942671B1 - 연료 분사 밸브 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연 기관의 연소실내로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)에 관한 것이며, 상기 연료 분사 밸브는 제 1 슬리브(4) 내에 캡슐화되어있고, 연료 분사 밸브(1)의 내부 챔버(25)에 대해서 밀봉된 액추에이터(5), 상기 액추에이터에 의해서 작동될 수 있고 밸브 폐쇄 바디(23)를 포함하는 밸브 니들(19) 및, 밸브 폐쇄 바디(23)가 밸브 시트면(24)에 밀봉 지지되도록 밸브 니들(19)에 작용하는 폐쇄 스프링(22)을 포함하며, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트면(24)과 상호 작용하여 밀봉 시트를 형성한다. 제 1 슬리브(4)의 공급측 단부면(29)은, 공급측 단부면(29)에 가해지는 연료압에 의해 야기된 제 1 슬리브(4)의 길이 변화가 액추에이터(5)의 길이 변화 및 상기 액추에이터(5)를 늘이는 작동 플런저(8)의 길이 변화에 의해 보상되도록 설계된다.
작동 플런저, 용접 시임, 벨로우즈, 스프링, 튜브, 시일, 챔버
Description
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
예컨대 DE 195 34 445 C2에는 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 상기 간행물에 설명된 내연 기관용 연료 분사 밸브는 노즐 바디에서 축방향으로 이동하는 노즐 니들을 포함하며, 상기 노즐 니들은 압전식 액추에이터에 의해서 작동할 수 있으며, 압축 스프링에 의해서 폐쇄 위치로 유지된다. 연료는 자유로이 조절될 수 있는 압력으로 외부 공급원으로부터 공급된다. 노즐 니들은 중앙 보어를 포함하며, 액추에이터는 노즐 니들을 동심으로 둘러싸고, 밀봉면에 의해서 연료압에 대해 밀봉된다.
DE 195 34 445 C2에 공지된 연료 분사 밸브는, 특히 밀봉면이 있음에도 압전식 액추에이터의 행정이 연료압의 영향을 받음으로써 정격 행정의 30%까지 변할 수 있다는 것이 단점이다.
또한, 밸브 니들의 길이로 인해 상기 밸브 니들에서 진동이 유도되는 것이 단점인데, 상기 진동은 제어 불가능한 바운싱을 야기할 수 있다.
이와 달리 독립 청구항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는, 연료압에 대한 밸브 행정의 의존성이 압력 보상 조치에 의해 현저하게 감소되는 장점을 갖는다. 압력 진동 및 액추에이터 진동은 분리된다. 이는, 액추에이터가 캡슐화되어 있는 슬리브를 통해 이루어지며, 슬리브 및 작동 플런저의 강성은, 슬리브의 길이 변화가 액추에이터 및 상기 액추에이터의 배출측에 배치된 작동 플런저의 상응하는 길이 변화에 의해 보상되도록 선택된다.
종속 청구항에 제시된 조치들을 통해 독립 청구항에 제시된 연료 분사 밸브의 바람직한 실시가 가능하다.
특히 바람직하게, 상기 액추에이터는 액추에이터와 작용 연결된 작동 플런저 및 연료 분사 밸브의 하우징에 연결된 슬리브 사이에 고정된 스프링에 의해 간단하게 예비 응력을 받을 수 있다.
또한, 액추에이터는 스프링 슬리브에 의해서 예비 응력을 받을 수 있는 것이 바람직하며, 상기 스프링 슬리브는 보호 부품 및 작동 플런저의 숄더를 통해 액추에이터의 2개의 단부면에 예비 응력을 가한다.
제 2 슬리브가 연료 분사 밸브의 하우징에 고정 배치됨으로써, 연료압에 의한 진동이 효과적으로 댐핑된다.
액추에이터의 슬리브와 벨로우즈의 다양한 재료들의 강성은, 길이 변화가 보상되도록 선택된다.
바람직하게 제 1 슬리브는 길이 보상을 어렵게 하는 횡력을 방지하기 위해서 튜브 내에 캡슐화될 수 있고, 시일에 의해 밀봉되므로, 힘은 단부면에만 작용하며 액추에이터를 캡슐화하는 슬리브의 단부면에는 작용하지 않는다. 따라서 길이 변화의 보상이 간단해진다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 연료 분사 밸브의 제 1 실시예의 개략적 단면도.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 연료 분사 밸브의 제 2 실시예의 개략적 단면도.
도 3은 본 발명에 따라 구성된 연료 분사 밸브의 제 3 실시예의 개략적 단면도.
본 발명의 실시예는 도면에 간단하게 도시되며 하기의 설명에서 상세히 설명된다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 1 실시예는 혼합물 압축식, 외부 점화형 내연 기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브(1)의 형태로 구현된다. 상기 연료 분사 밸브(1)는 특히 도시되지 않은 내연 기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는데 적합하다.
연료 분사 밸브(1)는 연료를 공급하기 위한 유압 연결부(3)를 구비하는 하우징(2)을 포함한다. 하우징(2) 내에는 제 1 슬리브(4)가 배치되며, 상기 슬리브 내에 액추에이터(5)가 캡슐화되어있다. 액추에이터(5)는 제 1 실시예에서 압전식 액추에이터(5)로 형성된다. 액추에이터(5)는 공급측에서 지지 부품(6)을 통해 제 1 슬리브(4)에 지지된다. 액추에이터(5)의 접촉을 위한 전기 라인(7)은 마찬가지로 제 1 슬리브(4) 내로 안내된다.
상기 액추에이터(5)의 배출측은, 개구(10)를 통해 제 2 슬리브(9)를 관통하는 작동 플런저(8)에 지지된다. 제 2 슬리브(9)는 연료에 대해서 제 1 슬리브(4)를 밀봉하며, 용접 시임(11)에 의해서 하우징(2)에 포지티브 결합 방식으로 연결된다. 슬리브(9)의 숄더(28)와 작동 플런저(8)의 숄더(27) 사이에는 액추에이터(5)에 예비 응력을 가하는 스프링(12)이 배치된다.
제 2 슬리브(9)에는 적어도 하나의 연료 채널(13)이 형성되며, 상기 채널은 밸브 그룹(14)으로 연료가 통과할 수 있게 한다. 액추에이터(5)와 작동 플런저(8)는 탄성적으로 구현된 벨로우즈(15)에 의해 연료에 대해 밀봉된다.
작동 플런저(8)의 배출측에 플랜지(16)가 형성되며, 상기 플랜지는 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 상태에서 갭(17)에 의해 작동 플런저(8)로부터 떨어져 있다. 플랜지(16)는 용접 시임(18)에 의해 밸브 니들(19)에 마찰 결합 방식으로 작용 연결된다. 밸브 니들(19)은 노즐 바디(20) 내로 안내된다. 노즐 바디(20)는 용접 시임(21)에 의해 하우징(2)에 연결된다. 플랜지(16)와 노즐 바디(20) 사이에는 폐쇄 스프링(22)이 배치된다. 폐쇄 스프링(22)은 플랜지(16)와 밸브 니들(19)에 폐쇄력을 가하며, 상기 폐쇄력은 액추에이터(5)의 비여기 상태에서 연료 분사 밸브(1)를 폐쇄된 상태로 유지시킨다. 따라서 밸브 니들(19)에 연결된 밸브 폐쇄 바디(23)는 노즐 바디(20)에 형성된 밸브 시트면(24)에 밀봉 접촉하여 지지된다.
액추에이터(5)가 여기된 경우 액추에이터(5)는 연료의 배출 방향으로 스프링(12)의 힘에 대항해서 팽창된다. 따라서 작동 플런저(8)도 연료의 배출 방향으로 움직인다. 작동 플런저(8)와 밸브 니들(19) 사이의 갭(17)은 폐쇄된다. 액추에이터(5)가 더욱 팽창되는 경우, 밸브 니들(19)은 폐쇄 스프링(22)의 힘에 대항해서 마찬가지로 연료의 배출 방향으로 움직인다. 따라서 밸브 폐쇄 바디(23)는 밸브 시트면(24)으로부터 들어 올려지며, 연료는 자세히 도시되지 않은 내연 기관의 연소실 내로 분사된다.
상기 액추에이터(5)를 여기시키는, 전기 라인(7)을 통해서 공급되는 전류가 차단되면, 액추에이터(5)는 수축된다. 작동 플런저(8)에 의한 밸브 니들(19)의 부하가 경감되면, 폐쇄 스프링(22)은 연료의 유동 방향과는 반대로 플랜지(16)를 이동시키므로, 밸브 니들(19)에 연결된 밸브 폐쇄 바디(23)는 다시 밸브 시트면(24)상에 배치되고, 이로써 연료 분사 밸브(1)는 폐쇄된다. 또한, 스프링(12)의 힘에 의해, 작동 플런저(8)도 연료의 유동 방향과는 반대로 이동되므로, 작동 플런저(8)는 그 출발 위치로 되돌아간다. 작동 플런저(8)와 밸브 니들(19) 사이에는 다시 갭(17)이 형성된다.
연료 분사 밸브(1)의 내부 챔버(25) 내의 연료압으로 인해, 액추에이터(5)가 캡슐화되어 있는 제 1 슬리브(4)가 압축된다. 따라서 공급측에서 액추에이터(5)에 접촉하는 지지 부품(6)은 연료의 배출 방향으로 가압되므로, 액추에이터(5)도 압축된다. 보상 조치 없이도, 이는 작동 플런저(8)와 밸브 니들(19) 사이에 형성된 갭(17)을 허용되지 않게 확대시킬 수 있다. 따라서 제 1 슬리브(4)의 강성과 작동 플런저(8)의 강성은, 연료압으로 인한 제 1 슬리브(4)의 길이 변화가 액추에이터(5) 및 작동 플런저(8)의 길이 변화에 의해 보상되도록 설계되므로, 모든 길이 변화의 합은 제로가 되며, 따라서 밸브 니들(19)의 행정에는 영향을 미칠 수 없다. 이 경우 ΣΔl = 0 이고, 길이 변화 Δl는 작용력에 비례하므로, Δl = F/c 이다. c는 압력에 대해 작용하는 재료의 강성을 나타낸다. 따라서, 실제 양에 있어서 다음 식이 얻어진다.
F슬리브
/ c슬리브 = F액추에이터
/
플런저 / c액추에이터
/
플런저.
연료가 스로틀링되지 않고 밀봉 시트 방향으로 흐르도록 연료 채널(13)의 직경이 정해진다는 가정하에서, 제 2 슬리브(9)의 공급측과 배출측의 압력차도 마찬가지로 제로이므로, F = p ·A 이면, 다음 식이 유지된다.
A슬리브
/ c슬리브 = A액추에이터
/
플런저 / c액추에이터
/
플런저.
c슬리브 ≫ c벨로우즈 이기 때문에, 압력 관련 면들에 대해서 상기 등식이 더 제한되며, 전체적으로 다음 식이 얻어진다.
A슬리브 - A벨로우즈 / c슬리브 = A벨로우즈 / c액추에이터/플런저.
상기 면 A슬리브와 면 A벨로우즈, 및 강성 c슬리브와 강성 c액추에이터/플런저는 간단한 방식으로 적합한 형상 및 재료 선택에 의해, 액추에이터(5)를 캡슐화하는 제 1 슬리브(4)가 벨로우즈(15)와 관련해서 압력 보상되도록 조정될 수 있다.
전기 라인(7)을 통해서 상기 액추에이터(5)에 전압이 제공될 때에 비로소, 밸브 니들(19)은 작동 플런저(8)에 의해 작동된다. 상기의 조치를 통해 연료의 압력 진동 및 액추에이터(5)의 진동이 분리되므로, 바람직하지 않은 개방 펄스는 발생하지 않는다. 따라서, 예컨대 유압식 커플러와 같은 복잡한 다른 압력 보상 기술은 생략될 수 있다. 또한, 갭(17)은 액추에이터의 열에 의한 길이 변화가 연료 분사 밸브(1)의 오동작을 일으키지 않도록 설계된다.
도 2는 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 밸브(1)의 제 2 실시예의 단면도를 도시한다. 동일한 부품에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 이미 설명한 부품들의 반복된 설명은 생략될 수 있다. 특히 밸브 그룹(14)은 도 1에서 설명한 밸브 그룹(14)과 동일할 수 있다.
도 2에 도시된 제 2 실시예는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 특히 간단한 변형예이다. 이 경우 액추에이터(5)는 슬리브(4) 내에서 추가의 스프링 슬리브(26)를 포함하며, 상기 슬리브는 인장 스프링처럼 작용한다. 따라서 액추에이터(5)는 예비 응력을 받으며, 그 작동 전에 이미 예비 응력을 받는다. 제 1 실시예에서처럼 다른 스프링은 생략될 수 있다. 그밖의 작동 방식은 도 1에서 설명한 실시예와 동일하다.
도 3은 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 밸브(1)의 제 3 실시예의 개략적 단면도를 도시한다. 동일한 부품들에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 이미 설명한 부품들의 반복 설명은 생략될 수 있다. 특히 밸브 그룹(14)은 도 1에서 설명한 밸브 그룹(14)과 동일할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서는, 연료 분사 밸브(1)를 관류하는 연료의 힘이 제 1 슬리브(4)의 공급측 단부면(29)에만 작용하지 않기 때문에, 횡력으로 인한 제 1 슬리브(4)의 연장이 불가피하고, 상기 연장은 제 1 슬리브(4)의 압축을 저지하고 길이 변화의 보상을 어렵게 한다.
이를 피하기 위해, 도 3에 도시된 실시예에서는 제 1 슬리브(4)를 튜브(30) 내에 캡슐화하므로, 제 1 슬리브(4)의 단부면(29)은 상기 슬리브에 작용하는 힘을 여전히 흡수하고, 튜브(30)와 지지 부품(6) 사이에 시일(32)이 삽입됨으로써 제 1 슬리브(4)의 측면(31)이 차폐된다. 시일(32)은 예컨대 O-링 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 3 실시예에서 간단한 방식으로 용접 시임(34)에 의해 지지 부품(6)에 연결된 제 1 슬리브(4)와 튜브(30) 사이에는 힘을 받지 않는 챔버(33)가 형성되며, 상기 챔버는 제 1 슬리브(4)의 연장을 저지하므로, 길이 보상은 간단해진다.
본 발명은 도시된 실시예에만 국한되지 않으며 예컨대 내부 개방형 연료 분사 밸브(1) 또는 자기 변형 액추에이터(5)에 적용될 수 있다.
Claims (15)
- 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)로서, 상기 연료 분사 밸브는 제 1 슬리브(4) 내에 캡슐화된 액추에이터(5), 상기 액추에이터(5)에 의해서 작동될 수 있고, 밸브 시트면(24)과 협동하여 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 바디(23)를 구비하는 밸브 니들(19), 및 상기 액추에이터(5)의 비여기 상태에서 상기 밸브 폐쇄 바디(23)가 상기 밸브 시트면(24)에 밀봉 방식으로 접촉하여 유지되도록 상기 밸브 니들(19)에서 작용하는 폐쇄 스프링(22)을 포함하는, 연료 분사 밸브에 있어서,상기 액추에이터(5)는 갭(17)이 폐쇄된 후 작동 플런저(8)를 거쳐서 상기 밸브 니들(19)을 작동시키고, 상기 작동 플런저(8)는 제 2 슬리브(9)에 연결된 탄성 벨로우즈(15)에 의해 상기 연료 분사 밸브(1)의 내부 챔버(25)에 대해 밀봉되며,상기 제 1 슬리브(4)의 강성 c슬리브와 상기 작동 플런저(8)의 강성 c액추에이터/플런저 및 상기 제 1 슬리브의 면 A슬리브와 상기 탄성 벨로우즈의 면 A벨로우즈는,A슬리브 - A벨로우즈 / c슬리브 = A벨로우즈 / c액추에이터/플런저로 결정되며,그 결과로서 상기 제 1 슬리브(4)의 공급측 단부면(29)에 가해지는 연료압에 의해 야기된 상기 제 1 슬리브(4)의 길이 변화가 상기 액추에이터(5)와 상기 작동 플런저(8)의 길이 변화에 의해 보상됨으로써, 연료압의 변동시 상기 갭(17)의 축방향 폭이 변하지 않도록 치수 결정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 공급측에서 상기 제 1 슬리브(4)에 접촉하는 지지 부품(6)에 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 개구(10)를 통해 제 2 슬리브(9)를 관통하는 상기 작동 플런저(8)와 작용적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 슬리브(9)는 용접 시임(11)에 의해서 상기 연료 분사 밸브(1)의 상기 제 1 슬리브(4) 및 하우징(2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 슬리브(4)의 강성은 상기 벨로우즈(15)의 강성 보다 훨씬 더 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 스프링(12)에 의해 예비 응력을 받는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 7 항에 있어서, 상기 스프링(12)은 상기 액추에이터(5)의 배출측에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 8 항에 있어서, 상기 스프링(12)은 상기 작동 플런저(8)의 숄더(27)와 상기 제 2 슬리브(9)의 숄더(28) 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 스프링 슬리브(26)에 의해 예비 응력을 받는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 10 항에 있어서, 상기 스프링 슬리브(26)는 한편으로 상기 작동 플런저(8)의 숄더(27)에, 다른 한편으로 지지 부품(6)에 마찰 결합 방식으로 연결되며, 상기 지지 부품(6)은 상기 제 1 슬리브(4)에 접촉하고, 상기 액추에이터(5)는 상기 지지 부품(6)에 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬리브(4)는 연료에 의해 가해진 힘이 공급측 단부면(29)에만 작용하도록 튜브(30) 내에 캡슐화되어있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 슬리브(4)는 시일(32)에 의해 상기 연료 분사 밸브(1)의 내부 챔버(25)에 대해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 13 항에 있어서, 상기 시일(32)은 O-링의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브(30)와 상기 제 1 슬리브(4) 사이에는 힘을 받지 않는 챔버(33)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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