KR101654752B1 - 가스 분사 밸브 - Google Patents

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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내연 기관(1)의 연소 챔버(8)에 가스를 분사하기 위한 밸브(7)에 관한 것이며, 상기 밸브(7)는 하우징(15)을 포함하고, 상기 하우징(15) 내에는 송출 챔버(22)가 제공되며, 상기 송출 챔버(22)는 송출 개구(23)를 포함하며, 작동 장치, 특히 코일(19)을 구비한 솔레노이드 밸브 및 자기식 폐쇄 부재(21)가 상기 하우징(15) 내에 배치되고, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 송출 개구(23)에 제공되며, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 작동 장치(19)의 작동에 따라 상기 송출 개구(23)를 개방하거나 밀폐하고, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 하우징(15)의 가이드 장치에 리드되며, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 송출 개구(23) 방향으로 상기 송출 챔버(22)를 관통하고, 그리고 상기 폐쇄 부재(21)는 폐쇄 위치에서 가스 압력에 의해 상기 송출 챔버(22) 내에서 측면 이동 방향으로만 작동된다. 또한, 본 발명은 밸브에 가스를 공급하기 위한 방법에 관한 것이며, 가스는 상기 밸브를 통하여 내연 기관에 공급되며, 상기 내연 기관의 파라미터, 특히 내연 기관의 하중이 검출되고, 그리고 상기 내연 기관의 상기 파라미터에 따라 밸브에 공급되는 가스 압력이 변경된다.

Description

가스 분사 밸브{VALVE FOR INJECTION OF GAS}
본 발명은 청구항 1에 따른 내연 기관에 가스를 분사하기 위한 밸브 및 청구항 8에 따른 가스 분사 방법에 관한 것이다.
천연가스 운반 차량의 경우 가스는 대개 200bar 이하의 압력으로 실린더에 저장된다. 이러한 이유로 밸브들의 유입구에서 고압 가스를 낮은 레일 압력(rail pressure)으로 감소시키는 감압 장치가 필요하게 된다. 밸브는 예컨대 전류 공급에 따라 가스를 내연 기관의 연소 챔버 내로 송출하는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)로 형성된다.
본 발명의 목적은 내연 기관의 연소 챔버 내로 가스를 송출하기 위한 개선된 밸브를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 8에 따른 내연 기관에 가스를 분사하기 위한 방법을 제시한다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 밸브 및 청구항 8에 따른 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예들은 종속항들에 제시된다.
본 발명에 따른 밸브의 장점은 폐쇄 부재가 적은 역압(counter pressure)에 의해 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이동될 수 있다는 것이다. 이러한 위치 이동은 폐쇄 부재가 가스 압력에 의해 자신의 이동 방향과 관련한 측면 방향으로 작동되는 방식으로 송출 챔버 내에 배치됨으로써 달성된다. 이러한 방식으로 폐쇄 부재는 적은 역압을 사용하여 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이동될 수 있다. 따라서, 폐쇄 부재를 작동하기 위한 비교적 출력이 약한 작동 장치가 사용될 수 있다. 또한, 그로 인해 밸브의 구조적 형상이 축소된다. 뿐만 아니라 밸브는 더욱 우수한 내구성을 갖게 된다. 또한, 비교적 단순한 전자 부품들, 특히 비교적 세기가 약한 드라이버 파워 증폭기들(driver power amplifier)은 전기 작동 장치의 사용에 충분하다.
한 추가 실시예에서 폐쇄 부재의 단부 섹션은 원통형으로 형성되고, 이때 상기 단부 섹션은 원통형의 송출 개구 내로 돌출한다. 단부 섹션의 원통형 형성은 간단히 제조될 수 있고 송출 개구의 원통형 내부 윤곽과 상호 작용하여 충분한 밀봉을 제공한다. 그 결과 경제적이고 단순한 밸브 구조가 구현된다.
또 다른 한 실시예에서 폐쇄 부재의 단부 섹션은 채널을 포함하고, 상기 채널은 단부 섹션의 하부에 있는 송출 개구로부터 위쪽으로 단부 섹션의 측면에 배치된 유입 개구로 리드된다. 폐쇄 위치에서 측면 유입 개구는 송출 개구의 원통형 내부 윤곽에 의해 덮임으로써 밀봉된다. 개방 위치에서 측면 유입 개구는 송출 개구에 의해 개방되고, 그 결과 유입 개구가 송출 챔버로 통한다. 이러한 실시예에 의해 적은 피스톤 동작으로 개방 위치로 이동될 수 있는 폐쇄 부재가 제공된다. 또한, 유입 개구의 형성에 의해 개방된 밸브의 개방 단면적이 정확하게 정해질 수 있다. 그 외에도 폐쇄 부재는 개방 위치에서도 계속해서 송출 개구 내에 리드될 수 있다. 따라서, 밸브는 전체적으로 보다 가이드 안정적으로 형성된다.
한 추가 실시예에서 폐쇄 부재는 적어도 하부 단부 영역 내에서 슬리브 형태로 형성된다. 슬리브 형태는 폐쇄 부재의 단부 섹션을 위한 간단하고 경제적인 형상을 제공한다.
또 다른 한 실시예에서 폐쇄 부재는 작동 장치를 관통하고, 이때 폐쇄 부재와 상기 작동 장치 사이에는 중간 챔버가 제공되며, 상기 중간 챔버는 송출 챔버에 가스를 공급할 목적으로 사용된다. 따라서, 밸브의 콤팩트한 구조가 구현된다.
한 추가 실시예에서 폐쇄 부재는 원통형 외부 윤곽을 포함하며, 상기 외부 윤곽은 각이 진 내부 윤곽을 갖는 솔레노이드 코일(solenoid coil)의 코일 캐리어를 관통한다. 코일 캐리어의 각이 진 내부 윤곽 및 폐쇄 부재의 원통형 외부 윤곽에 의해 구조적 형상이 작은 경우에도 송출 챔버에 가스를 공급하기에 충분히 큰 중간 챔버가 형성된다.
또 다른 한 실시예에서 폐쇄 부재는 원통형으로 형성되고 폐쇄 위치에서 원통형 송출 개구 내로 돌출하며, 이때 폐쇄 부재는 폐쇄 위치에서 송출 개구를 폐쇄한다. 개방 위치에서는 폐쇄 부재가 적어도 부분적으로 송출 개구를 개방한다.
가스를 분사하기 위한 방법의 장점은 밸브로의 가스 공급시 내연 기관의 파라미터에 따라, 특히 내연 기관의 하중에 따라 가스 압력이 조절된다는 것이다. 이러한 방식으로 밸브에서는 상대적으로 적은 가스 압력이 설정될 수 있다. 따라서, 밸브는 밀봉과 관련하여, 특히 밸브의 폐쇄 부재 영역 내의 밀봉과 관련하여 더욱 간단하게 형성될 수 있다. 가스 압력을 조절함으로써 항상 높은 가스 압력으로 밀봉시킬 필요가 없다.
본 발명은 도면들을 참조하여 이하에서 상세히 설명된다.
도 1은 가스 분사 시스템의 개략적인 구조이고,
도 2는 가스를 분사하기 위한 밸브의 개략도이며,
도 3은 도 2에 따른 밸브의 횡단면도이다.
도 1은 내연 기관(1)의 가스 분사 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 이 경우에는 사전에 설정된 압력, 예컨대 200bar의 압력으로 가스를 저장하는 가스 탱크(2)가 제공된다. 상기 가스 탱크는 스위칭 밸브(3)를 통하여 가스 라인(4)에 연결된다. 가스 라인(4)은 압력 제어 밸브(5)를 통하여 공급 라인(6)에 연결된다. 공급 라인(6)은 내연 기관(1)의 연소 챔버(8)에 제공된 밸브(7)에 리드된다. 계속해서 내연 기관(1) 상에는 센서(9)가 제공되며, 상기 센서는 센서 라인(10)을 통하여 제어부(11)에 연결된다. 또한, 제어부(11)는 스위칭 밸브(3)를 구비한 제 1 제어 라인(12)에 연결되고 제 2 제어 라인(13)을 통하여 압력 제어 밸브(5)에 연결된다. 그 외에도 제어부(11)는 데이터 저장기(14)에 연결된다.
간략화된 한 실시예에서는 압력 제어 밸브(5) 대신 감압 밸브(pressure- reducing valve)가 제공될 수 있으며, 상기 압력 제어 밸브는 가스 압력을 예컨대 200bar의 사전 설정된 저장 압력으로부터 예컨대 8bar의 분사 압력으로 감소한다.
제어부(11)는 개방 상태 또는 폐쇄 상태에서 가스 탱크(2)로부터 밸브(7)로의 가스 전송 여부에 따라 스위칭 밸브(3)를 제어한다. 또한, 제어부(11)는 센서(9)를 통해 내연 기관(1)의 하나 이상의 파라미터를 검출한다. 예컨대, 내연 기관(1)의 파라미터로는 운송 차량의 (내연 기관(1)은 상기 운송 차량 내부에 배치됨) 하중 및/또는 가속 장치 위치가 검출될 수 있다. 하중 및/또는 가속 장치 위치에 따라 제어부(11)는 공급 라인(6) 내의 상이한 가스 압력들을 조정한다. 이를 위하여, 제어부(11)는 데이터 저장기(14)에 연결되고, 목록들 및/또는 특성 곡선들이 상기 데이터 저장기에 저장되며, 공급 라인(6) 내의 가스 압력들 중 하나의 가스 압력이 하중 및/또는 가속 장치 위치에 제공된다. 이러한 방식으로 압력 제어 밸브(5)를 대신하는 감압 밸브의 시스템의 맞은 편에 있는 공급 라인(6) 내의 가스 압력을 평균적으로 제어부를 통해 보다 낮게 조정하는 것이 달성된다. 따라서, 밸브(7)의 압력 밀봉력에 대한 비교적 낮은 요구 조건들이 발생한다.
도 2는 밸브(7)의 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 이때 밸브(7)는 하우징(15)을 포함한다. 가스 흐름 방향은 화살표로 도시되어 있다. 하우징(15) 내에는 공급 라인(6)에 연결된 공급 라인 챔버(16)가 제공된다. 공급 라인 챔버(16)는 가이드 섹션(17)에 의해 제한된다. 가이드 섹션(17) 내에는 리세스(18)가 제공되고, 상기 리세스 내에는 솔레노이드 코일(19)이 배치된다. 솔레노이드 코일(19)은 중앙 리세스(20)를 가지고, 상기 중앙 리세스 내에는 폐쇄 부재(21)가 배치된다. 폐쇄 부재(21)는 중앙 리세스(20)로부터 단부 섹션을 구비한 송출 챔버(22)를 통과하여 송출 개구(23) 내로 돌출한다. 송출 챔버(22)는 하우징(15) 내에 배치된다. 송출 개구(23)는 내연 기관(1)의 연소 챔버(8)에 연결된다. 선택된 실시예에 따라 공급 라인 챔버(16)가 생략될 수 있으며, 공급 라인(6)은 송출 챔버(22)에 직접 리드될 수 있다.
폐쇄 부재(21)는 원통형 외부 윤곽을 포함하고, 상기 외부 윤곽은 송출 개구(23)의 원통형 내부 윤곽 내에 밀봉 방식으로 리드된다. 또한, 폐쇄 부재(21)는 채널(24)을 포함하고, 상기 채널은 배출 개구(25)로부터 유입 개구(26)로 리드된다. 배출 개구(25)는 폐쇄 부재(21)의 단부 섹션의 하부 측면 상에 형성되며, 상기 배출 개구는 송출 개구(23)로 통한다. 유입 개구(26)는 폐쇄 부재(21)의 실린더 외벽의 측면에 제공된다. 도시된 위치에서 폐쇄 부재(21)는 개방 위치로 존재한다. 상기 위치에서 채널(24)은 송출 챔버(22)와 송출 개구(23)를 연결한다. 그 결과 송출 챔버(22)와 송출 개구(23) 사이에서 가스 흐름이 발생한다. 폐쇄 위치에서 폐쇄 부재(21)는 채널(24)이 폐쇄될 정도로, 즉 송출 개구(23)의 원통형 벽들의 측면에 의해 유입 개구들(26)이 폐쇄될 정도로 송출 개구(23) 안으로 깊이 삽입된다.
선택된 실시예에 따라 채널(24)이 생략될 수 있다. 이러한 실시예에서는 개방 위치에서 폐쇄 부재(21)가 송출 개구(23)로부터 완전히 빼내어짐으로써 송출 개구(23)가 개방된다. 폐쇄 부재(21)는 도시된 실시예에서 자성체(magnetic material)로 이루어지고, 상기 폐쇄 부재는 솔레노이드 코일(19)에 전류가 공급되면 전기적 공급 라인들(27)을 통해 상기 레벨 위치에서 작동할 수 있다. 도시된 밸브(7)의 장점은 폐쇄 부재(21)가 폐쇄 위치에서 화살표로 도시된 것처럼 가스 압력에 의해 측면으로만 작동될 수 있다는 것이다. 그 결과 작동 방향으로 폐쇄 부재(21)가 비교적 용이하게 작동될 수 있는데, 그 이유는 가스 압력이 이러한 작동방향에 영향을 미치지 않기 때문이다.
송출 챔버(23)로의 가스 흐름은 공급 라인(6)을 통해 직접적으로 실행되거나 또는 솔레노이드 코일(19)과 폐쇄 부재(21) 사이의 중간 챔버(28)를 통해, 즉 공급 라인 챔버(16)로부터 실행될 수 있다. 이를 위해 하우징(15)과 솔레노이드 코일(19) 사이에 그리고/또는 솔레노이드 코일(19)과 폐쇄 부재(21) 사이에 중간 챔버(28)가 제공된다.
폐쇄 부재(21)의 상부 단부는 원통형 챔버(32) 내로 돌출하고, 상기 챔버 내에는 완충기(30)(shock absorber)가 배치된다. 완충기(30)는 폐쇄 위치 방향으로 그리고 그와 관련된 송출 개구(23)의 하부 단부에 배치된 스토퍼(31) 방향으로 상기 폐쇄 부재(21)에 초기 응력을 가한다. 전류가 공급되지 않은 솔레노이드 코일(19)의 경우 폐쇄 부재(21)는 스토퍼(31) 상에서 지지되며, 유입 개구들(26)은 송출 개구(23) 내에 배치되어 하우징(15)에 의해 밀봉된다. 솔레노이드 코일(19)에 전류가 공급되면, 폐쇄 부재(21)는 스토퍼(31)로부터 챔버(32) 방향으로 당겨지고, 이때 유입 개구들(26)은 송출 챔버(22)에 연결된다. 챔버(32)는 밀봉 갭 또는 폐쇄 부재(21)의 중앙 리세스를 통과하여 송출 챔버(22)에 연결된다. 공급 라인(6) 및 공급 라인 챔버(16)를 통과한 가스는 챔버(32)의 측면을 지나간다. 폐쇄 부재(21)는 예컨대 슬리브로서 측면 유입 개구들(26)을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서 완충기(32)는 폐쇄 부재(21)의 링형 상부 에지 상에서 지지된다.
도 3은 폐쇄 부재(21)의 횡단면을 도시한 실시예이며, 상기 실시예에서 솔레노이드 코일(19)은 리세스(18) 내에 배치되어 하우징(15)에 밀봉 방식으로 접한다. 솔레노이드 코일(19)은 내부 윤곽 내에서 각이 지게 형성된 코일 캐리어(29)를 갖는다. 도시된 실시예에서 코일 캐리어(29)는 내측면에서 8각형으로 형성되어 중앙 리세스(20)를 제한한다. 중앙 리세스(20) 내에는 원통형으로 형성된 폐쇄 부재(21)가 배치된다. 폐쇄 부재(21)의 외부 윤곽과 코일 캐리어(29) 사이에는 중간 챔버(28)가 형성된다. 중간 챔버(28)는 공급 라인 챔버(16)와 송출 챔버(22)를 연결하는 가스 라인이다.
중간 챔버(28)의 형성으로 인해 밸브(7)의 콤팩트한 구조가 구현된다.

Claims (8)

  1. 내연 기관(1)의 연소 챔버(8)에 가스를 분사하기 위한 밸브(7)로서,
    상기 밸브(7)는 하우징(15)을 포함하고, 상기 하우징(15) 내에는 송출 챔버(22)가 제공되며, 상기 송출 챔버(22)는 가스 공급 라인(6)에 연결되고, 상기 송출 챔버(22)는 송출 개구(23)를 포함하며, 작동 장치를 구비한 솔레노이드 밸브 및 폐쇄 부재(21)는 상기 하우징(15) 내에 배치되고, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 송출 개구(23)에 제공되며, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 작동 장치의 작동에 따라 상기 송출 개구(23)를 개방하거나 밀폐하고, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 하우징(15)의 가이드 장치에 리드되며, 상기 폐쇄 부재(21)는 상기 송출 개구(23) 방향으로 상기 송출 챔버(22)를 관통하고, 그리고 상기 폐쇄 부재(21)는 폐쇄 위치에서 상기 송출 챔버(22) 내에서 가스 압력에 의해 측면 이동 방향으로만 작동되는,
    가스 분사 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재(21)의 하나 이상의 단부 섹션(33)은 원통형 외부 윤곽을 포함하고, 상기 송출 개구(23)는 원통형 내부 윤곽을 포함하며, 상기 폐쇄 부재(21)는 적어도 상기 폐쇄 위치에서 원통형 단부 섹션(33)에 의해 상기 송출 개구(23) 내로 돌출하고, 상기 단부 섹션(33)의 원통형 외부 윤곽은 상기 송출 개구(23)의 원통형 내부 윤곽을 밀봉하며, 상기 단부 섹션(33) 내에는 채널(24)이 제공되고, 상기 채널은 상기 단부 섹션(33)의 하부에 있는 배출 개구(25)로부터 위쪽으로 유입 개구(26)로 리드되며, 상기 유입 개구(26)는 상기 단부 섹션(33)의 측면에 형성되고, 상기 폐쇄 위치에서 상기 유입 개구(26)는 상기 송출 개구(23)의 원통형 내부 윤곽에 의해 밀봉되며, 상기 폐쇄 부재(21)의 개방 위치에서는 상기 유입 개구(26)가 상기 송출 챔버(22)로 통하는,
    가스 분사 밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배출 개구(25)에 연결된 적어도 2개의 유입 개구(26)가 제공되는,
    가스 분사 밸브.
  4. 제 2항 또는 제 3항 있어서,
    상기 폐쇄 부재(21)가 적어도 상기 단부 섹션(33)의 영역 내에서 슬리브 형태로 형성되는,
    가스 분사 밸브.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재(21)가 부분적으로 상기 작동 장치를 관통하고, 상기 작동 장치와 상기 폐쇄 부재(21) 사이에는 중간 챔버(28)가 형성되며, 상기 중간 챔버(28)는 상기 송출 챔버(22)와 유입 챔버(16)를 연결하고, 그리고 상기 중간 챔버(28)가 상기 송출 챔버(22)로 가스를 공급하기 위해 제공되는,
    가스 분사 밸브.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재(21)는 원통형 외부 윤곽을 포함하고, 상기 작동 장치는 솔레노이드 코일(19)이고, 상기 폐쇄 부재는 각이 진 내부 윤곽을 갖는 상기 솔레노이드 코일(19)의 코일 캐리어(29)를 관통하고, 상기 중간 챔버(28)는 원형의 외부 윤곽과 각이 진 내부 윤곽 사이에 송출 챔버(22)로 가스를 공급하기 위해 형성되는,
    가스 분사 밸브.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재(21)의 단부 섹션(33)은 원통형 외부 윤곽을 포함하고, 상기 송출 개구(23)는 원통형 내부 윤곽을 포함하며, 상기 폐쇄 위치에서 상기 단부 섹션(33)은 상기 송출 개구(23) 내로 돌출하고 상기 단부 섹션(33)의 원통형 외부 윤곽은 상기 송출 개구(23)의 원통형 내부 윤곽에 밀봉 방식으로 접하여 상기 송출 개구(23)를 폐쇄하며, 그리고 개방 위치에서는 상기 단부 섹션(33)이 상기 송출 개구(23)를 적어도 부분적으로 개방하는,
    가스 분사 밸브.
  8. 가스 분사 방법으로서,
    청구항 제1항에 따른 가스 분사 밸브에 가스가 공급되고, 가스는 상기 밸브를 통하여 내연 기관에 공급되며, 상기 내연 기관의 파라미터가 검출되고, 그리고 상기 내연 기관의 상기 파라미터에 따라 밸브에 공급되는 가스 압력이 변경되는,
    가스 분사 방법.
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