KR20030004056A - 연료시스템 차단밸브 - Google Patents

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Abstract

연료 시스템 차단밸브(4)는, 입구(7)연결부 및 출구(8)연결부를 가지는 연료공간(6)이 배치된 본체부(5)와, 그 연료공간내에 이동가능하게 배치되며 그의 위치에 따라서 연료가 차단밸브(4)를 경유하여 유통하거나 또는 연료의 흐름이 방지되는 액츄에이터(9) 및, 상기 액츄에이터(9)에 대하여 연료의 흐름의 주된방향에 대향하는 힘을 발생시키는 대향력 구조를 포함한다. 액츄에이터(9)는 이동가능하게 그에 장착된 보조액츄에이터(12)를 포함한다.

Description

연료시스템 차단밸브{FUEL SYSTEM SHUT-OFF VALVE}
본 발명은 특허청구의 범위 제 1 항의 서문에 따른 연료시스템 차단밸브에 관한 것이다.
현재, 소위 공통레일 저류 분사시스템 (commom rail storage injection system)이 내연기관과 관련하여 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 시스템에 있어서는, 분사압력하에 있는 연료는 분사밸브를 제어함으로써 엔진의 연소실로 분사된다. 만약 분사밸브에 결함이 생기면, 이는 실린더의 연소실내로 연료가 통제불능한 상태로 누설될 수 있는 상황이 생길 수 있다. 이를 방지하기 위하여, US 3 780 716 호 및 WO 95/17594 호에서는 연료의 유량체적을 제한하는 차단밸브를 제안하고 있다. 차단밸브에는, 분사상황에서 연료가 흐르는 방향에 대하여 작용하는 스프링 로드가 마련된 피스톤 수단을 더욱 포함하는 실린더 공간이 있다. 통상의 운전에 있어서는 각 분사시에 필요한 연료량은 피스톤의 운동에 의하여 변위된 체적에 대응한다. 만약 어떠한 이유로 차단밸브가 누설을 계속하게 되면, 연료의 흐름을 차단하는 다른 극한적인 위치로 피스톤이 이동하게 된다.
GB 2317922 호 공보에서도 유량의 체적을 한정하는 다른 차단밸브를 개시한다. 초기상황에서는, 압력이 연료 유입측상의 작은 표면적에 작용하며, 이 경우에특정압력하에서는 그 힘이 작용하는 표면적에 비례하여 자연적으로 작아지게 된다. 그러나, 이러한 해결방법에 있어서의 문제점은 절대적인 밀폐성이 확보되어야 한다는 것과, 연료의 품질에 관해서 매우 민감하게 된다는 것이다. 만약 이 작은 표면적의 밀폐면이 누설되면, 이러한 해결방법은 소용이 없으며 그 압력은 전체 표면적에 가해지고 피스톤이 연료의 흐름을 막는 2번째의 극단위치로 이동할 수 있다. 특히, 대형의 파워플랜드 및 해상엔진에 있어서 연료가 이러한 해결방법을 충분히 신뢰될 수 있을 정도로 기능하지 못한다.
또한, 종래의 유량차단밸브들은 연료의 점성이 높은 경우, 예를 들어 중유가 사용되거나 또는 연료의 온도가 통상의 운전온도보다 시동전에 낮은 상황에 일반적으로 관련이 된다. 따라서, 피스톤상에 작용하는 연료압력의 균등화가 충분히 신속하게 일어나지 않으며, 피스톤은 다른 극한위치로 이동할 수 있으며, 분사접속을 차단하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 선행기술의 단점들이 회피될 수 있는 연료시스템 차단밸브를 제공함에 있다. 본 발명의 목적은 특히 시동시에 의도하지 않은 차단이 방지될 수 있는 차단밸브를 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 특허청구의 범위 제 1 항 및 기타의 종속항에서 개시된 방식대로 주로 달성될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 차단밸브가 연료분사 시스템에 어떻게 적용되는가를 나타내는 도면,
도 2 는 본 발명에 따른 차단밸브가 그의 기본위치에 있을 때의 실시예를 나타내는 도면,
도 3 은 분사시의 도 2 에 따른 차단밸브를 나타내는 도면,
도 4 는 제 2 의 극한위치에 있는 때의 도 2 에 따른 차단밸브를 나타내는 도면,
도 5 는 도 2 에 따른 차단밸브의 차단상태를 나타내는 도면, 및
도 6 은 본 발명에 따른 다른 차단밸브를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 공통레일 저류부2: 분사밸브
3, 4: 차단밸브5: 본체부
5' : 쇼울더6: 연료공간
7: 입구연결부8: 출구연결부
9:액츄에이터9': 제 1 영역
10: 스프링11: 스로틀
12: 보조피스톤12': 제 2 영역
13: 밀폐면13': 밀폐면(13)의 대향면
본 발명에 따른 연료시스템 차단밸브는, 입구 및 출구연결부를 가지는 연료공간이 배치된 본체부와, 그 연료공간내에서 이동가능하게 배치되며 그의 위치에 따라서 연료가 차단밸브를 통하여 흐르거나 또는 연료의 유통이 금지되는 액츄에이터 및, 그 액츄에이터에 연료의 주된 유통방향에 대향하는 힘을 발생하는 대항력 기구를 포함한다. 액츄에이터는 그에 이동가능하게 배치된 보조 액츄에이터를 포함한다.
액츄에이터 및 보조 액츄에이터는, 연료공간 입구연결부상에, 그 공간과 각각 경계하는 제 1 표면적 및 제 2 표면적을 포함하며, 보조 액츄에이터에 의하여 형성된 제 2 표면적은 액츄에이터에 의하여 형성된 제 1 표면적보다 작다. 보조 액츄에이터는 입구 및 출구연결부 사이의 연료의 흐름접속을 폐쇄 및 개방하도록 이동가능하게 배치된다. 이러한 목적을 위하여 보조 액츄에이터에는 밀폐면이 마련된다.
연료의 주된 흐름방향에 대향하는 힘을 발생하기 위하여 액츄에이터내에 배치되는 대항력 기구는 또한 보조 액츄에이터에도 힘을 발생하며 액츄에이터의 상호위치의 결정에 영향을 주며, 다른 말로 하면, 이들은 공통의 대항력 기구를 공유한다.
차단밸브의 연료공간은 바람직하게는 원통형이며 액츄에이터는 피스톤수단을 포함하며, 그의 지름은 연료공간 지름에 실질적으로 대응하며, 그의 길이방향 축의 방향으로 구멍에 끼워지며, 보조 액츄에이터는 피스톤 수단의 홀내에 이동가능하게 배치된다.
보조액츄에이터 밀폐면의 대향면은 출구 연결부와 연관하여 배치될 수 있거나 또는 차단밸브가 만들어지는 방식에 따라서는 액츄에이터와 연관하여 배치된다.
본 발명과 관련하여 여러개의 장점이 얻어진다. 먼저, 이러한 해결방법의 작용은 엔진의 시동시에 신뢰성이 있다. 차단밸브 보조 액츄에이터의 작동압력은 원하는 바에 따라 규격이 용이하게 만들어질 수 있으며, 또한 주로 차단밸브의 작동은 압력에만 온건하게 의존된다. 또한, 연료의 품질은 작동에 근소한 영향만을 가지며 연료내의 가능한 먼지입자의 수가 시동동작에 영향을 미치지 않는다.
본 발명은, 예시적이긴 하지만 이하의 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다:
(실시예)
도 1 에서 개략적으로 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 차단밸브(4)는 공통레일저장 분사시스템에 적용될 수 있다. 공통레일 저류분사 시스템은 공지이므로 이에 대하여는 상세하게 설명하지 않는다. 공통레일 저장분사 시스템은 그의 기본적인 구성부분으로서, 엔진으로 분사되도록 분사밸브(2)와 관련하여 연료가 고압하에 있는 공통레일 저류부(1)를 포함한다. 공통레일 저류부(1)로부터는, 각 실린더 (도시않됨)로 연료를 분배하는 분사밸브(2)용의 연료 연통덕트(3,3')가 배치되어 있다. 공통레일 저류부에는 동작시에 적절한 분사압력이 분사밸브(2)로 가해지도록 하는 압력이 유지된다. 각 분사밸브(2)는 분사를 독립적으로 제어하기 위한 제어수단(도시않됨)를 포함하여 구성한다. 연료연통 덕트(3,3')에는 제 2 내지 5 도를 참조하여 그의 동작을 설명할 차단밸브(4)가 배치된다.
차단밸브는 그의 초기상태가 도 2 에 개시되어 있다. 차단밸브는 원통형 연료공간(6)이 배치되는 본체부(5)를 포함한다. 연료공간과 관련하여 연료용 입구연결부(7) 및 출구연결부(8)이 채택된다.
본체부(6)의 연료공간에는 액츄에이터(9)가 끼워지며, 이는 피스톤구조(9)등을 포함하여 구성된다. 피스톤 구조(9)의 위치의 바닥에서, 연료는 차단밸브를 통하여 흐르거나 또는 연료의 흐름이 차단될 수 있다. 차단밸브(4)는 스프링(10)을 더욱 포함하여 구성되며, 이 스프링(10)의 영향하에 피스톤 구조(9)는 본체부(5)의 쇼울더(5')에 대하여 도 1 에 나타낸 위치에 있게 된다. 분사와 분사사이의 통상의 동작조건하에서는, 차단밸브(4)가 도 2 의 위치에 있게 된다.
분사밸브(2)가 분사를 시작하는 통상의 동작시에, 차단밸브(3)상에 압력의차, 다시 말해서 입구연결부(7)와 출구연결부(8)의 사이에 압력차가 있게 되면, 이 경우에 분사가 정지되고 압력의 차가 동등해질 때까지 피스톤구조(9)가 위치를 벗어나게 딘다. 이러한 상황을 도 3 에 나타내었다. 이 상황에서는, 분사될 연료의 양이 연료공간(6)내의 피스톤 구조(9)의 운동에 의하여 변위된 체적과 동등하게 된다.
보조 액츄에이터, 즉 보조 피스톤(12)은 피스톤 구조(9)와 관련하여 이동가능하게 배치된다. 피스톤 구조(9)는 연료공간(6)의 입구연결부(7)측의 단면에 공간(6)을 제한하는 면적(9')을 가지며, 여기에는 연료공간의 압력이 작용하고, 통상의 동작시에 보조피스톤(12)은 피스톤 구조(9)와 함께 둘 사이의 상호이동이 없이 이동한다.
차단밸브(2)가 누설되거나 또는 분사후의 어떤 이유로 폐쇄되지 않는 경우에는, 공통레일 저류부(1)의 압력이 피스톤 구조(9)를 보조 피스톤(12)과 함께 도 4 에 나타낸 극한위치로 밀게 된다. 피스톤 구조(9)의 이러한 위치에서 분사밸브(2)내로의 연료의 흐름은 강하게 제한되는데, 왜냐하면 연료흐름의 전체가 스로틀(11)을 경유하기 때문이다. 이 스로틀은 연료공간(6) 피스톤 구조의 상이한 측부에서의 단면들을 상호간에 접속한다. 피스톤 구조(9)상의 압력의 차이가 증가되고, 이 차이가 특정한 한계점에 도달하였을 때, 보조 피스톤(12)이 피스톤 구조(9)에 대하여 이동하여, 밀폐면(13, 13')이 폐쇄되며, 연료의 흐름을 차단하는데, 이 상황을 도 5 에 나타내었다. 여기에서 보조 피스톤(12) 밀폐면(13)의 대향면(13')이 출구 연결부(8)와 연결되어 배치된다. 이러한 작용은, 보조 피스톤(12)이 연료공간(6)의 입구 연결부(7)측상의 단면의 공간과 맞닿는 영역(12')을 포함하기 때문에 발생하며, 이 영역은 피스톤구조(9)의 대응 영역(9')에 비하여 작으며, 이 경우에 일차적으로 피스톤 구조(9)와 보조피스톤(12)의 공동 이동이 발생하며, 압력의 차이가 소정의 한계를 벗어날 때만 보조피스톤(12)이 피스톤 구조내로 이동하게 된다. 따라서, 보조피스톤(12)을 움직이는 압력은 그의 지름에 의하여 결정된 영역으로만 도출되며 이러한 이동은 전체 피스톤 구조(9)의 이동을 가능하게 하는 압력보다 큰 압력을 필요로 한다.
본 발명에 따른 차단밸브(4)는, 예를 들면 이하와 같은 중유가 적용되는 엔진의 시동으로 작동한다. 연료의 순환이 엔진이 시동하기 전에 시작되고, 연료시스템의 저압측의 압력이 입구연결부(7)에 영향을 미친다. 이러한 초기상태에서, 출구연결부(8)측은 압력이 거의 없거나 또는 심지어 공기로 가득차 있게 된다. 다음 단계에서 차단밸브(4)의 피스톤 구조(9)는 도 4에서 나타낸 위치로 이동하고, 다시 말해서 그의 제 2 의 극한위치로 이동하게 된다. 예를 들어, 연료시스템의 저압측의 압력은 약 7 bar 인 것으로 가정된다. 차단밸브(4)는 예를 들면 도 5 에서의 위치로 보조피스톤(12)을 이동시키는데 필요한 압력의 차가 25 bar 로 되도록 규격이 이루어진다. 실제로, 이는 차단밸브(4)가 개방된 상태로 유지되고 출구연결부(8)상의 단면과 분사시스템으로부터 그에 후속하는 단면을 채우며, 입구 연결부(7)와 출구 연결부(8)사이의 압력의 동등화를 가능하게 함을 의미한다. 입구연결부와 출구연결부의 압력이 충분히 동등해진 때에는, 차단밸브의 피스톤 구조 (9)가 도 2에서 나타낸 위치로 이동하고, 엔진은 아무런 문제없이 시동될 수 있다. 이러한 방식으로 스로틀(11)은 피스톤구조(9)의 임의의 복귀속도에 의하여만 규격이 지워질 수 있다(엔진이 운전중일 때의 통상의 상태). 예를 들어 엔진이 운전중일 때, 차단밸브의 출구연결부(8)상에 파이프의 파단이 있으면, 차단밸브는 즉시 폐쇄된다.
또 다른 차단밸브의 실시예를 도 6 에 나타내었다. 이 실시예는 도 2 내지 5 에 나타낸 실시예에 대응하는 것이지만, 보조피스톤(12)이 피스톤 구조(9)와 함께 그 자신이 연료흐름의 차단수단으로서 기능하는 것이 상이하다. 이 실시예에서는, 피스톤구조내에 결합되는 볼트(12)등이 있음으로써, 그의 끝단으로부터 연료공간(6)의 피스톤 구조와 관련하여 출구연결부(8)측의 단면까지, 또한 연료공간(6)의 피스톤 구조에 관한 그의 다른 단면으로부터 입구연결부(7)측까지 홈(11)이 개방된다. 만약 피스톤 구조(9)상의 압력차가 특정 한계를 초과하게 되면, 볼트(12)는출구연결부로 향하여 이동하게 되고, 이 경우에 밀폐면(13,13')이 상호간에 대하여 맞닿게 된다. 도 6에 따른 실시예에 있어서, 보조피스톤 밀폐면(13)의 대향면(13')은 피스톤 구조(9)와 관련하여 배치된다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구의 범위내에서 다양한 본 발명의 변형이 가능하다.
상기와 같이 본 발명은, 선행기술의 단점들이 회피될 수 있는 연료시스템 차단밸브를 제공할 수 있으며, 특히 시동시에 의도하지 않은 차단이 방지될 수 있는 차단밸브를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 입구(7)연결부 및 출구(8)연결부를 가지는 연료공간(6)이 배치된 본체부(5)와, 그 연료공간내에 이동가능하게 배치되며 그의 위치에 따라서 연료가 차단밸브 (4)를 경유하여 유통하거나 또는 연료의 흐름이 방지되는 액츄에이터(9) 및, 상기 액츄에이터(9)에 대하여 연료의 흐름의 주된방향에 대향하는 힘을 발생시키는 대향력 구조를 포함하는 연료시스템 차단밸브(4)에 있어서, 상기 액츄에이터(9)는 이동가능하게 그에 장착된 보조액츄에이터(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 액츄에이터(9) 및 보조 액츄에이터(12)는, 연료공간의 입구 연결부(7)측의 단면내에서, 그 공간과 맞닿는 제 1 영역(9') 및 제 2 영역(12')을 각각 포함하며, 보조 액츄에이터(12)에 의하여 형성된 제 2 영역(12')은 액츄에이터에 의하여 형성된 제 1 영역(9')보다 작은 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 보조 액츄에이터(12)는 입구연결부(7)와 출구연결부(8) 사이의 연료유통의 폐쇄 및 개방을 제공하도록 이동가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 보조 액츄에이터(12)에는 입구연결부(7)와 출구연결부(8)사이의 연료의 유통을 폐쇄하기 위한 밀폐면(13)이 마련되는 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
  5. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 연료의 주된 유통방향에 대향하는 방향으로 힘을 발생하기 위하여 액츄에이터내에 배치된 대향력 구조(10)는 보조 액츄에이터(12)에 힘을 발생하며, 이는 액츄에이터(9)와 보조액츄에이터(12)의 상호위치의 결정에 영향을 주는 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
  6. 상기 항중의 어느 한 항에 있어서, 연료공간(6)은 원통형이며, 액츄에이터 (9)는 피스톤 수단을 포함하며, 피스톤은 그의 지름이 연료공간의 지름과 같고 그의 길이축과 평행하게 구멍이 있으며, 보조 액츄에이터(12)는 피스톤 구조(9)의 구멍내에 이동가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
  7. 제 4 항에 있어서, 보조 액츄에이터 밀폐면의 대향면(13')은 출구연결부(8)와 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
  8. 제 4 항에 있어서, 보조 액츄에이터(12) 밀폐면의 대향면(13')은 액츄에이터 (9)와 연결되어 배치되는 것을 특징으로 하는 연료시스템 차단밸브.
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