KR20040077939A - 연료 분사 밸브 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)에 관한 것이며, 상기 연료 분사 밸브는 제 1 슬리브(4) 내에 캡슐화되고 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 정면(29)은, 공급측 정면(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 의해서 보상되도록 정해진다.
Description
예컨대 DE 195 34 445 C2에는 독립항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 상기 문서에 설명된 내연 기관용 연료 분사 밸브는 노즐 바디에서 축방향으로 이동하는 노즐 니들을 포함하며, 상기 노즐 니들은 압전식 액추에이터에 의해서 작동할 수 있으며 스프링에 의해서 폐쇄 위치에서 유지된다. 연료는 자유로이 조정될 수 있는 압력에 의해 외부 원으로부터 공급된다. 노즐 니들은 중심 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 있는 것이 단점이다.
또한 밸브 니들의 길이에 기인해서 상기 밸브 니들에서 진동이 유도되는 것이 단점인데, 상기 진동은 제어가 안되는 리바운드 상태를 야기할 수 있다.
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
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.
독립항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 이에 반해, 연료압에 좌우되는 밸브 행정의 종속성이 압력을 보상하는 조치에 의해 현저하게 감소되는 장점을 갖는다. 압력 진동 및 액추에이터 진동은 분리된다. 이는 액추에이터가 캡슐화된 슬리브를 통해 이뤄지며 이로써 슬리브 및 작동 플런저의 강성은 슬리브의 길이 변화가 액추에이터 및 작동 플런저의 상응하는 길이 변화에 의해서 보상되도록 선택되며 상기 작동 플런저는 액추에이터의 배출측에 배치된다.
종속항에 기재된 조치들을 통해 독립항에 제시된 연료 분사 밸브의 바람직한 또 다른 실시예가 가능하다.
특히 상기 액추에이터가 액추에이터와 작용이 연결된 작동 플런저와 연료 분사 밸브의 하우징에 연결된 슬리브 사이에 고정된 스프링에 의해 단순한 방식으로 예비 응력을 받을 수 있는 것이 장점이다.
또한 액추에이터는 스프링 슬리브에 의해서 예비 응력을 받는 장점을 가지며 상기 스프링 슬리브는 보호 부품 및 작동 플런저의 숄더를 통해서 액추에이터의 양 정면을 서로 조인다.
제 2 슬리브가 연료 분사 밸브의 하우징에 고정 배열됨으로써, 연료압에 의한 진동은 효과적으로 댐핑된다.
벨로우즈의 다양한 재료들의 강성과 액추에이터의 슬리브의 강성은 길이 변화가 보상되도록 선택된다.
바람직하게 제 1 슬리브는 길이 보상을 어렵게 하는 횡력을 방지하기 위해서 튜브 내에 캡슐화되며 시일에 의해서 밀봉되므로 힘은 정면에만 작용하며 액추에이터를 캡슐화하는 슬리브의 정면에는 작용하지 않는다. 따라서 길이 변화의 보상은단순해진다.
본 발명의 실시예는 도면에 단순하게 도시되며 하기의 상세한 설명에 더 자세히 설명된다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 1 실시예는 혼합 응축 불꽃 점화식 내연 기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브(1)의 형태로 구성된다. 상기 연료 분사 밸브(1)는 특히 도시되지 않은 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기에 적합하다.
상기 연료 분사 밸브(1)는 연료를 공급하기 위한 유압 연결부(3)를 포함하는 하우징(2)을 갖는다. 하우징(2) 내에는 제 1 슬리브(4)가 배치되며 상기 슬리브 내에는 액추에이터(5)가 캡슐화된다. 액추에이터(5)는 제 1 실시예에서 압전식 액추에이터(5)로 형성된다. 액추에이터(5)는 공급측으로 지지 부품(6)에 의해서 제 1 슬리브(4)에 지지된다. 액추에이터(5)의 접촉을 위한 전기 라인(7)은 마찬가지로 제 1 슬리브(4) 내에 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 폐쇄하며 용접 시임(11)에 의해서 하우징(2)에 포지티브하게 연결된다. 슬리브(9)의 숄더(28)와 작동 플런저(8)의 숄더(27) 사이에는 액추에이터(5)에 초기 응력을 가하는 스프링(12)이 배치된다.
상기 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 탄성으로 실시된 벨로우즈(15)에 의해서 연료에 대해 밀봉된다.
상기 작동 플런저(8)의 배출측으로 플랜지(16)가 형성되며 상기 플랜지는 연료 분사 밸브(1)가 폐쇄된 상태일 때 갭(17)에 의해 작동 플런저(8)로부터 떨어진다. 플랜지(16)는 용접 시임(18)에 의해 밸브 니들(19)에 넌포지티브식으로 작용이 연결된다. 밸브 니들(19)은 노즐 바디(20) 내에서 안내된다. 노즐 바디(20)는 용접 시임(21)에 의해서 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)가 여기된 상태일 때 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 지지된다.
액추에이터(5)가 여기된 경우 액추에이터(5)는 연료의 배출 방향으로 스프링(12)의 힘에 반대되게 연장된다. 따라서 작동 플런저(8)도 마찬가지로 연료의 배출 방향으로 움직인다. 작동 플런저(8)와 밸브 니들(19) 사이의 갭(17)은 폐쇄된다. 액추에이터(5)가 계속해서 연장된 경우 밸브 니들(19)은 폐쇄 스프링(22)의 힘에 반대되게 마찬가지로 연료의 배출 방향으로 움직인다. 따라서 밸브 폐쇄 바디(23)는 밸브 시트면(24)으로부터 떨어지며 연료는 자세히 도시되지 않은 내연 기관의 연소실로 분사된다.
상기 액추에이터(5)를 여기시키는, 즉 전기 라인(7)을 통해서 공급되는 전류가 차단되면, 액추에이터(5)는 수축된다. 밸브 니들(19)이 작동 플런저(8)에 의한 하중을 받지 않는 경우, 폐쇄 스프링(22)은 연료의 유동 방향에 반대되게 플랜지(16)를 움직여, 밸브 니들(19)에 연결된 밸브 폐쇄 바디(23)는 다시 밸브 시트면(24)에 안착되므로 연료 분사 밸브(1)는 폐쇄된다. 스프링(12) 힘에 의해, 작동 플런저(8)는 마찬가지로 연료의 유동 방향에 반대되게 움직이므로 작동 플런저(8)는 그 출발 위치로 되돌아간다. 작동 플런저(8)와 밸브 니들(19) 사이에는 다시 갭(17)이 생긴다.
상기 연료 분사 밸브(1)의 내부 챔버(25) 내의 연료압으로 인해, 액추에이터(5)가 캡슐화된 제 1 슬리브(4)는 눌러진다. 따라서 액추에이터(5)의 공급측에 접한 지지 부품(6)은 연료의 배출 방향으로 눌러지므로, 마찬가지로 액추에이터(5)도 눌러진다. 이는 보상 조치 없이도, 작동 플런저(8)와 밸브 니들(19) 사이에 형성된 갭(17)을 허용되지 않게 확장시킨다. 따라서 제 1 슬리브(4)의 강성과 작동 플런저(8)의 강성은 연료압에 의한 제 1 슬리브(4)의 길이 변화가 액추에이터(5) 및 작동 플런저(8)의 길이 변화에 의해서 보상되도록 설계되므로, 모든 길이 변화 전체는 제로가 되며 따라서 밸브 니들(19)의 행정에는 영향을 미칠 수 없다. 이 경우 ΣΔl = 0, 길이 변화 Δl는 작용력에 대해서 비례하므로 Δl = F/c 이다. c는 힘을 받는 재료의, 압력에 대한 강성을 나타낸다.
F슬리브/ c슬리브= F액추에이터 / 플런저/ c액추에이터 / 플런저.
연료가 스로틀링되지 않고 밀봉 시트 방향으로 흐르도록 연료 채널(13)의 직경이 정해진다는 가정 하에, 제 2 슬리브(9)의 공급측과 배출측에서의 압력차도 마찬가지로 제로이므로, F = p ·A 가 적용된다.
A슬리브/ c슬리브= A액추에이터 / 플런저/ c액추에이터 / 플런저.
c슬리브 ≫ c벨로우즈 이기 때문에, 압력과 관련한 면들에 대해서 상기 식이 제한되며, 이로써 전체적으로
A슬리브- A벨로우즈/ c슬리브= A벨로우즈/ c액추에이터 / 플런저.이다
상기 면 A슬리브와 A벨로우즈및, 강성 c슬리브와 c액추에이터 / 플런저는 단순한 방식으로 적절한 형태 및 재료 선택을 통해, 액추에이터(5)를 캡슐화하는 제 1 슬리브(4)가 벨로우즈(15)에 연결되어 압력 보상되도록 조정된다.
상기 밸브 니들(19)은 전기 라인(7)을 통해서 상기 액추에이터(5)에 전기 전압이 제공될 때에 비로소 작동 플런저(8)를 통해 작동된다. 상기의 조치를 통해 연료의 압력 진동 및 액추에이터(5)의 진동은 분리되므로, 불리한 개방 펄스는 발생하지 않는다. 따라서 유압식 커플러와 같은 복잡한 다른 압력 보상 기술은 없어도 된다. 또한 갭(17)은 액추에이터의 열적 길이 변화가 연료 분사 밸브(1)의 에러 작동을 일으키지 않도록 설계된다.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 연료 분사 밸브(1)의 제 2 실시예의 개략적 단면도를 도시한다. 일치하는 부품에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 이미 설명한 부품들의 반복된 설명은 생략할 수 있다. 특히 밸브 그룹(14)은 도 1에서 설명한 밸브 그룹(14)과 동일할 수 있다.
도 2에 도시된 제 2 실시예는 특히 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 바람직한 단순한 변형예이다. 이 경우 액추에이터(5)는 슬리브(4) 내에 부가의 스프링 슬리브(26)를 포함하며 상기 슬리브는 인장 스프링과 같이 작용한다. 따라서 액추에이터(5)는 초기 응력을 받으며 그 작동 전에 이미 초기 응력을 받는다. 제 1 실시예서와 같이 또 다른 스프링은 생략될 수 있다. 일반적으로 작동 방식은 도 1에서 설명한 실시예와 동일하다.
도 3은 본 발명에 따라 구성된 연료 분사 밸브(1)의 제 3 실시예의 개략적 단면도를 도시한다. 일치하는 부품들에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 이미 설명한 부품들의 반복된 설명은 생략할 수 있다. 특히 밸브 그룹(14)은 도 1에 설명한 밸브 그룹(14)과 동일할 수 있다.
도 1, 2에 도시된 실시예에서는, 연료 분사 밸브(1)를 관류하는 연료의 힘이 제 1 슬리브(4)의 공급측 정면(29)에만 작용하지 않기 때문에, 횡력으로 인한 제 1 슬리브(4)의 연장이 불가피하고, 이러한 연장은 제 1 슬리브(4)의 압축을 막고 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 정면(29)은 상기 슬리브에 작용하는 힘을 항상 수용하며 제 1 슬리브의 측면(31)은 튜브(30)와 지지 부품(6) 사이에 시일(32)이 삽입됨으로써 차폐된다. 시일(32)은 예컨대 O-링 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 3 실시예에서 단순한 방식으로 용접 시임(34)에 의해 지지 부품(6)에 연결된 제 1 슬리브(4)와 튜브(30) 사이에는 이로써 힘을 받지 않는 챔버(33)가 형성되며, 상기 챔버는 제 1 슬리브(4)의 연장을 방지하므로 길이 보상은 쉬워진다.
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 캡슐화되고 연료 분사 밸브(1)의 내부 챔버(25)에 대해서 밀봉된 액추에이터(5), 상기 액추에이터(5)에 의해서 작동될 수 있고 밸브 폐쇄 바디(23)를 포함하는 밸브 니들(19) 및, 액추에이터(5)가 여기되지 않은 상태일 때 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 형성하는 연료 분사 밸브에 있어서,상기 액추에이터(5)는 갭(17)이 폐쇄된 후 작동 플런저(8)에 의해 밸브 니들(19)을 작동시키며, 제 1 슬리브(4)와 작동 플런저(8)의 강성은 제 1 슬리브(4)의 공급측 정면(29)에 가해지는 연료압에 의해 야기된 제 1 슬리브(4)의 길이 변화가 액추에이터(5)와 작동 플런저(8)의 길이 변화에 의해서 보상됨으로써 연료압의 변동시 상기 갭(17)의 축방향 폭이 변하지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 제 1 슬리브(4)에 접한 지지 부품(6)에 공급측으로 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 개구(10)를 통해서제 2 슬리브(9)를 관통하는 작동 플런저(8)와 작용이 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 슬리브(9)는 용접 시임(11)에 의해서 연료 분사 밸브(1)의 제 1 슬리브(4) 및 하우징(2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 플런저(8)는 제 2 슬리브(9)에 연결된 벨로우즈(15)를 통해 연료 분사 밸브(1)의 내부 챔버(25)에 대해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 슬리브(4)의 강성은 벨로우즈(15)의 강성 보다 훨씬 더 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 스프링(12)에 의해 초기 응력을 받는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 7 항에 있어서, 상기 스프링(12)은 액추에이터(5)의 배출측에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 8 항에 있어서, 상기 스프링(12)은 작동 플런저(8)의 숄더(27)와 제 2 슬리브(9)의 숄더(28) 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(5)는 스프링 슬리브(26)에 의해 초기 응력을 받는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 10 항에 있어서, 상기 스프링 슬리브(26)는 한편으로 작동 플런저(8)의 숄더(27)에, 다른 한편으로 지지 부품(6)에 넌포지티브식으로 연결되며, 상기 지지 부품(16)은 제 1 슬리브(4)에 접하고 액추에이터(5)가 상기 지지 부품(16)에 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬리브(4)는 연료에 의해 가해진 힘이 단지 공급측 정면(29)에만 작용하도록 튜브(30) 내에 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 슬리브(4)는 시일(32)에 의해 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 제 1 슬리브(4) 사이에는 힘을 받지 않는 챔버(33)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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