KR100482901B1 - 내연기관에사용되는연료분사장치 - Google Patents

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KR100482901B1
KR100482901B1 KR10-1998-0701004A KR19980701004A KR100482901B1 KR 100482901 B1 KR100482901 B1 KR 100482901B1 KR 19980701004 A KR19980701004 A KR 19980701004A KR 100482901 B1 KR100482901 B1 KR 100482901B1
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로게르 포트쉰
프리드리히 보에킹
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연료 분사 밸브가, 분사 밸브 부재에 의해 작동되는 태핏(21)을 포함하는 내연 기관용 연료 분사 장치에 관한 것이며, 상기 태핏은 제어실(25)을 제한하며, 상기 제어실에는 스로틀(27)을 통해서 항상 고압 연료가 공급되고, 또한 제어 밸브(36)와 유출 통로(129)를 통해서 압력이 배출될 수 있다. 이를 위해서는 제어 밸브(36)는 밸브 부재(44)를 갖고 있고 이 밸브 부재(44)는 유출 통로(129)의 개방시 밸브 부재가 제어실(25)을 향해서 움직이도록, 압전 소자(35)에 의해 작동된다. 폐쇄 위치에서 밸브 부재(44)는 제어실(125)의 압력에 의해 폐쇄 방향으로 작용을 받는다.

Description

내연기관용 연료 분사 장치{Fuel injection device for internal combustion engines}
본 발명은 청구 범위 제 1 항의 전제부에 따른, 내연기관용 연료 분사 장치에 관한 것이다.
영국 특허 제 1320057 호 명세서에 공지된 상기와 같은 종류의 연료 분사 장치의 경우, 제어실로부터 나온 유출 통로는 저장실로 통하며 이 저장실은 계속 연장된 릴리프(relief) 라인을 통해서 릴리프 챔버에 연결된다. 저장실내로의 유출 통로 입구에는, 제어 밸브의 밸브 부재를 위한 밸브 시트가 제공된다. 상기 밸브 부재는 구동 장치로서 압전 소자를 포함하며, 원추형 밀봉면을 갖는 밸브 부재로서 형성된다. 상기 밸브는 제어실 내의 압력을 제어하는 기능을 하며, 이 경우 압전 소자를 확실하게 작동시키기 위해서는 상기 소자가 압력에 의해서만 작동되어야 하는 것이 고려된다. 이런 의미에서 폐쇄 위치의 압전 소자에는, 밸브 시트로부터 전달된 폐쇄력과, 압력 부하로부터 유출 통로의 횡단면을 통해 밸브 부재에 가해지는 합성력이 작용한다. 압전 소자의 작동 능력의 일부는 폐쇄력이 제공됨으로써 상실된다.
도 1 은 고압 저장기로부터 연료가 공급되고, 제어 밸브에 의해 제어되는 공지된 방식의 연료 분사 밸브를 구비한 연료 분사 장치의 개략도.
도 2 는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 도 1 의 A 부분, 즉 제어실 및, 압전 소자(도시하지 아니함) 내에서 구동하는 제어 밸브의 밸브 부재를 포함하는 부분을 도시한 부분 단면도.
도 3 은 제 1 밸브 시트와 제 2 밸브 시트를 가지며 유출 통로 진행의 형태가 변형된 제어 밸브를 구비한 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 단면도.
도 4 는 제어 밸브 부재의 조절 행정에 대한 분사 밸브 행정의 그래프.
도 5 는 제 1 밸브 시트에 있는 제어 밸브의 밸브 부재의 제 1 위치에서 탄성 변형될 수 있는 중간 부품에 형성된 제 2 밸브 시트를 갖는, 도 3 에 따른 실시예에 대한 변형예인 제 3 실시예를 도시한 단면도.
도 6 은 도 5 에 따라 제공된 탄성 변형 가능한 중간 부품 및, 중간 부품에서의 차압에 의한 상기 부품의 변형(과장 도시됨)을 도시하면서, 폐쇄 위치에서 제 2 밸브 시트에 위치한 밸브 부재를 갖는 제어 밸브의 변형예를 도시한 도면.
도 7 은 분사 밸브 부재의 운동 경로에 대한, 중간 부품에 있는 밸브 시트의 운동 경로 및 밸브 부재의 조절 행정의 운동 경로를 나타낸 그래프.
도 8 은 제 2 밸브 시트의 변형예 및, 상기 제 2 밸브 시트와 협동하는, 밸 브 부재의 제 2 밀봉면의 변형예를 갖는 본 발명의 제 5 실시예를 도시하는 단면도.
도 9 는 다부재로 형성된 밸브 부재를 가진 본 발명의 제 6 실시예를 도시하는 단면도.
도 10 은 밸브 하우징의 바람직한 구성을 갖는 본 발명의 제 7 실시예 및, 제어실에 대한 유입 통로의 배치를 도시하는 단면도.
청구 범위 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 장치는 이와는달리, 제어 밸브를 밀봉되게 폐쇄하기 위해 필요한 폐쇄력이 압전 소자에 의해 형성되는 것이 아니고, 제어실 내의 압력에 의해 발생되는 장점을 갖는다. 압전 소자에 의해 형성될 높은 조절력은 밸브의 개방을 위해서만 요구되며, 재차 압전 소자는 제어실 내에 조정된 압력에 의해 작동한다. 밸브가 개방되자마자 제어 밸브의 조절 운동 또는 제어 밸브의 개방에 대한 반작용력은 신속하게 감소하므로, 이 경우에도 압전 소자는 실질적인 부하를 받지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 구성에서, 제어 밸브를 작동시키는 압전 소자는 실질적으로 작게 형성될 수 있으며, 에너지 요구량도 작게 유지될 수 있다. 이는 밸브 부재가 폐쇄 위치에 있을 경우 자체 밀봉 기능을 충족시키는데, 그 이유는 폐쇄 위치에서 제어실 내에는 유입부를 통해 공급되는 높은 연료압이 항상 존재하기 때문이다.
청구 범위 제 2 항에 따른 바람직한 실시예에서, 밸브 부재의 개방 방향 조절 운동을 위해 필요한 공간이 리세스 영역으로 감소하므로(reduced to the recess region) 제어 피스톤의 직경을 작게 유지할 수 있으며, 이는 연료 분사 밸브 부재의 더 신속한 속도를 얻을 수 있는 장점을 갖는데, 왜냐하면 제어실로부터 나오고 또한 제어실로 유입되는 체적 유량이 작기 때문이다.
청구 범위 제 3 항에 따른 바람직한 실시예에서, 유출 통로 통해 제어실의 압력을 릴리프하기 위한 유출 도중에, 서로 일렬로 위치한 2 개의 밸브 시트가 제공된다. 제어실 방향으로의 밸브 부재의 조절 운동시 밸브 부재와 제 1 밸브 시트에 의해 형성된 밸브는 개방되며, 그 결과 밸브 부재와 제 2 밸브 시트에 의해 형성된 밸브는 폐쇄된다. 밸브 부재의 제 1 밀봉면이 제 1 밸브 시트에 접하면, 제 어실 내의 압력은 연료 분사 밸브를 폐쇄하는 의미로 상승된다. 분사 밸브가 개방위치로 오면, 압전 소자의 작동에 의해 밸브 부재는 제 1 밸브 시트로부터 상승한다(lift up). 이 경우 청구 범위 제 4 항에 따라, 양 밸브 시트에서 유동 횡단면이 개방되는 중간 위치가 유지된다. 이 위치에서 연료 분사 밸브의 분사 밸브 부재는 개방 위치로 이동하므로, 제어 밸브의 밸브 부재가 이 중간 위치에 유지하는 시간에 의해 결정되는 연료 분사가 이뤄진다. 이에 반해 압전 소자가 그 완전한 작동 행정을 실시할 수 있도록 제어되면, 제 1 밸브 시트에서 횡단면의 개방 후 제어 밸브의 밸브 부재는 제 2 밸브 시트에 접하므로, 이 위치에서 제어실은 다시 릴리프 측에 대해 차단된다. 그러나 제 1 밸브 시트로부터 제 2 밸브 시트로의 운동의 지속 시간 동안 제어실의 압력은 단 시간 릴리프되며, 그 동안 단 시간의 분사 과정이 가능하다. 이 분사 과정은 전(pre)분사를 위해 사용된다. 뒤따라 필요한 주분사를 위해, 밸브 부재는 양 밸브 시트 사이의 중간 위치로 올 수 있으며, 주분사를 종료하기 위해서 상기 부재는 제어실내에 형성된 고압의 협력 하에 다시 제 1 밸브 시트로 돌아올 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 최소의 전분사량을 최소 비용과 노력으로 제어할 수 있는, 청구 범위 제 1 항 및 2 항에 기재된 구성에 특히 바람직한 부가의 가능성이 생긴다.
청구 범위 제 5 항 내지 제 7 항은 이와 같은 해결책의 바람직한 실시예에 관한 것이다. 청구 범위 제 8 항에 따른 또 다른 바람직한 실시예에서, 제 2 밸브시트는 탄성 변형 가능한 중간 부품에 형성된다. 이는 제어 밸브의 밸브 부재의 구동 장치인 압전 소자에 요구되는 작동 능력이 작게 유지될 수 있는 장점을 갖는다. 제 1 밸브 시트에서 횡단면이 개방된 후 제어 밸브의 밸브 부재가 제 2 밸브 시트에 접촉하면, 탄성 변형 가능한 중간 부품에서 차압이 발생한다. 제어실 반대측에서는 릴리프 챔버로의 압력 릴리프가 주어지는 반면, 제 2 밸브 시트에서 횡단면이 폐쇄되는 경우 제어실 내에는 고압이 주어진다. 상기와 같은 힘의 비율로 인해, 중간 부품은 변형될 수 있으며 제어 밸브의 밸브 부재의 구동측 방향으로 움직일 수 있다. 이는, 주분사를 실시하기 위해 제어실의 압력을 릴리프할 목적으로, 압전 소자가 제 2 밸브 시트에서 횡단면을 개방하기 위해 실시해야 하는 행정을 감소시킨다. 상기의 목적을 위해 밸브 부재가 제 2 밸브 시트로부터 상승하면, 변형 가능한 중간 부품에 가해지는 일방적인 힘이 다시 무효가 되므로 상기 중간 부품은 그 정상(normal) 위치로 리턴되고 이로써 릴리프 횡단면은 신속하게 개방된다.
청구 범위 제 19 항에 따른 특히 바람직한 실시예는, 연료 분사 밸브의 종방향 통로의 형태인 연료 분사 밸브의 압력실로 바람직하게 연료를 고압 안내함으로써 태핏 주변을 내압식으로 구성하는 것이다. 이로부터 바람직하게 유입 통로가 솔리드(solid) 밸브 하우징 내에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 나머지 청구항들에 기재되어 있다. 특히 제어 밸브의 밸브 부재에 있는 밀봉면의 바람직한 구성이 제시된다.
도면에는 본 발명의 7개의 실시예가 도시되며 하기의 상세한 설명에서 더 자세히 설명된다.
높은 분사압으로, 또한 적은 비용과 노력으로 연료 분사의 큰 변형을 가능하게 하는, 특히 분사 시점 및 분사량을 매우 정확하게 제어할 수 있는 연료 분사 장치는 소위 「커먼-레일-시스템(Common-Rail-System」에 의해 실현된다. 이 커먼-레일-시스템은 범용의 연료 고압 분사 펌프에 의해 제공되는 것과는 다른 형식의 고압 연료원을 제공한다. 그러나 본 발명은 소위 「커먼-레일-시스템」및, 범용의 연료 고압 분사 펌프에서도 사용될 수 있다. 물론, 커먼-레일-서스템이 더 바람직하다.
도 1 에서 커먼-레일-압력 공급 시스템에는 고압 연료원으로서 고압 연료 저장기(1)가 제공되며, 고압 연료 저장기(1)에는 고압 연료 공급 펌프(2)에 의해 연료 저장 탱크(4)로부터 연료가 공급된다. 고압 연료 저장기(1) 내의 압력은 전기 제어 장치(8)를 통해 압력 센서(6)와 함께 압력 제어 밸브(5)에 의해 제어된다. 이 전기 제어 장치(8)는 연료 분사 밸브(9)도 제어한다.
공지된 실시예에서 연료 분사 밸브(9)는 밸브 하우징(11)을 포함하며, 내연기관에 조립될 밸브 하우징(11)의 하나의 단부는 분사구(12)를 갖는다. 분사구(12)의 출구는 연료 분사 밸브(9)의 내부로부터 분사 밸브 부재(14)에 의해 제어된다. 분사 밸브 부재(14)는 도시된 실시예에서 긴(elongated) 밸브 니들로서 형성되며 그 하나의 단부는 밀봉면(15)을 갖고, 이 밀봉면(15)은 내측의 밸브 시트와 상호 작용한다. 밸브 니들은 압력 라인(17)을 통해 고압 연료 저장기(1)에 연결된, 밸브 하우징 내의 압력실(16) 내부에 위치한다. 압력실(16)의 직경이 확대된 부분에는, 압축 스프링(19)이 배치되며, 상기 스프링은 밸브 플레이트(20)와 밸브 하우징(11) 사이에서 축방향으로 고정되며 분사 밸브 부재(14)를 폐쇄 방향으로 가압한다. 압축 스프링(19)에 대해 동축으로 태핏(21)이 제공되며, 이 태핏(21)은 한편으로 밸브 플레이트(20)에 접하고 다른 한편으로는 가이드 보어(22)에 삽입되며, 거기서 가동벽을 형성하는 그 정면(23)은 가이드 보어의 폐쇄된 단부와 함께 제어실(25)을 둘러싼다. 제어실(25)로는 유입 통로(26)가 통하며 상기 유입 통로에는 스로틀(27)이 배치되고, 고압 연료는 항상 압력실(16)로부터 스로틀(27)을 거쳐서 제어실(25)로 공급된다.
제어실(25)로부터는 태핏(21)에 대해서 동축으로, 상기 태핏에 마주해서 위치한 정면으로부터 유출 통로(29)가 뻗어 있으며 상기 유출 통로는 밸브 하우징(11)의 내부에 형성된 릴리프 챔버(30)로 통하고, 릴리프 챔버는 계속해서 연장되는 릴리프 라인(31)를 통해 수용 능력이 있는 릴리프 챔버(32)로 안내되며, 이 릴리프 챔버(32)는 예를 들면 연료 저장 탱크(4)일 수 있다.
공지된 연료 분사 밸브에서, 릴리프 챔버(30)로의 유출 통로(29)의 입구는 시트 밸브로서 형성된 제어 밸브(36)의 밸브 부재(34)에 의해 제어되며, 밸브 부재는 압전 소자(35)에 의해 폐쇄 위치 또는 개방 위치로 올 수 있다.
공지된 연료 분사 장치는 이 경우 다음과 같이 작동한다:
바람직하게 내연 기관과 동기로 구동되는 고압 연료 공급 펌프(2)에 의해, 연료는 연료 저장 탱크(4)에서 고압 연료 저장기(1)로 공급되며. 고압 연료 저장 기의 압력은 압력 센서(6)와 함께 압력 제어 밸브(5)에 의해, 바람직하게는 일정한 값으로 조정된다. 이 값은 필요에 의해서 변경될 수도 있다. 고압 연료 저장기에서 제공될 수 있는 연료는 상기한 언급한 방식의 다수의 연료 분사 밸브에 공급된다. 제어 밸브(36)의 밸브 부재(34)가 도시된 폐쇄 위치에 있는 경우, 압력 라인(17)을 통해 공급된 고압으로 인해 제어실(25)내에도 높은 압력이 유지되며, 이 압력은 가동 벽(23)을 통해, 압축 스프링(19) 뿐만 아니라 분사 밸브 부재(14)에도 폐쇄력으로 가하므로 분사 밸브 부재(14)는 폐쇄 위치로 오며 상기 위치에 머무른다. 그러나 제어 밸브(36)가 개방되면, 제어실(25)의 압력은 유출 통로(29)를 통해서 릴리프될 수 있다. 제어실(25)내의 압력이 감소함으로써, 압축 스프링(19)의 폐쇄력은 밸브 부재의 압력면(41)에 작용하는 고압 연료에 대항해서 분사 밸브 부재(14)를 폐쇄 위치에 유지하기에는 더 이상 충분하지 않으므로, 분사 밸브 부재는 개방 위치로 이동한다. 반대로, 제어 밸브(36)의 밸브 부재(34)가 다시 유출 통로(29)를 폐쇄하면, 곧바로 다시 제어실(25) 내에 높은 연료압이 형성되고 분사 밸브부재(14)는 다시 폐쇄 위치로 가므로 연료 분사는 종료된다.
공지된 연료 분사 장치의 작동 방식을 개선하기 위해, 본 발명에 따라 제어밸브가 개선되었다. 본 발명이 구현되는 상세한 구성은 이하의 도면들에 도시되어 있다. 도 2 에는 도 1 에 도시한 기본 형식의 연료 분사 밸브의 부분이 도시되어 있으며, 도 2 는 상기 연료 분사 밸브의 A 부분에 해당한다. 도 2 에 도시한 구성에 있어서도, 가동 벽인 정면(23)은 제어실(25)을 둘러싸는 태핏(21)에 형성된다. 스로틀(27)를 구비한 유입 통로(26)는, 유입이 각각의 어느 위치에서도 태핏에 의해 폐쇄되지 않도록, 가이드 보어(22)의 원주벽에서 측방으로 제어실(25)에 통한다. 태핏(21)의 정면(23)에 대해 마주하여 위치한 가이드 보어(22)의 정면(37)에는 상기 정면(37)의 리세스(38)를 통해서 유출 통로(129)가 뻗어 있다. 원통형으로 형성된 리세스(38)로부터 유출 통로(129)로의 이행은 원추형 밸브 시트(39)를 통해 이뤄지며, 상기 밸브 시트에는 먼저 태핏(21)에 대해 동축인 원통형 중간실(40)이 연결된 다음, 상기 중간실로부터 릴리프 통로가 측방으로 뻗어 나오고, 유출 통로(129)에는 부가적으로 제 2 스로틀(42)이 배치된다. 상기 스로틀은 제 1 스로틀(27)과 함께, 시간에 따른 제어실의 압력 릴리프의 거동을 결정한다.
밸브 부재(44)는 도 1의 제어 밸브(36)의 밸브 부재(34)에 대해 변형된 형태로 밸브 시트(39)와 함께 상호 작용한다. 밸브 부재(44)는 밸브 태핏(45)을 포함하며, 상기 밸브 태핏은 밸브 하우징(11)의 보어(43)내에서 안내되며, 도시되지 않은 다른 하나의 단부는 압전 소자(35)에 커플링된다. 리세스(38)로 돌출한 밸브 태핏의 단부는 헤드(46)를 가지며, 상기 헤드에는 밸브 시트(39)를 향하는 원추형 밀봉면(47)이 형성된다. 제어 밸브(36)의 도시된 폐쇄 위치에서, 밀봉면(47)은 밸브 시트(39)에 접하므로, 유입 통로(26)를 통해서 유입된 연료에 의해 제어실(25)내에는 높은 압력이 형성되며 상기 압력은 분사 밸브 부재(14)를 폐쇄 위치에 유지시킨다. 상기 위치에서 헤드(46)는 제어실(25) 내의 압력을 받으며, 상기 압력은 압전 소자를 통한 작동 없이도 밸브 부재를 폐쇄 위치에 유지한다. 제어 밸브를 개방하기 위해서 압전 소자(35)는 헤드(46)가 리세스(38) 안으로 더 들어가서 밸브 시트에서 유동 횡단면을 릴리스하도록 작동한다. 이는 초기 단계에 있어서는 우선제어실(25) 내의 고압에 대항해서 이뤄진다. 밸브 부재가 밸브 시트(39)로부터 조금 상승하자마자, 밸브 부재에서는 압력이 보상되므로, 계속해서 개방 행정을 행하기 위해서 압전 소자에서는 비교적 적은 개방 작동만 있으면 된다. 제어실(25)은 릴리프되고 분사 밸브 부재(14)는 개방된다. 태핏(21)은 도시된 도면에서 위로 정면(37)을 향해 움직인다. 태핏(21)의 정면(23)에 형성된 챔퍼(24)와 이에 마주하게 정면(37)에 형성된 환형 리세스(28)에 의해, 유압식 스토퍼로서 작용하는 잔류실이 형성된다. 상기 잔류실 영역에서 태핏(21)의 잔류면은 유입 통로(26)를 통해 공급된 고압 연료에 항상 직접 노출된다. 상기 잔류실과 리세스(38) 사이의 영역에서 정면(23)과 정면(37) 사이에는 스로틀 갭이 남아 있으며, 상기 스로틀 갭은 릴리프된 리세스(38)를 잔류실로부터 분리하며, 밸브 시트(39)와 밸브 부재(44)에서 구현된 밸브의 폐쇄 후 리세스(38)에서도 압력을 상승시키기 위해 사용된다.
잔류실의 일부를 형성하는 환형 리세스(28)내로 유입 통로(26)를 도입하면,도 10 에 도시한 바와 같이 분사 밸브의 축에 대해 평행하게 안내되며 압력실(16)에 압력을 공급하기 위해 사용되는 보어(59)로부터 시작해서 유입 통로(726)를 태핏(721)의 축에 대해서 경사지게 형성할 수 있는 장점이 있다. 분사 밸브 하우징이 릴리프 챔버(30)(도 1)로의 이행부에서 분리되면, 바람직하게 유입 통로(726)는 평행한 보어(59)의 입구(61)에서 분리면(60)으로부터 시작해서 잔류실(738)에 대해서 경사지게 드릴링될 수 있다. 이는 제어실(725)을 중심으로 솔리드(solid) 분사 밸브 하우징이 유지되고, 또한 고압 유입부에 형성된 고압으로 인해 야기되는 벽의 변형이 가이드 보어(722)와 태핏(721) 사이의 피트(fit) 유극에 불리한 영향을 주지 않는다는 장점을 갖는다. 특히 별도의 삽입부에 의해 형성된 환형실(annular chamber)은 필요하지 않으며, 유럽 특허 출원 공개 제 0661442 호 명세서에 나타나는 바와 같이, 환형실이 있어야 하는 경우 유입 통로가 환형실로부터 고압 연료를 제어실로 안내해야만 한다. 상기 간행물에서 태핏의 가이드는 삽입부 내에 제공되며, 상기 삽입부는 고압에 노출된 환형실에 의해 둘러싸이므로 적은 벽 두께로 제 어실을 환형실로부터 분리한다.
상기 실시예에 의해, 제어 밸브를 작동시키는 압전 소자(35)와 관련한 상대적으로 적은 비용과 노력으로 분사 과정이 확실하고 신속하게 제어될 수 있다. 밸브 부재는 개방 순간에는 압전 소자에 대해 높은 저항을 가지지만, 그 후 제어실(25) 내의 압력 릴리프로 인해 저항들이 실제로 0이 되므로, 압전 소자들은 이러한 특수한 부하 상태에 대해서만 설계되면 된다.
도 2 에 대한 변형예로서 도 3 에 따라 유출 통로(229)는 제어실(25)로부터 측방으로 뻗어 나을 수 있다. 도 3 은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 도시하며, 이 경우 도 2 와 유사하게 제공된 밸브 시트는 제 1 밸브 시트(139)이고, 상기 제 1 밸브 시트(139)에는 중간실(40)이 인접하며, 중간실(40)로부터 유출 통로(229)는 제 2 스로틀(142)을 통해 릴리프 챔버까지 연장된다. 상기 제 1 밸브 시트(139) 외에도 제 2 밸브 시트(49)가 제공되며, 상기 제 2 밸브 시트(49)는 제 1 밸브 시트(139)에 대해서 동축으로 또한 제 1 밸브 시트에 대향하는 제어실(25) 측면에 위치한다. 이를 위해 유출 통로(229)는 중간 영역에 밸브실(50)을 포함하며,상기 밸브실(50)에는 예컨대 구형으로 형성된 밸브 부재(144)의 헤드(146)가 삽입될 수 있다. 상기 구형 대신에 도 2 에 도시한 바와 같은 형태, 즉 제 1 밀봉면인 원추형 밀봉면(47)과 상기 제 1 밀봉면에 대향되게 위치하며 역시 원추형인 제 2 밀봉면(52)을 가진 형태도 가능하며, 상기 제 2 밀봉면(52)은 도 3 의 실시예에 사용하기 위한 가능한 대체예로서 도 2에 파선으로 도시되어 있다.
도 3 에 도시한 실시예의 구형의 헤드에서, 제 1 밀봉면(147)은 제 1 밸브 시트(39)의 측면 쪽으로 형성되며, 제 1 밀봉면에 대향되게 제 2 밀봉면(152)은 구형의 연장으로서 구현된다. 제 2 의 밀봉면은 밸브 부재(144)의 작동시에 제 2 밸브 시트(49)에 접하며, 상기 위치에서 밸브 부재(144)는 유출 통로(229)의 중간 개방 후 상기 통로를 다시 폐쇄한다. 밸브 부재(144)의, 도 3에 도시된 위치, 즉 제 1 밸브 시트(139)포부터 제 2 밸브 시트(49)까지의 행정에 걸리는 지속 시간 동안,제어실(25)의 릴리프는 분사 밸브 부재가 단시간 개방될 수 있도록 일어난다. 밸브 부재의 제 2 밀봉면(152)이 제 2 밸브 시트(49)에 다시 접하면 제어실(25)내의 압력이 매우 신속하게 다시 증가되며 연료 분사 밸브는 폐쇄된다. 상기 실시예는, 압전 소자(35)에 의한 밸브 부재(144)의 작동시 한 번의 운동 시퀀스 및 운동 방향으로, 릴리프 라인의 개방 및 재폐쇄가 제어실의 중간 릴리프에 의해 실행될 수 있다는 매우 중요한 장점을 가지며, 이로써 릴리프 시간은 매우 짧아질 수 있다. 이는 전분사와 후속하는 주분사 사이의 분사 중단과 관련해서 바람직하다. 상기 과정을 행하기 위한 공지된 모든 실시예의 경우 전분사를 일으키기 위해 밸브 부재의 제 1 왕복 운동이 필요했고, 또한 주분사를 결정하기 위해 밸브 부재의 제 2 왕복 운동이 필요했던 반면에, 이제 밸브 부재의 1회 왕복 운동에 의해 전분사 및, 분사 중단을 포함하는 주분사도 제어될 수 있다.
도 4는 상부에, 시간에 따른 분사 밸브 부재(14)의 행정 경로를, 그리고 이와 관련하여 제어 밸브의 밸브 부재(144)의 행정 경로를 도시한다. 도 4의 상부 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 먼저 전분사(VE)를 실행하기 위한 분사 밸브의 단시간 개방이 이뤄진 다음 분사 중단(SU)이 실행되고 그 후 주분사(HE)를 위한 분사 밸브의 개방이 이뤄진다. 하부 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 밸브 부재(144)는 행정이 0인 출발 위치로부터 전분사가 일어나는 행정 동안 진행한다. 행정(he)에서 전분사는 종료되며 밸브 부재(144)의 최대 변형에 이른다. 밸브 부재(144)는 SU 동안 최종 위치에 머무른 후 다시, 주분사(HE)를 실시하기 위해 양 밸브 시트(139, 49)에서 횡단면이 개방되는 중간 위치(ZS)로 돌아온 다음, 최종적으로 제 1 밸브 시트(139)로 되돌아온다. 상기 실시예에서 양 밸브 시트(139, 49)는 바람직하게 서로 동축으로 위치하며 밸브 부재(144)의 밸브 태핏에 대해서 동축으로 위치한다. 상기의 방식으로 양 밸브 시트에서 각각 하나의 시트 밸브가 구현된다.
밸브 부재의 조절 운동을 실행하기 위한 압전 소자에 대한 요구를 줄이기 위해, 도 3의 실시예에 대한 변형예에서 제 2 밸브 시트는 밸브 시트(149)로서, 탄성변형 가능한 중간 부품(55)에 배치된다. 중간 부품(55)은 예컨대 디스크형이며 이는 주로 금속으로 구성되고 밸브 하우징(11)의 2 개의 절반 사이에 밀봉되게 고정된다. 상기 중간 부품은 태핏(21) 또는 밸브 부재(244)에 대해서 동축으로 관통 보어(56)를 포함하며, 이는 밸브실(150)을 제어실(125)에 연결한다. 밸브실(150) 내로의 관통 보어(56)의 입구는 제 2 밸브 시트(349)로서 형성되며 제 2 밸브 시트에는, 밸브 부재(344)의 제 2 밀봉면(352)이 그 최대 변형 위치에서 밀봉되게 접한다. 밸브 부재(344)의 헤드(346)는 도 3 에 도시한 실시예에 대한 변형예로서, 원추면인 제 1 밀봉면(347)과 구형 면인 제 2 밀봉면(352)을 갖는다. 물론 도 2 에 도시한 헤드(46)의 구조가 여기서 사용될 수도 있다. 탄성 변형 가능한 중간 부품은 제어실(125)을 향한 측면에, 관통 보어(56)에 대해서 동심으로 위치한 환형 리 세스(57)를 포함하며 이 리세스에 의해, 탄성 변형 가능한 중간 부품은 환형 리세스(57)로부터 시작해서 특히 상부 쪽인 밸브(344) 쪽으로 쉽게 변형될 수 있다. 그러나 이와 같은 특성은 중간 부품의 두께를 다른 방식으로 줄임으로써도 얻을 수 있다. 도 6 에는 중간 부품의 변형의 상기 상태가 도시된다. 그러나 여기서 밸브는 도 3 에 도시한 바와 같이 구형으로 형성된 밸브 부재(444)의 헤드(446)를 갖는다. 헤드(446)의 제 2 밀봉면이 제 2 밸브 시트(349)에 접촉하면, 제어실(25)에는 고압 연료 저장기의 고압이 형성될 수 있다. 도 5 에 도시한 밸브 부재(344)의 위치에서 밸브실(150)이 제어실(125)과 동일한 압력에 노출되었다면, 이제 도 6 에 따른 위치에서는 탄성 변형 가능한 중간 부품(55)이 밸브 부재(444)를 향해 변형되도록 상이한 압력이 생긴다. 도 7 에는 이 과정이 도시된다. 상하로 위치하며 서로 연관된 그래프 중 상부 그래프에는 분사 밸브 부재(14)의 행정 운동이 도시되며, 전분사(VE), 분사 중단(SU) 및 주분사(HE)의 영역이 재차 도시된다. 하부 그래프에서 곡선(M)은 탄성 중간 부품의 운동을 나타낸다. 출발 위치(hmo)에서 밸브부재(444)의 조절 경로와 관련해서 중간 부품의 제 2 밸브 시트(349)는 위치(hm1)로 온다. 이는 밸브 부재가 출발 위치(VO)로부터 시작해서 위치(hm0)에서 중간 부품에 접할 때 밸브 부재(444)의 행정 운동이 종료됨으로써 시작된다. 상기 위치에 도달되면, 밸브 부재는 중간 부품의 제 2 밸브 시트(349)와 함께, 이때 생긴 차압의 작용 하에 위치(hml)로 오며 밸브 부재(444)가 제 2 밸브 시트(349)에 접할 때까지 이 위치에 머무른다. 그 후 밸브 부재(444)가 제 2 밸브 시트(349)로부터 다시 상승해서 재차 그 출발 위치(hm0)로 되돌아온 다음, 밸브 부재(444)는 도 4에 따른 그래프에서와 마찬가지로 중간 위치(ZS)로 오며 이때 제어실(125)의 압력은 릴리프되고 주분사가 실행된다. 이어서 밸브 부재는 그 최종 위치(VO)로 되돌아간다. 다이어프램이 행정(hml) 방향으로 변형될 수 있는 영역에서 밸브 부재도 되돌아가는 방향으로 변형될 수 있으므로, 밸브 부재의 행정은 원래의 최종 위치(hm0)에서 공통의 최종 위치(hml)로 되돌아간다. 따라서, 그 후 밸브 부재(444)를 완전히 개방하기 위해 실행될 행정은, 중간 부품의 탄성 변형 없이 조정되는 곡선(V1) (파선으로 표시함)에 비해서 감소되어 있다. 제 2 밸브 시트(349)로부터 상승된 직후 양 부품, 즉 밸브 부재(444)와 탄성 변형 가능한 중간 부품(55)은 개방 방향의 행정을 실행하므로, 주분사를 실시하기 위해서 제어실(125)의 매우 신속한 릴리프가 이루어진다. 따라서 압전 소자의 최대 행정에 대한 요구는 낮아지는데, 왜냐하면 제 2 밸브 시트(349)에 대한 실제 폐쇄력이 탄성 변형 가능한 중간 부품의 변형과 함께 조정되기 때문이다. 이 같은 사실은 매우 유리하다. 왜냐하면 압전 구동 장치의 크기 및 이를 위해 제공된 에너지는 요구된 조절 행정의 크기에 따라 증가하기 때문이다. 여기에 도시된 방식으로, 제어 밸브의 동일한 성능에 대해 요구되는 행정은 줄어들 수 있다.
위에서는 밸브 부재의 다양한 실시예들이 도시되었다. 이것에 더해서 도 8 은 밸브 부재(544)의 헤드(546)가 제 1 밀봉면과 제 2 밀봉면으로서 각각 하나의 원추형 밀봉면(547, 552)을 갖는 변형예를 도시한다. 이에 상응하게 밸브 시트가 형성된다. 마지막으로, 원추형 제 2 밀봉면(552) 대신에, 플랫 시트 밀봉면을 구현할 수도 있으며 이에 상응하게 형성된 제 2 밸브 시트가 형성된다.
제 6 실시예에 따른 변형예에서 도 9의 밸브 부재(644)는 2 부분으로 구현된다. 즉, 상기 밸브 부재가 헤드(646)를 포함하며 이 헤드는 제 1 밀봉면(647)을 갖고, 상기 밀봉면 반대쪽에 가이드면(59)을 가지며 이 가이드면에는 밸브 부재(644)와 유압식으로 커플링된 제 2 밸브 부재, 본 실시예에서는 구(60)가 안내된다. 상기 구(60)는 구형, 바람직하게는 원추형 제 2 밸브 시트(649)와 협동한다. 제 1 밸브 시트(639)에 밸브 부재(644)가 있는 도시된 위치에서, 구(60)는 제어실(625)내의 압력에 의해 밸브 부재(644)에 접촉된다. 작동시 구는 가이드되어서 제 2 밸브 시트(649)에 접한다. 상기와 같은 구(60)를 표준 부품으로 사용하면 밸브 시트와의 적절한 밀봉 피트가 얻어질 수 있다.

Claims (18)

  1. 고압 연료원(1)을 갖는 내연 기관용 연료 분사 장치로서, 연료가 상기 연료 원으로부터 연료 분사 밸브(9)에 공급되며, 상기 연료 분사 밸브는 분사구(12)를 제어하기 위한 분사 밸브 부재와 제어실(25)을 포함하며, 상기 제어실은 분사 밸브(14)에 적어도 간접적으로 연결된 가동 벽(23)에 의해 제한되고, 또한 상기 제어실은, 스로틀에 의해 치수가 설정된, 고압원, 바람직하게는 고압 연료원(1)으로부터 나오는 유입 통로(26) 및, 릴리프 챔버(30)에 대해 규정된 최대 유출 횡단면을 갖는 유출 통로(29)를 포함하며, 상기 유출 통로에 밸브 시트(39)가 형성되고, 이 밸브 시트는 제어 밸브(36)의 밸브 부재(44, 46)의 밀봉면(47)에 의해 제어되며 상기 제어 밸브는 압전 소자(35)에 의해 작동되고, 상기 밸브 시트(39)는 제어실(25) 쪽으로 유출 통로(129)에 배치되며, 상기 압전 소자(35)는 제어실(25) 내에 형성된 압력에 대항해서 유출 통로(129)를 제어실(25)쪽으로 개방하기 위해 밸브 부재(44, 46)를 밸브 시트(39)로부터 상승시키며, 상기 밸브 부재(44, 46)는 제어실(25) 내의 압력에 의해 폐쇄 방향으로 작용을 받는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 유출 통로에서의 밸브 시트는 제 1 밸브 시트(139)이며, 상기 제 1 밸브 시트에 대향하는 제어실 측면에, 유출 통로(229)의 유출 횡단면을 제한하는 제 2 밸브 시트(49)가 제공되고, 상기 제 2 밸브 시트는 밸브 부재(144, 146)가 제 1 밸브 시트(139)로부터 분리된 후 압전 소자에 의한 작동의 영향 하에, 밸브 부재(144, 146)에 의해 움직이는 부가의 제 2 밀봉면(152)에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유출 통로(129)는 제어실(25)의 가동 벽에 대향 배치된 정면(37)에서 제어실(25)로 통하며, 가동 벽(23)과 정면(37) 사이에는 밸브 부재(44, 46)를 그 개방된 위치에서 수용하는 리세스(38)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 밸브 시트(139)와 제 2 밸브 시트(49)와의 간격은, 밸브 부재(144, 146)의 중간 위치에서 양 밸브 시트의 유출 횡단면이 개방되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 밸브 시트(139, 49)들은 서로 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 밸브 부재(44, 144, 344, 444, 544, 644)는 밀봉면(47, 52, 152, 147, 347, 352, 547, 552, 647) 중 적어도 하나를 갖는 헤드(46, 146, 346, 446, 546, 646)를 포함하며, 상기 헤드는 태핏(45)의 단부에 배치되고, 상기 태핏은 제 1 밸브 시트(39, 139)에 의해 경계를 이룬 유출 통로의 횡단면을 통해 돌출하며 태핏과 제 1 밸브 시트 사이에서 최대 유출 횡단면을 규정하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 밀봉면(152)과 제 2 밸브 시트(29)는 함께 시트 밸브를 형성하며, 상기 밸브 부재(144, 146)는 시트 밸브가 폐쇄된 경우 제어실(25) 내의 압력에 의해 개방 방향으로 작용을 받는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어실(25)로 계속해서 안내되는 연결 횡단면과 함께 제 2 밸브 시트(349)는, 이 제 2 밸브 시트(349)의 영역에서 탄성 변형 가능한중간 부품(55)에 형성되며, 상기 중간 부품의 에지들은 연료 분사 밸브의 하우징(11)의 부품들 사이에 견고하게 고정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 중간 부품(55)은 다이어프램으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 다이어프램은 금속 다이어프램이며, 그 변형 가능성은 다이어프램 두께가 줄어든 영역에 의해, 특히 제 2 밸브 시트에 대해서 동심으로 위치한 환형 리세스(57)에 의해 증가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 최대 유출 횡단면은 스로틀(42)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밸브 시트는 원추형 밸브 시트(39, 139)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 구형 시트로서 제 2 밸브 시트가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 원추형 시트로서 제 2 밸브 시트(552, 649)가 형성되는것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 플랫 시트로서 제 2 밸브 시트가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 제 2 밀봉면은 밸브 부재에 의해 작동되는 부품(60)에 형성되며, 상기 부품은 제어실(25) 내의 압력을 받아서 밸브 부재(644, 646)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 밀봉면은 구(60)에 형성되며, 상기 구는 밸브 부재(644, 646)의 가이드 면(59)에 안내되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  17. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태핏(45)은 밸브 시트에 대해 동축으로 연장된 보어(43) 내에 안내되며, 상기 보어와 제 1 밸브 시트 사이에 중간실(40)이 한정되고, 상기 중간실을 통해 유출 통로(129)는 릴리프 챔버(30, 32, 4)로 안내되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  18. 고압 연료원(1)을 갖는 내연 기관용 연료 분사 장치로서, 연료가 상기 연료 원으로부터 연료 분사 밸브(9)에 공급되며, 상기 연료 분사 밸브는 분사구(12)를 제어하기 위한 분사 밸브 부재와 제어실(25)을 포함하며, 상기 제어실은 분사 밸브(14)에 적어도 간접적으로 연결된 가동 벽(23)에 의해 제한되고, 또한 상기 제어실은, 스로틀에 의해 치수가 설정된, 고압원, 바람직하게는 고압 연료원(1)으로부터 나오는 유입 통로(726) 및, 릴리프 챔버(30)로의 유출 통로(29)를 가지며, 상기 유출 통로에 밸브 시트(39)가 형성되고 이 밸브 시트는 제어 밸브(36)의 밸브 부재(44, 46)의 밀봉면(47)에 의해 제어되는 연료 분사 장치에 있어서,
    유입 통로(726)는 연료 분사 밸브 내에서 종방향으로 연장된 압력 통로(59)로부터 고압 연료를 공급받으며, 분사 밸브 바디는 분리면(60)을 갖는 다부재로 실시되고, 이 분리면 내의 압력 통로의 입구(61)를 통해 유입 통로(726)가 드릴링되며, 환형 잔류실(738)은 가동 벽(721)의 최상부 위치에서 가동 벽을 수용하는 보어(722)의 정면과 가동 벽 자체 사이에 유지되고, 유입 통로(726)가 상기 잔류실로 통하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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