KR100717522B1 - 내연기관용 연료 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 분사 밸브(16)는 적어도 하나의 분사구(26)를 제어하는 분사 밸브 부재(24)를 갖는다. 이 분사 밸브 부재(24)의 이동은 제어 압력 챔버(48) 내 압력을 제어하는 제어 밸브 부재(62)를 포함한 제어 밸브(18)에 의해서 영향을 받으며, 상기 제어 밸브 부재는 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 발생된 조절력을 통하여 이동될 수 있고 제어 압력 챔버(48)와 압력 경감 챔버(12)의 연결을 제어한다. 상기 제어 밸브(18)는 제어 밸브 부재(62)의 이동 방향으로 서로 이격된 2 개의 밸브 시트(60, 74)를 포함하고, 상기 밸브 시트에 의해 제어 밸브 부재(62)가 여기에 배치된 각 밀봉면(66, 69)과 협동함으로써, 제어 밸브 부재(62)는 2 개의 폐쇄 위치를 가지며, 상기 폐쇄 위치에서 제어 압력 챔버(48)가 압력 경감 챔버(12)로부터 분리된다. 상기 제어 밸브 부재(62)가 양 폐쇄 위치들 중 한쪽에 위치하지 않는다면, 제어 압력 챔버(48)는 압력 경감 챔버(12)와 연결된다. 제어 밸브 부재(62)가 양 폐쇄 위치들 사이에 이동됨으로써 연료 분사 밸브(16)의 단시간 개방이 가능하다.
연료 분사 밸브, 분사구, 분사 밸브 부재, 제어 압력 챔버, 제어 밸브, 압전식 액츄에이터, 압력 경감 챔버, 밀봉면, 밸브 시트

Description

내연기관용 연료 분사 밸브{Fuel injection valve for internal combustion engines}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 내연기관용 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
이러한 연료 분사 밸브는 독일특허 제 DE 198 13 983 A1 호에 알려져 있다. 이 연료 분사 밸브는 축압식 연료 분사 시스템의 구성 부품이며, 분사 밸브 부재를 포함하고, 상기 밸브 부재는 적어도 하나의 분사구를 제어하며 하나의 압력 챔버를 규정하는 압력 숄더를 구비한다. 압력하의 연료가 연료 고압원(high pressure source)으로부터 압력관을 거쳐서 상기 압력 챔버에 공급될 수 있으며, 이 연료에 의해서 분사 밸브 부재가 폐쇄력에 대항하여 적어도 하나의 분사구를 개방하기 위해 밸브 시트로부터 리프팅될 수 있다. 상기 분사 밸브 부재의 운동은 압전식 액츄에이터에 의해 발생된 조절력에 의해서 운동 가능한 제어 밸브 부재를 갖는 제어 밸브에 의해 영향을 받으며, 제어 밸브 부재는 압력원과 연결된 제어 압력 챔버 내의 압력을 제어하고, 이 압력은 분사 밸브 부재에 그 폐쇄 방향으로 부하를 준다. 제어 밸브 부재에 의해 제어 압력 챔버가 경감 챔버(relief chamber)에 연결될 수 있고, 이로 인해 제어 압력 챔버 내 압력은 감소하며 분사 밸브 부재는 개방 방향으로 운동할 수 있다. 상기 제어 밸브 부재는 이것에 배치된 밀봉면으로 밸브 시트와 협동한다. 예를 들어 예비 분사를 달성하기 위해 필요한 연료 분사 밸브의 신속한 개방 및 폐쇄를 위하여, 제어 밸브 부재에 대한, 높은 조절력이 필요하고, 상기 조절력은 제어 밸브 부재를 밸브 시트로부터 리프팅시키고, 그 운동 방향의 전환 후에 다시 밸브 시트로 귀환시키기 위해, 압전식 액츄에이터에 의해서 발생되어야 한다. 또한, 압전식 액츄에이터에 의해 발생된 조절력에 의한 제어 밸브 부재의 운동은 제어 압력 챔버 내의 압력에 대항하여 이루어져야 하므로, 상기 운동을 위하여 더 큰 힘이 요구된다. 이 때문에, 큰 치수의 압전식 액츄에이터가 요구된다.
청구항 제 1 항에 따른 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는, 제어 밸브 부재에 의해 운동 방향의 전환없이 한쪽 밸브 시트로부터 다른쪽 밸브 시트로 운동함으로써 연료 분사 밸브가 매우 신속하게 개방 및 폐쇄될 수 있는 장점을 가지며, 이를 위해 압전식 액츄에이터에 의해 발생되어야 하는 조절력이 작기 때문에, 작은 크기의 액츄에이터가 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 바람직한 실시예와 개선예가 종속 청구항에 제시된다. 청구항 제 2 항에 따른 구성에 의해, 제어 밸브 부재 상에는 제어 압력 챔버 내의 압력에 의한 힘이 주어지지 않기 때문에, 제어 밸브 부재의 운동을 위해 압전식 액츄에이터에 의해 발생되어야 하는 조절력이 작으며, 작은 크기의 압전식 액츄에이터가 구현될 수 있다. 청구항 제 3 항에 따른 구성은, 제어 밸브의 콤팩트한 구조를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 두 가지 실시예들을 도면에 도시하며 이하에서 상세히 설명한다.
도 1은 축압식 연료 분사 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 축압식 연료 분사 시스템의 연료 분사 밸브의 제 1 실시예에 따른 종단면도.
도 3은 연료 분사 밸브의 변형예에 따른 종단면도.
도 4는 연료 분사 밸브의 제 2 실시예에 따른 종단면도.
도 1에 개략적으로 도시한 축압식 연료 분사 시스템은 탱크(12)로부터 축압기(14)에 고압 연료를 공급하는 고압 펌프(10)를 갖는다. 상기 축압기(14)는 소위 레일로서 형성되며, 이 레일로부터 도관들이 내연기관에 배치된 연료 분사 밸브(16)로 안내된다. 각 연료 분사 밸브(16)는 이 연료 분사 밸브(16)의 개방과 폐쇄를 제어하는 제어 밸브(18)를 갖는다. 또한, 상기 축압식 연료 분사 시스템은 제어 장치(20)를 갖고, 상기 제어 장치에는 내연기관의 여러 가지 작동 변수에 대한 신호가 제공되며 이 신호에 따라서 상기 제어 장치에 의해 연료 분사 밸브(16)의 제어 밸브(18)가 상기 연료 분사 밸브를 개방 및 폐쇄하도록 트리거된다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 관련 제어 밸브(18)를 구비한 연료 분사 밸브(16)를 도시한다. 이 연료 분사 밸브(16)는 밸브체(22)를 가지며, 상기 밸브체 내부에서 분사 밸브 부재(24)가 축방향으로 변위될 수 있다. 상기 밸브체(22)는 내연 기관의 연소실을 향하는 단부 영역에서 적어도 하나의, 바람직하게 다수의 분사구(26)를 가진다. 분사 밸브 부재(24)는 연소실을 향하는 단부 영역에서 예를 들어 거의 원뿔 형태의 밀봉면(28)을 가지며, 이 밀봉면은 밸브체(22) 내에 형성된 밸브 시트(30)와 협동하고, 밸브 시트로부터 분사구(26)가 연장된다. 상기 밸브체(22)에는 분사 밸브 부재(24)를 둘러싸는 환형 챔버(32)가 형성되며, 이 환형 챔버는 압력 챔버(34)와 연결되고, 상기 압력 챔버는 축압기(14)와 연결되기 때문에, 압력 챔버(34)에는 고압 펌프(10)로부터 발생된 압력이 주어진다. 상기 분사 밸브 부재(24)는 압력 챔버(34) 내에 배치된 압력 숄더(36)를 가지며, 압력 숄더를 통해 압력 챔버(34) 내의 압력이 분사 밸브 부재(24)의 개방 방향(38)으로 작용하는 힘을 상기 분사 밸브 부재에 가한다. 상기 분사 밸브 부재(24)에는 예응력을 받는 폐쇄 스프링(40)이 작용하며, 이 스프링에 의해 분사 밸브 부재(24)는 압력 챔버(34)내의 압력에 의해 상기 분사 밸브 부재에 개방 방향(38)으로 작용하는 힘에 대항하여 폐쇄 방향으로 부하를 받는다. 압력 챔버(34) 내의 압력에 의해서, 상기 분사 밸브 부재(24)는 폐쇄 스프링(40)의 힘에 대항하여 개방 방향(38)으로 운동할 수 있으며, 이때 분사구(26)를 개방시키고, 상기 분사구를 통해 연료는 내연기관의 연소실 내로 분사된다. 분사 과정을 종료하기 위하여, 상기 분사 밸브 부재(24)의 밀봉면(28)이 폐쇄 방향으로 밸브체(22)에 있는 밸브 시트(30)에 가압됨으로써, 분사구(26)가 폐쇄된다.
연소실로부터 먼 분사 밸브 부재(24)의 단부 영역에는 제어 밸브(18)의 부분인 폐쇄 피스톤(42)이 배치된다. 상기 폐쇄 피스톤(42)은 분사 밸브 부재(24)와 일체로 형성될 수 있거나, 또는 별도의 부품으로도 형성될 수 있다. 상기 폐쇄 피스톤(42)은 분사 밸브 부재(24)와 적어도 거의 동축으로 배치되며, 제어 밸브(18)의 하우징 부품(46) 내에 형성된 구멍에서 축방향으로 변위될 수 있도록 안내된다.
상기 폐쇄 피스톤(42)은 구멍(44) 내에서 제어 압력 챔버(48)를 규정하며, 이 압력 챔버는 내부에 스로틀(50)이 배치된 채널(49)을 통하여 축압기(14)와 연결된다. 상기 폐쇄 피스톤(42)으로부터 떨어져, 구멍(44)이 계단 형태로 형성되며, 이 구멍은 작은 직경의 구역(44a)과 여기에 연결된 큰 직경의 구역(44b)을 갖는다. 상기 제어 압력 챔버(48)로부터 먼 측면으로부터, 스터브(stub)(52)가 구멍(44)의 구역(44a, 44b)내로 삽입되고, 상기 스터브는 실질적으로 구멍의 구역(44a)보다 약간 더 작은 직경을 가지며 그 단부 영역이 구역(44a)에 배치된다. 스터브(52)는 폐쇄 피스톤(42)에 대해 적어도 거의 동축으로 배치된다. 스터브(52)는, 구멍(44)의 구역(44b)보다 더 작은 직경을 가지며 구역(44b)에 배치되는 환형 칼라(53)를 갖는다. 스터브(52)의 환형 칼라(53)는 구멍(44)의 구역(44a, 44b)들 사이의 이행부에 형성된 환형 숄더에 접촉하며, 이로써 그 종축방향으로 제어 압력 챔버(48)를 향해 고정된다. 상기 하우징 부품(46)에는 스터브(52)의 직경보다 크지만 환형 칼라(53)의 직경보다 작은 직경의 구멍(55)을 갖는 심(shim)(54)이 연결된다. 심(54)은 하우징 부품(46)과 다른 하우징 부품(56) 사이에 고정됨으로써, 상기 심에 의해 스터브(52)는 그 환형 칼라(53)를 통해 그 종축방향으로 제어 압력 챔버(48)로부터 멀리 고정된다.
스터브(52)에는 유동 도관(flow conduit)(58)이 형성되고, 상기 유동 도관은 제어 압력 챔버(48)를 규정하는 스터브(52)의 정면 단부로부터 시작하며 제어 압력 챔버(48)로부터 먼 스터브 단부 근처에 있는 스터브(52)의 쟈켓면과 연결된다. 상기 유동 도관(58)은, 예를 들어 스터브(52)의 정면 단부로부터 시작하여 스터브(52)의 종축에 대해 거의 평행하게 연장된 구역(58a)과 이 구역에 대하여 거의 직각으로 연장되어 스터브(52)의 쟈켓면과 연결되는 구역(58b)을 갖는다. 상기 유동 도관(58) 내에는, 흐름을 제한하기 위하여 스로틀(59)이 배치될 수 있다. 제어 압력 챔버(48)로부터 먼 단부 영역에서 스터브(52)는 제어 밸브(18)의 제 1 밸브 시트로서 사용되는 예컨대 원추형 챔퍼(chamfer;60)를 갖는다.
제어 밸브(18)의 하우징 부품(56)은 구멍(61)을 가지며, 이 구멍 내로 제어 압력 챔버(48)로부터 먼, 스터브(52)의 영역이 돌출한다. 스터브(52)가 돌출되어 있는 중공 피스톤으로서 형성되는 제어 밸브 부재(62)가 상기 구멍(61)에서 기밀하게 변위될 수 있도록 안내된다. 상기 제어 밸브 부재(62)는 심(54)을 향해 구멍(63)을 가지며, 이 구멍(63)은 구멍(63)을 통과하는 스터브(52)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는다. 또한, 제어 밸브 부재(62) 내에서 구멍(63)에 인접하게 구멍(63)에 비해 확대된 압력 챔버(64)가 형성되며, 이 압력 챔버에는 스터브(52)의 유동 도관(58)이 연결된다. 제어 밸브 부재(62) 내에서 상기 압력 챔버(64)에는, 심(54)으로부터 먼 제어 밸브 부재(62)의 정면 단부와 연결되는 구멍(63)보다 작은 직경을 갖는 구멍(65)이 연결된다. 압력 챔버(64)로부터 구멍(65)으로의 이행부는, 예를 들어 원추형 챔퍼(66)로 연장된다. 제어 밸브 부재(62) 내의 구멍(63), 압력 챔버(64) 및 구멍(65)은 서로 적어도 거의 동축으로 배치된다. 상기 챔퍼(66)는, 제 1 밸브 시트로서 스터브(52) 상의 챔퍼(60)와 협동하는 제어 밸브 부재(62)의 제 1 밀봉면으로서 사용된다. 구멍(65)은 압력 챔버(64)를 제어 밸브 부재(62)의 외측과 연결하는 배출 채널을 형성한다.
제어 밸브 부재(62)는 심(54)으로부터 먼 단부 영역에, 구멍(61) 내에 안내된 제어 밸브 부재(62) 영역의 직경에 비하여 축소된 직경의 연장부(68)를 가지며, 이 연장부는 제어 밸브 부재(62)에서 제 2 밀봉면을 형성하는 윈추형 챔퍼(69)로 그 단부쪽을 향하여 테이퍼링된다. 이와 같이 직경이 축소된 연장부(68)에 의해서, 제어 밸브 부재(62)에는 환형 숄더(70)가 형성된다. 구멍(61)은 블라인드 보어의 형태로 형성되며, 구멍(61)의 베이스(71)와 제어 밸브 부재(62)의 환형 숄더(70) 사이에는 예응력을 받는 복원 스프링(72)이 배치되고, 이 스프링에 의해서 제어 밸브 부재(62)는 심(54)을 향해 가압된다. 구멍(61)의 베이스(71)는 제어 밸브 부재(62)에 대해 적어도 거의 동축으로 배치되는 오목부(73)를 가지며, 가장자리(74)는 예를 들어 원추형으로 챔퍼링되도록 형성되어, 제어 밸브 부재(62)에서 제 2 밀봉면을 형성하는 챔퍼(69)와 협동하는 제 2 밸브 시트를 형성한다. 제어 밸브 부재(62)의 연장부(68)에 의하여 구멍(61)에서 환형 챔버(75)가 규정되고, 상기 환형 챔버는 채널(76)을 통하여, 예를 들어 탱크(12)일 수 있는 경감 챔버와 연결된다.
제어 밸브 부재(62)의 제 1 밀봉면(66) 또는 제 2 밀봉면(69)이 접촉되는 제 1 밸브 시트(60)와 제 2 밸브 시트(74)의 직경은 적어도 거의 동일한 크기를 갖는다.
제어 밸브 부재(62)에 의해 구멍(61) 내에서 심(54)을 향해 작업 챔버(78)가 제한된다. 구멍(61)은 환형 챔버(75)의 영역에서 및/또는 작업 챔버(78)의 영역에서 제어 밸브 부재(62)가 구멍(61)에서 안내되는 영역보다 약간 더 큰 직경을 갖는다. 상기 작업 챔버(78)는 유압 증강기를 통해 압전식 액츄에이터(80)와 연결된다. 이 압전식 액츄에이터(80)는 제어 장치(20)에 의해서 트리거되며, 상기 제어 장치에 인가된 전기 전압에 따라서 그 길이가 변한다. 압전식 액츄에이터(80)는 실린더(81) 내에 배치되며, 이 액츄에이터의 길이가 변할 때 실린더(81) 내에 배치된 유압 체적을 압축시키거나 팽창시킨다. 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 영향을 받는 유압 체적이 압전식 액츄에이터(80)에 비해 작은 직경을 갖는 피스톤(82)에 작용함으로써 유압 증강이 달성되고, 상기 피스톤은 압전식 액츄에이터(80)의 길이가 변화할 때 압전식 액츄에이터(80)의 직경 대 피스톤(82)의 직경의 비 만큼 증가된 스트로크를 실행한다. 피스톤(82)은 압전식 액츄에이터(80)에 대해 적어도 거의 동축으로 배치되며, 적합한 직경의 실린더(83) 내에서 변위될 수 있도록 안내된다. 하우징 부품(56) 내에 형성된 작은 직경의 채널(85)을 통해 작업 챔버(78)와 연결되는 작업 챔버(84)는 피스톤(82)에 의해서 규정된다. 압전식 액츄에이터(80) 및 피스톤(82)은 제어 밸브(18)의 하우징 부품(56)의 원주에 임의로 배치될 수 있으며, 이 액츄에이터의 종축은 제어 밸브(18)의 종축과 거의 수직하거나 또는 도 2에 도시한 바와 같이 제어 밸브의 종축에 대해 임의로 기울어진다.
이하에서, 연료 분사 밸브(16)와 제어 밸브(18)의 기능을 설명한다. 상기 압전식 액츄에이터(80)가 작동되지 않는 경우에, 작업 챔버(78)에는 낮은 압력이 주어지며, 제어 밸브 부재(62)의 제 1 밀봉면(66)은 복원 스프링(72)에 의해서 스터브(52)의 제 1 밸브 시트(60)와 접촉한 상태로 유지된다. 여기서, 상기 제어 밸브 부재(62)는 제 1 폐쇄 위치에 위치한다. 따라서, 제어 밸브 부재(62) 내 압력 챔버(64)는, 탱크(12)로 형성된 경감 챔버로부터 분리되며, 제어 압력 챔버(48)로부터 유동 도관(58)과 압력 챔버(64)를 통해 연료를 배출시킬 수 없다. 이러한 이유로, 제어 압력 챔버(48)에는 축압기(14) 내의 압력과 동일한 압력이 주어지며, 상기 압력은 폐쇄 피스톤(42)에 작용하며 이 폐쇄 피스톤을 통해 분사 밸브 부재(24)에 작용하고 상기 분사 밸브 부재를 폐쇄 위치에 유지시키며, 이 폐쇄 위치에서 분사 밸브 부재(24)의 밀봉면(28)은 밸브 시트(30)에 접촉하고 분사구(26)를 폐쇄시킴으로써 연료가 분사되지 않는다.
압전식 액츄에이터(80)가 제어 장치(20)에 의해서 트리거되면, 상기 압전식 액츄에이터의 길이가 커지고, 피스톤(82)에 의해 유압 체적이 작업 챔버(84)로부터 채널(85)을 거쳐 작업 챔버(78) 내로 변위되며, 여기서 압력은 상기 압력에 의해 제어 밸브 부재(62)에 작용하는 힘이 복원 스프링(72)의 예비 응력을 극복할 수 있고 제어 밸브 부재(62)가 심(54)으로부터 멀리 이동될 때 까지 상승한다. 이때, 제어 밸브 부재(62)의 제 1 밀봉면(66)은 스터브(52)의 제 1 밸브 시트(60)로부터 리프팅되며, 그 결과 제어 밸브 부재(62) 내 압력 챔버(64)는 구멍(65)과 연결된다. 제어 밸브 부재(62)의 제 2 밀봉면(69)은 여전히 제 2 밸브 시트(74)와 접촉하지 않은 상태로 존재하기 때문에, 제어 밸브 부재(62)의 구멍(65)은 환형 챔버(75)와 연결되며 이 환형 챔버를 통해 경감 챔버로서 사용되는 탱크(12)와 연결된다. 제어 밸브(18)의 개방 위치에서 상기 제어 압력 챔버(48)로부터 연료는 유동 도관(58), 압력 챔버(64) 및 배출 채널로서 사용되는 구멍(65)을 통하여 경감 챔버 내로 배출될 수 있으며, 이로 인하여 제어 압력 챔버(48) 내의 압력은 감소한다. 이 경우에, 상기 분사 밸브 부재(24)는 압력 숄더(36) 상에 작용하는 축압기(14)의 압력에 의해서, 폐쇄 스프링(40)의 힘에 대항해서 그리고 제어 압력 챔버(48) 내에 있는 감소된 압력에 의해 발생된 힘에 대항하여, 개방 방향(38)으로 이동되어 분사구(26)를 개방할 수 있음으로써 연료가 분사된다.
상기 압전식 액츄에이터(80)에 의해 발생된 압력이 작업 챔버(78) 내에서 더상승되면, 제어 밸브 부재(62)는 제어 밸브 부재(62)의 제 2 밀봉면(69)이 구멍(61)의 베이스(71) 상에 있는 제 2 밸브 시트(74)와 접촉할 때까지 계속 변위된다. 여기서, 상기 제어 밸브 부재(62)는 제 2 폐쇄 위치에 존재한다. 이 경우에, 제어 밸브 부재(62)내의 구멍(65)은 환형 챔버(75)로부터 분리됨으로써, 제어 밸브 부재(62)로부터 구멍(65)을 통하여 연료가 배출될 수 있고, 제어 압력 챔버(48) 내에 축압기(14)의 고압이 주어지며, 상기 압력에 의해 폐쇄 피스톤(42)을 통해 분사 밸브 부재(24)가 폐쇄 위치로 이동하여 이 폐쇄 위치에서 유지된다.
상기 제어 장치(20)를 통하여 압전식 액츄에이터(80)를 적합하게 트리거함으로써 작업 챔버(78) 내의 압력은, 제어 밸브(18)가 개방 위치로 유지되도록 조절될 수 있으며, 상기 개방 위치에서 상기 제어 밸브의 제 1 밀봉면(66)은 스터브(52)의 제 1 밸브 시트(60)와 접촉하지 않고, 제 2 밀봉면(69)은 구멍(61)의 베이스(71)에 있는 제 2 밸브 시트(74)에 접촉하지 않으며, 따라서 연료 분사 밸브(16)가 개방된 상태로 유지된다. 또한, 압전식 액츄에이터(80)를 적절하게 작동시킴으로써 상기 제어 밸브 부재(62)는 그 운동이 중단되지 않는 상태로 제 1 폐쇄 위치로부터 제 2 폐쇄 위치로 이동되거나 또는 그 역으로 이동된다. 이때 제어 밸브 부재(62)가 이동되면, 운동 방향이 전환되는 것이 아니라, 상기 제어 밸브 부재는 한쪽 방향으로만 이동된다. 상기 제어 밸브(18)는 짧은 시간 동안만 개방되며, 따라서 연료 분사 밸브(16)도 짧은 시간 동안만 개방된다. 이것은, 예를 들어 실제 연료 분사 전에 적은 연료량이 분사되는 연료 예비 분사를 가능하게 한다. 상기 제어 장치(20)를 통하여 제어 밸브(18)의 압전식 액츄에이터(80)를 상응하게 트리거함으로써 개방 시점, 개방 지속 시간 및 연료 분사 밸브(16)의 개방 스트로크의 크기가 결정될 수 있다. 연료 분사 밸브는 예비 분사 과정을 위하여 먼저 짧은 시간 동안 및/또는 짧은 개방 스트로크로 개방되고, 이후 다시 폐쇄되며, 이어서 주분사 과정을 위하여 오랜 시간 동안 및/또는 긴 개방 스트로크로 개방될 수 있다. 이로써, 분사의 특정 곡선이 얻어질 수 있고, 상기 곡선에서 예를 들어 연료 분사 밸브는 먼저 짧은 개방 스트로크로 개방되며, 이어서 긴 개방 스트로크로 개방된다. 또한, 분사의 임의의 다른 곡선이 얻어질 수도 있다.
제 1 밀봉면(66)이 스터브(52)의 제 1 밸브 시트(60)에 접촉하는 제 1 폐쇄 위치에 제어 밸브 부재(62)가 놓이면, 제어 압력 챔버(48)의 압력은 압력 챔버(64)에 작용하지만, 압력이 모든 측면에서 압력 챔버(64)에 작용하기 때문에 제어 밸브 부재(62)에는 합력이 발생되지 않는다. 제 2 밀봉면(69)이 구멍(61)의 베이스(71)에 있는 제 2 밸브 시트(74)에 접촉하는 제 2 폐쇄 위치에 상기 제어 밸브 부재(62)가 놓이면, 양 밸브 시트(60, 74)의 직경이 동일하기 때문에, 압력 챔버(64)와 구멍(65) 내에 주어진 제어 압력 챔버(48)의 압력에 의해서 마찬가지로 합력이 발생되지 않는다. 상기 압력은 구멍(54) 옆에 있는 제어 밸브 부재(62)의 정면 단부에서 구멍(65) 옆에 있는 제어 밸브 부재(62)의 내부에서와 동일한 크기의 환형면에 작용함으로써, 이 경우 발생하는 압력이 보상된다. 상기 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 발생되는 작업 챔버(78) 내 압력에 의한 제어 밸브 부재(62)의 운동은 제어 압력 챔버(48)의 압력에 대항해서 이루어질 필요는 없기 때문에, 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 비교적 낮은 조절력만이 발생되면 되고, 압전식 액츄에이터(80) 및 유압 증강기는 작은 크기로 구현될 수 있다.
도 3에서는 상술한 제 1 실시예에 비해 변형된 제어 밸브(18)를 도시하며, 이 변형예에 따른 제어 밸브(18)의 기본 구조는 제 1 실시예에서와 동일하므로, 이하에서는 추가된 특징만을 설명한다. 스터브(52)는 제어 밸브 부재(62)의 구멍(63) 내에서 가능한 기밀하게 안내되며, 그 결과 구멍(63)은 제어 밸브 부재(62)에 형성된 압력 챔버(64)를 작업 챔버(78)로부터 분리하는 밀봉 영역을 나타낸다. 상기 제어 밸브 부재(62)는 구멍(63) 내에 환형 홈(88)을 가지고, 상기 환형 홈은 하나 또는 다수의 거의 반경방향 구멍(89)을 통해 제어 밸브 부재(62)의 외부 쟈켓에 형성된 환형 홈(90)과 연결된다. 상기 환형 홈(90)으로부터 제어 밸브 부재(62)의 외부 쟈켓에 형성된, 예를 들어 거의 축방향으로 연장하는 홈(91)이 환형 챔버(75) 내로 안내되고, 상기 환형 챔버를 통해 탱크 형태의 경감 챔버와의 연결이 형성된다. 제어 밸브 부재(62)가 폐쇄 위치에 놓이면 압력 챔버(64) 내에서 제어 압력 챔버(48)에서와 동일한 고압이 주어지며, 경우에 따라 스터브(52)와 구멍(63) 사이에 존재하는 환형 갭을 통하여 압력 챔버(64)로부터 연료가 배출된다. 이 배출된 연료 누설량은 환형 홈(88), 구멍(89), 환형 홈(90) 및 홈(91)을 통해 경감 챔버로 배출되고, 작업 챔버(78)에 도달하지 않는다. 홈(91)은 제어 밸브 부재(62)의 외부 쟈켓 대신에 하우징 부품(56)의 구멍(61)에도 형성될 수 있다. 또한, 환형 홈(88, 90)을 통해 제어 밸브(18)의 유압 증강기의 작업 챔버(78, 84)가 충진될 수 있다.
도 4에서는 제 2 실시예에 따른 제어 밸브(18)를 도시하며, 여기서 기본적인 구조는 제 1 실시예의 구조와 동일하지만, 압전식 액츄에이터에 의해 발생된 조절력 및 복원 스프링의 작용 방향은 전환된다. 제어 밸브 부재(162)는 구멍(63)을 포함하고, 상기 구멍을 통해 스터브(52)가 압력 챔버(64) 내로 돌출하며, 상기 압력 챔버로부터 구멍(65)이 연장된다. 상기 구멍(161)의 베이스(71)에는 오목부(73)가 형성되며, 제어 밸브 부재(162)는 연장부(68)를 갖는다. 구멍(161)은 계단형 구멍으로서 형성되고 심(54)을 향해 큰 직경을 갖는 구역(161a)을 포함하며, 베이스(71)를 향해 작은 직경을 갖는 구역(161b)을 포함한다. 이에 상응하게, 상기 제어 밸브 부재(162)는 외경이 마찬가지로 계단 형태로 형성되며, 구멍(161)의 구역(161a)에 배치되는 큰 직경의 구역(162a)과 구멍(161)의 구역(161b)에 배치되는 작은 직경의 구역(162b)을 갖는다. 제어 밸브 부재(162)에 배치된 스텝으로 형성된 환형 숄더(170)와 심(54) 사이에는 예응력을 받는 복원 스프링(172)이 배치되며, 이 복원 스프링에 의해 제어 밸브 부재(162)는 구멍(161)의 베이스(71)를 향해 가압된다. 제어 밸브 부재(162)의 큰 직경 구역(162a)에 의해서, 구멍(161)의 구역(161a)에서 작업 챔버(178)가 제한되며, 이 작업 챔버는 채널(185)을 거쳐서 압전식 액츄에이터(80)의 유압 증강기와 연결된다. 상기 제어 밸브 부재(162)에 의해 구멍(161)의 구역(161a)에서 심(54)을 향해 규정되는 챔버(188)는, 채널(189)을 거쳐서 경감 챔버, 예를 들어 탱크(12)와 연결된다. 상기 챔버(188) 내에는 복원 스프링(172)이 배치되어 있다.
이하에서, 제 2 실시예에 따른 제어 밸브(18)의 기능을 설명한다. 상기 압전식 액츄에이터(80)가 제어 장치(20)에 의해서 활성화되지 않으면, 복원 스프링(172)에 의해서 제어 밸브 부재(162)의 제 2 밀봉면(69)은 구멍의 베이스(71)에 있는 제 2 밸브 시트(74)에 대해 가압되어 제 2 폐쇄 위치에 놓인다. 상기 압전식 액츄에이터(80)가 활성화되면, 작업 챔버(178) 내 압력 증가로 인하여 제어 밸브 부재(162)는 복원 스프링(172)의 예응력에 대항하여 심(54)을 향해 이동된다. 작업 챔버(178) 내에 충분한 고압이 형성되면, 제어 밸브 부재(162)의 제 1 밀봉면(66)은 제 1 밸브 시트(60)와 접촉하며, 제 1 폐쇄 위치로 유지된다. 압전식 액츄에이터(80)가 활성화되지 않을 때 제어 밸브 부재(162)가 위치하는 제 2 폐쇄 위치에서, 제어 밸브 부재(162)에 형성된 구멍(65)의 체적은 제어 압력 챔버(48)의 높은 압력에 의해 부하를 받는다. 이와는 달리, 압전식 액츄에이터(80)가 활성화되지 않을 때 제 1 실시예에 따른 제어 밸브 부재(62)는, 제어 밸브 부재(62)내 압력 챔버(64) 만이 제어 압력 챔버(48)의 고압에 의해 부하를 받는 제 1 폐쇄 위치에 놓이는 반면, 구멍(65)의 체적은 경감 챔버와 연결된다. 제 2 실시예에 따른 제어 밸브(18)에서 존재하는, 제어 압력 챔버(48) 내의 고압에 의해 부하를 받는 큰 체적에 의해, 특히 짧은 예비 분사 시간 동안 제어 밸브(18)의 동적 특성이 영향을 받을 수 있다.

Claims (9)

  1. 축방향으로 변위될 수 있도록 안내되는 분사 밸브 부재(24)가 구비되고,
    상기 분사 밸브 부재에 의해 적어도 하나의 분사구(26)가 제어되고, 상기 분사 밸브 부재는 압력 챔버(34)를 규정하는 압력 숄더(36)를 가지며, 상기 압력 챔버(34)에는 압력하의 연료가 연료 고압원(10; 14)으로부터 공급되며, 상기 연료에 의해서 상기 분사 밸브 부재(24)가 폐쇄력에 대항하여 적어도 하나의 분사구(26)를 개방하기 위해 밸브 시트(30)로부터 리프팅될 수 있고,
    상기 분사 밸브 부재(24)의 운동에 영향을 미치는 제어 밸브(18)가 구비되고,
    상기 제어 밸브는 압전식 액츄에이터(80)에 의해 발생된 조절력에 의해 복원력에 대항하여 이동될 수 있는 제어 밸브 부재(62; 162)를 포함하고, 상기 제어 밸브 부재는 연료 고압원(10; 14)과 연결된 제어 압력 챔버(48) 내의 제어 압력을 제어하며, 상기 제어 압력은 상기 분사 밸브 부재(24)를 적어도 간접적으로 폐쇄 방향으로 가압하고, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)에 의해 상기 제어 압력 챔버(48)가 경감 챔버(12)와 연결될 수 있으며, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 적어도 하나의 밀봉면(66, 69)은, 상기 제어 압력 챔버(48)와 상기 경감 챔버(12)의 연결을 제어하는 적어도 하나의 밸브 시트(60, 74)와 협동하는,
    축압식 연료 분사 시스템의 구성 부품인 내연기관용 연료 분사 밸브에 있어서,
    상기 제어 밸브(18)는 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 운동 방향으로 상호 이격된 두 개의 밸브 시트(60, 74)를 가지며,
    상기 제어 밸브 부재(62; 162)는 두 개의 폐쇄 위치들 사이에서 이동될 수 있고, 상기 폐쇄 위치에서 각 밀봉면(66, 69)은 상기 밸브 시트(60, 74)들 중 하나와 접촉하고, 상기 제어 압력 챔버(48)는 상기 경감 챔버(12)로부터 분리되고,
    상기 양 폐쇄 위치들 사이에 배치된 상기 제어 밸브 부재(62; 162)에서 상기 제어 압력 챔버(48)는 상기 경감 챔버(12)와 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양 밸브 시트(60, 74)는 동일한 크기의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)는 중공 피스톤으로 형성되며, 제 1 밀봉면(66)은 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 내부에, 그리고 제 2 밀봉면(69)은 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162) 내로 스터브(52)가 돌출하며, 상기 스터브 내에 상기 제어 압력 챔버(48)를 향해 안내되는 유동 도관(58)이 형성되고, 상기 유동 도관(58)은 상기 제어 밸브 부재(62; 162)에서 압력 챔버(64)와 연결되며, 상기 압력 챔버(64)와 상기 경감 챔버(12)와의 연결은 상기 제어 밸브 부재(62; 162)에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 내부에 형성된 상기 제 1 밀봉면(66)은 상기 제 1 밸브 시트(60)로서 사용되는 상기 스터브(52)의 단부 영역과 협동하며, 상기 제 1 밀봉면에 의해 상기 제어 밸브 부재(62; 162) 내에 형성된 배출 채널(65)과 상기 압력 챔버(64)의 연결이 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 외측에 배치된 상기 제 2 밀봉면(69)은 상기 배출 채널(65)의 개구 영역에 배치되며, 상기 제어 밸브(16)의 하우징 부품(56)에 배치된 상기 제 2 밸브 시트(74)와 협동하고, 상기 제 2 밀봉면에 의해 상기 경감 챔버(12)와 상기 배출 채널(65)의 연결이 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 압전식 액츄에이터(80)에 의해 발생된 조절력은, 상기 제어 밸브 부재(62)에 의해서 규정된 작업 챔버(78)를 갖는 유압 증강기에 의해서 증대되며,
    상기 스터브(52)와 상기 제어 밸브 부재(62) 사이에는, 상기 압력 챔버(64)를 상기 작업 챔버(78)로부터 분리하는 밀봉 영역(63)이 제공되고,
    상기 밀봉 영역(63)은 상기 경감 챔버(12)와의 연결부(88, 89, 90, 91)를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62)는 복원력에 의해서 상기 스터브(52)에 형성된 상기 제 1 밸브 시트(60)를 향해 부하를 받는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(162)는 복원력에 의해서 상기 하우징 부품(56)에 형성된 상기 제 2 밸브 시트(74)를 향해 부하를 받는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브.
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