KR100974236B1 - 내연 기관 엔진의 연료 분사기를 위한 균형 잡힌 계측 서보밸브 - Google Patents

Abstract

내연 기관 엔진의 연료 분사기(1)를 위한 계측 서보 밸브(5)로서, 상기 계측 서보 밸브는, 전기 액튜에이터(15) 및 적어도 하나의 조정되어진 제한부를 가지는 유입구(4) 및 유출구 채널(42)가 연통하는 제어 챔버(26)을 형성하며, 상기 유출구 채널(42)가 빠져나가는 측방 표면을 가지며 상기 축(3)을 따라 연장되는 스템(38)을 구비하는 고정된 밸브 본체를 구비한다. 상기 유출구 채널(42)은 적어도 하나의 조정되어진 제한부를 구비하며, 상기 제어 챔버(26)내에서의 압력을 변화시키고 유출구 채널(42)을 개방/폐쇄하도록 거의 유체가 누설되지 않는 방식으로 슬리브(18)가 슬라이딩하는 축방향 스템(38)의 측방 표면을 통하여 배출된다. 상기 유출구 채널(42)은 비변형 상태에 비교하여 밸브 본체가 형성된 밀봉부에서의 직경을 증가시키고, 유출구 채널(42)이 폐쇄될 때 개방시의 슬리브(18)상에 반경방향 불균형 힘을 생성하도록, 연료압력의 추력 하에서, 반경방향 외측으로 탄성 변경가능한 슬리브의 단부 부분(47)에 의해 폐쇄된다.

분사기, 서보 밸브

Description

내연 기관 엔진의 연료 분사기를 위한 균형 잡힌 계측 서보 밸브{Balanced metering servovalve for a fuel injector of an internal combustion engine}

본 발명은 내용 기관 엔진의 연료 분사기를 위한 균형 잡힌 계측 서보 밸브에 관한 것이다.

EP1612403호에 의하면, 공지의 내연 기관 엔진용 연료 분사기는

- 엔진의 실린더에 연료를 분사하기 위하여 일단부에 노즐을 구비하는 케이싱,

- 상기 노즐을 개방하고 폐쇄하기 위한 이동식 니들;

- 상기 케이싱에 하우징되며 상기 니들의 이동을 제어하도록 축 방향으로 슬라이딩되는 로드,

- 상기 케이싱에 하우징되는 계측 서보 밸브를 포함한다.

계측 서보 밸브는, 연료 유입구 및 조정되어진 부분을 가지는 유출구 채널과 연통하는 제어 챔버를 구비한다. 상기 제어 챔버에서의 압력은 상기 노즐을 개방하고 폐쇄하기 위한 목적으로, 상기 로드의 축방향 슬라이딩을 제어하며 전자석 및 스프링을 포함하는 액튜에이터를 제어하여 조절된다.

상기 액튜에이터는 유출구 채널의 폐쇄 위치 및 개방 위치 사이에서 슬리브를 병진운동시킨다. 상기 슬리브는 상기 케이싱에 대하여 고정된 밸브 본체의 일부를 형성하는, 축방향 스템상에서 유체가 누설되지 않는 방식으로 슬라이드할 수 있도록 장착된다. 상기 축방향 스템의 외부 측방 표면은 유출구 채널이 빠져나가는 환상형 챔버를 형성한다. 폐쇄된 위치에서, 상기 슬리브는 상기 환상형 챔버를 폐쇄하여 적어도 이론적으로는 0 으로 되는 축방향 연료 압력을 받게 된다.

이러한 시스템에서, 계측 서보 밸브 및 그 슬리브는 소위 "균형 잡힌" 타입으로 불리며, 상기 액튜에이터 스프링의 요구되는 예비 부하에 관한 힘 및 전체 치수는 감소되게 된다. 특히, 작은 슬리브 리프트의 경우에 조차도, 개방 및 폐쇄 작동의 단부에서 슬리브가 되튀는 현상(rebound phenomena)을 감소하도록, 분사기의 운동 거동에서의 결과적인 장점을 가지고, 대형 연료 통로부를 얻는 것이 가능하게 된다.

상기 슬리브의 내경은 축방향 스템의 외경보다 직경 공차 만큼 크게 되는데, 이는 적절한 가스켓의 사용 없이도 유체의 누설을 방지하도록 약 5 마이크론 이하가 되는 것이 바람직하다.

상기 슬리브 및 밸브 본체 사이의 유체 밀봉은 슬리브의 내경에 관련하여 행해지지는 않지만, 하기 2가지 요인으로 인하여 보다 큰 평균 밀봉 직경에 관하여 효과적이다.

- 사용시에 압력하에서 슬리브가 변형되는 경향,

- 밀봉은 날카로운 모서리(반경 없는 베벨)에 의해 형성된 원주를 따라 일어 나지 않음.

제 1 현상에 관하여, 상기 슬리브가 폐쇄된 위치에 있을 때, 상기 환상형 챔버에서의 연료의 압력은 상당히 높은 수준, 예를 들어 1600-1800 바아 근방에 도달하며, 배출 영역에서 또는 밀봉 구간의 다소 하류 부분에서, 압력 수준은 비교적 낮게 되어 몇 바아 근처 값이 된다. 따라서, 상기 환상형 챔버에서의 압력은 상기 슬리브를 형성하고 외측으로 배향되는 슬리브상의 반경방향 힘을 생성한다.

이러한 변형은 상기 슬리브의 단부의 "권취부"의 영향을 가지게 되어, 결과적으로 밸브 본체상의 접촉 및 밀봉이 일어나게 되는 직경이 변형이 없는 상태에서의 슬리브의 내경에 비교하여 증가하게 된다.

제 2 현상과 관련하여, 기술적/구조적인 이유로 인하여, 실제로, 슬리브 및 밸브 본체 사이의 접촉 구간은, 상당히 작은 반경방향 폭의 경우에 조차도, 원주이지만 환형에 의해 정확히 형성되지 않는다. 밀봉은 이러한 환형의 내경에 관련하여 행해지지는 않지만, 슬리브의 내경보다 큰 평균 직경에 관련하여 행해진다.

비변형 상태에서의 슬리브의 내경에 관하여 밀봉이 일어나는 직경의 증가 현상은 그 개구에 대응되는 방향으로 슬리브상에 작용하는 반경방향 불균형 힘을 형성하는 데 영향을 미친다.

반경방향 불균형 힘의 합은 밀봉이 효과적으로 일어나는 직경과 그 반대편이 슬리브의 최소 내경 사이의 차이에 의해 형성되는 환형의 영영 및 연료 공급 압력에 영향을 받게 된다.

반경방향 불균형 힘에 대한 보상을 위하여, 상기 액튜에이터 스프링은 슬리 브가 폐쇄된 상태로 유지되도록, 축방향 압력 기준으로부터, 완벽하게 균형잡힌 슬리브를 가진 설계에 의해 이론적으로 결정되는 것과 관련된 큰 예비 부하 힘을 가져야 한다.

한편으로, 스프링의 큰 예비 부하 힘은 큰 가속을 나타내며 상기 밸브 본체에 대한 마개상에 빠른 충격 속도를 나타내어, 결과적으로 계측 서보 밸브에 큰 마모 및 손상의 위험을 가져오게 된다.

다른 한편으로, 스프링이 큰 예비 부하 힘은, 상기 슬리브의 표면들과 밸브 본체들이 서로 접촉시에 그들 사이에서 소위 "접착성" 마모의 위험을 가져올 수 있다.

상기 스프링의 예비 부하를 한정하기 위하여, 공지의 해결책은 반경방향 불균형 힘을 제거하기 위하여 임의의 구조적인 편리함을 가지게 된다.

특히, 상기 슬리브 및 밸브 본체는 높은 경도 수준의 재료를 사용하여 만들어진다 또한, 상기 슬리브의 단부를 위하여 선택되는 형상과 재료는 탄성 변형을 실질적으로 제거하기 위하여, 높은 강도를 슬리브에 제공하는 것이 된다.

그러나, 강도를 증가시키기 위하여 선택되는 형상으로 인하여 슬리브의 덩어리는 증가하게 되며, 다라서 폐쇄시에 밸브 본체를 구비한 접촉 모멘텀의 량을 증가시키게 된다. 그 결과, 슬리브는 폐쇄시에 밸브에 대하여 원하지 않게 되튀게 된다.

이러한 뒤튐 현상에 의해, 한편으로, 상기 계측 서보 밸브는 즉시 폐쇄되지 않게 되어 다량의 연료가 설계에 따라 결정되는 실린더로 분사되게 된다.

한편, 높은 경도수준의 선택된 재료에서 불구하고, 되튐 현상은 폐쇄시에 밸브 본체와 접촉하게 되는 슬리브의 원형 모서리상에서 상당히 급격한 마모를 일으키게 된다. 이러한 마모로 인하여 밀봉이 형성되고 따라서 반경방향 불균형 힘이 증가하게 되는 평균 직경의 점진적인 증가가 일어나게 된다.

반경방향 불균형 힘이 점진적으로 증가함에 따라, 계측 서보 밸브 및 분사기의 거동은 설계에 의해 결정되는 것에 대하여 시간에 따라 전체적으로 점차 변화하게 된다: 변화는 예측할 수 없으며, 따라서 어떠한 식으로도 보상될 수 없다 .

이러한 현상의 결과는 배출로 재순환하는 연료의 유동의 급속하고 현저한 증가 및 분사기의 수명 감소이다.

본 발명의 목적은 간단하고 경제적인 방식으로 전술한 바와 같은 문제점들이 해결될 수 있는 내연 기관의 연료 분사기에 대한 균형잡힌 계측 서보 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 내연 기관의 연료 분사기를 위한 계측 서보 밸브가 제공되는데, 상기 계측 서보 밸브는,

- 전기 액튜에이터,

- 적어도 하나의 조정되어진 제한부를 가지는 유입구 및 유출구 채널과 연통하는 제어 챔버를 형성하며, 상기 유출구 채널이 빠져나가는 측방 표면을 가지며 축방향으로 연장되는 스템을 구비하는, 고정된 밸브 본체,

- 슬리브로서, 상기 슬리브의 단부부분이 상기 유출구 채널을 폐쇄하는 폐쇄 위치와, 상기 유출구 채널이 개방되어 있어서 상기 제어 챔버에서의 압력이 가변적으로되는 개방 위치 사이에서 상기 전기 액튜에이터의 작동 하에 축을 따라 슬라이드하게 되어 유체가 누설되지 않는 방식으로 상기 측방 표면에 연결되는 슬리브를 구비하며,

상기 단부 부분은 특징적인 형상을 구비하여, 사용시에, 상기 유출구 채널(12)의 입구에 존재하는 연료 압력의 추력(thrust)이 작용하는 조건하에서 반경 외측 방향으로 탄성적으로 변형가능하여, 상기 밸브 본체에 대하여 밀봉이 행해지는 직경은 비-변형 상태에 비교하여 증대되고, 상기 슬리브(18)가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 슬리브(18)상에서의 반경 방향의 불균형 힘을 개방 위치의 방향으로 발생시키게 된다.

상기 전기 액튜에이터는 폐쇄된 위치를 향하여 상기 슬리브를 축방향으로 푸시하도록 소정의 예비 부하를 가진 스프링을 포함하며, 상기 단부 부분의 형상은, 상기 연료의 공급 압력이 안전 수준 경계값을 초과할 때 상기 반경방향 불균형 힘이 상기 예비 부하의 추력을 초과하게 되도록 되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 단부의 외경 및 내경 사이의 비율은 2.4 미만이다.

본 발명에 따른 서보 밸브에 의하면, 분사기의 수명이 증가되는 효과가 있다.

도 1을 참조하면, 도면부호 1은, 전체로서, 특히 디이젤 싸이클에 관한 내연 기관을 위한 연료 분사기(부분적으로 도시)를 나타낸다 상기 분사기(1)는 길이방향 축을 따라 연장되는, 소위 "분사기 본체"로 지칭되는 중공의 본체 또는 케이싱(2)을 포함하며, 예를 들어 약 1600 바아의 압력에서 고압의 연료 공급 라인에 연결되는 측면 유입구(4)를 구비한다. 상기 케이싱(2)은 채널(4a)을 통하여, 상기 유입구(4)와 연통하게 되는, 분사 노즐(미도시)까지 연장되며, 상기 엔진의 관련 실린더에 연료를 분사하게 된다.

상기 케이싱(2)은 계측 서보 밸브(5)가 전자석(16) 및 전자석(16)에 의해 제어되는 노칭된 디스크 고정부(17)를 포함하는 액튜에이터(15)를 하우징하고 캐비 티(6)에 대하여 동축방향의 캐비티에 계측 서보 밸브(5)가 하우징되는 축방향 캐비티(6)를 형성한다.

고정부(17)는 축(3)을 따라 연장되는 슬리브(18)에 대하여 고정된다. 상기 전자석(16)은 축(3)에 수직하게 표면(20)을 구비하며 상기 고정부(17)를 위한 축방향 정지부를 형성하는 자석 코어(19)를 구비하는 반면에 지지체(21)에 의해 일정 위치에 지지된다.

상기 액튜에이터(15)는 전자석(16)에 의해 가해진 인력에 반대편 축방향으로 상기 고정부(17)상에 추력을 가하도록 예비 부하가 가해진 코일 압축 스프링(23)을 하우징하는 축방향 캐비티(22)를 구비한다. 상기 스프링(23)은 상기 지지체(21)의 내측 어깨부에 대하여 안착되는 일단부(미도시)와, 상기 고정부(17)상에서 작용하는 타단부를 구비한다.

계측 서보 밸브(5)는 관형 본체(75: 부분적으로 도시), 디스크(33b), 분포 및 가이드 본체(76)의 3부재로 된 밸브 본체를 구비한다.

본체(75)는 분사 노즐을 개방하고 폐쇄하는, 공지의 미도시된, 셔터 니들을 제어하도록, 유체가 누설되지 않는 방식으로, 축방향으로 제어 로드(10)가 슬라이딩하는 축방향 관통홀(9)을 형성한다.

상기 본체(75)의 축방향 일측 단부는 증가된 직경의 상기 캐비티(6)의 부분(34)에 하우징되며 상기 캐비티(6)의 내부의 어깨부(35)에 대하여 축방향으로 접촉하도록 배치된 외측 플랜지(33a)를 구비한다.

상기 홀(9)의 일단부는 압축된 연료를 수용하도록, 상기 본체(75)에 형성된 채널(28)을 통하여, 상기 유입구(4)와 영구적으로 연통되는 제어 챔버(26)를 형성한다. 상기 채널(28)은 조정되어진 부분(calibrated portion: 29)을 구비하며, 일 단부에서 상기 제어 챔버(26)로 빠져나가게 되며, 타단부에서, 상기 캐비티(6)의 내측 표면상의 환상형 그루브 및 본체(75)의 외측 원통형 표면(11)에 의해 형성된 환상형 챔버(30)로 빠져나가게 된다. 상기 유입구(4)와 연통하며 상기 본체(2)에 형성된 채널(32)은 상기 환상형 챔버(30)로 빠져나가게 된다.

상기 제어 챔버(26)는, 한편으로는 절두 원뿔 형상을 가진 로드(10)의 단부 표면(25)에 의해, 다른 한편으로는 상기 디스크(33b)의 면의 일부를 형성하는 저부 표면(27)에 의해 축방향으로 경계가 설정된다.

상기 디스크(33b)는 한편으로는 상기 플랜지(33a)에 대하여 다른 한편으로는 상기 본체(76)의 표면(77)에 대하여 축방향 접촉하여 배치된다. 상기 표면(77)은 외측 플랜지(33c)를 가지는 본체(75)의 베이스를 축방향으로 경계 설정한다. 상기 디스크(33b)는 상기 플랜지(33c)와 접촉하며 상기 부분(34)의 내측 쓰레드(37)에 스크류 고정되는 쓰레드된 링 너트(36)를 통하여 플랜지(33a, 33c)들 사이에서 축방향으로 고정되어 유체가 누설되지 않는 위치에서 고정된다.

상기 본체(76)는 고정부(17) 및 슬리브(18)를 위한 가이드 요소를 포함한다. 이러한 요소는 플랜지(33c)보다 작은 직경을 가진 실질적으로 원통형상의 스템(38)에 의해 형성된다.

상기 스템(38)은 상기 디스크(33b) 및 본체(75)로부터 반대방향으로 측(3)을 따라 본체(76)의 베이스를 넘어서, 즉 캐비티(22)를 향하여 돌출하게 된다. 상기 스템(38)은 슬리브(18)의 축방향 슬라이딩 운동을 가이드하는 측방 원통형 표면(39)에 의해 외형적으로 경계가 설정된다. 특히, 상기 슬리브(18)는 실질적으로 유체가 누설되지 않는 방식으로 상기 스템(38)의 측방 표면(39)에, 즉 예를 들어 4 마이크론 이하의 적절한 직경 공차를 가진 커플링을 통하여, 또는 특정 밀봉 요소의 삽입을 통하여 연결된 내측 원통형 표면(40)을 구비한다.

상기 제어 챔버(26)는 도면부호 42로 전체적으로 표시된 연료 유출구 채널과 영구적으로 연통한다.

상기 채널(42)은 본체(76)(플랜지(33c)에 일부, 상기 스템(38)에 일부)에 형성되며, 또한, 유입구(63)보다 작은 직경을 가지면서 상기 플랜지(33c)를 넘어서 상기 스템(38)으로 연장되는 축방향 세그먼트(43)를 포함한다.

상기 채널(42)은 방사상 구조이며 일단부에서 세그먼트(43)의 단부(66)로 빠져나가며, 타단부에서 상기 스템(38)의 측방 표면(39)의 환상형 그루브에 의해 형성된 챔버(46)로 빠져나가는 유출구 세그먼트(44)를 포함한다.

특히, 반경방향으로 서로 대향하는 2개의 세그먼트(44)들이 제공된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(46)는 상기 플랜지(33c) 다음에 축방향 위치에서 얻어지며 상기 채널(42)을 위한 셔터를 형성하는 슬리브(18)의 단부 부분(47)에 의해 개방/폐쇄된다. 특히, 상기 부분(47)은 원형 밀봉 구간을 형성하기 위하여, 상기 플랜지(33c) 및 스템(38) 사이의 절두 원뿔형 표면(49)에 대하여 안착되도록 제공되는 모서리(48)를 통하여 상기 표면(40)에 일체로된 내측 절두 원뿔형 표면까지 연장된다.

상기 슬리브(18)는 전진 단부 정지 또는 폐쇄 위치 및 후진 단부 정지 또는 개방 위치 사이에서 고정부(17)와 함께 상기 스템(38)상에서 슬라이드하게 된다. 전진 단부 정지 위치에서, 상기 부분(47)은 상기 챔버(46) 및 상기 채널(42)의 세그먼트(44)의 유출구를 폐쇄하게 된다. 후진 단부 정지 위치에서, 상기 부분(47)은 상기 채널(42) 및 챔버(46)를 통하여 제어 챔버(26)에서 세그먼트(44)가 연료를 배출하도록 상기 챔버(46)를 충분히 개방한다. 부분(47)에 의해 개방된 상태로 남게 된 통로부는 절두 원뿔형상을 가지며 단일 세그먼트(44)의 통로부보다 3배 이상 크게 된다.

상기 슬리브(18)의 전진 단부 정치 위치는 상기 플랜지(33) 및 상기 스템(38) 사이의 연결 표면(49)에 대하여 타격하는 상기 모서리(48)에 의해 형성된다. 대신에, 상기 슬리브(18)의 후진 단부 정지 위치는 그 사이에 삽입되는 비자성 간격 시트(51)를 구비한, 코어(19)의 표면(20)에 대하여 축방향으로 타격하는 고정부(17)에 의해 형성된다. 후진 단부 정지 위치에서, 상기 챔버(46)는 링 너트(36) 및 슬리브(18), 고정부(17)의 노치, 지지체(21)의 개구 및 캐비티(22) 사이에서 환상의 통로를 통하여 분사기(미도시)의 배출 채널과 연통하도록 배치된다.

전자석(16)이 비자화(de-energized)되면, 상기 슬리브(18)와 함께 상기 고정부(17)는 상기 코어(19)를 향하여 이동하며, 부분(47)은 상기 챔버(46)를 개방한다. 상기 연료는 상기 제어 챔버(26)로부터 이러한 방식으로 배출되며, 상기 제어 챔버(26)에서의 연료 압력은 강하되어, 상기 저부 표면(27)을 향한 로드(10)의 축방향 이동 및 상기 분사 노즐의 개방을 일으키게 된다.

반대로, 상기 전자석(16)의 비자화시에, 상기 스프링(23)은 전진 단부 정지 위치로 상기 슬리브(18)과 함께 고정부(17)를 이동시킨다. 이러한 방식으로, 상기 챔버(46)는 폐쇄되고 상기 채널(28)로부터의 유입되는 가압된 연료는 상기 제어 챔버(26)에서 고압을 재형성하여, 상기 로드(10)는 상기 저부 표면(27)으로부터 멀어지도록 이동하고 분사 노즐의 마개를 개방하게 된다. 상기 전진 단부 정지 위치에서, 상기 연료는 상기 챔버(46)에서의 압력이 상기 슬리브(18)의 측방 표면(40)에 방사상으로 작동함에 따라, 상기 슬리브(18)상에 거의 0 에 가까운 축방향 추력을 가하게 된다.

상기 슬리브를 개방하고 폐쇄하는 동안에 상기 제어 챔버(26)에서의 압력 속도 변화를 제어하기 위하여, 상기 채널(42)은 하나 이상의 조정되어진 제한부를 포함한다. 용어 "제한부(restriction)"는 홀(또는 일반적으로는 채널(42)의 세그먼트)로서 지칭되어지는데, 이러한 홀은 연료 유동이 홀의 상류 또는 하류와 만나게 되는 것보다 작은 통로부를 가진다. 대신에, 상기 용어 "조정되어진(calibrated)"은 통로부가 정밀하게 형성되어 제어 챔버(26)로부터 미리 설정된 유체 유출 유동을 정밀하게 정하고 상류로부터 하류로의 소정의 압력 강하를 일으키게 되는 사실로서 의도되었다.

특히, 상대적으로 작은 직경을 가진 홀의 경우, 조정(calibration)은 미리 만들어진 홀을 통하여 연마성 액체가 흐르도록 하고(예를 들어 전자 배출 또는 레이저 방법), 그 상류와 하류 압력을 설정하고, 통과하는 유동률을 읽어서 행해지는 실험적 특성의 마무리 작업을 통하여 정확한 방식으로 행해진다: 상기 유동률은 미 리 정해진 설계값에 도달할 때까지, 홀의 측방 표면에 상기 액체에 의해 야기된 연마(하이드로 침식, 또는 하이드로 연마)에 따라 점진적으로 증가하게 된다. 이러한 점에서, 상기 유동은 방해되어: 사용시에 마무리 작업동안에 형성된 것에 동일한 홀의 압력 상류를 가지게 되며, 얻어진 마지막 통로부는 마무리 작업시에 홀의 상류와 하류에 형성된 압력의 차이와 동일한 압력 강하와 미리 설계된 유동률에 동일한 유동률을 형성한다.

개수가 하나 이상인 경우, 이러한 조정되어진 제한부는 서로 나란하게 또는 연이어서 배열될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 예를 참조하면, 채널(42)을 따라 서로 연이어서 배열된 2개의 제한부가 있는데; 하나는 상기 세그먼트(43)의 블라인드 단부(66)에 의해 형성되며, 다른 하나는 상기 디스크(33b)에서 축방향으로 형성되며 도면번호 53에 의해 표시된다.

상기 조정되어진 제한부(53)는 상기 디스크(33b)의 부분에서만 축방향으로 연장되며 상기 제어 챔버 다음의 위치에 놓이게 되지만, 상기 디스크(33b)의 나머지는 상기 세그먼트(43)의 유입구(63)가 동일한 양으로 큰 직경의 축방향 세그먼트(43a)를 구비한다.

선택적으로, 상기 디스크(33b)는 상기 제어 챔버(26)의 부피에 추가하여, 상기 홀(9)의 단부로 직접 빠져나가는 세그먼트(43a)를 가지는 이러한 방식으로 역전되게 된다.

예를 들어, 조정되어진 제한부(53)는 150 내지 300 마이크론의 직경을 가진 다. 상기 블라인드 단부(66)의 직경은 예를 들어 조정되어진 제한부(53)의 직경보다 크게 되어, 조정되어진 제한부(53)의 거의 두배가 된다.

상기 블라인드 단부(66)의 직경은 상대적으로 작기 때문에, 밀봉부가 형성되는 상기 스템(38)의 직경 및 모서리(48)의 직경은 채용된 열처리의 유형 및 선택된 재료에 따라 예를 들어 2.5 내지 3.5 mm 로 제한될 수 있다.

세그먼트(43)의 유입구(63)는 조정되어진 제한부(53, 66)의 직경보다 적어도 4배 큰 직경을 가지도록 하기 위하여, 특별한 정밀도 없이, 일반적인 드릴 비트를 통하여 본체(76) 내에서 얻어지게 된다.

사용시에, 부분(47)이 개방 위치에 있을 때, 상기 제어 챔버(26) 및 배출 구간 사이에서 발생하는 압력 강하는 채널(42)을 따라 연이어서 배열된 조정되어진 제한부가 있기 때문에 다수의 압력 강하로 세분화된다.

도시되어 있지 않은 변형례에 따르면, 3개의 조정되어진 제한부가 연속적으로 배열되어, 그리고/또는 상기 디스크(33b)는 없고, 그리고/또는 상기 디스크(33b) 및 본체(75)는 단일 부재로서 이루어진 요소의 일부를 형성하며, 그리고/또는 조정되어진 제한부 중 하나는 상기 본체(76) 또는 디스크(33b)의 유입구(63)에 매립된 인서트에 형성된다.

도 3에 도시된 변형례에 따르면, 세그먼트(43)는 상기 유입구(63) 및 상기 조정되어진 제한부(66)를 형성하는 축방향 세그먼트(58)를 포함하며, 상기 유입구(63) 및 세그먼트(43a)와 동일한 크기의 일정한 직경을 가진다 동시에, 유출구 세그먼트(44)는 조정되어진 제한부(53)로써 연속적으로 배열된 조정되어진 제한부를 형성하고 세그먼트(58)의 저부와 직접 연통하는 챔버(46)을 배치하는 경사진 유출구 세그먼트(59)에 의해 유출구 세그먼트(44)가 교체된다. 바람직하게는, 세그먼트(59)는 축(3)에 대하여 30도 내지 45도의 경사각을 형성한다. 특히, 상기 스템(38)의 시작점 이전에 세그먼트(58)이 종료되도록 함으로써, 상기 스템(38)은 비교적 단단하게 된다. 따라서, 상기 스템(38)의 직경 및, 상기 모서리(48)에 의해 형성된, 상기 슬리브(18)와 스템(38) 사이의 환상형 밀봉 구간의 직경은 동적인 조건하에서 밀봉 구간에서의 제한적인 누설에 대한 명확한 장점을 가지고서 감소된다. 특히, 유출구 세그먼트를 경사지게 적절히 형성하여, 상기 밀봉 구간의 직경(비변형 상태에서 모서리(48)에 의해 형성됨)은 구조적으로 약한 것으로 되는 스템(38) 없이 2.5 내지 3.5 mm 의 값으로 유지될 수 있다.

변형예에서, 세그먼트(58)는 제조시에 세그먼트(58)의 저부를 구비한 경사진 유출구 세그먼트(59)의 삽입을 위하여 , 상기 조정되어진 제한부(53)의 8 내지 20배의 직경을 가진다.

본 발명에 따르면, 슬리브(18)의 부분(47)에 의해 형성된 셔터의 형상은 부분(47)이 탄성적으로 변형가능하며 공지의 기술과 같이 단단하지는 않게 되도록 된다.

특히, 비변형 상태에서의 외경(D1) 및 내경(D2)간의 비율은 2.2 미만이다. 또한, 부분(47)의 축방향 길이(L) 및 내경(D2)의 비율은 1.8을 초과한다. 축방향 길이(L)는 상기 슬리브의 외경에서의 급작스러운 변화가 나타나게 되는 위치까지 밀봉부가 형성되는 모서리(48)로부터 연장되는 것으로 되는데, 예를 들어, 도 1의 경우, 이러한 급작스러운 변화는 슬리브(18)의 단부, 즉 고정부(17)와 관련하여서 발생하게 된다.

슬리브(18)의 외경(D1)과 내경(D2)의 비율은 1.7 을 초과하며 그리고/또는 상기 슬리브(18)의 축방향 길이(L)와 내경(D2)의 비율은 3 미만이 되어 상기 슬리브(18)의 변형 및/또는 과다한 취약부를 회피하게 된다.

도 4의 변형례에서, 상기 슬리브(18)는 외경(D1)보다 큰 외경을 가진 부분(47)에 반대편 단부에서 단부 부분(100)을 구비한다. 특히, 축(3)에 수직한 환상형 어깨부에 의해 형성된 급작스러운 확대부는 부분(47, 100) 사이에 제공된다.

이러한 방식으로, 부분(100)은 부분(47)에 대하여 더 큰 경직도(rigidity)를 가지게 되며, 탄성 변형인 부분(47)에 집중되지만, 거의 변형되지 않고 남게 되는 부분(100)은 가스켓 요소를 추가할 필요 없이 고정부(17) 다음의 위치에서 표면(39, 40) 들 사이에 유체 밀봉부를 형성할 수 있게 된다.

이 경우, 상기 부분(47)의 형상은 다음과 같이 정해진다.

부분(47)의 외경(D1)과 내경(D2)의 비율은 1.6 을 초과하고 2.4 미만이며, 상기 부분(47)의 축방향 길이(L)와 내경(D2)의 비율은 0.45 를 초과하고 0.8 미만이다 (여기서, 축방향 길이(L)는 모서리(48)로부터 슬리브(18)의 외경의 급격한 변화가 있게 되는, 즉 부분(100)의 시작점에서의 어깨부와 관련하여 위치까지 측정된 축방향 길이이다). 또한, 도 4의 변형례에서, 모서리(48)로부터 측정된 챔버(46)의 축방향 길이는 L' 로서 표시하고, L-L' = △L 로서 정의되는데, △L 는 0.2 밀리미터를 초과하며 0.8 밀리미터 미만이다.

전술한 수치 비율을 선택함으로써, 공지의 기술에 비하여 슬리브(18)의 크기와 부분(47)의 경직도(rigidity)가 감소되게 된다.

환언하면, 형상은 상기 슬리브(18)가 폐쇄된 위치에 있을 때 챔버(46)에서의 압력의 영향하에서 반경방향 외측방향으로 슬리브(18)의 부분(47)이 탄성 변형하게 하도록 표현된다.

탄성 변형으로 인하여, 상기 모서리(48)는 비변형 상태에 비하여 더욱 외측으로 드러나게 되며, 상기 부분(47) 및 표면(49) 사이의 밀봉부는 비변형 상태 중 일본적인 것보다 큰 평균 직경에 관련하여 형성된다.

주요 효과는 표면(49)에 대하여 부분(47)이 충격시에, 슬리브(18)의 운동 에너지의 대부분이 탄성 변형으로 변환되는데 있다. 이러한 운동에너지의 탄성 변형 에너지로의 변환은 되튐 현상의 현저한 감소라는 장점을 가지고 있다.

특히, 본체(76)에 대한 충격시에 탄성 변형이 된 후에, 부분(47)은 비변형 상태로 복귀하는 누적된 탄성 에너지를 방출하게 된다. 변형 에너지는 다시 운동에너지로 변형되지만, 이러한 재변환의 시간은 슬리브(18)가 단단한 종래 기술에 비하여 상대적을 길게 된다.

또한, 전술한 수치 범위의 비율을 선택함으로써, 접촉시에 소위 "접착성" 마모의 효과는 감소하게 되어, 부분(47)은 그 상부에서 "달라붙는" 것보다는 원뿔형 표면(49)상에서 (반경방향으로) 약간 미끄러지게 된다.

또한, 상기 표면(49) 상에서 부분(47)이 미끄러지게 됨으로써, 밀봉부가 효과적으로 형성되는 평균 직경이 일시적으로 증가하게 되는 경우조차도, 추가적인 되튐 현상을 감소시는 에너지 댐핑 효과를 나타내게 된다.

또한, 상기 표면(49)상에서 상기 부분(47)이 미끄러짐으로써, 상기 부분(47)의 모서리(48)상에서 작용하는 높은 특정 부하에 의해 유리한 마이크로 구조 및/또는 표면 마이크로 용접부의 가능한 현상이 감소되게 된다.

상기 표면(49) 상에서 상기 부분(47)이 미끄러지는 것을 추가적으로 향상시키기 위하여, 본체(76)에 대하여 재료 및/또는 표면 처리를 선택하고 마찰계수가 효과적으로 감소되는 슬리브(18)를 선택하는 것이 적절하다.

또한, 상기 계측 서보 밸브(5)가 안전 밸브로서 작동하도록 하기 위하여 상기 부분(47)의 탄성에 의해 발생되는 반경방향 불균형 힘을 이용하는 것이 가능하다. 실제로, 상기 부분(47)의 형상은 상기 연료 공급 압력이 안전 한계값, 예를 들어 2500 바아의 한계값을 초과하는 경우 상기 스프링(23)의 예비 부하 추력을 초과하는 반경방향 불균형 힘을 가지는 방식으로 정해진다. 실제로, 상기 슬리브(18)가 폐쇄된 위치에 있는 동안에 상기 공급 압력이 안전 한계값을 초과하는 경우, 상기 반경방향 불균형 힘은 상기 스프링(23)의 예비 부하를 능가하게 되며 이로 인하여 상기 계측 서보 밸브(5)의 자동 개구는 상기 로드(10)의 운동을 조작하지 않고도 상기 챔버(46) 및 상기 채널(42)을 통하여 제어 챔버(26)로부터 연료의 일부를 배출하게 되어, 피크 압력값은 상기 분사기(1)의 구성요소에 손상을 가하지 않게 된다.

전술한 바와 같이, 상기 계측 서보 밸브(5) 및 분사기(1)의 시간에 따른 거동은 충격과 되튐에 기인한 마모 및 소위 접착성 마모의 감소로 인하여 슬리브가 단단한 공지의 경우에 비교하여 밀봉이 효과적으로 형성하는 직경이 시간에 따라 덜 흘러가게 되듯이, 공기 기술에 비하여 보다 높은 정밀도와 신뢰성으로 측정될 수 있다는 것이 명확하다.

상기 슬리브(18)를 개방 위치로 이동시키는 반경방향 힘이 존재하는 경우조차도, 마모를 감소시킴으로써, 이러한 힘은 시간에 따라 거의 일정하게 유지되며 설계 상태에서 예상가능하게 된다.

또한, 3.5 mm 아래로 감소한 상기 스템(38)의 직경 및 상기 부분(47)의 밀봉 직경의 감소로 인하여, 운동 상태이며 상기 스프링(23)에 필요한 예비 부하 및 상기 액튜에이터(15)로부터 요구되는 힘이 작용하는 조건하에서 누설이 감소된다. 상기 스템(38)에 대하여 직경을 3.5 mm 아래로 선택하는 것은 상기 밸브 본체에 대한 재료 선택, 상기 밸브 본체에 가해지는 열처리, 및 그 강성, 최종적으로는 가공 싸이클에 대한 함수를 이루게 된다.

상기 부분(47)의 밀봉 직경을 감소함으로써, 상기 슬리브(18)의 축방향 길이를 감소할 가능성이 생기게 되며 따라서 추가적으로 그 부피를 감소시키게 된다. 실제로, 상기 표면(39, 40)들 사이의 유체 누설의 유동율은 연결 구간에서의 원주 방향의 길이에 직접 비례하게 되지만, 이러한 연결 구간의 축방향 길이에는 반비례한다: 직경을 감소시키고, 원주 방향 길이를 감소시키고, 대형 직경을 가진 스템이 주는 동일한 유체 누설 유동률을 수용함으로서, 연결 구간의 축방향 길이를 감소하는 것이 가능하게 되고 결과적으로 크기 및 전체 치수를 감소하는 것이 가능하게 된다. 상기 슬리브(18)의 크기의 감소는 상기 계측 서보 밸브(5)의 응답 시간의 감소를 내포한다.

또한, 상기 스템(38)의 외경 및 상기 모서리(48)를 따라 밀봉 원주 방향의 길이의 감소는 반경 방향 불균형 힘의 크기를 감소시키고, 상기 스프링(23)의 예비 부하 힘이 감소되게 하여 상기 부분(47)의 탄성 변형에 기인한 반경 방향 불균형 힘을 보상하도록 제공되게 된다.

상기 스프링(23)의 예비 부하 힘 및 상기 모서리(48)의 직경 간의 비율은 10 내지 15 [N/mm] 인 것이 바람직하다.

상기 부분(47)의 탄성에 추가하여, 상기 슬리브(18)의 감소는 폐쇄 상태에서의 되튐 현상 감소의 효과를 나타내며 계측 서보 밸브(5)의 양호한 작동 정밀성을 수반한다.

최종적으로, 청구범위에서 기재된 바와 같이, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명된 계측 서보 밸브(5)에 대한 변형 또는 수정이 가능하다.

특히, 상기 액튜에이터(15)는 전류가 흐를 때 상기 채널(42)이 유출구를 개방하기 위하여 상기 슬리브(18)를 작동시키도록 축방향 치수를 증가시키는 압전 액튜에이터로 구성될 수 있다.

또한, 상기 챔버(46)는 표면(40)에서 적어도 부분적으로 파여질 수 있으며, 상기 채널(42)은 상기 축에 대하여 대칭일 수 있다: 예를 들어 세그먼트(44, 59)는 서로 다른 단면을 가질 수 있으며, 서로 다른 직경을 가질 수 있으며, 서로 다른 평면에 놓은 축을 가질 수 있으며, 상기 축(3) 주위에서 일정하게 이격되지 않을 수도 있다.

또한, 상기 밸브 본체는 3개의 부재 대신에 단일 부재 또는 2개의 부재로 구성될 수 있으며, 상기 고정부(17) 및 슬리브(18)는 이격된 요소에 의해 형성되거나 단일 본체에 일체로 되는 대신에 서로에 대하여 접촉되어서 배치될 수 있다.

본 발명은 연료분사에 관한 기술분야에 이용될 수 있다.

본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 비한정적으로 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사기를 위한 균형 잡힌 계측 서보 밸브의 바람직한 실시예에 대한 부분 단면도이다.

도 2는 도 1의 상세도이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 계측 서보 밸브의 변형례이면서 도 2에 유사한 도면이다.

도 4는 계측 서보 밸브의 추가적인 변형례에 대한 도 1에 유사한 도면이다.

Claims (16)

1. 내연 기관 엔진의 연료 분사기(1)를 위한 계측 서보 밸브(5)로서, 상기 계측 서보 밸브는,

   - 전기 액튜에이터(15),

   - 적어도 하나의 조정되어진 제한부를 가지는 유입구(4) 및 유출구 채널(42)이 연통하는 제어 챔버(26)을 형성하며, 상기 유출구 채널(42)가 빠져나가는 측방 표면을 가지며 축(3)을 따라 연장되는 스템(38)을 구비하는 고정된 밸브 본체, 및

   - 슬리브(18)로서, 상기 슬리브(18)의 단부 부분(47)이 상기 유출구 채널(42)을 폐쇄하는 폐쇄위치와, 상기 제어 챔버(26)에서의 압력을 변화시키도록 상기 유출구 채널(42)이 개방된 개방 위치 사이에서 상기 전기 액튜에이터(15)의 작동하에 상기 축(3)을 따라 슬라이딩하고 실질적으로 유체가 누설되지 않는 방식으로 상기 측방 표면(39)에 연결된 슬리브(18)를 포함하는 계측 서보 밸브에 있어서,

   상기 단부 부분(47)은, 사용시에, 상기 유출구 채널(12)의 입구에 존재하는 연료 압력의 추력(thrust)이 작용하는 조건하에서 반경 외측 방향으로 탄성적으로 변형가능하여, 상기 밸브 본체에 대하여 밀봉이 행해지는 직경은 비-변형 상태에 비교하여 증대되고, 상기 슬리브(18)가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 슬리브(18)상에서의 반경 방향의 불균형 힘을 개방 위치의 방향으로 발생시키는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기 액튜에이터(15)는 상기 폐쇄 위치를 향하여 상기 슬리브(18)를 축방향으로 밀어주도록 소정의 예비 부하를 가지는 스프링을 포함하며, 상기 단부 부분(47)의 형상은 상기 연료의 공급 압력이 안전 한계치를 초과할 때 상기 반경방향 불균형 힘이 상기 예비 부하의 추력을 초과하도록 되는 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 안전 한계치는 약 2500바아 인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 단부 부분(47)의 외경 및 내경 간의 비율은 2.4 미만인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 단부 부분(47)의 외경 및 내경 간의 비율은 2.2 미만인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 슬리브(18)의 단부 부분(47)의 외경 및 내경 간의 비율은 1.6 을 초과하는 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 슬리브(18)의 축방향 길이와 내경간의 비율은 1.8을 초과하며, 상기 축방향 길이는 상기 밸브본체에 접촉하는 모서리(48)로부터 측정되는 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 슬리브(18)의 축방향 길이와 내경 간의 비율은 3 미만인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 축방향 스템(38)의 외경은 3.5 밀리미터 미만인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 축방향 스템(38)의 외경은 2.5 밀리미터인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
11. 제 2 항에 있어서,

    상기 스프링(23)의 예비 부하 및 비변형 상태에서의 상기 단부 부분(18)의 내경 간의 비율은 10 내지 15 [N/mm] 인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 슬리브(18)는 상기 단부 부분(47)에 축방향으로 대향하며 상기 단부 부분(47)보다 큰 외경을 가지는 단부 부분(100)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 단부 부분(47)의 축방향 길이 및 내경 간의 비율은 0.45 를 초과하며, 상기 축방향 길이는 추가적인 상기 단부 부분(100)까지 상기 밸브 본체가 접촉하게 되는 모서리(48)로부터 측정되는 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 단부 부분(47)의 축방향 길이 및 내경 간의 비율은 0.8 미만인 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 유출구 채널은, 상기 밸브 본체에 접촉하는 모서리(48)로 부터 측정되며 상기 단부 부분(47)의 축방향 길이보다 0.2 내지 0.8 밀리미터의 수치(△L)만큼 작게되는 축방향 길이를 가지며, 상기 축방향 스템상에서 얻어지는 환상형 챔버(46)에서 종결되는 것을 특징으로 하는 계측 서보 밸브.
16. 내연 기관 엔진을 위한 연료 분사기(1)로서, 상기 분사기는 엔진의 관련된 실린더에 연료를 분사하는 노즐에서 종결되며, 상기 분사기는,

    - 축방향(3)을 따라 연장되는 중공의 분사기 본체(2),

    - 상기 노즐의 개방/폐쇄를 제어하도록 상기 분사기 본체(2)에서 축방향으로 이동할 수 있는 제어 로드(10), 및

    상기 제어 로드(10)의 축방향 이동을 제어하도록 상기 분사기 본체(2)에 하우징되며, 제1항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 계측 서보 밸브(5)를 포함하는 연료 분사기.

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