KR101230497B1

KR101230497B1 - 전자기 밸브

Info

Publication number: KR101230497B1
Application number: KR1020067009672A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 페르텔; 안드레아스 제우스
Original assignee: 클라우스 페르텔; 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2013-02-06
Also published as: EP1682801A2; RU2006117306A; CA2543157A1; CA2543157C; CN1918414A; KR20060126473A; EP1682801B1; US20070272891A1; WO2005040654A3; CN100570183C; DE10362052A1; US7722009B2; RU2358173C2; EP1962004A2; BRPI0415697A; WO2005040654A2; EP1962004A3

Abstract

본 발명은 자동차의 가스 실린더의 전자기 밸브에 관한 것으로, 상기 밸브는 밸브 본체(4); 상기 가스 실린더의 내부 나사산에 나사결합될 수 있는 상기 밸브 본체의 외부 나사산부; 상기 가스 실린더 속으로 돌출된 상기 밸브 본체의 부분; 차단 피스톤(31); 및 상기 차단 피스톤(31)을 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동시키기 위해 사용될 수 있는 전자기 제어 요소(25,28,29);를 포함한다. 상기 차단 피스톤(31)과 상기 제어 요소(25,28,29)를 수용하기 위해 상기 밸브 본체(4)가 공동(15)을 포함하며, 상기 공동은 상기 나사산부 및/또는 상기 가스 실린더 속으로 돌출된 상기 밸브 본체(4)의 부분 내에 위치하게 된다. 상기 밸브의 분해 및 조립을 단순화하기 위하여, 상기 공동(15)의 입구는 가스 실린더 외부에 위치한 밸브 본체(4)의 헤드 단부에 배치된다. 상기 차단 피스톤(31)과 전자기 제어 요소(25,28,29)는 상기 입구를 통해 공동(15) 내로 삽입될 수 있다.

Description

전자기 밸브 {ELECTROMAGNETIC VALVE}

본 발명은 가스 실린더용 전자기 밸브, 특히 청구항 제1항의 전제부에 따른, 가스차(gas-powered motor vehicle)의 가스 실린더용 전자기 밸브에 관한 것이다.

이러한 전자기 밸브는, 예를 들어, 미국특허 제5,197,710호, 제5,458,151호 및 제5,452,738호에 공지되어 있다.

가스 실린더로 유입되거나 그로부터 유출되는 압축 가스의 유동을 제어하기 위하여, 공지된 전자기 작동식 밸브 또는 솔레노이드 작동식 밸브가 사용되고 있다. 가스차용 가스 실린더는 연소 가스를 대기압 이상의 압력, 예를 들면, 2 내지 260 bar로 유지한다. 상기 전자기 밸브는 양방향 가스 스트림을 허용하여, 충전시에는 가스 실린더로 유입될 수 있도록 하는 반면, 엔진 구동 모드에서는 가스 실린더로부터 엔진으로 유입될 수 있도록 한다. 엔진 구동 모드에서, 가스는 고압의 가스 실린더의 내부로부터 공급 배관의 연결 채널을 통해 감압기로 유동하게 되며, 상기 감압기에서 엔진의 소정 분사 압력, 예를 들면, 2 내지 8 bar로 감압된다. 충전시, 가스는 충전 시스템으로부터 동일한 연결 채널을 통해 가스 실린더로 역방향 유동하게 된다. 충전시, 상기 충전 시스템의 충전 채널은 높은 내부 압력, 예를 들면, 200 내지 260 bar가 된다. 빈 가스 실린더는, 가스로 완전히 충전되어 상기 충전 시스템의 압력에 도달할 때까지, 낮은 내부 압력을 갖는다.

두가지 상이한 작동 상황에서 가스 유동을 안정적으로 조절하는 기능 이외에도, 상기 전자기 밸브는 고도의 안전 기준을 가져야 한다. 이에 대하여, 전술한 미국특허들은 상기 밸브의 전자기 제어 요소 및 차단 피스톤(shut off piston)이 수용된 공동(cavity)을 가스 실린더로 돌출된 밸브 본체 부분 및/또는 나사산부 내에 배치할 것을 제안하고 있다. 상기 밸브 본체가 상대적으로 비강성의 재료, 예를 들면 황동으로 제조되는 반면, 상기 가스 실린더는 매우 강성인 재료, 통상적으로 스틸 또는 복합 재료로 제조된다. 가스 실린더의 강성 벽체 내부에 위치된 밸브 본체 부분으로 차단 피스톤과 제어 요소를 변위시킴으로써, 충돌시, 즉 사고로 인해 밸브에 강한 충격이 가해지는 경우, 상기 밸브의 안정성은 작동 요소(functional element)들이 실린더 외부에 배치된 밸브에 비해 현저하게 향상된다. 보수유지 또는 세척을 목적으로 밸브를 분해하기 위해서, 가스 실린더 내에 배치된 밸브 본체 후방으로부터 밸브의 작동 요소, 즉 차단 밸브와 제어 요소에 대한 접근이 가능하도록, 가스 실린더로부터 먼저 밸브 본체를 돌려서 빼내게 된다.

본 발명의 목적은 전술한 유형의 밸브의 분해와 조립이 용이하게 하는 것이다.

이 목적은, 상기 공동의 입구가 가스 실린더의 외부에 위치된 밸브 본체의 헤드 단부에 배치되고, 상기 차단 피스톤과 전자기 제어 요소가 상기 입구를 통하여 상기 공동으로 삽입가능한 본 발명에 따라 달성된다.

상기 차단 피스톤과 전자기 제어 요소의 공동을 전방, 즉 외부에 위치된 밸브 본체의 단부를 향하여 개방함으로써, 상기 밸브 본체가 가스 실린더로 나사결합될 때, 이 구성요소들이 분해 및 조립될 수 있다. 이는 상기 밸브에 대한 유지보수 및 세척 작업을 실질적으로 용이하게 한다. 상기 밸브의 작동 요소를 분해하기 위해, 가스 실린더로부터 밸브 본체를 제거할 필요가 없다. 따라서, 유지보수 및 세척에 필요한 시간이 현저히 감소된다. 유지보수 작업시 가스 실린더로부터 밸브 본체가 제거되지 않는다는 것은, 밸브와 가스 실린더 사이의 연결부에 대해 추후 누설 검사할 필요가 없다는 것을 의미한다.

스크류 캡(screw cap)이 결합되는 외부 나사산을 상기 공동의 입구 영역에 배치하는 것이 실질적으로 가능하다. 상기 스크류 캡은 외부로부터 공동을 밀폐하고, 상기 공동 그리고 그 내부에 수용된 전자기 밸브의 작동 요소들로 먼지와 수분이 침입하는 것을 방지한다.

실질적으로, 상기 공동은 바닥 단부에 내부 나사산을 가질 수 있으며, 내부 나사산에는 밸브 슬리브의 외부 나사산이 결합될 수 있다. 상기 슬리브의 내부에는 상기 전자기 밸브의 차단 피스톤과 또 다른 작동 요소들뿐만 아니라 외부에서 전자기적으로 조절가능한 전기자 및 또 다른 제어 요소들이 배치된다. 상기 슬리브의 상부는 실린더 엔벨로프(cylinder envelope) 형태로 설계된다. 슬리브 조립 후, 상기 공동 내에 위치한 실린더 엔벨로프 형태의 슬리브 부분에 코일이 결합된다. 상기 코일은 상기 전자기 제어 요소, 즉 전기자(armature)를 작동시킨다. 상기 스크류 캡은 나사결합된 슬리브와 코일을 수분 및 먼지로부터 보호한다.

실질적으로, 예를 들어 ECE R110에 따른 전자기 밸브는 추가의 요소들을 갖는다. 이 요소들은, 예를 들어, 전자기 밸브의 제어 상황과는 독립적으로 전자기 밸브를 통한 가스 유동을 방해하기 위해 사용될 수 있는 수동 차단 밸브를 포함한다. 상기 충전 시스템에 대한 연결용으로 사용되는 경우, 역지 밸브(non-return valve)를 갖춘 연결구가 더 제공된다. 이러한 역지 밸브는, 충돌시 탱크 장치가 제거된 후, 충전 시스템용 커넥터를 통한 가스 실린더로부터의 가스 환류(reflux)를 방지한다. 상기 가스 실린더를 엔진 또는 자동차의 다른 가스 실린더에 연결하기 위하여, 역지 밸브 없는 또 다른 연결구가 제공될 수 있다.

상기 밸브의 안전 요소들이 특히 중요하다. 먼저, 파열막을 갖춘 압력 해제 장치가 제공될 수 있다. 이러한 압력 해제 장치는, 가스 실린더의 내부 압력이 임계값에 도달하는 상황에서, 가스가 배출될 수 있도록 한다. 예를 들어, 화재가 발생한 경우, 가스 실린더 내의 가스는 실린더가 폭발할 것 같은 온도로 승온될 수 있다. 이러한 상황에서, 폭발을 방지하기 위해 제어된 방식으로 가스를 방출시키는 것이 바람직하다. 열적 안전 요소가 더 제공될 수 있다. 이러한 안전 요소들은 일반적으로 유체 충진된 글라스 본체를 포함할 수 있다. 상기 글라스 본체는, 글라스 본체 내의 액체 온도가 임계값을 초과하는 경우, 파열된다. 이러한 안전 요소는 극한 가열로 인해 외피가 연화되는 경우 가스 실린더가 폭발하는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 밸브의 실시예에서, 상기 밸브 본체는 전술한 요소 중 하나 일 수 있는 다른 요소를 위한 하나 이상의 수용 공간을 갖는다. 상기 수용 공간은 가스 실린더 외부에 개구를 갖고, 상기 개구를 통하여 상기 다른 요소가 삽입가능하다. 이에 따라, 상기 밸브 본체가 가스 실린더에 나사 결합될 때, 상기 밸브와 같이 상기 다른 요소가 결합 및 제거되어 보수유지 및 세척될 수 있다.

차단 피스톤과 제어 요소가 배치된 밸브 본체 공동을 통하여 상기 실린더 내부에 대한 가스 유입 또는 유출을 허용하기 위하여, 바람직하게, 상기 밸브 본체는 가스 실린더 외부에 구비된 하나 이상의 연결 개구에 대하여 상기 공동을 연결하는 하나 이상의 유동 채널을 갖는다. 바람직하게, 상기 연결 개구상에 연결구(coupling pieces)가 배치되며, 이는 유출 배관 및/또는 유입 배관에 연결될 수 있다.

특히, 충전 시스템에 의한 유입 라인의 연결을 위하여, 상기 연결구는 역지 밸브를 구비할 수 있다. 상기 가스 실린더의 외부에 연결 개구가 배치되기 때문에, 상기 연결구 또한 탈부착 가능한 반면, 상기 밸브 본체는 가스 실린더에 영구적으로 결합된다.

실질적으로, 상기 밸브 본체는 상기 공동을 가스 실린더의 입구를 거쳐 내부로 연결하는 하나 이상의 유동 채널을 더 포함할 수 있다. 상기 밸브 본체는 상기 하나 이상의 수용 공간을 가스 실린더의 입구를 거쳐 내부로 연결하는 하나 이상의 유동 채널을 추가적으로 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어, 상기 수용 공간이 가스 실린더의 내부로부터 가스를 제어된 방식으로 방출하는 안전 요소를 수용하고 있는 경우, 필수적이다.

실질적으로, 상기 가스 실린더 내부로의 입구에 유동 제한기가 배치될 수 있다. 상기 유동 제한기는 스프링력에 반하여 변위가능한 클로져 본체(closure body)를 갖는다. 이 클로져 본체 전후 사이에 비정형적으로 높은 압력차가 주어지면, 예를 들어, 가스 실린더 외부에서의 위험한 발화가 억제되거나 줄어들 수 있도록, 상기 가스 실린더로부터의 유출 속도가 감소된다. 일 실시예에서, 상기 가스 실린더의 내부로 유도되는 모든 유동 채널들은 동일한 입구에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 유동 제한기는 가스를 엔진에 공급하는 배관이 손상된 경우에서와 같이 유동을 제한하는 작용을 하게 된다. 안전 요소가 시동(triggered)된 경우, 실린더 내용물의 즉각적인 방출이 요망된다면, 대안적으로, 상기 안전 요소는 유동 제한기 없는 별도의 채널에 의해 가스 실린더의 내부에 연결될 수 있다.

이와 유사하게, 상기 가스 실린더 내부로의 입구에 필터가 배치될 수 있다. 바람직하게, 필터와 유동 제한기는 모두 입구에 배치된다. 실질적으로, 가스 실린더에 대해 유출입하는 가스는 불순물이 없는 것으로 간주한다. 그러나, 연속 작동으로부터 얻은 실험에서는 불순물 입자와 부식 입자가 오염을 유발할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 불순물은 상기 필터에 의해 가스 스트림으로부터 제거될 수 있다.

실시예에서, 상기 가스 실린더의 외부에 위치된 밸브 본체의 헤드 단부는 강성 보호판으로 덮힌다. 상기 보호판은 가스 실린더와 동일한 재료로 제조될 수 있다. 이는 통상적으로 스틸이다. 따라서, 상기 보호판은 케이싱 또는 상기 가스 실린더의 나사산부에 의해 둘러싸이지 않은 영역의 밸브 본체를 보호하게 된다.

실질적으로, 상기 밸브 본체의 헤드 단부는 라운드형 에지를 가질 수 있다. 상기 에지의 라운딩 영역에서, 상기 밸브 본체의 헤드 단부와 상기 보호판 사이에 소형 간극이 형성된다. 이는, 보호판의 에지에 충격이 가해지는 경우, 상기 보호판의 스프링 변형(spring deflection)을 가능하게 한다. 상기 밸브 본체의 연결부 영역에서, 상기 보호판은 밸브 본체의 헤드 단부와 연접한 지지 리브(support ribs)를 가질 수 있다. 이는 밸브 본체로부터 돌출된 연결부에 대한 보호판의 보호 효과를 증대시킨다. 또한, 하나 이상의 연결부 영역에서, 상기 보호판에 절삭부(cutout)가 형성되어, 예를 들어, 나사결합 공구의 용이한 접근을 가능하게 한다. 특히, 상기 지지 리브의 경우, 상기 절삭부 측방향의 보호판 영역은 연결부를 충격으로부터 보호할 수 있을 정도로 충분히 강하다.

상기 밸브 본체의 헤드 단부와 보호판 사이에 탄성층(7)이 배치될 수 있다. 실질적으로, 상기 탄성층(7)은, 예를 들어 열가소성 중합체, 특히 고무 유사 물질로 제조된다. 상기 탄성층(7)은 밸브 본체의 헤드 단부를 먼지 및 수분으로부터 보호하는 한편, 상기 보호판과 헤드 단부 사이에 댐핑 효과를 부여한다. 댐핑은 밸브 본체에 대한 충격의 영향을 감소시킨다.

실질적으로, 상기 밸브 본체의 헤드 단부는 다각형, 특히 사각형 또는 육각형으로 설계될 수 있다. 이에 따라, 가스 실린더의 내부 나사산으로 밸브 본체를 나사결합하기 위한 나사결합 공구의 사용이 가능하다.

객실을 갖춘 자동차에 상기 가스 실린더가 설치되는 경우, 상기 안전 요소의 유출 개구는 객실로부터 가능한 한 멀리 떨어진 밸브 본체의 측부에 배치되어야 한다. 이에 따라, 안전 요소 중 하나에 의해 가스 방출이 개시된 위급 상황에서, 가연성 가스가 객실을 향하여 직접 유동하는 것이 방지된다.

또한, 본 발명은 가스 실린더용 전자기 밸브, 특히 청구항 제19항의 전제부의 특징을 가진 가스차 엔진의 가스 실린더용 전자기 밸브에 관한 것이다.

이러한 밸브는, 예를 들어, 유럽특허출원 제1 327 809 A1호에 공지되어 있다. 여기서, 차단 피스톤은 밸브 본체에 대해 지지된 폐쇄 스프링에 의해 압축되며, 메인 시일(main seal)은 메인 시일 시트에 대해 지지된다. 전자기 제어 요소에 의해 파일럿 시일이 개방되면, 차단 피스톤의 감압 채널을 통한 유동이 허용된다. 구동 모드에서, 바닥에 배치된 감압 채널의 전방 입구는 저압측, 즉 엔진에 대한 공급 배관에 연결된다. 상기 차단 피스톤의 후방에서 고압이 우세하게 되며, 이는 연결부로부터 상기 가스 실린더의 고압 영역에 연결된 환형 공간으로 확산된다. 상기 감압 채널이 개방되면, 고압은 급격하게 강하한다. 상기 환형 공간의 연결부를 통한 피스톤 후방으로의 체적 유동은 파일럿 시트를 통해 배출될 수 있는 체적 유동보다 더 작다.

압력 해제 채널이 개방되면, 상기 피스톤의 후방에서 발생하며 상기 연결 채널을 통한 유출 압력에 실질적으로 대응하는 저압과 상기 환형 공간 내의 고압 간의 압력차 때문에, 상기 차단 피스톤을 개방하려는 힘이 발생하여, 상기 메인 시일 시트로부터 멀어지려는 상기 폐쇄 스프링의 작용에 반하여 전술한 종래기술의 차단 피스톤을 압축하게 된다.

한편, 충전시, 상기 충전 시스템에 연결된 연결 채널의 영역에서 최대 압력이 발생하게 된다. 충전시, 이 압력은 일반적으로 파일럿 기관의 전자기적 작용없이 차단 피스톤을 개방하게 되고, 실린더의 내부 압력이 충전 시스템의 압력과 상응할 때까지, 실린더를 충전시킨다. 여기서, 차단 피스톤과 밸브 본체 사이의 폐쇄 스프링으로 인한 불안정성이 관찰되었다. 특수한 충전 상황에서, 상기 압력차는 폐쇄 스프링의 힘을 극복하기에 불충분하다. 이 경우, 폐쇄 스프링은 피스톤을 메인 시일 시트 속으로 압축하여 가스 유동을 차단하게 된다. 그 후, 동적 유동 효과로 인하여 중간 영역의 압력이 충전 시스템의 압력으로 상승하게 된다. 이 압력이 특정 한계값을 초과하게 되면, 차단 피스톤은 재개방된다. 이와 같은 주기적인 작동은 불쾌한 잡음을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 목적은 앞서 설명한 불안정성을 저감 또는 제거하는 전술한 유형의 전자기 밸브를 제공하는 것이다. 이 목적은, 상기 차단 피스톤이 밸브 본체 내에서 실질적으로 자유롭게 변위가능한 방식으로 배치되고, 상기 메인 시일 시트에 대하여 차단 피스톤을 압축하는 프리텐션력(pretension force)이 파일럿 시일의 프리텐션 스프링에 의해서만 발생되는, 청구항 제19항의 특징부에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

상기 파일럿 시일의 프리텐션 스프링의 프리텐션력은 종래 기술의 폐쇄 스프링의 힘보다 현저하게 낮다. 상기 차단 피스톤의 안정적인 개폐는 실질적으로 유체 역학 효과에 의해 이루어진다.

바람직하게, 상기 감압 채널은 메인 시일 시트에 인접한 차단 피스톤 전방의 소형 유동 채널을 통해 전개된다. 이 영역에서, 차단 피스톤이 개방되면, 가장 작은 유동 단면적과 그에 따른 가장 큰 유속이 발생한다. 이 영역으로부터 더 큰 단면적을 가진 연결 채널 측으로 유속이 다시 감소함에 따라, 유속이 가장 큰 상기 영역에서, 정압(static pressure)은 최저가 된다. 상기 감압 채널의 입구에서 진공이 증가하는 이러한 유체 역학 때문에, 파일럿 시일이 감압 채널을 해제할 때, 상기 차단 피스톤의 전방과 후방 간의 압력차가 증가하게 되고, 안정적인 개방이 이루어진다.

도 1은 전자기 밸브가 나사 결합된 상부 시린더 부분의 측면도이고,

도 2는 도 1의 구성의 전면도이며,

도 3은 도 1의 구성의 평면도이고,

도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 취한 단면도이며,

도 5는 도 4의 B-B 선을 따라 취한 단면도이고,

도 6은 도 5의 C-C 선을 따라 취한 전자기 밸브의 단면도이며,

도 7은 도 5의 D-D 선을 따라 취한 열적 안전 구성의 단면도이고,

도 8은 도 5의 E-E 선을 따라 취한 수동 차단 밸브의 단면도이며,

도 9는 도 5의 F-F 선을 따라 취한 파열막을 갖춘 압력 해제 요소의 단면도이고,

도 10은 차단 피스톤을 갖춘 밸브 본체 및 그 위에 배치된 전자기 제어 요소의 단면을 도시한 상세도이며,

도 11은 도 10의 전자기 밸브의 조립된 부품을 축소 도시한 측면도이고,

도 12는 도 7의 열적 안전 요소의 개별 부품을 도시한 확대도이며,

도 13은 도 12의 열적 안전 요소의 개별 부품을 도시한 개략도이고,

도 14는 유동 제한기의 단면도이며,

도 15는 도 14의 유동 제한기의 측면도이고,

도 16은 역지 밸브를 갖춘 연결구의 측면도이며,

도 17은 역지밸브를 갖춘 연결구의 단면도이고,

도 18은 도 16 및 도 17의 연결구의 개략도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 가스 실린더 2: 내부 나사산

3,47: 외부 나사산 4: 밸브 본체

5: 헤드 단부 6: 보호판

7: 탄성층 8: 역지 밸브 없는 연결구

9: 연결구 수용 공간 10: 역지 밸브를 갖춘 연결구

11: 연결구 수용 공간 12,13,14,16,19,21: 유동 채널

15: 공동 17: 유동 제한기

18: 수동 차단 밸브 20: 파열막

22: 열적 안전 장치 23: 스크류 캡

24,61,62: 실링 링 25: 코일

26: 전선 27: 슬리브

28,29: 전기자 30: 스페이서

31: 차단 피스톤 32: 감압 채널

33: 파일럿 시일 34: 플런저

35: 스프링 36: 커버 벽체

37: 환형 공간 38: 연결 채널

39: 메인 시일 40: 메인 시일 시트

41: 시일 홀더 42: 유출 채널

43-45: 시일 46,54: 필터

48: 커버 49: 수용 공간

50: 글라스 본체 51: 폐쇄 피스톤

52: 프리텐션 스프링 53,55: 차단체(blocking body)

56: 시트 57: 지지 리브

58: 절삭부 59: 열적 안전 장치의 유출 개구

60: 파열막을 갖춘 안전 요소의 유출 개구

63: 고정 나사

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4는 가스 실린더(1)의 상부를 도시한 도면으로서, 실린더 목부(neck)에는 밸브 본체(4)의 외부 나사산(3)(도 4 참조)을 수용하기 위한 내부 나사산(2)이 배치되어 있다. 상기 가스 실린더(1)의 외부에 배치된 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5)는 도 1, 도 2 및 도 5에서 볼 수 있다. 이는 스틸로 제조된 보호판(6)에 의해 덮힌다. 본 실시예에서, 밸브 본체(4)는 황동으로 제조된다. 상기 보호판(6)은 고정 나사(63)(도 3 참조)에 의해 밸브 본체(4)에 고정된다. 상기 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5)와 보호판(6) 사이에 플라스틱 물질로 이루어진 탄성 층(7)이 배치된다. 상기 탄성 층(7)은 보호판(6)에 대한 충격을 완충하며, 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5)를 수분으로부터 밀폐한다.

특히, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 밸브의 전자기 제어 요소 및 차단 피스톤을 위한 공동(15)의 입구와 수용 공간의 모든 개구는 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5) 영역 내에 위치하게 된다. 따라서, 역지 밸브가 없는 연결구(8)는 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5)에서 내부 나사산(9)을 갖춘 수용 공간(9') 속으로 나사 결합된다. 상기 역지 밸브가 없는 연결구(8)는 엔진 또는 또 다른 가스 실린더(1)에 대한 연결을 위해 사용된다. 대향 수용 공간(11) 내의 연결구(10)는 역지 밸브를 갖고 있으며, 충전 시스템에 대한 연결을 위해 사용된다. 상기 연결구(8,10)의 영역 내에는 유동 채널(12,13,14)의 개구가 배치되며, 이들은 전자기 제어 요소(25,28,29)와 차단 피스톤(13)을 수용하는 공동(15)에 연결된다. 또 다른 유동 채널(16)이 유동 제한기(17)를 통하여 상기 전자기 밸브를 가스 실린더(1)의 내부에 연결한다. 상기 가스 실린더(1) 내의 유동 제한기(17)로의 유동 채널(16)에 수동 차단 밸브(18)가 배치된다. 적당한 회전 공구에 의해 상기 수동 차단 밸브(18)가 폐쇄될 수 있으며, 그에 따라 공동(15)으로의 가스 유동이 차단된다. 가스 실린더(1)의 내부 압력이 과도하게 높을 경우 파열되는 파열막(20) 형태의 압력 해제 요소로 가스 실린더(1)의 내부로부터 또 다른 유동 채널(19)이 연장된다. 이와 유사하게, 가스 실린더(1)의 내부로부터 열적 안전 장치(22)로 유동 채널(21)이 연장된다.

특히, 상기 전자기 밸브의 작동 모드가 도 10에 명료하게 도시되어 있다. 상기 밸브의 작동 요소가 밸브 본체(4) 내부의 공동(15)에 삽입된다. 상기 공동(15)은 스크류 캡(23)에 의해 폐쇄되며, 상기 스크류 캡은 공동(15) 상단의 내부 나사산에 나사 결합되어 실링 링(24)에 밀폐된다. 상기 공동(15)에는 전자기 밸브를 작동시키는 코일(25)이 삽입된다. 상기 코일(25)은 연결 케이블(26)에 의해 도시되지 않은 전원에 연결된다. 상기 코일(25)의 내부로 슬리브(27)가 연장되며, 상기 슬리브의 바닥 다리부는 공동(15)의 하부에 나사식으로 연결된다. 상기 슬리브(27)의 상부는 실린더 엔벨로프 형태이며, 2개의 전기자(28,29)를 둘러싼다.

제 1 전기자(28)는 상기 슬리브(27) 내부에 변위가능하게 배치된 차단 피스톤(31)에 대하여 스페이서(30)에 의해 지지된다. 상기 헤드 단부에서, 차단 피스톤(31)의 중심에 감압 채널(32)이 배치되며, 그 상부 개구가 파일럿 개구를 형성한다. 상기 파일럿 개구상에 파일럿 시일(33)이 배치되며, 상기 파일럿 시일은 슬리브(27)의 상부 커버 벽체(36)에 대해 지지된 스프링(35)에 의해 파일럿 개구에 대해 플런저(34)에 의해 압축된다.

상기 코일에 전류가 인가되지 않는 경우, 도 10에 도시된 밸브의 폐쇄 상태가 유지된다. 상기 코일에 전류가 인가되면, 전기자(29)는 파일럿 시일(33)과 함께 상승하게 된다. 이에 따라, 감압 채널(32)을 통해 유동이 이루어지고, 구동 모드에서의 제어된 가스 제거를 위해 차단 피스톤(31)의 개방 운동이 허용된다.

상기 차단 피스톤(31)의 외측 환형면에 의해 부분적으로 제거되고 상기 슬리 브(27)의 하부에 의해 부분적으로 제거된 환형 공간(37)이 상기 가스 실린더(1)의 내부에 연결된다. 또한, 상기 밸브의 간극과 보어는 차단 피스톤(31)의 후방 및 상부에 위치된 슬리브(27) 내부의 공간에 대한 환형 공간(37)의 연결부를 제공한다. 상기 피스톤(31)의 중심 영역 전방의 연결 채널(38)은 유동 채널에 의해 엔진에 연결되며, 상대적으로 저압이다.

상기 환형 공간(37)과 연결 채널(38) 사이의 연결부를 개방하기 위하여, 상기 피스톤(31)은 상승되어야 한다. 따라서, 상기 피스톤(31)상의 메인 시일(39)이 밸브 본체(4) 내의 메인 시일 시트(40)로부터 멀리 이동하게 되고, 메인 시일(39)과 메인 시일 시트(40) 사이의 유동 단면이 개방된다. 상기 피스톤(31)에 나사 결합된 시일 홀더(41)에 의해 메인 시일(39)이 피스톤(31)에 고정된다. 상기 시일 홀더(41)는 압력 해제 채널(32)의 하부에 의해 관통된다. 상기 압력 해제 채널(32)은 단면적이 작은 2개의 유동 채널(42)을 통해 시일 홀더(41)의 헤드의 주변부에서 외측으로 개방된다. 상기 차단 피스톤(31)이 개방되었을 때, 단면적이 작은 유동 채널(42)이 상기 환형 공간(37)과 연결 채널(38) 사이의 최저 단면적에 근접하게 되는 것을 볼 수 있다. 이 영역에서, 유속은 최대가 되며, 그에 따라 정압은 최저가 된다. 상기 차단 피스톤(31)이 폐쇄되었을 때, 엔진에 대한 공급 배관의 저압이 연결 채널(38) 내에서 확산된다. 상기 차단 피스톤(31)의 후방에서, 즉 전술한 간극을 통하여 전기자(28,29)에 대면하고 있는 차단 피스톤(31)의 측부에서, 가스 실린더(1)와 환형 간극(37) 내에 고압이 생성된다. 이 고압과 상기 연결 채널(38) 내의 저압 간의 압력차로 인하여, 상기 차단 피스톤(31)은 도시된 폐쇄 위치로 압축된다.

상기 이동가능한 전기자(29)에 의해 파일럿 시일(33)이 상승되어 상기 감압 채널(32)이 개방되면, 상기 차단 피스톤(31)의 후방으로부터 감압 채널(32)을 통해 연결 채널(38)로 고압이 유동하게 된다. 좁은 간극과 보어만이 상기 환형 공간(37)으로부터 차단 피스톤(31)의 후방으로 가스가 저속으로 유동할 수 있도록 하기 때문에, 상기 감압 채널이 개방되면, 여기서의 압력은 메인 시일(39)과 메인 시일 시트(40) 사이의 유동 단면에서의 저압과 실질적으로 상응하게 된다. 상기 가스 실린더(1)의 내부와 소통하는 환형 공간(37) 내의 대기압 보다 큰 압력이 상기 차단 피스톤(31)을 그 상부 개방 위치로 압축하게 된다. 이는 메인 시일(39)과 메인 시일 시트(40) 사이의 유동 단면을 해제한다. 전술한 바와 같이, 유속과 유동 편향으로 인하여, 유출 채널(42)의 입구 영역의 압력은 추가적으로 감소하게 되며, 그 결과 차단 피스톤(31)의 후방에서의 압력은 더 강하하게 된다. 따라서, 상기 감압 채널(32)이 개방되었을 때, 상기 차단 피스톤(31)은 개방 위치를 유지하게 된다.

폐쇄시, 상기 코일(25)의 탈여기(deexcitation)를 통해, 상기 파일럿 시일(33)이 감압 채널(32)의 입구에 대해 프리텐션 스프링(35)에 의해 한번 더 압축되면 된다. 상기 차단 피스톤(31)의 후방으로부터 전방으로의 가스 유동이 차단되며, 전술한 간극을 통하여, 가스 실린더(1)의 내부와 환형 공간(37)으로부터의 고압이 피스톤(31)의 후방에 생성될 수 있다. 상기 연결 채널(38)의 저압에 대한 압력차로 인하여 피스톤(31)이 폐쇄 위치로 구동된다.

제어되지 않은 가스 유동을 방지하기 위한 또 다른 시일(43-45)이 제공된다. 감압 채널(32) 내에 필터가 제공되며, 상기 필터는 차단 피스톤(31) 후방의 전자기 제어 요소의 오염을 방지한다.

충전시, 장치 내에서의 유동은 역방향으로 이루어진다. 이 경우, 코일(25)은 일반적으로 탈여기된다. 즉, 전류가 인가되지 않으며, 상기 차단 피스톤(31)은 폐쇄 위치에 놓이게 된다. 가스 실린더(1) 내에는 대기압 보다 약간 더 높은 압력이 존재한다. 상기 가스 실린더에는 외부로부터 충전 연결부가 부착되며, 상기 충전 연결부는 연결 채널(38)에 대해 고압의 가스를 공급한다. 대기압 보다 더 높은 이 가스 압력은 차단 피스톤(31)을 개방 위치로 가압하게 된다. 파일럿 시일(33)의 폐쇄를 위한 스프링(35)의 낮은 스프링력을 제외하고, 종래 기술과 달리, 어떠한 기계적 폐쇄력이 차단 피스톤(31)에 작용하지 않는다. 따라서, 연결 채널(38) 내에 대기압 보다 약간 더 높은 압력이 존재하는 즉시, 차단 피스톤은 그 개방 위치로 압축된다. 이 때, 충전 시스템으로부터의 가스는 연결 채널(38) 및 환형 공간(37)을 통해 가스 실린더 내로 유동할 수 있다. 상기 차단 피스톤(31)의 개방을 방해하는 상당한 기계적 폐쇄력이 존재하지 않기 때문에, 충전시 폐쇄력이 차단 피스톤을 폐쇄 위치로 이동시키는 것과 같은 불안정 상태가 방지된다. 유출 채널(42)에서의 스로틀 효과로 인하여, 연결 채널(38)과 시일(44) 위의 공간 사이에 높은 압력차가 발생하게 된다.

도 11은 실링 링(24)을 갖춘 스크류 캡(23), 코일(25) 및 슬리브(27)의 하부, 그리고 또 다른 실링 링(43) 및 외부 나사산(47)의 측면도이다.

도 12 및 도 13은 열적 안전 장치(22)의 개별 부품을 도시하고 있다. 상기 열적 안전 장치는 밸브 본체(4)(도 7 참조)의 수용 공간(49)의 나사산에 나사 결합되는 커버(48)를 포함한다. 상기 커버(48)는 글라스 본체(50)에 대해 압축된다. 상기 글라스 본체(50)는, 특히 가스가 파일럿 시트를 통해 차단 피스톤 상부의 공간으로 유동할 때, 폐쇄 피스톤(51)을 폐쇄 위치에 유지한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 폐쇄 위치에서, 상기 폐쇄 피스톤(51)의 하부는 유동 채널(21) 내에 위치하게 되며, 실링 링(62)(도 12 참조)을 통해 상기 유동 채널을 밀폐하게 된다.

상기 글라스 본체(50)는 액체로 충전되며, 과열시 파열된다. 이 때, 유동 채널(21)이 개방되어(도 7 참조), 가스 실린더(1)로부터 가스가 배출될 수 있도록 한다.

상기 열적 안전 장치의 유출 개구(59)를 도 5에서 볼 수 있다. 이는 파열막(20)을 갖춘 안전 요소의 유출 개구(60)와 유사하게, 밸브 본체의 헤드 단부(5)의 외주연의 하부상에 배치된다. 상기 가스 실린더(1)와 밸브 본체(4)는, 양 유출 개구(59,60)가 객실로부터 멀리 떨어진 측부에 놓이도록, 자동차의 객실(미도시) 아래에 설치된다.

도 14 및 도 15는 유동 채널(16)(도 8 참조)의 입구에 설치되는 공지의 유동 제한기(17)를 도시하고 있다. 상기 유동 제한기(17)는, 가스 실린더(1)의 내부와 유동 채널(16) 사이의 압력차가 커지는 경우, 유출되는 가스량이 차단체(53)에 의해 감소되도록 하는 역할을 한다. 상기 유동 채널(16) 내로 유입되는 불순물을 차단하기 위한 필터(54)가 추가로 제공된다. 대안적 실시예에서, 상기 필터(52)는 더 이상 사용되지 않는다.

도 16 내지 도 18은 역지 밸브를 갖춘 연결구(10)를 도시하고 있다. 특히, 상기 역지 밸브는 도 17의 단면도에서 볼 수 있다. 이는 충전 연결부를 가스 실린더(1)에 연결하기 위해 사용된다. 상기 역지 밸브는 실질적으로 2개의 능동 요소, 즉 구형 차단체(55)와 상기 차단체(55)용 시트(56)를 갖는다.

Claims

가스 실린더용 전자기 밸브로서,

밸브 본체(4);

가스 실린더(1) 상의 내부 나사산(2) 내로 나사결합될 수 있는 외부 나사산(3)을 갖는 상기 밸브 본체(4)의 나사산부;

상기 가스 실린더(1) 내로 돌출된 상기 밸브 본체(4)의 돌출부;

상기 밸브 본체(4)의 돌출부 내에 위치되는 차단 피스톤(31);

상기 차단 피스톤(31)이 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동될 수 있도록 하는 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)로서, 상기 차단 피스톤(31)과 상기 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)를 수용하기 위해 상기 밸브 본체가 공동(15)을 가지며, 상기 공동이 상기 나사산부 및 상기 밸브 본체(4)의 돌출부 중 하나 이상의 내측에 배치되며, 상기 공동(15)의 입구가 상기 가스 실린더(1)의 외부에 위치된 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5) 상에 배치되고, 상기 차단 피스톤(31) 그리고 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)가 상기 입구를 통하여 상기 공동(15) 내로 삽입될 수 있는, 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29); 및

상기 가스 실린더(1)로부터 상기 공동(15)으로의 가스 유동을 차단하기 위한 수동 차단 밸브를 포함하는;

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 공동(15)의 입구 영역에는 내부 나사산이 배치되고, 상기 공동(15)의 내부 나사산 내로 스크류 캡(23)이 나사결합될 수 있는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 본체(4)가 추가 요소를 위한 하나 이상의 추가 수용 공간을 갖고, 상기 추가 요소가 상기 가스 실린더(1) 외부에 위치된 개구를 통해 상기 수용 공간 내로 삽입될 수 있는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 3 항에 있어서,

상기 추가 요소가,

역지 밸브(non-return) 없는 연결구(connection coupling)(8);

역지 밸브를 갖는 연결구(10);

과도한 고압에 대해 보호하기 위한 파열막(20)을 갖는 안전 요소;

열적 보호를 위한 유체-충전(fluid-filled) 글라스 본체(50)를 갖는 안전 요소(22); 및

이들의 임의의 조합;

중에 하나 이상인,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 본체(4)가 상기 가스 실린더(1) 외부의 하나 이상의 연결구(coupling piece)(8,10)에 상기 공동(15)을 연결하는 하나 이상의 유동 채널(12,13)을 갖는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 본체(4)가 상기 가스 실린더(1)의 내부 내로의 입구에 상기 공동(15)을 연결하는 하나 이상의 유동 채널(14,16)을 포함하는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 3 항에 있어서,

상기 밸브 본체(4)가 상기 가스 실린더(1)의 내부 내로의 입구에 하나 이상의 추가 수용 공간을 연결하는 하나 이상의 유동 채널(16,19,21)을 포함하는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 6 항에 있어서,

상기 가스 실린더(1)의 내부 내로의 입구 상에 유동 제한기(17)가 배치되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 가스 실린더(1) 내부 내로의 입구 상에 필터(54)가 배치되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 가스 실린더(1)의 외부에 위치된 상기 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5) 상에 충격에 대한 보호 장치가 제공되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 10 항에 있어서,

상기 보호 장치가 보호 판(6)인,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 10 항에 있어서,

상기 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5)가 라운드 처리되거나 챔퍼 가공된(chamfered) 에지를 갖는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 11 항에 있어서,

상기 보호 판(6)이 하나 이상의 지지 리브(57)를 갖는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
가스 실린더용 전자기 밸브로서,

밸브 본체(4);

가스 실린더(1) 상의 내부 나사산(2) 내로 나사결합될 수 있는 외부 나사산(3)을 갖는 상기 밸브 본체(4)의 나사산부;

상기 가스 실린더(1) 내로 돌출된 상기 밸브 본체(4)의 돌출부;

상기 밸브 본체(4)의 돌출부 내에 위치되는 차단 피스톤(31);

상기 차단 피스톤(31)이 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동될 수 있도록 하는 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)로서, 상기 차단 피스톤(31)과 상기 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)를 수용하기 위해 상기 밸브 본체가 공동(15)을 가지며, 상기 공동이 상기 나사산부 및 상기 밸브 본체(4)의 돌출부 중 하나 이상의 내측에 배치되며, 상기 공동(15)의 입구가 상기 가스 실린더(1)의 외부에 위치된 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5) 상에 배치되고, 상기 차단 피스톤(31) 그리고 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)가 상기 입구를 통하여 상기 공동(15) 내로 삽입될 수 있는, 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29); 및

상기 가스 실린더(1) 외부에 위치된 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5) 상에 제공되는 기계적 작용에 대한 보호 장치로서, 상기 보호 장치가 보호 판(6)이며, 상기 보호 판(6)이 하나 이상의 지지 리브(57)를 가지며, 상기 보호 판(6) 내에 하나 이상의 절삭부(58)가 배치되며, 상기 절삭부(58)는 하나 이상의 지지 리브(57)에 인접하여 위치되는, 보호 장치;를 포함하는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 11 항에 있어서,

상기 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5)와 상기 보호 판(6) 사이에 탄성 층(7)이 배치되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 15 항에 있어서,

상기 탄성 층(7)이 열가소성 중합체로 제조되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 본체(4)의 헤드 단부(5)가 다각형으로 설계되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 4 항에 있어서,

상기 가스 실린더(1)가 객실을 갖춘 자동차에 부착되고, 상기 밸브가 상기 가스 실린더(1) 외부에 위치된 유출 개구(59)를 갖는 복수의 안전 요소(18,20,22)를 포함하며, 상기 유출 개구(59) 모두가 객실로부터 멀리 떨어진 쪽의 밸브 본체(4) 상에 위치되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
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제 7 항에 있어서,

상기 가스 실린더(1)의 내부 내로의 입구 상에 유동 제한기(17)가 배치되는,

가스 실린더용 전자기 밸브.
제 17 항에 있어서,

상기 다각형은 사각형 또는 육각형인,

가스 실린더용 전자기 밸브.
전자기 밸브로서,

가스 실린더(1) 내로 돌출된 돌출부 및 상기 가스 실린더(1)에 대한 부착 기구를 포함하는 밸브 본체(4);

상기 밸브 본체(4)의 돌출부 내에 위치되는 차단 피스톤(31);

개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 상기 차단 피스톤(31)의 이동을 제어하는 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)로서, 상기 밸브 본체(4)가 상기 돌출부 내에 배치되는 공동(15)을 포함하며, 상기 공동(15)의 입구가 상기 돌출부로부터 원위(distal)에 위치하는 상기 밸브 본체(4)의 헤드 단부 상에 배치되며, 상기 차단 피스톤(31) 그리고 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)가 상기 공동(15) 내에 배치되고 상기 공동(15)의 입구를 통하여 외부에서 접근가능한, 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29); 및

상기 가스 실린더(1)로부터 상기 공동(15)으로의 가스 유동을 차단하기 위한 수동 차단 밸브를 포함하는;

전자기 밸브.
제 23 항에 있어서,

상기 차단 피스톤은 상기 밸브 본체(4) 내에 자유롭게 변위 가능한 방식으로 배치되는,

전자기 밸브.
제 24 항에 있어서,

상기 차단 피스톤 내에 감압 채널을 더 포함하며,

상기 감압 채널은 상기 전자기 제어 코일(25) 및 전기자(28,29)를 대면하는 상기 차단 피스톤의 후방을 상기 차단 피스톤의 전방에 연결하는,

전자기 밸브.