KR101546282B1 - 압력 제한 기능을 가지는 밸브 - Google Patents

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Abstract

밸브 캐리어(18), 밸브 캐리어(18) 내에 가동되게 지지되고 밸브가 폐쇄되는 동안 밸브 시트(22)와 상호 작용하는 밸브 피스톤(21), 및 밸브 피스톤(21)에 대해 폐쇄 방향으로 작용하는 압축력을 인가하는 압축 스프링(24)을 포함하는, 내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제한 기능을 가지는 밸브에 대해, 밸브를 제어된 방식으로 개방하도록 압축 스프링(24)의 압축력에 대해 작동 요소의 도움으로 핀이 이동될 수 있도록 밸브 피스톤(21) 상에 폐쇄 방향으로 작용하는 핀(30)이 배열되어 플러싱 기능을 개선한다.

Description

압력 제한 기능을 가지는 밸브 {VALVE HAVING A PRESSURE LIMITING FUNCTION}
본 발명은 내연기관들용 커먼-레일(common-rail) 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브에 관한 것으로, 상기 밸브는 밸브 지지부, 상기 밸브 지지부 내에 가동되게 배열되고 밸브가 폐쇄되면서 밸브 시트와 상호 작용하는 밸브 피스톤, 및 폐쇄 방향으로 밸브 피스톤 상에 압축력을 인가하는 압축 스프링을 포함한다.
본 발명은 또한 내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 연료 공급 장치에 관한 것으로, 상기 연료 공급 장치는 탱크, 중유를 탱크로부터 고압 펌프로 공급하기 위한 사전(pre)-공급 펌프를 포함하며 상기 고압 펌프는 하나 이상의 고압 라인을 경유하여 하나 이상의 분사 장치에 피딩(feed)하는 고압 어큐뮬레이터 (레일)에 연결되며, 그리고 필요한 경우 중유의 적어도 일 부분의 양을 회수 덕트를 경유하여 탱크 내로 방출하기 위해 개별 고압 라인을 경유하여 고압 어큐뮬레이터에 연결되는 밸브를 더 포함한다.
초기에 한정된 종류의 압력 제어 밸브는 동시에 비상 구동 특징을 제공하면서 고압 어큐뮬레이터 (레일) 내의 압력을 제한하는 기능을 한다. 대체로 압력 제어 밸브는 레일 상에 나사 체결되고 밀봉 시트를 경유하여 스프링-부하식 밸브 핀에 의해 고 압축 연료와 접촉한다. 밀봉 시트의 후방 측부 상에, 밸브는 라인을 경유하여 커먼-레일 시스템의 저압 회수 채널에 연결된다. 레일 압력이 허용 범위 내에서 변화하는 경우, 밸브는 인가된 스프링력에 의해 폐쇄된 상태로 남아 있게 되며, 회수 채널에 대해 타이트(tight)하게 된다. 에러 발생시 최대 허용 레일 압력이 초과하는 경우, 밸브는 개방될 것이며, 이에 따라 시스템 압력을 제한한다. 예를 들면 압력 제어 밸브는 WO 2004/083695 A1호에 설명된다.
비용 이유들로 인해, 예를 들면 중유와 같은 저급(low-quality) 연료들이 매우 큰 디젤 엔진들, 특히 선용 디젤 엔진(marine diesel engine)들에 사용된다. 중유들의 특정 물리적 특성들에 의해, 특별한 작동 조치들이 취해져야 한다. 중유의 점성은 예를 들면 보통의 디젤 연료의 점성보다 실질적으로 더 높아서 적어도(at all) 중유의 펌핑을 가능하게 하도록 80℃ 초과로의 가열이 요구된다.
중유의 높은 점성은 라인들 내에서 중유의 응고를 방지하기 위해 엔진의 정지(standatill)시조차 연료가 라인 시스템 내에서 순환되게 일정하게 펌핑될 것이 요구된다.
이를 위해, 중유 커먼-레일 분사 시스템들은 엔진의 작동 동안 폐쇄되어 연료 시스템의 고압-측 부분들을 폐쇄하는 플러시 밸브 및 이런 이유로 저압-측 연료 회수 라인에 대한 레일을 포함하며 상기 저압-측 연료 회수 라인을 통하여 연료가 탱크 내로 다시 회수될 수 있다. 엔진의 정지시, 플러시 밸브는 개방될 수 있어 연료가 고압 측으로부터 고압 라인들 및 레일을 통하여 밸브를 경유하여 저압 측으로, 그리고 후속하여 탱크 내로의 재순환을 일으키며, 이때 상기 연료는 예열기에 의해 적절한 온도로 유지되어 라인들 내에서 중유의 응고를 방지한다.
시스템 내의 연료를 템퍼링(temper)하기 위한 재순환 유동의 생성을 가능하게 하는 것에 부가하여, 플러시 밸브는 동시에 또한 비상 정지 밸브로서 기능한다. 플러시 밸브를 적절히 제어함으로써, 시스템 압력은 비상의 경우 분사 장치들 자체들을 비활성화시키지 않으면서 시스템 압력을 매우 신속하게 낮출 수 있다.
종래의 커먼-레일 시스템들에서, 압력 제어 밸브 및 플러시 밸브는 상호 개별 구성요소들로서 구성되고, 따라서 상이한 지점들에서 레일에 연결된다. 이는 높은 제작 및 생산 비용들을 요구한다.
따라서 본 발명은 밸브들의 수명 또는 작동 상의 안전성에 영향을 미치지 않으면서 설명된 단점들을 회피하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 해결하기 위해, 본 발명에 따라 앞에서 한정된 종류의 밸브는, 밸브를 제어가능하게 개방하기 위하여 압축 스프링의 압축력에 대항하여 작동 수단의 도움에 의해 가동되도록 밸브 피스톤 상에 폐쇄 방향으로 작용하는 핀이 배열되어 플러싱 기능을 제공하는 취지(effect)로 추가로 개선된다. 이에 따라 밸브는 압력 제어 밸브와 플러시 밸브의 조합체를 구성하지만, 이 두 개의 밸브들은 동일한 밸브 시트를 이용하여 서로 무관하게 작동한다. 바람직한 방식으로, 밸브의 압축 스프링은 밸브의 압력 제어 기능의 개방 압력을 결정하는 압축 스프링으로서 그리고 플러시 밸브 기능을 위한 압축 스프링으로서 동시에 작용한다. 압축 스프링은 특히 삽입된 핀을 경유하여 밸브 피스톤 상에 폐쇄 방향으로 작용한다. 압축 스프링이 밸브의 밸브 피스톤 상에 직접 작용하지 않고 상기 삽입된 핀을 경유하여 작용한다는 사실에 의해, 압력 제어 기능에 부가하여 플러시 기능이 가능하게 되며, 여기서 상기 작동 수단은 압축 스프링에 대해 작용하는 힘을 인가하는 기능을 하여, 핀의 상승을 일으켜서, 이에 따라 밸브 피스톤의 해제를 유발하여, 밸브 피스톤이 고압 측 상에 가해진 압력에 의해 밸브 시트로부터 리프트되고 플러시 기능을 위해 요구되는 유동 횡단면을 해제하는 것을 가능하게 한다. 그러나 작동 수단이 작동되지 않는 한 밸브의 압력 제어 기능은 완전히 작용하지 않은 상태로 남아 있을 것이다. 따라서, 예를 들면 또한 종래의 방식으로 압력 제어 밸브의 개방 압력을 조정하는 것이 가능하며, 이를 위해 구성은 핀 반대쪽(facing away) 측 상에, 압축 스프링이 삽입된 조정 디스크를 경유하여 홀딩되도록 창안되는 것이 바람직하다.
원칙적으로, 개방 방향으로, 즉 압축 스프링의 힘에 반대로, 핀을 작동하기 위한 작동 수단은 요구된 작동력이 보장되는 한 임의의 어떠한 방식으로도 구성될 수 있다. 예를 들면 유압식으로, 자기식으로 또는 공기압 식으로 인가될 수 있는 작동력은 기본적으로 핀 상에 직접 작용하도록 유발될 수 있다. 적절한 작동력을 제공하도록, 그에 따라 대 접촉 표면이 대체로 요구되어, 이에 따라 큰 질량의 핀을 포함한다. 동시에, 압력 제어 기능의 작동의 최적 모드에 대한 밸브의 관성을 최소화하기 위해 핀의 질량을 가능한 작게 유지하는 것이 추구된다. 두 개의 언급된 반대의 요구 조건을 고려하는, 즉 적절한 작동력을 제공하고 시스템의 관성을 최소화하기 위해 고려하는 바람직한 구성은 작동 수단이 실린더 내에 가동되게 장착되고 압축 스프링의 압축력에 대해 핀을 변위시키기 위한 핀의 접촉 표면과 작동 연결될 수 있는 작동 피스톤을 포함하는 것을 고려한다. 이에 따라 압축 스프링에 대해 핀을 작동시키기 위한 힘은 핀 상에 직접적이지 않고, 개방 방향으로 압력 핀을 끌고 가는 개별 작동 피스톤에 영향을 미친다. 역으로, 핀의 운동은 작동 피스톤을 따라 전달되지 않는다.
압축 스프링의 힘이 밸브 피스톤 상에 완전히 작용하지 않을 수 있는 방식으로 작동 피스톤이 폐쇄 방향으로 핀과 간섭되는 것을 방지하도록, 밸브의 폐쇄 상태에서 디스크의 접촉 표면과 피스톤의 각각의 카운터(counter)-표면 사이에 축방향 갭이 제공되는 추가의 바람직한 구성이 고려된다.
유용한 방식으로, 작동 피스톤은 포트(pot)-형상이 되도록 설계되고, 핀을 축방향으로 안내하기 위해 작동 피스톤의 내주변 상에 가이드 표면들을 포함한다.
이미 지적한 바와 같이, 작동 피스톤의 작동은 임의의 어떠한 방식으로도 수행될 수 있다. 특히 조작 상 안전하고 입증된 작동은 작동 수단이 개방 방향으로 작동 피스톤 상에 압력을 인가하기 위한 공기압 수단을 포함한다. 이 점에 있어서, 압력 매체, 특히 압축 공기로 충전될 수 있는 라인이 작동 피스톤에 의해 한정되고 압축 스프링 반대쪽의 작동 피스톤 측 상에 배치되는 챔버 내로 개방되는 것이 특히 제공될 수 있다.
플러싱 횡단면을 개방하기 위해 요구되는 작동 피스톤의 변위 후 작동 피스톤의 재설정을 보장하기 위해, 바람직하게는 밸브의 폐쇄 방향으로 작동 피스톤 상에 직접 작용하는 추가의 압축 스프링이 제공되는 것이 고려된다. 이 점에 있어서, 작동 피스톤 상에 작용하는 추가의 압축 스프링 및 밸브 피스톤 상에 작용하는 압축 스프링이 동축으로 배열되는 특히 공간-절약식 구성이 이루어지는 것이 바람직하다. 특히 작동 피스톤 상에 작용하는 추가 압축 스프링이 밸브 피스톤 상에 작용하는 압축 스프링을 둘러싸는 방식으로 압축 스프링들이 배열될 수 있다.
밸브 시트로 안내되는 고압 보어 및 하나 이상의 유출 채널(flow-off channel)이 밸브 지지부 내에 형성되는 컴팩트한 모듈형 모드의 구성이 유용하게 초래된다. 밸브 지지부는 작동 수단을 포함하는 구성요소에 특히 탈착 가능하게 연결되며, 특히 나사 체결된다.
아래에서, 본 발명은 도면에 개략적으로 예시된 예시적인 일 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 연료 공급 설비를 예시하며, 그리고
도 2는 본 발명에 다른 밸브를 통한 횡단면을 도시한다.
도 1에서, 커먼-레일 중유 분사 시스템이 개략적으로 예시된다. 탱크(1)로부터, 예열기(2)에서 가열된 연료가 사전-공급 펌프(3)에 의해 연료 필터(4) 및 연료 라인(11)들을 경유하여 하나 이상의 고압 펌프(5)에 공급되며, 고압 펌프에서 연료는 1400 바아 초과의 시스템 압력들로 압축된다. 고압 라인(12)들을 경유하여 압축 연료는 그 중에서도 하나 이상의 압력 제어 및 플러시 밸브(13) 및 레일 압력 센서(7)가 구비된 하나 이상의 레일(6)에 도달한다. 레일(6) 내의 압력은 제어 장치(10)를 이용하여 고압 펌프(5)에 의해 고압 라인(12) 내에 전달되는 연료의 양을 제어함으로써 조정된다. 레일(6)로부터 출발하여, 연료가 유동 제한기(9)를 경유하여 고압 라인(14)을 통하여 분사 장치(8)에 도달하는데, 상기 분사 장치는 또한 제어 장치(10)에 의해 제어된다. 분사 장치(8)의 기능을 위해 요구되는 연료의 양은 저압 라인(15)들을 경유하여 탱크(1) 내로 회수된다. 심지어 엔진의 정지 동안 라인 시스템 내에서 연료의 순환을 보장할 수 있도록, 저압 라인은 압력 제어 및 플러시 밸브(13)로부터 탱크(1)로 안내되어 연료의 일 부분의 양이 저압 라인(15)을 경유하여 탱크(1) 내로 직접 회수할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 압력 제어 및 플러시 밸브(13)를 상세하게 도시한다. 밸브(13)는 고정 쓰레드(thread; 17)를 포함하는데, 이 고정 쓰레드에 의해 밸브는 레일(6) 내로 나사 체결될 수 있고, 여기에서 밸브 지지부(18)는 고압 공급 라인(19)을 레일(6)에 연결하기 위한 밀봉 콘(sealing cone; 20)을 포함한다. 밸브(13)의 밸브 피스톤은 "21"로 표시되며 압축 스프링(24)의 도움에 의해 밸브 시트(22)에 맞닿아 가압될 수 있다. 레일(6)에서 미리 결정된 압력이 초과될 때, 밸브 피스톤(21)은 밸브 시트(22)로부터 리프트되며, 연료는 유출 채널(23)들을 경유하여 방출된다. 이러한 압력 제어 기능의 구성과 관련하여, 이는 또한 WO 2004/083695 A1호에서 설명된 압력 제어 밸브를 인용한다.
플러싱 기능을 위해, 실린더(25)가 부가적으로 제공되며, 이 실린더 내에 포트-형상 방식으로 설계된 작동 피스톤(25)이 가이드되어 축방향으로 가동된다. 외부 피스톤 밀봉부(32) 및 내부 피스톤 밀봉부(33)가 밀봉을 위해 제공된다. 작동 피스톤(26)은 덮개(27)의 쇼울더(shoulder) 상에 지지된 압축 스프링(28)에 의해 작용된다. 핀(30)은 작동 피스톤(26)의 원통형 가이드 표면(29)들 상에 축방향으로 가동되게 가이드되며, 상기 핀(30)은 삽입된 조정 디스크(31)를 경유하여 덮개(27) 상에 지지되는, 압축 스프링(24)에 의해 작동된다.
밸브(13)의 조립체는 밸브 지지부(18)가 먼저 밸브 피스톤(21) 등을 포함하는 사전 마무리된 유닛으로서 적절한 토크에 의해 실린더(25) 내로 나사 체결된다. 이 후, 작동 피스톤(26)은 밀봉부(32 및 33)들이 사전 장착된 실린더(25) 내로 삽입된다. 후속하여, 압축 스프링(24 및 28)들이 삽입된다. 조정 디스크(31)의 도움에 의해 압력 제어 밸브의 개방 압력이 조정된 후, 덮개(27)가 최종적으로 나사 체결된다.
플러싱 기능을 위해, 압축 공기가 개구(35)를 경유하여 챔버(34)에 인가되어, 작동 피스톤(26)을 개방 방향으로 작동시킨다. 축방향 갭(a)에 의해 한정된 아이들 스트로크를 극복한 후, 피스톤 스트로크(b)를 극복하면서 스트로크 정지부에 도달할 때까지 작동 피스톤(26)은 핀(30)을 상방으로 리프트시킨다. 이를 위해, 작동 피스톤(26)은 디스크(36)의 하부 측 상에 형성된 정지 표면과 상호 작용하며, 정지 표면은 확대된 직경을 가지도록 구성된다. 이와 같이 구성하여, 밸브 피스톤(21)은 밸브 시트(22)로부터 완전히 리프트되어 플러싱 작동을 위한 적절한 횡단면을 제공한다. 작동 피스톤(26)이 더 이상 공기에 의해 작동되지 않을 때, 두 개의 압축 스프링(24 및 28)들이 먼저 핀(30) 및 밸브 피스톤(21)을 시작 위치 내로 가압하고 이어서 압축 스프링(28)이 작동 피스톤을 시작 위치로 가압한다.
압력 제어 기능을 위해, 단지 압축 스프링(24)이 작동되는데, 종래의 압력 제어 밸브와의 차이는 단지 압축 스프링(24)이 삽입된 핀(30)을 경유하여 밸브 피스톤(21) 상에 작용한다는 것이다.
실린더(25)의 내부 용적은 중유로 채워진다. 중유의 유출을 위한 누출 개구는 "37"로 표시된다.
따라서 본 발명은 압력 제어 밸브 및 플러시 밸브의 조합을 허용한다. 결론적으로 장점들은 구성의 소형 모드, 저 비용들 및 단지 하나의 고압 연결의 요구를 포함한다.

Claims (14)

  1. 밸브 지지부(18), 상기 밸브 지지부(18) 내에 가동되게 배열되고 밸브가 폐쇄되면서 밸브 시트(22)와 상호 작용하는 밸브 피스톤(21), 및 상기 밸브 피스톤(21) 상에 압축력을 폐쇄 방향으로 인가하는 압축 스프링(24)을 포함하는,
    내연기관들용 커먼-레일(common-rail) 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브에 있어서,
    상기 밸브 피스톤(21) 상에 폐쇄 방향으로 작용하는 핀(30)은 상기 밸브를 제어가능하게 개방하기 위해 상기 압축 스프링(24)의 압축력에 대항하여 작동 수단의 도움에 의해 가동되게 배열되어 고압-측과 저압-측 사이의 연결을 열고 닫는 플러싱 기능을 제공하며,
    상기 작동 수단은, 실린더(25) 내에 가동되게 장착되는 작동 피스톤(26)으로서, 상기 압축 스프링(24)의 압축력에 대해 상기 핀(30)을 변위시키기 위해 상기 핀(30)의 접촉 표면과 작동 연결될 수 있는 작동 피스톤(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 스프링(24)은 삽입된 핀(30)을 경유하여 상기 밸브 피스톤(21) 상에 폐쇄 방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 스프링(24)는, 상기 핀(30)을 등지는 측 상에서, 삽입된 조정 디스크(31)를 경유하여 홀딩되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브의 폐쇄 상태에서 디스크(36)의 접촉 표면과 상기 작동 피스톤(26)의 각각의 카운터(counter)-표면 사이에 축방향 갭(a)이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 피스톤(26)이 포트(pot)-형상이 되도록 설계되고, 상기 핀(30)을 축방향으로 가이드하기 위해 상기 작동 피스톤의 내주변 상에 가이드 표면(29)들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 수단은 상기 작동 피스톤(26) 상에 개방 방향으로 압력을 인가하기 위한 공기압 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    압력 매체로 충전될 수 있는 라인은, 작동 피스톤(26)에 의해 한정되고 상기 작동 피스톤(26)의 상기 압축 스프링(24)을 등지는 측 상에 배치되는, 챔버(34) 내로 개방되며, 상기 챔버(34)는 상기 피스톤(26)과 상기 실린더(25) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브의 폐쇄 방향으로 상기 작동 피스톤(26) 상에 직접 작용하는 추가의 압축 스프링(28)이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 작동 피스톤(26) 상에 작용하는 상기 추가 압축 스프링(28) 및 상기 밸브 피스톤(21) 상에 작용하는 상기 압축 스프링(24)이 동축으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 작동 피스톤(26) 상에 작용하는 상기 추가 압축 스프링(28)이 상기 밸브 피스톤(21) 상에 작용하는 상기 압축 스프링(24)을 둘러싸는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 시트(22)로 안내되는 고압 보어(19) 및 하나 이상의 유출 채널(flow-off channel; 23)이 상기 밸브 지지부(18) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 지지부(18)는 작동 수단을 포함하는 구성요소에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 압력 제어 기능을 구비한 밸브.
  14. 탱크(1), 그리고 상기 탱크(1)로부터 중유를 고압 펌프(5)에 공급하기 위한 사전-공급 펌프(3)를 포함하며, 하나 이상의 고압 라인(12)을 경유하여 상기 고압 펌프(5)가 하나 이상의 분사 장치(8)에 피딩(feed)하는 고압 어큐뮬레이터(레일)(6)로 연결되며, 요구되는 경우 중유의 적어도 일 부분의 양을 회수 덕트(15)를 경유하여 상기 탱크(1) 내로 방출하기 위해 개별 고압 라인을 경유하여 상기 고압 어큐뮬레이터(6)에 연결되는 밸브(13)를 더 포함하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 연료 공급 장치에 있어서,
    제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따라, 상기 밸브(13)가 압력 제어 기능 및 고압-측과 저압-측 사이의 연결을 열고 닫는 플러싱 기능을 포함하는 밸브(13)로서 구성되고, 상기 압력 제어 기능과 상기 플러싱 기능은 동일한 밸브 시트(22)를 이용하여 서로 독립적으로(independently) 작동하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관들용 커먼-레일 중유 분사 시스템들을 위한 연료 공급 장치.
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