KR101652678B1 - 가스 분사 밸브 - Google Patents

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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내연 기관(1)을 위한 가스 분사 밸브(7)에 관한 것으로, 상기 밸브는 하우징(40)을 구비하고, 상기 하우징 내에는 솔레노이드 코일(41), 조정 부재(53) 및 폐쇄 부재(45)가 배치되며, 상기 조정 부재(53)는 폐쇄 위치에서 상기 솔레노이드 코일(41)로부터 제 1 간격(A)을 가지고, 상기 폐쇄 부재(45)는 송출 챔버(46)의 송출 개구(47)에 설치되며, 상기 폐쇄 부재(45)는 폐쇄 위치에서 상기 송출 개구(47)를 폐쇄하고 상기 솔레노이드 코일(41)에 대해 제 2 간격(B)을 가지며, 이 경우 상기 제 2 간격(B)은 상기 제 1 간격(A)보다 크고, 상기 폐쇄 부재(45) 및 상기 조정 부재(53)는 적어도 부분적으로 자성체(magnetic material)로 형성되며, 상기 폐쇄 부재(45) 및 상기 조정 부재(53)는 상기 하우징(40) 내에서 이동 가능하게 배치되고, 상기 조정 부재(53) 및 상기 폐쇄 부재(45)는 상기 솔레노이드 코일(41)에 전류가 공급되면 상기 조정 부재(53)가 자기력에 의해 솔레노이드 코일(41) 방향으로 이동 가능한 동시에 상기 폐쇄 부재(45) 역시 상기 솔레노이드 코일(41)에 대한 제 3 간격(C)을 가질 때까지 상기 솔레노이드 코일(41) 방향으로 함께 이동 가능하도록 형성되고, 이 경우 상기 폐쇄 부재(45)의 이러한 위치에서 상기 송출 개구(47)가 적어도 부분적으로 개방되며, 또한 상기 폐쇄 부재(45)가 상기 솔레노이드 코일(41)로부터 자기력에 의해 상기 솔레노이드 코일에 대한 제 4 간격을 가질 때까지 당겨질 수 있도록 형성되며, 이 경우 상기 제 4 간격은 상기 제 3 간격보다 작고, 상기 폐쇄 부재(45)는 상기 송출 개구(47)가 완전히 개방되는 개방 위치에서 제 4 간격 내에 존재한다.

Description

가스 분사 밸브{VALVE FOR INJECTION OF GAS}
본 발명은 청구항 1에 따른 가스 분사 밸브에 관한 것이다.
천연가스 운반 차량의 경우 가스는 대개 200bar 이하의 압력으로 실린더에 저장된다. 이러한 이유로 밸브들의 유입구에서 고압 가스를 낮은 레일 압력(rail pressure)으로 감소시키는 감압 장치가 필요하다. 밸브는 예컨대 전류 공급에 따라 가스를 내연 기관의 연소 챔버 내로 송출하는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)로 형성된다.
본 발명의 목적은 가스를 분사하기 위한 개선된 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 밸브에 의해 달성된다.
밸브의 바람직한 추가 실시예들은 종속항들에 제시된다.
본 발명에 따른 밸브의 장점은 밸브가 작은 자기력(magnetic force)으로도 작동될 수 있다는 것이다. 이를 위해 조정 부재 및 폐쇄 부재가 제공되며, 이때 조정 부재는 폐쇄 위치에서 솔레노이드 코일(solenoid coil)에 대한 하나의 좁은 간격을 갖는다. 조정 부재는 솔레노이드 코일에 전류가 공급되면 솔레노이드 코일 방향으로 폐쇄 부재와 함께 이동하는 방식으로 폐쇄 부재와 기능적으로 연결된다. 또한, 폐쇄 부재는 솔레노이드 코일의 자기력을 통한 조정 부재의 이동에 따라 개방 위치가 될 때까지 솔레노이드 코일에 더 가까이 당겨진다. 조정 부재 및 폐쇄 부재를 제공함으로써 조정 부재의 제 1 이동 및 그와 연관된 폐쇄 부재의 이동에 의해 밸브의 송출 개구가 개방될 수 있다. 그와 동시에 조정 부재 및 폐쇄 부재가 위치하는 송출 챔버 내의 압력이 감소한다. 그 결과 가스 압력 및 그와 연관된 힘이 폐쇄 부재에 맞게 감소된다. 따라서, 폐쇄 부재의 추가적인 이동은 작은 자기력으로도 송출 개구가 완전히 개방되는 개방 위치에 도달할 수 있다.
본 발명의 한 개선예에서 송출 챔버는 가스 공급 라인에 연결되고, 상기 공급 라인은 솔레노이드 코일을 관통한다. 그로 인해 밸브의 콤팩트한 구조가 구현된다.
한 추가 실시예에서 조정 부재 및/또는 폐쇄 부재는 적어도 하나의 부분 영역에서 링형으로 형성되고, 이때 조정 부재 및/또는 폐쇄 부재의 부분 영역은 솔레노이드 코일과 마주보고 있다. 링 모양의 형성에 의해 솔레노이드 코일과 자기식 조정 부재 또는 자기식 폐쇄 부재 간의 자기력이 증가될 수 있다.
밸브의 또 다른 한 실시예에서는 폐쇄 부재 및 조정 부재 상에 작동면들이 제공되고, 상기 작동면들을 통해 폐쇄 부재는 조정 부재로부터 솔레노이드 코일 방향으로 이동될 수 있다. 작동면들을 제공함으로써 조정 부재 및 폐쇄 부재 간의 기능적 연결을 발생시키기 위한 단순하고 안전한 수단이 구현된다.
한 추가 실시예에서는 완충기(shock absorber)가 제공되며, 상기 완충기는 송출 개구의 폐쇄 위치로 폐쇄 부재에 초기 응력을 가한다. 또 다른 한 실시예에서는 제 2 완충기가 제공되고, 상기 제 2 완충기는 솔레노이드 코일 방향으로 조정 부재에 초기 응력을 가한다. 상기 완충기는 제 2 완충기보다 높은 스프링 강도를 갖는다. 그 결과 폐쇄 위치에서 송출 개구의 확실한 폐쇄가 구현된다.
한 추가 실시예에서 조정 부재는 링형 섹션을 가지고, 상기 섹션은 폐쇄 부재의 링형 섹션을 포함하며, 이때 상기 링형 섹션들은 솔레노이드 코일과 마주한다. 그로 인해 바람직한 형상을 갖는 콤팩트한 구조가 솔레노이드 코일의 자기력을 목적으로 제공된다.
또 다른 한 실시예에서 솔레노이드 코일은 링형 베이스를 가지고, 상기 베이스는 마찬가지로 조정 부재 및 폐쇄 부재의 링형 섹션들의 적어도 한 부분에 의해 덮인다. 따라서, 자기력과 관련한 폐쇄 부재 및 조정 부재의 배열이 효력을 발생한다.
한 추가 실시예에서 조정 부재 및 폐쇄 부재는 개방 위치에서 솔레노이드 코일에 인접 가능한 방식으로 형성된다. 그로 인해 송출 개구의 개방 위치를 위한 조정 부재 및 폐쇄 부재의 정해진 위치가 제공된다. 조정 부재 및 폐쇄 부재가 하나의 정해진 위치로 이동함으로써, 송출 개구를 폐쇄하기 위한 상기 정해진 위치의 제어가 명확하게 정해질 수 있다.
본 발명은 도면들을 참조하여 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 내연 기관의 가스 공급 시스템의 개략적인 구조이고,
도 2는 폐쇄 위치에서의 가스 분사 밸브의 개략도이며,
도 3은 중간 위치에서의 밸브의 개략도이고,
도 4는 개방 위치에서의 밸브의 개략도이다.
도 1은 내연 기관(1)의 가스 분사 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 이 경우에는 사전에 설정된 압력, 예컨대 200bar의 압력으로 가스를 저장하는 가스 탱크(2)가 제공된다. 상기 가스 탱크는 스위칭 밸브(3)를 통하여 가스 라인(4)에 연결된다. 가스 라인(4)은 감압 밸브(5)를 통하여 공급 라인(6)에 연결된다. 감압 밸브(5)는 예컨대 200bar의 사전 설정된 저장 압력의 가스 압력을 예컨대 8bar의 분사 압력으로 감소시킨다. 공급 라인(6)은 내연 기관(1)의 연소 챔버(8)에 연결되는 밸브(7)에 리드된다. 계속해서, 센서(9)가 내연 기관(1)에 제공되며, 상기 센서는 센서 라인(10)을 통하여 제어부(11)에 연결된다. 또한, 제어부(11)는 데이터 저장기(14)에 연결된다.
제어부(11)는 개방 상태 또는 폐쇄 상태에서 가스 탱크(2)로부터 밸브(7)로의 가스 전송 여부에 따라 스위칭 밸브(3)를 제어한다. 또한, 제어부(11)는 센서(9)를 통해 내연 기관의 하나 이상의 파라미터를 검출한다. 예컨대, 내연 기관의 파라미터로는 운송 차량의 (상기 운송 차량 내에 내연 기관(1)이 배치됨) 하중 및/또는 가속장치(accelerator) 위치가 검출될 수 있다. 하중 및/또는 가속장치 위치에 따라 제어부(11)는 내연 기관을 제어한다. 이를 위해 제어부(11)가 데이터 저장기(14)에 연결되고, 목록들 및/또는 특성 곡선들은 상기 데이터 저장기에 저장된다.
도 2는 폐쇄 위치에서의 밸브(7)를 도시한 것이다. 밸브(7)는 하우징(40)을 포함하고, 상기 하우징 내의 상부 영역에는 솔레노이드 코일(41)이 배치된다. 솔레노이드 코일(41)은 공급라인(6)에 연결된 원통형 리세스(42)를 둘러싼다. 리세스(42) 내에는 제 1 완충기(43)가 배치된다. 제 1 완충기(43)는 솔레노이드 코일(41)의 내부면에 배치된 스토퍼들(44)과 폐쇄 부재(45) 사이에 고정되어 있다. 폐쇄 부재(45)는 송출 챔버(46) 내에 배치되어 송출 개구(47)를 폐쇄한다. 폐쇄 부재(45)는 원형 플레이트 모양의 밀봉면(48)을 갖는 원통형 바디로 형성된다. 밀봉면(48)은 링형 지지면(49)과 마주보고 있다. 링형 지지면(49)은 송출 챔버(46)의 내부면 상에서 송출 개구(47)를 둘러싼다. 폐쇄 부재(45)는 밀봉면(48)의 반대편에 접촉면(51)을 가지고, 상기 접촉면 역시 원형의 평면으로 형성되며, 상기 접촉면에 제 1 완충기(43)가 접한다. 접촉면(51)은 원통형 리세스(42)에 중앙 대칭적으로 배치되며, 이때 접촉면(51)은 리세스(42)를 덮고 가장자리 영역에서는 리세스(42)를 벗어나며 솔레노이드 코일(41)의 베이스(52)의 링형 표면(90)을 덮는다.
상기 폐쇄 부재(45)는 슬리브 모양으로 형성된 조정 부재(53)에 의해 둘러싸인다. 조정 부재(53)는 양 측면이 개방된 포트(pot) 형태를 가지며, 이때 폐쇄 부재(45)는 조정 부재(53)의 기판(55)의 개구(54)를 관통한다. 폐쇄 부재(45)는 링형의 작동면(56)에 의해 기판(55)의 내부면에서 지지된다. 또한, 조정 부재(53)는 솔레노이드 코일(41)과 마주보는 링형 섹션(57)을 가진다. 기판(55)과 하우징(40) 사이에는 제 2 완충기(91)가 고정되어 있으며, 상기 제 2 완충기는 솔레노이드 코일(41) 방향으로 조정 부재(53)에 초기 응력을 가한다. 제 1 완충기(43)의 비교적 큰 스프링 강도로 인해 폐쇄 부재(45)는 지지면(49) 상에서 지지된다. 도 2는 폐쇄 위치를 도시하고, 상기 폐쇄 위치에서 조정 부재(53)는 솔레노이드 코일에 대해 제 1 간격(A)을 갖는다. 폐쇄 부재(45)는 접촉면(51)에서 솔레노이드 코일, 즉 솔레노이드 코일(41)의 베이스(52)로부터 제 2 간격(B)을 갖는다. 제 1 간격(A)은 제 2 간격(B)보다 작다.
계속해서 가이드 표면(58)이 제공되며, 상기 가이드 표면은 사전 설정된 이동 방향(92)으로 조정 부재(53)를 리드한다. 가이드 표면(58)은 도시된 실시예에서 원통형의 피치원 재킷 표면(pitch circle jacket surface)으로 형성된다.
선택된 실시예에 따라 가이드 표면(58)은 부분 링형 표면으로도 도시될 수 있으며, 상기 가이드 표면은 조정 부재(53)의 원통형 외부면을 포함한다. 또한, 폐쇄 부재(45)는 제 2 가이드 표면(59) 및 제 3 가이드 표면(60)을 가지며, 상기 가이드 표면들은 각각 링형으로 형성되어 조정 부재(53)의 원통형 내측면(61)에 인가된다.
조정 부재(53) 및 폐쇄 부재(45)는 적어도 부분적으로 자성체(magnetic material)로 제조된다. 특히, 솔레노이드 코일(41)과 마주보는, 조정 부재(53) 및 폐쇄 부재(45)의 영역들이 자성체로 제조된다.
솔레노이드 코일(41)에 전류가 공급되면, 자기력으로 인해 조정 부재(53)는 제 1 완충기(43)의 프리텐션과 반대 방향인 솔레노이드 코일 방향으로 당겨진다. 뿐만 아니라 조정 부재(53)에 의해 폐쇄 부재(45)가 송출 개구(47)로부터 약간 들어 올려지는데, 그 이유는 기판(55)이 폐쇄 부재(45)의 작동면(56)에 접하기 때문이다. 조정 부재(53)는 링형 섹션(57)과 함께 솔레노이드 코일(41)의 베이스(52)에 접한다. 개방된 송출 개구(47)로 인해 가스 압력은 도 3에 도시된 것처럼 송출 챔버(46)에 삽입된다. 그 결과 폐쇄 부재(45)에 작용하는 가스 힘 역시 저하된다.
솔레노이드 코일에 계속해서 전류가 공급되고 폐쇄 부재(45)가 제 3 간격(C)에 의해 제 2 간격(B)에서보다 솔레노이드 코일(41)에 더 가까이 위치하면, 폐쇄 부재(45)는 솔레노이드 코일(41)의 자기력에 의해 솔레노이드 코일(41) 방향으로 당겨진다. 이 경우 밀봉면(48)은 지지면(49)으로부터 계속해서 들어 올려지고, 그 결과 송출 개구(47)가 도 4에 도시된 것처럼 완전히 개방된다. 이러한 위치에서 폐쇄 부재(45)는 접촉면(51)에 의해 솔레노이드 코일(41)의 베이스(52)에 접한다. 그리하여 이제 폐쇄 부재(45) 및 조정 부재(53)는 개방 위치에 존재한다.
폐쇄 부재(45)의 이러한 위치에서는 송출 개구(47)가 적어도 부분적으로 개방되고, 또한 폐쇄 부재(45)가 솔레노이드 코일(41)로부터 자기력을 이용하여 솔레노이드 코일에 대해 제 4 간격을 가질 때까지 당겨질 수 있도록 형성되며, 이 경우 제 4 간격은 제 3 간격보다 작고, 폐쇄 부재(45)는 송출 개구(47)가 완전히 개방되는 개방 위치에서 제 4 간격 내에 존재할 수 있다.
선택된 실시예에 의해 개방 위치에서 조정 부재(53)의 기판(55) 및 폐쇄 부재(45)의 밀봉면(48)은 바람직하게 하나의 평면을 형성한다. 상기 평면으로 인해 가스의 난류가 방지되며, 그 결과 가스는 송출 챔버(46)로부터 송출 개구(47)를 통과하여 균일하게 유출될 수 있다. 이러한 위치는 도 4에 도시되어 있다. 개방 위치에서는 송출 개구(47)의 광범위하고 유효한 흐름 단면적이 개방되고, 그 결과 많은 양의 가스가 관류하게 된다. 조정 부재(53) 및 폐쇄 부재(45)의 전술한 실시예들에 의해 낮은 전력 소비에 비해 비교적 높은 가스 압력이 극복되어 대량의 가스 관류가 구현될 수 있다.
전기 라인들(63)을 통한 솔레노이드 코일(41)에의 전류 공급이 중단되면, 폐쇄 부재(45)는 도 2에 도시된 것처럼 제 1 완충기(43)에 의해 밀봉면(48)과 지지면(49)에 접한다. 또한, 조정 부재(53)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 2 완충기(91)의 스프링력과 반대로 작동면(56)을 통하여 출발위치로 복귀한다.
2개의 독립된 구성 부재, 즉 조정 부재(53) 및 폐쇄 부재(45)를 이용한 2단계 개방 과정을 통해 낮은 자기력으로도, 먼저 폐쇄 부재(45)의 제 1 피스톤 동작이 이루어지고 송출 챔버(46) 내의 가스 압력이 강하할 수 있다. 폐쇄 부재(45)의 제 2 피스톤 동작은 솔레노이드 코일(41)과 폐쇄 부재(45) 사이의 자기력에 의해 실행되고, 그로 인해 송출 개구(47)의 광범위한 유효 흐름 단면적이 개방된다.

Claims (10)

  1. 내연 기관(1)을 위한 가스 분사 밸브(7)로서, 상기 밸브는 하우징(40)을 구비하고, 상기 하우징 내에는 솔레노이드 코일(41), 조정 부재(53) 및 폐쇄 부재(45)가 배치되며, 상기 조정 부재(53)는 폐쇄 위치에서 상기 솔레노이드 코일(41)로부터 제 1 간격(A)을 가지고, 상기 폐쇄 부재(45)는 송출 챔버(46)의 송출 개구(47)에 설치되며, 상기 폐쇄 부재(45)는 폐쇄 위치에서 상기 송출 개구(47)를 폐쇄하고 상기 솔레노이드 코일(41)에 대해 제 2 간격(B)을 가지며, 이 경우 상기 제 2 간격(B)은 상기 제 1 간격(A)보다 크고, 상기 폐쇄 부재(45) 및 상기 조정 부재(53)는 적어도 부분적으로 자성체(magnetic material)로 형성되며, 상기 폐쇄 부재(45) 및 상기 조정 부재(53)는 상기 하우징(40) 내에서 이동 가능하게 배치되고, 상기 조정 부재(53) 및 상기 폐쇄 부재(45)는 상기 솔레노이드 코일(41)에 전류가 공급되면 상기 조정 부재(53)가 자기력에 의해 솔레노이드 코일(41) 방향으로 이동 가능한 동시에 상기 폐쇄 부재(45) 역시 상기 솔레노이드 코일(41)에 대해 제 3 간격(C)을 가질 때까지 상기 솔레노이드 코일(41) 방향으로 함께 이동 가능하도록 형성되며, 이 경우 상기 폐쇄 부재(45)의 이러한 위치에서는 상기 송출 개구(47)가 적어도 부분적으로 개방되고, 또한 상기 폐쇄 부재(45)가 상기 솔레노이드 코일(41)로부터 자기력을 이용하여 상기 솔레노이드 코일에 대해 제 4 간격을 가질 때까지 당겨질 수 있도록 형성되며, 이 경우 상기 제 4 간격은 상기 제 3 간격보다 작고, 상기 폐쇄 부재(45)는 상기 송출 개구(47)가 완전히 개방되는 개방 위치에서 제 4 간격 내에 존재하는, 가스 분사 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    공급 라인(6)이 상기 솔레노이드 코일(41)에 의해 둘러싸인 리세스(42)를 관통하여 상기 송출 챔버(46)에 리드되는, 가스 분사 밸브.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 조정 부재(53)가 상기 솔레노이드 코일(41)과 마주보는 적어도 하나의 부분 영역(57) 내에서 링형으로 형성되는, 가스 분사 밸브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 조정 부재(53)는 상기 폐쇄 부재(45)를 적어도 부분적으로 포함하며, 상기 조정 부재(53) 및 상기 폐쇄 부재(45) 상에 작동면들(56)이 제공되고, 상기 작동면들에 의해 상기 조정 부재(53)가 상기 폐쇄 부재(45)를 상기 솔레노이드 코일에 대한 상기 제 2 간격(B)으로부터 상기 제 3 간격까지 이동시키는, 가스 분사 밸브.
  5. 제 1항에 있어서,
    폐쇄 위치 방향으로 상기 폐쇄 부재(45)에 초기 응력을 가하는 제 1 완충기(43)가 제공되는, 가스 분사 밸브.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 솔레노이드 코일(41) 방향으로 상기 조정 부재(53)에 초기 응력을 가하는 제 2 완충기(91)가 제공되는, 가스 분사 밸브.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재(45)는 상기 조정 부재(53)에 의해 둘러싸이고, 상기 폐쇄 부재(45)의 링형 섹션(59)은 상기 솔레노이드 코일(41)과 마주보며, 상기 조정 부재(53)의 링형 섹션(57)이 상기 폐쇄 부재(45)의 상기 링형 섹션(59)을 포함하고 상기 솔레노이드 코일(41)과 마주보는, 가스 분사 밸브.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 솔레노이드 코일(41)의 링형 베이스(52)가 마찬가지로 상기 조정 부재(53) 및 상기 폐쇄 부재(45)의 상기 링형 섹션들(57, 59)의 적어도 하나의 부분을 덮는, 가스 분사 밸브.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 조정 부재(53) 및 상기 폐쇄 부재(45)가 개방 위치에서 상기 솔레노이드 코일(41)에 인접 가능하도록 형성되는, 가스 분사 밸브.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 개방 위치에서 상기 폐쇄 부재(45)의 작동면(56) 및 기판(55)이 동일한 높이로 밀폐되고, 상기 작동면(56) 및 상기 기판(55)이 상기 송출 개구(47)에 마주보는, 가스 분사 밸브.
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