KR101917389B1 - 수동 용량 제한 밸브 - Google Patents

Abstract

대형 디젤 엔진용 수동 용량 제한 밸브가 제안된다. 수용 용량 제한 밸브는 유동가능한 매체를 위한 입구부 (3) 와 출구부 (4), 및 입구부 (3) 와 출구부 (4) 사이에 배치된 밸브 챔버 (5) 를 구비한 밸브 하우징 (2) 을 포함하고, 입구부 측 및 출구부 측에 차단 요소 (63; 64) 를 구비한 밸브 본체부 (6) 가 밸브 챔버 (5) 에 제공되고, 상기 차단 요소는 각각 입구부 측 및 출구부 측에서 밸브 안착부 (31; 41) 와 협력하여 밀봉하도록 구성되고, 입구부 측의 차단 요소 (63) 는 스프링 (8) 에 의하여 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 를 향하여 편향되고, 밸브 본체부 (6) 에 제공되고 또한 외측이 밸브 챔버 (5) 의 벽부를 통하여 미끄럼가능하게 안내되는 피스톤 (7) 을 포함한다. 유동가능한 매체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 통로 보어 (73) 가 피스톤 (7) 의 단부 면 (71) 에 제공된다.

Description

수동 용량 제한 밸브 {PASSIVE QUANTITY LIMITING VALVE}

본 발명은 본 명세서의 독립청구항의 전제부에 따른 대형 디젤 엔진용 수동 용량 제한 밸브에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 용량 제한 밸브를 구비한 대형 디젤 엔진에 관한 것이다.

2 행정 기관 또는 4 행정 기관으로 구성될 수 있는 대형 디젤 엔진은 선박용 구동 유닛으로서 사용될 수 있거나, 예컨데 전기 에너지 생산을 위한 대형 발전장치를 구동하기 위하여 고정 작동된다.

이에 따라 커먼 레일 시스템이 현대적 대형 디젤 엔진에 연료를 공급하기 위하여 개발되어 왔다. 이에 의하면, 연료는 고압 펌프에 의하여 축적장치 또는 레일이라고도 명명되는 압력 저장부로 이송된다. 예컨데 1600 바 또는 그 이상, 예컨데 2000 바에 이르는 압력을 가진 연료가 이러한 압력 저장부에 위치된다. 이후, 연료를 각각의 실린더로 분사하는 모든 실린더의 연료 분사 노즐은 가압된 연료를 압력 저장부로부터 공급받는다.

이에 따라 압력 저장부 및 각각의 연료 분사 노즐 사이에 각각의 수동 용량 제한 밸브를 제공하는 것이 알려져 있다. 상기 수동 용량 제한 밸브는 사전 조절 가능한 양의 연료가 각각의 작동 사이클에서 압력 저장부로부터 연료 분사 노즐로 흐르자마자 압력 저장부 및 각각의 연료 분사 노즐 사이의 유동을 자동으로 차단하기 위한 것이다. 이에 의하여 누수 또는 다른 종류의 손상이 발생한 경우에 제한되지 않고 바람직스럽지 않은 방식으로 연료가 빠져나가는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 예컨데 정비 작업에 있어서, 엔진 작동을 정지시키고 연료가 비교적 낮은 압력, 예컨데 2 내지 20 바의 압력으로 순환될 때, 즉 연료 시스템의 막힘을 피하기 위하여 저장 탱크 및 압력 저장부를 통하여 순환될 때 압력 저장부 및 연료 분사 노즐 사이의 접속 라인을 제거하는 것이 가능하다.

1600 부터 2000 바에 이르는 매우 높은 연료의 압력 때문에, 용량 제한 밸브가 매우 양호하고 신뢰성 있는 밀봉 기능을 가질 것이 필요하다.

대형 디젤 엔진에서 종래 용량 제한 밸브의 문제점은 특히 온도 유발되는 연료의 점도 변동으로부터 기인한다. 일반적으로 중질유가 대형 디젤 엔진에서의 연료로서 사용되며, 대형 디젤 엔진은 해당 연료의 매우 큰 점도 때문에 충분히 유동가능하거나 분사가능하도록 되기 위하여 일반적으로 100 ℃ 이상의 온도로 가열되어야 한다. 그러나, 점도가 매우 낮은 선박용 경유가 또한 사용될 수 있으며, 이러한 선박용 경유로 엔진이 일반적으로 시동되고 또한 작동을 중단시킬 수 있다. 엔진은 선박 이동 중에 선박용 경유로 특히 작동되고 그 후 공해 상에서 중질유 작동으로 계속하여 전환이 이루어지는 것이 일반적인 경우이다. 그러나, 선박용 경유로의 작동은 일반적으로 중질유로의 작동에 비하여 연료 공급 시스템에서 낮은 온도에서 일어난다. 이러한 온도 변동 때문에 연료의 점도에서 변동이 또한 발생한다. 그러나, 이러한 점도에서의 변화는 용량 제한 밸브를 통과하는 연료 (연료 통과 후에 용량 제한 밸브가 차단됨) 의 양에 영향을 미친다. 예를 들어, 용량 제한 밸브가 제 1 점도에 대하여 특정 양으로 설정되어 있다면, 다른 점도를 가진 더 적은 양의 연료가 지난 후에 이미 차단되거나, 다른 점도를 가진 더 많은 양의 연료가 지난 후에만 차단되는 것이 가능하다.

본 발명은 이러한 의도하지 않은 영향을 해결하기 위하여 제공된다. 따라서, 본 발명의 목적은 밸브 통과 후에 밸브가 자동으로 차단되도록 하는 연료의 양이 매체의 점도와 실질적으로 독립적이 되도록 하는 대형 디젤 엔진용 수동 용량 제한 밸브를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 만족하는 본 발명의 내용은 독립청구항의 구성에 의하여 특정된다.

본 발명에 따라서, 대형 디젤 엔진용 수동 용량 제한 밸브가 제공되고, 수동 용량 제한 밸브는 유동가능한 매체를 위한 입구부 및 출구부, 및 이들 사이에 배치된 밸브 챔버를 구비한 밸브 하우징을 포함하며, 입구부 측 및 출구부 측에 차단 요소를 구비한 밸브 본체부가 밸브 챔버에 제공되고, 상기 차단 요소는 각각 입구부 측 및 출구부 측에서 밸브 안착부와 협력하여 밀봉하도록 구성되고, 입구부 측의 차단 요소는 스프링에 의하여 입구부 측의 밸브 안착부를 향하여 편향되고, 밸브 본체부에 제공되고 또한 외측이 밸브 챔버의 벽부를 통하여 미끄럼가능하게 안내되는 피스톤을 포함한다. 유동가능한 매체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 통로 보어가 피스톤의 단부면에 제공된다.

밸브 챔버는 피스톤에 의하여 전방 챔버 및 후방 챔버로 구획되고, 피스톤의 단부면에 있는 적어도 하나의 통로 보어는 후방 챔버 및 전방 챔버 사이에 유동 연통을 나타낸다. 통로 보어가 피스톤의 단부면에 제공되기 때문에, 상기 통로 보어의 유동 저항이 실질적으로 매체의 점도와 무관하게 되도록 통로 보어가 매우 짧게 형성될 수 있다. 이 때문에, 통과 후에 용량 제한 밸브가 자동으로 차단되도록 하는 양이 매체의 점도와 독립적으로 될 수 있게 되는 것이다.

점도로부터의 독립성은, 특히 통로 보어의 길이 및 직경의 비가 각각의 통로 보어에 대하여 최대 4 인 경우에 보장된다.

입구부 측의 차단 요소는 입구부 측의 밸브 안착부와 선형 접촉하도록 구성되는 경우에 본 발명에 따른 용량 제한 밸브를 이용하여 특히 양호한 밀봉 기능을 달성할 수 있게 된다.

동일한 이유로, 출구부 측의 차단 요소는 출구부 측의 밸브 안착부와 선형 접촉하도록 구성되는 것이 바람직하다.

입구부 측의 차단 요소 또는 출구부 측의 차단 요소는 각각 입구부 측의 밸브 안착부 또는 출구부 측의 밸브 안착부와 협력하기 위한 구형 표면을 가지고 있다는 점에서 선형 접촉이 특히 용이하게 실현될 수 있다.

이러한 구성에서, 상기 구형 표면의 곡률 중심은 밸브 본체부의 길이방향 축선에 대하여 편심적으로 놓여있도록 하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 구형 표면의 작은 곡률이 실현될 수 있으며, 이에 따라 선형 접촉의 길이가 증가하게 된다. 이에 의하여, 개방 압력, 좀 더 정확하게는 개방을 위해 필요한 압력 차이가 작은 값으로 정해질 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 입구부 측의 밸브 안착부 또는 출구부 측의 밸브 안착부는 원뿔 표면을 가지고 있다. 이에 따라 특히 양호한 밀봉 효과가 달성될 수 있게 된다.

입구부 측의 차단 요소 및 출구부 측의 차단 요소는 동일하게 구성되어 있으면 밸브 본체부 또는 밸브 본체부의 두 차단 요소의 자기 중심성에 있어서 바람직하다.

바람직한 일 실시예에 따라, 밸브 본체부는 스프링의 내부로 뻗어있다. 이는 특히 단순한 설계 구성 방법에 해당한다.

실용적인 관점에서 각각의 통로 보어가 반경 방향에 대하여 스프링의 외측에 배열되는 되는 것이 유리하다.

입구부 측 밸브 안착부 및 입구부 측 차단 요소 사이의 유동 연통을 개방하기 위한 압력차는 2 바 내지 20 바 정도이면 실질적으로 바람직하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 압력 차이의 이유는 순환 작동시에 연료가 저장부 컨테이너 및 압력 저장부 사이에서 순환될 때 용량 제한 밸브가 차단된 상태로 유지되어 있어야 하기 때문이다. 압력 저장부에서의 압력은 순환 작동시에 일반적으로 2 내지 20 바 사이, 예를 들어 10 바 정도이다. 입구부 측의 밸브 안착부 및 입구부 측의 차단 요소 사이의 유동 연통을 개방하기 위한 압력차는 개방에 의하여 순환 작동이 일어나지 않도록 하기 위하여 다소 높게, 예컨데 15 바 정도로 설정된다.

구성적인 측면에서 피스톤이 별도의 부품으로 구성되어 밸브 본체부에 연결되는 것이 바람직하다.

스프링이 피스톤의 단부면에서 지지되는 것이 또한 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 용량 제한 밸브를 구비한 대형 디젤 엔진이 본 발명에 의해 제안된다.

용량 제한 밸브는 연료용 고압 저장부 및 연료 분사 노즐 사이에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 유용한 구성 및 바람직한 실시예는 종속청구항으로부터 알 수 있다.

첨부된 도면은 개략도이며 정확한 축척에 근거하지 않는다.
도 1 은 본 발명에 따른 용량 제한 밸브의 실시예에 관한 길이방향 단면도이다.
도 2 는 대형 디젤 엔진의 커먼 레일 시스템의 개략도이다.
도 3 은 도 1 의 실시예의 밸브 본체부이다.
도 4 는 피스톤이 장착된 도 1 의 실시예의 밸브 본체부이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명된다.

도 1 은, 전체적으로 도면부호 1 로 지칭되는 본 발명에 따른 용량 제한 밸브의 일 실시예를 길이방향 단면도로 나타낸 것이다. 단면도는 용량 제한 밸브 (1) 의 길이방향 축선 (A) 를 따라 취해진다.

용량 제한 밸브 (1) 는 수동 밸브이며, 수동 밸브는 예컨데 제어 신호에 의하여 능동적으로 제어되거나 작동되는 것이 아니라 우세한 압력 차이에 의존하여 스스로 또는 자동으로 개폐하는 밸브이다.

수동 용량 제한 밸브 (1) 는 밸브 하우징 (2) 을 구비하고 있고, 밸브 하우징 (2) 은 두 부분으로 구성되어 있어서 하부 (21) 및 커버부 또는 상부(22) 를 포함한다. 상부 (22) 및 하부 (21) 는 복수의 나사 (23) 에 의하여 서로 단단히 고정되어 있다. 밸브 하우징 (2) 은 유동가능한 매체를 위한 입구부 (3) 및 출구부 (4) 를 구비하고 있다. 길이방향 축선 (A) 의 방향으로 뻗어있는 밸브 본체부 (6) 가 배치된 밸브 챔버 (5) 가 입구부 (3) 및 출구부 (4) 사이에서 밸브 하우징 (2) 에 제공된다.

도 3 은 좀 더 명확한 이해를 돕기 위하여 밸브 본체부 (6) 의 다른 도면이다. 밸브 본체부 (6) 의 두 축선 단부는 두 개의 차단 요소 (63, 64), 즉 입구부 측의 차단 요소 (63) 및 출구부 측의 차단 요소 (64) 에 의하여 형성되어 있다. 이러한 차단 요소 (63, 64) 는 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 및 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 와 각각 밀봉 협력하기 위하여 구성되어 있다. 두 밸브 안착부 (31, 41) 는 밸브 하우징 (2) 에, 즉 입구부 측에서 밸브 챔버 (5) 의 단부에, 출구부 측에서 밸브 챔버 (5) 의 단부에 제공된다. 밸브 안착부 (31, 41) 는 밸브 하우징 (2) 내부에 바로 가공될 수 있거나, 또는 별도의 부품으로 생산된 후에 밸브 하우징 (2) 내부의 대응되는 절취부에 삽입되어서 예컨대 수축 결합 (shrinking on) 에 의하여 체결될 수 있다. 밸브 안착부 (31, 41) 를 별도의 부품으로 생산하는 것이 실제 적용에 있어서 더욱 바람직한데, 이는 재료 선택과 관련하여 높은 유연성을 누릴 수 있기 때문이다. 예컨데, 밸브 안착부 (31, 41) 가 밸브 하우징 (2) 과는 다른 재료로 만들어질 수 있다.

본 실시예에서, 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 및 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 는, 입구부 측의 차단 요소 (63) 및 출구부 측의 차단 요소 (64) 와 각각 상호작용하는 원뿔 표면 (32, 42) 을 구비한다.

피스톤 (7) 이 밸브 본체부 (6) 에 제공되고, 그 외측이 밸브 챔버 (5) 의 벽부를 통하여 미끄럼가능하게 안내되도록 외경에 대하여 치수가 정해진다. 피스톤 (7) 의 외측 및 밸브 챔버 (5) 의 벽부 사이에 약간의 간극이 제공된다. 도 4 는 더욱 명확한 이해를 위하여 피스톤 (7) 을 구비한 밸브 본체부 (6) 를 나타낸다. 피스톤 (7) 은 실질적으로 실린더형으로 구성되고 그 실린더 축선이 길이방향 축선 (A) 과 일치하도록 배열된다. 피스톤 (7) 은 입구부 (3) 를 향하는 측에 단부 면 (71) 을 구비하고 있고, 피스톤 (7) 의 타 축선 단부는 개방되어 있다.

밸브 본체부 (6) 및 피스톤 (7) 은 단일 편으로 구성될 수 있다. 그러나, 밸브 본체부 (6) 및 피스톤 (7) 을 두 개의 별도 구성요소로 생산하여 서로 연결하는 것이 기술적 생산 측면에서는 일반적으로 더욱 바람직하다. 피스톤 (7) 은 또한 하나 이상의 부품으로부터 생산될 수 있으며, 상기 부품은 예컨데 서로 다른 재료로 구성될 수 있어서, 개별 적용 분야에 이상적으로 그 특성을 채택할 수 있게 되거나 제조를 단순화할 수 있게 있다.

본 실시예에서, 피스톤 (7) 의 단부 면 (71) 에는 밸브 본체부 (6) 를 수용하는 역할을 하는 중앙 절취부 (72) 가 제공된다. 밸브 본체부 (6) 는 단부 면 (71) 용 접합부로서의 기능을 하는 플랜지 형상 돌출부 (65) 를 구비하고 있다. 밸브 본체부 (6) 는 플랜지 형상 돌출부 (65) 가 내측으로부터 단부 면 (71) 에 접할 때까지 단부 면 (71) 에서 내측으로부터 중앙 절취부 (72) 를 통하여 밀려진다. 이에 따라, 입구부 측의 밸브 본체부 (6) 의 차단 요소 (63) 가 피스톤 (7) 의 단부 면 (71) 을 넘어 완전히 돌출할 수 있도록 서로에 대하여 치수가 정해진다 (도 4 참조). 본 실시예에서, 피스톤 (7) 은 밸브 본체부 (6) 상으로 수축된다.

본 발명에 따라, 축 방향으로 단부 면 (71) 을 통하여 길이방향 축선 (A) 에 평행하게 뻗어었는 적어도 하나의 통로 보어 (73) 가 피스톤의 단부 면 (71) 에 제공된다. 본 실시예에서, 복수의 통로 보어 (73) 가 구비된다.

각각의 통로 보어 (73) 는 직경 (d) 및 길이 (L) 를 가지고 있고, 직경 (d) 은 유동 저항에 대한 결정력이 있는 직경을 의미하고, 규정 상 통로 보어 (73) 의 가장 작은 직경을 가리킨다.

또한, 복수의 보어 (74) 가 피스톤 (7) 의 자켓 면에 제공되며, 각각의 보어는 피스톤 (7) 의 벽부를 통하여 반경방향으로 뻗어있다. 이에 관하여, 반경방향은 축 방향에 수직인 방향을 의미하고, 축 방향은 길이방향 축선 (A) 에 의하여 고정되어 있다. 유동가능한 매체는 보어 (74) 를 통하여 빠져나가서 밸브 챔버 (5) 의 벽부에 도착하여서, 예컨데 여기에서는 피스톤 (7) 에 윤활을 제공한다.

특히 도 1 에 도시된 바와 같이, 밸브 본체부 (6) 는 피스톤 (7) 과 함께 스프링 (8) 에 의하여 입구부 측에서 밸브 안착부 (31) 에 대하여 가압되어서 입구부 측의 차단 요소 (63) 가 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 에 대하여 가압되도록 한다. 스프링 (8) 은 밸브 본체부 (6) 가 스프링 (8) 의 내부에서 뻗어 있도록 밸브 본체부 (6) 와 동심으로 축 방향으로 뻗어있다. 스프링 (8) 은 일단부에서, 즉 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 주위에서 밸브 하우징 (2) 에 지지되어 있고, 타단부에서 피스톤 (7) 의 단부 면에서 내측으로 지지되어 있다.

더욱 상세한 사항에 대하여 설명하기 전에, 용량 제한 밸브 (1) 의 작동 모드에 대하여 면저 설명한다. 용량 제한 밸브 (1) 는 대형 디젤 엔진의 커먼 레일 시스템용으로 적합하다. 현대의 대형 디젤 엔진에는, 일반적으로 예컨데 연료 분사용, 가스 변경용 또는 보조 시스템용의 복수의 커먼 레일 시스템이 있다. 참고적으로 연료 분사의 적용에 대하여 다음과 같이 설명한다. 대형 디젤 엔진은 일반적으로 연료로서 중질유로 작동되고, 이는 유동가능한 매체로서 이 경우에 중질유가 된다. 다른 연료로서, 선박용 경유가 종종 사용되는데 이는 특히 항구에서의 엔진 작동을 위해 사용되고, 즉, 선박이 항구를 떠나기 전 또는 선박이 항구로 들어오는 경우에 대형 디젤 엔진이 일반적으로 선박용 디젤로 구동된다. 선박용 경유를 이용한 작동시에 연료의 작동 온도는 일반적으로 중질유의 작동에 비해서 상당히 낮다. 연료의 점도에 있어서의 변동이 이러한 경우로부터도 발생하게 된다.

본 발명에 따른 용량 제한 밸브 (1) 는 중질유에 적합할 수 있고, 따라서 대형 디젤 엔진의 연료 분사 커먼 레일 시스템에도 사용될 수 있다. 도 2 는 대형 디젤 엔진의 이러한 커먼 레일 시스템의 개략도를 나타낸다. 시스템은 고압 펌프 (50) 를 포함하고, 연료, 즉 중질유가 고압 펌프 (50) 에 의하여 압력 저장부 (51) 로 이송되며, 압력 저장부 (51) 는 축적장치 또는 레일이라고도 지칭된다. 이러한 압력 저장부 (51) 는 엔진을 따라 대략 실린더 헤드의 레벨로 뻗어있는 튜브형 구성요소로서 일반적으로 구성된다. 라인 (52) 이 압력 저장부로부터 뻗어져 나와서 연료 분사 노즐 (53) 로 향하고 있어서 연료 분사 노즐 (53) 에 중질유를 공급한다. 도 2 에서는, 하나의 라인 (52) 및 하나의 연료 분사 노즐 (53) 이 도시되어 있는데, 이는 이해에 있어서는 충분할 것이다. 압력 저장부에서의 중질유는 분사 압력과 실질적으로 동일한 압력에 있다. 예를 들어, 이 압력은 1600 바이며, 이 보다 더 높게 예컨데 2000 바에 이르기까지 할 수 있다. 예컨데 압력 저장부 (51) 상에 또는 이에 직접 부착되어 있는 용량 제어 밸브 (1) 는 압력 저장부 (51) 및 라인 (52) 사이에 구비된다. 용량 제어 밸브 (1) 는 입력부 (3) 가 압력 저장부 (51) 와 유체 연통되어 있고 출구부 (4) 가 라인 (52) 와 유체 연통되어 있을 수 있도록 배치되어 있다.

연료 분사 노즐 (53) 이 연료를 실린더로 여전히 분사하고 있지 않는 한, 용량 제한 밸브 (1) 는 도 1 에 도시된 바와 같이 차단 상태에 있고, 이 상태에서, 입구부 측의 차단 요소 (63) 는 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 와 밀봉된 상태로 협력작동하고 있어서 중질유가 용량 제한 밸브 (1) 를 통하여 흐를 수 없게 된다. 이러한 상태에서, 출구부 (4) 와 입구부 (3) 에서 실질적으로 동일한 유체 압력이 중질유를 통하여 존재하게 된다. 스프링 (8) 은 입구부 측에 있는 차단 요소 (63) 를 입구부 측에 있는 밸브 안착부 (31) 로 밀봉되도록 가압하고 있다.

이제 연료 분사 노즐 (53) 이 중질유를 실린더의 연소 공간으로 분사하기 시작하자마자, 라인 (52) 에서의 압력은 떨어진다. 이에 따라 밸브 본체부 (6) 가 도 1 의 도시에 따라 피스톤 (7) 과 함께 상향으로 이동하며, 따라서 입구부 측의 차단 요소 (63) 가 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 를 벗어나서 들어올려지고, 이에 의하여 압력 저장부 (51) 로부터의 중질유가 용량 제한 밸브 (1) 를 통하여 통로 보어 (73) 를 통과하고 라인 (52) 으로 흘러들어갈 수 있게 된다. 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 에서 유체 연통을 개방하기 위하여 필요한 압력 차이는 후술 하는 바와 같이 다른 값으로 설정될 수 있다. 이러한 압력 차이는 2 내지 20 바의 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 압력 차이는 순환 작동 동안에 압력 저장부 (51) 에서의 압력보다 큰 값으로 설정된다.

입구부 측의 밸브 안착부 (31) 에서의 밸브 연결이 개방되면, 피스톤 (7) 의 행정이 중질유의 분사량에 의존하거나 적어도 대략 비례하게 된다. 분사 과정이 종료되자마자, 즉 연료 분사 노즐 (53) 이 차단되자마자, 라인 (52) 의 압력은 다시 증가하게 된다. 이에 따라 피스톤 (7) 이 움직이게 되고, 스프링 (8) 의 장력을 통하여 도 1 의 도시에 따라 하방으로 이동하며, 중질유는 통로 보어 (73) 를 통하여 흘러 나갈 수 있는 상태에 있다. 이러한 움직임은 입구부 측의 차단 요소 (63) 가 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 로 밀봉되도록 다시 가압될 때 종료한다.

피스톤 (7) 은 최대량으로서 고정된 중질유의 양이 용량 제한 밸브 (1) 를 통하여 흐를 때 최대 행정에 도달한다. 용량 제한 밸브 (1) 는 일반적 또는 정상적 분사 과정에 있어서 피스톤 (7) 의 최대 행정이 출구부 측의 차단 요소 (64) 를 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 로 밀봉되도록 가압하기에 충분하지 않도록 일반적으로 치수결정 또는 구성된다.

예를 들어 연료 분사 노즐 (53) 의 누수 또는 오작동이 용량 제한 밸브 (1) 의 하류측에서 발생하였다면, 정상 분사 작동에서 보다 더 많은 중질유가 용량 제한 밸브 (1) 를 통하여 흐르게 된다. 이에 따라, 피스톤은 출구부 측의 차단 요소 (64) 가 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 로 밀봉되도록 가압될 때까지 오랫동안 도 1 의 도시에 따라 상향으로의 이동을 계속한다. 이러한 과정이 끝나자마자, 중질유는 더 이상 용량 제한 밸브 (1) 를 통하여 라인 (52) 으로 흐를 수 없게 된다.

예를 들어 정비 작업 과정에 있어서 라인 (52) 또는 연료 분사 노즐 (53) 을 분해하는 것이 바람직할 수 있다. 대형 디젤 엔진은 이러한 목적을 위하여 전원이 꺼진다. 연료는 냉각되지 않고 그러면서 점성이 있거나 또는 거의 고체에 가깝게 되어서 연료 공급 시스템을 막히도록 할 수 있기 때문에, 일반적으로 순환 작동으로서 연료를 저장부 컨테이너로부터 압력 저장부 (51) 를 통하여 순환시키고 또한 도 2 에 도시되지 않은 역류 라인을 통하여 저장부 컨테이너로 되돌려 순환시키는 것이 일반적이다. 이러한 순환 작동은 일반적으로 도면에 도시되지 않은 러핑 펌프에 의해서만 발생하며, 이 러핑 펌프는 고압 펌프 (50) 이며 이러한 순환 작동에 있어서 작동되지 않는다. 압력 저장부 (51) 의 압력은 순환 작동 중에 일반적으로 2 내지 20 바, 예컨데 10 바의 압력을 가지고 있다.

압력 저장부 (51) 에서의 압력이 이러한 값으로 떨어지게 되면, 라인 (62) 은 압력으로부터 해제되고 분해될 수 있게 된다. 이에 따라 용량 제한 밸브 (1) 의 출구부 (4) 에서의 압력은 떨어진다. 그러나, 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 및 입구부 측의 차단 요소 (63) 사이의 유동 연통을 개방하기 위한 압력 차이는, 이 압력 차이가 순환 작동에서의 압력 보다 더 크게 되도록 설정되게 때문에 (예컨데 이 압력 차이가 약 15 바로 설정됨), 피스톤은 이동하지 않고 오히려 압력이 없는 라인과 함께 도 1 에 도시된 차단 상태를 유지하게 된다.

특히 이러한 라인 (52) 의 분해 작업을 가능한한 간단하게 하기 위하여, 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 및 입구부 측의 차단 요소 (63) 사이의 유동 연통을 개방하기 위한 압력 차이가 2 내지 20 바의 값, 즉 순환 작동에서의 압력 저장부 (51) 에서의 압력보다 높은 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 이에 따라 중질유는 단순한 방법으로 재순환될 수 있다. 압력 차이가 2 내지 20 바라는 것은 입구부 측의 차단 요소 (63) 가 도 1 의 도시에 따른 바닥부에서의 단부 면 (71) 측에서의 압력이 용량 제한 밸브 (1) 의 입구부 (3) 에서의 압력보다 2 내지 20 바 사이의 값 만큼 작은 경우에만 개방된다라는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 용량 제한 밸브 (1) 의 주된 특징은 적어도 하나의 통로 보어 (73) 가 피스톤 (7) 의 단부 면 (71) 에 제공된다는 것이다. 이러한 조치에 의하여, 연료가 흐르는 (또는 되돌아오도록 가압되는) 각각의 통로 보어 (73) 가 매우 짧게 유지될 수 있어서, 통로 보어 (73) 이 유체역학적 유동 저항이 연료의 점도와 무관하게 된다. 따라서, 용량 제한 밸브가 설정되는 연료의 양이 연료의 점도가 변동하는 경우에도 일정하게 유지될 수 있다는 것이 확실하게 된다. 따라서 용량 제한 밸브 (1) 가 특정 최대량으로 정해지면, 이러한 최대값에 도달되는 연료의 양이 연료의 점도가 변하거나 점도가 변동하는 경우에도 일정하게 될 것이다. 이러한 점도로부터의 독립성은 연료량에 대하여 매우 정확하고 변경이 없는 제한을 특정한 값으로 가하면서도 이러한 값이 점도의 변동에 대한 어떠한 변화에도 영향을 받지 않는 상태로 실현가능하다는 것을 의미한다.

통로 보어의 유체 역학적 유동 저항이 이를 통과하여 흐르는 매체의 점도로부터 독립적이기 위하여, 통로 보어 (73) 의 길이 (L) 의 통로 보어 (73) 이 직경 (d) 에 대한 비가 최대 4 일 때가 특히 바람직하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 관점에서 직경 (d) 은 유동 저항에 결정적인 직경 (d) 을 의미하고, 규칙상 길이 (L) 에 걸쳐 변하는 직경을 가진 경우에는 최소 직경 또는 가장 작은 직경을 가리킨다.

압력 저장소 (51) 에서의 작동 압력은 예컨데 1600 바 또는 심지어 2000 바에 육박하는 매우 큰 값이기 때문에, 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 및 입구부 측의 차단 요소 (63) 사이, 또는 개별적으로 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 및 출구부 측의 차단 요소 (64) 사이에서 매우 양호한 밀봉 효과가 달성되는 것이 당연히 매우 중요하다. 이러한 목적으로, 입구부 측의 차단 요소 (63) 또는 출구부 측의 차단 요소 (64), 및 특히 양쪽 모두의 차단 요소 (63, 64) 가 입구부 측의 밸브 밀봉부 (31) 또는 출구부 측의 밸브 밀봉부 (41) 각각과 선형 접촉되도록 구성되는 것이 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다. 관련된 짝 사이의 이러한 선형 접촉은 매우 효과적이고 특히 누수를 방지할 수 있다. 또한, 선형 접촉은 피스톤 (7) 의 기울어짐에 대한 저항성이 매우 큰데, 즉, 피스톤 (7) 의 가벼운 기울어짐 또는 정렬오류에 있어서도 매우 큰 밀봉효과를 확보하게 된다.

전술한 실시예에서, 입구부 측의 차단 요소 (63) 및 출구부 측의 차단 요소 (64) 는 각각 입구부 측 또는 출구부 측의 밸브 안착부 (31, 41) 의 각각의 원뿔형 표면 (32 또는 42) 와 협력할 수 있도록 각각 구형 표면 (631, 641) 을 구비하고 있다는 점에서, 선형 접촉이 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 및 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 에서 모두 실현된다.

축 방향에 대한 선형 접촉의 위치는 각각의 유동 연통을 개방하기 위해 필요한 압력 차이에 영향을 준다. 예를 들어, 입구부 측에서의 밸브 안착부 (31) 에서, 총 주변부에 걸쳐 측정된 선형 접촉의 길이가 클수록, 축 방향에 대한 (즉, 도 1 의 도시에 대한) 선형 접촉이 커지게 된다. 선형 접촉의 길이가 커질수록, 유동 연통의 개방에 필요한 압력 차이는 작아지게 된다. 따라서, 각각의 유동 연통이 개방되는 압력 차이는 구형 표면 (631, 641) 각각의 선형 접촉 위치에 걸쳐 설정될 수 있다.

바람직한 압력 차이는 2 내지 20 바에서 상대적으로 작기 때문에, 선형 접촉의 길이를 크게 하는 것이 유리하다. 이는 특히 구형 표면 (631, 641) 각각의 곡률 중심 (M) 이 밸브 본체부 (6) 의 길이방향 축선 (A) 에 대하여 편심되어 놓여있다는 점에서 확보될 수 있다. 구체적으로, 구형 표면 (631, 641) 이 각각 놓여있는 표면 상의 구의 중심으로서 곡률 중심 (M) 이 직선 (K) 상에 있으며, 직선 (K) 은 길이방향 축선 (A) 에 평행하게 놓여있고 길이방향 축선 (A) 로부터 간격 (e) 을 가지고 있다. 이러한 구성에 의하면 곡률 중심이 길이방향 축선 (A) 상에 놓여있는 경우보다 훨씬 작은 곡률이 실현될 수 있다.

많은 경우에 있어서, 실제적인 실행가능성의 측면에 있어서 곡률은 상대적으로 작고; 그러나, 선형 접촉이 표면 (631 및 641) 각각의 사이에서 그리고 원뿔 표면 (32 및 42) 각각의 사이에서 확보될 수 있도록 곡률이 큰 것이 바람직하다. 각각의 선형 접촉의 길이 (그리고 이에 따라 개방에 필요한 압력 차이) 는 주어진 곡률에 대하여 간격 (e) 의 크기를 통하여 설정될 수 있다.

각각의 유동 연통을 개방하기 위한 압력 차이가 영향을 받을 수 있거나 설정되는데 영향을 줄 수 있는 다른 척도는 탄성 특성의 선택, 특히 스프링 (8) 의 스프링 상수의 선택이다.

입구부 측의 차단 요소 (63) 및 출구부 측의 차단 요소 (64) 가 적어도 밸브 안착부 (31, 41) 와 협력하는 표면에 대하여 동일하게 구성되는 것이 더욱 바람직한 구성이 된다. 밸브 본체부 (6) 의 자가 중심맞춤 효과가 이러한 대칭성에 의해 실현될 수 있다. 밸브 본체부 (6) 의 간단한 중심맞춤은 피스톤 (7) 의 자켓 표면 및 밸브 챔버 (5) 의 벽부 사이의 약간의 간극에 의하여 달성된다.

입구부 측의 차단 요소 (63) 및 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 사이, 또는 각각 출구부 측의 차단 요소 (64) 및 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 사이의 선형 접촉은 또한 상기 각각 협력 면의 다른 기하학적 실시예에 의하여 실현될 수도 있다. 예를 들어, 협력 면 모두가 각각 구형 표면으로 구성될 수 있으며, 또는 협력 면 모두가 각각 원뿔형 표면, 특히 서로 다른 원뿔 각으로 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 모든 통로 보어 (73) 는 축 방향에 대하여 스프링 (8) 의 외측에 놓여있는 것이 바람직한데, 즉, 통로 보어 (73) 의 중심 축선 및 길이방향 축선 (A) 사이의 간격이 피스톤의 단부 면 (71) 의 외측 표면에서 각각의 보어 (73) 의 반경에 스프링 (8) 의 외경의 절반을 더한 값 보다 각각의 통로 보어에 대하여 더 큰 것이 바람직하다.

Claims (15)

1. 유동가능한 매체를 위한 입구부 (3) 와 출구부 (4), 및 입구부 (3) 와 출구부 (4) 사이에 배치된 밸브 챔버 (5) 를 구비한 밸브 하우징 (2) 을 포함하는 대형 디젤 엔진용 수동 용량 제한 밸브로서,
   입구부 측 및 출구부 측에 차단 요소 (63; 64) 를 구비한 밸브 본체부 (6) 가 밸브 챔버 (5) 에 제공되고, 상기 차단 요소는 각각 입구부 측 및 출구부 측에서 밸브 안착부 (31; 41) 와 협력하여 밀봉하도록 구성되고,
   입구부 측의 차단 요소 (63) 는 스프링 (8) 에 의하여 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 를 향하여 편향되고,
   밸브 본체부 (6) 에 제공되고 또한 외측이 밸브 챔버 (5) 의 벽부를 통하여 미끄럼가능하게 안내되는 피스톤 (7) 을 포함하고,
   유동가능한 매체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 통로 보어 (73) 가 피스톤 (7) 의 단부 면 (71) 에 제공되는 것을 특징으로 하는 대형 디젤 엔진용 수동 용량 제한 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   통로 보어 (73) 의 길이 (L) 및 직경 (d) 의 비는 각각의 통로 보어 (73) 에 대하여 최대 4 인 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
3. 제 1 항에 있어서,
   입구부 측의 차단 요소 (63) 는 입구부 측의 밸브 안착부 (31) 와 선형 접촉하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
4. 제 1 항에 있어서,
   출구부 측의 차단 요소 (64) 는 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 와 선형 접촉하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
5. 제 1 항에 있어서,
   입구부 측 차단 요소 (63) 또는 출구부 측 차단 요소 (64) 는 각각 입구부 측 또는 출구부 측 밸브 안착부 (31; 41) 와 협력하기 위한 구형 표면 (631; 641) 을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 구형 표면 (631; 641) 의 곡률 중심 (M) 은 밸브 본체부 (6) 의 길이방향 축선 (A) 에 대하여 편심되어 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
7. 제 1 항에 있어서,
   입구부 측의 밸브 안착부 (31) 또는 출구부 측의 밸브 안착부 (41) 는 원뿔형 표면 (32; 42) 을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
8. 제 1 항에 있어서,
   입구부 측의 차단 요소 (63) 및 출구부 측의 차단 요소 (64) 는 동일하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
9. 제 1 항에 있어서,
   밸브 본체부 (6) 는 스프링 (8) 의 내부로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
10. 제 1 항에 있어서,
    반경 방향에 대하여 스프링 (8) 의 외측에 통로 보어 (73) 가 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
11. 제 1 항에 있어서,
    입구부 측의 밸브 안착부 (31) 및 입구부 측의 차단 요소 (63) 사이의 유동 연통을 개방하기 위한 압력차는 2 내지 20 바에 상당하는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
12. 제 1 항에 있어서,
    피스톤 (7) 이 별도의 부품으로 구성되어 밸브 본체부 (6) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
13. 제 1 항에 있어서,
    스프링 (8) 이 피스톤 (7) 의 단부 면 (71) 에서 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 용량 제한 밸브.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 수동 용량 제한 밸브를 구비한 대형 디젤 엔진.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수동 용량 제한 밸브는 연료용 고압 저장부 (51) 및 연료 분사 노즐 (53) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 대형 디젤 엔진.

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