KR101959630B1 - 유량제어 밸브를 포함하는 고압펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체가 유입되는 중공홀과 상기 중공홀로부터 연통된 내부 공간이 형성된 밸브 바디, 상기 중공홀로부터 상기 내부 공간으로 연통되는 유로를 개폐하는 밸브 플레이트, 상기 밸브 플레이트와 연동되는 니들, 상기 니들에 탄성력을 가하는 리턴 스프링 및 상기 밸브 바디로부터 고압펌프의 고압챔버 측으로 유체가 이동되는 측을 덮는 형태로 상기 밸브 바디 내측에 결합되는 밸브 슬리브를 포함하고, 상기 밸브 슬리브는, 상기 밸브 바디로부터 유체가 이송되는 개방된 측을 덮는 원형 플레이트, 상기 밸브 플레이트를 지지하기 위해 상기 바디부로부터 연장되어 형성되는 가압부 및 상기 고압챔버로부터 상기 밸브 바디의 내부 공간으로 역류하는 유체가 상기 밸브 플레이트에 힘을 가하는 것을 제한하며 상기 원형 플레이트로부터 연장되어 형성되는 경계부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압펌프로서, 본 발명에 의하면, 리턴 스프링의 힘을 크게 적용하지 않으면서도 zero flow 현상에도 self-closing을 발생시키지 않을 수 있게 한다.

Description

유량제어 밸브를 포함하는 고압펌프{HIGH PRESSURE PUMP COMPRISING FLOW CONTROL VALVE}

본 발명은 내연기관의 연료 주입을 위한 고압펌프에 구성되는 유량제어밸브를 포함하는 고압펌프에 관한 것이다.

차량의 연료 공급 장치는 연료탱크, 연료레일 및 연료펌프를 포함한다. 연료레일은 연료탱크에 저장된 고압의 연료를 각 인젝터로 분배하는 역할을 수행한다. 연료레일에는 다수의 인젝터가 설치되며, 각 인젝터는 실린더 헤드 또는 흡기 매니폴드에 연결되어 연소실 또는 포트 내부로 연료를 분사시킨다.

이러한 연료레일과 연료탱크 사이에 구비되는 것이 고압펌프이며, 고압펌프는 연료탱크로부터 저압으로 공급된 연료를 고압으로 압축하여 연료레일로 전달한다.

즉, 도 1과 같이 고압펌프는 하우징(10)에 유입구(미도시)와 토출구(11)가 형성되고, 유입구로 유입되는 유체를 피스톤(30)이 가압하여 고압으로 압축하게 된다.

그리고, 유입구로부터 토출구(11)로의 유로 상에 설치되어, 유체의 흐름을 제어하기 위해 구성되는 것이 유량제어밸브(20)이다.

도 2에 별도 도시한 유량제어밸브(20)는 유체가 유입되는 중공홀(211)이 형성된 밸브 바디(210)를 포함하고, 밸브 바디(210)의 내부 공간에서 유로의 개폐 작용을 통해 토출되는 유량을 제어한다.

밸브 바디(210)의 내부에는 니들(220)이 유량제어밸브의 길이 방향을 따라 배치되고, 니들(220)과 함께 이동되어 중공홀(211)과 밸브 바디(210) 내부 공간 간의 유체 이동 통로를 개폐하기 위한 밸브 플레이트(230)가 구성된다.

또한, 아마추어(240)가 니들(220)과 연결되고, 아마추어(240)를 둘러싸는 형태로 밸브 바디(210)와 연결되는 밸브 하우징(250)이 구성된다.

그리고, 밸브 바디(210)의 일 측에 폴 코어(260)가 연결되고, 폴 코어(260) 내부의 니들(220)과 동일 축 상에 리턴 스프링(270)이 마련된다.

그래서, 폴 코어(260)에 전류가 인가되면 니들(220)이 폴 코어(260) 측으로 이동됨으로써 중공홀(211)로부터 밸브 바디(210)의 내부 공간으로의 유로를 차단시키게 되고, 전류가 해제되면 리턴 스프링(270)에 의해서 니들(220)이 원위치되어 유로가 개방되게 작동하게 된다.

그리고, 밸브 플레이트(230)의 일 측에는 유출홀이 형성된 밸브 슬리브(280)가 구비되고, 밸브 슬리브(280)와 밸브 플레이트(230) 간에는 밸브 스프링(290)이 마련되어, 밸브 바디(210)의 내부 공간으로부터 유체가 유출홀을 통해서 유출되게 하고, 밸브 플레이트(230)가 정위치되도록 한다.

그런데, 저부하 또는 fuel cut과 같은 상황으로 엔진에서 요구하는 유량이 소유량 또는 요구량이 없는 경우에 고압펌프는 연료레일로 연료를 토출하지 않는데, 이때, 유량제어밸브의 작동이 불필요하여 ECU에서는 작동신호를 보내지 않으나, 고압펌프의 피스톤 운동에 의해 내부 유체가 역류하는 현상이 발생하게 된다.

도 3이 이러한 유체의 흐름을 나타낸 것인데, 이러한 역류로 인해 발생하는 flow force에 의해 밸브 플레이트(230)를 미는 힘이 리턴 스프링(270)의 힘보다 클 경우에 유량제어밸브는 self-closing하게 되는 것이다.

이와 같은 현상이 발생하게 되면, 토출되는 유량을 제어해 주지 못해 연료레일의 압력 제어가 되지 못하고, 고압펌프는 제어를 하지 않음에도 불구하고 연료레일로 압축된 연료를 토출하게 된다.

그렇다고, 리턴 스프링의 force가 큰 것을 사용하는 것은 경제적이지 못할뿐더러 작동 소음도 커지게 된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-0634031호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 리턴 스프링의 힘을 크게 적용하지 않으면서도 내부 유체 역류시 self-closing을 발생시키지 않을 수 있는 유량제어 밸브를 포함하는 고압펌프를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 유량제어 밸브를 포함하는 고압펌프는, 유체가 유입되는 중공홀과 상기 중공홀로부터 연통된 내부 공간이 형성된 밸브 바디, 상기 중공홀로부터 상기 내부 공간으로 연통되는 유로를 개폐하는 밸브 플레이트, 상기 밸브 플레이트와 연동되는 니들, 상기 니들에 탄성력을 가하는 리턴 스프링 및 상기 밸브 바디로부터 고압펌프의 고압챔버 측으로 유체가 이송되는 측을 덮는 형태로 상기 밸브 바디 내측에 결합되는 밸브 슬리브를 포함하고, 상기 밸브 슬리브는, 상기 밸브 바디로부터 유체가 이송되는 개방된 측을 덮는 원형 플레이트, 상기 밸브 플레이트를 지지하기 위해 상기 원형플레이트로부터 연장되어 형성되는 가압부 및 상기 가압부와 이격되며, 상기 원형 플레이트로부터 연장되어 형성되는 경계부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 원형 플레이트에는 중앙에 형성되는 중앙 홀과, 상기 중앙 홀과 일정 거리 이격된 다수의 플로우 홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원형 플레이트에는 중앙에 형성되는 중앙 홀과, 상기 중앙 홀과 일정 거리 이격된 다수의 플로우 홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 밸브 플레이트는, 상기 중공홀로부터 상기 내부 공간으로 연통되는 유로를 개폐할 수 있도록 평탄한 형태의 바디부와, 상기 바디부의 중앙으로부터 돌출된 형태의 헤드부를 포함하고, 상기 밸브 슬리브의 가압부는 상기 원형 플레이트의 중앙 홀 측으로부터 하향되어 상기 밸브 플레이트의 헤드부가 인입될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상상기 밸브 슬리브의 경계부는 평단면의 직경이 상기 가압부의 평단면 직경보다 크도록 상기 원형 플레이트로부터 하향되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원형 플레이트의 플로우 홀이 상기 중앙 홀로부터 이격된 거리는 상기 경계부의 평단면 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 경계부의 평단면 직경은 상기 밸브 플레이트의 바디부의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 경계부의 하향 길이는 상기 가압부의 하향 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.

부가적으로, 상기 밸브 슬리브와 상기 밸브 플레이트 간에는 밸브 스프링이 개재되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유량제어 밸브를 포함하는 고압펌프에 의하면, 내부 유체 역류시 역류되는 유체의 흐름이 제어되게 하여 밸브 플레이트에 작용하는 힘을 줄임으로써 리턴 스프링의 force를 증가시키지 않더라도 유량제어밸브가 self-closing되는 것을 방지할 수 있다.

그에 따라 낮은 자기력으로도 작동이 가능하고, 작동 소음 또한 줄일 수가 있다.

도 1은 종래의 고압펌프를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래의 고압펌프에 적용되는 유량제어밸브를 도시한 것이다.
도 3은 유체 역류시 도 2의 유량제어밸브에 의한 유체의 흐름을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 유량제어밸브를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 유량제어밸브를 구성하는 밸브 슬리브를 도시한 것이다.
도 6은 유체 역류시 상황에서 본 발명에 의한 유량제어밸브에 의한 유체의 흐름을 나타낸 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명에 의한 유량제어밸브를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명에 의한 유량제어밸브를 구성하는 밸브 슬리브를 도시한 것이다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 유량제어 밸브를 포함하는 고압펌프를 설명하기로 한다.

본 발명의 고압펌프를 구성하는 유량제어밸브(FCV, Flow Control Valve)는 연료탱크와 연료레일 간에 구비되어 연료를 고압으로 공급하는 고압펌프에 구비되어, 유체의 유로를 제어하는 장치이다.

이를 위한 유량제어밸브는 밸브 바디(110)와 밸브 하우징(170)이 결합되어 외관을 형성하여 고압펌프의 유로 상에 설치된다.

밸브 바디(110)의 일 측에는 유체가 유입되는 공급홀이 마련되고, 밸브 바디(110)의 다른 일 측을 통해서 유체가 이송되게 한다.

그리고, 중공홀로부터 연통되는 내부 공간을 밸브 플레이트(130)가 개폐할 수 있게 마련되고, 밸브 플레이트(130)는 니들(120)의 운동과 연동되어 움직인다.

밸브 플레이트(130)는 유로를 막을 수 있도록 평탄한 구성을 가지는 바디부(131)와 바디부(131)의 중앙에서 돌출된 형태의 헤드부(132)로 구성된다.

또한, 밸브 하우징(170)의 내측의 아마추어(160)가 니들(120)과 연결되고, 밸브 하우징(170)의 일 측에 연결되는 폴 코어(180) 내부에 리턴 스프링(190)이 구성된다.

유량제어밸브는 이와 같이 구성됨으로써, 전류의 인가에 의해서 니들(120)이 폴 코어(260) 측으로 이동되어 밸브 플레이트(130)가 유로를 차단시키고, 전류 해제시 리턴 스프링(190)의 복원력에 의해 밸브 플레이트(130)가 원위치되어 유로가 개방된다.

밸브 슬리브(140)는 밸브 바디(110)로부터 유체가 이송되는 측을 덮는 형태로 결합되고, 이에 밸브 플레이트(130)가 안착될 수 있도록 하는 구성이다.

그리고, 밸브 슬리브(140)와 밸브 플레이트(130) 간에는 밸브 스프링(150)이 개재되어 밸브 플레이트(130)가 리턴 스프링(190)에 의해 과도하게 동작하는 것을 제한한다.

밸브 슬리브(140)는 밸브 바디(110)의 유체가 이송되도록 개방된 측을 덮고 밸브 바디(110)의 내측에 결합, 안착되기 위한 원형 플레이트(141)와, 밸브 플레이트(130)가 유로를 개방하는 방향으로 동작시 밸브 플레이트(130)에 접하여 밸브 플레이트(130)를 지지하기 위한 가압부(145)와, 내부 유체 역류시 역류되는 유체의 유로를 제한시키기 위한 경계부(146)로 구성이 된다.

도 5는 본 발명의 밸브 슬리브를 도시한 것으로서, 이를 참조하면, 원형 플레이트(141)는 밸브 바디(110)의 유체가 이송되도록 개방된 측의 내경에 대응하는 원판 형상으로 마련되고, 원형 플레이트(141)와 밸브 바디(110)의 내측에 접하도록 원형 플레이트(141)의 외주면으로부터 일 방향으로 외곽 플레이트(144)가 연장 형성된다.

그리고, 원형 플레이트(141)에는 밸브 플레이트(130)의 헤드부(132)에 대응되도록 중앙에 중앙 홀(142)이 형성되고, 중앙 홀(142)과 일정 거리 이격된 다수의 플로우 홀(143)이 형성되어, 밸브 플레이트(130)가 유로 개방시 플로우 홀(143)을 통해서 유체가 고압펌프의 고압챔버로 이송되게 된다.

가압부(145)는 원형 플레이트(141)의 중앙 홀(142) 측으로부터 하향된 원통형의 측면에 해당하는 형상으로 마련되어, 내측으로 밸브 플레이트(130)의 헤드부(132)가 인입될 수 있게 형성되고, 하향된 일 단 면이 밸브 플레이트(130)의 유로 개방시 바디부(131)에 접하여 밸브 플레이트(130)를 가압, 지지하게 된다.

경계부(146)는 원형 플레이트(141)로부터 하향된 원통형의 측면에 해당하는 형상으로 마련되고, 원형 플레이트(141)의 중심으로부터 하향되는 지점까지의 반경은 가압부(145)가 하향되는 지점의 원형 플레이트(141)로부터의 반경보다 크다.

이러한 경계부(146)에 의해서 역류되는 유량이 밸브 플레이트(130)의 바디부(131)에 힘을 가하는 것을 억제시킨다.

그러나, 원형 플레이트(141)의 중심으로부터 하향되는 지점까지의 반경은 밸브 플레이트(130)의 바디부(131)의 반경보다는 작은 것이 바람직하다.

밸브 플레이트(130)의 바디부(131)의 반경보다 큰 경우에는 유로 개방시 플로우 홀(143)을 통해 이송되는 유체의 흐름을 오히려 방해할 수 있기 때문이다.

또한, 경계부(146)의 하향 길이는 가압부(145)의 하향 길이보다 짧은 것이 밸브 플레이트(130) 내부 공간에서의 유체 흐름상 완충 역할을 하기에 보다 바람직하다.

도 6은 이 같은 본 발명의 슬리브 부재의 적용에 의한 내부 유체 역류시 유체의 흐름으로서, 도시와 같이, 플로우 홀(143)을 통해 역류하는 유체가 밸브 플레이트(130)의 바디부(131)에 힘을 가하는 것을 억제시켜 밸브 플레이트(130)가 self-closing되는 것을 방지할 수가 있게 된다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

110 : 밸브 바디
120 : 니들
130 : 밸브 플레이트
131 : 바디부 132 : 헤드부
140 : 밸브 슬리브
141 : 원형 플레이트 142 : 중앙 홀
143 : 플로우 홀 144 : 외곽 플레이트
145 : 가압부 146 : 경계부
150 : 밸브 스프링
160 : 아마추어
170 : 밸브 하우징
180 : 폴 코어
190 : 리턴 스프링

Claims (9)

1. 유체가 유입되는 중공홀과 상기 중공홀로부터 연통된 내부 공간이 형성된 밸브 바디;
   상기 중공홀로부터 상기 내부 공간으로 연통되는 유로를 개폐하는 밸브 플레이트;
   상기 밸브 플레이트와 연동되는 니들;
   상기 니들에 탄성력을 가하는 리턴 스프링; 및
   상기 밸브 바디로부터 고압펌프의 고압챔버 측으로 유체가 이송되는 측을 덮는 형태로 상기 밸브 바디 내측에 결합되는 밸브 슬리브를 포함하고,
   상기 밸브 슬리브는,
   상기 밸브 바디로부터 유체가 이송되는 개방된 측을 덮는 원형 플레이트;
   상기 밸브 플레이트를 지지하기 위해 상기 원형 플레이트로부터 연장되어 형성되는 가압부; 및
   상기 가압부와 이격되며, 상기 원형 플레이트로부터 연장되어 형성되는 경계부를 포함하며,
   상기 원형 플레이트에는 중앙에 형성되는 중앙 홀과, 상기 중앙 홀과 일정 거리 이격된 다수의 플로우 홀이 형성된 것을 특징으로 하고,
   상기 밸브 플레이트는,
   상기 중공홀로부터 상기 내부 공간으로 연통되는 유로를 개폐할 수 있도록 평탄한 형태의 바디부; 및
   상기 바디부의 중앙으로부터 돌출된 형태의 헤드부를 포함하고,
   상기 밸브 슬리브의 가압부는 상기 원형 플레이트의 중앙 홀 측으로부터 하향되어 상기 밸브 플레이트의 헤드부가 인입될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하고,
   상기 경계부의 평단면 직경은 상기 밸브 플레이트의 바디부의 직경보다 작으며, 상기 경계부의 하향 길이는 상기 가압부의 하향 길이보다 짧은 유량제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   고압펌프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유량제어 밸브의 상기 밸브 슬리브에는 상기 원형 플레이트의 외주면으로부터 연장 형성되어 상기 밸브 바디의 내측에 접하여 결합되는 외곽 플레이트가 더 형성된 것을 특징으로 하는,
   고압펌프.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브 슬리브의 경계부는 평단면의 직경이 상기 가압부의 평단면 직경보다 크도록 상기 원형 플레이트로부터 하향되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
   고압펌프.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 원형 플레이트의 플로우 홀이 상기 중앙 홀로부터 이격된 거리는 상기 경계부의 평단면 직경보다 큰 것을 특징으로 하는,
   고압펌프.
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 밸브 슬리브와 상기 밸브 플레이트 간에는 밸브 스프링이 개재되는 것을 특징으로 하는,
   고압펌프.

Images