KR102615468B1

KR102615468B1 - 연료 분사기의 제어 밸브 장치

Info

Publication number: KR102615468B1
Application number: KR1020187014803A
Authority: KR
Inventors: 마이클 피터 쿠크
Original assignee: 델피 테크놀로지스 아이피 리미티드
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2023-12-19
Also published as: CN108291519B; WO2017071992A1; JP6818749B2; US10801456B2; EP3368765B1; GB201518923D0; US20180355834A1; JP2018536797A; KR20180067689A; EP3368765A1; CN108291519A

Abstract

연료 분사기의 제어 밸브 장치(24)는 사용시에 가압된 연료가 충전 구멍(106)을 매개로 유입되는 충전 챔버(56)를 구비한 밸브 본체(44)를 포함한다. 충전 밸브는 사용시 제1 제어 챔버(40)를 가압된 연료로 충전하는 것을 제어하는 제1 유체 연통부(82)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 상기 충전 챔버(56)에 배치되며, 상기 충전 밸브는 밸브축(X2)을 따라 이동하는 충전 밸브 부재(38)를 갖추고, 상기 충전 밸브 부재(38)는 가동 밸브 시트(88)가 구비된 헤드(86)와, 상기 밸브 본체(44)에 제공된 안내 구멍(64)에서 미끄럼 이동가능하게 안내되는 스템(84)을 가지며, 상기 충전 밸브 부재(38)는 통상 제1 스프링(94)에 의해 편향되어 개방된다. 상기 제어 밸브 장치(24)는 사용시에 상기 제1 제어 챔버(40)를 비우는 것을 제어하는 제2 유체 연통부(108)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 액츄에이터(20)와 상호 작용하는 제어 밸브 부재(36)를 갖춘 제어 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 밸브 부재(36)는 통상 제2 스프링에 의해 편향되어 폐쇄된다. 또한, 시트 플러그(70)는 상기 충전 챔버(56)를 폐쇄하기 위해 상기 밸브 본체(44)에 배치되고, 상기 시트 플러그(70)는 상기 가동 밸브 시트(88)와 상호작용하도록 된 고정 밸브 시트(80)가 구비된 개구부(79)를 구비하며, 상기 개구부(79)는 상기 충전 챔버(56)와 상기 제1 제어 챔버(40) 사이에 제1 유체 연통부(82)를 형성한다.

Description

연료 분사기의 제어 밸브 장치

본 발명은 연료 분사기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어 밸브 장치에 관한 것이다.

WO 2015 024692호에는, 별도의 제어 밸브 및 충전 밸브가 연료 분사기의 서보(servo)에서 3 방향 밸브의 기능을 달성하는 데에 사용되는 연료 분사기를 기재하고 있다. 충전 채널 및 제한 오리피스는, 니들 제어 챔버로 개방되고 충전 밸브에 의해 제어되는 통로를 통해 고압의 연료를 공급한다. 이러한 통로와 밸브 구멍의 교차점 근처의 영역은 높은 응력 영역으로 되며, 임의의 주어진 물질에 대해 달성가능한 분사 압력을 제한한다. 또한, 이와 같은 천공(drilling)에서의 압력파 활동은, 밀접하게 배치된 다단 분사(close coupled multiple injection)에서 가변성을 일으키는 것으로 밝혀졌다. 시트(seat)와 스프링을 넘어서 밸브 구멍을 만드는 데에 필요한 긴 연삭용 퀼(quill)에 의해 제조 가능성도 제한된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 연료 분사기의 제어 밸브 장치를 제공함에 있어 전술한 문제점들을 해결하는 것으로서, 상기 제어 밸브 장치는, 사용시에 가압된 연료가 충전 구멍을 매개로 유입되는 충전 챔버를 구비한 밸브 본체를 포함한다. 상기 제어 밸브 장치는 사용시 제1 제어 챔버를 가압된 연료로 충전하는 것을 제어하는 제1 유체 연통부를 개방 또는 폐쇄하기 위해 상기 충전 챔버에 배치된 충전 밸브를 더 포함한다. 상기 충전 밸브는 밸브축을 따라 이동하는 충전 밸브 부재를 갖추고, 상기 충전 밸브 부재는 가동 밸브 시트가 구비된 헤드와, 상기 밸브 본체에 제공된 구멍에서 미끄럼 이동가능하게 안내되는 스템(stem)을 가진다. 상기 충전 밸브 부재는 통상 제1 스프링에 의해 편향되어 개방된다.

또한, 상기 제어 밸브 장치는 사용시에 상기 제1 제어 챔버를 비우는 것을 제어하는 제2 유체 연통부를 개방 또는 폐쇄하기 위해 액츄에이터와 상호작용하는 제어 밸브 부재를 갖춘 제어 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 밸브 부재는 통상 제2 스프링에 의해 편향되어 폐쇄된다.

상기 제어 밸브 장치는 상기 충전 챔버를 폐쇄하기 위해 상기 밸브 본체에 배치된 시트 플러그를 더 구비한다. 상기 시트 플러그는 상기 가동 밸브 시트와 상호작용하도록 된 고정 밸브 시트가 구비된 개구부를 구비하며, 상기 개구부는 상기 충전 챔버와 상기 제1 제어 챔버 사이에 제1 유체 연통부를 형성한다. 설명에서 언급된 장점들에 덧붙여, 상기 충전 챔버를 폐쇄하는 시트 플러그는 밸브 본체에 큰 개구부를 가진 충전 챔버를 제공할 수 있는데, 큰 개구부는 사용시 시트 플러그에 의해 차단되지만, 큰 개구부를 통하여 공구가 충전 챔버를 제조하기 위해 쉽게 결합될 수 있다. 이는 원하는 형상 또는 체적을 갖는 충전 챔버를 제조하도록 선택할 수 있게 한다.

또한, 시트 플러그는 상기 충전 구멍을 더 구비하고, 충전 구멍의 바람직한 방위는 실질적으로 상기 밸브축에 평행하다.

또한, 상기 밸브 본체는 상기 밸브축에 실질적으로 평행하게 연장하는 메인 공급 구멍의 영역을 더 구비하고, 상기 메인 공급 구멍은 가압된 연료를, 상기 분사기의 연료 입구가 배치된 상기 제어 밸브 장치의 상류로부터 상기 제어 밸브 장치의 하류에 배치된 큰 체적부로 유동시키도록 되어 있고, 상기 큰 체적부는, 분사 구멍(spray hole)의 개방과 폐쇄를 제어하는 니들 밸브가 미끄럼 이동가능하게 배치된 분사기의 노즐 본체에 의해 형성된다. 상기 충전 구멍은 상기 큰 체적부와 상기 충전 챔버 사이에 유체 연통을 생성한다. 바꾸어 말하면, 상기 충전 구멍과 상기 메인 공급 구멍의 영역은 실질적으로 평행하고, 교차하지 않으며, 상기 충전 구멍을 통해 흐르는 가압된 연료는 큰 체적부로부터 나오게 되어 공급 구멍에서 전파하는 압력파를 더욱 우수하게 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 시트 플러그는 상기 충전 챔버에 간섭하여 압입끼워맞춤된다.

보다 정확하게는, 스프링 시트가 상기 충전 밸브 부재에 고정되고, 상기 스프링 시트는 상기 충전 밸브 부재에 제1 스프링으로 발생된 개방력을 전달한다. 상기 스프링 시트는 상기 충전 밸브 부재의 스템에 고정된 환 형상의 칼라(collar)이다. 상기 제1 스프링은, 상기 충전 밸브 부재의 스템 주위에 배치되고 밸브 본체의 면과 상기 스프링 시트 사이에 압축된 코일 스프링이다.

상기 스프링 시트는 상기 충전 밸브 부재의 스템에 억지끼워맞춤으로 고정될 수 있거나, 상기 스템은 상기 스프링 시트에 맞닿는 어깨부를 구비할 수 있는데, 이 어깨부는 스템에 대해 스프링 시트를 위치시키는 것을 용이하게 한다.

특정한 구조에서, 상기 충전 구멍은 스로틀 오리피스(throttle orifice)를 구비한다.

또한, 상기 충전 밸브 부재의 스템이 안내되는 안내 구멍은 상기 충전 챔버의 바닥 벽에서 개방되며, 상기 바닥 벽은, 상기 안내 구멍을 둘러싸는 홈을 형성하는 환 형상의 언더컷(undercut)을 구비하고, 내부면은 구멍이면서 외부면은 상기 충전 챔버인 벽을 형성할 수 있다. 이 벽은 스템과 안내 구멍 사이에 설정된 기능적인 간극을 통해 흐르는 미소한 연료 누설을 더욱 우수하게 제어할 수 있다. 실제로, 사용시 연료를 분사하기 위해 상기 제2 유체 연통부를 개방할 때, 상기 안내 구멍의 상부는 감압되고, 연료는 고압의 상기 충전 챔버로부터 상기 간극을 통해 상기 감압된 영역 쪽으로 저압에서 누출될 수 있다. 상기 누출을 최소화하기 위해, 내부의 저압 및 외부의 고압을 받는 그 외주부는 방사상 안쪽으로 약간 변형되어 상기 간극 및 누설 경로를 최소화한다.

일 실시예에서, 이 벽은 원추형이며, 상기 벽의 두께는 구멍의 개구부 근방에서 더 얇아지며 홈의 바닥에 근접한 위치에서 확장된다. 이러한 원추형 프로파일이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니며, 평행한 면들, 단차진 외면 또는 임의의 다른 프로파일을 가진 다른 실시예들도 가능하다.

더욱이, 상기 제2 유체 연통부는 상기 제1 제어 챔버로부터 제2 제어 챔버로 연장하는 연통 채널과, 상기 제2 제어 챔버로부터 저압 출력 라인으로 연장하는 배출 채널을 포함하고, 상기 제어 밸브는 상기 제2 제어 챔버와 상기 저압 출력 라인 사이에 배치된다.

또한, 본 발명은 가동 니들이 사용시에 연료 분사를 가능하게 하거나 저지하도록 노즐과 상호작용하는 연료 분사기에 적용되며, 상기 니들은 이전 문단들에 따라 이루어진 제어 밸브 장치에 의해 유압식으로 조종된다.

이제, 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 예로서 설명된다.
도 1은 제어 밸브 장치를 부분적인 단면으로 볼 수 있는 서보 분사기의 종방향 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 분사기의 제어 밸브 장치를 확대한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 대안에 따른, 도 1에 도시된 분사기의 제어 밸브 장치를 확대한 도면이다.

도 1을 참조하여, 전체적으로 주축(X1)을 따라 연장하고서 가늘고 긴 형상을 가진 연료 분사기(10)가 설명된다. 분사기(10)는, 도면에서 임의의 그리고 비제한적인 방위에 따라, 분사기의 상부에 있는 작동부(12) 및 바닥에 있는 유압부(14)를 포함한다. 2개의 부분(12, 14)은 어깨면에서 맞닿아 유압부(14)에 대해 맞물리고작동부(12)에 나사 결합된 캡너트(16)에 의해 함께 견고하게 유지된다.

작동부(12)는 이 작동부(12)의 바닥면에 있는 구멍 개방부에 배치된 액츄에이터 부재(20)가 구비된 본체(18)를 포함한다. 액츄에이터 부재(20)가 솔레노이드 인 실시예가 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 반면에, 피에조 또는 자기 구속(magneto restrictive) 액츄에이터를 갖는 대안적인 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 액츄에이터 부재(20)는 작동부(12)의 상부에 배치된 전기 커넥터(22)에 전기적으로 연결된다.

유압부(14)는 작동부(12)의 바닥면과 면접촉되어 유지되는 상부면을 가지며, 제어 밸브 장치(24) 및 노즐 조립체(26)를 포함한다.

작동 중에 액츄에이터 부재(20)는 제어 밸브 장치(24)와 상호작용하며 차례로 노즐 조립체(26)와 상호작용하여 연료 분사 이벤트를 가능하게 하거나 저지한다.

노즐 조립체(26)는 구멍(30)이 구비된 본체(28)를 포함하는데, 이 구멍(30)에서 통상 그 가늘고 긴 형상과 관련하여 니들로 식별되는 밸브 부재(32)가 미끄럼 이동가능하게 안내되고 밸브 안착부와 상호작용하여 노즐 조립체(26)의 팁 끝(34)에 구비된 분사 구멍을 선택적으로 개방하거나 폐쇄한다.

제어 밸브 장치(24)는 작동부(12)와 노즐 조립체(26) 사이에 배치되고, 3 방향 밸브의 기능을 함께 이행하기 위해 서로 상호작용하는 제어 밸브 부재(36)와 충전 밸브 부재(38)를 포함한다. 제어 밸브 부재(36)는 액츄에이터 부재(20)에 의해 직접 기동되는 한편, 충전 밸브 부재(38)는 제1 제어 챔버(40)와 제2 제어 챔버(42) 사이의 연료 압력차의 작용으로 이동한다.

이제, 제어 밸브 장치(24)의 일 실시예가 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된다. 도 2에서 액츄에이터 부재(20)는 솔레노이드이고, 제어 밸브 부재(36)는 2015년 3월 25일자로 출원된 영국 특허 출원 GB 1505004호에 기술된 바와 같이 스프링 안내되며, 도 3에서 액츄에이터 부재(20)는 제어 밸브 부재(36)를 직접 편향시키는 압전 또는 자기 구속형과 같은 서보 액츄에이터이고, 이러한 제어 밸브 영역의 구조는 2015년 6월 29일자로 출원된 영국 특허 출원 GB 1511355호에 기술되어 있다.

도 2를 참조하면, 제어 밸브 부재(36)의 다른 대안, 예를 들어 유압 구멍에서 안내되는 잘 알려진 아마츄어-스템(armature-stem) 조립형이 배치될 수 있다.

도 2에서, 충전 밸브는, 원통 형상을 갖고서, 작동부 본체(18)의 바닥면에 대해 면접촉하여 배치된 상부면(46)으로부터, 노즐 본체(28)의 상부에 배치된 피스톤 안내 부재(50)의 상면에 대해 면접촉하여 배치된 바닥면(48)을 향해축방향으로 연장한 본체(44)를 포함한다. 피스톤 안내 부재(50)는, 니들(32)의 상부 원통부를 미끄럼 이동가능하게 안내하는 축방향 구멍(52)을 갖추고, 제1 제어 챔버(40)는, 니들의 상부면(54)과 충전 밸브 본체(44)의 바닥면(48) 사이에 축방향으로 구비된 축방향 구멍(52)의 체적으로 형성된다.

충전 밸브 본체(44)에는 외주 벽(58)과 바닥 벽(60)을 가진 원통 형상의 중공부인 원통 형상의 충전 챔버(56)가 구비된다. 충전 챔버(56)는 주축(X1)에 평행하고 방사상 거리(R)만큼 벗어난 밸브축(X2)을 따라 연장한다. 바닥 측에서 충전 챔버(56)는 본체(44)의 바닥면(48)에서 개방되고, 상부 측에서 충전 챔버(56)의 바닥 벽(60)은, 상기 바닥 벽(60)이 바닥 벽(60)의 중심에 형성된 원추형 돌출부를 둘러싸는 주변의 환 형상의 홈(62)을 구비하기 때문에 원추 형상을 갖는다.

충전 밸브 본체(44)에는, 그 중심에서 밸브축(X2)을 따라 위로 연장하는 배출 채널(66)을 달리하는 바닥 횡단면을 향해 위로 연장하는 안내 구멍(64)이 더 구비된다. 안내 구멍(64)은 상기 원추형 돌출부의 팁에 있는 충전 챔버의 바닥 벽(60)의 중심에서 개방되고, 안내 구멍(64)보다 훨씬 작은 직경의 배출 채널(66)은 상기 안내 구멍의 바닥 횡단면을 충전 밸브 본체의 상부면(46)에 연결한다. 또한, 배출 채널(66)은 본체의 상부면(46)에서 상단 개구 근처에 배치된 스로틀 제한부(68)를 구비한다. 대안으로서, 스로틀 제한부(68)는 안내 구멍의 바닥 횡단면에 더 근접하게 배치될 수 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 배출 채널(66)은 제어 밸브 부재(36)의 바로 아래에서 개방되어, 작동시 상기 배출 채널(66)은 솔레노이드(20)의 통전 여부에 따라 제어 밸브 부재(36)에 의해 선택적으로 개방되거나 폐쇄된다.

충전 챔버(56)에는 충전 밸브 본체의 바닥면(48)에 있는 충전 챔버(56)의 개구를 폐쇄하는 컵 형상의 시트 플러그(70)가 배치된다. 시트 플러그(70)는, 원주에서 외주 벽(78)이 축방향으로 연장하는 횡단 바닥 벽(72)을 갖춘다. 바닥 벽(72)은 충전 밸브 본체(44)의 바닥면(48)과 동일 평면 상에 배치된 하부면(74), 및 충전 챔버(56)의 내부에 있는 대향되는 상부면(76)을 가진다. 시트 플러그(70)는 충전 챔버의 원통형 외주 벽(58)에 대해 간섭하여 압입끼워맞춤된 그 외주 벽(78)에 의해 충전 챔버(56) 내 적소에 고정된다. 레이저 용접과 같은 다른 고정 수단도 가능하다. 시트 플러그의 바닥 벽(72)은 그 중심에 개구부(79)를 통과하는 밸브축(X2)을 구비하고, 도면에 도시된 바와 같이 안내 구멍(64)과 정렬되는 고정 충전 밸브 시트(80)를 형성한다. 개구부(79)의 단면은, 상기 단면이 안내 구멍(64)의 단면과 유사하거나 동일하거나 다소 큰 상부면(76)의 개방부로부터, 제1 제어 챔버(40)로 크게 개방되는 하부면(78)의 개방부로 확대되어, 제1 제어 챔버(40)와 충전 챔버(56) 사이에, 충전 밸브 부재(38)에 의해 제어되는 제1 유체 연통부(82)를 생성한다.

종래 기술에 비하여, 분사기 내에서 전파하는 압력파의 보다 우수한 제어는, 충전 챔버(56)를 폐쇄하는 별도의 압입끼워맞춤된 시트 플러그(70)를 구비함으로써 달성된다. 실제로, 별도의 시트 플러그(70)는 충전 챔버(56) 내에 정확하게 위치 될 수 있고, 상기 충전 챔버(56)의 체적은, 종래 기술로 이 체적이 본체의 언더컷처럼 기계 가공될 때 넓은 범위에 걸쳐 용이하게 선택된다.

포펫 충전 밸브 부재(38)는 안내 구멍(64) 내에서 미끄럼 이동가능하게 안내되는 원통형 스템(84), 및 고정 충전 밸브 시트(80)의 개구부(79)에 상호보완적으로 맞물리는 가동 밸브 시트(88)를 구비한 헤드(86)를 갖춘다. 상기 포펫 충전 밸브의 헤드(86)는 시트 플러그의 바닥 벽(72)의 두께부 내에 배치되면서, 스템(84)은 충전 챔버(56)에서 연장하여 안내 구멍(64)의 내부와 맞물린다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 충전 밸브 부재(38)는 스템(84)을 헤드(86)에 연결시키는 작은 환 형상의 언더컷을 더 구비한다. 제2 제어 챔버(42)는 스템(84)의 상부 위로 안내 구멍(64)에 포함된 공간이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 충전 밸브 부재(38)는 양쪽을 개방하는, 즉 헤드(86)에서는 제1 제어 챔버(40)로 개방하고 스템의 상부에서는 제2 제어 챔버(42)로 개방하는 내부 축방향 연통 도관(90)을 구비하는데, 연통 도관(90)은 제1 제어 챔버(40)와 제2 제어 챔버(42) 사이에 영구적으로 개방된 유체 연통을 생성한다. 제2 제어 챔버(42)의 근방에서, 연통 도관(90)은 선택적으로 헤드(86)에 인접하여, 또는 스템(84)의 상부와 헤드의 중간의 임의의 곳에 배치될 수 있는 다른 스로틀 제한부(92)를 구비한다.

충전 챔버의 바닥에 구비된 환 형상의 홈(62)으로 다시 돌아가면, 상기 홈이 안내 구멍(64)의 내부에 있는 스템(84)의 안내 길이와 실질적으로 동일한 축방향 깊이(D)를 갖는다는 것을 생각할 수 있고, 그러므로 원추형 돌출부는 안내 구멍(64)을 둘러싸는 벽을 생성하는데, 상기 벽은 단면이 도면의 상부에 가까울수록 증가하는 단면을 갖는다. 충전 밸브 부재(38)는, 스템(84) 주위에 배치되고 충전 챔버의 바닥 벽(60)과 스템(84)에 고정된 스프링 시트(96) 사이에 압축된 코일 스프링(94)에 의해, 충전 밸브 시트들(80, 88)의 개방 위치(OP)에서 아래로 편향되어 개방된다. 스프링 시트(96)는, 스템(84) 상에 맞물리고 스템(84)에 간섭하여 압입끼워맞춤으로 결합하기 때문에, 또는 스템에 구비되어 스프링 시트가 맞닿게 되는 작은 어깨면 때문에 적소에 유지되는 칼라 형상의 부재이다.

종래 기술에서, 충전 밸브 부재의 헤드(86)는 고정 안착 시트와의 밀봉 영역의 기능과, 충전 밸브 부재(38)에 개방력을 전달하는 스프링(94)을 위한 스프링 시트의 기능도 제공한다. 밀봉 영역 및 스프링 시트 영역은 헤드(86)에 동심으로 배치되어, 충전 밸브 부재가 통하여 연장하는 개구부(79)와 헤드(86)가 개구부(79)를 관통하는 스프링(94)을 갖도록 충분히 켜야 하며 헤드(86)와 접촉해야 한다. 동심 배치보다는 동축 배치를 가짐으로써, 기능들, 즉 헤드(84)에 홀로 남겨진 밀봉 영역을 분리할 수 있다. 그러므로, 개구부(79)의 영역은 밀봉 기능으로 제한될 수 있으며, 결과적으로 상기 개구부(79)는 스템(84)이 상기 개구부(79)를 통해 맞물릴수 있게 하기에 충분한, 안내 구멍(64)과 동일한 크기로 될 수 있고, 언더컷은 밸브 부재와 시트 플러그 사이에 충분한 작동 간극을 확보한다. 당업자는, 동일한 크기는 필요한 제조 공차를 고려하여, 스템(84)이 개구부(79)를 통해 어려움 없이 자유롭게 이동할 수 있어야 하는 것을 보장하고, 개구부(79)가 스템(84)의 크기보다 다소 더 큰 크기를 갖는다는 점을 이해할 것이다.

연료 분사기는 고압 연료 회로(98)와 복귀 회로(102)도 더 구비한다. 고압 연료 회로(98)는 몇 개의 영역을 가진 메인 공급 구멍을 포함하는데, 상기 메인 공급 구멍은 연료 분사기 입구(100)로부터 가압된 연료를 노즐의 팁(34)에 배치된 분사 구멍과 제1 제어 챔버(40)로 이송한다. 또한, 복귀 회로(102)는 상기 제1 제어 챔버(40)를 비우고 복귀 연료를 분사기 출구(104) 쪽으로 유도하기 위한 몇 개의 부분을 포함한다.

메인 공급 구멍의 한 영역(99)은 충전 밸브 본체(44)를 통해 연장하고, 공급 구멍이 노즐 본체(28)의 내부에 있는 큰 체적부(V)로 개방된 피스톤 안내 부재(50)를 통해 다른 영역으로 계속 이어진다. 충전 밸브 본체(44)에서, 상기 영역(99)은 밸브축(X2)에 실질적으로 평행하게 연장한다. 피스톤 안내 부재(50)를 통해 배치된 다른 채널부는 가압된 연료가, 충전 구멍(106)이 시트 플러그의 바닥 벽(72)을 통해 제공된 시트 플러그(70)를 향해 다시 위로 이동할 수 있게 하여, 가압된 연료가 충전 챔버(56)로 진입할 수 있게 한다. 도면에 나타낸 바람직한 실시예에서, 충전 구멍(106)은 축방향의 방위를 갖지만, 대안적인 실시예에서는 소정 각도로 관통될 수도 있다. 종래 기술에서, 상기 충전 구멍은 밸브축(X2)과 교차한다. 상기 바람직한 실시예의 장점은 밸브축(X2)과 교차하지 않는 충전 구멍(106)의 축방향 방위가 종래 기술에서 확인된 이 높은 응력 영역에서의 기계적 응력을 감소시키고, 응력의 감소는 달성할 수 있는 분사 압력의 증가를 가능하게 한다.

더구나, 압력파가 도면의 좌측에 도시된 고압의 메인 공급 구멍 내에서 전파되고, 충전 챔버(56)를 상기 고압의 메인 공급 구멍이 아닌 체적부(V)에 연결하는 충전 구멍(106)의 위치 및 방위가 압력파의 추가 제어 및 감소를 가능하게 한다.

도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 채널 영역을 제한하는 스로틀 오리피스가 충전 구멍(106) 또는 피스톤 안내 부재(50)에 배치될 수 있다.

이제, 이 제어 밸브 장치(24)의 주요 작동 단계가 설명된다.

작동시, 연료 분사 설비에 배치될 때, 고압의 연료는 입구(100)를 통해 유입되고 고압 연료 회로(98)를 채운다. 연료 분사기(10)의 작동 원리는 WO 2015 024692호에 제공된 설명과 유사하며, 상기 원리는 아래에 간단히 설명된다.

제1 단계에서, 니들(32)이 노즐 본체(28)의 안착면에 대한 상호보완적인 접촉으로 폐쇄 위치에 있어 분사 구멍으로의 접근을 방지하고 있기 때문에 연료의 분사가 저지된다. 솔레노이드(20)는 전기가 공급되지 않고, 따라서 제어 밸브 부재(36)가 제2 제어 챔버(42)와 배출구 사이에 있는 제2 유체 연통부(108)의 폐쇄 위치로 편향된다. 배출 채널(66)은 폐쇄되어, 제1 제어 챔버(40)와 제2 제어 챔버(42)로부터 연료의 배출을 방지하고, 상기 제어 챔버들에서 압력을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 충전 밸브 부재(38)는 스프링(94)에 의해, 그리고 충전 챔버(56) 내 연료 압력의 영향 하에 개방 위치로 편향된다. 제1 유체 연통부(82)는 고압 연료 회로(98)와 제 1 제어 챔버(40) 사이에서 개방되는데, 이때 압력은 상승하고 니들(32)을 폐쇄 위치에 유지한다.

제2 단계에서는, 아마츄어를 위로 끌어 당기는 자기장을 발생시키는 솔레노이드(20)를 통전시키고 이에 따라 배출 채널(66)과 제2 유체 연통부(108)를 개방함으로써, 분사 이벤트가 시작된다. 제1 제어 챔버(40)의 내부에 있는 고압 연료는 제2 제어 챔버(42)로 흘러 나가고 이로부터 저압 저장조를 향해 복귀 회로(102)로 계속 나아간다. 제2 제어 챔버(42)의 작은 체적 덕분에, 배출 채널(66)의 개방은 충전 밸브 부재(38)를 위로 솟아오르게 하는 압력의 급강하를 일으켜 충전 밸브 부재가 제1 유체 연통부(82)의 폐쇄 위치로 이동하고 제1 제어 챔버(40)로의 고압 연료의 진입을 저지하게 된다.

제3 단계에서, 시작된 분사 이벤트는 솔레노이드(20)의 통전을 중지함으로써 종료된다. 제어 밸브 부재(36)는 제2 유체 연통부(108) 및 배출 채널(66)을 폐쇄하는 쪽으로 다시 편향되며, 제1 단계와 유사하게 제어 챔버들(40, 42)에서 압력이 다시 상승하여 니들(32)을 폐쇄 위치 쪽으로 밀어붙인다.

X1 주축 X2 밸브축
R 주축과 밸브축 간 벗어난 거리
D 홈의 깊이 OP 충전 밸브의 개방 위치
V 체적부
10 분사기 12 작동부
14 유압부 16 캡너트
18 작동부 본체 20 액츄에이터 부재
22 전기 커넥터 24 제어 밸브 장치
26 노즐 조립체 28 노즐 본체
30 구멍 32 밸브 부재 - 니들
34 팁 끝 36 제어 밸브 부재
38 충전 밸브 부재 40 제1 제어 챔버
42 제2 제어 챔버 44 충전 밸브 본체
46 충전 밸브 본체의 상부면
48 충전 밸브 본체의 바닥면
50 피스톤 안내 부재
52 피스톤 안내 부재의 축방향 구멍
54 니들의 상부면 56 충전 챔버
58 충전 챔버의 외주 벽 60 충전 챔버의 바닥 벽
62 환 형상의 홈 64 안내 구멍
66 배출 채널 68 스로틀 제한부
70 시트 플러그 72 시트 플러그의 바닥 벽
74 시트 플러그의 바닥 벽의 하부면
76 시트 플러그의 바닥 벽의 상부면
78 시트 플러그의 외주 벽
79 시트 플러그의 바닥 벽에 있는 개구부
80 고정 충전 밸브 시트 82 제1 유체 연통부
84 스템 86 헤드
88 가동 밸브 시트 90 연통 도관
92 스로틀 제한부 94 스프링
96 스프링 시트 98 고압 연료 회로
99 메인 공급 구멍의 영역 100 분사기 입구
102 복귀 회로 104 분사기 출구
106 충전 구멍 108 제2 유체 연통부

Claims

사용시에 가압된 연료가 충전 구멍(106)을 매개로 유입되는 충전 챔버(56)를 구비한 밸브 본체(44), 및 사용시 제1 제어 챔버(40)를 가압된 연료로 충전하는 것을 제어하는 제1 유체 연통부(82)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 상기 충전 챔버(56)에 배치된 충전 밸브를 포함하며, 상기 충전 밸브는 밸브축(X2)을 따라 이동하는 충전 밸브 부재(38)를 갖추고, 상기 충전 밸브 부재(38)는 가동 밸브 시트(88)가 구비된 헤드(86)와, 상기 밸브 본체(44)에 제공된 안내 구멍(64)에서 미끄럼 이동가능하게 안내되는 스템(84)을 가지며, 상기 충전 밸브 부재(38)는 통상 제1 스프링(94)에 의해 편향되어 개방되고;
사용시에 상기 제1 제어 챔버(40)를 비우는 것을 제어하는 제2 유체 연통부(108)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 액츄에이터 부재(20)와 상호 작용하는 제어 밸브 부재(36)를 갖춘 제어 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 밸브 부재(36)는 통상 제2 스프링에 의해 편향되어 폐쇄되는, 연료 분사기(10)의 제어 밸브 장치(24)에 있어서,
상기 밸브 본체(44)에 상기 충전 챔버(56)를 폐쇄하기 위한 시트 플러그(70)가 배치되고, 상기 시트 플러그(70)는 상기 가동 밸브 시트(88)와 상호작용하도록 된 고정 밸브 시트(80)가 구비된 개구부(79)를 구비하며, 상기 개구부(79)는 상기 충전 챔버(56)와 상기 제1 제어 챔버(40) 사이에 제1 유체 연통부(82)를 형성하는 것을 특징으로 하는 제어 밸브 장치.
제1항에 있어서,
상기 시트 플러그(70)는 상기 충전 구멍(106)을 더 구비하는 제어 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 충전 구멍(106)의 방위는 실질적으로 상기 밸브축(X2)에 평행한 제어 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 밸브 본체(44)는 상기 밸브축(X2)에 실질적으로 평행하게 연장하는 메인 공급 구멍의 영역(99)을 더 구비하며, 상기 메인 공급 구멍은 상기 제어 밸브 장치(24)의 상류로부터 상기 제어 밸브 장치(24)의 하류에 배치된 큰 체적부(V)로 가압된 연료를 유동시키도록 되어 있고, 상기 충전 구멍(106)은 상기 큰 체적부(V) 내지 상기 충전 챔버(56) 사이에 유체 연통을 생성하는 제어 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시트 플러그(70)는 상기 충전 챔버(56)에 간섭하여 압입끼워맞춤되는 제어 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 충전 밸브 부재(38)에 고정된 스프링 시트(96)를 더 포함하며, 상기 스프링 시트(96)는 상기 충전 밸브 부재(38)에 상기 제1 스프링(94)으로 발생된 개방력을 전달하는 제어 밸브 장치.
제6항에 있어서,
상기 스프링 시트(96)는 상기 충전 밸브 부재(38)의 스템(84)에 고정된 환 형상의 칼라이고, 상기 제1 스프링(94)은 충전 밸브 본체의 면과 상기 스프링 시트(96) 사이에 압축된 코일 스프링인 제어 밸브 장치.
제7항에 있어서,
상기 스프링 시트(96)는 상기 충전 밸브 부재의 스템(84)에 억지끼워맞춤으로 고정되는 제어 밸브 장치.
제7항에 있어서,
상기 스템(84)은 상기 스프링 시트(96)에 맞닿는 어깨부를 구비하는 제어 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 충전 구멍(106)은 스로틀 오리피스를 구비하는 제어 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 충전 밸브 부재의 스템(84)이 안내되는 안내 구멍(64)은 상기 충전 챔버(56)의 바닥 벽(60)에서 개방되는 제어 밸브 장치.
제11항에 있어서,
상기 충전 챔버의 바닥 벽(60)은 상기 안내 구멍(64)을 둘러싸는 홈(62)을 형성하는 환 형상의 언더컷을 구비하고, 내부면이 상기 안내 구멍(64)이며 외부면이 상기 충전 챔버(56)인 벽을 형성하는 제어 밸브 장치.
제12항에 있어서,
상기 벽의 외부면은 원추형이고, 상기 벽의 두께는 상기 안내 구멍(64)의 개구부 근방에서 더 얇아지며 상기 홈(62)의 바닥에 근접한 위치에서 확장되는 제어 밸브 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 유체 연통부(108)는 상기 제1 제어 챔버(40)로부터 제2 제어 챔버(42)로 연장하는 연통 도관(90)과, 상기 제2 제어 챔버(42)로부터 저압 출력 라인으로 연장하는 배출 채널(66)을 포함하고, 상기 제어 밸브는 상기 제2 제어 챔버(42)와 상기 저압 출력 라인 사이에 배치되는 제어 밸브 장치.
이동가능한 니들(32)이 사용시에 연료 분사를 가능하게 하거나 저지하도록 노즐과 상호작용하고, 상기 니들(32)은 제1항에 따른 제어 밸브 장치(24)에 의해 유압식으로 조종되는 연료 분사기.