KR19980703405A - 통류 압력 레귤레이터 - Google Patents

Abstract

차량용 연료 이송시스템에서 사용될수 있는 통류 압력 레귤레이터(10)는 수용되지만, 플로팅되는 볼밸브를 가진다. 볼밸브(64)는 레귤레이터의 격판을 통하는 중앙통로를 개폐시킨다. 격판(40)은 연료를 가지는 2개의 챔버로 레귤레이터의 내부를 분리시킨다. 리테이너수단(76)은 볼을 지지하며 축방향 및 반경방향 이동을 허용하고 보어내에 안착되는 작은 가압스프링(86)과 연결되며, 볼은 자동적으로 안착되도록 작용된다. 작은 가압스프링은 스스로 안착되는 볼밸브와 저촉되지 않는다.

Description

통류 압력 레귤레이터

1986년 12월 9일에 허여된 연료 압력 레귤레이터라는 제목의 미국특허 제4,627,463호에는 하우징, 하우징을 제1챔버와 제2 챔버로 나누는 격판, 하우징의 외부로부터 제1 챔버에 이르는 통로, 하우징의 제2챔버와 결합되는 입구 및 출구와, 출구와 결합되는 밸브시트를 포함하는 연료압력 레귤레이터가 개시된다. 케이지는 격판에 장착되어 격판과 함께 이동가능하며 제1챔버내의 스프링은 밸브시트를 향하여 케이지를 가압시킨다. 케이지는 볼 밸브를 유지시키는 한 쌍의 플레이트를 지지한다. 제1플레이트는 볼의 일부를 돌출시키는 개구를 가지며 제2 플레이트는 제1플레이트와 케이지내의 볼을 유지한다. 제1 플레이트는 밸브시트내에 볼의 적절한 센터링을 제공하기 위해서 측방향으로 이동가능하다. 라이트 스프링은 제1 플레이트에 대항하여 볼을 가압시키기 위해서 케이지와 볼 사이에서 연장된다. 연료는 제1챔버로부터 볼밸브부와 통로를 통하여 제1챔버내로 흐른다.

연료 압력 레귤레이터라는 제목의 미국특허 제4,741,360호에는 미국특허 제4,627,463호에서의 연료 압력 레귤레이터보다 소형이며, 조립하기 쉽고 보다 싼 연료 압력 레귤레이터가 개시된다. 이 레귤레이터는 밸브 부재로써 기능하기 위한 볼을 사용하지 않으며 통류 압력 레귤레이터가 아니다.

종래 기술인 1990년 5월 29일에 허여된 연료 압력 레귤레이터 밸브라는 제목의 미국특허 제4,928,729호, 1991년 2월 12일에 허여된 연료 레귤레이터를 장착하기 위한 일체형 수단을 가지는 자동 연료 레일 조립체 라는 제목의 미국특허 제4,991,556호, 1991년 3월 26일에 허여된 내연기관용 연료 레일 조립체라는 제목의 미국특허 제5,002,030호 및 1991년 12월 31일 허여된 연료 압력 레귤레이터 장착 연료레일 이라는 제목의 미국특허 제5,076,320호 모두는 인젝터로 공급되는 연료의 압력을 조정하려는 목적을 위하여 연료 레일 조립체상에 연료 압력 레귤레이터를 장착시키는 것을 개시한다. 연료 레일로 운반되는 가압된 연료는 연료 탱크로부터 연료 공급 콘딧을 통하여 펌프되며 초과된 연료는 연료 압력 레귤레이터의 리턴 포트로부터 연료 리턴 콘딧을 통하여 연료탱크로 되돌아간다. 이러한 타입의 시스템은 리턴타입 시스템으로 분류된다. 연료 인젝터의 조정압력이 매니폴드 진공내에서의 변화에 대하여 본질적으로 영향받지 않도록 연료 압력 레귤레이터는엔진 흡기 매니폴드 진공에 대하여 관련된다. 상기된 연료 압력 레귤레이터중 어느하나도 전형적으로 2챔버중 하나가 통상 매니폴드진공과 연결되고 건조 유지되는 압력기준 챔버인 만큼 통류 레귤레이터는 아니다.

통류 연료 압력 레귤레이터라는 제목의 미국특허출원 제08/269,406호와 통류 연료 레귤레이터라는 제목의 미국특허출원 제08/239,665호는 모두 이 출원의 공통 양수인에게 양도되었다. 이들 2개의 출원 모두는 연료탱크에 전형적으로 장착되는 압력 레귤레이터에 관한 것이며 비리턴 연료시스템으로써 기본적으로 분류되는 것으로 사용된다. 이들 각각에서, 압력 레귤레이터를 통하여 유동되는 연료는 연료 필터로 공급되며 연료인젝터로의 분배를 위하여 연료레일로 공급된다. 본 연료 압력 레귤레이터는 구조가 보다 간단하며 그러므로 제조하기 위한 비용이 보다 적게 든다.

미국 특허 제4,627,463호에서 설명되는 바와같이 연료 압력 레귤레이터는 동일한 하우징 챔버내에 연료입구와 연료출구를 가진다. 밸브 액츄에이터를 유지하기 위해서, 이러한 레귤레이터에는 2개의 워셔가 요구되는데, 그 중 하나는 제위치내로 크림프되며 다른 하나는 제1워셔에 의하여 유지되고 축방향 및 반경방향 이동을 가진다. 이러한 패턴에서는 볼 부재인 밸브 액츄에이터의 반경방향 이동을 조정하는 수단이 없다. 축방향 이동은 파트 공차의 작용이다. 종래의 레귤레이터에서 축방향 이동에 대한 조정은 밸브 액츄에이터를 위치시켜 유지하는 부재상에서 크림핑력을 변화시킴으로써 이루어진다. 이러한 방법으로 레귤레이터의 여러부분의 공차 스택-업(tolerance stack-ups) 이 고려된다. 이러한 추가워셔는 추가 축방향 이동을 야기시키는 추가공차를 초래하며, 비용을 증가시키고 제조를 복잡하게 한다. 밸브 액츄에이터, 즉 볼을 안착시키기 위해서, 이러한 장치는 중앙 포스트가 볼과의 접점을 제공하는 케이지를 필요로 한다. 케이지의 훨씬 안쪽에서의 포스트의 위치는 포스트 표면을 가공하기 어렵게 한다. 작은 가압스프링은 포스트 주위 및 케이지내에 조립되어야 한다. 포스트의 외경은 스프링 내경을 통하여 및 레귤레이터를 조립할 때 스프링을 지지 및 유지시키며, 스프링이 적절히 설치되어 중심으로부터 벗어나 안착되지 않게 또는 케이지 포켓내에서 젖혀지지 않게 주의를 기울여야만 한다.

본발명은 일반적으로 연료 압력 레귤레이터에 관한 것이며 보다 상세하게는 플로팅 볼 레귤레이터에 관한 것인데 여기에서 밸브를 폐쇄시키는 볼은 정확한 밀봉을 제공하기 위해서 방향이 맞춰질수 있다.

도 1은 통류 압력 레귤레이터의 평면도,

도 2는 도 1의 선 2-2를 따라서 취해진 통류 압력 레귤레이터의 단면도,

도 3은 통류 압력 레귤레이터의 또다른 실시예의 평면도,

도 4는 도 3의 선 4-4의 단면도,

도 5는 밸브시트부재의 평면도,

도 6은 도 5의 선 6-6의 단면도,

도 7은 도 1의 레귤레이터의 압력 대 유동의 그래프,

도 8은 도 3의 레귤레이터의 압력 대 유동의 그래프,

종래 기술의 통류 레귤레이터의 문제점을 해결하기 위해서, 본 통류 레귤레이터는 볼, 스프링 및 축방향과 반경방향 볼 이동을 허용하는 볼 리테이터 수단을 수용하기 위하여 포켓을 이용한다. 작은 가압 스프링인 제1 가압수단은 포켓내에 있게되며 그러므로 포켓의 바닥으로부터 떨어져서 볼을 가압시킬 때 중심에서 벗어나거나 젖혀지지 않게 될 수 있다.

게다가, 볼을 유지 및 위치시키기 위한 포켓은 종래 기술의 케이지만큼 제조 및 조립하는데 비싸지 않다. 이것은 제조를 위한 공차가 종래기술의 케이지에서 만큼 타이트하지 않기 때문이다.

볼 밸브 액츄에이터는 구형부재상의 평면이거나, 평편한 플레이트이거나 관계없이 어떤 평면 밸브 액츄에이터보다도 설계 및 이용하기에 보다 간편하다.

도 1에 도시된 바와같이 제1 컵 형상 덮개수단(12) 및 단일 중공부재를 형성하기 위해서 함께 크림프되는 제2 컵 형상 덮개수단(14)을 가지는 통류 압력 레귤레이터(10)를 예시한다. 출구포트(18)는 제1덮개(12)의 인클로즈드 단부(16)의 축방향으로 정렬된 중심에 있으며 여기에서 연료는 레귤레이터(10)밖으로 유동된다. 레귤레이터(10)내로 연료를 수용시키기 위한 적어도 하나의 연료 입구개구(24)는 제2 덮개(14)의 인클로즈드 단부(22)의 바닥(20) 주위에 있다.

레귤레이터(10)의 단면도인 도 2에 도시된 바와같이, 제1덮개(12)는 스프링 로케이터수단(28) 및 연료출구포트(18)을 형성하는 인클로즈드 단부(16)내에 오목한 중심부(26)를 가진다. 스프링(30)과 같은 가압수단은 레귤레이터에 의하여 요구되는 압력에 부합되는 소정의 압력으로 레귤레이터(10)의 밸브시트부재(36)를 가압시키기 위해서 작용된다. 스프링(30)의 다른쪽 단부는 격판(40)내의 중앙개구(38)에 장착되는 밸브시트부재(36)에 고정되는 스프링 리테이너(34)내에 위치된다. 격판(40)은 제2덮개(14)의 개방단부(44)로부터 축방향으로 연장되는 원주플랜지(42)상의 원주 주위에서 지지되며 제1덮개(12)의 개방단부(48)의 축방향 외측으로 연장되는 원주플랜지(46) 사이에 크림프된다. 제2덮개(14)의 플랜지(42)는 제1덮개(12)의 원주에지상에서 둥글게 만들어지며 단일 부재를 형성하기 위해서 크림프된다. 제2덮개(14)에 고정되는 밸브 액츄에이터 하우징 수단(50)은 제2덮개(14)의 인클로즈드 단부(22)에 있다.

제1 (12) 및 제2 (14) 덮개 모두는 일단에서 폐쇄되며 제1덮개(12)내의 제1챔버(52) 및 제2덮개(14)내의 제2챔버(54)를 형성하는 다른 일단에서 개방되는 컵형상 관형부재이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와같이, 도 1 및 도 3에 예시된 실시예 양쪽 모두에서 발견되는 밸브시트부재(36)가 예시된다. 스프링 리테이너(34) 및 밸브시트부재(36)상에 플랜지(56)에 의하여 격판에 고정되는 밸브시트부재(36)는 격판(40)의 중앙개구(38)내에 장착된다. 격판(40)은 제1(52)과 제2(54) 챔버 사이에서 경계를 형성한다. 밸브시트부재(36)는 제1덮개(12)내에 형성되는 제1 (52) 또는 출구챔버내로 개방되는 중앙통류통로(58)를 가진다. 통로의 다른쪽 단부(62)는 밸브 액츄에이터(64), 즉 볼이 안착되는 밀봉표면(60)이다. 이 표면(60)은 밸브시트부재(36)의 축선쪽으로 수렴되는 측벽(68)을 가지는 포켓(66)의 바닥에서 시작된다. 밸브시트부재(36)의 이러한 단부(62)는 제2(54) 또는 입구챔버내로 개방된다. 밸브시트부재(36)의 제조시, 밀봉표면(60)은 볼(64)에 대하여 매끄러운 밀봉표면을 보증하도록 주조된다.

볼밸브 액츄에이터(64)는 밸브 액츄에이터 하우징 수단(50)내의 원뿔형 챔버(70)내에 위치된다. 인클로즈드 관형보어(74)는 원뿔형 챔버(70)의 바닥(72)에서 개방된다. 이러한 원뿔형 챔버(70)는 볼밸브 액츄에이터(64)의 움직임을 방해하지 않도록 크기가 정해진다. 볼(64)는 워셔형상부재(77)인 볼 리테이너 수단(76)내에 유지되며 볼(64)의 직경보다 약간 작은 중앙개구(78)를 가진다. 중앙개구(78)는 거친 표면이 볼(64)과 접촉되지 않도록 주조된다. 포켓(82)은 원뿔형 챔버(70)의 광폭 단부(80)에 형성된다. 워셔 형상부재(77)는 밸브 액츄에이터 하우징(50)의 포켓(82)의 직경보다 작은 외경을 가지며, 도 2에 도시된 바와같이 워셔 형상부재(77)상에서 밸브 액츄에이터 하우징(50)의 상부 에지(84)를 크림프시킴으로써 축선방향으로 유지된다. 리테이너수단(76)은 원뿔형 챔버(70)의 단부에서 포켓(82)내에 타이트하게 유지되는 것이 아니라, 포켓(82)내에서 축방향 및 반경방향으로 자유롭게 이동된다. 인클로즈드 관형 보어(74)에서, 라이트 가압스프링(86)은 원뿔형 챔버(70)의 바닥(72)으로부터 떨어져서 축방향으로 볼(64)을 이동시키도록 위치된다. 도 2에 도시된 바와같이, 이 스프링(86)이 볼(64)을 가압할 때, 수평축선 또는 볼의 주 직경상에 위치되는 볼 리테이너수단(76)은 밸브 액츄에이터 하우징(50)의 상부에지(84)의 내부에 대항하여 포켓(82)내에 위치된다.

스프링(86)은 밸브시트부재(36)내의 밀봉표면(60)에 대항하여 볼(64)을 가압하도록 작용된다. 입구연료의 압력이 큰 가압스프링(30)에 의하여 발휘되는 힘보다 클 때, 격판(40)은 축방향으로 이동되고 볼(64)은 밸브시트부재(36)를 방치한다. 큰 가압스프링(30)의 압력이 볼(64) 표면에 대하여 밸브시트부재(36)를 리턴시키기에 충분히 세서 밸브시트부재(36)내에서 통로(58)를 폐쇄시킬때까지 연료는 레귤레이터(10)를 통하여 유동가능하다. 이것은 도 7의 그래프에 의하여 예시되며 여기에서 연료압력 레귤레이터(10)의 기울기는 양의 값이며 차량의 광폭 개방 스로틀 엔진 작동시 발견되는 저압 저연료 유동으로부터 아이들 스로틀 엔진작동시 발견되는 고압 고유량까지 연장된다.

연료 레귤레이터의 복수의 부분의 재료는 바람직하게 스테인레스강 또는 연료의 성질에 의한 부식에 내성이 있는 몇몇 유사한 재료이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와같이, 통류 연료압력 레귤레이터의 제2실시예(88)가 예시된다. 본 실시예에서 도 1 및 도 2의 실시예의 모든 다양한 요소는, 도 4에 도시된 바와같이, 제1 덮개수단(12)내의 출구포트(18)로부터 관형 출구포트(90)를 형성하도록 덮개가 위로 회전되는 것을 제외하고는 동일하다. 관형 출구포트(90)의 길이 또는 높이는 도 1 및 도 2의 실시예의 압력 레귤레이터(10)로부터 본 실시예의 압력 레귤레이터(88)를 통한 유동량에 영향을 미치는 레귤레이터(88)내의 배압을 변경시키도록 작용된다. 이것은 y-축선 또는 세로좌표상의 압력 대 x-축선 또는 가로좌표상의 유동율의 그래프인 도 8에 예시된다. 이상적으로 이 그래프에서 직선의 기울기는 X 축선에 평행한 수평선을 만드는 0이 되어야 한다. 도시되지 않은 연료펌프로부터의 모든 연료가 도시되지 않은 연료 인젝터로부터 역시 도시되지 않은 엔진내로 분사되기 때문에, 실제로 광폭 개방 스로틀시 레귤레이터(10 또는 88)를 통한 유동은 매우 낮다. 광폭 개방 스로틀시, 도 7에 예시된 바와같이 연료압력은 아이들시보다 낮다. 이것은 좋지 않은 엔진 관리이다. 아이들 엔진 조건시 거꾸로, 엔진은 같은 정도의 연료를 필요로 하지 않으며 압력 레귤레이터(10 또는 88)는 거의 일정하게 개방되고 많은 양의 연료는 레귤레이터를 통하여 유동된다. 압력이 높고 레귤레이터를 통한 유동율이 높은 아이들 스로틀 조건에 대해 이것은 압력이 낮고 레귤레이터를 통한 유동율이 낮은 광폭 개방 스로틀 조건을 나타내는 그래프의 기점으로부터 경사진 직선인 0.05∼ 0.1 정도의 플러스의 기울기를 만든다. 압력 레귤레이터는 언제나 작동되고 연료를 연료탱크로 리턴시키도록 설계된다. 보다 나은 엔진작동을 위하여, 저 유동율에서 고압을 가지는 것이 요구된다. 관형 출구포트(90)는 매우 낮은 유동율에서 연료압력을 빠르게 상승시키도록 작용하며 일단 유동율이 증가되기 시작하면, 관형출구포트(90)의 효과는 감소되며 플롯은 보다 종래적인 기울기로 돌아간다. 이것은 도 8에 예시된다. 게다가, 관형 출구포트(90)는 연료유동의 노이즈 레벨을 감소시키는 유익한 효과를 가진다. 연료 압력 레귤레이터(10 또는 88)의 특징은 연료 레귤레이터를 구성하는 소수의 요소의 간단함이다. 볼 밸브 액츄에이터(64)에 있어서, 볼(64)의 한쪽 직경상의 위치에서 볼 주위에 고정되는 리테이터수단(76)내에 수용되는 볼은 축방향으로 떠오를 수 있으며 쉽게 설치되는 작은 가압스프링(86)에 의해서 밸브 액츄에이터 하우징 부재(50)의 상부 플랜지에지(84)에 대항하여 유지된다. 유지수단(76), 즉 본질적으로 워셔부재(77)는 볼(64)의 직경보다 작은 크기로 주조되는 중앙개구(78)를 가지며 워셔(77)의 외경은 밸브 액츄에이터 하우징(50)내에 형성되는 포켓(82)의 직경보다 작다. 복수의 부분, 즉 제1(12) 및 제2(14) 덮개, 스프링 리테이너(34)와 밸브시트부재(36)를 포함하는 격판(40) 및 밸브 액츄에이터 하우징수단(50)이 챔버(52, 54)를 밀봉시키도록 단일부재를 형성하기 위해서 조립되고 크림프될 때, 볼밸브부재(64)는 밸브시트부재(36)상의 그 자리를 탐색 및 찾아낸다.

연료 레귤레이터(10, 88)를 조립하는 하나의 방법은 처음에 밸브 액츄에이터 하우징 수단(50)을 제2 덮개(12)에 고정시키는 것이다. 작은 가압스프링(86)은 보어(74)내에 위치된다. 내부에 위치되는 볼부재(64)와 함께 볼 리테이너 수단(76)은 밸브 액츄에이터 하우징(50)내에 형성되는 상부 포켓(82)내에 위치되며 하우징의 에지는 내부에 형성되는 포켓(82)내에 리테이너수단(76)을 유지하기 위해서 크림프된다. 밸브시트부재(36)는 밸브시트부재(36)의 플랜지(56)와 스프링 리테이너(34) 사이에서 격판(40)의 중앙개구(38)내에 위치 및 고정된다. 이렇게 완성된 격판은 제2덮개(14)의 상부 플랜지(42) 표면상에 위치된다. 가압스프링(30)은 스프링 리테이너(34)내에 위치되며 제1 덮개(12)는 그후에 가압스프링(30) 위에 위치되고 격판(40)상에 위치된다. 제2덮개(14)의 플랜지(42)는 제1덮개(12), 제2덮개(14), 및 단일부재를 형성하는 격판을 고정시키도록 크림프된다. 연료가 유지되는 압력은 그 스프링 길이를 통하여 작용되는 가압스프링(30)의 스프링력에 의하여 결정된다.

Claims (8)

1. 통류 연료 압력 레귤레이터에 있어서,

   내부에 원뿔형상 챔버가 형성되는 밸브 액츄에이터 하우징으로써 보어에 대향하여 원통형상 포켓을 형성하기 위하여 상기 챔버의 극단에서 인클로즈드 보어로부터 성형 가능 에지로 연장되는 밸브 액츄에이터 하우징;

   인클로즈드 보어내에 위치되며 상기 포켓내로 연장되는 제1가압수단;

   중앙 개구가 볼 밸브부재를 수용하고 있는 상태로 워셔형상부재를 가지는 볼 리테이너 수단으로써, 상기 볼밸브부재가 상기 중앙개구의 원주에지에 의하여 일방향의 운동으로 한정되며, 상기 볼 밸브부재가 내부에 위치되는 상태에서 상기 워셔부재가 상기 밸브 액츄에이터 하우징내에 형성되는 상기 포켓내에 고정되고, 상기 워셔형상부재의 외경이 상기 포켓의 내경보다 작으며 상기 포켓의 깊이가 상기 워셔 형상부재의 두께보다 큰 볼 리테이너 수단;

   인클로즈드 단부내에 적어도 하나의 입구개구를 가지며 내부챔버를 형성하는 일단에서 인클로즈되는 제1컵 형상 덮개수단으로써, 상기 밸브 액츄에이터 하우징이 상기 제1덮개수단의 인클로즈드단부에 고정되며 연료가 상기 내부 챔버내로 유동되게 함으로써 상기 적어도 하나의 입구 개구가 개방되고, 상기 덮개수단의 개방단부의 반경방향 외측으로 연장되는 원주 플랜지를 가지는 상기 제1덮개수단;

   밸브시트로부터 축방향으로 마주하는 표면으로 연장되는 축방향으로 연장된 통로를 가지는 밸브시트부재;

   상기 밸브시트부재를 위치 및 고정시키기 위하여 중앙개구를 가지는 격판;

   상기 밸브시트부재에 대항하여 지지되며, 상기 볼밸브부재상에 상기 밸브시트를 위치시키기 위해서 작동되는 제2가압수단;

   제2챔버를 형성하는 상기 인클로즈드 단부로부터 떨어져서 축방향으로 연장되고 상기 클로즈드 단부내에 중앙개구를 가지며 일단에서 인클로즈되는 제2컵 형상 덮개수단으로써, 상기 제2덮개수단이 상기 제2덮개수단의 개방 단부로부터 반경방향으로 연장되는 원주 플랜지를 가지며, 상기 플랜지가 단일부재를 제공하기 위해서 상기 덮개수단의 상기 제1 플랜지에 대항하여 상기 격판을 위치 및 고정시키는 제2 컵형상 덮개수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.
2. 제 1 항에 있어서, 통류 압력 레귤레이터는 저압, 저연료 유동율로부터 고유동율에서 고압에 이르는 플러스의 작동 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.
3. 제 1 항에 있어서, 레귤레이터를 통한 연료유동의 노이즈 레벨을 감소시키기 위하여 상기 제2 컵형상 덮개수단의 상기 중앙개구에 고정되는 관형출구 형상 머플러 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 관형 출구형상 머플러수단은 저유동율에 대하여 고연료압 특성을 야기시키며 유동율이 증가됨에 따라 연료압력 레귤레이터는 플러스의 기울기 작동을 가로지르도록 기울어지는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브시트부재는 상기 통로의 일단을 둘러싸는 주조된 원뿔형상 밸브시트를 가지는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.
6. 제 1 항에 있어서, 연료는 상기 제1컵형상 덮개내의 적어도 하나의 입구 개구로부터 상기 격판의 중심내에서 상기 통로를 통하여 상기 제2형상 덮개수단의 상기 중앙개구의 밖으로 유동되는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브시트부재는 상기 통로의 일단을 둘러싸는 주조된 원뿔형상 밸브시트를 가지는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.
8. 제 2 항에 있어서, 연료는 상기 제1컵형상 덮개내의 적어도 하나의 입구개구로부터 상기 격판의 중심내에서 상기 통로를 통하여 상기 제2 형상덮개수단의 상기 관형출구포트의 밖으로 유동되는 것을 특징으로 하는 통류 레귤레이터.