KR20000068339A - 액체 제어용 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브소자(22)를 작동하는 피스톤(25)과 압전 액츄에이터(32; piezo-actuator)의 액츄에이터 피스톤(31) 사이에 위치된 액체로 채워진 연결실(30; liquid-filled coupling chamber)에 의해 작동되는 액체 제어용 밸브에 관한 것이다. 누출 위험을 감소시키기 위해, 상기 연결실(30)에 수납된 양쪽 피스톤(25, 31)은 접촉압력 강화장치(35)와 함께 설치되고, 상기 압력 강화 장치는 액츄에이터 피스톤(31) 및/또는 그 단면(29)의 영역에서 밸브 소자(22)를 작동하는 피스톤(25)을 팽창시키는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 밸브는 자동차의 내연기관용 연료 분사 장치에 사용된다.

Description

액체 제어용 밸브{Valve For Regulating Liquid Flow}

EP-A-O 477 400호에 이런 밸브가 공지되어 있다. 이 밸브의 경우에 있어서, 밸브소자의 작동 피스톤은 직경이 작은 쪽 스탭홀에 기밀하게 움직이도록 설치되며, 압전 액츄에이터로 작동되는 대경 피스톤은 직경이 큰 쪽의 스탭홀에 설치된다. 두 개의 피스톤 사이에 유압실이 있으며, 액츄에이터가 큰 피스톤을 일정한 거리만큼 이동시켰을 때, 밸브소자의 작동 피스톤은 스탭홀 직경의 변환비율 만큼 더 긴 거리를 이동한다. 밸브소자, 밸브소자 작동 피스톤, 대경 액츄에이터 피스톤 및 압전 액츄에이터는 동일한 축 위에 나란히 배치된다.

이러한 밸브의 경우 연결실의 압력이 매우 높아 방사상으로 팽창하며, 따라서 누출이 발생할 가능성이 있다. 누출이 발생하면, 두 연결실의 피스톤이 본래의 거리를 유지할 수 있도록 연결실에 액체가 보충되어야 한다.

본 발명은 청구범위 제 1 항에 따른 액체 제어용 밸브에 관한 것이다.

도 1은 연료분사밸브의 단면도.

도 2는 연결실의 이동가능한 벽으로 사용되며, 전면에 개구를 구비한 액츄에이터 피스톤을 도시하는 도면.

도 3은 연결실의 피스톤 배치를 도시하는 도면.

도 4는 연결실의 피스톤 배치의 다른 예를 도시하는 도면.

도 5는 형상이 다른 전면 개구를 도시하는 도면.

도 6은 압착링이 있는 피스톤을 도시하는 도면.

도 7은 피스톤의 원형룸 배치를 도시하는 도면.

도 8은 또 다른 형상의 링을 도시하는 도면.

청구범위 제 1 항의 특성을 갖는 본 발명에 따른 제어밸브는 누출을 감소시키는 장점이 있다. 또 다른 장점으로 간단함과 경제성을 들 수 있다. 또한, 제안을 다양하게 적용할 수 있으므로, 여러 가지 적용 가능성중에서 가장 유리한 선택을 할 수 있다.

본 발명의 여러 가지 실시예를 도면에 도시하고 있으며 하기에서 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 밸브는 주로 도 1에 단면도로 도시되어 있는 연료분사밸브에 사용된다. 연료분사밸브는 밸브하우징(1)을 가지며, 그 안에 밸브니들(3)이 작동하는 종방향 개구(2)가 있다. 종방향 개구의 한 끝에 밸브니들의 원추형 밀폐면(4)이 있으며, 이 밀폐면은 연소실로 나 있는 밸브하우징의 꼭지부(5)와 함께 작동하며, 꼭지부로부터 분사밸브 안쪽으로 분사구가 나 있으며, 밸브니들이 시트로부터 이격되었을 때 분사를 수행하기 위해, 분사압을 가진 연료로 충진된 밸브니들을 에워싼 원형룸은 분사구를 통해 연소실과 연결된다. 또한 원형룸은 압력실(8)과 연결되며, 압력실은 고압연료실(9)로부터 연료를 분사압으로 유입시키는 압력배관(10)과 항상 연결되어 있다. 따라서 높은 연료압이 압력실(8)에 작용하며, 그곳으로부터 압력격면(11)에 작용하여, 적절한 조건이 이루어지면 분사니들이 밸브시트로부터 분리된다.

밸브니들의 다른 쪽 단부는 실린더 개구(12)쪽에 있으며, 그곳에서 밸브니들의 전면(14)은 압력제어실을 에워싸며, 이 압력제어실은 스로틀커넥터(16)를 통해 원형룸(17)과 항상 연결되어 있고, 이 원형룸은 압력실(8)과 마찬가지로 고압연료실과 항상 연결되어 있다. 압력제어실(15)로부터 제어밸브(21)의 밸브시트(20)를 향해 스로틀개구(19)가 축 방향으로 연결된다. 제어밸브(21)의 밸브소자(22)는 밸브시트(20)와 상호작용하며, 밸브소자(22)가 분리되면, 압력제어실(15)과 압력 해제실이 연결된다.

압력스프링(24)은 밸브소자(22)를 폐쇄방향 즉 밸브시트(20)쪽으로 밀어주므로, 제어밸브가 정상상태에 있으면, 압력제어실(15)과의 연결은 차단된다. 압력제어실 영역의 밸브니들 전면 단면적이 압력격면(11)의 단면적보다 크므로, 압력실(8)의 연료압과 동일한 연료압이 압력제어실에 유지되며, 밸브니들은 폐쇄위치에 놓인다. 만약 밸브소자(22)가 열리면, 스로틀커낵터(16)의 감압작용으로 압력제어실(15)의 압력이 감소된다. 따라서 폐쇄력이 작아지게되어 밸브니들은 신속하게 열리며, 밸브소자(22)가 다시 폐쇄위치에 도착하는 즉시, 밸브니들은 다시 닫힌다. 이 순간부터 스로틀(16)을 통해 압력제어실(15)에 본래의 높은 연료압이 생성된다.

본 발명에 따른 제어밸브는 밸브소자(22)를 작동하는 피스톤(25)을 보유하며, 이 피스톤이 제어밸브를 가동한다. 피스톤(25)은 가이드개구(28)에 기밀하게 설치되며, 전면(29)은 연결실(30)과 접하고, 이 연결실은 맞은편 큰 직경의 액츄에이터 피스톤(31) 벽면에 의해 닫혀있으며, 이 피스톤은 압전 액츄에이터(32)의 일부이다. 두 피스톤(25; 31)은 그의 개구에 기밀하게 설치된다. 두 피스톤(25; 31)의 단면적이 서로 다르므로, 연결실(30)은 압력 변환실 역할을 한다. 즉, 여기서 압전 액츄에이터 피스톤(32)의 짧은 행정이 제어밸브(21)를 작동하는 피스톤(25)의 긴 행정으로 변환된다.

압력이 변환될 때 연결실(30)에 매우 높은 압력이 발생한다. 이러한 높은 압력이 피스톤벽을 통해 누출되지 않도록 하기 위해, 피스톤(25) 및 경우에 따라서 액츄에이터 피스톤(31)의 전면에, 종단개구(33; 34)의 형태로 접촉압력 강화장치(35)를 설치한다.

연결실(30)에 압력이 생성되면, 외부와 내부의 압력차이로부터 연결실(30)의 압력에 따라, 피스톤이 팽창할 수 있게된다. 도 2에서 벡터(36)를 사용하여, 압력이 작용할 때 힘의 진행도를 표시하고 있다. 전면(29)영역에서 피스톤이 가장 많이 변형된다는 것을 알 수 있다. 피스톤(25)의 팽창으로, 기밀성의 문제가 가장 크게 대두되는 피스톤 전면 근처에, 기밀성 있는 힘이 발생한다. 압력에 의해 확장되는 피스톤(25)의 표피면은 번호(37)로 도시되어 있다. 본 발명에 따른 접촉압력 강화장치(35)를 사용하여 누출을 허용치 이내로 감소시킨다.

도 3은 종단개구(33; 34)가 각각 하나씩 있는 두 피스톤(25; 31)이 설치된 연결실(30)을 나타낸다. 두 피스톤(33)과 (34)는 동일한 축(38)에 놓인다. 도 4는 두 피스톤의 축을 공간 절약을 위해 평행하게 옮길 수 있다는 것을 나타냈다. 여기서 연결실은 39로 도시되어 있다.

도 5는 실린더형 접촉압력 강화장치(40)로써 종단개구(33, 34) 대신 오목한 동공(41)을 피스톤(42)의 전면(29)에 설치할 수 있음을 나타낸다.

도 2 내지 도 5와는 다른 방식의 피스톤 제조 방식을 도 6에 도시하고 있으며, 이 경우에서는 피스톤(43)의 피스톤 헤드(44)에 압착된 팽창링(45)을 끼운다. 이 링(45)은 전면 쪽에 중공실린더형식으로 구성된 내부 공동(46)이 있으며, 따라서 링 실린더형식에 있는 링 밀폐날과 같은 방식으로, 고르게 팽창하는 모서리(47)가 생성된다. 이렇게 하여 접촉압력 강화장치(48)를 만든다.

이러한 피스톤(43)에 유압이 걸리면, 이 압력은 역시 내부 공동(46)에 작용한다. 모서리(47)는 확장되어, 피스톤이 움직이는 실린더의 벽을 누른다. 이러한 방법으로 역시 접촉압력 강화장치를 사용하여 누출을 허용 한계치 내로 감소시킬 수 있다.

도 7에 도시한 실시예에서는 공동(50)에 의해 만들어진, 모서리가 안쪽에 있는 링(49)을 사용한다. 여기서 공동(50)은 바깥쪽에 있으며, 연결실(53)로부터 오는 압력매체가 구조적으로 큰 직경을 갖는 연결실(53)을 통해 공동(50)에 도달한다. 이러한 방법으로도 역시 접촉압력을 증가시켜 누출을 감소시킨다.

끝으로 도 8에서는 바깥쪽으로 실린더형이며, 내부링면(55)이 연결실(56)로부터 뒤쪽으로 증가하는 단면을 가진, 즉 원추형으로 된 피스톤링 형상으로 틈이 형성된 링(54)을 사용한다. 여기서는 안쪽 링면(55)이 접촉압력 강화장치(57) 역할을 한다.

연결실(56)의 압력이 증가하면 공간(58)에 압력이 도달하고, 그 공간으로부터 다시 링(54)의 안쪽 링면(55)에 압력이 전달되어, 링이 팽창하여 실린더 벽에 기밀하게 놓인다. 액츄에이터 피스톤(59)에서의 누출은 이러한 구조를 사용해서도 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 접촉압력 강화장치(35, 40, 48, 52, 57)는 간단한 방법에 의해 경제적으로 제조할 수 있으며, 구성의 다양성으로 상응하는 제조 조건에 맞도록 할 수 있다.

Claims (8)

1. 다른 단부가 압전 액츄에이터(32)의 액츄에이터 피스톤(31, 59)에 의해 한정되는 유압연결실(30, 39, 53, 56)을 이동식 벽 형태로 차단하고 있으며, 압력스프링(24)에 의해 밸브소자(22)의 폐쇄방향으로 밸브시트(20)위로 움직이는 밸브소자 작동 피스톤(25, 42, 43)을 가지고,

   상기 액츄에이터 피스톤(31, 59)의 작동행정에 의해 연결실(30, 39, 53, 56)의 압력증가가 발생하고 피스톤(25, 42, 43)이 압력스프링(24)에 저항하여 밸브 개방 방향으로 이동되는 밸브소자(22)를 구비한 액체 제어용 밸브에 있어서,

   상기 액츄에이터 피스톤(31, 59) 및 밸브소자(22) 작동 피스톤(25, 42, 43) 사이의 밀폐된 연결실(30, 39, 53, 56)에서, 하나 이상의 면에 액츄에이터 피스톤(31, 59) 및 작동 피스톤(25, 42, 43)에 설치된 접촉압력 강화장치(35, 40, 48, 52, 57)가 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉압력 강화장치(35, 40)는 액츄에이터 피스톤(31) 및 밸브소자(22) 작동 피스톤의 전면 중앙에 설치되는 종단개구(33, 34, 41)인 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 종단개구(33, 34)는 실린더형인 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 종단개구는 오목한 공동(41)인 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉압력 강화장치(53)는 피스톤헤드(44) 전면 쪽에 내부 공동(46)이 있는 팽창링(45, 54)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 링(45)의 내부 공동(46)은 중공 실린더형인 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 링(54)의 내부 공동은 원추형의 내부 링면(55)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 링(54)은 피스톤링 처럼 틈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 제어용 밸브.