KR20010093273A - 내연기관용 연료분사밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브바디(1, 80)를 갖는 연료분사밸브에 관한 것인데, 상기 밸브바디의 보링(2,90)내에는 차단력에 대항하여 축방향으로 움직이는 플런저 형태의 밸브부재(5, 100)가 배치되어 있다. 상기 밸브부재는 연소실측 단부에서 개방행정운동을 통해 적어도 한 개의 분사개구(13a, 13b, 92)를 제어한다. 개방행정 운동 시 밸브부재(5, 100)는 상기 밸브부재(5, 100)를 감싸는 컨트롤플런저(30)의 스트로크스톱퍼(42)로서 형성된 선단면에 접하게 된다. 상기 컨트롤플런저(30)는 자신의 층계형으로 형성된 선단면(35)을 통해 연료 충전이 가능한 제어실(33)을 한정한다. 제어실(33)에서 특정한 연료압이 형성되는 경우 컨트롤플런저(30)는 스프링챔버(20, 105)쪽으로 제1행정위치로부터 제2행정위치로 움직이고 이를 통해 밸브부재(5, 100)의 개방행정운동을 부분행정으로 한정한다. 컨트롤플런저(30)의 일부는 전기가 공급될 경우 축방향 길이가 변화하는 피에조 액츄에이터(26)로서 형성되는데, 이렇게 함으로써 컨트롤플런저(30)의 제1행정위치에서 밸브부재(5, 100)의 부분행정이 피에조 액츄에이터(26)의 행정 범위 내로 연속적으로 조절된다.

Description

내연기관용 연료분사밸브{FUEL INJECTION VALVE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

DE 196 23 211 A1에 개시된 바 있는 이런 종류의 이미 알려진 연료분사밸브는 밸브바디를 갖는데, 이 밸브바디의 보링에는 차단스프링의 힘에 대항하여 축방향으로 움직이는 밸브부재가 배치되어 있다. 밸브부재는 연소실측 단부에서 차단헤드로 전환되는데, 이 차단헤드는 보링에서 안내된다. 상기 차단헤드는 밸브부재가 외측 방향으로 진행되는 개방행정운동 시 보링에서 빠져 나오며 차단헤드에 형성된 제어모서리(control edge)는 적어도 한 개의 분사개구를 개방한다. 제어모서리에 의해 순간적으로 개방되는 복수의 분사개구를 형성할 수도 있는데, 이 경우 밸브부재의 개방행정을 부분행정으로 한정함으로써 분사개구의 일부만 또는 분사개구의 일부 횡면만을 개방하고 따라서 밸브부재의 개방행정에 따라 전체 유효 분사횡면을 제어하는 것이 가능하다. 개방행정운동은 밸브바디에 배치된 컨트롤플런저에 의해 부분행정으로 제한되는데, 이 컨트롤플런저의 선단면은 유압구동식 제어실을 한정한다. 제어실은 고압의 연료로 충전가능하며 이를 통해 축방향으로 컨트롤플런저를제1행정위치에서 제2행정위치로 움직일 수 있는데, 이렇게 함으로써 밸브부재가 최대 행정 또는 부분행정만을 이행할 수 있다. 이런 유압으로 조절가능한 스트로크스톱퍼(stroke stopper)는 흑백기능을 갖는다. 즉 스트로크스톱퍼는 극단적인 양측 개방행정만을 이행한다. 이것은 연료분사과정의 제어가능성을 제한하므로 분사과정의 다른 방식의 최적화를 어렵게 한다.

DE 197 29 843 A1에 개시된 바 있는 내측개방형 연료분사밸브의 경우에도 흑백기능을 통해서는 실현될 수 없는 일차분사량의 정확한 계량을 위해 부분행정 기능을 갖는 것이 바람직한데, 이렇게 함으로써 최적의 분사과정이 실현될 수 있다.

본 발명은 청구항 1에 설명된 종류의 내연기관용 연료분사밸브에 관한 것이다.

도 1은 연료분사밸브의 종단면도.

도 2는 도 1의 II로 표시된 차단헤드 구간을 확대한 도면.

도 3은 도 1의 III으로 표시된 스트로크스톱퍼 구간을 확대한 도면.

도 4는 유압으로 조절가능한 스트로크스톱퍼를 위한 연료제어압의 준비 및 연료분사를 위한 연료공급 시스템의 도식적 구성을 도시하는 도면.

도 5는 내측으로 개방되는 형태의 본 발명에 따른 연료분사밸브에 대한 종단면도.

본 특허청구범위 제1항의 특징을 가지며 내연기관용으로 사용되는 본 발명에 따른 연료분사밸브는 종래 방식의 연료분사밸브에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다. 즉, 차단스프링과 밸브부재의 안내된 구간 사이에서 유압식과 피에조식에 의해 조합적으로 제어되는 스트로크스톱퍼가 형성되는데, 밸브부재의 개방행정운동은 이 스트로크스톱퍼에 의해 최대 개방행정과 부분행정 사이의 값으로 조절될 수 있다. 유압구동식 플런저를 피에조 액츄에이터와 조합함으로써 유압구동식 플런저를 단지 최대 행정과 부분행정 사이로만 조절하는 것이 아니라 전기가 공급되는 피에조 액츄에이터를 통해 밸브부재의 부분행정과 최대 개방행정 사이의 임의의 값과 부분행정 사이에서 조절하는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써 엔진의 다양한 특성구간에서 최적으로 적응된 밸브부재의 개방행정이 실현된다. 부분행정과 최대 개방행정 사이에서만 조절되어야 하는 경우에는 피에조 액츄에이터에 전기가 공급되지 않아야 하는데, 이것은 에너지 절약의 측면에서 유리하게 작용한다.

외측으로 개방되는 가변노즐 형태의 유압 및 피에조에 의해 조합적으로 제어되는 스트로크스톱퍼를 사용하는 대신 내측으로 개방되는 연료분사밸브의 경우에도 본 발명의 대상을 동일하게 바람직한 방식으로 투입하는 것이 가능하다.

스트로크스톱퍼의 바람직한 한 실시예의 경우 컨트롤플런저는 중공실린더로 형성되는데, 이 컨트롤플런저의 연소실 반대측 단부에는 피에조 액츄에이터가 배치된다. 이렇게 함으로써 컨트롤플런저를 간단하게 조립할 수 있는데, 그 이유는 컨트롤플런저의 비 피에조-구동 부분과 피에조 액츄에이터를 개별적으로 조립할 수 있기 때문이다. 다른 바람직한 실시예에서는 이런 형태로 구성된 컨트롤플런저의 경우 밸브부재가 개방행정 시 직접 피에조 액츄에이터에 접하지 않고 이 사이에 쿠션와셔가 삽입된다. 이렇게 함으로써 피에조 액츄에이터의 마모를 줄일 수 있고 유압구동식 스트로크스톱퍼의 수명을 더욱 연장할 수 있다. 이외에도 간단하게 저비용으로 제작되는 이 쿠션와셔를 교체함으로써 이 쿠션와셔의 두께를 조정해 최대 개방행정을 정확하게 조절하는 것이 가능하다.

다른 바람직한 실시예의 경우 유압구동식 스트로크스톱퍼의 제어를 위한 제어압은 제어관에서 얻어지는데, 이 제어관은 제어밸브를 통해 고압저장실과 연결된다. 이외에도 제어관은 다른 제어밸브를 통해 거의 무압상태의 연료저장탱크와 연결되므로 다른 별도의 연료고압원(fuel high pressure source)을 사용하지 않고도 양측 밸브를 적절하게 제어함으로써 제어관에 연료를 충전하거나 방출시키는 것이 가능하다.

본 발명의 대상의 다른 장점 및 바람직한 실시예는 본문과, 도면 그리고 청구항에서 기술된다.

내연기관에 사용되는 본 발명에 따른 연료분사밸브의 실시예는 도면에 도시되어 있으며 다음의 설명을 통해 상세히 기술된다.

도 1에는 내연기관에 사용되는 외측으로 개방되는 형태의 연료분사밸브가 도시되어 있다. 복수의 부품으로 구성 가능한 밸브바디(1)에는 보링(2)이 형성되어 있으며 이 보링에는 차단스프링(21)의 힘에 대항하여 축방향으로 동작하는 플런저형태의 밸브부재(5)가 배치된다. 밸브부재(5)는 도 1의 상단부에 도시되어 있는, 연소실 반대측 보링(2) 구간에서 안내된다. 반면 도 1의 하단부에 도시되어 있는 밸브부재(5)의 연소실 쪽 구간은 밸브바디(1) 내에 형성된 유입채널(3)을 통해 연료고압원과 연결 가능한 압력실(11)에 의해 감싸진다. 밸브부재(5)는 연소실측에서지름이 확대된 차단헤드(10)로 전환되며, 이 차단헤드는 지름이 더 큰 보링(2) 구간에서 안내된다.

도 2에는 차단헤드(10)와 이를 감싸는 밸브바디(1)의 확대도가 도시되어 있다. 차단헤드(10)의 외측벽에는 2열의 분사개구(13a, 13b)가 배치되어 있으며 이 경우 한 개의 열은 차단헤드의 동일한 높이에 배치되어 있는 모든 분사구를 포함한다. 분사개구(13a, 13b)는 차단헤드(10) 내에 형성된 분사채널(12)을 통해 압력실(11)과 연결된다. 연료분사밸브가 차단된 상태에서는 차단헤드(10)에 형성된 밸브밀봉면(15)이 밸브시트면(17)으로서 형성된 밸브바디(1)의 선단부에 접하며 분사개구(13a, 13b)는 밸브바디(1)에 의해 덮힌다. 밸브부재(5)에 비해 차단헤드(10)의 지름이 더 크게 형성됨에 따라 차단헤드(10)의 연소실 반대쪽 단부에는 압력어깨(pressure shoulder)(18)가 형성되는데, 이 압력어깨에는 압력실(11) 내의 연료압이 가해진다. 2열 초과의 축방향으로 서로 엇갈리게 배치된 분사개구(13a, 13b)가 차단헤드(10)의 외측면에 배치되는 것도 도 2에 도시된 실시예에 대한 대안으로서 가능하다. 다른 대안적 실시예의 경우에서는 밸브부재(5)가 개방동작을 하는 경우 횡단면이 완전히 또는 부분적으로만 개방되는 분사개구(13a, 13b)의 단 1열이 차단헤드(10)의 외측면에 배치될 수도 있다.

밸브부재(5)는 자신의 연소실 반대측 단부에서 스프링플런저(spring plunger)(24)로 전환되는데, 이 스프링플런저는 밸브바디(1)의 연소실 반대측 구간에 형성된 스프링챔버(20)에까지 돌출된다. 스프링플런저(24)의 연소실 반대측 단부에서는 스프링플레이트(spring plate)(23)가 형성되어 있는데, 이 스프링플레이트에는 차단스프링(21)의 연소실 반대측 단부가 지지된다. 스프링챔버(20)로 유입되는 누설오일을 배출시키기 위해 스프링챔버(20)는 밸브바디(1) 내에 형성되어 있지만 여기에서는 도시되지 않은 배출채널을 통해 배출관과 연결된다.

도 3에는 도 1의 조절가능한 스트로크스톱퍼 구간을 확대한 도면이 도시되어 있다. 밸브부재(5)의 안내구간과 스프링챔버(20) 사이에는 더 큰 지름을 갖는 안내보링(6)이 형성되어 있다. 밸브바디(1)와 결합된 컨트롤스톱퍼(31)와 안내보링(6) 내에서 축방향으로 이동하는 컨트롤플런저(30)가 안내보링(6) 내에 배치된다. 컨트롤스톱퍼(31)는 안내보링(6)의 스프링챔버(20) 반대측 단부에 배치되며 중공실린더로서 형성되는데, 이 중공실린더의 내측에 층계가 형성되어 있는데, 내경이 더 큰 구간이 스프링챔버(20)와 근접한 면에 배치된다. 마찬가지로 컨트롤플런저(30)도 중공실린더로서 형성되는데, 이 중공실린더의 외측에 층계가 형성되어 있고 더 작은 외경을 갖는 구간이 스프링챔버(20)의 반대측에 배치된다. 더 작은 외경을 갖는 컨트롤플런저(30)의 구간은 더 큰 내경을 갖는 컨트롤스톱퍼(31)의 구간에 삽입되며 컨트롤플런저(30)와 컨트롤스톱퍼(31) 사이에는 스로틀갭(45)이 형성된다. 컨트롤플런저(30)의 연소실쪽에서 층진 외경에 의해 형성된 외측 환형면(35)과 컨트롤스톱퍼(31)는 제어실(33)을 한정하는데, 밸브바디(1)에 형성된 제어채널(34)이 이 제어실로 연결된다. 여기에서 단지 적은 양의 연료만이 제어실(33)로부터 스로틀갭(45)을 통해 밸브부재(5)를 거처 스프링챔버(20)로 흐를 수 있다. 컨트롤플런저(30)는 투피스로 구성되어 있는데, 스프링챔버(20)와 근접한 중공실린더 형태의 구간은 피에조 액츄에이터(26)로서 형성되어 있고 다른 부분은 층계로 형성된유압플런저(27)로 이루어진다. 여기에는 피에조 액츄에이터(26)에 전기를 공급하기 위한 전기 접점이 배치되는데, 이 접점은 도면에는 도시되지 않은 전선을 통해 적합한 전원과 연결된다. 이 때 전선은 예를 들어 밸브바디(1)에 형성된 별도의 채널을 통해 안내되거나 또는 스프링챔버(20) 및 도면에는 도시되지 않은 스프링챔버(20)의 배출채널을 통해 외측으로 안내될 수 있다.

피에조 액츄에이터(26)에서 스프링챔버(20)로 향한 면에 지지링(25)이 배치되어 있는데, 스프링챔버(20) 쪽으로 향한 이 지지링의 선단부는 스트로크스톱면(42)으로서 형성된다. 이 스트로크스톱면은 컨트롤플런저(30)가 스프링챔버(20) 방향으로 행정운동을 하는 경우 안내보링(6)에서 스프링챔버(20)로의 횡면감소에 의해 형성된 컨트롤플런저스톱퍼(43)와 접하게 된다. 차단스프링(21)의 연소실측 단부가 지지되는 스프링지지링(22)이 스프링챔버(20)에 배치된다. 여기에서 스프링지지링(22)은 스프링챔버(20)에서 안내되고 차단스프링(21)의 힘에 의해 지지링(25)에 대항하여 압박된다. 밸브부재(5)의 스프링플런저(24)로의 전환부에서 밸브부재(5) 측에 환형칼라(annular collar)(40)가 형성되어 있는데, 이것의 연소실쪽 환형선단면는 스톱면(41)으로서 형성된다. 밸브부재(5)가 연소실 쪽으로 개방운동을 하는 경우에는 상기 스톱면(41)은 쿠션와셔(25)에 형성된 스트로크스톱면(42)과 접하게 되며 이로 인해 개방행정이 한정된다.

도 4에는 고압연료공급장치의 구조가 도식적으로 도시되어 있다. 연료저장탱크(50)에서 연료는 고압연료펌프(52)의 저압관(51)으로 공급된다. 고압연료펌프(52)는 고압의 연료를 고압관(53)을 통해 고압저장실(55)로 이송한다.내연기관의 각 연료분사밸브(101)를 위해 고압저장실(55)에서 연료공급관(60)이 분지되는데, 고압저장실은 연료분사밸브(101)의 유입채널(3)과 연결된다. 유입채널(3)과 연료공급관(60) 사이에는 계량펌프(67)가 배치되어 있는데, 고압저장실(55)에서 유입채널(3)로의 연결이 이 계량펌프를 통해 차단되거나 또는 구축될 수 있다. 고압저장실(55)은 제어밸브(57)를 통해 제어관(58)과 연결될 수 있다. 고압저장실(55)에서는 항상 특정한 연료압력이 유지되므로 제어밸브(57)의 개방을 통해 고압의 연료가 제어관(58)으로 공급될 수 있는데, 이로 인해 제어관(58)의 압력은 고압저장실(55) 내의 압력과 같아진다. 각 연료분사밸브(101)는 밸브바디(1)에서 제어채널(34)과 연결되는 제어공급관(59)을 통해 제어관(58)과 연결된다. 상기 제어관(58)은 제어밸브(61)가 배치되어 있는 배출관(63)을 통해 배출실로서 기능하는 연료저장탱크(50)와 연결될 수 있다. 제어밸브(61)의 개방을 통해 제어관(58) 내의 압력은 항시 연료저장탱크(50) 압력 수준으로 감소될 수 있는데, 이 연료저장탱크 내의 압력은 대기압과 거의 동일한 수준이다. 전체 연료분사시스템은 컴퓨터를 포함하고 있는 한 개의 제어장치(65)에 의해 제어되는데, 이 컴퓨터는 도면에는 도시되지 않은 복수의 센서의 측정값을 근거로 고압연료펌프(52), 제어밸브(61, 57), 계량밸브(67) 및 피에조 액츄에이터(26)의 전원공급을 제어한다.

도 1에 도시된 연료분사밸브의 작동 방식은 다음과 같다.

분사과정 개시 시점에는 계량밸브(67)가 개방되어 연료공급관(60)과 유입채널(3)이 연결된다. 이로 인해 연료는 고압저장실(55)에서 연료공급관(60)과 유입채널(3)을 통해 압력실(11)로 유입된다. 압력실(11) 내의 연료압은 축방향으로 압력어깨(18)에 가해지는, 연료압 상승의 결과로 나타나는 힘이 차단스프링(21)의 힘보다 클 때까지 상승한다. 밸브부재(5)는 외측으로 연소실과 근접하게 움직이고 이로 인해 양측 분사개구(13a, 13b)는 연속적으로 보링(2)에서 벗어나게 되므로 압력실(11)은 연소실과 연결되고 연료는 연소실로 분사된다. 외측방향으로 이루어지는 밸브부재(5)의 개방운동으로 인해 환형칼라(40)도 연소실 방향으로 움직이고 이로 인해 스톱면(41)은 스트로크스톱면(42)으로 움직인다. 밸브부재(5)가 최대 행정(h) 만큼 움직이는지 또는 부분행정 만큼만 움직이는지는 컨트롤플런저(30)의 상태에 따라 좌우된다.

조절가능한 스트로크스톱면의 작동 방식은 다음과 같다.

연료분사밸브가 차단된 경우 즉 밸브밀봉면(15)이 밸브시트면(17)에 접하는 경우 및 유압으로 구동되는 스트로크 스톱면의 제어실(33)에 압력이 없고 피에조 액츄에이터(26)에 전기가 흐르지 않은 경우에는, 스트로크스톱면(42)은 밸브부재(5)의 최대 개방행정(h)에 해당하는 축방향 간격만큼 환형칼라(40)의 스톱면(41)으로부터 이격된다. 이 상태는 도 3의 좌측에 도시되어 있다. 제어실(33)에 연료압이 가해지지 않는 경우 컨트롤플런저(30)의 환형면(36)은 컨트롤스톱퍼(31)의 시트(37)에 접한다. 이제 제어밸브(57)가 개방되고 제어밸브(61)가 차단되어 연료가 제어채널(34)을 통해 제어실(33)로 유입되면, 제어실(33) 내의 연료압은 외측 환형면(35)에 가해지는, 압력 상승의 결과로서 나타나는 힘이 차단스프링(21)의 힘을 초과할 때까지 상승한다. 컨트롤플런저가 제어행정(s)를 이행한 후 스트로크스톱면(42)이 컨트롤플런저스톱면(43)에 접할 때까지 컨트롤플런저(30)는스프링챔버(20) 방향으로 움직인다. 이 상태는 도 3의 우측에 도시되어 있다. 여기에서 제어행정(s)은 최대 행정(h)보다 작다. 밸브부재(5)가 개방운동을 하는 경우 행정(h-s)을 이행한 후 스톱면(41)은 스트로크스톱면(42)에 접한다. 제어행정(s)은 최대 개방행정(h)의 약 30 내지 70%에 달하므로 밸브부재(5)의 개방운동은 제어실(33)의 압력상승 및 이로 인한 컨트롤플런저(30)의 행정운동으로 인해 최대 개방행정(h)의 70 내지 30%로 한정된다. 밸브부재(5)가 다시 최대 개방행정(h)을 이행해야 하는 경우에는 제어밸브(57)가 차단된 상태에서 제어관(58)이 제어밸브(61)와 배출관(63)을 통해 연료저장탱크(50)로 감압되어 제어실(33) 내의 압력이 감소한다. 차단스프링(21)의 힘이 제어실(33)의 내측 환형면(36)에 가해지는 연료압의 힘을 초과하는 경우 내측의 환형면(36)이 시트(37)에 접할 때까지 컨트롤플런저(30)는 차단스프링(21)에 의해 연소실 방향으로 압박된다. 스트로크스톱면(42)이 제어행정(s)의 일부만을 이행해야 하는 경우에는 피에조 액츄에이터(26)에 전기가 공급된다. 공급된 전기에 의한 피에조 액츄에이터(26)의 길이 변화로 인해 스트로크스톱면(42)은 연속적으로 제어행정(s)의 임의의 범위 내에서 움직일 수 있다. 피에조 액츄에이터(26)의 가능한 최대 길이 변화는 예를 들어 거의 제어행정(s)에 해당한다.

도 5에는 내측으로 개방되는 형태의 본 발명에 따른 연료분사밸브에 대한 종단면도가 도시되어 있다. 밸브바디(80) 내에는 막힌구멍(blind hole)으로서 형성된 보링(90)이 배치되어 있으며 이것의 바닥면은 연소실 방향으로 향해 있다. 상기 바닥면에는 보링(90)을 연소실과 연결하는 적어도 한 개의 분사개구(92)와 원추형의밸브시트(83)가 형성되어 있다. 밸브바디(80)는 쿠션와셔(94)가 사이에 장착된 상태에서 조임너트(98)를 통해 밸브고정체(96)에 고정되는데, 이 밸브고정체는 복수의 부품으로 이루어질 수 있다.

보링(90) 내에는 차단스프링(21)의 힘에 대항하여 종단방향으로 동작가능한 플런저 형태의 밸브부재(100)가 배치되어 있는데, 이 밸브부재는 보링(90)의 연소실 반대측 구간에서는 기밀이 유지되는 상태로 안내되고 연소실 쪽 구간에서는 압력어깨(88)를 기점으로 이보다 더 작은 지름으로 전환된다. 밸브부재(100)의 연소실측 단부에는 밸브밀봉면(81)이 형성되는데, 이 밸브밀봉면은 밸브시트(83)와 연동하여 밸브부재(100)의 축방향 운동을 통해 분사개구(92)를 개방하고 차단한다. 압력어깨(88)는 밸브바디(80) 내에 형성된 압력실(11)에 배치되는데, 이 압력실은 밸브부재(100)를 감싸는 환형틈새에서 밸브시트(83) 방향으로 진행하며 밸브바디(80) 내에 형성된 유입채널(3)을 통해 연료로 채워질 수 있다. 압력어깨(88)에 가해지는 유압력으로 인해 밸브부재(100)는 차단스프링(21)의 힘에 대항하여 보링(90)에서 움직일 수 있으므로 분사개구(92)의 개방이 가능하다.

연소실의 반대측 단부에서 밸브부재(100)는 스프링플레이트(103)로 전환되고 다시 이것에 연결된 스프링플런저(107)로 전환되는데, 이 스프링플런저와 스프링플레이트는 밸브고정체(96) 내에 형성된 스프링챔버(105) 내에 배치된다. 스프링챔버(105)는 지름이 다른 두 개의 공간으로 구분되는데, 연소실 반대측 단부 방향으로 지름이 더 큰 공간이 형성되어 있고 이 두 개의 공간 사이에는 환형어깨로서 형성된 컨트롤플런저 스톱면(43)이 존재한다.

도 1 및 도 3에 도시된 외측으로 개방되는 형태의 연료분사밸브에 대한 설명에서 상술된 바와 같이 스프링챔버(105)의 연소실 반대측 단부에는 유압력과 피에조에 의해 조합적으로 제어되는 스트로크스톱퍼가 배치된다. 다음에서는 위에서 설명되지 않은 몇 가지 상세 사항에 대해서만 설명하고자 한다. 컨트롤플런저(30)는 컨트롤스톱퍼(31)에 대해 연소실쪽에 배치되어 있고 이것의 연소실쪽 선단부와 스프링플레이트(103) 사이에는 스프링플런저(107)를 감싸는 차단스프링(21)이 배치되는데, 이 차단스프링은 밸브시트(83)에 대항하여 밸브부재(100)를 밸브밀봉면(81)을 통해 압박한다. 밸브부재(100)는 자신의 연소실 반대측 단부에서 스톱면(109)을 갖는데, 이 스톱면은 밸브부재(100)의 개방운동을 통해 연소실에서부터 멀어져 컨트롤플런저(30)에 접하게 된다. 유압구동식 스톱퍼 또는 피에조 액츄에이터를 활성화하는 경우 컨트롤플런저(30)는 차단스프링(21)의 힘에 대항하여 움직이고 컨트롤플런저 스톱면(43)은 컨트롤플런저(30)의 최대 거리를 한정한다. 따라서 컨트롤플런저(30)에 형성된 스트로크스톱면(42)도 밀리게 되고 이로 인해 밸브부재(100)의 가능한 최대 개방행정을 감소시킨다.

도 3 또는 도 5에 도시된 유압구동식 스트로크스톱퍼에 대한 대안으로서 전체 컨트롤플런저(30)가 피에조 액츄에이터로서 형성될 수 있다. 이 경우 바람직하게는 금속재질로 제작되는 유압플런저(27)와 피에조 액츄에이터(26)를 서로 결합시킬 필요가 없다. 이외에도 또한 지지링(25)이 연료분사밸브에서 제외되고 스트로크스톱면(42)이 피에조 액츄에이터(26)에 형성될 수도 있다.

도 1, 도 3 및 도 5에서 개괄적인 도시를 위해 피에조 액츄에이터(26)가 단지 개략적으로만 도시되어 있다는 점에 유의해야 한다. 피에조 액츄에이터(26)의 크기, 특히 축방향으로의 팽창은 피에조 액츄에이터의 비교적 적은 길이변화를 고려하여 각 적용사례에 적합하게 선택되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전기가 공급되는 피에조 액츄에이터를 통해 밸브부재의 부분행정과 최대 개방행정 사이의 임의의 값과 부분행정 사이로 조절하는 것이 가능하며, 이렇게 함으로써 엔진의 다양한 특성구간에서 최적으로 적응된 밸브부재의 개방행정이 실현되며, 절약의 측면에서 유리하게 작용하도록 이용된다.

Claims (15)

1. 밸브바디(1, 80)로서, 상기 밸브바디의 보링(2, 90) 내에는 차단력에 대항하여 축방향으로 이동가능한 플런저형태의 밸브부재(5, 100)가 배치되어 있고, 상기 밸브부재의 연소실 반대측 구간은 보링(2)에서 안내되고 상기 밸브부재의 상기 안내된 구간에서부터 연소실쪽으로 형성된 구간은 밸브바디(1, 80) 내에 형성된 압력실(11)에 의해 감싸지며, 상기 압력실에는 개방방향으로 압력을 받는 밸브부재(5, 100)의 압력어깨(18)가 배치되고 연료고압원(55)과 연결 가능하며, 상기 밸브부재(5,100)는, 상기 압력실(11)과 연결 가능하고 밸브부재(5, 100)의 개방행정운동을 통해 차단력에 대항하여 완전히 또는 부분적으로 개방 가능한 적어도 한 개의 분사개구(13a, 13b, 92)를 자체의 연소실쪽 단부를 통해 제어하는, 밸브바디(1, 80)와,

   컨트롤플런저(30)로서, 상기 컨트롤플런저의 한쪽 선단면은 스트로크스톱면(42)으로서 밸브부재(5, 100)의 개방행정운동을 한정하는 기능을 하고 상기 컨트롤플런저의 다른 쪽 환형면(35)은 연료고압원과 연결가능한 제어실(33)을 한정하며, 상기 밸브부재(5, 100)의 최대 개방행정을 한정하는 축방향 운동이 가능한, 컨트롤플런저(30)를

   포함하는 내연기관용 연료분사밸브로서,

   상기 컨트롤플런저(30)의 적어도 일부는 피에조 액츄에이터(26)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
2. 제 1항에 있어서, 개방행정운동 시 상기 스트로크스톱면(42)에 접하는 스톱면(41, 109)이 상기 밸브부재(5, 100)에 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
3. 제 2항에 있어서, 상기 컨트롤플런저(30)는, 상기 밸브부재(5, 100)에 동축으로 배치되고 가이드보링(6)에서 안내되는 중공실린더로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
4. 제 3항에 있어서, 상기 컨트롤플런저(30)는 층계형 플런저로서 형성되고, 상기 층계형 플런저의 스톱면(41, 109)쪽 선단면은 스트로크스톱면(42)으로서 형성되며 횡단면의 크기가 달라져 형성된, 상기 층계형 플런저의 스트로크스톱면(42) 반대측 환형면(35)은 제어실(33)을 한정하는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
5. 제 4항에 있어서, 상기 피에조 액츄에이터(26)는 중공실린더 형태로 형성되며 상기 밸브부재(5, 100)에 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
6. 제 5항에 있어서, 상기 컨트롤플런저(30)의 일부는 피에조 액츄에이터(26)로서 형성되며 상기 피에조 액츄에이터(26)는 상기 밸브부재(5, 100)의 스톱면(41,109) 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
7. 제 5항에 있어서, 상기 밸브부재(5, 100)의 스톱면(41, 109) 쪽에 형성된 컨트롤플런저(30) 선단부에 지지링(25)이 배치되고, 상기 지지링에는 스트로크스톱면(42)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
8. 제 1항에 있어서, 상기 차단력은 스프링챔버(20, 105) 내에 배치된 적어도 한 개의 차단스프링(21)에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
9. 제 8항에 있어서, 가이드보링(6)의 스프링챔버(20, 105)로의 전이부에는 환형면으로서 형성된 컨트롤플런저스톱면(43)이 배치되고, 상기 컨트롤플런저스톱면은 밸브부재(5, 100)에 형성된 스톱면(41, 109)으로의 컨트롤플런저(30)의 축방향 운동을 제한하는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 분사개구(13a, 13b)의 개방을 제어하기 위해 밸브부재(5)는 연소실 방향으로의 외측 개방행정운동을 이행하는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
11. 제 10항에 있어서, 상기 밸브부재(5)에는 환형칼라(annular collar)(40)가 형성되고, 상기 환형칼라의 연소실 측 환형면은 컨트롤플런저(30)의 스트로크스톱면(42)과 연동하는 스톱면(41)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
12. 제 11항에 있어서, 차단스프링(21)은 적어도 거의 컨트롤플런저(30)의 연소실 반대측 선단면에 접하므로 상기 차단스프링(21)은 상기 컨트롤플런저(30)의 행정에 대항하여 작용하는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 제어실(33)은 제어밸브(57)를 통해 연료고압원(55)과 연결 가능한 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
14. 제 13항에 있어서, 상기 제어실(33)은 제어밸브(61)를 통해 배출실(50)과 연결 가능한 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.
15. 제 13항에 있어서, 상기 연료고압원은 고압저장실(55)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사밸브.