KR20010101466A - 내연기관용 연료 분사 밸브 - Google Patents

내연기관용 연료 분사 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 연료 분사 밸브(16)는 적어도 하나의 분사구(26)를 제어하는 분사 밸브 부재(24)를 갖는다. 이 분사 밸브 부재(24)의 운동은 제어 압력 챔버(48) 내에서 압력을 제어하는 제어 밸브 부재(62)를 포함한 제어 밸브(18)에 의해서 영향을 받으며, 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 발생된 조절력을 통하여 움직임으로써 제어 압력 챔버(48)와 압력 해제 챔버(12)의 연결을 제어할 수 있다. 상기 제어 밸브(18)는 제어 밸브 부재(62)가 움직이는 방향으로 상호 작용하며 제어 밸브 부품 상에 배치된 각각의 밀봉면(66, 69)을 거쳐서 제어 밸브 부재(62)와 상호 작용함으로써 상기 제어 밸브 부재(62)가 제어 압력 챔버(48)를 압력 해제 챔버(12)로부터 분리하는 두 개의 폐쇄 위치를 갖는 두 개의 밸브 시트(60, 74)를 포함한다. 상기 제어 밸브 부재(62)가 양 폐쇄 위치들 중 한쪽에 위치하지 않는다면, 제어 압력 챔버(48)는 압력 해제 챔버(12)와 연결된다. 연료 분사 밸브(16)는 제어 밸브 부재(62)가 이 제어 밸브 부재의 양 폐쇄 위치들 사이에 움직임으로써 순간적으로 개방될 수 있다.

Description

내연기관용 연료 분사 밸브{Fuel injection valve for internal combustion engines}
상기 연료 분사 밸브는 독일특허 제 DE 198 13 983 A1 호에 공지되어 있다. 이 연료 분사 밸브는 탱크 연료 분사 시스템의 구성 부품으로서, 적어도 하나의 분사구를 제어하며 하나의 압력 챔버를 제한하는 압력 숄더를 구비한 분사 밸브 부재를 갖는다. 상기 압력 챔버에는 고압 연료가 연료 고압원(high pressure source)으로부터 압력관을 거쳐서 공급될 수 있으며, 이 압력관에 의해서 분사 밸브 부재가 폐쇄력에 대항하여 밸브 시트로부터 들어올려짐으로써 적어도 하나의 분사구를 개방할 수 있다. 상기 밸브 분사 부재의 운동은 압전식 액츄에이터로부터 발생된 조절력에 의해서 운동 가능한 제어 밸브 부재를 갖는 제어 밸브에 의해 영향을 받으며, 이때 제어 밸브 부재는 압력원과 연결된 제어 압력 챔버 내의 압력을 제어하고, 이 압력은 분사 밸브 부재의 폐쇄 방향으로 분사 밸브 부재에 작용한다. 제어 밸브 부재가 제어 압력 챔버를 해제 챔버와 결합시킬 수 있기 때문에, 압력은 제어 압력 챔버 내에서 감소하며 분사 밸브 부재는 개방 방향으로 움직일 수 있다. 상기 제어 밸브 부재는 이 밸브 부재에 배치된 밀봉면과 밸브 시트를 협동시킨다. 예를 들어 예비 분사를 필요로 할 때 연료 분사 밸브를 신속하게 개방 및 폐쇄하기 위하여, 제어 밸브 부재를 조절할 수 있는 높은 조절력이 필요하며, 제어 밸브 부재를 밸브 시트로부터 들어올리며 운동 방향을 전환한 후에 밸브 시트로 다시 귀환시키기 위하여 상기 조절력은 압전식 액츄에이터에 의해서 발생되어야 한다. 이외에도, 압전식 액츄에이터으로부터 발생된 조절력에 의해서 제어 밸브 부재를 운동시킬 때 상기 제어 밸브 부재는 제어 압력 챔버 내의 압력에 대항하여 움직여야 하므로, 상기 운동을 위하여 큰 힘이 소요된다. 이 때문에, 압전식 액츄에이터의 크기가 커지게 된다.
본 발명은 청구항 제 1 항에 따른 내연기관용 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1은 탱크 연료 분사 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 탱크 연료 분사 시스템의 연료 분사 밸브의 제 1 실시예를 도시한 종단면도.
도 3은 연료 분사 밸브의 변형예를 도시한 종단면도.
도 4는 연료 분사 밸브의 제 2 실시예를 도시한 종단면도.
이에 비하여, 청구항 제 1 항에 따른 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 제어 밸브 부재에 의해 운동 방향의 전환없이 한쪽 밸브 시트로부터 다른쪽 밸브 시트로 움직임으로써 연료 분사 밸브를 매우 신속하게 개방 및 폐쇄할 수 있는 장점을 가지며, 이로 인하여 압전식 액츄에이터에 의해 발생시키고자 하는 조절력을 낮게 유지할 수 있기 때문에 연료 분사 밸브의 크기를 작게 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 바람직한 실시예와 개선 구조를 종속항에서 설명한다. 청구항 제 2 항에 따른 형상을 통하여, 제어 밸브 부재 상에서 제어 압력 챔버 내의 압력에 의해 발생하는 힘을 제거할 수 있으므로 압전식 액츄에이터에 의해 발생시키고자 하는 조절력을 낮게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 압전식 액츄에이터의 크기를 줄일 수 있다. 청구항 제 3 항에 따른 형상을 통하여, 제어 밸브의 콤팩트한 구조가 가능하다.
본 발명에 따른 두 가지 실시예들을 도면에 도시하며 이하에서 상세히 설명한다.
도 1에 개략적으로 도시한 탱크 연료 분사 시스템은 저장 탱크(12)로부터 저장기(14)에 고압 연료를 공급하는 고압 펌프(10)를 갖는다. 상기 저장기(14)는 소위 레일로서 형성되며, 이 레일은 도관으로부터 내연기관에 배치된 연료 분사 밸브(16)로 안내된다. 각 연료 분사 밸브(16)는 이 연료 분사 밸브(16)의 개방과 폐쇄를 제어하는 제어 밸브(18)를 갖는다. 또한, 상기 탱크 연료 분사 시스템은 내연기관의 여러 가지 구동 변수에 대한 신호가 전달되며 이 신호에 따라서 연료 분사 밸브(16)의 제어 밸브(18)의 개방과 폐쇄를 제어하는 제어 장치(20)를 갖는다.
도 2에서는 제 1 실시예에 따른 제어 밸브(18)를 구비한 연료 분사 밸브(16)를 도시한다. 이 연료 분사 밸브(16)는 내부에서 분사 밸브 부재(24)가 축방향으로 움직일 수 있는 밸브체(22)를 갖는다. 상기 밸브체(22)는 연소실을 향하는 단부 영역에서, 예를 들어 거의 원뿔 형태의 밀봉면(28)을 가지며, 이 밀봉면은 밸브체(22) 내에 형성된 밸브 시트(30)와 협동하고, 또한 밸브 시트로부터 분사구(26)가 형성된다. 상기 밸브체(22)에는 분사 밸브 부재(24)를 둘러싸는 환형 챔버(32)가 형성되며, 이 환형 챔버는 압력 챔버(34)와 연결되고 다시 압력 챔버는 저장기(14)와 연결되기 때문에, 압력 챔버(34)에는 고압 펌프(10)로부터 발생된 압력이 형성된다. 상기 분사 밸브 부재(24)는 압력 챔버(34) 내에 배치된 압력 숄더(36)를 가지며, 압력 챔버(34) 내의 압력에 의해서 분사 밸브 부재(24)의 개방 방향(38)으로 작용하는 힘이 압력 숄더에 적용된다. 상기 분사 밸브 부재(24)에는 예비 인장된 폐쇄 스프링(40)이 맞물리며, 이 스프링은 압력 챔버(34)내의 압력에 의해서 개방 방향(38)으로 작용하는 힘에 대항하여 폐쇄 방향으로 밀친다. 압력 챔버(34) 내의 압력에 의해서, 상기 분사 밸브 부재(24)는 폐쇄 스프링(40)의 힘에 대항하여 개방 방향(38)으로 움직일 수 있으며, 이때 분사구(26)는 개방되고, 이로써 연료는 내연기관의 연소실 내로 분사된다. 분사 과정을 종료하기 위하여, 상기 분사 밸브 부재(24)는 이 분사 밸브 부재의 밸브 시트(30)에 형성된 밀봉면(28)을 통하여 폐쇄 방향으로 밸브체(22)에 가압됨으로써 분사구(26)가 폐쇄된다.
연소실로부터 이격된 분사 밸브 부재(24)의 영역에는 제어 밸브(18)의 일부품을 이루는 폐쇄 피스톤(42)이 배치된다. 상기 폐쇄 피스톤(42)은 분사 밸브 부재(24)와 일체로 형성될 수 있으며, 또는 독립된 부품으로도 형성될 수 있다. 상기 폐쇄 피스톤(42)은 분사 밸브 부재(24)와 적어도 거의 동축으로 배치되며, 제어밸브(18)의 하우징 부품(46) 내에 형성된 구멍에서 축방향으로 움직일 수 있다.
상기 폐쇄 피스톤(42)은 구멍(44) 내에서 제어 압력 챔버(48)를 제한하며, 이 압력 챔버는 내부에 스로틀(50)이 배치된 채널(49)을 통하여 저장기(14)와 연결된다. 상기 폐쇄 피스톤(42)의 반대쪽에는 구멍(44)이 계단 형태로 형성되며, 이 구멍은 작은 직경의 구역(44a)과 큰 직경의 구역(44b)을 갖는다. 상기 제어 압력 챔버(48)로부터 멀어지는 쪽으로, 구멍(44)의 구역(44a, 44b)에는 실질적으로 구멍의 구역(44a)보다 약간 더 작은 직경을 가지며 단부가 구역(44a)에 배치되는 로드(52)가 삽입된다. 상기 로드(52)는 폐쇄 피스톤(42)과 적어도 거의 동축으로 배치된다. 또한, 상기 로드(52)는 구멍(44)의 구역(44b)보다 더 작은 직경을 가지며 구역(44b)에 배치되는 환형 밴드(53)를 갖는다. 로드(52)는 환형 밴드(53)에 의해서 구멍(44)의 구역(44a, 44b)들 사이의 전환부에 형성된 환형 숄더에 배치되며, 이로써 종축방향을 따라서 제어 압력 챔버(48)쪽으로 고정된다. 상기 하우징 부품(46)에는 로드(52)의 직경보다 크지만 환형 밴드(53)의 직경보다 작은 구멍(55)을 갖는 중간판(54)이 연결된다. 중간판(54)은 하우징 부품(46)과 다른 하우징 부품(56) 사이에서 예비 인장되기 때문에 로드(52)는 환형 밴드(53)를 거쳐서 종축방향을 따라 제어 압력 챔버(48)쪽으로 고정된다.
또한, 로드(52)에는 제어 압력 챔버(48)를 제한하는 로드(52)의 정면 단부로부터 시작하며 로드(52)의 덮개면에서 제어 압력 챔버(48)로부터 이격된 단부 근처와 통하는 유동 채널(58)이 형성된다. 상기 유동 채널(58)은, 예를 들어 로드(52)의 정면 단부로부터 시작하여 로드(52)의 종축과 거의 평행하게 연장된 구역(58a)과 이 구역에 대하여 거의 직각으로 연장되어 로드(52)의 덮개면과 통하는 구역(58b)을 갖는다. 상기 유동 채널(58)에는 내부를 흐르는 유동을 제한하기 위하여 스로틀(59)이 배치될 수 있다. 제어 압력 챔버(48)로부터 이격된 단부 영역에서 로드(52)가, 예를 들어 제어 밸브(18)의 제 1 밸브 시트로서 역할하는 원추형 돌출부(60)를 갖는다.
제어 밸브(18)의 하우징 부품(56)은 구멍(61)을 가지며, 이 구멍의 내부에 제어 압력 챔버(48)로부터 이격된 로드(52)의 영역이 돌출된다. 구멍(61)에는 로드(52)가 돌출된 중공 피스톤으로서 형성되는 제어 밸브 부재(62)가 기밀하게 움직일 수 있다. 상기 제어 밸브 부재(62)는 중간판(54)쪽으로 구멍(63)을 가지며, 이 구멍은 로드(52)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는다. 또한, 구멍(63)에 연결된 상태로 제어 밸브 부재(62)에는 구멍(63)에 대항하여 확장된 압력 챔버(64)가 형성되며, 이 압력 챔버에는 로드(52)의 유동 채널(58)이 통한다. 상기 압력 챔버(64)에서, 제어 밸브 부재(62)에는 중간판(54)으로부터 이격된 제어 밸브 부재(62)의 정면 단부와 통하는 구멍(63)보다 작은 직경을 갖는 구멍(65)이 연결된다. 압력 챔버(64)로부터 구멍(65)으로의 전환부는, 예를 들어 원추형 돌출부(66)로 연장된다. 제어 밸브 부재(62)에서 구멍(63), 압력 챔버(64) 및 구멍(65)은 적어도 거의 동축으로 배치된다. 상기 돌출부(66)는 제 1 밸브 시트로서 로드(52) 상에서 상기 돌출부와 협동하는 제어 밸브 부재(62)의 제 1 밀봉면으로서 역할한다. 또한, 상기 구멍(65)은 압력 챔버(64)를 제어 밸브 부재(62)의 외측과 연결하는 배출 채널을 형성한다.
제어 밸브 부재(62)는 중간판(54)으로부터 이격된 단부 영역에서 구멍(61) 내에 안내된 제어 밸브 부재(62) 영역의 직경에 비하여 축소된 돌기(68)를 가지며, 이 돌기는 제어 밸브 부재(62)에서 제 2 밀봉면을 형성하는 윈추형 돌출부(69)에 의해서 단부쪽을 향하여 줄어든다. 이와 같이 직경이 축소된 돌기(68)에 의해서, 제어 밸브 부재(62)에는 환형 숄더(70)가 형성된다. 또한 구멍(61)은 포켓 구멍의 형태로 형성되며 구멍(61)의 베이스(71)와 제어 밸브 부재(62)의 환형 숄더(70) 사이에는 예비 인장된 복원 스프링(72)이 배치되고, 이 스프링에 의해서 제어 밸브 부재(62)는 중간판(54)쪽으로 가압된다. 상기 구멍(61)의 베이스(71)는 적어도 거의 제어 밸브 부재(62)와 동축으로 배치되는 오목부(73)를 가지며, 이 오목부의 가장자리(74)는, 예를 들어 원추형으로 부딪친 상태로 형성되어 제어 밸브 부재(62) 상에서 제 2 밀봉면을 형성하는 돌출부(69)와 협동하는 제 2 밸브 시트를 형성한다. 제어 밸브 부재(62)가 이 제어 밸브 부재의 돌기(68)를 통하여 보어(61)에서 채널(76)을 통하여, 예를 들어 저장 탱크(12)로서 사용될 수 있는 해제 챔버와 연결되는 환형 챔버(75)를 제한한다.
제어 밸브 부재(62)를 제 1 밀봉면(66)이나 제 2 밀봉면(69)과 접촉시키는 제 1 밸브 시트(60)와 제 2 밸브 시트(74)의 직경은 적어도 거의 유사한 크기를 갖는다.
제어 밸브 부재(62)는 구멍(61) 내에서 중간판(54)쪽으로 작업 챔버(78)를 제한한다. 상기 구멍(61)은 환형 챔버(75)의 영역에서 및/또는 작업 챔버(78)의 영역에서 제어 밸브 부재(62)가 구멍(61)에 안내되는 영역보다 더 큰 직경을 갖는다. 상기 작업 챔버(78)는 유압 전환부를 거쳐서 압전식 액츄에이터(80)와 연결된다. 이 압전식 액츄에이터(80)는 제어 장치(20)에 의해서 제어되며 제어 장치에 인가된 전기 전압에 따라서 길이가 변화한다. 압전식 액츄에이터(80)는 실린더(81) 내에 배치되며, 이 액츄에이터의 길이가 변할 때 실린더(81) 내에 배치된 유압 공간을 압축하거나 해제한다. 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 영향을 받는 유압 체적이 압전식 액츄에이터(80)보다 작은 직경을 갖는 피스톤(82)에 작용함으로써 유압 변화가 가능한데, 상기 피스톤은 압전식 액츄에이터(80)의 길이가 변화할 때 피스톤(82)의 직경에 대한 압전식 액츄에이터(80)의 직경 비율만큼 확장된 스트로크를 형성한다. 또한, 상기 피스톤(82)은 적어도 압전식 액츄에이터(80)와 거의 동축으로 배치되며 직경에 상응하는 실린더(83) 내에서 움직일 수 있다. 하우징 부품(56) 내에 형성된 작은 직경의 채널(85)에 의해서 작업 챔버(78)와 결합하는 작업 챔버(84)는 피스톤(82)에 의해서 제한된다. 상기 압전식 액츄에이터(80)나 피스톤(82)은 제어 밸브(18)의 하우징 부품(56)의 원주 상에 임의로 배치되며, 이 액츄에이터의 종축은 제어 밸브(18)의 종축과 거의 수직하거나 도 2에 도시한 바와 같이 제어 밸브의 종축에 대해 임의로 기울어진다.
이하에서, 연료 분사 밸브(16)와 제어 밸브(18)의 기능을 설명한다. 상기 압전식 액츄에이터(80)가 작동되지 않는 경우에, 작업 챔버(78)에는 낮은 압력이 형성되며 제어 밸브 부재(62)의 제 1 밀봉면(66)은 복원 스프링(72)에 의해서 제 1 밸브 시트(60)와 접촉한 상태로 로드(52)에 고정된다. 여기서, 상기 제어 밸브 부재(62)는 제 1 폐쇄 위치에 존재한다. 따라서, 제어 밸브 부재(62)에 형성된 압력챔버(64)는 저장 탱크(12)에 의해서 형성된 해제 챔버로부터 분리되며 제어 압력 챔버(48)로부터 채널(58)과 압력 챔버(64)를 통과하여 연료가 배출되지 않을 수 있다. 이에 기초하여, 제어 압력 챔버(48)에는 폐쇄 피스톤(42)에 작용하며 이 폐쇄 피스톤에 의해서 분사 밸브 부재(24)에 작용하는 저장기(14) 내의 압력과 동일한 압력이 형성되며, 이로 인하여 폐쇄 위치에 머무르게 되고, 이 위치에서 분사 밸브 부재(24)의 밀봉면(38)은 밸브 시트(30)에 접하고 분사구(28)는 폐쇄되기 때문에, 결과적으로 연료가 분사되지 않는다.
압전식 액츄에이터(80)가 제어 장치(20)에 의해서 제어되는 경우에, 상기 압전식 액츄에이터의 길이가 확대되면서, 피스톤(82)에 의해 유압 체적이 작업 챔버(84)로부터 채널(85)을 거쳐 작업 챔버(78) 내로 배출되며, 여기서 제어 밸브 부재(62)에 작용하는 힘에 의해서 복원 스프링(72)의 예비 인장을 억제할 수 있으며 제어 밸브 부재(62)를 중간판(54)쪽으로 이동시키는 압력이 상승한다. 이때, 제어 밸브 부재(62)의 제 1 밀봉면(66)은 제 1 밸브 시트(60)로부터 로드(52)쪽으로 상승하며, 그 결과 제어 밸브 부재(62)에 형성된 압력 챔버(6)는 구멍(65)과 연결된다. 또한, 제어 밸브 부재(62)에 형성된 제 2 밀봉면(69)은 제 2 밸브 시트(74)와 접촉하지 않은 상태로 존재하기 때문에, 제어 밸브 부재(62)의 구멍(65)은 환형 챔버(75)와 연결될 뿐만 아니라 이 환형 챔버를 거쳐서 해제 챔버로서 역할하는 저장 탱크(12)와 연결된다. 상기 제어 압력 챔버(48)로부터 제어 밸브(18)의 개방 위치에서 연료는 유동 채널(58), 압력 챔버(64) 및 배출 채널로서 역할하는 구멍(65)을 통하여 해제 챔버 내로 배출될 수 있으며, 이로 인하여 제어압력 챔버(48) 내의 압력은 감소한다. 이 경우에, 상기 분사 밸브 부재(24)가 압력 숄더(36) 상에 작용하는 저장기(14)의 압력에 의해서 폐쇄 스프링(40)의 힘과 제어 압력 챔버(48)의 저압력에 의해 발생된 힘에 대항하여 개방 방향(38)으로 운동하여 분사구(28)를 개방할 수 있기 때문에 연료가 분사된다.
상기 압전식 액츄에이터(80)에 의해 발생된 압력이 작업 챔버(78) 내에서 다시 상승하면, 제어 밸브 부재(62)는 제 2 밸브 시트(74) 상의 제 2 밀봉면(69)이 구멍(61)의 베이스(71)에 접촉할 때까지 다시 폐쇄된다. 여기서, 상기 제어 밸브 부재(62)는 제 2 폐쇄 위치에 존재한다. 이 경우에, 제어 밸브 부재(62)에 형성된 상기 구멍(65)은 환형 챔버(75)로부터 분리되며, 이로 인하여 제어 밸브 부재(62)로부터 구멍(65)을 통하여 연료가 배출될 수 있고, 제어 압력 챔버(48) 내에서 저장기(14)의 고압이 형성되며, 이 때문에 폐쇄 스프링(42)을 거쳐서 분사 밸브 부재(24)가 폐쇄 위치로 이동하여 이 폐쇄 위치에 고정된다.
상기 제어 장치(20)를 통하여 압전식 액츄에이터(80)를 상응하게 제어함으로써, 제어 밸브(18)가 개방 위치에 유지되는 형태로 작업 챔버(78) 내의 압력을 조절할 수 있으며, 상기 개방 위치에서 제어 밸브는 다시 제 1 밀봉면(66)을 통하여 로드(52)에 배치된 제 1 밸브 시트(60)와 접하고 제 2 밸브 시트(74)에 형성된 제 2 밀봉면(69)을 통하여 구멍(61)의 베이스(71)에 접하며, 이로 인하여 연료 분사 밸브(16)가 개방된 상태로 유지된다. 또한, 압전식 액츄에이터(80)를 상응하게 작동시킴으로써 상기 제어 밸브 부재(62)는 중단되지 않는 상태로 제 1 폐쇄 위치로부터 제 2 폐쇄 위치로 이동하거나 전환된다. 이때 제어 밸브 부재(62)가 움직이면, 운동 방향이 전환되는 것이 아니라 한쪽 방향으로만 움직인다. 상기 제어 밸브(18)는 짧은 시간 동안 개방되며, 따라서 연료 분사 밸브(16)도 또한 짧은 시간 동안 개방된다. 이것은, 예를 들어 실질적인 연료 분사 전에 적은 연료량이 분사되는 연료 예비 분사를 가능하게 한다. 상기 제어 장치(20)를 통하여 제어 밸브(18)의 압전식 액츄에이터(78)를 상응하게 제어함으로써, 개방 시점, 개방 시간 및 연료 분사 밸브(16)의 개방 스트로크가 결정될 수 있다. 연료 분사 밸브는 예비 분사 과정을 위하여 먼저 짧은 시간 동안 및/또는 짧은 개방 스트로크 동안 개방되고, 이후 다시 폐쇄되며, 또다시 주분사 과정을 위하여 오랜 시간 동안 및/또는 긴 개방 스트로크 동안 개방될 수 있다. 이로써, 소정의 분사 진행 과정을 얻을 수 있는데, 이때 예를 들어 연료 분사 밸브는 먼저 짧은 개방 스트로크로 개방되며, 이어서 긴 개방 스트로크로 개방된다. 또한, 임의의 다른 분사 과정을 얻을 수 있다.
제어 밸브 부재(62)가 제 1 폐쇄 위치에 존재할 때, 이 위치에서 제 1 밸브 시트(60)에 형성된 제 1 밀봉면(66)은 로드(52)에 접하며, 따라서 제어 압력 챔버(48)의 압력은 압력 챔버(64)에 작용하지만, 압력이 압력 챔버(64)의 모든 면에 작용하기 때문에 제어 밸브 부재(62)에는 합력이 발생한다. 상기 제어 밸브 부재(62)가 제 2 폐쇄 위치에 존재하면, 이 위치에서 제 2 밸브 시트(74)에 형성된 제 2 밀봉면(69)이 구멍(61)의 베이스(71)에 접하며, 따라서 양 밸브 시트(60, 74)의 직경이 동일하기 때문에 압력 챔버(64)와 구멍(65) 내에 형성된 제어 압력 챔버(48)의 압력에 의해서 합력을 제거할 수 있다. 상기 압력은 구멍(65)과 밀착하여 제어 밸브 부재(62)의 정면 단부에서 제어 밸브 부재(62)의 내부와 동일한 크기의 환형면에 작용하며, 그 결과 상응하는 압력을 보상한다. 상기 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 작업 챔버(78) 내에 발생된 압력에 의한 제어 밸브 부재(62)의 운동은 제어 압력 챔버(48)의 압력에 대항하지 말아야 하는데, 이 때문에 압전식 액츄에이터(80)에 의해서 비교적 낮은 조절력만이 소요되고 압전식 액츄에이터(80) 및 유압 전환부는 작은 크기를 가질 수 있다.
도 3에서는 상술한 제 1 실시예와 다른 변형된 제어 밸브 부재(18)를 도시하며, 이 변형예에 따른 제어 밸브(18)의 기본 구조는 제 1 실시예와 동일하므로, 이하에서 추가된 특징만을 설명한다. 또한, 로드(52)는 제어 밸브 부재(62)의 구멍(63) 내에서 가능한 기밀하게 안내되며, 그 결과 구멍(63)은 제어 밸브 부재(62)에 형성된 압력 챔버(64)를 작업 챔버(78)와 분리하는 밀봉 영역을 나타낸다. 상기 제어 밸브 부재(62)는 구멍(63)에서 거의 반경방향으로 연장된 하나 이상의 구멍(89)을 거쳐서 제어 밸브 부재(62)의 외부 덮개에 형성된 환형 슬롯(90)과 연결되는 환형 슬롯(88)을 갖는다. 상기 환형 슬롯(90)으로부터 제어 밸브 부재(62)의 외부 덮개에 형성된, 예를 들어 거의 수직한 슬롯(91)이 저장 탱크 형태로 해제 챔버와 연결되는 환형 챔버(75) 내에 안내된다. 상기 제어 밸브 부재(62)가 이 부재의 폐쇄 위치에 존재하면 압력 챔버(64) 내에서 제어 압력 챔버(48)에서와 동일한 고압이 발생하며, 이때 로드(52)와 구멍(63) 사이에 존재하는 환형 슬롯을 통하여 압력 챔버(64)로부터 연료가 배출된다. 이 배출된 연료 누설량은 환형 슬롯(88), 구멍(89), 환형 슬롯(90) 및 슬롯(91)을 거쳐서 해제 챔버로 진행하고작업 챔버(78)에 도달하지 않는다. 상기 슬롯(91)은 제어 밸브 부재(62)의 외부 덮개 대신에 하우징 부품(56)의 구멍(61)에 형성될 수 있다. 이외에도 환형 슬롯(88, 90)에 의해서 작업 챔버(78, 84)는 제어 밸브(18)의 유압 변환비만큼 충진될 수 있다.
도 4에서는 제 2 실시예에 따른 제어 밸브(18)를 도시하며, 이 제어 밸브에는 제 1 실시예의 구조와 동일하지만 압전식 액츄에이터와 복원 스프링에 의해 발생된 조절력의 작용 방향이 전환된다는 점이 상이하다. 상기 제어 밸브 부재(162)는 로드(52)를 구멍(65)에 안내된 압력 챔버(64)로 돌출시키는 구멍(63)을 갖는다. 상기 구멍(161)의 베이스(71)에는 오목부(73)가 형성되며, 제어 밸브 부재(162)는 돌기(68)를 갖는다. 또한, 구멍(161)은 계단형 구멍으로서 형성되고 중간판(54)쪽으로 큰 직경을 갖는 구역(161b)을 형성하며, 베이스(71)쪽으로 작은 직경을 갖는 구역(161b)을 형성한다. 이와 상응하게, 상기 제어 밸브 부재(162)는 외경이 계단 형태로 형성되며, 구멍(161)의 구역(161a)에 배치되는 큰 직경의 구역(162a)과 구멍(161)의 구역(161b)에 배치되는 작은 직경의 구역(162b)을 갖는다. 제어 밸브 부재(162)에 배치된 돌기에 의해 형성된 환형 숄더(170)와 중간판(54) 사이에는 예비 인장된 복원 스프링(172)이 배치되며, 이 복원 스프링을 통하여 제어 밸브 부재(162)는 구멍(161)의 베이스(71)쪽으로 가압된다. 제어 밸브 부재(162)의 큰 직경 구역(162a)에 의해서, 구멍(161)의 구역(161a)에서 작업 챔버(178)가 제한되며, 이 작업 챔버는 채널(185)을 거쳐서 압전식 액츄에이터(80)의 유압 전환부와 연결된다. 상기 제어 밸브 부재(162)에 의해 구멍(161)의 구역(161a)에서중간판(54)쪽으로 제한되며 복원 스프링(172)이 배치된 챔버(188)는 채널(189)을 거쳐서 해제 챔버, 예를 들어 저장 탱크(12)와 결합한다.
이하에서, 제 2 실시예에 따른 제어 밸브(18)의 기능을 설명한다. 상기 압전식 액츄에이터(80)가 제어 장치(20)에 의해서 작동하지 않을 때, 복원 스프링(172)에 의해서 제어 밸브 부재(162)의 제 2 밀봉면(69)은 제 2 밸브 시트(74)에 대항하여 구멍의 베이스(71)에 압착된 상태로 제 2 폐쇄 위치에 존재한다. 상기 압전식 액츄에이터(80)가 작동하면, 작업 챔버(178) 내에서 압력 증가로 인하여 제어 밸브 부재(162)는 복원 스프링(172)의 예비 인장력에 대항하여 중간판(54)쪽으로 밀쳐진다. 작업 챔버(178) 내에서 충분한 고압이 형성되면, 제어 밸브 부재(162)의 제 1 밀봉면(66)은 제 1 밸브 시트(60)와 접하며 제 2 폐쇄 위치에 유지된다. 압전식 액츄에이터(80)가 작동하지 않을 때 제어 밸브 부재(162)가 존재하는 제 2 폐쇄 위치에서, 제어 밸브 부재(162)에 형성된 구멍(65)의 체적에는 제어 압력 챔버(48)의 높은 압력이 가해진다. 이에 비하여, 압전식 액츄에이터(80)가 작동하지 않을 때 제 1 실시예에 따른 제어 밸브 부재(62)는, 구멍(65)의 체적인 해제 챔버와 연결되는 동안 제어 밸브 부재(62)에 형성된 압력 챔버(64)에만 제어 압력 챔버(48)의 고압이 작용하는 제 1 폐쇄 위치에 존재한다. 제 2 실시예에 따른 제어 밸브(18)에 있어서 제어 압력 챔버(48)의 고압이 작용하는 체적을 이용함으로써, 특히 짧은 예비 분사 시간 동안 제어 밸브(18)의 동적비가 영향을 받을 수 있다.

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 분사구(26)를 제어하고 압력 챔버(34)를 제한하는 압력 숄더(36)를 가지며 축방향으로 움직일 수 있는 분사 밸브 부재(24)를 구비하고, 상기 압력 챔버(36)에는 압력하에 존재하는 연료가 연료 고압원(10; 14)으로부터 공급되며, 이 연료에 의해서 분사 밸브 부재(24)를 폐쇄력에 대항하여 밸브 시트(30)로부터 들어올림으로써 적어도 하나의 분사구(26)를 개방할 수 있고, 상기 분사 밸브 부재(24)의 운동에 영향을 미치며 압전식 액츄에이터(80)에 의해 발생된 조절력을 통하여 복원 스프링에 대항하여 움직일 수 있는 제어 밸브 부재(62; 162)를 갖는 제어 밸브(18)를 구비하고, 상기 고압원(10; 14)과 연결된 제어 압력 챔버(48) 내의 압력을 제어하며, 이 압력은 분사 밸브 부재(24)를 적어도 직접 폐쇄 방향으로 적용하고, 상기 제어 압력 챔버(48)의 제어 밸브 부재(62; 162)를 통하여 해제 챔버(12)와 연결될 수 있으며 제어 밸브 부재(62; 162)의 적어도 하나의 밀봉면(66, 69)은 제어 압력 챔버(48)와 해제 챔버(12)의 연결을 제어할 수 있는 적어도 하나의 밸브 시트(60, 74)와 협동하는, 특히 탱크 연료 분사 시스템의 구성 부품인 내연기관용 연료 분사 밸브에 있어서,
    상기 제어 밸브(18)는 제어 밸브 부재(62; 162)의 운동 방향을 따라서 상호 이격된 두 개의 밸브 시트(60, 74)를 가지며,
    상기 제어 밸브 부재(62; 162)는 밀봉면(66, 69)을 통하여 밸브 시트(60, 74)들 중 하나와 접하고 제어 압력 챔버(48)를 해제 챔버(12)로부터 분리하는 두개의 폐쇄 위치들 사이에서 운동할 수 있고,
    상기 양 폐쇄 위치들 사이에 배치된 제어 밸브 부재(62; 162)에서 제어 압력 챔버(48)는 해제 챔버(12)와 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 양 밸브 시트(60, 74)는 적어도 거의 동일한 큰 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)는 중공 피스톤으로 형성되며, 제 1 밀봉면(66)은 제어 밸브 부재(62; 162)의 내부에, 그리고 제 2 밀봉면(69)은 제어 밸브 부재(62; 162)의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)에는 로드(52)가 돌출되며, 이 로드에는 제어 압력 챔버(48)쪽으로 안내되며 제어 밸브 부재(62; 162)에 구성된 압력 챔버(64)와 연결되는 채널(58)이 형성되고, 상기 압력 챔버와 해제 챔버(12)와의 연결은 제어 밸브 부재(62; 162)에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 내부에 형성된 제 1 밀봉면(66)은 제 1 밸브 시트(60)로서 역할하는 로드(52)의 단부 영역과 협동하며,이로써 제어 밸브 부재(62; 162) 내에 형성된 배출 채널(65)과 압력 챔버(64)의 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62; 162)의 외측에 배치된 제 2 밀봉면(69)은 배출 채널(65)의 통로 영역에 배치되며, 제어 밸브(16)의 하우징 부품(56)에 배치된 제 2 밸브 시트(74)와 협동하고, 이로써 해제 챔버(12)와 배출 채널(65)의 연결을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전식 액츄에이터(80)에 의해 발생된 조절력은 제어 밸브 부재(62)에 의해서 제한된 작업 챔버(78)를 갖는 유압 전환부에 의해서 증폭되며,
    상기 로드(52)와 제어 밸브 부재(62) 사이에는 압력 챔버(64)를 작업 챔버(78)로부터 분리하는 밀봉 영역(63)이 제공되고,
    상기 밀봉 영역(63)은 해제 챔버(12)와의 연결부(88, 89, 90, 91)를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(62)는 복원력에 의해서 로드(52)에 형성된 제 1 밸브 시트(60)쪽으로 가하여지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제어 밸브 부재(162)는 복원력에 의해서 하우징 부품(56)에 형성된 제 2 밸브 시트(74)쪽으로 가하여지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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