KR20020023239A - 유체의 유동을 제어하기 위한 밸브 - Google Patents

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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 유체의 유동을 제어하기 위한 제어 밸브에 관한 것이다. 상기 제어 밸브는 밸브 부재(3)를 작동시키기 위한 액추에이터 유닛(4)을 포함하고, 이 밸브 부재는 유압 챔버(13)에 의해서 서로 분리되는 제 1 피스톤(9)과 제 2 피스톤(11)을 가지며 시스템 압력을 갖는 저압 영역(16)을 고압 영역(17)으로부터 분리하는 밸브 폐쇄 부품(12)을 작동시킨다. 누설을 보상하기 위하여 공동(25)을 가지며 고압 영역(17)에 연결될 수 있는 충전 장치(24)가 사용된다. 상기 공동(25)에는 고압 영역(17)에 연결된 라인(33)이 유동 제한기(26)의 일단부에서 공동(26) 내로 개방되며 유압 챔버(13)에 연결된 시스템 압력 라인(28)이 유동 제한기(26)의 타단부에서 분기되는 형태로 유동 제한기(26)가 배치된다. 상기 유동 제한기(26) 내에 위치한 유동 제한 구멍(27)과 피스톤(9)의 크기를 기하학적으로 결정함으로써 고압 영역에 존재하는 압력에 따라서 시스템 압력이 형성되며, 이때 시스템 압력(p_sys)은 피스톤의 크기에 따라서 감소한다. 이와는 달리, 공동(25) 내에는 유동 제한 구멍(34)을 갖는 제 2 유동 제한기(32)가 제공될 수 있다. 상기 제 2 유동 제한기(32)는 상류쪽에서 공동(25)으로부터 분기된 누설 라인(35)과 연결되며 시스템 압력은 제 2 유동 제한기에 따라서 감소된다.

Description

유체의 유동을 제어하기 위한 밸브{Valve for controlling the flow of fluids}
밸브 내에서 밸브 폐쇄 부재에 의해 저압 영역과 고압 영역으로 분리되는 상술한 바와 같은 유체 제어 밸브는, 예를 들면 공통 레일 분사기(common rail injector)와 같은 연료 분사기에서 사용되거나 여러 가지 형태의 차량 펌프에서 사용되는 것으로 알려져 있다.
EP 0 477 400 A1호에는 상술한 종류의 밸브가 공지되어 있는데, 이 출원서에서 공개하는 밸브는 압전식 액추에이터에 의해서 작동될 수 있으며 행정 방향으로 작용하는 압전식 액추에이터의 경로 변환기(path transformator)를 위한 구조를 갖는다. 여기서, 상기 액추에이터의 구부러짐(deflection)은 유압 변환 부품 및 온도 보상 부품으로서 사용되는 유압 챔버에 의해서 전달된다. 한편, 유압 챔버는 이 유압 챔버와 접하는 두 개의 피스톤들 사이에서 공통 작업 공간(common working space)에 둘러싸이는데, 여기서 상기 두 개의 피스톤들 중 작은 직경을 갖는 한쪽 피스톤은 제어하고자 하는 밸브 폐쇄 부재와 연결되며 큰 직경을 갖는 다른쪽 피스톤은 압전식 액추에이터와 연결된다. 상기 유압 챔버는 큰 직경쪽 피스톤이 압전식 액추에이터에 의해서 소정의 구간을 움직일 때 작은 직경의 작동 피스톤이 피스톤 직경의 변화비 만큼 확대된 행정을 갖는 형태로 양 피스톤들 사이에 고정된다. 또한, 유압 챔버의 작업 공간을 이용하게 되면 밸브 폐쇄 부재의 위치를 변화시키지 않고도, 예를 들어 사용된 재료의 여러 가지 온도 팽창 계수에 기초하여, 혹은 경우에 따라서 세팅 효과(setting effect)에 기초하여 오차를 보상할 수 있다.
이와 같은 밸브의 기능을 보장하기 위해서, 유압 시스템은 저압 영역에서, 특히 유압식 커플링 내에서 시스템 압력을 필요로 한다. 그렇지만, 이 밸브 기능은 차후에 유압 유체를 충분히 충전하지 못한다면 누설로 인하여 저하된다.
시스템 압력 영역은, 예를 들어 공지된 공통 레일 분사기에서 충전되며, 이 시스템 압력은 밸브 내에서 자체적으로 발생할 뿐만 아니라 시스템이 시동할 때 매우 일정하게 유지되는데, 이것은 제어하고자 하는 연료의 고압 영역으로부터 시스템 압력 상태에 있는 저압 영역으로 유압 유체를 안내함으로써 가능하다. 현재로서는 누설 틈새에 의해서 시스템 압력 영역이 충전되고 있는데, 이 누설 틈새는 누설 팁 혹은 충전 팁으로 불린다. 일반적으로 시스템 압력은 밸브에 의해서 조절되며, 이때 시스템 압력은 예를 들어 복수의 공통 레일 밸브들에서도 일정하게 유지될 수 있다.
그렇지만, 고압에 대항하여 밸브 폐쇄 부재를 개방하기 위하여 고압 상태에서 액추에이터에는 큰 힘이 요구되기 때문에, 적어도 일시적으로 고압 영역에 형성된 고압과 무관하게 되는 유압 챔버 내에서 거의 일정한 시스템 압력을 유지하고자할 때, 해당 크기와 비용 집약적인 치수의 액추에이터 유닛을 설정함에 있어서 문제가 발생한다. 또한, 고압 영역에서 고압이 형성될 때 유압 챔버에 형성된 유압 체적은 인접한 피스톤들에 의해 둘러싸인 틈새에 의해서 상응하게 변화하기 때문에, 특히 완전한 재충전이 이루어지지 않은 상태에서 밸브가 짧은 경로를 움직이게 됨으로써 밸브 행정이 더욱 짧아지게 되는 형태로 저압측에서 재충전 시간과 대향 압력이 중단되는 시간이 길어지게 되며, 이것은 경우에 따라서 전체 밸브의 개방 동작에 대하여 불리한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 청구항 제 1 항과 제 2 항에서 상세하게 정의한 바와 같은 종류에 따른 유체 제어 밸브에 관한 것이다.
도 1은 내연기관의 연료 분사 밸브에서 사용되는 본 발명의 제 1 실시예를 개략적이고 부분적으로 도시한 종단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 개략적이고 부분적으로 도시한 종단면도.
도 3은 도 1과 도 2에 도시한 실시예를 보충 설명하기 위하여 도시한 간단한 원리도.
청구항 제 1 항 또는 제 2 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 유체 제어 밸브는 유압 챔버를 재충전시키기 위하여 고압 영역의 압력 레벨에 따른 시스템 압력을 제공할 수 있으며 이로써 유압식 변환기로서의 유압 챔버 기능을 보장할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 밸브는 고압 영역의 고압 레벨에서도 유압 챔버 내의 시스템 압력을 증가시킬 수 있기 때문에 발생된 고압에 대항하여 밸브 폐쇄 부재의 개방을 도울 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 주로 압전 유닛으로 사용되는 액추에이터 유닛은 일정한 시스템 압력을 갖는 밸브를 제어하기 위해 사용되는 낮은 제어 전류로도 충분하다.
또한, 본 발명은 특히 유압 챔버의 저압 영역을 제한적으로 재충전할 수 있다. 이때, 특히 바람직하게는 조립시 침수성 랩(hydorerosive lap)으로 제시되는 유동 제한기(flow restrictor)에서 유동 변화를 실시함으로써 시스템 압력을 매우 정확하게 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 밸브는 전체 엔진 특성에서 필요한 시스템 압력을 안전하게 제공할 뿐만 아니라 상응하는 부품들의 제조 및 조립에서도 저렴하게 유지될 수 있다. 특히, 이로써 밸브를 구조적으로 간단하게 구성할 수 있는데, 이것은 유동 제한기를 통과하는 유동을 조절하는 식으로 유압 챔버 내에서 변화하는 시스템 압력을 용이하게 조절 가능하도록 기하학적 크기를 조절하고 시스템 압력을 저압 영역쪽으로 유출시키는 부품들의 크기를 적절히 설정함으로써 가능하다.
본 발명의 요지에 대한 다른 장점들과 바람직한 형상들은 실시예, 도면 및 청구항으로부터 알 수 있다.
본 발명에 따른 유제 제어 밸브의 몇 가지 실시예들을 도면에 도시하며 이하의 실시예에서 구체적으로 설명한다.
도 1에서 도시하는 실시예에서는 차량의 내연기관용 연료 분사 밸브(1)로서 사용되는 본 발명에 따른 밸브를 도시한다. 본 실시예에서 연료 분사 밸브(1)는 주로 디젤 연료를 분사하기 위한 공통 레일 분사기의 형태로 형성되며, 이때 연료분사는 고압 공급부와 연결된 밸브 제어실(2)의 압력 레벨 이상으로 조절된다. 분사 시작, 분사 지속 시간과 연료 분사 밸브(1) 내의 연료 비율에 대한 분사량을 조정하기 위하여 밸브 부재(3)는 압전식 액추에이터(4)의 형태로 형성된 액추에이터 유닛에 의해 제어되며, 이 액추에이터 유닛은 밸브 부재(3)의 밸브 제어실과 연소실로부터 이격된 쪽에 배치된다. 상기 압전식 액추에이터(4)는 주로 복수의 층들로 구성되고 밸브 부재(3)를 향하는 쪽에서 액추에이터 헤드(5)를 가지며 밸브 부재(3)로부터 이격된 쪽에서 액추에이터 레그(6)를 갖는데, 이 액추에이터 레그는 밸브 몸체(7)의 벽에 지지된다. 액추에이터 헤드(5)에는 지지부(8)를 거쳐서 밸브 부재(3)의 제 1 피스톤이 접하는데, 이 피스톤은 조절 피스톤이라고도 불린다. 상기 밸브 부재(3)는 밸브 몸체(7)의 종방향 구멍(10) 내에서 축방향을 따라 움직일 수 있도록 배치되며 제 1 피스톤(9)뿐만 아니라 추가의 제 2 피스톤(11)에 의해서 포위되는데, 여기서 상기 제 2 피스톤은 밸브 폐쇄 부재(12)를 작동시키기 때문에 작동 피스톤이라고도 불린다.
피스톤(9, 11)들은 유압 챔버(13)의 형태로 형성되며 압전식 액추에이터(4)의 구부러짐을 전달하는 유압 변환부에 의해서 서로 연결된다. 상기 유압 챔버(13)는 이 유압 챔버를 양쪽에서 제한하는 피스톤(9, 11)들 사이에서 시스템 압력(p_sys) 상태로 존재하는 공통 보상 공간과 연결되는데, 이때 상기 제 2 피스톤(11)의 직경(A1)은 제 1 피스톤(9)의 직경(A0)보다 더 작다. 밸브 부재(3), 피스톤(9, 11) 및 압전식 액추에이터(4)는 공통 축 상에 차례대로 배치되며, 여기서 더 큰 직경의 제 1 피스톤(9)이 압전식 액추에이터(4)에 의해서 소정의 경로 만큼이동할 때 제 2 피스톤(11)은 피스톤 직경의 변환 비율 만큼 확대된 행정을 갖게 된다.
유압 챔버(13)의 보상 공간은 구조상의 온도 구배 또는 사용된 재료의 여러 가지 온도 팽창 계수 혹은 경우에 따라서 발생하는 세팅 효과로 인한 오차를 보상하며, 이 경우에 제어하고자 하는 밸브 폐쇄 부재(12)의 위치에 영향을 미치지는 않는다.
상기 밸브 제어실(2)을 향하는 밸브 부재(3)의 일단부에서 구형 밸브 폐쇄 부재(12)가 밸브 몸체(7)에 형성된 밸브 시트(14, 15)들과 협동하며, 이때 밸브 폐쇄 부재(12)는 고압 또는 레일 압력(p_R) 상태의 고압 영역(17)으로부터 시스템 압력(p_sys) 상태의 저압 영역(16)을 분리한다. 상기 밸브 시트(14, 15)들은 밸브 몸체(7)로 둘러싸인 밸브실(18) 내에 형성되며, 이 밸브실로부터 밸브 시트(14) 중 압전식 액추에이터(4)를 향하는 쪽에 누설 유출 채널(19)이 연결된다. 고압쪽에서 상기 밸브실(18)은 제 1 밸브 시트(15)와 유동 제한기(20)를 거쳐서 고압 영역(17)의 밸브 제어실(2)과 연결될 수 있다. 도 1에서는 상기 밸브 제어실(2)을 간략하게 도시한다. 이 밸브 제어실 내에는 상세히 도시하지 않은 것으로서 운동 가능한 밸브 제어 피스톤이 배치된다. 이 밸브 제어 피스톤의 축방향 운동을 통하여 연료 분사 밸브(1)의 분사 거동이 공지된 방식으로 제어되는데, 이때 밸브 제어실(2)은 복수의 연료 분사 밸브를 위한 공통 고압 저장실(공통 레일)과 연결되어 있는 분사관과 연결된다.
상기 종방향 구멍(10)의 압전측 단부에는 추가의 밸브실(21)이 제공되며, 이밸브실은 밸브 몸체(7), 제 1 피스톤(9) 및 이 제 1 피스톤이나 밸브 몸체(7)와 연결된 밀봉 부품(22)에 의해서 제한된다. 주름 상자 형태의 멤브레인으로서 형성된 상기 밀봉 부품(22)은 압전식 액추에이터(4)가 저압 영역(16)에 수용된 연료와 접촉하는 것을 방지한다. 또한, 누설 유체를 유출시키기 위하여 밸브실(21)로부터 누설관(23)이 분기된다.
한편, 연료 분사 밸브(1)가 작동할 때 저압 영역(16)의 누설 손실을 보상하기 위하여 충전 장치(24)가 제공되며, 이 충전 장치는 고압 영역(17)과 연결된다. 상기 충전 장치(24)는 채널 형태의 공동(25)과 함께 구성되며, 이 공동 내에서는 핀 모양의 유동 제한기(26)가 유동 제한 구멍(27)에 압착된다. 상기 공동(25)에서 유동 제한기(26)의 고압측 단부에는 고압 영역(17)에 안내된 라인(33)이 연결되는 반면, 유동 제한기(26)의 반대쪽 단부에는 유압 챔버(13)에 연결된 시스템 압력 라인(28)이 공동(25)으로부터 분기된다.
도면에 도시한 바람직한 방법에 있어서, 시스템 압력 라인(28)은 제 1 피스톤(9)을 둘러싸는 틈새(29)와 연결되며, 이 틈새를 거쳐서 시스템 압력이 밸브실(21)과 누설 라인(23)에 대하여 차단된다. 그러나 또한, 시스템 압력 라인(28)은 도면에서 라인(28')으로서 점선으로 도시한 바와 같이 제 2 피스톤(11)을 둘러싸는 틈새(30)와 선택적으로 또는 추가적으로 연결되는 형태로 제공될 수 있다. 유압 챔버(13)는 이 유압 챔버(13)에서 압력 유지 능력을 개선시키기 위하여 시스템 압력 라인(28)을 제어함으로써 직접 충전될 수 있다.
도 1에 도시한 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)에서는 유동 제한기(26) 내에서 유동 제한 구멍(27)을 기하학적으로 결정함으로써 상기 시스템 압력(p_sys)이 형성되고 제 1 피스톤(9)의 길이와 직경(A0)을 결정함으로써 고압 영역(17)의 현재 압력(p_R)에 따라서 시스템 압력(p_sys)을 저압 영역(16)으로 하강시킬 수 있다.
예를 들어 침수성 랩을 이용하여 유동 제한 구멍(27)의 유동 단면적을 변화시킴으로써, 조립 상태의 커플러 압력 혹은 시스템 압력(p_sys)은 고압 영역(17)의 압력(p_R)에 따라서 변화하도록 조절될 수 있다. 이때, 분사 이후 소정의 재충전 시간이 지난 후에 상기 시스템 압력(p_sys)은 압전 유닛(4)을 제어하지 않아도 자동으로 밸브를 개방시킬 수 있는 최대 허용 정적 시스템 압력 혹은 커플러 압력을 초과하지 않아야 한다. 또한 이와 상응하게 틈새의 크기는 피스톤(9, 11)들에 따라서 결정된다. 이 때문에 제 1 피스톤(9)의 직경(A0)과 제 2 피스톤(11)의 직경(A1)은 유동 제한기(26)와 제 1 피스톤(9)을 기하학적 크기를 결정하기 위한 매개 변수이다. 기하학적 크기를 결정하기 위한 다른 매개 변수로서는 피스톤(9, 11)들의 직경비율 뿐만 아니라 제 1 밸브 시트(14)의 시트 직경(A2)과 스프링(31)의 탄성력(F_F)을 들 수 있으며, 상기 스프링은 본 실시예의 경우에 밸브 폐쇄 부재(12)와 제 2 밸브 시트(15) 사이에 배치되고 밸브 폐쇄 부재(12)는 고압 영역(17)이 해제될 때 폐쇄 위치에서 제 1 밸브 시트(14)에 유지된다.
도 2에서는 기본적으로 도 1에서 설명한 연료 분사 밸브와 동일하게 작동하는 연료 분사 밸브의 다른 실시예를 단면도의 형태로 도시한다. 명확한 설명을 위하여, 도 1과 동일한 기능을 갖는 부품에는 동일한 도면부호를 부여한다.
고압(p_R)이 유동 제한기(26)와 제 1 피스톤(9)의 연속 회로를 거쳐서 저압영역(16)쪽으로 유출되는 도 1에 따른 실시예와 비교하여, 여기서는 피스톤(9)에서의 압력 감소 기능이 추가의 유동 제한기(32)에 의해서 선택적으로 실시된다. 또한 슬리브 형태의 유동 제한 구멍(34)을 갖는 유동 제한기(32)는 제 1 유동 제한기(26)를 수용하는 공동(25)에 삽입되며, 이 제 1 유동 제한기에는 공동(25)으로부터 직접 분기된 누설관(35)이 직렬로 접속된다. 상기 유동 제한기(26, 32)들 사이에서 공동(25) 혹은 시스템 압력관(28) 및 유압 챔버(13)에는 고압 영역(17) 내의 현재 압력(p_R)에 따라서 시스템 압력(p_sys)이 구성된다. 여기서 시스템 압력(p_sys)은 제 2 유동 제한기(32)를 따라서 저압 영역(16)쪽으로 감소한다. 도 2에 도시한 방법에서도 예를 들어 침수성 랩에 의해서 유동 제한 구멍(27, 34)의 크기를 결정함으로써 유압 챔버(13) 내의 시스템 압력을 간편하게 조절할 수 있다. 제 1 유동 제한기(26)가 캐비테이션되면, 시스템 압력(p_sys)과 발생된 누설은 최대값으로 제한된다.
도 3은 도 1과 도 2에 따른 실시예를 설명하기 위한 원리도이며, 이 도면에서 제 1 유동 제한기(26)를 수용하는 공동(25)에는 고형체(37)를 구비한 추가의 공동(36)이 고압측에서 직렬로 접속된다. 바람직한 형상으로서 피스톤 형태를 갖는 상기 고형체(37)는 공동(36) 내에서 축방향으로 움직일 수 있으며 틈새를 갖는 상태로 배치되기 때문에 무엇보다도 이후에 접속되는 제 1 유동 제한기(26)의 유동 제한을 위한 필터로서 역할한다. 특히 제 1 유동 제한기(26)의 직경이 작을 때 제 1 유동 제한기(26)쪽으로 유동하는 고압 유동을 필터링할 수 있는 장점을 가지며, 이것은 오늘날 승용차에서 필수적이다. 이로 인하여, 오염 입자가 유동제한기(26)의 유동 제한 구멍 내에 침입하지 못하게 되고, 앞서 정의한 틈새 크기보다 큰 오염 입자는 피스톤(37)에 의해서 차단된다. 특히 피스톤(37) 주위의 틈새 크기를 크게 설정함으로써 매우 작은 유동 제한 구멍이 가능하다. 따라서, 제 1 유동 제한기(26)와 제 1 피스톤(9) 및 제 2 유동 제한기(32)에 의해서 시스템 압력(p_sys)을 조절하기 위한 분압 기능이 가능하다.
이와 동시에, 필터로서 역할하는 피스톤(37)의 축방향 운동에 의해서, 예를 들어 10㎛ 내지 15㎛에 해당하는 틈새 크기에 오염 입자가 침투하는 것을 방지할 수 있다. 압력 변화 상태에서 적어도 피스톤(37)의 축방향 운동을 보장하기 위하여, 고형체 혹은 피스톤(37)과 유동 제한측 지지부(38) 사이에는 스프링 장치(39)가 제공되며, 이 장치에 의해서 고압 영역(17)에서 고압(p_R)이 형성되지 않으면 피스톤(37)은 고압측 지지부(40)로 밀쳐질 수 있다. 이로 인하여, 상기 피스톤(37)은 피스톤 틈새와 상관없이 개방 상태와 폐쇄 상태로 움직인다. 시스템 압력(p_sys)을 조절하기 위하여, 상기 피스톤(37)은 유동 제한기의 크기 설정과 관련하여 이미 설명한 바와 같은 매개 변수에 따라서 기하학적으로 결정된다.
이하에서, 도 1, 도 2 또는 도 3에 따른 연료 분사 밸브의 작동 방식에 대해서 설명한다.
상기 연료 분사 밸브가 폐쇄된 상태에서, 즉 압전식 액추에이터(4)에 전류가 인가되지 않으면, 밸브 폐쇄 부재(4)는 상응하는 상부 밸브 시트(14)에 유지되고, 특히 탄성력(F_F)을 갖는 스프링(31)에 의해서, 그리고 주로 레일 압력(p_R)에 의해서 제 1 밸브 시트(14)에 밀착된다.
압전식 액추에이터(4) 또는 다른 밸브 부품이 천천히 작동하면서, 예를 들어 온도에 따라 길이 변화를 실시하는 경우에, 조절 피스톤으로서 사용되는 제 1 피스톤(9)은 온도가 상승하면서 유압 챔버(13)의 보상 공간 내로 밀쳐지고 온도가 하강하면 밸브 폐쇄 부재(12)와 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 및 개방 위치에 전체적으로 영향을 미치지 않으면서 복귀한다.
밸브가 개방되고 연료 분사 밸브(1)에 의해서 분사가 실시되면 압전식 액추에이터(4)에 전류가 인가되며, 이로 인하여 액추에이터는 축방향으로 갑자기 팽창된다. 이때, 압전식 액추에이터(4)는 밸브 몸체(7)에 지지되며 유압 챔버(13) 내에는 개방 압력이 형성된다. 먼저 밸브(1)가 시스템 압력(p_sys)에 의해서 유압 챔버(13) 내에서 균형을 유지하게 되면, 제 2 피스톤(11)은 밸브 폐쇄 부재(12)를 상부 밸브 시트(14)로부터 양 밸브 시트(14, 15)들 사이의 중간 위치로 진행시킨다. 높은 레일 압력(p_R)에서는 유압 챔버(13) 내의 압력을 균일하게 하기 위하여 압전측에 큰 힘이 필요하다. 그렇지만, 본 발명에 따른 충전 장치(24)에 있어서, 레일 압력(p_R)이 높아지면 유압 챔버(13) 내의 압력도 상응하게 상승된다. 이러한 방식에 있어서, 압전식 액추에이터(4)에 균일한 인장력이 발생할 때 밸브 폐쇄 부재(12)에 전달되는 압전측 힘은 증가한다. 이와 같은 힘의 증가는 압전식 액추에이터(4)에 인가되어야 하는 전류의 실질적 증가에 해당한다. 얻어진 힘의 보존은 예를 들어 압전식 액추에이터를 축소시키기 위하여 밸브가 움직일 때 사용될 수 있다.
상기 밸브 폐쇄 부재(12)가 레일 압력(p_R)에 대항하여 하부 밸브 시트(15)에 도달한 후에 다시 중간 위치로 복귀하고 다시 한번 연료 분사를 실시하기 위하여, 압전식 액추에이터(4)의 움직임은 일시적으로 중단된다. 밸브 폐쇄 부재(12)의 복귀 운동과 동시에, 유압 챔버(13)는 충전 장치(24)에 의해서 시스템 압력(p_sys)으로 재충전된다.
상술한 실시예는 소위 이중 시트 밸브에서 실시되지만 물론 본 발명은 하나의 밸브 시트를 구비한 단순 연결 밸브에서도 사용될 수 있다.
부득이한 경우가 아니라면, 밸브 폐쇄 부재(12)가 밸브 시트(14, 15)들 사이에서 운동할 수 있도록 배치된 밸브실(18)을 구비한 도시한 바와 같은 바람직한 실시예와 마찬가지로 고압 영역(17)과 연결된 충전 장치(24)의 라인(33)이 연결된다. 다른 실시예에서도 라인(33)은 고압 펌프로부터 예를 들어 고압 영역(17)의 밸브 제어실(2)로 진행하는 고압 유입구 또는 배출용 유동 제한기(20)와 연결될 수 있다.
본 발명은 단지 바람직한 사용 방법의 일례인 공통 레일 분사기에서 사용될 수 있을 뿐만 아니라 보통 연료 분사 밸브에서 또는 예를 들어 펌프와 같은 다른 분야에서 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 유체를 제어하기 위한 밸브로서, 밸브 몸체(7) 내에서 축방향으로 움직일 수 있는 밸브 부재(3)를 작동시키기 위한 압전 유닛 형태의 액추에이터 유닛(4)을 포함하며, 상기 밸브(1)를 개방 및 폐쇄하기 위하여 적어도 하나의 밸브 시트(14, 15)와 협동하고 시스템 압력을 갖는 저압 영역(16)을 고압 영역(17)으로부터 분리하는 밸브 폐쇄 부재(12)가 배치되며, 상기 밸브 부재는 적어도 하나의 제 1 피스톤(9)과 제 2 피스톤(11)을 구비하고 이들 사이에는 유압 변환부의 역할을 수행하는 유압 챔버(13)가 형성되며, 누설 손실을 보상하기 위하여 고압 영역(17)과 연결될 수 있는 충전 장치(24)가 제공된 밸브에 있어서,
    상기 충전 장치(24)는 적어도 하나의 유동 제한기(26)가 배치된 적어도 하나의 채널형 공동(25)을 가지며, 이때 상기 유동 제한기(26)의 일단부는 고압 영역(17)으로 안내된 라인(33)과 연결되고 유동 제한기(26)의 타단부는 유압 챔버(13)에 안내된 시스템 압력 라인(28)으로 분기되는 형태로 공동(25) 내에 배치되며, 상기 시스템 압력(p_sys)은 유동 제한기(26) 내의 유동 제한 구멍(27)과 피스톤(9)의 크기에 따라서 기하학적으로 결정되기 때문에 이 시스템 압력(p_sys)은 저압 영역(16)쪽으로 감소하며 소정의 압력(p_R)에 따라서 고압 영역(17)에서 증가하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 유체를 제어하기 위한 밸브로서, 밸브 몸체(7) 내에서 축방향으로 움직일 수있는 밸브 부재(3)를 작동시키기 위한 압전 유닛 형태의 액추에이터 유닛(4)을 포함하며, 상기 밸브(1)를 개방 및 폐쇄하기 위하여 적어도 하나의 밸브 시트(14, 15)와 협동하고 시스템 압력을 갖는 저압 영역(16)을 고압 영역(17)으로부터 분리하는 밸브 폐쇄 부재(12)가 배치되며, 상기 밸브 부재는 적어도 하나의 제 1 피스톤(9)과 제 2 피스톤(11)을 구비하고 이들 사이에는 유압 변환부의 역할을 수행하는 유압 챔버(13)가 형성되며, 누설 손실을 보상하기 위하여 고압 영역(17)과 연결될 수 있는 충전 장치(24)가 제공된 밸브에 있어서,
    상기 충전 장치(24)는 제 1 유동 제한기(26)가 배치된 적어도 하나의 채널형 공동(25)을 가지며, 이때 상기 제 1 유동 제한기(26)의 일단부는 고압 영역(17)으로 안내된 라인(33)과 연결되고 제 1 유동 제한기(26)의 타단부는 유압 챔버(13)에 안내된 시스템 압력 라인(28)으로 분기되는 형태로 공동(25) 내에 배치되며, 상기 제 1 유동 제한기(26) 내의 유동 제한 구멍(27)과 상기 공동(25)으로부터 분기된 누설 라인(35)에 직렬 접속된 제 2 유동 제한기(32)의 유동 제한 구멍(34)을 기하학적으로 결정함으로써 시스템 압력(p_sys)은 소정의 압력(p_R)에 따라서 고압 영역(17)에서 증가하고 제 2 유동 제한기(32)에 따라서 저압 영역(16)쪽으로 감소하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 제한기(26, 32)를 수용하는 공동(25)에는 고압측에서 적어도 하나의 공동(36)이 이 공동에 배치된 고형체(37)와 직렬 접속되며, 상기 고형체(37)의 내부에는 특히 유동 제한기(26)를여과하기 위한 필터로서 사용되는 틈새가 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고형체(37)는 축방향으로 운동 가능하게 배치되며, 피스톤 형태로 구성된 고형체(37)와 유동 제한측 지지부(38) 사이에는 스프링 장치(39)가 제공되고, 이 스프링 장치에 의해서 고압 영역(17)의 압력(p_R)이 감소하면 고형체(37)는 고압측 지지부(40)로 밀쳐질 수 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 압력(p_sys)을 저압 영역(16)쪽으로 감소시키기 위한 적어도 하나의 유동 제한기(26, 32) 및/또는 피스톤(9)의 기하학적 결정은 시트 직경(A2)뿐만 아니라 제 2 피스톤(11)의 직경(A1)에 대한 제 1 피스톤(9)의 직경(A0) 비율과 같은 적어도 하나의 매개 변수에 따라서 선택되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 폐쇄 부재(12)와 고압 영역(17)을 향한 제 2 밸브 시트(15) 사이에 배치되며 고압 영역(17)이 해제될 때 밸브 폐쇄 부재(12)를 제 1 밸브 시트(14)의 폐쇄 위치에 유지하는 스프링(31)의 탄성력(F_F)은 시스템 압력(p_sys)을 저압 영역(16)쪽으로 감소시키기 위하여 적어도 하나의 유동 제한기(26, 32) 및/또는 피스톤(9) 및/또는 유동 제한기(26)와 직렬 접속된 고형체(37)의 기하학적 결정에 사용되는 매개 변수인 것을 특징으로 하는 밸브.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기하학적 결정은 유압 챔버(13) 내의 시스템 압력(p_sys)이 최대 허용 시스템 압력보다 항상 낮게 유지되는 형태로 이루어지며, 상기 유압 챔버(13)의 최대 허용 시스템 압력은 액추에이터 유닛(4)이 작동하지 않아도 밸브가 자동적으로 개방될 수 있는 압력에 해당하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 제한기(26, 32)는 슬리브 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압 챔버(13)에 안내된 시스템 압력 라인(28)은 이 시스템 압력 라인 내에서 유압 챔버(13)와 접하며 제 1 피스톤(9)을 둘러싸는 틈새(29) 및/또는 제 2 피스톤(11)을 둘러싸는 틈새(30), 주로 제 1 피스톤(9)으로 둘러싸이는 틈새(29)를 안내하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 영역(17)에 안내된 라인(33)은 고압 펌프로부터 고압 영역(17)의 밸브 제어실(2)로 진행하는 고압 유입구 또는 적어도 하나의 밸브 시트(15)와 고압 영역(17)의 밸브 제어실(2) 사이에 배치된 유동 제한기(20) 또는 밸브 폐쇄 부재(12)가 제 1 밸브 시트(14)와 제 2밸브 시트(15) 사이에서 움직일 수 있도록 배치된 밸브실(18)과 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관용 연료 분사 밸브, 특히 공통 레일 분사기(1)의 구성 부품으로 사용되는 것을 특징으로 하는 밸브.
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