KR20040027899A - 연료분사밸브 - Google Patents

Abstract

연료분사밸브, 특히 압전식 또는 자기변형 액추에이터(2)를 포함하는 내연기관의 연료분사장치용 분사밸브는 압력 챔버(32)와 연결된 마스터 피스톤(14) 및 종속 피스톤(16)을 포함하는 커플러(19)를 갖는다. 압력 챔버(32)는 유압액으로 채워지고, 커플러 스프링은 마스터 피스톤(14) 및 종속 피스톤(16)을 서로 멀어지도록 가압한다. 압력 챔버(32)는 액추에이터 챔버(3,5)와 역류 밸브(24)에 의해 연결되어 있고, 상기 밸브의 차단 방향은 압력 챔버(32)를 향한다. 액추에이터 챔버(3,5)는 연료 챔버(30)에 대해 가동 박막(29)에 의해 밀봉된다.

Description

연료분사밸브 {Fuel injection valve}

EP 0 477 400 A1 호에 압전 액추에이터용 유압식 커플러가 공지되어 있고, 상기 공지문에서 액추에이터는 마스터 피스톤으로 행정력을 전달한다. 마스터 피스톤은 종속 피스톤용 가이드 실린더와 넌포지티브하게 연결된다. 종속 피스톤, 가이드 실린더 및 상기 가이드 실린더를 종료시키는 마스터 피스톤이 유압 챔버를 형성한다. 유압 챔버에는 스프링이 배치되고, 상기 스프링은 마스터 피스톤 및 종속 피스톤을 서로 멀어지도록 가압한다. 가이드 실린더의 단부 섹션 및 종속 피스톤 주변에 고무 슬리브가 배치되고, 상기 슬리브에 의해 점성의 유압액을 위한 저장 챔버가 연료 챔버에 대해 밀봉된다. 유압액의 점도는 종속 피스톤과 가이드 실린더 사이의 링형 갭에 따라 적응된다.

종속 피스톤은 행정 운동을 기계적으로 예컨대 밸브 니들로 전달한다. 액추에이터가 마스터 피스톤 및 가이드 실린더로 행정 운동을 전달하면, 상기 행정 운동은 유압챔버 내부 유압액의 압력에 의해 종속 피스톤으로 전달된다. 왜냐하면 유압 실린더 내의 유압액은 함께 압축될 수 없고 유압액의 소량만이 환형 갭을 통해 행정의 짧은 주기 동안 고무 슬리브에 의해 형성된 저장 챔버로 누출될 수 있기 때문이다. 휴지기에 액추에이터가 마스터 피스톤에 어떠한 압력도 가하지 않으면, 종속 피스톤의 스프링에 의해 가이드 실린더로부터 밀리고, 발생하는 저압에 의해 링형 갭을 지나 유압액이 유압 챔버 내로 침투하고 상기 챔버를 다시 충전한다. 그럼으로써 커플러는 수직 팽창 및 압력에 따른 연료분사밸브의 팽창을 자동으로 조절한다.

선행 기술에서는 통상적으로 두 개의 인장링에 의해 가이드 실린더의 단부 섹션 및 종속 피스톤에 대해 가압되는 고무 슬리브에 의한 밀봉이 영구적으로 불완전하다는 것이 단점이다. 고점성의 유압액 및 연료가 혼합될 수 있고, 커플러가 소실될 수 있다. 연료, 예컨대 벤진이 커플러의 내부에 유입되면, 기능손실이 야기될 수 있다. 왜냐하면 벤진의 약한 점성에 의해 상기 용액이 빠르게 링형 갭을 통해 침투될 수 있고, 행정 주기 동안 압력 챔버에는 압력이 형성되지 않을 수 있다.

공지된 선행 기술은 압전 액추에이터가 어떻게 연료, 특히 벤진과의 접촉으로부터 보호될 수 있는지에 대한 해결책을 제시하지 않는다.

독일 특허 공개 제 43 06 073 C1 호에는 면적이 넓은 압력 피스톤과 연결된 압전 액추에이터를 갖는 연료분사밸브가 공지되어 있다. 상기 압력 피스톤은 연료분사밸브에 대해 지지하는 판스프링에 의해 압전 액추에이터에 대해 브레이싱된다. 압력 피스톤은 밸브 바디의 홀로 안내되고 중앙 홀을 가지며, 상기 홀 내부에 밸브 니들과 연결된 종속 피스톤이 안내된다. 압력 피스톤의 홀 내부에, 홀 베이스와 종속 피스톤의 사이에 스프링이 위치하고, 상기 스프링은 종속 피스톤을 밸브 시이트 위를 향해 브레이싱하고 홀에서 부터 빠져나온다. 연료분사밸브는 내부로 개방하는 밸브 니들을 포함한다. 연료분사밸브 바디와 압력 피스톤 및 종속 피스톤의 맞은 편 사이에 압력 챔버가 위치한다. 종속 피스톤과 압력 피스톤 사이의 환형 갭, 압력 피스톤 내의 홀 및 연결홀에 의해 압력 챔버는 액추에이터 챔버와 연결되어 있다. 따라서 액추에이터 챔버는 유압액을 위한 저장 챔버로 이용된다. 압전 액추에이터가 전압의 인가에 의해 작동되면, 압력 피스톤은 밸브 시이트 위를 향해 이동되고 종속 피스톤의 압력 챔버 내의 유압액의 압력 상승에 의해 압력 피스톤 내의 홀 내부로 상기 압력 피스톤의 이동방향과 반대로 가압되어 밸브 니들은 밸브 시이트로부터 들어 올려진다.

공지된 상기 선행 기술에서 외부로 개방하는 연료분사밸브를 위한 해결책은 불가능한 것이 단점이다. 또한 복귀 후 휴지 상태에서 압력 챔버의 신속한 재충전을 위한 장치가 제공되지 않는 것이 단점이다. 또한 연료분사밸브 내부에서 정확한 홀에 안내된 압력 피스톤이 다시 종속 피스톤을 위해 정확하게 제조되는 홀을 구비해야 하기 때문에 결과적으로 구조는 다수의 부품으로 이루어져 복잡하다.

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료분사밸브에 관한 것이다.

도 1은 액추에이터와 커플러 영역 내부의 본 발명에 따른 연료분사밸브의 실시예에 의한 개략도.

독립 청구항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 연료분사밸브는 그에 비하여 가동 박막이 연료 챔버에 대한 액추에이터 챔버의 안전한 밀봉이 달성될 수 있는 장점을 갖는다. 또한 체크 밸브에 의해 압전 액추에이터가 사익 액추에이터의 스타트 위치로 복귀 후 및 종속 피스톤이 상기 종속 피스톤의 스타트 위치로 복귀 후 압력 챔버의 신속한 재충전 및 그에 따라 발생하는 압력 챔버의 부피 팽창이 일어나는 것이 바람직하다. 발생하는 저압에 의해 체크 밸브가 개방되고 유압액이 신속하게 압력 챔버로 흐른다. 예컨대 용접 시임에 의해 종속 피스톤에는 물론 연료분사밸브 바디에 고정될 수 있는 얇은 금속 박막을 취하는 경우, 가동 박막은 바람직하게 영구적으로 밀봉될 수 있다. 따라서 밀봉라인 자체는 가동 밀봉라인이 아니며, 수명 기간 동안에는 영구적으로 밀봉가능하다. 필요한 이동은 박막의 탄성으로부터 이루어진다. 따라서 액추에이터 챔버 및 연료 챔버 내부에는 동일한 압력이 지배하고 박막은 변형력에 의해 상기 박막 스스로 발생하는 압력차로부터 어떠한 힘도 수용할 필요가 없는 위치로 이동되기 때문에 상기 박막이 종속 피스톤의 운동에 방해가 되지 않는 점이 특히 장점이다. 압전 액추에이터는 연료와 접촉하는 것으로부터 확실하게 보호되고, 고점성의 유압액에 의해 마찬가지로 냉각될 수 있으며, 연료분사밸브의 하우징과 접촉마찰에 의한 마모에 대해 보호될 수 있다.

종속 청구항에 제시된 특징에 의해 독립 청구항에 제시된 연료분사밸브의 바람직한 개선이 가능하다.

바람직하게 종속 피스톤은 마스터 피스톤과 마찬가지로 박판을 디프 드로잉 가공한 부품으로 형성될 수 있다.

고점성의 적절한 유압액을 사용함으로써 상기 유압액의 점도는 가이드 실린더와 마스터 피스톤 또는 종속 피스톤 사이의 링형 갭에 따라 조정될 수 있고, 따라서 박판을 저렴하게 제조되는 디프 드로잉 가공한 부품의 사용이 가능해지고, 상기 부품은 매우 적은 공차도 허용하지 않는다.

바람직한 실시예에서 마스터 피스톤 또는 종속 피스톤과 연료분사밸브의 조립 위치에 있는 가이드 실린더 사이의 링형 갭의 적어도 하나의 부품 섹션은 상황에 따라 발생 가능한 기포의 상승 방향으로 압력 챔버의 가장 높은 위치에 배치된다.

본 발명에 따른 커플러의 압력 챔버를 연료분사밸브의 제조시 완전히 기포가 없이 유지하는 것이 조립에 따라 불가능하기 때문에 압력 챔버 내부의 기포를 신속하게 누출할 수 있는 것이 중요하다. 유압액은 작동하는 동안 체크 밸브에 의해 단지 짧은 행정주기 동안에 링형 갭을 지나 압력 챔버로부터 나온다. 상기 링형 갭의 적어도 하나의 부품 섹션이 조립 위치의 가장 높은 위치에 배치되면, 연료분사밸브의 작동 시간에 걸쳐 압력 챔버가 모든 기포로부터 완전하게 제거된다. 액추에이터 및 커플러 상부의 액추에이터 챔버를 정상적인 조립 위치에 배치함으로써 체크 밸브에 의해 행정 후 흐르는 유압액에도 기포가 없다. 압력 챔버 내부의 기포의 의도하지 않은 압축에 의해 밸브 니들의 행정이 감소될 수 없다. 남아있는 기포는 곧 액추에이터 챔버의 상부 영역에 모아지고 액추에이터 챔버와 연료 챔버 내부를 동시에 지배하는 압력에 일치하도록 압축된다. 따라서 연료분사밸브를 제조하는 동안 충전시 발생하는 방지할 수 없는 기포는 기능 결함과 장애를 야기할 수 없다.

바람직한 실시예에서 종속 피스톤은 가이드 실린더와 밀봉 방식으로 넌포지티브하게 연결된다.

예컨대 가이드 실린더가 디프 드로잉 가공 부품 또는 튜브 섹션으로 구성되고, 상기 튜브 섹션은 종속 피스톤과 용접시임에 의해 밀봉 방식으로 연결됨으로써 간단한 부품소자를 이룬다. 마스터 피스톤은 상기 컵 형태의 부품소자 내부로 가이드 된다.

대안적으로 마스터 피스톤 및 종속 피스톤이 서로 다른 직경을 갖고 따라서 작용 면적을 갖는 것이 가능하다.

그럼으로써 경로 변환이 야기될 수 있고 압전 액추에이터의 작은 행정이 보다 큰 조정 경로로 변환될 수 있다.

바람직한 실시예에서 체크 밸브는 볼체크 밸브이고, 상기 밸브의 밸브 시이트는 마스터 피스톤에 형성된다.

볼체크 밸브는 저렴하게 제조될 수 있고 부품 크기가 작은 경우 압력 챔버 내부에 배치될 수 있다.

바람직한 실시예에서 유압액으로 실리콘 오일이 사용된다.

액추에이터 스프링은 나선 스피링으로 형성될 수 있고 유압식 커플러를 포함한다.

따라서 필수 예응력은 공간을 절약하는 구조에서 액추에이터에 작용할 수 있다.

바람직하게 박막은 방사방향 단면에 웨이브를 형성하는 윤곽선을 갖는다.

그럼으로써 박막을 방사방향 영역에 배치하는 경우 연료분사밸브의 대칭축선에 대해 박막의 높은 축방향 변형성이 야기된다. 액추에이터 챔버와 연료 챔버 사이의 압력차가 발생할 경우 박막은 축방향으로 상기 박막의 방사방향 단면을 따라균일한 압력이 지배할 때까지 변형된다. 또한 그럼으로써 상기 박막은 종속 피스톤의 운동에 매칭되고, 상기 피스톤과 박막은 밀봉방식으로 넌포지티브하게 연결된다.

본 발명의 실시예는 도면에 간단히 도시되고 하기의 상세한 설명에서 상세히 설명된다.

도 1은 연료분사밸브(1)의 단면도를 개략적으로 도시하고, 압전 액추에이터 또는 자기변형 액추에이터(2) 및 연결홀(4)에 의해 하부 액추에이터 챔버(4)와 연결된 액추에이터 챔버(3)의 영역이 도시된다. 액추에이터(2)는 액추에이터 챔버 하우징(6)에 배치되고, 상기 하우징은 폐쇄 플레이트(7)에 의해 제한된다. 전기 단자(9)는 폐쇄 플레이트 내부의 홀(8)을 관통하고 O 링(10)에 의해 밀봉된다. 상기 전기 단자(9)에 의해 액추에이터(1)는 전압이 제어된다. 액추에이터 스프링(11)은 삽입 디스크(12)에 지지되고 액추에이터 헤드(13)를 액추에이터(2)에 대해 가압하므로, 상기 액추에이터는 폐쇄 플레이트(7)에 접한다. 액추에이터 헤드(13)에 마스터 피스톤(4)이 접하고, 상기 피스톤은 가이드 실린더(15)에 안내된다. 가이드 실린더(15)는 종속 피스톤(16)과 용접시임(17)에 의해 밀봉방식으로 넌포지티브하게 연결된다. 커플러 스프링(18)은 마스터 피스톤(14)에 예응력을 가하고, 상기 예응력은 마스터 피스톤(14)을 가이드 실린더(15)로부터 제거하려고 한다. 마스터 피스톤(14), 가이드 실린터(15), 종속 피스톤(16) 및 커플러 스프링(18)은 커플러(19)를 형성한다. 커플러(19)의 내부에는 체크볼(20)이 배치되고, 상기 볼은 체크 스프링(21) 및 가이드 슬리브(22)에 의해 밸브 밀봉 시이트(23)에 대해 마스터 피스톤(14) 내부로 가압된다. 체크볼(20), 체크 스프링(21) 및 밀봉 시이트(23)는 체크 밸브(24)를 형성한다. 공급홀(25)에 의해 유압액이 상부 액추 에이터 챔버(3)로부터 체크 밸브(24)의 밸브 밀봉 시이트(23)에 이를 수 있다. 커플러(19)는 가이드 실린더(15)에 의해 삽입 디스크(12)의 홀(26)로 안내된다. 외부 용접시임(27)에 의해 박막(29)은 삽입 디스크(12)와 밀봉방식으로 연결되고 내부 용접시임(28)에 의해 상기 박막(29)은 종속 피스톤(16)과 밀봉방식으로 연결된다.

박막(29)은 연료 챔버(30)를 하부 액추에이터 챔버(5)로 부터 분리한다. 하부 액추 에이터 챔버(5)는 연결홀(4)에 의해 상부 액추에이터 챔버(3)와 연결되기 때문에 상부 액추에이터 챔버(3), 하부 액추에이터 챔버(5) 및 연료 챔버(30) 내부에는 동일한 압력이 지배하고, 박막(29)은 압력이 균등해 질때 까지 변형된다. 박막(29)은 종속 피스톤(16)의 운동을 따르고, 방사방향 외부로 배치된 박막의 다른 부품은 이때 반대로 진행하는 운동을 하므로, 하부 액추에이터 챔버(5)와 연료 챔버(30) 사이의 압력 균등이 종속 피스톤(16)의 행정 운동을 하는 동안에도 유지된다. 종속 피스톤(16)의 행정 운동은 박막(29)에 의해 불필요하게 방지되거나 또는 영향을 받지 않는다. 종속 피스톤(16)은 상황에 따른 행정 운동을 밸브 니들(31)에전달한다.

액추에이터(2)에 전기 공급라인(9)에 의해 전압이 인가되면, 액추에이터(2)는 액추에이터 헤드(13)에 행정 운동을 가하고, 상기 행정 운동은 계속해서 커플러(19)의 마스터 피스톤(14)에 전달된다. 마스터 피스톤(14)은 가이드 실린더(15)의 내부로 가압되고, 상기 실린더는 종속 피스톤(16)과 함께 일체형 디프 드로잉 가공 부품으로 형성된다. 종속 피스톤(16), 가이드 실린더(15) 및 마스터 피스톤(14)에 의해 형성된 압력 챔버(32) 내부의 유압액은 고점성의 액체, 예컨대 실리콘 오일로서 거의 비압축성이다. 따라서 압력 챔버(32) 내부의 신속한 압력 상승이 이루어지고, 상기 압력 상승에 의해 체크볼(20)이 밀봉 시이트(23) 내부로 프레스 핏 되고 가이드 실린더(15)는 종속 피스톤(16)과 함께 삽입 디스크(12)의 홀(26) 내부로 밸브 니들(31)을 향해 이동하고, 상기 밸브 니들(31) 위에 행정력이 작용한다. 마스터 피스톤(14)과 가이드 실린더(15) 사이에 불가피하게 존재하는 링형 갭은 실리콘 오일의 고점도 때문에 상부 압력 챔버(3) 내부의 소량의 실리콘 오일만을 제거할 수 있다. 그로 인해 연료분사밸브(1)의 밸브 니들(31)이 개방한다. 액추에이터(2)에 전압 강하 후 액추에이터(2)는 액추에이터 스프링(11)에 의해 액추에이터 헤드(13)를 지나 다시 스타트 위치로 가압된다. 커플러 스프링(18)에 의해 가이드 실린더(15) 및 종속 피스톤(16)이 밸브 니들(13)에 부딪힐 때까지 가압되고, 마스터 피스톤(14)은 액추에이터 헤드(13)에 부딪힐 때까지 가압된다. 마스터 피스톤(14)과 가이드 실린더(15) 사이의 링형 갭에 의해 유압액이 충분히 빠르게 압력 챔버로 유입될 수 없기 때문에 커플러 스프링(18)의 인장력에 의해 압력챔버(32) 내부에 저압이 발생하고 체크볼(18)이 밀봉 시이트(23)로 부터 들어올려진다. 액추에이터 챔버(3)로 부터 공급홀(25) 및 밀봉 시이트(23)에 의해 실리콘 오일은 더 이상 저압이 지배하지 않고 체크 스프링(21)이 체크볼(20)을 재차 밀봉 시이트(23)로 가압할 때까지 압력 챔버(32)로 계속 유출될 수 있다. 커플러(19)는 따라서 밸브 니들(31)과 액추에이터 헤드(13)의 휴지 위치에서 자발적으로 수직 변형에 매칭된다.

바람직하게 커플러 및 액추에이터 챔버(3) 내부에 사용를 위한 실리콘 오일의 특성이 최적화될 수 있다. 따라서 적절한 점도 조절에 의해 가이드 실린더(15) 및 종속 피스톤(16)의 마스터 피스톤(14) 부품이 저렴하게 제조되는 비교적 큰 간극 치수를 요하는 디프 드로잉 가공 박판으로 구현되는 것이 달성될 수 있다. 상술한 본 발명에 따른 연료분사밸브(1)의 실시예는 액추에이터(2)를 연료 챔버(30)에 대해 안전하게 밀봉하는 것을 가능하게 한다. 왜냐하면 밀봉 박막(29)은 어떠한 압력을 수용해서는 안되기 때문이다. 마찬가지로 도시된 연료분사밸브의 조립 상태에서 마스터 피스톤(14)을 마스터 피스톤(14)과 가이드 실린더(15) 사이의 불특정 링형 갭이 압력 챔버(32) 내부에 발생 가능한 기포의 상승 방향으로 적어도 일부에 상측으로 위치하도록 배치함으로써 압력 챔버(32)의 장시간 작동시 기포 발생이 없고 연료분사밸브(1)가 완벽하게 기능하는 것이 달성된다. 기포는 압력 챔버(32)의 내부에서 상부로 모아지고 액추에이터(2)의 행정시 먼저 기포가 링형 갭을 통해 밖으로 나간다. 상부 액추에이터 챔버(3)에 폐쇄 플레이트(7) 근처의 기포들이 모아지고, 상기 위치에서 기포들은 연료분사밸브(1)의 기능이 손상되지 않는다. 따라서밀봉 시이트(23)를 통해 흐르는 유압액은 기포가 없다. 잠시 후 압력 챔버(32) 내부에는 어떠한 기포도 존재하지 않는다.

또한 실리콘 오일이 액추에이터(2)는 물론 모든 가동 부품 상에 댐핑 작용을 한다. 최근의 내연기관에 필요한 연료분사밸브(1)의 높은 작동률 때문에 진동이 발생하고, 상기 진동은 효과적으로 댐핑되는 것이 바람직하다.

Claims (12)

1. 압전 또는 자기 변형 액추에이터(2)를 포함하는 연료분사밸브(1), 특히 내연기관의 연료분사밸브 장치용 분사밸브로서, 상기 약추에이터는 유압식 커플러(19)에 의해 밸브 니들(31)에 형성된 밸브 폐쇄 바디를 작동시키고, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시이트면과 상호작용하여 밸브 밀봉 시이트를 형성하며, 상기 커플러(19)는 압력 챔버(32)와 연결된 마스터 피스톤(14) 및 종속 피스톤(16)을 구비하고, 상기 압력 챔버(32)는 유압액으로 충전되고, 커플러 스프링(18)은 마스터 피스톤(14) 및 종속 피스톤(16)을 서로 멀어지도록 가압하는 연료분사밸브에 있어서,

   상기 압력 챔버(32)는 체크 밸브(24)를 통해 액추에이터 챔버(3,5)와 연결되고, 상기 밸브의 차단 방향은 압력 챔버(32)를 향하고, 상기 액추에이터 챔버(3,5)는 가동하는 박막(29)에 의해 연료 챔버(30)에 대해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
2. 제 1항에 있어서, 상기 종속 피스톤(16)은 박판을 디프 드로잉 가공한 부품인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 마스터 피스톤(14)은 박판을 디프 드로잉 가공한 부품인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 마스터 피스톤(14) 또는 종속 피스톤(16)과 및 가이드 실린더(15) 사이의 링형 갭의 적어도 일부는 연료분사밸브(1)의 조립 상태에서 발생 가능한 기포의 상승 방향으로 압력 챔버(32)의 가장 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
5. 제 4항에 있어서, 상기 종속 피스톤(16)은 가이드 실린더(15)와 밀봉방식으로 넌포지티브하게 연결되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스터 피스톤(14) 및 종속 피스톤(16)은 서로 다른 작용 면을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체크 밸브(24)는 볼체크 밸브(24)인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
8. 제 7항에 있어서, 상기 볼체크 밸브(24)의 밸브 시이트(23)는 마스터 피스톤(14)에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압액은 실리콘 오일인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압식 커플러(19) 주변에 액추에이터 스프링(11)이 배치되고, 상기 스프링은 액추에이터(2) 위로 예응력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
11. 제 10항에 있어서, 상기 액추에이터 스프링(11)은 나선 스프링(11)인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막(29)은 방사방향 단면도로 볼 때 웨이브 형상의 윤곽을 가지는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.