KR20040091753A - 연료 분사 밸브 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료가 액추에이터 챔버(11)내로 침투되는 것이 방지되도록 밸브 폐쇄 바디(17)의 분사측 단부를 중심으로 안내되는 박막(10)을 포함하는, 연료 분사 밸브(1), 특히 내연 기관의 연료 분사 장치용 분사 밸브에 관한 것이다.
Description
(물론 연료 분사 밸브로서가 아닌) 박막 밸브가 예컨대 EP 0 701 078 B1에 공지되어 있다. 상기 명세서에 공지된 밸브에서의 단점으로서, 특히 박막의 복잡한 고정법으로 인해 상기 밸브의 제조 비용이 높아진다. 따라서 박막은 외부 둘레를 따라서 또한 내부 홀의 곡선을 따라서 밸브 바디 또는 폐쇄 바디 로드에 고정되어야 한다. 추가 고정 위치는 조립시 또한 작동시 가능한 에러 소오스의 수를 증가시킨다.
본 발명은 연료 배출을 제어하기 위해, 폐쇄 바디에 의해 밀봉되거나 또는 개방될 수 있는 폐쇄 가능한 챔버를 포함하고, 유연한 박막이 연료를 챔버로부터 밸브의 나머지 부분으로 유입되는 것을 방지하는 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 설계된 연료 분사 밸브의 실시예의 개략적인 단면도이다.
독립항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는, 매우 저렴하고 구현시 신뢰할만하게 제조될 수 있는 장점을 가진다. 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 박막은 밸브 폐쇄 바디 로드 또는 밸브 폐쇄 바디가 관통하는 홀을 가지지 않기 때문에, 박막은 내부 홀의 둘레의 곡선을 따라 복잡하게 유압 밀봉 방식으로 고정될 필요가 없다. 이로 인해 박막의 밀봉력의 신뢰성이 더 높아지고 제조시 조립 비용이 현저히 감소된다.
니들 밸브에 비해 큰 개방 횡단면의 장점이 발생된다.
종속항에서 구현된 조치에 의해 독립항에 제시된 연료 분사 밸브의 바람직한 개선예가 가능하다.
바람직하게 박막은 적어도 부분적으로 금속으로 이루어지는데, 그 이유는 금속의 사용에 의해 우수한 열적 고정성이 형성될 수 있기 때문이다. 박막의 반대편에 있는 밸브 폐쇄 바디의 부분이 고정 바디의 구형 홈 내로 삽입됨으로써(이로 인해 밸브 폐쇄 바디가 이동하여 작동 바디에서 밸브 시이트 바디에 대해 지지됨), 경우에 따라 발생하는 예컨대 중공 실린더형 밸브 폐쇄 바디의 이상적으로 직각으로 배치된 평탄한 지지면에 대한 작동 바디 또는 액추에이터의 각 편차가 보상될 수 있다. 따라서 밸브 폐쇄 바디는 확실히 밀봉된다. 박막의 탄성 특성은 연료 분사 밸브가 폐쇄된 상태에서 밸브 시이트 바디와 밸브 폐쇄 바디 사이에 직접 놓이고, 추가로 밸브 폐쇄 바디를 확실히 폐쇄하는데 도움이 된다.
또한 가이드 바디에 의해 연료 분사 밸브의 분사측 단부에는 각에러를 최소화하기 위한 작동 바디가 안내되고 이로 인해 박막이 그의 단부에서 즉 그의 둘레를 따라 유압 밀봉방식으로 고정되는 것이 바람직하다. 또한 박막, 가이드 바디, 액추에이터 하우징, 분사측에서 먼 가이드 바디, 보상 부시 및 밀봉부에 의한 액추에이터 챔버의 제한에 의해 이로 인해 형성된 액추에이터 챔버가 비전도성 유체로 채워질 수 있다. 이것은 바람직한데, 그 이유는 이로 인해 작동시 특히 압력차로 인해 밀봉부 및 박막에 발생하는 강한 부하가 방지되거나 적어도 감소되기 때문이다. 밸브 폐쇄 바디의 여러 가지 가능한 구조적 형태에 의해 특히 밸브 폐쇄 바디와 접촉할 경우 박막의 부하가 변할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 추가 바람직한 개선예로서 보상기의 장착을 들 수 있다. 보상기는 열적 영향으로 인한 액추에이터의 길이 변동을 보상한다. 액추에이터 챔버 내의 연료 유입을 방지하기 위해, 여기서도 액추에이터 챔버 내로 연료가 누설되는 것을 확실하게 방지하는 밀봉부가 제공된다. 밀봉부의 구조적 형태는 바람직하게 파형관 형태이다. 따라서 가이드 바디에 관련된 보상 부시의 운동의 밀봉은 큰 부하를 받지 않고 쉽게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 스로틀 채널에 의해 작동시 작동 챔버와 보상 챔버 사이의 압력차가 발생되고, 상기 압력차는 연료 분사 밸브의 개폐를 지지한다.
본 발명의 실시예는 도면에서 간단하게 도시되고 하기의 설명부에서 더 자세히 설명된다.
하기에서 본 발명의 실시예가 예시적으로 기술된다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 실시예는 혼합기 압축식 외부 점화 내연 기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브(1)의 형태로 구현된다. 연료 분사 밸브(1)는 특히 연료를 도시되지 않은 내연 기관의 연소실로 직접 분사하는데 적합하다.
연료 분사 밸브(1)는 도시되지 않은 전기 연결부를 통해 여기되는 압전 액추에이터(3)로 이루어진다. 압전 액추에이터(3)는 소위 압전 스택보다 더 많은 층으로 구성될 수 있다. 액추에이터(3)는 액추에이터 하우징(1) 내에 제공된다. 액추에이터(3)의 분사측 단부에 작동 바디(4)가 제공되고, 상기 작동 바디는 상기 실시예에서 작동 바디(4)에 장착되어 제 1 가이드 바디(6)에 지지되는 스프링(22)의 힘작용을 통해 액추에이터(3)에 고정적으로 접한다. 액추에이터(3)와 작동 바디(4) 사이에서 분사 방향에 대해 직각 방향으로 이동하는 것은 예컨대 작동 바디(4)가 도시되지 않은 액추에이터(3) 내 홈으로 삽입됨으로써 방지된다. 액추에이터 챔버(11)와 작동 챔버(21) 사이에서 액추에이터 하우징(24)의 내부 측에 장착되는 제 1 가이드 바디(6)는 작동축(20)을 따라 작동 바디를 안내한다. 가이드 바디(6)는 적합한 결합 방법, 특히 용접 또는 납땜에 의해 액추에이터 하우징(24)에 장착된다.
작동 바디(4)의 분사측 단부에 구형 홈(23)이 제공되고, 본 실시예에서 반구형 밸브 폐쇄 바디(17)의 분사측에서 먼 반구형 측면이 상기 홈내로 슬라이딩되어 삽입된다. 작동 상태에 따라 밸브 폐쇄 바디(17)가 연료압, 밸브 시이트 바디(5)의 지지력 및/또는 박막(10)의 응력에 의해 작동 바디(4)의 구형 홈(23) 내에 고정되기 때문에, 그의 중점은 작동축(20)에 대해 이동될 수 없다. 그러나 상기 중점은 슬라이딩하는 지지부에 의해, 작동축(20)으로부터 작동 바디(4) 또는 액추에이터(3)의 대칭축이 경우에 따라 이동됨으로써, 박막(10)이 허용되지 않은 부하를 받지 않고도 상기 중점은 밸브 시이트 바디(5)를 박막(10)의 삽입하에 확실하게 밀봉시키도록 조절된다.
박막(10)은 바람직하게 적어도 부분적으로 금속으로 이루어지고 유연하다. 액추에이터 챔버(11)는 박막(10) 및 제 1 가이드 바디(6)의 분사측에서 작동 챔버(21)에 대해 밀봉된다. 박막(10)은 제 1 가이드 바디(6)에 장착되고 이 경우 밸브시이트 바디(5) 및 작동 바디(4)를 연료가 작동 챔버(21)로부터 액추에이터 챔버(11)로 침투할 수 없는 방식으로 포함한다. 그러나 이 경우 박막(10)은 작동축(20)을 따른 밸브 폐쇄 바디(17)의 운동에 매칭될 수 있다. 작동 챔버(21)는 밸브 시이트 바디(5) 및 박막(10)에 의해 도시되지 않은 연소실에 대해 밀봉되고, 밸브 시이트 바디(5)로부터 들어올려진 박막(10)에서 밸브 시이트 바디(5)의 적어도 하나의 분사구(7)에 의해 도시되지 않은 연소실에 대한 결합이 이루어진다. 연료는 연료 채널(8)에 의해 압력하에 작동 챔버(21)로 공급된다.
연료 분사 밸브(1)의 분사측으로부터 먼 단부에 보상 하우징(2)이 제공된다. 보상 하우징(2) 내에 제공된 보상 챔버(12)는 보상기 풋(19), 보상기 스프링(15), 보상기 부시(9) 및 상기 실시예에서 파형관 형태로 구현된 밀봉부(14)를 포함한다. 보상 챔버(12)는 액추에이터 챔버(11)로부터 가이드 바디(13), 보상기 부시(9) 및 유연하고 탄력적인 밀봉부(14)에 의해 제한된다. 보상 하우징(2)의 측면에는 스로틀 채널(16)이 제공된다. 적어도 하나의 스로틀 채널(16)에, 연료 분사 밸브(1)의 외부로부터 연료 채널(8)에서와 동일한 연료압이 인가된다. 보상기 스프링(15)은 보상 하우징(2)의 분사측에서 먼 단부에 보상기 풋(19)을 통해 내부에 지지된다. 보상기 스프링(15)의 분사측에서 가까운 단부는 보상기 부시(9)의 분사측에서 먼단부로 삽입되고, 상기 보상기 부시는 액추에이터(3)에 지지된다. 또한 액추에이터(3)의 분사측 단부에서와 유사하게, 보상기 부시(9)가 도시되지 않은 액추에이터(3)의 분사측에서 먼 단부내 홈에 삽입됨으로써 분사방향에 대해 직각으로 이동하는 것이 방지될 수 있다. 보상기 스프링(15)은 항상 예비 응력을 받는다.
제한하는 밀봉부(14) 및 박막(10)까지 직접 연장되는 액추에이터 챔버(11)는 비도전성 오일 또는 다른 적합한 유체로 채워질 수 있다. 이것은 상이한 작동 상태 동안 특히 액추에이터의 향상된 손실 열 방출 및 박막(10) 및 밀봉부(14)의 압력 배출을 위해 사용된다.
휴지 상태동안 액추에이터(3)는 그의 휴지 길이를 가진다. 보상기 스프링(15)의 예비 응력은, 박막(10)이 밸브 폐쇄 바디(17), 액추에이터(3) 및 보상기 부시(9)를 통해 밸브 시이트 바디(5)에 밀봉 가압되도록 한다. 작동 챔버(21) 및 보상 챔버(12)는 연료로 채워진다. 상기 휴지 상태는 예컨대 내연 기관의 정지 상태에 상응한다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 작동을 준비하기 위해 우선 액추에이터(3)에 전압이 작용된다. 이로 인해 액추에이터(3)가 팽창된다. 그 결과로써 보상기 스프링(15)이 교환되고 밸브 시이트 바디(5)에 대한 박막(10)의 압착력이 상승된다. 액추에이터(3)에 전압이 작용되는 동시에 연료 채널(8) 및 스로틀 채널(16)에 인가되는 연료압이 상승된다. 작동 챔버(21)에서보다 보상기 챔버(12) 에서 스로틀 채널(16)에 의해 압력 상승이 느리게 진행하는데도 불구하고, 보상기 스프링(15)의 스프링력에 의해 작동 챔버(21)는 신뢰할만하게 도시되지 않은 연소실에 대해 밀봉된다. 본 발명에 따른 박막(10) 및 본 발명에 따른 그 사용에 의해 작동 챔버(21)로부터 액추에이터 챔버(11)로의 연료 유입이 바람직한 압력 강하에도 불구하고 확실히 저지된다.
액추에이터(3)에 작용되는 전압은 예컨대 200 V이다. 연료 분사 밸브(1)의 개방을 위해 상기 전압은 단시간에 예컨대 0 V로 감소되고, 액추에이터(3)는 축소되고, 연료 분사 밸브(1)는 개방되고, 연료는 적어도 하나의 분사구(7)를 통해 분사된다. 시스템에서 박막(10), 밸브 폐쇄 바디(17), 작동 바디(4)가 분사방향에 대항해 이동되도록 하는 액추에이터(3)의 분사측 단부의 행정 운동은 2 가지 효과에 기인한다 : 하나는 액추에이터(3)의 축소 : 다른 하나는 액추에이터(3)의 축소에 의해 보상 챔버(12)에서 작동 챔버(21)에 상대적으로 저압이 형성되는데, 그 이유는 본 발명에 따른 스로틀 채널(16)에 의해 연료가 충분히 신속하게 후류할 수 없기 때문이다. 이로 인해 액추에이터(3)의 축소는 실질적으로 액추에이터(3)의 분사측에서 먼 단부로부터 분사 방향으로만 이루어진다. 두 번째 효과는 액추에이터(3)의 길이가 온도 영향에 의해 변동될 경우에도 유지된다.
분사구(7) 또는 도시되지 않은 연소실에 대한 작동 챔버(21)의 밀봉을 위해, 액추에이터(3)에는 다시 더 높은 전압, 예컨대 200 V가 작용된다. 이것이 충분히 신속하게, 예컨대 경사진 전압 기울기에 의해 일어나면, 액추에이터(3)가 신속하게 팽창됨으로써, 액추에이터(3)의 팽창 속도에 대해 상대적으로 연료는 부상 하우징(2)에서 스로틀 채널(16)에 의해 느리게 누출될 수 있다. 이 결과로써 액추에이터(3)의 길이 증가가 실질적으로 분사 방향으로 이루어짐으로써, 박막(10)은 작동 바디(4) 및 밸브 폐쇄 바디(17)를 통해 밸브 시이트 바디(5)에 가압되고, 작동 바디(4)내 밸브 폐쇄 바디(17)의 이동하는 지지부는 작동축(20)으로부터 발생할 수 있는 작동 바디(4) 또는 액추에이터(3)의 대칭축의 편차를 보상한다.
연료 분사 밸브(1)가 폐쇄되는 시간동안, 보상 하우징(2)내의 연료압은 작동 챔버(21)내의 연료압과 균등해질 수 있다. 연료 분사 밸브(1)를 다시 개방시키기 위해, 액추에이터(3)의 전압이 다시 감소될 수 있다.
예컨대 내연 기관의 정지 상태에 상응하는 연료 분사 밸브(1)의 휴지 상태를 야기하기 위해, 연료압이 예컨대 주변 압력으로 감소되어 액추에이터(3)가 방전된다. 압력 감소는 스로틀 채널(16)의 스로틀 작용에 의해 우선 작동 챔버(21)에 작용됨으로써, 액추에이터(3)의 축소가 동시에 일어남에도 불구하고 박막(10)은 작동 챔버(21)를 확실하게 밀봉한다. 휴지 상태에서 보상기 스프링(15)에 의해 발생되는 박막(10)의 압착력이 밸브 시이트 바디(5)에서 충분히 이루어짐으로써, 작동 챔버(21)는 도시되지 않은 연소실에 의해 확실히 밀봉된다.
액추에이터(3)의 느린, 열적으로 제한된 길이 변동은 보상기(18)에 의해 보상된다.
본 발명은 도시된 실시예에 국한되지 않고, 예컨대 다른 형태로 온도가 보상되고 자기 변형 액추에이터를 포함하는 연료 분사 밸브(1)에서도 적용될 수 있다.
Claims (16)
- 적어도 하나의 분사구(7)를 밀봉 또는 개방시키는 박막(10)을 작동시키는 밸브 폐쇄 바디(17)를 통해 액추에이터 챔버(11) 내에 배치된 압전 또는 자기 변형 액추에이터(3)가 구비되어 있고, 상기 박막(10)은 연료가 상기 액추에이터 챔버(11)내로 침투할 수 없도록 밸브 폐쇄 바디(17)를 둘러싸는 특히 연료를 내연 기관의 연소실로 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1).
- 제 1항에 있어서,상기 박막(10)이 적어도 부분적으로 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 박막(10)의 반대편에 있는 밸브 폐쇄 바디(17)의 부분이 액추에이터(3)와 상호 작용하도록 연결된 작동 바디(4)의 구형 홈(23) 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 3항에 있어서,상기 박막(10)의 반대편에 있는 밸브 폐쇄 바디(17)의 부분이 작동 바디(4)에 이동 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 밸브 폐쇄 바디(4)가 상기 박막(10)의 삽입하에 상기 박막(10)을 향한 밸브 시이트 바디(5)의 일부상에 밀봉 방식으로 놓이는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 3항 또는 제 4항에 있어서,상기 작동 바디(4)가 제 1 가이드 바디(6)에서 안내되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 6항에 있어서,상기 박막(10)이 유압 밀봉 방식으로 제 1 가이드 바디(6)에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 6항 또는 제 7항에 있어서,상기 액추에이터 챔버(11)가 박막(10), 가이드 바디(6), 액추에이터 하우징(24), 제 2 가이드 바디(13), 보상기 부시(9) 및 밀봉부(14)에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 8항에 있어서,상기 밀봉부(14)가 파형관으로서 또는 파형관과 유사한 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 8항 또는 제 9항에 있어서,상기 밀봉부(14)의 단부가 제 2 가이드 바디(13) 및 보상기 부시(9)에 고정식 및 유압 밀봉 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브,
- 제 8, 9 또는 10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 밀봉부(14)가 적어도 부분적으로 유연성 및 탄력성을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,상기 액추에이터 챔버(11)가 비도전성 유체로 채워지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 밸브 폐쇄 바디(17)가 반구형, 타원형 또는 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 액추에이터(3)의 열적 길이 변동은 보상기(18)에 의해 보상되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 14항에 있어서,보상기 풋(19)이 보상 하우징(2)에 장착됨으로써, 이와 연결된 보상기 스프링(15)이 그 축선을 따라 보상기 부시(9)를 통해 액추에이터(3)에 작용하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 14항 또는 제 15항에 있어서,적어도 하나의 스로틀 채널(16)이 제공되고, 상기 스로틀 채널의 치수는 연료 채널(8)과 스로틀 채널(16)에서의 동일한 압력 변동이 연료 채널(8)에 연결된 작동 챔버(21)에서보다 스로틀 채널(16)에 연결된 보상 챔버(12)에서 더 느리게 작용하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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