KR20140019021A - 입구 밸브 배열체, 펌프 헤드 및 연료 펌프 - Google Patents

입구 밸브 배열체, 펌프 헤드 및 연료 펌프 Download PDF

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로버트 솬츠
폴 버클리
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델피 테크놀로지스 홀딩 에스.에이.알.엘.
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Abstract

커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프의 펌프 헤드용 입구 밸브 배열체(inlet valve arrangement)는, 상기 입구 밸브 배열체(9)는 저압 연료 공급원으로부터 상기 연료 펌프의 펌핑 챔버(6)로의 흐름을 제어하도록 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한 입구 밸브 부재(10)를 포함한다. 상기 입구 밸브 부재(10)는, 상기 입구 밸브 부재(10)의 입구측 상의 연료의 유체 압력과 상기 펌핑 챔버(6) 내의 유체 압력 사이의 압력차가 임계값 이상인 것에 응답하여 개방하도록 배치된다. 상기 입구 밸브 배열체(9)는 상기 입구 밸브 부재(10)를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 가압하도록 상기 입구 밸브 부재(10) 상에 폐쇄력을 선택적으로 인가하는 수단을 포함하여, 사용시에 상기 수단에 의한 폐쇄력이 인가되면 상기 입구 밸브 부재(10)를 개방하는 상기 압력차의 임계값을 증가시키도록 작용한다.

Description

입구 밸브 배열체, 펌프 헤드 및 연료 펌프{INLET VALVE ARRANGEMENT FOR A FUEL PUMP}
본 발명은 입구 밸브 배열체, 특히 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프의 펌프 헤드용 입구 밸브 배열체에 관한 것이다.
커먼레일 연료 분사 시스템용 고압 연료 펌프는 일반적으로 플런저의 왕복 운동에 의해 펌프 헤드의 펌핑 챔버 내에서 연료를 가압하는 하나 이상의 유압 펌프를 포함한다. 일반적으로, 저압 연료는 연료 탱크 내의 저압 리프트 펌프에 의해 또는 변형적으로 고압 연료 펌프 내에 형성된 트랜스퍼 펌프에 의해 펌프 헤드로 공급된다. 일단 가압이 되면, 고압 연료는 펌핑 챔버로부터 커먼레일로 공급된다.
입구 계측 밸브는 커먼레일로 압축 및 전달되도록 고압 펌프로 공급되는 연료를 제한하는데 사용된다. 종래의 입구 계측 밸브는 실질적으로 제어가능한 오리피스이며, 이는 일반적으로 폐쇄 위치로 스프링 가압되는 밸브의 입구측 상의 압력을 제어하기 위해 고압 펌프의 입구 밸브에 연료 흐름을 스로틀하도록 작용한다. 따라서, 밸브의 입구측에서의 압력은 밸브가 개방할 때와, 펌핑 챔버로 전달되는 연료량을 결정한다. 이로써, 엔진에 의해 요구되는 연료량만이 레일로 전달됨으로써, 일정한 충만 전달시에 리프트 또는 트랜스퍼 펌프에 의해 연료를 공급하는 상황에 비해 연료와 에너지 양자를 절약한다.
그러나, 종래의 입구 계측 밸브에 대한 다수의 단점이 있다. 특히, 이와 같은 밸브는 비싸고 커먼레일 분사 시스템의 전체 비용을 추가하여 바람직하지 못하다. 두 번째로, 입구 계측 밸브는 비교적 크고 공간 소모적인 부품이다. 세 번째로, 이와 같은 밸브는 마모와 저급 연료에 취약하여, 밸브를 설치한 커먼레일 분사 시스템에 악영향을 준다. 또한, 종래의 입구 계측 밸브를 이용하면, 계측/레일 압력 제어 기구가 고압 연료 펌프의 펌핑 챔버로부터 비교적 멀리 있어서 레일 압력 제어에서 바람직하지 못한 지체를 초래함을 의미한다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점 중 적어도 일부를 실질적으로 극복하거나 또는 완화하는 고압 연료 펌프의 펌프 헤드용 입구 밸브 배열체를 제공하는 것이다.
고압 연료 펌프용 입구 밸브 배열체에 관한 보다 많은 정보를 위해, Continental Automotive GmbH의 독일 특허 출원 10-2008-018018호를 참조한다.
본 발명의 제1 관점에 따르면, 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프의 펌프 헤드용 입구 밸브 배열체(inlet valve arrangement)로서,
상기 입구 밸브 배열체는 저압 연료 공급원으로부터 상기 연료 펌프의 펌핑 챔버로의 흐름을 제어하도록 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한 입구 밸브 부재로서, 상기 입구 밸브 부재의 입구측 상의 연료의 유체 압력과 상기 펌핑 챔버 내의 유체 압력 사이의 압력차가 임계값 이상인 것에 응답하여 개방하도록 배치된 입구 밸브 부재를 포함하며,
상기 입구 밸브 배열체는 상기 입구 밸브 부재를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 가압하도록 상기 입구 밸브 부재 상에 폐쇄력을 선택적으로 인가하는 수단을 포함하여, 사용시에 상기 수단에 의한 폐쇄력이 인가되면 상기 입구 밸브 부재를 개방하는 상기 압력차의 임계값을 증가시키도록 작용하는, 입구 밸브 배열체가 제공된다.
본 발명의 제1 관점에 따른 입구 밸브 배열체는 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프의 펌프 헤드에 특정한 적용을 가지며, 상기 입구 밸브 배열체는 저압 연료 공급원으로부터 상기 연료 펌프의 펌핑 챔버로의 흐름을 제어하도록 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하고, 상기 입구 밸브 배열체는 상기 입구 밸브 부재의 입구측 상의 연료의 유체 압력과 상기 펌핑 챔버 내의 유체 압력 사이의 압력차가 임계값 이상인 것에 응답하여 개방하도록 배치된다.
이에 따라, 상기 입구 밸브 부재 상에 폐쇄력을 선택적으로 인가함으로써, 밸브를 개방하도록 요구되는 입구 밸브 부재를 가로지르는 압력차의 임계값을 변경하는 것이 가능하다. 이는 입구 밸브 배열체를 설치하는 연료 펌프의 동작시에 입구 밸브 부재를 개폐하는 시간을 차례로 변경하고, 또한 연료 펌프의 펌핑 챔버로 전달되는 연료량을 차례로 변경한다. 따라서, 종래의 입구 계측 밸브에 대한 요건이 제거된다. 바람직하게, 상기 폐쇄력을 선택적으로 인가하는 수단은 제어 전류일 수 있는 제어 신호와 비례식으로 변하는 힘을 인가하도록 작동가능하다.
바람직하게, 상기 수단은 상기 입구 밸브 부재 내에서 흐르는 전류에 비례하는 상기 입구 밸브 부재 상에 폐쇄력을 가하도록 작동가능한 솔레노이드 코일의 형태인 전기 부품을 포함한다.
더욱 바람직하게, 상기 입구 밸브 배열체는, 상기 입구 밸브 부재에 결합된 강자성 물질의 전기자를 포함하여, 상기 솔레노이드 코일 내에서 전류가 흐를 때 상기 솔레노이드 코일이 상기 전기자 상에 전자기력을 가한다.
편리하게, 상기 입구 밸브 배열체는, 상기 입구 밸브 부재를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 가압하도록 배치된 스프링을 포함하며, 상기 압력차의 임계값은 상기 스프링에 의해 가해진 상기 폐쇄력보다 큰 상기 입구 밸브 부재 상의 개방력에 상응한다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프의 펌프 헤드로서, 상기 펌프 헤드는 제1 관점에 따른 입구 밸브 배열체와, 펌프 헤드 하우징을 포함하는, 펌프 헤드가 제공된다.
바람직하게, 상기 입구 밸브 부재의 입구측 상의 연료의 유체 압력은 갤러리 내의 유체 압력에 의해 정해지고, 상기 갤러리가 상기 펌프 헤드 하우징의 외부에 장착된 폐쇄 부재에 의해 부분적으로 형성된 외부 챔버와 연통하여, 사용시에 상기 갤러리는 상기 외부 챔버를 거쳐 상기 저압 연료 공급원과 연통한다.
더욱 바람직하게, 상기 외부 챔버는 상기 저압 연료 공급원으로부터 상기 외부 챔버 내로의 흐름을 제한하는 입구 포트를 포함하여, 사용시에 상기 외부 챔버 내의 최대 유체 압력이 상기 저압 연료 공급원의 출력 압력보다 낮은 압력으로 제한된다. 더욱 바람직하게, 상기 입구 포트는 상기 폐쇄 부재 내에 제공된다.
바람직하게, 상기 입구 밸브 부재는 상기 펌프 헤드 하우징 내의 밸브 보어 내에 안내되는 기다란 넥부를 포함하며, 상기 밸브 보어는 상기 펌프 헤드 하우징의 상부면과 밸브 시트 사이에서 연장된다.
더욱 바람직하게, 상기 외부 챔버는 상기 펌프 헤드 하우징의 상부면과 상기 폐쇄 부재 사이에 형성되고, 상기 밸브 시트로부터 이격되게 배치된 상기 넥부의 말단부는 상기 외부 챔버 내에서 상기 펌프 헤드 하우징의 상부면 위로 돌출한다.
더욱 바람직하게, 상기 수단은 상기 입구 밸브 부재 내에서 흐르는 전류에 비례하는 상기 입구 밸브 부재 상에 폐쇄력을 가하도록 작동가능한 솔레노이드 코일을 포함하고,
상기 입구 밸브 배열체는, 상기 솔레노이드 코일 내에서 전류가 흐를 때 상기 솔레노이드 코일이 상기 전기자 상에 전자기력을 가하도록 상기 입구 밸브 부재에 결합된 강자성 물질의 전기자와, 상기 입구 밸브 부재를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 가압하도록 배치된 스프링을 포함하며, 상기 압력차의 임계값은 상기 스프링에 의해 가해진 상기 폐쇄력보다 큰 상기 입구 밸브 부재 상의 개방력에 상응하고,
상기 전기자는 상기 넥부의 말단부로부터 반경방향 외측으로 돌출하여 스프링 시트로서 작용하고, 상기 스프링은 상기 펌프 헤드 하우징의 상부면과 상기 전기자 사이에 배치된다.
더욱 바람직하게, 상기 솔레노이드 코일은 상기 폐쇄 부재 내에 또는 그 상에 장착되어, 상기 폐쇄 부재가 상기 펌프 헤드 하우징 상에 장착될 때, 상기 솔레노이드 코일은 상기 입구 밸브 부재의 넥부의 말단부와 동축으로 인접하게 배치된다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 제2 관점에 따른 적어도 하나의 펌프 헤드를 포함하는, 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프가 제공된다.
본 발명의 제1 관점에 대한 바람직하고/하거나 선택적인 특징은 단독으로 포함되거나 또는 제2 관점의 펌프 헤드 및/또는 제3 관점의 연료 펌프의 적절한 조합으로 포함될 수 있다.
첨부한 도면을 참조하여 예로서만 본 발명의 실시예를 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 입구 밸브 배열체의 일 실시예를 갖는 연료 펌프에 대한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 펌프 헤드(1)는 펌프 헤드 하우징(2)을 포함한다. 펌프 헤드 하우징(2)은 플런저 보어(4)를 가지며, 그 내에서의 왕복 운동을 위해 펌핑 플런저(5)가 배치된다. 예컨대, 본 출원인에 의한 국제특허출원 WO-A1-2010-007409호에 기재된 바와 같이, 펌핑 플런저(5)의 하단부는 구동 샤프트(도 1에 미도시) 상에 장착된 캠에 의해 구동되는 풋(foot)을 구비한다. 구동 샤프트가 회전함에 따라, 캠이 플런저 풋 상에 축방향 힘을 가함으로써, 펌핑 플런저(5)가 플런저 보어(4) 내에서 왕복 운동하게 한다. 펌프 헤드 하우징(2)은 플런저 보어(4)의 상단부에서 펌핑 챔버(6)를 형성하여, 플런저 보어(4) 내의 펌핑 플런저(5)의 왕복 운동에 의해 펌핑 챔버(6) 내에서 연료가 가압된다.
저압 연료는 연료 탱크(도 1에 미도시) 내의 저압 리프트 펌프에 의해, 또는 변형적으로 고압 연료 펌프 내에 형성된 트랜스퍼 펌프에 의해 펌핑 챔버(6)로 공급된다. 펌프 헤드 하우징(2)은 펌핑 챔버(6)와 유체 연통하는 출구 드릴링(7)을 구비한다. 사용시에, 출구 드릴링(7)을 따라 그리고 출구 밸브(8)를 통해 펌핑 챔버(6)로부터 커먼레일과 같은 연료 분사 시스템의 하류측 부품으로 가압된 연료가 공급된다.
연료 펌프 헤드(1)는 펌핑 챔버(6) 내로의 연료 흐름을 제어하기 위해 이동가능한 입구 밸브 부재(10)를 포함하는 입구 밸브 배열체(9)를 구비한다. 입구 밸브 부재(10)는 원추형 바디(12)와 기다란 넥부(14)를 가지며, 펌핑 챔버(6) 상의 펌프 헤드 하우징(2) 내에 기계가공된 갤러리(6) 내의 연료 압력에 응답하여 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능함으로써, 입구 밸브 부재(10)의 절두원추형 하단부면을 둘러싼다.
원추형 바디(12)는 펌핑 챔버(6)에 인접한 펌프 헤드 하우징(2) 내에 수용되는 한편, 넥부(14)는 펌프 챔버(6)로부터 이격되도록 플런저 보어(4)와 동축인 원추형 바디(12)로부터 연장된다. 넥부(14)는 펌프 헤드 하우징(2)에 의해 형성된 밸브 보어(18) 내에서 슬라이딩 가능하다. 그 결과, 입구 밸브 부재(10)는 넥부(14)의 하단부에서 펌프 헤드 하우징(2)에 의해 안내된다.
입구 밸브 부재(10)의 넥부(14)는 밸브 보어(18)를 지나 그리고 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)으로부터 외부로 연장된다. 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)은 평면형이고 실질적으로 평탄하다. (원추형 바디(12)에 인접한) 넥부(14)의 근위 단부(22)는 펌프 헤드 하우징(2) 내에 유지되는 한편, 넥부(14)의 말단부(24)는 펌프 헤드 하우징(2) 외부에 유지되어 스프링 시트로서 작용하는 전기자(26)를 지지한다. 전기자(26)는 넥부(14) 상에 입구 밸브 부재(10)를 가압 끼워맞춤으로써 입구 밸브 부재(10)에 고정된다. 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)과 전기자(26) 사이에는 밸브 리턴 스프링(28)이 제공되어, 갤러리(26) 내의 연료 압력이 임계값 아래로 강하할 때 입구 밸브 부재(10)를 밸브 시트(30)에 대해 폐쇄되게 가압한다. 펌프 헤드 하우징(2)의 달리 평탄한 상부면(20) 내에는 작은 리세스(32)가 제공되어 펌프 헤드 하우징(2) 내의 스프링(28)의 하단부를 위치시킨다.
밸브 캡(34)의 형태인 폐쇄 부재는 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)의 상부 그리고 그에 따라 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20) 외부에 장착된다. 밸브 캡(34)은 입구 밸브 부재(10)의 넥부(14)의 말단부(24)(즉, 펌프 헤드 하우징(2) 외부에 있는 입구 밸브 부재(10)의 일부) 위에 제공된다. 밸브 캡(34)은 원형 바디부(36)와, 상기 바디부(36)의 외주로부터 돌출하는 환형 벽부(37)를 포함하는 원통형 부재이다. 펌프 헤드 하우징(2)은 실질적으로 원형인 융기부 또는 돌출부(40)를 구비하며, 밸브 캡(34)의 환형 벽부(37) 내로 돌출하여 밸브 캡(34)의 환형 벽부(37)의 풋프린트를 끼워 맞춘다. 밸브 캡(34)은 융기부(40) 위로 끼워 맞춰짐으로써 플러그 및 소켓 배열체와 유사한 방식으로 환형 벽부(37) 내로 융기부(40)가 돌출한다.
밸브 캡(34)은 입구 밸브 부재(10)의 말단부(24)를 수용하는 외부 챔버(42)를 형성한다. 돌출부(40)의 반경방향 외부면은 환형 벽부(37)의 반경방향 내부면과 결합하도록 면한다. 따라서, 외부 챔버(42)는 밸브 캡(34)의 내부면과 융기부(40)의 상부면(20) 사이에 형성된다. 예컨대, 융기부(40)를 둘러싸는 O-링(도 1에 미도시)에 의해, 환형 벽부(37)의 반경방향 내부면과 융기부(40)의 반경방향 외부면 사이에 저압 시일이 제공된다. O-링은 융기부(40)의 반경방향 외부면 내에 제공된 환형 그루브 내에 위치되어 외부 챔버(42)로부터의 연료 손실을 최소화하도록 기능할 수 있다.
밸브 캡(34)의 바디부(36)는 솔레노이드 코일(39)을 수용하는 축방향 블라인드 보어(38)를 포함한다. 솔레노이드 코일(39)은 블라인드 보어(38)와 동축이 되도록 배치된다. 밸브 캡(34)이 펌프 헤드 하우징(2)에 부착되면, 바디부(36)의 블라인드 보어(38)는 펌프 헤드 하우징(2) 내의 밸브 보어(18)와 동축이 되도록 정렬된다. 따라서, 밸브 캡(34) 내의 솔레노이드 코일(39)은 입구 밸브 부재(10) 및 교대로 전기자(26)와 동축이 되도록 정렬된다. 전기자(26)는 적절한 강자성 물질로 제조되어, 더욱 상세하게 후술하는 바와 같이, 솔레노이드 코일(39)의 여자(energization)는 전자기력이 전기자(26) 및 그에 따른 입구 밸브 부재(10)에 가해지게 한다.
밸브 캡(34)의 환형 벽부(37) 내에는 입구 포트(44)가 제공되어 외부 챔버(42) 내로 연료가 흐르게 한다. 외부 챔버(42)는 펌프 헤드 하우징(2) 내에 제공된 복수의 반경방향 피드 드릴링(46)을 거쳐 펌프 헤드 하우징(2) 내에 형성된 갤러리(16)와 연통한다. 반경방향 피드 드릴링(46)은 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)과 갤러리(16) 사이에서 연장되어, 스프링(28)의 직경 외부인 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20) 상의 위치에 드러난다. 반경방향 피드 드릴링(46)은 갤러리(16)의 원주 둘레에 동등하게 이격된다.
상술한 입구 밸브 배열체(9)의 동작을 기술한다.
사용시에, 저압 연료는 입구 포트(44)를 통해 그리고 외부 챔버(42) 내로 트랜스퍼 또는 리프트 펌프에 의해 펌핑된다. 일반적으로, 커먼레일 연료 분사 시스템에서는, 저압 연료가 약 5 바아의 압력으로 공급된다. 그 다음, 저압 연료는 외부 챔버(42)로부터 펌프 헤드 하우징(2) 내의 반경방향 피드 드릴링(46)을 통해 그리고 갤러리(16) 내로 공급된다. 펌핌 챔버(6) 내로 연료를 허용하도록 밸브 시트(30)로부터 입구 밸브 부재(10)의 멀어지는 운동은 펌핑 챔버(6)에 작용하는 힘의 밸런스에 따라 다르다. 입구 밸브 부재(10)의 입구측의 압력, 즉 갤러리(16) 내의 유체 압력과, 펌핑 챔버(6) 내의 유체 압력 사이의 압력차에 의해 개방력이 제공된다. 입구 밸브 부재(10)에 작용하는 폐쇄력은 솔레노이드 코일(39)에 의해 전기자(26)에 가해진 임의의 전자기력과, 스프링(28)에 의해 제공된다.
고압 펌프의 충전 스트로크(filling stroke) 동안에, 펌핑 플런저(5)는 입구 밸브 배열체(9)로부터 이격되게 이동하여, 펌핑 챔버(6)의 용적이 증가한다. 이는 최대 약 -1 바아의 펌핑 챔버(6) 내의 부합을 초래한다. 전술한 바와 같이, 저압 연료는 약 5 바아의 압력으로 공급될 수 있다. 따라서, 외부 챔버(42) 및 그에 따른 갤러리(16)가 연료로 충전될 때, 밸브 배열체의 입구측 상의 압력은 5 바아가 될 것이므로, 약 6 바아의 입구 밸브 부재(10)의 입구측과 출구측 사이의 총 압력차, ΔP를 발생시킨다.
스프링(28)은 입구 밸브 부재(10) 상에 가해지는 폐쇄력이 충전 스트로크 동안에 입구 밸브 부재(10)를 가로질러 압력차, ΔP에 의해 발생된 개방력보다 낮도록 선택된다. 스프링력이 입구 밸브 부재(10)를 폐쇄하는데 작용하는 힘만이라면,ΔP에 의해 발생된 개방력이 스프링력을 초과했고 ΔP이 스프링력 아래로 떨어졌을 때 다시 폐쇄하는 경우에 항상 개방할 것이다. 그러나, 솔레노이드(39)에 의해, 입구 밸브 부재(10)에는 추가적인 힘이 인가될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전류가 솔레노이드(39)를 통과하면, 전기자(26)를 끌어당겨서 스프링력에 추가적인 폐쇄력을 제공하는 전자기력을 생성한다. 솔레노이드 코일(39) 내의 전류가 클수록, 전기자(26) 상의 전자기력이 커지므로, 입구 밸브 부재(10)에 작용하는 전체의 폐쇄력은 커진다. 따라서, 솔레노이드 코일(39)에 인가된 전류를 변경함으로써, 입구 밸브 부재(10)를 개방하는데 요구되는 압력차, ΔP가 변경하며, 보다 높은 전류는 보다 큰 압력차, ΔP를 필요로 하고, 보다 낮은 전류는 보다 낮은 압력차, ΔP를 필요로 한다. 이에 따라, 솔레노이드 코일(39)에 인가된 전류를 변경함으로써, 고압 펌프의 동작 동안에 입구 밸브 부재(10)를 개폐하는 시간이 제어될 수 있다. 이는, 펌핑 챔버(6)로 전달되는 연료량을 차례로 제어되게 한다.
예를 들면, 비교적 적은 전류가 솔레노이드 코일(39)에 인가되면, 전기자(26) 상의 전자기력은 비교적 낮아지므로, 스프링(28)에 의해서만 제공되는 것보다 입구 밸브 부재(10)에 작용하는 폐쇄력이 약간 커질 것이다. 이는 입구 밸브 부재(10)가 펌핑 플런저(5)의 충전 스트로크 동안에 약간 늦게 개방하고, 펌핑 스트로크가 시작할 때 약간 일찍 폐쇄하는 것을 의미한다. 한편, 보다 높은 전류가 솔레노이드 코일(39)에 인가되면, 입구 밸브 부재(10)에 가해지는 추가적인 폐쇄력이 여전히 커질 것이다. 따라서, 입구 밸브 부재(10)는 여전히 늦게 개방하고 보다 일찍 폐쇄하므로, 인가된 전류가 보다 낮거나 또는 인가되지 않는 경우에 비해 펌핑 챔버(6)에 전달되는 연료량을 감소시킨다. 이로써, 솔레노이드 코일(39)은 플런저 스트로크의 개시시에, 스트로크의 말기를 향해 또는 임의의 다른 시간에 입구 밸브 부재(10)를 가로질러 압력차, ΔP를 일치시키도록 입구 밸브 부재(10) 상의 가변력을 제공하는데 이용됨으로써, 입구 밸브 부재(10)가 개폐하는 시간과, 전달되는 연료량을 결정할 수 있다.
상술한 구성을 갖는 입구 밸브 배열체는 종래의 입구 계측 밸브의 사용에 비해 다수의 이점을 갖는다. 우선, 종래의 입구 계측 밸브에 비해 훨씬 작고 단순한 구성을 가지므로, 비용 및 공간 요건을 감소시킨다. 또한, 연료 펌프 헤드(10)에 이미 내장된 부품들을 지나 펌핑 챔버(6)에 전달되는 연료량을 조절하는데 이동하는 부품을 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 상술한 배열체는 종래의 입구 계측 밸브를 채용하는 시스템에 비해 내구성이 증대된다. 또한, 상술한 연료 펌프 헤드(1)는 조립하기 쉬워지는데, 그 이유는 밸브 캡(34)을 펌프 헤드 하우징(2)에 부착하면 입구 밸브 부재(10) 상의 전기자(26)에 대해 솔레노이드 코일(39)이 정확하게 위치설정되는 것을 보장하기 때문이다.
또한, 상술한 입구 밸브 배열체(9)는 편리한데, 그 이유는 전기적 고장의 경우에, 종래의 입구 계측 밸브와 동일한 방식으로 고장 나게 되며, 이는 기존의 커먼레일 시스템과 호환가능함을 의미하기 때문이다. 보다 구체적으로, 종래의 입구 계측 밸브로의 전기 공급이 손실되면, 밸브는 개방 상태를 못하여 100% 충전하게 되는, 즉 입구 밸브 부재가 개방할 때 트랜스퍼 펌프에 의해 연료 펌프 헤드의 외부 챔버로 그리고 펌핑 챔버 앞으로 최대의 연료량이 펌핑된다. 커먼레일 또는 밸브 상의 압력 릴리프 밸브에 의해 시스템 내의 임의의 추가적인 압력이 완화될 수 있다. 마찬가지로, 상술한 입구 밸브 배열체(9)의 경우, 전기적 고장이 솔레노이드 코일(39)에 의해 제공되는 추가적인 폐쇄력을 발생시키지 않으므로(그에 따라, 최대 충전), 종래의 입구 계측 밸브를 갖는 시스템에서와 같은 방식으로 완화될 것이다.
또한, 상술한 구성을 갖는 입구 밸브 배열체(9)는 개별적인 펌핑 요소 각각에 의해 전달되는 연료를 밸런싱하기 위해 복수의 펌핑 플런저를 갖는 고압 펌프에 사용될 때에 유리하다. 예를 들면, 고압 펌프는 구동 샤프트 상에 장착된 캠의 대향 측부 상에 배치된 2개의 펌핑 플런저, 또는 캠 둘레에 등거리로 이격된 3개의 펌핑 플런저를 가질 수 있다. 각각의 펌핑 플런저는 별개의 연료 펌프 헤드(1) 및 그에 따라 개별적인 입구 밸브 배열체(9)에 관련된다. 따라서, 개별적인 입구 밸브 배열체(9)의 솔레노이드 코일(39)은 전자 제어 유닛으로부터 별개의 전기 신호, 즉 전류로 공급될 수 있으므로, 각종 연료 펌프 헤드들 사이의 임의의 변수(예컨대, 제조 공차로 인한)가 보상될 수 있다. 이는 전자 제어 유닛에 내장된, 예컨대 데이터 매트릭스 코드 또는 러닝 기능에서 전기적 특성을 절약함으로써 얻어질 수 있다.
상술한 실시예의 변형에서, 밸브 캡(34)의 입구 포트(44)는 외부 챔버(42) 내로의 연료 흐름을 제한하는 스로틀을 구비할 수 있다. 본 구성에서, 펌핑 챔버(6)를 충전한 후에 트랜스퍼 펌프에 의해 외부 챔버(42) 내의 연료가 보충되는 속도가 감소된다. 이는 고압 펌프의 작동 동안에 외부 챔버(42) 내의 유체 압력이 트랜스퍼 펌프의 충만한 5 바아 압력에 절대 도달하지 못할 것이라는 점에서 유리한데, 그 이유는 외부 챔버(42)가 이를 위해 신속하게 재충전되지 않기 때문이다. 따라서, 입구 밸브 부재(10)를 가로지르는 최대의 압력차, ΔP가 낮다. 이는 보다 낮은 스프링력을 갖는 스프링(28)이 사용될 수 있으므로, 입구 밸브 부재(10)의 개폐 타이밍을 제어하기 위해 솔레노이드 코일(39)에 의해 전기자(26)에 인가된 전자기력이 낮아질 수 있음을 의미한다. 솔레노이드 코일(39)로부터의 보다 낮은 전자기력을 위한 요건은 보다 낮은 제어 전류가 솔레노이드 코일(39)에 공급됨으로써, 에너지를 절약할 수 있음을 의미한다.
더욱이, 상술한 입구 밸브 배열체(9)는 솔레노이드 코일(39)에 공급되는 제어 전류가 레일 압력에 대해 폐쇄 루프 제어라는 점에서 유리하다. 이는, 예컨대 스위칭, 즉 입구 밸브 부재의 개폐를 직접 제어하도록 솔레노이드 코일이 입구 밸브 부재에 직접 결합되는 상황과는 대조적이다. 이와 같은 직접 작용 배열체는 인코더를 필요로 하므로, 상술한 입구 밸브 배열체(9)에 의해 요구되는 것보다 복잡한 제어 구조를 필요로 한다.
도 1을 참조하여 상술된 실시예에서, 입구 밸브 부재(10)는 펌프 헤드 하우징(2) 내에 직접 통합된다. 그러나, 입구 밸브 부재(10)가 펌프 헤드 하우징(2) 내에 직접 통합될 필요가 없다는 점은 당업자에게 이해될 것이다. 예를 들면, 입구 밸브 배열체(9)는 밸브 캡(34)과 통합될 수 있다.
입구 밸브 부재는 원추형 바디를 반드시 필요로 하지 않는다. 변형 실시예에서, 상기 바디는 구형 또는 임의의 적절한 형상일 수 있으며, 이에 대응하는 밸브 시트가 적절하게 형성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프의 펌프 헤드용 입구 밸브 배열체(inlet valve arrangement)에 있어서,
    상기 입구 밸브 배열체(9)는 저압 연료 공급원으로부터 상기 연료 펌프의 펌핑 챔버(6)로의 흐름을 제어하도록 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능한 입구 밸브 부재(10)로서, 상기 입구 밸브 부재(10)의 입구측 상의 연료의 유체 압력과 상기 펌핑 챔버(6) 내의 유체 압력 사이의 압력차가 임계값 이상인 것에 응답하여 개방하도록 배치된 입구 밸브 부재(10)를 포함하며,
    상기 입구 밸브 배열체(9)는 상기 입구 밸브 부재(10)를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 가압하도록 상기 입구 밸브 부재(10) 상에 폐쇄력을 선택적으로 인가하는 수단을 포함하여, 사용시에 상기 수단에 의한 폐쇄력이 인가되면 상기 입구 밸브 부재(10)를 개방하는 상기 압력차의 임계값을 증가시키도록 작용하는,
    입구 밸브 배열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐쇄력을 선택적으로 인가하는 수단은 제어 신호, 선택적으로 제어 전류와 비례식으로 변하는 힘을 인가하도록 작동가능한,
    입구 밸브 배열체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수단은 전기 부품을 포함하는,
    입구 밸브 배열체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수단은 상기 입구 밸브 부재(10) 내에서 흐르는 전류에 비례하는 상기 입구 밸브 부재(10) 상에 폐쇄력을 가하도록 작동가능한 솔레노이드 코일(39)을 포함하는,
    입구 밸브 배열체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입구 밸브 부재(10)에 결합된 강자성 물질의 전기자(26)를 포함하여, 상기 솔레노이드 코일(39) 내에서 전류가 흐를 때 상기 솔레노이드 코일(39)이 상기 전기자(26) 상에 전자기력을 가하는,
    입구 밸브 배열체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 밸브 부재(10)를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 가압하도록 배치된 스프링(28)을 포함하며,
    상기 압력차의 임계값은 상기 스프링(28)에 의해 가해진 상기 폐쇄력보다 큰 상기 입구 밸브 부재(10) 상의 개방력에 상응하는,
    입구 밸브 배열체.
  7. 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프의 펌프 헤드에 있어서,
    상기 펌프 헤드(1)는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 입구 밸브 배열체(9)와, 펌프 헤드 하우징(2)을 포함하는,
    펌프 헤드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입구 밸브 부재(10)의 입구측 상의 연료의 유체 압력은 갤러리(16) 내의 유체 압력에 의해 정해지고,
    상기 갤러리가 상기 펌프 헤드 하우징(2)의 외부에 장착된 폐쇄 부재(34)에 의해 부분적으로 형성된 외부 챔버(42)와 연통하여, 사용시에 상기 갤러리(16)는 상기 외부 챔버(42)를 거쳐 상기 저압 연료 공급원과 연통하는,
    펌프 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외부 챔버(42)는 상기 저압 연료 공급원으로부터 상기 외부 챔버(42) 내로의 흐름을 제한하는 입구 포트(44)를 포함하여, 사용시에 상기 외부 챔버(42) 내의 최대 유체 압력이 상기 저압 연료 공급원의 출력 압력보다 낮은 압력으로 제한되는,
    펌프 헤드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 입구 포트(44)는 상기 폐쇄 부재(34) 내에 제공되는,
    펌프 헤드.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구 밸브 부재(10)는 상기 펌프 헤드 하우징(2) 내의 밸브 보어(18) 내에 안내되는 기다란 넥부(14)를 포함하며, 상기 밸브 보어(18)는 상기 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)과 밸브 시트(30) 사이에서 연장되는,
    펌프 헤드.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 챔버(42)는 상기 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)과 상기 폐쇄 부재(34) 사이에 형성되고,
    상기 밸브 시트(30)로부터 이격되게 배치된 상기 넥부(14)의 말단부(24)는 상기 외부 챔버(42) 내에서 상기 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20) 위로 돌출하는,
    펌프 헤드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수단은 상기 입구 밸브 부재(10) 내에서 흐르는 전류에 비례하는 상기 입구 밸브 부재(10) 상에 폐쇄력을 가하도록 작동가능한 솔레노이드 코일(39)을 포함하고,
    상기 입구 밸브 배열체(9)는, 상기 솔레노이드 코일(39) 내에서 전류가 흐를 때 상기 솔레노이드 코일(39)이 상기 전기자(26) 상에 전자기력을 가하도록 상기 입구 밸브 부재(10)에 결합된 강자성 물질의 전기자(26)와, 상기 입구 밸브 부재(10)를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 가압하도록 배치된 스프링(28)을 포함하며, 상기 압력차의 임계값은 상기 스프링(28)에 의해 가해진 상기 폐쇄력보다 큰 상기 입구 밸브 부재(10) 상의 개방력에 상응하고,
    상기 전기자(26)는 상기 넥부(14)의 말단부(24)로부터 반경방향 외측으로 돌출하여 스프링 시트로서 작용하고, 상기 스프링(28)은 상기 펌프 헤드 하우징(2)의 상부면(20)과 상기 전기자(26) 사이에 배치되는,
    펌프 헤드.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 솔레노이드 코일(39)은 상기 폐쇄 부재(34) 내에 또는 그 상에 장착되어, 상기 폐쇄 부재(34)가 상기 펌프 헤드 하우징(2) 상에 장착될 때, 상기 솔레노이드 코일(39)은 상기 입구 밸브 부재(10)의 넥부(14)의 말단부(24)와 동축으로 인접하게 배치되는,
    펌프 헤드.
  15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 펌프 헤드(1)를 포함하는, 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프.
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