KR20140019026A

KR20140019026A - 커먼 레일 배출용 전자 밸브

Info

Publication number: KR20140019026A
Application number: KR1020147000357A
Authority: KR
Inventors: 미셸 마레샬; 프레데릭 소바쥬; 크리스토프 까르동
Original assignee: 델피 테크놀로지스 홀딩 에스.에이.알.엘.
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-02-13
Also published as: CN103703240A; CN103703240B; US9297472B2; JP2014518344A; JP5898309B2; KR101612118B1; US20140175313A1; EP2535554A1; WO2012171948A1

Abstract

최소 압력을 유지하면서 커먼 레일을 배출시키는 전자 밸브는, 내부에 이동 가능한 플런저가 배치되는 전자기 코일을 포함하며, 볼 밸브를 결합하는 이동 가능한 축의 변위를 제어하고, 상기 이동 가능한 플런저는 베어링 캡 내부에 수용된 스프링에 의해 볼 밸브의 폐쇄 위치에서 가압되고, 베어링 캡의 하부 벽은 이동 가능한 플런저의 외면을 둘러싸고, 플런저의 외면과 베어링 캡의 내벽 사이의 간극은 연료 막으로 채워지고, 플런저의 개방 움직임은 플런저의 상부에 위치된 공간으로부터 축이 배치된 보어로 연료가 흐르게 하고, 제어된 두께의 슬리브는 연료 막의 두께를 설정하기 위하여 간극 내에서 플런저 주위에 배치된다.

Description

커먼 레일 배출용 전자 밸브{ELECTRO-VALVE FOR DISCHARGING COMMON RAIL}

본 발명은 내연 기관용 연료 이송 시스템에 관한 것이다.

알려진 내연 기관용 연료 주입 시스템 타입은 고압 펌프, 커먼 레일(common rail) 및 엔진의 각각이 해당하는 연소 챔버에 관련된 복수의 연료 주입기를 포함한다.

고압 펌프는 차량 연료 탱크와 같은 연료 공급원으로부터 저압의 연료를 공급 받고, 예를 들어 2000 바(bar)의 고압의 연료를 커먼 레일로 펌핑하도록 배치된다. 커먼 레일은 복수의 연료 주입기의 각각에 고압의 연료를 공급한다.

펌프 저압 측에 위치된 전자 밸브(흐름 계측 밸브)에 의해 커먼 레일로의 고압의 연료의 이송을 제어하는 것이 알려져 있다. 고압 커먼 레일의 일단에 위치된 제2 전자 밸브는, 최소 압력을 유지하면서, 엔진의 빠른 감속이 발생하거나 레일에서의 압력이 시스템 압력 요구를 초과할 때 커먼 레일을 배출시키는 역할을 하거나, 엔진이 정지시에 커먼 레일을 배출시키고, 냉시동(cold start)을 위하여 연료를 가열하는 것을 돕는 역할을 한다.

이러한 알려진 장치는, 이동 가능한 세로 축에 의해 일단에서 이송되는 볼(ball)을 포함하는 밸브를 포함하고, 이동 가능한 축의 타단은 전자기 코일에 의해 작동되는 이동 가능한 플런저(plunger)에 부착되고, 이동 가능한 플런저는 적어도 부분적으로 자기(magnetic) 베어링 캡 내에 위치된다.

큰 간극이 이동 가능한 플런저와 둘러싸는 자기 캡 사이에 배치되고, 상기 간극은 캡 내의 이동 가능한 플런저의 변위를 윤활하기 위하여 연료로 채워진다.

그러나, 실제로는 플런저와 캡 사이의 큰 연료 갭은 플런저의 제어되지 않는 동적 움직임 및 자력의 손실을 초래한다. 댐핑 없이는, 압력 제어, 백 리크(back leak) 압력 스파이크 및 시스템에 관련된 노이즈에 불안정이 있다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 억제하는 것이다.

일 실시예에서, 본 발명은, 내부에 베어링 캡 및 이동 가능한 플런저가 배치되는 전자기 코일을 포함하며, 상기 이동 가능한 플런저는 밸브의 볼(ball) 또는 니들(needle)과 맞물리는(engage) 이동 가능한 축의 변위를 제어하고, 상기 이동 가능한 플런저는 베어링 캡 내부에 수용된 스프링에 의해 가압되고, 베어링 캡의 하부 벽은 이동 가능한 플런저의 외면을 둘러싸고, 플런저의 외면과 베어링 캡의 내벽 사이의 간극이 연료 막으로 채워지고, 플런저의 개방 움직임은 플런저의 상부에 위치된 공간으로부터 축이 배치된 보어(bore)로 연료가 흐르게 하고, 제어된 두께의 슬리브(sleeve)는 상기 연료 막 두께를 설정하기 위하여 간극 내에서 플런저 주위에 배치되고, 압력은 밸브의 시트와 볼 또는 니들의 관계에 의해 제어되고, 슬리브가 플런저의 외면을 향하여 배치되어, 슬리브의 외면과 베어링 캡의 내벽 사이의 통로가 공간과 보어 사이의 연료의 흐름을 위한 제한된 통로를 구성하거나, 또는 슬리브가 베어링 캡의 내면을 향하여 배치되어, 슬리브의 내면과 플런저의 외벽 사이의 통로가 공간과 보어 사이의 연료의 흐름을 위한 제한된 통로를 구성하는, 최소 압력을 유지하면서 커먼 레일을 배출시키는 전자 밸브를 제공한다.

실시예에 따르면, 이러한 전자 밸브는 하나 이상의 하기 특징을 포함할 수 있다.

세로 축은 임의의 단면 형상, 예를 들어 원형, 육각형 또는 트리로빅(trilobic) 단면 및/또는 일부 평탄한 면을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 부가적인 드릴링부(drilling)가 밸브의 시트 캐비티(cavity)로부터 플런저 캐비티로 밸브 바디를 통해 제공된다.

컨덕트(conduct)는 제2 제한된 통로를 구성하기 위하여 플런저를 통해 드릴 가공될 수 있다.

플런저는 임의의 단면 형상, 예를 들어 원형, 육각형 또는 트리로빅 단면을 가질 수 있고, 그리고/또는 일부 평탄한 면을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 플런저는 베어링 캡의 내벽과 상이한 단면 형상을 가져, 슬리브의 둘레의 제1 부분은 베어링 캡 내에 플런저를 가이딩하도록 베어링 캡의 내벽 또는 플런저의 외면과 슬라이딩 접촉하고, 슬리브의 둘레의 제2 부분은 공간과 보어 사이의 유체 연통을 위한 제한된 통로를 생성하기 위하여 베어링 캡의 내벽 또는 플런저의 외면으로부터 이격된다.

일 실시예에서, 스프링은 자연 압력(natural pressure) 동작에 대하여 밸브의 폐쇄 위치에서 플런저가 축을 가압하기 위하여 축의 단부를 받치게 한다. 다른 실시예에서, 스프링은 벤팅 압력 동작에 대하여 플런저가 축에 반대하는 베어링 캡의 단부 벽을 받치게 한다. 스프링은 축 주위의 밸브 바디의 리세스 내에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 플런저를 둘러싸는 슬리브는 양호한 슬라이딩 특성을 갖는 비자성 물질로 이루어진다.

플런저를 둘러싸는 슬리브는 슬리브와 플런저 사이에 유체 막 두께를 제어하도록 조정가능한 두께를 갖는다.

자기 캡은 제조 비용을 감소하고 제조를 용이하게 하기 위하여 딥드로잉(deep drawn)된다.

압력은 볼 및 그 시트의 관계에 의해, 또는 볼 및 그 시트 대신에 니들 밸브에 의해 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 슬리브는 플런저의 표면 또는 베어링 캡의 표면 상에 코팅을 포함한다.

일 실시예에서, 슬리브는 베어링 캡의 측벽으로 연장되어 배치된 튜브의 표면 상에 코팅을 포함한다.

본 발명의 양태는, 압력과 흐름 모두를 제어하는 고압 밸브의 캡과 플런저 사이에 위치된 저마찰 특성을 갖는 비자성 슬리브 또는 포일(foil)을 배치하는 아이디어에 기초한다. 슬리브는 마찰을 감소하고 센터링 효과(centering effect)를 제공하여, 측면 힘을 최소화한다. 슬리브 두께는 플런저의 움직임의 댐핑을 제어하도록 조정될 수 있다. 슬리브 물질은 비자성 금속, PTFE 또는 강철 상의 코팅이 될 수 있다. 더욱 효율적으로 댐핑을 조정하기 위하여 이동 가능한 플런저를 통해 부가적인 드릴링부가 있을 수 있다.

본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 도면을 참조하여 예시로서 이하 설명되는 실시예를 참조하여 설명되고 그로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 전자 밸브의 종래 실시예의 종단면이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 종단면이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 도 3의 실시예의 변형예이다.

도 1을 참조하면, 개선되어야 하는 알려진 실시예는 세로 축(3)이 내부에서 이동할 수 있는 내부 세로 보어(2)를 갖는 밸브 바디(1)를 포함한다. 보어(2) 및 축(3) 사이의 작은 간극은 연료로 채워진다.

축(3)은 일측에서 컨덕트(7)의 개구 상에 놓이는 볼(4)을 포함하며, 타측에서 플런저(5)에 고정된다.

스프링(6)은 볼(4)이 컨덕트(7)의 개구를 폐쇄하는 것이 유지되는 방식으로 플런저(5)를 아래쪽으로 밀고 있다. 컨덕트(7)는 연료 탱크(도시하지 않음)로 커먼 레일을 배출시키게 하도록 커먼 레일의 단부 플러그를 통해 배치된다.

스프링(6)은 연료로 채워지는 갭 또는 간극으로 플런저(5)를 부분적으로 둘러싸는 베어링 캡(8)에 의해 유지된다.

이 간극은 플런저의 자유로운 움직임을 허용하기에 충분히 크다.

전자기 코일(9)은 볼 상에 아래쪽으로 인가된 힘을 증가시키기 위하여 전압이 가해진다(energized). 코일(9)이 볼 상에 인가된 힘을 감소시킬 때, 유압이 시트(seat)를 통해 연료 탱크 쪽으로 방출된다. 이러한 플런저 움직임은 압력 강하의 제어의 손실을 생성하는 진동을 피하도록 제어되는 것이 필요하다.

그러나, 사용 중에는, 이동 가능한 플런저(5)의 변위가 재밍(jamming) 될 수 있다고 여겨진다.

또한, 축(3)이 보어(2)의 하단부에서의 밸브의 하부에서 그리고 그 상단부에서의 밸브의 헤드부(8)에서 축방향으로 가이딩(guide)되므로, 그리고 축(3)의 중간 부분이 플런저(5)에 고정되므로, 도 1의 밸브 배치는 밸브 바디(1)와 밸브 헤드부(8) 사이에 뛰어난 동심도(concentricity)를 필요로 하고, 이는 제조비를 증가시킨다.

도 2는 개선된 실시예를 도시한다. 이러한 도 2에서, 도 1에서와 같은 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 가진다.

이러한 실시예에서, 플런저(5)는 세로 축(3)에 더 이상 고정되는 것이 아니라, 스프링(6)의 동작에 의해 세로 축(3) 위에 단순히 놓여져 있고, 이에 따라 플런저(5)가 재밍(jamming)하는 하나의 원인을 억제한다.

다른 변형예에서는, 플런저(5)의 외면이 양호한 마찰 특성을 갖는 비자성 물질(예컨대, 나일론 또는 PTFE)의 슬리브(11)에 의해 덮이고, 그 슬리브(11)의 두께는 이동 가능한 플런저(5)와 캡(8)의 내벽 사이에서의 연료 막 두께를 정확하게 결정하기 위하여 조정가능하다는 것이다.

비자성 물질로 구성된 다른 슬리브(12)는 캡(8)의 측벽으로 연장되어 배치된다.

보어(2) 내의 세로 축(3)의 가이딩은 축(3)의 길이에 의해 획득된다. 축(3)의 가이딩을 달성하기 위하여, 축(3)의 단면은 보어(2)의 대응하는 단면에 잘 조정될 수 있고, 예를 들어 양자는 원형이다. 그 경우에, 보어(2)를 통한 유체 연통에 사용 가능한 공간은 밸브의 적절한 동작에 대하여 불충분할 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 평형에 대한 부가적인 드릴링부(drilling)(15)가 베어링 캡(8)에서 플런저(5)를 수용하는 캐비티와 밸브 시트 사이에 유체 연통을 보장하기 위하여 밸브 바디(1)를 통하여 제공될 수 있다.

다른 실시예에서, 축(3)의 단면은 보어(2)의 단면과 일치하지 않아, 일부 공간이 보어(2)을 통한 유체 연통하기 위하여 축(3) 주변에 남는다. 예를 들어, 보어(2)는 원형 단면을 가질 수 있는 반면, 축(3)은 6각형 또는 트리로빅(trilobic) 단면을 갖는다. 플런저(5)가 스프링(6)을 향하여 위로 이동할 때, 보어(2)를 향하여 플런저(5)의 외벽과 캡(8)의 내벽 사이에 존재하는 연료 막에서의 연료의 흐름이 있다.

상기 흐름은 플런저(5)의 외벽과 캡(8)의 내벽 사이의 공간의 중요성 및 이에 따른 정밀하게 조정될 수 있고 선택될 수 있는 슬리브(11)의 두께에 의해 결정되는 연료 막의 두께에 의해 제어된다.

일 실시예에서, 플런저(5)의 단면은 베어링 캡(8)의 내부 공간과 동일한 형상, 예를 들어 모두 원 형상을 가져, 실질적으로 균일한 두께를 갖는 연료 막이 플런저(5) 주위 전체에 존재한다.

바람직한 실시예에서, 플런저(5)의 단면은 베어링 캡(8)의 내부 공간과 상이한 형상, 예를 들어 원형 공간 내의 육각형 플런저 또는 다른 것을 가져서, 플런저(5)의 둘레의 일부에서, 슬리브(11)는 플런저(5)의 축 가이딩을 제공하기 위하여 베어링 캡(8)의 내벽과 슬라이딩 접촉하고, 플런저(5)의 둘레의 다른 부분에서, 슬리브(11)는 공간(10)과 보어(2) 사이의 유체 연통을 위하여 제한된 통로를 생성하기 위하여 베어링 캡(8)의 내벽으로부터 이격된다.

또한, 흐름 제어는 플런저(5) 위에 위치되는 공간(10)과 연통하는 스프링(6)의 하우징 및 보어(2)를 연결하는 정밀하게 결정된 직경의 부가적인 컨덕트(14)를 드릴링함으로써 실현될 수 있다.

다른 실시예에서, 스프링(6)은 플런저(5)의 반대하는 측 상에, 예를 들어 축(3)의 단부 주위의 밸브 바디(1)의 리세스(20) 내에 배치되는 유사한 스프링에 의해 대체된다. 이러한 경우에, 코일(9)에 전압이 가해지지 않는 한, 스프링은 축(3)의 단부로부터 약간의 거리에서 베어링 캡(8) 쪽으로 플런저(5)를 가압하고, 이에 따라 커먼 레일에 존재하는 압력 조건에 따라 개방 상태 및 폐쇄 상태 사이에서 축(3) 및 볼(4)이 부유하도록 한다. 이러한 경우에, 휴지 시에, 밸브를 통한 유량은 컨덕트(7)의 직경에 의해서만 제어된다.

축(3)의 상단부가 플런저(5)에 부착되지 않는다는 사실 때문에, 축(3)의 길이는 감소될 수 있고, 밸브 바디(1)와 밸브 헤드부(21) 사이의 동심도 요건은 도 1의 실시예에 비교하여 완화될 수 있다.

일 실시예에서, 슬리브(11)는 플런저(5)의 외면 대신에 베어링 캡(8)의 측벽의 내면을 향하여 배치된다. 슬리브(11)의 기능은 그 경우에 동일함을 유지한다.

슬리브(11)는 예를 들어, PTFE 포일(foil)의 형태 하에서 밸브의 다른 부분으로부터 독립적으로 만들어지고, 조립 동안 밸브 내에 삽입될 수 있다. 이 대신에, 슬리브(11)는 플런저(5) 또는 베어링 캡(11)의 표면 상에 미리 존재하는 코팅으로, 예를 들어, 조립 이전에 표면 상에 슬리브 물질을 스프레이함으로써 제작될 수 있다.

본 발명은 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 첨부한 특허청구범위는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발생할 수 있는 본 명세서의 기본적인 교시 내에서 속하는 모든 변경 및 대체 구성을 구체화하는 것으로 간주되어야 한다.

"구성한다" 또는 "포함한다"라는 동사 및 그 활용형의 사용은 특허청구범위에 기재된 것 외에 요소 또는 단계의 존재를 배제하는 것은 아니다. 또한, 구성 요소에 대한 단수형의 사용은 복수의 이러한 요소 또는 단계의 존재를 배제하는 것이 아니다.

특허청구범위에서, 괄호 사이에 위치한 임의의 도면 부호는 특허청구범위의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.

Claims

최소 압력을 유지하면서 커먼 레일을 배출시키는 전자 밸브에 있어서,
상기 전자 밸브는 내부에 베어링 캡(8) 및 이동 가능한 플런저(plunger)(5)가 배치되는 전자기 코일(9)을 포함하며, 상기 이동 가능한 플런저는 볼(ball) 또는 니들(needle)(4)과 맞물리는(engage) 이동 가능한 축(3)의 변위를 제어하고, 상기 이동 가능한 플런저(5)는 상기 베어링 캡(8) 내부에 수용된 스프링(6)에 의해 가압되고,
상기 베어링 캡의 하부 벽은 상기 이동 가능한 플런저(5)의 외면을 둘러싸고,
상기 플런저(5)의 외면과 상기 베어링 캡(8)의 내벽 사이의 간극이 연료 막으로 채워지고, 상기 플런저의 개방 움직임은 상기 플런저(5)의 상부에 위치된 공간(10)으로부터 상기 축(3)이 배치된 보어(2)로 연료가 흐르게 하고,
제어된 두께의 슬리브(11)는 상기 연료 막 두께를 설정하기 위하여 간극 내에서 상기 플런저(5) 주위에 배치되고, 압력은 상기 밸브의 시트와 상기 볼 또는 니들(4)의 관계에 의해 제어되고,
상기 슬리브(11)가 상기 플런저(5)의 외면을 향하여 배치되어, 상기 슬리브(11)의 외면과 상기 베어링 캡(8)의 내벽 사이의 통로가 상기 공간(10)과 상기 보어(2) 사이에 연료의 흐름을 위한 제한된 통로를 구성하거나, 또는
상기 슬리브(11)가 상기 베어링 캡(8)의 내면을 향하여 배치되어, 상기 슬리브(11)의 내면과 상기 플런저(5)의 외벽 사이의 통로가 상기 공간(10)과 상기 보어(2) 사이의 연료의 흐름을 위한 제한된 통로를 구성하는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항에 있어서,
상기 플런저(5)를 통해 드릴 가공된(drilled) 컨덕트(conduct)(14)는 연료의 흐름을 조정하는 제2 제한된 통로를 구성하는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플런저(5)는 상기 베어링 캡(8)의 내벽과 상이한 단면 형상을 가져, 상기 슬리브(11)의 둘레의 제1 부분은 상기 베어링 캡 내에 상기 플런저를 가이딩하도록 상기 베어링 캡(8)의 내벽 또는 상기 플런저(5)의 외면과 슬라이딩 접촉하고, 상기 슬리브(11)의 둘레의 제2 부분은 상기 공간(10)과 상기 보어(2) 사이의 유체 연통을 위한 제한된 통로를 생성하기 위하여 상기 베어링 캡(8)의 내벽 또는 상기 플런저(5)의 외면으로부터 이격되는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베어링 캡(8)의 내벽은 원형 단면을 가지고, 상기 플런저(5)의 외면은 비원형 단면을 가지는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
부가적인 드릴링부(drilling)(15)가 밸브의 시트 캐비티(cavity)로부터 플런저 캐비티로 밸브 바디(1)를 통해 제공되는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링(6)은 상기 밸브의 폐쇄 위치에서 상기 플런저(5)가 상기 축을 가압하기 위하여 상기 축(3)의 단부를 받치게 하는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스프링(6)은 상기 플런저(5)가 상기 축(3)에 반대하는 상기 베어링 캡(8)의 단부 벽을 받치게 하는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제7항에 있어서,
상기 스프링은 상기 축(3) 주위의 밸브 바디(1)의 리세스(20) 내에 배치되는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브(11)는 양호한 슬라이딩 특성을 갖는 비자성 물질로 이루어지는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브(11)는 조정 가능한 두께를 갖는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브(11)는 상기 플런저(5)의 표면 또는 상기 베어링 캡(8)의 표면 상에 코팅을 포함하는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브(11)는 상기 베어링 캡(8)의 측벽으로 연장되어 배치된 튜브(12)의 표면 상에 코팅을 포함하는,
커먼 레일 배출용 전자 밸브.