KR20140022457A - 밸브 조립체 및 이를 포함하는 연료 펌프 - Google Patents

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KR20140022457A
KR20140022457A KR1020147000305A KR20147000305A KR20140022457A KR 20140022457 A KR20140022457 A KR 20140022457A KR 1020147000305 A KR1020147000305 A KR 1020147000305A KR 20147000305 A KR20147000305 A KR 20147000305A KR 20140022457 A KR20140022457 A KR 20140022457A
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bore
valve member
spool
spool valve
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KR1020147000305A
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미셸 마레샬
프레드릭 소바주
파스칼 벨라미
크리스토프 브레앙
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델피 테크놀로지스 홀딩 에스.에이.알.엘.
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    • F02M63/0056—Throttling valves, e.g. having variable opening positions throttling the flow

Abstract

밸브 입구(18)와 밸브 출구(22) 사이의 유체의 유량을 제어하기 위한 밸브 조립체는, 밸브 하우징(10) 및 상기 밸브 하우징(10) 내에 제공된 밸브 보어(12) 내에서 축방향으로 개방 방향 및 폐쇄 방향으로 이동가능한 스풀 밸브 부재(14)를 포함한다. 상기 스풀 밸브 부재(14)는 블라인드 보어(28) 및 하나 이상의 개구(32, 34; 40; 50, 52, 54, 56)를 구비하며, 상기 블라인드 보어(28)의 개방 단부는 상기 밸브 출구와 연통하고, 상기 하나 이상의 개구는 상기 밸브 보어 내의 상기 스풀 밸브 부재(14)의 축방향 위치에 따른 가변도(variable degree)로 상기 밸브 입구(18)와 연통한다. 상기 밸브 입구(18)는 제1 경계부(24)와 제2 경계부(26)를 포함하며, 상기 제1 경계부(24)는 제어 에지로서 작용하여 상기 개구(32, 34; 40; 50, 52, 54, 56)가 상기 제어 에지와 중첩하지 않는 상기 스풀 밸브 부재(14)의 축방향 위치들에 대해 상기 밸브 출구(22) 내로 흐르지 않는다. 상기 블라인드 보어(28)의 블라인드 단부(30)는, 상기 밸브 보어(12) 내의 상기 스풀 밸브 부재(14)의 모든 위치에 대해, 상기 스풀 밸브 부재(14)의 개방 방향으로 상기 제2 경계부(26)를 지나 위치설정된다.

Description

밸브 조립체 및 이를 포함하는 연료 펌프{VALVE ASSEMBLY}
본 발명은 유체의 흐름을 제어하기 위한 밸브 조립체에 관한 것이다. 특히, 한정적이지는 않지만, 본 발명은 커먼레일 연료 분사 시스템과 같은 고압 연료 분사 시스템의 고압 연료 펌프를 위한 입구 계측 밸브로서 사용되기에 적합한 밸브 조립체에 관한 것이다.
고압 커먼레일 연료 분사 시스템에서, 연료 펌프 조립체에 의해 저장 탱크로부터 커먼레일에 연료가 펌핑된다. 연료 펌프 조립체는 탱크로부터 펌프 조립체로 연료를 이송하도록 작용하는 저압 트랜스퍼 펌프와, 연료의 압력을 일반적으로 2000 바아 이상의 분사 압력으로 상승시키는 고압 펌프를 구비한다. 저압 연료 라인에 의해 탱크로부터 펌프 조립체로 그리고 고압 연료 라인(30)에 의해 펌프로부터 레일로 연료가 이송된다.
엔진 제어 유닛의 제어 하에서, 입구 계측 밸브는 트랜스퍼 펌프와 고압 펌프 사이에 제공된다. 입구 계측 밸브는 후속적인 가압 및 레일로의 전달을 위해 고압 펌프에 얼마나 많은 연료가 도달하는지를 판단한다.
레일 내의 연료 압력은, 레일 내의 연료 압력을 판단하는 전자 제어 유닛에 의해 목표값으로 조절되고, 레일 압력이 목표값보다 낮은 경우, 고압 펌프가 고압으로 레일에 연료를 전달하도록 입구 계측 밸브를 개방한다. 레일 압력이 목표값보다 높은 경우, 엔진 제어 유닛은 인젝터를 통해 연료가 전달됨에 따라 레일 내의 연료 압력이 약해질 수 있도록 입구 계측 밸브를 폐쇄한다.
실제로, 입구 계측 밸브는 완전 개방에서 완전 폐쇄로의 범위 내에서 트랜스퍼 펌프로부터 고압 펌프로 가변 흐름을 허용하여 레일 압력의 적확한 제어를 허용하도록 구성된다. 입구 계측 밸브는 밸브 조립체를 통해 입구 흐름 경로와 출구 흐름 경로 사이의 연통도를 제어하도록 슬리브 내에서 축방향으로 이동가능한 스풀 밸브 부재를 구비한다. 작동시에, 전자 제어 유닛은 입구 계측 밸브의 액추에이터로 공급되는 신호(일반적으로, 전류 신호)의 크기 또는 다른 특성을 조절함으로써 입구 계측 밸브를 통해 적절한 유량을 선택한다.
입구 계측 밸브가 완전히 개방하면, 레일 압력의 증가율이 최대화된다. 레일 압력의 증가율을 감소시키기 위해, 입구 계측 밸브를 통한 흐름은 고압 펌프로의 연료 흐름을 스로틀하도록 감소된다. 이로써, 레일 내의 압력에 대한 정확한 제어가 성취될 수 있다. 예를 들면, 레일을 가압할 때, 입구 계측 밸브를 통한 흐름은 레일 압력이 그 목표값에 도달하여 소정의 목표값을 초과하는 레일 압력을 회피함에 따라 점차적으로 감소될 수 있다. 또한, 정상 상태의 엔진 작동 상태에서, 입구 계측 밸브는 안정된 연료 레일 압력을 유지하기 위해, 고압 펌프로 전달된 연료가 연료 시스템의 인젝터로 전달된 양 및 임의의 내부 누설과 동일하도록 적절한 레일로 설정될 수 있다.
입구 계측 밸브를 통한 출력 유량에 대한 제어의 반복성 및 정확성이 밸브를 제어하도록 인가된 전류 신호와 선형이 되는 것이 바람직하다. 공지된 입구 계측 밸브에서는, 출력 유량의 선형성이 스풀 밸브 부재와 슬리브의 상대적인 기하학적 형상 및 위치에 민감하다는 문제점이 관찰되었다.
본 발명의 목적은 고압 연료 분사 시스템의 입구 밸브로서 사용하기에 적합한 개선된 밸브 조립체를 제공함으로써, 전술한 문제점을 감소 또는 완화하기 위한 것이다.
본 발명의 제1 관점에 의하면, 밸브 입구와 밸브 출구 사이의 유체의 유량을 제어하기 위한 밸브 조립체로서, 밸브 하우징; 및 상기 밸브 하우징 내에 제공된 밸브 보어 내에서 축방향으로 개방 방향 및 폐쇄 방향으로 이동가능한 스풀 밸브 부재를 포함하는 밸브 조립체가 제공된다. 상기 스풀 밸브 부재는 블라인드 보어 및 하나 이상의 개구를 구비하며, 상기 블라인드 보어의 개방 단부는 상기 밸브 출구와 연통하고, 상기 하나 이상의 개구는 상기 밸브 보어 내의 상기 스풀 밸브 부재의 축방향 위치에 따른 가변도(variable degree)로 상기 밸브 입구와 연통한다. 상기 밸브 입구는 제1 경계부와 제2 경계부를 포함하며, 상기 제1 경계부는 제어 에지로서 작용하여 상기 개구가 상기 제어 에지와 중첩하지 않는 상기 스풀 밸브 부재의 축방향 위치들에 대해 상기 밸브 출구 내로 흐르지 않는다. 상기 블라인드 보어의 블라인드 단부는, 상기 밸브 보어 내의 상기 스풀 밸브 부재의 모든 위치에 대해, 상기 스풀 밸브 부재의 개방 방향으로 상기 제2 경계부를 지나 위치설정된다.
상기 밸브 조립체는 상기 밸브 보어 내의 상기 스풀 밸브 부재의 축방향 위치에 따라서, 상기 밸브 출구 내에 유체 유량의 가변 범위를 제공하도록 배치될 수 있다. 따라서, 상기 스풀 밸브 부재가 상기 밸브 출구로 흐르지 않는 완전히 폐쇄된 위치(즉, 적어도 하나의 개구가 제어 에지와 중첩하지 않는 위치)와, 상기 출구 내로 유체의 최대 유량이 통화하는 완전히 개방된 위치 사이에서 이동함에 따라, 상기 밸브 조립체를 통한 상기 밸브 출구 내로의 유체의 유량이 중간값의 범위를 통해 0 내지 최대 유량으로 변한다. 이로써, 상기 밸브 조립체를 통한 유량은 상기 스풀 밸브 부재의 축방향 위치를 조절함으로써 제어될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 밸브 입구는 상기 제1 및 제2 경계부에 의해 형성된 상기 밸브 보어 내에 제공된 입구 환형체를 포함한다. 상기 제1 및 제2 경계부는 연료가 상기 입구 환형체로부터 상기 밸브 보어 내로 반경방향으로 흐름에 다라 연료에 대한 흐름 깊이를 효과적으로 형성한다.
일 실시예에서, 상기 개구는 상기 스풀 밸브 부재의 단부 내에 제공된다.
일 실시예에서, 상기 개구는 V자형 그루브로 형성된다. 변형적으로, 상기 개구는 U자형 그루브로 형성될 수 있다.
상기 개구의 형상에 관계없이, 상기 스풀 밸브 부재는, 상기 스풀 밸브 부재의 원주 둘레의 등각도로 이격된 위치에 바람직하게 배치된 복수의 개구를 구비함으로써, 상기 밸브 입구와 상기 블라인드 보어 및 그에 따른 상기 밸브 출구 사이에 연료를 위한 복수의 흐름 경로를 형성할 수 있다.
상기 스풀 밸브 부재는 또 다른 드릴링을 구비하며, 상기 또 다른 드릴링의 일단부는 상기 개구(들)로부터 이격된 상기 스풀 밸브 부재의 단부와 상기 블라인드 보어 사이에서 연료가 흐르도록 상기 보어의 블라인드 단부 내로 개방할 수 있다. 따라서, "블라인드 보어"를 갖는 상기 스풀 밸브 부재에 대한 언급은 (예컨대, 밀링, 리밍 또는 드릴링에 의해) 특정한 깊이(블라인드 단부의 위치를 형성하는 깊이)로 형성되어 있는 보어의 맥락에 이루어지지만, 상기 블라인드 보어를 통한 흐름은 블라인드 단부와 연통하는 또 다른 드릴링(또는 드릴링들)에 의해 여전히 가능하다.
본 발명의 밸브 조립체는 시스템의 고압 연료 펌프로의 연료의 유량을 제어하기 위한 고압 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되기에 특히 적합하다. 본 적용에서, 상기 밸브 입구는 비교적 낮은 압력(예컨대, 트랜스퍼 압력)으로 연료 공급원으로부터 연료를 수용하여, 상기 밸브 출구를 거쳐 상기 밸브 조립체의 액추에이터에 공급되는 제어 신호(예컨대, 전류)에 따른 유량으로 고압 연료 펌프에 연료를 전달한다.
본 발명의 밸브 조립체는 상기 밸브 보어 내의 상기 스풀 밸브 부재의 모든 작동 위치에 대해 입구의 제2 경계부를 적어도 지나 연장되는 상기 스풀 밸브 부재 내에 상기 보어를 마련함으로써 전술한 타입의 기존 밸브 조립체에서의 문제점을 극복한다.
전술한 타입의 공지된 밸브 조립체에서의 문제점은, 입구와 출구 사이에서 상기 밸브 조립체를 통해 연료가 흐를 수 있는 상기 스풀 밸브 부재의 위치들에 대해, 상기 스풀 밸브 부재 내의 개구들과 상기 입구 환형체 사이에 제한된 흐름 경로가 존재하고, 상기 입구 환형체와 상기 개구들 사이의 중첩도가 더욱 낮아지는 상기 스풀 밸브 부재의 위치에 대해 그 제한이 더욱 커진다.
그 제한이 존재하면, 제한 영역에서의 낮은 국부적인 압력을 초래하는 연료의 더욱 가속된 흐름("제트 흐름"으로 지칭함)을 발생시킨다. 이러한 영역에서 상기 스풀 밸브 부재에 작용하는 저압의 결과는, 상기 스풀 밸브 부재가 각을 이루거나 또는 축방향으로 이동하게 함으로써, 상기 밸브 조립체를 통한 유량과 액추에이터 제어 신호 사이에 바람직한 선형 관계를 방해한다는 점이다. 상기 스풀 밸브 부재에 (상기 보어의 블라인드 단부가 상기 스풀 밸브 부재의 모든 위치에 대해 입구의 제어 에지를 지나 연장되는) 증가된 깊이의 보어를 제공함으로써, 이와 같은 제트력의 효과가 최소화될 수 있다. 이는 상기 스풀 보어의 블라인드 단부가 상기 입구 환형체의 경계부로부터 크게 변위되어, 상기 스풀 밸브 부재 내의 개구와 상기 입구 환형체 사이에 형성된 흐름 제한 영역으로부터 크게 변위되기 때문이다. 그에 따라, 본 발명에서는, 상기 밸브 조립체의 제어에 대한 선형성이 개선된다.
바람직하게, 상기 밸브 하우징은 슬리브의 형태를 취한다.
일 실시예에서, 상기 밸브 출구는 상기 밸브 보어에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
상기 밸브 조립체는 액추에이터 제어 신호의 인가시에 상기 스풀 밸브 부재를 이동시키도록 작동가능한 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 밸브 조립체는 상기 개방 방향으로 가압하도록 작용하는 스프링을 포함한다. 액추에이터가 제공되면, 상기 액추에이터는 상기 액추에이터 제어 신호의 인가시에 상기 스프링의 힘에 대해 상기 스풀 밸브 부재를 상기 폐쇄 방향으로 이동시키도록 작동가능하다.
또 다른 실시예에서, 상기 액추에이터는 상기 스풀 밸브 부재를 상기 개방 방향(즉, 역방향)으로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 스풀 밸브 부재는 스프링 가압식으로 폐쇄될 수 있고(즉, 상기 스프링은 폐쇄 방향으로 작용함), 스프링력에 대해 상기 개방 방향으로 이동하도록 상기 액추에이터에 의해 작동가능할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 의하면, 본 발명의 제1 관점의 밸브 조립체를 포함하는 고압 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프가 제공된다.
본 발명의 제1 관점의 바람직하고 그리고/또는 선택적인 특징은 단독으로, 또는 본 발명의 제2 관점 그리고 그 반대의 적절한 조합으로 구비될 수 있다.
첨부한 도면의 도 1 내지 6을 참조하여 예로서만 본 발명의 실시예를 기술할 것이다.
도 1(a)은 본 발명의 밸브 조립체의 상부에 대한 단면도이고, 도 1(b)은 도 1(a)과의 비교에 의해 종래기술에 공지된 밸브 조립체의 상부에 대한 단면도이다.
도 2는 도 1(a)의 밸브 조립체의 스풀 밸브 부재에 대한 단면도이다.
도 3은 도 2와의 비교를 위해, 도 1(b)의 공지된 밸브 조립체의 스풀 밸브 부재에 대한 단면도이다.
도 4는 도 2의 스풀 밸브 부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 변형 실시예의 스풀 밸브 부재에 대한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 스플 밸브 부재에 대한 사시도이다.
도 1(a)은, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 공지된 밸브 조립체의 구조와 비교한 본 발명의 밸브 조립체의 일 실시예에 대한 밸브 조립체의 구조를 도시한다. 도 1(a)의 발명에서, 고압 커먼레일 연료 분사 시스템에 사용되는 밸브 조립체는 내측 밸브 보어(12)를 갖는 슬리브의 형태인 밸브 하우징(10)과, 보어(12) 내에 수용되며 스프링(16) 및 액추에이터 시스템(미도시)의 영향 하에서 개방 및 폐쇄 방향으로 보어(12) 내에서 축방향으로 이동가능한 스풀 밸브 부재(14)를 구비한다. 일반적으로, 액추에이터 시스템은 완전히 개방된 위치와 완전히 폐쇄된 위치 사이에서 밸브 보어(12) 내에서 스풀 밸브 부재(14)의 축방향 운동을 제어하도록 전류의 형태인 제어 신호가 인가되는 전자 작동식 액추에이터를 구비한다. 스프링(16)은 스풀 밸브의 개방 방향(즉, 도시한 도면에서의 우측으로)으로 스풀 밸브 부재(14)에 작용함으로써, 연료의 최대 유량이 밸브 조립체를 통과하는 완전히 개방된 위치로 가압한다.
액추에이터가 제어 전류를 인가함으로써 여기되면, 스풀 밸브 부재(14)는 스프링력에 대해 연료가 밸브 조립체를 통해 흐르지 않는 완전히 폐쇄된 위치를 향해 폐쇄 방향(즉, 도시한 도면에서의 좌측으로)으로 이동하게 된다. 슬리브(10) 내의 스풀 밸브 부재(14)의 가변 위치 범위는 완전히 개방된 위치와 완전히 폐쇄된 위치 사이에 존재함으로써, 밸브 조립체를 통한 가변 유량 범위를 제공한다. 액추에이터 시스템은 제어 신호 내에 공급되는 전류에 따른 중간 위치의 범위를 통해 스풀 밸브 부재(14)를 이동시키도록 배치된다. 액추에이터 시스템은, 예컨대 가변 변위 선형 전자기식 액추에이터를 구비할 수 있다.
밸브 조립체는 밸브 보어(12)의 내부면 내에 제공된 입구 환형체(18)와 연통하는 적어도 하나의 입구(미도시)를 구비하는 입구 수단을 더 구비한다. 사용시에, 입구 환형체(18)는 트랜스퍼 펌프와 같이 비교적 저압에서 연료 공급부로부터 연료를 수용하는 복수의 입구 드릴링(20)(그 중 하나만이 도 1(a)에서 보임)과 연통한다. 밸브 보어(12)는 밸브 조립체가 적어도 부분적으로 개방하는 상황에서 연료 분사 시스템의 고압 연료 펌프에 연료를 전달하는 연료용 출구(22)를 형성한다.
입구 환형체(18)는 연료가 밸브 보어(12) 내로 반경방향으로 흐름에 따라 환형체를 통한 연료 흐름의 깊이를 형성하는 제1 및 제2 경계부에 의해 형성된다. 제1 경계부는 도 1(a)에 도시한 배향에서 좌측에 있고, 제2 경계부는 우측(즉, 스프링(16)으로부터 가장 멀리)에 있다. 환형체의 제1 경계부는 스풀 밸브 부재(14)를 위한 제어 에지를 형성한다. 그와 함께, 제1 및 제2 경계부는 슬리브 보어 내에 입구 흐름 경로의 폭을 형성한다.
도 1(b)는 양자의 밸브 조립체가 밸브 하우징(10), 밸브 보어(12), 스풀 밸브 부재(14), 스프링(16), 입구 환형체(18), 입구 드릴링(20) 및 출구(22)를 구비한다는 점에서 도 1(a)의 발명과 유사한 특징을 갖는다.
스풀 밸브 부재는 블라인드 단부(30)를 갖는 블라인드 보어(28)를 더 구비한다. 도 2 및 3을 참조하면, 도 2에서의 본 발명의 실시예는, 본 발명에서 증가된 길이를 갖는 블라인드 보어(28)에 대해 도 3의 공지된 밸브 조립체와는 상이함을 알 수 있다. 도 3의 공지된 스풀 밸브 부재(114)에서, 보어(128)의 블라인드 단부(130)가 훨씬 더 짧다. 특히, 도 1(a)을 다시 참조하면, 본 발명의 블라인드 보어(28)의 블라인드 단부(30)의 위치는 완전히 개방된 위치(즉, 우측으로 완전히)와 완전히 폐쇄된 위치(즉, 좌측으로 완전히) 사이의 스풀 밸브 부재(14)의 모든 위치에 대해, 보어(28)의 블라인드 단부(30)가 개방 위치에서 입구 환형체(18)의 제2 경계부(26)를 지나 위치되도록 한다. 이는 도 1(b) 및 도 3의 공지된 스풀 밸브 부재(114)에서의 경우는 아니며, 보어(112) 내의 스풀 밸브 부재(114)의 모든 위치에 대해, 보어(128)의 블라인드 단부는 스풀 밸브 부재(14)의 모든 위치에 대해 입구 환형체(118)의 경계부들 사이 또는 그 경계부들 내에 위치된다.
본 발명의 스풀 밸브 부재(14)는 그 개방 단부에서 스풀 보어(28)의 블라인드 단부와 연통하고, 그 블라인드 단부를 향해 스풀 밸브 부재(14) 내에 제공된 크로스 드릴링(31)과 연통하는 블라인드 축방향 드릴링(29)을 더 구비한다. 보어(28)와 드릴링(29)을 함께 고려하면, 비교적 큰 직경의 영역(보어(28)에 의해 나타냄)과 비교적 작은 직경의 영역(드릴링(29)에 의해 나타냄)을 포함하는 스풀 밸브 부재(14)에 의해 통로가 형성되며, 표면(30)에 있는 2가지 영역들 사이에는 직경의 단차 전이부가 형성된다. 크로스 드릴링(31)은 밸브 보어(12)에 의해 형성된 챔버(33)와 연통한다. 드릴링(29, 31)과 챔버(33)의 목적은 밸브 출구로부터 이격된 스풀 밸브 부재(14)의 단부와 블라인드 보어(28) 사이에서의 흐름을 허용하는 것이다. 이는 스풀 밸브 부재(14)가 압력 밸런싱되는 것을 보장하고, 또한 윤활 목적을 위해 액추에이터 시스템의 일부를 형성하는 하류의 플런저(미도시)로의 연료 통과를 허용한다.
도 2 및 4에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 스풀 밸브 부재(14)는 밸브 조립체의 출구(22)와 입구 환형체(18) 사이의 연통을 허용하는 흐름 경로를 더 구비한다. 흐름 경로는 스풀 밸브 부재(14)의 단부면 내에 제공된 V자형 그루브의 형태로 제1 및 제2 개구(32, 34)에 의해 형성된다. 각각의 V자형 그루브는 좁은 베이스(36, 38) 내에서 종결하고, 그 넓은 단부에서 밸브 보어(12) 내로 개방한다. 좁은 베이스(36, 38)가 입구 환형체(18)와 연통하게 되면, 스풀 밸브 부재(14) 내의 V자형 개구(32, 34)는 스풀 밸브 부재(14)의 벽을 통해 연료를 흐르게 함으로써, 입구 환형체(18)에 공급되는 연료가 스풀 보어(28) 내로 그리고 그에 따라 출구(22) 내로 흐르게 한다. 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 중첩도는 환형체(18)와 밸브 보어(12) 사이의 연료 유량 그리고 그에 따른 밸브 조립체를 통한 연료 유량을 결정한다.
스풀 밸브 부재의 벽이 입구 환형체(18)를 덮는 스풀 밸브 부재(14)의 축방향 위치에 대해, V자형 개구(32, 34)의 좁은 단부(36, 38)는 제1 경계부(24)와 중첩하지 않고, 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이에 연통이 없고, 밸브 조립체를 통해 흐르지 않는다. 이는 액추에이터에 완전히 동력이 공급되고 스풀 밸브 부재(14)가 도 1(a)의 배향에서 완전한 좌측으로의 위치를 채택하는 밸브 조립체의 폐쇄 위치이다. 이러한 상태에서, 밸브 조립체를 통한 유량은 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 중첩도에 의해 결정된다. 따라서, 밸브 보어(12) 내의 스풀 밸브 부재(14)의 위치는 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 중첩도를 결정하므로, 밸브 조립체를 통한 연료의 유량을 결정한다.
도 1(a)을 다시 참조하면, 액추에이터에 완전히 동력이 차단되고 스풀 밸브 부재(14)가 도시한 배향에서 완전히 우측에 있는 밸브 조립체의 완전히 개방된 위치로부터, 밸브 조립체를 통해 유량을 감소시키도록 요구되면, 스풀 밸브 부재(14)가 폐쇄방향으로(즉, 도시한 도면에서 좌측으로) 이동하게 하도록 액추에이터에 부분적으로 동력이 공급되어, 밸브 스프링(16)을 압축하고 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 중첩도를 감소시킨다. 밸브 조립체를 통해 유량을 더욱 감소시키기 위해, 스풀 밸브 부재(14)를 폐쇄방향으로 더욱 이동시키도록 액추에이터에 동력을 더욱 공급하여, 스프링(16)을 압축하고 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 중첩 정도를 더욱 감소시킨다.
액추에이터에 완전히 동력이 공급되는 완전히 폐쇄된 위치에 있기만 하면, 스풀 밸브 부재(14) 내의 V자형 개구(32, 34)가 입구 환형체(18)와 중첩하지 않는 방향으로 어느 정도까지만 이동되어 있기 때문에 밸브 조립체를 통한 실질적인 흐름이 없다.
밸브 조립체를 통해 유량을 다시 증가시키기 위해서는, 액추에이터에 동력이 차단되어 스프링(16)의 영향 하에서 스풀 밸브 부재(14)가 개방방향으로 이동하게 한다. V자형 개구(32, 34)의 좁은 단부(36, 38)가 입구 환형체(18)의 제1 경계부(24)에 의해 형성된 제어 에지를 통과하기만 하면, 입구 환형체(18)로부터, 개구(32, 34)를 통해 그리고 스풀 보어(28) 내로 그리고 그에 따라 밸브 출구(22) 내로 연료가 흐를 수 있다. 밸브 조립체를 통해 유량을 더욱 증가시키기 위해, 액추에이터에 동력을 더욱 차단하여, 스풀 밸브 부재(14)가 개방방향으로 더욱 이동하게 하고, 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 중첩도를 증가시키며, 밸브 조립체를 통해 유량을 증가시킨다.
본 발명의 중요한 이점은 스풀 밸브 부재(14)를 동작하도록 인가된 액추에이터 신호와 밸브 조립체를 통한 출력 유량 사이에 실질적으로 선형 관계가 있다는 점이다. 다시 말하면, 밸브 조립체는 액추에이터 신호와의 선형 출력 흐름 반응을 갖는다. 본 발명자는 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 제한 영역으로부터 제거된 위치로 스풀 보어(28)의 블라인드 단부(30)를 이동시킴으로써 밸브 조립체의 반응에 대한 선형성이 도 1(b) 및 3에서의 공지된 밸브 조립체에 비해 크게 개선되는 놀라운 효과를 발견하였다. 이는 입구 환형체(18)와 개구(32, 34) 사이의 작은 제한부를 통해 생기는 제트 흐름력을 고려함으로써 설명될 수 있다. 도 1(b) 및 3의 종래기술에서, 스풀 보어(128)의 블라인드 단부(130)는 인가된 액추에이터 신호에 의해 요구되지 않는 스프링력에 대한 축방향 운동을 야기할 수 있는 스풀 밸브 부재(14) 상의 추가적인 힘을 발생시키는 제트 흐름력을 받는다. 그러나, 본 발명에서, 스풀 보어(28)의 블라인드 단부(30)는 제한 영역으로부터 변위되고, 입구 환형체(18)의 제2 경계부(26)의 위치를 지나 항상 있기 때문에, 이와 같은 제트력 효과가 제한된다.
본 발명의 또 다른 실시예를 도 5에 도시하며, 스풀 보어(28)의 증가된 길이가 다시 제공되지만, 스풀 밸브 부재(14)의 벽 내의 개구의 형상은 상이하다. 본 실시예에서, 개구(40)(그 중 하나만이 도 5에서 보임)는 V자형이 아니라, U자형이며, 각각의 개구는 그 좁은 단부에서 부분 구형 베이스(42)를 갖고, 그 넓은 단부에서, 스풀 밸브 부재(14)의 단부에서 개방한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 스풀 밸브 부재(14) 내에는 다수의 개구(50, 52, 54, 56)(즉, 도시한 도면에는 4개)가 제공될 수 있다. 개구 형상 및 개구의 개수에 대한 각종 상이한 조합이 제공될 수 있는 한편, (i) 개구의 형상 및 개수가 입구 환형체(18)와 스풀 개구(들)(50, 52, 54, 56)의 영역 사이에 기대된 중첩을 형성하고, (ii) 밸브 보어(12) 내의 스풀 밸브 부재(14)의 모든 위치를 대해, 스풀 보어(28)의 블라인드 단부(30)가 입구 환형체(18)의 제2 경계부(26)를 지나 위치되어 보어(28)의 블라인드 단부(30)에 충격을 주는 바람직하지 못한 제트력의 악영향을 최소화하는 것을 보장하기에 충분한 길이를 스풀 보어(28)가 항상 갖는다면, 전술한 실시예와 동일한 이점을 여전히 성취할 수 있다.

Claims (13)

  1. 밸브 입구(18)와 밸브 출구(22) 사이의 유체의 유량을 제어하기 위한 밸브 조립체에 있어서,
    밸브 하우징(10); 및
    상기 밸브 하우징(10) 내에 제공된 밸브 보어(12) 내에서 축방향으로 개방 방향 및 폐쇄 방향으로 이동가능한 스풀 밸브 부재(14)
    를 포함하며,
    상기 스풀 밸브 부재(14)는 블라인드 보어(28) 및 하나 이상의 개구(32, 34; 40; 50, 52, 54, 56)를 구비하며, 상기 블라인드 보어(28)의 개방 단부는 상기 밸브 출구와 연통하고, 상기 하나 이상의 개구는 상기 밸브 보어 내의 상기 스풀 밸브 부재(14)의 축방향 위치에 따른 가변도(variable degree)로 상기 밸브 입구(18)와 연통하고,
    상기 밸브 입구(18)는 제1 경계부(24)와 제2 경계부(26)를 포함하며, 상기 제1 경계부(24)는 제어 에지로서 작용하여 상기 개구(32, 34; 40; 50, 52, 54, 56)가 상기 제어 에지와 중첩하지 않는 상기 스풀 밸브 부재(14)의 축방향 위치들에 대해 상기 밸브 출구(22) 내로 흐르지 않고,
    상기 블라인드 보어(28)의 블라인드 단부(30)는, 상기 밸브 보어(12) 내의 상기 스풀 밸브 부재(14)의 모든 위치에 대해, 상기 스풀 밸브 부재(14)의 개방 방향으로 상기 제2 경계부(26)를 지나 위치설정되는,
    밸브 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    액추에이터 제어 신호의 인가시에 상기 스풀 밸브 부재(14)를 이동시키도록 작동가능한 액추에이터를 더 포함하는,
    밸브 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스풀 밸브 부재(14)를 상기 개방 방향으로 가압하도록 작용하는 스프링(16)을 더 포함하며,
    상기 액추에이터는 상기 액추에이터 제어 신호의 인가시에 상기 스프링(16)의 힘에 대해 상기 스풀 밸브 부재(14)를 상기 폐쇄 방향으로 이동시키도록 작동가능한,
    밸브 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 조립체는 상기 밸브 보어(12) 내의 상기 스풀 밸브 부재(14)의 축방향 위치에 따라 상기 밸브 출구(22) 내로의 유체 유량의 가변 범위를 제공하도록 배치된,
    밸브 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스풀 밸브 부재는 또 다른 드릴링(29)을 구비하며, 상기 또 다른 드릴링(29)의 일단부는 상기 밸브 출구(22)로부터 이격된 상기 스풀 밸브 부재(14)의 단부와 상기 블라인드 보어(28) 사이에서 연료가 흐르도록 상기 보어(28)의 블라인드 단부(30) 내로 개방하는,
    밸브 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 입구는 상기 제1 및 제2 경계부(24, 26)에 의해 형성된 상기 밸브 보어(12) 내에 제공된 입구 환형체를 포함하는,
    밸브 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 하우징(10)은 슬리브의 형태를 취하는,
    밸브 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 개구(32, 34; 40; 50, 52, 54, 56)는 상기 스풀 밸브 부재(14)의 단부에 제공되는,
    밸브 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 개구는 V자형 그루브(32, 34; 50, 52, 54, 56)인,
    밸브 조립체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 개구는 U자형 그루브(40)인,
    밸브 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스풀 밸브 부재는, 상기 스풀 밸브 부재(14)의 원주 둘레의 등각도로 이격된 위치에 배치된 복수의 개구(32, 34; 40; 50, 52, 54, 56)를 구비하는,
    밸브 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 출구는 상기 밸브 보어(12)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는,
    밸브 조립체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 밸브 조립체를 구비하는, 고압 연료 분사 시스템에 사용되는 연료 펌프.
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