KR20140099549A - 분사 밸브용 밸브 조립체 배열체 및 분사 밸브 - Google Patents

분사 밸브용 밸브 조립체 배열체 및 분사 밸브 Download PDF

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Abstract

분사 밸브용 밸브 조립체 배열체 및 분사 밸브가 개시된다. 본 발명은 분사 밸브(10)용 밸브 조립체 배열체(11)에 관한 것이며, 상기 밸브 조립체 배열체(11)는 중앙 길이방향 축선(L)을 갖고 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111) 및 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)를 포함하며, 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)는 내향 개방 타입의 밸브 조립체가 밸브 조립체 배열체로부터 유체의 분배를 가능하게 하기 위해 외향 개방 타입의 밸브 조립체를 개방하도록 외향 개방 타입의 밸브 조립체 내의 유체 압력을 증가시키기 위해 외향 개방 타입의 밸브 조립체 안으로 유체를 분사하도록 작동 가능한 방식으로 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)에 인접하여 축방향으로 배열되고 이에 고정식으로 커플링된다.

Description

분사 밸브용 밸브 조립체 배열체 및 분사 밸브 {VALVE ASSEMBLY ARRANGEMENT FOR AN INJECTION VALVE AND INJECTION VALVE}
본 발명은 분사 밸브용 밸브 조립체 배열체 및 분사 밸브에 관한 것이다.
분사 밸브들은 광범위하게 사용되며, 특히 내연기관들을 위해 사용되고 여기서 분사 밸브들은 유체를 내연기관의 흡기 매니폴드 안으로 또는 직접적으로 내연기관의 실린더의 연소 챔버 안으로 투여하기 위해 배열될 수 있다.
분사 밸브들은 다양한 연소 엔진들에 대한 다양한 요구들을 만족시키기 위해 다양한 형태들로 제작된다. 따라서, 예컨대 이들의 길이, 이들의 직경 및 또한 유체가 투여되는 방식에 대한 책임을 갖는 분사 밸브의 다양한 요소들이 넓은 범위에서 변할 수 있다. 이에 더하여, 분사 밸브들은 분사 밸브의 니들을 동작시키기 위한 액추에이터를 수용할 수 있으며, 이 액추에이터는 예컨대 전자기 액추에이터 또는 압전 액추에이터일 수 있다.
원치않는 배출물들의 생성의 관점에서 연소 프로세스를 향상시키기 위해, 각각의 분사 밸브는 매우 높은 압력들 하에서 유체들을 투여하는 것이 적절할 수 있다. 압력은 가솔린 엔진의 경우에, 예컨대 최대 200 바의 범위 그리고 디젤 엔진의 경우에 최대 2000 바의 범위일 수 있다.
솔레노이드 구동 인젝터들은 보통 소위 내향 개방 인젝터들로서 디자인된다. 내향 개방 인젝터를 위한 통상적인 예는 EP 2 378 106 A1 호에 개시된다.
본 발명의 목적은 분사 밸브용 밸브 조립체 배열체 그리고 신뢰할 수 있고 정밀한 기능을 용이하게 하는 분사 밸브를 명시하는 것이다.
이러한 목적들은 독립 청구항들의 특징들에 의해 달성된다. 밸브 조립체 배열체의 유리한 실시예들 및 개량들은 종속 청구항들에 주어진다.
일 양태에 따르면, 분사 밸브용 밸브 조립체 배열체가 명시되며 이는 때때로 또한 밸브 조립체 수단으로 불린다. 다른 양태에 따르면, 밸브 조립체 배열체를 갖는 분사 밸브가 명시된다.
밸브 조립체 배열체는 중앙 길이방향 축선을 갖고 내향 개방 타입의 밸브 조립체 및 외향 개방 타입의 밸브 조립체를 포함한다. 외향 개방 타입의 밸브 조립체는 내향 개방 타입의 밸브 조립체에 인접하여 축방향으로 배열되고 이에 고정식으로 커플링된다. 예컨대, 밸브 조립체들은 공통 밸브 본체를 공유한다.
일 실시예에서, 각각의 밸브 조립체들은 공동을 갖고 각각의 공동 내에 수용되는 밸브 니들을 갖는다. 내향 개방 타입의 밸브 조립체의 밸브 니들은 특히 내향 개방 타입의 밸브 조립체의 공동 내에 완전히 배열된다.
내향 개방 타입의 밸브 조립체의 경우에, 특히 분사를 용이하게 하는 밸브 니들은 볼 형상 부분으로 끝날 수 있으며, 이 볼 형상 부분은 - 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 - 내향 개방 타입의 밸브 조립체의 밸브 본체의 부분일 수 있는 시트 판(seat plate) 상에 놓인다. 유체 분사를 위해 동작될 때, 밸브 니들은 분사 동안 유체가 이동하는 방향에 반대로 이동하고, 이에 의해 시트 판으로부터 이탈하며 따라서 유체를 내향 개방 타입의 밸브 조립체의 외측으로 분배하기 위한 시트 판 내에 제공되는 노즐 또는 노즐들을 개방한다. 내향 개방 타입의 밸브 조립체를 위한 통상적인 예가 EP 2 378 106 A1 호에 개시되고, 이에 대한 그의 개시 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
외향 개방 타입의 밸브 조립체의 밸브 니들은 특히 외향 개방 타입의 밸브 조립체의 공동의 하류에 배치되고 유압식으로 연통하는 오리피스를 통하여 연장한다. 유체는 특히 오리피스를 통하여 밸브 조립체 배열체에 의해 분배된다.
일 실시예에서, 외향 개방 타입의 밸브 조립체는, 내향 개방 타입의 밸브 조립체가 밸브 조립체 배열체로부터 특히 오리피스를 통하여 유체의 분배를 가능하게 하기 위해 외향 개방 타입의 밸브 조립체를 개방하도록 외향 개방 타입의 밸브 조립체 내의 유체 압력을 증가시키기 위해 외향 개방 타입의 밸브 조립체 안으로 - 특히 그의 공동 안으로 - 유체를 분사하도록 작동 가능한 방식으로 내향 개방 타입의 밸브 조립체에 인접하여 축방향으로 배열되고 이에 고정식으로 커플링된다.
외향 개방 타입의 밸브 조립체에 의해, 특히 내향 개방 인젝터들과 비교하여 특히 유리한 배기 배출물들 특징들이 달성 가능하다. 동시에, 밸브 조립체 배열체에는 유리하게, 소위 유압식 균형 맞춤된 외향 개방 인젝터들에서 요구되는 벨로우즈(bellows)가 없다. 유압식 균형 맞춤된 외향 개방 인젝터들에서, 벨로우즈는 밸브 본체 내에 가압된 연료를 유지하기 위한 별개의 구성요소이다. 벨로우즈 직경은 시일링 팁 직경에 대하여 연료 압력이 항상 인젝터 폐쇄 위치를 지지하거나 또는 인젝터 팁에 어떠한 하중을 가하지 않도록 균형 맞춤되게 할 정도이다. 이러한 인젝터를 위한 통상적인 예는 EP 1 516 116 B1 호에 개시된다. 이러한 디자인은 상당히 복잡하며 벨로우즈의 존재로 인해 연료 공급 라인을 전개시키는 것은 복잡하게 된다.
게다가, 그리고 소위 유압식 균형 맞춤된 인젝터들과 반대로, 개구의 방향으로 외향 개방 니들에 힘을 가하는 유체 압력은 유리하게는 내향 개방 타입의 밸브 조립체에 의해 제어된다. 따라서, 인젝터가 제어되지 않은 방식으로 전기 신호에 의해 가동되지 않은 채 개방되는 위험이 유압식 균형 맞춤된 외향 개방 인젝터에 비교하여 감소된다.
일 실시예에서, 내향 개방 타입의 밸브 조립체는 유체 입구 부분 및 유체 출구 부분을 갖는 제 1 공동을 포함하는 제 1 밸브 본체, 제 1 공동 내에서 축방향으로 이동 가능하며, 폐쇄 위치에서 유체 출구 부분을 통하는 유체 유동을 방지하고 다른 위치들에서 유체 출구 부분을 통하는 유체 유동을 해제하는 제 1 밸브 니들 및 제 1 밸브 니들을 동작시키도록 디자인되는 액추에이터 유닛을 포함한다. 액추에이터 유닛은 예컨대 전자기 액추에이터 유닛 또는 피에조 타입의 액추에이터 유닛이다. 내향 개방 타입의 밸브 조립체는 제 1 스프링을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 외향 개방 타입의 밸브 조립체는 제 2 공동, 제 2 밸브 니들 및 제 2 밸브 본체의 축방향 단부 구역에 있는 시일링 부분을 포함하는 제 2 밸브 본체를 포함한다. 제 2 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 시일링 부분을 따른 유체 유동을 방지하기 위해 그리고 다른 위치들에서 시일링 부분을 따른 유체 유동을 해제하기 위해 특히 제 2 공동 내에서 축방향으로 이동 가능하다. 특히, 제 2 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 오리피스를 통하는 유체 유동을 방지하기 위해 제 2 밸브 본체의 시일링 부분과 접한다.
일 실시예에서, 외향 개방 타입의 밸브 조립체는 제 2 스프링을 더 포함한다. 다른 개량에서, 외향 개방 타입의 밸브 조립체는 부가적으로 또는 대안적으로 천공된 디스크를 포함한다. 일 실시예에서, 천공된 디스크는 제 2 밸브 니들에 고정식으로 커플링된다.
제 2 스프링은 밸브 조립체 배열체가 특히 오리피스를 통한 유체의 분배를 방지하기 위해 특히 제 2 밸브 본체에 대해 제 2 밸브 니들을 편향시키기 위해 제 2 밸브 니들의 적어도 폐쇄 위치에서 천공된 디스크에 의해 예비 하중을 받을 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 공동은 단차부를 포함한다. 일 개량에서, 단차부는 천공된 디스크의 축방향 변위를 제한하도록 작동 가능하다.
일 실시예에서, 밸브 조립체 배열체는 내향 개방 타입의 밸브 조립체의 유체 출구 부분을 통하여 해제되는 유체를 제 2 공동 내의 유체 압력을 증가시키기 위해 그리고 밸브 조립체 배열체로부터 외향 개방 타입의 밸브 조립체의 시일링 부분을 따라 유체를 분배하기 위해 제 2 공동 안으로 분사하도록 구성된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 개략적인 도면들의 도움에 의해 이후에 설명된다. 도면들은 이하와 같다.
도 1 은 밸브 조립체 배열체를 갖는 분사 밸브를 길이방향 단면도로 도시하는 도면이고,
도 2 는 밸브 조립체 배열체의 확대 단면도이다.
상이한 예시들에 나타나는 동일한 디자인 및 기능의 요소들은 동일한 참조 부호에 의해 확인된다.
연료를 내연기관에 투여하기에 특히 적절한 분사 밸브(10)는 특히 밸브 조립체 배열체(11)를 포함한다.
밸브 조립체 배열체(11)는 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111) 및 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)를 포함하고, 이에 의해 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)는 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)에 인접하여 밸브 조립체 배열체(11)의 중앙 길이방향 축선(L)을 따라 축방향으로 배열되고 그에 고정식으로 커플링된다.
내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)는 기본적으로는 또한 내향 개방 디자인이며, 일반적으로 동일한 방식으로 기능하는 이미 언급된 EP 2 378 106 A1 호에 설명된 분사 밸브의 밸브 조립체와 유사하게 구성된다. 따라서, 이후에는 단지 작동 동안 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)와 함께 직접적으로 작용하는 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)의 세부 사항들만이 설명된다.
내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)는 유체 입구 부분(42) 및 유체 출구 부분(40)을 갖는 제 1 공동(181)을 포함하는 제 1 밸브 본체(121)를 포함한다. 제 1 공동(181)은 제 1 밸브 니들(201), 액추에이터(36) 및 제 1 스프링(211)을 수납한다(take in). 액추에이터 유닛(36)은 이전에 여기서 이미 언급된 것과 같이 EP 2 378 106 A1 호에 그리고 도 1 에 도시된 것과 같이 솔레노이드 타입 또는 피에조 타입일 수 있다. 액추에이터 유닛(36)은 활성화될 때(energized), 축방향으로 제 1 밸브 니들(201) 상에 (직접적으로 또는 간접적으로) 작용하며 따라서 제 1 밸브 니들(201)을 그의 폐쇄 위치로부터 분사 연료를 위한 개방 위치로 이동시킨다. 제 1 밸브 니들(201)을 그의 폐쇄 위치로 이동시키는 것은, 액추에이터 유닛(36)이 비활성화될 때 도 1 에 도시된 상기 제 1 스프링(211)에 의해 성립된다.
제 1 밸브 니들(201)의 폐쇄 위치에서 이 제 1 밸브 니들은 시트 판(32) 상에 밀봉식으로 놓이고 따라서 시트 판(32)을 통하는 그리고 그의 내측에 배열되는 하나 이상의 분사 노즐을 통하는 유체 유동을 방지한다. 분사 노즐은 예컨대 분사 홀일 수 있다. 하지만, 분사 노즐은 또한 유체 투여를 위해 적절한 어떠한 다른 타입일 수 있다.
축방향으로 중앙 길이방향 축선(L)을 따라 그리고 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)에 인접하여 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)가 배열되고 이에 고정식으로 커플링된다. 전체적인 관점에서 이는 도 1 에 도시될 수 있으며, 도 2 에서 이는 더 상세하게 도시된다. 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)는 차례로, 제 2 공동(182), 제 2 밸브 니들(202), 제 2 스프링(212), 천공된 디스크(222) 및 제 2 밸브 본체(122)의 축방향 단부 구역에 있는 시일링 부분(232)을 포함하는 제 2 밸브 본체(122)를 포함한다.
제 2 밸브 니들(202)은 제 2 공동(182) 내에서 축방향으로 이동 가능하며, 이에 의해 폐쇄 위치에서 시일링 부분(232)을 따른 유체 유동을 방지하고 다른 위치들에서 시일링 부분(232)을 따른 유체 유동을 해제한다. 천공된 디스크(222)는 제 2 밸브 니들(202)에 고정식으로 커플링된다. 제 2 스프링(212)은 제 2 밸브 니들(202)의 폐쇄 위치에서 천공된 디스크(222)에 의해 예비 하중을 받는다. 그리고 제 2 공동(182)이 단차부(242)를 포함하는 것이 유리하다.
이후에, 분사 밸브(10)의 기능이 설명된다 :
내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)는 기본적으로 이미 언급된 EP 2 378 106 A1 호에 개시된 것과 같은 분사 밸브의 밸브 조립체와 유사하게 기능하며 : 액추에이터(36)가 활성화될 때, 제 1 밸브 니들(201)은 그의 폐쇄 위치로부터 그의 다른 위치들을 향하여 축방향으로 이동하고 이에 의해 유체 출구 부분(40)을 통하여 유체 유동을 해제하고 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112) 안으로의 유체 분사를 가능하게 한다. 따라서, 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112) 내의 유체의 압력은 증가하고 천공된 디스크(222)가 제 2 스프링(212)을 향하여 이동하는 것을 야기한다. 천공된 디스크(222)가 제 2 밸브 니들(202)에 고정식으로 커플링되기 때문에, 제 2 밸브 니들(202)은 천공된 디스크(222)가 이동하는 것과 동일한 방향으로 또한 이동한다. 이러한 이동은 제 2 밸브 니들(202)이 시일링 부분(232)으로부터 들어올려지는 것을 야기하고 이에 의해 유체가 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)를 떠나는 것을 가능하게 하여 예컨대 내연기관의 실린더 안으로 분사된다. 액추에이터(36)가 비활성화될 때, 제 1 스프링(211) 및 제 2 스프링(212)은 특정한 양으로 압축 해제되고 이에 의해 제 1 및 제 2 밸브 니들(201, 202)들이 이들의 각각의 폐쇄 위치들로 이동하는 것이 야기되며, 분사는 액추에이터 유닛(36)의 활성화가 다음에 발생할 때까지 마무리된다.
본 발명의 큰 이점은 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)의 제 1 밸브 니들(201)이 폐쇄되기 때문에, 분사 밸브(10) 및 유체 입구 부분(40)에 가해지는 유체 압력이 증가하고, 밸브 니들(201, 202)들이 이들의 폐쇄 위치들에 있는 상황들에서, 이러한 증가하는 압력이 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)의 제 2 밸브 니들(202)에 전달되지 않는다는 것이다(전달된다면 제 2 밸브 니들(202) 상에 작용하는 유효한 폐쇄 힘을 감소시킬 수 있음).

Claims (9)

  1. 중앙 길이방향 축선(L)을 갖고 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111) 및 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)를 포함하는 분사 밸브(10)용 밸브 조립체 배열체(11)로서,
    상기 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)는, 내향 개방 타입의 밸브 조립체가 밸브 조립체 배열체로부터 유체의 분배를 가능하게 하기 위해 외향 개방 타입의 밸브 조립체를 개방하도록 외향 개방 타입의 밸브 조립체 내의 유체 압력을 증가시키기 위해 외향 개방 타입의 밸브 조립체 안으로 유체를 분사하도록 작동 가능한 방식으로 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)에 인접하여 축방향으로 배열되고 이에 고정식으로 커플링되는,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내향 개방 타입의 밸브 조립체(111)는
    - 제 1 밸브 본체(121)를 포함하며 상기 제 1 밸브 본체는 유체 입구 부분(42) 및 유체 출구 부분(40)을 갖는 제 1 공동(181)을 포함하고,
    - 상기 제 1 공동(181) 내에서 축방향으로 이동 가능하며, 폐쇄 위치에서 유체 출구 부분(40)을 통하는 유체 유동을 방지하고 다른 위치들에서 유체 출구 부분(40)을 통하는 유체 유동을 해제하는 제 1 밸브 니들(201),
    - 상기 제 1 밸브 니들(201)을 동작시키도록 디자인되는 액추에이터 유닛(36), 및
    - 제 1 스프링(211)을 포함하며,
    상기 외향 개방 타입의 밸브 조립체(112)는 제 2 밸브 본체(122)를 포함하며 이 제 2 밸브 본체는 제 2 공동(182), 제 2 밸브 니들(202), 제 2 스프링(212), 천공된 디스크(222) 및 제 2 밸브 본체(122)의 축방향 단부 구역에 있는 시일링 부분(232)을 포함하며,
    상기 제 2 밸브 니들(202)은 제 2 공동(182) 내에서 축방향으로 이동 가능하며, 이에 의해 폐쇄 위치에서 시일링 부분(232)을 따른 유체 유동을 방지하고 다른 위치들에서 시일링 부분(232)을 따른 유체 유동을 해제하는,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유체 출구 부분(40)을 통하여 해제되는 유체를 제 2 공동(182) 내의 유체 압력을 증가시키기 위해 그리고 밸브 조립체 배열체(11)로부터 시일링 부분(232)을 따라 유체를 분배하기 위해 제 2 공동(182) 안으로 분사하도록 구성되는,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 천공된 디스크(222)는 제 2 밸브 니들(202)에 고정식으로 커플링되는,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 스프링(212)은 천공된 디스크(222)와의 기계적 상호 작용에 의해 제 2 밸브 니들(202)을 그의 폐쇄 위치를 향하여 편향시키도록 작동 가능한,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 공동(182)은 천공된 디스크(222)의 축방향 변위를 제한하기 위한 단차부(242)를 포함하는,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛(36)은 전자기 액추에이터 유닛인,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛(36)은 피에조 타입인,
    분사 밸브용 밸브 조립체 배열체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 조립체 배열체(11)를 갖는,
    분사 밸브(10).
KR1020147018817A 2011-12-07 2012-12-05 분사 밸브용 밸브 조립체 배열체 및 분사 밸브 KR101964166B1 (ko)

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