KR20190126289A

KR20190126289A - 연료분사 시스템용 밸브 배치부 및 연료분사 시스템

Info

Publication number: KR20190126289A
Application number: KR1020197019504A
Authority: KR
Inventors: 막스 쉘러
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-11-11
Also published as: JP2020511608A; DE102017204925B3; US20200040858A1; WO2018172038A1; CN110199110A

Abstract

본 발명은 연료분사 시스템 (10)용 밸브 배치부 (22)에 관한 것으로서, 이 배치부에는 첫 번째 유량 단면적 (Q₁)이 있는 첫 번째 밸브 유닛 (42)와 두 업째 유량 단면적 (Q₂)가 있는 두 번째 밸브 유닛 (44)가 있는 바, 이때 두 번째 밸브 유닛 (44)에는 각각 개별 밸브 유량 단면적 (Q_E)가 있는 개별 밸브 (48)이 적어도 두 개 있으며, 여기서 두 번째 유량 단면적 (Q₂) 는 개별 밸브 유량 단면적 (Q_E)의 합계이다. 또한 본 발명은 그러한 밸브 배치부 (22)가 있는 연료분사 시스템 (10)에 관한 것이다.

Description

연료분사 시스템용 밸브 배치부 및 연료분사 시스템

본 발명은 내연기관의 연료분사 시스템용 밸브 배치부 및 밸브가 그렇게 배치된 연료분사 시스템에 관한 것이다.

소위 말하는 커먼레일 연료분사 시스템에서는 내연기관 내에서 연소해야 할 연료 내에서의 압력 생성과 내연기관의 연소실 내로의 연료 분사가 분리되어 있다. 이때 고압 연료펌프는 예컨대 연료 탱크와 같은 저압 구역에서 나와 자신에게 공급된 연료를 압축한다. 그러면 고압 연료펌프의 출구 측에서 압축된 연료의 용적 유량이 소위 커먼레일이라고 하는 고압 어큐뮬레이터로 흐르고, 이 어큐뮬레이터에서 압축된 연료가 내연기관의 연소실로 분사된다. 이때 고압 연료펌프는 예를 들어 휘발유를 연료로 사용할 때 연료 내에서 150 bar에서 400 bar까지의 범위 내에 있는 압력을 구축하고, 디젤유를 연료로 사용할 때는 1500 bar에서 3000 bar까지의 범위 내에 있는 압력을 구축한다. 각 연료는 고압 어큐뮬레이터 내에서 이렇게 구축된 높은 압력을 받으며 고압 어큐뮬레이터에서 분사밸브를 통해 내연기관의 연소실로 공급된다.

연료분사 시스템의 올바른 작동을 보장할 수 있고 경우에 따라 있을 수 있는 특수한 요건을 충족시킬 수 있기 위해, 연료분사 시스템에는 대개 밸브가 두 개 있는 바, 즉 한편으로는 유출밸브가 있고 다른 한편으로는 압력제어밸브가 있다. 유출밸브는 - 고압 연료펌프가 피스톤 펌프라는 형태를 띠고 있는 경우 - 펌프의 피스톤이 상승 이동을 할 때 열리는 고압 밸브로서 작동하므로, 연료가 고압 어큐뮬레이터 안으로 이송될 수 있다. 펌프의 피스톤이 하강 이동을 할 때는 유출밸브가 닫히므로, 압축된 연료가 고압 어큐뮬레이터에서 압력실로 환류하는 것을 방지한다.

압력제어밸브에는 고압 어큐뮬레이터에서 압력이 너무 많이 상승하는 것을 방지하는 기능이 있다. 고압 어큐뮬레이터에서 압력이 어떤 특정값을 초과하면, 압력제어밸브를 통해 특정한 용적 유량의 연료가 고압 또는 저압 구역으로 방향을 바꾸어 흐른다.

상기 밸브는, 즉 유출밸브와 압력제어밸브는 예컨대 고압 연료펌프의 하우징 내에 따로 설치된다. 따라서 상당히 넓은 설치 공간이 필요하고, 이로 인해 고압 연료펌프의 효율이 낮아지며 시스템 압력이 높은 경우에는 더 이상 고압 연료펌프에 연결할 수 없는 경우도 있게 된다.

다른 방법으로서 예컨대 압력제어밸브와 유출밸브를 직렬로 앞뒤로 배열하는 방법도 알려져 있으나 이 방법에서는 액체로서의 연료를 여러 차례 방향을 바꾸며 유도하는 것이 불리하며, 더 나아가 원치 않는 압력 하강과 공동 형성 및 부식에 의해 내구성 저하를 유발할 수 있다.

유출밸브와 압력제어밸브에 필요한 설치 공간은 일반적으로 비슷하다. 위에서 기술한 첫 번째 버전에서는, 즉 두 밸브를 서로 나란히 배열하는 방법에서는 아주 큰 어셈블리가 형성되지만, 필요한 유량에 따라 전환될 수 있다. 하지만 이처럼 큰 어셈블리를 연결하는 것은 기술적으로나 금전적으로도 한계가 있다.

기하학적으로는 직렬 연결이지만 기능상으로는 병렬 연결인, 두 번째 버전에서 언급한 방법은 유압적인 측면에서 단점이 있다. 즉 밸브로 향하는 유량을 확보하기 위해서는 교차 구멍이 필요한 바, 이로 인해 압력 손실이 더 많아지고 부분적으로 유속이 더 빨라진다. 이 둘로 인해 이 두 밸브와 연료 고압 시스템 전체의 내구성이 감소된다.

그러므로 본 발명의 과제는 연료분사 시스템을 위해 개선된 밸브 배치부를 제안하는 것이다.

이러한 과제는 청구항 1의 특징이 결합된 밸브 배치부에 의해 해결된다.

밸브가 이와 같이 배치되어 있는 연료분사 시스템은 동등한 수준의 청구항이 목표로 하는 대상이다.

본 발명의 유용한 구현 형태는 종속된 청구항의 대상이다.

내연기관의 연료분사 시스템용 밸브 배치부에는 최소한 하나의 밸브 유닛인 모듈을 수납하기 위한 밸브 하우징이 있는 바, 이때 밸브 하우징에는 첫 번째 유량 단면적이 있는 첫 번째 밸브 유닛과 두 번째 유량 단면적이 있는 두 번째 밸브 유닛이 하나씩 수납되어 있다. 첫 번째 밸브 유닛과 두 번째 밸브 유닛은 서로에 대해 역평행으로 연결되어 있다. 두 번째 밸브 유닛에는 최소한 두 개의, 유압적으로 서로 분리되어 있지만 평행하게 연결된 개별 밸브가 있는 바, 이 밸브에는 각각 개별적인 밸브 유량 단면적이 있다. 두 번째 밸브 유닛의 두 번째 유량 단면적은 개별적인 밸브 유량 단면적의 합계이다.

두 번째 밸브 유닛을, 개별적인 유량 단면적의 합계가 두 번째 밸브 유닛의 두 번째 유량 단면적 전체가 되는 여러 개의 작은 개별 밸브로 분할함으로써, 첫 번째 및 두 번째 밸브 유닛이 수납되는 밸브 하우징 내에서 이용할 수 있는 설치 공간을 최대한 활용할 수 있다. 이렇게 함으로써 예컨대 유출밸브와 압력제어밸브를 연료분사 시스템 내에 설치할 때 비슷한 크기의 설치 공간이 필요하다는 단점에 대처할 수 있는 바, 왜냐하면 이 두 밸브 중 하나가 여러 개의 개별 밸브로 분할되어 있기 때문이다.

이때 "유량 단면적" 이란 각 밸브 유닛을 통과하여 흐르는 연료와 같은 유체가, 밸브 유닛이 최대 개방 위치에 있을 때 밸브 유닛을 통과하여 흐르기 위해, 이용하는 단면적을 의미한다. 유량 단면적이 반드시 하나의 개별적인 개별 밸브에서 이루어질 필요는 없으며, 여러 개별 밸브 유량 단면적을 합산하여 유량 단면적을 구성할 수 있다.

"역평행" 또는 "평행" 이라는 개념은 다음과 같이 이해되여야 할 것이다: 밸브 유닛에는 밸브 유닛을 닫는 밸브 모듈과 서로 분리되어 있는 유입 구역 및 유출 구역이 있다. 따라서 밸브 유닛에는 면이 두 개, 즉 유입 구역과 유출 구역이 있다. 두 밸브 유닛을 역평행으로 배치할 때는 그 밸브 모듈을 기준으로 하여 한 밸브의 유입 구역이 다른 밸브의 유출 구역에 인접하여 배치되고 또 역으로 그 유출 구역은 그 유입 구역에 인접하여 배치된다. 이에 반하여 "평행" 배치에서는 두 밸브 유닛의 두 유입 구역과 두 밸브 유닛의 두 유출 구역이 서로 직접 인접하여 배치되어 있다.

밸브 배치부의 가능한 한 모델 형태에서는 최소한 두 개의 개별 밸브에서 그 개별 밸브 유량 단면적이 서로 상이하다. 하지만 그 대신 최소한 두 개의 개별 밸브에서 그 개별 밸브 유량 단면적이 동일할 수도 있다. 중요한 것은 최소한 두 개의 개별 밸브에서 그 개별 밸브 유량 단면적은 두 번째 밸브 유닛의 원하는 두 번째 유량 단면적에 합산될 수 있다는 점이다. 첫 번째 대안에서는 어떤 특정한 개별 밸브의 단면적이 다른 밸브 또는 밸브들의 단면적보다 클 때 두 번째 밸브 유닛을 통해 흐른 유체의 유동 방향을 명확하게 그 특정한 개별 밸브로 집중할 수 있다. 따라서 이 유체는 특히 한 개별 밸브를 통과하여 흐른다. 이에 반하여 두 번째 대안에서는 개별 밸브들의 단면적이 동일하므로 유체가 균일하게 이러한 밸브들을 통해 흐른다.

특히 최소한 두 개별 밸브에서는 개방 압력이 서로 상이하다. 따라서 예컨대, 두 번째 밸브 유닛이 연료분사 시스템 내에서 압력제어밸브로 구성되어 있는 경우, 연료분사 시스템 내에서 여러 과압 상황이 발생할 수 있는 바, 이때 개별 밸브가 상이한 가압 시점에 개방될 수 있다. 예를 들어 개별 밸브가 간단히 스프링을 통해 프리텐션이 가해지는 밸브 모듈이 있는 체크밸브로서 구성되어 있으면, 개별 밸브의 개방 압력을 스프링 상수를 통해 설정할 수 있는 바, 즉 예를 들어 개별 밸브에 대해 스프링 상수가 상이한 프리텐션 스프링을 사용하게 된다.

유리하게도 첫 번째 밸브 유닛은 단 하나의 개별 밸브로 구성되어 있다.

또 다른 장점은 두 번째 밸브 유닛에 개별 밸브가 세 개 또는 최대 다섯 개까지 있다는 점이다. 첫 번째 밸브 유닛이 단 하나의 개별 밸브로 구성됨으로 인해 첫 번째 유량 단면적 전체는 이 개별 밸브의 단면적이므로, 이 개별 밸브는 두 번째 밸브 유닛이 여러 개의 개별 밸브로 이루어졌기 때문에 그 크기가 훨씬 더 크다. 따라서 두 번째 밸브 유닛의 작은 개별 밸브를 밸브 하우징의 설치 공간에 설치할 수 있는 바, 이 설치 공간은 원래 첫 번째 밸브 유닛의 큰 개별 밸브에 사용되어야 하지만, 완전히 다 이용하지는 않은 공간이기 때문이다. 따라서 밸브 하우징 내에서 사용하지 않은 설치 공간이 현저히 감소된다.

특히 두 번째 밸브 유닛의 개별 밸브와 첫 번째 밸브 유닛은 인터페이스에서 밸브 하우징의 밸브 하우징 종축에 대해 수직으로, 그리고 밸브 하우징 종축을 중심으로 하여 대칭적으로 배치되어 있다.

두 번째 밸브 유닛의 개별 밸브가 인터페이스에서 밸브 하우징의 밸브 하우징 종축에 대해 수직으로, 그리고 첫 번째 밸브 유닛을 중심으로 대칭적으로, 무엇보다도 원형으로 배치되는 것이 특히 유리하다.

이로 인해 첫 번째 밸브 유닛을 둘러싼, 원래 첫 번째 밸브 유닛이 밸브 하우징 내에서 이용해야 할 설치 공간을 특히 유용하게 활용하여 두 번째 밸브 유닛의 개별 밸브를 배치할 수 있다. 왜냐하면 밸브 하우징 내에서 세 개에서 최대 다섯 개까지의 작은 개별 밸브를 단 하나의 개별 밸브로서 구성된 첫 번째 밸브 유닛 주변에 어려움 없이 배치할 수 있기 때문이다.

두 번째 밸브 유닛 또는 첫 번째 밸브 유닛을 구성하는 개별 밸브를 대칭적으로 배치함으로써 밸브 배치부 내에서 유체가 균일하게 흐를 수 있는 바, 이로 인해 그러한 밸브 배치부에서는 부식과 공동 형성이 감소될 수 있다.

또한 밸브 유닛을 대칭적으로 배치함에 따라 밸브 배치부의 모듈식 구조가 단순화되었다. 왜냐하면 밸브 배치부의 각 용도에 따라 두 번째 밸브 유닛을 구성하는 개별 밸브의 개수가 다를 수 있기 때문이다. 하지만 이때 밸브 하우징에서 변화가 있어서는 안 되며, 각 용도에 따라 필요한 정확한 개수의 개별 밸브가 밸브 하우징 내에 설치되어야 하며, 필수한 개별 밸브의 개수가 적은 경우에는 남은 개별 밸브를 제거하면 된다.

유리하게도 밸브 하우징에는 수납할 각 개별 밸브를 위해 할당된 밸브 구멍이 있는 바, 이때 이 밸브 구멍은 유압적으로 서로 분리되면서 서로에 대해 대칭적으로 배치되어 있다. 이로 인해 교차 구멍을 방지할 수 있으며, 밸브 구멍을 통한 유체의 유압적 유도가 개선됨에 따라 유체의 압력 손실 및 부분적으로 더 빨라진 유속을 방지하게 된다.

밸브 구멍은 특히 스터드 홀의 형태를 지닌다.

유리하게도 첫 번째 밸브 유닛의 밸브 구멍에는 첫 번째 밸브 유닛의 밸브 유닛 종축에 대해 방사 방향으로 배치된 유출 만곡부가 있다. 이때 두 번째 밸브 유닛에 할당된 밸브 구멍의 개별 밸브는 각각 두 개의 유출 만곡부 사이에 배치되어 있다. 이 유출 만곡부에 의해 첫 번째 밸브 유닛을 통과하는 유체의 유량에 충분한 빈 단면부가 형성된다. 그러면 각 배치에 따라, 예를 들어 유출 만곡부를 꽃 형태로 배치할 때 밸브 하우징의, 유출 만곡부를 형성하기 위해서는 필요하지만 첫 번째 밸브 유닛에 대해서는 사용될 수 없는 구역을 이용할 수 있게 된다. 그러면 이 구역에 두 번째 밸브 유닛의 개별 밸브를 목적에 맞게 설치하여 이용할 수 있는 설치 공간을 더 잘 활용할 수 있게 된다.

유리하게도 밸브 구멍에는 폐쇄 부재용 밸브 시트를 형성하거나 또는 밸브 스프링용 지지 외곽을 형성하기 위한 돌출부가 있다. 그러면 상이한, 밸브 구멍에 의해 형성되지 않은 각 부재는 - 즉 밸브 시트 또는 지지 외곽은 - 해당 슬리브에 의해 형성될 수 있다. 두 부재 중 하나가 돌출부에 의해 밸브 구멍 내에 형성되면, 유리하게도 다른 슬리브가 필요하지 않을 수 있다.

내연기관용 연료분사 시스템에는 압력실이 있는 고압 연료펌프가 있는 바, 이 압력실에서는 작동 중 연료를 고압으로 이송하기 위해 펌프의 피스톤이 움직인다. 그 외에도 연료분사 시스템에는 고압 연료펌프 내에서 고압으로 이송된 연료를 저장하기 위한 고압 어큐뮬레이터가 있다. 또한 연료실을 고압 어큐뮬레이터와 결합하기 위해 위에서 기술한 바와 같이 밸브를 배치하려고 계획하였다. 밸브 배치부에는 고압 어큐뮬레이터로부터 작용하는 압력의 힘을 차단하는 유출밸브 유닛과 압력실로부터 작용하는 압력의 힘을 차단하는 압력제어밸브 유닛이 있다.

이때 첫 번째 모델 형태에서는 유출밸브 유닛이 첫 번째 밸브 유닛에 의해, 그리고 압력제어밸브 유닛은 두 번째 밸브 유닛에 의해 형성되어 있을 수 있다.

하지만 그 대신 압력제어밸브가 첫 번째 밸브 유닛에 의해, 그리고 유출밸브 유닛이 두 번째 밸브 유닛에 의해 형성될 수도 있다.

유리하게도 연료분사 시스템에는 압력실과 고압 어큐뮬레이터 사이에 연결 구멍이 있으며, 이 구멍에 밸브 배치부가 배치되어 있다.

이때 연결 구멍은 예컨대 고압 연료펌프의 펌프 하우징 내에서나 펌프 하우징과 고압 어큐뮬레이터 사이의 연결 부재를 형성하는 고압 연결부 내에 형성되어 있을 수 있다. 하지만 이 연결 구멍이 두 모듈 위로 - 즉 펌프 하우징 및 고압 연결부 위로 - 뻗어 있을 수 있다.

가능한 한 모델 형태에서는 이 연결 구멍의 벽면 구역이 밸브 배치부의 밸브 하우징이 된다. 이는 밸브 시트, 프리텐션 스프링, 폐쇄 부재와 같은 밸브 유닛의 모듈이 개별적으로 적절하게 형성된 연결 구멍 내에 배치되어 있다는 것을 의미한다. 이때 이 모듈은 예컨대 프레싱이나 크림핑, 또는 용접에 의해 연결 구멍 내에 고정되어 있을 수 있다.

하지만 그 대신 밸브 배치부가 연료분사 시스템 밖에서 사전에 장착된 카트리지 하우징 내에 형성되어 있을 수도 있는 바, 이때 카트리지 하우징 전체가 연결 구멍 내에 고정되어 있다. 여기서도 프레싱, 크램핑 또는 용접에 의해 고정될 수 있다.

유리하게도 밸브 배치부는 밸브 구멍이 밸브 배치부 내에서 기본적으로 고압 연료펌프에 있는 펌프 피스톤의 동작 축에 대해 수직으로 배치되도록 고압 연료펌프의 펌프 하우징 내에 배치되어 있다.

밸브 구멍이 고압 연결부 내에 배치되어 있으면, 고압 연결부는 이 연결부에 밸브 구멍으로 잘려진 메인 구멍이 있도록 형성되는 것이 좋다.

이하에서 본 발명에 따른 유용한 형태를 첨부한 도면을 이용하여 더 상세히 기술하겠다. 이러한 도면은 다음으로 구성되어 있다:

도 1 은 고압 연료펌프와 고압 어큐뮬레이터가 장착되어 있고 그 사이에 밸브가 배치되어 있는 연료분사 시스템의 도식적인 개요도;
도 2 는 도 1에서 나온 연료분사 시스템의 부분 구역에 대한 단면도, 이때 고압 어큐뮬레이터와 고압 연료펌프의 압력실 사이에 연결 구멍이 배치되어 있고 이 구멍에는 밸브 배치부가 배치되어 있다;
도 3 은 도 2에서 나온 밸브 배치부의 첫 번째 모델 형태에 대한 투시도;
도 4 는 도 3에서 나온 밸브 배치부의 투시 단면도;
도 5 는 두 번째 모델 형태에서 도 2에 따른 밸브 배치부의 평면도; 및
도 6 은 도 5에서 나온 밸브 배치부의 투시 단면도.

도 1은 연료분사 시스템 10의 도식적 개요도인 바, 이 시스템에서는 연료 12가 프리피드 펌프 14에 의해 연료 탱크 16에서 고압 연료펌프 18로 이송된다. 고압 연료펌프 18에서는 연료 12가 고압으로 이송되는 바, 이때 고압 연료펌프 18 내에서 고압으로 이송되는 연료 12의 양은 유입밸브 20의 적절한 능동적 제어에 의해 조절될 수 있다. 그러면 유출밸브 유닛 24가 있는 밸브 배치부 22를 통해 압력에 의해 이송된 연료 12는 인젝터 28이 배치되어 있는 고압 어큐뮬레이터 26으로 유입되고, 이 인젝터를 통해 압력을 받아 이송되어 저장된 연료 12가 내연기관의 연소실로 분사될 수 있다.

고압 연료펌프 18은 도 2에서 연료분사 시스템 10의 부분 구역에 대한 단면도의 확대한 세부 도면에 도시되어 있다. 이 펌프는 본 모델 형태에서 피스톤 펌프의 형태를 띠고 있으며, 따라서 이 펌프에는 펌프 피스톤 30이 있으며, 이 피스톤은 작동 중 고압 연료펌프 18의 압력실 32에서 동작 축 34에 따라 상승 및 하강 동작으로 변환된다. 이 동작에 의해 압력실 32에 있는 연료 12가 압축되어 압력을 받아 이송된다. 이 모델 형태에서 고압 연료펌프 18의 펌프 하우징 38에 배치되어 있는 연결 구멍 36을 통해 압력을 받아 이송된 연료 12가 압력실 32에서 고압 어큐뮬레이터 26으로 이동한다.

고압 어큐뮬레이터 26 내에 있는 연료 12에 원하는 압력을 가할 수 있기 위해, 연결 구멍 36에는 밸브 배치부 22가 배치되어 있는 바, 첫 번째 모델 형태에서는 이 배치부가 도 3의 투시도에 표시되어 있다.

밸브 배치부 22에는 유출밸브 유닛 24가 있는 바, 이 유닛은 원하는 압력이 가해진 연료 12만 고압 어큐뮬레이터 26 방향으로 압력실 32에서 유출되도록 한다. 또한 이 유닛은 펌프 피스톤 30의 하강 동작에 의해 압력실 32에 어떤 저압이 발생하는 경우 압축된 연료 12의 잔류 유량이 이 압력실에 남지 않도록 한다.

또한 밸브 배치부 22에는 압력제어밸브 유닛 40이 있다. 이 압력제어밸브 유닛 40은 고압 어큐뮬레이터 26에 과도한 압력 상승이 발생하는 것을 방지하는 바, 왜냐하면 고압 어큐뮬레이터 26 내에서 압력이 어떤 특정한 값을 초과하는 경우, 압력제어밸브 유닛 40을 통해 연료 12의 어떤 용적 유량이 압력실 32로 되돌아 흐르기 때문이다.

도 3과 도 4에 표시된 첫 번째 모델 형태에서 유출밸브 유닛 24는 밸브 배치부 22에서 첫 번째 밸브 유닛 42를 형성하고, 압력제어밸브 유닛 40은 두 번째 밸브 유닛 44를 형성한다. 이 두 밸브 유닛 42와 44는 밸브 하우징 46 내에 함께 수납되어 있다. 압력제어밸브 유닛 40은 압력실 32에서 나오는 고압을 차단하고 유출밸브 24는 고압 어큐뮬레이터 26에서 나오는 고압을 차단하기 때문에 첫 번째 밸브 유닛 42와 두 번째 밸브 유닛 44는 서로에 대해 역평행으로 연결되어 있다.

첫 번째 밸브 유닛 42가 단 하나의 개별 밸브 48로 구성되어 있음에 반하여 두 번째 밸브 유닛 44는 여러 개의, 즉 네 개의 개별 밸브 48로 형성되어 있음을 할 수 있다. 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48은 유압적으로 서로 분리되어 있고 동일한 고압을, 즉 압력실 32에서 작용하는 고압을 차단하므로 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48은 평행으로 연결되어 있다.

첫 번째 밸브 유닛 42의 개별 밸브 48과 그리고 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48에도 각각 고유한 개별 밸브 유량 단면적 Q_E가 있다. 이러한 단면적은, 연료 12가 위에서 언급한 각 개별 밸브 48이 완전히 열린 상태에서 이 개별 밸브 48을 통과하여 흐를 때, 이 연료가 이용할 수 있는 단면적으로서 이해되어야 할 것이다.

첫 번째 밸브 유닛 42에는 하나의 개별 밸브 48만 있기 때문에, 여기서 개별 밸브 유량 단면적 Q_E는 첫 번째 밸브 유닛 42에 대해서도 동시에 전체적인 유량 단면적 Q₁이다. 하지만 두 번째 밸브 유닛 44는 이와는 달리, 각각 고유한 개별 밸브 유량 단면적 QE를 가지고 있는 여러 개의 작은 개별 밸브 48로 구성되어 있다. 이 개별 밸브 48은 유압적으로 평행하게 연결되어 있으므로, 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48이 가지고 있는 개별 밸브 유량 단면적 Q_E는 두 번째 유량 단면적 Q₂에 합산된다.

도 3과 도 4에 도시한 이 배치부로 인해, 고압인 경우 많은 양의 연료 12를 두 번째 밸브 유닛 44를 통해 고압 어큐뮬레이터 26에서 방향을 바꾸어 흐를 수 있도록 할 수 있지만, 두 번째 밸브 유닛 44가 첫 번째 밸브 유닛 42와 유사하게 단 하나의, 예컨대 개별 밸브 48 옆에 첫 번째 밸브 유닛 42가 배치되어 있는, 개별 밸브 48로 형성되어 있을 때만큼 많은 설치 공간을 필요로 하지 않는다. 오히려 두 번째 밸브 유닛 44는 여러 개의 작은 개별 밸브 48로 분할되어 있으므로, 이 밸브들은 첫 번째 밸브 유닛 42을 둘러싸면서 첫 번째 밸브 유닛 42에 필요한 설치 공간 내에 나누어져 배치된다.

따라서 유출 밸브 유닛 24와 압력제어밸브 유닛 40이 배치되어 있는, 컴팩트한 구조의 밸브 배치부 22를 구현할 수 있다.

도 3과 도 4에 도시한 모델 형태에서는 예컨대 압력제어밸브 유닛 40이 네 개의 작은 압력제어밸브 41로 나누어져 있고, 네 개의 이 작은 압력제어밸브 41은 유출밸브 유닛 22가 사용하지 않는 설치 공간 내에 통합되어 있다.

밸브 하우징 46의 설치 공간의 최적의 상태로 활용하기 위해, 두 밸브 유닛 42 및 44의 개별 밸브 48은 인터페이스 49에서 밸브 하우징 종축 50에 대해 수직으로, 그리고 밸브 하우징 종축 50을 중심으로 대칭적으로 배치되어 있다. 이때 특히 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48은 대칭적으로, 즉 첫 번째 밸브 유닛 42을 중심으로 하여 원형으로 배치되어 있다.

밸브 배치부 22에 대한 이 모델 형태와 앞으로 기술할 모델 형태에서 첫 번째 밸브 유닛 42는 유출밸브 유닛 24로 형성되어 있고, 이에 반해 두 번째 밸브 유닛 44는 압력제어밸브 유닛 40으로 형성되어 있다. 하지만 그 반대도 가능한 바, 즉 첫 번째 밸브 유닛 42를 압력제어밸브 유닛 40으로, 그리고 두 번째 밸브 유닛 44를 유출밸브 유닛 24로 구성할 수 있다.

두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48은 도 4에서 도시한 모델 형태에서 동일하게 형성된 것으로 도시되어 있다. 이는 이 밸브의 개별 밸브 유량 단면적 Q_E가 동일하다는 것을 의미한다. 하지만 그 대신 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48이 가지고 있는 개별 밸브 유량 단면적 Q_E가 밸브 배치부 22에 부여된 요건에 따라 서로 상이할 수도 있다. 또한 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48에 대한 개방 압력이 상이하고, 따라서 고압 어큐뮬레이터 26 또는 압력실 32에서 상이한 압력비로 개방되는 것도 생각할 수 있다.

모델 형태 전체를 도시한 도면에서, 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48과 첫 번째 밸브 유닛 42는 견고한 볼-쐐기 체크밸브의 형태를 지니고 있으며, 또 여기에는 원통형 또는 원뿔형 밸브 스프링 52가 있다. 하지만 이와 다른 모델 형태도 생각해 볼 수 있다.

도 3과 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 밸브 하우징 46에는 수납할 각 개별 밸브 48에 할당된 밸브 구멍 54가 있는 바, 여기서 밸브 구멍 54는 유압적으로 서로 분리되어 있으며 서로에 대해 평행하게 배치되어 있다. 따라서 밸브 하우징 종축 50을 따라 설치 공간이 최적의 상태로 활용되며, 연료분사 시스템 10의 효율 및 구성품과 밸브 배치부 22의 내구성 저하와 관련하여 비판적으로 볼 수 있는 교차 구멍을 방지할 수 있다.

두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48에 할당된 밸브 구멍 54 각각에는 돌출부 56이 있는 바, 이 돌출부는 이미 언급한 각 개별 밸브 48의 밸브 스프링 52를 위한 지지 외곽 58을 제공한다.

첫 번째 밸브 유닛 42에서도 할당된 밸브 구멍 54가 돌출부 56을 형성하지만, 이 돌출부는 밸브 스프링 52를 위한 지지 외곽 58을 제공하는 것이 아니라 두 번째 밸브 유닛 44의 폐쇄 부재 62를 위한 밸브 시트 60을 제공한다.

두 번째 밸브 유닛 44에서는 밸브 시트 60이 각각 해당 슬리브 64로 형성되어 있지만, 첫 번째 밸브 유닛 42에서는 밸브 스프링 52를 위한 지지 외곽 58이 그러한 슬리브 64에 의해 제공된다.

계속하여 도 3에서 눈에 뜨이는 바와 같이, 첫 번째 밸브 유닛 42에는 유출 만곡부 66의 형태를 지닌 유출 외곽이 있는 바, 이 만곡부는 밸브 구멍 54 내에 형성되어 있고 첫 번째 밸브 유닛 42의 밸브 유닛 종축 68에 대해 방사 방향으로 형성된다. 이때 이 유출 만곡부 66은 기본적으로 밸브 유닛 68에 대해 수직으로 꽃의 형태로 형성되어 있다. 이때 두 번째 밸브 유닛 44의 개별 밸브 48이 배치되어 있는 밸브 구멍 54 각각은 두 유출 만곡부 66 사이에 배치되어 있다. 따라서 밸브 하우징 46의 설치 공간을 최대한으로 이용할 수 있게 된다.

도 5와 도 6은 두 번째 모델 형태의 밸브 배치부를 도시하는 바, 이 배치부에서는 두 번째 배치부 44가 여러 개의 개별 밸브 48에 의해서가 아니라 단지 두 개의 개별 밸브 48로 형성되어 있다. 그럼에도 불구하고 여기서도 두 밸브 배치부 42 및 44의 개별 밸브 48이 밸브 하우징 종축 50을 중심으로 대칭적으로, 즉 삼각형의 형태로 배치되어 있다.

또한 도 6에서 개별 밸브 48이 스터드 홀의 형태를 지닌 밸브 구멍 54에 배치되어 있다는 것을 알 수 있다.

도 3과 4에 따른 첫 번째 모델 형태가 도 5 및 6에 따른 모델 형태와 기본적으로 다른 점은 첫 번째 모델 형태에서는 밸브 배치부 22가 카트리지 하우징 72 내에 형성되어 있다는 점인 바, 이 카트리지 하우징은 독립된 완전한 어셈블리로서 연료분사 시스템 10 외부에 완전히 사전에 장착되고 검사를 받을 수 있으며, 예를 들어 프레싱, 크림핑 또는 용접에 의해 카트리지 하우징 72를 연결 구멍 36에 고정시켜야 한다. 이에 반하여 도 5와 도 6에 따른 두 번째 모델 형태에서, 첫 번째 및 두 번째 밸브 유닛 42 및 44의 개별 밸브 48을 장착해야 할 밸브 구멍 54는 고압 어큐뮬레이터 26을 압력실 32와 연결시키는 구멍 36의 벽면 구역 74로 형성되어 있다.

도 6에 따른 이 모델 형태에서는 이 연결 구멍 36이 고압 연결부 76 내에 형성되어 있으며, 이 연결부에는 메인 구멍 78이 있는 바, 이 구멍 내에 개별적인 밸브 구멍 54가 설치되어 있다. 이를 특히 쉽게 구현할 수 있도록 하기 위해서는 개별적인 밸브 구멍 54를 스터드 홀 70의 형태를 지니게 하는 것이 유리하다.

그러므로 개별적인 밸브 구멍 54를 고압 연결부 76의 메인 구멍 78로 절단하는 바, 이 메인 구멍은 기본적으로 연료 12를 고압 연료펌프 18에서 유출하기 위해 최소한 맞춤형 또는 규격에 따른 유출 구멍을 제공한다. 고압 연결부 76은 주로 용접 연결에 의해 펌프 하우징 38과 결합되어 있다. 하지만 역회전 방지 기능이 있는 나사 체결부도 고정 방법으로서 배제되지는 않는다. 고압 연결부 76이 최소한 동작 축 34에 대해 수직으로 펌프 하우징 38에 고정되므로, 밸브 구멍 54도 동작 축 34에 대해 수직으로 배치될 수 밖에 없다.

밸브 배치부 22의 첫 번째 모델 형태와 두 번째 모델 형태 각각은 상이한 시스템에 부여된 상이한 유량 및 압력 요건에 부응하는 형태를 띠고 있다. 예를 들어 소위 말하는 HP-limp-home 요건이 부여되지 않은 6-실린더 엔진에서는 유출밸브 유닛 24에 단지 두 개의 개별 밸브 48이 필요하고 압력제어밸브 유닛 40에 단지 하나의 개별 밸브 48이 필요하다. 이는 도 5와 도 6의 두 번째 모델 형태에 도시되어 있다. 이에 반하여 강한 HP-limp-home 요건이 부여된 3-실린더 엔진에서는 유출밸브 유닛 24에 단 하나의 개별 밸브 48이 필요하지만, 압력제어밸브 유닛 40에는 여러 개별 밸브 48이 필요하다. 이는 도 3과 도 4의 첫 번째 모델 형태에 도시되어 있다.

고압 연결부 76 또는 카트리지 하우징 72에서는 밸브 유닛 42 및 44의 위에서 본 배치부가 각 용도에 따라 밸브 유닛 42 및 44에 있는 개별 밸브 48의 개수가 변할 수 있는 형태를 띠고 있다. 따라서 고객 고유의 요구에 유연하게 대응할 수 있는 모듈형 접근법이 가능하다. 이를 위해 개별 밸브 48용 밸브 구멍 54가 필요로 하는 공간이 밸브 하우징 46 내에 계획되어 있지만, 되도록 많은 개수의 개별 밸브 48이 필요하지 않은 경우에는 이 밸브 구멍 54를 설치하지 않는다. 하지만 필요에 따라, 원하는 개수의 개별 밸브 48을 추가로 장착할 수 있도록 밸브 구멍 54를 추가로 설치할 수 있다.

첫 번째 밸브 유닛 42와 두 번째 밸브 유닛 44가 유출밸브 24로서나 또는 압력제어밸브 유닛 40으로서 형성되어 있는, 연료분사 시스템 10에서 위에서 기술한 밸브 배치부 22를 사용하는 것은 단지 예시적인 모델 형태로서만 이해되어야 한다. 이러한 밸브 배치부 22는 오일 펌프와 같은 모든 펌프에서 내장된 안전 밸브와 함께 사용할 수 있다.

Claims

내연기관의 연료분사 시스템 (10)을 위한, 최소한 하나의 밸브 유닛 (42, 44)에 속하는 모듈을 수납하기 위한 밸브 하우징 (46)이 있는 밸브 배치부 (22)로서,
이때 밸브 하우징 (46)에는 첫 번째 유량 단면적 (Q₁)이 있는 첫 번째 밸브 유닛 (42)와 두 번째 유량 단면적 (Q₂)가 있는 두 번째 밸브 유닛 (44)가 수납되며, 또 이때 첫 번째 밸브 유닛 (42)와 두 번째 밸브 유닛 (44)는 역평행으로 서로 연결되어 있고, 이때 또 이때 두 번째 밸브 (44)에는 각각 개별 밸브 유량 단면적 (Q_E)가 있는 최소한 두 개의 유압적으로 서로 분리되어 있으면서 평행하게 연결된 개별 밸브 (48)이 있으며 이때 또 이때 두 번째 밸브 유닛 (44)의 두 번째 유량 단면적 (Q₂)는 개별 밸브 유량 단면적 (Q_E)의 합계인 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
제 1 항에 있어서,
최소한 두 개별 밸브 (48)의 개별 밸브 유량 단면적 (Q_E) 및/또는 개방 압력이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
밸브 유닛 (42)가 단 하나의 개별 밸브 (48)의 형태를 띠고/띠거나 두 번째 밸브 유닛 (44)에 개별 밸브 (48)이 세 개에서 최대 다섯 개 있는 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
두 번째 밸브 유닛 (44)의 개별 밸브 (48)과 첫 번째 밸브 유닛 (42)는 인터페이스 (49)에서 밸브 하우징 (46)의 밸브 하우징 종축 (50)에 대해 수직으로, 그리고 밸브 하우징 종축 (50)을 중심으로 하여 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
두 번째 밸브 유닛 (44)의 개별 밸브 (48)이 인터페이스 (49)에서 밸브 하우징 (46)의 밸브 하우징 종축 (50)에 대해 수직으로, 그리고 첫 번째 밸브 유닛 (42)를 중심으로 하여 특히 원형으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
수납할 각 개별 밸브 (48)용 밸브 하우징 (46)에 할당된 밸브 구멍 (54)가 있다는 점으로서, 이때 이때 밸브 구멍 (54)은 유압적으로 서로 분리되면서 서로에 대해 평행하게 배치되어 있으며, 특히 스터드 홀 (70)의 형태를 띠고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
제 6 항에 있어서,
첫 번째 밸브 유닛 (42)의 밸브 구멍 (54)가 첫 번째 밸브 유닛 (42)의 밸브 유닛 종축 (68)에 대해 방사형으로 배치된 유출 만곡부 (66)이 있다는 점으로서, 이때 이때 두 번째 밸브 유닛 (44)의 개별 밸브 (48)에 할당된 밸브 구멍 (54)가 각각 두 유출 만곡부 (66) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
밸브 구멍 (54)에 폐쇄 부재 (62)용 밸브 시트 (60)을 형성하거나 밸브 스프링 (52)용 지지 외곽 (58)을 형성하기 위한 돌출부 (58)이 있는 것을 특징으로 하는 밸브 배치부 (22).
내연기관용 연료분사 시스템 (10)으로서,
- 여기에는 연소실 (32)가 있는 고압 연료펌프 (18)로서, 작동 중 이 연소실에서 연료 (12)를 고압으로 이송하기 위해 펌프 피스톤 (30)이 움직이는, 상기 고압 연료펌프 (18);
- 여기에는 고압 연료펌프 (18)에서 고압으로 이송된 연료 (12)를 저장하기 위한 고압 어큐뮬레이터 (26);
- 압력실 (32)를 고압 어큐뮬레이터 (26)과 결합하기 위한 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 배치부 (22)를 포함하고,
밸브 배치부 (22)에는 고압 어큐뮬레이터 (26)으로부터 작용하는 압력의 힘을 차단하는 유출밸브 유닛 (22)와 압력실 (32)로부터 작용하는 압력의 힘을 차단하는 압력제어밸브 유닛 (40)이 있으며, 이때 유출밸브 (24)는 첫 번째 밸브 유닛 (42)로 형성되고 압력제어밸브 유닛 (40)은 두 번째 밸브 유닛 (44)로 형성되거나, 또는 이때 압력제어밸브 유닛 (40)는 첫 번째 밸브 유닛 (42)로 형성되고 유출밸브 유닛 (24)는 두 번째 밸브 유닛 (44)로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사 시스템 (10).
제 9 항에 있어서,
압력실 (32)와 고압 어큐뮬레이터 (26) 사이에, 밸브 배치부 (22)가 배치되어 있는 연결 구멍 (36)이 있다는 점인 바, 이때 연결 구멍 (36)의 벽면 구역 (74)가 밸브 하우징 (46)을 형성하거나, 또는 이때 밸브 배치부 (22)가 연료분사 시스템 (10) 밖에서 사전에 장착된 카트리지 하우징 (72) 내에 형성되어 있으며, 이 카트리지 하우징은 연결 구멍 (36) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사 시스템 (10).