KR20200051010A - 3 단계 비례식 제어 밸브 - Google Patents

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Abstract

고압 연료 펌프에 대한 통전 폐쇄 솔레노이드 작동 스풀형 입구 제어 밸브는 3 단계의 펌프 작동 즉, 저압 공급 펌프로부터 커먼 레일로 저압 유동을 제공하는 림프-홈(limp-home); 커먼 레일로의 유동없음; 커먼 레일에 계량된 유량을 구현하기 위해 3 개의 입구 공급 포트와 입구 체크 밸브 부재를 갖는 슬리브에 대해 가변적으로 위치설정 가능하다. 스풀 밸브는 스풀 밸브의 전단부에서 유체 체적부에 유체 연결된 축방향으로 연장되는 내부 통로, 및 포트들을 유체 연결하도록 선택적으로 정렬 가능한 스풀 밸브의 후단부에서 제어 포트를 포함한다. 길이가 다른 두 개의 스프링이 단독으로 또는 함께 스풀 밸브를 입구 체크 밸브의 개구를 향하여 편향시킨다.

Description

3 단계 비례식 제어 밸브
본 발명은 커먼 레일 연료 시스템을 위한 플런저형 고압 펌프에 연료를 전달하기 위한 다단계 제어 밸브(multi-stage control valve)에 관한 것이다.
자동차 응용을 위한 커먼 레일 연료 전달 시스템은 3 작동 상태 즉, 저압 공급 펌프로부터 커먼 레일로 저압 유동을 제공하는 림프-홈(limp-home) 또는 우회 연료 공급 상태; 커먼 레일에 제로 유동을 제공하는 제로 넷 유동 상태(zero net flow condition); 및 고압에서 커먼 레일에 계량된 유량을 제공하는 계량 상태를 수용해야 한다.
일반적으로, 커먼 레일 연료 펌프로의 연료 전달은 디지털 제어식 밸브에 의해 구현된다. 이 경우 밸브 디폴트(valve default)가 개방되어 있으므로 림프-홈 상황에서는 연료가 저압 공급 회로로부터 펌핑 챔버를 통해 펌프 배출 밸브로 그리고 커먼 레일로 직접 흐를 수 있다. 밸브가 임의의 작동 상태에 대해 제로-누설을 갖는 것으로 가정되기 때문에 제로 연료 상태는 설계 고려 사항이 아니고; 밸브를 디지털 방식으로 폐쇄하면 제로 누설이 달성된다. 계량은 밸브 개폐 시간을 디지털식으로 타이밍을 맞추는 것에 의해 측정하는 것이 제어된다.
미국 특허 공개 제2016/0010607호는 정상적인 개방 상태에 있는 비례 솔레노이드 작동식 입구 제어 밸브를 개시하고 있다. 우회 및 제로 유동 상태를 달성하기 위해, 솔레노이드가 완전히 통전되어야 하고, 이는 높은 전력 소비가 필요하다. 또한, 우회 상태에서, 이 시스템은 [(저압 유동이 체크 밸브(5 및 11)의 개방 압력을 극복해야 하기 때문에) 솔레노이드(6)로의 정전이 발생할 때 매우 제한된 유동을 제공한다]. 제로 유동 상태의 경우, 미국 특허 공개 제2016/0010607호의 시스템은 보어(27 및 21)의 정합 틈새 및/또는 피스톤(13)에 의해 밸브(5)를 선택적으로 개방하는 전략에 의존한다. 시험에 의하면, 이러한 상태에서의 제어성은 부적절하다는 것을 제시한다.
본 발명은 다단계 스풀 밸브를 사용하여 제어하는 다른 접근법에 의존한다. 이는 단계에 대해 보다 명확한 하드웨어 관계의 이점을 갖지만, 비용 효율적인 공차의 경우 스풀 밸브가 누설된다는 사실을 고려해야 한다.
본 발명에 따르면, 스풀형 입구 제어 밸브는 3 상태들과 관련된 3 단계의 고압 펌프(HPP) 작동 즉, 저압 공급 펌프로부터 커먼 레일로의 림프-홈 저압 유동, 커먼 레일로의 유동없음; 고압에서 커먼 레일로의 계량된 양의 유동을 구현하기 위해 3 개의 입구 공급 포트와 입구 체크 밸브 부재에 대해 가변적으로 위치 가능하다.
스풀 밸브는 스풀 밸브의 전단부에서 유체 체적부에 유체 연결된 축방향으로 연장되는 내부 통로 및 스풀 밸브의 후단부에서 제어 포트를 포함하며, 상기 제어 포트는 우회 포트와 내부 통로 및 유체 체적부를 유체 연결하도록 선택적으로 정렬될 수 있고 계량 통로를 내부 통로 및 유체 체적부와 유체 연결하도록 선택적으로 정렬할 수 있는 반면, 유체 체적부는 입구 밸브 시트의 개구를 통해서 흐르는 유체가 유체 체적부를 통해서 유동하도록 드레인 포트 및 입구 밸브 시트와 항상 유체 연통 상태를 유지한다. 스풀 밸브의 후단부에 자기적으로 결합된 비례식 솔레노이드와 같은 비례식 액추에이터는 스풀 밸브의 선택적 가변 변위를 제공하여 스프링 및 솔레노이드에 의해 가해지는 힘의 조합이 우회 포트 및 계량 포트를 덮지 않거나 덮고 입구 밸브를 향하여 입구 체크 밸브 부재를 개방 또는 폐쇄하도록 스풀 밸브를 선택적으로 위치시킨다.
본 발명에서, 공급 연료 전달을 위한 전체 전력 소비는 필요한 연료 유동의 양에 비례하는 반면, 미국 특허 공개 제2016/0010607호에 개시된 시스템의 전력 소비는 반비례한다. 따라서, 본 발명은 엔진에서의 기생 부하를 낮추고 특정 연료 소비를 감소시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 입구 제어 밸브가 구현될 수 있는 연료 전달 시스템의 개요를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제어 밸브의 실시예의 전체 구성을 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 제어 밸브의 스풀 밸브의 솔레노이드 전류와 변위 또는 행정 사이의 관계를 그래프로 도시한다.
도 4는 펌프 우회의 제 1 단계에 대한 스풀 밸브의 위치를 도시한다.
도 5 및 도 6은 펌프의 충전 및 펌핑 위상 동안 스풀 밸브의 제 2 단계, 제로 연료 공급 위치를 도시한다.
도 7 및 도 8은 펌프의 충전 및 펌핑 위상 동안 스풀 밸브의 제 3 단계, 입구 측정 위치를 도시한다.
도 1에 따르면, 연료 전달 시스템(10)은 연료 탱크(14)로부터 연료를 가압하고 비교적 낮은 공급 압력에서 연료를 고압 펌프(16)로 전달하는 저압 공급 펌프(12)를 포함한다. 연료는 그 다음 축압기(18)의 영향으로 입구 제어 밸브(20)로 보내진다. 제어 밸브(20)는 공급 압력에서 입구 통로(22)를 통해 연료를 펌핑 챔버(24)로 전달하고, 여기서 엔진 캠샤프트(26)는 상향 펌핑 행정 및 하향 충전 행정에서 펌핑 피스톤 또는 플런저(28)를 왕복 구동시킨다. 출구 통로(30)는 엔진 연료 분사기를 이송하는 커먼 레일(36)로 고압 연료를 전달하기 위해 펌핑 챔버로부터 배출 밸브(32) 및 연관된 과압 릴리프 밸브(34)로 연장된다.
제어 밸브(20)는 커먼 레일로 전달되는 연료량을 결정한다. 제어 밸브에 자기적으로 결합된 비례 솔레노이드 액추에이터(38)는 제어 밸브 부재(40)를 가변적으로 변위시키고, 이에 의해 자력과 대향 스프링 또는 스프링(42, 44)의 조합은 입구 체크 밸브(46)를 슬리브(48)에 형성된 입구 밸브 시트에 대해 개방 또는 폐쇄시키기 위해 제어 밸브 부재(40)를 선택적으로 위치시킨다.
원하는 레일 압력은 전자 제어 유닛(ECU)(50)에서 폐쇄 피드백 루프에 의해 제어된다. 이는 제어 밸브(20)의 작동 및 펌핑 피스톤(28)의 움직임을 조화시킴으로써 달성되어, 펌핑 피스톤(28)이 엔진 캠샤프트(26)에 의해 상향 움직임으로 구동될 때 제어 밸브(20)가 폐쇄된다.
도 2 내지 도 8은 3 단계의 고압 펌프(HPP) 작동 즉, 저압 공급 펌프로부터 커먼 레일로의 저압 유동; 커먼 레일로의 제로 유동; 및 커먼 레일로의 고압에서의 계량된 양의 유동을 구현하기에 적합한 개선된 스풀형 입구 제어 밸브(100)를 개시하고 있다.
도 2는 제어 밸브의 전체 구성을 도시하고, 도 3은 스풀 제어 밸브의 솔레노이드 전류와 변위 또는 행정 사이의 관계를 그래프로 도시한다. 도 4는 단계 1에 대한 스풀 밸브(HPP 우회 단계)의 위치를 도시하고, 도 4 및 도 5는 단계 2(제로 연료 공급 단계)에 대한 스풀 밸브의 위치를 도시하고, 도 6 및 7은 단계 3(입구 계량 단계)에 대한 스풀 밸브 위치를 도시한다. 동작은 도 1과 관련하여 전술한 펌핑 및 충전 위상을 참조하여 설명될 것이다.
도 2에 따르면, 원통형 밸브 슬리브(102)는 밸브 축(104)을 형성하고 중간 계량 포트(108)로부터 축방향으로 이격된 슬리브의 후단부에 우회 포트(106)를 가지며, 상기 중간 계량 포트는 슬리브의 전단부에서 드레인 포트(110)로부터 축방향으로 이격되고, 모든 포트들은 입구 플리넘(112)에서의 연료공급 대상이다. 드레인 포트(110)는 폐쇄력을 인가하는 스프링(116)에 의해 편향된 누설 체크 밸브(114)의 개방 및 폐쇄에 적용된다. 입구 밸브 시트(118)는 슬리브의 전단부에 위치되고 펌핑 챔버로의 입구 통로(122) 내로 유동 개구(120)를 형성한다. 관련된 스프링(126)을 갖는 입구 체크 밸브 부재(124)는 바람직하게는 누설 체크 밸브(114)의 폐쇄력과 동일한 시트에 대한 폐쇄력으로 체크 밸브 부재를 가압하도록 구성된다.
스풀 밸브(128)가 슬리브(102) 내에서 축방향 변위를 위해 위치되고, 축방향으로 입구 체크 밸브 부재(124)를 향하는 계량 스프링(134) 및 우회 스프링(136)의 편향력을 받는 입구 체크 밸브 부재(124)에 직면하는 전단부(130) 및 후단부(132)를 갖는다. 스풀 밸브는 외면, 스풀 밸브의 전단부에서 유체 체적부(140)에 유체 연결되는 축방향 연장 내부 통로(138), 및 스풀 밸브의 후단부에서 외면을 통한 제어 포트(142)를 포함한다. 스풀 밸브부(132)에 작용하는 솔레노이드(144)에 인가된 전류에 응답하여, 제어 포트(142)는 우회 포트(106)를 통로(138) 및 유체 체적부(140)와 유체 연결하기 위해 슬리브(102) 내에서 선택적으로 정렬 가능하고 계량 포트(108)를 내부 통로(138) 및 유체 체적부(140)와 유체 연결하기 위해 선택적으로 정렬 가능하다. 유체 체적부(140)는 항상 입구 밸브 시트의 개구(120)를 통해 어느 방향으로도 흐르는 유체가 또한 유체 체적부(140)를 통해 흐르도록 드레인 포트(110) 및 입구 밸브 시트(118)와 유체 연통 상태를 유지한다.
도 3은 3 단계에 대한 스풀 밸브의 결과적인 행정에 따른 통전 전류의 스텝 변화 및 범위를 도시한다.
단계 1(도 4)
HPP 우회 상태의 경우, 펌핑 플런저가 왕복 운동하지만 펌프는 기능적으로 작동 불가능한 것으로 가정한다. 스프링 힘과 솔레노이드 작동의 조합은 스풀 밸브(128)를 제 1 위치로 변위시키고 제 1 위치에서 제어 포트(142)는 우회 포트(106)와 정렬되고 스풀 밸브 외면이 계량 포트(108)를 덮고, 입구 체크 밸브 부재(124)가 개방되고, 누설 체크 밸브(114)는 폐쇄된다.
밸브 전류는 0으로 설정되며, 즉 솔레노이드(144)는 비활성이다. 스프링(136)의 힘은 스프링(126)의 힘보다 크고, 스풀 밸브(128)를 이동시켜서, 포트(106)를 노출시키는 동시에 입구 체크 밸브(124)를 개방시킨다. 포트(106)를 통한 입구 유동은 통로(138)를 통해 그리고 개구(120) 및 입구 통로(122)를 통해 펌핑 챔버 내로 이동한다. 플리넘(112)의 입구 압력은 출구 체크 밸브(32)의 개방 압력보다 높으므로(도 1), 레일은 펌프 작동에 관계없이 가압된다. 펌핑 플런저가 여전히 작동하더라도, 입구 밸브 부재(124)가 개방되어 있기 때문에 펌핑이 비활성화된다.
단계 2(도 5 및 도 6)
제로 연료 공급 단계에서, 스프링 힘과 솔레노이드 작동의 조합은 제 2 위치로 스풀 밸브(128)를 변위시키고 제 2 위치에서 스풀 밸브 외면이 우회 포트(106) 및 계량 포트(108)를 덮고 입구 체크 밸브 부재(124)는 크랙되어서 시트(118)를 개방하고, 누설 체크 밸브(114)는 충전 위상 동안 폐쇄되고 펌핑 위상 동안 개방된다. 제로 연료 공급 상태 동안, 펌프는 작동 가능한 것으로 가정되지만 연료는 레일로 전달되지 않다.
충전 위상 동안, 전류는 최대 이용 가능한 전류보다 낮은 고정된 상태로 설정되고; 즉, 솔레노이드(144)는 부분적으로 통전된다. 자력(MF)은 스프링(136)의 힘보다 크고; 스풀(128)은 스프링(134)과 접촉할 때까지 이동한다. 힘 밸런스는 MF가 스프링(136) + 스프링(134) + 스프링(126)의 힘의 균형을 맞추도록 하고, 스풀 밸브의 전방(130)은 밸브 부재(124)를 개방 상태로 유지한다. 스풀 밸브(128)의 외면과 슬리브(102)의 보어 사이의 방사상 틈새로 인해, 스풀 밸브는 고유 누설을 갖는다. 충전 위상 동안, 밸브를 통한 임의의 누설은 입구 통로(122)를 통해 펌핑 챔버에 도달할 것이다.
펌핑 위상 동안, 펌핑 챔버에 축적된 임의의 체적부는 밸브(124)가 개방된 상태에서 시트(118)를 통해 흐를 것이다. 스풀 밸브(128)는 압력 균형을 이루기 때문에, 밸브는 움직이지 않으며 두 포트(106 및 108)는 폐쇄된 상태로 유지될 것이다. 펌핑 압력이 밸브(114)의 개방 압력보다 큰 경우, 밸브(114)가 개방되고 연료는 공급 압력에서 플리넘(112)으로 유동할 것이다. 밸브(114)의 설정 압력은 레일의 최소 요구 압력보다 낮다. 바람직하게는, 누설 체크 밸브(114) 및 관련 누설 밸브 스프링(116)은 입구 체크 밸브 스프링(126)에 의해 입구 체크 밸브 부재(124)에 가해지는 스프링 힘과 동일한 스프링 힘으로 드레인 포트(110)를 편향시켜 폐쇄한다.
충전 및 펌핑 위상은 임의의 누설 유동이 펌프의 입구로 복귀함에 따라 무한정 반복될 것이다.
단계 3(도 7 및 도 8)
계량 단계 동안, 펌프는 작동 가능한 것으로 가정되고 레일로 전달된 연료는 펌핑 챔버 내로 계량된 연료이다(펌핑 동안 손실이 없다고 가정).
스프링 힘과 솔레노이드 작동의 조합은 스풀 밸브(128)를 제 3 위치로 변위시키고, 제 3 위치에서 스풀 밸브의 전단부(130)는 입구 체크 밸브(124)와 접촉하지 않고 외면은 우회 포트(106)를 덮고, 계량 포트(108)는 가변적으로 덮지 않으며, 누설 체크 밸브(114)가 충전 위상 및 펌핑 위상 동안 폐쇄된다.
충전 위상 동안, 전류는 가변적이며, 최저 전류(도 3의 값 3 MIN)는 단계 2 동안보다 크고, 최대 전류까지 이용 가능하다. 솔레노이드(144)는 부분적으로 완전히 통전된다. 스풀 밸브(128)는 이동하여 포트(106)를 덮고 비례적으로 개구(108)를 덮는다. 스풀 밸브(128)의 전단부(130)는 더 이상 입구 체크 밸브(124)와 접촉하지 않기 때문에 입구 체크 밸브는 자유롭게 작동한다. 또한, 포트(108)는 부분적으로 만 개방되고, 충전 시간이 펌프의 속도에 의해 제한되기 때문에, 입구 통로(122)를 통해 펌핑 챔버로 들어가는 연료의 체적은 입구 체크 밸브(124)의 스로틀링 효과에 의해 제한된다. 스풀 밸브(128)의 위치는 스프링(134) + 스프링(136)과 MF의 힘 밸런스의 곱이다. 108의 노출된 개방(밸브 스로틀링)은 스풀 밸브(128)의 위치에 비례한다.
펌핑 위상 동안, 플런저는 펌핑 챔버에서 유체 컬럼(부분 또는 완전한 컬럼)을 압축할 것이다. 펌핑 챔버의 압력이 스로틀링된 유동(입구 계량된 유동) 및 스프링(126)의 힘과 평형에 도달하면, 밸브 부재(124)는 폐쇄될 것이다. 출구 체크 밸브(32)(도 1)가 개방되고 펌핑된 체적이 레일로 전달될 때까지 펌핑 압력이 증가한다.
힘의 균형
따라서, 스프링과 솔레노이드에 의해 인가된 힘의 조합은 우회 포트(106) 및 계량 포트(108)를 덮지 않거나 덮고 입구 체크 밸브 부재(124)를 입구 밸브 시트에 대해 개방 또는 폐쇄하도록 스풀 밸브를 선택적으로 위치시킨다는 것을 이해할 수 있다.
스프링(136)은 자력(MF)이 0일 때 우회 단계 1 동안 스프링(126)에 편향을 유지해야 하기 때문에 항상 활성이다. 계량 스프링(134)의 자유 길이는 우회 스프링(136)의 자유 길이보다 짧기 때문에, 스프링(134)은 우회 단계 동안 비활성화되지만, 스풀 밸브가 제로 연료공급 및 계량 단계에 있을 때 활성화된다. 단계 2 및 3에서, 자력은 스프링(134) + 스프링(126) + 스프링(136)과 균형을 이룰 것이다. 스프링(134)은 스프링(136)보다 높은 스프링 레이트(spring rate)를 가지며 제로 연료공급 단계에서 스프링(136)보다 훨씬 덜 압축된 것이다. 스프링(134)은 계량 단계 동안 MF와의 주요 균형을 이룬다.
보다 구체적으로, 우회 상태(단계 1) 동안, 스프링(136)은 스프링(126)을 편향시켜서 체크 밸브 부재(124)를 개방 상태로 유지한다. 이 상태에서, 스프링(136)은 스프링(126)보다 더 큰 힘을 갖는다. 스프링(134)은 스풀 밸브(128)의 후단부(132)에서 벽과 접촉하지 않으므로 어떠한 축방향 힘도 제공하지 않는다.
단계 2의 제로 유동 상태에서, 솔레노이드(144)에 의해 제공되는 축방향으로 향하는 자력(MF)은 (136 + 126)의 순수한 힘에 대항하여 작용하고 스풀 밸브(128)(도 4에서 도 5로 왼쪽)를 당기고 그에 의해서, 통로(106, 108) 및 공간(S)을 폐쇄한다. 스풀 밸브의 후방(132)에 있는 자기 전기자 및 솔레노이드(144)의 극 사이의 공기-갭의 양은 중요한 고려사항이다. 큰 공기 갭은 (단계 1, 도 4의 경우 144 및 132의 최소 중첩으로 표시된 바와 같이, 도 4) 작은 MF를 생성하고, 이는 스프링(136)이 도 5 및 도 6에 따라 시트(118)로부터 입구 체크 밸브(124)를 밀어 내기 위해 스프링(134)보다 더 낮은 스프링 레이트를 가질 수 있는 이유이다. 그러나, 스프링(136) 상의 낮은 스프링 레이트는 위치가 마찰력의 변화에 더 민감하게 하고 스풀 밸브(128)가 미리 정의된 솔레노이드 전류(도 3에 따라)에 대해 예상되는 제로 유동 위치에 있을 것이라는 불확실성을 증가시킨다. 해결책은 스풀 밸브(128)의 후방 벽이 공간(S)을 폐쇄하고 스프링(134)과 접촉할 때까지 MF가 스프링(136)을 압축하도록 강한 스프링(134)을 추가하는 것이다.
단계 2의 제로-유동 상태에 대응하는 MF를 생성하기 위한 전류의 제어는 스풀 밸브(128)가 계량 스프링(134)과 접촉하게 하지만, 그것의 높은 스프링 레이트는 스풀 밸브의 추가적인 변위를 견뎌내고, 제로 유동에 대한 스풀 밸브의 적절한 위치를 보장한다. 사실상, 단계 2 동안, 계량 스프링(134)은 (단계 3이 개시될 때까지) 스풀 밸브(128)에 대한 반-포지티브(일시적) 정지부가 된다. 따라서, 마찰력의 변화는 스프링(134)을 매우 적게 움직이고 스풀 밸브(128)의 예상 위치를 개선시킬 것이다.
단계 3의 계량 상태 동안, 공기 갭이 추가로 감소되고 MF가 훨씬 더 효과적이다. 자력은 스프링(134) + 스프링(126) + 스프링(136)과 균형을 이룰 것이다. 스프링(136, 134)은 모두 압축되지만, 비례 반응력의 대부분은 계량 스프링(134)에서 나온다. 따라서, 계량 단계 동안 솔레노이드 전류의 지속적인 제어는 스풀 밸브(128)에 인가된 자력(MF)을 변화시키고 계량 포트(108)를 스풀 밸브의 내부 통로(138)에 대해서 가변적으로 개방하기 위해 계량 스프링(134)의 편향에 대한 스풀 밸브의 비례식 변위를 발생시킨다.
본원에 개시된 통전 폐쇄 제어 밸브를 사용하면, 솔레노이드가 고장난 단계 1의 우회 상태가 입구 체크 밸브(124)를 개방한다는 것이 추가로 이해되어야 한다. 임의의 다른 우회 상태에서, ECU로부터의 고정된 명령이 체크 밸브(124)를 유지한다. 이러한 구성은 슬리브(102)의 보어 내에서 스풀 밸브(128)의 정합 틈새와 무관하게 제로 연료 단계 2를 달성하고 정상적인 128/102 마모로부터 누설을 증가시킨다.

Claims (16)

  1. 공급 압력에서 공급 연료를 수용하기 위한 입구 플리넘(112), 펌핑 플런저가 펌핑 위상 및 충전 위상 사이에서 왕복 운동하는 펌핑 챔버로 공급 연료를 전달하기 위한 입구 통로(122) 및 상기 펌핑 챔버로부터 배출 밸브로의 출구 통로를 포함하는 고압 연료 공급 펌프에 유체 연결하기 위한 비례식 입구 제어 밸브로서,
    밸브 축(104)을 형성하는 원통형 밸브 슬리브(102)로서, 상기 슬리브는 상기 슬리브의 후단부에 우회 포트(106)를 가지며, 상기 우회 포트는 상기 슬리브의 전단부에서 드레인 포트(110)로부터 축방향으로 이격되는 중간 계량 포트(108)로부터 축방향으로 이격되고 상기 모든 포트들은 상기 입구 플리넘에서 공급 연료 하에 있고, 상기 드레인 포트는 스프링 힘(SI)으로 편향 폐쇄된 누설 체크 밸브(114)의 개방 및 폐쇄에 영향을 받는, 상기 원통형 밸브 슬리브(102);
    상기 슬리브의 전단부에 위치되고 상기 펌핑 챔버로의 입구 통로 내로 유동 개구(120)를 형성하는 입구 밸브 시트(118);
    관련 스프링(126)을 갖는 입구 체크 밸브 부재(124)로서, 상기 스프링은 편향력(SI)으로 상기 시트에 대해 상기 체크 밸브 부재를 가압하도록 구성된, 입구 체크 밸브 부재(124);
    상기 슬리브 내의 축방향 변위를 위해 위치되는 스풀 밸브(128)로서, 상기 스풀 밸브는 상기 입구 체크 밸브 부재와 직면하는 전단부(130) 및 상기 입구 체크 밸브 부재를 향하여 축방향으로의 계량 스프링(134)과 우회 스프링(136)의 편향력을 받는 후단부(132)를 가지며,
    상기 스풀 밸브는 상기 스풀 밸브의 전단부에서 유체 체적부(140)에 유체 연결된 축방향으로 연장되는 내부 통로(138) 및 상기 스풀 밸브의 후단부에서 제어 포트(142)를 포함하며, 상기 제어 포트는 상기 우회 포트를 상기 내부 통로 및 상기 유체 체적부와 유체 연결하도록 선택적으로 정렬가능하고 상기 계량 포트를 상기 내부 통로 및 상기 유체 체적부와 유체 연결하도록 선택적으로 정렬가능하는 한편 상기 유체 체적부는 항상 드레인 포트 및 입구 밸브 시트와 유체 연통 상태로 잔류하여, 상기 입구 밸브 시트의 개구를 통해 흐르는 유체가 또한 상기 유체 체적부를 통해 흐르는, 상기 스풀 밸브(128);
    상기 스풀 밸브의 선택적인 가변 변위를 위해 상기 스풀 밸브의 후단부에 자기적으로 결합된 비례식 솔레노이드 액추에이터(144)를 포함하여,
    상기 스프링들과 상기 솔레노이드에 의해 가해지는 힘들의 조합은 상기 우회 포트 및 상기 계량 포트를 덮지 않거나 덮고 상기 입구 밸브 시트에 대해 상기 입구 체크 밸브 부재를 개방 또는 폐쇄하도록 상기 스풀 밸브를 선택적으로 위치시키는, 비례식 입구 제어 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스풀 밸브의 선택적 가변 변위는 상기 스풀 밸브를 하기 3 단계들 중 어느 하나로 배치하는, 비례식 입구 제어 밸브:
    (i) 저압 공급 펌프로부터 커먼 레일로 저압 유동을 제공하는 펌프 우회 단계;
    (ii) 커먼 레일에 제로 유동을 제공하는 제로 넷 펌프 유동 단계(zero net pump flow stage); 및
    (iii) 커먼 레일에 고압의 계량된 양의 유동을 제공하는 계량 단계.
  3. 공급 압력에서 공급 연료를 수용하기 위한 입구 플리넘(112), 펌핑 플런저가 펌핑 위상 및 충전 위상 사이에서 왕복 운동하는 펌핑 챔버로 공급 연료를 전달하기 위한 입구 통로(122) 및 상기 펌핑 챔버로부터 배출 밸브로의 출구 통로를 포함하는 고압 연료 공급 펌프에 유체 연결하기 위한 비례식 입구 제어 밸브로서,
    밸브 축(104)을 형성하는 원통형 밸브 슬리브(102)로서, 상기 슬리브는 상기 슬리브의 후단부에 우회 포트(106)를 가지며, 상기 슬리브의 전단부에서 드레인 포트(110)로부터 축방향으로 이격되는 중간 계량 포트(108)로부터 축방향으로 이격되고 상기 모든 포트들은 상기 입구 플리넘에서 공급 연료 하에 있고, 상기 드레인 포트는 스프링 힘(SI)으로 편향 폐쇄된(116) 누설 체크 밸브(114)의 개방 및 폐쇄에 영향을 받는, 상기 원통형 밸브 슬리브(102);
    상기 슬리브의 전단부에 위치되고 상기 펌핑 챔버로의 입구 통로 내로 유동 개구(120)를 형성하는 입구 밸브 시트(118);
    관련 스프링(126)을 갖는 입구 체크 밸브 부재(124)로서, 상기 스프링은 편향력(SI)으로 상기 시트에 대해 체크 밸브 부재를 가압하도록 구성된, 상기 입구 체크 밸브 부재(124);
    상기 슬리브 내의 축방향 변위를 위해 위치되는 스풀 밸브(128)로서, 상기 스풀 밸브는 상기 입구 체크 밸브 부재와 직면하는 전단부(130) 및 상기 입구 체크 밸브 부재를 향하여 축방향으로의 계량 스프링(134)과 우회 스프링(136)의 추가 편향력들을 받는 후단부(132)를 가지며,
    상기 스풀 밸브는 외면, 상기 스풀 밸브의 전단부에서 유체 체적부(140)에 유체 연결된 축방향으로 연장되는 내부 통로(138) 및 상기 스풀 밸브의 후단부에서 상기 외면을 통한 제어 포트(142)를 포함하며, 상기 제어 포트는 상기 우회 포트를 상기 내부 통로 및 상기 유체 체적부와 유체 연결하도록 선택적으로 정렬가능하고 상기 계량 포트를 상기 내부 통로 및 상기 유체 체적부와 유체 연결하도록 선택적으로 정렬가능하는 한편, 상기 유체 체적부는 항상 드레인 포트 및 입구 밸브 시트와 유체 연통 상태로 잔류하여, 상기 입구 밸브 시트의 개구를 통해 흐르는 유체가 또한 상기 유체 체적부를 통해 흐르는, 상기 스풀 밸브(128);
    3 단계들 중 어느 한 단계로의 상기 스풀 밸브의 선택적인 가변 변위를 위해 상기 스풀 밸브의 후단부에 자기적으로 결합된 비례식 솔레노이드 액추에이터(144)를 포함하고, 상기 3 단계들은
    상기 스프링 힘들과 상기 솔레노이드 작동의 조합이 제 1 위치로 상기 스풀 밸브를 변위시키는 우회 단계로서, 상기 제 1 위치에서 상기 제어 포트는 상기 우회 포트와 정렬되고 상기 스풀 밸브 외면은 상기 계량 포트를 덮고, 상기 입구 체크 밸브는 개방되며, 상기 누설 체크 밸브는 폐쇄되는, 상기 우회 단계;
    스프링 힘과 솔레노이드 작동의 조합이 제 2 위치로 상기 스풀 밸브를 변위시키는 제로 연료공급 단계로서, 상기 제 2 위치에서 상기 스풀 밸브 외면이 상기 우회 포트 및 상기 계량 포트를 덮고 상기 입구 체크 밸브가 크랙 개방되고 상기 누설 체크 밸브는 상기 충전 위상 동안 폐쇄되고 상기 펌핑 위상 동안 개방되는, 상기 제로 연료공급 단계; 및
    스프링 힘들과 솔레노이드 비례 통전의 조합이 가변적인 제 3 위치로 상기 스풀 밸브를 변위시키는 계량 단계로서, 상기 제 3 위치에서 상기 스풀 밸브는 상기 입구 체크 밸브와 접촉하지 않고 상기 외면은 상기 우회 포트를 덮고, 상기 계량 포트를 가변적으로 덮지 않고 상기 누설 체크 밸브는 상기 충전 위상 및 상기 펌핑 위상들 동안 폐쇄되는, 상기 계량 단계로 이루어지는, 비례식 입구 제어 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 우회 스프링(136)은 상기 계량 스프링(134)의 자유 길이 및 스프링 상수보다 더 긴 자유 길이 및 더 낮은 스프링 상수를 갖는, 비례식 입구 제어 밸브.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 우회 스프링(136)은 상기 스풀 밸브(128)에 연속적으로 작용하는 반면, 상기 계량 스프링(134)은 상기 제로 연료공급 및 계량 단계 동안에만 상기 스풀 밸브(128)에 작용하는, 비례식 입구 제어 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제로 연료공급 및 계량 단계에서, 자력은 상기 계량 스프링(134), 상기 입구 체크 밸브 스프링(126) 및 우회 스프링(136)의 조합된 편향력들과 균형을 이루는, 비례식 입구 제어 밸브.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 우회 스프링(136)의 스프링 레이트(rate)는 상기 제 1 단계에서 무통전 솔레노이드에 의해 상기 우회 스프링(136)의 힘이 상기 스풀 밸브(128)에 작용하여 상기 입구 체크 밸브 스프링(126)에 의해 상기 입구 체크 밸브 부재에 가해지는 더 낮은 힘에 대항하여 상기 입구 체크 밸브 부재(124)를 개방하도록 상기 입구 체크 밸브 스프링(126)의 스프링 레이트보다 더 높은, 비례식 입구 제어 밸브.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 우회 스프링(136)은 상기 계량 스프링(134)의 자유 길이 및 스프링 상수보다 더 긴 자유 길이 및 더 낮은 스프링 상수를 가지므로, 상기 우회 단계에서 상기 계량 스프링이 상기 스풀 밸브(128)로부터 축방향으로 이격되고;
    상기 제로 연료공급 단계에서, 상기 자력은 상기 스풀 밸브(128)와 상기 계량 스프링(134)의 접촉에 의해 한정된 한계까지 상기 공간을 통해 상기 우회 스프링(136)을 압축하여 상기 스풀 밸브(128)의 제 2 위치를 설정하고; 및
    상기 접촉시, 상기 계량 스프링(134)의 더 높은 스프링 상수는 상기 스풀 밸브(128)가 상기 제 2 위치로부터 이동하는 것을 억제하는, 비례식 입구 제어 밸브.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 계량 단계 동안, 상기 솔레노이드 전류의 연속 제어는 상기 스풀 밸브(128)에 가해지는 상기 자력을 변화시키고 상기 계량 포트(108)를 상기 스풀 밸브의 내부 통로(138)에 대해 가변적으로 개방하기 위해 상기 계량 스프링(134)의 편향에 대한 상기 스풀 밸브(128)의 비례식 변위를 발생시키는, 비례식 입구 제어 밸브.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 우회 스프링(136)은 상기 계량 스프링(134)의 자유 길이 및 스프링 상수보다 더 긴 자유 길이 및 더 낮은 스프링 상수를 가지므로, 상기 우회 단계에서 상기 계량 스프링이 상기 스풀 밸브(128)로부터 축방향으로 이격되고;
    상기 제로 연료공급 단계에서, 상기 자력은 상기 스풀 밸브(128)와 상기 계량 스프링(134)의 접촉에 의해 한정된 한계까지 상기 공간을 통해 상기 우회 스프링(136)을 압축하여 상기 스풀 밸브(128)의 제 2 위치를 설정하고;
    상기 접촉시, 상기 계량 스프링(134)의 더 높은 스프링 상수는 상기 스풀 밸브(128)가 상기 제 2 위치로부터 이동하는 것을 억제하는, 비례식 입구 제어 밸브.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 계량 단계 동안, 상기 솔레노이드 전류의 연속 제어는 상기 스풀 밸브(128)에 가해지는 상기 자력을 변화시키고 상기 계량 포트(108)를 상기 스풀 밸브의 내부 통로(138)에 대해 가변적으로 개방하기 위해 상기 계량 스프링(134)의 편향에 대한 상기 스풀 밸브(128)의 비례식 변위를 발생시키는, 비례식 입구 제어 밸브.
  12. 제 3 항에 있어서,
    누설 체크 밸브(114) 및 관련 누설 밸브 스프링(116)이 상기 입구 체크 밸브 부재(124)에 대해 상기 입구 체크 밸브 스프링(126)에 의해 인가된 상기 스프링 힘과 동일한 스프링 힘으로 상기 드레인 포트(110)를 편향시켜 폐쇄하는, 비례식 입구 제어 밸브.
  13. 제 7 항에 있어서,
    누설 체크 밸브(114) 및 관련 누설 밸브 스프링(116)이 상기 입구 체크 밸브 부재(124)에 대해 상기 입구 체크 밸브 스프링(126)에 의해 인가된 상기 스프링 힘과 동일한 스프링 힘으로 상기 드레인 포트(110)를 편향시켜 폐쇄하는, 비례식 입구 제어 밸브.
  14. 고압 연료 공급 펌프에 대한 비례식 입구 제어 밸브에 있어서,
    밸브 축(104)을 형성하는 원통형 밸브 슬리브(102)로서, 상기 슬리브는 상기 슬리브의 후단부에 우회 포트(106)를 가지며, 상기 우회 포트는 상기 슬리브의 전단부에서 드레인 포트(110)로부터 축방향으로 이격되는 중간 계량 포트(108)로부터 축방향으로 이격되는, 상기 원통형 밸브 슬리브(102);
    상기 슬리브의 전단부에 위치되고 전달 통로에 대한 개구(120)를 형성하는 입구 밸브 시트(118);
    관련 스프링(126)을 갖는 입구 체크 밸브 부재(124)로서, 상기 스프링은 상기 입구 밸브 시트를 향해 상기 체크 밸브 부재를 편향시키는, 상기 입구 체크 밸브 부재(124);
    상기 슬리브 내의 축방향 변위를 위해 위치되는 스풀 밸브(128)로서, 상기 스풀 밸브는 상기 입구 체크 밸브 부재와 직면하는 전단부(130) 및 후단부(132)를 가지며, 상기 스풀 밸브는 상기 스풀 밸브의 전단부에서 유체 체적부(140)에 유체 연결된 축방향으로 연장되는 내부 통로(138) 및 상기 스풀 밸브의 후단부에서 제어 포트(142)를 포함하며, 상기 제어 포트는 상기 우회 포트를 상기 내부 통로 및 상기 유체 체적부와 유체 연결하도록 선택적으로 정렬가능하고 상기 계량 포트를 상기 내부 통로 및 상기 유체 체적부와 유체 연결하도록 선택적으로 정렬가능하는 한편, 상기 유체 체적부는 항상 드레인 포트 및 입구 밸브 시트와 유체 연통 상태로 잔류하는, 상기 스풀 밸브(128);
    상기 스풀 밸브를 상기 입구 체크 밸브 부재를 향해 축방향으로 편향시키기 위해 상기 스풀 밸브의 후단부(132)에 위치된 우회 스프링(136) 및 계량 스프링(134)으로서, 상기 우회 스프링(136)은 상기 계량 스프링(134)의 자유 길이 및 스프링 레이트보다 더 긴 자유 길이 및 더 낮은 스프링 레이트를 갖는, 상기 우회 스프링(136) 및 계량 스프링(134);
    상기 스풀 밸브의 선택적인 가변 변위를 위해 상기 스풀 밸브의 후단부에 자기적으로 결합된 비례식 솔레노이드 액추에이터(144)를 포함하여,
    상기 솔레노이드 및 상기 우회, 계량 및 입구 체크 밸브 스프링들의 힘들의 조합은 상기 우회 포트와 상기 계량 포트를 덮지 않거나 덮고 상기 입구 밸브 시트에 대해 상기 입구 체크 밸브 부재를 개방 또는 폐쇄하도록 상기 스풀 밸브를 선택적으로 위치시키는, 비례적 입구 제어 밸브.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 우회 스프링(136)의 스프링 레이트는 무통전 솔레노이드 상태에서 상기 우회 스프링(136)의 힘이 상기 스풀 밸브(128)에 작용하여 상기 입구 체크 밸브 스프링(126)에 의해 상기 입구 체크 밸브 부재에 가해지는 더 낮은 힘에 대항하여 상기 입구 체크 밸브 부재(124)를 개방하도록, 상기 입구 체크 밸브 스프링(126)의 스프링 레이트보다 더 높은, 비례식 입구 제어 밸브.
  16. 제 15 항에 있어서,
    누설 체크 밸브(114) 및 관련 누설 밸브 스프링(116)이 상기 입구 체크 밸브 부재(124)에 대해 상기 입구 체크 밸브 스프링(126)에 의해 인가된 상기 스프링 힘과 동일한 스프링 힘으로 폐쇄된 상기 드레인 포트(110)를 편향시켜 폐쇄하는, 비례식 입구 제어 밸브.
KR1020207009728A 2017-09-20 2018-08-22 3 단계 비례식 제어 밸브 KR20200051010A (ko)

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