KR20220141819A - 내연 기관용 가스 계량 밸브 - Google Patents

내연 기관용 가스 계량 밸브 Download PDF

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라르스 올렘스
세바스찬 레헬레
안드레아스 크레머
마티아스 호른
파비안 피셔
마르코 바이어
외츠구어 튀르커
안드레아스 쾨닝어
게르하르트 쥔더하우프
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 입구 개구(5) 및 출구 개구(6)를 갖는 가스 챔버(2)가 형성되어 있는 하우징(1)을 구비한 내연 기관용 가스 계량 밸브에 관한 것이다. 가동 밸브 요소(8)는 가스 챔버(2)에 배치되며, 전기 액추에이터(16)에 의해 리턴 스프링(17)의 힘에 대항해서 이동될 수 있고, 입구 개구(5)의 개폐를 위해 밸브 시트(11)와 상호작용한다. 차단 밸브(25)는 밸브 요소(8)와 출구 개구(6) 사이에 배치되며, 출구 개구(6)로의 흐름 방향(15)으로 개방되고 반대 흐름 방향을 차단한다.

Description

내연 기관용 가스 계량 밸브
본 발명은 특히 가스 연료를 직접 내연 기관의 연소실로 계량 공급하기 위해 사용되는 가스 계량 밸브에 관한 것이다.
가스의 계량을 위한 가스 밸브는 선행 기술로부터 알려져 있다. DE 10 2016 215 027 A1은 연료 전지 장치의 재순환 장치의 일부인 가스 밸브를 개시한다. 가스 밸브는, 스프링 요소의 힘에 대항하여 전자석에 의해 가스 밸브 내에서 이동될 수 있어서 입구 개구를 개폐하는 가동 밸브 요소를 포함한다. 가스 흐름은 밸브 요소 내의 보어들을 통해 안내되어 출구 개구에 도달하고, 밸브 요소는 가스 밸브 내에서 그 외측이 안내된다. 전자석의 스위치 온 및 오프에 의해, 계량될 가스는 원하는 시간에 그리고 필요한 양으로 연료 전지에 공급될 수 있다. 밸브 요소 상의 밀봉 시트의 과도한 열 부하는 이 응용에서 예상되지 않는다.
그러나 가스를 내연 기관의 연소실로 직접 계량할 때 요구 사항들이 다르다. 연소는 연소실에 고온과 압력을 유발하고, 상기 고온과 압력은 가스 계량 밸브가 연소실로 직접 통하기 때문에 가스 계량 밸브를 심하게 가열할 수 있다. 예를 들어, 수소를 계량 공급해야 하는 경우, 계량 밸브의 전체 서비스 수명 동안 신뢰할 수 있는 밀봉이 안전상의 이유로 필수적이기 때문에 금속 밀봉 시트로만 양호한 밀봉이 달성되기 어렵다. 따라서 손상 없이 비교적 낮은 온도에만 노출될 수 있는 엘라스토머 시일이 사용되어야 한다. 온도를 제한하기 위해 가스 계량 밸브의 시트는 출구 개구와 그에 따라 연소실로부터 상대적으로 멀리 배치될 수 있다. 그러나 이는, 연소실로부터 떨어져 있는 밀봉 시트로 인해 가스 계량 밸브의 상대적으로 큰 부피가 연소실에 직접 연결되어 있기 때문에, 연소실의 화염이 가스 계량 밸브로 역화되기 쉽게 만든다. 특히, 가스 계량 밸브에 가연성 가스의 잔류물이 있는 경우 연소실의 화염 정면이 가스 계량 밸브로 퍼져서, 특히 밀봉 시트에서 심한 열 부하를 유발할 수 있다.
독립 청구항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 가스 계량 밸브는 밀봉 시트의 열부하가 감소되고 개별 분사들 사이 및 내연 기관의 스위치 오프 시 계량될 가스의 확실한 밀봉이 보장된다는 장점을 갖는다. 이를 위해, 가스 계량 밸브는, 입구 개구 및 출구 개구를 갖는 가스 챔버가 형성되어 있는 하우징을 포함한다. 가동 밸브 요소는 가스 챔버 내에 배치되고, 전기 액추에이터에 의해 리턴 스프링의 힘에 대항하여 이동될 수 있으며, 입구 개구의 개폐를 위해 밀봉 시트와 상호작용한다. 차단 밸브는 밸브 요소와 출구 개구 사이에 배치되어, 출구 개구로의 가스 흐름을 추가로 차단할 수 있다.
가스가 연소실로 계량 공급되어야 하는 경우, 밸브 요소는 전자석과 같은 전기 액추에이터에 의해 개방된다. 입구 개구를 통해 유입되는 가스는 차단 밸브 앞의 압력을 증가시켜 차단 밸브를 개방한다. 가스는 차단 밸브를 통과하여 최종적으로 연소실에 도달한다. 연소실의 연소는 가스 분사가 종료되는, 그에 따라 밸브 요소가 폐쇄되는 동안 또는 직후에 점화되고, 화염 정면도 가스 계량 밸브 방향으로 퍼진다. 그러나 차단 밸브도 가스 계량 밸브의 입구 개구를 폐쇄한 직후에 폐쇄되기 때문에 연소실의 화염 정면은 차단 밸브까지만 퍼질 수 있으며, 밸브 요소의 밀봉 시트는 효과적으로 보호된다. 연소실의 연소로 인한 급격한 압력 증가는 차단 밸브를 폐쇄하는데 도움이 된다. 밸브 시트가 고온으로부터 보호되기 때문에 탄성 시일, 예를 들어 엘라스토머 시일이 사용될 수 있으며, 이는 수소의 경우에 특히 바람직하다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에서, 차단 밸브는 폐쇄 스프링에 의해 하중을 받고 가스 챔버 내에서 바람직하게는 길이방향으로 이동 가능한 방식으로 안내되는 가동 폐쇄 요소를 포함한다. 따라서, 차단 밸브는 추가 요소 없이, 특히 전기 요소 없이 생성되며, 원하는 흐름 방향으로만 가스 흐름을 효과적으로 허용하여 체크 밸브로서 기능한다. 폐쇄 요소는 판 모양일 수 있으며, 이는 한편으로는 간단하고 제조하기 쉬운 형상이고 다른 한편으로는 판의 평면에 수직인 길이 방향 이동 시 작은 스트로크에서도 이미 큰 유동 단면을 활성화한다. 이것은 차단 밸브에서의 불가피한 스로틀링이 낮게 유지되어 가스 연료를 분사시키기 위해 전체 가스 압력이 이용 가능함을 의미한다. 바람직하게는, 밸브 요소에 폐쇄 방향으로 작용하는 리턴 스프링의 다른 단부가 폐쇄 요소에 지지되는 것도 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 압력 핀이 밸브 요소에 형성되고, 밸브 요소의 개방 운동 동안 폐쇄 요소에 접촉하여 폐쇄 요소에 개방력을 가한다. 즉, 차단 밸브를 개방한다. 이 실시예에서, 차단 밸브는 폐쇄 요소 전후의 압력차에 의해서 뿐만 아니라 밸브 요소의 이동에 의해서도 개방된다. 이것은 가스 계량 밸브의 응답 시간, 즉 전기 액추에이터의 활성화와 기체 연료의 실제 유출 사이에 경과하는 시간을 단축한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 요소는 입구 개구를 폐쇄하기 위해 가스 챔버 내의 밸브 시트와 상호작용한다. 이 경우에, 탄성 밀봉 요소는 바람직하게는 밸브 요소의 밸브 밀봉면 또는 밸브 시트 상에 배치된다. 입구 개구는 탄성 밀봉 요소에 의해 밀봉 방식으로 폐쇄될 수 있고, 이는 밸브 시트에서 원치 않는 누출이 발생하지 않도록 하기 위해, 특히 수소 가스를 계량할 때 중요하다. 수소의 경우 엔진 스위치 오프 시 밸브 시트가 완전히 밀봉되는 것은 안전상의 이유로 필수적이다. 예를 들어 상용차에 장착된 엔진의 더 긴 서비스 수명 동안에도, 점화될 수 있는 수소가 엔진 외부에 모이지 않아야 한다.
밀봉성을 더욱 향상시키기 위해, 바람직하게는 밸브 시트에 바이팅 에지가 제공될 수 있다. 이것은 이 영역의 표면 압력을 증가시켜 밀봉을 더욱 향상시킨다. 또한 밸브 요소에 원주 방향 환형 버(burr)가 제공될 수 있다. 상기 환형 버는 바이팅 에지를 둘러쌀 수 있고 그 높이는 밸브 요소의 폐쇄 운동 동안 먼저 탄성 밀봉 요소가, 그 다음에 환형 버가 밸브 시트에 접촉하도록 설계된다. 따라서 밸브 밀봉면과 밸브 시트 사이의 최소 거리는 탄성 밀봉 요소에 과도한 응력을 가하지 않도록 환형 버에 의해 정의된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 차단 밸브는 여기서 폐쇄 요소로서 작용하는 밸브 니들을 포함한다. 이 밸브 니들은 가스 챔버에서 길이방향으로 이동 가능하게 배치되고 가스가 가스 챔버로 역류하는 것을 방지한다. 바람직하게는, 밸브 시트는 출구 개구를 향하는 밸브 니들의 단부 상에 형성되고, 밸브 니들의 밸브 시트는 대응하는 밀봉면과 상호작용한다. 이 경우에, 밸브 니들은 바람직하게는 폐쇄 스프링에 의해 이 밀봉면의 방향으로 프리스트레스를 받는다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 압력 핀이 밸브 요소 상에 형성되고, 밸브 요소의 개방 운동 동안 밸브 니들에 접촉하여 개방력을 이 밸브 니들에 가한다. 디스크형 폐쇄 요소를 갖는 실시예에서와 같이, 차단 밸브는 밸브 요소와 함께 개방된다.
도면에는 본 발명의 다양한 실시예들이 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 제 1 실시예의 길이방향 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1에 II로 표시된 부분의 확대도를 도시한다.
도 3은 가스 계량 밸브가 개략적으로만 도시되어 있는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 니들형 폐쇄 요소를 갖는 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 또 다른 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 또 다른 실시예의 길이방향 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 바깥쪽으로 열리는 밸브 니들을 구비한, 도 6에 도시된 밸브의 변형예를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 제 1 실시예의 길이방향 단면도를 도시한다. 가스 계량 밸브는 가스 챔버(2)가 형성되어 있는 하우징(1)을 갖는다. 가스 챔버(2)는 입구 개구(5)와 출구 개구(6)를 가지며, 계량될 가스는 입구 개구(5)를 통해 가스 계량 밸브로 들어가고 출구 개구(6)를 통해 내연 기관의 연소실로 들어간다. 출구 개구(6)는 가스가 연소실의 원하는 공간 영역에 도달하도록 가스 흐름을 조종하는 노즐 샤프트(7)의 단부에 형성된다. 밸브 요소(8)는 가스 챔버(2)에 길이방향으로 이동 가능한 방식으로 배치되고, 입구 개구(5)를 향하는 밸브 요소(8)의 단부면은 밸브 요소(8)의 일부인 밀봉 요소(9)에 형성된 밸브 밀봉면(10)을 갖는다. 밸브 요소(8)의 밸브 시트(11)는 입구 개구(5)를 폐쇄하기 위해 밸브 밀봉면(10)과 상호작용하고, 밸브 시트(11)는 이 실시예에서 하우징(1)의 일부이며 입구 개구(5)를 형성하는 길이방향 보어를 갖는 연결부(4)에 형성된다.
입구 개구(5)의 확실한 밀봉을 달성하기 위해, 탄성 시일(12)은 도 1의 Ⅱ로 표시된 부분의 확대도인 도 2에 도시된 바와 같이 밸브 요소(8)의 밸브 밀봉면(10)에 배치된다. 탄성 시일(12), 예를 들어 엘라스토머는 밸브 밀봉면(10)을 덮고, 밸브 시트(11)에 형성되며 입구 개구(5)를 둘러싸는 바이팅 에지(13)와 상호작용한다. 바이팅 에지(13)는 밸브 시트(11)와 탄성 시일(12) 사이의 표면 압력을 증가시켜, 수소와 같은 고휘발성 가스가 계량될 때에도 기밀 밀봉이 달성되게 한다. 밸브 밀봉면(10)에서 환형 버(burr:14)는 밀봉 요소(9)의 외측 가장자리에 형성되며, 환형 버(14)는 바이팅 에지를 둘러싸고 그 높이는, 밸브 요소(8)가 밸브 시트(11)의 방향으로 폐쇄 운동을 할 때 먼저 탄성 시일(12)이 바이팅 에지(13)에 놓인 다음에야 추가의 폐쇄 운동에 의해 환형 버(14)도 밸브 시트(11)에 놓이도록 설계된다. 환형 버(14)의 높이는 바이팅 에지(13)의 높이보다 더 높아서, 탄성 시일(12)이 바이팅 에지(12)에 대해 가압되어 효과적으로 밀봉되지만, 과도한 기계적 응력을 받지 않는다.
가스 계량 밸브에서 밸브 요소(8)를 이동시키기 위해, 밸브 요소(8)의 높이에서 하우징(1)을 둘러싸고 클램핑 너트(3)에 의해 고정되는 전자석(16) 형태의 전기 액추에이터가 있다. 밸브 요소(8)가 전자석(16)의 플런저 역할을 하여, 전자석(16)이 통전되면 밸브 요소(8)가 가스 챔버(2) 내의 스트로크 정지부(20)에 접촉할 때까지 밸브 요소(8)는 밸브 시트(11)로부터 멀리 당겨진다. 밸브 요소(8)의 이동은 리턴 스프링(17)의 힘에 대항하여 발생하며, 상기 리턴 스프링은 밸브 시트(11)에 대해 밸브 요소(8)에 프리스트레스를 가하고, 전자석(16)의 스위치 오프 시 밸브 요소(8)가 그 폐쇄 위치로 복귀하여 입구 개구(5)를 폐쇄하게 한다. 가스 흐름을 입구 개구(5)로부터 출구 개구(6)로 향하게 하기 위해, 가로 보어(18)와 이를 교차하는 세로 보어(19)가 밸브 요소(8)에 형성되며, 상기 보어들은 이 영역에서 가스 흐름의 상당한 스로틀링이 없도록 치수 설계된다.
차단 밸브(25)는 밸브 요소(8)와 출구 개구(6) 사이에 배치된다. 이는 이 실시예에서 입구 개구(5)로부터 출구 개구(6)로의 흐름 방향(15)으로만 가스 흐름을 허용하지만 반대 방향으로의 가스 흐름을 차단한다. 차단 밸브(25)는 여기에서 플랫 디스크 형태의 폐쇄 요소(26)를 포함한다. 폐쇄 요소(26)는 폐쇄 스프링(29)에 의해 밀봉면(23)에 대해 가압되고, 상기 밀봉면(23)은 가스 챔버(2)에 배치된 숄더(22)에 형성된다. 따라서 차단 밸브(25)는 폐쇄 요소(26)와 밸브 요소(8) 사이의 가스 압력이 폐쇄 요소(26)의 반대편 측면의 가스 압력보다 크고 폐쇄 스프링(29)의 힘을 극복할 수 있는 경우에만 열린다. 폐쇄 요소(26)가 디스크형이기 때문에, 폐쇄 요소는 작은 스트로크에 의해서도 이미 비교적 큰 유동 단면을 열고 가스가 상당한 스로틀링 없이 출구 개구(6)로 흐를 수 있도록 원주 방향 가장자리를 갖는다.
기체 연료가 연소실로 계량 공급되면 전자석(16)이 통전되고 밸브 요소(8)는 이러한 방식으로 생성된 자기장의 영향에 의해, 스트로크 정지부(20)에 접촉할 때까지 밸브 시트(11)로부터 멀리 당겨진다. 그리고 나서, 가스는 입구 개구(5) 및 밸브 요소(8)의 가로 및 세로 보어(18, 19)를 통해 차단 밸브(25)로 흐른다. 밸브 요소(8)를 향한 폐쇄 요소(26)의 측면에서 압력의 증가로 인해 폐쇄 요소가 폐쇄 스프링(29)의 힘에 대항해서 가압되어, 밀봉면(23)과 폐쇄 요소 사이의 유동 단면을 해제하고, 이를 통해 가스가 노즐 샤프트(7) 내로 그리고 끝으로 출구 개구(6)로 흐른다. 가스 계량을 종료하기 위해, 전자석(16)의 통전이 중단되어 밸브 요소(8)가 입구 개구(5)를 다시 폐쇄한다. 가스가 더 이상 차단 밸브(25)로 흐르지 않기 때문에 이 차단 밸브도 폐쇄 스프링(29)에 의해 폐쇄된다.
가스 계량 밸브는 가스를 확실하게 밀봉하는 동시에 긴 서비스 수명을 가질 수 있기 때문에 내연 기관의 연소실로 가스를 계량 공급하는데 특히 적합하다. 노즐 샤프트(7)에 의해 밸브 요소(8) 및 이에 따라 탄성 시일(12)이 연소실로부터 멀리 떨어져 있어 밸브 시트(11)의 열 부하를 제한한다. 또한 차단 밸브(25)는 연소실의 화염 정면이 가스 챔버(2)까지 퍼지는 것을 방지하는데, 그 이유는 차단 밸브(25)가 가스 분사의 종료 직후에 닫히기 때문이며, 이는 연소실의 증가하는 압력에 의해 추가로 지지된다. 따라서 밸브 시트(11)의 과도한 가열이 확실하게 방지된다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 또 다른 실시예를 길이방향 단면도로 도시하며, 이 도면은 단지 개략적이다. 도 1의 실시예와 가장 중요한 구조적 차이점은 밸브 요소(8) 상에 배치된 압력 핀(30)이다. 밸브 요소(8)의 개방 운동 동안, 압력 핀(30)은 폐쇄 요소(26) 상에 접촉하게 되며 이 폐쇄 요소를 폐쇄 스프링(29)의 힘에 대항하여 개방 위치로 이동시킨다. 차단 밸브(25)가 밸브 요소(8)와 실제로 동시에 열리기 때문에, 그렇지 않으면 요구되는 차단 밸브(25) 앞의 압력 상승으로 인한 지연이 없으므로 더 짧은 응답 시간, 즉, 전자석(16)의 통전과 가스 분사의 시작 사이의 더 짧은 지연이 달성된다. 이 가스 계량 밸브의 폐쇄 과정은 도 1의 실시예와 유사하게 발생한다.
도 4a는 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 또 다른 실시예를 도시하며, 도시는 도 3의 도시에 해당한다. 단순화를 위해, 밸브 요소(8) 및 밸브 밀봉면(10)은 간략히 도시되어 있고, 가로 및 세로 보어(18, 19) 대신에 여기서는 2개의 세로 보어(19)가 형성되어 있지만 이것은 기능적으로 동일하다. 여기서 차단 밸브(25)는 밸브 니들(26') 형태의 폐쇄 요소를 갖는다. 밸브 니들(26')은 노즐 샤프트(7)에서 제 1 가이드 섹션(32) 및 제 2 가이드 섹션(33)으로 안내되며, 두 가이드 섹션(32, 33)에는 여기에 도시되지 않은 폴리싱된 섹션이 형성되어 가이드 섹션들(32, 33)을 지나 스로틀링 없는 가스 흐름을 허용한다. 밸브 니들(26')은 출구 개구(6)를 향하는 단부에 밸브 시트(35)를 가지며, 밸브 니들(26')의 밸브 시트(35)는 노즐 샤프트(7)의 단부 상의 원추형 밀봉면(23')과 상호작용한다. 밸브 니들(26')은 폐쇄 스프링(29)에 의해 밀봉면(23')에 대해 가압되고, 도 1의 실시예의 폐쇄 요소와 같이, 가스 챔버(2) 내의 해당 압력에 의해 개방된다. 연소실에 대한 밀봉은 가스 계량 밸브의 단부에서 직접 수행되므로, 연소실의 화염 정면이 하우징(2)의 가장 외측 단부에만 도달할 수 있다.
이 실시예의 변형예가 도 4b에 도시되어 있다. 밸브 요소(8)의 리턴 스프링(17)은 여기에서 하우징(2)의 숄더에 지지되지 않고 폐쇄 요소 또는 밸브 니들(23')에 지지된다. 리턴 스프링(17)을 위한 지지면이 제공될 필요가 없기 때문에, 하우징(2)의 설계에서 더 큰 구조적 자유도가 주어진다.
도 4c는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시한다. 도 3에 따른 실시예에서와 같이, 여기서는 밸브 요소(8)의 개방 운동 동안 밸브 니들(26') 상에 접촉하여 상기 밸브 니들을 폐쇄 스프링(29)의 프리스트레스에 대항해서 이동시키는 압력 핀(30)이 밸브 요소(8) 상에 형성된다. 기능적으로, 도 3의 이전 실시예에서와 동일한, 밸브 요소(8)와 밸브 니들(26')의 상호작용이 나타난다.
도 5는 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 또 다른 실시예를 도시한다. 탄성 밀봉 요소(12)는 여기에서 밸브 시트(11) 상의 밀봉 링에 의해 실현되며, 밸브 요소(8)의 폐쇄 위치에서 밸브 요소(8)의 밸브 밀봉면(10)은 밸브 시트(11) 상에 놓인다. 밸브 요소를 통한 가스의 안내를 위해, 내부로 연장되는 2개 이상의 비스듬한 보어들(19')이 형성되고 리턴 스프링(17)은 밸브 요소(8) 내의 원통형 리세스 내에 수용된다. 차단 밸브(25)의 폐쇄 요소(26)는 하우징(1) 내의 가이드 보어(38) 내에서 안내되고, 가스는 폐쇄 요소(26) 내의 비스듬한 보어들(27)을 통해 안내된다. 밀봉면(23)은 가스 챔버(2) 내의 원주방향 환형 버에 형성되고, 폐쇄 요소(26)와 상호작용한다.
도 6은 본 발명에 따른 가스 계량 밸브의 또 다른 실시예를 도시한다. 밸브 요소(8)는 도 5에 도시된 실시예와 유사하게 구성되지만, 밸브 요소(8)의 하류에서 커플러 슬리브(40)가 하우징(1) 내부에서 길이 방향으로 이동 가능하게 안내된다. 리턴 스프링(17)은 커플러 슬리브(40)와 하우징(1) 사이에서 압축 예압 하에 배치되고 커플러 슬리브(40)를 밸브 요소(8)에 대해 그리고 밸브 요소(8)를 밸브 시트(11)의 방향으로 가압한다. 커플러 슬리브(40)는 내부에 채널(43)을 형성하고, 가스는 밸브 시트(11)로부터 밸브 요소(8)의 개방 시 비스듬한 보어들(19') 및 중앙 리세스(39)를 통해 유입되고 상기 채널을 통해 출구 개구(6)로 안내된다.
밸브 요소(8)와 하우징(10) 내의 숄더(41) 사이에는 댐핑 챔버(42)가 형성되며, 상기 댐핑 챔버(42)는 커플러 슬리브(40)에 의해 내측으로 제한된다. 댐핑 챔버(42)는 밸브 요소(8)와 하우징(1) 사이의 제 1 환형 갭(44) 및 커플러 슬리브(40)와 하우징 사이의 제 2 환형 갭을 통해 가스 챔버(2)에 연결되며, 두 환형 갭(44, 45)은 댐핑 챔버(42)로부터의 또는 댐핑 챔버(42)로의 가스 흐름이 스로틀링된 상태로만 발생할 수 있도록 치수 설계된다. 댐핑 챔버(42)는 밸브 시트(11)로부터 멀어지는 밸브 요소(8)의 개방 운동 동안 가스가 댐핑 챔버(42)로부터 밀려나와 환형 갭(44, 45)을 통해 가압되는 방식으로 밸브 요소 이동을 댐핑하는데 사용된다. 가스가 스로틀링된 상태로만 유출될 수 있기 때문에, 댐핑 챔버(42)에 과압이 형성되고, 상기 과압은 밸브 요소(8)의 개방 운동을 댐핑한다. 폐쇄 운동 동안, 댐핑 챔버(42)의 부피가 증가하고 거기 압력이 감소한다. 이 음압은 밸브 요소(8)의 반대편 측면 상의 배압으로 인해 폐쇄 운동의 감속을 초래하여 밸브 요소(8)가 댐핑된 상태로 밸브 시트(11) 상에 놓이고, 이는 밸브 밀봉면(10)과 밸브 부재(11) 사이의 마모를 감소시키고 소음 방출을 줄인다.
댐핑 기능의 더 정확한 설정을 위해, 커플러 슬리브(40)와 밸브 요소(8) 사이에, 예를 들어 커플러 슬리브(40)의 단부에 하나 이상의 노치 형태인 오목부(50)가 제공될 수 있다. 댐핑 기능은 환형 갭(44, 45)을 조정할 필요 없이 오목부들(50)의 형상 및 수에 의해 정확하게 조절될 수 있다. 그러나 오목부(50) 대신 또는 이에 추가하여, 환형 갭들(44, 45)이 예를 들어 밸브 요소(8) 내의 또는 커플러 슬리브(40) 외측 상의 길이 방향 홈들에 의해 수정될 수 있어서, 환형 갭들(44, 45)을 통한 유동 저항 및 그에 따라 대핑 챔버(42)에 의한 밸브 요소에 대한 댐핑 효과가 조절된다.
도 7은 도 6에 도시된 가스 계량 밸브의 추가 구현을 또 다른 실시예로 도시한다. 밸브 요소(8)로부터 멀어지는 방향을 향한 커플러 슬리브(40)의 단부면이 니들형 폐쇄 요소(26') 상에 안착되어, 밸브 시트(11)로부터 개방 방향으로 밸브 요소(8)의 이동이 커플러 슬리브(42)를 출구 개구(6) 방향으로 밀고, 이 커플러 슬리브는 밸브 니들(26')을 개방한다. 채널(43)로부터 출구 개구(6)로의 가스 흐름은 커플러 슬리브(42)에 있는 다수의 개구(48)에 의해 보장된다. 밸브 니들(26')은 또한 여기서 폐쇄 스프링(29)에 의해 원추형 밸브 시트(35)에 대해 프리스트레스를 받고, 폐쇄 스프링(29)은 밸브 니들(26')에 연결된 스프링 플레이트(31)와 하우징(1) 내의 숄더 사이에서 압축 예압 하에 배치된다. 2개의 가이드 섹션(31, 32)에는 또한 도면에 도시되지 않은 폴리싱된 섹션이 형성되어 있고, 상기 폴리싱된 섹션은 출구 개구(6)를 향한 스로틀링 없는 가스 흐름을 보장한다.
가스 계량 밸브는 연소실로 가스를 계량하여 배출하는데 특히 적합하지만 내연 기관의 흡입관으로 가스를 계량하여 배출하는 것과 같은 다른 목적에 또는 다른 기술적 응용에도 사용될 수 있다.
1: 하우징
2: 가스 챔버
5: 입구 개구
6: 출구 개구
8: 밸브 요소
10: 밸브 밀봉면
11: 밸브 시트
12: 밀봉 요소
13: 바이팅 에지
14: 환형 버
16: 액추에이터
17: 리턴 스프링
25: 차단 밸브
26: 폐쇄 요소
26': 밸브 니들
29: 폐쇄 스프링
30: 압력 핀
35; 밸브 시트
42: 댐핑 챔버
44; 45: 환형 갭

Claims (15)

  1. 내연기관용 가스 계량 밸브로서, 입구 개구(5)와 출구 개구(6)를 갖는 가스 챔버(2)가 형성된 하우징(1), 및 상기 가스 챔버(2)에 배치되며 전기 액추에이터(16)에 의해 리턴 스프링(17)의 힘에 대항하여 이동될 수 있고 상기 입구 개구(5)를 개폐하기 위해 밸브 시트(11)와 상호작용하는 가동 밸브 요소(8)를 포함하는, 상기 가스 계량 밸브에 있어서,
    상기 밸브 요소(8)와 상기 출구 개구(6) 사이에 차단 밸브(25)가 배치되어 상기 밸브 요소(8)와 상기 출구 개구(6) 사이의 상기 가스 챔버(2)에서 가스 흐름을 차단할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 차단 밸브(25)는 폐쇄 스프링(29)에 의해 하중을 받는 가동 폐쇄 요소(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 차단 밸브(25)는 상기 출구 개구(6)를 향한 흐름 방향(15)으로 열리고 반대 방향의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 폐쇄 요소(26)는 판 모양이고, 상기 폐쇄 스프링(29)에 의해 상기 가스 챔버(2)에 형성된 밀봉면(23)에 대해 가압되는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 압력 핀(30)이 상기 밸브 요소(8)에 형성되고, 상기 밸브 요소(8)의 개방 운동 동안 상기 폐쇄 요소(26)에 접촉하여 상기 폐쇄 요소(26)에 개방력을 가하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  6. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 리턴 스프링(17)은 상기 밸브 요소(8)와 상기 폐쇄 요소(26) 사이에서 압축 예압 하에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 요소(8)에는 밸브 밀봉면(10)이 형성되고, 상기 밸브 요소(8)의 상기 밸브 밀봉면(10)은 상기 입구 개구(5)의 폐쇄를 위해 상기 가스 챔버(11) 내의 밸브 시트(11)와 상호작용하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서, 탄성 밀봉 요소(12)가 상기 밸브 밀봉면(10) 또는 상기 밸브 시트(11)에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 바이팅 에지(13)가 상기 밸브 시트(11)에 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 환형 버(14)가 상기 밸브 밀봉면(10)에 형성되고, 상기 밸브 요소(8)의 폐쇄 운동 동안 먼저 상기 탄성 밀봉 요소(12)가 그리고 그 다음에 상기 환형 버(14)가 상기 밸브 시트(11)에 접촉하도록, 상기 밸브 요소(8)의 폐쇄 위치에서 상기 환형 버(14)가 상기 밸브 시트(11)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 차단 밸브(25)는 상기 가스 챔버(2) 내에서 길이방향으로 이동 가능한 방식으로 안내되는 밸브 니들(26') 형태의 폐쇄 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 밸브 니들(26')은 상기 출구 개구(6)를 향하는 단부에 원추형 밸브 시트(35)를 갖고, 상기 밸브 니들(26')의 상기 밸브 시트(35)는 밀봉면(23')과 상호작용하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  13. 제 12 항에 있어서, 압력 핀(30)이 상기 밸브 요소(8)에 형성되고, 상기 밸브 요소(8)의 개방 운동을 통해 상기 밸브 니들(26')에 접촉하여 개방력을 상기 밸브 니들(26')에 가하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  14. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서, 환형 댐핑 챔버(42)가 상기 밸브 요소(8)와 상기 하우징(1) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 댐핑 챔버(42)는 상기 밸브 요소(8)와 상기 하우징(1) 사이의 환형 갭(44)에 의해 및/또는 커플러 슬리브(40)와 상기 하우징(1) 사이의 환형 갭(45)에 의해 상기 가스 챔버(2)에 연결되고, 환형 갭들(44; 45)은 스로틀 갭으로 기능하는 것을 특징으로 하는 가스 계량 밸브.
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