KR20010080312A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐 니들(12)이 내부에서 변위 가능하게 배치된 밸브 몸체를 포함하는 연료 분사 밸브에 관한 것이다. 또한, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 노즐 니들(12)이 지지되며 제어 압력 챔버와 접촉하는 작동 부품(18)과, 보상 피스톤(32)과 연결되는 보상 챔버(30)를 포함한다. 본 발명의 목적은 동적 개방력을 억제할 수 있는 확실한 폐쇄력을 작동 부품 상에 가하고자 하는 것이다. 이를 위하여, 노즐 니들(12)과 보상 피스톤(32) 사이에는 노즐 니들에 보상력을 가할 수 있는 스프링 부품(40)이 배치된다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}

상기 연료 분사 밸브는 독일특허 제 197 27 896 A1 호에 공지되어 있다. 이 장치에서 보상 챔버는 노즐 니들이 개방된 후에 이 노즐 니들에 작용하는 개방력을 보상하는 역할을 한다. 이것은, 노즐 니들을 이 노즐 니들의 밸브 시트로부터 들어올림으로써 추가의 면에 고압이 작용하게 되어 한계값까지 증가된 힘이 노즐 니들 상에 개방 방향으로 작용하기 때문에 가능하다. 개방력을 보상하기 위하여, 보상 챔버에서는 개방력에 대항하여 작용하는 보상력이 제공된다. 공지된 연료 분사 밸브에 있어서, 작동 부품에는 보상 챔버의 내부에 배치되는 환형 숄더가 제공된다. 상기 보상 챔버에는 액체, 예를 들어 분사하고자 하는 연료가 충진되며, 그 결과 보상 피스톤이 상승함으로써 체적이 증가할 수 있는 폐쇄된 유압 챔버를 형성한다. 노즐 니들이 개방되면, 작동 부품은 보상 챔버 내로 다시 가압되며, 따라서 환형 숄더에 기초하여 보상 챔버 내에 힘이 가하여진다. 이와 같이 가하여진 힘은 먼저 보상 챔버 내의 유압 체적과 상기 보상 챔버 내에 수용된 연료의 탄성 특성의정도에 따라서 압력 상승을 일으킨다. 이와 같이 초기의 압력 상승 후에, 보상 챔버의 체적은 상승되며, 이때 보상 피스톤도 운동한다. 상기 상승에 대항하여 작용하는 힘은 폐쇄력으로서 작동 부품 상에 작용한다. 폐쇄력의 경로와 높이는 보상 챔버의 체적이나 보상 피스톤의 형상 및 작용 상태에 따라서 조절될 수 있다.

본 발명은 노즐 니들이 내부에서 변위 가능하게 배치된 밸브 몸체와, 노즐 니들에 지지되며 제어 압력 챔버와 연결된 작동 부품과, 보상 피스톤과 결합된 보상 챔버를 구비한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 본 발명의 연료 분사 밸브를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2는 제 2 실시예에 따른 본 발명의 연료 분사 밸브를 개략적으로 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 동적 개방력의 진행 과정을 도시한 다이어그램.

청구항 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 작동 부품과 보상 피스톤 사이에서 유압 챔버를 필요로 하지 않고 간단한 방식으로 보상력을 제공할 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 유압 유체를 사용함으로써 발생하는 모든 문제점들, 즉 유압 유체의 공급과 유압 유체의 원치않는 누설 방지와 관련한 문제점들을 해결할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 스프링 부품은 적어도 하나의 분할형 스프링의 형태로 형성된다. 상기 분할형 스프링이나 분할형 스프링 묶음은 소정의 영역에서 스프링 경로를 따라서 스프링의 힘이 매우 작게 증가하는 특성 곡선을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 실질적으로 일정한 폐쇄력을 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 보상 피스톤은 작동 부품의 종축과 동축으로 배치된다. 이와 같은 구성은, 특히 콤팩트한 연료 분사 밸브의 구조에서 유리하다.

본 발명의 변형예에 따라서, 보상 피스톤은 환형으로 형성되어 작동 부품을 둘러싸며, 상기 보상 챔버는 작동 부품을 둘러싸고 일측면에서 보상 피스톤에 의해 폐쇄되는 환형 챔버를 이루며, 상기 작동 부품에는 스프링이 지지되는 하나의 밴드가 제공된다. 이러한 형상으로 인하여, 연료 분사 밸브는 축방향으로 매우 콤팩트한 구조를 갖는다.

다른 변형예에 따라서, 작동 부품에는 노즐 니들로부터 이격된 단부에서 스프링을 지지하는 지지판이 제공되며, 상기 지지판은 노즐 니들로부터 이격된 측면에서 보상 챔버의 일측면에 폐쇄되는 돌기가 제공된 보상 피스톤에 대향 배치된다. 이러한 구조에 있어서, 연료 분사 밸브는 반경방향으로 좁게 구성된다.

주로, 밸브 몸체에는 보상 피스톤을 위한 두 개의 돌출부들이 형성되며, 이 돌출부들은 보상 피스톤의 종단 위치를 결정한다. 따라서, 보상 챔버 내에서 지나치게 높거나 지나치게 낮은 압력이 발생하는 경우에 연료 분사 밸브를 정확하게 작동시킬 수 있도록 보상 피스톤을 조정할 수 있다.

이하에서 첨부한 도면에 도시한 두 가지 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1에서는, 소위 "공통 레일 분사 시스템"용 2/2 연료 분사 밸브를 도시한다. 상기 분사 밸브는 노즐 니들(12)이 내부에서 변위 가능하게 배치된 밸브 몸체(10)를 갖는다. 노즐 니들은 유입관(16)으로부터 제공된 연료를 내연기관(도시 안함)의 실린더 내로 분사하기 위하여 밸브 시트(14)와 협동한다.

노즐 니들(12)에는 이 노즐 니들(12)로부터 이격된 정면이 제어 압력 챔버(20)와 연결된 작동 부품(18)이 지지된다. 밸브 몸체(10)에는 작동 부품(18)을 둘러싸는 환형의 누설 유동 집수 챔버(17)가 형성된다. 제어 압력 챔버(20)에는 유입관(16)과 결합하며 내부에 유입 스로틀이 배치된 공급관(22)이 안내된다. 또한, 상기 제어 압력 챔버(20)로부터 내부에 배출 스로틀이 배치되며 제어 밸브(26)에 의해 제어되는 배출관(24)이 안내된다.

제어 밸브(26)가 폐쇄되면, 제어 압력 챔버(20)에 작용하는 연료 압력은 연료에 의해서 노즐 니들(12)의 영역에 발생된 개방력보다 큰 폐쇄력을 발생시킨다. 따라서, 노즐 니들(12)은 밸브 시트(14)에 안착되어 연료 분사를 중단한다. 제어 밸브(26)가 개방되면, 연료가 유입된 연료의 압력에 기초하여 제어 압력 챔버 내로 유입하며, 따라서 노즐니들(12)의 영역에 발생된 개방력은 제어 압력 챔버(20) 영역에 발생된 폐쇄력보다 더 커진다. 결과적으로, 노즐 니들(12)은 밸브 시트(14)로부터 상승하여 연료가 분사될 수 있다. 제어 밸브(26)가 다시 폐쇄되면, 작동 부품(18)에는 노즐 니들(12)을 폐쇄하기 위한 폐쇄력이 가하여진다.

노즐 니들(12)이 밸브 시트(14)로부터 상승하면, 연료 압력이 가하여지며 추가의 개방력을 발생하는 추가의 면이 형성된다. 상기 개방력은 동적 상태로 진행하며, 이 진행 상태를, 예를 들어 공통 레일 분사 시스템내의 4개의 변위 연료 압력에 대하여 도시한 도 3에서 곡선 1, 2, 3, 4로 표시한다. 상기 추가의 개방력에 대항 작용하기 위하여, 작동 부품에 보상력을 가할 수 있는 보상 시스템이 제공된다.

보상 시스템은 작동 부품(18)을 둘러싸고 환형 보상 피스톤(32)의 일측면에 제공된 환형의 보상 챔버(30)로 구성된다. 보상 챔버(30)는 공급관(34)을 거쳐서 유입관(16)과 연결된다.

작동 부품(18)에는 스프링 챔버(38) 내에 배치된 하나의 밴드(36)가 제공된다. 밴드(36)와 노즐 니들(12)을 향한 보상 피스톤(32)의 정면 사이에는 분할형 스프링 묶음(40)이 배치된다. 상기 분할형 스프링 묶음은 마이크로미터당 약 4N의 탄성력을 갖는다.

노즐 니들(12)이 개방되면, 먼저 밴드(36)에 걸쳐서 분할형 스프링 묶음(40)이 압착된다. 이로 인하여, 분할형 스프링 묶음(40)의 탄성 정도에 따라서 강하게 증가하는 보상력이 얻어진다. 이것을 도 3에서 보상력 곡선 A의 왼쪽에서 볼 수 있다.

소정 레벨의 힘에 도달하자마자, 보상 피스톤(32)은 보상 챔버(30) 내의 연료에 의해서 발생된 압축력에 대항하여 보상 챔버 내에서 변위한다. 피스톤(32)의 변위는 보상력을 일정 레벨로 억제하기 위한 것이다. 이것을 도 3에서 곡선 A의 수평 부분으로 도시한다. 따라서, 전체적으로 유입관(16) 내의 압력에 따르며 동적 개방력을 보상하는 보상력이 발생한다.

도 2에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 연료 분사 밸브를 도시한다. 이 실시예는 제 1 실시예에 따른 보상 시스템의 구조와 관련하여 구분된다.

먼저, 작동 부품(18)에는 분할형 스프링(40)이 안착되는 지지판(50)이 제공된다. 상기 지지판(50)에 대향하여 돌출부(52)가 제공된 보상 피스톤(50)이 배치된다. 돌출부는 보상 챔버(30)의 일측면을 폐쇄한다.

제 2 실시예에 따른 보상 시스템의 작동 방식은 제 1 실시예에 따른 보상 시스템의 작동 방식과 동일하다.

기계식 스프링(40)을 사용함으로써 얻을 수 있는 장점은 밸브가 개방될 때 시간에 따른 손실이 없다는 것이다. 또한, 노즐 니들(12)이 개방되는 동안 차후의 폐쇄력에 필요한 잠재적 에너지가 스프링 내에 저장된다.

밸브 몸체(10)에는 보상 피스톤(32)의 종단 위치를 결정하는 두 개의 돌기(60, 62)가 형성된다. 이 돌기들은 유입관(16) 내의 압력이 지나치게 높거나 지나치게 낮을 때에도 보상 시스템이 작동할 수 있게 한다.

Claims (6)

1. 노즐 니들(12)이 내부에서 변위 가능하게 배치된 밸브 몸체(10)와, 상기 노즐 니들(12)을 지지하며 제어 압력 챔버(20)와 결합하는 작동 부품(18)과, 보상 피스톤(32)과 연결된 보상 챔버(30)를 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,

   상기 노즐 니들(12)과 보상 피스톤(32) 사이에는 노즐 니들에 보상력을 가할 수 있는 스프링 부품(40)이 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스프링 부품(40)은 하나 이상의 분할형 스프링(40)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보상 피스톤(32)은 작동 부품(18)의 종축과 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 보상 피스톤(32)은 환형의 구조로서 작동 부품(18)을 둘러싸며,

   상기 보상 챔버(30)는 작동 부품(18)을 둘러싸는 환형의 구조로서 보상 피스톤(32)의 일측면에 연결되고,

   상기 작동 부품(18)은 스프링 부품에 지지되는 하나의 밴드(36)에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 작동 부품(18)에는 노즐 니들(12)로부터 이격된 단부에서 스프링 부품(40)을 지지하는 지지판(50)이 제공되며,

   상기 지지판(50)은 보상 챔버(30)의 일측면과 연결된 돌출부(52)가 노즐 니들(12)을 향한 면에 제공된 보상 피스톤(32)과 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 몸체(10)에는 보상 피스톤(32)을 위한 두 개의 돌기(60, 62)가 형성되어 보상 피스톤(32)의 종단 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.