KR20160068915A - 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

분사 밸브(1)는 리세스(21)를 구비한 유체 입구관(2), 중심 길이방향 축(11)을 가진 밸브 본체(3)로서, 유체 출구부(32)를 가진 공동부(31)를 포함하는, 상기 밸브 본체, 및 유체 입구관의 리세스에 배열되고 중심 길이방향 축을 따라 공동부에서 이동 가능한 밸브 니들(4)로서, 폐쇄 위치에서 유체 출구부를 통한 유체 흐름을 방지하고 다른 위치들에서 유체 출구부를 통한 유체 흐름을 방출하는, 상기 밸브 니들을 포함한다. 분사 밸브는 리세스에 배열된 스프링 부재(51) 및 탄성체(52)를 더 포함하되, 이들 스프링 부재와 탄성체는, 밸브 니들이 길이방향 축을 따라 그의 폐쇄 위치로부터 이동됨에 따라서 압축되도록 설계되어 있다.

Description

분사 밸브{INJECTION VALVE}

본 출원은 분사 밸브에 관한 것이다.

분사 밸브는, 예를 들어, 내연 기관의 실린더의 연소실 내로 직접 또는 내연 기관의 흡기 매니폴드 내로 유체를 투입하기 위하여, 내연 기관에서 사용될 수 있다. 분사 밸브는 넓은 압력 범위에서 작동 가능할 것이 필요하므로, 밸브는 낮은 최소 흐름량을 제공할 수 있다. 게다가, 분사 밸브의 니들을 작동시키기 위하여 분사 밸브에서 사용되는 작동기의 크기는 전용 엔진 공동부(cavity)에 끼워맞춤되도록 가능한 한 최소로 될 필요가 있다.

해결하고자 하는 목적은 넓은 압력 범위에서 작동 가능하고 동시에 작동 동안에 신뢰성 있고 컴팩트한 분사 밸브를 제공하는데 있다.

이 목적은, 특히, 청구항 제1항에 따른 분사 밸브에 의해 달성된다. 추가의 실시형태들 및 구성들은 종속 청구항들의 주제이다.

일 실시형태에 따르면, 분사 밸브는 리세스(recess)를 구비한 유체 입구관, 및 중심 길이방향 축을 가진 밸브 본체를 포함한다. 밸브 본체는 유체 출구부를 가진 공동부를 포함한다. 유체 입구관과 밸브 본체는 일체형 부품의 두 부분일 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 유체 입구관과 밸브 본체는 서로 유압식으로 결합되고 기계적으로 고정된 개별적인 부품이다. 특히, 유체 입구관과 밸브 본체는 밸브 본체의 공동부가 유체 출구부를 향하여 길이방향으로 유체 입구관의 리세스를 연장시키도록 배열된다.

밸브 니들은 유체 입구관의 리세스에 배열되고, 중심 길이방향 축을 따라 공동부 내에서 이동 가능하여, 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 유체 출구부를 통한 유체 흐름을 방지하고 다른 위치들에서 유체 출구부를 통한 유체 흐름을 방출한다. 밸브 니들은 유체 입구관의 리세스에 배열되고, 중심 길이방향 축을 따라 공동부 내에서 이동 가능하다란, 특히 밸브 니들의 일부분이 유체 입구관의 리세스에 위치결정되고 밸브 니들의 다른 부분이 밸브 니들의 공동부에 위치결정된 것을 의미한다. 예를 들어, 밸브 니들은 밸브 니들의 하나의 축방향 단부에서 팁 부분(tip portion)으로부터 밸브 니들의 대향 축방향 단부에서 후방부까지 길이방향으로 뻗는다. 리세스에 위치된 밸브 니들의 부분은 후방부 또는 후방부에 인접한 부분일 수 있고, 그리고 공동부에 위치된 부분은 팁 부분 또는 팁 부분에 인접한 부분일 수 있다.

스프링 부재와 탄성체는, 밸브 니들이 길이방향 축을 따라 그의 폐쇄 위치로부터 멀리 이동됨에 따라서 탄성체와 스프링 부재가 압축되도록 구성되고 리세스에 배열된다. 특히, 스프링 부재와 탄성체는 리세스에 배열되고, 한쪽 측면 상에서 밸브 본체의 일부와 그리고 다른쪽 측면 상에서 밸브 니들에 고정된 스프링 받침대(spring rest)와 상호작용하여, 밸브 니들이 길이방향 축을 따라 그의 폐쇄 위치로부터 멀리 이동됨에 따라서 탄성체와 스프링 부재가 압축된다. 예를 들어, 스프링 부재와 탄성체는 밸브 본체의 상기 부분에 대하여 그리고 상기 스프링 받침대에 대하여 착좌된다.

밸브 니들은 유체 출구부를 통한 유체 흐름을 얻기 위하여 분사 밸브에 제공된 작동기에 의해서 작동될 수 있다. 이 작동에 이어서, 스프링 부재는 밸브 니들을 그의 폐쇄 위치로 도로 이동시킨다.

탄성체는, 편의상, 리세스 내의 유체 압력의 존재 하에, 밸브 니들에 길이방향 힘을 작용시키도록 동작 가능할 수 있고, 여기서 길이방향 힘(또한 이하에 "길이방향 힘(Fe)"이라고 지칭함)은 유체 압력에 의존한다.

스프링 부재에 부가해서 제공되는, 특히 스프링 부재로부터 방사상으로 이격되는 탄성체는, 동작 동안 공동부 내의 유체 압력에 의해 초래되는 밸브 니들 상에 작용하는 힘을 보상하도록 의도된다. 이것은 분사관의 기능에 대한 유체 압력의 저감된 또는 심지어 제거된 영향을 초래한다.

추가의 보상 수단에 대한 필요가 없으므로, 작동기 유닛 치수는 작게 유지될 수 있고, 따라서, 작동기가 더 신속하게 되므로 최소 제어 가능한 유체량이 저감될 수 있다. 벨로즈(bellows) 또는 건식 작동기 등과 같은 유압식 균형 소자는 용장성으로 된다.

특히, 탄성체에 대한 유체 압력은 유체 압력에 의해 초래된 밸브 니들에 대한 길이방향 힘(Ff)에 비해서 반대 방향으로 지향되는 밸브 니들에 대한 길이방향 힘(Fe)을 초래한다.

또한, 힘(Fe)은 유체 압력이 특히 선형으로 또는 본질적으로 선형으로 증가함에 따라서 증가한다. 이와 대조적으로 스프링 부재의 힘은 사실상 유체 압력과는 독립적이다.

하나의 구성에 있어서, 탄성체는 엘라스토머 재료로 이루어진 플라스틱 동체이다. 이러한 탄성체에 의해서, 압력-의존적 길이방향 힘이 특히 용이하게 달성될 수 있다.

바람직한 구성에 있어서, 밸브의 동작 동안 그리고 리세스 내의 유체 압력의 존재 시, 탄성체의 방사상 측면 상에 작용하는 유체 압력은 유체 압력에 의해 초래되는 밸브 니들에 대한 길이방향 힘을 보상 - 즉, 특히 부분적으로 보상, 완전히 보상 또는 약간 과보상 - 하는 길이방향 힘을 유발한다. 즉, 탄성체는 유체 압력에 의해 초래된 탄성체 상의 방사상 힘을 유체 압력 의존적 길이방향 힘으로 바꾼다.

바람직하게는, 방사상 측면은 유체에 노출되는 한편, 측면들 사이에 뻗는 탄성체의 외부면의 상부 부분과 하부 부분은 유체에 노출되지 않는다. 예를 들어, 상부 부분과 하부 부분은 각각 밸브 본체의 일부 및 스프링 시트에 인접하고 있다. 유리하게는, 탄성체의 표면 상의 유압력은 균일하지 않다. 방사상 측면에 대한 유체 압력으로 인한 유압력은 특히 유체 압력의 증가에 따라서 상기 강직성이 증가하는 방식으로 길이방향으로 탄성체의 강직성에 영향을 미칠 수 있다.

추가의 바람직한 구성에 있어서, 밸브 니들은, 스프링 받침대에 접속 - 즉, 특히 스프링 받침대에 관하여 위치 고정되고, 상기 스프링 받침대는 밸브 니들이 길이방향 축을 따라 그의 폐쇄 위치로부터 멀리 이동함에 따라서 스프링 부재 및 탄성체에 동시에 작용한다. 스프링 받침대는 특히 유체 입구관의 리세스에 위치된다. 스프링 부재와 탄성체는 특히 밸브 니들을 폐쇄 위치 쪽으로 가압하기 위한 스프링 받침대에 의해서 밸브 니들과 상호작용한다.

스프링 받침대는 예를 들어 밸브 니들에 고정된 와셔일 수 있다. 특히, 스프링 받침대의 제1 부분은 스프링 부재와 직접 기계적 접촉될 수 있는 한편, 제2 부분은 탄성체와 직접 기계적 접촉되어 있다. 제2 부분은 예를 들어 제1 부분보다 길이방향 축에 더 가깝게 배열될 수 있다. 이 배열은 스프링 부재 및 탄성체와 동시에 상호작용하도록 밸브 니들을 용이하게 한다.

추가의 바람직한 구성에 있어서, 탄성체는 탄성 링이고, 해당 탄성 링은 길이방향 축에 수직으로 연장되는 평면에 배열된다. 예를 들어, 탄성 링은 길이방향 축 둘레에 그리고 바람직하게는 또한 밸브 니들 둘레에 원주 방향으로 연장된다. 특히, 탄성 링은 길이방향 축에 관하여 회전 가능하게 대칭일 수 있다. 이것은 힘(Fe)이 길이방향 축을 따라 용이하게 작용하는 것을 보증한다.

추가의 바람직한 구성에 있어서, 탄성체는, 유체 압력의 부재 하에 그리고 밸브 니들의 폐쇄 위치에서, 탄성체가 적어도 5%만큼 그리고 최대 25%만큼, 바람직하게는 적어도 10%만큼 그리고 최대 20%만큼의 그의 원래의 길이방향 연장에 의해 압착되도록 구성되되, 여기서 이 범위의 한계치들은 각 경우에 포함된다. 이것은 탄성체의 수명 동안 최적 탄성체 항복을 초래하는 것으로 밝혀졌다.

추가의 바람직한 구성에 있어서, 분사 밸브는 전자기 작동기 유닛을 포함하고, 해당 전자기 작동기 유닛은 dFm/dz < Kv가 유지되도록 설계되되, 여기서 Fm은 길이방향 축 상의 위치(z)의 함수로서의 자기력이고, Kv는 밸브의 스프링 율(spring rate)이다. 특히, 전자기 작동기는, 미리 규정된 유지 구동 전류(Ihold)에서의 포화 자속이 안정적인 최종 위치에서 유발되도록 설계될 수 있다. 따라서, 니들의 이동 동안 상승을 제한하도록 경질 정지부(hard stop)가 제공될 수 있으므로, 분사 밸브의 수명에 걸쳐 경질 정지부에 의해 유발되는 마모 및 유압식 부착의 위험이 제거된다.

구성 변형예에서, 분사 밸브는 외향 개방형(outward opening type)이다. 이 경우, 밸브 니들의 팁 부분이 특히 밸브 본체로부터 길이방향으로 돌출한다. 밸브 니들은 폐쇄 위치로부터 멀리 이 경우 길이방향으로 이동 가능하여, 유체 입구관으로부터 유체 출구부 쪽으로 지향된다.

탄성체에 의해서, 이 구성 변형예에서 비교적 높은 유체 압력의 존재 시에도 폐쇄 기능이 확보된다. 이것은 넓은 압력 범위에 걸쳐서 신뢰성 있게 동작하는 분사 밸브의 설계를 허용한다. 특히, 분사 밸브는 비교적 낮은 압력에서, 예를 들어, 5바 내지 10바의 압력에서 동작할 수 있다. 연소 엔진에서, 이 압력 범위는 림프 홈 응급 기능(limp home emergency function)을 위하여 이용될 수 있다. 높은 압력 범위에서, 예를 들어, 100바 이상의 압력에서, 유체 압력에 의해 유도되고 밸브를 개방하고자 하는 힘으로 인해, 밸브의 의도하지 않은 개방이 탄성체에 의해 초래되는 대항력(Fe)에 의해서 신뢰성 있게 회피된다.

대안적인 구성 변형예에서, 분사 밸브는 개방형(inward opening type)이다. 이 경우, 밸브 니들의 팁 부분은 특히 밸브 본체의 공동부 내에 위치결정된다. 밸브 니들은 폐쇄 위치로부터 멀리 이 경우 길이방향으로 이동 가능하여, 유체 출구부로부터 유체 입구관 쪽으로 지향된다.

여기서, 탄성체는 특히 유체 압력에 대한 분사된 최소 유체량의 저감된 또는 심지어 제거된 의존성을 초래한다.

예시적인 실시형태들은 개략적 도면들의 도움으로 이하에 설명된다. 도면에서,
도 1은 분사 밸브를 길이방향 단면도로 도시한 도면;
도 2는 도 1에 도시된 분사 밸브의 단면의 상세도;
도 3A 및 도 3B는 압력 하에 유체 없이(도 3A) 그리고 유체와 함께(도 3B) 분사 밸브의 기능을 예시하는 추가의 상세도;
도 4는 유체 압력(P)의 함수로서 탄성체에 의해 유발된 길이방향 힘(Fe)의 예시적인 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
이들 도면에서, 동일한 설계 및/또는 기능의 요소들은 동일한 참조 부호로 식별된다.

도 1은 유체, 예를 들어, 디젤 또는 가솔린 등과 같은 연료를 투입하는데 적합한 분사 밸브(1)를 도시한다. 부분(12)의 상세도가 도 2에 도시되어 있다. 이 예시적인 실시형태에서, 분사 밸브(1)는 연료를 내연 기관에 투입하도록 구성된 외형 개방형의 분사 밸브로서 구현된다. 분사 밸브는 밸브 조립체(30), 유체 입구관(2) 및 작동기 유닛(6)을 포함한다.

밸브 조립체(30)는 중심 길이방향 축(11)을 가진 밸브 본체(3)를 포함한다. 밸브 본체(3)는 유체 입구관(2)에 기계적으로 접속된다. 밸브 본체는 공동부(31)를 구비한다. 공동부에 배열된 밸브 니들(4)은, 밸브 본체(3)에 관하여 축 방향으로 - 즉, 길이방향 축(11)에 평행하게 흐르는 방향으로 이동 가능하다.

공동부(31)는 유체 입구관(2)의 리세스(33) 및 연료 접속기에 유압식으로 결합된다. 연료 접속기는, 내연 기관의 높은 압력 연료실 - 특히 연료 레일 - 에 접속되도록 설계되고, 여기서 연료는 고압 하에 저장된다.

공동부(31)의 자유 단부들 중 한쪽 상에, 유체 출구부(32)가 형성되고, 이것은 밸브 니들(4)의 축방향 위치에 따라서 개폐된다. 밸브 니들(4)이 폐쇄 위치로부터 멀리 변위될 경우, 작동기 유닛(6)으로부터 대면하는 분사 밸브(1)의 축방향 단부에서 밸브 본체(3)와 밸브 니들 사이에 간극이 있다. 이 간극은 밸브 노즐을 형성한다.

또한, 밸브 니들(4)은 하부 니들 부분(41)을 구비한다. 하부 니들 부분은 홈(groove)(42)을 구비한다. 이 홈은 환 형상이다. 홈(42)에 의해 유체가 유체 출구부(32)로 흐를 수 있다. 유체 출구부(32)는 밸브 니들(4)의 축방향 위치에 따라서 개폐된다.

유체 입구관(2)으로부터 멀리 대면하는 하부 니들 부분(41)의 축방향 단부에서, 밸브 니들(4)은 팁(43)을 구비한다. 바람직하게는, 팁(43)은 원추형이다. 팁은 유체 출구부(32)를 통한 유체 흐름을 방지하거나 가능하게 하기 위하여 밸브 본체(20)와 협동한다.

유체는 유체 입구관(2)으로부터 하부 니들 부분(41)으로 유도되어 밸브 니들(4)의 팁(43) 부근에서 홈(42)을 통해서 유체 출구부(32)로 유도된다. 밸브 니들은 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 밸브 본체(3) 내의 유체 출구부를 통한 유체 흐름을 방치한다.

밸브 조립체(14)에는 예시적으로 전자기 작동기인 작동기 유닛(6)이 설치된다. 물론, 압전 작동기 등과 같은 기타 유형의 작동기 유닛이 대신에 사용될 수 있다.

전자기 작동기 유닛은 하우징(61) 내측에 배열된 코일(60)을 포함한다. 또한, 자로(magnetic path)(62)가 도 1에 예시되어 있다. 전자기 작동기 유닛(6)은 또한 전기자(armature)(63)를 포함한다. 전기자는 밸브 니들(4)에 결합되고, 중심 길이방향 축(11)을 따라 축방향으로 이동 가능하다. 코일(60)은, 예컨대, 전기자와 상호작용하도록, 특히 전기자를 유체 출구부(32)의 방향으로 이동시키도록 배열된다.

전기자는 밸브 니들(4)과 협동하므로, 전기자(63)에 관하여 코일(60)에 의해 발생된 상승의 적어도 일부가 밸브 니들(4)에 전달됨으로써, 밸브 니들을 그의 개방 위치로 이동시킨다. 또한, 분사 밸브는, 전기자(63)와 상호작용하고 유체 출구부(32)로부터 멀리 대면하는 전기자의 측면 상에 배열된 교정 스프링(calibration spring)(64)을 포함한다.

스프링 부재(51)는 유체 입구관(2)에 형성된 리세스(33) 내에 배열된다. 리세스(33)는 공동부(31)의 부분을 형성한다.

스프링 부재(51)는 예컨대 축 방향의 밸브 니들을 그의 폐쇄 위치로 이동시키고/시키거나 밸브 니들을 그의 폐쇄 위치에 보유하기 위하여 밸브 니들(4)에 작용하도록 구성된다. 특히, 스프링 부재(51)는 일단 작동기 유닛이 비구동 상태가 되면 밸브 니들(4)을 작동기 유닛(6) 쪽으로 강제로 이동시키므로, 밸브 니들은 그의 폐쇄 위치로 도로 이동한다. 스프링 부재는, 예를 들어, 더 높은 스프링 율을 지니는 표준 금속성 스프링 또는 3D 관 스프링일 수 있다.

또한, 리세스(21) 내에 탄성체(52)가 배열된다. 탄성체는 밸브 니들(4)이 그의 폐쇄 위치로부터 멀리 이동됨에 따라서 압축되도록 배열된다. 탄성체(52)는 밸브 니들(4)에 길이방향 힘(Fe)을 작용시킨다.

예를 들어, 밸브 니들(4)은 스프링 받침대(53)를 포함한다. 스프링 받침대는, 예를 들어, 와셔일 수 있다. 스프링 부재(51)와 탄성체(52)는 스프링 부재(30)와 탄성체를 지지하는 밸브 본체(3)의 부분과 밸브 니들(4)의 스프링 받침대(34) 사이에 배열된다. 스프링 받침대는, 밸브 니들(4)이 그의 폐쇄 위치로부터 멀리 이동됨에 따라서 스프링 부재(51)와 탄성체(52)가 동시에 압축되도록 배열되고 정형화된다. 스프링 받침대(53)의 제1 부분(531)은 스프링 부재(51)와 기계적 접촉한다. 제1 부분보다 길이방향 축에 더 가깝게 위치된 스프링 받침대의 제2 부분(532)은, 탄성체와 기계적 접촉한다.

탄성체(52)는, 예를 들어, 환 형상이다. 특히, 탄성체는 길이방향 축(11)에 관하여 회전 가능하게 대칭이다. 도 3A에 표시된 화살표(71)는 리세스(21) 내의 유체 압력의 부재 시 탄성체에 의해 작용하는 힘(Fe)을 나타낸다. 탄성체는 길이방향에 관하여 탄성체의 양 측면 상에 밀봉 표면(520)을 형성하며, 즉, 특히 탄성체(52)의 표면의 상부 부분이 스프링 받침대(53)에 인접하고, 그 표면의 하부 부분이 밸브 본체(51)와 밀봉식으로 인접하고 있다.

탄성체(52)와 스프링 부재(51)의 조합은 니들(44)과 밸브 본체(3) 사이에 작용하는 길이방향 힘을 발휘하므로, 일단 작동기 유닛(6)이 비구동 상태로 되면 팁(50)이 밸브 본체에 대해서 가압하여 유체 출구부(32)를 신뢰성 있게 밀봉한다. 분사 밸브의 제작 동안, 스프링 받침대(53)는, 탄성체(52)와 스프링 부재(51)에 의해 발휘되는 조합된 길이방향 힘이 표적 힘, 예를 들어, 50N 내지 100N의 힘에 도달할 때까지 밸브 니들(4)에 관하여 이동되어 탄성체(52)와 스프링 부재(51)를 압축시킬 수 있다. 이 위치에서, 스프링 받침대는, 예를 들어, 크림핑에 의해 또는 레이저 방사선에 의해서 밸브 니들에 영구적으로 그리고 기계적으로 안정하게 고정될 수 있다. 그 위치에서, 탄성체는, 그의 수명 동안 최적의 탄성체 항력을 얻기 위하여, 바람직하게는 적어도 5%만큼, 그리고 최대 25%만큼, 특히 적어도 10%만큼 그리고 최대 20%만큼의 그의 원래의 길이방향 연장에 의해 압착된다.

도 3B에 도시된 바와 같이, 리세스(21) 내의 압력 하에 유체는 탄성체(52)를 방사상으로 압축시키는 힘(화살표 (73))을 초래한다. 탄성체는 이 힘을 힘(Fe)의 추가의 압력-의존적 성분(화살표(71)로 표시됨)으로 바꾼다.

도 4는 o-링 기하 구조에서 탄성체에 대한 힘(Fe)의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 여기서, Fe(E,D,d,P)는 압력의 함수로서 도시되며, 이때 E는 영률이고, D는 외경이며, d는 탄성체의 코드 직경이다. 시뮬레이션 결과는 압력이 증가함에 따라서 힘(Fe)이 본질적으로 선형으로 증가하는 것을 명백하게 나타낸다. 물론, 제로 압력에서의 Fe의 값뿐만 아니라 기울기는 둘 다 필요에 따라서 탄성체에 대한 변형에 의해서 변화될 수 있다.

밸브에 대한 압력 의존력(Fv)은 다음 식에 의해 부여된다:

Fv(P) = Fe(E, D, d, P) + zO * K - AO * P,

식 중 zO은 폐쇄 위치에서의 길이방향 위치이고, K는 스프링 부재(51)의 스프링 율이며, 그리고 AO은 노즐 팁의 밀봉 면적이다.

이것은, 힘 Fe(E, D, d, P)가 AO * P와 동일하다면, 분사 밸브(1)가 압력에 관하여 완벽하게 균형을 이룬 것을 의미한다. 따라서, 밸브는 넓은 압력 범위에서 동작될 수 있다. 분사 밸브의 외부 치수가 작게 유지될 수 있도록 추가의 압력 보상 수단이 제공될 수 있다.

물론, 탄성체(52)는 또한 Fe가 유체 압력에 의해 초래되는 밸브에 대해서 작용하는 힘을 단지 부분적으로 보상하거나 약간 과보상한다면 밸브의 성능을 향상시킬 수 있다.

바람직하게는, 스프링 부재(51)의 스프링 율(K)은 탄성체(52)의 강직성에 비해서 우세하므로, 탄성체는 압력 의존력을 보상하는 한편 스프링 율(K)은 개방/폐쇄 동력학을 주로 담당한다.

탄성체(52)의 재료는 바람직하게는 적용 범위, 예를 들어 -40℃ 내지 +150℃ 내에서 경도 및 영률의 온도 의존성을 최소화하도록 선택되므로, 탄성체의 거동은 정확하게 예측 가능하다. 예를 들어, 탄성 부재는 플루오로-엘라스토머 재료(FKM), GLT-유사, GFLT-유사(듀퐁 드 느무르사(DuPont de Nemours)에 의해 제공됨) 또는 VPL-유사 재료(솔베이 플라스틱수사(Solvay plastics)에 의해 제공) 등과 같은 엘라스토머 재료를 함유할 수 있다. 상기 재료는 예를 들어 O-링을 위하여 통상 이용된다. 물론 주어진 적용 범위 내에서 동작 가능하고 적극적인 가솔린과 양립 가능한 임의의 기타 탄성 재료가 이용될 수 있다.

상기 예시적인 실시형태의 변형예에서, 탄성체(52)는 또한 압력에 관하여 균형을 이룬 분사 밸브를 제공하기 위하여 내형 개방형의 분사 밸브에서 사용될 수 있다.

이 구성에 있어서, 탄성체에 의한 압력 보상은 압력-독립적 과도 거동을 초래하여, 유체 압력에 대한 탄도학적 방식에서 최소 분사량의 의존성을 저감 또는 심지어 제거할 수 있다. 이 효과는 외향 개방형의 분사 밸브에 대해서도 얻어질 수 있다.

또한, 균형을 이룬 분사 밸브는 압력-민감성이 아니므로, 최종 평형 위치는 전기적 유지 전류(Ihold)에 의해 유지되는 자기력과 교정 스프링(64) 및 스프링 부재(51)에 의해 제공되는 탄성 합성력에 의해 발견될 수 있다. 바람직하게는, 자기 작동기 유닛은 Ihold 수준에서 포화 자속이 얻어지고 스프링 율이 자기력의 구배(dF/dz)를 지배하도록 설계된다. 이와 같이 해서, 이 전류 수준의 구동 설정 파라미터 및 확률론적 변동의 최소 변화가 최종 상승 위치에 영향을 주지 않고, 밸브의 하류에서 안정적인 유량이 얻어진다.

따라서, 경질 정지부가 제공될 수 있으므로, 기계적 접촉 마모 및 유압식 부착으로 인한 밸브의 수명에 걸친 유량 편차가 회피될 수 있다.

Claims (10)

1. 분사 밸브(1)로서,
   - 리세스(recess)(21)를 구비한 유체 입구관(2),
   - 중심 길이방향 축(11)을 가진 밸브 본체(3)로서, 유체 출구부(32)를 가진 공동부(cavity)(31)를 포함하는, 상기 밸브 본체(3),
   - 상기 유체 입구관(2)의 상기 리세스에 배열되고 상기 중심 길이방향 축(11)을 따라 상기 공동부(31)에서 이동 가능한 밸브 니들(valve needle)(4)로서, 폐쇄 위치에서 상기 유체 출구부(32)를 통한 유체 흐름을 방지하고 다른 위치들에서 상기 유체 출구부(32)를 통한 유체 흐름을 방출하는, 상기 밸브 니들(4)을 포함하되,
   - 스프링 부재(51) 및 탄성체(52)가 상기 리세스(21)에 배열되어 한쪽 측면 상에서 상기 밸브 본체(3)의 일부와 그리고 다른쪽 측면 상에서 상기 밸브 니들(4)에 고정된 스프링 받침대(spring rest)(53)와 상호작용하여, 상기 밸브 니들(4)이 상기 길이방향 축(11)을 따라 폐쇄 위치로부터 멀리 이동됨에 따라서 상기 탄성체(52)와 상기 스프링 부재(51)가 압축되며,
   - 상기 탄성체(52)는, 상기 리세스 내의 유체 압력의 존재 하에, 상기 밸브 니들(4) 상에 유체-압력-의존적 길이방향 함을 작용시키도록 동작 가능한, 분사 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성체(52)는 엘라스토머 재료로 이루어진 플라스틱 동체인, 분사 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브의 동작 동안, 상기 유체 압력은 상기 탄성체의 방사상 측면에 상기 길이방향 힘을 유발하도록 작용하는, 분사 밸브(10).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길이방향 힘은 상기 유체 압력에 의해 유발된 상기 밸브 니들 상의 길이방향 힘을 부분적으로 보상하거나, 완전히 보상하거나 또는 약간 과보상하는, 분사 밸브.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프링 부재(51)와 상기 탄성체(52)는 각각 상기 스프링 받침대(53)에 대하여 착좌된, 분사 밸브.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성체는 탄성 링(elastic ring)이되, 상기 탄성 링은 상기 길이방향 축에 수직으로 뻗는 평면에 배열되는, 분사 밸브.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성체는, 유체 압력의 부재 하에 그리고 상기 밸브의 상기 폐쇄 위치에서, 상기 탄성체가 적어도 5%만큼 그리고 최대 25%만큼의 원래의 길이방향 연장에 의해 압착되도록 구성되는, 분사 밸브.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 밸브는 전자기 작동기 유닛(6)을 포함하고, 상기 전자기 작동기 유닛은 dFm/dz < Kv가 유지되도록 설계되되, Fm은 길이방향 축(z)의 함수로서의 자기력이고, Kv는 상기 밸브의 스프링 율(spring rate)인, 분사 밸브.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 밸브는 외향 개방형(outward opening type)인, 분사 밸브.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 밸브는 내향 개방형(inward opening type)인, 분사 밸브.
    

Images