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KR20190064501A - 인라인 유체 압력 조절기 - Google Patents

인라인 유체 압력 조절기 Download PDF

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KR20190064501A
KR20190064501A KR1020180150762A KR20180150762A KR20190064501A KR 20190064501 A KR20190064501 A KR 20190064501A KR 1020180150762 A KR1020180150762 A KR 1020180150762A KR 20180150762 A KR20180150762 A KR 20180150762A KR 20190064501 A KR20190064501 A KR 20190064501A
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fluid
pressure regulator
fluid pressure
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regulator
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메이저 에이치 길버트
Original Assignee
센사타 테크놀로지스, 인크
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Publication date
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Abstract

본 개시는 압력 릴리프 밸브 및 압력 조절 밸브에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는, 하우징 부재 및 조정 부재를 포함하는 조절기 본체와; 상기 조절기 본체 내에 축방향으로 배치된 핀으로서, 원주방향 홈을 갖는 상측 단부, 유체 유입구를 갖는 하측 단부, 하나 이상의 유체 배출 포트, 및 상기 유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결시키는 유체 통로를 포함하는, 상기 핀과; 상기 유체 압력 조절기가 폐쇄될 때 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉하도록 상기 핀의 상측 단부 상의 원주방향 홈 내에 정합하게 위치되는 탄성중합체성 O-링과; 상기 핀과 결합하는 바이어싱 부재로서, 상기 탄성중합체성 O-링을 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉 상태로 유지시켜 상기 유체 압력 조절기의 개방 압력을 제어하도록 구성된 바이어싱 부재를 포함하는 소형 인라인 유체 압력 조절기에 관한 것이다.

Description

인라인 유체 압력 조절기{IN-LINE FLUID PRESSURE REGULATOR}
본 개시는 압력 릴리프 밸브 및 압력 조절 밸브에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 연료 유량의 증가시 압력 증가를 최소화하도록 최적화된 하나 이상의 유동 채널을 갖는 소형 인라인 유체 압력 조절 밸브에 관한 것이다.
내부 연소 연료 분사 시스템은 전형적으로 연료 분사기에서 적절한 연료 압력을 유지하기 위해 어떤 형태의 압력 제어 장치(예를 들어, 압력 조절기 또는 압력 릴리프 밸브)를 필요로 한다. 종래의 연료 압력 조절기는 그들의 장치 내에 탄성중합체성 다이아프램(elastomeric diaphragm) 또는 성형된 시일(molded seal)을 가질 수도 있다. 이러한 종래의 연료 압력 조절기는 일반적으로 양호한 압력 구배로 적절한 압력 보존성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 종래의 350 kPa @ 20 LPH 조절기는 20 LPH와 250 LPH 유량 사이에 0.18 kPa/LPH의 압력 구배를 나타낼 수도 있고 유량 제한의 표시 없이 400 LPH까지의 유량이 달성될 수도 있다. 불리하게도, 종래의 연료 압력 조절기는, 하우징 밀봉면에 의한 연료 조절기 시일의 압축이 압력 강하를 증가시키는 기능을 하는 난류 유동 경로를 야기하기 때문에, 저 유량에서 대폭 증가된 압력 강하를 나타낸다. 또한, 종래의 압력 조절기는 대부분의 소형 엔진 적용예에는 너무 크고 너무 비싸다.
본 개시는, 조절기 본체와; 상기 조절기 본체 내에 축방향으로 배치된 핀으로서, 원주방향 홈을 갖는 상측 단부, 유체 유입구를 갖는 하측 단부, 하나 이상의 유체 배출 포트, 및 상기 유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결시키는 유체 통로를 포함하는, 상기 핀과; 상기 핀의 상측 단부 상의 원주방향 홈 내에 정합하게 위치되고, 상기 유체 압력 조절기가 폐쇄될 때 융기된 환상 밸브 시트와 접촉하는 탄성중합체성 O-링과, 상기 핀과 결합하는 바이어싱 부재로서, 상기 탄성중합체성 O-링을 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉 상태로 유지하고 상기 유체 압력 조절기의 개방 압력을 제어하도록 구성된 바이어싱 부재를 갖는 유체 압력 조절기를 제공하며, 상기 유체 압력 조절기는 연료 유량이 증가할 때 압력 조절기 내의 압력 증가를 최소화하는 기능을 할 수도 있다. 유익하게도, 본 개시는 다양한 설정점(예를 들어, kPa/LPH)을 충족하도록 조정될 수도 있는 인라인 연료 압력 조절기의 소형화를 가능하게 하는 압력 조절기 설계를 제공한다. 부가적으로, 본원 내의 기술은 개시된 압력 조절기를 자동 조립 공정에서 조립, 보정 및 테스트할 수 있게 하며, 그에 따라 현재의 종래 기술의 방법론보다 낮은 비용으로 생산할 수 있으면서도, 압력 조절기의 크기를 감소시켜 소형 엔진 시장의 필요를 비용 효율적인 방식으로 충족시킬 수 있다.
일 태양에서, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 유체 압력 조절기는, 하우징 부재와 조정 부재를 갖는 조절기 본체를 포함하며, 상기 하우징 부재는 유체 유출구를 둘러싸는 융기된 환상 밸브 시트를 갖는 상측 단부 및 하측 단부를 포함하고, 상기 조정 부재는 상기 하우징 부재의 하측 단부와 조정 가능하게 맞물리도록 구성된 상측 단부 및 하측 단부를 가질 수도 있다. 상기 유체 압력 조절기는, 또한 상기 조절기 본체 내에 축 방향으로 배치된 핀으로서, 원주방향 홈을 갖는 상측 단부, 유체 유입구를 갖는 하측 단부, 하나 이상의 유체 배출 포트, 및 상기 유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결시키는 유체 통로를 포함하는, 상기 핀과; 상기 핀의 상측 단부 상의 원주방향 홈 내에 정합하게 위치되고, 상기 유체 압력 조절기가 폐쇄될 때 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉하는 탄성중합체성 O-링과; 상기 핀과 결합하는 바이어싱 부재로서, 상기 탄성중합체성 O-링을 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉 상태로 유지하고 상기 유체 압력 조절기의 개방 압력을 제어하도록 구성된, 상기 바이어싱 부재를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 하나 이상의 유체 배출 포트는 핀 상의 원주방향 홈에 인접하여 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 하나 이상의 유체 배출 포트는 제 1 배출 포트 및 제 2 배출 포트이다. 일 실시형태에 있어서, 제 1 배출 포트는 핀의, 제 2 배출 포트와 반대 측에 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 상기 제 1 배출 포트는 상기 제 2 배출 포트보다 더 큰 개구를 제공한다.
일 실시형태에 있어서, 유체 유출구는 하우징 부재의 상측 단부 상의 중앙에 위치된다.
일 실시형태에 있어서, 바이어싱 부재는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 스프링을 포함하며, 상기 제 1 단부는 조정 부재의 상측 단부 상의 환상 시트와 접촉하도록 구성되고, 상기 제 2 단부는 핀 상의 환상 선반(annular shelf)과 접촉하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 탄성중합체성 O-링은 약 0.68 인치 내지 약 0.74 인치 범위의 반경을 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 탄성중합체성 O-링이 플루오로엘라스토머로 제조되거나 또는 취급되고 있는 연료와 호환가능한 임의의 탄성중합체가 사용될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 조정 부재의 상측 단부는 하우징 부재의 하측 단부의 내부 나사산 표면과 맞물리도록 구성된 외부 나사산 표면을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 유체 압력 조절기의 개방 압력은 조정 부재를 하우징 부재에 대해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킴으로써 변경된다.
일 실시형태에 있어서, 유체 통로 내의 유체는 시간당 약 15 내지 약 200 L 범위의 압력에 있다.
일 실시형태에 있어서, 하우징 부재는 황동, NP 및 스테인리스 스틸로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 만들어지고, 조정 부재는 황동, NP 및 스테인리스 스틸로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 만들어진다.
일 실시형태에 있어서, 유체 압력 조절기는 에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤, 바이오디젤 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 유체의 압력을 조절한다.
일 태양에 있어서, 본 개시는, 유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결하는 유체 통로를 유체 압력 조절기 내에 제공하는 단계; 하나 이상의 유체 배출 포트가 유체 압력 조절기 상의 유체 유출구와 유체 연통하지 않는 폐쇄 위치와, 하나 이상의 유체 배출 포트가 유체 유출구와 유체 연통하는 제 2 위치 사이에서 하나 이상의 유체 배출 포트를 이동시키도록 구성된 바이어싱 부재에 상기 유체 통로를 연결하는 단계; 및 상기 바이어싱 부재의 바이어싱 레벨에 기초하여, 상기 유체 압력 조절기를 통한 유체의 유동을 제어하는 단계를 포함하는 유체 압력 조절 방법을 제공한다.
예로서 주어지며, 기술된 특정 실시형태에만 본 개시를 한정하려고 의도하지 않은 이하의 상세한 설명은 하기의 첨부 도면을 참조하여 가장 잘 이해할 수도 있다:
도 1은 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 유체 압력 조절기의 단면도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 밸브 핀이 정면도(도 2a) 또는 측면도(도 2b) 중 어느 하나로 도시되어 있는, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 유체 압력 조절기의 분해도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 밸브 핀의 사시도를 도시한다
도 4a-4d는 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 조립된 유체 압력 조절기의 정면도, 사시도, 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 5a-5c는 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 조정 스크류의 정면도, 평면 사시도 및 저면 사시도를 도시한다.
도 6a-6c는 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 밸브 하우징의 정면도, 저면 사시도 및 부분 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 폐쇄 위치(좌측 패널) 및 개방 위치(우측 패널)의 양자에서의 단면에서 조립된 유체 압력 조절기의 나란한 비교를 도시한다.
도 8a-8f는 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른, 테스트된 여러 유체 압력 조절기에 대한 압력 대 유량 데이터를 도시하는 그래프를 도시한다
본 개시는, 조절기 본체와; 상기 조절기 본체 내에 축방향으로 배치된 핀으로서, 원주방향 홈을 갖는 상측 단부, 유체 유입구를 갖는 하측 단부, 하나 이상의 유체 배출 포트, 및 상기 유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결시키는 유체 통로를 포함하는, 상기 핀과; 상기 핀의 상측 단부 상의 원주방향 홈 내에 정합하게 위치되고, 상기 유체 압력 조절기가 폐쇄될 때 융기된 환상 밸브 시트와 접촉하는 탄성중합체성 O-링과; 상기 핀과 결합하는 바이어싱 부재로서, 상기 탄성중합체성 O-링을 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉 상태로 유지하고 상기 유체 압력 조절기의 개방 압력을 제어하도록 구성된 바이어싱 부재를 갖는 유체 압력 조절기는 연료 유량이 증가할 때 압력 조절기 내의 압력 증가를 최소화하도록 기능할 수도 있다는 인식에 적어도 부분적으로 기초한다. 특히, 본 개시는 다양한 설정점(예를 들어, kPa/LPH)을 충족하도록 조정될 수도 있는 인라인 연료 압력 조절기의 소형화를 가능하게 하는 압력 조절기 설계를 제공한다. 부가적으로, 본원 내의 기술은 개시된 압력 조절기를 자동 조립 공정에서 조립, 보정 및 테스트할 수 있게 하며, 그에 따라 현재의 종래 기술의 방법론보다 낮은 비용으로 대량 생산할 수 있으면서도, 압력 조절기의 크기를 감소시켜 소형 엔진 시장의 필요를 비용 효율적인 방식으로 충족시킨다.
적용가능한 경우 또는 구체적으로 청구 포기되지 않는 경우, 본원에 기술된 실시형태 중 임의의 실시형태는 그 실시형태들이 본 개시의 상이한 태양들 하에서 기술된다고 하더라도, 임의의 다른 하나 이상의 실시형태와 조합할 수도 있는 것으로 고려된다. 이들 및 다른 실시형태는 다음의 상세한 설명에 의해 개시 및/또는 포함된다.
최근 몇 년 동안 연료 시스템 성능에 대한 요구 조건이 증가하여 그러한 연료 시스템 내의 연료 시스템 구성요소에 대한 요구가 증가하고 있다. 예를 들어, 정지-시동 엔진 기술을 사용하는 하이브리드 자동차는 엔진-오프 기간 동안 연료 분사기에서 연료 압력을 유지해야 하며, 그렇지 않으면 엔진 재시동이 어려워질 것이다. 또한, 이러한 연료 시스템은 연료 시스템 구성요소(예를 들어, 연료 압력 조절기)가 엄청난 피로 응력을 받게 하는 상당한 단점을 갖는 고압 연료 펌프로부터의 고압 맥동을 빈번하게 사용한다.
진보하는 내연 기관의 연료 시스템에 있어서의 변화로 인해 압력 조절기의 능력을 재검토하고 있다. 낮고 예측가능한 압력 구배를 갖는 우수한 압력 조절이 많은 적용예에서 중요하다. 예를 들어, 시동-정지 엔진 기술은 압력 보존성에 대해 프리미엄을 부여하며, 직접 분사 시스템에서의 고압 펌프에 의해 압력 조절기에 다시 생성되는 압력 맥동은 압력 조절기에 심각한 기계적 응력을 부여한다. 또한 현재의 세계 시장에서 사용중인 다양한 유형의 연료는 연료 압력 조절기가 수용해야 하는 부가적인 환경적 응력을 부여한다.
본원의 기술은 연료 유량의 증가시 압력 증가를 최소화하도록 최적화된 하나 이상의 연료 유동 채널과 탄성중합체성 O-링 밀봉 기술을 조합하는 "직선 관통" 또는 "인라인" 유체 유동 설계를 갖는 새로운 연료 압력 조절기를 제공한다. O-링 탄성중합체성 밀봉 기술은 현대식 연료 시스템에서 발생하는 기계적 응력에 대항하여 지극히 신뢰가능한 밀봉 및 튼튼함을 제공하도록 설계되었다.
특히, 본 개시는, 유체 유출구를 갖는 상부 하우징 부재와 하부 조정 부재를 포함할 수도 있는 조절기 본체와, 상기 조절기 본체 내에 축방향으로 배치된 핀으로서, 원주방향 홈을 갖는 상측 단부, 유체 유입구를 갖는 하측 단부, 하나 이상의 유체 배출 포트, 및 상기 유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결시키는 유체 통로를 포함하는, 상기 핀과, 상기 핀의 상측 단부 상의 원주방향 홈 내에 정합하게 위치되어, 상기 유체 압력 조절기가 폐쇄 위치에 있을 때 융기된 환상 밸브 시트와 접촉하게 되는 탄성중합체성 O-링과, 상기 핀과 결합하는 바이어싱 부재로서, 상기 유체 압력 조절기가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 탄성중합체성 O-링을 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉 상태로 유지하는 한편 상기 유체 압력 조절기를 개방하는데 필요한 유체 압력을 제어하도록 구성된, 상기 바이어싱 부재를 포함하는 소형 인라인 유체 압력 조절기 밸브를 제공한다.
유체 통로 내의 유체의 압력이 너무 낮을 때, 플라스틱 핀은 바이어싱 부재를 통해 바이어싱되어, 탄성중합체성 O-링 시일을 상측 부분의 테이퍼진 시트와 접촉 상태로 유지함으로써, 밸브를 폐쇄 위치에 유지할 수도 있다. 유체 통로 내의 유체의 압력이 바이어싱 부재의 임계점을 지나 증가함에 따라, 바이어싱 부재는 압축되어 하나 이상의 유체 배출 포트를 조절기 본체의 하우징 부재의 유체 유출구와 유체 연통 상태로 배치함으로써, 유체(예를 들면 연료)가 유체 압력 조절기를 자유로이 통과할 수 있게 한다.
압력 조절기 밸브 하우징을 통한 그리고 압력 조절기 밸브 하우징으로부터의 유체의 유동은 유체 통로 내의 유체의 압력에 대한 반응에 관해 (예를 들어, 스프링의 장력을 증가 또는 감소시킴으로써) 바이어싱 부재의 임계점을 조절하는 조정 특징부(즉, 조절 부재)를 통해 선택적으로 제어될 수도 있다. 또한 예를 들어, 다양한 연료 유동 압력 및/또는 유량 요구조건을 수용하도록 하우징 부재 상의 상부 스프링 시트에 대해 핀의 하측 부분 상의 스프링 시트의 설치 높이를 사전 설정함으로써 바이어싱 부재가 사전 설정될 수 있다는 것도 본 개시의 범위 내라고 여겨진다. 이 조정 특징부는 적용예에 따라 사전 설정되거나 사후 설정될 수 있다. 전형적으로 엔진으로 더 많은 연료를 지향시키기 위해, 연료 공급원의 압력이 임의의 특정 요구조건을 위해 조정될 수 있는 전달 체적에 따라 증가될 수도 있다. 이 압력 조절기의 상대적인 크기는 압력 조절기를 자동차용 뿐만 아니라 비-자동차 소형 엔진 적용예용으로도 적합하게 한다.
도 1은 주로 밸브 하우징(105), 밸브 핀(110), 조정 스크류(115), O-링(120) 및 바이어싱 부재(biasing member: 125)(예를 들면, 스프링)로 구성된 압력 조절기(100)의 예시적인 실시형태의 단면도를 도시한다. 밸브 핀(110)은 밸브 하우징(105), 및 밸브 하우징(105) 내에 부분적으로 배치되고 밸브 하우징(105)과 맞물리도록 구성된 조정 스크류(115) 내에 배치된다. 밸브 핀(110)은 O-링 홈(111)을 구비하며, O-링 홈은 밸브 핀 헤드(113) 둘레에 원주방향으로 위치되고, O-링(120)을 안착시키도록 구성된다. 밸브 하우징(105)은 밸브 하우징 나사산(106) 및 밸브 시트(107)를 포함한다. 조정 스크류(115)는, 밸브 하우징(105)의 밸브 하우징 나사산(106)과 조정 가능하게 맞물리도록 구성될 수도 있는 조정 스크류 나사산(116)을 포함한다. 조정 스크류(115)가 밸브 하우징(105)에 맞물릴 때, 이러한 조합된 유닛을 조절기 본체라 지칭할 수도 있다. 밸브 핀 헤드(113)와의 맞물릴시, O-링(120)은 압력 조절기(100)가 (도 1에 도시된 바와 같이) 폐쇄 위치에 있을 때, 밸브 하우징(105) 상의 밸브 시트(107)와 접촉함에 따라 시일(101)로서 기능한다. O-링(120)은 또한 밸브 핀(110)을 조절기 본체 내의 제 위치에 유지할 수도 있는 바이어싱 부재(125)에 적절한 반대 압력을 제공하도록 기능할 수도 있다.
조정 스크류(115)의 보어(124) 내에 배치된 바이어싱 부재(125)는 조정 스크류(115) 상의 상부 바이어싱 부재 시트(upper biasing member seat: 117)에 근접하게 위치된 제 1 단부(126), 및 밸브 핀(110)의 하부 바이어싱 부재 시트(112)에 근접하게 위치된 제 2 단부(127)를 갖는다. 유체 통로(130) 내에서와 같은, 밸브 핀(110)의 바이어싱 부재측 상의 유체 압력이 밸브 핀(110)의 바이어싱 부재(125) 내의 장력을 극복하고 밸브 핀(110)을 개방 위치로 이동시킬 때까지, 바이어싱 부재(125)는 밸브 핀(110)을 바이어싱하여 O-링(111)을 밸브 시트(107)와 접촉상태로 유지시켜서 밸브(100)를 폐쇄 위치에 유지시킨다. 밸브 하우징(105) 내에 배치될 수도 있는 조정 스크류(115) 또는 유사 메커니즘을 사용하여, 바이어싱 부재(125)에 의해 제공되는 바이어싱 레벨을 조정할 수도 있다. 예를 들어, 압력 조절기(100)의 조립 또는 제조 동안, 조정 스크류(115)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시켜서 바이어싱 부재(125) 상의 장력을 조절하여, 소망하는 설정점(예를 들면 kPa/LPH)을 충족시킴으로써, 밸브 핀(110)이 개방 위치로 이동하게 할 수도 있다.
본 명세서의 기술에 따르면, 적절한 또는 소망하는 바이어싱 력이 시일(101) 아래의 원하는 유체 압력과 균형을 이루도록 핀(110)에 인가될 때까지, 제 2 바이어싱 부재 단부(127)와 제 1 바이어싱 부재 단부(126) 사이의 상대 거리에 대해 바이어싱 부재(125)의 축방향 위치를 변경하는 것에 의해서 압력 조절기(100)의 개방 압력을 보정 및/또는 조정함으로써, 압력 조절기(100)에 대한 적절한 또는 소망하는 개방 압력을 제공한다. 일단 제 1 바이어싱 부재 단부(126)에 대한 제 2 바이어싱 부재 단부(127)의 정확한 위치가 이루어지면, 조정 스크류(115)의 위치가 제 위치에 로크(lock)될 수도 있다. 예를 들어, 업세팅 툴(upsetting tool) 또는 유사물을 사용하여, 조정 스크류(115)와 밸브 하우징(105) 사이에서 나사산들을 로크할 수도 있다. 그러나, 기계식 잠금장치(mechanical lock) 또는 조정 가능한 핀과 같이, 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있는 다른 구조물들이 사용될 수도 있는 것이 본 개시의 범위 내라고 여겨진다.
밸브 핀(110)은 하측 단부 상의 유입구(140) 및 상측 단부 상의 제 1 배출 포트(142) 및 제 2 배출 포트(143)의 양자에 유체적으로 연결된 유체 통로(130)를 포함한다. 밸브 하우징(105)은 압력 조절기(100)가 개방 위치에 있을 때 제 1 배출 포트(142) 및/또는 제 2 배출 포트(143)를 통해 유체 통로(130)에 연결되는 유출구(150)를 제공함으로써, 유출구(150)를 유입구(140)에 연결시키고 유체가 압력 조절기(100)를 통해 유동하도록 한다. 이러한 방식으로, 압력 조절기(100)는 "인-라인(in-line)" 밸브로서 기능할 수도 있다.
보어(124)는 밸브 핀(110)을 작동적으로 수용하며 밸브 바이어싱 부재(125)의 길이를 구속한다. 바람직하게는 밸브 핀(110)은 조정 스크류(115)의 보어(124) 내에 축방향으로 수납된다. 밸브 하우징(105) 및/또는 조정 스크류(115)는 (선택적으로 니켈로 도금된) 황동, 연료 등급 플라스틱(예를 들면 FEP, TFE, PFA, ECTFE, ETFE, PVDF 등) 또는 유사물로 만들어질 수도 있다. 그러나, 대부분의 임의의 비-부식성 금속 또는 부식 방지 코팅을 갖는 다른 금속이 하우징(105)에 사용될 수 있다. 대안적으로, 습기 및 연료 저항성 플라스틱을 사용하는 플라스틱 구조가 사용될 수도 있다. O-링은 전형적으로 플루오로엘라스토머(Fluoroelastomer)(FKM) 고무로 만들어질 수도 있지만, 취급되고 있는 연료와 호환되는 임의의 고무가 사용될 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 밸브 핀(110)의 정면도 및 측면도를 나타내는 압력 조절기(100)의 분해도를 도시한다. 도 2a 및 도 2b에서는 하기의 구성요소, 즉 밸브 하우징(105), 조정 스크류(115), 바이어싱 부재(125), 밸브 핀(110) 및 O-링(120)을 볼 수 있다. 밸브 핀 헤드(113)상의 O-링 홈(111)은 O-링(120)이 맞물리지 않은 구성으로 도시되어 있다. 도 2b는 밸브 핀(110)의 전방측 및 후방측에 각각 위치된 제 1 배출 포트(142) 및 제 2 배출 포트(143)를 도시한다. 배출 포트(142, 143)는 단일 포트, (도 2b에 도시된 실시형태에 있어서와 같은) 이중 포트, 또는 다중 포트를 포함하는 다양한 패턴으로 구성될 수도 있다. 예시적인 실시형태에 있어서, 제 1 배출 포트(142)는 제 2 배출 포트(143)에 대해 비대칭적 형상일 수도 있다. 예를 들어, 제 1 배출 포트(142)는 제 2 배출 포트(143)보다 밸브 핀(110) 내로 더 깊게 절결될 수도 있고, 또한 상부측 상에서 보다 현저한 곡률을 가질 수도 있다. 논리적으로 구속되지는 않지만, 제 1 배출 포트(142)의 비대칭적인 보다 큰 크기는 제 2 배출 포트(143)에 대한 제 1 배출 포트(142)로부터의 유체 유량(rate of fluid flow)을 증가시킴으로써 핀 진동을 감소시켜서, 밸브 핀(110)을 제 2 배출 포트(143)에 근접한 압력 조절기(100) 측으로 보낸다고 여겨진다. 이것은 또한 압력 조절기(100)를 통한 유체의 유동에 의해 생성되는 난류 및 소음을 감소시키는 것으로 여겨진다.
본 명세서의 기술에 따르면, 바이어싱 부재(125)는 예를 들어 스프링과 같은 다양한 바이어싱 메커니즘 중 어느 하나를 포함할 수도 있다. 이러한 스프링은 스테인레스 스틸로 제조될 수도 있지만, 본원에 개시된 유체 압력 조절기에 의해 조절되고 있는 연료의 유형에 대해 적절한 내부식성을 갖는 다른 스프링 재료가 또한 사용될 수도 있다는 것이 본 개시의 범위 내라고 고려된다. 예시적인 실시형태에 있어서, 스프링은 코일 스프링일 수도 있지만, 탄성중합체성 구조 또는 외팔보형 또는 원추형 스프링일 수도 있다.
밸브 핀(110)은 니켈 도금 황동일 수도 있지만, 적절한 부식 방지 특성 또는 코팅을 갖는 임의의 금속으로 만들어질 수도 있다. 대안적으로, 밸브 핀(110)은 연료 등급의 플라스틱(예를 들어, FEP, TFE, PFA, ECTFE, ETFE, PVDF 등)으로 제조될 수도 있다는 것이 본 개시의 범위 내라고 고려된다.
도 3은 밸브 핀 헤드(113), O-링 홈(111), 제 1 배출 포트(142), 제 2 배출 포트(143) 및 인세트(inset: 144)을 도시하는 밸브 핀(110)의 사시도이다. 예시적인 실시형태에 있어서, 제 1 배출 포트(142) 및 제 2 배출 포트(143)는 약 0.144 인치의 높이를 가질 수도 있다. 또한, 예시적인 실시형태에 있어서, 제 1 배출 포트(142)는 약 0.148 인치의 폭을 가질 수도 있고 제 2 배출 포트(143)는 약 0.110 인치의 폭을 가질 수도 있다. 밸브 핀(110)의 크기와 그에 수반하여 제 1 배출 포트(142) 및 제 2 배출 포트(143)의 크기는 소망하는 바에 따라 증가 또는 감소될 수도 있다는 것이 본원의 범위 내라고 고려된다.
이제 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 조립된 압력 조절기가 정면도, 사시도, 평면도 및 저면도로 도시되어 있다. 도 4a는 조립된 압력 조절기의 정면도를 도시하는 것으로서, 밸브 핀(110)의 상부에서 밸브 핀 헤드(113)를 볼 수 있다. 밸브 하우징(105)은 하나 이상의 환상 리지(108)를 가질 수도 있다. 조정 스크류(115)는 조정 스크류 나사산(116)을 통해 밸브 하우징(105)에 맞물린 것으로 도시된다. 도 4b는 조립된 압력 조절기의 상부 전방 사시도로서, O-링(120)이 O-링 홈(111)을 통해 밸브 핀 헤드(113) 상에 안착되어 있다. 도 4c는 압력 조절기(100)의 평면도로서, 다시 O-링(120)이 밸브 핀 헤드(113) 상에 안착된 것을 도시한다. 도 4d는 유입구(140) 및 유체 통로(130)를 도시하는 조립된 압력 조절기(100)의 저면도이다.
이제 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 조정 스크류(115)가 각각 정면도, 상면 사시도 및 저면 사시도로 도시되어 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 유입구(140)는 조정 스크류(115)의 바닥 부분(118) 내에 위치되고 유체(예를 들어, 연료)가 유체 통로(130; 예를 들면 도 1 참조) 내로 진입할 수 있게 기능한다. 도 5b는 바닥 부분(118)과 정상 부분(151) 사이에 조정 스크류 나사산(116)이 위치되는 것을 나타내는, 조정 스크류(115)의 평면 사시도를 도시한다. 또한, 정상 부분(151)은 원주방향 림(119)을 포함하며, 이 원주방향 림은 림(119)의 하측에 위치된 상부 바이어싱 부재 시트(117)를 위한 지지부로서의 역할을 한다. 도 5c는 림(119)의 바닥 측상의 상부 바이어싱 부재 시트(117)의 위치를 강조하는 조정 스크류(15)의 저면 사시도이다. 조정 스크류(115)는 황동, 또는 니켈 코팅을 갖는 황동으로 제조될 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 조정 스크류(115)는 유체 압력 조절기에 의해 취급되고 있는 유체 또는 연료의 유형에 적합한 부식 방지 코딩 또는 도금을 갖는 대부분의 임의의 비-부식성 금속 또는 다른 금속으로 제조될 수도 있다. 유사하게, 습기 및 연료 저항성 플라스틱(예 : FEP, TFE, PFA, ECTFE, ETFE, PVDF 등)을 사용하는 플라스틱 구조도 사용될 수 있다.
또한, 도 6a 내지 6c는 밸브 하우징(105)의 여러 도면을 도시한다. 도 6a는 하측 부분(152) 및 상측 부분(153)을 갖는 밸브 하우징(105)의 정면도를 도시한다. 하나 이상의 환상 리지(108)가 상측 부분(153)과 하측 부분(152) 사이에서 밸브 하우징(105)의 외부 표면 둘레에 선택적으로 원주방향으로 위치될 수도 있다. 또한, 유출구(150)는 상측 부분(153)에 인접하여 위치될 수도 있다. 조정 스크류(115)(도시되지 않음)는 밸브 하우징(105)의 하측 부분(152)과 나사 결합할 수도 있다. 도 6b는 조정 스크류(115)(도시되지 않음)와 나사 결합하도록 구성된 밸브 하우징 나사산(106)을 나타내는 밸브 하우징(105)의 저면 사시도를 도시한다. 이 도면은 림(119)의 하측에 위치된 바와 같은 상부 바이어싱 부재 시트(117)를 보다 명확하게 도시한다. 도 6c는 O-링(120)(도시되지 않음)과 근접하게 될 때 시일(101)을 생성시키는 기능을 하는 밸브 시트(107)의 내부 표면을 명확하게 도시하는 밸브 하우징(105)의 부분 단면도이다.
도 7은 폐쇄 위치(좌측 패널) 및 개방 위치(우측 패널)에서의 유체 압력 조절기(100)의 나란한 단면도를 도시한다. 폐쇄 위치에서의 유체 압력 조절기(100)의 단면도는 도 1과 본질적으로 동일하다. 도 7의 우측 패널에 도시된 바와 같이, 유체 통로(130) 내의 유체의 압력이 유체 압력 조절기(100)의 설정점을 초과할 때, 바이어싱 요소(125)는 압축되어, 밸브 핀 헤드(113)가 밸브 시트(107)로부터 멀리 상승하며, 그에 따라 시일(101)을 파괴하여 유입구(140)와 유출구(150)를 유체적으로 연결시켜서, 유입구(140)와 유출구(150)의 사이에 유체 유동(도 7, 화살표)을 만든다.
유체 유동에 대한 압력 강하의 비율과 관련하여, 본 개시는, 압력 조절기 밸브가 동작하는 유체 유량의 스팬에 걸쳐, 압력 조절기 밸브가 더이상의 선형 압력 강하 대 유동 관계로 작동될 때에 보다 낮은 압력 강하를 갖는 압력 조절 시스템을 제공한다. 예를 들어, 본 유체 유동 조절기는 약 5 LPH 내지 약 250 LPH의 범위에 걸쳐 보다 낮은 압력 강하를 유지할 수 있다.
표 1-6에 표시된 6 개의 유체 압력 조절기 테스트 샘플(R1-R6)에 대해 압력 및 히스테리시스 데이터가 수집되었다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
이들 데이터는 표 7에 요약된다.
Figure pat00007
상기 테스트는 약 300 kPa의 목표 설정점 및 약 20 LPH의 목표 유량으로 수행되었다. 유익하게도, 감소된 압력 강하는 압력 조절기의 하류에 위치된 연료 분사기의 튼튼함을 향상시킨다. 또한, 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이, 압력 강하와 연료 유량 사이에 선형 관계가 있으며, 그에 따라 압력 강하의 예측 가능성의 증가에 의해 연료 분사 제어 시스템의 효율이 향상된다.
이제 본 개시의 예시적인 실시형태에 대해 상세히 참조할 것이다. 본 개시가 예시적인 실시형태와 관련하여 설명될 것이지만, 개시를 이들 실시형태로 제한하려는 의도는 아니라는 것을 이해할 것이다. 반대로, 그것은 첨부된 청구 범위에 의해 규정된 바와 같은 개시의 정신 및 범위 내에 포함될 수도 있는 바와 같은 대안예, 변경예 및 균등물을 포괄하는 것으로 의도된다.
참조에 의한 원용
본 명세서에 인용 또는 참조한 모든 문헌 및 본 명세서에 인용된 문헌에 인용 또는 참조된 모든 문헌과 함께, 본 명세서에서 참조하거나 본 명세서에 참조에 의해 원용된 임의의 문헌 내에 기재된 임의의 제조업체의 지침, 설명, 제품, 사양, 및 임의의 제품을 위한 제품 시트는 이로써 참조에 의해 원용되며, 본 개시의 실시에 구현될 수도 있다.
등가물
본 명세서에 개시된 상세한 예들 및 실시형태들은 단지 예시적인 목적을 위해 예로서 제시된 것이고, 결코 본 개시에 대해 한정하는 것으로 간주되지 않는다고 이해된다. 그에 비추어 다양한 변경예 또는 변형예가 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 제시될 것이며, 본 출원의 정신 및 범위 내에 포함되고, 첨부된 청구 범위의 범위 이내라고 여겨진다. 본 개시의 시스템, 방법 및 공정과 관련된 부가적인 유리한 특징 및 기능은 첨부된 청구 범위로부터 명백해질 것이다. 게다가, 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 일상적인 실험만을 사용하여 본 명세서에 기재된 개시의 특정 실시형태에 대한 많은 균등물을 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 이러한 균등물은 하기 청구 범위에 포함되는 것으로 의도된다.
100: 압력 조절기, 101: 시일, 105: 밸브 하우징
106: 밸브 하우징 나사산, 107: 밸브 시트, 108: 환상 리지
110: 밸브 핀, 111: O-링 홈, 112: 하부 스프링 시트
113: 밸브 핀 헤드, 115: 조정 스크류, 116: 조정 스크류
117: 상부 스프링 시트, 118: 바닥 부분, 119: 림
120: O-링, 124: 보어, 125: 스프링,
126: 제 1 스프링 단부, 127: 제 2 스프링 단부,
130: 유체 통로, 140: 유입구, 142: 제 1 배출 포트,
143: 제 2 배출 포트, 144: 인세트(inset),
150: 유출구, 151: 정상 부분, 152: 하측 부분,
153: 상측 부분

Claims (15)

  1. 유체 압력 조절기에 있어서,
    하우징 부재와 조정 부재를 포함하는 조절기 본체로서, 상기 하우징 부재는 유체 유출구를 둘러싸는 융기된 환상 밸브 시트를 갖는 상측 단부 및 하측 단부를 포함하고, 상기 조정 부재는 상기 하우징 부재의 하측 단부와 조정 가능하게 맞물리도록 구성된 상측 단부 및 하측 단부를 갖는, 상기 조절기 본체와;
    상기 조절기 본체 내에 축방향으로 배치된 핀으로서, 원주방향 홈을 갖는 상측 단부, 유체 유입구를 갖는 하측 단부, 하나 이상의 유체 배출 포트, 및 상기 유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결시키는 유체 통로를 포함하는, 상기 핀과;
    상기 핀의 상측 단부 상의 원주방향 홈 내에 정합하게 위치되고, 상기 유체 압력 조절기가 폐쇄될 때 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉하는 탄성중합체성 O-링과;
    상기 핀과 결합하는 바이어싱 부재로서, 상기 탄성중합체성 O-링을 상기 융기된 환상 밸브 시트와 접촉 상태로 유지하고 상기 유체 압력 조절기의 개방 압력을 제어하도록 구성된, 상기 바이어싱 부재
    를 포함하는 유체 압력 조절기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 유체 배출 포트는 상기 핀 상의 원주방향 홈에 인접하여 위치되는
    유체 압력 조절기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 유체 배출 포트는 제 1 배출 포트 및 제 2 배출 포트인
    유체 압력 조절기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 배출 포트는 상기 핀의, 상기 제 2 배출 포트와 반대 측에 위치하는
    유체 압력 조절기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 배출 포트는 상기 제 2 배출 포트보다 더 큰 개구를 제공하는
    유체 압력 조절기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 유출구는 상기 하우징 부재의 상측 단부 상의 중앙에 위치되는
    유체 압력 조절기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어싱 부재는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 스프링을 포함하며, 상기 제 1 단부는 상기 조정 부재의 상측 단부 상의 환상 시트와 접촉하도록 구성되고, 상기 제 2 단부는 상기 핀 상의 환상 선반(annular shelf)과 접촉하도록 구성되는
    유체 압력 조절기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성중합체성 O-링은 약 0.68 인치 내지 약 0.74 인치 범위의 반경을 갖는
    유체 압력 조절기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성중합체성 O-링이 플루오로엘라스토머로 제조되거나 또는 취급되는 연료와 호환가능한 임의의 탄성중합체가 사용될 수도 있는
    유체 압력 조절기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 부재의 상측 단부는 상기 하우징 부재의 하측 단부의 내부 나사산 표면과 맞물리도록 구성된 외부 나사산 표면을 포함하는
    유체 압력 조절기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유체 압력 조절기의 개방 압력은 상기 조정 부재를 상기 하우징 부재에 대해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킴으로써 변경되는
    유체 압력 조절기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 통로 내의 유체는 시간당 약 15 내지 약 200 L 범위의 압력에 있는
    유체 압력 조절기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 부재는 황동, NP 및 스테인리스 스틸로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 만들어지고, 상기 조정 부재는 황동, NP 및 스테인리스 스틸로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 만들어지는
    유체 압력 조절기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 압력 조절기는 에탄올, 메탄올, 가솔린, 디젤, 바이오디젤 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 유체의 압력을 조절하는
    유체 압력 조절기.
  15. 유체 압력을 조절하는 방법에 있어서,
    유체 유입구를 하나 이상의 유체 배출 포트에 연결하는 유체 통로를 유체 압력 조절기 내에 제공하는 단계;
    하나 이상의 유체 배출 포트가 유체 압력 조절기 상의 유체 유출구와 유체 연통하지 않는 폐쇄 위치와, 하나 이상의 유체 배출 포트가 유체 유출구와 유체 연통하는 제 2 위치 사이에서 하나 이상의 유체 배출 포트를 이동시키도록 구성된 바이어싱 부재에 상기 유체 통로를 연결하는 단계; 및
    상기 바이어싱 부재의 바이어싱 레벨에 기초하여, 상기 유체 압력 조절기를 통한 유체의 유동을 제어하는 단계
    를 포함하는 유체 압력 조절 방법.
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