KR0172154B1

KR0172154B1 - 연료분사밸브

Info

Publication number: KR0172154B1
Application number: KR1019950023867A
Authority: KR
Inventors: 유우지 후루야; 겐이찌 이이노; 히도시 오꾸야마
Original assignee: 오오다 유다까; 가부시기 가이샤 젝셀
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1999-03-20
Also published as: JPH0849622A; DE19528163A1; DE19528163C2; US5785257A; KR960008033A

Abstract

가늘고 긴 밸브본체(3)에는 축방향으로 연장되는 안내구멍(31)과, 밸브시이트(32)와, 분사구(33)가 앞쪽끝을 향하여 순차적으로 또한 동축에 형성되어있다. 안내구멍의 맨끝에는 가압된 연료가 도입된다. 상기한 밸브본체의 안내구멍에는 밸브엘리멘트(6)가 슬라이드 가능하게 수용되어 있다. 밸브엘리멘트, 밸브본체중의 한쪽에 경사통로가 형성되어있다. 밸브엘리멘트의 리프트시에 상기한 가압연료는 선회류가 되어서 밸브엘리멘트의 밸브부(63)와 밸브시이트와의 사이를 흐르고, 다시 분사구의 내주면을 따라 선회하면서 분사구의 출구를 향하여 진행하여 이 분사구에서 분사된다.

상기한 밸브엘리멘트가 최대 리프트위치에 있는 상태에 있어서, 밸브부(63)와 밸브시이트(32) 사이에 분사구로 부터의 단위시간당의 연료분사량을 제어하는 오리피이스(65)가 형성된다.

Description

연료분사밸브

제1도는 본 발명의 한 실시예의 연료분사밸브의 종단면도.

제2도는 동 연료분사밸브의 주요부의 확대단면도.

본 발명은 연료를 선회시키면서 분사하도록 한 스왈(swar)형 연료분사밸브에 관한 것이다.

일본국 특개평 3-70865호에 개시되어있듯이 종래에 이런 종류의 연료분사밸브는 가늘고 긴 밸브본체와 밸브 엘리멘트(element)를 구비하였다. 이 밸브본체는 축방향으로 연장되는 안내구멍과 선단부(先端部)에 설치된 분사부(噴射口)와, 이 분사구와 안내공을 연결하는 테이퍼를 이루는 밸브시이트를 지니고 있다. 안내구멍의 기초단(basal end)에는 가압된 연료가 도입된다. 상기한 밸브 엘리멘트는 상기한 밸브본체의 안내구멍에 슬라이드 가능하게 수용되어 있다. 밸브엘리멘트는 상기한 밸브시이트에 대치하는 밸브부를 지닌다. 이 밸브부의 상류쪽에 있어서 밸브엘리벤트에는 경사진 통로(복수)가 형성되어 있다. 상기한 밸브엘리멘트는 전자구동수단에 의하여 상하방향으로 이동된다. 밸브엘리멘트가 위쪽으로 이동했을때에 밸브엘리멘트의 밸브부가 밸브시이트로 부터 리프트(lift)한다. 이것에 의하여 밸브본체의 안내구멍의 위쪽끝에서 유입한 가압연료는 상기한 경사통로, 밸브시이트와 밸브부와의 사이의 극간, 분사구를 통하여 엔진의 연소실내에 분사된다. 연료는 경사통로를 흐르는 사이에 밸브엘리멘트의 중심축의 둘레를 돌아가는 선회류가 되고, 밸브부와 밸브시이트와 환상의 사이를 선회하면서 통과하고, 분사구의 중앙부에 공동(空洞)을 형성하면서 분사구의 내주면을 따라서 선회하면서 그 바깥쪽 끝을 향하여 진행한다. 그때문에 연료는 분사구의 바깥쪽 끝에서 넓은 각도로 퍼지면서 분사된다. 밸브엘리멘트가 아래쪽으로 이동했을때 밸브엘리멘트의 밸브부가 밸브시이트에 착좌하고, 분사구로 부터의 연료분사가 종료한다.

상술한 종래의 스왈형 연료분사밸브에서는 경사진 통로의 경사각도와 단면적은 주로 분사된 연료의 퍼지는 각도를 결정함과 아울러, 부근의 단면적에 차지하는 연료의 점유율을 결정한다. 분사구의 단면적은 이 분사의 퍼지는 각도와 공동작용으로, 단위시간당의 연료분사량(분사율)을 결정한다. 즉, 분사구의 단면적이 클수록 연료분사율은 커진다.

그러나, 연료는 상기한 분사구의 내주면을 따라서 선회하면서 분사구의 바깥쪽 끝을 향하여 진행하고, 이때의 연료층의 두께는 분사한 연료의 입자지름을 결정한다. 이 연료의 입자지름을 더욱 한층 작게 하고, 연소효율을 향상시키고자 하는 요구를 상기한 장치로서 실현하는데에 한계가 있었다. 아래에 그 이유를 설명한다.

상기한 연료분사밸브에서는 연료분사율을 설정하기 위하여 분사구의 단멱적을 결정하면, 상기한 분사구의 내주면에서의 연료층의 두께가 자연적으로 결정된다. 즉, 분사구의 단면적을 크게 하고, 연료분사율을 높이면 높일수록 연료층이 두꺼워져서 분사연료의 입자지름이 커진다. 다시 말하자면, 상기한 연료층의 두께를 얇게하기 위해서는 분사구의 직경을 작게해야 되고, 그렇게하면 연료분사율의 저하는 도리없이 이루어지는 것이다.

본 발명의 목적은, 분사구 내주면의 연료층의 두께를 연료분사율로 부터 독립적으로 비교적 자유롭게 설정할 수 있고, 나아가서는 연료를 미립화시킬 수 있는 연료분사밸브를 제공함에 있다.

본 발명의 요지는 주된 특허청구의 범위 제1항의 내용이다.

아래에 본 발명의 한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 제1도에 표시하듯이 연료분사밸브는 가늘고 긴 중공(中空)의 케이싱(1)을 구비하고 있다. 이 케이싱(1)은, 각각 통형상을 이룸과 아울러 서로 동축을 이루고 홀더(2), 밸브본체(3), 서포오트(4), 인레트부재(5)를 보유하였다.

상기한 홀더(2)는, 엔진의 실린더헤드에 나사박음되어 고정되어있다.

이 홀더(2)에는 상기한 밸브본체(3)가 삽입되어있고, 이 밸브본체(3)는 홀더(2)의 위쪽 끝부분에 나사박음된 서포오트(4)에 의하여 고정되어있다. 서포오트(4)의 위쪽 끝에는 상기한 인레트부재(5)의 아래쪽 끝부분이 삽입 고정되어있다. 이 인레트부재(5)의 위쪽끝 개구에서 소정압으로 가압된 연료(예컨대 휘발유)가 도입되도록 되어있다. 인레트 부재(5)의 위쪽끝에는 필터(51)가 설치되어 있다.

상기한 밸브본체(3)는 홀더(2)의 아래쪽끝에서 돌출하여 엔진의 실린더 내에 자리잡고 있다. 밸브본체(3)는 가늘고 긴 중공으로 형성되어 있고, 그 축방향으로 연장되는 안내구멍(31)과, 밸브본체(3)의 아래쪽 끝부분에 형성된 분사구(33)와, 양자의 사이에 형성된 원추면(테이퍼면)을 이루는 밸브시이트(32)를 지니고 있다. 이것들 안내구멍(31), 밸브시이트(32), 분사구(33)는 밸브본체(3)의 중심축 위에 배치되고, 서로 동축을 이룬다.

상기한 밸브체(3)의 안내구멍(31)에는 바늘 형상의 밸브엘리멘트(6)가 삽입되어있다. 밸브엘리멘트(6)는 그 중간부분과 아래쪽 끝부분에 슬라이드부(61),(62)를 지니고 있으며, 이것들 슬라이드부(61),(62)가 안내구멍(31)의 내주면에 슬라이드 가능하게 닿아있다.

뒤쪽의 슬라이드부(61)에는 베벨링(61a)이 형성되어 있고, 이 베벨링(61a)과 안내구멍(31)의 내주면과의 사이의 극간이 연료의 통과를 허용하도록 되어있다. 아래쪽 슬라이드부(62)는 원주형상을 이루고, 그 외주면에는 복수의 나선형상의 경사구(경사통로)(62a)가 둘레방향으로 등간격으로서 형성되어 있다. 이 경사구(62a)는 연료의 통과를 허용함과 아울러, 연료의 흐름에 회전운동을 부여한다.

밸브엘리멘트(6)에는 상기한 슬라이드부(62)의 아래쪽 끝에 연속되는 밸브부(63)가 형성되어있다. 상기한 밸브엘리멘트(6)가 아래쪽으로 이동하여 밸브부(63)가 밸브시이트(32)에 착좌함에 의하여 분사구(33)가 닫힌다. 밸브엘리멘트(6)가 위쪽으로 이동하여 밸브부(63)가 밸브시이트(32)로 부터 리프트함에 의하여 분사구(33)가 열린다.

상기한 밸브엘리멘트(6)는 전자구동수단(7)에 의하여 제어된다. 전자구동수단(7)은, 밸브엘리멘트(6)를 아래쪽으로 힘이 미치는 압축코일스프링(71)을 지니고 있다. 이 코일스프링(71)의 위부분은 인레트부재(5)안에 수용되어있다. 코일스프링(71)의 위쪽끝은 인레트부재(5)에 고정된 스프링받이(72)에 닿아있다. 이 스프링받이(72)는 통형상을 이루어 축방향으로 연장되는 스릿트(72a)를 지니고, 인레트부재(5)에 압입되어 있다. 다른쪽, 밸브엘리멘트(6)의 위쪽끝에는 헤드부(69)가 형성되고, 이 헤드부(69)에는 통형상의 스프링받이(73)가 고정되어 있다. 이 스프링받이(73)에 코일스프링(71)의 아래쪽끝이 닿아있다. 또한, 헤드부(69)에는 연료의 통과를 허용하기 위하여 베벨링(69a)이 형성되어 있다.

상기한 전자구동수단(7)은, 다시 상기한 스프링받이(73)에 고정된 통형상의 전기자(armature)(74)와, 상기한 인레트부재(5)의 아래부분에 수지제의 칼라(collar)(76)를 개재하여 장착된 전자코일(75)과, 이 전자코일(75)을 덮는 커버(77)를 구비하였다. 전기자(74)는 서포오트(4)안으로 슬라이드 가능하게 수용되어있다. 전기자(74)에는 코일스프링(71)의 아래부분이 수용되어있다. 또한, 서포오트(4)의 두께가 얇은 위쪽끝부분은 SUS 등의 비자성재료에 의하여 형성되어있다. 서포오트(4)의 다른 부분, 인레트부재(5), 전기자(74), 커버(77)는 자성재료에 의하여 형성되어 있다.

상기한 구성에 있어서, 전자코일(75)에 전류가 공급되면 전자코일(75)에 발생한 자력에 의하여 전기자(74)가 코일스프링(71)에 저항하여 위쪽으로 이동한다. 이것에 수반하여 전기자(74)에 고정된 밸브엘리멘트(6)가 위쪽으로 이동한다. 이것에 의하여 밸브엘리멘트(6)의 밸브부(63)가 밸브시이트(32)에서 리포트하여 분사구(33)가 열린다. 그 결과, 인레트부재(5), 전기자(74), 스프링받이(73), 서포오트(4)를 통하여 도입된 소정압의 연료는 밸브본체(3)의 안내구멍(31), 밸브엘리멘트(6)의 경사구(62a)를 통과한다. 연료는 경사구(62a)를 통과할때에 선회류가 되어, 밸브시이트(32)와 밸브엘리멘트(6)의 밸브부(63)와의 사이의 극간을 선회하면서 흐르고, 다시 분사구(33)의 내주면을 따라서 선회하면서 그 바깥쪽끝을 향하여 진행하여, 이 분사구(33)의 바깥쪽 끝에서 펼쳐져서 엔진의 연소실내에 분사된다.

상기한 전기자(73)는 인레트부재(5)의 아래쪽끝면에 맞닿고, 이것에 의하여 밸브엘리멘트(6)의 밸브부(63)의 최대 리프트량이 결정된다. 상기한 전자코일(75)에로의 통전이 정지했을때에 밸브엘리멘트(6)가 코일스프링(71)에 의하여 아래쪽으로 이동하고, 이것에 의하여 밸브부(63)가 밸브시이트(32)에 착좌하기 때문에 분사구(33)에서의 연료분사가 종료한다.

다음에, 제2도를 참조하면서 밸브엘리멘트(6)의 밸브부(63)를 상세하게 설명한다. 밸브부(63)는 아래쪽의 제1 테이퍼면(63a)과, 위쪽의 제2 테이퍼면(63b)을 지니고, 제1 테이퍼면(63a)의 테이퍼각(θ₁)은 밸브시이트(32)의 테이퍼각(θ₀)보다 크고, 제2 테이퍼면(63b)의 테이퍼각(θ₂)은 밸브시이트(32)의 테이퍼각(θ₀)보다 작아져있다. 제1 테이퍼면(63a)과 제2 테이퍼면(63b)과의 교차에 의하여 형성되는 환상의 선 및 그 근방부분이 밸브시이트(32)에 착좌하는 당접부(63c)로 되어있다.

제2도는 밸브엘리멘트(6)가 최대로 리프트했을때의 상태를 표시하는 것이고, 이 상태에서 밸브시이트(32)와 당접부(63c)와의 사이의 환상의 극간(65)의 단면적을 (A₀)로 하고, 밸브시이트(32)의 분사구(33)의 안쪽끝 둘레 가장자리 [밸브시이트(32)와 분사구(33)의 내주면과의 교차에 의하여 형성되는 선]와, 밸브부(63)의 제1 테이퍼면(63a)과의 사이의 환상의 극간(66)의 단면적을 (A₁)로 하고, 분사구(33)의 단면적을 (B)로 했을때 다음의 식이 성립된다.

또한, 밸브엘리멘트(6)의 최대 리프트량을 (L), 상기한 당접부(63c)의 직경을 (D)로 하고, 분사구(33)의 직경을 (d)로 하면, 상기한 단면적 (A₀), (A₁), (B)은 각각 다음 식으로 표시된다.

여기에서 (L₀)는 밸브엘리멘트(6)의 밸브부(63)가 착좌한 상태에 있어서의 분사구(33) 안쪽끝의 둘레가장자리와 밸브부(63)의 제1 테이터면(63a)과의 사이에 리프트방향의 거리이고, 다음식으로 구해진다.

상기한 극간(65)의 단면적(A₀)은 상기식 1에서 분명하듯이 하류쪽의 연료통로의 단면적보다 작다. 또, 상기한 극간(65)의 단면적 (A₀)은, 모든 경사구(62a)의 단면적의 합계보다 작고, 상류쪽 통로의 다른 부위의 단면적보다도 작다. 그때문에 이 극간(65)은 밸브엘리멘트(6)의 최대 리프트상태에 있어서 오리피스 수단을 구성하였다. 그 결과, 이 극간(65)은 분사구(33)에 대신하여 단위시간당의 연료분사량(분사율)을 결정할 수 있다. 따라서 분사구(33)의 단면의 크기와 직경은 분사율에서 독립하여 비교적 자유롭게 설정할 수 있다. 여기에서 주목할것은 분사구(33)를 크게할수록 분사구(33)의 내주면을 흐르는 연료층 두께를 얇게할 수 있어서 분사구(33)에서 분사되는 연료의 입자를 작게할 수가 있다.

또, 극간(65)에서 극간(66)에 이르기까지 단면적은 (A₀)에서 (A₁)으로 점차 커져있다. 이때문에 연료가 분사구(33)에 이르기까지 밸브시이트(32)를 따라서 흐르는 사이에 선회류가 성장한다. 연료의 선회류가 성장하면 연료의 유속이 빨라지므로, 분사구(33)를 흐르는 연료층의 두께를 한층 얇게할 수 있고 이것에 의하여 연료를 더욱 미립화할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 각종의 상태로서 가능하다. 연료에 선회류를 일으키는 경사통로는 슬라이드부(62)에 형성된 경사진 관통공이라도 좋고, 또 밸브본체(3)의 안내구멍(31)의 내주면에 슬라이드부(62)에 대치하여 형성된 경사구일지라도 좋다.

제1, 제2 테이퍼면(63a),(63b) 사이에 밸브시이트(32)와 동일한 테이퍼각을 보유한 테이퍼면으로 이루어지는 당접부를 형성하여 밸브시이트(32)에 면접촉시키도록 하여도 된다.

밸브엘리멘트(6)의 최대 리프트상태에 있어서의 극간(66)의 단면적 (A₁)을 연료통로중에서 가장 작게하는 것에 의하여, 이 극간을 오리피이스 수단으로 하여도 된다.

Claims

(a) 가늘고 긴 밸브본체(3). 이 밸브본체는 축방향으로 연장되는 안내구멍(31)과, 앞쪽 끝부분에 설치된 분사구(33)와, 이것들 분사구와 안내구멍을 연속하는 밸브시이트(32)를 지니고 있고, 이것들 안내구멍(31), 밸브시이트(32) 및 분사구(33)는 동축상에 배치되어 있고, 안내구멍(31)에는 가압된 연료가 도입되며, (b) 상기한 밸브본체(3)의 안내구멍(31)에 슬라이드 가능하게 수용된 밸브엘리멘트(6). (c) 이 밸브엘리멘트(6)는 상기한 밸브시이트에 대치하는 밸브부(63)를 지니고 있으며, (d) 상기한 밸브부(63)의 상류쪽에 있어서, 밸브엘리멘트(6), 밸브본체(3) 중의 적어도 한쪽에 형성되고, 상기한 가압연료에 선회류를 발생시키는 경사진 통로수단(62a). 상기한 밸브엘리멘트(6)를 축방향으로 이동시키고, 그것에 의하여 상기한 밸브부(63)를 밸브시이트(32)에서 리프트시키거나 밸브시이트에 착좌시키는 구동수단(7)을 구비하는 연료분사밸브에 있어서, 상기한 밸브엘리멘트(6)가 최대리프트 위치에 있을때에, 상기한 분사구(33) 안쪽끝 주연과, 이것에 대응하는 밸브부(63)면과의 사이에 환상의 극간(66)이 형성되어 있고, 이 극간(66)의 단면적을 A₁으로 하고, 상기한 분사구(33)의 단면적을 B로 하였을 때, 다음식이 성립함을 특징으로 하는 연료분사밸브.

B A₁
제1항에 있어서, 상기한 밸브부(63)가 분사구(33)에서 멀어지는 방향으로 순차적으로 제1 테이퍼면(63a)과 제2 테이퍼면(63b)을 지니고 있고, 이 제1 테이퍼면의 테이퍼각(θ₀)이 밸브시이트(32)의 테이퍼각도(θ₀)보다 크고, 제2 테이퍼면의 테이퍼각(θ₂)이 밸브시이트에 테이퍼각도보다 작고, 이것에 의하여 제1, 제2 테이퍼면의 경계에 밸브시이트에 당접하는 환상의 당접부(63c)가 형성되어 있고, 밸브엘리멘트(6)의 최대리프트 위치에서의 이 환상의 당접부(63c)와 밸브시이트(32)와의 사이의 다른 환상의 극간(65)의 단면적을 A₀로 하였을때, 다음 식이 성립하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.

B A₁A₀