KR100282108B1

KR100282108B1 - 연료분사밸브

Info

Publication number: KR100282108B1
Application number: KR1019970035733A
Authority: KR
Inventors: 노리히사 후쿠토미; 마모루 스미다; 츠요시 무네자네
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2001-10-26
Also published as: KR980009867A; JP3473884B2; JPH1047208A; DE19726833A1; DE19726833B4; US5871157A

Abstract

연료류에 선회 에너지를 부여하여 분사하는 연료 분사 밸브에 있어서, 선회체나 밸브 시트, 분사 구멍의 형상을 규정하므로서 가장 적합한 분무 형태를 실현한다.

선회체(13)의 외주면부(19a)와, 유로 부분(19b)과, 선회홈(25)의 개수를 4개에서 8개, 바람직하게는 6개로 하고, 각 선회홈(25)을 밸브축에 대해서 일정거리를 갖고 편심시키고, 이 선회홈(25)의 밸브축에서 떨어진 축의 측면이 환상홈(24)의 외주에 접선 방향으로 이어지게 하고 선회홈(25)의 대향하는 홈측면을 상호 평행하게 형성한다. 또, 환상홈의 체적(V1)과 환상홈보다 하류에 있으며 밸브체와 밸브시트가 맞닿는 시트부까지의 체적(V2)과의 합으로 소망의 중심 분무량이 되게 제어한다. 또한, 분사구멍의 길이(L)와 직경(D)의 비율(L/D)을 1.0 내지 2.0으로 한다.

Description

연료 분사 밸브

본 발명은 연료 분사 밸브, 특히 원통내 분사용 연료 분사 밸브에 적합한 것이며, 연료류에 선회 수단에 의해 선회 에너지를 부여하여 연료 분사 구멍에서 분사하는 형식의 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

종래, 고압의 연료를 효율 좋게 분사하는 연료 분사 밸브, 특히, 내연기관의 연료실내에 연료를 직접 분사하는 원통내 분사용 분사 밸브로서 연료류에 선회 에너지를 부여하여 연료 분사 구멍으로부터 분사하는 형식의 것이 수 종류 제안되어 있다. 그들의 연료 분사 밸브의 일반적 구조는 밸브체(니들 밸브, 볼 밸브 등) 및 밸브 시트를 구비한 분사 밸브 본체와, 밸브체를 작동시키기 위한 솔레노이드를 구비한 하우징과, 연료류에 선회 에너지를 부여하는 선회체가 구비되어 있다.

그러나 종래의 연료 분사 밸브에 있어선 선회체의 상세한 형상이나 밸브 시트, 연료 분사 구멍의 형상을 세밀하게 규정한 것은 보이지 않는다. 즉, 목표의 분무 패턴에 대응하는 선회체나 밸브 시트, 연료 분사 구멍의 여러 형상의 수 값과 관계를 명시하고 있는 것은 없으며, 특히, 원통내 분사 엔진에 있어서의 가장 적합한 연소를 위한 분무를 형성하는 분사 밸브 구조가 불명확하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 이뤄진 것이며, 연료류에 선회 에너지를 부여하고 연료 분사 구멍으로부터 분사하는 연료 분사 밸브에 있어서 그 선회체나 밸브 시트, 연료 분사 구멍의 형상을 규정하므로서 가장 적합한 분무형태를 실현하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 원통내 분사용 연료 분사 밸브의 전제 구성을 도시하는 측면 단면도.

도 2 는 실시예의 선회체의 밸브 시트측에서 본 정면도.

도 3 은 실시예의 밸브 장치의 밸브 시트 부근을 도시하는 확대 측면도.

도 4 는 실시예의 선회체, 밸브 장치, 및 밸브 시트 부근의 상세를 나타낸 도면.

도 5 는 실시예의 연료 분사의 수직 단층, 및 연료 분사 밸브 중심에서의 각 도마다의 유량 비율을 도시하는 도면.

도 6 은 실시예의 연료 분사 구멍 부근을 도시하는 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 원통내 분사용 연료 분사 밸브 3 : 밸브 장치

9 : 밸브 본체 10 : 연료 분사 구멍

11 : 밸브 시트 12 : 니들 밸브(밸브체)

13 ; 선회체 24 : 내주 환상홈

25 : 선회홈

본 발명은 증공형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되며 분사 구멍을 가지는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체(니들 밸브), 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지함과 동시에 상기 분사 구멍에서 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비하며, 상기 밸브 장치의 선회체가 상기 밸브 본체의 내주면에 접해서 밸브 본체에 대한 위치를 규정하는 복수의 외주면부와, 상기 외주면부간에 설치되어 축방향의 유로를 형성하는 유로 부분과, 상기 선회체의 상기 밸브 시트에 면하는 축방향 단면의 내주에 설치 된 환상홈과, 일단이 상기 유로 부분에 접속되고 타단이 상기 환상홈에 접속되는 선회홈을 가지며, 상기 각 선회홈은 밸브축에 대해서 일정 거리를 갖고서 편심되고, 이 선회홈의 밸브축에서 떨어진 측의 측면이 상기 환상홈의 외주에 접선 방향으로 이어져 있다.

상기 발명은 상기 선회홈의 대향하는 홈측면이 상호 평행하게 형성되어 있다.

또한, 본 발명은 중공 형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지하는 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치와, 일단에서 상기 밸브장치에 결합되고 타단에서 연료 공급관에 접속할 수 있는 하우징과, 상기 하우징내에 설치되어 상기 밸브 장치를 개폐 동작시키는 솔레노이드 장치를 구비하고, 상기 밸브 장치의 선회체가 상기 밸브 본체의 내주면에 접해서 밸브 본체에 대한 위치를 규정하는 외주면부와, 상기 외주면부사이에 설치되어서 정다각형의 각변을 형성하는 동시에 축방향의 유로를 구성하는 유로 부분, 상기 선회체의 상기 밸브 시트에 면하는 축방향 단면의 내주에 설치된 환상홈과, 일단이 상기 유로 부분 접 속되고 타단이 그곳에서 대략 직경 방향 내측으로 상기 환상홈에 대해서 접선 방향으로 연장되어 상기 환상홈에 접속되는 선회홈을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 중공 형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지하는 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비한 연료 분사 밸브이며, 상기 밸브 장치의 선회체의 상기 밸브 시트에 면하는 축방향 단면의 내주에 환상홈이 설치되고, 상기 선회체의 외주에서 상기 환상홈에 대해서 접선 방향으로 연장되어 상기 환상홈에 접속되는 선회홈을 가지며, 상기 환상홈의 체적과 상기 환상홈보다 하류에 있으며 상기 밸브체와 상기 밸브 시트가 맞닿는 시트부까지의 체적과의 합이 소정 중심 분무량으로 되게 환상홈, 밸브체, 및 밸브 시트의 형상을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발명은 상기 환상홈의 체적이 상기 환형홈보다 하류에 있으며 상기 밸브체와 상기 밸브 시트가 맞닿는 시트부까지의 체적보다 크게하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 중공 형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지하는 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비한 연료 분사 밸브이며, 상기 밸브 장치의 선회체의 상기 밸브 시트에 면하는 축방향 단면의 내주에 환상홈이 설치되고, 상기 선회체의 외주로부터 상기 환상홈에 접속되는 선회홈을 가지며, 상기 선회홈의 밸브축으로부터 떨어진 측의 측면이 상기 환상홈 외주와 접선 방향으로 이어져 있고, 상기 환상홈의 외주 길이가 본래의 환상홈 외주 길이의 1/5 이하로 형성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 중공 형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지하는 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비한 연료 분사 밸브이며, 상기 분사 구멍의 길이(L)와 직경(D)의 비율(L/D)을 1.0 내지 2.0으로 한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 중공 형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지하는 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비한 연료 분사 밸브이며, 상기 분사 구멍의 면적을 상기 밸브체와 상기 밸브 시트가 맞닿는 시트부의 최대 개구 면적보다 크게 구성한 것을 특징으로 한다.

(실시예의 기본 구성)

도 1 은 본 발명의 실시예인 원통내 분사용 연료 분사 밸브(1)의 전체 구성을 도시한 측면 단면도이다. 원통내 분사용 연료 분사 밸브(1)는 하우징 본체(2)와 이 하우징 본체(2)의 일단에 코킹된 홀더(35)에 의해 커버된 밸브 장치(3)로 구성되어 있다. 하우징 본체(2)의 타단에는 연료 공급관(4)이 접속되며, 이 연료공급관(4)으로부터 연료필터(57)를 거쳐서 원통내 분사용 연료 분사 밸브(1)내에 고압의 연료가 공급된다. 또한, 원통내 분사용 연료 분사 밸브(1)의 선단부는 내연기관의 실린더헤드(5)의 분사 밸브 삽입 구멍(6)에 삽입되며 웨이브 와셔(60) 등에 의해 밀봉되어 부착되어 있다.

밸브 장치(3)는 소경 원통부(7) 및 대경원통부(8)를 갖는 단부착 중공원통형의 밸브 본체(9)와, 밸브 본체(9)내에서 중심 구멍 선단에 고착되어 연료 분사 구멍(10)을 갖는 밸브 시트(11)와, 후술하는 솔레노이드 장치(50)에 의해 밸브 시트(11)에 접촉하고 분리해서 연료 분사 구멍(10)을 개폐하는 밸브체인 니들 밸브(12)와, 니들 밸브(12)를 축방향으로 안내하는 동시에 직경 방향 내향으로 밸브 시트(11)의 연료 분사 구멍(10)에 흘러 들어가려는 연료에 선회 운동을 부여하는 선회체(13)를 구비하고 있다. 밸브 장치(3)의 밸브 본체(9)는 하우징 본체(2)와 관련해서 원통내 분사용 연료 분사 밸브(1)의 하우징을 구성하고 있다.

하우징 본체(2)는 원통내 분사용 연료 분사 밸브(1)를 실린더 헤드(5)에 부착하기 위한 플랜지(30a)를 갖는 제 1 하우징(30)과, 솔레노이드장치(50)를 장착한 제 2 하우징(40)을 구비하고 있다. 솔레노이드 장치(50)는 코일(51)을 감은 보빈부(52)와, 이 보빈부(52)의 내주부에 설치된 코어(53)를 구비하며, 코일(51)의 권선은 단자(56)에 이어져 있다. 코어(53)는 그 내부가 연료통로로 되게 중공원통 형상으로 되어 있으며, 이 중공부에는 스프링(55)이 슬리브(54) 및 니들 밸브(12) 사이에 매달려 있다.

니들 밸브(12)의 타단부에는 상기 코어(53)의 선단측으로 대향하게 가동 아마츄어(31)가 부착되어 있으며 또한, 니들 밸브(12)의 중간부에는 니들 밸브(12)를 밸브 본체(9)의 내주면을 따라서 미끄럼이동 안내시키는 가이드(12a)와, 제 1 하우징(30)에 설치된 스페이서(32)와 맞닿는 니들 플랜지(12b)가 설치되어 있다.

도 2 는 선회체(13)의 밸브 시트(11)측에서 본 정면도이며, 도 3 은 밸브 장치(3)의 밸브 시트 부근을 도시하는 확대 측면도이다. 도면에 있어서 밸브 장치(3)의 선회체(13)는 중심에 밸브체인 니들 밸브(12)를 에워싸고 축방향으로 미끄럼이동 가능하게 지지하는 중심구멍(15)을 갖는 대략 중공원통형의 부재이며, 밸브 장치(3)내에 조립된 때, 밸브 시트(11)에 접촉하는 제 1 단면(16)과, 밸브 시트(11)와 반대측의 제 2 단면(17)과, 이들 단면사이에서 중공 하우징의 일부인 밸브 본체(9)의 내주면(18)에 접하는 부분을 갖는 원주면(19)을 구비하고 있다.

선회체(13)의 제 2 단면(17)은 그 원주변부에서 밸브 본체(9)의 내주면(18)의 어깨부(20)에 맞닿아서 지지되고 있으며 또한, 직경 방향으로 연장한 통로홈(21)이 형성되어 있고, 제 2 단면(17)의 내주부에서 외주부로 연료가 흐를 수 있게 구성되어 있다.

선회체(13)의 원주면(19)에는 서로 등간격으로 원주방향으로 떨어져서 축방향으로 연장한 다수의 평탄면이 형성되고 있으며, 그 결과 원주면(19)에는 밸브 본체(9)의 내주면(18)에 맞닿아서 밸브 본체(9)에 대한 위치를 규정하는 복수의 외주면 부분(19a)과, 이들 외주면 부분사이에 설치된 평탄면이 있으며, 내주면(18)과 더불어 연료의 축방향 유로(22)를 형성하는 유로 부분(19b)이 형성되어 있다.

선회체(13)의 밸브 시트(11)에 면하는 축방향 단면, 즉, 제 1 단면(16)에는 제 1 단면(16)의 중심 구멍(15)에 인접하는 내주변에 형성된 소정폭의 내주 환상홈(24)과, 일단에서 원주면(19)의 유로 부분(19b)에 접속되며 그곳으로부터 대략 직경 방향 내측으로 연장되고, 타단에서 내주 환상홈(24)에 접선 방향으로 접속된 선회홈(25)이 설치되어 있다.

(실시예의 기본 동작)

다음에, 상기 원통내 분사용 연료 분사 밸브의 동작에 대해서 설명한다. 우선 도 1 에 있어서 외부에서 단자(56)를 거쳐서 솔레노이드 장치(50)의 코일(51)에 통전하면 가동 아마츄어(31), 코어(53), 하우징 본체(2)로 구성되는 자기통로에서 자속이 발생하고, 가동 아마츄어(31)는 스프링(55)의 탄성력에 저항해서 코어(53)측으로 흡인된다. 그리고 가동 아마츄어(31)와 일체인 니들 밸브(12)는 그 니들 플랜지(12b)가 스페이서(32)에 맞닿을 때까지 소정 스트로크(행정) 만큼 도면의 우측으로 이동한다. 또한, 니들 밸브(12)는 가이드(12a)에 의해 밸브 본체(9)의 내주면으로 안내되어 유지된다.

다음에 도 2 및 도 3 에 있어서, 니들 밸브(12)의 선단부가 밸브 시트(11)에서 떨어져서 간극이 형성되면, 연료 공급관(4)으로부터 도입되는 고압의 연료는 밸브 본체(9)와 니들 밸브(12)간의 통로에서 우선 선회체(13)의 제 2 단면(17)의 통로홈(21)을 통해서 원주면의 축방향 유로(22)에 흘러 들어간다. 그리고, 선희체(13)의 제 1 단면(16)의 선회홈(25)에 유입해서 직경 방향 내측으로 흐르고, 제 1 단면(16)의 내주 환상홈(24)내로 그 접선 방향으로 흘러 들어가서 선회류를 형성하여 밸브 시트(11)의 분사구멍(10)내에 들어가 그 선단 출구로부터 분무된다.

제 1 실시예

상기 원통내 분사용 연료분사 밸브(1)에 있어서 선회체(13)의 선회홈(25)의 수가 너무 적으면 각 홈의 선회류의 균일한 혼합화와 충분한 선회류의 형성을 도모할 수 없고, 과다하면 각 홈의 선회류의 난류를 발생하고 또, 압력 손실이 유량 특성에 영향을 끼치므로 4개 내지 8개가 적당하다. 그 중에서도 도 4 에 도시하듯이 6 홈이 적합하다. 그 이유는 4 홈에선 각 홈의 선회류의 균일한 혼합화가 불충분하게 될 가능성이 있으며, 8 홈에선 각 홈통로 및 그 상류 통로에서의 압력 손실이 유량 특성에 영향을 미칠 가능성이 있기 때문이다.

또, 도 4(a)에 도시하듯이 밸브축으로부터 소정량 오프셋(편심)한 선회홈(25)은 그 밸브축으로부터 먼측의 측면이 내주 환상홈(24)의 외주에서 접선 방향으로 이어지고 있다. 또한, 선회홈(25)의 대향하는 흠측면은 서로 평행하게 형성되어 있다. 그 때문에, 선회홈(25)에서 내주 환상홈(24)으로의 연료의 흐름은 내주 환상홈(24)의 접선 방향에 고속으로 그러나 매끄럽게 유입되고, 복수의 선회홈(25)으로부터의 연료의 복수의 분류가 서로 충돌하거나 이미 형성되어 있는 연료의 선회류에 새로이 가해지는 연료의 분류가 충돌하는 일이 없으며, 연료의 흐름이 매끄럽고 흐름의 충돌이나 난류에 의한 큰 압력 손실은 발생하지 않는다.

또, 선회홈(25)의 홈 깊이(d)와 내주 환상홈(24)의 홈 깊이(d)를 동일하게 형성한다. 선회홈(25)의 깊이를 내주 환상홈(24)의 깊이보다 크게하면 연료류는 그 안차 부분에서 충돌하여 원활하게 내주 환상홈(24)에 흘러들어 가지 않는다.

또, 선회홈(25)의 깊이가 내주 환상흩(24)의 깊이보다 작으면 내주 환상홈(24)내에서 연료류의 소용돌이 등이 생겨서 매끄러운 선회류의 형성을 방해한다.

또, 도 4(a)에 도시하듯이 선회체(13)의 원주면 은 대략 6 각형의 6 변을 구성하는 평탄면이며, 밸브 본체(9)의 내주면(18)과의 사이에서 연료의 축방향 유로(22)를 형성하는 유로 부분(19b)과 정 6 각형의 6 각을 각각 원호 상으로 절단한 형상이며, 밸브 본체(9)의 내주면(16)에 맞닿아서 밸브 본체(9)에 대한 위치를 규정하는 외주면 부분(19a)을 구성하고 있다.

그리고, 정 6 각형의 6 변에 상당하는 유로 부분(19b)의 중앙부근에서 중심 구멍(15)의 내주변에 형성된 내주 환상홈(24)의 접선 방향으로 향해서 대략 등간격을 갖는 선회홈(25)이 형성되어 있다.

이와 같이 선회체(13)의 외주를 대략 정 6 각형으로 형성하고, 그 6 변에 상당하는 유로 부분(19b)의 중앙 부근에서 내주 환상홈(24)의 접선 방향으로 향해서 대략 등간 격을 갖는 선회홈(25)을 형성하므로 서, 연료류는 6개의 선회홈(25)을 거쳐서 대략 균등한 유량 및 균등한 유속으로 내주 환상홈(24)에 원활하게 흘러들어 가며, 내주 환상홈(24)에서 형성하는 선회 실에 있어서 매끄럽게 또한 고르게 혼합화된 선회류를 형성할 수 있다.

또한, 상기 실시예에선 선회체(13)의 외주를 대략 정 6 각형으로 형성하고 그 유로 부분(19b)을 정 6 각형의 6 변에 상당하게 구성한 것을 나타내었는데, 유로 부분(19b)을 외주 방향으로 약간 팽창하게 하거나 또한 내주 방향으로 약간 오물어들게 해도 무방하다.

제2실시예

도 5(a)는 밸브체(12 ; 니들 밸브)를 열어서 고압연료를 엔진 원통내에 분사한 경우의 수직 단층을 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 연료 분사 밸브 중심에서의 각도 마다의 유량 비율을 도시한 그래프이다.

도 5(a)의 수직 단층(특히 대기압하에서의 수직 단층)으로 나타내듯이 연료의 분사형상은 주로 연료 분사 구멍(10)에서 대략 수직이자 직선형상으로 분무되는 중심 분무와 수직선에서 소정각도 열고 분무되는 콘형상 분무로 구별된다.

이중에서 중심 분무는 니들 밸브(12)가 밸브 시트(11)에서 떨어진(밸브가 열린) 순간에 선회체(13)의 내주 환상홈(24) 부근에 체류하고 있던 연료가 상류의 고압연료에 밀려서 연료 분사 구멍(10)으로부터 분사하는 것이며, 해당 연료류에는 선회 에너지가 부여되고 있지 않으므로 대략 수직 직선형상으로 분사된다. 그리고 내주 환상홈(24) 등에 체류하고 있던 연료가 분사된 후에는 선회홈(25)을 경유해서 내주 환상홈(24)에 연료가 도입되고 선회 에너지가 부여되므로 연료 분사 구멍(10)에서 소정각도를 갖는 콘형상으로 분사된다.

상기 중심분무의 연료는 점화 플러그의 착화에 의한 연료에 기여하는데 필요 최저량만 존재하면 좋다. 이것은 중심 분무의 연료량이 과다하면 착화의 타다남는 것이 발생하고 유해물질이 배기가스로서 대기에 방출되는 폐해가 있기 때문이다.

본 실시예에선 우선 상기 중심 분무의 연료량을 소정값으로 제어하는 것을 목적으로 한다. 도 4(c)에 도시하듯이 중심 분무의 연료량은 내주 환상홈(24)내의 체적(V1 ; 선회실의 체적)과, 내주 환상홈(24)보다 하류에 있으며 니들 밸브(12)와 밸브 시트(11)의 맞닿은 시트부까지의 체적(V2 ; 도면의 흑칠부분)과의 합이 된다.

즉, 중심 분무량(V)은

V = V1 + V2..... (1)이다.

또한, 내주 환상홈의 체적(V1)은 니들 밸브 직경을 D1, 내주 환상홈의 외경을 D2,

내주 환상홈의 홈 깊이를 d 라 하면,

V1 = r(D2²-D1²)/4 × d... (2)로 표시된다.

그리고, 상기 체적 V1 을 체적 V2 에 비해서 크게 하고, 또한, 이 양쪽 체적의 합을 중심 분무량으로 되게 제어하도록, 내주 환상홈(24), 니들 밸브(12), 및 밸브 시트(11)의 형상과 치수를 결정한다.

이와 같이 미리 최적의 중심 분무량으로 되게 내주 환상홈(24), 니들 밸브(12), 및 밸브 시트(11)의 형상과 치수를 결정하므로서 쓸데없는 연료 분사 및 유해물질의 배출을 방지할 수 있다.

다음에, 상기 중심분무의 연료량을 필요 최저한으로 하게 한다. 중심분무의 연료량을 필요 최소한으로 하기 위해선 내주 환상홈(24)의 체적을 작게 할 필요가 있다. 여기에선 내주 환상홈(24)의 직경을 작게하려면 한도가 있으므로, 내주 환 상홈(24)의 깊이(d)를 얇게 한다. 그러기 위해선 선회홈(25)의 홈 깊이도 얕게 할 필요가 있으며 충분한 선회류를 유지하기 위해서 선회홈(25)의 홈 폭(W)을 넓게 할 필요가 있다.

본 실시예에선 선회홈(25)의 홈 폭(W)을 되도록 넓게 하고, 해당 홈 폭(W)을 내주 환상홈(24)의 외주 길이와의 관계로 규정했다. 즉, 밸브축에 직각인 평면내에서 밸브축에 대해서 오프셋(편심)된 선회홈(25)은 해당 홈(25)의 밸브축에서 떨어진 측의 측면이 내주 환상홈(24)의 외주와 접선방향으로 이어지고 있으며, 기하형상적으로 남겨진 내주 환상홈(24)의 외주길이(도 4(a)의 굵은선 부분)가 본래의 내주 환상홈의 외주 길이(도 4(a)의 굵은선 부분 + 점선부분)의 1/5 이하로 되게 규정했다. 또한, 내주 환상홈(24)의 외주로서 원의 외주부를 전혀 구성하지 않는 경우도 있다.

제3실시예

본 실시예에선 분사연료의 선회력의 안정, 카본의 부착 방지 등을 목적으로 하여 연료 분사 구멍(10)의 형상을 규종하는 것이다.

도 4(b)에 도시하듯이 연료 분사 구멍(10)의 길이(L)와 직경(D)의 비율(L/D)을 1.0 내지 2.0 으로 한다.

L/D가 작으면, 연료 분사 구멍(10)내에서의 선회력의 안정화가 불충분해지며 분무패턴의 불균일이 크게 된다.

L/D가 크면, 분무 패턴의 불균일은 작아지는데 연소에 의한 카본데포짓(carbon deposit)의 부착 면적이 증가하고 또, 밸브 시트(11)의 열용량도 크게 되어서 열을 가지기 쉽게 되며 카본데포짓 부착에 대해서도 불리하게 된다.

제4실시예

도 6 에 도시하듯이 연료는 선회체(13)에 의해 선회력이 부여되어서 연료 분사 구멍(10)내에 선회류로서 분사되며, 이 연료류(100)는 연료 분사 구멍(10)내에 있어서 공동을 갖는 분사 형상을 형성하며 연료류가 있는 실효적인 분사 구멍 면적은 실체 분사 구멍(10)의 면적보다 작아진다.

여기에서 본 실시예에선 공동형상의 연료 분사형상을 유지하고 선회연료류의 안정화를 도모하기 위해서 니들 밸브(12)와 밸브 시트(11)와의 시트부(101)의 최대 리프트시의 유로 면적(S1)보다 분사 구멍(10)의 면적(S2)쪽을 크게 구성하는 것으로 했다.

본 발명에 의하면, 선회체의 밸브 본체의 내주면에 접촉하는 외주면부와, 축방향의 유로를 형성하는 유로 부분, 선회홈의 개수를 4개 내지 8개로 하므로서, 각 홈의 선회류의 고른 혼합화와 충분한 선회류의 형성을 도모할 수 있고, 또한 선회류의 난류를 발생시키지 않고 압력 손실을 발생시키지 않는다. 또한, 선회체의 내주 환상홈과 선회홈과의 홈 깊이를 동일하게 하므로서 선회홈에서 환상홈으로의 연료의 유입을 매끄럽게 할 수 있다.

상기 발명에 의하면 선회체의 외주면부, 유로 부분, 및 선회홈을 6개로 하므로서, 또한 선회류의 고른 혼합화와 충분한 선회류의 형성을 도모할 수 있고, 또한 선회류의 난류를 발생시키지 않고 압력 손실을 발생시키지 않는다.

또한, 본 발명은 선회체의 각 선회홈을 밸브축에 대해서 일정 거리를 갖고서 편심시키고 이 선회홈의 밸브축에서 떨어진 측의 측면이 환상홈의 외주에서 접선 방향으로 이어지게 하며, 또한 선회홈의 대향하는 홈측면을 서로 평행하게 형성했으므로 연료의 흐름이 선회홈에서 환상홈의 접선 방향으로 고속으로 매끄럽게 유입하고 복수의 분사류가 충돌하는 일이 없다.

또한, 본 발명에 의하면 선회체의 밸브 본체의 내주면에 접하는 외주면부사이에 형성되는 축방향의 유로를 구성하는 유로 부분을 정다각형의 각변을 구성하게 하고, 선회홈을 거의 균등 간격으로 이 유로 부분서 환상홈의 접선 방향으로 연장하는 것에 의해서 연료류는 선희홈을 거쳐서 대략 균등 유량이자 균등 유속으로 환상홈에 유입하며, 매끄럽고 균일하게 혼합화된 선회류를 형성할 수 있다.

본 발명에 의하면 환상홈의 체적과, 환상보다 하류에 있으며 밸브체인 니들 밸브와 밸브 시트가 맞닿는 시트부까지의 체적과의 합을 갖고, 소망의 중심 분무량으로 되게 환상홈, 밸브체, 및 밸브 시트의 형상과 치수를 결정할 수 있다. 이 발명에 의하면, 환상홈의 체적이 환상홈에서 하류에 있고 밸브체와 밸브 시트가 맞닿는 시트부까지의 체적보다 크게 하므로서 환상홈, 밸브체, 및 밸브 시트의 형상과 치수를 결정하기 쉽게 되며 중심분무량을 가일층 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 선회홈의 밸브축에서 떨어진 측의 측면이 환상홈의 외주와 접선 방향으로 이어지며 환상홈의 외주 길이가 본래의 환상홈의 외주 길이의 1/5 이하로 형성하므로서 중심 분무의 연료량을 필요 최소한으로 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 분사 구멍의 길이(L)와 직경(D)의 비율(L/D)을 1.0 내지 2.0 으로 하므로서 분사연료의 선회력의 안정, 카본등의 부착을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 분사 구멍의 면적을 밸브체와 밸브 시트가 맞닿는 시트부의 최대 개구면적보다 크게 구성하므로서, 분사 구멍내에서 공동을 갖는 분사형상을 형성하며 균일하고 안정된 선회류를 분사 구멍 밖으로 분사할 수 있다.

Claims

중공형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 니들 밸브인 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가등하게 지지함과 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비하고, 상기 밸브 장치의 선회체의 상기 밸브 시트에 면하는 축방향 단면의 내주에 환상홈이 설치되며, 상기 선회체의 외부로부터 상기 환상홈에 대해서 접선방향으로 연장해서 상기 환상홈에 접속되는 선회홈을 갖는 연료 분사 밸브에 있어서, 상기 환상홈의 체적과, 상기 환상홈보다 하류에 있으며 상기 밸브체와 상기 밸브 시트가 맞닿는 시트부까지의 체적의 합이 소정 중심 분무량으로 되도록 환상 홈, 밸브체 및 밸브 시트의 형상을 결정하고, 상기 환상홈의 외경(D2)과 상기 밸브체의 외경(D1) 및 환상홈의 깊이(d), 원주율(x)에서 환상홈의 체적(V1)이 V1 = r{D2²-D1²}/4×d로 구해지고, V1이 환상 홈보다 하류에 있으며 상기 밸브체와 상기 밸브 시트가 맞닿는 시트부까지의 체적 (V2)에 대해서 V1 > V2로 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 선회홈의 밸브축으로부터 떨어진 측의 측면이 상기 환상홈의 외주와 접선 방향으로 이어지며, 상기 환상홈의 외주길이가 본래의 환상홈의 외주길이의 1/5 이하로 형성한 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
중공형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지함과 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비한 연료 분사 밸브에 있어서 상기 분사 구멍의 길이(L)와 직경(D)의 비율(L/D)을 1.0 내지 2.0 으로 한것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
중공형상의 밸브 본체, 이 밸브 본체의 일단에 설치되고 분사 구멍을 갖는 밸브 시트, 상기 밸브 본체내를 이동하고 상기 밸브 시트에 접촉하고 분리해서 상기 분사 구멍을 개폐하는 밸브체, 및 상기 밸브체의 주위에 배치되고 상기 밸브체를 미끄럼이동 가능하게 지지함과 동시에 상기 분사 구멍으로부터 유출하는 연료에 선회를 부여하는 선회체를 갖는 밸브 장치를 구비한 연료 분사 밸브에 있어서 상기 분사 구멍의 면적은 상기 밸브체와 상기 밸브 시트가 맞닿는 시트부의 최대 개구 면적보다 크게 구성한 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.