KR100283289B1 - 연료분사밸브 - Google Patents

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KR100283289B1 KR1019940009903A KR19940009903A KR100283289B1 KR 100283289 B1 KR100283289 B1 KR 100283289B1 KR 1019940009903 A KR1019940009903 A KR 1019940009903A KR 19940009903 A KR19940009903 A KR 19940009903A KR 100283289 B1 KR100283289 B1 KR 100283289B1
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도미이다유끼오
기우찌히데오
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오카메 히로무
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Abstract

본 발명의 제 1 목적은 밸브케이싱에서의 연료흐름을 정상화하고 이 연료의 분무상태를 안정화시키는 것이다.
본 발명에 의하면, 밸브요소(8)는, 밸브케이싱(7)에 있어서의 연료통로(11)에 미끄러질 수 있게 배설되어 있고, 연료분사밸브(1)는 밸브케이싱(7)의 밸브시이트(12)와 밸브요소(8)의 접촉부(19)에 의해 개/폐된다. 밸브요소(8)가 밸브개방위치에 있을 때, 제 1 연료조절통로(20)는 밸브시이트(12)와 접촉부(19) 사이에 형성된다. 밸브요소(8)의 접촉부(19) 상류측에는 슬라이딩접촉부(15)가 제공되어 있고, 그의 다른 상류측에는 가장자리부(21)가 제공되어 있다. 슬라이딩접촉부(15)의 외주면에는 평탄부(17)가 형성되어 있고, 가장자리부(21)의 외주면에는 연료조절면(23)이 형성되어 있다. 가장자리부(21)의 연료조절면(23)과 연료통로(11) 사이에는 제 2 연료조절통로(24)가 형성되어 있고, 슬라이딩 접촉부(15)의 평탄부(17)와 연료통로(11) 사이에는 제 3 연료조절통로(17a)가 형성되어 있다. 제 2 연료조절통로(24)의 압력손실율(P2)과 제 3 연료조절통로(17a)의 압력손실율(P3) 사이의 관계는 전체 압력손실의 P2 ≥ P3 ≥ 6% 로 결정된다.

Description

연료분사밸브
제1도는 제 1 실시예에 의한 요부를 확대하여 도시한 단면도.
제2도는 제 1 실시예에 의한 연료분사밸브의 전체 구조를 도시한 단면도.
제3도는 제 1 실시예에 의한 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
제4도는 제 1도의 선(IV-IV)에 따른 단면도.
제5도는 제 1도의 선(V-V)에 따른 단면도.
제6도는 제 1실시예에 의한 연료의 흐름을 설명하는 연료분사밸브를 도시한 단면도.
제7도는 제 3 연료조절통로의 압력손실율과 분무안정성 사이의 관계를 도시한 선도.
제8도는 제 3 연료조절통로의 압력손실율과 밸브케이싱의 내부연료흐름 간의 관계를 도시한 단면도.
제9도는 제 2 실시예에 의한 연료분사밸브를 도시한 단면도.
제10도는 종래의 연료분사밸브를 요부를 도시한 단면도.
제11도는 내부연료흐름을 설명하는 종래의 연료분사밸브를 도시한 단면도.
제12도는 종래의 연료분사밸브 분무상태를 도시한 사시도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 연료분사밸브 7 : 밸브케이싱
8 : 밸브요소 10 : 분사구
11 : 연료통로 12 : 밸브시이트
17a : 제 3 연료조절통로 24 : 제 2 연료조절통로
본 발명은, 연료를 분사하는 연료분사밸브에 관한 것으로, 전자 액츄에이터에 의해 밸브요소를 밸브폐쇄위치에서 밸브개방위치로 움직이는 연료를 분사하는 연료분사밸브에 적용된다.
종래 형태의 연료분사밸브는, 밸브케이싱에 형성된 밸브시이트와, 이 밸브시이트와 그 밸브시이트에 접하는 접촉부 사이의 공간에 있어서의 연료량을 조절하는 하류측 연료조절통로와, 하류측 연료조절통로의 상류측에서 하류측 연료 조절통로와같은 방식으로 분사량을 조절하는 상류측 연료조절통로를 표함한다. (일본국 특허 공개 평2-163460호 공보, 특허 공개 소59-20562호 공보에 개시되어 있음).
제 10도에 도시된 이러한 종래의 연료분사밸브에 있어서, 니들(needle) 형상의 밸브요소(73)가 밸브케이싱(71)내의 연료통로(72)에 미끄러질 수 있게 배설되어 있다. 밸브시이트(74)가 밸브케이싱(71)의 일단에 원추표면으로 형성되어 있고, 접촉부(75)가 상기 밸브요소의 일단에서 밸브시트(74)와 접하도록 형성되어 있으며, 하류측 연료조절통로(76)가 밸브시이트(74)와 접촉부(75) 사이에 형성되어 있다. 그리고, 밸브케이싱(71)의 하부면에는 분사구(77)가 형성되어 있다.
밸브요소(73)에 있어서, 접촉부(75)의 상류측(제 10도의 위쪽)에는 연료통로(72)에 미끄러질 수 있게 배설되도록 슬라이딩 접촉부(78)가 형성되어 있으며, 이 슬라이딩 접촉부(78)에는 평탄부(79)가 형성되어 연료흐름통로를 형성한다. 슬라이딩 접촉부(78)의 상류측에는 돌출부(80)가 형성되어 있고, 이 돌출부(80)에는 상류측 연료 조절통로(81)가 형성되어 드로틀(throttle)을 형성한다. 연료가 연료분사밸브에 공급된 후, 연료분사량이, 상류측 연료조절통로(81)에서 조절되어서 평탄부(79)를 통해 하류측 연료조절통로(76)로 흐른 후, 하류측 연료조절통로(76)에서 다시 조절된 후, 분사구(77)로부터 연료가 최종 분사된다.
그러나, 상기 종래의 연료분사밸브에서는 분사구(77)로부터 분사된 분무 연료 모양이 안정하지 못하다는 것이 본 발명에 대한 발명자에 의해 실험으로 확인되었다.
즉, 연료분사밸브로 연료가 공급되면, 제 11도에 화살표로서 나타내어진 바와같은 연료흐름(F1)이 발생한다. 이때, 상류측 연료조절통로(81)를 통해 흐르는 연료는, 드로틀이 없는 평탄부(79) 주위에서 소용돌이(즉, 와류)를 발생시키고, 평탄부(79) 하류측에서 평탄부(79)의 상류측까지 연료의 역류를 일으킨다. 연료흐름(F1)은 이 소용돌이로 인해 불안정하게 되고, 연료구(77)로부터 분사된 연료의 분무각이 제 12도에 도시된 바와 같이 θ 1과 θ 2 사이의 범위로 변한다. 결국, 일정한 상태로 연료분사가 유지될 수 없다는 문제가 있다. 더욱이, 상류측 연료조절통로(81)의 형상에 있어서의 작은 오차에 의해서 이러한 문제가 일어나기 쉽다. 차량등에 장착된 실제적인 사용에 있어서, 종래의 연료분사밸브는 에미션불량(emissiondeterioration)이나 불충분한 드라이버빌리티(drivability)를 유발할 수 있다.
한편, 제 10도에 도시된 슬라이딩 접촉부(78)를 구비하지 않은, 즉 하류측 연료조절통로 바로 위에 상류측 연료조절통로를 가진, 다른 타입의 종래 연료분사밸브가 개시되어 있다(예: 일본국 특개 소 59-20562호 공보). 그러나, 이 경우조차도 상류측 연료조절통로의 형상에 있어서의 오차는 분무된 연료의 불균일한 모양이나 분사불량을 유발한다.
따라서, 본 발명은 상기 문제에 착안해서 이루어진 것으므로, 본 발명의 제 1 목적은 밸브케이싱 내에서의 연료흐름을 정상화하여 연료분사상태를 안정화할 수 있는 연료분사밸브를 재공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 연료를 분사하는 연료분사밸브는, 밸브시이트와 밸브요소 사이 또는 이 밸브시이트로부터 분사구의 측에 형성되어, 이 밸브요소와 밸브시이트가 밸브개방위치에 있을 때 소정의 압력손실을 유발함으로써 분사구로부터 분사될 연료량을 조절하는 제 1 연료조절수단과; 이 제 1 연료조절수단의 상류측에 형성되어서, 상기 제 1 연료조절수단과 협력하여, 밸브요소와 밸브시이트가 밸브개방위치에 있을 때 소정의 압력손실을 유발시킴으로써 상기 분사구로부터 분사될 연료량을 조절하는 제 2 연료조절수단과; 제 1 연료조절수단과 제 2 연료조절수단 사이에 형성되어, 상기 제 1 연료조절수단 및 상기 제 2 연료조절수단과 협력하여서, 밸브요소와 상기 밸브시이트가 상기 밸브개방위치에 있을 때 소정의 압력손실을 유발함으로써 분사구로부터 분사될 연료량을 조절하는 제 3연료조절수단을 포함한다.
더욱이, 제 2 연료조절수단에서의 압력손실율(P2)과 제 3 연료조절수단에서의 압력손실율(P3)의 관계는 전체 압력손실율에 대해서 P2≥P3≥6 %로 결정된다.
이러한 구성에 따라 밸브케이싱에서의 연료흐름은 정상화되고 연료분사 상태는 안정화된다.
[제 1 실시예]
본 발명의 제 1 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
제 1도와 제 2도는 제 1 실시예에 의한 전자연료 분사밸브의 단면도를 도시하고, 제 3도는 이 연료분사밸브용 연료공급시스템을 대략적으로 도시하며, 제 4도는 제 1도의 선(Ⅳ-Ⅳ)에 따른 단면도를 도시하며, 제 5도는 제 1도의 선(Ⅴ-Ⅴ)에 따른 단면도를 도시한다.
제 3도에 도시된 연료공급장치에서, 연료(예를 들면, 가솔린)를 가솔린엔진(도시되지 않음)의 연소실에 공급하는 다수의 연료분사밸브(1)가, 연소실 부근에 있는, 연소실에 공기를 제공하는 흡기매니폴드(흡기관)에 장착되어 있다. 흡기매니폴드에 장착된 연료분사밸브(1)의 수는 엔진의 실린더수에 상응한다. 연료공급시스템에는 다수의 연료관(3)이 설치되어 연료를 연료탱크(2)로부터 연료분사밸브(1)를 통해 연료탱크(2)로 재순환시킨다. 이 연료관(3)에 있어서, 연료순환의 상류측으로 부터, 전기펌프(4), 연료필터(5), 엔진의 실린더수에 상응하는 수의 연료분사밸브(1) 및 연료조절밸브(6)가 순서대로 배설되어 있다. 압력조절밸브(6)는 전기펌프(4)로부터 압력조절밸브(6)까지의 연료관(3)내 연료압력차를 흡기매니폴드에서의 압력에 비례하여 일정 값으로 유지시킨다.
제 1도 및 제 2도에 도시한 바와 같이, 연료분사밸브(1)는 밸브케이싱(7), 밸브요소(8) 및 전자 액츄에이터(9)로 대별된다.
밸브케이싱(7)은 대략 원통형이며, 일단에 분사구(10)를 구비하여 조절된 연료를 흡기관으로 분사한다. 또한, 밸브케이싱(7)에는 원통형 연료통로(11)가 있다. 일단측에서는 분사구(10)로 뻗고 있으며, 타단측에서는 연료통로(11)로 뻗는 원추표면을 갖는 밸브시이트(12)는, 밸브케이싱의 분사구(10)와 연료통로(11) 사이에 형성되어 있다. 니들형 밸브요소(8)는 연료통로(11)에 수용되어 있다. 밸브케이싱(7)의 분사구(10) 측에는 분사구커버(13)가 설치되어 분사구(10)에서 흡기관으로 분사되는 연료를 조절한다.
밸브요소(8)의 일단에는 분사구(10)의 내측으로 뻗는 핀(14)이 일체적으로 제공되어 있다. 핀(14)의 상단부는 원추형으로 형성되어 분사구(10)으로부터 분사되는 연료의 분무화를 용이하게 한다. 밸브요소(8)의 양단 주위에는 슬라이딩 접촉부(15)(16)가 각각 형성되어 있다. 슬라이딩 접촉부(15)(16)는 환상 돌출형상으로 형성되어, 밸브케이싱(7)의 연료통로(11)내 밸브요소(8)에 미끄러질 수 있게 배설된다. 슬라이딩 접촉부(15)(16)는 외주면에 복수(예 : 4개)의 평탄부(17)(18)를 각각 구비하여 이 평탄부(17)(18)와 연료통로(11) 사이에 틈을 형성함으로써 연료통로(11)에서 이 틈을 통해 연료가 원활하게 흐른다.
밸브요소(8)의 핀(14) 측에는 밸브케이싱의 밸브시이트(12)와 접하도록 접촉부(19)가 형성되어 있다. 밸브요소(8)가 연료분사밸브(1)에 조립되면, 밸브요소(8)는, 밸브케이싱(7)에 있어서, 접촉부(19)가 밸브시이트(12)에 접촉하여 분사구(10)를 폐쇄하는 밸브폐쇄위치와, 소정의 틈을 형성하여 분사구(10)를 개방하도록 접촉부가 밸브시이트(12)로부터 떨어져 있는 밸브개방위치 간을 이동할 수 있게 배설되어 있다.
밸브요소(8)가 밸브개방위치에 있을 때, 제 1 연료조절통로(20)는 밸브시이트(12)와 접촉부(19) 사이에 형성된 환상형 틈에서의 하류측 연료조절통로로서 형성되어 연료분사량을 조절한다.
밸브요소(8)의 접촉부(19) 상류측에 위치한 슬라이딩 접촉부(15)(16) 사이에는 환상으로 돌출한 형상의 가장자리부(21)가 형성되어 있다. 가장자리부(21)는 연료통로(11)의 내주면을 슬라이딩하는(slide) 몸체부(22)를 포함하며, 몸체부(22)는 그 외주의 평탄부상에 형성된 복수(예 : 4)의 연료조절면(23)을 포함하고 있다. 제 2 연료조절통로(24)는 연료조절면(23)과 밸브케이싱(7)의 연료통로(11) 사이의 틈에 형성되어 있고, 제 2 연료조절통로(24)에 도입된 연료의 틈에 의해서 압력손실(드로틀)이 발생하므로써 연료분사량이 조절된다(제 4도 참조).
또한, 제 3 연료조절통로(17a)는, 제 2 연료조절통로(24)의 하류측에 위치한 슬라이딩 접촉부(15)의 외주면에 형성된 평탄부(17)와, 밸브케이싱(7)의 연료통로(11) 사이의 틈에 형성되어, 제 3 연료조절통로(17a)에 도입된 연료의 틈에 의해 압력손실이 발생된다. 본 실시예에서, 제 3 연료조절통로(17a) 단면의 측면 길이(L)는 4.73 mm이다(제 5도 참조). 제 3 연료조절통로(17a) 각 틈의 단면적은 드로틀이 없는 종래의 연료분사밸브의 단면적(길이 L은 4.2 mm) 보다 작으므로, 본 실시예에서는, 제 2 연료조절통로(24)와 제 3 연료조절통로(17a)에 의해서 상류 연료조절통로측의 드로틀이 형성된다.
이하, 본 실시예에 있어서의 제 1, 제 2 및 제 3 연료조절통로(20)(24)(17a)의 압력손실율을 설명하기로 한다. 상류측 연료조절통로의 드로틀을 함께 형성하는 제 2 및 제 3 연료조절통로(24)(17a)의 압력손실율(P2+P3) 대 하류측 연료조절통로를 형성하는 제 1 연료조절통로의 압력손실율(P1)의 비율은 소정의 설계값으로 설정된다(예를 들면, 약 20 % : 약 80 %). 바람직하기로는 P2 + P3 ≤ 50 % 로 설정된다. 상류측의 압력손실량은 제 2 및 제 3 연료조절통로(24)(17a)에 의해 분할되고, 제 2 연료조절통로(24)의 압력손실율(P2)과 제 3 연료조절통로(17a)의 압력손실율(P3)은 (전체 압력손실에 대한) P2 ≥ P3 ≥ 6 % 로 설정된다. 즉, 하류측에 위치한 드로틀의 압력손실율은 6% 이상이고, 상류측에 위치한 드로틀의 압력손실율은 하류측에 위치한 압력손실이상이다. 나머지 압력손실은 제 1 연료조절통로(20)와 분담되어 있다. 분사구(10)와 핀(14) 사이의 틈에 의해서 압력손실을 유발할지라도, 이 틈을 비교적 크게 함으로써 이러한 압력손실은 여기서 무시할 수 있는 것(발생될지라도 5%이하)으로 취급된다.
한편, 밸브요소(8)의 핀(14) 반대편 단부측은 링모양의 스토퍼(stopper)(25)에 뚫린 구멍을 통해 끼워져 있다. 스토퍼(25)는 전자 액츄에이터(9)의 외주면을 덮는 원통형 케이싱(26)과 밸브케이싱(7)의 단부 사이에 고정되어 있다. 스토퍼(25)와 인접한 밸브요소(8)에는 환상 돌출모양의 플렌지(27)가 형성되어 있다. 밸브요소(8)가 전자 액츄에이터(9)에 의해 끌어 올려질 때, 플렌지(27)는 밸브요소(8)의 밸브개방위치를 정하도록 스토퍼(25)와 접촉한다. 이때, 밸브폐쇄위치에서 밸브개방위치까지 밸브요소(8)가 이동한 거리를 "니들 리프트 량 γ(needle lift amount)"이라 한다 (제 1도 참조). 밸브요소(8)의 핀(14) 반대편 단부는 스토퍼(25)를 통해 케이싱 (26)으로 뻗는다.
케이싱(26)에는 전자 액츄에이터(9)가 수용되어 밸브요소(8)를 밸브폐쇄위치와 밸브개방위치 사이에서 구동시킨다. 전자 액츄에이터(9)는, 전기자(28), 고정자(29) 및 솔레노이드(30)를 포함한다.
자성체로 이루어진 전기자(28)는, 밸브요소(8)의 핀(14) 반대측 단부에 연결되어, 밸브요소(8)와 함께 그 밸브요소(8)의 축방향으로 움직일 수 있게 배설되어 있다. 전기자(28)는 리턴스프링(return spring)(31)에 의해 밸브요소(8) 측을 향해 (도 1의 하부측을 향해) 계속해서 가압된다. 원통형 자성체로 만들어진 고정자(29)는, 전기자(28)와 동축으로 그리고 전기자(28)의 반대측(제 1도의 위쪽)에 배설되어 있다. 고정자(29)로 조절봉(32)이 삽입되어 리턴스프링의 탄성력을 조절하고, 코크부(caulked portion)(33)를 압축함으로써 이와 같은 조절봉은 접합고정된다. 고정자(29)는 그 중간 위치에 환상 돌출모양으로 형성된 플렌지(34)를 구비하고 있다. 고정자(29)는 케이싱(26)의 단부에 접합되는 플렌지(34)를 구비하여 플렌지(34)의 단부를 접합함으로써 케이싱(26)에 고정된다.
솔레노이드(30)는, 보빈(35)에 감겨져 있고, 케이싱(26)과 고정자(29) 사이에 배설되어 있다. O링(36)(37)은 솔레노이드(30)의 양단에 배설되어 연료가 솔레노이드(30)로 흐르지 못하게 한다. 솔레노이드(30)는 몰드수지(39)로 만들어진 커넥터(40)에 지지된 단자(38)로 접속된다.
제 3도에 도시한 바와 같이, 단자(38)는 마이크로컴퓨터를 포함하는 전자제어회로(41)에 접속되어 있다. 전자제어회로(41)는 각 연료분사밸브(1)의 솔레노이드(30)로의 전기공급을 제어한다. 엔진상태에 따라, 솔레노이드(30)에 전자제어회로(41)에 의해서 전기가 공급되면, 솔레노이드(30)는 자력을 발생하여, 전기자(28)를 리턴스프링(31)의 탄성력에 대항하여 제 2도의 위쪽으로 끌어올린다. 커넥터(40)를 형성하는 몰드수지(39)는 환상형 플렌지(42)를 포함한다. 플렌지(42)는 연료분사밸브(1)를 수용하는 하우징(43)과 캡(44) 사이에 유지되어 있다. 하우징(43)과 캡(44)은 그들 사이에 플랜지(42)를 삽입하여 나사(45)에 의해 고정됨으로써, 연료분사밸브(1)가 하우징(43)에 고정된다. 케이싱(26)과 밸브케이싱(7) 사이에는 연료를 여과하는 커버(46)가 배설되어 있다. 하우징(43)과 커버(46) 사이에는 환상형 틈(47)이 형성되어 있다. 하우징(43)은 연료를 환상형 틈(47)으로 도입하는 연료유입구(도시하지 않음)와 환상형 틈 밖으로 연료를 유출시키는 연료유출구(도시되지 않음)를 포함한다. 유입구를 통해 틈(47)에 도입된 연료는, 틈(47)을 통해 흘러 내부를 냉각시킨 다음, 유출구를 통해 유출된다. 밸브케이싱(7)과 하우징(43)사이에, 그리고 솔레노이드(30)의 외주면을 둘러싸는 케이싱(26)과 하우징 사이에 O링을 배설하여, 공간(47)에 공급된 연료가 하우징(43)밖으로 누출되는 것을 방지한다.
환상형 틈(47)에 공급된 연료를 연료분사구(10)로 도입하는 연료공급통로(50)를 설명하기로 한다.
틈(47)에 공급된 연료는, 커버(46)의 개구부(51)와 이 개구부(51) 내부에 부착된 매쉬필터(52)를 통해 커버(46)에 도입된다. 커버(46)에 도입된 연료는 또한, 밸브케이싱의 피드홀(feed hole)(53)과 케이싱(26)의 퍼지홀(purge hole)(54)을 통해 연료분사밸브(1)로 도입된다. 제 2 연료조절통로(24)의 가장자리부(21)와 전자 액츄에이터(9) 측 슬라이딩 접촉부(16) 사이의 연료통로(11)로 연료를 공급하도록, 밸브케이싱(7) 주위에 복수의 피드홀(53)이 방사상으로 형성되어 있다. 퍼지홀(54)은, 전기자(28)와 케이싱(26) 사이의 틈을 통해 연료를 도입하여, 스토퍼(25)와 밸브요소(8) 사이의 틈을 통해 연료통로(11)로 연료를 도입한다.
상기 연료분사밸브(1)의 작동을 설명하기로 한다.
엔진이 운전되면, 전기펌프(4)가 작동하여 연료탱크(2)내 연료는 빨아 올려진다. 압력조절밸브(6)의 작동에 의해, 전기펌프(4)로부터 압력조절밸브(6)까지의 연료관(3)내의 연료압력은 흡기압력에 비례하여 일정한 압력차로 유지된다. 즉, 제 2 연료조절통로(24)의 상류측(연료흐름방향에 대한) 연료공급통로(50)내 연료압력은 압력조절밸브(6)에 의해 조절된다.
전자액츄에이터(9)의 솔레노이드(30)가 전자제어회로(41)의 작동에 의해 전기적으로 작동하면, 전기자(28)는 리턴스프링(31)의 탄성력에 대항하여 고정자(29)로 끌어올려지고, 밸브요소(8)는 플렌지(27)가 스토퍼(25)와 접촉할 때까지 이동한다. 이에 따라, 접촉부(19)는 밸브시이트(12)에서 떨어져 이들 사이에 제 1 연료조절통로(20)로서의 틈을 형성한다. 제 2 연료조절통로(24)의 상류측에서 압력이 조절된 연료가, 제 2 및 제 3 연료조절통로(24, 17a)로 공급됨과 동시에, 제 2 연료조절통로(24), 제 3 연료조절통로(17a) 및 제 1 연료조절통로(20)에서 각각 조여지고, 분사구(10)와 핀(14) 사이의 틈을 통해 흡기관으로 분사된다.
제 6도는 본 실시예의 (화살표로 표시된)연료흐름(F) 상태를 도시한다. 제 6도에 도시한 바와 같이, 피드홀(53)을 통해 연료통로(11)로 도입된 연료는, 제 2연료조절통로(24)에서 조여진 후, 제 2 연료조절통로(24)의 하류측에 위치한 제 3 연료조절통로(17a)에서 더욱 조여진다. 연속적으로 형성된 두개의 연료조절통로(드로틀)(24)(17a)를 통과함으로써, 연료는 각각의 연료조절통로(24)(17a)의 압력손실률에 상응하는 연료압력손실이 발생된다. 제 2 연료조절통로(24)와 제 3 연료조절통로(17a) 사이와, 제 3 연료조절통로(17a)와 제 1 연료조절통로(20) 사이에서 와류(V)가 발생할지라도, 와류(V)는 제 2 및 제 3 연료조절통로(24)(17a)의 상류측으로 역류하는 것이 방지됨으로써, 소용돌이 흐름이나 역류의 악영향이 억제되고, 연료흐름(F)이 정상화된다.
전자 액츄에이터(9)에 의해 밸브개방방향(도 6에서 위쪽)으로 밸브요소(8)가 끌어올려지면, 제 3 연료조절통로(17a)로부터 공급된 연료는 제 1 연료조절통로(20)를 통과하여, 거의 정상적인 상태에서의 연료분무 모양 및 각으로 분사된다.
한편, 제 7도 및 제 8도는 제 3 연료조절통로(17a)의 압력손실율(P3)과 관련하여 발명자에 의해서 수행된 실험결과를 도시한다.
제 7도는 제 3 연료조절통로(17a)의 압력손실율(P3)과 분무안정성 간의 관계를 도시한다. 제 7도에 나온 분무안정성은 분무각의 변동범위와 이 변동의 발생빈도에 따라 결정되고, 이들 파라미터의 값이 작을수록 분무가 더 안정한 것으로 판단된다. 제 7도에 도시한 바와 같이, 제 3 연료조절통로(17a)의 압력손실율(P3)이 약 2 % 보다 작으면 분무화가 "불안정한" 영역에 있고, 압력손실율(P3)이 약 2 % ~ 6 % 범위에 있으면, 분무화가 "약간 안정한" 영역에 있으며, 압력손실율(P3)이 6% 보다 크면 분무화가 "안정한" 영역에 있음을 알 수 있다.
제 8도는 압력손실율(P3)과 밸브케이싱(7)의 연료흐름 사이의 관계를 도시한다. 제 8도에 도시한 바와 같이, P3이 약간 불안정한 영역에 해당하는 2% 일 때는 제 3 연료조절통로(17a)에서 연료흐름에 약간의 소용돌이가 발생하고, P3이 안정한 상태에 해당하는 6% 및 10% 일 때는 제 3 연료조절통로(17a)에서의 연료흐름에 소용돌이가 발생하지 않고 안정한 상태가 유지된다. 이 실험결과로부터 제 3 연료조절통로(17a)의 압력손실율(P3)이 6% 보다 크게 결정되어야 한다는 것을 확인하였다. 또한, 종래의 연료분사밸브(제 10도에 도시함)가 제 7도 및 제 8도에 적용될 경우, 제 3 연료조절통로(17a)가 제공되지 않기 때문에, P3은 "불안정한" 영역에 해당하는 0% 로 된다.
위에 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 연료분사밸브(1)가, 밸브 케이싱(11)의 밸브시이트(12)와 밸브요소(8)의 접촉부(19) 사이의 틈을 제 1 연료조절통로(20)로서 구비하고, 제 2 연료조절통로(24)와 제 3 연료조절통로(17a)가, 연속적으로 제 1 연료조절통로(20)의 상류측 드로틀로서 형성되어 있다. 제 2 및 제 3 연료조절통로(24)(17a)에 의해 분담되는 압력손실율(P2)(P3)은 각각 6% 이상으로 결정된다(P2 ≥ P3 ≥ 6 %). 위의 구성에 의하면, 각각의 압력손실율에 따라서, 상류측의 제 2 및 제 3 연료조절통로(24)(17a)에 압력손실이 발생하여, 연료흐름으로 인한 제 1 연료조절통로(20)의 상류측에서 발생하는 와류가 제 2 연료조절통로(24)까지 확대됨이 방지된다. 결국, 연료흐름이 정상화되고, 분사관(10)과 핀(14)을 통한 흡기관으로의 분무가 안정화되어, 양호한 분무화가 이루어진다.
또한, 종래의 연료분사밸브는, 제 2 연료조절통로(24)를 통과하는 연료흐름이 제 2 연료조절통로(24)의 평탄부로 형성된 연료조절면(23)의 모양에 있어서의 작은 오차로 인해 소용돌이치게 되어, 분사구(10) 및 핀(14)을 통해 흡기메니폴드로 분사된 분무된 연료의 각은 설계된 각 보다 넓어진다는 문제점을 가지고 있다. 그러나, 본 실시예에 의하면, 제 2 연료조절통로(24)의 연료조절면(23) 모양에 있어서의 정밀도를 완화시킬 수 있다. 즉, 제 2 및 제 3 연료조절통로(24)(17a) 평탄부의 축방향에 대한 비틀림 또는 (예컨대, 평탄부에 대칭도 등의)치수오차가 발생된다할지라도, 이러한 오차의 악영향은 최소화된다.
[제 2 실시예]
상기 제 1 실시예에 의한 연료분사밸브(1)의 일부를 변경한 제 2 실시예를 설명하기로 한다.
제 9도에 도시한 바와 같이, 제 2 실시예에서는 제 1 실시예와는 달리 밸브 케이싱(7)내의 피드홀(53)과 케이싱(26)내의 퍼지홀(54)이 제공되지 않았다. 대신에 관형 조절봉(56)이 고정자(29)에 배설되어 있다. 또한, 조절봉(56) 상류측에는 흡기구(57)가 형성되어 있고, 이 흡기구(57)에는 필터(55)가 배설되어 있다.
연료분사밸브(1)의 상기 구성에 의하면, 흡기구(57)로 도입된 연료는, 필터(55), 조절봉(56), 리턴스프링(31) 및 전기자(28)를 통해 연료통로(11)로 도입되고, 스토퍼(25)와 밸브요소(8) 사이의 틈으로 더 도입된다. 연료의 분사량은, 제 1 실시예서 조절되는 바와 같은 방식으로, 연료통로(11)에서, 제 2 연료조절통로(24)와 제 3 연료조절통로(17a)의 드로틀작용에 의해 소정의 압력손실로 조절된다. 더욱이, 밸브의 개방위치시, 제 1 연료조절통로(20)에서 연료분사량이 조절된 후, 분사구(10)로부터 분사된다.
제 2 실시예에서는, 제 1 연료조절통로(20)의 상류측 제 2 연료조절통로(24) 및 제 3 연료조절통로(17a)에 의해서 또한 양호한 연료분사상태가 얻어진다.
본 발명은 상기 실시예로 제한되지 않고 본 발명의 사상 또는 범위에서 벗어남이 없이 여러형태로 변경될 수 있다. 예를 들면, 상류측 연료조절통로의 드로틀이 3단계 보다 많게 연속적으로 형성될 수 있다.

Claims (17)

  1. 연료를 분사하는 연료분사밸브(1)에 있어서, 연료통로(11)를 분사구(10) 쪽으로 한정하며, 상기 연료통로(11)에 형성된 밸브시이트(12)를 구비하는 연료통로수단(7)과; 상기 연료통로(11)에 배설되어 있고, 연료분사를 중단시키며, 상기 밸브시이트(12)와 협력하도록 전자기적으로 작동하는 밸브요소(8)와; 밸브시이트(12)와 상기 밸브요소(8) 사이, 또는 밸브시이트(12)의 상기 분사구(10) 측에 형성되어 있고, 상기 밸브요소(8)와 상기 밸브시이트(12)가 밸브 개방위치에 있을 때 소정의 압력손실을 발생시킴으로써 상기 분사구(10)로부터 분사될 연료량을 조절하는 제 1 연료조절수단(20)과; 상기 제 1 연료조절수단(20)의 상류측에 형성되어 있고, 상기 밸브요소(8)와 상기 밸브시이트(12)가 상기 밸브개방위치에 있을 때 상기 제 1 연료조절수단(20)과 협력하여 소정의 압력손실을 발생시킴으로써 상기 분사구(10)로부터 분사될 연료량을 조절하는 제 2 연료조절수단(24)과; 상기 제 1 연료조절수단(20)과 상기 제 2 연료조절수단(24) 사이에 형성되어 있으며, 상기 밸브요소(8)와 상기 밸브시이트(12)가 상기 밸브개방위치에 있을 때 제 1 및 제 2 연료조절수단(20, 24)과 협력하여 소정의 압력손실을 발생시킴으로써 상기 분사구(10)로부터 분사될 연료량을 조절하는 제 3 연료조절수단(17a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브요소(8)는, 상기 연료통로수단의 내벽을 향해 방사상을 뻗어있음과 아울러 상기 밸브요소(8)의 움직임을 안내하기 위해 상기 내벽을 슬라이딩하는 제 1 슬라이딩 접촉부(15)와, 상기 제 1 슬라이딩부(15)의 상류측 상에서 상기 연료통로수단(11)의 내벽을 향해 방사상으로 뻗어 있는 가장자리부(21)를 구비하고 있으며, 상기 가장자리부(21)와 상기 내벽 사이, 그리고 상기 제 1 슬라이딩 접촉부(15)에 부분적으로 형성된 평탄부(17)와 상기 내벽 사이에, 각각 상기 제 2 및 제 3 연료조절수단(24)(17a)이 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 슬라이딩접촉부(15) 위에서 연료흐름에 대해 상기 평탄부(17)와 일직선이 되는 상기 가장자리부(21)의 상기 외주면에 평탄부(23)가 부분적으로 형성되어 있으며, 상기 가장자리부(21)의 상기 평탄부(23)와 상기 내벽 사이에 연료통로(24)가 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가장자리부(21)의 외주면에는 몸체부(22)가 형성되어 있고, 상기 몸체부(23)는 상기 내벽을 슬라이딩하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제 1 슬라이딩 접촉부(15)의 복수의 평탄부(17)는 원주형으로 개별 형성되어 있으며, 상기 가장자리부(21)의 복수의 평탄부(23)는 상기 제 1 슬라이딩 접촉부(15)의 상기 평탄부(17)와 일직선으로 원주형으로 개별 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  6. 제2항에 있어서, 상기 밸브요소(8)는, 상기 가장자리부(21)의 상류측에 위치하고, 상기 연료통로수단(11)의 내벽을 향해 방사상으로 뻗어있으며, 상기 내벽을 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이딩 접촉부(15)와 협력함으로써 상기 밸브요소(8)의 움직임을 안내하는 제 2 슬라이딩 접촉부(16)를 포함하며, 상기 제 2 슬라이딩 접촉부(16)에 부분적으로 형성된 평탄부(18)와 상기 내벽 사이에 통로가 형성되어 있으며, 상기 통로의 단면적은 제 3 연료조절수단(17a)의 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  7. 제4항에 있어서, 상기 밸브요소(8)는, 상기 가장자리부의 상류측에 위치하고, 상기 연료통로수단(11)의 상기 내벽을 향해 돌출모양으로 형성되어 있으며, 상기 내벽을 슬라이딩하여 상기 제 1 슬라이딩 접촉부(15)와 협동함으로써 상기 밸브요소(8)의 운동을 안내하는 제 2 슬라이딩 접촉부(16)를 포함하며, 상기 제 2 슬라이딩 접촉부(16)에 부분적으로 형성된 평탄부(18)와 상기 내벽 사이에 통로가 형성되어 있으며, 상기 통로의 단면적은 상기 제 3 연료조절수단(17a)의 단면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제 2 슬라이딩 접촉부(16)의 상기 평탄부(18)는 연료흐름에 대해 상기 가장자리부(21)의 상기 평탄부(23)와 일직선으로 되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제 2 연료조절수단(24)에 있어서의 압력손실율(P2)은 상기 제 3 연료조절수단(17a)의 압력손실율 이상인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제 3 연료조절수단(17a)의 상기 압력손실율(P3)은 2% 보다 큰 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제 3 연료조절수단(17a)의 상기 압력손실율(P3)은 6% 보다 큰것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 연료조절수단(24)(17a)의 전체 압력손실율(P2+P3)은 상기 제 1 연료조절수단(20)의 압력손실율(P1) 이하인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  13. 제2항에 있어서, 상기 제 2 연료조절수단(24)에 있어서의 압력손실율(P2)은 상기 제 3 연료통로수단(17a)에 있어서의 압력손실율(P3) 이상인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  14. 연료통로(11)를 분사구(10) 쪽으로 한정하며, 상기 연료통로(11)에 형성된 밸브시이트(12)를 구비하는 연료통로수단(7)과; 상기 연료통로(11)에 배설되어 있고, 연료분사를 중단시키며, 상기 밸브시이트(12)와 협력하도록 전자기적으로 작동하는 밸브요소(8)와; 밸브시이트(12)와 상기 밸브요소(8) 사이, 또는 상기 밸브시이트(12)의 상기 분사구(10) 측에 형성되어 있고, 상기 밸브요소(8)와 상기 밸브시이트(12)가 밸브개방위치에 있을 때 소정의 압력손실을 발생시킴으로써 상기 분사구(10)로부터 분사될 연료량을 조절하는데 제 1 연료조절수단(20)을 포함하여 이루어진 연료를 분사하는 연료분사밸브에 있어서, 상기 밸브요소(8)는, 상기 연료통로수단(7)의 내벽을 향해 방사상으로 뻗어있으며, 상기 내벽을 슬라이딩하여 상기 밸브요소(8)의 운동을 안내하고, 부분적으로 형성된 평탄부(17)를 구비하여 제 1 연료통로(17a)를 형성하도록 하는 제 1 슬라이딩 접촉부(15)와 ; 상기 제 1 슬라이딩 접촉부(15)의 상류측에 형성되어 있고, 상기 연료통로수단(11)의 내벽을 향해 방사상으로 뻗어있으며, 상기 내벽을 슬라이딩하여 상기 밸브요소(8)의 운동을 안내하며, 부분적으로 형성된 평탄부(18)를 구비하여 제 2 연료통로를 형상하도록 하는 제 2 슬라이딩 접촉부(16)와; 상기 제 1 슬라이딩 접촉부(15)와 상기 제 2 슬라이딩 접촉부(16) 사이에 형성됨과 아울러 상기 연료통로수단(7)의 내벽을 향해 방사상으로 뻗어있어 제 3 연료통로(24)를 형성하도록 하는 가장자리부(21)를 포함하되, 상기 제 1 연료조절수단(20), 제 1 연료통로(17a), 제 2 연료통로와 제 3 연료통로(24)의 각 단면적은, 상기 제 1 연료조절통로(20) 〈 상기 제 3 연료통로(24) 〈 상기 제 1 연료통로(17a) 〈 상기 제 2 연료통로의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가장자리부(21)의 외주면에는 상기 연료통로수단(7)의 상기 내벽을 슬라이딩하도록 몸체부(22)가 형성되어 있고, 상기 몸체부(22)에는 상기 제 3 연료통로(24)를 형성하도록 평탄부(23)가 부분적으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제 1 슬라이딩 접촉부의 상기 평탄부(17)는 연료흐름에 대해 상기 가장자리부(21)의 상기 평탄부(23)와 일직선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제 1 연료통로(17a)에 있어서의 압력손실율은 전체 압력손실의 6% 이상인 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
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