KR100303454B1

KR100303454B1 - 통내 분사용 연료분사 밸브

Info

Publication number: KR100303454B1
Application number: KR1019990005808A
Authority: KR
Inventors: 아오타마사유키; 마쓰모토오사무; 무네자네쓰요시
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2001-09-24
Also published as: KR20000011178A; JP2000018125A; DE19854878A1; US6199538B1

Abstract

연료압의 영향에 의한 하우징과 코어의 체결부의 이완을 방지하고, 또 하우징과 코어의 체결을 값싸게 할 수 있는 통내 분사용 연료 분사밸브를 얻는다.

이 구성에 있어서는 통내분사용 연료분사밸브(100)는 연료를 분사하는 밸브장치(3)와 밸브장치(3)를 개폐하는 솔레노이드(26)와 밸브장치(3) 및 솔레노이드 (26)를 수용하는 하우징(102)과 밸브장치(3)와 델리버리 파이프(4)에 접속하는 연료관을 겸용하는 코어(33)를 구비하여 코어(33)는 델리버리 파이프(4)내에 설치되고, 델리버리 파이프(4)내로 부터의 연료압을 받는 델리버리 파이프측 수압부(150)와 하우징(102)내에서 밸브장치(3)에 접속되고, 하우징(102)내로 부터의 연료압을 받는 하우징측 수압부(140)와 이 2개의 수압부 사이에 설치된 하우징(102)과 체결부 (33d)를 구비하고 있고 델리버리 파이프측 수압부(150)의 수압면적 S_B가 하우징측 수압부(150)의 수압면적 S_A보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

통내 분사용 연료 분사밸브{FUEL INJECTION VALVE FOR THE CYLINDER INJECTION}

본 발명은 내연기관의 연소실내에 연료를 직접 분사하기 위한 통내 분사용 연료 분사밸브에 관한 것이다.

종래의 통내 분사용 연료 분사밸브(1)의 예를 도 2내지 도 4에 표시한다. 도 2에서 통내 분사용 연료 분사밸브(1)의 단면도를 표시한다.

도면에서 통내 분사용 연료 분사밸브(1)의 선단부는 내연기관의 실린더 헤드(5)의 분사밸브 삽입공(6)에 삽입되어 있다.

대략 평판상의 포크(28)에 의해 하우징(2)의 프랜지부(2a)를 누르고 볼트 (29)에 의해 포크(28)를 실린더 헤드(5)에 고착함으로써 통내 분사용 연료 분사밸브(1)는 실린더 헤드(5)에 부착되어 있다.

또, 실린더 헤드(5)와 통내 분사용 연료 분사밸브(1) 사이는 콜게이트 위셔(160)에 의해 실(Seal)되어 있다.

통내 분사용 연료 분사밸브(1)은 하우징(2)의 일단에 코킹등의 결합수단에 의해 지지된 밸브장치(3)를 구비하고 있다.

밸브장치(3)는 소경원통부(7) 및 대경원통부(8)을 갖는 단이 붙은 중공원통형의 밸브본체(9)와 밸브본체(9)내에서 중심공선단에 고착 되어서 연료 분사공(10)을 갖는 밸브좌(11)와 솔레노이드(26)에 의해 밸브좌(11)에 이접 시켜서 연료 분사공(10)을 개폐하는 밸브체인 니들 밸브(12)와 니들밸브(12)를 축 방향으로 안내하는 동시에 직경방향 안쪽을 향해 밸브좌(11)의 연료분사공(10)에 흘러 들려고 하는 연료에 선회운동을 시키는 선회체(13)을 구비하고 있다.

하우징(2)의 내부에는 코일(27)을 조립한 솔레노이드(26)가 설치되어 있다.

솔레노이드(26)의 내부에는 아마추어(30), 하우징(2)과 함께 자기통로를 구성하는 코어(33)가 설치되어 있다.

코어(33)의 내부에는 직경이 다른 원통구멍(33a),(33b)이 있고 원통 구멍(33a)에는 니들밸브(12)가 밸브좌(11)를 밀어 붙이기 위한 스프링(31) 및 이 스프링(31)의 스프링력을 조정하기 위한 중공원통상의 로드(32)가 설치되어 있다.

또, 원통구멍(33b)에는 연료필터(34)가 설치되어 있다.

또, 코어(33)의 일단의 외주부에는 도시하지 않은 고압 연료펌프로부터 델리버리 파이프(4)의 내부를 통해 통내 분사용 연료 분사밸브(1)에 공급되는 연료가 코어(33)와 델리버리 파이프(4) 사이에서 누설되는 것을 방지하기 위한 델리버리 파이프측 O링(35)의 백업링(36),(37)에 끼워져서 설치되어 있다.

코어(33)의 타단의 외주부에는 솔레노이드(26)에 인접해서 두께가 얇은 원통면(38a)을 갖는 부시(38)가 설치되어 있다.

이 원통면(38a)의 외주부에는 하우징(2)과 부시(38)의 원통면(38a) 사이를 실하는 외측 O링(40)이 설치되고, 원통면(38a)의 내주부에는 코어(33)와 부시(38)의 원통면(38a)과의 실을 하는 내측 O링(41)이 설치되어 있고, 연료가 코일(27)에 침입하는 것을 방지하고 있다.

또, 외측 O링(40) 및 내측 O링(41)에 대해 코일(27)과 반대쪽의 위치에는 외측 O링(40) 및 내측 O링(41)을 축 방향으로 위치 결정하는 스페이서(39)가 설치되어 있다.

도 3은 밸브장치(3)의 일부를 구성하는 선회체(13)의 주변을 표시하는 확대도이고, 도 4는 선회체(13)의 X시도이다.

도 3 에서 선회체(13)는 중심에 밸브체인 니들밸브(12)를 둘러싸고 축방향으로 슬라이드 가능하게 지지하는 중심공(15)을 갖는 대략 중공통형의 부재로 밸브장치 (3)내에 조립되었을 때 밸브좌(11)에 접하는 제1단면(16)과 밸브좌(11)과 반대측의 제2단면(17)과 이들 단면간에 있고 밸브본체(9)의 내주면(18)에 접하는 주면(19)을 구비하고 있다.

선회체(13)의 제2단면(17)은 그 주변부에서 밸브본체(9)의 내주면(18)의 어깨부(20)에 맞닿여서 지지되어 있고, 또, 직경방향으로 뻗은 통로홈(21)이 형성되어 있어 제 2단면(17)의 내주부에서 외주부로 연료가 흐를수 있도록 하고 있다.

선회체(13)의 주면(19)에는 서로 등 간격으로 주 방향으로 이간해서 축방향으로 뻗은 다수의 평탄면이 형성되어 있고, 이 결과 주면(19)에는 밸브본체(9)의 내주면(18)에 맞대어서 밸브본체(9)에 대한 위치를 규정하는 여러개의 외주면부분과 이들 외주면 부분간에 설치된 평탄면으로 내주면(18)과 함께 연료의 축방향 유로(22)를 형성하는 유로부분(23)이 형성되어 있다.

이들의 축방향 유로(22)는 밸브본체(9)의 내주면(18)과 평탄한 유로부분(23)사이의 간격이므로 단면형이 편면 볼록랜즈상(도 4 사선부)이다.

선회체(13)의 밸브좌(11)에 면하는 축방향 단면 즉 제1단면(16)에는 제1단면(16)에는 제1단면(16)의 중심공(15)에 인접하는 내주변에 형성된 소정폭의 내주환상구(24)와 일단에서 주면(19)의 유로부분(23)에 접속 되어서 거기서부터 대략 직경방향 내측방향에서 내주환상구(24)의 접성 방향으로 뻗어, 타단에서 내주환상구(24)에 접선방향으로 접속된 선회구(25)가 설치되어 있다.

이와같이 구성된 통내 분사용 연료 분사밸브(1)에서 델리버리 파이프(4)의 내부에 있는 연료는 연료필터(34), 로드(32)의 내부의 원통구멍 코어(33)의 원통구멍(33a), 아마추어(30)의 내부의 원통구멍을 통과하고 다시 니들밸브(12)의 외주의 2면 컷부(12a)의 외측 U자 형상의 스토퍼(42)의 개구부, 니들밸브(12)의 외주의 4면컷부(12b)의 외측을 통해서 선회체(13)까지 공급된다.

코일(27)에 통전하면 아마추어(30),코어(33),하우징(2)으로 구성되는 자기통로에 자속이 발생하고 아마추어(30)는 코어(33)측에 흡입 동작한다.

아마추어와 일체로 작동하는 니들밸브(12)가 밸브좌(11)로부터 이탈되어 간격이 형성되면 연료는 우선 선회체(13)의 제2단면(17)의 통로구(21)를 통해서 주면(19)의 축방향유로(22)를 흐르고 제1단면(16)의 선회구(25)에 유입해 직경방향 내측으로 흐르고 제1단면(16)의 내주환상구(24)내에 그 접선방향으로 흘러들어 선회류가 되어 밸브좌(11)의 분사공(10)내에 들어가 그 선단 출구로부터 분무된다.

이와같이 구성된 통내 분사용 연료 분사밸브(1)에서는 내부를 흐르는 고압의 연료 때문에 코어(33)의 프랜지부(33c)에서 하우징(2)과 코어(33)의 축방향의 위치어긋남을 방지하기 위해 코어(33)의 하우징(2)과의 체결부(33d)를 코킹하고 있다.

또, 체결부(33d)의 강도를 올리기 위해 전주용접을 하고 있었다.

여기서 체결부(33d)에 걸리는 힘의 관계를 도2를 사용해서 설명한다.

도면에서 A는 외측 O링(40)이 삽입되어 있는 하우징(2)의 내주면(2d)의 내경 (mm),B는 델리버리 파이프측 O링(35)이 삽입되어 있는 델리버리 파이프(4)의 내주면(4a)의 내경(mm)을 표시하고 있다.

델리버리 파이프(4)내의 연료의 연료압을 P(MPa)로 한다.

종래의 통내 분사용 연료 분사밸브(1)의 구성에서는 A쪽이 B보다 컷으므로 체결부(33d)에는 C방향에 (π/4) × (А²- В²)×P의 힘이 발생하고 있었다.

따라서 연료압은 코어(33)를 C방향으로 밀어올려 체결부(33d)의 코킹을 이완 시키는 방향으로 작용하고 있었다.

이결과 하우징(2)와 코어(33)와의 축방향의 위치 어긋남을 일으키고 아마추어(30)의 단면과 코어(33)의 단면과의 사이의 에어갭(43)을 변화시켜 버린다.

이 에어갭의 변화는 니들밸브(12)를 밀어 올리는 솔레노이드(26)의 흡인력을 변화 시키고 실린더 헤드(5)의 내부에의 연료 분사량을 변화 시키는 문제점이 있었다.

이런 문제점을 해결하기 위해 종래는 상술한 바와 같이 코어(33)의 하우징 (2)과의 체결부(33d)를 코킹하고 또, 체결부(33d)의 강도를 올리기 위해 전주용접을 하고, 하우징(2)와 코어(33)의 축방향의 위치 어긋남을 방지하고 있으나 이것으로는 코킹 이외에 용접도 할 필요가 있고 코스트가 비싸 진다는 과제가 있었다.

본 발명은 이와같은 과제를 해결하기 위한 것으로 연료압의 영향에 의한 하우징과 코어의 체결부의 체결의 풀어짐을 방지하고, 또 하우징과 코어의 체결을 값싼 것으로 할 수 있는 통내 분사용 연료 분사밸브를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 통내 분사용 연료 분사밸브는 연료를 분사하는 밸브장치와 밸브장치를 개폐하는 솔레노이드와 밸브장치 및 솔레노이드를 수용하는 하우징과 밸브장치를 델리버리 파이프에 접속하는 연료관 장치를 구비하고, 이 연료관장치는 델리버리 파이프내에 설치되고, 델리버리 파이프내로 부터의 연료압을 받는 델리버리 파이프측 수압부와 하우징내에서 밸브장치에 접속되고, 하우징내로 부터의 연료압을 받는 하우징측 수압부와 이들 2개의 수압부 사이에 설치된 하우징과의 체결부를 구비한 통내 분사용 연료분사 밸브에서 델리버리 파이프측 수압부의 수압면적이 하우징측 수압부의 수압 면적 보다도 큰 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 통내 분사용 연료 분사밸브는 델리버리 파이프측 수압부가 연료관 장치와 델리버리 파이프를 실(Seal)하는 O링을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 통내 분사용 연료 분사밸브는 하우징측 수압부가 연료관 장치와 하우징을 실하는 O링을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명에 관한 통내 분사용 연료 분사밸브는 연료관 장치가 델리버리 파이프에 접속된 연료관과 이 연료관에 일체로 형성되고, 솔레노이드의 자기회로를 형성하는 코어부분을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시의 형태 1 의 통내분사용 연료 분사밸브의 단면도.

도 2 는 종래의 통내 분사용 연료 분사밸브의 단면도,

도 3 은 종래의 통내분사용 연료 분사밸브의 선회체(13)의 주변을 표시하는 확대도.

도 4 는 도 3 의 X 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1,100 : 통내 분사용 연료 분사밸브 2,102 : 하우징

2c, 3 : 밸브장치 4 : 델리버리 파이프

26 : 솔레노이드 33 : 코어(연료관)

33d : 체결부 33e : 코어부분

130 : 연료관장치 140 : 하우징측 수압부(受壓部)

150 : 델리버리 파이프측 수압부

실시의 형태 1

도 1은 본 발명의 실시의 형태인 통내 분사용 연료 분사밸브(100)를 표시하는 단면도이다.

도면에서 종래예인 도2와 동일부분 또는 상단 부분을 표시하고 있다.

연료를 분사하는 밸브장치(3)는 소경원통부(7) 및 대경원통부(8)를 갖는 단이붙은 중공 원통형의 밸브본체(9)와 밸브본체(9)내에서 중심공 선단에 고착되어 연료분사공(10)을 갖는 밸브좌(11)와 솔레노이드(26)에 의해 밸브좌(11)에 이접해서 연료 분사공(10)을 개폐하는 밸브체인 니들밸브(12)와 니들밸브(12)를 축방향으로 안내하는 동시에 직경방향으로 밸브좌(11)의 연료분사공(10)에 흘러들려고 하는 연료에 선회운동을 부여하는 선회체(13)를 중요한 구성부품으로 하고 있다.

밸브장치(3)를 개폐하는 솔레노이드(26)는 코일(27)이 조립되어 있고 밸브장치(3)와 함께 하우징(102)에 수용되어 있다.

연료관 장치(130)의 주된 구성부품은 솔레노이드(26)에 대향해서 그 자기회로를 형성하는 코어부분(33e)으로부터 일체로 연장해서 델리버리 파이프(4)내에까지 연장해 연료를 델리버리 파이프(4)로부터 밸브장치(3)까지 송유하는 연료관으로서의 기능을 겸한 형상이 되어 있는 코어(33), 중공원통상의 스페이서(138), 하우징측 O링(141), 델리버리 파이프측 O링(35), 백업링(36),(37)이고 밸브장치 (3)를 델리버리 파이프(4)에 접속 하도록 설치되어 있다.

이 연료관장치(130)에는 델리버리 파이프측 O링(35)을 구비해서 델리버리 파이프(4)내에 설치되고, 델리버리 파이프(4)내에서의 연료압을 받는 델리버리 파이프측 수압부(受壓部)(150)와 하우징(102)내에서 연료통로로서 밸브장치(3)에 접속되고, 하우징측 O링(141)을 구비해서 하우징(102)내로부터의 연료압을 받는 하우징측 수압부(140)와, 이들 2개의 수압부인 델리버리 파이프측 수압부(150)와 하우징측 수압부(140) 사이에 설치된 하우징(102)과의 체결부(33d)가 설치되어 있다.

델리버리 파이프(4)의 내주면(4a)은 원통면이고 그 내경은 B이다. 이 내주면(4a)에는 연료관을 겸용한 코어(33)와 델리버리 파이프(4)를 실하는델리버리 파이프측 0링(35)이 삽입되고 델리버리 파이프(4)내로 부터의 연료의 연료압을 D방향으로 받는 델리버리 파이프측 수압부(150)를 형성하고 있다. 델리버리 파이프측 수압부(150)의 외경은 델리버리 파이프(4)에 삽입 되었을 때 B이고, 그 수압면적 S_B=(π/4) ×B²이 된다.

종래예의 도 2에 대한 상위점은 코어(33)의 외주부의 솔레노이드(26)에 인접한 위치에 설치된 하우징(102)과 연료관을 겸용한 코어(33)사이에 설치된 하우징(102)내로부터의 연료의 연료압을 C방향으로 받는 하우징측 수압부(140)를 형성하고 있는 실 구조이다.

솔레노이드(26)에 인접해서 중공원통상의 스페이서(138)가 설치되어 있다. 스페이서(138)에 인접해서 하우징(102)의 요부의 내경A의 내주면(102d)와 코어(33)의 외주 사이를 실하는 하우징측 O링(141)이 설치되고 연료가 코일(27)에 침입하는 것을 방지하고 있다. 이 하우징측 수압부(140)의 외경은 하우징(102)에 삽입되었을때 A이고 그 수압면적 S_A=(π/4) ×A²이 된다.

이 두개의 수압부는 델리버리 파이프측 수압부의 수압면적 S_B가 하우징측 수압부의 수압면적 S_A보다도 크게 되도록 형성되어 있다.

따라서 본 실시의 형태의 통내 분사용 연료분사밸브(100)의 구성에서는 체결부(33d)에는 D방향에 (π/4) ×(B²- A²) ×P의 힘이 발생한다.

이 때문에 체결부(33d)는 연료압에 의해 D방향으로 힘이 작용하므로 체결부(33d)의 코킹은 느슨해지기 힘들다.

이 결과 하우징(2)과 코어(33)는 축방향의 위치 어긋남을 발생하기 힘들고 에어갭(43)은 변화하기 힘들다. 따라서 니들밸브(12)를 밀어올리는 솔레노이드(26)의 흡입력을 일정하게 유지할 수있고 실린더 헤드(5)의 내부에의 안정된 연료분사량이 가능해진다. 또 체결부(33d)에는 연료압에 의한 C방향의 힘이 걸리지 않으므로 코킹에 의한 체결로 충분하고 용접등이 필요없게 된다.

본 실시의 형태에서는 하우징측 수압부(140)는 스페이서(138)와 하우징측 O링(141)을 사용한 구조로 되어 있다.

델리버리 파이프측 수압부(150)의 수압면적 S_B가 하우징측 수압부의 수압면적S_A보다도 크게 되도록 형성 되었으면 도 2와 같이 외경을 작게한 외측 O링(40), 내측 O링(41)을 사용한 구조라도 된다.

또, 하우징측 수압부(140)에서는 델리버리 파이프(4)의 내부면(4a)의 내경을크게해도 된다. 코어(33)는 연료관을 겸한 구조로 되어 있으나 델리버리 파이프(4)와 밸브장치(3)를 접속하는 연료관을 코어(33)와 별도로 설치해도 된다.

청구항 1의 발명에 관한 통내 분사용 연료 분사밸브에 의하면 연료를 분사하는 밸브장치와 밸브장치를 개폐하는 솔레노이드와 밸브장치 및 솔레노이드를 수용하는 하우징과 밸브장치를 델리버리 파이프에 접속하는 연료관 장치를 구비하고, 이 연료관 장치는 델리버리 파이프내에 설치되고 델리버리 파이프내로 부터의 연료압을 받는 델리버리 파이프측 수압부와 하우징내에서 밸브장치에 접속되어 하우징내로 부터의 연료압을 받는 하우징측 수압부와 이들 2개의 수압부 사이에 설치된 하우징과의 체결부를 구비한 통내 분사용 연료분사 밸브에서 델리버리 파이프측 수압부의 수압면적이 하우징측 수압부의 수압면적 보다도 크므로 연료압의 영향에 의한 하우징과 코어의 체결부의 체결의 이완을 방지하고 또 하우징과 코어의 체결을 값싼 것으로 할 수 있다.

또, 청구항 2의 발명에 관한 통내 분사용 연료분사 밸브에 의하면 델리버리 파이프측 수압부가 연료관 장치와 델리버리 파이프를 실하는 O링을 구비하고 있으므로 청구항 1의 발명과 같은 효과외에 델리버리 파이프측 수압부를 간단하게 구성할 수가 있다.

또, 청구항 3의 발명에 관한 통내분사용 연료 분사밸브에 의하면 연료관장치가 델리버리 파이프에 접속된 연료관과 이 연료관에 일체로 형성되고 솔레노이드의자기회로를 형성하는 코어부분을 구비하고 있으므로 청구항 1의 발명과 같은 효과 이외에 연료관과 코어 부분을 별체로 설치할 필요가 없이 코스트를 저감 시킬 수가 있다.

Claims

연료를 분사하는 밸브장치와 상기 밸브장치를 개폐하는 솔레노이드와 상기 밸브장치 및 상기 솔레노이드를 수용하는 하우징과 상기 밸브장치를 델리버리 파이프에 접속하는 연료관 장치를 구비하고,상기 연료관 장치는 상기 델리버리 파이프내에 설치되고, 상기 델리버리 파이프로 부터의 연료압을 받는 델리버리 파이프측 수압부와, 상기 하우징내에서 상기 밸브장치에 접속되고,상기 하우징내로 부터의 연료압을 받는 하우징측 수압부와, 상기 2개의 수압부 사이에 설치된 상기 하우징과의 체결부를 구비한 통내 분사용 연료 분사밸브에서 상기 델리버리 파이프측 수압부의 수압면적이 상기 하우징측 수압부의 수압면적 보다도 큰 것을 특징으로 하는 통내 분사용 연료 분사밸브
제 1 항에 있어서,

상기 델리버리 파이프측 수압부가 상기 연료관 장치와 상기 델리버리 파이프를 실(Seal)하는 O링을 구비하는 것을 특징으로 하는 통내 분사용 연료 분사밸브
제 1 항에 또는 제 2 항에 있어서,

상기 연료관 장치가 상기 델리버리 파이프에 접속된 연료관과 상기 연료관에일체로 형성되어 상기 솔레노이드의 자기회로를 형성하는 코어부분을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통내 분사용 연료 분사밸브