KR100323937B1 - 왕복내연기관의연료분사밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복내연기관의 연료분사밸브에 관한 것이며, 엔진의 실린더의 연소실내로 돌출되고, 연소실에 근접한 끝면에 시트(18)가 형성된 밸브하우징과, 밸브하우징을 통해 연장되고, 연소실에 근접한 단부에 밸브하우징으로부터 돌출되고, 시트(18)와 연동하는 밀폐면(19)이 형성된 버섯모양의 밸브콘(20')을 갖추고, 밸브하우징을 통해 흐르는 연료의 흐름방향으로 개방되어 연료가 고압에서 연소실로 분사되도록 하는 가동 폐쇄부(20)로 이루어지는 왕복내연기관의 연료분사밸브에 있어서, 밸브하우징에 폐쇄부의 버섯모양의 밸브콘(20')에 거는 캡(8)을 설치하고, 캡은 연료제트를 형성하도록 시트(18)의 영역에서 최소한 1개의 노즐덕트(21)가 형성되어 있다.

Description

왕복내연기관의 연료분사밸브

본 발명은 앤진의 실린더의 연소실내로 돌출되고, 연소실에 근접한 끝면에시트가 형성된 밸브하우징과, 밸브하우징을 통해 연장되고, 연소실에 근접한 단부에 밸브하우징으로부터 돌출되고, 시트와 연동하는 밀폐면이 형성된 버섯모양의 밸브콘을 갖추고, 밸브하우징을 통해 흐르는 연료의 흐름방향으로 개방되어 연료가 고압에서 연소실로 분사되도록 하는 가동 폐쇄부로 이루어지는 왕복내연기관의 연료분사밸브에 관한 것이다.

이 형태의 분사밸브에 있어서, 함께 연동하는 시트와 밀폐면이 밸브의 개방시에 연료제트를 헝성하는데 사용됨으로써, 원뿔의 외경과 같은 모양의 제트가 형성된다. 공지된 분사벨브의 하나의 결점은 큰 원형의 개구단면으로 인해 폐쇄부는 작은 이동에 대하여만 설계될 수 있고, 이에 따라서 시트와 밀폐면 사이에서 발생되는 클리어런스흐름이 매우 센서티브해진다는 것이다. 예를 들면, 상기 언급한 2개의 변 사이의 기하학적 공차(公差)에 의해, 또는 폐쇄부의 부정확한 축방향 안내에 의해 비대칭 제트가 형성되고, 이것은 연소실에서의 연료의 연소에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다. 또 다른 결점은 분사펌프에 의해 발생되는 분사압력에 의해 개구단면을 조절할 때, 폐쇄부의 개방시에 진동이 발생한다는 것이다. 이와 같은 진동과 폐쇄시의 폐쇄부에서의 변형은 경우에 따라서 버섯모양의 밸브콘의 파손을 야기할 수 있다. 이와 같이 파손된 밸브콘의 파편은 연소실로 떨어져서 피스톤 및/또는 실린더벽에 손상을 입힐 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 형태의 분사밸브를 개선하여 전술한 결점을 없애는 것이다.

이 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 밸브하우징에 폐쇄부의 버섯모양의 밸브콘에 거는 캡을 설치하고, 캡은 연료제트를 형성하도록 시트의 영역에서 최소한 1개의 노즐덕트가 형성되어 있다.

밸브콘상에 캡을 설치함으로써, 밸브콘이 파손되어도 파편이 연소실로 떨어지지 않고 캡에 의해 걸리게 된다. 또한, 피스톤 및/또는 실린더벽이 더 이상 손상되지 않는다. 그 결과, 최소한 1개의 노즐덕트를 캡에 배설하였으므로, 원뿔의 외형모양인 연료제트는 형성되지 않는다. 그 대신에 최소한 하나의 연료제트를 형성하는데, 이 연료제트는 노즐덕트의 정면에 연결되고, 버섯머리모양의 밸브콘이 없이 원뿔형 밀폐면을 갖춘 밸브니들을 포함하는 분사밸브에서 형성되는 연료제트와 동일한 특성을 갖는다. 이들 공지된 표준 분사밸브에 있어서의 제트분사는 양호한 것으로 밝혀졌고, 또한 이것은 본 발명에 따라서 버섯머리모양의 밸브콘을 가지는 분사밸브에 의해 가능하게 된다. 본 발명에 따른 분사밸브의 다른 이점은 폐쇄부의 이동이 연료제트가 원뿔의 외형인 종래의 분사밸브에서보다 더 크게 될 수 있다는 것이다. 그 결과, 제트의 단면의 크기를 폐쇄부의 이동에 의존하여 헝성되도록 변화시 킬 수 있으므로, 이동이 분사압력에 의해 또는 패쇄부의 조정장치에 의해 조정될 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도에 나타낸 바와 같이, 분사밸브는 하우징(1)으로 이루어지고, 이 하우징(1)은 상부(2) 및 하부(3)로 구성되며, 이들은 유니온너트(4)에 의해 함께 고정된다. 하우징(1)은 실린더헤드(6)에 플랜지(5)로 지지되어 있고, 이 실린더헤드(6)는 디젤설계된 왕복내연기관의 실린더(도시하지 않음)에 있는 연소실(7)의 상면에서 경계를 형성한다. 하우징(1)은 실린더헤드(6)를 관통하고, 하부(3)에서 소경부(小徑部)(3')가 연소실(7)내로 돌출되어 있다.

분사밸브에 연료(화살표 A)를 공급하기 위하여, 하우징(1)은 덕트(10)를 포함하고, 이 덕트(10)는 플랜지(5)내로 반경방향으로 연장되다가 하우징의 대략 종방향으로 상부(2)를 거쳐 하부(3)로 연장되고, 여기서 하우징의 중심에 근접하여 위치하는 챔버(11)내로 개구된다. 하우징(1)의 중심에는 폐쇄부(20)의 축방향으로 변위가능한 로드(12)가 설치되고, 이것은 제1도에서 그 하단부가 버섯모양의 밸브콘(20')에 지지되고, 상단부가 스프링플레이트(13)에 고정되어 있다. 스프링플레이트(13)는 그 하측에서 압력스프링(14)상에 지지되어 있다. 축방향으로 변위가능한 로드(12)를 안내하기 위하여, 상부(2)의 하반부와 하부(3)에는 일정한 직경으로 직선으로 관통되는 개구부(9)가 형성된다. 상부(2)의 상반부에서 개구부(9)의 직경이 확대되어 스프링플레이트(13)에 대한 가이드를 형성한다. 이 스프링플레이트(13)는 로드(12)와 함께 축방향으로 변위가능하다. 확대된 개구부에 의해 형성된 챔버(15)는 압력스프링 (14)을 수용하고 있으며, 상부에서 나사(16)에 의해 밀폐된다.

로드(12)의 직경은 챔버(11)의 조금 위로부터 축소되고, 이에 따라서 형성된 보다 가늘은 로드부분(12')과 개구부(9)와의 사이에는 소경부(3')의 최저단부까지 직선으로 연장되는 링채널(17)이 형성된다. 소경부(3')의 끝면은 연소실(7)에 향해 점점 넓어지는 원뿔형 시트(18)로서 형성된다(제2도). 시트(18)는 버섯모양의 밸브콘(20')의 상측에 형성된 상응하는 원뿔형 밀폐면(19)과 연동한다.

하우징의 소경부(3')상에는 나사캡(8)이 나사결합되고, 이 나사캡(8)은 연소실(7)에 위치된 그 하부가 밸브콘(20')에 걸려있다. 시트(18)의 영역에는 밸브의 종축을 횡단하여 연장되는 노즐덕트(21)가 형성되고, 이것을 이용하여 연료제트를 형성한다. 제2도의 좌측에서 알 수 있는 바와 같이, 덕트(21)의 단면은 원형이다. 캡(8)의 중심에는 그 내측에 돌출된 정지면 (8')이 형성되고, 폐쇄부(20)가 완전히 개방된 위치에서 여기에 접하게 된다. 또한, 제2도로부터 알 수 있는 바와 같이, 나사캡(8)은 시트(18)아래의 그 내측에서 실린더면(8" )을 형성하고, 이것은 폐쇄부(20)에 대한 가이드면으로서 사용되며 , 또한 밀폐면(19) 아래에서 원통형 구조로 형성된다. 노즐덕트(21)의 상측 경계는 시트(18)에 대하여 연소실(7)에 향해 거리 X만큼 편의되어 있으며, 그 결과 분사밸브는 개방되기 전에 예비행정을 거친다.

제1도 및 제2도에 나타낸 분사밸브는 다음과 같이 동작한다. 밸브는 통상 폐쇄위치, 즉 폐쇄부(26)가 그 밀폐면(19)과 함께 시트(18)에 긴밀하게 접하는 위치로 되는데, 이것은 압력스프링(14)에 의해 이루어진다. 덕트(10)와 링채널(17)은 압력이 100바(bar) 이하인 연료로 충전된다. 연소실 (7)로의 연료분사는 덕트(10)에 연결된 분사펌프의 이송압력에 의존하며, 펌프는 도시하지 않았다. 연료압력에 의해 개방력이 생성되어 밸브콘(20')에 작용하는 개방력이 압력스프링(14)의 폐쇄력을 초과하는 순간에 폐쇄부가 하측으로 변위되어, 연료가 링채널(17)로부터 덕트(21)로 흐른다. 연료가 덕트(21)를 통해 흐를 때, 연료제트가 형성되어 연소실(7)의 입구에서 분사되고, 여기서 압축공기와 혼합됨으로써, 연료가 점화 및 연소된다. 그 결과, 덕트(21)의 상측경계가 시트(18)에 대하여 편의되어 덕트(21)를 통과하는 흐름은 밸브콘이 시트(18)로부터 떨어지는 것보다 다소 늦어진다. 분사펌프의 이송압력이 작아지면, 밸브콘(20')은 압력스프링(14)에 의해 폐쇄위치로 복귀되어 분사동작이 종료된다. 폐쇄부의 각 이동은 분사펌프의 이송압력에 의존하고, 따라서 엔진의 부하에 의존한다. 전부하에서 폐쇄부는 정지면(8')에 접할 때까지 개방된다.

제3도에 나타낸 예시적인 실시예에 있어서, 노즐덕트(31)의 단면은 대략 사각형이고, 시트(18)는 덕트(31)의 상측경계에 대하여 연소실(7)에 향해 변위된다. 제1도 및 제2도에 나타낸 분사밸브의 동작에 대하여 설명한 바와는 달리, 밸브콘(20')이 시트(18)로부터 떨어지면 분사동작이 즉시 개시된다.

제4도 및 제5도에 나타낸 예시적인 실시예에 있어서, 패쇄부(40)의 로드부분 (12')의 하단부에는 밀폐면(42)을 포함하는 버섯모양의 밸브콘(40')이 있으며, 이것은 소경부(3')의 하단부의 시트(18)와 연동한다. 밸브콘(40')은 나사캡(48)에 의해 포위되고, 이 나사캡(48)은 정지면과 폐쇄부의 원통형 가이드면에 있어서 나사캡(8)과 동일한 구조로 되어 있다. 그러나, 하나의 차이점은 사각형 덕트(41)가 제3도에 나타낸 나사캡(8)보다 크기가 더 크고, 각 덕트(41)내로 스풀플레이트(45)가 돌출되는 것이며, 스풀플레이트(45)는 밀폐면(42) 아래에서 폐쇄부(40)에 부착된다. 따라서, 각 스풀플레이트마다 제4도 및 제5도에서의 상측끝면(45')이 노출덕트의 제트형성단면을 저면에서 한정한다. 종축과 평행인 스풀플레이트(45)의 경계면은 각 덕트(41)의 인접한 경계면에서 밀폐적으로 안내된다. 주위방향에서 측정한 각 덕트(41)의 폭에 따라서 동일한 폭을 가진 슬릿이 형성된 나사캡(48)이 상면에 설치된다. 이들 각 슬릿에는 링(44)의 림(limb)(43)이 돌출되어, 소경부(3')를 포위하고 나사캡(48)의 상측에지에 지지되어 나사캡과 함께 회전될 수 있다. 따라서, 제4도 및 제5도에서 각 림(43)의 하측끝면(43')은 연결된 덕트(41)의 제트형성단면의 상측에서 경계를 형성한다.

제4도 및 제5도에 나타낸 분사밸브의 동작모드는 기본적으로 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한 바와 같다. 즉, 분사펌프의 이송압력이 폐쇄스프링의 힘을 초과하면, 폐쇄부(40)는 연소실(7)에 향해 이동하고, 그 결과 연료가 링채널(17)로부터 노즐덕트(41)로 흐른다. 노즐덕트(41)의 제트형성부의 흐름단면은 면(43')과 면(45') 사이의 축방향거리에 의해 결정된다.

전술한 모든 실시예에 있어서, 노즐덕트의 수는 분사밸브의 소기의 적용에 의존한다. 분사밸브가 4행정 디젤엔진에 사용되면, 그것은 보통 연소실의 중심에 위치되고, 노즐덕트는 분사밸브의 외주상에 균일하게 분포된다. 연소실의 중심에 설치되는 출구밸브를 가지는 2행정 디젤엔진에 분사밸브가 설치될 때에는 수 개의 분사밸브가 보통 중심의 외측에 분포되어 설치된다. 이 경우에 있어서, 분사밸브마다 1개 이상의 노즐덕트가 형성되고, 이들로부터 배출되는 연료의 제트가 연소실에서 연소에 유리하게 가능한 한 멀리 분배된다.

전술한 예시적인 실시예와는 달리, 캡(8) 또는 (48)에 대하여 나사연결시키지 않고 클램핑조인트를 사용할 수도 있다.

제1도는 본 발명에 따른 분사밸브의 축단면도.

제2도는 제1도에 따른 분사밸브의 하단부의 확대도.

제3도는 변형된 분사밸브의 하단부를 제2도와 비교하여 나타낸 도면.

제4도는 변형된 다른 분사밸브의 하단부를 나타낸 도면.

제5도는 제4도에 나타낸 분사밸브의 하단부를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 하우징 , (2) : 상부, (3) : 하부, (5) : 플랜지 , (6) : 실린더헤드,

(8), (48) : 나사캡 , (8') : 정지면 , (9) : 개구부, (10), (41) : 덕트,

(11), (15) : 챔버 , (12) : 로드, (13) : 스프링플레이트, (14) : 압력스

프링 , (16) : 나사, (18) : 시트, (19), (42) : 밀폐면 , (20), (40) : 폐

쇄부, (20'), (40') : 밸브콘, (21), (31) : 노즐덕트, (44) : 링 , (45)

: 스풀플레이트,

Claims (13)

1. 엔진의 실린더의 연소실내로 돌출되고, 연소실에 근접한 끝면에 시트가 형성된 밸브하우징과, 밸브하우징을 통해 연장되고, 연소실에 근접한 단부에 밸브하우징으로부터 돌출되고, 시트와 연동하는 밀폐면이 형성된 버섯모양의 밸브콘을 갖추고, 밸브하우징을 통해 흐르는 연료의 흐름방향으로 개방되어 연료가 고압에서 연소실로 분사되도록 하는 가동 폐쇄부로 이루어지는 왕복내연기관의 연료분사밸브에 있어서,

   밸브하우징에 폐쇄부의 버섯모양의 밸브콘에 거는 캡을 설치하고,

   캡은 연료제트를 형성하도록 시트의 영역에서 최소한 1개의 노즐덕트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
2. 제1항에 있어서, 폐쇄부의 버섯모양의 밸브콘은 캡의 내측에 따라서 긴밀하게 안내되는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노즐덕트의 연소실로부터 반대쪽의 경계는 밸브 하우징의 시트에 인접하는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노즐덕트의 연소실로부터 반대쪽의 경계는 밸브 하우징의 시트에 대하여 연소실에 향해 변위되는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브콘의 밀폐면은 그 외측 주위에서 실린더면으로 통과하고, 밀폐면과 실린더면 사이의 에지는 노즐덕트의 입구 단면의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
6. 제3항에 있어서, 밸브콘의 밀폐면은 그 외측 주위에서 실린더면으로 통과하고, 밀폐면과 실린더면 사이의 에지는 노즐덕트의 입구 단면의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
7. 제4항에 있어서, 밸브콘의 밀폐면은 그 외측 주위에서 실린더면으로 통과하고, 밀폐면과 실린더면 사이의 에지는 노즐덕트의 입구 단면의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 노즐덕트에 대하여 폐쇄부의 버섯모양의 밸브콘은 상기 밸브콘내로 돌출되는 스풀플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
9. 제3항에 있어서, 각 노즐덕트에 대하여 폐쇄부의 버섯모양의 밸브콘은 상기 밸턴콘내로 돌출되는 스풀플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의연료분사밸브.
10. 제4항에 있어서, 각 노즐덕트에 대하여 폐쇄부의 버섯모양의 밸브콘은 상기 밸브콘내로 돌출되는 스풀플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캡의 내측에는 폐쇄부의 최대이동을 한정하는 정지면이 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
12. 제3항에 있어서, 캡의 내측에는 폐쇄부의 최대이동을 한정하는 정지면이 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.
13. 제4항에 있어서, 캡의 내측에는 폐쇄부의 최대이동을 한정하는 정지면이 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복내연기관의 연료분사밸브.