KR100367035B1

KR100367035B1 - 실린더내 연료 분사밸브

Info

Publication number: KR100367035B1
Application number: KR10-2000-0017959A
Authority: KR
Inventors: 스미다마모루; 무네자네쓰요시
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2003-01-09
Also published as: JP2000291512A; KR20000071578A; US6176441B1; DE19948061A1

Abstract

중심 분무량이 최소인 완전한 홀로콘상의 분무의 실현을 도모한다. 밸브체(9)의 선회체(111)에 축방향으로 이동 가능하게 지지된 부분의 외경치수를 D1, 상기 중심공(121)의 내경치수를 D2, 내주환상홈(151)의 외경치수를 D3으로 하였을때, 2×(D2 - D1) < D3 - D1이 되는 치수관계를 갖고, 또 밸브체(9)의 폐밸브중에서의 밸브좌(171)와 선회체(111)와 밸브체(9)에 의해 둘러싸인 공간(182)의 용적과 내주환상홈(151)의 용적과의 합계 용적이 0.25 mm³이하로 설정되어 있다.

Description

실린더내 연료 분사밸브{IN-CYLINDER FUEL INJECTION VALVE}

본 발명은 연료를 선회시키면서 분사구로부터 내연기관의 연소실내에 직접분사하는 실린더내 연료 분사밸브에 관한 것이다.

도 8은 일본국 특개평 2 - 215963 호 공보에 개시된 연료 분사밸브를 표시하는 축방향 단면도, 도 9는 도 8의 연료 분사밸브에서의 선회체를 표시하는 사시도이다. 도 8에서 51은 밸브하우징, 52은 밸브하우징(51)내에 장착된 솔레노이드장치, 53은 솔레노이드장치(52)의 코어, 54는 솔레노이드장치(52)의 전자코일, 55는 솔레노이드장치(52)의 플런저, 56은 솔레노이드장치(52)의 스프링력 조정봉, 57은 솔레노이드장치(52)의 스프링, 58은 솔레노이드장치(52)의 단자, 59는 솔레노이드장치(52)와 같은 축상이 되도록 밸브하우징(51)의 선단부에 장착된 밸브장치, 60은 밸브장치(59)의 밸브본체, 61은 밸브장치(59)의 밸브체인 볼밸브, 62는 밸브본체(60)에 형성된 밸브좌면, 63은 밸브본체(60)에 형성된 분사구, 64는 밸브장치(59)의 선회체, 65는 볼밸브(61)를 축방향으로 슬라이드 가능하게 지지하도록 선회체(64)에 형성된 중심공, 66은 선회체(64)의 외주면에 형성된 종통로, 67은 선회체(64)의 밸브본체 측면에 형성된 선회홈, 68은 밸브하우징(51)에 형성된 연료공급공, 69는 밸브하우징(51)과 솔레노이드장치(52)와의 극간에 의해 형성된 연료통로, 70은 밸브하우징(51)이 장착된 연료배관이다.

도 9에서 선회홈(67)은 선회체(64)의 중심에 대해 편심해서 분사구(63)에 접속되어 있다.

다음 상기 종래예의 동작에 대해 설명한다.

연료가 연료배관(70)으로 부터 연료 공급공(68), 연료통로(69), 종통로(66)을 순서대로 경유해서 선회홈(67)에 유도된다.

그리고, 단자(58)로부터 전자코일(54)로의 통전이 차단되어 있으면, 플런저(55)가 스프링(57)의 스프링력에 의해 압압되고, 볼밸브(61)이 밸브좌면(62)에 접촉해서 선회홈(67)으로부터 분사구(63)로의 연료의 흐름을 저지한다.

이와 같이, 스프링(57)의 스프링력에 의해 밸브장치(59)가 폐밸브 동작한 상태에서 전자코일(54)이 단자(58)을 통해서 통전을 받으면, 자기회로가 전자코일(54)과 코어(53)와 밸브하우징(51) 및 플런저(55)에 의해 형성되고, 플런저(55)와 볼밸브(61)가 코어측(53)으로 자기 흡인되며, 볼밸브(61)와 밸브좌면(62)와의 사이에 환상의 극간이 형성된다.

즉, 솔레노이드장치(52)의 전자흡인에 의해 밸브장치(59)가 개밸브동작 됨으로써, 볼밸브(61)와 밸브좌면(62)와의 사이에 환상의 극간이 형성되고, 연료가 선회홈(67)으로부터 상기 환상의 극간을 경유해서 분사구(63)쪽으로 분사된다.

이때 선회홈(67)이 선회체(64)의 중심에 대하여 편심되어 있기 때문에, 연료는 선회홈(67)으로부터 볼밸브(61)의 하면 외주에 따라 선회하면서 상기 환상의 극간을 경유해서 분사구(63)로부터 소정각도의 원추상이 되는 분무상으로 퍼져서 분사된다.

도 12는 일본국 특개평 10 - 47208호 공보에 개시된 실린더내 연료분사밸브를 표시하는 축방향 단면도이다. 도 12에서 1은 밸브하우징의 전반부를 구성하는 제 1 밸브하우징, 2는 제 1 밸브하우징(1)의 후단부에 동축상으로 고정되어 밸브하우징의 후반부를 구성하는 제 2 밸브하우징, 3은 제 1 밸브하우징(2)에 장착된 밸브장치, 4는 제 1 밸브하우징(1)의 내부에 장착된 스페이서, 5는 스페이서(4)에 형성된 내부통로, 6은 제 1 밸브하우징(1)의 내부에 장착된 밸브본체, 7은 밸브본체(6)에 형성된 내부통로, 8은 내부통로(7)보다 큰 직경을 가지고 내부통로(7)와 동축상이 되도록 밸브본체(6)의 선단 내부에 형성된 수용실, 9는 내부통로(4),(7)를 통해서 슬리브(4)와 밸브본체(6)에 걸치고, 축방향으로 이동 가능하게 수납된 밸브체로서의 니들밸브, 10은 슬리브(4)와 밸브본체(6)을 제1밸브하우징(1)에 고정하기 위해 제 1 밸브하우징(1)의 선단 외측부에 결합된 홀더, 11은 수용실(8)에 수납된 밸브장치(3)의 선회체, 12는 니들밸브(9)를 축방향으로 슬라이드 가능하게 지지하도록 선회체(11)에 형성된 중심공, 13은 선회체(11)의 상면에 형성된 횡통로, 14는 선회체(11)의 외주면에 형성된 종통로, 15는 선회체(11)의 하면에서 중심공(12)보다 외측에 환상으로 형성된 내주환상홈, 16은 선회체(11)의 하면에서 종통로(14)와 내주환상홈(15)에 연락되도록 형성된 선회홈이다.

선회홈(16)은 내주환상홈(15)에 접선방향으로 접속되어 있다.

17은 선회체(11)에 아래쪽으로부터 겹쳐지도록 밸브본체(6)의 수용실(8)에 밀봉상태로 수납 고정된 밸브좌, 18은 밸브좌(17)의 상면에 형성된 밸브좌면, 19는 밸브좌면(17)과 동축상이 되도록 밸브좌(18)의 중심에 형성된 분사구, 20은 제 1 밸브하우징(1)과 밸브본체(6)과의 끼워맞춤부에 장착되어 연료누설을 방지하는 밸브장치(3)의 실부재이다.

21은 밸브장치(3)와 동축상이 되도록 제 1 밸브하우징(1)과 제 2 밸브하우징(2)에 걸치고, 그들의 내부에 장착된 솔레노이드장치, 22는 제 1 밸브하우징(1)과 제 2 밸브하우징(2)의 내부에 장착된 코어, 23은 코어(22)에 형성된 내부통로, 24는 내부통로(23)의 중간부에서 코어(22)에 장착된 슬리브, 25는 슬리브(24)에 형성된 내부통로, 26은 코어(22)의 선단부의 외측에 장착되어서 제 1 밸브하우징(1)의 내부에 수납된 보빈, 27은 보빈(26)에 장착된 전자코일, 28은 제 1 밸브하우징(1)과 코어(22)와 보빈(26)의 끼워맞춤부에 장착되어서 연료누설을 방지하는 실부재, 29는 코어(22)보다 아래쪽에서 제 1 밸브하우징(1)의 내부 축방향으로 이동 가능하게 수납된 아마추어이다.

아마추어(29)는 니들밸브(9)의 상부를 지지하고 있다. 30은 아마추어(29)에 형성된 내부통로, 31은 코어(21)의 내부통로(22)에서 슬리브(23)와 아마추어(28) 사이에 삽입 장착된 스프링, 32는 전자코일(27)에 접속된 단자, 33은 연료 유입구부인 내부통로(23)에 장착된 필터, 34는 필터(33) 주위에서 제 2 밸브하우징(2)과 코어(22)에 결쳐서 장착된 연료배관, 35는 실린더내 연료 밸브를 부착한 내연기관의 실린더블록이다.

또, 밸브장치(3)는, 스페이서(4), 내부통로(5), 밸브본체(6), 내부통로(7), 수용실(8), 니들밸브(9), 선회체(11), 중심공(12), 횡통로(13), 종통로(14), 내주환상홈(15), 선회홈(16), 밸브좌(17), 밸브좌면(18), 분사구(19)를 구비한다.

또, 솔레노이드장치(21)는 코어(22), 내부통로(23), 슬리브(24), 내부통로 (25), 보빈(26), 전자코일(27), 아마추어(19), 내부통로(30), 스프링(31), 단자(32)를 구비한다.

다음, 상기 도 12에 표시한 실린더내 연료 분사밸브의 동작에 대해 설명한다. 연료가 연료배관(34)으로부터 필터(33), 내부통로(23),(25),(30),(5),(7), 횡통로(13), 종통로(14), 선회홈(16)을 순서대로 경유해서 내주환상홈(15)에 유도된다.

그리고, 단자(32)로부터 전자코일(27)로의 통전이 차단되어 있으면 아마추어(29)가 스프링(31)의 스프링력에 의해 압압되고, 니들밸브(9)가 아마추어(29)에 의해 밸브좌면(18)에 접촉해서 내주환상홈(15)으로부터 분사구(19)로의 연료의 흐름을 저지한다.

이와 같이, 스프링(31)의 스프링력에 의해 밸브장치(3)가 폐밸브 동작한 상태에서 전자코일(27)이 단자(32)를 통해서 통전을 받으면 자기회로가 전자코일(27)과 코어(22)와 제 1 밸브하우징(1) 및 아마추어(29)에 의해 형성되고, 아마추어(29)가 코어(22)측으로 자기 흡인되고, 니들밸브(9)가 아마추어(29)와 함께 축방향 위쪽으로 이동되고, 니들밸브(9)와 밸브좌면(18)과의 사이에 환상의 극간이 형성된다.

즉, 솔레노이드장치(21)의 전자흡인에 의해 밸브장치(3)가 개밸브 동작됨으로써, 니들밸브(9)와 밸브좌면(18)과의 사이에 환상의 극간이 형성되고, 연료가 내주환상홈(15)으로부터 상기 환상의 극간을 경유해서 분사구(19)으로 분사된다.

이때, 선회홈(16)이 내주환상홈(15)에 접선방향으로부터 접촉하고 있으므로, 선회홈(16)으로부터 내주환상홈(15)에 유입하는 연료는 내주환상홈(15)에 따라 선회하면서, 상기 환상의 극간을 경유해서 분사구(19)로부터 소정각도의 원추상이 되는 분무상으로 넓게 분사된다.

상기 도 8의 연료 분사밸브에 대해 솔레노이드장치(52)의 전자흡인에 의해 밸브장치(59)가 개밸브 동작하고, 연료가 선회홈(67), 볼밸브(61)와 밸브좌면(62)과의 사이에 형성된 환상의 극간을 순서대로 경유해서 분사구(63)로부터 분사되는 분무형상에 대하여 측정한바, 도 10 및 도 11에 표시한 결과를 얻었다.

도 10 및 도11은 분사구(63)로 부터 분사된 연료의 분무 형상을 표시하는 수평방향 단면도이다. 도 10에서는 선회홈(67)의 수에 영향된 사선을 붙인 다각형의 분무형상(71)이고, 도 11에서는 한쪽으로 기울어진 사선을 붙인 원주방향으로 불균일한 분무형상(72)이다.

이들 도 10 및 도 11에 대해 고찰하면, 도 8의 연료 분사밸브가 상기한 바와 같이 선회홈(67)이 분사구(63)에 직접적으로 접속된 구조이므로, 연료가 선회홈(67)으로부터 볼밸브(61)와 밸브좌면(62)과의 사이에 형성된 환상의 극간에 유출되는 과정에서 연료가 충분히 선회할 수 없는 것이 원인으로 생각된다.

또, 상기 도 12의 실린더내 연료 분사밸브에 대하여, 솔레노이드장치(21)의 전자흡인에 의해 밸브장치(3)가 개밸브 동작하고, 연료가 선회홈(16), 내주환상홈(15), 니들밸브(9)와 밸브좌면(18)과의 사이에 형성된 환상의 극간을 순서대로 경유해서 분사구(19)로 부터 분사되는 분무형상에 대해 측정한바, 도 13 및 도 14에 표시한 결과를 얻었다.

도 13은 분사구(19)로부터 분사된 연료의 분무형상을 표시하는 축방향 단면도, 도 14는 분사구(19)로부터 분사된 연료의 분무형상을 표시하는 수평방향 단면도이다.

도 13 및 도 14에서는 분사구(19)를 중심으로 한 중심분무(37)가 존재한 불완전한 홀로콘상의 분무형상(38)이다.

이들의 도 13 및 도 14에 대해 고찰하면, 도 12의 실린더내 연료 분사밸브가 상기와 같이 선회홈(16)이 분사구(19)에 내주환상홈(15)을 통해서 연락되어 있는 동시에, 내주환상홈(15)에 접선방향으로부터 접속된 구조이므로, 연료가 내주환상홈(15)으로부터 선회에너지를 충분히 받음으로써 도 14에 사선을 붙인 원주방향으로 균일한 분무형상(39)을 얻을 수는 있으나, 내주환상홈(15)의 홈폭이 어느 정도 이상 커지면 밸브장치가 개밸브 동작 했을때 선회가 걸리지 않는 연료가 먼저 분사됨으로써, 연료가 미입자화 되어있지 않은 중심분무(37)를 수반하는 것이 원인이라고 생각된다.

또, 도 12의 실린더내 연료 분사밸브에 대해 분사구(19)로부터 분사된 연료의 분무분배에 대해 측정한바 도 15에 표시한 결과를 얻었다.

이 측정은 분사구(19)로 부터 50mm 떨어진 바로 밑에 분사구(19)와 동축상으로 맞춘 분무중심으로 부터의 분무 입체각도 θ(도 3 참조)마다에 상당하는 직경이 다른 다수의 동심원상의 지그(JIG)를 설치하고 이들의 지그에 의해 분사구(19)로 부터 분사된 연료의 분무를 막아서 이들 치구가 막은 분무량을 측정 하였다.

도 15는 전부의 지그가 받은 전체의 분무량에 대한 분무 입체각도 θ 마다의각 지그가 받은 분무량의 비율을 플롯한 측정 결과도 이다.

이 도 15에 대해 고찰하면 분무 입체각도 5°~ 18°까지는 분무량 비율이 16% ~ 5.5%로 서서히 감소하고, 분무 입체각도 18°~ 35°까지는 분무량 비율이 5.5% ~ 32% 까지 급격히 증가하며, 분무 입체각도 35°에서 분무량 비율이 최대 32%가 되고, 분무 입체각도 35°~ 45°까지는 분무량 비율이 32% ~ 10% 까지 급격히 저하하는 것이 이해된다.

그런데, 내연기관에서의 실린더내 분사의 연소형태의 한 예로서는 연료의 분무가 피스톤의 정점면에서 반사되어 점화플러그 부근으로 모여서 짙은 혼합가스를 형성하고, 성층 연소를 실현하기 위한 선도역으로서의 중심 분무가 필요한 경우도 있다.

그러나, 연료의 분무를 피스톤의 정상면에서 반사하는 방식을 취하지 않고, 가능한한 완전한 홀로콘상의 분무를 실현함으로써 최량의 연소를 할 수 있는 형식의 내연기관에서는 중심 분무량은 최소인 것이 이상적이다.

본 발명의 목적은 중심 분무량이 최소이고, 완전한 홀로콘상의 분무가 실현되는 실린더내 연료 분사밸브를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시의 형태에 관한 실린더내 연료 분사밸브를 표시하는 축방향 단면도.

도 2는 동 실시의 형태에 관한 밸브장치 선단부를 나타내는 축방향 단면도,

도 3은 도 1의 A - A선 단면에 상당하는 밸브장치 선단부를 표시하는 수평방향 단면도,

도 4는 동 실시의 형태에 관한 분무형상을 표시하는 축방향 단면도,

도 5는 동 실시의 형태에 관한 분무형상을 표시하는 수평방향 단면도,

도 6는 동 실시의 형태에 관한 분무분배를 표시하는 측정 결과도,

도 7는 동 실시의 형태에 관한 중심분무 비율을 표시하는 측정 결과도,

도 8은 종래의 연료 분사밸브를 표시하는 축방향 단면도,

도 9는 도 8의 연료 분사밸브에서의 선회체를 표시하는 사시도,

도 10은 도 8의 연료 분사밸브에서의 분무형상을 표시하는 수평방향 단면도,

도 11은 도 8의 연료 분사밸브에서의 다른 분무형상을 표시하는 수평방향 단면도,

도 12는 종래의 실린더내 연료 분사밸브를 표시하는 축방향 단면도,

도 13은 도 12의 실린더내 연료 분사밸브에서의 분무형상을 표시하는 축방향 단면도,

도 14는 도 12의 실린더내 연료 분사밸브에서의 분무형상을 표시하는 수평방향 단면도,

도 15는 도 12의 실린더내 연료 분사밸브에서의 분무분배를 표시하는 측정 결과도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 제1밸브 하우징 2 : 제2밸브 하우징 6 : 밸브본체

9 : 니들밸브 13 : 횡통로(橫通路) 14 : 종통로(縱通路)

16 : 선회홈 19 : 분사구 21 : 솔레노이드장치

111 : 선회체 121 : 중심공 151 : 내주환상홈

171 : 밸브좌 181 : 밸브좌면 182 : 공간

본 발명은 연료 공급관에 접속 가능한 중공상태의 하우징본체와, 이 하우징믐뼙셈팀내부에 장착된 중공 원통형의 밸브본체와, 이 밸브본체의 일단에 설치되고 중심에 유체의 분사구를 갖는 밸브좌와, 이 밸브좌에 분리·접촉해서 상기 분사구를 개폐하는 밸브체와, 이 밸브체를 둘러싸고 축방향으로 이동 가능하게 지지하는 동시에, 상기 분사구에 유입하는 연료에 선회를 주기 위해, 상기 밸브좌와 겹치도록 밸브본체의 내부에 장착된 중공 원통상의 선회체와, 상기 하우징본체내에 설치되어, 상기 밸브좌에 대해 밸브체를 분리·접촉하도록 개폐동작 시키는 솔레노이드장치와 상기 선회체에 설치되고, 상기 밸브본체에 대한 선회체의 위치를 규정하는 다수의 외주면주와, 이들의 외주면부간에서 상기 선회체와 밸브본체와의 사이에 설치되어 연료의 축방향의 유로를 형성하는 종통로와, 상기 밸브체를 둘러싸서 축방향으로 이동 가능하게 지지하기 위해 선회체에 형성된 중심공과, 이 중심공을 동축상으로 둘러싸도록, 상기 선회체의 밸브좌 측면에 설치된 내주환상홈과, 이 내주환상홈과 상기 종통로를 연락하는 동시에, 내주환상홈에 접선방향으로부터 접속되도록 상기 선회체에 설치된 선회홈을 구비한 실린더내 연료 분사밸브에서 상기 밸브체의 선회체에 축방향으로 이동 가능하게 지지된 부분의 외경치수를 D1, 상기 중심공의 내경치수를 D2, 상기 내주환상홈의 외경치수를 D3 이라고 했을때 2X(D2 - D1) < D3 - D1이 되는 치수관계를 갖고, 또 상기 밸브체의 폐밸브중에서의 밸브좌와 선회체와 밸브체에 의해 둘러싸여지는 공간의 용적과 상기 내주환상홈의 용적과의 합계 용적이 0.25mm³이하로 설정된 것을 특징으로 한다.실시의 형태.

도 1 ~ 도 7은 본 발명의 한 실시의 형태로서, 도 1은 실린더내 연료 분사밸브를 표시하는 축방향 단면도, 도 2는 밸브장치 선단부를 표시하는 축방향 단면도, 도 3은 도 2의 A -A 선에 따라 절단한 단면에 상당하는 밸브장치 선단부를 표시하는 수평방향 단면도, 도 4는 분사된 연료의 분무형상을 표시하는 축방향 단면도, 도 5는 분사된 연료의 분무형상을 표시하는 수평방향 단면도, 도 6은 분무분배를 표시하는 특성도, 도 7은 분무비율을 표시하는 특성도이다.

도 1에서 이 실시의 형태에 관한 실린더내 연료 분사밸브는 상기 밸브장치(3)에 상당하는 밸브장치(311)가 상기 선회체(11)에 대신하는 선회체(111)와 상기 밸브좌(17)에 대신하는 밸브좌(171)을 갖는 특징이 있고, 이들 이외의 제 1 밸브하우징(1), 제 2 밸브하우징(2), 스페이서(4), 내부통로(5), 밸브본체(6), 내부통로(7), 수용실(8), 니들밸브(9), 홀더(10), 횡통로(14), 선회홈(16), 분사구(19), 실부재(20), 솔레노이드장치(21), 코어(22), 내부통로(23), 슬리브(24), 내부통로(25), 보빈(26), 전자코일(27), 실부재(28), 아마추어(29), 내부통로(30), 스프링(31), 단자(32), 필터(33)등의 요소는 도 12의 종래 예와 같다.

도 2에서 선회체(111)는 중심에 밸브체인 니들밸브(9)를 슬라이드 가능하게 관통지지하는 중심공(121)과, 밸브좌(171)에 접촉하는 제 1 단면(112)과, 밸브본체(6)에서의 내부통로(7)와 수용부(8)와의 직경차에 의해 형성된 어깨부(611)에 접촉하는 제 2 단면(113)과 밸브본체(6)에서의 수용부(8)의 내주면(81)에 접촉하는 외주면(114)을 갖는다.

제 1 단면(112)에는 내주환상홈(151)과 다수의 선회홈(16)이 형성되고, 제 2 단면(113)에는 횡통로(13)가 형성되며, 외주면(114)에는 종통로(14)가 형성되어 있다. 밸브좌(171)은 중심에 직선 원주상의 분사구(19)와 절두 원추상의 밸브좌면(181)을 갖는다.

그리고, 선회체(111)와 밸브좌(171)가 수용부(8)에 순서대로 삽입 장착되고, 제 1 단면(112)과 어깨부(611)가 맞닿고, 제 2 단면(112)과 밸브좌(117)가 맞닿은 상태에서 밸브본체(6)과 밸브좌(171)의 선단측 끼워맞춤부가 용접(172)에 의해 연료 누설을 방지하도록 밀봉상태로 봉합되어 있다.

니들밸브(9)와 중심공(121)과 내주환상홈(151)은 다음과 같은 치수관계를 갖는다. 니들밸브(9)의 선회체(111)에 지지되어 있는 부분의 외경치수(직경)를 D1으로하고, 선회체(111)에서의 니들밸브(9)를 지지하는 중심공(121)의 내경치수(직경)를 D2로 하며, 내주환상홈(151)의 내경치수(직경)를 D3으로 했을때, 2X(D2 - D1) < D3 - D1이 되는 치수로 정해져 있다.

또, 내주환상홈(151)의 용적과 니들밸브(9)가 밸브좌면(181)에 접촉한 상태에서의 밸브좌면(181)과 제1단면(112)과 니들밸브(9)에 의해 둘로싸인 공간(182)의용적과의 합계용적(내주환상홈(151)의 용적과 공간(182)의 용적과의 합계 용적)이 0.25mm³이하로 정해져 있다.

또, 밸브좌면(181)이 밸브좌(171)에서의 선회체(111)과 접촉하는 면과 교차하는 환상에지(183)의 직경을 D4이라 하면 D1<D2<D4<D3의 치수관계로 정해져 있다.

또, 상기 D2-D1은 수미크론으로서 이에 관계되는 니들밸브(9)와 중심공(121)과의 극간은 연료가 유통되지 않으나, 니들밸브(9)가 솔레노이드장치(21)(도 1 참조)의 전자흡인과 스프링(31)(도 1 참조)의 스프링력에 의해 축방향으로 이동할 수 있도록 설정되어 있다.

도 3에도 표시한 바와 같이 선회체(111)의 외주면(114)은 정육각형으로 형성되어 있다.

이 외주면(114)에서의 6개의 외주면부인 정삼각부(114a),(114b),(114c), (114d),(114e),(114f)는 밸브본체(6)에서의 수용부(8)의 내주면(81)에 접촉해 있다.

외주면(114)에서의 6개의 평탄면(114g),(114h),(114i),(114j),(114k),(114m)는 내주면(81)과의 사이에 종통로(14)로서의 평면에서 본 아크형의 극간을 형성하고 있다.

선회홈(16)은 각 평탄면(114g ~ 114m)과 내주환상홈(151)에 걸쳐서 형성되어 있다.

그리고, 선회홈(16)의 서로 대치하는 2개의 측면중의 한쪽의 측면(16a), (16b),(16c),(16d),(16e),(16f)이 내주환상홈(151)에서의 외측측면 L1에 선접촉되어 있다.

각 선회홈(16)은 홈폭이 각 평탄면(114g ~ 114m)과 내주환상홈(151)에 걸쳐서 같은 치수로 정해진 평행홈으로 형성되어 있다.

또, 내주환상홈(151)의 깊이와 각 선회홈(16)과의 깊이는 같게 정해졌으므로 내주환상홈(151)의 외측주면 L1은 각 선회홈(16)이 내주환상홈(151)에 연결됨으로써 실제로는 존재하지 않으나 도 3은 보는 사람이 외측주면 L1을 인식하기 쉽도록 외측주면 L1이 가상선으로 그려져 있다.

다음, 실시의 형태의 동작에 대해 설명한다.

연료가 필터(33) 주위에서 제 2 밸브하우징(2)와 코어(22)에 걸쳐서 장착된 도시하지 않은 연료배관으로부터 필터(33), 코어(22)의 내부통로(23), 슬리브(24)의 내부통로(25), 아마추어(29)의 내부통로(30), 스페이서(4)의 내부통로(5), 밸브본체(6)의 내부통로(7), 횡통로(13), 종통로(14) 선회홈(16)을 순서대로 경유해서 내주환상홈(151)로 유도되어 있고, 솔레노이드장치(21)의 전자흡인에 의해 밸브장치(3)가 개밸브 동작함으로써 연료가 선회홈(16)으로 부터 내주환상홈(151)에 유입할때에 내주환상홈(151)을 따라 선회하면서 내주환상홈(151)으로부터 니들밸브(9)와 밸브좌면(181)과의 사이에 형성된 환상의 극간을 경유해서 분사구(19)로 부터 일정각도의 원추상인 분무상태로 넓혀져서 분사된다.

이 실시의 형태에 대해 분사구(19)로 부터 분사된 연료의 분무형상에 대해 측정한바, 도 4 및 도 5에 표시한 결과를 얻었다.

도 4는 분사구(19)로 부터 분사된 연료의 분무형상을 표시하는 축방향 단면도, 도 5는 분사구(19)로 부터 분사된 연료의 분무형상을 표시하는 수평방향 단면도이다.

도 4에서는 분사구(19)를 중심으로 한 중심분무가 존재하지 않는 완전한 홀로콘상의 분무형상(40)이다.

도 5에서는 사선을 친 균일폭을 갖는 환상의 분사형상(41)이다. 이들의 도 4 및 도 5에 대해 고찰하면, 이 실시의 형태에 관한 실린더내 연료 분사밸브가 상기와 같이 선회홈(16)이 내주환상홈(151)에 접선방향으로부터 접속되고, 또 상기한 바와같이 니들밸브(9)와 중심공(121)과 내주환상홈(151)에서 2X(D2 - D1) < D3 - D1이 되는 치수 관계를 가지며, 또 내주환상홈(151)의 용적과 공간(182)의 용적과의 합계가 0.25mm³이하로 정해진 구조이다.

이 때문에, 밸브개방 동작중에서의 니들밸브(9)와 내주환상홈(151)과의 편심량이 작아지고, 선회홈(16)으로부터 내주환상홈(151)에 흘러드는 연료가 원주방향으로 균일해지며, 분사구(19)로부터 분사되는 연료의 분무형상에 치우침이 발생하지 않고, 원주방향으로 균일한 분무형상이 된다고 생각된다.

또, 본 실시의 형태에 대해 분사구(19)로 부터 분사된 연료의 분무분배에 대해 측정한바, 도 6에 표시한 결과를 얻었다.

이 측정으로서는 분사구(19)로부터 50mm 떨어진 바로아래에 분사구와 동축상으로 맞춘 분무 중심으로부터의 분무 입체각도 θ(도 4 참조)마다에 상당하는 직경이 다른 다수의 동심원상의 지그를 설치하고, 이들 지그에 의해 분사구(19)로 부터 분사된 연료의 분무를 받아내고, 이들의 지그가 받아낸 분무량을 측정하였다.

도 6은 전부의 지그가 받은 전체의 분무량에 대한 분무 입체각도 θ마다의 각 지그가 받은 분무량의 비율을 플롯한 측정 결과도이다.

이 도 6에 대해 고찰하면 분무 입체각도 5°~ 20°까지는 분무량 비율이 5.5% ~ 8%로 서서히 증가하고, 분무 입체각도 20°~ 35°까지는 분무량 비율이 8 ~ 35%까지 급격하게 증가하며, 분무 입체각도 35%에서 분무량 비율이 최대 35%가 되고, 분무 입체각도 35°~ 45°까지는 분무량 비율이 35% ~ 12.5% 까지 급격히 저하되는 것을 이해할 수 있다.

또, 본 실시의 형태에 대해 분무 입체각도 10°이하의 중심 분무량 비율과, 상기 합계용적(내주환상홈(151)의 용적과 공간(182)의 용적과의 합계 용적)의 관계에 대해 측정한 바 도 7에 표시한 결과를 얻었다.

이 측정으로서는 분사구(19)로부터 50mm 떨어진 바로 밑에 분사구와 동축상으로 맞춘 분무 중심으로부터의 분무 입체각도 10°에 상당하는 하나의 동심원상의 치구를 설치하는 한편, 합계용적을 0.175mm³, 0.2mm³, 0.25mm³, 0.425mm³, 0.775mm³로 변화시키고, 상기 지그에 의해 중심 분무를 받아내며, 지그가 받은 중심 분무량을 측정하였다.

도 7은 전부의 지그가 받은 중심 분무량에 대한 분무 입체각도 θ마다에서 지그가 받은 중심 분무량의 비율을 플롯한 측정 결과도이다.

이 도 7에 대해 고찰하면 합계 용적이 0.25mm³이하이면 중심 분무량의 비율이 7% 이하가 되는 것을 이해할 수 있다.

이는 밸브장치(311)가 개방밸브 동작 했을때에서 있어서, 내주환상홈(151)과 공간(182)에 존재하는 연료가 선회가 되지 않는 선행분사가 된다.

그러나, 내주환상홈(151)의 용적과 공간(182)의 용적과의 합계 용적이 0.25mm³이하로 작기 때문에, 선행분사되는 연료의 관철력은 작고, 주위의 공기와의 전단력에 의해 바로 미립자화 된다고 생각된다.

내연기관의 배기량에 의해 아이들 회전시의 연료 필요량은 다르나, 아이들 회전시의 밸브장치(3)의 개밸브 기간중에서의 최소유량과 최고 회전시의 밸브장치(3)의 개밸브기간 중에서의 최대유량과의 사이에서의 다이나믹 레인지의 연료 필요량은 내연기관의 배기량이 변해도 그다지 변하지 않는다.

이 때문에 아이들 회전시의 밸브장치(3)의 개밸브 기간은 내연기관의 배기량에 의하지 않고 거의같은 정도의 값이 된다.

또, 분무 입체각도 10°이하의 중심 분무량은 밸브장치(3)의 개밸브 기간의폭에 의하지 않고 같은량이 된다.

이 때문에 전체의 분무량에 대한 중심 분무량의 비율은 상기 최소 유량일때가 가장 커지게 된다.

따라서, 도 7의 측정결과에 의하면 합계용적이 0.25mm³이하 이면 중심 분무량의 비율이 7% 이하가 되므로 실효적으로 미립자화 되지 않는 중심분무가 존재하지않는 분사를 얻을 수 가 있다

이상과 같이 본 발명에 의하면 밸브체의 선회체에 축방향으로 이동 가능하게 지지된 부분의 외경치수를 D1, 선회체에 밸브체를 축방향으로 이동 가능하게 지지하는 중심공의 내경치수를 D2, 중심공을 동축상으로 둘러싸도록 선회체의 밸브좌 측면에 설치된 내주환상홈의 외경치수를 D3으로 했을때 2×(D2 - D1) < D3 - D1이 되는 치수관계를 갖고, 또 밸브체의 폐밸브중의 밸브좌와 선회체와 밸브체로 둘러 싸여지는 공간의 용적과 내주환상홈의 용적과의 합계 용적이 0.25mm³이하로 설정 되었으므로, 내주환상홈에 대한 밸브체의 편심량이 작아지고, 선회홈으로부터 내주환상홈에 흘러드는 연료가 원주방향에 균일하게 되며, 밸브체가 밸브좌로부터 떨어지는 개밸브 동작을 개시할때의 선행분사되는 연료의 관철력은 작고, 주위의 공기와의 전단력에 의해 바로 미립자화 된다.

따라서, 중심 분무량이 최소인 완전한 홀로콘 상태의 분무가 실현되고 연료의 분무를 피스톤의 정상면에서 반사하는 방식을 취하지 않는 형식의 내연기관이라도 최량의 연소형태를 얻을 수 가 있다.

Claims

연료 공급관에 접속 가능한 중공상태의 하우징본체와, 이 하우징본체의 내부에 장착된 중공 원통형의 밸브본체와, 이 밸브본체의 일단에 설치되고 중심에 유체의 분사구를 갖는 밸브좌와, 이 밸브좌에 분리·접촉해서 상기 분사구를 개폐하는 밸브체와, 이 밸브체를 둘러싸고 축방향으로 이동 가능하게 지지하는 동시에, 상기 분사구에 유입하는 연료에 선회를 부여하기 위해 상기 밸브좌와 겹치도록 밸브본체의 내부에 장착된 중공 원통상의 선회체와, 상기 하우징본체내에 설치되어 상기 밸브체가 밸브좌에 대해 분리·접촉하도록 밸브체를 개폐 동작 시키는 솔레노이드장치와, 상기 선회체에 설치되고 상기 밸브본체에 대한 선회체의 위치를 규정하는 다수의 외주면부와 이들의 외주면부간에서 상기 선회체와 밸브본체 사이에 설치되어 연료의 축방향의 유로를 형성하는 종통로와, 상기 밸브체를 둘러싸고 축방향으로 이동 가능하게 지지하기 위해 선회체에 형성된 중심공과, 이 중심공을 동축상으로 둘러싸도록 상기 선회체의 밸브좌 측면에 설치된 내주환상홈과, 이 내주환상홈과 상기 종통로를 연락하는 동시에 내주환상홈에 접선방향으로부터 접속되도록 상기 선회체에 설치된 선회홈을 구비한 실린더내 연료 분사밸브에서, 상기 밸브체의 선회체에 축방향으로 이동 가능하게 지지된 부분의 외경 치수를 D1, 상기 중심공의 내경치수를 D2, 상기 내주환상홈의 외경치수를 D3으로 했을때 2×(D2 - D1) < D3 - D1이 되는 치수관계를 갖고, 또 상기 밸브체의 폐밸브중에서의 밸브좌와 선회체와 밸브체에 의해 둘러싸여지는 공간의 용적과 상기 내주환상홈의 용적과의 합계용적이 0.25mm³이하로 설정된 것을 특징으로 하는 실린더내 연료 분사밸브.