KR100631298B1

KR100631298B1 - 연료 분사 밸브

Info

Publication number: KR100631298B1
Application number: KR1020007009967A
Authority: KR
Inventors: 뷜러크리스토프
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2006-10-09
Also published as: DE59910205D1; JP2002535537A; WO2000042316A1; US6502554B1; EP1062423B1; EP1062423A1; DE19901057A1; KR20010041733A; JP4587248B2

Abstract

본 발명은 밸브 몸체(1)의 보어(3) 안에서 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(5)를 포함하는 내연기관용 연료 분사 밸브에 관한 것이으로, 상기 밸브 부재의 내연기관의 연소실측 단부는 원추형 밸브 실링면(7)을 가지며, 상기 밸브 실링면이 밸브 몸체(1)의 보어(3)의 연소실측 폐쇄 단부에 있는 원추형 밸브 시트면(9)과 함께 동작하며, 밸브 부재(5)에 있는 원추형 밸브 실링면(7)이 다른 원추 각도를 가지는 2개의 영역(71, 72)으로 분할되며, 상기 영역들의 전환부에 상류측 및 하류쪽 밸브 실링 에지(73a, 73b)에 의해 제한되는 전환 영역(73)이 형성되어 있다. 상기 전환 영역(73)과 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이는 하류측 영역(72)과 상기 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이(역의 시트 각도 차이)보다 작다. 본 발명은 상기 밸브 부재(5) 안에 형성된 방사 방향의 리세스(74)가 전환 영역(73)으로 연결되고, 상기 리세스는 상기 전환 영역(73)의 상류측 실링 에지(73a)와 밸브 몸체(1)쪽으로 형성된 에지(75)에 의해 제한되는 것을 특징으로 한다.

내연 기관, 연료 분사 밸브, 원추형 밸브 실링면, 밸브 시트면, 리세스

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 내연 기관용 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

상기 방식의 연료 분사 밸브는 예를 들어, DE 195 47 423 A1 및 DE 196 34 133 A1에 공지되어 있다.

상기 방식의 연료 분사 밸브에 있어서 피스톤 형상의 밸브 부재는 밸브 몸체의 보어 안에서 축방향으로 이동 가능하도록 안내된다. 밸브 부재는 그 연소실측 단부에 원추형 밸브 실링면을 가지며, 상기 밸브 실링면은 상기 밸브 몸체에 있는 원추형 밸브 시트면과 상호 작용하며, 상기 밸브 시트면은 폐쇄되어 있는 밸브 보어의 내부로 돌출하는 단부에 형성되어 있다. 밸브 부재에 있는 밸브 실링면은 다수의 영역으로, 바람직하게 상이한 원추 각도의 2개의 영역으로 분할되어 있으며, 이 경우 전환 영역이 상기 양 밸브 실링면 영역 사이에 제공되고, 상기 전환 영역 은 하류측 밸브 실링 에지와 상류측 밸브 실링 에지에 의해 제한된다.

특히, "홀 노즐형" 상기 연료 분사 밸브에서 발생하는 높은 밸브 폐쇄력으로 인해, 상기 밸브 부재의 스트로크가 매우 작은 경우 또는 2개의 스프링 홀더에서의 예비 스트로크의 경우 비대칭적 제트 형상(jet image)이 발생하게 되며, 상기 비대칭적 제트 형상은 내연기관의 배출 가스 증가를 초래하게 된다. 밸브 부재는 상기 밸브 폐쇄력의 작용하에서 탄성적으로 노즐 몸체에 조정된다. 따라서 이러한 경우에, 유압식으로 작용하는 시트 직경은 무제한적으로 전환 영역에 배치되며, 이는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같다. 축방향으로부터 오프셋되어 있는 밸브 부재에서 역의 시트 각도 차이(inverse seat angle differential)에 의해, 밸브 부재를 다시 중앙의 축상 위치로 복귀시키는 압력 배분이 이루어진다. 그와 반대로, 역의 시트 각도 차이가 없는 연료 분사 밸브의 경우에는, 밸브 부재를 중앙의 축상 위치로부터 이동시키는 압력 배분이 이루어질 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은 밸브 부재의 축방향 정렬을 통해 대칭적인 제트 형상 및 유압식으로 작용하는 정해진 시트 직경, 밸브 부재의 높은 댐핑 및 가급적 낮은 캐비테이션 위험을 허용하는 연료 분사 밸브를 제공하는데 있다.

상기 목적은 전술한 방식의 연료 분사 밸브에 있어서 청구항 제 1 항의 특징을 통해 달성된다. 본 발명의 연료 분사 밸브는 유압식으로 작용하는 시트 직경이 특히 연료 분사 밸브의 마모 증가 시에 전환 영역의 상류에서 밸브 부재에 형성된 방사 방향의 언더컷형 리세스와 역의 시트 각도 차이를 통해 최대로 상류측 밸브 실링 에지까지 이동할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서 상류측 밸브 실링 에지에서 정확하게 정해진 유압식으로 작용하는 시트 직경이 얻어진다.

상기 전환 영역의 상류측 밸브 실링 에지와 하류측 밸브 실링 에지 사이의 거리는 전환 영역의 상류측 밸브 실링 에지가 유압식으로 작용하는 시트 직경을 형성하도록 선택된다. 상기 거리는 시험 측정을 통해 및/또는 계산을 통해 정해질 수 있다.

도 1 은 선행 기술에 공지된 밸브에서 유압식으로 작용하는 시트 직경의 개략도.

도 2 는 본 발명의 연료 분사 밸브.

도 3 은 도 2 에 도시된 연료 분사 밸브의 부분 확대도.

내연기관용의 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예가 도면에 도시되어 있으며 하기의 상세한 설명에서 상술된다.

도 1 내지 도 3 에 도시된 내연기관용 연료 분사 밸브는 원통형의 밸브 몸체(1)를 가지며, 상기 밸브 몸체의 자유 하단부는 연료를 공급받는 내연기관의, 도시되지 않은 연소실 내로 돌출한다. 밸브 몸체(1)에는 축방향 블라인드 보어(3)가 제공되어 있으며, 상기 보어 안에서 피스톤 형상의 밸브 부재(5)가 축방향으로 이동 가능하게 안내된다. 밸브 부재(5)는 연소실 근처에 있는 하단부에 원추형 밸브 실링면(7)을 가지며, 상기 실링면은 분사 횡단면을 제어하기 위해, 밸브 몸체(1)의 연소실쪽 단부에 있는 원추형 밸브 시트면(9)과 상호 작용하며, 상기 밸브 시트면은 보어(3)의 내부로 돌출한 폐쇄 단부에 형성되어 있으며, 상기 폐쇄 단부로부터 분사 개구(6)들이 내연기관의 연소실 내로 연장되어 있다. 밸브 실링면(7)은, 특히 도 3에 도시된 바와 같이, 상측 영역(71)과 하측 영역(72)으로 분할된다. 상측 영역(71)과 하측 영역(72) 사이에 전환 영역(73)이 형성된다. 전환 영역(73)과 밸브 시트면(9) 간의 차로 부터 주어지는 각은 밸브 시트면(9)과 하측 영역(72) 간의 차로 부터 주어지는 각(역의 시트 각도 차이)보다 더 작아야 한다. 하류측 영역(72)에 인접하여 밸브 몸체(1)에 분사 개구(20)가 배치된다. 밸브 실링면의 상류측 영역(71)은 방사 방향의 언더컷형 리세스(74)를 갖는다. 상기 리세스는 밸브 몸체(1)에 형성되어 있는 에지(75)에 의해 상류측으로 제한되는 챔버를 형성한다. 전환 영역(73)은 상류측 밸브 실링 에지(73a)와 하류측 밸브 실링 에지(73b)에 의해 제한되며, 상기 에지들은 유압식으로 작용하는 시트 직경이 폐쇄 동작 중에 상류측 밸브 실링 에지(73a)와 일치하도록 서로 인접해 있다. 유압식으로 작용하는 상기 한정된 시트 직경으로 인해, 밸브 부재 상으로 발생하는 방사 방향 힘이 차단되는데, 상기 힘은 도 1에 도시된 유압식으로 작용하는 무제한의 시트 직경(90)에서 발생한다.

양 밸브 실링 에지(73a, 73b) 사이의 거리 설계는 실험적으로 그리고 계산에 기초하여 결정된다. 실험적으로 정해질 수 있는 1250N의 최대 폐쇄력의 경우에, 2mm의 기하학적 시트 직경에서 예를 들어, 약 0.15mm의 직경 차이가 나타난다. 상기 전환 영역이 최소인 경우, 즉 최소의 시트 적응면의 경우에는 어떠한 경우에도 유압식으로 작용하는 시트 직경이 정확하게 밸브 실링 에지(73a)와 일치하는 것이 보장된다.

밸브 부재(5)내의 방사 방향 리세스(74)에 의해 댐핑 챔버가 형성되고, 상기 댐핑 챔버는 폐쇄 동작 중에 밸브 부재(5)의 매우 큰 댐핑 작용을 가능하게 한다. 이때 바람직하게는, 댐핑 챔버를 형성하는 각도가 몸체 시트 각도보다 더 크도록 선택된다. 이러한 방법으로, 폐쇄된 상태에서 댐핑 챔버가 형성되고, 상기 댐핑 챔버는 돛의 효과와 유사한 효과를 가져오고 밸브 부재(5)의 폐쇄 시에 압력 쿠션을 만들고, 상기 압력 쿠션은 밸브 부재(5)의 댐핑을 강화시킨다. 상기 연료 분사 밸브의 폐쇄 동작 시에 댐핑 챔버 안에 배치된 연료가 변위되고 밸브 부재(5)와 에지(75) 사이에 형성된 갭을 통해 상류측으로 상기 댐핑 챔버로부터 흘러 나온다. 상기 댐핑 효과는 폐쇄 동작 시에 갭을 통해 형성된 흐름 저항으로 인해 발생된다. 상류측 에지(75)는 극단적인 경우에, 상기 에지가 밸브 부재의 완전한 변형시에 밸브 몸체(5)와 거리를 가지지 않도록 설계된다. 이러한 댐핑으로부터 더 작은 코운 부하(cone load)가 발생하게 된다.

또한, 이러한 종류의 연료 분사 밸브는 캐비테이션 기포의 기포 붕괴가 바람직하게는 에지(75)의 상류측 영역에서 이루어지는 장점을 갖는다. 왜냐하면 분사 펌프로부터 기인하는 압력파가 에지(75)를 통해 전환 영역으로부터 멀리 유지되기 때문이다. 이로써 상기 시트 영역이 손상되지 않는다.

상기 밸브 홀딩 몸체(도시되지 않음)는 개방 압력을 떨어뜨리는 경향이 있으며, 그에 반해 밸브 부재(5)는 역의 시트 각도 차이 때문에 개방 압력을 상승시키는 경향이 있다. 역효과가 발생하지만, 이는 다시 부분적으로 상쇄된다. 그 때문에연료 분사 밸브의 수명이 증가하게 된다.

Claims

밸브 몸체(1)의 보어(3) 안에서 축방향으로 이동 가능한 밸브 부재(5)를 포함하는 내연기관용 연료 분사 밸브로서, 상기 밸브 부재는 내연기관의 연소실측 단부에 원추형 밸브 실링면(7)을 가지고, 상기 밸브 실링면이 밸브 몸체(1)의 보어(3)의 연소실측 폐쇄 단부에 있는 원추형 밸브 시트면(9)과 상호 작용하며, 밸브 부재(5)에 있는 원추형 밸브 실링면(7)이 2개의 다른 원추 각도를 가지는 영역(71, 72)으로 분할되며, 상기 영역의 전환부에 상류측 및 하류측 밸브 실링 에지(73a와 73b)에 의해 제한되는 전환 영역(73)이 형성되고, 상기 전환 영역(73)과 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이는 하류측 영역(72)과 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이(역의 시트 각도 차이)보다 작은 연료 분사 밸브에 있어서,

상기 밸브 부재(5) 안에 형성된 방사 방향 리세스(74)는 전환 영역(73)에 상류측으로 연결되고, 상기 리세스는 전환 영역(73)의 상류측 실링 에지(73a)와 밸브 몸체(1)쪽으로 형성된 에지(75)에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 전환 영역(73)을 제한하는 밸브 실링 에지(73a, 73b)는 상기 상류측 밸브 실링 에지(73a)가 유압식으로 작용하는 시트 직경을 형성하도록 서로 밀접하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.