KR100643558B1

KR100643558B1 - 연료분사밸브

Info

Publication number: KR100643558B1
Application number: KR1020057015037A
Authority: KR
Inventors: 빌헬름 호프; 쿠르트 슈라이어; 시크프리트 고페르트; 쿠르트 슈라우트너; 헨닝 타이베스; 요르크 헤이세; 디터 홀즈
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-06-07
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2006-11-13
Also published as: CN1151336C; KR100570911B1; KR20000068027A; EP1355061B1; DE59810659D1; AU735559B2; BR9806040A; DE59812885D1; AU7637198A; WO1998057060A1; KR20050090470A; EP1355061A1; CN1228139A; EP0917624B1; DE19724075A1; EP0917624A1; US6168099B1; JP2000517025A

Abstract

천공원판을 제조하기 위한 본 발명에 의한 방법은, 먼저 금속 박판 포일(35)을 준비하고, 그 후 박판 포일(35)에 기하학적 형상 개구(27)와 보조개구(49, 50)를 형성하고, 각 박판 포일(35)을 중심 설정하여 중첩하고, 접합공정을 사용하여 박판 포일들(35)을 결합하고 그리하여 다수의 원형부(53)를 가진 천공원판 스트립(39)을 제조하고, 이어서 원형부(53) 또는 천공원판(21)을 개별분리하는 단계들을 포함하는 것이 특징이다.

그렇게 하여 제조된 천공원판은, 혼합물 압축식 외부점화 내연기관에 사용되는 연료분사밸브에 사용되기에 특히 적합하다.

천공원판, 밸브시트체, 박판 포일, 천공원판 스트립, 연료분사밸브, 내연기관

Description

연료분사밸브{Fuel injection valve}

도 1은 본 발명에 따라 제조된 제 1 천공원판을 가진, 부분도시된 분사밸브를 도시한 도면.

도 2는 스테이션(A) 내지 (E)에서 천공원판을 제조하고 스테이션(F) 및 (G)에서 천공원판을 분사밸브 내에 고정할 때의 공정진행의 원리도를 도시한 도면.

도 3은 삼층 천공원판의 제조를 위한 포일 스트립(foil strip)의 실시예들을 도시한 도면.

도 4는 중첩되는 다수의 포일 스트립을 가진 천공원판 스트립을 도시한 도면.

도 5 및 6은 피처리 천공원판 스트립을 가진 디프 드로잉 공구를 도시한 도면.

도 6a는 디프 드로잉(deep drawing) 공구의 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 7은 디프 드로잉되고 밸브 시트체에 고정된 천공원판의 제 1 실시예를 도시한 도면.

도 8은 디프 드로잉되고 밸브 시트체에 고정된 천공원판의 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 9는 디프 드로잉되고 밸브 시트체에 고정된 천공원판의 제 3 실시예를 도시한 도면.

도 10은 다른 천공원판의 평면도를 도시한 도면.

도 10a 내지 10c는 도 10에 따른 천공원판의 개별 박판층을 도시한 도면.

도 11은 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따른 천공 원판의 단면도를 도시한 도면.

도 12는 디프 드로잉되고 밸브 시트체에 고정된 (2층) 천공원판의 제 4 실시예를 도시한 도면.

도 13은 여러 형상 개구를 예시하기 위한 천공원판의 제 1 중심 영역을 도시한 도면.

도 14는 여러 형상 개구를 예시하기 위한 천공원판의 제 2 중심 영역을 도시한 도면.

도 15는 여러 형상 개구를 예시하기 위한 천공원판의 제 3 중심 영역을 도시한 도면.

본 발명은 청구항 1에 따른 분사밸브에 관한 것이다.

미국특허 제 4,854,024 호로부터 얇은 금속 출발재료를 사용하는, 연료분사밸브용 다중흐름-천공판의 제조방법이 이미 알려져 있다. 출발재료 내에는 펀칭에 의해 홀들이 형성되고, 그것들은 후 프레싱 또는 인각(coining)에 의해 추가 처리될 수 있다. 이어서 원형의 천공판들을 홀들 주위를 따라 출발재료로부터 펀칭하여천공판들을 분리시킨다. 또한 미국특허 제 4,854,024 호 및 제 4,923,169 호로부터, 그렇게 제조된 이들 천공판 중 최대 두 개를 샌드위치형으로 연료분사밸브에 사용하는 것이 알려져 있다. 그런 천공판의 서로 독립적으로 존재하는 2개의 박판층들은 밸브 시트체와 포지티브 방식으로 부착될 지지링 사이에 상하 중첩적으로 삽입 고정된다. 따라서, 그런 이층 천공판의 각 박판층들은 완전히 별도로 제조되기 때문에 다층 천공판은 분사밸브에 직접 설치된 상태에서야 비로소 형성된다. 끝으로, 지지링은 크림핑(crimping) 또는 기타 접합방법에 의해 밸브 시트 지지체 내에 고정되어야 하는데 그 이유는 그들만에 의해서는 천공판이 고정될 수 없기 때문이다.

미국특허 제 5,570,841 호로부터, 연료분사밸브에 사용되는, 다수층을 가진 천공판이 알려져 있다. 2 층 또는 4 층의 천공판이 스테인레스 강 또는 규소로 별도로 제조되고, 침식, 전착(electrodeposition), 에칭, 정밀펀칭 또는 마이크로 가공에 의해 형성된 기하학적 형상 개구로서의 개구와 유로를 갖고 있다. 그런데 밸브 시트로부터 가장 원격으로 배치된 층은 항상 관류하는 매체에 와류를 가하는 기하학적 형상 개구를 갖는다. 서로 독립적으로 제조된 층들은 분사밸브에 직접 배치될 때야 비로소 다층의 샌드위치형의 천공원판을 형성하는데, 그 이유는 각 층들이 밸브 시트체와 지지원판 사이에 서로 상하 중첩적으로 삽입 고정되기 때문이다.

마찬가지로 미국특허 제 5,484,108 호로부터 이미 연료분사밸브용 천공원판소자가 알려져 있는데, 이 소자는 적당한 금속, 예컨대 스테인레스 강의 2 또는 3 박층을 포함하고 있다. 천공원판 소자의 층들은 여기서도 서로 별도로 제조되는데, 상기 층들은, 샌드위치 같이 상하 중첩적으로 놓여 그들의 기하학적 형상 개구 영역에 적어도 하나의 공동부 형성 챔버가 생기도록 형성된다. 이미 상술한 간행물에서와 동일한 방식으로 천공원판 소자의 각 층들은 밸브 시트체와 지지체 사이에 고정된다.

미국특허 제 5,350,119 호로부터 도금된 천공원판 소자를 가진 연료분사밸브가 이미 알려져 있다. 천공원판 소자는, 몰리브덴과 같은 저항성 금속의 금속 스트립과 그 위에 형성되는 구리와 같은 연질 금속의 피막으로 제조된다. 밸브 시트 지지체의 크림핑에 의해 천공원판 소자의 평평한 층들이 밸브 시트체에 유지된다.

본 발명에 따른 천공원판은 대단히 간단한 제조 가능성 및 대단히 간단하고 비용면에서 유리한 분사밸브에의 설치라는 이점을 갖는다. 본 발명에 따른 다층 천공원판의 실시예에 의해서 개별 층이 서로 미끄러지는 것이 완전히 배제된다. 천공원판은 다층구조임에도 불구하고 완전히 안정되고 간단한 조작으로 고정될 수 있다. 유리하게는 천공원판의 바닥부재로부터 만곡된 지지 테가 용접시임에 의해 밸브 시트 지지체에 고정되기에 적당하다. 지지원판이나 지지링 같은 지지체는 천공원판의 고정시에 필요하지 않다.

추가로, 본 발명에 따른 천공원판의 바람직한 실시 및 개선 가능하다.

본 발명에 따른 분사밸브는, 간단한 방식 및 방법으로 분사될 매체의 균일한 미세분무가 추가 에너지 없이 달성되고, 특히 고도의 분무화 질 및 각각의 요구에 적합한 분사 형상이 달성된다는 이점을 갖는다. 이것은 유리하게는, 밸브 시트의 하류에 배치된 천공원판이, 매체, 특히 연료가 완전히 축방향으로 통과할 기하학적 형상 개구를 갖고, 그 개구는 고정 밸브 시트를 포함하는 밸브 시트체에 의해 제한되게 함으로써 달성된다. 그리하여 밸브 시트체는 이미 천공원판내의 흐름에 영향을 미치는 기능을 한다. 특히 유리하게는 연료의 분무 개선을 위해 흐름 내에서의 S 자 굴곡이 달성되는데, 그 이유는 밸브 시트체의 하부 단부면이 천공원판의 분사개구를 덮기 때문이다.

밸브 시트체와 천공원판의 기하학적 배치에 의해 달성되는 흐름 내 S 자 굴곡은 고도의 분무화 질을 가진 특이한 분사형상을 형성하게 한다. 천공원판은 단일, 이중 또는 다중 스트림 스프레이를 위해 적합하게 형성된 밸브 시트체와 더불어, 예컨대, 직사각형, 삼각형, 십자, 타원과 같은 여러 다양한 분사물 단면을 갖게 한다. 이런 특수한 분사 형상은 미리 주어진 형상에, 예컨대 내연기관의 여러 흡인관 단면에 정확하고 최적으로 매칭될 수 있다. 이에 의해, 배기가스를 저감시키도록 균일하게 분배된 혼합기를 송출하기에 적합하고 흡입관 벽에 유해한 피막이 부착하는 것을 방지하기에 적합한 횡단면이 충분히 활용될 수 있는 이점이 얻어진다. 결과적으로 이런 분사밸브에 의해 내연기관의 배기가스 방출이 감소될 수 있고 연료 소비의 감소가 달성된다.

추가로, 본 발명에 따른 분사밸브의 바람직한 실시 및 개선이 가능해진다.

본 발명에 따른 분사밸브의 대단히 중요한 이점은 분사 형상의 변화가 간단한 방식 및 방법으로 가능하다는 것이다.

본 발명의 실시예들이 도면에 간략히 도시되어 있으며 이하의 기재에서 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 본 발명에 의해 제조된 천공원판을 사용하기 위한 실시예로서 밸브가 혼합기 압축식 스파크 점화형 내연기관의 연료분사 시스템용 분사밸브의 형태로 부분적으로 도시되어 있다. 분사밸브는 관형의 밸브 시트 지지체(1)를 갖고 있고, 그 지지체 내에는 밸브 종축(2)에 대해 동심으로 종방향 구멍(3)이 형성되어 있다. 종방향 구멍(3) 내에는 예컨대 관형의 밸브 니들(5)이 배치되어 있고, 그 밸브 니들의 하류단부(6)가 예컨대 구형의 밸브 폐쇄체(7)와 연결되어 있고, 상기 밸브 폐쇄체(7)의 주위에는 연료가 흘러지나가도록 예컨대 5 개의 평탄부(8)가 배치되어 있다.

분사밸브의 작동은 공지의 방식으로 예컨대 전자기적으로 행해진다. 밸브 니들(5)을 축방향으로 이동시키고 비도시된 복귀 스프링의 힘에 대항해서 분사밸브를 개방시키거나 폐쇄시키기 위해, 자기코일(10), 아마츄어(11) 및 코어(12)를 갖춘 도시된 전자기 회로가 사용된다. 아마츄어(11)는 밸브 니들(5)의, 밸브 폐쇄체(7) 반대쪽 단부와 예컨대 레이저에 의해 형성된 용접시임에 의해 연결되고 코어(12)에 대해 정렬되어 있다.

축방향 이동 중 밸브 폐쇄체(7)를 안내하기 위해 밸브 시트체(16)의 안내개 구(15)가 사용된다. 밸브 시트 지지체(1)의, 코어(12) 반대쪽의 하류 단부에는 밸브종축(2)에 대해 동축으로 뻗은 종방향 구멍(3) 내에 예컨대 원통형 밸브 시트체(16)가 용접에 의해 밀봉 방식으로 설치되어 있다. 밸브 시트체(16)는 밸브 폐쇄체(7) 반대쪽 그의 하부 단부면(17)에서, 본 발명에 따른 또는 본 발명에 따라 제조된 예컨대 냄비모양의 천공원판(21)과 동심으로 고정 연결되어 있고, 따라서 천공원판의 바닥부재(22)가 직접 밸브 시트체(16)에 접해 있다. 천공원판(21)은 적어도 두 개의, 도 1에 따른 실시예에서는 3 개의, 작은 두께를 가진 금속 박판층(135)으로 구성되어 있어, 소위 박판적층-천공원판이 주어진다.

밸브 시트체(16)와 천공원판(21)의 연결은 예컨대 레이저에 의해 형성된 환형의 제 1 용접시임(25)에 의해 밀봉방식으로 이루어진다. 이런 설치방식에 의해 기하학적 형상 개구들(27)을 가진 판 중앙부분에서 바람직하지 않은 천공원판(21) 변형의 위험이 제거된다. 냄비모양 천공원판(21)의 바닥부재(22)에는 환형의 연속하는 지지테(28)가 외측을 향해 연결되고, 이 지지테는 밸브 시트체(16) 반대쪽으로 축방향으로 뻗어 그 단부에 이르기까지 약간 원추형으로 외측으로 휘어져 있다. 지지테(28)는 반경방향 스프링 작용을 종방향 구멍(3)의 벽에 가한다. 그리하여 밸브 시트체(16)가 밸브 시트 지지체(1)의 종방향 구멍(3) 내에 삽입될 때에 종방향 구멍(3)에 칩이 형성되는 것이 방지된다. 천공원판(21)의 지지테(28)는 그의 자유단부에서 예컨대 환형 제 2 용접시임(30)에 의해 종방향 구멍(3)의 벽과 밀봉방식으로 연결되어 있다. 밀봉방식으로 용접함으로써 종방향 구멍(3)의 원하지 않는 지점에서 연료가 직접 내연기관의 흡인관 내로 흐르는 것이 방지된다.

밸브 시트체(16)와 냄비형 천공원판(21)으로 구성된 밸브 시트 부재가 종방향 구멍(3)내에 삽입된 삽입깊이가 밸브 니들(5)의 행정의 크기를 결정하는데, 그 이유는 자기 코일(10)이 여자되지 않았을 때 밸브 니들(5)의 하나의 끝위치는 밸브 폐쇄체(7)가 밸브 시트체(16)의 밸브 시트 면(29)에 접함으로써 결정되기 때문이다. 밸브 니들(5)의 다른 끝위치는 자기코일(10)이 여자되었을 때 예컨대 아마츄어(11)가 코어(12)에 접촉함으로써 결정된다. 따라서, 밸브 니들(5)의 두 끝위치 사이의 거리가 행정을 형성한다. 구형의 밸브 폐쇄체(7)는, 흐름방향으로 원추대형으로 가늘어지고 안내개구(15)와 밸브 시트체(16)의 하부 단부면(17) 사이에 축방향으로 형성되어 있는 밸브 시트체(16)의 밸브 시트 면(29)과 협동작용한다.

도 2는 본 발명에 의한 천공원판(21)의 제조시 공정 진행을 보여주는데, 개별 제조 및 처리 스테이션은 단지 개략적으로 도시되어 있다. 이하의 도 3 내지 6을 참고로 개별 처리단계가 더욱 상세히 설명될 것이다. A로 표시된 제 1 스테이션에는 나중의 천공원판(21)을 구성하는 박판층(135)의 소정 개수에 따라 예컨대 롤-업된 포일 스트립(35)인 박판 포일들이 주어진다. 3 박판층(135)을 포함하는 박판적층-천공원판(21)을 제조하기 위해 3 포일 스트립(35a, 35b 및 35c)을 사용할 경우에는, 나중의 처리, 특히 접합을 위해 중간의 포일 스트립(35b)을 코팅하는 것이 바람직하다. 이어서 포일 스트립(35)에는, 포일 스트립(35)들을 중심 설정 및 조정하기 위해 또는 나중에 천공원판(21)을 포일 스트립(35)으로부터 제거하기 위해 각 포일 스트립(35)당 다수의 동일한, 천공원판(21)의 기하학적 형상 개구(27) 및 보조 개구가 형성된다.

이런 개별 포일 스트립(35)의 처리는 스테이션(B)에서 행해진다. 스테이션(B)에는 공구(36)가 있어 이 공구에 의해 개별 포일 스트립(35)에 소정 기하학적 형상 개구(27)와 보조 개구가 형성된다. 모든 주요한 윤곽은 이 경우 마이크로 펀칭, 레이저 커팅, 침식, 에칭 또는 유사한 방법에 의해 제조된다. 도 3은 그런 방식으로 가공된 포일 스트립(35)의 예를 보여준다. 그렇게 가공된 포일 스트립(35)은 가열장치(37)를 나타내는 스테이션(C)을 통과하고 거기서는 포일 스트립(35)이 예컨대 납땜공정의 준비단계로서 유도가열된다. 스테이션(C)은 단지 선택적으로 배치되는데, 그 이유는 가열을 필요로 하지 않는 다른 접합방법도 포일 스트립(35)의 결합을 위해 사용될 수 있기 때문이다.

스테이션(D)에서는 개별 포일 스트립들(35)이 서로 접합되며, 포일 스트립들(35)은 중심설정장치에 의해 서로 정확히 위치설정되고 예컨대 회전하는 압력 롤러(38)에 의해 서로 가압된 뒤 이송된다. 접합방법으로서는 레이저 용접, 광빔 용접, 전자빔 용접, 초음파 용접, 프레스 용접, 유도 납땜, 레이저빔 납땜, 전자빔 납땜, 접착 또는 기타 공지의 방법이 사용될 수 있다. 이어서 다수층의 포일 스트립(35)을 포함하는 천공원판 스트립(39)이 스테이션(E)에서, 천공원판(21)이 분사밸브 내에 삽입되기에 적합한 크기와 윤곽이 되도록 가공된다. 스테이션(E)에서는 천공원판(21)의 개별화(분리)가 공구(40), 특히 펀칭공구를 사용하여 천공원판 스트립(39)으로부터 펀칭에 의해 행해진다. 평평하게 펀칭된 천공원판(21)은 그대로 분사밸브에 사용될 수도 있을 것이다. 다른 한편으로, 공구(40'), 특히 디프 드로잉 공구를 사용하여 천공원판 스트립(39)으로부터 천공원판들(21)을 파열 또는 절취에 의해 분리해 내어 개별화하는 것도 가능한데, 이때는 천공원판들(21)이 동시에 직접 냄비 형상을 갖는다. 펀칭을 행하고 천공원판(21)의 냄비 형상을 원하면, 펀칭 후 다시 디프 드로잉 과정 또는 크림핑이 요구된다.

그래서 천공원판(21)을 제조하는 단계는 종결되고, 후속해서는 천공원판(21)의 설치가 행해진다. 개별화되고 소정방식으로 형성된 천공원판(21)은 다음 단계에서 접합장치(45)에 의해 밸브 시트체(16)의 하부 단부면(17)에 고정되는데, 유리하게는 강고한 밀봉 연결을 달성하기 위해 레이저 용접장치가 사용된다(스테이션 F). 개략적으로 도시된 레이저 빔(46)에 의해 환형의 용접시임(25)이 얻어진다. 밸브 시트체(16)와 천공원판(21)으로 된 밸브 시트 부재는 이어서 선택적으로 정밀처리되는데 이때 밸브 시트 부재는 지지장치(47) 내에 고정된다(스테이션 G). 호우닝(honing) 또는 마무리 선삭과 같은 공정을 수행할 수 있게 하는 여러 가공공구들(48)에 의해, 특히 밸브 시트체(16)의 내부 윤곽(예컨대 안내개구(15), 밸브 시트 면(29))이 마무리 가공된다.

천공원판(21)을 위한 포일 스트립(35)의 구체적 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 여기서, 포일 스트립(35a)은 나중에 밸브 폐쇄체(7) 쪽의, 천공원판(21)의 상부 박판층(135a)을 형성하고 포일 스트립(35c)은 나중에 밸브 폐쇄체(7) 반대편의, 천공원판(21)의 하부 박판층(135c)을 형성하는 한편, 포일 스트립(35b)은 천공원판(21)에 있어 상기 두 층 사이에 위치하는 박판층(135b)을 형성한다. 보통 본 발명에 따라 제조되는 박판 적층-천공원판(21)의 경우 각각 0.05 내지 0.3 mm, 특히 약 0.1 mm의 두께를 갖는 2 내지 5 개의 포일 스트립(35)이 상하로 적층되어 배치된다. 스테이션(B)에서 각 포일 스트립(35)에는 기하학적 형상 개구들(27)이 제공되고 이들은 포일 스트립(35)의 길이에 걸쳐 다수 반복된다. 도 3에 도시된 실시예에서 상부 포일 스트립(35a)은 십자모양 유입개구(27a)의 형태의 기하학적 형상 개구(27)를 갖고 있고 중간의 포일 스트립(35b)은 십자모양 유입개구(27a)의 치수보다 큰 직경을 가진 원형의 관통개구(27b)의 기하학적 형상 개구(27)를 갖고, 하부의 포일 스트립(35c)은 관통개구(27b)의 커버 영역에 있는 4 개의 원형의 분사개구(27c) 형태의 기하학적 형상 개구(27)를 갖고 있다. 스테이션(B)에서는 이들 기하학적 형상 개구(27) 외에도 추가의 보조개구(49, 50)가 형성된다.

각각 두 개의 기하학적 형상 개구(27) 사이에는 각각 두 포일 에지(52)를 따라 같은 간격으로 보조개구들(49)이 중심설정용 리세스로서 형성되어 있고, 이들 보조개구는 나중에 거기에 맞물릴 공구 또는 보조수단의 형태에 따라 모나거나 둥글거나 뾰족하게 뻗거나 또는 경사져 있을 수 있다. 다른 보조개구들(50)은 낫 모양 개구로서 포일 스트립(35) 내에서 각 기하학적 형상 개구(27)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 예컨대 네 개의 낫 모양의 보조개구(50)의 내부윤곽은 나중의 천공원판(21)의 직경을 가진 원을 둘러싼다. 보조개구들(50)에 의해 둘러싸인, 포일 스트립(35) 내의 원형영역은 원형부(53)로 표시되어 있다. 보조개구(50)는 그 단부가 첨예하게 뻗어 있고, 개별 보조개구들(50) 사이에는 원형부 직경의 영역에서 단지 0.2 내지 0.3 mm의 폭을 가진 좁은 웨브(55)가 형성되어 있다. 스테이션(E)에서 펀칭 또는 디프 드로잉 할 때에 웨브(55)가 파열되어 천공원판(21)이 분리된다. 특히 유효한 방식에 있어서는 다수의 포일 스트립(35)이 하나의 큰 포일 카펫으로 통합되게 하고 그 카펫 위에 원형부들(53)이 이차원적으로 배치되게 한다.

도 4는 스테이션(D)내의 천공원판 스트립(39)을 개략적으로 나타내는데, 포일 스트립들(35)의 중첩이 단계적으로 도시되어 있다. 좌측으로부터 시작하여 처음에는 단지 하부 포일 스트립(35c)만이 주어지고, 그 다음에 그 위에 중간 포일 스트립(35b)이 놓인다. 상부 포일 스트립(35a)은 천공원판 스트립(39)을 완성시키고 그래서 우측 두 원형부(53)에서 스트립은 삼층으로 되어 있다. 원형부(53)의 평면도로부터는, 분사개구(27c)가 유입개구(27a)에 대해 오프셋되도록 배치되어 있어, 천공원판(21)을 통과하는 매체, 예컨대 연료는 천공원판(21) 내에서 소위 S-굴곡을 겪게되고 이것은 분무를 개선하는데 기여한다는 것을 알 수 있다. 보조개구(49)에는 중심설정 장치(57: 인덱스 핀, 인덱스 볼트)가 맞물리고, 이 장치는 개별 포일 스트립(35)의 원형부들(53)이 치수적으로 정확하게 그리고 위치적으로 확실하게 서로 중첩되고 그런 뒤 포일 스트립들(35)이 서로 연결될 수 있게 한다. 보조개구(49)는 포일 스트립(35) 또는 천공원판 스트립(39)의 자동 수송을 위한 수송홈으로서 사용될 수도 있다. 포일 스트립(35)의 고정연결은, 용접, 납땜 또는 접착에 의해, 원형부(53)의 영역에서 뿐만 아니라 포일 에지(52) 부근의 원형부(53) 외부의 영역에서, 또는 각각의 대향하는 2개의 보조개구(49) 사이의 중심영역(58)에서 수행된다.

도 5 및 6에는 디프 드로잉 공구(40')가 개략적으로 도시되어 있는데, 천공원판 스트립(39)이 그것을 통과한다. 천공원판 스트립(39)은 보조개구(50)와 포일 에지(52) 사이의 에지 영역으로 공작물 지지면(59) 위에 놓이고, 그 스트립은 다운 홀더(60)에 의해 상기 지지면에 대해 가압되어 있다. 다운 홀더(60)는 적어도 부분적으로는 원추대형의 개구(61)를 갖고 있고, 그 개구가 천공원판(21)의 지지테(28)를 형성하는 다이의 기능을 한다. 공작물 지지면(59)에도 개구(62)가 있는데, 이 개구는 원통형으로 형성되어 있고 이 개구 내에서 펀치(63)가 천공원판 스트립(39)의 평면에 대해 수직으로 이동될 수 있다. 펀치(63)에 대향하는 천공원판 스트립(39)의 측면에는 다운 홀더(60)의 개구(61) 내에 펀치 대응 부재(64)가 있고 이 부재는 펀치(63)의 운동을 추종하는데 천공원판(21)의 바닥부재(22)의 윤곽을 규정한다. 펀치(63)에 의해 원형부(53) 위에 가해진 힘은 펀치 대응 부재(64)의 대항력 보다는 큰 데, 이 힘에 의해 원형부(53)는 웨브(55)의 영역에서 천공원판 스트립(39)으로부터 파열되고 원형부(53)는 냄비모양의 천공원판(21)으로 변형된다. 스테이션(E)에서 진행되는 이 공정은 디프 드로잉 또는 커핑(cupping)과 같은 병진 압축 인장 성형이다.

포일 에지(65)는 원형부(53)로부터 파열된 뒤 쓰레기로서 디프 드로잉 공구(40') 내에 잔류하지만 재활용되어 새로운 박판 포일의 제조에 사용될 수 있다. 스테이션(E)에서 디프 드로잉 또는 커핑에 의해 천공원판(21)의 지지테(28)가 바닥부재(22)에 대해 거의 수직으로 형성됨으로써, 벤딩영역에서 충분한 고정연결이 이루어지면, 스테이션(D)에서 포일 스트립(35)을 고정 연결하는 작업이 완전히 생략될 수 있다. 다운 홀더(60)내의 개구(61)에 의해 편평한 각도가 규정되면, 언제나 스테이션(D)에서 고정연결이 수행되어야 한다. 예컨대 천공원판 스트립(39)으로부터 펀칭에 의해 소정의 편평한 천공원판(21)을 분리하는 경우에도, 고정연결을 할 필요가 있다.

도 6a에는 디프 드로잉 공구(40")의 제 2 실시예가 도시되어 있는데. 도 5 및 6에 표시된 디프 드로잉 공구(40')와 같은 작용의 부분은 같은 도면 번호로 표시되어 있다. 디프 드로잉 공구(40")에서는 하나의 공정으로 먼저 원형부(53)가 절단되고 이어서 바로 디프 드로잉 가공된다. 이를 위해 펀치(63)는 슬리브형 절단공구(67)에 의해 둘러싸여있고, 이 공구의 내부벽이 개구(62)를 규정한다. 절단공구(67)는 펀치(63)와 함께 화살표로 표시한 것처럼 천공원판 스트립(39)의 평면에 대해 수직으로 이동한다. 펀치(63)와 절단공구(67)가 다이(66)의 개구(61) 내에서 역시 축방향으로 이동 가능한 펀치 대응부재(64)에 대해 정확히 중심 설정되고 규정된 이동을 함으로써, 원형부(53)는 절단공구(67)의 날에 의해 천공원판 스트립(39)으로부터 아주 정확히 절단된다. 절단공구(67)는 다이(66) 내의 개구(61)의 스텝(75)에서 정지하며, 동시에 원형부(53)가 고정된다. 그리고 나서, 단지 펀치(63) 만이 개구(61) 내로 진입이동하고 그리하여 원형부(53)는 개구(61)의 부분적인 원추대형 형상으로 인해 냄비 모양으로 된다.

도 7 내지 9는 스테이션(F)으로부터 나온, 밸브 시트체(16)와 천공원판(21)으로 형성된 밸브 시트 부재의 여러 실시예를 보여준다. 스테이션(E)에서 원형부(53)의 디프 드로잉 또는 커핑에 의해 외측 원형부 에지는 천공원판(21)의 나중의 지지테(28)로서 천공원판 스트립(39)의 평면으로부터 휘어진다. 도 6 내지 9에 나타나는 바와 같이, 지지테(28)는 디프 드로잉 공구(40')를 벗어난 후 예컨대 바닥부재(22)의 평면에 대해 거의 수직으로 뻗을 수 있다. 스테이션(B)에서 포일 스트립(35)을 처리할 때에 이미 원형부(53)의 직경은 보조개구(50)의 형성에 의해 결정된다.

개별 포일 스트립(35)에서 원형부의 직경이 같은 크기로 선정되면, 박판층(135)의 디프 드로잉에 의해 지지테(28)가 생기고, 이 지지테는 바닥부재(22) 반대편에 놓인 그의 자유단부가 계단형으로 형성된다(도 7). 하부 포일 스트립(35c)으로부터 처리된 지지테(28)의 내부 박판층(135c)은 하류방향으로 보아 바닥부재(22)로부터 가장 멀리 떨어져 끝나는 한편, 모든 나머지 박판층들(135)은 내측에서 외측으로 감에 따라 디프 드로잉 공정에 의해 각각 더 짧게 끝난다. 그러나 상부 포일 스트립(35a)에서 원형부(53)의 직경이 중간 포일 스트립(35b)에서의 원형부(53)의 직경보다 크게 결정되고, 이것은 다시 하부 포일 스트립(35c)에서의 원형부(53)의 직경보다 크게 결정되면, 지지테(28)는, 한편으로는 그의 자유단부에 도 7에 따른 실시예와는 반대방향인 박판층(135)의 계단을 가질 수도 있고(도 8) 또는 다른 한편으로는 모든 박판층들(135)이 한 평면에서 끝나는 자유단부를 가질 수도 있다(도 9). 특히 지지테(28)에 용접시임(30)을 제공하기 위해서는 동일 또는 상이한 원형부 직경의 선정은 중요하다.

포일 스트립(35) 또는 천공원판(21) 내의, 도 3 및 4에 예시된 기하학적 형상 개구(27) 외에 박판적층-천공원판(21)용의 무수한 다른(예컨대 원형, 타원형, 다각형, T 형, 낫모양, 십자형, 반원형, 포물선형, 골격형, 특히 비대칭의) 기하학적 형상 개구(27)도 생각해 볼 수 있다. 도 10 및 11은 천공원판(21)의 개별 박판층(135) 내의 기하학적 형상 개구(27)의 바람직한 실시예들을 보여주는데, 도 10은 천공원판(21)의 평면도이다. 특히 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 단면도인 도 11은 세 박판층(135)을 가진 천공원판(21)의 구조를 보여준다.

상부의 박판층(135a)(도 10a)은 양식화된 박쥐(또는 이중 H)를 닮은 윤곽을 가진 가급적 큰 둘레를 가진 유입개구(27a)를 갖고 있다. 유입개구(27a)는, 서로 대향하는 직사각형의 두 협착부(68)와 이들 협착부(68)에서 벗어나 있는 세 유입영역(69)을 가진 부분적으로 라운딩 된 직사각형으로 나타낼 수 있는 단면을 가지고 있다. 세 유입영역(69)은 박쥐에 비견될 수 있는 윤곽과 관련해서 몸체/몸통 그리고 박쥐의 두 날개(또는 이중 H의 종방향 바아에 대한 횡방향 바아)를 나타낸다. 하부 박판층(135c)(도 10c)에서는 4 개의 원형 분사개구(27c)가 예컨대 천공원판(21)의 중심축에 대해 같은 간격으로 그리고 이 축을 중심으로 대칭적으로 배치되어 있다.

분사개구(27c)는 모든 박판층(135)이 한 평면(도 2)에 투사되었을 때에 부분적으로 또는 광범위하게 상부 박판층(135a)의 협착부(68) 내에 위치한다. 분사개구(27c)는 유입개구(27a)에 대해 오프셋되게 배치된다. 즉, 투사되었을 때 유입개구(27a)는 어떤 위치에서도 분사개구(27c)를 덮지 않는다. 그러나 상기 오프셋은 여러 방향에서 상이한 크기일 수 있다.

유입개구(27a)로부터 분사개구(27c)에 이르기까지의 유체흐름을 보장하기 위해 중간 박판층(135b)(도 10b)에는 관통개구(27b)가 유로(공동)로 형성되어 있다. 라운딩 된 직사각형의 윤곽을 가진 관통개구(27b)는, 투사시 유입개구(27a)를 완전 히 덮고 특히 협착부(68)의 영역에서 유입 개구(27a)를 너머 돌출하는, 즉 협착부(68)보다 천공원판(21)의 중심축에 대한 더 큰 간격을 갖는 그런 크기를 갖고 있다.

도 10a, 10b 및 10c에는, 각 박판층(135)의 기하학적 형상 개구(27)를 정확하게 나타내기 위해, 복합 천공원판으로서 디프 드로잉되기 전 포일 스트립(35)으로부터 분리된 박판층(135a, 135b 및 135c)이 도시되어 있다. 각 도면은 결국 각 박판층(135a, 135b 및 135c)을 따라 수평으로 천공원판 스트립(39)을 절단한 단면도를 나타낸다. 기하학적 형상 개구(27)를 보다 잘 나타내기 위해 다른 박판층(135)의 음영 및 물리적 에지는 생략되었다.

도 12 내지 15는 두 박판층(135)을 가진 천공원판(21)의 실시예들을 보여주는데, 이 원판은 밀봉 용접시임(25)에 의해 분사밸브의 밸브 시트체(16)에 설치되어 있다. 밸브 시트체(16)는 밸브 시트 면(29) 하류에 유출개구를 갖고 있고 이 개구는 세 박판층(135)을 가진 천공원판(21)에 비해, 유입개구(27a)를 나타낸다. 밸브 시트체(16)는 그의 하부 유입개구(27a)에 의해, 그의 하부 단부면(17)이 부분적으로 관통개구(27b)의 상부 커버를 형성하여 천공원판(21) 내로의 연료 유입면을 결정(한정)하도록 형성되어 있다. 도 12 내지 15에 도시된 모든 실시예에서 유입개구(27a)는 천공원판(21)의 분사개구(27c)가 놓이는 가상 원의 직경 보다 작은 직경을 갖는다. 환언하면, 천공원판(21)의 입구를 결정하는 유입개구(27a)와 분사개구(27c)는 서로 완전히 오프셋되어 있다. 밸브 시트체(16)가 천공원판(21) 상에 투사되면 밸브 시트체(16)는 전체 분사개구(27c)를 덮는다. 분사개구(27c)가 유입개구 (27a)에 대해 방사방향으로 오프셋되어 있기 때문에 매체, 예컨대 연료의 S 형 흐름경로가 생긴다. S 형 흐름경로는, 밸브 시트체(16)가 천공원판(21)에 있는 모든 분사개구(27c)를 단지 부분적으로라도 덮으면 발생된다.

천공원판(21) 내에서 유체가 강하게 방향전환하면서 소위 S 자 경로를 가짐으로써, 흐름에는 분무를 촉진하는 강한 난류가 만들어진다. 그래서 흐름에 대해 횡방향의 속도구배가 특히 강하게 형성된다. 상기 구배는 흐름에 대한 횡방향의 속도 변동을 나타내며, 이 때 흐름 중심에서의 속도는 벽 부근에서 보다 현저히 높다. 속도차이에 기인하는 유체 내 전단응력 증가는 분사개구(27c) 부근에서 미세방울들의 붕괴를 촉진한다. 출구에서 흐름은 가해진 반경방향 성분으로 인해 한쪽에서 분리되기 때문에, 그 흐름은 윤곽에 따라 안내되지 못하여 안정화되지 않는다. 유체는 분리된 쪽에서 특히 높은 속도를 갖는다. 그리하여 출구에서 분무를 촉진하는 전단 난류가 소멸되지 않는다.

난류에 의해 존재하게 되는, 흐름방향에 대해 횡방향의 운동량에 의해서 특히 분사된 스프레이에 있어 방울분포밀도가 큰 균일성을 갖게 된다. 그리하여 방울응집, 즉 작은 방울들이 큰 방울로 합해질 확률이 감소된다. 스프레이 내 평균방울직경의 유리한 감소의 결과, 스프레이 분포가 비교적 균일해진다. S 자 굴곡에 의해 유체 내에는 미세 크기(고주파)의 난류가 발생되고, 그 난류는 분류를 천공원판(21)으로부터의 유출직후 해당하는 미세방울들로 붕괴시킨다.

천공원판(21)의 중심영역에서의 기하학적 형상 개구(27)의 세 실시예가 도 13 내지 15 도에 평면도로 표시되어 있다. 이들 도면에서는 하부 단부면(17)영역에서 밸브 시트체(16)의 유입개구(27a)가 분사개구(27c)에 대한 오프셋을 명확히 하기 위해 일점쇄선으로 표시되어 있다. 천공원판(21)의 모든 실시예는, 이들이 상부 박판층(135)에 있는 적어도 하나의 관통개구(27b) 및 하부 박판층(135)에 있는 적어도 하나의 분사개구(27c), 여기서는 네 개의 분사개구(27c)를 갖고 있고, 관통개구(27b)는 그 너비 또는 폭이 모든 분사개구(27c)를 통한 완전한 흐름이 이루어지는 크기로 되어 있다는 공통점을 갖고 있다. 이것은 관통개구(27b)를 제한하는 벽들 중 어느 것도 분사개구(27c)를 덮지 않는다는 것을 의미한다.

도 13에 부분적으로 도시된 천공원판(21)의 경우에는 관통개구(27b)가 이중마름모꼴과 유사한 형태로 되어 있고, 두 마름모꼴은 중간 영역에 의해 연결되어 있어 단 하나의 관통개구(27b)가 존재하고 있다. 그러나 두 개 또는 그 이상의 관통개구(27b)도 똑같이 가능하다. 예컨대 정방형 단면을 가진 네 개의 분사개구(27c)가 이중마름모꼴 관통개구(27b)로부터 시작하여 하부 박판층(135)을 통해 연장하는데, 그들 네 개구는 천공원판(21)의 중심점으로부터 볼 때 예컨대 관통개구(27b)의 가장 먼 지점에 형성되어 있다. 각각 두 개의 분사개구(27c)가 관통개구(27b)의 길게 뻗은 마름모꼴으로 인해 하나의 개구쌍을 형성한다. 분사개구(27c)의 그런배열은 2 스트림 분사 또는 평면스트림 분사를 가능하게 한다.

다른 실시예에 있어서는 관통개구(27b)가 원형(도 14) 또는 직사각형(도 15)으로 구성되고 그 개구로부터 원형단면(도 14 및 15)을 가진 분사개구(27c)가 이어진다. 이 천공원판(21)은, 특히 두 분사개구(27c)가 두 다른 분사개구(27c)에 대해 멀리 떨어져 있는 배치에 의해 2 스트림 분사에 특히 적합하다.

본 발명에 따른 분사밸브용 천공원판은, 혼합기 압축식 스파크 점화형 내연기관에 사용되는 연료분사밸브에 사용되기에 특히 적합하다.

Claims

밸브 종축, 고정밸브 시트를 가진 밸브 시트체, 상기 밸브 시트체와 상호작용하고 상기 밸브 종축을 따라 축방향으로 가동적인 밸브 폐쇄체, 및 상기 밸브 시트의 하류에 배치되어 있고 각각 상이한 기하학적 형상 개구를 가진 적어도 두 개의 금속층을 가진 천공원판을 포함하는 연료분사밸브에 있어서,

상기 금속층들은, 매체가 상기 천공원판(21)의 모든 박판층들(135)을 통해 완전히 관류할 수 있도록 각 박판층(135) 내에 기하학적 형상 개구(27)를 가지고, 샌드위치형으로 배치된 적어도 2개의 금속 박판층(135)들로 형성되고, 상기 천공원판(21)의 상기 박판층들(135)은 분사 밸브에 대한 고정과 무관하게 서로 고정 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 기하학적 형상 개구(27)를 가진 평평한 바닥부재(22)가 상기 천공 원판(21)에 제공되고, 상기 바닥부재로부터 환형의 연속하는 휘어진 지지테(28)가 연장하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 2 항에 있어서, 상기 지지테(28)가 상기 바닥부재(22)로부터 90°의 각도로 휘어져 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 2 항 또는 3 항에 있어서, 상기 바닥부재(22)는 상기 지지테(28)를 가진 냄비 형상을 구성하고, 상기 냄비 형상은 디프 드로잉(deep drawing) 또는 커핑(cupping)에 의해 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 밸브 시트체(16)로부터 가장 먼 쪽의 박판층(135)에 있는 적어도 하나의 분사개구(27c)가 상기 밸브 시트체(16)에 의해 덮이도록, 상기 밸브 시트체(16)는 이 밸브 시트체(16) 쪽의 상부 박판층(135)의 상기 기하학적 형상 개구(27)를 하부 단부면(17)에 의해 부분적으로 직접 덮고, 상기 기하학적 형상 개구(27)는 상기 적어도 하나의 분사개구(27c)로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 5 항에 있어서, 상기 밸브 시트체(16)쪽의 상기 박판층(135)은 관통개구(27b)를 갖고 상기 밸브 시트체(16)로부터 가장 먼 쪽의 박판층(135)은 적어도 2개의 분사개구(27c)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 6 항에 있어서, 상기 천공원판(21)의 상기 관통개구(27b)는 각각의 개별 분사개구(27c) 보다 큰 단면을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 7 항에 있어서, 상기 분사개구들(27c)중 어느 것도 상기 관통개구(27b)의 벽에 의해 덮이지 않는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 5 항에 있어서, 상기 천공원판(21)에 다수의 관통개구(27b)가 제공되고 또한 동일한 수의 분사개구들(27c)도 역시 제공되므로, 각각의 관통개구(27b)로부터 정확히 하나의 분사개구(27c)가 연장하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 천공원판(21)은 레이저 용접(45,46)에 의해 상기 밸브 시트체(16)에 밀봉 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.