KR100685199B1 - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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KR100685199B1
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다카시 오카다
유타카 곤도
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아이상 고교 가부시키가이샤
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

과제
연료의 유량 안정화를 꾀하는 데 유효한 연료 분사 밸브를 제공한다.
해결 수단
연료 분사 밸브 (10) 는 밸브 폐쇄 상태시에, 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 의 서로 대향하는 대향면에 의해서 구획 영역이 형성된다. 구획 영역은 제 1 공간부와 제 2 공간부로 이루어진다. 제 1 공간부는 연료 분사 구멍 (41b) 밖에 형성된다. 제 2 공간부는 연료 분사 구멍 (41b) 내에서 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구와, 연료 유입구 (41b) 의 내경이 일정해지는 부위와의 사이에 형성된다. 제 1 공간부와 제 2 공간부의 용적의 합계는, [0.1[㎣]≤용적의 합계≤0.15[㎣]] 의 범위에 설정된다.

Description

연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE}
도 1 은 본 발명의 연료 분사 밸브의 일 실시예인 연료 분사 밸브 (10) 의 종단면도이다.
도 2 는 밸브 개방 상태에 있어서의, 도 1 의 연료 분사 밸브 (10) 의 (W) 로 나타내는 부분의 확대도이다.
도 3 은 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 이행하는 과정에서의, 도 1 의 연료 분사 밸브 (10) 의 (W) 로 나타내는 부분의 확대도이다.
도 4 는 밸브 폐쇄 상태에 있어서의, 도 1 의 연료 분사 밸브 (10) 의 (W) 로 나타내는 부분의 확대도이다.
도 5 는 도 2 의 V-V선의 단면도이다.
도 6 은 데드볼륨 D/V[㎣] 와 유량비[%] 및 유량 편차[%] 와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은 도 4 의 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 확대도이다.
도 8 은 다른 실시예의 돌기 형상면 (44) 을 나타내는 확대도이다.
도 9 는 다른 실시예의 돌기 형상면 (45) 을 나타내는 확대도이다.
도 10 은 다른 실시예의 돌기 형상면 (46) 을 나타내는 확대도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 연료 분사 밸브
20: 본체
21: 고정 코어부
21a: 연료 통로
22: 지지부
23: 슬리브
24: 필터
30: 밸브 (밸브체)
31: 밸브 보디
31a: 연료 통로
31b: 연통 구멍
32: 밸브 선단부
32a: 오목부
32b: 맞닿음부
32c: 선단면
32d: 노치부
33: 탄성체
33a: 돌기부
33b, 33c, 33d: 공간부
35: 스프링 어제스터
35a: 연료 통로
36: 스프링
40: 밸브 시트
41: 밸브 시트 보디
41a: 맞닿음면
41b: 연료 분사 구멍
41c: 홈부
41d: 연료 통로
42: 연료 도입 경로
43, 44, 45, 46: 돌기 형상면
50: 구동부
51: 코일
본 발명은 내연 기관, 특히, 액화 가스 연료를 사용하는 내연 기관의 연료 분사 밸브로서 바람직한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
내연 기관의 연료로는, 가솔린 등의 액체 연료나 액화 석유 가스 (LPG) 등의 액화 가스 연료가 사용된다.
액화 가스 연료를 사용하는 내연 기관에서는, 액화 가스 연료는 액체 상태로 연료 분사 밸브에 공급됨과 함께, 액체 상태로 연료 분사 밸브로부터 분사된다. 이 때문에, 액화 가스 연료를 사용하는 내연 기관의 연료 분사 밸브는 액체 연료를 사용하는 내연 기관의 연료 분사 밸브에 비하여 고내압이 요구된다. 액화 가스 연료를 사용하는 내연 기관의 연료 분사 밸브는, 예를 들어, 특허 제3329945호 공보에 기재되어 있다.
특허 제3329945호 공보에 기재되어 있는 연료 분사 밸브에서는, 연료 분사 구멍이 밸브체에 의해서 닫혔을 때, 밸브체와 연료 분사 구멍과의 사이에, 연료 분사 구멍보다도 직경이 큰 공간부가 형성된다.
연료 분사 구멍이 밸브체에 의해서 닫혔을 때에, 밸브체와 연료 분사 구멍과의 사이에 형성되는 공간부의 용적은, 연료의 유량 저항을 억제하기 위해서는 큰 쪽이 유효하다.
한편, 이 공간부의 용적이 지나치게 크면, 연료 분사 구멍이 열렸을 때에, 액체 연료가 팽창하여 압력이 저하된다. 액체 연료의 압력이 저하되면, 액체 연료가 기화하기 쉬워져, 기액 2상 상태 (gas-liquid two-phase condition) 가 발생하기 쉬워진다. 그리고, 기액 2상 상태가 발생하면, 액체 연료의 공급 유량이 불안정해질 우려가 있다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 연료 유량의 안정화를 꾀하는 데 유효한 연료 분사 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(제 1 발명)
제 1 발명은, 제 1 항에 기재된 발명에 대응한다.
본 발명은, 적어도, 밸브 시트와 밸브를 구비하고 있다. 밸브 시트에는, 연료를 분사하는 연료 분사 구멍이 형성되어 있다. 밸브는, 밸브 시트에 맞닿는 것이 가능하다. 밸브가 밸브 시트에 맞닿으면, 연료 분사 구멍의 유입구가 닫히고, 연료 분사 구멍을 통한 연료의 분사가 정지된다. 한편, 밸브와 밸브 시트와의 맞닿음이 해제되면, 연료 분사 구멍의 유입구가 개방되어 연료 분사 구멍을 통한 연료의 분사가 개시된다.
본 발명의 「연료 분사 밸브」는, LPG 를 비롯하여 여러 가지의 연료를 분사하는 연료 분사 밸브로서 사용할 수 있지만, 액화 가스 연료를 액체 상태로 분사하는 연료 분사 밸브로서 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 「밸브」 및 「밸브 시트」 는, 밸브와 밸브 시트가 맞닿음으로써 연료의 분사를 정지시킬 수 있고, 또한, 밸브와 밸브 시트와의 맞닿음이 해제됨으로써 연료의 분사를 개시시킬 수 있는 구성이면 된다. 밸브와 밸브 시트를 맞닿게 하는 방법으로는, 탄성체와 맞닿음면을 맞닿게하는 방법이 포함된다.
본 발명에서는, 밸브 폐쇄 상태시에, 밸브 및 밸브 시트의 서로 대향하는 대향면에 의해서 구획 영역이 형성된다. 이 구획 영역은, 제 1 공간부 및 제 2 공간부로 이루어진다. 제 1 공간부는, 연료 분사 구멍 밖에 형성된다. 제 2 공간부는, 연료 분사 구멍 내에서 연료 분사 구멍의 유입구와 연료 분사 구멍의 내경이 일정 (정상) 해지는 부위와의 사이에 형성된다. 이 제 2 공간부는, 예를 들어, 연료 분사 구멍의 유입구의 코너 R (corner R) 이 작아짐에 따라 축소된 다. 또한, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 유량은, 전형적으로는, 연료 분사 구멍 내에서 계량된다. 그리고, 본 발명에서는, 이들 제 1 공간부와 제 2 공간부의 용적의 합이, [0.1[㎣]≤용적의 합≤0.15[㎣]] 의 범위 내가 되도록 설정되어 있다.
구획 영역을 이와 같이 구성함으로써, 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 전환되었을 때, 즉, 연료 분사 구멍의 유입구가 닫혀진 상태로부터 개방 상태가 되었을 때에, 연료의 팽창에 의한 연료의 감압 정도 (또는 범위) 를 억제할 수 있다. 따라서, 연료의 기액 2상 상태가 형성되는 것을 억제할 수 있고, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 유량을 안정화시킬 수 있다. 또한, 연료의 유량 저항을 억제할 수도 있다.
(제 2 발명)
제 2 발명은, 제 2 항에 기재된 발명에 대응한다.
본 발명은, 제 1 발명에 있어서, 밸브 개방 상태시에 연료 분사 구멍의 축방향에 교차하는 방향으로, 밸브와 밸브 시트의 서로 대향하는 대향면에 의해서 외주로부터 연료 분사 구멍의 유입구에 연료가 유입되는 연료 유입로가 형성되어 있다. 또한, 본 발명에서는, 연료 분사 구멍의 유입구의 직경 D 가, 연료 분사 구멍의 내경(d1)≤ 연료 분사 구멍의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍의 내경(d1)+ 0.2[mm] 의 범위로 설정되어 있다 [d1≤D≤(d1+0.2[mm])]. 추가로, 연료 분사 구멍의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면으로 형성되어 있다.
이러한 구성을 갖음으로써, 밸브 개방 상태에서 연료 유입로를 통하여 외주 로부터 연료 분사 구멍 내에 연료가 유입될 때에, 이 연료 유입로가 연료의 조주 (助走) 구간으로서 작용한다. 이것에 의해, 연료가 충분히 교반된다. 또한, 연료 분사 구멍의 유입구측의 공간부의 용적이 확대되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
따라서, 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 전환하였을 때에, 연료의 기액 2상 상태가 형성되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 밸브 개방 상태시에, 안정된 (균질한) 기액 2상 상태를 형성시킬 수 있기 때문에, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 유량을 보다 안정화시킬 수 있다. 또한, 연료의 유량 저항을 억제할 수 있다.
(제 3 발명)
제 3 발명은, 제 3 항에 기재된 발명에 대응한다.
본 발명은, 적어도, 밸브 시트와 밸브를 구비하고 있다. 밸브 시트에는, 연료를 분사하는 연료 분사 구멍이 형성되어 있다. 밸브는, 밸브 시트에 맞닿는 것이 가능하다. 또한, 밸브와 밸브 시트의 일방에는, 고리형의 돌기부를 갖는 탄성체가 형성되고, 타방에는 맞닿음면이 형성되어 있다. 탄성체의 돌기부는, 맞닿음면에 맞닿는 것이 가능하다. 탄성체의 돌기부가 맞닿음면에 맞닿으면, 연료 분사 구멍의 유입구가 닫히고, 연료 분사 구멍을 통한 연료의 분사가 정지된다. 한편, 탄성체의 돌기부와 맞닿음면과의 맞닿음이 해제되면, 연료 분사 구멍의 유입구가 개방되어 연료 분사 구멍을 통한 연료의 분사가 시작된다.
본 발명의 「연료 분사 밸브」 는, LPG 를 비롯하여 여러 가지의 연료를 분 사하는 연료 분사 밸브로서 사용할 수 있지만, 액화 가스 연료를 액체 상태로 분사하는 연료 분사 밸브로서 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 탄성체의 돌기부가 맞닿음면에 맞닿은 후에, 밸브가 밸브 시트와 맞닿도록 구성되어 있다. 이와 같이, 탄성체의 돌기부와 맞닿음면과의 맞닿음 또는 맞닿음의 해제에 의해서 연료 분사 구멍의 유입구의 개폐가 이루어지기 때문에, 시일성이 향상된다. 그리고, 탄성체의 돌기부가 맞닿음면에 맞닿은 후에, 밸브가 밸브 시트와 맞닿도록 구성되어 있음으로써 탄성체의 변형량이 제한된다. 이것에 의해, 탄성체의 조기 열화가 방지된다.
본 발명의 「탄성체의 돌기부」 및 「맞닿음면」 은, 탄성체의 돌기부와 맞닿음면이 맞닿음으로써 연료의 분사를 정지시킬 수 있고, 또한, 탄성체의 돌기부와 맞닿음면과의 맞닿음이 해제됨으로써 연료의 분사를 개시시킬 수 있는 구성이면 된다.
탄성체와 맞닿음면은, 밸브와 밸브 시트 중의 어느 쪽에 형성해도 된다. 또한, 탄성체와 맞닿음면의 형상이나 배치 위치는 적절히 선택할 수 있다. 추가로, 밸브와 밸브 시트의 맞닿음 구조는 적절히 선택 가능하다.
본 발명에서는, 밸브 폐쇄 상태시에, 탄성체와 맞닿음면에 의해서 구획 영역이 형성된다. 이 구획 영역은, 제 1 발명과 마찬가지로, 제 1 공간부와 제 2 공간부로 이루어진다. 그리고, 제 1 공간부와 제 2 공간부의 용적의 합이 [0.1[㎣]≤용적의 합≤0.15[㎣]] 의 범위 내가 되도록 설정되어 있다.
구획 영역을 이와 같이 구성함으로써, 제 1 발명과 같은 효과를 얻을 수 있 다.
(제 4 발명)
제 4 발명은, 제 4 항에 기재된 발명에 대응한다.
본 발명은, 제 3 발명에 있어서, 밸브 개방 상태시에, 연료 분사 구멍의 축방향에 교차하는 방향으로, 밸브와 밸브 시트와 탄성체의 서로 대향하는 대향면에 의해서, 외주로부터 연료 분사 구멍의 유입구에 연료가 유입되는 연료 유입로가 형성되어 있다. 또한, 제 2 발명과 같이, 연료 분사 구멍의 유입구의 직경 D 가, 연료 분사 구멍의 내경(d1)≤ 연료 분사 구멍의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍의 내경(d1)+ 0.2[mm] 의 범위로 설정되어 있음과 함께 [d1≤D≤(d1+0.2[mm])], 연료 분사 구멍의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면으로 형성되어 있다.
(제 5 발명)
제 5 발명은, 제 5 항에 기재된 연료 분사 밸브이다.
본 발명은, 적어도, 제 1 발명과 동일한 구성의 밸브 시트 및 밸브를 갖는다. 또한, 본 발명에서는, 밸브 개방 상태시에 연료 분사 구멍의 축방향에 대하여 교차하는 방향으로 밸브와 밸브 시트의 서로 대향하는 대향면에 의해서 외주로부터 연료 분사 구멍의 유입구에 연료가 유입되는 연료 유입로가 형성되어 있다. 또한, 본 발명에서는, 연료 분사 구멍의 유입구의 직경 D 가, 연료 분사 구멍의 내경(d1)≤ 연료 분사 구멍의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍의 내경(d1)+ 0.2[mm] 의 범위로 설정되어 있다 [d1≤D≤(d1+0.2[mm])]. 또한, 연료 분사 구멍의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면으로 형성되어 있다.
이러한 구성을 구비함으로써, 밸브 개방 상태에서, 연료 유입로를 통하여 외주로부터 연료 분사 구멍 내에 연료가 유입될 때에, 이 연료 유입로가 연료의 조주 구간으로서 작용한다. 이것에 의해, 연료가 충분히 교반된다. 또한, 연료 분사 구멍의 유입구측의 공간부의 용적이 확대되는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
따라서, 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 전환되었을 때에, 연료의 기액 2상 상태가 형성되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 밸브 개방 상태시에, 안정된 (균질한) 기액 2상 상태를 형성시킬 수 있고, 연료의 유량을 보다 안정화시킬 수 있다.
(제 6 발명)
제 6 발명은, 제 6 항에 기재된 연료 분사 밸브이다.
본 발명은, 제 3 발명과 동일한 구성의 밸브 시트, 밸브, 탄성체, 맞닿음면을 구비하고 있다. 또한, 본 발명에서는, 밸브 개방 상태시에 연료 분사 구멍의 축방향에 대하여 교차하는 방향으로, 밸브와 밸브 시트와 탄성체와 맞닿음면의, 서로 대향하는 대향면에 의해서, 외주로부터 연료 분사 구멍의 유입구에 연료가 유입되는 연료 유입로가 형성되어 있다. 또한, 본 발명에서는, 연료 분사 구멍의 유입구의 직경 D 가, 연료 분사 구멍의 내경(d1)≤ 연료 분사 구멍의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍의 내경(d1)+ 0.2[mm] 의 범위로 설정되어 있다 [d1≤D≤(d1+0.2[mm])]. 또한, 연료 분사 구멍의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면으로 형성되어 있다.
또한, 밸브 또는 밸브 시트에 형성되어 있는 맞닿음면이 밸브 또는 밸브 시 트의 대향면으로서 기능하는 경우에는, 연료 유입로는 밸브와 탄성체와 맞닿음면에 의해서, 또는, 밸브 시트와 탄성체와 맞닿음면에 의해서 형성된다. 본 발명은, 이와 같이 구성도 포함한다.
따라서, 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 전환되었을 때에, 연료의 기액 2상 상태가 형성되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 밸브 개방 상태시에 안정된 (균질한) 기액 2상 상태를 형성시킬 수 있고, 연료의 유량을 보다 안정화시킬 수 있다.
이하에, 본 발명의 일 실시예의 연료 분사 밸브 (10) 의 구성 및 동작을 도면을 참조하면서 설명한다.
이 실시예의 연료 분사 밸브 (10) 의 종단면도를 도 1 에 나타낸다. 이 실시예의 연료 분사 밸브 (10) 는, 연료 탱크에서 공급되는 액체 상태의 LPG 를 액체 상태로 분사하는 연료 분사 밸브이다. 이 연료 분사 밸브 (10) 는, 본체 (20), 밸브 (밸브체, 30), 밸브 시트 (40) , 구동부 (50) 를 갖고 있다.
본체 (20) 는, 통형으로 형성되어 있다. 본체 (20) 의 내주측의 구멍은, 연료 통로 (21a) 로서 사용된다. 본체 (20) 는, 상류측 (도 1 의 상측) 에 배치되는 고정 코어부 (21) 와, 하류측 (도 1 의 하측) 에 배치되는 지지부 (22) 를 갖고 있다. 고정 코어부 (21) 와 지지부 (22) 는, 자성 재료에 의해 형성되어 있다. 고정 코어부 (21) 와 지지부 (22) 는, 비자성 재료에 의해 형성되어 있는 슬리브 (23) 를 통하여 연결되어 있다.
또한, 연료 통로 (21a) 의 상류측에는, 연료 통로 (21a) 에 공급되는 LPG 를 필터 처리하기 위한 필터 (24) 가 설치되어 있다.
밸브 (30) 는, 밸브 보디 (31) 와, 밸브 보디 (31) 의 하류측 (도 1 의 하측) 에 접합되어 있는 밸브 선단부 (32) 를 갖고 있다. 밸브 (30) 는, 밸브 시트 (40) 에 맞닿는 것이 가능하다. 이 밸브 (30) 가, 본 발명의 「밸브 시트에 맞닿는 것이 가능한 밸브」 에 대응하고 있다. 밸브 보디 (31) 와 밸브 선단부 (32) 는, 다른 재료로 형성되어 있다. 물론, 밸브 보디 (31) 와 밸브 선단부 (32) 를 같은 재료로 일체로 형성해도 된다. 또, 밸브 보디 (31) 와 밸브 선단부 (32) 중, 적어도 밸브 보디 (31) 는 자성 재료에 의해 형성되어 있다.
밸브 보디 (31) 는, 단차를 갖는 통형으로 형성되어 있다. 밸브 선단부 (32) 는, 바닥을 갖는 통형으로 형성되어 있다. 밸브 보디 (31) 와 밸브 선단부 (32) 의 내주측의 구멍은, 연료 통로 (31a) 로서 사용된다. 또한, 밸브 보디 (31) 의 측벽에는, 연료 통로 (31a) 와 밸브 시트 보디 (41) 에 의해 형성되는 연료 통로 (41d) 를 연통하는 연통 구멍 (31b) 이 형성되어 있다.
밸브 (30) 는, 지지부 (22) 및 밸브 시트 (40) (밸브 시트 보디 (41)) 에 대하여, 축방향 (도 1 의 상하 방향) 으로 슬라이딩이 자유롭게 형성되어 있다.
밸브 선단부 (32) 는, 하류측 (밸브 시트 (40) 의 맞닿음면 (41a) 과 대향하는 측) 에 맞닿음부 (32b) 와 탄성체 (33) 를 갖고 있다 (도 2 참조).
또한, 밸브 선단부 (32) 및 탄성체 (33) 의 상세한 것에 관해서는 후술한다.
밸브 시트 (40) 는, 밸브 시트 보디 (41) 를 갖고 있다. 밸브 시트 보디 (41) 는, 압입 등에 의해서 지지부 (22) 의 내주면에 장착된다. 밸브 시트 (40) 는, 연료 분사 구멍 (41b) 을 갖고 있다. 이 밸브 시트 (40) 가, 본 발명의 「밸브 시트」 에 대응하고 있다.
밸브 시트 보디 (41) 는, 바닥을 갖는 통형으로 형성되어 있다. 밸브 시트 보디 (41) 의 바닥부에는, 맞닿음면 (도 2 중의 맞닿음면 (41a)) 과 연료 분사 구멍 (41b) 이 형성되어 있다. 맞닿음면 (41a) 에는, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 형성되어 있다.
밸브 시트 보디 (41) 의 내주측의 구멍은, 연료 통로 (41d) 로서 사용된다. 또한, 밸브 시트 보디 (41) 의 밸브 선단부 (32) 와 대향하는 내주면에는 축방향 (도 1 의 상하 방향) 에 홈부 (41c) 가 형성되어 있다. 이것에 의해, LPG 는 연료 통로 (41d) 에서 홈부 (41c) 를 통하여 연료 분사 구멍 (41b) 에 유출 가능하다.
또한, 밸브 시트 보디 (41) 의 상세한 것은 후술한다.
또한, 이 실시예에서는, 밸브 (30) 를 밸브 시트 (40) 에 향하는 방향 (연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구를 닫는 방향) 으로 이동시키는 탄성부세력을 발생하는 스프링 (36) 이 형성되어 있다. 이 스프링 (36) 은, 스프링 어제스터 (spring adjuster, 35) 와 밸브 (30) (밸브 보디 (31)) 의 사이에 형성되어 있다.
스프링 어제스터 (35) 는, 통형으로 형성되어 있다. 스프링 어제스터 (35) 는, 본체 (20) (고정 코어부 (21)) 의 내주면의 소정 위치에, 코킹 등에 의해서 고정된다. 스프링 어제스터 (35) 의 고정 위치를 조정함으로써, 밸브 (30) 를 밸브 시트 (40) 를 향하는 방향으로 이동시키는 스프링 (36) 의 탄성부세력을 조정할 수 있다.
스프링 어제스터 (35) 의 내주측의 구멍은, 연료 통로 (35a) 로서 사용된다. 이것에 의해, LPG 는 필터 (24), 연료 통로 (21a, 35a, 31a, 41d) 및 홈부 (41c) 를 통하여 연료 분사 구멍 (41b) 에 공급된다.
또한, 밸브 (30) 가 밸브 시트 (40) 의 맞닿음면 (41a) 에 맞닿았을 때에, 고정 코어부 (21) 와 밸브 (30) (밸브 보디 (31)) 사이에 미소 간격이 형성되 도록, 본체 (20) 와 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 가 배치되어 있다.
밸브 (30) 를 구동하는 구동부 (50) 는, 고정 코어부 (21) 와 고정 코어부 (21) 를 권취하도록 배치된 코일 (51) 에 의해 구성되어 있다.
여기서, 코일 (51) 은, 본체 (20) 의 대부분과 함께, 수지 성형체 (61) 에 의해서 피복되어 있다. 수지 성형체 (61) 에는, 소켓부 (61a) 가 형성되어 있다. 소켓부 (61a) 에는, 코일 (51) 에 접속되어 있는 커넥터 (62) 가 형성되어 있다. 이것에 의해, 코일 (51) 은 커넥터 (62) 를 통하여 외부 전원 장치와 접속 가능하다.
다음으로, 도 1 중의 연료 분사 밸브 (10) 의 (W) 로 나타내는 요부의 구성을, 도 2 및 도 5 를 사용하여 설명한다. 여기서, 도 2 에는, 밸브 (30) 가 개방 위치 (밸브 보디 (31) 가 본체 (20) 에 맞닿는 위치) 에 있을 때의, 도 1 중의 연료 분사 밸브 (10) 의 (W) 로 나타내는 부분의 확대도가 도시되어 있다. 또한, 도 5 에는, 도 2 중의 V-V선의 단면도가 도시되어 있다. 그리고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 밸브 (30) 가 폐쇄 위치에 존재하는 상태를 「밸브 폐쇄 상태」라고 한다.
전술한 바와 같이, 밸브 선단부 (32) 는, 바닥을 갖는 통형으로 형성되어 있다. 이 밸브 선단부 (32) 의, 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 측에는, 오목부 (32a) 및 맞닿음부 (32b) 가 형성되어 있다. 오목부 (32a) 는 원주형으로 노치되어 있다. 맞닿음부 (32b) 는 오목부 (32a) 보다도 밸브 선단부 (32) 의 직경 방향 외측에 형성되어 있다. 맞닿음부 (32b) 는 고리형으로 형성되어 밸브 시트 (40) 측으로 돌출되어 있다. 맞닿음부 (32b) 의, 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 측의 선단면 (단면, 32c) 은 맞닿음면으로서 작용한다. 오목부 (32a) 에는 탄성체 (33) 가 접착제 등에 의해서 장착되어 있다.
탄성체 (33) 는 고무 재료에 의해서 형성되어 있다. 이 탄성체 (33) 는 원주형의 기부(基部)와, 이 기부로부터 밸브 시트 (40) 측으로 돌출하는 고리형의 돌기부 (33a) 를 갖고 있다. 이 돌기부 (33a) 는 직경 방향 외측에 공간부 (영역, 33 b) 가 형성되고, 직경 방향 안쪽에 공간부 (영역, 33c) 가 형성되도록 구성되어 있다. 또한, 돌기부 (33a) 는 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 측의 단면 (선단면) 이 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 보다 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 측으로 돌출하도록 구성되어 있다. 돌기부 (33a) 의 선단면과 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 사이의 거리는, 탄성체 (33) 의 필요 이상의 변형을 방지하여 탄성체 (33) 의 조기 열화를 방지할 수 있는 거리로 설정된다.
추가로, 이 실시예에서는, 연료 분사 구멍 (41b) 이 닫혔을 때에 탄성체 (33) 와 밸브 선단부 (32) (밸브 (30)) 와 밸브 시트 보디 (41) (밸브 시트 (40)) 에 의해 형성되는 공간부 (영역, 33b) (도 4 참조) 에 저류 (貯留) 되어 있는 LPG 를 방출하는 방출부가 형성되어 있다. 이 방출부는 밸브 선단부 (32) 의 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 에, 공간부 (33b) 와 홈부 (41c) (도 1 참조) 를 연통하도록 형성된 4 개의 노치부 (32d) 에 의해서 구성되어 있다. 또한, 이 노치부 (32d) 의 형상, 수, 배치 위치 등은 제품의 규정 등에 의해서 적절히 선택 가능하다. 또는, 밸브 (30) 의 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (맞닿음면, 32c) 의 표면 조도 (면조도) 를 소정의 표면 조도 이상으로 설정함으로써, 이 선단면 (32c) 을 방출부로서 사용할 수 있다. 이 경우에는, 노치부 (32d) 는 없어도 된다. 그리고, 방출부는 없어도 된다.
다음으로, 이 실시예의 연료 분사 밸브 (10) 의 동작을 도 1∼도 4 를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 3 에는 밸브 (30) 이 개방 위치로부터 폐쇄 위치 (맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 이 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 에 맞닿는 위치) 로 이동하는 과정의 연료 분사 밸브 (10) 의 (W) 로 나타내는 부분의 확대도가 도시되어 있다. 또한, 도 4 에는 밸브 (30) 가 폐쇄 위치에 있을 때의, 연료 분사 밸브 (10) 의 (W) 로 나타내는 부분의 확대도가 도시되어 있다.
도 1 중의 코일 (51) 에 전류가 공급되면, 코일 (51) 로부터 고정 코어부 (21), 밸브 보디 (31), 지지부 (22), 코일 (51) 의 방향으로 자속이 흐르고, 밸브 (30) (밸브 보디 (31) 와 밸브 선단부 (32)) 를 고정 코어부 (21) 로 향하는 방향으로 이동시키는 힘이 발생한다. 이것에 의해, 밸브 (30) 는 스프링 (36) 의 탄성부세력을 이겨내고 밸브 시트 (40) 로부터 멀어지는 방향 (도 1 의 상방향) 으로 이동한다. 그리고, 밸브 (30) 는 밸브 보디 (31) 의 상단면이 고정 코어부 (21) 의 하단면에 맞닿은 위치 (개방 위치) 에서 정지한다. 즉, 밸브 (30) 는 밸브 (30) 가 개방 위치에 달함으로써 개방 방향으로의 이동이 정지한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 밸브 (30) 가 고정 코어부 (21) 에 맞닿아서 정지하고 있는 상태를 「밸브 개방 상태」라고 한다.
밸브 개방 상태에서는 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 와 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 과의 맞닿음이 해제된다. 이것에 의해, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방된다.
또한, 밸브 개방 상태에서는, 밸브 선단부 (32) (밸브 (30)) 와 탄성체 (33) 와 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) (밸브 시트 (40)) 의, 서로 대향하는 대향면에 의해 연료 유입로 (42) 가 형성된다. 이 연료 유입로 (42) 는 연료 분사 구멍 (41b) 의 축방향 (도 2의 상하 방향) 에 대하여 직교하는 방향 (도 2의 좌우 방향) 으로 공간부 (33b) 및 공간부 (33c) 를 따라 연장되어 있다. LPG 는, 이 연료 유입로 (42) 를 통해서, 외주로부터 연료 분사 구멍 (41b) 내에 유입된다. 이 연료 유입로 (42) 가, 본 발명의 「연료 유입로」 에 대응하고 있다.
이것에 의해, 밸브 개방 상태에서는 LPG 는, 홈부 (도 1의 홈부 (41c)) 로부터 연료 유입로 (42) 를 지나, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구로부터 연료 분사 구멍 (41b) 의 내부로 향하여 유입된다. 그리고, 연료 분사 구멍 (41b) 에서 분사되어, 내연 기관 (엔진) 에 공급된다. 이 때의 LPG 의 유량은, 연료 분사 구멍 (41b) 내에서 계량된다.
도 2 에 나타내는 밸브 개방 상태에 있어서, 코일 (도 1의 코일 (51)) 로의 전류 공급을 정지하면, 밸브 (30) 는 스프링 (도 1의 스프링 (36)) 의 탄성부세력에 의해서 밸브 시트 (40) 로 향하는 방향 (도 2 의 하방향) 으로 이동한다.
그리고, 밸브 (30) 가 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 이동하는 과정에서, 도 3 에 나타내는 바와 같이 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 의 선단면이 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 에 맞닿는다. 이것에 의해, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 닫힌다. 따라서, 홈부 (도 1 중의 홈부 (41c)) 로부터 연료 분사 구멍 (41b) 으로의 LPG 의 유입이 정지하고, 연료 분사 구멍 (41b) 에서의 LPG 의 분사가 정지한다.
또한, 도 3 에 나타내는 상태에서는, 밸브 (30) 는 스프링 (도 1의 스프링 (36)) 의 탄성부세력에 의해서 더욱 밸브 시트 (40) 로 향하는 방향 (도 3 의 하방향) 으로 이동한다. 이 때, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 는 밸브 시트 보디 (41) 의 당접면 (41a) 에 의해서 압축되기 때문에 변형된다. 즉, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 는 공간부 (33b) 및 (33c) 의 방향으로 변형된다.
그리고, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 밸브 선단부 (32) 의 당접부 (32b) 의 선단면 (32c) 이 밸브 시트 보디 (41) 의 당접면 (41a) 에 맞닿으면 (폐쇄 위치),밸브 (30) 의 이동이 정지한다. 즉, 밸브 (30) 는, 밸브 (30) 가 폐쇄 위치에 달함으로써, 폐쇄 방향으로의 이동이 정지한다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 밸브 (30) 가 밸브 시트 (40) 에 맞닿아 있는 상태를 「밸브 폐쇄 상태」 라고 한 다.
도 4 에 나타내는 「밸브 폐쇄 상태」에서는, 탄성체 (33), 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a), 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 및 연료 분사 구멍 (41b) 에 의해서 구획 영역이 형성된다. 이 구획 영역의 용적, 이른바 「데드볼륨 D/V」 는, 공간부 (33c) 와 공간부 (33d) 가 차지하는 용적의 합이다. 공간부 (33c) 는, 구간 영역 중, 연료 분사 구멍 (41b) 밖의 공간부이다. 공간부 (33d) 는, 구간 영역 중, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구로부터, 분사 구멍의 직경이 일정 (정상) 해지는 부위 (도 4 에서는 부위 P) 까지의 공간부 (33d) 이다. 이 공간부 (33c) 가 본 발명의 「제 1 공간부」 에 대응하고, 공간부 (33d) 가 본 발명의 「제 2 공간부」 에 대응하고 있다.
그 후, 도 4 에 나타내는 밸브 폐쇄 상태로부터 도 2 에 나타내는 밸브 개방 상태로 전환하여, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구를 개방하는 경우에는, 도 1의 코일 (51) 에 재차 전류가 공급된다.
이것에 의해, 밸브 (30) 가 스프링 (36) 의 탄성력을 이겨내고, 밸브 시트 (40) 로부터 멀어지는 방향으로 이동한다. 즉, 밸브 선단부 (32) 의 선단면 (32c) 이 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 으로부터 멀어지는 방향 (도 4 의 상방향) 으로 이동한다.
이 때, 밸브 폐쇄 상태에 있어서 변형된 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 의 형상은, 밸브 (30) 의 이동에 따라 도 2 또는 도 3 에 나타내는 형상으로 복귀한다. 여기서, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 의 형상이, 도 4 에 나타내는 바와 같은 변 형된 형상으로부터, 도 2 또는 도 3 에 나타내는 바와 같은 통상의 형상으로 복귀할 때에, 약간 시간이 지연되는 경우가 많다. 이 경우에는, 순간적으로는, 도 4 에 나타내는 바와 같이 변형된 형상 그대로, 밸브 (30) 가 개방 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 바뀐 직후에, 홈부 (41c) 에서 LPG 가 유입되는 영역의 용적은 도 4 에 나타내는 밸브 폐쇄 상태에 있어서의 데드볼륨 D/V 와 거의 같다. 이 경우, 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32a) 과 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 과의 맞닿음이 해제된 시점이, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방된 시점이 된다.
본 발명자들은, 이 데드볼륨 D/V 에 의한 영향에 관해서 여러 가지 검토한 결과, 이하의 것을 확인하였다. 데드볼륨 D/V 가 존재하면, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방된 직후에 LPG 가 팽창하고, LPG 의 압력이 저하된다. 여기서, 데드볼륨 D/V 가 지나치게 크면, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방된 직후에서의, LPG 의 팽창에 의한 압력의 저하에 의해서, LPG 가 기화하고 기액 2상 상태가 형성될 우려가 있다. 기액 2상 상태가 형성되면, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 유량이 불안정해진다. 한편, LPG 의 유량 저항을 억제하기 위해서는, 데드볼륨 D/V 가 큰 쪽이 바람직하다.
(이 부분을 추가)
그래서, 본 발명자들은, 이 데드볼륨 D/V 를 바람직하게 설정함으로써, LPG 의 유량 안정화를 꾀하면서 유량 저항을 억제하는 것이 가능한 것을 발견하였다.
여기서, 밸브 폐쇄 상태에 있어서 형성되는 데드볼륨 D/V 의 바람직한 설정 값을 얻기 위해서, 데드볼륨 D/V[㎣] 에 대한 유량비[%] 의 데이터, 데드볼륨 D/V [㎣] 에 대한 유량 [%] 의 데이터를 취득하였다. 그리고, 취득한 데이터를 사용하여, 도 6 에 나타내는 바와 같은 그래프를 작성하였다.
또한, 이 실시예에서는, 데드볼륨 D/V는 도 4의 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경 (d1) 이나 클리어런스 (d2) 를 적절하게 설정함으로써 변경할 수 있다. 클리어런스 (d2) 는, 밸브 선단부 (32) 의 선단면 (32c) 과 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 이 맞닿아 있는 상태에 있어서, 탄성체 (33) 의 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구를 덮고 있는 개소와 맞닿음면 (41a) 과의 사이의 거리이다.
이 실시예에서는, 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경 (d1) 을 0.505[mm] 로 설정하고, 클리어런스 (d2) 를 0∼0.5[mm] 의 범위로 변경함으로써, 데드볼륨 D/V 를 O∼O.35[㎣] 의 범위로 변경하였다. 또한, 유량편차[%] 의 데이터는 두 종류의 LPG (도 중 실선으로 나타낸 프로판 100[%] 의 LPG 와, 도 중 파선으로 나타낸 프로판 25[%]+부탄 75[%] 의 LPG) 에 관해서, 코일 (51) 에 공급하는 전류의 듀티비를 10[%] 로 설정하고, 데드볼륨 D/V 를 변경함으로써 취득하였다.
이 때의 「유량비」, 「듀티비」, 「유량」은 아래와 같이 정의된다.
〔유량비〕
이 실시예에서는, 「유량비」는 도 4의 공간부 (33c) 및 공간부 (33d) 가 차지하는 공간부의 용적을 무한대로 한 경우 (공간부 (33c) 와 공간부 (33d) 가 차지하는 공간부의 유량 저항이 없는 경우) 를 기준 상태로 하고, 기준 상태시의 유량 (기준 유량) 에 대한 실제의 유량의 비율을 나타낸다. 예를 들어, 도 6 에 있 어서, 유량비 85[%] 는, 유량이 기준 유량에 대하여 15[%] 저하되는 것을 나타내고 있다. 이 유량비는, 계산이나 실측에 의해서 취득하는 것이 가능하다.
〔듀티비〕
이 실시예에서는, 「듀티비」는 도 1의 코일 (51) 에 공급하는 구동 펄스의, [ON 시간+OFF 시간] 에 대한 ON 시간의 비율을 나타낸다. 이 실시예에서는, 전류의 ON 시간을 2[ms], OFF 시간을 18[ms] 로 설정하고, 듀티비를 10[%] 로 하고 있다.
〔유량 편차〕
이 실시예에서는, 「유량 편차」는 상시 액상 상태에 있는 조정용 연료 (연료압 0.3MPa (온도 21℃)) 를 사용한 경우의 유량에 관한 편차를 ±2[%] 이내로 억제한 측정용 연료 분사 밸브를 사용하여, 전술한 두 종류의 LPG 연료를 사용하여 유량을 측정한 경우의 측정치의 편차 3σ (표준 편차 σ의 3배) 를 나타낸다.
또한, 유량은, 아래와 같이 하여 측정하였다. 측정용 연료 분사 밸브의 상류에 유량계를 설치하고, 측정용 연료 분사 밸브에 일정수의 구동 펄스를 공급함과 함께, 연료 분사량을 유량계로 측정함으로써 1 구동 펄스당 연료 분사량을 산출하였다. 이 때, 구동 펄스의 주파수를 50[Hz] (=주기 20[ms]), 구동 펄스의 듀티비를 10[%] (ON 시간:2[ms], OFF 시간:18[ms]) 로 설정하였다. 또한, LPG 연료 (프로판 100%) 의 연료압을 2MPa (온도:50℃), LPG 연료 (프로판 25%+부탄 75%) 의 연료압을 0.8MPa (온도:30℃) 로 설정하였다.
도 6 에 나타내는 그래프에 있어서, LPG 의 유량 저항을 억제하기 위해서는 데드볼륨 D/V 가 크고, 유량비[%] 가 안정적인 것이 바람직하다. 또한, LPG 의 유량을 안정화시키기 위해서는 데드볼륨 D/V 를 작게 하고 유량 편차[%] 를 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 이 때문에, LPG 의 유량 저항을 억제함과 함께 LPG 의 유량을 안정화시키기 위한 데드볼륨 D/V 의 범위의 하한치는, 유량비 편차[%] 의 그래프에 기초하여 설정하고, 상한치는 유량비[%] 의 그래프에 기초하여 설정하는 것이 적절하다.
이 실시예에서는, LPG 의 유량 저항을 억제할 수 있음과 함께 LPG 의 유량을 안정화시킬 수 있는 데드볼륨 D/V, 즉, 도 4의 공간부 (33c) 와 공간부 (33d) 의 용적의 합을, 0.1∼0.15[㎣] 의 범위 (도 6의「바람직한 범위」) 로 설정하고 있다.
이와 같이 구성함으로써, LPG 의 유량 저항을 억제할 수 있다. 또한, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방된 직후의 팽창에 의한 감압 정도 (또는 범위) 가 커져, LPG 의 기액 2상 상태가 형성되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 연료 분사 구멍에서의 LPG 의 계량을 액상의 상태로 실시할 수 있고, LPG 의 유량을 안정화시킬 수 있다.
또한, 이상에서는, 돌기부 (33a) 의 형상이, 변형된 형상으로부터 통상의 형상으로 복귀할 때까지 약간 시간이 지연되는 경우에 관해서 설명하였지만, 탄성 복귀력이 큰 탄성체를 사용하는 경우에는, 이 지연되는 시간이 짧아진다. 이 경우에는, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방되는 시점은, 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 과 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 과의 맞닿음이 해제된 후 에, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 와 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 과의 맞닿음이 해제된 시점이다. 이 때문에, 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 전환된 직후에, 홈부 (41c) 에서 LPG 가 유입되는 영역의 용적은, 도 4 에 나타내는 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 과 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 이 맞닿아 있을 때의 데드볼륨 D/V 가 아니라, 도 3 에 나타내는 돌기부 (33a) 가 변형되지 않는 (또는, 맞닿음면 (41a) 에 맞닿아 조금 변형되어 있는) 상태시의 데드볼륨 D/V 와 거의 동일하다. 따라서, 탄성체 (33) 의 탄성 복귀 특성에 따라, 데드볼륨 D/V 를 산출하는 영역을 적절히 선택할 필요가 있다.
또한, 이 실시예에서는, 도 4 에 나타내는 연료 분사 구멍 (41b) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같은 형상을 갖고 있다. 여기서, 도 7 에는, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 확대도가 도시되어 있다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 이 실시예에서는, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경 (D) 는, 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경(d1)≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍(41b) 의 내경(d1)+ 0.2[mm] 의 범위로 설정되어 있다 [d1≤D≤(d1+0.2[mm])]. 또한, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 내주면은, 공간부 (33d) (유입구로부터 내경 (d1) 가 일정해지기까지의 영역) 에 있어서, 연료 분사 구멍 (41b) 의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면 (43) 으로 형성되어 있다. 도 7 에서는, 돌기 형상면 (43) 은, 반경이 0.1[mm] 이하인 원코너 (모따기부), 이른바 코너 R 로서 형성되어 있다. 이 돌기 형상면 (43) 이, 본 발명의 「돌기 형상면」 에 대응하고 있다.
밸브 개방 상태에서는, LPG 는, 연료 유입로 (도 2의 연료 유입로 (42)) 를 통하여, 연료 유입로의 배치 방향과 교차하는 축방향에 형성되어 있는 연료 분사 구멍 (41b) 내로 유입한다. 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 돌기 형상면 (43) 의 코너 R 의 반경을 0.1[mm] 이하로 설정함으로써, 코너 R 의 반경이 0.1[mm] 보다도 큰 경우에 비하여, 연료 유입로의 길이를 길게 할 수 있다. 이것에 의해, 연료 유입로가 LPG 의 조주 구간으로서 작용하고, 충분한 연료 교반 효과가 얻어진다. 또한, 돌기 형상면 (43) 의 코너 R 의 반경이 0.1[mm] 보다도 큰 경우에 비하여, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 공간부 (33d) 의 용적이 커지는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, LPG 의 기액 2상 상태의 형성을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, LPG 의 기액 2상 상태가 형성되는 경우라도, 안정된 (균질한) 기액 2상 상태가 형성된다. 따라서, 연료 분사 구멍 (41b) 내에서의 LPG 의 계량이 안정하고, 추가로 유량 안정화를 꾀하는 것이 가능해진다.
또, 상기 실시예에서는, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측에, 반경을 0.1[mm] 이하로 설정한 코너 R (원코너) 을 형성함으로써, 조주 구간의 확보나 유입구측의 공간부의 용적의 저감을 꾀하였지만, 코너 R 이외의 돌기 형상면을 사용함으로써도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 도 8∼도 10 을 참조하면서, 다른 실시예의 돌기 형상면 (본 발명의 「돌기 형상면」 에 대응) 을 설명한다.
도 8 에 나타내는 돌기 형상면 (44) 은, 공간부 (33d) (내경 (d1) 가 일정해지기까지의 영역) 에 있어서, 도 중 2점 쇄선으로 나타내는 돌기 형상면 (43) 같은 원코너가 아니라, 타원 형상의 코너로서 형성되어 있다. 또한, 도 9 에 나타내 는 돌기 형상면 (45) 은, 공간부 (33d) (내경 (d1) 이 일정해지기까지의 영역) 에 있어서, 2 단의 경사면 (제 1 단의 경사면의 경사각도 (θa) , 제 2 단의 경사면의 경사각도 (θb)) 으로서 형성되어 있다. 또한, 돌기 형상면을 형성하는 경사면의 단수는 3단 이상이어도 된다. 또, 도 10 에 나타내는 돌기 형상면 (46) 은, 공간부 (33d) 와 그 하류의 영역에 걸쳐서, 일단의 경사면 (경사 각도 (θc)) 으로서 형성되어 있다. 이들의 돌기 형상면 (44)∼(46) 은, 모두 돌기 형상면 (43) 과 마찬가지로, 유입구측의 내주면을 축중심을 향하여 돌출시킴으로써 형성되어 있다.
연료 분사 구멍의 유입구측의 내주면은, 연료 분사 구멍의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면을 갖고 있으면 되고, 상기 실시예의 돌기 형상면 (43)∼(46) 을 포함하여, 여러 가지의 돌기 형상면을 갖는 구성을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 이 밸브 시트 보디 (41) 의 맞닿음면 (41a) 에 맞닿았을 때, 탄성체 (33) 와 밸브 선단부 (32) (밸브 (30)) 와 밸브 시트 보디 (41) (밸브 시트 (40)) 에 의해 형성되는 공간부 (영역, 33b) 에, 액체 상태의 LPG 가 저류된다. 이 공간부 (33b) 에 저류되어 있는 액체 상태의 LPG 는, 내연 기관으로부터 발생하는 열에 의해서 가열되면 기화한다. 공간부 (33b) 에 저류되어 있는 액체 상태의 LPG 가 기화하면, 공간부 (33b) 내의 압력이 상승하고, 탄성체 (33) 에 의한 시일 효과가 저하될 우려가 있다.
그래서, 본 실시예에서는, 맞닿음부 (32b) 의 선단면 (32c) 에 공간부 (33b) 와 홈부 (41c) 를 연통하는 노치부 (32d) 가 형성되어 있다. 이 때문에, 밸브 (30) (밸브 선단부 (32)) 가 밸브 시트 (40) (밸브 시트 보디 (41)) 에 맞닿았을 때에, 공간부 (33b) 내에 저류되어 있는 LPG 를 홈부 (41c) 측으로 방출할 수 있다.
따라서, 연료 분사 구멍 (41b) 를 닫고 있을 때에, 공간부 (33b) 내의 압력 상승에 의한 탄성체 (33) 의 시일 효과의 저하를 방지할 수 있고, 연료 분사 구멍 (41b) 에의 LPG 의 유출을 방지할 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에서 설명한 구성에 한정되는 것이 아니라, 연료의 종류, 연료 분사 밸브의 규정 등에 따라, 여러 가지의 변경, 추가, 삭제가 가능하다.
상기 실시예에서는, 연료 분사 구멍 (41b) 이 개방되기 직전의 데드볼륨 D/V 의 용적을 0.1∼0.15[㎣] 의 범위로 설정하는 제 1 구성 요건과, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경 (D) 를 연료 분사 구멍의 내경(d1)≤ 연료 분사 구멍의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍의 내경(d1)+ 0.2[mm] 의 범위로 설정하고, 또한 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 내주면을 연료 분사 구멍 (41b) 의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면에 형성하는 제 2 구성 요건을 구비한 연료 분사 밸브 (10) 에 관해서 설명하였지만, 유량 안정화를 꾀하기 위해서는 제 1 구성 요건과 제 2 구성 요건의 적어도 일방을 구비하고 있으면 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 밸브 (30) 에 탄성체 (33) 를 형성하였지만 밸브 시트 (40) 에 탄성체를 형성할 수도 있다. 추가로, 탄성체 (33) 로서 고무 재 료를 사용하는 경우에 관해서 설명하였지만, 탄성체와 밸브 시트 또는 탄성체와 밸브가 맞닿음으로써 연료 분사 구멍을 닫을 수 있으면, 여러 가지의 재료나 구조의 탄성체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수지 재료에 의해서 형성된 탄성체를 사용할 수도 있다. 또한, 고리형의 탄성체를 사용할 수도 있다. 또는, 연료 분사 구멍의 상류측 단부에 맞닿는 것이 가능한 형상 (예를 들어, 구형상) 의 탄성체를 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 밸브나 밸브 시트로서는, 실시예에서 설명한 구성의 밸브 (30) 나 밸브 시트 (40) 에 한정되지 않고 여러 가지의 구성의 밸브나 밸브 시트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 탄성체와 밸브가 맞닿는 맞닿음면을 갖는 밸브 시트를 사용하였지만, 탄성체가 맞닿는 맞닿음면과 밸브가 맞닿는 맞닿음면을 갖는 밸브 시트를 사용할 수 있다. 또한, 탄성체를 잃을 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 액화 석유 가스 (LPG) 를 액체 상태로 분사하는 연료 분사 밸브에 관해서 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 기술은, 액화 천연 가스 (LNG) 등의 액화 가스 연료를 액체 상태로 분사하는 연료 분사 밸브, 나아가서는, 액화 가스 연료 이외의 여러 가지의 연료를 분사하는 연료 분사 밸브를 구성할 때에 적용 가능하다.
제 1∼제 6 발명의 연료 분사 밸브를 사용함으로써, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 유량을 안정화시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 연료 분사 구멍 (41b) 을 갖는 밸브 시트 (40) 와, 밸브 시트 (40) 에 맞닿는 것이 가능한 밸브 (30) 를 구비하고, 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 가 맞닿은 밸브 폐쇄 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 닫히고, 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 와의 맞닿음이 해제된 밸브 개방 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방되며, 밸브 폐쇄 상태에서는 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 의, 서로 대향하는 대향면에 의해서 구획 영역이 형성되는 연료 분사 밸브 (10) 로서,
    구획 영역은, 연료 분사 구멍 (41b) 밖에 형성되는 제 1 공간부 (33c) 와, 연료 분사 구멍내에서, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구와 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경이 일정해지는 부위와의 사이에 형성되는 제 2 공간부 (33d) 로 이루어지고, 제 1 공간부 (33c) 와 제 2 공간부 (33d) 의 용적의 합계가, [0.1[㎣]≤용적의 합계≤0.15[㎣]] 의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    밸브 개방 상태시에, 연료 분사 구멍 (41b) 의 축방향에 대하여 교차하는 방향으로 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 의, 서로 대향하는 대향면에 의해서, 외주로부터 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구에 연료가 유입되는 연료 유입로 (42) 가 형성되고,
    연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경은, 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경 + 0.2[mm] 의 범위로 설정되고, 또한, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍 (41b) 의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면 (43, 44, 45, 46) 으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 연료 분사 구멍 (41b) 을 갖는 밸브 시트 (40) 와, 밸브 시트 (40) 에 맞닿는 것이 가능한 밸브 (30) 와, 밸브 (30) 및 밸브 시트 (40) 의 일방에 형성되고, 고리형의 돌기부 (33a) 를 갖는 탄성체 (33) 와, 밸브 (30) 및 밸브 시트 (40) 의 타방에 형성되며, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 가 맞닿는 것이 가능한 맞닿음면 (41a) 을 구비하여 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 가 맞닿음면 (41a) 에 맞닿은 후에 밸브 (30) 가 밸브 시트 (40) 와 맞닿도록 구성되어 있으며, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 와 맞닿음면 (41a) 이 맞닿은 밸브 폐쇄 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 닫히고, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 와 맞닿음면 (41a) 과의 맞닿음이 해제된 밸브 개방 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방되며, 밸브 폐쇄 상태에서는 탄성체 (33) 와 맞닿음면 (41a) 에 의해서 구획 영역이 형성되는 연료 분사 밸브 (10) 로서,
    구획 영역은, 연료 분사 구멍 (41b) 밖에 형성되는 제 1 공간부 (33c) 와, 연료 분사 구멍 (41b) 내에서 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구와, 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경이 일정해지는 부위와의 사이에 형성되는 제 2 공간부 (33d) 로 이루어지고, 제 1 공간부 (33c) 와 제 2 공간부 (33d) 의 용적의 합계가 [0.1[㎣]≤용적의 합계≤0.15[㎣]] 의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    밸브 개방 상태시에, 연료 분사 구멍 (41b) 의 축방향에 대하여 교차하는 방향으로 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 와 탄성체 (33) 의, 서로 대향하는 대향면에 의해서 외주로부터 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구에 연료가 유입되는 연료 유입로 (42) 가 형성되고,
    연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경은, 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경 + 0.2[mm] 의 범위로 설정되고, 또한, 연료 분사 구멍(41b) 의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍 (41b) 의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면 (43, 44, 45, 46) 으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 연료 분사 구멍 (41b) 을 갖는 밸브 시트 (40) 와, 밸브 시트 (40) 에 맞닿는 것이 가능한 밸브 (30) 를 구비하고, 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 가 맞닿은 밸브 폐쇄 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 닫히며, 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 와의 맞닿음이 해제된 밸브 개방 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방되고, 밸브 개방 상태시에 연료 분사 구멍 (41b) 의 축방향에 대하여 교차하는 방향으로, 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 의 서로 대향하는 대향면에 의해서, 외주로부터 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구로 연료가 유입되는 연료 유입로 (42) 가 형성되는 연료 분사 밸브로서,
    연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경은, 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경 + 0.2[mm] 의 범위로 설정되고, 또한, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면 (43, 44, 45, 46) 으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 연료 분사 구명 (41b) 을 갖는 밸브 시트 (40) 와, 밸브 시트 (40) 에 맞닿는 것이 가능한 밸브 (30) 와, 밸브 (30) 및 밸브 시트 (40) 의 일방에 형성되고, 고리형의 돌기부 (33a) 를 갖는 탄성체 (33) 와, 밸브 (30) 및 밸브 시트 (40) 의 타방에 형성되고, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 가 맞닿는 것이 가능한 맞닿음면 (41a) 을 구비하며, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 가 맞닿음면 (41a) 에 맞닿은 후에 밸브 (30) 가 밸브 시트 (40) 와 맞닿도록 구성되어 있고, 탄성체 (330 의 돌기부 (33a) 와 맞닿음면 (41a) 이 맞닿은 밸브 폐쇄 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 닫히고, 탄성체 (33) 의 돌기부 (33a) 와 맞닿음면 (41a) 과의 맞닿음이 해제된 밸브 개방 상태에서는 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구가 개방되며, 밸브 개방 상태시에 연료 분사 구멍 (41b) 의 축방향에 대하여 교차하는 방향으로 밸브 (30) 와 밸브 시트 (40) 와 탄성체 (33) 와 맞닿음면 (41a) 의 서로 대향하는 대향면에 의해서, 외주로부터 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구에 연료가 유입되는 연료 유입로 (42) 가 형성되는 연료 분사 밸브 (10) 로서,
    연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경은, 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구의 직경≤ 연료 분사 구멍 (41b) 의 내경 + 0.2[mm] 의 범위로 설정되고, 또한, 연료 분사 구멍 (41b) 의 유입구측의 내주면은 연료 분사 구멍(41b) 의 축중심을 향하여 돌출하는 돌기 형상면 (43, 44, 45, 46) 으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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