KR100713273B1 - 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브(1)에 관한 것이다. 상기 분사 밸브(1)의 노즐 니들(17)은 분사 단면의 개방 및 폐쇄를 위해 샤프트(19)에 의해 종방향으로 이동되도록 하우징 내에서 가이드된다. 상기 노즐 니들(17)은 노즐 니들에 작용하는 연료 압력 및 상기 노즐 니들의 폐쇄 방향으로 작용하는 폐쇄 스프링(16)에 의해 작동된다. 상기 폐쇄 스프링(16)은 노즐 니들(17)의 지지부와 하우징 사이에서 초기 압축 응력을 받고 노즐 니들 가이드(26)와 밸브 시이트(18) 사이의 영역에서 노즐 니들의 주변에 배치된다. 이와 같은 배치의 장점은 분사 밸브(1)의 치밀한 구조 및 노즐 니들 후면에 놓인 제어 챔버(11)의 낮은 불감 부피이다.

Description

내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브 {INJECTION VALVE FOR INJECTING FUEL INTO THE COMBUSTION CHAMBER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1항의 전제부에 제시된 바와 같이, 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브에 관한 것이다.

상기와 같은 분사 밸브는 예컨대 US 5,832,899호에 이미 공지되어 있다. 상기 분사 밸브의 하우징은 분사 개구를 갖는 노즐부 및 노즐 홀더(nozzle holder)로 이루어지고, 상기 노즐 홀더에 상기 노즐부가 나사형 부시(threaded bush)로 고정된다. 상기 노즐부의 보어 내에는 종방향으로 이동되도록 가이드된 노즐 니들(nozzle needle)이 수용된다. 상기 노즐 홀더와 노즐부 사이에 고정되도록 인서트(insert)가 제공되어 한 면에서는 제어 챔버가 한정되고, 상기 제어 챔버 내에 노즐 니들이 있는데 상기 노즐 니들의 후면에는 분사 홀로부터 이격된다. 대향 면에서 상기 인서트는 하나의 배출구를 가지며, 상기 배출구는 중심 보어 및 유출량 조절밸브를 통해 제어 챔버에 연결된다. 상기 제어 챔버는 유입량 조절밸브를 통해 연료 채널에 연결되며, 상기 연료 채널이 가압된 연료를 분사 홀 앞에 놓인 노즐 챔버로 공급한다. 배출구가 폐쇄되는 경우, 노즐 니들 후면에 작용하는 연료 압력이 밸브 폐쇄 스프링과 함께 상기 노즐 니들을 노즐부 내 밸브 시이트에 접해있는 상태로 유지시키며, 그 결과 분사가 이루어지지 않는다. 제어 밸브에 의해 제어된 배출구가 개방되는 경우에는 제어 챔버 내 연료 압력이 하강하고 노즐 니들의 정면에서 분사 압력의 연료로 인해 노즐 니들이 노즐부의 밸브 시이트로부터 상승된다. 이러한 분사 밸브에서 나타나는 단점은, 제어 챔버 내에 배치되고 노즐 니들 후면에 작용하는 폐쇄 스프링에 의해 큰 불감 부피(獨:Totvolumen, 英:dead volume)가 형성된다는 점이다. 그러나 분사기(injector)가 스위칭 신호에 반응하는 것은 제어 챔버의 불감 부피의 값에 따라 좌우된다. 예컨대 분사가 시작되면 우선 불감 부피가 감소되어야만 하기 때문에 시간이 필요하고, 이는 제어 신호에 대한 분사 개시 반응 시간을 증가시킨다. 역으로 말해서, 분사를 종료하기 위해 분사 밸브를 폐쇄시키는 경우에도 상기 불감 부피는 반응 시간을 증가시킨다. 긴 반응 시간은 분사의 정확도를 감소시키고 예비 분사에 대한 인젝터의 적합성을 저하시킨다.

본 발명의 목적은 더욱 간단한 구조로 폐쇄 스프링 배치를 제공하고, 한편으로는 분사 밸브의 치밀한 디자인을 허용하고, 다른 한편으로는 스위칭 신호에 대한 반응 시간을 단축시키는 폐쇄 스프링 배치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면 상기 목적은 상기 폐쇄 스프링이 노즐 니들 주변에서 제어 챔버 외부에 놓인 노즐 니들 가이드의 하부에 제공됨으로써 달성된다.

이와 같은 폐쇄 실린더의 배치는 복잡한 구조를 감수할 필요없이 분사 밸브의 치밀한 형성을 가능하게 한다. 바람직한 일 실시예에서 가이드 부시의 정면은 폐쇄 실린더를 위한 하우징측 지지부로서 기능한다. 상기 노즐 니들은 바람직한 방식으로 주변을 둘러싸는 그루우브를 갖도록 형성되고, 상기 그루우브 내에는 내측으로 탄성적으로 프리텐션(pre-tension)된 링이 맞물리며, 상기 링 위에는 폐쇄 실린더의 스프링 플레이트가 지지될 수 있다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면에 의해 설명된다.

도 1은 노즐부의 영역에 있는 본 발명에 따른 분사 밸브의 종단면도이고,

도 2는 지지부로서 형성된 에지를 구비한 노즐 니들이다.

도 1은 노즐부(2)의 영역에 있는 분사 밸브(1)의 종단면을 도시한다. 분사 홀(3)을 포함하는 상기 노즐부(2)는 완전히 도시되지 않은 노즐 홀더(4)에 나사형 부시(5)에 의해 고정된다. 노즐 니들(17)은 상기 노즐부(2)에서 축방향으로 이동하도록 가이드된다. 상기 노즐 니들(17)은 가이드(26)를 형성하는 가이드 부시(20) 내에 노즐 니들 샤프트(19)에 의해 놓이며, 상기 가이드 부시(20)는 가이드(26)측에서 노즐부(2)의 하우징 보어(21) 내에 배치된다. 상기 노즐 홀더(4)는 도시되지 않은 전자기 제어 밸브를 포함하며, 상기 전자기 제어 밸브의 전기자는 액추에이터(6)에 연결된다. 이와 마찬가지로 단지 부분적으로만 도시된 상기 액추에이터(6)는 로드(rod) 형태로 형성될 수 있으며, 상기 액추에이터(6)의 정면은 도시된 바와 같이 배출구(7)와 상호 작용한다. 상기 배출구(7)는 노즐 홀더(4)와 노즐부(2) 사이의 인서트(10) 내의 유출량 조절밸브(8) 및 보어(9)를 통해 제어 챔버(11)와 연결된다. 상기 제어 챔버(11)는 또 다른 보어(12) 및 유입량 조절밸브(13)를 통해 연료 공급 채널(14)에 연결되며, 상기 연료 공급 채널(14)을 통해 분사 압력을 받은 연료가 분사 홀(3)의 전방에 연장되는 노즐 챔버(15)로 공급된다. 제어 챔버(11) 내에 제공되는 배출구(7)가 폐쇄될 때 현존 연료 압력에 의해, 그리고 노즐 니들 후면에 작용하는 연료 압력 및 폐쇄 방향으로 작용하는 프리텐션된 폐쇄 스프링(16)에 의해, 노즐 니들(17)이 노즐부(2) 내 밸브 시이트(18)에 접한 상태로 가압되도록 유지되며, 그 결과 분사가 이루어지지 않게 된다. 상기 액추에이터(6)가 뒤로 당겨져서 배출구(7)가 개방되는 경우에는 제어 챔버(11) 내 압력은 감소한다. 상기 배출구(7)를 통해 배출되는 연료가 점선으로 도시된 귀환 채널(25) 내로 이른다. 제어 챔버(11) 내에서 분사 밸브의 개방시 압력 감소 및 폐쇄시 압력 증가의 속도는 스위칭 신호에 대한 분사 밸브(1)의 신속한 반응을 가능하게 하기 위해 가급적 빨라야 한다. 이와 같은 전제는 상기 제어 챔버(11)가 조립 부품을 갖지 않아서 낮은 불감 부피를 가질 때 성립되는데, 이는 폐쇄 스프링(16)을 노즐 니들 주변에 배치시킴으로써 가능해진다. 이와 동시에 노즐 니들(17) 주변의 상기 폐쇄 스프링(16) 배치는 분사 밸브(1)의 간단한 구조를 허용하여, 특히 치밀한 형태가 구현될 수 있다.

도 1에 상응하여 하우징측에서는 폐쇄 스프링(16)을 지지하기 위해 필요한 지지부가 노즐 니들 샤프트(19)의 가이드 부시(20)로 형성된다. 여기에서, 상기 폐쇄 스프링(16)은 상기 가이드 부시(20)의 정면에 지지된다. 상기 지지부는 노즐 니들측에서 볼 때 예컨대 주변을 둘러싸는 그루우브(22) 및 상기 그루우브(22)에 맞물려 있으면서 내측 반경 방향으로 스프링 작용을 하는 링(23)으로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐 니들(17)의 지지부는 상기 노즐 니들(17)과 일체로 형성된 에지(24)로 형성될 가능성도 있다.

Claims (10)

1. 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브(1)로서,

   상기 분사 밸브는,

   하우징 및 노즐 니들(17),

   노즐 니들 샤프트(19)로서, 상기 노즐 니들이 상기 노즐 니들 샤프트를 통해 상기 하우징 내의 가이드(26) 내에서 종방향으로 이동되도록 설치되는, 노즐 니들 샤프트,

   상기 하우징의 분사 단면의 개방 및 폐쇄를 위해 한쪽 단부에서 상기 노즐 니들과 상호 작용하는 밸브 시이트(18)로서, 상기 분사 밸브는 상기 밸브 시이트측에서 볼 때 상기 노즐 니들 샤프트(19)의 전방에서 고정되는 노즐 챔버(15)를 구비하고, 상기 노즐 챔버는 압력 하에서 분사되는 연료를 공급받기 위한 연료 공급 채널(14)과 연결되고, 상기 분사 밸브는 상기 노즐 니들에 연결된 제어 챔버(11)를 구비하고, 상기 제어 챔버는 압력 하의 연료를 공급받을 수 있는, 밸브 시이트,

   상기 제어 챔버 내의 압력을 감소시킬 수 있는 엑추에이터(6)로서, 상기 엑추에이터는 상기 노즐 니들을 개방하도록 제어 밸브에 연결되고, 상기 분사 밸브는 폐쇄 방향으로 상기 노즐 니들(17)을 가압하는 폐쇄 스프링(16)을 구비하는, 엑추에이터,

   상기 폐쇄 스프링(16)이 작용하는 상기 하우징 및 상기 노즐 니들 상의 지지부로서, 상기 폐쇄 스프링(16)이 상기 노즐 니들 샤프트(19)와 상기 밸브 시이트(18) 사이의 영역에서 상기 노즐 니들(17)의 주변에 배치되며, 상기 분사 밸브(1)의 하우징이 노즐 홀더(4)에 고정된 별도의 노즐부(2)를 갖도록 형성되고, 상기 노즐 니들(17)은 상기 밸브 시이트(18)로부터 이격된 상기 노즐 니들의 후면 단부를 통해 상기 제어 챔버(11) 내에 배치되고, 상기 제어 밸브가 상기 노즐 홀더(4) 내에서 상기 제어 챔버(11)의 상부에 배치되고, 상기 액추에이터(6)가 상기 제어 챔버(11)와 연결되는 배출구(7)를 제어하는, 지지부,

   상기 노즐부(2)와 상기 노즐 홀더(4) 사이에 제공되는 플레이트형 인서트(10)로서, 상기 인서트(10)는 상기 배출구(7)를 포함하고 상기 노즐 니들(17)용 스토퍼로서 기능하는, 플레이트형 인서트(10), 및

   가이드 부시(20)로서, 상기 노즐 니들 샤프트(19)가 상기 가이드 부시(20) 내에서 가이드되고, 상기 가이드 부시의 정면측 에지는 하우징 측에서 상기 폐쇄 스프링을 위한 지지부로서 기능하며, 상기 정면측 에지는 상기 제어 챔버(11)로부터 이격된, 가이드 부시를 포함하며,

   상기 노즐부(2)가 상기 인서트(10)까지 도달하고, 상기 노즐부(2)가 상기 연료 공급 채널(14)을 포함하며, 그리고 상기 가이드 부시(20)가 전체 길이에 걸쳐서 상기 노즐부(2) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,

   내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 노즐 니들(17)과 연결된 주변을 둘러싸는 에지(24)가 상기 노즐 니들측 지지부로 기능하는 것을 특징으로 하는,

   내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 에지(24)가 상기 노즐 니들(17)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는,

   내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 에지(24)가 상기 노즐 니들(17)에 고정된 링(23)으로 형성되는 것을 특징으로 하는,

   내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 링(23)이 상기 노즐 니들(17)의 그루우브(22) 내에 배치되고, 방사상으로 프리텐션(pre-tension)된 것을 특징으로 하는,

   내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브.
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