KR100719463B1

KR100719463B1 - 연료분사밸브

Info

Publication number: KR100719463B1
Application number: KR1020060054215A
Authority: KR
Inventors: 강경균; 이동률; 윤수현
Original assignee: 주식회사 케피코
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-05-18

Abstract

본 발명은 연료분사밸브에 관한 것으로, 밸브시트(3)와 노즐플레이트(21)사이에 형성되는 연료캐비티(23) 및 상기 연료캐비티(23)의 형상을 개선하여, 연료 입자의 미립화를 더욱 향상시킬 수 있도록 함으로써 엔진 성능의 향상에 도움을 줄 수 있도록 된 것이다.

Description

연료분사밸브{Fuel injection valve}

도 1은 본 발명에 따른 연료분사밸브를 도시한 도면,

도 2는 도 1에서 노즐플레이트와 연료캐비티 및 서포트플레이트를 확대하여 도시한 도면,

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 연료캐비티의 구조를 설명하기 위한 도면,

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 서포트플레이트의 다른 결합구조를 보여주기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명 >

1 - 밸브하우징 3 - 밸브시트

5 - 볼밸브 7 - 밸브샤프트

21 - 노즐플레이트 21a - 분사구멍

23 - 연료캐비티 25 - 서포트플레이트

25a,25a-1 - 상단결합부 25b,25b-1 - 측면결합부

본 발명은 연료분사밸브에 관한 것으로, 특히 연료 입자의 미립화 성능을 더 욱 향상시킬 수 있도록 함과 더불어 내구성 증대 및 연료의 누설을 예방할 수 있도록 구조를 개선한 연료분사밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 인젝터(Injector)라 불리우는 연료분사밸브는 압력을 가진 액체를 노즐에서 분사시키는 장치이다. 보통 디젤 엔진에서는 니들 밸브에 의하여 연료의 압력이 설정된 값에 도달하면 연료를 분사하고, 가솔린 엔진에서는 컴퓨터에서 보내오는 분사신호에 의해 연료를 분사하는 솔레노이드가 내장되어 있는 분사노즐이다. 니들 밸브는 플런저와 일체로 되어 있어 연료분사밸브에 분사신호가 전달되면 분사신호에 의해 자화되어진 플런저와 일체화되어진 볼밸브 및 밸브샤프트가 당겨져 분공이 열리고 동시에 연료가 분사된다. 연료의 분사량은 니들 밸브의 개방시간 즉 솔레노이드 코일의 통전시간에 의해 결정된다.

한편, 자동차의 고급기술이 급속하게 발전하고 있는 최근에는 사용자의 욕구 및 환경 규제에 부응할 수 있도록 성능이 우수한 엔진의 사용이 보편화되고 있는 추세인데, 이와 같이 엔진의 성능을 향상시키는 한 방안으로는 연료 입자를 미립화시키는 방안이 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

본 발명은, 연소실로 분사되기 전의 연료 입자를 한층 더 미립화시킬 수 있도록 하여 엔진의 성능 향상에 도움을 줄 수 있도록 구조를 개선한 연료분사밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 연료 입자의 미립화를 위한 구조 개선시 내구성 감소현상 및 연료의 누설현상이 발생하지 않도록 한 연료분사밸브를 제공함에 그 목적이 있 다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 밸브시트 및 다수의 분사구멍을 갖춘 노즐플레이트를 포함하여 구성되는 연료분사밸브에 있어서, 상기 밸브시트와 노즐플레이트사이에는 상기 밸브시트의 가공을 통해 마련된 연료캐비티가 형성되는데; 상기 연료캐비티의 안쪽 측면은 상기 연료캐비티의 윗면에서 상기 노즐플레이트의 윗면을 향해 점차적으로 벌어지는 경사각을 갖도록 형성되고; 상기 연료캐비티의 윗면은 상기 연료캐비티의 안쪽 측면과 만나는 연결점에서 상기 밸브시트의 안쪽면을 향해 점차적으로 벌어지는 경사각을 갖도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료분사밸브의 노즐부를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 노즐플레이트와 연료캐비티 및 서포트플레이트를 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 연료분사밸브는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 코일의 통전시 자기통로를 구성하는 밸브하우징(1)과, 상기 밸브하우징(1)의 내부 하단에 안착되는 밸브시트(3)와, 상기 밸브시트(3)내에 안착되는 볼밸브(5)와, 상기 볼밸브(5)와 용접 결합되어 밸브하우징(1)이 길이방향을 따라 수직하게 설치되는 밸브샤프트(7)와, 상기 밸브시트(3)의 하단에 중첩되어 설치되고 다수개의 분사구멍(21a)이 원주방향을 따라 등간격으로 배치되게 형성된 노즐플레이트(21)와, 상기 밸브시트(3)와 상기 노즐플레이트(21)사이에 형성되는 소정크기의 연료캐비티(23)를 포함하여 이루어진 것을 기본 구성으로 한다.

상기와 같은 기본적인 구성에서는, 상기 밸브시트(3)와 노즐플레이트(21)가 일체로 용접 결합되고, 상기 노즐플레이트(21)는 상기 밸브하우징(1)과 용접 결합된다.

상기 연료캐비티(23)는 도시된 바와 같이 상기 밸브시트(3)의 하단이 절삭 가공됨으로써 형성된다.

상기 연료캐비티(23)는 상기 분사구멍(21a)을 통해 연료가 분사되기 직전에 연료의 유동에 와류현상을 유도하는 공간으로서, 이와 같이 연료의 유동에 와류현상이 발생되면 분사초기 연료 입자의 미립화를 촉진할 수 있는 효과가 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예는 연료캐비티(23)의 구조 개선을 통해 연료 입자의 미립화를 더욱 촉진시킬 수 있게 된다.

이를 위해, 먼저 상기 연료캐비티(23)의 안쪽 측면(23a)은 상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)에서 상기 노즐플레이트(21)의 윗면을 향해 점차적으로 벌어지는 경사각(θ1)을 갖도록 형성된다.

여기서, 상기 연료캐비티(23)의 안쪽 측면(23a)이 경사면으로 형성되는 이유는 도 3에 도시된 바와 같이 연료캐비티(23)를 통과하여 분사구멍(21a)에 이르는 연료의 경로 M1과 M2의 속도성분을 동일하게 하기 위함인데, 이와 같이 연료캐비티(23)를 통과하는 연료의 속도성분을 동일하게 되면 연료캐비티(23)내의 와류현상은 더욱 촉진되고, 또한 분사구멍(21a)의 입구주위에 발생되어지는 와류현상이 더 욱 고르게 분포됨으로써 연료 입자는 한층 더 미립화가 진행될 수 있게 된다.

본 발명 실시예에 따른 상기 경사각(θ1)은 상기 노즐플레이트(21)의 윗면에 대해 대략 45도(°)의 경사각을 갖도록 형성되는 것을 기본으로 한다.

만약, 상기 경사각(θ1)이 45도(°) 이하 및 이상의 경사각으로 형성되면 연료캐비티(23)를 통과하는 연료의 속도성분에 차이가 발생하게 됨으로써 연료캐비티(23)내의 와류현상이 감소되고, 이로 인해 연료 입자의 미립화 향상에 도움이 못되는 상황이 발생할 수 있게 된다.

그 다음으로, 상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)은 상기 연료캐비티(23)의 안쪽 측면(23a)과 만나는 연결점(P1)에서 상기 밸브시트(3)의 안쪽면(3a)을 향해 점차적으로 벌어지는 경사각(θ2)을 갖도록 형성된다.

여기서, 상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)이 경사면으로 형성되는 이유는 도 4에 도시된 바와 같이 연료캐비티(23)로 유입되는 연료의 흐름을 빠르게 하여 연료캐비티(23)내의 와류현상을 더욱 촉진하도록 하기 위함이며, 이로 인해 연료 입자는 한층 더 미립화가 진행될 수 있게 된다.

또한, 상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)이 경사면으로 형성되는 다른 이유는 분사구멍(21a)을 통한 연료의 원활한 분사를 가능하도록 하기 위함이다.

본 발명 실시예에 따른 상기 경사각(θ2)은 상기 노즐플레이트(21)의 윗면으로부터 평행한 중심선(C1)에 대해 최대 20도(°)이하의 경사각을 갖도록 형성되며, 바람직하게는 1도(°)에서 15도(°)사이의 경사각을 갖도록 형성되는 것을 기본으로 하지만, 이는 분사각도(α)와 연료 입자의 크기를 고려하여 설계하므로 이에 한 정되는 것은 아니다.

하지만, 만약 상기 경사각(θ2)이 최대 20도(°)이상의 경사각을 갖도록 형성되면 협소하게 형성된 연료캐비티(23)의 공간을 고려하여 볼 때, 연료캐비티(23)로 유입되는 연료의 흐름을 빠르게 할 수 없는 현상이 발생할 수도 있으며, 이에 따라 연료캐비티(23)내의 와류현상을 더욱 촉진할 수 있는 효과가 발생되지 않게 됨으로써 연료 입자의 미립화 향상에 도움이 못되는 상황이 발생할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예는 연료 입자의 미립화를 더욱 촉진시킬 수 있도록 하기 위해 노즐플레이트(21)의 두께(T1) 감소를 통해 분사구멍(21a)의 직경(D1)을 최소화시키도록 한 구조이다.

즉, 연료 입자의 미립화를 위해서는 상기 노즐플레이트(21)의 두께(T1)와 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)사이에 다음과 같은 상관 관계가 존재한다. 첫째 노즐플레이트(21)의 두께(T1)를 분사구멍(21a)의 직경(D1)으로 나눈 값이 0.6보다 작아야 하고, 둘째 상기 분사구멍(21a)의 중심과 상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)을 수직방향으로 연결한 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)는 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)의 제곱 값을 분사구멍(21a)의 원주방향 배열 직경(D2)으로 나눈 값의 8배수보다는 크고 20배수보다는 작게 설계되어져야 하며, 셋째 상기 분사구멍(21a)의 원주방향 배열 직경(D2)과 밸브시트(3)의 구멍의 직경(D3)과의 차이는 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)의 2.5배 또는 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)의 2.5배 이상 큰 값을 갖도록 설계되어져야 한다는 것이다.

만약, 노즐플레이트(21)의 두께(T1)를 분사구멍(21a)의 직경(D1)으로 나눈 값이 0.6보다 크거나 또는 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)가 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)의 제곱 값을 분사구멍(21a)의 원주방향 배열 직경(D2)으로 나눈 값의 8배수보다는 작게 되면 연료분사밸브의 가장 기본적인 성능인 연료의 분사량을 제어하기 어려워진다.

또한, 20배수보다는 크거나 혹은 상기 분사구멍(21a)의 원주방향 배열 직경(D2)과 밸브시트(3)의 구멍의 직경(D3)과의 차이가 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)의 2.5배 또는 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)의 2.5배보다 작은 값을 갖도록 설계되면, 연료 입자의 미립화에 도움이 되지 못하므로 설계시에는 상기 조건을 반드시 만족하도록 설계해야만 한다.

따라서, 본 발명은 상기에 전술한 연료분사밸브의 기본 구성에서 연료 입자의 미립화를 더욱 촉진시키기 위해 분사구멍(21a)의 직경(D1)이 더욱 축소되어 최소화되는 구조이며, 이와 동시에 상기의 설계조건을 만족시키기 위해서 노즐플레이트(21)의 두께(T1)도 줄어들면서 최소화되는 구조인 것이다.

한편, 연료 입자의 미립화 성능을 향상시키기 위해서는 노즐플레이트(21)가 갖는 분사구멍(21a)의 직경(D1)이 작아지는 것이 유리한데, 이는 상기 노즐플레이트(21)의 두께(T1)를 분사구멍(21a)의 직경(D1)으로 나눈 값이 0.6보다 작아야 함을 만족시키는 범위에서 분사구멍(21a)의 개수를 고려하여 본 발명과 같이 감소시켜 최소화시키게 되면, 상기 노즐플레이트(21)에 의한 밸브시트(3)의 지지력이 감소되어 전체적인 내구성이 약해지고, 더 나아가 지지력이 감소된 부위를 통해 연료의 누설이 발생할 수 있으나, 이는 본 발명에 따른 서포트플레이트(25)를 통해 충 분히 예방할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 실시예는 상기 노즐플레이트(21)의 밑면에 덧대여져 설치되는 서포트플레이트(25)를 더 포함하여 구성될 수 있게 된다.

상기와 같이 기본적인 밸브시트의 구성에 서포트플레이트(25)가 더 포함되어 구성되면, 상기 밸브시트(3)와 노즐플레이트(21) 및 서포트플레이트(21)는 일체로 용접 결합되고, 상기 서포트플레이트(21)는 상기 밸브하우징(1)과 용접 결합되어 설치된다.

여기서, 상기 서포트플레이트(25)는 그 두께(T2)가 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)보다는 큰 치수를 갖도록 형성되는 한편, 상기 노즐플레이트(21)의 두께(T1)와 합쳐진 상태에서는 노즐플레이트(21) 및 밸브시트(3)와의 용접 결합시 발생하는 열변형 현상을 최소화하도록 하기 위해 대략 0.35mm 이하의 값을 갖도록 형성된 구조이다.

상기 서포트플레이트(25)는 크게 상단결합부 및 측면결합부로 구성되는데, 상기 상단결합부와 측면결합부는 본 발명의 실시예에 따라 2개의 결합구조 방식으로 나뉘어지기 때문에 각각의 도면부호는 명칭이 동일하더라도 서로 다른 도면부호를 부여하여 설명하기로 한다.

즉, 도 1과 도 2에는 제1실시예에 따른 서포트플레이트(25)의 결합구조가 도시되어 있는 바, 상기 서포트플레이트(25)는 상기 밸브하우징(1)의 내부로 삽입되어 상기 분사구멍(21a)을 밀폐시키지 않도록 노즐플레이트(21)의 밑면에 덧대여진 상태에서 상기 밸브시트(1) 및 상기 노즐플레이트(21)와 일체로 용접 결합되는 상 단결합부(25a)와, 상기 상단결합부(25a)의 끝에서 하방으로 굴곡 형성되고 상기 밸브하우징(3)의 안쪽 둘레면에 덧대여져서 용접 결합되는 측면결합부(25b)로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 도 5와 도 6에는 제2실시예에 따른 서포트플레이트(25)의 결합구조가 도시되어 있는 바, 상기 서포트플레이트(25)는 상기 밸브하우징(1)의 밑면에 덧대여지고 상기 분사구멍(21a)을 밀폐시키지 않도록 노즐플레이트(21)의 밑면에 덧대여진 상태에서 상기 밸브시트(3) 및 상기 노즐플레이트(21)와 일체로 용접 결합되는 상단결합부(25a-1)와, 상기 밸브하우징(1)의 바깥 둘레면을 감싸도록 상기 상단결합부(25a-1)의 끝에서 상방으로 굴곡 형성되는 한편 상기 밸브하우징(1)의 바깥 둘레면과 용접 결합되는 측면결합부(25a-2)로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 제2실시예에 따른 서포트플레이트(25)의 결합구조 제1실시예의 결합구조에 비해 작업의 편의성을 향상시킬 수 있는 구조이다.

따라서, 본 발명에 따른 연료분사밸브는 밸브시트(3)와 노즐플레이트(21)사이에 연료캐비티(23)가 형성됨으로 인해, 연료캐비티(23)내의 와류현상으로 연료 입자의 크기를 미립화시킬 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 상기 연료캐비티(23)의 안쪽 측면(23a) 및 윗면(23b)이 경사면으로 형성됨으로써, 연료캐비티(23)내의 와류현상을 더욱 촉진시킬 수 있도록 하여 연료 입자의 크기를 더욱 미립화시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 노즐플레이트(21)의 두께(T1) 감소 및 분사구멍(21a)의 직경(D1) 감소를 통해 연료 입자의 미립화 성능을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.

마지막으로, 본 발명의 실시예는 밸브시트(3)의 지지력 및 연료누설의 조건 등은 서포트플레이트(25)에 의해 결정되고, 노즐플레이트(21)는 연료 입자의 미립화 성능을 향상시키는 조건만을 고려하여 설계하게 되므로, 노즐플레이트(21)의 설계시 자유도가 대폭 높아지는 잇점이 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연료 입자의 미립화를 통해 엔진 성능의 향상을 도모할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

삭제
밸브시트 및 다수의 분사구멍을 갖춘 노즐플레이트를 포함하여 구성되는 연료분사밸브에 있어서,

상기 밸브시트(3)와 노즐플레이트(21)사이에는 상기 밸브시트(3)의 가공을 통해 마련된 연료캐비티(23)가 형성되는데;

상기 연료캐비티(23)의 안쪽 측면(23a)은 상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)에서 상기 노즐플레이트(21)의 윗면을 향해 점차적으로 벌어지는 경사각(θ1)을 갖도록 형성되고;

상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)은 상기 연료캐비티(23)의 안쪽 측면(23a)과 만나는 연결점(P1)에서 상기 밸브시트(3)의 안쪽면(3a)을 향해 점차적으로 벌어지는 경사각(θ2)을 갖도록 형성됨과 더불어;

상기 노즐플레이트(21)의 두께(T1)는 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)에 0.6을 곱한 값보다 작은 값을 갖도록 형성되고;

상기 분사구멍(21a)의 중심과 상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)을 수직방향으로 연결한 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)는 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)의 제곱 값을 분사구멍(21a)의 원주방향 배열 직경(D2)으로 나눈 값의 8배수보다는 크고 20배수보다는 작은 값을 갖도록 형성되며;

상기 분사구멍(21a)의 원주방향 배열 직경(D2)과 밸브시트(3)의 구멍의 직경(D3)과의 차이는 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)보다 2.5배 이상 큰 값을 갖거나 상기 분사구멍(21a)의 직경(D1)보다 2.5배 이상 큰 값을 갖도록 형성되는 한편;

상기 노즐플레이트(21)의 밑면에 덧대여져서 상기 밸브시트(3) 및 상기 노즐플레이트(21)와 일체로 결합됨과 동시에 상기 밸브하우징(1)에 덧대여져 결합되고, 그 두께(T2)는 상기 연료캐비티(23)의 축방향 깊이(L1)보다는 큰 치수를 갖도록 형성되면서, 상기 노즐플레이트(21)의 두께(T1)와 합쳐진 상태에서는 노즐플레이트(21) 및 밸브시트(3)와의 용접 결합시 발생하는 열변형 현상을 최소화하도록 하기 위해 0.35mm 이하의 값을 갖도록 형성된 서포트플레이트(25);

를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료분사밸브.
청구항 2에 있어서, 상기 연료캐비티(23)의 안쪽 측면(23a)이 이루는 경사각(θ1)은 상기 노즐플레이트(21)의 윗면에 대해 45도(°)의 경사각을 갖도록 형성되고;

상기 연료캐비티(23)의 윗면(23b)이 이루는 경사각(θ2)은 상기 노즐플레이트(21)의 윗면으로부터 평행한 중심선(C1)에 대해 최대 20도(°)이하의 경사각을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
청구항 2에 있어서, 상기 서포트플레이트(25)는,

상기 밸브하우징(1)의 내부로 삽입되어 상기 분사구멍(21a)을 밀폐시키지 않 도록 노즐플레이트(21)의 밑면에 덧대여진 상태에서 상기 밸브시트(1) 및 상기 노즐플레이트(21)와 일체로 용접 결합되는 상단결합부(25a)와;

상기 상단결합부(25a)의 끝에서 하방으로 굴곡 형성되고 상기 밸브하우징(3)의 안쪽 둘레면에 덧대여져서 용접 결합되는 측면결합부(25b);

로 구성됨을 특징으로 하는 연료분사밸브.
청구항 2에 있어서, 상기 서포트플레이트(25)는,

상기 밸브하우징(1)의 밑면에 덧대여지고 상기 분사구멍(21a)을 밀폐시키지 않도록 노즐플레이트(21)의 밑면에 덧대여진 상태에서 상기 밸브시트(3) 및 상기 노즐플레이트(21)와 일체로 용접 결합되는 상단결합부(25a-1)와;

상기 밸브하우징(1)의 바깥 둘레면을 감싸도록 상기 상단결합부(25a-1)의 끝에서 상방으로 굴곡 형성되는 한편 상기 밸브하우징(1)의 바깥 둘레면과 용접 결합되는 측면결합부(25a-2);

로 구성됨을 특징으로 하는 연료분사밸브.