KR100835158B1 - 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

(과제) 액화 연료를 분사하는 연료 분사 밸브에 있어서, 연료 분사량을 안정화시킬 수 있는 기술을 제공한다.

(해결수단) 연료 분사 밸브 (100) 는, 분사구 (122) 를 갖는 분사 노즐 (121) 과, 분사구 (122) 를 개폐하는 밸브체 (116) 를 구비하고 있다. 분사 노즐 (121) 과 밸브체 (116) 의 일방에는 탄성체 (129) 가 설치되고, 분사 노즐 (121) 과 밸브체 (116) 의 타방에는 맞닿음면 (121a) 이 형성되어 있다. 탄성체 (129) 는 맞닿음면 (121a) 의 방향으로 돌출되어 있는 링 형상 시일부 (129b) 를 갖고 있다. 링 형상 시일부 (129b) 의 내주면 (129d) 은, 링 형상 시일부 (129b) 와 맞닿음면 (121a) 이 맞닿는 맞닿음 위치 (X) 보다 하류의 연료 통로 (C3) 의 통로 면적이, 내주면 (129d) 에 대응하는 영역에 있어서, 맞닿음 위치 (X) 에서의 통로 면적과 동일해지도록 형성되어 있다. 혹은, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 를 향하여 감소하도록 형성되어 있다.

Description

연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE}

도 1 은 본 발명의 하나의 실시예의 전체 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2 는 도 1 의 A 부의 확대 단면도이다.

도 3 은 딜리버리 파이프 및 리턴 파이프에 대한 연료 분사 밸브의 접속 구조를 나타내는 단면도이다.

도 4 는 도 3 의 B 부의 확대 단면도이다.

도 5 는 연료 분사 밸브의 선단부의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 6 은 연료 통로의 실시예 1 을 나타내는 도면이다.

도 7 은 연료 통로의 실시예 1 에 있어서의 통로 위치와 통로 면적의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8 은 연료 통로의 실시예 2 를 나타내는 도면이다.

도 9 는 연료 통로의 실시예 2 에 있어서의 통로 위치와 통로 면적의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10 은 종래예와 실시예 1 와 실시예 2 에 있어서의 유량의 편차 (연료 분사량의 편차) 를 나타내는 그래프이다.

도 11 은 종래의 연료 통로를 나타내는 도면이다.

도 12 는 종래의 연료 통로에서의 통로 위치와 통로 면적의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 13 은 면적비와 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 14 는 면적비와 유량의 편차와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 15 는 밸브체의 오목부에 시일 부재를 성형하는 동작을 설명하는 도면이다.

도 16 은 밸브체의 오목부에 시일 부재를 장착한 종래의 구조를 나타내는 확대도이다.

도 17 은 밸브체의 오목부에 시일 부재를 성형하는 종래의 동작을 설명하는 도면이다.

도 18 은 연료 분사 밸브와 딜리버리 파이프의 접속 구조의 제 1 예를 나타내는 도면이다.

도 19 는 연료 분사 밸브와 딜리버리 파이프의 접속 구조의 제 2 예를 나타내는 도면이다.

도 20 은 연료 분사 밸브와 딜리버리 파이프의 접속 구조의 제 3 예를 나타내는 도면이다.

도 21 은 연료 분사 밸브와 딜리버리 파이프의 접속 구조의 제 4 예를 나타내는 도면이다.

도 22 는 연료 분사 밸브와 딜리버리 파이프의 접속 구조의 종래예를 나타내는 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 연료 분사 밸브

110 본체

111 구멍

110a 관통 구멍

113 니들 밸브

114 통 부재

114a 구멍

115 밸브축

115a 구멍

115b 관통 구멍

115c 공급 구멍

116 밸브체

116a 평면 영역 (장착면)

116b 돌출부 (맞닿음부)

117 오목부

121 분사 노즐

121a 노즐 시트면 (맞닿음면)

122 분사구

123 원통부

125 코일 스프링

127 스프링 핀

127a 구멍

129 시일 부재 (탄성체)

129a 외주부

129b 돌기부 (시일부)

129c 내주부

129d 내주면

131 하우징

131a 축단부

131b 플랜지부

133 고정 코어

133a 구멍

135 솔레노이드 코일

137 커넥터

141 인렛 커버

143 연료 도입 통로

145, 171 딜리버리 파이프

147, 148 필터

149 리턴 파이프

149a 통로

149b, 171a 장착 구멍

151 ∼ 155, 173 O 링

157 커버

161 오리피스판

163 분사 구멍

175 백업 링

177 스톱 링

200 금형

201 상대면

C1 연료 도입 공간

C2 연료 저장 공간

C3 연료 통로

X 맞닿음 위치

L 거리

R 모따기부의 중앙 위치

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 2000-87826호 (JP 2000-87826A)

본 발명은 연료 분사 밸브에 관한 것으로, 자세하게는, LPG (액화 석유 가스) 와 같은 기화되기 쉬운 액화 연료를 분사할 때에 바람직하게 사용할 수 있는 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

기체 연료를 분사하는 연료 분사 밸브는, 예를 들어, 상기 특허 문헌 1 에 개시되어 있다. 공보에 개시되어 있는 연료 분사 밸브는, 분사구를 갖는 분사 노즐과, 분사구를 개폐하는 밸브체를 구비하고 있다. 밸브체의 선단측에는, 링 형상의 맞닿음부와, 고무 등의 탄성체가 설치되어 있다. 탄성체에는, 분사 노즐의 맞닿음면 (시트면) 방향으로 돌출되어 있는 링 형상의 시일부가 형성되어 있다. 이 연료 분사 밸브에서는, 탄성체의 시일부가 분사 노즐의 맞닿음면에 맞닿음으로서 분사구가 닫히고, 탄성체의 시일부가 분사 노즐의 맞닿음면으로부터 떨어짐으로써 분사구가 열린다. 또한, 탄성체의 시일부가 분사 노즐의 맞닿음면에 맞닿은 후에, 밸브체의 맞닿음부가 분사 노즐의 맞닿음면에 닿도록 구성되어 있다. 이것에 의해서, 탄성체의 내구성 및 시일성을 높이고 있다.

상기 구성을 구비하는 연료 분사 밸브를 LPG (액화 석유 가스) 와 같은 기화되기 쉬운 액화 연료를 분사하기 위해서 사용한 경우, 액화 연료가 분사구로부터 연소실 또는 흡기관 안을 향하여 분사되기 직전에, 액화 연료의 일부가 기화될 우려가 있다. 분사구로부터 분사되기 전에 액화 연료가 기화되면, 계량 정밀도가 변화되어 안정적인 연료 분사량을 유지하기가 곤란해진다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 창안된 것으로, 액화 연료를 분사하는 연료 분사 밸브에 있어서, 연료 분사량을 안정화시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 연료 분사 밸브는, 액화 연료를 분사하기 위해서 사용된다. 전형적으로는 LPG (액화 석유 가스) 를 분사하기 위해서 사용된다.

본 발명에 관련된 연료 분사 밸브의 일 양태는, 분사구를 갖는 분사 노즐과, 분사구를 개폐하는 밸브체를 구비하고 있다. 분사 노즐과 밸브체의 일방에는 탄성체가 설치되고, 분사 노즐과 밸브체의 타방에는 맞닿음면 (시트면) 이 형성되어 있다. 탄성체는 맞닿음면 방향으로 돌출되어 있는 링 형상 시일부를 구비하고 있다. 본 양태에서는, 탄성체의 링 형상 시일부가 분사 노즐의 맞닿음면에 맞닿음으로써 분사 노즐의 분사구가 닫히도록 구성되어 있다. 이것에 의해 분사구의 시일성이 유지된다.

"탄성체" 는, 전형적으로는 고무에 의해 형성된다. 탄성체로는, 원판 형상이나 링 형상 등의 다양한 형상을 갖는 것을 사용할 수 있다.

그리고, 탄성체의 링 형상 시일부의 내주면은, 링 형상 시일부와 맞닿음면이 맞닿는 맞닿음 위치보다 하류의 연료 통로의 통로 면적이, 내주면에 대응하는 영역에 있어서, 맞닿음 위치에서의 통로 면적과 동일해지도록 형성되어 있다.

"동일해지도록 형성되어 있다" 란 기재는, "대략 동일해지도록 형성되어 있다" 라는 구성을 포함하는 것으로서 사용되고 있다. 예를 들어, 가공 정밀도의 편차 등에 따른 오차를 포함하는 것으로서 사용되고 있다. 또한, 본 양태의 "내주면" 은, 전형적으로는 테이퍼 형상의 면 (직선상(狀) 경사면) 에 의해서 구성되지만, 테이퍼 형상에 근사한 곡면 형상의 면에 의해서 구성되어 있어도 된다.

본 양태에서는, 연료 분사시에 있어서, 맞닿음 위치로부터 분사구를 향하여 흐르는 액화 연료의 압력이 저하되는 것을 억제할 수 있어, 액화 연료의 압력 저하로 인한 액화 연료의 기화를 억제할 수 있다. 이로써, 분사구로부터 내연기관의 연소실 또는 흡기관 안을 향하여 분사되는 연료의 분사량을 안정화시킬 수 있다.

본 발명에 관련된 연료 분사 밸브의 다른 양태는, 분사구를 갖는 분사 노즐과, 분사구를 개폐하는 밸브체를 구비하고 있다. 분사 노즐과 밸브체의 일방에는 탄성체가 설치되고, 분사 노즐과 밸브체의 타방에는 맞닿음면이 형성되어 있다. 탄성체는 맞닿음면 방향으로 돌출되어 있는 링 형상 시일부를 구비하고 있다. 본 양태에서는, 탄성체의 링 형상 시일부가 분사 노즐의 맞닿음면에 맞닿음으로써 분사 노즐의 분사구가 닫히도록 구성되어 있다. 이것에 의해 분사구의 시일성이 유지된다.

"탄성체" 는, 전형적으로는 고무에 의해 형성된다. 탄성체로는, 원판 형상이나 링 형상 등의 다양한 형상을 갖는 것을 사용할 수 있다.

그리고, 탄성체의 링 형상 시일부의 내주면은, 링 형상 시일부와 맞닿음면이 맞닿는 맞닿음 위치보다 하류의 연료 통로의 통로 면적이, 내주면에 대응하는 영역에 있어서, 맞닿음 위치로부터 분사구를 향하여 점차 감소하도록 형성되어 있다.

"점차 감소하도록" 이란 기재는, 연속적으로 감소하는 구성이나 단계적으로 감소하는 구성을 포함하는 것으로서 사용되고 있다. 본 양태의 “내주면”은, 전형적으로는 테이퍼 형상의 면 (직선상 경사면) 에 의해서 구성되지만, 테이퍼 형상에 근사한 곡면 형상의 면에 의해서 구성되어 있어도 된다.

본 양태에서는, 연료 분사시에 있어서, 맞닿음 위치로부터 분사구를 향하여 흐르는 액화 연료의 압력이 저하되는 것을 억제할 수 있어, 액화 연료의 압력 저하로 인한 액화 연료의 기화를 억제할 수 있다. 이로써, 분사구로부터 내연기관의 연소실 또는 흡기관 안을 향하여 분사되는 연료의 분사량을 안정화시킬 수 있다. 또한, 맞닿음 위치보다 하류의 연료 통로의 통로 면적이 맞닿음 위치로부터 분사구를 향하여 점차 감소하도록 구성한 본 양태는, 맞닿음 위치보다 하류의 연료 통로의 통로 면적이 맞닿음 위치에서의 통로 면적과 동일해지도록 구성한 양태보다도 액화 연료의 기화를 억제할 수 있어, 연료 분사량을 보다 더 안정화시킬 수 있다.

본 발명에 관련된 연료 분사 밸브의 또 다른 양태는, 상기 구성에 추가하여 이하의 구성을 구비하고 있다.

분사 노즐과 밸브체의 일방은 탄성체가 배치되는 오목부를 갖고 있다. 또한, 탄성체의, 맞닿음면과 대향하는 면에는 맞닿음면 방향으로 돌출되어 있는 링 형상 시일부가 형성되어 있다. 전형적으로는 "오목부" 는 원형으로 형성되고, 원형의 오목부에 탄성체가 충전된다.

밸브체와 분사 노즐 사이에 배치되는 탄성체에 의해, 내연기관측에서 연료 분사 밸브측으로의 열 전달을 저감할 수 있다. 이로써, 링 형상 시일부와 맞닿음면의 맞닿음 위치보다 상류측의 연료 통로에 체류하는 액화 연료가, 내연기관측에서 전달된 열에 의해 기화되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명에 관련된 연료 분사 밸브의 또 다른 양태는, 상기 구성에 추가하여 이하의 구성을 구비하고 있다.

분사 노즐과 밸브체의 일방은, 분사 노즐의 맞닿음면에 맞닿을 수 있는 맞닿음부와, 맞닿음부의, 분사 노즐의 맞닿음면과 맞닿는 맞닿음 지점으로부터, 맞닿음면에서 떨어진 방향에 형성된 장착면을 갖고 있다. 이 장착면에는, 탄성체가 배치되는 오목부가 형성되어 있다. 그리고, 밸브체가 분사구를 닫는 방향으로 이동할 때에는, 탄성체의 링 형상 시일부가 분사 노즐의 맞닿음면에 맞닿은 후에, 밸브체의 맞닿음부가 분사 노즐의 맞닿음면에 닿도록 구성되어 있다.

"장착면에 오목부가 형성되어 있는" 구성은, 오목부의 외주측에 장착면을 구비한 구성을 의미하고 있다. 오목부에 탄성체를 배치하는 방법으로는, 전형적으로는 금형을 사용하여 오목부에 탄성체를 성형하는 방법이 사용된다.

본 양태에서는, 예를 들어, 분사 노즐과 밸브체의 일방에 금형을 맞대어, 분사 노즐과 밸브체의 일방에 형성되어 있는 오목부에 탄성체를 성형하는 경우에, 탄성체의 성형 영역에 있어서, 분사 노즐 또는 밸브체의 일방과 금형이 서로 끼워 맞춰지는 부분을 없앨 수 있다. 이 때문에, 탄성체의 성형 영역에 있어서, 분사 노즐 또는 밸브체의 일방과 금형의 끼워 맞춰짐을 허용하기 위한 간극이 없어져, 간극에 의해 버가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 연료에 의해 탄성체가 팽윤되어, 통상적인 동작시에 맞닿음면과 맞닿는 지점 주위의 부분이 장착면으로부터 돌출된 경우라도, 이 돌출된 부분이 맞닿음면에 맞닿는 일이 없다. 이로써, 맞닿음으로 인한 탄성체의 박리를 방지할 수 있다.

따라서, 탄성체 (버를 포함한다) 의 박리에 의한 영향, 예를 들어, 연료 분사 밸브의 시일 특성이나 유량 특성의 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 관련된 연료 분사 밸브의 또 다른 양태는, 상기 구성에 추가하여 이하의 구성을 구비하고 있다.

분사 노즐의 하류측에 설치되며, 분사구보다 직경이 작은 분사 구멍을 갖는 오리피스판을 구비하고 있다. 분사구와 분사 구멍은 동일 축선 상에 배치되어 있다. 또한, 분사구의 면적과 분사 구멍의 면적의 비 (분사구 면적/분사 구멍 면적) 가 2.5 ∼ 7 의 범위로 설정되어 있다.

"동일 축선 상에 배치되어 있다" 란 기재는, 대략 동일한 축선 상에 배치되어 있는 구성을 포함한다. 또한, "2.5 ∼ 7 의 범위" 란 기재는, "약 2.5 ∼ 약 7 의 범위" 를 포함한다.

분사구 면적과 분사 구멍 면적의 비가 2.5 이상으로 설정되어 있음으로써, 면적비의 변화에 대한 연료 분사량의 변화가 작아, 연료 분사량이 안정적으로 된다. 이로써, 분사 노즐의 분사구의 가공 정밀도를 높이지 않고서, 연료 분사량을 안정화시킬 수 있다. 또한, 분사구 면적과 분사 구멍 면적의 비가 7 이하로 설정되어 있음으로써, 면적비의 변화에 대한 연료 분사량의 편차가 작다. 이 는, 연료 분사량의 편차의 원인이 되는 액체 연료의 기화가 억제되어 있음을 의미하고 있다. 이로써, 연료 분사량을 안정화시킬 수 있다.

따라서, 분사구 면적과 분사 구멍 면적의 비를 2.5 ∼ 7 의 범위로 설정함으로써, 연료 분사량을 분사구의 면적 (또는 직경) 에 따라서 정확하게 결정할 수 있고, 또한, 연료 분사량을 안정화시킬 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 도면을 참조하면서, 본 발명의 하나의 실시예를 설명한다. 본 실시예는, LPG (액화 석유 가스) 용의 전자식 연료 분사 밸브로서 구성되어 있다. 도 1 은 본 실시예의 전체 구성을 나타내고 있다. 도 2 는 도 1 의 A 부의 확대도이고, 도 3 은 본 실시예에 관련된 연료 분사 밸브의 선단부 구성을 나타내는 도면이다.

도 1 에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시예의 연료 분사 밸브 (100) 는, 축방향으로 연장되는 본체 (110) 를 갖고 있다. 본체 (110) 는, 대략 원통형의 형상으로 형성되어 있다. 본체 (110) 내측의 구멍 (111) 은, LPG (이하, "연료" 라고 한다) 의 연료 통로를 구성한다. 본체 (110) 의 구멍 (111) 내에는, 통 형상의 고정 코어 (133) 와, 니들 밸브 (113) 가 설치되어 있다. 고정 코어 (133) 는 본체 (110) 에 고정되어 있다. 니들 밸브 (113) 는, 통 부재 (114) 와, 밸브축 (115) 과, 밸브체 (116) 에 의해 구성되어 있다. 통 부재 (114) 는 자성재에 의해 형성되어 있고, 본체 (110) 의 내주면을 따라서 이동 가능하다. 밸브체 (116) 는 밸브축 (115) 의 축방향 선단에 설치되어 있다.

본체 (110) 의 축방향의 일단부, 즉 선단부에는, 니들 밸브 (113) 의 밸브체 (116) 선단과 대향하도록, 분사 노즐 (121) 이 고정되어 있다 (도 2 참조). 분사 노즐 (121) 은 저부 (선단부) 에 원형의 분사구 (122) 를 갖는 컵 형상으로 형성되어 있다. 분사구 (122) 는 절삭 가공에 의해 형성된다. 고정 코어 (133) 의 구멍 (133a) 내에는 니들 밸브 (113) 와 통 형상의 스프링 핀 (127) 사이에 코일 스프링 (125) 이 설치되어 있다. 니들 밸브 (113) 는, 코일 스프링 (125) 의 탄성력에 의해, 밸브체 (116) 의 선단이 분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) (도 5 참조) 과 맞닿는 방향으로 이동하는 힘을 받는다. 니들 밸브 (113) 의 밸브체 (116) 가 분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 에 맞닿으면, 분사구 (122) 가 닫힌다. 코일 스프링 (125) 의 탄성력은, 스프링 핀 (127) 의 장착 위치를 조정함으로써 조정할 수 있다.

스프링 핀 (127) 의 구멍 (127a), 고정 코어 (133) 의 구멍 (133a), 니들 밸브 (113) 의 통 부재 (114) 의 구멍 (114a) 및 밸브축 (115) 의 구멍 (115a) 에 의해서 연료 통로가 구성되어 있다.

밸브체 (116) 는, 본 발명의 "밸브체" 에 대응된다. 분사 노즐 (121) 은, 본 발명의 "분사 노즐" 에 대응된다. 분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 은, 본 발명의 "맞닿음면" 에 대응된다. 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 는, 본 발명의 "분사구" 에 대응된다.

분사 노즐 (121) 의 선단부 (하류측) 에는, 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 보다 직경이 작은 원형의 분사 구멍 (163) 을 갖는 오리피스판 (161) 이 고 정되어 있다 (도 5 참조). 오리피스판 (161) 은 얇은 판으로 구성되고, 분사 구멍 (163) 은 프레스 가공에 의해서 형성된다. 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 과 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 는, 동일 축선 상에 배치된다. "동일 축선 상에 배치되는" 양태에는, "대략 동일 축선 상에 배치되는" 양태가 포함된다.

오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 은, 본 발명의 "분사 구멍" 에 대응된다.

본체 (110) 는, 축방향의 양단부를 제외한 부분이 수지제의 하우징 (131) 에 의해 둘러싸여 있다. 하우징 (131) 내에는, 고정 코어 (133) 를 둘러싸도록 솔레노이드 코일 (135) 이 설치되어 있다. 솔레노이드 코일 (135) 과 고정 코어 (133) 에 의해서, 니들 밸브 (113) 를 구동시키는 밸브 구동 기구가 구성되어 있다.

솔레노이드 코일 (135) 은, 커넥터 (137) 를 통하여 전력 공급 장치와 접속되어 있다. 솔레노이드 코일 (135) 에 전류가 흐르면, 고정 코어 (133) 와 니들 밸브 (113) 의 통 부재 (114) 사이에 전자력이 발생하여, 니들 밸브 (113) 의 통 부재 (114) 가 고정 코어 (133) 로 끌려간다. 이로써, 니들 밸브 (113) 의 밸브체 (116) 가 분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 으로부터 분리되고, 분사구 (122) 가 열려 연료가 분사된다.

도 3 은, 연료 분사 밸브 (100) 가 딜리버리 파이프 (연료 분배관: 145) 및 리턴 파이프 (149) 에 접속되어 있는 상태를 나타내고 있다. 도 4 는 도 3 의 B 부의 확대도이다.

도 3 에 나타나 있는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (100) 의 하우징 (131) 및 하우징 (131) 으로부터 노출되어 있는 본체 (110) 의 선단 부분은, 대략 통 형상으로 형성된 인렛 커버 (141) 내에 수용되어 있다. 인렛 커버 (141) 에는, 연료를 도입하는 연료 도입 통로 (143) 가 형성되어 있다. 그리고, 연료 도입 통로 (143) 에 딜리버리 파이프 (145) 가 접속되어 있다.

딜리버리 파이프 (145) 로부터 연료 도입 통로 (143) 를 통하여 공급된 연료는, 도 4 에 나타나 있는 바와 같이, 인렛 커버 (141) 와 본체 (110) 사이에 설치된 필터 (147), 본체 (110) 에 형성된 직경 방향의 복수의 관통 구멍 (110a) 을 통하여, 본체 (110) 와 니들 밸브 (113) 의 밸브축 (115) 사이에 형성되어 있는 연료 도입 공간 (C1) 으로 유입된다. 그리고, 연료 도입 공간 (C1) 으로부터, 밸브축 (115) 에 형성된 직경 방향의 복수의 관통 구멍 (115b) 을 통하여 구멍 (115a) 내로 유입된다. 밸브축 (115) 의 구멍 (115a) 내로 유입된 연료는, 니들 밸브 (113) 가 닫힘 위치에 위치하고 있을 때에는, 밸브축 (115) 선단에 형성된 직경 방향의 복수의 공급 구멍 (115c) 을 통하여, 밸브체 (116) 의 외주에 형성되어 있는 연료 저장 공간 (C2) 으로 유입되어 저장된다. 연료 저장 공간 (C2) 은, 밸브체 (116) 의 외주면과, 밸브체 (116) 를 둘러싸고 있는 분사 노즐 (121) 의 원통부 (123) (도 5 참조) 의 내주면에 의해 형성되어 있다.

또, 밸브축 (115) 의 구멍 (115a) 내로 유입된 연료는, 도 3 에 나타나 있는 바와 같이, 통 부재 (114) 의 구멍 (114a), 고정 코어 (133) 의 구멍 (133a), 스프 링 핀 (127) 의 구멍 (127a), 본체 (110) 의 구멍 (111), 필터 (148) 를 통하여, 본체 (110) 의 개방 단부에 접속된 리턴 파이프 (149) 의 통로 (149a) 로 유출된다. 즉, 딜리버리 파이프 (145) 로부터 연료 분사 밸브 (100) 에 공급된 연료는, 연료 분사 밸브 (100) 의 내부 연료 통로를 통하여 리턴 파이프 (149) 로 되돌아가도록 구성되어 있다.

또한, 연료 분사 밸브 (100) 와 리턴 파이프 (149) 의 접속은, 본체 (110) 의 축방향 타단부 즉 연료의 출구측 후단부와, 하우징 (131) 의 단부를 리턴 파이프 (149) 의 장착 구멍 (149b) (도 3 참조) 내에 삽입한 상태에서, 인렛 커버 (141) 를, 도시하지 않은 나사에 의해 리턴 파이프 (149) 에 장착함으로써 접속된다.

또, 본체 (110) 의 후단부측 외주면과 장착 구멍 (149b) 의 내주면 사이에는 O 링 (151) 이 설치되고, 하우징 (131) 의 외주면과 인렛 커버 (141) 의 내주면 사이에는 O 링 (153) 이 설치되며, 본체 (110) 의 선단측 외주면과 인렛 커버 (141) 의 내주면 사이에는 O 링 (155) 이 설치되어 있다. 이로써, 연료 분사 밸브 (100) 내로 유입된 연료가 외부로 누설되는 것이 방지되어 있다.

연료 분사 밸브 (100) 의 선단측에는, 연료 분사 밸브 (100) 를 엔진 (실린더 헤드 혹은 흡기관) 에 장착하기 위한 커버 (157) 가 배치되어 있다.

다음으로, 본 실시예의 니들 밸브 (113) 선단부의 구성을, 도 5 를 참조하면서 설명한다.

도 5 에 나타나 있는 바와 같이, 밸브체 (116) 의 선단면 (분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 과 대향하는 면) 에는, 외주측에, 노즐 시트면 (121a) 방향으로 돌출되어 있는 링 형상의 돌출부 (116b) 가 형성되어 있다. 또, 돌출부 (116b) 의 내측 (내주측) 에는, 돌출부 (116b) 의, 노즐 시트면 (121a) 과 맞닿는 지점으로부터, 노즐 시트면 (121a) 에서 떨어진 방향 (도 5 의 상방) 에 평면 영역 (116a) 이 형성되어 있다. 또한, 평면 영역 (116a) 의 내측에는, 시일 부재 (129) 가 배치되는 원형의 오목부 (117) 가 형성되어 있다. 즉, 밸브체 (116) 의 선단면은, 시일 부재 (129) 가 배치되는 오목부 (117) 의 외주측에 있어서, 축방향을 따라서 높이가 상이한 평면 영역 (116a) 과 돌출부 (116b) 를 갖는 2 단 구조로 형성되어 있다.

밸브체 (116) 선단면의 외주측 돌출부 (116b) 는, 본 발명의 "맞닿음부" 에 대응된다. 평면 영역 (116a) 은, 본 발명의 "장착면" 에 대응된다.

오목부 (117) 에는, 탄성 변형 가능한 고무 등의 시일 부재 (129) 가 삽입된다. 시일 부재 (129) 의, 노즐 시트면 (121a) 과 대향하는 면에는, 외주측에 외주부 (129a) 가 형성되어 있다. 그리고, 외주연으로부터 소정량 내측으로 들어간 위치 (외주부 (129a) 의 내측) 에, 노즐 시트면 (121a) 방향으로 돌출되어 있는 링 형상의 돌기부 (129b) 가 형성되어 있다. 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 는, 밸브체 (116) 의 평면 영역 (116a) 과 대체로 같은 높이로 형성되어 있다.

또한, 돌기부 (129b) 의 내측에는, 돌기부 (129b) 에 의해서 둘러싸이고, 축방향을 따라서 소정 깊이를 갖는 원형의 내주부 (129c) 가 형성되어 있다. 이 내주부 (129c) 는, 직경 방향으로 평평한 평면으로 형성되어 있다.

시일 부재 (129) 는, 본 발명의 "탄성체" 에 대응된다. 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 는, 본 발명의 "외주부" 에 대응된다. 시일 부재 (129) 의 링 형상 돌기부 (129b) 는, 본 발명의 "시일부" 에 대응된다. 내주부 (129c) 는, 본 발명의 "단면" 에 대응된다.

밸브체 (116) 의 돌출부 (116b) 가 평면 영역 (116a) 으로부터 돌출되어 있는 높이는, 시일 부재 (129) 의 돌기부 (129b) 가 외주부 (129a) (혹은 평면 영역 (116a)) 로부터 돌출되어 있는 높이보다 낮게 설정되어 있다. 즉, 돌기부 (129b) 의 선단부는, 돌출부 (116b) 의 선단부보다 노즐 시트면 (121a) 측으로 돌출되어 있다. 이로써, 니들 밸브 (113) 가, 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 를 닫는 방향으로 이동할 때에는, 먼저, 시일 부재 (129) 의 돌기부 (129b) 가 노즐 시트면 (121a) 에 맞닿는다. 그리고, 돌기부 (129b) 가 탄성 변형된 후에, 밸브체 (116) 의 돌출부 (116b) 가 노즐 시트면 (121a) 에 맞닿아, 니들 밸브 (113) 의 이동이 정지된다. 이로써, 시일 부재 (129) 에 과대한 힘이 작용하는 것을 방지할 수 있어, 시일 부재 (129) 의 내구성이 향상된다.

여기서, 도 5 에 나타나 있는 바와 같이, 밸브체 (116) 가 분사 노즐 (121) 로부터 떨어진 방향으로 이동하여, 맞닿아 있던 시일 부재 (129) 의 돌기부 (129b) 와 분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 이 분리되면, 연료는, 연료 저장 공간 (C2) 으로부터 하류측의 연료 통로 (C3) 를 향하여 흐른다.

또, 하류측의 연료 통로 (C3) 는, 시일 부재 (129) 의 돌기부 (129b) 와 분 사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 의 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측에 있어서, 시일 부재 (129) 와 분사 노즐 (121) 에 의해 둘러싸인, 분사구 (122) 를 포함하는 공간을 말한다.

종래의 연료 분사 밸브에서는, 도 11 에 나타나 있는 바와 같이, 시일 부재 (129) 의 돌기부 (129b) 는, 단면이 대략 반원호 형상으로 형성되어 있다. 돌기부 (129b) 의 단면 형상이 대략 반원호 형상으로 형성되어 있는 경우, 연료 통로 (C3) 의 흐름 방향 (밸브체 (116) 의 직경 방향) 을 따른 각 위치에서의 통로 면적은, 도 12 에 나타낸 바와 같이 변화한다. 또, 도 12 에 있어서, 통로 위치 0㎜ 의 통로 면적은, 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적을 나타내고 있다. 그리고, 0㎜ 의 통로 위치로부터 좌측 (+ 영역) 에는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로의 각 통로 위치의 통로 면적이 표시되어 있다. 즉, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 의 중심 위치 근처까지의 각 통로 위치의 통로 면적의 변화 상태가 표시되어 있다. 또, 0.5㎜ 의 통로 위치는, 분사구 (122) 의 내주면과 노즐 시트면 (121a) 을 접속하는 라운드면의 중앙 위치 (모따기부의 중앙 위치: R) 에 대응된다.

도 12 로부터 알 수 있듯이, 도 11 에 나타나 있는 종래 구조에서는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 의 통로 면적은, 맞닿음 위치 (X) 에서부터 분사구 (122) 근처의 위치 (모따기부의 중앙 위치: R) 까지 순차 증가하고, 그 후, 감소하고 있다. 자세하게는, 돌기부 (129b) 와 내주부 (129c) 의 경계부까지 순차 증가하고, 그 후, 감소하고 있다. 이 때문에, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 내의 통로 면적 증가 영역 (맞닿음 위치 (X) 로부터 모따기부의 중앙 위치 (R) 부근까지의 영역) 에 있어서 연료의 압력이 저하되어, 압력 저하로 인한 연료의 기화가 발생할 우려가 있다. 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 내에서 연료의 기화가 발생하면, 연소실 또는 흡기관 안으로 분사되는 연료의 계량 정밀도가 변화된다 (편차가 발생한다).

그래서, 본 실시예에서는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 내에서의 통로 면적의 증가를 억제하여, 연료의 기화를 방지하고 있다. 즉, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) (모따기부의 중앙 위치 (R) 부근) 까지의 사이 (자세하게는, 맞닿음 위치 (X) 로부터, 돌기부 (129b) 와 내주부 (129c) 의 경계부까지의 사이) 에 있는 각 통로 위치의 통로 면적이, 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적보다 증가하지 않도록 구성되어 있다.

맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 까지의 사이의 각 통로 위치의 통로 면적이 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적보다 증가하지 않도록 구성하는 실시예 1 이 도 6 에 나타나 있다. 또, 실시예 1 에서의 각 통로 위치의 통로 면적은, 도 7 에 나타나 있다.

실시예 1 에서는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측 연료 통로 (C3) 의 흐름 방향을 따른 각 위치의 통로 면적이, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 까지 (이하, 간단히 「분사구 (122) 까지」라고 한다) 의 사이에서, 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적과 동일해지도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 돌기부 (129b) 의 내주면 (129d) 을, 노즐 시트면 (121a) (또는, 내주부 (129c)) 에 대하여 경사져 있는 테이퍼면에 의해 형성하고 있다. "맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적과 동일해지도록" 이란 기재는, "맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적과 대략 동일해지도록" 이란 구성을 포함하고 있다.

연료 통로 (C3) 내의 흐름 방향을 따른 각 통로 위치의 통로 면적은, 각 통로 위치에 있어서의, 돌기부 (129b) 내주면 (129d) 과 노즐 시트면 (121a) 사이의 거리 (L) 와, 둘레 방향의 길이에 의해서 결정된다 (거리 (L) × 둘레 방향의 길이). 여기서, 시일 부재 (129) 에 링 형상의 돌기부 (129b) 가 형성되는 경우에는, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 를 향하여 거리 (L) 가 증가함과 함께. 둘레 방향의 길이가 감소하게 된다. 실시예 1 에서는, 이 점을 고려하여, 돌기부 (129b) 내주면 (테이퍼면: 129d) 의 노즐 시트면 (121a) 에 대한 경사 각도가 설정되어 있다.

또, 도 7 에서는, 도 12 와 마찬가지로, 0㎜ 의 통로 위치에 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적이 표시되어 있다. 또한, 0㎜ 의 통로 위치로부터 좌측 (+ 영역) 에는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측 연료 통로 (C3) 의 각 통로 위치의 통로 면적, 즉, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 의 중심 근처까지의 각 통로 위치의 통로 면적이 표시되어 있다. 또한, 0.5㎜ 의 통로 위치는, 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 에 대응된다.

실시예 1 에서는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측 연료 통로 (C3) 내의 각 통로 위치의 통로 면적은, 맞닿음 위치 (X) 에서부터 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 부근에 걸쳐서 (자세하게는, 돌기부 (129b) 와 내주부 (129c) 의 경계부 에 걸쳐서) 동일해지도록 ("대략 동일해지도록" 을 포함한다) 설정되어 있다. 또한, 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 부근에서부터 (자세하게는, 돌기부 (129b) 와 내주부 (129c) 의 경계부에서부터) 분사구 (122) 의 중심부에 걸쳐서, 평면으로 형성되어 있는 내주면 (129d) 에 의해, 통로 면적이 점차 감소하도록 설정되어 있다.

이로써, 연료가 연료 저장 공간 (C2) 으로부터 분사구 (122) 를 향하여 흐를 때에, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 내에 있어서, 통로 면적의 증가로 인한 연료 압력의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 연료 압력의 저하로 인한 연료의 기화를 억제할 수 있어, 연소실 또는 흡기관 안으로 분사되는 연료의 유량을 안정화시킬 수 있다.

맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 까지의 사이에 있는 각 통로 위치의 통로 면적이 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적보다 증가하지 않도록 구성하는 실시예 2 가 도 8 에 나타나 있다. 또, 실시예 2 에서의 각 통로 위치의 통로 면적은, 도 9 에 나타나 있다.

실시예 2 에서는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측 연료 통로 (C3) 내의 흐름 방향을 따른 각 위치의 통로 면적이, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 를 향하여 점차 감소하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 돌기부 (129b) 의 내주면 (129d) 을, 노즐 시트면 (121a) (또는, 내주부 (129c)) 에 대하여 경사져 있는 테이퍼면에 의해서 형성하고 있다. 돌기부 (129b) 의 직경이 동일한 경우에는, 실시예 2 의 돌기부 (129b) 내주면 (테이퍼면: 129d) 의 노즐 시트면 (121a) 에 대 한 경사 각도는, 실시예 1 의 경사 각도보다 작아진다.

또, 도 9 에서는, 도 12 와 마찬가지로, 0㎜ 의 통로 위치에 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적이 표시되어 있다. 그리고, 0㎜ 의 통로 위치로부터 좌측 (+ 영역) 에는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측 연료 통로 (C3) 내의 각 통로 위치의 통로 면적, 즉, 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 의 중심 근처까지의 각 통로 위치의 통로 면적이 표시되어 있다. 또한, 0.5㎜ 의 통로 위치는, 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 에 대응된다.

내주부 (129c) 의 두께 (축방향의 길이) 및 돌기부 (129b) 의 직경이 동일한 상태에서, 돌기부 (129b) 내주면 (테이퍼면: 129d) 의 노즐 시트면 (121a) 에 대한 경사 각도를 작게 설정하면, 내주면 (129d) 과 내주부 (129c) 의 경계부는, 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 보다 분사구 (122) 의 중심측으로 벗어나는 경우가 있다.

실시예 2 에서는, 내주부 (129c) 의 두께 (축방향의 길이: T1) 를, 도 6 에 나타낸 실시예 1 에서의 내주부 (129c) 의 두께 (T) 보다 크게 설정하고 있다. 즉, 돌기부 (129b) 의 선단부에서부터 내주부 (129c) 까지의 거리를 작게 하여, 내주부 (129c) 에 의해 형성되는 우묵하게 패인 부분을 얕게 설정하고 있다. 이로써, 내주면 (129d) 과 내주부 (129c) 의 경계부를, 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 에 대응하는 위치에 배치시키고 있다.

실시예 2 에서는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 의 흐름 방향을 따른 각 통로 위치의 통로 면적은, 맞닿음 위치 (X) 에서부터 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 부근에 걸쳐서 (자세하게는, 돌기부 (129b) 와 내주부 (129c) 의 경계부에 걸쳐서) 점차 감소하고, 또한, 분사구 (122) 의 모따기부 중앙 위치 (R) 부근에서부터 (자세하게는, 돌기부 (129b) 와 내측 영역 (129c) 의 경계부에서부터) 분사구 (122) 의 중심부에 걸쳐서 점차 감소하고 있다.

이로써, 연료가 연료 저장 공간 (C2) 으로부터 분사구 (122) 를 향하여 흐를 때에, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 내에 있어서, 통로 면적의 증가로 인한 연료 압력의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 연료 압력의 저하로 인한 연료의 기화를 억제할 수 있기 때문에, 연소실 또는 흡기관 안으로 분사되는 연료의 계량 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 10 은, 종래예, 실시예 1, 실시예 2 의 각각에 대해서 연료 분사량 (유량) 의 편차를 측정하고, 그 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 연료 분사량 (유량) 의 편차는, 동일한 구성을 갖는 복수의 연료 분사 밸브 (예를 들어, 각각 10 개의 연료 분사 밸브) 의 연료 분사량 (유량) 측정 결과에 기초하여 통계적 방법을 사용해서 산출된다.

도 10 에서 알 수 있듯이, 연료 분사량 (유량) 의 편차는, 실시예 1 및 실시예 2 의 어느 경우에서도 종래예와 비교하여 거의 반감되어 있다.

즉, 실시예 1 및 실시예 2 에서는, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측의 연료 통로 (C3) 의 통로 면적을, 맞닿음 위치 (X) 에서부터 분사구 (122) 에 걸쳐서 (자세하게는, 돌기부 (129b) 의 내주면 (129d) 에 대응하는 영역에 있어서), 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적과 동일해지도록 ("대략 동일해지도록" 을 포함한다), 또는, 맞닿음 위치 (X) 에서부터 분사구 (122) 에 걸쳐서 점차 감소하도록 구성되어 있다. 이로써, 연료 통로 (C3) 내에서의 압력 저하로 인한 연료의 기화가 억제되고, 그 결과, 연료 분사량 (유량) 의 편차를 감소시킬 수 있다.

또, 연료 통로 (C3) 내의 통로 면적을, 맞닿음 위치 (X) 에서부터 분사구 (122) 에 걸쳐서 점차 감소시키도록 구성되어 있는 실시예 2 는, 연료 통로 (C3) 내의 통로 면적이 맞닿음 위치 (X) 의 통로 면적과 동일해지도록 구성되어 있는 실시예 1 과 비교하여 연료의 압력 저하가 보다 더 억제된다. 이 때문에, 실시예 2 의 연료 분사량 (유량) 의 편차는, 실시예 1 의 연료 분사량 (유량) 의 편차보다 작다.

본 실시예의 연료 분사 밸브 (100) 는, 전술한 바와 같이, 분사 노즐 (121) 의 선단부 (하류측) 에, 분사구 (122) 보다 직경이 작은 분사 구멍 (163) 을 갖는 오리피스판 (161) 이 설치되어 있다 (도 5 참조). 이러한 구성을 갖는 연료 분사 밸브 (100) 에서는, 분사구 (122) 가 개방 상태가 되었을 때의 연료 분사량은, 오리피스판 (161) 에 형성되어 있는 분사 구멍 (163) 의 직경 즉 면적에 따라서 결정된다.

그러나, 이러한 구성을 갖는 연료 분사 밸브를, LPG (액화 석유 가스) 와 같은 기화되기 쉬운 연료를 분사하는 연료 분사 밸브로서 사용하는 경우, 분사구 (122) 의 직경을 크게 하면, 연료 분사시에 연료가 기화될 우려가 있다. 연료 분사시에 연료가 기화되면, 계량 정밀도가 변화되어, 연료 분사량에 편차가 생길 우려가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 면적과 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 면적의 비 (면적비 = 분사구 (122) 의 면적/분사 구멍 (163) 의 면적) 와, 분사구 (122) 가 열린 상태일 때의 연료 분사량 (유량) 과의 관계를 측정하였다. 도 13 은, 면적비와 연료 분사량 (유량) (㎤/min) 의 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 14 는, 면적비와 연료 분사량 (유량) 의 편차 (%) 와의 관계를 나타낸 그래프이다.

측정은, 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 의 직경 (φd1) 을 0.42㎜ 로 설정 (분사 구멍 (163) 의 면적을 일정치로 설정) 한 상태에서, 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 의 직경 (φd2) (분사구 (122) 의 면적) 을 변경함으로써 측정하였다. 또, 연료 분사량 (유량) 의 편차는, 각 면적비마다, 동일한 구성을 갖는 복수의 연료 분사 밸브 (예를 들어, 10 개의 연료 분사 밸브) 의 연료 분사량 (유량) 을 측정하고, 측정 결과에 기초하여 통계적 방법을 사용해서 산출하였다.

도 13 에서는, 분사구 (122) 의 면적과 분사 구멍 (163) 의 면적의 비 (면적비) 가 2.5 미만 [면적비 < 2.5] 인 경우에는, 면적비가 변화하면 유량 (연료 분사량) 이 크게 변화된다. 한편, 분사구 (122) 의 면적과 분사 구멍 (163) 의 면적의 비 (면적비) 가 2.5 이상 [면적비 ≥ 2.5] 인 경우에는, 면적비가 변화하더라도 유량 (연료 분사량) 의 변화가 작아, 유량 (연료 분사량) 이 안정되어 있다.

그 이유는, 분사구 (122) 의 면적과 분사 구멍 (163) 의 면적의 비를 2.5 이상으로 설정한 경우에는, 분사 노즐 (121) 에 형성되는 분사구 (122) 는, 유량을 조이는 기능이 없어지거나, 또는 유량을 조이는 기능이 약해지기 때문인 것으로 생 각된다.

전술한 바와 같이, 오리피스판 (161) 은 얇은 판으로 구성할 수 있다. 이 때문에, 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 은, 고정밀도의 가공이 가능한 프레스 가공에 의해서 형성할 수 있다. 따라서, 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 은, 직경 (φd2) 의 편차를 작은 범위로 억제할 수 있다. 즉, 연료 분사 밸브 (100) 로부터의 연료 분사량을 고정밀도로 설정할 수 있다.

또한, 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 면적과 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 면적의 비 (분사구 (122) 의 면적/분사 구멍 (163) 의 면적) 가 2.5 이상으로 설정되어 있는 경우에는, 연료 분사 밸브 (100) 로부터의 연료 분사량은, 분사구 (122) 의 직경 (φd1: 면적) 의 편차로 인한 영향을 받지 않는 안정적인 것으로 된다.

도 14 에서는, 분사구 (122) 면적과 분사 구멍 (163) 면적의 비 (분사구 (122) 의 면적/분사 구멍 (163) 의 면적) 가 7 을 경계로 하여, 유량 (연료 분사량) 의 편차가 급격히 변화하고 있다. 즉, 면적비가 7 을 초과하면 [면적비 > 7], 유량 (연료 분사량) 의 편차가 급격히 증대되고 있다. 한편, 면적비가 7 이하에서는 [면적비 ≤ 7], 유량 (연료 분사량) 의 편차가 감소하고 있다. 이는, 면적비가 7 을 초과하면, 연료 (LPG) 가 기화되어, 그 기화량의 편차가 유량의 편차로서 나타나는 것으로 생각된다. 한편, 면적비 7 이하에서는, 연료가 기화되지 않거나 또는 기화되더라도 미량인 것으로 생각된다.

따라서, 면적비 (분사구 (122) 의 면적/분사 구멍 (163) 의 면적) 를 7 이하 로 설정함으로써, 연료의 기화로 인한 계량 정밀도의 편차를 억제하여, 연료 분사량을 안정시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에서는, 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 면적과 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 의 면적의 비를 2.5 ∼ 7 의 범위〔2.5 ≤ 면적비 ≤ 7〕로 설정하고 있다. 이로써, 분사 노즐 (121) 의 분사구 (122) 의 가공 정밀도에 영향을 받지 않고서, 오리피스판 (161) 의 분사 구멍 (163) 의 가공 정밀도만을 높임으로써 연료의 기화를 억제하여, 정확하고 안정적인 연료 분사량을 확보할 수 있다.

또, 2.5 ∼ 7 의 범위〔2.5 ≤ 면적비 ≤ 7〕는, 약 2.5 ∼ 약 7 의 범위 [약 2.5 ≤ 면적비 ≤ 약 7] 를 포함한다.

그런데, 종래에는 도 16 에 나타나 있는 연료 분사 밸브가 알려져 있다. 이 연료 분사 밸브에서는, 밸브체 (11) 의 선단면 중심측에, 외주가 원형 (혹은 링 형상) 을 갖는 오목부 (11a) 가 형성되어 있다. 그리고, 오목부 (11a) 에 탄성체 (13) 가 장착되어 있다. 탄성체 (13) 의 선단면에는, 밸브체 (11) 의 선단면으로부터 분사 노즐측 (도 16 의 하방) 으로 돌출되어 있는 링 형상의 돌기부 (13a) 가 형성되어 있다. 이 연료 분사 밸브는, 탄성체 (13) 가 분사 노즐의 노즐 시트면에 맞닿은 후에, 밸브체 (11) 의 선단면이 분사 노즐의 노즐 시트면에 맞닿도록 구성되어 있다.

통상, 도 17 에 나타나 있는 바와 같이, 탄성체 (13) 는 금형 (15) 을 사용하여 밸브체 (11) 의 오목부 (11a) 에 성형된다. 금형 (15) 은 탄성체 (13) 의 표면 형상에 대응하도록 형성되어 있다. 금형 (15) 은 볼록부 (15a) 가 밸브체 (11) 의 오목부 (11a) 에 끼워지도록, 밸브체 (11) 의 선단면에 대향하여 배치된다. 이 때, 밸브체 (11) 의 오목부 (11a) 의 내주면과, 금형 (15) 의 볼록부 (15a) 의 외주면 사이에는, 양자가 끼워 맞춰지는 것을 허용하는 간극 (C) 이 형성된다. 이 때문에, 금형 (15) 을 사용하여 밸브체 (11) 의 오목부 (11a) 에 탄성체 (13) 를 성형했을 때에, 탄성체 (13) 의 외주연에, 간극 (C) 에 대응하는 버 (17) (도 16 참조) 가 형성된다. 이 버 (17) 는, 연료 분사 밸브의 사용시, 액화 연료에 의해 팽윤된다. 또한, 밸브체 (11) 의 선단면이 분사 노즐의 벽면과 맞닿을 때에, 버 (17) 에 큰 힘이 가해진다. 이 때문에, 버 (17) 가 밸브체 (11) 로부터 박리될 우려가 있다. 버 (17) 가 밸브체 (11) 로부터 박리되면, 시일 특성이나 유량 특성이 변화한다.

그래서, 본 실시예에서는, 밸브체가 맞닿음면에 맞닿을 때의 충격력을 완화시키기 위한 탄성체의 버에 의한 영향을 해소하도록 구성되어 있다.

본 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 밸브체 (116) 의 선단면은, 시일 부재 (129) 가 배치되는 오목부 (117) 의 외주측에 있어서, 축방향을 따라서 높이가 상이한 평면 영역 (116a) 과 돌출부 (116b) 를 갖는 2 단 구조로 형성되어 있다. 또한, 오목부 (117) 에 배치된 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 는, 밸브체 (116) 의 평면 영역 (116a) 과 대략 같은 높이로 형성된다.

본 실시예의 시일 부재 (129) 는, 예를 들어, 도 15 에 나타낸 금형 (200) 을 사용하여, 밸브체 (116) 의 오목부 (117) 내에 성형된다. 금형 (200) 의 밸 브체 (116) 와의 상대면 (201) 은, 밸브체 (116) 의 선단면 형상에 대응하는 형상으로 형성되어 있다. 즉, 금형 (200) 의 상대면 (201) 은, 밸브체 (116) 의 돌출부 (116b) 의 축방향 단면의 형상에 대응되는 부분 (200a), 밸브체 (116) 의 평면 영역 (116a) 및 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 의 형상에 대응되는 부분 (200b), 시일 부재 (129) 의 링 형상 돌기부 (129b) 의 형상에 대응되는 부분 (200c) 을 갖는 형상으로 형성되어 있다. 또한, 부분 (200b) 은, 부분 (200a) 으로부터 돌출되어 있는 볼록부 (200d) 의 선단면에 형성되어 있다.

시일 부재 (129) 를 성형할 때에는, 금형 (200) 의 상대면의 볼록부 (200d) 가 밸브체 (116) 의 돌출부 (116b) 의 내측에 끼워지도록 배치된다. 여기서, 본 실시형태에서는, 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 는, 밸브체 (116) 의 돌출부 (116b) 의 내측에 형성되어 있는 평면 영역 (116a) 과 같은 높이로 형성된다. 이 때문에, 밸브체 (116) 의 선단면 및 금형 (200) 의 상대면 (201) 은, 시일 부재 (129) 의 성형 영역에 있어서 끼워져 있지 않다. 즉, 시일 부재 (129) 의 성형 영역에는, 밸브체 (116) 의 선단면과 금형 (200) 의 상대면 (201) 의 끼워 맞춤을 허용하기 위한 간극이 형성되어 있지 않다.

본 실시예에서는, 밸브체 (116) 의 선단 형상이, 축방향의 위치가 상이한, 돌출부 (116b) 의 선단면과 평면 영역 (116a) 으로 이루어지는 2 단 구조로 되어 있다. 또, 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 가 평면 영역 (116a) 과 대체로 같은 길이로 형성되어 있다.

이로써, 시일 부재 (129) 의 성형 영역에 있어서, 밸브체 (116) 와 금형 (200) 이 서로 끼워 맞춰지는 부분을 없앨 수 있다. 즉, 시일 부재 (129) 의 성형 영역에 있어서, 밸브체 (116) 와 금형 (200) 의 끼워 맞춤을 허용하기 위한 간극을 없앨 수 있다. 따라서, 시일 부재 (129) 의 성형 영역에 있어서, 밸브체 (116) 와 금형 (200) 의 끼워 맞춤을 허용하기 위한 간극에 의해서 시일 부재 (129) 에 버가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 버의 박리에 의한 영향을 방지할 수 있다.

또, 링 형상의 돌기부 (129b) 가 노즐 시트면 (121a) 에 가압되었을 때에 발생하는 힘이, 밸브체 (116) 와 시일 부재 (129) 의 결합 지점에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 시일 부재 (129) 가 밸브체 (116) 로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.

또, 연료에 의해 시일 부재 (129) 가 팽윤되어, 외주부 (129a) 가 밸브체 (116) 의 평면 영역 (116a) 보다 돌출되었다고 해도, 이 돌출된 부분이 분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 에 맞닿는 일이 없다. 따라서, 맞닿음으로 인한 시일 부재 (129) 의 박리를 방지할 수 있다.

또한, 연료 분사 밸브 (100) 는, 선단측 (분사 노즐 (121) 측) (예를 들어, 하우징 (131) 의 선단측) 을 실린더 헤드 또는 흡기관에 형성된 내연기관측의 장착 구멍에 삽입하고, 후단측 (분사 노즐 (121) 과 반대측) (예를 들어, 하우징 (131) 의 후단측) 을 리턴 파이프 또는 딜리버리 파이프 (연료 분배관) 의 장착 구멍에 삽입함으로써 장착된다. 또, 도 1 ∼ 도 4 에 나타나 있는 실시예에서는, 연료 분사 밸브 (100) 의 후단측 (도 1, 도 2 의 상방) 을 리턴 파이프 (149) 의 장착 구멍에 삽입하고 있는데, 딜리버리 파이프 (145) 를 리턴 파이프 (149) 위치에 배치하고, 연료 분사 밸브 (100) 의 후단측 (도 1, 도 2 의 상방) 을 딜리버리 파이프 (145) 의 장착 구멍에 삽입하도록 구성할 수도 있다.

이 때, 내연기관측 장착 구멍의 축선과 리턴 파이프 또는 딜리버리 파이프의 장착 구멍의 축선이 어긋나 있으면, 연료 분사 밸브 (100) 가 리턴 파이프 또는 딜리버리 파이프에 대하여 기울어질 우려가 있다. 예를 들어, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (100) 가, 딜리버리 파이프 (171) 의 장착 구멍 (171a) 내에 기울어져 삽입될 우려가 있다. 이 경우, 연료 분사 밸브 (100) 의 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 가, 딜리버리 파이프 (171) 에 간섭한다 (도면 중, 원으로 둘러싸인 부분). 축단부 (131a) 가 딜리버리 파이프 (171) 에 간섭하면, 하우징 (131) 의 외주면과 딜리버리 파이프 (171) 의 내주면 사이에 배치된 O 링 (173) 의 변형량이 불균일해져, O 링 (173) 에 의한 시일성이 저하될 우려가 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 연료 분사 밸브 (100) 의 하우징 (131) 의 축단부가 딜리버리 파이프 (171) 에 간섭하는 것을 방지하는 간섭 방지 구조를 형성하고 있다. 간섭 방지 구조에서는, 연료 분사 밸브 (100) 의, 딜리버리 파이프 (171) 의 장착 구멍 (171a) 에 삽입되는 부위에 있어서, O 링을 장착할 홈을 구성하는 홈벽의 하류측 외경이, 당해 홈벽의 외경보다 작게 형성되어 있다. 간섭 방지 구조의 제 1 예 ∼ 제 4 예를 도 18 ∼ 도 21 에 나타낸다.

도 18 에 나타나 있는 제 1 예에서는, 장착용의 백업 링 (175) 과, 백업 링 (175) 의 외경보다 작은 외경을 갖는 스톱 링 (177) 이, O 링 (173) 을 장착하는 홈부를 형성하는 홈벽으로서 설치되어 있다. 백업 링 (175) 은, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 에 설치되어 있다. 스톱 링 (177) 은, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 로부터 돌출되어 있는, 본체 (110) 의 축단부 외주에 끼워져 있다. O 링 (173) 은, 이들의 홈벽 사이에 설치되어 있다. 또한, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 의 외경 (백업 링 (175) 보다 하류측의 외경) 이 백업 링 (175) 의 외경보다 작게 형성되어 있다. 이로써, 딜리버리 파이프 (171) 의 장착 구멍 (171a) 에 연료 분사 밸브 (100) 가 기울어진 상태로 장착된 경우라도, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 가 딜리버리 파이프 (171) 에 간섭하는 것이 회피된다. 그 결과, O 링 (173) 의 변형량이 전체 둘레에 걸쳐 동일해져, O 링 (173) 에 의한 시일성이 확보된다. 또한, 연료의 압력에 의해서 O 링 (173) 이 홈부로부터 튀어나오는 것이 백업 링 (175) 에 의해서 방지된다.

도 19 에 나타나 있는 제 2 예에서는, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 의 외주를 테이퍼 형상으로 형성함으로써, 축단부 (131a) 의 외경을 백업 링 (175) 의 외경보다 작게 설정하고 있다. 그 외에는, 도 18 에 나타낸 제 1 예와 동일한 구성이다. 이로써, 제 1 예와 마찬가지로, 딜리버리 파이프 (171) 의 장착 구멍 (171a) 에 연료 분사 밸브 (100) 가 기울어진 상태로 장착된 경우라도, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 가 딜리버리 파이프 (171) 에 간섭하는 것이 회피된다.

도 20 에 나타나 있는 제 3 예에서는, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 에, 도 18 에 나타나 있는 제 1 예의 백업 링 (175) 의 외경과 동일한 (대략 동일한 것을 포함한다) 외경을 갖는 플랜지부 (131b) 가 형성되어 있다. 또한, 축단부 (131a) 의 외경은, 도 18 에 나타나 있는 제 1 예와 동일하게, 플랜지부 (131b) 의 외경보다 작게 설정되어 있다. 즉, 축단부 (131a) 에 일체로 형성한 플랜지부 (131b) 가 백업 링 (175) 을 겸용하고 있다. 이로써, 도 18 에 나타나 있는 제 1 예와 동일하게, 딜리버리 파이프 (171) 의 장착 구멍 (171a) 에 연료 분사 밸브 (100) 가 기울어진 상태로 장착된 경우라도, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 가 딜리버리 파이프 (171) 에 간섭하는 것이 회피된다. 제 3 예에서는, 부품 수를 저감할 수 있다.

도 21 에 나타나 있는 제 4 예에서는, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 가, 단면부의 최대 외경이 도 20 에 나타나 있는 제 3 예의 플랜지부 (131b) 의 외경과 대략 동일해지도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 축단부 (131a) 의 최대 외경부를 제외한 부분의 외경은, 플랜지부 (131b) 의 외경보다 작게 형성되어 있다. 제 4 예는, 축단부 (131a) 의 외주면을 테이퍼 형상으로 형성함으로써, 축단부 (131a) 가 제 1 및 제 2 예의 백업 링 (175) 을 겸용하고 있다. 이로써, 도 18 에 나타나 있는 제 1 예와 동일하게, 딜리버리 파이프 (171) 의 장착 구멍 (171a) 에, 연료 분사 밸브 (100) 가 기울어진 상태로 장착된 경우라도, 하우징 (131) 의 축단부 (131a) 가 딜리버리 파이프 (171) 에 간섭하는 것이 회피된다. 제 4 예에서는, 부품 수를 저감할 수 있다.

본 발명은, 실시예에서 설명한 구성으로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 변경, 추가, 삭제가 가능하다.

실시예는 LPG (액화 석유 가스) 를 분사하는 연료 분사 밸브 (100) 에 대하 여 설명하였으나, LPG 에 한정되지 않고, LNG (액화 천연 가스) 등의 여러 가지 액화 연료를 분사하는 연료 분사 밸브에 적용할 수 있다.

실시예에서는, 시일 부재 (129) 의 돌기부 (129b) 의 내주면 (129d) 을, 맞닿음 위치 (X) 에서부터 내측 영역 (129c) 에 걸쳐서 테이퍼면에 의해서 형성하였지만, 테이퍼면에 근사한 곡면으로 형성해도 된다. 또, 돌기부 (129b) 를 생략하고, 시일 부재 (129) 가 노즐 시트면 (121a) 에 대하여 평면으로 맞닿도록 구성함으로써, 맞닿음 위치 (X) 보다 하류측 연료 통로 (C3) 의 통로 면적을 맞닿음 위치 (X) 로부터 분사구 (122) 를 향하여 점차 감소시킬 수 있다.

시일 부재 (129) 를 밸브체 (116) 측에 설치하였지만, 시일 부재 (129) 를 분사 노즐 (121) 측에 설치해도 된다. 이 경우, 분사 노즐 (121) 의 노즐 시트면 (121a) 은, 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 와 대략 같은 높이의 평면 영역과, 이 평면 영역보다 밸브체 (116) 측으로 돌출되어 있는 링 형상의 돌기부에 의해서 2 단 구조로 구성된다. 한편, 밸브체 (116) 의 선단면은 평탄면으로 구성된다.

실시예에서는, 밸브체 (116) 의 평면 영역 (116a) 과 시일 부재 (129) 의 외주부 (129a) 를 같은 높이로 (단차가 없도록) 형성하였으나, 단차를 갖도록 형성할 수도 있다.

연료 분사 밸브, 딜리버리 파이프, 리턴 파이프를 접속하는 방법으로는 각종 접속 방법을 사용할 수 있다.

실시예에서 설명한 각 구성은, 단독으로 사용할 수도 있고, 적절하게 선택한 복수를 조합하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 각 양태의 구성에 의해, 액화 연료를 분사하는 연료 분사 밸브에 있어서 연료 분사량의 안정화를 도모할 수 있다.

Claims (5)

1. 액화 연료를 분사하는 연료 분사 밸브로서,

   분사구를 갖는 분사 노즐과,

   상기 분사구를 개폐하는 밸브체를 구비하고,

   상기 분사 노즐과 상기 밸브체의 일방에는 탄성체가 설치되고, 상기 분사 노즐과 상기 밸브체의 타방에는 맞닿음면이 형성되어 있고,

   상기 탄성체는 상기 맞닿음면의 방향으로 돌출되어 있는 링 형상 시일부를 갖고, 상기 링 형상 시일부가 상기 맞닿음면에 맞닿음으로써 상기 분사구가 닫히도록 구성되어 있으며,

   상기 링 형상 시일부의 내주면은, 상기 링 형상 시일부와 상기 맞닿음면이 맞닿는 맞닿음 위치보다 하류의 연료 통로의 통로 면적이, 상기 내주면에 대응하는 영역에 있어서, 상기 맞닿음 위치에서의 통로 면적과 동일해지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 액화 연료를 분사하는 연료 분사 밸브로서,

   분사구를 갖는 분사 노즐과,

   상기 분사구를 개폐하는 밸브체를 구비하고,

   상기 분사 노즐과 상기 밸브체의 일방에는 탄성체가 설치되고, 상기 분사 노즐과 상기 밸브체의 타방에는 맞닿음면이 형성되어 있고,

   상기 탄성체는 상기 맞닿음면의 방향으로 돌출되어 있는 링 형상 시일부를 갖고, 상기 링 형상 시일부가 상기 맞닿음면에 맞닿음으로써 상기 분사구가 닫히도록 구성되어 있으며,

   상기 링 형상 시일부의 내주면은, 상기 링 형상 시일부와 상기 맞닿음면이 맞닿는 맞닿음 위치보다 하류의 연료 통로의 통로 면적이, 상기 내주면에 대응하는 영역에 있어서, 상기 맞닿음 위치로부터 상기 분사구를 향하여 감소하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 분사 노즐과 상기 밸브체의 일방은 상기 탄성체가 배치되는 오목부를 갖고, 상기 탄성체의, 상기 맞닿음면과 대향하는 면에 상기 링 형상 시일부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 분사 노즐과 상기 밸브체의 일방은, 상기 맞닿음면에 맞닿을 수 있는 맞닿음부와, 상기 맞닿음부의, 상기 맞닿음면과 맞닿는 맞닿음 지점으로부터, 상기 맞닿음면에서 떨어진 방향에 형성된 장착면을 갖고, 상기 오목부는 상기 장착면에 형성되어 있으며,

   상기 밸브체가 상기 분사구를 닫는 방향으로 이동할 때에는, 상기 탄성체가 상기 맞닿음면에 맞닿은 후에, 상기 맞닿음부가 상기 맞닿음면에 닿도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분사 노즐보다 하류측에 설치되며, 상기 분사구보다 직경이 작은 분사 구멍을 갖는 오리피스판을 갖고,

   상기 분사구와 상기 분사 구멍은 동일 축선 상에 배치되어 있고, 또한, 상기 분사구의 면적과 상기 분사 구멍의 면적의 비가 2.5 ∼ 7 의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.

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