KR100853640B1 - 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

특히 내연기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브(1)는 밸브 니들(3)을 구비하고, 상기 밸브 니들의 분사측 단부에 밸브 폐쇄 바디(4)가 배치되며, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트 바디(5)에 형성된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성한다. 연료 분사 밸브(1)의 밸브 시트 바디(5)에 연결되거나 상기 밸브 시트 바디와 일체형으로 형성된 분사구 반구(37, 41)는 적어도 3개의 분사구(38, 42)를 포함하며, 분사구(38, 42)의 연장 축선(39,43)이 모두 교차되지 않는다.

밸브 시트면, 밸브 시트 바디, 분사구, 분사구 반구, 축선

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

독일 특허 공개 제 198 27 219 A1 호에는, 연료 제트 조절 디스크를 가진 인젝터를 포함하는 내연기관용 연료 분사 장치가 공지되어 있으며, 상기 조절 디스크는 제 1 원을 따라 배치된 제 1 노즐 홀 및 제 2 원을 따라 배치된 제 2 노즐 홀을 포함한다. 제 2 원의 직경은 제 1 원의 직경보다 크다. 원들은 조절 디스크의 중심 축선에 대해 동축으로 배치된다. 제 2 노즐 홀의 각각의 홀 축선은 밸브 바디의 중심 축선에 대해 수직인 기준면과 예각을 형성한다. 상기 각도는 기준면과 제 1 노즐 홀의 각각의 홀 축선에 의해 형성된 각도보다 작다. 따라서 제 1 노즐 홀을 통해 분사된 연료 분무는 제 2 노즐 홀을 통해 분사된 연료 분무로부터 떨어진 방향을 향할 수 있다. 따라서 제 1 노즐 홀을 통해 분사된 연료 분무는 제 2 노즐 홀을 통해 분사된 연료 분무를 방해하지 않으며, 이는 분사된 연료의 적절한 분무를 가능하게 한다.

선행 기술에서 노즐 홀의 간격은 연료 제트 조절 디스크의, 연소실을 향한 외측에서보다 연료 분사 조절 디스크의 유입 측에서 더 작은 것이 단점이다. 따라서, 개별 연료 제트로 이루어진 전체 분사 제트의 형성은 특정한 전제 조건에서만 가능하다. 연료 제트 조절 디스크의 안정성과 강도가 보장되도록 하기 위해 노즐 홀의 간격은 특정 값에 미달되어서는 안 된다.

독일 특허 공개 제 198 04 463 A1 호에는, 분사 노즐의 원주에 분포된 적어도 하나의 열의 분사홀을 포함하는, 혼합물 압축형 외부 점화식 내연기관용 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 분사홀을 통해 연료가 의도한 대로 분사됨으로써 제트 조절된 연소 과정이 혼합물 구름의 형성에 의해 실현되며, 이 경우 점화를 위한 적어도 하나의 분사 제트는 점화 플러그를 향한다. 적어도 거의 연속하는 또는 관련된 혼합물 구름을 형성하는 다른 분사 제트들도 제공된다.

이러한 선행 기술에서 연료 공급측에 있는, 분사 홀들의 연장 축선은 축선의 공통 교점을 향한다. 분사홀들이 관통하는 분사 섹션의 최적의 강도가 달성될 수 없다.

그와 달리, 독립 청구항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 장치는 분사구들이 분사구 반구의 표면에 걸쳐 균일하게 분포되고 밸브 니들을 향한, 분사구 반구의 측면에서, 분사구들 사이에 너무 작은 간격이 발생하지 않는다는 장점을 갖는다. 분사구 반구의 강도는 최대이다.

종속 청구항에 제시된 조치에 의해 독립 청구항에 제시된 연료 분사 장치의 바람직한 개선이 가능하다.

바람직하게, 분사구들은 인접한 축선의 평균 간격들이 최대가 되도록 분사구들의 방향을 설정한 상태에서 분사구 반구에 배열된다.

보어들이 디스크에 걸쳐 균일하게 분포되고 인접한 보어들의 연장 축선들이 서로 평행하면, 평면 디스크에 배치된 보어들은 서로 최대 간격을 갖는다. 그러나, 연료 분사 밸브에서 분사구들은 반구형의 분사구 반구 상에 배치된다. 또한 분사구들은, 소정의 분사 제트 패턴이 형성되도록 정렬되어야 한다. 따라서 분사구들의 축선들은 서로 평행하지 않다. 정렬은, 분사구들의 축선들이 모두 분사구 반구를 향한 밸브 니들의 측면 상의 하나의 점에서 교차되고 분사구 반구 상의 분사구들의 위치가 축선의 방향을 결정함으로써 이루어진다. 분사구들이 서로 떨어지게 이동되어서, 기하학적 입체 라인으로서 인접한 분사구들의 축선들이 가능한 넓은 간격을 가지면, 분사구 반구의 최대 강도가 얻어질 수 있다. 분사구의 정렬이 어느 정도까지는 반구 상의 분사구의 위치에 의존하지 않기 때문에, 분사구들은 바람직하게 분사구 반구에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 분사구들이 서로 떨어지게 이동됨으로써 발생되는, 분사구들의 개별 연료 분사 제트로 이루어진 전체 분사 제트 패턴 형성시 에러는 무시될 수 있다.

바람직한 실시예에서 최대 2개의 축선이 교차되고 서로 교차되는 축선의 교점은 분사구 반구의 평면에 수직인 대칭면 상에 놓인다. 서로 교차되는 축선을 가진 분사구들은 대칭면에 대해 거울 대칭으로 배치되고, 분사구의 모든 연료 제트에 대한 타원형의 제트 횡단면이 주어지도록 방향 설정된다.

바람직하게는, 모든 연료 제트에 대한 전체 분사 제트 패턴의 횡단면이 타원형인 제트 횡단면이 형성될 수 있고, 모든 분사구들이 좁게 한정된, 분사구 반구 표면의 타원형 섹션 상에 위치하지 않는다. 분사구들은 분사구 반구에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다.

다른 바람직한 실시예에서, 분사구들은 분사구 반구의 대칭 축선을 중심으로 원형으로 배치된다. 분사구들의 축선들은 대칭 축선을 중심으로 하는 실린더에 접하고 연료 제트는 분사구 반구와 어느 정도의 간격을 두고 원추형(cone)을 형성한다.

이러한 바람직한 실시예에서도 선행 기술과 달리 분사구 반구의 강도가 보다 큰 것이 장점이다.

본 발명의 실시예가 도면에 간단하게 도시되고 하기에서 상세히 셜명된다.

도 1은 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 밸브의 제 1 실시예의 개략도.

도 2a는 연료 분사 밸브의 평면도에서 타원형 횡단면을 갖는 전체 제트 패턴에 대한 선행 기술에 따른 분사구 반구의 평면도.

도 2b는 도 2a의 분사구 반구의 횡단면도.

도 3a는 타원형 횡단면을 갖는 전체 제트 패턴에 대한 분사구 반구의 본 발명에 따른 제 1 실시예의 평면도.

도 3b는 도 3a의 분사구 반구의 횡단면도.

도 4는 원추형 전체 제트 패턴에 대한 분사구 반구의 본 발명에 따른 다른 실시예의 평면도.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 1 실시예는 혼합물 압축형 외부 점화식 내연기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브(1)의 형태로 구현된다. 연료 분사 밸브(1)는 특히 내연기관의 도시되지 않은 연소실 내로 연료를 직접 분사하는데 적합하다.

연료 분사 밸브(1)는 노즐 바디(2)로 구성되고, 상기 노즐 바디에 밸브 니들(3)이 배치된다. 밸브 니들(3)은 밸브 폐쇄 바디(4)와 작용적으로 연결되어 있고, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트 바디(5) 상에 배치된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성한다. 연료 분사 밸브(1)는 실시예에서 다수의 분사구들(7)을 가진 내부로 개방하는 연료 분사 밸브(1)이다. 노즐 바디(2)는 밀봉부(8)에 의해 자기 코일(10)의 외극(outer pole;9)에 대해 밀봉된다. 자기 코일(10)은 코일 하우징(11) 내에 캡슐화되어 코일 캐리어(12)에 감겨 있으며, 상기 코일 캐리어는 자기 코일(10)의 내극(inner pole;13)에 접촉한다. 내극(13) 및 외극(9)은 병목부(26)에 의해 서로 분리되고 비강자성 연결 부품(29)에 의해 서로 연결된다. 자기 코일(10)은 라인(19)을 통해, 전기 플러그 콘택(contact;17)에 의해 공급 가능한 전류에 의해 여기된다. 플러그 콘택(17)은 플라스틱 코팅(18)으로 둘러싸여 있으며, 상기 코팅은 내극에(13)에 사출 성형될 수 있다.

밸브 니들(3)은 밸브 니들 가이드(14) 내에 안내되고, 상기 밸브 니들 가이드는 디스크형으로 구현된다. 행정의 조절을 위해 쌍으로 이루어진 조절 디스크(15)가 사용된다. 조절 디스크(15)의 다른 측면에는 아마추어(20)가 배치된다. 상기 아마추어는 제 1 플랜지(21)에 의해 밸브 니들(3)에 넌 포지티브하게(nonpositively) 결합되고, 상기 밸브 니들은 용접 시임(22)에 의해 제 1 플랜지(21)에 결합된다. 제 1 플랜지(21) 상에 복귀 스프링(23)이 지지되고, 상기 복귀 스프링은 연료 분사 밸브(1)의 본 구조에서 슬리브(24)에 의해 예비 응력을 받는다. 밸브 니들 가이드(14), 아마추어(20) 및 밸브 시트 바디(5)에는 연료 채널(30a-30b)이 연장된다. 연료는 중앙 연료 공급구(16)를 통해 공급되어 필터 소자(25)에 의해 여과된다. 연료 분사 밸브(1)는 가스켓(28)에 의해 도시되지 않은 연료 라인에 대해 밀봉된다.

아마추어(20)의 분사측 측면에 탄성 중합체 재료로 이루어진 링형 댐핑 소자(32)가 배치된다. 상기 댐핑 소자는 제 2 플랜지(31) 위에 놓이며, 상기 제 2 플랜지는 용접 시임(33)에 의해 밸브 니들(3)에 넌 포지티브하게 결합된다.

연료 분사 밸브(1)의 휴지 상태에서 아마추어(20)는, 밸브 폐쇄 바디(4)가 밸브 시트(6)에 대해 밀봉 방식으로 지지되도록 복귀 스프링(23)에 의해 그 행정 방향과 반대로 작용한다. 자기 코일(10)의 여기시 상기 자기 코일은 자기장을 형성하고, 상기 자기장은 아마추어(20)를 복귀 스프링(23)의 탄성력에 대항해서 행정 방향으로 움직이며, 이때 행정은 휴지 위치에서 내극(13)과 아마추어(20) 사이에 있는 작동 갭(27)에 의해 사전 설정된다. 아마추어(20)는 밸브 니들(3)에 용접된 제 1 플랜지(21)를 마찬가지로 행정 방향으로 종동시킨다. 밸브 니들(3)에 연결된 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트면(6)으로부터 들어 올려지고 연료는 분사구(7)를 통해 분사된다.

코일 전류가 차단되면, 아마추어(20)는 자기장이 충분히 감소된 후 복귀 스프링(23)의 압력에 의해 내극(13)으로부터 하강하고, 이로써 밸브 니들(3)에 연결된 제 1 플랜지(21)는 행정 방향과 반대로 움직인다. 따라서 밸브 니들(3)이 동일한 방향으로 이동되기 때문에 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트면(6)에 배치되고 연료 분사 밸브(1)는 폐쇄된다.

도 2a는 타원형 횡단면을 갖는 전체 제트 패턴에 대한 선행 기술에 따른 분사구 반구(34)의 평면도를 도시한다. 도면의 관찰 방향은 내부로부터, 즉 연료 분사 밸브(1)로부터 분사구 반구(34)의 굴곡부를 향해 바라보는 방향이다. 분사구들(35)은 대략 타원으로 둘러싸인 평면에 배치되고 분사구들(35)의 방향 설정에 의해 규정 축선들(36)이 하나의 교점(37)에서 교차된다.

도 2b는 분사구(35), 축선(36) 및 교점(37)을 포함하는 도 2a의 분사구 반구(34)의 횡단면도를 도시한다.

도시된 바와 같이, 분사구들(35)의 방향 설정에 의해 타원형 횡단면을 갖는 전체 제트 패턴이 형성되도록 하기 위해 분사구들(35)은 서로 비교적 가깝게 배치되어야 한다. 특히 연료 분사 밸브(1)를 향한, 분사구 반구(34)의 상측면에서 분사구들(35)은 매우 가깝다. 그러나 제조 기술상의 이유로 분사구 직경의 최소 간격은 유지되어야만 한다.

도 3a는 타원형 횡단면을 갖는 전체 제트 패턴에 대한 분사구 반구(37)의 본 발명에 따른 제 1 실시예를 연료 분사 밸브(1)의 밸프 폐쇄 바디(4)의 평면도로 도시한다. 분사구 반구(37)는 도 1의 밸브 시트 바디(5)와 일체형으로 구현된다. 도면의 관찰 방향은 내부로부터 분사구 반구(34)의 굴곡부를 향해 바라보는 방향이다. 분사구들(38)은 거의 균일하게 분사구 반구(37) 내에 배치되고, 분사구(38)의 방향 설정에 의해 규정된 축선(39)은 도면 평면으로부터 볼 때, 분사구 반구(37)의 평면에 대해 수직인 대칭면(40)에서 각각 쌍으로 교차된다.

도 3b는 도 3a의 대칭면(40)에서 분사구(38) 및 축선(39)을 포함하는 도 3a의 분사구 반구(37)의 횡단면도를 도시한다.

분사구(38)의 본 발명에 따른 바람직한 배치 및 방향 설정에 의해 분사구 반구(37)의 강도가 높아질 수 있다. 분사구들(38)은 균일하게 분포되고 특히 분사구 반구(37)의 내측에서 서로 더 큰 간격을 갖는다. 그에 비해, 분사구 반구(37)와 전체 분사 제트 사이의 간격이 가까운 경우에 분사구들(38)의 이동에 의해 나타나는 전체 제트 패턴의 에러는 무시될 수 있다.

도 4에는 원추형 전체 제트 패턴에 대한 분사구 반구(41)의 본 발명에 따른 다른 실시예가 도 3a의 평면도에 상응하게 평면도로 도시된다. 분사구 반구(41)는 거의 원형으로 배치된 분사구(42)를 갖는다. 분사구(42)의 방향 설정에 의해 규정된 축선(43)은 가상의 실린더의 중앙에 접한다.

원추형의 전체 제트 패턴에 있어서도 전술한 바와 동일한 장점이 얻어진다. 특히, 원추형 제트에 있어서 연료 분사 밸브 축선에 대한 제트 원추형 중심 축선의 정렬은 0°-70°일 수 있고, 개방각은 30°-100°일 수 있다. 분사구(42)는 반드시 부분원에 배치될 필요가 없으며, 예를 들어 균일하게 래스터(raster) 형태로 분포될 수 있다.

본 발명은 도시된 실시예에 제한되는 것이 아니라, 예를 들어 중공 원추형 또는 부채꼴 형태의 제트를 발생시키는데도 사용될 수 있다.

Claims (11)

1. 내연기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브(1)로서, 밸브 니들(3) 및 분사구 반구(37, 41)를 포함하고, 상기 밸브 니들은 분사측 단부에 밸브 폐쇄 바디(4)를 포함하고, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트 바디(5)에 형성된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성하고, 상기 분사구 반구는 상기 연료 분사 밸브(1)의 상기 밸브 시트 바디(5)에 연결되거나 또는 상기 밸브 시트 바디와 일체형으로 형성되는, 연료 분사 밸브(1)에 있어서,

   상기 분사구 반구(37, 41)는 적어도 3개의 분사구들(38, 42)을 포함하고, 상기 분사구들(38, 42)의 연장된 축선들(39, 43)이 모두 교차되지는 않는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분사구들(38, 42)은 인접한 상기 축선들(39 ,43)의 각각의 평균 간격이 최대가 되도록, 상기 분사구들(38,42)의 방향을 설정한 상태에서 상기 분사구 반구(37, 41) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 최대 2개의 축선들(39)이 각각 교차되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 교차되는 축선들(39)의 교점들은 상기 분사구 반구(37)의 평면에 수직인 대칭면(40) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 교차되는 축선들(39)을 가진 분사구들(38)은 대칭면(40)에 대해 거울 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
6. 제 5항에 있어서, 상기 분사구들(38)은, 분사구의 연료 제트에 대한 전체 제트 패턴의 횡단면이 타원으로 형성되도록 방향 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 분사구들은 래스터 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분사구들(42)은 분사구 반구(41)의 대칭 축선을 중심으로 원형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서, 상기 분사구(42)의 상기 축선(43)은 대칭 축선을 중심으로 하는 실린더에 접하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 분사구(42)의 연료 제트는 상기 분사구 반구(41)로부터 어느 정도의 간격을 두고 모든 연료 제트에 대한 전체 제트 패턴이 원추형을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.

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