KR101815841B1 - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 특히 균일하고 시간에 따라 안정한 분사구로부터의 유입이 이루어짐으로써, 제트 및 유동 특성값의 변동이 감소되는 것을 특징으로 한다. 연료 분사 밸브(1)는 적어도 하나의 여기 가능한 액추에이터 및 밸브 종축을 따라 이동 가능한 밸브 부재를 포함하고, 상기 밸브 부재는 밀봉을 위해 밸브 시트(28)와 상호 작용한다. 밸브 시트(28)의 상류에서 원주에 다수의 관류 영역들(26)이 제공되고, 상기 관류 영역들 사이에 각각 밸브 부재용 안내 영역(30)이 놓인다. 밸브 시트(28) 하류의 분사구(32)의 수는 관류 영역(26)의 수와 다르고, 상기 분사구는 연료를 미세하게 분무하는 방식으로 방출한다. 적어도 2개의 관류 영역(26)은 크기 면에서, 예컨대 원주 폭 및/또는 방사방향 깊이 및/또는 윤곽 면에서 상이하다. 연료 분사 밸브는 특히 혼합물 압축식 스파크 점화형 내연기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하기에 특히 적합하다.

Description

연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1에는 예컨대 선행기술에 공지된 연료 분사 밸브가 도시되고, 상기 연료 분사 밸브는 내연기관의 실린더 헤드의 수용구 내에 조립된다. 이러한 구성의 연료 분사 밸브는 DE 10 2006 049 253 A1에 공지되어 있다. 연료 분사 밸브는 전자기 회로 형태의 여기 가능한(excitable) 액추에이터, 및 밸브 종축을 따라 이동 가능한 밸브 부재를 포함하고, 밸브 폐쇄 바디는 밸브 니들에서 밀봉방식으로 밸브 시트와 상호 작용한다. 연료 분사 밸브의 분사측 단부에서 노즐 바디에 고정된 밸브 시트 바디는 밸브 시트 상류에서 원주에 다수의 관류 영역들(flow-through reaions)을 포함하고, 상기 관류 영역들 사이에는 각각 밸브 부재용 안내 영역이 놓인다. 밸브 시트 하류에서 밸브 시트 바디에 다수의 분사구들이 제공된다. 연료 분사 밸브는 혼합물 압축식 스파크 점화형 내연기관의 연료 분사 시스템에 사용하기에 특히 적합하다.
본 발명의 과제는 간단히 제조 가능한 방식으로 분사구로부터의 개선된 유입이 달성됨으로써, 공지된 해결책에 비해 제트 및 유동 특성값의 변동이 감소되는, 연료 분사 밸브를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 연료 분사 밸브에 의해 달성된다.
청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 간단히 제조 가능한 방식으로 분사구로부터의 개선된 유입이 달성됨으로써, 분사구의 수가 밸브 시트 상류의 유입 경로의 수와 일치하지 않는 공지된 해결책에 비해 제트 및 유동 특성값의 변동이 감소되는 장점을 갖는다.
분사구로부터의 유입은 특히 균일해지고 시간이 흐름에 따라 더 안정화된다. 분사구에서 유동 변동이 감소될 수 있어서, 전체 제트 상은 더 안정한 인상을 남긴다. 따라서, 연소실에서 연료의 더 깨끗하고 더 양호한 연소가 달성된다. 극단의 경우 공지된 해결책에서 분사구의 특정 제트 상 또는 설계에서 나타날 수 있는 실화(misfire)는 본 발명에 따라 배제될 수 있다. 바람직하게는 연료 분사 밸브의 본 발명에 따른 디자인이 제트 제어식 연소 방법에도 적합하다.
종속 청구항에 제시된 조치에 의해, 청구항 제 1항에 제시된 연료 분사 밸브의 바람직한 실시 및 개선이 가능하다.
밸브 시트 상류에 적어도 2개의 관류 영역은 크기, 예컨대 원주 폭 및/또는 방사 방향 깊이 및/또는 윤곽에 있어서 상이한 것이 특히 바람직하다. 분사구의 수에 따라 관류 영역의 폭 및 깊이는, 바람직하게 더 넓은 그리고 동시에 더 깊은 또는 한편으로는 더 넓은 그리고 다른 한편으로는 더 깊은 관류 영역이 2개의 분사구에 대한 정량적 요건(quantitative requirements)를 확실하게 커버하도록 설계되는 한편, 더 좁은 그리고 동시에 더 적은 깊이를 가진 또는 한편으로는 더 좁은 그리고 다른 한편으로는 평평한 관류 영역이 정확히 하나의 분사구에 충분한 양의 연료를 제공하도록 작아지게, 변한다.
본 발명에 의해, 간단히 제조 가능한 방식으로 분사구로부터의 개선된 유입이 달성됨으로써, 공지된 해결책에 비해 제트 및 유동 특성값의 변동이 감소되는, 연료 분사 밸브가 제공된다.
본 발명의 실시예들이 도면에 간단히 도시되며 이하에서 상세히 설명된다.
도 1은 공지된 실시예의 부분적으로 도시된 연료 분사 밸브.
도 2는 노즐 바디에 다수의 관류 영역을 가진 도 1에 따른 연료 분사 밸브의 분사측 단부 Ⅱ의 확대도.
도 3은 도 2에 도시된 공지된 노즐 바디의 선 Ⅲ을 따른 단면도.
도 4는 노즐 바디의 영역에서 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 1 실시예를 나타낸, 도 3과 유사한 도면.
도 5는 노즐 바디의 영역에서 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 2 실시예를 나타낸, 도 3과 유사한 도면.
도 6은 노즐 바디의 영역에서 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 3 실시예를 나타낸, 도 3과 유사한 도면.
도 1을 참고로, 공지된 연료 분사 밸브의 기본 구성이 간단히 설명된다. 도 1에는 혼합물 압축식 스파크 점화형 내연기관의 연료 분사 시스템용 분사 밸브(1) 형태의 밸브가 측면도로 도시된다. 내연기관의 연소실(25) 내로 연료를 직접 분사하기 위한 직접 분사식 분사 밸브 형태로 구현된 연료 분사 밸브(1)의 하류측 단부(17)가 실린더 헤드(9)의 수용구(20) 내로 삽입된다. Ⅱ로 표시된 도 1에 따른 연료 분사 밸브(1)의 분사측 단부(17)는 도 2에 확대도로 도시되는데, 그 이유는 그것이 연료 분사 밸브(1)의 본 발명에 중요한 부분을 나타내기 때문이다. 특히 Teflon® 로 이루어진 밀봉 링(2)은 실린더 헤드(9)의 수용구(20)의 벽에 대한 연료 분사 밸브(1)의 최적의 밀봉을 제공한다.
노즐 바디(18)로서 구현된 하류측 단부를 가진 밸브 하우징(22)의 숄더(21) 또는 지지 부재(19)의 하부 단부면(21)과, 수용구(20)의 길이 방향에 대해 예컨대 수직으로 연장된 수용구(20)의 숄더(23)와의 사이에, 와셔 형태로 구현된 평평한 중간 부재(24)가 삽입된다.
연료 분사 밸브(1)는 그 공급측 단부(3)에 연료 분배 라인(연료 레일)에 대한 플러그 연결부를 포함하고, 상기 연료 분배 라인은 단면도로 도시된 연료 분배 라인(4)의 연결부와 연료 분사 밸브(1)의 공급부(7) 사이의 밀봉 링(5)에 의해 밀봉된다. 연료 분사 밸브(1)는 연료 분배 라인(4)의 연결부(6)의 수용구(12) 내로 삽입된다. 연결부(6)는 고유의 연료 분배 라인(4)으로부터 일체형으로 나오며 수용구(12) 상류에 작은 직경의 유동 개구(15)를 포함하고, 상기 유동 개구를 통해 연료 분사 밸브(1)로부터의 유입이 이루어진다. 연료 분사 밸브(1)는 연료 분사 밸브(1)의 작동을 위해 전기 접촉용 전기 접속 플러그(8)를 포함한다.
연료 분사 밸브(1)와 연료 분배 라인(4)을 방사방향 힘을 가하지 않고 서로 이격시키고 연료 분사 밸브(1)를 실린더 헤드의 수용구 내에 확실하게 홀드다운시키기 위해, 다운 홀더(10)가 연료 분사 밸브(1)와 연결부(6) 사이에 제공된다. 다운 홀더(10)는 바인더형 부품으로서, 예컨대 스탬핑-벤딩(stamped bending) 부품으로서 구현된다. 다운 홀더(10)는 부분 링 형태의 기본 부재(11)를 포함하고, 상기 기본 부재로부터 휘어져 홀드 다운 바인더(13)가 연장되고, 상기 홀드 다운 바인더는 조립 상태에서 연료 분배 라인(4)에 있는 접속부(6)의 하류측 단부면(14)에 접촉한다.
도 2에는 노즐 바디(18) 내에 다수의 관류 영역들(26)을 가진 도 1에 따른 연료 분사 밸브(1)의 분사측 단부(17)가 확대도로 도시된다. 연료 분사 밸브(1)는 적어도 하나의 (도시되지 않은) 여기 가능한 액추에이터, 예컨대 전자기 회로, 압전 또는 자기 왜곡 액추에이터, 및 밸브 종축(27)을 따라 이동 가능한 밸브 부재를 포함한다. 도시되지 않은 밸브 부재(밸브 니들, 밸브 폐쇄 부재)는 밀봉식으로 밸브 시트(28)와 상호 작용하고, 상기 밸브 시트는 예컨대 노즐 바디(18) 내의 블라인드 홀(29)의 하류측 단부에 형성된다. 밸브 시트(28) 상류에서 노즐 바디(18)의 블라인드 홀(29)의 벽 내에 원주로 다수의 관류 영역들(26)이 형성된다. 상기 관류 영역들(26)은 관류 포켓의 형태로 형성되고, 상기 관류 포켓들은 밸브 부재의 조립시 연료가 밸브 시트(28)까지 방해 없는 유입을 할 수 있게 한다. 도면 부호 18은 예컨대 DE 10 2006 049 253 A1의 도 2에 도시된 바와 같이 노즐 바디에 고정된 밸브 시트 바디를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 공지된 노즐 바디(18)의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도를 도시한다. 이 도면에는, 관류 영역(26)이 길이 방향 홈과 유사한 관류 포켓을 형성하며, 상기 관류 포켓은 서로 이격되어 있는 것이 나타난다. 관류 영역들(26) 사이에 축 방향으로 이동 가능한 밸브 부재용 안내 영역(30)이 놓인다. 공지된 실시예에서, 예컨대 5개의 관류 영역들(26)이 노즐 바디(18)에 제공된다. 밸브 시트(28) 하류에서 노즐 바디(18)의 베이스 섹션(31) 내에, 또는 노즐 바디(18)에 고정 가능한 대안적 분사 홀 디스크 내에, 다수의 분사구(32)가 형성되고, 상기 분사구를 통해 연료가 미세하게 분무되는 방식으로 연소실(25) 내로 방출된다. 분사구(32)는 예컨대 방사방향 외측을 향해 경사지게 기울어져 베이스 섹션(31) 또는 분사 홀 디스크의 두께에 걸쳐 연장되도록 정렬된다.
통상적으로 소위 다중-홀 밸브의 경우 분사구(32)의 수는 노즐 바디(18) 내의 관류 영역들(26)의 수와는 다르다. 도 3에 도시된 공지된 실시예에서는 5개의 관류 영역들(26)이 제공되는 한편, 밸브 시트(28) 하류에는 7개의 분사구들(32)이 따른다. 관류 영역들(26)은 서로 72°의 규칙적인 평균 간격으로 배치되고 동일한 원주 폭 및 방사방향 깊이로 노즐 바디(18) 내에 가공된다. 관류 영역들(26) 및 분사구(32)의 상이한 수로 인해, 밸브 설계에 따라 분사구(32)로부터의 유입에 불안정성이 나타난다. 이는 바람직하지 않은 방식으로 제트 및 유동 특성값의 큰 변동을 일으킬 수 있다. 명확하지 않고 시간에 따라 안정한 양 할당에 의해, 불안한 "진동하는" 제트 상이 나타날 수 있다.
도 4에는 노즐 바디(18)의 영역에서 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 1 실시예가 도 3과 유사한 도면으로 도시된다. 이 실시예예서는 적어도 2개의 관류 영역들(26)의 원주 폭이 상이하다. 분사구(32)의 수에 따라, 관류 영역들(26)의 폭은, 예컨대 더 넓은 관류 영역들(26)이 2개의 분사구(32)에 대한 정량적 요건을 확실하게 커버하도록 설계되는 한편, 더 좁은 관류 영역(26)은 정확히 하나의 분사구(32)에 충분한 양의 연료가 제공될 정도로 도 3에 따른 공지된 해결책에 비해 작아지게, 변한다. 이로 인해, 균일하고 시간과 관계없이 안정한, 분사구(32)로부터의 유입이 보장됨으로써, 제트 및 유동 특성값의 변동이 감소된다. 물론, 영구 안정성을 위해서는 안내 영역(30)의 안내면의 폭이 충분히 크게 형성되는 것이 중요하다.
도 5에는 노즐 바디(18)의 영역에 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 2 실시예가 도 3과 유사한 도면으로 도시된다. 이 실시예에서는 적어도 2개의 관류 영역들(26)의 방사방향 깊이가 상이하다. 분사구(32)의 수에 따라, 관류 영역들(26)의 깊이는, 예컨대 더 깊은 관류 영역들(26)이 2개의 분사구(32)에 대한 정량적 요건을 확실하게 커버하도록 설계되는 한편, 더 적은 깊이를 가진 관류 영역(26)은 정확히 하나의 분사구(32)에 충분한 양의 연료가 제공될 정도로 도 3에 따른 공지된 해결책에 비해 작아지게, 변한다. 이로 인해, 균일하고 시간과 관계없이 안정한, 분사구(32)로부터의 유입이 보장됨으로써, 제트 및 유동 특성값의 변동이 감소된다. 관류 영역(26)의 최대 깊이는 특히 노즐 바디(18)의 하류측 단부(17)의 내구성에 의해 결정된다.
도 6에는 노즐 바디(18)의 영역에 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 3 실시예가 도 3과 유사한 도면으로 도시된다. 이 실시예에서는 적어도 2개의 관류 영역들(26)의 원주 폭 및 방사방향 깊이가 상이하다. 이러한 점에서, 이 변형예는 상기 2개의 실시예의 조합이다. 분사구(32)의 수에 따라, 관류 영역들(26)의 폭 및 깊이는, 예컨대 더 넓은 그리고 동시에 더 깊은 또는 한편으로는 더 넓은 그리고 다른 한편으로는 더 깊은 관류 영역들(26)이 2개의 분사구(32)에 대한 정량적 요건을 확실하게 커버하도록 설계되는 한편, 더 좁은 그리고 동시에 적은 깊이를 가진 또는 한편으로는 더 좁은 그리고 다른 한편으로는 평평한 관류 영역들(26)은 정확히 하나의 분사구(32)에 충분한 양의 연료가 제공될 정도로 도 3에 따른 공지된 해결책에 비해 작아지게, 변한다. 이로 인해, 균일하고 시간과 관계없이 안정한, 분사구(32)로부터의 유입이 최적화되어 발생됨으로써, 제트 및 유동 특성값의 변동이 감소될 수 있다.
대안으로서 원주에 걸친 관류 영역들(26)의 비대칭 분포가 주어짐으로써, 관류 영역(26)의 균일한 분포가 포기되고, 관류 영역들(26)의 형상 및 치수는 변하지 않지만, 관류 영역들(16)의 안내면의 폭은 변한다.
1 연료 분사 밸브
17 분사측 단부
18 노즐 바디
26 관류 영역
27 밸브 종축
28 밸브 시트
30 안내 영역
32 분사구

Claims (8)

  1. 연소실에 연료를 직접 분사하기 위한 내연기관의 연료 분사 시스템용 연료 분사 밸브로서, 상기 연료 분사 밸브는,
    적어도 하나의 여기 가능한 액추에이터, 및 밸브 종축을 따라 이동 가능하고 밀봉방식으로 밸브 시트와 연결가능한 밸브 부재;
    상기 연료 분사 밸브의 분사측 단부에 있는 노즐 바디;
    상기 노즐 바디에 형성되어 있고, 원주 방향으로 상기 밸브 시트의 상류에 위치되는 다수의 관류 영역들로서, 상기 관류 영역들 사이에 각각 상기 밸브 부재용 안내 영역들이 있는, 상기 다수의 관류 영역들;
    상기 밸브 시트로부터 하류에 있는 다수의 분사구들;
    을 포함하고,
    상기 다수의 분사구들의 수는 상기 관류 영역들의 수와 상이하고,
    적어도 2 개의 관류 영역들은, 연료의 유동이 균일하도록 방사 방향의 깊이가 서로 상이한, 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분사구들의 수가 상기 관류 영역들의 수보다 더 많은, 연료 분사 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서, 5 개의 관류 영역들 및 5 개보다 많은 분사구들이 제공되는, 연료 분사 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사구들은 상기 노즐 바디의 베이스 섹션 내에, 또는 상기 노즐 바디에 고정될 수 있는 별도의 분사 홀 디스크 내에 형성되는, 연료 분사 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사구들은 방사방향 외측을 향해 경사지게 기울어져 연장되도록 정렬되는, 연료 분사 밸브.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관류 영역들은 길이 방향 홈과 유사한 관류 포켓들을 형성하는, 연료 분사 밸브.
  7. 연소실에 연료를 직접 분사하기 위한 내연기관의 연료 분사 시스템용 연료 분사 밸브로서, 상기 연료 분사 밸브는,
    적어도 하나의 여기 가능한 액추에이터, 및 밸브 종축을 따라 이동 가능하고 밀봉방식으로 밸브 시트와 연결가능한 밸브 부재;
    상기 연료 분사 밸브의 분사측 단부에 있는 노즐 바디;
    상기 노즐 바디에 형성되어 있고, 원주 방향으로 상기 밸브 시트의 상류에 위치되는 다수의 관류 영역들로서, 상기 관류 영역들 사이에 각각 상기 밸브 부재용 안내 영역들이 있는, 상기 다수의 관류 영역들;
    상기 밸브 시트로부터 하류에 있는 다수의 분사구들;
    을 포함하고,
    상기 다수의 분사구들의 수는 상기 관류 영역들의 수와 상이하고,
    상기 관류 영역들의 형상 및 치수가 동일하지만, 상기 안내 영역들의 안내면들의 폭들이 변화하여, 상기 관류 영역들의 원주 방향으로의 비대칭 분포가 있는, 연료 분사 밸브.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2 개의 관류 영역들은, 연료의 유동이 균일하도록 원주 폭이 서로 상이한, 연료 분사 밸브.
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