KR102089242B1 - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연료 분사 밸브(1), 특히 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 고압 분사 밸브에 관한 것이며, 상기 밸브는 연소실 측 하우징 단부면(12)을 가진 하우징(2), 액추에이터(3), 상기 액추에이터(3)에 의해 작동 가능하며 위치에 따라 배출구(5)를 폐쇄 또는 개방하는 밸브 폐쇄 바디(4), 연료용 상기 하우징 단부면(12) 내의 적어도 하나의 배출구(5), 및 연소실 측 하우징 단부면(12)에서 상기 배출구(5) 둘레에 연소실 측으로 형성된 링(15)을 포함한다.

Description

연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE}
본 발명은 연료 분사 밸브에 관한 것이다. 특히, 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 고압 분사 밸브가 개시된다.
특히 다수 홀을 구비한 공지된 고압 분사 밸브에서, 연료는 분사 홀 및 예비 단계 챔버를 통해 연소실 내로 분사된다. 예비 단계 챔버는 연소실 측에서 연소실을 향한 분사 밸브의 하우징의 단부면과 동일한 평면으로 끝난다. 이 단부면은 분사기 돔이라고도 한다. 각각의 분사는 단부면의 예비 단계에 가까운 영역의 습윤을 일으키며, 증가된 입자 방출을 일으킨다. 이 경우, 남은 연료가 중합 반응하고, 연소실 내에 형성된 카본 블랙 입자의 결합 하에 다공성 층을 형성한다. 이 다공성 층은 후속하는 분사 과정에서 연료용 "스펀지"와 같이 작용하고, 압축에 후속하는 저압 단계에서 증발 및 입자 생성을 야기한다.
본 발명의 과제는 입자 생성이 현저히 줄어드는 연료 분사 밸브를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 연료 분사 밸브에 의해 해결된다.
청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 예비 단계 챔버의 연소실 측에서 분사기 돔 상에 링을 포함한다. 이로 인해, 연료로 습윤된 면이 현저히 줄어들고, 링의 예리한 에지의 실시에 의해 분사 홀 또는 예비 단계 챔버 내에 남은 연료 층이 "절삭"되고, 배출구의 폐쇄 과정시 연료 분사 밸브 내로 다시 끌려 들어온다. 이로 인해, 남은 질량이 줄어든다. 링의 링 단부면 상에 침착은 연소실 유동에 의해 쉽게 블로잉될 수 있다. 링은 비교적 낮은 질량을 갖고, 따라서 강하게 가열될 수 있으므로, 침착물 내에 남은 연료의 신속한 증발이 일어나고, 이로 인해 입자 형성이 현저히 줄어든다. 이러한 모든 장점들이 본 발명에 따른 연료 분사 밸브에 의해 달성된다. 특히, 연료 분사 밸브는 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 고압 분사 밸브이다. 분사 밸브는 ⅰ) 연소실 측 하우징 단부면을 가진 하우징, ⅱ) 액추에이터, ⅲ) 상기 액추에이터에 의해 작동 가능한 밸브 폐쇄 바디, 및 ⅳ) 연료를 위한 하우징 단부면 내의 적어도 하나의 배출구를 포함한다. 액추에이터에 의해, 밸브 폐쇄 바디는 선택적으로 배출구를 폐쇄 또는 개방하도록 이동된다. 배출구 둘레에 연소실 측으로 본 발명에 따라 링이 연소실 측 하우징 단부면에 형성된다. 특히, 상기 링은 하우징의 일체형 구성 부분이다. 링은 비드, 벌지 또는 칼라라고도 할 수 있다. 링 또는 링의 단부면은 연료의 침착을 위한 매우 작은 면을 형성하므로, 전술한 문제들이 방지된다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.
배출구가 형성된, 연소실 측 또는 연소실을 향한 하우징 단부면은 특히 돔 형태로 형성된다. 돔 형태는 연소실의 방향으로 연장된다. 이러한 돔형 실시예의 장점은 돔 형태에 다수의 배출구가 분배되어 형성될 수 있다는 것이다. 밸브 폐쇄 바디는 특히 위치에 따라 동시에 모든 배출구를 폐쇄하거나 또는 모든 배출구를 개방하도록 형성된다. 특히 바람직하게는 배출구의 각각에 본 발명에 따른 링이 배치된다.
바람직한 실시예에서, 배출구는 제 1 직경을 가진 분사 홀, 및 연소실 측에서 상기 분사 홀에 이어지는, 제 2 직경을 가진 예비 단계 챔버로 이루어진다. 제 2 직경은 제 1 직경보다 더 크다. 연료는 분사 홀을 통해 예비 단계 챔버 내로 분사된다. 상기 예비 단계 챔버로부터 연료가 내연기관의 연소실 내로 들어간다. 분사 홀 및 후방에 접속된 예비 단계 챔버로 배출구를 형성할 때도 공지된 장치에서의 문제점, 즉 연소실을 향한 하우징 단부면 상에 연료 침착의 문제점이 나타난다. 따라서, 여기서는 바람직하게 본 발명에 따른 링이 예비 단계 챔버의 연소실 측에 사용된다.
링의 내경에 대해 2개의 바람직한 변형예가 있다. 한편으로는 링의 내경이 제 2 직경과 동일할 수 있다. 이 경우, 링은 숄더 없이 예비 단계 챔버의 연장부를 형성한다.
이에 대한 대안으로서, 링의 내경이 제 2 직경보다 큰 것이 가능하다. 이 경우, 스텝 또는 숄더는 예비 단계 챔버로부터 링의 내부 공간으로의 이행부에 배치된다.
링은 연소실 측의 또는 연소실을 향한 링 단부면을 포함한다. 상기 링 단부면 상에 연료의 침착이 나타난다. 상기 침착을 방지하기 위해, 링의 벽 두께는 가능한 한 작게 선택된다. 또한, 링 단부면이 기울어지는 것이 침착물의 블로잉 제거를 위해 바람직하다. 연소실을 향한 하우징 단부면이 연료 분사 밸브의 종축에 대해 수직으로 놓이면, 링 단부면의 기울기가 직접 하우징 단부면과 관련해서 규정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하우징 단부면은 돔의 형태로 형성된다. 돔형으로 형성시. 하우징 단부면의 탄젠트 면이 주어진다. 상기 탄젠트 면은 돔형 하우징 단부면 상의 탄젠트 밴드로 형성된다. 따라서, 링 단부면의 기울기는 탄젠트 면과 관련해서 규정될 수 있다.
바람직하게는 전체 링 면이 하우징 단부면 또는 탄젠트 면에 대해 기울기를 갖는다. 경사 각은 바람직하게 적어도 15°, 특히 바람직하게는 적어도 10°이다. 특히, 링 단부면은 외부를 향해 기울어진다. 즉, 링의 내부가 외부보다 더 높다.
이에 대한 대안으로서, 링 단부면은 횡단면으로 볼 때 양박공 지붕의 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 링 단부면은 서로에 대해 각을 형성하는 2개의 링형 부분 면으로 분할된다. 여기서도, 바람직하게는 개별 부분 면들의 경사각이 적어도 5°, 바람직하게는 적어도 10°로 세팅된다.
또한, 링의 벽 두께는 침착을 방지하기 위해 가능한 한 작게 유지된다. 특히, 벽 두께는 0.1 ㎜ 내지 0.3 ㎜이어야 한다.
링의 충분한 높이는 연료가 링 단부면에 침착되지만, 주위의 하우징 단부면 상에 침착되지 않는 것을 보장해야 한다. 따라서, 링은 하우징 단부면을 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 만큼 돌출해야 한다.
이하, 본 발명의 다수의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 모든 실시예에 따른 본 발명의 연료 분사 밸브의 단면도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 본 발명의 연료 분사 밸브의 확대도.
도 3은 제 2 실시예에 따른 본 발명의 연료 분사 밸브의 확대도.
도 4 및 도 5는 제 3 실시예에 따른 본 발명의 연료 분사 밸브의 확대도.
도 6 및 도 7은 제 4 실시예에 따른 본 발명의 연료 분사 밸브의 확대도.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 단면도를 도시한다. 연료 분사 밸브(1)는 연소실 내로 연료의 직접 분사하는 고압 분사 밸브로서 형성된다. 도 1은 모든 실시예를 위한 구성을 도시한다.
연료 분사 밸브(1)는 하우징(2), 액추에이터(3), 밸브 폐쇄 바디(4) 및 다수의 배출구(5)를 포함한다. 하우징(2)은 베이스 바디(6) 및 연소실 측 인서트(7)로 이루어진다. 연소실을 향한 인서트(7)의 면은 하우징 단부면(12)이라 한다. 상기 하우징 단부면(12) 내에 다수의 배출구(5)가 배치된다.
액추에이터(3)는 전류 공급 가능한 코일(8) 및 코어(9)를 포함한다. 코일(8)에 전류 공급에 의해, 액추에이터(9)를 통해 밸브 폐쇄 바디(4)가 이동된다. 밸브 폐쇄 바디(4)는 니들(10) 및 볼(11)을 포함한다. 니들(10)의 상응하는 위치에서, 볼(11)은 동시에 모든 배출구(5)를 폐쇄한다.
도 2 내지 도 7에서, 각각 하나의 배출구가 파선으로 표시된다. 파선으로 표시된 배출구는 선행 기술에 따른 비교 실시예(14)를 도시한다. 실제로, 모든 배출구들(5)은 본 발명에 따라 하우징 단부면(12) 상에 형성된다.
동일한 또는 기능상 동일한 부품들은 모든 실시예에서 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)를 확대도로 도시한다. 연소실을 향한 하우징 단부면(12)의 일부가 도시되어 있다. 상기 하우징 단부면(12)은 돔 형태로 형성된다. 다수의 배출구들(5) 중 하나가 도시되어 있다. 연소실은 상부 영역에 있고, 그에 따라 연료의 분사 방향(13)이 도시되어 있다.
배출구(5)는 분사 홀(17) 및 예비 단계 챔버(18)로 이루어진다. 예비 단계 챔버(18)는 분사 홀(17)의 연소실 측에 배치된다. 예비 단계 챔버(18)의 연소실 측에서, 링(15)이 하우징 단부면(12) 상에 놓인다. 링(15)은 하우징(2), 특히 인서트(7)의 일체형 구성 부분이다. 링(15)은 연소실 측에 링 단부면(16)을 포함한다. 링 단부면(16)으로의 이행부에 있는 에지는 에지(28)로 표시된다. 상기 에지(28)는 유동의 분리를 달성하기 위해 가능한 한 예리한 에지로 형성된다.
분사 홀(17)은 제 1 직경(19)을 갖는다. 예비 단계 챔버(18)는 제 2 직경(20)을 갖는다. 분사 홀(17)은 제 1 길이(21)에 걸쳐 연장된다. 예비 단계 챔버(18)는 제 2 길이(22)에 걸쳐 연장된다. 링(15)의 내부 공간은 제 3 길이(23)에 걸쳐 연장된다. 링(15)은 벽 두께(24)를 갖는다.
제 1 실시예에서, 제 2 직경(20)은 링(15)의 내경에 상응한다. 또한, 제 2 직경(20)은 제 1 직경(19)보다 훨씬 더 크게 형성된다.
벽 두께(24)는 링 단부면(16) 상에 연료의 침착을 가능한 한 방지하기 위해 가능한 한 작게, 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.3 mm로 형성된다.
제 3 길이는 0.1 mm 내지 0.5 mm 이다.
도 3은 연료 분사 밸브(1)의 제 2 실시예를 확대도로 도시한다. 제 1 실시예와는 달리, 링 단부면(16)은 제 2 실시예에서 하우징 단부면(12)에 대한 탄젠트 면에 대해 일정한 각(α) 만큼 기울어진다. 상기 각(α)은 여기서 10°이다. 링 단부면(16)은 외부를 향해 기울어진다. 이로 인해, 링 단부면(16) 상의 침착물의 블로잉이 개선된다. 또한, 도 3은 링(15)으로부터 하우징 단부면(12)으로의 이행부에서 반경(15)을 도시한다.
도 4 및 도 5는 제 3 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)를 확대도로 도시한다. 제 1 실시예와는 달리, 제 3 실시예에서, 링 단부면(16)은 하우징 단부면(12)의 탄젠트 면에 대해 평행하지 않게 형성된다. 제 3 실시예에서, 링 단부면(16)은 횡단면으로 볼 때 양박공 지붕의 형태이다. 링 단부면(16)의 2개의 분할 면은 상기 각(α)만큼 기울어지므로, 탑(top) 및 양박공 지붕 형태가 생긴다. 링 단부면(16)의 이러한 형성은 침착물의 블로잉을 촉진한다.
도 6 및 도 7은 제 4 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)를 도시한다. 제 4 실시예에서, 링 단부면(16)은 제 3 실시예에서와 같이 양박공 지붕의 형태로 형성된다. 또한, 제 4 실시예에서 링(15)의 내경(27)이 커진다. 따라서, 내경(27)은 제 2 직경(20)보다 더 크다. 이로 인해, 예비 단계 챔버(18)로부터 링(15)의 내부 공간으로의 이행부에 있는 스텝 또는 숄더가 생긴다.
링(15) 및 예비 단계 챔버(18)에서 내경의 이러한 상이한 형성 및 이로 인해 이행부에 생긴 에지는 모든 실시예에 바람직하게 적용될 수 있고, 링 단부면(16)의 양박공 지붕 형태의 형성을 따르지 않는다.
1 연료 분사 밸브
2 하우징
3 액추에이터
4 밸브 폐쇄 바디
5 배출구
12 하우징 단부면
15 링
16 링 단부면
17 분사 홀
18 예비 단계 챔버
24 벽 두께

Claims (12)

  1. 연료 분사 밸브(1)로서,
    연소실 측 하우징 단부면(12)을 가진 하우징(2),
    액추에이터(3),
    상기 액추에이터(3)에 의해 작동 가능한 밸브 폐쇄 바디(4),
    연료용 상기 하우징 단부면(12) 내의 적어도 하나의 배출구(5)로서, 상기 밸브 폐쇄 바디(4)는 상기 밸브 폐쇄 바디(4)의 위치에 따라 상기 배출구(5)를 폐쇄 또는 개방하는, 상기 적어도 하나의 배출구(5), 및
    연소실 측 하우징 단부면(12)에서 상기 배출구(5) 둘레에 연소실 측으로 형성된 링(15)을 포함하고,
    상기 링(15)의 연소실 측 링 단부면(16)은 상기 하우징 단부면(12)과 관련해서 또는 상기 하우징 단부면(12)의 탄젠트 면과 관련해서 적어도 5°또는 10°만큼 기울어지고, 횡단면으로 볼 때 양박공 지붕 형태로 형성되며,
    상기 링(15)의 벽 두께(24)는 0.1 ㎜ 내지 0.3 ㎜이고,
    상기 링(15)은 상기 하우징 단부면(12)으로부터 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 만큼 돌출하는, 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소실 측 하우징 단부면(12)은 돔 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연소실 측 하우징 단부면(12) 상에 각각 하나의 링(15)을 가진 다수의 배출구(5)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배출구(5)는 제 1 직경(19)을 가진 분사 홀(17), 및 연소실 측에서 상기 분사 홀(17)에 이어지는, 제 2 직경(20)을 가진 예비 단계 챔버(18)를 포함하고, 상기 제 2 직경(20)은 상기 제 1 직경(19)보다 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 링(15)의 내경(27)은 상기 제 2 직경(20)과 동일한 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 링(15)의 내경(27)은 상기 제 2 직경(20)보다 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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