KR102365218B1 - 릴리프 그루우브를 포함하는 인젝터 - Google Patents

릴리프 그루우브를 포함하는 인젝터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체, 특히 연료를 분사하기 위한 인젝터에 관한 것이며, 상기 인젝터는 밀봉 영역(50)을 가진 밸브 시트(3), 상기 밸브 시트(3)에서 적어도 하나의 관통 개구(30)를 개방 및 폐쇄하는 폐쇄 부재(5), 및 상기 밸브 시트(3)에 제공된 릴리프 그루우브(9)를 포함하고, 상기 릴리프 그루우브(9)는 상기 밸브 시트(3)의 외부면(3a)에 배치되고, 상기 릴리프 그루우브(9)는 관통 개구(30)보다 방사방향으로 인젝터의 중심축(X-X)에 더 가깝게 배치된다.

Description

릴리프 그루우브를 포함하는 인젝터{INJECTOR WITH RELIEF GROOVE}
본 발명은 인젝터의 분사 홀에서 응력을 줄이기 위한 릴리프 그루우브를 포함하는 유체, 특히 연료를 분사하기 위한 인젝터에 관한 것이다.
연료를 분사하기 위한 인젝터들의 다양한 실시예들이 선행기술에 공개되어 있다. 분사 홀을 개방하기 위해, 밸브 시트 상의 밀봉 영역으로부터 인젝터 내부로 폐쇄 부재가 뒤로 당겨지는, 소위 내부로 개방하는 인젝터에서는 특히 분사 홀의 유입부에 높은 하중이 발생한다. 이 경우 분사 홀의 유입부의 영역에 매우 높은 부품 응력이 나타날 수 있다. 특히 폐쇄 부재가 밀봉 영역에 도달하는 폐쇄 과정 시 매우 높은 응력이 발생한다. 또한, 특히 분사 홀의 영역에서, 밸브 시트의 내구성도 제공되어야 한다. 따라서 밸브 시트에서 예정된 벽 두께는 미달될 수 없다. 압력 피크에 대해서도 소정의 안전성을 제공하기 위해, 분사 홀의 영역에서 밸브 시트의 해당 두께는 더 커져야 한다. 그러나 이로 인해 관련 밸브 시트의 중량 및 크기도 증가한다.
본 발명의 과제는, 인젝터의 분사 홀에서 응력을 줄이기 위한 릴리프 그루우브를 포함하는 인젝터를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징을 포함하는 인젝터에 의해 해결된다.
청구항 제 1 항의 특징을 포함하는 유체, 특히 연료를 분사하기 위한 본 발명에 따른 인젝터는 밸브 시트 상에서 응력이 감소할 수 있고, 따라서 특히 하나 이상의 관통 개구의 영역에서 밸브 시트의 두께가 감소할 수 있는 장점을 제공한다. 특히 유체용 관통 개구의 유입부 영역에서 응력은 동일한 구조의 기존의 관통 개구에 비해 대략 15% 감소할 수 있다. 이는 본 발명에 따라, 밸브 시트에 릴리프 그루우브가 제공됨으로써 달성된다. 릴리프 그루우브는 이 경우 밸브 시트에서 유체의 배출측에 배치되고, 즉 분사할 유체가 관통 개구로부터 분사실, 예를 들어 연소실 또는 흡기 매니폴드 내로 분사되는 밸브 시트의 외부면에 배치된다. 릴리프 그루우브가 관통 개구보다 인젝터의 방사방향으로 인젝터의 중심축에 가깝게 배치된다. 이로써 밸브 시트의 영역에 릴리프 그루우브가 제공되고, 상기 영역은 관통 개구를 포함하며 인젝터의 중심축에 대해 동심인 원의 내부에 위치한다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.
릴리프 그루우브는 바람직하게 원주 방향으로 폐쇄되어 형성된다. 이로 인해, 하나 이상의 관통 개구는 릴리프 그루우브 외부에 방사방향으로 임의의 위치에 배치될 수 있다.
릴리프 그루우브는 바람직하게 인젝터의 중심축에 대해 동심인 제 1 직경을 갖는다.
또한 바람직하게 인젝터는 다수의 관통 개구를 갖고, 상기 개구들은 모두 방사방향으로 릴리프 그루우브의 외부에 배치된다.
배출측에 있는 다수의 관통 개구의 중심축들은 바람직하게 인젝터의 중심축에 대해 동심인 제 2 직경에 놓인다.
또한 바람직하게 릴리프 그루우브가 놓이는 제 1 직경 D1 대 밸브 시트의 배출측에 있는 관통 개구의 중심축들이 놓이는 제 2 직경 D2의 비는 0.4 내지 0.6이고, 특히 0.5이다. 관통 개구들과 릴리프 그루우브 사이의 간격이 이러한 규정에 따라 0.4 내지 0.6에서 선택됨으로써, 응력의 확실한 감소가 가능하다.
또한 바람직하게 릴리프 그루우브의 횡단면은 제 1 반경을 갖는 원호의 기하학적 형상을 갖는다. 이로 인해 의도대로 관통 개구들의 영역에서 응력 감소가 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게 릴리프 그루우브로부터 밸브 시트 상의 인접하는 영역들로의 이행부는 접선 방향으로 구현된다. 제 3 반경을 갖는 릴리프 그루우브에 인접하는 영역들은 특히 바람직하게 원호로서 구현된다. 특히 바람직하게 릴리프 그루우브의 인접하는 영역에서 제 2 반경을 갖는 제 2 원호와 제 3 반경을 갖는 제 3 원호는 아치형으로 릴리프 그루우브의 제 1 원호와 반대 방향으로 구현된다. 특히 바람직하게 제 2 및 제 3 원호의 반경들이 동일하다.
또한 바람직하게 릴리프 그루우브의 제 1 원호의 제 1 반경은 제 2 원호의 제 2 반경보다 작고, 제 3 원호의 제 3 반경보다 작다.
또한 바람직하게 릴리프 그루우브에서 밸브 시트의 최소 벽 두께는 적어도 0.2 mm이고, 특히 정확히 0.2 mm이다. 이로 인해 항상 밸브 시트의 충분한 부하 수용 능력이 달성될 수 있다.
인젝터는 특히 바람직하게 가솔린을 위한 연료 인젝터이다. 특히 바람직하게 인젝터는 내연기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 직접 분사식 인젝터이다.
계속해서 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인젝터를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 인젝터의 밸브 시트를 확대 도시한 단면도.
도 3은 폐쇄 부재를 포함하지 않는 도 2의 밸브 시트의 부분 단면도.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료를 분사하기 위한 인젝터(1)는 밸브 하우징(2)과 밸브 시트(3)를 포함한다. 밸브 시트(3)는 용접 연결부(4)를 이용해서 밸브 하우징(2)에 고정된다. 용접 연결부(4)는 이 경우 원주 방향으로 완전히 제공된다.
인젝터(1)는 또한 밸브 니들(5a)과 폐쇄 볼(5b)을 가진 폐쇄 부재(5), 및 도 1에 도시된 폐쇄된 위치에서 폐쇄 부재(5)를 지지하는 복귀 부재(6)를 포함한다.
폐쇄 부재(5)는 이 실시예에서 자기 액추에이터인 액추에이터(7)를 이용해서 작동된다. 도면부호 8은 전기 접속부를 나타낸다.
연료는 인젝터의 내부에서 폐쇄 부재(5)의 단부까지 안내되고, 상기 단부에 볼(5b)이 배치된다.
특히 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 밸브 시트(3)는 관통 개구(30)로서 다수의 분사 홀을 갖는다. 밸브 시트(3)에서 밀봉 영역(50)으로부터 볼(5b)이 들어 올려짐으로써 관통 개구들(30)이 개방되고 폐쇄된다. 도 2는 인젝터의 폐쇄된 상태를 도시한다.
밀봉 영역(50)은 이 실시예에서 링형의 선형 밀봉 시트이고, 상기 밀봉 시트에서 볼(5b)이 밸브 시트(3)에 접촉한다.
인젝터가 개방된 상태이면, 연료는 인젝터의 중심축(X-X)에 대해 평행한 길이방향 홈(31)을 통해서 볼(5b)을 스쳐 지나간다.
도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 관통 개구들(30)은 각각 유입구(30a)와 배출구(30b)를 갖는다. 배출구(30b)는 이 경우 밸브 시트(3)의 외부면(3a)에 제공된다.
또한 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 밸브 시트의 외부면(3a)에 릴리프 그루우브(9)가 제공된다. 릴리프 그루우브(9)는 밸브 시트(3)의 외부면에 원주 방향으로 형성된 그루우브이다.
릴리프 그루우브(9)는 원주 방향으로 폐쇄되고, 제 1 직경(D1)을 갖는 원의 기하학적 형상을 갖는다. 또한 릴리프 그루우브(9)는 인젝터(1)의 중심축(X-X)에 대해 동심으로 배치된다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 릴리프 그루우브(9)는 반경(R1)을 갖는 제 1 원호 형상의 횡단면을 갖는다.
릴리프 그루우브(9)의 2개의 측면에 밸브 하우징(3)의 외부 영역이 인접한다. 더 정확히는 릴리프 그루우브(9)의 방사방향 내부 측면에 제 1 인접 영역(91)이 인접하고, 릴리프 그루우브(9)의 방사방향 외부 측면에 제 2 인접 영역(92)이 인접한다. 제 1 인접 영역(91)은 단면으로 볼 때 제 2 반경(R2)을 갖는 제 2 원호의 형상을 갖고, 제 2 인접 영역(92)은 단면으로 볼 때 제 3 반경(R3)을 갖는 제 3 원호의 형상을 갖는다. 제 2 및 제 3 원호는 릴리프 그루우브(9)의 제 1 원호와 반대 방향으로 형성된다. 이 경우 제 1 원호와 제 2 및 제 3 원호 사이에 각각 접선 방향 이행부가 제공된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 다수의 관통 개구(30)가 제공된다. 관통 개구들(30)은 모두 방사방향으로 릴리프 그루우브(9)의 외부에 배치된다. 각각의 관통 개구(30)는 중심축(Y-Y)을 갖는다. 중심축들(Y-Y)은 이 경우 각각의 관통 개구(30)의 배출구(30b)에서 제 2 직경(D2)에 놓이고, 상기 제 2 직경은 인젝터의 중심축(X-X)에 대해 동심이다. 릴리프 그루우브(9)는 제 1 직경(D1)에 놓인다.
릴리프 그루우브의 제 1 직경(D1) 대 외부면(3a)에 있는 관통 개구들(30)의 제 2 직경(D2)의 비는 0.4 내지 0.6이고, 특히 0.5이다. 제 1 직경(D1)과 제 2 직경(D2)은 각각 인젝터(1)의 중심축(X-X)에 대해 동심으로 배치된다.
릴리프 그루우브(9)의 제 1 원호의 제 1 반경(R1)은 인접하는 2개의 영역(91, 92)의 제 2 원호의 제 2 반경(R2) 및 제 3 원호의 제 3 반경(R3)보다 작다.
제 2 반경(R2)과 제 3 반경(R3)은 특히 바람직하게 동일한 크기이다.
분사 홀 원의 방사방향 내부 영역에서 밸브 시트(3)의 외부면에 릴리프 그루우브(9)가 제공됨으로써 관통 개구들(30)에서 응력의 확실한 감소가 달성될 수 있다.
실험에서 나타난 바와 같이, 릴리프 그루우브(9)의 제공은 관통 개구들(30)에서 약 15%의 응력 감소를 가능하게 한다. 0.35 mm의 일정한 벽 두께(S1)를 갖는 밸브 시트(3)와 달리 관통 개구(30)의 유입구(30a)는 559 N/㎟의 최대 응력값을 갖는다. 이와 달리, 밸브 시트(3)의 벽 두께가 0.2 mm의 값(S2)으로 감소하게 하는(도 3 참고) 릴리프 그루우브(9)의 제공에 의해 응력값은 489 N/㎟이다. 이로써 관통 개구(30)의 유입구(30a)의 영역에서 대략 13%의 응력 감소가 이루어진다.
이로써 밸브 시트(3)에 도달 시 폐쇄 부재(5)의 힘 및 연료 압력에 의해 관통 개구들(30)의 영역에서 감소한 응력이 달성될 수 있다. 밀봉 영역(50)에서 볼(5b)이 밸브 시트(3)의 내부면에 대해 가압되면, 릴리프 그루우브(9)가 제공됨으로써 릴리프 그루우브의 영역에서 이루어지는 밀봉 시트(3)의 탄성 변형이 나타난다. 이로 인해 관통 개구들(30)의 유입구(30a)의 영역에서 응력이 감소한다.
이로써 당업자에게도 놀라운 조치인 밸브 시트(3)의 외부면에 릴리프 그루우브(9)의 제공에 의해 밸브 시트(3)의 내부 영역에 있는 관통 개구들(30)의 영역에서 응력의 확실한 감소가 이루어질 수 있다.
3 밸브 시트
9 릴리프 그루우브
30 관통 개구
50 밀봉 영역

Claims (11)

  1. 유체를 분사하기 위한 인젝터로서,
    - 밀봉 영역(50)을 가진 밸브 시트(3),
    - 상기 밸브 시트(3)에서 적어도 하나의 관통 개구(30)를 개방 및 폐쇄하는 폐쇄 부재(5) 및,
    - 상기 밸브 시트(3)에 제공된 릴리프 그루우브(9)를 포함하고,
    - 상기 릴리프 그루우브(9)는 상기 밸브 시트(3)의 외부면(3a)에 배치되고,
    - 상기 릴리프 그루우브(9)는 상기 관통 개구(30)보다 방사방향으로 상기 인젝터의 중심축(X-X)에 더 가깝게 배치되는 인젝터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 릴리프 그루우브(9)는 원주 방향으로 폐쇄된 그루우브인 것을 특징으로 하는 인젝터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 릴리프 그루우브(9)는 상기 인젝터의 중심축(X-X)에 대해 동심인 제 1 직경(D1)에 놓이는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 다수의 관통 개구(30)가 제공되고, 상기 관통 개구들은 모두 방사방향으로 상기 릴리프 그루우브(9)의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  5. 제 4 항에 있어서, 배출측에 있는 상기 다수의 관통 개구(30)의 중심축들은 상기 인젝터의 중심축(X-X)에 대해 동심인 제 2 직경(D2)에 놓이는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 릴리프 그루우브(9)는 상기 제 1 직경(D1)에 놓이고, 상기 관통 개구들(30)의 중심축들(Y-Y)은 상기 밸브 시트(3)의 외부면에서 제 2 직경(D2)에 놓이며, 상기 제 1 직경(D1) 대 상기 제 2 직경(D2)의 비는 0.4 내지 0.6인 것을 특징으로 하는 인젝터.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 릴리프 그루우브(9)는 횡단면으로 볼 때 제 1 반경(R1)을 갖는 제 1 원호의 기하학적 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 릴리프 그루우브(9)로부터 인접하는 영역들로의 이행부는 접선 방향으로 구현되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 릴리프 그루우브(9)의 인접하는 영역들은 상기 릴리프 그루우브(9)의 제 1 원호와 반대 방향인 제 2 반경(R2)을 갖는 제 2 원호 및 제 3 반경(R3)을 갖는 제 3 원호를 갖는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 원호의 상기 제 1 반경(R1)은 상기 제 2 원호의 상기 제 2 반경(R2)보다 작고, 상기 제 3 원호의 상기 제 3 반경(R3)보다 작은 것을 특징으로 하는 인젝터.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 릴리프 그루우브(9)에서 상기 밸브 시트(3)의 최소 벽 두께(S2)는 적어도 0.2 mm인 것을 특징으로 하는 인젝터.
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JP2008068360A (ja) 2006-09-14 2008-03-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ノズルボディの噴孔加工方法、噴孔加工装置、及びそれらを用いて作製された燃料噴射ノズル

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