KR19980064483A - 연료분사기용 볼셔터를 갖는 전자석 계량밸브 - Google Patents

연료분사기용 볼셔터를 갖는 전자석 계량밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료분사기용 볼셔터를 갖는 전자식 계량밸브에 관한 것으로서, 이러한 계량밸브는 배출관(43)을 밀폐시키기 위한 원뿔형 시트(46)상에 작용하는 볼셔터(44)와, 전기자(27)를 조절하기 위한 전자석(26)을 포함하면서; 상기 전기자(27)의 심봉(47)이 플랜지(57)를 가지고, 고정슬리브(53)에 의해 안내되고, 상기 볼(44)을 상기 원뿔형 시트(46)와 접촉을 유지하기 위해 스프링(52)에 의해 밀리면서; 상기 플랜지(63)와 맞물리는 평면(64)을 갖는 플레이트(63)와, 상기 원뿔형 시트(46)상에 상기 볼(44)의 중심을 잡기 위해 상기 볼(44)과 맞물리는 구형 함몰부(66)의 형태로서의 분리이음부(62)를 위하여, 플랜지(57)와 볼(44)사이에 예비공간이 형성되어 있고; 상기 함몰부(66)의 직경(D)은 상기 볼(44)의 직경(d)보다 약간 크게 하여 상기 함몰부(66)의 상호 맞물리는 표면들과 상기 볼(44)사이의 압력을 감소시키는 것이다.

Description

연료분사기용 볼셔터를 갖는 전자석 계량밸브
본 발명은 연료분사용 볼셔터를 갖는 전자석 계량밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 내연기관용 전자석 계량밸브에 관한 것이다.
일반적으로 연료분사기의 계량밸브는 매우 강성인 볼에 의해 정상적으로 밀폐시키는 배출관과 함께 조절실을 포함하고 있다. 공지된 밸브에서, 상기 볼은 스프링에 의한 상기 배출관의 시트내부의 밀폐위치에 정상적으로 유지되고, 조절 전자석이 극성을 얻으면, 전기자는 상기 스프링으로부터 상기 볼을 자유롭게 하므로써 도관을 개방시킨다. 조절실내부의 연료의 고압 때문에, 밸브의 밀폐를 위해서는 매우 강한 스프링이 필요하다.
공지된 밸브의 경우에, 전기자는 스프링에 의해 셔터에 직접적으로 압박되는 심봉에 연결되어 있기 때문에, 심봉과 볼간의 접촉은 실질적으로 접점 대 접점(point-to-point)형태로 되어 진다. 이는 볼과 심봉간의 심각한 압박을 초래하고, 볼이 심봉보다 더 강성인 재질로 제작되어야 하기 때문에, 결국, 볼의 왕복운동에 영향을 주는, 심봉의 변형 또는 심봉상의 취약부가 발생하게 된다.
또한, 공지된 밸브의 경우에, 볼의 왕복운동에 따른, 전자석의 전기자의 왕복운동은 엔진에 분사되는 연료량을 결정하는 주요한 인자중에 하나이다. 다시 말해, 전기자가 극성을 갖는 주어진 시간과 주어진 공급압력하에서, 볼의 왕복운동의 증가는 밸브의 개방과 밀폐의 시간 증가에 상응하고, 이에 따라, 분사된 연료량의 증가를 야기시킨다.
더욱이, 전기자와 볼간의 전동기구의 제조시에 피할 수 없는 공차는 전기자, 심봉 및 볼을 동일축상에 완전하게 일치시키는 것을 매우 어렵게 만들기 때문에, 공지된 밸브는 시트에 대하여 완전한 동일축방향에서 볼을 작동하여야 하는 문제점, 즉 볼상에 심봉의 작용에 의해서 발생하는 가로 성분을 제거하여야 하는 문제점을 갖게된다. 또한, 밸브의 효과적인 밀봉을 보장하기 위해서, 전기자의 작동표면은 볼의 시팅표면(seating surface)과 완전하게 평행이 되어야 한다.
밸브시트가, 날카로운 모서리부분과 볼의 접촉을 피하기 위하여, 원뿔형인 상기 형태의 계량밸브는 공지되어 있고; 심봉이 상기 볼을 에워싸는 구형 캐비티를 포함하는 추가적인 계량밸브도 제안된 바 있었다. 그러나, 이러한 캐비티는 볼의 가로 운동을 허용하지 않기 때문에, 볼의 잘못된 배열의 작용에 의해, 밸브 요소의 불가피한 조립 공차 때문에, 볼은 자동적으로 자신의 중심을 유지할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 최대 압력조건하에서도 밸브의 밀봉을 보장하므로써, 종래의 밸브와 관련한 상기 단점을 극복할 수 있고, 신뢰가능하고 일정한 분사기의 작동을 보장하여 주도록 설계되고, 실제로 신뢰할 수 있는 상술한 형태의 계량밸브를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 계량밸브의 특성을 나타낸 연료분사기의 부분단면도,
도 2는 도 1의 연료분사기의 계량밸브의 확대 단면도,
도 3은 도 2의 부분확대도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 연료분사기 6 : 중공본체
9 : 노즐 11 : 오리피스
19 : 분사실 23 : 압축스프링
24 : 밸브 26 : 전자석
27 : 전기자 38 : 디스크
41 : 조절실 43 : 배출관
44 : 볼 46 : 원뿔형시트
47 : 심봉 57 : 플랜지
58 : 와류실 62 : 분리이음부
66 : 플레이트 66 : 함몰부
상기 목적은, 본 발명에 따라, 분사기의 조절실의 배출관을 밀폐시키기 위한 원뿔형 시트상에 작용하는 볼과, 상기 원뿔형 시트와 동축이면서 상기 원뿔형 시트와 마주하는 밀폐위치에 상기 볼을 탄성적으로 유지시키기 위해 정상적으로 밀어내는 원통형 심봉을 조절하는 전기자의 극성을 주기 위한 전자석을 포함하면서; 상기 심봉이 상기 원뿔형 시트와 또 다른 동축인 안내슬리브에 의해 안내되는 연료분사용 볼셔터를 갖는 전자석 계량 밸브에 있어서, 상기 심봉의 작용을 상기 원뿔형 시트와 동축인 상기 볼로 전동하고, 상기 볼에 의한 마모 때문에 종국적으로 발생하는 상기 전기자의 왕복운동시의 변형을 감소시키기 위하여, 상기 심봉과 상기 볼사이에 제공되는 분리이음부(62; decoupling joint)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사용 볼셔터를 갖는 전자석 계량밸브에 의하여 달성된다.
더욱 특히, 상기 분리이음부는 상기 심봉과 맞물리는 평면을 갖는 플레이트와, 상기 평면과 반대방향이면서 상기 볼과 맞물리는 구형 함몰부를 포함하고; 상기 함몰부는 상기 원뿔형 시트상에 상기 볼의 중심이 오도록 하여, 밸브의 최적 밀봉을 보장시켜 주는 것이 바람직하다.
또한, 상기 함몰부의 직경은 상기 볼의 직경보다 약간 크게 하여 상기 함몰부의 상호 맞물리는 표면들과 상기 볼사이의 압력을 감소시키는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 비한정적이고 바람직한 양태를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 계량밸브의 특성을 나타낸 연료분사기의 부분단면도이고, 도 2는 도 1의 연료분사기의 계량밸브의 확대 단면도이며, 도 3은 도 2의 부분확대도이다.
도 1의 부호 (5)는 연료분사기로서, 예컨대 디젤 내연기관용 연료분사기를 나타내며, 이는 말단에 하나이상의 분사 오리피스(11)가 있는 노즐(9)과 연결된 중공본체(6)와; 본체(6)내부에서 슬라이딩되는 조절심봉(8)을 포함하고, 심봉(8)은, 판(10)에 의하여 오리피스(11)를 밀폐시키기 위한 핀(12)과 연결되어 있다.
본체(6)는 정상적인 연료공급펌프와 연결된 유입피팅부(16)가 주입되고, 도관(17, 18 및 21 : 도 1 참조)을 통하여 노즐(9)의 분사실(19)과 연통된 홀(14 : 도 2 참조)을 차례로 포함하는 부속체(13)를 포함하고 있고; 핀(12)은 분사실(19)내의 가압연료가 분사되도록 하는 쇼울더(22)를 포함하고 있으며; 압축스프링(23)은 핀(12)를 하방으로 밀어내는데 도움을 준다.
또한, 분사기(5)는 전체적인 부호 (24)로 나타내는 계량밸브를 포함하고, 전기자(27)를 조절하기 위한 전자석(26)을 차례로 포함하고; 전자석(26)은 축(30)을 가지고, 정상적인 전기 코일(29)을 에워싸면서, 연료탱크와 연결된 배출관(32)과 연통된 축홀(31)을 가지는 정상적인 전기코일(29)을 포함한다.
또한, 계량밸브(24)는 축(30)과 동축을 이루면서, 후술하는 교정 워셔(35 : 도 2 참조)의 개재를 통하여 링너트(36)에 의해 본체(6)에 끼워지는 플랜지(34)를 갖는 본체(33)를 포함하고; 전기자(27)는 축(30)과 동축을 이루면서, 슬리브(40)와 함께 하나의 부품을 형성하면서 코어(28)의 중앙홀(31)과 연통하는 본체(6)내에 배출실(37)을 형성하는 하나 이상의 슬롯(39)을 가지는 디스크(38)을 포함하며, 디스크(38)는 코어(28)에 맞주보면서 축(30)과 수직을 이루는 작동표면(45)을 포함한다.
또한, 계량밸브(24)의 본체(33)는 홀(14)과 연통하는 눈금조정된 방사상 유입관(42 : 도 2 참조), 및 축(30)과 동축을 이루면서 배출실(37)과 연통하는 눈금조정된 배출관(43)을 차례로 포함하는 축조절실(41)을 포함하고 있다. 조절실(41)은 심봉(8)의 최상부표면에 의해 기저부에서 한정되어 지며; 심봉(8)의 최상부의 면적이 쇼울더(22 : 도 1 참조)의 면적과 비교하여 크기 때문에, 스프링(23)의 도움에 의해, 연료의 압력은 노즐(9)의 오리피스(11)를 밀폐시킬 수 있는 위치로 심봉(8)을 정상적으로 유지시킨다.
조절실(41)의 배출관(43)은 매우 강성인 재질, 예컨대 텅스텐카바이드로 제작된 볼(44)의 형태인 셔터에 의하여 정상적으로 밀폐되며, 이는 도관(43)과 동축을 이루면는 본체(33)의 원뿔형 시트(46 : 도 3 참조)상에 놓여 있고, 디스크(38)이 스프링(50)에 의해 밀려지는 C-형상링(49)을 에워싸는 그루브를 갖는 원통형 심봉(47: 도 2 참조)에 의해 조절됨으로써, 전기자(27)는 심봉(47)과 떨어져 있다.
심봉(47)의 주어진 길이는 홀(31)내부로 돌출되어 있고, 홀(31)내부에 들어있는 제1 압축스프링(52)을 지지하고 고정하기 위한 소직경부위(51)에서 종결되며; 심봉(47)은 축(30)과 동축을 이루면서, 축홀(56)을 포함하는 저부플랜지(54 : 도 2 참조)와 함께 하나의 부품을 형성하는 고정슬리브(53)내에서 미끄러지며; 저부에서, 심봉(47)은 축(30)에 수직을 이루면서 플랜지(54)의 저부표면에 마주하여 놓여 있는 일체형 플랜지(57)를 포함한다.
링너트(36)는 본체(33)의 플랜지(34)의 평면(55)상에서 작용하는 교정 워셔(35)를 향하여 플랜지(54)에 힘을 가하게 되며; 플랜지(34)는 분사기의 본체(6)의 쇼울더에 차례로 놓여있고; 링너트(36)는 숫나사로 되어 있어 배출실(37 : 도 1 참조)의 나사부와 나사결합된다. 더욱 특히, 워셔(35)는 심봉(47)의 원하는 왕복운동(h)을 한정하기 위하여 선택되며; 심봉(47)의 플랜지(57)는 홀(56)을 통하여 배출실(37)과 연통하는 와류실(58)내부에 에워사여 있다.
본체(6), 코어(28), 워셔(35), 플랜지(54), 슬리브(53), 심봉(47), 슬리브(48) 및 전기자(27)의 조립시에 발생하는 불가피한 제조공차는 전기자(27), 심봉(47) 및 원뿔형 시트(46)의 축들을 완전하게 일치시키는 것을 매우 어렵게 만든다. 그리고, 만일, 심봉이 볼(44)상에 직접 작용하는 것이라면, 플랜지와 볼간의 접촉은 접점 대 접점형태로 이루어질 것이며, 볼(44)의 경도는 플랜지(54)의 급속한 변형과 플랜지(54)상에 취약부를 야기시킬 것이다.
더욱이, 상기 축들중의 어느 하나의 약간의 배열잘못은 스프링(52)의 작동시 볼(44)을 가로 성분에 치우치게 하고, 이는 볼(44)이 시트(46)와 완전하게 접촉하는 것을 방해하여 밸브(24)의 작동에 손상을 입히고 시트(46)을 급속히 변형시키게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 상기의 단점을 제거하기 위하여, 전체로 부호 (62)로 나타내는 분리이음부가 심봉(47)의 플랜지(57)과 볼(44)사이에 제공되어, 플랜지(54)를 볼(44)과 떨어지게 하고 볼(44)을 시트(46)의 축에 대하여 중심을 유지하도록 볼(44)을 안내하면서; 이러한 분리이음부(62)는 평면(64)을 갖는 환형 플레이트(63 : 도 3 참조)와 평면(64)과 반대방향의 구형 함몰부(66)를 포함하고 있다.
더욱 특히, 평면(64)은 심봉(47)의 플랜지(57)와 맞물리면서, 심봉(47)의 축에 대하여 플레이트(63)의 특정량의 가로운동을 허용하므로써; 함몰부(66)는 볼(44)과 맞물려, 원뿔형 시트(46)의 축을 따라 심봉(47)의 작용에 중심을 제공하여, 밸브(24)의 전기자(27), 심봉(27)과 본체(33)의 축들간의 불가피한 잘못된 배열을 보상하며, 전기자(27)의 디스크(38)의 표면(45 : 도 1 참조)와 본체(33)의 표면(55 : 도 2 참조)간의 소정의 평행 불일치를 보상하여 준다.
함몰부(66: 도 3 참조)의 직경(D)은 볼(44)의 직경(d)의 직경보다 약간 크게하여, 함몰부(66)와 볼(44)의 상호 맞물리는 표면들간의 압력을 감소시킬 수 있고; 함몰부(66)는 전기자(27 : 도 1 참조)가 코어(28)에 의해 끌려당길 때 볼(44)의 물러남을 방지하기 위한 캠버(F : camber)을 가지고 있다.
더욱 특히, 볼(44)의 직경(d)과 함몰부(66)의 직경(D)간의 비율(d/D)은 92/100 내지 98/100의 범위일 수 있고, 캠버(F)는 볼(44)의 직경의 8/10 내지 9/10범위일 수 있다. 바람직하게는, 도관(43)의 직경이 약 0.25mm일 경우에, 볼(44)의 직경(d)은 약 1.35mm일 수 있고, 함몰부(66)의 직경(D)은 약 1.40mm일 수 있고, 캠버(F)는 약 1.00mm일 수 있다.
또한, 원뿔형 시트(46)의 정상각(α : apex angle)은 110°내지 120°범위일 수 있고, 플레이트(63)의 주변 모서리(67)와 원뿔형 시트(46)의 표면과의 방해를 방지하기 위하여, 본체(33)의 상부표면은 시트(46)의 정상각(α)보다 더 큰 정상각을 갖는 절두된 원뿔형 표면을 포함하는 캐비티(68)를 포함할 수 있다.
이후에는 분사기(5)의 계량밸브(24)의 작동과정을 설명한다.
코일(29)이 극성을 띄면(도 1 참조), 코어(28)는 전기자(27)의 디스크(38)를 끌어당기고, 전기자(27)는 링(49)에 의하여, 스프링(52)에 대항하는 심봉(47)을 상부로 적극적으로 당기게 되고; 심봉(47)의 플랜지(57)는 와류실(58)내에서 와류를 일으켜 고정플랜지(54)에 대항한 심봉(47)의 플랜지(57)의 진행억제에 탄력을 주게되고; 이로써, 조절실(41)내의 연료압은 볼(44)을 개방위치로 이동시켜 연료를 조절실(41)로부터 탱크로 다시 배출시키며; 분사실(19)내의 연료압은 심봉(8)의 상부표면상에 미치는 잔류압을 극복하여 핀(12)을 들어올림으로써 분사실(19)내의 연료를 오리피스(11)을 통하여 분사시킨다.
코일(29)이 극성을 잃으면, 링(49)에 의해 전기자(27)을 하부로 끌어내리기 위해, 스프링(52)이 심봉(47)을 하부로 밀어내고; 또한 심봉(47)의 운동에너지는 와류실(58)내의 연료에서 플랜지(57)에 의해 야기된 와류에 의하여 부분적으로 분산되므로써; 직경(D)와 (d)차이로 인한 공차에 의하여, 볼(44)과 결합된 플레이트(63)의 함몰부(66 : 도 3 참조)의 표면은 볼(44)이 밸브(24)의 원뿔형 시트(46)에 대하여 항시 중심을 유지할 수 있게 하며; 이로써 볼(44)은 배출관(43)을 밀폐시키고; 가압연료는 조절실(41)내부의 압력으로 복귀하고, 핀(12 : 도 1 참조)은 오리피스(11)를 밀폐한다.
지금까지, 본 발명의 바람직한 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기에서 설명한 계량밸브에 다양한 변경을 분명히 시도할 수 있을 것이다. 예를 들면, 전기자(27)는 심봉(47)과 하나의 부품을 형성할 수 있고; 심봉(47)은 플랜지(57)을 필수적으로 포함하지 않을 수 있고; 플레이트(63)의 형상과 크기를 상술한 이의의 것으로 변경할 수 있을 것이다.
따라서, 종래의 밸브와 비교하여, 본 발명에 따른 계량밸브(24)의 장점은 상술한 내용으로부터 명확해질 것이다. 특히, 플레이트(63)를 제공하므로써, 한편으로는, 원뿔형 시트(46)에 대하여 볼(44)을 안내하며 중심을 유지시킬 수 있고, 다른 한편으로는, 밸브(24)의 안정성을 증진시킬 수 있다.
또한, 약간 상이한 직경을 갖는 두 개의 구형 표면간에 발생하는 볼(44)과 함몰부(66 : 도 3 참조)간의 접촉으로 인하여, 상기 표면들상에 미치는 압력을 줄이게 됨으로써, 취약부의 형성을 방지할 수 있고, 이로써 전기자(27)의 왕복운동(h)시의 변형을 방지할 수 있게 됨에 따라, 분사되는 연료의 양에 대하여 장기간의 일관성을 보장받을 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 분사기의 조절실(41)의 배출관(43)을 밀폐시키기 위한 원뿔형 시트(46)상에 작용하는 볼(44)과, 상기 원뿔형 시트(46)와 동축이면서 상기 원뿔형 시트(46)와 마주하는 밀폐위치에 상기 볼(44)을 탄성적으로 유지시키기 위해 정상적으로 밀어내는 원통형 심봉(47)을 조절하는 전기자(27)의 극성을 주기 위한 전자석(26)을 포함하면서; 상기 심봉(47)이 상기 원뿔형 시트(46)와 또 다른 동축인 안내슬리브(53)에 의해 안내되는 연료분사용 볼셔터를 갖는 전자석 계량 밸브에 있어서,
    상기 심봉(47)의 작용을 상기 원뿔형 시트(46)와 동축인 상기 볼(44)로 전동하고, 상기 볼(44)에 의한 마모 때문에 종국적으로 발생하는 상기 전기자(27)의 왕복운동시의 변형을 감소시키기 위하여, 상기 심봉(47)과 상기 볼(44)사이에 제공되는 분리이음부(62; decoupling joint)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사용 볼셔터를 갖는 전자석 계량밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리이음부(62)는 상기 심봉(47)과 맞물리는 평면(64)을 갖는 플레이트(63)와, 상기 평면(64)과 반대방향이면서 상기 볼(44)과 맞물리는 구형 함몰부(66)를 포함하고; 상기 함몰부(66)는 상기 원뿔형 시트(46)상에 상기 볼(44)의 중심이 오도록 하여, 상기 밸브의 최적 밀봉을 보장시켜 주는 것을 특징으로 하는 계량밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 함몰부(66)의 직경(D)은 상기 볼(44)의 직경(d)보다 크게 하여 상기 함몰부(66)의 상호 맞물리는 표면들과 상기 볼(44)사이의 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 계량밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 볼(44)의 직경(d)과 상기 함몰부(66)의 직경(D)간의 비율(d/D)은 92/100 내지 98/100의 범위이고; 상기 볼의 경도는 상기 플레이트(63)의 경도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 계량밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원뿔형 시트(46)의 정상각(apex angle)은 110°내지 120°범위인 것을 특징으로 하는 계량밸브.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자(27)는 상기 심봉(47)과 동축인 디스크(38)의 형태이면서; 상기 디스크(38)는 스프링(50)에 마주하는 상기 심봉(47)상에서 슬라이딩하는 슬리브(40)와 함께 하나의 부품을 형성하고; 상기 심봉은 상기 플레이트(63)의 상기 평면(64)과 맞물리는 플랜지(57)와 함께 하나의 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는 계량밸브.
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