KR19980702177A - 내연기관용의 연료분사밸브 - Google Patents

Abstract

내연기관용의 연료분사밸브에 있어서, 밸브 본체(1)가 설치되어 있고, 해당 밸브 본체(1)의 연소실측의 단부에 밸브시트(9)가 설치되어 있고, 해당 밸브시트(9)에 상기 밸브 본체(1)에 대하여 위치고정적으로 배치된 밸브부재가 축방향의 예부하 또는 프리로드를 거쳐서 밸브 밀봉면(11)에 의해 접촉하고 있고, 또한 상기 밸브 본체(1)를 길이방향에서 관통하고 있는 압력통로(7)가 설치되어 있고, 해당 압력통로(7)가 상기 밸브시트(9)에 의해서 구획된 상기 밸브부재를 개방방향에서 부하하는 압력실로 개방하고 있고, 또한 상기 밸브시트(9)에 하류측에서 이어지고 있는 연료공급되어야 할 내연기관의 연소실로 통한 적어도 1개의 분사구멍이 설치되어 있는 형식의 것에 있어서, 특히 단순한 구조를 얻기 위해서 상기 밸브부재가 상기 밸브 본체(1)의 연소실측의 단부에 직접 고정된 헤드부분(3)으로 형성되어 있고, 해당 헤드부분의, 상기 밸브 본체(1)를 향한 단면이 밸브 밀봉면(11)을 형성하고 있다.

Description

내연기관용의 연료분사밸브

독일 실용신안 제93204337호 명세서에 근거하여 공지된 이러한 형식의 연료분사밸브에서는 밸브부재가 밸브 본체에 고정 부착되어 있고, 밸브 밀봉면에서 밸브 본체의 밸브시트에 축방향 예부하(軸方向豫負荷) 또는 프리로드하에서 접촉하고 있다. 이 때 이 공지된 연료분사밸브에서 격막으로서 형성된 밸브부재는 원판모양으로 형성되어 있고, 스페이서 슬리브와 조임너트의 사이 반경방향 외측의 범위가 밸브 본체에 대하여 일정하게 위치되어 있다. 또한 격막원판은 중앙의 구멍을 가지고 있고, 격막원판의 밸브 본체를 향한 고리형상 주변이 밸브 밀봉면을 형성하고 있고, 이 밸브 밀봉면에 의해 밸브격막은 밸브 본체의 축방향 주축에 형성된 원추형 밸브시트에 접촉하고 있다. 연료고압의 압력을 밸브격막으로 공급하기 위해서, 밸브 본체내에 압력통로가 설치되어 있다. 이 압력통로는 연료분사펌프의 분사관과 연결하여 밸브격막에 의해서 한정된 압력실로 개방하고 있다.

밸브 밀봉면에 의해서 밸브 본체의 밸브시트에 접촉하고 있는 밸브부재는 분사단계중에 연료고압에 의해서 밸브시트로부터 들어 올려지고, 공급되어야 할 내연기관의 연소실내로 분사단면을 연다. 그러나 이 공지의 연료분사밸브는 구조가 비교적 복잡하고 다수의 부재를 사용하고 있기 때문에 공지의 연료분사밸브의 제조는 번거롭고 비용이 든다고 하는 단점이 있다. 게다가 공지의 연료분사밸브는 부재가 다수이기 때문에 특히 연소실 부근의 단부에서 구조용적이 증가하고, 그 결과로써 내연기관에 있어서의 내장 적응성이 제한된다.

또 하나의 단점으로서, 공지의 연료분사밸브에서는 공급되어야 할 내연기관의 연소실에의 분사구멍의 형상이 고리형상으로 형성되어 있어, 분사제트를 정확한 방사방향으로 조정하는 것이 어렵다.

본 발명은 청구항 1의 상위개념부분에 기재한 형식의 내연기관용의 연료분사밸브로부터 출발한다.

도 1은 분사밸브의 제1실시예를 나타내는 종단면도.

도 2는 도 1의 부분확대도.

도 3은 도 2에 따른 분사밸브를 밸브 본체의 밸브시트를 따라서 본 단면도.

도 4는 도 2의 표현에 준한 제2실시예를 나타내는 도면.

도 5는 도 4의 밸브 본체를 분사구멍을 따라서 본 단면도.

도 6A 내지 도 6F는 2가지 실시예에서 헤드부분의 여러가지 구성의 가능성을 나타내는 도면.

이것에 대하여 청구항 1의 특징부에 기재된 본 발명에 의한 내연기관용의 연료분사밸브는, 밸브부재를 직접 밸브 본체에 고정함으로써, 2개의 부재만이 필요하다는 것이 장점이다. 이러한 매우 간단한 구조에 의해서 연료분사밸브의 제조 및 조립의 복잡함은 현저히 경감되기 때문에, 공지의 분사밸브와 비교하여 제작비용을 줄일 수 있다. 이 때에 헤드부분을 냄비모양의 중공체로서 형성하여, 밸브 본체를 향하여 닫은 그 단면이 용수철같은 탄성적인 격막을 형성하고, 반경방향 외측의 범위가 밸브 본체와 떨어지지 않도록 결합하고 있는 것이 특히 유리하다. 여기에서 밸브부재의 축방향 예부하 또는 프리로드를 얻기 위해서 높은 축방향 가압력하에서 밸브 본체에 용접된다. 축방향 예부하 또는 프리로드를 확보하는 또 하나의 유리한 가능성은 조립중에 밸브 본체를 고온으로 가열하는 열처리에 의해서 달성된다. 저온의 헤드부분을 이 헤드부분의 밸브 밀봉면과는 반대측의 하단부에서 가열된 밸브 본체에 용접하면, 냉각 또는 부재간의 온도균일화 후에 밸브 본체가 수축하여 이 헤드부분과 밸브 본체 사이에 축방향 예부하 또는 프리로드가 생긴다. 이 때 축방향 가압력 또는 부재접합중의 열처리의 정도에 따라서, 축방향 예부하 또는 프리로드를 조정할 수 있다. 헤드부분으로써 형성된 밸브부재는 이 축방향 예부하 또는 프리로드하에서 밸브 본체의 밸브시트에 접촉하고 있고, 이것이 또 분사밸브에 있어서의 개방압력을 직접 규정하고 있다. 용수철 탄성적인 격막으로서 작용하는 헤드부분의 단면의 개방압력과 개방운동의 추이를 조정하는 또 하나의 가능성은, 이 단면의 구성에 의해서 주어진다. 분사밸브에 있어서 확실한 밸브시트를 보증하기 위해서 분사밸브는 원추형으로 형성되어 있지만, 그 때에 원추형 밸브시트와 원추형 밸브 밀봉면과는 상호 약간 어긋나 있기 때문에 밀봉 엣지가 형성되어 있다.

본 발명의 연료분사밸브의 또 하나의 장점은 자유롭게 선택가능한 분사구멍을 설치하고, 이것에 의하여 분사된 연료의 분사위치를 조정할 수 있는 것이다. 헤드부분이 밸브 본체를 향한 단면의 반경방향 외측의 범위에서 밸브 본체와 용접되어 있는 제1실시예에서는 방사추이가 밸브 밀봉면의 원추각과 고리형상의 용접 봉합선의 중단장소에 따라서 규정된다. 냄비모양의 헤드부분이 밸브 본체의 수용구멍에 끼워져 있는 제2실시예에서는 밸브 밀봉면과 겹치는 범위에서 밸브 본체의 벽내의 자유롭게 선택가능한 노치에 의해서 분사구멍이 형성되어 있다.

본 발명의 대상의 그 밖의 장점 및 유리한 구성은, 실시예, 도면 및 청구항의 설명으로부터 판독할 수 있다.

본 발명의 내연기관용의 연료분사밸브의 2개의 실시예가 도면에 나타나고 있고, 이하에 자세히 설명한다.

도 1에 나타낸 제1실시예는, 바람직하게는 회전대칭형의 밸브 본체(1)를 가지고 있고, 공급되어야 할 내연기관의 연소실로 뚫고 나온 그 하단부에는, 밸브부재를 형성하는 헤드부분(3)이 고정되어 있다. 밸브 본체(1)는 연소실에서 먼 상단부에는 관접속부(5)를 가지고 있고, 이것에 밸브 본체(1)를 길이방향으로 관통하고 있는 압력통로(7)가 계속하고 있다. 압력통로(7)는 밸브 본체(1)의 연소실에 가까운 단부에서 그 하단면으로 개방하고 있다. 관접속부(5)에는 자세히 도시하지는 않은 연료분사관이 접속되어 있고, 분사밸브에 고압하의 연료를 공급하는 연료분사펌프에 이어지고 있다.

도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이, 밸브 본체(1)의 연소실측의 고리형상 하단면은, 원추형으로 형성된 밸브시트(9)를 형성하고 있다. 이 밸브시트(9)와 헤드부분(3)의 밸브 본체(1)를 향한 상단면이 함께 작용한다. 이 상단면은 역시 원추형으로 형성된 밸브 밀봉면(11)을 형성하고 있다. 상기의 경우 밸브시트(9)와 밸브 밀봉면(11)의 원추각은 밸브시트(9)의 안쪽고리형상 주변에 밀봉 엣지가 형성되도록 약간 다르게 형성되어 있다.

용수철같은 탄성적인 밸브부재를 형성하기 위해서, 헤드부분(3)은 밸브 본체(1)를 향한 밸브 밀봉면을 형성하고 있는 단면(11)의 반경방향 외측의 주변에 밸브 본체(1)의 연소실측의 하단부와 용접되어 있다. 이 때에 헤드부분(3)은 용접의 사이에서 높은 압력으로 축방향으로 밸브 본체(1)를 누르고 있기 때문에 밸브 밀봉면(11)은 예부하 또는 프리로드하에서 밸브시트(9)에 접촉하고 있다.

2개 부재의 상호 용접은 전체 주위에 걸쳐서 행하여지지 않고 도 3에 나타낸 바와 같이 몇 개에서만, 실시예에서는 4개의 범위에서만으로 한정되어 있다. 이 때에 전체 주위 용접 봉합선(17)의 노치(15)는 분사구멍을 형성하고, 이들로부터 연료가 내연기관의 연소실내로 유출한다. 상기의 경우 분사제트각은 원추형의 밸브시트(9) 및 밸브 밀봉면(11)의 원추각에 의해서 규정되고, 방사폭은 노치(15)의 폭에 의해서 규정되어 있다.

도 4에 나타난 제2실시예에서 밸브 본체(1)는 연소실로 뚫고 나온 그 하단부에 수용구멍(21)을 가지고 있고 이것에 헤드부분(3)이 완전히 끼워 넣어져 있다. 헤드부분(3)의 상단면은 다시 밸브 밀봉면(11)을 형성하고, 밸브 본체(1)의 고리형상 하단면은 밸브시트(9)를 형성하고 있고, 두 면은 원추형으로 형성되어 있고 상호 약간 다른 원추각을 가지고 있다. 상기의 경우에 형성된 밀봉 엣지(13)는 제2실시예에서는 내측에도 외측에도 배치할 수 있다.

제2실시예에서 밸브시트(9)에 있어서의 밸브 밀봉면(11)의 예부하 또는 프리로드는 조립시의 열처리에 의해서 만들어진다. 최초에 밸브 본체(1)는 고온으로 가열되고, 다음에 저온의 헤드부분(3)이 밸브 본체(1)의 수용구멍(21)에 끼워 넣어지고, 밸브 밀봉면(11)이 밸브시트(9)의 연소실을 향한 단부에 접촉하면, 밸브 본체(1)의 수용구멍(21)의 벽과 용접된다. 2개 부재(1,3)의 온도가 균일화한 후, 냉각하여 밸브 본체(1)가 수축하면 밸브 본체(1)에 대한 헤드부분(3)의 축방향 예부하 또는 프리로드가 생긴다.

도 5에 나타내고 있는 바와 같이, 제2실시예에서 분사구멍은 밸브 본체(1)의 벽내의 노치(23)로서 형성되어 있다. 이것들의 노치(23)는 밸브 밀봉면(11)과 겹치는 범위에 연장되어 있고, 그 배치와 기하학적 형상이 분사제트를 형성한다.

헤드부분(3)의 밸브 밀봉면에서 될 수 있는 한 양호한 용수철같은 탄성적인 격막작용을 달성하기 위해서, 도 6a에서 도 6f에 나타내고 있는 바와 같이, 헤드부분(3)은 중공체로서 형성되어 있다. 도 6b만은 헤드부분(3)을 호퍼형상 원판으로서 형성하여 변형예를 나타내고 있지만, 그 사용은 도 1로부터 도 3에 나타낸 제1실시예에서만 유리하다.

도 6의 그 밖의 실시예에 나타낸 헤드부분(3)의 중공체의 형상에 있어서, 밸브 밀봉면을 형성하는 상단면(11)이 용수철같이 탄성적으로 내측으로 양호하게 진입할 수 있는 것이 특히 중요하다. 상기의 경우 용수철 기능은 사용하는 재료 이외에 상단면(11)의 성형에 의해서 조정할 수 있다.

본 발명의 내연기관용 연료분사밸브는 다음 형식으로 작동한다.

분사단계의 개시시에 고압하에 있는 연료가 분사관을 통하여 압력통로(7)내로 유입하고, 헤드부분(3)의 밸브 밀봉면(11)을 개방방향으로 누른다. 이 때 어떤 특정한 연료압력을 넘기면 개방방향으로 작용하는 가압력이, 밸브 밀봉면(11)을 축방향으로 밸브시트(9)에 대하여 고정하고 있는 헤드부분(3)의 예부하 또는 프리로드를 상회하여, 밸브 밀봉면(11)을 밸브시트(9)로부터 용수철같이 탄성적으로 들어올린다. 제1실시예에서는 밀봉 엣지의 단면이 열린 결과, 연료는 밸브시트(9)와 밸브 밀봉면(11)의 사이의 고리형상 틈으로 유입하여, 용접 봉합선(17)의 노치(15)에서 내연기관의 연소실내로 유출한다. 제2실시예에서 연소는 열린 밀봉단면을 통과한 후, 밸브 본체(1)의 벽내의 노치(23)로 흘러, 거기에서 연소실내에 도달한다.

분사의 종료는, 공지의 형식에 의해 분사밸브에의 고압공급을 끝내는 것에 의해 행하여지고, 그 결과로서 밸브부재로 작용하고 있는 개방압력은 다시 필요한 개방력 이하로 내려가기 때문에, 용수철같이 탄성적인 밸브 밀봉면(11)은 밸브 밀봉면(11)을 폐쇄방향으로 누르는 예부하 또는 프리로드에 의해서 다시 밸브시트(9)에 접촉된다. 이 때 운동질량은 거의 발생하지 않기 때문에, 본 발명의 연료분사밸브는 매우 빠르고 또한 확실하게 작동한다.

Claims (10)

1. 밸브 본체(1)가 설치되어 있고, 해당 밸브 본체(1)의 연소실측의 단부에 밸브시트(9)가 설치되어 있고, 해당 밸브시트(9)에 상기 밸브 본체(1)에 대하여 위치 고정적으로 배치된 밸브부재가, 축방향의 예부하 또는 프리로드를 거쳐서 밸브 밀봉면(11)에 의해 접촉하고 있고, 또한 상기 밸브 본체(1)를 길이방향에서 관통하고 있는 압력통로(7)가 설치되어 있고, 해당 압력통로(7)가, 상기 밸브시트(9)에 의해서 구획된, 상기 밸브부재를 개방방향으로 부하하는 압력실로 개방하고 있고, 또한 상기 밸브시트(9)에 하류측에서 계속하고 있는, 연료공급되어야 할 내연기관의 연소실로 통한 적어도 1개의 분사구멍이 설치되어 있는 내연기관용의 연료분사밸브에 있어서,

   상기 밸브부재가 상기 밸브 본체(1)의 연소실측의 단부에 직접 고정된 헤드부분(3)으로써 형성되어 있고, 해당 헤드부분의 상기 밸브 본체(1)를 향한 단면이 밸브 밀봉면(11)을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용의 연료분사밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 헤드부분(3)이 상기 밸브 밀봉면(11)의 범위에서 용수철같은 탄성적인 격막으로서 형성되어 있고, 해당 격막이 연료고압에 의한 부하를 받아 상기 밸브시트(9)로부터 떼어놓는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
3. 제2항에 있어서, 상기 헤드부분(3)이 중공체로서 형성되어 있고, 해당 중공체의 상기 밸브 본체(1)를 향한 폐쇄된 단면이 밸브 밀봉면(11)을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
4. 제1항에 있어서, 상기 밸브 본체(1)에 설치된 밸브시트(9)와 상기 헤드부분(3)에 설치된 밸브 밀봉면(11)이 원추형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
5. 제1항에 있어서, 상기 헤드부분(3)이 착탈불능이고 유리하게는 용접결합에 의해서 상기 밸브 본체(1)에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
6. 제5항에 있어서, 상기 헤드부분(3)이 상기 밸브 본체(1)를 향한 단면에 의해 형성된 밸브 밀봉면(11)의 반경방향 외측의 범위에서 상기 밸브시트(9)를 형성하고 있는 상기 밸브 본체(1)의 연소실측의 단면과 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
7. 제6항에 있어서, 고리형상의 용접 봉합선(17)이 다수의 노치(15)를 가지고 있고, 상기 밸브 밀봉면(11)이 상기 밸브시트(9)부터 떼어놓이게 되면, 상기 노치(15)가 분사구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
8. 제5항에 있어서, 상기 헤드부분(3)이 상기 밸브 본체(1)의 연소실측의 단부에 설치된 수용구멍(21)에 삽입되어 있고, 상기 헤드부분(3)의 밸브 밀봉면(11)과 겹치는 범위에서 상기 밸브 본체(1)의 벽에 노치(23)가 설치되어 있고, 해당 노치(23)가 분사구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
9. 제8항에 있어서, 상기 헤드부분(3)의 연소실측의 하측 가장자리가, 주위면과 아래쪽의 고리형상 단면과의 사이에서 상기 밸브 본체(1)의 수용구멍(21)의 벽과 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
10. 제8항에 기재된 연료분사밸브를 제조하는 방법에 있어서,

    상기 밸브 본체(1)를 높은 온도로까지 가열하는 단계와,

    저온의 상기 헤드부분(3)을 상기 밸브 본체(1)의 수용구멍(21)에 삽입하는 단계와,

    상기 밸브 본체(1)의 수용구멍(21) 안에서 상기 헤드부분(3)을 용접하는 단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브를 제조하는 방법.