KR19990028585A - 연료분사밸브 - Google Patents

Abstract

기존 밸브의 경우 연료 주입을 위한 다공판을 밸브 시트에 용접할 때 응력이 생겨서 밸브 시트의 둥근 형태를 손상시킴으로써 밸브가 닫혔을 때 약간의 연료가 누출되는 현상이 발생할 가능성이 있다. 따라서 용접에 의해 밸브 시트의 둥근 형태에 부정적인 영향을 미치는 현상을 방지하고 밸브가 닫혔을 때 밸브의 밀폐성을 개선시킬 필요가 있다.

용접 이음매(31)와 연료 주입을 위한 다공판(21), 밸브 시트(16) 사이의 열 전달을 감소시키는 순환 슬릿(18)을 밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부에 넣음으로써 열 응력 및 기계적으로 야기된 응력을 용접된 가장자리부(33)에서 흡수하여 밸브 페이스(29)는 이같은 응력의 영향을 받지 않도록 한다.

본 연료 분사 밸브는 특히 연료와 공기의 혼합기를 압축하는 불꽃 점화 기관의 연료 분사 장치에 사용된다.

Description

연료 분사 밸브

밸브 시트에 설치된 밸브 페이스를 완성한 다음 밸브 시트의 정면에 연료 주입을 위한 다공판(perforated disk)이 용접된 연료 분사 밸브에 관해서는 이미 알려져 있다(DE 42 21 185 A1). 이 경우 특히 밸브 페이스의 둥근 형태를 일그러뜨리는 응력이 밸브 시트에 생기고, 그 결과 연료 분사 밸브가 닫혔을 때 빈틈이 생겨, 닫혀진 연료 분사 밸브에서 연료가 소량 누출되는 단점이 있다.

본 발명은 청구항 1항의 종류에 따른 연료 분사 밸브(fuel injection valve)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예로서, 연료 분사 밸브의 구조를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 두 번째 실시예로서, 연료 분사 밸브의 일부를 나타낸 도면.

본 발명의 실시예는 도면에 간략하게 그려져 있고, 다음 기술 부분에서 보다 자세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 의해 첫 번째 실시예로 제작된, 이미 알려져있는 연료 분사 밸브의 예를 부분적으로 나타낸 것으로서, 이 연료 분사 밸브는 연료와 공기의 혼합기체를 압축하는 불꽃 점화 기관(spark ignition engine)의 연료 분사 장치에 사용된다. 연료 분사 밸브에는 밸브 세로 축(2)과 중심이 같은 세로 구멍(3)이 있는, 파이프 모양의 밸브 박스(1)가 있다. 세로 구멍(3)의 내부에는 예를 들어 파이프 모양의 밸브 핀(5)이 설치되어 있는데, 유체가 흐르는 아랫 부분에 놓인 밸브 핀(5)의 끝부(6)는 둘레에 예를 들어 다섯 개의 원판(8)이 있는, 구형의 밸브체(7)와 연결되어 있다.

연료 분사 밸브가 일례로 전자기적으로 작동된다는 것이 주지의 사실이다. 도면에 간략하게 그려진 전자기 회로에는 자화 코일(magnetizing coil)(10)과 전기자(armature)(11), 철심(12)이 배치되어 있는데, 전자기 회로는 밸브 핀(5)을 축 방향으로 이동시키고, 그 결과 도면에는 그려지지 않은 풀백 스프링(pull-back spring)의 탄력이 주어지는 방향으로 연료 분사 밸브를 열거나 닫는데 이용된다. 전기자(11)는 레이저를 이용한 용접 이음매 등을 통해 밸브체(7)와 다른 쪽을 향한 밸브 핀(5)의 끝과 연결되며, 철심(12)을 향하고 있다.

밸브 시트(16)의 안내 구멍(15)은 축 이동이 진행되는 동안 밸브체(7)를 안내하는 역할을 한다. 유체가 흐르는 아랫 부분에 위치하고, 철심(12)과 다른 쪽을 향한, 밸브 박스(1)의 끝에 밸브 세로축(2)과 중심이 같은 세로 구멍(3) 안으로 원통형의 밸브 시트(16)가 삽입되어 있다. 밸브 시트(16)의 둘레는 밸브 박스(1)의 세로 구멍(3) 보다 구경이 약간 작다. 밸브체(7)와 다른 쪽을 향한, 밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부에는 순환 슬릿(circulating slit)(18)이 위치한다. 예를 들어 단지 모양으로 생긴, 연료 주입을 위한 다공판(21)의 바닥 부분(20)의 정면(19) 상단부는 밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부와 닿아 있고, 밸브 시트(16)의 정면(17)과 첫 번째 용접 이음매(31)를 통해 중심이 같도록 고정, 결합되어 있다. 연료 주입을 위한 다공판(21)의 바닥 부분(20)에는 중앙(24)에 예를 들어 침식이나 프레스 가공 등의 방법으로 제작된 네 개의 분사구(25) 등 최소한 한 개의 분사구(25)가 놓이게 된다.

단지 모양으로 생긴, 연료 주입을 위한 다공판(21)의 바닥 부분(20)에는 순환하는 리테이닝 에지(retaining edge)(26)와 접하는데, 리테이닝 에지(26)는 축 방향으로 밸브 시트(16)와 반대 쪽으로 뻗어 있으며, 끝 부분(27)까지 원추형을 이루며 바깥쪽으로 휘어져 있다. 밸브 시트(16)의 바깥 지름이 밸브 박스(1)에 난 세로 구멍(3)의 구경보다 작기 때문에 세로 구멍(3)과, 약간 원추형을 이루며 바깥쪽으로 휘어진, 연료 주입을 위한 다공판(21)의 리테이닝 에지(26) 사이에만 레이디얼 프레스 가공(radial pressing)을 한다.

밸브 시트(16)와 단지 모양의, 연료 주입을 위한 다공판(21)으로 구성된 밸브 시트 부분이 세로 구멍(3)에 밀려 들어가는 깊이가 밸브 핀(5)을 끌어 올려지도록 프리세팅(presetting)된 높이를 결정한다. 왜냐하면 자화 코일(10)이 여자(勵磁)되지 않은 경우 밸브 핀(5)의 한 최종 위치가 밸브 시트(16)의 밸브 페이스(29)에 밸브체(7)가 접함으로써 결정되기 때문이다. 밸브 핀(5)의 또다른 최종 위치는 자화 코일(10)이 여자된 경우 전기자(11)가 철심(12)에 닿게 되는 등의 방법으로 결정된다. 따라서 밸브 핀(5)의 양쪽 최종 위치의 사이는 밸브 핀의 양정(lifting)이 진행되는 경로를 나타낸다.

연료 주입을 위한 다공판(21)의 리테이닝 에지(26)의 끝부(27)는 세로 구멍(3)의 벽과 빈틈없이 고정, 결합되어 있다. 이를 위해 리테이닝 에지(26)의 끝부(27)와 세로 구멍(3)의 벽 사이에 순환하는 두 번째 용접 이음매(30)가 위치한다. 슬릿(18)과 밸브 시트(16)의 사이에 놓인 중앙부(24)의 외부에는 정면(17) 하단부에 용접된 가장자리부(33)가 생기는데, 여기서 첫 번째 순환하는 용접 이음매(31)로 바닥 부분(20)이 밸브 시트(16)와 빈틈없이 연결된다. 연료가 밸브 박스(1)의 세로 구멍(3)과 밸브 시트(16)의 둘레 사이를 지나 분사구(25)로, 또는 밸브 박스(1)의 세로 구멍(3)과 단지 모양의, 연료 주입을 위한 다공판(21) 사이를 지나 곧장 내연기관의 공기 흡입관(air take tube)으로 흘러 들어가지 못하도록 하기 위해서는 밸브 시트(16)와 연료 주입을 위한 다공판(21), 그리고 다공판(21)과 밸브 박스(1)의 연결 부위에 틈새가 없어야 한다.

구형(求刑)의 밸브체(7)는 유체가 흐르는 방향으로 원추대 꼴로 점차 뾰족해지는, 밸브 시트(16)의 밸브 페이스(29)와 함께 움직이며, 밸브 페이스(29)는 밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부의 안내구(15)와 배출구(32) 사이에 축 방향으로 형성되어 있다. 밸브 시트(16)에는 자화 코일 쪽을 향해 밸브 시트 구멍(34)이 있는데, 밸브 시트 구멍(34)의 직경은 밸브 시트(16)의 안내구(15)의 직경보다 크다.

축 이동이 진행되는 동안 밸브체(7)와 밸브 핀(5)을 정확하게 안내하기 위해서 안내구(15)의 직경은, 구형의 밸브체(7)가 원판(8)의 외부에서 안내구(15)로부터 작은 반지름 방향 간격을 가지면서 돌출될 수 있도록 정해진다. 연료 주입을 위한 다공판(21)의 바닥 부분(20)의 중앙부(24)는 예를 들어 유체가 흐르는 아랫쪽 방향으로, 다시 말해 밸브체(7)가 가리키는 방향으로 평평한 바닥 부분(20)으로부터 볼록하게 불거져 나와 가운데 부분에 굴곡이 생긴다. 밸브체(7)의 정면과 밸브 페이스(29), 연료 주입을 위한 다공판(21)의 굴곡 부위(36) 내지 정면(19) 상단부의 벽 사이에 연료 탱크(37)가 설치되어, 밸브 페이스(29)가 밸브체(7)를 들어 올리는 경우 분사구(25)를 통해 연료가 분배되어 내연기관의 공기 흡입관으로 분사되기 전에 연료가 우선 연료 탱크(37)에 도달하게 된다.

연료 주입을 위한 다공판(21)이 용접 이음매(30, 31) 사이에서 축 방향으로 구부러지면 밸브 시트(7)의 양정이 정확하게 조정된다.

밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부에 있는 순환 슬릿(18)은, 첫 번째 용접 이음매(31)가 연료 주입을 위한 다공판(21)과 용접된 가장자리(33)에 닿게 될 때 밸브 페이스(29)로 열이 전달되지 못하도록 하는 역할을 함으로써, 열 응력과 기계적인 응력에 의한 변형이 용접된 가장자리(33)에서만 발생하고, 밸브 페이스(29)에는 발생하지 않게 된다. 그 결과 밸브 페이스(29)의 둥근 형태가 그대로 유지됨으로써 연료 분사 밸브가 닫혔을 때 연료가 새어나가지 않게 된다. 특히 첫 번째 용접 이음매(31)가 밸브 시트(16)의 둘레와 인접해 있고, 슬릿(18)과 첫 번째 용접 이음매(31) 간의 반지름 방향 간격이 슬릿(18)과 배출구(32) 간의 반지름 방향 간격보다 작아서 용접된 가장자리부(33)의 폭이 최대한 좁아지는 경우, 열 응력 및 기계적 응력에 의해 밸브 페이스(29)가 첫 번째 용접 이음매(31)로부터 쉽게 분리된다.

도 2에 따른 실시예에서는 도 1에 따른 실시예와 비교하여 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되어 있다. 도 1에 따른 실시예에서와는 달리 도 2에 따른 실시예의 경우 밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부에 밸브체(7)와 멀리 떨어진 지점에 세로 구멍(3)과 접하는, 확대 구멍(40)이 있는데, 이 확대 구멍(40)의 단면은 세로 구멍(3)보다 크다. 연료 주입을 위한 다공판(21)의 리테이닝 에지(26)는 확대 구멍(40)의 벽에까지 이르며, 순환하는 두 번째 용접 이음매(30)에 의해 확대 구멍(40)의 벽과 빈틈없이 연결된다. 그 결과 연료 주입을 위한 다공판(21)과 밸브 시트(16)의 둘레, 확대 구멍(40)의 벽 사이에 세로 구멍(3)과의 접점까지 이르는 고리 모양의 틈새(41)가 이 부분에 생겨서, 두 번째 용접 이음매(30)를 만들 때 밸브 박스(1)에서 밸브 시트(16)로의 열 전달 현상이, 정면(17) 하단부에서가 아닌, 밸브의 세로축(2) 방향으로 고리 모양의 틈새(41)의 축방향 너비만큼 연장되고, 열 전도를 막는 열 전도 구간을 지난 다음에야 발생하도록 한다. 이밖에 용접 이음매(30, 31) 간의 반지름 방향 간격이 확대됨으로써 연료 주입을 위한 다공판(21)이 휘어짐으로써 이 부분에서 밸브체(7)의 양정이 쉽게 조정되는 효과도 얻을 수 있다. 고리 모양의 틈새(41)의 반지름 방향 폭(radial width)은 예를 들어 0.2 mm, 축방향 너비는 1 mm 정도이다. 슬릿(21)의 반지름 방향 폭은 예를 들어 0.6 mm, 깊이는 0.5 mm 정도이다.

이에 비해 본 발명에 의해 청구항 1항에 소개된 특징을 갖는 연료 분사 밸브는 연료 주입을 위한 다공판을 밸브 시트에 용접할 때 밸브 페이스의 둥근 형태를 일그러뜨리지 않음으로써 밸브가 닫혔을 때도 간단한 방법으로 연료가 누출되는 현상을 방지하는 장점이 있다. 밸브 시트의 정면에 슬릿(slit)을 넣음으로써 밸브 시트가 기계적으로, 그리고 열에 의해 분리되고, 그 결과 용접으로 인해 생겼던 응력도 받지 않게 된다. 열에 의한 밸브 시트의 변형은 용접이 되는 밸브 시트 부분에 의해 흡수된다.

아래 청구항에 기술된 여러 조치를 통해 청구항 1항에 언급된 연료 분사 밸브를 유리하게 응용, 개선할 수 있다.

첫 번째 용접된 이음매가 밸브 시트와 근접한 곳에 위치하도록 하고, 슬릿과 첫 번째 용접 이음매 간의 반지름 방향 간격(radial distance)을 슬릿과 분사구 간의 반지름 방향 간격보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이를 통해 용접 이음매와 밸브 시트 간의 간격이 넓어지고, 이로써 밸브 시트의 열 응력(thermal stress)도 최소화된다.

밸브 박스에는 밸브 시트를 삽입하기 위해 세로로 구멍을 내는 한편, 밸브 시트의 정면 하단부에는 밸브 시트와 떨어진 방향으로 세로 구멍보다 횡단면이 넓고, 벽(wall)이 두 번째 용접 이음매를 통해 연료 주입을 위한 다공판과 연결된 구멍을 내는 것도 바람직하다. 이렇게 함으로써 연료 주입을 위한 다공판이 두 번째 용접 이음매에 의해 밸브 박스에 고정되어 밸브 시트가 열 응력에 의해 변형되는 것을 막을 수 있다. 또한 용접 이음매의 반지름 방향 간격이 확대됨으로써 밸브 양정(valve lift) 조절시 연료 주입을 위한 다공판의 용접 이음매 부위가 쉽게 휘어지게 된다.

Claims (4)

1. 밸브 박스 및 밸브체에 접하고, 유체가 흐르는 아래 방향으로 끝부가 밸브 시트의 정면 하단부까지 이어진 배출구와 연결되며, 밸브 페이스와 함께 움직이는 가동 밸브체 및 밸브 시트의 정면 하단부에 첫 번째 용접 이음매로 고정되고, 최소한 하나의 분사구를 가진, 연료 주입을 위한 다공판이 있는 내연기관용 연료 분사 밸브에 있어서,

   밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부에 배출구(32)와 첫 번째 용접 이음매(31) 사이에 반지름 방향 간격만큼 떨어져서 배출구(32)를 둘러싸는 슬릿(slit)을 넣는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제 1항에 있어서, 첫 번째 용접 이음매(31)가 밸브 시트(16)의 둘레와 인접해 있고, 슬릿(18)과 첫 번째 용접 이음매(31) 간의 반지름 방향 간격이 슬릿(18)과 배출구(32) 간의 반지름 방향 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 밸브 박스(1)에 밸브 시트(16)를 삽입하는 세로 구멍(3)이 있고, 밸브 시트(16)의 정면(17) 하단부에 밸브체(7)와 멀리 떨어진 지점에서 단면이 큰 확대 구멍(40)이 세로 구멍(3)과 접하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 3항에 있어서, 연료 주입을 위한 다공판(21)이 두 번째 용접 이음매(30)에 의해 확대 구멍(40)의 벽과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.