KR20000062925A - 연료 분사 밸브 및 이를 장착한 내연 기관 - Google Patents

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KR20000062925A
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미야지마아유무
오까모또요시오
가도무까이유조
도가시시게노리
아모기요시
야마까도마꼬또
이시까와도오루
구보히로마사
후지이히로시
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가나이 쓰토무
가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

연료 분사 밸브(1)의 분사공(8)의 출구부에서, 분사공(8)을 형성하는 벽의 일부(A1, 7B)의 제거를 통해, 분무 유동의 구속이 해제되어, 구속 해제된 측면에서 분무가 농후하게 되고 구속측에서 희박하게 되는 편향 분무가 형성되고, 따라서 내연 기관의 점화성이 향상되고, 미연소 가스 성분의 배기량을 줄이는 최적의 분무가 실현된다.

Description

연료 분사 밸브 및 이를 장착한 내연 기관{FUEL INJECTION VALVE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE MOUNTING THE SAME}
본 발명은 내연 기관 내로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브, 및 점화성과 연소성에 관해 뛰어난 연료 분무를 형성하기 위한 기술에 관한 것이다.
내연 기관의 흡기 매니폴드 내로 연료를 분사하는 흡기 매니폴드 내 연료 분사 장치의 예로서, 연소실 내로 직접 연료를 분사하는 관내 연료 분사 장치가 공지되어 있다.
일예로, 일본 특개평 6-146886호(1994)는 그러한 관내 가솔린 분사 엔진을 개시한다. 이러한 종래 기술에서, 연료 분사 밸브의 부착 위치 및 흡입 개방단으로부터 상방 연장하는 흡기구를 거쳐 연소실 내의 수직 소용돌이의 흡입 흐름(전도류)의 형성을 고려하여, 화학량론 공기 연료 혼합시의 연료 보다 더 희박한 연료로 연소가 안정적으로 수행되고 연료 경계성이 향상된다.
그러나, 위의 종래 기술은 이후에 설명될 점화성(발화성) 및 연소성(불연성 가스 배출량의 감소) 모두를 향상시킬 수 있는 분무 형태 또는 분무 구조를 충분히 고려하지 않았다.
연료 분사 밸브로부터 분사된 분무를 최적화하기 위해, 다음의 특성을 고려하는 것이 필요하다. 첫 번째 특성은 그 영향 인자들이 분무의 살포각 및 그 도달 거리인 분무 형태이다. 두 번째 특성은 가능한 최대한으로 큰 직경을 갖는 입자의 수를 줄이면서 입자 직경 분포를 균일화하는 데 필요하다는 점에서의 분무 입자 직경이다. 세 번째 특성은 분무된 연료 입자의 공간 분포를 최적화하는 데 요구되는 분무 구조이다.
내연 기관에 대해 이러한 분무 특성들이 연소 특성에 어떻게 영향을 주는가에 대해 실험적인 분석 및 연구의 결과로서, 다음의 것들이 명백히 설명된다. 점화성을 향상시키기 위해, 점화 유닛 주위의 연료 입자 분포를 증가시키고 가연성 밀도의 공기 연료 혼합물의 분포를 향상시키는 것이 효과적이다. 한편, 피스톤 방향으로의 연료 입자 분포가 줄어들게 되면, 연료 내의 미연소 가스 성분(HC, CO)이 줄어드는 경향이 있어, 연소성이 향상된다. 또한, 낮은 엔진 rpm으로부터 높은 엔진 rpm으로의 넓은 범위에 걸쳐 연소 안정성을 얻기 위해, 분무 형태는 실린더 내의 압력 변동에 의해 가변되지 않는 것이 바람직하다. 이는 연료 분사 장치와 점화 유닛 간의 기하학적 위치 관계가 고정되기 때문에 기인하며, 적절한 농도의 연료 분무를 점화 유닛에 항상 공급하기 위해, 연료 분무 팽창을 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 다시 말해, 종래의 연료 분사 장치에 의해 분사된 연료 분무는 실린더 내의 압력이 낮고 저하되는 경향이 있을 때나, 실린더 내의 압력이 클 때 퍼지는 경향이 있다. 따라서, 연료 분사 장치 및 점화 유닛의 배치가 실린더의 비교적 고압 상태를 참고로 하여 결정되게 되면, 연료는 실린더 내의 압력이 낮아질 때 실린더 내의 상부 및 측면 실린더면 또는 피스톤 헤드 상에 놓여지는 경향이 있고, 한편 실린더 내에 비교적 낮은 압력 상태가 기준으로서 선택되면, 실린더 내의 압력이 상승할 때 연소에 적절한 연료 분무를 점화 유닛에 도달시키는 것이 어렵게 되는 경향이 있다.
본 발명은 내연 기관의 점화성을 향상시키고 연소시에 미연소 가스 성분의 배출량을 줄이기에 적절한 연료 분무를 실현하는 연료 분사 밸브 및 이를 장착한 내연 기관을 제공하기 위한 것이다.
위의 목적을 달성하기 위해, 실린더 내의 압력 변동에 대해 그 형태가 거의 변화하지 않는 연료 분무가 생성된다. 이를 위해, 점화 유닛을 향한 공기 연료 혼합물이 집중되고 피스톤을 향한 연료 입자가 희박하게 되는 그러한 연료 분무가 발생된다. 이러한 경우에, 그 분무 외부의 공기는 연료 입자가 희박하게 되는 (또는 연료 분자가 배출되는) 부분으로부터 그 분무 내로 도입된다. 이에 의해, 그 분무 외부 및 내부 간의 압력차는 줄어들 수 있어 분무 붕괴를 어렵게 한다.
구체적으로, 연료 분사 밸브에서 제공되고 분사 연료을 위한 분사공의 배출구에서, 분사공을 형성하는 벽면의 일부의 제거를 통해, 분무 흐름의 구속을 해제하고 그 구속이 해제되는 측면에서의 분무가 농후하고 구속된 측면에서의 분무가 희박하게 되는 편향 분무가 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 또한 구속력을 비선형으로 변화시키는 것이 또한 바람직하다.
내연 기관에서, 농후한 분무가 점화 유닛의 측면에 형성되고 희박한 분무가 피스톤의 측면에 형성되도록 위의 연료 분사 밸브를 배치하는 것이 바람직하다.
도1은 본 발명의 하나의 실시예를 나타낸 솔레노이드 타입의 연료 분사 밸브를 도시한 종단면도.
도2a 및 도2b는 도1에 도시된 솔레노이드 타입의 연료 분사 밸브(1)의 노즐 부재(7)를 확대 도시한 것이고, 도2a는 노즐 부재(7)의 종단면도이고 도2b는 화살표 방향(N)을 따라 본 도2a의 노즐 부재(7)의 평면도.
도3a는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브가 연료를 대기 중으로 분사할 때의 분무를 도시한 것이고, 도3b는 도3a의 단면 평면 X-X를 따라 취하고 화살표 N을 따라 본 분무의 횡단면도이고, 도3c는 연료가 연소실(실린더) 내로 직접 분사되는 본 발명의 연료 분사 밸브가 적용되는 내연 기관의 개략도.
도4a는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 분사공 부분의 확대도이고, 도4b는 연료 배출부의 형태 및 분무 단면 형태를 도시한 개략도.
도5a는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브가 연료를 대기 중으로 분사할 때의 종단면 분무의 사진이고, 도5b는 단면 X-X를 따라 취하고 도5a의 화살표 N을 따라 본 분무의 횡단면도의 사진.
도6a는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브가 연료를 대기 중으로 분사할 때의 종단면 분무의 사진이고, 도6b 및 도6c는 도6a에 형성된 축선을 따르는 유량 분포를 도시한 그래프.
도7a, 도7b, 도7c 및 도7d는 본 발명에 따른 다른 실시예에서의 노즐 부재(7)의 확대도이고, 도7a 및 도7c는 각각의 노즐 부재(7)의 종단면도이고, 도7b는 도7a에 도시되고 화살표 방향(N)을 따르는 본 노즐 부재(7)의 평면도이고, 도7d는 도7c에 도시되고 화살표 방향(N)을 따르는 본 노즐 부재(7)의 평면도.
도8a 및 도8b는 본 발명에 따른 다른 실시예에서의 노즐 부재(7)의 확대도이고, 도8a는 노즐 부재(7)의 종단면도이고, 도8b는 도8a에 도시되고 화살표 방향(N)을 따라 본 노즐 부재(7)의 평면도.
도9a, 도9b 및 도9c는 본 발명에 따른 내연 기관의 실시예를 도시한 것이고, 도9a는 종단면도이고, 도9b는 도9a에 도시되고 화살표 방향(P)을 따라 본 연소실의 개략도이고, 도9c는 도9a에 도시되고 화살표 방향(P)을 따라 본 피스톤 헤드의 개략도.
도10a 및 도10b는 본 발명에 따른 내연 기관의 또 다른 실시예를 도시한 것이고, 도10a는 내연 기관의 종단면도이고, 도10b는 화살표 방향(P)을 따라 본 피스톤 헤드의 개략도.
도11은 본 발명에 따른 내연 기관의 다른 실시예를 도시한 종단면도.
도12a 및 도12b는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 또다른 실시예에서의 노즐 부재(7)의 확대도이고, 도12a는 노즐 부재의 종단면도이고, 도12b는 화살표 방향(N)을 따라 도12a의 평면도.
도13은 도9a, 도9b 및 도9c의 실시예에 관련한 또 다른 실시예를 도시한 도면이고, 분사공의 상부 단부를 도시한 도면 및 배출구의 측면으로부터 본 분사공의 평면도.
도14는 본 발명에 따른 내연 기관의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.
도15a 및 도15b는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 또다른 실시예에서의 노즐 부재(7)의 확대도이고, 도15a는 노즐 부재의 종단면도이고, 도15b는 화살표 방향(N)을 따라 본 도15a의 평면도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
2 : 코어
3 : 요크
6 : 볼
7 : 노즐 부재
8 : 분사공
10 : 스프링
본 발명의 실시예에 대해 도1 내지 도6c를 참고로 하여 설명하기로 한다. 이하에서는, 밸브 축선(밸브축 중심)을 포함하고 밸브 축선과 평행한 평면을 종단면 평면이라 부르고, 밸브 축선에 수직인 평면을 횡단면 평면이라 부른다.
솔레노이드 타입의 연료 분사 밸브(1)는 제어 유닛에 의해 계산된 온-오프 듀티 신호에 의한 시트부의 개폐를 통해 연료 분사를 수행한다. 자기 회로는 요크(3)와, 요크(3)의 개방단을 폐쇄하는 플러그 본체부(2a)를 포함하는 코어(2)와, 요크(3)의 중앙부를 통해 연장하는 기둥형 부분(2b)과 간극을 통해 코어(2)와 대면하는 앵커(4)에 의해 형성된다. 기둥형 부분(2b)의 중앙에, 탄성 부재로서 기능하는 스프링(10)을 유지하기 위한 구멍(4a)이 제공되고, 그를 통해 자기 재료로 제조된 앵커(4), 봉(5) 및 봉(5)에 결합된 볼(6)에 의해 구성된 밸브 본체(40)는 그 본체를 그 안으로 삽입하도록 시트면(9) 상에 압박된다. 시트면(9)으 분사공(8)의 상류측에 배치되도록 분사공(8)과 함께 노즐 부재(7)에 형성된다. 스프링(10)의 상부단은 설정 하중을 조절하도록 코어(2)의 중심에 삽입되는 스프링 조절기(11)의 기부단과 접촉한다. 코어(2)의 기둥형 부분(2b)의 측면과 요크(3)의 밸브 본체(40)의 측면 사이의 대향 간극에, 연료가 코일(14)의 측면으로 흐르는 것을 방지하도록 그 사이에서 기계식으로 고정된 시일링(12)이 제공된다. 자기 회로를 여기시키는 코일(14)은 보빈(13) 주위로 권취되고, 그 외주연은 플라스틱 재료에 의해 성형된다. 위의 소자들에 의해 형성된 코일 조립체(15)의 단자(17)는 코어(2)의 플러그 본체부(플랜지)(2a)에 마련된 구멍(16) 안으로 삽입된다. 단자(17)는 도시되지 않은 제어 유닛의 단자에 결합된다.
요크(3)에서, 플런저 수용부(18)는 밸브 본체(40)를 수용하도록 절단함으로써 형성되고, 또한 그 직경이 플런저 수용부(18)의 직경 보다 더 큰 노즐 수용부(20)는 스토퍼(19) 및 노즐 부재(7)의 수용을 위해 요크(3)의 상부단 까지 관통 구멍으로서 제공된다. 봉(5)의 앵커(4)의 측면에, 연료 통과를 허용하는 공동부(5A)가 마련된다. 공동부(5A)는 연료 유동 포트(5B)를 갖추고 있다. 밸브 본체(40)의 축방향 운동은 앵커(4)의 외주연의 접촉을 통해 안내되고 볼(6) 또는 봉(5)의 볼(6)의 측면에서의 단부 근방 뿐만 아니라 시일링(12)의 내주면은 또한 연료 선회 소자(22)의 내주면(23)에 의해 안내된다. 연료 선회 소자(22)는 노즐 부재(7) 내에 형성된 중앙 공동부 내에 삽입되고 시트면(9)의 상류측에서 그 내벽(21)과 접촉하면서 배치되어 있다. 본 실시예에서, 노즐 부재(7)는 원통형 측벽부(주연 벽부)(72) 및 단부면(기부면)(71)을 포함하도록 단편 부재에 의해 구성된다. 이 경우에, 노즐 부재(7)는 연료 선회 소자(22)와 밸브 본체(40)의 일부를 수용하는 하우징을 구성한다.
또한, 밸브 본체(40)의 스트로크(도1의 축을 따른 상향 이동량)은 봉(5)의 목부의 수용면(5C)과 스토퍼(19) 사이의 간극에 의해 설정된다. 또한 계속해서, 필터(24)는 볼(6)과 시트면(9) 사이의 밸브 시트의 측면 상에서 연료 또는 파이프 라인 내의 먼지 또는 이물질의 침투를 방지하기 위해 제공된다.
이제, 본 실시예에 따른 L자형 절개면을 포함하는 구조를 갖는 노즐 부재(7)에 대해 도2를 참고로 하여 설명하기로 한다.
분사공(8)은 그 중심이 밸브 본체(40)의 축선(밸브 축 중심)(J)과 일치하고 그 벽면이 축선(J)에 평행하도록 형성된다. 분사공(8)의 배출구가 형성되는 노즐 상단부면(7A)에, 축선(J)에 수직인 면(7B)과 축선(J)에 실제 평행한 면(A1)에 의해 구성된 L자형 절개부가 형성되어 있다. 이 경우에, L자형 절개부는 다음과 같은 형태, 즉 절개부의 분사공(8)의 폭이 W이고, 가장 깊은 절개부에서의 분사공(8)의 길이가 L이며 절개되지 않은 부분(가장 적은 절개부)의 분사공(8)의 길이가 L"인 형태로 되고, 노즐 부재(7)의 상부 단부면은 축선(J)에 수직인 2 개의 평면(7A, 7B)에 의해 구성되고 축선(J)에 평행한 면(A1)에 의해 분사공(8)을 개재하도록 형성되고 이러한 2 개의 평면(7A, 7B)을 연결한다.
위와 같은 구조로서, 분사공(8)의 출구 개구면은 단차식으로 배치된 평면(7A, 7B) 상에 단차부를 포함하도록 형성된다.
위의 절개부는 분사공(8)의 주연 방향에 대해 비선형식으로 연료 분무로의 구속력을 가변시키는 것이 바람직하다. 또한 위의 단차부로 인해 구속력 변동이 비선형이라는 점에서 단차형 구속력 변동을 통해 구속력 변동에서의 비선형성을 증가시키는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예에 따른 연료 분사 밸브는 다음의 구조를 갖는 것으로 일반화된다.
(1) 단차부는 교점 중 하나로부터 다른 교점으로의 도중에 출구 개구를 형성하는 주연에 형성될 뿐만 아니라 분사공(8)의 중심 축선을 포함하고 중심 축선에 평행한 단면에 의해 형성되고 분사공(8)의 출구 개구를 형성하는 주연에 의해 형성되는 2 개의 교점은 중심 축선을 따른 방향으로 편의된다.
(2) 이 경우에, 각각의 2 개의 교점으로부터 대응 단차부로의 도중에 출구 개구를 형성하는 2 개의 주연은 위의 단면에 수직 방향으로부터 볼 때 실제 평행 정렬된다.
(3) 또한, 출구 개구를 형성하는 주연은 단차부에서 중심 축선을 따른 방향으로 가변되도록 형성된다.
(4) 분사공(8)의 배출구면은 분사공(8)의 중심 축방향으로 단차부를 포함하도록 형성된다.
(5) 단차부는 분사공(8)을 형성하는 통로벽의 길이가 분사공(8)의 주연 방향으로 비선형식으로 가변되도록 분사공(8)의 배출구 부분에 마련된다.
(6) 분사공(8)의 배출구에, 분사공(8)의 중심 축선에 실제 평행한 절개부가 형성되고, 절개부에 대해 일측면의 벽면을 제거함으로써 단차부가 형성된다.
(7) 분사공(8)의 배출구가 형성되어 있는 노즐 상부 단부면에 단차부를 형성함으로써, 단차부는 출구 개구면에 형성된다.
(8) 분사공(8)을 위한 배출구를 형성하는 주연에서, 단차부는 분사공(8)을 형성하는 통로벽면의 길이가 분사공(8)의 주연 방향으로 가변되고 연료가 연료 유입부에서의 1.0 내지 20MPa의 압력을 연료 분사 밸브에 제공하면서 분사되도록 분사공(8)의 중심축 방향에 형성된다.
도2a에 도시된 구조에서, 내부에 형성된 분무는 다음의 특징을 갖는다.
(a) 분사공(8)을 형성하는 통로벽의 절개측에서, 분무의 분배량(공기 연료 혼합물의 분배량)은 증가된다.
(b) 절개측으로부터 분사된 분무의 운동 에너지가 크기 때문에, 분무의 입경은 작아진다.
위의 (a) 및 (b)의 장점으로 인해, 연료의 발화성은 개선되고 연료 경제성이 향상된다.
위의 구조에서, 관련 절개면(A1)과 같은 "절개부"는 그 처리 방법을 절대로 제한하지 않고, 그 부분이 제거되어 있는 형태를 단순히 의미한다. 성형 재료와 주물을 이용하여 프레스 작업(소성 작업)과 같은 처리 방법이 그를 위해 이용될 수 있다. 위의 내용은 다음의 실시예에 대해 진실임을 또한 알 수 있다. 또한, 볼(6)은 반드시 구형 형태일 필요는 없으며, 즉 볼(6)은 원뿔형 또는 바늘 형태로 될 수 있다.
도2b는 분사공(8)의 직경(d0), 시트각(θ), 화살표 "플러그", 화살표 "피스톤"및 선 K 및 M을 형성한다. 선 K는 분사공(8)의 중심을 통과하고 절개면(A1)에 평행한 선을 나타내고, 선 M은 분사공(8)의 중심을 통과하고 선 K에 수직인 선을 나타내고, 화살표 "플러그"와 화살표 "피스톤"은 선 M에 평행하다.
또한, 도2a에서, 연료 선회 소자(22)는 연료 선회 소자(22)의 외주부의 평면에서 세팅에 의해 형성된 축방향 홈(25)과 방사 방향 홈(26)을 갖추고 있다. 본 실시예에서, 축방향 홈(25)이 평면 내에 형성되어 있지만, 환상 통로와 같은 다른 형태들도 이용될 수 있다. 축방향 홈(25)과 방사 방향 홈(26)은 연료 선회 소자(22)로부터 상향 도입된 연료용 통로를 형성하나, 축방향 홈(25)을 통해 통과된 연료는 방사 방향 홈(26)에 의해 축 중심으로부터 편향되면서 도입되고 그 연료가 노즐 부재(7)에 마련된 분사공(8)에 의해 분사될 때 연료의 분무를 증진시키기 위해 기능하는 소용돌이를 갖추게 된다. 본 명세서에서, 연료 선회 소자(22)에 의해 제공된 선회 강도(선회 수(S))는 다음의 등식에 의해 결정된다.
S = (각 운동량)/(분사축 방향으로의 운동량)× (분사공 반경) = (2·d0·LS)/(n·ds 2·cos(θ/2)
여기에서,
d0: 분사공의 직경
LS: 홈의 편향량(밸브축 중심과 홈(폭) 중심 간의 거리)
n : 홈의 개수
θ : 밸브 시트의 각
ds: 홈 폭 및 홈 높이= 2·W·H/W+H
소용돌이 개수(S)가 증가할 때, 분무는 증진되어 퍼지게 된다.
본 실시예의 연료 분사 밸브(1)의 작동에 대해 이하에 설명하기로 한다. 전기 신호가 코일(14)에 인가될 대, 자기 회로는 코어(2), 요크(3) 및 앵커(4)를 통해 형성되고, 앵커(4)는 코어(2)의 측면으로 유인된다. 앵커(4)가 이동할 때, 볼(6)은 시트면(9)으로부터 제거되고 연료 통로는 개방된다.
연료는 필터(24)로부터 코어(2)의 내부 통로와, 앵커(4)의 외주부와, 연료 통과를 허용하도록 앵커(4) 내부에 마련된 공동부(5A) 및 연료 유출구(5B)를 거쳐 연료 분사 밸브(1) 내로 흐르게 되어, 연료는 하류로 흐르게 되고, 그후 연료는 스토퍼(19)와 봉(5), 및 축방향 연료 통로(25) 및 방사 방향 연료 통로(26) 사이의 간극을 통해 선회하면서 시트부로 공급된다.
이제, 본 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)에 의해 얻게 된 분무 구조에 대해 도3a 내지 도6c를 참고로 하여 설명하기로 한다.
도5a 및 도5b는 본 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)에 의해 분사된 분무를 사진으로 나타낸 실험 결과의 예이다. 실험 조건은 연료압이 대기 상태 하에서 약 7MPa이다. 수직 단면 내의 분무를 사진으로 나타내기 위해, 레이저 비임이 밸브 본체축선(J)을 포함하는 평면과 카메라에 의해 연료 분사를 촬영한 후에 2 내지 3ms의 분무 화상을 형성하도록 레이저 시트 비임을 설정하면서 분무에 방사된다. 마찬가지로, 횡단면 내의 분무의 촬영을 위해, 밸브 본체축선(J)에 수직인 X-X 평면을 형성하도록 레이저 시트 비임을 설정하여 촬영을 하게 된다. 도면에 도시된 대로, 본 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)로부터 분사된 분무의 종단면 및 횡단면은 화살표 "플러그"의 측면으로 편향되고, 가연성 농도의 공기 연료 혼합물은 편향측에서 농후하고, 한편 화살표 "피스톤"의 측면에서, 분무는 가연성 농도의 공기 연료 혼합물이 희박하게 되는 영역(80A)에 의해 도시된 바와 같은 분포를 나타내게 된다.
도6a, 도6b 및 도6c는 본 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)에 의해 분사된 분무의 유량 분포의 예를 도시한 다이어그램이다. 도6a는 유량 분포가 측정된 분포 횡구간의 예를 도시한 것이다. 도6b는 도6a에 정의된 선 m 상의 유량 분포를 도시한 것이고, 도6c는 도6a에 정의된 선 k 상의 유량 분포를 도시한 것이다. 실험 조건은 도5a 및 도5b와 동일하다. 도6a 및 도6b의 횡좌표들은 선 m 및 k 상의 각각의 측정점을 나타내고, 그 종좌표는 최대 유량을 1로 가정하면서 무차원화된다. 도6b에 도시된 대로, 분무는 대개 "플러그"측에 분포되고 "피스톤"측에는 덜 분포된다. 또한, 도6c에 도시된 대로, 선 k 상의 분포는 실제 대칭이다.
도3a에 도시된 대로, 본 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)로부터 분사된 분무는 화살표 "플러그"측을 향해 편향각(β)로 편향되고, 편향측에서 가연성 농도의 공기 연료 혼합물은 농후하고 화살표 "피스톤"측에서 가연성 농도의 공기 연료 혼합물은 희박하다. "플러그"측에서의 분무각(α1)과 분사공(8)의 중심 축선에 대한 "피스톤"측에서의 분무각(α2) 간의 관계는 α1〉α2이고, 영역(80)에 의해 도시된 분포 결과를 얻게 된다. 또한, 화살표 "플러그"측, 즉 분사공(8)의 배출구가 절개된 측면으로 분사된 연료 분무의 도달 거리는 분사공(8)의 배출구가 절개되지 않은 측면으로 분사된 연료 분무의 도달 거리 보다 더 길다. 본 명세서에서, 밸브 축선(J)을 포함하고 J에 평행한 평면 내의 분무의 종단면은 망 형태의 해칭에 의해 나타낸 영역(80A)을 나타낸다. 본 명세서에서, 편향각(β)은 다음의 등식에 의해 결정된다.
β=(α1-α2)/2
또한, 도3b에 도시된 대로, 화살표의 방향으로부터 본 X-X 횡단면에서의 분무에 대해, 가연성 농도에서의 공기 연료 혼합물은 화살표 "플러그"측에서 농후하고, 화살표 "피스톤"측에서 희박하며 비상시에 연료 입자가 존재하지 않는 상태가 발생한다. 즉, 영역(80A)에 의해 도시된 대로, 분무의 일부가 화살표 "피스톤"측에서 저감되는 분포가 관측된다. 또한, 본 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)는 도3c에 도시된 바와 같이 화살표 방향 "플러그"및 "피스톤"을 나타낼 뿐만 아니라 내연 기관(60)에 대해 부착각(γ)로 부착되고, 공기 연료 혼합물은 내연 기관(60)에 마련된 점화 유닛(65) 주위에 모이게 되고, 한편 실린더(68) 내에 왕복 운동식으로 배치된 피스톤(69) 상의 공동(69A) 주위의 공기 연료 혼합물은 희박하게 되고, 분무 상부단각(αu)을 갖는 영역(80)에 의해 도시된 분포가 형성된다. 즉, 분무각은 점화 유닛(65)의 측면에 대해 크고 피스톤(69)의 공동(69A)의 측면에 대해 작으며, 또한 가연성 공기 연료 혼합물의 농도는 점화 유닛(65)측에서 농후하고 피스톤(69)의 공동(69A)측에서 희박하며, 계속해서 분무의 도달 거리는 점화 유닛(65)측에서 길고 피스톤(69)의 공동(69A)측에서 짧다. 본 명세서에서, 분무 상부단각(αu)이 정의되어 있고 양의 화살표(θ) 방향을 나타낸다. 도3c에서, 내연 기관(67) 내에 분무 이외의 가스 유동은 존재하지 않고 실린더(68) 내의 압력은 실제 대기압과 동일하다고 가정한다.
연료 배출부 및 분무 분사 상태에 관한 비교는 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이 단면 A-A로부터 단면 B-B로의 단면(단면 A-B)에서 그리고 단면 B-B로부터 단면 C-C로의 또 다른 단면(단면 B-C)에서 설명하기로 한다. 단면 A-B에서, 연료는 분사공(8)의 모든 주연에 의해 구속되기 때문에, 분무가 분사되지 않는다. 한편, 단면 B-C에서, 연료는 도시된 대로 반원형 형태로 배출되어, 분무는 "플러그"측으로 분사되나 "피스톤"측으로 분사되지 않게 되어, 분무의 단면 형태는 분무의 일부가 도시된 대로 줄어들게 되는 편자 형태를 도시한 것이다. 따라서, 내연 기관 내의 압력이 피스톤(69)의 운동으로 인해 가변되면, 분무의 내부 및 외부의 압력은 적절히 균형을 이루게 되고, 분무는 거의 붕괴되지 않고 그 형태는 일정하게 유지된다.
본 실시예에서, 단차부(L'-L)가 실린더의 내경, 즉 엔진의 용적과 연료 분사 밸브의 부착각을 고려하여 결정되지만, 그 단차부는 적어도 0 이상으로 설정되고, 또한 분무 구조(팽창각, 도달 거리 및 공간 분포)의 실제 변동을 얻기 위해, 2 내지 3 리터의 보통의 엔진 용적을 갖는 내연 기관 및 10°내지 50°의 보통의 연료 분사 밸브 부착각의 경우에 단차부(L'-L)를 다음의 범위 즉 0〈(L'-L)/d0≤1로 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 돌기부(7A)가 노즐 부재(7)의 상부 단부면 상의 분사공(8)의 배출부에 형성되어 있지만, 돌기부(7A)는 반드시 제공될 필요는 없으며, 돌기부(7A)가 없는 구조에서, 절개부(또는 가장 적은 절개부를 구비한 부분)이 제공되지 않는 분사공(8)의 길이를 L이라 가정한다. 이 경우에, 분사공(8)의 길이에 대한 관계는 L'〉L"〉L로 주어진다. 그러나, 돌기부(7A)를 제공함으로써, 큰 단차부(L'-L)는 돌기부(7A)의 중량 증가만으로 구성될 수 있고 또한 (도3에서 정의된) 큰 분무각(α1)이 실현될 수 있다.
또한, 분사공 폭(W)의 조절을 통해, (도3에서 정의된) 분무 단면(WS)은 W의 감소를 통해 WS가 감소될 수 있고 W의 증가를 통해 WS가 증가될 수 있어 W가 0〈W≤d0의 범위 내로 설정될 수 있다는 점에서 조절될 수 있다.
전술된 대로, 단차부(L'-L)의 크기를 조절함으로써, 분무의 편향량(도3a에 도시된 각 α1 또는 β)은 조절될 수 있다. 또한, 그 주연 방향에 대한 분사공(8)의 통로벽을 제거하는 범위(통로벽을 단축시키기 위한 범위)를 조절함으로써, 분무의 횡단면의 팽창(WS)은 조절될 수 있다.
노즐 부재(7)는 도7a 내지 도7d에 도시된 대로 구성될 수 있다.
도7a 및 도7b에 도시된 노즐 부재(7')에서, 두꺼운 부분(7C)은 노즐 부재(7')의 기부면부(단부면부)(71)의 주연부 주위에 제공된다. 즉, 이 경우에, 두꺼운 부분(7C)에 의해 시트면(9) 상에 안착한 볼(6)이 줄어들게 될 때 진동 소음이 야기된다.
또한, 도7c 및 도7d에 도시된 대로, 분사공(8)의 중앙으로부터 어느 일정한 거리(B1)에 형성된 (B2-B1)의 두께를 갖는 실제 환상의 두꺼운 부분(7F)을 제공함으로써, 진동 소음이 줄어들 수 있다.
또한, 노즐 부재(7)는 도8a 및 도8b에 도시된 대로 구성될 수 있다.
노즐 부재(7")는 연료 선회 소자(22)와 밸브 본체(40)의 일부를 수용하는 하우징의 기부면부(71')에 의해 구성되고 측벽부(72')로부터 별도의 본체에 의해 구성된다. 측벽부(72')는 노즐 부재(7''')를 안내하기 위한 노즐 안내 본체를 구성한다. 노즐 부재(7''')는 조인트부(7D)를 따라 측벽부(노즐 안내 본체)(72')에 용접된다. 즉, 본 구조에서, 엔진 용적 및 분사 밸브의 부착각에 따라 적절히 가변되는 부분은 단지 하우징의 기부면부(71')에 집중되어, 그 생산성은 향상된다.
내연 기관의 실시예에 대해서는 도9a 내지 도9c를 참고로 하여 설명하기로 한다.
실린더(68) 내에 왕복식으로 배치된 피스톤(69)은 도시되지 않은 클랭크샤프트의 회전에 응답하여 실린더(68) 내에서 상하 이동한다. 실린더(68)의 상부 상에 실린더 헤드(63)가 실린더(68)와 함께 폐쇄 챔버를 형성하도록 장착된다. 실린더 헤드(63) 내에, 드로틀 밸브를 합체한 흡입 공기 유량 제어 유닛(61)을 통해 실린더(68) 내로 외부 공기를 도입하는 흡기 매니폴드(62)와 실린더(68) 내에서 연소된 연소 가스를 배기 유닛 내로 도입하는 배기 매니폴드가 형성되어 있다.
실린더 헤드(63)의 흡기 매니폴드(62)의 측면에 흡기 밸브(64)가 제공되고, 그 중앙에 점화 유닛(65)이 제공되고 흡기 밸브(64)의 반대편 측면에 배기 밸브(66)가 각각 제공된다. 흡기 밸브(64)와 배기 밸브(66)는 연소실(67) 내로 연장하도록 배치된다. 본 명세서에서, 연료 분사 밸브(1)는 실린더 헤드(63) 내의 흡기 매니폴드(62)의 연결부 근방에 부착되고, 연료 분사 밸브(1)의 축선은 (점화 유닛(65)의 위치에 관해 반대편 방향을 지향하는 방식으로) 연소실(67) 내에서 약간 하향을 향하도록 설정된다. 그 부착각(γ)은 대개 약 10。 내지 50。이다.
도면부호 69는 피스톤을 나타내고 도면부호 69A는 피스톤(69) 상에 제공된 공동(리세스)이다. 공동(69A)은 점화 유닛(65)의 부착 위치 위의 배기 밸브(66)의 측면으로부터 흡기 밸브(64)의 측면으로의(거의 분사공(8)의 위치) 범위에 걸쳐 피스톤(69)의 방사 방향으로 제공된다. 분사공(8)은 피스톤(69) 상에 제공된 공동(69A)을 향해 있다. 도면에서 빈 화살표(81)는 흡입 공기의 흐름을 도시하고 해칭 화살표(83)는 배기 가스의 흐름을 각각 도시한 것이다.
내연 기관(60)용 연료는 펌프에 의해 가압되고 연료 분사 밸브(1)로 공급되고 흡입 공기의 타이밍과 동시에 연료 분사 밸브(1)에 의해 연소실(67) 내로 직접 분사되고 그 발화 직전에 영역(80)에 의해 도시된 바와 같이 분포된다. 흡기 매니폴드(62)를 통해 도입된 기류(텀블류)(82)의 분사에 의해 분무된 연료의 혼합은 연소실(67) 내에서 촉진된다.
텀블류(82)는 실린더 헤드(63)측을 통해 배기 밸브(66)측으로 흐르고, 배기 밸브(66) 하방의 유동 방향을 피스톤(69)측을 향하도록 변경하고, 분무를 상향으로 운반하도록 공동(69A)의 만곡면을 따라 연료 분사 밸브(1)측으로 도입된다. 점화 유닛(65)을 향해 편향된 분무는 또한 텀블류(82)에 의해 점화 유닛(65)을 향하게 된다. 한편, 공동(69A)을 향해 있는 분무는 희박하게 되어, 피스톤(69)을 향한 과잉의 연료 분무가 차단된다. 따라서, 피스톤(69) 상의 연료 분무가 줄어들 수 있게 된다. 그 후에, 공기 연료 혼합물은 압축 행정 중에 압축되고, 점화 유닛(65)에 의해 안정적으로 발화되어, 미연소 가스의 배기량을 억제하는 안정적인 연소가 실현된다. 분무의 일부를 제거를 통해, 분무의 내부 및 외부 간의 압력차는 제거되어, 실린더(68) 내부의 압력 변동에 응답하여 분무 형태가 거의 변화하지 않고, 결국 광범위한 범위의 엔진 rpm에서 바람직한 연소 안정성을 나타내는 분무를 제공할 수 있다.
실린더 내장 가솔린 분사 엔진에서, 텀블류는 연소실 내에서 발생되어, 희박 공기 연료 혼합물의 연소는 종래의 엔진의 실린더 헤드 형태의 상당한 수정 없이도 실현될 수 있다.
위의 각각의 실시예의 연료 분사 밸브에 따라, 분사공의 배출구에서, 분사공을 형성하는 벽면의 일부의 제거를 통해 분무 흐름의 구속이 해제되고 구속 해제된 측면에서의 가연성 농도의 공기 연료 혼합물이 농후하고 구속된 측면에서의 가연성 농도의 공기 연료 혼합물이 희박하게 되는 편향 분무가 형성된다. 이러한 이유로 인해, 분무의 흐름은 분사공의 일부가 차폐되는 경우에 일어나게 되는 것과 같이 거의 방해를 받지 않게 된다. 위의 특징은 인가된 선회 에너지가 거의 분산되지 않기 때문에 연료 분사 밸브가 선회력을 인가하면서 연료를 분사할 때 특히 유익하다.
또한, 각각의 실시예에 따른 연료 분사 밸브는 그 배출구에서 분사공을 형성하는 벽의 일부를 절개하고, 분사공의 길이가 그 주연 방향으로 가변되도록 분사 밸브의 출구 개구부에 단차부를 제공함으로써 또는 분사공을 형성하는 벽면의 일부를 포함하는 노즐 상부 단부면에 리세스를 형성함으로써 실현될 수 있다. 또 다른 관점에서 이들 실시예들을 볼 때, 분사공을 형성하는 벽면의 일부는 그 다른 부분과 비교해 볼 때 (노즐 본체의 상부 단부측에서) 하류측을 향해 연장함으로써 제공된다.
본 발명에 따른 내연 기관의 또 다른 실시예에 대해서는 도10a 및 도10b를 참고로 하여 설명하기로 한다.
도10a에 도시된 내연 기관(60')에서, 공동(69B)은 텀블류(82)가 점화 유닛(65)의 바로 아래의 위치로부터 상향 부상하도록 제공된다. 공동(69B)은 점화 유닛(65)의 부착 위치(실린더(68)의 중앙 위치) 보다는 배기 밸브(66)측으로부터 점화 유닛(65)의 부착 위치 근방으로의 범위에 걸쳐 그 방사 방향으로 피스톤(69') 상에 형성된다. 텀블류(82)는 실린더 헤드측을 따라 배기 밸브(66)로 흐르고, 배기 밸브(66) 하방의 그 유동 방향을 피스톤측으로 변경하고, 그후 공동(69A)의 만곡면을 따라 흐르고, 점화 유닛(65) 바로 하방의 위치에서 분무를 상향 운반하게 되도록 유동 방향을 점화 유닛(65)을 향해 유도한다. 텀블류(82)는 공동(69B)에 의해 유도되지만, 점화 유닛(65)을 향한 가연성 농도의 공기 연료 혼합물(80)의 집중성은 향상될 수 있다.
공동의 형태는 도10b의 점선(69C)에 의해 도시된 대로 거의 타원 형태로 될 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관의 또 다른 실시예에 대해 도11을 참고로 하여 설명하기로 한다.
도11에 도시된 내연 기관(60")에서, 공동이 없는 편평 피스톤(69)이 제공된다. 도2a 내지 도3c와 관련하여 설명된 대로 L, L', L", d0및 W를 조절하여 적절한 분무각 α1, α2, β 및 αu 및 분무 팽창 WS를 설정함으로써, 가연성 농도의 공기 연료 혼합물(80)은 텀블류를 이용하지 않고도 또는 비교적 약한 텀블류로서 점화 유닛(65)에 도달할 수 있다.
이제, 연료 분사 밸브의 또 다른 실시예에 대해 도12a 및 도12b를 참고로 하여 설명하기로 한다. 도12a 및 도12b에 도시된 노즐 부재(7)에서, 분무의 일부를 차폐하는 부재(73)는 분사공(8)의 배출부에 제공된다. 상류측(도12a 및 도12b의 부재(73)로부터의 상부)에서의 분무의 형태에 상관 없이, 분무의 일부는 부재(73)에 의해 강제적으로 줄어들 수 있다. 따라서, 노즐 설계의 자유로움을 증가시키는 것이 기대된다. 부재(73)는 반드시 별도의 본체로 될 필요는 없다.
또한, 도13에 도시된 대로, 분사공(8) 내부의 일부에 돌기부(7E)를 제공함으로써 분무의 일부는 연료의 일부를 차폐함으로써 줄어들 수 있다. 돌기부(7E)의 성형을 위해 프레스 작업과 같은 소성 작업을 이용하는 것이 바람직하다.
내연 기관의 또 다른 실시예에 대해 도14를 참고로 하여 설명하기로 한다.
내연 기관(60''')에서, 공동(69C)은 도9a 내지 도9c와 관련하여 설명된 실시예에서와 같이 반대 방향으로 회전하는 텀블류(83)의 안내를 위해 제공된다. 본 실시예가 도9a 내지 도9c의 실시예와는 상이한 점은 텀블류(83)가 안내되어 공동(69C)에 의해 부상되고 점화 유닛(65)을 향해 지향될 때, 텀블류(83)가 공기 연료 혼합물(80)에 대향되기 때문에, 배기 밸브(66)을 향한 공기 연료 혼합물(80)의 운동이 억제되어 실린더(68)의 벽면 상의 연료 전착이 억제될 수 있다는 점이다. 또한, 텀블류(83)가 공기 연료 혼합물(80)과 공동(69C) 사이를 통과하기 때문에, 피스톤측으로의 연료 전착은 또한 효과적으로 억제된다.
이제, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 또 다른 실시예에 대해 도15a 및 도15b를 참고로 하여 설명하기로 한다.
도15a 및 도15b에 도시된 노즐 부재(7)에서, 분무의 팽창을 부분적으로 돌기형 벽부(7G)는 분사공(8)의 출구부에 마련된다. 본 실시예에서, 돌기형 벽부(7G)는 폭(W2)과 높이(L'-L)를 갖고 분사공(8)의 주연으로부터 C1 거리 만큼 떨어져 제공되고, 분무는 편향되고 분무의 일부는 제거된다. 분무의 편향량(도3a에 도시된 각(α1 또는 β))과 (도3b에 도시된) 분무의 횡단면으로의 팽창 WS는 폭(W2)과 높이(L'-L)에 의해 조절될 수 있다. 일예로 프레싱 및 절단 작업과 같은 소성 작업에 의해 돌기형 벽부(7G)를 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 돌기형 벽부(7G)는 노즐 부재에 반드시 일체형으로 될 필요는 없으나, 별도의 부재를 노즐 부재(71)에 용접하거나 압입 끼워맞춤에 의해 성형될 수 있다. 또한 본 실시예에서, 분사공(8)의 주연이 돌기형 벽부(7G)로부터 떨어져 배치되기 때문에, 노즐 생산에 중요한 처리 가공인 분사공(8)의 주연부의 마무리는 비교적 쉽게 수행될 수 있어, 그 생산성이 향상된다.
본 발명에 따라, 그 출구부에서 분사공을 성형하는 벽면의 일부의 제거를 통해, 벽부의 일부가 제거되는 측면에서 분무 유동의 구속이 해제되어, 공기 연료 혼합물이 이러한 해제 방향으로 모이게 되고, 또한 반대편 방향으로의 분무에 관해, 분무 유동은 분사공을 형성하는 벽면에 의해 구속되어, 연료 입자가 희박하게 되고, 결국 분무 내부 및 외부 간의 압력차가 줄어들기 때문에 거의 붕괴되지 않는 편향 분무가 형성된다.
또한, 공기 연료 혼합물이 점화 유닛을 향해 집중되고 피스톤을 향한 연료 입자가 희박하게 되도록 내연 기관 내에 분무가 형성되어, 내연 기관의 점화성이 향상되고, 미연소 가스 성분의 배기량이 줄어들게 된다.

Claims (48)

  1. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    분사공의 중심 축선을 포함하고 중심 축선에 평행한 단면과 분사공의 출구 개구를 형성하는 주연에 의해 형성되는 2 개의 교점이 중심 축선을 따른 방향으로 편향됨과 함께, 단차부는 하나의 교점으로부터 다른 교점으로의 도중에 출구 개구를 형성하는 주연에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 2 개의 교점으로부터 대응 단차부로의 도중에 출구 개구를 형성하는 2 개의 주연이 위의 단면에 수직인 방향으로부터 볼 때 평행 정렬되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 출구 개구를 형성하는 주연이 단차부에서 중심 축선을 따른 방향으로 가변되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제2항에 있어서, 출구 개구를 형성하는 주연이 단차부에서 중심 축선을 따른 방향으로 가변되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    분사공의 출구면은 분사공의 중심 축 방향으로 단차부를 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    단차부는 분사공을 형성하는 통로벽의 길이가 분사공의 주연 방향으로 비선형식으로 가변되도록 분사공의 출구 개구부에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    분사공의 출구 개구에서 분사공의 중심 축선에 평행한 절개부가 형성되고, 절개부에 대해 일측면의 벽면의 제거를 통해 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    분사공의 출구 개구가 형성되는 노즐 상부 단부면에 단차부의 형성을 통해, 단차부가 출구 개구면에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    분사공을 위한 출구 개구를 형성하는 주연에서, 분사공을 형성하는 통로벽면의 길이가 분사공의 주연 방향으로 가변되고 연료는 연료 분사 밸브의 연료 입구부에서 1.0 내지 20MPa의 압력을 제공하면서 분사되도록 단차부가 분사공의 중심 축 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  10. 제1항에 있어서, 분사공으로부터 분사된 분무가 분사공의 중심 축선을 포함하고 그 중심 축선에 평행한 단면 상의 정점으로서 분사공을 이용한 가상의 2 개의 측면 주위에 농후한 분무를 포함하도록 분무가 분사되고, 2 개의 측면 중에 일측면 주위에 분사된 분무의 도달 거리는 다른 측면으로 분사된 분무의 도달 거리 보다 더 짧고, 분무의 도달 거리가 짧은 측면 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 분무 단면이 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  11. 제5항에 있어서, 분사공으로부터 분사된 분무가 분사공의 중심 축선을 포함하고 그 중심 축선에 평행한 단면 상의 정점으로서 분사공을 이용한 가상의 2 개의 측면 주위에 농후한 분무를 포함하도록 분무가 분사되고, 2 개의 측면 중에 일측면 주위에 분사된 분무의 도달 거리는 다른 측면으로 분사된 분무의 도달 거리 보다 더 짧고, 분무의 도달 거리가 짧은 측면 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 분무 단면이 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  12. 제6항에 있어서, 분사공으로부터 분사된 분무가 분사공의 중심 축선을 포함하고 그 중심 축선에 평행한 단면 상의 정점으로서 분사공을 이용한 가상의 2 개의 측면 주위에 농후한 분무를 포함하도록 분무가 분사되고, 2 개의 측면 중에 일측면 주위에 분사된 분무의 도달 거리는 다른 측면으로 분사된 분무의 도달 거리 보다 더 짧고, 분무의 도달 거리가 짧은 측면 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 분무 단면이 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  13. 제7항에 있어서, 분사공으로부터 분사된 분무가 분사공의 중심 축선을 포함하고 그 중심 축선에 평행한 단면 상의 정점으로서 분사공을 이용한 가상의 2 개의 측면 주위에 농후한 분무를 포함하도록 분무가 분사되고, 2 개의 측면 중에 일측면 주위에 분사된 분무의 도달 거리는 다른 측면으로 분사된 분무의 도달 거리 보다 더 짧고, 분무의 도달 거리가 짧은 측면 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 분무 단면이 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  14. 제8항에 있어서, 분사공으로부터 분사된 분무가 분사공의 중심 축선을 포함하고 그 중심 축선에 평행한 단면 상의 정점으로서 분사공을 이용한 가상의 2 개의 측면 주위에 농후한 분무를 포함하도록 분무가 분사되고, 2 개의 측면 중에 일측면 주위에 분사된 분무의 도달 거리는 다른 측면으로 분사된 분무의 도달 거리 보다 더 짧고, 분무의 도달 거리가 짧은 측면 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 분무 단면이 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  15. 제9항에 있어서, 분사공으로부터 분사된 분무가 분사공의 중심 축선을 포함하고 그 중심 축선에 평행한 단면 상의 정점으로서 분사공을 이용한 가상의 2 개의 측면 주위에 농후한 분무를 포함하도록 분무가 분사되고, 2 개의 측면 중에 일측면 주위에 분사된 분무의 도달 거리는 다른 측면으로 분사된 분무의 도달 거리 보다 더 짧고, 분무의 도달 거리가 짧은 측면 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 분무 단면이 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  16. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    분사공의 주연 방향으로 분사공을 형성하는 통로벽면의 길이를 변화시킴으로써 분사공의 중심 축선에 대한 분무각이 확대되고 분무 도달 거리가 더 긴 측면에서 보다는 통로벽면의 길이가 더 짧은 측면에서 길게 되도록 분무가 분사되고, 최단 도달 거리를 갖는 분무가 도달하는 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 단면 분무면이 일부분에서 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  17. 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하는 연료 분사 밸브에 있어서,
    분사공의 주연 방향으로 분무 구속의 길이를 변화시킴으로써 분사공의 중심 축선에 대한 분무각이 확대되고 분무 도달 거리가 더 긴 측면에서 보다는 더 짧은 구속측에서 길게 되도록 분무가 분사되고, 최단 도달 거리를 갖는 분무가 도달하는 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 단면 분무면이 일부분에서 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  18. 제1항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  19. 제5항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  20. 제6항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  21. 제7항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  22. 제8항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  23. 제9항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  24. 제16항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  25. 제17항에 있어서, 연료 통로는 밸브 시트의 상류측에서 연료에 선회력을 가하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  26. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 1에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  27. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 5에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  28. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 6에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  29. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 7에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  30. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 8에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  31. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 9에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  32. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 16에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  33. 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연료를 가압하고 연료를 연료 분사 밸브에 공급하는 펌프 및 연료 분사 밸브에 의해 연료 분사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 17에 따른 연료 분사 밸브가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  34. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 1에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 단차부를 제공함으로써 분사공을 형성하는 통로벽의 단축부가 점화 유닛의 측면을 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  35. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 5에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 단차부를 제공함으로써 분사공을 형성하는 통로벽의 단축부가 점화 유닛의 측면을 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  36. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 6에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 단차부를 제공함으로써 분사공을 형성하는 통로벽의 단축부가 점화 유닛의 측면을 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  37. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 7에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 단차부를 제공함으로써 분사공을 형성하는 통로벽의 단축부가 점화 유닛의 측면을 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  38. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 8에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 단차부를 제공함으로써 분사공을 형성하는 통로벽의 단축부가 점화 유닛의 측면을 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  39. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 9에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 단차부를 제공함으로써 분사공을 형성하는 통로벽의 단축부가 점화 유닛의 측면을 지향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  40. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브는 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하고,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 16에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 더 큰 분무각을 갖는 분무가 점화 유닛측에 형성되고 분무의 희박부는 피스톤측에 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  41. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동을 수행하는 피스톤과, 실린더 내로 공기를 도입하는 흡기 수단과, 실린더로부터 연소된 가스를 배출하는 배기 수단과, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 흡기 수단에 의해 실린더 내로 도입된 공기의 혼합 가스와 연료 분사 밸브에 의해 실린더 내로 분사된 연료를 점화하는 점화 유닛을 포함하는 내연 기관에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브는 분사공과, 분사공의 상류측에 배치된 밸브 시트와, 밸브 시트와 협력하여 연료 통로의 개폐를 수행하는 밸브 본체 및 밸브 본체를 구동하기 위한 구동 수단을 포함하고,
    상기 연료 분사 밸브로서 청구항 17에 따른 연료 분사 밸브가 이용되고, 연료 분사 밸브는 더 큰 분무각을 갖는 분무가 점화 유닛측에 형성되고 분무의 연료 희박 부분은 피스톤측에 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  42. 제34항에 있어서, 점화 유닛측에서의 분무가 농후하게 되고 피스톤측에서의 분무가 희박하게 되는 편향 분무가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  43. 제35항에 있어서, 점화 유닛측에서의 분무가 농후하게 되고 피스톤측에서의 분무가 희박하게 되는 편향 분무가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  44. 제36항에 있어서, 점화 유닛측에서의 분무가 농후하게 되고 피스톤측에서의 분무가 희박하게 되는 편향 분무가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  45. 제37항에 있어서, 점화 유닛측에서의 분무가 농후하게 되고 피스톤측에서의 분무가 희박하게 되는 편향 분무가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  46. 제38항에 있어서, 점화 유닛측에서의 분무가 농후하게 되고 피스톤측에서의 분무가 희박하게 되는 편향 분무가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  47. 제39항에 있어서, 점화 유닛측에서의 분무가 농후하게 되고 피스톤측에서의 분무가 희박하게 되는 편향 분무가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  48. 연료 분사 밸브의 분사공을 통한 실린더 내로의 연료의 분사 방법에 있어서,
    분사공의 주연 방향으로 분사공을 형성하는 통로벽면의 길이를 변화시킴으로써 분사공의 중심 축선에 대한 분무각이 확대되고 분무 도달 거리가 더 긴 구속측에서 보다는 더 짧은 구속측에서 길게 되도록 분무가 분사되고, 최단 도달 거리를 갖는 분무가 도달하는 범위 내에서 분사공의 중심 축선에 수직인 단면 분무면이 일부분에서 연료 희박 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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