KR20000068338A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력 제어실(23)의 압력으로 제어되는 밸브 소자(14)를 구비한 연료 분사 밸브에 관한 것으로, 그 개방 운동은 밸브 소자(14)의 압력 보정면(21)을 경유하여 수행된다. 이때, 압력 보정면(21)은 유압실(20)과 접하며, 유압실의 압력은 피스톤(33)에 의해 제어된다. 이 피스톤은 유압실(20)의 유압 전응력(hydraulic prestress)을 낮아진 일정한 값으로 유지하며, 기준압력(39)에 대하여 변위됨에 의해 유압실의 부피 변화를 보정할 수 있다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel Injection Valve}

GB-PS 1 320 057호의 연료분사장치는 밸브소자의 작동부가 밸브소자와 일체형으로 구성된다. 밸브소자는 가동부인 피스톤이 있으며, 이 피스톤 전면은 압력 제어실과 접하며, 다른 쪽 면은 압력 격면을 지나 직경이 더 작아지며, 그 끝단에 분사구를 조절하는 압력면이 있다. 압력 격면은 고압연료실과 항상 연결되어 있는 압력실의 압력에 노출되어 있으며, 고압 연료실은 다시 스로틀 밸브를 통해 압력 제어실과 연결된다. 압력 제어실은 압전 밸브로 제어되는 제 2 배출구를 가진다. 이 배출구가 열리면 압력 제어실의 압력은 해제압력으로 감소하여, 압력 격면을 통해 밸브소자에 전달되어 분사밸브를 개방한다.

이러한 종류의 연료분사밸브는 연료분사부품의 시간과 행정에 따른 정확한 분사가 불가능하다는 단점이 있다. 분사 밸브 니들이 열리면 밸브시트로부터 밀폐면이 떨어지며, 이 순간에 압력실에 차 있던 높은 연료압이 개방 방향으로 밀폐면 위에 작용한다. 이때 밸브소자는 개방 방향으로 추가적인 힘을 받게되며, 이 힘은 밸브소자의 동역학적 개방 거동에 매우 중요한 영향을 미친다. 이때, 이 행정을 통해 개방 방향으로 미치는 힘은 임계값에 도달한다. 이때 힘의 곡선은 지수함수로 나타난다. 밸브소자가 그의 최종점 내지는 개방 방향으로 작용하는 힘의 최대점에 도달하기 이전에 다시 닫혀야할 필요가 있기 때문에, 이러한 특성이 미세한 연소 분사량 공급을 어렵게 한다. 특히, 행정 중간영역에서 연료 분사량의 정확한 조절이 어렵다.

본 발명은 청구범위 제 1 항에 따른 연료분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 고압연료실(1)로부터 연료를 공급받는 연료 분사밸브를 도시한 도면.

본 발명의 특성을 보유한 연료분사밸브는 밸브소자의 개방과정을 보다 잘 제어함으로써, 정교한 연료공급이 가능하다. 피스톤 및 한쪽은 밸브소자와 또 다른 한쪽은 피스톤과 연결된 유압실을 사용하여, 밸브소자의 압력 보정면 전체에 안정된 힘을 공급하여 연료분사밸브소자의 개방과정을 일정하게 한다. 밸브소자가 맨 처음 열릴 때 유압실에는 이미 압력이 형성되며, 이 압력은 매우 빨리 최대값에 도달한 다음 일정하게 유지된다. 피스톤의 위치는 정해진 압력 이상에서 변경될 수 있으며, 따라서 부피는 일정하게 유지된다. 본 발명의 유용한 변용으로, 피스톤면을 다양하게 하여, 유압실의 초기 압력을 기준 압력에 대해 감소시킴으로써 기준압으로 고압연료실 압력을 선택했을 때, 이 초기 압력이 감압비 만큼 더 적은 압력을 밸브소자의 압력 보정면에 폐쇄 방향으로 작용하게 한다. 이러한 방법으로 밸브소자에 미치는 저항력을 일정 압력이상에서 전반적으로 일정하게 유지 할 수 있다.

그 외의 장점은 다음의 실시예 설명과 관련된 나머지 청구범위에 기술되어 있다.

도 1에 고압연료실(1)로부터 연료를 공급받는 연료 분사밸브가 개략적으로 도시되어 있다. 고압연료펌프(3)는 연료통(4)으로부터 연료를 흡입하여, 높은 연료 분사압으로 고압연료실에 보낸다. 거기서부터 연료는 압력배관(6)을 통해 연료분사밸브(8)의 압력실(7)에 도달한다. 압력실(7)은 연료분사구(9) 유동 반대 방향에 있고, 연료분사구는 압력실(7) 안쪽으로 밸브시트(10)에 의해 경계지어지며, 압력실(7)과 내연기관 연소실(11)사이의 연결은 밸브소자(14)의 끝에 있는 밀폐면(12)에 의해 조절된다. 밸브소자는 작동부(15)와 니들부(16)를 가지며, 니들부는 작동부의 가이드홀(17)안에서 압력실(7)의 압력을 해제하며 끝 부분에 밀폐면(12)이 있다. 밀폐면은 원추형의 밸브시트(10)에 상응하여 원추형으로 설계되어 있다. 작동부(15)와 니들부(16) 사이의 압력격면(18)은 그의 부하로부터 밸브소자(14) 개방 방향으로 작용하는 최종 압력이 생성되도록, 압력실(7)의 압력에 노출되어 있다.

작동부(15)는 연료분사 밸브 하우징의 유압실(20)안으로 돌출되며, 그곳에 압력 보정면을 형성하는 환상부(21)가 있다. 이때 작동부(15)의 직경 감소부(15a)는 유압실로부터 다시 연장되어, 압력 제어실(23)로 통하는 가이드홀(24)에 이른다. 그곳에서 작동부(15)의 전면은 압력 제어실의 압력에 노출된다. 압력 제어실은 스로틀(28)을 통해 고압연료실과 항상 연결되어 있다. 압력 제어실(23)로부터 해제관(29)이 설치되며, 여기에 상황에 따라서 제 2 스로틀(30)을 설치한다. 압력 제어실(23)은 전자제어밸브(32)의 밸브소자(31)를 사용하여 개폐된다. 밸브소자(31)가 열리면 스로틀(28)을 통해 들어오는 연료보다 해제관(29)을 통해 빠져나가는 연료가 많으므로, 압력 제어실의 압력은 해제압력으로 감소한다. 이러한 압력의 감소로 인해, 즉 폐쇄 방향으로 밸브소자에 작용하는 힘의 감소로 인해, 밸브소자의 압력 격면(18)에 작용하는 개방 방향의 유압이 우세해진다. 즉, 밸브소자는 열리고 분사개구를 통한 분사가 시작된다. 분사과정을 종료하려면, 밸브소자(31)는 다시 폐쇄 방향으로 돌아오며, 그 결과 빠른 속도로 흘러드는 연료로 인해, 압력 제어실의 압력이 고압연료통(1) 본래의 연료압으로 환원된다. 높아진 압력으로 밸브소자(14)의 폐쇄 방향 힘이 우세하게되어 분사구는 폐쇄된다.

압력면(26)의 표면과 압력격면(18)의 표면은 개방과정 내지는 폐쇄 과정이 신속하고 안전하게 수행될 수 있도록 서로 잘 조정되어야 한다. 또 이때 유의할 점은 밸브시트(10)로부터 밸브니들이 떨어질 때, 고압면이 추가로 발생하여 밸브소자에 개방 방향으로 증가하는 힘이 일정 한계값까지 작용한다. 이 힘은 밸브소자 행정 내지는 시간과 선형 관계를 갖지 않는다. 따라서 밸브 니들 행정 중간 영역에서의 개구 단면적을 정하거나 계산하기가 매우 어렵다. 이렇게 밸브니들의 개방 행정을 감소시키는 것은 극미량의 연료분사를 할 때 매우 중요한 의미를 갖는다. 예컨대 연료분사밸브를 통해 연소과정을 제어하기 위해, 주분사 이전에 전분사를 해야 하는 경우 이러한 방법이 필요하다. 본 발명에서는 밸브소자의 정교한 제어를 위해 작동부(15, 15a) 사이의 유압실(20)에 환상부의 압력 보정면(21)을 설치한다. 유압실은 폐쇄되어 있으나 움직일 수 있다. 또한 유압실로 나 있는 개구에 기밀하게 밀어 넣을 수 있는 피스톤이 설치된다. 이 피스톤은 계단형 피스톤으로써, 대경부인 제 1 피스톤 면(36)은 유압실(20)과 접해 있으며, 소경부인 제 2 피스톤면은 기준 압력실(39)에 있으며, 기준압력실은 다시 스로틀(40)을 통해 고압연료실(1)과 연결된다. 피스톤(33)은 피스톤의 유압실(20) 운동을 제한하는 리미트(41)를 갖는다.

상술한 바와 같이, 밸브소자(14)의 개방 과정이 시작되면, 밸브소자(31)가 열리고 압력 제어실(23)은 해제압력으로 낮아지며, 따라서 밸브소자는 개방 방향으로 이동하기 시작한다. 이때 작동부(15)의 대경부는 유압실(20)로 들어가며, 그의 전면(21)이 연료를 밀어낸다. 이러한 밀침 작용은 유체부피강도 및 함유된 유체의 탄성 특성에 기인하여 유압실 압력 증가를 유발한다. 연료가 기준 압력실(39)에 존재할 때와 같이, 이것은 전술한 경우에 있어서 연료이다. 피스톤(33)으로 인해 초기상태의 압력실에 압력이 걸리면, 이 압력은 압력에 노출된 제 1 피스톤면(36)과 제 2 피스톤면(38)의 비율로부터 생성된다. 이때 피스톤은 움직일 수 있으므로 유압실의 압력은 일정하게 즉 기준압력실 내지 고압 연료실(1)의 압력에 대해 감소된 압력으로 유지된다. 압력 보정면과 연계되는 이 압력은 밸브소자(14)에 폐쇄 방향으로 추가적인 부하를 주며, 이 부하는 거의 일정하게 유지되므로 상수인자로써 밸브소자의 개방 특성을 규정한다. 밸브소자(14)의 개방행정이 시작되면 유압실(20)의 부피에 전부하가 걸리고 피스톤(33)이 움직여 압력을 일정하게 유지한다. 피스톤면(21)이외에 유압실(20)의 부피가 행정동안 전부하의 증가를 결정한다. 고압연료실의 압력상태에 따라, 연료분사 밸브소자(14)의 개방행정에 맞서는 보정력을 설정할 수 있다. 이때 스로틀(40)을 사용하여 유압실(20)의 유체 원주의 강도와 밸브소자(14)에 미치는 반동력을 추가로 설정할 수 있다. 개방 방향으로 밸브소자에 작용하는 힘의 비선형적인 증가를 조절하기 위해, 스로틀을 사용하여 동역학적인 거동을 보정 할 수 있다.

이러한 연료분사밸브를 사용하여 보다 정확한 양의 연료를 분사할 수 있다.

Claims (8)

1. 폐쇄력과 반대 방향인 개방방향으로 압력실(7)의 압력을 받는 밸브소자(14)의 압력격면(18)에 의해 영역이 한정되며, 유동의 반대 방향으로 고압연료실(1)과 항상 연결되어 있는 압력실(7)과, 연료 분사 방향과 반대 방향인 내측을 향하여 개방되는 연료분사구(9)를 제어하는 밀폐면(12)이 연결되어 있는 밸브소자와,

   개방방향의 반대인 폐쇄 방향으로 밸브소자(14)를 작동시키는 작동압력과 밸브소자(14)의 개방력이 우세해지는 해제압력 사이의 값을 갖는 제어압을 받도록 압력 제어실(23)에 노출되는 압력면(26)을 구비한 작동부(15, 15a)를 포함하는 연료분사밸브에 있어서,

   유압실(20)의 한쪽에 밸브소자(14)에 대해 작용하는 압력 보정면(21)이 접해 있고, 다른 한쪽에는 피스톤(33)의 제 1 피스톤면(36)이 접해 있으며, 상기 제 1 피스톤면(36)의 대향측면의 제 2 피스톤면(38)에는 일정 압력의 기준압이 밸브 소자 폐쇄시키는 방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 피스톤면(38)은 제 1 피스톤면(36)보다 작으며, 고압연료실의 압력이 기준압력으로써 작용하는 것을 특징으로 하는 연료분사 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 보정면(21)은 해제압력이 설정되었을 때, 폐쇄 방향으로 작용하는 힘의 총합이 개방 방향으로 작용하는 힘의 총합보다 작도록 결정되는 것을 특징으로 하는 연료분사 밸브.
4. 제 1 항에 있어서, 폐쇄 방향으로 작용하는 힘은 압력면(26) 및 감소된 제어압에서 발생하는 힘과 유압실(20)의 압력작용에 기인한 힘의 합을 포함하며,

   개방 방향으로 작용하는 힘은 압력격면(18)의 압력 작용 및 밀폐면(12)에 유발되는 힘의 합을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사 밸브.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동부(15, 15a)는 제어압을 수용하는 압력 제어실(23)을 경계짓는 압력면(26)을 보유하고,

   전자제어밸브(32)를 사용하여 압력 제어실(23)의 압력을 해제하거나 또는 고압연소실의 압력으로 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 연료분사 밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 압력 제어실(23)은 제 1 스로틀(28)을 통해 고압연료실(1)과 항상 연결되어 있으며,

   상기 제어 밸브(32)는 2/2-밸브이고, 연료분사밸브(8)를 통한 고압분사를 위해서, 이 밸브를 통해 압력 제어실(23)의 압력을 해제압력으로 낮출 수 있는 것을 특징으로 하는 연료분사 밸브.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 압력 제어실(23)의 압력은 제 2 스로틀을 통해 낮추어지는 것을 특징으로 하는 연료분사 밸브.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압실(20)로 향하는 피스톤(33)의 경로는 리미트(41)에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 연료분사 밸브.