KR20010013188A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 금속 재료로 구성되고 난류실(68) 내로 연접하는 적어도 두 개의 회전 통로(66)를 갖고 있고 거기에서는 모든 층(60,61,62)이 전해 금속 적층(다중 전해층)에 의해 직접 서로 강력하게 부착 구성되어 있는 밸브 시트 하류(27)의 회전 원판(30)을 가진 것이 특징인 연료 분사 밸브에 관한 것이다. 회전 원판(30)은 이 원판(30)의 배향에 의해 밸브 종축선(8)에 대한 분사각 γ가 달성되도록, 면 법선이 밸브 종축선(8)에 대해 0°에서 벗어난 각도 하에서 경사져 연장되도록 밸브 내에 설치되어 있다.

연료 분사 밸브는 특히 혼합 압축, 불꽃 점화 내연 기관의 연소실 내에 연료를 직접 분사하기에 적당하다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}

독일특허 DE-PS 39 43 005호로부터 시트 영역에 다수의 원판형 요소가 형성되어 있는 전자기 작동 연료 분사 밸브가 이미 알려져 있다. 자기 회로가 여자되면, 평판 전기자로서의 역할을 하는 납작한 밸브 판은 이것과 협동하는 대향 위치하는 밸브 시트판으로부터 분리되는 것으로, 그 양판은 공동으로 판 밸브를 구성한다. 밸브 시트판의 하류에는 밸브 시트쪽으로 유입하는 연료가 원형의 회전 운동을 하게 하는 회전 요소가 배치되어 있다. 충돌판이 밸브 시트판 반대쪽에 있어 밸브판의 축방향 거리를 한정한다. 밸브판은 큰 유극으로 회전 요소에 의해 둘러싸여 있으며, 그래서 회전 요소가 밸브판의 일정한 안내를 맡는다. 회전 요소에 있어서는 그 하부 정면에 다수의 접선방향 연장 홈이 형성되어 있고 그들 홈은 외주로부터 시작하여 중앙 난류실 내에까지 도달해 있다. 회전 요소가 그 하부 정면에 의해 밸브 시트판 위에 놓임으로써 난류 유로 역할을 하는 홈이 생긴다.

국제특허 WO 96/11335호로부터 이미 연료 분사 밸브가 알려져 있는데, 그 밸브의 하류측 단부에는 회전 발생부를 가진 다층 분사 격벽이 배치되어 있다. 이 분사 격벽은 밸브 시트 지지체 내에 설치된 원판형 안내 요소 및 밸브 시트의 하류에서 마찬가지로 밸브 시트 지지체에 배치되어 있고, 추가의 지지 요소는 분사 격벽을 일정 위치에 지지한다. 분사 격벽은 두 원판 또는 여러 원판으로 구성되어 있고, 각 원판은 방청 강 또는 규소로 제조된다. 대응적으로 원판 내에 형상 개구를 만들 때에는 연삭, 스탬핑 또는 에칭과 같은 통상적 가공 공정이 사용된다. 분사 격벽의 각각의 원판은 별도로 제작되고 그 후 소망하는 원판 개수에 따라 같은 크기의 모든 원판을 서로 스테이플 연결하여 완전한 분사 격벽을 형성한다. 분사 격벽은 밸브 종축선에 대해 수직으로 연장되어 있고 따라서 분사가 밸브 종축선 방향을 따라 행해질 수 있도록 수평방향으로 위치하고 있다.

독일특허 DE-OS 196 07 288호에는 이미 특히 연료 분사 밸브에 사용되기에 적합하고 다공 원판을 제조하기 위한 소위 다중 전해층이 상세히 기술되어 있다. 일체적 원판을 형성하기 위해, 여러 형태의 구조로 전해적으로 금속을 서로 다중 적층시킴에 의한 원판 제조의 상기 제조 원리는, 명백히 본 발명의 내용 중 공개 내용에 속하는 것이다. 다수의 평면, 층 또는 막이 되도록 미소 전해적으로 금속을 적층시키는 것은 본 발명에 사용되고 본 발명에 따라 설치되는 분사 원판의 제조에도 사용된다.

본 발명은 청구항 1의 유개념에 의한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 연료 분사 밸브의 단면도.

도 2는 연료 분사 밸브에 경사지게 설치된 다중 전해 적층-회전 원판의 평면도.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도로서 하류측 밸브 단부의 제 1 실시예를 도시한 도면.

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도로서 하류측 밸브 단부의 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도로서 하류측 밸브 단부의 제 3 실시예를 도시한 도면.

도 6은 하류측 밸브 단부의 제 4 실시예를 도시한 도면.

도 7은 하류측 밸브 단부의 제 5 실시예를 도시한 도면.

도 8은 하류측 밸브 단부의 제 6 실시예를 도시한 도면.

도 9는 하류측 밸브 단부의 제 7 실시예를 도시한 도면.

청구항 1의 특징을 가진 본 발명에 의한 연료 분사 밸브는, 이 밸브에 의해 분사하려는 연료의 대단히 우수한 분사의 질 및 각 경우(예컨대 설치 조건, 엔진 구조, 실린더 형상 및 점화전 위치)의 요구에 적합하며 대단히 가변적으로 형성될 수 있는 분사물 또는 스프레이 형태가 달성될 수 있다는 이점을 갖는다. 그 결과, 연료 분사 밸브에 경사지게 설치된 분사 원판의 사용에 의해, 특히 대응하는 연료 분사 밸브가 장비된 내연 기관의 폐가스 방출이 감소하고 연료 소모가 감소될 수 있다.

분사 원판을 경사지게 설치함으로써, 예컨대 엔진 특별한 제트 및 스프레이 형태를 형성할 수 있고 이것은 연료 분사 밸브를 사용할 때 내연 기관의 실린더 내에 직접 분사하기에 특히 유리해질 수 있다. 밸브 종축선에 대해 각도 γ로 경사진 스프레이 또는 제트(분사물)의 생성[중공 또는 충만 원추 제트, 둘레에 따라 많거나 또는 적은 꼬임 부분, 둘레에 따라 균일하거나 또는 불균일한 분포, 꼬임 성분이 조절될 수 있는 비회전 대칭의 (평평한) 제트]은 간단한 방식 및 방법으로 본 발명에 의한 연료 분사 밸브의 특별히 중요한 이점을 구현한다.

종속항에 기재된 조치에 의해 청구항 1에 제시된 연료 분사 밸브의 유리한 구체적 변형 및 개선형이 가능해진다.

분사 원판을 회전 원판의 형태로 구성하는 것이 유리하다. 특히 유리한 방식으로 분사 원판은 다층 전해법에 의해 제조된다. 분사 원판은 금속으로 되어 있어 파단 내성이 대단히 높고 장착성이 양호하다. 다중 전해층의 사용에 의해 형상 자유도가 극히 높아지는데, 그 이유는 분사 원판 내에 있어 개구 부분에서의 형태(유출 영역, 난류 유로, 난류실, 유출 개구)가 자유롭게 선택될 수 있기 때문이다. 특히, 형태가 결정 축에 의해 달성되어 엄밀히 미리 주어지는 규소 원판에 비해, 이형태는 융통성이 있으므로 대단히 유리하다.

금속 적층법은 특히 규소 원판의 제조에 비해 대단히 큰 재료 다양성의 이점을 갖는다. 상이한 자기적 성질 및 경도를 가진 극히 다양한 재료들이 분사 원판의 제조에 사용되는 미소 전해 공정에 사용될 수 있다. 여러 금속들의 상이한 경도는 특히 유리한 방식으로 밀폐성 좋은 재료 영역이 얻어지도록 일시적으로 활용될 수 있다.

금속 적층을 위해 세 전해 단계를 수행하는 3 층으로 구성된 회전 원판의 구성이 특히 유리하다. 난류 생성층은 그 형태 및 기하학적 위치에 의해 상호적으로 난류실과 난류 유로의 형태을 미리 결정하는 하나 또는 수 개의 재료 영역들에 의해 형성된다. 전해 공정에 의해 각 층은 분리 또는 접합 지점 없이 완전히 균질한 재료를 나타내도록 상호간에 구성된다. 그런 만큼 "층들"이란 말은 상상의 보조 수단으로 이해하면 될 것이다.

유리한 방식에서는 회전 원판 내에 2, 3, 4 또는 6 개의 난류 유로가 배치된다. 재료 영역은 소망하는 난류 유로의 형태에 따라 아주 상이한 형태, 예컨대 판자 또는 나선 형태를 가질 수 있다. 유리한 방식에서는 난류실, 덮개층 및 유출 개구의 형태도 융통성있게 형성될 수 있다.

정적 유량의 조절은 특정 개구 형상의 선택에 의해 회전 원판으로 행해지는 한편, 지지 요소와의 실제 분사물 또는 스프레이의 열림 각도 및 경사진 분사를 달성하기 위한 밸브 종축선에 대한 스프레이 각도(γ)는 회전 원판을 경사지게 설치함으로써 조절된다.

엔진 작동시에는 일반적으로 휘발유 직접 분사시에는 연소실 내로 돌출하는 분사 밸브의 하류측 선단에서 코크스화가 일어난다는 문제가 발생한다. 따라서 여태까지 알려진 연소실 내로 돌출하는 분사 밸브의 경우에는, 그 사용 수명 기간에 걸쳐 연료 분사 밸브의 고장을 일으킬 수 있는 스프레이 변수들(예컨대 정적 유량, 분사 각도)의 부정적 영향의 우려가 존재한다. 연료 분사 밸브의 하류측 단부에 니켈 또는 니켈-코발트 재료로 된 다중 전해 적층-분사 원판을 설치함에 의해 이 영역에서의 코크스화가 효과적으로 방지된다. 그 외에 적당한 재료는 산화코발트, 산화니켈 또는 상기 재료들의 합금의 산화물이다. 그런 재료로 된 분사 원판의 설치에 의해 매연 입자의 완전한 연소가 촉매 촉진되고 탄소 미립의 적층이 방지된다. 귀금속 Ru, Rh, Pd, Os, Ir 및 Pt 및 이들 재료 상호간 및 다른 금속과의 합금도 촉매 효과를 나타낸다.

경사지게 설치하는 것은 특히 다수의 금속 박판으로 구성된 분사 원판, 특히 회전 원판에 대해서도 적합하다.

추가의 이점은 다음의 실시예의 설명에서 상세히 언급될 것이다.

도 1에 예시된 혼합 압축 불꽃 점화형 내연 기관의 연료 분사 장치용 분사 밸브 형태의 전자기 작동 밸브는, 자기 코일(1)에 의해 적어도 부분적으로는 둘러싸이고 자기 회로의 내부극 역할을 하는 관형, 대체로 원통형인 코어(2)를 갖고 있다. 연료 분사 밸브는 특히 고압 분사 밸브로서 연료를 내연 기관의 연소실 내에 직접 분사하기에 적합하다.

예컨대 계단으로 된 합성 수지제의 코일 몸체(3)는 자기 코일(1)의 권선을 수용하고 있으며 코어(2) 및 비자성 링형이고 자기 코일(1)에 의해 부분적으로 둘러싸인 L 형 단면의 중간 부재(4)와 결합되어 자기 코일(1)의 영역에 있어서의 특히 콤팩트하고 짧은 구조를 실현시키고 있다.

코어(2) 내에는 밸브 종축선(8)을 따라 뻗은 관통하는 종방향 개구(7)가 있다. 자기 회로의 코어(2)는 연료 유입관 역할도 하는 것으로, 종방향 개구(7)는 연료 유입 통로가 된다. 외부 금속(예컨대 페라이트) 하우징 부재(14)가 자기 코일(1) 상부에서 코어(2)와 견고히 연결되어 있고, 그 하우징 부재는 외부극 또는 외부 전도 요소로서 자기 회로를 폐쇄하고 자기 코일(1)을 적어도 둘레 방향으로 완전히 에워싼다. 코어(2)의 종방향 개구(7) 내에는 유입측에 연료 필터(15)가 있는데, 이 필터는 입자가 커서 분사 밸브 내에서 폐색 또는 손상을 일으킬 수 있는 그런 연료 성분을 걸러내는 역할을 한다. 연료 필터(15)는 예컨대 압입에 의해 코어(2) 내에 고정된다.

코어(2)는 하우징 부재(14)와 함께 연료 분사 밸브의 유입측 단부를 형성하는데, 상부 하우징 부재(14)는 예컨대 축방향 하류로 보아 직선적으로 자기 코일(1)을 지나 연장되고 있다. 상부 하우징 부재(14)에는 하부 관형 하우징 부재(18)가 밀폐적으로 또한 단단히 연결되어 있고, 그 하우징 부재는 예컨대 전기자(19)와 봉형의 밸브 니들(20)로 구성된 축방향 가동 밸브 부재 및 종방향 연장 밸브 시트 지지체(21)를 둘러싸며 수용한다. 그러나 가동 밸브 부재는 예컨대 전기자가 일체 형성된 납작한 원판의 형태를 가질 수도 있다. 양 하우징 부재(14,18)는 예컨대 원주의 용접 심에 의해 견고하게 서로 연결되어 있다.

도 1에 도시된 실시예에서는 하부 하우징 부재(18)와 대체로 링형의 밸브 시트 지지체(21)는 나사로 견고히 서로 연결되어 있지만, 용접, 납땜 또는 에지 절곡도 역시 가능한 접합 방법이다. 하우징 부재(18)와 밸브 시트 지지체(21) 사이의 밀폐는 예컨대 밀폐링(22)에 의해 실시된다. 밸브 시트 지지체(21)는 그의 전체 축방향 길이에 걸쳐 밸브 종축선(8)에 동심으로 연장되는 내부 관통 개구(24)를 갖고 있다.

밸브 시트 지지체(21)는, 동시에 전체 연료 분사 밸브의 하류측 폐쇄부이기도 한 그의 하부 단부(25)에 의해, 관통 개구(24) 내에 적합하게 삽입되고 하류를 따라 원추형으로 축소하는 밸브 시트면(27)을 가진 원판형 밸브 시트 요소(26)를 둘러싸고 있다. 관통 개구(24) 내에는 예컨대 봉형이고 대략 원형 단면을 가진 밸브 니들(20)이 배치되어 있고, 그 밸브 니들은 그의 하류 단부에 밸브 폐쇄부(28)를 갖고 있다. 예컨대 원추형으로 축소하는 이 밸브 폐쇄부(28)는 공지의 방식으로 밸브 시트 요소(26) 내에 위치하는 밸브 시트면(27)과 협동한다.

밸브 시트면(27) 하류에는, 밸브 시트 요소(26)의 오목부(54) 내에, 실시예에서는 그 형상 및 특수 기능으로 인해 회전 원판(30)으로 채택되어 도시되어 있는, 본 발명에 따라 경사지게 설치된 분사 원판(30)이 배치되어 있다. 여기서 경사지게 설치한다는 것은 분사 원판(30)의 배향에 의해 밸브 종축선(8)에 대한 분사각 (γ)이 달성되도록, 분사 원판(30)이 밸브 종축선(8)에 대해 0°에서 벗어난 각도 하에서 연장되는 면에서의 법선을 갖는다고 이해하면 될 것이다.

회전 원판(30)은 예컨대 다층 전해 적층법에 의해 제조되고 예컨대 서로 퇴적된 세 금속층을 포함한다. 또한 오목부(54) 내에는 회전 원판(30)의 후단에 배치된 지지 요소(31)가 삽입 설치되어 있다.

분사 밸브의 작동은 예컨대 공지의 방식으로 전자기적으로 행해진다. 밸브 니들을 축방향으로 이동시켜서 코어(2)의 종방향 개구(7) 내에 배치된 복원 스프링(33)의 스프링 힘에 맞서 연료 분사 밸브를 개방시키고 또한 폐쇄시키는 데에는 자기 코일(1), 코어(2), 하우징 부재(14,18) 및 전기자(19)를 가진 전자기 회로가 이용된다. 전기자(19)는 밸브 니들(20)의 밸브 폐쇄부(28) 반대쪽 단부와 예컨대 용접 심에 의해 연결되어 코어(2)에 직선 정렬된다. 밸브 니들(20)이 전기자(19)와 함께 축방향 이동할 때 그 밸브 니들을 밸브 종축선(8)을 따라 안내하기 위해서, 한쪽에서는 밸브 시트 지지체(21) 내에 있어 전기자(19) 쪽 단부에 있는 안내 개구(14)가 이용되고 다른 쪽에서는 밸브 시트 요소(26)의 상류에 배치된 치수가 정확한 안내 개구(36)를 가진 안내 요소(35)가 이용되고 있다. 전기자(19)는 그의 축방향 이동 중 중간 부재(4)에 의해 둘러싸인다.

전자기 회로 대신에 예컨대 압전 스택과 같은 다른 여자 가능 작동자가 유사한 연료 분사 밸브 내에 사용될 수도 있고 축방향 가동 밸브 부재의 작동이 유압 압력 또는 서보 압력에 의해 행해질 수 있다.

코어(2)의 종방향 개구(7) 내에 삽입, 압입 또는 나사 결합된 조절 소켓(38)은, 중심 설정 부재(39)를 통해 스프링의 상류 측면에 의해 조절 소켓(38)에 접해 있고 소켓 반대쪽에서는 전기자(19)에 지지되어 있는 복원 스프링(33)의 스프링 장력을 조절하는 데 이용된다. 전기자(19)에는 한 개 또는 수 개의 홀과 유사한 유로(40)가 있고, 그 유로를 지나 코어(2)에 있는 종방향 개구(7)로부터 나온 연료는 유로(40) 하류에 형성된 연결 통로(41)를 통해 밸브 시트 지지체(21) 내 안내 개구(34) 부근에서 관통 개구(24) 내에까지 도달할 수 있다.

밸브 니들(20)의 행정은 밸브 시트 요소(26)의 삽입위치에 의해 미리 정해진다. 밸브 니들(20)의 종점 위치는 자기 코일(1)이 여자되지 않았을 때에는 밸브 폐쇄부(28)가 밸브 시트 요소(26)의 밸브 시트면(27)에 접촉함에 의해 결정되고 한편 밸브 니들(20)의 다른 종점 위치는 자기 코일(1)이 여자되었을 때 전기자(19)가 코어(2)의 하류측 정면에 접촉함에 의해 정해진다. 위에서 마지막에 언급된 정지 영역에 있어서의 부재의 표면은 예컨대 내식을 위해 크롬 처리된다.

자기 코일(1)의 전기적 접촉, 따라서 그 여자는 접점 요소(43)에 의해 행해지는데, 이 요소에는 다시 코일 몸체(3) 외부에 있어 플라스틱 사출 성형부(44)로 둘러싸여 있다. 플라스틱 사출 성형부(44)는 연료 분사 밸브의 추가 부재(예컨대 하우징 부재(14,18)를 넘어 뻗을 수 있다. 자기 코일(1)에 전류를 공급하는 전기 접속 케이블(45)은 플라스틱 사출 성형부(44)로부터 외부로 연장된다. 플라스틱 사출 성형부(44)는 이 영역에서 중단된 상부 하우징 부재(14)를 통해 돌출한다.

안내 개구(34)의 하류에서는 밸브 시트 지지체(21)의 관통 개구(24)가 예컨대 두 번 계단이 형성되어 있다. 제 1 계단(49)은 예컨대 나선형의 압축 스프링(50)에 대한 접촉면으로서의 역할을 한다. 제 2 계단(51)에 의해 두 개의 원판형 요소(35,26)를 위한 확대된 설치 공간이 얻어진다. 밸브 니들(20)을 둘러싸는 압축 스프링(50)은 이것이 계단(49)에 대향 위치하는 그 측면에 의해 안내 요소(35)를 누름에 의해 밸브 시트 지지체(21) 내에 있어 안내 요소(35)를 긴장 가압한다. 밸브 시트면(27) 하류에서는 밸브 시트 요소(26) 내에 유출 개구(53)가 형성되어 있고, 이 개구를 통해 밸브가 개방되었을 때에는 밸브 시트면(27)을 따라 흐른 연료가 관류하여 회전 원판(30) 내에 유입하고 그 후 지지 요소(31) 내에 유입한다. 지지 요소(31)는 예컨대 용접 또는 접착에 의해 밸브 시트 요소(26)와 강력히 연결되어 있는 동안, 회전 원판(30)은 오목부(54) 내에 죄어진 채 또는 고정된 채 존재하게 되는데, 그 이유는 지지 요소(31)가 회전 요소(30)를 아래로부터 지지하고 있기 때문이다. 도 1에 표시된 회전 원판(30)의 고정 방식은 아주 간략히 표시된 것이고 다수의 다양한 고정 방식들 중의 하나만을 나타내며 그들 방식 중 도 3 내지 9에서 추가의 것을 볼 수 있다. 지지 요소(31) 내에는 중앙 유출 개구(56)가 형성되어 있고 그 개구를 통해 이제 회전성을 가진 연료가 연료 분사 밸브를 떠난다.

도 2는 가능한 수많은 형상 중의 하나를 가진 회전 원판(30)의 평면도를 예시한다. 그런 회전 원판(30)은 단일편 부품인데, 그 이유는 각 층이 서로 바로 적층되어 있어 나중에야 비로소 접합되는 것이 아니기 때문이다. 회전 원판(30)의 층은 차례로 전해적으로 적층되어 있기 때문에 후속층은 전해 부착력으로 그 아래의 층과 강력하게 연결된다.

회전 원판(30)은 전해적으로 서로 적층된 세 평면, 층 또는 막으로 구성되고, 그들 층은 따라서 설치된 상태에서 흐름 방향으로 바로 그 순서대로 위치하게 된다. 회전 원판(30)의 세 층을 이하에서는 그 기능에 따라 덮개층(60), 난류 생성층(61) 및 바닥층(62)으로 명명할 것이다. 상부 덮개층(60)은 하부의 바닥층(62) 보다는 작은 외경으로 형성되어 있다. 이런 방식에 의해, 연료는 덮개층(60)에서 외측으로 흘러 지나고 그래서 방해받지 않고 외측 유입 영역(65) 내에서 중간의 난류 생성층(61)에 있는 예컨대 네 회전 통로(66)로부터 유입하는 것이 보장된다. 회전 원판(30)은 셋 이상의 층으로 제조될 수도 있는데, 그 때에 상기한 층(60,61,62)의 구조는 이 경우에도 유사한 식의 외관을 갖고, 그러나 예컨대 덮개층(60) 위에는 특정 설치 조건을 위해 또한 유동적 근거에서 합목적적일 수 있는 제 4의(도시 안됨) 구조층이 다시 형성된다.

상부 덮개층(60)은 관류를 위한 개구 영역을 갖지 않은 폐쇄된 금속층을 구성한다. 거기에 반해 난류 생성층(61)에는 이 층(61)의 전체 축방향 두께에 걸쳐 뻗은 복잡한 개구 형태가 있다. 중간층(61)의 개구 형태는, 예컨대 원형의, 내부 난류실(68) 및 난류실(68) 내로 연접하는 다수의 회전 통로(66)에 의해 형성되어 있다. 회전 통로(66)가 난류실(68) 내로 접선방향으로 연접(합류)함으로써 연료는 발생된 회전 임펄스를 갖게되고 그 임펄스는 하부 바닥층(62)의 중앙 원형 유출구(69) 내에서도 그대로 유지된다. 유출 개구(69)의 직경은 예컨대 바로 위에 있는 난류실(68)의 개구 폭보다 훨씬 작다. 그럼으로써 난류실(68)에서 생성되는 회전 강도가 더욱 강화된다. 연료는 원심력에 의해 중공 원형으로 분사된다.

난류실(68)과 회전 통로(66)의 형태는 난류 생성층(61)의 재료 영역(61')에 의해 미리 주어진다. 재료 영역들(61')은 각각 판자 모양이고 회전 원판(30)의 외주로부터 떨어져 형성되어 있다. 네 재료 영역(61')은 이웃의 재료 영역들(61')에 대해 대략 수직으로 위치하고 서로 일정 거리 떨어져 덮개층(60)에 의해 덮인 회전 통로(66)들을 형성한다. 난류실(68)에 반경방향으로 접경하는 재료 영역(61')의 단부(70)는 예컨대 삽 모양으로 만곡되어 있고, 그래서 재료 영역(61')의 형태가 이미 분사될 연료의 회전 형성에 역할을 시작하며 난류실(68)은 원형으로 형성된다. 내부 단부(70)에 대향 위치하는 재료 영역(61')의 단부(71)도 역시 그 외부 형태가 둥그렇게 되고 또한 넓어져 있고, 그럼으로써 그렇게 제공된 접합 직경에 의해 회전 원판(30)은 간단한 방식 및 방법으로 예컨대 오목부(54) 내에 삽입되고 고정될 수 있다(도 3 내지 5를 보라).

회전 원판(30)은 전해 적층에 의해 다수의 금속층으로 구성되어 있다(다중 전해층). 디프 리소그래피적, 전해 기술적 제조로 인해 형태 형성에 있어 특별한 특징이 달성되는 데 그중 몇 가지를 여기서 요약 설명하면 다음과 같다:

- 원판면 전체에 걸쳐 균일한 두께의 층,

- 리소그래피적 구성에 의해 거의 수직인, 관류 중공 공간을 형성하는 층 내의 절단 단부면(제조 기술에 따라 최적인 수직 벽에 대해 약 3°의 편차가 생길 수 있음),

- 구성되는 각 금속층의 다층 성층에 의해 절단 단부면이 원하는 대로 후방 절단되고 복개되는 것,

- 거의 축선 평행하는 벽을 가진 임의의 단면 형태를 가진 절단 단부면,

- 각 금속적층이 서로 독립적으로 이루어짐에 의한 회전 원판의 일체적(단일품) 구성.

이하의 절에서는 아주 간단히 회전 원판(30)의 제조 방법이 설명될 것이다. 상세하게 말하면, 다공 원판을 제조하기 위한 전해 금속 적층의 전체 공정 단계가 이미 DE-OS 196 07에 기재되어 있다. 리소그래피 단계(UV 디프 리소그래피)를 순차적으로 사용하는 공정의 특징은, 이 공정은 대 면적 규모에서도 구성 제조의 고정밀도가 보장되기 때문에 이것은 개수가 대단히 많은 대량 제조(큰 묶음(뱃치)으로 할 수 있음)에 이상적이다. 홈 또는 웨이퍼 위에서 다수의 회전 원판(30)이 동시에 제조될 수 있다.

공정의 출발점은, 예컨대 금속(티탄, 강), 규소, 유리 또는 세라믹으로 구성될 수 있는 평평하고 안정한 지지판이다. 지지판 위에는 선택적으로 먼저 적어도 하나의 보조층이 형성될 수도 있다. 그 보조층이란, 예컨대 나중의 미소 전해 공정을 위한 전기 전도를 위해 필요한 전해 개시층(예컨대 TiCuTi, CrCuCr, Ni)을 말한다. 보조층은 예컨대 스퍼터 또는 무전류 금속 적층에 의해 형성된다. 이 지지판의 예비 처리 후 보조층 위에 포토레지스트(포토 라커)가 전면적으로 형성, 예컨대 롤 도포 또는 미끄럼 피복된다.

그런데 포토레지스트의 두께는, 나중의 후속 전해 공정에서 이루어지는 금속층의 두께, 따라서 회전 원판(30)의 하부 바닥층(62)의 두께에 대응한다. 레지스트층은, 광 구성 가능한 포일의 하나 또는 몇 층 또는 유동 레지스트(폴리이미드, 포토 라커)로 구성될 수 있다. 선택적으로, 희생층이 나중에 생성되는 라커 구조층 내에 전해 형성되는 경우에는, 포토 레지스트의 두께는 그 희생층의 두께만큼 증가되게 한다. 실현하려는 금속 조직은 역으로 된(네가티브) 포토 리소그래피 마스크에 의해 포토레지스트 내에 전사된다. 한 방법은, UV 조사(도체판 조사기 또는 반도체 조사기)에 의해 직접 마스크를 통해 포토레지스트를 조사하고(UV-리소그래피) 이어서 현상하는 것이다.

포토레지스트 내에 마지막으로 생기는, 나중에 회전 원판(30)의 층(62)이 될 네가티브 조직은, 전해적으로 금속(예컨대 Ni, NiCo, NiFe, NiW, Cu)에 의해 충전된다(금속 적층). 금속은 전해에 의해 네가티브 조직의 형태에 밀접하게 접하고 그리하여 소정의 형태가 정확하게 금속으로 재현된다. 회전 원판(30)의 구조를 실현하기 위해, 선택적인 보조층의 형성 이후의 공정 단계들은 소망하는 층의 수에 따라 반복되어야 하는 것이고, 따라서 삼층 회전 원판(30)의 경우에는 세 전해 단계가 수행된다. 회전 원판(30)의 층의 경우, 상이한 금속들이 사용될 수도 있으나 그 금속들은 단지 새 전해 단계에서 사용될 수 있다.

회전 원판(30)의 덮개층(60)을 제조할 때에 금속은 난류 유로(66) 및 난류실(68)의 영역에 있어 전도성 재료 영역(61') 및 비전도성 포토레지스트 위에 적층된다. 이를 위해 개시층 금속 피복이 선행의 중간층(61)의 레지스트 위에 행해진다. 상부 덮개층(60)의 적층 후 잔류하는 포토레지스트는 금속 구조부로부터 습식 화학 박리에 의해 용해 제거된다. 표면 안정화 처리된 평활한 지지판(기판)의 경우, 회전 원판(30)은 기판으로부터 분리되어 개별적으로 분할될 수 있다. 회전 원판(30)이 지지판에 양호하게 접합되어 있는 경우 희생층을 기판 및 회전 원판(30)에서 선택적으로 부식 제거할 수도 있으며, 그래서 회전 원판(30)을 지지판으로부터 분리하여 개별적으로 분할할 수 있다.

도 3 내지 9에는 경사지게 설치된 회전 원판(30)을 가진 본 발명에 따라 형성된 밸브 단부의 7 가지 상이한 실시예가 도시되어 있고, 그들 회전 원판(30)은 기본적 구조에 있어서는 도 1에 있는 하류측 밸브 단부에 상당한다.

밸브 종축선(8)에 대해 경사지게 설치되고 단이 형성된 밸브 시트 요소(26)의 오목부(54) 내에는 회전 원판(30) 및 지지 요소(31)가 배치되어 있고, 지지 요소(31)는 도 3의 예에서는 그의 하부 정면(80)에 의해 예컨대 밸브 시트 요소(21)의 하부 정면(81)과 일직선을 이루어 종결되어 있고, 그럼으로써 밸브 시트 지지체(21)도 함께 포함하여 전체 연료 분사 밸브의 하류측 폐쇄부가 형성되어 있다. 지지 요소(31)와 밸브 시트 요소(26)와의 강력한 연결은 예컨대 레이저에 의해 형성된 원주 환형 용접 심(82)에 의해 실현된다.

회전 원판(30)은 지지 요소(31)의 밸브 시트면(27) 쪽의 상부 정면(83) 위에 놓여 있고, 다른 한편 회전 원판(30)은 그의 하부 바닥층(62)에 의해 오목부(54)의 단(86)에서 부동 위치에 놓여 있다. 오목부(54)는 단(54) 상부의 영역에서 회전 원판(30)의 재료 영역(61')의 접합 직경에 상당하는 직경을 갖고 있기 때문에, 회전 원판(30)은 오목부(54) 내에 정확히 삽입될 수 있다. 회전 원판(30)의 이탈을 방지할 수 있도록, 지지 요소(31)는 회전 원판(30)을 밸브 시트면(27)의 방향으로 오목부(54)의 단(86)에 누른다. 지지 요소(31)는 대략 오목부(54)의 개구 직경에 상당하는 외경을 갖는다. 오목부(54)는 예컨대 천공, 선반 가공, 연삭 또는 주조에 의해 형성된다.

유출 개구(56)의 직경은 예컨대 회전 원판(30)의 유출 개구(69)의 직경 보다 약간 더 크다. 정적 유량은 회전 원판(30)의 유출 개구(69)에 의해 정해지고, 한편 유출 개구(56)의 직경은 특히 분사되는 스프레이의 벌림 각도에 대응하여 정해질 수 있다.

휘발유 직접 분사의 경우에는 예컨대 특정 설치 조건에 따라 밸브 종축선(8)에 대해 경사진 스프레이를 연소실에 직접 분사하는 분사 밸브가 유리하다. 그때에는, 예컨대, 중공 원추 주위에 걸쳐 균일하게 분포된, 회전성(꼬임)을 갖고 가급적 회전 대칭적인 중공 원추 스프레이가 확실히 발생된다. 그런 과정을 실현하기 위한 가능한 방법들이 도 3 내지 9에 도시되어 있다. 그런데 회전 원판(30)이 밸브 종축선(8)에 대해 경사지게 설치되어 있고, 그래서 유출 개구(69)는 경사진 분사 방향을 부여하고 그 방향은 역시 경사지게 연장된 지지 요소(31)의 유출 개구(56) 내에서도 그대로 유지된다는 점은 도시된 모든 실시예에서 공통이다. 따라서 유출 개구(56)는 하부 정면(50)에서 편심적으로 끝나는데, 유출 개구(56)의 경사도가 밸브 종축선(8)에 대한 전체 스프레이의 분사 각도를 결정한다. 분사 방향은 화살표 및 γ로 표시되어 있는데, γ는 밸브 종축선(8)에 대한 스프레이의 각도를 표시한다.

이후 도면의 추가 실시예에서는 도 3에 표시된 실시예에서와 같거나 또는 같은 작용을 하는 부재들은 같은 번호로 표시되고 더 자세히 설명되지 않을 것이다. 그래서 이하에서는 상이한 점 및 특별한 점만을 설명할 것이다.

도 4에 있는 밸브 단부는 다른 지지 요소(31)가 주 특징이다. 거기에서는 원통형으로 구성된 지지 요소(31)가 오목부(54)로부터 하류 방향으로 밸브 시트 요소(26)의 하부 정면(81)을 지나 돌출해 있다. 용접 심(32)은 지지 요소(31)의 경사진 위치로 인해 일단 정면(80)의 위치로부터 거의 정면(83)의 위치까지 지지 요소(31)의 주위로 타원형으로 뻗었다가 다시 복귀해 연장되고 있다.

도 5에는 하류로 향해 원추형으로 확대되는 유출 개구(56)를 가진 짧은 지지 요소(31)가 도시되어 있다. 이 지지 요소(31)는 완전히 오목부(54) 내에 형성되어 있다. 그 요소는 한 영역에서만 밸브 시트 요소(26)의 하부 정면(81)까지 연장되어 있다. 원형의 원주 용접 심(82)을 형성할 수 있기 위해, 오목부(54)는 정면(81)에까지 연장부(87)를 가진 큰 주위 영역을 통해 확대 형성되어 있다. 용접 심(82)은 정면(81)을 따라 뻗지 않고 오목부(54) 또는 지지 요소(31)의 경사도에 대응하여 환형으로 존재한다. 연소실 조건에 따라 설치 방법이 채택되는 것으로, 이 경우에는 있을 수 있는 밸브 선단의 코크스화가 방지된다.

도 6 및 7은 밸브 단부에 추가의 수용 요소(89)를 사용하는 추가의 설치 원리가 도시되어 있다. 밸브 시트 요소(26)는 유출 개구(53)의 하류에 오목부(54)를 갖고 있지 않다. 밸브 시트 요소(26) 자체는 내부 개구(90) 내에서 밀폐 링(91)에 의해 밀폐적으로 수용 요소(89) 내에 삽입되어 예컨대 레이저 용접, 압입, 수축, 경질 납땜, 확산 납땜 또는 자성변환에 의해 고정되어 있고, 이 요소는 그의 하부 정면(81)으로 계단(92) 위에 지지되어 있다. 하류 방향으로는 개구(90)는 계단(92)까지 원통형으로 또한 밸브 종축선(8)에 대해 회전 대칭적으로 연장되고 있는 한편, 개구(90)는 계단(92) 하류에서는 밸브 종축선(8)에 대해 비스듬히 경사져 연장되어 있다. 개구(90)의 하측 부분은 회전 원판(30)을 수납하는 데 이용되고 있다. 상기한 실시예들과는 달리 이제 회전 원판(30)은, 두 하부층(61 및 62)이 회전 원판(30)의 외부 접합 직경을 예정하여 이들 층이 수납 요소(89)의 개구(90) 내에 정확히 적응하며 접하도록, 그렇게 구성되어 있다. 수용 요소(89)와 밸브 시트 지지체(21)는 예컨대 원주 용접 심(94)으로 강력히 연결되어 있다. 밸브 시트 요소(26)는 밸브 니들(20)을 안내하는 역할도 하고, 그래서 안내 요소(35)는 생략될 수 있다.

양 실시예에 있어서, 수용 요소(89)는 밸브 종축선(8)에 대해 경사진 하부 정면(95)을 갖는다. 지지 요소(31)도 그의 하부 정면(80)에 의해 상기 정면(95)과 직선적으로 끝나고, 정면(80,95)의 영역에서의 용접 심(82)에 의해 서로 고정되어 있다(도 6). 도 7에 의한 실시예에서는, 지지 요소(31)가 생략되어 있다. 예컨대 원추형 유출 개구(56)가 이제는 직접 수용 요소(89) 내에 배치되어 있다. 개구(90)의 하부 경사 부분에는 계단(92) 다음에 추가의 계단(96)이 형성되어 있고 그 계단 위에 회전 원판(30)이 놓여 있고, 그럼으로써 아래로부터의 지지는 불필요하게 되어 있다. 밸브 시트 요소(26)의 하부 정면(81)과 회전 원판(30), 특히 중간층(61)의 외부 경계 사이에는, 관형의 간격 케이싱(98)이 설치되어 있어, 회전 원판(30)의 정확한 위치 결정이 가능해진다. 도 6의 실시예에서는 회전 원판(30)이 아래로부터 도입되는 반면에, 도 7의 실시예에서는 위로부터 장착이 이루어진다.

도 8에 도시된 실시예에서는 회전 원판(30)이 밸브 시트(27)의 하류에서 구형 부재(100)의 개구(99) 내에 설치되어 있다. 구형 부재(100)로서는, 예컨대 볼 베어링으로 되어 있고 중심부가 천공된 금속구가 사용될 수 있다. 그런데, 회전 원판(30)이 놓여질 수 있는 단(102)이 형성되도록 개구(99)가 형성되어 있다. 이하 이 장착 과정을 간단히 설명한다. 유입측에서 우선 존재하는 구체를 평평하게 연마한다. 이때 평평하게 연마된 평면(103)의 면 법선은 구체 부재(100) 내에 형성된 개구(99)의 축선에 대해 각도(γ)만큼 경사져 있다. 구체 부재(100)는 하류 방향으로 원추형으로 축소하는 수용 개구(104)를 가진 원판형 지지 요소(31) 내에 설치되어 있다. 구체 부재(100)와 수용 개구(104)를 가진 지지 요소(31)의 허용 오차는, 평활 연마된 평면(103)이 구체 부재(100)가 아직 압입되지 않았을 때에 지지 요소(31)로 부터 약간 돌출할 정도로 설계된다.

지지 요소(31)는 삽입된 구체 부재(100)에 의해 밸브 시트 지지체(21) 내에 에워싸여 있다. 그리고 구체 부재(100)의 평면(103)은 아래로부터 밸브 시트 요소(26)의 하부 정면(81)에 대해 평면적으로 눌러져 있다. 지지 요소(31)가 밸브 시트 요소(26)에 대해 축방향으로 프레스 됨으로써, 지지 요소(31)의 평면(103)이 밸브 시트 요소(26)에 정확히 직선적으로 접하여 막힐 때까지, 충분히 수용 개구(104) 내로 압입된다. 밸브 시트 요소(26)와 지지 요소(31) 사이에는 필요한 밀폐성을 얻기 위해 예컨대 시트 패킹이 삽입되거나 또는 접착제가 도입된다. 지지 요소(31)와 밸브 시트 지지체(21)의 강력한 연결은 환형의 용접 심(82)에 의해 달성된다.

도 9에는 회전 원판(30)이 경사지게 설치된 밸브 단부의 제 7 실시예가 도시되어 있는데, 이 실시예는 무엇보다, 유출 개구(56)를 가진 아무런 추가 부재도 회전 원판(30) 뒤에 설치되어 있지 않은 것이 특징이다. 사실 회전 원판(30)은 연소실 내 직접 분사를 맡는다. 이를 위해 회전 원판(30)은 4 층으로 구성되어 있는 데, 회전 원판(30)의 두께의 대부분은 하부 바닥층(62')이 차지하고 그 하부 바닥층은 상류 방향으로 다시 유출 개구(69)를 가진 바닥층(62)에 이어져 있다. 하부 바닥층(62')은 특정 방식으로 분사 천공판 또는 이미 상술한 지지 요소(31)의 기능을 행하는데, 그 이유는 분사 홀로 형성된 유출 개구(56)가 다시 회전 요소(30)의 하부 바닥층(62')에 형성되어 있기 때문이다. 고정 부착의 측면에서는 이 실시예는 도 6의 것에 비견될 수 있는 것으로, 회전 원판(30)은 경사진 하부 정면(105)을 가진 밸브 시트 지지체(21)에 직접 부착되어 있다.

상세히 설명되고 특히 바람직한 상기 회전 원판(30) 외에, 다층 분사 원판으로 된 다른 실시형, 예컨대 서로 어긋난 입구와 출구를 갖고 있어 소위 S 자 충격류를 생성하고 또한 다층 전해 적층판으로서, 또는 금속 시트 적층판으로서 금속으로 또는 규소로 제조될 수 있는 원판 또는 스탬핑된 분사 천공 원판이 연료 분사 밸브 내에 밸브 종축선(8)에 대해 경사지게 설치하여 사용될 수도 있다. 상기한 다층 또는 다중판 분사 원판 대신에 단층 천공 원판도 연료 분사 밸브 내 경사지게 설치하는 데 채용될 수 있다.

Claims (13)

1. 밸브 종축선(8)을 갖고, 밸브의 개방과 폐쇄를 위해 밸브 시트 요소(26)에 형성된 견고한 밸브 시트(27)와 협동하는 가동 밸브 부재(20)를 작동시키기 위한 작동자(1,2,14,18,19)를 갖고, 밸브 시트(27)의 하류에 배치된 분사 원판(30)을 갖고 있는 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한, 특히 내연 기관의 연소실 내에 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브에 있어서,

   분사 원판(30)의 배향에 의해 밸브 종축선(8)에 대한 분사각 γ가 달성되도록, 분사 원판(30)이 밸브 종축선(8)에 대해 0°에서 벗어난 각도 하에서 경사져 연장되는 면 법선(면 수직선)을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 분사 원판은 한 난류실(68) 및 그 난류실 내로 연접하는 적어도 두 개의 회전 통로(66)를 가진 회전 원판(30)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 분사 원판이 벗어나 있는(변위된) 입구(65)와 출구(69)를 가진 S 형 원판으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 분사 원판(30)은 다층으로 되어 있고 분사 원판(30)의 층은 전해 금속 적층(다중 적층)에 의해 직접적으로 서로 부착력이 강하게 합성(구축)되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 분사 원판(30)은 다층으로 구성되어 있고, 거기에서 적어도 두 박판 금속층은 상호 구축되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 분사 원판(30)이 밸브 시트 요소(26)의 오목부(54) 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
7. 제 6 항에 있어서, 분사 원판(30)이 지지 요소(31)에 의해 오목부(54) 내에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 분사 원판(30)이 밸브 시트 요소(26)의 하류 수용 요소(89)의 개구(90) 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
9. 제 8 항에 있어서, 분사 원판(30)이 지지 요소(31) 또는 간격 케이싱(98)에 의해 개구(90) 내에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
10. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 분사 원판(30)이 밸브 시트 요소(26)의 하류 구체 부재(100)의 개구(99) 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
11. 제 10 항에 있어서, 구체 부재(100)가 지지 요소(31)의 원추형 수용 개구(104) 내에 압입되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
12. 제 2 항에 있어서, 분사 원판(30)은 회전 원판(30)으로서 분사 천공 원판(62')과 조합되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 밸브 시트 요소(26)가 레이저 용접, 압입, 수축, 경질납땜, 확산납땜, 접착 또는 자성 변환에 의해 수용 요소(21,89) 내에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.