KR20010022998A - 연료 공급 제어가 개선된 고압 분사용 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

고압 저장기로부터 연료를 엔진 특히, 디젤 엔진의 연소실로 고압 분사하기 위한 연료 분사 밸브가 설명된다. 연료 분사 밸브는 제어 챔버 내의 연료압이 적어도 하나의 채널벽에 의해 한정된 스로틀 채널 세그먼트를 갖는 스로틀을 통해 감소될(분사 위치) 수 있거나 또는 형성(폐쇄 위치)시킬 수 있는 솔레노이드 밸브를 갖는다. 본 발명에 따르는 스로틀 채널 세그먼트는 기본적으로 오리피스 형태로 구성된다.

Description

연료 공급 제어가 개선된 고압 분사용 연료 분사 밸브 {FUEL INJECTION VALVE FOR HIGH-PRESSURE INJECTION WITH IMPROVED FUEL SUPPLY CONTROL}

이런 유형의 연료 분사 밸브는 독일 특허 제196 19 523호에 개시되어 있다. 연료가 고압 저장기로부터 압력에 의해 제어 챔버로 공급되는 이런 공지된 분사 밸브에서 분사 제어는 전기 유압식으로 달성된다. 이런 제어 압력에 의해 연료 분사 밸브의 밸브 부재는 폐쇄 위치에 유지된다. 이는 제어 압력에 의해 가압되는 밸브 부재의 제어면이 연료 분사 밸브의 노즐 니들의 견부의 가압면보다 크기 때문에 가능하다. 스로틀 형상의 제어 챔버는 고압 저장기와 영구적으로 연결되고, 스로틀 채널 세그먼트를 갖는 추가의 스로틀을 통해 비워질 수 있다. 상기 추가의 스로틀은 솔레노이드 밸브에 의해 제어된다. 솔레노이드 밸브가 스로틀을 개방시키면 제어 챔버는 감소되고, 이에 의해 분사 밸브가 분사하는 동안 밸브 부재가 개방 위치, 즉 분사 위치로 위치될 수 있을 정도로 분사 밸브의 밸브 부재 압력면에 압력이 충분하게 된다. 스로틀은 솔레노이드 밸브에 의해 다시 폐쇄되고, 밸브 부재가 다시 폐쇄 위치로 위치되도록 제어 챔버 내의 압력은 상승된다. 연료 분사 밸브는 또한 솔레노이드 밸브의 전자석에 의해 작동되며, 전술된 스로틀에서의 제어 연료량이 방출 챔버로 유동될 수 있는 방출 도관을 갖는다.

이런 유형의 기본적인 구조는 유럽 특허 공개 제0 661 442호에 개시되어 있다. 솔레노이드 밸브에 의해 제어 가능하며, 방출 도관에 대해 연료 분사 밸브의 측면을 밀봉 또는 개방시키며, 제어 챔버를 서로 연결시키는 스로틀은 두 개의 장방형으로 구성된 채널 단면부를 갖는다. 실제적인 스로틀 단면부를 나타내는 제1 채널 단면부는 자체 직경에 대해 길게 구성되고, 원래의 가늘고 긴 스로틀 채널 세그먼트를 제어 챔버에 연결시키는, 상당히 큰 단면적을 갖는 장방형의 제2 단면부 내로 합류한다.

특히 가늘고 길고 얇은 스로틀 채널 세그먼트에서의 연료 유동은 연료가 채널벽에 접촉되도록 충분한 시간을 갖는다. 그러나 이런 유형의 좁은 스로틀 채널 횡 세그먼트는 유동 손실이 크다. 유동 손실이 감소되도록 스로틀 채널벽의 거칠기를 감소시키기 위해 래핑(lapping)하는 방법이 있다. 그러나 이는 고 비용을 야기하는 기술적인 낭비를 의미한다. 특히 스로틀 채널 세그먼트가 매우 좁을 때, 적당한 비용을 고려하면 이런 유형의 표면 마무리 처리는 기술적 한계에 직면한다.

본 발명의 목적은 솔레노이드 밸브와 제어 챔버 사이에 분사 밸브 스로틀이 적은 비용 및 적은 유동 손실을 갖도록 제작되는 연료 분사 밸브를 제공하는 것이다.

이런 목적은 청구항 제1항에 따른 특징부에 의해 해결된다. 유익한 개선은 종속 청구항에서 상세히 설명된다.

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따르는 고압 저장기로부터 엔진의 연소실로 연료를 고압 분사하기 위한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

본 발명의 다른 장점, 특징 및 응용 가능성은 첨부된 도면을 참조로한 실시예에 의해 상세히 설명된다.

도1은 연료 분사 밸브의 기본 기능을 설명하기 위한 고압 분사용 연료 분사 밸브의 단면도이다.

도2는 본 발명에 따르는 오리피스 형태의 스로틀 채널 세그먼트를 구비한 스로틀이 배치된 도1에 따른 연료 분사 밸브의 부분 확대 단면도이다.

고압 저장기로부터 연료를 엔진 특히, 디젤 엔진의 연소실로 고압 분사하기 위한 본 발명에 따르는 연료 분사 밸브는 솔레노이드 밸브를 갖는다. 이에 의해 제어 챔버 내의 연료압이 적어도 하나의 채널벽을 구비한 스로틀 채널 세그먼트를 갖는 스로틀을 통해 연료 분사 밸브의 분사 위치에 일치되도록 비워질 수 있거나 또는 연료 분사 밸브의 폐쇄 위치 또는 분사되지 않는 위치에 일치되도록 연료압이 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 스로틀 채널 세그먼트는 기본적으로 오리피스 형태로 구성된다. 스로틀 채널 세그먼트가 스로틀 오리피스로써 구성되므로 스로틀 채널 횡 세그먼트 내의 유동 형성에 기본적으로 영향을 미치고, 유동될 때 오리피스에 미리 연결된 채널 세그먼트 및 오리피스에 후속 연결되는 연료 분사 밸브가 유동에 의해 실제적으로 접촉되지 않도록 스로틀 채널 세그먼트가 실제로 오리피스와 효력이 같도록 짧게 구성된다. 이에 의해 유동 저항이 작게 형성되므로 연료 분사 밸브의 제어 작동이 현저히 개선된다. 또한, 스로틀 채널 세그먼트가 오리피스로써 구성되므로 통상 비교적 좁은 유동 채널 내의 소비적인 표면 마무리 작업이 생략된다. 이에 의해 비용이 감소될 수 있다. 스로틀 영역 주변의 유동이 실제적으로 스로틀의 나머지 채널벽의 표면 구성에 따르기 때문에 또한 이런 유형의 스로틀에서 제작 정확도가 유동에 미치는 영향은 감소된다.

스로틀 채널 세그먼트는 0.1 내지 2 이하의 영역 특히, 1.0 내지 1.5 영역에서 l/d 비례 관계를 갖는다. 이와 관련되어, 특히 상응되는 이론적 분석으로는 2 내지 3 영역의 l/d 비례 관계에서 공동 현상(cavitation)은 존재하지 않는다. 그러나 실제적으로 공동 현상은 감소되어 존재한다. 원래의 효력을 유지시키기 위해 공동 현상을 의식적으로 발생시키고, 이를 통해 유동 흐름이 채널벽에 접촉되지 않고, 이로써 스로틀 채널 세그먼트의 길이는 직경에서 현저히 감소되므로 상당히 감소된 l/d 비례 관계가 달성된다. 특히, 스로틀 채널 세그먼트는 매우 적은 l/d 비례 관계일 때 스로틀 오리피스 형태를 수용한다.

스로틀 내의 유동 조건에 영향을 미치기 위해 스로틀 채널 세그먼트는 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라 전이 영역에서 횡 단면부 확장으로 제어 챔버 방향으로 라운딩된, 특히 HE-라운딩된 영역을 갖는다. 실제의 스로틀 횡 세그먼트 또는 스로틀 오리피스의 관통 유동시에 유동 손실을 감소시키는 최소 축소(vena contracta)가 전이 영역의 이런 라운딩된 구성에 의해 감소된다.

솔레노이드 밸브의 폐쇄 요소에 의해 폐쇄 가능한 제1 스로틀 채널을 갖는 스로틀 및 제어 챔버 내로 유입되는 제2 스로틀 채널이 유익하게 제공되고, 제1 스로틀 채널과 제2 스로틀 채널 사이에 오리피스 형태의 스로틀 채널 세그먼트 또는 스로틀 오리피스가 기본적으로 축방향으로 정렬되어 나란히 배치된다. 스로틀 채널의 직경은 유동 손실이 비교적 작게 유지되도록 구성되고, 직경은 양 스로틀 채널 사이에 오리피스 형태의 스로틀 채널 세그먼트가 스로틀 오리피스 형태로 유지되도록 짧게 구성된다.

도1은 자체에 솔레노이드 밸브(2)가 일체로 형성된 고압 연료 분사용 연료 분사 밸브의 단면도이다. 연료 분사 밸브(1)의 밸브 본체(17)는 폐쇄 상태에서 원추형 밸브 시트에 밀착되는 공지된 원추형 밀봉면을 갖는 노즐 니들(11)과 결합된다. 밸브 시트로부터 노즐 본체(12) 내에 실질적인 노즐(13)을 나타내는 분사 구멍이 연장된다. 노즐 니들(11)은 압력 스프링(16)에 의해 폐쇄 위치 방향의 밸브 시트상으로 가압된다. 노즐 니들(11)은 또한 견부(15)를 갖고, 노즐 본체(12) 내의 압력 견부 영역 내에서 고압 공급 도관(26)과 연결된 압력 챔버(14)가 제공되고 이 도관을 통해 압력 튜브 형태의 고압 연결부(18)로부터 연료가 고압으로, 바람직하게는 120 MPa의 압력으로 압력 챔버로 유동된다. 상응되는 고압이 압력 챔버 내에 존재하면 이 압력은 압력 견부에 영향을 미치고, 이에 의해 노즐 니들(11)에 축방향으로 영향을 미치는 솔레노이드 밸브(2)의 상응되는 제어시에 노즐 니들(11)을 충분히 상승시키고 노즐 본체(12) 내의 노즐(13)의 노즐 구멍을 개방시키는 힘을 발생시킨다. 이에 의해 연료는 엔진의 연소실로 분사된다. 연료 분사 밸브의 밸브 하우징(17) 내에 삽입 부분(21) 내에서 자체의 전면으로 제어 챔버(3)를 제한하는 밸브 태핏(25)은 압력 스프링(16)과 동축 배치되어 노즐 니들(11)에 결합된다. 제어 챔버(3)는 고압 스로틀에 의한 고압 연결부(18)로부터의 공급부와 솔레노이드 밸브(2)의 밸브 부재(27)를 통해 제어되는 본 발명에 따른 스로틀(4)에 의한 방출 도관(24)에 대한 방출부를 갖는다.

공지된 방법에서, 솔레노이드 밸브(2)는 폐쇄 방향으로 영향을 미치는 스프링(20) 및 여자(excite)시에 밸브 부재(27)가 당겨지도록 영향을 미치고 이를 통해 스로틀(4)을 개방시키는 자기 코일(22)을 갖는다. 연료 분사 밸브(1)의 상부 헤드 영역에서 또한 E-형상 연결부(23)가 솔레노이드 밸브(2)에 전기를 공급하기 위해 제공된다.

도2에는 본 발명에 따른 스로틀(4) 영역의 확대 단면도가 도시된다. 스로틀(4)은 솔레노이드 밸브(2)를 통해 작동 가능한 볼형 폐쇄 요소에 의해 폐쇄 가능한 제1 스로틀 채널(8)과 오리피스 형태로 구성된 스로틀 채널 세그먼트(5)와 제2 스로틀 채널(10)을 갖는다. 스로틀 채널 세그먼트(5)의 전이부는 최소 축소에 대해 영향을 미치도록 라운딩된 전이 영역(6)으로써 구성된다. 제2 스로틀 채널(10)은 연료 압력을 갖는 제어 챔버(3) 내의 상응되는 압력을 통해 가압 가능한 밸브 태핏(25)이 있는 제어 챔버(3) 내로 합류한다. 솔레노이드 밸브에 의해 제어된 본 발명에 따른 스로틀(4)은 밸브 하우징(17) 내에 배치된다.

전이 영역이 스로틀 채널 세그먼트(5)로부터 제2 스로틀 채널(10)로 라운딩된 전이 영역(6)으로써 구성되어 스로틀 채널 세그먼트가 스로틀 오리피스로써 영향을 미치도록 스로틀 채널 세그먼트(5)는 이런 짧은 길이 또는 l/d 비례를 갖는다. 각각의 스로틀 채널 또는 스로틀 채널 세그먼트 및 라운딩된 전이 영역(6)의 반경의 기하학적인 비례가 서로 일치되어, 연료 분사 밸브(1)에 대한 유동 형성이 전체 채널 세그먼트 또는 스로틀 채널을 따르는 스로틀을 통해 최적으로 제어될 수 있다.

Claims (5)

1. 솔레노이드 밸브(2)를 갖고, 이에 의해 제어 챔버(3) 내의 연료압이 적어도 하나의 채널벽(6)에 의해 한정된 스로틀 채널 세그먼트(5)를 갖는 스로틀을 통해 감소될(분사 위치) 수 있거나 또는 형성(폐쇄 위치)될 수 있는 고압 저장기로부터 연료를 엔진 특히, 디젤 엔진 연소실로 고압 분사하기 위한 연료 분사 밸브에 있어서,

   스로틀 채널 세그먼트(5)가 기본적으로 오리피스 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제1항에 있어서, 스로틀 채널 세그먼트(5)가 공동 현상을 발생시키는 l/d 비례 관계를 갖고, 연료의 관통 유동시에 유동의 적어도 많은 부분이 채널벽(6)에 접촉되지 않도록 기하학적 구성, 특히 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스로틀 채널 세그먼트(5)가 0.1 내지 2 이하 특히, 1.0 내지 1.5 영역에서 l/d 비례 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스로틀 채널 세그먼트(5)는 횡 단면 확장부를 갖는 전이 영역(7)에서 제어 챔버(3) 방향으로 라운딩, 특히 HE-라운딩되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스로틀(4)은 솔레노이드 밸브(2)의 폐쇄 요소(9)에 의해 폐쇄 가능한 제1 스로틀 채널(8) 및 제어 챔버(3) 내로 유입되는 제2 스로틀 채널(10)을 갖고, 제1 스로틀 채널(8)과 제2 스로틀 채널(10) 사이에 오리피스 형태의 스로틀 채널 세그먼트 또는 스로틀 오리피스가 기본적으로 축방향으로 정렬되어 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.