KR20010040792A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여기 가능한 작동 장치(10, 11, 12)와 밸브 니들(5)을 포함한 연료 분사 밸브에 관한 것으로서, 여기서 밸브 니들은 작동 장치(10, 11, 12)에 의해 축방향으로 이동될 뿐만 아니라 밸브 폐쇄체(7)와 연결된다. 상기 밸브 폐쇄체(7)는 밸브 시트면(29)과 협동하여 밸브를 개폐한다. 밸브 시트면(29)의 하류에는 천공 디스크(21)가 장착되는 데, 이 천공 디스크는 컵이나 포트 모양으로 이루어지며 하부 부품(22)과 이 하부 부품으로부터 연장된 유지 엣지(26)를 갖는다. 박판 금속으로 구성된 얇은 천공 디스크(21)는 천공 디스크(21)의 강성을 향상시키기 위하여 하부 부품(22)과 유지 엣지(26) 사이의 변환 영역에서 벌징(36)을 갖는다. 이 연료 분사 밸브는 혼합물-압축 및 불꽃 점화식 내연기관의 엔진 내의 연료 분사 시스템에 특히 적합하다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}

독일 특허공개 제 DE 40 26 721 A1 호에는 하류 단부에 포트(pot) 모양의 얇은 천공 디스크(perforated disk)를 구비한 분사 밸브가 이미 공지되어 있다. 이 천공 디스크는 복수의 분사구를 구비한 평면 형태의 하부 부품과, 이 하부 부품으로부터 연장되며 컵이나 포트 모양으로 이루어진 유지 레일(retained rail)을 포함한다. 천공 디스크는 이 천공 디스크의 하부 부품의 영역에서 주변에 배치된 용접 시임을 통하여 밸브 시트체 상에 고정되며, 한편 유지 레일은 용접을 통하여 밸브 시트체와 견고하게 결합된다. 내부의 연료 압력에 의하여 천공 디스크가 상승되는 것을 방지하기 위하여 천공 디스크는 충분한 두께로 제작되어야 한다. 그러나, 이와 같이 형성된 천공 디스크의 두께로 인하여, 분사구로부터 분출되는 연료는 최적 상태의 가장 미세한 연료 입자(fuel droplet)를 이끌어내지 못하며, 또한 이상적인 연료가 준비되지 않는다는 단점을 갖는다.

이 때문에, 독일 특허 제 DE 41 23 692 C2 호에는 천공 디스크에 보조 디스크(supporting disk)를 추가하는 방식이 제안되어 있다. 여기서, 보조 디스크는 컵 모양으로 형성되어 있으며, 또한 이 보조 디스크에는 하부 부품과 밸브 시트체 사이에서 평면 형태로, 그리고 중앙 영역에서 모자 모양으로 만곡된 천공 디스크가 삽입된다. 이러한 방식을 통하여, 천공 디스크는 간편하게 제조될 수 있으며 비교적 얇게 구성할 수 있다. 물론, 상술한 단점은 상기 구조를 통하여 극복될 수 있지만, 당연히 두 개의 부품을 제작하여야 하므로 현저히 많은 비용이 소요되며, 더구나 보조 디스크는 천공 디스크보다 더 두껍게 제작된다. 이 때문에, 복수의 부품을 제작하는 데 소요되는 비용뿐만 아니라 명백히 많은 재료비가 요구된다. 또한, 천공 디스크 하나만을 취급할 때에 비하여 양 부품들을 부착하여 취급하기가 곤란하다.

본 발명은 독립 청구항의 종류에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 연료 분사 밸브를 부분적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 천공 디스크를 도시한 도면.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선상에서 취한 천공 디스크의 단면 도시도.

이에 비하여, 독립 청구항 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 특히 간단한 기술과 방식으로, 그리고 추가의 재료비나 부품비를 필요로 하지 않고 천공 디스크를 얻을 수 있는 장점을 가지며, 더구나 이 천공 디스크는 동일한 두께의 공지된 천공 디스크에 비하여 향상된 안정성과 강성을 가질 수 있다. 또한, 향상된 다이나믹 내구성(dynamic endurance strength)이 가능하다. 천공 디스크의 강성을 향상시키기 위한 본 발명에 따른 조치를 통하여 천공 디스크는 기존의 디스크보다 더 얇게 제작될 수 있으며, 이로써 소정의 설치 조건하에서 천공 디스크의 두께와 분사구의 구멍 직경에 대한 구체적인 필수 관계를 준수할 수 있다.

종속항에 기재된 조치를 통하여, 독립 청구항에 주어진 연료 분사 밸브의 바람직한 다른 구조와 개선이 가능하다.

바람직한 방식으로서, 박판 금속으로 구성된 천공 디스크의 표면에서 주조에 의해 제작 가능한 구슬 모양의 벌징(bulging)이 제공된다. 또한, 바람직하게는 원주 상에 적어도 3개의 벌징이 제공된다.

본 발명의 실시예를 도면에 간단히 도시하며 이하에서 상세하게 설명한다.

도 1은, 혼합물 압축 및 불꽃 점화식 내연기관에서 사용되는 연료 분사 장치의 분사 밸브의 형태로 이루어지며 본 발명에 따른 천공 디스크를 구비한 밸브를 부분적으로 도시한다.

분사 밸브는 파이프 형태의 밸브 시트 지지체(1)를 가지며, 이 지지체 내에는 밸브의 길이방향 축(2)과 동축을 이루는 길이방향 구멍(3)이 형성된다. 길이방향 구멍(3)에는, 예를 들어 파이프 형태의 밸브 니들(5)이 축방향으로 이동 가능한 밸브 부재로서 배치되고, 이때 밸브 부재의 하류 단부(6)는 연료를 바이패스하기 위하여 원주 상에, 예를 들어 5개의 경사면이 제공된 원추 형태의 밸브 폐쇄체(7)와 견고하게 결합된다.

분사 밸브의 작동은 공지된 방법으로, 예를 들어 여기서는 전자기적으로 실시된다. 물론, 예를 들어 압전식 작동 방법도 생각할 수 있다. 밸브 니들(5)을 축방향으로 이동시키기 위하여, 그리고 도시하지 않은 복원 스프링의 탄성력에 대항하여 분사 밸브를 개방 혹은 폐쇄하기 위하여 개략적으로 도시한 전자기 회로가 사용되며, 이 회로는 자기 코일(10)과, 전기자(11)와, 코어(12)를 구비한다. 전기자(11)는 밸브 폐쇄체(7)로부터 이격된 밸브 니들(5)의 단부와, 예를 들어 레이저로 가공된 용접 시임을 통하여 접합되어 코어(12)와 정렬된다.

밸브 시트체(16)의 안내구(15)는 축방향 이동 동안 밸브 폐쇄체(7)를 안내하는 역할을 하며, 밸브 시트 지지체(1)의 하류 단부에서, 길이방향 구멍(3) 내에 용접으로 밀폐되어 조립된다. 밸브 시트체(16)는 컵이나 포트 모양으로 형성된 천공 디스크(21)와 동축으로, 그리고 견고하게 결합되며, 이때 천공 디스크(21)는 밸브 시트체(16)의 하부 정면(23)에서 하부 부품(22)과 직접 접촉한다.

천공 디스크(21)의 하부 부품(21)에는 원주 방향을 따라 유지 엣지(26)가 연결되며, 이 유지 엣지는 밸브 시트체(16)로부터 이격되어 축방향으로 연장하고, 단부(27)까지 바깥쪽으로 약간 구부러지면서 원추형을 이룬다. 이때, 유지 엣지(26)의 단부(27)는 밸브 시트 지지체(1)의 길이방향 구멍(3)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는다. 밸브 시트체(16)와 천공 디스크(21)는, 예를 들어 레이저로 가공된 제 1 용접 시임(25)을 원주 방향으로 형성함으로써 결합된다. 천공 디스크(21)는 유지 엣지(26)의 단부(27)에서, 예를 들어 원주 방향으로 밀폐된 다른 제 2 용접 시임(30)을 통하여 밸브 시트 지지체(1) 내의 길이방향 구멍(3)의 벽과 결합된다.

구 형태의 밸브 폐쇄체(7)는, 안내구(15)의 하류쪽에 형성되며, 예를 들어 밸브 시트체(16) 중에서 유동 방향을 따라서 원뿔 형태로 축소된 밸브 시트면(29)과 협동한다. 밸브 폐쇄체(7)가 설치되어 있기 때문에, 밸브 니들(5)이 여기(excitable)되지 않았을 때, 밸브 니들(5)의 최종 위치는 밸브 폐쇄체(7)에 머무른다. 자기 코일(10)이 여기되면, 밸브 니들(5)의 다른 최종 위치는, 예를 들어 전기자(11)에 의하여 코어(12)에 머무른다. 이들 양 최종 위치 사이의 통로를 니들 스트로크(needle stroke)라 한다.

밸브가 개방될 때 밸브 시트면(29)을 흘러가는 연료는 밸브 시트체(16) 내의 다음 배출구(31)에 도달하는데, 여기서 배출구는 예를 들어 실린더 모양으로 제작된다. 이어서, 연료는 하나 이상의, 예를 들어 4개의 분사구(33)로 진행하며, 여기서 분사구들은 펀칭, 부식 또는 레이저 드릴링을 통하여 성형되고 천공 디스크(21)의 하부 부품(22)의 중앙 영역(34)에 설치된다. 연료는 상기 분사구(33)들로부터 흡기 밸브에 인접한 내연기관의 흡기관에 분사된다.

일반적으로, 연료의 관류량과, 연료 제트의 모양과, 이 연료 제트의 분산 정도는, 분사 밸브에 고정되며 분사구를 갖는 천공 디스크에 따른다. 바람직한 방식으로서, 천공 디스크(21)는 딥드로잉에 의해 박판 금속 사발 모양으로 제작되며, 상술한 바와 같이 하부 부품(22)과 이 하부 부품으로부터 연장된 유지 레일(26)을 갖는다. 이러한 방식을 통하여, 상기 천공 디스크(21)는 밸브 시트체(16)를 간접적으로 고정하며, 밸브 니들(5)의 스트로크를 조절하고, 용접 시임(25, 30)의 밀봉을 통하여 분사구(33)의 외곽쪽에서 원치 않는 연료 누설을 방지하는 등과 같은 추가의 기능을 수행한다. 소정의 정상적인 유동시, 제트의 각도는 제조 및 기능상의 배경에 기초하여, 분사구(33)의 각 직경에 대한 박판 금속(적어도 하부 부품(22)) 의 두께를 비교적 정확한 관계로 유지하여야 한다.

사용 분야에 따라 구멍의 직경에 대한 박판 금속의 관계를 강제로 결정함으로써, 천공 디스크(21)에서 요구되는 비교적 얇은 박판 금속 두께를 얻을 수 있다. 그렇지만, 너무 얇게 제작된 박판 금속의 천공 디스크(21)는 상응하는 높은 기계적 조건을 얻을 수 없다. 따라서 본 발명에 의해, 독일 특허 제 DE 41 23 692 C2 호에 공지된 바와 같은 보조 부품을 추가하지 않고도 천공 디스크(21)의 안정성과 강성을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 천공 디스크(21)를 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절취한 천공 디스크(21)의 단면도이다. 하부 부품(12)과 유지 레일(26) 사이의 변환 영역에서 천공 디스크(21)의 강성을 향상시키기 위하여 복수의 구슬(36)이나 안정성을 향상시킬 수 있는 다른 평면들이 성형된다. 이상적인 방식으로, 구슬(36)은 주조에 의해 성형되며, 이때 원주에는 3개 이상의 구슬이 배치되기도 하지만, 예를 들어 도 2와 도 3에서는 도시한 바와 같이 8개의 구슬(36)이 배치된다. 도 2에 주어진 바와 같이, 예를 들어 8개의 구슬(36)은 각각 45°의 각도로 상호 이격되어 성형될 수 있다. 이러한 간단한 방식을 통하여 성형된 천공 디스크(21)에서도 개선된 다이나믹 내구성의 장점을 갖는다.

구슬(36)들은, 예를 들어 천공 디스크(21) 중에서 밸브 시트체(16)를 향하는 표면(37)에서 구슬(36)들을 둘러싸는 재료에 구슬을 수용하기 위한 구슬 오목부를 형성하는 형태로 설치된다. 이와 마찬가지로, 구슬(36)들은, 상기 표면(37)에 대항하여 배치된 천공 디스크(21)의 하측면(38) 상에서 구슬(36)들을 둘러싸는 재료에 구슬을 수용하기 위한 구슬 볼록부를 형성하는 형태로 설치된다. 구슬(36)들은, 예를 들어 원형, 타원형 또는 이와 유사한 형상을 갖는다.

또한, 천공 디스크(21)에는, 예를 들어 분사 밸브 내에서 축방향 하류 방향으로 위쪽을 향하여 직립한 유지 레일(26)이 설치될 수 있다.

Claims (8)

1. 여기 가능한 작동 장치(10, 11, 12)와; 이 작동 장치(10, 11, 12)에 의해 이동 가능할 뿐만 아니라 개폐 용도로 밸브 폐쇄체(7)와 협동하는 밸브 부재(5, 7)와; 밸브 시트면(29)의 하류에 배치되고, 하나 이상의 분사구(33)를 가지며, 또한 하부 부품(22)과 이 하부 부품으로부터 연장된 유지 엣지(26)를 구비하고, 컵이나 포트 모양으로 제작되는 천공 디스크(21)를 구비한 연료 분사 밸브에 있어서,

   상기 천공 디스크(21)는 하부 부품(22)과 유지 엣지(26) 사이의 변환 영역에서 천공 디스크(21)의 강성을 향상시키기 위한 벌징(36)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 벌징은 구슬 형태나 확장면의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 벌징(36)은 주조에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 천공 디스크(21)는 박판 금속 부품인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌징(36)은 3개 이상이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌징(36)은 천공 디스크(21)의 상측면(37)쪽에서 오목하게 형성되고 하측면(38)쪽에서 볼록하게 상승되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벌징(36)은 원형이나 타원형 또는 그 중간 형태인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 천공 디스크(21)의 하부 부품(22)에는 4개의 분사구(33)가 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.