KR20010041733A

KR20010041733A - 연료 분사 밸브

Info

Publication number: KR20010041733A
Application number: KR1020007009967A
Authority: KR
Inventors: 뷜러크리스토프
Original assignee: 클라우스 포스, 게오르그 뮐러; 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2001-05-25
Also published as: WO2000042316A1; EP1062423B1; DE19901057A1; JP2002535537A; US6502554B1; EP1062423A1; DE59910205D1; KR100631298B1; JP4587248B2

Abstract

본 발명은 밸브 몸체(1)의 보어(3) 안에서 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(5)를 포함하는 내연기관용 연료 분사 밸브에 관한 것이다. 상기 내연기관의 연소실을 향한 상기 부재의 단부는 원추형 밸브 기밀면(7)을 가지며, 상기 밸브 기밀면이 상기 밸브 몸체(1)의 보어(3)의 연소실쪽에 있는 폐쇄 단부에 있는 원추형 밸브 시트면(9)과 함게 동작하며, 상기 밸브 부재(5)에 있는 원추형 밸브 기밀면(7)이 다른 원추 각도를 가지는 2개의 영역(71, 72)으로 분할되며, 상기 영역들의 중간에 상기 상류쪽 밸브 기밀 에지와 하류쪽 밸브 기밀 에지(73a, 73b)에 의해 제한되는 중간 영역(73)이 형성되어 있다. 상기 중간 영역(73)과 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이는 하류쪽 영역(72)과 상기 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이(역의 시트 각도 차이)보다 작다. 본 발명은 상기 밸브 부재(5) 안에 형성된 반경 방향의 리세스(74)가 상기 중간 영역(73)에서 상류쪽으로 연속되고, 상기 리세스는 상기 중간 영역(73)의 상류쪽 기밀 에지(73a)와 밸브 몸체(1)쪽으로 형성된 에지(75)에 의해 한정되는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}

상기 연료 분사 밸브는 예를 들어, DE 195 47 423 A1 및 DE 196 34 133 A1에 공지되어 있다.

상기 종류의 연료 분사 밸브에 있어서 피스톤 형상의 밸브 부재는 밸브 몸체의 보어 안에서 축방향으로 안내되어 이동될 수 있다. 이 때 상기 밸브 부재는 그의 연소실쪽 단부에서 원추형 밸브 기밀면을 가지며, 상기 밸브 기밀면은 상기 밸브 몸체에 있는 원추형 밸브 시트면과 함께 동작하게 되며, 상기 밸브 시트면은 폐쇄되어 있는 밸브 보어의 안쪽을 향해 있는 단부에 형성되어 있다. 상기 밸브 부재에 있는 밸브 기밀면은 원추 각도가 다른 다수의, 바람직하게는 2개의 영역으로 분할되어 있으며, 이 경우 중간 영역이 상기 양 밸브 기밀면 영역 사이에 제공되어 있고, 상기 중간 영역은 하류쪽 밸브 기밀 에지와 상류쪽 밸브 기밀 에지에 의해 한정되어 있다.

특히, "시트 포트 노즐형(seat port nozzle-type)" 연료 분사 밸브에서 발생하는 높은 밸브 폐쇄력 때문에, 상기 밸브 부재의 스트로크가 매우 작은 경우 또는 2개의 스프링 홀더에서의 예비 스트로크의 경우 비대칭적 제트 형상(jet image)이 발생하게 되며, 상기 비대칭적 제트 형상은 내연기관의 이미션 상승을 초래하게 된다. 이때 상기 밸브 부재는 상기 밸브 폐쇄력의 작용하에서 탄성적으로 노즐 몸체에 적응하게 된다. 이때 발생하여 유압식으로 작용하는 시트 직경은 상기 중간 영역에 불명확하게 위치되며, 이는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같다. 상기 밸브 부재를 다시 중앙의 축상 위치쪽으로 복귀시키는 압력 배분이 축방향으로부터 오프셋되어 있는 밸브 부재에서 역의 시트 각도 차이(inverse seat angle difference) 때문에 조정될 수 있다. 그와 반대로, 역의 시트 각도 차이가 없는 연료 분사 밸브의 경우에, 상기 밸브 부재를 중앙의 축상 위치로부터 이동시키는 압력 배분이 조정될 수도 있을 것이다.

본 발명은 특허청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 내연 기관용 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

도 1 은 종래 기술에서 공지된 밸브에서 유압식으로 작용하는 시트 직경의 개략도.

도 2 는 본 발명의 연료 분사 밸브.

도 3 은 도 2 에 도시된 연료 분사 밸브의 일부 영역의 확대도.

본 발명의 목적은 상기 연료 분사 밸브에서 상기 밸브 부재의 축방향 정렬을 통해 대칭적인 제트 형상 및 유압식으로 작용하는 한정된 시트 직경, 상기 밸브 부재의 높은 댐핑 및 캐비테이션에 대한 위험성을 줄일 수 있는 연료 분사 밸브를 제공하는데 있다.

상기 목적은 전술한 종류의 연료 분사 밸브에 있어서 특허청구범위 제 1 항의 특징을 통해 달성되며, 그 때 가지는 장점으로는 유압식으로 작용하는 시트 직경이 특히 상기 연료 분사 밸브의 마모가 커지는 경우 상기 밸브 부재에서 상류쪽에 상기 중간 영역에 형성된 반경 방향의 언더컷 형상의 리세스와 역의 시트 각도 차이를 통해 최대로 상류쪽 밸브 기밀 에지로까지 "이동(migrate)"할 수 있다. 이와 같이 유압식으로 작용하는 정밀하게 한정된 시트 직경은 상기 상류쪽 밸브 기밀 에지에서 달성된다.

이때 상기 중간 영역의 상기 상류쪽 밸브 기밀 에지와 하류쪽 밸브 기밀 에지 사이의 거리는 상기 중간 영역의 상류쪽 밸브 기밀 에지가 유압식으로 작용하는 시트 직경을 형성할 수 있도록 선택된다. 상기 거리는 시험 측정을 통해 및/또는 계산을 통해 정해질 수 있다.

내연기관에 사용하는 본 발명의 연료 분사 밸브의 실시예가 도면에 도시되어 있으며 하기의 상세한 설명에서 상술된다.

도 1 내지 도 3 에 도시된 내연기관에 사용하는 연료 분사 밸브는 원통형의 밸브 몸체(1)를 가지며, 상기 밸브 몸체의 자유단이 연료를 공급받는 내연기관의 본원에는 도시되지 않은 연소실 안에 삽입되어 있다. 상기 밸브 몸체(1) 안에 축상에 주머니형 보어(3)가 제공되어 있으며, 상기 보어 안에서 피스톤 형상의 밸브 부재(5)가 축방향으로 안내되어 이동될 수 있다. 상기 밸브 부재(5)는 연소실 근처에 있는 하단부에 원추형 밸브 기밀면(7)을 가지며, 상기 기밀면은 분사 횡단면을 제어하기 위해 상기 밸브 몸체(1)의 연소실쪽 단부에서 원추형 밸브 시트면(9)과 함게 동작하며, 상기 밸브 시트면은 상기 보어(3)의 내부를 향해 있는 폐쇄 단부쪽에 형성되어 있으며 상기 밸브 시트면으로부터 상기 분공(6)들이 내연기관의 연소실 안으로 연장되어 있다. 이때 상기 밸브 기밀면(7)은, 특히 도 3에 도시된 바와 같이, 상측 영역(71)과 하측 영역(72)으로 분할된다. 상기 상측 영역(71)과 하측 영역(72) 사이에 중간 영역(73)이 형성되어 있다. 중간 영역(73)과 밸브 시트면(9)에서의 각도 차이는 밸브 시트면(9)과 하측 영역(72)에서의 각도 차이(역의 시트 각도 차이)보다 더 작아야 한다. 상기 밸브 기밀면의 상류쪽 영역(71)은 반경 방향의 언더컷 형상의 리세스(74)를 갖는다. 상기 리세스는 상기 밸브 몸체(1)에 형성되어 있는 에지(75)에 의해 상류쪽이 한정되어 있는 챔버를 형성한다. 상기 중간 영역(73)은 상류쪽 밸브 기밀 에지(73a)와 하류쪽 밸브 기밀 에지(73b)를 통해 한정되어 있으며, 상기 에지들은 유압식으로 작용하는 시트 직경이 폐쇄 동작중에 상류쪽 밸브 기밀 에지(73a)와 일치하도록 서로 대향하여 인접해 있다. 유압식으로 작용하는 한정된 시트 직경과 관련하여 상기 밸브 부재 쪽으로의 반경 방향 합성력이 차단되고, 상기 합성력은 도 1에 도시된 유압식으로 작용하는 한정된 시트 직경에서 발생한다.

상기 양 밸브 기밀 에지의 거리는 실험적으로 검출될 수 있고 계산에 기초하여 검출될 수도 있다. 실험에 의해 정해질 수 있는 1250N의 최대 폐쇄력의 경우에, 2mm의 기하학적 시트 직경에서 예를 들어, 약 0.15mm의 직경 차이가 밝혀진다. 중간 영역이 최소인 경우, 즉 최소의 시트 적응면의 경우에 어쨌든 보장되는 것은 유압식으로 작용하는 시트 직경이 정확하게 상기 밸브 기밀 에지(73a)와 일치한다는 것이다.

상기 밸브 부재(5)에서 반경 방향의 리세스(74)를 통해 댐핑 챔버가 제공되고, 상기 댐핑 챔버는 폐쇄 동작중에 상기 밸브 부재(5)의 큰 댐핑 작용을 가능하게 할 수 있다. 이때 바람직하게는, 상기 댐핑 챔버를 감싸는 각도가 몸체 시트 각도보다 더 크도록 선택된다. 이와 같이 폐쇄된 상태에서 댐핑 챔버가 형성되고, 상기 댐핑 챔버는 돛의 효과와 유사한 효과를 가져오고 상기 밸브 부재(5)의 폐쇄 작용 시에 압력 쿠션을 만들고, 상기 압력 쿠션은 상기 밸브 부재의 댐핑 기능을 강화시킨다. 상기 연료 분사 밸브의 폐쇄 동작 동안에 상기 댐핑 챔버 안에 있는 연료가 밀려나고 상기 밸브 부재(5)와 상기 에지(75) 사이에 형성된 갭에 의해 상류 쪽에서 상기 댐핑 챔버로부터 흘러 나온다. 상기 댐핑 효과는 상기 폐쇄 동작중에 상기 갭을 통해 만들어지는 흐름 저항 때문에 발생된다. 이때 상류쪽 에지(75)는 극단적인 경우에 상기 에지가 상기 밸브 부재의 완전한 변형시에 상기 밸브 몸체(5)와 거리를 가지지 않도록 구성된다. 이런 댐핑으로부터 더 작은 콘 응력(cone stress)이 발생하게 된다.

또한, 그런 종류의 연료 분사 밸브가 가지는 장점은 캐비테이션 기포의 기포 붕괴가 바람직하게는 상기 에지의 상류쪽 영역에서 이루어진다는 것인데, 이는 상기 분사 펌프로부터 기인하는 압력파가 상기 에지(75)를 통해 상기 중간 영역으로부터 차단되기 때문이다. 그 때문에 상기 시트 영역이 손상되지 않는다.

상기 밸브 홀딩 몸체(valve holding body: 본원에는 도시되지 않음)는 개방 압력을 떨어뜨리는 경향이 있으며, 그에 반해 상기 밸브 부재(5)는 역의 시트 각도 차이 때문에 개방 압력을 상승시키는 경향이 있다. 역효과가 발생하지만, 이는 다시 부분적으로 상쇄된다. 그 때문에 상기 연료 분사 밸브의 내구 연한이 증가하게 된다.

Claims

밸브 몸체(1)의 보어(3) 안에서 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(5)가 상기 내연기관의 연소실을 향한 단부에서 원추형 밸브 기밀면(7)을 가지고, 상기 밸브 기밀면이 상기 밸브 몸체(1)의 보어(3)의 연소실쪽에 있는 폐쇄 단부에 있는 원추형 밸브 시트면(9)과 함게 동작하며, 상기 밸브 부재(5)에 있는 원추형 밸브 기밀면(7)이 2개의 다른 원추 각도를 가지는 영역(71, 72)으로 분할되며, 상기 영역의 중간에 상기 상류쪽 밸브 기밀 에지와 하류쪽 밸브 기밀 에지(73a와 73b)에 의해 제한되는 중간 영역(73)이 형성되고, 상기 중간 영역(73)과 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이는 하류쪽 영역(72)과 상기 밸브 시트면(9)의 원추 각도의 차이(역의 시트 각도 차이)보다 작은, 상기 밸브 부재를 가지는 내연기관용 연료 분사 밸브에 있어서,

상기 밸브 부재(5) 안에 형성되는 반경 방향의 리세스(74)는 상기 중간 영역(73)에서 상류쪽으로 연장되고, 상기 리세스는 상기 중간 영역(73)의 상류쪽 기밀 에지(73a)와 밸브 몸체(1)쪽으로 형성된 에지(75)에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 중간 영역(73)을 한정하는 밸브 기밀 에지(73a, 73b)는 상기 상류쪽 밸브 기밀 에지(73a)가 유압식으로 작용하는 시트 직경을 형성하도록 대향하여 협소하게 인접 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.