KR20010042121A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브 시트(26)와 함께 작용하는 밸브 폐쇄 섹션(28)이 제공된 선회 인서트 내에서 축방향으로 이동될 수 있는 밸브 니들을 포함하는 연료 분사 밸브에 관한 것이다. 밸브 니들(20)을 위한 내부 종방향 개구(33)를 포함하는 상기 선회 인서트(30)는 그 아래쪽 단부에 선회 발생 수단을 포함하는 선회 영역(54)을 갖는다. 상기 선회 발생 수단은 원뿔형 외곽으로부터 시작되어 종방향 개구(33)까지 연장되며 선회 인서트(30)의 하부 전면부(57)쪽으로 개방되어 있는 나선형 홈(56)의 형태로 제공된다. 본 발명의 연료 분사 밸브는 특히 혼합 가스를 압축시켜 불꽃 점화하는 내연 기관의 연료 분사 장치에 사용하기에 적합하다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}

DE-OS 35 34 125에는 내부 가이드 보어가 장착된 노즐 보디를 포함하는 내연 기관용 연료 분사 장치의 분사 밸브가 공지되어 있으며, 상기 내부 가이드 보어 내에서 밸브 니들이 축방향으로 움직일 수 있다. 상기 밸브 니들은 상기 분사 밸브의 아래쪽 단부에 원뿔형으로 연장된 밀봉 섹션을 포함하며, 상기 밀봉 섹션은 마찬가지로 원추형으로 좁아지는 노즐 보디의 밸브 시트면과 함께 작용하여 시트 밸브를 형성한다. 원추형 밀봉 섹션 근처에는 밸브 니들의 하부 가이드 섹션 내에 다수의 측정 개구가 주변에 분포되어 삽입된다. 상기 측정 개구는 밸브 종축에 대해 기울어져 연장됨으로써, 상기 측정 개구로부터 분사 개구쪽으로 배출되는 연료에 선회 운동이 일어나게 된다. 이때 상기 측정 개구는 홈 또는 보어로서 축방향으로 움직이는 밸브 니들의 외부 가장자리에 또는 그 근처에 배치된다.

밸브의 개방 및 폐쇄를 위한 전자 작동 밸브 니들을 갖는 또 다른 연료 분사 밸브가 DE-OS 28 07 052에 공지되어 있다. 상기 분사 밸브도 밸브 하우징의 일부로서 노즐 보디를 가지며, 상기 노즐 보디의 아래쪽 단부에 밸브 시트가 제공된다. 축방향으로 움직이는 밸브 니들은 밸브 하우징 내로 꼭 맞게 삽입되는 케이스형 부시의 내부 보어로 통한다. 상기 부시의 하부 단부에서는 링 결합부에 밸브 하우징의 내부 직경보다 더 작은 외부 직경을 갖는 링 보디가 압착된다. 상기 링 보디는 그 하부 전면부에 의해 밸브 하우징에서 지지된다. 링 보디와 밸브 니들의 폐쇄 부재 사이에는 선회 챔버가 형성된다. 링 보디의 벽 안에 삽입되고 선회 챔버에 접선을 이루며 통하는 측정 보어에 의해 외부 링 챔버로부터 상기 선회 챔버로 연료가 유입된다.

본 발명은 특허청구범위 제 1 항의 분류에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 연료 분사 밸브를 도시한 단면도.

도 2는 도 1에 (Ⅱ)로 표시된, 연료 분사 밸브의 분사측 단부를 다른 척도로 도시한 도면.

도 3은 도 2에 따른 선회 인서트를 개별 부품으로서 도시한 도면.

도 4는 도 3의 선회 인서트를 밑에서 바라본 것을 도시한 도면.

도 5는 선회 인서트의 하부 단부에 대한 다른 실시예를 도시한 도면.

특허청구범위 제 1 항에 제시된 특징을 나타내는, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 선회 운동에 의해 움직이게 될 연료를 위한 매우 바람직한 유동 방향이 매우 간단하게 제공된다는 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 구조적 형상에 따라 압력 손실이 적고 유동 개시가 빠르며 소위 예비 분사가 짧다(매우 빠른 분사 프로세스)는 장점이 제공됨으로써, 매우 "깨끗한" 분사 이미지가 생성될 수 있다. 선회 인서트의 선회 영역의 원뿔형 외곽 및 밸브 시트쪽으로 개방되는 선회 홈은 상기 선회 홈으로부터 밸브 시트 방향으로 배출시 흐름의 강한 편향이 발생되지 않도록 한다. 바람직하게는 유동이 (원뿔형) 시트 윤곽을 따른다. 또한 바람직하게는 매우 작은 선회 챔버 부피만이 제공된다. 매우 빠른 분사 프로세스를 가능하게 하는 전술한 짧고 "부드러운" 유동 진행 외에도 본 발명에 따른 분사 밸브에는 분사 시간에 대한 분사량의 상승된 선형성의 장점이 있다.

또 다른 장점은 선회 인서트의 간단하고 가격이 저렴한 제조 가능성이다. 선회 홈을 확대함으로써 정적 분사량 및 분사각도와 같은 분사 척도를 추후에 매우 간단하게 변경할 수 있다.

종속항에 열거된 조치들을 통해 특허청구범위 제 1 항에 제시된 연료 분사 밸브의 바람직한 개선예가 실현될 수 있다.

밸브 시트 보디의 관통 개구의 원뿔형 벽 영역 내의 높은 밀봉력 및 선회 인서트의 선회 영역의 원뿔형 외곽은 상기 선회 영역의 외곽에 원뿔형 윤곽의 반대쪽 밀봉 에지가 형성될 때 달성된다.

본 발명의 실시예가 도면에 간단하게 도시되어 있으며, 하기에서 더 자세히 설명된다.

도 1에 예시로서 도시된, 혼합 가스를 압축시켜 불꽃 점화되는 내연 기관의 연료 분사 장치용 분사 밸브 형태의 전자 작동 밸브는 계자 코일(1)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이며, 자기 회로의 내부극으로서 사용되는 관형 중공 실린더 코어(2)를 갖는다. 상기 연료 분사 밸브는 특히 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하는데 적합하다. 예를 들어 계단형 코일 보디(3)는 계자 코일(1)의 권선을 수용하고, 코어(2) 및 상기 계자 코일(1)에 의해 부분적으로 둘러싸인, L형 횡단면을 갖는 관형 비자기 중간 부재(4)와의 연결에 있어서 계자 코일(1)의 영역에 분사 밸브를 매우 간단하고 빠르게 설치할 수 있게 해준다.

상기 코어(2) 내에는 밸브 종축(8)을 따라 연장되는 관통형 종방향 개구(7)가 제공된다. 상기 코어(2)는 그 종방향 개구(7)에 의해 특히 연료 공급 채널로서 사용되며, 예를 들어 아철산염과 같은 금속으로 된 상부 하우징부(14)와 함께 연료 유입관을 구성한다. 상기 하우징부(14)는 연료 분사 밸브의 유입측 단부를 형성하고 코어(2)를 적어도 부분적으로 축방향으로 둘러싼다. 상부 하우징부(14) 옆에는 예를 들어 2 개의 추가 하우징부(16, 18)가 제공되며, 중간 하우징부(16)가 커버 부재의 형태로 형성된다.

중간 하우징부(16)는 커버 부재로서 계자 코일(1)의 코일 챔버의 위쪽 경계를 정한다. 중간 하우징부(16)에는 계자 코일(1)을 방사상으로 둘러싸며, 중간 부재(4)를 단단하게 고정시키고, 부분적으로 축방향으로 움직이는 밸브부를 위한 가이드로서 사용되는 하부 하우징부(18)가 고정 연결된다. 상기 하부 하우징부(10)는 내부 관통 개구(24)를 갖는 종방향 밸브 시트 보디(21)를 부분적으로 둘러싸고, 상기 내부 관통 개구 내에는 전기자(19)와 밸브 니들(20)로 구성된 축방향으로 움직이는 밸브부가 지속적으로 수용된다. 두 하우징부(16, 18)는 예를 들어 용접 시임에 의해 서로 고정 연결된다.

도 1에 도시된 실시예에서는 하부 하우징부(18)와 관형 밸브 시트 보디(21)가 볼트 연접 방식에 의해 서로 연결된다. 용접 또는 납땜도 가능한 결합 방법이 될 수 있다. 하우징부(18)와 밸브 시트 보디(21) 사이의 밀봉은 예를 들어 밀봉링(22)을 사용하여 수행된다. 밸브 종축(8)에 대해 동심으로 연장되는 밸브 시트 보디(21)의 내부 관통 개구(24)는 상기 밸브 종축의 전체 축 길이에 걸쳐 있으며, 그 횡단면이 여러 단계에 따라 아래쪽 방향으로 점점 더 축소된다. 또한 전체 연료 분사 밸브의 아래쪽 종단부를 의미하기도 하는 밸브 시트 보디(21)의 하부 단부(25)에서는 원뿔형으로 연장되는 밸브 시트 보디(21)의 관통 개구(24) 벽이 밸브 시트(26)를 형성한다. 상기 관통 개구(24)는 밸브 시트(26)의 아래쪽에서 연료 배출 개구(27)로서 비교적 작은 직경으로 종결된다. 관통 개구(24) 내에는 예를 들어 원형 횡단면을 갖는 막대 모양의 밸브 니들(20)이 배치되며, 상기 밸브 니들은 그 아래쪽 단부에 밸브 폐쇄 섹션(28)을 갖는다. 원추형으로 점점 가늘어지는 상기 밸브 폐쇄 섹션(28)은 유동 방향으로 볼 때 원뿔대형으로 가늘어지는 밸브 시트(26)와 함께 시트 밸브로서 작용한다.

밸브 시트 보디(21)의 관통 개구(24)에서는 적어도 밸브 시트(26) 위쪽의 그 경계 구역 내에 본 발명에 따른 케이스형 선회 인서트(30)가 배치되며, 상기 선회 인서트의 외부 직경은 관통 개구(24)의 각 직경보다 약간 더 작아서 연료의 중간 영역이 관류될 수 있다. 밸브 시트 보디(21) 내에 삽입된 선회 인서트(30)는 방사상으로 돌출된 상부 칼라(31)를 가지며, 상기 칼라에 의해 선회 인서트(30)가 밸브 시트 보디(21)의 내부 쇼울더(32)상에 고정 장착된다. 선회 인서트(30)는 다시 내부 종방향 개구(33)를 포함하며, 상기 종방향 개구 내에서는 밸브 니들(20)이 평행하게 움직인다. 이때 특수 제조된, 밸브 니들(20)용 내부 가이드 영역이 형성될 수 있다. 하우징에 고정되어 지지되는 코일 스프링(34)이 예를 들어 쇼울더(32)와 마주 놓인 칼라(31) 면에 접하고, 그리하여 밸브 시트 보디(21)에 선회 인서트(30)를 압착시키는 것이 고려되어 선회 인서트(30)의 축 편심이 회피된다. 하기에서는 도면에 따라 상기 선회 인서트(30)에 대해 더 자세히 기술한다.

분사 밸브의 작동은 공지된 방식으로 전자기적으로 이루어진다. 밸브 니들(20)의 축방향 운동을 위해, 그리고 그것을 이용하여 부싱(10) 내부에 설치된 반동 스프링(35)의 스프링력과 반대로 분사 밸브를 개방 또는 폐쇄하기 위해 계자 코일(1), 코어(2) 및 전기자(19) 등을 갖는 자기 회로가 사용된다. 상기 전기자(19)는 밸브 폐쇄 섹션(28)에서 떨어져 있는, 밸브 니들(20)의 단부에 예를 들어 용접 시임에 의해 연결되고 코어(2)상에 배치된다. 축방향 운동시 상기 전기자(19)가 비자성 중간 부재(4)에 이른다.

코어(2)의 내부 종방향 개구(7) 내에는 조절 부싱(38)이 삽입되어 압착되거나 조여진다. 상기 조절 부싱(38)은 인접하는 반동 스프링(35)의 스프링 프리 스트레스를 조절하는 역할을 하며, 상기 반동 스프링은 밸브 니들(20)에 연결되는 전기자(19)에서 상기 반동 스프링의 반대쪽 면에 의해 지지된다. 전기자(19) 내에는 하나 또는 다수의 링형 또는 보어와 유사한 유동 통로(40)가 제공되며, 상기 유동 통로를 통해 연료가 종방향 개구(7)로부터 밸브 니들(20)을 따라 관통 개구(24)에까지 도달될 수 있다. 종방향 개구(7) 안으로 유입구측에서 연료 필터(42)가 돌출되며, 상기 연료 필터는 크기에 따라서 분사 밸브를 막히게 하거나 손상을 일으킬 수도 있는 연료 성분을 여과한다. 상기 연료 필터(42)는 예를 들어 압착에 의해 상부 하우징부(14) 내에 고정된다.

계자 코일(1)이 여자되지 않은 경우, 밸브 니들(20)의 한 쪽 단부는 상기 밸브 니들(20)의 밸브 폐쇄 섹션(28)의 구조에 의해 밸브 시트(26)에 고정된다. 반면 계자 코일(1)이 여자된 경우 밸브 니들(20)의 다른 쪽 단부는 전기자(19)의 구조에 의해 코어(2)에 고정된다. 상기 정지 영역 내의 부품의 표면은 예를 들어 크롬으로 도금된다.

계자 코일(1)의 전기 접촉 및 그에 따른 상기 계자 코일의 여자는 플라스틱으로 된 개별 코일 보디(3) 외부에 사출 플라스틱(45)을 제공하는 접촉 부재(43)에 의해 수행된다. 커버식 중간 하우징부(16)는 그 주변에 있는 임의의 위치에, 그러나 접촉 부재(43)의 통과 영역에는 확실히 슬릿형 리세스를 가진다. 상기 접촉 부재(43)를 둘러싸는 사출 플라스틱(45)은 도 1의 좌측에서 볼 수 있듯이 하우징부(16) 내의 상기 리세스를 통해 돌출된다. 상기 사출 플라스틱(45)으로부터 전기 접속 케이블(44)이 연장되며, 상기 접속 케이블에 의해 계자 코일(1)에 전류가 공급된다.

도 2에는 도 1에 (Ⅱ)로 표시된, 연료 분사 밸브의 분사측 단부 영역이 특히 선회 인서트(30)의 구조 및 밸브 보디(21)의 관통 개구(24) 내 유동 비율을 명확하게 하기 위해 확대 도시되어 있다. 연료는 계자 코일(1)을 향한 관통 개구(24)의 상부 섹션으로부터 흘러나와 칼라(31) 영역에서 선회 인서트(30)로 유입된다. 상기 선회 인서트(30) 내에는 밸브 니들(20)의 외부 직경과 종방향 개구(33)의 벽 사이에 먼저 링형 간극이 형성되고, 상기 간극이 후속하여 관류된다. 칼라(31) 아래쪽으로 이어지는 선회 인서트(30)의 상부 섹션(48)에는 예를 들어 2 개의 축방향 링 영역에 배치된, 벽을 반경 방향으로 관통하는 다수의 횡방향 개구(49)가 제공되며, 상기 횡방향 개구를 통해 연료가 간극(47)으로부터 선회 인서트(30)의 외부로 배출될 수 있다.

선회 인서트(30)의 외부 직경과 밸브 시트 보디(21)의 관통 개구(24)의 벽 사이에 있는 링 챔버(50) 내의 연료가 상기 횡방향 개구(49)로부터 배출되어 축 아래쪽 방향으로 밸브 시트(26)에 이른다. 선회 인서트(30)의 순환되는 하부 섹션(51)은 예를 들어 4개의 연마된 면(52)을 가짐으로써, 상기 선회 인서트(30)는 그 하부 섹션(51)에 전반적으로 사각형인, 특히 도 4에 도시된 외곽을 갖는다. 하부 섹션(51)의 내부 종방향 개구(33)는 가이드 개구(53)로서 밸브 니들(20)이 통과될 수 있을 정도의 직경을 갖는다. 그러나 상기 섹션(51)은 예를 들어 삼각형 또는 육각형일 수도 있다.

상기 사각형 섹션(51)에는 칼라(31)의 반대편으로 하부 선회 영역(54)이 연결되고, 상기 선회 영역은 아래쪽 방향으로 점차 가늘어지는 원뿔형 외곽이 형성된다. 이때 상기 선회 영역(54)은 동 영역에 마찬가지로 원뿔형으로 연장되는, 관통 개구(24)의 벽 위에 있는 밸브 시트(26) 상부에 놓인다. 다수의, 예를 들어 4개의 선회홈(56)이 원뿔형 외곽으로부터 시작되어 내부 종방향 개구(33)에 대해 반경 방향으로 선회 영역(54) 내에 연장된다. 예를 들어 연마에 의해 제공된, 원뿔형 밸브 시트(26)에 대해 평행하게 연장되는 선회 홈(56)은 그 구조에 의해 하부 선회 영역(54)에서 선회 인서트(30)의 하부 전면부(57)쪽으로 개방됨에 따라 전면부측 채널이 된다. 상기 선회 홈(56)의 편심률 및 상기 영역에 임의의 선회 챔버를 형성하는 내부 종방향 개구(33)에 대한 접선 배열에 기인하여 각각의 선회 홈(56)으로부터 흐름이 배출될 때, 상기 흐름에 선회 부품이 요구된다. 그리하여 광선 분포도 및 입자 크기와 같이 이상적인 방법으로 측정된 필요 매개 변수가 정확히 달성될 수 있다. 여자된 계자 코일(1)의 경우 밸브 시트(26)로부터 밸브 니들(20)의 밸브 폐쇄 섹션(28)이 제거됨으로써 연료가 그에 상응하게 배출 개구(27)로 해제된 다음 연료 분사 밸브로부터 배출된다.

도 3에는 본 발명에 따른 선회 인서트(30)가 도 2에 공지된 방식으로 다시 개별 부품으로서 도시되어 있다. 도 4는 도 3의 선회 인서트(30)를 밑에서 바라본 모습을 나타낸다. 도 4에는 선회 인서트(30)의 하부 섹션(51)에 예를 들어 각각 서로 수직으로 놓인 4개의 연마된 면(52)이 제공됨으로써, 전체가 전반적으로 사각형인 외곽이 형성된다는 것이 매우 명확하게 나타나 있다. 상기 4개의 연마된 면(52)으로부터 4개의 선회 홈(56)이 시작되어 선회 영역(54)에 삽입되며, 상기 선회 홈(56)은 내부 종방향 개구(33)로 통한다. 상기 선회 홈(54)의 연장선은 종방향 개구(33)와 관련하여 예를 들어 접선이다. 횡단면에서는 선회 홈(56)이 예를 들어 터널 구조와 유사하게 아치형으로 된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 선회 홈(56) 대신 선회 개구(56)가 도시되지 않은 선회 보어의 형태로 하부 선회 영역(54) 내에 형성될 수도 있다. 자세히 기술된 선회 홈(56)과 마찬가지로 상기 선회 보어도 원뿔형 밸브 시트(26)에 대해 평행하게 연장된다. 그러나 선회 보어로서 상기 선회 개구는 선회 영역(54)의 원뿔형 외곽을 위한 벽을 가지며, 상기 벽의 강도는 0.2 내지 0.5mm의 범위에 놓인다. 상기 선회 보어는 마찬가지로 선회 인서트(30)의 하부 전면부(57)에서 종결된다.

도 5는 선회 인서트(30)의 하부 섹션(51)에 대한 대안적 실시예를 나타낸다. 여기서는 특히 선회 영역(54)의 원뿔형 외곽이 변형되어 존재한다. 도 2 및 도 3에 나타난 실시예의 경우 섹션(51)으로부터 외곽 내 선회 영역(54)으로의 전이가 단(段) 없이 이루어지는 반면, 도 5에 도시된 실시예에서는 상기 전이 영역에 밀봉 에지(58)가 형성되고, 상기 밀봉 에지는 섹션(51)에 대해 예를 들어 수직으로 연장되는 단을 의미한다. 높은 밀봉력을 보증하는 상기 밀봉 에지(58)는 밸브 보디(21)의 내부벽에 설치된 상태에서 밸브 시트(26) 상부에 접한다.

Claims (12)

1. 밸브 폐쇄 섹션을 포함하는 밸브 니들을 축방향으로 움직이게 하는 작동 장치와, 상기 밸브 폐쇄 섹션(28)과 함께 작용하는 밸브 시트(26)가 형성되어 있는 밸브 시트 보디(21)와, 밸브 시트의 아래쪽에 밸브 니들용 내부 종방향 개구 및 연료용 선회 발생 수단을 포함하는 선회 인서트를 포함하는, 내연 기관의 연료 분사 장치, 특히 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브에 있어서,

   상기 선회 인서트(30)는 그 아래쪽 단부에 선회 영역(54)을 가지고, 상기 선회 영역은 상기 선회 인서트의 외곽에 원뿔형으로 형성되며, 그 외곽으로부터 시작되어 종방향 개구(33)까지 연장되는 다수의 선회 개구(56)를 포함하고, 상기 선회 개구는 상기 선회 인서트의 하부 전면부(57)에 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 시트(26)는 원뿔형으로 형성되고, 상기 선회 개구(56)는 상기 밸브 시트(26)에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선회 개구는 하부 전면부(57)쪽으로 개방되는 선회 홈(56)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선회 개구(56)는 0.2 내지 0.5mm의 벽 두께로 원뿔형 외곽으로부터 이격 배치되는 선회 보어로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 선회 인서트(30)는 선회 영역(54)의 반대쪽에 상부 칼라(31)를 가지며, 상기 칼라가 밸브 시트 보디(21)의 쇼울더(32)상에 놓이는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 인서트(30)의 종방향 개구(33)는 상부 섹션(48)에서 밸브 니들(20)의 외부 직경보다 큰 직경을 가짐으로써, 연료가 관류할 수 있는 링형 간극(47)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 선회 인서트(30)의 상부 섹션(48)에 반경 방향으로 벽을 관통하는 다수의 횡방향 개구(49)가 배치되고, 상기 횡방향 개구를 통해 연료가 간극(47)으로부터 밸브 시트 보디(21)와 선회 인서트(30) 사이에 형성된 링형 챔버(50)로 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 영역(54)을 향한 상기 선회 인서트(30)의 하부 섹션(51)이 연마된 면(52)에 따라 전반적으로 사각형인 외곽을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
9. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 선회 개구(56)는 접선을 이루어 내부 종방향 개구(33)로 통하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 영역(54)의 외곽은 단(段)없이 원뿔형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 영역(54)의 외곽에 원뿔형 윤곽을 위해 꺾인 밀봉 에지(58)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
12. 제 3 항에 있어서, 상기 선회 홈(56)이 연마에 의해 제조될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.