KR20010101483A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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KR20010101483A
KR20010101483A KR1020017008814A KR20017008814A KR20010101483A KR 20010101483 A KR20010101483 A KR 20010101483A KR 1020017008814 A KR1020017008814 A KR 1020017008814A KR 20017008814 A KR20017008814 A KR 20017008814A KR 20010101483 A KR20010101483 A KR 20010101483A
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뤼레볼프강
슈티어후베르트
뵈에마티아스
홀귄터
카임노베르트
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

연료 분사 밸브(1), 특히 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한 연료 분사 밸브는 압전식 또는 자기 변형식 액추에이터(8)와, 유압식 온도 보상 장치를 이용하여 액추에이터(8)에 의해서 작동될 수 있는 밸브 니들(15), 및 밸브 니들(15)에 의해서 작동될 수 있고 밸브 시트면(14)과 함께 밀봉 시트로 공동 작용하는 밸브 폐쇄 몸체(28)를 포함한다. 이때 상기 온도 보상 장치는, 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)를 둘러싸고 니들 캐리어 칼라(32)와 함께 밸브 니들(15)을 부분적으로 에워싸는 니들 캐리어 슬리브(31)를 포함한다. 또한 니들 캐리어 슬리브(31)는 밸브 니들(15)과 함께 온도 보상 공간(27)을 둘러싸고, 상기 온도 보상 공간(27)은 온도 보상 공간(27)을 연료로 충진하기 위해서, 방향 밸브(29)에 의해 연료 분사 밸브(1)의 연료 입구부(4)와 연결된다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}
DE 195 19 192 C1 에는 독립항에 따른 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 상기 문서에 공지된 연료 분사 밸브는 압전식 액추에이터와, 유압식 스트로크 변환 부품을 이용하여 상기 액추에이터에 의해서 작동될 수 있는 밸브 니들을 포함하고 밸브 니들에 의해서 작동될 수 있고 밸브 시트면과 함께 밀봉 시트로 공동 작용하는 밸브 폐쇄 몸체를 포함한다. 이때 유압식 스트로크 변환 부품은 동시에 온도를 보상하는 기능을 하며 이를 위해 스트로크 변환 부품에 환형 틈이 제공되고 상기 환형 틈은 온도 조건하에서 연료 분사 밸브의 구성 부품의 길이가 변하는 것을 보상하기 위해서 스트로크 변환 공간에서 연료의 유입과 유출을 가능하게 한다.
DE 195 19 192 C1 에 공지된 연료 분사 밸브는, 스트로크 변환 공간에서 환형 틈에 의해 적은 양의 연료만이 유입되고 유출되는 단점을 가지므로, 스트로크 변환 공간을 완전히 재충진하기 위해서는 분사 사이클보다 분명히 긴 시간이 필요하다. 따라서 공지된 상기 연료 분사 밸브는 가솔린과 같은 휘발성 연료에는 적합하지 않다. 가솔린과 같은 연료를 사용할 경우, 연료 분사 밸브의 긴 사용 시간 동안, 특히 주위 온도가 높을 시에 가솔린은 스트로크 변환 공간으로부터 부분적으로휘발되므로 액추에이터가 작동할 시에 역학적 힘은 밸브 니들로 전달될 수 없고 이로써 연료 분사 밸브는 충분히 신속하게 작동될 수 없다.
DE 37 42 241 C2 에는 유압식 스트로크 변환 장치를 구비한 연료 분사 밸브가 공지되어 있고, 상기 장치에서는 유압 매질로서 유압 오일이 사용된다. 이때 밸브 니들에 배열된 체크 밸브와, 밸브 니들과 실린더 사이 또는 실린더와 슬리브 사이에 제공된 환형 틈에 의해서 온도가 보상될 수 있다. 연료 분사 밸브가 작동할 경우, 실린더가 유압 오일의 부분을 스트로크 변환 공간으로부터 내보냄으로써, 밸브 니들은 실린더의 변위 방향에 대향되게 작동된다.
본 발명은 특허청구범위 제1항에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예의 부분 축단면도.
도 2 는 도 1 에서 II 로 도시된 부분의 축단면도.
이에 반해 독립항의 특징을 가진, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 단순한 구성적 방법으로 온도 보상 공간이 형성되고, 이때 방향 밸브에 의해서 온도 보상 공간을 짧은 시간 내에 연료로 충진하기 위해서 연료압이 충분히 이용되는 장점을 가진다.
종속항에 기재된 특징들을 통해, 독립항에 제시된 연료 분사 밸브의 유리한 또 다른 구성이 생긴다.
상기 방향 밸브는 니들 캐리어 슬리브의 내부 공간과 유리하게 연결되고, 이때 니들 캐리어 슬리브가 측면쪽 리세스를 포함하는 것이 특히 유리하며 상기 리세스는, 방향 밸브에 의해 온도 보상 공간과 연료 입구부를 연결하는 연료관의 부분이다. 이를 통해 온도 보상 장치의 구성은 치밀하게 형성될 수 있다.
유리한 방법으로 니들 캐리어 슬리브의 내부 공간에는, 밸브 니들의 밸브 니들 칼라를 거쳐서 온도 보상 공간의 연료압에 작용을 미치는 폐쇄 스프링이 제공된다. 니들 캐리어 슬리브의 내부 공간에 있는 공간이 상기 폐쇄 스프링을 장착하기 위해서 사용됨으로써, 연료 분사 밸브는 치밀하게 구성될 수 있다.
상기 밸브 니들이 리세스를 포함하고, 방향 밸브를 형성하기 위해서 상기 리세스 안에 구형체가 배열되는 것은 유리하며, 상기 구형체는 동심원, 특히 원뿔형인 리세스의 밀봉면과 함께 밀봉 시트로 공동 작용한다. 방향 밸브가 밸브 니들에 통합됨으로써 구성 부품은 절약될 수 있고 단순한 실시예를 통해서 제작 비용은 감소될 수 있다.
유리한 방법으로, 방향 밸브의 구형체의 최대 개방 운동을 조정하기 위해서, 밸브 니들과 연결된 조정핀이 리세스에 제공된다. 최대 개방 운동을 조정함으로써, 특히 방향 밸브의 반응이 결정될 수 있다.
상기 밸브 니들 칼라와 니들 캐리어 슬리브 사이에, 온도 조건 하에서 연료 분사 밸브의 구성 부품의 길이가 변할 경우에 온도 보상 공간으로부터 연료를 내보낼 수 있는 환형 틈이 제공되는 것은 유리하다. 상기와 같은 방법으로, 밸브 니들 칼라와 니들 캐리어 슬리브 사이에 제공된 안내면은 동시에 상기 안내면이 온도 보상 공간의 공기를 제거할 수 있도록 형성된다. 밸브 니들과 니들 캐리어 슬리브의 칼라 사이에 환형 틈이 제공되는 것도 마찬가지로 유리하다.
본 발명의 실시예는 도면에 간단하게 도시되고 하기의 상세한 설명에서 더 자세히 설명된다.
도 1 은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 부분 축단면도를 도시한다. 연료 분사 밸브(1)는, 혼합가스 압축식 불꽃 점화 내연 기관의 연소실로 연료, 특히 가솔린을 직접 분사하기 위해 소위 가솔린 직접 분사 밸브로서 이용된다. 상기 실시예에서 연료 분사 밸브(1)는 내부 개방형 연료 분사 밸브(1)로서 실시된다. 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)는 다른 사용예에도 적합하다.
상기 연료 분사 밸브(1)는 전기 연결부(3)와 연료 입구부(4)를 둘러싸는 밸브 하우징(2)을 포함한다. 상기 연료 분사 밸브(1)의 밸브 하우징(2)의 내부에는, 밸브 하우징(2)과 연결된 지지 부재(5)에 지지되고 클램핑 부재(6, 7)에 의해 둘러싸이는 압전식 또는 자기 변형식 액추에이터(8)가 있다. 액추에이터(8)가 작동할 시에, 상기 액추에이터는 작동 방향(9)으로 확장되므로, 클램핑 부재(6, 7)와 상기 클램핑 부재(6, 7)에 연결된 태핏(10)은 작동 방향(9)으로 이동된다. 상기와 같은 방법으로 스트로크가 복귀되므로, 액추에이터(8)의 작동시에 태핏(10)은 분사 방향(11)에 대향되게 이동된다.
도 2 는 도 1 에서 II 로 도시된, 연료 분사 밸브(1)의 실시예의 부분을 부분적 축단면도로 도시한다.
밸브 하우징(2)은 환형 용접 시임(12)에 의해서 밸브 시트 몸체(13)와 연결된다. 밸브 시트 몸체(13)는, 밸브 니들(15)에 형성된 밸브 폐쇄 몸체(28)와 밀봉시트로 공동 작용하는 밸브 시트면(14)을 포함한다. 밸브 니들(15)은 밸브 니들 안내부(16)에 의해서 안내되고, 상기 안내부는 밸브 니들(15)과 밸브 시트면(14)으로 형성된 밀봉 시트로 연료를 전달하기 위해서 하나 이상의 리세스(17)를 포함한다.
상기 밸브 니들(15)은, 제 1 부품(19)과 제 2 부품(20)을 둘러싸며 종방향으로 연장된 내부의 리세스(18)를 포함하고, 이때 상기 제 1 부품(19)과 제 2 부품(20) 사이에 원뿔형 밀봉면(21)이 형성된다. 리세스(18)의 제 2 부품(20)에는 리세스(18)의 밀봉면(21)에 접하는 구형체(22)가 있다. 상기 제 1 부품(19)의 직경이 구형체(22)의 직경보다 작으므로 구형체(22)는 상기 부품(19)에 이를 수 없고, 구형체(22)의 직경은 제 2 부품(20)의 직경보다 작으므로 구형체는 제 2 부품(20)에서 움직일 수 있다. 구형체(22)의 운동은, 조정 부재(24)에 의해서 밸브 니들(15)의 리세스(18)에 고정된 조정핀(23)에 의해서 제한된다. 조정 부재(24)는 밸브 니들(15)의 리세스(18)에 맞춰지고 리세스(18)의 제 2 부품(20)에 대해서는 리세스(18)의 제 2 부품(20)을 밀봉하기 위해서 밀봉링(34)으로 밀봉된다. 밀봉면(21)과 조정핀(23)의 상부 정면(25) 사이의 간격을 통해 구형체(22)의 운동이 제한되므로, 조정핀(23)을 통해서 구형체(22)의 최대 개방 운동은 조정될 수 있다. 밸브 니들(15)은 리세스(18)의 제 2 부품(20)과 온도 보상 공간(27)을 연결하는 측면쪽 홀(26)을 포함한다. 상기의 방법으로, 구형체(22)와 밀봉면(21)을 통해서 방향 밸브(29)가 형성되고 상기 밸브는 리세스(18)의 제 1 부품(19)으로부터 리세스(18)의 제 2 부품(20)으로 연료가 흐를 경우에 개방되고 연료가 그 반대로 흐를 경우에는 폐쇄된다.
상기 태핏(10)은 환형 용접 시임(30)을 이용하여 니들 캐리어 슬리브(31)와 연결되고, 상기 슬리브는 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)를 둘러싸고 니들 캐리어 칼라(33)와 함께 밸브 니들(15)을 부분적으로 에워싼다. 니들 캐리어 슬리브(31)는 밸브 니들(15)과 함께 온도 보상 공간(27)을 둘러싸고, 이때 온도 보상 공간(27)의 부피는 밸브 니들 칼라(32)와 니들 캐리어 칼라(33) 사이의 간격을 통해 달라질 수 있다.
상기 니들 캐리어 슬리브(31)는 상기 실시예에서 홀로서 형성된 측면쪽 리세스(35)를 포함한다. 측면쪽 리세스(35), 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36), 리세스(18) 및 홀(26)을 통해서, 방향 밸브에 의해 온도 보상 공간(27)과 연료 입구부(4)를 연결하는 연료관이 형성된다.
상기 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36)에는, 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)를 거쳐서 온도 보상 공간(27)의 연료 압력에 작용하는 폐쇄 스프링(37)이 제공된다. 이때 폐쇄 스프링(37)은 한편으로 태핏(10)에 지지되고 다른 한편으로는 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)에 지지된다.
상기 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)와 니들 캐리어 슬리브(31) 사이에 환형 틈(38)이 형성되고 상기 환형 틈을 통해서 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36)과 온도 보상 공간(27) 사이에서 연료의 흐름은 강하게 스로틀링된다. 또한 밸브 니들(15)과 니들 캐리어 슬리브(31)의 니들 캐리어 칼라(33) 사이에는 온도 보상 공간(27)과 연료 분사 밸브(1)의 내부 공간(40) 사이에서 연료의 흐름을 강하게 스로틀링시킬 수 있는 환형 틈(39)이 제공된다.
하기에서는 기능적인 방식으로, 본 발명에 따른 온도 보상 장치가 더 자세히 설명된다. 이때 연료 분사 밸브(1)는 적어도 완전히 연료로 충진되지 않는다는 것이 우선 가정된다.
연료 분사 밸브(1)가 작동할 경우, 연료는 높은 압력 하에 연료 입구부(4)를 지나 연료 분사 밸브(1)의 내부 공간(40)으로 안내된다. 연료 분사 밸브(1)의 내부 공간(40)이 충진됨으로써 밸브 니들 안내부(16)의 리세스(17)가 연료로 충진되고, 니들 캐리어 슬리브(31)의 측면 리세스(35)에 의해서 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36)이 연료로 충진된다. 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36)으로부터 리세스(18)의 제 1 부품(19)으로 연료가 흐름으로써, 리세스(18)의 제 2 부품(20)에 대해서 과도한 압력이 발생되므로 방향 밸브(29)의 구형체(22)는 밀봉면(21)으로부터 떨어지며, 제 2 부품(20), 홀(26) 및 상기 홀(26)에 의해서 온도 보상 공간(27)은 연료로 충진된다.
액추에이터(8)가 작동되면, 태핏(10)이 작동 방향(9)으로 움직여짐으로써, 니들 캐리어 칼라(33)는 완전히 충진된 온도 보상 공간(27)의 연료에 의해 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)에 작용하고 밸브 니들은 밸브 시트 몸체(13)의 밸브 시트면(14)로부터 떨어지며, 이로써 밀봉 시트는 개방된다. 밸브 니들(15)과 밸브 시트면(14) 사이에 있는 틈에 의해서 연료는 연료 분사 밸브(1)의 내부 공간(40)으로부터 밸브 니들 안내부(16)의 리세스(17)를 거쳐 분사관(45)으로 흐르므로, 연료 분사 밸브(1)로부터 연료는 분사된다. 이때 니들 캐리어 칼라(33)가 작동 방향(9)으로 움직일 경우 온도 보상 공간(27)에는 과도한 압력이 발생되므로, 구형체(22)는 밀봉 시트(21)에 압착되고 방향 밸브(29)는 폐쇄된다.
태핏(10)이 복귀할 경우, 니들 캐리어 슬리브(31)의 니들 캐리어 칼라(33)는 작동 방향(9)에 대향되게 이동되고, 이때 폐쇄 스프링(37)은 밸브 니들(15)을 니들 캐리어 슬리브(31)에서 운반하므로 온도 보상 공간(27)의 부피는 적어도 일정하게 유지된다.
연료 분사 밸브(1)의 부품의 길이 변화에 기초하여, 니들 캐리어 슬리브(31)의 니들 캐리어 칼라(33)가 완전히 복귀하기도 전에 밸브 니들(15)이 밸브 폐쇄 몸체(13)의 밸브 시트면(14)에 접하면, 니들 캐리어 칼라(33)가 완전히 복귀할 경우에 온도 보상 공간(27)의 부피는 확장되므로 온도 보상 공간(27)에서의 연료압이, 연료 입구부(4)로부터 공급된 연료압에 비해 감소됨으로써, 방향 밸브(29)는 개방되고 연료는 온도 보상 공간(27)으로 유입된다.
온도 조건하에서 연료 분사 밸브(1)의 구성 부품의 길이가 변할 경우, 밸브 니들(15)과 밸브 시트 몸체(13)의 밸브 시트면(14)으로 형성된 밀봉 시트가 완전히 폐쇄되기도 전에 니들 캐리어 슬리브(31)의 니들 캐리어 칼라(33)가 복귀되면, 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36)에 있는 연료압과 폐쇄 스프링(37)의 힘에 의해 연료는 온도 보상 공간(27)으로부터 환형 틈(38, 39)을 거쳐서 밀어내지므로 밸브 니들(15)은 완전히 폐쇄된다.
연료 분사 밸브(1)의 작동 중지 후, 온도 보상 공간(27)이 연료로 충진되지 않거나 또는 단지 부분적으로 연료로 충진되면, 상기 온도 보상 공간은 방향 밸브(29)에 의해서 연료로 완전히 충진되고 이때 온도 보상 공간(27)의 부피는 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 위치에 맞춰진다.
밸브의 개방 시간에 비해서 온도는 천천히 변화되기 때문에, 특히 연료 분사 밸브(1)가 폐쇄된 상황, 즉 밸브 폐쇄 몸체(28)가 밸브 시트면(14)에 접할 때 온도 조건하에서 길이가 변하는 것은 보상된다.
연료 분사 밸브(1)가 작동할 경우, 밸브 니들(15)이 밸브 시트면(14)으로부터 떨어질 때 즉 연료 분사 밸브(1)의 개방 위치에서 폐쇄 스프링(37)은, 밸브 니들(15)이 밸브 니들 칼라(32)에 힘을 가함으로써 온도 보상 공간(27)에서 연료가 누수되기 때문에, 온도 보상 공간(27)을 약간 축소시킨다. 일반적으로 상기의 경우, 니들 캐리어 슬리브(31)의 니들 캐리어 칼라(33)가 완전히 복귀하기도 전에 밸브 니들(15)은 밸브 시트 몸체(13)의 밸브 시트면(14)에 접하게 된다. 이 때문에 연료 분사 밸브(1)는 항상 폐쇄 스프링(37)에 좌우되는 힘으로 폐쇄된다.
본 발명은 상술된 실시예에만 국한되지 않는다. 특히 본 발명은 외부 개방형 연료 분사 밸브(1)에도 적합하다.

Claims (9)

  1. 압전식 또는 자기 변형식 액추에이터(8)와, 유압식 온도 보상 장치를 이용하여 상기 액추에이터(8)에 의해서 작동될 수 있는 밸브 니들(15)과, 상기 밸브 니들(15)에 의해서 작동될 수 있고 밸브 시트면(14)과 함께 밀봉 시트로 공동 작용하는 밸브 폐쇄 몸체(28)를 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한 분사 밸브, 특히 연료 분사 밸브(1)에 있어서,
    상기 온도 보상 장치는, 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)를 둘러싸고 니들 캐리어 칼라(33)와 함께 상기 밸브 니들(15)을 부분적으로 에워싸는 니들 캐리어 슬리브(31)를 포함하고, 상기 니들 캐리어 슬리브(31)는 상기 밸브 니들(15)과 함께 온도 보상 공간(27)을 둘러싸며, 상기 온도 보상 공간(27)은 온도 보상 공간(27)을 연료로 충진하기 위해서 방향 밸브(29)에 의해 연료 분사 밸브(1)의 연료 입구부(4)와 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방향 밸브(29)는 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36)과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 니들 캐리어 슬리브(31)는 방향 밸브(29)에 의해 온도 보상 공간(27)과 상기 연료 입구부(4)를 연결하는 연료관의 부분인 측면쪽 리세스(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 니들 캐리어 슬리브(31)의 내부 공간(36)에는 밸브 니들(15)의 밸브 니들 칼라(32)를 거쳐서 온도 보상 공간(27)의 연료압에 영향을 주는 폐쇄 스프링(37)이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 니들(15)은 리세스(18)를 포함하고, 방향 밸브(29)를 형성하기 위해서 상기 리세스(18)에 구형체(22)가 배열되며, 상기 구형체는 동심원, 특히 원뿔형인 리세스(18)의 밀봉면(21)과 함께 밀봉 시트로 공동 작용하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 방향 밸브(29)의 구형체(22)의 최대 개방 운동을 조정하기 위해, 상기 밸브 니들(15)과 연결된 조정핀(23)이 리세스(18)에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 밸브 니들(15)의 리세스(18)는 상기 밸브 니들(15)의 측면쪽 홀(26)에 의해서 온도 보상 공간(27)과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 니들 칼라(32)와니들 캐리어 슬리브(31) 사이에는 틈, 특히 환형 틈(38)이 제공되고, 상기 틈은 온도 조건하에서 상기 연료 분사 밸브(1)의 구성 부품의 길이가 변할 경우에 상기 온도 보상 공간(27)으로부터 연료를 유출시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 니들(15)과 니들 캐리어 슬리브(31)의 니들 캐리어 칼라(33) 사이에는 틈, 특히 환형 틈(39)이 제공되고, 상기 틈은 온도 조건하에서 상기 연료 분사 밸브(1)의 구성 부품의 길이가 변할 경우에 상기 온도 보상 공간(27)으로부터 연료를 유출시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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