KR20010113764A - 내연기관용 연료분사 밸브 및 상기 밸브의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종축(2)을 가지는 밸브 고정체(1)를 포함하는 연료분사 밸브에 관한 것이다. 중앙 스프링 챔버(5)는 상기 밸브 고정체 내에 설계된다. 차단 압력을 밸브 부재(30)에 전달하는 차단 스프링(6)은 상기 스프링 챔버(5) 내에 배치된다. 적어도 하나의 분사개구(36)를 제어하기 위해 밸브 부재는 밸브 시트(32)와 연동한다. 공급 채널(3)은 스프링 챔버(5)의 벽에서 밸브 고정체(1)의 종축(2)에 대해 평행하게 진행한다. 고압의 연료는 상기 채널을 통해 적어도 하나의 분사개구(36)로 공급될 수 있다. 공급 채널(3)의 횡단면은, 공급 채널(3)과 스프링 챔버(5) 사이 또는 공급 채널(3)과 밸브 고정체(1)의 외측 동체면 사이의 벽두께가 같은 횡단면적을 갖는 원형 횡단면의 공급 채널(3)의 벽두께보다 더 크도록 방사상(radial) 방향에서보다 원주(circumference) 방향에서 더 크게 팽창된다.

Description

내연기관용 연료분사 밸브 및 상기 밸브의 제조 방법{FUEL INJECTION VALVE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND A METHOD FOR PRODUCING SAME}

특허공보 DE 196 08 575 A1에 개시된 바 있는 이런 종류의 연료분사 밸브의 경우 밸브 바디는 중간 와셔가 중간에 삽입된 상태에서 인장 너트를 통해 밸브 고정체의 축방향에 대항하여 조여져 있다. 상기 밸브 바디 내에는 보어가 형성되어 있는데, 이 보어 내에는 차단력에 대항하여 축방향으로 동작하는 피스톤 형태의 밸브 부재가 배치되어 있다. 상기 밸브 부재의 연소실측 단부에는 밸브 밀봉면이 형성되어 있는데, 이 밸브 밀봉면은 보어의 연소실측 단부에 인접하여 형성되어 있는 밸브 시트와 연동하므로 밸브 부재는 차단력에 대항하는 개방 행정운동을 통해 적어도 하나의 분사 개구를 개방한다. 밸브 고정체, 중간 와셔 그리고 밸브 바디 내에는 공급 보어가 형성되어 있는데, 이 공급 보어를 통해 고압의 연료가 밸브 시트에까지 도달하며 연료분사 밸브가 개방되는 경우 연료는 분사개구를 통해 내연기관의 연소실로 분사된다. 밸브 고정체의 중앙에는 중공 공간이 형성되어 있는데, 최초응력이 가해진 스프링이 상기 중공 공간안에 배치되어 있다. 상기 중공 공간 내에서 상기 스프링은 연소실측으로는 밸브 부재와 결합된 스프링 플레이트에 의해 지지되고 따라서 차단력을 밸브 부재에 가한다. 공급 채널은 스프링 챔버의 측벽에서 이 측벽에 대해 평행하게 진행된다. 이와 관련해 종래 방식의 연료분사 밸브는 다음과 같은 단점을 갖는다. 즉, 밸브 고정체의 벽이 얇게 형성되는 경우에도 연료압력에 저항력을 갖기 위해 공급 채널의 벽은 특정한 두께에 미달될 수 없다. 따라서 밸브 고정체의 벽두께를 더욱 얇게 제작하거나 또는 공급 채널을 통과하는 연료압력을 증가시키는 것과 관련해 제약이 따르며, 종래 방식의 구조에서는 이런 제약이 극복될 수 없다.

본 발명은 청구항 1의 특징을 갖는 내연기관용 연료분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연료분사 밸브의 종단면도.

도 2는 도 1의 라인 II-II를 따라 스프링 챔버 높이에서 연료분사 밸브를 절단한 횡단면도.

특허청구항 1의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료분사 밸브는, 공급 채널의 횡단면이 밸브 바디 부분의 원주 방향으로 더 크게 팽창된 난형(oval) 또는 타원형이라는 장점을 갖는다. 이렇게 함으로써 공급 채널의 횡면적이 감소되지 않는다는 조건 하에서도 중공 공간과 공급 채널 사이 또는 공급 채널과 밸브 바디 부분의 외측 동체 사이의 벽두께가 증가될 수 있다. 따라서 밸브 바디 부분의 외경이 동일하고 중공 공간이 동일하게 형성되는 조건 하에서도 밸브 바디 부분의 공급 채널 내에 더 높은 압력의 연료가 공급될 수 있다. 이에 대한 대안으로서 밸브 바디 부분을 더욱 얇게 제작하고 공급 채널 내의 연료압력을 변경하지 않는 것도 제안될 수 있다.

난형의 횡단면을 갖는 공급 채널은 원형 횡단면을 갖는 공급 채널에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다. 즉, 중공 공간과 공급 채널 사이 또는 밸브 바디 부분의 외측 동체면과 공급 채널 사이에 더 두꺼운 측벽으로 인해 공급 채널의 고압 연료에 대한 안정성을 침해하지 않고도 밸브 바디 부분의 제작 시 더 큰 공차가 허용된다. 따라서 더 간단한 방법으로 및 더욱 저렴한 비용으로 밸브 바디 부분을 제작하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 연료분사 밸브를 제작하기 위한 바람직한 방법에서는 괴상(massive)이며 바람직하게는 금속으로 이루어지는 실린더형의 바디 내에 이 바디의 종축에 대해 평행하게 진행하는 원형의 편심 보어가 형성된다. 이 경우 실린더형의 바디는 밸브 바디 부분의 원하는 외경보다 더 큰 외경을 갖는다. 외측 동체면의 실린더 형태를 유지하는 조건 하에서 상기 실린더형 바디의 소성 변형을 통해 원하는 외경을 제작할 수 있는데, 이 경우 공급 채널의 횡단면은 변형되고 난형 또는 타원형의 형태를 갖게된다. 이 방법 단계가 종료된 후에 비로소 중공 공간이 형성되고, 그래서 중공 공간의 벽내에서 공급 채널이 진행된다. 복잡하고 더 많은 비용이 소요되는 예를 들어, 드릴링 및 밀링과 같은 가공 방법으로 밸브 바디 부분에 직접 이런 공급 채널을 제작하지 않고도 상기 방법을 통해 유리하게 난형 또는 대략 타원형의 횡단면을 갖는 공급 채널을 제작하는 것이 가능하다.

도면에는 본 발명에 따른 연료분사 밸브의 실시예가 도시되어 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 연료분사 밸브에 대한 종단면도가 도시되어 있다. 상기 연료분사 밸브에는 중간 와셔(15)가 중간에 삽입된 상태에서 밸브 고정체(1)로서 형성된 밸브 바디 부분에 대항하여 인장 너트(22)를 통해 조여진 밸브 바디(20)가 포함되어 있다. 밸브 바디(20)에는 막힌 구멍(blind hole) 형태의 보어(25)가 형성되어 있는데, 상기 보어의 연소실측에 인접하여 거의 원추형인 밸브 시트(valve seat)(32)가 형성되어 있고 이 밸브 시트에는 적어도 하나의 분사개구(36)가 배치되어 있다. 상기 보어(25)에는 피스톤 형태의 밸브 부재(30)가 배치되어 있는데, 이 밸브 부재는 연소실의 반대측 구간의 보어(25)에서 안내되고 압력어깨(28)가 형성되어 연소실 쪽으로 원추형으로 좁아진다. 밸브 부재(30)의 연소실측 단부에는 거의 원추형인 밸브 밀봉면(34)이 형성되어 있는데, 이 밀봉면은 적어도 하나의 분사개구(36)를 제어하기 위해 밸브 시트(32)와 연동한다. 압력어깨(28)는 밸브바디(20) 내에 형성된 압력실(27) 내에 배치되어 있는데, 이 압력실은 밸브 부재(30)를 감싸는 링 채널로서 밸브 시트(32)에까지 형성되어 있다. 밸브 부재(30)의 연소실 반대측 단부에서 밸브 부재는 스프링 플레이트(31)와 결합되는데, 이 스프링 플레이트는 중간 와셔(15)의 개구부 내에 배치되며, 밸브 고정체(1) 내에서 스프링 챔버(5)로서 형성된 중앙 중공 공간에까지 돌출된다. 스프링 챔버(5)는 중앙 보어(8)로서 밸브 고정체(1) 내에 형성되어 있고 적어도 대략 보어(25)에 대해 동축성으로 배치되어 있다. 스프링 챔버(5)에는 차단 스프링(6)으로서 형성된 장치가 배치되어 있는데, 상기 차단 스프링(6)은 최초응력(prestress)을 받으며, 연소실측에서는 스프링 플레이트(31)에 의해 지지되고 연소실 반대측에서는 스프링 챔버(5)의 연소실 반대측 바닥면에 의해 지지된다. 상기 차단 스프링(6)의 최초응력으로 인해 차단력이 밸브 부재(30)에 가해지는데, 이 차단력에 의해 밸브부재가 밸브 밀봉면(34)을 통해 밸브 시트(32)에 대항하여 압박된다. 스프링 챔버(5)의 연소실 반대측 바닥면과 배출 채널(10)이 연결되는데, 이 배출 채널을 통해 압력실(27)로부터 밸브 부재(30)의 안내되는 구간을 거쳐 스프링 챔버(5)로 흐르는 누설 오일의 배출이 가능하다.

밸브 고정체(1)와 중간 와셔(15) 및 밸브 바디(20) 내에서 진행되는 공급 채널(3)을 통해 고압의 연료가 상기 압력실(27)로 충전될 수 있다. 공급 채널(3)의 압력실 (27) 반대측 단부에는 고압 커넥터(12)가 연결되는데, 이 고압 커넥터는 밸브 고정체(1)의 연소실 반대측 단부에서 거의 밸브 고정체(1)의 종축(2)상에 배치되고 본 도면에서는 도시되지 않은 연료 고압 시스템과 연결된다. 공급 채널(3)은 고압 커넥터(12)에서부터 좌굴위치(bending point)(4)에까지 밸브 고정체(1)의 종축(2)에 대해 일정 각도로 경사지게 진행한다. 상기 좌굴위치(4)에서부터 공급 채널(3)은 스프링 챔버(5)의 측벽 내에서 밸브 고정체(1)의 종축(2)에 대해 적어도 대략 평행하게 중간 와셔(15)에까지 진행한다. 중간 와셔(15)와 밸브 바디(20) 내에서 공급 채널(3)은 다시 밸브 고정체(1)의 종축(2)에 대해 경사지게 진행하며 밸브 부재(30)의 압력 어깨(28) 높이에서 압력실(27)과 접한다. 고압 커넥터(12)와 좌굴위치(4) 사이의 공급 채널(3) 구간에는 연료 필터(18)가 장착되는데, 이런 연료 필터는 공급되는 연료에 포함된 입자를 여과한다.

도 2에는 스프링 챔버(5)의 높이에서 절단한 도 1에 따른 연료분사 밸브에 대한 횡단면도가 도시되어 있다. 도 2에서는 이해를 돕기 위해 차단 스프링(6)이 도시되지 않았다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 공급 채널(3)의 횡단면은 적어도 대략적인 방사상(radial) 방향에서보다 밸브 고정체(1)의 원주(circumference) 방향에서 더욱 팽창되어 있는, 예를 들어 난형인(oval) 거의 타원형 횡단면이다. 이렇게 함으로써 공급 채널(3)과 스프링 챔버(5) 사이 또는 공급 채널(3)과 밸브 고정체(1)의 외측 동체면 사이의 벽두께는 횡단면적이 동일하다는 조건 하에서 원형(circle)으로 제작된 공급 채널(3)의 경우보다 더 크게 형성된다. 도 2에 도시된 횡단면 형태에 대한 대안으로서 공급 채널(3)은 다른 횡단면 형태를 가질 수 있다. 하지만 이 경우에도 공급 채널(3)의 방향은 항상 밸브 고정체(1)의 원주 방향에서 가장 크게 팽창되어야 한다.

연료분사 밸브의 작동 방식은 다음과 같다. 공급 채널(3)을 통해 고압의 연료가 압력실(27)로 이송된다. 연료압력에 의해 밸브 부재(30)의 압력어깨(28)에 유압력이 가해진다. 상기 유압력의 축방향으로 작용하는 벡터가 차단 스프링(6)의 차단력을 초과하는 경우에는, 밸브 부재가 중간 와셔(15) 내에 형성된 스톱면에 접할 때까지 밸브 부재(30)의 밸브 밀봉면(34)이 밸브 시트(32)에서 위로 올려진다. 밸브 부재(30)의 이 개방 행정 운동으로 인해 분사개구(36)가 압력실(27)과 연결되고 연료는 내연기관의 연소실로 분사된다. 공급 채널(3) 내의 연료압력이 감소하고 따라서 압력실(27) 내에서의 연료압력이 감소함으로써 분사과정의 종료가 유도된다. 이렇게 함으로써 유압력의 축방향 벡터가 차단 스프링(6)의 힘보다 더 작아질 때까지 밸브 고정체(30)의 압력 어깨(28)에 가해지는 유압력이 감소한다. 이제 밸브 부재(30)의 밸브 밀봉면(34)이 밸브 시트(32)와 접하고 분사개구(36)가 닫힐 때까지 상기 밸브 부재(30)는 다시 차단 스프링(6)의 힘에 의해 밸브 시트(32) 방향으로 가속된다.

도 1에 도시된 차단 스프링(6)에 대한 대안으로서 예를 들어 다른 유압 장치 또는 자기적 장치에 의해 발생하는 차단력이 밸브 부재(30)에 가해질 수 있다. 또한 스프링 챔버(5) 대신 밸브 부재(30)에 차단력을 가하는 기계적 부재가 배치되는 중앙 개구가 형성될 수도 있다. 또한 이외에도 도면에 도시되어 있는 밸브 바디(20) 대신 예를 들어 외측으로 개방되는 밸브 부재와 같은 상기 밸브 바디에 맞는 다른 밸브 부재가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 공급 채널(3)은 도면에 도시된 연료분사 밸브 외에도, 중앙 중공 공간 및 이 중공 공간의 측벽내에서 진행하는 공급 채널을 갖는 다른 모든 밸브 바디(1)에도 또한 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 연료 공급 채널은 바람직하게는 다음과 같은 방법에 따라 제작될 수 있다. 괴상이며 바람직하게는 금속으로 이루어지는 실린더형의 바디 내에는 상기 실린더형의 바디의 종축에 대해 적어도 대략 평행하며 원형의 횡단면을 갖는 편심성의 보어가 형성된다. 이 경우 실린더형 바디의 외경은 제작되어야 하는 밸브 고정체(1)의 규정된 값보다 크다. 실린더형 바디는 기계적 처리를 통해 소성 변형되어 상기 실린더형 바디는 자신의 동체면의 실린더 형태를 유지하면서 제작되어야 하는 밸브 고정체(1)의 규정된 값에 도달할 때까지 지름이 축소된다. 이렇게 함으로써 공급 채널(3)의 횡면적도 변경되고 공급 채널은 난형 내지 타원형의 횡단면을 갖게 된다. 상기 변형 과정 후 스프링 챔버(5)를 형성하는 중앙 중공 공간이 밸브 고정체(1) 내에 형성되어 공급 채널(3)이 스프링 챔버(5)의 측벽 내에서 진행하게 된다. 그 다음 밸브 고정체(1)의 모든 다른 특징은 종래 방식에 따라 형성될 수 있다. 바람직하게는 실린더형 바디의 소성 변형 과정은 실린더형 바디의 압연을 통해 이루어지므로, 실린더형 바디의 외측 동체면의 형태가 유지되는 실린더형 바디의 영구적인 소성 변형이 가능하다. 압연에 대한 대안적 방법으로서 다른 적합한 변형 방법이 적용될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 내연기관용 연료분사 밸브에 이용된다.

Claims (7)

1. 힘을 밸브 부재(30)에 전달하는 장치(6)가 배치되어 있는 중앙 중공 공간(5)이 형성되어 있는, 종축(2)을 갖는 밸브 바디 부분(1)과,

   상기 중앙 중공 공간(5)의 벽에서 상기 밸브 바디 부분(1)의 상기 종축(2)에 대해 평행하게 진행하는 공급 채널(3)로서, 상기 공급 채널(3)을 통해 고압의 연료는 적어도 하나의 분사개구(36)에 공급될 수 있는, 공급 채널(3)을,

   갖는 내연기관용 연료분사 밸브로서,

   상기 공급 채널(3)은 원주(circumference) 방향에서 적어도 대략적인 방사상(radial) 방향에서보다 더욱 팽창된 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료분사 밸브.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공급 채널(3)은 적어도 대략 난형(oval) 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료분사 밸브.
3. 제 2항에 있어서, 상기 공급 채널(3)의 난형 횡단면의 가장 멀리 이격된 양측 점 사이의 간격은 적어도 대략 상기 밸브 바디(1)의 상기 종축(2)에 대한 간격과 동일한 것을 특징으로 하는, 연료분사 밸브.
4. 제 2항에 있어서, 상기 공급 채널(3)의 난형 횡단면은 적어도 대략 타원형을형성하는 것을 특징으로 하는, 연료분사 밸브.
5. 제 1항에 기재된 연료분사 밸브의 상기 밸브 바디 부분(1)의 제작을 위한 방법으로서,

   - 상기 공급 채널(3)을 형성하는 보어가 적어도 대략 실린더 형태인 바디 내에 편심적으로, 및 상기 바디의 종축(2)에 대해 적어도 대략 평행하게 형성되는 단계와,

   - 상기 바디의 지름은 상기 바디의 적어도 대략 원통형 형태를 유지하는 조건 하에서 특정 지름에 도달할 때까지 소성 변형을 통해 감소되는 단계로서, 상기 보어의 횡단면은 원주 방향에서 적어도 대략적인 방사상 방향에서보다 더욱 팽창된 횡단면을 갖도록 변화되는, 단계와,

   - 상기 바디 내에 중앙 중공 공간(5)이 형성되어 상기 공급 채널(3)이 상기 중앙 중공 공간(5)의 벽내에서 진행하게 되는 단계를,

   특징으로 하는, 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 밸브 바디 부분(1)을 형성하는 바디는 금속, 바람직하게는 강철로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 실린더형 금속 바디의 소성 변형은 압연 과정을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 방법.