KR20020009463A - 연료분사밸브 - Google Patents

Abstract

분구경(噴口徑)을 작게 해서 연료의 미립화를 도모하는 것이 용이하고, 플레이트의 가공이 용이하고 가격이 싼 연료분사밸브를 제공하는 것.

플레이트부재의 분구의 직경을 ∮d, 배열피치경을 ∮P, 원통형상의 연료통로의 직경을 ∮D1, 상기 연료캐비티의 축방향의 깊이를 t라고 했을때에, ∮D1t + ∮d < ∮P 또, t < ∮d라고 한다.

또, 분구의 총 단면적 S1과, 연료통로의 직경과 같은 직경으로 연료캐비티의 축방향 깊이와 같은 높이의 원통형 부분의 원통면의 면적 S2와의 관계를 1 < S2 / S1 < 3로 한다. 또, 연료캐비티를 밸브시트에 형성할 수가 있다.

Description

연료분사밸브{FUEL INJECTION VALVE}

본 발명은 내연기관의 연료분사밸브에 관한 것이다.

종래 연료의 미립자화를 촉진하는 연료분사밸브로는 예를 들면, 일본국 특개평 9-14090호에 표시된 것이 있었다.

도 6은 이 종래 예의 연료분사밸브의 단면도, 도 7은 도 6의 연료분사밸브의 선단부의 확대도를 표시한다.

분사용 연료분사밸브(1)는 수지제 하우징(2)의 내부에 전자코일(3), 고정철심(4) 및 자기통로를 구성하는 금속플레이트(5)가 배치되어 일체로 성형되어 있다. 전자코일(3)은 수지제의 보빈(3a)과 그 외주에 권선되어 있는 코일(3b) 및 외부와의 접속을 위해 설치된 터미널(6)에 의해 구성되고, 수지제 하우징(2)내에 일체로 성형되어 있다.

고정철심(4)의 내부에는 압축스프링(7)의 하중을 조정하는 애져스터(8)가 고정되어 있다. 2개의 자기통로를 구성하는 금속플레이트(5)는 일단을 고정철심(4)에 용접으로 고정되고, 타단은 자기통로를 구성하는 전자파이프(9)에 용접되어 있다. 고정철심(4)과 자기파이프(9) 사이에는 자기파이프(9)의 내부에 배치된 가동철심(10)을 상하로 가동이 되게 비자성 파이프(11)가 고정철심(4)과 자기파이프(9)에 고정, 배치되어 있다.

가동철심(10)은 일단에 니들(101)이 용접고정되어 있고, 가동철심(10)의 타단은 압축스프링(7)에 당접해 있다. 니들(101)의 타단은 밸브체(101a)가 형성되고, 가이드부(101b)에서 밸브시트(102)에 가이드 되어 있다.

밸브체(101)는 상부의 전자구동수단에 의해 상하방향으로 개폐를 하고, 밸브좌(102)와 이접함으로써, 밸브의 개폐를 하고 연료는 밸브좌(102)를 갖는 밸브시트부로부터 연료분사구(103)를 갖는 플레이트부에 유입하고, 연료분사구(103)에서 연료분사밸브 외부에 연료가 분사된다.

도 6 및 도 7에 표시하는 종래의 연료분사밸브에서는 플레이트에 설치된 분구의 각도에서 분사연료의 분사방향을 결정하나, 플레이트 상류의 연료의 흐름방향이 외주부에서 내주부로 흐르기 때문에 분사된 연료의 분무각을 크게 할 수 없다는 결점이 있었다. 또, 1스프레이타입으로 분무각이 큰 사양(예를 들면 15°이상) 및 2스프레이타입으로 분사각이 큰 사양(예를 들면 15°이상)을 제작하는 경우 분구의 각도를 크게 할 필요가 있으므로 분구경을 작게 해서 가공하는 것이 어렵고, 분구경을 작게 해서 연료의 미립화를 계획하는 것이 곤란하고 실시하였다 하더라도, 플레이트의 분구가공에 상당한 코스트가 먹힌다. 특히, 미립화를 촉진하기 위해 분구수를 6개 이상 설치한 타입에서는 특히 분구경이 작아지므로, 플레이트의 가공이 어렵게 된다.

플레이트에 설치한 분구부의 길이 L과 직경 ∮d와의 비인 L/∮d를 크게 함으로써, 분사방향을 규정하고 분무각을 크게 할 수도 있으나, 그 경우는 연료의 미립자화가 손상되게 된다. 또, L/∮d를 크게 했을 때에는 플레이트에 분구를 내는 가공도 어렵고, 분구의 각도도 크게 하는 것은 플레이트의 분구를 뚫는 가공상 난이도가 높아지므로 대단한 코스트업을 동반한다는 문제가 있었다. 또, 특개평 10-122096 기재와 같이 플레이트를 가공해서 연료캐비티를 설치하는 것은 가공상 난이도가 높고, 대단한 코스트증가를 수반한다는 문제가 있었다.

따라서, 이 발명의 목적은 분구경을 작게 해서 연료의 미립화를 계획하는 것이 쉽고, 플레이트의 가공이 쉽고, 가격이 낮은 연료분사밸브를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 상술한 과제를 해결하기 위한 수단은 다음과 같다.

(1) 연료분사밸브는 다수의 분구를 갖는 플레이트부재와, 상기 분구의 상류에 밸브좌를 설치한 밸브시트와, 상기 밸브시트에 설치된 1개소의 원통형 연료통로와, 상기 1개소의 원통형 연료통로와, 상기 다수의 분구를 갖는 플레이트부재 사이에 구성되고, 상기 다수의 분구직상에 배치된 연료캐비티와, 상기 밸브시트에 왕복이동 가능하게 지지되고, 상기 밸브좌에 착좌가능한 당접부를 소유하고, 상기 당접부가 상기 밸브좌에서 이좌 및 상기 밸브좌에 착좌함으로써, 상기 분구를 개폐하는 밸브부재를 구비하고, 상기 플레이트부재에 배치된 분구의 직경을 ∮d로 하고, 상기 플레이트부재에 배치된 분구의 배열피치경을 ∮P, 상기 원통형상의 연료통로의 직경을 ∮D1, 상기 연료캐비티의 축방향의 깊이를 t로 했을 때에, ∮D1 + ∮d < ∮P로 하는 동시에 t < ∮d로 해두었다.

(2) 상기 플레이트부재의 다수의 분구의 총단면적 S1과 원통형상의 연료통로의 직경과 같은 직경으로 연료캐비티의 축방향 깊이와 같은 높이의 원통형 부분의원통면의 면적 S2와의 관계를 1 < S2 / S1 < 3로 할 수가 있다.

(3) 상기 다수의 분구를 갖는 플레이트와 1개소의 원통형상의 연료통로와의 사이에 설치된 연료캐비티를 밸브시트측에 설치할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 연료분사밸브를 표시하는 종단면도.

도 2는 도 1의 연료분사밸브의 연료분사구 주변부를 표시하는 확대단면도.

도 3은 본 발명의 연료분사밸브의 분구의 배열피치경 ∮P와 연료입경 SMD의 관계를 표시하는 그래프.

도 4는 본 발명의 연료분사밸브의 연료분사구 주변부를 표시하는 개략사시도.

도 5는 본 발명의 연료분사밸브의 면적비 S2 / S1과 연료입경 SMD와의 관계를 표시하는 그래프.

도 6은 종래의 연료분사밸브를 표시하는 종단면도.

도 7은 도 6의 연료분사밸브의 연료분사구 주변부를 표시하는 확대단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

18 : 분구, 17 : 플레이트부재,

14a : 밸브좌, 14 : 밸브시트,

14c : 연료통로, 14d : 연료캐비티,

13 : 밸브부재, ∮d : 분구의 직경,

∮P : 분구의 배열피치경, ∮D1 : 연료통로의 직경,

t : 연료캐비티의 축방향 깊이, S1 : 분무의 총단면적,

S2 : 원통면의 면적.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태인 연료분사밸브(1)의 전체구성을 표시하는 측면단면도이다. 분사용 연료분사밸브(1)는 수지제 하우징(2)의 내부에 전자코일(3) , 고정철심(4) 및 자기통로를 구성하는 금속플레이트(5)가 배치되고 일체 성형되어 있다. 전자코일(3)은 수지제의 보빈(3a)과 그 와주에 권선되어 있는 코일(3b) 및 외부와의 접속을 위해 설치된 터미널(6)에 의해 구성되고 수지제 하우징(2)내에 일체 성형되어 있다.

고정철심(4)의 내부에는 압축스프링(7)의 하중을 조정하는 애져스터(8)가 고정되어 있다. 2개의 자기통로를 구성하는 금속플레이트(5)는 일단을 고정철심(4)에 용접에 의해 고정되고, 타단은 자기통로를 구성하는 전자파이프(9)에 용접되어 있다.

고정철심(4)과 자가파이프(9)사이에는 자기파이프(9)의 내부에 배치된 가동철심(10)을 상하로 가동되도록 비자성 파이프(11)가 고정철심(4)과 자기파이프(9)에 고정, 배치되어 있다.

가동철심(10)은 일단에 니들파이프(12)가 용접고정되어 있다. 니들파이프(12)의 가동철심(10)측의 일단은 압축스프링(7)에 당접해 있고, 타단은 밸브로서의 볼(13)이 용접고정 되어 있다. 상기 볼(13)은 자기파이프(9) 내부에 배치된 밸브시트(14)에 가이드되고, 밸브시트(14)의 시트부(14a)에 착좌 및 이좌가 되도록 배치되어 있다.

볼(13)의 외주부는 5각형으로 가공되고, 밸브시트의 가이드부(14b)와 함께 연료통로를 구성하고 있다. 밸브시트(14)에는 원통형의 연료통로(14c)와, 이 연료통로(14c)에 연통한 연료캐비티(14d)가 형성되어 있고, 분구(18)를 갖는 플레이트 (17)가 연료캐비티(14d)를 덮도록 밸브시트(14)에 부착되어 있다.

다음, 연료분사밸브의 동작에 대해 설명한다. 외부로부터 단자(6)를 통해서 코일(3)에 통전하면 고정철심(4), 금속플레이트(5), 자기파이프(9), 가동철심(10)으로 구성되는 자기통로에 자속이 발생하고, 가동철심(10)이 고정철심(4)에 전자흡인력에 의해 끌어당겨지고, 가동철심(4)과 접합되어 일체로 되어 있는 니들파이프 (12) 및 니들파이프(12)에 용접고정되어 있는 볼(13)이 동작하고, 밸브시트(14)의 밸브좌(14a)와 볼(13)의 사이에 연료통로가 개구하고, 플레이트(17)에 설치된 분구(18)로부터 연료가 분사된다.

연료는 델리버리파이프(도시않음)를 통해서 도 1의 상부로부터 인젝터본체로 흘러들어 필터(16)를 통과하고, 고정철심(4)내에 배치되어 있는 애져스터(8) 및 압축스프링(7), 가동철심(10), 니들파이프(12)의 내부를 통과하고, 다시 밸브시트 가이드부(14b)와 볼(13)의 외주에서 구성된 연료통로를 통해서 시트부(14a)로부터 원통형 연료통로(14c), 연료캐비티(14d)를 통하고, 플레이트(17)에 배치되어 있는 분구(18)로부터 외부로 분사된다.

도 2에서 플레이트(17)에 배치된 분구의 직경을 ∮d로 하고, 반경방향의 위치, 즉 다수의 분구의 중심을 통해서 그려지는 원의 직경을 분구피치 ∮P로 하고, 원통형상의 연료통로(14c)의 직경을 ∮D1, 연료캐비티(14d)의 축방향의 깊이를 t로 하였을 때에, ∮D1 + ∮d < ∮P로 하는 동시에, t < ∮d로 함으로써, 연료류에 혼란을 일으켜 분구에서 분출된 연료는 충분히 미립자화 된다. 또, 연료의 흐름을 연료캐비티(14d)의 중심에서 외측을 향하는 흐름으로 하였으므로, 같은 분무각을 형성하는 경우, 플레이트(17)의 분구부 가공각도 θ를 작게 할 수 있어, 플레이트의 제작상 값싼 구성으로 할 수가 있다.

도 3에 t < ∮d 일 때의 ∮D1, ∮d 및 ∮P의 치수(mm)와 연료입경의 SMD(사우터(Sauter)평균입경 : ㎛)를 측정한 결과의 한 예를 그래프로 해서 표시한다. 이 그래프에서 명백하듯이, 일반적 경향으로서 ∮P가 증대하면 연료입경의 SMD가 감소하나, ∮P가 점차 증대해서 ∮D1 + ∮d에 가까워지면 SMD가 약 120㎛에서 급격한 감소가 시작되고, ∮D1 + ∮d에서 약 90㎛이 되고, ∮D1 + ∮d보다 커지면, SMD의 값이 더욱 작아져 약 70㎛정도까지 작아지고, 연료입경이 약 50% 감소한다는 바람직한 결과가 얻어진다.

실시의 형태 2.

도 4에 표시하는 본 발명의 제 2의 실시형태에서는 도 2 및 도 3에 관련해서 설명한 ∮D1 + ∮d < ∮P 또는 t < ∮d의 조건을 만족시키는 동시에 분구(18)의 총면적 S1을 일정한 조건을 만족하도록 선택함으로써, 연료의 미립화를 더욱 촉진할 수가 있다. 즉, 플레이트(17)에 설치된 다수의 분구(18)의 단면적의 합계인 총단면적을 S1으로 하고, 원통형의 연료통로(14c)에서 연료캐비티(14d)내로 흘러드는 부분의 면적, 즉 밸브시트(14)에 설치한 원통형의 연료통로(14c)의 직경 D1과 같은 직경을 갖고, 연료캐비티(14d)의 축방향 깊이 t와 같은 높이의 원통형 부분의 원통면의 면적을 S2로 했을 때에, S1과 S2와의 관계를 1 < S2 / S1 < 3로 함으로써, 연료의 미립화를 더욱 촉진할 수가 있다.

도 5의 그래프에는 S2 / S1과 연료의 미립화를 측정한 결과를 가로축에 표시한다. 이 그래프에서 명백하듯이, SMD의 값은 S2 / S1이 1.0보다 작은 범위에서는 약 100 내지 120㎛이나, S2 / S1이 1.0에 가까워지면 급격히 감소해서 1.0에서 약 90㎛이 되고, 1.0을 초과하면 더욱 작아져 1.5에서는 약 60㎛정도까지 감소한다. SMD는 S2 / S1이 3.0에 가까워짐에 따라 다시 증대해서 3.0에서 약 80이 되고, 3.0을 초과하면 더욱 커진다. 이와 같이 SMD는 S2 / S1이 1.0보다 크고, 3.0보다도 작을 때는 만족할 수 있을 정도로 작고, 그 이외의 경우에는 현저히 크게되어 있다.

이로써, SMD를 작게 하기 위해서는 1 < S2 / S1 < 3의 관계를 충족시키는 것이 주요한 것이 이해가 된다.

또, 연료캐비티(14d)가 밸브시트(14)를 가공해서 형성된 공동부이므로 플레이트(17)에 프레스가공 등의 가공을 할 필요가 없어지고, 평판상의 플레이트(17)를 사용할 수 있으므로, 플레이트(17)의 가공을 간단하고 값싸게 할 수가 있다.

이상과 같이 본 발명의 연료분사밸브에 의한 효과는 다음과 같다.

(1) 전자식 연료분사밸브는 다수의 분구를 갖는 플레이트부재와, 상기 분구의 상류에 밸브좌를 설치한 밸브시트와, 상기 밸브시트에 설치된 1개소의 원통형 연료통로와, 상기 1개소의 원통형 통로와, 상기 다수의 분구를 갖는 플레이트부재 사이에 구성되고, 상기 다수의 분구직상에 배치된 연료캐비티와, 상기 밸브시트에 왕복이동 가능하게 지지되고, 상기 밸브좌에 착좌가능한 당접부를 가지고, 상기 당접부가 상기 밸브좌로부터 이좌 및 상기 밸브좌에 착좌함으로써, 상기 분구를 개폐하는 밸브부재를 구비하고, 상기 플레이트부재에 배치된 분구의 직경을 ∮d로 하고, 상기 플레이트부재에 배치된 분구의 배열피치경을 ∮P, 상기 원통형상의 연료통로의 직경을 ∮D1, 상기 연료캐비티의 축방향의 깊이를 t로 했을 때에, ∮D1 + ∮d < ∮P로 하는 동시에 t < ∮d로 하고 있다. 따라서, 연료의 미립화를 도모하는 것이 용이하고, 플레이트의 가공이 쉽고 가격이 싼 연료분사밸브를 제공할 수가 있다.

(2) 상기 플레이트부재의 다수의 분구의 총단면적 S1으로 하고, 원통형상의 연료통로의 직경과 같은 직경으로 연료캐비티의 축방향 깊이와 같은 높이의 원통형 부분의 원통면의 면적 S2와의 관계를 1 < S2 / S1 < 3로 할 수가 있으므로 분무연료의 입경을 더욱 작게 할 수가 있다.

(3) 상기 다수의 분구를 갖는 플레이트와 1개소의 원통형상의 연료통로 사이에 설치된 연료캐비티를 밸브시트측에 설치할 수 있으므로, 플레이트의 가공이 용이하고 가격이 싼 연료분사밸브를 제공할 수가 있다.

Claims (3)

1. 다수의 분구를 갖는 플레이트부재와, 상기 분구의 상류에 밸브좌를 설치한 밸브시트와, 상기 밸브시트에 설치된 1개소의 원통형 연료통로와, 상기 1개소의 원통형 연료통로와 상기 다수의 분구를 갖는 플레이트부재와의 사이에 구성되고, 상기 다수의 분구직상에 배치된 연료캐비티와, 상기 밸브시트에 왕복이동 가능하게 지지되고, 상기 밸브좌에 착좌가능한 당접부를 가지고, 상기 당접부가 상기 밸브좌에서 이좌 및 상기 밸브좌에 착좌함으로써, 상기 분구를 개폐하는 밸브부재를 구비한 연료분사밸브로서, 상기 플레이트부재에 배치된 분구의 직경을 ∮d로 하고, 상기 플레이트부재에 배치된 분구의 배열피치경을 ∮P, 상기 원통형상의 연료통로의 직경을 ∮D1, 연료캐비티의 축방향의 깊이를 t라고 했을 때에, ∮D1 + ∮d < ∮P로 하는 동시에 t < ∮d로 한 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트부재의 분구의 총단면적 S1과, 상기 연료통로의 직경과 같은 직경을 갖고, 연료캐비티의 축방향 깊이와 같은 높이의 원통형 부분의 원통면의 면적 S2와의 관계를 1 < S2 / S1 < S3로 한 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
3. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 분구를 갖는 플레이트와 1개소의 원통형상의 연료통로사이에 설치된 연료캐비티를 밸브시트측에 설치한 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.