KR20020072292A - 연료 분사 밸브 - Google Patents
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Abstract
내연기관의 연료 분사 밸브 장치용 연료 분사 밸브(1)는 밸브 니들(3)및 상기 밸브 니들과 작용 연결된, 밸브 시이트 바디(5)에 배치된 밸브 시이트면(6)과 함께 밀봉 시이트를 형성하는 밸브 폐쇄 바디(4)와 분사구 디스크(31)에 형성된 다수의 분사구(7)를 포함하고, 상기 분사구 디스크는 밀봉 시이트의 하류측에서 연료 분사 밸브(1)에 배치된다. 분사구 디스크(31)는 분사구(7)영역에 적어도 하나의 구형 아치(37)를 포함하고, 상기 아치는 연료의 유동 방향과 반대로 방향 설정되고, 분사구(7)는 나사선형으로 분사구 디스크(31)의 구형 아치(37) 위에 배치된다.
Description
다수의 분사구로부터 연료를 분사하는 연료 분사 밸브는 예를 들어 독일 특허 공개 제 198 27 219 A1 에 공지되어 있다. 상기 밸브는 연료 분사 밸브의 하류측 단부에 배치되고 다수의 분사구를 장착한 분사 조절판을 갖는다. 분사구들은 두 개의 그룹으로 나뉘고, 상이한 직경을 가지는 두 개의 홀써클상에 배치된다. 원추형이 하류측 방향으로 개방될 때 각 하나의 분사구 그룹의 중앙 축선은 각 하나의 원추형 외피에 접한다. 더 큰 직경을 갖는 홀써클의 분사구의 중심 축선에 배치되는 원추형은 원추형보다 더 큰 개방각을 가지며, 상기 원추형의 외피에 내부 홀써클의 분사구 중심 축선이 접하므로, 원추형 외피는 교선을 갖지 않으며, 개별적인 연료의 분배 분사도 서로 일치하지 않는다.
분사 조절 디스크도 연료 분사 밸브의 외측으로 휘어진 구조로 구현될 수 있다. 분사구들은 휘어진 영역에 배치되므로 분사된 연료는 분사로를 따라 연료 분사 밸브의 중심 축선으로부터 멀어진다.
독일 특허 공개 제 198 04 463 A1호에는 다수의 분사구를 구비한 또 다른 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 이것은 연료 분사 밸브의 원추형 모양의 하류측 폐쇄부를 구비하며, 상기 폐쇄부에 2열의 분사구들이 배치된다. 연료 분사 밸브의 하류측 단부의 원추형 구조에 의해 분사 과정에서 연료 분사는 연료 분사 밸브의 중심 축선으로부터 조정한다. 개별적인 부분 분사는 하나 또는 다수의 원추형 외피 위에 배치된다.
연료 분사 밸브의 하류측 단부에 배치된, 하류측으로 휘어진 적어도 하나의 홀디스크의 이용은 미국 특허 5, 484, 108 호에 공지되어 있다. 밸브 폐쇄 바디는 밀봉 시이트의 하류측으로 중앙 리세스를 구비하고, 상기 리세스에 의해 개방된 연료 분사 밸브에서 연료가 제 1 홀디스크의 개봉부로 흐른다. 관류하는 적어도 두 개의 홀디스크 중 적어도 제 1 디스크는 다스크의 일부가 밸브 폐쇄 바디의 리세스로 뻗은 형태를 갖는다. 하류측으로 제 1 홀디스크와 다른 하나의 다스크 사이에 체적이 형성된다. 다수의 홀디스크를 이용함으로써 연료 할당에 의한 선회 발생이 해제된다. 따라서 예컨대 하류측 디스크 개방부의 관류시 선회가 이루어질 수 있다. 흐름은 비교되어 양 홀디스크간의 부피로 비교 측정되고 연료는 정확하게 할당된 연료량에 따라 분사된다.
미국 특허 제 5, 484, 108 호에는 밀봉 시이트의 하류측으로 커다란 무용 부피가 단점이다. 제 2 홀디스크의 측정 개구의 하류측으로 체적 형성에 의해 분사 후 다량의 연료가 유지된다. 상기 연료량은 후에 증기 배출에 의해 연소실에 이른다. 그럼으로써 가솔린 소비가 증가하는 것외에 유해가스 방출이 현저하게 상승한다.
또한 다수의 디스크 사용시 제한되는 가변성은 분사되는 연료 분사빔 방향의구조적 형성이 단점이다. 밸브 시이트 바디의 리세스로 제 1 홀디스크를 형성함으로써 제 2 홀디스크의 하류측 휘어짐의 가능성은 방사방향으로 극히 제한된다. 따라서 개별 분사빔의 일치가 방지된다면 분사구의 배치는 간단한 구조로 제한된다.
독일 특허 공개 제 198 27 219 A1호 및 198 04 463 A1호에 제시된 연료 분사 밸브는 중심 축선으로부터 연료 분사에 의해 중심 축선 영역에 혼합물이 희박해지는 것이 단점이다. 원추부의 개방각이 작아짐으로써 균일한 혼합물 형성이 중심 축선 영역에서 이루어지고, 동시에 연소실로 침투 심도도 증가하며, 따라서 분사된 연료는 더 쉽게 피스톤과 접촉할 수 있다. 벽면 손실률에 의한 연소와 관련한 바람직하지 않은 효과 외에도 피스톤의 상부면의 연료의 연소에 의해 피스톤의 수명이 감소된다.
또한 독일 특허 공개 제 198 04 463 A1호에 공지된 연료 분사 밸브는 분사구 영역에 두꺼운 벽의 구조를 갖는다. 하류측 단부와 연료 분사 밸브의 하우징의 일체형의 구조는 높은 벽의 강도를 요한다. 그렇게 사용되는 제조 기술은 분사구 조립을 위해 비용이 많이 든다. 왜냐하면 강한 벽의 강도에서는 개별 분사구에 작은 홀직경을 뚫을 수 없기 때문이다.
본 발명은 독립 청구항 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예에 의한 개략적인 부분 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예에 의한 도 1 II 의 단면에서 개략적인 부분 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 분사구 디스크의 제 1 실시예의 조감도.
도 4는 실시예의 분사구 배치에 있어서 각도 조작도.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브에서 개별 분사구 디스크의 구형의 아치가 하류측으로 향하는 것이 바람직하다. 상기 특징에 의해 연료 분사빔은 2중 원추부의 외피면상에 배치될 수 있다. 원추형 개방각이 크더라도 연료 분사 밸브의 중심 축선 영역에서 연료 혼합물은 희박해지지 않는다. 분사된 연료의 초점은 연료 분사밸브가 아닌 연소실에 있다.
또한 미국 특허 5, 484, 108 호에 비하여 사용 가능한 넓은 면이 장점이다. 따라서 더 많은 분사구가 분사구들 사이에 이음새의 넓이가 기계적인 안정성을 위협할 정도로 좁아지지 않으면서 구형의 아치에 배치될 수 있다. 분사구들은 나사선상에 배치되고, 상기 나사선의 방사방향 연장부를 두드러지게 확장한다.
독일 특허 공개 제 198 27 219 A1 호에 공지된 연료 분사 밸브의 일체형 구현은 성형 과정에 의한 분사구 홀디스크의 재료가 예들 들어 저온 성형에 의해 결합되는 것이 장점이다. 따라서 분사구 디스크에 강도가 낮은 재료를 사용하고, 따라서 재차 분사구의 조립 및 분사구 디스크를 연료 분사 밸브에 조립하는 것이 간단해진다. 제조 비용이 감소한다.
또한 변형에 의한 간단한 구성이 장점이다. 연료량의 측정 및 분사 형태는 다른 하나의 분사구 디스크의 조립에 의해 조절될 수 있다. 따라서 동일한 부품을 효율적으로 이용하여 저렴하게 고객 주문 요구에 맞추는 것이 가능하다.
또한 정확하지 않은 분사구들이 인식되면 적당한 가격의 천공-휨 부품만 제외되는 것이 장점이다. 또한 더욱 고가로 제조되는 하우징 바디가 사용될 수 있다.
종속 청구항에 제시된 특징에 의해 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 바람직한 개선이 가능하다.
나사선상에 분사구들을 배치함으로써 예를 들어 연료가 목표한 비대칭형으로 분사될 수 있다. 개별 연료 분사은 분사구들이 마주놓인 분사구들의 연료 분사빔 사이에 각각 하나의 연료 분사빔이 향하기 때문에 서로 일치하지 않는다. 비대칭분사 형태에서 점화 플러그와 연료 분사 밸브의 위치에 의해 상호간에 발생하는 특수한 요구에 분사 방향을 조절하는 방법이 특히 바람직하다.
분사구 디스크의 제조에 적합한 방법에 있어서는 디스크의 성형 이전에 분사구들을 조립하는 것이 바람직하다. 따라서 평면 디스크에 분사구들을 예컨대 천공과 같은 간단하고 저렴한 방법에 의해 분사구 디스크에 조립하는 것이 가능하다. 재료는 여전히 변형 경화되지 않는다. 따라서 홀직경이 작더라도 천공의 지속 수명은 높을 수 있다. 2 단계에서 추가적인 형태 복원성을 제외한 또다른 변형에 의해, 예를 들어 재료를 삽입하는 저온 성형에 의해 변형 경화가 일어난다. 따라서 부품은 벽 강도가 낮은 경우에도 높은 연료압에서 이용에 적합하다.
낮은 벽 강도에 의해 노즐 바디 또는 밸브 시이트 바디에 고정이 현저하게 간단해진다. 약한 재료의 강도에서 간단하게 사용될 수 있는 방법이 적용될 수 있다. 특히 레이져 용접은 가공 속도와 재생 가능성에 있어서 장점을 제공한다.
본 발명의 실시예가 도면에 간단하게 도시되고 하기에서 상세히 설명된다.
도 2내지 4 에 의해 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기 전에 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해 도 1을 이용하여 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)가 전체 도면으로 그 실제 부품과 관련하여 간단히 설명된다.
연료 분사 밸브(1)는 혼합물 압축 외부 점화 방식 내연기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 형태로 구현된다. 연료 분사 밸브(1)는 특히 도시되지 않은 내연기관의 연소실로 연료를 직접 분사하는데 적합하다.
연료 분사 밸브(1)는 밸브 니들(3)에 배치된 노즐 바디(2)를 포함한다. 밸브 니들(3)은 밸브 폐쇄 바디(4)와 작용 연결되어 있고, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시이트 바디(5)상에 배치된 밸브 시이트면(6)과 함께 밀봉 시이트를 형성한다. 연료 분사 밸브(1)에서 실시예로 전자기적으로 작동되는 연료 분사 밸브(1)가 다루어지고, 상기 밸브는 적어도 하나의 분사구(7)를 갖는다. 노즐바디(2)는 밀봉부(8)에 의해 자기코일(10)의 외극에 대해 밀봉된다. 자기코일(10)은 코일 하우징(11)내에 캡슐화되어 자기 캐리어(12)상에 감겨 있으며, 상기 캐리어는 자기 코일(10)의 내극(13)에 접한다. 내극(13)과 외극(9)은 갭(26)에 의해 서로 분리되고 연결 부품(29)상에 지지하고 있다. 자기코일(10)은 라인(19)을 통해 전기 스위치 플러그(17)에 의해 공급 가능한 전류에 의해 여자된다. 스위치 플러그(17)는 내극(13)에 사출 성형될 수 있는 플라스틱 외피(18)로 둘러싸인다.
밸브 니들(3)은 디스크 형으로 구현된 밸브 니들 가이드(14)에 안내된다. 상기 가이드에 조절 디스크(15)가 쌍을 이루고, 상기 디스크는 밸브 니들의 행정을 조절하는데 이용된다. 조절 디스크(15)의 하류측 면위에 아마츄어(20)가 위치한다. 상기 아마추어는 플랜지(21)에 의해 밸브 니들(3)과 포지티브하게 연결되어 있고, 상기 밸브 니들은 용접시임(22)에 의해 플랜지(21)와 연결된다. 플랜지(21)상에 복귀 스프링(23)이 지지하고 있으며, 상기 스프링은 연료 분사 밸브(1)의 본 구조에서 내극(14)으로 압축 끼워맞춤된 슬리브(24)에 의해 예응된다.
밸브 니들 가이드(14) 및 아마추어(20)에 연료 채널(30a,30b)이 뻗어있다. 중앙 연료 공급구(16)에 필터 부재(25)가 배치된다. 연료 분사 밸브(1)는 밀봉부에 의해 도시되지 않은 연료 라인을 밀봉한다.
연료 분사 밸브의 휴지 상태에서 아마추어(20)는 복귀 스프링(23)에 의해 플랜지(21)를 지나 밸브 니들(3)에 아마추어의 행정 방향 반대로 밀봉되는 장치 내의 밸브 시이트면(6)에 밸브 폐쇄 바디(4)가 고정되도록 밸브 니들(3)에 부딪힌다. 자기 코일(10)의 여자시 상기 자기 코일은 아마추어(20)를 복귀 스프링(23)의 탄성력과 반대의 행정방향으로 움직이는 자기장을 형성하며, 따라서 행정은 내극(13)과 아마추어(20)사이의 휴지 지점에서 나타나는 작업갭(27)에 의해 사전 설정된다. 밸브 니들(3)과 작용 연결되어 있는 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시이트면(6)으로부터 떨어지고, 연료는 밸브 폐쇄 바디(4)의 중앙 리세스(32)를 지나 밸브 시이트 바디(5)의 통행 개구(34)로 흐르고, 분사구(7)에 의해 분사구 디스크(31)로 분사된다.
자기 흐름이 차단되면, 자기장의 충분한 형성 후 아마추어(20)는 복귀 스프링(23)의 압력에 의해 내극(13)으로부터 플랜지(21)위로 하강하고, 따라서 밸브 니들(3)은 행정 방향 반대로 움직인다. 따라서 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시이트면(6)상에 놓이게 되고, 연료 분사 밸브(1)는 폐쇄된다.
도 2에는 분사구 디스크(31)가 밸브 시이트 바디(5)의 하류측 표면에 용접 연결부(33)에 의해 고정되는 실시예가 도시된다. 용접 연결부(33)는 예를 들어 레이져 용접에 의해 이루어질 수 있다. 용접 연결부의 중앙에 분사구 디스크(31)는 구형의 아치(37)를 포함하고, 상기 아치의 방사 방향 연장부는 특히 통행 개구(34)의 연장부와 일치하고, 상기 통행 개구에 의해 연료 분사 밸브(1) 개방시 분사구(7)에 연료가 공급된다. 구형의 아치(37)는 하류측으로 향함으로써 밸브 폐쇄 바디(34)의 하류측으로 위치하는 무용 체적이 통행 개구(34)의 내부로 축소된다. 연료의 역학적인 압력과 달리 연료 분사 밸브(1)의 개방시 형태 안정성은 평면 분사구 디스크에서보다 크다.
개별적인 연료의 부분 분사빔으로 연료를 특정 방향을 향해 분사하도록 분사구 디스크(31)에 다수의 분사구(7)가 형성되고, 상기 분사구는 연료 분사 밸브(1)의 중심 축선(36)에 대해 동일하거나 또는 각기 다른 각도로 기울어 진다. 분사구는 구형의 아치(37) 영역에 분사구 디스크(31)내부로 형성되고, 분사구의 최대 방사방향 연장부는 밸브 시이트 바디(5)의 통행 개구(34)의 방사방향 연장부보다 작다. 분사구는 분사구 디스크가 변형되기 전에 대개 천공에 의해 분사구 디스크 내부에 형성된다. 특정 분사 형태를 이루기 위해서는 90°의 편차를 나타내는 천공각을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 실린더형으로 천공된 분사구(7)대신 유동 방향으로 원추형으로 확장되거나 협소해지는 분사구(7)도 바람직할 수 있다. 분사되는 연료의 할당은 분사구 디스크(31)에 있는 분사구(7) 전체 횡단면에 의해 결정된다. 전체 횡단면은 연료 분사 밸브(1)가 완전히 개방될 때 관류하는 횡단 면적에 대한 연료량의 최소값을 형성하므로 관류량을 제한하는 유동 억제가 분사구 디스크(31)에서 이루어진다.
도 2에 도시된 밸브 폐쇄 바디(4)와 중앙 리세스(32)사이에 형성된 환형갭 대신 밸브 시이트 바디(5)의 연료 채널이 형성될 수 있고, 상기 연료 채널은 밸브 시이트면(6)의 밀봉 시이트의 상류측으로 유입된다. 이러한 경우 중앙 리세스(32)의 방사방향 연장부가 밸브 폐쇄 바디(4)의 연장부와 일치하므로 밸브 폐쇄 바디(4)가 중앙 리세스(32)로 안내된다. 예컨대 그루우브로서 중앙 리세스(32)내에 형성된 연료 채널의 횡단면은 재차 분사구 디스크(31)의 분사수(7)의 총 횡단면 보다 분명히 커야 한다.
분사구 디스크(31)상에 분사구(7)를 배치하는 예가 도 3에 도시된다. 분사구(7)는 나사선상에 배치된다. 분사구(7)의 중앙 축선(35)은 분사방향으로 그 연장선이 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)과 교차하도록 향한다. 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)에 대한 분사구(7)의 중앙 축선(35)의 경사각이 동일한 경우에 분사구(7)의 중앙 축선(35)은 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)과 연료 분사 밸브(1)의 하류측 단부와 상이한 간격으로 교차한다. 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)에 대해 대칭으로 배치할 때 서로 마주 놓인 분사구 사이에 발생할 수 있는 중복을 피하기 위해서 분사구(7)들은 각각의 분사구(7)에 대해 다른 하나의분사구(7)가 배치되지 않도록 나사선상에 분배된다.
분사구(7)의 중앙 축선(35)이 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)과 교차하지 않도록 분사구(7)들은 분사구 디스크(31)내에 형성된다. 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)과 분사구(7)의 중앙 축선(35)과의 최소 간격을 변형함으로써 연료 분배가 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36) 영역에서 조절될 수 있다.
도 3에 따른 분사구(7)의 배치에 있어서 분사구(7)의 일정한 각도 분할을 위한 상기 조건이 도 4에 도시된다. 따라서 제 n 번째 분사구가 제 0 과 제 1 분사구 사이의 공간에 마주하여 배치된다면 필요조건 nα= 180°+ α/2 로부터 각도 α가 주어진다. 따라서 일정한 각도 α를 포함하는 분사구(7)(2n-1)의 분할이 α= 360°/(2n-1)로 주어진다.
연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)에 대해 기울어진 분사 형태를 이루기 위해서는 분사구(7)상에 배치된 나사선의 중심이 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)으로부터 간격을 두고 배치될 수 있다. 나사선상에 배치를 위해 분사구 디스크(31)의 구형 아치(37)의 중앙으로부터 중심이 벗어나는 것이 가능하다.
Claims (4)
- 밸브 니들(3) 및 상기 밸브 니들과 작용 연결된, 밸브 시이트 바디(5)에 배치된 밸브 시이트면(6)과 함께 밀봉 시이트를 형성하는 밸브 폐쇄 바디(4)와 분사구 디스크(31)에 형성된 다수의 분사구(7)를 포함하고, 상기 분사구 디스크는 밀봉 시이트의 하류측에서 연료 분사 밸브(1)에 배치되며, 적어도 분사구(7)영역에 하나의 구형 아치(37)를 포함하며, 상기 아치는 연료의 유동 방향과 반대로 향하는 내연기관의 연료 분사 밸브 장치용 연료 분사 밸브(1)에 있어서,분사구(7)가 나사선형으로 분사구 디스크(31)의 구형 아치(37) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항에 있어서, 구형의 아치(37)가 밸브 시이트 바디(5)의 중앙 리세스(32)내로 돌출하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항 또는 2항에 있어서, 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)에 대해 수직인 평면 위로 분사구(7)의 중앙 축선(35)을 투시할 때 분사구(7)의 중앙 축선(35)이 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)으로부터 최소 간격을 가지며, 상기 간격은 개별 연료 분배 분사빔이 상호 작용하지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
- 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)에 대해 수직인 평면 위로 분사구(7)의 중앙 축선(35)을 투시할 때 어느 하나의 분사구(7)의 중앙 축선(35)이 연료 분사 밸브(1)의 중앙 축선(36)에 대해 인접하여 마주 놓인 분사구(7)의, 두 개의 중앙 축선(35) 사이에 형성된 각을 두 개의 1/2로 나누는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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