KR20030036754A - 엔진용 연료 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

연료 공급 장치는 보어(3) 내에서 안내부(105)와 밀착 안내되는 원통형 부품(5)이 보어(3) 내에서 종방향 활주 가능하게 배치된 하우징(1)을 포함한다. 안내부(105)의 일 단부는 제1 연료 충전 챔버(19)에 지지되며, 타단부는 제2 연료 충전 챔버(15)에 지지된다. 적어도 거의 주연 방향으로 연장하는 적어도 하나의 리세스(30)가 원통형 부품(5)의 안내부(105) 내에 구성되며, 상기 리세스는 원통형 부품(5)의 주연부의 적어도 일부를 거쳐 연장하고 원통형 부품(5)의 종방향으로 보았을 때 비대칭 단면을 갖는다.

Description

엔진용 연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
이러한 유형의 연료 공급 장치는 예를 들어 독일 특허 제198 20 264호에 공지되어 있다. 연료 공급 장치는 하우징을 포함하며, 하우징 내에는 원통형 부품이 보어 내에서 종방향으로 활주 가능하게 배치된다. 예를 들어 밸브 니들로 구성될 수 있는 원통형 부품은 보어의 안내부에서 보어와 밀폐식으로 안내된다. 안내부의 일 단부에는 제1 연료 충전 챔버가 연결되며, 안내부의 타 단부에는 제2 연료 충전 챔버가 연결된다. 밀폐식 안내에 의해, 강하게 교축된 연료만이 원통형 부품과 보어 벽 사이에 구성된 링형 간극을 통해 연료 충전 챔버로부터 다른 챔버로 흐를 수 있으며, 링형 간극 내에 유막을 형성한다.
예를 들어 엔진용 연료 분사 밸브일 수 있는 연료 공급 장치에서, 원통형 부품은 보어 내에서 종방향으로 운동한다. 이에 의해, 원통형 부품과 보어 벽 사이는 마모될 수 있다. 특히, 제1 연료 충전 챔버와 제2 연료 충전 챔버 사이의 압력차가 있을 때, 이러한 마모를 최소화하기 위해, 예를 들어 원통형 부품의 구조화및 코팅과 같은 다양한 방법들이 공지되어 있다. 독일 특허 제198 20 264호에는 다양한 깊이와 폭으로 다양한 배치로 구성된 채널 형태의 홈이 원통형 부품의 안내부에 형성된다. 그러나, 여기에서는 연료 공급 장치의 제1 연료 충전 챔버 및 제2 연료 충전 챔버가 그 기능과 발생하는 압력에 있어서 동일하지 않으며, 원통형 부품이 예를 들어 양 종방향으로 서로 다른 속도로 운동하는 것이 고려되지 않았다. 이에 의해, 원통형 부품의 안내부와 보어 구멍 사이에는 유막이 형성되며, 항상 최적으로 구성되는 것은 아니다.
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 엔진용 연료 공급 장치에 관한 것이다.
도면에는 본 발명에 따른 연료 공급 장치의 실시예가 도시된다.
도1은 엔진용 연료 분사 밸브의 종단면도이다.
도2는 도1의 선II을 따른 확대 단면도이다.
도3은 도1의 선II을 따른 다른 실시예의 단면도이다.
도4 내지 도7은 도1에 도시된 밸브 니들의 선 IV-IV을 따른 다양한 실시예의 단면도이다.
본 발명에 따른 엔진용 연료 공급 장치는 보어 내에서 원통형 부품의 마찰이 최소화 하는 최적의 연료 유막이 원통형 부품의 안내부와 보어 벽 사이에 항상 형성되도록 하는 장점을 가진다. 이러한 목적으로, 적어도 부품 주연부의 부분을 거쳐 연장되는 적어도 하나의 리세스가 원통형 부품의 안내부에서 적어도 대체로 탄젠트 방향으로 연장된다. 리세스는 부품의 종방향으로 비대칭 단면을 가지므로써, 원통형 부품이 소정의 또는 다른 종방향으로 이동하는 것과 같은 상이한 조건들이 고려된다.
본 발명의 대상의 바람직한 실시예에서, 리세스는 원통형 부품의 종방향으로 보았을 때 V-형 단면을 가지며, 단면의 에지는 다른 에지보다 짧다. 원통형 부품의 종방향에 대한 에지의 경향에 따라서, 원통형 부품과 보어 벽 사이의 링형 간극 내의 윤활 특성이 최적화될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 원통형 부품의 안내부의 상부면으로부터 리세스의 더 짧은 에지로의 전환부는 날카롭게 구성되는 반면, 원통형 부품의 상부면으로부터 V-형 리세스의 긴 에지로의 전환부는 둥글게 구성된다. 전환부의 이러한 구성을 통해 윤활 특성은 더 최적화될 수 있다.
바람직한 실시예에서, V-형 리세스의 에지는 0.03mm 내지 1mm의 길이를 가진다. 이러한 미세 구조는 자발식 엔진에 사용되는 연료 분사 밸브에 적용되는 바와 같은 원통형 부품의 고 정밀 안내에 대한 적응을 허용한다.
본 발명의 대상의 다른 장점 및 바람직한 구성은 청구항, 명세서 및 도면에서 알 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 연료 공급 장치를 도시한다. 여기에서 연료 공급 장치는 하우징(1)을 포함하는 연료 분사 밸브이다. 하우징(1)은, 서로 지지되며 도면에 도시되지 않은 장치를 통해 서로 밀착되는 밸브 본체(2)와 밸브 지지체(4)를 포함한다. 밸브 본체(2) 내에는 연소실 측 단부에서 실질적으로 원추형 밸브시트(9)를 통해 폐쇄되는 보어(3)가 형성된다. 밸브 시트(9) 내에는 보어(3)를 엔진의 연소실에 연결하는 적어도 하나의 분사 개구(11)가 형성된다. 보어(3) 내에는 밸브 니들(5) 형태의 원통형 부품이 배치되며, 밸브 니들은 종축(6)을 포함하며 보어(3)의 안내 영역(103) 내에서 안내부(105)와 밀착식으로 안내된다. 밸브 니들(5)은 압력 견부(13)의 형성 하에 밸브 시트(9)쪽으로 점차 좁아지며 연소실 측 단부에서, 밸브 시트(9)와 함께 작용하는 대체로 원추형인 밀폐면(7)으로 연장된다. 공동 작용은 밸브 시트(9)에 밸브 밀폐면(7)이 밀착될 때 분사 개구(11)가 보어(3)에 대해 폐쇄되는 반면, 밸브 밀폐면(7)이 밸브 시트(9)로부터 상승될 때는 분사 개구(11)가 개방되도록 이루어진다. 보어(3)의 반경 방향 확장에 의해, 밸브 니들(5)을 둘러싸는 링 채널로써 밸브 시트(9)까지 돌출되는 밸브 본체(2) 내의 압력 챔버로 구성되는 제1 연료 충전 챔버(19)가 압력 견부(13)의 높이에 배치된다. 압력 챔버(19)는 밸브 본체(2) 및 밸브 지지체(4) 내에서 연장되는 공급 채널(25)을 통해 고압 하에서 연료로 충전된다.
보어(3)는 연소실 반대쪽 단부에서, 본 실시예에서는 누출 오일 챔버로 구성되어 밸브 지지체(4) 내에 구성된 제2 연료 충전 챔버(15)와 경계를 이룬다. 누출 오일 챔버(15)는 누출 오일(15)이 항상 압력 방출되는 것을 보장하며 도면에 도시되지 않은 누출 오일 시스템과 항상 연결된다. 압력 챔버로 구성된 제1 챔버(19)와 누출 오일 챔버로 구성된 제2 챔버(15) 사이에는 적어도 시간적으로 큰 압력차가 형성된다. 밸브 니들(5)과 보어(3)의 벽 사이에는 링형 간극(17)이 형성되며, 이를 통해 압력 챔버(19)로부터 누츨 오일 챔버(15)로의 강하게 교축된 소정의 연료 흐름이 발생된다. 이로써, 링 간극(17) 내에는 밸브 니들(5)이 활주하는 연료-유막이 형성된다. 압력 챔버(19) 내에는 150Mpa 이상의 연료 압력이 달성될 수 있으나, 누출 오일 챔버(15) 내에는 실질적으로 대기압에 상응하는 압력이 항상 존재한다.
링 홈으로써 밸브 니들(5)의 전체 주연부를 둘러싸는 리세스(30)가 밸브 니들(5)의 안내부(105)에 배치된다. 도2는 도1의 선II를 따른 확대도를 도시하며, 도2에는 밸브 본체(2) 및 밸브 니들(5) 또는 밸브 니들의 안내부(105)가 단면으로 도시된다. 도2에 도시된 바와 같이, 리세스(30)는 제1 에지(38)와 제2 에지(40)로 구성된 V-형 단면을 갖는다. 제1 에지(38)가 제2 에지(40)보다 짧으므로, 밸브 내들(5)의 종축(6)을 갖는 제1 에지(38)는 제2 에지(40)보다 더 큰 각을 갖는다. 제1 에지(38) 및 제2 에지(40)는 리세스(30)가 더 깊은 깊이(t)를 갖는 정점(34)에서 만난다. 정점(34)은 날카로운 에지로 구성되거나 또는 둥글게 구성된다.
종축(6) 방향으로, 제1 에지(38)는 확장부(a)를, 제2 에지(40)는 확장부(b)를 포함하며, 리세스(30)는 서로에 대한 간격(d)을 갖는다. 밸브 니들(5)과 보어 벽(3)의 상부면에 대한 또는 링형 간극(17)의 크기에 대한 리세스(30)의 윤활 특성을 적응시키기 위하여, a에 대한 b의 비율은 넓은 범위에서 가변적일 수 있다. 제1 에지(38)에 대한 안내부(105)의 전환부에는 제1 전환 에지(32)가 형성되며, 제2 에지(40)에 대한 안내부(105)의 전환부에는 제2 전환 에지(36)가 형성된다. 리세스(30)의 윤활 특성을 최적화하기 위해, 압력 챔버에 대면한 제1 전환 에지(32)는 둥글게 구성되지 않은 날카로운 에지 전환부로 구성된다. 이와 반대로, 제2 전환 에지(36)는 둥글게 구성된다. 이로써, 리세스(30)의 윤활 특성이 최적화되는 것이 시물레이션 및 실험에서 증명될 수 있다.
도3에는 본 발명에 따른 리세스(30)의 다른 실시예가 도시된다. 리세스(30)는 제1 에지(38) 및 제2 에지(40)의 치수 및 구조에 있어서 도2의 리세스에 일치하나, 인접한 리세스(30)는 상이한 방향을 갖는다. 즉, 소정의 리세스에서 짧은 제1 에지(38)는 압력 챔버(19)에 대면하고, 인접한 리세스(30)에서 압력 챔버(19)에서는 반대를 향한다. 리세스(30)의 이러한 선택적 배치는 제1 챔버(19)의 제2 챔버(15)에 대한 압력차가 그다지 크지 않을 때 특히 바람직하다. 제1 전환 에지(32)는 날카로운 에지로 구성되나, 제2 전환 에지(36)는 둥글게 구성된다.
상술한 바와 같이, 제1 에지(38) 또는 제2 에지의 치수(a, b)는 넓은 범위에서 가변적일 수 있다. 제1 에지(38)의 축방향 에지(38)는 0으로 세팅될 수 있기 때문에, 제1 에지(38)가 밸브 니들(5)의 종축의 반경 방향 평면 내에 배치될 수 있다. 또한, 에지(38, 40)가 직선으로 구성되는 것이 아니라, 경우에 따라서 바람직 할 수 있는 오목 또는 볼록의 만곡을 취할 수 있다.
리세스(30)의 치수는 이하와 같다. 밸브 니들(5)의 종축(6) 방향으로 에지(38, 40)의 축방향 연장은 0.03mm 내지 1mm, 바람직하게는 0.02mm 내지 0.1mm이다. 리세스(30)의 깊이(t)는 0.1mm 이하, 바람직하게는 0.001mm 내지 0.04mm이다. 리세스(40)의 서로에 대한 간격(d)은 0.05mm 내지 1mm이다.
리세스(30)가, 밸브 니들(5)로 구성된 원통형 부품의 전체 주연부를 둘러싸는 것이 아니라 주연부의 일부 만을 둘러싸는 링 홈으로 구성될 수도 있다. 또한,리세스(30)의 깊이(t)는 주연부에 따라 가변적일 수 있다. 상응하는 실시예는 도1의 선 IV-IV을 따른 밸브 니들(5)의 단면이 도시된 도4에 도시된다. 리세스(30)는 소정 지점에서 깊이가 0이며, 리세스(30)의 깊이는 주연부를 넘어 대향하여 놓은 밸브 니들(5)의 측면의 최대값을 취할 때까지 상승한다. 다른 일예는 도5에 도시되며, 여기에서 리세스(30)의 단면은 초승달 모양의 윤곽을 가지므로써, 이 경우에 깊이(t)가 마찬가지로 0으로부터 최대값까지 도달된다. 도6은 리세스(30)의 다른 양호한 실시예를 도시하며, 리세스(30)는 주연부의 대략 1/4에 걸쳐 연장된다. 그러나, 상기 리세스는 일정한 깊이(t)를 갖는다. 여러 리세스(30)가 밸브 니들(5)에 제공되면, 리세스들은 각각 밸브 니들(5) 안내부의 주연부의 일부분만을 덮음으로써, 상기 리세스(30)가 안내부(105)의 주연부에 걸쳐 분배적으로 배치될 수 있다. 도7은 링홈으로 구성되어 전체 주연부에 걸쳐 동일한 깊이(t)를 갖는 리세스(30)에서의 밸브 니들(5) 안내부의 단면을 도시한다.
리세스(30)의 상술된 형태는 원통형 부품(5) 또는 그의 안내부(105)에 또는 보어(3)의 내벽에 구성될 수 있다. 리세스가 양 면에 구성되는 방식의 이러한 구조는 즉, 보어(3)의 내벽에 그리고 원통형 부품(5)의 안내면(105)에 구성될 수 있다. 또한, 홈으로 구성된 리세스(30)가 원통형 부품(5)의 탄젠트 방향으로 정확하게 연장되는 것이 아니라, 원통형 부품(5)의 종축에 대해 다소 큰 각, 예를 들어 5°내지 10°로 연장될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 밸브 니들의 리세스(30)의 구성에 추가로, 보어 내에 형성되고 보어 내의 마찰이 감소되야 하는 통상의 원통형 부품에 상기유형의 리세스가 구성될 수도 있다. 특히, 연료 또는 통상의 유체가 충전되는 제1 및 제2 챔버가 서로 확실히 다른 압력을 가질 때 상기 유형의 리세스가 구성되는 것은 바람직하다.

Claims (13)

  1. 보어(3) 내에서 안내부(105)와 밀착 안내되는 원통형 부품(5)이 보어(3) 내에서 종방향 활주 가능하게 배치된 하우징(1)을 포함하며, 안내부(105)의 일 단부는 제1 연료 충전 챔버(19)에 지지되며, 타단부는 제2 연료 충전 챔버(15)에 지지되는 엔진의 연료 공급 장치에 있어서,
    적어도 거의 주연 방향으로 연장하는 적어도 하나의 리세스(30)가 원통형 부품(5)의 안내부(105) 내에 구성되며, 상기 리세스는 원통형 부품(5)의 주연부의 적어도 일부를 거쳐 연장하고 원통형 부품(5)의 종방향으로 보았을 때 비대칭 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 리세스(30)가 V-형 단면을 가짐으로써, 제1 에지(38) 및 제2 에지(40)가 형성되며, 제1 에지(38)는 제2 에지(40)보다 짧은 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 다수의 리세스(30)가 원통형 부품(5)에 구성되며, 두 개의 리세스는 연속하며, 리세스(30)의 긴 에지(40)와 짧은 에지(38)는 서로 인접하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서, 원통형 부품(5)의 상부 표면으로부터 리세스(30)의 짧은 에지(38)로의 전환부는 날카로운 에지로 구성되나, 원통형 부품(5)의 상부 표면으로부터 긴 에지(40)로의 전환부는 둥글게 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  5. 제2항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 에지(38, 40)는 원통형 부품(5)의 종방향으로 0.03mm 내지 1mm의 확장부를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서, 원통형 부품(5)의 주연부에 걸친 리세스(30)의 깊이는 가변적인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 리세스의 깊이(t)는 0.1mm 이하인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서, 리세스의 깊이(t)는 0.001mm 내지 0.04mm인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  9. 제1항에 있어서, 제1 챔버(19) 내에는 제2 챔버(15) 보다 더 높은 압력이 적어도 시간적으로 존재하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제1 챔버(19)로부터 제2 챔버(15)로의 압력 차는 적어도 시간적으로 50MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 공급 장치는 연료 분사 장치인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  12. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 원통형 부품은 밸브 니들(5)인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서, 제1 챔버는 고압 연료가 충전 가능한 압력 챔버(19)이고, 제2 챔버는 누출 오일 장치와 연결된 누출 오일 챔버(15)인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
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