KR20040029017A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)에 관한 것이며, 상기 밸브는 액추에이터(10), 상기 액추에이터(10)에 의해 작동될 수 있고 밸브 폐쇄 바디(4)를 작동시키기 위한 밸브 니들(3) 및 적어도 하나의 분사구(7)를 포함하며, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트 바디(5)에 형성된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성하고, 상기 분사구는 밸브 시트(6)의 하류측에 형성된다. 연료 분사 밸브(1)의 하류측 단부(35)에는 방염 콘(34)이 배열된다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}
DE 198 04 463 A1에는 혼합 응축식, 불꽃 점화식 내연 기관용 연료 분사 시스템이 공지되어 있으며, 상기 시스템은 피스톤 구조/실린더 구조로 형성된 연소실로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브를 포함하고, 상기 밸브에는 연소실로 돌출된 점화 플러그가 제공된다. 연료 분사 밸브에는, 적어도 일렬로 연료 분사 밸브의 원주에 걸쳐서 분포되어 배열된 분사홀이 제공된다. 분사홀들을 통해서 연료가 목표대로 분사됨으로써, 적어도 하나의 제트(jet)를 갖는 혼합기에 의해 제트 제어식 연소 방법이 구현된다.
상기의 문서에 공지된 연료 분사 밸브는 특히 분사구가 코우킹되는 것이 단점인데, 이로써 분사구는 막히고 연료 분사 밸브를 통한 유량은 허용되지 않게 심하게 감소된다. 이는 내연 기관의 에러 작동을 일으킨다.
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 1 실시예의 전체 개략적 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 연료 분사 밸브의 II 영역에 있는 분사측 부분을 확대 도시한 개략도.
도 3A 내지 C는 각각 연료 분사 밸브의 분사측 단부에 장착된, 본 발명에 따라 형성된 방염 콘의 실시예들을 도시한 도면.
도 4는 경사 분사에 적합한 연료 분사 밸브에 있는, 본 발명에 따라 형성된 방염 콘의 실시예를 도시한 도면.
독립항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 이에 반해, 연료 분사 밸브의 분사구의 하류측에 배열된 방염 콘이 분사구 영역 내에서 완전 연소된 혼합기의 화염면의 온도를 매우 심하게 낮추므로, 분사구의 영역 내에 연소 잔류물이 침전되지 않음으로써 코우킹 잔류물에 의한 분사구의 막힘이 방지되는 장점이 있다.
종속항에 제시된 조치들을 통해 독립항에 기재된 연료 분사 시스템의 바람직한 또 다른 실시예가 가능하다.
방염 콘은 바람직한 방법으로 연료 분사 밸브의 분사측 단부, 예컨대 밸브 시트 바디에 형성된다.
특히 방염 콘이 원뿔 또는 원뿔대, 즉 경사각이 상이한 다부재의 원뿔 또는 구가 장착된 원뿔대로서 형성되는 것이 바람직하므로, 한 편으로 단순하고 비용이 적게 드는 제조가 가능하고 다른 한 편으로는 분사구의 수 및 배치가 임의적인 임의의 분사 상황이 고려될 수 있다.
또한 단순한 방법으로, 방염 콘이 기울어짐으로써 임의의 분사각 하에서 기울어진 분사가 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예는 도면에 간단하게 도시되며 하기의 상세한 설명에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 실시예의 부분 단면도를 도시한다. 연료 분사 밸브(1)는 혼합 응축식, 불꽃 점화식 내연 기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브(1)의 형태로 실시된다. 상기 연료 분사 밸브(1)는 도시되지 않은 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기에 적합하다.
연료 분사 밸브(1)는 밸브 니들(3)이 배열된 노즐 바디(2)로 구성된다. 밸브 니들(3)은 예컨대 용접 시임(41)에 의해 밸브 폐쇄 바디(4)와 작용이 연결되며 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트 바디(5) 상에 배열된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트로서 상호 작용한다. 상기 실시예에서 연료 분사 밸브(1)는 내부 개방형 연료 분사 밸브(1)이며, 다수의 분사구(7)들이 제공되고 상기 분사구들은 밸브 시트 바디(5)의 축에 대해서 동심인 적어도 하나의 원 상에 배열된다.
상기 노즐 바디(2)는 밸브 니들(3)용 액추에이터로서 작용하는 자기코일(10)의 외부극(9)에 대해서 밀봉부(8)를 통해 밀봉된다. 자기 코일(10)은 코일 하우징(11) 내에 캡슐화되며 코일 캐리어(12) 상에 권취되고 상기 캐리어는 자기 코일(10)의 내부극(13)에 접한다. 내부극(13) 및 외부극(9)은 갭(26)을 통해서 서로 분리되며, 연결 부품(29) 상에 지지된다. 자기 코일(10)은 라인(19)을 통해서, 전기 플러그 콘택(17)을 거쳐 공급될 수 있는 전기 전류에 의해 여기된다. 플러그 콘택(17)은 내부극(13)에 사출 성형될 수 있는 플라스틱 외피(18)에 의해 둘러싸일 수 있다.
밸브 니들(3)은 디스크형으로 실시된 밸브 니들 가이드(14) 내에 안내된다. 스트로크를 조정하기 위해, 한 쌍의 조정 디스크(15)가 사용된다. 조정 디스크(15)의 다른 면에는 아마추어(20)가 있다. 상기 아마추어는 제 1 플랜지(21)에 의해 밸브 니들(3)과 넌포지티브식으로 연결되며 밸브 니들은 용접 시임(22)에 의해 제 1 플랜지(21)와 연결된다. 제 1 플랜지(21) 상에는, 연료 분사 밸브(1)의 본 구성 형태 내에서 슬리브(24)를 통해서 예비 인장되는 리턴 스프링(23)이 지지된다.
아마추어(20)의 하류측에는 하부 아마추어 스토퍼로서 사용되는 제 2 플랜지(31)가 배열된다. 제 2 플랜지는 용접 시임(33)에 의해 밸브 니들(3)과 넌포지티브식으로 연결된다. 아마추어(20)와 제 2 플랜지(31) 사이에는, 연료 분사 밸브가 폐쇄될 때의 아마추어 바운스 펄스를 댐핑하기 위해 탄성의 중간링(32)이 배열된다.
밸브 니들 가이드(14), 아마추어(20) 및 밸브 시트 바디(5)에는 연료채널(30a 내지 30c)이 연장된다. 연료는 중심의 연료 공급부(16)를 거쳐 공급되며 필터 소자(25)에 의해서 필터링된다. 연료 분사 밸브(1)는 밀봉부(28)를 통해서, 도시되지 않은 분배 라인에 대해 밀봉된다.
본 발명에 따라 연료 분사 밸브(1)는 밸브 시트 바디(5)에 방염 콘(34)을 포함하며, 상기 방염 콘의 적어도 하나의 원 내에는 분사구(7)가 형성된다. 방염 콘(34)의 구성을 통해서 분사구(7)의 하류측에서의 코우킹 경향이 감소되므로, 분사구(7)가 막히는 것에 의한 연료 분사 밸브(1)의 에러 작동 및, 연료 유량의 허용되지 않은 감소가 예방된다. 본 발명에 따른 조치를 갖는 연료 분사 밸브(1)의 분사측 단부(35)는 도 2 및 도 3A에 더 자세히 도시된다.
연료 분사 밸브(1)의 정지 상태시 밸브 니들(3)에 있는 제 1 플랜지(21)는 리턴 스프링(23)에 의해 스트로크 방향에 반대되게 작용하므로, 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트(6)에 밀봉 지지되어 유지된다. 아마추어(20)는 제 2 플랜지(31)에 지지된 중간링(32) 상에 지지된다. 자기 코일(10)이 여기된 경우, 상기 코일은 리턴 스프링의 스프링력에 대항하여 스트로크 방향으로 아마추어(20)를 움직이는 자기장을 구성한다. 이때 아마추어(20)는, 밸브 니들(3)과 용접된 제 1 플랜지(21) 및, 마찬가지로 밸브 니들(3)과 함께 스트로크 방향으로 움직인다. 밸브 니들(3)과 작용이 연결된 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트면(6)으로부터 분리되므로 연료는 분사구(7)에 분사된다.
코일 전류가 차단되면, 자기장이 충분히 감소된 후 아마추어(20)는 제 1 플랜지(21) 상의 리턴 스프링의 압력을 통해서 내부극(13)으로부터 하강하므로, 밸브니들(3)은 스트로크 방향에 반대되게 움직인다. 따라서 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트면(6) 상에 안착되며 연료 분사 밸브(1)는 폐쇄된다. 아마추어(20)는 제 2 플랜지(31)를 통해서 형성된 아마추어 스토퍼 상에 안착된다.
도 2는 도 1 에 도시되며 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 밸브(1)의 영역 II의 분사측 단부(35)를 확대하여 개략적으로 도시한다.
도 1의 상세한 설명에서 이미 제시된 바와 같이, 연료 분사 밸브(1)에는 방염 콘(34)이 제공되며 상기 방염 콘은 분사구(7)의 영역 내의 화염 온도를 낮추기 위해서 예컨대 밸브 시트 바디(5) 내에 배열된다. 방염 콘(34)은 뾰족한 콘으로서 형성되며 밸브 시트 바디(5)와 함께 일체형으로 형성되거나 적절한 방법, 예컨대 납땜, 용접 또는 접착에 의해 상기 시트 바디에 고정될 수 있다.
방염 콘(34)의 축방향 길이(L) 및 직경(D)은 연소실로 분사된 혼합기의 개방각(α)에 따라 좌우되며, 방염 콘(34)이 혼합기에 의해서 젖지 않도록 각각 책정되어야 한다.
하류측 분사구(7)에 방염 콘(34)이 배치됨으로써, 분사구(7)의 코우킹은 줄어들 수 있다. 분사구(7)의 직경이 통상적으로 대략 100㎛에 달하기 때문에, 시간이 지나면서 분사구(7)가 코킹에 의해 막힘으로써 유량이 허용되지 않게 심하게 제약될 위험이 상대적으로 크다. 이는 특히 이로써 연료 분사 밸브(1)의 피크에 있는 연료 성분이 중단되기 때문에, 연소실로 분사된 혼합기를 완전 점화할 시의 높은 온도에 따른다. 방염 콘(34)을 설치함으로써, 분사구(7)의 하류 영역 내의 표면 온도는, 분사구(7)가 코우킹 잔류물에 의해 막히지 않도록 감소될 수 있다. 방염 콘(34)은 특히 분사구(7) 영역 내에서 화염면이 확대되는 것을 방지한다.
도 3A 내지 3C는 도 2에 도시되며 III으로 표시된, 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 밸브(1)의 섹션을 도시하며, 여기서는 본 발명에 따른 방염 콘(34)의 실시예가 상이하다.
도 3A는 이때 단순한 원뿔형을 나타내며 이는 이미 도 2에 의해 설명되었다. 방염 콘(34)의 길이(L) 및 그 직경(D)은 기본적으로, 분사된 혼합기의 개방각(α)의 형태에 따른다. 축방향 길이(L)은 전형적으로 연료 분사 밸브(1)의 분사측 단부(35)의 직경(DB)의 3배에까지 이르는 반면, 직경(D)은 최대로 연료 분사 밸브(1)의 분사측 단부(35)의 직경(DB)의 절반에 달한다.
도 3B에는 방염 콘(34)의 또 다른 가능한 형태가 도시된다. 이때 밸브 시트 바디(5)를 향한 제 1 영역(36)은 원뿔대형으로서 형성되며, 직경(D)은 바닥에서부터 분사 방향으로 증가한다. 상기 영역에는 원뿔대형으로 형성된 제 2 영역(37)이 연결된다. 제 1 영역(36)의 직경(D)은 연료 분사 밸브(1)의 하류측 단부(35)의 직경(DB)의 절반에까지 달하며, 제 2 영역(37)의 돌출부에서는 연료 분사 밸브(1)의 하류측 단부(35)의 1.5 배까지 증가할 수 있다. 방염 콘(34)의 축방향 길이(L)는 밸브 시트 바디(5) 영역의 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)의 4 배에까지 이를 수 있으며, 그로부터 제 2 영역(37) 상의 4 분의 1로까지 생략된다.
도 3C는 본 발명에 따른 방염 콘(34)의 제 3 실시예를 도시하며, 여기서는 구(39)가 설치된 원뿔대(38) 형태가 선택된다. 원뿔대(38)의 축방향 길이(L)는 제1 실시예에서와 마찬가지로 밸브 시트 바디(5) 영역에 있는 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)의 3 배에까지 달할 수 있는 반면, 구(39)는 밸브 폐쇄 바디(5)의 영역에 있는 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)에 일치하는 직경(d)에 이를 수 있다.
혼합기가 연소실로 분사되는 각도인 각(γ)이 대략 0°에 달하는 도 3A 내지 3C에 도시된 실시예와 유사한 형태가 밸브 시트 바디(5)에 형성될 수 있으므로, 0°가 아닌 임의의 각(γ) 하에 기울어진 분사가 일어날 수 있다. 이는 도 3A와 유사하게 도 4에 도시된 실시예에서 뾰족한 원뿔형 방염 콘(34)에 의해 도시된다.
본 발명은 도시된 실시예에만 국한되는 것이 아니라 임의의 방법으로 연료 분사 밸브(1)의 분사측 단부에 고정될 수 있는 방염 콘(34)의 임의의 형태 및, 연료 분사 밸브(1)의 임의의 구성 방식에 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)로서, 상기 밸브는 액추에이터(10), 상기 액추에이터(10)에 의해 작동될 수 있고 밸브 폐쇄 바디(4)를 작동시키기 위한 밸브 니들(3) 및 적어도 하나의 분사구(7)를 포함하며, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트 바디(5)에 형성된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성하고, 상기 분사구는 밸브 시트(6)의 하류측에 형성되는 연료 분사 밸브(1)에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브(1)의 하류측 단부(42)에는 방염 콘(34)이 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)은 밸브 시트 바디(5)에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)은 뾰족한 원뿔로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)의 축방향 길이(L)는 밸브 시트 바디(5) 영역에 있는 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)의 3 배에까지 이르는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)의 반경 방향 직경(D)은 밸브 시트 바디(5) 영역의 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)의 1/2에까지 이르는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)은 다단의 원뿔 또는 원뿔대 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 원뿔형 또는 원뿔대형 방염 콘(34)의 단의 수는 2 개인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 밸브 시트 바디(5)로부터 하류 방향으로 연장되는 제 1 영역(36)은 반경 방향으로 하류 방향으로 확대되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 영역(36)에는 원뿔대로 형성된 제 2 영역(37)이 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)의 축방향 길이(L)는 밸브 시트 바디(5)의 영역 내에 있는 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)의 4 배에까지 달하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)의 반경 방향 직경(D)은 밸브 시트 바디(5) 영역 내의 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)의 1 1/2배에까지 달하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 영역(36)의 축방향 길이(l)는 밸브 시트 바디(5)의 영역 내에 있는 연료 분사 밸브(1)의 직경의 3배에까지 이르는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)은 구(39)가 설치된 원뿔대 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)의 축방향 길이(L)는 밸브 시트 바디(5) 영역 내에 있는 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)의 3 배에까지 이르는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 구(39)의 직경(d)은 밸브 시트 바디(5)의 영역 내에 있는 연료 분사 밸브(1)의 직경(DB)에까지 이르는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방염 콘(34)은 연료 분사 밸브(1)의 종축에 대해서 각(γ)으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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