KR20050018966A - 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

연소실 안으로 직접 분사하는 분사 밸브의 팁이 내부에 돌출해서, 상기 분사기 팁 상에 연소 찌꺼기가 퇴적될 수 있는 위험이 발생한다. 상기 분사 밸브가 폐쇄 상태일 때, 분리선을 따라 연소 찌꺼기가 부착되는 것이 발생될 수 있는데, 이러한 부착이 밸브체와 밸브 플레이트 사이의 분리선에서의 표면의 특별한 구성에 의해 방지된다. 이러한 표면은 평탄하고, 스텝과 엣지가 없으며 곡선의 방식으로 형성된다.

Description

분사 밸브 {INJECTION VALVE}

본 발명은 분사 밸브에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 연소실 내에 직접 분사하기 위해 연소실 안으로 돌출한 분사 밸브의 분사 팁에 관한 것이다. 이러한 구성에 의하면 분사 팁 상에 연소 찌꺼기가 퇴적될 수 있는 위험이 존재한다. 특히 연료 출구 갭(gap)에 근접해서 고착되는 퇴적물은 배출 콘 스프레이(discharge cone spray)의 외형, 특히 스프레이의 결합력과 스프레이의 테이퍼의 각도의 형상에 영향을 미친다. 그러나, 스프레이-제어식 연소 방법은 모터의 전체 수명에 걸쳐 협소한 오차 범위 내에서 분사 프로세스의 정밀한 재생성(precise reproducibility)에 기반을 두기 때문에, 이러한 퇴적물의 형성이 방지되어야 한다.

독일특허출원 제100 12 969A호에는 내연 기관의 실린더 헤드 안으로 삽입되는 분사 노즐이 개시되어 있다. 이러한 분사 노즐은 제어 요소에 의해 이동되어, 밀봉 요소가 이에 상응하게 개방 및 폐쇄된다. 폐쇄된 상태에서, 분사 노즐과 밀봉체의 표면은 공통 평면을 형성한다.

이러한 구성에 의해 노즐 출구의 영역 내의 연소 퇴적물의 수집 및 고착을 방지할 수 있다는 효과가 있다. 이러한 목적을 위해, 분사 노즐이 폐쇄 상태에 있는 경우, 밀봉체와 분사 노즐의 하우징의 전면에 공통 평면이 형성되어, 연소실과 대향하는 밀봉체와 분사 노즐의 표면이 특히 테이퍼형 측방향 표면과 함께 연소 찌꺼기가 없이 유지되어야 한다. 그러나, 분사 팁의 표면 상에 연소 찌꺼기가 퇴적되는 것을 방지하는 것은 단지 평면에 의해 최적화될 수 없다.

도 1은 연소실과 대향하는 축방향으로 대칭인 분사기 팁을 관통하는 축방향 단면을 도시한다.

본 발명의 목적은, 유체 출구의 영역 내에서 분사 밸브의 팁에 연소 찌꺼기가 퇴적되는 것이 방지될 수 있는 분사 밸브를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 첨부된 청구의 범위 제1항의 특징부 조합에 의해 달성된다. 그 종속항에는 유리한 실시예가 기재되어 있다.

본 발명은, 밸브 하우징의 밸브 시트와 밸브 플레이트 사이의 분리선의 영역 내에 즉, 유체 분사 스프레이의 형성의 포인트 및/또는 유체 출구의 영역 내에 연소 찌꺼기가 부착되는 것을 방지하도록, 스텝과 엣지가 없는 동시에 만곡되어 있는 공통 평탄면의 이해에 근거한다. 여기서 곡률은 외측 곡률(outward curvature)을 가리키며, 이러한 외측 곡률은 무한대 보다 작은 작업편 반경과 동의어이다.

본 발명에 따르면, 분리선의 영역 내의 표면의 곡률 반경이 또한 최적화 매개변수로서 사용된다. 예컨대 구형 캡(spherical cap)의 형태일 수 있는 만곡된 표면은 분사기의 팁에서 및/또는 분사 밸브 상에의 연소 찌꺼기의 퇴적의 방지와 스프레이 안정성과 관련하여 특히 유리하다. 곡률 반경의 특정의 조정은 연료 출구에 근접한 가스 유동에 견딜수 있는 영향을 주며, 분사 사이클 동안 분사기가 개방되는 경우 스프레이 안정성에 또한 긍정적인 효과를 준다. 더우기, 분사기가 개방되는 경우에 연소 찌거기가 퇴적되는 경향이 연소 및 배출 사이클 동안 방지된다.

예컨대 포물면, 타원면 또는 쌍곡면과 같은 분리선에서의 특수한 형상의 표면 구성은 연소실 내부의 개별의 영향들이 연소실 안으로 돌출하는 분사기와, 대응하는 구조적인 조정에 의해 연관된 가스 유동과 관련해서 고려될 수 있게 한다.

따라서, 분사기 팁의 최적 구성은 유체를 위한 출구 채널의 형상과 관련하여 생성될 수 있는데, 이러한 출구 채널의 형상에 의해 캐비테이션(cavitation)을 방지한다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 생성된 콘 스프레이는 축방향으로, 수직방향으로 또는 거의 수직으로, 바람직하게는 대략 90°±20°의 각도로 볼 때, 연소실과 대향하는 밸브 플레이트와 밸브체의 표면에 대한 접선과 교차한다.

아래에, 개략도를 참조하여 예시적인 실시예를 설명한다.

도 1은 연소실과 대향하는 축방향으로 대칭인 분사기 팁을 관통하는 축방향 단면을 도시한다. 도 1은 연소실과 대향하는 표면(5)을 갖춘 밸브체 또는 밸브 하우징(1)을 포함한다. 압축된 연료가 분사기 내부의 챔버(9)를 통해 공급되며, 상기 압축된 연료는 챔버(9)에 연결된 출구 채널(3)을 통해 분사기의 최전방 단부에서 이용할 수 있다. 여기에 도시된 밸브는 함께 상호작용하는 밸브 플레이트(4)의 내부면(8)과 밸브 하우징(1)의 내부면(7)에 대응하는 밸브 하우징(1) 상의 밸브 시트를 포함하며, 개방되는 경우 콘 스프레이를 발생시킨다. 상기 콘 스프레이는 가능한 한 균일해야 하며, 분사기의 외부면에 부착되는 연소 퇴적물에 의해 흩뜨려져서는 안된다. 밸브 니들(2)의 하단부는 고정식으로 밸브 플레이트(4)에 연결되거나 또는 밸브 플레이트(4)와 함께 구성되어 있다. 밸브 플레이트(4)는 챔버(9)와 대향하는 내부면(8)과 연소실과 대향하는 표면(6)을 구비한다. 분사기가 폐쇄 상태일 때, 연소실과 대향하는 밸브 플레이트(4)와 밸브체(1)의 표면(5, 6)은 스텝 또는 엣지가 없는 공통 평탄면을 형성한다. 이들 고려 요건들은 밸브 하우징(1)과 밸브 플레이트(4) 사이에 원주의 분리선(10)과 각각 관계된다. 이러한 이유는, 콘 스프레이에 영향을 줄 수 있는 연소 찌꺼기가 이러한 위치에서 영구적으로 배제되어야 하기 때문이다. 표면(5, 6)은 함께 곡선면을 형성한다. 예컨대 구형 캡과 같이 도면에 도시된 바와 같은 곡선면은, 이 위치에서의 연소 찌꺼기의 퇴적의 방지와 스프레이 안정성에 관하여 최적화 매개변수가 달성될 수 있게 한다. 이러한 곡률 반경은 연료 출구와 근접한 가스 유동에 유지가능한 긍정적인 영향이 작용할 수 있게 해서, 분사 사이클 동안 분사기가 개방되는 경우엔 스프레이 안정성에 유지가능한 긍정적인 영향이 작용할 수 있게 한다. 연소 또는 배출 사이클 동안 분사기가 폐쇄되는 경우 퇴적되는 연소 찌꺼기의 경향에 이러한 표본이 적용된다.

밸브체(1) 및 밸브 플레이트(4)의 공통 외부 윤곽의 형상은 본래 구형 캡에만 제한되는 것은 아니며, 스프레이 안정성 및 탄화되는 경향이 함께 유리한 영향을 미친다면, 예컨대 포물면, 타원면 또는 쌍곡면과 같이 제조하기에 용이한 모든 표면이 형성될 수 있다. 밸브 팁의 단부로서 무딘 구성이 제공될 수 있다.

밸브 플레이트(4)의 내부면(8)과 함께, 밸브체(1)의 내부면(7)은 연료를 위한 출구 채널(3)을 형성한다. 연료의 출구 채널(3)은 내부로부터 외부로 유동 방향으로 통과하는 횡단면이 일정하거나 또는 감소하도록 구성될 수도 있다. 이것은 연료 내의 캐비테이션이 신뢰성있게 방지되는 것을 보장하며, 또한 출구 채널(3)의 외부 엣지 상에 위치한 밀봉면 또는 밀봉선이 손상되지 않는 것을 보장한다. 밸브 플레이트(4)와 밸브체(1)의 내부면(7, 8)은 분사기가 폐쇄될 때 평면각(flat angle)으로 즉, 접선 형태 또는 거의 평행한 형태 중 어느 한 형태로 유동 방향에서 만난다. 표면(8)의 패턴과 같이 도 1에 도시된 접선 방향은 콘 스프레이 각(α)을 결정한다.

밸브가 개방되면, 이러한 구성에 의해, 분리선(10)의 영역에 퇴적되는 임의의 연소 찌꺼기가 분쇄되고 고압 연료 스프레이에 의해 떨어져 나가서, 콘 스프레이 형상 위의 임의의 추가의 영향이 최소화된다.

Claims (7)

1. - 단부에 밸브 시트를 갖춘 중공의 실린더로서 구성된 밸브 하우징(1)과,

   - 상기 밸브 시트와 상호작용하는 밸브 플레이트(4)를 갖는 내부 공통축의 밸브 니들(2)과,

   - 연료 공급을 위해 상기 밸브 니들(2)와 상기 밸브 하우징(1) 사이에 제공된 챔버(9)를 포함하는, 연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브에 있어서,

   분리선(10)의 영역에서 상기 밸브 하우징(1)과 상기 밸브 플레이트(4)의 표면(5, 6)은 공통이며 평탄하고 스텝 및 엣지가 없는 동시에 폐쇄 상태에서 곡선형의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는,

   연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분사 밸브의 상기 곡선형 표면은 포물면, 타원면 또는 쌍곡면, 특히 구형 캡의 형상을 갖는,

   연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 분사 밸브의 전방 단부는 예컨대, 포물면 단부, 쌍곡면 단부, 타원면 단부 또는 구형 캡의 형상의 단부와 같이 무딘 구성을 갖는,

   연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분사 밸브의 팁의 표면 구성의 하나 또는 복수의 곡률 반경은 상기 밸브 하우징(1)의 곡률 반경보다 작은,

   연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   연료를 공급하기 위해, 상기 챔버(9)는 상기 밸브 플레이트(4)의 내부면(8)과 상기 밸브체(1)의 내부면(7)으로 경계가 형성되는 출구 채널(3) 상에 결합되는,

   연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 출구 채널(3)은 연료가 유동 방향으로 통과해서 유동하는 횡단면이 일정하거나 또는 감소하도록 구성되는,

   연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 분리선(10)에서 생성되는 콘 스프레이는, 상기 밸브가 개방될 때, 수직으로 또는 거의 수직으로 대략 90°±20°의 각도에서, 상기 연소실과 대향하는 상기 밸브 플레이트(4)와 상기 밸브체(1)의 표면(5, 6)과 접선으로 교차하는,

   연소실 안으로 직접 분사되는 분사 밸브.