KR20050065353A - 연료 분사 밸브 및 스월러 제조 방법 - Google Patents

연료 분사 밸브 및 스월러 제조 방법 Download PDF

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Abstract

과제
스프레이의 미립자화를 양호하게 함과 함께 제품 성능의 편차가 적고, 제조 비용이 낮은 연료 분사 밸브를 공급한다.
해결 수단
중공형상의 밸브 본체(15)의 일단에 분사구(14b)를 갖는 밸브 시트(14)를 마련하고, 밸브 시트(14)에 이접(離接)하여 분사구(14b)를 개폐하는 밸브　본체(12)와, 이 밸브　본체(12)를 둘러싸고 밸브　본체(12)를 활주 가능하게 지지함과 함께 분사구(14b)에 유입하는 유체에 선회를 주는 스월러(swirler; 16)를 구비하고, 이 스월러(16)에 있어서의 스월 홈(swirling groove; 16b)은, 홈 출구부에서 굴곡부(16b3)를 구비하고, 스월 홈(16b)의 단면 형상을 중심부가 단부보다 홈 깊이가 깊어지도록 구성한다.

Description

연료 분사 밸브 및 스월러 제조 방법{FUEL INJECTION VALVE AND METHOD FOR MANUFACTURING SWIRLER}
기술 분야
본 발명은 연료 분사 밸브, 특히 통내 분사용 연료 분사 밸브에 적합한 것으로서, 연료류에 선회 수단에 의해 선회 에너지를 주어 연료 분사구로부터 분사하는 형식의 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
배경 기술
종래의 연료 분사 밸브에서는, 스월러(선회체)의 내주 고리형상 홈의 거의 전둘레에 걸쳐 선회 홈의 하류측 출구가 개구하여 있고, 서로 이웃한 선회 홈끼리의 간격을 좁게 함에 의해 선회류를 전둘레에 걸쳐서 발생시키고, 흐름의 간극이 생기지 않도록 하류의 분출구로 흐르는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1]
특개평1O-472O8호 공보
종래의 연료 분사 밸브는 이상과 같이 구성되어 있고, 6개의 선회 홈이 등간격으로 배치되어 있기 때문에, 서로 이웃하는 선회 홈끼리는 6O도의 교차각으로 구성되어 있고, 선회 홈으로부터 나온 연료는 서로 6O도의 각도로 충돌하기 때문에, 유체 로스가 발생하고, 분무의 미립화를 촉진할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 연료 분사 밸브의 유체 로스를 적게 하여, 분무의 미립화를 촉진하는 것을 목적으로 한다.
또한 고정밀한 연료 분사 밸브를 대량 생산하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1항에 관한 연료 분사 밸브는 중공형상의 밸브 본체와, 이 밸브 본체의 일단에 마련되고 분사구를 갖는 밸브 시트와, 밸브 시트에 이접(離接)하여 분사구를 개폐하는 밸브　본체와, 밸브　본체를 둘러싸고 밸브　본체를 활주 가능하게 지지함과 함께 분사구에 유입하는 유체에 선회를 주는 스월러를 구비한 것으로서, 스월러(swirler)에 있어서의 스월 홈(swirling groove)은 홈 출구부에서 굴곡부를 구비하고, 스월 홈의 단면(斷面) 형상은 중심부가 단부보다 홈 깊이가 깊어지도록 구성되어 있는 것이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
실시의 형태 1
이하, 본 발명의 한 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 연료 분사 밸브를 도시한 단면도, 도 2는 분사 밸브 선단부를 도시한 단면도, 도 3은 도 1에 있어서의 A-A선 단면도, 도 4는 스월러의 저면에서 본 사시도이다.
연료 분사 밸브(1)는 솔레노이드 장치(2) 및 밸브 장치(11)로 구성되어 있고, 솔레노이드 장치(2)는 자기(磁氣) 회로의 요크 부분이 되는 하우징(3), 자기 회로가 되는 고정 철심(4), 코일(5), 스프링(6), 이 스프링(6)의 위치를 조정하기 위해 고정되어 있는 로드(7), 연료 실용의 러버 링(rubber rings; 8, 9), 및 러버 링(8, 9)의 실 면(seal face)을 갖는 금속 링(10)으로 구성되어 있다.
밸브 장치(11)는, 니들 밸브인 밸브　본체(12), 밸브　본체(12)와 일체화된 가동 철심(13), 밸브 시트(14), 밸브　본체(12)를 수용하는 중공형상의 밸브 본체(15) 및 연료에 선회를 주는 스월러(16)로 구성되어 있다.
엔진의 마이크로컴퓨터로부터 연료 분사 밸브(1)의 구동 회로에 동작 신호가 보내지면 코일(5)에 전류가 흐르게 되고, 하우징(3), 가동 철심(13), 고정 철심(4)으로 구성되는 자기 루프에 자속이 생기고, 가동 철심(13)은 스프링(6)의 꽉누르는 힘을 초과하는 전자 흡인력을 받아 고정 철심(4)측으로 흡인 동작된다.
가동 철심(13)과 일체로 구성된 밸브　본체(12)는 밸브 시트(14)의 시트부(14a)로부터 떨어지고, 밸브　본체(12)와 시트부(14a)와의 사이에 간극이 형성되면, 연료 압력 2MPa 이상의 고압의 연료는 밸브 시트(14)의 분사구(14b)로부터 분사되고, 연료 분사가 시작되고, 코일(5)이 비통전 상태가 되면 밸브　본체(12)는 시트부(14a)에 접촉하고, 분사는 종료한다.
연료는 연료 분사 밸브(1)의 상부로부터 공급되고, 고정 철심(4)의 내부로부터 밸브 본체(15)의 내부로 유입하고, 스월러(16)의 관통 구멍(16a)으로부터 스월 홈(16b)에 이르고, 밸브　본체(12)와 스월러(16)의 간극부(홈 출구부)(16c)를 경유하여 시트부(14a)를 통과하고, 분사구(14b)에서 나선(螺旋) 상태로 선회한 후 외부로 분사된다.
도 5는 스월 홈(16b)의 형상을 도시한 단면도로서, 홈의 단면 형상은 중심부에서 단부(端部)보다 홈의 깊이가 깊어지도록 구성되어 있다.
즉 스월 홈(16b)의 단면 형상은 저면에 플랫부(flat part; 16b1)를 구비하고, 그 주위에 원호부(16b2)를 가지며, 이른바 반원 형상으로 구성되어 있고, 연료의 주류는 스월 홈(16b)의 최심부인 플랫부(16b1)를 흐른다.
스월 홈(16b)은 홈 출구에서, 스월 홈(16b)의 중심선이 스월러(16)의 중심축에 근접하는 방향으로 절곡되어 굴곡부(16b3)를 갖고 있고, 스월 홈(16b) 내에서는 홈을 가로지른 위치에 의해 연료의 흐름 방향을 변화시키고 있다.
도 6은 스월 홈(16b)에 있어서의 연료 흐름의 양상을 도시한 평면도이다.
스월 홈(16b)을 가로지른 방향에 있어서, 각각의 연료가 흐름 요소를 e1 내지 e3, f1 내지 f3 및 g1 내지 g3으로 하면, f 1과 f3은 원호부(16b2)를 흐르는 흐름으로서 홈은 얕고, 약한 흐름으로 되고, f2는 플랫부(16b1)를 흐르는 흐름으로서 홈이 깊고, 강한 흐름으로 되어 있고, 강한 흐름(f2)을 약한 흐름(f1, f3)보다 길다란 화살표로 나타내고 있다.
f1로부터 f3으로 흐름의 위치가 변화함에 따라 흐름의 방향도 다르고, f1에 비하여 f3은 분사 밸브의 중심축에 근접하는 방향으로 흐름의 방향을 변화시키고 있다.
스월 홈(16b)의 출구는 동일 원(16d)상에 개구하고 있지만, 홈과 홈과의 사이의 원호부분(16e)의 길이를 홈 폭(16f)의 1/5 이하로 설정하고 있다.
즉 스월 홈(16b) 출구끼리의 간격을 작게 함에 의해 가능한 한 동일 원(16d)의 전둘레에 걸쳐 연료에 의한 선회류를 발생시킴에 의해 하류의 분사구(14b) 내에서의 원주 방향에 있어서의 선회류가 도중에 끊어지는 것을 방지한다.
이상과 같이 구성함에 의해 분무가 도중에 끊어짐을 방지하여 분무의 질 향상을 도모할 수 있음과 함께, 분사구(14b) 내에서 선회류가 도중에 끊어지는 일 없이 카본 퇴적물(deposit)을 세척할 수 없는 부분이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 서로 이웃하는 스월 홈(16b)으로부터 나온 연료 흐름끼리는 홈 출구부(16c)에서 충돌하지만, 본 발명에서는 스월 홈(16b)의 출구 부근에 굴곡부(16b3)를 마련하였기 때문에 직접 충돌하는 연료 흐름 요소(e3과 f1)의 충돌각(θ1)은 스월 홈(16b)의 교차각, 즉 흐름 요소(e1와 f2)의 교차각(θ2)보다 작게 되어 있고, 충돌에 의한 로스가 적다.
또한 연료 흐름의 요소(e3과 f1)는 연료 흐름의 속도가 작기 때문에 충돌에 의한 로스가 적다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 스월 홈(16b)의 출구에 있어서의 연료의 충돌에 의한 유체 로스가 경감되었으므로 연료 분무의 미립화가 촉진되고, 엔진의 연소성을 향상시킬 수 있다.
실시의 형태 2
본 실시 형태에서는, 스월러(16)를 단면(端面) 가공함에 의해 스월 홈(16b)의 깊이를 소정의 깊이로 마무리하는 것이며, 도 7은 단면 가공되기 전의 스월러(16)의 상태를 도시한 정면도, 도 8은 이 때의 스월 홈(16b)의 형상을 도시한 단면도, 도 9는 단면 마무리 가공의 방법을 나타내기 위한 정면도이며 지석(砥石)(21)을 회전시킴에 의해 단면을 마무리한다.
도 1O은 단면 가공된 후의 스월러(16)의 상태를 도시한 정면도, 도 11은 그 때의 스월 홈(16b)의 형상을 도시한 단면도이다.
도면에 있어서, 본 실시 형태에서는 스월 홈(16b)보다 상류의 외주측에 있어서의 링형상의 평면(16r)과 플랫부(16b1)의 높이를 동일 높이(H1)로 구성하고, 스월러(16)의 단면(16S)을 연삭하는 것이다. 또한 단면(16S)의 높이를 H2라고 한다.
스월러(16)는 도 7에 도시한 바와 같이, 메탈 인젝션(금속 사출 성형)에 의해 성형된 후 스월러(16)의 단면(16S)을 도 9에 도시한 바와 같이 연삭 가공에 의해 평면의 마무리 가공을 행하고, 도 10, 도 11에 도시한 바와 같이, 스월 홈(16b)의 깊이를 L1로부터 완성 부품의 목표하는 치수인 L2로 하는 것이다.
본 발명에서는, 스월 홈(16b)의 형상을 중앙이 깊어지도록 구성하고, 스월 홈(16b)의 중앙 저부에 플랫부(16b1)를 마련하고, 이와 동일 높이의 평면을 스월 홈(16b)의 외측에 형성한 것이다.
그리고 스월 홈(16b)의 플랫부(16b1)와 스월 홈(16b)의 외측의 링형상의 평면(16r)은 동일 형(型)을 사용함에 의해 동일 평면이 되도록 형성한다.
단면(16S) 마무리 가공에 있어서는, 스월 홈(16b)의 깊이가 L1로부터 L2가 되도록 가공하지만, 스월 홈(16b)의 외측의 링형상의 평면(16r)은 스월 홈(16b)의 저면과 동일 평면이기 때문에 높이(H1과 H2)를 계측하고, H1과 H2의 차가 스월 홈(16b)의 깊이로 된 것이다.
따라서 H1과 H2의 차가 L2로 되었을 때에 단면(16S)의 마무리 가공을 완료함에 의해 스월 홈(16b)의 깊이를 L2로 할 수 있다.
본 발명에서는, 스월 홈(16b)이 형성된 단면측에서 스월 홈(16b)보다 상류의 외주측에 스월 홈(16b)의 플랫부(16b1)와 동일 평면이 되도록 형성된 링형상의 평면(16r)을 형성하였기 때문에, 스월 홈(16b)의 깊이는 이 링형상의 평면(16r)의 높이(H1)와 단면(16S)의 높이(H2)와의 차에 의해 계측할 수 있을 뿐만 아니라, 마무리 가공중에 H1과 H2를 계측할 수 있기 때문에, 단시간의 가공에 의해 고정밀도의 제품을 제조할 수 있는 것이다. H1과 H2의 계측은 도 9에 도시한 하이트 게이지(22)를 사용하는 방법이나, 레이저 높이 계측기를 사용하는 방법을 적용할 수 있다.
또한 스월러(16)의 성형은 소결(燒結)이나 냉간단조에 의한 방법이라도 좋다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 연료 분사 밸브를 단시간의 가공으로 제조할 수 있기 때문에 낮은 비용으로 제조할 수 있다.
또한 스월 홈(16b)의 깊이의 편차가 억제되기 때문에 분무의 편차가 적은 연료 분사 밸브를 엔진에 탑재할 수 있고, 엔진의 이미션(배기)의 악화를 억제할 수 있다.
본 발명의 제 1항에 관한 연료 분사 밸브는 중공형상의 밸브 본체와, 이 밸브 본체의 일단에 마련되고 분사로를 갖는 밸브 시트와, 밸브 시트에 이접하여 분사구를 개폐하는 밸브　본체와, 밸브　본체를 둘러싸고 밸브　본체를 활주 가능하게 지지함과 함께 분사구에 유입하는 유체에 선회를 주는 스월러를 구비한 것으로서, 스월러에 있어서의 스월 홈은 홈 출구부에서 굴곡부를 구비하고, 스월 홈의 단면 형상은 중심부가 단부보다 홈 깊이가 깊어지도록 구성되어 있기 때문에, 스월 홈의 출구에 있어서의 연료의 충돌에 의한 유체 로스가 경감됨에 의해 연료 분무의 미립화가 촉진되고, 엔진의 연소성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 연료 분사 밸브를 도시한 단면도.
도 2는 분사 밸브 선단부를 도시한 단면도.
도 3은 도 1에 있어서의 A-A선 단면도.
도 4는 스월러의 저면에서 본 사시도.
도 5는 스월 홈의 형상을 도시한 단면도.
도 6은 스월러를 도시한 평면도.
도 7은 스월러를 도시한 정면도.
도 8은 스월 홈의 형상을 도시한 단면도.
도 9는 단면 마무리 가공의 방법을 도시한 정면도.
도 10은 스월러를 도시한 정면도.
도 11은 스월 홈의 형상을 도시한 단면도.
♠도면의　주요부분에　대한　부호의 설명♠
12 : 밸브　본체 14 : 밸브 시트
14b : 분사구 15 : 밸브 본체
16 : 스월러 16b : 스월 홈
16b1 : 플랫부 16b3 : 굴곡부

Claims (2)

  1. 중공형상의 밸브 본체와, 이 밸브 본체의 일단에 마련되고 분사구를 갖는 밸브 시트와, 상기 밸브 시트에 이접(離接)하여 상기 분사구를 개폐하는 밸브　본체와, 상기 밸브　본체를 둘러싸고 상기 밸브　본체를 활주 가능하게 지지함과 함께 상기 분사구에 유입하는 유체에 선회를 주는 스월러를 구비한 연료 분사 밸브에 있어서,
    상기 스월러에 있어서의 스월 홈은, 홈 출구부에서 굴곡부를 구비하고, 상기 스월 홈의 단면 형상은 중심부가 단부보다 홈 깊이가 깊어지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 스월 홈의 홈 출구부에서 굴곡부를 구비하고, 상기 스월 홈의 단면 형상은 중심부가 단부보다 홈 깊이가 깊어지도록 구성되어 있는 연료 분사 밸브의 스월러의 제조 방법으로서,
    상기 스월 홈의 저면에 플랫부를 마련함과 함께, 상기 스월 홈보다 상류의 외주측에 상기 플랫부와 동일 높이를 갖는 링형상의 평면을 마련하고, 상기 스월러의 단면을 연삭함에 의해 상기 스월 홈의 깊이를 조정하면서 상기 스월러를 형성하는 것을 특징으로 하는 제 1항에 기재된 연료 분사 밸브에 있어서의 스월러의 제조 방법.
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