KR20060030123A - 내연기관용 연료 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

연료 중에 포함되는 왁스 성분이 고화하더라도 동작이 불안정하게 되지 않도록, 노즐체(31)내의 안내 구멍(33)에 관통 삽입된 노즐 니들(32)이 안내 구멍(33)에 의해서 안내되고 축방향으로 운동하여 분사 구멍(35)의 개폐를 실행하도록 구성된 노즐(3)이 노즐 홀더(2)의 선단부에 고정되어 이루어지는 연료 분사 밸브(1)에 있어서, 안내 구멍(33)에 노즐 홀더(2)를 향해서 넓어지는 테이퍼부(33B)가 형성되어 있다. 이에 따라, 연료 중에 포함되는 성분의 고화가 발생할 경우, 노즐 니들(32)과 안내 구멍(33) 사이에 형성되는 연료의 누설 통로로 되는 간극(G)으로부터 고화물을 빠르게 배출할 수 있다.

Description

내연기관용 연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 실린더내에 연료를 직접분사 공급하기 위한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
커먼 레일 시스템(common rail system)에 있어서와 같이, 내연기관의 실린더내에 연료를 직접 분사 공급하기 위한 연료 분사 밸브로서, 예를 들면 일본 특허 공개 제 1995-31O621 호 공보에 개시되어 있는 형식의 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 이 연료 분사 밸브는 전자 밸브를 통전시켜 개방함으로써 연료 분사 밸브의 본체내의 제어실을 저압부와 연통하게 함으로써, 밸브 피스톤의 배압을 제거해서 노즐 니들(nozzle needle)을 리프트시켜 연료 분사를 개시시키고, 소정의 시간경과 후에 전자 밸브의 통전을 정지시켜 제어실과 저압부 사이의 통전 상태를 해제함으로써, 밸브 피스톤에 소정의 배압을 작용시켜서 노즐 니들을 가압 하강시키고, 이로써 연료 분사를 종료시키는 것으로 구성되어 있다.
그런데, 극저온 지역에서는, 상술한 연료 분사 밸브의 원활한 동작이 저온 상태에서도 확보될 수 있도록, 연료에 왁스를 혼입하고 있다. 따라서, 예를 들어, 영하 20°이하의 저온 분위기에서의 시동과 같이, 기관의 운전조건에 따라서는 연료 중에 혼입되어 있는 왁스가 연료 분사 밸브의 각 부분에서 석출하여, 여러 가지 불량을 발생시킨다는 문제가 있다. 특히, 고압측에서 저압측으로 연료를 보내기 위한 연료의 누설 통로내에 왁스가 석출하면, 연료의 통과가 그 곳에서 불가능하게 되고, 연료 분사 밸브의 동작, 특히 노즐 니들의 동작이 불안정하게 되는 경향을 갖는다. 이러한 결과로서, 연료 분사 밸브의 연료 분사 동작이 불안정하게 되는 등의 장해를 야기하는 문제점이 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 문제점을 해결할 수 있는 내연기관용 연료 분사 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연료내에 고화물이 생겨도 이것을 신속히 배출시킬 수 있는 내연기관용 연료 분사 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 내연기관용 연료 분사 밸브에 있어서 노즐 니들 및/또는 그 안내 구멍에 테이퍼(tapered)를 형성함으로써, 연료내에 포함되는 성분의 고화가 발생해도, 노즐 니들과 안내 구멍 사이에 형성되는, 연료 누설 통로가 되는 간극(gap)으로부터 고화물이 신속히 배출된다.
본 발명에 따르면, 노즐체내의 안내 구멍에 관통 삽입된 노즐 니들이 해당 안내 구멍에 의해 안내되어서 축방향으로 이동하고, 이로써 구멍의 개폐가 이루어지는 것으로 구성되고, 노즐 홀더의 선단부에 고정되어 노즐을 포함하는 내연기관 용 연료 분사 밸브에 있어서, 노즐 니들과 안내 구멍 사이에 형성되는 간극의 적어도 일부가 상기 노즐 홀더를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 분사 밸브가 제안된다. 테이퍼 형상 부분의 테이퍼 각도는 적당히 결정될 수 있다.
노즐 니들은 안내 구멍내에서 축방향으로 이동가능하도록 안내 구멍에 지지, 안내되어 있다. 노즐 니들과 안내 구멍 사이의 간극은 극히 좁고, 노즐 니들의 선단의 고압부의 고압 연료는, 이러한 간극을 통하여 노즐 홀더측의 저압부로 아주 조금씩 누설된다. 이러한 간극의 적어도 일부가 테이퍼 형상으로 되어 있어, 간극이 고압부로부터 연료 저압부를 향해서 스커트 형상의 확장부를 갖는 형태로 되어 있다. 이 결과, 저압부에 가까울수록 간극의 폭은 커진다. 따라서, 이러한 누설 연료에 포함되는 왁스 등의 혼합물이 저온하에서의 운전시에 해당 간극내에서 고화하고, 석출될 경우, 간극내의 고화물은 노즐 니들의 피스톤 운동에 의해 저압부측에 보내져, 간극내에 잔류하는 일이 없다. 이 때문에, 왁스가 혼합된 연료를 이용하여 연료 분사 밸브를 동작시켰을 경우, 저온하에서도 안정적인 작동을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 내연기관용 연료 분사 밸브의 일 실시예를 도시하는 단면도,
도 2는 도 1의 주요부를 확대해서 도시하는 주요부의 확대 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 내연기관용 연료 분사 밸브의 변형예의 주요부를 확대 도시한 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 노즐의 변형예의 주요부를 확대 도시한 단면도.
본 발명은 첨부된 도면에 따라 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 연료 분사 밸브의 실시형태의 일예를 도시하는 단면도이다. 참조 부호(1)로 나타내는 것은 디젤 내연기관에 연료를 분사 공급하기 위한 커먼 레일 시스템에 사용되는 내연기관용 연료 분사 밸브이다. 연료 분사 밸브(1)는 도시되지 않은 디젤 내연기관의 실린더에 조립될 수 있어, 도시되지 않는 커먼 레일로부터 공급되는 고압 연료를 이러한 실린더내로 소망의 타이밍으로, 소망의 양만큼 직접 분사, 공급하기 위한 것이며, 노즐 홀더(2)의 선단에는 노즐(3)이 리테이닝 너트(retaining nut)(4)에 의해 고정되고, 노즐 홀더(2)의 후단에는 전자 밸브(5)가 설치된다.
노즐 홀더(2)는 그 축방향에 안내 구멍(21)이 형성되어 있는 중공체(22)를 가지며, 안내 구멍(21)내에는 압력 핀(23)이 안내 구멍(21)에 의해 그 축방향으로 이동가능하게 설치되도록 구성된다. 중공체(22)의 스프링 챔버(24)내에는 탄성 스프링(25)이 수용되어 있어, 탄성 스프링(25)에 의해 후술하는 노즐 니들(32)은 분사 구멍(35)의 방향을 향해서 탄성적으로 가압된다. 도면 부호(26)로 나타내는 것은 도시되지 않는 커먼 레일로부터 고압 연료를 노즐(3)로 공급하기 위해서, 중공체(22)내에 배치된 통로이다.
노즐(3)은 노즐체(31)와 노즐 니들(32)을 가지며, 노즐체(31)내에 동일축에 형성된 안내 구멍(33)에 의해, 노즐 니들(32)은 그 축방향으로 운동가능하게 지지 및 안내되어 있다. 노즐 니들(32)의 선단부(32A)는 안내 구멍(33)과 정렬해서 노즐체(31)내에 설치되어 있는 실린더부(34)내로 연장되어 있으며, 노즐 니들(32)의 선단은 분사 구멍(35)을 개폐하는 밸브 본체로서 동작하는 구성으로 되어 있다.
따라서, 노즐 니들(32)이 분사 구멍(35)을 폐쇄하는 위치에 유지되어 있을 경우에는, 연료 분사 밸브(1)로부터 연료가 분사되지 않는다. 한편, 노즐 니들(32)이 후퇴하고, 노즐 니들(32)이 분사 구멍(35)을 개방하는 위치에 유지되어 있을 경우에는, 연료 분사 밸브(1)로부터 연료가 분사된다.
노즐체(31)내에는 통로(26)로부터 통로(36)를 거쳐서 도입되는 고압 연료를 남겨 두는 오일 풀(oil pool)(37)이 형성되어 있다. 한편, 노즐 니들(32)에는 오일 풀(37)내의 고압 연료의 압력에 의해서 노즐 니들(32)을 분사 구멍(35)의 반대 방향으로 힘을 작용시키기 위한 테이퍼부(38)가 형성되어 있다.
중공체(22)의 후단부에는 안내 구멍(21)과 동축으로 중공체(22)의 축방향으로 연장되어 있는 드레인실(41)을 하방에 형성하고 있는 헤드(42)가 형성되어 있다. 헤드(42)에는 반경방향의 공급 전도로(43) 및 축방향의 드레인 전도로(44)와 연통해 있는 제어실(45)이 형성되어 있다. 공급 전도로(43)는 중공체(22)내의 반경방향 전도로(46)를 경유하여 취입구(取入具)(47)와 연통하고 있으며, 제어실(45)의 바닥부는 압력 핀(23)의 상단 표면으로 형성되어 있다.
전자 밸브(5)의 전기자(51)에는 밸브 본체로서 기능하는 볼(52)이 고정되어 있다. 전기자(51)는 도시하지 않은 밸브 스프링의 힘에 의해서 노즐(3)의 방향으로 밀어 내려지고 있으며, 이에 따라 볼(52)이 드레인 전도로(44)의 개구단을 가압하여 드레인 전도로(44)를 패쇄할 수 있도록 구성되어 있다. 그러나, 전자 밸브(5)가 가압되면, 전기자(51)는 밸브 스프링의 힘에 저항하여 헤드(42)로부터 멀어지는 방향으로 이동하기 때문에, 볼(52)은 드레인 전도로(44)의 개구단으로부터 분리되고, 드레인 전도로(44)는 드레인실(41)과 연통 상태로 된다.
따라서, 전자 밸브(5)가 통전되어 있지 않을 경우에는, 볼(52)에 의해서 드레인 전도로(44)의 개구단이 폐쇄되어 있으며, 이에 따라 제어실(45)은 고압 연료로 채워져 있기 때문에, 가압 핀(23)으로써 노즐 니들(32)이 분사 구멍(35)을 폐쇄하고 있어, 연료 분사는 실행되지 않는다. 전자 밸브(5)가 통전되면, 볼(52)이 드레인 전도로(44)의 개구단으로부터 멀어지고, 제어실(45)내의 고압 연료가 연료 저압부로 빠져나가게 되어 제어실(45)내의 압력이 강하하므로 연료 분사가 실행된다. 전자 밸브(5)의 통전이 끊어지면, 노즐 니들(32)이 다시 분사 구멍(35)을 폐쇄하는 위치로 복귀시켜 연료 분사가 종료된다. 또한, 전자 밸브(5)의 통전 제어에 의해 노즐(3)로부터의 연료 분사를 상술한 바와 같이 실행시키는 것 자체는 공지되어 있기 때문에, 이에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
노즐 니들(32)과 노즐체(31)의 안내 구멍(33) 사이의 간극(G)은 실질적으로 유밀(油密) 상태가 되도록 극히 미세한 간극이다. 그러나, 오일 풀(37)에 남겨지는 연료압은 극히 높아, 이 고압 연료는 간극(G)을 통해서 노즐 홀더(2)의 연료 저압측으로 약간 누설된다. 만약에, 연료 중에 왁스 성분이 혼입되어 있으면, 특히 저온 작동시에 이 왁스 성분이 간극(G)에서 석출해서 고화하여, 연료 분사 밸브(1)의 작동 불량을 야기하는 경향이 생긴다.
도 2는 도 1의 주요부를 확대해서 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(1)에 있어서는, 전술한 작동 불량이 야기되는 일이 없도록 하기 위해서, 노즐 니들(32)과 안내 구멍(33) 사이에 형성되는 간극(G)의 적어도 일부가 노즐 홀더(2)를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 되어 있다.
본 실시예에서는, 안내 구멍(33)이 오일 풀(37)측의 일단부(33A)로부터 노즐 홀더(2)를 향해서 넓어지는 테이퍼부(33B)를 갖도록 형성됨으로써, 간극(G)이 노즐 홀더(2)를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 되어 있다. 이 결과, 간극(G)의 폭(W)은 일단부(33A)에서는 극히 좁고, 그 타단부(33C)를 향해서 직선적으로 증대하고 있다. 즉, 간극(G)은 연료 고압부로부터 연료 저압부를 향해서 스커트 형상으로 넓어지고 있다.
안내 구멍(33)은 이상과 같이 구성되어 있으므로, 안내 구멍(33)의 일단부(33A) 부근의 간극(G)의 폭(W)은 작고, 이에 따라 소망의 유밀성을 유지할 수 있다. 그리고, 간극(G)은 연료 고압부로부터 연료 저압부를 향해서 스커트 형상으로 넓어지므로, 예를 들면 오일 풀(37)로부터 안내 구멍(33)으로 약간 누설된 연료내의 왁스 성분이 저온 작동시에 석출, 고화할 경우, 고화물은 간극(G)의 타단부(33C) 방향[노즐 홀더(2) 방향]으로 용이하게 이동될 수 있어, 노즐 홀더(2)의 저압부로 배출된다.
따라서, 종래와 같이, 고화한 왁스 성분이 간극(G)내에 체류하여, 노즐 홀더(2)의 원활한 작동을 방해해서 연료 분사 작동을 불안정하게 하는 불량이 발생하는 일이 없다. 이 결과, 왁스가 혼입된 연료를 이용하여 연료 분사 밸브를 동작시킨 경우, 저온하에서도 안정적인 동작을 기대할 수 있다.
도 3은 안내 구멍(33)의 테이퍼부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 나타낸 예에서는, 테이퍼부(33B)가 안내 구멍(33) 전체에 걸쳐서 형성되어 있지만, 도 3의 예에서는, 테이퍼부(33B)는 안내 구멍(33)의 일부에 형성되어 있다. 이 결과, 간극(G)의 적어도 일부가 노즐 홀더(2)를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 되어 있다.
즉, 안내 구멍(33)의 일단부(33A) 부근에서는, 간극(G)의 폭이 일정하고 또한 좁게 되어 있는 비(非)테이퍼부(33D)로 되어 있으며, 비테이퍼부(33D)와 타단부(33C) 사이에만 테이퍼부(33B)에 상응하는 테이퍼부(33E)가 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 비테이퍼부(33D)를 형성함으로써, 도 2의 구성의 경우에 의한 이점에 부가하여, 안내 구멍(33)과 노즐 니들(32) 사이의 유밀성이 보다 높아진다는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 도 2, 도 3에서, 테이퍼부(33B, 33E)의 테이퍼 형태는 직선 형상에 한정되지 않고, 곡선 형상 또는 직선 형상과 곡선 형상의 혼합 형태 등 임의의 테이퍼 형태로 할 수 있다.
도 4는 도 2에 나타낸 간극(G)의 다른 변형예를 설명하기 위한 노즐(3)의 주요부의 확대 단면도이다. 도 4에 나타내는 구성에서는, 안내 구멍(33)에 테이퍼를 부착하는 것은 아니고, 노즐 니들(32)에 테이퍼부(32B)를 형성함으로써, 노즐 니들(32)과 안내 구멍(33) 사이에 형성되는 간극(G)이 노즐 홀더(2)를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 되도록 하고 있다.
또한, 도 4에서, 노즐 니들(32)의 일부에만 테이퍼부(32B)를 설치하면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 간극(G)의 일부만을 테이퍼 형상으로 할 수 있다.
또한, 안내 구멍(33) 및 노즐 니들(32)의 양쪽에 테이퍼를 형성함으로써, 노즐 니들(32)과 안내 구멍(33) 사이에 형성되는 간극(G)의 적어도 일부를 노즐 홀더(2)를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 이종 성분이 혼입되어 있는 연료를 이용하여 내연기관용 연료 분사 밸브를 동작시킬 경우, 운전 조건에 관계없이 그 동작의 안정성을 확보할 수 있는 내연기관용 연료 분사 밸브의 개선에 도움이 된다.

Claims (6)

  1. 노즐체내의 안내 구멍에 관통 삽입된 노즐 니들이 상기 안내 구멍에 의해서 안내되고 축방향으로 운동하여 분사 구멍의 개폐를 실행하도록 구성된 노즐이 노즐 홀더의 선단부에 고정되어 이루어지는 내연기관용 연료 분사 밸브에 있어서,
    상기 노즐 니들과 상기 안내 구멍 사이에 형성되는 간극의 적어도 일부가 상기 노즐 홀더를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는
    내연기관용 연료 분사 밸브
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 간극은 전체에 걸쳐서 상기 노즐 홀더를 향해서 넓어지는 테이퍼 형상으로 되어 있는
    내연기관용 연료 분사 밸브
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 간극의 테이퍼 형상이 직선형의 테이퍼 형상인
    내연기관용 연료 분사 밸브
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 간극의 테이퍼 형상이 직선형의 테이퍼 형상인
    내연기관용 연료 분사 밸브
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 안내 구멍에 테이퍼부가 형성됨으로써 상기 간극이 테이퍼 형상으로 되어 있는
    내연기관용 연료 분사 밸브
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 노즐 니들에 테이퍼부가 형성됨으로써 상기 간극이 테이퍼 형상으로 되어 있는
    내연기관용 연료 분사 밸브
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