KR20160093017A

KR20160093017A - 연료 분사 밸브

Info

Publication number: KR20160093017A
Application number: KR1020167015460A
Authority: KR
Inventors: 뷘야민 두루
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2016-08-05
Also published as: WO2015086192A1; CN105829701B; CN105829701A; JP2017503948A; JP6254701B2; US10753332B2; DE102013225834A1; US20160319794A1; EP3080434A1

Abstract

본 발명은 내연기관의 연료 분사 시스템용, 특히 연료를 내연기관의 연소실 내로 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)에 관한 것이다. 상기 연료 분사 밸브는 전자 코일(10), 복귀 스프링(23)에 의해 폐쇄 방향으로 변위되는 아마추어(20), 상기 아마추어(20)와 압력 끼워맞춤 방식으로 연결되며 밸브 폐쇄 바디(4)를 작동시키기 위한 밸브 니들(3)을 포함하고, 상기 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트(6)와 함께 밀봉 시트를 형성한다. 복귀 스프링(23)의 스프링력을 조절하기 위한 조절 부재(50)가 연료 공급부(16)의 공급 측으로서 사용되는 연결 슬리브(40) 내에 배치된다. 상기 조절 부재(50)는 얇은 벽의 슬리브(51)에 의해 외부에 대해 한정되고, 스로틀 홀(54)을 구비한 디스크형 스로틀 부재(56)가 별도의 삽입 부품으로서 상기 슬리브(51) 내로 삽입된다.

Description

연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

DE 40 03 228 A1에는, 연료 필터가 연료 분사 밸브의 공급 측 단부에서 연료 유입구 내로 압입되는, 연료 분사 밸브가 개시되어 있다. 상기 연료 필터는 원주에 예컨대 황동 링을 구비하고, 상기 링은 연료 필터의 압입 시, 연료 유입구의 벽과 함께 쌍을 형성한다. 상기 황동 링은 연료 필터의 베이스 바디의 링형 플라스틱 중실 섹션을 둘러싸고, 상기 섹션으로부터 예컨대 3개의 바아가 길이 방향으로 공통의 바닥 섹션까지 연장하며, 상기 바아들에 의해 여과포가 상기 부분 영역들에 성형된다. 연료 필터 하류의 조절 슬리브는 조절 슬리브에 접하는 복귀 스프링의 예응력을 조절하기 위해 사용된다.

또한, 조절 슬리브 및 연료 필터가 소위 콤비 부품으로서 주어지는, 즉 조절 슬리브에 접하는 복귀 스프링의 예응력의 조절과 유입되는 연료의 필터링의 2가지 기능이 하나의 부품에 통합된, 연료 분사 밸브가 이미 개시되어 있다(US 5,335,863 A, US 6,434,822 B1, EP 1 296 057 B1, EP 2 426 351 A1, EP 1 377 747 A1). 모든 개시된 해결책들은, 프레스 영역이 조절 슬리브의 영역 내에 제공되고, 상기 프레스 영역이 조절 슬리브를 둘러싸는 연결부의 벽과 압력 끼워맞춤을 형성하며, 상기 압력 끼워맞춤은 연료 분사 밸브의 수명 동안 스프링 장력이 일정하게 유지되도록, 즉 조절 슬리브의 미끄러짐이 배제되도록 꽉 조이게 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 과제는, 조절 부재가 콤비 부품으로서 연료 공급부에 삽입됨으로써 높은 기능 통합이 이루어지는 연료 분사 밸브를 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항 제 1 항에 따른 특징들을 포함하는 연료 분사 밸브에 의해 해결된다.

독립 청구항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 조절 부재가 콤비 부품으로서 연료 공급부에 삽입됨으로써, 높은 기능 통합(복귀 스프링의 스프링력의 조절, 연료의 필터링, 압력 맥동의 감쇠)이 이루어진다는 장점을 갖고, 이 경우 조절 부재의 외측이 슬리브에 의해 형성되고, 상기 슬리브는 그 내부에 다수의 삽입 부품을 수용하고 확실하게 그리고 보호 방식으로 둘러쌀 수 있다.

조절 부재 내에 스로틀 홀을 구비한 디스크형 스로틀 부재를 삽입함으로써, 매우 적은 추가 비용 및 간단한 제조 가능성과 더불어, 유사한 구성 및 유사한 구조적 디자인을 가진 연료 분사 밸브에 비한 현저한 소음 감소가 달성될 수 있다.

종속 청구항들에 제시된 조치에 의해 독립 청구항에 제시된 연료 분사 밸브의 바람직한 개선이 가능하다.

바람직하게는 스프링 가이드가 조절 부재의 슬리브의 제조 시에 매우 간단하고 경제적으로 직접 함께 통합될 수 있으며, 추가의 부품이 필요 없다. 이로 인해 조절 부재의 제조 비용이 낮게 유지될 수 있다. 내극 및 연결 슬리브의 내부 구조가 간단히 제조될 수 있다; 공차 요구 조건이 낮아질 수 있다. 조절 부재에 본 발명에 따라 통합된 스프링 가이드는, 내극 홀에서 마모가 내극에 직접 배치된 스프링 가이드에 비해 훨씬 감소한다는 장점을 갖는다.

이상적인 방식으로, 조절 부재 내에 필터 부재가 배치됨으로써, 본 발명에 따른 조절 부재에서 최대로 가능한 기능 통합이 이루어진다.

본 발명의 실시예가 도면에 간단히 도시되며 하기에서 상세히 설명된다.

도 1은 선행 기술에 따른 연료 분사 밸브의 축 방향 단면도.
도 2는 조절 부재의 본 발명에 따른 실시예를 구비한, 도 1에 도시된 연료 분사 밸브의 도 1의 부분 Ⅱ의 확대도.
도 3은 조절 부재 및 그 안에 삽입된 부품을 도시한 사시도.
도 4는 대안적 조절 부재의 단면도.

본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예를 도 2 내지 도 4를 참고로 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 더 나은 이해를 위해 먼저 도 1을 참고로 공지된 연료 분사 밸브의 중요한 부품을 간략히 설명한다.

도 1에 도시된 연료 분사 밸브(1)는 혼합물 압축식 외부 점화형 내연기관의 연료 분사 시스템용 연료 분사 밸브(1)의 형태로 구현된다. 연료 분사 밸브(1)는 내연기관의 도시되지 않은 연소실 내로 연료를 직접 분사하기에 특히 적합하다.

연료 분사 밸브(1)는 밸브 니들(3)이 배치된 노즐 바디(2)로 이루어진다. 밸브 니들(3)은 밸브 폐쇄 바디(4)와 작용 연결되고, 상기 밸브 폐쇄 바디는 밸브 시트 바디(5) 상에 배치된 밸브 시트(6)와 상호 작용하여 밀봉 시트를 형성한다. 연료 분사 밸브(1)는 실시예에서 적어도 하나의 분사구(7)를 포함하며 내부를 향해 개방하는 연료 분사 밸브(1)이다. 노즐 바디(2)는 시일(8)에 의해 전자 코일(10)의 외극(9)에 대해 밀봉된다. 전자 코일(10)은 코일 하우징(11) 내에서 캡슐화되고 코일 지지체(12) 상에 감기며, 상기 코일 지지체(12)는 전자 코일(10)의 내극(13)에 접한다. 내극(13)과 외극(9)은 축소부(26)에 의해 서로 분리되고 비-강자성 연결 부품(29)에 의해 서로 연결된다. 전자 코일(10)은 라인(19)을 통해, 전기 플러그 콘택(17)을 통해 공급 가능한 전류에 의해 여기된다. 플러그 콘택(17)은 내극(3)에 성형될 수 있는 플라스틱 케이싱(18)에 의해 둘러싸인다.

밸브 니들(3)은 디스크형으로 구현된 밸브 니들 가이드(14) 내에서 안내된다. 행정 조절을 위해, 쌍을 이룬 조절 디스크(15)가 사용된다. 조절 디스크(15) 상류에 아마추어(20)가 배치된다. 상기 아마추어(20)는 제 1 플랜지(21)를 통해 밸브 니들(3)과 압력 끼워맞춤 방식으로 연결되고, 상기 밸브 니들(3)은 용접 시임(22)에 의해 제 1 플랜지(21)에 연결된다. 제 1 플랜지(21) 상에 복귀 스프링(23)이 지지되고, 상기 복귀 스프링(23)은 연료 분사 밸브(1)의 주어진 디자인에서 조절 슬리브(24)에 의해 예응력을 받는다.

상부 밸브 니들 가이드(14) 내에, 아마추어(20) 내에 그리고 하부 가이드 부재(36) 상에 연료 채널들(30, 31 및 32)이 연장한다. 연료는 중앙 연료 공급부(16)를 통해 공급되고, 필터 부재(25)에 의해 필터링된다. 연료 분사 밸브(1)는 시일(28)에 의해 도시되지 않은 연료 분배기 라인에 대해 그리고 추가의 시일(37)에 의해 도시되지 않은 실린더 헤드에 대해 밀봉된다. 제 1 플랜지(21)와 아마추어(20) 사이에 예비 행정 스프링(38)이 배치되고, 상기 예비 행정 스프링은 연료 분사 밸브(1)의 휴지 상태에서 아마추어(20)를 제 2 플랜지(34)에 지지된 상태로 유지시킨다. 예비 행정 스프링(38)의 스프링 상수는 복귀 스프링(23)의 스프링 상수보다 훨씬 더 작다.

연료 분사 밸브(1)의 휴지 상태에서 아마추어(20)는 복귀 스프링(23) 및 예비 행정 스프링(38)에 의해 그 행정 방향과는 반대로 가압 되므로, 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트(6)에 밀봉 방식으로 지지된 상태로 유지된다. 전자 코일(10)의 여기 시에, 전자 코일(10)은 자기장을 형성하고, 상기 자기장은 아마추어(20)를 먼저 예비 행정 스프링(38)의 스프링력에 대항해서 행정 방향으로 이동시키고, 이 경우 아마추어 자유 이동 거리는 제 1 플랜지(21)와 아마추어(20) 사이의 간격에 의해 미리 정해진다. 아마추어(20)는 아마추어 자유 이동 거리를 통과한 후에, 밸브 니들(3)에 용접된 제 1 플랜지(21)를 복귀 스프링(23)의 스프링력에 대항해서 마찬가지로 행정 방향으로 끌고 간다. 아마추어(20)는 아마추어(20)와 내극(13) 사이의 작동 갭(27)의 높이에 상응하는 전체 행정을 통과한다. 밸브 니들(3)과 연결되는 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트(6)로부터 상승하고, 연료 채널들(30 내지 32)을 통해 안내되는 연료는 분사구(7)를 통해 분사된다.

펄스 전류가 차단되면, 아마추어(20)는 자기장의 충분한 감소 후에 복귀 스프링(23)의 힘에 의해 내극(13)으로부터 떨어지고, 그로 인해 밸브 니들(3)과 연결된 제 1 플랜지(21)가 행정 방향과 반대로 이동된다. 밸브 니들(3)은 이로 인해 동일한 방향으로 이동되기 때문에, 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트(6) 상에 놓이고, 연료 분사 밸브(1)는 폐쇄된다. 예비 행정 스프링(38)은 아마추어(20)를 다시 가압하므로, 상기 아마추어(20)는 제 2 플랜지(34)에 의해 다시 튀어나오는 것이 아니라, 바운스 정지부 없이 휴지 상태로 되돌아온다.

내극(13)은 연료 분사 밸브(1)의 공급부에 대해 슬리브형으로 구현되고, 그런 점에서 이 영역에서 연결 슬리브(40)를 형성한다. 연결 슬리브(40)는 별도의 부품으로서 내극(13)과 무관하게 형성될 수 있고, 연결 슬리브 내로 예컨대 내극(13)이 압입된다. 연결 슬리브(40)의 영역에 필터 부재(25)가 삽입되고, 상기 필터 부재(25)는, 밀봉 시트와 같은 관련 밸브 부품의 기능 저하를 일으킬 수 있는, 연료 내의 입자를 필터링하기 위해 사용된다.

전자기 회로는 예컨대 피에조 액추에이터로 또는 액추에이터로서 자왜 액추에이터로 대체될 수 있다.

도 2는 조절 부재(50)의 본 발명에 따른 실시예로서 도 1에 Ⅱ로 표시된 부분을 축 방향 단면도로 도시한다. 상기 조절 부재(50)는 콤비 부품으로서 구현되며 적어도 조절 슬리브(24) 및 필터 부재(25)의 기능을 통합한다. 조절 부재(50)는 다수의 개별 부품으로 이루어진다. 따라서, 조절 부재(50)의 외부 케이싱은 예컨대 여러 단계로 구현되며 딥 드로잉에 의해 제조된 금속 슬리브(51)를 형성한다. 얇은 벽의 슬리브(51)는 예를 들면 공급 측 섹션에 방사방향으로 확대된 영역(61)을 포함하고, 상기 영역(61)은 조절 부재(50)의 더 큰 직경의 영역을 형성한다. 축 방향으로 상기 더 큰 직경의 영역에는 더 작은 직경의 영역이 이어지고, 상기 더 작은 직경의 영역은 프레스 영역(55)으로서 사용된다. 축 방향으로 후속하는 배출 측 섹션은 조절 부재(50)의 최소 직경의 영역(62)이고, 상기 최소 직경의 영역의 외경은 프레스 영역(55)의 외경보다 약간 더 작다.

딥 드로잉된 슬리브(51) 내에 플라스틱으로 성형된 스크린 바스킷(screen basket; 53)이 배치되고, 상기 스크린 바스킷은 통합된 필터의 베이스 바디를 형성한다. 스크린 바스킷(53)의 플라스틱은 바람직하게는 유기 폴리머의 고온 내성 열가소성 수지, 예컨대 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS) 또는 폴리아미드(PA) 또는 폴리프탈아미드(PPA)이다. 이상적인 방식으로, 스크린 바스킷(53)은 플라스틱 사출 성형에 의해 제조된다. 조절 부재(50)의 플라스틱 베이스 바디의 내부에는 여과포(52)가 필터 부재로서 삽입되고, 상기 여과포(52)는 플라스틱 사출 성형 공정에서 삽입 부품으로서 공구 내로 삽입될 수 있다. 상기 튜브형 여과포(52)는 PEEK로 이루어질 수 있거나 또는 바람직하게는 금속 직물 재료로 이루어질 수 있고, 이는 스크린 바스킷(53)의 추가의 지지 작용 및 강성 증가를 제공한다. 필터의 스크린 바스킷(53)은 상부의 더 큰 직경의 수용 영역(58)을 포함하고, 상기 수용 영역은 적합한 방식으로 슬리브(51)의 방사방향으로 더 큰 영역(61) 내로 형상 끼워맞춤 방식으로 삽입될 수 있어서, 슬리브(51) 내에서 스크린 바스킷(53)의 미끄러짐이 배제된다. 스크린 바스킷(53)은 다른 영역들(55, 62)을 통해서도 슬리브(51)의 내부를 광범위하게 채우고, 이 경우 상기 스크린 바스킷(53)의 배출 측 단부는 슬리브(51)의 바닥 영역(59)에 지지될 수 있다. 스크린 바스킷(53)은 필터 베이스 바디의 다수의, 적어도 2개의 바아형 지지 부품에 의해 형성된다.

특히, 예를 들면 100 바아보다 큰 연료압(> 100 바아)이 제공되는 고압 분사 밸브의 경우, 작동 중에 부분적으로 간섭으로서 감지될 수 있는 큰 소음 발생이 일어날 수 있는 것으로 나타났다. 조절 부재(50)의 공급 영역에 스로틀 홀(54)이 제공되고, 상기 홀이 연결 슬리브(40) 또는 내극(13)의 개방 횡단면보다 수배 더 작은 개방 횡단면을 가지면, 효과적인 소음 감소가 이루어진다. 스로틀 홀(54)은 연결 슬리브(40)의 개방 폭에 따라 예를 들면 0.4 ㎜ 내지 1.5 mm의 직경을 갖는다. 스로틀 홀(54)에 의해, 연료 분사 밸브의 내부에서 압력 맥동의 의도적인 감쇠가 이루어질 수 있다. 스로틀 홀(54)은, 본 발명에 따라 디스크형 스로틀 부재(56)로서 구현되며 공급 측 단부면이 스크린 바스킷(53) 상에 놓이는 별도의 삽입 부재 내에 형성된다. 그런 점에서, 스로틀 부재(56)는 얇은 벽의 슬리브(51)의 방사방향으로 더 큰 영역(61) 내에 수용된다. 스로틀 부재(56)의 확실한 수용을 위해, 슬리브(51)가 스로틀 부재(56) 상부에 플랜지를 가짐으로써, 슬리브(51)의 링 칼라(65)가 스로틀 부재(56)를 부분적으로 커버한다. 스로틀 부재(56)는 슬리브(51), 특히 공급 측 영역(61) 내에 꽉 조이도록 삽입되므로, 가장자리 영역은 스로틀 홀(54)로의 바이패스가 방지될 정도로 밀봉된다.

조절 부재(50)의 하부의 배출 측 단부는 딥 드로잉된 슬리브(51)의 바닥 영역(59)에 의해 형성되고, 상기 영역은 복귀 스프링(23)의 통합된 안내를 위해 사용되는 수단, 예컨대 돌출부 또는 페그를 포함할 수 있다.

조립 공정 동안 조절 부재(50)는 내극(13) 내로 안내되고, 이 경우 프레스 영역(55)을 통해 복귀 스프링(23)이 소정 예비 압입 정도로 조절된다. 연결 슬리브(40)의 조립 시에, 연결 슬리브(40)는 조절 부재(50)의 돌출한 상단부 위로 끼워진다. 내극(13)에 연결 슬리브(40)의 조립 및 용접 후에, 조절 부재(50)의 이동에 의해 다이내믹한 분사량 및 복귀 스프링(23)의 스프링력이 최종적으로 조절될 수 있다.

도 3은 조절 부재(50) 및 그 안에 삽입된 부품들을 사시도로 도시한다. 명확히 나타나는 바와 같이 슬리브(51)는 축 방향 길이에 걸쳐 상이한 외경을 가진 다수의 영역(55, 61, 62)을 포함한다 스로틀 부재(56) 및 필터 부재(52, 53)의 분해도에 명확히 나타나는 바와 같이, 상기 삽입 부품들은 그 형상에 따라, 도 2의 단면도에도 이미 나타나는 바와 같이, 정확히 슬리브(51)의 내부로 삽입될 수 있다. 스로틀 부재(56)는 이상적인 방식으로 평행하게 연장하는 단부면을 가지고 정확한 외경 및 내경으로 제조된 간단한 디스크일 수 있다.

도 4에는 대안적 조절 부재(50)가 단면도로 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예와의 차이점은 특히 필터 부재(52, 53)의 길이 그리고 스로틀 부재(56)의 변형 실시예에 있다. 필터 부재(52, 53)는 슬리브(51) 내에 현수 방식으로 삽입되므로, 상기 필터 부재(52, 53)가 딥 드로잉된 슬리브(51)의 바닥 영역(59) 상에 놓이지 않는다. 스로틀 부재(56)는 또한 디스크형으로 또는 계단형으로 구현되고, 공급 측에서 링 칼라(65)를 통해 슬리브(51) 밖으로 돌출한다. 링 칼라(65)를 지나 돌출한 페그형 섹션(66)은 슬리브(51)의 내부에 놓인 스로틀 부재(56)의 섹션의 외경보다 훨씬 더 작은 외경을 갖는다. 스로틀 부재(56)의 고정은 플랜징에 의해 주어지지만, 슬리브(51)의 더 큰 직경의 영역(61)은 그 축 방향 연장이 단축될 수 있다. 설치 공간 최적화를 위해, 이런 해결책은 특히 바람직할 수 있다.

본 발명은 도시된 실시예로 제한되지 않으며, 도 1에 도시된 연료 분사 밸브의 구성과는 달리, 연료 분사 밸브의 다수의 다른 구성에서도 실시될 수 있다.

1 연료 분사 밸브
3 밸브 니들
4 밸브 폐쇄 바디
6 밸브 시트
9, 10, 13, 20 액추에이터
16 연료 공급부
23 복귀 스프링
50 조절 부재
51 슬리브
52, 53 필터 부재
56 스로틀 부재
65 링 칼라
66 섹션

Claims

내연기관의 연료 분사 시스템용, 특히 연료를 내연기관의 연소실 내로 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)로서, 상기 연료 분사 밸브는 액추에이터(9, 10, 13, 20) 및 공급 측 연료 공급부(16)를 포함하고, 상기 액추에이터의 여기에 의해 밸브 니들(3)의 행정 운동이 달성될 수 있어서, 밸브 시트(6)와 함께 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 바디(4)의 작동이 가능해지고, 상기 연료 공급부 내에 복귀 스프링(23)의 스프링력을 조절하기 위한 조절 부재(50)가 배치되는, 연료 분사 밸브에 있어서,
상기 조절 부재(50)의 외측이 슬리브(51)에 의해 한정되고, 스로틀 부재(56)가 별도의 삽입 부품으로서 상기 슬리브(51)의 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 슬리브(51)가 얇은 벽의 딥 드로잉 부품인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스로틀 부재(56) 내에 스로틀 홀(54) 형태의 유동 스로틀이 제공되고, 상기 스로틀 홀(54)은 상기 연료 공급부(16)의 개방 횡단면보다 수배 더 작은 개방 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스로틀 부재(56)가 디스크형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 4 항에 있어서,
상기 스로틀 부재(56)가 상기 슬리브(51) 내에 완전히 끼워 맞춰지거나 또는 상기 스로틀 부재(56)의 섹션(66)이 상기 슬리브(51)로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스로틀 부재(56)가 공급 측에서 상기 조절 부재(50)의 상기 슬리브(51) 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스로틀 부재(56)가 상기 슬리브(51)의 링 칼라(65)를 통해 상기 슬리브(51) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브(51)는 그 축 방향 길이에 걸쳐 상이한 외경을 갖는 다수의 영역(55, 61, 62)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조절 부재(50)의 상기 슬리브(51) 내에 필터 부재(52, 53)가 별도의 삽입 부품으로서 통합되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬리브(51)에 상기 복귀 스프링(23)의 안내를 위해 사용되는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.