KR20190061080A

KR20190061080A - 분사 밸브를 위한 반사-방지 디바이스 및 분사 밸브

Info

Publication number: KR20190061080A
Application number: KR1020197013623A
Authority: KR
Inventors: 마우로 그란디; 스테파노 필리피; 빌리발트 슈어츠
Original assignee: 씨피티 그룹 게엠베하
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2019-06-04
Also published as: CN109996951A; KR102196139B1; CN109996951B; WO2018069347A1; EP3309384B1; EP3309384A1; US20190226439A1; US10724488B2

Abstract

분사 밸브(23) 내부의 압력파의 반사를 방지하기 위한 반사-방지 디바이스(1)는, 제1 베이스 측면(5), 제2 베이스 측면(7) 및 외부면(9)을 가진 본질적으로 원통형 베이스 본체(3), 및 압력파의 전파 방향과 평행하게 배향될 길이 방향 축(L)을 포함한다. 제1 베이스 측면(5)과 인접한 디바이스(1)의 제1 부분(11)은 중공형 콘(15)으로서 성형된 공동부를 갖고 그리고 제2 베이스 측면(7)과 인접한 디바이스(1)의 제2 부분(13)은 적어도 하나의 관통 구멍(21)을 포함하고, 적어도 하나의 관통 구멍(21)은 콘(15)과 유체 연통한다. 적어도 하나의 관통 구멍(21) 및 중공형 콘(15)은 제2 베이스 측면(7)과 제1 베이스 측면(5)을 유압식으로 연결한다.

Description

분사 밸브를 위한 반사-방지 디바이스 및 분사 밸브

본 발명은 분사 밸브 내부의 압력파의 반사를 방지하기 위한 반사-방지 디바이스 및 이러한 반사-방지 디바이스를 가진 분사 밸브에 관한 것이다.

그리고 연료를 차량의 연소 챔버 내로 직접적으로 또는 간접적으로 분사하기 위한 분사 밸브가 문서 제EP 2 333 297 B1호에 개시된다. 이러한 분사 밸브, 특히, 고압 밸브의 하나의 전형적인 문제점은 분사 이벤트가 유발하는 압력파 또는 압력 맥동의 생성이다. 내부 압력 맥동은, 분사기 내부의 압력 조건이 밸브의 개방 시 안정되지 않거나 또는 알려져 있지 않을 때, 분사된 연료량이 적절하게 제어될 수 없기 때문에, 특히, 다수의 분사 적용에 대한 문제점을 유발한다.

본 발명의 목적은 위에서 언급된 문제점을 해결하는 것을 돕는 디바이스를 제공하는 것이다. 게다가, 본 발명의 목적은 압력 맥동이 분사 이벤트를 방해하는 위험이 특히 작은 분사 밸브를 제공하는 것이다.

이 목적은 독립 청구항에 따른, 반사-방지 디바이스 및 분사 밸브에 의해 달성된다.

유리한 실시형태 및 개선예가 종속 청구항, 다음의 설명 및 도면에 명시된다.

본 발명의 양상에 따르면, 분사 밸브 내부의 압력파의 반사를 방지하기 위한 반사-방지 디바이스가 제공되고, 반사-방지 디바이스는 제1 베이스 측면, 제2 베이스 측면 및 외부면을 가진 베이스 본체를 포함한다. 바람직하게는, 베이스 본체는 본질적으로 원통형이고, 즉, 베이스 본체는 원통형 기본 형상을 갖는다. 반사-방지 디바이스는 압력파의 전파 방향과 평행하게 배향되도록 의도된 길이 방향 축(L)을 갖는다. 외부면은 특히, 길이 방향 축 둘레에서 원주형으로 연장된다. 길이 방향 축은 제1 베이스 측면 및 제2 베이스 측면을 관통한다. 베이스 본체가 본질적으로 원통형일 때, 길이 방향 축(L)은 본질적으로 베이스 본체의 외부면과 평행하다.

제1 베이스 측면과 인접한 디바이스의 제1 부분-특히, 베이스 본체의 제1 부분-은 중공형 콘으로서 성형된 공동부를 갖고, 콘의 길이 방향 축(l)은 디바이스의 길이 방향 축(L)과 평행하게 배향된다. 바람직하게는, 콘의 베이스 영역은 원통형 베이스 본체의 제1 측면과 동일 평면 상에 있다. 달리 말하면, 베이스 본체의 제1 부분은 특히 제1 베이스 측면을 향하는 방향으로 연장되고 그리고 제1 베이스 측면에서 개방되는 콘 형상의 공동부를 갖는다.

제2 베이스 측면과 인접한 디바이스의 제2 부분-특히, 베이스 본체의 제2 부분-은 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하고, 적어도 하나의 관통 구멍은 공동부와 유체 연통하고, 적어도 하나의 관통 구멍 및 중공형 콘은 제2 베이스 측면과 제1 베이스 측면을 유압식으로 연결한다. 달리 말하면, 베이스 본체의 제2 부분은 제2 베이스 측면으로부터 베이스 본체로 연장되고 그리고 콘 형상의 공동부에서 개방되는 적어도 하나의 관통 구멍에 의해 관통된다.

이 반사-방지 디바이스에서, 디바이스의 제1 측면과 제2 측면을 유압식으로 연결하는 유체 경로가 반사-방지 디바이스를 통해 이루어진다. 유체 경로는 중공형 콘으로서 성형된 공동부를 통하고 그리고 제2 부분의 관통 구멍을 통한다.

반사-방지 디바이스는 제1 베이스 측면으로부터 반사-방지 디바이스를 향하여 전파되는 압력파의 반사를 방지하는 -또는 적어도 크게 감쇠하는- 이점을 갖는다. 이것은 중공형 콘의 저 유압식 임피던스 때문이다. 이것은 압력파가 디바이스에서 반사되는 것이 아니라 전송되는 것을 보장한다. 관통 구멍은 압력파의 에너지를 소산시키는 것을 돕는다.

반사-방지 디바이스는, 제1 베이스 측면으로부터 디바이스를 향하여 전파되는 압력파가 전송되고, 반면에 제2 베이스 측면으로부터 디바이스를 향하여 전파되는 압력파가 적어도 하나의 관통 구멍의 고 임피던스에 기인하여 반사되는 것을 보장한다.

본 발명의 유리한 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 관통 구멍은 디바이스의 길이 방향 축(L)과 평행하게 배열되지 않지만, 길이 방향 축(L)과 각(α)를 이루고, 40°≤α≤60°가 적용된다.

이러한 비스듬한 관통 구멍이 압력파의 에너지를 효과적으로 소산시킨다고 밝혀졌다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 중공형 콘은 개구각(γ)을 갖고, 30°≤γ≤100°가 적용된다.

이 각 범위는 반사-방지 디바이스의 저 임피던스를 보장한다고 밝혀졌다. 최적의 각(γ)은 또한 반사-방지 디바이스의 직경 및 길이에 의존한다. 반사-방지 디바이스에 이용 가능한 미리 결정된 직경 및 제한된 공간에 대해, 각(γ)은 일반적으로 약 30° 대신 약 90° 또는 90° 초과일 것이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 적어도 하나지만, 6개를 초과하지 않는 관통 구멍이 제2 부분에 제공된다.

관통 구멍의 효과가 제한된 후의 관통 구멍에 의해 달성될 수 있다고 밝혀졌다. 비스듬한 관통 구멍의 정보가 다소 복잡하기 때문에, 이것은 관통 구멍의 수를 6개로 제한하도록 시간 및 비용을 절약할 것이다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 관통 구멍은 직경(d)을 갖고, 0.2㎜ ≤d≤1㎜가 적용된다.

이러한 직경(d)을 가진 관통 구멍은 큰 임피던스를 분사기 내 압력파에 제공하고 따라서 제2 베이스 측면으로부터 압력파의 전송을 방지한다. 따라서, 외부로부터의 잡음이 분리될 수 있다. 게다가, 이러한 직경을 가진 관통 구멍은 압력 강하를 생성하고 따라서 통과하는 압력파의 에너지를 소산시킨다.

본 발명의 양상에 따르면, 분사 밸브가 제공된다. 분사 밸브는 중심 길이 방향 축을 갖고 그리고 유체 유입부 및 유체 유출부를 가진 공동부를 가진, 밸브 본체를 포함한다. 분사 밸브는 공동부에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들을 더 포함하고, 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 유체 유출부를 통한 유체 흐름을 방지하고 그리고 추가의 위치에서 유체 유출부를 통해 유체 흐름을 배출한다. 분사 밸브는 밸브 니들을 작동시키도록 설계되는 전자기 작동 장치를 더 포함한다.

분사 밸브는 공동부 내부에 배열되는, 위에서 설명된 바와 같은 적어도 하나의 반사-방지 디바이스를 포함한다.

분사 밸브는 반사-방지 디바이스를 공동부 내부에 배치함으로써, 압력파의 반사가 방지될 수 있는 이점을 갖는다. 분사 밸브 내부의 압력 맥동이 전적으로 방지될 수 없지만, 반사-방지 디바이스가 압력 맥동이 바람직하지 않은 방식으로 분사와 상호작용하는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다고 밝혀졌다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 반사-방지 디바이스는 분사 밸브의 연료 필터 소자의 상류에 배열된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 반사-방지 디바이스는 분사 밸브의 연료 필터 소자와 통합될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 반사-방지 디바이스는 분사 밸브의 연료 필터 소자의 하류에, 특히, 전자기 작동 장치의 전기자(armature)의 하류에 배열될 수 있다.

반사-방지 디바이스의 위치는 분사기 설계에 따라 선택될 수도 있다. 전기자가 니들에 대하여 이동 가능한 분사기 유형에서, 반사-방지 디바이스를 전기자의 하류에 배열하는 것이 유리할 수도 있다.

하나의 실시형태에서, 반사-방지 디바이스는 공동부 내부에 실장되고, 유체 유출부를 향하여 배향된 제1 베이스 측면 및 유체 유입부를 향하여 배향된 제2 베이스 측면을 갖는다. 이 배향은 유체 분사기의 유체 유출부에서 압력파를 최소화하기에 유리할 수도 있다.

반사-방지 디바이스 및 분사 밸브의 추가의 이점, 유리한 실시형태 및 개선예는 개략도와 연관되어 아래에 설명되는 예시적인 실시형태로부터 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른, 반사-방지 디바이스를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른, 반사-방지 디바이스를 가진 분사 밸브를 도시한 도면; 및
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른, 반사-방지 디바이스를 도시한 도면.

도 1에 따른 반사-방지 디바이스(1)는 제1 베이스 측면(5), 제2 베이스 측면(7) 및 원주 외부면(9)을 가진 원통형 베이스 본체(3)를 갖는다. 디바이스(1)의 길이 방향 축은 L로 표시된다.

디바이스(1)는 2개의 부분, 제1 부분(11)과 제2 부분(13)을 포함한다. 제1 부분(11)은 제1 베이스 측면(5)으로부터 베이스 본체(3)의 중심 구역까지 연장된다. 제2 부분(13)은 제2 베이스 측면(7)으로부터 베이스 본체(3)의 중심 구역까지 연장된다. 제1 부분과 제2 부분(11, 13)은 베이스 본체(3)의 중심 구역에서 중첩될 수도 있다.

각각의 부분은 디바이스(1)를 통한 유체 흐름을 위한 유압식 통로를 제공한다:

제1 부분(11)은 중공형 콘(15)으로서 성형된 공동부를 포함한다. 콘(15)은 제1 베이스 측면(5)과 동일 평면 상에 있고 그리고 또한 제1 베이스 측면(15)의 일부인 베이스 측면(17)을 갖는다. 콘(15)의 길이 방향 축(l)은 이 실시형태에서 디바이스(1)의 길이 방향 축(L)과 동일하다. 콘(15)의 정점(19)은 디바이스(1)의 제2 베이스 측면(7)을 향하여 배향되고 그리고 베이스 본체(3)의 중심 구역에 배치된다.

제2 부분(13)은 디바이스(1)의 제2 베이스 측면(7)을 중공형 콘(15)과 같이 성형된 공동부와 유압식으로 연결하는, 복수의 관통 구멍(21)을 포함한다. 구체적으로, 관통 구멍(21)은 제2 베이스 측면(7)으로부터 베이스 본체(3) 내로 제1 부분(11) 내 콘 형상의 공동부의 표면까지 연장된다. 본 실시형태에서, 관통 구멍(21)은 콘의 정점(19)과 인접한 구역에서 공동부의 표면 내로 개방된다.

관통 구멍(21)은 직경(d)을 갖고 그리고 길이 방향 축(L)과 각(α)을 형성한다. 보어일 수도 있는 관통 구멍(21)은 콘(15)의 베이스 영역(17)의 직경(D)보다 훨씬 더 작은 직경(d)을 갖는다. 직경(D)은 센티미터의 범위 내에 있을 수도 있지만, 관통 구멍의 직경(d)은 0.2㎜≤d≤1㎜이다.

결과적으로, 디바이스(1)의 유압식 임피던스는 제2 베이스 측면(7)에서 접근하는 압력파와 비교하여 제1 베이스 측면(5)에서 접근하는 압력파에 대해 매우 상이하다.

제1 베이스 측면(5)에서 접근하는 파에 대해, 직경(D)이 분사기 자체의 직경의 범위 내에 있기 때문에, 직경의 급격한 변화는 없다. 따라서, 압력파의 반사가 발생하지 않는다. 반면에, 제2 베이스 측면(7)에서 접근하는 파는, 관통 구멍의 직경(d)이 분사기의 직경보다 훨씬 더 작기 때문에, 유압식 단면의 큰 변화를 겪는다. 따라서, 분사기의 외부로부터의 잡음과 같은, 제2 베이스 측면(7)에서 접근하는 파가 크게 반사되고 그리고 분사기 내로 더 진입하는 것이 방지된다.

도 2는 연료를 차량의 연소 챔버 내로 분사하기 위한 분사 밸브(23)를 도시한다. 분사 밸브(23)는 가솔린 또는 디젤 분사기일 수 있고 그리고 간접적인 저압 적용 또는 직접적인 고압 적용을 위해 설계될 수 있다.

분사 밸브(23)는 중심 길이 방향 축(L')을 가진 밸브 본체(25)를 포함한다. 밸브 본체(25)는 공동부(27)를 유체 유입부(29) 및 유체 유출부(31)로 둘러싼다. 밸브 니들(33)은 공동부(27)에서 축 방향으로 이동 가능하고 그리고 폐쇄 위치에서 유체 유출부(31)를 통한 유체 흐름을 방지하고 그리고 추가의 위치에서 유체 유출부(31)를 통해 유체 흐름을 배출한다. 밸브 니들(33)을 작동시키기 위해서, 전기자(37)를 포함한 전자기 작동 장치(35)가 제공된다.

유체 유입부(29)를 통해 공동부(27)에 진입한 연료는 필터 소자(39)에 의해 필터링된다.

분사 밸브(23)가 개방되고 그리고 유체가 유체 유출부(31)를 통해 배출될 때, 압력파가 공동부(27)에서 생성된다. 압력파는 공동부(27)에서 전파되고 그리고 내부적으로 반사될 수도 있다. 반사된 압력파는 그 다음의 분사를 방해할 수도 있고 그리고 분사 밸브(23)의 거동을 불안정하게 한다.

압력파의 반사를 방지하기 위해서, 반사-방지 디바이스(1)가 공동부(27) 내부에 제공된다. 도 2는 3개의 이러한 반사-방지 디바이스(1), 필터 소자(39)의 상류에 있는 제1 반사-방지 디바이스, 밸브 본체(25)의 단차 상에 있는, 전기자(37)의 하류에 있는 제2 반사-방지 디바이스, 및 하류 방향에서, 전기자(37)가 배열되는 공동부(27)의 큰-직경 부분의 경계를 정하는 위에서 언급된 단차의 하류에 있는 공동부(27)의 작은-직경 부분에서, 전기자(37)의 더 하류에 있는 제3 반사-방지 디바이스를 도시한다. 일반적으로, 단 하나의 반사-방지 디바이스(1)가 제공되지만, 1개 초과의 반사-방지 디바이스(1)를 제공하는 것이 가능하고 유리할 수 있다. 대부분의 적용에서, 1개의 반사-방지 디바이스(1)의 효과는 충분할 것이다.

반사-방지 디바이스(1)는 공동부(27) 내부에 실장되고, 유체 유출부(31)를 향하여 배향된 제1 베이스 측면(5) 및 유체 유입부(29)를 향하여 배향된 제2 베이스 측면(7)을 갖는다. 따라서, 유체 유입부(29)의 방향에서 접근하는 압력파가 반사되고, 반면에 유체 유출부(31)의 방향에서 접근하는 압력파가 전송된다. 따라서, 분사에 기인한 압력 맥동이 분사 밸브(23) 외부로 이어질 수 있고 소산될 수 있고, 반면에 외부로부터의 잡음이 분사 밸브(23) 내로 더 관통할 수 없다.

반사-방지 디바이스(1)는 자동차 적용을 위해 검증된 금속 합금 또는 플라스틱 재료로 이루어질 수도 있고 그리고 예를 들어, 성형/스탬핑 과정에 의해 생산될 수도 있다.

도 3은 도 2에 도시된 제2 및 제3 디바이스(1)의 위치의 전기자 아래에 배치 가능한, 본 발명의 제2 실시형태에 따른, 반사-방지 디바이스를 도시한다. 이 디바이스(1)는 디바이스가 밸브 니들(33)을 수용하기 위한 중심 개구(41)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 디바이스와는 상이하다. 제1 실시형태에 따른 반사-방지 디바이스는 필터 소자(39)의 상류의 설치를 위해 또는 필터 소자(39)와 결합되기 위해 가장 잘 적합하고, 반면에 제2 실시형태에 따른 반사-방지 디바이스는 바람직하게는 공동부(27)의 단차 상에 있는 위에서 언급된 위치 또는 밸브 니들(33)이 관통하는 공동부(27)의 작은-직경 부분에 설치될 수도 있다.

Claims

분사 밸브(23) 내부의 압력파의 반사를 방지하기 위한 반사-방지 디바이스(1)로서,
- 제1 베이스 측면(5), 제2 베이스 측면(7) 및 외부면(9)을 가진 본질적으로 원통형 베이스 본체(3);
- 압력파의 전파 방향과 평행하게 배향되도록 의도된 길이 방향 축(L)으로서, 상기 제1 베이스 측면(5)과 상기 제2 베이스 측면(7)을 관통하는, 상기 길이 방향 축;
- 중공형 콘(15)으로서 성형된 공동부를 가진, 제1 베이스 측면(5)과 인접한, 상기 디바이스(1)의 제1 부분(11)으로서, 상기 콘(15)의 길이 방향 축(l)이 상기 디바이스(1)의 상기 길이 방향 축(L)과 평행하게 배향되고 그리고 상기 콘(15)의 베이스 영역(17)이 상기 원통형 베이스 본체(3)의 상기 제1 베이스 측면(5)과 동일 평면 상에 있는, 상기 제1 부분(11); 및
- 적어도 하나의 관통 구멍(21)을 포함하는, 상기 제2 베이스 측면(7)과 인접한 상기 디바이스(1)의 제2 부분(13)으로서, 상기 적어도 하나의 관통 구멍(21)이 상기 콘(15)과 유체 연통하고, 상기 적어도 하나의 관통 구멍(21) 및 상기 중공형 콘(15)이 상기 제2 베이스 측면(7)과 상기 제1 베이스 측면(5)을 유압식으로 연결하고, 상기 적어도 하나의 관통 구멍(21)이 상기 길이 방향 축(L)과 각(α)(40°≤α≤60°)을 이루는, 상기 제2 부분(13)을 포함하는, 반사-방지 디바이스(1).
제1항에 있어서,
상기 중공형 콘(15)은 개구각(γ)(30°≤γ≤100°)을 갖는, 반사-방지 디바이스(1).
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 하나지만, 6개를 초과하지 않는 관통 구멍(21)이 상기 제2 부분에 제공되는, 반사-방지 디바이스(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 관통 구멍(21)은 직경(d)(0.2㎜≤d≤1㎜)를 갖는, 반사-방지 디바이스(1).
분사 밸브(23)로서,
- 중심 길이 방향 축(L')을 갖고, 유체 유입부(29) 및 유체 유출부(31)를 가진 공동부(27)를 포함하는, 밸브 본체(25),
- 상기 공동부(27)에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(33)로서, 폐쇄 위치에서 유체 유출부(31)를 통한 유체 흐름을 방지하고 그리고 추가의 위치에서 상기 유체 유출부(31)를 통해 상기 유체 흐름을 배출하는, 상기 밸브 니들(33),
- 상기 밸브 니들(33)을 작동시키도록 설계된 전자기 작동 장치(35), 및
- 상기 공동부(27) 내부에 배열되는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 반사-방지 디바이스(1)를 포함하는, 분사 밸브(23).
제5항에 있어서,
상기 반사-방지 디바이스(1)는 상기 분사 밸브(23)의 연료 필터 소자(39)의 상류에 배열되는, 분사 밸브(23).
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 반사-방지 디바이스(1)는 상기 분사 밸브(23)의 상기 연료 필터 소자(39)와 통합되는, 분사 밸브(23).
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사-방지 디바이스(1)는 상기 분사 밸브(23)의 상기 연료 필터 소자(39)의 하류에 배열되는, 분사 밸브(23).
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사-방지 디바이스(1)는 상기 전자기 작동 장치의 전기자(armature)(37)의 하류에 배열되는, 분사 밸브(23).
제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사-방지 디바이스(1)는 상기 공동부(27) 내부에 실장되고, 상기 유체 유출부(31)를 향하여 배향된 상기 제1 베이스 측면(5) 및 상기 유체 유입부(29)를 향하여 배향된 상기 제2 베이스 측면(7)을 갖는, 분사 밸브(23).