KR20200038856A - 연료 분사 장치 - Google Patents

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KR20200038856A
KR20200038856A KR1020190119228A KR20190119228A KR20200038856A KR 20200038856 A KR20200038856 A KR 20200038856A KR 1020190119228 A KR1020190119228 A KR 1020190119228A KR 20190119228 A KR20190119228 A KR 20190119228A KR 20200038856 A KR20200038856 A KR 20200038856A
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ring
valve
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안드레아스 헨
구이도 필그람
파울 요흐만
라이너 노르가우어
틸로 베크만
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따른 연료 분사 장치는 적어도 하나의 연료 분사 밸브(1) 및 상기 연료 분사 밸브(1)용 실린더 헤드(9) 내의 수용 구멍(20)을 포함하고, 상기 연료 분사 밸브(1)는 밸브 하우징(22)을 포함하며, 상기 밸브 하우징의 재킷 면 상에 링 홈(17)이 제공되고, 상기 수용 공간(20)의 벽에 대해 상기 연료 분사 밸브(1)를 밀봉하기 위한 밀봉 링(2)이 상기 링 홈(17) 내에 삽입된다. 공격적인 연소실 가스 및 함께 운반된 입자로부터 밀봉 링(2)을 열 보호하기 위해, 상기 제 1 링 홈(17)으로부터 볼 때 연소실 측에서 상기 밸브 하우징(22)에, 부품으로 채워지지 않은 개방된 제 2 링 홈(18)이 제공되고, 상기 제 2 링 홈(18)에 의해 연소실 가스의 편향이 효과적으로 가능해진다.
상기 연료 분사 장치는 혼합물 압축식 스파크 점화형 내연 기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하기에 특히 적합하다.

Description

연료 분사 장치{FUEL INJECTION DEVICE}
본 발명은 독립 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 연료 분사 장치에 관한 것이다.
도 1에는 종래 기술에 공지된 연료 분사 장치가 예시적으로 도시되어 있다. 이 경우, 내연 기관의 실린더 헤드의 수용 구멍 내에 삽입된 연료 분사 밸브에서 밀봉 링이 그 하류 단부에서 실린더 헤드에 대한 밀봉을 위해 제공된다. 밀봉 링은 공지된 방식으로 플라스틱으로, 통상 PTFE 또는 하나 이상의 충전제를 함유한 PTFE로 이루어진다. 연료 분사 장치는 혼합물 압축식, 스파크 점화형 내연 기관의 연료 분사 시스템 내에 사용하기에 특히 적합하다.
DE 10 2005 019 313 A1에는 내연 기관의 실린더 헤드의 수용 구멍 내로 삽입된 연료 분사 밸브를 구비한 연료 분사 장치가 개시되어 있다. 이 공지된 해결책에서는, 연소실과 밀봉 링 사이에서 연료 분사 밸브의 노즐 바디에 추가로 배치된 차폐 링에 의해 밀봉 링이 보호된다.
상기 차폐 링은 밀봉 링의 하류 측에서 밀봉 링과 연소실 사이에 배치된다. 차폐 링은 밀봉 링에서 직접 그 자신의 홈 내에 삽입될 수 있다. 그러나 차폐 링은 밀봉 링으로부터 공간적으로 분리되어 자신의 홈 내에 배치될 수 있고, 이로 인해 차폐 링과 밀봉 링 사이의 열 전달이 방지될 수 있다. 차폐 링은 내열성 플라스틱으로 또는 금속으로 저렴하게 제조될 수 있다. 연질 금속 제조와 후속하는 소성 압축은 탄성 스프링 링으로서의 제조와 마찬가지로 가능하다. 차폐 링이 기밀하지 않기 때문에, 조립을 용이하게 하기 위해서는, 차폐 링이 슬롯을 갖도록 형성될 수 있다. 그러나 차폐 링은 간단한 조립 가능성과 동시에 확실한 안착을 보장하기 위해, 톱니를 구비하거나 또는 중첩되도록 설계됨으로써, 실린더 헤드 내에 연료 분사 밸브의 조립 시, 차폐 링이 변위되지 않는다.
DE 10 2008 001 489 A1에는 내연 기관의 실린더 헤드의 수용 구멍 내에 삽입된 연료 분사 밸브를 구비한 다른 연료 분사 장치가 개시되어 있다. 여기서도, 차폐 링은 밀봉 링의 하류 측에서 밀봉 링과 연소실 사이에 배치된다. 차폐 링은 밀봉 링으로부터 공간적으로 분리되어 자신의 홈 내에 배치되고, 이로 인해 차폐 링과 밀봉 링 사이의 열 전달이 방지될 수 있다. 차폐 링은 둥근 단면 또는 반경 방향 외부로 둥근 단면을 갖는다.
이 공지된 실시 예에서는, 불리하게 추가의 비용으로 조립되어야 하는 차폐 링과 같은 추가 부품이 각각 필요하다.
본 발명의 과제는 연료 분사 밸브의 하류 측 단부에 배치된 밀봉 링의 보호를 위한 특히 간단하고 저렴한 유닛을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 연료 분사 장치에 의해 해결된다.
청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 장치는 연료 분사 밸브의 하류 단부에 배치된 밀봉 링의 보호를 위한 특히 간단하고 저렴한 유닛이 형성된다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따라 밀봉 링용 제 1 링 홈으로부터 볼 때 연소실 측에서 연료 분사 밸브의 밸브 하우징에 개방된, 즉 부품으로 채워지지 않은 제 2 링 홈이 제공된다. 상기 제 2 링 홈은 최적의 치수 설계 및 밸브 하우징 상에 최적의 배치의 경우, 수용 구멍 내로 유입되는 연소실 가스의 방향 및 속도가 변경되어 연소실 가스로부터 밀봉 링 내로의 열 전달이 감소하고 결과적으로 밀봉 링에서 바람직하지 않은 재료 손상이 발생하지 않게 한다. 연소실을 향한 오목부를 링 홈의 형태로 밀봉 링을 지지하는 밸브 하우징 내로 형성하면, 바람직하게는 연소실 가스 유동이 반경 방향 성분으로 밸브 하우징 또는 수용 구멍 상으로 편향된다. 연소실 가스로부터의 열전달은 바람직하게는 금속 밸브 하우징 및/또는 금속 수용 구멍 내로 그리고 밀봉 링의 플라스틱 시일로부터 멀리 이루어진다.
가스 유동에 의해 함께 운반된 뜨거운 연소 입자는 제 2 링 홈 내에 침착되므로, 밀봉 링까지 도달하여 그 열 용량으로 인해 밀봉 링을 손상시키는 일이 발생하지 않는다.
종속 청구항들에 제시된 조치들에 의해, 청구항 제 1 항에 제시된 연료 분사 장치의 바람직한 개선이 가능하다.
바람직하게는, 연소실 가스의 유동에서 최적화된 편향을 발생시키기 위해, 제 2 링 홈의 반경 방향 깊이는 밀봉 링에 대한 제 1 링 홈의 반경 방향 깊이의 약 25% 내지 50%, 특히 바람직하게는 약 30% 내지 40%에 상응하도록 선택된다.
또한, 제 2 링 홈과 밸브 피크 사이에 제 3 링 홈을 제공하는 것이 바람직하다. 개방된, 즉 부품으로 채워지지 않은 제 2 링 홈에 의해 최적화된 설계 시 연소실 가스의 소정 편향 효과가 더 커질 수 있다. 또한, 상기 제 3 링 홈의 홈 바닥에서 방향 용접 방법에 의해 밸브 하우징을 의도된 방식으로 향하게 하는 장점이 제공된다.
본 발명의 실시 예들은 도면에 개략적으로 도시되며 이하의 설명에서 상세히 설명될 것이다.
도 1은 공지된 실시 예에 따른 연료 분사 장치의 일부를 나타낸 측면도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 하류 밸브 단부를 구비한 도 1의 부분 Ⅱ의 확대도이며,
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 하류 밸브 단부를 구비한 도 1의 부분 Ⅲ의 확대도이다.
본 발명의 이해를 위해, 이하에서 도 1을 참고로 연료 분사 장치의 공지된 실시 예가 상세히 설명될 것이다. 도 1에는 일 실시 예로서 혼합물 압축식, 스파크 점화형 내연 기관의 연료 분사 시스템용 분사 밸브(1) 형태의 밸브가 측면도로 도시되어 있다. 연료 분사 밸브(1)는 연료 분사 장치의 부분이다. 내연 기관의 연소실(25) 내로 연료를 직접 분사하기 위한 직접 분사식 분사 밸브 형태로 구현된 연료 분사 밸브(1)의 하류 단부는 실린더 헤드(9)의 수용 구멍(20) 내에 설치된다. 특히 TeflonTM 으로 이루어진 밀봉 링(2)은 연료 분사 밸브(1)를 실린더 헤드(9)의 수용 구멍(20)의 벽에 대해 최적으로 밀봉한다.
밸브 하우징(22)의 레지(21; ledge) 또는 지지 요소(19)의 하부 정면(21)과 상기 수용 구멍(20)의 길이 방향에 대해 예컨대 수직으로 연장하는 상기 수용 구멍의 숄더(23) 사이에는 중간 요소 또는 분리 요소(24)가 삽입된다.
연료 분사 밸브(1)의 공급 측 단부(3)는 연료 분배 라인(연료 레일)에 대한 플러그 연결부를 포함하고, 상기 플러그 연결부는 단면도로 도시된 연료 분배 라인(4)의 연결부(6)와 연료 분사 밸브(1)의 공급부(7) 사이의 밀봉 링(5)에 의해 밀봉된다. 연료 분사 밸브(1)는 연료 분배 라인(4)의 연결부(6)의 수용 구멍(12) 내로 삽입된다. 연결부(6)는 실제 연료 분배 라인(4)으로부터 예컨대 일체형으로 나오고, 수용 구멍(12)의 상류에 더 작은 직경의 유동 개구부(15)를 포함하며 상기 유동 개구부(15)를 통해 연료 분사 밸브(1)로의 유입이 이루어진다. 연료 분사 밸브(1)는 연료 분사 밸브(1)를 작동시키기 위한 전기 콘택팅을 위한 전기 커넥터(8)를 포함한다.
연료 분사 밸브(1)와 연료 분배 라인(4)을 반경 방향의 힘없이 서로 이격시키고 상기 연료 분사 밸브(1)를 실린더 헤드의 수용 구멍 내에 확실하게 누르기 위해, 연료 분사 밸브(1)와 연결부(6) 사이에 홀드 다운 장치(10)가 제공된다. 홀드 다운 장치(10)는 클립 형상 부품으로서, 예컨대 스탬핑-벤딩 부품으로서 구현된다. 홀드 다운 장치(10)는 부분 링 형상 기본 요소(11)를 포함하고, 상기 기본 요소로부터 나와 구부러진 상태로 홀드 다운 클립(13)이 연장하고, 상기 홀드 다운 클립(13)은 연결부(6)의 하류 단부 면(14)에서 조립 상태의 연료 분배 라인(4)에 대해 안착된다.
연료 분사 밸브(1)의 밸브 하우징(22)은 다체형으로 구현되고, 도 1에는 개략적으로만 도시되어 있다. 연료 분사 밸브(1)의 하류 단부에서 그 재킷 면 상에 링 홈(17)이 제공되고, 상기 링 홈(17) 내에 밀봉 링(2)이 삽입된다. 밸브 하우징(22)은 상기 하류 단부 영역에서, 조립 상태에서 실린더 헤드(9)의 수용 구멍(20)의 벽에 대해 거의 일정한 거리를 두고 연장되는 실린더형 재킷 면으로 연장된다. 밀봉 링(2)은 밸브 하우징(22)과 실린더 헤드(9)의 수용 구멍(20)의 벽 사이에 그것의 가압에 의해, 연소실 가스가 주변으로 배출되는 것을 방지한다. 밀봉 링(2)은 통상 PTFE와 같은 플라스틱으로 제조되고, 내연 기관의 작동 중에 연소실(25)을 향한 그 측면의 뜨거운, 압축된 연소실 가스의 영향에 연속해서 노출된다. 따라서, 밀봉 링(2)이 심하게 가열될 수 있고, 이는 밀봉 링(2)에서 재료 손상을 일으킬 수 있어서, 밀봉 영역에서 연소실 가스의 누설이 더 이상 확실하게 배제될 수 없을 것이다.
본 발명의 과제는 매우 간단한 구조적 방식으로 밀봉 링(2)을 공격적인 연소실 가스로부터 더 양호하게 보호하는 것이다. 본 발명에 따라 제 1 링 홈(17)으로부터 볼 때 연소실 측에서 밸브 하우징(22)에 개방된, 즉 부품으로 채워지지 않은 제 2 링 홈(18)이 제공된다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 하류 밸브 단부를 구비한 도 1의 부분 Ⅱ의 확대도를 도시한다.
제 2 링 홈(18)은 수용 구멍(20) 내로 유입되는 연소실 가스의 방향 및 속도를 변경시켜, 연소실 가스로부터 밀봉 링(2) 내로의 열 전달이 감소하고 결과적으로 밀봉 링(2)에서 바람직하지 않은 재료 손상이 발생하지 않게 하는 역할을 한다. 연소실(25)을 향한 오목부를 직사각형 단면 형상과는 다른 형상일 수 있는 링 홈의 형상으로 밀봉 링(2)을 지지하는 밸브 하우징(22) 내로 형성하면, 연소실 가스 유동이 반경 방향 성분으로 밸브 하우징(22) 또는 수용 구멍(20) 상으로 편향된다. 연소실 가스로부터의 열전달은 바람직하게는 금속 밸브 하우징(22) 및/또는 금속 수용 구멍(20) 내로 그리고 밀봉 링(2)의 플라스틱 시일로부터 멀리 이루어진다. 금속 밸브 하우징(2)은 작동 중에 그 내부에서의 연료 흐름에 의해 그리고 실린더 헤드(9)는 냉수에 의해 냉각되기 때문에, 전달된 열은 밸브 하우징(22) 및 실린더 헤드(9)의 금속 재료의 열 전달 계수 및 융점보다 훨씬 더 낮은 열 전달 계수 및 훨씬 더 낮은 융점을 갖는 플라스틱 재료의 밀봉 링(2)에 의한 것보다 더 양호하게 방출된다.
가스 유동에 의해 함께 운반된 뜨거운 연소 입자는 제 2 링 홈(18) 내에 침착되므로, 밀봉 링(2)까지 도달하여 그 열 용량으로 인해 밀봉 링(2)을 손상시키는 일이 발생하지 않는다.
연소실 가스의 유동에서 최적화된 편향을 발생시키기 위해, 제 2 링 홈(18)의 반경 방향 깊이는 밀봉 링(2)에 대한 제 1 링 홈(17)의 반경 방향 깊이의 약 25% 내지 50%, 특히 바람직하게는 약 30% 내지 40%에 상응하도록 선택되는 것이 바람직하다. 밸브 하우징(22)에서 링 홈(18)의 축 방향 연장을 형성하는 제 2 링 홈(18)의 폭은 도시된 바와 같이 밀봉 링(2)에 대한 제 1 링 홈(17)의 폭의 약 25% 내지 35%에 상응하지만, 더 넓게 형성될 수도 있다. 공지된 연료 분사 밸브(1)에서, 제 1 링 홈(17)의 하부 홈 측면과 밸브 피크 사이의 밸브 하우징(22)의 축 방향 길이(a)는 약 7㎜ 내지 10㎜이다. 바람직하게는 제 2 링 홈(18)은 제 1 링 홈(17) 전에 비교적 가까이에, 즉 길이(a)에 걸쳐서 볼 때 밀봉 링(2)을 가진 링 홈(17) 전 마지막 1/3에 밸브 하우징(22) 내에 형성된다. 따라서, 제 2 링 홈(18)은 제 1 링 홈(17)의 하부 홈 측면 아래 약 2.5㎜의 범위에 배치될 것이다. 이 범위에서 연소실 가스는 이미 밸브 피크의 영역에서보다 더 차갑다. 제 1 링 홈(17)의 하부 홈 측면과 제 2 링 홈(18)의 상부 홈 측면 사이의 거리(b)는 제조상의 이유 및 강도의 이유로 적어도 제 2 링 홈(18)의 반경 방향 깊이에 상응하거나 약간 더 커야한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 하류 밸브 단부를 구비한 도 1의 부분 Ⅲ의 확대도를 도시한다. 이 실시 예에서는 밸브 하우징(22)의 재킷 면에 추가 제 3 링 홈(27)이 형성된다. 상기 제 3 링 홈(27)은 제 2 링 홈(18)과 밸브 피크 사이에 배치된다; 연소실(25) 쪽으로 더 많이 향해 형성된다. 개방된, 즉 부품으로 채워지지 않은 상기 제 2 링 홈(27)에 의해, 최적화된 설계 시 연소실 가스의 소정 편향 효과가 더 커질 수 있다. 또한, 상기 제 3 링 홈(27)의 홈 바닥에서 방향 용접 방법에 의해 밸브 하우징(22)을 의도된 방식으로 향하게 하는 장점이 있고, 이는 내부로 약간 휘어진 홈 바닥으로 표시되어 있다.
1: 연료 분사 밸브
2: 밀봉 링
17: 제 1 링 홈
18: 제 2 링 홈
20: 수용 구멍
22: 밸브 하우징
25: 연소실
27: 제 3 링 홈

Claims (9)

  1. 특히 연소실(25) 내로 연료를 직접 분사하기 위한, 내연 기관의 연료 분사 시스템용 연료 분사 장치로서, 상기 연료 분사 장치는 적어도 하나의 연료 분사 밸브(1) 및 상기 연료 분사 밸브(1)용 수용 구멍(20)을 포함하고, 상기 연료 분사 밸브(1)는 밸브 하우징(22)을 포함하며, 상기 밸브 하우징의 재킷 면 상에 링 홈(17)이 제공되고, 상기 수용 공간(20)의 벽에 대해 상기 연료 분사 밸브(1)를 밀봉하기 위한 밀봉 링(2)이 상기 링 홈(17) 내에 삽입되는, 상기 연료 분사 장치에 있어서,
    제 1 링 홈(17)으로부터 볼 때 연소실 측에서 상기 밸브 하우징(22)에, 부품으로 채워지지 않은 개방된 제 2 링 홈(18)이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 링 홈(18)의 반경 방향 깊이는 상기 밀봉 링(2)에 대한 상기 제 1 링 홈(17)의 반경 방향 깊이의 약 25% 내지 50%, 특히 약 30% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브 하우징(22)에서 상기 링 홈(18)의 축 방향 연장을 형성하는 상기 제 2 링 홈(18)의 폭은 상기 밀봉 링(2)에 대한 상기 제 1 링 홈(17)의 폭의 약 25% 내지 35%인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 링 홈(18)은 상기 밸브 하우징(22)에서 상기 제 1 링 홈(17) 가까이에, 즉 밸브 피크로부터 상기 제 1 링 홈(17)까지의 길이(a)에 걸쳐서 볼 때 상기 밀봉 링(2)을 가진 상기 링 홈(17) 전 마지막 1/3에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 링 홈(17)의 하부 홈 측면과 상기 밸브 피크 사이의 상기 밸브 하우징(22)의 축 방향 길이(a)는 7㎜ 내지 10㎜이고 상기 제 2 링 홈(18)은 상기 제 1 링 홈(17)의 하부 홈 측면 아래 약 2.5㎜의 범위에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 링 홈(17)의 상기 하부 홈 측면과 상기 제 2 링 홈(18)의 상부 홈 측면 사이의 거리(b)는 적어도 상기 제 2 링 홈(18)의 반경 방향 깊이에 상응하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 링 홈(18)은 거의 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 하우징(22)의 재킷 면에는 부품으로 채워지지 않은 개방된 적어도 하나의 추가의 제 3 링 홈(27)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 링 홈(27)의 홈 바닥에서 상기 밸브 하우징(22)이 방향 용접 방법에 의해 방향을 향할 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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