KR20200058557A - 연료 분사 밸브용 반사 방지 장치 및 연료 분사 밸브 - Google Patents

연료 분사 밸브용 반사 방지 장치 및 연료 분사 밸브 Download PDF

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Abstract

연료 분사 밸브(1) 내부로 압력파가 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지 장치(29)로서, 상기 반사 방지 장치(29)는 - 제1 베이스 측(33), 제2 베이스 측(35) 및 외부 표면(36)을 갖는 본질적으로 원통형 베이스 본체(31); - 압력파의 전파 방향과 평행하게 배향되도록 의도된 길이 방향 축(L)으로서, 상기 제1 베이스 측(33) 및 상기 제2 베이스 측(35)을 관통하는 상기 길이 방향 축(L); 및 - 상기 제1 베이스 측(33)과 상기 제2 베이스 측(35) 사이에 형성된 연료 흐름 경로(47)로서, 상기 길이방향 축(L) 주위에 곡선을 형성하는 상기 연료 흐름 경로(47)를 포함한다.

Description

연료 분사 밸브용 반사 방지 장치 및 연료 분사 밸브
본 발명은 연료 분사 밸브 내부로 압력파가 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 반사 방지 장치를 구비한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
차량의 연소 챔버에 연료를 직접 또는 간접 분사하기 위한 분사 밸브가 문헌 EP 2 333 297 B1에 개시되어 있다. 이러한 분사 밸브, 특히 고압 밸브의 하나의 일반적인 문제점은 분사 이벤트에 의해 압력파 또는 압력 맥동이 발생된다는 것이다.
밸브를 개방할 때 분사기 내부의 압력 상태가 안정적이지 않거나 알려지지 않은 경우, 분사된 연료의 양을 제어할 수 없기 때문에, 내부 압력 맥동은 특히 다중 분사 응용에서 문제를 일으킨다.
밸브를 제어됨이 없이 재개방하면 팁이 습윤되고 연소 문제가 발생하여 입자의 배출량을 증가시킨다. 또한, 분사기의 팁에 부착된 입자가 성장하면 분사기의 성능에 영향을 미친다.
본 발명의 목적은, 압력파, 특히 레일로부터 오는 압력파가 분사기 내부로 전파되는 것을 차단하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항의 특징을 갖는 반사 방지 장치 및 분사 밸브에 의해 달성된다.
유리한 실시예 및 개선은 종속 청구항, 다음의 설명 및 도면에 제시된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 연료 분사 밸브 내부로 압력파가 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지 장치가 제공된다. "압력파가 반사되는 것을 방지하기 위한"이라는 표현은 또한 압력파가 반사되는 것을 완전히 억제하는 것이 아니라 특히 크게 감소시키는 실시예를 포함한다.
반사 방지 장치는 제1 베이스 측, 제2 베이스 측 및 외부 표면을 갖는 본질적으로 원통형 베이스 본체를 포함한다. 상기 외부 표면은 특히 상기 베이스 본체의 실린더 축을 따라 특히 상기 제1 베이스 측으로부터 상기 제2 베이스 측으로 연장되고, 상기 제1 베이스 측과 상기 제2 베이스 측을 서로 유리하게 연결할 수 있다. 상기 반사 방지 장치는 압력파의 전파 방향과 평행하게 배향되도록 의도된 길이방향 축(L)을 더 포함하고, 상기 길이방향 축은 상기 제1 베이스 측 및 상기 제2 베이스 측을 관통한다. 유리한 실시예에서, 상기 길이 방향 축은 상기 베이스 본체의 실린더 축과 평행하고 바람직하게는 동축이다. 상기 반사 방지 장치는 상기 제1 베이스 측과 상기 제2 베이스 측 사이에 형성된 연료 흐름 경로를 더 포함하고, 상기 흐름 경로는 상기 길이방향 축(L) 주위에 곡선을 형성한다. 상기 원통형 베이스 본체는 일 실시예에서 외부 표면 상에 형성된 흐름 경로를 가질 수 있다.
본질적으로 원통형 베이스 본체에 의해, 특히 상기 원통형 베이스 본체를 원통형 중공 몸체에 끼울 수 있는 것으로 이해된다. 즉, 상기 베이스 본체는 원통형의 기본 형상을 갖는다. 상기 베이스 본체는, 예를 들어, 상기 흐름 경로를 형성하도록 구조화된 구조화된 주변부를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 구조화된 주변부의 포락선은 또한 원통형 형상을 갖는다.
이러한 반사 방지 장치는 상기 제1 베이스 측으로부터 와서 상기 반사 방지 장치를 통해 상기 제2 베이스 측으로 흐르는 연료가 상기 길이방향 축(L) 주위로 곡선 경로를 취하도록 강제된다는 장점을 갖는다. 이것은 에너지를 소산시키고 압력 맥동을 감쇠시키는 데 도움을 준다.
압력파가 상기 반사 방지 장치를 통해 들어가서 상기 분사기 내부로 반사되는 경우, 상기 압력파는 곡선 흐름 경로 상의 상기 반사 방지 장치를 통해 들어가며 회전 에너지를 갖는 연료와 만나게 된다. 반사된 압력파가 상기 반사 방지 장치를 통해 복귀하는 경우 이 압력파는 먼저 이 회전 에너지를 극복하고 상기 반사 방지 장치에 다시 들어가기 위해 흐름 방향을 전환해야 한다. 이에 따라 많은 양의 에너지가 소산된다. 그 결과, 상기 분사기 내부에 정재파가 형성되지 않아 압력파가 감쇠된다.
일 실시예에 따르면, 상기 흐름 경로는 상기 길이방향 축(L) 주위로 나선형 곡선 형태를 가진다. 다시 말해, 상기 흐름 경로는 중심선을 갖고 상기 길이방향 축(L) 주위, 특히 상기 베이스 본체의 실린더 축 주위에 나선형 곡선이다.
이 실시예는 상기 반사 방지 장치 상에 나선형 곡선이 용이하게 형성될 수 있고 나선형 곡선이 연료에 회전 흐름을 생성하는데 도움을 준다는 장점을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 상기 베이스 본체는 원통형 내부 구획 및 외부 구획을 갖고, 상기 외부 구획은 상기 내부 구획의 원주 표면 상에 형성된 나선형 곡선 벽을 포함하고 이 곡선 벽은 상기 원통형 내부 구획과 동축으로 배열되고, 상기 흐름 경로는 상기 내부 구획의 원주 표면 및 상기 벽의 2개의 인접한 선회부에 의해 형성된다.
이 실시예는 상기 내부 구획의 원주 표면에 나사산을 형성함으로써 흐름 경로를 용이하게 생성할 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 나사산은 제조하기 용이하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흐름 경로는 1㎟ 내지 4㎟의 단면적을 갖는다. 단면적이 1㎟ 내지 4㎟이면 상기 반사 방지 장치에 걸쳐 무시할 수 있는 전체 압력 강하를 달성할 수 있다. 흐름 경로의 단면적은 밸브 자체의 방출율로 조정될 수 있다. 많은 유형의 밸브에서 3㎟ 내지 4㎟의 단면적이 적합하다.
상기 베이스 본체는 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 상기 베이스 본체는 예를 들어 스테인리스 강과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 상기 베이스 본체는 사출 성형에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 베이스 본체 내에 상기 베이스 본체와 동축으로 중공 원추부(hollow cone)가 형성되고, 상기 중공 원추부의 베이스 평면은 상기 제1 베이스 측의 일부를 형성하도록 배향된다.
이것은 압력파가 1보다 더 낮은 계수를 갖는 원추 형상으로 반사되어 압력파의 감쇠를 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 상기 중공 원추부는 30° 내지 100°의 개구 각도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 유체 입구 부분 및 유체 출구 부분을 갖는 공동을 포함하는 중심 길이방향 축을 갖는 밸브 본체를 포함하는 연료 분사 밸브가 제공된다. 상기 연료 분사 밸브는 상기 공동 내에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들을 더 포함하고, 상기 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 상기 유체 출구 부분을 통한 유체 흐름을 방지하고, 다른 위치에서 상기 유체 출구 부분을 통한 유체 흐름을 허용한다.
상기 분사 밸브는 상기 밸브 니들을 작동시키도록 설계된 전자기 액추에이터 유닛을 추가로 포함한다.
또한, 상기 분사 밸브는, 상기 공동 내에 배열되고 상기 제1 베이스 측이 상기 유체 입구 부분을 향해 배향된, 전술한 바와 같은 적어도 하나의 반사 방지 장치를 포함한다.
상기 연료 분사 밸브는 상기 레일로부터 들어오는 압력파를 감쇠시켜 압력파가 상기 분사기로 전달되는 것을 방지하는 장점을 갖는다. 또한, 상기 분사기 습식 경로는 상기 레일로부터 분리된 것으로 간주될 수 있으며, 이는 상기 분사기 내부의 압력 상태의 안정성을 향상시켜 상기 밸브의 재개방 이벤트를 방지할 수 있다. 추가적으로, 상기 반사 방지 장치는 연료 펌프 및 레일 및 다른 분사기에 의해 발생된 잡음으로부터 분사기를 분리시키는데 유용할 수 있다.
상기 반사 방지 장치는 특히 상기 전자기 액추에이터 유닛의 전기자의 상류에 배열될 수 있다.
상기 반사 방지 장치는 상기 분사기의 유체 입구 부분 부근에 배열되어, 상기 레일로부터 들어오는 압력파를 가능한 빨리 감쇠시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 반사 방지 장치는 상기 밸브 본체의 입구 튜브에 압입된다(press-fitted). 이것은 상기 반사 방지 장치가 용이하게 장착될 수 있다는 장점을 갖는다.
상기 반사 방지 장치 및 상기 유체 분사 밸브의 추가 장점, 유리한 실시예 및 개선은 개략적인 도면과 관련하여 후술되는 예시적인 실시예로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 밸브의 단면도;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사 방지 장치를 도시하는 여러 도면; 및
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사 방지 장치를 도시하는 여러 도면.
도 1은 내연 엔진으로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브(1)를 도시한다. 분사 밸브(1)는 중심 길이 방향 축(L)을 갖는 밸브 본체(4)를 갖는 밸브 조립체(3)를 포함한다. 밸브 본체(4)는 유체 입구 부분(5) 및 유체 출구 부분(7)을 갖는 공동(9)을 포함한다.
공동(9) 내에는 밸브 니들(11)이 축 방향으로 이동 가능하게 배열된다. 밸브 니들(11)은 폐쇄 위치에서 유체 출구 부분(7)을 통한 유체 흐름을 방지한다. 이를 달성하기 위해, 니들(11)은 밸브 본체(4)의 밸브 안착부(상세히 도시되지 않음)와 상호 작용하는, 하부 단부에 용접된 볼(ball)(13)을 갖는다.
분사 밸브(1)는 밸브 니들(11)을 작동시키기 위해 전자기 액추에이터 유닛(20)을 더 포함한다. 액추에이터 유닛(20)은, 니들(11)에 고정되거나 일부 다른 방식으로 니들(11)에 결합되어 자기장에 응답하여 니들(11)을 공동(9) 내에서 축 방향으로 이동시킬 수 있는 전기자(21)를 포함한다. 액추에이터 유닛(20)은 자기장을 유도하기 위해 통전될 수 있는 코일(23)을 더 포함한다. 자기장은 전기자(21)에 작용하여 전기자 및 이와 함께 니들(11)을 교정 스프링(25)의 힘에 대항하여 상방으로 이동시킨다. 이에 따라, 볼(13)이 밸브 안착부를 떠나 연료가 유체 출구 부분(7)을 통해 방출된다.
자기장이 중단되면, 교정 스프링(25)의 힘에 의해 밸브 니들(11)이 하방으로 이동하고 이에 유체 출구 부분(7)이 다시 폐쇄된다.
공동(9)은 입구 튜브(27)에 의해 둘러싸인 상부 부분을 갖는다. 입구 튜브(27)는 연료 입구 부분(5)에 가장 가까운 밸브 본체(4) 부분이다. 공동(9)의 이 부분에서, 레일로부터 와서 유체 입구 부분(5)을 통해 들어가는 압력 맥동이 전파된다. 압력 맥동의 에너지를 소산시키고, 압력파가 분사기(1) 내부로 전달되는 것을 방지하기 위해, 반사 방지 장치(29)가 공동(9) 내에 배열되고 입구 튜브(27)에 압입된다.
반사 방지 장치(29)의 상세는 도 2 및 도 3에 도시된다.
도 2a)는 반사 방지 장치(29)의 측면도를 도시하고, 도 2b)는 위로부터 반사 방지 장치(29)를 본 것을 도시하고, 도 2c)는 반사 방지 장치(29)의 단면도를 도시하고, 도 2d)는 아래로부터 반사 방지 장치(29)를 본 것을 도시한다.
도 2에 따른 반사 방지 장치(29)는 본 발명의 제1 실시예이며, 밸브 본체(4)와 동축으로 배열된 원통형 베이스 본체(31)를 갖는다. 베이스 본체(31)는 내부 구획(38)과 외부 구획(39)을 갖는다. 내부 구획(38)은 원주 표면(37)을 갖는 실린더 형태를 갖는다. 원주 표면(37)은 특히 이 실시예 및 다른 실시예에서 내부 구획(38)의 외부 표면이다. 반사 방지 장치(29)는 제1 베이스 측(33) 및 제2 베이스 측(35) 및 외부 표면을 더 포함한다. 외부 표면(36)에는 원주 표면(37) 상에 나사산(43)을 형성하는 벽(45)이 배열된다. 따라서 벽(45)은 원주 표면(37) 주위에 나선형 곡선으로 연장되고 원통형 내부 구획(38)과 동축으로 배열된다. 벽(45)의 단일 선회부들 사이에서, 유체 입구 부분(5)을 통해 분사기(1)에 들어가는 연료에 대한 흐름 경로(47)가 형성된다. 이 실시예에서 정사각형 단면을 갖는 흐름 경로(47)는 3㎟ 내지 4㎟의 단면적을 갖는다.
유체 입구 부분(5)을 통해 들어가고 유체 출구 부분(7)을 통해 분사기(1)를 빠져나가도록 의도된 모든 연료는 흐름 경로(47)를 통과해야 한다.
반사 방지 장치(29)는 베이스 본체(31)와 동축으로 베이스 본체(31) 내에 배열된 중공 원추부(41)를 더 갖는다. 30° 내지 100°의 개구 각도를 가질 수 있는 중공 원추부(41)는 유체 입구 부분(5)을 통해 분사기(1)에 들어가는 압력파의 감쇠를 개선시킨다.
이를 달성하기 위해, 반사 방지 장치(29)는 제1 베이스 측(33)이 유체 입구 부분(5)을 향하고 제2 베이스 측(35)이 유체 출구 부분(7)을 향해 배향되도록 배열된다.
연료가 반사 방지 장치(29)에 들어갈 때, 흐름은 나선형 곡선 흐름 경로(47)로 강제된다. 따라서, 회전 흐름이 생성된다. 회전 흐름은 반사 방지 장치(29) 아래의 공동(9)으로부터 반사 방지 장치(29) 위의 공동(9)을 분리시킨다. 또한, 분사기(1) 내에서 반사되어 유체 입구 부분(5)을 향해 전파되는 압력파에 의해 흐름의 회전이 정지하게 된다. 그러나 흐름의 회전이 정지하면 에너지를 소산시키게 된다. 따라서, 분사기(1) 내부로 압력파가 전파 및 반사되는 것이 최소화된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사 방지 장치(29)를 도시하는 여러 도면을 도시한다. 이 실시예는 원주 표면(37) 상에 형성된 나사산(43)의 형태만 있는 도 2에 도시된 제1 실시예와는 상이하다. 제2 실시예에 따르면, 벽(45)은 흐름 경로(47)의 단면에 비해 더 두꺼워서, 이에 의해 흐름 경로(47)의 길이를 감소시킨다.

Claims (10)

  1. 연료 분사 밸브(1) 내부로 압력파가 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지 장치(29)로서,
    - 제1 베이스 측(33), 제2 베이스 측(35) 및 외부 표면(36)을 갖는 본질적으로 원통형 베이스 본체(31);
    - 압력파의 전파 방향과 평행하게 배향되도록 의도된 길이 방향 축(L)으로서, 상기 제1 베이스 측(33) 및 상기 제2 베이스 측(35)을 관통하는 상기 길이 방향 축(L); 및
    - 상기 제1 베이스 측(33)과 상기 제2 베이스 측(35) 사이에 형성된 연료 흐름 경로(47)로서, 상기 길이방향 축(L) 주위에 곡선을 형성하는 상기 흐름 경로(47)를 포함하는, 반사 방지 장치(29).
  2. 제1항에 있어서, 상기 흐름 경로(47)는 상기 길이방향 축(L) 주위로 나선형 곡선 형태를 갖는, 반사 방지 장치(29).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스 본체(31)는 원통형 내부 구획(38) 및 외부 구획(39)을 포함하고, 상기 외부 구획은 상기 내부 구획(38)의 원주 표면(37) 상에 형성된 나선형 벽(45)을 포함하고, 상기 나선형 벽은 상기 원통형 내부 구획(38)과 동축으로 배열되고, 상기 흐름 경로(47)는 상기 내부 구획(38)의 원주 표면(37) 및 상기 나선형 벽(45)의 2개의 인접한 선회부에 의해 형성된, 반사 방지 장치(29).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흐름 경로(47)는 1㎟ 내지 4㎟의 단면적을 갖는, 반사 방지 장치(29).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 본체(31)는 플라스틱 재료로 형성되는, 반사 방지 장치(29).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 본체(31)는 금속으로 형성되는, 반사 방지 장치(29).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중공 원추부(41)는 상기 베이스 본체(31)와 동축으로 상기 베이스 본체(31) 내에 형성되고, 상기 중공 원추부의 베이스 평면은 상기 제1 베이스 측(33)의 일부를 형성하도록 배향되는, 반사 방지 장치(29).
  8. 연료 분사 밸브(1)로서,
    - 유체 입구 부분(5) 및 유체 출구 부분(7)을 갖는 공동(9)을 포함하는 중심 길이 방향 축(L)을 갖는 밸브 본체(4),
    - 상기 공동(9) 내에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(11)로서, 폐쇄 위치에서 상기 유체 출구 부분(7)을 통한 유체 흐름을 방지하고, 다른 위치에서 상기 유체 출구 부분(7)을 통한 유체 흐름을 허용하는 상기 밸브 니들(11),
    - 상기 밸브 니들(11)을 작동시키도록 설계된 전자기 액추에이터 유닛(20), 및
    - 상기 공동(9) 내부에 배열되고, 상기 제1 베이스 측(33)이 상기 유체 입구 부분(5)을 향하여 배향된, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 반사 방지 장치(29)를 포함하는, 연료 분사 밸브(1).
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사 방지 장치(29)는 상기 전자기 액추에이터 유닛(20)의 전기자(21)의 상류에 배열되는, 연료 분사 밸브(1).
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 반사 방지 장치(29)는 상기 밸브 본체(4)의 입구 튜브(27)에 압입되는(press-fitted), 연료 분사 밸브(1).
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