KR20200067762A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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랄프 크로머
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)는 연료 분배 라인(4)의 수용 개구(12)에 대한 유입편(7)의 밀봉이 개선되는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 유입 측 밀봉 링(5) 아래에 맞물리는 지지 링(25)이 유입편(7)에 제공되고, 상기 지지 링(25)은 상기 유입편(7)의 숄더(26) 상에 지지되는 평평한 하부면(31), 및 이것에 대해 수직으로 형성된 재킷 면(33)을 포함하며, 상기 재킷 면(33)으로부터 반경 방향 내측으로 상부면(34)이 하부면(31)을 향해 비스듬히 경사져 연장되므로, 상기 지지 링(25)은 삼각형 단면을 갖는다. 상기 밀봉 링(5)은 바람직하게는 비스듬히 경사진 상부면(34)에 놓일 수 있다.
상기 연료 분사 밸브는 혼합물 압축식 스파크 점화형 내연 기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하기에 특히 적합하다.

Description

연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1은 예를 들어 종래 기술에 알려진 연료 분사 장치를 도시하며, 그 유입편은 엘라스토머로 이루어진 알려진 밀봉 링에 의해 연료 분배 라인의 수용 컵에 대해 밀봉된다. 연료 분사 장치는 혼합물 압축식 스파크 점화형 내연 기관의 연료 분사 시스템에 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 연료 분사 밸브는 많이 알려져 있고, 예를 들어 DE 103 59 299 A1에 알려져있다.
DE 10 2017 207 091 A1에는 이미 연료 분사 밸브가 개시되어 있으며, 이 연료 분사 밸브는 유입 측에 원추형 접속편을 포함한다. 접속편은 밀봉 섹션을 포함하고, 연료 분배 라인의 수용 컵에 대한 밀봉을 위한 환형 밀봉 요소가 상기 밀봉 섹션 상에 배치된다. 환형 밀봉 요소는 길이 방향 축에 대해 원주 방향으로 밀봉 섹션을 둘러싼다. 또한, 환형 밀봉 요소는 지지 링에 의해 밀봉 섹션의 하단에 지지된다. 접속편의 밀봉 섹션은 적어도 환형 밀봉 요소와 지지 링이 접속편을 둘러싸는 영역에서, 길이 방향 축을 따라 확대되는 원주로, 즉 테이퍼되어 형성된다.
본 발명의 과제는 연료 분배 라인의 수용 개구에 대한 유입편의 밀봉이 개선된, 연료 분사 밸브 및 연료 분사 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항들의 특징들을 갖는 연료 분사 밸브 및 연료 분사 장치에 의해 해결된다.
청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 연료 분배 라인의 수용 개구에 대한 유입편의 밀봉이 개선된다는 장점을 갖는다. 이를 위해, 바람직하게는 유입 측 밀봉 링 아래에 맞물리는 지지 링이 유입편 상에 제공되고, 지지 링은 유입편의 숄더 상에 지지되는 평평한 하부면, 및 이것에 대해 수직으로 형성된 재킷 면을 포함하며, 상기 재킷 면으로부터 반경 방향 내측으로 상부면이 하부면을 향해 비스듬히 경사져 연장되므로, 지지 링은 삼각형 단면을 갖는다. 밀봉 링은 바람직하게는 비스듬히 경사진 상부면 상에 놓일 수 있다. 밀봉 링에 시스템 압력이 제공되면, 밀봉 링은 지지 링의 방향으로 이동되어 지지 링을 유입편의 숄더에 대해 축 방향으로 가압한다. 지지 링의 바람직하게는 원추형인 상부면에 의해, 지지 링의 바람직하게는 원통형인 재킷 면은 밀봉 링으로부터 수용 개구의 벽으로 가압된다. 이는 밀봉 링이 지지 링과 수용 개구의 벽 사이에서 압출되는 것을 방지한다. 지지 링이 유입편 상에 축 방향으로 평평하게 놓이기 때문에, 수용 개구 내에서 연료 분사 밸브의 특정 반경 방향 이동이 가능하다.
종속 청구항들에 제시된 조치들에 의해, 청구항 제 1 항에 제시된 연료 분사 밸브의 바람직한 개선이 가능하다.
연료 분사 밸브의 유입편 상에 반경 방향 지지 디스크를 누름으로써, 연료 분사 밸브가 연료 분배 라인의 접속편의 수용 개구 내에 포획 방식으로(in a captive manner) 사전 조립될 수 있다. 바람직하게는, 유입편의 엔드 칼라 상의 반경 방향 지지 디스크는 유동 방향으로 볼 때 유입편 상에 장착된 밀봉 링 전에 배치된다. 따라서, 연료 분사 밸브의 유입편 상의 반경 방향 지지 디스크가 매우 쉽고 저렴하게 부착될 수 있다. 반경 방향 지지 디스크는 이상적으로는 전체 부품 높이에 걸쳐 축 방향으로 연장되는 슬롯을 갖고, 상기 슬롯을 통해, 반경 방향 지지 디스크를 연료 분사 밸브에 그 가요성에 의해 특히 쉽게 장착하고 공차를 보상하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시 예들은 도면에 개략적으로 도시되며 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 알려진 실시 예에 따른 연료 분사 장치의 부분을 도시하고,
도 2는 연료 분배 라인의 수용 개구 영역에서 제 1 알려진 유압 인터페이스를 도시하며,
도 3은 연료 분배 라인의 수용 개구 영역에서 제 2 알려진 유압 인터페이스를 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 지지 링을 갖는 연료 분배 라인의 수용 개구 영역에서의 유압 인터페이스를 도시하며,
도 5는 지지 링의 제 1 실시 예의 단면도이고,
도 6은 지지 링의 제 2 실시 예의 단면도이다.
본 발명을 이해하기 위해, 연료 분사 장치의 알려진 실시 예가 도 1을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명 될 것이다. 도 1에는 실시 예로서 혼합믈 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 밸브의 형태로 설계된 연료 분사 밸브(1)의 하류 단부가 실린더 헤드(9)의 수용 보어(20) 내로 삽입된다. 특히 PTFE 또는 충전제를 갖는 PTFE로 제조된 밀봉 링(2)은 실린더 헤드(9)의 수용 보어(20)의 벽에 대하여 연료 분사 밸브(1)의 최적의 밀봉을 보장한다.
밸브 하우징(22)의 스텝(21)(도시되지 않음) 또는 지지 요소(19)의 하단면(21)(도 1)과 수용 보어(20)의 길이 방향에 대해 예를 들어 수직으로 연장된 수용 보어(20)의 숄더(23) 사이에는 중간 요소(24)가 삽입된다. 중간 요소(24)는 예를 들어 댐핑 요소 또는 디커플링 요소로서 사용된다. 이러한 중간 요소(24)에 의해, 제조 및 조립 공차가 보상되고, 연료 분사 밸브(1)의 약간의 오정렬에서도 횡력 없는 지지가 보장된다.
연료 분사 밸브(1)의 유입 측 단부(3)는 연료 분배 라인(연료 레일)(4)에 대한 플러그 연결부를 포함하며, 상기 플러그 연결부는 단면도로 도시된, 연료 분배 라인(4)의 접속편(레일 컵)(6)과 연료 분사 밸브(1)의 유입편(7) 사이의 밀봉 링(5)에 의해 밀봉된다. 연료 분사 밸브(1)는 연료 분배 라인(4)의 접속편(6)의 수용 개구(12) 내로 삽입된다. 접속편(6)은 실제 연료 분배 라인(4)으로부터 예를 들어 일체로 나오며, 수용 개구(12)의 상류에 더 작은 직경의 유동 개구(15)를 갖고, 상기 유동 개구(15)를 통해 연료 분사 밸브(1) 내로의 유입이 이루어진다. 연료 분사 밸브(1)는 연료 분사 밸브(1)를 작동시키기 위한 전기 콘택팅을 위한 전기 접속 플러그(8)를 갖는다.
전기 접속 플러그(8)는 상응하는 전기 연결부를 통해 도시되지 않은 액추에이터에 연결되고, 상기 액추에이터의 여기에 의해 밸브 니들의 스트로크 운동이 달성될 수 있어서, 밸브 시트면과 함께 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 바디의 작동이 가능해진다. 이들 후자의 부품들은 명확히 도시되지 않으며 잘 알려진 디자인을 가질 수 있다. 액추에이터는 예를 들어 전자기, 압전 또는 자기 변형으로 작동될 수 있다.
연료 분사 밸브(1)와 연료 분배 라인(4)을 실질적으로 반경 방향으로 힘없이 서로 이격시키고 연료 분사 밸브(1)를 실린더 헤드(9)의 수용 보어(20) 내에 확실하게 홀드 다운하기 위해, 홀드 다운 장치(10)가 연료 분사 밸브(1)와 접속편(6) 사이에 제공된다. 홀드 다운 장치(10)는 클립형 부품으로서, 예를 들어 스탬핑-벤딩된 부품으로서 설계된다. 홀드 다운 장치(10)는 홀드 다운 클립(13)이 구부러지기 시작하는 부분 환형 베이스 요소(11)를 포함하고, 상기 홀드 다운 클립(13)은 설치된 상태에서 접속편(6)의 하류 단부면(14)에서 연료 분배 라인(4)에 안착된다.
도 2 및 도 3은 연료 분배 라인(4)의 수용 개구(12) 영역에서 알려진 유압 인터페이스를 도시하며, 도 2에 도시된 구조는 도 1의 구조와 동일하다. 이 실시 예에서, 연료 분사 밸브(1)의 유입편(7)은 원통형으로 형성된다. 밀봉 링(5)은 수용 개구(12)의 내벽과 유입편(7) 사이에 클램핑된다. 또한, 지지 링(25)은 밀봉 링(5) 아래에 제공되며, 예를 들어 유입편(7)의 숄더(26)에 지지된다. 연료 분사 밸브(1)는 지지 링(25)을 통해 반경 방향으로 지지된다. 밀봉 링(5)의 미끄러짐은 이러한 방식으로 배제된다. 이와 관련하여, 밀봉 링(5)의 압력은 영향을 받지 않는다.
도 2의 연료 분배 라인(4)의 수용 개구(12) 영역에서의 유압 인터페이스의 구성과는 달리, 도 3에 도시된 연료 분사 밸브(1)의 유입편(7)에는 원추형 섹션이 제공되고, 상기 원추형 섹션은 마찬가지로 원추형인 내부 개구를 갖는 지지 링(25)에 의해 그리고 부분적으로 밀봉 링(5)에 의해 둘러싸인다. 유입편(7)의 원추형 벽에 반경 방향 힘이 특히 축 방향 힘 성분으로도 분포되기 때문에, 지지 링(25)의 축 방향 힘이 밀봉 링(5)의 변위 힘보다 클 때, 밀봉 링(5)이 원추형 섹션으로부터 상향으로 미끄러질 위험이 있다. 이러한 미끄러짐은 밀봉 링(5)의 압력 감소를 수반할 수 있다. 따라서, 연료 분사 밸브(1)의 이 실시 예에서, 연료 분사 밸브(1)는 유입 측 단부(3)의 포획 고정(captive securing)을 위해 엔드 칼라(29)의 영역에 반경 방향 지지 디스크(30)를 포함한다. 반경 방향 지지 디스크(30)는 플라스틱(예를 들어, PEEK, PPS, POM) 또는 금속(예를 들어, 알루미늄)으로 이루어질 수 있는 얇고 콤팩트한 디스크로서 구현된다. 반경 방향 지지 디스크(30)는 예를 들어 보조 맨드릴을 통해 축 방향으로 상부로부터 연료 분사 밸브(1) 상에 장착된다. 대안으로서, 반경 방향 지지 디스크(30)는 스프레더 또는 유사한 공구에 의해 장착될 수 있다. 이와 관련하여, 반경 방향 지지 디스크(30)는 유동 방향으로 볼 때 밀봉 링(5) 전에 배치된다.
도 4는 도 3과 동일한 도시 방식으로, 본 발명에 따른 원주 방향 지지 링(25)을 구비한 연료 분배 라인(4)의 수용 개구(12) 영역에서의 유압 인터페이스를 도시하며, 상기 지지 링(25)은 상기 반경 방향 지지 디스크(30)의 선택적인 부착 전에 연료 분사 밸브(1)의 유입편(7) 상에 끼워진다. 지지 링(25)은 밀봉 링 (5) 아래에 맞물리는 것을 특징으로 하며, 지지 링(25)은 유입편(7)의 축 방향으로 평평한 숄더(26) 상에 지지되는 평평한 하부면(31), 및 이것에 대해 수직으로 형성된 재킷 면(33)을 갖는다. 상기 재킷 면(33)으로부터 반경 방향 내측으로 상부면(34)이 하부면(31)을 향해 비스듬히 경사져 연장되므로, 지지 링(25)은 삼각형 단면을 갖는다. 이러한 방식으로, 연료의 시스템 압력 하에서, 지지 링(25)과 유입편(7) 사이에서 밀봉 링(5)의 압출이 방지되는 것이 보장된다. 지지 링(25)의 재킷 면(33) 상의 외경은 수용 개구(12)의 내경보다 약간 더 작게 선택되므로, 바람직하게는 헐거운 끼워맞춤이 존재한다. 수용 개구(12)에 대한 지지 링(25)의 재킷 면(33)에 대해 중간 끼워맞춤(transition fit) 또는 최소 프레스 끼워맞춤도 가능하다.
도 5는 지지 링(25)의 제 1 실시 예의 단면도를 도시하고, 여기서 지지 링(25)의 상부면(34)은 재킷 면(33)으로부터 반경 방향 내측으로 하부면(31)까지 비스듬히 경사져 연장된다. 이와는 달리, 도 6은 지지 링(25)의 제 2 실시 예의 단면도를 도시하며, 여기서 지지 링(25)의 상부면(34)은 재킷 면(33)으로부터 반경 방향 내측으로 하부면(31)을 향해 비스듬히 경사져 연장되고, 재킷 면(33)에 대해 평행한, 축 방향으로 짧은 내부면(35)이 연결되므로, 상부면(34)과 하부면(31) 사이에 스텝이 형성된다. 상기 스텝은 밀봉 링(5)의 손상이 배제될 수 있을 정도로 작은 치수를 갖는다.
도시된 두 실시 예에서, 재킷 면(33)은 하부면(31)을 지나 축 방향으로, 유입편(7) 상에 지지 링(25)의 사전 센터링을 위한 얇은 벽의 환형 칼라(32)로서 계속된다. 이 경우, 칼라(32)는 전체 재킷 면(33)의 축 방향 길이의 대략 절반이다. 지지 링(25)의 칼라(32)는 칼라(32)에 의해 둘러싸인 섹션에서 유입편(7)의 외경보다 큰 내경을 가지므로, 유입편(7)에 대한 약간의 반경 방향 유격이 존재한다. 칼라(32)는 사전 센터링을 위해 바람직한 설계 특징이지만, 선택적으로만 제공될 수 있음이 강조된다. 이와 관련하여, 지지 링(25)의 기본 구조가 항상 삼각형 단면을 가지므로, 밀봉 링(5)은 바람직하게는 비스듬히 경사진 상부면(34) 상에 놓여 연료의 시스템 압력 하에서 지지될 수 있다. 지지 링(25)은 예를 들어 약 10-20% 유리 섬유를 갖는 폴리아미드 PA66과 같은 플라스틱으로 이루어진다.
유입편(7)을 접속편(6) 내에 장착할 때, 지지 링(25)은 접속편(6) 내에서 센터링된다. 유입편(7)에 대해 반경 방향 유격을 갖는 지지 링(25)의 선택적으로 존재하는 축 방향 칼라(32)는 사전 센터링을 제공한다. 밀봉 링(5)에 시스템 압력이 제공되면, 밀봉 링(5)은 지지 링(25)의 방향으로 이동되어 이것을 축 방향으로 유입편(7)의 숄더(26)에 대해 가압한다. 지지 링(25)의 바람직하게는 원추형인 상부면(34)에 의해, 그것의 바람직하게는 원통형인 재킷 면(33)이 밀봉 링(5)으로부터 수용 개구(12)의 벽으로 가압된다. 이는 지지 링(25)과 수용 개구(12)의 벽 사이에서 밀봉 링(5)이 압출될 수 있는 것을 방지한다. 지지 링(25)이 유입편(7) 상에 축 방향으로 평평하게 놓이고 유입편(7)에 대한 반경 방향 유격이 존재하기 때문에, 밀봉 링(5)의 밀봉 효과가 어떤 방식으로든 감소하지 않으면서, 수용 개구(12) 내에서 연료 분사 밸브(1)의 소정 반경 방향 이동이 가능하다.
1: 연료 분사 밸브
5: 밀봉 링
7: 유입편
12: 수용 개구
25: 지지 링
26: 숄더
30: 반경 방향 지지 디스크
31: 하부면
32: 칼라
33: 재킷 면
34: 상부면

Claims (11)

  1. 내연 기관의 연료 분사 시스템용, 특히 내연 기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(1)로서, 액추에이터, 및 연료 공급을 위한 유입 측 유입편을 포함하고, 상기 액추에이터의 여기에 의해 밸브 니들의 스트로크 운동이 달성될 수 있어서, 밸브 시트면과 함께 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 바디의 작동이 가능해지고, 상기 유입편(7)에는 상기 유입편(7)을 둘러싸는 밀봉 링(5)이 제공되는, 상기 연료 분사 밸브에 있어서,
    상기 밀봉 링(5) 아래에 지지 링(25)이 맞물리고, 상기 지지 링(25)은 상기 유입편(7)의 숄더(26) 상에 지지되는 평평한 하부면(31), 및 이것에 대해 수직으로 형성된 재킷 면(33)을 포함하며, 상기 재킷 면(33)으로부터 반경 방향 내측으로 상부면(34)이 상기 하부면(31)을 향해 비스듬히 경사져 연장되므로, 상기 지지 링(25)이 삼각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 링(25)의 상기 상부면(34)은 상기 재킷 면(33)으로부터 반경 방향 내측으로 상기 하부면(31)까지 비스듬히 경사져 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 링(25)의 상기 상부면(34)은 상기 재킷 면(33)으로부터 반경 방향 내측으로 상기 하부면(31)을 향해 비스듬히 경사져 연장되고, 상기 재킷 면(33)에 대해 평행하게 연장하는 축 방향으로 짧은 내부면(35)이 연결되어, 상부면(34)과 하부면(31) 사이에 스텝이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재킷 면(33)은 상기 하부면(31)을 지나 축 방향으로, 상기 지지 링(25) 또는 상기 연료 분사 밸브(1)의 사전 센터링을 위한 얇은 벽의 환형 칼라(32)로서 계속되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 칼라(32)는 전체 재킷 면(33)의 축 방향 길이의 대략 절반인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 지지 링(25)의 상기 칼라(32)는 상기 칼라(32)에 의해 둘러싸인 섹션에서 상기 유입편(7)의 외경보다 큰 내경을 가져, 상기 유입편(7)에 대한 반경 방향 유격이 존재하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입편(7)의 유입 측 단부에는, 조립 상태에서 상기 연료 분사 밸브(1)의 포획 고정(captive securing)을 위한 반경 방향 지지 디스크(30)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유입편(7)의 유입 측 단부에는 엔드 칼라(29)가 형성되고, 상기 반경 방향 지지 디스크(30)는 상기 엔드 칼라(29) 위 및 아래에 적어도 부분적으로 맞물리는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 반경 방향 지지 디스크(30)는 PEEK, PPS, POM과 같은 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 얇고 콤팩트한 디스크로서 설계되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 링(25)은 폴리아미드 PA66과 같은 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 연료 분사 밸브(1)를 구비한 연료 분사 장치에 있어서,
    연료 분배 라인(4)은 상기 연료 분사 밸브(1)의 수용 개구(12)를 갖는 적어도 하나의 접속편(6)을 포함하고, 상기 연료 분사 밸브(1)의 유입편(7)은 반경 방향 지지 디스크(30)의 누름에 의해 상기 수용 개구(12) 내에 포획 방식으로(in a captive manner) 사전 조립될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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