KR20000068103A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연료 분사 밸브(1)에 관한 것으로, 특히, 내연 기관의 연료 분사 시스템을 위한 분사 밸브에 관한 것이고, 상기 분사 밸브는 밸브 니들(8)에 연결된 밸브 폐쇄 부재(9)와 밸브 시트 부재(3)를 구비한다. 상기 폐쇄체(9)상에 설치된 밸브 폐쇄면(10)은 밸브 시트 부재(3)상에 형성된 밸브 시트(12)의 표면(11)과 협동하여 작용한다. 부가적으로, 상기 연료 분사 밸브(1)는 밸브 시트(12)로부터 상류측의 밸브 시트 부재(3)의 영역내에 상기 밸브 시트(12)로 연료를 공급하기 위한 하나 이상의 연료 채널(20, 21)을 구비한다. 본 발명은 폐쇄부(29)가 모든 연료 채널(20, 21)내에 설치되고, 폐쇄부의 개구의 단면이 연료 분사 밸브(1)의 외측으로부터 변형될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel Injection Valve}
DE-PS 49 47 40호에는 밸브 니들과 결합된 밸브 폐쇄 부재가 밸브 시트 부재를 통하여 밸브시트와 협동하는 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 연료를 안내하기 위해서 노즐부재에는 실질적으로 축방향으로 연장된 연료관이 제공되며, 이 연료관은 밸브 시트 부재에서 반경방향으로 연장된 연료구멍과 통해있다. 이 연료구멍은 밸브시트 영역에서 배출구로 이어진다.
예를 들어, DE 196 00 403 A1호에는 내연기관의 실린더 내에 연료를 직접 분사하기 위한 새로운 형태의 연료 분사 밸브가 개재되어 있다.
공지된 연료 분사 밸브들은 이 연료 분사 밸브들로부터 할당된 연료량이 연료 분사 밸브들의 밸브피스톤을 통과한다는 점에서 불리하다. 또한, 연료 분사 밸브들의 밸브피스톤은 연료 분사 밸브의 감시(monitoring)에 있어서 상대적으로 고가이고 좁은 범위 내에서만 이동된다. 그렇기 때문에, 공지된 연료 분사 밸브에 있어서, 할당된 연료량을 정밀조정하는 것은 상대적으로 많은 비용을 소모한다.
또한, 공지된 연료 분사 밸브들로부터 분사된 연료의 연료 분사형태는 방사대칭형으로 확장된다. 그러나, 실제 적용에서는 연료제트가 비대칭적인 연료 분사형태가 바람직하다. 예를 들어, 연료제트의 다른 나머지 영역에서처럼 점화 플러그의 영역에서도 상이한 연료-공기 혼합방식이 바람직하다.
본 발명은 독립항에 기재된 종류의 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 1 실시예를 부분적으로 도시한 종단면도.
도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 2 실시예를 부분적으로 도시한 종단면도.
독립항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 연료 분사 밸브로부터 할당된 연료량을 정확히 조절할 수 있다는 장점을 가지며, 이 연료 분사 밸브 내에서 연료채널, 더 정확히 말하자면 복수개의 연료채널들이 완전하게 모니터링되며, 폐쇄부의 개구단면은 특정 목적하에 변경될 수 있다. 본 발명에 따른 연료 분사 밸브로부터 할당된 연료량은 상대적으로 짧은 시간 내에 상대적으로 적은 비용을 가지고 완전자동으로 조정될 수 있다. 이 때문에, 생산비가 실질적으로 감소된다.
종속항에 따르는 특징을 통하여 독립항에 기재된 연료 분사 밸브의 변경과 변용이 가능하다.
밸브 시트 부재에 대규모 분배 연료채널이 제공되며 연료채널에 장착된 폐쇄부의 개구단면이 상호 독립적으로 변경될 수 있을 때, 연료 분사 밸브로부터 배출된 연료분사 내에서의 연료분배를 비대칭적으로 조절할 수 있다. 원하는 고 연료밀도의 영역에서 개구단면은 거기에 배치된 연료채널에 상응하여 커지며, 한편 저 연료밀도의 영역에서 개구단면은 거기에 배치된 연료채널과 상응하여 더 작아진다. 제시된 연료제트의 비대칭구조를 통하여 연료분배가 연소기관의 구조와 특수한 형상에 따라 조절되며, 예를 들어, 연소기관의 실린더 내에 연료를 직접분사하는 연료 분사 밸브에 있어서, 밸브와 점화플러그의 위치에 대하여 또는 연소기관의 흡입관에 상응하는 연료 분사 밸브에서의 흡입관의 특수한 형상의 변형에 대하여 조절된다. 특히, 실린더 또는 흡입관의 벽영역 상에 충돌하는 연료량은 감소되며, 이것은 개선된 배출가스값을 나타낸다.
또한, 연료 분사 밸브의 완전 감시 상태하에서 연료제트 내부의 연료분배가 변화될 수 있다는 점이 특히 바람직하며, 이때문에, 연료 분사 밸브의 설치는 연소기관에서 그리고 연소기관 구조의 특수한 변형에서 연소기관의 모델에 따라, 즉, 차량모델에 따라 현저하게 다르다.
개구단면은 특히 바람직하게, 그리고, 간단한 방법으로서 밸브 시트 부재를 둘러싸는 노즐부재가 외부로부터, 더 구체적으로 말하자면 볼트 부재에 의하여 소성변형되도록 하여 형성될 수 있으며, 연료채널에 해당하는 변형이 집중되는 방식으로 형성될 수 있다. 이때 폐쇄부의 개구단면은 바람직한 방식으로서 자동장치를 통하여 특히 간단히 설정된다.
또한, 연료채널 내에 삽입될 수 있는 메니퓰레이터(manipulator)를 사용하므로써, 할당된 연료채널의 폐쇄부의 개구단면이 설정되도록 삽입되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 추가의 구성에 있어서, 폐쇄부의 개구단면이 축소 및 확장될 수도 있는 것이 특히 바람직하다. 밸브 시트 부재를 구비한 메니퓰레이터의 용접을 통하여 폐쇄 및 밀봉이 가능하다.
본 발명의 실시예가 도면에 개략적으로 도시되어 있으며, 하기에 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 밸브(1)의 제 1 실시예를 부분도의 형태로 도시한 종단면도이다. 도면에서는 연료 분사 밸브(1)의 배출측 단부만을 도시하고 있다.
중공 실린더형상으로 형성된 노즐 부재(2)의 내부에서, 용접부(4)에 의해서 노즐 부재(2)와 밀봉되어 결합되는 밸브 시트 부재(3)가 이 노즐부재의 분사측 단부에 장착된다. 또한, 밸브 시트 부재(3)는 실질적으로 중공 실린더형상으로 형성되며, 이때 밸브 시트 부재(3)의 외경은 노즐부재(2)의 내경과 실질적으로 일치하며, 그 결과 밸브 시트 부재(3)는 노즐부재(2)의 내부구멍(5) 내에 정확히 들어맞는다. 밸브 시트 부재(3)는 연료 분사 밸브(1)의 세로축(6)과 동축으로 안내구멍(7)을 가지며, 이 구멍은 밸브 니들(8)을 안내한다.
밸브 니들(8)은 예를 들면, 실린더형상으로 형성되며 밸브 폐쇄 부재(9)와 일체로 형성된다. 지지 중량을 감소시키기 위하여 밸브 니들(8)은 중공실린더형상이나 반원호형상의 금속판으로 형성될 수 있다. 밸브 폐쇄 부재(9)는 테이퍼 형상의 밸브 폐쇄면(10)을 가지며, 이 밸브 폐쇄면은 외부와의 폐쇄를 수행하는 밸브시트(12)를 형성하기 위해서 차단밸브 시트 부재(3)의 배출측 단부 상에 장착되며 테이퍼지게 형성된 밸브 시트면(11)과 협동한다. 밸브 니들(8)과 이 밸브 니들(8)과 결합된 밸브 폐쇄 부재(9)는 예를 들면, 전자기식 또는 압전식(piezoelectric)으로 작동하는 구멍부품에 의하여 평행하게 스트로크운동(stroke movement)을 할 수 있다. 예를 들어, 도시되지 않은 복원스프링으로서 형성된 복원부품이 밸브 폐쇄 부재(9)의 밸브 폐쇄면(10)이 밸브 시트 부재(3)의 밸브 시트면(11)과 접촉되도록 하여 간단하게 연료 분사 밸브(1)를 폐쇄상태로 유지한다. 외부로 개방된 밸브시트(12)는 연료를 연소기관의 실린더 또는 연소실 내에 직접분사하기 위한 연료 분사 밸브에 특히 적합하며, 실린더 내의 지배적인 연소압력은 밸브 폐쇄 부재(9)에 작용하며, 연료 분사 밸브(1)를 개방시키지는 않는다.
본 발명에 따라서, 밸브 시트 부재(3) 내에는 하나 이상의 연료채널, 대부분은 다수의 연료채널들이 제공된다. 이 연료채널은 반경방향으로 연장된 제 1 채널(20)과 이 제 1 채널과 결합되어 축방향으로 연장된 제 2 채널(21)로 구성된다. 연료채널(20, 21)들 중 제 1 반경방향 채널(20)은 밸브 시트 부재(3)의 외부 표면(23)으로부터 이 밸브 시트 부재(3)를 통하여 안내구멍(7)까지 연장된 관통구멍(22)이다. 연료채널(20, 21)들 중 제 2 축방향 채널(21)은 실시예로서 밀봉구멍(31)으로 형성된다. 동일한 방식으로서, 연료채널(20, 21)들 중 제 2 축방향 채널(21)은 관통구멍으로서 형성되며 밸브 시트 부재(3)의 배출측 정면(24)은 적당한 폐쇄체를 통하여 폐쇄될 수 있다. 연료채널(20, 21)들 중 제 1 반경방향 채널(20)은 밸브 니들(8)의 스트로크 위치에 상관없이 밸브 니들(8)에 형성된 환형 슬롯(25)에 이어진다.
본 실시예에서는 밸브 시트 부재(3)의 외부 표면(23)에 위치한 관통구멍(22)의 구멍에 의하여 스텝 실린더(step cylinder)로서 형성된 메니퓰레이터(26)가 이 구멍 내에 삽입될 수 있다. 메니퓰레이터(26)는 관통구멍(22)의 직경과 동일한 안내단면(27)과, 일체로 형성된 핀형상의 부재(28)를 갖는다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 연료채널(20, 21)들의 구멍단면은 일체로 형성되며, 메니퓰레이터(26)는 관통구멍(22)과 연료채널(20, 21) 내에 깊게 삽입된다. 메니퓨레이터(26)는 조절 가능한 개구단면을 구비한 폐쇄부(29)를 형성한다. 또한, 이 폐쇄부(29)의 개구단면은 임의의 추가적인 장치없이도 연료 분사 밸브(1)를 완전하게 감시할 수 있다. 본 실시예에서, 폐쇄부(29)의 단면을 조절한 후에 메니퓰레이터(26)는 용접부(30)에 의해 밸브 시트 부재(3)와 결합된다. 이로써 메니퓰레이터(26)는 밸브 시트 부재(3)를 폐쇄하며 동시에 연료가 관통구멍(22)을 통하여 외부로 누설되는 것을 방지한다.
특히, 밸브 시트 부재(3) 내에는 예를 들어, 동축의 부분원상에서 균일하게 분배된 복수의 연료채널(20, 21)이 제공된다. 이때 각 연료채널(20, 21)들의 폐쇄부(29)는 각각의 메니퓰레이터(26)를 통하여 순서에 상관없이 조절될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 연료 분사 밸브(1)로부터 배출된 연료분사 내에는 반경방향으로 비대칭적인 연료분배가 생성되며, 이때, 연료분배는 밸브 니들(8)의 환형슬롯(25) 내에서 연료의 변화 가능하게 스로틀된 주입에 기초하여 변화 가능하게 스로틀(throat)된 연료채널(20, 21)에 의해 불균일하게 형성된다. 배출된 연료분사에서 이와같은 비대칭적인 연료분배는 예를 들면, 연료가 각 구성부품, 예를 들어, 점화플러그, 실린더의 흡입밸브 또는 배기밸브, 실린더의 벽영역, 더 정확히 말하자면 진공파이프 내에 연료-공기 혼합물의 형태로서 유입되는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 의하여, 연소기관의 연소는 최상의 상태로 형성되며, 배출가스는 명백하게 개선된다.
연료분배의 변화는 연료 분사 밸브(1)를 완전하게 감시하는 상태에서 메니퓰레이터(26)를 조절함에 의해 가능하며 연료분배는 연료 분사 밸브(1)로부터 배출된 연료분사, 예를 들어 연소기관의 구조, 더 정확히 말해서 차량에 따르는 것이 특히, 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 2 실시예를 단면도로 도시한 도면이다. 상술한 부품은 동일한 도면부호로 기재하며, 이들을 다시 설명하지는 않는다.
각 연료채널(20, 21)들 중 제 1 반경방향 채널(20)은 도 2에 도시한 실시예에서 반경방향 구멍(44)으로서 형성되며, 이 구멍은 밸브 니들(8)의 환형슬롯(25) 내에 이어진다. 각 연료채널(20, 21)들 중 제 2 축방향 채널(21)은 도 2에 도시한 실시예에서 슬롯(40)으로서 형성되며, 이 슬롯은 밸브 시트 부재(3)의 평탄화를 통하여 형성된다. 슬롯(40)은 노즐부재(2)의 내부 구멍(5)과 연료채널(20, 21)들 중 제 1 채널(20)과 결합한다.
도 1에 도시한 실시예와는 달리, 폐쇄부(29)가 메니퓰레이터(26)에 의해 형성되지 않으며, 폐쇄부(29)의 영역에서 상대적으로 얇게 형성된 노즐부재(2)의 벽(41)의 가소성으로 형성된다. 예를 들어, 노즐부재(2)의 오목부(43) 내로 밀고 들어가며 얇은 벽으로 형성된 노즐부재(2)의 벽(41)을 압착하는 볼트 부재(42)에 의하여 벽(41)의 변형이 발생될 수 있다. 이때문에 연료 분사 밸브로부터 할당된 연료량은 연료 분사 밸브(1)를 완전하게 감시하는 상태에서 완전자동으로 조절되며, 폐쇄부(29)는 연료 분사 밸브(1)로부터 할당하고자 하는 연료량에 이를 때까지 점점 좁아진다. 본 발명에 따른 형식은 특히, 연료 분사 밸브(1)로부터 할당된 밸브실린더의 연료량을 조절할 필요가 없다는 장점을 갖는다.
특히, 밸브 시트 부재(3)는 각각 반경방향 구멍(44)을 거쳐서 밸브 니들(8)의 환형슬롯(25)과 결합하는 복수의 대규모 분배용 슬롯(40)을 제공한다. 도 1에 도시된 실시예에 따라서 상술한 바와 같이, 각 슬롯(40)의 폐쇄부(29)의 각 구멍단면은 상호 독립적으로 조절될 수 있다. 이것은 자동장치 내에서 세로축(6)을 중심으로한 연료 분사 밸브(1)의 회전에 의해서 시간상의 차례대로 그리고 오목부(43) 전체에서 시간상의 차례대로 조절되거나 또는 동일 시간으로 복수의 자동장치에 제공된 볼트부재(42)를 통하여 동시에 조절될 수 있다. 이때 먼저, 할당된 연료 분사 밸브의 혼합연료량은 밸브 시트 부재(3)의 위치변환을 통하여 조절될 수 있으며 그리하여 용접부(4)는 밸브 시트 부재(3)의 세팅 후에 설치된다. 예외적으로 또는 경우에 따라서는, 노즐부재(2)의 벽(41)을 폐쇄부(29)에 과잉압착하므로써 반경방향으로 비대칭적인 연료분배가 조절될 수 있다. 또한 동시에 연료 분사 밸브(1)로부터 할당된 연료량의 미세조정이 이루어질 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예에 제한되지 않는다. 연료채널(21)을 구성하는 것 대신에 밸브 시트 부재(3) 내에 축방향의 슬롯(40)이 형성될 수 있다. 또한, 예를 들어 체크밸브 등의 다른 공지된 스로틀링방법이 설정될 수 있다. 또한, 연료채널(20, 21)들을 밸브 시트 부재(3) 내에 또는 밸브 시트 부재(3) 상에 강제로 형성할 필요는 없다. 이 연료채널(20, 21)들은 적어도 단면별로, 예를 들어, 노즐부재(2)에 장착될 수 있다.

Claims (11)

  1. 밸브 시트 부재(3)에 형성된 밸브시트면(11)과, 밸브 시트 부재(3)가 협동하는 밸브 폐쇄면(10)을 가지고, 밸브 니들(8)과 결합되는 밸브 폐쇄 부재(9)를 구비하며, 적어도 밸브 시트 부재(3)의 영역에서 밸브시트(12)의 위쪽에 제공된 연료채널(20, 21)들이 연료를 밸브시트(12)에 전달하는 연료 분사 밸브(1), 특히, 내연기관의 연료분사장치용 연료분사밸브에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브(1)의 외부에서 구멍단면을 변경할 수 있는 폐쇄부(29)가 각 연료채널(20, 21) 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 시트 부재(3)의 영역에 복수의 대규모 분배용 연료채널(20, 21)이 제공되며, 여기서, 상기 연료채널(20, 21)에 장착된 폐쇄부(29)의 개구단면은 연료 분사 밸브(1)로부터 분사된 연료내에서 비대칭적인 연료분배를 형성하도록 상호 독립적으로 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 각 연료채널(20, 21)들 중 제 1 채널(20)은 반경방향 부품을 통하여 밸브시트면(11)의 위쪽에서 밸브 시트 부재(3)를 관통하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료채널(20, 21)의 제 1 채널(20)의 위쪽에 연결된 제 2 채널(21)은 밸브 시트 부재(3) 내에서 축방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 각 연료채널(20, 21)들 중 제 2 채널(21)은 축방향 구멍(31)의 형태로 관통하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 각 연료채널(20, 21)들 중 제 2 채널(21)은 축방향 슬롯(40)의 형태로 밸브 시트 부재(3)에 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브 시트 부재(3)는 각 연료채널(20, 21)의 축방향 슬롯(40)이 외부로부터 차단되며, 각 폐쇄부(29)의 개구단면을 변경시키기 위하여 밸브 시트 부재(3) 상에서 반경방향으로 유연하게 형태를 변화시킬 수 있는 노즐 부재(2)에 포함되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 노즐부재(2)의 벽(41)은 각 폐쇄부(29)의 영역에서 볼트부재(42)를 통하여 변형할 수 있도록 감소된 벽두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료채널(20, 21)에서, 장착된 연료채널(20, 21)의 폐쇄부(29)의 개구단면을 고정하며, 연료 분사 밸브(1)의 외부로부터 위치변환할 수 있는 메니퓰레이터(26; manipulator)가 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 각 메니퓰레이터(26)는 밸브 시트 부재(3)에 용접될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 니들(8) 또는 상기 밸브 폐쇄 부재(9)는 환형슬롯(25)을 가지고,
    상기 환형 슬롯에는 상기 연료채널(20, 21)이 합류하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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