KR100630606B1

KR100630606B1 - 연료 분사 밸브

Info

Publication number: KR100630606B1
Application number: KR1020007008133A
Authority: KR
Inventors: 한프트베르너
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2006-10-04
Also published as: DE19855568A1; EP1068442B1; KR20010034380A; JP2002531751A; US6357676B1; EP1068442A1; DE59906870D1; WO2000032926A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 폐쇄체 지지부(17)와 구 형상 밸브 폐쇄체(18)를 포함하는 축방향 이동 가능한 밸브 니들(13)을 구비하는 연료 분사 밸브에 관한 것이다. 폐쇄체 지지부(17)는 하류측 단부 영역(46)에서 밸브 폐쇄체(18)를 수용한다. 상기 밸브 폐쇄체(18)는 표면에 축방향의 연장 요소를 가지는 하나 이상의 평탄부(24)를 가진다. 연료 유동을 위한 하나 이상의 채널(47)이 하나 이상의 평탄부(24)와 폐쇄체 지지부(17)의 내벽 사이에 형성된다. 연료 분사 밸브는 특히 혼합기 압축식 외부 점화 내연 기관의 연료 분사 장치에서 사용하는데 적합하다.

연료 분사 밸브, 폐쇄체 지지부, 밸브 폐쇄체, 밸브 종축, 평탄부, 채널

Description

연료 분사 밸브{Fuel Injection Valve}

본 발명은 독립항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

전자기적으로 작동될 수 있는 밸브의 형태인 연료 분사 밸브는 독일 특허 제 38 31 196호에 공지되어 있으며, 여기에서 밸브 니들은 아마추어, 관 형상의 연결 부재 및 구 형상의 밸브 폐쇄체로 형성되어 있다. 상기 관 형상의 연결 부재에 의해 상기 아마추어와 밸브 폐쇄체는 서로 연결되고, 직접적인 폐쇄체 지지부로서 연결 부재가 이용되며, 상기 연결 부재와 밸브 폐쇄체는 용접부에 의해 고정 연결되어 있다. 상기 연결 부재는 다수의 유동 개구를 가지며, 이것을 통해 연료가 내부의 관통구로부터 흘러나오고 연결 부재 외부에서 밸브 폐쇄체까지 또는 밸브 폐쇄체와 함께 작동하는 밸브 시트면까지 흘러갈 수 있다. 그 외에도, 제조 기술상으로 압연 가공된 연결관은 전체 길이에 걸쳐 연장되는 종방향 슬롯을 가지며, 그 유압의 유동 횡단면이 크기 때문에 내부 관통구로부터 흘러나온 연료는 매우 빠르게 상기 종방향 슬롯을 통해 흐를 수 있다. 분사되는 연료의 최대량은 이미 연결 부재의 길이를 지나 상기 부재로부터 흘러나오는 반면, 나머지 적은 양은 구 표면에서야 비로소 연결 부재로부터 바로 유출된다.

독일 공개 공보 제 197 12 590 호에도 전자기적으로 작동될 수 있는 밸브가 공지되어 있으며, 이것은 폐쇄체 지지부 자체이거나 폐쇄체 지지부와 연결되어 있는 아마추어와, 구 형상의 밸브 폐쇄체로 이루어지는 축방향으로 이동될 수 있는 밸브 니들을 갖는다. 폐쇄체 지지부는 하류측 단부 영역에서 밸브 폐쇄체를 갖는다. 이를 위해 상기 단부 영역은, 폐쇄체 지지부의 종방향 보어와 직접 연결되어 있는 하나 이상의 채널이 밸브 폐쇄체의 표면에 형성되도록 밸브 폐쇄체를 에워싼다. 상기 단부 영역은 밸브 폐쇄체의 적도를 지나 연장되어 있다. 고정 연결은 에지 형성 또는 프레스 피팅을 통해 달성된다.

미국 특허 제 5,199,648호와 독일 공개 공보 제 44 08 875호에는 연료 분사 밸브의 구 형상 밸브 폐쇄체에서 경사져 연장해 있는 홈 또는 평탄부를 표면에 형성하는 것이 공지되어 있는데, 이 홈 또는 평탄부는 분사 연료의 와류 제공을 위해서만 사용된다. 이와 같이 형성된 폐쇄체 구조를 향한 유동이 밸브 니들의 관 형상의 연결 부재 외부로부터 이루어지고, 폐쇄체 지지부로서 기능하는 연결 부재의 내측 개구에서 시작하여 구 표면에 대해 이루어지지 않는다.

미국 특허 제 4,483,485 호에서도 구 형상의 밸브 폐쇄체를 구비한 밸브 니들을 가지는 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 구 형상의 밸브 폐쇄체는 수평 방향의 평탄부를 구비하며, 이것은 폐쇄체 지지부로서 이용되는 연결 니들의 연결 부재 내부에 연장되어 있다. 연결 부재의 내측 개구로부터 밸브 시트로 연료가 흘러갈 수 있도록 하기 위해, 상기 연결 부재의 벽에 횡방향 개구가 제공되거나 또는 한 단부 영역에서 밸브 폐쇄체를 향해 개방된 다수의 슬롯이 제공된다. 이 공보에 공지된 밸브 니들의 모든 실시예에서 폐쇄체 지지부 안에 설치되는 연료 유출용 개구 구조가 필요하며, 이 개구 구조는 부가의 제조 또는 가공 단계를 필요로 한다.

독립항의 특징을 가지는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 장점은, 특히 간단하게 경제적으로 제조될 수 있다는 것이다. 이를 위해 구 형상의 밸브 폐쇄체는 축방향의 연장 요소를 가지는 하나 이상의 평탄부를 구비하며, 슬리브 형상의 폐쇄체 지지부와 고정 연결되어 있다. 이를 위해 폐쇄체 지지부는 외측 윤곽에 연료의 유출을 위해 어떤 개구도 설치하지 않고도 매우 간단한 방식으로 회전 대칭적으로 제조될 수 있다. 그러므로 그러한 부가의 유동 개구에 일반적으로 필요한 전체 가공 단계들이 생략될 수 있다. 단부 영역에 의해 폐쇄체 지지부는 평탄부의 수에 상응하도록 하나 또는 다수의 채널을 직접 밸브 폐쇄체의 표면에 형성하도록 밸브 폐쇄체를 에워싸고, 상기 채널을 통해 연료는 장애 없이 내측 종방향 보어로부터 밸브 시트면 방향으로 흘러 갈 수 있다. 적은 제조 경비로 밸브의 도우징 영역(dosing area)으로의 최적의 공급이 달성된다.

종속항에 구현된 조치를 통해 상기 독립항에 제공된 연료 분사 밸브의 바람직한 실시 및 개선이 가능해진다.

밸브 종축에 대해 12 내지 25°의 각도로 상기 하나 이상의 평탄부를 형성하며 이 평탄부가 밸브 폐쇄체의 구 적도(ball equator)를 지나 하류 방향으로 연장될 수 있는 것이 바람직하다.

특히 바람직하게는, 자기 아마추어가 폐쇄체 지지부로서 직접 이용될 수 있으므로 밸브 폐쇄체와 함께 2개 부재의 밸브 니들이 제공된다. 그러한 밸브 니들은 특히 간단하고 경제적으로 제조될 수 있으며 부재 수를 줄여 단지 하나의 연결 지점을 갖게 된다.

본 발명의 실시예는 도면에 간단하게 도시되어 있으며 하기의 상세한 설명에서 설명된다.

도 1 은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브.

도 2 는 밸브 니들의 제 1 실시예.

도 3 은 상징적으로 도시된 도 2에 따른 밸브 니들에서 연료 유동.

도 4 는 밸브 니들의 제 2 실시예.

도 5 는 상징적으로 도시된 도 4에 따른 밸브 니들에서 연료 유동.

도 6 은 밸브 니들의 제 3 실시예.

도 1에서 예시적으로 그리고 부분적으로 간략하게 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 혼합물 압축식 외부 점화 내연 기관의 연료 분사 장치에 사용하는 분사 밸브 형태로, 자기 코일(1)에 의해 에워싸여 있으며 내극(internal pole)으로서 그리고 부분적으로는 연료 관류구로서 이용되는 관 형상의 코어(2)를 갖는다. 상기 코어(2)는 상측에 있는 디스크 형상의 덮개 요소(3)와 함께 자기 코일(1)의 영역에서 분사 밸브의 매우 콤팩트한 구성을 가능하게 한다. 상기 자기 코일(1)은 외극(external pole)으로서 외측에 있는 강자성 밸브 케이싱(5)에 의해 에워싸여 있으며, 이 강자성 밸브 케이싱은 자기 코일(1)을 원주 방향으로 완전히 에워싸고 있으며 그의 상단부에서 용접부(6)를 통해 덮개 요소(3)와 고정 연결되어 있다. 자기 회로를 폐쇄하기 위해 이 밸브 케이싱(5)의 하단부가 단의 형태를 가지므로, 가이드 섹션(8)이 형성되고, 이 가이드 섹션은 상기 덮개 요소(3)와 유사하게 상기 자기 코일(1)을 축방향으로 에워싸며 이 자기 코일 영역(1)을 아래 방향으로 또는 하류 방향으로 제한하고 있다.

상기 밸브 케이싱(5)의 가이드 섹션(8), 자기 코일(1) 및 덮개 요소(3)는 내측에 있는, 밸브 종축(10)에 대해 동심으로 연장되어 있는 개구(11 또는 58)를 형성하고, 상기 개구 안에서 길게 연장된 슬리브(12)가 연장되어 있다. 페라이트 슬리브(12)의 내측 종방향 개구(9)는 부분적으로는 상기 밸브 종축(10)을 따라서 축방향으로 이동하는 밸브 니들(13)을 위한 가이드 개구로서 이용된다. 상기 슬리브(12)는 하류 방향으로 볼 때 예를 들어 밸브 케이싱(5)의 가이드 섹션(8)에서 끝나고, 이 가이드 섹션과 슬리브는 예를 들어 용접부(54)를 통해 고정 연결된다.

상기 밸브 니들(13)은 도 1에 도시된 실시예에서 자기 아마추어로서도 기능하는 관 형상의 폐쇄체 지지부(17)와 구 형상의 밸브 폐쇄체(18)로 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 밸브 니들(13)은 아마추어(17'), 폐쇄체 지지부(17)와 밸브 폐쇄체(18)의 3부재로도 형성될 수 있다. 축방향으로 이동 가능한 밸브 니들(13) 외에도 고정형 코어(2) 역시 슬리브(12)의 종방향 개구(9) 안에 배치되어 있다. 이 폐쇄체 지지부(17)의 안내 기능 또는 코어(2)의 수용 기능 외에도 슬리브(12)는 밀봉 기능도 충족하므로, 분사 밸브에는 건식 자기 코일(1)이 제공된다. 이를 달성하기 위해, 디스크 형상의 덮개 요소(3)가 자기 코일(1)을 완전히 상측에서 커버한다. 덮개 요소(3) 안에 있는 내측 개구(58)는 상기 슬리브(12) 및 코어(2)를 연장하여 형성할 수 있으므로, 양 부재는 개구(58)를 통해 덮개 요소(3) 위로 돌출되어 있다.

상기 밸브 케이싱(5)의 하측 가이드 섹션(8)에 밸브 시트 몸체(14)가 연결되고, 상기 밸브 시트 몸체는 밸브 시트로서 고정형 밸브 시트면(15)을 갖는다. 이 밸브 시트 몸체(14)는 예를 들어 레이저를 이용한 제 2 용접부(16)에 의해 밸브 케이싱(5)과 고정 연결된다. 이 밸브 시트 몸체(14)의 하류측 정면에, 예를 들어 홈(19) 안에 편평한 분공 디스크(20)가 배치되어 있으며, 밸브 시트 몸체(14)와 분공 디스크(20) 사이의 고정 연결은 예를 들어 순환형 밀봉 용접부(21)를 통해 구현된다. 상기 관 형상의 폐쇄체 지지부(17)에서 상기 분공 디스크(20)를 향해 있는 하류측 단부는 예를 들어 용접부를 통해 구형상의 밸브 폐쇄체(18)와 고정 연결되어 있다. 상기 폐쇄체 지지부(17)는 내측 종방향 보어(23)를 가지며, 상기 보어를 통해 연료가 관류하고 그 보어로부터 연료가 하류쪽으로 유출되고 축방향의 연장 요소를 가지는 하나 이상의 평탄부(24)의 영역에서 직접 밸브 폐쇄체(18)를 따라서 밸브 시트면(15)까지 흐르게 된다.

분사 밸브의 가동은 종래와 같이 전자기적으로 이루어진다. 물론 압전 액추에이터가 밸브 니들(13)의 가동에 이용될 수도 있다. 상기 밸브 니들(13)의 축방향 운동을 위해 그리고 복귀 스프링(25)의 탄성력에 대항하여 분사 밸브를 개방 또는 폐쇄하기 위해 자기 코일(1), 내부 코어(2), 외부 밸브 케이싱(5) 및 아마추어(17')를 가지는 전자기 회로가 이용된다. 아마추어로서 기능하는 폐쇄체 지지부(17)의, 상기 밸브 폐쇄체(18) 반대편 단부는 코어(2) 상에 정렬된다.

구 형상의 밸브 폐쇄체(18)는 상기 밸브 시트 몸체(14)에서 유동 방향으로 원추대 형상으로 테이퍼된 밸브 시트면(15)과 함께 작용하고, 이 밸브 시트면은 축방향으로 안내 개구(26) 하류 방향으로 밸브 시트 몸체(14)에 형성되어 있다. 분공 디스크(20)는 침식 또는 펀칭을 통해 형성될 수 있는 하나 이상의 예를 들어 4개의 분공(27)을 갖는다.

코어(2)에서 상기 밸브 종축(10)에 대해 동심으로 연장되어 있는 유동 보어(28)에 복귀 스프링(25) 외에 조정 슬리브(29)가 삽입되어 있으며, 상기 유동 보어는 밸브 시트면(15)의 방향으로 연료를 공급하는데 이용된다. 조정 슬리브(29)는 이것과 접촉해 있는 복귀 스프링(25)의 예비 응력을 조정하는데 이용되고, 상기 조정 슬리브의 대향측은 다시 폐쇄체 지지부(17)와 고정 연결된 삽입 부재(31)에 지지되어 있으며, 동적 분사량의 조정이 이 조정 슬리브(29)에 의해 이루어진다.

그러한 분사 밸브는 매우 콤팩트한 구성을 특징으로 하므로, 매우 작고 취급이 편리한 분사 밸브가 형성되고, 그의 밸브 케이싱(5)은 단지 약 11mm의 외경을 갖는다. 지금까지 설명한 부재들은 미리 조립된 독립적인 어셈블리를 형성하고, 이것은 기능 부재(30)로서 표시되어 있다. 완전히 조정되어 장착된 기능 부재(30)는 예를 들어 상측 정면(32)을 가지며, 그 상부로 예를 들어 2개의 접촉핀(33)이 돌출된다. 전기적 연결 요소로서 이용되는 전기 접촉핀(33)에 의해 자기 코일(1)의 전기 접촉과 그의 여자가 이루어진다.

그러한 기능 부재(30)와 연결 가능한 도시되지 않은 연결 부재는 무엇보다 분사 밸브의 전기적 및 유압적 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 도시되지 않은 연결 부재와 기능 부재(30)의 유압 연결은 분사 밸브가 완전히 장착된 경우 양 어셈블리의 유동 보어가 대향되어 연료가 방해 없이 흐를 수 있게 됨으로써 달성된다. 이 때 예를 들어 상기 기능 부재(30)의 정면(32)은 연결 부재의 하측 정면과 직접 접촉하며 그것과 고정 연결되어 있다. 상기 연결 부재를 기능 부재(30)에 장착할 때 코어(2)와 슬리브(12)에서 상기 정면(32) 상부로 돌출되어 있는 부분은 연결의 안정성을 높이기 위해 연결 부재의 유동 보어 내로 돌출되어 있다. 상기 연결 영역에서 확실한 밀봉을 위해 예를 들어 밀봉 링(36)이 제공되며, 상기 덮개 요소(3)의 정면(32)에 놓여 슬리브(12)를 에워싼다. 전기 연결 요소로서 이용되는 접촉핀(33)은 완전히 장착된 밸브에서 연결 부재의 대응하는 전기 연결 요소와의 안전한 전기 접속 기능을 수행한다.

도 2에는 도 1에 비해 확대된 척도로 밸브 니들(13)이 도시되어 있다. 관 형상의 폐쇄체 지지부(17)는 선삭 부재로서 형성되어 있으며, 다수의 단으로 형성된 외측 윤곽을 갖는다. 상기 폐쇄체 지지부(17)의 외주에 예를 들어 관 형상의 안내면(40)이 형성되어 있으며, 슬리브(12)에서 축방향의 가동형 밸브 니들(13)의 안내에 이용된다. 예를 들어 페라이트 재료(크롬강)로 제조된 폐쇄체 지지부(17)는 상기 코어(2)를 향한 상측 정지면(42)을 가지며, 이는 예를 들면, 크롬 도금층과 같은 내마모층을 갖는다.

상기 폐쇄체 지지부(17)에서 내측 종방향 보어(23)는 원형의 횡단면을 갖는다. 전체적으로, 상기 폐쇄체 지지부(17)는 회전 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다. 대체로 구 형상의 밸브 폐쇄체(18)는 그의 외주에서 축방향의 연장 요소를 가지는 하나 이상의 평탄부(24)를 갖는다. 상기 폐쇄체 지지부(17)의 하류측 단부 영역(46)은 밸브 폐쇄체(18)를 에워싸며, 밸브 폐쇄체(18)는 부분적으로 폐쇄체 지지부의 종방향 보어(23) 내로 돌출된다. 상기 폐쇄체 지지부(17)가 밸브 폐쇄체(18) 위에 놓이는 영역에서, 예를 들어 용접부에 의해 얻어지는 고정 연결이 제공된다. 하나 이상의 평탄부(24)는 종방향 보어(23) 내로 돌출하도록 밸브 폐쇄체(18)에 형성된다. 따라서, 하나 이상의 채널(47)이 상기 폐쇄체 지지부(17)의 내벽과 평탄부(24) 사이에 존재하게 되고, 종방향 보어(23) 내에 공급되어 밸브 폐쇄체(18)를 따라서 유동하는 연료가 상기 채널을 통해 밸브 시트면(15) 방향으로 흐른다.

상기 밸브 종축(10)에 대한 평탄부(24)의 각도는 예를 들어 12 내지 25°이다. 그러나 10 내지 50°의 다른 각도 역시 생각해 볼 수 있다. 경사진 평탄부(24)에 또 하나의 평탄부(24')가 이어지고, 이것은 예를 들어 밸브 종축(10)에 대해 수직으로 즉, 평행하게 연장되어 있다. 이 때 제 1 평탄부(24)로부터 제 2 평탄부(24')로의 전이 에지(48)는 상기 밸브 폐쇄체(18)의 구 적도(49)의 상류측에 위치한다. 이 평탄부(24')는 구 적도(49)를 지나 하류 방향으로 연장되어 있으므로, 중앙에서의 연료 유동은, 도 3에서 화살표로 도시한 바와 같이, 밸브 폐쇄체(18)를 따라서 발생된다.

도 4에는 밸브 니들(13)의 제 2 실시예가 도시되어 있으며, 이 경우 도 2에 도시된 실시예에 대해 동일하거나 동일하게 작용하는 부재들은 동일한 도면 부호로 도시되어 있다. 도 4에 따른 밸브 니들(13)은 상기 평탄부(24)가 분리되어있지 않고 완전히 밸브 종축(10)에 대해 12 내지 25°의 일정한 각도로 경사져서 구 적도(49)를 지나 연장되는 것을 특징으로 한다. 도 5에는 그러한 실시예에서 연료 유동이 부채꼴로 펼쳐지는 것이 다수의 화살표로 도시되어 있다. 이는 밸브 시트면(15)에 대한 보다 넓은 유동을 위해 바람직하다.

밸브 니들(13)의 다른 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 밸브 니들(13)의 이 실시예에서 아마추어(17')와 밸브 폐쇄체(18)는 슬리브 형상의 연결 부재에 의해 서로 연결되고, 상기 연결 부재는 폐쇄체 지지부(17)를 형성한다. 이 때 이 밸브 니들(13)에서의 연결은 예를 들어 용접부에 의해 형성된다. 앞서 이미 아마추어로서 기능하는 폐쇄체 지지부(17)에서 설명한 기능들과 구조적 비율은 도 6에 따른, 연결 부재를 형성하는 폐쇄체 지지부(17)에도 적용된다. 이 밸브 폐쇄체(18)는 예를 들어 도 4에 따른 실시예와 일치한다. 기본적으로 하나 이상의 평탄부(24)가 제공될 수 있다.
상기 폐쇄체 지지부(17)는 선삭 부재 또는 냉간 프레스(cold-pressed) 부재로서 형성될 뿐만 아니라 소결 부재 또는 MIM(Metal Injection Moulding) 부재로서 형성될 수 있다.

삭제

Claims

밸브 종축(10)을 따라 이동 가능한 밸브 니들(13)의 가동에 이용되는 액추에이터(1, 2, 5, 17, 17')가 구비되며,

상기 밸브 니들은 하나 이상의 폐쇄체 지지부(17)와 구 형상의 밸브 폐쇄체(18)를 포함하며, 상기 밸브 폐쇄체(18)는 상기 폐쇄체 지지부(17)와 고정 연결되며 고정형 밸브 시트(15)와 상호 작용하며, 상기 폐쇄체 지지부(17)는 상기 밸브 폐쇄체(18)의 표면까지 연장되는 내측 종방향 보어(23)를 구비하는,

밸브 종축(10)을 갖는 연료 분사 밸브에 있어서,

상기 밸브 폐쇄체(18)는 표면에 축방향의 연장 요소를 가지는 하나 이상의 평탄부(24)를 가지며, 상기 하나 이상의 평탄부(24)와 상기 폐쇄체 지지부(17)의 하나 이상의 벽 사이에 연료 유동을 위한 하나 이상의 채널(47)이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 평탄부(24)는 상기 밸브 종축(10)에 대해 12°내지 25°의 각도로 경사져서 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 평탄부(24)는 다수의 섹션으로 구성되며, 상기 평탄부(24)는 상기 밸브 종축(10)에 대해 경사져 있으며 다른 평탄부(24')는 상기 밸브 종축(10)에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 3 항에 있어서, 상기 밸브 폐쇄체(18)는 구 적도(49)를 가지며 상기 2개의 평탄부 섹션(24, 24') 사이의 전이 에지(48)는 상기 구 적도(49)의 평면의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하나 이상의 평탄부(24, 24')는 하류 방향으로 상기 밸브 폐쇄체(18)의 구 적도(49)를 지나 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폐쇄체 지지부(17)는 자기 아마추어로서 구현되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 아마추어(17')와 상기 밸브 폐쇄체(18)를 연결하는 연결 부재가 폐쇄체 지지부(17)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폐쇄체 지지부(17)는 선삭 부재 또는 냉간-프레스 부재인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.