KR930004967B1

KR930004967B1 - 전자식 연료 분사밸브

Info

Publication number: KR930004967B1
Application number: KR1019890009153A
Authority: KR
Inventors: 요시오 오까모도; 요조 나까무라; 미네오 가시와야; 에이지 하마시마
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게; 히다찌 오토모티브 엔지니어링 가부시기가이샤; 모리 미찌쓰구
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1993-06-11
Also published as: US5109824A; KR900001964A; EP0350885A3; EP0350885A2; DE68905691T2; EP0350885B1; DE68905691D1

Abstract

내용 없음.

Description

전자식 연료 분사밸브

제1도는 본원 발명에 관한 전자식 연료분사밸브의 종단면도.

제2도는 제1도의 A-A단면도.

제3도는 제1도의 B방향에서 본 도면이며, 본원 발명에 관한 어댑터의 설명도.

제4도는 어댑터의 형상치수를 결정하기 위한 설명도.

제5도는 어댑터부의 요부확대도.

제6도는 어댑터내의 연료흐름을 나타낸 도면.

제7도 및 제8도는 분무의 형태를 나타낸 도면.

제9도 및 제10도는 수치적으로 나타낸 실험결과의 일예를 나타낸 도면.

제11도는 본원 발명의 제2의 실시예를 나타낸 어댑터의 설명도.

제12도는 본원 발명의 제3의 실시예를 나타낸 어댑터의 설명도.

제13도는 본원 발명의 제4의 실시예를 나타낸 어댑터의 설명도.

제14도는 본원 발명의 다른 실시예를 나타낸 전자식 연료분사밸브의 종단면도.

제15도는 제14도의 B방향에서 본 도면이며, 본원 발명에 관한 어댑터의 설명도.

제16도는 본원 발명에 관한 전자식 연료분사밸브를 사용한 내연기관의 일부를 나타낸 도면.

제17도는 본원 발명의 연료분사밸브와 흡기밸브와의 위치관계를 나타낸 도면.

제18도, 제19도, 제20도는 본원 발명과 종래의 전자식 연료분사밸브의 성능을 비교한 도면.

본원 발명은 각 기통에 복수개의 흡기밸브를 가진 다밸브형 엔진에 미세한 액적(液滴)연료를 공급할 수 있는 전자식 연료분사밸브에 관한 것이다.

1기통에 흡기밸브를 2개 가지고, 흡기통로가 흡기근방에 있어서 간막이벽에 의해 서로 떨어져 있는 분기흡기통로부분을 가진 엔진에 사용하는 전자제어식 연료분사밸브가 일본국 실개소 61(1986)-152765호에 기재되어 있다. 이러한 분사밸브는 연료의 미터링을 행하는 단일의 분사공 하류에 이 분사공으로부터 분사되는 연료를 분할하기 위한 연료분기부와 그 연료분기부에 의해 분할된 연료를 흐르게 하는 밸브축심에 대해 경사진 2개의 연료통로를 갖는 것이며, 연료분기부 상부의 각 연료통로의 합류부를 연료통로벽이 교차하는 점으로부터 상류부에서 구성하고, 이 교차점의 형상을 반드시 첨예한 에지로 하여 연료분사각, 좌우연료통로에의 연료분배를 소정치로 한다는 것이다.

상기 종래 기술에서는, 연료통로의 합류부로부터 분기연료통로에의 연료의 분배 및 분배량을 균일화, 소정량이 되도록 정밀도를 향상시킬 수 있는 동시에, 합류부에서의 흐름의 안정화에 의해 미터링정밀도의 향상을 도모할 수 있으나, 반면 단일 분사공으로부터의 분무가 봉상(棒狀)이고, 이것을 2방향으로 분배하기 위해 연료통로를 지난 연료는 그 액막이 얇아지지 않고 분무의 평균입경을 200㎛ 이하로 하는 것이 곤란 하였다.

또한, 분사공으로부터의 분무중 분기벽에 의해 제한을 받은 분무가 제한을 받지 않은 분무와 합체하여 입경이 커진다는 문제점이 있었다.

본원 발명의 목적은 분사공으로부터의 미립화 연료를 효율높게 분배하여 우수한 미립화 특성으로 분사공급을 할 수 있는 복흡기엔진용의 전자식 연료분사밸브를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하는 본원 발명의 전자식 연료분사밸브는 연료를 밸브수단에 의해 연료분사공으로부터 공급하는 전자식 연료분사밸브에 있어서, 상기 연료분사공의 하류측에 상기 연료분사공으로부터 분사되는 연료의 흐름을 분할하는 분할수단을 가지며, 상기 분할수단을 단일공으로 형성된 연료유로에 의해 구성한다.

단일의 분사공하부에 배설된 연료의 분할수단은 이 분사공에서 분출되는 선회연료를 손실없이 2개의 대경통로내에 분할도입하고, 분할수단출구에서 원하는 확대각으로서 분사공급하는 것이다.

이러한 분할수단내를 흐르는 연료는 대경인 연료통로내를 선회하면서 아래쪽으로 향하지만, 그 때에 선회력은 조장된다. 이른바 분할수단에서의 벽면흐름손실이 충분히 보상되어 미립화가 촉진된다.

또한, 분할수단 출구에 있어서는 선회력에 의해 연료가 분산되어 원하는 확대각을 형성하지만, 이 각도는 단일분사공에서 분사되는 연료의 선회력을 분사공의 상류측에 설치한 연료선회소자의 홈의 편심량(홈중심과 밸브축심간 거리)의 조정에 의해 임의로 설정된다. 분무의 형상은 대략 2방향으로 액적은 집중하고, 밸브축심 하부부근에는 거의 액적은 존재하지 않는다.

이와 같이, 분사공으로부터의 선회연료는 분할수단에 의해 효율높게 분할되어 액적끼리의 합체가 억제되므로, 미립화상태의 양호한 분무가 형성된다.

다음에, 본원 발명의 일실시예에 대하여 제1도 내지 제10도에 따라서 설명한다.

제1도는 본원 발명에 관한 전자식 연료분사밸브(1)의 종단면도이다. 분사밸브(1)는 콘트롤유닛(도시생략)에 의해 연산된 듀티의 온·오프신호에 의해 시트부를 개폐함으로써 연료를 분사공급하는 것이다. 전기 신호는 코일(2)에 펄스로서 부여된다. 코일(2)에 전류가 흐르면, 코어(3), 요크(4), 플런저(5)로 자기회로가 구성되고, 플런저(5)가 코어(3)측으로 흡인된다. 플런저(5)가 이동하면, 이것과 일체로 되어 있는 볼밸브(6)를 이동하여 밸브가이드(7)의 시트면(9)으로부터 떨어져서 연료분사공(8)(이하 “오리피스”라 함)을 개방한다. 이러한 볼밸브(6)는 자성재료제의 플런저(5)의 일단에 접합된 로드(10)와, 로드(10)의 타단에 용접 접합된 볼(11)과 플런저(5)의 상부개구부에 고정된 비자성재로 이루어진 가이드링(12)으로 구성되고, 이동에 있어서는 가이드링(12)과 밸브가이드(7)의 중공부(中空部)의 내벽에 삽입고정되는 원통형의 연료선회소자(13)의 내주면에서 각각 가이드된다. 또한, 이동시의 스트로크량은 로드(10)의 목부분의 받이면(10a)과 스토퍼(14)사이의 공극의 치수로 결정되도록 되어　있다.

한편,　밸브가이드(7)에는 시트면(9)과는 반대방향으로 뻗는 원통형부(15)가 형성되어 있고, 여기에 본원 발명에 관한 연료의 분할수단인 어댑터(16)가 삽입고정되어 있다.

제2도는 제1도의 A-A단면도이며, 오리피스(8)는 선회연료를 공급하는 연료선회소자(13)가 표시된다. 연료선회소자(13)에는 축방향홈(13a)과 경방향홈(13b)이 형성되어 있다. 본 실시예에서는 축방향홈(13a)은 D 컷면을 형성하였다. 이러한 홈 (13a),(13b)은 축방향으로부터 도입되는 연료통로이지만, 홈(13a)을 통과한 연료는 홈(13b)에서 축중심으로부터 편심도입된다. 이른바, 연료에 선회력이 부여되어 밸브가이드(7)의 오리피스(8)에 공급된다. 선회력은 편심량 L에 의해 조정된다.

제3도는 제1도의 B방향에서 본 도면이며, 연료의 분할수단인 어댑터(16)를 나타내고 있다. 어댑터(16)는 축심의 오리피스(8)보다 다소 큰 경의 연료통로공(17a)과, 통로공(17a)에 대해 평행·등간격으로 배열되는 2개의 대경의 연료통로공(17b)을 가지며, 또한 각각의 통로공(17b)이 축심의 통로공(17a)과 외접하는 원하는 곡율반경을 가진 연통벽(18)에서 연통되는 연료통로(17)를 갖는 것이다.

제4도는 어댑터(16)의 연료통로를 형성하기 위한 형상치수를 결정하는 설명도이다. 축심의 통로(17a)의 상당경 d 및 상당반경 r, 통로공(17a)에 대해 평행·등간격으로 배열되는 통로공(17b)의 상당경 D,　각각의 상당경의 비 K(=D/d), 통로공(17b)의 중심간 거리 w를 사용하여 연통벽(18)의 곡율반경 R은 다음식에 의해 구해진다.

제5도는 어댑터(16)의 장착상태를 설명하는 요부확대도이다. 어댑터(16)는 밸브가이드(7)의 원통형부(15)에 압착고정된다. 즉, 어댑터(16)의 외주면을 밸브가이드(7)의 홈(19)에 어댑터(16)의 재료를 소성유동에 의해 반경방향으로 유입시키고, 그 긴박력으로 고정한다. 이른바, 메탈플로를 행한다.

상기와 같이 구성된 분사밸브(1)의 연료의 분사공급에 대하여 설명한다.

연료는 도시생략된 연료펌프나 연압(燃壓)레귤레이터에 의해 가압조정되고, 필터(20)를 통해 유입통로(21)에서 전자밸브조립체의 내부에 유입되고, 코일(2)의 하부통로(22), 플런저(5)의 외주, 스토퍼(14)와 로드(10)의 간극, 연료선회소자(13)의 홈(13a), (13b)을 통하여 시트부로 선회공급되고, 밸브개방시에 오리피스(8)로부터 흡기관내로 분사된다.

여기서, 본원 발명에 관한 어댑터(16)내의 연료흐름에 대하여 다시 제5도를 이용하는 동시에 어댑터(16)의 연료통로(17)의 확대부분도인 제6도에 따라서 상세히 설명한다. 오리피스(8)에서 분출하는 선회연료는 오리피스(8)보다 다소 큰 경의 연료통로공(17a)의 벽면에 충돌하고, 그 후 연료통로공(17b)에 향해 연통벽(18)이 흐름을 유도하고, 축 아래쪽으로 선회흐름을 발생시킨다. 제5도의 화살표로 표시한 바와 같은 흐름을 형성한다. 또한, 어댑터(16)내의 경방향 흐름은 제6도에 나타낸 바와 같이 연료통로(17)내에서는 대경인 연료통로공(17b)내에 분할된 선회흐름이 형성된다.

상기에 의해서, 어댑터(16)를 통과한 연료는 출구부에서 확대되고, 제7도에서 나타낸 바와 같은 분무를 형성한다. 분무는 대략 2방향으로 분할되어 있으며， 미세한 액적군(液適群)으로서 관측되었다. 제8도는 제7도를 옆에서 본 분무형상을 나타내고 있다. 즉, 단일의 오리피스(8)로부터의 원추형 분무는 어댑터(16)에의해 효율높게 분할된 편평한 분무로 되어 미세한 액적군으로 된다. 연료의 미립화는 어댑터(16)내에서의 벽면흐름의 손실을 충분히 보완하는 선회흐름과， 효율높게 분할되는 선회흐름에 의해 액적끼리의 합체가 억제됨으로써 촉진된다. 또한, 저온시(-30℃)나 감압시(-550mmHg)의 분위기조건하에서도, 연료의 선회력이 유지되어 조대립(粗大粒)의 발생은 없다.

제9도 및 제10도는 발명자들의 실험결과의 일예를 나타낸 것이다.

제9도는 대경인 연료통로공(17b)의 상당경 D과 축심의 연료통로공(17a)의 상강경 d과의 비 D/d에 의해 생기는 분무입경을 나타낸 것으로, D/d가 2로 되는 치수형상의 어댑터(16)에서는 100㎛ 정도의 입자를 얻을 수있다.

제10도는 D/d에 대한 분무각을 나타낸 것이며, 입경이 100㎛일 때의 각도는 분무의 최외각도 θ₀가 35° 정도로 두께방향의 θ_D가 15°정도이다. 또한, 이미 설명하였지만, 분무의 각도는 연료의 선회력을 조정하는 것이나, 제10도의 예에서도 명백한 바와 같이 치수형상의 선택에 따라 임의로 변경할 수 있다.

제11도는 연료의 분할수단인 어댑터에 관한 제2의 실시예를 나타낸다. 도면은 어댑터(20)의 구멍(21)부분의 확대도이다. 구멍(21)은 축심의 오리피스(8)보다 다소 큰 평행벽(22a)부분을 갖는다. 이 대면하는 벽의 간격은 본원 발명의 제1실시예에서 말하는 다소 큰 경에 도면에서는 ød₁으로 표시하였으나, 이것에 상당한다.

이 평행벽(22a)은 도면에 표시한 길이1(1≤1/2d₀)를 가지고 있다. 이것은 어댑터(20)가 밸브축심과 조립시에 다소 어긋난 경우에 있어서도， 평행등간격으로 배치되는 2개의 대경공(22b)부분 øD₁에 선회흐름을 안정되게 유도할 수 있도록 하기 위한 것이다. 대경공(22b)과 평행벽(22a)은 각각 원하는 곡율반경 R₁을 가진 연통벽(23)에서 연통된다. 본 실시예에 있어서도, 제1의 실시예와 같은 성능, 효과를 얻을 수 있다.

제12도는 어댑터에 관한 제3의 실시예를 나타낸 것으로, 대경공(24)이 ３개　있는　경우이다．이 대경공 (24)은 곡율반경 R₂을 가진 연통벽(25)에서 축심이 다소 큰 경ød2의 연료통로공(26)과 연통되어 있다. 도면의 화살표는 연료의 흐름을 나타낸 것으로, 분무는 3방향으로 분할된다.

제13도는 어댑터에 관한 제4의 실시예를 나타낸 것으로, 대경공 (27)이 4개 있는 경우이다. 이 대경공(27)은 좌우에 2개씩 배치되어 있다. 각각 곡율반경 R₄, R₄을 가진 연통벽(28),(29)에서 축심이 다소 큰 경ød₃의 연료통로공(26)과 연통되어 있다. 도면의 화살표는 연료의 흐름을 나타낸 것으로, 분무는 4방향으로 분할된다.

제14도는 본원 발명에 관한 다른 실시예를 나타낸다. 제1도와 동일부호는 동일부분이다.

전자식 연료분사밸브(50)는 밸브가이드(51)에 장착된 연료·계량소자(52)를 갖는다. 이른바 밸브시트(53)의 하류측에서 연료를 선회분사시키는 타입의 전자식 연료분사밸브이다. (54)는 복수개의 작은 구멍인 스월 오리피스, (55)는 연료선회실이며, 스월오리피스(54)는 연료선회실(55)에 개구되고, 밸브의 축심에 대해 경사져서 형성되어 있다. (56)은 연료선회실(55)의 개구하단에 장착되는 어댑터이다.

제15도는 제14도의 B방향에서 본 도면이며, 어댑터(56)부분의 설명에 관한 곳만을 도시한 것이다. 어댑터(56)는 연료선회실(55)보다 다소 큰 경의 연료통로공(57)과 평행등간격으로 배열되는 2개의 대경인 연료통로공(58)과 곡율반경 R₅을 갖는 연통벽(59)에서 연통된다. 도면의 화살표는 연료의 흐름을 나타내고 있다. 연료는 연료계량·선회소자(52)의 스월오리피스(54)에서 연료선회실(55)로 분사되고, 여기서 선회력을 부여받아서 연료통로공(56)에 이르러 2방향으로 분할된다. 본 실시예에 있어서도 효율높게 분무가 분할되어, 제1실시예와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

제16도는 본원 발명에 관한 전자식 연료분사밸브(1)를 탑재한 엔진제어시스템의 구성의 개요도이다. 또한, 제17도는 전자식 연료분사밸브(1)의 장착상태를 나타낸 도면이다.

DOHC 엔진은 흡배기밸브의 구동용으로 2개의 캠샤프트를 구비하고, 고회전, 고출력화가 용이함과 동시에, 특히 4밸브엔진에서는 연료실 중앙부근에서 점화됨으로써 우수한 연소특성이 얻어진다. 그리고, 대량의 공기를 일시에 흡입할 수 있으므로, 높은 레스폰스인 것 등, 많은 이점을 가지고 있다.

제16도에 있어서, 엔진(100)은 가솔린을 연료로 하는 상기 DOHC 엔진의 부분적인 단면도이며, 스로틀밸브(110)를 내장하는 흡기매니폴드(120), 흡기공(130) 및 이 흡기공(130)을 개폐하는 흡기밸브(140), 점화플럭(150)을 면하게 해서 배설하는 연소실(160), 흡기밸브(140)의 상류에서 흡기매니폴드(120)의 벽부에 장착되며, 흡기밸브(140)의 밸브시트(140a)방향으로 분사가능하도록 배치되는 본원 발명에 관한 연료분사밸브(1)가 도시되어 있다.

제17도는 연료분사밸브(1)와 흡기밸브(140)와의 위치관게를 나타낸 것으로, 분사밸브(1)로부터의 연료분무를 흡기밸브(140)의 간막이벽(140b)에 충돌하지 않도록 2방향으로 분할된다. 또한, (180)은 배기밸브를 나타낸다.

엔진(100)의 동작은 운전상황의 정보인 연소실(160) 간막이벽의 수온, 흡기공기량이나 공기온도, 엔진회전수 등을 제어유닛(170)이 처리하여 행한다. 연료분사밸브(1)의 연료분사는 이 제어유닛(170)의 신호에 의한다.

연료와 공기의 혼합기는 엔진(100)의 흡기공(130)으로부터 연소실(160)로 유도되어 압축공정에서 압축된 다음 점화플럭(150)에서 착화연소된다.

제18도 내지 제20도는 이러한 엔진(100)에 본원 발명의 연료분사밸브(1)를 적용하여 얻은 결과이다. 성능 비교의 대상으로서 종래형(핀틀밸브)과 함께 나타냈다.

제18도 및 제19도는 시동성에 관한 테스트결과이다. 어느 것이나, 핀틀밸브에 비하여 한층 성능이 향상되었다. 특히, -30℃의 분위기상황하에 있어서는 핀틀밸브는 완폭(完爆)되지 않았으나, 본원 발명의 분사밸브는 초폭(初爆)이 수초에 일어나고, 10초 이내에 완폭(펄스폭이 90~150ms의 사이)되었다. 규정치는 20초 이내이므로, 본원 발명의 분사밸브에서는 시동펄스폭을 70ms정도(종래 설정치의 약 절반)로 할 수 있고, 시동용 인젝터가 불필요해지며, 연비(燃費)를 향상시키는 등 실용상의 효과가 크다.

제20도는 가속응답성 테스트결과를 나타내고 있다. 아이들의 상태에서 스로틀밸브를 0.15초로 완전개방했을 때의 엔진회전수의 상승을 비교한 것이다. 본원 발명의 연료분사밸브는 핀틀밸브에 비하여 약 150밀리초 단축할 수 있도록 되어 있다. 이것은 가속직후의 연소가 매우 신속하게 행해지고 있는 것을 나타내는 것으로, 본원 발명의 연료분사밸브가 매우 우수한 미립화연료의 흡기밸브 간막이벽이나 흡기매니폴드내벽에의 연료부착을 피하고 있는 것에 있다.

상기와 같이, 본원 발명의 연료분사밸브를 사용하면 연비 향상이나 저온시동성 향상, 가속성 향상등 실용상의 효과가 매우 크다는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예에 나타낸 어댑터형상은 이들만에 한정되는 것은 아니고, 본원 발명의 의도 및 청구범위를 벗어나지 않는 범위에서 변형이 가능하다.

본원 발명에 의하면, 단일의 분사공으로부터의 분출연료를 2방향 또는 2방향 이상으로 효율높게 분할 공급하고, 분무의 입경의 우수한 미립화 특성을 얻어서 복흡기엔진에 적용할 수 있는 전자식 연료분사밸브를 제공할 수 있다.

Claims

연료를 밸브수단에 의해 연료분사공으로부터 공급하는 전자식 연료분사밸브에 있어서, 상기 연료분사공의 하류측에 상기 연료분사공으로부터 분사되는 연료의 흐름을 분할하는 분할수단을 가지며, 상기 분할수단을 단일공으로 형성된 연료유로에 의해 구성한 것을 특징으로 하는 전자식 연료분사밸브.
제1항에 있어서, 상기 분할수단을 구성하는 단일공으로 형성된 연료유로는 상기 분사밸브의 축심에 대한 단면형상이 상기 축심에 대해 대칭의 위치에 배설되며, 상기 연료분사공의 경보다 큰 복수의 제1의 원호와, 그들 제1의 원호에 외접하는 제2의 원호에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 연료분사밸브.
제2항에 있어서, 상기 연료유로는 상기 연료분사공에 평행하여 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 연료분사밸브.
제1항에 있어서, 상기 분할수단을 구성하는 단일공으로 형성된 연료유로는 상기 분사밸브의 축심에 대한 단면형상이 상기 축심에 대해 대칭의 위치에 배설되며, 상기 연료분사공의 경보다 큰 복수의 제1의 원호와, 그들 제1의 원호에 외접하고, 상기 연료분사공의 경보다 작은 거리를 가진 2점을 중심으로 한 제2의 원호에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 연료분사밸브.
제1항에 있어서, 상기 분할수단을 구성하는 단일공으로 형성된 연료유로는 상기 분사밸브의 축심에 대한 단면형상이 상기 축심에 대해 대칭의 위치에 배설되며, 상기 연료분사공의 경보다 큰 복수의 제1의 원호와, 중앙부에 배설된 평행부와, 상기 제1의 원호에 외접하여 상기 평행부에 접속되는 제2의 원호에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 연료분사밸브.
제1항에 있어서, 상기 분할수단은 상기 연료분사공을 형성하는 부재에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 연료분사밸브.