KR20060040665A - 연료 분사 시스템 - Google Patents

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KR20060040665A
KR20060040665A KR1020067000465A KR20067000465A KR20060040665A KR 20060040665 A KR20060040665 A KR 20060040665A KR 1020067000465 A KR1020067000465 A KR 1020067000465A KR 20067000465 A KR20067000465 A KR 20067000465A KR 20060040665 A KR20060040665 A KR 20060040665A
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연료를 내연 기관의 연소실(6) 내로 분사하는, 다수의 분사구(13)를 구비한 연료 분사 밸브(2) 및 적어도 하나의 제 1 극(16) 및 적어도 하나의 제 2 극(17)을 구비한, 연소실(6) 내로 돌출한 점화 장치(8)를 포함하는 연료 분사 시스템에 관한 것이다. 상기 분사구(13)로부터 방출되는 연료 제트(20)가 상기 점화 장치(8)의 영역의 하부에서 실질적으로 원추면 형태 또는 부분 원추면 형태의 연료 팬(11)을 형성한다. 상기 적어도 하나의 제 1 극(16)의 단부는 측면으로 연소실(6) 내로 돌출한 상기 제 2 극(17)의 단부 옆에 배치되고, 상기 양 단부는 상기 점화 장치(8)의 종축의 거의 동일한 높이에 놓인다.
연료 분사 밸브, 분사구, 연소실, 점화 장치, 제 1 및 2 극.

Description

연료 분사 시스템{Fuel injection system}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 시스템에 관한 것이다.
예컨대 DE 100 26 321 A1 에는 연료 분사 밸브 및 연소실 내로 돌출한 점화 장치를 구비한 연료 분사 시스템이 알려져 있다. 연료 분사 밸브로부터 방출되는 연료 제트는 연료 원추(cone)를 펼친다. 이 경우 연료 원추는 연료 분사 밸브 옆에 비교적 가까이 배치된 점화 플러그의 영역에서 앵글 섹션(angle section)을 포함한다. 앵글 섹션에 의해 2 개의 연료 제트가 정확하게 규정된 간격을 두고 점화 장치를 통과할 수 있고, 이로 인해 연료의 정확한 점화가 보장되어야 한다.
상기 문서에서 알려진 연료 분사 시스템에서의 단점은, 특히 앵글 섹션을 점화 플러그로 향해 정확하게 정렬하기 위해, 특히 연료 분사 밸브가 매우 복잡하게 조립되어야 한다는 것이다. 마찬가지로 점화 장치 또는 극 또는 전극의 배치도, 연료 분사 밸브로 향해 정확하게 규정된 위치를 취하도록 조립되어야 한다. 예컨대 불발을 방지하기 위해, 점화 장치의 점화 불꽃의 위치 및 연료 분사 밸브의 제트 패턴의 구조 및 위치는 연료 분사 시스템의 전체 수명 동안 약간만 변경되어야 한다.
독립 청구항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는, 특히 연료 분사 시스템의 조립이 현저히 간단해지는 장점을 가진다.
특히 점화 장치 또는 극 또는 전극의 배치는 조립시 복잡하게 연료 분사 밸브와 관련하여 정렬될 필요가 없다. 또한 연료 분사 밸브가 종축을 중심으로 이루어지는 회전에 의해 복잡하게 정렬될 필요는 없다.
연소실 내 점화 장치의 돌출 깊이가 감소되고, 이로 인해 예컨대 점화 장치, 특히 극의 열적 부하가 감소된다. 점화 장치의 크기는 스케일러블(scalable)하며, 제트 원추는 최외부 표면에서 점화된다.
종속항에서 구현된 조치에 의해 독립항에 제시된 연료 분사 시스템의 바람직한 추가 개선예가 가능하다.
바람직하게는 제 1 극의 단부 및 제 2 극의 단부가 적어도 부분적으로 귀금속, 특히 백금 합금으로 이루어진다. 이로 인해 점화 불꽃은 확실한 방식으로 양 단부들 사이에서만 발생하며, 이 경우 극 또는 전극의 영역으로부터 운반되지 않는다. 이로 인해 연료는 더 확실하게 점화될 수 있는데, 그 이유는 예컨대 바람직하지 않은 소위 표면 방전(surface discharge)에서와 같이 적은 에너지가 전극에 열 형태로 방출되기 때문이다.
또한 제 1 극 및 제 2 극의 단부의 직경이 1 밀리미터보다 작고 및/또는 제 2 극의 단부에 대한 제 1 극의 단부까지의 거리가 1 밀리미터보다 작은 것이 바람직하다. 또한 이로 인해 불꽃이 극들 사이의 일정한 동일한 위치에서 발생하고, 거기서 점화 과정 동안 유지되는 것이 보장된다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 추가 개선예에서, 원추면으로부터 제 2 극까지의 거리는 0.5 mm 내지 3 mm 이다. 이로 인해 확실한 점화가 보장되고, 점화 장치의 열적 부하는 이로 인해 발생하는 점화 장치의 배치에 의해 현저히 감소되고, 이것은 더 긴 작동 시간 및 교대 인터벌을 야기한다.
계단화되어 연소실까지 확장되는 분사구에 의해, 분사된 연료의 구조에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있는 침전물의 형성이 감소 또는 방지된다.
분사구가 배치되는 천공 판의 사용에 의해 연료 분사 밸브 및 연료 분사 시스템이 훨씬 더 간단하게 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예는 도면에 간단하게 도시되고 하기의 설명부에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 설계된 연료 분사 시스템의 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 2는 도 1의 라인 II-II을 따라 자른 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 연료 분사 밸브의 분사측 단부의 개략적인 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 점화 장치의, 연소실로 돌출한 단부의 개략적인 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의, 원추면을 발생시키는 연료 분사 밸브의 개략적으로 도시한 제트 패턴이고,
도 6은 본 발명에 따라 설계된 연료 분사 시스템의 추가 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의, 부분 원추면을 발생시키는 연료 분사 밸브의 개략적으로 도시된 제트 패턴이다.
하기에서 본 발명의 실시예가 예시적으로 기술된다. 도면에서 동일한 부품에는 동일한 도면 부호가 제공된다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 시스템(1)의 실시예는 도시된 형태로 내부 혼합기 형성 및 연소 및 제트 안내된 연소 공정이 이루어지는 혼합기 압축식 외부 점화 내연 기관용으로 구현된다.
연료 분사 시스템(1)은 상기 실시예에서 실린더(21)를 포함하고, 상기 실린더 내에 피스톤(3)이 안내된다. 피스톤(3)은 한편으로는 커넥팅 로드(4)에 연결되고, 다른 한편으로는 연소실(6)에 접경한다. 또한 연소실(6)은 실린더(21) 및 실린더 헤드(5)에 의해 제한되고, 상기 실린더 헤드는 커넥팅 로드(4)의 반대편에 있는 실린더(21)의 측면 상에 배치된다. 실린더 헤드(5)는 실린더(21)로 향해 확장하는 원추형 리세스(12)를 포함하고, 상기 리세스는 연소실(6)의 일부를 형성한다. 리세스(12) 내에는 분사측 단부가 연소실(6) 내로 돌출하는 연료 분사 밸브(2)가 동축으로 배치되어 놓인다. 연료 분사 밸브(2)의 분사측 단부로부터, 도 5에 개략적으로 도시된, 방출되는 연료 제트(20)가 표면 개방각(α)을 가진 원추면 형태의 연료 팬(11)을 형성하고, 상기 표면 개방각은 바람직하게 70 내지 110 도이다. 점화 장치(8)는 연료 분사 밸브(2)의 분사측 단부에 대해 상대적으로 가까이, 거의 측면으로 오프셋되어, 원추면(18)을 형성하는 연료 팬(11)에 대해 바람직하게 0.5 mm 내지 3 mm의 거리가 유지되도록 연소실(6) 또는 리세스(12) 내로 돌출한다. 연소실(6) 내에 발생하는 연료/공기-혼합물은 점화 장치(8)에 의해 점화된다.
또한 실린더 헤드(5) 내에는 여전히 적어도 하나의 배출 밸브(10) 및 적어도 하나의 유입 밸브(9)가 배치된다.
도 2는 도 1의 라인 II-II을 따라 자른 본 발명에 따른 연료 분사 시스템(1)의 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다. 리세스(12) 내에 연료 분사 밸브(2)의 센터링된 위치 및 이에 대해 짧은 거리를 두고 측면으로 오프셋된 점화 장치(8)의 위치가 명확하게 도시된다. 제 1 극(16)은 상기 도면에서 연료 분사 밸브(2)의 반대편에 있는 제 2 극(17)의 측면에 놓인다. 본 발명에 따른 조치로 인해 제 1 극(16)의 위치는 중요하지 않으며, 이로 인해 점화 장치(8)의 구조가 간단해진다. 점화 장치(8)가 예컨대 실린더 헤드(5) 내로 조여지면, 점화 장치(8) 또는 제 1 극(16)의 위치는 조립시 복잡하게 조절될 필요가 없으며 실린더 헤드(5) 및 점화 장치(8)의 나사선이 높은 제조 공차로 제조될 필요가 없다. 또한 점화 장치(8)에서 극(16)의 규정된 고정 위치는 요구되지 않는다.
도 3은 밸브 시트 바디(15), 밸브 니들(14) 및 분사구들(13)(이들 중 하나만 도시됨)을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템(1)의 연료 분사 밸브(2)의 분사측 단부의 개략적인 단면도를 도시한다. 분사구(13)는 계단형으로 연소실(6) 을 향해 확장된다. 이로 인해 분사구(13)의 영역에 침전물 형성이 방지되거나 또는 감소된다.
도 4는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템(2)의 점화 장치(8)의, 연소실(6) 내로 돌출한 단부의 개략적인 도면을 도시한다. 적어도 하나의 제 1 극(16)의 단부는 측면에서 연소실(6) 내로 돌출한 제 2 극(17)의 단부 옆에 배치되고, 양 단부는 점화 장치(8)의 종축의 거의 동일한 높이에 놓인다. 극(16, 17)의 단부 사이에서 전체 점화 과정동안 점화 불꽃을 유지하기 위해, 양 단부는 바람직하게 백금 합금으로 이루어진다. 바람직하게 단부의 직경 및 단부 사이의 거리는 1 mm 보다 작다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템(1)의, 원추면을 발생시키는 연료 분사 밸브(2)의 개략적으로 도시된 제트 패턴을 도시한다. 원추면(18)까지 균일하게 펼쳐진 연료 팬(11)의 연료 제트(20)는 서로 인접한 연료 제트(20)에 대해 약 25도의 개방각(β)을 가진다. 바람직하게 개방각(β)은 다른 실시예에서 25 내지 45도이고, 각 분사구(13)에 의해 발생된 바람직하게 4 개 내지 12 개의 연료 제트(20)의 개별 개방각(β)은 서로 다를 수 있다.
연료 분사 밸브(2)의 분사측 단부에 관련된 점화 장치(8)의 위치는 도시된 실시예에서 대략 2 개의 연료 제트(20) 사이에 놓이고, 점화 장치(8)에 관련된 연료 제트(20)의 위치는 본 발명에 따른 조치에 의해 임의일 수 있고, 예컨대 연료 제트(20)도 정확하게 점화 장치(8)에 걸쳐 연장할 수 있다. 점화 장치(8)의 조립시와 같이, 이로 인해 연료 분사 밸브(2)의 구조가 현저히 간단해진다. 연료 분사 밸브(2)가 예컨대 실린더 헤드(5) 내로 조여지면, 연료 분사 밸브(2)의 위치는 조립시 복잡하게 조절될 필요가 없고, 실린더 헤드(5) 및 연료 분사 밸브(2)의 나사선이 높은 제조 공차로 제조될 필요가 없다. 각 분사구(13)에 의해 발생되는 연료 제트(20)의 개수는 바람직하게는 4 개 내지 20 개이다.
도 6은 본 발명에 따라 설계된 연료 분사 시스템(1)의 추가 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고, 이것은 예컨대 도 1의 실시예와 유사하다. 그러나 점화 장치(8)는 리세스(12)의 최고 지점에 또는 동축으로 배치된다. 상기 실시예에서 점화 장치(8)는 연소실(6)에 대해 동축으로도 배치된다. 점화 장치(8)에 대해 상대적으로 가까이, 거의 측면으로 오프셋되어 연료 분사 밸브(2)의 분사측 단부는, 원추면(18)에 대해 바람직하게 0.5 내지 3 mm의 거리를 유지하도록 리세스(12) 내로 돌출한다.
도 7은 부분 원추면을 형성하는, 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 연료 분사 밸브의 개략적으로 도시된 제트 패턴을 도시한다. 동축으로 연료 분사 밸브(2)로부터 나오지 않는, 상기 실시예에서 부분적으로만, 즉 부분 원추면으로 형성되는 원추면(18) 또는 연료 팬(11)은 7 개의 연료 제트(20)를 포함하고, 상기 연료 제트는 서로 각각 40 도의 동일한 개방각(β)을 가진다. 다른 실시예에서 연료 제트(20) 사이의 개방각(β)도, 연소실(6)에서 진행하는 공정에 따라, 상이하게 선택될 수 있다. 연소실(6) 내로 돌출하는 연료 분사 밸브(2)의 분사측 단부의 위치는 연소실(6)의 횡방향 평면의 중점의 외부이고, 점화 장치(8)의 분사측 단부의 위치도 마찬가지이다.
본 발명은 도시된 실시예에 국한되지 않고, 예컨대 연료가 분사되는 임의의 내연 기관용으로도 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 연료를 내연 기관의 연소실(6) 내로 분사하는, 다수의 분사구(13)를 구비한 연료 분사 밸브(2) 및
    적어도 하나의 제 1 극(16) 및 적어도 하나의 제 2 극(17)을 구비한, 연소실(6) 내로 돌출한 점화 장치(8)를 포함하고,
    상기 분사구(13)로부터 방출되는 연료 제트(20)가 상기 점화 장치(8)의 영역의 하부에서 실질적으로 원추면 형태 또는 부분 원추면 형태의 연료 팬(11)을 형성하는, 연료 분사 시스템(1)에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 극(16)의 단부는 측면으로 상기 제 2 극(17)의 단부 옆에 배치되고, 상기 양 단부는 상기 점화 장치(8)의 종축의 거의 동일한 높이에 놓이는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 극(16) 및 상기 제 2 극(17)의 단부가 적어도 부분적으로 귀금속, 특히 백금 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 극(16) 및 상기 제 2 극(17)의 단부의 직경이 1 밀리미터보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 극(17)의 단부로부터 상기 제 1 극(16)의 단부까지의 거리는 1 밀리미터보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 제트(20)로 형성된 원추면(18)으로부터 상기 제 2 극(17)까지의 거리는 0.5 mm 내지 3 mm인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 제트(20)가 상기 연료 팬(11)을 균일하게 형성하며, 상기 연료 제트(20)가 특히 서로 동일한 개방각(β)을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 개방각(β)이 25도 내지 45도인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사구(13)가 계단형으로 상기 연소실(6)을 향해 확장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사구(13)의 개수가 최소한 4 개, 최대한 12 개인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사구(13)가 상기 연료 분사 밸브(2)의 천공 판 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 팬(11)이 70도 내지 110도의 표면 개방각(α)을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 팬(11)이 상기 연료 분사 밸브(2)의 종축에 대해 동축으로 연장하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 팬(11)의 종축이 상기 연료 분사 밸브(2)의 종축에 대해 0 도가 아닌 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
KR1020067000465A 2003-07-10 2004-07-07 연료 분사 시스템 KR101134306B1 (ko)

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