KR100253885B1 - 저질량인 유체흐름형 아마추어 - Google Patents

Abstract

일반적인 솔레노이드 작동 연료인젝터(10)는 연료인젝터를 작동시키기 위해 전류로써 선택적으로 여자화되는 솔레노이드코일(24)을 내재하는 엔클로저를 형성하는 하우징(12)을 포함한다. 입구 커넥터튜브(14)는 엔클로저 내로 액체연료를 운반하도록 고정자(16)내로 뻗어 있고, 엔클로저로부터 연료가 분사되도록 밸브까지 연료를 운반한다. 밸브니들은 고정자(16)와 밸브(27)사이에서 엔클로저 내에 배치되고 입구커넥터튜브와 밸브사이에서 엔클로저를 통하는 흐름통로를 개폐하도록 스프링-바이어스드 아마추어(20)를 통해 작동하는 솔레노이드코일(24)에 의해 작동된다. 고정자(16)는 자속이 고정자의 단부와 아마추어(20)의 한쪽 사이에서 엔클로저내에 배치되는 작동공간(28)을 가로질러 향하는 자기회로통로부분을 형성하며 거기에서 아마추어의 한쪽이 흐름통로의 개폐작동시 고정자상에 축선방향으로 발휘되는 충돌힘을 야기시킨다.

본 발명에 따라서, 충격최소화수단(30)은 충돌힘의 작용을 최소화하도록 제공되며, 이 충격최소화수단은 아마추어상에서 다차원 유체통로의 부재시의 충돌힘의 작용에 비하여 충돌힘의 작용을 최소화하는 아마추어를 통하는 다차원 유체통로(30)를 포함한다.

Description

저질량인 유체흐름형 아마추어{LOW MASS, THROUGH FLOW ARMATURE}

일반적으로 솔레노이드밸브는 제 1및 제 2위치사이에서 이동가능한 아마추어를 포함한다. 이들 제 1 및 제 2위치의 극단은 기계적인 정지부에 의해서 그 한계가 지어진다. 아마추어는 솔레노이드에 의해 발생되는 전자기력에 의해 일방향으로 이동될 수 있으며 리턴 또는 바이어스 스프링에 의해 반대방향으로 이동될 수 있다.

아마추어가 정지부와 충돌될때, 그 질량때문에 튀어오르는(바운드되는) 경향이 있다. 그러므로 튀어오름과 그 불리한 효과를 감소시키기 위해서 많은 파라미터들이 변경될 수 있는데, 그중 하나는 아마추어의 질량이다. 아마추어가 튀어오를 때마다, 밸브요소가, 제어되지 않은 연료의 소량을 엔진내로 유입시켜서, 배출에 악영향을 준다. 인지되어 있는 것과 같이, 엔진내로의 연료의 누출은 매우 바람직하지 못한 연료 경제성을 야기시킨다. 나아가서 아마추어의 튀어오름은 밸브시트지역에 과도한 마모를 야기함으로써 연료인젝터의 작동에 악영향을 미친다.

아마추어는 일반적으로 유체가 아마추어를 통해 밸브로 통과하도록 하는 "연료구멍" 또는 드릴가공된 통로를 가지는 단단한 구조물이다. 유동률이 높은 아마추어에 있어서, 이들 드릴가공된 통로는 꽤 커지게 되고, 불충분한 자기통로영역 때문에 자기성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 불행하게도, 드릴 가공된 구멍을 보상하도록 자기통로영역을 증가시키는 것은 아마추의 질량도 증가시키며, 이것은 아마추어의 동력학적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

아마추어 부품의 드릴가공된 통로에 의해 발생되는 문제점을 해결하는 것이 요구된다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 일반적으로 내연기관내로 액체연료를 분사하기 위한 연료인젝터와 같은 전기작동식 밸브에 관한 것으로, 특히 그러한 밸브내에서 아마추어를 통하는 유체흐름통로에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 연료인젝터의 부분단면 정면도,

도 2는 도 1에서의 절단선(2-2)을 따라 취해진 도 1의 연료인젝터의 아마추어의 평면도,

도 3은 도 2의 아마추어의 정면도,

도 4는 도 2에서의 절단선(4-4)을 따라 취해진 단면도, 그리고

도 5는 도 2에서의 절단선(5-5)을 따라 취해진 단면도이다.

이러한 요구는 본원 발명에 의해 해결되는데, 본원 발명에서는, 저질량조건을 만족하는 솔레노이드밸브 아마추어가, 자기성능의 손실없이, 아마추어를 통과하는 유체흐름통로를 제공하고 있다.

본원 발명에 의하면, 솔레노이드 조립체가 고정자 및 고정자에 대해 편향되어 있는 아마추어를 포함하고, 상기 아마추어가, 고정자에 의해 발생된 자기장의 결과 고정자에 대한 상기 아마추어의 이동에 따라서 밸브작동식출구를 작동시키기 위한 수단을 가지며, 입구 및 밸브작동식출구를 가지는 하우징과 상기 하우징내에 배치된 상기 솔레노이드 조립체를 포함하는 연료인젝터로서, 상기 아마추어는 복수의 유체통로를 포함하며, 이 유체통로는 상기 아마추어를 통해 뻗어 있고 입구로 부터 상기 출구로 유체가 향하기 위한, 그리고 상기 아마추어의 질량을 감소시키기 위한 수단을 제공하며, 또한 리브는 상기 아마추어의 중앙축선으로부터 주변지역으로 반경방향으로 뻗어 있고, 상기 리브는 중앙축선에서 보다 큰 질량을 가지도록 배치되어 있고, 이 질량은 주변지역쪽으로 갈수록 감소하며, 이에 따라 상기 아마추어의 강도 및 상기 솔레노이드 조립체의 자기성능을 유지시키는 것을 특징으로 하는 연료인젝터가 제공된다.

요약하자면, 본 발명은 아마추어 요소에 있어, 연료인젝터에 대해 어떤 구성상의 특징을 실현시킨 것이다. 본 발명의 원리는 여기에 상세하게 예시되고 설명된 연료인젝터와는 다른 스타일의 연료인젝터에도 잠정적으로 적용가능하다.

본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 아마추어는 아마추어를 통하는 다차원 유체통로를 구비하도록 변경되는데, 이는 아마추어의 질량을 감소시켜서, 다차원 유체통로가 없을 때에 아마추어에 가해지는 충격력에 비해 충격력의 효과를 최소화한다. 리브는 필요한 혹은 바람직한 자기회로경로를 유지하기 위하여 아마추어의 밸브니들측상에 추가된다.

본 발명의 특성 및 목적의 완벽한 이해를 위해서, 첨부된 도면 및 부가된 청구항과 관련하여 상세한 설명이 다음에서 이루어진다.

도 1과 관련해서, 내연기관 내로 연료를 분사하도록 설계된 일반적인 연료인젝터(10)의 부분단면도가 예시된다. 인젝터(10)는 비자성하우징(12), 튜브형상의 입구 커넥터(14), 고정자(16), 헬리컬코일스프링(18), 스프링포켓(17), 아마추어(20), 밸브니들(22), 선택적으로 솔레노이드코일을 여자하도록 연료인젝터를 전기작동회로에 통하게 하는 전기단자가 연장되어 있는 솔레노이드 코일 조립체(24), 그리고 밸브(27)를 가지는 밸브몸통 조립체(26)를 포함한다. 고정자(16)는 일체형 프레임이며, 내부전극(19)을 형성하는 내부튜뷸러부재 및 외부전극(21)을 형성하는 외부튜뷸러부재를 가진다. 내외부 튜뷸러부재는 일단에서 서로 체결되어 폐쇄단부를 형성한다. 미합중국특허 5,341,994에는 이러한 인젝터(10)의 실례가 나와있지만, 그 특허는 여기서의 본 발명을 나타내거나 개시하지 않는다.

이 인젝터는 일반적으로 탑-피드타입으로 언급되고 있는데, 연료는 입구커넥터(14)를 통해 유입되고 축방향으로 대향하는 밸브 또는 팁단부(27)로부터 분사물로서 방출된다.

이 차이점은 본질적으로 현재 개시된 본 발명의 특성에 관한 것이다. 본 발명은 솔레노이드의 자기회로의 아마추어요소로써 솔레노이드 작동밸브에서 이용된다. 예시된 실시예에서, 아마추어는 돌출된 내부전극형상의 디자인이며, 유체흐름은 아마추어를 통과하여야만 한다.

도 1에서, 입구커넥터튜브(14)는 하우징내에 배치되며, 고정자(16)내로 가압된 액체연료를 운반한다. 고정자(16)의 하단부 및 아마추어(20)의 상단부 즉, 돌출된 내부전극은 상호간에 작동공간(28)을 형성한다. 작동공간의 축방향 치수는 작기 때문에, 도 1에서는 단순히 선의 두께로 도시되어 있다. 밸브니들(22)은 아마추어의 중앙구멍을 통해 연장되며, 아마추어(20)와 일체로 형성되고, 밸브(27)를 개폐하도록 기능한다.

솔레노이드 코일 조립체가 여자화되지 않을때, 스프링 포켓(17)내에 위치되는 스프링(18)은, 아마추어(20)를 고정자(16)로부터 떨어지도록 편향시켜서 밸브(27)가 폐쇄작동되도록 함으로써, 연료인젝터로부터 액체연료의 분사를 정지시킨다. 솔레노이드 코일 조립체가 여자화될때는, 스프링(18)은 아마추어(20)를 고정자(16)쪽으로 끌어당겨서 몸통조립체(26)내의 밸브(27)를 개방하여 연료인젝터(10)로부터 액체연료를 분사시킨다.

본 발명에 따라서, 연료는 도 2에 예시된 바와같이 아마추어(20)내에서 다차원 유체통로 또는 충격-최소화 수단(30)을 통해 흐르며, 유체통로는 그 깊이에 따라서 크기 및 형상이 변경된다. 도 4에 도시된 바와같이, 유체의 흐름은 다양한 유체통로(30)를 통해 아마추어의 밸브니들측에 도달할 수 있다.

면이 평탄한 스타일의 아마추어는 일반적으로 밸브니들의 단부에 부착되거나 또는 그와 일체형인 디스크 형상 부품이다. 아마추어가 캔틸레버(cantilever) 조건에서 니들가이딩포인트의 외부에 위치되거나 또는 돌출된다면, 무게 초과는 밸브장치의 역학관계 상에 부정적인 영향을 미치기 때문에, 아마추어의 질량이 중요하다.아마추어를 통한 유체통로를 제공하는 것은, 니들의 부착으로 인한 문제와, 자기경로에 구멍을 추가해야 하는 것으로부터 발생하는 솔레노이드의 자화성능에 대한 부정적인 영향을 제거해야 하는 문제를 가져온다.

본 발명은 아마추어(20)를 통해 다차원 유체통로(30)를 제공함으로써 아마추어의 질량을 감소시키고 아마추어에 대한 충돌력의 영향을 최소화하여 튀어오름(바운드)을 감소시킴과 동시에, 자기성능을 유지하기 위해 바람직한 또는 필요한 자기회로경로를 유지하도록 리브(32)를 추가함으로써 이들 현존하는 문제점들을 해결한다. 본 발명은 불충분한 자기통로 영역 때문에 자기성능에 부정적인 영향을 주는 드릴가공된 것과 같은 큰 통로가 필요없기 때문에, 유동률이 높은 아마추어에 특히 적합하다. 솔레노이드 밸브를 통한 유체흐름에 있어, 유체는 아마추어(20)내의 유체통로(30)를 통해 고정자(16)로부터 밸브(27)로 흐른다.

아마추어를 통하는 자속통로를 주의깊게 분석하면, 리브(32)의 치수, 크기 및 위치와 함께 유체통로(30)의 개구크기를, 솔레노이드 밸브의 자기성능에 부정적인 영향을 주지않도록 결정할 수 있다. 아마추어(20)의 무게절감은, 통로(30)의 크기와 형상을 통하여 아마추어(20)의 밸브니들측에 가해지는 자속경로 밖의 재료를 제거함으로써 달성될 수 있다. 재료를 제거함으로써, 무게증가 없이 아마추어를 통해 필요한 유체흐름을 제공할 수 있는 매우 콤팩트한 아마추어 디자인이 가능해지며, 아마추어의 밸브면상의 리브(32)의 양과 위치는 자기성능에의 영향을 최소화한다. 전형적으로 리브는 아마추어의 축선에서 연장되며, 이 축선 부분에서 리브는 아마추어의 외부주변단부에 비해 최대의 부피를 가지며, 아마추어에 강도 및지지를 제공한다.

본 예시에서는, 아마추어가 상부유입 유체흐름조건에 대해 설명되었지만, 질량을 최소로 한다는 본 발명의 특징은 하부유입식 솔레노이드 밸브 제품에도 바람직하게 적용된다. 고정자로부터 아마추어의 밸브니들측까지의 유체통로의 연결에 의해서 밸브개방시 고정자 및 스프링포켓(19)내에 저유된 유체의 배출이 가능해진다. 이 배출작동은 유압로킹(locking) 효과를 예방함으로써 솔레노이드 밸브의 역학적 성능을 향상시키는 장점을 가진다.

본 발명의 다차원 유체통로는 전통적인 터닝 및 밀링가공방법을 이용해서는 경제적으로 가공되지 않을 수도 있다. 따라서, 종래기술에 공지된 바와같이 유체통로 및/또는 아마추어를 제조하기 위한 대체 방법이 적용될 수 있다. 아마추어 블랭크(blank; 제품형성전의 원재료)를 리브와 함께 형성하고, 그 다음에 다차원 유체통로를 종래기술에 공지된 바와같은 전기방전 가공공정을 이용하여 나사가공된 아마추어 블랭크안에 형성할 수 있다. 즉, 유체통로의 역이미지를 형성하도록 가공된 전극이, 가공된 아마추어 형상이 되도록 이용된다.

선택적으로, 아마추어 전체가 동시에 형성될 수 있다. 아마추어는 금속주입 몰딩공정을 이용하여 또는 금속분말 가공공정을 통하여 만들어질 수 있으며, 이들 기술은 종래기술에 공지되어 있고, 아마추어가 형성되어짐에 따라 아마추어 내에 리브 및 유체통로가 형성된다.

본 발명을 상세하게 그리고 그것의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 본 발명의 원리가 부가된 청구항내에 한정된 발명의 범위로부터 벗어남 없이 솔레노이드 작동 밸브의 또 다른 형상으로 실현될 수 있다는 것은 명백하다.

Claims (2)

1. 솔레노이드 조립체가 고정자(16) 및 고정자(16)에 대해 편향되어 있는 아마추어(20)를 포함하고, 상기 아마추어(20)가, 고정자(16)에 의해 발생된 자기장의 결과 고정자(16)에 대한 상기 아마추어(20)의 이동에 따라서 밸브작동식출구(27)를 작동시키기 위한 수단을 가지며, 입구 및 밸브작동식출구(27)를 가지는 하우징과 상기 하우징내에 배치된 상기 솔레노이드 조립체를 포함하는 연료인젝터(10)로서,

   상기 아마추어(20)는 복수의 유체통로(30)를 포함하며, 이 유체통로(30)는 상기 아마추어(20)를 통해 뻗어 있고, 입구로 부터 상기 출구(27)로 유체가 향하기 위한, 그리고 상기 아마추어(20)의 질량을 감소시키기 위한 수단을 제공하며, 또한

   리브(32)는 상기 아마추어(20)의 중앙축선으로부터 주변지역으로 반경방향으로 뻗어 있고,

   상기 리브(32)는 중앙축선에서 보다 큰 질량을 가지도록 배치되어 있고, 이 질량은 주변지역쪽으로 갈수록 감소하며, 이에 따라 상기 아마추어(20)의 강도 및 상기 솔레노이드 조립체의 자기성능을 유지시키는 것을 특징으로 하는 연료인젝터.
2. 제 1 항의 연료인젝터(10)에 있어서, 상기 복수의 유체통로(30)가 상기 주변지역근처에 위치됨으로써 솔레노이드 조립체의 자기성능에 대한 부정적인 영향을 더욱 감소시키는 것을 특징으로 하는 연료인젝터.

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