KR100289632B1 - 솔레노이드작동유체밸브 - Google Patents

Abstract

자기회로에 있어서 자속전파에서의 고유의 성질인 지연으로 인해, 아마추어상의 순간개방 자기력은 분사밸브회로가 획득될 만큼 빨리 형성되지 못한다. 이 순간힘은 자기회로의 팩키지 크기를 증가시키지 않고 증가된다. 연료분사기(10)는 자기회로 표면에 띄엄띄엄 배치된 슬롯, 주름부등 (70, 86, 87) 을 구비해서, 자기회로의 전체크기를 증가시키지 않고 자기틈에 통로를 따라 솔레노이드(20)가 여자될때 발생되는 자속선의 방향으로 자기회로상에서 증가된 표면영역을 제공한다.

표면에 대한 증가된 표면영역은 자기력이 틈을 가로질러 순간적으로 형성되는 동안 자기틈(62, 64)내에서 증가된 자속통로를 제공해서, 이에 의해 개방시 아마추어(18)의 응답을 향상시킨다. 슬롯/주름부는 그 자체가 슬롯/주름부의 새로운 배열로서, 자기 회로내의 자속선에 수직으로 흐르는 와동전류의 통로길이를 증가시킴으로써 자기회로의 저항성을 증가시키기 위한 저항성 증가수단을 제공한다.

Description

솔레노이드 작동 유체밸브

본발명은 솔레노이드 작동 유체밸브에 관한 것이며, 상세히는 휘발성 연료 즉 가솔린을 2행정 내연기관내로 직접, 고압으로 분사하기 위한 밸브에 대한 것이다.

(발명의 배경 및 개요)

개방하기 위한 입력신호의 명령에 응하는 연료분사기의 성능은 연소챔버에 정확한 연료를 분사하여 보내는 연료분사기의 성능에 있어서는 중요한 요소이다. 연료분사기의 자기회로를 형성하는 변수 (즉, 고정자, 아마추어, 고정자와 아마추어 사이의 작동틈) 는 특히 중요한데, 왜냐면, 아마추어상에서 작용하는 자기력을 발휘하는 자속을 안내하는 자기회로이기 때문이다. 자속형성 비율은 아마추어 상에서 작용하는 힘이 형성되는 비율을 결정한다. 보다 빠른 힘의 형성은 보다 빠르게 연료분사기를 개방한다.

자속은 순간적으로 형성될 수 없기 때문에, 종래에는 다양한 연료분사기 구동회로를 사용해서, 솔레노이드 코일내에서 전류의 형성을 최대화하려 했고, 이렇게 함으로써, 자기회로 내에서 형성되는 자속의 비율을 필연적으로 최대화하고, 그 결과로 연료분사기의 개방시간을 최소화 할수 있을 것이라고 기대했다.

자속의 순간적인 형성은 밸브의 지기회로내의 자기전도물질 (즉 고정자 및 아마추어) 의 횡단면 영역에 걸쳐 일정하게 형성되지 않음을 발견했다. 자속이 자기전도물질의 단면내부에 형성되기 전에 먼저 자기전도물질의 표피에 형성된다.

이 현상은 자기회로물질의 물리적인 특성이며, 단면내부로 자속의 전파를 지연시키는 시간의 상수 (비록 작지만) 의 성질이다. 편리상, 여기에서는 자속전파 지연특성이라 말한다. 결과적으로, 주어진 자기회로 구조물에 대하여, 코일내의 전류의 형성에 응하여 구조물의 횡단면내에서 어떠한 주어진 지점에서의 자속의 형성은 순간적인 현상으로서, 단면내의 그 지점의 특정위치 및 시간의 함수인 코일에 대한 입력전류의 함수이다. 자속전파 지연특성은 자속을 형성하기 위한 자기회로의 성능상의 고유의 제한으로서, 솔레노이드 코일내에 전류를 형성하는 구동회로의 성능에는 관계가 없다.

따라서 코일전류형성 시간을 최소화하는 것은 이러한 순간형성 동안 자속의 형성을 최대화하는 데 대하여 결정적이지 않다. 자기포화도 또한 작동하는 자기회로내의 자기물질의 고유의 물리적 특성이다.

다시말하면, 전류형성의 어떠한 비율은, 자속전파 지연특성이 없는 경우, 어떠한 시간내에 자기전도물질의 횡단면 영역에 걸쳐 일정한 자속밀도를 형성하는데 효과적인 자력의 순간형성 동안에, 자속전파 지연특성이 고려될때 같은 시간주기내에서 대신하여 일정하지 않은 자기전도물질의 주어진 횡단면 영역에 걸쳐 자속패턴을 초래한다.

그리고 순간형상 동안에 코일이 충분히 구동되면, 패턴은 자기침투 때문에, 자기적으로 포화된 표피와 자속이 빈약한 내부로 구성되고, 여기에서 전체 자속은 자속전파 지연특성이 없는 경우 생기는 것보다 작은 것이다.

코일전류가 형성되고 자기전도물질의 영역이 자기화되는 시간동안에 순간적으로 생기는 힘은 연료분사기를 여는데 상당한 영향을 끼친다. 최종 정체상태의 힘 (포화의 단락) 이 자기전도물질의 단면의 함수인 반면에, 순간힘은 자기전도물질의 표피의 횡단면 영역의 주변둘레로 측정했을 때 그 길이의 함수인 것으로 알려져 있다.

표피에 대한 명확한 정의는 없으나, 대략 수 마이크론 정도로 매우 얇다.

이 표피의 횡단면은 매우 적기 때문에, 자속이 단면의 내부로 전파되기전에 포화되는 경향이 있다. 따라서, 자기전도물질의 전체 단면영역의 완전한 장점이 이 순간상태 동안에는 취해질 수 없어서, 순간힘의 형성은 한정된다.

연료분사기는 상술된 특정한 개방력이 필요한 곳이나, 어떠한 크기의 제한이 연료분사기의 규격에 부여되는 곳에서는 종래의 기술로는 해결책을 찾을 수 없다.

따라서, 해결책이 요망되며, 이것이 본발명의 목적이다.

본발명의 원리는 종래의 솔레노이드 작동장치로 가능한 것보다 동등하거나 더작은 팩키지 크기내에서 상기된 개방력 요구에 부응하는 능력을 연료분사기에 부여한다.

또한, 이 원리는 종래의 제조공정의 사용을 통해 합체될 수 있다.

자력의 형성에 해로운 다른 효과는 와동전류 현상이다. 솔레노이드의 코일내의 변하는 전류는 자기전도물질내에서 이러한 전류를 발생시키고, 연료분사기의 개방을 늦춘다. 따라서, 본발명에 의해 제공된 해결책이 이러한 와동전류를 희석시킨다면 장점이 될수 있고, 사실 또한 본발명의 수단에 의해 성취될 수 있다.

US-A-2,881,980에는 이하와 같은 밸브를 개시하고 있다.

입구포트를 포함하는 밸브하우징;

상기 하우징내에서 출구포트를 제한하여 배치된 밸브시트;

상기 출구포트를 통해 흐름을 제어하기 위해 상기 시트와 같이 작동하는 밸브부재;

내경과 외경을 가지는 솔레노이드 코일;

상기 솔레노이드 코일의 내경내에서 동축선으로 배치된 내부고정자 튜브, 솔레노이드 코일의 외경을 넘어 동축선으로 배치된 외부고정자 튜브, 그리고 상기 솔레노이드 코일의 한 축선끝을 넘어 동축선으로 배치되어 상기 내부 및 상기 외부고정자 튜브 사이에서 반경방향으로 뻗는 횡단 고정자 끝벽으로 구성된 고정자수단;

상기 솔레노이드 코일의 대향 축선끝에서 동축선적으로 배치되며, 자기틈(magnetic gap)에 의해 상기 고정자수단으로 부터 분리되어, 상기 솔레노이드 코일의 여자에 의해 상기 고정자수단을 향해 끌어당겨질때 상기 시트에 대해 상기 밸브부재를 위치시키는 아마추어;

상기 고정자 튜브의 각각은 각각의 반경으로 내부 원통형의 표면과 각각의 반경으로 외부 원통형의 표면을 가지며, 상기 횡단 고정자 끝벽은 상기 솔레노이드 코일을 향해 동축으로 마주하는 한 표면과 상기 솔레노이드 코일로 부터 떨어져 마주하는 다른 표면을 가지며, 상기 아마추어는 상기 코일과 상기 고정자 수단을 향해 마주하는 축선면을 가지고 있고; 그리고 와동전류를 희석시키기 위한 아마추어와 고정자내에 있는 슬롯으로 구성되는 밸브를 개시하고 있다.

본발명은 상기 고정자 튜브의 각각의 상기 원통형 표면중에서 최소한 하나는 상기 자기틈으로 부터 상기 횡단 고정자 끝벽까지 동축선상으로 뻗는 일련의 슬롯을 가지며,

상기 횡단 고정자 끝벽의 상기 동축선상의 면중에서 최소한 하나는 상기 내부 및 외부 고정자 튜브 사이에서 반경방향으로 뻗는 일련의 반경상의 슬롯을 가지며,

상기 아마추어면은 최소한 상기 내부 및 외부고정자 튜브만큼 뻗는 반경상의 뻗침부를 가진 일련의 반경상의 슬롯을 가지며,

상기 고정자 튜브내의 상기 슬롯은 이들 각각의 고정자 튜브내에서 각각의 고정자 튜브의 표피내로만 반경방향으로 뻗어서, 이 각각의 슬롯이 각각의 고정자 튜브의 대향 원통형표면을 통과하지 못하게 하며,

상기 횡단고정자 끝벽내의 상기 슬롯은 끝벽의 표피내로만 반경방향으로 뻗어서, 상기 각각의 끝벽이 고정자 끝벽의 대향 축선상의 면을 통과하지 못하도록 하며, 그리고

상기 아마추어 슬롯은 상기 아마추어를 통해 축선상으로 돌출하지 않도록 상기 아마추어의 상기 축선면의 표피내로만 뻗는 것을 특징으로 한다.

간단히 말해서, 본발명의 바람직한 실시예는 새로운 자기회로를 가진 연료분사밸브를 개시하고 있다.

자기회로는 고정자, 아마추어 및 작동틈으로 구성된다. 흔히, 본발명은 팩키지 크기에서의 대응적인 증가가 없이 자기물질 표피의 크기를 증가시키기 위한 수단을 포함한다. 이 표피의 크기의 증가는 자기물질내에 슬롯의 세트를 포함함으로써 성취된다.

자기물질은 또한 순간자기력의 형성을 방해하는 것을 희석시키도록 의도되는 방법으로 와동전류에 대해 순환경로를 바꾸기 위한 수단을 포함한다.

개시된 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 아마추어를 변위시켜 연료분사기를 개방시키는데 작동하는 자기장을 발생시키기 위한 전기적으로 여자된 솔레노이드 코일이 배치된 관형공간을 형성하고 원형고리 끝벽으로 부터 뻗는 내부 및 외부원통형 폴부재를 가지는 고정자를 포함한다. 따라서 바람직한 실시예의 자기회로는 내부 및 외부폴부재의 자유단과 아마추어 사이에 배치된 2개의 평행 고리작동 틈을 포함한다.

본발명의 넓은 원리는, 자기틈을 가로질러 통과하는 자속을 이끄는 자기회로의 어떠한 부분을 따라서도 슬롯이 배치될 수 있다는 생각에도 불구하고, 패키지 크기를 증가시키지 않고 고정자 표피의 크기를 증가시키기 위한 수단은 폴부재를 따라 가는 슬롯을 포함한다.

본발명의 다른 목적, 장점 및 가능성은 이하 설명으로 명백해질 것이다.

본발명의 장점 및 사용은 이하 도면을 참조하여 상세한 실시예에 따라 보았을 때 보다 명백해 질수 있다.

(실시예의 상세한 설명)

제 1도에는 본발명에 따라 구성된 연료분사밸브(10)의 단면도가 도시되어 있다. 밸브(10)는 출구포트(16), 아마추어 조립체(18) 및 전기적으로 여자되는 솔레노이드(20)를 제한하는 밸브시트(14)를 포함하는 원통형 하우징(12)을 포함한다. 아마추어 조립체(18)는 아마추어 디스크(22), 밸브스탬(24) 및 밸브니들(26)을 포함한다.

밸브니들(26)은 밸브시트(14)와 접촉하도록 맞추어져, 스페이서블록(36)과 텐션조정기구(38) 사이의 리턴 스프링 보어(34)내에 배치된 리턴스프링(32)에 의해 블록출구포트(16)로 가압된다. 솔레노이드(20)는 고정자(40)와 외부동력원 (도시되지 않음) 에 연결하기 위해 적용된 전기터미널(42)을 포함하며, 동력원은 고정자 반경플랜지(46)와 코일(48)을 통해 배치된 한쌍의 맞물림구멍(44)을 통과하고, 전기터미널(42)이 외부동력원에 연결될때 플랜지와 코일은 리턴스프링(32)의 압력을 극복하고 아마추어 조립체(18)를 밸브시트(14)로 부터 상방으로 변위시키도록 작동하는 자장을 발생시켜, 이에 의한 연료가 연료유동통로(28)와 출구포트(16)를 통해 흐르도록 한다. 연료분사시스템 (도시되지 않음) 의 다른 부분은 연료분사시스템에 밀봉 연결하기 위해 적용된 연료입구포트(30)에 연료를 조정하여 공급한다.

직사각형 전압펄스와 같은 여자신호가 솔레노이드(20)에 가해질때, 전류는 순간형성을 실행한다. 이것은 자기력의 순간형성을 발생시킬 것이다.

이것은 상기한 자속전파 지연특성 때문에 자속이 안으로 전파되기 전에 고정표피를 포화시키고 또한 힘형성자기화를 저하시키는 와동전류가 발생된다.

반대로, 솔레노이드(20)가 여자해제될때, 감소하는 코일전류 과도현상은 자기회로내에 와동전류를 발생시키고, 이것은 자기회로의 비자기화를 저하시켜, 분사기 폐쇄에 영향을 준다.

고정자의 물리적인 크기를 증가시키지 않고, 자기회로내에서 고정자 표피의 크기를 증가시키는 수단을 가지는 자기회로가 본발명의 실시예로서 제 2, 3, 4도에 도시되어 있다.

본발명의 원리에 따라 구성된 자기회로(50)는 끝벽(56)상에 배치된 외부원통형폴(54)과 내부원통형폴(52)을 가지는 고정자(40), 아마추어 디스크(22) 및 내, 외부 자기작동틈(62, 64) 을 각각 포함한다. 솔레노이드(20)가 여자될때 가상선(66)으로 도시된 자속선이 자기회로(50)의 표면표피에서 발생된다 (자기회로(50)의 영역은 외부표면으로 부터 내부로 자화된다).

내부원통형폴(52)와 외부원통형폴(54)은 직경에 고정되고, 고정자 전체외형을 증가시키지 않고 자기회로(50)의 고정자 표피의 크기를 증가시키기 위해서, 외부원통형폴(54)은 ID표면/ 벽(72)내에 배치된 슬롯(70)을 가지고, 이에 의해 외부폴(54)의 ID표면/ 벽(72)의 표면영역을 슬롯측벽(74)에 의해 증가시킨다. 결과적으로, 자속선(66)은 순간형성 동안에 통과하는 보다큰 크기의 표피를 가지게되고, 외부자기틈(64)내에 보다 큰 크기의 자속(66)의 선을 제공하게 되며, 이들 증가된 자속의 선은 순간전류가 솔레노이드 코일(43)내에서 증가하는 시간동안에 아마추어 디스크(22)상에서 증가된 자기력으로 전환된다. 외부폴(54)의 OD벽(78)은 분사밸브(10)의 하우징(12)내로 알맞게 배치되거나 적당히 가압된다.

ID표면/ 벽(72), 슬롯측벽(74) 및 슬롯바닥(76) 만이 외부자기틈(64)에 노출되고, 여기에서 표피의 증가된 크기 및 결과적인 자속선 용량은 외부틈(64)을 가로질러 자력내로 전환된다.

슬롯은 또한 자기회로(50)내에서 약간의 와동전류 효과를 가지기 때문에, 외부폴(54)의 OD표면/ 벽(78)은 자기회로(50)의 저항성을 증가시키기 위해 슬롯화된다.

제 2도를 참조하면, 슬롯(70)이 절개된 후 남아있는 리브(82) 사이에 물질이 없는 상태로, 와동전류는 리브(82)의 물질내에 제한되고, 슬롯의 바닥에 남겨진 웨브(84)내에서 흐른다. 웨브내의 통로는 내경슬롯(70) 사이에 띄엄띄엄 배치하는 반경공간에 외경슬롯(86)이 절개되면 더욱 제한된다. 서로 엇갈리는 내부 및 외부슬롯(70, 86)의 이러한 패턴은 각각 슬롯화 되지않은 고정자 보다 더 비틀린 와동전류용 통로를 만든다.

슬롯(70, 86)은 외부풀(54)의 내부벽(ID) 및 외부벽(OD)상에 배치되고, 그러나 이들은 내부폴(52), 아마추어(22) 또는 끝벽(56)에 배치될 수 있는데, 즉 코일(48)이 여자될때나 예를들어 제 4도에서 가상선으로 자속선이 있는 곳에서 발생된 자장에 노출되는 자기회로(50)의 표면 어느곳에서나 배치될 수 있다.

제 5도를 참조하면, 본발명의 다른 실시예의 솔레노이드 고정자의 바닥이 도시되어 있고, 여기에서 내부 및 외부폴(92, 94) 각각은 주름진 표면(96, 98)을 각각 가지고 있어서, 고정자의 팩키지 크기를 증가시키지 않고, 증가된 표피영역을 제공할 수 있도록 한다. 표면(96, 98)은 제 3, 4, 5도에 도시했던 슬롯(70)으로 표피영역을 증가시키기 위한 다른 수단이다. 자기회로의 증가된 표면영역은 향상된 자속선이 1개 또는 그이상의 자기틈을 통하여 통과할때면 언제나 유용하기 때문에, 내부 및 외부폴(92, 94)의 상기된 외부 및 내부표면(96, 98)은 주름져 있다.

또한 제 3도의 슬롯(70, 86)의 사용에 의해 또는 제 5도의 벽(96, 98)에 의해 도시된 바와같은 표피영역이 증가하는 것이 주목되는데 여기에서 표면영역의 증가는 정체상태의 자기회로를 위하여 폴의 단면적에 있어서의 감소를 유발한다.

표피의 크기를 증가시키기 위한 슬롯의 포함이 정체 상태의 자속을 위한 단면적을 감소시키기 때문에 슬롯의 크기 및 수는 자기회로의 자기틈을 가로지르는 소망되는 순간 자기력을 발생시키기 위한 필요한 만큼 최소화되어야 한다. 그러나 대부분의 경우, 자기회로의 단면적은 전형적으로 증가된 표피영역에 기인한 감소된 단면적일지라도 포화상태로 정체상태의 자속이 접근하지 않을 정도로 충분히 크다.

결론적으로 본발명에 개시된 것은 높은 순간력을 빨리 형성하고, 고체의 것보다 적은 에너지를 쓰는 자기회로를 갖춘 신규의 연료분사밸브로서, 솔레노이드 조립체와 기계적으로 동일하고, 분말금속 또는 금속사출성형 공정으로 만들어진 주름진 표면 또는 골진표면에 의해 슬롯이 합쳐질 수 있기 때문에 제조시 원가가 상승하지 않는다.

제 1도는 본발명에 따라 제조된 연료분사밸브의 단면도,

제 2도는 외부원통형 폴부재의 ID 및 OD상의 세로홈을 도시한 제 1도의 솔레노이드 고정자의 하부도,

제 3도는 외부원통형 폴부재의 OD내에 배치된 외부홈을 도시한 제 2도의 솔레노이드 고정자의 정면도,

제 4도는 제 2도의 절단선 4-4 의 방향으로 취한 본발명의 아마추어 디스크 및 솔레노이드 단면도,

제 5도는 본발명의 다른 실시예의 솔레노이드 고정자의 하부도, 그리고

제 6도는 제 4도의 아마추어의 평면도.

Claims (1)

1. 입구포트(30)를 포함하는 밸브하우징(12);

   상기 하우징내에서 출구포트(16)를 외접하여 배치된 밸브시트(14);

   상기 출구포트를 통해 흐름을 제어하기 위해 상기 시트와 상호작용하는 밸브부재(26);

   내경과 외경을 가지는 솔레노이드 코일(48);

   상기 솔레노이드 코일의 내경내에서 동축선상으로 배치된 내부고정자 튜브(52), 솔레노이드 코일의 외경을 넘어 동축선상으로 배치된 외부고정자 튜브(54), 그리고 상기 솔레노이드 코일의 한 축선끝을 넘어 동축선상으로 배치되어 상기 내부 및 상기 외부고정자 튜브 사이에서 반경방향으로 뻗은 횡단 고정자 끝벽(56)으로 구성된 고정자수단(20);

   상기 솔레노이드 코일의 대향 축선끝에서 동축선상으로 배치되어 자기틈(62, 64)에 의해 상기 고정자수단으로 부터 분리되어서, 상기 솔레노이드 코일의 여자에 의해 상기 고정자수단을 향해 끌어당겨질때 상기 시트에 대해 상기 밸브부재를 위치시키는 아마추어(22);

   각각의 반경상 내부 원통형의 표면과 각각의 반경상 외부 원통형의 표면을 가지는 각각의 상기 고정자 튜브(52, 54), 상기 솔레노이드 코일을 향해 동축상으로 마주하는 한 표면과 상기 솔레노이드 코일로 부터 떨어져 마주하는 다른 하나의 표면을 가지는 상기 횡단 고정자 끝벽, 그리고 상기 코일과 상기 고정자 수단을 향해 마주하는 축선상의 면을 가지는 상기 아마추어;

   로 구성되는 밸브(10)에 있어서,

   상기 고정자 튜브의 각각의 상기 원통형 표면중에서 적어도 하나는 상기 자기틈으로 부터 상기 횡단 고정자 끝벽까지 동축선상으로 뻗는 일련의 슬롯(70, 86)을 가지며,

   상기 횡단 고정자 끝벽의 상기 동축선상의 면중에서 적어도 하나는 상기 내부 및 외부 고정자 튜브 사이에서 반경방향으로 뻗은 일련의 반경상의 슬롯(87)을 가지며,

   상기 아마추어면은 적어도 상기 내부 및 외부고정자 튜브까지의 반경상의 뻗침부를 가진 일련의 반경상의 슬롯(100) 을 가지며,

   상기 고정자 튜브들내의 상기 슬롯들은 이들 각각의 고정자 튜브에서 각각의 고정자 튜브의 표피내로만 반경방향으로 뻗어서, 이 각각의 슬롯이 각각의 고정자 튜브의 대향 원통형표면을 통과하지 못하게 하며,

   상기 횡단고정자 끝벽내의 상기 슬롯은 그 끝벽의 표피내로만 축선상으로 뻗어서, 각각의 상기 끝벽이 고정자 끝벽의 대향 축선상의 면을 통과하지 못하도록 하며, 그리고

   상기 아마추어 슬롯은 상기 아마추어를 통해 축선상으로 돌출하지 않도록 상기 아마추어의 상기 축선상의 면의 표피내로만 뻗는 것을 특징으로 하는 밸브.