KR101680579B1 - 연료 분사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가동적으로 배치된 코일(7)을 가진 전기 역학적 드라이브(30), 밸브 시트(2a)에 있는 분사 홀(18)을 개방 및 폐쇄하는 내부로 개방하는 니들(2), 상기 니들(2)을 가동적으로 배치된 코일(7)과 연결하는 연결 부재(9), 및 상기 밸브 시트(2a)의 상류에서 니들(2)에 배치되며 가압된 연료를 포함하는 압력실(15)을 포함하는 연료 분사 장치에 관한 것이다.

Description

연료 분사 장치{Fuel injection device}
본 발명은 연료 분사 장치에 관한 것으로, 특히 가압된 연료를 내연기관의 연소실 내로 분사하는 연료 분사 장치에 관한 것이다.
공지된 연료 분사 장치는 예컨대 차량 엔진에서 연료의 분사를 위해 사용된다. 디젤 연료의 분사와 더불어, 최근에는 오토(Otto) 연료도 분사된다. 종종 연료 분사를 위해 어큐뮬레이터(레일)로부터 나온 연료가 제공되고, 분사 장치를 통해 연소실 또는 흡입 라인 내로 분사된다. 액추에이터로서 한편으로는 전자기 액추에이터가 사용되거나 또는 대안으로서 피에조 액추에이터가 사용된다. 전자기 액추에이터는 비교적 저렴하지만 비교적 느리다. 이에 반해 피에조 액추에이터는 신속하지만, 비교적 비싸다. 따라서, 비교적 신속하며 경제적인 액추에이터를 포함하는 분사 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 과제는 비교적 신속하며 경제적인 액추에이터를 포함하는 연료 분사 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징을 포함하는 연료 분사 장치에 의해 해결된다.
청구항 제 1항의 특징을 포함하는, 본 발명에 따른 연료 분사 장치는 매우 짧은 스위칭 시간을 가지며 경제적이고 컴팩트하게 제조될 수 있다는 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 장치는 또한 사이클 당 2번 또는 그 이상의 분사를 실시할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 장치는 내부로 개방하는 노즐을 포함하므로, 분사시 매우 양호하게 형성되는, 원추형 스프레이가 형성된다.
이 경우, 예컨대 상이한 엔진 제조업자에 대해 개별적으로 조정된 스프레이 또는 선회 스프레이를 제공하기 위해, 다수의 분사 홀이 문제없이 제공될 수 있다. 이는 본 발명에 따라 장치가 가동 코일을 구비한 드라이브 또는 전기 역학적 액추에이터를 포함함으로써 달성된다. 이로 인해, 드라이브는 매우 저렴하게 제공될 수 있고, 코일에 전류 공급의 반전에 의해 코일의 신속한 운동 반전이 이루어질 수 있다. 전기 역학적 드라이브의 가동 코일은 분사 장치의 니들과 연결되고, 이는 연결 부재에 의해 구현된다. 이 경우, 니들의 연결 부재들 사이의 연결은 코일의 전류 방향의 극성 전환에 의해 니들이 액티브하게 개방되거나 또는 폐쇄될 수 있도록 이루어진다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.
바람직하게 전기 역학적 드라이브는 가동 코일과 더불어 제 1 및 제 2 영구자석, 제 1 영구자석과 제 2 영구자석 사이에 배치된 와셔, 및 자기 전도성 재료로 제조된 케이싱을 포함한다. 이로 인해, 매우 컴팩트하고 간단한 구성이 구현된다.
또한, 바람직하게 니들을 전기 역학적 드라이브와 연결하는 연결 부재는 다수의 핑거를 포함한다. 이는 니들과 전기 역학적 드라이브 사이의 확실한 연결을 가능하게 하고, 또한 2개의 운동 방향으로의 확실한 결합을 형성한다. 핑거들은 바람직하게 니들 디스크와 형상-끼워맞춤(positive) 방식으로 결합되고, 상기 니들 디스크는 니들에 고정된다.
또한, 바람직하게는 니들이 폐쇄 스프링 및 특히 스프링 디스크를 포함하고, 상기 스프링 디스크는 니들에 고정되며 폐쇄 스프링의 지지를 위해 사용된다. 폐쇄 스프링은 니들의 폐쇄 과정을 지원한다.
또한, 바람직하게는 분사 장치가 관을 포함하고, 상기 관은 축 방향으로 중앙에서 전기 역학적 드라이브를 통해 안내된다. 관은 연료를 전기 역학적 드라이브를 통해 안내하도록 설계된다.
이로 인해, 특히 컴팩트한 구성이 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 전기 역학적 드라이브는 연료로 채워진 챔버 내에 배치되고, 상기 연료는 상기 챔버 내에서 압력 하에 있다.
또한, 바람직하게는 장치가 파형 벨로우즈를 포함하고, 상기 파형 벨로우즈는 전기 역학적 드라이브를 가압된 연료로부터 분리한다. 이로 인해, 전기 역학적 드라이브가 연료로 채워진 챔버 내에 배치되지 않을 수 있다.
특히 컴팩트한 구성을 제공하기 위해, 중앙 관통구를 가진 니들이 형성되고, 상기 니들은 가로방향 홀을 통해 자유 니들 단부에 있는 압력실과 연결된다. 이로 인해, 연료는 니들의 내부를 통해 압력실에 공급될 수 있다.
니들의 확실한 안내를 위해, 관의 단부 영역이 니들의 안내를 위해 가이드 영역으로서 형성된다. 이로 인해, 니들을 위한 별도의 가이드 장치가 생략될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 폐쇄 스프링은 바람직하게 관 내에 배치된다. 이는 장치의 특히 컴팩트한 구성을 가능하게 하고, 관 내의 폐쇄 스프링은 관을 통해 이루어지는 연료의 공급을 방해하지 않는다.
본 발명에 의해 비교적 신속하고 경제적인 액추에이터를 포함하는 연료 분사 장치가 제공된다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 단면도.
이하에서, 도 1을 참고로, 고압 하의 연료를 분사하기 위한 장치(1)가 상세히 설명된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 장치(1)는 전기 역학적 액추에이터(30), 니들(2) 및 연료 공급 라인(19)을 포함한다. 연료 공급 라인(19)을 통해 고압 하의 연료가 장치(1)에 공급된다. 전기 역학적 액추에이터(30)는 제 1 영구 자석(4), 제 2 영구 자석(6), 와셔(5), 가동 코일(7) 및 케이싱(8)을 포함한다. 와셔(5)는 자기 전도성 재료로 제조되고, 제 1 영구 자석(4)과 제 2 영구 자석(6) 사이에 배치된다. 가동적으로 배치된 코일(7)은 제 1 및 제 2 영구 자석(4, 6) 및 와셔(5)의 외주에 배치된다. 케이싱(8)은 자기 전도성 재료로 제조되고 코일(7)의 원주를 둘러싸며 제 1 영구 자석(4) 또는 제 2 영구 자석(6)의 2개의 단부면을 축 방향 X-X로 둘러싼다. 2개의 영구 자석들(4, 6)은 동일한 극이 와셔(5)를 향하도록 배치된다. 이로 인해, 영구 자석들(4, 6)은 와셔(5)를 통해 자계를, 방사방향 외부로 케이싱(8)의 방향으로 연장되도록, 형성한다. 코일(7)에 전류가 공급되면, 코일(7)은 전류 방향에 따라 니들의 개방 또는 폐쇄 방향으로(즉, 축 방향 X-X 로)작용하는 로렌츠 힘을 받는다. 이로 인해, 코일(7)은 각각 상응하는 방향으로 이동된다.
장치(1)는 또한 폐쇄 스프링(3)을 포함하고, 상기 폐쇄 스프링(3)은 니들(2)에 폐쇄력을 가한다. 이를 위해, 니들(2)에 스프링 디스크(13)가 고정되고, 상기 스프링 디스크에는 폐쇄 스프링(3)의 일 단부가 지지된다. 폐쇄 스프링(3)의 다른 단부는 히우징 부품(14a)에 지지된다. 니들(2)에는 또한 니들 디스크(11)가 고정되고, 상기 니들 디스크(11)는 분사 홀들(18)로부터 떨어진 니들(2)의 일 단부에 고정된다. 분사 홀들(18)은 하우징(14) 내에 형성되고, 축 방향 X-X 에 대해 미리 정해진 각으로 배치된다. 가동 코일(7)은 연결 장치(9)를 통해 니들(2)에 연결된다. 이 경우, 연결 장치(9)는 다수의 핑거들(10)을 포함하고, 상기 핑거들은 니들 디스크(11) 내의 개구들(11a) 내로 삽입된다.
또한, 전기 역학적 액추에이터(30)를 통해 안내되는 관(12)이 제공된다. 관(12)은 연료 공급 라인(19)으로부터 연료를 안내하기 위해 사용된다. 연료는 연료실(16) 내로 안내되고, 이 경우 연료는 연결 장치(9)의 핑거들(10) 사이로 흐른다. 이는 도 1에서 화살표 B로 표시된다. 화살표 A는 연료 공급 라인(19) 내로 연료의 흐름 방향을 나타낸다. 연료실(16) 내에 니들(2)의 후방 부분 및 폐쇄 스프링(3)이 배치된다. 분사 홀(18)의 상류에 또한 링형 압력실(15)이 제공된다. 압력실(15)은 공급 채널(17)을 통해 연료실(16)에 연결된다. 따라서, 도 1에 화살표 D로 표시된 바와 같이 니들(2)이 개방되면, 화살표 C로 표시된 바와 같이 연료가 연료실(16)로부터 공급 채널(17) 내로 흐를 수 있고, 거기서부터 압력실(15) 내로 흐를 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 기능은 다음과 같다. 가압 상태에 있는 연료가 화살표 A로 표시된 바와 같이 연료 공급 라인(19) 및 관(12)을 통해 연료실(16) 내로 공급된다. 연료실(16) 내에서 공급 채널(17)을 통해 링형 압력실(15)과의 연결이 주어진다. 연료의 분사가 이루어져야 하면, 전기 역학적 액추에이터(30)가 활성화된다. 이를 위해, 전류가 화살표 E로 표시된 바와 같이 코일을 움직이도록 코일에 공급된다. 따라서, 연결 장치(9) 및 핑거(10)를 통해 니들(2)이 화살표 D의 방향으로 이동된다. 이로 인해, 니들(2)이 밸브 시트(2a)로부터 분리됨으로써, 분사 홀(18)이 개방되고 연료가 분사 홀로부터 연소실 또는 흡입 라인 내로 분사될 수 있다. 니들(2)의 운동시, 폐쇄 스프링(3)이 압축된다. 분사가 종료되어야 하면, 가동 코일(7)에서 전류 방향이 반대 극성으로 됨으로써, 코일이 반대로 이동된다. 이로 인해, 니들(2)의 액티브 폐쇄가 이루어지고, 압축된 폐쇄 스프링(3)이 폐쇄 과정을 지원하도록 작용한다. 따라서, 가동 코일(7)과 니들(2) 사이의 고정 연결을 통해 니들(2)이 액티브하게 폐쇄된다. 이로 인해, 연료의 분사가 종료된다.
본 발명에 따라 내부로 개방하는 밸브에서 전기 역학적 액추에이터(30)를 사용해서 가동 코일(7)에서의 전류 방향의 극성 바뀜에 의해 니들(2)의 액티브 개방 및 폐쇄가 이루어질 수 있다. 이로 인해, 매우 짧은 폐쇄 시간이 달성될 수 있고, 이는 예컨대 전자기 액추에이터에서의 폐쇄 시간보다 훨씬 더 짧다. 이러한 매우 짧은 폐쇄 시간은 장치(1)의 컴팩트한 구성 및 장치(1)의 매우 경제적인 제조와 더불어 달성된다. 다수의 분사 홀(18)을 제공함으로써, 짧은 스위칭 시간 내에도 많은 양의 연료가 분사될 수 있다. 이 경우, 특히 매우 양호하게 분배된 스프레이가 달성될 수 있다.
이하에서, 도 2 및 도 3을 참고로 본 발명의 다른 실시예가 상세히 설명된다. 제 1 실시예에서와 동일한 또는 기능이 동일한 부품은 제 1 실시예에서와 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 장치(1)를 도시한다. 제 1 실시예와는 달리, 제 2 실시예에서 링형 압력실(15)로의 연료 공급은 중앙 니들 홀(21) 및 가로 방향 홀(22)을 통해 이루어진다. 따라서, 연료는 전체 장치(1)를 통해 큰 압력 손실 없이 링형 압력실(15)에 공급될 수 있다. 전기 역학적 액추에이터(30)의 센터링은 하우징 영역(14a)을 통해 이루어지며, 상기 하우징 영역에 관(12)이 지지된다. 전기 역학적 액추에이터(30)는 관(12)에 고정된다.
도 3은 실질적으로 제 2 실시예에 상응하는 제 3 실시예에 따른 장치(1)를 도시한다. 제 2 실시예와는 달리, 제 3 실시예에는 연료실(16)이 없다. 연료는 연료 공급 라인(19)으로부터 축 방향으로 관(12) 및 중앙 관통 홀(21) 및 가로방향 홀(22)을 통해 링형 압력실(15)에 공급된다. 폐쇄 스프링(3)은 관(12) 내에 배치된다. 또한, 관(12)은 니들(2)을 향한 단부에 가이드 영역(12a)을 가지며, 상기 가이드 영역에 니들(2)이 안내된다. 관(12) 자체는 케이싱(8)의 바닥 영역(8a)에 의해 센터링된다. 니들(2) 내에는 또한 다른 가로방향 홀(23)이 제공되고, 상기 홀은 제 2 압력실(24)과의 연결을 형성한다. 연결 홀(23)을 통해, 전기 역학적 액추에이터(30) 자체가 연료 내에 배치되는 것이 보장된다.
실시예에서 설명된 장치(1)는 전기 역학적 액추에이터(30)의 사용에 의해, 피에조 액추에이터의 특성과 매우 유사한 특성을 갖는다. 이 경우, 특히 매우 짧은 스위칭 시간 및 하나의 사이클 동안 다중 분사가 언급된다. 그럼에도 본 발명에 따른 장치(1)는 매우 컴팩트하고 경제적으로 구성된다.
2 니들 2a 밸브 시트
3 폐쇄 스프링 4, 6 영구자석
5 와셔 7 코일
9 연결 장치 10 핑거
12 관 13 스프링 디스크
15 압력실 18 분사 홀
21 관통구 22 가로방향 홀
24 제 2 압력실 30 드라이브

Claims (10)

  1. 연료를 분사하기 위한 장치에 있어서,
    - 가동적으로 배치된 코일(7)을 가진 전기 역학적 드라이브(30),
    - 밸브 시트(2a)에 있는 분사 홀(18)을 개방 및 폐쇄하는 내부로 개방하는 니들(2),
    - 상기 니들(2)을 상기 가동적으로 배치된 코일(7)과 연결하는 연결 장치(9), 및
    - 상기 밸브 시트(2a)의 상류에서 상기 니들(2)에 배치되며 가압된 연료를 포함하는 압력실(15)을 포함하고,
    상기 전기 역학적 드라이브(30)는 또한 제 1 영구자석(4), 제 2 영구자석(6), 와셔(5), 케이싱(8) 및 가동 코일(7)을 포함하고, 상기 와셔(5)는 상기 제 1 영구자석(4)과 상기 제 2 영구자석(6) 사이에 배치되며, 상기 가동 코일(7)은 상기 제 1 영구자석(4) 및 제 2 영구자석(6)의 외주에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 폐쇄 스프링(3)이 추가로 제공되고, 상기 폐쇄 스프링은 개방 과정 후에 니들(2)을 다시 폐쇄하기 위해 상기 니들(2)에 복원력을 가하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연결 장치(9)는 다수의 핑거들(10)을 포함하고, 상기 니들(2)은 상기 니들(2)에 고정되는 니들 디스크(11)를 포함하며, 상기 연결 장치(9)는 상기 핑거들(10)을 통해 상기 니들 디스크(11)와 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 스프링 디스크(13)가 추가로 제공되고, 상기 스프링 디스크는 상기 니들(2)에 고정되며 폐쇄 스프링(3)을 지지하기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 관(12)이 추가로 제공되고, 상기 관(12)은 전기 역학적 드라이브(30)를 통해 안내되며, 상기 관을 통해 연료가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전기 역학적 드라이브(30)가 연료로 채워진 연료실(16) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 파형 벨로우즈가 제공되고, 상기 파형 벨로우즈는 전기 역학적 드라이브(30)를 가압된 연료로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 니들(2)은 중앙 관통구(21)를 포함하고, 상기 중앙 관통구는 하나 이상의 가로방향 홀(22)을 통해 상기 압력실(15)과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 관(12)의 단부 영역(12a)은 상기 니들(2)을 축 방향(X-X)으로 안내하기 위해 상기 니들(2)용 가이드 영역으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  10. 삭제
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