KR101705521B1 - 유체 분사기 및 유체 분사기를 작동시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

유체 분사기 및 유체 분사기를 작동시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

유체 분사기는 종축(L) 및 밸브 니들(12)을 포함하고, 이러한 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 유체 분사를 금지할 수 있도록 그리고 다른 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 축방향으로 이동가능하고 작동가능하다. 유체 분사기는 또한 밸브 니들(12)에 기계적으로 커플링되는 전기자(14)를 포함한다. 또한, 액체 분사기는 솔레노이드 조립체(30)를 포함하고 이러한 솔레노이드 조립체는 적어도 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 포함하고 둘 이상의 코일들(34, 36)의 하나 이상의 미리 결정된 그룹에 인가된 전기 신호(V)를 통해 전기자(14)를 기계적으로 구동하도록 작동가능하다.

Description

유체 분사기 및 유체 분사기를 작동시키기 위한 방법 및 장치{FLUID INJECTOR AND METHOD AND APPARATUS FOR OPERATING THE FLUID INJECTOR}
본 발명은 유체 분사기 및 유체 분사기를 작동시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
유체 분사기들은 특히 내연기관용으로 널리 보급되어 사용되고 있으며, 이러한 내연기관에서 유체 분사기들은 내연기관의 유입 매니폴드 내로 또는 내연기관의 실린더의 연소실로 직접 유체를 투여하기 위해 배열될 수 있다.
불필요한 배기 가스들의 생성의 관점에서 연소 프로세스를 강화시키기 위해, 각 유체 분사기는 매우 높은 압력들 하에서 유체를 투여하는데 적합할 수 있다. 압력들은 예를 들어, 가솔린 엔진의 경우 최대 200 bar까지의 범위에 그리고 디젤 엔진의 경우 최대 2000 bar까지의 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 목적은 유체 분사기 및 안정적이고 효율적인 유체 분사를 촉진시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항들의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 주어진다.
제 1 양태에 따른 본 발명은 종축 및 밸브 니들을 포함하는 유체 분사기에 의해 구별되고, 이러한 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 유체 분사를 금지할 수 있도록 그리고 다른 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 축방향으로 이동가능하고 작동가능하다. 유체 분사기는 또한 밸브 니들에 기계적으로 커플링된 전기자(armature)를 포함한다. 유체 분사기는 솔레노이드 조립체를 더 포함하고, 이러한 솔레노이드 조립체는 적어도 제 1 및 제 2 코일을 포함하고 그리고 2개 이상의 코일들의 하나 이상의 미리 결정된 그룹(assortment)에 인가된 전기 신호를 통해 전기자를 자기적으로 구동시키도록 작동할 수 있다. 이것은 유체 분사기의 전류 작동 조건들에 대한 유체 분사의 매우 유연한 조절을 가능하게 한다. 더욱이, 이것은 유체 분사기의 짧은 응답 시간을 허용한다. 바람직하게 유체 분사기는 내연기관으로 유체, 특히 연료를 투여하는데 적합하다.
특히 미리 결정된 그룹들의 수량은 솔레노이드 조립체 내의 코일들의 수와 상호 관련되고 특히 적어도 2 개이다. 솔레노이드 조립체는 2개보다 많은 코일들을 또한 포함할 수 있다. 유체, 예를 들어 디젤 또는 가솔린은 고압하에서 공급된다. 유체 분사기 내의 높은 유체 압력은 통상적으로 유체 분사기의 빠른 구동 시간에 대해 반작용(counteract against)한다. 하나보다 많은 코일을 포함하는 제 1 의 미리 결정된 그룹에 전기 신호를 인가하는 것은 솔레노이드 인덕턴스 및 전기자에 작용하는 자기력을 증가시키는데 기여한다. 이것은 빠른 방식으로 유체 분사를 허용한다. 다른 한편으로, 유체 분사기 내의 유체 압력이 상대적으로 낮으면 전기 신호는 제 1 그룹보다 더 적은 코일들을 포함하는 제 2 의 미리 결정된 그룹에 인가될 수 있다. 이것은 예를 들어 감소된 레지스턴스로 인한 저항 강하들을 감소시키며 유체 분사기의 효과적인 작동을 보장하는데 기여한다.
또한 솔레노이드 조립체의 각각의 코일에 서로로부터 독립적으로 유체 분사의 유연한 조절을 허용하는 전기 신호가 인가될 수 있다.
제 1 양태에 따른 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일은 전기적으로 직렬로 커플링된다. 이것은 유체 분사기의 유연한 구동을 허용한다. 솔레노이드 조립체가 2개보다 많은 코일들을 포함할 때 모든 코일들은 전기적으로 직렬로 커플링된다.
제 1 양태에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 유체 분사기는 적어도 제 1 , 제 2 및 제 3 커넥터를 포함한다. 제 1 커넥터는 제 1 및 제 2 코일의 공동 접촉부에 전기적으로 커플링된다. 제 2 커넥터는 제 2 코일의 다른 접촉부에 전기적으로 커플링된다. 제 3 커넥터는 제 1 코일의 다른 접촉부에 전기적으로 커플링된다. 이것은 유체 압력이 낮으면 제 1 코일을 통해 밸브 니들의 구동을 허용하며 유체 압력이 높으면 제 1 및 제 2 코일을 통해 밸브 니들의 구동을 허용한다. 커넥터들의 수량은 특히 솔레노이드 조립체의 코일들의 수와 상호관련된다.
제 2 및 제 3 양태에 따른 본 발명은 유체 분사기를 작동시키기 위한 방법 및 상응하는 장치에 의해 구별되고, 압력이 결정되어 유체 분사기 내의 유체 압력을 나타낸다. 둘 이상의 코일들의 미리 결정된 그룹들 중 하나는 결정된 압력에 따라 선택된다. 전기 신호가 선택된 그룹에 인가된다. 이것은 유체 분사기의 안정적이고 효율적인 작동을 허용한다. 예를 들어 결정된 압력이 높으면 제 1 그룹에 전기 신호가 인가될 수 있으며 결정된 압력이 낮으면 제 2 그룹에 전기 신호가 인가될 수 있다.
제 2 및 제 3 양태에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 결정된 압력이 미리 결정된 압력 임계치보다 작거나 같으면 전기 신호는 제 1 코일에 인가된다. 결정된 압력이 미리 결정된 압력 임계치를 초과하면 전기 신호는 제 1 코일 및 제 2 코일에 인가된다. 제 1 및 제 2 코일은 제 1 그룹을 나타낼 수 있으며 제 1 코일은 제 2 그룹을 나타낼 수 있다.
제 2 및 제 3 양태에 따른 다른 바람직한 실시예에서, 전기 신호는 결정된 압력에 의존한다. 바람직하게 전기 신호는 솔레노이드 조립체에 인가된 전압이다. 바람직하게 압력이 높으면 전기 신호의 값은 증가되고 압력이 낮으면 전기 신호의 값은 감소된다. 이것은 유체 분사기의 효율적인 작동에 기여한다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 개략적인 도면들의 조력에 의해 다음에서 설명된다.
도 1은 유체 분사기가고,
도 2는 제어 유닛이고,
도 3은 순서도이다.
다른 도면들에서 나타나는 동일한 디자인 및 기능의 엘리먼트들은 동일한 도면 부호에 의해 식별된다.
유체, 특히 연료를 내연기관 내로 투여하는데 특히 적합한 유체 분사기(도 1)는 연료 레일과 같은, 유체 저장소에 유체 분사기를 기계적으로 그리고 유압적으로 커플링하도록 설계된 피팅 어댑터(2)를 포함한다. 유체 분사기는 종축(L)을 가지며 유입관(4), 밸브 바디(6) 및 하우징(8)을 더 포함한다.
밸브 니들(12) 및 바람직하게는 전기자(14)의 일부를 받아 들이는 밸브 바디(6)의 리세스(10)가 제공된다. 밸브 니들(12)은 전기자(14)에 기계적으로 커플링된다. 유입관(4)의 제 1 리세스(16)가 제공되어 전기자(14)의 제 2 리세스(18)와 유압적으로 소통된다. 스프링(20)은 유입관(4)의 제 1 리세스(16) 및/또는 전기자(14)의 제 2 리세스(18)에 배열된다. 바람직하게, 스프링(20)은 안티-바운스 디스크(22)에 의해 형성되는 스프링 시트 상에 안착한다. 스프링(20)은 이러한 방식으로 밸브 니들(12)에 기계적으로 커플링된다. 조절관(24)이 유입관(4)의 제 1 리세스(16)에 제공된다. 조절관(24)이 스프링(20)에 대한 추가 시트를 형성하며 유체 분사기의 제조 프로세스 동안 목표된 방식으로 스프링(20)을 사전로딩하도록 축방향으로 이동될 수 있다.
유체 분사기의 폐쇄 위치에서, 밸브 니들(12)은 시트(26) 상에 밀봉적으로 안착하여서 이러한 방식으로 하나 이상의 분사 노즐(28)을 통해 유체 유동을 방지한다. 예를 들어, 분사 노즐(28)은 분사 홀일 수 있으나, 그러나 또한 유체를 투여하기에 적합한 일부 다른 타입일 수 있다. 시트(26)는 밸브 바디(6)와 하나의 부분으로 만들어질 수 있거나 또한 분리된 부분으로 만들어질 수 있다. 밸브 니들(12)이 다른 위치들(further positions)에 있으면 유체 유입기가 허용될 수 있다.
유체 분사기는 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 가진 솔레노이드 조립체(30)를 포함한다. 바람직하게 제 1 및 제 2 코일(34, 36)은 오버몰딩된다. 솔레노이드 조립체(30)는 2개보다 많은 코일들을 포함할 수 있다.
유체 유입구(37)가 필터(38)와 소통하는 피팅 어댑터(2)에 제공된다. 조절관(24)은 분사 노즐(28)을 향하여 유체가 조절관을 관류하도록 설계된다. 이러한 목적으로, 안티-바운스 디스크(22)에 적절한 리세스가 제공되고, 이러한 리세스는 전기자(14)의 리세스와 유압적으로 소통된다. 조절관(24)에 유체 유동을 댐핑시키기 위한 댐퍼(40)가 제공된다. 댐퍼(40)는 하나 이상의 오리피스를 포함하고, 이러한 오리피스를 통해 유체가 유체 분사기의 유체 입구(37)로부터 하나 이상의 분사 노즐(28)로 유동할 때 유체는 유동해야만 한다.
유체 분사기는 또한 솔레노이드 조립체(30), 특히 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 외부로 전기적으로 연결하기 위한 커넥터 유닛을 포함한다. 제 1 및 제 2 코일(34, 36)은 전기적으로 직렬로 커플링된다. 2보다 많은 코일들이 사용될 경우, 모든 코일들은 전기적으로 직렬로 커플링된다. 커넥터 유닛은 제 1, 제 2 및 제 3 커넥터(CONN1, CONN2, CONN3)(도 2)를 포함한다. 솔레노이드 조립체(30)가 2보다 많은 코일들을 포함한다면, 커넥터 유닛은 또한 3보다 많은 커넥터들을 포함한다. 제 1 커넥터(CONN1)가 제 1 및 제 2 코일(34, 36)의 공동 접촉부에 전기적으로 커플링된다. 제 2 커넥터(CONN2)가 제 2 코일(36)의 다른 접촉부에 전기적으로 커플링되며 제 1 코일(34)의 다른 접촉부가 제 3 커넥터(CONN3)에 전기적으로 커플링된다.
하우징(8) 및 전기자(14)는 자기 회로를 형성한다. 자기 회로는 솔레노이드 조립체(30)에 의해 발생되는 자기장의 자속을 안내한다.
도 2는 스위칭 엘리먼트(SW)를 구비한 제어 유닛(ECU)을 도시한다. 제어 유닛은 바람직하게 엔진 제어 유닛이며 유체 분사기를 작동하기 위한 방법을 실행하도록 적용될 수 있다. 특히 제어 유닛(ECU)은 유체 분사기를 작동하기 위한 장치이다.
제어 유닛(ECU)은 스위칭 엘리먼트(SW)의 제 1 단부를 통해 제 1 커넥터(CONN1)에 전기적으로 커플링되고 스위칭 엘리먼트(SW)의 제 2 단부를 통해 제 2 커넥터(CONN2)에 전기적으로 추가로 커플링된다. 제어 유닛(ECU)은 제 3 커넥터(CONN3)를 통해 기준 전위(GND)에 유체 분사기를 전기적으로 커플링하도록 추가로 적용될 수 있다.
유체 분사는 단계(S0)(도 3)에서 유체 분사기를 작동하기 위한 방법을 시작하는 것에 의해 실행된다. 단계(S2)에서 압력(P)는 미리 결정된 압력 임계치(P_TH), 예를 들어 80 bar와 비교된다. 압력(P)은 유체 분사기 내의 유체 압력, 예를 들어 가솔린 연소 엔진의 경우에 30 내지 220 bar를 나타낸다. 압력(P)이 압력 임계치(P_TH)보다 작거나 같다면, 단계(S4)가 실행되고, 여기서 제 3 커넥터(CONN3)는 기준 전위(GND)에 전기적으로 커플링된다. 더욱이, 스위칭 엘리먼트(SW)는 전기 신호(V)가 제 1 커넥터(CONN1)를 통해 제 1 코일(34)에 인가되는 이러한 방식으로 구동된다. 제 1 코일(34)은 제 1 및 제 2 코일(34, 36)의 미리 결정된 그룹들 중 하나를 나타낸다. 바람직하게 전기 신호(V)는 공급 전압이다. 이것은 전기자(14)에 따라 작용하는 자기 회로를 형성하여서 유체 분사를 허용하는 밸브 니들(12)을 축방향으로 이동시킨다.
압력(P)가 압력 임계치(P_TH)를 초과하면 단계(S6)가 실행되고, 여기서 제 3 커넥터(CONN3)는 기준 전위(GND)에 전기적으로 커플링된다. 더욱이, 스위칭 요소(SW)는 전기 신호(V)가 제 2 커넥터 CONN2를 통해 제 1 및 제 2 코일(34, 36)에 적용되는 그러한 방식으로 구동된다. 제 1 및 제 2 코일(34, 36)은 미리 결정된 그룹들 중 다른 하나를 나타낸다. 단계(S4)와 비교하여 이것은 솔레노이드 조립체(30)의 증가된 인덕턴스를 초래한다. 고압(P)은 통상적으로 밸브 니들(12)의 빠른 구동에 대해 반작용한다. 솔레노이드 조립체의 인덕턴스를 증가시키는 것은 통상적으로 밸브 니들(12)을 축방향으로 이동시키도록 전기자(14)에 작용하는 자기력을 증가시킨다. 이것은 유체를 분사하기 위한 밸브 니들(12)의 빠른 구동에 기여한다.
덧붙여, 전기 신호(V)의 값은 단계(S4)에서 공급된 전기 신호(V)의 값과 비교되어 단계(S6)에서 증가된다. 이것은 상응하는 코일들에 공급되는 증가된 전류를 초래한다. 단계(S8)에서 유체 분사는 이에 대응하여 전기 신호(V)를 변화시킴으로써 미리 결정된 시간 주기후에 정지되거나 제한된다. 대안적으로, 스위칭 엘리먼트(SW)는 중립 위치로 설정되고, 스위칭 엘리먼트(SW)는 제 1 커넥터(CONN1)에도 제 2 커넥터(CONN2)에도 커플링되지 않는다. 단계(S10)에서 방법이 종료된다. 대안적으로, 방법은 후속적인 유체 분사를 실행하기 위해 단계(S2)에서 다시 시작한다.

Claims (7)

  1. 유체 분사기를 작동시키기 위한 방법으로서,
    상기 유체 분사기는,
    - 종축(L),
    - 축방향으로 이동가능한 밸브 니들(12)로서, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 금지하도록 그리고 다른 위치들에서 상기 유체 분사를 허용하도록 작동가능한 밸브 니들(12),
    - 상기 밸브 니들(12)에 기계적으로 커플링되는 전기자(14),
    - 전기적으로 직렬로 커플링되는 적어도 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 포함하고 그리고 상기 둘 이상의 코일들(34, 36) 의 하나 이상의 미리 결정된 그룹(assortment)에 인가된 전기 신호(V)를 통해 상기 전기자(14)를 자기적으로 구동(actuate)시키도록 작동가능한 솔레노이드 조립체(30)를 포함하고,
    - 상기 유체 분사기 내의 유체 압력을 나타내는 압력(P)이 결정되고,
    - 상기 둘 이상의 코일(34, 36)의 미리 결정된 그룹들 중 하나가 결정된 상기 압력(P)에 따라 선택되며,
    - 상기 전기 신호 (V)가 선택된 상기 그룹에 인가되고,
    - 결정된 상기 압력(P)이 미리 결정된 압력 임계치(P_TH)와 같거나 상기 미리 결정된 압력 임계치보다 작으면 상기 전기 신호(V)가 상기 제 1 코일(34)에 인가되고, 결정된 상기 압력(P)이 상기 미리 결정된 압력 임계치(P_TH)를 초과하면 상기 전기 신호(V)가 상기 제 1 및 제 2 코일(34, 36)에 인가되는
    유체 분사기를 작동시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 신호(V)가 결정된 상기 압력(P)에 종속되는
    유체 분사기를 작동시키기 위한 방법.
  3. 유체 분사기를 작동시키기 위한 장치로서,
    상기 유체 분사기는,
    - 종축(L),
    - 축방향으로 이동가능한 밸브 니들(12)로서, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 금지하도록 그리고 다른 위치들에서 상기 유체 분사를 허용하도록 작동가능한 밸브 니들(12),
    - 상기 밸브 니들(12)에 기계적으로 커플링되는 전기자(14),
    - 전기적으로 직렬로 커플링되는 적어도 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 포함하고 그리고 상기 둘 이상의 코일들(34, 36) 의 하나 이상의 미리 결정된 그룹(assortment)에 인가된 전기 신호(V)를 통해 상기 전기자(14)를 자기적으로 구동(actuate)시키도록 작동가능한 솔레노이드 조립체(30)를 포함하고,
    상기 장치는,
    - 상기 유체 분사기 내의 유체 압력을 나타내는 압력(P)을 결정하고,
    - 결정된 상기 압력(P)에 따라서 상기 둘 이상의 코일들(34, 36)의 미리 결정된 그룹들 중 하나를 선택하고,
    - 결정된 상기 압력(P)이 미리 결정된 압력 임계치(P_TH)와 같거나 상기 미리 결정된 압력 임계치보다 작으면 상기 전기 신호(V)가 상기 제 1 코일(34)에 인가되고, 결정된 상기 압력(P)이 상기 미리 결정된 압력 임계치(P_TH)를 초과하면 상기 전기 신호(V)가 상기 제 1 및 제 2 코일(34, 36)에 인가되도록, 스위칭 엘리먼트(SW)에 의해 상기 전기 신호(V)를 선택된 상기 그룹에 인가하도록 작동 가능한
    유체 분사기를 작동시키기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도 제 1, 제 2 및 제 3 커넥터(CONN1, CONN2, CONN3)를 포함하고, 상기 제 1 커넥터(CONN1)가 상기 제 1 및 제 2 코일(34, 36)의 공동 접촉부에 전기적으로 커플링되고, 상기 제 2 커넥터(CONN2)가 상기 제 2 코일(36)의 다른 접촉부에 전기적으로 커플링되고, 상기 제 3 커넥터(CONN3)가 상기 제 1 코일(34)의 다른 접촉부에 전기적으로 커플링되는
    유체 분사기를 작동시키기 위한 장치.
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  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020127002836A 2009-07-02 2010-06-07 유체 분사기 및 유체 분사기를 작동시키기 위한 방법 및 장치 KR101705521B1 (ko)

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