KR102017955B1 - 전자기 스위칭 밸브 및 고압 연료 펌프 - Google Patents

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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 폐쇄 요소(48)를 움직이기 위한 액추에이터 영역(38)을 구비하는, 내연기관의 연료 분사 시스템(10)을 위한 전자기 스위칭 밸브(30)에 관한 것이며, 액추에이터 영역은 자극편(40), 접극자(44), 및 자극편(40)과 접극자(44)에서 자속을 발생시키기 위한 솔레노이드(52)를 가지며, 상기 접극자(44)는 자속 집중 영역(66)을 가진다.

Description

전자기 스위칭 밸브 및 고압 연료 펌프{ELECTROMAGNETIC SWITCHING VALVE AND HIGH-PRESSURE FUEL PUMP}
본 발명은 내연기관의 연료 분사 시스템을 위한 전자기 스위칭 밸브, 및 또한 이러한 전자기 스위칭 밸브를 가지는 고압 연료 펌프에 관한 것이다.
내연기관에 있는 연료 분사 시스템의 고압 연료 펌프는 연료에 고압을 인가하는 목적을 위해 사용되며, 상기 압력은 가솔린 내연기관의 경우에 예를 들어 150 bar 내지 400 bar의 범위 내에, 그리고 디젤 내연기관의 경우에 1500 bar 내지 2500 bar의 범위 내에 놓인다. 각각의 연료에서 발생될 수 있은 압력이 높으면 높을수록, 연소실에서의 연료의 연소 동안 발생하는 배출물은 더욱 적어지며, 이러한 것은 특히 배출물의 감소가 더욱 큰 범위로 요구되는 배경에 대해 유익하다.
밸브 배열은, 연료를 압축하는 고압 연료 펌프 상의 흡입 밸브 또는 방출 밸브에 의해서 뿐만 아니라 예를 들어, 연료 분사 시스템의 가장 다양한 위치에서, 예를 들어 연소실로의 분사에 앞서 가압 연료를 저장하는 커먼 레일(common rail) 상의 릴리프 밸브(relief valve)에 의해 탱크로부터 각각의 연소실로 연료를 안내하는 경로의 다양한 위치에서 연료 분사 시스템에 제공될 수 있었다.
체적-유량 조절 및/또는 압력 조절을 위한 고속 스위칭 전자 밸브(Fast-switching magnetic valve)가 이러한 목적을 위해 자주 이용된다. 전달 속도 및 형태에 따라, 이러한 경우에, 복귀 스프링은 이러한 전자기 스위칭 밸브의 밸브 영역의 폐쇄 요소를 체적 유량에 대해 개방 또는 폐쇄로 유지한다. 관련된 액추에이터 영역(즉, 폐쇄 요소를 개폐하는 자기 액추에이터)은, 복귀 스프링이 결과적으로 스위칭 밸브를 스위칭하기 위하여 특정 시간에 자기 액추에이터의 액추에이터 힘(actuator force)을 아웃프레싱(out-press)할 수 있는 방식으로 구성된다.
이러한 스위칭 밸브는 상기 액추에이터에 의해 스위칭되는 유압 기기(밸브 영역)들과의, 자기 액추에이터를 작동시키는 스위칭 자석(switching magnet)의 조합으로서 부응하여 구성된다. 작동 시에, 유압 기기들의 2개의 스위칭 상태, 즉 개방 위치 및 폐쇄 위치가 결과적으로 얻어진다.
액추에이터 영역에서, 스위칭 자석은 힘 발생 에어 갭(force-generating air gap), 즉 복귀 스프링에 의해 서로 이격되어 유지되는 가동성 접극자(mobile armature)와 고정 극심(fixed pole core)에 의해 분리된 구성 요소들을 가진다. 전류의 인가에 의한 스위칭 자석에서의 솔레노이드의 활성화에 의해, 자기장이 솔레노이드의 권선에 형성된다. 이러한 자기장은 주위의 금속 구성 요소들에서, 특히 접극자와 극심에서 자속을 유도하여서, 자기력이 접극자와 극심 사이에 형성된다. 이러한 자기력 때문에, 복귀 스프링의 복원력이 극복되고, 결합된 유압 기기들이 제어된다. 전류가 제거된 결과로서, 자기력이 강하하고, 복원력은 유압 기기들을 초기 위치로 제어한다.
지금까지, 스위칭 밸브의 동역학은 작동 시에 가장 빠른 스위칭 특성이 필요한 작동 상태를 위해 설계되었다. 그러나, 그 결과, 스위칭 자석 구성 요소들, 즉 접극자와 극심 사이의 추진력은 매우 높게 된다.
스위칭 밸브는 지금까지, 가동성 구성 요소들이 가능한 빨리 여자되어 움직이기 위하여, 접극자와 극심 사이의 최대 에어 갭이 얻어지고 복귀 스프링과 솔레노이드의 자기력 사이에 힘의 평형이 일어나는 작동 지점에서, 가능한 높은 자속 밀도가 접극자와 극심 사이의 에어 갭에서 일어나는 방식으로 설계되었다. 운동 공정 내에서, 가동성 구성 요소들은 그런 다음 자기력에 의해 더욱 가속되고, 에어 갭은 감소한다. 최소의 에어 갭 상태에서, 자기력은 최대이다.
추진력은 가동성 구성 요소들의 질량 및 속도에 의존한다. 그 결과, 높은 추진력의 경우에, 구성 요소들 사이에 높은 마모가 일어날 수 있으며, 작동 중에 소음이 매우 크다. 이러한 것은 솔레노이드 자체와 유압 기기들 모두에 의해 스위칭 상태가 변경될 때마다 소음이 발생하기 때문이다. 각각의 예에서, 적어도 2개의 구성 요소는 서로 타격하여, 이러한 방식으로 소음을 발생시킨다.
예를 들어, 이러한 스위칭 밸브는 내연기관의 연료 분사 시스템에서 고압 연료 펌프 상의 디지털 흡입 밸브로서 사용된다. 이러한 흡입 밸브의 스위칭 시간은 내연기관의 최고 엔진 속도에서도 신속하게 스위칭할 수 있도록 설계된다. 그러나 이러한 것은 내연기관의 다른 작동 상태, 즉 엔진이 공회전 상태에 있을 때, 주목할 만한 소음이 발생하지 않아야 한다는 목적과는 대조적이다.
지금까지 스위칭 밸브는 가장 높은 스위칭 동역학을 가지는 작동 지점에 대한 스위칭 시간을 위해 설계되었다. 스위칭 자석의 스위칭 방향과 반대 방향으로 향하는 움직임에 대한 소음 및 마모를, 자기력을 증가시키기 위한 잠시의 충격 전류(current impulse)로 차단하는 것이 시도되었다. 그러나, 스위칭 밸브의 스위칭 방향으로의 움직임을 감쇠시키는 것은 어렵다.
그러므로, 본 발명의 목적은 소음의 진화(evolution of noise)가 모든 작동 지점들에서 최소로 감소될 수 있는 전자기 스위칭 밸브를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징들의 조합을 가지는 전자기 스위칭 밸브에 의해 달성된다.
이러한 전자기 스위칭 밸브를 가지는 고압 연료 펌프는 조화된 청구항의 요지이다.
본 발명의 유리한 구성은 종속항들의 요지이다.
내연기관의 연료 분사 시스템을 위한 전자기 스위칭 밸브는 스위칭 밸브를 폐쇄하기 위한 폐쇄 요소를 구비하는 밸브 영역, 및 운동축(axis of motion)을 따라서 상기 폐쇄 요소를 움직이기 위한 액추에이터 영역을 가진다. 액추에이터 영역은, 운동축을 따라서 움직일 수 있고 폐쇄 요소를 움직이는 목적을 위하여 폐쇄 요소와 결합된 접극자, 고정 자극편(fixed pole piece), 및 상기 접극자 및 상기 자극편에서 자속을 발생시키기 위한 솔레노이드를 포함한다. 접극자는 자속 집중 영역(region of magnetic-flux concentration)을 가진다.
유익하게, 상기 자속 집중 영역은 상기 접극자의 외주변이 숄더부(shoulder)를 가져서, 상기 접극자가 서로 다른 제1 외주변과 제2 외주변을 가진다는 사실로 인해 형성된다. 이와 관련하여, 접극자의 제1 외주변은 접극자의 제2 외주변보다 작고, 특히 접극자의 제1 외주변은 접극자의 제2 외주변의 최대 3/4에 달한다.
그 결과, 접극자의 외주변은 숄더부에서 감소되고, 접극자를 통해 흐르는 자기장선(magnetic-field line)은 이러한 협폭 영역에서 서로 공간을 공유하여야만 한다. 그 결과, 자기장선, 결과적으로 자속의 집중이 접극자의 이러한 영역에서 일어난다. 이러한 수축부(constriction) 때문에, 자기 스로틀(magnetic throttle)은 상기된 바와 같이 형성된다.
운동축을 따르는 접극자의 제1 외주변은 실질적으로 접극자의 전체 길이의 절반에 달한다.
접극자와 자극편은 서로 인접하여 배열되고, 제1 외주변을 구비한 접극자의 영역은 자극편을 향하여 배열된다.
따라서, 접극자의 숄더부는 이러한 방식으로 접극자에서 규정된 자속의 집중을 얻을 수 있기 위하여 규정된 높이 및 규정된 지름 및 규정된 길이로 배열된다.
수축부 때문에, 다음과 같은 효과가 전체적으로 일어난다:
수축부 때문에, 접극자에서 얻어지는 자기 플럭스의 집중이 있을 뿐만 아니라 접극자의 질량이 전체적으로 감소된다. 아울러, 필요한 자기력은 지금까지보다 신속하게 얻어지며, 이러한 것은 스위칭 밸브의 스위칭 시간의 감소와 관련된다. 동시에, 접극자는 운동 단계(motion phase)에서 너무 많이 가속화되지 않으며, 이와 관련하여, 속도는 그럼에도 불구하고 지금까지 공지된 속도에 대응한다. 전반적으로 전체 스위칭 시간은 단축되고, 결과적으로 개선된다.
바람직하게, 접극자 표면과 자극편 표면은 서로 직접 마주하여 위치되며, 접극자의 제1 외주변의 영역에서의 접극자의 표면적은 자극편의 표면적의 대략 절반에 달한다.
특히 유익한 구성에서, 자극편은 자속 집중 영역을 형성하는 목적을 위하여 외주변에 수축부를 가진다.
그 결과, 자극편에서의 자속의 집중이 또한 얻어질 수 있으며, 다시 한번 스위칭 밸브의 개선된 스위칭 시간을 유발한다.
이러한 경우에, 수축부는 접극자를 향하는 자극편의 절반에 배열되고, 상기 수축부는 특히 운동축을 따르는 자극편의 전체 길이의 적어도 1/5에 달한다.
바람직하게, 수축부의 영역에서 자극편의 외주변은 적어도 1/4까지 감소된다.
따라서, 수축부는 이러한 방식으로 자극편에서 자속의 규정된 집중을 얻기 위하여 규정된 지름 및 규정된 길이와 함께 자극편에서 규정된 높이에 배열된다.
특히 바람직하게, 운동축을 따르는 자극편의 수축부는 자극편과 접극자 사이에서 복귀 스프링의 오목부의 레벨에 위치된다.
더욱 바람직하게, 운동축을 따르는 수축부는 솔레노이드의 레벨에 위치된다.
내연기관의 연료 분사 시스템을 위한 고압 연료 펌프는 유익하게 상기된 전자기 스위칭 밸브를 가진다.
이러한 경우에, 스위칭 밸브는 예를 들어 고압 연료 펌프를 위한 흡입 밸브로서 또는 심지어 방출 밸브로서 형성될 수 있었다. 그러나, 예를 들어 연료 분사 시스템의 커먼 레일(common rail) 상에 배열되는 압력 조절 밸브로서 상기된 스위칭 밸브를 제공하는 것도 가능하다.
본 발명의 유익한 구성은 첨부된 도면을 참조하여 다음에 더욱 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 다양한 위치에서 전자기 스위칭 밸브를 가질 수 있는 내연기관의 연료 분사 시스템의 개략적인 개요도;
도 2는 제1 실시예에서 고압 연료 펌프의 흡입 밸브로서 도 1로부터의 스위칭 밸브들 중 하나의 종단면도;
도 3은 작동 시에 작용하는 자기장선을 가지는 도 2로부터의 스위칭 밸브의 종단면도;
도 4는 제2 실시예에서 고압 연료 펌프의 흡입 밸브로서 도 1로부터의 스위칭 밸브들 중 하나의 종단면도;
도 5는 작동 시에 작용하는 자기장선을 가지는 도 4로부터의 스위칭 밸브의 종단면도; 및
도 6은 솔레노이드에 의한 자기 여자(magnetic excitation)에 대항하는 도 2 및 도 4로부터의 스위칭 밸브들의, 작동 시에 작용하는 자기력을 나타낸 도면.
도 1은 탱크(14)로부터 예비-공급 펌프(16), 고압 연료 펌프(18), 및 고압 연료 저장소(20)를 통해 인젝터(22)에 연료(12)를 공급하고, 인젝터는 그런 다음 내연기관의 연소실 내로 연료(12)를 분사하는, 내연기관의 연료 분사 시스템(10)의 개략적인 개요도이다.
연료(12)는 흡입 밸브(24)를 통해 고압 연료 펌프(18)로 도입되고, 방출 밸브(26)를 통해 압축된 상태에서 고압 연료 펌프(18)로부터 방출되고, 그런 다음 고압 연료 저장소(20)로 공급된다. 압력 조절 밸브(28)는 고압 연료 저장소(20)에서 연료(12)의 압력을 조절할 수 있기 위하여 고압 연료 저장소(20) 상에 배열된다.
흡입 밸브(24)와 방출 밸브(26) 및 또한 압력 조절 밸브(28)는 전자기 스위칭 밸브(30)의 형태를 취할 수 있으며, 그러므로 능동적으로 작동될 수 있다.
도 2는 고압 연료 펌프(18)의 흡입 밸브(24)의 형태를 취하는 전자기 스위칭 밸브(30)를 통한 종단면 표현으로 이러한 전자기 스위칭 밸브(30)의 제1 실시예를 도시한다.
전자기 스위칭 밸브(30)는 고압 연료 펌프(18)의 하우징(34)의 보어(32)에 배열된다. 전자기 스위칭 밸브(30)는 밸브 영역(36) 및 액추에이터 영역(38)을 가지며, 상기 액추에이터 영역(38)은 고정 자극편(40), 및 운동축(42)을 따라서 움직일 수 있는 접극자(44)를 포함한다. 밸브 영역(36)은 전자기 스위칭 밸브(30)를 폐쇄하는 목적을 위하여 상호 작용하는 밸브 시트(46) 및 폐쇄 요소(48)를 포함한다.
도 2에 도시된 실시예에서, 자극편(40)과 접극자(44)는 반드시 그럴 필요는 없을지라도 슬리브(50)에 공동으로 수용된다.
솔레노이드(52)는 슬리브(50) 상으로 가압되고, 결과적으로 전자기 스위칭 밸브(30)에서 자극편(40) 및 접극자(44) 주위에 위치되어 배열된다.
접극자(44)와 자극편(40)는 서로 직접 인접하여 배열되어서, 접극자 표면(54)과 자극편 표면(56)은 서로 직접 대향하도록 위치된다.
복귀 스프링(58)은 접극자(44)와 자극편(40)을 이격되어 유지하여 결과적으로 에어 갭(60)을 발생시키기 위해 접극자(44)와 자극편(40) 사이에 배열된다.
접극자(44)는 작동 시에 운동축(42)을 따라서 접극자(44)와 함께 움직이는 작동 핀(62)과 결합된다.
스위칭 상태, 및 결과적으로 운동축(42)을 따르는 접극자(44)의 위치에 따라, 작동 핀(62)은 밸브 시트(46)로부터 멀리 폐쇄 요소(48)를 가압하거나, 또는 폐쇄 요소(48)와 접촉하지 않아서, 힘이 반대편 측면으로부터 작용하면, 폐쇄 요소는 밸브 시트(46)를 향해 움직이고, 결과적으로 스위칭 밸브(30)를 폐쇄할 수 있다.
전자기 스위칭 밸브(30)의 여자된 상태에서, 솔레노이드(42)는 전자기 스위칭 밸브(30)에서, 자기장선(64)에 의해 도 3에 도시된, 자기장을 발생시킨다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 경우에, 자기장선(64)의 자속은 솔레노이드(52)에 바로 인접한 모든 금속/자기 요소에, 특히 자극편(40) 및 접극자(44)에 배열된다. 그 결과, 끌어당기는 자기력은 자극편(40)과 접극자(44) 사이에서 발생하고, 그 표면(54)과 함께 접극자(44)는 자극편(40)의 표면(56)의 방향으로 당겨진다. 이러한 과정에서, 접극자(44)는 작동 핀(62)을 견인하여서, 작동 핀은 폐쇄 요소(48)와의 접촉을 상실하고, 이러한 방식으로, 폐쇄 요소(48)는 밸브 시트(46)로 복귀할 수 있다.
솔레노이드(52)가 스위치 온되었을 때, 접극자(44)가 자극편(40)를 향해 움직이기 때문에, 스위치 온 상태에서, 에어 갭(60)은 최소이다.
다른 한편으로, 스위치 오프 상태에서, 복귀 스프링(58)의 복원력이 자기력에 반하여 작용하기 때문에, 복귀 스프링(58)은 자극편(40)으로부터 다시 멀어지는 방향으로 접극자(44)를 가압한다. 에어 갭(60)은 최대로 되고, 작동 핀(62)이 다시 폐쇄 요소(48) 상에 가압되어서, 폐쇄 요소(48)는 밸브 시트(46)로부터 멀리 들어 올려져, 전자기 스위칭 밸브(30)를 개방한다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 접극자(44)가 자속 집중 영역(66), 즉 자기장선이 집중되어야만 하도록 감소된 단면적에 걸쳐서 접극자(44)를 통해 안내되는 영역을 가지는 것을 알 수 있다.
자속 집중 영역(66)은 접극자의 외주변(UA)이 숄더부(68)를 가진다는 사실에 의해 형성되어서, 서로 다른 접극자의 제1 외주변(UA1) 및 접극자의 제2 외주변(UA2)이 형성되고, 접극자의 제1 외주변(UA1)은 접극자의 제2 외주변(UA2)보다 작다.
접극자(44)는 접극자(44)가 자극편(40)에 바로 인접하여 배열되는 영역에, 즉 그 상단부 영역(70)에 제1 외주변(UA1)을 가지는 것을 알 수 있다.
이러한 경우에 접극자의 제1 외주변(UA1)은 접극자의 제2 외주변(UA2)의 최대 3/4에 달한다. 아울러, 운동축(42)을 따르는 접극자의 제1 외주변(UA1)의 길이는 접극자(44)의 전체 길이(LA)의 실질적으로 절반에 달한다.
접극자의 감소된 제1 외주변(UA1)의 이러한 배열 때문에, 선택적인 자기 스로틀은 상기된 이점을 얻기 위하여 접극자(44)에 발생될 수 있다. 이러한 경우에 자기장선(64)의 과정은 도 3에 도시되어 있으며, 여기에서, 접극자의 외주변(UA)이 감소된 영역에 자기장선(64)이 집중되어서, 자속이 전체적으로 여기에서 집중되는 것을 알 수 있다.
도 2로부터, 자극편(40)를 향하는 접극자 표면(54)이 상단부 영역(70)에서, 접극자(44)를 향하여 배열된 자극편 표면(56)보다 더 작다는 것이 명백하다. 이러한 경우에, 접극자 표면적(54)은 자극편 표면적(56)의 대략 절반을 구성한다.
서로 대향하는 2개의 표면, 즉 접극자 표면(54)과 자극편 표면(56)은 접극자(44)와 자극편(40) 사이에 자기력을 발생시키는 표면들이다.
종래의 디자인에서, 이러한 것은 접극자(44)가 일정한 외주변(UA)을 가질 때, 접극자 표면(54) 및 자극편 표면(56) 상에 값 조건(value terms)에서 대략 동일한 범위 내에 놓이는 자속 밀도가 발생한다는 것을 의미한다. 그러나, 접극자 표면(54)과 자극편 표면(56)은 상이한 크기로 지금 설계되어서, 솔레노이드(52)의 자기력이 복귀 스프링(58)의 복원력을 아웃프레싱한 직후에, 자속은 추후에 도 6을 참조하여 설명되는 바와 같이 포화에 도달한다.
도 4 및 도 5는 자속 집중 영역(66)의 준비에 의해 제1 실시예에서와 같이 자기 스로틀이 접극자(44)에 제공되지 않고 자극편(40)에 제공되는 전자기 스위칭 밸브(30)의 제2 실시예를 도시한다.
그러나, 2개의 실시예를 결합하는 것이 또한 가능하여서, 접극자(44) 및 자극편(40) 모두가 각각 자속 집중(66)의 영역, 결과적으로 자기 스로틀을 형성한다.
제2 실시예에서의 자속 집중 영역(66)은 자극편(40)에 있는 수축부(72)에 의해 형성되어서, 달리 운동축(42)에 걸쳐서 일정한 자극편의 외주변(UP)은 수축부(72)의 영역에서 감소된다.
수축부(72)는 접극자(44)를 향해 배열된 자극편(40)의 절반부(74)에 배열되고, 제1 실시예서 접극자(44)의 경우에서와 같이 단부 영역에 배열되는게 아니라, 자극편의 단부 영역(76)으로부터 이격된다. 그 결과, 자극편 표면(56)이 접극자 표면(54)에 인접하는 경우에, 자극편(40)으로부터의 최대 자기력이 자극편(40)의 방향으로 접극자(44)를 당기기 위하여 접극자(44)에 작용할 수 있는 것이 보장된다.
수축부(72)는 운동축(42)을 따르는 자극편(40)의 길이(LP)의 적어도 1/5에 해당하는 길이를 가진다. 자극편의 외주변(UP)은 수축부(72) 외측의 자극편의 일정한 외주변(UP)과 비교하여 적어도 1/4까지 수축부(72)의 영역에서 감소된다.
도 4, 도 5, 또한 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 복귀 스프링(58)은 자극편(40) 내에 지지되는 방식으로 배열된다. 이를 위해, 자극편(40)은 스프링 오목부(82)를 형성하기 위하여 접극자(44)를 향해 배열되는 하부 자극편 단부 영역(78)에서 확장되는 관통 보어(78)를 가진다. 스프링 오목부(82)는 관통 보어(78)의 측벽(84)들에 의해, 그리고 자극편 단부 영역(78)에서 관통 보어(78)의 확장에 의해 형성된 지지 벽(68)들에 의해 한정된다. 복귀 스프링(58)은 그런 다음 이러한 지지 벽(68)들 상에서 지지된다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 수축부(72)는 특히 스프링 오목부(82)를 넘어서 돌출하지 않는 방식으로 스프링 오목부(82)의 레벨에서 운동축(42)을 따라서 형성된다. 그 결과, 자속의 집중은 특히, 복귀 스프링(58)의 영역에서, 다시 말하면, 복귀 스프링(58)의 복원력이 또한 작용하는 경우에 달성될 수 있다.
또한, 수축부(72)는 운동축(42)을 따라서 솔레노이드(52)의 레벨에 또한 유익하게 위치되는 것을 알 수 있다.
자극편(40)에서 자기장선(64)의 과정이 도 5에 도시되며, 여기에서, 자기장선(64)이 수축부(72)의 영역에 집중되고, 결과적으로 자극편(40)에서의 자속 집중이 발생될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 제1 실시예를 참조하여 접극자(44)에서 발생된 자기 스로틀이 또한 자극편(40)에서 발생될 수 있다.
접극자(44) 및/또는 자극편(40)에서의 자기 스로틀의 작용 모드는 도 6을 참조하여 다음에 설명될 것이다.
도 6은 솔레노이드(52)에 의해 발생된 자기력과, 솔레노이드(52)에 의한 자기 여자에 대항하여 접극자(44) 및 자극편(40)에서 작용하는 자속을 나타내는 도면이다.
점선은 접극자(44) 및 자극편(40)이 자속 집중 영역(66)을 가지지 않는 공지된 배열에서 작용하는 자기력에 대응한다. 다른 한편으로, 연속하는 선들은 자속 집중을 가지는 접극자(44) 및 자극편(40)의 설계의 경우에 작용하는 자기력을 도시한다,
도면에서 수평선은 접극자(44)가 운동으로 설정되도록 복귀 스프링(58)의 복원력을 아웃프레싱하기 위하여 필요한 솔레노이드(52)에 의해 발생된 자기력을 나타내는 도시이다.
2개의 선은 "ON"으로 지시된 스위칭 밸브(30)를 스위치 온하는 과정을 나타낸다.
2개의 선은 "OFF"로 지시된 스위칭 밸브(30)를 스위치 오프하는 과정을 나타낸다.
그러므로, 전체적으로, 상기 도면은 각각의 경우에, 스위칭 밸브(30)의 작동 과정에서 발생하는 히스테리시스의 부분 영역을 도시한다.
도면으로부터, 접극자(44) 또는 자극편(40)에서 자기 스로틀의 부재 시에 스위치 오프할 때, 자기력은 복원력을 아웃프레싱한 후에 계속 상당히 상승하고, 포화 범위에 거의 도달하지 않는다는 것을 알 수 있다. 다른 한편으로, 자기 스로틀이 접극자(44) 또는 자극편(40)에서 얻어질 때, 복귀 스프링(58)의 복원력을 아웃프레싱한 직후에, 자기력은 포화 범위에 들어가고, 추가로 상승하지 않는다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 접극자(44)의 감소된 가속도가 운동 단계에서 초래되어서, 자극편(40) 내로의 접극자(44)의 충돌시의 충격 또한 감소된다. 결과적으로, 스위칭 밸브(30)를 스위치 온할 때의 소음의 진화가 명백하게 감소될 수 있다.
스위치 오프할 때, 자기 스로틀이 접극자(44) 또는 자극편(40)에서 얻어질 때, 자기 스로틀이 얻어지지 않을 때의 경우에서 보다, 복귀 스프링(58)의 복원력과의 힘의 평형이 일어나는 지점으로 자기력이 더욱 일찍 복귀한다는 것이 확인될 수 있다.
이러한 것은 스위칭 밸브(30)의 스위치 오프시키는 과정이 지금까지보다 더욱 빠르다는 것을 의미한다. 그 결과, 스위칭 밸브(30)의 전체 스위칭 시간이 현저히 감소되고, 결과적으로 기술의 상태에 대하여 향상된다.
비록, 도 6의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 자기력이 또한 자기 스로틀에 의해 전반적으로 감소될지라도, 이러한 것은 이에 대한 요구가 있으면 솔레노이드(52)의 적절한 권선 파라미터에 의해 보상될 수 있다. 솔레노이드(52)에서의 전류에 영향을 미치는 전기 저항을 통해 이러한 것을 재조정하는 것도 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. 내연기관의 연료 분사 시스템(10)을 위한 전자기 스위칭 밸브(30)로서,
    - 상기 스위칭 밸브(30)를 폐쇄하기 위한 폐쇄 요소(48)를 구비하는 밸브 영역(36); 및
    - 운동축(axis of motion)(42)을 따라서 상기 폐쇄 요소(48)를 움직이기 위한 액추에이터 영역(38)을 포함하되;
    상기 액추에이터 영역(38)은, 상기 운동축(42)을 따라서 움직일 수 있고 상기 폐쇄 요소(48)를 움직이는 목적을 위하여 상기 폐쇄 요소(48)와 결합된 접극자(armature)(44), 고정 자극편(40), 및 상기 접극자(44) 및 상기 자극편(40)에서 자속을 발생시키기 위한 솔레노이드(52)를 포함하며,
    상기 접극자(44)는 자속 집중 영역(66)을 가지고,
    상기 자속 집중 영역(66)은 상기 접극자의 외주변(UA)이 숄더부(shoulder)(68)를 가진다는 사실로 인해 형성되어서, 상기 접극자(44)는 서로 다른 제1 외주변(UA1)과 제2 외주변(UA2)을 가지며,
    상기 접극자의 제1 외주변(UA1)은 상기 접극자의 제2 외주변(UA2)보다 작고, 상기 접극자의 제1 외주변(UA1)은 상기 접극자의 제2 외주변(UA2)의 최대 3/4에 달하는 것을 특징으로 하는, 전자기 스위칭 밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 운동축(42)을 따르는 상기 접극자의 제1 외주변(UA1)은 상기 접극자(44)의 전체 길이(LA)의 절반에 달하는 것을 특징으로 하는, 전자기 스위칭 밸브.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접극자(44)와 상기 자극편(40)은 서로 인접하여 배열되고, 상기 접극자의 제1 외주변(UA1)을 가지는 상기 접극자(44)의 영역은 상기 자극편(40)을 향하여 배열되는 것을 특징으로 하는, 전자기 스위칭 밸브.
  6. 제5항에 있어서, 접극자 표면(54) 및 자극편 표면(56)은 서로 직접 마주하여 위치되며, 상기 접극자의 제1 외주변(UA1)의 영역에서의 상기 접극자(44)의 접극자 표면(54) 면적은 상기 자극편 표면(56) 면적의 절반에 달하는 것을 특징으로 하는, 전자기 스위칭 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자극편(40)은 자속 집중 영역(66)을 형성하는 목적을 위하여 외주변(UP)에 수축부(72)를 가지는 것을 특징으로 하는, 전자기 스위칭 밸브.
  8. 제7항에 있어서, 상기 수축부(72)는 상기 접극자(44)를 향하는 상기 자극편(40)의 절반(74)에 배열되고, 상기 수축부(72)는 상기 운동축(42)을 따르는 상기 자극편(40)의 전체 길이의 적어도 1/5에 달하며, 상기 수축부(72)의 영역에서 상기 자극편의 외주변(UP)은 적어도 1/4까지 감소되는 것을 특징으로 하는, 전자기 스위칭 밸브.
  9. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 전자기 스위칭 밸브(30)를 구비하는, 내연기관의 연료 분사 시스템(10)을 위한 고압 연료 펌프(18).
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