KR102071151B1 - 연소 엔진용 인젝터 - Google Patents

Abstract

연소 엔진용 인젝터(30)는 극편(3), 전기자(5), 밸브 니들(7), 및 상기 극편(3)과 슬라이딩 가능하게 접촉하는 안내 부분(11)을 갖는 안내 요소(9)를 포함한다. 상기 극편(3) 및 상기 안내 요소(9)의 각 관통 개구(13, 19)는 상기 인젝터(30)의 길이방향 축(L)을 따라 유체에 유체 채널을 제공한다. 상기 밸브 니들(7)은 유체가 흐르는 것을 방지하거나 또는 유체가 흐르는 것을 가능하게 하기 위해 상기 길이방향 축(L)을 따라 축방향으로 이동 가능하게 배열된다. 상기 안내 요소(9)는 상기 길이방향 축(L)을 따라 상기 밸브 니들(7)을 안내하기 위해 상기 밸브 니들(7)에 해제 가능하게 결합된다.

Description

연소 엔진용 인젝터

본 발명은 연소 엔진용 인젝터에 관한 것이다.

인젝터는 연소 엔진의 흡기 매니폴드 내로 또는 직접 연소 엔진의 실린더의 연소 챔버 내로 유체를 분배하기 위해 배열될 수 있는 특히 연소 엔진에 널리 사용된다.

일반적으로, 인젝터는 인젝터 및 대응하는 연소 엔진의 동작 동안 정확한 양의 유체를 분사하고 오염 물질을 제한할 수 있기 위해 엄격한 성능 요구조건을 갖는다. 하나의 일반적인 요구조건은 인젝터의 동작 동안 마모 효과를 방지하여 그 수명을 향상시키고 안전하고 신뢰성 있는 인젝터 기능을 실현하는 것이다.

예를 들어, 이것은 인젝터의 밸브 니들(valve needle) 및 대응하는 접촉 표면들을 안내하는 것과 관련된다. 통상적으로, 밸브 니들은 바람직하게는 선형 운동을 가능하게 하기 위해 두 단부, 즉 상부 단부와 하부 단부에서 안내된다. 솔레노이드 인젝터의 경우, 상부 안내 부분(guiding portion)은 극편(pole piece)으로 실현될 수 있고, 하부 안내 부분은 노즐에서 실현될 수 있다. 각 안내 부분은 이동 가능한 안내 표면들 및 대응하는 이동 가능하지 않은 안내 표면들을 포함한다. 이동 가능한 안내 표면들은 밸브 니들 상에 직접 제조될 수 있는데, 예를 들어, 밸브 니들의 상부 단부에서는 상부 스토퍼(stopper) 상에 및 하부 단부에서는 볼(ball) 상에 제조될 수 있다.

문헌 DE 10 2004 056 424 A1에서는 인젝터 및 극편을 구조화하는 방법이 설명되고, 여기서 인젝터는 극편의 개구 내에 배열된 밸브 니들 및 지지 요소를 포함한다. 이런 상황에서, 극편은 유체를 수송하기 위해 특별히 구조화된 측방향 채널들을 포함한다.

US 2015041568 A1은 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 공동(cavity)을 갖는 밸브 몸체, 상기 공동 내에서 축방향으로 이동 가능하며 유체 출구를 통한 유체 흐름을 제어하기 위한 밸브 니들, 상기 공동 내에서 축방향으로 이동 가능한 전기자(armature)를 갖고, 메인 몸체 및 상기 메인 몸체로부터 축방향으로 이격되고 상기 메인 몸체에 고정 결합된 플랜지를 갖는 전자기 액추에이터 유닛, 및 상기 밸브 니들에 고정되고, 상기 메인 몸체와 상기 플랜지 사이의 상기 공동 내에 배열된 정지 요소를 포함하는 인젝터 밸브 조립체를 개시한다. 공동 내의 전기자 스프링은 정지 요소를 플랜지의 내부 표면과 접촉하게 가압한다. 정지 요소와 내부 표면이 오버랩(overlap)되는 영역은 내부 윤곽과 외부 윤곽에 의해 한정되고, 외부 윤곽에 의해 둘러싸인 영역은 내부 윤곽에 의해 둘러싸인 영역의 적어도 3배이다. 상부 안내 요소는 공동 내에 배열되고 밸브 니들에 고정 결합된다. 상부 안내 요소는 전기자에 대해 밸브 니들을 안내하고 전기자의 메인 몸체로부터 돌출한다. 상부 안내 요소의 돌출 부분과 축방향으로 오버랩되는 밸브 몸체의 안내 부분은 밸브 몸체에 대해 상부 안내 요소를 축방향으로 안내하는 치수를 갖는다.

본 발명의 일 목적은 밸브 니들의 안내를 개선함과 함께 신뢰성 있고 안전한 인젝터 기능을 구현하는 연소 엔진용 인젝터를 생성하는 것이다.

상기 목적은 독립 청구항의 특징을 갖는 인젝터에 의해 달성된다. 상기 인젝터의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.

연소 엔진용 인젝터가 개시된다. 상기 인젝터는 길이방향 축을 갖는다. 상기 인젝터는 관통 개구를 갖는 극편, 관통 개구를 갖는 전기자, 밸브 니들, 및 안내 요소를 포함한다. 상기 안내 요소는 안내 부분 및 관통 개구를 갖는다.

상기 극편 및 상기 안내 요소의 적어도 각 관통 개구는, 특히 상기 인젝터를 통한 길이방향 축을 따라 유체용 유체 채널의 일부를 형성하도록 구성된다. 특히, 상기 인젝터는 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 유체 인젝터이다. 상기 유체 채널은 상기 유체 입구를 상기 유체 출구에 유압적으로 연결한다.

또한, 상기 밸브 니들은 상기 전기자의 상기 관통 개구 내에 적어도 부분적으로 배열되고, 상기 밸브 니들의 폐쇄된 위치에서 유체가 흐르는 것을 방지하고 상기 밸브 니들의 개방된 위치에서 유체가 흐르는 것을 가능하게 하도록 상기 길이방향 축을 따라 축방향으로 이동 가능하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 상기 밸브 니들은 특히 상기 유체 출구를 통한 유체 흐름을 제어하도록 동작 가능하다.

상기 안내 요소는 상기 안내 부분이 상기 극편의 상기 관통 개구 내부에 적어도 부분적으로 배열된다. 상기 안내 부분은 상기 극편과 접촉하고; 상기 안내 부분은 상기 극편의 상기 관통 개구와 슬라이딩 가능하게 기계적으로 접촉하는 것이 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 안내 부분은 원통형 형상을 갖는다.

상기 안내 요소는 상기 길이방향 축을 따라 축방향으로 이동 가능하다. 특히 상기 안내 요소는 상기 극편에 대해 길이방향으로 변위 가능하다.

상기 안내 요소는 상기 밸브 니들의 일 단부와 접하는 접촉 표면을 포함한다. 상기 접촉 표면이 상기 밸브 니들의 단부와 접하는 것에 의해, 상기 안내 요소는 상기 밸브 니들에 해제 가능하게 결합되어, 상기 인젝터의 동작 동안 상기 길이방향 축을 따라 상기 밸브 니들을 안내하는 것을 실현한다.

상기 안내 요소가 상기 밸브 니들에 해제 가능하게 결합된다는 것은, 특히 상기 안내 요소가 상기 밸브 니들의 단부로 가압되어 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들의 단부 사이에 접촉을 유지할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 가압력이 없으면, 상기 안내 요소는 상기 밸브 니들에 대해 길이방향으로 변위될 수 있다. 다시 말해, 상기 인젝터가 조립될 때 상기 안내 요소를 상기 밸브 니들과 접촉하게 가압하는 상기 인젝터의 다른 요소들에 의해 가해지는 힘이 없으면, 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들은 서로 떨어지게 될 것이다.

특히, 상기 안내 요소는 상기 밸브 니들과의 형상 끼워 맞춤 및/또는 압입 끼워 맞춤 연결에 의해 상기 길이방향 축에 대해 상기 밸브 니들이 기울어지는 것을 방지하도록 동작 가능하다.

연소 엔진용 인젝터의 이러한 구성은 상기 안내 요소로 인해 상기 밸브 니들을 안내하는 것을 개선함과 함께 상기 밸브 니들 및 대응하는 인젝터에 신뢰성 있고 안전한 기능을 간단한 방식으로 실현한다. 특히, 상기 인젝터의 상부 부분에서 상기 극편의 상기 관통 개구 내에 배열된 이러한 안내 요소는, 특히 이러한 안내 요소를 포함하지 않는 인젝터에 비해, 상기 밸브 니들이 선형으로 안내되는 것을 특히 양호하게 구현한다.

그 기하학적 형상 및 재료와 관련해, 상기 안내 요소는 상기 인젝터에 간단하고 저렴한 구성 요소로서 실현될 수 있고, 제조 공정을 용이하게 한다. 그리하여, 매우 간단한 설계로 인해 상기 인젝터의 안내 부분이 복잡해지는 것이 감소된다. 상기 안내 요소는 슬리브 또는 캡(cap)으로 형성될 수 있으며, 특히 주어진 원 재료로부터 스탬핑 공정에 의해 간단하고 비용 효율적인 방식으로 제조 가능하다.

안내 부분이 원통형인 경우에 상기 안내 요소와 상기 극편 사이의 접촉 면적이 커서 상기 밸브 니들이 선형으로 안내되는 것을 특히 정확히 구현하는데 기여할 수 있다. 이것은 마모를 저지(counteract)할 수 있으며, 그리하여 상기 인젝터의 수명을 증가시킬 수 있다.

상기 인젝터의 동작 및 상기 밸브 니들의 운동 동안, 상기 안내 요소의 상기 안내 부분의 외부 표면은 상기 관통 개구 내 상기 극편의 벽의 내부 표면과 슬라이딩 가능하게 접촉하며, 그리하여 특히 양호한 선형 안내를 가능하게 한다. 유리하게는, 상기 안내 요소는 상기 유체 채널 내에 위치되고; 이러한 방식으로 상기 극편과 상기 안내 부분 사이의 마찰이 특히 작을 수 있다. 마모를 저지하기 위해 협력하는 안내 표면들을 특별히 코팅할 필요가 없을 수 있다. 두께 및 깊이와 같은 일부 코팅 파라미터들은 높은 감도를 가져서 제어하기가 어렵기 때문에 이것은 제조 공정을 더 단순화하고 상기 인젝터의 비용을 낮춘다.

예를 들어 상기 안내 부분의 원통형 형상은 무심 연삭(centerless grinding)을 가능하게 하기 때문에, 특히 높은 정밀도가 상기 안내 요소를 제조할 때 달성될 수 있다.

나아가, 증가된 정밀도는 협력하는 구성 요소들 사이에 간극을 낮출 수 있게 하고 그리하여 비-동축성(non-coaxiality)이 야기되는 것을 줄일 수 있게 한다. 상기 인젝터의 상기 길이방향 축에 대해, 이것은 예를 들어 상기 인젝터의 밸브 몸체 내 상기 전기자가 동축성이 되는 것과 관련이 있다. 상기 밸브 몸체 내 상기 전기자의 동심도(concentricity)가 개선되면 측면 자기력(side magnetic force)이 감소되어 상기 인젝터의 마모가 더욱 감소된다.

상기 밸브 니들이 선형으로 안내되는 것에 관한 정밀도가 향상되는 것으로 인해, 설명된 인젝터 및 특히 안내 요소는, 예를 들어 상기 극편의 상기 관통 개구 내에 크롬 도금을 하고, 상기 밸브 니들의 상부 단부에 PVD 코팅을 할 필요를 더 제거할 수 있다. 두께 및 깊이와 같은 일부 코팅 파라미터들은 높은 감도를 가져서 제어하기가 어렵기 때문에 이것은 상기 인젝터의 제조 공정을 더욱 단순화시켜서 비용 효율적으로 제조하는데 기여한다.

상기 밸브 니들의 단부와 상기 접촉 표면이 해제 가능하게 맞물리는 것에 의해, 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들 사이의 단순한 접촉은 이들 2개의 구성 요소를 결합시킬 수 있는 기본적인 가능성을 구현하게 한다. 예를 들어, 상기 안내 요소는 상기 밸브 니들로 가압되고 그 접촉 표면에 의해 상기 밸브 니들의 상부 단부와 기계적으로 접촉한다. 그리하여, 용접 또는 압입 끼워 맞춤 연결에 의해 상기 안내 요소를 상기 밸브 니들에 결합하는 것이 요구되지 않는다. 이것은 상기 안내 요소의 재료의 선택 범위를 더욱 증가시킨다.

상기 안내 요소와 상기 밸브 니들 사이의 결합은 특히 상기 안내 요소 및 결합된 상기 밸브 니들이 상기 길이방향 축에 대해 축방향으로 기울어지지 않도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 접촉 표면은 오목하게 형성된다. 일 실시예에서, 상기 안내 요소는 상기 밸브 니들의 상기 상부 단부를 부분적으로 둘러싸는 형상을 포함하고, 그리하여 안전하고 신뢰성 있는 결합을 가능하게 한다. 다시 말해, 상기 안내 요소의 상기 접촉 표면은 적어도 부분적으로 상기 밸브 니들의 상기 상부 단부를 측방향으로 둘러싼다. 다시 말해, 상기 접촉 표면의 부분들은 반경 방향 바깥쪽 방향으로 상기 밸브 니들을 따르고 상기 밸브 니들과 축방향으로 오버랩된다. 유리하게는, 상기 접촉 표면에 대해 상기 밸브 니들이 반경 방향으로 중심 잡는(radial centering) 것이 이러한 방식으로 달성될 수 있다.

상기 접촉 표면과 해제 가능하게 접촉하는 상기 밸브 니들의 단부는 특히 볼록하게 형성된다. 하나의 개선에서 상기 밸브 니들의 단부는 상기 접촉 표면의 형상과 일치하는 볼록한 형상 - 특히 볼록한 구형 형상을 갖는다. 이것은 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들 사이에 해제 가능한 맞물림이 상기 중심 잡힌 상태에서 이루어지는 것을 더 개선시킬 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 안내 요소의 상기 접촉 표면은 회전 대칭, 특히 원추형 또는 구형 형상을 포함한다. 상기 안내 요소의 구형 형상의 접촉 표면은 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들 사이에 접촉을 유리하게 한다. 구형 형상 또는 회전 대칭 형상인 접촉 표면은 동작 동안 상기 밸브 니들이 회전하는 회전 자유도를 간단한 방식으로 가능하게 하여 상기 인젝터의 제조된 구성 요소들의 공차를 보상하는 데 유리하다. 다시 말해, 상기 안내 요소를 상기 밸브 니들에 해제 가능하게 결합하는 것은, 특히 적어도 상기 인젝터의 조립 및/또는 동작 동안 상기 길이방향 축 주위로 상기 안내 요소에 대해 상기 밸브 니들이 회전할 수 있게 한다. 인젝터의 이러한 구성을 사용하면, 협력하는 구성 요소들의 에지(edge)들과 접촉하는 것을 피하기 위해 배럴(barrel)-형상의 안내 요소들과 같은 복잡한 기하학적 형상이 필요치 않다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 안내 요소는 비철계 재료(non-iron-based material)를 포함하거나 - 바람직하게 - 비철계 재료로 구성된다. 추가적인 실시예에 따르면, 상기 안내 요소는 반자성 재료 및/또는 상자성 재료를 포함하거나 - 바람직하게 - 반자성 재료 및/또는 상자성 재료로 구성된다.

상기 안내 요소는 상기 밸브 니들에 반드시 용접되어야 하는 것은 아니기 때문에 상기 안내 요소는 예를 들어 플라스틱과 같은 비철계 재료로 만어질 수 있다. 이것은 상기 안내 요소를 매우 간단한 공정으로 제조할 수 있게 하고 임의의 바람직하지 않은 자기 효과(magnetism effect)를 추가로 저지한다. 특히 상기 안내 요소 또는 상기 안내 요소의 적어도 상기 안내 부분이 원통형 형상인 것으로 인해 접촉 영역이 큰 것에 의해 재료를 선택하는 것이 가능해진다. 마모를 피하기 위해 작은 접촉 면적을 갖는 형상과 단단한 재료를 사용할 필요가 없다.

단단한 재료는 주로 철을 기반으로 하며, 예를 들어, 배열된 구성 요소들이 불완전한 동축성을 갖는 것으로 인해 원치 않는 자기 효과를 유발할 수 있다. 비철계 재료를 사용할 수 있는 것으로 인해, 설명된 인젝터는 원치 않는 자기 효과를 방지할 수 있고, 그리하여 마모를 더 저지하고, 상기 인젝터의 기능을 신뢰성 있게 하고 수명을 개선하는데 기여한다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 밸브 니들은 상기 안내 요소의 상기 관통 개구 내에 부분적으로 배열된다.

인젝터의 이러한 구성 및 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들 사이의 결합에 의해 상기 밸브 니들이 선형으로 안내되고 상기 인젝터의 기능이 안전하고 신뢰성 있게 실현된다. 예를 들어, 상기 밸브 니들은 상기 안내 요소의 상기 접촉 표면과 접하는 돌출부를 상부 단부에 포함한다. 상기 돌출부는 대응하게 형성된 리세스(recess) 내에 배열되거나 또는 상기 안내 요소의 상기 접촉 표면에 대응하여 형성된 개구를 관통하게 배열될 수 있다. 이것은 예를 들어, 기계적으로 가압된 접촉에 추가하여 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들 사이의 결합을 더 고정할 수 있게 한다. 그리하여, 이것은 안전하고 신뢰성 있게 결합시키는데 기여하고, 동작 동안 상기 밸브 니들 및 결합된 상기 안내 요소가 축방향으로 기울어지는 것을 저지한다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 인젝터는 상기 안내 요소를 상기 밸브 니들에 가압하도록 상기 안내 요소에 힘을 가하도록 구성된 탄성 요소를 더 포함한다. 상기 탄성 요소는 특히 상기 안내 요소를 통해 축방향으로 상기 밸브 니들에 힘을 전달함으로써 상기 밸브 니들을 폐쇄된 위치 쪽으로 편향하도록 동작 가능한 복귀 스프링이다.

상기 탄성 요소는 상기 안내 요소에 작용하는 힘을 발생시키고, 상기 안내 요소를 상기 밸브 니들의 상부 단부로 가압하여 상기 안내 요소와 상기 밸브 니들 사이에 기계적 접촉을 유지한다. 예를 들어, 상기 탄성 요소는 상기 밸브 니들의 상부 단부와는 반대쪽 상기 안내 요소 측을 향해 상기 안내 요소 위에 배열된다. 상기 안내 요소에 작용하는 힘을 발생시키고 상기 안내 요소를 상기 밸브 니들의 상부 단부로 가압하기 위해, 상기 탄성 요소의 일 축방향 단부는 상기 안내 요소에 안착될 수 있고 - 특히 상기 밸브 니들의 상부 단부와는 반대쪽 상기 안내 요소 측에 안착될 수 있고 - 상기 탄성 요소의 반대쪽 축방향 단부는 상기 극편에 대해 위치 고정된 스프링 안착부에 안착될 수 있다. 이러한 배열은 상기 밸브 니들에 대해 상기 안내 요소를 미리 결정된 위치에 간단한 방식으로 실현한다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 탄성 요소는 상기 극편의 상기 관통 개구 내에 배열된다. 예를 들어, 전술한 상기 스프링 안착부는 상기 극편에 압입된 교정 튜브(calibration tube)로 구성된다. 상기 교정 튜브는 일 개선에서 유체 필터를 포함할 수 있다. 상기 인젝터의 이러한 구성은 예를 들어, 상기 인젝터의 길이방향 축을 따라 협력하는 구성 요소들을 정렬되게 배열하는 간단한 가능성을 구현하게 한다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 탄성 요소는 스프링 요소를 포함한다.

전술한 안내 요소와 함께 작용하는 스프링 요소를 갖는 탄성 요소는 상기 밸브 니들이 안전하고 신뢰성 있게 선형으로 안내되는 것을 가능하게 하는 저렴한 인젝터를 간단한 방식으로 실현한다. 상기 스프링 요소는 고정된 부하를 갖고 상기 안내 요소 위에 배열될 수 있으며, 그리하여 소정의 힘을 발생시켜 상기 안내 요소를 상기 밸브 니들의 상부 단부로 가압하고, 대응하는 인젝터가 안쪽으로 개방되는 인젝터인지 또는 바깥쪽으로 개방되는 인젝터인지 여부에 관계 없이, 상기 밸브 니들을 폐쇄된 위치 또는 개방된 위치로 더 가압한다.

추가적인 실시예에 따르면, 상기 안내 요소는 상기 안내 부분과 상기 밸브 니들 사이에 배열된 하부 부분을 포함하고, 상기 하부 부분은 동작 동안 상기 인젝터를 통해 유체가 흐르는 것을 가능하게 하도록 구성된 적어도 하나의 흐름 통로를 포함한다. 예를 들어, 상기 유동 통로(들)는 상기 안내 요소의 측벽을 통해 반경 방향으로 상기 관통 개구로 연장된다. 바람직하게는, 상기 유동 통로(들)는 상기 밸브 니들에 인접하게 위치된다. 상기 안내 요소의 상기 관통 개구는 특히 상기 밸브 니들과는 반대쪽 상기 안내 요소의 제1 축방향 단부에 유체 입구 구멍을 갖는다. 이러한 방식으로, 유체는 상기 유체 입구 구멍을 통해 상기 안내 요소의 상기 관통 개구에 진입할 수 있고, 상기 유동 통로(들)를 통해 상기 관통 개구를 떠나, 상기 유체 채널을 통해, 특히 상기 인젝터의 유체 출구로 진행할 수 있다. 예를 들어, 유동 통로들은 상기 밸브 니들과 접하는 제2 축방향 단부에서 슬리브 형상의 안내 요소의 외부 원주 에지 구역(outer circumferential edge region)을 경사지게 절단하는 것에 의해 제공된다.

상기 인젝터의 이러한 구성은 상기 인젝터를 통한 유체 채널을 실현하는 하나의 가능성을 구현하게 한다. 하나 이상의 유동 통로는 상기 안내 요소의 관통 개구의 일 부분을 형성하고, 유체가 상기 안내 요소의 관통 개구로부터 상기 안내 요소의 외부 구획으로 흐를 수 있게 한다. 이러한 방식으로 상기 안내 부분 및/또는 상기 접촉 표면의 양호한 윤활이 달성될 수 있다.

상기 밸브 니들은 바람직한 실시예에서 중실형이다 - 즉 중공형이 아니다. 이러한 실시예에서, 유체는 상기 유체 채널을 통해 상기 밸브 니들 주위로 흐른다. 경사지게 절단하는 것에 의해, 일부 실시예에서, 상기 안내 요소의 상기 접촉 표면과, 상기 접촉 표면과 해제 가능하게 접촉하는 상기 밸브 니들의 단부 사이에 유체 막이 달성될 수 있다.

설명된 구성 요소들과 관련해, 스트리밍 유체는 먼저 상기 극편의 관통 개구를 통과하여 상기 안내 요소의 상기 관통 개구로 진입한다. 유체는 상기 안내 요소의 상기 관통 개구를 더 통과하여 하나 이상의 유동 통로를 통해 상기 안내 요소를 빠져 나가 상기 안내 요소의 외부 구획 및 상기 전기자의 구역으로 진입한다. 그리하여, 상기 인젝터의 동작 동안 상기 안내 요소를 통해 유체, 특히 연료가 통과할 것이다. 연료는 특히 가솔린 또는 디젤과 같은 액체 연료이다.

본 발명의 예시적인 실시예는 개략적인 도면 및 참조 번호의 도움으로 설명된다. 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 갖는 요소 또는 구성 요소를 나타낸다.

도 1은 인젝터의 예시적인 실시예의 길이방향 단면도;
도 2는 도 1에 따른 인젝터의 부분 확대도; 및
도 3은 도 1에 따른 인젝터의 안내 요소의 사시도.

도 1은 인젝터(30)의 예시적인 실시예의 길이방향 단면도를 도시한다. 인젝터는 특히 가솔린과 같은 연료를 내연 엔진의 연소 챔버 내로 직접 분사하도록 구성된 연료 인젝터이다.

인젝터(30)는 길이방향 축(L)을 갖는다. 인젝터는 극편(3), 전기자(5) 및 밸브 니들(7)을 포함한다. 인젝터는 탄성 요소(21), 코일(32), 상부 스토퍼(34), 하부 스토퍼(35), 관통 개구(37)를 갖는 밸브 몸체(36), 노즐(38) 및 노즐 팁(nozzle tip)(39)을 더 포함한다.

밸브 니들(7)은 전기자(5)의 관통 개구(15) 내에 부분적으로 배열된다. 밸브 니들(7)은 길이방향 축(L)을 따라 밸브 몸체(36)에 대해 축방향으로 이동 가능하고, 폐쇄된 위치에서는 인젝터(30)를 통해 유체가 흐르는 것을 방지하고, 그렇지 않은 개방된 위치에서는 유체가 흐르는 것을 가능하게 한다. 예를 들어 밸브 니들(7)의 폐쇄된 위치에서 노즐(38)과 접촉하는 노즐 팁(39)과 노즐(38)이 공동 작용하는 것으로 인해 개폐 공정이 발생한다.

밸브 니들(7)과 인젝터(30)는 코일(32)에 의해 발생된 자기력으로 인해 개방되고, 탄성 요소(21)에 의해 주어진 탄성력에 의해 폐쇄되며, 여기서 스트리밍 유체에 의해 생성된 유압력은 또한 인젝터(30)의 동작 동안 개폐 공정에도 영향을 미친다.

인젝터(30)는 조립체(1)를 더 포함하고, 이 조립체(1)는 관통 개구(13)를 갖는 극편(3), 관통 개구(15)를 갖는 전기자(5), 밸브 니들(7), 및 관통 개구(19)를 갖는 안내 요소(9)를 포함한다. 조립체(1)의 보다 상세한 설명은 도 2 및 도 3과 관련하여 아래에서 설명될 것이다.

도 2는 조립체(1)의 예시적인 실시예의 길이방향 단면도를 도시한다. 이 실시예는 도 1에 설명된 실시예의 상세도를 도시한다. 조립체(1)의 안내 요소(9)는 도 3에서 사시도로 도시된다.

안내 요소(9)는 원통형 형상의 안내 부분(11) 및 하부 부분(27)을 포함하고, 이 하부 부분은 길이방향 축(L)에 대해 안내 부분(11)과 밸브 니들(7) 사이에 위치된다.

안내 요소(9)는 극편(3)의 관통 개구(13) 내에서 축방향으로 이동 가능한 방식으로 배열되고, 간단한 기계적 접촉, 특히 형상-맞춤 연결에 의해 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)에 결합되는 접촉 표면(23)을 가진다. 조립체(1)의 추가적인 실시예에서, 안내 요소(9)는 조립체(1)의 추가적인 구성 요소들에 의해 밸브 니들(7)에 결합될 수 있어서, 그리하여 밸브 니들(7)과 직접 접촉하지 않을 수 있다. 안내 부분(11)을 갖는 안내 요소(9)는 밸브 니들(7)이 길이방향으로 안전하고 신뢰성 있게 선형으로 안내되는 것을 실현하도록 구성된다. 특히, 원통형 안내 부분(11)은 극편(3)의 관통 개구(13)를 한정하는 극편(3)의 내부 원주 표면과 슬라이딩 가능하게 접촉하고, 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)와 접촉 표면(23) 사이의 상호 작용에 의해 및 극편(3)과 안내 부분(11) 사이의 상호 작용에 의해 길이방향 축(L)에 대해 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)가 기울어지는 것을 방지한다.

연소 엔진용 조립체(1)의 이러한 구성은 설명된 안내 요소(9)로 인해 밸브 니들(7)의 안내를 개선함과 함께 밸브 니들(9) 및 대응하는 인젝터(30)가 신뢰성 있고 안전하게 기능하는 것을 간단하고 비용-효과적인 방식으로 실현한다. 안내 요소(9)는 안내 요소(9)와 극편(3) 사이에 큰 접촉 영역을 실현하는 원통형 형상의 안내 부분(11)으로 인해 밸브 니들(7)이 선형으로 안내되는 것을 개선시킬 수 있다.

안내 요소(9)와 극편(3) 사이에 큰 접촉 영역이 있는 것으로 인해, 조립체(1)는 이러한 안내 요소(9)를 포함하지 않는 다른 인젝터에 비해, 밸브 니들(7)이 선형으로 안내되는 것을 향상시키는데 기여한다. 이것은 조립체(1) 및 이 조립체(1)의 일 실시예를 포함하는 인젝터(30)의 마모를 저지하고, 그리하여 그 수명을 증가시킨다. 조립체(1)의 동작 및 밸브 니들(7)의 운동 동안, 안내 요소(9)는 안내 요소(9)의 안내 부분(11)의 외부 표면에 의해 관통 개구(13) 내 극편(3)의 벽의 내부 표면과 약간 접촉하여 개선된 선형 안내를 구현할 수 있다. 설명된 안내 요소(9)는 극편(3)의 관통 개구(13) 내의 안내 부분(11)이 무심 연삭된 원통형 형상인 것으로 인해 이동 가능한 밸브 니들(7)의 정밀도를 더 증가시킨다.

나아가, 증가된 정밀도는 협력하는 구성 요소들 사이에 간극을 낮출 수 있게 하고, 그리하여 비-동축성이 야기되는 것을 줄일 수 있게 한다. 조립체(1)의 길이방향 축(L)에 대해, 이것은 예를 들어 인젝터(30)의 밸브 몸체(36) 내 전기자(5)의 동축성이 되는 것과 관련이 있다. 밸브 몸체(36) 내 전기자(5)의 동심도가 개선되면, 측면 자기력이 감소되어 조립체(1) 및 인젝터(30)의 마모가 더욱 감소된다.

밸브 니들(7)이 선형으로 안내되는 것에 관한 정밀도가 향상된 것으로 인해 전술한 조립체(1) 및 특히 안내 요소(9)는 접촉 표면들에 특수 코팅을 할 필요를 더 제거할 수 있게 한다. 예를 들어, 조립체(1)의 일 실시예를 사용하면 극편(3)의 관통 개구(13) 내에 크롬 도금을 하는 것이 필요치 않고, 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)에 PVD 코팅을 하는 것이 필요치 않다. 나아가, 이것은 조립체(1) 및 인젝터(30)의 조립 공정을 용이하게 하여, 또한 비용 효율적으로 제조하는데 기여한다.

그 기하학적 형상 및 재료와 관련해, 안내 요소(9)는 조립체(1)에 간단하고 저렴한 구성 요소로서 실현될 수 있고, 제조 공정을 용이하게 한다. 그리하여, 안내 요소(9)의 설계가 단순한 것으로 인해 조립체(1)가 복잡해지는 것이 감소된다. 안내 요소(9)는 슬리브 또는 캡의 형상을 포함하고, 주어진 원 재료로부터 단순히 스탬핑 공정에 의해 제조될 수 있다.

안내 요소(9)는 탄성 요소(21)에 의해 발생된 힘으로 인해 중실형 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)로 가압되고, 그렇지 않은 경우 밸브 니들(7)에 대해 축방향으로 변위될 수 있다. 상기 힘을 발생시키기 위해, 탄성 요소(21)는 일 축방향 단부가 밸브 니들(7)과는 반대쪽 안내 요소(9) 측에 안착되고, 극편(3)으로 압입된 - 그리하여 극편에 대해 위치 고정된 - 스프링 안착부(22)에 안착된다. 스프링 안착부(22)는 금속 튜브로 구성되고, 이 금속 튜브는, 탄성 튜브(21)의 선부하를 교정하기 위해 인젝터(1)를 조립하는 동안 그 축방향 위치가 압입에 의해 조정될 수 있기 때문에 교정 튜브라고도 지칭된다. 이 교정 튜브는 유체가 유체 채널을 통과하는 도중에 통과해야 하는 유체 필터를 더 포함한다.

안내 요소(9)는 밸브 니들(7)에 용접되지도 않고 압입되지도 않는다. 따라서, 안내 요소(9)는 예를 들어 플라스틱과 같은 비철계 재료에 의해서도 제조될 수 있다. 이것은 안내 요소(9)의 재료의 선택폭을 증가시키고, 안내 요소(9)의 제조 공정을 단순화한다. 또한, 이것은 조립체(1) 및 인젝터(30)의 이 부분과 관련해 원치 않는 자기 효과가 야기되는 것을 저지한다.

탄성 요소(21)는 예시적으로 코일 스프링으로 실현되고, 길이방향 축(L)에 대해 밸브 니들(7)과는 반대쪽 안내 요소(9)의 축방향 단부를 지지하며 극편(3)의 관통 개구(13) 내에 배열된다. 또한 안내 요소(9)는 극편(3)의 관통 개구(13) 내에 배열되되, 탄성 요소(21)의 주어진 부하에 의해 발생된 탄성력으로 인해 접촉 표면(23)이 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)와 기계적으로 접촉하도록 배열된다. 이러한 방식으로, 탄성 요소(21)의 스프링 힘은 안내 요소(9)에 의해 밸브 니들(7)로 전달되어 밸브 니들(7)을 폐쇄된 위치 쪽으로 편향시킨다.

안내 요소(9)의 접촉 표면(23)은 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)와 접하는 부분이 회전 대칭 형상, 바람직하게는 구형 형상을 가질 수 있다. 이것은, 구형 형상 또는 회전 대칭 형상인 접촉 표면(23)이 동작 동안 밸브 니들(7)이 회전하는 회전 자유도를 가능하게 하여, 조립체(1) 또는 대응하는 인젝터(30)의 제조된 구성 요소들에 발생하는 공차 및 형상 에러를 보상하는데 사용할 수 있어서, 유리할 수 있다. 특히, 접촉 표면(23)은 오목한 구형 형상이며, 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)는 접촉 표면(23)의 형상과 일치하는 볼록한 구형 형상을 갖는다. 따라서, 반경 방향 바깥쪽 방향으로 밸브 니들(7)을 따르는 접촉 표면(23)의 부분들은 밸브 니들(7)과 축방향으로 오버랩된다. 나아가, 반경 방향 바깥쪽 방향으로 중실형 밸브 니들(7)의 정점을 따르고 밸브 니들(7)의 상부 단부(17)와 측방향으로 오버랩되는 접촉 표면(23)의 추가적인 부분들은 또한 밸브 니들(7)과 축방향으로 오버랩된다. 유리하게는, 길이방향 축(L)에 대해 상부 단부(17)의 자가 중심 잡는(self-centering) 기능이 이러한 방식으로 달성될 수 있다.

안내 요소(9)의 관통 개구(19)는, 밸브 니들(7)과는 반대쪽 안내 요소(9)의 제1 축방향 단부에서, 즉 안내 요소(9)의 상류 단부에서 유체 입구 구멍을 갖는다. 하부 부분(27)에서, 안내 요소(9)는 본 실시예에서 조립체(1)의 동작 동안 유체가 통과할 수 있는 4개의 유동 통로(25)를 포함한다. 유동 통로(25)는 하부 부분(27)의 원주 측벽과 안내 요소(9)의 바닥 벽(특히 도 3 참조)을 관통하여 경사지게 절단하는 것에 의해 형성된다. 바닥 벽은 반경 방향 안쪽 방향으로 유동 통로(25)를 따르는 접촉 표면(23)을 더 포함한다. 경사지게 절단하는 것에 의해, 밸브 니들(7)과 접하는 축방향 단부에서 안내 요소(9)의 외부 원주 에지에 개구들이 형성된다. 이것은 조립체(1) 및 인젝터(30)를 통한 유체 채널을 실현할 수 있는 하나의 간단한 가능성을 구현하게 하며, 여기서 하나 이상의 유동 통로(25)는 안내 요소(9)의 관통 개구(19)의 일 부분을 형성한다. 이러한 이유로 인해, 예를 들어, 측면 채널 또는 플랫(flat)을 갖는 복잡한 기하학적 형상이 필요치 않다. 또한, 안내 요소(9)는 접촉 표면(23)에 의해 원주 방향으로 둘러싸인 바닥 벽에 중심 개구를 갖는다. 이 중심 개구에 의해, 밸브 니들(7)과 접촉 표면(23)이 유압적으로 점착되는 일이 특히 작을 수 있다.

인젝터(30)의 유체 입구로부터 인젝터(30)의 유체 출구까지 밸브 몸체(36)를 통과하는 도중에, 유체는 극편(3)의 관통 개구(13)를 통과하고 나서, 안내 요소(9)의 관통 개구(19)의 유체 입구 구멍을 통해 안내 요소(9)의 관통 개구(19)에 진입한다. 나아가 유체는 안내 요소(9)의 반대쪽 축방향 단부에 있는 안내 요소(9)의 관통 개구(19)를 빠져 나가 유동 통로(25)를 통해 전기자(5)의 구역에 있는 밸브 몸체(36)의 관통 개구 내로 진입한다. 나아가, 유체는 전기자(5) 둘레로 및/또는 전기자(5)의 관통 개구(15)를 통해 및/또는 선택적으로 전기자에 제공된 전용 유동 채널을 통해 흐르고 나서, 밸브 몸체(36)의 관통 개구(37)를 통해 더 흘러서, 인젝터(30)의 유체 출구 단부에서 노즐(38) 및 노즐 팁(39)에 도달하게 된다.

그리하여, 조립체(1) 또는 인젝터(30)의 동작 동안 안내 요소(9)를 통해 유체가 통과할 것이고, 안전하고 신뢰성 있게 기능하며 인젝터(30)의 상부 부분에서 밸브 니들(7)을 선형으로 안내하는 것을 간단한 방식으로 가능하게 한다. 추가적인 축방향 안내는, 노즐 팁(39) 및 노즐(38)이 슬라이딩 가능하게 기계적으로 접촉하는 상태에 있어서, 길이방향 축(L)에 대해 밸브 니들(7)의 하류 단부가 기울어지는 것을 방지하는 것에 의해 제공된다.

Claims (15)

1. 연소 엔진용 인젝터(30)로서,
   - 관통 개구(13)를 갖는 극편(pole piece)(3),
   - 관통 개구(15)를 갖는 전기자(5),
   - 밸브 니들(7), 및
   - 안내 부분(11) 및 관통 개구(19)를 갖는 안내 요소(9)를 포함하되,
   상기 극편(3) 및 상기 안내 요소(9)의 적어도 각 관통 개구(13, 19)는 상기 인젝터(30)의 길이방향 축(L)을 따라 유체용 유체 채널의 일부를 형성하도록 구성되고,
   - 상기 밸브 니들(7)은 상기 전기자(5)의 상기 관통 개구(15) 내에 적어도 부분적으로 배열되고, 상기 밸브 니들(7)의 폐쇄된 위치에서 유체가 흐르는 것을 방지하고, 상기 밸브 니들(7)의 개방된 위치에서 유체가 흐르는 것을 가능하게 하기 위해 상기 길이방향 축(L)을 따라 축방향으로 이동 가능하도록 구성되고,
   - 상기 안내 요소(9)는 상기 안내 부분(11)이 상기 극편(3)의 상기 관통 개구(13) 내에 적어도 부분적으로 배열되고,
   - 상기 안내 부분(11)은 상기 안내 요소(9)가 상기 극편(3)에 대해 상기 길이방향 축(L)을 따라 축방향으로 이동 가능하도록 상기 극편(3)과 슬라이딩 가능하게 접촉하고,
   - 상기 안내 요소(9)는 접촉 표면(23)을 포함하고, 상기 접촉 표면(23)이 상기 밸브 니들(7)의 단부(17)와 접하는 것에 의해 상기 밸브 니들(7)에 해제 가능하게 결합되어, 상기 인젝터(30)의 동작 동안 상기 길이방향 축(L)을 따라 상기 밸브 니들(7)을 안내하고,
   상기 접촉 표면(23)은 오목하게 형성된, 연소 엔진용 인젝터(30).
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 반경 방향 바깥쪽 방향으로 상기 밸브 니들(7)을 따르는 상기 접촉 표면(23)의 부분들은 상기 밸브 니들(7)과 축방향으로 오버랩되는, 연소 엔진용 인젝터(30).
4. 제1항에 있어서, 상기 밸브 니들(7)의 상기 단부(17)는 볼록한 형상을 갖는, 연소 엔진용 인젝터(30).
5. 제4항에 있어서, 상기 밸브 니들(7)의 상기 단부(17)는 상기 접촉 표면(23)의 형상과 일치하는 볼록한 구형 형상을 갖는, 연소 엔진용 인젝터(30).
6. 제1항에 있어서,
   - 상기 안내 요소(9)는 상기 안내 부분(11)과 상기 밸브 니들(7) 사이에 배열된 하부 부분(27)을 포함하고,
   - 상기 하부 부분(27)은 동작 동안 상기 인젝터(30)를 통해 유체가 흐르는 것을 가능하게 하도록 구성된 적어도 하나의 유동 통로(25)를 포함하는, 연소 엔진용 인젝터(30).
7. 제6항에 있어서, 상기 유동 통로(25)는 상기 안내 요소(9)의 측벽을 통해 상기 안내 요소(9)의 상기 관통 개구(19)까지 반경 방향으로 연장되는, 연소 엔진용 인젝터(30).
8. 제1항에 있어서, 상기 안내 부분(11)은 원통형 형상을 갖는, 연소 엔진용 인젝터(30).
9. 제1항에 있어서, 상기 안내 요소(9)의 상기 접촉 표면(23)은 회전 대칭 형상을 포함하는, 연소 엔진용 인젝터(30).
10. 제1항에 있어서, 상기 안내 요소(9)는 비철계 재료(non-iron-based material)를 포함하는, 연소 엔진용 인젝터(30).
11. 제1항에 있어서, 상기 안내 요소(9)는 반자성 재료 및/또는 상자성 재료를 포함하는, 연소 엔진용 인젝터(30).
12. 제1항에 있어서, 상기 밸브 니들(7)은 상기 안내 요소(9)의 상기 관통 개구(19) 내에 부분적으로 배열되는, 연소 엔진용 인젝터(30).
13. 제1항에 있어서, 상기 안내 요소(9)를 상기 밸브 니들(7)에 가압하기 위해 상기 안내 요소(9)에 힘을 가하도록 구성된 탄성 요소(21)를 포함하는 연소 엔진용 인젝터(30).
14. 제13항에 있어서, 상기 탄성 요소(21)의 일 축방향 단부는 상기 안내 요소(9)에 안착되고, 상기 탄성 요소(21)의 반대쪽 축방향 단부는 상기 극편(3)에 대해 위치 고정된 스프링 안착부(22)에 안착된, 연소 엔진용 인젝터(30).
15. 제13항에 있어서, 상기 탄성 요소(21)는 상기 극편(3)의 상기 관통 개구(13) 내에 배열되는, 연소 엔진용 인젝터(30).

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