KR102111221B1 - 연료 분사기, 이동식 전기자의 위치를 확인하기 위한 방법 및 모터 제어 - Google Patents

연료 분사기, 이동식 전기자의 위치를 확인하기 위한 방법 및 모터 제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 내연 엔진용 연료 분사기(200; 300)에 관한 것이다. 상기 연료 분사기(200; 300)는, (a) 극편(202, 302); (b) 움직임 축을 따라 이동될 수 있는 이동식 전기자(204; 304; 404a; 404b); (c) 코일(206; 306); 및 (d) 영구 자석(208; 308)을 포함하고, 상기 이동식 전기자(204; 304; 404a; 404b)는 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b) 내 와전류를 감소시키도록 설계된 적어도 하나의 전기 절연 요소를 갖고, 상기 영구 자석(208; 308)은 상기 극편(202; 302)의 방향으로 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b)에 작용하는 힘을 생성하는 자기장(216; 316)을 발생시키도록 장착된다. 또한 본 발명은 연료 분사기(200; 300) 내 이동식 전기자(204; 304; 404a; 404b)의 위치(504)를 확인하기 위한 방법 및 또한 엔진 제어기에 관한 것이다.

Description

연료 분사기, 이동식 전기자의 위치를 확인하기 위한 방법 및 모터 제어
본 발명은 연료 분사기의 기술 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 자동차의 내연 엔진용 연료 분사기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 자동차의 내연 엔진용 연료 분사기에서 이동식 전기자의 위치를 확인하는 방법, 및 또한 상기 방법을 사용하도록 설계된 엔진 제어기에 관한 것이다.
도 1은 전기자(3)와 노즐 니들(5) 사이에 아이들 행정(idle stroke)을 갖는 솔레노이드 분사기(1)를 도시한다. 코일 하우징(7)에 장착된 코일(4)에 전압이 인가되면, 전기자(3)는 전자석의 힘에 의해 극편(pole piece)(2)의 방향으로 이동된다. 아이들 행정을 극복한 후, 기계적으로 결합되는 것에 의해, 노즐 니들(5)이 또한 이동하며 연료를 공급하기 위한 분사 구멍을 노출시킨다. 전기자(3) 및 노즐 니들(5)은 전기자(3)가 극편(2)에 부딪힐 때까지 계속 이동한다(니들 행정). 분사기(1)를 폐쇄하기 위해, 여기 전압(excitation voltage)이 중단(disconnected)되어 자기력이 떨어진다. 노즐 니들(5)과 전기자(3)는 스프링(6)의 스프링 힘에 의해 폐쇄된 위치로 이동된다. 아이들 행정과 니들 행정은 역순으로 진행된다. 아이들 행정이 없는 연료 분사기에서는 아이들 행정이 먼저 극복될 필요가 없으나; 다른 측면들에서는 유사한 방식으로 이러한 종류의 연료 분사기가 작동된다.
제조 동안 기계적 공차 및 작동 동안 전기적 공차는 여러 분사기들 사이에 개폐 공정의 차이를 초래한다. 그 결과 니들 운동의 시작(개방) 및 니들 운동의 종료(폐쇄)에 대해 분사기별로 시간이 변동하면 상이한 분사량을 생성한다.
알려진 방식으로 상기 공차에 의해 야기되는 분사량의 변동을 제거하는 것이 가능하다. 특허 출원 DE 38 43 138 A1에 기술된 바와 같이, 코일 전류 또는 전압에 중첩된 특성 신호를 측정하는 것이 바람직하게 사용된다. 기계식 시스템(전기자(3) 및 분사기 니들(5))과, 신호를 생성하는데 사용되는 자기 회로(이는 코일(4) 및 코일(4) 주위의 자기 부품들, 다시 말해, 전기자(3), 극편(2), 코일 하우징(7), 분사기 하우징, 및 코일의 상측에 있는 솔레노이드 링이고, 이들은 자기 회로를 형성함) 사이에 와전류(eddy current)로-구동되는 결합에 의해 코일로-동작되는 조립체로부터 피드백 신호가 얻어질 수 있다는 것이 알려져 있다. 물리적 효과는 전기자(3)와 분사기 니들(5)이 움직인 결과 전자석 회로에 속력에 따른 자기 유도가 발생하는 것에 기초한다. 운동 속력에 따라 솔레노이드에 전압이 유도되거나 유도된 전압의 프로파일의 특성이 변하여 작동 신호(특성 신호)에 중첩된다.
개방을 검출하는 데 특성 신호 형상을 평가하는 것은 기본적으로 문제가 있다. 자기 회로는 전형적으로 개방 동안 자기적으로 포화되거나 포화 상태로 구동되고 또한 다른 정적 현상(예를 들어, 표유 자속, 비선형성) 및 동적 현상(예를 들어, 자속 변위, 와전류)에 의해서도 영향을 받기 때문에 자기 회로에 대한 반응이 최소화되어서 검출이 곤란할 수 있다. 자기 회로의 설계에 따라, 특성 신호는 또한 폐쇄 시간을 검출할 때 매우 약하게 나타날 수 있다.
측정 결과, 도입된 전기 에너지의 대부분(예를 들어, 약 40%)이 와전류에 의해 소비되고 그 결과 자기력 또는 기계적 에너지를 발생시키는 데 이용 가능하지 않다는 것이 밝혀졌다. 정확한 와전류 손실은 연료 분사기의 재료, 구조 및 작동 방법에 따라 좌우되지만 대부분의 경우에 상당하다.
이러한 이유 때문에, 와전류를 감소시키고 이에 따라 코일 구동을 보다 효율적으로 만들기 위해 다양한 가능성이 고려되어 왔다. 그러나 와전류를 감소시키는 것은 또한 개방/폐쇄를 검출하는 옵션에 악영향(신호의 감쇠)을 동반한다.
본 발명은 양호한 검출 특성을 나타내는 동시에, 감소된 와전류 - 관련 손실을 갖는 개선된 연료 분사기를 제공하는 목적에 기초한다. 또한 본 발명은 상기 종류의 연료 분사기에서 전기자의 위치를 확인하는 방법을 제공하는 목적에 기초한다.
상기 목적은 독립 특허 청구항들의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속 청구항에 제시된다.
본 발명의 제1 양태는 자동차의 내연 엔진용 연료 분사기를 기술한다. 상기 연료 분사기는 (a) 극편; (b) 움직임 축을 따라 이동될 수 있는 이동식 전기자; (c) 코일; 및 (d) 영구 자석을 포함하며, 상기 이동식 전기자는 상기 전기자 내 와전류를 감소시키도록 설계된 적어도 하나의 전기 절연 요소를 포함하고, 상기 영구 자석은 상기 극편의 방향으로 상기 전기자에 작용하는 힘을 생성하는 자기장을 발생시키도록 장착된다.
상기 연료 분사기는 상기 전기 절연 요소가 상기 전기자 내 와전류를 감소시켜 상기 연료 분사기의 효율을 향상시키고, 상기 영구 자석을 장착하는 것이 상기 전기자의 움직임에 의해 유도되는 전압을 강화시켜, 이 유도된 전압을 사용하여 와전류가 감소된 경우에도 상기 연료 분사기의 개방과 폐쇄를 검출할 수 있다고 하는 지식에 기초한다. 또한 상기 영구 자석에 의해 생성된 자기장은, 전압 펄스가 상기 코일에 인가될 때, 상기 전기자에 작용하는 자기력으로 인해 상기 연료 분사기를 보다 신속히 개방시키게 한다. 그리하여, 전체적으로, 본 발명은 개선된 효율 및 개선된 동역학 및 검출 특성을 나타내는 연료 분사기를 제공한다.
본 발명의 일 예시적인 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 공기 및/또는 전기 절연 재료 및/또는 비자성 재료로 채워진 슬롯을 구비하거나 이 슬롯으로 구성된다. 그리하여, 본 문맥에서, "전기 절연 요소"는 또한 공기 갭을 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 상기 전기자 내 와전류를 감소시키도록 구체적으로 설계된 임의의 전기 절연 영역은 이 영역이 중실 몸체로 형성되지 않는 경우에도 "전기 절연 요소"를 구성한다.
다시 말해, 잠재적인 와전류 경로를 차단(interrupt)하도록 상기 전기자에는 적어도 하나의 슬롯이 형성된다. 상기 슬롯은 공기로만 채워질 수 있거나, 상기 슬롯은 전기 절연 재료로만 채워질 수 있거나, 상기 슬롯은 비자성 재료로만 채워질 수 있거나, 또는 상기 슬롯은 위에서 언급한 물질종/재료들 중 2개 또는 3개를 원하는 임의의 조합, 예를 들어, 공기와 전기 절연 재료의 조합, 공기와 비자성 재료의 조합, 전기 절연 재료와 비자성 재료의 조합, 또는 공기, 전기 절연 재료 및 비자성 재료의 조합으로 채워질 수 있다. 특히, 상기 비자성 재료는 또한 전기적으로 절연성이다.
상기 전기자의 기계적 안정성 및 수리학적(hydraulic) 특성은 전기 절연 재료 및/또는 비자성 재료로 상기 적어도 하나의 슬롯을 부분적으로 또는 완전히 채움으로써 개선될 수 있다.
상기 전기자는 일체형 구조 또는 모듈식 구조로 구성될 수 있다. 일체형 구조의 경우에, 상기 적어도 하나의 슬롯은 상기 전기자를 형성할 때 또는 이후에 주조 공정 동안 절단 또는 밀링(milling)에 의해 형성될 수 있다. 모듈식 구조의 경우, 상기 적어도 하나의 슬롯이 개별 모듈 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 전기자는 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소에 의해 서로 실질적으로 절연된 두 개 이상의 판금(sheet metal) 부품으로 형성된다.
이 예시적인 실시예에서, 상기 전기자는 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 서로 분리된 복수의 판금 부품, 예를 들어, 철판(iron layer)으로 구성되어, 가능한 한 많은 잠재적인 와전류 경로가 차단된다. 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 특히 절연 재료의 얇은 층 또는 필름으로 구성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 상기 전기자의 움직임 축에 대해 반경 방향으로 연장된다.
다시 말해, 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 움직임 축으로부터 또는 상기 움직임 축 근처 영역으로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 표면을 형성한다. 예로서, 공기 또는 전기적으로 절연성인 고체 재료로 채워진 상기 슬롯은 상기 외측으로부터 상기 전기자 쪽으로 상기 움직임 축의 방향으로 반경 방향으로 연장된다. 상기 슬롯은 축 방향으로 상기 전기자의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예는 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 이상의 상기 종류의 절연 표면을 갖는다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 영구 자석은 상기 전기자의 움직임 축의 방향으로 상기 코일에 인접하여 장착된다. 다시 말해, 상기 영구 자석은 움직임 축의 방향으로 상기 코일에 후속하여 배치된다.
다시 말해, 이 예시적인 실시예에서, 상기 영구 자석은 상기 코일을 상기 전기자의 움직임 축의 방향으로 보았을 때 상기 코일의 위 또는 아래에 장착된다. 이러한 구성에서, 상기 영구 자석은 바람직하게는 상기 코일 권선을 둘러싸는 자기장을 형성하도록 반경 방향 자화를 갖고, 상기 극편의 방향으로, 즉 상기 전기자의 움직임 축과 평행한 방향으로 상기 전기자에 작용하는 힘을 생성한다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 영구 자석은 상기 전기자의 움직임 축에 대해 반경 방향 외측으로 그리고 상기 코일에 인접하여 장착된다. 다시 말해, 상기 영구 자석은 상기 코일에 후속하여 반경 방향 외측에 배열된다. 특히, 상기 영구 자석은 움직임 축을 따른 평면도에서 상기 코일을 측방향으로 둘러싼다.
다시 말해, 이 예시적인 실시예에서, 상기 코일을 상기 전기자의 움직임 축의 방향으로 보았을 때 상기 영구 자석은 상기 코일의 외측에 장착된다. 이러한 구성에서, 상기 영구 자석은 바람직하게는 상기 코일 권선을 둘러싸는 자기장을 형성하도록 축방향 자화를 갖고, 상기 극편의 방향으로, 즉 상기 전기자의 움직임 축과 평행한 방향으로 상기 전기자에 작용하는 힘을 생성한다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 연료 분사기는 상기 영구 자석을 포함하는 코일 하우징을 더 갖는다.
상기 영구 자석을 포함하는 상기 코일 하우징은 상기 움직임 축의 방향을 향하지 않거나 또는 내측을 향해 위치된 상기 코일 부분을 적어도 둘러싼다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 극편 및/또는 상기 코일 하우징은 상기 극편 또는 코일 하우징 내 와전류를 감소시키도록 설계된 적어도 하나의 전기 절연 요소를 구비한다.
일반적으로, 상기 극편 및/또는 코일 하우징의 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 상기 전기자의 전술한 상기 전기 절연 요소와 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 극편 및/또는 상기 코일 하우징은 모듈식, 일체식 또는 적층식 구조일 수 있고, 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 슬롯 또는 절연 재료 층으로서 형성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 전기자 및/또는 상기 극편 및/또는 상기 코일 하우징은 와전류를 거의 생성하지 않는 재료를 포함한다. 상기 재료는 예를 들어 무기 절연재로 피복된 철 입자들로 형성된 연-자성(soft-magnetic) 복합 재료일 수 있다. 이러한 종류의 재료는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있으며, 예를 들어, 상표명 "소말로이(Somaloy)"로 알려져 있다.
본 발명의 제2 양태는 자동차의 내연 엔진용 연료 분사기에서 이동식 전기자의 위치를 확인하는 방법을 기술한다. 상기 연료 분사기는 코일을 갖는다. 상기 전기자는 와전류를 감소시키도록 설계된 적어도 하나의 전기 절연 요소를 갖는다. 상기 연료 분사기는 극편의 방향으로 상기 전기자에 작용하는 힘을 생성하는 자기장을 생성하도록 장착된 영구 자석을 갖는다.
본 방법은 - 아마도 추가적인 선택적인 단계들에 더하여 - 다음 단계, 즉:
- 상기 코일에 걸친 전기 전압 및/또는 상기 코일을 통한 전기 전류의 세기의 시간 프로파일을 검출하는 단계;
- 상기 전기자의 움직임 및 상기 코일 내 상기 영구 자석에 의해 발생된 자기장으로 인하여 유도된 유도 전압 및/또는 유도 전류를 식별하기 위해 상기 전기 전압의 검출된 시간 프로파일 및/또는 상기 전류의 세기의 검출된 시간 프로파일을 분석하는 단계; 및
- 상기 유도 전압 및/또는 상기 유도 전류에 기초하여 상기 전기자의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
유리한 개선에서, 본 방법은 추가적으로 다음 단계, 즉
- 상기 전기자를 폐쇄 위치로부터 상기 극편의 방향으로 개방 위치로 이동시키고 특히 연료를 분사할 목적으로 상기 전기자를 상기 개방 위치에 유지시키기 위해 상기 코일에 동작 전류를 공급하는 단계;
- 상기 전기자가 상기 개방 위치로부터 상기 폐쇄 위치로 복귀하는 폐쇄 공정을 개시하기 위해 상기 동작 전류를 중단하는 단계를 더 포함한다.
상기 연료 분사기의 작동 동안 상기 코일에 걸친 전기 전압 및/또는 상기 코일을 통한 전기 전류의 세기의 시간 프로파일이 검출될 수 있다. 이 경우에, 상기 연료 분사기의 작동은, 특히, 상기 전기자를 폐쇄 위치로부터 상기 극편의 방향으로 개방 위치로 이동시키고 상기 전기자를 선택적으로 연료를 분사하기 위해 상기 개방 위치에 유지시키기 위해 상기 코일에 상기 동작 전류를 공급하는 것이다.
대안적으로서 또는 추가적으로, 상기 코일에 걸친 전기 전압 및/또는 상기 코일을 통한 전기 전류의 세기의 시간 프로파일은 상기 폐쇄 공정 동안, 즉 상기 코일을 통한 동작 전류가 중단된 후에 검출될 수 있다.
특히, 상기 연료 분사기의 개방과 폐쇄 공정의 시작과 종료는 상기 방법에서 결정된다. 특히 폐쇄 공정 동안 상기 코일에 유도된 전압 또는 유도된 전류를 검출하기 위해, 상기 전기 절연 요소가 제공된 상기 전기자와 상기 영구 자석의 조합은, 와전류가 억제되었음에도 불구하고, 실제로 위치를 결정하는데 만족스러운 유도 신호를 얻는데 유리하다.
본 발명의 제3 양태는 상기 제2 양태에 따른 방법을 수행하도록 설계된 차량용 엔진 제어기를 기술한다.
상기 엔진 제어기는, 작동 동안 에너지를 절약할 수 있음과 동시에 분사량을 매우 정확하게 설정할 수 있는 상기 연료 분사기의 효율적이고 유연한 작동을 가능하게 한다.
상기 엔진 제어기는 컴퓨터 프로그램, 즉 소프트웨어에 의해, 및 또한 하나 이상의 특정 전기 회로에 의해, 즉 하드웨어를 사용하거나 또는 임의의 원하는 하이브리드 형태를 사용함으로써, 즉 소프트웨어 성분 및 하드웨어 성분에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 여러 주제에 대하여 기술되었다는 것을 주목해야 한다. 특히, 본 발명의 일부 실시예는 방법 청구 범위에 의해 설명되고, 본 발명의 다른 실시예는 장치 청구항에 의해 설명된다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 명세서를 읽을 때, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 발명의 주제의 일 유형과 관련된 특징의 조합에 더하여, 본 발명의 다른 유형의 주제와 관련된 특징의 임의의 조합도 또한 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 다음의 바람직한 실시예의 예시적인 설명에서 발견될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료 분사기를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 분사기를 도시한다.
도 3은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 연료 분사기를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사기용 전기자의 설계를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 분사기의 작동 동안 코일 전압 및 전기자의 위치의 시간 프로파일의 그래프이다.
이하에 기술된 실시예는 단지 본 발명의 가능한 변형 실시예의 제한된 선택임을 유의해야 한다. 동일한 방식으로 작용하는 동일하거나 유사한 요소 또는 요소들은 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호로 제공된다. 일부 도면에서, 명확성을 향상시키기 위해 개별적인 참조 기호는 생략되었을 수 있다. 도면에 도시된 요소들의 서로에 대한 수치 및 크기 비율은 실제 축척에 맞는 것으로 고려되어서는 안 된다. 오히려, 더 나은 예시 및/또는 더 나은 이해를 위해 개별적인 요소들이 과장된 크기로 도시되었을 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료 분사기(1)를 도시한다. 아이들 행정을 갖는 알려진 연료 분사기(1)는 서두에서 설명한 바와 같이, 극편(2), 이동식 전기자(3), 코일(4), 노즐 니들(5), 스프링(6) 및 코일 하우징(7)을 갖는다. 반복을 피하기 위해 알려진 연료 분사기(1)는 여기서 더 이상 설명되지 않을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 분사기(200)를 도시한다. 원칙적으로, 연료 분사기(200)는 도 1의 알려진 연료 분사기(1)와 동일한 방식으로 구성되지만, 후술된 바와 같이, 적어도 두 가지 측면에서 상기 알려진 연료 분사기와 상이하다.
아이들 행정을 갖는 연료 분사기(200)는 보다 구체적으로는 극편(202), 움직임 축(205)을 따라 이동될 수 있는 전기자(204), 코일(206), 영구 자석(208), 코일 하우징(210), 노즐 니들(212), 및 스프링(214)을 포함한다. 영구 자석(208)은 코일 하우징(210) 내 코일(206)의 외측에 장착되고, 전기자(204)의 움직임 축(205)과 평행한 방향으로 자화되어, 파선(216)으로 식별된 자기장이 영구적으로 존재한다. 자기장(216)은 전기자(204)에 힘을 제공하는데, 이 힘은 극편(202)의 방향으로, 즉 움직임 축(205)과 평행한 방향으로 작용한다. 이것은 도 1에서 알려진 연료 분사기(1)에 비해 제1 차이를 나타낸다. 추가적인 차이는, 전기자(204)가 전기자(204) 내 와전류를 감소시키기 위해 적어도 하나의 전기 절연 요소를 갖는다는 것이다. 적어도 하나의 전기 절연 요소는 도 2에 도시되어 있지 않지만, 도 4a 및 도 4b와 관련하여 후술된다. 또한, 전기자는, 소용돌이 전류를 거의 생성하지 않는 특수 재료, 예를 들어, 소말로이
Figure 112018027486594-pct00001
와 같은 연-자성 복합 재료로 구성될 수 있다.
와전류가 감소하면, 이에 상응하게 손실이 감소하는 것으로 인해 에너지 효율이 개선되어, 코일(206)에 보다 낮은 전류의 세기로 요구되는 자기력이 도달될 수 있다. 그 결과, 또한 개방 공정이 이에 상응하게 보다 신속히 완료될 수 있다. 상기 자기장은 힘 오프셋을 제공하기 때문에 영구적으로 존재하는 자기장(216)에 의해 상기 개방 공정이 추가적으로 보조된다. 폐쇄 속력에 증가가 요구된다면, 스프링(214)의 스프링 힘이 알려진 연료 분사기(1)의 스프링(6)에 비해 증가될 수 있다. 더욱이, 영구적으로 존재하는 자기장(216)은 전기자(204) 및/또는 니들(212)이 이동할 때 코일(206)에 전압을 유도한다. 개폐 공정과 관련하여 연료 분사기(200)의 상태가 검출될 수 있고, 즉, 이 유도된 전압 또는 대응하는 전류를 평가함으로써 전기자(204)의 위치가 확인될 수 있다. 특히, 유도 전류를 평가함으로써 개방 공정을 최상으로 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 연료 분사기(300)를 도시한다. 연료 분사기(300)는, 영구 자석(308)이 코일(306)의 외측에 장착되는 것이 아니라 상측에 장착된다는 점에서만, 도 2에 도시되고 앞서 설명된 연료 분사기(200)와 다르다. 영구 자석(308)은 전기자(304)의 움직임 축(305)과 수직인 방향으로 자화되어, 파선(316)으로 식별된 자기장이 이 실시예에서도 영구적으로 존재한다. 도시되지 않은 추가적인 실시예에서, 영구 자석(308)은 코일(306)의 바닥 측에 장착된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사기용 전기자(404a, 404b)의 설계를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 4a의 전기자(404a)는 움직임 축(405)에 대해 반경 방향 외측으로 연장되는 총 8개의 전기 절연 요소(420)를 가져서, 이에 따라 전기자(405)에 가능한 와전류 경로를 효과적으로 차단한다. 전기 절연 요소(420)는 도 4a의 전기자(404a)에서 슬롯인 것으로 도시되어 있지만, 동등하게 절연 층의 형태일 수 있다. 이 경우, 전기자는 모듈식 또는 적층식 구조일 수 있다. 8개 미만이거나 또는 8개를 초과하는 요소(420)가 제공될 수 있다. 슬롯(420)은 비어 있고, 즉 공기로 채워질 수 있거나, 또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 이 슬롯은, 예를 들어, 전기자(404b)의 수리학적 특성에 영향을 미치기 위해 절연 재료 및/또는 비자성 재료(422), 예를 들어, 플라스틱으로 완전히 또는 부분적으로 채워질 수 있다. 전기자(404a, 404b)는, 와전류를 거의 발생시키지 않는 특성을 갖는 재료(예를 들어, 소말로이
Figure 112018027486594-pct00002
와 같은 연-자성 복합 재료)로 제조될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 연료 분사기(200 및 300)에서, 전기 절연 요소들은 또한 극편(202, 302) 내 와전류도 감소시켜 효율 및 동역학을 더 개선하기 위해 극편(202, 302)에도 제공될 수 있다. 또한, 코일 하우징(210, 310) 내 와전류를 감소시켜 효율 및 동역학을 더욱 더 향상시키기 위해 전기 절연 요소들이 코일 하우징(210, 310)에도 더 제공될 수 있다. 이러한 종류의 절연 요소는 예를 들어 도 4a 및 도 4b를 참조하여 방금 설명된 요소(420)와 동일한 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 극편(202, 302) 및 코일 하우징(210, 310)은 예를 들어 소말로이
Figure 112018027486594-pct00003
와 같은 와전류 감소 재료를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 연료 분사기, 예를 들어, 연료 분사기(200 또는 300)의 분사 공정 동안 코일(206, 306)에 유도된 전압(502) 및 전기자의 위치(504)의 시간 프로파일의 그래프도(500)를 도시한다. 코일(206, 306)을 통해 동작 전류를 신속하게 형성하는 전압 펄스(부스트 전압)에 따라 작동이 개시되며, 상기 동작 전류는 코일(206, 306)을 자화시켜, 이에 의해 전기자(204, 304)가 폐쇄 위치로부터 극편(202, 302)의 방향으로 개방 위치로 이동된다. 아이들 행정이 극복된 후, 노즐 니들(212, 312)은 전기자(204, 304)에 의해 따라 운반되고, 이에 의해 또한 극편(202, 302)의 방향으로 이동된다. 일단 개방 위치에 도달하면, 본 예시적인 실시예에서 대략 t = 0.25 ms에 도달하면, 전기자(204, 304)는 부스트 전압에 비해 감소된 유지 전압에 의해 극편(202, 302)에 대해 정지부에 유지된다. 이 상태에서, 동작 전압이 변하지 않고 전기자(204, 304)가 움직이지 않으면 코일(206, 306)에 유도된 전압은 떨어지며 사라진다.
폐쇄 공정은, 예를 들어, 유지 전압을 중단함으로써 개시되는데 - 본 예시적인 실시예에서 시간 t = 0.5 ms에서 개시된다. 그 결과 전자기장이 감소하여, 도 5에서 t = 0.5 ms와 t = 0.6 ms 사이에 도시된, 예를 들어, 유도 전압의 직사각형 프로파일이 코일(206, 306)에 생성된다. 전자기장이 적어도 부분적으로 감소된 후에, 전기자와 노즐 니들이 이동하는데 - 본 경우에 t = 0.6 ms로부터 시작해서 - 이동하는데, 스프링(214, 314)의 스프링 힘에 의해 구동되는 방식으로 극편(202, 302)으로부터 멀어지는 방향으로 이동한다. 이러한 움직임과 영구 자석으로 인해, 전기자(204, 304)의 슬롯(420)에 의해 와전류가 크게 감소됨에도 불구하고, 곡선 구획(506)에서 명확히 볼 수 있는 전압이 유도되어서, 이 전압을 사용하여 그 자체로 알려진 방식으로 폐쇄 운동의 시작 및 종료를 검출하는 것이 가능하다. 이것이 도 5에 명확하게 도시되어 있지는 않지만, 검출 가능한 전압 및 대응하는 전류는 개방 운동 동안에도 유도되어, 전류를 평가하는 것에 의해 이 운동의 시작과 종료를 또한 최상으로 검출할 수 있다.
전반적으로, 본 발명은, 알려진 연료 분사기에 비해 개선된 에너지 효율을 갖고, 또한 움직임을 검출하는데 있어 개선된 특성을 갖는 개선된 연료 분사기를 제공한다.

Claims (11)

  1. 자동차의 내연 엔진용 연료 분사기(200; 300)로서, 상기 연료 분사기(200; 300)는,
    - 극편(pole piece)(202; 302);
    - 움직임 축을 따라 이동될 수 있는 이동식 전기자(204; 304; 404a; 404b);
    - 코일(206; 306);
    - 영구 자석(208; 308); 및
    - 상기 영구 자석(208; 308)을 수용하는 코일 하우징(210; 310)을 포함하되,
    상기 이동식 전기자(204; 304; 404a, 404b)는 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b) 내 와전류를 감소시키도록 설계된 적어도 하나의 전기 절연 요소를 갖고, 상기 영구 자석(208; 308)은, 상기 극편(202; 302)의 방향으로 상기 전기자에 작용하는 힘을 생성하는 자기장(316)을 발생시키도록 장착되며,
    상기 영구 자석(208; 308)은 상기 전기자(204; 304; 404a, 404b)의 움직임 축의 방향으로 상기 코일(206; 306) 상에 후속하여 장착되거나, 또는 상기 영구 자석(208; 308)은 상기 전기자(204; 304; 404a, 404b)의 움직임 축에 대해 상기 코일(206; 306)의 외측을 향해 반경 방향으로 후속하여 장착된, 연료 분사기(200, 300).
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 공기 및/또는 전기 절연 재료 및/또는 비자성 재료로 채워진 슬롯(420)을 갖는, 연료 분사기(200, 300).
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b)는 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소에 의해 서로 실질적으로 절연된 2개 이상의 판금(sheet metal) 부분으로 형성되는, 연료 분사기(200, 300).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 절연 요소는 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b)의 움직임 축에 대해 반경 방향으로 연장되는, 연료 분사기(200, 300).
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 극편(202; 302) 및/또는 상기 코일 하우징(210; 310)은, 상기 극편(202; 302) 또는 코일 하우징(210; 310) 내 와전류를 감소시키도록 설계된 적어도 하나의 전기 절연 요소를 갖는, 연료 분사기(200, 300).
  8. 제1항에 있어서, 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b) 및/또는 상기 극편(202; 302) 및/또는 상기 코일 하우징(210; 310)은 와전류를 거의 생성하지 않는 재료를 포함하는, 연료 분사기(200, 300).
  9. 자동차의 내연 엔진용 연료 분사기(200; 300)에서 이동식 전기자(204; 304; 404a; 404b)의 위치(504)를 확인하기 위한 방법으로서,
    상기 연료 분사기(200; 300)는 코일(206; 306)을 갖고, 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b)는 와전류를 감소시키도록 설계된 적어도 하나의 전기 절연 요소를 갖고, 상기 연료 분사기(200; 300)는, 극편(202; 302)의 방향으로 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b)에 작용하는 힘을 생성하는 자기장(216; 316)을 생성하도록 장착된 영구 자석(208; 308)을 갖고,
    상기 방법은,
    - 상기 코일(206; 306)에 걸친 전기 전압 및/또는 상기 코일을 통한 전기 전류의 세기의 시간 프로파일을 검출하는 단계;
    - 상기 전기자의 움직임 및 상기 코일(206, 306) 내 상기 영구 자석(208; 308)에 의해 발생된 자기장(216; 316)으로 인해 유도된 유도 전압(502) 및/또는 유도 전류를 식별하기 위해 상기 전기 전압의 검출된 시간 프로파일 및/또는 전기 전류의 세기의 검출된 시간 프로파일을 분석하는 단계; 및
    - 상기 유도 전압(502) 및/또는 상기 유도 전류에 기초하여 상기 전기자의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 이동식 전기자의 위치를 확인하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    - 상기 전기자(204; 304; 404a; 404b)를 폐쇄 위치로부터 상기 극편(202; 302)의 방향으로 연료를 분사하기 위한 개방 위치로 이동시키기 위해 상기 코일(206; 306)에 동작 전류를 공급하는 단계; 및
    - 상기 전기자(204; 304; 404a, 404b)가 상기 개방 위치로부터 상기 폐쇄 위치로 복귀하는 폐쇄 공정을 개시하기 위해 상기 동작 전류를 중단하는 단계를 더 포함하되,
    상기 코일(206; 306)에 걸친 상기 전기 전압 및/또는 상기 코일을 통한 상기 전기 전류의 세기의 시간 프로파일은 상기 폐쇄 공정 동안 검출되는, 이동식 전기자의 위치를 확인하기 위한 방법.
  11. 삭제
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