KR102114516B1

KR102114516B1 - 유체 분사 밸브 및 유체 분사 밸브를 동작시키는 방법

Info

Publication number: KR102114516B1
Application number: KR1020157017111A
Authority: KR
Inventors: 마르코 마래룰로
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN104884782B; CN104884782A; WO2014095161A1; KR20150097557A; EP2746564A1; US20150345444A1; EP2746564B1; US9777685B2

Abstract

유체 분사 밸브(1)를 위한 전자기 액추에이터 조립체(2)가 제공된다. 전자기 액추에이터 조립체는 제1 코일(21)과 제2 코일(22)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 코일(21, 22)은 전기자(23)를 이동시키도록 구성된다. 상기 액추에이터 조립체(2)는 상기 제1 및 제2 코일(21, 22)을 전원(3)에 연결하기 위한 전기 연결 회로(24)를 더 포함한다. 상기 전기 연결 회로(24)는 상기 액추에이터 조립체(2)의 제1 동작 모드에서 상기 제2 코일(22)을 도통시킴이 없이 상기 제1 코일(21)을 도통시키고, 및 상기 액추에이터 조립체(2)의 제2 동작 모드에서 제1 코일(21)과 상기 제2 코일(22) 모두를 도통시키도록 구성된다. 나아가, 유체 분사 밸브(1)와 상기 유체 분사 밸브(1)를 동작시키는 방법이 제공된다.

Description

유체 분사 밸브 및 유체 분사 밸브를 동작시키는 방법{FLUID INJECTION VALVE AND METHOD FOR OPERATING A FLUID INJECTION VALVE}

본 발명은 유체 분사 밸브를 위한 전자기 액추에이터 조립체, 상기 액추에이터 조립체를 구비한 유체 분사 밸브, 및 상기 유체 분사 밸브를 동작시키는 방법에 관한 것이다.

유체 분사 밸브는, 예를 들어, EP 2221468 A1에 개시되어 있다. 유체 분사 밸브는 밸브 니들(valve needle)을 이동시키기 위한 전자기 회로를 구비한다. 밸브 니들은 전자기 회로의 전기자(armature)에 기계적으로 연결되어, 전자기 회로의 코일이 작동하여 전기자를 이동시킬 때 전기자는 스프링의 기계적인 힘과 유체의 유압에 대항하여 밸브 니들을 이동시킨다. 전자기 회로가 비작동될 때 스프링은 분사 밸브를 폐쇄시키도록 제공된다. 전기자는 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 이동시킨다.

유압은 압력에 종속한다. 그리하여, 높은 연료 압력에서 동작하기 위하여, 높은 인덕턴스를 갖는 코일이 분사 밸브를 개방시키는데 필요하다. 그러나, 높은 인덕턴스로 인해, 코일은 작동 해제될 때 응답이 느려서, 연료 분사 밸브의 하나의 분배 동작 동안 최소 흐름이 비교적 높다.

한편, 더 낮은 인덕턴스를 갖는 코일이 선택되면, 분사 밸브는 더 낮은 최대 작업 압력을 가져서, 하나의 분배 동작 동안 감소된 최대 흐름을 야기한다.

WO 2011/000663 A1은 제1 및 제2 코일을 포함하고 적어도 하나의 미리 결정된 유형의 2개의 코일에 인가되는 전기 신호를 통해 전기자를 자기적으로 작동시키도록 동작할 수 있는 솔레노이드 조립체를 갖는 유체 인젝터를 개시한다.

본 발명의 목적은 특히 큰 작업 흐름 범위를 가지고 및/또는 용이하게 제어가능한 개선된 유체 분사 밸브를 제공하는 것이다.

본 목적은 독립 청구항에 따른 유체 분사 밸브를 위한 전자기 액추에이터 조립체 및 유체 분사 밸브를 동작시키는 방법에 의해 달성된다. 전자기 액추에이터 조립체, 유체 분사 밸브 및 방법의 유리한 실시예 및 개선예는 종속 청구항에 제공된다.

일 측면에 따르면, 유체 분사 밸브를 위한 전자기 액추에이터 조립체가 제공된다. 상기 액추에이터 조립체는 제1 코일과 제2 코일을 포함한다. 상기 제1 및 제2 코일은 - 특히 전기자와의 전자기 상호작용에 의하여 전기자를 이동시키도록 구성된다. 상기 액추에이터 조립체는 전기 연결 회로를 더 포함한다. 상기 전기 연결 회로는 특히 상기 제1 및 제2 코일을 엔진 제어 유닛과 같은 전원에 연결하도록 제공된다. 상기 전기 연결 회로는 상기 액추에이터 조립체의 제1 동작 모드에서 상기 제2 코일을 도통(energize)시키지 않고 상기 제1 코일을 도통시키고, 상기 액추에이터 조립체의 제2 동작 모드에서 상기 제1 코일과 상기 제2 코일을 모두 도통시키도록 구성된다.

상기 액추에이터 조립체가 상기 제1 동작 모드에서 "제2 코일을 도통시킴이 없이" 작동한다는 것은 특히 상기 제1 코일을 통한 전류가 상기 제1 및 제2 동작 모드에서 기본적으로 동일한 크기를 가지고 있는 상태에서 상기 액추에이터 조립체가 동작될 때 상기 제1 동작 모드에서 상기 제2 코일을 통해 흐르는 전류의 크기가 상기 제2 동작 모드에서 상기 제2 코일을 통해 흐르는 전류의 크기에 비해 50% 이하, 바람직하게는 10% 이하, 특히 2% 이하라는 것을 의미한다.

상기 전자기 액추에이터 조립체는 유체 분사 밸브에 의해, 특히 연료 분사 밸브에 의해 포함될 수 있다. 상기 유체 분사 밸브는 내연 엔진에 의해 포함될 수 있다.

상기 유체 분사 밸브는 유리하게는 상기 전기자를 포함한다. 이 유체 분사 밸브는 밸브 니들을 더 포함할 수 있다. 상기 밸브 니들과 상기 전기자는, 예를 들어, 상기 유체 분사 밸브의 밸브 몸체에 배열된다. 유리하게는, 상기 전기자는 상기 전자기 액추에이터 조립체가 동작될 때 상기 밸브 니들을 이동시키도록 동작가능한 방식으로 상기 밸브 니들에 기계적으로 연결될 수 있다. 특히, 상기 전기자는 상기 밸브 니들이 바람직하게는 상기 유체 분사 밸브가 유체의 분배를 방지하는 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 밸브 니들을 이동시키도록 동작가능하다.

상기 제1 및 제2 코일과 상기 전기자는 특히 자기 회로에 의해 포함될 수 있다. 상기 자기 회로는 상기 연료 분사 밸브, 예를 들어 자극편(pole piece), 요크(yoke) 및/또는 상기 밸브 몸체의 추가적인 부분을 더 포함할 수 있다.

유리하게는, 특히 큰 작업 흐름 범위는 상기 전자기 액추에이터 조립체에서 달성가능하다. 상기 제1 동작 모드에서는 기본적으로 상기 제1 코일의 인덕턴스만이 관련되어 있어서, 상기 액추에이터 조립체는 동작 전류가 스위치 온 또는 스위치 오프될 때 특히 신속히 응답할 수 있다. 특히 작은 최소 유체 흐름이 이에 따라 달성가능하다. 그러나, 상기 액추에이터 조립체는 상기 액추에이터 조립체가 상기 제2 동작 모드에서 동작될 때 상기 제1 및 제2 코일이 동시에 동작되는 것에 의하여 상기 전기자에 특히 큰 자기력을 생성하도록 더 동작가능하다. 이에 따라, 상기 유체 분사 밸브는 특히 높은 유체 압력에서 개방되도록 동작가능하다. 다시 말해, 이 유체 분사 밸브는 특히 높은 최대 작업 압력을 가지고 있어서, 특히 큰 최대 유체 흐름이 분사 이벤트마다 달성가능하다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 상기 제2 코일은 특히 상기 밸브 몸체 주위로 및/또는 상기 자극편 주위로 동심으로 배열된다. 대안적인 실시예에서, 상기 제1 및 제2 코일은 상기 액추에이터 조립체 또는 상기 밸브 몸체의 길이방향 축을 따른 방향으로 이후 배열될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 전기 연결 회로는 스위칭 컴포넌트를 포함한다. 유리하게는, 상기 스위칭 컴포넌트는 상기 액추에이터 조립체가 상기 제1 동작 모드에 있을 때 상기 제2 코일을 통한 전류 흐름을 감소시키거나 또는 상기 제2 코일을 단락시키도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 상기 전기 연결 회로에 의해 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 스위칭 컴포넌트는 상기 제2 코일에 전기적으로 병렬로 연결된다. 다른 개선예에서, 상기 제2 코일과 상기 스위치 요소는 직렬로 연결되고, 상기 제2 코일과 상기 스위치 요소의 직렬 연결은 상기 제1 코일에 병렬로 연결된다.

일부 실시예에서, 상기 스위칭 컴포넌트는 릴레이, 스위치 또는 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선호되는 실시예에서, 상기 스위칭 디바이스는 다이오드를 포함하거나 또는 다이오드로 구성된다. 스위칭 디바이스가 다이오드를 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 동작 모드 간을 스위칭하는 것이 특히 간단하고 상기 전기 연결 회로를 제조하는 것이 특히 비용 효과적이다.

상기 전기 연결 회로는 제1 외부 전기 연결부와 제2 외부 전기 연결부를 구비한다. 상기 제1 및 제2 외부 전기 연결부는 특히 상기 전기 연결 회로를 상기 전원에 전기적으로 연결하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 제1 외부 전기 연결부와 상기 제2 외부 전기 연결부는 상기 유체 분사 밸브의 커넥터 베이(connector bay)에 배열될 수 있는 전기 단자를 각각 포함한다. 바람직하게는, 상기 액추에이터 조립체는 상기 제1 및 제2 코일을 위한 동작 전류가 상기 제1 및 제2 외부 전기 연결부를 통해 상기 전기 연결 회로에 제공될 수 있는 방식으로 설계된다. 상기 동작 전류는 상기 전원에 의해 생성될 수 있다.

유리한 개선예에서, 상기 액추에이터 조립체는 직류 전류가 상기 제1 외부 전기 연결부로부터 상기 제2 외부 전기 연결부로 흐를 때 상기 제1 동작 모드에 있고, 직류 전류가 상기 제2 외부 전기 연결부로부터 상기 제1 외부 전기 연결부로 흐를 때 상기 제2 동작 모드에 있도록 구성된다. 상기 전류 흐름 방향은 특히 이 경우에 종래의 전류(즉 양의 전하) 방향이다. 예를 들어, 상기 스위칭 디바이스의 전기 저항은 예를 들어 상기 스위칭 디바이스가 다이오드를 포함하거나 다이오드로 구성될 때 전류 방향에 의존할 수 있다. 상기 전원은 유리하게는 상기 제1 외부 전기 연결부로부터 상기 제2 외부 전기 연결부로 가는 방향으로 흐르는 제1 동작 전류를 상기 전기 연결 회로에 제공하고, 상기 제2 외부 전기 연결부로부터 상기 제1 외부 전기 연결부로 가는 방향으로 흐르는 제2 동작 전류를 상기 전기 연결 회로에 제공하도록 동작가능한 방식으로 구성될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 액추에이터 조립체는 특히 상기 전기 연결 회로에 공급되는 전류 방향을 역전시키는 것에 의해 상기 제1 및 제2 동작 모드 간에 용이하게 스위칭가능하다.

추가적인 측면에 따르면, 상기 유체 분사 밸브를 동작시키는 방법이 제공된다.

상기 방법의 하나의 단계에 따르면, - 특히 하나의 분사 이벤트 동안 - 상기 유체 분사 밸브에 의해 분배되는 유체의 특성이 결정된다.

추가적인 특히 후속하는 방법 단계에 따르면, 상기 결정된 유체 특성은 미리 결정된 임계값과 비교된다. 유리한 개선예에서, 상기 액추에이터 조립체의 동작 모드는 비교 결과에 따라 선택된다.

후속하는 방법 단계에 따르면, 상기 유체 분사 밸브는 상기 유체를 분배하도록 동작된다. 상기 결정된 유체 특성이 상기 미리 결정된 임계값보다 더 작으면, 상기 유체 분사 밸브는 상기 제1 동작 모드에서 동작된다. 상기 결정된 유체 특성이 상기 미리 결정된 임계값보다 크면, 상기 유체 분사 밸브는 상기 제2 동작 모드에서 동작된다.

유리하게는, 상기 액추에이터 조립체를 위한 동작 전류는, 상기 결정된 유체 특성이 상기 미리 결정된 임계값보다 더 작으면 상기 동작 전류가 상기 제1 외부 전기 연결부로부터 상기 제2 외부 전기 연결부로 흐르는 방식으로, 및 상기 결정된 유체 특성이 상기 미리 결정된 임계값보다 크면 상기 동작 전류가 상기 제2 외부 전기 연결부로부터 상기 제1 외부 전기 연결부로 흐르는 방식으로, 상기 제1 및 제2 외부 전기 연결부를 통해 상기 전기 연결 회로에 공급된다.

일 실시예에서, 상기 유체 특성은 상기 유체 분사 밸브에 의해 분배되는 유체의 양이다. 상기 유체 분사 밸브에 의해 분배되는 유체의 양은 예를 들어 내연 엔진의 실린더 행정 동안 적어도 하나의 분사 이벤트들 중 하나의 분사 이벤트에서 제공된다.

본 발명자는, 예를 들어 소위 "림프 홈 모드(limp home mode)"와 같은 엔진 고장 모드 동안, 큰 분량(dose)의 유체가 분배될 때, 상기 유체 분사 밸브에 의해 분사되는 유체의 압력 변동이 - 예를 들어 공칭 압력의 30% 범위에서 - 더 큰 진폭을 가지는 것을 발견하였다. 상기 유체 분사 밸브가 작은 분량을 분배하도록 동작될 때 압력 변동의 진폭은 낮아진다. 유리하게는, 작은 유체 분량만이 분배되면, 상기 유체 분사 밸브는 큰 진폭 변동이 발생할 때 동작하는데 충분한 인덕턴스를 가지는 코일로 동작될 필요가 없다.

상기 방법의 다른 실시예에서, 상기 유체 특성은 상기 유체 분사 밸브에 의해 분사되는 유체의 유체 압력이다. 일 개선에서, 상기 유체 분사 밸브는 상기 결정된 유체 압력이 상기 유체 분사 밸브에 제공되는 공칭 최대 작업 압력의 10% 내지 90%일 때 상기 제1 동작 모드에서 동작될 수 있다.

상기 방법의 일 실시예에서, 엔진 제어 유닛이 제공된다. 상기 엔진 제어 유닛은 분배되는 유체의 양을 결정하는 단계, 상기 결정된 유체의 양을 상기 미리 결정된 임계값과 비교하는 단계, 및 상기 결정된 유체의 양과 상기 미리 결정된 임계값 간을 비교한 결과에 따라 상기 유체 분사 밸브를 위해 상기 제1 또는 제2 동작 모드를 각각 선택하는 단계를 수행하도록 동작된다.

상기 액추에이터 조립체, 상기 유체 분사 밸브 및 상기 방법의 추가적인 장점, 유리한 실시예 및 개선예는 개략적인 도면과 연관하여 이하의 상세한 설명에서 설명되는 예시적인 실시예로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 전자기 액추에이터 조립체를 갖는 분사 밸브를 통해 개략 단면도;
도 2a는 제1 동작 모드에서 제1 실시예에 따른 전자기 액추에이터 조립체의 전기 회로도;
도 2b는 제2 동작 모드에서 제1 실시예에 따른 전자기 액추에이터 조립체의 전기 회로도;
도 3은 제2 실시예에 따른 전자기 액추에이터 조립체의 전기 회로도;
도 4는 제1 실시예의 전자기 액추에이터 조립체 및 전원을 포함하는 유체 분사 조립체의 개략도.
예시적인 실시예 및 도면에서, 유사하거나 동일하거나 유사하게 작용하는 요소는 동일한 참조 부호로 제공된다. 도면은 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니다. 오히려, 도면에서 개별 요소는 더 명료한 도시 및/또는 더 용이한 이해를 위해 사이즈가 과장되었을 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 유체 분사 밸브(1)를 통한 개략 단면도이다. 유체 분사 밸브(1)는 연소 엔진에 의해, 바람직하게는 직접 분사 스파크 점화 엔진과 같은 직접 분사 엔진에 의해 포함될 수 있다. 바람직하게는, 유체 분사 밸브(1)는 연료 분사 밸브이다. 이 유체 분사 밸브는 연소 엔진의 실린더 헤드에 수용될 수 있다.

유체 분사 밸브(1)는 밸브 몸체(10), 전기자(23), 밸브 니들(11) 및 밸브 시트(12)를 구비한다. 밸브 몸체(10)는 길이방향 축을 구비한다. 밸브 니들(11)은 밸브 몸체(10)의 내부에서 축방향으로 이동가능하다. 폐쇄 위치에서, 밸브 니들(11)은 밸브 시트(12)에 인접하며, 밸브 니들이 밸브 시트(12)에 제공된 분사 노즐을 폐쇄하여, 노즐을 통해 분사 밸브에 의해 유체가 분배되는 것을 방지한다.

전기자(23)는 스틸(steel), 특히 강자성 스틸을 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 전기자(23)는 (도 1에 대시 라인으로 지시된) 유체 통로를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 전기자(23)는 밸브 니들(11)과 일체형 요소로 형성된다. 대안적으로, 전기자(23)는 밸브 니들(11)에 대하여 축방향으로 이동가능하게 배열될 수 있다. 이런 경우에, 밸브 니들(11)은, 예를 들어, 전기자(23)의 개구를 통해 축방향으로 연장되고, 밸브 니들(11)의 폐쇄 위치로부터 멀어지는 축방향으로 밸브 니들(11)에 대하여 전기자(23)의 축방향 이동을 제한하도록 동작가능한 정지 부재를 구비할 수 있다. 이런 방식으로, 전기자(23)는 밸브 니들(11)에 기계적으로 연결되어서, 전기자(23)는 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들(11)을 이동시켜 유체를 분배하도록 동작가능하다.

유체 분사 밸브(1)는 전자기 액추에이터 조립체(2)를 더 포함한다. 액추에이터 조립체(2)는 제1 코일(21)과 제2 코일(22)을 포함한다. 액추에이터 조립체(2)는 전기 연결 회로(24)를 더 포함한다. 나아가, 액추에이터 조립체(2)는 본 실시예에서, 특히 서로에 대해 위치적으로 고정되어 있는 요크(25)와 자극편(26)을 포함한다. 요크(25)는 제1 및 제2 코일(21, 22)을 위한 하우징을 나타낼 수 있다. 축방향으로, 전기자(23)는 밸브 시트(12)와 자극편(26) 사이에 배열된다. 이 전기자는 밸브 니들(11)이 폐쇄 위치에 있을 때 자극편(26)으로부터 멀어지게 이격된다.

자극편(26)은 유리하게는 밸브 몸체(10)의 내부를 분사 밸브(1)의 유체 입구 단부 쪽으로 연장하는 축방향 개구를 구비할 수 있고, 여기서 유체 입구 단부는 밸브 시트(12)의 반대쪽에 있다. 유체 입구 단부는 예를 들어 유체 레일에 연결되는 밀봉 요소를 구비할 수 있다. 본 실시예에서, 유체 입구 단부는 자극편(26)의 축방향 개구와, 전기자(23)의 유체 통로를 통해 밸브 몸체(10)의 내부에 유압적으로 연결된다. 다른 실시예에서, 밸브 니들(11)은 중공이고, 유체는 유체 입구 개구로부터 자극편(26)의 축방향 개구를 통해 및 밸브 니들(11)을 통해 밸브 몸체(10)의 내부로 밸브 시트(12)의 분사 노즐로 흐른다.

제1 코일(21), 제2 코일(22), 전기자(23), 요크(25) 및 자극편(26)은 자기 회로를 형성하도록 배열된다. 액추에이터 조립체(2)는 동작 전류가 제1 코일(21)을 통해 또는 제1 및 제2 코일(21, 22)을 통해 흐를 때 자기 회로에 의하여 전기자(23)에 자기력을 자극편(26) 쪽 방향으로 가하는 방식으로 배열된다.

유체 분사 밸브(1)는 자극편(26)으로부터 멀어지는 방향으로, 특히 밸브 시트(12) 쪽으로 전기자(23)와 니들(11)을 바이어스시키도록 동작가능한 스프링(13)을 더 구비한다. 본 실시예에서, 스프링은 전기자(23)에 인접하며, 전기자(23)는 밸브 니들(11)에 힘을 전달하여 밸브 니들을 밸브 시트(12)로 프레스한다. 스프링(13)은 특히 액추에이터 조립체(2)가 비활성일 때 밸브 니들(11)을 폐쇄 위치에 유지하도록 동작가능하다.

전기자(23)로부터 원격에 있는 스프링(13)의 일 단부는 교정 튜브(14)에 안착될 수 있다. 유체 분사 밸브(1)의 조립 동안, 스프링 부하는 교정 튜브(14)를 축방향으로 이동시키는 것에 의해 조절될 수 있다. 교정 튜브(14)는 예를 들어 자극편(26)의 축방향 개구에 배열될 수 있다. 일 개선에서, 교정 튜브(14)는 연료 필터(도면에 미도시)를 포함한다.

액추에이터 조립체(2)는 액추에이터 조립체(2)의 적어도 제1 코일(21)이 동작될 때 - 예를 들어 제1 코일(21)과 제2 코일(22)의 정점(spire)의 수를 선택하는 것에 의해 - 전기자(23)에 대한 자기력이 스프링(13)의 스프링 부하를 초과하는 방식으로 구성된다. 제1 코일(21)과 제2 코일(22)은 제2 코일(22)이 제1 코일(21)에 더하여 동작될 때 전기자(23)에 대한 자기력이 증가하는 방식으로 배열된다. 자기력이 스프링 힘을 초과하는 양은 액추에이터 조립체에 의해 극복될 수 있는 유압을 결정하고, 이에 따라 유체 분사 밸브(11)가 동작될 수 있는 최대 유체 압력을 결정한다.

본 실시예에서, 예를 들어, 제1 및 제2 코일(21, 22)은 밸브 몸체(10)와 자극편(26) 주위에 동심으로 배열된다. 바람직하게는, 제1 및 제2 코일(21, 22)의 정점은 동일한 방향으로 감겨있다. 제1 및 제2 코일(21, 22)은 대안적으로 축방향으로 이후 배열될 수 있다.

액추에이터 조립체(2)의 이러한 구성으로 인해, 액추에이터 조립체는 전기자(23)와의 전자기 상호작용에 의하여 스프링(13)의 바이어스로 자극편(26) 쪽으로 전기자(23)를 이동시키도록 동작가능하다. 전기자(23)는 전술한 바와 같이 기계적 상호작용에 의하여 밸브 니들(11)을 이동시킨다.

전기 연결 회로(24)에 의하여, 전자기 액추에이터 조립체(2)는 액추에이터 조립체(2)의 제1 동작 모드에서 제2 코일(22)을 도통시킴이 없이 제1 코일(21)을 도통시키도록 구성된다. 나아가, 전자기 액추에이터 조립체(2)는, 전기 연결 회로(24)에 의해, 액추에이터(2)의 제2 동작 모드에서 제1 코일(21)과 제2 코일(22)을 모두 도통시키도록 구성된다.

보다 구체적으로, 전기 연결 회로(24)는 제1 외부 전기 연결부(241), 제2 외부 전기 연결부(242) 및 다이오드(243)를 구비한다. 제1 코일(21)과 제2 코일(22)은 제1 외부 전기 연결부(241)와 제2 외부 전기 연결부(242) 사이에 직렬로 연결된다. 제2 코일(22)은 다이오드(243)와 병렬로 연결된다. 다이오드(243)는 제1 동작 모드에서 제2 코일(22)을 통한 전류 흐름을 감소시키는 방식으로 - 특히 제2 코일(22)을 단락시키는 방식으로 - 배향된다. 이런 방식으로, 액추에이터 조립체(2)는 간단한 방식으로 제1 동작 모드와 제2 동작 모드 간에 스위칭가능하다.

도 2a 및 도 2b는 제1 동작 모드(도 2a)와 제2 동작 모드(도 2b)에서 제1 실시예의 액추에이터 조립체(2)의 전기 회로도를 도시한다. 각 전류 흐름은 도 2a 및 도 2b에서 화살표로 지시된다.

제1 동작 모드(도 2a 참조)에서 동작 전류는 도 2a에서 플러스(+)와 마이너스(-) 부호로 지시된 바와 같이 동작 전류가 제1 외부 전기 연결부(241)로부터 제2 외부 전기 연결부(242)로 흐르는 전기 연결 회로(24)에 제공된다. 유리하게는, 동작 전류는 DC 전류이거나 또는 적어도 DC 부분을 가지고 있다.

전류는 제1 외부 전기 연결부(241)로부터 제1 코일(21)을 통해 흐른다. 다이오드(243)가 제1 동작 모드에서 순방향으로 동작되기 때문에, 이 다이오드는 병렬로 연결된 제2 코일(22)을 단락시킨다. 그리하여, 제1 동작 모드에서 동작 전류는 기본적으로 다이오드(243)를 통해 - 및 제2 코일(22)을 통해서는 흐르지 않는다 - 제2 외부 전기 연결부(242)로 완전히 흐른다. 이런 방식으로, 제1 코일(21)은 제1 동작 모드에서 제2 코일(22)을 도통시킴이 없이 도통된다.

제2 동작 모드(도 2b 참조)에서, 동작 전류의 전류 방향은 역전된다. 따라서, 전류는 도 2b에서 플러스와 마이너스 부호로 지시된 바와 같이 제2 외부 전기 연결부(242)로부터 제1 외부 전기 연결부(241)로 흐른다. 이 경우에, 다이오드(243)는 역방향으로 동작되어 동작 전류를 차단한다. 그리하여, 제2 동작 모드에서, 동작 전류는 제2 코일(22)을 통해 및 제1 코일(21)을 통해 흘러서, 제1 및 제2 코일(21, 22)은 제2 동작 모드에서 모두 도통된다.

도 3은 제2 실시예에 따른 전자기 액추에이터 조립체(2)의 전기 회로도를 도시한다.

제2 실시예에 따른 액추에이터 조립체(2)는 제1 실시예의 것과 상이한 전기 연결 회로(24)를 구비한다. 제2 실시예에 따르면, 제2 코일(22)과 다이오드(243)는 직렬로 연결된다. 제1 코일(21)은 이에 병렬로 연결된다.

DC 동작 전류가 제1 외부 전기 연결부(241)로부터 제2 외부 전기 연결부(242)로 흐를 때, 즉 액추에이터 조립체(2)가 제1 동작 모드에 있을 때, 다이오드(243)는 역방향으로 동작되고 제2 코일(22)을 통해 전류 흐름을 차단한다. 전류 방향이 역전된 제2 동작 모드에서 다이오드(243)는 순방향으로 동작되고, 동작 전류는 제1 및 제2 코일(21, 22)을 통해 흐른다.

- 두 실시예에서 - 제1 동작 모드에서 제1 코일(21)의 자기장이 역전된 전류 방향으로 인해 제2 동작 모드에서 제1 및 제2 코일(21, 22)의 자기장과 반대 방향을 향하더라도, 전기자(23)에 대한 자기력은 두 동작 모드에서 동일한 방향으로 - 자극편(26) 쪽으로 - 가해진다. 전기자(23)는 바람직하게는 작은 연상 자기장을 갖는 연성 자성 물질을 포함하여, 자기장 방향의 스위칭으로 인한 자기력의 손실 위험 및/또는 응답 시간이 특히 낮아진다.

제1 동작 모드에서는, 특히 제1 코일(21)의 임피던스만이 이 경우에 관련되기 때문에 특히 작은 폐쇄 시간이 본 실시예에 따른 액추에이터 조립체(2)에서 달성될 수 있다. 이 폐쇄 시간은 특히 액추에이터 조립체(2)를 통한 동작 전류가 비활성될 때의 시간과 밸브 니들(11)이 폐쇄 위치에 도달할 때의 시간 간의 시간 차이다. 제1 동작 모드에서, 이 폐쇄 시간은 250㎲ 이하, 바람직하게는 200㎲ 이하일 수 있다. 일 개선에서, 폐쇄 시간은 50㎲ 이상이다.

제2 동작 모드에서, 특히 제1 및 제2 코일(21, 22)의 인덕턴스가 서로 더해져서 제1 코일(21)만이 있는 것보다 더 높은 자기장이 달성되기 때문에 유체 분사 밸브는 특히 높은 유체 압력으로 개방될 수 있다. 예를 들어 유체 분사 밸브(1)는 200 bar 이상의 유체 압력, 예를 들어 200 bar 내지 500 bar의 유체 압력으로 개방되도록 동작될 수 있다. 일 변형에서, 유체 분사 밸브는 디젤 엔진에 사용하기에 적절할 수 있고, 2000 bar 이상의 유체 압력으로 개방되도록 동작될 수 있다.

이 폐쇄 시간은 제1 동작 모드에서보다 제2 동작 모드에서 더 클 수 있다. 예를 들어, 이 폐쇄 시간은 400㎲ 이상의 값을 가진다. 일 실시예에서, 제2 동작 모드에서 폐쇄 시간은 800㎲의 범위에 있을 수 있다.

도 4는 제1 실시예에 따른 전자기 액추에이터 조립체(2) - 특히 제1 실시예에 따른 유체 분사 밸브(1)를 포함하는 것 - 및 전원을 포함하는 연료 분사 조립체의 개략도를 도시한다. 전원은, 본 실시예에서, 엔진 제어 유닛(3)이다.

제1 및 제2 외부 전기 연결부(241, 242)는 엔진 제어 유닛(3)에 연결된다. 엔진 제어 유닛(3)은 제1 및 제2 외부 전기 연결부(241, 242)를 통해 동작 전류를 전기 연결 회로(24)에 제공하도록 동작될 수 있다. 동작 전류는 DC 전류이거나 또는 적어도 DC 부분을 포함할 수 있다.

유리하게는, 엔진 제어 유닛(3)은 동작 전류 또는 그 DC 부분의 전류 방향을 역전시키는 것에 의해 제1 및 제2 동작 모드 간에 액추에이터 조립체(2)를 스위칭하도록 동작가능하다. 특히, 엔진 제어 유닛(3)은, 유체 분사 밸브(1)에 의해 분배되는 유체의 양을 결정하고, 결정된 유체 양을 미리 결정된 임계값과 비교하며, 결정된 유체의 양과 미리 결정된 임계값 간을 비교한 결과에 따라 유체 분사 밸브(1)를 위해 제1 또는 제2 동작 모드를 각각 선택하도록 동작가능하다. 유리하게는, 엔진 제어 유닛(3)은 결정된 유체의 양이 임계값 미만일 때 제1 동작 모드를 선택하고, 결정된 유체의 양이 임계값을 초과할 때 제2 동작 모드를 선택한다.

다른 실시예에서, 엔진 제어 유닛(3)은, 유체 분사 밸브(1)에 의해 분배되는 유체의 유체 압력을 결정하고, 결정된 유체 압력을 미리 결정된 임계값과 비교하며, 결정된 유체 압력과 미리 결정된 임계값 간을 비교한 결과에 따라 유체 분사 밸브(1)를 위해 제1 또는 제2 동작 모드를 각각 선택하도록 동작될 수 있다.

일 개선에서, 유체 분사 밸브(1)는 높은 압력 펌프(4)를 포함하는 유체 레일에 유압적으로 연결된다. 이러한 유체 레일은, 원리적으로, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있어서, 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다.

엔진 제어 유닛(3)은 추가적으로 또는 대안적으로 높은 압력 펌프(4)(도 4 참조)를 제어하도록 동작될 수 있다. 바람직하게는, 엔진 제어 유닛(3)은, 액추에이터 조립체(2)가 제1 동작 모드에서 동작될 때 높은 압력 펌프(4)에 제1 압력을 설정하고, 액추에이터 조립체(2)가 제2 동작 모드에서 동작될 때 높은 압력 펌프(4)에 제1 압력을 초과하는 제2 압력을 설정하도록 구성된다.

본 발명은 이들 예시적인 실시예에 기초하여 본 상세한 설명에 의해 특정 실시예로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 상이한 실시예의 요소들의 임의의 조합을 포함한다. 나아가, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 임의의 조합과 이 특허청구범위에 개시된 특징의 임의의 조합을 포함한다.

Claims

유체 분사 밸브(1)로서,
전자기 액추에이터 조립체(2), 전기자(23) 및 밸브 니들(11)을 포함하되,
상기 전자기 액추에이터 조립체(2)는,
- 상기 전기자(23)를 이동시키도록 구성된, 제1 코일(21)과 제2 코일(22),
- 상기 제1 및 제2 코일(21, 22)을 전원(3)에 연결시키는 전기 연결 회로(24), 및
- 상기 전기 연결 회로(24)를 상기 전원에 연결시키도록 구성된, 제1 외부 전기 연결부(241)와 제2 외부 전기 연결부(242)를 포함하되,
상기 전기 연결 회로(24)는, 상기 액추에이터 조립체(2)의 제1 동작 모드에서 상기 제2 코일(22)을 도통시킴이 없이 상기 제1 코일(21)을 도통시키고, 상기 액추에이터 조립체(2)의 제2 동작 모드에서 상기 제1 코일(21)과 상기 제2 코일(22)을 모두 도통시키도록 구성되며,
상기 액추에이터 조립체(2)는, 직류 전류가 상기 제1 외부 전기 연결부(241)로부터 상기 제2 외부 전기 연결부(242)로 흐를 때 상기 제1 동작 모드에 있고, 직류 전류가 상기 제2 외부 전기 연결부(242)로부터 상기 제1 외부 전기 연결부(241)로 흐를 때 상기 제2 동작 모드에 있도록 구성되고,
상기 밸브 니들(11)은 상기 전기자(23)에 기계적으로 연결되어 있어서, 상기 전자기 액추에이터 조립체(2)가 상기 전기자(23)와의 자기 상호작용에 의하여 상기 밸브 니들(11)을 이동시키도록 동작가능한, 유체 분사 밸브.
제1항에 있어서, 상기 전기 연결 회로(24)는 스위칭 컴포넌트(243)를 포함하고, 상기 스위칭 컴포넌트(243)는 상기 액추에이터 조립체(2)가 상기 제1 동작 모드에 있을 때 상기 제2 코일(22)을 통한 전류 흐름을 감소시키거나 또는 상기 제2 코일(22)을 단락시키도록 구성된, 유체 분사 밸브.
제2항에 있어서, 상기 스위칭 컴포넌트는 다이오드(243)를 포함하는, 유체 분사 밸브.
제2항 또는 제3항에 있어서,
- 상기 제1 코일(21)과 상기 제2 코일(22)은 상기 전기 연결 회로(24)에 의해 전기적으로 직렬로 연결되고, 상기 스위칭 컴포넌트(243)는 상기 제2 코일(22)에 전기적으로 병렬로 연결되거나, 또는
- 상기 제2 코일(22)과 상기 스위칭 컴포넌트(243)는 전기적으로 직렬로 연결되고, 그리고 함께, 상기 제1 코일(21)에 전기적으로 병렬로 연결된, 유체 분사 밸브.
삭제
제1항에 따른 상기 유체 분사 밸브(1)를 동작시키는 방법으로서,
- 상기 유체 분사 밸브(1)에 의해 분배되는 유체의 특성을 결정하는 단계,
- 결정된 유체의 특성을 미리 결정된 임계값과 비교하는 단계, 및
- 이후 상기 유체 분사 밸브(1)로부터 상기 유체를 분배하기 위하여 상기 전자기 액추에이터 조립체(2)를 동작시키기 위해 상기 제1 및 제2 외부 전기 연결부(241, 242)를 통해 상기 전기 연결 회로(24)에 동작 전류를 공급하는 단계를 포함하고,
- 상기 결정된 유체의 특성이 상기 미리 결정된 임계값보다 더 작으면, 상기 유체 분사 밸브(1)는 상기 동작 전류가 상기 제1 외부 전기 연결부(241)로부터 상기 제2 외부 전기 연결부(242)로 흐르는 방식으로 상기 제1 및 제2 외부 전기 연결부(241, 242)를 통해 상기 동작 전류를 상기 전기 연결 회로(24)로 공급하는 것에 의해 상기 제1 동작 모드에서 동작되고,
- 상기 결정된 유체의 특성이 상기 미리 결정된 임계값보다 크면, 상기 유체 분사 밸브(1)는 상기 동작 전류가 상기 제2 외부 전기 연결부(242)로부터 상기 제1 외부 전기 연결부(241)로 흐르는 방식으로 상기 제1 및 제2 외부 전기 연결부(241, 242)를 통해 상기 동작 전류를 상기 전기 연결 회로(24)에 공급하는 것에 의해 상기 제2 동작 모드에서 동작되는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 결정된 유체의 특성은 상기 유체 분사 밸브(1)에 의해 분배되는 유체의 양, 또는 유체의 압력인, 방법.