KR102200623B1 - 유체 분사기 및 유체 분사기용 니들 - Google Patents

Abstract

유체 분사기 및 유체 분사기용 니들이 개시된다. 상기 유체 분사기는 분사기 하우징(2) 내에 수용된 니들(6)을 포함한다. 상기 니들(6)은 적어도 축 방향 니들 구획(23)을 포함한다. 분사기 입구(3)로부터 분사기 출구(4)로 연장되는 유체 경로(5)에 속하는 갭(24)이 상기 축 방향 니들 구획(23)과 주변 분사기 하우징(2) 사이에 형성된다. 상기 니들(6)은 상기 니들(6)의 축 방향 단부(13)의 단부 면(14)으로부터 연장되는 블라인드 구멍(25), 및 상기 길이 방향(27)에 직교 방향으로 또는 각지게 연장되는 적어도 하나의 연결 구멍(26)을 포함한다. 상기 블라인드 구멍(25)은 상기 적어도 하나의 연결 구멍(26)에 의해 상기 갭(24)에 유체 흐름 가능하게 연결된다.

Description

유체 분사기 및 유체 분사기용 니들

본 발명은, 특히 내연 기관의 연소 챔버 내로 압축 천연 가스(compressed natural gas: CNG)를 직접 분사(direct injection: DI) 또는 다지점 분사(multipoint injection: MPI)하기 위한 유체 분사기로서, - 분사기 입구로부터 분사기 출구까지 길이 방향을 따라 연장되는 유체 경로를 포함하는 분사기 하우징, 및 - 상기 분사기 하우징 내에 수용되는 니들(needle)을 포함하고, 상기 니들은 상기 니들의 폐쇄 위치와 개방 위치를 포함하는 이동 간격으로 상기 분사기 하우징에 대해 축 방향으로 이동 가능하고, 상기 니들은 제1 축 방향 단부 및 제2 축 방향 단부를 포함하고, 상기 제2 축 방향 단부는 상기 분사기 출구에 더 가깝고 단부 면을 포함하고, 상기 니들은 (이동 간격에서 니들이 갖는 이동 위치에 상관 없이) 상기 분사기 하우징에 의해 원주 방향으로 둘러싸인 적어도 축 방향 니들 구획을 포함하고, 상기 축 방향 니들 구획과 주변 분사기 하우징 사이에는 (반경 방향으로) 상기 유체 경로에 속하는 적어도 하나의 (축 방향으로 연장되는) 갭이 있는, 상기 유체 분사기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 유체 분사기용 니들, 특히 이전 항 중 어느 한 항의 유체 분사기용 니들에 관한 것으로, 상기 니들은 제1 축 방향 단부와 제2 축 방향 단부를 포함하는, 상기 유체 분사기용 니들에 관한 것이다.

분사 밸브는 특히 연소 엔진에 광범위하게 사용되는데, 여기서 분사 밸브는 유체, 특히 압축 천연 가스(CNG)를 주입하기 위해 배열될 수 있다. 종래 기술에서 이후 도 4, 도 5, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 유체 분사기가 알려져 있다. 이러한 유체 분사기는 전자기 액추에이터 유닛에 의해 작동되는 내향 밸브(즉, 내향 개방형 밸브)를 포함한다.

비-통전될 때, 니들은 압축된 스프링에 의해 밸브가 닫혀 있는 폐쇄된 위치를 향해 외향 방향으로 축 방향으로 이동된다. 한편, 통전될 때, 액추에이터 유닛은, 스프링의 힘을 초과하는 전자기 인력을 축 방향으로 니들에 가하여, 니들이 개방 위치를 향해 이동하여 밸브가 개방된다.

도 5는 소위 다지점 분사(MPI)에 의해 압축 천연 가스(CNG)를 분사하는데 사용될 수 있는 알려진 유체 분사기를 도시한다. 도 4에는 직접 분사(DI)에 의한 압축 천연 가스(CNG)를 분사하는데 사용될 수 있는 유사한 유체 분사기가 도시되어 있다. 차이점은, 전술한 밸브 이외에 도 4에 도시된 유체 분사기가 전술한 밸브의 하류에 수동 밸브인 제2 밸브를 더 포함한다는 것이다. 알려진 유체 분사기는 모두 이중 기능을 갖는 전술한 내향 밸브를 포함한다.

제1 기능은 MPI 적용을 위한 연소 챔버에 및 DI 적용 시 수동 밸브에 의도된 질량 흐름의 적절한 양을 보장하는 것이다. 제2 기능은 분사된 유체가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 특수 고무를 사용하여 분사기 팁(tip)을 밀봉하는 것이다. 액추에이터 유닛은 극편(pole piece), 전기자, 및 전기 전압에 의해 통전되는 코일을 포함한다. 전기자와 극편 사이의 거리는 특정 니들 리프트에 대응한다.

솔레노이드가 통전되면 전기자는 극편에 의해 끌리고 니들은 도 5b에 도시된 바와 같이 내향 밸브를 개방한다. 유체는 액추에이터(니들-전기자)의 바깥쪽을 지나 밸브를 통과하고, 도 4, 도 5, 도 5a 및 도 5b에 도시된 구조로 인해 밸브에서 나오는 질량 흐름의 양은 도 5b에서 개략적으로 화살표로 나타낸 유체 경로로 도시된 바와 같이 니들 리프트에 의해 주어진 통로로 한정된다.

니들 리프트는 단부에서 니들의 폐쇄 위치 및 개방 위치를 포함하는 축 방향 이동 간격에 대응한다. 여러 이유로 니들 리프트는 작은 것이 유리하다. 그러나, 결정된 니들 리프트가 감소하면 또한 유체가 개방 상태에서 밸브를 통과하는데 이용 가능한 개구 단면이 감소된다.

니들 리프트가 "병목 부분(bottle neck)"인 것을 고려하면, 특정 용도에 필요한 것으로 간주되는 유체의 특정 질량 흐름이 통과하는 것을 가능하게 하거나 심지어 보장하기 위해 니들 리프트의 값을 증가시키는 것이 이미 시도되어 왔다. 그러나 니들 리프트를 증가시켜서 사용되는 구조로 인해 전기자와 극편 사이의 거리가 또한 증가되고 그 결과 동작 압력 범위와 최소 제어 가능 질량과 같은 분사기 성능이 감소된다. 또한, 니들 리프트가 증가하면 개방 위치 및 폐쇄 위치 모두에 도달할 때 발생되는 충격 에너지가 증가된다.

이러한 이유로 니들 리프트를 증가시키려면 그렇지 않은 경우 발생하는 분사기 적용의 한계를 피하려는 추가적인 노력이 필요하다. 예를 들어 압축 천연 가스(CNG)와 같은 기체 연료 유체를 분사하는데 사용되는 유체 분사기에 관해서는 가스가 액체에 비해 밀도가 더 낮기 때문에 전술한 문제점이 특히 중요하다. 이 때문에 액체 연료에 비해 가스를 분사할 때 종종 더 많은 양을 주입할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 특히 압축 천연 가스(CNG)를 분사하는 개선된 유체 분사기를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 이러한 유체 분사기를 위한 개선된 니들을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 전술한 종래의 유체 분사기를 통한 질량 흐름에 비해 더 큰, 유체, 특히 가스의 질량 흐름을 가능하게 하는 유체 분사기 및 분사기용 니들을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 이러한 증가된 질량 흐름의 의도된 양을 보장하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전술한 일반적인 유형의 유체 분사기로서, 상기 니들은 상기 니들의 상기 제2 축 방향 단부의 상기 단부 면으로부터 연장되는 블라인드 구멍(blind hole)을 포함하고, 상기 니들은 상기 니들의 기하학적 길이 방향 중심 축에 대해 횡 방향으로, 특히 직교 방향으로 또는 상기 니들의 기하학적 길이 방향 중심 축에 대해 각지게 연장되는 적어도 하나의 연결 구멍을 포함하고, 상기 블라인드 구멍은 상기 적어도 하나의 연결 구멍에 의해 상기 갭에 유체 흐름 가능하게 연결되는, 상기 유체 분사기를 제공한다. 특히, 상기 적어도 하나의 연결 구멍은 상기 블라인드 보어(blind bore)로부터 먼 단부에서 상기 축 방향 니들 구획으로 개방된다. 유리한 실시예에서, 상기 축 방향 니들 구획은 상기 니들의 상기 제2 축 방향 단부에 있는 상기 단부 면으로 축 방향으로 연장된다.

상기 축 니들 구획과 주변 분사기 하우징 사이의 갭과 함께, 상기 블라인드 보어 및 하나 이상의 연결 구멍은 가스가 상기 니들의 바깥쪽으로부터 상기 갭을 통해 안착부(seat)에 도달하고 또 상기 니들의 내부로부터 상기 구멍과 상기 블라인드 보어를 통해 상기 안착부에 도달하는 이중 통로 영역을 제공한다. 상기 유체가 통과할 수 있는 전체 단면은 상기 갭의 단면에 비해 증가된다. 특히 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 연결 구멍에 의해 공급되는, 바람직하게는 중심 블라인드 구멍을 갖는 니들은 개방 위치에서 상기 니들이 리프트하는 것에 의해 주어지는 상기 통로 구획이 증가되는 것을 허용한다. 이러한 방식으로, 상기 제1 밸브 안착부는 상기 바깥쪽으로부터 및 상기 니들의 안쪽으로부터 공급될 수 있다. 상기 통로 구획의 증가는 필요한 양의 유체 (질량) 흐름이 분사되는 것을 가능하게 하거나 보장하기 위해 상기 니들의 개방 위치에서 상기 전기자와 상기 극편 사이의 거리가 증가되는 것을 요구하지 않는다.

바람직한 개선을 수행하는 많은 가능성이 존재한다.

상기 유체 분사기는 적어도 하나의 관통 구멍(through-hole)을 포함하는 판을 포함하고, 상기 판은 외부 에지(edge)를 따라 상기 분사기 하우징의 안쪽에 밀봉되게 연결되는 것이 바람직하다. 상기 판의 표면에는 제1 밸브 안착부가 제공되고, 상기 제1 밸브 안착부는 상기 니들의 상기 제2 단부에 있는 상기 단부 면을 향하고, 상기 관통 구멍에 인접하고, 특히 상기 관통 구멍을 둘러싼다. 따라서 상기 판은 "안착부 판"라고 불릴 수도 있다. 상기 니들이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 관통 구멍은 상기 니들의 상기 단부 면에 의해 밀봉되게 폐쇄되거나 상기 니들의 상기 단부 면에 고정된 밀봉재에 의해 밀봉되게 폐쇄된다. 유리하게는, 상기 밸브 안착부가 제공되는 판의 표면은 대체로 편평하며, 특히 상기 길이 방향에 수직인 주 연장 방향을 갖는다. 대응하여, 상기 니들의 상기 단부 면은 바람직하게는 상기 길이 방향에 수직으로 연장되는 대체로 편평한 표면일 수도 있다. 바람직하게는, 상기 니들의 단부 면과 상기 판의 표면은 동일 평면 상에 있다. 이 문맥에서 "일반적으로 편평한"이란, 특히 상기 단부 면이 밀봉 요소로서 하나 이상의, 예를 들어, 링(ring) 형상의 돌출부를 포함하거나, 또는 밀봉재를 수용하는 하나 이상의 리세스(recess)를 포함할 수 있다. 상기 밀봉재는 특히 고무 밀봉재와 같은 엘라스토머 밀봉재이다.

상기 니들이 폐쇄 위치에 있을 때, 상기 적어도 하나의 관통 구멍은 상기 단부 면에 의해 폐쇄되거나 또는 상기 단부 면에 부착된 밀봉재에 의해 폐쇄된다. 상기 블라인드 구멍 및 상기 하나 이상의 연결 구멍과 함께 상기 갭에 의해 제공되는 이중 통로 영역 또는 다중 통로 영역은 상기 가스가 적어도 두 방향으로부터, 예를 들어, 내부로부터 및 외부 방향으로부터 상기 제1 밸브 안착부에 도달할 수 있게 한다.

가능한 실시예에서, 상기 판은 예를 들어 원형 라인을 따라 분배된 다수의 관통 구멍을 포함할 수 있고, 상기 제1 밸브 안착부는 상기 관통 구멍의 위치 안쪽으로 제1 원주를 따라 그리고 상기 관통 구멍의 위치 바깥쪽으로 제2 원주를 따라 연장될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 유체 분사기는 상기 니들과 제1 밸브 안착부를 포함하는 제1 밸브 조립체를 포함하고, 상기 제1 밸브 조립체는 내향 개방형인 것으로 제공된다.

바람직한 실시예는 상기 축 방향 니들 구획 및 상기 갭의 축 방향 단부는 상기 단부 면에 인접한 것을 특징으로 한다.

상기 블라인드 구멍은 상기 니들의 중심에 형성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 블라인드 구멍은 상기 니들의 기하학적 길이 방향 중심 축에 평행하게 연장되고 특히 동심으로 연장될 수 있다. 바람직하게는, 상기 연결 구멍은 상기 블라인드 구멍의 중심선에 대해 반경 방향으로 연장되고, 특히 상기 길이 방향 축에 대해 반경 방향으로 연장된다.

특히 상기 제2 축 방향 단부에 근접한 상기 니들에는 다수의, 특히 4개의 연결 구멍이 형성되고, 상기 연결 구멍은 원주 방향을 따라 고르게 분포되고, 상기 블라인드 구멍은 상기 연결 구멍 각각에 의해 상기 갭에 유체 흐름 가능하게 연결되는 것이 바람직하다.

일 실시예에서, 상기 블라인드 구멍의 직경 및 상기 연결 구멍들의 직경은 상기 갭의 반경 방향 폭에 비해 더 크고/크거나 상기 니들의 축 방향 이동 간격에 비해 더 큰 것으로 제공된다.

바람직한 실시예에서, 상기 유체 분사기는 폐쇄 위치를 향해 상기 니들에 힘을 가하도록 적응된 스프링을 포함한다. 또한, 상기 제1 밸브 조립체는 전기식 액추에이터 유닛을 포함하고, 상기 전기식 액추에이터 유닛은 통전될 때 상기 전기식 액추에이터 유닛은 상기 제1 밸브 조립체의 상기 니들을 상기 니들의 개방 위치를 향하여 작동시키도록 적응되고, 상기 액추에이터 유닛은 특히 압전 유형이거나 전자기 액추에이터 유닛인 것이 바람직하다. 상기 전자기 액추에이터 유닛은 코일, 극편 및 전기자를 포함하고, 상기 코일 및 상기 극편은 상기 하우징에 축 방향으로 고정되고, 상기 전기자는, 상기 니들의 폐쇄 위치에서 상기 전기자와 상기 극편 사이에 축 방향 갭이 형성되고, 상기 니들의 개방 위치에서 상기 전기자가 상기 극편과 접촉하도록 상기 니들에 축 방향으로 고정되는 것이 가능하다.

또한, 특히 다지점 분사(MPI)를 위한 적용과 관련하여, 상기 유체 분사기는 상기 제1 밸브 조립체와 상기 분사기 출구 사이에 장착된 제2 밸브 조립체를 포함하고, 특히 상기 제2 밸브 조립체는 외향 개방형이거나 및/또는 수동 밸브 조립체인 것이 바람직하다.

수동 밸브 조립체는 상기 제1 밸브 조립체의 상태에 따라 인접한 밸브 챔버 내의 압력 레벨에 의해 작동되는 밸브 조립체를 의미한다. 상기 제2 밸브 조립체는 관통 구멍 또는 적어도 하나의 관통 구멍에 인접하는 제2 밸브 안착부, 및 상기 폐쇄 부재의 폐쇄 위치와 개방 위치를 포함하는 이동 간격으로 상기 분사기 하우징에 대해 축 방향으로 이동 가능하고 상기 분사기 하우징 내에 수용되는 폐쇄 부재를 포함할 수 있고, 상기 폐쇄 부재가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 관통 구멍 또는 상기 관통 구멍들은 상기 폐쇄 부재에 의해 밀봉되게 폐쇄되고, 상기 폐쇄 부재가 개방 위치에 있을 때 상기 관통 구멍 또는 상기 관통 구멍들은 개방된다. 상기 제2 밸브 조립체는 폐쇄 위치를 향하여 상기 폐쇄 부재에 힘을 가하는 제2 스프링을 포함할 수 있다. 상기 밸브 챔버 내의 유체 압력이 임계 값을 초과하여 상기 스프링의 힘을 초과할 때 상기 제2 밸브 조립체는 이동 부재가 개방 위치로 바깥 방향으로 이동되도록 적응될 수 있다.

본 발명은 또한 유체 분사기용 니들, 특히 전술한 일반적인 유형의 유체 분사기용 니들에 관한 것이다. 상기 니들은 제1 축 방향 단부와 제2 축 방향 단부를 포함할 수 있다.

본 목적은 전술한 종래 기술 및 그 단점과 관련하여 개선된 니들을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전술한 일반적인 유형의 니들로서, 상기 니들은 상기 니들의 제2 축 방향 단부의 단부 면으로부터 연장되는 블라인드 구멍을 포함하고, 상기 니들은 상기 니들의 길이 방향에 대해 직교 방향으로 연장되거나 또는 상기 니들의 상기 길이 방향에 대해 각지게 연장되는 적어도 하나의 연결 구멍을 포함하고, 상기 블라인드 구멍과 상기 연결 구멍은 서로 연결된, 상기 니들을 제공한다.

바람직하게는, 상기 니들은 유체 분사기와 관련하여 위에서 설명된 및 아래에서 제시된 니들의 하나 이상의 특징을 구현한다.

본 발명의 예시적인 실시예 및 종래 기술에 알려진 유체 분사기가 첨부된 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다. 이들은 다음과 같다:
도 1은 제1 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 유체 분사기의 개략적인 길이 방향 단면도;
도 1a는 폐쇄 밸브 상태를 나타내는, 도 1에 도시된 Ia 부분의 상세 확대도;
도 1b는 개방된 밸브 상태를 나타내는, 도 1a의 구성 요소의 유사한 확대도;
도 2는 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 니들의 사시도;
도 3은 개방된 밸브 상태로 도시된 제2 바람직한 구현예에 따른 본 발명의 유체 분사기의 개략적인 길이 방향 단면도;
도 4는 폐쇄 밸브 상태로 도시된 직접 분사를 위한 종래 기술에 알려진 유체 분사기의 개략적인 길이 방향 단면도;
도 5는 폐쇄 밸브 상태로 도시된 종래 기술의 제2 유체 분사기의 개략적인 길이 방향 단면도;
도 5a는 도 5에 도시된 Va 부분의 상세 확대도;
도 5b는 개방된 밸브 상태를 나타내는, 도 5a에 도시된 구성 요소의 확대도.

도 1 내지 도 3에서, 상이한 도면에 나타나는 대응하거나 유사한 요소는 동일한 참조 번호로 식별된다. 도 4 내지 도 5b에서, 대응하거나 유사한 요소는 " ' "이 추가된 대응하는 참조 번호로 식별된다.

도 1, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 유체 분사기(1)의 제1 바람직한 실시예가 예로서 설명된다. 바람직하게는, 유체 분사기(1)는 압축 천연 가스(CNG)를 바람직하게는 다지점 분사(MPI)에 의해 연소 엔진(도면에 도시되지 않음)의 연소 챔버 내로 분사하는데 사용될 수 있다. 유체 분사기는 도 1b에 부분적으로 화살표로 도시된 유체 경로(5)에 의해 유체 흐름 가능하게 연결된, 분사기 입구(3) 및 분사기 출구(4)를 갖는 분사기 하우징(2)을 포함한다. 필터(35)는 분사기 입구(3)에 장착된다.

니들(6)은 분사기 하우징(2) 내에 수용되고, 기하학적 길이 방향 중심 축(L)에 평행한 이동 간격으로 분사기 하우징(2)에 대해 축 방향으로 이동 가능하다. 축 방향 이동 간격은 도 1a에 도시된 폐쇄 위치에 있는 니들(6)의 위치, 및 도 1b에 도시된 개방 위치에 있는 니들(6)의 위치를 포함하고, 니들(6)의 모든 위치는 이들 두 위치 사이에 있다. 니들(6)은 제1 밸브 조립체(7)의 구성 요소이고, 이 밸브 조립체(7)는 제1 밸브 안착부(8)(도 1a 및 도 1b 참조)를 더 포함하고 내향 개방형이다.

이 예에서, 유체 분사기(1)는 관통 구멍(10)을 포함하는 판(9)을 포함한다. 판(9)은 외부 에지를 따라 분사기 하우징(2)의 안쪽에 밀봉되게 연결된다. 제1 밸브 안착부(8)는 니들(6)을 향하는 판(9)의 표면(11)에 제공된다.

보다 상세하게는, 니들(6)은 제1 축 방향 단부(12) 및 제2 축 방향 단부(13)를 포함하고, 제2 축 방향 단부(13)는 분사기 출구(4)에 더 가깝고 단부 면(14)을 포함한다. 단부 면(14)에서 이것은 밀봉재(15)에 고정된다. 표면(11)은 단부 면(14)을 향하고, 밀봉재는 니들(6)이 도 1a에 도시된 폐쇄 위치에 있을 때 관통 구멍(10)을 밀봉되게 폐쇄하도록 적응된다. 이 동작 상태에서, 유체 경로는 제1 밸브 조립체(7)에 의해 폐쇄된다. 그렇지 않고, 니들(6)이 폐쇄 위치로부터 멀리 있으면(즉, 개방 위치에 있거나 또는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 위치에 있으면), 축 방향 갭(16)이 발생하고, 밀봉재(15)가 판(9)과 접촉하지 않는 경우 유체 경로는 제2 밸브 조립체(7)에서 개방된다.

또한, 제1 밸브 조립체(7)는 니들(6)을 개방 위치를 향해 작동시켜 제1 밸브 조립체(7)를 개방시키도록 동작 가능한 전기식 액추에이터 유닛(17)을 포함한다. 액추에이터 유닛(17)은 코일(18), 극편(19) 및 전기자(20)를 포함한다. 이들 구성 요소는 전자기 액추에이터를 제공하기 위해 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 종래의 방식으로 제조될 수 있다. 바람직하게는 이들 구성 요소는 금속으로 제조될 수 있다.

극편(19) 및 전기자(20)를 부분적으로 둘러싸는 코일(18)이 전기 전류에 의해 통전되면 전자기 인력이 극편(19)과 전기자(20) 사이에서 발생한다. 코일(18) 및 극편(19)은 분사기 하우징(2)에 축 방향으로 고정되어 있는데, 이는 분사기 하우징(2)과 코일(18) 및 극편(19) 간에 축 방향(즉, 길이 방향 축(L)에 평행한 방향)으로 상대 이동이 각각 가능하지 않다는 것을 의미한다.

전기자(20)는 니들(6)에 축 방향으로 고정되어 있는데, 이는 전기자(20)와 니들(6) 간에 축 방향 상대 이동이 가능하지 않다는 것을 의미한다. 전기자(20)는, 니들(6) 및/또는 밀봉재(15)가 제1 밸브 안착부(8)와 접촉하는 니들(6)의 폐쇄 위치에서는, 전기자(20)와 극편(19) 사이에 축 방향 갭(21)이 형성되고, 제1 밸브 안착부(8)와 니들(6) 및/또는 밀봉재(15) 사이에 축 방향 갭(16)이 존재하는 니들의 개방 위치에서는 전기자(20)가 극편(19)과 접촉하도록 적절한 축 방향 위치에서 니들(6)에 고정된다.

또한, 제1 밸브 조립체(7)는 니들(6)의 폐쇄 위치를 향해 니들(6)에 스프링 힘을 가하도록 적응된 스프링(21)을 포함한다. 이 예에서 스프링(21)은 나선형 스프링이다. 이 예에서, 링형 지지 요소(22)는 제1 축 방향 단부(12)에 근접한 니들(6)에 축 방향으로 고정된다. 스프링(12)은 지지 요소(22)에 의해 니들(6)에 축 방향으로 압축력을 가하기 위해 분사기 하우징(2)에 고정된 구성 요소 사이에 축 방향으로 삽입된다.

압축력은 니들(6)의 폐쇄 위치를 향한다. 코일(18)이 통전되지 않은 동작 상태에서는, 스프링(21)에 의해 가해진 압축력이 니들(6)이 도 1a에 도시된 폐쇄 위치로 이동하게 한다. 그렇지 않고, 코일(18)이 전기 전류(전기 전류를 인가하고 스위치 온 또는 스위치 오프하는 각각의 수단은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있으므로 도면에는 도시되지 않음)에 의해 통전되면, 전자기 인력이 극편(19)과 전기자(20) 사이에서 발생된다. 전자기력이 특정 임계값을 초과하면 니들(6)이 도 1b에 도시된 개방 위치로 이동하게 된다.

또한, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 니들(6)은 (니들(6)이 고려된 순간에 이동 간격에서 갖는 이동 위치에 상관없이) 분사기 하우징(2)에 의해 원주 방향으로 둘러싸인 축 방향 니들 구획(23)을 적어도 포함하고, 축 방향 니들 구획(23)과 주변 분사기 하우징(2) 사이에는 유체 경로(5)(도 1b 참조)에 속하는 갭(24)이 형성된다.

본 발명에 따르면, 니들(6)은 니들(6)의 제2 축 방향 단부(13)의 단부 면(14)으로부터 연장되는 블라인드 구멍(25)을 포함한다. 또한, 이 예에서, 니들(6)은 4개의 연결 구멍(26)을 포함한다. 각각의 연결 구멍(26)은 니들(6)의 중심 길이 방향 축(L)에 대해 반경 방향으로 연장된다. 각각의 연결 구멍(26)에 의해, 블라인드 구멍(25)은 갭(24)과 유체 흐름 가능하게 연결된다. 이 예에서, 갭(24)은 원통형 형상을 갖고, 축 방향 니들 구획(23)을 둘러싼다. 도 1에 도시된 바와 같이, 축 방향 니들 구획(23)은 니들(6)의 제2 축 방향 단부(13)에 인접한다.

따라서, 축 방향 니들 구획(23) 및 갭(24)의 축 방향 단부는 단부 면(14)에 인접한다. 이 예에서, 블라인드 구멍(25)은 니들의 중심에 형성되고, 니들(6)의 길이 방향 중심축(L)과 동심으로 연장된다. 또한 도 1에 도시된 니들(6)을 나타내는 도 2에 도시된 바와 같이, 연결 구멍(26)은 원주 방향(28)을 따라 고르게 분포되어 있는데, 이는 이 예에서 각각의 이웃하는 연결 구멍의 중심선이 서로 직교하는 것을 의미한다. 도시된 실시예에서, 블라인드 구멍(25)의 직경 및 연결 구멍(26)의 직경은 갭(24)의 반경 방향 폭(29)에 비해 더 크고, 도 1에 도시된 갭(16)의 축 방향 길이에 비해 더 크다.

블라인드 구멍(25) 및 연결 구멍(26)으로 도면에 도시된 바와 같이 유체(이 예에서 바람직하게는 CNG)가 니들의 바깥쪽으로부터 밸브 안착부에 도달하고 또 니들(6)의 내부로부터 중심 연료 구멍(블라인드 구멍(25))을 통해 밸브 안착부에 도달하는 이중(또는 복수의) 통로 영역이 제공된다.

전술한 바와 같이, 도 2는 도 1, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 유체 분사기(1)에 병합된 니들(6)을 도시한다. 이 예에서, 블라인드 구멍(25) 및 4개의 연결 구멍(26)은 중심 영역에서 서로 연결된다.

도 3에는 본 발명에 따른 유체 분사기(1)의 다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 전술한 유체 분사기(1)와는 달리, 도 3에 따른 유체 분사기(1)는 제1 밸브 조립체(7)의 하류에 제2 밸브 조립체(29)를 추가로 포함한다.

제2 밸브 조립체(29)는 외향 개방형이고 수동 밸브 조립체이다. 제2 밸브 조립체(29)는 관통 구멍(31)에 인접한 제2 밸브 안착부(30)를 포함하고, 분사기 하우징(2) 내에 수용되고 이동 간격으로 분사기 하우징(2)에 대해 축 방향으로 이동 가능한 폐쇄 부재(32)를 더 포함한다. 이동 간격은 폐쇄 부재(32)의 폐쇄 위치 및 개방 위치를 포함하고, 폐쇄 부재(32)가 (도 3에 도시된) 폐쇄 위치에 있을 때 관통 구멍(31)은 폐쇄 부재(3)에 의해 폐쇄되고, 폐쇄 부재(32)가 개방 위치에 있을 때 관통 구멍(31)은 개방된다.

제2 밸브 조립체(29)는 폐쇄 위치를 향하여 폐쇄 부재(32)에 힘을 가하는 제2 스프링(33)을 포함한다. 폐쇄 부재(32) 내에는, 관통 구멍(10)에 유체 흐름 가능하게 연결된 제2 밸브 조립체(29)의 밸브 챔버(34)가 형성된다. 밸브 챔버(34) 내의 유체 압력이 임계 값을 초과하면, 스프링(33)의 힘이 초과되고 폐쇄 부재(32)는 개방 위치를 향해 도 3의 위치로부터 멀어지게 이동된다.

도 4는 종래 기술에 알려진 유체 분사기(1')를 도시한다. 도 3에 비해 차이점은 도 4의 유체 분사기(1')에 포함된 니들(6')이 전술한 바와 같이 블라인드 구멍(25) 및 연결 구멍(26)을 포함하지 않는다는 것이다.

도 5, 도 5a 및 도 5b는 종래 기술에 알려진 다른 유체 분사기(1')를 도시한다. 도 1, 도 1a 및 도 1b에 도시된 유체 분사기(1)에 비해 차이점은 도 5의 니들(6')이 블라인드 구멍(25) 및 연결 구멍(26)을 포함하지 않는다는 것이다.

도 4, 도 5, 도 5a 및 도 5b에서, 도 1 내지 도 3의 특징에 대응하거나 유사한 특징은 " ' "이 추가된 동일한 참조 번호로 지시된다.

따라서, 반복을 피하기 위해, 모든 동일한 특징에 관해서는, 도 4, 도 5, 도 5a 및 도 5b는 참조 번호에 " ' "를 추가함으로써 도 1 내지 도 3에서 각각 표시된다.

모든 개시된 특징은 (단독으로, 그러나 또한 조합하여) 본 발명과 관련이 있다. 종속 청구항의 특징은 또한, 특히 이들 청구항에 기초하여 분할 출원을 제출하기 위해 종래 기술에 비해 혁신적인 독립적인 개선을 특징으로 한다.

Claims (14)

1. 내연 기관의 연소 챔버 내로 압축 천연 가스(compressed natural gas: CNG)를 직접 분사(direct injection: DI) 또는 다지점 분사(multi point injection: MPI)하기 위한 유체 분사기(1)로서,
   - 분사기 입구(3)로부터 분사기 출구(4)까지 길이 방향(27)을 따라 연장되는 유체 경로(5)를 갖는 분사기 하우징(2), 및
   - 상기 분사기 하우징(2) 내에 수용되는 니들(6)을 포함하고, 상기 니들은 상기 니들(6)의 폐쇄 위치와 개방 위치를 포함하는 이동 간격으로 상기 분사기 하우징(2)에 대해 축 방향으로 이동 가능하고,
   상기 니들(6)은 제1 축 방향 단부(12) 및 제2 축 방향 단부(13)를 포함하고, 상기 제2 축 방향 단부(13)는 상기 분사기 출구(4)에 더 가깝고 단부 면(14)을 포함하며, 상기 니들(6)은 상기 분사기 하우징(2)에 의해 원주 방향으로 둘러싸인 적어도 축 방향 니들 구획(23)을 포함하고, 상기 유체 경로(5)는 상기 니들(6)의 외측면과 상기 분사기 하우징(2)의 내측면 사이에 형성되고, 상기 축 방향 니들 구획(23)과 주변 분사기 하우징(2) 사이에는 상기 유체 경로(5)에 속하는 적어도 하나의 갭(24)이 있으며,
   상기 니들(6)은 상기 니들(6)의 상기 제2 축 방향 단부(13)의 상기 단부 면(14)으로부터 연장되는 블라인드 구멍(25)을 포함하고, 상기 니들(6)은 상기 길이 방향(27)에 대해 횡 방향으로, 또는 상기 길이 방향(27)에 대해 각지게 연장되는 적어도 하나의 연결 구멍(26)을 포함하며, 상기 블라인드 구멍(25)은 상기 적어도 하나의 연결 구멍(26)에 의해 상기 갭(24)에 유체 흐름 가능하게 연결되고,
   상기 유체 분사기(1)는 적어도 하나의 관통 구멍(10)을 포함하는 판(9)을 포함하고, 상기 판(9)은 외부 에지를 따라 상기 분사기 하우징(2)의 안쪽에 밀봉되게 연결되며, 상기 판(9)의 표면(11)에는 제1 밸브 안착부(8)가 제공되고, 상기 제1 밸브 안착부는 상기 니들(6)의 상기 제2 축 방향 단부(13)에 있는 상기 단부 면(14)을 향하고, 상기 관통 구멍(10)을 둘러싸며, 상기 니들(6)이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 관통 구멍(10)은 상기 니들(6)의 상기 단부 면(14)에 의해 밀봉되게 폐쇄되거나 상기 니들(6)의 상기 단부 면(14)에 고정된 밀봉재(15)에 의해 밀봉되게 폐쇄되고,
   상기 블라인드 구멍(25)은 상기 연결 구멍(26) 각각에 의해 상기 갭(24)에 유체 흐름 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 축 방향 니들 구획은 상기 니들의 상기 제2 축 방향 단부에 있는 상기 단부 면으로 축 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
3. 제1항에 있어서, 상기 판(9)의 상기 표면(11) 및 상기 니들(6)의 상기 제2 축방향 단부(13)에 있는 상기 단부 면(14)은 편평하고 동일 평면에 있는 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
4. 제1항에 있어서, 엘라스토머 밀봉재가 상기 밀봉재(15)로서 상기 니들(6)의 상기 단부 면(14)에 고정된 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
5. 제1항에 있어서, 상기 유체 분사기(1)는 상기 니들(6) 및 제1 밸브 안착부(8)를 포함하는 제1 밸브 조립체(7)를 포함하되, 상기 제1 밸브 조립체(7)는 내향 개방형인 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
6. 제1항에 있어서, 상기 축 방향 니들 구획(23) 및 상기 갭(24)의 축 방향 단부는 상기 단부 면(14)에 인접한 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
7. 제1항에 있어서, 상기 블라인드 구멍(25)은 상기 니들(6)의 기하학적 길이 방향 중심 축(L)에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
8. 제1항에 있어서, 상기 연결 구멍(26)은 상기 블라인드 구멍(25)의 중심선에 대해 반경 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
9. 제1항에 있어서, 상기 제2 축 방향 단부(13)에 근접한 상기 니들(6)에는 다수의 연결 구멍(26)이 형성되고, 상기 연결 구멍(26)은 원주 방향(28)을 따라 고르게 분포된 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
10. 제1항에 있어서, 상기 블라인드 구멍(25)의 직경 및 상기 연결 구멍(26) 또는 상기 연결 구멍(26)들의 직경은 상기 갭(24)의 반경 방향 폭(29)에 비해 더 크거나 상기 니들(6)의 축 방향 이동 간격에 비해 더 큰 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
11. 제1항에 있어서, 상기 제1 밸브 조립체(7)는 상기 니들(6)의 폐쇄 위치를 향해 상기 니들(6)에 힘을 가하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
12. 제1항에 있어서, 상기 제1 밸브 조립체(7)는 전기식 액추에이터 유닛(17)을 포함하되, 상기 전기식 액추에이터 유닛(17)은 통전될 때 상기 전기식 액추에이터 유닛은 상기 제1 밸브 조립체(7)의 상기 니들(6)을 상기 니들(6)의 개방 위치를 향하여 작동시키도록 구성되고, 상기 액추에이터 유닛(17)은 압전 유형이거나 전자기 액추에이터 유닛인 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
13. 제12항에 있어서, 상기 전자기 액추에이터 유닛(17)은 코일(18), 극편(19) 및 전기자(20)를 포함하되, 상기 코일(18) 및 상기 극편(19)은 상기 분사기 하우징(2)에 축 방향으로 고정되고, 상기 전기자(20)는, 상기 니들(6)의 폐쇄 위치에서 상기 전기자(20)와 상기 극편(19) 사이에 축 방향 갭(24)이 형성되며, 상기 니들(6)의 개방 위치에서 상기 전기자(20)가 상기 극편(19)과 접촉하도록 상기 니들(6)에 축 방향으로 고정된 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).
14. 제1항에 있어서, 상기 유체 분사기(1)는 상기 제1 밸브 조립체(7)와 상기 분사기 출구(4) 사이에 장착된 제2 밸브 조립체(29)를 포함하되, 상기 제2 밸브 조립체(29)는 외향 개방형이거나 수동 밸브 조립체인 것을 특징으로 하는 유체 분사기(1).

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