KR102274061B1 - 내연 기관을 위한 연료 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

내연 기관을 위한 연료 분사 밸브가 개시되며, 하우징(2), 니들축(4)을 갖는 밸브 니들(3), 제 1 스프링 요소(8), 제 1 전기자 부분(13) 및 제 2 전기자 부분(14)을 포함하는 가동 전기자(12), 폴 요소(10), 및 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해서 폴 요소(10)를 향해 전기자(12)의 축방향 이동을 일으키기 위한 자기장을 생성하도록 작동가능한 자기 코일(11)을 포함한다. 축방향 이동의 제 1 기간 동안, 밸브 니들(3)이 폐쇄 위치에 유지되는 반면 적어도 제 2 전기자 부분(14)은 밸브 니들(3)에 대해 축방향으로 변위된다. 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해서 제 2 전기자 부분(14)은 제 1 기간의 말미에 밸브 니들(3)과 결합되도록 작동가능하다. 축방향 이동의 후속하는 제 2 기간 동안, 제 1 전기자 부분(13), 제 2 전기자 부분(14), 및 밸브 니들(3)이 서로에 대해 위치 고정되고, 하우징(2)에 대해 축방향으로 이동한다. 제 2 전기자 부분(14)의 축방향 이동은 제 2 기간의 말미에 정지되어 이동의 후속하는 제 3 기간 동안 오직 제 1 전기자 부분(13)만이 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 더 멀어지게 이동시키기 위해 폴 요소(10)를 향해 더 이동하고, 제 1 전기자 부분(13)의 축방향 이동은 제 3 기간의 말미에 후속하여 정지된다.

Description

내연 기관을 위한 연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관을 위한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
전자기적으로 작동하는 연료 분사 밸브는 잘 알려져 있다. 자기장을 발생시키는 전기로 충전가능한 자기 코일의 도움으로, 밸브 니들과 결합될 수 있는 자화가능한 전기자(armature)가 이동을 위해 자극될 것이다. 일반적으로, 이동은 상기 밸브 니들의 밸브 니들축을 따르는 축방향 이동이다.
밸브 니들과 전기자가 결합되는 경우, 밸브 니들은 또한 전기자의 이동으로 인해 이동을 시작한다. 이동 방향에 따라, 노즐 오리피스는 밸브 니들의 도움으로 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 자기 코일이 통전되지 않을 때 노즐 오리피스를 밀봉하기 위해서, 제 1 스프링 요소가 일반적으로 연료 분사 밸브에 배치되어, 밸브 니들을 노즐 오리피스에 대해 가압한다. 이것은 노즐 오리피스가 개방되려면 밸브 니들이 제 1 스프링 요소의 스프링력에 대항하여 전기자의 도움으로 이동되어야 한다는 것을 의미한다. 노즐 오리피스가 개방되면, 연료 분사 밸브에 배치된 연료량은 연소실, 일반적으로는 내연 기관의 연소실 내로 노즐 오리피스를 통해 흐를 수 있다.
내연 기관의 연소 과정은 - 몇몇 다른 기준들, 예를 들어 연료량 또는 연료 온도 또는 연료 압력 중에서 - 노즐 오리피스의 개방 및 폐쇄 과도기에 의존한다. 따라서 노즐 오리피스의 정확하게 정의된 개방 및 폐쇄는 내연 기관의 유리한 동력요율(power rate), 연료 소비 및/또는 배출에 도달하는데 매우 중요하다.
유럽 특허 EP 1 137 877 B1은 예시적인 연료 분사 밸브를 개시한다. 연료 분사 밸브는 두 부분으로 형성된 전기자를 갖는다. 그래서 전기자는 제 1 전기자 부분 및 제 2 전기자 부분을 포함한다.
종래 기술에서 연료 분사 밸브의 하나의 문제는 노즐 오리피스의 펄스폭에 따른 연료 분사율의 비선형성이다. 연료 분사율의 선형성은 더 큰 펄스폭으로만 달성될 수 있다.
개선된 선형성을 갖는 연료 분사 밸브를 구체화하는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 목적은 독립항의 특징들을 갖는 내연 기관을 위한 연료 분사 밸브에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시형태들은 종속항들에 제시되어 있다.
내연 기관을 위한 연료 분사 밸브가 구체화된다. 연료 분사 밸브는 내연 기관의 연료 분사 장치를 위해 제공될 수 있다. 연료 분사 밸브는 하우징, 밸브 니들, 제 1 스프링 요소, 가동 전기자(movable armature), 폴 요소(pole element) 및 자기 코일을 포함한다.
밸브 니들은 니들축을 가지며, 하우징에, 특히 연료 분사 밸브의 연료 입구를 연료 분사 밸브의 노즐에 유압적으로 연결하는 하우징의 캐비티에 이동가능하게 배치된다. 니들축은 하우징의 종축과 일치할 수 있다.
제 1 스프링 요소는 연료 분사 밸브의 노즐 오리피스를 밀봉하기 위해 폐쇄 위치를 향해 밸브 니들을 편향시키기 위해서 제공된다. 편리하게, 밸브 니들은 오리피스를 개봉하기 위해 폐쇄 위치로부터 멀어지게 축방향으로 변위가능하다.
가동 전기자는 하우징에 대해 니들축을 따라서 왕복식으로 이동가능하다. 전기자는 제 1 스프링 요소의 편향에 대해 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해 밸브 니들과 상호작용하도록 작동가능하다. 전기자는 서로에 대해 축방향으로 변위가능한 제 1 전기자 부분 및 제 2 전기자 부분을 포함한다. 제 1 전기자 부분 및 제 2 전기자 부분은 적어도 곳곳에서 측방향으로 밸브 니들을 둘러싼다.
폴 요소는 하우징에 이동불가능하게 배치된다. 예를 들어 그것은 하우징에 고정되거나 하우징과 일체이다. 폴 요소는 전기자의 이동을 제한하도록 작동가능하다. 그것은 특히 코일 및 가동 전기자를 더 포함하는 자기 회로의 일부이다.
자기 코일은 적어도 부분적으로 하우징을 둘러싸고 있다. 그것은 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해 폴 요소를 향하는 전기자의 축방향 이동을 일으키기 위해서 자기장을 생성하도록 작동가능하다.
축방향 이동의 제 1 기간 동안, 밸브 니들은 폐쇄 위치에 유지되는 반면 적어도 제 2 전기자 부분은 밸브 니들에 대해 축방향으로 변위된다. 제 1 개선안에서는, 제 1 및 제 2 전기자 부분 모두 밸브 니들에 대해 축방향으로 변위가능하고, 제 1 기간 동안 밸브 니들에 대해 축방향으로 변위된다. 제 2 개선안에서는, 제 1 전기자의 부분이 밸브 니들에 대해 위치 고정되고 - 특히 그것은 밸브 니들에 견고히 고정된다 - 그리고 오직 제 2 전기자 부분만이 제 1 기간 동안 밸브 니들에 대해 축방향으로 변위된다.
밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해 제 2 전기자 부분이 - 또는 제 1 개선안의 경우에는 제 1 및 제 2 전기자 부분 모두가 - 제 1 기간의 말미에 밸브 니들과 결합하도록 작동가능하게 축방향 변위가 제한된다. 제 2 전기자 부분의 밸브 니들과의 결합은 예를 들어 제 1 전기자 부분을 통해서, 예를 들어 제 2 전기자 부분과 형상 끼워맞춤 결합(form-fit engagement) 상태가 되는 제 2 전기자 부분에 의해서 있을 수 있다. 예를 들어 제 1 개선안의 경우, 제 2 전기자 부분은 밸브 니들과, 특히 밸브 니들의 전기자 리테이너(retainer)와 형상 끼워맞춤 결합 상태가 될 수 있다.
연료 분사율의 선형성에 도달하기 위해서, 밸브 니들의 이동, 소위 밸브 니들 리프트 초기에 큰 힘이 활성화되는 것이 유리하다. 이것은 밸브 니들의 자중(dead weight)과 아마추어의 자중 때문에 필요한데, 둘 다 리프팅되어야 한다. 또한 제 1 스프링 요소의 스프링력이 극복되어야 한다. 커먼 레일 시스템(Common Rail system)의 분사 연료 장치는 고압 속도로 작동하고 있다. 밸브 니들을 이동시키기 위해서, 고압은 또한 적어도 소위 내측-개방 분사 밸브의 경우에 극복되어야 할 수 있다. 제 1 기간 동안 제 2 전기자 부분 또는 제 1 및 제 2 전기자 부분의 자유 리프트는 유리하게는 제 1 기간 말미에 밸브 니들 상에 특히 큰 임펄스를 생성할 수 있고, 따라서 연료 분사 밸브의 양호한 선형 거동을 달성하는데 기여한다.
축방향 이동의 후속하는 제 2 기간 동안, 제 1 전기자의 부분, 제 2 전기자 부분 및 밸브 니들은 서로에 대해 위치 고정되고, 하우징에 대해 축방향으로 이동한다. 특히, 전기자는 상기 언급된 형상 끼워맞춤 결합을 통해 밸브 니들로의 힘전달에 의해서 밸브 니들을 폐쇄 위치 밖으로 그리고 폐쇄 위치로부터 멀어지게 이동시키도록 강제한다. 축방향 이동의 제 2 기간은 또한 "탄도 단계(ballistic phase)"라고 불릴 수도 있다.
유리하게는, 탄도 단계의 말미에 도달할 때까지 두 부분이 밸브 니들 상에 작용하고 있다. 특히 양호한 힘전달 - 및 그에 따른 예를 들어 특히 빠른 개방, 양호한 재현성 및/또는 안정된 이동 - 이 제 2 기간 동안 제 1 전기자 부분, 제 2 전기자 부분 및 밸브 니들의 위치 고정된 구성에 의해 달성가능하다.
제 2 전기자 부분의 축방향 이동은 제 2 기간의 말미에 - 특히 폴 요소와의 상호작용에 의해 - 정지되어, 이동의 후속하는 제 3 기간 동안 오직 제 1 전기자 부분만이 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 더 멀어지게 이동시키기 위해 폴 요소를 향해 더 이동한다. 제 1 전기자 부분의 축방향 이동은 바람직하게는 제 3 기간의 말미에, 특히 폴 요소와의 상호작용에 의해 후속하여 정지될 수 있다. 상기 언급된 제 2 개선안의 경우, 제 1 전기자 부분은 적어도 전기자의 이동의 제 2 및 제 3 기간 동안 밸브 니들과 형상 끼워맞춤 결합 상태에 있다. 밸브 니들 및 제 1 전기자 부분은 제 3 기간 동안 제 2 전기자 부분 및 하우징에 대해 이동한다.
탄도 단계 후에는, 밸브 니들의 최대 리프트에 도달하기 위해서는 낮은 자기력만이 필요하다. 또한 일정한 리프트 동안, 밸브 니들의 위치 결정은 낮은 자기력에 의해 수득될 수 있다.
제 2 전기자 부분으로부터 제 1 전기자 부분의 분리의 장점은 최대 니들 리프트에 도달할 때 폴 요소에 충격을 주는 관성의 감소에 있다. 전기자가 두 부분으로 분할되지 않았다면, 그것의 전체 질량을 갖는 전기자는 모두 동시에 폴 요소에 대항하여 바운스될 것이고, 그것의 최대 니들 리프트에 도달하는 동안 밸브 니들의 불리한 진동을 야기할 것이다. 이것은 선형성을 개선하는 것과는 별개로 또한 감소시켜야 하는 효과이다.
제 1 전기자 부분 및 제 2 전기자 부분이 서로에 대해 이동가능하고 제 1 전기자 부분이 폴 요소와 접촉하게 되기 전에 제 2 전기자 부분이 폴 요소에 의해 정지되기 때문에, 오직 제 1 전기자 부분만이 밸브 니들이 최대 니들 리프트에 도달하는 순간에 폴 요소에 대해 바운스된다. 또한, 오직 제 1 전기자 부분만이 밸브 니들에 작용하기 때문에 제 3 기간 동안 자기력은 감소된다. 따라서 폴 요소 상에 제 1 전기자 부분의 충격은 감소된 자기력과 제 1 스프링 요소에 의한 외력 사이의 균형으로 인해 특히 작은 속도로 일어날 수 있다. 폴 요소가 각 충격 시 감쇠시켜야 하는 감소된 속도와 감소된 힘 때문에, 진동은 유리하게 작아질 수 있다.
환언하면, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 경우, 선형성은 전기자와 폴 요소 사이에서 충격 속도를 감소 및 제어함으로써 개선될 수 있다. 본 발명에 따른 두 부분의 전기자 구성을 이용함으로써, 탄도 단계 동안 높은 자기력을 얻는 것과 전기자와 폴 요소 사이의 충격에너지가 줄어들도록 자기력이 밸브 니들 리프트의 마지막 단계 동안 필요하지 않을 때 자기력을 감소시키는 것이 가능하다.
일 실시형태에서, 두 전기자 부분 중 하나는 다른 전기자 부분에 대해 그 이동에서 제한된다. 환언하면, 두 부분 중 하나는 다른 부분보다 작은 축방향 유격을 가질 수 있다.
이것은 분리 배치에 의해 달성될 수 있는데, 이것은 예를 들어 폴 요소와 전기자 사이에 제공되고 니들 리프트의 제 2 기간 이후 전기자의 축방향 이동의 제 3 기간 동안 제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분을 분리하도록 작동가능할 수 있다.
일 실시형태에서, 제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분을 분리하기 위해서, 스토퍼(stopper)가 폴 요소와 전기자 사이에 제공된다. 환언하면, 스토퍼는 전기자의 이동의 제 2 기간의 말미에 제 2 전기자 부분의 축방향 이동을 정지하기 위해 폴 요소와 전기자 사이에 제공된다. 스토퍼는 특히 폴 요소에 대해 위치 고정되거나 폴 요소와 일체인 구성요소이다. 일 실시형태에서, 스토퍼는 표면이 전기자를 향하는 폴 요소의 표면의 돌출부이다.
대안으로, 스토퍼는 제 2 전기자 부분에 대해 위치 고정될 수 있거나 또는 제 2 전기자 부분과 일체일 수 있다. 일 실시형태에서, 스토퍼는 폴 요소를 향하는 제 2 전기자 부분의 상부 부분으로 표시된다. 상부 부분은 특히 전기자의 축방향 이동의 제 2 기간 동안 자극 부분을 향해 제 1 전기자 부분을 넘어 축방향으로 돌출된다.
제 2 전기자 부분이 스토퍼와 형상 끼워맞춤 연결을 설정할 때 또는 스토퍼가 제 2 전기자 부분에 대해 위치 고정되어 스토퍼가 폴 요소와 형상 끼워맞춤 연결을 설정할 때, 스토퍼는 제 2 전기자 부분의 추가 축방향 이동을 방지할 것이다. 편리하게 스토퍼에 의해 제한되지 않는 오직 제 1 전기자 부분만이 이동을 계속할 수 있다. 스토퍼에 의해 제한되지 않는 제 1 전기자 부분은 스토퍼에 의해 제한되는 제 2 전기자 부분으로부터 부분적으로 독립적인 리프트를 가질 수 있다.
그래서 제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분이 분리되고, 제 2 전기자 부분이 제 1 전기자 부분에 대해 스토퍼에 의해 정지될 때, 오직 제 1 전기자 부분만이 밸브 니들이 최대 니들 리프트에 도달하는 순간에 폴 요소에 대해 바운스된다. 폴 요소가 감쇠시켜야 하는 감소된 무게 및 그에 따른 감소된 힘 때문에, 진동은 현저히 감소된다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 유리한 실시형태에서, 제 1 전기자 부분 또는 제 2 전기자 부분은 폴 요소를 향하는 그것의 축방향 이동 동안 스토퍼에 의해 제한될 것이다. 제 1 전기자 부분 및 제 2 전기자 부분은 그로 인해 부분들 중 하나를 정지시킴으로써 개방 과도기 동안 간단한 방법으로 분리될 수 있어, 오직 다른 비정지 부분은 최대 니들 리프트 위치로 밸브 니들을 완전히 이동시킬 수 있다.
바람직하게는, 스토퍼가 제 1 전기자 부분을 둘러싸고 있다. 특히, 스토퍼는 니들축을 따라서 위에서 봤을 때 제 1 전기자 부분을 노출시킨다. 이것은 스토퍼가 단지 제 1 전기자 부분과의 상호작용 없이 제 2 전기 부분의 축방향 이동을 정지하도록 작동가능한 것을 보장한다.
다른 유리한 실시형태에서, 스토퍼는 환형으로 형성된다. 예를 들어, 스토퍼가 폴 요소와 독립적으로 제조될 때, 형상 끼워맞춤(form-fit), 압력 끼워맞춤(force-fit) 또는 재료 접경 방식(material bounded manner)으로 폴 요소에 장착될 수 있는 링 형태의 저렴한 스토퍼를 사용하는 것이 가능하다. 스토퍼가 일체로서 폴 요소와 통합적으로 제조될 때, 경제적인 밀링 과정이 스토퍼를 성형하는데 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 다른 유리한 실시형태에서, 폴 요소는 적어도 제 1 전기자 부분의 일부를 수용하기 위한 리세스를 갖는다. 이러한 방식으로, 연료 분사 밸브의 특히 작은 축방향 치수가 달성가능하다.
제 1 전기자 부분은 적어도 전기자의 축방향 이동의 제 3 기간의 말미에 폴 요소의 리세스에 부분적으로 또는 전체적으로 배치될 수 있다. 이 실시형태의 경우, 선형 성능 및 컴팩트한 디자인을 갖춘 연료 분사 밸브가 간단한 방법으로 달성가능하다.
일 실시형태에서, 스토퍼는 제 1 접촉면을 가지며, 제 2 전기자 부분은 제 2 접촉면을 갖는다. 제 1 접촉면은 전기자를 향하고, 제 2 접촉면은 제 1 접촉면을 향한다. 스토퍼가 제 2 전기자 부분의 축방향 이동을 정지시키면, 제 2 접촉면은 제 1 접촉면과 접촉한다. 스토퍼의 제 1 접촉면은 전기자의 제 2 접촉 면적보다 더 작은 면적을 갖는다. 이러한 방식으로, 제 2 전기자 부분과 폴 요소 사이의 분리는 용이해질 수 있다. 스토퍼와 전기자 사이의 유효 접촉 면적은 기껏해야 제 1 접촉면의 면적만큼 크다. 이 유리한 실시형태는 폴 요소와 전기자의 분리가 두 부품을 점착에 의해 일시적으로 결합시키는 소위 "부착 효과(sticking-effect)"에 의해 저해될 수 있는 문제를 해결한다. 자기장의 완전한 소거조차도 분리 과정을 촉진하지는 않을 것이다. 따라서 연료 분사의 종료는 의도치 않게 지연될 수 있다. 유효 접촉 면적이 작을수록, 전기자와 폴 요소는 더 빨리 분리될 수 있다. 따라서 노즐 오리피스의 폐쇄 시간과 그에 따른 연료 분사의 종료는 특히 정확하게 결정될 수 있다.
바람직하게는, 밸브 니들은 제 1 전기자 부분의 영역에 협착부가 형성된다. 이것은 또한 밸브 니들이 제 1 밸브 니들 부분 부근에서 제 2 밸브 니들 부분에 협착부를 갖는다는 것을 의미한다.
일 실시형태에서, 연료 분사 밸브는 폴 요소로부터 멀어지게 제 2 전기자 부분을 편향시키기 위한 제 2 스프링 요소를 포함한다. 제 2 스프링 요소는 특히 제 2 전기자 부분 또는 제 1 및 제 2 전기자 부분의 위치를 각각 고정시키는데, 그렇지 않을 경우 자기 코일이 통전되지 않는 동안에 니들축을 따라 이동할 수 있다. 유리하게, 전기자의 축방향 이동의 제 1 기간 동안 제 2 전기자 부분의 재현가능한 자유 리프트는 이러한 방식으로 달성가능하다.
일 실시형태에서, 제 2 스프링 요소는 전기자와 폴 요소 사이에 배치된다. 일 개선안에서, 제 2 스프링 요소는 폴 요소 상의 스프링 시트와 제 1 전기자 부분 상의 스프링 시트 사이에서 연장된다. 이 경우, 제 2 스프링 요소는 폴 요소로부터 멀어지는 축방향으로 제 1 전기자 부분을 편향시키도록 작동가능하다. 제 1 전기자 부분은 편리하게는 폴 요소로부터 멀어지게 제 2 전기자 부분을 편향시키기 위해 제 2 스프링 요소의 스프링력을 제 2 전기자 부분에 전달하도록 작동가능하다. 이러한 방식으로, 결합 - 특히 형상 끼워맞춤 결합 - 이 제 2 스프링 요소에 의해 제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분 사이에 설정될 수 있다. 바람직하게는, 제 2 스프링 요소는 전기자의 축방향 이동의 제 1 및 제 2 이동 기간 동안 제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분 사이에 상기 결합을 확보한다.
컴팩트한 구조를 실현하기 위해서, 폴 요소 및/또는 제 1 전기자 부분은 일 실시형태에서 제 2 스프링 요소를 위한 리세스를 포함할 수 있다. 다른 유리한 실시형태에서, 제 2 스프링 요소는 물결 와셔(undulated washer) 또는 웨이브 스프링으로 구성된다. 이것은 이러한 스프링 형상이 동적 부하 하에서 특히 긴 수명을 가지며, 또한 적은 공간 요건을 가지면서도 이러한 스프링 형상이 큰 힘을 흡수할 수 있다는 점에서 유리하다.
연료 분사 밸브의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 제 1 전기자 부분은 제 2 전기자 부분의 리세스에 완전히 배치될 수 있다. 제 2 전기자 부분은 축방향 및 반경방향으로 제 1 전기자 부분을 둘러싸고 있다. 따라서 제 2 전기자는 바람직하게는 제 1 전기자 부분보다 더 크고 더 무겁다. 제 1 전기자 부분은 전기자의 축방향 이동의 제 3 기간 동안 밸브 니들을 이동시키기 위한 필수 자기력이 제 1 전기자 부분 단독으로 달성될 수 있도록 편리하게 구성된다. 따라서 스토퍼에 의해 제 2 전기자 부분을 정지시키는 것이 유리하다.
연료 분사 밸브의 또 다른 실시형태에서, 제 2 스프링 요소가 제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분 사이에 제공된다. 바람직하게는, 제 1 전기자 부분은 이 실시형태에서 밸브 니들에 고정되거나 밸브 니들과 일체이다. 제 2 스프링 요소는 특히 축방향과 반대 방향으로 제 1 및 제 2 전기자 부분을 편향시키도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 자기 코일이 통전되지 않고 밸브 니들이 폐쇄 위치에 있을 때, 전기자 부분들은 서로 접촉하지 않는다. 이것은 전기자의 축방향 이동의 제 1 기간 동안, 단지 제 2 전기자 부분만이 이동해야 하는 것을 의미한다. 그래서 자기장을 일으키기 위한 에너지는 제 1 기간에서 감소될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 스프링 요소의 스프링 상수는 밸브 니들 상의 유압력과 제 1 스프링 요소의 스프링력의 합이 밸브 니들이 폐쇄 위치에 있을 때 제 2 스프링 요소의 스프링력과 제 1 전기자 부분 상의 자기력의 합보다 더 크도록 설정된다. 이러한 방식으로, 밸브 니들은 유리하게도 전기자의 축방향 이동의 제 1 이동 동안 폐쇄 위치에 유지된다. 또한 제 2 스프링의 스프링 상수는 바람직하게는 제 2 스프링 요소의 스프링력과 제 1 전기자 부분 상의 자기력의 합이 축방향 이동의 제 3 기간 동안 제 1 스프링 요소의 스프링력보다 더 크도록 설정된다.
일 개선안에서, 제 2 스프링 요소는 제 1 전기자 부분 또는 제 2 전기자 부분에 제공되는 리세스에 수용된다. 예를 들면, 그것은 제 1 전기자 부분이 배치되는 제 2 전기자 부분의 리세스의 연장부에 배치된다. 이 실시형태로, 선형 성능과 컴팩트한 디자인을 갖는 연료 분사 밸브가 간단한 방법으로 제공된다.
제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분 사이에 충격 마모를 회피하기 위해서, 비자성(non-magnetic) 수단이 제 1 전기자 부분과 제 2 전기자 부분 사이에 제공될 수 있다. 유리하게는, 비자성 수단이 비자성 링일 수 있다. 이것은 비자성 수단이 환형으로 형성되는 것을 의미한다. 따라서 그것은 저비용으로 제조될 수 있다.
다른 이점들, 본 발명의 특징들과 세부사항들은 바람직한 예시 실시형태에 대한 다음 설명뿐만 아니라 도면들로부터 도출될 수 있다. 설명에서 앞서 언급된 특징들 및 특징의 조합들뿐만 아니라 도면들에 대한 다음 설명에서 언급될 및/또는 도면에 단독으로 도시된 특징들 및 특징의 조합들은 각각의 표시된 조합뿐만 아니라 다른 조합들에도 적용가능하고 또는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 분리된다. 명확성을 위해, 단지 이러한 특징들만이 도면에서 참조 부호에 의해 식별되며, 이것은 도면의 상응하는 설명에 유용하다. 따라서 항목들은 그것들의 할당(assignment)을 잃지 않고, 모든 도면을 통해 그 참조 부호에 의해 식별될 필요는 없다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 개선된 선형성을 갖게 된다.
도면에서:
도 1은 연료 분사 밸브의 제 1 예시 실시형태의 컷아웃(cut-out)의 종단면도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 연료 분사 밸브의 연료 분사 곡선의 연료-시간 다이어그램이며,
도 3은 종래 기술에 따른 연료 분사 밸브의 예시적인 리프트 곡성의 리프트-시간 다이어그램이고,
도 4는 도 1의 연료 분사 밸브의 컷아웃의 종단면도로서, 전기자가 제 1 위치를 가지며,
도 5는 시간에 따라 제 1 실시형태에 따른 연료 분사 밸브의 밸브 니들의 리프트를 보여주는 다이어그램으로서, 도 4에 도시된 전기자의 제 1 위치에 대응하는 제 1 시간이 표시되고,
도 6은 도 1에 대응하는 연료 분사 밸브의 컷아웃의 종단면도로서, 전기자가 두 번째 위치에 있으며,
도 7은 도 5의 것에 대응하는 리프트-시간 다이어그램이나, 도 6에 도시된 관련 전기자의 제 2 위치에 대응하는 제 2 시간이 표시되고,
도 8은 도 1에 대응하는 연료 분사 밸브의 컷아웃의 종단면도로서, 전기자가 제 3 위치에 있으며,
도 9는 도 5의 것에 대응하는 리프트-시간 다이어그램이나, 도 8에 도시된 전기자의 제 3 위치에 대응하는 제 3 시간이 표시되고,
도 10은 도 1에 대응하는 연료 분사 밸브의 컷아웃의 종단면도로서, 전기자가 제 4 위치에 있으며,
도 11은 연료 분사 밸브의 제 2 예시 실시형태의 개략적인 종단면도이고,
도 12는 연료 분사 밸브의 제 3 예시 실시형태의 개략적인 종단면도이며,
도 13은 도 11에 관한 연료 분사 밸브의 개략적인 종단면도로서, 전기자가 제 1 시간의 위치에 있고,
도 14는 도 11에 관한 연료 분사 밸브의 개략적인 종단면도로서, 전기자가 제 2 시간의 위치에 있으며,
도 15는 도 11에 관한 연료 분사 밸브의 개략적인 종단면도로서, 전기자가 제 3 시간의 위치에 있고, 그리고
도 16은 도 11에 관한 연료 분사 밸브의 개략적인 종단면도로서, 전기자가 제 4 시간의 위치에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내연 기관을 위한 연료 분사 장치의 연료 분사 밸브(1)의 제 1 예시 실시형태를 도시한다. 연료 분사 밸브(1)는 니들축(4)을 갖는 밸브 니들(3)이 이동가능하게 배치되는 하우징(2)을 포함한다. 밸브 니들축(4)은 또한 하우징(2)의 중앙 종축이다.
밸브 니들(3)은 중공의 원통 형상이며, 제 1 밸브 니들 부분(5)과 제 1 밸브 니들 부분(5)의 하류에 제 2 밸브 니들 부분(6)을 갖는다. 제 1 밸브 니들 부분(5)이 제 2 밸브 니들 부분(6)에 인접하여 배치되는 지지 영역(7)을 갖도록 제 1 밸브 니들 부분(5)은 제 2 밸브 니들 부분(6)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는다. 예를 들어, 제 1 밸브 니들 부분(5)은 밸브 니들(3)의 샤프트에 고정되고, 샤프트 주위를 원주상으로 연장하는 리테이너 요소(32)를 포함한다. 대안으로, 제 1 밸브 니들 부분은 밸브 니들의 샤프트와 통합적으로 형성되는 칼라를 포함할 수 있다.
연료 분사 밸브(1)는 또한 제 1 밸브 니들 부분(5)의 영역에 배치될 수 있는 제 1 스프링 요소(8)를 포함한다. 특히, 제 1 밸브 니들 부분(5)은 바람직하게는 제 2 밸브 니들 부분으로부터 이격된, 즉 지지 영역(7)으로부터 이격된 그것의 측면에 제 1 스프링 요소를 위한 스프링 시트를 포함한다. 제 1 교정 스프링(first calibration spring)(8)을 위한 제 2 스프링 시트를 갖는 교정 요소(9)가 제 1 밸브 니들 부분(5)의 반대편에 배치되어, 제 1 스프링 요소(8)가 제 1 밸브 니들 부분(5)과 교정 요소(9) 사이에서 탄성적으로 이동가능하다. 교정 요소(9)는 예를 들어 마찰 끼워맞춤(friction fit)에 의해 연료 분사 밸브(1)의 작동 동안 하우징에 대해 위치 고정된다.
폴 요소(pole element)(10)는 하우징(2)에 이동불가능하게 배치된다. 제 1 스프링 요소(8)와 제 1 밸브 니들 부분(5)은 폴 요소(10)의 중앙 캐비티에 배치된다.
하우징(2)에 인접하여, 자기 코일(11)이 폴 요소(10)의 영역에 배치된다. 자기 코일(11)은 전류가 자기 코일(11)에 인가될 때 자기장을 생성하도록 작동가능하다.
적어도 부분적으로 제 2 밸브 니들 부분(6)을 측방향으로 둘러싸는 전기자(12)는 하우징(2)에서 니들축(4)을 따라서 이동가능하게 배치된다. 전기자(12)는 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14)의 두 부분을 포함한다. 제 1 전기자 부분(13)은 제 2 전기자 부분(14)의 제 1 리세스(15)에 완전히 수용될 수 있다.
교정 요소(9)를 향하는 방향으로 밸브 니들(3)에 대한 제 1 전기자 부분(13)의 축방향 변위는 제 1 밸브 니들 부분(5)에 의해, 특히 지지 영역(7)과 제 1 전기자 부분(13) 사이의 형상 끼워맞춤 결합(form-fit engagement)에 의해 제한된다. 교정 요소(9)로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들(3)에 대한 제 2 전기자 부분(14)의 축방향 변위는 제 1 밸브 니들 부분(5)로부터 이격된 전기자(12)의 측면 상에서 밸브 니들(3)에 고정되는 디스크 요소(31)에 의해 제한된다.
제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14)은 서로 측방향으로 중첩되고, 두 전기자 부분들(13, 14)의 축방향 변위는 그에 따라 양 축방향으로 제한된다. 예를 들어, 제 1 리세스(15)는 그것의 제 1 밸브 니들 부분(5)을 향하는 측면으로부터 제 2 전기자 부분(14) 내로 연장된다.
밸브 니들(3)은 제 1 밸브 니들 부분(5)과 제 2 밸브 니들 부분(6)의 계면 영역에 협착부가 형성된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 특히 유압적 부착 효과(sticking effect)를 감소시킴으로 제 1 전기자 부분(13)과 지지 영역(7) 사이에 형상 끼워맞춤 연결의 신속한 설정 및 해제를 용이하게 하기 위해서 링 형상의 유체 저장소가 형성될 수 있다.
밸브 니들(3)은 연료 분사 밸브(1)의 (도면에 도시되지 않은) 노즐 오리피스를 밀봉하기 위해 제 1 스프링 요소(8)에 의해 폐쇄 위치를 향해 편향된다. 바람직하게는, - 제 1 밸브 니들 부분(5)의 반대측의 밸브 니들(3)의 축단부에 배치되는 - 밸브 니들(3)의 밀봉 요소는 밸브 니들(3)이 폐쇄 위치에 있을 때 연료 분사 밸브(1)의 밸브 시트 상에 휴지한다.
연료 분사 밸브(1)는 일 측면 상에서는 폴 요소(10)에 대해 그리고 축방향으로 반대 측면 상에서는 전기자(12)에 대해 착석되는 제 2 스프링 요소(16)를 갖는다. 제 2 스프링 요소(16)는 밸브 니들(3)을 둘러싸고 폴 요소(10)와 제 1 전기자 부분(13) 사이에서 하우징(2)에 배치된다. 제 2 스프링 요소는 제 1 전기자 부분(13)을 폴 요소(10)로부터 멀어지는 축방향으로 제 2 전기자 부분(14)의 제 1 리세스(15) 내로 편향시킨다.
제 2 스프링 요소(16)는 제 1 전기자 부분(13)과 폴 요소(10) 사이에 배치된다. 폴 요소(10)는 제 2 스프링 요소(16)를 수용하기 위한 제 3 리세스(22)를 제공한다. 스프링 요소(16)는 작은 설치 공간이 필요한 반면 고용량을 갖기 위해 물결 와셔(undulated washer)로서 구성된다.
폴 요소(10)와 전기자(12)는 코일(11)에 의해 생성된 자기장을 안내하기 위한 고정 코어 및 가동 코어를 각각 나타낸다. 자기 코일(11)에 의한 자기장의 발생 시, 전기자(12)는 아래에서 더 세부화되는 방식으로 그것의 자화성(magnetizability) 때문에 폴 요소(10)를 향하는 방향으로 이동한다. 지지 영역(7)에서 전기자(12)와 밸브 니들(3) 사이에 형상 끼워맞춤 결합으로 인해, 전기자(12)는 그것과 함께 밸브 니들(3)을 교정 요소(9)의 방향으로 축방향으로 이동시키고, 그에 따라 제 1 스프링 요소(8)를 압축한다.
이러한 이동은 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키고, 따라서 연료가 이를 통해 특히 고압에서 하우징(2)로부터 분배되는 연료 분사 밸브(1)의 노즐 오리피스의 개방을 야기한다.
노즐 오리피스의 개방이 극히 짧은 시간에 실현될 수 없기 때문에, 개방은 다양한 시간 기간으로 분할될 수 있다.
도 2는 한 번의 분사 이벤트를 위한 종래 기술에 따른 연료 분사 밸브의 연료 분사 곡선의 연료-시간 다이어그램을 나타낸다. 제 1 시간 기간에서, 분배된 연료 유동(f)의 곡선은 제 2 기간에서보다 더 높은 기울기를 갖는다. 제 1 기간에서 이러한 기울기는 감소해야 한다; 이것은 최선의 경우 양 기간에서 기울기가 동일해야 한다는 것을 의미한다. 이것은 내연 기관의 엔진 성능과 관련하여 매우 중요하고, 또한 내용 기관의 제어 유닛의 제어 특성을 위해 매우 중요하다.
도 3은 한 번의 분사 이벤트를 위한 종래 기술에 따른 연료 분사 밸브의 예시적인 리프트 곡선의 리프트-시간 다이어그램을 나타낸다. 연료 분사 과정의 제 1 단계에서 더 높은 자기력이 제 1 단계에 이어지는 제 2 단계에서보다 필요하다. 이러한 맥락에서 표시된 다이어그램에서 모든 유닛들은 임의적이라는 것에 주목해야 한다.
제 1 예시 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(1)의 기능은 아래에서 상세하게 설명된다.
제 1 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(1)의 설명을 위해, 밸브 니들(3)에 대한 전기자(12)의 여러 가지 위치가 다음의 도 4, 6, 8, 및 10에 제공될 것이다. 더 나은 이해를 위해, 시간(t)에 따른 밸브 니들(3)의 니들 리프트(h)의 대체로 동일한 다이어그램들이 밸브 니들(3)의 각 위치가 마름모꼴 기호에 의해 니들 리프트-시간 곡선 상에 표시되는 대응하는 도 5, 7, 및 9에 도시된다.
도 4는 연료 분사 밸브의 폐쇄된 구성을 도시한다. 도 4는 도 1에 대응하는 연료 분사 밸브의 컷아웃(cut-out)의 종단면도이다. 이 시간(t1)에서는 개시되는 밸브 니들(3)의 이동이 없어서, 도 5의 대응하는 다이어그램에서 리프트(h1)는 0 값을 갖는다.
폐쇄된 구성에서는, 자기 코일(11)이 통전되지 않고 밸브 니들(3)은 제 1 스프링 요소(8)의 편향에 의해 노즐 오리피스를 밀봉하기 위해서 그것의 폐쇄 위치 내로 가압된다. 제 2 전기자 부분(14)이 디스크 요소(31)에 대해 차례로 가압되도록 제 2 스프링 요소(16)는 제 1 전기자 부분(13)을 지지 영역(7)로부터 멀어지게 제 1 리세스(15) 내로 그리고 제 1 리세스(15)의 저부에서 제 2 전기자 부분(14)과 접촉하게 가압한다.
이러한 방식으로, 제 1 간극 높이(L1)를 갖는 제 1 간극(S1)이 지지 영역(7)과 제 1 전기자 부분(13) 사이에 형성된다. 또한 제 2 간극(S2)이 폴 요소(10)와 제 1 전기자 부분(13) 사이에 형성된다. 제 2 간극의 높이는 L1+L2의 값을 갖고, 여기서 높이(L2)는 밸브 니들(3)의 최대 니들 리프트(hmax)에 대응한다.
노즐 오리피스를 개봉하기 위해서, 자기 코일(11)이 폴 요소(10)를 향하는 전기자(12)의 축방향 이동을 일으키기 위해 자기장을 생성하도록 통전된다.
자기장에 의해, 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14)은 폴 요소(10)에 의해 끌어당겨진다. 따라서 전기자(12)의 축방향 이동의 제 1 기간에서는, 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14)은 제 2 스프링 요소(16)의 편향에 대해 폴 요소(10)를 향해 - 폐쇄 위치에 유지된 - 밸브 니들(3)에 대해 그리고 하우징(2)에 대해 축방향으로 변위된다. 이러한 편향에 의해, 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14) 사이에 형상 끼워맞춤 결합이 축방향 이동의 제 1 기간 동안 내내 유지된다.
형상 끼워맞춤 결합이 지지 영역(7)과 제 1 전기자 부분(13) 사이에 설정되도록 제 1 간극(S1)이 폐쇄되면, 제 1 기간은 제 2 시간(t2)에서 종료된다; 도 6 및 도 7 참조. 제 2 시간(t2)에서 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14)이 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해서 밸브 니들과 결합 상태에 있도록 제 2 스프링 요소(16)는 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14) 사이에 접촉을 여전히 유지한다. 보다 구체적으로, 제 1 전기자 부분(13)은 제 1 밸브 니들 부분(5)과의 형상 끼워맞춤 결합을 통해 축방향 힘을 밸브 니들에 전달하도록 작동가능하고, 제 2 전기자 부분(14)은 그것의 제 1 전기자 부분(13)과의 형상 끼워맞춤 결합에 의해 축방향 힘을 밸브 니들(3)에 전달하도록 작동가능하다.
시간(t2)에서, 밸브 니들(3)은 여전히 리프팅되지 않는다. 그래서 이 시간(t2)에서 니들 리프트(h2)는 또한 0 값을 갖는다. 그러나 제 1 기간에 후속하는 그리고 시간(t2)로 시작하는 전기자(12)의 축방향 이동의 제 2 기간 동안, 밸브 니들(3)은 제 2 기간의 말미에 제 3 니들 리프트(h3)에 대응하는 위치로 전기자(12)에 의해 축방향으로 변위된다; 도 9 참조. 전기자(12)와 밸브 니들(3)의 해당 위치는 도 8에 나타나 있다. 제 2 기간 동안, 제 1 전기자 부분(13), 제 2 전기자 부분(14) 및 밸브 니들(3)은 - 밸브 니들(3)과 제 1 전기자 부분(13) 사이 그리고 제 1 및 제 2 전기자 부분(13, 14) 사이의 형상 끼워맞춤 연결에 의해 - 서로에게 위치 고정되고, 하우징(2)에 대해 축방향으로 이동한다.
제 2 기간의 말미에, 제 2 전기자 부분(14)는 폴 요소(10) 상에 제공된 스토퍼와 접촉하게 된다. 제 2 전기자 부분(14)과 스토퍼(17) 사이의 접촉이 시간(t3)에서 이루어지면, 리프트(h3)에 도달한다.
스토퍼(17)는 폴 요소(10)과 전기자(12) 사이에 제공된다. 스토퍼(17)는 폴 요소(10)의 단부면(18)에 고정되는데, 단부면(18)은 전기자(12)를 향하고 있어 폴 요소(10)를 향하는 제 2 전기자 부분(14)의 축방향 이동이 제한된다. 스토퍼(17)는 폴 요소(10)와 통합적으로, 즉 폴 요소(10)와 일체로 제조될 수 있다. 대안으로, 스토퍼(17)는 또한 단일 부품으로 제조될 수 있으며, 형상 끼워맞춤(form-fit), 압력 끼워맞춤(force-fit) 또는 재료 접경 방식(materially bounded way)으로 폴 요소(10)에 고정될 수 있어 폴 요소(10)에서 스토퍼(17)의 위치가 고정된다.
스토퍼(17)는 이 예시 실시형태에서 환형으로 형성된다. 그것은 뿐만 아니라 다른 형상들, 예를 들어 사각형 또는 타원형도 가질 수 있다. 스토퍼(17)는 또한 섹션으로, 예를 들어 원에 의한 세그먼트 형태로 형성될 수 있다.
스토퍼(17)는 오직 제 2 전기자 부분(14)의 이동만을 제한해야 하므로, 그것은 제 2 전기자 부분(14)의 영역에 제공된다. 환언하면, 스토퍼(17)는 오로지 제 2 전기자 부분(14)만이 도달하도록 구성된 이 영역에서 폴 요소(10)에 고정된다. 다르게 말하면, 스토퍼(17)는 제 2 전기자 부분(14)과 측방향으로 중첩한다. 그것은 제 1 전기자 부분이 스토퍼(17)와 축방향으로 중첩하도록 니들축(4)을 따라서 위에서 봤을 때 제 1 전기자 부분을 노출시킨다.
제 2 전기자 부분(14)의 제 2 접촉면(21)이 스토퍼(17)의 제 1 접촉면(20)에 닿자마자 밸브 니들(3)의 리프트(h3)에 도달한다. 제 1 접촉면(20)은 제 2 접촉면(21)을 마주한다.
제 1 접촉면(20)은 제 2 접촉면(21)보다 더 작은 면적을 가지므로 두 표면의 분리는 그것들이 동일 치수를 갖는 경우보다 더 빠를 것이다.
제 2 전기자 부분(14)이 스토퍼(17)와 접촉하게 되는 시간(t3)은 탄도 단계(ballistic phase)의 말미에 대응한다. 이때부터는 밸브 니들(3)을 최대 리프트(hmax) 내로 이동시키기 위해 또는 해당 위치에 그것을 유지하기 위해 더 낮은 자기력이 필요하다.
그 결과, 제 2 기간에 후속하는 전기자(12)의 축방향 이동의 제 3 기간 동안, 제 1 전기자 부분(13)이 폴 요소(10)와 접촉하게 됨으로써 정지될 때까지 오직 제 1 전기자 부분(13)만이 폴 요소(10)를 향해 더 이동한다; 도 10 참조.
제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14) 사이의 형상 끼워맞춤 결합이 제 2 기간의 말미에 해제되기 때문에, 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 더 멀어지게 이동시키기 위해서 오직 제 1 전기자 부분(13)만이 제 3 기간 동안 축방향을 향하는 힘이 밸브 니들(3)로 전달되도록 작동가능하다. 제 1 및 제 2 스프링 요소(8, 16)의 스프링력과의 힘균형으로 인해, 밸브 니들(3)의 속도는 제 3 기간에 감소될 수 있다.
일 실시형태에서, 자기 코일(11)의 통전은 제 3 기간 동안 차단될 수 있다. 이때 존재하는 자기장과 관성은 밸브 니들(3)을 리프팅하기 위한 제 1 전기자 부분(13)의 추가 이동을 가능하게 한다.
제 2 전기자 부분(14)이 스토퍼(17)와 이미 접촉 상태에 있을 때 제 1 전기자 부분(13)의 추가 축방향 이동을 가능하게 하기 위해서, 폴 요소(10)의 제 2 리세스(19)가 제공될 수 있다. 제 1 전기자 부분(13)은 적어도 전기자(12)의 축방향 이동의 제 3 기간의 말미에 제 2 리세스(19)에 부분적으로 배치될 수 있다. 리세스(19)는 편리하게는 스토퍼(17)에 의해 정의될 수 있다.
이상적으로는, 제 2 리세스(19)가 제 1 전기자 부분(13)의 표면 윤곽과 상보적으로 형성된다. 제 2 리세스(19)는 리프트(h3)에 기초하여 밸브 니들(3)의 최대 리프트(hmax)가 달성되도록 충분히 깊은 깊이를 제공한다.
환언하면, 이것은 제 2 전기자 부분(14)로부터 분리되어 제 1 전기자 부분(13)이 제 3 리프트(h3)에 기초하여 밸브 니들(3)을 최대 리프트(hmax)까지 리프팅하도록 힘을 생성하는 것을 의미한다. 밸브 니들(3)의 리프트 또는 밸브 니들(3)과 전기자(12)의 이동 각각은 언제나 연료 분사 밸브 축(25)에 대응하는 밸브 니들축(4)을 따르는 축방향 이동이다.
제 1 전기자 부분(13)의 축방향 이동은 폴 요소(10)의 제 1 접촉 영역(26)과 제 1 전기자 부분(13)의 제 2 접촉 영역(27) 사이의 접촉이 이루어졌을 때 종료된다.
연료 분사 밸브의 폐쇄를 위해서, 자기 코일(11)이 통전되지 않는다. 따라서 제 1 전기자 부분(13)은 더 이상 폴 요소(10)와 접촉을 유지하지 않는다. 제 1 스프링 요소(8)의 힘으로 인해, 밸브 니들(3)은 그것을 폐쇄하기 위해 노즐 오리피스에 대해 가압될 것이고, 지지 영역(7)에서 형상 끼워맞춤 결합에 의해 그것과 함께 제 1 전기자 부분(13)을 폴 요소(10)로부터 멀어지게 가져간다. 제 1 전기자 부분(13)은 또한 제 2 스프링 요소(16)에 의해 동일한 방향으로 편향된다. 밸브 니들이 위치(h3)에 도달했을 때, 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14)은 다시 제 1 리세스(15)의 저부에서 형상 끼워맞춤 결합 상태로 들어간다. 이어서, 두 부분들은 밸브 니들(3)과 함께 폴 요소(10)로부터 멀어지게 축방향으로 이동한다.
밸브 니들(3)이 폐쇄 위치에 도달하면, 그것은 정지하고, 제 1 전기자 부분(13)과의 형상 끼워맞춤 결합은 해제된다. 제 2 스프링 요소(16)에 의해 구동되어, 밸브 니들(3)이 폐쇄 위치에 도달했을 때 제 2 전기자 부분이 디스크 요소(31)에 부딪히고 초기 폐쇄 구성이 복원될 때까지 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14)은 폴 요소(10)로부터 멀어지게 이동을 계속한다.
도 11은 연료 분사 밸브의 제 2 예시 실시형태를 밸브 일부의 개략적인 종단면도로 도시한다. 도 13 내지 도 16은 제2 예시 실시형태에 따른 연료 분사 밸브를 한 번의 분사 이벤트의 다양한 단계들의 개략적인 종단면도들로 도시한다. 단순함을 위해, 니들축(4)의 우측 상의 밸브의 일부만이 이러한 도면들에 도시되어 있다.
제 1 실시형태와 대조적으로, 제 2 스프링 요소(16)는 제 2 실시형태에서 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14) 사이에 배치된다. 웨이브 스프링인 제 2 스프링 요소(16)는 제 2 전기자 부분(14)의 제 4 리세스(29)에 수용된다. 제 4 리세스(29)는 제 1 전기자 부분(13)이 수용되는 제 1 리세스(15)의 저부로부터 제 2 전기자 부분(14) 내로 축방향으로 연장된다. 제 4 리세스(29)는 대안적으로 제 1 전기자 부분(13)에 제공될 수 있다.
폐쇄 위치에서는(도 13 참조), 제 1 전기자 부분(13)이 제 1 밸브 니들 부분(5)의 지지 영역(7)과 접경하고 제 2 전기자 부분(14)이 디스크 요소(31)와 접촉하도록 제 2 스프링 요소(16)가 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14)을 서로로부터 축방향으로 멀어지게 편향시킨다. 이러한 방식으로, 제 1 간극(S1)이 제 1 및 제 2 전기자 부분들(13, 14) 사이에 설정된다. 제 1 간극은 제 2 전기자 부분(14)의 자유 리프트에 대응하는 높이(L1)를 갖는다. 제 1 전기자 부분(13)은 밸브 니들(3)에, 특히 니들 리테이너(32)에 고정 또는 고정되지 않을 수 있다.
연료에 의해 생성되는 유압 부하와 제 1 스프링 요소(8)의 스프링력만이 폐쇄 위치에 밸브 니들(3)을 유지하기 위해서 밸브 니들(3)과 제 1 전기자 부분(13) 상에 작용한다.
자기 코일(11)를 통전함으로써 자기장이 생성되면, 전기자(12)의 축방향 이동의 제 1 기간 동안, 제 2 전기자 부분(14)가 제 1 전기자 부분(13)에 닿을 때까지 자기력이 제 2 스프링 요소(16)의 스프링력에 대항하여 폴 요소(10)를 향하여 제 2 전기자 부분(14)을 위로 끌어당긴다; 도 14 참조. 이제 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14)은 제 1 기간의 말미에 접촉하게 된다. 그것의 제 1 간극 높이(L1)를 갖는 제 1 간극(S1)은 폐쇄된다. 이것은 소위 자유 리프트가 이동되는 것을 의미한다. 자유 리프트는 밸브 니들(3)을 리프팅하지 않고 제 2 전기자 부분(14)에 의해 행해져야 하는 리프트를 나타낸다.
제 1 실시형태와 대조적으로, 제 1 전기자 부분(13)은 제 1 기간 동안 이동하지 않는다. 제 1 스프링 요소(8)의 편향과 밸브 니들(3) 상의 유압력은 제 1 기간에서 제 1 전기자 부분(13)에 작용하는 자기력에 대항하여 제 1 전기자 부분(13)을 갖는 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치에서 휴지 상태로 유지한다.
제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14) 사이의 충돌 이후, 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14)은 제 2 기간 동안 밸브 니들(3)에 작용한다. 제 2 기간에서 밸브 니들(3)의 리프트와 그 결과 노즐 오리피트의 개방을 개시하는 자기력은 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14) 상의 자기력의 합이다. 그것은 제 1 스프링 요소(8)의 스프링력과 밸브 니들(3) 상의 유압 부하를 극복하기에 충분히 크다.
밸브 니들(3), 제 1 전기자 부분(13) 및 제 2 전기자 부분(14)은 폴 요소(10)를 향해 함께 이동하고, 제 2 기간 동안 서로에 대해 위치 고정을 유지한다. 제 2 기간의 말미에는 스토퍼(17)를 통한 폴 요소(10)와의 상호작용에 의해 정지된다; 도 15 참조. 본 실시형태에서, 폴 요소(10)와 제 2 전기자 부분(14) 사이의 스토퍼(17)는 폴 요소(10)를 향하는 제 2 전기자 부분(14)의 상부 부분으로 표시된다. 제 1 전기자 부분(13)이 그것이 배치되는 제 2 전기자 부분(14)의 제 1 리세스(15)의 저부와 접경할 때 상부 부분은 특히 제 1 전기자 부분(13)을 넘어 축방향으로 돌출된다. 제 1 실시형태와 반대로, 스토퍼는 본 실시형태에서 폴 요소(10)가 아니라 제 2 전기자 부분(14)에 고정된다.
제 2 전기자 부분(14)이 폴 요소(10)에서 정지되면, 제 2 전기자 부분(14)의 자기력은 더 이상 밸브 니들(3)에 작용하지 않는다. 따라서 제 2 전기자 부분(14)은 후속하는 제 3 기간 동안 밸브 니들(3)을 리프팅하는 것에 더 이상 기여하지 않는다. 제 1 전기자 부분(13)이 제 3 기간의 말미에 폴 요소(10)에 대해 바운스되면 노즐 오리피스의 개방 동안 밸브 니들(3)의 전체 니들 리프트(L2)에 도달한다; 도 16 참조.
도 12는 연료 분사 밸브의 제 3 예시 실시형태를 밸브의 컷아웃의 개략적인 종단면도로 도시한다. 제 3 예시 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(1)는 제 2 예시 실시형태의 것과 대체로 대응한다.
그러나 제 3 실시형태에 따르면, 비자성 요소(30)가 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14) 사이에 배치된다. 비자성 요소(30)는 특히 제 2 전기자 부분(14)의 제 1 리세스(15)의 저부로부터 제 1 전기자 부분(13)을 향해 축방향으로 돌출된다. 이러한 방식으로, 자기잔류작용(magnetic remanescence)으로 인한 두 전기자 부분들 간의 부착의 위험이 특히 작아진다.
비자성 요소(30)는 링 형상이다. 그것은 뿐만 아니라 다른 형상들, 예를 들어 사각형 또는 타원형도 가질 수 있다. 비자성 요소(30)는 또한 섹션으로, 예를 들어 원에 의한 세그먼트 형태로 형성될 수 있다.

Claims (15)

  1. - 하우징(2),
    - 하우징(2)에 이동가능하게 배치되는, 니들축(4)을 갖는 밸브 니들(3),
    - 연료 분사 밸브(1)의 노즐 오리피스를 밀봉하기 위해 폐쇄 위치를 향해 밸브 니들(3)을 편향시키기 위한 제 1 스프링 요소(8),
    - 니들축(4)을 따라서 이동가능하고, 밸브 니들(3)을 제 1 스프링 요소(8)의 편향에 대해 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해 밸브 니들(3)과 상호작용하도록 작동가능한 가동 전기자(12)로서, 전기자(12)는 제 1 전기자 부분(13) 및 제 2 전기자 부분(14)을 포함하고, 제 1 전기자 부분(13) 및 제 2 전기자 부분(14)은 적어도 적소에 밸브 니들(3)을 측방향으로 둘러싸는 가동 전기자(12),
    - 하우징(2)에 이동불가능하게 배치되고, 전기자(12)의 이동을 제한하도록 작동가능한 폴 요소(10), 및
    - 적어도 부분적으로 하우징(2)을 둘러싸고, 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해서 폴 요소(10)를 향해 전기자(12)의 축방향 이동을 일으키기 위한 자기장을 생성하도록 작동가능한 자기 코일(11)
    을 포함하는 내연 기관을 위한 연료 분사 밸브에 있어서,
    축방향 이동의 제 1 기간 동안, 밸브 니들(3)은 폐쇄 위치에 유지되는 반면 적어도 제 2 전기자 부분(14)은 밸브 니들(3)에 대해 축방향으로 변위되고, 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 멀어지게 변위시키기 위해서 제 2 전기자 부분(14)이 제 1 기간의 말미에 밸브 니들(3)과 결합되도록 작동가능하게 축방향 변위가 제한되며,
    축방향 이동의 후속하는 제 2 기간 동안, 제 1 전기자 부분(13), 제 2 전기자 부분(14), 및 밸브 니들(3)은 서로에 대해 위치 고정되고, 하우징(2)에 대해 축방향으로 이동하며, 그리고,
    제 2 전기자 부분(14)의 축방향 이동은 제 2 기간의 말미에 폴 요소(10)와의 상호작용에 의해 정지되어 이동의 후속하는 제 3 기간 동안 오직 제 1 전기자 부분(13)만이 밸브 니들(3)을 폐쇄 위치로부터 더 멀어지게 이동시키기 위해 폴 요소(10)를 향해 더 이동하고, 제 1 전기자 부분(13)의 축방향 이동은 제 3 기간의 말미에 폴 요소(10)와의 상호작용에 의해 후속하여 정지되는
    것을 특징으로 하는 내연 기관을 위한 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 전기자 부분(13)은 적어도 전기자(12)의 이동의 제 2 및 제 3 기간 동안 밸브 니들(3)에 견고히 고정되거나 밸브 니들(3)과 형상 끼워맞춤 결합 상태인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전기자(12)의 이동의 제 2 기간의 말미에 제 2 전기자 부분(14)의 축방향 이동을 정지시키기 위해 스토퍼(17)가 폴 요소(10)와 전기자(12) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    스토퍼(17)는 제 1 전기자 부분(13)을 둘러싸고 있고, 스토퍼(17)는 환형 형상인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 3 항에 있어서,
    스토퍼(17)는 전기자(12)를 향하는 제 1 접촉면(20)을 갖고, 제 2 전기자 부분(14)은 제 1 접촉면(20)을 향하고 스토퍼(17)가 제 2 전기자 부분(14)의 축방향 이동을 정지시킬 때 제 1 접촉면(20)과 접촉하는 제 2 접촉면(21)을 가지며, 제 1 접촉면(20)은 제 2 접촉면(21)보다 더 작은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    폴 요소(10)는 적어도 제 1 전기자 부분(13)의 일부를 수용하기 위해 리세스(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    밸브 니들(3)에는 협착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    전기자 부분들(13;, 14) 중 하나는 다른 전기자 부분(14;, 13)에 제공되는 리세스(15)에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 2 스프링 요소(16)는 제 2 전기자 부분(14)을 폴 요소(10)로부터 멀어지게 편향시키기 위해 하우징(2)에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 2 스프링 요소(16)는 전기자(12)와 폴 요소(10) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  11. 제 9 항에 있어서,
    폴 요소(10)는 제 2 스프링 요소(16)를 수용하기 위해 리세스(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  12. 제 9 항에 있어서,
    제 2 스프링 요소(16)는 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 2 스프링 요소(16)는 제 1 전기자 부분(13) 또는 제 2 전기자 부분(14)에 제공되는 리세스(29)에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  14. 제 9 항에 있어서,
    제 2 스프링 요소(16)는 물결 와셔 또는 웨이브 스프링인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  15. 제 12 항에 있어서,
    비자성 요소(30)가 제 1 전기자 부분(13)과 제 2 전기자 부분(14) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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