KR102332033B1 - 연료 분사기 - Google Patents

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KR102332033B1
KR102332033B1 KR1020150073268A KR20150073268A KR102332033B1 KR 102332033 B1 KR102332033 B1 KR 102332033B1 KR 1020150073268 A KR1020150073268 A KR 1020150073268A KR 20150073268 A KR20150073268 A KR 20150073268A KR 102332033 B1 KR102332033 B1 KR 102332033B1
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이바노 이쪼
마르코 메치
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

연료 분사기(100)가 개시된다. 연료 분사기는 밸브(120)를 개폐하기 위해 개방된 위치(140)와 폐쇄된 위치(145) 사이에서 길이방향 축(105)을 따라 이동가능한 니들(135)을 구비한 상기 밸브(120); 전기자(155)와 자극편(250)을 포함하는 액추에이터(125)로서, 상기 전기자(155)는 상기 니들(135)과 기계적으로 상호작용하며, 상기 전기자(155)가 상기 자극편(250) 쪽 축방향으로 움직이는 것에 의해 상기 니들(135)이 상기 개방된 위치(140) 쪽으로 이동되도록 축방향으로 이동가능하고 동작가능한, 상기 액추에이터(125); 및 상기 자극편(250)으로부터 멀어지는 축방향으로 상기 전기자(155)를 바이어스시키기 위한 제1 스프링(220)을 포함한다. 상기 제1 스프링(220)은 상기 니들(135)이 상기 개방된 위치(140)에 있을 때 스프링 힘에 의하여 상기 전기자(155)의 움직임을 정지시키도록 구성되고 동작가능하다.

Description

연료 분사기{FUEL INJECTOR}
본 발명은 연료 분사기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 자동차에서 연소 기관에 사용하기 위한 연료 분사기에 관한 것이다.
연소 기관에 연료를 분사하는 연료 분사기는 스프링의 힘에 대항하여 전기로 구동되는 액추에이터에 의하여 개방될 수 있는 밸브를 포함한다. 가솔린 또는 디젤과 같은 상이한 연료 유형을 위한 전자석 또는 압전 액추에이터, 디지털 또는 서보 모델 및 액추에이터를 포함하는 상이한 설계가 이 기술 분야에 알려져 있다.
US 2006/0255185 A1은 밸브가 니들(needle)을 포함하고 니들이 분사기의 노즐 방향으로 이동될 때 밸브가 개방되는 전자석 액추에이터를 구비한 연료 분사기를 개시한다.
분사기를 통해 주입되는 연료의 양은 일반적으로 액추에이터가 구동되는 시간에 의존한다. 구동되는 시간과 처리량 사이의 관계를 보여주는 흐름 곡선은 일반적으로 3개의 연속적인 영역을 구비한다. 매우 짧은 구동 시간은 니들이 완전히 개방되어 있지 않고 분사가 완전히 안정화되지 않은 비행 영역(ballistic area)과 관련된다. 그럼에도 불구하고, 흐름율은 일반적으로 반복가능하다. 구동 시간이 더 길어지면, 분사기는 비-선형 영역에 있게 된다. 이 영역에서는, 니들이 완전한 개방에 도달하지만 흐름 동력학은 분사기의 모든 부분(part)이 안정화될 만큼 충분한 시간이 없어서 안정화되어 있지 않다. 구동 시간이 훨씬 더 길면, 선형 영역에 진입하고, 여기서 니들은 완전히 개방된 위치에 도달하며, 흐름은 안정화되고 분사기의 모든 이동 부분들이 안정화된다.
비-선형 영역이 작으면 작을수록, 부분간 및 샷(shot)간 편차가 더 작아진다. 이상적인 흐름 곡선은 비행 영역과 선형 영역에서만 단조(monotonic) 함수이다.
니들이 개방 단계 동안 기계적으로 안정화되는 것을 도와주기 위해, 유압 댐프닝(dampening)을 제공하는 유압 댐프닝 영역이 예상될 수 있다. 그러나, 광범위한 댐프닝은 더 느린 개방 과도 현상(opening transient)을 초래하고 훨씬 더 느린 폐쇄 과도 현상(closing transient)을 초래하여, 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은 개선된 개폐 거동을 구비한 분사기를 제공하는 것이다. 본 발명은 제1항의 특징을 갖는 분사기를 통해 본 목적을 달성한다. 종속 청구항은 바람직한 실시예를 제공한다.
본 발명에 따라, 연료를 연소 기관에 분사하는 연료 분사기가 개시된다. 상기 연료 분사기는 밸브를 개폐하기 위해 개방된 위치와 폐쇄된 위치 사이에서 이동가능한 니들을 구비한 상기 밸브를 포함한다. 특히, 상기 니들은 길이방향 축을 따라 상기 개방된 위치와 상기 폐쇄된 위치 사이에서 이동가능하다. 상기 길이방향 축은 특히 상기 연료 분사기의 밸브 몸체의 길이방향 축이고, 상기 밸브 몸체는 특히 상기 니들이 왕복가능하게 변위가능한 방식으로 수용된 공동을 구비한다.
유리하게, 상기 니들은 밸브 시트(seat)와 상호 작용하며 니들이 상기 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 밸브를 폐쇄하고 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 개방된 위치로 축방향으로 변위할 때 상기 밸브를 개방하여, 특히 상기 분사기의 분사 개구를 통해 상기 공동으로부터 유체가 흐르도록 동작가능하다. 상기 니들이 상기 분사기의 노즐 단부로부터 멀어지게 이동될 때, 즉 특히 상기 분사 개구로부터 상기 밸브 몸체의 유체 입구 단부 쪽 방향으로 이동될 때 상기 니들은 상기 밸브를 개방하도록 구성되는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 분사기는 액추에이터를 포함한다. 특히 전자석 액추에이터인 액추에이터는, 전기자(armature)와 자극편(pole piece)을 포함한다. 상기 전기자는 특히 상기 밸브 몸체에 대해 축방향으로 이동가능하다. 이 전기자는 상기 니들과 기계적으로 상호작용하며 상기 전기자가 상기 자극편 쪽 축방향으로 움직이는 것에 의해 상기 니들이 개방된 위치 쪽으로 이동되도록 동작가능하다. 상기 전기자가 상기 자극편 쪽으로 움직이는 것은 특히 상기 액추에이터에 의해 생성된 전기자에 대한 자력에 의해, 바람직하게는 상기 액추에이터에 포함된 솔레노이드에 의해 수행된다.
나아가, 상기 분사기는 특히 축방향으로 상기 자극편으로부터 멀어지게 전기자를 바이어스시키는 제1 스프링을 포함한다. 상기 제1 스프링은 상기 니들이 상기 개방된 위치에 있을 때 상기 자극편 쪽으로 상기 전기자의 움직임을 정지시키도록 구성되고 동작가능하다. 특히, 상기 전기자는 상기 자극편 쪽으로 이동할 때 상기 제1 스프링을 압축하여 상기 자력을 보상하는 스프링 힘을 생성하도록 동작가능하다. 다시 말해, 상기 제1 스프링의 스프링 상수(spring rate), 즉 상기 제1 스프링의 강성(stiffness)은, 특히 상기 니들이 상기 개방된 위치에 있을 때 상기 전기자의 움직임이 상기 제1 스프링의 상기 스프링 힘에 의해 정지되도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 전기자는 상기 니들이 상기 개방된 위치에 있을 때 상기 자극편으로부터 멀리 이격된다. 특히, 상기 니들이 이 상황에서 상기 제1 스프링이 아니라 요소(element)와 형상 끼워맞춤(form-fit)으로 맞물리지 않는다. 다시 말해, 상기 제1 스프링이 없으면, 상기 니들이 상기 개방된 위치에 있을 때 상기 전기자는상기 자극편 쪽 축방향으로 더 변위될 수 있다.
따라서, 상기 니들이 상기 개방된 위치에 도달할 때, 상기 전기자는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자가 종종 "완전 정지(hard stop)"라고도 지칭하는 정지 장벽(stationary barrier)에 의해 정지되지 않고, 상기 제1 스프링의 탄성 힘에 의해 완충될 수 있다. 상기 폐쇄된 위치로부터 상기 개방된 위치로 및 상기 자극편 쪽으로 가는 길에 상기 전기자와 상기 니들의 움직임은 상기 제1 스프링에 의해 완만히 감속될 수 있어 상기 니들의 신속한 개방 움직임을 빠르고 반복적으로 안정화할 수 있다. 이것은 전술한 비-선형 영역을 감소시키는 것을 도와주어 더 넓은 범위의 분사 시간에 걸쳐 상기 연소 기관으로 분사된 연료의 양을 더 잘 제어할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 상기 전기자로부터 원격에 있는 상기 제1 스프링의 일 단부는 상기 자극편에 대해 위치적으로 고정된다. 대안적으로, 상기 전기자로부터 원격에 있는 상기 제1 스프링의 단부는 일 실시예에서, 상기 제1 스프링이 상기 자극편에 대해 축방향으로 이동가능하도록 상기 자극편에 대해 축방향으로 변위될 수 있다. 유리한 개선에서, 상기 제1 스프링은 상기 니들이 상기 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 자극편 쪽으로 축방향 유격(play)을 구비한다. 그리하여 상기 니들은 상기 제1 스프링의 압축이 시작되어 전기자를 감속시키기 전에 상기 전기자에 의해 신속히 가속될 수 있다. 그리하여 상기 밸브의 더 신속한 개방이 달성될 수 있다.
제1 스프링이 매우 가파른 스프링 특성을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제1 스프링의 강성이 높으면, 미리 결정된 길이에 걸쳐 이 스프링을 압축하는데 요구되는 힘이 매우 높은 것이 요구되고 상기 분사기에 있는 다른 스프링의 강성보다 1 또는 수 규모(several magnitude) 높을 수 있다. 따라서, 다른 실시예에 따라, 상기 니들이 상기 개방된 위치에 있을 때 상기 제1 스프링의 편향은 상기 유격에 비해 작다. 이를 통해, 상기 니들의 가속과 감속이 더 개선될 수 있다. 상기 니들과 그리하여 상기 밸브의 제어가 증대될 수 있다.
일 실시예에서 상기 전기자는 상기 밸브 니들에 대해 축방향으로 변위가능하다. 상기 전기자와 상기 니들 사이의 기계적인 상호작용을 가능하게 하기 위하여, 상기 니들은 상부 리테이너(retainer)를 구비한다. 상기 전기자는 특히 상기 니들을 상기 개방된 위치 쪽으로 이동시키기 위해 상부 리테이너와 형상 끼워맞춤 맞물림을 수립하도록 동작가능하다.
일 개선에서, 상기 분사기는 상기 상부 리테이너로부터 멀어지게 상기 전기자를 바이어스시키는 제2 스프링을 더 포함한다. 상기 제2 스프링은 전기자 리턴 스프링으로도 표시될 수 있다. 상기 제2 스프링을 바이어스시키는 것에 의해, 상기 형상 끼워맞춤 맞물림을 수립하기 위해 서로 인접한 상기 전기자와 상기 상부 리테이너의 표면들은 상기 액추에이터가 비활성화될 때 축방향으로 이격될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 전기자의 소위 자유 리프트(free lift) 또는 블라인드 리프트(blind lift)가 가능하다. 이것은 - 이미 가속된 - 전기자가 상기 상부 리테이너를 칠 때 상기 니들에 큰 초기 임펄스가 전달되는 것으로 인해 특히 높은 유체 압력으로 상기 니들을 개방시키게 한다. 유리하게는, 상기 제2 스프링은 상기 제1 스프링보다 더 연성(soft)이다. 예를 들어, 그 스프링 상수는 상기 제1 스프링의 스프링 상수보다 50% 이하, 특히 20% 이하, 예를 들어 10% 이하이다.
일 실시예에서, 상기 제1 스프링은 상기 니들에 대해 축방향으로 변위가능하다. 일 개선에서, 상기 제1 스프링은 상기 제2 스프링의 스프링 힘이 상기 제1 스프링을 통해 전기자로 전달되도록 상기 제2 스프링과 상기 전기자 사이에 축방향으로 배열된다. 유리하게, 상기 제2 스프링은 상기 자극편으로부터 멀어지게 상기 제1 스프링을 바이어스시키도록 더 동작가능하다. 이런 방식으로, 상기 제1 스프링의 위치는 상기 제1 스프링의 축방향 유격이 특히 잘 한정될 수 있도록 안정화된다. 상기 제1 경성(hard) 스프링과 상기 제2 연성 스프링을 조합하면, 상기 니들의 고속 가속과 신속한 감속이 달성될 수 있다. 상기 분사기의 흐름 곡선의 비-선형 영역이 이렇게 더 감소될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 니들이 상기 개방된 위치 쪽으로 이동될 때 간극이 감소되도록 상기 전기자는 간극에 의해 자극편으로부터 이격된다. 상기 간극은 연료로 충전된다. 특히 이 간극은 상기 밸브 몸체의 공동 내에 위치된다. 상기 간극은 상기 전기자의 움직임에 유압 댐프닝(dampening)을 제공하도록 형성되고 크기 정해진다.
이를 통해, 유압 댐프닝은 감속 공정에서 시간을 절감할 수 있게 한다. 상기 댐프닝은 상기 개방된 위치에서 니들의 설정 시간을 더 감소시킬 수 있게 한다. 상기 간극을 한정하는 표면들은 상기 댐프닝 효과가 다소 상당히 제어될 수 있도록 상대적으로 크도록 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상기 간극을 한정하는 상기 전기자와 상기 자극편의 대향하는 표면들은 상기 전기자가 상기 제1 스프링에 의해 정지될 때 - 바람직하게는 오버랩 영역 중 더 큰 부분에 걸쳐 여러 곳에서 또는, 특히 바람직하게는, 전체적으로 - 서로 이격된 채 유지된다. 이런 방식으로, 상기 액추에이터가 상기 전기자-니들 조립체의 폐쇄 움직임을 개시하기 위해 비활성화될 때 이들 2개의 표면들 사이에 유압 점착이 회피되거나 적어도 크게 감소된다. 이런 방식으로, 상기 니들의 특히 고속 폐쇄 과도 현상이 달성가능하다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1 스프링은 방사방향 개구를 갖는 중공 원통형 몸체, 즉 실린더 쉘(shell)을 포함한다. 일 실시예에서, 이 제1 스프링은 상기 실린더 쉘의 측벽을 통해 보어(bore)와 같은 복수의 방사방향 개구를 구비한다. 다른 실시예에서, 상기 개구는 나선형 또는 횡방향으로 이어질 수 있다. 예를 들어, 상기 방사방향 개구는 상기 실린더 쉘의 측벽을 통한 나선형 절단부이다. 이런 유형의 스프링은 극히 경성 스프링 특성을 구비할 수 있고 그리하여 상기 제1 스프링에 매우 적합할 수 있다. 이러한 유형의 스프링은 대체로 통상의 지식을 가진 자에게는 상표명 HELI-CAL으로 또는 독일 특허 63263, 독일 실용 신안 1783503 및 독일 특허 출원 DE 40 33 945 A1에 알려져 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 상기 니들을 상기 폐쇄된 위치 쪽으로 이동시키는 제3 스프링이 제공된다. 상기 제3 스프링은 교정 스프링으로도 표시될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제3 스프링은 상기 니들 쪽으로 유격이 없다. 일 실시예에서, 상기 제3 스프링은 상기 제2 스프링보다 더 경성이고 상기 제1 스프링보다 더 연성이다. 예를 들어, 상기 제3 스프링의 스프링 상수는 상기 제1 스프링의 스프링 상수의 최대 50%이고 상기 제2 스프링의 스프링 상수는 상기 제3 스프링의 스프링 상수의 최대 50%이다.
일 실시예에서, 상기 전기자와 상기 니들 각각으로부터 원격에 있는 상기 제1 및 제3 스프링의 단부는, 서로에 대해 축방향으로 이동가능한 분사기의 부분들과 각각 인접한다. 다시 말해, 상기 니들로부터 원격에 있는 상기 제3 스프링의 단부를 위한 스프링 시트는 상기 제3 스프링의 사전 부하(preload)를 교정하기 위해 상기 전기자로부터 원격에 있는 상기 제1 스프링의 단부를 위한 스프링 시트에 대해 축방향으로 이동가능하다. 예를 들어, 상기 제1 스프링의 상기 단부를 위한 스프링 시트는 상기 자극편의 개구에 억지 끼워맞춤되고 상기 제3 스프링의 상기 단부를 위한 스프링 시트는 상기 제1 스프링의 상기 단부를 위한 상기 스프링 시트의 개구에 억지 끼워맞춤된다.
그리하여 상기 니들이 상기 제1 스프링의 위치로부터 독립적으로 개방된 위치에 있을 때 상기 제3 스프링의 장력을 조절할 수 있다. 상기 장력을 조절하는 것에 의해, 상기 분사기를 통한 연료의 동적 흐름율이 교정될 수 있다. 동일하게 구성된 분사기의 부분들간 편차가 제조 공정 동안 또는 후에 보상될 수 있다.
발명의 다른 장점 및 유리한 실시예 및 개선은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다:
도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 분사기의 길이방향 단면도;
도 2 및 도 3은 도 1의 분사기의 확대 상세도;
도 4 내지 도 9는 다른 예시적인 실시예에 따른 분사기의 길이방향 단면도.
도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 연소 기관에 연료를 분사하는 분사기(100)의 길이방향 단면도이다.
분사기(100)는 길이방향 축(105), 노즐 단부(110) 및 대향된 공급 단부(115)를 구비하며, 노즐 단부와 공급 단부는 종종 연료 입구 단부와 연료 출구 단부라고도 각각 지칭된다. 분사기(100)는 밸브(120)와, 이 밸브(120)를 동작시키기 위한 액추에이터(125)를 포함한다. 액추에이터(125)는 커넥터(130)를 통해 전기 전력이 공급되는 전자석 액추에이터이다. 전기 에너지가 커넥터(130)에 공급되면, 연료는 공급 단부(115)로부터 밸브(120)를 통해 흐르고 노즐 단부(110)에서 분사기(100)로부터 분사된다.
도시된 실시예에서, 밸브(120)는 밸브(120)가 개방되어 있는 개방된 위치(140)와 연료가 밸브(120)를 통과할 수 없는 폐쇄된 위치(145) 사이에서 축(105)을 따라 이동가능한 니들(135)을 포함한다. 니들(135)은 밸브 몸체(122)의 공동에 수용되고 왕복 운동 방식으로 밸브 몸체(122)에 대해 축방향으로 변위가능하다. 니들(230)은 이하에서 제3 스프링(230)이라고도 지칭되는 교정 스프링에 의하여 폐쇄 위치(145) 쪽으로 바이어스된다.
도시된 실시예에서 액추에이터(125)는 솔레노이드(150), 자극편(250) 및 전기자(155)를 포함한다. 자극편(250)은 밸브 몸체(122)와 일체로 위치 고정된다. 전기자(155)는 자극편(250)에 대해 왕복 운동 방식으로 축방향으로 변위가능하다. 솔레노이드(150)가 활성화되면, 솔레노이드는 자극편(250)과 전기자(155)를 통해 자기 경로를 따라 연장되는 자기장을 생성하여 이에 의해 전기자(155)를 자극편(250) 쪽으로 끌어당기는 자력이 전기자(155)에 가해져서 전기자(155)가 축(105)을 따라 자극편(250) 쪽으로 이동될 수 있게 된다. 정지를 활성화할 때, 교정 스프링의 힘은 특히 니들(135)을 통해 기계적인 상호작용에 의해 전기자(155)를 반대 방향으로 바이어스시킬 수 있다. 니들(135)의 위치가 전기자(155)를 통해 액추에이터(125)에 의해 전기적으로 제어될 수 있도록 전기자(155)는 니들(135)과 기계적으로 결합된다. 솔레노이드(150)가 활성화될 때 니들(135)은 개방된 위치(140) 쪽으로 이동되고 솔레노이드(150)에 전류가 흐르지 않을 때 폐쇄된 위치(145) 쪽으로 이동되는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3은 도 1의 분사기(100)의 확대 상세를 도시한다. 니들(135)은 도시된 실시예에서 전기자(155)의 하부 위치와 관련된 폐쇄된 위치(145)에 있다.
니들(135)은 부싱(bushing)(205)과 상부 리테이너(210)를 포함한다. 부싱(205)은 니들(135)의 샤프트(202)에 부착되고 이 샤프트(202)의 일부분 주위 외주 방향으로 연장된다. 상부 리테이너(210)는 부싱(205)에 부착되고 부싱(205)의 일부분 주위 측방향으로 연장된다. 전기자(155)의 구획은 각각 부싱(205)과 상부 리테이너(210)의 축방향 표면들 사이에 놓여 있다.
여기서, 니들(135) 쪽 전기자(155)에 미리 결정된 유격(215)이 있다. 다시 말해, 전기자(155)는 니들(135)에 대해 축방향으로 변위가능하다. 니들(135)에 대해 전기자(155)의 축방향 변위가능성은 자극편(250) 쪽 축방향으로 상부 리테이너(210)에 의해 제한되고 자극편(250)으로부터 멀어지는 축방향으로 부싱(205)에 의해 제한된다. 전기자는 이에 따라 솔레노이드(150)에 의해 생성된 자력에 의해 니들이 자극편(250) 쪽으로 이동될 때 폐쇄 위치(145)로부터 멀어지게 니들(135)을 취하기 위해 상부 리테이너(210)와 형상 끼워맞춤 맞물림을 수립하도록 동작가능하다.
매우 강성인 것이 바람직한 제1 스프링(220)은, 자극편(250) 쪽을 향하는 전기자(155)의 일 표면에 축방향으로 안착된다. 제1 스프링(220)은 니들(135)에 대해, 자극편(250)에 대해, 및 특히 또한 전기자(155)에 대해 왕복 운동 방식으로 축방향으로 변위가능하다. 제1 스프링은 코일 스프링인 것으로 고려된다. 그러나, 바람직하게는, 제1 스프링(210)은 하나 이상의 방사방향 개구(505)를 갖는 금속 튜브로 표현될 수 있다. 예를 들어, 금속 튜브는 실린더-쉘의 외주 측벽을 통해 나선형 절단부를 포함하는 실린더-쉘 구획을 구비한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 측벽은 복수의 방사방향의 보어를 구비할 수 있고 이 방사방향의 보어는 외주 방향으로 세장형일 수 있고 바람직하게는 외주방향 및 축방향으로 분배된다.
제2 스프링(225)은 제1 스프링(220)과 상부 리테이너(210)의 축방향 표면들 사이에 배치되어 이 제2 스프링은 제1 스프링(220)을 전기자(155) 쪽으로 가압함과 동시에 전기자(155)를 상부 리테이너(210)로부터 멀어져 부싱(205)과 접촉하게 바이어스시킨다. 제3 스프링(230), 즉 교정 스프링은 니들 샤프트(202), 부싱(205) 및 리테이너(210)의 조립체 상에 아래로 가압하여 니들(135)에 폐쇄 힘을 제공한다. 이후에 설명되는 바와 같이, 상기 조립체로부터 원격에 있는 제3 스프링(230)의 단부는 밸브 몸체(122) 또는 자극편(250)에 부착된 고정된 부분(240)에 의해 지지된다. 제3 스프링(230)은 제2 스프링(225)보다는 더 경성이지만 제1 스프링(220)보다는 더 연성인 것이 바람직하다.
분사기(100)는 제1 스프링(220)이 고정된 부분(240)과 전기자(155) 사이에서 이들에 의해 압축가능하도록 구성된다. 밸브 니들(135)이 폐쇄된 위치(145)에 있을 때, 축방향 간극(235)은 고정된 부분(240)과 제1 스프링(220) 사이에 수립된다.
액추에이터(125)가 활성화될 때, 솔레노이드(150)는 전기자(155)를 끌어당기는 자기장을 생성하여 전기자가 자극편(250) 쪽 축방향으로 이동하게 시작한다. 전기자(155)의 움직임으로 인해, 유격(215)은 0으로 감소되고 전기자(155)는 상부 리테이너(210)와 맞물린다. 동일한 방향으로 전기자(155)가 더 움직이면 니들(135)이 개방된 위치(140) 쪽으로 이동한다.
전기자(155)가 더 움직이는 것으로 인해, 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 축방향 단부와 고정된 부분(240) 사이의 축방향 간극(235)은 제1 스프링(210)이 고정된 부분(240)과 맞물릴 때까지 감소된다. 특히, 고정된 부분(240)은 이런 방식으로 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 축방향 단부를 위한 스프링 시트를 나타낸다.
이후, 제1 스프링(220)은 전기자(155)가 자극편 쪽으로 더 움직이는 것에 의해 압축되고, 이 움직임은 솔레노이드(150)에 의해 야기된 자력에 의해 여전히 구동된다. 제1 스프링(220)의 압축을 통해, 전기자(155)에 대한 순 힘(net force)이 감소되고 전기자는 니들(135)이 개방된 위치(140)에 도달될 때 전기자(155)가 자극편(250) 쪽으로 움직이는 것이 정지될 때까지 감속된다. 니들(135)은 단지 유격(215)의 양만큼 이 위치를 오버슈트할 수 있다. 이 경우에, 니들(135)은 제3 스프링(230)에 의해 개방된 위치(140)로 다시 푸시될 수 있다.
하나의 바람직한 실시예에서, 전기자(155)의 축방향 표면은 자극편(250)으로 다른 축방향 간극(245)을 둘러싼다. 전기자(155)가 폐쇄된 위치(145)로부터 개방된 위치(140)로 이동될 때, 간극(245)의 사이즈가 감소된다. 이 움직임에 의하여 밸브 몸체(122)의 공동 내 연료(255)가 다른 축방향 간극(245)에서 압착되어서 유압 댐프닝이 전기자(155)의 움직임시 일어난다. 그러나, 다른 축방향 간극(245)은 전기자(155)와 니들(135)이 니들(135)의 개방된 위치(140)에 안착될 때 바람직하게는 0이 아니다.
제1 스프링(220)은 전술한 선형 영역에서 흐름 곡선의 기울기를 감소시키는 것을 도와줄 수 있다. 다른 축방향 간극(245) 주위에 유압 댐프닝을 사용하여 흐름 곡선의 비-선형 영역의 폭을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 고정된 부분(240)은 연료 필터를 포함한다. 고정된 부분(240)은 자극편(250)의 중심 개구에 억지 끼워맞춤된 금속 튜브를 포함한다. 고정된 부분(240)은 - 예를 들어 외부 튜브 내 보어로 구현된 - 연료 필터를 포함하는 외부 튜브(405)와, 니들(135)로부터 원격에 있는 제3 스프링(230)의 단부를 위한 스프링 시트를 포함하는 내부 슬리브(305)를 구비할 수 있다. 외부 튜브(405)는 내부 슬리브(305)의 하류 단부를 넘어 축방향으로 돌출하고 제3 스프링(230)의 일부분을 방사방향으로 둘러싼다. 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 단부를 위한 스프링 시트는 바람직하게는 외부 튜브(405)에 의해 포함된다. 니들(135)로부터 원격에 있는 제3 스프링(230)의 상부 단부는, 마찰에 의해 축방향으로 유지되거나 또는 고정된 부분(240)의 외부 튜브에 고정된 슬리브(305)에 안착된다. 이어서, 고정된 부분(240)의 외부 튜브는 자극편(250)에 마찰에 의해 유지될 수 있다. 외부 튜브는 자극편(250)으로부터 방사방향으로 이격된 경우 및 내부 슬리브(305)가 외부 튜브에 연결된 경우 수축될 수 있다. 이런 방식으로, 내부 슬리브와 외부 튜브의 용이한 조립이 달성가능하고 자극편(250)에 억지 끼워맞춤 연결에 요구되는 억지 끼워맞춤 힘이 잘 조절가능하다.
제조 동안 또는 후에, 니들(135)이 개방된 위치(140)에 있을 때 분사기(100)가 공급 단부(115)와 노즐 단부(110) 사이에 연료(255)의 미리 결정된 흐름율로 교정될 수 있다. 이를 위해, 제3 스프링(230)의 장력 및/또는 위치가 조절될 수 있다. 도시된 실시예에서, 니들(135)이 개방된 위치에 있을 때 제3 스프링(230)의 장력과, 니들(135)이 폐쇄된 위치(145)에 있을 때 축방향 간극(235)의 사이즈가 자극편(250)에 대하여 고정된 부분(240)을 축방향으로 이동시키는 것에 의해 동시에 교정될 수 있다.
이러한 고정된 부분(240)은 교정 스프링을 구비하는 임의의 다른 솔레노이드 분사기 또는 본 발명에 따른 분사기(100)의 다른 실시예에도 유용할 수 있다.
도 4는 분사기(100)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 이 분사기는 제1 실시예에 따른 분사기와는 동일한 기본 구성을 구비하지만, 고정된 부분(240)의 구성 상세에 있어서 도 1 내지 도 3의 실시예와 상이하다.
본 실시예에서, 내부 슬리브(305)는 연료 필터를 포함한다. 내부 슬리브(305)는, 예를 들어, 출원인의 공동 계류 중인 PCT-출원 PCT/EP2014/058700에 개시된 유체 필터의 실시예들 중 하나에 따라 구현된다. 이 유체 필터의 구성과 관련된 이 출원 문헌의 개시 내용과 특히 위 출원 문헌에 개시된 유체 필터의 실시예는 모든 목적을 위해 본 명세서에 병합된다. 특히, 내부 슬리브(305)는 필터 요소, 및 이 필터를 외부 슬리브(405)에 고정시키는 피팅 부분을 포함하는 고정 요소를 구비할 수 있다. 이러한 내부 슬리브(305)에 의해, 특히 외부 튜브(405)에 재현가능한 억지 끼워맞춤 연결이 달성가능하다.
나아가, 본 실시예에서, 외부 튜브(405)는 두 축방향 단부에서 개방되고 내부 슬리브(305)는 외부 튜브(405)의 상류 단부로부터 축방향으로 돌출한다. 외부 튜브(405)의 상류 단부는 내부 슬리브(305)로부터 방사방향으로 이격된다.
그리하여 외부 튜브(405)는 니들(135)이 폐쇄된 위치(145)에 있을 때 간극(235)의 폭을 결정하는 교정 공정 동안 축방향으로 이동될 수 있다. 이와는 독립적으로, 내부 슬리브(305)에 축방향 힘이 인가되어 외부 튜브(405)에 대해 슬리브(305)의 축방향 위치를 조절할 수 있다. 이런 방식으로, 니들(135)로부터 원격에 있는 제3 스프링(230)의 단부를 위한 스프링 시트는 제3 스프링(230)의 사전 부하를 교정하기 위해 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 단부를 위한 스프링 시트에 대해 축방향으로 이동가능하다. 이를 통해, 니들(135)이 개방된 위치(140)에 있을 때 제3 스프링(230)의 장력은 외부 튜브(405)와 제1 스프링(220) 사이 축방향 간극(235)의 사이즈와는 독립적으로 교정될 수 있다.
이러한 고정된 부분(240)은 교정 스프링을 구비하는 임의의 다른 솔레노이드 분사기 또는 본 발명에 따른 분사기(100)의 다른 실시예에서도 사용될 수 있다.
도 5는 도 4와 관련하여 전술한 실시예에 일반적으로 대응하는 분사기(100)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 이에 대해, 제1 스프링(220)은 고정된 부분(240)의 일 구획, 구체적으로 외부 튜브(405)의 일 구획으로부터 만들어진다. 이를 위해, 외부 튜브(405)의 중공 실린더 몸체는 하나의 또는 수 개의 방사방향 개구(505)를 지닐 수 있다. 개구는 길이방향 축(105)의 것과는 다른 방향으로 연장되도록 바람직하다. 본 실시예에서, 방사방향 개구(505)는 중공 실린더 몸체를 통한 나선형 절단 형상이고, 이 나선형 절단부와 중공 원통형 몸체는 중심 축으로 길이방향 축(105)을 공유한다. 도 4에 도시된 실시예에서와 같이, 제3 스프링(230)의 장력과 간극(235)의 사이즈를 독립적으로 교정하는 것이 수행될 수 있다.
전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 단부를 위한 스프링 시트는 본 경우에 외부 슬리브(405)의 상류 부분으로 표현된다. 제1 스프링(220)은 분사기(100)의 동작 동안 자극편(250)에 대해 축방향으로 이동가능하지 않고, 외부 슬리브(405)를 자극편(250)의 개구에 억지 끼워맞춤을 통해 교정하기 위해 이동가능하다. 전술한 실시예에서, 외부 슬리브(405)의 하류 단부 부분은 자극편(250)과 억지 끼워맞춤으로 맞물릴 수도 있고 맞물리지 않을 수도 있으나, 외부 슬리브(405)의 하류 단부 부분은 자극편(250)과 억지 끼워맞춤으로 맞물리지 않고, 자극편에 대해 축방향으로 변위하여 제1 스프링(220)을 나타내는 외부 슬리브(405)의 구획이 전기자(155)에 의해 압축될 수 있게 한다. 축방향 간극(235)은 본 실시예에서 외부 슬리브(405)의 하류 단부 부분과 전기자(155) 사이에 수립된다.
도 6은 본 발명에 따른 분사기(100)의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 제1 스프링(220)은 고정된 부분(240)의 구획으로 다시 구현되고, 제3 스프링(230)은 전술한 실시예에서와 같이 니들(135)에 직접 가압된다. 본 실시예는, 상부 리테이너(210)가 밸브 니들(135)의 샤프트(202)에 통합되어 있다는 점과, 전기자(155)가 메인 몸체(600)와 삽입물(605)을 포함한다는 점과, 제2 스프링(225)이 상부 리테이너(210)에 안착되는 대신에 제1 스프링에 직렬로 연결되어 있다는 점에서 도 5에 대해 전술한 실시예와 상이하다.
보다 구체적으로, 상부 리테이너(210)는 본 실시예에서 별도로 분리되지 않고, 니들(135)의 샤프트(202)의 상류 단부에서 방사방향으로 돌출한 칼라(collar)로 표현된다. 나아가, 부싱(205)은 본 실시예에서 전기자(155)의 하류에 디스크 요소로 구현된다.
삽입물(605)은 예를 들어 억지 끼워맞춤 및/또는 용접에 의해 전기자(155)의 메인 몸체(600)에 고정된다. 상부 리테이너(210)와, 샤프트(202)의 일부분은 삽입물(605)의 중심 개구에 수용된다. 니들(135)의 샤프트(202)는 자극편(250)으로부터 멀어지는 방향으로 전기자(155)의 삽입물(605)로부터 및 또한 메인 몸체(600)로부터 축방향으로 돌출한다.
삽입물(605)은 자극편(250) 쪽 방향으로 메인 몸체(600)를 넘어 축방향으로 돌출한다. 삽입물(605)은 특히 중심 개구에서 제3 스프링(230)의 단부를 수용하는 것에 의해 제3 스프링(230)을 위한 방사방향 지지를 제공할 수 있다. 삽입물(605)은 상부 리테이너(210)를 둘러싸므로 그 크기로 인해, 이 삽입물은 리테이너(210) 및/또는 샤프트(202)와 상호작용을 통해 니들(135)을 위한 축방향 가이드로 기능한다.
삽입물(605)의 상부 축방향 단부는 전기자(155) 쪽을 향하는 제1 스프링(220)의 일 단부에 안착된 다른 단부를 구비하는 제2 스프링(225)과 인접한다. 이런 방식으로, 제1 스프링(220)과 제2 스프링(225)은 본 실시예에서 직렬로 연결된다.
도시된 실시예에서 간극과 장력의 교정은 예를 들어 도 5의 실시예에 대해 전술한 바와 같이 수행될 수 있다.
도 7은 분사기(100)의 더 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 본 실시예는 상기 도 4와 관련하여 설명된 실시예의 변형이다.
본 실시예에서, 상부 리테이너는 니들(135)의 샤프트(202)의 칼라로 구현되고 부싱(205)은 상기 도 6과 관련하여 설명된 디스크 요소로 구현된다. 고정된 부분(240)의 외부 튜브(405)는 자극편(250)으로부터 전기자(155)의 중심 개구로 축방향으로 돌출하여 전기자(155)와 축방향으로 오버랩함으로써, 특히 전기자의 축방향 움직임을 가이드한다.
도 4의 실시예와 달리, 제1 스프링(220)은 고정된 부분(240)의 하류 축방향 단부가 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 단부를 위한 스프링 시트를 나타내도록 고정된 부분(240) 뒤에서는 축방향으로 배열되지 않는다. 오히려, 제1 스프링(220)은 고정된 부분(240)의 외부 튜브(405)로 부분적으로 시프트되어 제1 스프링(220)의 일부분만이 외부 튜브(405), 즉 고정된 부분(240)으로부터 돌출한다. 외부 튜브(405)는 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 단부를 위한 스프링 시트를 나타내는 단차를 구비한다. 제1 스프링(220)이 전기자(155)의 추가 움직임에 의해 압축되기 전에 전기자(155)가 자극편(250) 쪽으로 움직이는 것에 의해 감소된, 고정된 부분(240)과 제1 스프링(220) 사이의 축방향 간극(235)은 본 실시예에서 튜브(405)의 상기 단차와 제1 스프링(220) 사이에 수립된다.
나아가 도 4의 실시예와는 달리, 제2 스프링(220)은 니들(135)에 안착되지 않고 고정된 부분(240)에 안착되는데, 구체적으로 전술한 단차의 상류에 있는 외부 튜브(405)의 다른 단차에 안착된다. 제2 스프링(225)은 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 단부와 다른 단차 사이에 클램핑된다. 이런 방식으로, 제2 스프링(225)은 이 단차로부터 멀어지는 방향으로 제1 스프링(220)을 바이어스시키고 제1 스프링(220)을 통해 전기자(155)에 가압하는 것에 의해 유격(215)을 최대화하기 위해 상부 리테이너(210)로부터 멀어지는 방향으로 전기자(155)를 바이어스시키도록 동작가능하다. 간극(235)과 유격(215)의 절대값의 크기가 작은 것으로 인해, 이들은 도 7 및 다른 도면에서는 거의 보이지 않는다.
도 8은 분사기(100)의 하나 이상의 예시적인 실시예를 도시한다. 이 실시예는 도 6과 관련하여 전술한 실시예의 변형이다.
이 실시예에 대해, 제2 스프링(225)은 본 실시예에서 생략된다. 그 대신, 제3 스프링(230)은 니들(135)에 안착되는 대신에 전기자(155)의 삽입물(605)에 안착된다. 이런 방식으로, 제3 스프링(230)은 3중 기능을 구비한다: 이 제3 스프링은 전기자(155)를 자극편(250)으로부터 멀어지는 방향으로 바이어스시키도록 동작가능하다, 이 제3 스프링은 전기자(155)를 상부 리테이너(210)로부터 멀어지는 방향으로 바이어스시키도록 동작가능하고 동시에 전기자(155)와 부싱(205)을 통해 기계적인 맞물림에 의해 니들(135)을 폐쇄된 위치(145) 쪽으로 바이어스시키도록 동작가능하다.
도 9는 분사기(100)의 다른 하나 이상의 예시적인 실시예를 도시한다. 본 실시예는 도 7의 실시예에 기초한다. 그러나, 도 8의 전술한 실시예와 유사하게, 제2 스프링(225)이 제공되지 않는다. 그 결과, 외부 튜브(405)의 다른 단차가 생략된다.
제3 스프링(230)은 전기자(155)로부터 원격에 있는 제1 스프링(220)의 단부에 안착된다. 이런 방식으로, 제3 스프링(230)은 외부 튜브(405)의 단차로부터 멀어지는 방향으로 제1 스프링(220)을 바이어스시키도록 동작가능하고, 이 제3 스프링은 제1 스프링(220)을 통해 기계적인 상호작용에 의해 자극편(250)으로부터 및 상부 리테이너(210)로부터 멀어지는 방향으로 전기자(155)를 바이어스시키도록 동작가능하며, 동시에 이 제3 스프링은 제1 스프링(220), 전기자(155)와 부싱(205)을 통해 기계적인 맞물림에 의해 폐쇄된 위치(145) 쪽으로 니들(135)을 바이어스시키도록 동작가능하다. 제3 스프링(230)의 장력과 간극 사이즈(235)의 교정이 서로 독립적으로 수행될 수 있다.

Claims (14)

  1. 연료(255)를 연소 기관에 분사하는 연료 분사기(100)로서, 상기 분사기(100)는,
    - 밸브(120)를 개폐하기 위해 개방된 위치(140)와 폐쇄된 위치(145) 사이에서 길이방향 축(105)을 따라 이동가능한 니들(135)을 구비하는, 상기 밸브(120);
    - 전기자(155)와 자극편(250)을 포함하는 액추에이터(125)로서, 상기 전기자(155)는 상기 니들(135)과 기계적으로 상호작용하며, 상기 전기자(155)가 상기 자극편(250) 쪽 축방향으로 움직이는 것에 의해 상기 니들(135)이 상기 개방된 위치(140) 쪽으로 이동되도록 축방향으로 이동가능하고 동작가능한, 상기 액추에이터(125); 및
    - 상기 자극편(250)으로부터 멀어지는 축방향으로 상기 전기자(155)를 바이어스시키기 위한 제1 스프링(220)을 포함하되,
    - 상기 니들(135)이 상기 개방된 위치(140)에 있을 때 상기 제1 스프링(220)은 스프링의 힘에 의해 상기 전기자(155)의 상기 움직임을 정지시키도록 구성되고 동작가능한, 분사기(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 니들(135)이 상기 개방된 위치(140)에 있을 때 상기 전기자(155)는 상기 자극편(250)으로부터 이격된, 분사기(100).
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 스프링(220)은 상기 자극편(250)에 대해 축방향으로 이동가능하고, 상기 니들(135)이 상기 폐쇄된 위치(145)에 있을 때 상기 자극편(250) 쪽으로 축방향 유격(215)을 구비하는, 분사기(100).
  4. 제3항에 있어서, 상기 니들(135)이 상기 개방된 위치(140)에 있을 때 상기 제1 스프링(220)의 편향은 상기 유격(215)에 비해 작은, 분사기(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전기자(155)는 상기 니들(135)에 대해 축방향으로 변위가능하고,
    - 상기 니들(135)은 상부 리테이너(210)를 구비하고, 상기 전기자(155)는 상기 니들(135)을 상기 개방된 위치(140) 쪽으로 이동시키기 위해 상기 상부 리테이너(210)와 형상 끼워맞춤 맞물림을 수립하도록 동작가능하며,
    - 상기 분사기(100)는 상기 상부 리테이너(210)로부터 멀어지는 방향으로 상기 전기자(155)를 바이어스시키는 제2 스프링(225)을 더 포함하고, 상기 제2 스프링(225)은 상기 제1 스프링(220)보다 더 연성인, 분사기(100).
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 스프링(220)은 상기 니들(135)에 대해 축방향으로 변위가능하고 상기 제2 스프링(225)과 상기 전기자(155) 사이에 축방향으로 배열되어 상기 제2 스프링(225)의 스프링 힘이 상기 제1 스프링(220)을 통해 상기 전기자(155)로 전달되는, 분사기(100).
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자(155)는 연료(255)로 충전된 축방향 간극(245)에 의해 상기 자극편(250)으로부터 이격되어, 상기 니들(135)이 상기 개방된 위치(140) 쪽으로 이동될 때 상기 간극(245)은 감소되고, 상기 간극(245)은 상기 전기자(155)의 움직임에 유압 댐프닝을 제공하도록 형성되고 크기 정해지는, 분사기(100).
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스프링(220)은 방사방향 개구를 갖는 중공 원통형 몸체를 포함하는, 분사기(100).
  9. 제8항에 있어서, 상기 방사방향 개구는 나선형 절단부인, 분사기(100).
  10. 제5항에 있어서, 상기 니들(135)을 상기 폐쇄된 위치(145) 쪽으로 이동시키기 위한 제3 스프링(230)을 더 포함하는, 분사기(100).
  11. 제10항에 있어서, 상기 니들(135)로부터 원격에 있는 상기 제3 스프링(230)의 단부를 위한 스프링 시트는 상기 제3 스프링(230)의 사전 부하를 교정하기 위해 상기 전기자(155)로부터 원격에 있는 상기 제1 스프링(220)의 단부를 위한 스프링 시트에 대해 축방향으로 이동가능한, 분사기(100).
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 스프링(220)의 상기 단부를 위한 상기 스프링 시트는 상기 자극편(250)의 개구에 억지 끼워맞춤되고, 상기 제3 스프링(230)의 상기 단부를 위한 스프링 시트는 상기 제1 스프링(220)의 상기 단부를 위한 상기 스프링 시트의 개구에 억지 끼워맞춤되는, 분사기(100).
  13. 제11항에 있어서, 상기 제3 스프링(230)은 상기 제2 스프링(225)보다 더 경성이고 상기 제1 스프링(220)보다 더 연성인, 분사기(100).
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 니들(135)이 상기 분사기(100)의 노즐 단부로부터 멀어지는 방향으로 이동될 때 상기 니들(135)은 상기 밸브(120)를 개방하도록 구성되는, 분사기(100).
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