KR102401612B1 - Assembly having a valve for metering a fluid - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체를 계량하기 위해 사용되는 밸브(2)를 포함하는 어셈블리(1)에 관한 것이다. 밸브(2)는 전자기 액추에이터(5)와, 이 액추에이터(5)에 의해 작동될 수 있는 밸브 니들(15)을 포함한다. 전자기 액추에이터는, 자기 코일(6)과, 밸브 니들(15) 상에 배치되어 작동 과정에서 자기 코일(6)에 의해 작동될 수 있는 전기자(8)를 포함한다. 밸브 니들(15)은 밸브 시트면(19)과 상호 작용하여 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 몸체(16)를 작동시키기 위해 사용된다. 이 경우, 전기자(8)가 작동 과정에서 부딪치는 적어도 하나의 정지면(32, 33)이 제공된다. 또한, 적어도 작동 과정에서 자기 코일(6)과 전기 연결되는 측정 장치(3)가 제공된다. 전기자(8), 정지면(32, 33) 및 밸브 니들(15)은, 작동 과정에서 밀봉 시트의 폐쇄 후에 전기자(8)의 전기자 진동이 생성되도록 형성된다. 또한, 측정 장치(3)는, 작동 과정에서 밀봉 시트의 폐쇄 후에 생성되는 전기자 진동이 자기 코일(6)의 코일 전압에서 생성되는 진동의 형태로 검출되도록 형성된다.The invention relates to an assembly (1) comprising a valve (2) used for metering a fluid. The valve 2 comprises an electromagnetic actuator 5 and a valve needle 15 which can be actuated by the actuator 5 . The electromagnetic actuator comprises a magnetic coil 6 and an armature 8 which is arranged on the valve needle 15 and can be actuated by the magnetic coil 6 in the course of operation. The valve needle 15 is used to actuate the valve closing body 16 which interacts with the valve seat face 19 to form a sealing seat. In this case, at least one stop surface 32 , 33 against which the armature 8 strikes in the course of operation is provided. In addition, a measuring device 3 is provided which is electrically connected to the magnetic coil 6 at least in the course of operation. The armature 8 , the stop surfaces 32 , 33 and the valve needle 15 are formed so that, in the course of operation, the armature vibration of the armature 8 is generated after the sealing seat is closed. Further, the measuring device 3 is configured such that, in the course of operation, the armature vibration generated after the closing of the sealing sheet is detected in the form of vibration generated in the coil voltage of the magnetic coil 6 .
Description
본 발명은, 특히 내연기관용 연료 분사 밸브로서 사용되는, 유체를 계량하기 위한 밸브를 포함하는 어셈블리에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 바람직하게는 내연기관의 연소실들 내로 연료의 직접 분사가 수행되는, 자동차용 연료 분사 시스템을 위한 인젝터들의 분야에 관한 것이다.The present invention relates in particular to an assembly comprising a valve for metering a fluid, used as a fuel injection valve for an internal combustion engine. In particular, the invention relates to the field of injectors for fuel injection systems for automobiles, preferably in which direct injection of fuel into the combustion chambers of an internal combustion engine is carried out.
DE 199 50 761 A1로부터는, 밸브 시트면(valve seat face)과 상호 작용하여 밀봉 시트(seal seat)를 형성하는 밸브 니들을 포함하는 연료 분사 시스템용 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 연료 분사 밸브는 밸브 니들에 고정되는 전기자를 포함하며, 이 전기자는 밸브 니들 상에서 이동 가능하게 안내되고 탄성 중합체로 이루어진 탄성 중합체 링에 의해 완충된다. 탄성 중합체 링에 의해 완충이 달성된다. 따라서 연료 분사 밸브를 폐쇄할 때 밸브 시트면으로부터 밸브 니들의 리바운드(rebound)는 저지될 수 있는데, 그 이유는 밸브 니들의 관성 질량과 전기자의 관성 질량이 분리되고 이들 사이에서 완충이 달성되기 때문이다.From DE 199 50 761 A1 is known a fuel injection valve for a fuel injection system comprising a valve needle which interacts with a valve seat face to form a seal seat. The fuel injection valve includes an armature secured to a valve needle, which is movably guided on the valve needle and is cushioned by an elastomeric ring made of an elastomeric polymer. The cushioning is achieved by means of an elastomeric ring. Therefore, the rebound of the valve needle from the valve seat surface when closing the fuel injection valve can be prevented, because the inertial mass of the valve needle and the inertial mass of the armature are separated and a cushioning is achieved between them. .
본 발명의 과제는 개선된 구성 및 특별한 기능을 가능하게 하는 어셈블리를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an assembly which enables improved construction and special functions.
청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 어셈블리는 개선된 구성 및 특히 특별한 기능이 가능해진다는 장점을 갖는다. 종속 청구항들에 제시된 조치들에 의해, 청구항 제 1 항에 제시된 어셈블리의 바람직한 개선들이 가능하다.An assembly according to the invention with the features of
밸브의 구현예에서, 니들 반동 펄스(needle bounce pulse), 또는 반동하는 전기자를 통한 밀봉 시트의 바람직하지 않은 재개방을 방지하기 위해, 폐쇄 시점에서의 완충이 바람직할 수 있다. 이런 관점에서, 전기자의 질량을 분할하고 개별 질량들 사이에 완충을 제공함으로써 상응하는 분리가 달성되게 하는 것도 바람직할 수 있다.In implementations of the valve, buffering at the time of closing may be desirable to prevent needle bounce pulses, or undesirable reopening of the sealing seat via a bouncing armature. In this regard, it may also be desirable to partition the mass of the armature and provide a buffer between the individual masses so that a corresponding separation is achieved.
다른 한편으로, 연료 분사 밸브의 작동을 위해 작동점들의 검출이 바람직할 수 있거나 또는 심지어 요구될 수 있다. 특히, 동적 거동 편차들 및 그에 따른 분사량 편차들을 보정하기 위해, 및/또는 폐쇄되는 밸브의 경우에 따른 재제어를 통해 밸브의 마모 및/또는 소음 방출을 감소시키기 위해, 어느 시점에서든 밸브의 정확한 폐쇄 시점을 아는 것이 중요하다. 폐쇄되는 밸브의 재제어에 의해, 어느 정도까지 제동 펄스가 생성될 수 있다. 이런 경우에, 폐쇄 시점의 검출은 대개 수 밀리 초로 정확하게 요구된다. 자기 코일의 코일 전압에서 생성되는 진동의 형태로 생성된 전기자 진동의 검출에 의해, 이는 여기서 추가의 복잡한 센서 장치 없이도 바람직한 방식으로 측정된 전압 및/또는 측정된 전류의 평가를 통해 수행될 수 있다.On the other hand, detection of operating points may be desirable or even required for actuation of the fuel injection valve. Precise closing of the valve at any point in time, in particular to compensate for dynamic behavior variations and thus for injection quantity variations and/or to reduce wear and/or noise emissions of the valve by way of re-regulation in the case of a closed valve It is important to know the timing. By re-controlling the closing valve, to some extent a braking pulse can be generated. In this case, detection of the time of closure is usually required to be accurate to a few milliseconds. By means of the detection of the generated armature vibrations in the form of vibrations generated in the coil voltage of the magnetic coil, this can be done here by means of an evaluation of the measured voltage and/or the measured current in a desirable manner without further complex sensor devices.
그에 따라, 특히 바람직한 방식으로, 밸브의 각각의 동적 거동이 고려될 수 있다. 즉, 예컨대 연료 분사 밸브들의 동적 거동은 밸브마다 다르고, 작동 조건들에 따라 그리고 마모에 의해 변화되는 것으로 나타났다. 작동 조건들과 관련한 중대한 변화는 특히 온도, 연료, 특히 연료 품질 또는 연료 조성, 연료 압력, 연소실 압력 및 제어 지속 시간과 관련하여 나타났다. 이제 동적 거동 변화는 밸브의 작동 동안에도 및/또는 밸브의 유효 수명에 걸쳐서 바람직한 방식으로 보상될 수 있다.Accordingly, in a particularly advantageous manner, the respective dynamic behavior of the valve can be taken into account. That is, it has been shown that, for example, the dynamic behavior of fuel injection valves varies from valve to valve and varies with operating conditions and with wear. Significant changes with respect to operating conditions were noted, particularly with regard to temperature, fuel, in particular fuel quality or fuel composition, fuel pressure, combustion chamber pressure and control duration. Changes in dynamic behavior can now be compensated for in a desirable manner, even during operation of the valve and/or over the useful life of the valve.
그 결과, 밸브의 특별한 특성들 및 경우에 따라 이 특성들과 결부되는 특별한 어려움도 고려될 수 있다. 이런 특성들 및 어려움은 예컨대 이른바 전기자 자유 경로(armature free path)가 사전 설정되어 밸브 니들로부터 분리되는 전기자를 포함하는 솔레노이드밸브에 적용된다. 이런 경우, 상기 전기자 자유 경로에서, 폐쇄 과정은 전류 프로파일에서 최댓값으로서 검출되는 것이 아니라, 전압 내 변곡점으로서 검출된다. 이 경우, 변곡점은, 밸브 니들 상의 정지면들로부터 분리 전에, 그리고 분리 후에, 전기자의 유압 고착(hydraulic sticking) 및 갑작스런 상이한 가속들에 의해 발생한다. 그러나 이를 목표로 하는 검출은, 유압 고착이 점도에 따라 결정되기 때문에, 문제가 있다. 상기 검출의 대상은 연료, 특히 연료의 품질 및 조성, 연료 온도, 그리고 전기자와 밸브 니들 사이의 관련 표면들의 미세 기하구조 및 거칠기이다. 그에 따라, 이에 매칭되는 검출은 복잡한데, 그 이유는, 상기 영향 변수 모두를 고려하면서 폐쇄 시점을 확실하면서도 정확하게 결정하기 위해, 특히 복잡한 평가 및 경우에 따라 추가 센서 장치가 필요하기 때문이다.As a result, the particular characteristics of the valve and, in some cases, the particular difficulties associated with these characteristics can also be taken into account. These characteristics and difficulties apply, for example, to solenoid valves comprising an armature separated from the valve needle in which a so-called armature free path is preset. In this case, in the armature free path, the closing process is not detected as a maximum in the current profile, but as an inflection point in the voltage. In this case, the inflection point occurs by hydraulic sticking of the armature and sudden different accelerations before and after separation from the stop surfaces on the valve needle. However, this targeted detection is problematic, as hydraulic sticking is determined by viscosity. The object of the detection is the fuel, in particular the quality and composition of the fuel, the fuel temperature, and the microgeometry and roughness of the relevant surfaces between the armature and the valve needle. The matching detection is therefore complex, since a particularly complex evaluation and in some cases additional sensor devices are required to reliably and accurately determine the time of closure while taking all of the above influencing variables into account.
제안되는 어셈블리에 의해, 밸브의 폐쇄 시점을 확실하게 검출하기 위해, 바람직한 방식으로 간단한 평가가 수행될 수 있다. 생성된 전기자 진동은 적은 편향 시에도, 특히 미세 운동(micro-movement)으로서, 직접적으로는 예컨대 측정되는 코일 전압에서의 진동으로서 검출될 수 있다. 이런 진동은 다시 간단한 수단들로 확실하게 평가될 수 있으며, 사용되는 매체, 특히 계량되는 유체, 그리고 특히 그 온도를 특징으로 하는 상기 유체의 실제 상태와 실질적으로 무관하게 특히 기계적으로 여기되는 전기자 진동으로서 평가될 수 있다.With the proposed assembly, a simple evaluation can be carried out in a desirable manner in order to reliably detect the closing point of the valve. The generated armature vibrations can be detected even with small deflections, in particular as micro-movements, directly, for example as vibrations in the measured coil voltage. These oscillations can again be evaluated reliably by simple means, in particular as mechanically excited armature oscillations substantially independent of the medium used, in particular the fluid being metered, and in particular the actual state of said fluid which characterizes its temperature. can be evaluated.
청구항 제 2 항에 따르는 개선예는 코일 전압의 확실한 조절이 가능하다는 장점을 가지며, 전기자의 작동을 위해 제공되는 자기 회로는 실질적인 구조적 변경 없이도 사용될 수 있다.The improvement according to
청구항 제 3 항에 따르는 개선예는 전기자 진동을 생성하기 위한 바람직한 가능성을 제공한다. 이 경우, 전기자 속도의 간헐적인 변화 후에 마찰 및 횡력으로 인한 전기자의 경동 후에, 다시 가이드를 따르는 균일한 가속도가 나타날 수 있다. 따라서 신호의 정확한 검출이 가능하다.The refinement according to
청구항 제 4 항에 따르는 개선예의 경우, 원주에 걸친 상이한 유압 고착이 생성되거나 강화될 수 있으며, 그럼으로써 마찬가지로 전기자 진동이 생성될 수 있다. 상기 전기자 기하구조를 형성하기 위한 바람직한 가능성들은 청구항 제 5 항, 제 6 항 및 제 7 항에 명시되어 있다. 그에 따라, 전기자 진동은 비대칭의 정지부 기하구조에 의해 야기될 수 있다. 이 경우, 개별 조치들의 조합에 의해 및/또는 정지부 기하구조의 여러 원주 위치(peripheral position)에서 특정한 조치의 중복된 형성에 의해, 적합한 매칭이 가능하다.In the case of a refinement according to
청구항 제 8 항에 따르는 개선예는, 전기자의 동요(wobbling) 유형의 운동 없이도, 특히 신호 생성을 가능하게 한다. 그 결과, 특히 전기자의 동요 운동의 생성 시 발생하는 운동 펄스의 댐핑이 방지될 수 있다. 이런 스프링/질량 시스템의 바람직한 구현예들은 청구항 제 9 항 및 제 10 항에 제시되어 있다. 청구항 제 11 항에 따라서, 바람직하게는 단일의 펄스를 통해 상기 스프링/질량 시스템을 여기하기 위한 가능성이 제시된다.An improvement according to
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부한 도면들 및 식(1)을 참고로 하기에서 더 상세하게 설명된다. 도면들에서 상응하는 요소들은 일치하는 도면부호로 표시된다. Preferred embodiments of the present invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings and equation (1). Corresponding elements in the drawings are denoted by corresponding reference numerals.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밸브를 포함하는 어셈블리를 발췌하여 도시한 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 도 1에 도시된 어셈블리의 전기 회로를 도시한 개략도이다.
도 3은 작동 과정에서 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 도 1에 도시된 어셈블리의, 밸브 니들 상에서 안내되는 전기자를 발췌하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 정지 부재를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 정지 부재를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 정지 부재를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 정지 부재를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 정지 부재를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 정지 부재를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의,밸브 니들 상에 배치된 전기자를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 전기자를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 11 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 전기자를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 12 실시예에 따른 어셈블리의 밸브의, 밸브 니들 상에 배치된 전기자를 도시한 도면이다.1 is a schematic cross-sectional view showing an assembly including a valve according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic diagram showing an electrical circuit of the assembly shown in Fig. 1 of a first embodiment of the present invention;
Fig. 3 is an excerpted view of an armature guided on a valve needle of the assembly shown in Fig. 1 according to a second embodiment of the present invention in the course of operation;
Fig. 4 shows a stop member disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a third embodiment of the present invention;
5 is a view showing a stop member disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a fourth embodiment of the present invention; FIG.
6 is a view showing a stop member disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a fifth embodiment of the present invention;
7 is a view showing a stop member disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a sixth embodiment of the present invention;
8 is a view showing a stop member disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a seventh embodiment of the present invention;
9 is a view showing a stop member disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to an eighth embodiment of the present invention; FIG.
10 is a view showing an armature disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a ninth embodiment of the present invention.
11 is a view showing an armature disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a tenth embodiment of the present invention;
12 is a view showing an armature disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to an eleventh embodiment of the present invention.
13 is a view showing an armature disposed on a valve needle of a valve of an assembly according to a twelfth embodiment of the present invention;
도 1에는, 제 1 실시예에 따른 밸브(2)와 측정 장치(3)를 포함하는 어셈블리(1)가 발췌된 개략적인 단면도로 도시되어 있다. 밸브(2)는 유체를 계량하기 위해 사용되며, 특히 내연기관용 연료 분사 밸브(2)로서 사용될 수 있다. 밸브(2)는 원칙상 액상 및 기상 유체를 위해 적합하다. 측정 장치(3)는 제어 장치(3)의 구성요소일 수 있다. 어셈블리(1)에 대한 바람직한 적용 사례는, 밸브(2)에 따라 형성되는 복수의 연료 분사 밸브(2)가 고압 분사 밸브들(2)로서 사용되며 내연기관의 각각 할당된 연소실(4) 내로 연료를 직접 분사하기 위해 사용되는 연료 분사 시스템이다.1 , an
밸브(2)는 액추에이터(5)를 포함하며, 이 액추에이터는 자기 코일(6)과, 내부 극(7)(internal pole)과, 전기자(8)를 포함한다. 자기 코일(6)에 전류 공급 시, 자기 회로(9)는 내부 극(7)을 통해 폐쇄되며, 그럼으로써 개방 방향(10)으로 전기자(8)의 작동이 수행된다. 이 경우, 자기 회로(9)는 폐쇄된 자기력선들(11, 12)에 의해 개략적으로 도시되어 있다.The
밸브(2)는 밸브 니들(15)과, 이 밸브 니들(15)에 의해 작동될 수 있는 밸브 폐쇄 몸체(16)를 포함한다. 이 경우, 밸브 폐쇄 몸체(16)는 밸브 니들(15)과 일체형으로도 형성될 수 있다. 밸브 니들(15)은 노즐 몸체(17)를 통과하여 이 노즐 몸체(17)와 연결된 밸브 시트 몸체(18)에까지 연장된다. 밸브 시트 몸체(18) 상에는 밸브 시트면(19)이 형성되며, 밸브 폐쇄 몸체(16)는 상기 밸브 시트면(19)과 상호 작용하여 밀봉 시트를 형성한다. 또한, 밸브 시트 몸체(18) 상에는 분사 홀들(20, 21)이 형성되어 있다.The
노즐 몸체(17)는 하우징 부재(22)와 연결된다. 이 경우, 자기 회로(9)는 노즐 몸체(17) 및/또는 하우징 부재(22)를 통해 폐쇄될 수 있으며, 그럼으로써 상기 노즐 몸체 및 하우징 부재는 바람직하게는 적어도 부분적으로 적합한 재료, 특히 강자성 재료로 형성된다.The
자기 코일(6)은 전기 라인들(23, 24)을 통해 측정 장치(3)와 연결된다. 이 경우, 어셈블리(1)의 각각의 구현예에 따라서, 예컨대 적합한 커넥터를 통해 밸브(2)와 측정 장치(3)의 연결을 가능하게 하는 인터페이스(25)가 제공될 수 있다. 물론, 측정 장치(3)가 밸브(2) 내에 통합되는 것도 가능하다. 이런 경우, 상응하는 측정 신호는 예컨대 별도의 제어 장치로 안내될 수 있다. 또한, 측정 장치(3)를 위해 제공되는 기능들이 국소적으로 분리되어 실현되는 것도 가능하다.The
그에 따라, 어셈블리(1)의 구현예는, 측정 장치(3)가 밸브(2) 내에 통합되는 경우도 포함한다.Accordingly, an embodiment of the
밸브 니들(15) 상에는, 이 밸브 니들(15)과 고정 연결되며 그에 따라 밸브 니들(15) 상에 위치 고정되어 배치되는 정지 부재들(30, 31)이 제공된다. 정지 부재(30)는 정지면(32)을 포함한다. 정지 부재(31)는 정지면(33)을 포함한다. 전기자(8) 상에는 단부면들(34, 35)이 형성된다. 또한, 전기자(8)는, 본 실시예에서 전기자(8)가 밸브 니들의 종축(37)에 대한 전기자(8)의 경동을 허용하는 소정의 유격으로 밸브 니들(15) 상에서 안내되도록 형성되는 관통 보어(36)를 포함한다. 정지면들(32, 33) 사이에서 전기자(8)는 본 실시예의 경우 외팔보 지지된다. 이 경우, 전기자(8)는 스프링(38)에 의해 개방 방향(10)과 반대 방향으로 도 1에 도시된 출발 위치로 가압된다. 출발 위치에서, 전기자(8)의 단부면(35)이 정지면(33)에 인접한다. 또한, 밸브 폐쇄 몸체(16)와 밸브 시트면(19) 사이의 밀봉 시트가 폐쇄되는 도 1에 도시된 출발 위치로 밸브 니들(15)을 가압하는 리턴 스프링(39)도 제공된다.Stop
자기 코일(6)에 전류 공급 시, 자기 회로(9)를 통해 개방력이 전기자(8)에 가해지며, 그럼으로써 전기자(8)는 우선 전기자 자유 경로(40)를 통과하는 한편, 밀봉 시트는 여전히 폐쇄된 상태로 유지된다. 이에 이어서, 전기자(8)는 정지 부재(30)의 정지면(32) 상에 부딪히며, 그럼으로써 개방 펄스가 밸브 니들(15)로 전달되고 밀봉 시트는 개방된다. 그 결과, 내부 챔버(41)로부터 분사 홀들(20, 21)을 통해 연소실(4) 내로 연료의 분사가 이루어진다.When current is supplied to the
전기자(8)의 개방 운동은 내부 극(7) 상의 정지면(42)에 의해 제한된다. 전기자(8)가 정지면(42)에 부딪친다면, 개방 방향(10)으로 그리고 그 반대 방향으로 여전히 밸브 니들(15)의 소정의 요동이 발생할 수 있다.The opening movement of the
밸브(2)의 폐쇄는 자기 코일(6)이 무전류 상태로 스위칭될 때 수행된다. 그 이유는 이런 경우 리턴 스프링(39) 및 정지 부재(30)가 전기자(8)뿐만 아니라 밸브 니들(15)의 복귀를 야기하기 때문이다. 전기자 및 밸브 니들이 복귀될 때 밸브 폐쇄 몸체(16)가 밸브 시트면(19)에 부딪치면, 그 즉시 전기자(8)는 정지면(32)으로부터 분리되고 그 다음 정지 부재(31)의 정지면(33)의 방향으로 이동된다.Closing of the
상기 실시예에서, 정지 부재(30)의 정지면(32)을 위해, 경동 각 또는 경사 각도(43)이라 할 수 있는 각도(43)가 사전 설정된다. 정지면(32)은 이 실시예에서 평면으로 형성되며, 그리고 정지면(32)의 법선 벡터(57)(도 6)는 종축(37)과 각도(43)를 형성한다.In this embodiment, for the
전기자(8)의 단부면(34)이 정지면(32) 상에 평면으로 인접한다면, 종축(37), 또는 도 1에 도시된 그 출발 위치에 대해 각도(43)만큼 전기자(8)의 경동이 발생한다. 따라서 밸브(2)의 동적 거동으로 인해, 밸브(2)의 폐쇄 후에 전기자(8)의 경동 또는 동요 운동이 발생한다. 이로써 전기자(8)와 내부 극(7) 사이의 작동 간극(44)이 변동된다.If the
도 2에는, 제 1 실시예의 도 1에 도시된 어셈블리의 전기 회로(50)의 개략도가 도시되어 있다. 이 경우, 측정 장치(3) 및 자기 회로(9)는 전기 회로(50) 내에 포함된다. 이상화된 도면에서, 작동 간극(44)은 길이(x)를 갖는 작동 공기 간극으로서 표현될 수 있다. 이 경우, 작동 간극(44) 내 매체의 영향은 상응하는 변수, 특히 길이(x)에 대한 곱셈 인자(multiplication factor)에 의해 고려될 수 있다. 여기서 자기 회로(9)는 길이(l)를 특징으로 한다. 또한, 자기 회로(9)를 특징짓는 횡단면(A)이 제시된다. 또한, 투자율(magnetic permeability)(μR)이 제시된다. 자기 회로(9) 내에서는, 자기 코일(6)을 통해 흐르는 전류(i)로부터 자기선속(Φ)이 발생한다. 이 경우, 자기 코일(6)은 측정 코일로서도 사용되며, 전류(i)는 측정 신호도 포함한다. 전류(i)는 자기 코일(6)의 n개의 권선에 인가된 전압(Un)으로부터 발생하며, 상기 전압은 모델에 따라서 옴 저항(R)에서 감소하는 전압(UR)과 자기 코일(6)의 유도 저항에서 감소하는 전압(Ui)으로 분할된다.In Fig. 2 there is shown a schematic diagram of an
예컨대 측정 장치(3)에 의해 측정 신호로서 검출되는 전압(Un)은 식 (1)에 따라 표현될 수 있다. 예컨대 밸브(2)를 폐쇄하기 위해, 예컨대 자기 코일에 인가된 60V의 전압(Un)에서 나타나는 유지 전류 레벨에서 출발하여, 전류(i)는 빠르게 소멸되고 그 다음 전류(i = 0)가 인가될 수 있다. 그 다음, 상기 전류 공급의 위상에서, 단자 전압(Un)을 통해 특히 전기자(8)의 전기자 속도, 또는 전기자(8)와 내부 극(7) 사이의 작동 간극(44)의 변화량이 측정될 수 있다. 이 경우, 식 (1)에 나타나는 것처럼, 전압 강하(UR = Ri)는 거의 0에 가까워진다. 그리고 전류의 변화량도 신속한 전류 소멸 및 전류(i = 0)의 인가 후에 거의 0에 가까워지며, 그럼으로써 전류(i)의 시간 도함수는 적어도 거의 소멸하게 된다. 그에 따라, 식 (1)에 나타난 방정식의 우측에는, 시간(t)과 관련하여 작동 간극(44)의 길이(x)의 변화량에 따라 결정되는 제 3 항만이 남게 된다.For example, the voltage U n detected as a measurement signal by the
이런 위상에서, 다시 말해 전류(i=0)가 인가될 때, 밸브(2)의 폐쇄도 수행되며, 이때 밸브 폐쇄 몸체(16)는 밸브 시트면(19)에 부딪치고 전기자(8)는 우선 분리된 질량으로서 계속 부동(flying)한다. 예컨대 전기자(8)가 경동되는 도 1에 따라서 설명되는 구조적인 조치에 의해, 전기자 속도의 변조 또는 길이(x)의 변조가 나타난다. 이런 변조는 상대적으로 더 높은 차수의 몫을 야기하며, 다시 말하면 일정하지 않은 속도 항(dx/dt)을 야기한다. 밸브 폐쇄 동안 균일하지 않은 전기자 속도는 진동의 평균값만큼 반복되는 갑작스런 변화량 또는 상대적으로 더 높은 차수의 다른 변동을 나타낼 수 있다. 그에 따라, 상기 변조는, 스프링(38, 39)에 의해 또는 유동 저항에 의해 야기되는 전기자 운동에 미치는 보통의 영향들과 다르다. 전기자 속도의 변조는 매우 작은 편향, 특히 미세 운동 시에도 측정된 전류(i) 또는 측정된 전압(Un)에서의 진동으로서 직접 검출될 수 있다. 그에 따라, 전기자 속도의 진동은 간단한 수단들로 확실하게 평가될 수 있고, 실질적으로 사용되는 매체 및 예컨대 매체의 온도와 같은 매체의 실제 상태와 무관하게 특히 기계적으로 여기되는 전기자 진동으로서 평가될 수 있다.In this phase, that is to say, when a current i=0 is applied, closing of the
도 1에 따라서 설명되는 전기자 진동의 생성은 다른 방식으로도 수행될 수 있다. 따라서 폐쇄 동안 전기자(8)의 기계적 전기자 진동의 생성은 상이한 방식으로 수행될 수 있으며, 추가 가능성은 하기에서 상세하게 설명된다. 설명되는 조치들은 개별적으로 또는 조합해서 실현될 수 있다.The generation of the armature vibrations described according to FIG. 1 can also be carried out in other ways. The generation of mechanical armature vibrations of the
도 3에는, 작동 과정에서 제 2 실시예에 따르는 도 1에 도시된 어셈블리(1)의 밸브(2)의, 밸브 니들(15) 상에서 안내되는 전기자(8)의 발췌된 도면이 도시되어 있다. 이 실시예에서는, 종축(37)과 관련한 정지 부재(31)의 정지면(33)의 기울기가 제공된다. 그에 따라, 폐쇄 과정 동안, 전기자(8)의 단부면(35)이 정지면(33)에 충돌할 때, 전기자(8)의 경동과 그에 이어서 전기자(8)의 경동 또는 동요 운동이 나타난다. 이 경우, 개방 방향(10)으로 전기자(8)의 소정 리바운드도 수행될 수 있다.3 shows an excerpted view of the
그에 따라, 전기자(8)의 진동은 각각의 실시예에 따라서 가이드를 중심으로, 전기자(8)가 의도대로 일측에서 밸브 니들(15) 상의 정지면(32, 33)으로부터 분리되어 경동되고 가이드 상에서는 약간 비틀어지는 방식으로 생성될 수 있다. 그 다음, 전기자(8)는 지연되어 대향하는 측에서도 분리되어 다른 방향으로 경동된다. 그 결과, 전기자 속도는, 전기자(8)가 마찰 및 횡력으로 인해 가이드를 따르는 균일한 가속도를 가지거나 멈추게 될 때까지 간헐적으로 변동된다. 이 경우, 적합한 정지면들(32, 33)의 도 1 및 도 3에 따라 설명되는 구현예들도 조합해서 실현될 수 있으며, 전기자(8)의 반대 방향의 경동도 가능하다.Accordingly, the vibration of the
상기 거동은 원주에 걸친 상이한 유압 고착에 의해서도 생성되거나 강화될 수 있다. 이와 관련한 구현예들은 하기에서 도 4 내지 도 9에 따라서 예시적으로 설명된다. 이 경우, 상기 구현예들은 개별적으로 또는 조합해서 정지 부재(30) 및/또는 정지 부재(31) 상에서 실현될 수 있다. 도 4에는, 제 3 실시예에 따른 어셈블리(1)의 밸브(2)의, 밸브 니들(15) 상에 배치된 정지 부재(30, 31)가 도시되어 있다. 이 경우, 정지면(32, 33) 상에는 반경 방향 그루브(55)가 형성된다. 따라서 정지면(32, 33)은 비평면 및 비대칭 원추형으로 실현된다.Said behavior can also be created or enhanced by different hydraulic fixings across the circumference. Embodiments in this regard are exemplarily described below according to FIGS. 4 to 9 . In this case, the above embodiments can be realized individually or in combination on the
이 경우, 그루브(55)는 리세스(55)의 가능한 구성이다. 이 경우, 복수의 리세스(55), 특히 반경 방향 그루브들(55)이 제공될 수 있다. 또한, 그루브(55)는 또 다른 방식으로도, 다시 말해 반경 방향이 아닌 방향으로 연장될 수 있다.In this case, the
도 5에는, 제 4 실시예에 상응하는 정지 부재(30, 31)가 도시되어 있다. 이런 구현예의 경우, 경사부(56)가 정지면(32, 33) 상에 형성된다. 그 결과, 정지면(32, 33)은 부분적으로 경사져 있다.5, stop
도 6에는, 제 5 실시예에 상응하는 정지 부재(30, 31)가 도시되어 있다. 이런 실시예의 경우, 정지면(32, 33)은 종축(37)에 대해 경동되어 있으며, 그럼으로써 정지면(32, 33)의 법선 벡터(57)는 종축(37)과 경동 각도 또는 경사 각도(43)라고 할 수 있는 각도(43)를 형성하게 된다. 이는 도 1 또는 도 3에 따라 설명된 것과 같은 상황에 상응한다.6 , stop
도 7에는, 제 6 실시예에 상응하는 정지 부재(30, 31)가 도시되어 있다. 이런 실시예의 경우, 단차부(58)가 정지면(32, 33) 상에 제공된다.7, stop
도 8에는, 제 7 실시예에 상응하는 정지 부재(30, 31)가 도시되어 있다. 이런 실시예의 경우, 정지면(32, 33)은 비원형 테두리(59)를 포함한다. 특히 이 실시예의 경우, 돌출부(60)가 정지면(32, 33) 상에 제공된다.8, stop
도 9에는, 제 8 실시예에 상응하는 정지 부재(30, 31)가 도시되어 있다. 이런 실시예의 경우, 여기서는 테두리(59) 상의 직선 섹션(61)에 의해 실현되는 함몰부(61)가 제공된다.In Fig. 9, stop
도 8 및 도 9에 따라 설명된 구현예들의 경우, 테두리(59)의 기하구조는 상응하게 변형되어 있는 원형 테두리를 기반으로 한다. 그러나 테두리(59)에 대한 다른 기하구조들도 실현될 수 있다.In the case of the embodiments described according to FIGS. 8 and 9 , the geometry of the
또한, 반경 방향 대칭의 구성과는 다른 유압 특성, 특히 유압 고착 특성을 실현하기 위해, 정지면들(32, 33) 상에 상이한 미세 구조화 및 거칠기도 실현될 수 있다. 그 결과, 밸브(2)의 각각의 구현예에 따라서, 전기자(8)의 진동이 야기되거나 강화될 수 있다.In addition, different microstructures and roughnesses can also be realized on the stop surfaces 32 , 33 in order to realize hydraulic properties different from the configuration of radial symmetry, in particular hydraulic fixing properties. As a result, depending on the respective embodiment of the
그에 따라, 바람직한 방식으로, 상대적으로 더 높은 차수의 작동 간극(44)의 길이(x)의 변동을 초래하는 전기자(8)의 기계적 진동을 야기하는 정지면들(32, 33)의 회전 비대칭 기하구조들이 실현될 수 있다. 특히 2차 또는 2차보다 더 높은 차수의 길이(x)의 변동이 달성될 수 있다.The rotationally asymmetric geometry of the stop surfaces 32 , 33 is therefore, in a preferred manner, causing a mechanical vibration of the
도 10에는, 제 9 실시예에 상응하는 어셈블리(1)의 밸브(2)의, 밸브 니들(15) 상에 배치된 전기자(8)가 도시되어 있다. 이 실시예의 경우, 전기자(8) 및 밸브 니들(15)은 스프링 부재(63)를 통해 연결되는 2개의 질량체(64, 65)를 포함하는 시스템에 상응하게 형성된다. 이 경우, 전기자(8)는 밸브 니들(15)과 고정 연결된다. 밸브 니들(15)은 본 실시예의 경우 제 1 니들 섹션(66)과 제 2 니들 섹션(67)으로 분할된다. 니들 섹션들(66, 67)은 연결 슬리브(68)를 통해 서로 연결된다. 전기자(8)는 제 1 니들 섹션(66)과 고정 연결된다. 제 1 니들 섹션(66)은, 종축(37)을 따르는 탄성역학 구조 진동이 가능해지도록 형성된다. 이 경우, 주지할 사항은, 제 1 니들 섹션(66)이 모델에 따르는 스프링 부재(63)의 실현뿐만 아니라 부분적으로는 질량체(64)의 실현에도 기여한다는 점이다. 밸브 폐쇄 몸체(16)가 폐쇄될 때 밸브 시트면(19)에 부딪치면, 스프링/질량 시스템(62) 내부에서 전기자(8)의 진동이 발생한다. 이 경우, 적합한 매칭이 가능하다.10 shows an
전기자(8) 또는 폐쇄 시에 그리고 폐쇄 후에 계속 이동되는 질량체들을 포함하는 시스템(62)의 진동은 자신을 중심으로, 다시 말해 시스템(62)의 무게중심을 중심으로 수행될 수 있다. 상기 진동으로 축 방향 자기 작동 간극(44)의 측정 가능한 속도 변화량을 생성하기 위해, 무게중심은 전기자(8)의 유효한 단부면(34)으로부터 최대한 멀리 이격되어 위치해야 하며, 진동 가능한 시스템(62)의 고유 주파수는 50kHz를 초과하지 않아야 한다. 이는, 도 1에 도시된 내부 개방형 밸브(2)의 상응하는 변형이 필요하게 하는 외부를 향해 개방되는 밸브의 경우, 전기자(8)가, 밸브 폐쇄 후에 탄성 진동하는 질량체로서 우선 계속 이동되면서 제 1 니들 섹션(66)의 탄성역학 구조 진동을 야기하는 니들 섹션(63)과 고정 연결됨으로써 달성될 수 있다.The oscillation of the
도 11에는, 제 10 실시예에 상응하는 어셈블리(1)의 밸브(2)의, 밸브 니들(15) 상에 배치된 전기자(8)가 도시되어 있다. 이 실시예의 경우, 전기자(8)는 부동형(flying) 전기자(8)로서 밸브 니들(15) 상에 배치된다. 내부 또는 외부 개방형 밸브(2)의 전기자(8)는 이 실시예의 경우 제 1 전기자 부재(69)와, 제 2 전기자 부재(70)와, 이 전기자 부재들(69, 70) 사이에 제공되는 탄성 중합체로 구성된다. 제 1 전기자 부재(69)는 시스템(62)의 제 1 질량체(64)이며, 이 제 1 질량체는 스프링(63)으로서 사용되는 탄성 중합체(61)를 통해 제 2 전기자 부재(70)에 의해 형성되는 제 2 질량체(65)와 연결된다. 전기자(8)가 정지면(32, 33)에 충돌하거나 또는 전기자(8)가 정지 부재(30, 31)의 정지면(32, 33)으로부터 분리될 때 스프링/질량 시스템(62)의 진동의 여기가 발생한다.11 shows an
또한, 전기자 부재들(69, 70)은 다른 방식으로 형성된 스프링(63), 특히 나선형 스프링 부재(63)를 통해 서로 연결될 수 있다.Furthermore, the armature members 69 , 70 can be connected to each other via a
도 12에는, 제 11 실시예에 상응하는 어셈블리(1)의 밸브(2)의, 밸브 니들(15) 상에 배치된 전기자(8)가 도시되어 있다. 이 실시예의 경우, 전기자(8)는 부동형 전기자(8)로서 제 1 니들 섹션(66) 상에 배치된다. 따라서, 도 10에 도시되어 있는 것과 같은 질량체(64) 대신, 2개의 질량체(64A, 64B)로 분할이 실현된다. 이 경우, 질량체(64B)는 적어도 하나의 다른 질량체(64A)와의 간헐적 접촉에 의해 제동된다. 이 실시예의 경우, 제 1 니들 섹션(66)은 전기자(8)와 부딪치고 이렇게 간헐적인 전기자 운동을 야기한다. 그에 따라, 고정 연결되지 않고 계속 부동하는 질량체들(64A, 64B)을 포함하는 다중 부재형 시스템(62)의 진동이 실현될 수 있다.12 shows an
도 13에는, 제 12 실시예에 상응하는 어셈블리(1)의 밸브(2)의, 밸브 니들(15) 상에 배치된 전기자(8)가 도시되어 있다. 이 실시예의 경우, 전기자(8)는 부동형 전기자(8)로서 밸브 니들(15) 상에 배치된다. 전기자(8)는, 이 실시예의 경우, 적어도 하나의 리세스(73, 74)와, 이 적어도 하나의 리세스(73, 74) 내에 밸브 니들(15)을 따라서 유격을 가지면서 고정되는 적어도 하나의 몸체(75, 76)를 구비한 본체(72)를 포함한다. 이 경우, 전기자 진동은 전기자(8) 자체의 본체(72)와, 유격을 가지고 고정되어 있는 몸체(75, 76)의 충돌을 통해 생성된다. 몸체(75, 76)의 고정은, 이 실시예의 경우, 본체(72)와 연결된 플레이트, 예컨대 본체(72)와 용접된 상기 플레이트에 의해 실현된다.13 shows an
그에 따라, 구조적인 조치들에 의해, 복수의 이동식 질량들(64, 65)을 포함하는 자기 밸브(2)가 실현될 수 있고, 이는 전압 프로파일에서 용이하게 검출될 신호를 생성하거나 증폭시키며, 상기 신호를 통해 밸브(2)의 폐쇄 시점이 간단하면서도 정확하게 검출될 수 있다. 이 경우, 사용되는 연료, 특히 연료의 품질 및 조성, 연료 온도 및 주변 온도로부터의 적어도 실질적인 독립성이 달성된다. 이는 확실하면서 간단한 실시를 가능하게 한다. 이는 폭넓은 사용 범위도 가능하게 한다. 특히 전기자(8)는 평판형 또는 플런저형 전기자(8)로서 형성될 수 있다. 바람직한 사용은 가솔린의 분사를 위한 것이다.Accordingly, by means of structural measures, a
본 발명은 설명된 실시예들로 제한되지 않는다.The invention is not limited to the described embodiments.
1: 어셈블리
2: 밸브
3: 측정 장치
4: 연소실
5: 액추에이터
6: 자기 코일
7: 내부 극
8: 전기자
9: 자기 회로
10: 개방 방향
11: 자기력선
12: 자기력선
15: 밸브 니들
16: 밸브 폐쇄 몸체
17: 노즐 몸체
18: 밸브 시트 몸체
19: 밸브 시트면
20: 분사 홀
21: 분사 홀
23: 전기 라인
24: 전기 라인
25: 인터페이스
30: 정지 부재
31: 정지 부재
32: 정지면
33: 정지면
34: 단부면
35: 단부면
36: 관통 보어
37: 종축
38: 스프링
39: 리턴 스프링
40: 전기자 자유 경로
41: 내부 챔버
42: 정지면
43: 각도, 경동 또는 경사 각도
44: 작동 간극
50: 전기 회로
55: 그루브, 리세스
56: 경사부
57: 법선 벡터
58: 단차부
59: 테두리
60: 돌출부
61: 함몰부, 직선 섹션
62: 스프링/질량 시스템
63: 스프링 부재, 스프링, 나선형 스프링 부재
64: 제 1 질량체
65: 제 2 질량체
66: 제 1 니들 섹션
67: 제 2 니들 섹션
68: 연결 슬리브
69: 제 1 전기자 부재
70: 제 2 전기자 부재
71: 탄성 중합체
72: 본체
73: 리세스
74: 리세스
75: 몸체
76: 몸체1: Assembly
2: valve
3: Measuring device
4: combustion chamber
5: Actuator
6: Magnetic coil
7: inner pole
8: Armature
9: Magnetic circuit
10: open direction
11: magnetic field lines
12: magnetic field lines
15: valve needle
16: valve closing body
17: nozzle body
18: valve seat body
19: valve seat surface
20: injection hole
21: injection hole
23: electric line
24: electric line
25: interface
30: stop member
31: stop member
32: stop surface
33: stop surface
34: end face
35: end face
36: through bore
37: breeder
38: spring
39: return spring
40: armature free path
41: inner chamber
42: stop surface
43: angle, tilt or tilt angle
44: working clearance
50: electrical circuit
55: groove, recess
56: inclined part
57: normal vector
58: step part
59: border
60: protrusion
61: depression, straight section
62: spring/mass system
63: spring member, spring, spiral spring member
64: first mass
65: second mass
66: first needle section
67: second needle section
68: connecting sleeve
69: first armature member
70: second armature member
71: elastomer
72: body
73: recess
74: recess
75: body
76: body
Claims (11)
적어도 작동 과정에서 상기 자기 코일(6)과 전기 연결되는 측정 장치(3)가 제공되고, 상기 전기자(8) 및/또는 상기 정지면(32, 33) 및/또는 상기 밸브 니들(15)은 작동 과정에서 상기 밀봉 시트의 폐쇄 후에 상기 전기자(8)의 전기자 진동이 생성되도록 형성되며, 상기 측정 장치(3)는 작동 과정에서 상기 밀봉 시트의 폐쇄 후에 생성되는 상기 전기자 진동을 상기 자기 코일(6)의 코일 전압(Un)에서 생성되는 진동의 형태로 검출하도록 형성되고,
상기 전기자(8)는, 상기 밸브 니들(15)에 대한 상기 전기자(8)의 경동이 가능해지도록, 상기 밸브 니들(15) 상에 배치되며, 상기 전기자(8) 및 상기 정지면(32, 33)은, 상기 전기자(8)가 상기 정지면(32, 33)에 부딪치거나 그로부터 분리될 때, 상기 밸브 니들(15)에 대해 경동되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.An assembly (1) comprising a valve (2) for metering a fluid, said valve (2) comprising an electromagnetic actuator (5) and a valve needle (15) actuable by said actuator (5) , the electromagnetic actuator (5) comprises a magnetic coil (6) and an armature (8) disposed on the valve needle (15) and capable of being actuated by the magnetic coil (6) in the course of operation, the valve A needle (15) is used to actuate a valve closure body (16) which interacts with a valve seat surface (19) to form a sealing seat, provided with at least one stop surface (32, 33), said stop surface (32, 33) being provided At (32, 33) the armature (8) strikes in the course of operation, in the assembly,
A measuring device (3) is provided in electrical connection with the magnetic coil (6) at least in the course of operation, the armature (8) and/or the stop surfaces (32, 33) and/or the valve needle (15) being actuated It is formed so that the armature vibration of the armature 8 is generated after closing of the sealing sheet in the process, and the measuring device 3 is configured to measure the armature vibration generated after closing of the sealing sheet in the operation process to the magnetic coil 6 Formed to detect in the form of vibrations generated from the coil voltage (U n ) of
The armature (8) is disposed on the valve needle (15) so as to enable tilting of the armature (8) with respect to the valve needle (15), the armature (8) and the stop surfaces (32, 33) ), which is configured to tilt relative to the valve needle (15) when the armature (8) hits or separates from the stop surface (32, 33).
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