KR102419834B1 - 니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링 - Google Patents

니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하우징 내측에 구비되며, 중공의 내부 유로가 형성된 마그네틱 코어; 상기 마그네틱 코어의 외측에 구비되며, 인가된 전류에 의해 자기장을 형성시키는 코일 어셈블리; 상기 마그네틱 코어 하측에 배치되어, 상기 자기장에 의해 자화되는 아마추어; 상기 아마추어 하측의 상기 마그네틱 코어의 상기 내부 유로 상에 배치되는 포지셔닝링; 및 상기 아마추어 및 상기 스토퍼 부재를 관통하는 니들바를 포함하고, 상기 포지션링에 형성된 경사 유로홀의 형상에 의해 원주방향으로 유체에 의한 토크가 형성되는 것을 특징으로 하는 인젝터로서, 본 발명에 의하면, 인젝터의 내부 구성 간 충돌로 인한 편마모 발생을 완화시킬 수가 있고, 니들바의 회전으로 인해 유체에 소용돌이(swirl)를 유도하여 미립화를 가능하며, 이에 따라 내구성, 유량 및 분무 성능이 향상된다.

Description

니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링{Injector for Inducing Rotation of Needlebar and Position Ring for Injector}
본 발명은 니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링에 관한 것으로서, 특히 인젝터와 인젝터에 구성되는 포지션링을 개선한 니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링에 관한 것이다.
인젝터는 자동차의 엔진 등에 배치되어 연료를 미립화하여 고속으로 분사함으로써 연소실로 흡입되는 공기와 연료가 원활하게 혼합되어 연소될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
이러한 인젝터는 엔진제어유닛(ECU)에 의해 전자 제어되며, 엔진제어유닛은 최적의 공연비를 이룰 수 있도록 인젝터의 연료분사시기 및 연료분사시간을 제어한다.
연료 주입구를 통해 내부로 유입되는 연료를 분사구를 통해 고압 분사하기 위해서 인젝터는 마그네틱 코어, 코일 어셈블리, 아마추어, 니들바 등을 포함하여, 코일 어셈블리, 마그네틱 코어 등에 의해 자기회로가 구성되고, 코일에 인가되는 전류에 의해 발생한 자력으로 인해 아마추어를 승강 동작시킴으로써, 아마추어와 함께 니들바가 상승하여 니들바 끝단의 볼과 이격되어 개방되는 밸브시트를 통해 연료가 분사될 수 있도록 구성된다.
그러면, 연료 주입구로 유입된 연료는 마그네틱 코어에 형성된 내부 유로 및 아마추어에 형성된 유로홀을 경유하여 밸브시트를 통해 분사되게 된다.
아마추어는 상승하여 아마추어 상측의 마그네틱 코어 내측의 내부 유로 상에 배치되는 스토퍼 부재에 부딪히게 되고, 이후 스토퍼 부재에 연결된 니들바가 스토퍼 부재와 함께 상승할 때 니들바에 연결된 포지션링이 들어올려지면서 아마추어에 부딪치게 된다.
이와 같은 종래 기술에 의하면, 아마추어와 포지션링 간의 잦은 충돌로 부품 간 표면 조도차이에 의해 필연적으로 편마모 현상이 발생하게 되고, 편마모가 발생하게 되면 유량 및 분무 성능에 문제가 발생할 수가 있다.
한국등록특허공보 제10-1820829호
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 인젝터의 내부 구성 간 충돌로 인한 편마모 발생을 완화시킬 수 있는 니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 니들바가 유도회전되는 인젝터는, 하우징 내측에 구비되며, 중공의 내부 유로가 형성된 마그네틱 코어; 상기 마그네틱 코어의 외측에 구비되며, 인가된 전류에 의해 자기장을 형성시키는 코일 어셈블리; 상기 마그네틱 코어 하측에 배치되어, 상기 자기장에 의해 자화되는 아마추어; 상기 아마추어 하측의 상기 마그네틱 코어의 상기 내부 유로 상에 배치되는 포지셔닝링; 및 상기 아마추어 및 상기 스토퍼 부재를 관통하는 니들바를 포함하고, 상기 포지션링은 하부를 형성하는 베이스부, 니들바 결합홀, 상부를 형성하는 가이드부로 형성되되, 상기 가이드부에는 상기 가이드부의 상하 방향으로 관통됨과 함께 측방으로 관통되면서 일정한 경사각을 가진 경사 유로홀이 형성되고, 상기 경사 유로홀에 유체가 흐르면서 유체가 상기 포지션링을 밀어 원주방향으로 유체에 의한 토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
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한편, 본 발명의 실시예에 따른 인젝터용 포지션링은, 인젝터의 아마추어 하측에 구비된 포지션링으로서, 상기 포지션링은 하부를 형성하는 베이스부, 니들바 결합홀, 상부를 형성하는 가이드부로 형성되되, 상기 가이드부에는 상기 가이드부의 상하 방향으로 관통됨과 함께 측방으로 관통되면서 상하 두께 방향을 기준으로 경사각이 변화하도록 서로 다른 경사각을 가진 제1 유로홀 및 제2 유로홀로 이루어진 경사 유로홀이 형성되고, 상기 경사 유로홀에 유체가 흐르면서 유체가 상기 포지션링을 밀어 원주방향으로 유체에 의한 토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
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상기 제1 유로홀은 상기 포지션링의 상면으로부터 하방향으로 형성되고, 상기 제2 유로홀은 상기 제1 유로홀로부터 이어져 형성되되, 상기 포지션링의 상하 방향을 기준으로 상기 제1 유로홀의 경사각이 상기 제2 유로홀의 경사각보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 제1 유로홀의 경사각은 상기 포지션링의 상하 방향을 기준으로 60°보다 크고, 상기 제2 유로홀의 경사각은 상기 포지션링의 상하 방향을 기준으로 15°보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제1 유로홀의 경사각이 a1, 상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제2 유로홀의 경사각이 a2일 때, a1/a2 ≤ 0.5 이고, a2/90°≥ 0.7 인 것을 특징으로 한다.
상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제1 유로홀의 경사각이 a1, 상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제2 유로홀의 경사각이 a2일 때, a1/90°≤ 0.3 이고, a2/90°≥ 0.7 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링은 포지션링의 회전 동작으로 인해 포지션링과 아마추어 간 충돌을 부분을 계속적으로 변화시켜 줌으로써, 편마모 및 편측 거동을 방지할 수 있다.
그리고, 니들바의 회전으로 인해 유체에 소용돌이(swirl)를 유도하여 미립화를 가능하게 한다.
또한, 내구성, 유량 및 분무 성능이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터의 단면 형상을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터의 일 부분에 대한 단면 형상이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 포지션링을 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 의한 유체 이동 경로를 나타낸 것이다.
도 4b는 도 4a의 평면 형상으로 유체에 작용 힘을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터 작동에 의한 포지션링의 회전 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 포지션링을 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 포지션링의 유로홀의 각도를 표시한 것이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터의 단면 형상을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터의 일 부분에 대한 단면 형상이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 포지션링을 도시한 것이다.
이하, 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 니들바가 유도회전되는 인젝터 및 인젝터용 포지션링을 설멸하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 인젝터는 인젝션 몰딩, 하우징(110), 리드 파이프가 외형을 형성하고, 인젝션 몰딩, 하우징(110), 리드 파이프 내부에 구성들이 장착된다.
인젝션 몰딩의 하부 외주면에 하우징(110)이 결합되고, 상부에는 연료 주입을 위한 튜브가 인젝션 몰딩의 내주면에 삽입되어 장착된다.
그리고, 상기 하우징(110)의 하면을 관통하여 리드 파이프가 장착된다.
다음, 자기회로를 구성하는 마그네틱 코어(130), 코일 어셈블리(120), 아마추어(140), 등이 하우징(110) 내측에 구비된다.
상기 코일 어셈블리(120)는 터미널, 보빈, 코일을 포함할 수 있고, 마그네틱 코어(120)의 외주면에 보빈이 압입되고, 보빈 외주면에 코일이 권선될 수 있다.
상기 마그네틱 코어(130)는 하우징(110) 내측에 삽입되며, 중공의 내부 유로가 형성되며, 내부 유로에 유량 조절을 위한 유량 조절 튜브가 삽입 장착될 수 있다.
또한, 상기 마그네틱 코어(130)는 리드 파이프 내주면에 압입되고, 보빈은 리드 파이프 외주면에 압입되어 보빈에 코일이 권선될 수 있다.
상기 아마추어(140)는 마그네틱 코어(130)의 하측에 배치되며, 니들바(150)가 아마추어(140)를 관통하도록 구성된다.
또한, 상기 아마추어(140) 상측의 마그네틱 코어(130) 내측의 내부 유로 상에는 스토퍼 부재(200)가 배치되고, 스토퍼 부재(200)의 하단부와 아마추어(140) 내측 간에 댐퍼 스프링(160)이 결합된다.
그리고, 상기 스토퍼 부재(200)의 상단부와 마그네틱 코어(130)의 내측 간에는 컴프레션 스프링(170)이 결합되고, 컴프레션 스프링(170)은 마그네틱 코어(130) 내측의 유량 조절 튜브에 결합될 수 있으며, 유량 조절 튜브의 외주면에는 슬리브(190)가 장착될 수 있다.
그리고, 밸브 구성을 위한 니들바(150)가 아마추어(140) 및 스토퍼 부재(200)를 관통하고, 아마추어(140) 하측의 니들바(150)의 외주면에는 포지션링(180)이 장착되어 아마추어(140)의 위치를 구속시킨다.
상기 니들바(150) 하단에는 볼이 형성되고, 니들바(150) 하측에는 밸브시트 등이 리드 파이프 내측에 구비된다.
이와 같이 구성되는 인젝터에 전류가 인가되지 않는 상태에서는 니들바(150) 하측의 볼이 밸브시트의 내주면에 안착되어 기밀이 유지됨으로써 연료가 분사되지 않게 된다.
그리고, 코일에 전류가 인가가 되면, 코일에 의해 발생된 자력에 의해 코일 어셈블리(120), 마그네틱 코어(130), 아마추어(140), 하우징(110), 리드 파이프 등에 의해 자기회로가 형성되어, 아마추어(140)가 댐퍼 스프링(160)의 복원력을 극복하여 마그네틱 코어(130) 측 상방향으로 거동하게 된다.
상승된 아마추어(140)는 스토퍼 부재(200)와 충돌하게 되고, 댐퍼 스프링(160)의 복원력에 의해서 스토퍼 부재(200)는 마그네틱 코어(130)의 내부 유로 상에서 상방향으로 동작되어 니들바(150)와 함께 상승하게 되어 밸브를 온(on) 시켜 연료가 분사되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 포지션링(180)은 아마추어(140)와 포지션링(180)의 충돌에 의한 편마모를 방지하기 위해 밸브 온(on)시 포지션링(180)의 회전을 유도하는 것을 특징으로 한다.
이를 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 포지션링(180)은 베이스부(182), 니들바 결합홀(184), 가이드부(186)로 형성된다.
상기 베이스부(182)는 하부를 형성하는 것으로서, 상기 가이드부(186)의 외경보다 작게 형성된다.
상기 니들바 결합홀(184)은 중앙에 수직으로 형성되는 것으로서, 상기 니들바(150)가 상기 베이스부(182)와 가이드부(186)를 관통하도록 삽입되어 결합된다.
상기 가이드부(186)는 상부를 형성하는 것으로서, 상기 베이스부(182)보다 측방으로 확장되어 형성된다.
이때, 상기 포지션링(180)은 상승 및 하강 동작시에 상기 아마추어(140)의 관통홀(141)에서 분사되는 유체에 의해 회전하며 상승 및 하강 동작되도록 구성된다.
이를 위해 상기 가이드부(186)에는 복수 개의 경사 유로홀(186a)이 형성된다.
즉, 상기 경사 유로홀(186a)은 가이드부(186)의 상하 높이 방향(두께 방향)으로 형성되어 유체가 통과되도록 형성된다.
이러한 상기 경사 유로홀(186a)은 도시와 같이 상하 방향으로 관통됨과 함께 측방으로 관통되며, 일정한 경사 방향으로 형성된다.
상기 경사 유로홀(186a)의 경사 방향은 가이드부(186)의 상하 두께 방향과 평행하지 않게 상하 두께 방향을 기준으로 일정한 경사각으로 형성된다.
그리고, 상기 복수 개의 경사 유로홀(186a)은 동일한 경사각으로 형성되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명의 인젝터 아마추어(140)에 자기력이 인가되어 아마추어(140)가 상승하기 시작하고, 아마추어(140)가 스토퍼 부재(200)에 충돌하고 니들바(150)를 들어올리기 시작한다.
그러면 도 4a와 같이, 포지션링(180)에 형성된 경사 유로홀(186a)에 유체가 흐르면서 유체가 포지션링(180)을 밀어 도 4b와 같이 원주 방향으로 유체에 의한 토크를 발생시키게 된다.
따라서, 포지션링(180)과 니들바(150)는 상승시 회전하게 되고, 분사 시간 동안 유체가 경사 유로홀(186a)을 지나면서 계속적으로 니들바(150)를 회전시키게 된다.
이후 분사가 종료되어 아마추어(140)가 하강하면, 상승시와는 다른 방향으로 회전 후에 안착된다.
이때, 도 5와 같이 포지션링(180)에 표시된 위치 마킹점(m)을 참고하면 좌측의 초기 위치에서 상승 후 하강된 분사 후의 포지션링(180) 및 니들바(150)의 위치는 초기 위치와 다른 위치가 될 수 있다.
따라서, 이와 같은 동작에 의해 편심 마모를 방지할 수가 있다.
다음으로, 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 포지션링을 도시한 것이고, 도 7은 도 6의 포지션링의 유로홀의 각도를 표시한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 포지션링(300)은 가이드부에 복수 개의 경사 유로홀이 형성되되, 각 경사 유로홀이 경사각을 달리 하여 제1 유로홀(331)과 제2 유로홀(332)로 형성된 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 제1 유로홀(331)은 포지션링(300)의 가이드부의 상면으로부터 하방향으로 제1 경사각(a1)으로 경사지게 형성되고, 상기 제2 유로홀(332)은 제1 유로홀(331)로부터 이어지며, 상기 제1 경사각(a1)과 다른 값의 제2 경사각(a2)으로 경사지게 형성되어 가이드부의 하면까지 형성된다.
이 같은 실시예에 의한 포지션링(300) 제1 경사각(a1)과 제2 경사각(a2)을 조절하여 회전속도를 조절할 수가 있다.
즉, 제1 경사각(a1)이 제2 경사각(a2)보다 작게 형성됨으로써, 포지션링(300)의 상승시에는 제1 경사각(a1)에 의해 유로 입구의 기울임 각도가 비교적 크기 때문에 회전 유도가 증가된다.
본 발명의 포지션링(300)은 상승시 제1 유로홀(331) 및 제2 유로홀(332)에 유체가 흐르면서 유체가 포지션링(300)을 밀어 원주 방향으로 유체에 의한 토크를 발생시키게 된다.
일 예로서, 제1 유로홀(331)의 경사각은 상기 포지션링(300)의 상하 방향을 기준으로 60°보다 크고, 상기 제2 유로홀(332)의 경사각은 상기 포지션링(300)의 상하 방향을 기준으로 15°보다 작게 할 수 있다.
상기 포지션링(300)의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제1 유로홀(331)의 경사각이 a1, 상기 포지션링(300)의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제2 유로홀(332)의 경사각이 a2일 때, a1/a2 ≤ 0.5 이고, a2/90°≥ 0.7 일 수 있다. 이 경우에 위와 같이 상승시 보다 큰 회전을 유도한다.
또한 다른 예로서, 상기 포지션링(300)의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제11 유로홀(331)의 경사각이 a1, 상기 포지션링(300)의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제2 유로홀(332)의 경사각이 a2일 때, a1/90°≤ 0.3 이고, a2/90°≥ 0.7 일 수 있다. 이 경우에는 a2는 첫 번째 예시와 같으나 a1이 첫 번째 예시보다 더 작음으로써 상승시 첫 번째 예시보다 더 큰 회전을 유도할 수가 있다.
그리고, 복수 개의 경사 유로홀의 각각의 제1 유로홀(331)과 각각의 제2 유로홀(332)의 경사각은 서로 동일한 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
110 : 하우징 120 : 코일 어셈블리
130 : 마그네틱 코어 140 : 아마추어
141 : 관통홀 150 : 니들바
160 : 댐퍼 스프링 170 : 컴프레션 스프링
180 : 포지션링 182 : 베이스부
184 : 니들바 결합홀 186 : 가이드부
186a : 경사 유로홀 190 : 슬리브
200 : 스토퍼 부재 300 : 포지션링
331 : 제1 유로홀 332 : 제2 유로홀

Claims (13)

  1. 하우징 내측에 구비되며, 중공의 내부 유로가 형성된 마그네틱 코어;
    상기 마그네틱 코어의 외측에 구비되며, 인가된 전류에 의해 자기장을 형성시키는 코일 어셈블리;
    상기 마그네틱 코어 하측에 배치되어, 상기 자기장에 의해 자화되는 아마추어;
    상기 아마추어 하측의 상기 마그네틱 코어의 상기 내부 유로 상에 배치되는 포지션링; 및
    상기 아마추어 및 스토퍼 부재를 관통하는 니들바를 포함하고,
    상기 포지션링은 하부를 형성하는 베이스부, 니들바 결합홀, 상부를 형성하는 가이드부로 형성되되,
    상기 가이드부에는 상기 가이드부의 상하 방향으로 관통됨과 함께 측방으로 관통되면서 일정한 경사각을 가진 경사 유로홀이 형성되고,
    상기 경사 유로홀에 유체가 흐르면서 유체가 상기 포지션링을 밀어 원주방향으로 유체에 의한 토크를 발생시키는 것을 특징으로 하는,
    니들바가 유도회전되는 인젝터.
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  7. 인젝터의 아마추어 하측에 구비된 포지션링으로서,
    상기 포지션링은 하부를 형성하는 베이스부, 니들바 결합홀, 상부를 형성하는 가이드부로 형성되되,
    상기 가이드부에는 상기 가이드부의 상하 방향으로 관통됨과 함께 측방으로 관통되면서 상하 두께 방향을 기준으로 경사각이 변화하도록 서로 다른 경사각을 가진 제1 유로홀 및 제2 유로홀로 이루어진 경사 유로홀이 형성되고,
    상기 경사 유로홀에 유체가 흐르면서 유체가 상기 포지션링을 밀어 원주방향으로 유체에 의한 토크를 발생시키는 것을 특징으로 하는,
    인젝터용 포지션링.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 유로홀은 상기 포지션링의 상면으로부터 하방향으로 형성되고, 상기 제2 유로홀은 상기 제1 유로홀로부터 이어져 형성되되, 상기 포지션링의 상하 방향을 기준으로 상기 제1 유로홀의 경사각이 상기 제2 유로홀의 경사각보다 큰 것을 특징으로 하는,
    인젝터용 포지션링.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 유로홀의 경사각은 상기 포지션링의 상하 방향을 기준으로 60°보다 크고, 상기 제2 유로홀의 경사각은 상기 포지션링의 상하 방향을 기준으로 15°보다 작은 것을 특징으로 하는,
    인젝터용 포지션링.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제1 유로홀의 경사각이 a1, 상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제2 유로홀의 경사각이 a2일 때, a1/a2 ≤ 0.5 이고, a2/90°≥ 0.7 인 것을 특징으로 하는,
    인젝터용 포지션링.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제1 유로홀의 경사각이 a1, 상기 포지션링의 수평 방향을 기준으로 한 상기 제2 유로홀의 경사각이 a2일 때, a1/90°≤ 0.3 이고, a2/90°≥ 0.7 인 것을 특징으로 하는,
    인젝터용 포지션링.
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