KR102448665B1 - 개선된 접촉 면을 구비한 가스 분사기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체 연료를 내연 기관의 연소실 내로 직접 분사하기 위한 가스 분사기에 관한 것이며, 상기 가스 분사기는 밀봉 시트(4) 상의 관통 구멍(3)을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소(2), 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품(5) 및 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품(6)을 포함한다. 가스 분사기가 소정의 상태에 있을 경우, 제 1 부품(5)은 제 2 부품(6)과 접촉하고, 상기 제 1 부품(5)의 표면 경도는 상기 제 2 부품의 표면 경도보다 크다.
Description
본 발명은 특히 가스 분사기의 내극과 아마추어 사이의 개선된 접촉 면을 구비한, 연소실 내로 직접 분사하는 가스 분사기에 관한 것이다.
자동차 분야에서 최근에는 액체 연료 이외에, 예를 들어 천연 가스 또는 수소와 같은 기체 연료도 많이 사용된다. 부품들의 제조 공차로 인해, 가스 분사기의 작동 동안 접촉하는 부품들은 기하학적으로 완벽한 구성으로, 예를 들어 정지부가 전체 접촉 면에 접촉하지 않을 수 있다. 이로 인해, 부품들이 서로 충돌할 때 높은 접촉 응력이 발생한다. 이는 특히 자기 액추에이터의 부품들 사이, 특히 아마추어와 내극 사이에서 발생한다. 액체 연료의 경우, 아마추어 및 내극의 형상은, 유압 접착을 방지하기 위해 상대적으로 작은 비율의 단부면 만이 실제로 다른 부품과 접촉하도록 선택된다. 이로 인해, 분사기의 신속한 폐쇄 시간이 달성될 수 있다. 액체 연료의 경우 부품들의 실제 접촉 면은 가능한 한 작다. 그러나 액체 연료는, 액체가 접촉 영역 밖으로 압착되며 움직이는 부품이 지연되기 때문에, 기계적 정지 직전에 부품의 너무 센 충돌을 방지한다. 따라서, 충돌 직전에 이동 부품의 이동 속도가 떨어짐으로써 정지 하중이 감소한다. 기체 연료의 경우, 상기 압착 효과는 발생하지 않고 이동 부품은 제동 없이 다른 부품에 부딪힌다. 이것은 액체 연료의 경우보다 큰 접촉 하중을 초래한다. 그러나 기체 연료의 경우 유압 접착은 발생하지 않는다.
본 발명의 과제는 작동 중에 서로 접촉하는 2개의 부품 사이에서 전면 접촉이 이루어지는 가스 분사기를 제공하는 것이다.
청구항 1의 특징들을 갖는, 내연 기관의 연소실 내로 기체 연료를 직접 분사하기 위한 본 발명에 따른 가스 분사기는 작동 중에 서로 접촉하는 2개의 부품 사이에서, 예를 들어 내극과 아마추어 사이 또는 2개의 정지 부품들 사이에서 전면 접촉이 이루어진다는 장점을 나타내며, 이로 인해 폐쇄 거동과 개방 거동의 다이내믹에 대한 단점이 나타나지 않는다. 결과적으로 접촉 응력이 크게 감소할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라, 제조 공차가 양호하게 보상될 수 있으므로, 가스 분사기의 신뢰성 있고 오래 지속되는 연속 작동이 가능하다. 이것은 본 발명에 따라 가스 분사기가 밀봉 시트 상에서 관통 구멍을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소, 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품, 및 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품을 포함함으로써 달성된다. 가스 분사기의 소정 상태에서, 제 1 및 제 2 부품은 접촉한다. 소정 상태는 바람직하게는 완전 개방 상태 또는 폐쇄 상태이다. 이 경우 제 1 부품의 경도는 제 2 부품의 경도보다 크다. 작동 중에 교대로 접촉한 다음 다시 서로 분리되는, 서로 접촉하는 부품들의 경도가 서로 다르기 때문에, 더 부드러운 표면의 제어된 마모가 이루어진다. 따라서, 더 부드러운 층은 공차 보상 등을 제공하기 위해 부분적으로 희생된다. 또한, 표면의 더 부드러운 층에서 소성 변형이 발생할 수 있다. 따라서 더 부드러운 표면은 변형 표면을 형성한다. 더 부드러운 표면의 마모 또는 변형은 짧은 유입 과정 후에 발생하기 때문에, 작동 중에 실제로 존재하는 제 1 및 제 2 부품 사이의 접촉 면이 커지고, 제 1 및 제 2 부품 사이의 접촉 응력이 감소한다. 일정한 유입 시간 후에, 추가의 마모 또는 추가의 소성 변형이 없는 안정된 상태가 얻어진다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선을 제시한다.
특히 바람직하게는, 소정의 상태에서 제 1 및 제 2 부품 사이에 면 접촉이 존재한다. 이로 인해, 부품들 사이의 접촉 동안 매우 낮은 접촉 부하가 달성될 수 있다.
특히 바람직하게 제 2 부품은 코팅을 포함한다. 코팅의 경도는 제 1 부품의 표면 경도보다 작다. 결과적으로, 부품들 사이의 경도 차이는 부품 중 하나를 단순히 코팅함으로써 개별적으로 달성될 수 있다.
제 1 부품은 특히 바람직하게는 자기 액추에이터의 내극이고, 제 2 부품은 자기 액추에이터의 아마추어이다. 아마추어는 밸브 폐쇄 부재에 연결된다. 특히 바람직하게는, 연소실을 향한 내극의 전체 면은 아마추어의 표면과 접촉한다. 대안으로서 또는 동시에, 연소실로부터 떨어져 있는 아마추어의 전체 면은 내극과 접촉한다. 이로 인해, 내극과 아마추어 사이에 큰 접촉 면이 확보된다.
대안으로서, 제 1 및 제 2 부품은 가스 분사기의 행정을 제한하기 위해 각각 정지부로서 형성된다. 또한, 대안으로서 제 1 및 제 2 부품은 가스 분사기의 밀봉 시트를 형성한다.
또한, 바람직하게는, 제 1 부품의 표면 경도는 제 2 성분의 표면 경도보다 적어도 50 % 더 크다. 바람직하게는, 제 1 부품의 표면 경도는 제 2 부품의 표면 경도보다 최대 500 % 더 크다. 제 1 부품의 표면 경도는 바람직하게는 약 1000 HV이고, 제 2 부품의 표면 경도는 바람직하게는 약 200 HV 내지 300 HV이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현 예에 따르면, 제 2 부품의 코팅의 두께는 5 ㎛ 내지 최대 30 ㎛ 범위, 특히 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이다.
더 바람직하게는, 가스 분사기는 제 1 및 제 2 부품 사이에 배치되는 유입 매체를 포함한다. 유입 매체는 제어된 마모 또는 제어된 변형을 촉진한다. 유입 매체로서는, 예를 들어 에멀젼, 예를 들면 물/오일 혼합물, 또는 현탁액, 예를 들어 각각 연마 입자를 포함하는 물 또는 오일이 사용될 수 있다.
제 1 부품의 표면은 크롬 표면인 것이 특히 바람직하다. 제 2 부품을 위한 코팅으로서, 주석, 니켈, 임베디드 감쇠 입자, 예를 들어 PTFE를 갖는 니켈, 아연, 구리 또는 구리 합금(청동, 황동) 및 바람직하게는 300 내지 500 HV의 크랙 없는 더 부드러운 크롬 층이 제공된다. 또한, 본 발명은 연소실 및 본 발명에 따른 가스 분사기를 포함하는 내연 기관에 관한 것이며, 상기 가스 분사기는 기체 연료를 연소실 내로 직접 분사하기 위해 연소실에 직접 배치된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예가 도면을 참고로 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 분사기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 유입 단계 이전에 도 1의 접촉하는 부품들의 개략적인 단면도이다.
도 3은 유입 단계 후 접촉하는 부품들의 개략적인 단면도이다.
도 2는 유입 단계 이전에 도 1의 접촉하는 부품들의 개략적인 단면도이다.
도 3은 유입 단계 후 접촉하는 부품들의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 분사기(1)가 도 1 내지 도 3을 참고로 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 가스 분사기(1)는 상기 실시 예에서는 밸브 니들인 밸브 폐쇄 요소(2)를 포함한다. 이 경우, 밸브 폐쇄 요소(2)는 밀봉 시트(4)에서 관통 구멍(3)을 개방하거나 또는 폐쇄한다.
가스 분사기(1)는 연소실(10)에 직접 배치된다. 그 결과, 기체 연료가 연소실(10) 내로 직접 분사될 수 있다.
아마추어(6)는 밸브 폐쇄 요소(2)에 배치된다. 아마추어(6) 및 내극(5)은 코일(9)과 함께 가스 분사기(1)를 작동시키기 위한 자기 액추에이터를 형성한다. 내극(5)은 제 1 부품을 형성하고, 아마추어(6)는 제 2 부품을 형성하며, 상기 부품들은 가스 분사기의 소정 상태에서, 즉 완전히 열린 상태에서 서로 접촉하고 있다.
내극(5)은 제 1 코팅(11)을 포함한다. 아마추어(6)는 제 2 코팅(12), 및 상기 제 2 코팅(12) 상에 배치된 제 3 코팅(13)을 포함한다. 따라서, 완전 개방 상태에서, 제 3 코팅(13)과 제 1 코팅(11)은 접촉한다. 제 3 코팅(13)의 경도는 제 1 코팅(11)의 경도보다 낮다.
도면 번호 8은 복원 요소를 나타내며, 상기 복원 요소(8)는 밸브 폐쇄 요소(2)를 도 1에 도시된 폐쇄된 시작 위치로 복귀시킨다.
가스 분사기(1)를 개방하기 위해, 자기 액추에이터는 공지된 방식으로 작동되므로, 아마추어(6)가 내극(5)에 대해 화살표 A의 방향으로 끌어 당겨진다. 그 다음, 아마추어(5)는 아마추어(6)와 내극(5) 사이의 중간 갭을 극복한 후에 내극(5)과 접촉한다. 이것은 도 1에 화살표 A로 표시된다.
도 2는 제조 공차로 인해 아마추어(6)와 내극(5) 사이의 소정의 경사 위치가 존재하는 유입 단계 이전의 가스 분사기의 상태를 도시한다. 이것은 도 2에서 원추형 갭(14)으로 표시되어있다.
작동 중에 서로 접촉하게 되는 제 1 코팅(11)과 제 3 코팅(13) 사이의 상이한 경도로 인해, 더 부드러운 제 3 코팅(13)의 제어된 마모가 달성될 수 있다. 따라서, 제 3 코팅(13)은 제조 공차를 보상하기 위해 유입 과정 중에 부분적으로 희생되는 희생 층을 형성한다. 더 부드러운 제 3 코팅(13)은 또한 소성 변형을 수행하므로, 제 3 코팅(13)은 변형 층을 형성할 수 있다.
도 2와 도 3의 비교에서 나타나는 바와 같이, 유입 단계 후에, 즉 도 3에 도시된 상태에서 제 3 코팅(13)과 제 1 코팅(11) 사이의 완전한 면 접촉이 존재한다. 따라서, 더 이상의 마모 없이 안정된 상태가 달성된다. 제 1 및 제 2 부품, 즉 내극(5)과 아마추어(6) 사이의 면 접촉으로 인해, 부품들 사이의 접촉 응력이 감소한다. 따라서, 유입 프로세스 동안 마모 및 소성 변형은, 접촉 기하학의 안정한 최종 상태가 달성될 때까지 감소한다. 이 경우 접촉 응력이 최소인데, 그 이유는 실제 접촉 면이 최대이기 때문이다. 본 발명에 따라 기체 연료가 사용되기 때문에, 액체 연료의 사용 시 나타날 수 있는, 큰 접촉 면으로 인한 유압 접착의 위험이 없다. 접촉 면의 온도 의존성도 나타나지 않는다. 제 3 코팅(13)의 두께는 예를 들어 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이다.
내극(5) 상의 제 1 코팅(11)은 예를 들어 크롬 코팅일 수 있다. 아마추어(6) 상에 직접 부착된 제 2 코팅(12)은 마찬가지로 크롬 코팅, 바람직하게는 내극(5) 상의 제 1 코팅과 동일한 코팅일 수 있다. 제 1 코팅(11)보다 더 부드러운 코팅인 제 3 코팅(13)은 예를 들어 주석 함유, 니켈 함유, 아연 함유 또는 구리 함유 코팅이다.
제어된 마모 동안 유입 프로세스를 지원하기 위해, 유입 매체, 예를 들어 에멀젼 또는 연마 입자를 갖는 현탁액이 바람직하게 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 유입 과정의 윤활을 위해 사용되는 첨가제들이 예를 들어 제 3 코팅(13)에 제공될 수 있다.
2 밸브 폐쇄 요소
4 밀봉 시트
5, 6 부품
10 연소실
4 밀봉 시트
5, 6 부품
10 연소실
Claims (11)
- 내연기관의 연소실 내로 기체 연료를 직접 분사하기 위한 가스 분사기로서,
- 밀봉 시트(4) 상의 관통 구멍(3)을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소(2),
- 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품(5), 및
- 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품(6)을 포함하고,
- 상기 가스 분사기의 소정 상태에서 상기 제 1 부품(5)이 상기 제 2 부품(6)과 접촉하고,
- 상기 제 1 부품(5)의 표면 경도가 상기 제 2 부품(6)의 표면 경도보다 크고,
상기 제 2 부품(6)은 코팅(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분사기. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부품(5)과 상기 제 2 부품(6) 사이에 접촉 상태에서 면 접촉이 존재하는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 부품(5)은 자기 액추에이터의 내극이고, 상기 제 2 부품(6)은 상기 밸브 폐쇄 요소(2)에 연결된 상기 자기 액추에이터의 아마추어인 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
- 제 4 항에 있어서, 상기 연소실을 향한 상기 내극의 전체 면은 접촉 상태에서 아마추어와 접촉하고 및/또는 상기 연소실로부터 반대편을 향하는 상기 아마추어의 전체 면은 접촉 상태에서 상기 내극과 접촉하는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 부품(5) 및 제 2 부품(6)은 상기 가스 분사기의 행정을 제한하기 위해 정지부로서 형성되거나, 또는 상기 제 1 부품(5) 및 상기 제 2 부품(6)은 상기 가스 분사기의 밀봉 시트로서 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
- 내연기관의 연소실 내로 기체 연료를 직접 분사하기 위한 가스 분사기로서,
- 밀봉 시트(4) 상의 관통 구멍(3)을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소(2),
- 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품(5), 및
- 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품(6)을 포함하고,
- 상기 가스 분사기의 소정 상태에서 상기 제 1 부품(5)이 상기 제 2 부품(6)과 접촉하고,
- 상기 제 1 부품(5)의 표면 경도가 상기 제 2 부품(6)의 표면 경도보다 크고,
상기 제 1 부품(5)의 표면 경도는 상기 제 2 부품(6)의 경도보다 적어도 50% 더 큰 것을 특징으로 하는 가스 분사기. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코팅(13)의 두께는 5 ㎛ 내지 30 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
- 내연기관의 연소실 내로 기체 연료를 직접 분사하기 위한 가스 분사기로서,
- 밀봉 시트(4) 상의 관통 구멍(3)을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소(2),
- 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품(5), 및
- 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품(6)을 포함하고,
- 상기 가스 분사기의 소정 상태에서 상기 제 1 부품(5)이 상기 제 2 부품(6)과 접촉하고,
- 상기 제 1 부품(5)의 표면 경도가 상기 제 2 부품(6)의 표면 경도보다 크고,
상기 가스 분사기는,
상기 제 1 부품(5)과 상기 제 2 부품(6) 사이에 배치된 유입 매체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분사기. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코팅(13)은 주석 코팅 또는 니켈 코팅 또는 임베디드 감쇠 입자(embedded damping particles)를 포함하는 니켈 코팅 또는 구리 코팅 또는 구리 합금 또는 300 내지 500 HV 범위의 경도를 갖는 더 연질의 크롬 코팅인 것을 특징으로 하는 가스 분사기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 가스 분사기(1) 및 연소실(10)을 포함하는 내연기관으로서, 상기 가스 분사기(1)는 상기 연소실(10) 내로 기체 연료를 직접 분사하기 위해 상기 연소실(10)에 직접 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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