KR19990014929A - 기계전기식 연료인젝터용 아마추어 가이드 및 조립방법 - Google Patents

기계전기식 연료인젝터용 아마추어 가이드 및 조립방법 Download PDF

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KR19990014929A
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와일드슨레이몬드
위버엘.블레어
위크조레크데이비드피.
브린벤쟈민에프.주니어
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웰즈러쎌씨.
지멘스오토모티브코퍼레이션
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Abstract

연료인젝터(10)내에 상부(12) 및 하부가이드부재(48)를 정렬시키고 제조하는 저비용 방법은 제조비용을 절감시키고 내구성을 향상시킨다. 그 방법은 가이드부재가 인젝터의 밸브본체(16)에 엄격하게 고정되기 전에 양 가이드부재를 축방향으로 정렬시키도록 정렬공구(52)를 활용한다. 가이드 부재상의 치수 공차는 엄격하게 유지되는 정렬개구 하나를 제외하고는 느슨하다.

Description

기계전기식 연료인젝터용 아마추어 가이드 및 조립방법
연료인젝터는 수백만번의 온/오프 사이클을 견디어낼수 있을 것이 요구되며 동시에 최초의 연료유량 및 누출성능 특성을 여전히 만족시킬 것이 요구된다. 그러한 최초의 성능특성을 만족하고 유지시키는 것에 실패하면 엔진에 대한 연료측정이 변화되는 결과를 초래한다. 약간의 보정은 연료공급의 전체의 희박 또는 농후한 조성을 위한 엔진제어 시스템에서 이루어질수 있지만, 희박 또는 농후한 실린더에 대한 그러한 보정은 언제나 유용한 것은 아니다.
이러한 일이 발생했을 때, 엔진은 배기 및 성능 기대치를 만족시킬수 없다. 주어진 실린더내에서 그러한 희박 또는 농후한 혼합의 원인은 다양한 요인에 의하여 야기될수 있는데, 그중 하나는 밸브시트를 개폐시키는 왕복운동시 아마추어/니들용 가이드 메카니즘의 정밀도이다. 전통적으로 인젝터는 하나의 가이드가 인젝터의 '파워 그룹'에 대한 아마추어/니들 폐쇄의 상단부에 또한 다른 하나의 가이드가 밸브시트에 보다 가까운 하단부에 있는 상태로 적어도 2개의 지점에서의 가이드 구성으로 가이드된다.
그러한 성능의 또 다른 원인은 아마추어/니들의 불일치를 야기할수 있는 인젝터내의 밀봉부재에서 확인된다.
가이드 메카니즘을 만들어내는 몇몇의 전통적인 방법은 상하부 양쪽 가이드에 대하여 밸브몸체의 보어를 활용하는 것을 포함한다. 이것은 보어 내경이 엄밀하게 제어되는 공차로 가공될 것이 요구되며 그후에 아마추어/니들의 외부표면은 또한 엄격한 공차로 가공된다. 이것에도 불구하고 요구되는 크기 및 매치 제조작동이 있을 수 있다. 다시 전형적으로 이것이 행해질 때, 밸브몸체의 시트에서의 밀봉영역은 인젝터가 이용하는 밸브타입에 따라서 핀들 밸브부재 또는 니들 밸브부재상에서 밀봉영역을 매치시키도록 또한 엄격하게 가공된다.
불일치를 회피하기 위한 다른 방법은 하부 가이드로서 니들 밸브부재의 단부에서 볼형상 구면체를 활용하는 것을 포함한다. 이러한 경우에 아마추어 외경은 상부가이드로서 기능하는 밸브몸체내의 가공된 표면상에서 가이드된다. 이것은 미국특허 제5,217,204호에 개시된다. 이러한 타입의 설계는 구면체의 피봇시키는 능력덕분에 가이드 장점을 가지지만, 시트영역의 대량가공이 요구된다. 추가적으로 시트 또는 구의 표면중 어느 하나는 밸브의 측정영역에 대하여 소정의 유동통로를 이루기 위한 가공이 요구된다.
상기 예에서 밸브몸체는 자기 복귀 경로의 일부이므로 아마추어가 가이드되는 표면은 자력으로 야기되는 마찰을 최소화시키기 위해서 비자석이어야만 한다. 이것을 성취하기 위해서 밸브몸체에 부착되고 그후에 아마추어/니들의 센터링을 보증하기 위해서 밸브몸체와 함께 가공되는 분리편이 존재한다. 이것은 연장된 거리에 걸쳐서 매우 엄격한 공차 가공을 요구한다.
미국 특허 제4,915,350호에 개시되는 바와같이 이것을 해결하기 위한 하나의 방법은 밸브몸체의 상단에 비자기성의 얇은 가이드의 치수를 맞춰 부착시키는 것이다. 이것은 요구되는 가공의 최소화 덕분에 비용을 절감시킨다. 가이드의 실제부착이 스케이킹 작업으로 이루어진다면, 그러한 작업은 인젝터 오염 및 인젝터 고장의 잠재적인 원인이 될 수 있다. 얇은 가이드가 밸브몸체내의 오목부내에 위치된다면, 추가적인 가공작업은 이미 얇은 가이드의 두께부위를 허용하도록 밸브몸체상에서 수행되어야만 한다. 스테이킹을 허용하기 위해서 밸브몸체는 가이드의 유지를 위한 기하학적 형상에 대하여 필요되는 재료를 수용하기 위해서 직경내에 추가공간을 가져야만 한다.
또 다른 적용에서 가이드가 부착작업시 크기가 정해지더라도, 하부가이드에 대한 상부가이드의 센터링은 밸브몸체에 만들어지는 공차에 따른다. 가이드는 밸브몸체 내경부위에 합치된다. 사이징 공구가 제거될 때, 가이드의 하단부는 금속의 특성 때문에 다소 뒤로 튕겨지는 경향이 있다. 이것은 아마추어내에서 가우징되는 잠재적인 날카로운 영역을 남겨둔다.
본발명은 연료인젝터에 관한 것이며 보다 상세하게는 아마추어/니들 스템의 왕복운동을 가이드하기 위한 개량된 저가의 상부가이드에 관한 것이다.
도 1은 상부가이드를 가지는 연료인젝터의 횡단면도,
도 2는 본 실시예의 전형적인 상부가이드의 평면도,
도 3은 도 2의 선 3-3의 단면도,
도 4는 상부가이드를 가지는 밸브본체의 확대된 단면도,
도 5는 상부가이드의 실시예를 도시하는 도면,
도 6은 상부가이드의 제 3실시예를 도시하는 도면,
도 7은 상부가이드의 또 다른 실시예를 도시하는 도면, 그리고
도 8은 정렬방법의 실행을 예시하는 도면.
상기 지적된 문제점, 고비용 및 결점은 축방향으로 정렬된 고정자 및 아마추어 수단을 가지는 기계전기식 연료인젝터용 아마추어 가이드 수단에 의하여 해결된다. 전자석 코일은 고정자 수단을 둘러싼다. 스프링 수단은 고정자 수단으로부터 아마추어 수단을 가압시킨다. 아마추어 수단은 고정자 수단에 마주하는 하나의 단부에서 구형표면을 가지는 밸브스템부재를 포함한다. 하부가이드부재, 밸브시트, 밀봉수단 및 오리피스 부재를 포함하는 밸브시트부재는 밸브본체내에 위치된다. 밸브본체부재는 내경이 고정자수단에 인접되는 하나의 단부로부터 연장되는 제1 보어와, 제1 보어의 내경보다 큰 내경이 다른 하나의 단부로부터 연장되며 쇼울더를 형성하는 제2 보어를 가진다.
상부 가이드부재는 밸브본체부재의 일단에 위치된다. 가이드부재는 단면이 L 형상이며 제1 보어의 내경보다 작은 외경과 내경을 가지는 L 형상 표면중 하나를 따라서 연장되는 관형부재를 가진다. 관형부재의 내경은 아마추어 수단과 미끄럼 끼워맞춤되는 연장된 표면을 형성한다. 단부 표면은 관형부재의 일단으로부터 L형상 표면의 다른 일단을 따라서 방사상으로 연장되며 밸브본체내에서 제1 보어의 내경보다 큰 외경을 가진다.
도 1에 도시되는 바와같이 본발명의 상부가이드부재(12)를 활용하는 전자기 연료인젝터(10)의 횡단면도가 예시된다. 연료인젝터의 작동은 개시되었으므로, 상부가이드 부재 주위의 인젝터의 필수요소만이 설명된다.
예시된 인젝터(10)는 관형이며, 외경과 높이 모두 소형인 인젝터이다. 보다 상세하게 인젝터(10)는 연료가 밸브본체(16)내에서 하나 이상의 연료입구(14)를 통하여 인젝터로 공급되고 인젝터의 인접단부에 오리피스부재(18)를 통하여 인젝터로부터 배출되는 바닥 피드 인젝터이다. 연료가 인젝터의 일단에서 들어가고, 인젝터를 통하여 유동되어, 마주하는 단부에서 오리피스 부재를 통하여 인젝터로부터 배출되는 상단 피드 인젝터는 또한 상부가이드부재(12)를 활용한다.
인젝터는 인젝터를 작동시키는 잠재력에 연결되는 전자석코일(22)에 의하여 둘러싸이는 고정자수단(20)을 가진다. 아마추어부재(24)는 고정자 수단에 대하여 동축선상으로 위치되며 스프링(26)에 의하여 고정자로부터 떨어져 가압된다. 아마추어 부재(24)의 대향 단부에는 억지 끼워맞춤과 같은 몇몇 수단 또는 용접이나 다른 유사한 수단에 의하여 아마추어에 고정되는 밸브스템부재(28)가 있다. 예시된 바와같이 밸브스템부재(28)는 일단에서 감소되는 직경을 가진다. 일단은 인젝터로부터 연료를 분사시키기 위한 통로(32)를 통하는 유동을 폐쇄시키도록 밸브시트부재(30)와 짝지워지는 구형표면내에서 종결된다. 밸브시트부재(30)의 하류는 인젝터로부터의 연료를 측정하는 하나 이상의 오리피스를 가진다.
아마추어 부재(24)는 레이저 용접등에 의하여 서로 단단히 고정되는 하나 이상의 중간부재에 의해 고정자부재(20)에 고정되는 밸브본체(16) 부재의 내부 보어(34)내에 위치된다.
상부 가이드부재(12)는 밸브시트단부에 대향되는 밸브본체(16)의 단부에 위치된다. 일반적으로 상부가이드 부재는 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이 아일릿 형상의 부재가 될 수 있다. 가이드부재(12)는 아마추어 부재(24)를 가이드하는 제1 내경을 가지는 가이드 부재의 축선에 평행한 제1 표면(34)을 가진다. 제1 표면에 수직인 단부표면(36)은 제1 표면(34)과 동심으로 방사상 바깥쪽으로 연장된다.
이것은 L형상 횡단면을 가지는 상부가이드 부재를 도시하는 도 4에 보다 잘 예시된다. 상부가이드부재(12)는 왕복 방식으로 이동되도록 아마추어(24)에 대하여 미끄럼 표면을 제공하고 짝지워지기 위하여 제1 표면(34)을 형성하는 내경을 가지는 비 자성의 원관형 부재이다. 내경으로부터 연장되는 상부가이드 부재의 상단 또는 단부 표면(36)은 이하에 설명되는 바와같이 조립시 밸브본체부재(16)에 가이드부재(12)를 레이저 용접시키기 위한 수단(40)을 구비한다. 내경(34)은 종래기술에서 설명되는 바와같이 사이징 공구로부터 뒤로 튕겨짐이 없도록 사전에 크기가 맞춰진다.
가이드부재(12)의 또 다른 실시예는 도 5 내지 도 7에 도시된다. 이들 실시예에서 가이드부재(12)는 U형상 부재이며 여기에서 단부 표면(36)의 외주에는 제1 표면(34)에 평행한 하향 종속단부(38)가 있다. 가이드부재(12)가 U형상일 때, 단부표면(36)은 U의 바닥이며 제1 표면(34)으로부터 U의 다리부를 구성하는 종속단부의 외경 또는 제2 직경(47)까지 연장된다. 각각의 실시예에서 가이드부재는 밸브시트부재(30)로부터 떨어진 단부 표면(36)과 함께 밸브본체(16) 상에 위치된다.
도 5에서 밸브본체부재(16)는 관형 가이드부재(12)의 단부표면(36)이 위치되는 노브단부(42)를 가진다. 가이드부재의 제2 표면(38)의 내부표면(44)은 노브 단부 주위에 놓여지도록 형성된다. 가이드부재(12)는 노브단부(42)에 걸쳐서 또한 노브단부하에서 굽혀지는 가이드부재(12)의 제2 표면과 억지 끼워맞춤을 형성하여, 가이드부재가 제위치에서 유지되도록 한다. 가이드부재는 레이저 용접(40)에 의하여 밸브본체(16)에 고정된다. 밸브본체에 가이드부재를 고정시키는 또 다른 수단은 가이드부재의 외부 다리부를 변형시켜 제위치에 유지시키는 마그나 성형 공정에 의한 것이다. 가이드부재상에 뚜껑을 붙이고 중간부재중 하나 또는 고정자부재와 가압끼워맞춤 관계로 캡을 위치시키는 다양한 또 다른 수단이 공지되어 있다.
도 6은 밸브본체(16)의 동일한 노브 단부(42)의 쓰임을 도시한다. 본 실시예에서 가이드부재(12)의 횡단면은 밸브본체(16)의 노브 단부상에 위치되는 양 다리부를 가진다. 적절한 위치에 있을 때, 가이드부재(12)의 외부 다리부(38)는 노브 아래에서 크림프되도록 형성된다. 용접은 가이드부재를 고정시키도록 이용될수 있다. 이러한 용접은 전형적으로 레이저 용접이며 연속적인 것이 아니라 가이드부재(12)의 단부 표면주위의 소수의 위치에서 점용접될 뿐이다.
도 7은 밸브본체(16)의 노브 단부(42)를 가지는 가이드부재(12)의 또다른 실시예를 도시한다. 이것은 용접부(40)가 가이드부재(12)의 단부표면(36)상에 위치되는 것을 제외하고는 도 5의 실시예와 유사하다.
도 5 내지 도 7의 각각의 실시예에서 밸브본체(16)내의 보어(46)의 직경은 관형 가이드부재(12)의 제2 직경(47) 보다 큰 이유가 이하에서 명백해진다.
각각의 상기 실시예에서 가이드부재를 조립 및 고정시키기 위해서 또한 도 8에 예시된 바와같이 하부가이드부재(48)는 밸브본체부재(16)에 위치된다. 밸브본체 부재는 밸브본체의 하단부에 위치 및 고정되는 실(50)과 함께 밸브시트부재(30), 하부가이드부재(48), 및 오리피스부재(18)를 가진다. 하부가이드부재(48)는 적절한 위치에 위치되도록 방사상으로 자유롭다. 이러한 조립체는 도 8에 도시된 바와같이 조립체 지그(58)내에 위치된다.
상부가이드부재(12)는 밸브본체부재의 보어직경(46)을 따라서 연장되는 밸브본체부재(16)의 상류단부상에 위치된다. 상부가이드부재(12)는 보어(46)내에서 방사상으로 플로트되도록 자유롭다. 하부가이드부재(48) 또한 반경방향으로 플로트된다. 아마추어/니들 부재의 형상인 정렬공구(52)는 상부가이드부재(12) 및 하부가이드부재(48) 양쪽을 통하여 삽입되며 밸브시트부재(30)상에 놓여진다. 정렬공구(52)는 밸브시트부재(28)와 축방향으로 정렬되며 상부가이드부재(12) 및 하부가이드부재(48)를 정렬시킨다. 밸브시트부재(30)는 그후에 밸브본체부재(16)내의 카운터보어에 의하여 형성되는 쇼울더(54)에 대항하여 하부가이드부재(48)를 가압시키도록 밸브본체부재(16)의 단부를 형성시키는 것과 같은 그러한 수단에 의하여 밸브본체부재(16)에 고정되며, 이에따라 제위치에 하부 가이드부재(48)를 록킹시킨다. 상부가이드부재(12)는 그후에 도 6에서와 같이 성형됨으로써, 또는 도 4, 도 5 또는 도 7에 예시된 바와같이 용접됨으로써 밸브본체에 고정된다. 정렬공구(52)는 제거되고 완성된 조립체는 그후에 정확한 아마추어/니들 조립체를 포함하는 인젝터의 파워그룹에 조립된다.
설명된 바와같은 상부가이드부재(12)의 쓰임으로, 상부 및 하부가이드부재의 치수 공차는 정렬공구(52)를 가지고 가이드부재(12, 48)가 센터링되도록 한다. 이것은 단지 엄격히 유지되도록 하부가이드부재(48)의 내부 보어 및 상부가이드부재(12)내의 제1 표면(34)의 공차만을 필요로 한다. 게다가 밸브시트부재와 하부가이드부재(48)의 조립이 상부가이드부재(12)와 동일한 시간에 이루어지기 때문에 밸브시트부재(28)는 외경상에서 보다 느슨한 공차를 또한 가질수 있다. 본 예에서 정렬공구(52)는 모든 아마추어/니들가이드 표면이 정렬된 후에 밸브시트부재(30), 하부가이드부재(48), 오리피스부재(18) 및 오리피스 백업부재(56)가 레이저용접, 크림핑 및 마그나 성형과 같은 수단에 의하여 밸브본체에 고정되도록 한다. 느슨한 공차부분의 사용은 저비용을 야기하고, 소정의 목표결과인 고내성 인젝터를 야기한다.

Claims (9)

  1. 스프링 수단은 고정자 수단으로부터 아마추어 수단을 가압시키고, 아마추어 수단은 고정자 수단에 대향되는 일단에서 구형 표면을 가지는 밸브스템부재를 포함하며, 밸브시트부재는 하부가이드부재, 밸브시트, 밀봉수단 및 오리피스 부재를 가지는, 축선방향으로 정렬된 고정자 및 아마추어 수단을 가지는 기계전기식 연료인젝터용 아마추어 가이드 수단에 있어서,
    밸브 본체부재는 내경이 고정자 수단에 인접되는 일단으로부터 연장되는 제1보어와 제2 보어의 내경보다 큰 내경이 단부들의 중간거리만큼 또다른 단부로부터 연장되고 쇼울더를 형성하는 제2 보어를 가지며;
    가이드부재는 상기 밸브본체부재의 상기 일단에 위치되며, 관형부재가 아마추어 수단과 미끄럼 끼워맞춤되는 연장된 표면을 형성하는 상기 관형부재의 상기 내경 및 상기 제1 보어의 내경보다 작은 외경을 가지고 L형상 표면중 하나를 따라서 연장되는 상태에서 L형상 단면을 가지며;
    단부표면은 관형부재의 일단으로부터 상기 L형상 표면의 다른 하나를 따라서 연장되며, 상기 제1 보어의 내경보다 큰 외경을 가지는 것을 특징으로 하는 아마추어 가이드 수단.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브본체 부재는 상기 일단에 카운터 보어를 가지며, 상기 카운터 보어는 상기 밸브본체부재의 외경과 상기 제1 보어의 상기 내경의 중간의 외경을 가지고, 상기 가이드 부재의 상기 단부표면의 두께와 동일한 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 아마추어 가이드 수단.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브본체수단은 상기 일단에서 노브수단을 가지며 상기 가이드부재는 U형상 단면을 형성하는 상기 가이드 부재의 상기 단부 표면의 외주로부터 축방향으로 연장되는 외부 표면을 포함하고, 상기 단부 표면 및 축방향 단부표면은 상기 노브수단에 중첩되는 것을 특징으로 하는 아마추어 가이드 수단.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 축방향으로 연장되는 외부표면은 상기 노브 수단 주위에 둘러싸이도록 형성되는 것을 특징으로 하는 아마추어 가이드 수단.
  5. 전자기 연료인젝터내에, 고정자수단에 인접되는 관형단부와 관형단부로부터 연장되는 연장된 밸브스템을 가지는 아마추어수단의 상부 및 하부가이드를 정렬시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    밸브본체 부재내에 적어도 2개의 보어, 즉 밸브본체부재의 길이만큼 축방향으로 연장되고 아마추어 수단의 관형 단부와 함께 미끄럼 표면을 형성하는 직경부를 가지는 제1 보어와, 밸브본체의 일단으로부터 단부들의 중간 지점까지 연장되고 2개의 보어의 교차점에 쇼울더를 형성하는 직경부를 가지는 제2 보어를 형성시키는 단계;
    상기 제2 보어의 직경보다 작은 외경을 가지며, 밸브스템과 미끄럼 끼워맞춤을 형성하는 축선방향으로 동심의 직경을 가지는 하부가이드 부재를 상기 제2 보어내에 삽입시키는 단계;
    하부가이드 수단에 대항하여 축방향으로 연장되는 관통 구멍, 밀봉수단 및 오리피스 부재와 함께 축선방향으로 동심인 밸브시트를 가지며 쇼울더에 대항하여 하부가이드 수단을 가압시키는 밸브시트부재를 삽입시키는 단계;
    하부가이드 부재에 대항되는 밸브본체 부재의 단부상에 아마추어 수단의 관형단부와 미끄럼 끼워맞춤을 형성하는 축방향으로 동심인 직경을 가지는 상부가이드 부재를 위치시키는 단계;
    아마추어 수단이 밸브본체 부재의 축선을 따라서 왕복이동되고 밸브스템이 밸브시트부재상에서 센터링되어 관통구멍을 폐쇄시키도록 정렬공구와 하부 및 상부가이드부재의 동심인 직경을 축선방향으로 정렬시키는 단계;
    밸브본체에 밸브시트부재, 하부가이드부재, 오리피스부재 및 오리피스 백업 부재를 고정시키는 단계;
    밸브본체 부재에 상부가이드 부재를 고정시키는 단계; 그리고
    정렬공구를 제거시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아마추어 수단의 상부 및 하부 가이드를 정렬시키는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상부 가이드부재를 고정시키는 단계는 레이저 용접가공에 의한 것을 특징으로 하는 아마추어 수단의 상부 및 하부가이드를 정렬시키는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상부 가이드부재를 고정시키는 단계는 마그나 성형가공에 의한 것을 특징으로 하는 아마추어 수단의 상부 및 하부가이드를 정렬시키는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상부 가이드부재를 고정시키는 단계는 크림핑 가공에 의한 것을 특징으로 하는 아마추어 수단의 상부 및 하부가이드를 정렬시키는 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 밸브본체에 밸브시트부재, 하부가이드부재 및 오리피스부재를 고정시키는 단계는 밸브본체부재에 쇼울더에 대항되는 하부가이드 부재를 위치시키도록 오리피스 백업부재상에 밸브본체부재의 단부를 크림핑시키는 가공에 의한 것을 특징으로 하는 아마추어 수단의 상부 및 하부가이드를 정렬시키는 방법.
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