KR20000006175A - 연료분사기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 연료분사기는 시팅을 향하여 스프링(38)에 의해 바이어스되는 밸브니들(14)을 포함한다. 전자식 액추에이터 장치(42, 46)가 동작하여 스프링(38)에 의해 니들(14)에 인가되는 바이어스력의 크기를 변화시킬 수 있다.

Description

연료 분사기 {FUEL INJECTOR}
본 발명은 가압연료를 압축점화 내연기관(compression ignition internal combustion engine)의 연소공간에 공급하는데 사용하는 연료 분사기, 특히 전자식 액추에이터(electromagnetic actuator)를 사용하여 분사의 개시를 제어하는 유형의 연료 분사기에 관한 것이다. 본 발명은 펌프/분사기 장치의 용도에 특히 적합하지만 다른 응용에도 사용될 수 있다.
공지의 펌프/분사기 장치에 있어서는, 제어체임버(control chamber) 내의 연료압력을 제어함으로써 분사 개시가 제어되고, 제어체임버 내의 연료압력으로 밸브니들에 힘이 가해져서 니들이 충동되어 그 시팅(seating)을 향하게 된다. 제어체임버 내의 연료압력은 전자식으로 동작되는 적절한 밸브를 사용하여 제어된다. 이러한 장치는 비교적 복잡하며 정확한 제어가 곤란하다.
본 발명은 스프링에 의해 시팅을 향하여 바이어스되는 밸브니들, 및 스프링에 의해 니들에 가해진 바이어스력(biasing force)의 크기를 변경시키도록 배열된 전자식 액추에이터 장치를 포함하는 연료 분사기를 제공한다.
이러한 장치에는, 편의상 스프링을 배열하여 액추에이터가 제1 전압공급 레벨(energization level)로 여기될 때 분사가 확실하게 개시되지 않도록 충분히 큰 바이어스력을 니들에 인가한다. 액추에이터가 제2 전압인가 레벨로 여기될 때, 액추에이터가 스프링에 반발 작용하여 스프링에 의해 니들에 가해진 바이어스력의 크기를 분사기 니들이 이동하기에 충분한 레벨까지 저감시킴으로써 분사가 개시된다.
액추에이터는 제어부재(control member)에 지지된 아마추어(armature)를 포함하고, 스프링부하(spring load)가 제어부재를 통하여 니들에 전달되는 것이 바람직하다.
연료 분사기는 밸브의 동작에 따라 분사를 제어하지 않기 때문에, 분사기 내에 반드시 제공되어야 하는 천공부(drillings), 보어(bores) 및 다른 형상부(features)의 개수를 줄여 구조를 간단하게 할 수 있다. 또한, 연료 분사기는 제어가 비교적 용이하여 분사 타이밍을 정확하게 제어할 수 있다.
본 발명은 드레인 밸브(drain valve)의 폐쇄 타이밍에 대한 연료분사 타이밍으로 분사압력을 제어하는 펌프/분사기 장치의 용도에 특히 적합하다. 본 발명은 이러한 장치로 분사압력의 제어를 향상시킬 수 있음이 확실하다.
다음에, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사기의 단면도.
도 2는 도 1의 분사기의 일부 확대도.
첨부도면에 예시된 연료 분사기는 블라인드 보어(blind bore)(12)가 제공된 노즐 보디(nozzle body)(10)를 포함한다. 밸브니들(14)은 보어 내에서 슬라이드가능하며 보어의 폐쇄 단부에 인접하여 형성된 시팅과 맞물릴 수 있어서 보어(12)와 시팅 하류의 보어(12)와 연통하는 하나 이상의 출구(outlet openings) 사이의 연통을 제어한다. 보어(12)의 형상은 니들(14)을 안내하여 보어(12) 내에서 슬라이드 이동하도록 니들(14)의 인접부분 직경과 실질적으로 동일한 직경의 상측영역을 형성한다. 보어(12)의 상기 상측부분의 형상은 공급통로(supply passage)(18)와 연통하는 환형 갤러리(annular gallery)(16)를 형성한다. 또한, 보어(12)는 니들(14)의 직경이 작은 부분을 수용하는 직경이 큰 하측영역을 형성하며 니들(14)의 인접부분과 함께 체임버를 형성하여, 사용 시에, 이 체임버로부터 연료가 시팅을 지나 출구로 공급된다. 밸브니들(14)의 형상은 환형 갤러리(16)와, 보어(12)의 하측부분과 니들(14)의 인접부분 사이에 형성된 체임버 사이에 유로(flow paths)를 형성하는 복수개의 홈(flutes)을 포함한다. 니들(14) 상측의 비교적 직경이 큰 부분과 직경이 작은 부분 사이의 교차점에는, 체임버 내의 연료압력을 받는 스러스트면(thrust surface)이 형성된다.
노즐 보디(10)의 상면은 니들(14)의 단부가 통과하는 관통 보어(through bore)가 제공된 제1 디스턴스 피스(distance piece)(20)와 접한다. 부하전달부재(load transmitting member)(22)는 니들(14)의 상측부와 맞물리며 직경이 확대된 제1 디스턴스 피스(20)의 보어 일부분에 위치된다. 제1 디스턴스 피스(20)에는 공급통로(18)와 연통하는 천공부(24)가 제공된다.
제1 디스턴스 피스(20)의 상면은 제1 디스턴스피스(20)의 천공부(24)와 연통하는 천공부(28)가 제공된 제2 디스턴스 피스(26)의 하측 단부면과 접한다. 제2 디스턴스 피스(26)에는 스프링 체임버(30)를 형성하는 비교적 직경이 큰 영역을 포함하는 관통 보어가 추가로 제공된다. 제어부재(32)는 스프링 체임버를 통과하고, 제어부재(32)의 하측 단부는 외측으로 연장되는 플랜지(34)를 포함하고, 상기 플랜지의 상면에는 심(shim)(36)이 지지되고, 나선형 압축스프링이 스프링 체임버(30)의 단부에 형성된 단차(step)와 심(36)의 상면 사이에 맞물린다. 스프링(38)이 부재(32)를 예시된 배향에서 하측방향으로 바이어스하고, 부재(32)의 하측 단부면이 바이어스되어 부하전달부재(22)와 맞물리게 되고, 이로써 밸브니들(14)이 바이어스되어 시팅과 맞물린다.
제어부재(32)의 상측 단부는 아마추어(42)를 위치시키는 심(40)이 아마추어(42) 및 심(40)을 부재(32)에 고정시키는 나사부재(screw-threaded member)(44)와 맞물리는 단차를 형성한다. 아마추어(42)는, 사용 시에, 액추에이터 하우징(50) 내에 위치된 액추에이터 장치(48)의 일부를 형성하는 제1 권선부(winding)(46)에 의하여 발생된 자계(magnetic field)의 영향으로 이동할 수 있다. 천공부(28)와 연통하는 통로(52)가 액추에이터 하우징(50)을 관통한다.
액추에이터 하우징(50)의 상면은 통로(52)와 연통하는 천공부(56)가 포함된 밸브 하우징(54)과 접한다. 밸브 하우징은 밸브부재(60)가 그 안에서 슬라이드가능한 관통 보어(58)를 포함하고, 상기 밸브부재(60)는 관통 보어(58)의 일부분에 의하여 형성된 시팅과 맞물리는 크기의 영역을 포함한다. 관통 보어(58) 및 밸브부재(60)가 함께, 천공부(56)를 가진 밸브 하우징(54)의 상면에 형성된 천공부(64) 및 리세스(66)와 연통하는 환형 체임버(62)를 시팅의 상류에 형성한다. 밸브부재(60)의 하측 단부는 밸브부재(60)의 나사 부분과 맞물리는 나사부재(70)에 의하여 아마추어(68)에 고정된다. 사용 시에, 아마추어(68)는 액추에이터(48)의 일부를 형성하는 제2 권선부(72)에 의하여 발생된 자계의 영향으로 이동할 수 있다.
나사부재(70)의 하측에는 심(74)이 위치되고, 상기 심(74)과 나사부재(44)의 상면 사이에는 나선형 압축스프링(76)이 맞물린다.
밸브 하우징(54)의 상면은 보어(80)를 포함하는 펌프 하우징(78)의 하측 단부와 접하고, 상기 보어 내에서 펌핑 플런저(pumping plunger)(82)가 캠 및 태핏 장치(cam and tappet arrangement)의 영향으로 리턴스프링(return spring)(84)의 작용에 반발하여 왕복운동한다.
심(36, 40, 74)은 원하는 분사기 적용에 따라 선택되며, 심은 스프링(38, 76)의 프리스트레싱(prestressing) 및 제어부재(32)의 행정(travel)을 설정하는 것을 알 수 있다.
사용 시에, 플런저(82)가 스프링(84)의 작용으로 플런저 보어(80)로부터 빠져 나오고, 액추에이터(48)의 제1 및 제2 권선부(46, 72)가 여기해제되는 동안, 밸브부재(60)는 스프링(76)에 의하여 바이어스되어 시팅으로부터 멀어져서 시팅의 하류에 위치된 체임버(86)와 연통하는 저압 연료소스와 플런저 보어(80) 사이가 연통된다. 그 결과, 연료가 플런저 보어(80)로 흐르고, 플런저(82)가 그 가장 바깥쪽위치에 도달할 때가지 계속해서 흐른다. 이 단계의 분사기 동작 중에, 밸브니들(14), 특히 보어(12) 내의 연료압력을 받는 경사진 스러스트면에 가해진 연료압력은 비교적 낮은 것을 알 수 있다. 따라서, 가압연료의 공급으로 밸브니들(14)에 가해진 힘은 밸브니들(14)을 그 시팅으로부터 들어올리는데 불충분하고, 스프링(38)이 작용하여 밸브니들(14)을 시팅과 확실하게 맞물린 상태가 유지되도록 한다.
플런저(82)가 내측으로 이동을 개시하면, 액추에이터(48)는 여기해제 상태를 유지하는 한편, 연료는 플런저 보어(80)로부터 밸브부재(60) 및 시팅을 지나 저압 저장조로 흐른다. 연료 압축 개시가 결정될 때, 제2 권선부(72)가 여기되어 아마추어(68)는 권선부(72)를 향하여 이동하고 밸브부재(60)가 시팅과 맞물리게 된다. 이러한 이동으로 플런저 보어(80)와 저압 연료저장조 사이의 연통이 차단되고, 연료가 플런저 보어(80)로부터 더 이상 흘러나갈 수 없기 때문에 플런저(82)가 내측으로 내측으로 계속 이동하여 플런저 보어(80) 및 그들 사이를 연통하는 통로 내의 연료가 압축된다. 이 단계의 분사기 동작 도중에, 니들(14)에 가해진 연료압력은 증가되지만, 이 연료압력은 스프링(38)의 작용에 반발하여 밸브니들을 그 시팅으로부터 멀어지도록 하기에는 여전히 불충분하다.
분사가 개시될 때, 제1 권선부(46)가 여기되어 아마추어(42)를 권선부(46)를 향하여 끌어당긴다. 이 인력(attractive force)이 제어부재(32)를 통하여 스프링(38)에 전달되고, 그 결과 스프링(38)에 의하여 니들(14)에 가해진 바이어스력이 감소되는 것을 알 수 있다. 니들(14)에 가해진 바이어스력이 저감되면 밸브니들(14)은 보어(12) 내의 연료압력 작용으로 그 시팅으로부터 충분하게 들어 올려질 수 있다. 이러한 니들(14)의 이동으로 연료가 시팅을 지나 출구로 흘러서 분사가 개시된다.
분사를 종료하기 위하여, 제2 권선부(72)가 여기해제되고, 그 결과 밸브부재(60)가 스프링(76)의 작용으로 그 시팅으로부터 들어 올려진다. 밸브부재(60)의 이동으로 연료가 저압 연료저장조로 흘러 나가고, 이로써 플런저 보어(80) 및 분사기 내의 다른 통로의 연료압력이 급속하게 저감된다. 따라서, 니들(14)에 가해진 연료압력이 저감되고, 니들(14)에 가해진 연료압력의 저감으로 인하여 니들(14)이 스프링(38)의 작용으로 그 시팅과 다시 맞물리게 되어 분사가 종료된다. 원한다면, 제2 권선부(72)가 여기해제될 때 제1 권선부(46) 또한 여기해제될 수 있어서 분사 종료 시 스프링(38)에 의하여 밸브니들(14)에 가해진 바이어스력의 크기가 증가된다.
분사 종료 후, 플런저가 내측으로 계속 이동하여 연료를 저압 저장조로 더 배출한다.
제1 권선부(46)와 아마추어(42) 사이의 인력을 가능한 신속하게 상승시킴으로써, 분사 개시가 일어나는 타이밍은 보어(12) 내의 연료압력에 노출된 밸브니들(14)의 유효면적이 약간 부정확하여 니들(14)이 그 시팅으로부터 멀어지도록 충동되더라도 비교적 정확하게 제어될 수 있다. 분사 개시 타이밍이 비교적 정확하게 제어될 수 있으므로, 분사압력 또한 전술한 장치를 사용하여 정확하게 제어될 수 있다.
다른 동작모드에 있어서, 제1 권선부(46)를 매 분사 시마다 별개로 여기하기 보다는 제1 권선부(46)를 계속해서 여기하여, 스프링(38)의 속도, 액추에이터(48)와 아마추어(42) 사이의 인력의 크기, 및 보어(12) 내의 연료압력에 노출된 밸브니들(14)의 유효면적에 따라 변하는 소정의 압력에 도달하자 마자 분사 개시를 확실하게 할 수 있다. 이 동작모드에서, 액추에이터(48)와 아마추어(42) 사이의 인력의 크기가, 사용 시에 변할 수 있어서 분사 개시가 일어나는 압력이 변할 수 있다.
전술한 실시예에 있어서, 본 발명은 펌프/분사기 장치를 구체화 하였지만, 본 발명은 분사 개시를 전자식으로 제어하는 다른 유형의 연료 분사기에도 또한 적용할 수 있고, 본 발명은 분사 개시 타이밍이 제어되는 장치 및 소정의 압력에 도달할 때 분사 개시가 일어나는 장치 양자 모두에 적용가능하다.
본 발명의 연료 분사기는 밸브의 동작에 따라 분사를 제어하지 않기 때문에, 분사기 내에 반드시 제공되어야 하는 천공부(drillings), 보어(bores) 및 다른 형상부(features)의 개수를 줄여 구조를 간단하게 할 수 있다. 또한, 연료 분사기는 제어가 비교적 용이하여 분사 타이밍을 정확하게 제어할 수 있다.

Claims (5)

  1. 시팅을 향하여 스프링(38)에 의해 바이어스된 밸브니들(14), 및
    상기 스프링(38)에 의해 상기 니들(14)에 인가된 바이어스력의 크기를 변경시키도록 배열된 전자식 액추에이터 장치(42, 46)
    를 포함하는 연료 분사기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스프링(38)이 나선형 압축스프링(38)을 포함하는 연료 분사기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스프링(38)이 니들(14)에 충분하게 큰 바이어스력을 인가하도록 배열된 액추에이터 장치(42, 46)가 제1 전압인가 레벨로 여기될 때 확실하게 분사가 일어나지 않고, 상기 액추에이터 장치(42, 46)가 스프링(38)에 반발 작용하여 스프링(38)에 의해 니들(14)에 인가된 바이어스력의 크기를 분사기 니들(14)이 이동하기에 충분한 레벨까지 감소시켜서 액추에이터 장치(42, 46)가 제2 전압인가 레벨로 여기될 때 분사가 개시되는 연료 분사기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액추에이터 장치(42, 46)는 상기 니들(14)과 협동하는 제어부재(32)에 의하여 지지된 아마추어(42)를 포함하고, 상기 스프링 부하가 제어부재(32)를 통하여 니들(14)에 전달되는 연료 분사기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 가압이 개시되는 타이밍을 제어할 수 있는 밸브(60)를 추가로 포함하고, 상기 밸브(60)는 전자식 액추에이터 장치(42, 46)와 독립적으로 제어가능한 연료 분사기.
KR1019990022186A 1998-06-15 1999-06-15 연료분사기 KR20000006175A (ko)

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