KR20010042450A - 연료분사기용 슬롯 하우징 - Google Patents

Abstract

솔레노이드 작동 연료분사기는 솔레노이드 코일을 둘러싸고 있고 코일에 전원이 공급되었을 때 분사밸브를 개방하는 자기회로의 한 부품을 형성하는 코일 하우징(26)을 포함하고 있다. 솔레노이드 코일에 전원이 차단되었을 때 밸브의 폐쇄를 가속시키기 위해서, 코일 하우징(26)은 자기장의 방향으로 뻗어 있는 좁은 슬롯(46,47)을 갖고 있어서 자기장의 붕괴와 밸브의 폐쇄를 지연시키는 코일 하우징(26) 내에서의 와상전류의 발생과 흐름을 감소시킨다. 슬롯은 와상전류흐름의 방향에 수직으로 뻗어 있고 그래서 이 방향에서 코일 하우징을 통하는 전류흐름에 대한 전기저항을 증가시킨다. 슬롯은 또한 코일 하우징에서 자성물질의 양을 감소시키고 그래서 장의 붕괴동안에 발생하는 와상전류의 양을 감소시킨다.

Description

연료분사기용 슬롯 하우징{SLOTTED HOUSING FOR FUEL INJECTOR}

연료분사기의 신속한 개폐 능력은 내연기관 내로 분사되는 연료의 양을 결정하는데 중요한 요소이다. 연료분사기는 분사기 내에 위치해 있는 솔레노이드 자기회로에 전압을 인가함으로서 개방된다. 자기회로는 자기력을 발생시킨다. 자기력은 밸브와 전기자 조립체를 인상시켜서, 복귀스프링의 힘에 대항하여 분사밸브를 개방시키고 연료가 유동하게 한다.

복귀스프링에 의한 분사밸브의 폐쇄는 솔레노이드의 자기회로의 소자(demagnetization)에 따라 발생한다. 소자는 전원의 제거에 따라 시작된다. 결과적으로, 자기선속(magnetic flux lines)이 급속히 붕괴한다. 이 급속한 붕괴가 자기선속에 수직인 형태를 띠고 자기장내에서 임의의 전도물질에 의해 전도되는 바람직하지 못한 와상전류를 발생시킨다. 이 와상전류는 자속의 붕괴에 저항하고 자속의 붕괴를 느리게 해서 연료분사밸브의 원하는 폐쇄시간보다 더 느린 폐쇄시간을 야기한다.

종래에는, 와상전류손실은 대개 매우 얇은 적층의 하우징 또는 솔레노이드 전극을 자성물질로 만들므로써 극복되었다. 각각의 적층은 각 면에 절연물질이 도포되어 있어서 어떠한 전류도 적층 사이를 흐를 수 없다. 그러나, 적층으로 된 하우징은 제작하는데 고가이다.

미국 특허 제 5,207,410호는, 1993년 5월 4일에 허여되었는데, 자극 내에서 흐름경로의 길이와 저항을 증가시킴으로서 표면적을 증가시키고 와상전류를 감소시키는 오목부 또는 표면슬롯을 구비하고 있다.

본 발명은 내연기관용 솔레노이드 작동 연료분사기에 관한 것이고, 상세하게는, 솔레노이드의 작동정지에 따른 전계의 감소동안에 발생되는, 운동을 지체시키는 와상전류(eddy current)를 감소시킴으로써 연료분사밸브의 폐쇄시간을 단축시키는 슬롯 하우징을 가진 연료분사기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의해서 구체화된 연료분사기의 단면도;

도 2는 도 1의 분사기의 하우징과 고정자 조립체의 사시도;

도 3은 슬롯 하우징의 평면도;

도 4는 슬롯 하우징의 측면도.

본 발명은 내연기관내로의 연료분사를 제어하기 위해 사용되는 솔레노이드 작동 분사밸브를 가지고 있는 연료분사기를 제공한다. 연료분사기 하우징은 자기선속의 방향으로 길이방향 및 방사형으로 뻗어 있어서 솔레노이드 코일이 작동정지될 때 자기선속 전계의 붕괴에 따라 형성된 와상전류의 흐름방향과 수직인 슬롯들이 하우징을 통해서 제공되어진다. 이 슬롯들은 하우징의 원주의 유동경로면적을 상당히 감소시켜서, 그 방향에서의 와상전류의 흐름을 감소시킨다. 그러나, 슬롯들이 비교적 좁고 하우징 내에서 자기선속의 방향과 정렬되어 있기 때문에 자기회로의 포화(saturation) 강도는 크게 감소되지 않는다.

본 발명의 이러한 그리고 다른 특성과 잇점들은 첨부한 도면과 함께 설명되는 후술하는 발명의 실시예로부터 더욱 완전히 이해될 것이다.

도면들을 상세히 참고하면, 전체적으로 숫자 10은 내연기관용 솔레노이드 작동 연료분사기를 나타낸다. 분사기(10)는 배출구노즐(16)을 한정하는 밸브시트(14)를 포함하는 밸브보디(12)를 포함하는 분사밸브를 가지고 있다. 밸브요소(18)는 밸브보디(12) 내에서 왕복운동으로 움직이며 노즐(16)을 폐쇄하기 위해 밸브시트(14)의 원뿔면과 연동하는 둥근 끝을 가지고 있다. 밸브요소(18)는 밸브요소(18)와 함께 축방향으로 운동하는 전기자(20)와 연결되어 있다. 전기자(20) 및 밸브요소(18)는 복귀스프링(22)에 의해 가압되어서 밸브요소(18)가 밸브폐쇄위치에 있게한다.

솔레노이드 코일 조립체는 관형 고정자(24), 대체로 원통모양의 코일 하우징(26), 밸브보디쉘(28), 및 코일 하우징 내에 방사형으로 둘러싸여 있는 플라스틱 보빈(32)의 둘레에 감겨 있는 솔레노이드 코일(30)을 포함하고 있다. 전압을 가하기 위하여 보빈(32)에 의해 지지되는 전극(34)이 코일(30)과 연결되어 진다. 비 강자성 쉘(36)이 코일(30)의 안쪽으로 밸브보디쉘(28)과 고정자(24)를 연결한다. 코일 하우징(26)은 밸브보디쉘(28)로부터 위로 뻗어 있는 대체로 원통인 면(38)으로 되어 있고 고정자(24)와 연동하게 하는 레이디얼 엔드(radial end)(40)와 일체적으로 연결되어 있다. 단자개구(42)가 코일 하우징(26)의 외부까지 전기단자(34)의 통과를 위해 레이디얼 엔드(40)에 제공되어 진다.

코일(30)이 작동될 때, 자기회로를 형성하는 자기장이 발생되고 고정자(24)를 통해서는 축방향으로, 하우징(26)을 통해서는 반경 외부로 및 축방향에서 아래로, 밸브보디쉘(28)을 통해서는 반경 내부로, 전기자(20)를 통해서 작은 레이디얼 틈새를 가로지르고 전기자(20)와 고정자(24)사이의 축방향의 작업 갭(44)을 가로질러 뻗어 있다. 그래서, 복귀 스프링(22)의 힘에 대항하여 전기자(20)를 고정자(24)까지 끄는 자기인력이 발생해서, 갭(44)을 폐쇄하고, 분사밸브를 개방하고, 연료가 노즐(16)로부터 분사되게 한다.

분사밸브를 폐쇄하기 위해 솔레노이드 코일(30)은 작동이 정지되고, 자기장이 붕괴하게 한다. 그러나, 붕괴하는 자기장의 운동이 자기장의 붕괴를 더디게 하고 그래서 분사밸브의 폐쇄동작을 더디게 하는 와상전류를 자기회로내에서 발생시킨다.

본 발명에 의해, 코일 하우징(26)의 하단으로부터 이격되어 있는 하단(48)을 가지는 비교적 좁고 축방향으로 뻗어 있으며 원주를 따라 이격된 슬롯(46,47)이 코일 하우징(26)에 구비되어 있다. 단자개구(42)와 정렬되어 있는 일부 슬롯(46)은 원통면(38)의 상단에 인접해고 아래로 이격되어 있는 상단(50)을 가지고 있는 한편 나머지 슬롯(47)은 레이디얼 엔드(40) 내로 내부로 뻗어있고 인접한 고정자(24)와 고정자와 연결되어 있는 레이디얼 엔드(40)의 내부 직경으로부터 방사형으로 외부에 이격되어 있는 상단(52)을 가지고 있다. 선택적으로, 슬롯(47)은 슬롯(46)과 같은 길이로 만들 수 있다.

슬롯(46,47)은 코일 하우징(26) 내에서 발생되는 와상전류의 방향에 수직으로 뻗어 있고 그래서 코일 하우징(26)을 통하는 와상전류의 흐름에 대한 저항을 증가시킴으로써 와상전류의 흐름을 감소시킨다. 게다가, 코일 하우징(26) 내에서의 자성물질의 감소는, 슬롯(46,47)으로부터 기인하는데, 코일 하우징(26) 내에서 발생하는 와상전류의 양을 감소시킨다. 코일 하우징(26) 내에서 와상전류의 흐름과 양에 있어서의 감소는 자기장의 붕괴에서 와상전류의 지연효과를 감소시킨다. 따라서, 자기장은 더 빨리 붕괴해서 복귀스프링이 더 빨리 분사밸브를 닫도록 해서 연료유동을 차단한다. 많은 수의 작은 슬롯이 적은 수의 큰 슬롯보다 바람직하지만, 가공성을 고려해 볼 때 구비되는 슬롯의 수에는 실질적인 한계가 있다. 예를 들어, 하우징(26)은 단지 중간 폭의 12개의 슬롯을 도시하고 있다.

솔레노이드작동 연료분사기용 자기회로의 설계에는 회로의 모든 요소의 자속부하용량에 대한 주의를 요구한다. 이것은 각 구성요소의 자성물질의 포화자속밀도와 각 구성요소를 통과하는 자기장 경로의 단면적에 대한 고려를 요구한다. 코일 하우징은 자기흐름에 대하여 비교적 큰 단면적을 가지고 있기 때문에, 그 크기의 결과로서, 축방향 및 반경방향의 슬롯(46)의 절삭은 코일 하우징(26)을 통하는 자속 장에 대한 저항의 큰 증가 없이도 달성될 수 있다. 동시에, 길이 방향으로 뻗어있는 슬롯(46)은 코일 하우징(26)을 통해서 원주방향을 따라 흐르는 와상전류의 흐름에 상당한 저항을 제공한다. 그 설계에 알맞은 특성으로는 자기회로의 자속부하용량의 제한을 회피하는 동시에 와상전류에서의 원하는 감소를 제공하는 것이 요구된다.

비록 본 발명이 어느 구체적인 실시예와 관련해서 설명되었지만, 많은 변화가 상술한 발명의 사상과 범위내에 있을 수 있다는 사실이 이해되어야 한다. 따라서, 의도하는 바는 본 발명이 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 후술하는 청구항에 의하여 특정되어지는 모든 범위를 포함한다는 것이다.

Claims (7)

1. 축을 가지고 있는 관형 고정자;

   분사밸브의 밸브요소와 연결되어 있고 밸브개방 및 폐쇄위치사이에서 고정자의 끝으로 또는 끝으로부터 상기 축을 따라 운동하는 전기자;

   고정자를 둘러싸고 있는 솔레노이드 코일;

   솔레노이드 코일을 포함하고 있고 고정자와 동축인 원통면을 가지고 있으며 상기 면은 고정자와 한 끝에서 연결되어 있고, 하우징과 고정자는 코일의 작동과 동시에 자기장이 발생하는 자기회로의 한 부분을 구성하고, 상기 회로는 하우징의 원통면을 통해서 축방향으로 뻗어 있는 코일 하우징; 그리고

   코일의 작동과 동시에 밸브를 개방하기 위하여 고정자쪽으로 자기적인 인력을 받는 전기자를 고정자로부터 밸브폐쇄위치로 가압하는 장치;로 구성되어 있고,

   상기 하우징은 상기 원통면을 통해서 비교적 좁은 슬롯을 가지고 있고 대향끝 사이에서 축방향으로 뻗어있고, 상기 슬롯은 원통면의 둘레에 원주방향으로 이격되어 있고;

   이에따라, 코일의 작동정지와 동시에, 전계의 붕괴로 인해 발생된 원주방향으로 향하는 와상전류는 슬롯으로부터 기인하는 하우징에서의 자성물질의 감소와 와상전류의 흐름방향과 수직으로 위치한 슬롯에 의해 최소화되고, 그리고, 전계의 붕괴와 밸브의 폐쇄가 가속되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 작동 연료분사기.
2. 제 1 항에 있어서, 하우징의 임의의 단면에서의 상기 슬롯들의 전체 폭은 하우징의 자속부하용량이 고정자의 자속부하용량보다 현저히 작게 되지 않게 하는 것을 특징으로 하는 연료분사기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 한 끝에서 레이디얼 엔드를 포함하고 있으며, 상기 레이디얼 엔드는 원통면과 상기 고정자사이에 상기 연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료분사기.
4. 제 3 항에 있어서, 적어도 상기 슬롯 중 일부는 상기 원통면으로부터 상기 레이디얼 엔드 내로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 상기 슬롯 중 일부는 상기 레이디얼 엔드의 안쪽 에지에 안쪽으로 인접해서 이격되어 있고 상기 원통면의 반대쪽 끝에 축방향으로 인접해서 이격되어 있는 끝을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 연료분사기.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 레이디얼 엔드는 단자개구를 가지고 있어서 그 단자개구를 통해서 전극을 상기 코일로부터 돌출되게 하는 것을 특징으로 하는 연료분사기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 슬롯들 중 일부는 상기 단자개구와 축방향으로 정렬되어 배열되어 있고 상기 단자개구와 인접해서 이격되어 있는 끝을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 연료분사기.