KR20010082242A - 연료 어큐뮬레이터 분사 시스템용 자기 인젝터 - Google Patents

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KR1020017005165A
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파트릭 마테스
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연료 유입구(12)에 연결된 제어실(24)과, 상기 제어실(24)에 접하는 샤프트말단(32)을 구비하는 노즐니들(26)과, 또한 제 1 솔레노이드(46), 앵커(50), 및 제 1 통로를 통해 배출구(14)와 연결되고 제 2 통로(42)를 통해 상기 제어실(24)과 연결되는 밸브실(38)을 구비하는 솔레노이드 밸브(36)를 포함하는 연료 어큐뮬레이터 분사 시스템용 자기 인젝터(magnetic injector for accumulator fuel injection system)에 관한 것이다. 또한 상기 인젝터는 상기 밸브실(38)에 위치하고 상기 앵커(50)와 결합되는 스로틀바디(40)를 포함한다. 상기 인젝터가 비-작동 위치에 있을 때, 상기 스로틀바디(40)는 두 개의 통로 중 한 개를 차단하는 제 1 최종위치에 유지되며 상기 제 1 솔레노이드(46)를 구동함에 의해 제 2 최종위치로 이동된다. 상기 솔레노이드 밸브(36)는 제 2 솔레노이드(48)를 구비하는데 상기 제 2 솔레노이드는 구동될 때 상기 제 1 솔레노이드(46)와 관련하여 대항하는 방향으로 앵커(50)에 작용한다. 상기 스로틀바디(40)는 상기 스로틀바디가 자신의 제 2 최종위치에서 양측 통로 중 다른 통로(42)를 차단하고 자신의 양측 최종위치 사이에서 움직일 때 양측 통로를 개방하도록 형성된다

Description

연료 어큐뮬레이터 분사 시스템용 자기 인젝터{MAGNETIC INJECTOR FOR ACCUMULATOR FUEL INJECTION SYSTEM}
이런 종류의 자기 인젝터는 이미 보쉬사에서 출판한 책자 "디젤엔진 솔레노이드"의 274-277페이지에 소개되어 있다(1998년 출판된 개정판. Robert Bosch 유한책임회사 출판, ISBN 3-528-03873-X).
연료 어큐뮬레이터 분사 시스템은 당시 주로 디젤엔진에 적용되었다. 디젤 엔진에는 실린더를 위한 인젝터 외에도 연료를 위한 고압펌프와 고압저장기{커먼 레일(Common Rail)}가 포함된다. 고압펌프는 고압저장기에서 현재 1350바까지 달할 수 있는 소위 시스템압력으로 연료를 압축하는 기능을 한다. 상기 고압저장기는 인젝터의 연료유입구와 연결된다.
이미 알려진 자기 인젝터의 경우 솔레노이드 밸브는 각각의 솔레노이드를 가지며, 스로틀바디는 자신의 제 1 최종위치에서 밸브실을 제어실과 연결하는 제 2 통로를 차단하며, 밸브실을 배출구와 연결하는 제 1 통로는 스로틀바디에 의해 차단되지 않도록 배열된다. 솔레노이드가 구동되는 경우 제어실과 연결되는 제 2 통로뿐 만이 아니라 배출구와 연결되는 제 1 통로도 개방되는 제 2 최종위치에 도달할 때까지 솔레노이드는 스로틀바디와 함께 동작하는 앵커를 당긴다.
이미 알려진 자기 인젝터의 작동방식은 다음과 같이 요약될 수 있다.
인젝터는 휴지기간에는 차단되어 연료가 노즐을 통해 실린더의 연소실로 흐르지 못한다. 이를 위해 솔레노이드 밸브의 솔레노이드는 구동되지 않음으로써 밸브스프링에 의해 스로틀바디가 제 1 최종위치에 고정되며, 이 제 1 최종위치에서는 제어실과 연결된 제 2 통로가 차단된다. 따라서 제어실에는 고압저장기로부터 가해지는 시스템압력이 지배하며, 이 시스템 압력은 또한 노즐도 지배한다. 노즐니들은이것의 원추형첨단의 반대쪽에 위치한 샤프트말단을 통해 제어실과 접함으로써 제어실 내에서 샤프트말단으로 압력이 가해지고 따라서 노즐니들의 원추형첨단 방향으로 압력이 가해진다. 엔진이 구동되지 않고 고압저장기 내에 고압이 형성되지 않은 경우 원추형첨단을 노즐구로 압박하고 인젝터를 차단하는 기능을 하는 노즐스프링도 마찬가지로 노즐니들의 원추형첨단 방향으로 압력을 가한다. 이 두 가지 차단력은 휴지상태에서 마찬가지로 노즐니들에 가해지는 개방력보다 우세하다. 상기 개방력은 노즐니들의 좁아지는 부분에 가해지는 노즐의 압력에 의해 형성된다.
분사 개시 시점에 솔레노이드 밸브가 구동됨에 따라 인젝터가 개방된다. 이를 위해 소위 구동전류가 솔레노이드에 공급되는데, 상기 솔레노이드는 솔레노이드 밸브를 신속하게 개방하는 기능을 한다. 상기 솔레노이드는 밸브스프링의 대항력을 능가하는 압력을 앵커에 가하여 상기 앵커가 솔레노이드 방향으로 움직임에 따라 스로틀바디가 함께 움직이고 스로틀바디는 제 2 최종위치로 이동한다. 이로 인해 밸브실을 통해 제어실과 연결되어 있는 제 2 통로가 개방된다. 이제 연료는 제어실에서 이 제 2 통로를 통해 밸브실로 흐르고 계속해서 제 1 통로를 통해서 연료탱크와 연결되어 있는 연료배출구로 흐를 수 있다. 결과적으로 아직 시스템압력이 지배하는 노즐에서의 압력보다 제어실 내의 압력이 더 빨리 감소한다. 이제 이 감소한 제어실의 압력이 노즐니들의 샤프트말단에 작용하므로 노즐니들에 가해지는 차단력도 감소하게 되어 노즐에서의 시스템압력으로 인한 개방력이 우세하게되며 노즐니들은 노즐구에서 이격된다. 시스템압력이 가해지는 연료는 이제 노즐구를 통해 인젝터에서 배출되고 인젝션이 개시된다.
노즐니들의 개방속도는 연료유입구에서 제어실로 흐르는 유량과 제어실에서 제 2 통로를 통해 밸브실로 흐르는 유량의 차이에 의해 결정된다. 샤프트말단은 노즐니들에 가해지는 개방력과 차단력이 평형을 이룰 때까지 제어실 쪽으로 삽입되고 연료에 의한 쿠션작용에 의해 고정된다. 상기 쿠션작용은 제어실에서 조절되는 연료 흐름에 의해 발생한다. 이제 노즐은 완전히 개방된 상태이며 연료는 고압저장기내의 시스템압력에 거의 일치하는 압력으로 연소실에 분사된다.
인젝션 과정의 종말부에서는 솔레노이드 밸브가 더 이상 구동되지 않음으로 밸브스프링의 힘에 의해 상기 앵커가 솔레노이드와 멀어지는 방향으로 압박되고 스로틀바디는 다시 제 2 통로를 차단한다. 결과적으로 유입구에서 계속 유입되는 연료에 의해 제어실에서는 다시 시스템압력이 형성된다. 이런 증가하는 압력은 노즐니들상에 점점 증가하는 힘으로서 작용한다. 제어실에서의 이 차단력과 노즐스프링의 힘이 노즐에서의 개방력을 상회하는 직후에 노즐니들은 노즐구가 다시 원추형첨단에 의해 차단될 때까지 노즐구쪽으로 움직인다. 노즐니들이 이것의 하단 리밋스톱에 도달하고 이것의 원추형첨단이 노즐구에 안착(seat)되면 인젝션은 종료된다.
이런 종래의 자기 인젝터는 재현가능한 1mm3이하의 분사량으로 프리인젝션을 하기에는 인젝터의 개폐시간(switch time)이 너무 길다는 단점을 갖는다. 이것은 사용된 솔레노이드 밸브가 제한된 앵커속도만을 허용하기 때문이다. 상기 속도는 구동전류를 높임으로써 증가될 수 있지만 이렇게 할 경우 앵커 리바운딩(rebounding)이 증가하여 분사되는 양의 ±50%까지의 편차를 나타내는 불안정한 운전양상이 야기될 수 있다. 그 결과로 배기가스량과 자려진동(flutter)이 증가한다.
본 발명의 과제는 개폐시간이 단축되어 1mm3이하의 적은 분사량도 재현가능하게 분사할 수 있는 서문에 기술된 종류의 자기 인젝터를 제공하는 것이다.
본 발명은
- 연료배출구 및 연료유입구와;
유입구와 연결되는 제어실과;
입구와 연결되는 노즐과;
제어실과 접하는 샤프트말단 및 노즐구 차단을 위한 원추형첨단(coned point)을 갖는 노즐니들과;
- 제 1 통로를 통해 배출구와 연결되고 제 2 통로를 통해 제어실과 연결되는 밸브실, 앵커, 제 1 솔레노이드, 그리고 앵커와 결합되고 밸브실에 위치하는 스로틀바디(throttle body)를 포함하는 솔레노이드 밸브를 갖는 연료 어큐뮬레이터 분사 시스템용 자기 인젝터(magnetic injector for accumulator fuel injection system)에 관한 것으로서,
여기서 스로틀바디가 인젝터 휴지기간에는 양측 통로 중 한 개를 차단하는 제 1 최종위치(final position)에 고정되며 제 1 솔레노이드의 구동을 통해 제 2 최종위치로 이동함으로써 상기 통로를 개방한다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 인젝터의 개략적 단면도.
도 2a 및 2b는 스로틀바디의 행정 또는 이로 인해 분사과정 중에 나타나는 노즐니들의 행정을 시간의 함수로 나타낸 그래프.
상기 과제는 구동 시 제 1 솔레노이드에 대항하는 방향으로 앵커에 작용하는 제 2 솔레노이드를 갖는 솔레노이드 밸브와 스로틀바디가 자신의 제 2 최종위치에서 양측 통로의 다른 쪽을 차단하고 자신의 양측 최종위치 사이의 경로에서 양측 통로를 개방하도록 형성된 스로틀바디를 통해 해결된다.
결과적으로 상기 자기 인젝터는 서로 대항하는 방향으로 작용하는 두 개의 솔레노이드와 한 개의 공동 앵커를 갖는다. 이외에도 스로틀바디는 자신의 양측 최종위치 중 한 최종위치에서 밸브실로 연결된 두 개의 통로 중 한 개를 차단하고 다른 통로를 개방하며 자신의 다른 최종위치에서 다른 통로를 차단하는 형태로 스로틀바디가 형성된다.
예를 들어 프리인젝션 과정에서 이런 종류의 자기 인젝터를 통해 앵커를 당기는 구동정류로 제 1 솔레노이드가 간단하게 구동됨으로써 적은 분사량이 공급될 수 있다.
이로 인해 스로틀바디는 자신의 제 1 최종위치에서 자신의 제 2 최종위치로 이동하게 된다. 이에 필요한 시간은 적은 프리인젝션이 가능할 정도로 제어실을 개방하기에 충분하다. 스로틀바디의 양측 최종위치에서 제어실로부터 배출구쪽으로의 연료흐름은 차단되지만 스로틀바디의 행정 경로는 차단되지 않으므로 스로틀바디의 동작방향을 전환하지 않고도 프리인젝션이 종료된다. 따라서 단지 한 개의 솔레노이드를 갖는 종래 방식의 자기 인젝터와 비교해 개폐시간이 현저히 줄어든다.
이외에도 차단되는 통로에 형성된 스로틀바디의 리밋스톱으로 인해 분사량의 변동이 억제된다.
메인인젝션을 발생시키기 위해 두 개의 솔레노이드가 구동되어 스로틀바디는 자신의 제 2 최종위치에서 이탈하여 양측 통로를 개방하는 중간위치에서 고정된다. 이 중간위치에서는 연료가 제어실에서 제 2 통로를 통해 밸브실로 흐르고 계속해서 제 1 통로를 통해 배출구로, 그리고 최종적으로 다시 연료탱크 쪽으로 흐른다. 종래 방식의 인젝터에서처럼 제어실내의 압력은 감소하므로 노즐니들의 샤프트말단은 제어실 쪽으로 이동하고 원추형첨단은 노즐구에서 이격된다. 유입구에서 제어실로 유입되는 연료는 노즐니들이 상단 리밋스톱에 도달하는 경우 쿠션효과(fuel padding)를 발생시킨다.
인젝터의 휴지기상태에서 스로틀바디는 제 2 솔레노이드가 구동됨에 따라 자신의 제 1 최종위치에서 고정된다. 이 경우 제작비용은 낮아질 수 있지만 여기에 필요한 전류는 엔진을 통해 공급되어야 하는데, 이것은 분사기간과 관련해 프리인젝션과 메인인젝션 사이의 휴지기간이 길어지게 되어 효율을 현저하게 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서 스로틀바디의 제 1 최종위치에서 스로틀바디에 초기응력(initial stress)을 가하는 밸브스프링을 장착하는 것이 바람직하다.
이외에도 제어실은 배출초크를 통해 밸브실과 연결되고 유입초크를 통해 유입구와 연결되는 것이 바람직하다. 이 초크를 통해 연료유입구에서 제어실로의 유량 또는 제어실에서 밸브실로의 유량을 필요에 따라 사전에 조절할 수 있는데, 이것은 예를 들어 노즐니들의 개방속도 및 차단속도 또는 인젝터가 완전히 개방된 상태에서 제어실내의 쿠션효과를 결정짓는 연료의 양을 조절한다.
이외에도 보상챔버는 유입구와 연결되고 앵커는 유리된 위쪽면이 보상챔버와 접하는 앵커샤프트와 연결되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 스로틀바디가 거의 완전한 힘의 평행상태(force balance)에 있게 되어 스로틀바디가 솔레노이드로부터 가해지는 힘에 대해 신속하게 반응할 수 있다.
다른 바람직한 실시예와 본 발명의 개별사항은 종속항의 대상이다.
다음에서는 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 1에서는 디젤 엔진의 연료 어큐뮬레이터 분사 시스템용 자기 인젝터의 단면도가 도시되어 있다. 상기 인젝터는 연료유입구(12)를 통해 연료 어큐뮬레이터 분사 시스템의 (도시되지 않은) 고압저장기와 결합되며 연료배출구(14)를 통해 (도시되지 않은) 연료탱크와 결합되는 하우징(10)을 갖는다. 고압저장기는 자체적으로(도시되지 않은) 고압펌프를 통해 연료탱크와 결합되는데, 이 고압펌프는 분사를 진행시키는 시스템 압력으로 고압저장기 내에서 연료를 압축한다.
하우징(10)은 하단 끝부분에서 노즐구(18)와 그 상단에 위치한 노즐챔버(20)를 갖는 노즐(16)을 포함한다. 상기 노즐챔버(20)는 하우징(10)에서 노즐채널(22)을 통해 연료유입구(12)와 연결된다. 상기 하우징(10)은 이외에도 하단 끝에서는 노즐챔버(20)와 연결되고 상단 끝에서는 제어실(24)과 연결되는 세로 보링을 갖는다.
이외에도 상기 인젝터는 샤프트(28)와 자신의 하단 끝에서 노즐구(18) 차단을 위한 원추형 첨단(30)을 포함하는 노즐니들(26)을 갖는다. 상기 샤프트(28)는 하우징(10)의 세로 보링에서 슬라이딩될 수 있도록 안내되므로 자신의 유리된(free) 상단 위쪽면이 제어실(24)을 하단에서 제한하는데, 이 상단 위쪽면은 여기에서 노즐니들(26)의 샤프트말단(shaft end)(32)으로 표기된다.
상기 샤프트(28)의 중앙 구간의 지름은 노즐스프링(34)을 수용하기 위해 축소되어 있는데, 이 노즐 스프링은 상기 구간의 하단 끝의 어깨(shoulder)에서 자신의 하단끝부분 그리고 세로 보링의 돌출부로 형성된 다른 어깨에서 이것의 상단끝부분으로 지지된다. 따라서 노즐스프링(34)은 하단으로, 즉 노즐구(18) 쪽으로 형성되는 초기응력을 노즐니들(26)에 부가한다.
이외에도 상기 인젝터는 도 1에 도시된 실시예의 경우 자신의 하우징(10)에서 제어실(24)의 상단에 배열된 솔레노이드 밸브(36)를 갖는다. 여기에는 밸브실(38)과 여기에 수용된 스로틀 바디(40)가 포함된다. 상기 밸브실(38)은 배출초크(42)를 통해 제어실(24)과 결합되며 유입 초크(44)를 통해 유입구(12)와 결합된다. 이외에도 상기 솔레노이드 밸브(36)는 제 1 솔레노이드(46)와 제 2 솔레노이드(48) 및 이 사이에 배열된 공동 앵커(50)를 갖는다.
양측 솔레노이드(46, 48)는 하우징(10) 내에서 (이하 "앵커보링"으로 명기되는) 별도의 동축(coaxial) 보링에 배열되는데, 이 앵커보링의 하단 끝부분은 밸브실(38)과 연결되고 상단 끝부분은 유입구(12)와 연결되는 보상챔버(54)에 연결된다.
상기 앵커(50)는 앵커보링에서 가변적으로 안내되는 앵커샤프트(52) 상에 고정되는데, 이 앵커샤프트의 유리된(free) 상단 위쪽면은 보상챔버(54)를 하단에서 제한한다. 상기 앵커샤프트(52)는 연료배출구(14)가 분지되는 앵커보링의 하단 끝부분까지 뻗어 있다. 이것의 하단 끝부분은 허리(midriff)(56)로서 형성되며 스로틀바디(40)에 고정된다.
즉 밸브실(38)은 앵커보링 및 허리(midriff)(56)의 하단부로 형성되는 제 1 통로를 통해 연료배출구(14)와 연결되고 배출초크(42)에 의해 형성된 제 2 통로를 통해 제어실(24)과 연결된다.
스로틀바디(40)는 앵커샤프트(52)의 하단 끝부분에 접하는 제 1 밀봉면(sealing surface)(58)과 자신의 유리된 하단부에 제 2 밀봉면(60)을 갖는다. 이에 상응하게 앵커보링이 밸브실(38)과 만나는 개구부의 가장자리와 배출초크(42)가 밸브실(38)과 만나는 개구부의 가장자리에는 제 1 밀봉자리(sealing seat)와 제 2 밀봉자리가 형성된다. 밸브스프링(62)은 스로틀바디(40)의 유리된 하단 정면과 밸브실(38)의 하단벽에 의해 지지되며 상단 방향으로, 즉 제 1 밀봉자리쪽으로 초기응력을 스로틀바디(40)에 부가한다.
다음에서는 도 2a와 도 2b를 통해 프리인젝션과 메인인젝션으로 이루어진 분사과정을 수행하는 인젝터의 작동방식에 대해 설명된다.
예를 들어 고압펌프가 고장이거나 또는 엔진이 꺼진 상태여서 연료 어큐뮬레이터 분사 시스템의 고압펌프가 작동되지 않을 경우 고압저장기에서 시스템압력이 유지될 수 없으며 연료가 비제어 상태로 연소실로 유입되는 것을 방지하기 위해 인젝터는 차단된 상태로 유지되어야 한다. 이 경우 서로 대응하게 노즐니들(26)로 가해지는 두 개의 유압력, 즉 제어실(24) 및 노즐챔버(20)의 압력에 의해 형성되는 유압력은 거의 동등하므로 노즐스프링(34)은 노즐니들(26)의 원추형 첨단(30)이 노즐구(18)로 압박되도록 하는 기능을 한다.
고압펌프가 작동되는 경우에는 고압저장기에서 시스템압력이 형성되고 유지되므로 필요에 따라 인젝터를 통해 연료가 연소실로 분사될 수 있다.
휴지상태, 즉 두 개의 분사과정 사이의 기간에는 연료가 연소실로 유입되지 않도록 인젝터가 차단되어야 한다. 이렇게 하기 위해서는 양측 솔레노이드(46, 48)가 작동되지 않아서 이것들이 제어력(control power)을 앵커(50) 및 이 앵커와 결합된 스로틀바디(40)에 가할 수 없어야 한다. 이 경우 밸브실(38)과 보상챔버(54)의 양측 압력이 고압저장기에서 연료유입구(12)를 통해 공급되는 시스템압력과 같다. 밸브보링과 밸브실(38)이 만나는 개구부 및 밸브보링과 보상챔버(54)가 만나는 개구부의 지름은 동일하므로 스로틀바디(40)는 유압력 측면에서보상된다(compensation). 밸브스프링(62)은, 스로틀바디(40)가 자신의 제 1 상단 밀봉면(58)으로 제 1 밀봉자리에 대해 압박되고 다음에서 제 1 최종위치로 명기되는 이 위치에서 유지되도록 하는 기능을 한다.
도 2a에는 스로틀바디(40)의 행정 hd을 시간(t)의 함수로 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 이 그래프에 따르면 인젝터의 휴지상태에서는 제 1 최종위치가 행정 hd= 0에 해당한다.
이 제 1 최종위치에서 스로틀바디(40)는 제 1 통로를 차단하여 연료가 인젝터에서 연료배출구(14)를 통해 배출되지 않는다. 따라서 제어실(24)에서 뿐만 아니라 밸브실(38)에서도 유입구(12)와 유입초크(44)를 통해 고압저장기에 형성된 시스템압력이 지배한다. 이 시스템압력은 유입구(12)와 노즐채널(22)을 통해 노즐챔버(20)에도 동일하게 가해진다.
상기 노즐니들(26)은 자신의 샤프트말단(32)을 통해 제어실(24)과 접하므로 제어실(24) 내의 시스템압력은 샤프트말단(32)에 작용하여 여기에서 노즐니들(26) 상으로, 즉 원추형 첨단(30)으로 유압력이 가해진다. 마찬가지로 노즐스프링(34)도 노즐니들(26) 상으로, 즉 원추형 첨단(30)으로 압력을 가한다. 상기 두 가지 차단력은 휴지상태에서 노즐니들(26)로 가해지는 유압에 의한 개방력보다 우세한데, 이 개방력은 노즐챔버(20)에서 원추형 첨단(30) 쪽으로 좁아지는 노즐니들(26)의 하단 끝부분에 가해지는 시스템압력이다.
따라서 인젝터는 차단된다.
도 2b에는 도 2a에서와 마찬가지로 노즐니들(26)의 행정 hn을 시간(t)의 함수로 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 이 그래프에 따르면 인젝터의 휴지상태에서 노즐구(18)에 안착된(seating) 노즐의 원추형 첨단(30)은 행정 hn= 0에 해당한다.
도 2a와 도 2b에서 프리인젝션은 시간 t = TVB에 개시되는데, 이때 제 1 솔레노이드(46)가 작동한다. 이때 구동전류는 제 1 솔레노이드(46)에서 앵커(50)로 가해지는 자기력이 밸브스프링(62)의 반대방향 힘을 초과하도록 설정되므로 앵커(50)는 스로틀바디(40)가 제 1 최종위치에서 멀어지도록 상기 스로틀바디를 움직여 제 2 최종위치로 향하게 한다.
도 2a에서는 스로틀바디(40)의 이런 경로가 t = TVB를 기점으로 hd= 0에서부터 증가하는 라인으로 표시된다.
제 1 밀봉면(58)이 더 이상 제 1 밀봉자리와 접하지 않게 된 직후부터 제 1 통로는 개방된다. 이제 연료는 밸브실(38)에서 제 1 통로를 통해 배출구(14)로 흐를 수 있다. 스로틀바디(40)에 형성된 제 2 밀봉면(60)이 양측 최종위치 사이에서 (아직) 제 2 밀봉자리(sealing seat)에 접하지 않은 상태이므로 제어실(24)의 연료도 제 2 통로, 즉 배출초크(42)를 통해 밸브실(38)로 흐를 수 있다. 결과적으로 제어실(24)의 압력은 줄어들게 되어, 아직 시스템압력에 상당하는 노즐챔버(20)의 압력보다 빠르게 더 작아지고, 여기서 유입초크(44) 및 긴 노즐채널(22)은 신속한 압력 감소를 방해한다.
한편으로는 앵커(50)와의 간격이 줄어들고 다른 한편으로는 아직도 시스템압력이 지배하는 보상챔버(54)의 유압력이 제어실(24)의 유압력을 상회하므로 제어실(24)에서의 감소하는 압력으로 인해 제 1 솔레노이드(46)의 구동전류는 감소한다.
제어실(24)에서의 이 감소한 압력이 샤프트말단(32)에 작용하게 되므로 노즐니들(26)에 가해지는 유압 차단력도 감소하게 되어 노즐챔버(20)에서의 시스템압력에 의한 개방력이 증가하고 니들의 원추형첨단(30)이 노즐구(18)에서 이격된다. 시스템압력이 가해지는 연료는 이제 노즐구(18)를 통해 인젝터에서 분사되고 프리인젝션이 개시된다.
도 2b에는 노즐니들(26)의 이런 운동이 t = TVB, hn= 0를 기점으로 도시되어 있다.
스로틀바디가 제 2 최종위치에 도달함과 동시에 프리인젝션은 종료된다. 이 종료 시점은 도 2b에서 t = TVE에 해당한다. 제 1 솔레노이드(46)가 계속 구동되는 상태이므로 제 2 밀봉면(60)은 이제 제 2 밀봉자리에 접하고 이것에 대해 압박된다. 스로틀바디(40)의 이 제 2 최종위치에서 밸브실(38)의 제 2 통로는 차단된다. 결과적으로 제어실(24)에서 밸브실(38)을 통해 배출구(14)로 이동하는 연료흐름이 차단되어 제어실(24)에서의 압력이 더 이상 감소하는 것이 아니라 여기에서 다시 시스템압력으로 증가한다. 이런 현상은, 고압저장기로부터 유입구(12)와 유입초크(44)를 통해 제어실(24)로 흐르지만 스로틀바디(40)가 동작되는 중에는 가능했지만 이제 더 이상 제 2 통로를 통해 밸브실(38) 및 배출구(14)로 흐를 수 없는 연료에 의해 발생한다.
결과적으로 노즐니들(26) 상으로 가해지는 유압 차단력은 노즐스프링(34)의 차단력과 함께 노즐챔버(20)의 유압 개방력보다 커질 때까지 상승한다. 이로 인해 노즐니들(26)의 동작 방향이 전환되어 니들의 원추형첨단(30)이 다시 노즐구(18)로 압박된다.
도 2a에 도시된 바와 같이 스로틀바디(40)의 행정이 프리인젝션 과정중에 t = TVE일 때 최대값 hd= H2(제 2 최종위치에 해당)에 도달할 때까지 지속적으로 증가한다고 해도 노즐니들(26)의 행정은 도 2b에 도시된 바와 같이 최대값 도달 후에 다시 hn= 0로 감소한다.
인젝터는 다시 차단되고 프리인젝션은 종료된다.
프리인젝션과 메인 인젝션 사이의 분사 휴지기에서 스로틀바디(40)는 제 2 최종위치에 위치함으로써 인젝터는 차단되며, 제 1 솔레노이드(46)는 계속 구동된다. 앵커(50)가 제 1 솔레노이드에 상당히 근접해 있으므로 상기 솔레노이드 구동에 필요한 제 1 솔레노이드(46)의 구동 전류는 프리인젝션 개시 때보다 현저히 작다. 따라서 도 2a 및 도 2b에서는 기간 TVE< t < THB(THB는 메인인젝션의 개시 시점을 나타냄)에 대해 hd= H2일 때 스로틀바디의 행정은 일정하고 hn= 0일 때 노즐니들의 행정은 일정하게 도시되어 있다.
메인인젝션은 시점 t = THB일 때 양측 솔레노이드(46, 48)가 구동됨으로써 개시된다. 이 때 우선 제 1 솔레노이드(46)의 구동 전류는 앵커(50)로 작용하는 자기력이 스로틀바디(40)에 작용하는 밸브스프링(62)의 응력을 하회할 정도로 감소된다. 제어실의 유압력은 이전과 동일하게 보상챔버(54)의 유압력을 통해 보상되므로 이 경우 제어실(24)의 유압력은 아무런 의미가 없다. 결과적으로 스로틀바디(40)는 제 2 최종위치에서 멀어지고 제 1 최종위치 방향으로 이동한다.
프리인젝션과는 달리 스로틀바디(40)는 제 1 최종위치에 도달하지 못하고 중간에 위치하게 되며 이때 제 2 솔레노이드(48)도 구동된다.
도 2a에서는 스로틀바디(40)의 이런 경로가 t = THB를 기점으로 우선 hd= H2에 서부터 hd= HM까지(중간 위치에 해당) 급격하게 감소하고 그 다음 일정하게 유지되는 라인으로 표시된다.
중간 위치에서 양측 통로가 개방되어 있으므로 이전의 프리인젝션에서와 동일하게 연료는 제어실(24)에서 밸브실(38)을 통해 배출구(14)로 흐를 수 있다. 결과적으로 제어실(24)에서의 압력은 감소하고 따라서 노즐챔버(20)에서 노즐니들(26)로 가해지는 유압 개방력이 다시 우세하게 되고 노즐니들의 원추형첨단(30)이 노즐구(18)에서 이격된다. 이로서 메인인젝션이 개시된다.
도 2b에서는 노즐니들(26)의 이런 운동이 t = THB를 기점으로 hn= 0에서부터 가파르게 상승하는 라인으로 표시된다.
노즐니들(26)의 개방속도는 유입구(12)에서 유입초크(44)를 통해 제어실(24)로 흐르는 유량과 제어실(24)에서 배출초크(42)를 통해 밸브실(38)로 흐르는 유량의 차이에 따라 결정된다.
샤프트말단(32)은 노즐니들(26)에 가해지는 개방력과 차단력이 평형을 이룰 때까지 제어실(24) 쪽으로 삽입되고 연료에 의한 쿠션작용에 의해 고정된다. 상기 쿠션작용은 제어실(24)에서 조절되는 연료 흐름에 의해 발생한다. 이제 노즐(16)은 완전히 개방된 상태이며 연료는 고압저장기내의 시스템압력에 거의 일치하는 압력으로 연소실에 분사된다.
스로틀바디(40)가 양측 솔레노이드(46, 48)의 자기 제어력에 의해 hd= HM인 중간위치에 고정되어 있는 동안에는 노즐(16)도 완전히 개방된 상태로 유지된다.
도 2b에서는 이 상태가 최대값 hn= HV(노즐이 완전히 개방된 상태에 해당)로 유지되는 라인으로 표시된다.
메인인젝션의 종말부에서는 양측 솔레노이드(46, 48)가 더 이상 구동되지 않으므로 스로틀바디(40)가 다시 제 1 최종위치에 도달하고 제 1 통로가 차단될 때까지 앵커(50)는 밸브스프링(62)의 초기응력을 통해 제 2 솔레노이드(48) 방향으로 압박된다. 이런 운동은 제 1 솔레노이드(46)가 제 2 솔레노이드(48)에 앞서 구동이 중단됨으로써 강화될 수 있다. 스로틀바디(40)는 밸브스프링(62)에 의해 제 1 최종위치로 고정된다.
도 2a에서는 스로틀바디(40)의 이런 경로가 t = THE(THE는 메인인젝션의 종말부에 해당함)를 기점으로 hd= HM에서부터 hd= 0까지 감소하는 라인으로 표시된다.
이제 제 1 밀봉면(58)이 제 1 밀봉자리에 밀착되므로 유입구(12)에서 계속유입되는 연료로 인해 제어실(24)에서는 다시 시스템압력이 증가한다. 제어실(24)의 증가하는 유압 차단력과 노즐스프링(34)의 초기응력이 함께 노즐챔버(20)의 유압 개방력을 상회하는 즉시 노즐구가 다시 니들의 원추형첨단(30)을 통해 폐쇄될 때까지 노즐니들(26)은 노즐구(18) 방향으로 움직인다.
도 2b에서는 노즐니들(26)의 이런 운동이 t = THE를 기점으로 hn= Hv에서부터 hn= 0까지 구간에서 감소하는 라인으로 표시된다.
노즐니들(26)의 차단속도는 유입구(12)에서 유입초크(44)를 통해 제어실(24)로 흐르는 연료의 유량에 따라 결정된다.
노즐니들(26)이 이것의 하단 리밋스톱에 도달하고 이것의 원추형첨단(30)이 노즐구(18)에 안착(seat)되면 메인인젝션은 종료된다.
인젝터는 다시 휴지상태로 복귀된다.
본 발명으로 인해 개폐시간이 단축되어 1mm3이하의 적은 분사량도 재현가능하게 분사할 수 있는 서문에 기술된 종류의 자기 인젝터를 제공할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. - 연료배출구(14) 및 연료유입구(12)와;
    - 상기 유입구(12)와 연결되는 제어실(24)과;
    - 상기 유입구(12)와 연결되는 노즐(16)과;
    - 상기 제어실(24)과 접하는 샤프트말단(32) 및 노즐구(18) 차단을 위한 원추형첨단(30)을 포함하는 노즐니들(26)과;
    - 제 1 통로를 통해 상기 배출구(14)와 연결되고 제 2 통로(42)를 통해 상기 제어실(24)과 연결되는 밸브실(38)과, 앵커(50)와, 제 1 솔레노이드(46)와, 그리고 상기 앵커(50)와 결합되고 상기 밸브실(38)에 위치하는 스로틀바디(40)를 포함하는 솔레노이드 밸브(36)를 구비하며,
    여기서 상기 스로틀바디(40)가 인젝터 휴지기간에는 상기 양측 통로 중 한 개를 차단하는 제 1 최종위치에 고정되며 상기 제 1 솔레노이드(46)의 구동을 통해 제 2 최종위치로 이동함으로써 상기 통로를 개방하는 연료 어큐뮬레이터 분사 시스템용 자기 인젝터(magnetic injector for accumulator fuel injection system)로서,
    - 상기 솔레노이드 밸브(36)는, 구동 시 상기 제 1 솔레노이드(46)에 대항하는 방향으로 상기 앵커(50)에 작용하는 제 2 솔레노이드(48)를 포함하는 것과; 그리고
    - 상기 스로틀바디(40)는 상기 스로틀바디가 자신의 상기 제 2 최종위치에서상기 양측 통로 중 다른 통로(42)를 차단하고 자신의 상기 양측 최종위치 사이의 경로에서 상기 양측 통로를 개방하도록 형성되는 것을,
    특징으로 하는 자기 인젝터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스로틀바디의 상기 제 1 최종위치에서 상기 스로틀바디(40)에 초기응력(initial stress)을 가하는 밸브스프링(62)이 장착되는 것을 특징으로 하는 자기 인젝터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제어실(24)은 배출초크(42)를 통해 상기 밸브실(38)과 연결되고 및/또는 유입초크(44)를 통해 상기 유입구(12)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 인젝터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 보상챔버(54)는 상기 유입구(12)와 연결되고, 상기 앵커(50)는, 유리된 위쪽면이 상기 보상챔버(54)와 접하는, 앵커샤프트(52)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 인젝터.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 통로가 밸브실(38)과 연결되는 입구와 및/또는 상기 제 2 통로(42)가 밸브실(38)과 연결되는 입구는 상기 스로틀바디(40)에 맞게 형성된 밀봉자리(sealing seat)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 인젝터.
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