KR20010093246A

KR20010093246A - 연료분사노즐

Info

Publication number: KR20010093246A
Application number: KR1020017008523A
Authority: KR
Inventors: 카추오키 이토
Original assignee: 클라우스 포스, 게오르그 뮐러; 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2001-10-27
Also published as: KR100665935B1; EP1144846B1; US6758409B1; DE50014918D1; EP1144846A1; CZ20012471A3; CZ295573B6; DE19953562A1; WO2001034967A1; JP2003514189A

Abstract

본 발명은 노즐바디(10)와, 상기 노즐바디 내에서 움직일 수 있는 노즐니들(12)과, 상기 노즐니들과 연결되어 있는 압전형 액츄에이터(20)와, 유체로 채워진 조정챔버(32) 쪽으로 돌출되고 상기 압전형 액츄에이터를 지지하는 조정피스톤(adjustment pistion)(30)을 포함하는 연료분사노즐에 관한 것이다. 조정챔버는 좁은 횡단면을 갖는 유입구를 통해 공급부(34)와 연결된다. 본 발명의 목적은 보다 간단한 구조를 제공하는 것이다. 이를 위해, 공급부(34)의 압력은 가변될 수 있다. 이런 방식을 통해 노즐니들을 위한 별도의 복원 스프링 사용을 제거할 수 있었다.

Description

연료분사노즐{FUEL INJECTION NOZZLE}

이런 종류의 분사노즐은 DE 35 33 085 A1에 개시되어 있다. 상기 조정피스톤은 느린 속도로 나타나는 압전형 액츄에이터의 길이 변화를 보상하는 것을 가능케 한다. 이런 길이 변화는 특히 온도의 변화를 통해 야기된다. 이런 길이변화가 나타나는 경우에 유체는 조정피스톤에 의해 조정챔버에서 배출되거나 조정챔버로 흡입된다. 이와 반대로 노즐니들을 개방시키는 경우와 같이 압전형 액츄에이터의 길이 변화가 신속하게 나타나는 경우에는, 유입구의 좁은 횡단면으로 인해 조정피스톤이 고정된 지주로서 작용할 정도의 강한 저항력이 조정챔버에 존재하는 유체의 이동에 대항하여 작용한다. 그 다음 노즐니들이 작동하게 되는데, 이 때 조정피스톤은 야기된 개방행정에 아무런 영향을 미치지 않는다. 외측 개방 노즐인 종래의 분사노즐의 경우, 노즐니들을 위해 별도의 복원 스프링(restoring spring)이 장착된다. 노즐니들을 개방하기 위해서는 압전형 액츄에이터가 복원 스프링에 의해 가해진 힘을 극복해야 하는데, 이것은 강한 작동력을 필요로 한다.

본 발명은 노즐바디와, 이 노즐바디 내에서 움직일 수 있는 노즐니들과, 이 노즐니들과 연결되어 있는 압전형 액츄에이터와, 유체로 채워진 조정챔버 쪽으로 돌출되고 상기 압전형 액츄에이터를 지지하는 조정피스톤(adjustment pistion)을 포함하고, 여기서 상기 조정챔버는 좁은 횡단면을 갖는 유입구를 통해 공급부(supply volume)와 연결되는 연료분사노즐에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연료분사노즐의 도식적인 단면도.

본 발명의 과제는 압전형 액츄에이터에 의해 극복되어야 하는 복원 스프링이 사용되지 않는 연료분사노즐을 제작하는 것이다.

특허청구항 1에 기술된 특징을 갖는 서문에 상술된 종류의 연료분사노즐은, 조정피스톤에 작용하는 공급부 내의 압력은 노즐니들을 위한 복원 스프링과 상응하게 작용하므로 강한 예비응력을 갖는(prestressed) 별도의 복원 스프링을 사용할 필요가 없다는 장점을 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 기술되어 있다.

다음에서는 첨부된 단일 도면에 도시된 바람직한 실시예를 근거로 본 발명에 대해 설명된다.

분사노즐은 노즐바디(10)를 포함하는데, 이 노즐바디에는 내측으로 개방되는 노즐니들(12)이 움직일 수 있는 형태로 배열되어 있다. 공급보링(16)과 링채널(18)을 통해 공급되는 연료의 분사를 가능하게 하기 위해 상기 노즐니들(12)은 노즐바디(10) 내에 형성된 노즐개구(14)를 개방할 수 있다. 상기 공급보링(16)의 연료는 "커먼레일(common rail)"이라는 명칭으로 알려진 고압저장관으로부터 공급된다.

노즐니들(12)은 자신의 첨부개구(peak hole)(14)의 반대쪽 끝부분에서 압전형 액츄에이터(piezo-actuator)(20)와 연결되는데, 이 압전형 액츄에이터는 압전부재(piezo-element)(22)와 홀더(24)를 포함한다. 홀더(24)에서 링스프링(26)에 의해 상기 압전부재에는 예비응력이 가해진다. 이외에도 압전형 액츄에이터(20)에는 (여기에 도시되지 않은) 전원장치(power supply)가 장착되는데, 이 전원장치를 통해 압전부재(22)에 전기가 가해질 수 있다.

압전형 액츄에이터(20)의 첨부개구(14)의 반대쪽 단부에는 볼(ball)(28)이 배치되어 있는데, 이 볼에는 조정피스톤(30)이 접해 있다. 상기 볼(28)은 조정피스톤(30)과 압전형 액츄에이터(20) 사이에서 방사상(radial) 방향으로 나타나는 약간의 공차 및 위치변동(derivation of position)이 한 부품에서 다른 부품으로 전달되지 않도록 보장한다. 상기 피스톤(30)은 조정챔버(32)로 돌출되는데, 이 조정챔버는 상기 조정챔버(32)의 벽과 조정피스톤(30) 사이의 두께(d)를 갖는 원형틈새(ring gap)를 통해 공급부(34)와 연결된다. 상기 공급부는, 공급된 연료의 압력과 통상적으로 동일한 시스템압력(P_SYS) 하에 놓인다.

노즐바디(10)와 조정피스톤(30)의 쇼울더(shoulder) 사이에는 조정피스톤(30)을 압전형 액츄에이터(20)에 대항하여 압박하는 가압스프링(36)이 배열된다. 따라서 상기 가압스프링(36)은 조정챔버(32)의 체적을 증가시키는 방향으로 조정피스톤(30)에 작용한다.

상술된 연료분사노즐은 다음과 같은 방식으로 작동한다. 상기 분사노즐과 같은 분사시스템이 꺼질 경우 노즐니들(12)이 압전형 액츄에이터(20)를 통해 노즐바디(10)와 접촉되게 압박되는 것이 가압스프링(36)에 의해 보장되므로 분사개구(14)는 차단되고 연료가 분사노즐에서 해당 내연기관의 연소실로 유입되지 않는다. 이와는 반대로 분사시스템이 켜져 있고 시스템압력 하에 있는 연료가 공급보링(16)을 통해 공급되는 경우에는 링챔버(18) 내에 배열된 노즐니들(12)의 원형어깨부(ringshoulder)에서 개방압력이 발생된다. 원형어깨는 노즐니들(12)을 도면상에서 상단으로 움직인다. 압전형 액츄에이터(20)와 조정피스톤(30)은 상기 개방압력에 대항하는 방향으로 작용한다. 조정력을 받은 상태에서 전기가 압전부재(22)에 가해져서 압전부재는 축방향으로 신장된다. 이 상태에서 압전형 액츄에이터(20)의 후단부는 조정챔버(32)에서 시스템압력 하에 있는 유체에 대항하는 조정피스톤(30)을 통해 지지된다. 상기 노즐니들(12)이 개방되어야 하는 경우에는 압전부재(22)에 가해지는 전기가 차단된다. 이로 인해 압전부재는 축방향으로 수축하게 되어 노즐니들(12)은 0.25mm 이하의 개방행정을 이행할 수 있다. 이런 동작이 이행되는 동안 조정피스톤(30)은 자신의 위치를 유지하는데, 그 이유는 조정챔버(32)에 존재하는 유체가 조정피스톤(30)의 움직임을 허용하지 않기 때문이다. 즉 유체가 공급부(34)로부터 추가적으로 공급될 수 있도록 통과하는, 조정피스톤(30) 둘레에 형성된 원형틈새는 너무 작아서 노즐니들이 개방되는 짧은 기간동안 상기 시스템은 고정된 것으로 간주될 수 있기 때문이다. 다시 노즐니들이 차단되어야 하는 경우에는, 압전부재(22)에 다시 전기가 가해져 압전부재가 축방향으로 팽창되고 노즐니들(12)은 자신의 차단위치로 움직인다.

이와 반대로 분사노즐의 운전 중에 온도변화로 인해 분사노즐, 특히 압전형 액츄에이터의 부품에 길이변화가 발생하는 경우에는 이로 인해 조정챔버(32) 내의 조정피스톤(30)이 상응하게 움직이며, 이 경우 유체는 두께(d)를 갖는 원형틈새를 통해 조정챔버(32)에서 배출되거나 조정챔버 쪽으로 흡입된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 압전형 액츄에이터에 의해 극복되어야 하는 복원 스프링이 사용되지 않는 연료분사노즐을 제작하여 보다 간단한 구조를 제공할 수 있다.

Claims

노즐바디(10)와, 상기 노즐바디 내에서 움직일 수 있는 노즐니들(12)과, 상기 노즐니들과 연결되어 있는 압전형 액츄에이터(20)와, 유체로 채워진 조정챔버(32) 쪽으로 돌출되고 상기 압전형 액츄에이터를 지지하는 조정피스톤(adjustment pistion)(30)을 포함하고, 여기서 상기 조정챔버는 좁은 횡단면을 갖는 유입구를 통해 공급부(supply volume)(34)와 연결되는 연료분사노즐로서,

상기 공급부(34)의 압력은 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는, 연료분사노즐.
제 1항에 있어서, 상기 공급부(34)는 분사되는 연료의 압력을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료분사노즐.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공급부(34)는 연료로 채워지는 것을 특징으로 하는, 연료분사노즐.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전형 액츄에이터(20)에 작용하며 상기 노즐니들(12)을 자신의 차단된 위치로 이동시키는 스프링(36)이 장착되는 것을 특징으로 하는, 연료분사노즐.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정피스톤과 상기 압전형 액츄에이터 사이의 공차 조정(tolerance adjustment)을 가능케 하는 볼(28)이 상기 조정피스톤과 상기 압전형 액츄에이터 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 연료분사노즐.