KR20020025982A - 인젝터 - Google Patents

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KR20020025982A
KR20020025982A KR1020027002129A KR20027002129A KR20020025982A KR 20020025982 A KR20020025982 A KR 20020025982A KR 1020027002129 A KR1020027002129 A KR 1020027002129A KR 20027002129 A KR20027002129 A KR 20027002129A KR 20020025982 A KR20020025982 A KR 20020025982A
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KR1020027002129A
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뵈킹.프리드리히
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히 연료를 내연 기관의 연소실 내로 분사시키는 과정을 제어하기 위한 인젝터(18)에 관한 것이다. 상기 인젝터는 액추에이터(44, 52, 54)에 의해 유압식으로 하중을 받는 폐쇄 부재(30)를 포함한다. 상기 액추에이터는 제어 채널(44) 내에서 움직일 수 있도록 안내된 밸브 바디(54)를 포함하고, 상기 밸브 바디는 압전 액추에이터(52)에 의해 작동되고, 연속하는 2 개의 제어 횡단면(68, 70)과 상호 작용하면서 고압을 안내하는 공급 채널(24)과 배출 채널(46) 사이의 압력 매체 연결부를 제어한다.
이 경우 제 1 제어 횡단면(68)은 상기 밸브 바디(54)와 함께 밸브 바디(54)의 작동 방향으로 시이트 밸브(51)를 형성하고, 제 2 제어 횡단면(70)은 작동 방향으로 슬라이딩 밸브(71)를 형성한다. 또한 밸브 바디(54)가 최대로 확장된 상태에서 상기 밸브 바디와 제 2 제어 횡단면(70)의 벽 사이에 스로틀 갭(72)이 제공된다. 상기 스로틀 갭은 인젝터(18) 내의 압력비를 결정하므로 단위 시간당 분사량도 결정한다.

Description

인젝터 {Injector}
DE 196 24 001 A1 에는 청구항 제 1항의 전제부에 따른 인젝터가 이미 공지되어 있다. 상기 인젝터에는 특히 액추에이터의 유압 압력에 의해 하중을 받는 폐쇄 부재가 제공된다. 상기 액추에이터는 압전 액추에이터 및 이것에 의해 작동되는 밸브 바디로 이루어진다. 상기 밸브 바디는 저압 및 고압을 안내하는 압력 매체 채널 사이의 압력 매체 연결부를 제어하기 위해 이동할 수 있도록 제어 보어 내에 안내된다. 따라서 상기 밸브 바디는 인젝터의 폐쇄 부재를 폐쇄 위치에 고정시키는 압력의 유압 성분을 결정한다. 상기 폐쇄 위치에 있는 동안 상기 액추에이터는 전기 제어된다.
제어되지 않는 상태에서 밸브 바디는 저압을 안내하는 압력 매체 채널에 대한 압력 매체 연결부를 개방하고, 이로 인해 폐쇄 부재는 유압식으로 하중이 경감되고 스프링의 힘에 대항하는 행정 운동을 실행한다. 이 경우 폐쇄 부재는 개구를 개방하고, 상기 개구를 통해 연료가 내연 기관의 연소실 내로 분사될 수 있다.
상기 액추에이터는 서로 마주 놓인 2 개의 제어 횡단면을 포함함으로써, 밸브 바디의 개별 행정 운동에 의해 예비 분사 및 메인 분사가 제어될 수 있다. 상기 2 개의 제어 횡단면은 밸브 바디와 함께 상기 밸브 바디의 운동 방향으로 차례로 놓인 2 개의 시이트 밸브를 형성한다. 이 경우 상기 방식의 이중 시이트 밸브에서 밸브 시이트의 밀봉력은, 밸브 바디의 가이드가 상기 밸브 시이트에 대해 매우 정확하게 일직선으로 놓일 경우에만 제공된다는 것이 단점이다. 이것은 개별 부품의 제조 비용을 상승시킨다.
본 발명은 청구항 제 1항의 대상에 상응하는, 연료를 내연 기관의 연소실 내로 분사하는 과정을 제어하기 위한 인젝터에 관한 것이다. 상기 방식의 인젝터는 특히 분사 시스템용으로 사용되고, 압력 발생기는 고압 압력 매체를 어큐뮬레이터에 공급하고, 상기 어큐뮬레이터에는 다수의 인젝터가 연결된다. 상기 시스템은 커먼 레일 분사 시스템으로도 표기된다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되고, 하기의 설명에서 더 자세히 기술된다.
도 1은 선행 기술에 공지된 분사 과정을 제어하기 위한 인젝터를 포함한 선행 기술에 공지된 분사 시스템을 종단면으로 도시하고,
도 2는 도 1에 따른 상세도(X)를 본 발명에 따른 실시예에서 확대하여 도시한다.
이와는 달리 청구항 제 1항의 특징을 가진 인젝터는 더 낮은 정확성을 요구하기 때문에 더 저렴하게 제조될 수 있는 밸브 바디가 장착된다는 장점을 가진다. 또한 밸브 바디와 상기 밸브 바디의 작동 방향에 있는 2 제어 횡단면 사이에 스로틀 갭이 제공되고, 상기 스로틀 갭은 예컨대 개별 부품의 쌍 결합에 의해 조립시 규정된 경계에 고정될 수 있다. 따라서 이를 위해 별도의 스로틀이 제공되지 않고도 압력 매체 흐름은 분사 시스템의 각 작동 조건에 매칭될 수 있다. 상기 밸브 바디에는 제어 및 가이드 기능 외에도 추가 스로틀 기능이 제공된다. 이로 인해 사용된 개별 부품의 개수 및 인젝터의 조립 비용이 감소된다.
메인 분사를 제어하기 위해 밸브 바디가 2 개의 제어 횡단면이 개방되는 중간 위치에 제공될 수 있다. 상기 중간 위치에서 유압 성분의 벽은 밸브 바디가 중요한 스로틀 작용을 하지 않도록 형성된다. 따라서 연소실 내로 압력 매체의 흐름은 거의 스로틀링 없이 이루어지므로, 온도 또는 압력 영향에 대해 민감하게 반응하지 않는다.
본 발명의 추가 장점 또는 바람직한 개선예는 종속항 및 하기의 설명에 제시된다.
도 1에는 실질적으로 운반 펌프(12), 어큐뮬레이터(14), 압력 제어 밸브(16) 및 연료를 도시되지 않은 내연 기관의 연소실 내로 분사하는 인젝터(18)로 이루어진 분사 시스템(10)이 도시된다. 운반 펌프(12)는 어큐뮬레이터(14)에 고압 연료를 공급하고, 압력 조절을 위해 압력 제어 밸브(16)가 압력 센서(20) 및 전기 제어 장치(22)와 상호 작용한다.
어큐뮬레이터(12)는 고압 압력 매체를 안내하는 공급 채널(24)을 통해 다수의 인젝터(18)에 유압식으로 연결시킨다. 도 1에는 예컨대 상기 인젝터(18) 중 단 하나만 도시된다. 상기 인젝터는 하나의 하우징(26)을 포함하고 그 내부 챔버(28)에 폐쇄 부재(30)가 움직일 수 있도록 안내된다. 상기 폐쇄 부재는 밸브 니들 형태로 구현되고, 상기 밸브 니들은 스프링(32)에 의해 도시된 폐쇄 위치의 방향으로 하중을 받는다. 또한 초기 응력을 받는 스프링(32)은 폐쇄 부재(30)의 단부에 형성된 플레이트(34) 및 상기 플레이트(34)에 마주 놓인 내부 챔버(28)의 벽에 지지된다.
플레이트(34) 상에서 스프링(32) 외에도 폐쇄 부재(30)에 대해 동축으로 배치된 푸시 로드(36)가 작용한다. 상기 푸시 로드의 원통형 스템(38)은 압력 매체가 제공되는 하우징(26)의 가이드 보어(40) 내에 안내된다.
상기 가이드 보어는 푸시 로드(36)의 단부의 상부에서 압력 매체 연결부(56)에 의해 인젝터(24)의 내부 챔버(28)에 연결되고, 압력 매체 연결부(56)가 가이드 보어(40) 내에 진입되기 직전에 스로틀(58)이 조립된다. 또한 관통구(42)가 가이드 보어(40) 내로 통하고, 상기 관통구는 인젝터(24)의 제어 채널(44)로 안내한다. 제어 채널(44)은 압력이 없는 배출 채널(46)을 통해 연료 저장기(48)와 연결된다.
관통구(42)가 제어 채널(44)로 통하는 횡단면은 밸브 시이트(50)로서 형성된다. 제어 채널(44)내에서 움직일 수 있도록 안내되면서 액추에이터(52)에 의해 하중을 받는 밸브 바디(54)가 상기 밸브 시이트를 차단한다. 액추에이터(52)로서 바람직하게 제어 장치(22)에 의해 전기적으로 제어될 수 있는 압전 액추에이터가 사용된다.
기술된 분사 시스템(10)은 하기와 같이 작동한다 :
액추에이터(52)가 제어되는 경우, 밸브 바디(54)는 도시된 위치에 놓여서 밸브 시이트(50)를 차단한다. 따라서 고압을 받는 인젝터(18)의 내부 챔버(28)와 연료 저장기(48) 사이의 압력 매체 연결부가 차단된다. 이 경우 푸시 로드(36)의 전면에 작용하는 압력이 스프링(32)을 지지하고, 폐쇄 부재(30)를 폐쇄 상태로 유지시킨다. 이로 인해 연료가 하우징(26)의 개구(31)를 통해 도시되지 않은 내연 기관의 연소실에 도달될 수 없다.
액추에이터(52)의 전기 제어부가 생략됨으로써, 밸브 바디(54)는 고압 및 저압을 안내하는 인젝터(18)의 영역 사이에 있는 전술된 압력 매체 연결부를 개방하고, 이로 인해 제어 채널(44)이 압력 하중을 받지 않게 되므로, 압력이 푸시 로드(36)에서는 생략된다. 폐쇄 부재(30)는 정지 위치로부터 개방 위치로 이동되고, 이 경우 하우징(26)의 개구(31)가 개방된다. 따라서 연료의 분사 과정이 이루어진다. 액추에이터(52)의 새로운 제어에 의해 인젝터(18)가 다시 차단된다. 압력 매체 연결부(56)에 배치된 스로틀(58)에 의해 인젝터(18)의 고압을 안내하는 영역에서의 압력비와 단위 시간 당 분사된 연료량이 결정될 수 있다.
도 1에서 밸브 바디(54)가 단 하나의 밸브 시이트(50)를 제어하는데도 불구하고, 서두에서 인정된 선행 기술에는 2 개의 밸브 시이트가 밸브 바디(54)의 작동 방향으로 연속 배치되어 있는 장치가 이미 공지되어 있다. 따라서 밸브 바디(54)의 개별 행정 운동에 의해 연속하는 2 개의 분사 과정이 발생될 수 있다. 이것은 액추에이터(52)의 제어 주파수가 동시에 감소될 경우 인젝터(18)의 더 짧은 스위칭 시간을 가능하게 한다. 따라서 액추에이터(52)에 의해 발생되고 그의 구동 안전성을 손상시키는 열 손실이 감소된다. 물론 서로 동축으로 배치된 2 개의 밸브 시이트는 밸브 바디(54)의 가이드가 밸브 시이트(50)와 정확하게 일직선상에 놓일 경우에만 상기 밸브 시이트(50)의 밀봉력이 제공된다는 단점을 가진다. 이것은 인젝터(18)의 비용 상승을 초래하는 제조 기술적 고비용을 야기한다.
이러한 단점을 방지하기 위해 도 2에 도시된 본 발명에 따른 인젝터(18)의 실시예가 제시된다. 간소함을 위해 도 2에는 단지 인젝터(18)의 구조적으로 변경된 범위만이 도시된다. 상기 단면도는 도 1에서 x로 표기된 상세도에 상응한다.
본 발명의 대상에서 밸브 바디(54)는 원통형 밸브 스템(60)으로 이루어지고, 상기 원통형 밸브 스템은 제 1 단부에서 두꺼운 제어 헤드(62)에 연결된다. 상기 제어 헤드는 원추형 단면(62a)을 포함하고, 상기 원추형 단면에 원통형 단면(62b)이 연결된다. 상기 원통형 단면은 외부로 향한 아치형 단면(62c)으로 이어지고, 상기 단면(62c)은 제어 헤드(62)의 전면측 단부를 형성한다. 제어 헤드(62)에 마주 놓인 밸브 바디(54)의 단부에서 순환하는 링형 지지 칼라(66)를 포함한 슬리브(64)가 밸브 스템(60)에 가압된다. 지지 칼라(66)와 하우징(26)의 쇼울더 사이에 스프링(32)이 고정된다.
밸브 바디(54)는 여러 번 스테핑된 제어 채널(44)에서 이동될 수 있도록 안내된다. 상기 제어 채널은 밸브 스템(60)의 직경에 매칭된 가이드 단면(44a), 밸브 스템(60)과 함께 배출 채널(46)이 이어지는 링 공간을 형성하는 제 1 확장부(44b), 밸브 바디(54)의 제어 헤드(62)가 축방향으로 이동될 수 있도록 배치된 제 2 확장부(44c) 및 상기 확장부(44c)의 직경에 비해 수직으로 감소된 축소부(44d)로 나누어진다. 제 1 확장부(44b)로부터 제 2 확장부(44c)까지의 전이부는 밸브 시이트(50)로서 작용하는 챔퍼로서 형성된다. 밸브 시이트(50)에 의해 제한된 제 1 제어 횡단면(68)은 밸브 바디(54)의 원추형 단면(62a)에 의해 제어되는 반면, 축소부(44d)는 도 2에 도시된 위치에서 개방되는 제 2 제어 횡단면(70)을 형성한다.
상기 제 2 제어 횡단면(70)의 직경은, 밸브 바디(54)가 최대 편향 상태에서 2 개의 부품 사이에 규정된 스로틀 갭(72)이 형성되는 방식으로 밸브 바디(54)의 원통형 단면(62b)에 매칭된다. 배출 채널(46)에 대한 압력 매체 흐름을 결정하기 위해, 상기 스로틀 갭은 예컨대 부품의 쌍 결합에 의해 인젝터(18)의 조립시 결정될 수 있다. 제어 채널(44)의 제 2 확장부(44c)의 방사형 및 축방향 치수는 밸브 바디가 액추에이터(52)로부터 중간 위치까지 이동될 수 있도록 설계되고, 상기 중간 위치에서 2 개의 제어 횡단면(68 및 70)이 동시에 개방되고, 제어 헤드(62)는 중요한 스로틀링 작용을 하지 않는다.
압력 매체 연결부(56)가 밸브 바디(54)의 반대편에 있는 축소부(44d)의 단부에서 축소부(44d)로 이어진다. 상기한 바와 같이, 상기 압력 매체 연결부는 제어 채널(44)을 인젝터(18)의 내부 챔버(28)에 유압식으로 연결시킨다. 압력 매체 연결부(56) 내에 스로틀(58)이 위치한다.
인젝터(18)의 폐쇄 부재(30)를 작동시키는 푸시 로드(36)에 의해 도 2에는 스템(38)의 하나의 단면만 나타날 수 있다. 상기 푸시 로드는 공급 채널(24)이 방사형으로 이어져 있는 가이드 보어(40) 내에 이동될 수 있도록 안내된다.
도 2에 따른 기본 위치에서 밸브 바디(54)는 제 1 제어 채널(68)을 차단하고, 공급 채널(24)로부터 배출 채널(46)까지의 압력 매체 연결부가 차단된다. 이로 인해 가이드 보어(40) 내에는 공급 채널(24)의 고압이 형성된다. 상기 고압은 푸시 로드(36)에 작용하므로 인젝터(18)의 폐쇄 부재(30)를 폐쇄 상태로 유지시킨다. 액추에이터(52)의 제어에 의해 밸브 바디(54)에 행정 운동이 강요되고, 행정 운동의 최종 단계에서 제어 헤드(62)의 원통형 단면(62b)은 적어도 부분적으로 축소부(44d)에 의해 제한된 제 2 제어 횡단면(70) 내에 침지된다. 그러나 이것이 이루어지기 이전에, 가이드(36)가 압력 하중을 받지 않는 짧은 시간동안 공급 채널(24)과 배출 채널(46) 사이에 압력 매체 연결부가 존재한다. 이로 인해 인젝터(18) 내에서 제어 부재(30)가 개방되고, 소위 연료의 예비 분사가 가능하다.
밸브 바디(54)가 제 2 제어 단면(70)에 침지됨으로써, 상기 예비 분사가 종결된다. 이 경우 밸브 바디(54)의 원통형 단면(62b)과 축소부(44c)의 벽 사이에 스로틀 갭(72)이 위치한다. 상기 스로틀 갭은 스로틀(58)을 통과하는 흐름보다 훨씬 작은 배출 채널(46)에 대한 압력 매체 흐름을 가능하게 한다. 이로 인해 가이드 보어(40) 내에는 압력 레벨이 형성되고, 상기 압력 레벨이 공급 채널(24)내의 압력 레벨보다 조금 낮기는 하지만, 인젝터(18)의 폐쇄 부재(30)를 폐쇄 위치로 이동시키는데는 충분하다.
액추에이터(52)의 전기 제어부가 단계적으로 생략됨으로써, 밸브 바디(54)는 2 개의 제어 횡단면(68과 70)이 개방되는 중간 위치로 이동될 수 있고, 메인 분사가 진행된다. 이 동안 푸시 로드(36)는 압력 하중을 받지 않는다. 이 경우 단위 시간 당 분사된 연료량은 스로틀(58)에 의해 결정된다. 액추에이터(52)의 제어부가 완전히 생략된 이후에, 제어 헤드(62)는 밸브 시이트(50)를 차단하고, 공급 채널(24)과 배출 채널(46) 사이의 압력 매체 연결부를 차단한다. 이제 가이드 보어(40)내에 형성된 압력은 푸시 로드(36)와 폐쇄 부재(30)에 하중을 가하고, 그 때문에 상기 폐쇄 부재는 폐쇄 위치로 다시 귀환한다. 따라서 액추에이터(52)의 개별 행정 운동에 의해, 밸브 바디(54)가 밸브 바디(54)의 가이드가 제어 횡단면(68 및 70)과 정확하게 일직선상에 있어야 한다는 요구를 충족시킬 필요 없이, 시간적으로 서로 분리된 2 개의 분사 과정이 제어될 수 있다.
물론 본 발명의 기본 사상에서 벗어나지 않고도 상기 실시예에 대한 변형 또는 보충이 가능하다. 따라서 예컨대 3 개의 영역(62a 내지 62c)을 포함하는 제어 헤드(62) 대신 간단한 볼(ball)이 사용되는 것이 고려될 수 있다. 상기 볼은 예컨대 탄성 부재, 예컨대 스프링 또는 탄성 중합체 부품을 사용하여 푸시 로드(36)의 전면측 단부에서의 설치를 위해 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 특히 연료를 내연 기관의 연소실 내로 분사하는 과정을 제어하기 위한 인젝터(18)로서,
    하우징(26)을 포함하고, 상기 하우징의 내부 챔버(28) 내에 분사 개구(31)의 제어를 위한 폐쇄 부재(30)가 움직일 수 있도록 안내되고,
    상기 폐쇄 부재(30)에 하중을 가하는 하나의 액추에이터(44,52,54)를 포함하고, 상기 액추에이터는 외부에서 제어 가능한 액추에이터(52) 및 상기 액추에이터(52)와 상호 작용하면서 제어 채널(44) 내에 이동될 수 있도록 안내된 밸브 바디(54)를 포함하고, 상기 밸브 바디는 상기 제어 채널(44)의 2 개의 제어 횡단면(68 및 70)과 상호 작용하면서 고압 매체를 안내하는 공급 채널(24)과 배출 채널(26) 사이의 압력 매체 연결부를 조절하고,
    상기 제 1 제어 횡단면(68)이 상기 밸브 바디(54)와 함께 상기 밸브 바디(54)의 작동 방향으로 시이트 밸브(51)를 형성하는 인젝터에 있어서,
    상기 제 2 제어 횡단면(70)이 상기 밸브 바디(54)와 함께 작동 방향으로 슬라이딩 밸브(71)를 형성하는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브 바디(54)의 외부 치수가 적어도 부분적으로 상기 밸브 바디(54)의 최대 편향 상태에서 스로틀 갭(72)이 형성되는 방식으로, 상기 제 2 제어횡단면(70)의 외부 치수에 매칭되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스로틀 갭(72)이 상기 공급 채널(24) 내의 압력 매체 흐름을 제어하는 스로틀(58)의 횡단면보다 훨씬 더 작은 것을 특징으로 하는 인젝터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 바디(54)가 2 개의 제어 횡단면(68,70)이 동시에 개방되는 중간 위치로 이동될 수 있고,
    상기 제어 채널(44)은 상기 중간 위치에서, 상기 밸브 바디(54)가 스로틀링 작용을 하지 않는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 바디(54)가 상기 제어 채널(44) 내에서 안내를 위해 사용되는 밸브 스템(60), 및 상기 밸브 스템(60)에 배치된 제어 헤드(62)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어 헤드(62)가 볼(ball)인 것을 특징으로 하는 인젝터.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제어 헤드(62)가 상기 밸브 스템(60)에 일체로 형성되고,
    제 1 제어 횡단면(68)을 향한 원추형 제 1 단면(62a), 여기에 연결된 원통형 제 2 단면(62b) 및 제 2 제어 횡단면(70)을 향한, 아치형의 제 3 단면(62)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터(52)가 압전 액추에이터인 것을 특징으로 하는 인젝터.
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