KR20060021351A

KR20060021351A - 내연 기관용 분사 노즐

Info

Publication number: KR20060021351A
Application number: KR1020057023581A
Authority: KR
Inventors: 프리드리히 뵈킹
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2006-03-07
Also published as: US20060186226A1; WO2004109091A1; DE10326044A1; EP1636482A1; JP2006527332A

Abstract

본 발명은 내연 기관용 분사 노즐(1)에 관한 것이며, 이는 적어도 하나의 제1 분사홀(3) 및 적어도 하나의 제2 분사홀(4)을 포함하는 노즐 본체(2), 노즐 본체(2)의 제1 니들 가이드(6) 내에서 안내되고 중공 니들로서 형성되며 적어도 하나의 제1 분사홀(3)을 통한 연료의 분사를 제어할 수 있는 제1 노즐 니들(7) 및, 제1 노즐 니들(7)에 동축으로 배치되고 적어도 하나의 제2 분사홀(4)을 통한 연료의 분사를 제어할 수 있는 제2 노즐 니들(9)을 포함한다. 제2 노즐 니들(9)의 제어를 단순화하기 위해, 제1 노즐 니들(7)에는 제1 캐리어 콘투어(19)가 형성되며, 이는 사전 설정된 전(pre) 행정(24)에 따른 제1 노즐 니들(7)의 개방 시 제2 노즐 니들(9)에 형성된 제2 캐리어 콘투어(20)와 상호 작용하고, 전 행정(24)을 넘어서는 제1 노즐 니들(7)의 개방 운동 시 제2 노즐 니들(9)을 개방시킨다.

분사홀, 캐리어 콘투어, 누출 챔버, 변환기 피스톤, 보어, 제어 피스톤, 스로틀 경로, 스프링

Description

내연 기관용 분사 노즐{INJECTION NOZZLE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징들을 갖는 내연 기관용 분사 노즐에 관한 것이다.

이와 같은 분사 노즐은 예컨대 독일 특허 제100 58 153호에 공지되어 있으며, 적어도 하나의 제1 분사홀 및 적어도 하나의 제2 분사홀이 형성된 노즐 본체를 갖는다. 노즐 본체의 제1 니들 가이드 내에 중공 니들로서 형성된 제1 노즐 니들이 안내되며, 적어도 하나의 제1 분사홀을 통한 연료의 분사는 상기 노즐 니들에 의해서 제어될 수 있다. 제1 노즐 니들 내에, 동축으로 제2 노즐 니들이 배치되며 적어도 하나의 제2 분사홀을 통한 연료의 분사가 상기 제2 노즐 니들에 의해 제어될 수 있다. 공지된 분사 노즐에서 제2 노즐 니들은, 제어 챔버 내에서 압력이 제공될 때 폐쇄 방향으로 작용하는 제어면을 포함하는 구동 피스톤과 구동이 연결된다. 제2 노즐 니들은 압력단을 포함하는데, 즉 제2 노즐 니들과 노즐 본체 사이에 형성된 제2 밸브 시트의 횡단면이 제1 노즐 니들 내에서 제2 노즐 니들을 안내하기 위해 형성된 제 2 니들 가이드의 횡단면보다 작다. 제1 노즐 니들이 개방된 경우, 제2 노즐 니들의 압력단이 압력을 받으며, 제2 노즐 니들의 압력단은 개방 방향으로 작용한다. 제1 노즐 니들이 개방될 때 추가적으로 제2 노즐 니들도 개방되어야 하면, 제어 챔버 내에서 압력이 하강할 수 있으므로, 제2 노즐 니들의 압력단에서의 개방력이 우세하다. 이 경우 제2 노즐 니들을 작동하기 위해서 필요한 비용은 상대적으로 높다.

이에 반해 독립항의 특징들을 갖는, 본 발명에 따른 분사 노즐은 제2 노즐 니들의 작동을 위해 별도의 제어 챔버가 그 내부의 압력에 대해서 제어되지 않아도 되는 장점을 갖는다. 본 발명은 사전 설정된 제1 노즐 니들의 전 행정일때부터 제1 노즐 니들의 행정 운동을 제2 노즐 니들의 행정 운동에 결합시키는 기계적 캐리어가 제2 노즐 니들의 작동을 위해 제공되는 일반적인 개념에 기초한다. 이로써 본 발명에서 제2 노즐 니들의 개방은 제1 노즐 니들의 개방 행정에 따라 제어된다. 제1 노즐 니들이 개방될 때 제2 노즐 니들은, 제1 노즐 니들의 개방 행정이 사전 설정된 전(pre) 행정에 이를 때까지 폐쇄된 채로 유지된다. 상기 전 행정으로부터 시작해서 제1 노즐 니들이 제2 노즐 니들을 종동할 수 있으므로, 제2 노즐 니들도 개방된다. 제1 노즐 니들의 개방 행정은 종래의 방식으로, 상응하는 액추에이터, 특히 압전 액추에이터에 의해 제어될 수 있다. 이때 개방 시간 및, 제1 노즐 니들의 개방 시점과 제2 노즐 니들의 개방 시점 사이의 간격이 거의 임의로 변할 수 있다. 이에 따라 단독의 액추에이터에 의해서, 2개의 노즐 니들들이 개방을 위해 연속적으로 제어될 수 있다. 제2 노즐 니들을 제어하기 위한 비용은 이로써 현저히 줄어든다.

특히 바람직한 실시예에 따라, 제2 노즐 니들이 압력단을 갖지 않도록 형성될 수 있다. 이런 구성 방식에서, 제2 노즐 니들의 밀봉 시트 내의 횡단면은 제2 노즐 니들을 위해 제공된 제2 니들 가이드의 횡단면에 일치한다. 이 구성 방식에 의해, 제2 노즐 니들에 개방 방향으로 작용하는 압력은 제1 노즐 니들의 개방 시 변하지 않는다. 또한 제1 노들의 개방 시 분사홀에 할당된 제2 노즐 니들의 단부에서 개방 방향으로 작용하는 (유압)압력이 발생하지 않는다. 이런 구성 방식에 의해 분사 노즐을 위한 단순한 구조가 지지된다.

변형예에서, 분사홀들로부터 떨어져 있는, 제2 노즐 니들의 단부는 제1 누출 챔버 내에 배치될 수 있으며, 제2 노즐 니들은 제2 스프링에 의해 폐쇄 방향으로 예비 인장된다. 누출 챔버는 일반적으로 감압되므로, 제2 노즐 니들에는 실질적으로 제2 스프링만이 폐쇄 방향으로 작용한다. 특히 제2 노즐 니들에 압력단이 없으므로, 제2 노즐 니들이 비교적 작은 힘으로 개폐될 수 있다. 이는 마모 현상을 줄일 수 있기 때문에 제공된 기계적 커플링을 위해 특히 바람직하다.

바람직하게 노즐 니들에 형성되며, 전 행정에 이를 때 노즐 니들들 사이에서 소정의 기계적 강제 커플링을 발생시키는 캐리어 콘투어들은 제1 누출 챔버 내에서 상기 콘투어들이 서로 상호 작용하도록 배치될 수 있다. 이에 따라 캐리어 콘투어들의 주변에는 상대적으로 낮은 대기압이 있으며, 이는 캐리어 콘투어들의 적절한 기능을 지지한다.

본 발명에 따른 분사 노즐의 다른 중요한 특징들과 장점들은 종속항들, 도면 및, 도면에 의거한 도면 설명으로부터 제시된다.

본 발명에 따른 분사 노즐의 실시예들은 도면에 도시되며 이하에서 더 자세히 설명된다. 동일한 도면 부호는 동일한 또는 유사한, 또는 기능적으로 동일한 부품들에 관한 것이다.

도1 내지 도3은 상이한 실시예들에서, 분사 노즐들이 심하게 단순화된 종단면도이다.

도1에 상응하게, 본 발명에 따른 분사 노즐(1)은 노즐 본체(2)를 포함한다. 노즐 본체(2)는 적어도 하나의 제1 분사홀(3) 및 적어도 하나의 제2 분사홀(4)을 구비하며, 이들은 나머지가 도시되지 않은 내연 기관의 연소실 또는 예비 혼합실(5)로 통한다. 일반적으로 복수의 제1 분사홀(3) 및/또는 복수의 제2 분사홀(4)이 제공된다.

노즐 본체(2)는 제1 노즐 니들(7)이 행정에 따라 이동되어 조절될 수 있게 지지된 제1 니들 가이드(6)를 포함한다. 제1 노즐 니들(7)은 중공 니들로서 형성되며, 제2 노즐 니들(9)이 행정에 따라 이동되어 조절될 수 있게 지지된 제2 니들 가이드(8)를 포함한다.

분사홀들(3, 4) 중 하나를 향하는 제1 니들 포인트(10)와 분사홀들(3, 4) 중 하나를 포함하는 노즐 팁(11) 사이에 링형의 제1 밀봉 시트(12)가 형성되고, 이는 제1 분사홀(3)의 흐름 방향 상류측으로 배치된다. 제1 밀봉 시트(12)의 횡단면(13)이 제1 니들 가이드(6)의 횡단면(14)보다 작으므로, 제1 노즐 니들은 압력단을 갖는다. 각각의 횡단면들(13, 14)은 화살표로 도시된다.

또한 분사홀들(3, 4)을 향하는 제2 노즐 니들(9)의 제2 니들 포인트(15)와 노즐 팁(11) 사이에 제2 밀봉 시트(16)가 형성되며, 이는 적어도 하나의 제1 분사홀(3)과 적어도 하나의 제2 분사홀(4) 사이에 배치된다. 제1 노즐 니들(7)과 상이하게, 제2 노즐 니들(9)은 도시된 실시예에서 압력단을 갖지 않으며, 즉 제2 밀봉 시트(16)의 횡단면(17)이 제2 니들 가이드(8)의 횡단면(18)과 동일한 크기를 갖는다.

밀봉 시트(12, 16)의, 선택된 위치 설정을 통해 제1 노즐 니들(7)에 의해 적어도 하나의 제1 분사홀(3)이 제어될 수 있는 반면, 제2 노즐 니들(9)에 의해서 적어도 하나의 제2 분사홀(4)이 제어될 수 있다.

본 발명에 따라 제1 노즐 니들(7)에는 링 스텝(19)의 형태로 형성된 캐리어 콘투어(19)가 형성된다. 제2 노즐 니들(9)에는 제1 캐리어 콘투어(19)에 상응하게 제2 캐리어 콘투어(20)가 형성된다. 제2 캐리어 콘투어(20)도 상응하게 구성된 링 스텝으로 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서 제2 캐리어 콘투어(20)를 형성하기 위해 반경 방향으로 돌출한 적어도 2개의 브릿지(21)가 제공되며, 이들은 제2 니들 포인트(15)로부터 떨어진 제2 노즐 니들(9)의 단부(23)에 있는 횡방향 보어(22)에 삽입된다. 기본적으로 캐리어 콘투어(19, 20)의 구성을 위해서 다른 구조가 적합할 수도 있다.

도1에 도시된 출발 상태에서 2개의 노즐 니들들(7, 9)이 폐쇄된다. 캐리어 콘투어들(19, 20)은 2개의 노즐 니들들(7, 9)의 폐쇄 위치에서 2개의 캐리어 콘투어(19, 20) 사이에 행정 방향으로 간격(24)이 생기도록 배치된다. 이 간격(24)은 이하에서 전 행정(24)으로도 표현된다.

노즐 본체(2)는 분사홀(3, 4)에 고압 연료를 공급하기 위해 사용되는 공급 라인(25)을 포함한다. 공급 라인(25)은 일반적으로, 도시되지 않은 고압 저장 챔버로부터 나오며, 고압 저장 챔버는 소위 "커먼-레일-원리"로, 상응하는 고압 펌프에 의해 공급된다. 공급 라인(25)은 노즐 본체(2) 내에서 노즐 챔버(26)로 안내되며, 노즐 챔버에 의해서 분사홀들(3, 4)로부터 링 챔버(27)를 통해 연료가 공급될 수 있다.

노즐 본체(2)에는 또한 행정 조절 가능하게 변환기 피스톤(28)이 지지된다. 변환기 피스톤(28)은 일반적으로 제1 노즐 니들(7)의 하나의 부품을 형성하거나 적어도, 인장력 또는 압축력을 행정 방향으로 전달하기 위해 제1 노즐 니들(7)에 커플링된다. 변환기 피스톤(28)은 제1 표면(29)을 포함하며, 이 표면은 보상 챔버(30) 내에 배치되고 보상 챔버의 압력에 노출된다. 보상 챔버(30)는 보어를 통해서 공급 라인(25)과 연결되므로, 보상 챔버(30) 내에는 일반적으로 연료압이 있다. 보상 챔버(30)의 영역 내에 또한 제1 스프링(32)이 배치되며, 이는 한편으로 노즐 본체(2)에, 다른 한편으로 변환기 피스톤(28)에 지지되고 제1 스프링(32)은 변환기 피스톤(28)을, 이로써 제1 노즐 니들(7)을 폐쇄 방향으로 예비 인장시킨다. 제1 표면(29)이 제1 니들 포인트(10)로부터 떨어져 있기 때문에, 제1 표면(29)은 압력을 받을 때 제1 노즐 니들(7)의 폐쇄 방향으로 작용한다.

한편으로 제1 노즐 니들(7)의 압력단과 다른 한편으로 제1 스프링(32)의 예비 응력 및 보상기 챔버(30) 내의 압력단이 서로 작용하기 때문에, 변환기 피스톤 (28)이 노즐 니들(7)에 고정 연결되어서는 안되므로, 변환기 피스톤(28)과 제1 노즐 니들(7)은 서로 직접 연결되지 않고도 분리 지점(49)에서 축방향으로 서로 접할 수 있다. 따라서 제1 노즐 니들(7)과 변환기 피스톤(28)은 기능 유닛을 형성하며, 그 부분 부품들(7, 28)들은 공통으로 또는 동기로 행정 조절된다.

변환기 피스톤(28)에 또한 제2 표면(33)이 형성되며, 이는 제1 제어 챔버(34) 내에 배치되고 거기서 압력을 받는다. 제2 표면(33)이 제1 니들 포인트(10)를 향하기 때문에, 제2 표면(33)은 압력을 받을 때 제1 노즐 니들(7)의 개방 방향으로 작용한다. 제1 제어 챔버(34)는 제어 채널(35)을 통해서 제2 제어 챔버(36)에 연결된다. 이 제2 제어 챔버(36)에는 제3 표면(37)이 배치되며 압력을 받을 수 있다. 제3 표면(37)은 액추에이터 피스톤(38)에 형성되며, 액추에이터 피스톤은 특히 압전 액추에이터로서 형성될 수 있는 도시되지 않은 액추에이터와 구동이 연결된다.

제2 제어 챔버(36)는 공급 채널(39)에 의해서 공급 라인(25)에 연결되며, 공급 채널(39) 내에 공급 밸브(40)가 배치된다. 상기 공급 밸브(40)는 예컨대 체크 밸브로서 형성될 수 있으며, 제2 제어 챔버(36) 쪽으로 개방되고 공급 라인(25) 쪽으로 폐쇄된다.

액추에이터 피스톤(38)과 변환기 피스톤(28) 사이에, 작용하는 힘에 대한 변환비가 형성될 수 있다. 이때 변환비는 제2 표면(33)에 대한 제3 표면(37)의 관계로부터 나온다. 이 경우 제3 표면(37)은 액추에이터 피스톤(38)의 횡단면(41)에 상응하는 반면, 제2 표면(33)은 제1 니들 포인트(10) 반대편, 제1 노즐 니들(7)의 단부(43)에 있는 변환기 피스톤(28)의 횡단면(42)에서, 제2 표면(33)의 영역 내의 단부(43)에 연결된 섹션에 있는 변환기 피스톤(28)의 횡단면(44)이 제하여짐으로써 생긴다.

앞서 이미 설명한 바와 같이, 변환기 피스톤(28)은 제1 노즐 니들(7)과 함께, 행정 조절 가능한 공통의 유닛을 형성한다. 본 실시예에서 제1 노즐 니들(7)의 제1 캐리어 콘투어(19)는 변환기 피스톤(28)에 형성된다. 제2 니들 포인트(15) 반대편, 제2 노즐 니들(9)의 단부(23)는 바람직하게 제1 누출 챔버(45) 내에 배치된다. 제1 누출 챔버(45)는 누출 라인(46)에 의해서, 상대적으로 감압된 저장기에 연결된다. 행정 방향으로 노즐 챔버(26)와 제1 제어 챔버(34) 사이에 제2 누출 챔버(47)가 배치되며, 제2 챔버는 적어도 하나의 보어(48)에 의해서 제1 누출 챔버(45)에 연결된다. 제2 누출 챔버(47)에는, 제1 노즐 니들(7)의 외주와 제1 니들 가이드(6) 사이에 생긴 누출이 배출될 수 있다.

제2 노즐 니들(9)은 제2 스프링(50)에 의해서 폐쇄 방향으로 예비 인장된다. 제2 스프링(50)은 한편으로 노즐 본체(2)에, 다른 한편으로 분사홀들(3, 4) 반대편 제2 노즐 니들(9)의 단부(23)에 지지된다. 이로써 제2 스프링(50)은 제1 누출 챔버(45)에 배치된다. 또한 캐리어 콘투어들(19, 20)들이 마찬가지로 제1 누출 챔버(45) 내에 위치 설정된다.

분사 노즐(1)은 도1에 따른 실시예에 상응하게 다음과 같이 작동한다:

도1에 따른 실시예에서 제어 챔버들(34, 36) 및 보상기 챔버(30) 내에는 고압이 우세하며 이는 공급 라인(25) 및 노즐 챔버(26) 내에서도 우세하다.

적어도 하나의 제1 분사홀(3)을 통한 연료 분사가 가능하도록, 액추에이터 피스톤(38)은 제2 제어 챔버(36)의 체적을 줄이는 행정을 실행한다. 노즐 니들(7, 9)을 개방하기 위해 액추에이터 피스톤(38)에 의해 실행된 행정 운동은 도1에서 화살표 67로 도시된다.

액추에이터 피스톤(38)의 개방 행정에 의해, 제2 제어 챔버(36) 내의 압력이 상승한다. 이 압력은 제어 채널(35)을 통해서 제1 제어 챔버(34) 내로 전달된다. 따라서 변환기 피스톤(28)이 하나의 개방 행정을 실행하며, 제1 노즐 니들(7)을 종동하고 및/또는 제1 노즐 니들(7)은 그 압력단을 통해 개방 방향으로 구동되고, 변환기 피스톤(28)에 뒤따른다. 다시 말해, 제1 노즐 니들(7)과 변환기 피스톤(28)으로 이루어진 유닛에서 우세한 힘 균형은 개방 방향으로 작용하는 힘을 일으킨다. 이는 제1 니들 포인트(10)가 제1 밀봉 시트(12)로부터 상승하는 하나의 개방 운동을 제1 노즐 니들(7)이 실행하는 것을 의미하며, 따라서 적어도 하나의 제1 분사홀(3)이 노즐 챔버(26)에 연결되고 연료는 연소실(5) 또는 예비 혼합실(5)로 분사될 수 있다.

제1 노즐 니들(7)의 개방 운동이 전 행정(24)보다 작은 한, 제2 노즐 니들(9)은 그 폐쇄 위치에 머무른다. 그러나 제1 노즐 니들(7)의 개방 운동이 전 행정(24)에 도달하자마자, 캐리어 콘투어들(19, 20)이 접촉 또는 맞물리게 된다.

소정의 연료 분사를 위해 적어도 하나의 제1 분사홀(3)이 충분하지 않고, 적어도 하나의 제2 분사홀(4)에 의해 추가의 연료 분사가 실행되어야 하면, 액추에이터는 액추에이터 피스톤(38)의 계속적인 행정 조절을 실행하기 위해 제어된다. 전 행정(24)에 의해 시작된 제1 노즐 니들(7)의 개방 운동의 경우, 제1 노즐 니들(7)은 서로 작용이 연결된 캐리어 콘투어들(19, 20)의 강제 커플링에 의해 제2 노즐 니들(9)을 종동하므로, 그 제2 니들 포인트(15)가 제2 밀봉 시트(16)로부터 상승한다. 제2 노즐 니들(9)이 개방된 경우, 적어도 하나의 제2 분사홀(4)도 노즐 챔버(26)에 연결되므로, 연료를 연소실(5)로 분사할 수 있다.

제2 노즐 니들(9)이 압력단을 갖지 않기 때문에, 제2 노즐 니들(9)을 종동하기 위해 제1 노즐 니들(7)에 의해 제공된 힘이 비교적 작으며, 이는 실질적으로 제2 스프링(50)의 폐쇄력만이 극복되어야 하기 때문이다.

분사 과정이 종료되어야 할 때, 액추에이터는 액추에이터 피스톤(38)을 되돌리기 위해 제어된다. 따라서 제어 챔버들(34, 36) 내의 압력은 적어도 공급 라인(25) 내의 압력으로까지 감소한다. 그러나 상기 압력이 더 낮게 감소할 수도 있는데, 이는 공급 밸브(40)도 압력 감소를 발생시키기 때문이다. 폐쇄력이 초과되자마자, 제1 노즐 니들(7)이 다시 폐쇄 방향으로 구동된다. 제1 노즐 니들(7)이 폐쇄된 경우, 제2 노즐 니들(9)이 제2 니들 포인트(15)에서 감압되므로, 늦어도 제2 스프링(50)의 폐쇄력이 제2 노즐 니들(9)도 폐쇄한다.

이로써 본 발명에 따른 분사 밸브(1)에서, 액추에이터 피스톤(38)의 조정 가능한 행정에 의해 제1 노즐 니들(7)의 행정이 조정될 수 있다. 제1 노즐 니들(7)의 개방 행정에 의해, 제2 노즐 니들(9)도 개방 쪽으로 제어될 수 있다. 2개의 노즐 니들(7, 9)의 작동이 이로써 단 하나의 액추에이터에 의해서 구현될 수 있으므로, 본 발명에 따른 분사 노즐(1)은 특히 저렴하게 제조될 수 있다.

도2에는 본 발명에 따른 분사 노즐(1)의 제2 실시예가 도시된다. 부품들 및 기능들에 대한 제1 실시예와의 일치와 관련해서, 도1의 해당 부분이 참조되므로, 이하에서는 도1에 따른 실시예와의 차이점만이 설명된다.

도2에 따라, 이 실시예에서도 제1 노즐 니들(7)이 변환기 피스톤(51)에 의해서 구동되며, 변환기 피스톤은 제1 노즐 니들(7)의 부품을 형성할 수 있거나 또는 적어도 상기 노즐 니들과 함께 행정 조절 가능한 공통의 유닛을 형성한다. 변환기 피스톤(51)은 제1 표면(52)을 포함하며, 이 표면은 제1 변환기 챔버(53) 내에 배치되어 상기 챔버 내에서 압력을 받을 수 있다. 제1 표면(52)이 제1 니들 포인트(10)로부터 떨어져 있으므로, 압력을 받을 때 제1 노즐 니들(7)의 폐쇄 방향으로 작용한다. 이 실시예에서 변환기 피스톤(51)은 제1 스프링(54)에 의해서 제1 노즐 니들(7)의 개방 방향으로 예비 인장된다. 제1 스프링(54)의 하나의 단부는 노즐 본체(2)에서 제1 변환기 피스톤(51) 외부에 배치된 제2 누출 챔버(55)에 지지되며, 다른 단부는 변환기 피스톤(51)의 하나의 단에 지지된다. 제2 누출 챔버(55)는 적어도 하나의 보어(57)에 의해서, 내부에 위치한 제1 누출 챔버(45)에 연결된다.

상기 제1 변환기 챔버(53)는 변환기 채널(58)에 의해서 제2 변환기 챔버(59)에 연결된다. 제2 변환기 챔버(59) 내에 제어 피스톤(61)의 귀환 행정면(60)이 배치되며 압력을 받을 수 있다. 귀환 행정면(60)은 분사홀들(3, 4)로부터 떨어져 있다. 제어 피스톤(61)은 또한 전 행정면(62)을 포함하며, 이들은 분사홀들(3, 4)을 향하고, 제어 챔버(63) 내에 배치되며 압력을 받을 수 있다. 제어 챔버(63)는 보어(64)에 의해서 공급 라인(25)에 연결된다. 선택된 구성에 의해, 제어 피스톤 (61)은 제2 변환기 챔버(59)를 제어 챔버(63)로부터 분리한다. 이런 분리는 제어 피스톤(61)과 제어 피스톤 가이드(65) 사이에 반경 방향으로 스로틀 경로(66)가 형성되도록 실현되며, 이 스로틀 경로에 의해 제2 변환기 챔버(59)가 (스로틀링되어) 제어 챔버(63)에 연결된다. 스로틀 경로(66)는 정지된 상태 또는 상대적으로 천천히 운동할 때, 제어 챔버(63)와 제2 변환기 챔버(59) 사이에서 압력을 보상할 수 있으므로, 제2 변환기 챔버(59) 및 이에 따라 제1 변환기 챔버(53) 내에는 제어 챔버(63) 및, 공급 라인(25) 내의 압력과 동일한 압력이 존재한다. 동역학적 상태일 때, 즉 제어 피스톤(61)이 상대적으로 빠르게 행정 운동할 때, 제어 챔버(63)와 제2 변환기 챔버(59) 사이의 압력은 스로틀 경로(66)에 의해서 충분히 신속하게 보상될 수 없으므로, 제2 변환기 챔버(59) 내에서 제어 피스톤(61)은 제어 챔버(63)에 비해서 과압 및 저압을 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따른 분사 노즐(1)은 도2의 실시예에 상응하게 다음과 같이 작동한다:

도2에 따른 출발 상태일 때, 2개의 노즐 니들들(7, 9)은 폐쇄된다. 제1 변환기 챔버(53), 제2 변환기 챔버(59) 및 제어 챔버(63) 내에는 공급 라인(25)과 동일한 압력이 있다. 이 상태일 때 제1 노즐 니들(7)에서는 폐쇄 방향으로 작용하는 힘이 조정된다. 제2 노즐 니들(9)은 그 제2 니들 포인트(15)의 영역에서 상대적으로 감압되므로, 제2 스프링(50)의 복원력이 제2 노즐 니들(9)을 폐쇄하기 위해 상대적으로 작게 설정될 수 있다.

적어도 하나의 제1 분사홀(3)을 통해서 이제 분사가 실행되어야 하면, 상응 하는 액추에이터가 제어 피스톤(51)의 행정 운동을 실행하기 위해서 제어된다. 이 행정 운동은 분사홀들(3, 4)의 방향으로 위치 설정되며, 이는 화살표 67로 재차 도시된다.

이 운동 중, 제2 변환기 챔버(59)의 체적이 확장되므로 이 챔버 내의 압력이 감소한다. 이 압력 감소는 제1 변환기 챔버(53)에까지 전달되므로, 제1 노즐 니들(7)에서의 힘 균형은 변경된다. 개방 방향으로 작용하는 제1 스프링(54)의 힘과 제1 노즐 니들(7)의 압력단의 힘이 우세하자마자, 제1 노즐 니들(7)이 제1 밀봉 시트(12)로부터 상승하므로, 적어도 하나의 제1 분사홀(3)이 노즐 챔버(26)에 연결되고 이에 따라 연료가 연소실/예비 혼합실(5)로 분사될 수 있다. 제어 피스톤(61)의 행정 운동(67)은 제1 노즐 니들(7)의 개방 운동이 전 행정(24)을 초과하지 않도록 설정된다.

적어도 하나의 제2 분사홀(4)을 통한 추가의 연료 분사가 소망되는 경우, 액추에이터는 제어 피스톤(61)이 지속적인 행정 운동을 실시하도록 제어된다. 이로써 제1 노즐 니들(7)이 밀봉 시트(12)로부터 더욱 상승하므로, 그 개방 운동은 사전 설정된 전 행정(24)을 초과한다. 이에 따라 캐리어 콘투어들(19, 20)이 서로 맞물리므로, 제1 노즐 니들(7)은 계속된 그 행정 운동 시에 제2 노즐 니들(9)을 종동한다. 제2 노즐 니들(9)의 종동 운동에 의해, 제2 노즐 니들이 제2 밀봉 시트(16)로부터 상승하므로, 적어도 하나의 제2 분사홀(4)도 노즐 챔버(26)에 연결되며 이로써 연료가 연소실(5)로 분사될 수 있다.

분사 과정의 종료를 위해, 액추에이터는 제어 피스톤(61)이 다시 귀환되고 제2 변환기 챔버(59)의 체적이 다시 작아지도록 작동한다. 따라서 이때 압력은 대략 공급 라인(25) 내의 압력으로까지 상승한다. 제1 노즐 니들(7)에서의 힘의 균형은 제1 노즐 니들(7)을 폐쇄하는 폐쇄력에 의해서 재차 변경된다. 늦어도 제1 노즐 니들(7)이 폐쇄될 때, 제2 노즐 니들(9)에서도 힘의 균형이 변경되면, 제2 스프링(50)의 폐쇄력이 초과되고 제2 노즐 니들(9)도 폐쇄된다.

이 실시예에서도 2개의 노즐 니들들(7, 9)이 단 하나의 액추에이터에 의해서 제어될 수 있다.

또한 제2 노즐 니들(9)이 압력단을 갖지 않으므로, 이에 작용하는 힘 균형이 제1 노즐 니들(7)의 개방 시 변하지 않는 것이 특히 중요하다. 또한 제2 노즐 니들(9)을 그 폐쇄 위치로 예비 인장해서 폐쇄 상태를 유지하기 위해 단지 상대적으로 작은 폐쇄력이 필요하다.

도3에는 본 발명에 따른 분사 노즐(1)의 제3 실시예가 도시된다. 부품들 및 기능들에 대해서, 2개의 실시예들과 일치하기 때문에 도1, 2에 언급된 해당 실시예들이 참조되며, 이로써 이하에서는 차이점만이 설명된다.

도3에 따른 실시예에서도, 제1 노즐 니들(7)을 구동하기 위해 하나의 변환기 피스톤(68)이 제공되며, 이는 제1 노즐 니들(7)과 함께 행정 조절 가능한 공통의 유닛을 형성한다. 변환기 피스톤(68)은 제1 표면(69)을 가지며, 이는 제어 챔버(70) 내에 배치되고 여기서 압력에 노출될 수 있다. 제1 표면(69)은 분사홀(3)로부터 떨어져 있으므로, 압력을 받을 때 폐쇄 방향으로 작용한다. 변환기 피스톤(68)은 그 내부에 피스톤 가이드(71)를 포함하며, 피스톤 가이드 내에서 제어 피스 톤(72)이 행정 조절 가능하게 지지된다. 제어 피스톤(72)은 변환기 피스톤(68) 내에 동축으로 배치된다. 제어 피스톤(72)은, 액추에이터(74)가 커플링 로드(73)에 의해서 적어도 압력을 제어 피스톤(72) 상에 가할 수 있도록, 커플링 로드(73)에 의해서 액추에이터(74)에 커플링된다.

제어 피스톤(72)은 제어면(75)을 포함하며, 이는 마찬가지로 제어 챔버(70) 내에 배치되고 압력을 받을 수 있다. 또한 제어 피스톤(72)은 제1 스프링(76) 및 제2 스프링(50)에 의해서, 제어 챔버(70)의 체적이 작아지는 방향으로 구동된다. 제1 스프링(76)은 노즐 본체(2)와 피스톤(77) 사이에 지지되며, 상기 피스톤은 액추에이터(74)와 구동이 연결된다. 액추에이터(74), 커플링 로드(73) 및 제어 피스톤(72) 사이의 압축 강성을 갖는 커플링이 인장력도 전달할 수 있는 한, 제1 스프링(76)은 제어 피스톤(72)의 예비 응력을 제어 챔버(70) 내의 체적이 작아지는 방향으로 직접 일으킨다. 그러나 액추에이터(74), 커플링 로드(73) 및 제어 피스톤(72) 사이의 커플링이 인장력을 전달할 수 없는 한, 제1 스프링(76)은 단지 액추에이터(74)를 귀환시키므로, 제2 스프링(50)의 예비 응력은 제어 챔버(70) 내의 체적이 줄어드는 방향으로 더 크게 작용할 수 있다.

여기에 도시된 실시예에서, 분사 노즐(1)은 또한 충전 챔버(78)를 포함하며, 이는 커플링 로드(73)를 링형으로 둘러싼다. 이 충전 챔버(78)는 보어(79)에 의해서 공급 라인(25)에 연결된다. 행정 방향에 대해, 충전 챔버(78)와 제어 챔버(70) 사이에 커플링 로드 가이드(80)가 제공되고, 이는 커플링 로드(73)를 축방향으로 안내한다. 제어 챔버(70)는 충전 챔버(78)로부터 공급된다. 이를 위해 커플링 로 드(73)와 커플링 로드 가이드(80) 사이에 스로틀 경로(81)가 형성되며, 스로틀 경로는 제어 챔버(70)를 충전 챔버(78)와 연결, 즉 스로틀링되게 연결한다. 정지 상태 시, 또는 천천히 운동할 때, 스로틀 경로(81)에 의해서 충전 챔버(78)와 제어 챔버(70) 사이의 압력 보상이 조정될 수 있으므로, 제어 챔버(70) 내에는 공급 라인(25) 내의 압력과 동일한 압력이 있다. 제어 피스톤(72)이 빠르게, 또한 동역학적으로 운동할 때, 스로틀 경로(81)에 의해서 충전 챔버(78)와 제어 챔버(70) 사이의 압력이 충분히 신속하게 보상될 수 없으며, 이는 노즐 니들(7, 9)을 제어하기 위해서 사용될 수 있다.

도3에 따른 실시예의 경우, 제2 스프링(50)은 도1, 2의 실시예들과 상이하게 노즐 본체(2)에 직접 지지되지 않고 제어 피스톤(72)에 지지된다. 이에 따라 제2 스프링(50)은 제2 노즐 니들(9)에 그 폐쇄 방향으로 예비 응력을 일으키며, 다른 한편으로 제어 챔버(70)의 체적이 감소하는 방향으로 제어 피스톤(72)의 예비 응력을 일으킨다. 그러나 여기에 도시된 실시예의 경우에도, 제2 스프링(50)과 캐리어 콘투어들(19, 20)이 제1 누출 챔버(45) 내에 배치된다. 제1 누출 챔버(45)는 적어도 하나의 보어(82)에 의해서 제2 누출 챔버(83)에 연결된다. 이 실시예의 경우, 제1 누출 챔버(45)가 아니라, 제2 누출 챔버(83)가 누출 라인(84)에 의해서, 상대적으로 감압된 저장기에 연결된다.

제2 스프링(50)은 제어 피스톤(72)의 지지측면(85)에 지지되며, 이는 분사홀들(3, 4)을 향하므로 제어면(75)으로부터는 이격된다.

도3의 실시예에 상응하게, 본 발명에 따른 분사 노즐(1)은 다음과 같이 작동 한다:

도3에 도시된 출발 위치에서, 제어 챔버(70) 내에는 공급 라인(25) 내의 압력과 동일한 압력이 있다. 제1 노즐 니들(7)에서의 힘의 균형은, 힘이 폐쇄 방향으로 작용하도록 책정된다.

적어도 하나의 제1 분사홀(3)을 통한 분사가 이제 실행되어야 하면, 액추에이터(74)는 화살표 67에 상응하게 행정 운동을 실행하도록 작동한다. 커플링 로드(73)에 의해 액추에이터(74)의 행정이 제어 피스톤(72)의 행정에 전달된다. 제어 피스톤(72)의 행정은 제어면(75)을 이동시키므로, 제어 챔버(70)의 체적이 확장된다. 이런 체적 변화가 매우 빠르게 이루어지기 때문에, 스로틀 경로(81)를 통해서 신속하게 충분한 연료가 흐를 수 없으므로, 제어 챔버(70) 내에 저압이 발생한다. 제어 챔버(70) 내의 압력 감소는 개방 방향으로 작용하는 제1 노즐 니들(7)의 압력단의 힘이 우세하도록, 제1 노즐 니들(7)의 힘의 균형을 변경시킨다. 이로써 제1 노즐 니들(7)에서는 개방 방향으로 작용하는 힘이 조정되므로, 제1 노즐 니들(7)은 제1 밀봉 시트(12)로부터 상승한다. 그 결과 적어도 하나의 제1 분사홀(3)이 노즐 챔버(26)에 연결되며 연료를 연소실(5)로 분사할 수 있다. 연료 분사가 적어도 하나의 제1 분사홀(3)을 통해서만 실행되어야 하면, 액추에이터(74)의 작동 또는 제어 피스톤(72)의 제어는 제1 노즐 니들(7)의 개방 행정이 사전 설정된 전 행정(24)보다 작도록 이루어진다.

매 단위 시간마다 더 많은 연료가 연소실(5)로 분사되어야 할 때, 추가적으로 적어도 하나의 제2 분사홀(4)을 통해서 연료를 연소실(5)로 분사해야 할 수 있 다. 이를 실현하기 위해, 액추에이터(74)는 광범위한 행정 조절을 위해 제어되므로, 이에 커플링된 제어 피스톤(72)도 광범위한 행정 운동을 실행한다. 이로써 제1 노들 니들(7)은 제1 밀봉 시트로부터 더욱 상승하며 사전 설정된 전 행정(24)을 초과한다. 이때 2개의 캐리어 콘투어들(19, 20)이 다시 상호 작용하므로, 전 행정(24)을 벗어난 제2 노즐 니들(7)의 개방 행정이 제1 노들 니들(9)을 종동한다. 이에 따라 제2 노즐 니들(9)이 제2 밀봉 시트(16)로부터 상승하므로, 적어도 하나의 제2 분사홀(4)도 마찬가지로 노즐 챔버(26)에 연결되어 연료를 연소실(5)로 분사할 수 있다.

분사 과정의 종료 시, 액추에이터(74)는 제어 피스톤(72)의 귀환을 위해 제어되며, 이는 제1 스프링(76)에 의해서 지지될 수 있다. 동시에 제2 스프링(50)도 제어 피스톤(72)의 귀환 운동을 돕는다. 이와 동시에 제2 스프링(50)은 제2 노즐 니들(9)을 그 폐쇄 위치로 구동시킨다.

이 실시예에서, 단 하나의 액추에이터(74)에 의해 필요에 따라 제1 노즐 니들(7)이 개방을 위해 제어되거나, 우선 제1 노즐 니들(7)이 제어된 다음 제2 노즐 니들(9)이 개방을 위해 제어될 수 있다.

Claims

내연 기관용 분사 노즐(1)로서,

적어도 하나의 제1 분사홀(3) 및 적어도 하나의 제2 분사홀(4)을 포함하는 노즐 본체(2),

상기 노즐 본체(2)의 제1 니들 가이드(6) 내에서 안내되고 중공 니들로서 형성된 제1 노즐 니들(7),

상기 제1 노즐 니들(7)에 동축으로 배치된 제2 노즐 니들(9)을 포함하며,

적어도 하나의 상기 제1 분사홀(3)을 통한 연료의 분사가 상기 제1 노즐 니들(7)에 의해서 제어될 수 있고,

적어도 하나의 상기 제2 분사홀(4)을 통한 연료의 분사가 상기 제2 노즐 니들(9)에 의해서 제어될 수 있는 분사 노즐에 있어서,

상기 제1 노즐 니들(7)에는 제1 캐리어 콘투어(19)가 형성되며, 이는 사전 설정된 전 행정(24)에 따른 제1 노즐 니들(7)의 개방 시 제2 노즐 니들(9)에 형성된 제2 캐리어 콘투어(20)와 상호 작용하고, 전 행정(24)을 넘어서는 제1 노즐 니들(7)의 개방 운동 시 제2 노즐 니들(9)을 개방시키는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제1항에 있어서, 상기 캐리어 콘투어들(19, 20)은 제1 누출 챔버(45) 내에서 서로 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 노즐 니들(9)은 압력단을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 노즐 니들(7)을 구동하기 위해 변환기 피스톤(28)이 제공되며, 이는 보상기 챔버(30) 내에서 압력을 받을 때 폐쇄 방향으로 작용하는 제1 표면(29) 및, 제1 제어 챔버(34) 내에서 압력을 받을 때 개방 방향으로 작용하는 제2 표면(33)을 포함하고,

상기 보상기 챔버(30)는 분사홀들(3, 4)에 고압 연료를 제공하는 공급 라인(25)에 연결되며,

상기 제1 제어 챔버(34)는 액추에이터 피스톤(38)이 제3 표면(37)을 갖는 제2 제어 챔버(36)에 연결되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제4항에 있어서,

상기 변환기 피스톤(28)은 제1 니들(7)과 함께, 행정을 조절할 수 있는 하나의 공통 유닛을 형성하며,

상기 제1 캐리어 콘투어(19)가 변환기 피스톤(28)에 형성되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 노즐 니들(7)을 구동하기 위해 변환기 피스톤(51)이 제공되며, 이는 제1 변환기 챔버(53) 내에서 압력을 받을 때 폐쇄 방향으로 작용하는 제1 표면(52)을 포함하며 제2 누출 챔버(55) 내에서 제1 스프링(54)에 의해 개방 방향으로 예비 인장되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제6항에 있어서, 상기 변환기 피스톤(51)은 적어도 하나의 보어(57)를 포함하며, 상기 보어를 통해 제2 누출 챔버(55)가 제1 누출 챔버(45)에 연결되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제6항 또는 제7항에 있어서,

제어 챔버(63) 내에 전 행정면(62)을 포함하며, 제2 변환기 챔버(59) 내에 귀환 행정면(60)을 포함하는 제어 피스톤(61)이 제공되고,

상기 제어 챔버(63)는 분사홀들(3, 4)에 고압 연료를 제공하는 공급 라인(25)에 연결되며,

상기 귀환 행정면(60)과 전 행정면(62)은 제어 피스톤(61)의 대향 측면에 배치되고,

상기 제어 피스톤(61)은 제어 챔버(63)를 제2 변환기 챔버(59)로부터 분리하며,

제1 변환기 챔버(53)는 제2 변환기 챔버(59)에 연결되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 챔버(63)는 스로틀 경로(66)를 통해서 제2 변환기 챔버(59)에 연결되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 노즐 니들(7)을 구동하기 위해 변환기 피스톤(68)이 제공되고, 이는 제어 챔버(70) 내에 압력을 받을 때 폐쇄 방향으로 작용하는 제1 표면(69)을 포함하며,

제어 챔버(70) 내에 제어면(75)을 포함하고, 액추에이터(74)에 의해 제어 챔버(70) 내의 체적을 확장하기 위해 구동될 수 있는 제어 피스톤(72)이 제공되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제10항에 있어서, 상기 제어 피스톤(72)이 변환기 피스톤(68) 내에 동축으로 안내되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
제10항 또는 제11항에 있어서,

상기 제어 챔버(70)는 충전 챔버(78)로부터 공급되고, 상기 충전 챔버는 공급 라인(25)에 연결되며, 공급 라인은 고압 연료를 분사홀들(3, 4)에 제공하고,

상기 제어 챔버(70)는 스로틀 경로(81)를 통해 충전 챔버(78)에 연결되는 것 을 특징으로 하는 분사 노즐.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 노즐 니들(9)이 제2 스프링(50)에 의해서 폐쇄 방향으로 예비 인장되고, 상기 제2 스프링의 하나의 단부는 제2 노즐 니들(9)에, 다른 하나의 단부는 제어면(75) 반대편, 제어 피스톤(72)의 지지측면(85)에 지지되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐.