KR20100095396A

KR20100095396A - 유체 분사장치

Info

Publication number: KR20100095396A
Application number: KR1020100015123A
Authority: KR
Inventors: 마우로 그랜디
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2010-08-30
Also published as: CN101846021A; US20100213288A1; EP2221468A1

Abstract

유체 분사장치는 공동을 구비하는 하우징(8) 그리고 상기 공동 내에 정렬된 코일(34)을 포함한다. 밸브 니들(12)이 유체 분사장치의 미리 정해진 축선(L)을 따라서 축방향으로 이동될 수 있게 배치된다. 아마추어(14)가 미리 정해진 축선(L)을 따라서 축방향으로 이동될 수 있게 배치되고 그리고 밸브 니들(12)에 기계적으로 커플링된다. 자기저항 요소(42)가 하우징(8)의 투과율 보다 상당히 작은 투과율을 가지도록 디자인되고, 그리고 상기 아마추어(14) 및 하우징(8)을 포함하는 자기 회로가 상기 자기저항 요소(42)도 포함하도록 정렬된다.

Description

유체 분사장치{FLUID INJECTOR}

유체 분사장치는 널리 이용되고 있으며, 특히 내연 기관의 연료 분사장치로서 이용되고 있다. 차량내의 내연 기관으로부터의 유해물질 배출에 대한 허용치와 관련하여 점점 더 엄격해지는 규정으로 인해서, 배출을 감소시키기 위한 다양한 수단을 고려할 필요가 있다 할 것이다.

배출을 감소시키기 위한 하나의 방식은 내연 기관 내에서의 연소 프로세스를 개선하는 것이다. 이는 유체를 정확하게 적량 공급(dosing)함으로써 달성될 수 있을 것이다. 이는, 내연 기관의 연소실 내로 적량 공급되는(dosed) 유체의 양이 적은 경우에 특히 어려운 문제가 된다.

본 발명의 목적은 신뢰할 수 있고 그리고 신속하게 유체를 적량 공급할 수 있는 유체 분사장치를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 특허청구범위의 독립항의 특징들에 의해서 달성될 수 있을 것이다. 바람직한 실시예들이 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명은 공동(cavity)을 구비하는 하우징 그리고 상기 공동 내에 정렬된 코일을 포함하는 유체 분사장치를 특징으로 한다. 밸브 니들(valve needle)이 유체 분사장치의 미리 정해진 축선을 따라서 축방향으로 이동될 수 있게 배치된다. 아마추어(armature)가 미리 정해진 축선을 따라서 축방향으로 이동될 수 있게 배치되고 그리고 밸브 니들에 기계적으로 커플링된다. 자기저항(reluctance) 요소가 하우징의 투과율(permeability) 보다 상당히 작은, 바람직하게 30 배 내지 45배 만큼(by a foctor of) 작은 투과율을 가지도록 디자인되고, 그리고 상기 아마추어 및 하우징을 포함하는 자기 회로가 상기 자기저항 요소도 포함하도록 정렬된다. 놀랍게도, 코일로 전류를 공급하였을 때 자기장이 매우 신속하게 형성되고, 전류의 비-활성화(de-activation) 후에 자기장은 매우 신속하게 소산된다. 결과적으로, 응답 시간이 짧은 신속한 유체 분사장치가 가능하게 된다.

바람직한 실시예에서, 자기 회로의 자기 플럭스가 자기저항 요소를 두번 통과하도록 자기저항 요소가 정렬되고 디자인된다. 이는, 유체 분사장치의 응답 시간을 보다 단축시키고 그리고 이는 유체 분사장치의 활성화와 반응 사이의 지연시간(delay)을 추가적으로 감소시킨다.

또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 자기저항 요소가 중공형 실린더로서 디자인되고 그리고 미리 정해진 축선에 대해서 수직인 방향을 따라서 자기저항 요소가 아마추어와 하우징 사이에 정렬되도록 배치된다. 이는 단순하고 저렴한 유체 분사장치를 가능하게 한다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 자기저항 요소가 유체 분사장치의 밸브 본체에 기계적으로 커플링된다. 이는, 제조가 용이한 단순한 유체 분사장치를 가능하게 한다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 유체 분사장치는 자기저항 요소와 일체로 형성된 밸브 본체를 포함한다. 이는, 유체 분사장치의 저렴한 제조 및 단순한 조립을 가능하게 한다. 제조에 필수적인 용접 이음선(welding seams)의 수가 효과적으로 감소될 수 있을 것이다. 이는 기계적 안정성을 높일 수 있으며 그에 따라 유체 분사장치의 수명을 연장시킬 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 본체는 하우징의 투과율 보다 상당히 작은 투과율, 바람직하게 30 내지 45배 만큼 작은 투과율을 가진다. 이는, 밸브 본체 내의 자기 플럭스의 감소에 의해서 아마추어 및 하우징 내의 자기 플럭스의 바람직한 안내(quidance)를 가능하게 한다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 본체의 상대적인 투과율은 100 미만이다. 이는, 밸브 본체 내에서 자기 플럭스를 작게 유지하면서 유체 분사장치 내의 자기 플럭스의 바람직한 안내를 가능하게 한다. 결과적으로, 자기 회로에 의해서 그리고 특히 아마추어에 의해서 안내되는 자기 플럭스가 증대될 수 있으며, 그에 따라 자기장에 의해서 아마추어에 작용하는 힘이 또한 증대될 수 있다. 이는, 신뢰성이 높은 유체 분사장치를 가능하게 한다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.

동일한 디자인 또는 기능의 요소들에 대해서는 동일한 도면 부호로서 표시하였다.

도 1은 유체 분사장치를 도시한 도면이다.
도 2는 제 1의 바람직한 실시예를 도시한 유체 분사장치의 단면도이다.
도 3은 제 2의 바람직한 실시예를 도시한 유체 분사장치의 단면도이다.

내연 기관 내로 연료를 적량 공급하는데 특히 적합한 유체 분사장치(도 1 참조)는 연료 레일(rail)과 같이 유체 분사장치를 유체 저장용기로 기계적으로 그리고 유압적으로(hydraulically) 커플링하도록 디자인된 피팅 어댑터(fitting adapter; 2)를 포함한다. 유체 분사장치는 미리 정해진 축선(L)을 가지고 또한 유입구 튜브(4), 밸브 본체(6) 및 하우징(8)을 포함한다. 그에 따라, 유입구 튜브(4)의 본체는 피팅 어댑터(2), 유입구 튜브(4), 밸브 본체(6) 및 하우징(8) 중 하나 또는 둘 이상을 포함할 것이다.

밸브 본체(6) 내의 리세스(recess; 10)가 제공되며, 상기 리세스는 밸브 니들(12) 및 바람직하게는 아마추어(14)의 일부를 수용한다. 밸브 니들(12)은 아마추어(14)에 기계적으로 커플링된다. 유입구 튜브(16)의 리세스가 제공되며, 그러한 유입구 튜브(16)의 리세스는 아마추어(18)의 리세스와 유체적으로 소통한다. 스프링(20)이 유입구 튜브(16)의 리세스 및/또는 아마추어(18)의 리세스 내에 정렬된다. 바람직하게, 스프링(20)은 바운드-방지(anti-bounce) 디스크(22)에 의해서 형성되는 스프링 안착부 상에 놓인다. 스프링(20)은 이러한 방식으로 밸브 니들(12)에 기계적으로 커플링된다. 조정가능한 튜브(24)가 유입구 튜브(16)의 리세스 내에 제공된다. 조정가능한 튜브(24)는 스프링(20)을 위한 추가의 안착부를 제공하며, 유체 분사장치의 제조 프로세스 중에, 스프링(20)을 원하는 방향으로 사전-로딩(pre-load)시키기 위해서 축방향으로 이동될 수 있을 것이다.

유체 분사장치의 폐쇄 위치에서, 밸브 니들(12)은 안착부(26) 상에 밀봉식으로 놓이고 이러한 방식으로 하나 이상의 분사 노즐(28)을 통한 유체 유동을 방지한다. 예를 들어, 분사 노즐(28)은 분사 홀(hole)일 수 있으나, 유체를 적량 공급하기에 적합한 다른 타입이 될 수도 있을 것이다. 안착부(26)는 밸브 본체(6)의 일 부부능로 제조될 수 있을 것이고 또는 독립된 부분으로 제조될 수도 있을 것이다. 추가적으로, 밸브 니들(12)을 안내하기 위한 하부 안내부(30)가 바람직하게 제공된다. 또한, 바람직하게 소용돌이(swirl) 디스크(32)가 제공될 수 있을 것이다.

유체 분사장치는 드라이브(drive)를 구비하며, 상기 드라이브는 바람직하게 겹쳐서 성형된(overmolded) 코일(34)을 포함한다. 유체 분사장치의 제조 프로세스 동안에, 조정가능한 튜브(24)가 유입구 튜브(16)의 리세스 내로 초기 위치까지 푸싱(push)된다. 그 후에, 유체 분사장치가 교정될 수 있다. 코일(34)은 연속적으로 에너지화(energised)될 수 있으며, 이는 아마추어(14) 상에 작용하는 그에 따라 아마추어(14)에 기계적으로 커플링된 밸브 니들에 작용하며 스프링(20)으로부터 얻어지는 기계적인 힘에 대항하는 전자기력을 초래한다. 코일(34)을 적절하게 에너지화함으로써, 밸브 니들(12)이 폐쇄 위치로부터 멀리 이동될 수 있을 것이고 이는 분사 노즐(28)을 통해서 유체가 유동할 수 있게 할 것이다. 유체 유동 또는 적량 공급되는 양의 유체가 측정(measured)될 수 있고 그리고 실제 적량 공급되는 유체의 양과 코일(34)의 에너지화 및 탈에너지화(de-energising)를 위한 제어 신호 사이의 희망하는 상호관계가 조정가능한 튜브(24)의 축방향 이동에 의해서 교정될 수 있을 것이다. 이러한 방식에서, 스프링(20)의 사전-로딩되는 힘을 조정할 수 있을 것이다.

유체 분사장치의 희망하는 제어 특성이 얻어졌을 때, 조정가능한 튜브(24)가 유입구 튜브(4)에 대해서 축방향으로 고정되도록 유입구 튜브(4)가 소성적으로 변형될 수 있을 것이다. 바람직하게 그 후에, 하우징(8)의 겹쳐져 성형되는 부분이 몰딩 프로세스에 의해서 생성되고 그리고 그러한 방식에서 또한 유체 분사장치를 외부에 전기적으로 연결하기 위한 연결부가 생성될 수 있을 것이다.

필터(38)와 소통하는 피팅 어댑터(2) 내에 유체 유입구(36)가 제공된다. 조정가능한 튜브(24)를 통해서 유동하는 유체가 분사 노즐(28)을 향하도록 조정가능한 튜브(24)가 디자인된다. 이러한 목적을 위해서, 바운드-방지 디스크(22)는 아마추어(14)의 리세스와 유체적으로 소통하는 적절한 리세스를 포함한다.

조정가능한 튜브(24)는 댐퍼(40)를 구비한다. 댐퍼(40)는 유체 유동을 댐핑하도록 디자인된다. 댐퍼(40)는 하나 이상의 오리피스를 포함하고, 상기 오리피스는 유체가 분사장치의 유체 유입구(36)로부터 하나 이상의 분사 노즐(28)로 유동할 때 반드시 통과해야 하는 오리피스이다.

하우징(8) 및 아마추어(14)는 자기저항 요소(42)와 함게 전자기 회로를 형성한다. 자기 회로는 코일(34)에 의해서 행성되는 자기장의 자기 플럭스(PHI)를 안내한다. 자기저항 요소(42)는 아마추어(14)와 하우징(8) 사이에 배치되고 그리고 하우징(8)의 투과율보다 상당히 작은 투과율을 가지도록 디자인된다. 바람직하게, 자기저항 요소(42)의 투과율은 하우징(8)의 투과율 보다 약 30 내지 45 배 적다.

자기저항 요소(42)의 디자인 및 구성은 놀랄만한 효과를 제공하며 그러한 효과는 상당히 큰 이점으로 전환된다: 즉, 투과율이 작은 자기저항 요소(42)로 인해서, 코일(34)로의 전류 공급시에 코일(34)에 의해서 생성되는 자기장은 자기저항 요소(42)가 없는 경우 보다 상당히 신속하게 형성된다. 전류가 차단된다면, 자기장도 상당히 신속하게 소산된다. 따라서, 투과율이 작은 자기저항 요소(42)가 유체 분사장치의 매우 신속한 응답 시간을 초래한다. 공지된 솔레노이드 유체 분사장치의 주요 단점 즉, 긴 응답 시간은 자기저항 요소(42)에 의해서 해결될 수 있거나 적어도 감소될 수 있을 것이다.

바람직한 실시예에서, 자기저항 요소(42)는 중공형 실린더로서 디자인되고 그리고 미리 정해진 축선(L)에 대해서 수직인 방향을 따라서 자기저항 요소(42)가 아마추어(14)와 하우징(8) 사이에 정렬되도록 배치된다. 자기저항 요소(42)의 폭은 예를 들어 0.4 내지 0.9 mm가 될 수 있다. 자기저항 요소(42)의 폭은 또한 다른 값을 가질 수 있을 것이다. 바람직한 실시예에서, 자기저항 요소(42)는 오스테나이트로 제조된다. 오스테나이트는 강자성체가 아닌 것으로 알려져 있고 그에 따라 단지 약한(poor) 자기적 특성을 나타낸다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 자기저항 요소(42) 및 밸브 본체(6)가 하나의 부분으로 제조된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 본체(6)는 하우징의 투과율 보다 상당히 작은 투과율을 가진다. 밸브 본체(6)의 상대적인 투과율은 예를 들어 100 미만이 될 수 있을 것이다. 밸브 본체(6)는, 예를 들어, 오스테나이트로 제조될 수 있다. 밸브 본체(6)의 작은 투과율은 유체 분사장치 내에서 자기 플럭스(PHI)의 바람직한 안내를 초래한다. 밸브 본체 내의 자기 플럭스(PHI)가 작게 유지될 수 있다. 결과적으로, 자기 회로에 의해서 특히 아마추어(14)에 의해서 안내되는 자기 플럭스(PHI)가 강해지며, 그에 따라 자기장에 의해서 아마추어(14)에 작용하는 힘이 강해지게 된다.

하나의 부분으로 제조되는 자기저항 요소(42) 및 밸브 본체(6)의 일체형 구조는 용접 이음선의 수를 감소시키는 이점을 제공한다.

도 2는 자기저항 요소(42)의 제 1의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 2에서, 자기 회로의 자기 플럭스(PHI)가 자기저항 요소(42)를 한차례 통과하도록 자기저항 요소(42)가 디자인된다.

도 3은 자기저항 요소(42)의 제 2의 바람직한 실시예를 도시한다. 유체 분사장치의 제 2의 바람직한 실시예에서, 자기 회로의 자기 플럭스(PHI)가 자기저항 요소(42)를 두차례 통과하도록 자기저항 요소(42)가 디자인된다. 이는, 유체 분사장치의 응답 시간을 추가로 단축시킨다.

Claims

유체 분사장치로서:
- 공동 및 상기 공동 내에 배치된 코일(34)을 구비하는 하우징(8);
- 상기 유체 분사장치의 미리 정해진 축선(L)을 따라서 축방향으로 이동될 수 있도록 배치되는 밸브 니들(12);
- 미리 정해진 축선(L)을 따라서 축방향으로 이동될 수 있도록 배치되고 상기 밸브 니들(12)에 기계적으로 커플링되는 아마추어(14); 및
- 상기 하우징(8)의 투과율 보다 상당히 작은 투과율을 가지도록 디자인된 자기저항 요소(42)로서, 상기 아마추어(14) 및 상기 하우징(8)을 포함하는 자기 회로가 상기 자기저항 요소(42)도 포함하도록 상기 자기저항 요소(42)가 배치되는, 자기저항 요소(42); 를 포함하는
유체 분사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 자기 회로의 자기 플럭스(PHI)가 자기저항 요소(42)를 두번 통과하도록 상기 자기저항 요소(42)가 정렬되고 디자인되는
유체 분사장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자기저항 요소(42)가 중공형 실린더로서 디자인되고 그리고 미리 정해진 축선(L)에 대해서 수직인 방향을 따라서 상기 자기저항 요소(42)가 상기 아마추어(14)와 상기 하우징(8) 사이에 정렬되도록 배치되는
유체 분사장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기저항 요소(42)가 100 미만의 상대적인 투과율을 가지는
유체 분사장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기저항 요소(42)가 유체 분사장치의 상기 밸브 본체(6)에 기계적으로 커플링되는
유체 분사장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체 분사장치는 상기 자기저항 요소(42)와 일체로 형성된 밸브 본체(6)를 포함하는
유체 분사장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 밸브 본체(6)는 상기 하우징(8)의 투과율 보다 상당히 작은 투과율을 가지는
유체 분사장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 본체(6)가 100 미만의 상대적인 투과율을 가지는
유체 분사장치.