KR20120014139A - 연료 분사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밸브 바디(2), 외부로 개방된 밸브 니들(3), 복원 부재(20), 전자기 액추에이터(6) 및 막(13)을 포함하는 연료 분사 장치로서, 상기 밸브 니들은 밸브 바디(2) 내에서 연료로 채워진 압력실(4) 내에 배치되며, 상기 밸브 니들에 압력 하의 연료가 공급되고, 상기 복원 부재(20)는 밸브 니들(3)을 그 출발 위치로 되돌려보내며, 상기 전자기 액추에이터는 밸브 니들(3)을 작동시키기 위해 액추에이터 챔버(9) 내에 배치되고, 상기 막(13)은 액추에이터 챔버(9) 내에 배치되며, 액추에이터 챔버(9)를 제 1 연료로 채워진 영역(5)과 제 2 연료 없는 영역(18)으로 액밀 방식으로 분할하고, 밸브 니들(3)을 분사측 부분(3a)과 액추에이터측 부분(3b)으로 분할하며, 밸브 니들(3)의 분사측 부분(3a)은 압력 보상 피스톤(10)을 포함하고, 상기 피스톤은 압력실(4)을 액추에이터 챔버(9)의 제 1 연료로 채워진 영역(5)으로부터 분리하며, 상기 액추에이터(6)는 제 2 연료 없는 영역(18)에 배치된다.

Description

연료 분사 장치{DEVICE FOR INJECTING FUEL}
본 발명은 특히 직접 분사식 내연기관에서 층상 급기 작동에 사용될 수 있는 연료 분사 장치에 관한 것이다.
직접 분사식 내연기관용 연료 분사 장치는 선행 기술에서 일반적으로 외부로 개방되는 밸브 니들을 가진 고압 분사 밸브로서 형성되고, 상기 고압 분사 밸브는 피에조 액추에이터에 의해 작동되며 필요한 고-다이내믹 스위칭 시간 동안 복잡한 출력단으로 제어된다. 상기 분사 밸브의 개별 부품의 재료 품질 및 제조 공차에 대한 높은 요구는 가공, 검사 및 제조 시간을 연장하며, 따라서 상기 분사 밸브의 제조 비용이 높아진다.
따라서, 선행 기술에 따른 고압 분사 밸브는 간단하고 저렴하게 제조 가능한, 층상 급기 작동에서 직접 분사식 내연기관용 연료 분사 장치를 제공하기에 충분히 적합하지 않다.
본 발명의 과제는 간단하고 저렴한 구성을 갖는 연료 분사 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 연료 분사 장치에 의해 달성된다.
청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 장치는 선행 기술에 비해 더 간단하고 더 저렴한 구성을 가지며 개별 부품의 제조 및 위치 공차와 관련해서 더 임계적이지 않다는 장점을 갖는다. 이는 본 발명에 따라 연료 분사 장치가 여러 부분의, 외부로 개방되는 밸브 니들 및 막을 포함하고, 상기 막은 액추에이터 챔버를 제 1 연료로 채워진 영역과 제 2 연료 없는 영역으로 액밀 방식으로 분할하며 동시에 밸브 니들을 분사측 부분과 액추에이터측 부분으로 분할함으로써 달성된다. 밸브 니들의 분사측 부분에 배치된 압력 보상 피스톤에 의해, 연료로 채워진 압력실이 액추에이터 챔버의 제 1 연료로 채워진 영역으로부터 분리된다. 이 경우, 액추에이터가 액추에이터 챔버의 제 2 연료 없는 영역에 배치되기 때문에, 소정 고-다이내믹 스위칭 시간을 달성할 수 있게 하는, 저렴한 전자기 액추에이터가 사용될 수 있다. 또한, 액추에이터에 특별한 연자성 재료의 바람직한 사용이 가능한데, 그 이유는 액추에이터 부품이 연료의 부식 작용에 노출되지 않기 때문이다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 압력 보상 피스톤은 작은 유격으로 밸브 바디의 원통형 보어 내에 이동 가능하게 배치되며 밀봉 갭을 갖는다. 이로 인해, 액추에이터 챔버의 인접한 제 1 영역에 대한 압력실 내의 연료압이 간단하고 확실하게 감소할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 장치는 액추에이터 챔버의 제 1 영역으로부터 연료 저장 용기로의 연료 리턴 라인을 포함한다. 이로 인해, 액추에이터 챔버의 제 1 연료로 채워진 영역에 실질적으로 연료 저장 용기 내에 주어지는 주위 압력이 주어지고, 이 주위 압력은 상기 영역을 향한 막의 측면에도 작용한다.
바람직하게는 액추에이터 챔버의 제 2 연료 없는 영역 및 그에 따라 다른 막 측면에도 주위 압력만이 주어지기 때문에, 존재하지 않는 또는 단지 작은 압축 하중으로 인해 막의 간단하고 저렴한, 특히 얇은 실시예가 사용될 수 있다.
또한, 밸브 니들의 액추에이터측 부분에 아마추어가 배치되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 최소화된 수의 부품 및 컴팩트한 조립 체적을 가진 액추에이터의 간단하고 저렴한 구성이 달성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 액추에이터는 자유 이동 스프링을 포함하고, 상기 스프링의 힘은 밸브 니들의 액추에이터측 부분이 액추에이터의 비작동 시에도 항상 막에 접촉하도록 설계된다. 이로 인해, 막의 과도한 하중 및 그로 인해 감소되는 내구성이 피해지고, 아마추어가 규정된 출발점에 놓인다.
바람직하게, 복원 부재는 밸브 니들의 분사측 부분이 액추에이터의 비작동 시에도, 즉 밸브 니들의 폐쇄 시에도 항상 막에 접촉하도록 설계된다. 이로 인해, 막에서 압력 보상 피스톤의 분리 및 막에 대한 충격 하중이 피해지고, 이는 막의 내구성 또는 수명을 증가시킨다. 특히 바람직하게는, 분사 장치의 모든 작동 상태에서 액추에이터측 및 분사측 부분이 항상 막에 접촉한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 밸브 니들의 분사측 부분이 2 부분으로 니들 및 압력 보상 피스톤으로 형성된다. 이로 인해, 각각 필요한 치수 공차로 상기 부품의 별도 제조 및 가공이 가능해지며, 이는 추가 비용 절감에 기여한다.
바람직하게는 막을 향한 압력 보상 피스톤의 단부, 및 막을 향한, 밸브 니들의 액추에이터측 부분의 단부가 각각 라운딩되어 형성된다. 이로 인해, 막이 이동된, 즉 벌징된 상태에서 상기 단부들의 균일한 지지가 보장되고, 예컨대 밸브 니들의 액추에이터측 부분 및 압력 보상 피스톤의 라운딩되지 않은 단부 영역의 날카로운 에지에 의한 막의 손상이 방지된다.
본 발명에 의해, 간단하고 저렴한 구성을 갖는 연료 분사 장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 실시예의 개략적인 단면도.
이하에서, 도 1을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 분사 장치가 상세히 설명된다.
도 1의 개략적인 단면도에 나타나는 바와 같이, 연료 분사 장치(1)는 밸브 바디(2) 및 외부로 개방되는 밸브 니들(3)을 포함하고, 상기 밸브 니들(3)은 분사측 영역(3a) 및 액추에이터측 영역(3b)으로 형성된다. 밸브 니들(3)의 분사측 부분(3a)은 압력 챔버(4) 내에 배치된, 니들(31) 및 압력 보상 피스톤(10)을 포함하고, 상기 압력 챔버에는 압력 하의 연료가 공급 라인(19)을 통해 공급된다. 압력 보상 피스톤(10)은 밸브 바디(2)의 원통형 보어(16) 내에 작은 유격으로 이동 가능하게 배치된다.
압력실(4) 내에 복원 부재(20)가 배치되고, 상기 복원 부재(20)는 밸브 바디(2)와 니들(31) 사이에 지지되며 밸브 니들(3)을 작동 후 출발 위치로 되돌려 보낸다.
액추에이터 챔버(9) 내에 전자기 액추에이터(20)가 배치되며, 상기 액추에이터(6)는 코일(8) 및 아마추어(7), 바람직하게는 여기에 도시된 플랫 아마추어 타입의 아마추어를 포함하며, 상기 아마추어는 밸브 니들(3)의 액추에이터 측 부분(3b)에 고정된다.
액추에이터 챔버(9) 내에 또한 막(13)이 배치되고, 상기 막은 밸브 바디(2)에 고정되며 한편으로 밸브 니들(3)을 분사측 부분(3a) 및 액추에이터측 부분(3b)으로 분할하고, 다른 한편으로는 액추에이터 챔버(9)를 제 1 연료로 채워진 영역(5) 및 제 2 연료 없는 영역(18)으로 액밀 방식으로 분할한다. 액추에이터 챔버(9)의 제 1 영역(5)은 적어도 부분적으로 연료로 채워지고, 상기 연료는 압력실(4)의 더 높은 압력으로 인해 압력 보상 피스톤(10)의 표면에 형성된 밀봉 갭(17)을 통해 제 1 연료로 채워진 영역(5) 내로 유입된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 막(13)을 향한 압력 보상 피스톤(10)의 단부(10a), 및 막(13)을 향한, 밸브 니들(3)의 액추에이터측 부분(3b)의 단부(15)는 각각 라운딩되어 형성된다. 이로 인해, 장치(1)의 작동 동안 막(13)의 이동 또는 벌징 시에 상기 부품의 단부 영역에 있는 경우에 따라 형성되는 릿지 또는 모서리에 의해 야기될 수 있는, 막(13)의 손상이 방지된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연료 리턴 라인(15)이 액추에이터 챔버(9)의 제 1 연료로 채워진 영역(5)으로부터 분기된다. 상기 연료 리턴 라인(14)을 통해 연료는 여기에 도시되지 않은 연료 저정 용기 내로 되돌아가고, 상기 연료는 압력실(4)의 압력 강하로 인해 압력 보상 피스톤(10)의 밀봉 갭(17)을 통해 제 1 영역(5)으로 모인다. 연료 저장 용기, 그에 따라 액추에이터 챔버(9)의 제 1 영역(5) 내에 주위 압력이 주어지기 때문에, 액추에이터 챔버(9)의 제 1 연료로 채워진 영역(5)으로부터 연료 저장 용기 내로의 연료 리턴은 압력 없이 이루어진다. 액추에이터 챔버(9)의 제 2 연료 없는 영역(18) 내에도 주위 압력이 주어지기 때문에, 막(13)의 양 측면에 실질적으로 동일한 압력이 가해진다. 따라서, 막(13)에서 압력 평형이 이루어진다.
액추에이터 챔버(9) 내에서 자유 이동 스프링(12)이 아마추어(7)와 폐쇄 부재(21) 사이에 배치되고, 고정된 아마추어(7)를 가진 밸브 스프링(3)의 액추에이터측 부분(3b)을 폐쇄 부재(21)에 지지시킨다. 액추에이터(6)용 전기 접속 라인(22)은 폐쇄 부재(21)을 통해 외부로 안내된다. 자유 이동 스프링(12)은 밸브 스프링(3)의 액추에이터측 부분(3b)이 액추에이터(6)의 비작동 시에도 막(13)에 접촉하도록 설계된다. 또한, 구조는 밸브 니들(3)의 분사측 부분(3a)이 액추에이터(6)의 비작동(밸브 니들의 폐쇄) 시에도 막(13)에 접촉하도록 설계된다. 모든 작동 상태에서 밸브 니들(3)의 액추에이터측 및 분사측 부분(3a, 3b)이 양측으로 접촉함으로써, 밸브 니들(3)의 작동을 위한 본 발명에 따른 장치(1)의 흡사 강성 부품 조합이 이루어진다. 이 경우, 조립 후에 경우에 따라 밸브 니들(3)의 액추에이터측 및 분사측 부분들(3a, 3b) 사이의 막(13)에 나타나는 작은 방사방향 오프셋 또는 작은 각도 오프셋이 허용될 수 있는데, 그 이유는 이것이 본 발명에 따른 장치(1)의 완벽하고 확실한 기능에 영향을 주지 않기 때문이다.
개별 부품들의 전술한 구성 및 설계에 의해, 치수 및 위치 공차와 관련해서 간단하고 신속한 제조가 이루어질 수 있는데, 그 이유는 밸브 니들(3)의 액추에이터측 부분(3b)을 가진 액추에이터(6)와 주변 밸브 바디(2)를 가진 밸브 니들(3)의 분사측 부분(3a)이 서로 분리되어 제조되고 검사될 수 있기 때문이다. 이로 인해, 전체적으로 검사 및 제조 비용이 낮아지고 불량품에 대한 위험이 낮아지며, 상기 고압 분사 밸브의 제조시 상당한 비용 절감이 이루어진다.
2 밸브 바디
3 밸브 니들
4 압력실
5 제 1 연료로 채워진 영역
6 액추에이터
7 아마추어
9 액추에이터 챔버
10 압력 보상 피스톤
13 막
14 연료 리턴 라인
16 보어
17 밀봉 갭
18 제 2 연료 없는 영역
31 니들

Claims (9)

  1. - 밸브 바디(2),
    - 상기 밸브 바디(2) 내에서 연료로 채워진 압력실(4) 내에 배치되며 압력 하의 연료가 공급되는, 외부로 개방된 밸브 니들(3),
    - 상기 밸브 니들(3)을 그 출발 위치로 되돌려보내는 복원 부재(20),
    - 상기 밸브 니들(3)을 작동시키기 위해 액추에이터 챔버(9) 내에 배치되는 전자기 액추에이터(6), 및
    - 상기 액추에이터 챔버(9) 내에 배치되며, 상기 액추에이터 챔버(9)를 제 1 연료로 채워진 영역(5)과 제 2 연료 없는 영역(18)으로 액밀 방식으로 분할하고, 상기 밸브 니들(3)을 분사측 부분(3a)과 액추에이터측 부분(3b)으로 분할하는 막(3)을 포함하고,
    - 상기 밸브 니들(3)의 상기 분사측 부분(3a)은 압력 보상 피스톤(10)을 포함하고, 상기 피스톤은 상기 압력실(4)을 상기 액추에이터 챔버(9)의 제 1 연료로 채워진 영역(5)으로부터 분리하며, 상기 액추에이터(6)는 제 2 연료 없는 영역(18)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 압력 보상 피스톤(10)은 상기 밸브 바디(2)의 원통형 보어(16) 내에 작은 유격으로 배치되고, 상기 액추에이터 챔버(9)의 제 1 영역(5)에 대한 상기 압력실(4)의 압력 강하를 위한 밀봉 갭(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 연료 리턴 라인(14)이 상기 액추에이터 챔버(9)의 제 1 영역(5)으로부터 연료 저장 용기로 분기되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 연료로 채워진 영역(5)과 상기 제 2 연료 없는 영역(18)에서 상기 막(13)의 양측에 동일한 또는 실질적으로 동일한 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 아마추어(7)는 상기 밸브 니들(3)의 액추에이터측 부분(3b)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터(6)는 자유 이동 스프링(12)을 포함하고, 상기 스프링은 상기 밸브 니들(3)의 액추에이터측 부분(3b)이 상기 액추에이터의 비작동 시에도 상기 막(13)에 접촉하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복원 부재(20)는 상기 밸브 니들(3)의 상기 분사측 부분(3a)이 상기 액추에이터(6)의 비작동 시에도 상기 막(13)에 접촉하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 니들(3)의 상기 부분사측 부분(3a)이 2 부분으로 니들(31)과 상기 압력 보상 피스톤(10)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 보상 피스톤(10)은 상기 막(13)을 향한 라운딩된 단부(10a)를 포함하고, 상기 밸브 니들(3)의 상기 액추에이터측 부분(3b)은 상기 막(13)을 향한 라운딩된 단부(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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