KR20130094291A - 건식 자기 액추에이터를 구비한 연료 분사 밸브 - Google Patents

건식 자기 액추에이터를 구비한 연료 분사 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료 경로(3)가 연장하는 밸브 바디(2), 밸브 시트(5)에서 개구(6)를 개방 및 폐쇄하는, 외부를 향해 개방되는 밸브 니들(4), 자기 아마추어(8)를 가진 자기 액추에이터(7), 상기 밸브 니들(4)을 폐쇄된 밸브 상태로 되돌리는 폐쇄 스프링(11), 상기 연료 경로(3)로부터 상기 자기 아마추어(7)를 분리시킴으로써 상기 자기 아마추어(7)가 상기 밸브 바디(2)의 연료 없는 영역(17) 내에 배치되게 하는 밀봉 부재(13), 및 상기 자기 아마추어(8)와 접촉하여 상기 자기 아마추어(8)에 예비 응력을 주는 카운터 스프링을 포함하는 연료 분사 밸브에 관한 것이며, 상기 자기 아마추어(8) 및 상기 밸브 니들은 별도의 부품이고, 상기 부품들은 분리 점(14)에 직접 접촉하며 서로 접촉하고, 상기 카운터 스프링(12)은 상기 자기 아마추어(8)에 밸브 니들(4)에 대해 예비 응력을 가하고, 상기 폐쇄 스프링(11)의 힘(F1)은 상기 카운터 스프링(12)의 힘(F2)에 대항해서 작용하고, 상기 폐쇄 스프링(11)의 힘(F1)은 상기 카운터 스프링(12)의 힘(F2)보다 더 크다.

Description

건식 자기 액추에이터를 구비한 연료 분사 밸브{FUEL INJECTION VALVE HAVING A DRY MAGNETIC ACTUATOR}
본 발명은 누설 리턴 라인 없이 건식 자기 액추에이터를 구비한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
연료 분사 밸브는 선행 기술에서 다양한 실시예로 공지되어 있다. 예컨대, 최근에 외부로 개방되는 분사 밸브가 많이 사용되며, 이 밸브는 피에조 액추에이터에 의해 작동된다. 이는 신속한 스위칭 시간을 구현할 수 있지만, 매우 고가이고 제조가 복잡하다. 또한, US 2007/0095955 A1에는 연료 경로 내에 자기 액추에이터의 배치를 개시하는 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 이 경우, 특히 액추에이터 영역에서 연료에 의한 부식 문제와 더불어, 조절 과정을 위해 필요한 연료의 변위로 인한 다이내믹 손실이 나타난다. 따라서, 가능한 간단히 구성된 또는 경제적인 및 신속히 스위칭되는 연료 분사 밸브가 제공된다.
본 발명의 과제는 자기 액추에이터가 연료 경로로부터 완전히 분리됨으로써, 자기 액추에이터가 연료 분사 밸브의 건조 영역 내에 배치되는 연료 분사 밸브를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들에 의해 달성된다.
청구항 제 1 항의 특징들을 가진 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 자기 액추에이터가 연료 경로로부터 완전히 분리됨으로써, 자기 액추에이터가 연료 분사 밸브의 건조 영역 내에 배치되는 장점을 갖는다. 이로 인해, 자기 액추에이터와 밸브의 연료 부분 사이의 위치 공차에 대한 더 낮은 요구가 주어진다. 또한, 자기 액추에이터의 구성 부분에 특별한, 연자성 재료가 사용될 수 있는데, 그 이유는 자기 액추에이터에서 연료의 부식 문제가 사라지기 때문이다. 또한, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브가 매우 간단하고 경제적인 구성을 갖기 때문에, 특히 대량 생산 부품으로서 적합하다. 본 발명에 따른 장점은 밸브 바디, 밸브 니들, 및 자기 아마추어를 가진 자기 액추에이터를 포함하는 연료 분사 밸브에 의해 얻어진다. 또한, 폐쇄 스프링이 제공되고, 상기 폐쇄 스프링은 밸브 니들에 작용하여 밸브 니들을 폐쇄 상태로 되돌린다. 연료 분사 밸브는 외부로 개방되는 밸브로서 형성되며 밀봉 부재를 포함하고, 상기 밀봉 부재는 자기 액추에이터를 연료 경로로부터 분리함으로써, 자기 액추에이터가 밸브 바디의 연료 없는 영역에 배치된다. 또한, 카운터 스프링이 제공되고, 상기 카운터 스프링은 자기 아마추어와 접촉한다. 자기 아마추어 및 밸브 니들은 별도의 부품으로서 형성되지만, 이들은 서로 분리될 수 있게 접촉된다. 달리 표현하면, 자기 아마추어와 밸브 니들 사이의 분리 점에 콘택이 제공되고, 상기 콘택에서 2개의 부품이 서로 접촉한다. 카운터 스프링은 자기 아마추어에 밸브 니들에 대해 예비 응력을 가한다. 폐쇄 스프링의 힘은 카운터 스프링의 힘보다 더 크다. 밸브 니들과 자기 아마추어 사이의 본 발명에 따른 분리에 의해, 바운싱이 감소될 수 있다. 즉, 부품들 간의 부딪힘이 감소될 수 있다. 밀봉 부재는 자기 액추에이터를 연료 경로로부터 분리시킨다. 또한, 자기 아마추어로부터 밸브 니들의 분리에 의해 질량이 감소되므로, 밸브 니들의 폐쇄 과정 시 밸브 니들이 밸브 시트에 도달하고 개구를 폐쇄하면, 밸브 시트에서 더 적은 마모가 나타난다. 밸브 니들에 느슨하게 배치된 자기 아마추어는 카운터 스프링의 작용과 반대로 진동할 수 있으므로, 전체적으로 감소된 바운싱 경향이 주어진다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.
바람직하게는 밀봉 부재가 벨로우즈이고, 상기 벨로우즈는 밸브 바디 및 밸브 니들에 고정된다. 벨로우즈는 금속 벨로우즈일 수 있고 용접 결합에 의해 밸브 바디 또는 밸브 니들에 고정됨으로써, 연료 경로의 절대적인 밀봉이 이루어진다. 상기 절대적인 밀봉에 의해, 누설 경로 등이 밸브 바디의 연료 없는 영역에 제공될 필요가 없다.
자기 아마추어가 자기 포트 내에서 안내되는 니들형 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 자기 포트는 그 고유 기능과 더불어 가이드 기능을 하므로, 확실한 가이드와 더불어 부품들의 수가 감소될 수 있다. 자기 액추에이터의 가이드의 공차 체인이 자기 아마추어 및 자기 포트에 의해서만 결정되기 때문에, 제조 공차의 기술적 간소화가 가능해질 수 있다.
자기 아마추어와 자기 포트가 연자성 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제조 비용이 현저히 감소될 수 있는데, 그 이유는 연료에 대해 내식성 재료가 사용될 필요가 없기 때문이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 자기 액추에이터는 연료 분사 밸브 내로 삽입되기만 하면 되는 예비 장착 가능한 어셈블리이다. 이로 인해, 자기 그룹의 분리된 테스트 및 연료 분사 밸브의 연료 부분의 분리된 테스트가 가능하다. 따라서, 최종 장착 전에 개별 어셈블리가 검사될 수 있고 경우에 따라 분리될 수 있다.
자기 아마추어가 플랫 아마추어인 것이 특히 바람직하다. 플랫 아마추어가 건조한, 연료 없는 영역에 배치되기 때문에, 연료 분사 밸브의 고-다이내믹 작동과 관련해서 큰 가능성이 주어진다. 이로 인해, 밸브의 신속한 스위칭 시간이 구현될 수 있고, 액추에이터로서 피에조 소자가 필요 없다.
벨로우즈 및 밸브 시트가 동일한 또는 실질적으로 동일한 유압적 유효 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이로 인해, 축 방향 압력이 작용하지 않거나 매우 적은 축 방향 압력만이 작용하고, 이는 폐쇄 스프링 및 자석에 제공될 작동력에 대한 요구를 더 줄인다. 주어진 조립 공간에서 밸브의 다이내믹 상승이 달성될 수 있다.
본 발명에 의해, 자기 액추에이터가 연료 경로로부터 완전히 분리됨으로써, 자기 액추에이터가 연료 분사 밸브의 건조 영역 내에 배치되는 연료 분사 밸브가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 밸브의 개략적인 단면도.
이하, 도 1을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 분사 밸브(1)가 상세히 설명된다.
연료 분사 밸브(1)가 외부로 개방되는 밸브이며, 도 1은 밸브의 폐쇄된 상태를 도시한다. 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)는 예컨대 층상 급기 방식의 내연기관용 고압 직접 분사에 사용된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 연료 분사 밸브(1)는 밸브 바디(2)를 포함하고, 상기 밸브 바디(2) 내에 고압 연료를 공급하기 위한 연료 경로(3)가 형성된다. 밸브 바디(2)의 하나의 단부에는 개구(6)가 형성되고, 상기 개구는 외부로 개방되는 밸브 니들(4)에 의해 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 밸브 니들(4)은 밸브 시트(5)에서 개구(6)를 폐쇄한다.
밸브 니들(4)은 밸브 시트(5)로부터 떨어진 단부에 디스크형 부재(15)를 포함하고, 상기 부재에 폐쇄 스프링(11)이 접촉한다. 폐쇄 스프링(11)은 한편으로는 디스크 부재(15)에 그리고 다른 한편으로는 밸브 바디(2)에 지지되고, 밸브 니들(4)을 도 1의 폐쇄된 상태로 만든다. 연료 분사 밸브(1)는 또한 벨로우즈 형태의 빌봉 부재(13)를 포함하고, 상기 밀봉 부재는 연료 경로(3)를 연료 없는 챔버(17)로부터 분리시킨다. 벨로우즈는 연료 경로(3)에 대해 연료 없는 챔버의 밀봉을 가능하게 한다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 폐쇄 스프링(11) 및 자기 액추에이터(7)는 연료 없는 챔버(17) 내에 배치된다. 벨로우즈는 또한 유압적 유효 횡단면을 가지며, 상기 횡단면은 밸브 시트(5)의 유압적 유효 횡단면에 상응한다. 이로 인해, 밸브 니들(4) 상에 축 방향 압력이 작용하지 않거나 또는 단지 적은 축 방향 압력만이 작용한다(표면 동등함으로 인해). 이는 제공될 작동력에 대한 요구를 낮춘다. 주어진 조립 공간에서 얻어질 수 있는 힘은 밸브의 다이내믹 상승을 야기한다.
자기 액추에이터(7)는 플랫 아마추어 형태의 자기 아마추어(8), 자기 포트(9) 및 코일(10)을 포함한다. 또한, 카운터 스프링(12)이 제공되고, 상기 카운터 스프링은 자기 아마추어(8)에 힘(F2)의 예비 응력을 가한다. 카운터 스프링(12)은 지지 부재(16)에 지지되고, 상기 지지 부재는 밸브 바디(2) 내에 고정된다. 자기 아마추어(8)는 디스크형 영역(8a) 및 니들형 영역(8b)을 포함한다. 니들형 영역(8b)은 밸브 니들(4)의 한 단부를 밸브 니들(4)과 자기 아마추어(8) 사이의 분리 점(14)에 접촉시킨다. 자기 아마추어(8)는 자기 포트(9) 내에서 니들형 영역(8b)에 의해 안내된다.
분리 점(14)에서 니들형 영역(8b)과 밸브 니들(4) 사이의 축 방향으로만 부하를 받는 연달아 놓임으로부터 더 적은 제조 기술적 요구가 주어지므로, 작은 방사방향 오프셋 및 작은 각 에러가 허용된다. 이로 인해, 제조 비용이 현저히 감소될 수 있다. 또한 밸브 니들(4)의 가이드와 자기 아마추어(8)의 가이드 사이에 방사방향 오프셋 및 각 에러가 일정한 한계 내에서 발생해도 되는데, 그 이유는 가이드들이 서로 분리되며 과도하게 정해지지 않기 때문이다.
폐쇄 스프링(11)은 폐쇄력(F1)을 제공하고, 상기 폐쇄력은 자기 액추에이터(7)를 향해 연료 분사 밸브의 축 방향 X-X으로 작용한다. 카운터 스프링(12)은 예비 응력(F2)을 제공하고, 상기 예비 응력은 폐쇄 스프링(11)의 힘(F1)에 대항해서 작용한다. 폐쇄 스프링의 힘(F1)은 카운터 스프링의 힘(F2)보다 크다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 기능은 하기와 같다: 분사 과정이 실시되어야 하면, 코일(10)에 전류가 공급됨으로써, 자기 아마추어(8)가 자기 포트(9)의 방향으로 끌어 당겨진다. 이 경우, 자기 아마추어(8)에 작용하는, 자력과 카운터 스프링(12)의 힘(F2)의 합으로 이루어진 힘이 폐쇄 스프링(F1)의 힘보다 커서, 자기 액추에이터(7)의 방향으로 작용하는 폐쇄 스프링(F)의 힘(F1)으로 인해 자기 아마추어(8)의 니들형 영역(8b)과 직접 접촉하는 밸브 니들(4)은 개방 방향으로 가압된다. 도 1에서 화살표 A로 나타나는 바와 같이 연료는 높은 압력 하에서 연료 경로(3) 내로 공급되고, 개방된 개구(6)에서 분사될 수 있다.
분사가 종료되어야 하면, 코일(10)에 전류 공급이 중단된다. 이로 인해, 자기 아마추어(8)에 작용하는 자력이 사라지므로, 카운터 스프링(12)의 힘(F2)보다 큰 폐쇄 스프링(11)의 힘(F1)은 밸브 니들(4) 및 자기 아마추어(8)를 다시 도 1에 도시된 출발 위치로 누를 수 있다. 한편으로는 밸브 바디(2)에 그리고 다른 한편으로는 밸브 니들(4)에 유체 밀봉 방식으로 고정된 밀봉 벨로우즈는 밸브 니들(4)의 운동을 가능하게 한다.
본 발명에 따라 밸브 니들(4) 및 자기 아마추어(8)는 2개의 별도 부품이고, 상기 부품들은 서로 분리 가능하게 접촉된다. 분사의 종료시, 자기 아마추어(8)는 카운터 스프링(12)의 작용 방향과 반대로 진동할 수 있다. 이는 밸브 시트(5)에서제동된 이동 질량의 감소를 야기하므로, 밸브 시트(5) 및 밸브 니들(4)에서 더 적은 마모가 주어진다. 또한 자기 액추에이터(7)는 연료 분사 밸브(1)의 건조 영역 내에 배치되므로, 습식 실시예에서, 즉 연료와의 접촉시 필요한 자기 회로용 비싼 재료가 사용될 필요가 없다. 또한, 자기 아마추어(8)는 카운터 스프링(12)의 힘(F2)에 의해 분리 점(14)에서 항상 밸브 니들(4)과 직접 접촉한 상태로 유지된다.
본 발명에 따른 구성은 자기 액추에이터(7)와 밸브 니들(4) 사이의 위치 공차에 대한 더 낮은 요구를 가능하게 한다. 또한, 벨로우즈의 사용에 의해 연료로부터 연료 없는 챔버(17)의 절대적으로 확실한 분리가 이루어질 수 있다. 또한, 건조한 플랫 아마추어 자기 회로는 밸브의 고-다이내믹 작동을 가능하게 한다. 이 경우, 자기 회로에 대한 공차가 소수의 부품에만 분배되므로, 부품에 대한 감소된 공차 요구가 가능하므로, 경제적인 제조가 가능하다. 밸브를 개방되는 경우, 길이 방향으로 밸브 니들(4) 및 자기 아마추어(8)의 부품 조합이 고정된 것으로 간주될 수 있다. 조립시 횡 방향으로 더 작은 오프셋 또는 더 적은 각 에러가 허용될 수 있고, 이는 부품의 공차 요구에 긍정적으로 작용한다. 또한, 밸브 니들(4), 하우징, 밸브 시트 및 벨로우즈를 포함하는 유압 부품 및 자기 액추에이터는 서로 독립적으로 검사될 수 있다. 이는 더 적은 불량품을 야기하고, 적합한 유압 부품 및 자기 액추에이터를 서로 조합하거나 바람직하지 않은 조합을 피할 수 있는 가능성을 제공하므로, 전체적으로 더 적은 에러를 가진 밸브가 장착된다.
밸브 니들(4) 및 자기 아마추어(8)의 분리는 밸브의 개방시 밸브 아마추어(8)로부터 분리될 수 있는 밸브 니들의 오버슈팅을 가능하게 한다. 밸브의 폐쇄시 자기 아마추어(8)는 반대 방향으로 오버슈팅할 수 있기 때문에, 밸브 시트(5) 내에서 밸브 니들(4)의 현저히 감소된 바운싱 경향이 나타난다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 특히 층상 가솔린 직접 분사 시에 사용된다. 균일한 작동에서 다른 장점은 다수 홀 밸브에 비해 연료의 개선된 분무 및 이와 관련된 더 적은 입자 형성이다. 이로 인해, 앞으로 더 첨예화되는 배기 가스 표준이 입자 필터 없이 달성될 수 있으므로 상기 입자 필터가 생략될 수 있다.
2 밸브 바디
3 연료 경로
4 밸브 니들
5 밸브 시트
6 개구
7 자기 액추에이터
8 자기 아마추어
11 폐쇄 스프링
12 카운터 스프링
13 밀봉 부재
14 분리 점

Claims (7)

  1. - 연료 경로(3)가 연장하는 밸브 바디(2),
    - 밸브 시트(5)에서 개구(6)를 개방 및 폐쇄하는, 외부를 향해 개방되는 밸브 니들(4),
    - 자기 아마추어(8)를 가진 자기 액추에이터(7),
    - 상기 밸브 니들(4)을 폐쇄된 밸브 상태로 되돌리는 폐쇄 스프링(11),
    - 상기 연료 경로(3)로부터 상기 자기 아마추어(7)를 분리시킴으로써 상기 자기 아마추어(7)가 상기 밸브 바디(2)의 연료 없는 영역(17) 내에 배치되게 하는 밀봉 부재(13), 및
    - 상기 자기 아마추어(8)와 접촉하여 상기 자기 아마추어(8)에 예비 응력을 주는 카운터 스프링(12)을 포함하고, 상기 자기 아마추어(8) 및 상기 밸브 니들(4)은 별도의 부품이고, 상기 부품들은 분리 점(14)에 직접 접촉하며 서로 접촉하고,
    - 상기 카운터 스프링(12)은 상기 자기 아마추어(8)에 상기 밸브 니들(4)에 대해 예비 응력을 가하고,
    - 상기 폐쇄 스프링(11)의 힘(F1)은 상기 카운터 스프링(12)의 힘(F2)에 대항해서 작용하고, 상기 폐쇄 스프링(11)의 힘(F1)은 상기 카운터 스프링(12)의 힘(F2)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉 부재(13)는 벨로우즈이고, 상기 벨로우즈는 상기 밸브 바디(2) 및 상기 밸브 니들(4)에 밀봉 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 자기 아마추어(8)는 니들형 영역(8b)을 포함하고, 상기 영역은 상기 자기 액추에이터(7)의 자기 포트(9) 내에서 안내되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 자기 아마추어(8)는 연자성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 액추에이터(7)는 예비 장착 가능한 에셈블리인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 아마추어(8)는 플랫 아마추어인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벨로우즈가 상기 밸브 시트(5)와 동일한 유압적 유효 직경을 갖거나 또는 상기 벨로우즈 및 상기 밸브 시트(5)의 유압 직경이 작은 원주에서만 서로 차이나는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
KR1020137001517A 2010-07-22 2011-05-27 건식 자기 액추에이터를 구비한 연료 분사 밸브 KR20130094291A (ko)

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