KR20140032453A - 유체 분사용 분사기 - Google Patents

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KR20140032453A
KR20140032453A KR1020137034166A KR20137034166A KR20140032453A KR 20140032453 A KR20140032453 A KR 20140032453A KR 1020137034166 A KR1020137034166 A KR 1020137034166A KR 20137034166 A KR20137034166 A KR 20137034166A KR 20140032453 A KR20140032453 A KR 20140032453A
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마우로 그란디
발레리오 폴리도리
크리스티아노 만누시
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

유체 분사용 분사기는 - 밸브 본체(4)에 대하여 축방향으로 이동 가능하고 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하도록 그리고 개방 위치에서 유체 분사를 허용하도록 작동 가능한, 밸브 니들(6), - 폐쇄 위치로부터 개방 위치를 향하는 제 1 방향(16)으로 밸브 니들(6)을 이동시키기 위한 전기자(3), - 밸브 니들(6)에 고정되는 니들 보유기(2), - 전기자(3)에 고정되는 전기자 홀더(7)를 포함하며, - 니들 보유기(2) 및 전기자 홀더(7)는 전기자(3)가 제 1 방향(16)으로 이동할 때 니들(6)이 전기자 홀더(7)와 니들 보유기(2)의 이동에 의해 제 1 방향(16)으로 이동되도록 해제 가능하게 커플링 가능하다.

Description

유체 분사용 분사기 {INJECTOR FOR INJECTING FLUID}
본 발명은 유체 분사용 분사기에 관한 것이며 특히 내연기관 안으로 연료를 분사하기 위한 분사기에 관한 것이다.
분사 밸브들은, 특히 이들이 내연기관의 흡기 매니폴드 안으로 또는 내연기관의 실린더의 연소 챔버 안으로 직접적으로 유체를 투여하기 위해 배열될 수 있는 내연기관들에 대하여 광범위하게 사용되고 있다.
분사 밸브들은 다양한 연소 엔진들에 대한 다양한 필요성들을 만족시키기 위해 다양한 형태들로 제작된다. 따라서, 예컨대 분사 밸브들의 길이, 이들의 직경 및 또한 유체가 투여되는 방식에 대한 책임을 갖는 분사 밸브의 다양한 요소들이 넓은 범위에서 변할 수 있다. 그 외에, 분사 밸브들은 분사 밸브의 밸브 니들을 동작시키기 위한 액추에이터를 수용할 수 있으며, 예컨대 이는 전자기 액추에이터일 수 있다.
원치않는 방출물들의 생성의 관점에서 연소 공정을 보강하기 위해, 각각의 분사 밸브는 매우 높은 압력들 하에서 유체들을 투여하기에 적합할 수 있다. 압력들은, 예컨대 가솔린 엔진의 경우에 최대 200 바의 범위일 수 있고 디젤 엔진들의 경우에 최대 2000 바의 범위일 수 있다.
바람직한 분사 후에 분사기 폐쇄 페이스 동안 분사기 재개방에 의해 야기되는 포스트(post) 분사가 발생할 수 있다. 현재의 분사기 디자인은 매우 빈번하게 니들 전기자 결합 해제 피처를 포함한다. 이러한 디자인은 전기자와 상부 전기자 보유기 사이의 충격을 증가시키고 또한 니들이 소위 니들 오버슈트(overshoot) 거동을 갖는 것을 가능하게 한다. 니들 오버슈트는 분사기 표준 작동 모드 동안 일어나며 : 니들 개방 페이스 동안 니들 오버슈트가 존재한다. 개방 페이스 동안 니들 오버슈트가 발생하며 그 후에 전기자는 극 피스 충돌면에 충돌한다. 전기자가 정지하고 극 부품 충돌면에 대항하여 튀어오를 때, 니들은 그의 관성의 효과에 의해 그의 운동들을 계속한다. 이러한 현상에 의해 개방 페이스는 전기자에 대하여 제어되지만 니들에 대하여는 제어되지 않는다. 니들 이동이 연료 전달에 대하여 책임을 갖기 때문에, 단지 개방 페이스의 끝에서 니들이 분사기 시트에 대하여 제어된 위치에 있지 않는 것이 일어난다. 이는 바람직하지 않은 분사기 거동이며 이는 특별한 방식으로 최소 제어 가능한 전달 가능 흐름에 영향을 미친다. 개방 페이스 니들 오버슈트 거동으로 인해, 최소 제어 가능한 흐름 양은 증가된다. 폐쇄 페이스 동안 전기자 오버슈트가 대향하는 방향으로 발생하고, 전기자는 전기자 상부 보유기로부터 떨어져 나가고 튀어오름 방지 스프링을 압축하며 이는 폐쇄시에 니들 튀어오름을 없앤다. 튀어오름 방지 스프링이 일단 압축되면 이는 상부 전기자 보유기에 대항하여 전기자를 다시 밀어내는 저장된 에너지를 방출하며 이는 소위 포스트 분사의 원치않는 그리고 제어되지 않은 작동 상태를 발생한다.
본 발명의 목적은 신뢰할 수 있게 작업하는 유체 분사용 분사기를 제공하는 것이다.
양태에 따르면, 본 발명은 유체 분사용 분사기를 특징으로 한다. 분사기는 밸브 본체에 대하여 축방향으로 이동 가능한 밸브 니들을 포함한다. 밸브 니들은 폐쇄 위치에서의 유체 분사를 방지하고 개방 위치에서의 유체 분사를 허용하도록 작동 가능하다. 분사기는 폐쇄 위치로부터 개방 위치를 향하는 제 1 방향으로 밸브 니들을 이동시키기 위해 전기자를 더 포함한다. 분사기는 밸브 니들에 고정되는 니들 보유기, 및 전기자에 고정되는 전기자 홀더를 더 포함한다. 니들 보유기 및 전기자 홀더는 전기자가 제 1 방향으로 이동할 때, 니들이 전기자 홀더 및 니들 보유기의 이동에 의해 제 1 방향으로 이동되도록 해제 가능하게 커플링 가능하다.
전기자 홀더 및 니들 보유기는 전기자 홀더가 니들 보유기에 압축력을 가할 수 있도록 배열된다. 전기자 홀더는 니들 보유기 상에 압력을 행하도록 배열된다. 전기자 홀더 및 니들 보유기는 전기자 홀더가 니들 보유기에 견인력(tractive force) 또는 인장력(tension force)을 가할 수 없도록 배열된다. 전기자 홀더 및 니들 보유기는 니들 보유기가 제 1 방향으로의 전기자 홀더의 이동을 뒤따를 필요가 있도록 배열된다. 전기자 홀더 및 니들 보유기는 니들 보유기가 전기자 홀더의 제 1 방향에 대향하는 방향인 제 2 방향으로의 이동이 뒤따르도록 강제하지 않도록 배열된다. 전기자 홀더는 제 1 방향으로의 이동 동안 니들 보유기를 당긴다. 전기자 홀더와 니들 보유기의 서로에 대한 배열로 인하여, 개방 및 폐쇄 페이스 동안 전기자와 니들의 오버슈트는 감소된다. 최대 달성 가능한 오버슈트는 제어 가능하다.
다른 양태들에 따르면, 전기자 홀더 및 니들 보유기는 각각 L 형상의 횡단면으로 구현된다. 전기자 홀더의 형태 및 니들 보유기의 형태는 서로 대응한다. 전기자 홀더 및 니들 보유기는 전기자 홀더 및 니들 보유기가 공통 접촉 영역을 포함하도록 형성된다. 따라서, 이동 부분들의 접촉 표면들은 더 크고, 따라서 접촉 압력은 감소된다. 따라서 전기자 홀더 및 니들 보유기는 접촉 영역 내의 보호 코팅이 필요하지 않다.
전기자 홀더는 전기자가 이동할 때 전기자 홀더가 이동하도록 전기자에 고정된다. 다른 양태들에 따르면, 전기자 홀더는 분사기가 전기자 홀더를 전기자에 고정하기 위해 전기자 홀더와 전기자 사이에 용접된 연결부를 포함하도록 전기자에 용접된다. 분사기는 니들 보유기를 밸브 니들에 고정하기 위해 니들 보유기와 밸브 니들 사이에 용접된 연결부를 더 포함한다. 니들 보유기는 밸브 니들이 니들 보유기의 이동을 뒤따를 필요가 있도록 밸브 니들에 용접된다.
다른 양태들에 따르면, 분사기는 니들 보유기와 전기자 사이에 배열되는 스프링을 포함한다.
이후에, 본 발명의 실시예들이 개략적인 도면들을 참조하여 도시된다. 동일한 구조 또는 기능의 요소들에는 도면들 전반에 걸쳐 동일한 참조 부호가 제공된다.
도 1 은 실시예에 따른 분사기를 개략적으로 나타내는 도면이고, 및
도 2 는 도 1 에 따른 분사기의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 은 유체 분사용 분사기를 개략적으로 나타낸다. 특히, 분사기는, 예컨대 차량 특히 자동차의 내연기관의 실린더 안으로 연료를 분사하도록 디자인된다. 유체 분사기는 길이방향 축선(L)을 갖고 하우징(1) 및 밸브 본체(4)를 더 포함한다. 밸브 본체(4)는 하우징(1)과 커플링되고 축방향으로 이동 가능한 밸브 니들(6)이 배열되는 리세스(5)를 갖는다.
밸브 니들(6)은 중공 니들 타입이고 그의 하류 끝에 유체 흐름을 금지하는 그의 폐쇄된 위치에서 분사기를 폐쇄하기 위해 그리고 그와 달리 개방 위치에서 유체 흐름을 가능하게 하기 위해 배열되는 폐쇄 요소를 포함한다. 유체 흐름이 금지되는 유체 분사기의 폐쇄 위치에서, 밸브 니들(6), 특히 폐쇄 요소는 시트 상에 밀봉식으로 놓이고 이러한 방식으로 하나 이상의 분사기 노즐을 통한 유체 흐름을 방지한다. 분사기 노즐은, 예컨대 분사기 구멍일 수 있으나; 하지만 또한 유체 투여에 적절한 어떠한 다른 타입일 수 있다. 시트는 밸브 본체(4)를 갖는 하나의 부품으로서 만들어질 수 있거나 또는 별개의 부품으로서 또한 만들어질 수 있다. 밸브 니들(6)이 다른 위치들에 있다면 유체 분사는 허용된다.
분사기는 분사기를 개방 및/또는 폐쇄하기 위해 축선(L)을 따라 그의 축방향으로 밸브 니들(6)을 이동시키기 위해 액추에이터(8)(도 2)를 갖는 리프팅 기기를 더 포함한다. 액추에이터는 바람직하게는 솔레노이드 액추에이터이다. 액추에이터는 대안적으로는 압전 액추에이터일 수 있다.
하우징(1) 및 전기자(3)는 자기 회로를 형성한다. 자기 회로는 솔레노이드 액추에이터(8)에 의해 발생되는 자기장의 자속을 안내한다.
솔레노이드 액추에이터(8)는 하나 이상의 코일을 포함한다. 코일은 바람직하게는 오버몰딩된다. 솔레노이드 액추에이터는 하나 초과의 코일을 포함할 수 있다.
액추에이터(8)는 전기자(3)와 상호 작용하도록 배열된다. 전기자(3)는 전기자(3)에 대하여 액추에이터(8)에 의해 발생된 리프트의 적어도 부분이 밸브 니들(6)로 전달되도록 밸브 니들(6)과 협력하고, 이는 밸브 니들 및 폐쇄 요소를 유체 분사가 허용되는 그의 개방 위치로 이동시킨다. 전기자(3) 및 밸브 니들(6)은 서로에 대하여 이동할 수 있다. 니들 폐쇄 힘은 폐쇄 방향으로 밸브 니들(6)에 힘을 가하는 눈금 스프링(calibration spring; 17)(도 2)에 의해 제공된다.
도 2 는 도 1 의 실시예에 따른 분사기의 부분을 더욱 상세하게 나타낸다.
분사기는 밸브 니들(6)에 고정되는 니들 보유기(2)를 포함한다. 니들 보유기(2)는 밸브 니들(6)과 직접적으로 커플링된다. 니들 보유기(2)는 밸브 니들(6)에 직접적으로 연결된다. 니들 보유기(2)는 L 의 형태를 갖는 횡단면을 포함한다. 니들 보유기(2)는 L 축선의 방향으로 길고 밸브 니들(6)과 적어도 부분적으로 접촉하는 부분을 포함한다. 니들 보유기(2)의 일부는 밸브 니들(6) 및 니들 보유기(2)가 서로에 대하여 이동할 수 없도록 밸브 니들(6)에 고정된다. 특히, 니들 보유기(2)는 용접된 연결부(10)에 의해 밸브 니들(6)에 일부가 용접된다.
니들 보유기(2)는 L 축선에 횡으로 긴 제 2 부분을 포함한다. 2 개의 부분들은 니들 보유기(2)의 L 형상 횡단면을 형성한다.
분사기는 전기자(3)에 고정되는 전기자 홀더(7)를 더 포함한다. 전기자 홀더(7)는 전기자(3)에 직접적으로 커플링된다. 전기자 홀더(7)는 전기자(3)에 연결된다. 전기자 홀더(7)는 L 형상의 횡단면을 포함한다. 전기자 홀더(7)는 L 축선의 방향으로 긴 부분을 포함한다. 전기자 홀더(7)의 일부는 전기자(3)에 고정된다. 특히, 전기자 홀더(7)는 용접된 연결부(11)에 의해 전기자(3)에 고정된다. 전기자 홀더(7) 및 전기자(3)는 이들이 서로에 대하여 이동될 수 없도록 서로 고정된다.
전기자 홀더(7)는 L 축선에 횡으로 긴 다른 부분을 포함한다. 전기자 홀더(7)의 2 개의 부분들은 전기자 홀더(7)의 L 형상 횡단면을 형성한다.
전기자 홀더(7) 및 니들 보유기(2)는 L 축선에 횡으로 배향되는 각각의 부분들이 적어도 분사기의 개방 페이스 동안 공통 접촉 영역(15)을 포함하도록 밸브 본체(4) 내측에 배열된다. 분사기의 개방 페이스 동안, 밸브 니들(6)은 L 축선을 따라 방향(16)으로 이동하고, 따라서 폐쇄 요소는 시트로부터 멀어지도록 이동한다.
밸브 니들(6)의 방향(16)으로의 이동은 전기자(3)의 방향(16)으로의 이동에 의해 강제된다. 전기자 홀더(7)는 전기자(3)와 전기자 홀더(7)의 고정된 커플링으로 인해 방향(16)으로 전기자(3)를 따라 이동한다. 방향(16)으로 배향된 힘이 전기자 홀더(7)로부터 니들 보유기(2)로 접촉 영역(15)을 통하여 전달된다. 적어도 전기자의 방향(16)으로의 이동 동안, 니들 보유기(2)는 전기자 홀더(7)에 의해 방향(16)으로 밀린다. 밸브 니들(6)과 니들 보유기(2)의 고정된 커플링으로 인해, 밸브 니들(6)은 니들 보유기(2)의 이동에 의해 방향(16)으로 이동된다. 이러한 전기자(3)의 이동은 전기자 홀더(7) 및 니들 보유기(2)를 통하여 밸브 니들(6)의 이동을 야기한다.
니들 보유기(2)와 전기자(3), 특히 전기자 홀더(7)의 커플링은 밸브 니들(6)의 폐쇄 요소를 향하여 배향되는 전기자(3)의 측 상에 있다.
전기자(3)의 방향(16)으로의 이동이 정지될 때 방향(16)으로의 전기자(3)의 최대 이동에서 최대 개방 위치에서, 밸브 니들(6)은 니들 보유기(2)기 전기자(3)에 접하기 때문에 방향(16)으로 더 이동하기 위한 매우 제한된 가능성을 갖는다. 따라서, 밸브 니들(6)의 방향(16)으로의 이동은 정지된다. 이러한 이동은 니들 보유기(2)와 전기자(3) 사이에 배열되는 스프링(9)들에 의해 더 둔화된다. 양태들에 따르면, 스프링(9)은 웨이브 스프링이다. 다른 실시예들에 따르면, 스프링(9)은 탄성 고무이다. 스프링(9)은 전기자(3)가 정지할 때 밸브 니들(6)의 제어되지 않은 이동 또는 튀어오름을 둔화시킨다.
폐쇄 페이스 동안, 밸브 니들(6)은 L 축선을 따라 방향(16)에 대향하는 방향으로 이동된다. 따라서, 스프링(17)은 밸브 니들(6)에 고정된 니들 안내부(13) 상에 힘을 가한다. 니들 안내부(13)는 용접된 연결부(12)에 의해 밸브 니들(6)에 고정된다. 니들 안내부(13)는 니들 보유기(2) 및 전기자 홀더(7)가 위에 배열되는 측에 대향하는 전기자의 측 상의 밸브 니들(6)에 배열된다.
폐쇄 힘은 니들 안내부(13)를 통하여 밸브 니들에 전달된다. 니들 안내부(13)와 전기자(3) 사이에는 자유 공간(14)이 있다. 따라서, 전기자(3)와 니들 안내부(13)는 공통 접촉 영역을 갖지 않는다. 특히, 전기자(3)와 니들 안내부(13)는 분사기의 전체 폐쇄 페이스 및 개방 페이스 동안 접촉을 갖지 않는다.
폐쇄 페이스 동안, 니들 보유기(2)와 전기자 홀더(7)는 커필링 해제될 수 있다. 전기자 홀더(7)는 적어도 폐쇄 페이스의 부분 동안 니들 보유기(2)와의 접촉에서 벗어난다. 폐쇄 페이스 동안, 밸브 니들(6)의 이동이 L 축선을 따른 전기자(3)와 전기자 홀더(7) 사이에서 단지 이동할 수 있는 니들 보유기(2)의 이동에 의해 제한되기 때문에, 오버슈트가 또한 제한된다.
이는 전기자(3) 및 밸브 니들(6)의 최대 가능한 오버슈트를 설정하고 개방 및 폐쇄 작동 상태들 양쪽 하에서의 분사기 거동을 더 양호하게 제어하는 것을 가능하게 한다. 또한 제안된 디자인은 전기자 홀더(7)와 니들 보유기(2) 사이의 더 큰 접촉 영역(15)을 가능하게 하며, 따라서 2 개의 구성요소들 사이의 마모가 감소되고 리프트 값은, 특히 전체 분사기 수명 동안에, 용인 가능한 범위의 변동 내에 유지된다. 또한, 큰 이용 가능한 영역(15)으로 인해 그리고 접촉 영역(15)에서의 감소된 특정한 접촉 압력으로 인해 접촉 영역(15)의 보호 코팅이 필요하지 않다. 또한, 개방 페이스 및 폐쇄 페이스 동안 오버슈트는 제한되고 따라서 더 양호한 분사기 동적 제어를 가능하게 한다. 전기자(3)는 니들 보유기(2) 및 전기자 홀더(7)가 함께 밸브 니들(6)에 대한 전기자(3)의 상대 이동을 가능하게 하고 동일한 요소들(니들 보유기(2) 및 전기자 홀더(7)가 전기자(3) 오버슈트 및 밸브 니들(6) 오버슈트를 제한하는데 책임을 갖는 방식으로 밸브 니들(6)로부터 커플링 해제된다.

Claims (8)

  1. 유체 분사용 분사기로서,
    - 밸브 본체(4)에 대하여 축방향으로 이동 가능하고 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하도록 그리고 개방 위치에서 유체 분사를 허용하도록 작동 가능한, 밸브 니들(6),
    - 상기 폐쇄 위치로부터 개방 위치를 향하는 제 1 방향(16)으로 밸브 니들(6)을 이동시키기 위한 전기자(3),
    - 상기 밸브 니들(6)에 고정되는 니들 보유기(2),
    - 상기 전기자(3)에 고정되는 전기자 홀더(7)를 포함하고,
    - 상기 니들 보유기(2) 및 전기자 홀더(7)는 전기자(3)가 제 1 방향(16)으로 이동할 때 니들(6)이 전기자 홀더(7) 및 니들 보유기(2)의 이동에 의해 제 1 방향(16)으로 이동되도록 해제 가능하게 커플링 가능한,
    유체 분사용 분사기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기자 홀더(7)는 L 형태의 횡단면으로 구현되는,
    유체 분사용 분사기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기자 홀더(7)를 전기자(3)에 고정하기 위해 전기자 홀더(7)와 전기자(3) 사이에 용접된 연결부(11)를 포함하는,
    유체 분사용 분사기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니들 보유기(2)는 L 형태의 횡단면으로 구현되는,
    유체 분사용 분사기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니들 보유기(2)를 밸브 니들(6)에 고정하기 위해 니들 보유기(2)와 밸브 니들(6) 사이에 용접된 연결부(10)를 포함하는,
    유체 분사용 분사기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자 홀더(7) 및 니들 보유기(2)는 전기자 홀더(7)와 니들 보유기(2)가 공통 접촉 영역(15)을 포함하도록 형성되는,
    유체 분사용 분사기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서,
    상기 니들 보유기(2)와 전기자(3) 사이에 스프링(9)을 포함하는,
    유체 분사용 분사기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자(3)의 제 1 방향(16)으로의 이동 동안 자유 공간(14)이 니들 안내부(13)와 전기자(3) 사이에 배열되도록 니들(6)에 고정되는 니들 안내부(13)를 포함하는,
    유체 분사용 분사기.

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