KR20150018478A - 유체 분사장치 및 유체 분사장치 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

유체 분사장치가 명시된다. 상기 유체 분사장치는 길이방향 축(L)을 가지며, 밸브 본체(6), 상기 밸브 본체(6) 내에 수용되며 축방향으로 이동가능하고, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하고 추가의 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 작동되는 밸브 니들(12), 상기 밸브 니들(12)을 폐쇄 위치로부터 멀리 변위시키게 작동가능하도록 밸브 니들(12)에 기계식으로 커플링되는 전기자(14), 및 적어도 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 포함하고 전기 신호(I1)를 통해 전기자(14)를 자기 구동시키도록(magnetically actuate) 작동가능한 솔레노이드 조립체(30)를 포함한다.
유체 분사장치 작동 방법은, 전기 신호(I1)를 상기 제 1 코일(34)에 인가하여 1차 자기장을 발생시켜 폐쇄 위치로부터 멀리 밸브 니들(12)을 변위시키는 단계, 상기 제 1 코일(34)의 단자들을 가로질러 전압(U1)을 평가하는 단계, 및 상기 전압(U1)을 평가하는 단계 동안 전기자(14)와 솔레노이드 조립체(30) 사이에 위치된 밸브 본체(6)의 일 부분에 자기장을 포화시키도록 추가의 전기 신호에 의해 제 2 코일(36)을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

유체 분사장치 및 유체 분사장치 작동 방법 {FLUID INJECTOR AND METHOD FOR OPERATING A FLUID INJECTOR}
본 발명은, 유체 분사장치에 관한 것이며, 이 유체 분사장치는 길이방향 축, 축방향으로 이동가능하고, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하고 추가의 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 작동되는 밸브 니들, 밸브 니들에 기계식으로 커플링되는 전기자, 및 적어도 제 1 및 제 2 코일을 포함하고 전기 신호를 통해 전기자를 자기 구동시키도록(magnetically actuate) 작동가능한 솔레노이드 조립체를 포함한다. 본 발명은, 또한 유체 분사장치를 작동하는 방법에 관한 것이다.
유체 분사장치들은 광범위하게, 특히 내연 기관들을 위해 사용되고 있으며, 내연기관들에서, 유체 분사장치들은 내연 기관의 흡기 매니폴드 내로 또는 내연 기관의 실린더의 연소실 내로 직접 유체를 투입하기 위해서 배열된다.
원치않는 배기들의 생성의 관점에서 연소 프로세스를 향상시키기 위해서, 각각의 유체 분사장치는 매우 고압들 하에서 유체들을 투입하는데 적합해질 수 있다. 압력들은, 가솔린 엔진의 경우에, 예컨대 200 bar 까지의 범위 그리고 디젤 엔진의 경우에, 2000 bar 까지의 범위 내에 있을 수 있다.
WO 2011/000663 A1은 길이방향 축 및 밸브 니들을 포함하는 유체 분사장치를 개시하며, 밸브 니들은 축방향으로 이동가능하고, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하고 추가의 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 작동 가능하다. 유체 분사장치는 또한 밸브 니들에 기계식으로 커플링되는 전기자, 및 솔레노이드 조립체를 포함하며, 솔레노이드 조립체는 적어도 제 1 코일 및 제 2 코일을 포함하며, 적어도 2 개의 코일들의 하나 이상의 미리 규정된 분류(assortment)에 적용된 전기 신호를 통해 전기자를 자기 구동하도록 작동 가능하다. 이는 유체 분사장치의 현재 작동 상태들, 특히 유체 압력에 대한 유체 분사의 조절을 허용한다. 하나 초과의 코일을 포함하는 미리 정해진 제 1 분류 상에 전기 신호를 적용하는 것은, 전기자에 작용하는 자기력과 솔레노이드 인덕턴스를 증가시키는 데 기여한다. 다른 한편으로, 유체 분사장치 내에서의 유체 압력이 비교적 낮다면, 전기 신호가 제 1 분류보다 적은 코일들을 포함하는 미리 정해진 제 2 분류에 전기 신호가 적용될 수 있다. 이는, 감소된 저항으로 인해 저항전압 강하(ohmic drops)들을 감소시켜 유체 분사장치의 효과적인 작동을 보장하는데 기여한다.
항상 보다 엄격한 요건들로 인해서, 솔레노이드 분사장치는 매우 적은 연료량들을 이송하기 위해 제어가능해야 한다. 특히, 이는 이른바 발리스틱(ballistic) 작동 모드 하에서 솔레노이드 분사장치들을 위해서 사실이다. 분사장치를 제어하기 위해서, 전기자-니들 조립체가 완전 개방 및 완전 폐쇄 위치에 도달할 때, 피드백 전기 신호가 분사장치 전기자의 이동 변화들을 검출하기 위해서 사용된다. 적절한 제어 유닛에 의해 이러한 신호를 평가하는 것은, 최소의 분배가능한(dispensable) 연료 이송량들을 제어하는 것을 가능케 한다. 피드백 전기 신호는, 분사장치 밸브를 개폐하기 위해서 전기자의 자화(magnetization)를 발생시키기 위해서 사용되는 코일의 단자들 사이에서 측정된다.
분사장치 회로로부터 이용가능한 피드백 전기 신호의 양호한 신호 품질을 획득하기 위해서, 분사장치 본체는 전기자 니들 조립체의 폐쇄 위치를 검출하기 위해서 전기 신호 개설을 지지하는 코일의 영역에서 제한부(얇은 밸브 본체 섹션)를 가질 필요가 있다. 이러한 설계는 대략 1 테슬라(Tesla)로 제한된 포화 수준을 갖는 특별히 "좋지 않은(not good)" 자기 강(magnetic steel), 예컨대 415M SS으로 만들어지는 것을 필요로 한다. 단점으로서, 이는 전기 신호 진폭이 감소될 것이라는 효과를 갖는다. 그럼에도 불구하고, 감소된 두께를 갖춘 섹션을 갖는 밸브 본체는 구조적 저항에 관하여 직면하는 모든 요건들을 성취해야 한다. 그러므로, 또한, 밸브 본체의 재료는 더 높은 기계적 응력들을 지탱해야 한다.
개선된 제어 가능성들에 의해 신뢰가능하고 효과적인 유체 주입을 용이하게 하는 유체 분사장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명은 다른 목적은, 특히 작은 유체량들을 위한 주입을 허용하는 유체 분사장치를 작동하는 방법을 명시하는 것이다.
이러한 목적들은 독립항들의 특징들을 갖는 유체 분사장치 및 방법에 의해 획득된다. 유체 분사장치 및 방법의 유리한 실시예들 및 개선예들은 각각의 종속항들에서, 하기 명세서에서 그리고 도면에서, 명시된다.
제 1 양태에 따르면, 분사 장치가 명시된다. 제 2 양태에 따르면, 분사 장치를 작동하는 방법이 명시된다.
상기 유체 분사장치는 길이방향 축을 가지며, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하고 추가의 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 작동되는 밸브 니들을 포함한다. 유체 분사장치는 또한, 밸브 니들에 기계식으로 커플링되는 전기자, 및 적어도 제 1 및 제 2 코일을 포함하고 전기 신호를 통해 전기자를 자기 구동시키도록(magnetically actuate) 작동가능한 솔레노이드 조립체를 포함한다. 전기자는 바람직하게는 밸브 본체에 수용된다.
전기자는, 특히, 밸브 본체에 대해 축방향으로 이동가능하며, 폐쇄 위치로부터 멀리 밸브 니들을 변위시키도록 작동가능하다. 전기자는 밸브 니들에 강성으로(rigidly) 연결될 수 있으며, 즉 밸브 니들에 대해 위치 고정될(positionally fixed) 수 있으며, 또는 전기자 및 밸브 니들이 서로에 대해 축방향으로 변위가능하도록, 전기자 및 밸브 니들은 소정의 축방향 유극(play)에 의해 커플링될 수 있다.
유체 분사장치는 폐쇄 위치를 향해서 밸브 니들을 편향시키도록 작동가능한 캘리브레이션 스프링을 더 포함할 수 있다. 밸브 니들 및 전기자는, 특히 캘리브레이션 스프링에 의해 발생된 스프링력에 의해 폐쇄 위치를 향해 축방향으로 이동될 때 전기자를 취하게 밸브 니들이 작동되도록, 커플링된다.
유체 분사장치는 전기 신호를 제 1 코일에 공급하여 1차 자기장을 발생시켜 폐쇄 위치로부터 멀리 밸브 니들을 변위시키기 위해 전기자를 이동시킨다. 유체 분사장치는, 전기자와 솔레노이드 사이에 놓인 밸브 본체의 일 부분에 자기장을 포화시키도록, 특히, 제 1 코일의 단자들을 가로지르는 전압을 평가하는 동안 밸브 본체에서 일정한 자속을 갖도록 제 2 코일이 제어가능하도록 추가로 구성된다. 전압은 전기 신호를 제어하기 위해 바람직하게 사용되는 피드백 신호를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 폐쇄 위치로부터 멀리 밸브 니들을 변위시키기 위해서 전기자를 이동시키도록 1차 자기장을 발생시키도록, 전기 신호가 제 1 코일에 적용되는 한편, 전기자와 솔레노이드 조립체 사이에 놓인 밸브 본체의 일 부분에 자기장을 포화시키도록, 특히, 제 1 코일의 단자들을 가로지르는 전압을 평가하는 동안 밸브 본체에서 일정한 자속을 갖도록 제 2 코일이 제어되며, 전압은 전기 신호를 제어하기 위해 사용되는 피드백 신호를 나타낸다. 피드백 신호는, 특히 유체 분사장치의 폐쇄 순간(closing transient) 중, 즉 폐쇄 위치로 밸브 니들의 복귀 및 제 1 코일로의 전기 신호의 종료 사이의 시간 주기 내에서 측정된다.
일 실시예에서, 이 방법은 전기 신호를 제 1 코일에 인가하여 1차 자기장을 발생시켜 폐쇄 위치로부터 멀리 밸브 니들을 변위시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 제 1 코일의 단자들을 가로질러 전압을 평가하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은, 상기 전압을 평가하는 단계 동안 전기자와 솔레노이드 조립체 사이에 위치된 밸브 본체의 일 부분에 자기장을 포화시키도록 추가의 전기 신호에 의해 제 2 코일을 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
방법의 일 실시예에서, 상기 전압은, 적어도 상기 전기 신호가 종료되는 시간의 지점과 상기 밸브 니들이 폐쇄 위치에 도달하는 시간의 지점 사이에서 측정된다.
일 실시예에서, 이 방법은 유체 분사장치의 하나의 분사 이벤트 중에 전압을 평가하고 후속 분사 이벤트시에 전기 신호를 제어하기 위한 피드백 신호로서 평가 결과를 사용하는 단계를 더 포함한다.
방법의 일 실시예에서, 상기 제 2 코일을 통해 추가의 전기 신호가 전체적인 전력 소비를 최적화하기 위해서 제 1 코일을 통해 전기 신호와 동위상이다(phased with).
본 발명은, 피드백 전기 신호가 전기자의 속도 변화에 기인하여 유발된 자속 편차(magnetic flux variation)에 비례한다는 아이디어를 사용한다. 따라서, 피드백 신호 상의 전기자 모션 기여(armature motion contribution)를 최대화하기 위해서, 피드백 신호를 측정하는 동안의 밸브 본체의 자속의 편차가 가능한 작은 것이 보장되어야 한다. 이는, 밸브 본체를 통해 통과하는 플럭스의 영향이 존재하지 않음을 보장하는 제 2 코일을 제공함으로써 실현된다. 그 결과, 제 1 코일의 단자들로부터 유도된 피드백 신호는 그의 품질이 개선된다.
유체 분사장치는, 편의상, 밸브 본체에 대해 위치 고정되거나 밸브 본체에 일체로 형성되는 폴 피스(pole piece)를 포함할 수 있다. 폴 피스는 제 1 자기장을 위한 자기 회로의 일부를 만든다. 제 1 코일이 전기 신호에 의해 여자될 때, 전기자가 폴 피스를 향해 당겨질 수 있다(attracted). 유체 분사장치는, 전기자가 유체 분사장치의 완전 개방 구성에서 폴 피스와 맞닿아(abut) 니들이 폐쇄된 위치에 있을 때 전기자로부터 축방향으로 이격되게, 즉 축방향으로 작동하는 갭이 폴 피스와 전기자 사이에 존재할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 방법은 유체 분사장치가 완전 개방 구성에 도달하기 이전에 전기 신호를 종료하는 단계(terminating)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2 코일은 제 1 코일로부터 전기적으로 분리된다. 특히, 제 1 코일 및 제 2 코일은 서로 별개로(separately) 제어될 수 있다. 예컨대, 제 1 코일의 전류가 O(zero)일 때-특히 전기 신호의 종료시-(이른바 최종 클램핑), 제 1 코일의 전압이 0일 때까지 제 2 코일은 연속 전압 단계(즉, 5V)에 의해 활성화된다.
제 2 코일은 감소된 두께를 갖는 밸브 본체의 일 부분과 축방향으로 중첩될 수 있다. 밸브 본체의 이러한 부분은 제 2 코일의 존재에 기인하여 일정하게 유지될 수 있는 자속의 경로의 부분이다. 일 개선예에서, 제 2 코일, 감소된 두께를 가지는 밸브 본체의 부분 및 축방향 작동 갭은 길이 방향으로 서로 중첩한다. 이렇게 함으로써, 피드백 신호의 특히 양호한 신호 품질이 성취될 수 있다.
추가의 실시예에서, 제 2 코일은 제 1 코일과 축방향으로 중첩될 수 있다. 이는 솔레노이드 조립체의 작은 치수들을 보장한다. 특히, 제 2 코일은 제 1 코일의 일 부분과 밸브 본체 사이에 위치될 수 있다. 이러한 배열은 솔레노이드 조립체의 작은 치수를 또한 보장한다. 제 2 코일과 중첩하는 섹션에서, 제 1 코일은, 제 2 코일이 결과로 발생하는 리세스에 위치될 수 있도록 감소된 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 길이 방향으로 제 2 코일에 후속 위치되는 추가 부분의 두께(즉, 특히, 코일의 내경과 외경 사이의 차이)는 제 2 코일과 중첩하는 부분의 두께보다 적어도 2 배 클 수 있다. 일 개선예에서, 제 1 코일은 추가의 부분에서보다 제 2 코일과 축방향으로 중첩하는 부분에서 반경 방향으로 서로 연속하는(succeed) 더 적은 수의 권선들을 갖는다. 예컨대, 추가 부분에서 반경 방향으로 후속하는 권선들의 수는, 제 2 코일과 중첩하는 부분보다 적어도 2 배 크다.
추가의 실시예에 따르면, 제 2 코일은 그의 개방 단부가 밸브 본체를 향해 지향되는 U자 형상 프로파일 내에 위치된다. 환언하면, 프로파일은 길이방향 축 둘레의 U자 형상의 -가상의(imaginary)- 회전(rotation)으로부터 결과로 발생하는 회전체(body of revolution)일 수 있으며, U자 형상의 자유 단부들은 길이방향 축을 향해 면한다. U자 형상에 의해, 프로파일은, 특히 반경 방향 내측 방향으로 개방되고 제 2 코일이 수용될 수 있는 채널을 포함한다. 프로파일은 특히 제 2 코일의 자속의 전용 경로(dedicated path)를 제공하기 위해서 강자성 재료(ferromagnetic material)로 만들어질 수 있다. U자 형상 프로파일은, 제 2 코일의 존재로 인해 일정하게 유지될 수 있는 자속의 경로의 일부이다. 게다가, 프로파일은 제 2 코일의 전도체들을 수납한다.
추가의 유리한 실시예에서, 제 2 코일을 통해 흐르는 전류는 전체적인 전력 소비를 최적화하기 위해서 제 1 코일을 통해 흐르는 전류와 동위상이다. 예컨대, 전기 신호가 제 1 코일에 공급될 때, 제 1 코일에 부가하여 추가 전기 신호로 제 2 코일이 작동될 수 있다. 전기 신호 및 추가 전기 신호는 서로에 대해 위상 변위(phase shift)를 갖는 펄스식 신호들일 수 있다. 제 1 코일의 전류가 0인 경우(이른바, 최종 클램핑), 제 1 코일의 전압이 0이 될 때까지, 제 2 코일은 연속 전압 단계(즉, 5V)로 활성화될 수 있다. 제어 유닛에 의해 제어가 실행될 수 있다.
유체 분사장치 및 방법의 추가의 이점들, 유리한 실시예들 및 개선예들은 개략적인 도면들의 도움으로 하기에 설명된 예시적 실시예들로부터 분명해질 것이다.
도 1은 2 개의 코일들을 갖는 공지된 유체 분사장치를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 솔레노이드를 예시하는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 분사장치의 확대도를 도시한다.
도 3은 분사 이벤트 중 시간에 따라 도 2의 분사장치의 제 1 및 제 2 코일들을 통과하는 전류들 및 제 1 코일의 전압의 다이어그램을 도시한다.
상이한 예시들을 나타내는 동일한 설계 및 기능의 요소들은 동일한 도면 부호로 식별된다.
도 1은 공지의 유체 분사장치의 단면도를 도시한다. 유체 분사장치는 유체, 연료를 내연 기관 내로 투입하는데 특히 적합하다. 이 분사장치는 연료 레일과 같은 유체 저장소에 유체 분사장치를 기계식 및 유압식으로 커플링하도록 설계되는 핏팅 어댑터(fitting adapter; 2)를 포함한다. 유체 분사장치는 길이방향 축(L)을 가지며, 유입관(inlet tube; 4), 밸브 본체(6) 및 하우징(8)을 더 포함한다. 리세스(10)가 밸브 본체(6) 내에 제공되며, 이 밸브 본체는 밸브 니들(12) 그리고 바람직하게는 전기자(14)를 포함한다(take in).
밸브 니들(12)은 전기자(14)에 기계식으로 커플링된다. 도 1에 따른 밸브 니들의 경우에, 전기자(14)는 밸브 니들(12)에 견고하게 커플링되어, 이들은 서로에 대해서 위치 고정된다.
유입관(4)에는 리세스(16)가 제공되고, 이 리세스는 전기자(14)의 중심 개구(18)를 통해 밸브 본체(6)의 리세스(10)와 유압식으로 연통한다. 스프링(20)이 유입관(4)의 리세스(16)에 배열된다. 스프링(20)은 전기자(14)의 중심 개구(18) 내로 연장할 수 있다. 일 실시예에서, 스프링(20)은 전기자(14)의 중심 개구(18)에서 튕김 방지(anti-bounce) 디스크(22)에 의해 형성되는 스프링 시트 상에 놓인다. 이렇게 하여, 스프링(20)은 밸브 니들(12)에 기계식으로 커플링된다. 조절 관(24)이 유입관(4)의 리세스(16) 내에 제공된다. 조절관(24)은 스프링(20)을 위한 추가 시트를 형성하며, 소망하는 방식으로 스프링(20)에 예비 부하를 부여하기 위해서(preload), (유체 분사장치의 제조 프로세스 중 축방향으로) 이동할 수 있다.
유체 분사장치의 폐쇄 위치에서, 밸브 니들(12)은 시트(26) 상에 밀봉식으로 놓여지며, 이렇게 하여 하나 이상의 분사 노즐(28)을 통해 유체 유동을 방지한다. 분사 노즐(28)은, 예컨대, 분사 구멍일 수 있지만, 또한 유체 투입을 위해 적절한 임의의 다른 유형일 수 있다. 시트(26)는 밸브 본체(6)와 일 부품으로서 만들어질 수 있거나, 또한 밸브 본체(6)에 고정된 별개의 부품으로서 만들어질 수 있다. 밸브 니들(12)이 스프링(20)의 편향에 대항하여 축방향(L)으로 폐쇄하는(closing) 위치로부터 추가의(further) 위치들에서 멀리 이격될 때, 유체 분사가 허용된다. 전기자(14)가 본 경우에, 유입관(4)의 하류 단부에 의해 나타나는 폴 피스(15)에 접할 때, 유체 분사장치는 완전 개방 구성이다. 밸브 니들이 폐쇄된(closed) 위치에 있을 때, 전기자(14)는 길이 방향(L)으로 폴 피스(15)로부터, 즉 본 경우에 유입관(4)으로부터 이격된다. 이렇게 하여, 축방향 작동 간극(working gap)이 전기자(14)와 폴 피스(15) 사이에 규정된다.
유체 분사장치는 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 갖는 솔레노이드 조립체(30)를 포함한다. 제 1 및 제 2 코일(34, 36)들은 바람직하게는 오버몰딩된다(overmolded). 솔레노이드 조립체(30)는 2 개 초과의 코일들을 포함할 수 있다.
유체 입구(37)가 유입관(4)의 상부 단부에서 리세스(16)에 수용되는 핏팅 어댑터(2)에 제공된다. 유체 입구(37)는 필터(38)와 연통하며, 이 필터를 통해서, 유체는 유입관(4)의 리세스(16)로부터 밸브 본체(6)의 리세스(10)까지 그의 경로를 통과해야 한다.
필터(38)는 조절관(24)에 통합될 수 있다. 조절관(24)은, 유체가 분사 노즐(28)을 향해 조절관(24)을 통해 유동할 수 있도록 설계된다. 튕김 방지 디스크(22)에는 적절한 리세스가 제공되며, 이 리세스는 전기자(14)의 중심 개구와 유압식으로 연통한다. 조절관(24)에는 유체 유동을 완충시키는 댐퍼(damper, 40)가 제공된다. 댐퍼(40)는 하나 이상의 오리피스(orifice)를 포함하며, 유체 분사장치의 유체 입구(37)로부터 하나 이상의 분사 노즐(28)까지 유체가 유동할 때, 유체는 이 오리피스를 통해서 유동해야 한다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 유체 분사장치의 일 부분의 단면도를 도시한다. 유체 분사장치는, 일반적으로 도 1의 유체 분사장치에 해당한다.
도 1의 유체 분사장치에 반해, 본 실시예에 따른 유체 분사장치의 전기자(14)는 밸브 니들(12)에 대해 축방향으로 변위가능하다. 밸브 니들(12)은 상류 단부에 칼라(collar; 13)를 가지며, 이 칼라는 시트(26)로부터 멀리 축방향으로 밸브 니들(12)에 대해 전기자(14)의 상대적인 축방향 변위를 제한한다. 이렇게 하여, 전기자(14)는, 전기자가 시트(26)로부터 멀리 이동할 때 이와 함께 밸브 니들(12)을 취하도록 작동한다. 본 실시예에서 스프링(20)은 도 1에서와 같이 전기자(14)와 맞물림하는 것이 아니라 밸브 니들(12)의 칼라(13) 상에 놓인다. 칼라(13)는 길이 방향으로 밸브 니들(12)을 안내하는 폴 피스(15)의 중심 보어(bore)에 수용된다.
게다가, 도 1의 유체 분사장치에 반해, 밸브 본체(6)는 감소된 두께를 갖는 선택적 섹션(41)을 포함한다. 이 섹션(41)은 전기자(14)와 폴 피스(15) 사이의 축방향 작동 간극을 축방향으로 중첩한다.
제 1 및 제 2 코일(34, 36)로 구성된 솔레노이드 조립체(30)는 섹션(41)의 범위 내에서 밸브 본체(6)를 둘러싼다. 보다 상세하게는, 제 2 코일(36)이 섹션(41)에 인접하게 배열되며, 적어도 부분적으로 이와 함께 축방향으로 중첩한다. 제 2 코일(36)은 SAE 분류에서 강등급 430 또는 415을 갖는 스테인리스강과 같은 강자성 재료(ferromagnetic material)로부터 제작된 U자형 제 1 프로파일(42) 내에 위치된다. 제 2 코일(36)의 도전체들은, U자형 제 2 프로파일을 가지며 특히, U자형 제 1 프로파일(42)에 배열된 내부 하우징의 재료로 만들어지는 보빈(43) 내에 배열된다. 보빈(43)의 저부측, 즉 길이방향 축(L)을 향해 마주하는 표면은, 보빈(43)과 밸브 본체(6) 사이에 반경 방향 갭이 존재하도록 섹션(41)에 인접한다.
제 2 코일(36)은 제 1 코일(34)에 축방향으로 중복하며, 단차형(stepped) 단면을 갖는 제 1 코일(34)의 단차형 리세스(44)에 위치된다. 시트(26)를 향해 길이방향(L)으로 제 2 코일(36)을 선행하는 부분에서, 제 1 코일(34)은 보다 작은 내경을 가지며, 제 2 코일(36)에 축방향으로 중복하는 부분에서 보다 반경 방향으로 후속하는 권선(winding)들을 갖는다.
유체 분사장치는 이른바 발리스틱 작동 모드(ballistic operation mode)로 작동되도록 구성된다. 발리스틱 작동 모드에서, 솔레노이드 조립체(30)는 전기자가 폴 피스(15)에 접촉하게 되기 이전에 비여자(de-energized)될 수 있다.
분사장치를 제어하기 위해서, 전기자(14)가 폴 피스(15)에 부딪치는 경우, 그리고/또는 밸브 니들(12)이 시트(26)에 부딪치는 경우 전기자(14)의 속도 변화를 검출하기 위해 전기 피드백 신호가 사용된다. 적절한 제어 유닛에 의해 이러한 신호를 평가하는 것은 매우 작거나 또는 최소의 이송량들을 획득하는 것을 가능케 한다. 전기 피드백 신호는, 분사장치 밸브를 개방하기 위해서 전기자(14)를 이동시키도록 제 1 자기장을 발생시키는데 사용되는 제 1 코일(34)의 단자들(terminals)(도시생략) 사이에서 측정된다.
도 3은, 유체 분사장치를 작동시키는 방법의 예시적 실시예에 따른 시간(t)에 따라, 제 1 코일(34)에 공급된 전기 신호(I1), 제 2 코일(36)에 공급된 추가의 전기 신호(I2) 및 제 1 코일(34)에서 유도된 전압(U1)을 도시한다.
예시적 실시예에 따른 방법에서, 전기 신호(I1)는 시간(t)의 지점(T1)에서 시작하는 제 1 코일(34)에 인가되어, 시트(26)로부터 멀리 축방향(L)으로 전기자(14)를 이동시키기 위해 1차 자기장(primary magnetic field)을 발생시킨다(도 3의 상부 부분 참조). 전기자는 밸브 니들(12)에 대한 그의 기계적 커플링에 의해서, 축방향(L)으로 이와 함께 밸브 니들(12)을 취한다. 이렇게 하여, 밸브 니들(12)은 폐쇄 위치로부터 멀리 변위된다. 이에 따라, 밸브 니들(12)은 시트(26)와의 접촉으로부터 벗어나게 되어, 유체 분사장치가 밀봉해제되고 유체가 분사 노즐(28)을 통해 분배된다.
유체 분사장치가 그의 완전 개방 구성에 도달하기 이전에, 즉, 전기자(14)가 폴 피스(15)에 부딪치기 이전에, 전기 신호(I1)가 종료하도록 제어될 수 있다.
제 1 코일(34)이 시간(t)의 지점(T2)에서 전기 신호(I1)를 종료함으로써 비여자되는 경우에, 밸브 니들(12)이 시트(26)에 부딪힐 때까지, 즉, 밸브 니들(12)이 폐쇄 위치에 도달할 때까지, 스프링(20)은 축방향(L)으로 시트(26)를 향해 밸브 니들(12)이 역으로 이동하도록 강제한다. 전기자(14)와의 기계적 커플링에 의해, 밸브 니들(12)은 분사 노즐(28)을 재밀봉하기 위한 폐쇄 위치를 향해 이동하는 경우에, 그와 함께 전기자(14)를 취한다. 제 1 코일(34)에 대한 전기자(14)의 이동에 의해, 제 1 코일(34)에서 전압(U1)이 유도된다(도 3의 하부 부분 참조).
전기자(14)는 밸브 니들(12)에 고정식으로 커플링되거나, 밸브 니들(12)에 대한 전기자(14)의 축방향 변위가 밸브 니들(12)에 대한 전기자(14)의 기계적 커플링에 의해 제한된다. 이에 따라, 전기자(14)의 속도는, 밸브 니들(12)이 시간(t)의 지점(TC)에서 시트(26)에 부딪치는 경우에 변한다. 전기자(14)의 속도 변화는 제 1 코일(34)에서 유도되는 전압(U1)을 변화시킨다.
방법의 일 실시예에서, 밸브 니들(12)이 시트(26)에 부딪치는 경우, 제 1 코일(34)에서 유도된 전압(U1)이 시간의 지점을 검출하도록 측정 및 평가된다. 유도 전압(U1)의 평가는, 특히, 밸브 니들(12)이 시트(26)에 부딪치는 경우 전기자(14)의 속도 변화에 의해 야기되는 전압 변화를 판정하는 것을 포함한다.
이 방법은, 제 1 코일의 단자들을 가로질러 유도 전압(U1)을 평가하는 동안, 밸브 본체(6)에서 일정한 자속(magnetic flux)을 갖도록 전기자(14)와 솔레노이드 조립체(30) 사이에 위치된 밸브 본체(6)의 일 부분에서 자기장을 포화시키기 위해서 추가의 전기 신호(I2)(도 3의 중간 부분 참조)를 갖는 제 2 코일(36)을 제어하는 단계를 더 포함한다. 이에 의해, 전기자(14)에 의해 유도된 전압과 간섭할 수 있는 시간에 걸쳐 플럭스 변화를 각각 회피하고 최소화하기 위해, 섹션(41)을 통해 경로가 포화된다. 그 결과, 전기자 모션에 기인하여 제 1 코일을 가로질러 유도된 전압 신호(피드백 신호를 나타냄)의 양호한 품질이 측정될 수 있다. 이는, 피드백 신호를 통해 분사장치 발리스틱 작동에 대해 보다 양호한 지지를 제공한다.
본 방법의 하나의 개선예에서, 제 1 코일(34)이 비여자될 때 제 2 코일(36)은 여자된다(도 3 참조). 본 방법의 다른 개선예에서, 제 2 코일(36)은 제 1 코일(34)이 비여자되기 이전에 이미 여자되어 있다.

Claims (13)

  1. 유체 분사장치 작동 방법으로서,
    상기 유체 분사장치는 길이방향 축(L)을 가지며,
    밸브 본체(6),
    상기 밸브 본체(6) 내에 수용되며 축방향으로 이동가능하고, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하고 추가의 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 작동되는 밸브 니들(12),
    상기 밸브 니들(12)을 폐쇄 위치로부터 멀리 변위시키게 작동가능하도록 밸브 니들(12)에 기계식으로 커플링되는 전기자(14), 및
    적어도 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 포함하고 전기 신호(I1)를 통해 전기자(14)를 자기 구동시키도록(magnetically actuate) 작동가능한 솔레노이드 조립체(30)를 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 전기 신호(I1)를 상기 제 1 코일(34)에 인가하여 1차 자기장을 발생시켜 폐쇄 위치로부터 멀리 밸브 니들(12)을 변위시키기 위해 전기자(14)를 이동시키는 단계,
    상기 제 1 코일(34)의 단자들을 가로질러 전압(U1)을 평가하는 단계,
    상기 전압(U1)을 평가하는 단계 동안 전기자(14)와 솔레노이드 조립체(30) 사이에 위치된 밸브 본체(6)의 일 부분에 자기장을 포화시키도록 추가의 전기 신호에 의해 제 2 코일(36)을 제어하는 단계를 포함하는,
    유체 분사장치 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압(U1)은, 적어도 상기 전기 신호가 종료되는 시간의 지점(T2)과 상기 밸브 니들(12)이 폐쇄 위치에 도달하는 시간의 지점(TC) 사이에서 측정되는,
    유체 분사장치 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유체 분사장치의 하나의 분사 이벤트 중에 전압(U1)을 평가하고 후속 분사 이벤트시에 전기 신호(I1)를 제어하기 위한 피드백 신호로서 평가 결과를 사용하는 단계를 더 포함하는,
    유체 분사장치 작동 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 코일(36)을 통해 추가의 전기 신호(I2)가 전체적인 전력 소비를 최적화하기 위해서 제 1 코일(34)을 통해 전기 신호(I1)와 동위상인(phased with),
    유체 분사장치 작동 방법.
  5. 길이방향 축(L)을 갖는 유체 분사장치로서,
    밸브 본체(6),
    상기 밸브 본체(6) 내에 수용되며 축방향으로 이동가능하고, 폐쇄 위치에서 유체 분사를 방지하고 추가의 위치들에서 유체 분사를 허용하도록 작동되는 밸브 니들(12),
    상기 밸브 니들(12)을 폐쇄 위치로부터 멀리 변위시키게 작동가능하도록 밸브 니들(12)에 기계식으로 커플링되는 전기자(14), 및
    적어도 제 1 및 제 2 코일(34, 36)을 포함하고 전기 신호(I1)를 통해 전기자(14)를 자기 구동시키도록(magnetically actuate) 작동가능한 솔레노이드 조립체(30)를 포함하며,
    상기 유체 분사장치는,
    상기 전기 신호(I1)를 상기 제 1 코일(34)에 공급하여 1차 자기장을 발생시켜 밸브 니들(12)을 폐쇄 위치로부터 멀리 변위시키도록 전기자(14)를 이동시키기 위해,
    제 1 코일(34)의 단자들을 가로질러 전압(U1)을 평가하는 동안 밸브 본체(6)에서 일정한 자속을 갖도록 전기자(14)와 솔레노이드 조립체(30) 사이에 위치된 밸브 본체(6)의 일 부분에 자기장을 포화시키도록 제 2 코일(36)을 제어하기 위해,
    구성되는,
    유체 분사장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 폐쇄 위치를 향해서 밸브 니들(12)을 편향시키는 캘리브레이션 스프링(20)을 더 포함하며,
    상기 유체 분사장치는 제 2 코일(36)에 추가의 전기 신호(I2)를 공급하도록 구성되는 한편, 제 1 코일(34)은 비여자되고, 밸브 니들(12)은 캘리브레이션 스프링(20)에 의해 발생된 스프링력에 의해 폐쇄 위치를 향해서 이동되는,
    유체 분사장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 코일(36)은 제 1 코일(34)로부터 전기적으로 분리되는,
    유체 분사장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 코일(34) 및 제 2 코일(36)은 서로 별개로(separately) 제어가능한,
    유체 분사장치.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 코일(36)은 감소된 두께를 갖는 밸브 본체(6)의 일부를 축방향으로 중첩하는,
    유체 분사장치.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 코일(36)은 제 1 코일(34)을 축방향으로 중첩하는,
    유체 분사장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 코일(36)은 제 1 코일(34)의 일부와 밸브 본체(6) 사이에 위치되는,
    유체 분사장치.
  12. 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 코일(36)은 U자형 프로파일 내에 위치되며, 그의 개방 단부는 밸브 본체(6)를 향해 지향된,
    유체 분사장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로파일은 상자성 재료로부터 만들어지는,
    유체 분사장치.
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