KR20170054506A

KR20170054506A - 유체 분사용 인젝터

Info

Publication number: KR20170054506A
Application number: KR1020177010145A
Authority: KR
Inventors: 루이지 마르치; 필립보 팔라스키; 이바노 이쪼
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2017-05-17
Also published as: CN106795843A; CN106795843B; KR101949061B1; EP3009658A1; US20170218901A1; WO2016058772A1; EP3009658B1; US10330062B2

Abstract

본 발명은, 유체를 분사하기 위한 인젝터(1)로서, 상기 인젝터는, 밸브 몸체(5)와 밸브 니들(7)을 포함하는 밸브 조립체(3)로서, 상기 밸브 니들(7)은 전기자 리테이너(15)를 구비하고, 유체의 분사를 방지하거나 유체의 분사를 수행하도록 동작가능한, 상기 밸브 조립체(3), 및 상기 밸브 니들(7)의 위치에 영향을 미치는 힘을 인가하는 동작가능하고 극편(21)과 전기자(23)를 구비하는 전자기 액추에이터 조립체(19)를 포함하는, 상기 인젝터(1)에 관한 것이다. 상기 극편(21)은 상기 밸브 몸체(5)에 위치 고정된다. 상기 전기자(23)는 상기 극편(21)에 대해 축방향으로 변위되고 상기 극편(21)을 향해 변위될 때 상기 전기자 리테이너(15)를 따라갈 수 있도록 동작가능하다. 전기자 리테이너 조임 표면(17)과 극편 조임 표면(25)에 의해 유체 채널이 형성된다. 상기 밸브 니들(7)이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 유체 채널의 유압 직경은, 상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 밸브 니들(7)이 최대 변위에 있을 때의 유압 직경에 비해 적어도 2배 더 크다.

Description

유체 분사용 인젝터{INJECTOR FOR INJECTING FLUID}

본 발명은 유체를 분사하기 위한 인젝터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내연 엔진 내로 연료를 분사하기 위한 인젝터에 관한 것이다.

분사 밸브는 특히 내연 엔진의 흡기 매니폴드 내로 또는 직접 내연 엔진의 실린더의 연소 챔버 내로 유체를 정량 분배(dose)하기 위해 배치될 수 있는 내연 엔진용으로 널리 사용되고 있다.

분사 밸브는 다양한 연소 엔진의 다양한 요구를 충족시키기 위해 다양한 형태로 제조된다. 따라서, 예를 들어, 유체가 분배되는 방식을 담당하는 분사 밸브의 길이, 직경 및 다양한 부재들은 폭넓은 범위에서 변할 수 있다. 이에 더하여, 분사 밸브는 예를 들어 전자기 액추에이터일 수 있는 분사 밸브의 밸브 니들을 작동시키기 위한 액추에이터를 수용할 수 있다.

원치 않는 방출물을 감소시키는 것과 관련하여 연소 공정을 향상시키기 위해, 각 분사 밸브는 매우 높은 압력 하에 유체를 분배하는데 적합할 수 있다. 이 압력은 가솔린 엔진의 경우, 예를 들어 최대 500 바(bar)의 범위일 수 있고, 디젤 엔진의 경우 최대 3500 바 범위일 수 있다.

본 발명의 하나의 목적은 분사되는 유체의 양의 제어하는 가능성에 기여하고 인젝터의 동작을 효율적으로 수행하는, 유체를 분사하기 위한 인젝터를 생성하는 것이다.

본 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 추가적인 실시예는 종속 청구항에 제시된다.

본 발명의 일 양태에 따라, 유체 분사용 인젝터는 밸브 몸체와 밸브 니들을 갖는 밸브 조립체를 포함한다. 상기 밸브 몸체는 길이방향 축을 가지고, 밸브 안착부와 공동(cavity)을 포함한다. 상기 밸브 니들은 특히 중공이 아니고 중실이다.

또한, 상기 밸브 니들은 상기 밸브 니들에 고정된 방식으로 결합된 전기자 리테이너(armature retainer)를 포함한다. 또한, 상기 전기자 리테이너는 전기자 리테이너 조임 표면(constriction surface)을 포함한다.

상기 공동은 상기 밸브 니들을 수용하도록 동작가능하다. 상기 공동과 상기 밸브 니들은 상기 밸브 니들이 상기 밸브 안착부에 안착되는, 상기 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 유체가 상기 공동으로부터 상기 인젝터의 외부로 분사되는 것을 방지하도록 동작가능하다. 더욱이, 상기 공동과 상기 밸브 니들은 상기 밸브 니들이 상기 폐쇄 위치로부터 이격될 때 유체의 분사를 수행하도록 동작가능하다.

상기 인젝터는 상기 밸브 니들의 위치에 영향을 미치는 힘을 가하도록 동작가능한 전자기 액추에이터 조립체를 더 포함한다. 상기 전자기 액추에이터 조립체는 극편(pole piece)과 전기자를 포함한다. 상기 극편은 상기 공동 내에 수용되고, 상기 밸브 몸체에 위치 고정된다. 상기 극편은 상기 전기자 쪽을 향하는 극편 조임 표면을 포함한다.

상기 전기자는 상기 공동 내에 수용되고, 상기 극편에 대해 축방향으로 변위되도록 동작가능하다. 상기 전기자는 상기 극편 쪽으로 변위될 때 상기 전기자 리테이너를 따라가도록 동작가능하다.

특히, 적어도 상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 최대 변위로부터 제한 변위(restriction displacement)까지 상기 밸브 니들의 축방향 변위의 범위에서 상기 전기자 리테이너 조임 표면과 상기 극편 조임 표면 사이에 유압적으로 효과적인 제한부가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 유압적으로 효과적인 제한부는 특히 상기 밸브 니들에 가해지는 제1 댐핑력(damping force)에 영향을 미친다. 이와 관련하여, "제한 변위"는 특히 상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 최대 변위에 대응하는 상기 축방향 위치와 상기 폐쇄 위치 사이의 상기 밸브 니들의 축방향 위치이다.

다시 말해, 유체 채널은 상기 전기자 리테이너의 표면(이는 전기자 리테이너 조임 표면이라고 함)과 상기 극편의 표면(이는 극편 조임 표면이라고 함)에 의해 형성된다. 상기 유체 채널은 갭이라고도 불리울 수 있다. 상기 유압적으로 효과적인 제한부는 특히 상기 유체 채널에 의해 표현된다. 바람직한 실시예에서, 상기 밸브 몸체의 유체 입구 단부에서 상기 공동에 들어가고 상기 밸브 안착부가 위치된 상기 밸브 몸체의 유체 출구 단부로 흐르는 유체는 상기 유체 채널을 통과해야 한다.

상기 유체 채널의 유압 직경(hydraulic diameter)은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 밸브 니들이 축방향으로 변위되는 양에 의존한다. 구체적으로, 상기 유압 직경은 상기 폐쇄 위치로부터 상기 밸브 니들의 변위가 증가함에 따라 감소한다. 예를 들어, 상기 밸브 니들이 상기 폐쇄 위치에 있을 때의 상기 유체 채널의 유압 직경은 상기 밸브 니들이 상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 최대 변위에 있을 때의 상기 유압 직경에 비해 적어도 2배 더 크다 - 일 실시예에서 적어도 3배 또는 4배 더 크다 -. 상기 유체 채널 내에 있는 유체의 유압력(hydraulic force)에 대항하여 상기 전기자 리테이너가 이동하는 것에 의해 상기 유압 직경이 감소하는 것에 의해 제1 댐핑력이 생성될 수 있다.

유리하게는, 상기 밸브 니들의 속도는 분사되는 유체의 양이 적절하게 영향을 받도록 상기 제1 댐핑력에 의해 감소된다. 특히, 상기 제1 댐핑력은 상기 인젝터의 개방 단계(opening phase)의 탄도 단계(ballistic phase)에서 상기 인젝터의 제어 가능성에 기여한다. 특히, 주어진 시간 창 내에서 분사되는 유체의 양의 변동이 낮게 유지된다. 다시 말해, 이것은 분사되는 유체의 양의 제어 가능성에 기여한다.

상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 밸브 니들의 제한 변위는 0보다 클 수 있다; 예를 들어 이 제한 변위는 최대 변위의 1/3 이상의 값을 가진다. 또한, 상기 유압적으로 효과적인 제한부가 형성되는 범위는 0보다 클 수 있다; 예를 들어, 이 범위는 상기 최대 변위의 15% 이상, 특히 30% 이상의 값을 갖는다. 특히, 상기 제한 변위, 각각 이 범위는 상기 밸브 니들에 원하는 댐핑력을 인가할 수 있도록 크기 정해진다. 특히, 이 범위는 상기 밸브 니들의 속도가 상기 인젝터의 개방 단계의 제1 부분에서 실질적으로 영향을 받지 않아서, 상기 인젝터의 동작을 효율적으로 수행하도록 크기 정해진다.

일 실시예에서, 상기 전기자 리테이너 조임 표면과 상기 극편 조임 표면은 적어도 상기 밸브 니들이 상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 최대 변위로부터 상기 조임 변위로 가는 범위에서 축방향으로 변위될 때 상기 극편과 상기 전기자 리테이너 사이에 최소 거리를 포함한다. 특히, 상기 밸브 니들이 상기 최대 변위 및/또는 상기 제한 변위로 축방향으로 변위될 때, 상기 전기자 리테이너 조임 표면과 상기 극편 조임 표면은 상기 극편과 상기 전기자 리테이너 사이에 최소 거리를 포함할 수 있다.

특히, 상기 밸브 니들이 상기 전기자가 상기 극편에 접하는 개방 위치에 있을 때 상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 상기 밸브 니들이 최대 변위에 도달될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 전기자 리테이너 조임 표면은 제1 경사진 형상을 갖는다. 추가적인 실시예에 따라, 상기 극편 조임 표면은 제2 경사진 형상을 갖는다. 상기 제1 경사진 형상 및/또는 제2 경사진 형상은 원추형, 특히 절두된 원추형일 수 있다. 상기 제2 경사진 형상은 상기 제1 경사진 형상으로 동일하게 경사져 있을 수 있고; 이 경우, 상기 유체 채널의 폭, 즉 두 조임 표면들 사이의 거리는 특히 상기 유체 채널을 통한 상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 유체 채널 내 위치에 독립적이다. 특히, 상기 제1 경사진 형상을 갖는 상기 전기자 리테이너 조임 표면과, 상기 제2 경사진 형상을 갖는 상기 극편 조임 표면은 상기 유압적으로 효과적인 제한부를 적절히 형성할 수 있도록 서로를 향한다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자 리테이너 조임 표면은 제1 곡률을 갖는다. 유리하게는, 상기 제1 곡률은 특히 상기 밸브 니들이 기울어져 있을 때 상기 전기자 리테이너가 막히는 것을 방지하는데 기여한다. 특히, 상기 전기자 리테이너는 적어도 상기 전기자 리테이너 조임 표면에서 볼록하게 구성된다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 극편 조임 표면은 제2 곡률을 갖는다. 유리하게는, 상기 제2 곡률은 특히 상기 밸브 니들이 기울어져 있을 때 상기 전기자 리테이너가 막히는 것을 방지하는데 기여한다. 특히, 상기 극편은 적어도 상기 극편 조임 표면에서 오목하게 구성된다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 제2 곡률은 상기 제1 곡률보다 작거나 같다. 이것은 상기 전기자 리테이너의 작은 구획(small section)만으로 유압적으로 효과적인 제한부를 구현 가능하여, 특히 상기 밸브 니들이 기울어져 있을 경우 상기 인젝터의 동작을 신뢰성 있게 수행하는데 기여한다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 밸브 니들에 가해지는 제1 댐핑력은 상기 밸브 니들의 위치에 의존한다. 유리하게는, 이것은, 특히 상기 밸브 니들의 최대 변위와 상기 제한 변위 사이의 범위 내에서, 분사되는 유체의 양을 적절히 제어가능하면서도, 상기 인젝터의 개방 단계의 제1 순간에 상기 밸브 니들이 실질적으로 영향을 받지 않도록 상기 밸브 니들의 속도를 신뢰성 있게 감소시켜서, 상기 인젝터의 동작을 효율적으로 수행하는데 기여한다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자 리테이너는 전기자 리테이너 가이드 표면을 포함한다. 또한, 상기 극편은 극편 가이드 표면을 포함한다. 상기 밸브 니들이 축방향으로 변위될 때 상기 전기자 리테이너는 상기 전기자 리테이너 가이드 표면이 상기 극편 가이드 표면을 따라 미끄러지면서 상기 밸브 니들을 축방향으로 가이드하도록 동작가능하다. 다시 말해, 상기 전기자 리테이너는 측면 표면(이는 전기자 리테이너 가이드 표면이라고 함)을 구비하고, 상기 극편은 측면(이는 극편 가이드 표면이라고 함)을 구비하며, 이들 측면 표면은 상기 밸브 니들을 축방향으로 가이드하기 위해 미끄럼 접촉한다. 유리하게는, 상기 밸브 니들의 축방향 가이드는 상기 밸브 니들이 기울어지는 것을 방지하는데 기여하여, 상기 인젝터의 동작을 효율적이게 한다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자 리테이너 가이드 표면은 상기 밸브 니들에 대해 볼록하게 만곡되어 있다. 상기 전기자 리테이너 가이드 표면의 볼록한 곡률은, 특히 상기 밸브 니들이 기울어져 있을 때 상기 전기자 리테이너가 막히는 것을 방지하는데 기여한다. 따라서 상기 인젝터의 동작을 효율적이게 한다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자 리테이너 가이드 표면은 실질적으로 구면으로 형성되고, 즉 구면의 기본 형상을 갖는다. 유리하게는, 상기 전기자 리테이너 가이드 표면의 구면 곡률은, 특히 상기 밸브 니들이 기울어져 있을 때 상기 전기자 리테이너가 막히는 것을 확실히 방지하는데에 기여하여, 상기 인젝터의 동작을 효율적이게 한다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자 리테이너 가이드 표면은 상기 공동을 통해 축방향으로 유체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 축방향 채널을 포함한다. 이것은 상기 밸브 니들의 가이드를 신뢰성 있게 수행하면서도 상기 인젝터의 동작을 효율적으로 수행하는 장점을 갖는다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자는 상기 밸브 니들에 대해 축방향으로 이동가능하다. 유리하게는, 특히 상기 전기자가 상기 극편에 인접할 때 또는 상기 밸브 니들이 상기 밸브 안착부와 접촉할 때, 상기 밸브 니들이 축방향으로 이동하는 것은 상기 전기자가 축방향으로 이동하는 것과 분리될 수 있다. 이것은 예를 들어 상기 전기자가 원치 않게 되튀는(bouncing) 것이 상기 밸브 니들로 전달되는 것을 방지하여 상기 인젝터의 동작을 효율적이게 하는데 기여한다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자 리테이너는 상기 전기자가 상기 밸브 니들에 대해 축방향으로 변위되는 것을 제한하기 위해 전기자 리테이너 제한 표면을 포함한다. 상기 전기자 리테이너 제한 표면은, 상기 전기자를 향하고 상기 밸브 니들로부터 멀어지는 측방향으로 연장되는 상기 전기자 리테이너의 표면이다. 추가적인 실시예에 따라, 상기 전기자는 상기 전기자 리테이너 제한 표면을 향하는 전기자 충돌 영역을 포함한다. 상기 전기자 리테이너 제한 표면은 상기 전기자 충돌 영역과 결합하도록 동작가능하다. 다시 말해, 상기 전기자 리테이너는 특히, 상기 전기자의 표면 부분(이는 전기자 충돌 영역이라고 함)과 상기 전기자 리테이너 제한 표면 사이에 형상 맞춤 결합(form-fit engagement)에 의해 상기 밸브 니들에 대해 상기 전기자가 축방향으로 변위되는 것을 제한하도록 동작가능하다.

특히, 상기 전기자 리테이너 제한 표면에 의해, 상기 전기자가 상기 밸브 니들에 신뢰성 있게 힘을 전달할 수 있다. 특히, 상기 전기자가 상기 밸브 니들에 대해 축방향으로 이동가능한 경우에, 상기 전기자가 상기 극편을 향해 축방향으로 변위될 때, 상기 전기자 리테이너 제한 표면에 의해, 상기 밸브 니들은 상기 전기자와 결합하고 상기 전기자와 함께 따라갈 수 있다. 상기 인젝터가 디스크 부재를 더 포함하는 경우, 상기 디스크 부재는, 상기 전기자가 상기 밸브 니들에 대해 상기 극편으로부터 멀어지는 축방향으로 변위되는 것을 제한하기 위해 상기 밸브 니들에 고정된 방식으로 결합되고, 상기 전기자는 상기 전기자 리테이너 제한 표면과 상기 디스크 부재 사이에 축방향 유격을 갖도록, 상기 전기자는 상기 디스크 부재와 상기 전기자 리테이너 제한 표면에 의해 상기 밸브 니들에 결합될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 밸브 니들로부터 멀어지는 방향으로 상기 전기자 리테이너 제한 표면의 측방향 연장부(lateral extension)는 상기 전기자와 상기 전기자 리테이너 사이에 상대적인 움직임이 댐핑되도록 하기 위해 구성된다.

유리하게는, 상기 전기자 리테이너 제한 표면은, 특히 상기 전기자가 상기 극편에 인접할 때 상기 밸브 니들이 되튀는 것을 방지하는데 기여한다. 이것은 상기 인젝터의 동작을 효율적이게 하는데 기여한다.

예를 들어, 상기 전기자 충돌 영역과 상기 전기자 리테이너 제한 표면은 평행할 수 있다. 특히, 상기 밸브 니들로부터 멀어지는 방향으로 상기 전기자 충돌 영역의 측방향 연장부는 상기 전기자와 상기 전기자 리테이너 사이에 상대적인 움직임이 댐핑되도록 하기 위해 구성된다. 이 때문에, 상기 전기자 충돌 영역의 측방향 연장부는 상기 전기자 리테이너 제한 표면의 측방향 연장부보다 더 크거나 동일할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전기자 리테이너 제한 표면과 상기 전기자 리테이너 조임 표면은 상기 전기자 리테이너의 스토퍼 부분과 상기 스토퍼 부분의 반대쪽 축방향 측면에 포함된다. 상기 전기자 리테이너 제한 표면과 상기 전기자 리테이너 조임 표면은 바람직하게는 상기 스토퍼 부분이 방사방향 외측으로 테이퍼(taper)지는 방식으로 서로 경사지거나 만곡된다.

일 개량에서, 상기 전기자 리테이너는 상기 전기자 리테이너 가이드 표면을 그 외부 표면으로 포함하거나 또는 그 외부 표면의 일부분으로 포함하는 가이드 부분을 더 갖는다. 상기 가이드 부분은, 상기 전기자로부터 멀리 떨어져 있는 상기 스토퍼 부분의 축방향 측면에 유리하게 배치되고 특히 상기 스토퍼 부분과 병합(merge)될 수 있다. 상기 전기자 리테이너는 상기 가이드 부분과 상기 스토퍼 부분이 병합되는 구역에 조임부(constriction)를 갖는 것이 바람직하다.

유리한 개량에서, 상기 스토퍼 부분 - 및 그리하여 바람직하게는 상기 스토퍼 부분의 외부 윤곽에 방사방향으로 연장되는 특히 상기 전기자 리테이너 제한 표면과 상기 전기자 리테이너 조임 표면 - 은 상기 가이드 부분을 넘어 방사방향으로 돌출한다.

바람직하게는, 상기 스토퍼 부분의 최대 반경 크기는 상기 가이드 부분의 최대 반경 크기보다 적어도 2배이다. 이러한 크기는 상기 전기자와 상기 전기자 리테이너 사이에 상대적인 움직임을 효율적으로 댐핑시키는데 특히 유리하다.

추가적인 실시예에 따라, 상기 인젝터는 상기 전기자 리테이너로부터 멀어지는 축 방향으로 상기 전기자를 편향시키도록 동작가능한 복귀 스프링을 포함한다. 예를 들어, 상기 전기자 복귀 스프링은 상기 전기자 리테이너와 상기 전기자에 미리 압축된 방식으로 안착된다.

유리하게는, 상기 전기자가 상기 전기자 리테이너와 접촉할 때 상기 밸브 니들로 큰 충격을 전달하는 것이 가능하다. 이것에 의해 또한 단지 제한된 액추에이터 출력만으로도 큰 유압 부하에 대항하여 상기 밸브 니들을 개방시킬 수 있다. 상기 복귀 스프링은 특히 상기 전기자 리테이너 제한 표면에 안착될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 개략적인 도면 및 참조 부호의 도움으로 이하에서 설명된다. 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 가진 부재 또는 구성 요소를 나타낸다.

도 1은 인젝터의 제1 실시예의 길이방향 단면도;
도 2는 도 1에 따른 인젝터의 확대된 길이방향 단면도;
도 3a는 도 1에 따른 인젝터의 시간에 따라 분사되는 유체의 양을 나타내는 제1 그래프; 및
도 3b는 각각의 추가적인 인젝터의 시간에 따라 분사되는 유체의 양을 나타내는 제2 그래프 및 제3 그래프.

도 1은 밸브 조립체(3)와 전자기 액추에이터 조립체(19)를 갖는 인젝터(1)의 제1 실시예를 도시한다. 밸브 조립체(3)는 밸브 몸체(5)와 밸브 니들(7)을 포함한다. 밸브 몸체(5)는 길이방향 축(9)을 가지고, 밸브 안착부(13)와 공동(11)을 포함한다.

밸브 니들(7)은 공동(11) 내에 수용되고, 밸브 몸체(5)에 대해 축방향으로 이동가능하다. 밸브 니들(7)은 밸브 니들(7)에 고정된 방식으로 결합된 전기자 리테이너(15)를 포함한다. 밸브 니들은, 전기자 리테이너(15)에 대해 축방향으로 변위되고 밸브 니들(7)에 고정된 방식으로 결합된 디스크 부재(41)를 더 포함할 수 있다.

밸브 니들(7)은, 밸브 니들(7)이 밸브 안착부(13)에 안착된 폐쇄된 위치에서는, 인젝터(1)의 외부의 공동(11)으로부터, 예를 들어 연소 챔버 내로 유체가 분사되는 것을 방지하도록 동작가능하다. 밸브 니들(7)은 밸브 니들이 이 폐쇄 위치로부터 이격될 때 유체가 분사되는 것을 수행하도록 더 동작가능하다. 인젝터(1)는, 예를 들어, 인젝터(1)의 누설 방지에 기여하기 위해, 밸브 니들(7)을 폐쇄 위치로 편향시키는 밸브 스프링(43)을 포함할 수 있다.

전자기 액추에이터 조립체(19)는 밸브 몸체(5)의 적어도 일부를 측방향으로 둘러싸는 하우징 내에 위치된 극편(21), 전기자(23) 및 자기 코일(45), 특히 솔레노이드를 포함한다. 자기 코일(45)이 통전될 때 자기 코일(45)은 전기자(23) 및 극편(21)과 함께 전자기 액추에이터 조립체(19)의 자기 회로를 형성한다. 이런 상황에서, 전자기 액추에이터 조립체(19)는 전자기 액추에이터 조립체(19)의 자기 회로를 형성하기 위한 요크(47)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 전자기 액추에이터 조립체(19)는 밸브 니들(7)의 위치에 영향을 미치는 힘을 가하도록 동작가능하다. 특히, 밸브 니들(7)은 예를 들어 왕복 운동 방식으로 밸브 몸체(5)에 대해 전자기 액추에이터 조립체(19)에 의해 축방향으로 변위될 수 있다.

도 2는 도 1에 따른 인젝터, 특히 전자기 액추에이터 조립체(19)의 확대 된 길이방향 단면도를 도시한다. 극편(21)은 공동(11) 내에 수용되고 밸브 몸체(5)에 위치 고정된다. 다른 실시 예에서, 극편(21)은 밸브 몸체(5)에 포함될 수 있다. 전기자(23)는 공동(11) 내에 수용되고, 극편(21)에 대해 축방향으로 변위되도록 동작가능하다. 전기자(23)는 극편(21) 쪽으로 변위될 때 전기자 리테이너(15)를 따라 가도록 더 동작가능하다.

이 실시예에서, 전기자(23)는 밸브 니들(7)에 대하여 축방향으로 이동가능하고, 특히 전기자(23)가 밸브 니들(7)에 대해 축방향으로 변위되는 것을 제한하는 전기자 리테이너(15)와 디스크 부재(41) 사이에서 축방향으로 이동가능하다. 이런 상황에서 전기자(23)가 전기자 리테이너(15)와 접촉할 때 전기자(23)는 밸브 니들(7)에 큰 충격을 전달하기 위해 복귀 스프링(39)을 포함 수 있다. 복귀 스프링은, 예를 들어, 350 바와 같은 제한된 액추에이터 동력으로도 큰 유압 부하에 대항하여 밸브 니들(7)을 개방시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 전기자(23)는 밸브 니들(7)에 위치 고정되도록 배치될 수 있다. 전기자(23)는 공동(11)을 통해 축방향으로 유체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 보어(bore)를 더 포함할 수 있다.

이 실시예에서, 극편(21)은 극편 가이드 표면(33)을 포함한다. 또한, 전기자 리테이너(15)는 전기자 리테이너 가이드 표면(31)을 포함할 수 있다. 이런 상황에서, 극편(21)은 전기자 리테이너 가이드 표면(31)을 갖는 전기자 리테이너(15)를 수용하기 위해 극편 가이드 표면(33)과 함께 리세스(recess)를 포함할 수 있다. 따라서, 밸브 니들(7)이 축방향으로 변위될 때 전기자 리테이너 가이드 표면(31)이 극편 가이드 표면 (33)을 따라 미끄러지면서 밸브 니들(7)을 축방향으로 가이드하는 것이 제공된다.

특히, 전기자 리테이너 가이드 표면(31)은 밸브 니들(7)에 대해 볼록하게 만곡되어 있다. 특히, 밸브 니들(7)이 기울어져 있을 때 전기자 리테이너(15)가 막히는 것을 방지하기 위해 전기자 리테이너 가이드 표면은 예를 들어 실질적으로 구면으로 형성된다.

특히, 전기자 리테이너 가이드 표면(31)은 공동(11)을 통해 축방향으로 유체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 채널을 포함한다. 적어도 하나의 채널은 전기자 리테이너(15)의 축방향 리세스일 수 있다. 도 2의 도시에서, 이 채널은 전기자 리테이너(15)의 좌측면과 우측면에서 볼 수 있고 구면의 기본 형상이 도 2에서는 보이지 않는다.

전기자 리테이너 가이드 표면(31)은 전기자 리테이너(15)의 가이드 부분을 형성한다. 이 가이드 부분은 이 가이드 부분의 하류 축방향 단부에서 전기자 리테이너(15)의 스토퍼 부분과 병합된다. 가이드 부분과 스토퍼 부분 사이의 인터페이스 구역에서, 전기자 가이드(15)는 원주방향의 조임부를 갖는다. 본 실시예에서, 스토퍼 부분은 둥근 외부 윤곽을 갖는 디스크의 기본 형상이다. 다른 실시예에서, 이 스토퍼 부분은 길이방향 단면도에서 쐐기 형상(wedged shape)을 가지고, 즉 방사방향 외측으로 테이퍼진다.

전기자 리테이너(23)의 스토퍼 부분은 전기자(23)가 밸브 니들(7)에 대해 축방향으로 변위되는 것을 제한하기 위해 전기자 리테이너(15)의 전기자 리테이너 제한 표면(35)을 포함한다. 예를 들어, 전기자(23)가 극편(21)을 향해 축방향으로 변위될 때 밸브 니들(7)이 전기자(23)를 따라갈 수 있도록 전기자 리테이너 제한 표면(35)은 전기자(23)의 전기자 충돌 영역(37)과 맞물릴 수 있다.

특히, 전기자 리테이너 제한 표면(35)은 밸브 니들(7)로부터 멀어지는 측방향으로 연장되며, 특히 전기자 리테이너 가이드 표면(31)으로부터 멀어지는 방향으로 돌출된다. 전기자 리테이너 제한 표면(35)의 측방향 연장부는 전기자(23)와 전기자 리테이너(15) 사이에 상대적인 움직임이 유압적으로 댐핑되도록 하기 위해 구성된다. 본 실시예에서 이것은 전기자 리테이너 제한 표면(35)의 방사방향 연장부(radial extension) - 이는 또한 전기자 리테이너(15)의 스토퍼 부분의 방사방향 연장부이다 - 는 전기자 리테이너(15)의 가이드 부분의 방사방향 연장부보다 적어도 2배 더 큰 것에 의해 달성된다.

극편(21)은 전기자(23)를 향하는 극편 조임 표면(25)을 더 포함한다. 또한, 전기자 리테이너(15)는 극편 조임 표면(25)이 향하는 전기자 리테이너 조임 표면(17)을 포함한다. 전기자 리테이너 조임 표면(17)은 전기자 리테이너 제한 표면(35)이 배치되는 축방향 측면의 반대쪽 스토퍼 부분의 축방향 측면에 배치된다.

특히, 적어도 밸브 니들(7)이 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 최대 변위로부터 제한 변위까지의 범위에서 축방향으로 변위될 때, 전기자 리테이너 조임 표면(17)과 극편 조임 표면(25)은 스토퍼 부분의 축방향 구역에서 전기자 리테이너(23)와 극편(21) 사이에 최소 거리를 포함하여, 전기자 리테이너 조임 표면(17)과 극편 조임 표면(25) 사이에 유압적으로 효과적인 제한부를 형성한다.

다시 말해, 유체가 흐를 수 있는 전기자 리테이너(15)와 극편(21) 사이의 갭은 전기자 리테이너(15)의 축방향 변위에 따라 변한다. 특히, 극편 조임 표면(25)과 전기자 리테이너 조임 표면(17) 사이에 축방향 거리는 전기자 리테이너(15)가 극편(21)을 향해 축방향으로 변위될 때 감소한다. 유압적으로 효과적인 제한부의 유압 직경은 폐쇄 위치로부터 밸브 니들(7)이 축방향으로 변위되는 양에 의존하고, 밸브 니들(7)이 폐쇄 위치에 있을 때의 유압 직경은, 밸브 니들(7)이 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 최대 위치에 있을 때의 유압 직경에 비해 적어도 2배 더 크다.

특히, 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들(7)의 최대 변위는 밸브 니들(7)이 예를 들어 전기자(23)가 극편(21)에 인접한 개방 위치에 있을 때 도달될 수 있다.

또한, 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들(7)의 제한 변위는 특히 0보다 더 클 수 있다. 특히, 이 제한 변위, 각각 범위는, 전기자 리테이너 조임 표면(17)과 극편 조임 표면(25) 사이에 유압적으로 효과적인 제한부를 형성할 수 있으면서도, 여전히 인젝터(1)의 분사를 신뢰성 있고 효율적으로 수행할 수 있을 만큼 축방향의 압력 차가 충분히 작은 상태에서 공동(11)을 통해 유체가 흐를 수 있도록 크기 정해진다.

밸브 니들(7)은 중실이어서, 유체는 밸브 몸체(5)의 유체 입구 단부로부터 밸브 니들의 외부에서 밸브 니들(7)을 따라 공동(11)을 통해 - 및 이에 따라 유압적으로 효과적인 제한부를 통해 - 밸브 몸체(5)의 유체 출구 단부에 있는 밸브 안착부(13)로 흐르게 된다. 전기자 리테이너 조임 표면(17)과 극편 조임 표면(25) 사이에 유압적으로 효과적인 제한부가 있는 것으로 인해, 전기자 리테이너(15)가 극편(21)을 향해 축방향으로 변위될 때 제1 댐핑력이 밸브 니들(7)에 가해진다. 유리하게는 밸브 니들(7)의 속도가 이에 의해 감소되어, 특히 인젝터의 개방 단계의 탄도 단계(63)(도 3a 참조)에서 분사의 제어 가능성에 기여하게 된다. 특히, 주어진 시간 창(61)(도 3a 참조) 내에 분사되는 유체의 양의 변동이 낮게 유지된다.

특히, 제한 변위, 각각 범위는 밸브 니들(7)에 원하는 댐핑력을 인가할 수 있도록 크기 정해진다. 특히, 제한 변위, 각각 범위는 밸브 니들의 속도가 인젝터의 개방 단계의 제1 순간에 실질적으로 영향을 받지 않도록 더 크기 정해진다.

일 실시예에서, 전기자 리테이너 조임 표면(17)은 제1 경사진 형상을 갖는다. 특히 극편 조임 표면(25)은 제2 경사진 형상을 가질 수 있다. 이에 의해, 특히 밸브 니들(7)이 기울어져 있는 경우에 전기자 리테이너(15)의 단지 작은 구획만으로 유압적으로 효과적인 제한부가 형성될 수 있어서 제1 댐핑력이 신뢰성 있게 제공될 수 있다. 제2 경사진 형상은 제1 경사진 형상과 동일하게 경사져 있을 수 있다.

일 실시예에서, 전기자 리테이너 조임 표면(17)은 제1 곡률을 갖는다. 특히, 극편 조임 표면(25)은 제2 곡률을 갖는다. 제2 곡률은 제1 곡률보다 작거나 같을 수 있다. 이에 의해, 특히 밸브 니들(7)이 기울어져 있는 경우에 전기자 리테이너(15)의 단지 작은 구획만으로 유압적으로 효과적인 제한부가 형성될 수 있어서 제1 댐핑력이 신뢰성 있게 제공될 수 있다. 또한, 이것은 밸브 니들(7)이 막히는 것을 방지하는데에 기여한다.

도 3a는 도 1에 따른 인젝터(1)의 시간에 따라 작동시마다 분사되는 유체의 양을 나타내는 제1 그래프(49)를 도시한다. 각 전기자 리테이너와 각 극편 사이에 유압적으로 효과적인 제한부가 형성되어 있지 않은, 고속 개방 인젝터의 제2 그래프(51)(도 3b) 및 저속 개방 인젝터의 제3 그래프(53)와 비교하면, 제1 그래프(49)의 주어진 시간 창(61) 내에서 분사되는 유체의 양의 각 변동량(55, 57, 59)은 그래프(53)에 도시된 저속 개방 인젝터와 유사하게 최소화되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 이것은 특히 탄도 단계(63)에서 분사의 제어 가능성에 기여한다. 주어진 시간 창(61)은 특히 전기 펄스 폭에 의해 주어진다. 또한, 개방 단계의 제1 순간에 밸브 니들(7)의 속도는 그래프(51)에 도시된 고속 개방 인젝터와 유사하게 유지되어서, 인젝터(1)의 분무 안정성에 기여한다.

Claims

유체를 분사하기 위한 인젝터(1)로서,
- 밸브 몸체(5)와 밸브 니들(7)을 포함하는 밸브 조립체(3)로서, 상기 밸브 몸체(5)는 길이방향 축(9)을 가지고, 밸브 안착부(13)와 공동(11)을 포함하고, 상기 밸브 니들(7)은, 상기 밸브 니들(7)에 고정된 방식으로 결합되고 전기자 리테이너 조임 표면(17)을 포함하는 전기자 리테이너(15)를 포함하고, 상기 공동(11)은 상기 밸브 니들(7)을 수용하도록 동작가능하고, 상기 공동(11)과 상기 밸브 니들(7)은, 상기 밸브 니들(7)이 상기 밸브 안착부(13)에 안착된, 상기 밸브 니들(7)의 폐쇄 위치에서 상기 공동(11)으로부터 상기 인젝터(1)의 외부로 유체가 분사되는 것을 방지하고, 상기 밸브 니들(7)이 상기 폐쇄 위치로부터 이격될 때 유체의 분사를 수행하도록 동작가능한, 상기 밸브 조립체(3), 및
- 상기 밸브 니들(7)의 위치에 영향을 주는 힘을 인가하도록 동작가능하고 극편(21)과 전기자(23)를 포함하는 전자기 액추에이터 조립체(19)로서, 상기 극편(21)은 상기 공동(11) 내에 수용되고, 상기 밸브 몸체(5)에 위치 고정되고, 상기 전기자(23)를 향하는 극편 조임 표면(25)을 포함하고, 상기 전기자(23)는 상기 공동(11) 내에 수용되고, 상기 극편(21)에 대해 축방향으로 변위되고, 상기 극편(21)을 향해 변위될 때 상기 전기자 리테이너(15)를 따라가도록 동작가능한, 상기 전자기 액추에이터 조립체(19)를 포함하고,
- 상기 밸브 몸체(5)의 유체 입구 단부에서 상기 공동(11)에 들어가고 상기 밸브 안착부(13)가 위치된 상기 밸브 몸체(5)의 유체 출구 단부로 흐르는 유체가 통과하여야 하는 유체 채널은 상기 전기자 리테이너 조임 표면(17)과 상기 극편 조임 표면(25)에 의해 형성되고,
- 상기 밸브 니들(7)이 상기 폐쇄 위치에 있을 때 상기 유체 채널의 유압 직경은, 상기 밸브 니들(7)이 상기 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 최대 변위에 있을 때의 유압 직경에 비해 적어도 2배인, 인젝터(1).
제1항에 있어서, 상기 전기자 리테이너 조임 표면(17)은 제1 경사진 형상을 갖는, 인젝터(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 극편 조임 표면(25)은 제2 경사진 형상을 갖는, 인젝터(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 리테이너 조임 표면(17)은 제1 곡률을 갖는, 인젝터(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 극편 조임 표면(25)은 제2 곡률을 갖는, 인젝터(1).
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2 곡률은 상기 제1 곡률보다 작거나 같은, 인젝터(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 니들(7)에 가해지는 제1 댐핑력은 상기 밸브 니들(7)의 위치에 의존하는, 인젝터(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 리테이너(15)는 전기자 리테이너 가이드 표면(31)을 포함하고, 상기 극편(21)은 극편 가이드 표면(33)을 포함하고, 상기 밸브 니들(7)이 축방향으로 변위될 때 상기 전기자 리테이너(15)는 상기 전기자 리테이너 가이드 표면(31)이 상기 극편 가이드 표면(33)을 따라 미끄러지면서 상기 밸브 니들(7)을 축방향으로 가이드하도록 동작가능한, 인젝터(1).
제8항에 있어서, 상기 전기자 리테이너 가이드 표면(31)은 상기 밸브 니들(7)에 대해 볼록하게 만곡된, 인젝터(1).
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 전기자 리테이너 가이드 표면(31)은 실질적으로 구면으로 형성된, 인젝터(1).
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 리테이너 가이드 표면(31)은 상기 공동(11)을 통해 축방향으로 유체가 흐를 수 있는 적어도 하나의 채널을 포함하는, 인젝터(1).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자(23)는 상기 밸브 니들(7)에 대해 축방향으로 이동가능한, 인젝터(1).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 리테이너(15)는, 상기 전기자(23)가 상기 밸브 니들(7)에 대해 축방향으로 변위되는 것을 제한하기 위해, 전기자(23) 쪽을 향하고 상기 밸브 니들(7)로부터 멀어지는 측방향으로 연장되는 전기자 리테이너 제한 표면(35)을 포함하는, 인젝터(1).
제13항에 있어서, 상기 전기자(23)는 상기 전기자 리테이너 제한 표면(35)을 향하는 전기자 충돌 영역(37)을 포함하고, 상기 전기자 리테이너 제한 표면 (35)은 상기 전기자 충돌 영역(37)과 결합하도록 동작가능하고, 상기 밸브 니들(7)로부터 멀어지는 방향으로 상기 전기자 리테이너 제한 표면(35)의 측방향 연장부는 상기 전기자(23)와 상기 전기자 리테이너(15) 사이에 상대적인 움직임이 댐핑되도록 구성된, 인젝터(1).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자(23)는 상기 전기자 리테이너(15)로부터 멀어지는 축방향으로 상기 전기자(23)를 편향시키도록 동작가능한 복귀 스프링(39)을 포함하는, 인젝터(1).