KR20170081651A

KR20170081651A - 서보 인젝터 내에 배치된 유압식 래시 어저스터

Info

Publication number: KR20170081651A
Application number: KR1020177012457A
Authority: KR
Inventors: 마이클 쿠크; 칼리스토 젠코; 크리스토프 타핀; 가엘 가뇽
Original assignee: 델피 인터내셔널 오퍼레이션즈 룩셈부르크 에스.에이 알.엘.
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-07-12
Also published as: GB201420017D0; CN107002617A; EP3218594A1; WO2016074888A1

Abstract

서보 인젝터(10)의 제어 밸브 조립체(22)와 액추에이터(18) 사이에 개재된 유압 용적(V) 내에 배치되는 유압식 래시 어저스터(20)로서, 상기 용적(V)은 사용시에 연료로 충전된다. 상기 어저스터(20)는 상부 피스톤(46)을 슬라이딩 가능하게 배치하는 하부 피스톤(52), 외부 스프링(72) 및 내부 스프링(64)을 포함하며, 양자의 스프링(72, 64)은 상기 상부 피스톤(46)을 상기 액추에이터(18)를 향해 가압한다. 상기 하부 피스톤(52)은 주변 벽(54)과, 상기 상부 피스톤(46)의 하부면과 상기 하부 피스톤(52)의 상기 하부 벽(58) 사이에서 압축되는 내부 스프링(64)을 배치하는 하부 벽(58)을 갖는 원통형 컵 형상을 갖는다.

Description

서보 인젝터 내에 배치된 유압식 래시 어저스터{HYDRAULIC LASH ADJUSTER ARRANGED IN A SERVO INJECTOR}

본 발명은 서보 인젝터 내에 배치된 유압식 래시 어저스터에 관한 것이다.

압전(piezo) 또는 마그네토 구속형 액추에이터(magneto restrictive actuator)를 구비한 서보 인젝터는 액추에이터로부터 밸브로의 변위력을 전달하기 위해 인젝터의 제어 밸브와 액추에이터 사이에 배치된 유압식 래시 어저스터를 구비한다. 따라서, 상기 밸브는 고압에서의 연료가 제어 챔버로부터 배출되게 하는 개방 위치와, 상기 연료의 배출을 막는 폐쇄 위치 사이에서 작동한다.

DE102009000203호 및 DE102010029106호는 유사한 실시예의 유압식 래시 어저스터(유압 커플러로도 부름)를 개시한다. 상기 어저스터는 액추에이터에 연결된 액추에이터측 부재와, 밸브에 연결되는 밸브측 부재를 포함한다. 액추에이터측 부재가 매우 강한 케이지 스프링에 의해 액추에이터를 향해 요구되는 한편, 밸브측 부재는 덜 강한 코일 스프링에 의해 제어 밸브의 폐쇄 위치를 향해 요구된다. 액추에이터측 부재와 밸브측 부재 사이에는 사용시에 연료로 충전되는 챔버가 제공됨으로써, 액추에이터의 변위가 밸브측 부재로 전달된다.

되풀이되는 문제점은 래시 어저스터의 전체 길이에서 영향이 크며, 이는 신속한 밸브 운동에 유해한 질량을 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적은 액추에이터와 제어 밸브 조립체 사이에서 사용시에 연료로 충전되는 유압 용적 내에 개재되는, 서보 인젝터 내에 배치된 유압식 래시 어저스터를 제공할 때에 상술한 문제점을 해결하거나 또는 적어도 완화하는 것이다. 서보 인젝터에서, 상기 액추에이터는 일반적으로 압전 액추에이터 또는 마그네토 구속형 액추에이터이다. 상기 어저스터는 하부 피스톤, 상부 피스톤, 외부 스프링 및 내부 스프링을 포함한다. 구체적으로, 상기 하부 피스톤은 상기 상부 피스톤을 슬라이딩 가능하게 배치하는 내부 보어를 형성하는 주변 벽과, 상기 내부 스프링을 배치하는 하부 벽을 갖는 원통형 컵 형상을 가지며, 상기 내부 스프링은 상기 하부 피스톤의 상기 하부 벽과 상기 상부 피스톤의 하부면 사이에서 압축된다. 상기 액추에이터를 향해 양자의 스프링은 상기 상부 피스톤을 가압(bias)한다.

이와 같이 유리한 구성은 상기 어저스터의 총 높이를 제한가능하게 한다.

또한, 상기 내부 스프링은 탄성을 제공하도록 만곡 형상 또는 원추 형상을 갖는 디스크를 포함한다.

변형례로서, 상기 내부 스프링은 요구된 강성을 얻기 위해 상보적으로 배치된 복수의 디스크의 적층체를 포함할 수 있다.

더욱 상세하게, 각각의 디스크는 실질적으로 원형이며 하나의 면(plane) 상에 곡률을 구비한다.

상기 유압식 래시 어저스터는 상기 내부 스프링의 부하가 조절되고 연료에 의해 점유되는 유압 용적이 최소화되도록 상기 하부 피스톤의 상기 하부 벽과 상기 상부 피스톤의 하부면 사이에 배치된 조정 심(adjusting shim)을 더 포함한다.

더욱 상세하게, 상기 상부 피스톤은 메인 원통형 바디와, 상기 바디의 에지를 지나 반경방향으로 돌출하는 헤드 캡을 포함한다. 상기 외부 스프링은 헤드 캡 반경방향 돌출부 아래로 압축되며 상기 상부 피스톤을 상기 액추에이터를 향해 축방향으로 가압한다.

변형 실시예에서, 상기 상부 피스톤의 헤드 캡은 상기 메인 원통형 바디 상에 위치설정되어 배치된 독립 구성요소이다.

또한, 상기 메인 원통형 바디는 가동 부품의 질량을 감소시키기 위해 중공형으로 제조될 수 있다.

더욱 상세하게, 상기 외부 스프링은 케이지 스프링이다.

본 발명은 상술한 래시 어저스터를 포함하는 서보 연료 인젝터에 관한 것이다.

상기 액추에이터는 압전 액추에이터 또는 변형적으로 마그네토 구속형 액추에이터일 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 예로서 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 유압식 래시 어저스터를 구비한 서보 연료 인젝터의 도면,
도 2는 도 1의 래시 어저스터에 대한 확대도,
도 3은 래시 어저스터의 변형 실시예에 대한 도면.

하기의 설명을 용이하고 명확하게 하기 위해, 도면에서의 상하 배향은 임의로 선택되며, "상의, 아래의, 위로, 아래로 등"과 같은 표현은 본 발명을 제한하는 의도 없이 이용될 수 있다. 또한, 상이한 실시예에서 유사한 기능을 수행하는 유사한 특징은 동일한 참조부호로 식별될 수 있다.

도 1은 인젝터 헤드(12)(도면의 상부에 도시)로부터 인젝터 노즐(14)(도면의 하부에 도시)로 대체로 메인 축(A1)을 따라 연장되는 서보 연료 인젝터(10)를 나타낸다. 인젝터(10)는 서로 고정되는 몇 개의 구성요소의 조립체로 구성되는 인젝터 바디(16)를 포함하며, 상기 바디(16) 내에는 헤드(12)로부터 노즐(14)까지, 액추에이터(18)(압전 또는 마그네토 구속형 액추에이터), 유압식 래시 어저스터(20), 제어 밸브 조립체(22) 및 니들 밸브(24)가 배치된다. 또한, 액추에이터(18)에 동력을 공급하도록 전기 링크(26)가 제공되며, 상기 링크는 액추에이터(18)로부터 인젝터(10)의 인젝터 헤드(12) 내에 배치된 커넥터(28)로 연장된다.

액추에이터(18)와 제어 밸브 조립체(22)는 니들 밸브(24)의 축인 메인 축(A1)에 대해 평행하고 오프셋된 제2 축(A2)을 따라 연장된다.

상기 오프셋은 EP1693563호에 먼저 도입되었고, 이것이 다수의 이점을 갖더라도, 본 발명은 상기 오프셋을 갖지 않는 인젝터에서 실시될 수 있다.

출원번호 GB1314826호에 전술된 바와 같이, 밸브 조립체(22)는 통상적으로 폐쇄된 상부 밸브(30)와, 통상적으로 개방된 하부 밸브(32)를 포함한다. 2가지 밸브 각각은 2방향 밸브 또는 "온-오프" 밸브이며, 상기 2개의 2방향 밸브의 구성은 3방향 밸브와 유사하게 작동한다. 당업자는 제어 밸브 조립체(22)의 상세한 작동에 관해 GB1314826호부터 알 수 있다.

인젝터 바디(16)는 인젝터 헤드(12) 내에 배치된 입구(36)로부터 노즐(14)의 팁부에 배치된 복수의 분무구(38)로 연장되는 고압 회로(34)와, 제어 밸브(22)로부터 인젝터의 헤드(12) 내에 배치된 출구(42)로 연장되는 저압 리턴 회로(40)를 더 수용한다. 고압 회로(34)와 저압 회로(40)는 제어 밸브(22)의 영역에서 상호 연결한다.

연료 분사 장비의 작동을 상세화하지 않지 않지만, 본 발명을 제한할 의도 없이 예시를 목적으로, "고압"은 일반적으로 2000 바아, 또는 2500 바아 혹은 3000 바아 이상이다.

작동에 대한 예비적인 일반 설명이 제공된다. 사용시에, 액추에이터(18)에 동력이 공급되지 않을 때, 이는 리트랙트되어 래시 어저스터(20)를 가압하지 않으므로, 상부 밸브(30)를 통상적인 폐쇄 위치(CPV)에 놓이게 한다. 그 다음, 고압에서의 연료는 니들 밸브(24) 바로 위에 위치된 제어 챔버(44)를 충전하며, 상기 챔버(44) 내의 압력은 상기 니들 밸브(24)를 폐쇄 위치(CPN)에 가압하여 연료 분무를 막는다.

액추에이터(18)에 동력이 공급되면, 이는 신장하여 래시 어저스터(20)를 가압하므로, 상부 밸브(30)를 개방 위치(OPV)로 가압한다. 연료는 저압 리턴 회로(40)를 향해 제어 챔버(44)에서 배출가능해지며, 상기 챔버(44) 내의 압력은 감소하여 니들(24)이 개방 위치(OPN)를 향해 이동하게 하고, 고압 연료는 분무구(38)를 통해 분무된다.

전자기식 액추에이터에 비하여 압전 액추에이터와 같은 서보 액추에이터의 이점은 동일한 치수의 경우, 동력 공급될 때, 서보 액추에이터가 전자기식 액추에이터보다 훨씬 우수한 힘을 발생시킨다는 점이며, 상기 우수한 힘은 훨씬 큰 액추에이터를 요구하는 구성요소를 대체하게 한다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 래시 어저스터(20)는 사용시에 연료로 충전되는 용적(V) 내에 배치된다.

도 2를 참조하여 래시 어저스터(20)를 기술한다. 래시 어저스터(20)는 제2 축(A2)을 따라 축방향으로 연장되며, 원통형 바디(48)의 주변 에지를 지나 반경방향으로 연장되는 헤드 캡(50)에 의해 덮인 원통형 바디(48)를 갖는 상부 피스톤(46)을 포함한다. 상부 피스톤(46)은 컵 형상의 하부 피스톤(52) 내에 축방향으로 슬라이딩 가능하게 배치된다.

상기 하부 피스톤(52)은 내부 보어를 형성하는 주변 원통형 벽(54)과, 컵 형상을 형성하는 하부 벽(58)을 가지며, 하부벽(58) 아래에서, 주변 벽(52)은 하부 안착면(56)을 향해 하측방향으로 연장된다. 하부 벽(58)의 하부면(60)의 중앙에서, 사용시에 상부 밸브(30)의 스템의 상부의 상부면과 접촉하는 돌출부(62)를 하측방향으로 연장한다.

하부 벽(58)에 대해 컵 형상의 하부 피스톤(52) 내에는, 하부 디스크(66), 조정 심(68) 및 상부 디스크(70)를 포함하는 리프 스프링(64) 조립체가 배치된다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 리프 스프링 조립체(64)는 하부 피스톤(52)의 하부 벽(58)과 상부 피스톤(46)의 하부면 사이에 개재된다. 디스크(66, 70)에 필요한 탄성을 제공하기 위해, 각각의 디스크는 약간 만곡된다. 또한, 이는 공지된 접시 와셔(Belleville washers)와 유사한 원추 형상을 가질 수 있다. 또 다른 변형례는 파형 와셔(wave-washers) 스프링을 이용하는 것이다. 또한, 디스크(66, 70)는 상보적으로 배치되어 부하 하에서 해당하는 축방향 휨이 더해진다. 이는 디스크를 배치함으로써 성취될 수 있으므로, 그 해당하는 돌출부 또는 원추형 팁부는 반대방향으로 연장된다.

또한, 당업자는 하나만의 디스크, 또는 그와는 달리, 또 다른 탄성을 제공하거나 또는 전체 조립체 강성을 증대시키기 위해 축방향으로 적층된 2개 이상의 디스크를 갖는 조립체에 대한 다른 구성을 이해한다. 나타낸 조정 심(68)은 2개의 디스크 스프링(66, 70)들 사이의 캡을 충전한 다음, 연료에 의해 충전된 용적을 최소화한다. 또한, 조정 심(68)은 조립을 용이하게 하는데, 그 이유는 디스크들 사이에 배치될 때, 각각의 디스크의 곡률 배향이 리프 조립체(64)의 탄성력에 영향을 미치지 않기 때문이다.

래시 어저스터(20)는 하부 피스톤(52)의 주변 벽(54)을 외부에서 둘러싸며 인젝터 바디(16)의 횡방향면(74)(상기 면은 밸브 바디의 상부면으로서 당업자에 공지됨)과 상부 피스톤의 캡 헤드(50)의 돌출부의 하부면 사이에서 축방향으로 압축되는 원통형 케이지 스프링(72)을 더 포함한다. 케이지 스프링은 관형 스프링 또는 슬리브 스프링이라는 이름으로 서보 연료 인젝터의 당업자에게 공지되어 있다. 일반적인 케이지 스프링은 축을 따라 연장되는 관형 바디를 가지며, 상기 바디의 원통형 벽은 복수의 신장된 개구부를 구비하고, 신장 축(elongation axis)은 관형 바디의 축에 횡방향이다. 케이지 스프링(72)은 디스크-스프링 조립체(62)의 강성보다 훨씬 높은 매우 높은 압축 강성을 가지며, 케이지 스프링(72)은 상부 피스톤(46)을 액추에이터(18)를 향해 상측방향으로 영구적으로 요구한다.

래시 어저스터(20)의 작동은 전술한 일반적인 작동 설명을 보완하도록 상세화된다.

액추에이터(18)에 동력이 공급되지 않으면, 이는 리트랙트된다. 케이지 스프링(72)은 축방향으로 팽창하여 상부 피스톤(46)을 상측방향으로 변위한다. 낮은 강성의 디스크-스프링 조립체(64)가 하부 피스톤(52)을 하측방향으로 푸시하여, 돌출부(62)는 상기 상부 밸브(30)를 통상적인 폐쇄 위치(CPV)로부터 멀어지게 변위시키기에 충분한 힘을 발휘하지 않고서 상부 밸브(30)의 스템과 접촉하므로, 연료 분사가 막힌다.

액추에이터(18)에 동력이 공급되면, 이는 신장되어 상부 피스톤(46)을 하측방향으로 요구한다. 상부 피스톤(46)의 하측방향 변위는 케이지 스프링(72)을 압축한다. 하부 피스톤(52)의 하부에서 상부 피스톤(46) 아래에 포획된 연료가 압축하고, 그 결과 리프 스프링 조립체(64)는 액추에이터(18)에 의해 발생되는 힘이 하부 피스톤(52)으로 완전하게 전달되는 지점까지 압축하고, 그 다음 하부 피스톤(52)은 상부 밸브(30)를 개방 위치(OPV)로 가압하고, 그 결과 노즐(14)을 통해 연료 분사를 가능하게 한다.

상술한 실시예와의 차이를 통해 도 3을 참조하여 변형 실시예를 기술한다.

관성이 감소되고 신속한 변위가 가능해지도록 질량, 특히 가동 구성요소의 질량을 최소화하기 위해, 상부 피스톤(46)은 중공형이다. 그 원통형 바디(48)와 캡 헤드(50)는 기계가공 후에 서로 고정되는 별개의 구성요소이다.

원통형 바디(48)는 전술한 바와 동일한 외부 형상 및 치수를 가지지만, 상측방향으로 개방하는 중앙 공극(76)을 구비한다. 헤드 캡(50)은 실질적으로 두꺼운 디스크의 형상을 가지며 원통형 바디(48) 위로 조절되어 원통형 바디(48)의 주변 에지 둘레에서 모두 반경방향으로 연장된다. 위치설정을 용이하게 하기 위해, 헤드 캡(50)은 공극(76)의 개구 내에서 조절하는 중앙 돌출부(80)를 갖는 내부면(78) 상에 제공된다.

원통형 바디(48) 상에 헤드 캡(50)을 고정하는 것은 용접, 브레이징 및 접착 등의 임의의 공지된 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 또 다른 변형례로서, 래시 어저스터가 영구적으로 압축력 하에 있음에 따라, 헤드 캡(50)은 단순하게 위치설정될 수 있어서 원통형 바디(48) 위에 고정되지 않는다.

비제한적인 예로서, 성공적으로 시험된 유압식 래시 어저스터는 사용되는 재료에 따라 7mm 직경 및 1-3g 범위의 질량의 상부 피스톤을 가졌다. 피스톤은 강, 티타늄 또는 세라믹으로 제조되었다.

본 설명에서는 하기의 참조부호가 이용되어 있다.
10: 인젝터
12: 인젝터의 헤드
14: 인젝터의 노즐
16: 인젝터 바디
18: 액추에이터
20: 유압식 래시 어저스터
22: 제어 밸브
24: 니들 밸브
26: 전기 링크
28: 커넥터
30: 상부 밸브
32: 하부 밸브
34: 고압 회로
36; 입구
38: 분무구
40: 저압 리턴 회로
42: 출구
44: 제어 챔버
46: 상부 피스톤
48: 원통형 바디
50: 헤드 캡
52: 하부 피스톤
54: 주변 벽
56: 하부 피스톤의 안착면
58: 하부 벽
60: 하부 벽의 하부면
62: 돌출부
64: 리프 스프링
66: 하부 디스크
68: 조정 심
70: 상부 디스크
72: 케이지 스프링
74: 밸브 바디의 상부면
76: 중앙 공극
78: 헤드 캡의 내부면
80: 돌출 중앙부
A1: 메인 축
A2: 제2 축
CPV: 밸브의 폐쇄 위치
CPN: 니들의 폐쇄 위치
OPV: 밸브의 개방 위치
OPN: 니들의 개방 위치
V: 래시 어저스터를 배치하는 용적

Claims

서보 인젝터(10)의 제어 밸브 조립체(22)와 액추에이터(18) 사이에 개재된 유압 용적(V) 내에 배치되는 유압식 래시 어저스터(20)에 있어서,
상기 용적(V)은 사용시에 연료로 충전되고,
상기 어저스터(20)는 하부 피스톤(52), 상부 피스톤(46), 외부 스프링(72) 및 내부 스프링(64)을 포함하고,
상기 하부 피스톤(52)은 상기 상부 피스톤(46)을 슬라이딩 가능하게 배치하는 내부 보어를 형성하는 주변 벽(54)과, 상기 내부 스프링(64)을 배치하는 하부 벽(58)을 갖는 원통형 컵 형상을 가지며, 상기 내부 스프링(64)은 상기 하부 피스톤(52)의 상기 하부 벽(58)과 상기 상부 피스톤(46)의 하부면 사이에서 압축되고,
양자의 스프링(72, 64)은 상기 상부 피스톤(46)을 상기 액추에이터(18)를 향해 가압하는
것을 특징으로 하는,
유압식 래시 어저스터.
제1항에 있어서,
상기 내부 스프링(64)은 만곡 형상 또는 원추 형상(66)을 갖는 디스크를 포함하는,
유압식 래시 어저스터.
제2항에 있어서,
상기 내부 스프링(64)은 상보적으로 배치된 복수의 디스크(66, 70)의 적층체를 포함하는,
유압식 래시 어저스터.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 디스크(66) 각각은 실질적으로 원형이며 하나의 면(plane) 상에 곡률을 구비하는,
유압식 래시 어저스터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 스프링(64)의 부하가 조절되고 연료에 의해 점유되는 유압 용적이 최소화되도록 상기 하부 피스톤(52)의 상기 하부 벽(58)과 상기 상부 피스톤의 하부면 사이에 배치된 조정 심(adjusting shim)(68)을 더 포함하는,
유압식 래시 어저스터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 피스톤(46)은 메인 원통형 바디(48)와, 상기 바디(48)의 에지를 지나 반경방향으로 돌출하는 헤드 캡(50)을 포함하며, 상기 외부 스프링(72)은 헤드 캡 반경방향 돌출부 아래로 압축되며 상기 상부 피스톤(46)을 상기 액추에이터(18)를 향해 축방향으로 가압하는,
유압식 래시 어저스터.
제6항에 있어서,
상기 상부 피스톤(46)의 헤드 캡(50)은 상기 메인 원통형 바디(48) 상에 위치설정되어 배치된 독립 구성요소인,
유압식 래시 어저스터.
제7항에 있어서,
상기 메인 원통형 바디(48)는 중공형인,
유압식 래시 어저스터.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 스프링은 케이지 스프링인,
유압식 래시 어저스터.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 유압식 래시 어저스터(20)를 포함하는 서보 연료 인젝터(10).
제10항에 있어서,
상기 액추에이터(18)는 압전 액추에이터인,
서보 연료 인젝터.
제10항에 있어서,
상기 액추에이터(18)는 마그네토 구속형 액추에이터(magneto restrictive actuator)인,
서보 연료 인젝터.