KR20170092551A - Gas injector with improved contact surfaces - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기체 연료를 내연 기관의 연소실 내로 직접 분사하기 위한 가스 분사기에 관한 것이며, 상기 가스 분사기는 밀봉 시트(4) 상의 관통 구멍(3)을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소(2), 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품(5) 및 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품(6)을 포함한다. 가스 분사기가 소정의 상태에 있을 경우, 제 1 부품(5)은 제 2 부품(6)과 접촉하고, 상기 제 1 부품(5)의 표면 경도는 상기 제 2 부품의 표면 경도보다 크다.The present invention relates to a gas injector for directly injecting gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, the gas injector comprising a valve closing element (2) for opening and closing a through hole (3) on a sealing sheet (4) A first part 5 having a hardness and a second part 6 having a second surface hardness. When the gas injector is in a predetermined state, the first component 5 contacts the second component 6, and the surface hardness of the first component 5 is greater than the surface hardness of the second component.
Description
본 발명은 특히 가스 분사기의 내극과 아마추어 사이의 개선된 접촉 면을 구비한, 연소실 내로 직접 분사하는 가스 분사기에 관한 것이다.The present invention relates in particular to a gas injector for direct injection into a combustion chamber, with an improved contact surface between the inner pole of the gas injector and the armature.
자동차 분야에서 최근에는 액체 연료 이외에, 예를 들어 천연 가스 또는 수소와 같은 기체 연료도 많이 사용된다. 부품들의 제조 공차로 인해, 가스 분사기의 작동 동안 접촉하는 부품들은 기하학적으로 완벽한 구성으로, 예를 들어 정지부가 전체 접촉 면에 접촉하지 않을 수 있다. 이로 인해, 부품들이 서로 충돌할 때 높은 접촉 응력이 발생한다. 이는 특히 자기 액추에이터의 부품들 사이, 특히 아마추어와 내극 사이에서 발생한다. 액체 연료의 경우, 아마추어 및 내극의 형상은, 유압 접착을 방지하기 위해 상대적으로 작은 비율의 단부면 만이 실제로 다른 부품과 접촉하도록 선택된다. 이로 인해, 분사기의 신속한 폐쇄 시간이 달성될 수 있다. 액체 연료의 경우 부품들의 실제 접촉 면은 가능한 한 작다. 그러나 액체 연료는, 액체가 접촉 영역 밖으로 압착되며 움직이는 부품이 지연되기 때문에, 기계적 정지 직전에 부품의 너무 센 충돌을 방지한다. 따라서, 충돌 직전에 이동 부품의 이동 속도가 떨어짐으로써 정지 하중이 감소한다. 기체 연료의 경우, 상기 압착 효과는 발생하지 않고 이동 부품은 제동 없이 다른 부품에 부딪힌다. 이것은 액체 연료의 경우보다 큰 접촉 하중을 초래한다. 그러나 기체 연료의 경우 유압 접착은 발생하지 않는다.In recent years, in addition to liquid fuels, gaseous fuels such as natural gas or hydrogen are also used in the automotive field. Due to the manufacturing tolerances of the components, the parts which are in contact during operation of the gas injector may not be in perfect geometry, for example the stops may not touch the entire contact surface. As a result, a high contact stress occurs when the parts collide with each other. This occurs especially between parts of the magnetic actuator, in particular between the armature and the inner pole. In the case of liquid fuels, the shape of the armature and inner pole is chosen such that only a relatively small proportion of the end face is actually in contact with the other part to prevent hydraulic bonding. As a result, a fast closing time of the injector can be achieved. In the case of liquid fuels, the actual contact surface of the components is as small as possible. However, the liquid fuel prevents too high a collision of the part just before the mechanical stop, because the liquid is squeezed out of the contact area and the moving part is delayed. Therefore, the moving speed of the moving part is lowered immediately before the collision, thereby reducing the static load. In the case of gaseous fuel, the compression effect does not occur and the moving part hits other parts without braking. This results in a larger contact load in the case of liquid fuels. In the case of gaseous fuels, however, no hydraulic bonding occurs.
본 발명의 과제는 작동 중에 서로 접촉하는 2개의 부품 사이에서 전면 접촉이 이루어지는 가스 분사기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a gas injector in which a front contact is made between two parts that are in contact with each other during operation.
청구항 1의 특징들을 갖는, 내연 기관의 연소실 내로 기체 연료를 직접 분사하기 위한 본 발명에 따른 가스 분사기는 작동 중에 서로 접촉하는 2개의 부품 사이에서, 예를 들어 내극과 아마추어 사이 또는 2개의 정지 부품들 사이에서 전면 접촉이 이루어진다는 장점을 나타내며, 이로 인해 폐쇄 거동과 개방 거동의 다이내믹에 대한 단점이 나타나지 않는다. 결과적으로 접촉 응력이 크게 감소할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라, 제조 공차가 양호하게 보상될 수 있으므로, 가스 분사기의 신뢰성 있고 오래 지속되는 연속 작동이 가능하다. 이것은 본 발명에 따라 가스 분사기가 밀봉 시트 상에서 관통 구멍을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소, 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품, 및 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품을 포함함으로써 달성된다. 가스 분사기의 소정 상태에서, 제 1 및 제 2 부품은 접촉한다. 소정 상태는 바람직하게는 완전 개방 상태 또는 폐쇄 상태이다. 이 경우 제 1 부품의 경도는 제 2 부품의 경도보다 크다. 작동 중에 교대로 접촉한 다음 다시 서로 분리되는, 서로 접촉하는 부품들의 경도가 서로 다르기 때문에, 더 부드러운 표면의 제어된 마모가 이루어진다. 따라서, 더 부드러운 층은 공차 보상 등을 제공하기 위해 부분적으로 희생된다. 또한, 표면의 더 부드러운 층에서 소성 변형이 발생할 수 있다. 따라서 더 부드러운 표면은 변형 표면을 형성한다. 더 부드러운 표면의 마모 또는 변형은 짧은 유입 과정 후에 발생하기 때문에, 작동 중에 실제로 존재하는 제 1 및 제 2 부품 사이의 접촉 면이 커지고, 제 1 및 제 2 부품 사이의 접촉 응력이 감소한다. 일정한 유입 시간 후에, 추가의 마모 또는 추가의 소성 변형이 없는 안정된 상태가 얻어진다.A gas injector according to the present invention for direct injection of gaseous fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine having the features of claim 1 can be used between two parts in contact with each other during operation, for example between an inner pole and an armature, And thus does not exhibit any disadvantages to the dynamics of the closing behavior and the opening behavior. As a result, the contact stress can be greatly reduced. Further, according to the present invention, since the manufacturing tolerances can be well compensated, reliable and long-lasting continuous operation of the gas injector is possible. This is achieved in accordance with the invention by a gas injector comprising a valve closing element for opening and closing a through hole on a sealing sheet, a first part having a first surface hardness and a second part having a second surface hardness. In a given state of the gas injector, the first and second parts are in contact. The predetermined state is preferably a fully opened state or a closed state. In this case, the hardness of the first part is larger than the hardness of the second part. Controlled abrasion of the softer surface is achieved because the hardness of the parts that come into contact with each other and then to each other, which are separated from each other, are different. Thus, a softer layer is sacrificed in part to provide tolerance compensation and the like. Plastic deformation may also occur in the softer layer of the surface. A softer surface thus forms a deformed surface. Wear or deformation of a softer surface occurs after a short inflow process, so that the contact surface between the first and second parts that are actually present during operation becomes larger and the contact stress between the first and second parts decreases. After a constant inflow time, a steady state without further wear or further plastic deformation is obtained.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선을 제시한다. The dependent claims present preferred improvements of the present invention.
특히 바람직하게는, 소정의 상태에서 제 1 및 제 2 부품 사이에 면 접촉이 존재한다. 이로 인해, 부품들 사이의 접촉 동안 매우 낮은 접촉 부하가 달성될 수 있다.Particularly preferably, there is a surface contact between the first and second parts in a predetermined state. As a result, a very low contact load can be achieved during contact between the parts.
특히 바람직하게 제 2 부품은 코팅을 포함한다. 코팅의 경도는 제 1 부품의 표면 경도보다 작다. 결과적으로, 부품들 사이의 경도 차이는 부품 중 하나를 단순히 코팅함으로써 개별적으로 달성될 수 있다.Particularly preferably, the second component comprises a coating. The hardness of the coating is less than the surface hardness of the first component. As a result, the hardness difference between the parts can be achieved individually by simply coating one of the parts.
제 1 부품은 특히 바람직하게는 자기 액추에이터의 내극이고, 제 2 부품은 자기 액추에이터의 아마추어이다. 아마추어는 밸브 폐쇄 부재에 연결된다. 특히 바람직하게는, 연소실을 향한 내극의 전체 면은 아마추어의 표면과 접촉한다. 대안으로서 또는 동시에, 연소실로부터 떨어져 있는 아마추어의 전체 면은 내극과 접촉한다. 이로 인해, 내극과 아마추어 사이에 큰 접촉 면이 확보된다.The first component is particularly preferably the inner pole of the magnetic actuator and the second component is the amateur of the magnetic actuator. The armature is connected to the valve closing member. Particularly preferably, the entire surface of the inner pole facing the combustion chamber is in contact with the surface of the armature. Alternatively or simultaneously, the entire surface of the armature away from the combustion chamber contacts the inner pole. As a result, a large contact surface is secured between the inner pole and the armature.
대안으로서, 제 1 및 제 2 부품은 가스 분사기의 행정을 제한하기 위해 각각 정지부로서 형성된다. 또한, 대안으로서 제 1 및 제 2 부품은 가스 분사기의 밀봉 시트를 형성한다.Alternatively, the first and second parts are each formed as a stop to limit the stroke of the gas injector. Also alternatively, the first and second components form a sealing sheet of the gas injector.
또한, 바람직하게는, 제 1 부품의 표면 경도는 제 2 성분의 표면 경도보다 적어도 50 % 더 크다. 바람직하게는, 제 1 부품의 표면 경도는 제 2 부품의 표면 경도보다 최대 500 % 더 크다. 제 1 부품의 표면 경도는 바람직하게는 약 1000 HV이고, 제 2 부품의 표면 경도는 바람직하게는 약 200 HV 내지 300 HV이다.Also preferably, the surface hardness of the first component is at least 50% greater than the surface hardness of the second component. Preferably, the surface hardness of the first part is at most 500% greater than the surface hardness of the second part. The surface hardness of the first component is preferably about 1000 HV, and the surface hardness of the second component is preferably about 200 HV to 300 HV.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현 예에 따르면, 제 2 부품의 코팅의 두께는 5 ㎛ 내지 최대 30 ㎛ 범위, 특히 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the thickness of the coating of the second part is in the range of 5 [mu] m to 30 [mu] m, in particular in the range of 5 [mu] m to 10 [mu] m.
더 바람직하게는, 가스 분사기는 제 1 및 제 2 부품 사이에 배치되는 유입 매체를 포함한다. 유입 매체는 제어된 마모 또는 제어된 변형을 촉진한다. 유입 매체로서는, 예를 들어 에멀젼, 예를 들면 물/오일 혼합물, 또는 현탁액, 예를 들어 각각 연마 입자를 포함하는 물 또는 오일이 사용될 수 있다.More preferably, the gas injector comprises an inflow medium disposed between the first and second parts. The inflow medium promotes controlled wear or controlled deformation. As the infusion medium, for example, an emulsion such as a water / oil mixture, or a suspension, for example water or oil containing abrasive particles, may be used.
제 1 부품의 표면은 크롬 표면인 것이 특히 바람직하다. 제 2 부품을 위한 코팅으로서, 주석, 니켈, 임베디드 감쇠 입자, 예를 들어 PTFE를 갖는 니켈, 아연, 구리 또는 구리 합금(청동, 황동) 및 바람직하게는 300 내지 500 HV의 크랙 없는 더 부드러운 크롬 층이 제공된다. 또한, 본 발명은 연소실 및 본 발명에 따른 가스 분사기를 포함하는 내연 기관에 관한 것이며, 상기 가스 분사기는 기체 연료를 연소실 내로 직접 분사하기 위해 연소실에 직접 배치된다.It is particularly preferred that the surface of the first component is a chrome surface. As the coating for the second part, there can be used tin, nickel, embedded attenuated particles, for example nickel, zinc, copper or copper alloy (bronze, brass) with PTFE and a softer chromium layer / RTI > The present invention also relates to an internal combustion engine comprising a combustion chamber and a gas injector according to the invention, wherein the gas injector is disposed directly in the combustion chamber for direct injection of gaseous fuel into the combustion chamber.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예가 도면을 참고로 상세하게 설명된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 분사기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 유입 단계 이전에 도 1의 접촉하는 부품들의 개략적인 단면도이다.
도 3은 유입 단계 후 접촉하는 부품들의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a gas injector according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the contacting parts of Figure 1 prior to the inflow step.
Figure 3 is a schematic cross-sectional view of parts that come into contact after the inflow step.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 분사기(1)가 도 1 내지 도 3을 참고로 아래에서 상세하게 설명된다.A gas injector 1 according to a preferred embodiment of the present invention is described in detail below with reference to Figs.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 가스 분사기(1)는 상기 실시 예에서는 밸브 니들인 밸브 폐쇄 요소(2)를 포함한다. 이 경우, 밸브 폐쇄 요소(2)는 밀봉 시트(4)에서 관통 구멍(3)을 개방하거나 또는 폐쇄한다.As can be seen from Fig. 1, the gas injector 1 comprises a
가스 분사기(1)는 연소실(10)에 직접 배치된다. 그 결과, 기체 연료가 연소실(10) 내로 직접 분사될 수 있다.The gas injector 1 is disposed directly in the
아마추어(6)는 밸브 폐쇄 요소(2)에 배치된다. 아마추어(6) 및 내극(5)은 코일(9)과 함께 가스 분사기(1)를 작동시키기 위한 자기 액추에이터를 형성한다. 내극(5)은 제 1 부품을 형성하고, 아마추어(6)는 제 2 부품을 형성하며, 상기 부품들은 가스 분사기의 소정 상태에서, 즉 완전히 열린 상태에서 서로 접촉하고 있다.The
내극(5)은 제 1 코팅(11)을 포함한다. 아마추어(6)는 제 2 코팅(12), 및 상기 제 2 코팅(12) 상에 배치된 제 3 코팅(13)을 포함한다. 따라서, 완전 개방 상태에서, 제 3 코팅(13)과 제 1 코팅(11)은 접촉한다. 제 3 코팅(13)의 경도는 제 1 코팅(11)의 경도보다 낮다.The
도면 번호 8은 복원 요소를 나타내며, 상기 복원 요소(8)는 밸브 폐쇄 요소(2)를 도 1에 도시된 폐쇄된 시작 위치로 복귀시킨다.
가스 분사기(1)를 개방하기 위해, 자기 액추에이터는 공지된 방식으로 작동되므로, 아마추어(6)가 내극(5)에 대해 화살표 A의 방향으로 끌어 당겨진다. 그 다음, 아마추어(5)는 아마추어(6)와 내극(5) 사이의 중간 갭을 극복한 후에 내극(5)과 접촉한다. 이것은 도 1에 화살표 A로 표시된다.In order to open the gas injector 1, the magnetic actuator is operated in a known manner, so that the
도 2는 제조 공차로 인해 아마추어(6)와 내극(5) 사이의 소정의 경사 위치가 존재하는 유입 단계 이전의 가스 분사기의 상태를 도시한다. 이것은 도 2에서 원추형 갭(14)으로 표시되어있다.Fig. 2 shows the state of the gas injector prior to the inflow stage in which there is a predetermined tilted position between the
작동 중에 서로 접촉하게 되는 제 1 코팅(11)과 제 3 코팅(13) 사이의 상이한 경도로 인해, 더 부드러운 제 3 코팅(13)의 제어된 마모가 달성될 수 있다. 따라서, 제 3 코팅(13)은 제조 공차를 보상하기 위해 유입 과정 중에 부분적으로 희생되는 희생 층을 형성한다. 더 부드러운 제 3 코팅(13)은 또한 소성 변형을 수행하므로, 제 3 코팅(13)은 변형 층을 형성할 수 있다.Controlled wear of the softer
도 2와 도 3의 비교에서 나타나는 바와 같이, 유입 단계 후에, 즉 도 3에 도시된 상태에서 제 3 코팅(13)과 제 1 코팅(11) 사이의 완전한 면 접촉이 존재한다. 따라서, 더 이상의 마모 없이 안정된 상태가 달성된다. 제 1 및 제 2 부품, 즉 내극(5)과 아마추어(6) 사이의 면 접촉으로 인해, 부품들 사이의 접촉 응력이 감소한다. 따라서, 유입 프로세스 동안 마모 및 소성 변형은, 접촉 기하학의 안정한 최종 상태가 달성될 때까지 감소한다. 이 경우 접촉 응력이 최소인데, 그 이유는 실제 접촉 면이 최대이기 때문이다. 본 발명에 따라 기체 연료가 사용되기 때문에, 액체 연료의 사용 시 나타날 수 있는, 큰 접촉 면으로 인한 유압 접착의 위험이 없다. 접촉 면의 온도 의존성도 나타나지 않는다. 제 3 코팅(13)의 두께는 예를 들어 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위이다.As shown in the comparison of FIG. 2 and FIG. 3, there is complete surface contact between the
내극(5) 상의 제 1 코팅(11)은 예를 들어 크롬 코팅일 수 있다. 아마추어(6) 상에 직접 부착된 제 2 코팅(12)은 마찬가지로 크롬 코팅, 바람직하게는 내극(5) 상의 제 1 코팅과 동일한 코팅일 수 있다. 제 1 코팅(11)보다 더 부드러운 코팅인 제 3 코팅(13)은 예를 들어 주석 함유, 니켈 함유, 아연 함유 또는 구리 함유 코팅이다.The
제어된 마모 동안 유입 프로세스를 지원하기 위해, 유입 매체, 예를 들어 에멀젼 또는 연마 입자를 갖는 현탁액이 바람직하게 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 유입 과정의 윤활을 위해 사용되는 첨가제들이 예를 들어 제 3 코팅(13)에 제공될 수 있다.To support the inflow process during controlled wear, a suspension with an infusion medium, for example an emulsion or abrasive particles, can preferably be used. Alternatively or additionally, additives which are used for the lubrication of the inflow process may be provided in the
2
밸브 폐쇄 요소
4
밀봉 시트
5, 6
부품
10
연소실2 valve closing element
4 sealing sheet
5, 6 parts
10 combustion chamber
Claims (11)
- 밀봉 시트(4)에서 관통 구멍(3)을 개폐하기 위한 밸브 폐쇄 요소(2),
- 제 1 표면 경도를 갖는 제 1 부품(5), 및
- 제 2 표면 경도를 갖는 제 2 부품(6)을 포함하고,
- 상기 가스 분사기의 소정 상태에서 상기 제 1 부품(5)이 상기 제 2 부품(6)과 접촉하고,
- 상기 제 1 부품(5)의 표면 경도가 상기 제 2 부품(6)의 표면 경도보다 높은 것을 특징으로 하는 가스 분사기. A gas injector for injecting direct gaseous fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine,
A valve closing element 2 for opening and closing the through hole 3 in the sealing sheet 4,
- a first part (5) having a first surface hardness, and
- a second part (6) having a second surface hardness,
- the first part (5) in contact with the second part (6) in a predetermined state of the gas injector,
- the surface hardness of the first part (5) is higher than the surface hardness of the second part (6).
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