KR960010293B1 - 경사아마츄어를 구비한 전자식 연료분사기 - Google Patents

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Description

경사아마츄어를 구비한 전자식 연료분사기

본 발명은 연소 모우터의 흡입관 속으로 연료를 벌크분사하는 소형전자식 연료분사기에 관한 것이다. 연료압력은 바람직하게는 약 1내지 1바아이다.

(발명의 목적 및 선행기술)

연료를 연소 모우터의 흡입관 속으로 분사하는 전자식 분사 밸브가 여러가지 나와 있다. 이들 분사 밸브의 공통적인 특성은 투입량(dosage)의 높은 정확성을 요구한다. 이러한 높은 투입량의 정확성은 아주 짧은 개폐시간으로서만 얻을 수 있다.

가장 잘 알려진 밸브의 개폐시간은 0.5 내지 1.5㎳로서 전자기의 임피던스에 다소 영향을 받는다. 원하는 짧은 폐쇄시간은 전기에너지의 가능한 최저하의 입력으로 달성될 수 있을 것이다. 이에 더하여 투입 정확성은 아마츄어의 튐에 의해 상당히 감소된다.

선행기술의 밸브는 전형적으로는 축대칭형이다. 이러한 밸브의 아마츄어는 중심축에 위치하고 대체로 니들타입인 밸브 오브튜레이터에 작용한다. 자기 리턴흐름은 자극과 밸브시이트를 모두 포함하는 금속제 하우징에 의해 수행되는 것이 보통이다.

이러한 밸브의 외경은 전형적으로는 20 내지 25㎜이다. 아마츄어의 운동질량은 전형적으로는 1내지 4g이다. 아마츄어의 좋지않은 튐을 방지하고 짧은 부유 시간을 얻기 위해서 종래의 분사기는 매우 작은 행정 높이를 갖는 것이 특징이었다.

최근의 분사기 밸브의 행정 높이는 0.05내지 0.01㎜의 범위이다. 흐름 특성의 바람직하지 못한 변화를 방지하기 위해 종래 기술의 밸브는 아주 엄격한 기계 공차를 요한다. 이에 더하여 종래의 밸브는 어려운 측정과정을 요한다.

본 발명의 목적은 낮은 아마츄어 튐과 낮은 에너지 소모의 견고한 연료분사기를 제공하는 것이다.

(본원 발명에 따른 연료분사기)

종래의 분사기와 달리 본원 발명에 따른 분사기는 경사진 아마츄어를 이룬다. 경사 아마츄어는 매우 작은 중량으로 약 0.3g이다.

이처럼 낮은 아마츄어 질량은 고속의 부유 이동을 허용한다. 분사기는 주로 플라스틱 재료로 구성되며, 따라서 제조비용이 저렴하다. 분사기는 매우 작은 전체크기가 특징인데, 자기회로 구역의 외경은 단지 약 10 내지 12㎜이다. 그러므로 분사기는 여러가지 장착조건에 용이하게 적용될 수 있다.

본 분사기의 바람직한 분사기가 제1도에 도시되는데 이후에 자세히 설명될 것이다.

제1도에 따른 분사기의 자기회로는 경사아마츄어(109), 자극(108) 및 복귀흐름관(107)으로 구성된다. 자기회로 요소는 강자성 재료로 만들어지며, 약 12% 크롬을 함유하는 스테인레스강이 바람직하다. 그 특성은 높은 전기저항과 상대적으로 높은 포화 플럭스밀도(saturation flux density)이다. 납짝자극(108)이 레이저 용접이나 리베팅에 의해 밸브캐리어(110)에 고정된다. 밸브캐리어(110)는 비자성 재료로 구성된다. 밸브캐리어(110) 제작에 알맞는 재료는 예를들면, 최대의 비저항을 가진 오스테나이트 특수강이다. 작동포올면은 바람직하게는 약 2 내지 4㎟이라서 종래의 분사기보다 상당히 작다. 작동포올면이란 아마츄어(109)로 덮힌 자극(108)의 표면을 말한다. 자기회로의 작동자극은 대략 자기코일(106)의 중심에 있다. 이처럼 중심에 위치한 작동자극으로 해서 매우 작은 작동자극면에도 불구하고 충분히 높은 전자기 효율을 얻을 수 있다. 중심에 위치하지 않은 작동자극이라면 전자장의 선의 산란은 전자기 효과의 큰 감소를 초래한다.

아마츄어(109) 및 자극(108)의 폭은 바람직하게는 약 3 내지 4㎜이며 이들 요소의 두께는 대체로 1㎜보다도 휠씬 작다(바람직하게는 0.6 내지 0.8㎜).

밸브캐리어(110)는 밸브하우징(101)의 홈(122)에 장착된다. 밸브하우징(101)의 배면측은 하우징의 상부 세그먼트(102)에 연결된다. 밸브하우징(101)과 상부하우징 단면(102)은 플라스틱으로 만들어지고 자기 및 전기의 부도체이다. 하우징 세그먼트의 연결은 바람직하게는 초음속 용접으로 한다.

자석코일(106)은 직접 밸브하우징(101)에 감긴다. 자석코일(106)은 트리거회로와 분사기의 소요의 작동속도에 따라 대략 400 내지 1000회 감긴다. 자석코일(106)은 접촉핀(103)에 연결된다. 경사아마츄어(109)는 베어링위치(120)에서 각도를 이룬다. 아마츄어의 지지점에서 안내핀(111)이 밸브캐리어속으로 가압끼움된다. 밸브시이트(117)는 밸브캐리어의 전방단부에 위치한다. 밸브시이트 직경은 바람직하게는 약 1내지 2㎜이다. 밸브시이트는 자기회로의 비활성화 상태를 위해 밸브 오브튜레이터(115)에 의해 폐쇄된다. 오브튜레이터는 바람직하게는 PTFE(상표명은 Teflon)와 같은 탄성 플라스틱 재료로 구성된다.

아마츄어(109)는 리세트스프링(114)에 의해 밸브캐리어(110)에 대해 가압된다. 아마츄어(109)의 아래의 리세트스프링의 위치에 리미트스톱(113)이 구비되는데 여기서 아마츄어는 비활성 상태로 정지되어 있다. 리미트스톱(113)은 정지위치에서의 스프링력에 의한 아마츄어의 부당한 휨을 방지하며 이러한 휨은 밸브시이트(117) 구역에서의 분사기의 누출을 초래한다. 밸브캐리어(110)는 스탬프된 오목부를 가져서 자기회로가 작동되지 않는 동안 아마츄어(109)만이 아마츄어 베어링(120) 밸브시이트(117) 및 리미트스톱(113)에서 밸브캐리어(110)와 접촉하도록 한다.

스탬프 오목부 구역은 유압부착을 방지하기 위해 절대적으로 필요한 것이다. 이들 오목부 구역의 깊이는 0.01 내지 0.02㎜이상이어서는 안된다.

이렇게 작은 오목부로써 아마츄어 리세트 운동의 원하는 댐핑이 성취될 수 있다. 리세트스프링(114)용 베어링은 조정핀(116)이다. 초기 스프링 인장은 조정핀(116)을 움직임으로써 설정된다. 이러한 방법으로 분사기의 다이나믹한 측정이 종래기술에 의해 수행된다. 밸브시이트(117) 밑에 디퓨저(118)가 설치되고 이것은 가스켓링(119)을 가진다. 연료는 밸브하우징(102)의 상부단면에 있는 개구부(123)를 통하여 공급된다. 분사기는 가스켓링(104,105)에 의해 도시안된 장착개구부에서 밀봉된다.

분사기의 제작은 아주 비용이 절약된다. 밸브캐리어, 아마츄어 및 자극은 바람직하게는 평평한 시이트로부터 다이절단하여 만든다. 밸브캐리어(110) 및 자극(108)의 상부는 하나의 제조공정에서 접지되어 아마츄어의 베어링위치(120) 및 자극(108)의 상부가 동일평면상에 있다. 밸브시이트 및 유압부착 감소용 오목부는 바람직하게는 스탬핑에 의해 하나의 공정에서 성형된다. 표면의 질은 연마에 의해 개선될 수 있다. 스탬핑 공정의 정밀도에 따라, 연마공정은 필요치 않을 수도 있으며 마무리는 단지 비용이 적게 되는 연마절차만을 요한다. 아마츄어(109)의 하부측은 바람직하게는 연마에 의해 오브튜레이터(115)와 죠인트로 함께 구비되어 공통평면은 비활성화된 아마츄어의 케이스를 위한 베어링 위치를 초래한다. 작동자극 위치에서 아마츄어(109)나 자극(108)에 오목부 세그먼트가 구비되어 이 위치에서의 방해유압력을 감소시키게 된다. 이 오목부 세그먼트의 깊이는 바람직하게는 0.01 내지 0.02㎜이다. 모든 스톱면은 각각 약 0.5 내지 1㎟의 면적을 가진다. 이렇게 작은 스톱면에도 불구하고 비경화면인 경우에도 아주 작은 아마츄어 질량으로 인해 포케팅을 피하게 된다.

제1도에서 명백한 바와 같은 아마츄어(109)의 하부면의 총길이를 평평하게 유지시키고 자극(108)을 베어링면에 대하여 아마츄어의 행정의 높이만큼 오목하게 함으로써 제조공정을 더 단순화시킬 수 있다. 이것은 활성화된 밸브의 케이스에 대해 자극(108)과 아마츄어(109) 사이의 원하는 정렬을 자동적으로 이루게 된다. 아마츄어 행정은 이때 밸브캐리어(110)와 자극(108)의 조인트 연마에 의해 아주 간단히 설정된다. 자극의 마감면은 이때 밸브캐리어의 평면에 대해 아마츄어의 행정의 높이만큼 오목하게 된다. 각도를 이룬 경사아마츄어인 것을 특징으로 하는 제1도에 도시된 설계는 주로 분사기의 작동원리를 좀더 명확히 도시하기 위해 선택된다.

밸브시이트와 아마츄어 베어링을 동일 평면상에 배열하는 것은 필요한 밸브시이트의 누설방지를 보장해준다. 오브튜레이터 및 밸브시이트가 0.1마이크로미터보다 작은 것에 근접할 때에만 필요한 밀봉이 성취된다. 따라서, 이들 부품의 서로에 대한 약간의 경사나 캔딩은 바람직하지 못한 누설을 초래한다. 이에 더하여 밸브시이트의 시일용량은 밸브 오브튜레이터(115)를 플라스틱 재료로 만듬으로써 더욱 개선될 수 있다. 이러한 맥락에서 플라스틱으로 만든 오브튜레이터의 사용은 대체로 명백하고 이미 제안되어 있다. 그러나 이러한 시도는 종래 기술의 분사기에서는 성공되지 못했다. 그 이유는 종래의 분사기는 상대적으로 큰 아마츄어 질량인 것이 특징이고, 또한 질량이 분사기의 중심축에 집중되어 있기 때문이다. 이들 상대적으로 큰 아마츄어 질량은 오브튜레이터 구역에 높은 충격하중을 초래하게 된다.

오브튜레이터상에 충격 저항을 허용 가능한 값으로 낮추기 위해서는 오브튜레이터쪽의 상당히 큰 탄성을 요한다. 이러한 탄성은 다소 두꺼운 오브튜레이터를 만듬으로써 얻어질 수 있다.

이러한 두꺼운 오브튜레이터로 인해 플라스틱 재료의 크리핑에 기인하는 아마츄어 행정의 바람직스럽지 못한 변화가 발생한다. 실제로는 이러한 타입의 분사기는 상대적으로 짧은 수명을 갖게 된다. 종래의 분사기의 얇은 플라스틱 오브튜레이터의 경우에 과도한 기계적 응력으로 인해 짧은 수명으로 파괴된다.

본 발명에 따른 분사기에서, 플라스틱 오브튜레이터의 사용은 매우 낮은 아마츄어 질량과 종래의 분사기에 비교할 때 대체로 낮은 전원 레벨로써 만들어지는 것이 가능해진다. 더욱이 레버형 배열로 인해 전체 아마츄어 질량중의 일부분만이 전체행정에 참여한다. 이미 낮아진 아마츄어의 운동에너지는 리세트스프링 위치에 있는 리미트스톱(113)에 의해 더욱 감소된다. 오브튜레이터(115)와 밸브시이트(117)간의 연결순간에 아마츄어의 전체 운동에너지의 일부가 유효하다.

전술한 구조의 수단으로 인해 아주 작은 양의 부하만이 밸브시이트 위치에 발생한다. 그러므로, 대안으로서, 오브튜레이터(115)를 완전히 생략하는 것이 가능할 뿐만 아니라 적당하게 된다. 아마츄어(109)는 이때 밸브시이트 구역에서 납짝하게 만들어지고, 밸브시이트와 직접 금속 접촉하게 된다. 이들 세그먼트의 경화는 대체로 필요치 않다. 시일 특성을 개선하기 위해 밸브시이트 구역에 매우 얇은 아마츄어(109)를 만들어서 소정의 최소탄성이 얻어지도록 한다. 이를 위해 밸브시이트 구역의 아마츄어 두께는 약 0.1㎜까지 감소되어야 한다. 시이트의 접촉구역의 폭은 이때 약 0.1 내지 0.15㎜이다. 분사기용 정적흐름의 측정은 장착안된 밸브에 대해 알맞게 이루어진다. 이것으로 해서 노즐은 마감안된 밸브캐리어(110)에 부착되고 개구부의 흐름 용량이 결정된다. 이때 소정의 흐름에 필요한 아마츄어 행정은 결정된다. 이어서 밸브캐리어는 적당한 행정의 아마츄어의 결합되거나 자극면이 소정의 행정높이의 깊이만큼 연마에 의해 언더컷된다.

대안적으로, 그 이상의 제조공정에 대한 공차를 위해 좁은 흐름의 밸브캐리어를 사용하거나, 다른 행정높이의 전기장과 결합을 생략하는 것이 생산비를 낮출 수 있다.

이러한 큰 행정 높이를 선택하는 것이 더욱 경제적인데 이는 활성화된 아마츄어에 대해 단지 적은 양의 댐핑이 밸브시이트 구역에서 효과적이고, 이것은 아마츄어 행정에서 큰 공차를 허용하기 때문이다. 이러한 큰 공차범위는 상대적으로 큰 아마츄어 행정에서라도 분사기의 여분의 고속부유 시간때문에 타당하다.

이후에 본 발명에 따른 분사기의 특징적인 운동이 설명될 것인데, 이것은 종래의 아마츄어와 상당히 다르다. 먼저 본 발명에 따른 분사기는 상당히 작은 작동자극 면적과 밸브시이트 구역에서의 큰 행정을 가진다. 분리해서 고려할때, 이들 두개의 특성은 좀더 큰 자기스트레이장에 소용이 되며, 따라서 감소된 전자기 효율을 이끌어낸다. 그러나 정적인 전자기 효율의 이러한 감소는 다른 밸브 특성에 의해 더욱 보상된다. 우선 스트레이 자기장은 작동자극의 중심위치에 의해 허용할 수 있는 값까지 감소된다. 이에 더하여, 작동갭의 유효길이는 아마츄어의 레버설계로부터 얻어지는 기계적 잇점으로 인해 밸브행정보다 작아질 수 있다. 얇은벽 자기회로는 맴돌이 전류손실을 상당히 피할 수 있다. 작은 작동자극면은 코일의 감은 수가 종래의 분사기보다 상당히 크더라도 낮은 유도율을 초래한다. 이러한 작은 유도율 때문에 자장의 형성이 매우 빠르다. 나아가, 상대적으로 많은 감김수와 상대적으로 많이 나온 스트레이 때문에 자기적으로 전도되는 물질인 완벽한 복귀흐름 통로가 요구되지 않는다. 복귀흐름 슬리브(107) 및 작동자극(108)과 아마츄어(109) 사이의 추가 복귀플럭스 요소는 통상 요구되지 않는다. 이것은 다시 간단하게 되어, 제조공정에서 원가가 절감된다.

아마츄어의 레버설계 및 결과적인 큰 아마츄어 행정은 아주 작은 시이트직경을 사용하는 것을 가능케 한다. 그러므로 감소된 시이트 직경은 갭을 개방하는데 필요한 일을 감소시킬 것이다. 가장 바람직한 레버 전동은 주로 원하는 연료흐름과 연료압력에 주로 의존한다. 본 명세서에서 레버전동은 베어링 위치와 밸브시이트간의 아마츄어 길이 그리고 이에 대한 베어링과 작동자극간의 아마츄어 길이에 대한 비율로서 정의된다. 아마츄어 행정은 작동자극 위치의 행정 높이로 정의되며 밸브 행정은 밸브시이트 위치에서의 행정을 말한다. 대체적으로 아마츄어 행정은 0.1㎜를 넘지 않아야 한다. 더 큰 아마츄어 행정을 위해서는 스트레이장은 상당히 증가하며 전자기 효율의 감소와 합해진다. 베어링과 작동자극간의 아마츄어 길이는 5 내지 10㎜범위이어야 한다. 모터의 흡인 파이프로의 분사를 위해 제1도에 나타난 바와 같이 약 1~1.5의 레버비가 사용되어야 한다. 중앙분사를 위해 모든 연료는 모터의 트로틀 밸브앞의 단일 분사기에 의해 비교적 낮은 압력으로 분사되는 경우에 약 2의 레버전동이 적당하다. 이것은 낮은 아마츄어 행정과 작은 밸브시이트 직경에서 큰 흐름량을 허용한다. 가장 바람직한 전동비는 또한 실제적으로 최적화에 의해 구해질 수 있다.

본 발명에 따르는 분사기는 아마츄어 튐에 대해 단지 낮은 경향을 갖는다. 아마츄어 레버의 비교적 큰 자유길이와 비교적 큰 밸브 행정을 기초를 정확히 반대라고 기대했기 때문에 이것은 처음에는 당 업자에게 놀라운 일이다. 그러나 본 발명에 따르는 아마츄어 설계에 의해, 효과는 튐 운동의 효과적인 억제를 달성하는 것이다. 이것은 아마츄어가 부동운동의 한계를 향하여 베어링 위치(120)의 영역에서 그의 관성때문에 매우 빠르게 방출된다는 사실로 말미암는다. 이 과정동안에 진공이 형성되고 이어서 감쇠흐름이 일어나 이것은 아마츄어의 운동에너지를 상당히 감소시킨다. 그러나 이 감쇠과정을 효과적으로 사용하기 위해서는 베어링영역에서 아마츄어에 대한 비교적 큰 수용 면적을 제공하는 것이 필요하다. 베어링 면(120)은 따라서 약 10㎟이어야 한다. 이 크기의 수용면으로는 수반된 힘의 레버작용으로 인해 개폐운동 자체의 중대한 감쇠는 염려할 필요가 없다. 게다가, 아마츄어 튐은 전면적으로 낮은 힘 수준과 작은 효과적인 아마츄어 질량때문에 허용할 만한 한계내에 머무른다. 아마츄어 베어링에 가까운 리세트스프링(114)을 위치시키는 것은 아마츄어 튐의 또다른 감소를 가져온다.

본 발명에 따른 분사기 설계는 제1도의 구체적 실시예에 국한되지 않는다. 예를 들면, 밸브하우징에 밸브캐리어를 전방으로 미끌어뜨리고 디퓨저 근처의 전방에서 밸브하우징을 폐쇄시킴으로써 적당히 변화될 수 있다. 하우징을 둘러싸는 금속복귀흐름 슬리브는 분사기의 기계적 안정성을 개선시키기 위해 분사기의 바로 전방가장자리로 연장될 수 있다. 게다가, 분사기의 중앙축선에 연료를 공급하는 것과 옆에 전기접촉 플러그를 장착시키는 것이 가능하다. 연료는 경사진 개구부, 또는 각을 이룬 통로에 의해 밸브시이트로부터 배출 노즐로 안내되고 이것은 어떤 원하는 방향으로의 분사를 조정하도록 허용한다. 이러한 방법으로, 이미 존재하는 연속생산형의 분사기와 양호한 적합성이 달성될 수 있다. 더욱이, 밸브캐리어와 밸브하우징의 기계적죔이 디퓨저에 의해서만 되는 경우 디퓨저를 밸브캐리어와 단단히 연결시키는 것이 가능하다. 이것은 외부의 방해하는 힘으로부터 격리된 부동(浮動) 장착된 밸브캐리어를 야기시킨다. 게다가, 코일 스프링에 의한 아마츄어의 리세팅은 또한 판 스프링 또는 비틀림 스프링으로 실행될 수 있는데, 이 경우 후자는 리벳체결을 통해 밸브캐리어에 직접 연결된다. 밸브캐리어 또는 하우징은 전체로서 또는 부분적으로 비자화성 소결 금속으로 구성되어 복잡한 형상이라도 비용효율적인 과정에 의해 그 제조될 수 있다.

분사기의 예외적으로 높은 수명과 내마모성의 요구를 위해 장치의 개개부품들은 단단하게 만들거나 내마모성 피복을 갖출 수 있다. 추가로, 아마츄어와 자극을 둘다 영구적인 공기틈을 형성하는 얇고 비자화성 피복을 갖출 수 있다. 이것은 또한, 자기밸브의 열리는 시간을 감소시킨다. 이러한 피복을 위해 예를 들면 이온주입에 의해 제조된 비금속성 내마모성 피복이 적합하다. 이온주입 방법은 최근에 더 개발되었고 따라서 이 방법은 한편 소형의 대량 생산부품의 경제적인 제조를 위해 또한 사용될 수 있다.

아마츄어의 굽힘 강성은 그것을 세로리브로 스탬핑함으로써 개선될 수 있다. 비스듬한 방향으로 아마츄어를 보강하여 U-프로파일을 가져오는 것도 또한 가능하다. 게다가, 분사기는 항상 연료필터를 갖추고 있는데 이것은 실용상의 목적으로 도면에서 생략하였다. 특별히 강조할 것은 도시된 도면이 공학적 도면이 아니라 본 발명에 따르는 분사기의 기능적 관점을 전무가를 위해 상세히 설명할 목적으로 만들어진 것이다.

본 발명에 따르는 분사기의 다음의 추가의 가능한 설계실시예를 제공하기로 한다.

제2도 및 제3도는 하우징에 직접 놓여 있는 아마츄어를 가진 분사기를 나타낸다. 분사기는 서로 직각인 두 단면도를 나타낸다. 동일한 부품은 같은 참고번호로 표시된다.

제2도 및 제3도에 따르는 분사기는 두개의 옆으로 뻗은 베어링 러그를 갖는 경사아마츄어(205)가 장치되어 있다. 아마츄어(205)용 베어링은 약간의 측면 틈을 허용하면서 밸브하우징(201)에 두개의 홈(209)에 의해 제공된다. 아마츄어(205)는 리세트스프링(213)에 의해 밸브시이트(214), 리미트스톱(221) 및 베어링(220)에 대해 가압되어 있다. 아마츄어는 플라스틱 밸브 오브튜레이터(211)를 갖추고 있다. 리세트스프링(213)은 상부 하우징 섹션(212)에 고정되어 있다. 상부 하우징 섹션(212)은 예를 들면 초음파 웰딩에 의해, 또는 접착제 접착에 의해 밸브하우징(201)에 단단히 연결되어 있다. 밸브는 연료로 완전히 가득차 있다. 연료는 개구부(218)을 통해 주위 홈(222)을 거쳐 밸브하우징으로 들어간다. 거기로부터 축선상의 홈(235)을 거쳐 주위 홈(223)으로 통과하고 거기로부터 연료는 재순환한다. 분사되는 연료는 밸브시이트(214)와 채널(217)을 거쳐 분사기판(215)에 이른다. 분사기판(215)은 디퓨저(216)에 의해 밸브하우징에 고착된다. 디퓨저(216)는 밸브하우징에 직접 압력고정된다. 밸브하우징은 가스켓링(203 및 210)에 의해 분사기의 둘레에 대하여 밀봉된다. 제1도에 따르는 분사기와는 달리, 본 밸브는 주어진 장착조건을 기초로 빈번히 적당한 적합한 상황인 각을 이루어 연료를 분사한다. 또, 다르게는 분사방향은 또한 분사기의 중앙측에 평행하도록 배열되어 종래의 분사기와 넓은 기초적인 적합성을 제공할 수 있다. 밸브시이트로부터 디퓨저 노즐로의 연료흐름은 각진 통로를 거쳐 배열될 것이다.

분사기의 자기회로는 아마츄어(205), 자극(204) 및 추가의 흐름가이드(219)에 의해 형성된다. 자극(204)과 흐름가이드(219)는 밸브하우징(201)의 플라스틱에 끼워진다. 자극(204)은 천공되어 밸브하우징(201)의 플라스틱 재료와 밀접한 기계적 접촉을 확립한다. 이들 부품들을 밸브하우징(201)에 직접 함입시킴으로써, 밸브하우징의 기계적 안정성은 상당히 증가된다. 자극(204)은 측브라켓(230)을 갖는데, 이것은 복귀흐름 슬리브(207)와 함께 자극(204)의 밀접한 자기 커플링을 보증한다. 흐름가이드(219)는 또한 이러한 브라켓과 천공들을 특징지어야 한다. 이것들은 간략성을 위하여 도면에 나타내지 않았다. 자기코일(206)은 접촉핀(202)에 전기적으로 연결되고 밸브하우징(201)에 직접 감겨 있다. 구성재료, 치수 및 공차, 또한 밸브의 동적특성에 관하여, 제1도에 따르는 분사기에 대해서와 같은 설명이 적용된다. 이들 원리는 또한 나타낸 모든 다른 실시예들에 대해 적용가능하다.

본 발명에 따르는 분사기의 평평한 형상의 아마츄어는 분극된 자기회로를 사용하는 것을 매우 간단하게 한다. 이러한 자기회로는 원리상 관련기술로부터 잘 공지되어 있다. 분극된 자기회로의 사용을 통해 전자기 효율의 정도를 실질적으로 개선시키는 것이 가능하다. 분극된 자기회로는 항상 영구자석을 포함하며 그 자장은 자기코일의 장에 겹쳐진다. 이러한 자기회로의 대칭배열에 대하여, 쌍안정성 전환모드가 결과로 되고 이 경우 아마츄어는 자기코일의 비활성화 상태를 위해 각각의 휴지위치에 머무른다. 휴지위치로부터 전환작용은 변화하는 극성의 짧은 전기적 충동을 통해 일어난다. 그러나, 이들 쌍안정성 자기회로는 안전성의 염려때문에 전자기 분사기를 위해 덜 적합하다. 일반적으로, 트리거회로로부터 공급방해의 경우에 또는 공급전압의 손실시, 밸브는 폐쇄된 위치로 자동적으로 복귀하는 것이 전자기 분사기에 대한 요구이다. 비대칭방식으로 자기회로를 배열함으로써 분극된 자기회로를 위한 단안정성 전환모드를 얻는 것이 가능하여, 이 경우 코일 전압의 손실시 아마츄어는 항상 단일 기능 휴지위치로 설정된다. 이러한 단안정성의 분극된 자기회로로 아마츄어의 떨어지는 속력은 역충격을 통해 추가로 가속될 수 있다. 다음에서 본 발명에 따르는 분사기를 위한 적당한 단안정성 자기회로를 더 상술할 것이다. 밸브 하우징은 물론 항상 필요하지만 간략성을 위하여 나타내지 않았다.

제4도는 본 발명에 따르는 분사기를 위한 단안정성의 분극된 자기회로를 기술한다. 자기회로의 기초설계는 관련기술로부터 잘 알려져 있다. 아마츄어(401)는 추가의 리세트스프링을 불필요하게 만들면서 영구자석(409)의 자장에 의해 리세트된다. 자기시스템의 열린회로 리세트위치는 사실상 디퓨저(407)이다. 디퓨저(407)는 밸브캐리어(404)에 단단히 연결되는데 이것은 비자화성 물질로 구성된다. 밸브캐리어(404)의 단부에서, 리세트자극(405)이 장착되고 이것은 또한 아마츄어를 위한 베어링 위치로서 제공된다. 리세트자극(405)과 밸브시이트(408)상의 아마츄어를 위한 접촉표면들은 동일평면에 있다. 두 접촉표면들은 가능한 각편차를 방지하기 위해 연삭에 의해 함께 기계가공된다. 아마츄어(401)는 리세트자극(405)의 측브라켓(412)에 의해 안내되며, 이 경우 측브라켓은 아마츄어(401)의 측홈에 끼워맞춤된다. 아마츄어(401)와 리세트전극(405)사이에 영구자장이 존재하며, 그 작용을 통해 아마츄어는 리세트자극으로 당겨진다.

따라서, 일반적으로 아마츄어가 그의 베어링으로부터 미끌어져 나오는 것을 방지하기 위한 추가의 방법들이 요구되지 않는다. 안전의 이유로, 추가의 스프링이 제공될 수 있는데, 이것은 아마츄어(401)를 리세트자극(405)에 밀어넣는다. 밸브캐리어(401)의 전방단부는 대략 밸브시이트 영역에서 굽혀올린 브라켓(411) 양쪽에서 특징지운다. 이것들은 작동자극(406)을 위한 베이스를 제공한다. 아마츄어(401)의 행정 그리고 이것과 함께 밸브행정은 밸브시이트(408)와 작동자극(406)간의 차동거리 및 아마츄어(401)의 두께에 의해 정의된다. 시스템의 개개자극간의 자기복귀흐름은 자기회로를 둘러싸는 복귀흐름파이프(403)에 의해서이다. 아마츄어는 트립코일(402)에 의해 둘러싸여 있다. 영구자석(409)은 픽스쳐(410)에 장착되어 있고 이것은 차례로 휴지위치자극(407)에 연결되어 있다. 영구자석은 바람직하게는 AlNiCo-물질로 구성되며, 그의 자기특성은 넓은 온도범위에 걸쳐 크고 일정하게 머무른다. 자화의 방향은 N-S글자로 표시되어 있다. N극 및 S극은 물론 역전될 수도 있고 그러나 이것은 트립코일(402)을 통해 전류의 흐름방향이 또한 접촉리이드를 변화시킴으로써 역전되는 것을 요한다. 자기회로의 모든 플럭스 베어링 성분들은 자기적으로 유연물질로 구성된다. 금속연결은 일반적으로 레이저용접에 의해 한다. 영구자석은 접착제 접착을 통해 장착되어야 한다. 다른 방법으로는 디퓨저(407)(휴지위치자극)는 또한 중앙밸브축의 방향으로 연료의 분사류를 향하게 하는 각진 개구부를 갖추고 있다. 영구자석(409)은 디퓨저 옆에 장착된다.

활성화 상태를 위한 전류방향은 전자기장이 휴지위치자극(407)과 아마츄어(401)간의 영구자장에 반대가 되도록 선택되는 한편 작동자극(406)과 아마츄어(401)간의 상당히 미약한 영구장을 강화하는 경향이 있도록 선택된다. 아마츄어 이동은 작동자극(406)과 아마츄어(401)간의 자력이 밸브의 반대유압력과 휴지위치자극(407)과 아마츄어(401)간의 반대자력을 초과하자마자 시작한다. 원하는 단안정성 작용은 한편 작동자극(406)과 휴지위치자극(407)의 자극표면의 차이에 의해서와 다른 한편 영구자석(409)의 비대칭 배치에 의해서 얻어진다. 휴지위치자극(407)의 표면은 작동자극(406)의 표면보다 2-4배 크도록 선택되고 따라서 휴지위치자극을 통해 자기플럭스를 강화한다. 영구자석(409)은 자석장착(401)을 통해 407에 단단히 커플링된다. 영구자석의 휴지위치자극(407)과의 비교적 강한 커플링은 아마츄어(401)와 휴지위치자극(407)간에 강한 자기장을 일으키는 한편, 회로가 열려 있을때에도 만일 아마츄어(401)가 실제로 작동자극과 접촉하여 있다면, 이 장은 아마츄어(401)의 휴지위치에의 리세팅을 보증한다. 게다가, 아마츄어(401) 또는 작동자극(406)은 영구자장의 영향하에 401의 406에의 자기부착을 방지하기 위해 비자화성 피복으로 피복되어야 한다. 영구자석(409)을 위한 자기복귀흐름은 영구자석의 스트레이장을 걸쳐서 그리고 복귀흐름파이프(403)를 걸쳐서 제공된다. 복귀흐름파이프(403)는 영구자석의 스트레이 자장의 403으로의 입장을 용이하게 하기 위해 상부측으로 향하여 연장된다. 작동자극(406)은 반대표면(403)을 확대하기 위해 상부에서 각이지고 이것은 다시 전자기장의 작동자극(406)으로의 비교적 견고한 커플링을 초래한다.

단안정성 전환특성을 가진 더 이상의 적합한 분극된 자석시스템을 제5도에 나타내었다. 이 경우에 또한, 자기회로의 기초설계는 이미 알려져 있다.

아마츄어(501)는 영구자석(510)의 장에 의해 리세트되어 따라서 추가의 리세트스프링은 요구되지 않는다. 자석시스템의 휴지위치자극은 디퓨저(503)에 의해 형성된다. 디퓨저(503)는 비자화성 물질로 구성되는 밸브캐리어(502)에 연결되어 있다. 작동자극(507)은 502의 후단부에 장착되어 있다. 아마츄어(501)를 위한 베어링 위치는 영구자석(510)이 부착되어 있는 중간위치자극(511)에 의해 제공된다. 중간위치자극(511)과 밸브시이트(504)상의 아마츄어를 위한 접촉표면은 같은 평면에 있다. 이들 표면은 어떤 가능한 각편차를 방지하기 위해 조인트 연속단계에 의해 제조된다. 중간위치자극(511)은 아마츄어(501)내 측홈에 들어맞는 두개의 측브라켓으로 특징된다. 이들 브라켓은 아마츄어(501)를 위한 비스듬한 안내를 제공한다. 자장은 중간위치자극 포올(511)과 아마츄어(501)간에 연속적으로 존재한다. 이 장의 효과는 아마츄어를 베어링면으로 당기는 것이다.

그러므로, 일반적으로 아마츄어가 베어링밖으로 미끌어지는 것으로부터 방지하기 위한 추가의 방책이 필요없다. 작동자극(507)은 밸브캐리어(502)의 후방에지에 부착되어 있다. 작동자극(507)의 표면(508)은 열린 밸브의 경우에 자기부착을 방지하는 영구공기틈을 확립하기 위해 밸브캐리어(502)의 후방에지를 기준으로 대략 0.1㎜만큼 하부절단된다. 다른 방법으로는, 작동자극의 표면(508)을, 또한 밸브 캐리어(502)와 같은 평면에 있도록 배열할 수 있고 이 위치에서 항상 요구되는 영구공기틈은 비자화성 피복에 의해 제조될 수 있다. 501의 행정은 한편으로 밸브시이트(504)와 중간위치자극(511)간의 자동거리와 다른 한편, 밸브 캐리어(502)의 후방에지에 의해 형성된다.

자기시스템의 개개자극들간의 자기복귀흐름 슬리브(509)에 의해서이다. 자기회로는 두개의 자석코일(505와 506), 하나는 리세트자극(503)에 위치되고 다른 하나는 작동자극(507)상에 위치된다. 영구자석(510)은 중간위치자극(511)에 부착되어 있다. 중간위치자극(511)은 아래로 굽은 측브라켓(513)을 지닌다. 그것은 영구자장의 자기측흐름을 생성하고 영구자석을 자기적으로 안정화하기 위해 제공된다. 영구자석은 바람직하게는 AlNiCo-물질로 구성된다. 자장의 방향은 N 및 S글자로 표시한다. 영구자석의 N극과 S극을 교환하는 것은 물론 가능한데 그것은 또한 자기코일을 통한 전류의 방향을 역전시킬 것을 필요로 한다. 자기회로의 모든 자기플럭스 베어링부품은 자기적으로 유연물질로 구성된다. 개개자극과 밸브 캐리어(502)간의 연결은 보통 레이저용접에 의해서 한다. 영구자석은 접착제 접착에 의해 부착되어야 한다. 다른 방법으로는 디퓨저(휴지위치자극)는 또한 직각설계일 수 있고 각진 통로를 함유하여 연료분사의 방향이 밸브의 중앙측을 향하도록 한다. 다음에 코일(505)은 밸브의 중앙측 디퓨저에 놓인다. 코일은 또한 병렬이거나 직렬이 될 수 있다.

일반적으로, 병렬회로가 밸브의 신속한 작용을 위해 유리한 낮은 임피던스를 갖는 자기회로를 얻기 위해 바람직하다. 코일에 대한 전류의 방향은 코일(505)의 전자기장이 영구자장에 반대가 되도록 선택되며, 코일(506)에 의해 발생된 장은 영구자장과 같은 방향으로 되도록 선택된다. 따라서, 작동자극(507)과 아마츄어(501)간의 영구자장은 보강되고 리세트자극(503)과 아마츄어(501)는 약화된다. 원하는 단안정성 작용은 먼저 작동자극(507)과 리세트자극(503)의 다른 자극표면에 의해서와 두번째로 작동자극(507)과 아마츄어(501)간의 영구공기틈 때문에 얻어진다. 제4도의 전술한 실시예에서와 같이 리세트자극(503)의 표면은 작동자극(507)의 표면 크기의 2-4배가 되도록 선택된다. 영구자석(510)과 코일(505와 506)의 뒤의 자기흐름은 복귀흐름가이드(509)를 거쳐서이다.

분극된 자기회로 시스템을 위한 개개의 자기저항성의 정확한 공학설계, 특히 제4도에 기술된 것은 여기에 나타내지는 않았으나 광범위한 방식을 요한다. 분극된 전자기 시스템의 설계를 위해, 많은 전문서적들이 있는데, 이것을 여기에 참고로 한다(예를들면, Schueler, Brinkmann : Dauermagnete, Berlin, Heidelberg, New York 1970).종종 실험적으로 정확한 동조를 수행하는 것이 적합할 수도 있다. 아마츄어의 크기, 작동자극 표면 및 분극된 자기시스템의 밸브크기에 관하여, 제1도-제3도에 이르는 간단한 자기회로에 대한 설명이 유사하게 적용된다.

본 발명에 따르는 밸브의 또다른 적합한 실행을 제6도에 나타내었다. 밸브 캐리어(602)는 분사기의 민감하며 내부장착된 부품들로부터 외부의 방해하는 힘을 견디기 위해서 부동장착된다. 밸브캐리어의 전방섹션(620)은 환형설계이고 하우징(601)에 가압끼움된다. 하우징(601)은 바람직하게는 플라스틱 재료로 만들어진다. 밸브 캐리어(602)의 평평한 상부 표면에 다음 것들이 같은 평면에 배열된다. 즉 베어링면(614), 한계스톱(612) 및 밸브시이트(618)가 그것이다. 이 평면은 밸브 캐리어(602)의 전방섹션(620)보다 약간 더 높아 이 표면이 평면마무리가 돌출하는 단편으로부터 방해없이 행해질 수 있도록 된다. 밸브캐리어(602)의 전방섹션(620)은 디퓨저(603)가 가압끼움되어 있는 중앙개구부를 특징짓는다. 디퓨저(603)는 분사기판(604)을 지닌다. 밸브시이트(618)는 각진 개구부(613)에 의해 분사기판(604)에 연결되어 있다. 밸브시이트(618)는 각진 연결통로에도 불구하고 밸브시이트 영역내에 가장 가능한 흐름피라미터를 달성하기 위해 달걀모양이 되어야 한다.

분사기의 간단한 자기회로는 밸브 캐리어(602)와 아마츄어(607)로 구성된다. 밸브 캐리어(602)와 아마츄어(607)는 둘다 자기적으로 유연물질이다. 밸브 캐리어(602)는 바람직하게는 프레폼으로서 소결된 금속으로 만들어진다. 자극(605)은 자석코일(606)을 지니는데, 이것은 코일프레임(616)에 감겨 있다. 자석코일(606)과 또한 도시않았으나 접촉핀이 사출성형된 플라스틱 물질에 의해 둘러싸여야 한다. 이것은 연결와이어 또는 접속핀을 따라 연료의 누출을 방지한다. 종래 분사기에 대해서는 이것은 보통 더 정교한 밀봉방법을 요한다. 자극(605)의 작동자극면은 베어링면에 관하여 행정의 높이로 언더컷된다. 아마츄어(607)의 바닥측은 총길이에 걸쳐 완전히 평평하다. 아마츄어(607)는 전방연장부에서 얇아져 가요성의 라멜라 단편(608)을 초래한다. 이 얇은 연장부는 분사기의 밀봉 용량을 개선한다. 아마츄어(607), 또는 밸브 캐리어(602)의 상부측은 영구공기틈을 확립하기 위해 비자화성 피복을 갖추어야 한다. 아마츄어(607)를 위한 베어링은 U형상 브라켓(611)에 의해 제공되는데, 이것은 아마츄어(607)의 두 비스듬한 홈에 들어맞는다. 비스듬한 홈은 도면에서 보이지 않으나 단면밖에 있다. 브라켓(611)은 두 비스듬한 홈에 의해 밸브 캐리어(602)에 채워진다. 아마츄어 리세트는 리세트스프링(609)에 의해서이다. 리세트스프링은 U형상 역플랜지(610)에 장착되어 있다. 역플랜지(610)는 아마츄어(607)를 에워싸며 양쪽에서 밸브 캐리어(602)에 연결되어 있다. 압력스프링(609)대신에 인장스프링이 아마츄어 아래 밸브 캐리어(602)에 뚫린 구멍에 배열될 수 있다. 인장스프링의 또다른 대체안은 밸브크기의 또다른 감소를 허용한다.

제6도에 기술된 밸브는 단지 최소의 제조비용을 요하는 특히 간단한 구조이다. 크기에 관하여는 앞서한것과 같은 설명이 적용된다. 전술한 모델에 대해 이 경우의 단점은 전자기 효율이 더 낮다는 것이다. 이 전자기 효율의 감소는 코일밖의 작동자극의 배열로 인한 더 큰 자기스트레이장으로 인한다. 게다가, 효율은 아마츄어의 전방영역에서 자기적 당김에 의해 더 손상된다. 이들 힘은 작동자극(605)의 영역에서 자력에 반대이다. 이들 힘은 두 단편에서 밸브 캐리어(602)를 제조함으로써 제거될 수 있으며, 전방섹션은 비자화성 물질로 구성된다. 다음에 밸브 캐리어의 비자기 전방섹션은 바람직하게는 레이저용접에 의해 자기회로에 연결되어야 한다. 밸브 캐리어의 비자기 전방 섹션과 자기회로간의 분리평면을 도면에서 파선(630)으로 나타내었다. 낮은 제조비용 때문에 밸브 캐리어의 단일유니트 실행이 종종 바람직하다. 게다가, 자기코일은 또한 제6도에 나타낸 것보다 다르게 배열될 수 있음을 주목해야 한다. 또다른 방법은 자기코일은 베어링(614)과 자극(605)간의 아마츄어(607)를 에워쌀 수 있고 또는 밸브 캐리어(602)의 하부를 둘러쌀 수 있다.

만일 아마츄어가 둘러싸이면 약간 개선된 전자기 효율이 얻어질 수 있는데, 스트레이장 자력선의 큰 부분이 아마츄어를 통과하고 자장의 발생에 기여하기 때문이다. 자기코일이 밸브 캐리어(602)의 하부를 둘러싸는 경우, 전자기 효율의 감소를 가져온다. 제6도에 나타낸 설계는 이경우, 자기코일이 작동자극(605)을 둘러싸는데 제조의 관점에서 가장 좋은 해결책을 나타낸다.

결론적으로, 본 발명에 따르는 밸브는 낮은 흐름 속도를 가진 신속한 투-웨이 또는 쓰리-웨이 밸브의 구성에 잘 적합됨을 주목하기 바란다. 투-웨이 밸브의 구조는 적합한 콘넥터와 함께 밸브시이트는 제공함으로써 행해진다. 쓰리-웨이 밸브의 구성은 제1도-제4도에 나타낸 설계와 일치하여 아마츄어의 양측상에 서로 반대인 같은 축상에 밸브시이트를 배열함으로써 이루어진다. 다음에 아마츄어는 제6도에 나타낸 것과 같이 밸브시이트 영역에서 얇은 라멜라로서 알맞게 설계된다. 아마츄어의 가요성은 요구되는 밀봉특성을 제공한다. 제5도에 나타낸 설계는 각각의 자석코일 내부의 아마츄어 베어링의 양쪽에 각각 하나의 밸브시이트를 배열함으로써 쓰리-웨이 밸브로 변형될 수 있다. 두 시이트와 아마츄어를 가진 중간위치자극의 접표면은 같은 평면에 있어야 한다. 밸브는 제1도 내지 제3도의 설명과 유사한 경사-아마츄어를 갖추고 있다. 행정높이는 아마츄어 각도에 의해 구해진다. 일반적으로 원하는 단안정성 기능특성은 두 밸브시이트의 하나에서 비자화성 피복을 제공함으로써 이루어지며, 결과된 영구공기틈은 길이에 있어서, 약 아마츄어 행정에 해당해야 한다. 이러한 영구공기틈이 없이 쌍안정성 전환모드를 가져온다.

본 발명에 따르는 밸브의 다른 적합한 설계 및 변형이 특허청구의 범위로부터 유도될 수 있다.

제1도는 본 발명의 연료분사기의 제1실시예를 도시한 종단면도,

제2도는 본 발명의 연료분사기의 제2실시예를 도시한 종단면도,

제3도는 제2도의 90°방향의 도면,

제4도는 제3실시예의 부분 단면도,

제5도는 제4실시예의 부분 단면도,

제6도는 제5실시예의 부분 단면도.

Claims (7)

1. 연료입구, 연료출구, 상기 연료입구와 상기 연료출구 사이에 있는 분사기 몸체를 통해 연료통로를 개폐하기 위한 밸브아마츄어, 상기 연료통로를 개폐하기 위한 상기 밸브아마츄어와 작동을 제어하는 솔레노이드로 구성되는 구동수단, 상기 밸브아마츄어를 이들 대향끝 사이에서 상기 분사기 몸체상에 피벗적으로 장착해서 상기 구동수단이 효과적으로 피벗수단에 대해 상기 밸브아마츄어를 상호 피벗운동시킬 수 있도록 하는 피벗수단, 상기 밸브아마츄어가 상기 구동수단에 의해 상호 피벗운동될 때 상기 분사기 몸체상에 배치된 시트수단으로부터 선택적으로 시트해제하거나 시트시켜서 이에 의해 상기 연료통로를 개폐하도록 하는 오브튜레이터 수단을 포함하는 상기 밸브아마츄어의 상기 대향끝중의 하나, 그리고 상기 솔레노이드와 상호작용하기 위해 배치된 상기 대향끝의 다른 하나를 가진 분사기 몸체로 구성되는 전자작동 연료분사기로서, 상기 솔레노이드는 내부공간을 둘러싸고 있고 상기 내부공간에는 상기 아마츄어가 상기 내부공간의 한 축선끝을 통해 통과하는 상태로 상기 아마츄어의 상기 대향끝의 상기 다른 하나가 배치되어 있으며, 자극부분은 상기 내부공간에 있는 상기 자극부분의 자극면을 상호병렬로 상기 밸브아마츄어의 상기 대향끝의 상기 다른 하나에 배치하기 위해 상기 솔레노이드의 다른 축선끝을 통하여 상기 내부공간으로 들어가고, 그리고 상기 밸브아마츄어 및 상기 자극부분은 상기 솔레노이드에 의해 발생되는 플럭스로 자기회로를 형성하며, 상기 자기회로는 상기 자극면과 상기 밸브아마츄어의 상기 대향끝의 상기 다른 하나에 의해 이 사이에서 함께 형성되며, 상기 구동수단을 제공해서 상기 피벗수단에 대해 상기 밸브아마츄어를 상호 피벗운동시키는 작동갭으로 구성된 것을 특징으로 하는 전자작동 연료분사기.
2. 제1항에 있어서, 상기 분사기 몸체는 상기 피벗수단과 상기 자극부분이 장착되는 비자성 캐리어로 더 구성된 것을 특징으로 하는 전자작동 연료분사기.
3. 제2항에 있어서, 상기 분사기 몸체는 상기 연료통로의 길이방향으로 뻗는 세그먼트를 포함하는 비금속 하우징과 상기 연료통로의 상기 길이방향으로 뻗는 세그먼트의 벽부분에 대하여 배치된 상기 캐리어로 구성된 것을 특징으로 하는 전자작동 연료분사기.
4. 제3항에 있어서, 상기 시트수단은 상기 캐리어상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자작동 연료분사기.
5. 제4항에 있어서, 가압스프링 수단은 상기 하우징과 상기 밸브아마츄어 사이에 배치되어 상기 오브튜레이터와 상기 피벗수단 사이의 상기 밸브아마츄어의 부분에 작용해서 상기 밸브아마츄어를 탄성적으로 가압해서 상기 오브튜레이터 수단을 상기 시트수단상에 시트되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자작동 연료분사기.
6. 제1항에 있어서, 상기 아마츄어는 플레이트로 구성되며, 상기 플레이트는 둔각을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자작동 연료분사기.
7. 제6항에 있어서, 상기 밸브아마츄어의 상기 대향끝의 상기 다른 하나는 상기 내부공간의 축선길이를 따라 중간에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자작동 연료분사기.