KR102082589B1 - 연료 분사용 압전 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 노즐 본체(7)에 이동 가능하게 배치된 노즐 니들(5)을 갖는 노즐 유닛(3); 압전 액추에이터 유닛(9); 노즐 유닛(3)을 압전 액추에이터 유닛(9)에 결합하며 커플러 피스톤(13), 커플러 실린더(15) 및 커플러 스프링(17)을 구비하는 유압 커플러 유닛(11)을 포함하는, 연료 분사용 압전 인젝터(1)에 관한 것으로, 커플러 피스톤(13)은 커플러 실린더(15)를 향하는 상부면(26) 및 노즐 니들(5)을 향하는 하부면(28)을 갖고, 커플러 피스톤(13)은 커플러 스프링(17)에 의해 커플러 피스톤(13)의 하부면(28)을 향하는 노즐 니들(5)의 단부면(23)에 대하여 가압되며 노즐 니들(5)과의 접촉 영역(21)을 갖고, 커플러 피스톤(13)은 그 하부면(28)으로부터 그 상부면(26)까지 유동 연결을 제공하고 노즐 니들(5)과의 접촉 영역(21) 내에 배치되는 통로 개구(25)를 구비한다.

Description

연료 분사용 압전 인젝터

본 발명은 연료 분사용 피에조 인젝터(piezo injector), 혹은 압전 인젝터에 관한 것으로, 특히 내연 기관으로의 직접 연료 분사용 피에조 인젝터에 관한 것이다.

DE 10 2013 219 225 A1은 피에조 액추에이터와 노즐 니들 사이에 유압 커플러 유닛을 구비하는, 직접 연료 분사용 피에조 인젝터를 개시하고 있다. 유압 커플러는 커플러 피스톤, 커플러 실린더 및 커플러 스프링을 구비하며, 커플러 피스톤은 커플러 스프링에 의해 노즐 니들의 커플러 피스톤 쪽을 향하는 전면(face side)에 대하여 가압된다.

상기 유형의 피에조 인젝터의 경우에, 커플러 용적의 충전 및 압력 균등화는 커플러 피스톤과 커플러 실린더 사이의 페어링 클리어런스(pairing clearance)에 의해 보장된다. 페어링 클리어런스는 커플러가 니들 스트로크(needle stroke)를 최대 5㎳의 작동 시간에 걸쳐 대략 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위해 가능한 한 작게 구성된다. 그러나, 이러한 작은 페어링 클리어런스의 경우, 커플러 용적과 주변의 연료 용적 사이의 압력 균등화는 일정 시간이 걸리고, 이는 다음 분사 프로세스까지의 지속 시간에 따라, 전달된 스트로크와 관련하여 커플러 기능에 영향을 미치게 된다. 따라서, 커플러 실린더와 커플러 피스톤 사이의 커플러 용적이 충분히 신속하게 충전될 수 없는 경우가 있을 수 있다.

부분적으로는, 이미 커플러 피스톤 또는 커플러 실린더에 체크 밸브로 보어를 형성함으로써 분사 프로세스 이후에 커플러 용적의 보다 신속한 충전을 달성하려는 시도가 있었다. 그러나, 이는 번거로운 작업이다. 또한, 이는 밸브에 바람직하지 않은 공진 문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은 다중 분사의 경우에도 신뢰성이 있고 동시에 견고한 피에조 인젝터를 특정하는 것이다.

이 목적은 특허 청구항 1의 청구 대상에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시형태들 및 개량들은 종속 청구항들의 청구 대상이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 연료 분사용 피에조 인젝터가 특정되며, 해당 피에조 인젝터는 노즐 본체에 이동 가능하게 배치된 노즐 니들을 갖는 노즐 유닛, 압전 액추에이터 유닛(piezoelectric actuator unit), 및 노즐 유닛을 액추에이터 유닛에 결합하는 유압 커플링 유닛을 포함한다. 유압 커플링 유닛은 커플러 피스톤, 커플러 실린더 및 커플러 스프링을 구비한다.

커플러 피스톤은 커플러 실린더 쪽을 향하는 상부면(top side) 및 노즐 니들 쪽을 향하는 하부면(bottom side)을 구비한다. 특히, 커플러 실린더는 노즐 니들 쪽으로 개방되어서, 커플러 피스톤이 노출되는 것이 바람직하다. 커플러 실린더는, 노즐 니들로부터 먼쪽에, 특히 베이스를 구비한다. 커플러 피스톤의 상부면이 커플러 실린더 쪽을 향한다는 것은, 특히 상부면이 커플러 실린더의 베이스 쪽을 향한다는 것을 의미한다. 특히, 커플러 용적은 커플러 실린더의 베이스와 커플러 피스톤의 상부면 사이에 형성된다.

커플러 피스톤은 커플러 스프링에 의해 커플러 피스톤의 하부면 쪽을 향하는 노즐 니들의 전면에 대하여 밀리고, 노즐 니들과의 접촉 영역을 갖는다. 커플러 피스톤은, 상기 커플러 피스톤의 하부면으로부터 상기 커플러 피스톤의 상부면까지 유동 연결을 제공하고 노즐 니들과의 접촉 영역 내에 배치되는 통로 개구를 구비한다.

유리한 개량에 있어서, 통로 개구는 상부면에 있는 입구로부터 하부면에 있는 입구까지 커플러 피스톤을 통해 연장된다. 여기서, 통로 개구가 노즐 니들과의 접촉 영역 내에 배치된다는 것은, 특히 하부면에 배치된 통로 개구의 입구가 전면의 평면에서 볼 때 노즐 니들과 완전히 중첩된다는 것을 의미한다. 특히, 노즐 니들의 전면과 커플러 피스톤의 하부면은 하부면에 배치된 통로 개구의 입구가 노즐 니들의 전면에 의해 폐쇄될 수 있도록 설계 및 배치된다.

유리한 개량에 있어서, 압전 액추에이터 유닛은 압전 액추에이터 유닛의 길이 변화가 길이방향 축선을 따라 커플러 실린더의 변위를 야기하도록 커플러 실린더에 기계적으로 연결되고, 특히 견고하게 연결된다. 커플러 용적에 포함되는 유체에 의해, 축방향 힘이 커플러 피스톤에 전달될 수 있고, 이 힘은 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 개방 위치쪽으로 이동시키기 위해 상기 커플러 피스톤에 의해 그 형상-끼워맞춤(form-fitting) 접촉을 통해 작동력으로서 밸브 니들에 전달된다.

따라서, 이 피에조 인젝터의 경우, 커플러 피스톤의 통로 개구를 통한 커플러 용적의 충전은 노즐 니들이 커플러 피스톤의 하부면으로부터 들어올려져서 통로 개구를 개방시킬 때 가능해진다. 이는 일반적으로 분사의 종료 이후의 경우이며, 보정기 스프링은 피스톤 상의 가압된 표면을 고려해서 충분히 약하게 설계되고, 이렇게 피스톤과 노즐 니들 사이에 작은 힘을 갖는 상태는 분사의 종료 이후에 유효해진다. 커플러 용적으로부터의 연료 누출이 분사 기간 동안 발생했기 때문에, 커플러 피스톤과 커플러 실린더 사이의 축방향 공간 - 특히 커플러 피스톤의 상부면과 커플러 실린더의 베이스 사이의 공간 - 이 감소해 있어서, 노즐 니들과 커플러 피스톤 사이에 축방향 간극이 생긴다. 여기서, "축방향(axial)"이라는 표현은, 특히 커플러 실린더, 커플러 피스톤 및 노즐 니들의 공통 길이방향 축선과 관련된다. 따라서, 니들은 커플러 피스톤으로부터 들어올려져 있다. 커플러 용적 내로의 연료의 유입이 발생할 수 있다.

따라서, 커플러 용적의 신속한 압력 균등화는 분사의 종료 이후에 일어난다. 결국, 유압 커플러 유닛의 기능은 더 이상 분사들 사이의 시간 간격에 의존하지 않고, 매우 신속하게 다시 이용 가능하다. 또한, 커플러 피스톤의 통로 개구는 초기 조립 이후에 또는 인젝터의 교환 이후의 기능시에 커플러 용적의 충전의 용이성을 향상시킨다. 유압 커플러 유닛은, 특히 노즐 본체에 배치되고, 커플러 용적은 노즐 본체를 통해 연료 유출구로 유동하는 연료에 의해 충전될 수 있다.

최대 5㎳의 작동 시간에 걸쳐 일정한 니들 스트로크를 허용하는 작은 페어링 클리어런스에도 불구하고, 그에 따라 커플러 용적에서의 압력 균등화가 신속하게 일어날 수 있다. 이와 관련하여, 페어링 클리어런스는, 특히 커플러 실린더의 둘레 측벽과 커플러 피스톤의 외면 사이의 측방향 페어링 클리어런스(lateral pairing clearance)를 특히 의미하는 것임을 이해해야 한다.

커플러 피스톤의 노즐 니들과의 접촉 영역은, 여기서 및 이하에서는, 커플러 피스톤의 표면, 특히 노즐 니들에 의해 접촉되는 노즐 니들 쪽을 향하는 그 하부면 상의 영역을 의미하는 것임을 이해해야 한다. 커플러 피스톤 및 노즐 니들의 형상에 따라, 커플러 피스톤과 노즐 니들 사이에 밀봉 에지가 형성되도록 라인, 특히 원형 라인을 따라 접촉이 실현될 수도 있다. 이제, 접촉 영역은 상기 라인에 의해 둘러싸이는 커플러 피스톤의 해당 표면을 의미하는 것으로 이해된다.

커플러 피스톤의 통로 개구는 일반적으로 노즐 니들에 의해 완전히 밀봉될 수 있다. 따라서, 통로 개구는, 노즐 니들과 함께, 커플러 용적으로부터 연료의 누출의 결과로서 분사의 종료시에 커플러 피스톤과 노즐 니들 사이에 간극이 유지될 때 개방되는 밸브를 형성한다.

커플러 피스톤의 형상과 노즐 니들의 전면의 디자인에는 여러 가지 가능성이 있다. 특히, 접촉 영역 및 노즐 니들의 전면은 평탄한, 볼록한 또는 오목한 형태로 이루어질 수 있다. 이들 상이한 디자인 유형들, 및 특히 그 조합은 연료의 유입 거동에 영향을 미친다. 특히, 피스톤과 노즐 니들 사이의 밀봉 에지의 직경에 의해, 압력 균등화를 위해 이용 가능한 방사상 유동 영역은 통로 개구 자체의 직경과 무관하게 더 크거나 또는 더 작게 구성될 수 있다. 또한, 노즐 니들과 피스톤 사이의 접촉 영역들의 적절한 디자인에 의해, 두 구성요소의 서로에 대한 센터링 및/또는 각도 보정이 허용될 수 있다.

평탄한 형태의 접촉 영역과 평탄한 형태의 노즐 니들의 전면은 제조 프로세스가 특히 간단하다는 이점을 갖는다. 볼록 형태의 전면과 함께 오목 형태의 접촉 영역, 또는 반대로 오목 형태의 전면과 함께 볼록 형태의 접촉 영역은 커플러 피스톤 및 노즐 니들의 센터링이 실현된다는 이점을 갖는다.

전면 및/또는 접촉 영역은, 특히 구(spherical) 또는 원추 형태로 이루어질 수 있다.

노즐 니들은, 특히 외측으로 개방된 디자인으로 이루어질 수 있다. 이를 위해, 노즐 니들의 니들 시트(needle seat)는, 노즐 본체에서 밀봉 기능이 실현되도록, 중공 원추형 표면에 대하여 밀리는 원추형 셸(shell) 표면으로서 형성될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 유압 커플러 유닛에서는, 0.01㎜ 내지 0.7㎜ 범위의 두께를 갖는 연료 막(혹은 연료 층)이 커플러 실린더와 커플러 용적 사이에 배치된다. 특히, 연료 막은 커플러 용적을 구성한다. 연료 막은, 특히 커플러 피스톤의 상부면과 커플러 실린더의 베이스 사이에 배치된다. 연료 막의 두께는 유압 커플러가 가능한 최고의 강성을 갖도록 가능한 한 작게 선택된다. 막의 최소 두께는, 압전 액추에이터와 인젝터 본체의 재료, 특히 스틸 간의 상이한 열팽창계수들 때문에 온도가 변화되는 경우에 압전 액추에이터와 인젝터 본체 사이의 길이 변화의 차이에 의해, 그리고 요구되는 조립 공차에 의해 결정된다.

일 실시형태에 있어서, 커플러 실린더와 커플러 피스톤 사이의 페어링 클리어런스, 특히 측방향 페어링 클리어런스는 최대 10㎛, 특히 최대 2㎛에 이른다. 이러한 작은 페어링 클리어런스로 인해, 유압 커플러 유닛이 최대 5㎳의 작동 시간에 걸쳐 대략 일정한 니들 스트로크를 유지하게 된다.

본 발명의 실시형태들은 개략적인 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세하게 논의될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 피에조 인젝터를 통한 길이방향 단면도;
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 피에조 인젝터를 통한 길이방향 단면도;
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 피에조 인젝터를 통한 길이방향 단면도;
도 4는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 피에조 인젝터를 통한 길이방향 단면도;
도 5는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도;
도 6은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도;
도 7은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도;
도 8은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도;
도 9는 본 발명의 제9 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도;
도 10은 본 발명의 제10 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도;
도 11은 본 발명의 제11 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도;
도 12는 본 발명의 제12 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도; 및
도 13은 본 발명의 제13 실시형태에 따른 피에조 인젝터의 상세도.

도 1에 따른 피에조 인젝터(1)는, 도시된 실시형태에서, 연료를 내연 기관에 직접 분사하도록 설계된다. 상기 피에조 인젝터는 연료 유입구(2)와 연료 유출구(4)를 구비한다. 피에조 인젝터(1)의 폐쇄 상태에서는, 노즐 니들(5)에 의해 연료 유출구(4)가 폐쇄된다. 분사를 위해, 노즐 니들(5)은 외측으로 개방되고, 그에 따라 연료 유출구(4)를 개방한다.

노즐 니들(5)은 노즐 유닛(3)의 일부이고, 피에조 인젝터의 길이방향 축선을 따라 노즐 본체(7) 내에서 이동 가능하다.

노즐 니들(5)의 작동은 공지된 방식으로 압전 세라믹 디스크들로 구성된 적층체의 길이 변화를 이용하는 압전 액추에이터 유닛(9)에 의해 수행되고: 전압을 인가함으로써, 커플러 실린더(15)의 커플러 피스톤(13) 방향으로의 변위를 야기하는 압전 세라믹 디스크들의 적층체의 길이 신장이 달성된다.

액추에이터 유닛(9)으로부터 노즐 니들(5)까지의 힘의 전달은 유압 커플러 유닛(11)에 의해 수행된다. 커플러 유닛(11)은 피에조 인젝터(1)의 길이방향 축선을 따라 이동 가능하도록 커플러 실린더(15)에 장착되는 커플러 피스톤(13)을 포함한다. 커플러 피스톤(13)은, 커플러 피스톤(13) 쪽을 향하는 노즐 니들(5)의 전면(23)에 대하여 커플러 스프링(17)에 의해 밀린다. 이렇게 해서, 압전 액추에이터 유닛(9)으로부터 유압 커플러 유닛(11)을 통해 노즐 니들(5)까지 실질적으로 유극-없이 힘을 전달할 수 있게 되고: 연료 용적 - 커플러 용적 - 은 커플러 피스톤(13)과 커플러 실린더(15) 사이에 배치되고, 해당 연료 용적은, 매우 작은 클리어런스 때문에, 커플러 실린더(15)의 이동의 결과로서 변위되는 경우 빠져나갈 수 없다. 따라서, 커플러 피스톤(13)은 커플러 실린더(15)의 이동을 추종하고, 노즐 니들(5)을 그 밀봉 시트(sealing seat)로부터 밀어낸다.

노즐 스프링력, 밀봉 시트 직경에 대한 압력 및 커플러 스프링력의 합력은 노즐 니들(5)의 작동에 대하여 극복되어야 하므로, 커플러 용적 내의 압력은 이후 더 이상 인젝터 내의 압력과 동일하지 않으며, 오히려 이를 초과한다. 따라서, 특히 작동 기간이 비교적 긴 경우에는, 커플러 용적으로부터 주변 인젝터 용적으로의 유체의 누출이 발생하게 되어, 커플러 피스톤(13)이 커플러 용적의 방향으로 들어가게 된다. 노즐 니들(5)은 이러한 이동을 추종하게 된다. 유체 누출 및 들어가는 이동은 커플러 피스톤(13)과 커플러 실린더(15) 사이의 가능한 한 작은 밀봉 간극에 의해 감소될 수 있다.

분사의 종료 시에, 압전 액추에이터 유닛(9)은 방전되고, 압전 세라믹 디스크들의 적층체는 다시 그 초기 길이로 단축된다. 커플러 실린더(15)는 이러한 이동을 추종한다. 작은 밀봉 간극에 의해 격리된 커플러 용적은 더 커질 수 없으므로, 커플러 피스톤(13)이 커플러 실린더(15)의 이동을 추종하게 된다.

노즐 니들(5)의 상부면이 더 이상 작동력에 의해 작용되지 않기 때문에, 노즐 니들(5)도 마찬가지로 후진 이동을 추종해서 그 밀봉 시트로 되돌아 간다.

전술한 바와 같이, 커플러 용적으로부터의 누출이 분사 기간 동안 발생했기 때문에, 커플러 피스톤(13)과 커플러 실린더(15) 사이의 축방향 간격이 감소했다. 따라서, 노즐 니들(5)과 커플러 피스톤(13)이 서로 접촉하는 초기 상황은 다시 달성되지 않는다. 오히려, 축방향 간극이 상기 두 구성요소 사이에 유지된다. 후술하는 바와 같이, 상기 간극은 커플러 용적의 재충전을 위해 커플러 피스톤(13)을 통한 통로 개구와 함께 이용된다. 그렇지 않으면 재충전은 밀봉 간극을 통해서만 가능해질 것인데, 그러나 이렇게 되면 해당 밀봉 간극은 위에서 언급한 이유로 가능한 한 작게 설계된다. 따라서, 커플러 피스톤(13)과 노즐 니들(5)이 서로 다시 접촉하게 되는 정도로 커플러 용적이 다시 재충전되기까지는 상당히 긴 시간이 경과하게 된다.

커플러 피스톤(13)과 노즐 니들(5) 사이의 접촉 구역은 도 1의 우측편에 상세히 도시된다. 커플러 피스톤(13)은, 하부면(28)의 일부 구역을 구성하며 도시된 실시형태에서는 평탄한, 노들 니들(5)과의 접촉 영역(21)을 갖는다. 노즐 니들(5)의 전면(23)도 마찬가지로 평탄하다. 커플러 피스톤(13)에는 통로 보어 형태의 통로 개구(25)가 형성되어 있고, 해당 통로 개구는 해당 커플러 피스톤이 노즐 니들(5)과 접촉하게 되는 상기 커플러 피스톤의 하부면(28)에 있는 입구로부터 커플러 피스톤(13)을 통해 상기 커플러 피스톤의 상부면(26)에 있는 입구까지 연장되고, 또한 해당 통로 개구는 상기 커플러 피스톤의 하부면(28)으로부터 상기 커플러 피스톤의 상부면(26)까지 연료의 유동 연결을 제공한다. 커플러 피스톤(13)의 상부면(26)과 커플러 실린더(15)의 하부면 - 즉, 베이스 - 사이에는, 커플러 용적이 연료 막 형태로 배치된다. 노즐 니들(5)이 접촉 영역(21)에서 들어올려졌을 때, 연료는, 통로 개구(25)를 통해, 커플러 용적으로 유동해서 해당 커플러 용적을 충전할 수 있고, 이로써 커플러 용적과 피에조 인젝터 내의 잔여 연료 용적 사이의 압력 균등화가 보장된다.

작동 중에, 피에조 인젝터는 액추에이터 유닛(9)에 의해 작동되는 노즐 니들(5)에 의한 연료 분사를 위해 외측으로 개방된다. 여기서, 액추에이터 유닛(9)으로부터 노즐 니들(5)까지의 힘의 전달은 유압 커플러 유닛(11)에 의해 수행된다. 이를 위해, 0.05㎜ 내지 0.3㎜의 두께를 가진 얇은 연료 층이 커플러 실린더(15)와 커플러 피스톤(13)의 상부면(26) 사이에 위치된다.

연료 층에 의해, 힘이 유압식으로 커플러 실린더(15)에 작용하는 액추에이터 유닛(9)으로부터 커플러 피스톤(13)까지 전달된다. 상기 커플러 피스톤은, 그 접촉 영역(21)과 노즐 니들(5)의 전면(23)과의 형상-끼워맞춤 연결에 의해, 그것에 전달된 힘을 계속해서 노즐 니들(5)에 전달한다.

액추에이터 유닛(9)에 의해 제공된 노즐 니들(5) 상의 힘이 노즐 스프링(19)에 의해 제공된 폐쇄력을 초과하면, 노즐 니들(5)은 하향 이동되고, 피에조 인젝터(1)는 외측으로 개방된다. 연료는 연료 유출구(4)를 통해 외부로 유동한다. 이 개방 단계 동안, 커플러 실린더(15)에 의해 가해진 힘 때문에, 커플러 용적 내의 압력이 증가한다.

피에조 인젝터의 후속 폐쇄 단계에 있어서, 액추에이터 유닛(9)에 의해 제공된 힘은 0으로 감소한다. 노즐 스프링(19)은 노즐 니들(5)을 그 폐쇄 위치로 다시 밀어올린다. 커플러 스프링(17)이 충분히 약하게 설계되기 때문에, 분사가 종료된 후에는 커플러 실린더(15)와 커플러 피스톤(13) 사이에 간극이 존재한다. 커플러 피스톤(13)은 노즐 니들(5)로부터 들어올려져 있다. 이로써, 통로 개구(25)가 개방되고, 연료는 피에조 인젝터(1) 내부의 연료 용적으로부터 커플러 실린더(15)와 커플러 피스톤(13) 사이의 커플러 용적으로 유동할 수 있다.

커플러 용적이 재충전되었을 때, 간극이 폐쇄되고, 커플러 피스톤(13)은, 커플러 스프링(17)에 의해 가해진 힘 때문에, 노즐 니들(5)의 전면(23)에 대하여 다시 가압되고, 통로 개구(25)는 노즐 니들(5)에 의해 폐쇄된다.

도 2는 도 1에 따른 피에조 인젝터(1)의 제2 실시형태를 도시한다. 이 실시형태는 노즐 니들(5)의 전면(23)이 볼록한 형태로 이루어진다는 점에서 도 1에 도시된 제1 실시형태와 다르다.

이 실시형태에 있어서는, 볼록한 전면(23)과 그 하부면(28)이 평탄한 커플러 피스톤(13)과의 사이에서, 통로 개구(25) 주위의 링-형상 구역에서만 접촉이 존재한다. 이 실시형태에 있어서는, 통로 개구(25)에 대한 노즐 니들(5)의 특정한 센터링 동작이 가능하다.

도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 피에조 인젝터(1)를 개략적으로 도시한다. 이 실시형태는 노즐 니들(5)의 전면(23)이 구형으로 볼록한 형태로 이루어지는 한편, 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21)이 원추형으로 오목하다는 점에서 도 1 및 도 2에 도시된 실시형태와 다르다. 여기서, 전면(23)의 곡률 반경은 접촉 영역(21)의 곡률 반경보다 작다. 두 영역이 구 또는 원추 형태로 이루어지게 되는 것도 가능하다. 방사상 충전 간극은 접촉 직경의 변경에 의해 설정될 수 있다.

이 실시형태에 의하면, 통로 개구(25)에 대한, 또한 그에 따른 커플러 ㎳13)에 대한 노즐 니들(5)의 양호한 센터링이 실현된다.

도 4는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 피에조 인젝터(1)를 도시한다. 이 실시형태는 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21)이 오목하고, 노즐 니들(5)의 전면(23)이 평탄하다는 점에서 이전의 도면들에 도시된 실시형태들과 다르다. 이 실시형태에 있어서는, 노즐 니들(5)이 커플러 피스톤(13)의 에지에 있는 원형 구역에서만 해당 커플러 피스톤과 접촉한다. 이 실시형태에 있어서는, 압력 균등화를 위해 이용 가능한 상대적으로 큰 방사상 유동 영역이 존재한다.

도 5는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 피에조 인젝터(1)의 상세를 개략적으로 도시한다. 이 실시형태에 있어서는, 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21)이 평탄한 형태로 이루어지는 데 반해, 노즐 니들(5)의 전면(23)은 볼록하게, 구체적으로 통로 개구(25) 내로 돌출하는 원추 선단(cone tip) 형태로 이루어진다. 이 실시형태에 있어서는, 노즐 니들(5)의 센터링이 실현된다.

도 6은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 피에조 인젝터(1)의 상세를 도시한다. 이 실시형태에 있어서는, 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21)이 평탄한 형태로 이루어지는 데 반해, 노즐 니들의 전면(23)은 오목하게, 구체적으로 중공 원추(hollow cone) 형태로 이루어진다. 구 형태로 이루어질 수도 있다. 이 실시형태에 있어서는, 노즐 니들(5)의 센터링이 실현되지는 않지만, 상대적으로 큰 방사상 유동 영역이 실현된다.

도 7은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 피에조 인젝터(1)의 상세를 도시한다. 이 실시형태에 있어서는, 도 1에 도시된 상황과 유사하게, 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21)과 노즐 니들(5)의 전면(23)이 모두 평탄한 형태로 이루어진다. 그러나, 도 1에 따른 제1 실시형태와는 달리, 커플러 피스톤(13)에 대한 노즐 니들(5)의 센터링은, 구체적으로 커플러 피스톤(13)에서 리세스(27) 형태로 제공되고, 해당 리세스에는 노즐 니들(5)이 진입한다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 제8, 제9 및 제10 실시형태에 따른 피에조 인젝터(1)의 상세를 도시하고, 그 각각에 있어서 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21)은 오목한 형태, 구체적으로 중공 원추 형태로 이루어진다.

도 8에 따른 제8 실시형태에 있어서, 노즐 니들(5)의 전면(23)은 동시에 볼록한 형태, 구체적으로 원추 형상으로 이루어지고, 그 개방 각도는, 양호한 센터링이 실현되도록, 접촉 영역(21)의 중공 원추의 각도에 정확히 일치된다.

도 9에 따른 제9 실시형태에 있어서는, 전면(23)이 오목한 형태, 구체적으로 중공 원추 형태로 이루어진다. 그러나, 구 형태로 이루어질 수도 있다.

도 10에 따른 제10 실시형태에 있어서는, 노즐 니들(5)의 전면(23)이 평탄한 형태로 이루어진다.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 제11, 제12 및 제13 실시형태에 따른 피에조 인젝터(1)의 상세를 도시하고, 그 각각에 있어서 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21)은 볼록한 형태, 구체적으로 원추 형태로 이루어진다. 접촉 영역(21)은 구 형태로 이루어질 수도 있다.

도 11에 따른 제11 실시형태에 있어서는, 노즐 니들(5)의 전면(23)이 볼록한 형태, 구체적으로 구 형태로 이루어진다. 원추 형태를 가질 수도 있다.

도 12에 따른 제12 실시형태에 있어서는, 노즐 니들(5)의 전면(23)이 오목한 형태, 구체적으로 중공 원추 형태로 이루어진다. 중공 원추 방식으로 형성될 수도 있다.

도 13에 따른 제13 실시형태에 있어서는, 노즐 니들의 전면(23)이 평탄한 형태로 이루어진다.

따라서, 개개의 실시형태들은 커플러 피스톤(13)의 접촉 영역(21) 및 노즐 니들(5)의 전면(23)의 형상에 의해서만 상이하다. 상이한 형상들로 인해, 압력 균등화를 위해 이용 가능한 방사상 유동 영역들은 요구사항들에 맞게 조정될 수 있다. 또한, 요구사항들에 따라, 노즐 니들과 커플러 피스톤의 서로에 대한 센터링 및/또는 각도 보정이 가능해질 수 있다.

Claims (12)

1. 연료 분사용 피에조 인젝터(piezo injector)(1)로서,
   - 노즐 본체(7)에 이동 가능하게 배치된 노즐 니들(5)을 갖는 노즐 유닛(3);
   - 압전 액추에이터 유닛(piezoelectric actuator unit)(9);
   - 상기 노즐 유닛(3)을 상기 액추에이터 유닛(9)에 결합하는 유압 커플러 유닛(11)을 포함하되,
   상기 커플러 유닛은 커플러 피스톤(13), 커플러 실린더(15) 및 커플러 스프링(17)을 구비하고, 상기 커플러 피스톤(13)은 상기 커플러 실린더(15) 쪽을 향하는 상부면(26) 및 상기 노즐 니들(5) 쪽을 향하는 하부면(28)을 갖고, 상기 커플러 피스톤(13)은 상기 커플러 스프링(17)에 의해 상기 커플러 피스톤(13)의 상기 하부면(28) 쪽을 향하는 상기 노즐 니들(5)의 전면(23)에 대하여 밀리고 상기 노즐 니들(5)과의 접촉 영역(21)을 갖고,
   상기 커플러 피스톤(13)은, 상기 커플러 피스톤의 하부면(28)으로부터 상기 커플러 피스톤의 상부면(26)까지 유동 연결을 제공하고 상기 노즐 니들(5)과의 상기 접촉 영역(21) 내에 배치되는 통로 개구(25)를 구비하는, 피에조 인젝터(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 통로 개구(25)는 상기 상부면(26)에 있는 입구로부터 상기 하부면(28)에 있는 입구까지 상기 커플러 피스톤(13)을 통해 연장되고, 상기 하부면(28)에 배치된 상기 통로 개구(25)의 입구는 상기 노즐 니들(5)의 상기 전면(23)에 의해 폐쇄될 수 있는, 피에조 인젝터(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 통로 개구(25)는 상기 노즐 니들(5)에 의해 완전히 밀봉될 수 있는, 피에조 인젝터(1).
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접촉 영역(21)은 평탄한 형태로 이루어지는, 피에조 인젝터(1).
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접촉 영역(21)은 오목한 또는 볼록한 형태로 이루어지는, 피에조 인젝터(1).
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커플러 피스톤의 상기 하부면(28) 쪽을 향하는 상기 노즐 니들(5)의 상기 전면(23)은 평탄한 형태로 이루어지는, 피에조 인젝터(1).
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 커플러 피스톤의 상기 하부면(28) 쪽을 향하는 상기 노즐 니들(5)의 상기 전면(23)은 볼록한 또는 오목한 형태로 이루어지는, 피에조 인젝터(1).
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전면(23) 및/또는 상기 접촉 영역(21)은 구(spherical) 형태로 이루어지는, 피에조 인젝터(1).
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전면(23) 및/또는 상기 접촉 영역(21)은 원추 형태로 이루어지는, 피에조 인젝터(1).
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐 니들(5)은 외측으로 개방된 디자인으로 이루어지는, 피에조 인젝터(1).
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유압 커플러 유닛(11)에서는, 상기 커플러 실린더(15)와 상기 커플러 피스톤(13) 사이에서 힘을 전달하기 위해 두께가 0.01㎜ 내지 0.7㎜인 연료 막이 배치되는, 피에조 인젝터(1).
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 커플러 실린더(15)와 커플러 피스톤(13) 사이의 측방향 페어링 클리어런스(lateral pairing clearance)는 최대 10㎛에 이르는, 피에조 인젝터(1).

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