KR20040026689A - 연료 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 분사 밸브(1), 특히 내연 기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브에 관한 것이며, 상기 연료 분사 밸브는 제 1 아마추어(3)와 상호 작용하는 제 1 자기 코일(2), 제 2 아마추어(5)와 상호 작용하는 제 2 자기 코일(4) 및, 제 1 플랜지(12)에 의해서 제 1 아마추어(3)와, 제 2 플랜지(13)에 의해서는 제 2 아마추어(5)와 넌포지티브식으로 연결되는, 밸브 폐쇄 바디를 작동하기 위한 밸브 니들(14)을 포함한다. 상기 밸브 니들(14)은 반동 스프링(17)을 통해 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 방향으로 작용을 받는다. 제 1 플랜지(12)와 제 1 아마추어(3) 사이에 배열된 제 1 위치 설정 스프링(15)은 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 방향으로 제 1 아마추어(3)에 작용을 하는 반면, 제 2 플랜지(13)와 제 2 아마추어(5) 사이에 배열된 제 2 위치 설정 스프링(16)은 연료 분사 밸브(1)의 개방 방향으로 제 2 아마추어(5)에 작용을 한다.

Description

연료 분사 밸브{Fuel injection valve}
연료 분사 밸브의 폐쇄 시간은 한편으로 아마추어와 코어 사이의 접착력에 의해, 다른 한편으로는 와류에 의해 길어진다. 상기의 지연을 줄이기 위해, 예컨대 아마추어에 작용하는 복귀 스프링을 더 강하게 구성하는 것이 공지되어 있다. 연료 분사 밸브의 개방 시간이 복귀 스프링의 상승된 복원력 하에 있지 않음으로써, 자기 코일이 더 크고, 공급 전압이 더 높으며, 권취수가 더 많고, 더 고가의 자석 재료로써 작동되어야 하는 더 강한 자기 회로가 개발되어야 한다.
또한 연료 분사 밸브를 여기시키는 전류 펄스의 종료시, 잔류 자기장 감소를 가속화하기 위해 자기 코일을 통해서 전류를 반대 방향으로 흐를 수 있게 하는 것이 공지되어 있다. 그러나 상응하는 제어 소자의 구성은 비용이 많이 들며 개방 시간을 단지 미미하게 단축시킨다.
연료 분사 밸브를 개방하기 위한 하나의 자기장 및 연료 분사 밸브를 그 개방된 위치에 유지하기 위한 제 2 자기장을 구성하는 또 다른 가능성도 있다. 이 경우 지지 자기장의 세기는, 지지 자기장이 차단된 후 와류가 작아짐으로써 폐쇄 시간이 단축될 수 있도록 작게 선택될 수 있다.
DE 23 06 007 C3에는, 연료를 내연 기관으로 분사하기 위해 전자기식으로 작동될 수 있는 연료 분사 밸브가 공지되어 있으며, 여기서 자기 코일은 분리된 3 개의 스위칭 회로에 의해서 제어되는 3 개의 권선을 포함한다. 제 1 스위칭 회로는 연료 분사 밸브를 신속하게 개방하기 위해서 사용되며 제 2 스위칭 회로는 연료 분사 밸브의 개방을 유지하기 위해서 사용되고 제 3 스위칭 회로는 잔류 자기장을 소진시키는 대향 자기장을 발생시키기 위해 사용되며 즉 연료 분사 밸브를 신속하게 폐쇄시키기 위해서 사용된다.
DE 23 06 007 C3에 공지된 연료 분사 밸브는, 자기 코일의 3 개의 권선을 제어하는 3 개의 스위칭 회로를 구비한 구성을 제조하는 것이 비용이 많이 드는 단점이 있다. 스위칭 회로에 의해 공간에 대한 필요가 높아지는 것도 단점이다. 폐쇄 방향을 향하는 자기 분력에 의한 능동적 복원은 일어나지 않는다.
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 연료 분사 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예의 부분 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 II 영역의 개략도.
도 3A는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예의 아마추어 및 밸브 니들 행정의 시간 그래프의 다이어그램을 도시한 도면.
도 3B는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시예의 스위칭 상(Phase)의 다이어그램을 도시한 도면.
독립항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 이에 반해 더블 코일 개념과, 전(pre)행정을 통해 또한 매 자기 코일에 있는 위치 설정 스프링을 통해 신속한 개방 과정 및 능동적으로 가속화된 폐쇄 과정을 가능하게 하는 아마추어 자유 경로 개념을 결합함으로써, 연료 분사 밸브가 자기 회로의 적은 제어 출력과 높은 스위칭 역학으로 구현될 수 있는 장점을 갖는다.
종속항에 제시된 조치들을 통해 독립항에 기재된 연료 분사 밸브의 바람직한 또 다른 실시예 및 개선이 가능해진다.
복귀 스프링의 스프링 상수에 비해 위치 설정 스프링의 스프링 상수가 더 작은 것이 장점이므로, 복귀 스프링의 강화는 생략될 수 있다.
밸브 니들과 넌포지티브식으로 연결된 플랜지와 연결된 2 개의 약한 위치 설정 스프링을 사용함으로써, 기계적으로 단순하고 저렴하게 제조될 수 있는 아마추어 자유 경로 시스템이 구현될 수 있다.
아마추어 자유 경로는 바람직하게는 자기 회로의 아마추어의 전체 행정의 대략 절반에 이르므로 아마추어는 시간적 조정을 통해서, 진동된 중간 위치 내에 유지될 수 있으며, 이로써 높은 스위칭 동역학이 유지된다.
본 발명의 실시예는 도면에 단순하게 도시되며, 하기의 상세한 설명에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 연료 분사 밸브(1)의 중간 부분의 발췌 단면도를 도시한다. 연료 분사 밸브(1)는 특히 혼합 응축식 및 불꽃 점화식 내연 기관의 도시되지 않은 연소실로 연료를 직접 분사하기에 적합하다. 이때 연료 분사 밸브(1)는 내부 개방형 또는 외부 개방형 연료 분사 밸브(1)로서 실시될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예의 경우는 내부 개방형 연료 분사 밸브(1)이다.
상기 연료 분사 밸브(1)는 제 1 아마추어(3)와 상호 작용하는 제 1 자기 코일(2) 및, 제 2 아마추어(5)와 상호 작용하는 제 2 자기 코일(4)을 포함한다. 제 1 자기 코일(2)은 제 1 코일 캐리어(6) 상에, 제 2 자기 코일(4)은 제 2 코일 캐리어(7) 상에 권취된다. 제 1 자기 코일(2)은 제 1 코어 부분(8)을 둘러싸는 반면, 제 2 자기 코일(4)은 제 2 코어 부분(9)을 둘러싼다. 제 1 자기 코일(2)과 제 2 자기 코일(4)은 축방향으로 브릿지(10)에 의해서 서로 분리된다. 제 1 아마추어(3)와 제 2 아마추어(5)는 제 1 코어 부분(8)과 제 2 코어 부분(9) 사이에 배열되며 정지링(11)에 의해서 서로 분리된다. 정지링(11)은 비자화 재료로부터 자기 회로를 자기적으로 분리하기 위해 제조된다.
밸브 니들(14)은 제 1 코어 부분(8), 제 2 코어 부분(9) 및 양 아마추어(3, 5)를 통해서 연장된다. 제 1 아마추어(3)는 제 1 플랜지(12)에 의해서 밸브 니들(14)과 연결되는 반면, 제 2 아마추어(5)는 제 2 플랜지(13)에 의해서 밸브 니들(14)과 연결된다. 플랜지(12, 13)는 밸브 니들(14)과 용접되거나 상기의 방식으로 프레스-온될 수 있다. 제 1 플랜지(12)와 제 1 아마추어(3) 사이에는 제 1 위치 설정 스프링(15)이 고정되며 상기 스프링은 폐쇄 방향으로 제 1 아마추어(3)에 작용한다. 마찬가지로 제 2 플랜지(13)와 제 2 아마추어(5) 사이에는 제 2 위치 설정 스프링(16)이 제공되고, 상기 스프링은 연료 분사 밸브(1)의 개방 방향으로 제 2 아마추어(5)에 작용을 한다.
연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 상태시, 위치 설정 스프링(15, 16)에 따라서 제 1 아마추어(3)와 제 1 코어 부분(8) 사이에는 제 1 작동 갭(18)이 형성되는 반면, 제 2 아마추어(5)와 제 2 코어 부분(9) 사이에는 제 2 작동 갭(19)이 생긴다. 아마추어(3, 5)는 정지링(11)에 접한다. 제 1 플랜지(12)와 제 1 아마추어(3) 사이에는 제 1 아마추어 자유 경로(23)가, 제 2 플랜지(13)와 제 2 아마추어(5) 사이에는 제 2 아마추어 자유 경로(24)가 형성된다.
밸브 니들(14)에는 공급 방향으로 복귀 스프링(17)이 지지되며 상기 스프링은, 밸브 니들(14)과 작용이 연결된, 자세히 도시되지 않은 밸브 폐쇄 바디가 밀봉 시트에 밀봉되어 접함으로써 연료 분사 밸브(1)가 폐쇄되어 유지되도록, 밸브 니들(14)에 작용한다. 복귀 스프링(17)의 스프링 상수는 위치 설정 스프링(15, 16)의 스프링 상수 보다 매우 크다.
또한 연료 분사 밸브(1)는 자기 회로의 외부극(21)을 관통하는 노즐 바디(20)를 포함한다. 연료는 중앙으로 공급되며 연료 분사 밸브(1)의 중앙 리세스(22) 및 튜브형 밸브 니들(14)을 통해 밀봉 시트에까지 유도된다.
기능 방식의 상세한 설명과 연료 분사 밸브(1)의 동역학 및 본 발명에 따른 조처는 도 2와 3A 내지 3B 및 추후의 상세한 설명에 제시된다.
도 2는 작동 갭(18, 19) 및 아마추어 자유 경로(23, 24)를 분명하게 도시하기 위해, 도 1에 설명된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 개략적인 상세 부분을 발췌 단면도로 도시한다. 도면에는 작용 방식을 설명하기 위해 필요한 연료 분사 밸브(1)의 부분들만이 도시된다. 이미 설명된 부품들에는 동일한 도면 부호가제공된다. 자기 코일(2, 4) 및 아마추어(3)의 기능 방식의 다음의 설명은 도 3A, 3B에 도시된 그래프의 절반을 이해하기 위해서이며, 상기 그래프는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 아마추어 행정과 밸브 니들 행정의 시간 그래프 및, 개폐 과정의 스위칭 상을 나타낸다.
연료 분사 밸브(1)가 폐쇄된 경우, 도 2에서 "개방"으로 도시된 제 1 자기 코일(2)에 전류가 공급되면, 제 1 자기 코일(2)을 여기시키고 도 3B에서 "전류 개방"으로 도시된 전류는 유지 전류 세기로까지 상승한다. 충분한 자기력으로부터 제 1 아마추어(3)는 제 1 코어 부분(8)에 의해 끌어당겨지며, 개방 방향으로 움직인다. 밸브 니들(14)은 복귀 스프링(17)의 복원력에 의해 계속 유지되며, 제 1 플랜지(12)와 제 1 아마추어(3) 사이에 형성된 아마추어 자유 경로(23)는 그 출발 위치에 있는다. 그 사이 제 1 아마추어(3)는 도 2와 도 3A에서 h1으로 도시된 제 1 행정 만큼 밸브 니들(14)에서 개방 방향으로 움직인다. 제 1 행정 h1은, 제 1 아마추어(3)와 제 1 코어 부분(8) 사이에 형성된 제 1 작동 갭(18)보다 더 작다. 제 1 아마추어(3)가 제 1 플랜지(12) 상에 충돌된 후, 밸브 니들(14)은 상기 니들과 넌포지티브식으로 연결된 제 1 플랜지(12)에 의해 개방 방향으로 함께 움직이므로, 제 1 작동 갭(18)은 완전히 폐쇄되며 제 1 아마추어(3)는 제 1 코어 부분(8)에 부딪힌다.
본 발명에 따라 형성된 연료 분사 밸브(1)의 전형적인 실시예에서, 작동 갭(18, 19)의 전체 폭은 예컨대 대략 110㎛이며, 그 중 대략 50㎛는 사전 행정(h1또는 h2)이다.
밸브 니들(14)의 운동이 시작되면서, 연료도 내연 기관의 도시되지 않은 연소실로 분사되기 시작한다.
제 1 자기 코일(2)에 전류가 공급되는 중에, 제 2 자기 코일(4)에도 전류가 공급된다. 이때 자기장은 제 2 아마추어(5)가 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 방향으로 움직이도록 구성된다. 도 2에서 "차단"으로 도시된 제 2 아마추어(5)는, 도 2와 3A에서 h2로 도시된 제 2 행정을 실행한다. 그 후 제 2 아마추어(5)는 제 2 플랜지(13) 상에 부딪힌다. 제 2 아마추어(5)의 사전 행정 단계 중 제 1 자기 코일(2)을 여기시키는 전류는 차단된다. 따라서 밸브 니들(14)은 제 1 아마추어(3)에 의해서 릴리스된다. 제 2 아마추어(5)가 제 2 플랜지(13) 상에 충돌한 후, 밸브 니들(14)에 대해서 폐쇄 과정이 도입되며 이는 복귀 스프링(17)의 힘을 통해 지지된다.
그 사이 제 1 아마추어(3)는 이미 제 1 위치 설정 스프링(15)의 힘을 통해서 그 출발 위치로 돌아가며, 아마추어는 다음의 개방 주기까지 상기 출발 위치에 머무른다. 제 2 자기 코일(4)이 차단된 후, 제 2 위치 설정 스프링(16)은 제 2 아마추어(5)를 마찬가지로 그 출발 위치로 리셋한다.
도 3A에서는 제 1, 제 2 행정 h1, h2이 각각 실행된 후, 진동하는 부유 상태로 아마추어(3, 5)가 유지되는 것을 알 수 있으며, 따라서 연료 분사 밸브(1)의 개폐시 밸브 니들(14)의 사전 가속은 생략될 수 있으며 스위칭 동역학이 개선될 수있다.
도 3B에 도시된, 양 자기 코일(2, 4)에 동시에 전류를 공급하는 것은, 폐쇄 과정이 이미 도입되는 반면 개방 과정은 아직 차단되도록 시간적으로 서로 조정될 수 있다.
설명된 조치들을 통해, 또한 더블 코일 개념과 아마추어 자유 경로 개념이 결합됨으로써 신속하게 개폐되는 연료 분사 밸브(1)가 실현될 수 있으며 상기 밸브는, 제 2 아마추어(5)의 능동적 폐쇄 펄스에 의해 지지되며 바운스 펄스와 무관한 폐쇄 과정을 갖는 개선된 동역학을 낮은 공급 전압 및, 복귀 스프링(17)의 감소된 스프링력과 결합한다.
본 발명은 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아니라 연료 분사 밸브(1)의 임의의 구성 방식, 특히 외부 개방형 연료 분사 밸브(1)를 위해서도 적합하다.

Claims (10)

  1. 연료 분사 밸브(1), 특히 내연 기관의 연료 분사 장치용 연료 분사 밸브(1)로서, 상기 연료 분사 밸브는 제 1 아마추어(3)와 상호 작용하는 제 1 자기 코일(2), 제 2 아마추어(5)와 상호 작용하는 제 2 자기 코일(4) 및, 제 1 플랜지(12)에 의해서 제 1 아마추어(3)와, 제 2 플랜지(13)에 의해서는 제 2 아마추어(5)와 넌포지티브식으로 연결되는, 밸브 폐쇄 바디를 작동하기 위한 밸브 니들(14)을 포함하며, 상기 밸브 니들(14)은 복귀 스프링(17)에 의해 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 방향으로 작용을 받는 연료 분사 밸브(1)에 있어서,
    제 1 플랜지(12)와 제 1 아마추어(3) 사이에 배열된 제 1 위치 설정 스프링(15)은 연료 분사 밸브(1)의 폐쇄 방향으로 제 1 아마추어(3)에 작용을 하고, 제 2 플랜지(13)와 제 2 아마추어(5) 사이에 배열된 제 2 위치 설정 스프링(16)은 연료 분사 밸브(1)의 개방 방향으로 제 2 아마추어(5)에 작용을 하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 설정 스프링(15, 16)은 반동 스프링(17)의 스프링 상수보다 매우 작은 스프링 상수를 가지며, 상기 반동 스프링은 폐쇄 방향으로 밸브 니들(14)에 작용하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 플랜지(12)와 제 1 아마추어(3)사이에는 제 1 아마추어 자유 경로(23)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 아마추어 자유 경로(23)는, 제 1 아마추어(3)와 제 1 코어 부분(8) 사이에 형성된 제 1 작동 갭(18)보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 플랜지(13)와 제 2 아마추어(5) 사이에 제 2 아마추어 자유 경로(24)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 아마추어 자유 경로(24)는, 제 2 아마추어(3)와 제 2 코어 부분(9) 사이에 형성된 제 2 작동 갭(18)보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 자유 경로(23, 24)는 대략 50㎛인 반면, 제 1, 제 2 작동 갭(18, 19)의 폭은 대략 110㎛인 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜지(12, 13)는 밸브니들(14)과 넌포지티브식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 자기 코일(2, 4)에 의해 형성된 자기장은 반대 방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 아마추어(3)와 제 2 아마추어(5) 사이에 정지링(11)이 배열되며 상기 링은 비자화 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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