KR20230169301A - 짧은 축 설계의 가스 인젝터 - Google Patents

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KR20230169301A
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마르틴 뮐러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 기체 연료를 분사하는 가스 인젝터에 관한 것이며, 상기 가스 인젝터는 전기자(20), 내부 극(21) 및 코일(22)을 갖는 자기 액추에이터(2); 밸브 니들(30)을 갖는 폐쇄 요소(3)로서, 상기 폐쇄 요소(3)는 밀봉 시트(11)에서 가스 경로(14)를 개폐하며, 상기 전기자(20)는 상기 폐쇄 요소(3)에 연결되는, 상기 폐쇄 요소; 상기 전기자(20)가 배치되고 상기 전기자(20)의 윤활을 보장하는 윤활제가 채워지는, 폐쇄된 윤활제 챔버(4); 상기 가스 경로(14)에 대해 상기 윤활제 챔버(4)를 밀봉하는 가요성 밀봉 요소(51); 상기 폐쇄 요소(3)를 폐쇄된 시작 위치로 리턴시키는 리턴 요소(10); 및 가이드 슬리브(9)와 상기 밸브 니들(30) 사이에 형성되는 제 1 니들 가이드(31)를 포함하며, 상기 제 1 니들 가이드(31)는 상기 윤활제 챔버(4) 내의 상기 가요성 밀봉 요소(51)의 방사상 내부에 배치되고, 상기 리턴 요소(10)는 상기 윤활제 챔버(4) 내의 상기 가요성 밀봉 요소(51) 내에 적어도 부분적으로, 특히 완전히 배치된다.

Description

짧은 축 설계의 가스 인젝터
본 발명은 축이 짧고 컴팩트한 구조를 갖는 기체 연료, 특히 수소나 천연가스 등을 분사하는 가스 인젝터에 관한 것이다. 가스 인젝터는 특히 내연 기관의 연소실에 직접 분사하도록 설계된다.
가스 인젝터는 다양한 디자인으로 선행 기술에 알려져 있다. 가스 인젝터의 한 가지 문제점은 분사되는 가스 매체로 인해 예를 들어 가솔린이나 디젤을 분사하는 연료 인젝터에서 가능한 것처럼 매체를 통한 윤활이 불가능하다는 것이다. 이로 인해 액체 연료용 연료 인젝터에 비해 작동 중 과도한 마모가 발생한다. 또한, 내연기관의 소형화가 증가함에 따라, 내연기관 실린더의 주축 내에 또는 그 부근에 중앙 설치하는 것과 달리 측면 설치가 필요한 경우가 종종 있다.
청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 기체 연료를 분사하기 위한 본 발명에 따른 가스 인젝터는 가스 인젝터의 축방향 길이가 짧다는 이점을 갖는다. 결과적으로, 가스 인젝터는 특히 내연 기관의 연소실에 측방향으로 배치될 수 있다. 가스 인젝터는 매우 슬림하게 제공될 수 있으며, 특히 작은 외경을 가질 수 있다. 이는 본 발명에 따라 가스 인젝터가 전기자, 내부 극 및 코일을 갖는 자기 액추에이터를 포함한다는 점에서 달성된다. 또한, 가스 인젝터는 밸브 니들을 갖는 폐쇄 요소를 포함하며, 상기 폐쇄 요소는 밸브 시트에서 기체 연료용 가스 경로를 개폐한다. 전기자는 폐쇄 요소에 연결된다. 또한, 가동 전기자가 배치되고 윤활제가 채워지는, 폐쇄된 윤활제 챔버가 제공된다. 윤활제는 작동 중에 전기자의 마모가 발생하지 않도록 전기자를 윤활한다. 윤활제 챔버는, 가스 경로에 대해 윤활제 챔버를 밀봉하여 폐쇄 요소의 축방향 이동을 보장하는 적어도 하나의 가요성 밀봉 요소, 특히 벨로우즈를 포함한다. 또한, 가스 인젝터는 리턴 요소, 특히 실린더 스프링 형태의 폐쇄 스프링을 포함하고, 상기 리턴 요소는 폐쇄 요소를 폐쇄된 시작 위치로 리턴시킨다. 가이드 슬리브와 폐쇄 요소의 밸브 니들 사이에 제 1 니들 가이드가 형성된다. 제 1 니들 가이드는 윤활제 챔버 내의 가요성 밀봉 요소 내에 배치되고 리턴 요소는 윤활제 챔버 내의 가요성 밀봉 요소 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 바람직하게는, 리턴 요소는 가요성 밀봉 요소 내에 완전히 배치된다. 따라서 가요성 밀봉 요소, 제 1 니들 가이드 및 리턴 요소는 하나가 다른 하나 내에 배치된다. 결과적으로, 축방향 설치 공간이 절약될 수 있으며, 가스 인젝터의 전체 축방향 길이가 감소될 수 있다. 또한 윤활제 챔버는 특히 니들 가이드와 전기자뿐 아니라 전기자와 접촉할 수 있는 부품들의 마모가 거의 발생하지 않기 때문에 자기 액추에이터의 긴 서비스 수명을 보장한다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.
가요성 밀봉 요소는 바람직하게는 금속 벨로우즈이다. 한편으로, 금속 벨로우즈는 폐쇄 요소의 축방향 이동을 가능하게 하기 위해 매우 우수한 이동성을 제공하고, 다른 한편으로 금속 벨로우즈는 내연 기관의 뜨거운 연소실에 최대한 가깝게 배치될 수 있다. 이는 가스 인젝터의 축방향 길이를 더 줄일 수 있게 한다. 대안적으로, 가요성 밀봉 요소는 플라스틱 벨로우즈, 멤브레인 또는 고무 요소이다.
가요성 밀봉 요소는 특히 바람직하게는 밸브 니들에 직접 고정되고 가이드 슬리브에 직접 고정된다.
밸브 니들에 가요성 밀봉 요소를 특히 간단하게 고정하기 위해, 밸브 니들은 고정 디스크를 포함하는 것이 바람직하다. 고정 디스크는 밸브 니들과 일체로 형성될 수 있거나 대안적으로 예를 들어 용접 연결에 의해 밸브 니들에 연결되는 환형 디스크로서 제공될 수 있다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 니들 가이드는 밸브 니들과 가이드 슬리브 사이에 형성된다. 제 2 니들 가이드는 폐쇄 요소의 밀봉 시트에서 시작하여, 제 1 니들 가이드보다 밀봉 시트로부터 더 멀리 떨어져 있다. 바람직하게는, 제 2 니들 가이드도 가요성 밀봉 요소 내에 배치된다.
훨씬 더 컴팩트한 구조를 달성하기 위해, 리턴 요소는 가이드 슬리브 내에 완전히 배치되는 것이 바람직하다. 리턴 요소는 특히 바람직하게는 밸브 니들에 밀착되어 있는 실린더 스프링이다. 특히 바람직하게는, 가이드 슬리브는 리턴 요소가 일단에서 지지되는 숄더를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 타단은 스프링 홀더에 지지된다.
가이드 슬리브는 리턴 요소가 일단에서 지지되는 내부 숄더를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따르면, 가스 인젝터는 가스 인젝터의 측방향으로 배치되는 가스 입구를 포함한다. 가스 입구는 바람직하게는 가스 인젝터의 본체에 측방향으로 배치된다. 그 결과, 가스 인젝터의 축방향 길이는 더욱 단축될 수 있으며, 가스 인젝터는 더 컴팩트하게 형성될 수 있다. 측면 가스 입구는 바람직하게는 가스 인젝터의 길이방향 축에 대해 90°의 각도로 제공된다.
가스 인젝터는 더 바람직하게는 편평한 밀봉 시트를 갖는다. 바람직하게는, 폐쇄 요소는 연소실을 향하는 단부에, 밸브 시트의 하나 이상의 관통 개구를 개방하는 밀봉 디스크를 포함한다. 가스 인젝터는 외부로 개방되는 인젝터로 설계되는 것이 바람직하다. 이는 가스 인젝터의 길이방향에 수직인 평면에 놓이는 밀봉 시트를 제공하는 것을 가능하게 한다.
또한, 가스 인젝터는 바람직하게는 윤활제 챔버에 배치된 브레이크 장치를 포함하며, 상기 브레이크 장치는 가스 인젝터가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 리턴되는 동안 폐쇄 요소를 제동하도록 설계된다. 브레이크 장치는 브레이크 볼트, 윤활제 챔버와 유체 연결되는 댐핑 챔버, 및 탄성 브레이크 요소, 특히 스프링을 포함한다. 브레이크 볼트와 탄성 브레이크 요소는 리턴 과정 중에 폐쇄 요소 및/또는 전기자와 작용 연결되며, 브레이크 볼트는 또한 리턴 과정 중에, 브레이크 볼트의 리턴을 댐핑하기 위해 윤활제를 댐핑 챔버 밖으로 변위시키도록 설계된다. 제동 과정의 일부는 가스 인젝터의 개방 상태에서 브레이크 볼트가 접촉하는 정지 부품과 브레이크 볼트 사이의 유압 결합에 의해 제공되기 때문에, 댐핑 챔버를 제공하면 상기 유압 결합을 극복하는 중에 액체 윤활제에 증기 기포가 형성되는 것이 방지될 수 있어, 특히 캐비테이션으로 인한 마모가 방지될 수 있다.
제동 과정은 브레이크 장치에 의해 제공되는 추가 질량의 가속에 의해 추가로 지원된다. 또한, 전기자와 브레이크 볼트 사이에서 윤활제의 변위를 통해 추가 제동이 구현된다. 폐쇄 요소의 리턴 속도는 브레이크 볼트와 가이드 요소 등의 마찰에 의해 더욱 감소될 수 있다. 이 모든 것이 정지 시 전기자의 충격력을 감소시켜 전기자의 수명이 더욱 연장될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 브레이크 볼트는, 특히 폐쇄 요소를 향하는 브레이크 볼트의 본체의 측면에 배치되며 폐쇄 요소와 작용 연결될 수 있고 정지면 역할을 하는 접촉면을 갖는 본체를 포함한다. 본체는 원통형인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 링 플랜지가 폐쇄 요소를 향하는 본체의 측면에 배치된다. 링 플랜지는 바람직하게는 정지면 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 브레이크 장치의 탄성 브레이크 요소는 댐핑 챔버에 배치된다. 이를 통해 특히 컴팩트한 구조가 실현될 수 있다. 탄성 브레이크 요소는 바람직하게는 압축 스프링, 특히 실린더 스프링이다.
더 바람직하게는, 댐핑 챔버는 브레이크 볼트의 가이드 유격을 통해 윤활제 챔버와 유체 연결된다.
바람직하게는, 가스 인젝터는 댐핑 챔버를 윤활제 챔버와 연결하는 스로틀을 더 포함한다. 스로틀은 윤활제가 댐핑 챔버로부터 스로틀을 통해 윤활제 챔버 내로 전달되기 때문에 댐핑 프로세스가 정의된 방식으로 수행될 수 있는 것을 보장한다. 스로틀은 댐핑 챔버와 윤활제 챔버 사이의 작은 연결 보어인 것이 바람직하다. 브레이크 장치의 댐핑 거동은 연결 보어의 기하학적 치수(예: 보어의 직경 및/또는 길이)의 선택에 의해 조정될 수 있다.
가스 인젝터는 바람직하게는 폐쇄 요소 상에 놓이는 전기자 볼트를 포함하고, 전기자 볼트는 전기자에 연결된다. 가스 인젝터의 밀봉 시트로부터 먼 전기자 볼트의 단부는 가스 인젝터가 폐쇄된 상태에서 브레이크 볼트와 접촉되도록 설계된다.
또한, 가스 인젝터는 전기자 볼트가 안내되는 전기자 볼트 가이드를 포함하는 것이 바람직하다. 전기자 볼트 가이드는 가스 인젝터가 개방된 상태에서 브레이크 볼트용 정지부를 형성한다. 폐쇄된 상태에서, 전기자 볼트 가이드와 브레이크 볼트 사이에 제 1 갭이 있다. 개방될 때, 상기 제 1 갭은 브레이크 볼트에 작용하는 브레이크 장치의 스프링의 압축력에 의해 극복된다.
본 발명의 추가 바람직한 실시예에 따르면, 가스 인젝터는 브레이크 볼트를 안내하기 위한 가이드 영역과 함께 윤활제 챔버에 배치된 가이드 본체를 포함한다. 가이드 본체는 바람직하게는 특히 브레이크 볼트가 안내되는, 밀봉 시트를 향하는 가이드 본체의 단부에, 리세스를 갖는다.
가스 인젝터가 폐쇄된 상태에서, 브레이크 볼트와 전기자 볼트 가이드 사이의 제 1 갭은 바람직하게는 전기자와 내부 극 사이의 제 2 폭(C)을 갖는 제 2 갭보다 작은 제 1 폭(B)을 갖는다. 전기자 볼트 가이드와 브레이크 볼트 사이의 축방향 갭(B)은 전기자와 내부 극 사이의 축방향 갭(C)의 1% 내지 90% 범위인 것이 바람직하다. 전기자 볼트 가이드와 브레이크 볼트 사이의 축방향 갭(B)은 특히 바람직하게는 축방향 갭(C)의 25%보다 작으며, 더 바람직하게는 축방향 갭(C)의 3% 내지 20% 범위이다. 축방향 갭(C)은 바람직하게는 0.05 mm 내지 3 mm, 특히 0.8 mm의 크기를 갖는다.
바람직하게는, 윤활제 챔버의 가요성 밀봉 요소는 제 1 및 제 2 가요성 밀봉 요소를 포함한다. 따라서 윤활제 챔버는 2개의 가요성 밀봉 요소에 의해 밀봉되고, 그 결과 윤활제 챔버에서 윤활제가 변위되면 바람직하지 않은 과압 또는 부압이 발생하는 것이 방지될 수 있으며, 상기 과압 또는 부압은 예를 들어 윤활제 저장소의 부품들을 통해 바람직하지 않은 힘을 상기 가스 인젝터의 폐쇄 요소에 가할 수 있다. 2개의 가요성 밀봉 요소들을 제공함으로써, 밀봉 요소들 중 하나에 바람직하지 않은 힘이 가해져 폐쇄된 윤활제 챔버에서 압력 증가를 초래할 수 있는 경우에도, 제 2 가요성 밀봉 요소에 의해 보상이 제공될 수 있다. 따라서 폐쇄된 윤활제 챔버 내부의 바람직하지 않은 압력 변화가 성공적으로 방지될 수 있다.
저장 스프링은 또한 폐쇄된 윤활제 챔버 내의 윤활제에 대해 외부로부터 미리 정해진 힘을 가하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.5 내지 10 x 105 Pa, 특히 바람직하게는 1 내지 5 x 105 Pa의 초과 압력이 가해진다. 따라서 윤활제 챔버 내의 윤활제는 미리 정해진 예압 하에 있게 될 수 있으며, 이로 인해 폐쇄 요소의 스트로크에 영향을 미칠 수 있는 바람직하지 않은 변형이 확실하게 방지될 수 있다.
특히 바람직하게는, 제 1 가요성 밀봉 요소는 제 1 벨로우즈이고, 제 2 가요성 밀봉 요소는 제 2 벨로우즈이다. 더 바람직하게는, 제 1 및 제 2 벨로우즈는 동일하게 설계된다. 즉, 동일한 평균 벨로우즈 직경과 동일한 개수의 벨로우즈 주름을 갖는다. 이는 특히 가스 인젝터의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
제 2 벨로우즈는 바람직하게는 스프링 플레이트를 통해 저장 스프링에 연결된다. 이를 통해 간단하고 비용 효율적인 구조가 실현될 수 있다. 또한, 이를 통해 저장 스프링에 의해 제 2 벨로우즈에 일정한 예압이 직접 가해질 수 있으며, 이로써 제 2 벨로우즈의 강성은 제 1 벨로우즈에 비해 약간 증가된다.
대안적으로, 제 1 및 제 2 가요성 밀봉 요소는 각각 멤브레인이거나 각각 고무 요소이다. 멤브레인은 단층 또는 다층일 수 있으며 예를 들어 레이저 용접을 통해 윤활제 챔버를 밀봉하기 위해 각 부품에 고정될 수 있다.
오일, 특히 광유가 윤활제로 사용되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 액체 연료, 특히 디젤 또는 가솔린이 사용된다. 대안적으로, 그리스가 윤활제로 사용된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가스 인젝터의 개략적인 단면도를 도시한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 가스 인젝터(1)를 상세히 설명한다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 기체 연료를 도입하기 위한 가스 인젝터(1)는 외부로 개방되는 폐쇄 요소(3)를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동시키는 자기 액추에이터(2)를 포함한다. 도 1은 가스 인젝터의 폐쇄 상태를 도시한다.
자기 액추에이터(2)는 전기자 볼트(24)에 의해 폐쇄 요소(3)에 연결되는 전기자(20)를 포함한다. 또한, 자기 액추에이터(2)는 내부 극(21), 코일(22) 및 자석 하우징(23)을 포함하고, 상기 자석 하우징(23)은 자기 액추에이터의 플럭스 가이드를 보장한다.
또한, 가스 인젝터(1)는 기체 연료가 공급되는 측면 가스 입구(70)를 갖는 본체(7)를 포함한다. 자기 액추에이터(2)가 배치된 밸브 하우징(8)은 본체(7)에 고정된다. 밸브 하우징(8)에는 하우징 슬리브(19)와 밸브 튜브(90)가 이어지며, 상기 밸브 튜브(90)의 자유 단부에서 밸브 시트 부품(93)에 밀봉 시트(11)가 제공되며, 상기 밀봉 시트(11)에서 폐쇄 요소(3)는 기체 연료용 통로를 개폐한다.
도 1은 본체(7)와 자석 하우징(8)을 통해 자기 액추에이터(2)로 안내되는 전기 연결부(13)를 개략적으로 도시한다.
도면 번호 10은 폐쇄 요소(3)를 개방한 후 다시 도 1에 도시된 폐쇄 상태로 리턴시키기 위한 폐쇄 요소(3)용 리턴 요소를 나타낸다.
도 1은 또한 가스 인젝터(1)를 통한 가스 경로(14)로서 가스 흐름을 도시한다. 가스 흐름은 가스 입구(70)에서 시작하여 밸브 하우징(8)과 본체(7) 사이의 환형 공간(80)으로 전환된다. 가스 흐름(14)은 자기 액추에이터(2)의 외부 영역을 지나 필터(15)를 통해 밀봉 시트(11)까지 계속된다. 따라서, 각 부품들에는 개구들이 제공되며, 도 1에 그 전부가 도시되지 않는다.
가스 인젝터(1)가 개방되면, 기체 연료는 자기 액추에이터(2)의 외주 및 열린 밀봉 시트(11)를 지나 노즐 부착부(94) 및 내연 기관의 연소실(100) 내로, 도 1의 화살표 A로 표시된 바와 같이, 흐른다.
폐쇄 요소(3)는 연소실을 향하는 폐쇄 요소의 단부에 배치되는 시트 플레이트(30a)를 갖는 밸브 니들(30)을 포함한다. 밀봉 시트(11)는 시트 플레이트(30a)와 다수의 축방향 개구(92)들을 갖는 밸브 시트 부품(93) 사이에 형성된다.
고정 디스크(30b)는 폐쇄 요소(3)에 제공되며, 시트 플레이트(30a)로부터 자기 액추에이터(2) 방향으로 다소 이격되어 배치된다.
따라서 폐쇄 요소(3)는 밀봉 시트(11) 상의 가스 경로(14)를 개폐한다. 폐쇄 요소를 안내하기 위해, 도 1에서 자세히 볼 수 있듯이, 제 1 니들 가이드(31)와 제 2 니들 가이드(32)가 폐쇄 요소(3)와 가이드 슬리브(9) 사이에 제공된다. 제 1 니들 가이드(31)는 폐쇄 요소(3)와 가이드 슬리브(9) 사이에 직접 형성된다. 제 2 니들 가이드(32)는 스프링 플레이트(16)와 가이드 슬리브(9) 사이에 형성된다. 스프링 플레이트(16)는 폐쇄 요소(3)에 견고하게 연결되고, 리턴 요소(10)는 가이드 슬리브(9)의 내부 숄더(90a)와 스프링 플레이트(16) 사이에 지지된다.
또한, 가스 인젝터(1)는 폐쇄된 윤활제 챔버(4)를 포함한다. 폐쇄된 윤활제 챔버(4)는 액체 윤활제, 예를 들어 오일로 완전히 또는 부분적으로 채워져 있다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 윤활제 챔버(4)는 제 1 가요성 밀봉 요소(51), 내부 극(21), 자석 하우징(23), 가이드 본체(18) 및 제 2 가요성 밀봉 요소(52)에 의해 정의된다. 제 1 및 제 2 가요성 밀봉 요소(51, 52)는 각각 벨로우즈로 설계된다. 제 1 및 제 2 가요성 밀봉 요소(51, 52)는 동일하게 설계된다.
벨로우즈 대신에 멤브레인이나 호스 등이 가요성 밀봉 요소(51, 52)로 사용될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 가요성 밀봉 요소(52)는 예를 들어 용접 연결에 의해 저장 스프링 플레이트(41)에 고정된다. 또한, 가스 인젝터(1)는, 본체(7)에 지지되며 저장 스프링 플레이트(41)를 통해 제 2 가요성 밀봉 요소(52)를 예압하는 저장 압축 스프링(40)을 포함한다. 연결 보어(18a)들이 가이드 본체(18)에 제공되어, 윤활제 챔버(4)에 있는 윤활제는 제 2 가요성 밀봉 요소(52) 내의 영역에도 있다.
제 1 가요성 밀봉 요소(51)는 고정 디스크(30b)에서 폐쇄 요소(3)에 직접 고정되고 타단에서 가이드 슬리브(9)에 연결된다. 횡방향 보어(91)들이 가이드 슬리브(9)에 제공되어, 제 1 가요성 밀봉 요소(51)의 내부와 가이드 슬리브(9)의 내부 사이에 유체 연결이 존재한다.
따라서 윤활제 챔버(4)는 2개의 가요성 밀봉 요소(51, 52)들과 저장 압축 스프링(40)을 갖는다. 저장 압축 스프링(40)은 윤활제 챔버(4)에 있는 윤활제에 특정 예압, 예를 들어 1 x 105 Pa를 가한다. 개방 프로세스 중에 폐쇄 요소(3)의 스트로크로 인해 또는 윤활제의 열팽창이나 냉각으로 인해 윤활제의 변위가 발생하면, 윤활제 챔버(4) 내부에서 발생할 수 있는 과압/부압은 저장 압축 스프링(40)의 수축과 관련된 제 2 가요성 밀봉 요소(52)의 편향에 의해 보상될 수 있다. 따라서, 가요성 밀봉 요소(51)는 벨로우즈 유효면을 통해 작용하는 바람직하지 않은 힘을 폐쇄 요소(3)에 가할 수 없다.
폐쇄된 윤활제 챔버(4)에는 전기자(20)가 고정된 전기자 볼트(24)도 배치된다. 윤활제 챔버(4)에는 윤활제, 예를 들어 가솔린이나 디젤과 같은 액체 연료 또는 그리스 등이 채워지므로, 전기자(20)는 지속적으로 윤활된다. 이는 종래 기술에서 기체 연료를 사용하여 발생하는 문제, 즉 움직이는 부품의 윤활이 부족하다는 문제를 보상하는 것을 가능하게 한다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 폐쇄된 윤활제 챔버(4)를 채우기 위해 충전 채널(17a)이 제공된다. 충전 채널(17a)은 폐쇄 볼(17)에 의해 유체 밀봉 방식으로 폐쇄된다.
또한 도 1에서 볼 수 있듯이, 가이드 슬리브(9)와 밸브 니들(30) 사이에 형성된 제 1 니들 가이드(31)는 제 1 가요성 밀봉 요소(51) 내에 배치된다. 또한, 리턴 요소(10)의 일부도 제 1 가요성 밀봉 요소(51) 내에 배치된다. 가이드 슬리브(9)의 일부도 제 1 가요성 밀봉 요소(51) 내에 배치된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 리턴 요소(10), 가이드 슬리브(9) 및 제 1 가요성 밀봉 요소(51)는 하나가 다른 하나 내에 배치된다. 결과적으로, 가스 인젝터(1)의 축방향 길이가 상당히 감소될 수 있다.
밸브 니들(30), 리턴 요소(10), 가이드 슬리브(9) 및 제 1 가요성 밀봉 요소(51)의 중첩에도 불구하고, 특히 밸브 튜브(90)의 영역에서 외경은 증가되지 않는다.
또한, 저장 압축 스프링(40) 및 저장 스프링 플레이트(41)도 적어도 부분적으로 제 2 가요성 밀봉 요소(52) 내에 배치된다. 가이드 본체(18)의 영역도 제 2 가요성 밀봉 요소(52) 내에 배치된다. 따라서, 가스 인젝터(1)의 축방향 길이가 더 감소된다.
설치 공간 조건에 따라 필요할 경우 노즐 부착부(94)가 생략될 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 기체 연료는 이전에 가스 인젝터에서 일반적으로 사용되었던 축 방향이 아닌 측면 가스 입구(70)를 통해 측면으로 공급된다. 이는 특히 연소실에서 멀리 떨어져 있는 가스 인젝터 영역에서, 가스 인젝터의 길이를 더욱 줄인다.
폐쇄된 윤활제 챔버(4)에는 브레이크 장치(6)도 배치된다. 브레이크 장치(6)는 브레이크 볼트(60), 브레이크 스프링(61) 및 댐핑 챔버(62)를 포함한다. 댐핑 챔버(62)는 윤활제 챔버(4)와 유체 연결된다.
브레이크 볼트(60) 및 탄성 브레이크 요소(61)는 가스 인젝터가 폐쇄된 시작 위치로 리턴될 때 폐쇄 요소(3)와 작용 연결된다. 리턴 과정 동안, 브레이크 볼트(60)가 가스 인젝터의 폐쇄된 상태(도 1)로 리턴될 때 추가 댐핑을 달성하기 위해, 윤활제는 댐핑 챔버(62)로부터 윤활제 챔버(4)로 변위된다. 브레이크 볼트(60)는 가이드 본체(18) 내에서 안내된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 댐핑 챔버(62)는 밸브 시트(11)로부터 먼, 브레이크 볼트(60)의 측면에서 브레이크 볼트(60)에 직접 형성된다. 댐핑 챔버(62)는 작은 보어인 스로틀(63)을 통해 연결 보어(18a)들에 연결되고 따라서 윤활제 챔버(4)의 주요 영역에 연결된다. 브레이크 스프링(61)은 스프링 챔버(67) 내에 배치된다.
브레이크 볼트(60)는 전기자 볼트(24)와 접촉하는 접촉면(60a)을 갖는다. 도 1에 도시된 폐쇄 상태에서는 브레이크 볼트(60)와 고정 전기자 볼트 가이드(25) 사이에 제 1 갭(101)이 있다. 전기자 볼트 가이드(25)는 개폐 과정에서 전기자 볼트(24)를 안내한다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 브레이크 스프링(61)은 브레이크 볼트(60)와 가이드 본체(18) 사이에 배치된다. 브레이크 볼트(60)는 가이드 본체(18)에 대한 유격이 제공되는 플랜지를 갖는다. 또한, 가이드 본체(18)에는 통로(65)가 제공되고, 상기 통로(65)는 예를 들어 전기자 볼트 가이드(25)를 향하는 가이드 본체(18)의 단부에 있는 슬롯으로 설계될 수 있다. 따라서, 스프링 챔버(67)로부터의 윤활제의 유체 연결은 가이드 유격과 통로(65)를 통해 윤활제 챔버(4)로 제공될 수 있다.
폐쇄된 상태에서 브레이크 볼트(60)의 접촉면(60a)과 전기자 볼트 가이드(25) 사이에는 제 1 갭(101)이 형성되어 있다. 갭(101)은 제 2 갭(102)에 있는 전기자(20)와 내부 극(21)(도 1 참조) 사이의 제 2 폭(C)보다 작은 제 1 폭(B)을 갖는다. 이는 압축 스프링(61)에 의해 축 방향으로 예압을 받는 브레이크 볼트(60)의 스트로크가 전기자(20)의 스트로크보다 작은 것을 보장한다. 이는 분사 과정 동안 충분한 유체가 윤활제 챔버(4)로부터 스로틀(63)을 통해 댐핑 챔버(62)로 흐를 수 있다는 것을 의미한다.
폐쇄 과정에서 전기자 볼트(24)는 브레이크 볼트(60)의 접촉면(60a)에 부딪힌다. 그 결과, 브레이크 볼트(60)는 댐핑 챔버(62)에 있는 유체에 대해 가압된다. 스로틀(63)로 인해, 유체가 댐핑 챔버(62) 밖으로 즉시가 아니라 천천히 가압되어 폐쇄 과정 중에 댐핑 효과가 가능해진다. 이는 브레이크 볼트(60)의 리턴에 의해 폐쇄 과정이 댐핑되기 때문에 밀봉 시트(11)와 전기자(20)의 과도한 마모를 방지한다.
댐핑 프로세스는 브레이크 스프링(61)에 의해 그리고 전기자 볼트 가이드(25)에 대한 브레이크 볼트(60)의 유압 결합에 의해 지원된다. 댐핑 챔버(62)는 전기자 볼트 가이드(25)와 브레이크 볼트(60)의 접촉면(60a) 사이의 이 영역에서 폐쇄 과정 동안 캐비테이션을 방지할 수 있다. 가이드 본체(18)에서 브레이크 볼트(60)의 마찰은 리턴 과정을 지연시킬 뿐만 아니라 전체 윤활제 챔버(4)에서 가속되는 이동 부품 질량을 지연시켜 폐쇄된 윤활제 챔버(4)에서 윤활제의 변위를 일으키고 그에 따라 폐쇄 과정에서 추가 제동을 일으킨다.
스로틀(63)의 직경 및/또는 길이를 선택함으로써, 댐핑 거동은 각각의 가스 인젝터에 대해 개별적으로 조정될 수 있다.
바람직하게는 댐핑 볼트(60)와 전기자 볼트 가이드(25) 사이의 정지면은 쐐기형으로, 즉 가스 인젝터의 중심축(X-X)에 직각이 아니게 형성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 브레이크 볼트(60)를 향하는 전기자 볼트 가이드(25)의 단부면 또는 접촉면(60a)에 방사형 슬롯들이 제공될 수 있으며, 이로써 캐비테이션 효과가 더욱 감소되고 방지된다.
도 1에 도시된 가스 인젝터(1)는 압력 보상된다. 이는 폐쇄 요소(3)가 제 1 가요성 밀봉 요소(51)를 통해 가이드 슬리브(9)에 연결된다는 것을 의미하며, 금속 벨로우즈로 설계된 제 1 가요성 밀봉 요소(51)는 폐쇄 요소(3)가 밀봉되는 밀봉 시트(11)에서의 직경과 동일한 평균 직경을 갖는다. 이로 인해 폐쇄 요소(3)에 압력이 가해지지 않아 폐쇄 요소(3)를 개방하는데 필요한 자력이 매우 작게 유지될 수 있으며 특히 기체 연료의 압력과 무관하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 자기 액추에이터(2)를 작동시켜 폐쇄 요소(3)를 개방 상태(도 1의 폐쇄부재(3)가 좌측으로 이동)로 놓고 가스분사를 하게 되면, 폐쇄 요소(3)의 리턴 시 폐쇄 요소가 밸브 시트(11) 내로 가압되기 직전에 안전한 댐핑이 가능하게 된다. 브레이크 볼트(60)는 전기자 볼트(24)에 의해 댐핑 챔버(62) 방향으로 가압되고, 윤활제가 댐핑 챔버(62)로부터 스로틀(63)을 통해 윤활제 챔버(4)로 가압되는 정도로 천천히 움직인다. 따라서, 폐쇄 요소(3)의 폐쇄 속도는 폐쇄 요소가 밸브 시트(11)에 부딪히기 전에 상당히 효과적으로 제동된다. 따라서, 밸브 시트(11) 및 폐쇄 요소(3)의 마모는 효과적으로 감소될 수 있으며, 브레이크 장치(6)는 가스 인젝터가 더 조용하게 작동할 수 있게 한다. 요소가 밸브 시트에 세게 부딪혀 튕겨 나오는 이른바 폐쇄 바운스도 효과적으로 방지될 수 있다.
밀봉 시트(11)는 편평한 밀봉 시트로 설계되어, 시트 플레이트(30a) 및 밸브 시트 부품(91)의 밀봉면이 예를 들어 랩핑과 같은 표면 처리에 의해 쉽게 제조될 수 있다.
따라서, 가스 인젝터(1)는 움직이는 부품, 특히 밸브 시트(11), 전기자(20) 및 전기자 볼트(24)의 마모를 줄일 수 있다. 또한, 자기 액추에이터(2)로부터의 열 방출은 액체 윤활제를 갖는 폐쇄된 윤활제 챔버(4)에 의해 크게 향상될 수 있다. 또한, 2개의 가요성 밀봉 요소(51, 52)들은 원치 않는 힘이 폐쇄 요소(3)에 작용하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가스 인젝터(1)는 상당히 감소된 축방향 길이를 가질 수 있어, 특히 내연 기관의 연소실(100)에 측면 장착이 가능하다. 가스 인젝터의 부품들의 중첩에 더하여, 측면 가스 입구(70)도 제공되기 때문에, 가스 인젝터(1)의 축방향 길이가 상당히 감소된다.
2: 자기 액추에이터
3: 폐쇄 요소
4: 윤활제 챔버
6: 브레이크 장치
9: 가이드 슬리브
10: 리턴 요소
11: 밀봉 시트
14: 가스 경로
20: 전기자
21: 내부 극
22: 코일
30: 밸브 니들
31; 제 1 니들 가이드
32: 제 2 니들 가이드
51: 가요성 밀봉 요소
60: 브레이크 볼트
61: 브레이크 요소
62: 댐핑 챔버
70: 가스 입구

Claims (10)

  1. 기체 연료를 분사하는 가스 인젝터로서,
    - 전기자(20), 내부 극(21) 및 코일(22)을 갖는 자기 액추에이터(2),
    - 밸브 니들(30)을 갖는 폐쇄 요소(3)로서, 상기 폐쇄 요소(3)는 밀봉 시트(11)에서 가스 경로(14)를 개폐하며, 상기 전기자(20)는 상기 폐쇄 요소(3)에 연결되는, 상기 폐쇄 요소,
    - 상기 전기자(20)가 배치되고 상기 전기자(20)의 윤활을 보장하는 윤활제가 채워지는, 폐쇄된 윤활제 챔버(4),
    - 상기 가스 경로(14)에 대해 상기 윤활제 챔버(4)을 밀봉하는 가요성 밀봉 요소(51),
    - 상기 폐쇄 요소(3)를 폐쇄된 시작 위치로 리턴시키는 리턴 요소(10), 및
    - 가이드 슬리브(9)와 상기 밸브 니들(30) 사이에 형성되는 제 1 니들 가이드(31)를 포함하며,
    - 상기 제 1 니들 가이드(31)는 상기 윤활제 챔버(4) 내의 상기 가요성 밀봉 요소(51)의 방사상 내부에 배치되고,
    - 상기 리턴 요소(10)는 상기 윤활제 챔버(4) 내의 상기 가요성 밀봉 요소(51) 내에 적어도 부분적으로, 특히 완전히 배치되는, 가스 인젝터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가요성 밀봉 요소(51)는 벨로우즈, 특히 금속 벨로우즈 또는 플라스틱 벨로우즈, 또는 멤브레인 또는 고무 요소인, 가스 인젝터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가요성 밀봉 요소(51)는 상기 밸브 니들(30)에 직접 고정되고 상기 가이드 슬리브(9)에 직접 고정되는, 가스 인젝터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 밸브 니들(30)은 고정 디스크(30b)를 더 포함하고, 상기 가요성 밀봉 요소(51)는 상기 고정 디스크(30b)에 고정되는, 가스 인젝터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제 챔버(4)에서 상기 밸브 니들(30)과 상기 가이드 슬리브(9) 사이에 형성된 제 2 니들 가이드(32)를 더 포함하는, 가스 인젝터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리턴 요소(10)는 상기 가이드 슬리브(9) 내에 완전히 배치되는, 가스 인젝터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드 슬리브(9)는 상기 리턴 요소(10)를 지지하기 위해 내부로 향한 숄더(90a)를 갖는, 가스 인젝터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 인젝터의 측방향으로, 특히 상기 가스 인젝터의 길이방향 축(X-X)에 대해 90°의 각도로 배치되는 가스 입구(70)를 더 포함하는, 가스 인젝터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 시트(11)는 편평한 밀봉 시트인, 가스 인젝터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제 챔버(4)에 브레이크 장치(6)가 배치되고, 상기 브레이크 장치(6)는 상기 가스 인젝터가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 리턴하는 동안 상기 폐쇄 요소(3)를 제동하도록 설계되고, 상기 브레이크 장치(6)는 특히 브레이크 볼트(60), 상기 윤활제 챔버(4)와 유체 연결되며 윤활제로 채워진 댐핑 챔버(62), 및 탄성 브레이크 요소(61)를 갖고, 상기 브레이크 볼트(60) 및 상기 탄성 브레이크 요소(61)는 상기 가스 인젝터의 리턴 과정 중에 상기 폐쇄 요소(3)와 작용 연결될 수 있고, 상기 브레이크 볼트(60)는 상기 가스 인젝터의 리턴 과정 중에, 상기 브레이크 볼트(60)를 폐쇄 상태로 리턴하는 것을 댐핑하기 위해, 윤활제를 상기 댐핑 챔버(62)로부터 상기 윤활제 챔버(4)로 변위시키도록 설계되는, 가스 인젝터.
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