KR20190000301A

KR20190000301A - 특히 자기 착화식 내연 기관용 연료 인젝터

Info

Publication number: KR20190000301A
Application number: KR1020180070093A
Authority: KR
Inventors: 마리오 헤레라
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-01-02
Also published as: DE102017210501A1

Abstract

본 발명은 특히 자기 착화식 내연 기관용 연료 인젝터(10; 10a)에 관한 것이며, 상기 연료 인젝터는 고압 챔버(12)가 내부에 형성된 인젝터 하우징(11)과, 인젝터 하우징(11) 내에 형성된 적어도 하나의 분사 개구의 개방 또는 폐쇄를 위한 니들 형태의 분사 부재(15)를 구비하며, 적어도 하나의 분사 개구 반대쪽을 향하는 분사 부재(15)의 단부 섹션(27)은 제어 챔버(35)를 한정하며, 상기 제어 챔버는 개폐 밸브(50)에 의해 개방 가능한 밀봉 시트(60)를 통해 인젝터 하우징(11) 내 저압 영역(45)으로 감압될 수 있으며, 유동 경로(51) 내에서 제어 챔버(35)와 밀봉 시트(60) 사이에, 캐비테이션 손상을 감소시키기 위한 수단(70)이 제공된다.

Description

특히 자기 착화식 내연 기관용 연료 인젝터{FUEL INJECTOR, ESPECIALLY FOR SELF-IGNITING INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른, 특히 자기 착화식(self ignition) 내연 기관용 연료 인젝터에 관한 것이다.

이러한 유형의 연료 인젝터가 본 출원인의 DE 10 2007 004 553 A1호로부터 공지되어 있으며, 상기 연료 인젝터의 개폐 밸브는 제어 챔버 내로 진입하는 분사 부재(노즐 니들)를 연료 인젝터의 저압 영역으로 감압시키는 데 이용된다. 개폐 밸브는 밸브 편의 영역 내에 배치되고, 개폐 밸브의 밀봉 시트와 제어 챔버 사이에, 캐비테이션 손상(cavitation damage)을 감소시키기 위한 수단 및 방출 스로틀을 구비한 연료용 유동 경로를 포함한다. 캐비테이션 손상을 줄이기 위한 상기 수단은 개폐 밸브의 밀봉 시트 상류에 있는 유동 경로의 단면 축소부 내에 형성되며, 밀봉 시트 또는 개폐 밸브의 영역 내에서의 캐비테이션 손상을 방지하기 위해 이용된다.

또한, 종래 기술로부터 커먼레일 분사 시스템의 구성 부품으로서의 자기 착화식 내연 기관용 연료 인젝터가 공지되어 있으며, 여기서는 제어 챔버가 행정 운동 가능하게 배치된 슬리브 요소의 영역 내에 형성된다. 제어 챔버의 감압 시에 그리고 이와 관련된 슬리브 요소의 운동 시에, 슬리브 요소는, 제어 챔버 내로 합류하고 고압 챔버와 유압 연결된 적어도 하나의 공급 보어를 폐쇄할 수 있게 하며, 이로써 제어 챔버의 감압 시 제어량이 감소한다. 이는, 분사 부재(노즐 니들)의 더 빠른 개방도 가능케 하며, 더욱이 연료 인젝터의 효율도 증가시킨다.

청구항 제1항의 특징을 갖는 특히 본 발명에 따른 자기 착화식 내연 기관용 연료 인젝터는, 연료 인젝터의 밸브 편이 특별히 캐비테이션 손상의 감소를 위한 장비[이러한 유형의 장비는 이하 "캐비테이션 차단기(cavitation blocker)"로 지칭됨] 상에 형성될 필요가 없는, 즉, 비교적 간단히 구성될 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 서두에 언급한 종래 기술로부터 캐비테이션 차단기의 형성을 위해 요구되는 밸브 편 내의 단면 변동부 또는 단면 축소부를 형성할 필요가 없다. 이를 위해, 본 발명은, 캐비테이션 차단기가 더 이상 밸브 편의 구성 부품, 또는 밸브 편에 의해 형성된 연료용 유동 경로의 구성 부품이 아니라, 슬리브 유형의 요소의 돌출부에 일체로 형성되거나 배치되는 것을 제안한다. 따라서, 밸브 편으로부터 독립된 캐비테이션 차단기의 제조 또는 구성이 가능하다. 이에 의해, 특히, 형상과 관련하여 더 큰 구조적 자유도, 제조 방법의 이용 및 상기 유형의 캐비테이션 차단기의 기하구조도 가능하다.

본 발명에 따른 연료 분사기의 바람직한 개선들은 종속항에서 설명된다.

캐비테이션 차단기의 특히 바람직한 구조적 설계 및 배치에서, 캐비테이션 차단기를 지지하는 (슬리브 형태의) 요소가 최종 위치에서 추가 밀봉 시트를 방출 채널에 형성하고, 방출 채널 내로 돌출한 돌출부에 캐비테이션 차단기가 형성되는 구성이 제공된다. 이에 의해, 한편으로, 서두에 "종래 기술" 부분에서 설명된 제어 챔버 내로의 공급 보어의 폐쇄 가능성의 기능이 구현되고, 다른 한편으로, 연료 인젝터의 매우 콤팩트한 형상이 가능한데, 그 이유는, 방출 채널 내로 돌출부가 돌출됨으로써, 종래 기술에 비해 밸브 편의 축방향 설치 길이가 적어도 실질적으로 더 증가하지 않기 때문이다.

캐비테이션 차단기의 매우 바람직한 구조적 설계에서, 상기 캐비테이션 차단기는 연료의 유동 경로 내에 수축부의 형태로 구성된다.

한편으로는 캐비테이션 차단기의 기능을 보장하거나 최적화하기 위해, 그리고 다른 한편으로는 유동 경로의 바람직한 배치 또는 구성을 가능하게 하기 위해, 더 바람직하게는, 돌출부에서 유동 경로의 부분으로서 방출 보어가 제어 챔버와 밀봉 시트 사이에 형성되며, 방출 보어와 캐비테이션 차단기 사이의 간격이 유동 방향에서 보았을 때 방출 보어의 길이의 적어도 두 배에 상응하는 구성이 제공된다.

방출 채널과 관련되는 돌출부의 구조적 설계 또는 기하 구조의 관점에서 여러 대안이 고려될 수 있다. 비교적 간단하게 형성되는 방출 채널을 가능하게 하는 제1 대안예에서, 방출 채널은 돌출부의 영역 내에 대략 돌출부의 외부 단면에 상응하는 단면을 갖는다. 이에 의해, 경우에 따라, 방출 채널이 돌출부의 영역 내에서 안내 보어로서, 또는 돌출부의 행정 운동 시에 상기 돌출부의 반경 방향 안내를 위해 이용될 수 있다.

또는 대안적인 설계에서, 방출 채널이 상이한 단면적을 갖는 적어도 2개의 보어 섹션을 포함하며, 더 큰 단면적을 갖는 보어 섹션이 돌출부에 대면한 측에 형성되고, 더 큰 단면적을 갖는 보어 섹션과 돌출부의 외경 사이에 환형 챔버가 형성되는 것도 고려될 수 있다.

마지막에 언급한 제안의 구조적 설계에서, 돌출부가 일정한 외경을 가지며, 방출 채널은 밸브 편 내에 상이한 보어 직경을 갖는 적어도 2개의 섹션을 포함하며, 개폐 밸브에 축방향으로 대면하는 섹션이 환형 챔버를 형성하는 구성이 제공된다.

캐비테이션 차단기의 사용에 의해, 개폐 밸브 내지는 밀봉 시트의 형성을 위해 필요한 개폐 밸브의 요소를 비교적 간단하게 구성할 수 있다. 따라서, 예를 들어 (경화된) 폐쇄 볼이 불필요하고, 오히려, 아마추어 볼트가 (밀봉 시트의 형성을 위한) 개폐 요소로서 사용될 수 있으며, 아마추어 볼트는 동시에 개폐 밸브의 아마추어 또는 액추에이터의 반경 방향 안내를 위해 이용된다.

본 발명의 또 다른 장점, 특징 및 세부 사항은 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명 및 도면을 참조한다.

도 1은 자기 착화식 내연 기관용 연료 인젝터의 부분도이다.
도 2는 도 1의 확대 상세도이다.
도 3은 연료 인젝터의 변형 실시예에서 도 2에 따른 상세도이다.

동일한 기능을 갖는 요소 또는 요소들에는 도면에서 동일한 참조 부호가 부여되어 있다.

도 1 및 도 2에 부분적으로 도시된 연료 인젝터(10)는, 도시되지 않은, 바람직하게는 자기 착화식 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 데 사용되며, 소위 커먼레일 분사 시스템의 구성 부품이다. 또한, 이러한 유형의 커먼레일 분사 시스템은 통상적으로, 시스템 압력이 2000바아를 초과할 수 있는 것을 특징으로 한다.

연료 인젝터(10)는 통상적으로, 시스템 압력 하에 있는 연료를 저장하는 데 이용되는 고압 챔버(12)가 내부에 형성되고 복수의 구성 부품으로 이루어진 인젝터 하우징(11)을 포함한다. 고압 챔버(12)에는 인젝터 하우징(11) 내에 배치된 연료 주입구(13)를 통해, 상세히 도시되지 않은 공급 보어를 통해 연료가 공급될 수 있다. 고압 챔버(12) 내에서, 종축(14)을 따라 행정 운동 가능하게 배치된 분사 부재(15)가 노즐 니들(16)의 형태로 배치된다. 분사 부재(15) 또는 노즐 니들(16)은, 고압 챔버(12)로부터 내연 기관의 연소실 내로의 연료 분사를 방지하기 위해, 노즐 니들(16)의 임의의 하강한 위치에서 연료 인젝터(10)의 적어도 하나의 분사 개구를 적어도 간접적으로 밀폐한다. 적어도 하나의 분사 개구의 적어도 간접적인 개방을 위해, 노즐 니들(16)이 자신의 하강한 위치로부터 임의의 상승한 위치로 옮겨진다. 노즐 니들(16)의 이러한 폐쇄 과정 또는 개방 과정 그리고 연료 인젝터(10)에서의 상기 분사 개구들의 배치 및 구성은 이미 공지되어 있으므로, 본 발명의 범주 내에서 분사 개구에 대한 상세한 설명은 생략된다.

고압 챔버(12)는, 고압 챔버(12) 내의 슬리브 형태의 섹션(21)에 의해 돌출하며 인젝터 하우징(11) 내에 삽입될 수 있는 밸브 편(20)에 의해 한정된다. 섹션(21) 또는 밸브 편(20)은 분사 부재(15)에 대면한 측에, 종축(14)을 따라 행정 운동 가능하게 배치된 요소(25)가 내부에 위치하는 블라인드 홀 유형의 보어 섹션(22)을 포함한다. 상기 요소(25)는 실질적으로 슬리브 형태 또는 컵 형태로 형성되고, 분사 부재(15) 반대쪽 면에 바닥 섹션(26)을 포함한다. 상기 요소(25)의 슬리브 형태의 섹션 내에, 분사 부재(15) 또는 노즐 니들(16)의 원통형으로 형성된 단부 섹션(27)이 요소(25)로부터 반경 방향으로 안내된다. 또한, 보어 섹션(22)이 분사 부재(15) 반대쪽 면에 직경 확장 섹션(28)을 포함함으로써, 요소(25)의 외주연과 보어 섹션(22)의 섹션(28) 사이에 환형 챔버(29)가 형성된 점을 알 수 있다.

환형 챔버(29)는 일체된 공급 스로틀(31)을 갖는 공급 보어(30)를 통해, 고압 챔버(12)와 유압 연결된다. 이는, 섹션(21)의 영역 내 밸브 편(20)의 외주연과, 고압 챔버(12)를 형성하는 인젝터 하우징(11) 내 보어 사이에, 고압 챔버(12)와 연결된 추가 환형 챔버(33)가 형성됨으로써 가능해진다.

요소(25)의 바닥 섹션(26)에 대면한 노즐 니들(16)의 단부면(34)은 요소(25)와 함께 제어 챔버(35)를 한정한다. 제어 챔버(35) 내에는 압축 스프링(36)으로서 형성된 폐쇄 요소가 배치되고, 이 폐쇄 요소는 바닥 섹션(26)과 단부면(34) 사이에서 지지되며, 분사 부재(15) 또는 노즐 니들(16)은 연료 인젝터(10)의 적어도 하나의 분사 개구를 폐쇄하는 위치로 가압된다.

요소(25)의 바닥 섹션(26)은 노즐 니들(16) 반대쪽 외측에서 적어도 부분적으로 볼 형태 또는 볼 섹션 형태로 형성되며, 시트 면(38)과 함께 밸브 편(20)에 밀봉 시트(40)를 형성한다. 밸브 편(20) 내에서 보어 섹션(22)의 기부로부터 종축(14)에 대해 동축으로 방출 채널(42)이 시작되며, 이 방출 채널의 직경은 보어 섹션(22)의 직경보다 작다. 방출 채널(42)은 적어도 간접적으로 연료 인젝터(10)의 저압 영역(45) 내로 합류된다.

방출 채널(42)은, 제어 챔버(35)와 저압 영역(45) 사이의 유동 경로(51)를 개방 또는 폐쇄하는데 이용되는 개폐 밸브(50)와 작동 연결되어 배치된다. 이를 위해, 개폐 밸브(50)는, 자기 코어(54) 내에 배치된 솔레노이드 코일(55)과 함께 작동하는 아마추어(53)를 포함한다. 아마추어(53)는 방출 채널(42)에 대면한 단부면에 밀봉 섹션(56)을 포함하며, 상기 단부면은 아마추어(53)의 하강 시 밸브 편(20)의 횡방향 보어(57)의 영역 내에 형성된 밀봉면(58)과 함께 추가 밀봉 시트(60)를 형성한다. 솔레노이드 코일(55)에 전류가 공급될 경우, 아마추어(53) 또는 밀봉 섹션(56)이 밀봉면(58)으로부터 상승함으로써, 연료가 방출 채널(42)로부터 횡방향 보어(57)를 통해 저압 영역(45)으로 방출될 수 있다.

아마추어(53)는 종방향 보어(61)를 포함하며, 이 종방향 보어를 통해 아마추어(53)가 아마추어 볼트(62)를 이용하여 축방향 및 반경 방향으로 안내된다. 또한, 아마추어(53)는 하우징에 고정된 요소(64)에 지지된 압축 스프링(63)에 의해 자신의 폐쇄 위치의 방향으로 가압된다. 또한, 아마추어 볼트(62)의 단부 섹션(65)은 방출 채널(42) 내로, 추가 밀봉 시트(60) 하부의 축방향 영역까지 돌출된다.

특히 도 2를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 요소(25)가 압축 스프링(36) 반대쪽 면에, 바닥 섹션(26)에 연결되고 요소(25)와 바람직하게는 일체로 연결된 돌출부(67)를 포함하며, 이 돌출부는 방출 채널(42) 내로 돌출한다. 도 1 및 도 2에 도시된 연료 인젝터(10)에서, 돌출부(67)의 외경 또는 단면은 방출 채널(42)의 직경 또는 단면적에 맞추어 조정됨으로써, 돌출부(67)의 외측과 방출 채널(42) 사이에 상대적으로 작은 반경 방향 유격만이 존재한다. 돌출부(67)는 실질적으로 슬리브 형태로, 예를 들어 단순히 모래 시계 형상의 내부 윤곽(68) 및 단면 축소부(69)를 갖도록, 형성된다. 상기 윤곽(68)은 단면 축소부(69)와 함께, 제어 챔버(35)로부터 방출 채널(42)을 통해 추가 밀봉 시트(60)의 영역 내로 연료의 방출 시에, 캐비테이션 현상의 감소를 위한 수단(70) 또는 캐비테이션 차단기를 형성한다. 도 2를 참조하여 특히 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 요소(25)의 바닥 섹션(26)은 방출 스로틀(73)을 갖는 방출 보어(72)를 포함한다.

방출 보어(72)와 단면 축소부(69) 사이의 축방향 간격(L)은 적어도 방출 스로틀(73)의 길이(l)의 2배이다.

도 1에 도시된 위치에서, 추가 밀봉 시트(60)가 폐쇄되고, 밀봉 시트(40)는 요소(25)와 밸브 편(20) 사이에 형성된다. 인젝터 하우징(11) 내의 적어도 하나의 분사 개구가 폐쇄되는 도 1에 도시된 폐쇄 위치로부터 노즐 니들(16)의 상승을 위해, 솔레노이드 코일(55)에 전류가 공급됨으로써, 아마추어(53)가 추가 밀봉 시트(60)로부터 상승한다. 이는, 제어 챔버(34)로부터 방출 보어(72) 및 영역(67)을 통해 연료가 방출 채널(42) 및 횡방향 보어(57)를 통해 저압 영역(45)으로 방출될 수 있게 한다. 이에 의해 유발되는 제어 챔버(34) 내 감압은, 개방 방향으로 노즐 니들(16) 상으로 작용하는 유압력으로 인해, 노즐 니들(16)이 적어도 하나의 분사 개구를 개방시키도록 한다. 적어도 하나의 분사 개구의 폐쇄를 위해 자기 코일(55)의 전류 공급이 중단됨으로써, 아마추어(53)가 압축 스프링(63)에 의해, 추가 밀봉 시트(60)의 형성을 위해 자신의 폐쇄 위치로 다시 이동한다. 동시에, 환형 챔버(29)를 통해 요소(25)의 바닥 섹션(26) 상으로 작용하는 유압이 형성되어, 요소(25)가 밀봉 시트(40)로부터 상승하도록 하며, 그 결과 공급 보어(30) 및 돌출부(67)를 통해 연료가 제어 챔버(34) 내로 후속 유동할 수 있다.

도 3에 부분적으로 도시된 연료 인젝터(10a)는, 요소(25a)가 판 형태로 형성되고 그 외주연이 바로 보어 섹션(22)까지 돌출하는 점에서, 도 1 및 도 2에 따른 연료 분사 장치(10)와 구별된다. 또한, 방출 채널(42a)은 2개의 보어 섹션(76, 77)을 포함하고, 이때 요소(25a)에 대면하는 보어 섹션(77)이 보어 섹션(76)보다 더 큰 직경을 가지며, 보어 섹션(77)과 돌출부(67a) 사이에 상대적으로 큰 반경 방향 유격 또는 반경 방향 챔버(78)가 형성된다. 방출 채널(42a)에 대해 축 평행으로, 밸브 편(20a) 내에 블라인드 홀(79)이 형성되고, 이 블라인드 홀은 일체된 공급 스로틀(81)을 갖는 공급 보어(80)를 통해, 연료 인젝터(10a)의 도시되지 않은 고압 챔버(12)와 연결된다. 밸브 편(20a)과 요소(25a) 사이에 밀봉 시트(40a)가 형성되는, 도 3에 도시된 폐쇄 위치로부터 요소(25a)가 도 3에 도시된 평면에서 아래쪽으로, 즉, 아마추어(53)로부터 멀어지도록 이동되면, 연료가 블라인드 홀(79) 및 보어 섹션(77) 그리고 돌출부(67a)를 통해 제어 챔버(35a) 내로 후속 유동할 수 있다.

지금까지 기술한 연료 인젝터(10, 10a)는 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 여러 유형으로 변형되거나 수정될 수 있다.

Claims

특히 자기 착화식 내연 기관용 연료 인젝터(10; 10a)이며, 상기 연료 인젝터는 고압 챔버(12)가 내부에 형성된 인젝터 하우징(11)과, 인젝터 하우징(11) 내에 형성된 적어도 하나의 분사 개구의 개방 또는 폐쇄를 위한 니들 형태의 분사 부재(15)를 구비하며, 적어도 하나의 분사 개구 반대쪽을 향하는 분사 부재(15)의 단부 섹션(27)은 제어 챔버(35)를 한정하며, 상기 제어 챔버는 개폐 밸브(50)에 의해 개방 가능한 밀봉 시트(60)를 통해 인젝터 하우징(11) 내의 저압 영역(45) 내로 압력 방출될 수 있으며, 유동 경로(51) 내에서 제어 챔버(35)와 밀봉 시트(60) 사이에, 캐비테이션 손상을 감소시키기 위한 수단(70)이 제공되는, 연료 인젝터에 있어서,
제어 챔버(35)는 행정 운동 가능하게 배치된 요소(25; 25a)의 영역 내에 형성되며, 수단(70)이 요소(25; 25a)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제1항에 있어서, 요소(25; 25a)는 최종 위치에서 추가 밀봉 시트(40; 40a)를 방출 채널(42; 42a)에 형성하며, 수단(70)은 방출 채널(42; 42a) 내로 돌출하는 돌출부(67; 67a)에 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 수단(70)이 단면 축소부(69) 형태로 유동 경로(51) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 요소(25; 25a) 내에서, 유동 경로(51)의 부분으로서 방출 스로틀(73)을 갖는 방출 보어(72)가 제어 챔버(35)와 밀봉 시트(60) 사이에 형성되며, 방출 보어(72)와 수단(70) 사이의 간격(L)이 유동 방향에서 보았을 때 방출 보어(72)의 길이(l)의 적어도 두 배에 상응하는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 요소(25; 25a)의 위치에 따라 고압 챔버(12)와 연결된 공급 보어(30; 80)와 제어 챔버(35) 사이에 유압 연결이 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방출 채널(42)은 돌출부(67)의 영역 내에, 돌출부(67)의 외부 단면에 대략 상응하는 단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방출 채널(42a)은 상이한 직경을 갖는 적어도 2개의 보어 섹션(76, 77)을 포함하며, 보어 섹션(77)은 돌출부(67a)에 대면한 측에 더 큰 직경을 갖도록 형성되고, 더 큰 직경을 갖는 보어 섹션(77)과 돌출부(67a)의 외부 단면 사이에 반경 방향 챔버(78)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 요소(25; 25a)가 밸브 편(20; 20a)의 보어(22)의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제8항에 있어서, 요소(25)가 컵 형태 또는 슬리브 형태로 형성되고, 보어(22)가 밸브 편(20) 내에 확대된 직경을 갖는 섹션(28)을 포함함에 따라, 공급 보어(30)를 통해 제어 챔버(35)와 간접적으로 유압 연결 가능한 환형 챔버(29)가 요소(25)와 섹션(28) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.
제8항에 있어서, 요소(25a)는 판 형태로 형성되고 그 외주연은 밸브 편(20a) 내 보어(22)까지 돌출하며, 방출 채널(42a)에 대면한 측에, 고압 챔버(12)로부터의 공급부(80, 81)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 인젝터.