KR100308426B1 - 고압 분사노즐의 연료 미립화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GDI(지디아이)용 고압 분사노즐의 연료 미립화장치에 관한 것으로,

중앙에 형성된 연료이동공(5)의 하측에 챔버(6)와 분사구(7)가 형성되고, 연료이동공(5)의 내부에는 상하 이동하여 연료이동공(5)을 개폐시키는 핀들(8)이 설치되어 있는 고압용 분사노즐에 있어서,

진공펌프(22)와, 일측이 챔버(6)의 일측과 연통되고 타측은 상기 진공펌프(22)와 연결되어 진공펌프(22)에서 발생하는 진공압을 챔버(6)로 공급하는 제 1 보조통로(20)와, 일측이 챔버(6)의 일측과 연통되고 타측은 진공펌프(22)와 연결되어 챔버(6) 내의 공기를 진공펌프(22) 측으로 빨아들이는 제 2 보조통로(21)와, 상기 제 1 및 제 2 보조통로(20)(21)의 입구측을 개폐하는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)와, 분사노즐에서 연료가 분사되기 전에 상기 솔레노이드 밸브(23)(24)를 개방시켜 챔버(6) 내부가 진공압 상태로 되도록 하는 ECU(25)로 구성된 것을 특징으로 하여 진공압 상태의 챔버로 공급된 연료가 액체 상태에서 기체상태로 기화되면서 그 입자가 미립화되도록 하여 엔진의 연비가 개선되고, 연료 펌핑용 고압 펌프의 용량을 감소시킬 수 있도록 한 고압 분사노즐의 연료 미립화장치에 관한 것이다.

Description

고압 분사노즐의 연료 미립화장치{Fuel device for being particle for high pressure injection nozzle}

본 발명은 GDI(지디아이)용 고압 분사노즐의 연료 미립화장치에 관한 것으로서, 특히 고압 분사노즐에서 연료가 분사되기 직전 챔버 부위를 진공압 상태로 만들어주므로서, 진공압 상태의 챔버로 공급된 연료가 액체 상태에서 기체상태로 기화되면서 그 입자가 미립화되도록 하여 엔진의 연비가 개선되고, 연료 펌핑용 고압 펌프의 용량을 감소시킬 수 있도록 한 고압 분사노즐의 연료 미립화장치에 관한 것이다.

일반 디젤엔진에서는 연소실의 헤드상에 분사노즐을 설치하여 직접 연료를 분사하고 있는데, 연료의 연소효율을 향상시키기 위해 연료를 고압상태로 가압하여 연소실에 분사하는 고압 분사노즐을 사용하고 있다.

일반적으로 MPI(Multi Point Injection)용 분사노즐에서 분사되는 연료의 입자 크기는 약 150∼200㎛이고, Air Shroud Injection용 분사노즐에서 분사되는 연료의 입자 크기는 약 100∼150㎛이며, Air Assist Injection용 분사노즐에서 분사되는 연료의 입자 크기는 약 80∼120㎛ 정도인 반면, GDI 용 고압 분사노즐에서 분사되는 연료의 입자 크기는 약 40∼50㎛ 이내의 입자를 요구하고 있다.

이러한 연료의 입자를 엔진으로 공급하기 위한 종래의 GDI용 분사노즐을 이용한 연료 분사장치는 도 1 에 도시된 바와같이,

연료탱크(1)와, 상기 연료탱크(1)에 저장된 연료를 약 3bar의 저압으로 펌핑하는 저압펌프(2)와, 저압펌핑된 연료를 50Bar∼100Bar의 고압으로 펌핑하는 고압펌프(3)와, 상기 고압펌프(3)로 부터 공급되는 고압의 연료를 엔진의 연소실로 직접 분사하는 분사노즐(4)과, 상기 분사노즐(4)의 연료 분사시점을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 ECU(Electronic Controll Unit)(10)와, 상기 ECU(10)의 제어신호에 따라 연료 분사동작이 구현되도록 분사노즐(4)을 구동시키는 구동부(11)로 구성된다.

상기 분사노즐(4)은 케이스의 중앙부분에 수직방향으로 연료이동공(5)이 형성되고, 연료이동공(5)의 하측으로 타원형의 챔버(6)와 분사구(7)가 순차적으로 형성되며, 연료이동공(5)의 내부에는 상하이동하여 연료이동공(5)을 개폐하는 핀들(8)이 설치된다.

그리고, 상기 핀들(8)의 외주면상에 코일(9)을 형성하여 상기 구동부(11)로 부터 전류가 공급될때 코일(9)에서 발생되는 전기장에 의해 핀들(8)이 하강하여 연료이동공(5)을 개방시키므로서 고압펌프(3)에 의해 펌핑된 연료가 분사구(7)를 통해 연소실로 분사되도록 구성되어 있다.

즉, 종래에는 저압펌프(2)와 고압펌프(3)에서 고압 상태로 펌핑된 연료가 핀들(8)의 상하 움직임 동작에 의해 미립화되어 분사구(7)를 통해 연소실로 분사되는 것이다.

그러나, 종래에는 연료를 고압으로 압축시키기 위해 고압펌프를 사용하고 있는데, 이 고압펌프는 일반적으로 캠구동 또는 벨트에 의해 구동되므로 이는 엔진의 출력과 연비를 감소시키는 원인이 되고 있다.

또한, 분사노즐에서 분사되는 연료의 입자를 작게하기 위해 분사구의 직경을 40∼80㎛로 작게 형성하고 있는데, 이와같이 하면 연소실에 노출되어 있는 분사구가 엔진의 연소동작시 고온에 노출되므로 분사구를 통해 분사되지 못한 연료가 분사구 부분에 퇴적되면서 분사구를 막게되므로 분사노즐의 연료 분사성능이 하락함은 물론 분사노즐의 수명이 현저히 감소하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 고압 분사노즐에서 연료가 분사되기 직전 챔버 부위를 진공압 상태로 만들어주므로서, 진공압 상태의 챔버로 공급된 연료가 액체 상태에서 기체상태로 기화되면서 그 입자가 미립화되도록 하여 엔진의 연비가 개선되고, 연료 펌핑용 고압 펌프의 용량을 감소시킬 수 있도록 한 고압 분사노즐의 연료 미립화장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은

중앙에 형성된 연료이동공의 하측에 챔버와 분사구가 형성되고, 연료이동공의 내부에는 상하 이동하여 연료이동공을 개폐시키는 핀들이 설치되어 있는 고압용 분사노즐에 있어서,

진공펌프와,

일측이 챔버의 일측과 연통되고 타측은 상기 진공펌프와 연결되어 진공펌프에서 발생하는 진공압을 챔버로 공급하는 제 1 보조통로와,

일측이 챔버의 일측과 연통되고 타측은 진공펌프와 연결되어 챔버 내의 공기를 진공펌프 측으로 빨아들이는 제 2 보조통로와,

상기 제 1 및 제 2 보조통로의 입구측을 개폐하는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브와,

분사노즐에서 연료가 분사되기 전에 상기 솔레노이드 밸브를 개방시켜 챔버 내부가 진공압 상태로 되도록 하는 ECU로 구성된 것을 특징으로 하다.

도 1 은 종래의 연료 분사장치를 보인 도면.

도 2 는 본 발명의 연료 미립화장치를 보인 도면.

도 3 은 본 발명의 동작 타이밍을 보인 파형도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4 : 분사노즐 5 : 연료이동공

6 : 챔버 7 : 분사구,

8 : 핀들 9 : 코일,

20 : 제 1 보조통로 21 : 제 2 보조통로,

22 : 진공펌프 23 : 제 1 솔레노이드 밸브,

24 : 제 2 솔레노이드 밸브 25 : ECU,

이하, 첨부된 도면 도 2 와 도 3 을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도면에 의하면, 본 발명은 제 1 및 제 2 보조통로(20)(21), 진공펌프(22), 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24), ECU(25)로 구성된다.

상기 제 1 및 제 2 보조통로(20)(21)는 분사노즐(4)을 구성하는 챔버(6)의 일측에 연결설치하는데, 제 1 보조통로(20)는 진공펌프(22)로 부터 공급되는 진공압을 챔버(6)로 공급하는 통로가 되고, 제 2 보조통로(21)는 챔버(6) 내의 공기를 빨아들여 진공펌프(22)로 배출하는 통로가 되도록 한다.

상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)는 제 1 보조통로(20)와 제 2 보조통로(21)를 개폐하는 것으로서, 제 1 보조통로(20)와 제 2 보조통로(21)의 입구측에 각각 설치한다.

상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)는 ECU(25)의 제어에 의해 동작한다.

상기 ECU(25)는 분사노즐(4)이 연료 분사동작을 하기 전에 상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)를 구동시키도록 프로그램을 설정한다.

즉, 도 3a 와 같이 분사노즐(4)이 연료를 분사할때, 상기 ECU(25)는 도 3b 와 같이 분사노즐(4)이 분사동작하기 바로 전에 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)로 하이신호를 출력하여 제 1 및 제 2 보조통로(20)(21)가 개방되도록 하므로서, 챔버(6) 내부가 순간적으로 진공상태가 되어 핀들(8)의 상하 동작에 의해 분사되는 연료가 미립화되는 것이다.

일반적으로 액체는 대기압 상태에서 액체상태로 존재하는 것을 임계 진공압하에 분사시키게 되면 액체가 순간적으로 기화되면서 그 입자가 미립화되는 성질이 있는데 이러한 성질을 이용하여 챔버(6)에 분사되는 연료를 미립화하는 것이다.

그리고, 종래와 동일 구성요소에 대해서는 동일 부호 처리하여 중복설명을 피했다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 연료의 분사를 위해 핀들(8)이 하강하기 전에 ECU(25)는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)를 개방시킨다.

상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)가 개방되면, 챔버(6)와 연통되어 있는 제 1 및 제 2 보조통로(20)(21)가 열리면서 제 1 보조통로(20)는 진공펌프(22)로 부터 공급되는 진공압을 챔버(6) 내부로 공급하고, 제 2 보조통로(21)는 챔버(6) 내의 공기를 순간적으로 빨아들여 진공펌프(22)로 배출하므로서, 챔버(6) 내부는 순간적으로 진공압 상태가 된다.

이와같은 상태에서 핀들(8)이 하강하면, 연료이동공(5)을 통해 이동된 액체상태의 연료가 챔버(6)로 분사되고, 진공압 상태의 챔버(6)로 분사된 액체상태의 연료는 순간적으로 기체화 되면서 그 입자가 미립화되어 분사구(7)를 통해 연소실로 분사되는 것이다.

한편, 상기 ECU(25)는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)를 순간적으로 개방시켰다가 일정시간이 지난 후 다시 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)를닫게되는데, 그 타이밍은 도 3b에 도시된 바와같이 핀들(8)이 하강하기 전에 하이신호를 출력하였다가 일정시간이 경과한 후 핀들(8)이 하강하기 직전부터 출력신호의 레벨을 서서히 감소시켜 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)가 서서히 닫히도록 하며, 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)가 어느정도 닫혔을때 상기 핀들(8)이 하강하여 연료가 분사되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 고압 분사노즐에서 연료가 분사되기 직전 챔버 부위를 진공압 상태로 만들어주므로서, 진공압 상태의 챔버로 공급된 연료가 액체 상태에서 기체상태로 기화되면서 그 입자가 미립화되도록 하여 엔진의 연비가 개선되고, 연료 펌핑용 고압 펌프의 용량을 감소시킬 수 있도록 한 고압 분사노즐의 연료 미립화장치이다.

Claims (1)

1. 중앙에 형성된 연료이동공(5)의 하측에 챔버(6)와 분사구(7)가 형성되고, 연료이동공(5)의 내부에는 상하 이동하여 연료이동공(5)을 개폐시키는 핀들(8)이 설치되어 있는 고압용 분사노즐에 있어서,

   진공펌프(22)와,

   일측이 챔버(6)의 일측과 연통되고 타측은 상기 진공펌프(22)와 연결되어 진공펌프(22)에서 발생하는 진공압을 챔버(6)로 공급하는 제 1 보조통로(20)와,

   일측이 챔버(6)의 일측과 연통되고 타측은 진공펌프(22)와 연결되어 챔버(6) 내의 공기를 진공펌프(22) 측으로 빨아들이는 제 2 보조통로(21)와,

   상기 제 1 및 제 2 보조통로(20)(21)의 입구측을 개폐하는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(23)(24)와,

   분사노즐에서 연료가 분사되기 전에 상기 솔레노이드 밸브(23)(24)를 개방시켜 챔버(6) 내부가 진공압 상태로 되도록 하는 ECU(25)로 구성된 것을 특징으로 하는 고압 분사노즐의 연료 미립화장치.