KR100371443B1 - 디젤엔진용축압식연료분사장치의인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 축압식 연료분사장치의 인젝터에 있어서, 특히 제어피스톤에 내부피스톤이 스프링 및 고압연료에 의해 상하승강하도록 하므로서 제어실의 체적이 변화되게 하여 초기 연료분사량을 감소하고 엔진의 출력을 증가시키고 유해가스의 배출량을 감소시키기 위해, 제어피스톤의 상단부에 함체상의 내부피스톤실을 구비하고, 그 상측의 내부피스톤접동부에 스프링에 의해 상향 탄설된 내부피스톤을 접동 가능하게 삽입하며, 내부피스톤실의 외주면에는 연결유로를 형성하여, 노즐본체외주면의 고압연료연결유로 및 저압연료연결유로와 교번 관통되게 한 디젤엔진용 축압식 연료분사장치의 인젝터에 관한 것이다.

Description

디젤엔진용 축압식 연료분사장치의 인젝터

본 발명은 디젤엔진용 축압식 연료분사장치의 인젝터에 있어서, 특히 제어피스톤에 내부피스톤이 스프링 및 고압연료에 의해 상하승강하도록 하므로서 제어실의 체적이 변화되게 하여 초기 연료분사량을 감소하고 엔진의 출력을 증가시키고 유해가스의 배출량을 감소시키는 축압식 연료분사장치의 인젝터에 관한 것이다.

종래의 디젤엔진에 적용되는 축압식 연료분사장치용 인젝터는 도 1과 같은 구조를 갖고 고압의 연료를 디젤엔진의 연소실 내로 분사하게 된다.

그 작동을 살펴보면, 출구오리피스(2)가 솔레노이드의 구동에 따라 상,하로 이동되는 아마튜어(16)에 의하여 막힌 상태에서 고압의 연료가 입구 오리피스(1)를통하여 제어실(6) 내부와, 노즐 니들측 고압유로(15)를 통하여 노즐 연료 잔류실 (14)로 유입된다. 이후 제어실(6) 내부와 노즐 연료 잔류실(14) 내부의 압력은 유입되는 고압연료의 압력과 동일한 정도가 된다. 즉, 도 3의 T1 시점 이전의 점선상태가 되는데, 이때 제어실(6) 내부의 압력에 의하여 제어피스톤(4) 상단면에 작용하는 힘과 노즐 스프링(5)에 의하여 노즐 니들밸브(13)를 누르는 힘의 합은 노즐 연료 잔류실(14) 내부 압력에 의하여 노즐 니들 밸브(13)의 하단 원추면에 작용하여, 노즐 니들 밸브(13)를 들어올리는 힘 보다 커서 노즐 니들밸브(13)은 닫힌 상태로 유지된다. 이후, 솔레노이드를 사용하여 아마츄어(16)를 들어 출구 오리피스 (2)를 열어주면, 입구 오리피스(1)를 통하여 유입되는 고압연료의 량보다 출구 오리피스(2)를 통하여 연료탱크 측으로 유출되는 연료의 량이 많아 제어실(6) 내부의 압력은 강하되게 된다(도 3의 T1에서 T2이전의 점선상태).

제어실(6) 내부의 압력이 감소되고 그 압력이 제어피스톤(4)의 상단에 미치는 힘과 노즐스프링(5)의 힘이 합이 노즐 연료잔류실(14) 내부에 존재하는 압력에 의하여 노즐 니들밸브(13) 하단 원추면에 작용하는 힘보다 작아지면 노즐 니들밸브 (13)는 위로 상승하기 시작하고(도 3의 시점 T2의 점선상태), 분사가 시작되어 유지된다(도 3의 시점 T2에서 T6까지의 점선상태).

이때, 분사를 종료시키기 위하여 아마튜어(16)가 제어실(6)의 출구 오리피스 (2)를 막게되면(도 3의 시점 T6의 점선상태), 제어실(6)의 압력은 다시 상승하게 되고(도 3의 시점 T6에서 시점 T8까지의 점선상태), 제어실(6)의 압력에 의하여 제어피스톤(4) 상단에 작용하는 힘과 노즐 스프링에 의한 힘의 합이 노즐 연료잔류실(14)에 존재하는 압력에 의하여 노즐 니들밸브(13)를 들어 올리려는 힘보다 커지게 되면 노즐 니들밸브(13)는 닫히고 분사가 종료된다(도 3의 시점 T8의 점선상태).

분사가 종료된 이후에도 제어실의 압력은 고압연료의 압력과 동일하게 될 때 (도 3의 시점 T8에서 시점 T9까지의 점선상태)까지 지속적으로 상승되고 초기 상태 (도 3의 시점 T1)와 같아진다.

그러나 상기와 같은 축압식 연료분사장치의 인젝터는 아마튜어의 상하 승강에 의해 제어실내의 압력변화에 의한 제어피스톤의 상하승강 작용에 의해 니들밸브를 개폐시키므로서 제어실의 압력이 일정압이상 상승하거나 하강하여야 제어피스톤 및 니들밸브가 동작하므로 제어피스톤 및 니들밸브의 동작성이 현저히 떨어지고, 니들밸브의 개변 및 폐변 시간이 길어지게 되므로 초기 연료분사량이 증가하고, 폐변시 연료차단 시간이 길어져 연료의 소모와 함께 디젤엔진의 출력이 저하되며, 불완전 연소에 의해 유해배기 가스의 배출이 증가되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 제거코져 안출된 것으로서, 인젝터 내부의 제어실 체적을 내부피스톤에 의해 변화되게 하므로서 제어실 내부의 압력이 보다 빠르게 상승하거나 하강하게 하므로서 디젤엔진의 연소실내로 연료를 분사할 경우, 초기 연료분사량을 줄이고 연료분사가 종료되는 시점에서 연료차단을 빠르게 하여 해당 디젤엔진의 출력을 높히고, 유해배기 가스의 배출율을 줄이는 디젤엔진용 축압식 연료분사장치의 인젝터를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래의 축압식 연료분사장치용 인젝터의 개략도

도 2는 본 발명의 제어실 체적의 변경이 가능한 축압식 연료분사장치용 인젝터의 단면설명도

도 3은 축압식 연료분사장치용 인젝터의 연료분사시 제어실 압력, 노즐 니들밸브의 거동, 분사율의 변화, 제어실 체적의 변화도

도 4는 분사시작 진전의 시점에서, 본 발명의 제어피스톤 및 내부피스톤의 위치 개략도

도 5는 분사시작 직후의 시점에서, 본 발명의 제어피스톤 및 내부피스톤의 위치 개략도

도 6은 분사시작 이후 노즐의 최대 개변 시점에서, 본 발명의 제어피스톤 및 내부피스톤의 위치개략도

도 7은 분사가 종료되는 시점에서, 본 발명의 제어피스톤 및 내부피스톤의 위치 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 입구 오리피스 2 : 출구 오리피스

3 : 제어피스톤 접동부 4 : 제어피스톤

5 : 노즐 스프링 6 : 제어실

7 : 피스톤실 연결유로 8 : 고압연료연결유로

9 : 저압연료연결유로 10 : 내부피스톤

11 : 내부피스톤 스프링 12 : 내부피스톤실

13 : 노즐 니들밸브 14 : 노즐 니들잔류실

15 : 노즐 니들측 고압유로 16 : 아마튜어

17 : 리프트 최대치 제어단 18 : 노즐 본체

19 : 그루브 20 : 내부피스톤 접동부

21 : 리프트 최저치 제어단

도 2는 본 발명 축압식 디젤엔진용 연료분사장치 인젝터의 단면설명도로서,

고압연료가 주입되는 입구 오리피스(1)와 제어실(6)이 관통되고, 출구 오리피스(2)를 아마튜어(16)에 의해 개폐하며, 제어실(6)의 내부에 제어피스톤(4)을 삽입하고 그 하단부에 노즐 니들밸브(13)가 결합되어, 아마튜어(16)의 상하 승강에 의해 노즐 니들밸브(13)가 개폐되는 축압식 연료분사장치의 인젝터에 있어서,

제어피스톤(4)의 상단부에 함체상의 내부피스톤실(12)을 구비하고, 그 함체의 상측에는 내부피스톤접동부(20)를 통공하고, 하부면에는 제어단(21)을 돌설하며, 그 내부에는 스프링(11)에 의해 상향 탄설된 내부피스톤(10)이 내부피스톤접동부(20)에 돌출되게 결합하며, 내부피스톤실(12)의 외주면에 연결유로(7)가 내부피스톤실(12)과 관통되게 하고, 노즐본체(18)의 외주면에는 고압연료연결유로(8)와 저압연료연결유로(9)가 상하로 제어실(6)에 관통되게 한다.

또, 제어실(6)의 내측에는 고압연료연결유로(8)와 저압연료연결유로(9)가 통공된 위치에 원형요홈의 그루브(19)가 형성되게 하여 구성한 것이다.

이하, 본 발명의 작용을 첨부된 도면에 의해 상세히 설명한다.

제어피스톤(4) 내부에 위치하는 내부피스톤(10)은 내부피스톤(10) 상하단면에 작용하는 힘의 차이에 따라 제어피스톤(4) 내부에서 상하 이동되게 하고, 내부피스톤 최저치 제어단(21)은 내부피스톤(10)의 하사점 위치를 결정하며, 내부피스톤(10)이 내부피스톤 접동부(20)에서 이탈되는 것을 방지한다.

노즐 니들밸브(13) 폐변시 제어피스톤(4)은 하사점에 위치하게 되며, 이때 제어피스톤측 피스톤실 연결유로(7)는 제어피스톤 접동부측 저압연료연결유로(9)와일치한다. 또한, 노즐 니들밸브(13) 최대 개변시 니들밸브 최대치 제어단(17)에 의해 제어피스톤(4)은 상사점에 위치하게 되며, 이때 제어피스톤측 피스톤실 연결유로(7)는 제어피스톤 접동부측 고압연료연결유로(8)와 일치한다. 제어피스톤 접동부 (3)의 그루브(19)는 제어피스톤(4)이 노즐본체(18)의 내부에서 회전하더라도, 제어피스톤측 피스톤실 연결유로(7)가 제어피스톤 접동부측 고압연료연결유로(8)와 제어피스톤 접동부측 저압연료연결유로(9)에 원활히 연결될 수 있는 작용을 하는 것이다.

또, 내부피스톤실(12)의 압력은 제어피스톤(4)의 상하 이동위치에 따라 고압 또는 저압으로 변경된다. 즉, 제어피스톤측 피스톤실 연결유로(7)는 제어피스톤(4)이 니들밸브 최대치 제어단(17)에 의해 상사점에 위치할 경우, 제어피스톤 접동부측 고압연료연결유로(8)에 연결되고, 제어피스톤(4) 하사점(노즐 니들밸브 폐변)에 위치할 경우 제어피스톤 접동부측 저압연료연결유로(9)에 일치하게 되어, 내부피스톤실(12)의 압력은 고압 또는 저압상태로 변경된다. 내부피스톤(10)은 내부피스톤실(12)의 압력에 의하여 내부피스톤(10)의 하단면에 미치는 힘과 내부피스톤 스프링(11)에 의한 힘의 합과, 제어실(6) 내부의 압력에 의하여 내부피스톤(10)의 상단면에 미치는 힘의 상태에 따라 제어피스톤(4) 내부에서 상하로 움직이게 된다.

제어실(6)의 체적은 제어피스톤(4)의 상하위치에 따라 기본적으로 변경되고, 또한 내부피스톤(10)이 제어피스톤(4) 외부로 돌출되는 량에 따라 그 양(제어실 체적)이 추가로 변경된다. 즉, 제어피스톤(4)이 하사점에 위치하면 내부피스톤실(12)은 저압이 되고 제어실(6)에 존재하는 고압은 내부피스톤 스프링(11)의 복원력을이기고, 도 4의 도시와 같이 내부피스톤(10)을 내부피스톤 최저치 제어단(21)에 의하여 제한되는 하사점에 위치시킨다.

또한, 제어피스톤(4)이 상사점에 위치될 경우, 내부피스톤실(12)은 고압이 되고, 이 압력에 의하여 내부피스톤(10)의 하단면에 작용하는 힘과 내부피스톤 스프링(11)의 복원력의 합이 제어실(6) 내부의 압력에 의하여 내부피스톤(10)의 상단면에 작용하여 내부피스톤(10)을 내리누르는 힘을 이기고, 내부피스톤(10)을 상사점으로 이동시킨다.

그 동작을 살펴보면, 우선 초기 상태 즉, 출구 오리피스(2)가 막혀 있고 제어실(6)의 압력이 고압연료의 압력과 동일한 압력으로 유지될 때, 노즐 니들밸브 (13)는 폐변상태이고, 도 4의 도시와 같이 제어피스톤(4)은 하사점에 위치하여 제어피스톤 접동부측 저압연료연결유로(9)와 제어피스톤측 피스톤실 연결유로(7)가 일치되어 내부피스톤실(12) 내의 압력은 저압(대략 대기압 상태)으로 유지된다. 이때, 제어실(6)의 압력이 고압임에 따라 내부피스톤(10)역시 하사점에 위치하게 되며, 내부피스톤 스프링(11)은 압축된 상태이다. 이때 제어실(6)의 체적은 기존과 동등한 상태이다.

분사를 위하여 출구 오리피스(2)를 열어 주면 제어실(6)의 압력이 낮아지고, 노즐 니들밸브(13)가 개변되기 시작한 후 일정시점(도 3의 시점 T3의 실선상태), 즉, 제어실(6)의 압력에 의하여 내부피스톤(10)을 아래로 미는 힘과, 내부피스톤실 (12)의 압력과 내부피스톤 스프링(11)에 의하여 내부피스톤(10)을 위로 미는 힘이 같아지는 시점까지의 인젝터의 작동은 기존과 같다. 이후, 출구 오리피스(2)를 통한 고압연료의 유출이 지속적으로 이루어 짐에 따라 제어피스톤(4)은 상사점 이전 (도 3의 시점 T3에서 시점 T5 이전 까지의 실선상태)까지 상승되나, 본 발명에서는 종래와는 달리 도 6과 같이 제어실(6)의 압력에 의하여 내부피스톤(10)을 아래로 미는 힘 보다 내부피스톤실(12)의 압력과 내부피스톤 스프링(11)에 의하여 내부피스톤(10)을 위로 미는 힘이 점차 커지기 때문에, 내부피스톤(10) 역시 상사점으로 상승되며, 이에 따라 기존의 인젝터보다 제어실(6) 체적이 감소되고 제어실 압력을 보다 높게 유지시켜 노즐 니들 밸브(13)가 상사점에 도달하는 시간을 지연시킨다. 즉, 초기에 분사되는 연료의 량을 줄이게 되는 것이다.

이후, 도 6의 도시와 같이 제어피스톤(4)이 상사점에 도달하면(도 3의 시점 T5의 실선상태), 제어피스톤측 피스톤실 연결유로(7)가 제어피스톤 접동부측 고압연료연결유로(8)와 일치하여 내부피스톤실(12)의 압력이 고압연료의 압력과 일치하게 된다. 제어실(6) 체적이 감소된 것을 제외하고, 도 3의 시점 T5에서 T6까지(출구 오리피스를 차단하는 시점)까지는 기존과 동일한 연료분사가 지속된다.

그러나 분사종료를 위하여 출구 오리피스(2)를 차단하여 제어실(6)의 압력이 상승될 때, 내부피스톤실(12)의 압력이 고압으로 유지됨에 따라 내부피스톤(10)은 제어피스톤(4)내에서 상사점에 위치한 상태가 지속된다.

즉, 제어실(6)내의 체적이 종래보다 제어실(6) 내부로 돌출된 내부피스톤 (10)의 체적 만큼 제어실(6) 체적이 감소된 상태로 제어피스톤(4)이 하강된다.

따라서 본 고안에서는 종래와는 달리 제어실(6)의 압력상승 속도가 빨라 내부피스톤(10)을 아래로 누르는 힘이 기존보다 빠르게 증가하게 되며, 노즐 니들밸브(13)가 폐변되는 시점이 기존보다 빠르게 된다. 즉, 도 7의 도시와 같이 연료의 분사차단이 기존보다 빠르고 도 3의 분사율 파형 시점 T6에서 T7의 실선부에서 보는 바와 같이 엔진출력 및 배기성능 향상에 도움을 줄 수 있는 델타형 파형을 구현 할 수 있다.

도 7의 도시와 같이 제어피스톤(4)이 하사점에 이르게 되면 분사가 차단되고, 이후 제어피스톤측 내부피스톤실 연결유로(7)가 제어피스톤 접동부측 저압연료연결유로(9)와 일치하게 되어 내부피스톤실(12)의 압력이 감소되어 내부피스톤(10)은 하사점으로 하강하여 초기상태와 같아진다.

즉, 본 발명의 적용을 통하여 기존의 축압식 연료분사 장치의 인젝터에서 구현되는 분사형태를, 분사 초기의 분사량을 줄이고 분사말기 연료 차단 기간을 다축시켜 보다 나은 델타형 분사율의 형태를 구현할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명 디젤엔진용 축압식 연료분사장치의 인젝터는 연료의 소비 감소효과와 더불어 디젤엔진의 출력을 높히고, 유해배기 가스의 배출율을 줄이는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 고압연료가 주입되는 입구 오리피스(1)와 제어실(6)이 관통되고, 출구 오리피스(2)를 아마튜어(16)에 의해 개폐하며, 제어실(6)의 내부에 제어피스톤(4)을 삽입하고 그 하단부에 노즐 니들밸브(13)가 결합되어, 아마튜어(16)의 상하 승강에 의해 노즐 니들밸브(13)가 개폐되는 축압식 연료분사장치의 인젝터에 있어서,

   제어피스톤(4)의 상단부에 함체상의 내부피스톤실(12)을 구비하고, 그 상측의 내부피스톤접동부(20)에 스프링(11)에 의해 상향 탄설된 내부피스톤(10)을 접동 가능하게 삽입하며, 내부피스톤실(12)의 외주면에는 연결유로(7)를 형성하여, 노즐본체(18)외주면의 고압연료연결유로(8) 및 저압연료연결유로(9)와 교번 관통되게 구성함을 특징으로 하는 디젤엔진용 축압식 연료분사장치의 인젝터.