KR101290899B1 - 자동차용 2단제어 분사노즐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 분사노즐장치에 관한 것으로, 특히 디젤엔진에서 저속 저부하시와 고속 고부하시에 노즐내 니들밸브의 개폐변압을 서로 달리한 가변제어를 가능케 함으로써 최적의 노즐분사를 구현한 자동차용 2단제어 분사노즐장치에 관한 것이다.

상술한 본 발명은, 일측에 연료가 분사되는 분사구를 갖는 노즐바디과, 상기 노즐바디에 설치된 제1탄성부재에 의하여 상기 분사구를 막고 있다가 유입된 연료가 설정압력 이상이 되면 들어올려져 상기 분사구가 개방되도록 하는 니들밸브를 포함하여 구성된 자동차용 분사노즐장치에 있어서,

상기 노즐바디에 구비되는 것으로, 상기 제1탄성부재의 탄성 반발력을 변화시키기 위해 상기 제1탄성부재와 접촉되면서 상기 노즐바디 내에서 이동되는 가압부; 상기 가압부로부터 소정거리 떨어진 곳에 설치되어 상기 가압부를 흡인하는 전자석부; 상기 가압부에 가해지는 상기 전자석부의 흡인력이 해제될 때 상기 가압부가 원래위치로 복원되도록 하는 제2탄성부재;를 포함하여 구성된 자동차용 2단제어 분사노즐장치를 제공한다.

Description

자동차용 2단제어 분사노즐장치{Automobile Injection Nozzle}

본 발명은 자동차의 분사노즐장치에 관한 것으로, 특히 디젤엔진에서 저속 저부하시와 고속 고부하시에 노즐내 니들밸브의 개폐변압을 서로 달리한 가변제어를 가능케 함으로써 최적의 노즐분사를 구현한 자동차용 2단제어 분사노즐장치에 관한 것이다.

디젤엔진에는, 고온고압 상태의 공기가 충진된 연소실 안으로 연료를 분사하여 자기 착화시키기 위한 분사노즐이 구비되는바, 이러한 분사노즐은 연료를 소정압력으로 압송하는 분사펌프와 파이프를 매개로 연결되어 상기 분사펌프에 의해 압송된 연료를 실린더 내부에 분사하게 된다.

도1 및 도2는 일반적인 자동차용 분사노즐장치를 나타낸 도면이다.

도1 및 도2를 참조하여 보면, 일반적인 분사노즐장치는 크게 노즐바디(10)와, 상기 노즐바디(10)에 내장된 니들밸브(20)와 스프링(30)으로 구성된다.

상기 노즐바디(10)는 연소실 내부에 설치되는 구성으로 그 내부로 연료가 유입 가능하도록 유로(11) 및 소정의 수용공간(12)이 형성된다.

상기 유로(11)는 분사펌프(미도시)에서 압송된 연료가 파이프(미도시) 등을 통해 노즐바디(10)까지 공급될 때 상기 파이프와 연결되어 연료가 수용공간(12)으로 유입되도록 안내하는 것인바, 연료는 상기 유로(11)를 통해 노즐바디(10)의 수용공간(12)으로 유입된다.

또한, 상기 노즐바디(10)의 일측에는 상기 수용공간(12)에 채워진 연료를 연소실 쪽으로 분사하기 위한 분사구(13)가 형성된다.

한편, 상기 니들밸브(20)는 상기 노즐바디(10)에 내장되어 상기 스프링(30)의 힘에 의해 평상시에는 상기 분사구(13)를 막고 있다가 상기 수용공간(12)으로 유입되는 연료의 압력이 상기 스프링(30)의 탄성력보다 커지면 상기 니들밸브(20)가 상기 스프링(30)의 힘을 이기고 들어 올려져 상기 분사구(13)를 개방함으로써 연료가 미세한 상기 분사구(13)를 통해 연소실로 분사된다.

즉, 상기 니들밸브(20)에 가해지는 연료압이 스프링(30)의 힘보다 커지면 상기 분사구(13)가 개방되어 분사가 시작되고, 분사가 진행됨에 따라 상기 연료압이 스프링(30)의 힘보다 작아지면 상기 니들밸브(20)가 다시 분사구(13)를 막아서 분사가 종료된다.

이때, 상기 니들밸브(20)에 의하여 상기 분사구(13)를 개폐하기 위한 개폐변압의 시점은 전적으로 니들밸브(20)에 설치된 상기 스프링(30)의 탄성력에 의존하고 있는바, 상기 니들밸브(20)의 개폐변압을 조절하기 위해서는 스프링(30)의 탄성력을 변화시켜야 한다.

이와 같이 종래의 분사노즐장치는 니들밸브의 개폐변압이 기설정된 스프링의 힘에 의해 좌우되므로 운전조건과 무관하게 항상 일정한 시점에서 분사구가 개폐되는 문제점이 있다.

이에 따라, 저속 저부하시와 고속 고부하에서의 니들밸브의 개폐변압이 달라져야 함에도 불구하고 현 상황에서는 어느 하나의 운전조건을 기준으로 개폐변압을 셋팅할 수 밖에 없기 때문에 엔진의 전체적인 연비나 진동소음 성능이 저하되고 특히 상대적으로 저압의 연료가 공급되는 저속 저부하에서 분사가 원활하게 이루어지지 않아 소음과 진동이 많이 발생하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 이러한 저속 저부하시에서의 소음 진동 성능을 개선하기 위해 스프링의 탄성력을 낮춤으로써 개폐변압을 저속 저부하시에 맞게 셋팅하면 저속에서의 문제는 대거 사라지지만, 고속 고부하시에는 스프링의 낮은 탄성력으로 인해 연료가 초과공급되는 문제와 함께 고압의 연소가스가 니들밸브를 밀고 분사노즐 쪽으로 역류하는 치명적인 문제가 발생된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 저속 저부하시와 고속 고부하시에 니들밸브의 개폐변압이 변하도록 함으로써 운전조건에 따라 항상 최적의 연비와 소음, 진동 성능을 만족하도록 하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은, 일측에 연료가 분사되는 분사구를 갖는 노즐바디과, 상기 노즐바디에 설치된 제1탄성부재에 의하여 상기 분사구를 막고 있다가 유입된 연료가 설정압력 이상이 되면 들어올려져 상기 분사구가 개방되도록 하는 니들밸브를 포함하여 구성된 자동차용 분사노즐장치에 있어서,

상기 노즐바디에 구비되는 것으로, 상기 제1탄성부재의 탄성 반발력을 변화시키기 위해 상기 제1탄성부재와 접촉되면서 상기 노즐바디 내에서 이동되는 가압부;

상기 가압부로부터 소정거리 떨어진 곳에 설치되어 상기 가압부를 흡인하는 전자석부;

상기 가압부에 가해지는 상기 전자석부의 흡인력이 해제될 때 상기 가압부가 원래위치로 복원되도록 하는 제2탄성부재;를 포함하여 구성된 자동차용 2단제어 분사노즐장치를 제공한다.

또한, 상기 가압부는 상기 니들밸브에 끼워져 니들밸브의 길이방향을 따라 이동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자석부는 자동차엔진제어부에 의하여 제어신호를 받아 자화되는 솔레노이드인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자동차엔진제어부는 저속 저부하시에 상기 전자석부에 제어신호를 송출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2탄성부재의 탄성 반발력은 상기 제1탄성부재의 탄성 반발력보 다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 2단제어 분사노즐장치에 의하면, 저속 저부하시와 고속 고부하시에 니들밸브의 개폐변압이 연료압에 따라 변함으로써 연료가 항상 운전조건에 따라 최적으로 분사되는 특유의 효과가 있고, 이러한 최적 분사에 의해 연비와 소음, 진동 성능이 모두 개선되는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 2단제어 분사노즐장치를 나타낸 것으로 고속 고부하시의 상태를 나타낸 단면도이고, 도4는 본 발명에 따른 2단제어 분사노즐장치를 나타낸 것으로 저속 저부하시의 상태를 나타낸 단면도이다.

도3 및 도4를 참조하여 본 발명에 대하여 설명하면, 본 발명에 따른 자동차용 2단제어 분사노즐장치는 먼저 내부로 연료가 유입되도록 유로(111) 및 소정의 수용공간(112)이 형성된 노즐바디(110)가 마련된다.

상기 유로(111)는 분사펌프에서 압송된 연료가 파이프 등을 통해 노즐바디(110)까지 공급될 때 상기 파이프의 연료가 수용공간(112)으로 유입되도록 안내하는 일종의 통로로서, 연료는 상기 유로(111)를 통해 노즐바디(110)의 수용공 간(112)으로 유입된다.

그리고, 상기 노즐바디(110)의 일측에는 상기 수용공간(112)에 채워진 연료를 연소실 쪽으로 분사하기 위한 분사구(113)가 형성된다.

한편, 상기 노즐바디(110)의 내부에는 소정길이를 갖는 니들밸브(120)가 상하로 이동 가능하게 장착되는데, 상기 니들밸브(120)는 제1탄성부재(130)에 의해 평상시에는 상기 분사구(113)를 막고 있다가 상기 니들밸브(120)의 수용공간(112)으로 유입된 연료의 압력이 설정압력 이상 즉, 상기 제1탄성부재(130)의 탄성력보다 커지면 상기 니들밸브(120)가 상기 제1탄성부재(130)의 힘을 극복하고 들어 올려져 상기 분사구(113)를 개방함으로써 연료가 미세한 상기 분사구(113)를 통해 연소실로 분사된다.

즉, 상기 니들밸브(120)에 가해지는 연료압이 상기 제1탄성부재(130)의 힘보다 커지면 상기 분사구(113)가 개방되어 분사가 시작되고, 분사가 진행됨에 따라 상기 연료압이 상기 제1탄성부재(130)의 힘보다 작아지면 상기 니들밸브(120)가 다시 분사구(113)를 막아서 분사가 종료된다.

이때, 상기 제1탄성부재(130)의 탄성 반발력을 변화시켜 상기 니들밸브(120)의 개폐변압을 조절하기 위한 수단으로, 가압부(140)와, 전자석부(150) 및 제2탄성부재(160)가 마련된다.

상기 가압부(140)는 도시된 바와 같이 상기 노즐바디(110)에 구비되는 것으 로, 그 형상에는 크게 제한이 없으나 본 발명의 실시예에서는 판 형태로 이루어진다.

상기 가압부(140)는 상기 제1탄성부재(130)가 탄성 압축된 상태로 제1탄성부재(130)와 접촉 상태를 유지하면서 상기 노즐바디(110) 내에서 이동 가능하게 설치되는 바, 이에 따라 상기 제1탄성부재(130)의 탄성 반발력이 변화된다.

즉, 상기 가압부(140)가 상기 제1탄성부재(130)를 보다 강하게 가압하면 상기 제1탄성부재(130)의 탄성 반발력이 증가되어 상기 니들밸브(120)가 상기 분사구(113)를 보다 높은 압력으로 누르기 때문에 상기 니들밸브(120)의 개폐변압이 높아지게 된다.

이와 같이 니들밸브(120)의 개폐변압이 높아지면 상기 노즐바디(110)에 유입된 연료가 저압일 때는 상기 니들밸브(120)가 움직이지 않다가 고압일 때만 들어 올려져 상기 분사구(113)를 통한 분사가 가능해지므로 도3에 도시된 상태는 연료압이 고압이 되는 고속 고부하시의 운전조건에 적합한 상태가 된다.

또한, 상기 전자석부(150)는 상기 가압부(140)로부터 소정거리 떨어진 노즐바디(110) 상에 설치되어 상기 가압부(140)를 흡인하기 위한 구성으로, 상기 전자석부(150)는 외부의 전기신호에 의하여 자화됨으로써 자석에 붙는 물질로 이루어진 상기 가압부(140)를 흡인하게 되고, 상기 가압부(140)가 상기 전자석부(150) 쪽으로 이동함에 따라 상기 제1탄성부재(130)는 그 길이가 신장되면서 탄성 반발력이 감소된다.

상기 제1탄성부재(130)의 탄성 반발력이 감소되면 상기 니들밸브(120)가 상기 분사구(113)를 상대적으로 약한 압력으로 가압하게 되는바, 이에 따라 상기 니들밸브(120)의 개폐변압이 낮아져 낮은 연료압에 의해서도 상기 분사구(113)는 개방된다.

따라서, 도4에 도시된 상태는 저속 저부하시의 운전조건에 적합한 상태가 되는 것이다.

그리고, 도4와 같은 저속 저부하시의 운전조건에서 도3과 같은 고속 고부하시의 운전조건으로 다시 전환되는 것은 상기 전자석부(150)에는 더 이상 외부 신호가 제공되지 않아 전자석부(150)가 자화력을 상실하게 되는 때인데, 상기 전자석부(150)가 자화력을 상실하여 상기 가압부(140)에 가해지는 상기 전자석부(150)의 흡인력이 해제되면 상기 가압부(140)는 도3에 도시된 바와 같이 원래위치로 복원되어야 하는바, 상기 가압부(140)가 원래위치로 복원되도록 상기 노즐바디(110)에는 제2탄성부재(160)가 설치된다.

여기서, 상기 제2탄성부재(160)는 상기 가압부(140)가 원래위치로 복원되도록 하여 상기 제1탄성부재(130)가 처음의 탄성 반발력을 유지할 수 있도록 상기 가압부(140)를 가압하는 기능을 갖는다.

따라서, 상기 제2탄성부재(160)의 탄성 반발력은 상기 제1탄성부재(130)의 탄성 반발력보다 커서 외부에서 어떤 힘이 가해지지 않는 한 상기 제2탄성부재(160)의 힘에 의하여 상기 가압부(140)가 상기 제1탄성부재(130)를 압축시키면서 제1탄성부재(130) 쪽으로 이동하게 된다.

여기서, 상기 가압부(140)는 도시된 바와 같이 상기 니들밸브(120)에 끼워져 니들밸브(120)에 의해 안내되면서 니들밸브(120)의 길이방향을 따라 이동되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전자석부(150)는 외부 신호에 의해 자화된다고 앞에서 설명하였는바, 이때 상기 전자석부(150)를 자화시키는 외부 신호는 자동차엔진제어부(ECU)(170)인 것이 바람직하고, 상기 전자석부(150)는 상기 자동차엔진제어부(ECU)(170)에 의하여 제어신호를 받아 자화되는 솔레노이드인 것이 바람직하다.

상기 자동차엔진제어부(ECU)(170)는 저속 저부하시에 상기 전자석부(150)에 제어신호를 송출하여 상기 전자석부(150)가 자화되도록 함으로써 상기 가압부(140)를 흡인하고, 상기 가압부(140)가 상기 전자석부(150) 쪽으로 이동됨에 따라 상기 제1탄성부재(130)의 탄성 반발력이 감소되어 상기 니들밸브(120)는 저속 저부하시의 낮은 연료압에도 들어올려져 상기 분사구(113)가 개방 가능하도록 한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

도1 및 도2는 일반적인 자동차용 분사노즐장치를 나타낸 도면,

도3은 본 발명에 따른 2단제어 분사노즐장치를 나타낸 것으로 고속 고부하시의 상태를 나타낸 단면도,

도4는 본 발명에 따른 2단제어 분사노즐장치를 나타낸 것으로 저속 저부하시의 상태를 나타낸 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 노즐바디 111 : 유로

112 : 수용공간 113 : 분사구

120 : 니들밸브 130 : 제1탄성부재

140 : 가압부 150 : 전자석부

160 : 제2탄성부재 170 : 자동차엔진제어부(ECU)

Claims (5)

1. 일측에 연료가 분사되는 분사구(113)를 갖는 노즐바디(110)와, 상기 노즐바디(110)에 설치된 제1탄성부재(130)에 의하여 상기 분사구(113)를 폐쇄하고 있다가 유입된 연료가 설정압력 이상이 되면 들어올려져 상기 분사구(113)가 개방되도록 하는 니들밸브(120)를 포함하여 구성된 자동차용 분사노즐장치에 있어서,

   상기 노즐바디(110)에 구비되는 것으로, 상기 제1탄성부재(130)와 접촉되면서 상기 노즐바디(110) 내에서 이동되는 가압부(140);

   상기 가압부(140)를 흡인하는 전자석부(150);

   상기 가압부(140)에 가해지는 상기 전자석부(150)의 흡인력이 해제될 때 상기 가압부(140)가 원래위치로 복원되도록 하는 제2탄성부재(160);를 포함하여 구성되고,

   상기 가압부(140)는 상기 니들밸브(120)에 끼워져 니들밸브(120)의 길이방향을 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 자동차용 2단제어 분사노즐장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 전자석부(150)는 자동차엔진제어부(170)에 의하여 제어신호를 받아 자화되는 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 자동차용 2단제어 분사노즐장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 자동차엔진제어부(170)는 저속 저부하시에 상기 전자석부(150)에 제어신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 자동차용 2단제어 분사노즐장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2탄성부재(160)의 탄성 반발력은 상기 제1탄성부재(130)의 탄성 반발력보다 큰 것을 특징으로 하는 자동차용 2단제어 분사노즐장치.

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