KR102241313B1 - 인젝터 - Google Patents

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KR102241313B1
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valve needle
valve body
injector
injection port
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KR1020200029001A
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김형익
김동현
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주식회사 현대케피코
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Abstract

본 발명은 인젝터에 관한 것으로, 밸브 하우징의 내측에서 전자기 발생부의 전원 인가 또는 차단에 따라 외주면에 이동 가능하게 장착된 아마추어와 함께 직선 왕복이동하는 밸브 니들, 밸브 니들의 엔진 측 단부에 구비되며 밸브 니들과 함께 직선 왕복이동하여 분사구를 개폐하는 밸브체, 밸브 니들의 단부와 밸브체 사이에 구비되어 밸브체를 분사구 측으로 지지하는 충격흡수구조를 포함하여 밸브 니들의 바운싱을 원천적으로 방지하여 원치 않는 연료를 추가적으로 엔진측에 분사하는 후적을 방지한다.

Description

인젝터 {INJECTOR}
본 발명은 인젝터에 관한 것으로, 밸브 니들의 바운싱을 원천적으로 방지하여 원치 않는 연료를 추가적으로 엔진측에 분사하는 후적을 방지하는 인젝터에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진의 연소실로 연료를 직접 분사하도록 되어 있는 연료 인젝터는 최근 들어 대부분 전자식으로 작동 제어되는 바, 그 대표적인 예로 도 1에 도면부호 10으로 도시된 개폐밸브 구조를 갖는 인젝터를 들 수 있다.
이 인젝터(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 분사구(12)를 직접 개폐하는 밸브 니들(13), 분사구(12)를 개방할 때 밸브 니들(13)을 끌어당기는 전자석 코일(21), 전자석 코일(21)의 인력을 받아 밸브 니들(13)을 끌어당기는 아마츄어(22), 밸브 니들(13)을 분사구(12)에 대해 탄력적으로 가압하는 가압 스프링(28) 등을 포함하는 개폐밸브 뭉치(20)를 포함한다.
이러한 개폐밸브 뭉치(20)는 밸브 니들(13)에 일체로 구비되는 정지링(26)과 정지 슬리브(24)를 포함하고, 가압 스프링(28), 완충 스프링(25), 아마츄어(22), 완충 스프링(25)에 의해 아마츄어(22)를 탄력적으로 지지하기 위해 정지 슬리브(117) 대향측에서 완충 스프링(25)을 지지하는 스프링 홀더(27)를 더 포함한다.
종래의 인젝터(10)는 분사 동작이 이루어지지 않는 평상 시에, 도 1 및 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 가압 스프링(28)의 탄성력에 의해 가압되는 정지링(26)과 함께 밸브 니들(13)이 분사구(12) 쪽으로 가압되어 밸브볼(14)에 의해 분사구(12)를 폐쇄한다.
그러나, 연료의 고압 분사를 위해 인젝터(10)가 동작되면, 먼저 개폐밸브 뭉치(20)의 전자석 코일(21)이 여자된다. 이에 따라 아마츄어(22)는 코일(21)의 자력에 의해 끌어당겨져 정지 슬리브(24)에 대해 완충 스프링(25)을 압축하면서 도면 상 위쪽으로 상승하여 정지링(26)과 접촉하게 된다.
정지링(26)과 접촉한 이후에도 여전히 전자석 코일(21)에 의해 끌어당겨진 아마츄어(22)는 이제는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 정지링(26)을 통해 가압 스프링(28)을 압축시키면서 상승하게 되며, 이에 따라 밸브 니들(13)도 함께 상승함으로써 분사구(12)를 개방하여 하우징(11) 내부에 충진된 고압의 연료를 연소실로 분사하게 된다.
그리고 나서, 인젝터(10)의 분사가 완료되면, 전자석 코일(21)이 반대로 탈자되고, 이에 따라 아마츄어(22)를 끌어당기는 전자석 코일(21)의 인력이 사라지므로, 밸브 니들(13)은 가압 스프링(28)과 완충 스프링(25)의 복원력과 개폐밸브 뭉치(20)의 중력에 의해 도 2의 (a)에 도시된 평상시 상태로 복귀하여 분사구(12)를 폐쇄하고자 한다.
그러나, 밸브볼(14)과 분사구(12) 주위의 밸브시트(130)가 접촉할 때의 탄성 반발력이나 분사구(12)의 높은 분사 압력으로 인해 반동되어 도 2의 (c)에 도시된 것처럼, 도면 상 위쪽으로 재차 상승하게 되는 문제점이 있었다.
이를 흔히 밸브 니들(13)의 '바운싱'이라고 하는데, 이러한 바운싱에 의해 원치 않는 연료가 추가적으로 연소실에 분사되는 후적이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
특히나 금속 재질의 밸브 니들과 밸브볼이 용접에 의해 일체화되는 구조로 마련됨에 따라, 금속 재질의 밸브시트(130)와 접촉하면서 탄성 반발력이 발생할 수 밖에 없고, 또한, 탄성 반발력은 강성에 비례하여 커지기 때문에 탄성 반발력이 높아 바운싱이 증대되는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 금속 간의 접촉으로 인해 밸브볼이 마모되어 내구성능이 떨어지게 되며, 종래 밸브볼의 내마모성 향상을 위한 코팅 적용으로 인해 제작비용이 상승하게 되고, 밸브 니들과 밸브볼 사이의 용접 접합 부위에 런아웃 불량 등의 품질 문제가 발생할 수 있어서 제품 신뢰성이 저감되는 문제점이 있었다.
또한, 바운싱으로 인해 후적이 발생함에 따라 엔진의 연소실 내에 정확한 양으로 분사가 어려워 연소성능과 배기성능이 악화되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 밸브 니들의 바운싱을 원천적으로 방지하여 원치 않는 연료를 추가적으로 엔진측에 분사하는 후적을 방지하며, 연소성능과 배기성능을 향상시켜 강화되는 배기규제를 극복할 수 있는 인젝터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 밸브 니들과 밸브체 사이에 충격을 흡수할 수 있는 구조를 마련하여 탄성 반발력을 흡수하며, 기존의 밸브체에 적용되는 코팅을 삭제하여도 내구성 및 내마모성을 향상시킬 수 있어서 부품 단가를 절감할 수 있는 인젝터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 밸브 니들과 밸브체의 용접공정을 삭제함에 따라 공정수가 단축되며 용접에 의한 런아웃 불량 등의 제조상의 품질문제를 해결할 수 있는 인젝터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 연료레일에서 유입되는 연료를 엔진에 공급시키는 인젝터에 있어서, 밸브 하우징의 내측에서 전자기 발생부의 전원 인가 또는 차단에 따라 외주면에 이동 가능하게 장착된 아마추어와 함께 직선 왕복이동하는 밸브 니들, 밸브 니들의 엔진 측 단부에 구비되며 밸브 니들과 함께 직선 왕복이동하여 분사구를 개폐하는 밸브체, 밸브 니들의 단부와 밸브체 사이에 구비되어 밸브체를 분사구 측으로 지지하는 충격흡수구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터가 제공될 수 있다.
이러한 충격흡수구조는, 밸브 니들의 엔진 측 단부와 밸브체의 사이에 연결되어 밸브체를 분사구 측으로 지지하는 충격흡수 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 충격흡수구조는, 밸브 니들의 엔진 측 단부에서 길이방향으로 함몰되게 형성되어 충격흡수 스프링이 삽입되며 밸브체의 이동을 가이드하는 수용홈을 더 포함할 수 있다.
그리고, 인젝터는 밸브 니들 상에서 아마추어의 연료레일 측과 마주보는 위치에 고정되는 스토퍼, 밸브 니들 상에서 아마추어의 엔진 측과 마주보는 위치에 고정되는 포지션링, 밸브 하우징에 설치되어 밸브 니들을 분사구 측으로 가압하는 가압 스프링, 밸브 니들 상에서 스토퍼와 아마추어 사이에 구비되어 아마추어를 포지션링 측으로 가압하는 완충 스프링을 더 포함할 수 있다.
이때, 충격흡수 스프링은 분사구를 폐쇄할 시에, 밸브 하우징의 엔진 측 단부를 덮도록 결합되며 분사구가 형성된 밸브시트에 밸브체가 충돌하여 발생하는 1차 충격량을 흡수하고, 포지션링에 아마추어가 충돌하여 발생하는 2차 충격량을 흡수할 수 있다.
또한, 밸브 니들은 수용홈의 내측면에서 돌출되게 형성되어 밸브체가 안착되며 수용홈으로부터 밸브체의 이탈을 방지하는 크림프부를 포함할 수 있다.
그리고 밸브체는 밸브 니들의 이동방향에 수직한 평면 형상으로 형성되어 충격흡수 스프링이 안착되는 안착면, 안착면의 중앙 부분에서 돌출되게 형성되어 충격흡수 스프링의 내측으로 삽입되는 위치고정부를 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 밸브 니들과 밸브체 사이에 충격흡수구조가 마련됨에 따라 밸브 니들의 바운싱을 원천적으로 방지하여 원치 않는 연료를 추가적으로 엔진측에 분사하는 후적을 방지하며, 연소성능과 배기성능이 향상되어, 강화되는 배기규제를 극복할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 충격흡수구조가 분사구 폐쇄시 발생하는 1차 충격량 및 2차 충격량을 흡수하며, 기존의 밸브체에 적용되는 코팅을 삭제하여도 내구성 및 내마모성이 향상됨에 따라 부품 단가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 기존의 밸브 니들과 밸브체의 용접공정이 삭제되어 공정수가 단축되고 용접에 의한 런아웃 불량 등의 제조상의 품질문제를 해결하는 효과가 있다.
도 1은 종래 인젝터를 개략적으로 도시한 부분 확대 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 인젝터의 밸브 개폐 작동을 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 부분 확대 종단면도,
도 4는 도 3의 부분 확대도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 니들바, 충격흡수 스프링, 밸브체를 도시한 다른 실시예에 의한 인젝터의 일부분이 도시된 부분단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 분사구 폐쇄 작동을 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 인젝터의 부분 확대 종단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 부분 확대 종단면도이며, 도 4는 도 3의 부분 확대도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 니들바, 충격흡수 스프링, 밸브체를 도시한 다른 실시예에 의한 인젝터의 일부분이 도시된 부분단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 분사구 폐쇄 작동을 도시한 모식도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 인젝터의 부분 확대 종단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 인젝터(100)는 밸브 하우징(120)의 내측에서 전자기 발생부(210)의 전원 인가 또는 차단에 따라 외주면에 이동 가능하게 장착된 아마추어(220)와 함께 직선 왕복이동하는 밸브 니들(230), 밸브 니들(230)의 엔진 측 단부에 구비되며 밸브 니들(230)과 함께 직선 왕복이동하여 분사구(131)를 개폐하는 밸브체(250), 밸브 니들(230)의 단부와 밸브체(250) 사이에 구비되어 밸브체(250)를 분사구(131) 측으로 지지하는 충격흡수구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 후술할 본 발명의 상세한 설명에 있어서, 특별한 언급이 없는 한 방향은 설명의 편의를 위하여 인젝터(100)의 엔진 측은 하측 방향으로, 인젝터(100)의 연료레일 측은 상측 방향으로 지정하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 인젝터(100)는 연료레일에서 유입되는 연료를 엔진에 공급시키며, 축방향 일측 단부는 연료레일과 결합되고, 축방향 타측 단부는 엔진과 결합되어, 연료레일에서 유입되는 연료를 엔진으로 분사하도록 구비된다.
또한, 인젝터(100)는 밸브 하우징(120)의 상측에 구비된 연료 흡입구(110)를 통해 연료가 연료레일로부터 내부로 유입되고, 유입된 연료를 밸브시트(130)의 분사구(131)를 통해 엔진측에 고압 분사하기 위해, 밸브 하우징(120)의 내부에 개폐밸브 뭉치(200)를 구비한다.
개폐밸브 뭉치(200)는 마그네틱 코어(260), 전자기 발생부(210), 스토퍼(231)와 포지션링(232)이 구비된 밸브 니들(230), 아마추어(220), 가압 스프링(201), 완충 스프링(202), 밸브체(250) 등을 포함하여 구성된다.
마그네틱 코어(260)는 중공 형상으로 형성되어 밸브 하우징(120)의 내측에 삽입되어 고정되며, 밸브 니들(230)을 하측으로 가압하는 가압 스프링(201)이 내측으로 삽입되어 가압 스프링(201)의 상측단이 내측에 지지되며, 전자기 발생부(210)에 의해 자기회로를 구성한다.
밸브 니들(230)은 밸브 하우징(120)의 내부에서 분사구(131)를 직접적으로 개폐하는 부분으로서, 인젝터(100)의 외체를 이루는 밸브 하우징(120)의 내부에 상하 길이방향으로 연장되어 배치되고, 하단부에 충격흡수구조를 매개로 밸브체(250)가 구비되어 밸브시트(130)에 안착된다.
또한, 밸브 니들(230)은 전자기 발생부(210)가 전원 인가에 따라 여자되면 아마추어(220)를 통해 자력을 전달받아 상측으로 이동하고, 전자기 발생부(210)가 전원 차단에 따라 탈자되면 중력과 가압 스프링(201)에 의해 하측으로 이동한다.
밸브시트(130)는 밸브 하우징(120)의 하단부의 내측으로 삽입되어 밸브 하우징(120)과 결합되며, 내측에 밸브 니들(230)의 하단부의 일부가 삽입되고, 하단부에 밸브체(250)에 의해 개폐되는 분사구(131)가 마련된다.
그리고, 밸브 니들(230)의 밸브시트(130)의 내측에 삽입되는 하단부에는, 외주면에서 길이방향으로 길게 형성된 돌기가 돌출 형성된 지지부(235)가 구비되어 밸브시트(130)의 내주면과 접한다.
이러한 지지부(235)는 밸브 니들(230)의 외주면에 원주방향으로 등간격 이격되어 복수개로 구비되어 그 사이사이로 연료가 흐르며, 밸브시트(130)와의 마찰을 줄이기 위해 돌출된 단부가 곡면으로 형성된다.
즉, 연료는 지지부(235)가 밸브시트(130)의 내주면과 접하고, 지지부(235)의 사이로 연료가 흘러 분사구(131)로 유동 가능하게 한다.
전자기 발생부(210)는 전원 인가 또는 차단에 따라 여자와 탈자를 반복하면서 밸브 니들(230)을 상하로 왕복 운동시키는 구동 수단으로서, 밸브 하우징(120)에서 아마추어(220)를 둘러싸는 위치에 배치된다.
이러한 전자기 발생부(210)는 전원이 인가되면 아마추어(220)와 밸브 니들(230)을 끌어당겨 상측으로 이동시키며 분사구(131)를 개방하는 반면, 전원이 차단되면 가압 스프링(201)의 탄력에 의해 밸브 니들(230)이 원위치로 복귀하여 분사구(131)를 폐쇄하도록 한다.
아마추어(220)는 전자기 발생부(210)의 자력을 밸브 니들(230)로 전달하는 수단으로서, 원통형의 금속재로 마련되며, 밸브 하우징(120) 내에서의 연료 흐름에 방해가 되지 않도록 연료통로(221)가 축방향으로 관통되어 형성된다.
또한, 아마추어(220)는 밸브 니들(230)에 끼워져 스토퍼(231)와 포지션링(232) 사이에 위치하도록 밸브 니들(230)과 동축 상으로 장착되며, 전자기 발생부(210)에 의해 상측으로 이동할 때 또는 완충 스프링(202)에 의해 하측으로 지지될 때, 스토퍼(231)와 포지션링(232) 사이에서 밸브 니들(230)의 외주면을 따라 상하방향으로 이동 가능하도록 마련된다.
또한, 밸브 니들(230)은 스토퍼(231)와 포지션링(232)이 일체로 구비되고, 일예로 밸브 니들(230)의 외주에 스토퍼(231)와 포지션링(232)이 용접을 통해 일체로 구비될 수 있으며 이에 한정하는 것은 아니다.
스토퍼(231)는 밸브 니들(230) 상에서 아마추어(220)의 연료레일 측인 상측면과 마주보는 위치에 고정되며 아마추어(220)와의 사이에는 완충 스프링(202)이 배치되고, 상단부가 가압 스프링(201)에 의해 하측으로 지지된다.
포지션링(232)은 밸브 니들(230) 상에서 아마추어(220)의 엔진 측인 하측면과 마주보는 위치에 고정되어 아마추어(220)의 축방향 이동량을 제한한다.
가압 스프링(201)은 밸브 니들(230)을 하측인 분사구(131) 측으로 가압하는 수단으로서, 밸브 니들(230)을 분사구(131) 측으로 가압하여 밸브 니들(230)을 통해 분사구(131)를 폐쇄시키도록 되어 있으며, 이를 위해 가압 스프링(201)의 일단이 밸브 하우징(120)의 내주면 또는 마그네틱 코어(260)의 내주면에 지지되고 가압 스프링(201)의 타단에 맞닿는 스토퍼(231)를 통해 밸브 니들(230)을 분사구(131) 측으로 가압하게 된다.
완충 스프링(202)은 밸브 니들(230)의 둘레에 끼워져 스토퍼(231)와 아마추어(220) 사이에 배치되어 아마추어(220)를 포지션링(232) 측으로 상시 가압하도록 마련되며, 전자기 발생부(210)에 전원이 차단된 평상시에는 스토퍼(231)와 아마추어(220) 사이에 소정 간극이 유지되도록 한다.
또한, 인젝터(100)의 분사구(131)의 폐쇄시 밸브 니들(230)의 바운싱을 저감시키기 위해, 밸브 니들(230)과 밸브체(250)가 충격흡수구조를 통해 연결되도록 마련된다.
밸브 니들(230)은 길이방향으로 긴 봉 형상으로 형성되어 밸브 하우징(120)의 내측에서 전자기 발생부(210)의 전원 인가 또는 차단에 따라, 외주면에 축방향으로 이동 가능하게 장착된 아마추어(220)와 함께 직선 왕복이동한다.
이때, 아마추어(220)는 밸브 니들(230)과 동축이 되도록 밸브 니들(230)에 끼워진다.
밸브체(250)는 구 형상으로 형성되어, 밸브 니들(230)의 엔진 측 단부에 구비되며 밸브 니들(230)과 함께 직선 왕복이동하여 분사구(131)를 개폐한다.
이러한 밸브체(250)는 밸브 니들(230)이 하측으로 이동하여 밸브시트(130)에 안착되면 분사구(131)를 폐쇄할 수 있도록 마련되고, 밸브 니들(230)과 충격흡수구조를 매개로 연결되어 밸브 니들(230)과의 사이의 거리가 조절되면서 분사구(131)의 폐쇄시 밸브시트(130)에 밀착된다.
충격흡수구조는 밸브 니들(230)의 단부와 밸브체(250) 사이에 구비되어 밸브체(250)를 분사구(131) 측으로 지지한다.
이러한 충격흡수구조는 밸브 니들(230)과 밸브체(250) 사이에서 충격을 흡수할 수 있는 구조로 마련되는 것이 바람직하고, 특히 상하방향으로 압축 가능하도록 마련되며 밸브 니들(230)로부터 밸브체(250)가 상하 방향으로 탄성적으로 유동가능 하도록 마련되어 충격을 흡수한다.
이러한 충격흡수구조는 밸브 니들(230)과 밸브체(250) 사이에 연결되어 밸브체(250)를 분사구(131) 측으로 지지하는 에어실린더 구조 또는 유압실린더 구조 또는 충격흡수 스프링(240)을 포함할 수도 있다.
그 중 아래에서는 충격흡수구조로 충격흡수 스프링(240)이 마련되는 구조에 대해 설명한다.
충격흡수구조는 밸브 니들(230)의 엔진 측 단부와 밸브체(250)의 사이에 연결되어 밸브체(250)를 분사구(131) 측으로 지지하는 충격흡수 스프링(240)을 포함한다.
충격흡수 스프링(240)은 상측단이 밸브 니들(230)의 하측단에 연결되고, 하측단이 밸브체(250)에 연결되어 밸브체(250)를 밸브시트(130) 측으로 탄성 지지한다.
특히, 충격흡수 스프링(240)은 밸브체(250)가 분사구(131)를 폐쇄할 시에, 밸브시트(130)에 밸브체(250)가 충돌하여 발생하는 탄성 반발력의 1차 충격량을 흡수하고, 포지션링(232)에 아마추어(220)가 충돌하여 발생하는 탄성 반발력의 2차 충격량을 흡수하기 위해 마련되며, 자세한 설명은 후술한다.
또한, 충격흡수 스프링(240)과 밸브체(250)의 이동을 가이드 하도록, 충격흡수구조는 밸브 니들(230)의 엔진 측 단부에서 길이방향으로 함몰되게 형성되어 충격흡수 스프링(240)이 삽입되며 밸브체(250)의 이동을 가이드하는 수용홈(233)을 더 포함한다.
수용홈(233)은 원통 형상의 홈으로 마련되되, 밸브체(250)가 삽입되어 상하 이동하는 위치와 대응되는 부분의 내경은 밸브체(250)의 직경과 대응되는 직경으로 형성되고, 충격흡수 스프링(240)의 상측단이 고정되는 저면의 내경은 보다 작은 직경으로 형성되며, 그 사이는 경사면으로 연결 형성되어 충격흡수 스프링(240)과 밸브체(250)를 가이드한다.
또한, 밸브 니들(230)은 수용홈(233)의 내측면에서 돌출되게 형성되어 밸브체(250)가 안착되며 수용홈(233)으로부터 밸브체(250)의 이탈을 방지하는 크림프부(234)를 포함한다.
크림프부(234)는 수용홈(233)에 충격흡수 스프링(240)과 밸브체(250)를 삽입시킨 후, 밸브 니들(230)의 하측단의 어느 한곳을 수용홈(233)의 내측으로 돌출되게 압력을 가하여 형상을 변형시켜 형성되며, 일예로 코킹(caulking)되거나 크림핑(crimping)되어 형성될 수 있다.
이러한 크림프부(234)는 밸브 니들(230)의 하측단에 두곳 이상 형성되어 밸브체(250)가 수용홈(233)에서 이탈하지 않도록 방지한다.
이때, 밸브체(250)의 단면적이 가장 큰 부분은 수용홈(233)의 안쪽에 위치하도록 배치되며, 즉, 밸브체(250)의 중심이 수용홈(233)의 내측에 위치하여 밸브체(250)가 크림프부(234)에 지지되어 수용홈(233)의 내측에서만 상하 이동 가능하도록 마련된다.
이러한 인젝터(100)의 분사구(131)를 폐쇄하거나 개방하는 작동에 대해 도 6을 참고하여 아래에서 설명한다.
도 6에는 동작의 이해를 돕기 위해 부품 사이의 간극들을 과장되게 도시하고, 밸브시트(130)와 분사구(131)를 개략적으로 도시하였으며, 동작되는 주요 부품들, 가압 스프링(201), 스토퍼(231), 완충 스프링(202), 아마추어(220), 포지션링(232), 밸브 니들(230), 충격흡수구조, 밸브체(250)를 위주로 도시하였다.
도 6의 (a)는 분사구(131)가 개방된 상태로, 전자기 발생부(210)에 전원이 인가되어 가압 스프링(201)과 완충 스프링(202)을 압축시키면서 밸브 니들(230)과 아마추어(220)가 상측으로 이동한 상태이고, 아마추어(220)와 포지션링(232) 사이가 이격되며 밸브체(250)와 밸브시트(130) 사이가 이격되어 연료가 분사구(131)를 통해 엔진 측으로 분사된다.
그리고, 엔진에 필요한 연료의 양을 모두 분사한 후에는 분사구(131)를 폐쇄하기 위해 전자기 발생부(210)의 전원을 차단하면, 도 6의 (b)와 도 6의 (c)의 상태를 거쳐 도 6의 (d)의 상태로 작동이 완료된다.
도 6의 (b)는 전자기 발생부(210)의 전원 차단에 따라, 가압 스프링(201)이 복원되면서 가압 스프링(201)의 복원력과 밸브 니들(230)의 하중에 의해 밸브 니들(230)과 함께 아마추어(220)와 밸브체(250)가 하측으로 이동하여 밸브체(250)가 밸브시트(130)에 안착된 상태로, 밸브체(250)와 밸브시트(130)가 충돌하여 1차 충격량이 발생된다.
이러한 1차 충격량은 밸브체(250)와 밸브시트(130) 사이에서 발생되어 밸브 니들(230)로 까지 전달될 수 있으나 그 중간에 배치된 충격흡수 스프링(240)에서 흡수하여 밸브 니들(230)의 바운싱을 원천적으로 방지한다.
그 후, 도 6의 (c)와 같이 가압 스프링(201)의 복원력과 밸브 니들(230)의 하중에 의해 밸브 니들(230)이 하측으로 더 이동하면서 충격흡수 스프링(240)을 압축시킨다.
이때 도 6의 (b)에서 도 6의 (c)의 과정에서 충격흡수 스프링(240)이 압축됨에 따라 밸브체(250)가 밸브시트(130)에 안착된 상태를 유지할 수 있게 된다.
그 다음, 도 6의 (d)와 같이 완충 스프링(202)이 복원되면서 완충 스프링(202)의 복원력과 아마추어(220)의 하중에 의해 아마추어(220)가 하측으로 이동하여 포지션링(232)과 충돌하여 2차 충격량이 발생된다.
이러한 2차 충격량은 아마추어(220)와 포지션링(232) 사이에서 발생되며, 포지션링(232)과 일체로 구비되는 밸브 니들(230)로 전달되어 밸브체(250)와 밸브시트(130)로 까지 전달될 수 있으나 밸브 니들(230)과 밸브체(250) 사이에 배치된 충격흡수 스프링(240)에서 2차 충격량을 흡수하여 바운싱을 방지하고, 밸브체(250)와 밸브시트(130)의 이격을 방지한다.
이와 같이 충격흡수 스프링(240)이 1차 충격량, 밸브 니들(230)의 하측 이동량, 2차 충격량을 흡수함에 따라 바운싱을 원천적으로 방지하고 밸브체(250)를 밸브시트(130)에 밀착시켜 후적을 방지한다.
인젝터(100)의 분사구(131)를 개방하는 작동에 대해 설명하면, 도 6의 (d)와 같이 분사구(131)가 폐쇄된 상태에서 전자기 발생부(210)에 전원이 인가되면 완충 스프링(202)이 압축되면서 아마추어(220)가 상측으로 이동하여 스토퍼(231)에 지지되는 도 6의 (c)의 상태가 된다.
그 후, 가압 스프링(201)이 압축되면서 아마추어(220)와 밸브 니들(230)이 상측으로 이동하며, 동시에 충격흡수 스프링(240)이 복원되어 도 6의 (b)의 상태가 된다.
그 다음, 가압 스프링(201)이 더 압축되면서 아마추어(220), 밸브 니들(230), 밸브체(250)가 상측으로 이동하여 밸브시트(130)에서 밸브체(250)가 이격되는 도 6의 (a)의 상태가 되며, 분사구(131)가 개방된다.
또한, 도 7에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인젝터(100)의 일부분이 도시되어 있으며, 도 7에 따르면, 반구형의 밸브체(250)는 충격흡수 스프링(240)에 삽입되는 위치고정부(253)를 구비한다.
밸브체(250)는 반구 형상으로 형성되어 곡면으로 이루어지는 개폐면(251)이 하단을 향하여 배치되고, 그 반대편에 평면 형상으로 형성되어 충격흡수 스프링(240)이 안착되는 안착면(252)이 마련된다.
특히, 안착면(252)은 밸브 니들(230)의 이동방향에 수직한 평면 형상으로 형성되어 충격흡수 스프링(240)이 밸브체(250)를 밸브시트(130) 측으로 지지해주게 된다.
그리고, 안착면(252)의 중앙 부분에서 돌출되게 형성되어 충격흡수 스프링(240)의 내측으로 삽입되는 위치고정부(253)가 마련된다.
위치고정부(253)는 안착면(252)에 안착되는 충격흡수 스프링(240)의 위치를 고정시키기 위한 것으로, 안착면(252)의 중앙 부분에 형성되어 충격흡수 스프링(240)이 밸브체(250)를 안정적으로 지지한다.
또한, 안착면(252)이 수용홈(233)의 내부에 위치된 상태에서 밸브 니들(230)의 하단부에 크림프부(234)를 형성하여 수용홈(233)에서 밸브체(250)가 이탈되지 않도록 한다.
이러한 형상과 구조를 갖는 본 발명의 실시예들에 의하면 밸브 니들과 밸브체 사이에 충격흡수구조가 마련됨에 따라 밸브 니들의 바운싱을 원천적으로 방지하여 원치 않는 연료를 추가적으로 엔진측에 분사하는 후적을 방지하며, 연소성능과 배기성능이 향상되어, 강화되는 배기규제를 극복할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 충격흡수구조가 분사구 폐쇄시 발생하는 1차 충격량 및 2차 충격량을 흡수하며, 기존의 밸브체에 적용되는 코팅을 삭제하여도 내구성 및 내마모성이 향상됨에 따라 부품 단가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 기존의 밸브 니들과 밸브체의 용접공정이 삭제되어 공정수가 단축되고 용접에 의한 런아웃 불량 등의 제조상의 품질문제를 해결하는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 인젝터 110: 연료 흡입구
120: 밸브 하우징 130: 밸브시트
131: 분사구 200: 개폐밸브 뭉치
201: 가압 스프링 202: 완충 스프링
210: 전자기 발생부 220: 아마추어
230: 밸브 니들 231: 스토퍼
232: 포지션링 233: 수용홈
234: 크림프부 235: 지지부
240: 충격흡수 스프링 250: 밸브체
251: 개폐면 252: 안착면
253: 위치고정부

Claims (7)

  1. 연료레일에서 유입되는 연료를 엔진에 공급시키는 인젝터에 있어서,
    상하 길이방향으로 연장되는 속이 찬 형상으로 형성되며, 상기 엔진 측 단부에서 길이방향으로 함몰되게 형성된 수용홈이 구비되고, 밸브 하우징의 내측에서 전자기 발생부의 전원 인가 또는 차단에 따라, 외주면에 이동 가능하게 장착된 아마추어와 함께 직선 왕복이동하는 밸브 니들;
    상기 수용홈에 삽입되어 이동이 가이드되며 상기 밸브 니들과 함께 직선 왕복이동하여 분사구를 개폐하는 밸브체;
    상기 수용홈에 삽입되어 양단이 상기 수용홈의 저면과 상기 밸브체에 각각 연결되며 상기 밸브체를 상기 분사구 측으로 지지하는 충격흡수 스프링; 및
    상기 밸브 하우징의 상기 엔진 측 단부의 내측으로 삽입되어 결합되어 내측에 상기 밸브 니들의 상기 엔진 측 단부가 삽입되며, 상기 분사구가 형성된 밸브시트를 포함하고,
    상기 밸브 니들은 상기 밸브시트와의 사이로 연료가 유동하도록, 외주면에서 길이방향으로 긴 돌기 형상으로 돌출되어 형성되어 상기 밸브시트의 내주면에 접하며 원주방향으로 등간격 이격되는 복수개의 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용홈은 원통 형상의 홈으로 마련되되, 상기 밸브체의 상하 이동을 가이드하는 가이드면의 내경은 상기 밸브체의 직경과 대응되게 형성되고, 상기 충격흡수 스프링의 일측단이 고정되는 저면의 내경은 상기 밸브체의 직경보다 작게 형성되며, 가이드면과 저면은 경사면으로 연결되게 형성된 것을 특징으로 하는 인젝터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 니들 상에서 상기 아마추어의 상기 연료레일 측과 마주보는 위치에 고정되는 스토퍼;
    상기 밸브 니들 상에서 상기 아마추어의 상기 엔진 측과 마주보는 위치에 고정되는 포지션링;
    상기 밸브 하우징에 설치되어 상기 밸브 니들을 상기 분사구 측으로 가압하는 가압 스프링; 및
    상기 밸브 니들 상에서 상기 스토퍼와 아마추어 사이에 구비되어 상기 아마추어를 상기 포지션링 측으로 가압하는 완충 스프링;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밸브 하우징의 상기 엔진 측 단부에 결합되며 상기 분사구가 형성된 밸브시트를 더 포함하며,
    상기 충격흡수 스프링은 상기 전자기 발생부의 전원 차단시, 상기 밸브체가 상기 밸브시트에 충돌하여 발생하는 1차 충격량을 흡수하고 상기 아마추어가 상기 포지션링에 충돌하여 발생하는 2차 충격량을 흡수하는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 니들은,
    상기 수용홈의 내측면에서 돌출되게 형성되어 상기 밸브체가 안착되며 상기 수용홈으로부터 상기 밸브체의 이탈을 방지하는 크림프부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브체는,
    상기 밸브 니들의 이동방향에 수직한 평면 형상으로 형성되어 상기 충격흡수 스프링이 안착되는 안착면; 및
    상기 안착면의 중앙 부분에서 돌출되게 형성되어 상기 충격흡수 스프링의 내측으로 삽입되는 위치고정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터.
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