JP2007292037A

JP2007292037A - ディーゼルエンジンインジェクター

Info

Publication number: JP2007292037A
Application number: JP2006220804A
Authority: JP
Inventors: Joon Kyu Lee; 濬揆李
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-08-14
Also published as: JP4953350B2; CN101059112B; US7387105B2; US20070246003A1; KR100706555B1; CN101059112A

Abstract

【課題】燃料噴射圧力が低くならず、従来のディーゼルエンジンのハードウェアが使用でき、構造を単純化して生産単価を下げることが出来、さらに、噴射口の開閉ユニットがＥＣＵの電気信号によって迅速に反応するディーゼルエンジンインジェクターを提供する。
【課題手段】本発明は、ディーゼルエンジンインジェクターにおいて、燃料を燃焼室に噴射するように第１、２噴射口が形成されているノズルボディーと、前記第１、２噴射口を選択的に開閉する第１、２ニードルと、点火時期及び前記第１、２噴射口の開閉時期を調節するＥＣＵと、前記ＥＣＵの電気信号によって前記第１、２ニードルの上下動を制御するニードルアクチュエータと、前記ニードルアクチュエータと前記第１、２ニードルとの間に介在し、復原力を提供するニードルスプリングと、前記ガイド部の上部に設置され、前記ＥＣＵの電気信号によって前記第１、２ニードルの上昇を選択的に阻止する第１、２阻止手段と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンインジェクターに係り、より詳しくは燃焼室に燃料を噴射する角度を運転方式によって調節できるディーゼルエンジンインジェクターに関する。

ディーゼルエンジン車両の排気規制が強化されることにより、ディーゼルエンジン設計者達は、新たな燃焼方式のディーゼルエンジンの開発に没頭している。
その中で予混合圧縮着火エンジン（ＨＣＣＩｅｎｇｉｎｅ）が最も注目を浴びており、以下、その概念を添付した図面を参照して説明する。

図７は、ＨＣＣＩエンジンにおける平均有効圧力及びエンジン回転数による運転方式を説明するグラフである。図７に示すように、ＨＣＣＩエンジンは、排気ガスが多く発生する部分負荷領域では、排気ガス低減のためにＨＣＣＩ燃焼方式で燃料を燃焼し、全負荷領域では、高い出力を出すために従来のディーゼル燃焼方式で燃料を燃焼する。言い換えると、部分負荷領域では図８（ａ）のように広い噴射角（約１５０〜１６０°）で燃料を噴射し、全負荷領域では図８（ｂ）のように狭い噴射角（約６０〜７０°）で燃料を噴射する。

図９は、ＨＣＣＩエンジンの燃料噴霧過程及び燃焼過程を示す図面である。従来のディーゼル燃焼方式は、ＴＤＣ（ＴｏｐＤｅａｄＣｅｎｔｅｒ）の回りで燃料噴射が行われて、噴射された燃料は混合と同時に燃焼する。従って、従来のディーゼルエンジン燃焼方式では、燃料が十分に混合されずに部分的な未燃焼が発生した。その結果、燃焼時にスモークが発生して排気ガスが増加し、これはディーゼル燃焼方式の固有の短所であった。

また、燃料が混合するための十分な時間を稼ぐために、燃料を６０〜１００°ＢＴＤＣ（ＢａｃｋＴｏｐＤｅａｄＣｅｎｔｅｒ）で噴射するＨＣＣＩ燃焼方式がある。しかし、既存のディーゼルエンジンインジェクターの噴射角（１５０〜１６０°）で６０〜１００°ＢＴＤＣ噴射すれば、シリンダー内部の圧力が非常に低いため、噴射された燃料はシリンダー壁面に付着する。その結果、スモーク及びＨＣなどの媒煙がさらに増加する。従って、６０〜１００°ＢＴＤＣで燃料を噴射するＨＣＣＩ燃焼方式は、噴射角が狭い（６０〜７０°）インジェクターを使用しなければならない。

しかし、ＨＣＣＩ燃焼方式は、高い出力を出すには不適であるので、エンジン運転の全区間で使用することはできない。
このような問題点を解決するために、噴射角度の狭い噴射口と噴射角度の広い噴射口とを上下２段に形成して、ニードルのリフト量を調節してディーゼル燃焼方式及びＨＣＣＩ燃焼方式を混用した複合燃焼方式のディーゼルエンジンインジェクターが案出された。
しかし、噴射口を上下２段に形成すれば、上側噴射口で噴射する時、下側噴射口から燃料が漏れることになり、これによって上側噴射口の燃料噴射圧力が低くなるという問題点があった。
特開平０９−１３３０６２号公報

本発明の目的は、燃料噴射圧力が低くならず、従来のディーゼルエンジンのハードウェアが使用でき、構造を単純化して生産単価を下げることが出来、さらに、噴射口の開閉ユニットがＥＣＵの電気信号によって迅速に反応するディーゼルエンジンインジェクターを提供することである。

本発明は、ディーゼルエンジンインジェクターにおいて、内部にガイド部が形成されており、前記ガイド部の下部には燃料を燃焼室に噴射するように第１、２噴射口が形成されているノズルボディーと、前記ノズルボディーのガイド部を通して上下に動きながら、前記第１、２噴射口を選択的に開閉する第１、２ニードルと、点火時期及び前記第１、２噴射口の開閉時期を調節するＥＣＵと、
前記ＥＣＵの電気信号によって前記第１、２ニードルの上下動を制御するニードルアクチュエータと、前記ニードルアクチュエータと前記第１、２ニードルとの間に介在し、復原力を提供するニードルスプリングと、前記ガイド部の上部に設置され、前記ＥＣＵの電気信号によって前記第１、２ニードルの上昇を選択的に阻止する第１、２阻止手段と、を含むことを特徴とする。

前記第１、２噴射口の噴射角度は、互いに異なり、前記ガイド部の軸方向に対して互いに異なる角度に形成されていることを特徴とし、また、前記第１噴射口及び第２噴射口は、交互に形成されていることを特徴とする。

前記第１噴射口は、前記ガイド部の軸方向に対して７５〜８０°の角度に形成され、前記第２噴射口は、前記ガイド部の軸方向に対して３０〜３５°の角度に形成されていることを特徴とする。

前記第１、２ニードルは、一つのニードルに刃を形成し、他の一つのニードルに前記刃が嵌合される溝を形成していることを特徴とする。

前記第１、２阻止手段は、前記ＥＣＵの電気信号によって伸張及び収縮をする第１、２ピンアクチュエータと、前記第１、２ピンアクチュエータに一端がそれぞれ連結され、前記ノズルボディーの半径方向に動く第１、２ピンを含むことを特徴とする。

前記第１、２ピンアクチュエータは、互いに独立に作動し、前記第１、２ピンは、前記第１、２ピンアクチュエータによって内側に前進し、前記第１、２ニードルの上端をそれぞれブロッキングすることを特徴とする。

前記ノズルボディーと前記第１、２ピンとの間には、それぞれピンスプリングが介在していることを特徴とする。
また、前記第１、２ピンアクチュエータは、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする。

本発明によるディーゼルエンジンインジェクターは、噴射角度が互いに異なる噴射口を独立的に開閉させて、燃料噴射圧力が低くならないようにすることができる。
また、従来のディーゼルエンジンのハードウェアを使用できて、構造を単純化して生産単価を減少させることができる。
また、第１、２ピンアクチュエータがピエゾアクチュエータであるため、ＥＣＵの電気信号に迅速に反応して、燃料噴射時期の正確性を高めることができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい一実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターを詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの断面図である。
図１に示す通り、本発明の一実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターは、ノズルボディー１０、第１、２ニードル２０、２１、ＥＣＵ３０、ニードルアクチュエータ４０、ニードルスプリング５０、及び第１、２阻止手段６０、６１を含む。ノズルボディー１０には第１、２噴射口１６、１７が形成されている。第１、２ニードル２０、２１は第１、２噴射口１６、１７を選択的に開閉する。ＥＣＵ３０はインジェクターの点火時期及び第１、２噴射口１６、１７の開閉時期を調節する。

ニードルアクチュエータ４０はＥＣＵ３０の電気信号によって第１、２ニードル２０、２１の上下動を制御する。ニードルスプリング５０はニードルアクチュエータ４０と第１、２ニードル２０、２１との間に取り付けられ、第１、２ニードル２０、２１に復原力を提供する。第１、２阻止手段６０、６１は第１、２ニードル２０、２１の上昇動を選択的に阻止する。
ノズルボディー１０の内部には第１、２ニードル２０、２１が挿入されるガイド部１２が形成されており、下部には燃料を燃焼室に噴射するように第１、２噴射口１６、１７が形成されている。

ガイド部１２は第１、２ニードル２０、２１が上下に動くように案内するもので、エンジンが作動していない時には、第１、２ニードル２０、２１の下端がガイド部１２の下端内周面に密着して、第１、２噴射口１６、１７を通して燃料が漏れないようになっている。また、ガイド部１２の中間部には保存所１４が形成されて、燃料が一時的に保存される。保存所１４は燃料タンク（図示せず）と連結されている。

図２（ａ）−（ｃ）の通り、第１、２噴射口１６、１７はガイド部１２の下部に形成されており、燃料を噴射する角度が運転方式によって変えられるように、ガイド部１２の軸方向に対して互いに異なる角度に形成されている。本発明の一実施形態では、第１噴射口１６は全負荷燃焼領域で燃料を噴射するように、ガイド部１２の軸方向に対して７５〜８０°の角度に形成されている。また、第２噴射口１７は部分負荷燃焼領域で燃料を噴射するようにガイド部１２の軸方向に対して３０〜３５°の角度に形成されている。また、第１、２噴射口１６、１７の燃料噴射角度は、エンジン設計者の意図、エンジンの運転方式、及び燃焼条件によって異なる値に設定することができる。

また、図２（ａ）に示す通り、第１、２噴射口１６、１７はガイド部１２の同じ円周上に形成されており、第１、２噴射口１６、１７のうちのいずれか一つが開放されれば、もう一つは完全に閉鎖されて所望しない角度に燃料が漏れることを防止するようになっている。第１、２噴射口１６、１７の開閉は独立的に行われる。
また、燃料が燃焼室に均等に噴射されるように第１、２噴射口１６、１７は交互に形成されているのが好ましい。

第１、２ニードル２０、２１はガイド部１２に挿入されており、第１、２ニードル２０、２１が上下に動きながら、第１、２噴射口１６、１７を選択的に開閉するようになっている。燃料を噴射しない状態では、第１、２ニードル２０、２１はそれぞれ第１、２噴射口１６、１７を閉鎖しているが、ニードルアクチュエータ４０が作動して第１、２ニードル２０、２１を持ち上げれば、第１、２噴射口１６、１７が開放されるようになる。この場合、保存所１４及びガイド部１２にあった燃料は、圧力によって第１、２噴射口１６、１７を通して、燃焼室に噴射される。

一方、図３に示す通り、第１、２ニードル２０、２１のうちの一つのニードル２１には刃２３を形成し、もう一つのニードル２０には刃２３が嵌合する溝２５を形成して、上下にスライディング可能になっているのが好ましい。
ＥＣＵ３０はニードルアクチュエータ４０及び後述する第１、２ピンアクチュエータ６３、６４に電気信号を送信し、第１、２噴射口１６、１７の開閉時期を調節する。
ニードルアクチュエータ４０は、ＥＣＵ３０の電気信号を受信して、第１、２ニードル２０、２１を持ち上げる。ニードルアクチュエータ４０は、一例としてソレノイドまたはピエゾアクチュエータ（ｐｉｅｚｏａｃｔｕａｔｏｒ）とすることができる。

ニードルスプリング５０は、ニードルアクチュエータ４０と第１、２ニードル２０、２１との間に取り付けられている。ニードルアクチュエータ４０が作動して第１、２ニードル２０、２１を持ち上げた時には、ニードルスプリング５０は収縮する。ニードルアクチュエータ４０が作動しない時には第１、２ニードル２０、２１が第１、２噴射口１６、１７を閉鎖するように復原力を提供する。

図４に示す通り、第１、２阻止手段６０、６１は第１、２ニードル２０、２１の上昇を選択的に阻止するものであって、ガイド部１２の上部に設置される。第１、２阻止手段６０、６１は第１、２ピンアクチュエータ６３、６４と第１、２ピン６６、６７、及びピンスプリング６９、７０を含む。
第１、２ピンアクチュエータ６３、６４は、互いに独立に作動しながら、ＥＣＵ３０の電気信号を受信して伸張及び収縮する。この場合、第１、２ピンアクチュエータ６３、６４に連結された第１、２ピン６６、６７は、ノズルボディー１０の半径方向に前進、後進しながら、第１、２ニードル２０、２１の上昇動きを阻止する。

一方、第１、２ピンアクチュエータ６３、６４は、ＥＣＵ３０で制御可能であり、応答が速くて構造が簡単なピエゾアクチュエータであるのが好ましい。
第１、２ピン６６、６７は第１、２ピンアクチュエータ６３、６４に一端がそれぞれ連結されており、第１、２ピンアクチュエータ６３、６４が伸張または収縮することによって第１、２ピン６６、６７はノズルボディー１０の半径方向に前進、後進する。

ピンスプリング６９、７０はノズルボディー１０と第１、２ピン６６、６７との間に取り付けられている。第１、２ピンアクチュエータ６３、６４が作動して、第１、２ピン６６、６７が内側に前進した時、ピンスプリング６９、７０は収縮する。第１、２ピンアクチュエータ６３、６４が作動しない場合、第１、２ピン６６、６７に復原力を提供する。

以下、本発明の一実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの作動を詳しく説明する。
第１、２ニードル２０、２１が第１、２噴射口１６、１７を閉鎖している状態で、ＥＣＵ３０の電気信号が第１、２ピンアクチュエータ６３、６４に印加される。図５（ａ）のように、ＥＣＵ３０の電気信号が第２ピンアクチュエータ６４に印加されたとすれば、第２ピンアクチュエータ６４は伸張しながら、第２ピン６７を内側に前進させる。前進した第２ピン６７は第２ニードル２１の上端面に位置して、第２ニードル２１の上昇を阻止する。このような状態でＥＣＵ３０の電気信号がニードルアクチュエータ４０に印加されれば、ニードルアクチュエータ４０は第１ニードル２０を持ち上げて、第１噴射口１６を開放する。従って、ディーゼル燃焼方式の燃料噴射が行われる。

図５（ｂ）のように、ＥＣＵ３０の電気信号が第１ピンアクチュエータ６３に印加されたとすれば、第１ピンアクチュエータ６３は伸張しながら、第１ピン６６を内側に前進させる。前進した第１ピン６６は第１ニードル２０の上端面に位置して、第１ニードル２０の上昇を阻止する。このような状態でＥＣＵ３０の電気信号がニードルアクチュエータ４０に印加されれば、ニードルアクチュエータ４０は第２ニードル２１を持ち上げて、第２噴射口１７を開放する。従って、ＨＣＣＩ燃焼方式の燃料噴射が行われる。

図６は、本発明の一実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターを使用した場合の性能向上及び排気効果を示すグラフである。
図６に示す通り、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターは、部分負荷領域でＨＣＣＩ燃焼をして、排気ガスの排出量を顕著に減少させることができる。また、全負荷領域でディーゼル燃焼をして、十分な出力を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの断面図である。（ａ）は本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの第１、２噴射口を示す概略図である。（ｂ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの第１噴射口を示す断面図である。（ｃ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの第２噴射口を示す断面図である。（ａ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの第１、２ノズルが結合された状態を示す概略図である。（ｂ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの第１ノズルを示す概略図である。（ｃ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターの第２ノズルを示す概略図である。（ａ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターにおいて、ピンアクチュエータが作動しない状態を示す断面図である。（ｂ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターにおいて、ピンアクチュエータが作動した状態を示す断面図である。（ａ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターにおいて、第２ピンが第２ノズルの上下動を阻止する構成を示す概略図である。（ｂ）は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターにおいて、第１ピンが第１ノズルの上下動を阻止する構成を示す概略図である。本発明の実施形態によるディーゼルエンジンインジェクターを使用した場合の結果を示すグラフである。ＨＣＣＩエンジンの平均有効圧力及びエンジン回転数による運転方式を説明するグラフである。（ａ）は、ディーゼル燃焼方式に使用される噴射角度を示す概略図である。（ｂ）は、予混合燃焼方式に使用される噴射角度を示す概略図である。ＨＣＣＩエンジンの燃料噴霧過程及び燃焼過程の結果を示す図面である。

符号の説明

１０ノズルボディー
１２ガイド部
１４保存所
１６、１７第１、２噴射口
２０、２１第１、２ニードル
２３刃
２５溝
３０ＥＣＵ
４０ニードルアクチュエータ
５０ニードルスプリング
６０、６１第１、２阻止手段
６３、６４第１、２ピンアクチュエータ
６６、６７第１、２ピン
６９、７０ピンスプリング

Claims

ディーゼルエンジンインジェクターにおいて、
内部にガイド部が形成されており、前記ガイド部の下部には燃料を燃焼室に噴射するように第１、２噴射口が形成されているノズルボディーと、
前記ノズルボディーのガイド部を通して上下に動きながら、前記第１、２噴射口を選択的に開閉する第１、２ニードルと、
点火時期及び前記第１、２噴射口の開閉時期を調節するＥＣＵと、
前記ＥＣＵの電気信号によって前記第１、２ニードルの上下動を制御するニードルアクチュエータと、
前記ニードルアクチュエータと前記第１、２ニードルとの間に介在し、復原力を提供するニードルスプリングと、
前記ガイド部の上部に設置され、前記ＥＣＵの電気信号によって前記第１、２ニードルの上昇を選択的に阻止する第１、２阻止手段と、
を含むことを特徴とするディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１、２噴射口の噴射角度は、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１、２噴射口は、前記ガイド部の軸方向に対して互いに異なる角度に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１噴射口及び第２噴射口は、交互に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１噴射口は、前記ガイド部の軸方向に対して７５〜８０°の角度に形成され、
前記第２噴射口は、前記ガイド部の軸方向に対して３０〜３５°の角度に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１、２ニードルは、一つのニードルに刃を形成し、他の一つのニードルに前記刃が嵌合される溝を形成していることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１、２阻止手段は、
前記ＥＣＵの電気信号によって伸張及び収縮をする第１、２ピンアクチュエータと、
前記第１、２ピンアクチュエータに一端がそれぞれ連結され、前記ノズルボディーの半径方向に動く第１、２ピンを含むことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１、２ピンアクチュエータは、互いに独立に作動することを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１、２ピンは、前記第１、２ピンアクチュエータによって内側に前進し、前記第１、２ニードルの上端をそれぞれブロッキングすることを特徴とする請求項８に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記ノズルボディーと前記第１、２ピンとの間には、それぞれピンスプリングが介在していることを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンインジェクター。
前記第１、２ピンアクチュエータは、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンインジェクター。