KR100598810B1

KR100598810B1 - 인젝터의 노즐 형상 조절장치

Info

Publication number: KR100598810B1
Application number: KR1020040049579A
Authority: KR
Inventors: 이제형
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-07-10
Also published as: KR20060000651A

Abstract

본 발명은 인젝터의 노즐형상을 변경함으로서 연소실 내 분사특성을 제어하여 매연 감소와 연비를 저감시킬 수 있는 인젝터의 노즐 형상 조절장치에 관한 것으로, 인젝터의 노즐 분공경 내면에 장착되는 축과; 상기 축에 결합되어 축을 중심으로 회전함으로써 노즐의 형상 및 분사방향을 조정하는 노즐 형상 조정판과; 엔진 운전조건에 따라 일정한 노즐의 케이 팩터(K-factor)에 해당하는 노즐 형상 조정판의 위치를 얻기 위한 노즐 형상 변경 제어 신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 노즐 형상 변경 제어 신호의 입력에 따라 구동되어 상기 노즐 형상 조정판을 구동하는 액츄에이터를 포함하여 구성하며, 인젝터의 노즐 형상을 엔진 운전조건에 따라 변경함으로서 연소실 내 분사 특성에 영향을 미치는 요소인 케이 팩터(K-factor)를 조절한다.

인젝터, 노즐, 케이 팩터

Description

인젝터의 노즐 형상 조절장치{INJECTOR NOZZLE SHAPE ADJUSTMENT DEVICE}

도 1은 종래 기술에 따라 디젤 엔진에 적용되고 있는 인젝터의 노즐 구조를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 인젝터의 노즐 부분을 확대한 도면.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 노즐 형상 조절장치의 구성을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 변화 가능한 노즐 형상을 도시한 도면.

본 발명은 인젝터의 노즐 형상 조절장치에 관한 것이다.

통상적으로, 커먼 레일 방식의 디젤 엔진은 고압 공급펌프에서 연료를 압송하여 커먼 레일에 연료를 채우고 커먼레일 내의 압력은 압력 센서로 감지되고, 엔진 회전수와 부하에 따라 설정된 값으로 제어된다.

커먼 레일내의 압력은 파이프를 통해 인젝터에 공급되고 3웨이 밸브(Three Way Valve)에 보내지는 펄스에 따라 분사량, 분사율, 분사시기가 제어되는 커먼레일 인젝터 시스템의 도입으로 디젤 엔진의 연소과정이 발전하였다.

그러나, 더욱 강화되는 배기 규제 및 연비향상을 위하여 해결해야 할 과제들이 많이 남아있다.

디젤 엔진에 적용되고 있는 인젝터의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 지름을 갖는 노즐 구조로 구성되어 있으며, 일정한 지름의 노즐을 통해 연료가 분사된다.

도 2는 디젤 엔진의 인젝터를 확대한 도면이다.

일정한 지름을 가지는 노즐로부터 분사되는 연료는 도 2에 도시된 바와 같이 캐비테이션(Cavitation) 현상이 발생하여 분사특성 제어의 응답성이 떨어지며, 성능 저하를 일으키고 매연 발생이 증가하여 연비의 악화를 초래하고 있다.

또한, 일정한 지름을 가지는 노즐은 각 부하, 각 엔진 회전수마다 다른 연소조건을 만족시킬 수 없으며, 최적의 엔진 매칭을 하는데는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 인젝터의 노즐형상을 변경함으로서 연소실 내 분사특성을 제어하여 매연 감소와 연비를 저감시킬 수 있는 인젝터의 노즐 형상 조절장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인젝터의 노즐 형상 조절장치에 있어서, 인젝터의 노즐 분공경 내면에 장착되는 축과; 상기 축에 결합되어 축을 중심으로 회전함으로써 노즐의 형상 및 분사방향을 조정하는 노즐 형상 조정판과; 엔진 운전조건에 따라 일정한 노즐의 케이 팩터(K-factor)에 해당하는 노즐 형 상 조정판의 위치를 얻기 위한 노즐 형상 변경 제어 신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 노즐 형상 변경 제어 신호의 입력에 따라 구동되어 상기 노즐 형상 조정판을 구동하는 액츄에이터를 포함하여 구성하며, 인젝터의 노즐 형상을 엔진 운전조건에 따라 변경함으로서 연소실 내 분사 특성에 영향을 미치는 요소인 케이 팩터(K-factor)를 조절하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예는 디젤 엔진을 구성하는 인젝터의 노즐 형상을 조절할 수 있는 장치에 관한 것이다.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 노즐 형상 조절장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 노즐 형상 조절장치의 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예는 축(b), 노즐 형상 조정판(a), 제어부(ECU, i), 액츄에이터(h, 압력 제어장치)를 포함하여 구성한다.

축(b)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 인젝터의 노즐 분공경 내면에 장착 된다.

축(b)의 양단은 도 4에 도시된 바와 같이 나선형의 나사(c)로 노즐 내면 양측에 장착된다.

노즐 형상 조정판(a)은 축(b)에 결합되어 축(b)을 중심으로 회전함으로써 노즐의 형상 및 분사방향을 조정하는 기능을 하며, 일종의 밸브 기능을 한다.

제어부(i)는 본 발명의 실시예에 따른 인젝터의 노즐 형상 조절에 관련된 전반적인 제어동작을 수행하는 마이크로 프로세서로 구성하며, 본 발명의 실시예에서는 엔진 운전조건에 따라 일정한 노즐의 케이 팩터(K-factor)에 해당하는 노즐 형상 조정판(a)의 위치를 얻기 위한 노즐 형상 변경 제어 신호를 발생하여 인젝터의 노즐 형상을 엔진 운전조건에 따라 변경하도록 함으로서 연소실 내 분사 특성에 영향을 미치는 요소인 케이 팩터(K-factor)를 조절하는 제어동작을 수행한다.

액츄에이터(h)는 제어부(i)로부터 공급되는 노즐 형상 변경 제어 신호의 입력에 따라 구동되어 노즐 형상 조정판(a)을 구동하는 기능을 한다.

도 4를 참조하면, 노즐 양측면은 오일로 채워지는 공간(d, e)이 형성되며 공간(d, e)은 고압 튜브(g)로 오일 펌프(f)와 연결된다.

액츄에이터(h)는 노즐 양측면에 각각 서로 다른 압력이 작용하도록 유압 제어방식으로 구동한다.

액츄에이터(h)의 구동에 따라 노즐 양측면의 압력차가 발생하며, 압력차에 의하여 축(b)은 노즐 형상 조정판(a)의 길이방향으로 소정의 거리만큼 이동하면서 도 5에 도시된 바와 같이 해당하는 방향으로 회전한다.

상기한 바와 같이 본 발명으로 인하여, 유압제어에 의한 디젤 엔진 인젝터의 노즐형상을 변경함으로서 연소실 내 분사 특성에 큰 영향을 미치는 요소인 케이 팩터(K-factor)를 조절하는 것이 가능하다.

따라서, 연소실 내 분사특성을 제어함으로서 매연을 방지하고, 분사공 설계의 자유도를 높임으로서 2중의 매연감소 효과와 연비 저감 효과를 볼 수 있다.

본 발명의 실시예는 그동안 오래 연구되어 왔던 디젤 엔진 인젝터의 노즐 형상의 영향, 즉, 케이 팩터(K-factor)의 영향을 고려하였다.

분무의 발달 과정을 가시화하고 고속 화상 이미지로부터 얻은 분무형상을 비교한 결과 분무 형상은 동일한 노즐 지름이라도 케이 팩터(K-factor)의 영향을 받고 있으며, 분무형상의 외곽으로 확산정도가 케이팩터(K-factor)가 0인 경우보다 완만하게 형성되는 구조를 보였다.

케이 팩터(K-factor)가 상대적으로 큰 노즐의 경우, 다른 형식에 비하여 분무 선단 도달 거리가 다소 길게 관측되었으며, 시간의 경과와 더불어 다소 복합적인 경향을 보였다.

도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 작동원리를 설명한다.

도 4는 노즐 분공의 수직 절단면을 나타낸 것이다.

직사각형의 노즐 분공경 내에 장착된 노즐 형상 조정판(a)이 축(b)을 중심으로 회전함으로써 노즐의 형상 및 분사방향을 조정할 수 있는 구조로 되어 있다.

도 5는 선 (가)-(가)에 따른 단면의 정면도를 나타낸 것이다.

축(b)의 양단은 나선형의 나사(c)로 노즐 부에 장착되어 있다.

공간 (d)와 (e)는 오일로 채워져 있으며 고압 튜브(g)로 오일 펌프(f)와 연결되어 있으며 각각 서로 다른 압력이 작용하도록 액츄에이터(h)를 통해 압력 제어한다.

액츄에이터(h)의 구동에 따라 노즐 양측면에 발생하는 압력차에 의하여 축(b)은 도 4의 (나)방향으로 미소 거리만큼 이동하면서 회전하게 된다.

이때 노즐 형상 조정판(a)은 도 4의 (다)방향으로 회전하게 된다.

제어 방법은 제어부(i)에서 엔진 운전조건에 따라 일정한 노즐의 케이 팩터(K-factor)에 해당하는 노즐 형상 조정판(a)의 위치를 얻기 위하여 액츄에이터(h)에 압력정보를 보내 (d)와 (e)의 압력차이를 제어할 수 있게 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의하여 변화 가능한 노즐 형상을 보여주고 있다.

전 운전조건에서 원하는 성능을 위한 케이 팩터(K-factor)를 탁월한 응답성으로 제어할 수 있기 때문에 배기, 연비를 동시에 저감시킬 수 있는 노즐로서 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 인젝터의 노즐 형상 조절장치는 유압 제어에 의한 디젤 엔진 인젝터의 노즐형상을 변경함으로서 연소실 내 분사 특성에 큰 영향을 미치는 케이 팩터(K-factor)를 조절하는 것이 가능하다.

따라서, 연소실 내 분사특성을 제어함으로서 매연을 방지하고, 분공경 설계의 자유도를 높임으로서 매연 감소와 연비 저감의 2중 효과가 있다.

Claims

인젝터의 노즐 형상 조절장치에 있어서,

인젝터의 노즐 분공경 내면에 장착되는 축과;

상기 축에 결합되어 축을 중심으로 회전함으로써 노즐의 형상 및 분사방향을 조정하는 노즐 형상 조정판과;

엔진 운전조건에 따라 일정한 노즐의 케이 팩터(K-factor)에 해당하는 노즐 형상 조정판의 위치를 얻기 위한 노즐 형상 변경 제어 신호를 발생하는 제어부와;

상기 제어부로부터 공급되는 노즐 형상 변경 제어 신호의 입력에 따라 구동되어 상기 노즐 형상 조정판을 구동하는 액츄에이터를 포함하여 구성하며,

인젝터의 노즐 형상을 엔진 운전조건에 따라 변경함으로서 연소실 내 분사 특성에 영향을 미치는 요소인 케이 팩터(K-factor)를 조절하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 노즐 형상 조절장치.
제1항에 있어서,

상기 축의 양단은 나선형의 나사로 노즐 내면 양측에 장착되는 것을 특징으로 하는 인젝터의 노즐 형상 조절장치.
제2항에 있어서,

상기 노즐 양측면은 오일로 채워지는 공간이 형성되며 상기 공간은 고압 튜 브로 오일 펌프와 연결되는 것을 특징으로 하는 인젝터의 노즐 형상 조절장치.
제3항에 있어서,

상기 액츄에이터는 상기 노즐 양측면에 각각 서로 다른 압력이 작용하도록 유압 제어방식으로 구동하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 노즐 형상 조절장치.