KR101058713B1

KR101058713B1 - 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브

Info

Publication number: KR101058713B1
Application number: KR1020100020423A
Authority: KR
Inventors: 박득진; 김응성; 김주태; 김종석; 허광철; 정강윤; 하은
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2011-08-22
Also published as: EP2546508A4; EP2546508A1; JP2013521432A; CN102770657A; US20120325937A1; CN102770657B; WO2011111953A1

Abstract

본 발명은 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브에 관한 것으로, 그 목적은 연료분사시기를 밸브자체에서 인위적인 방법으로 분사가 가능토록 하였고, 연료의 압력을 저 압력 및 고 압력에 대응하여 차등적으로 연료를 배출시킴으로써 엔진 실린더 안에서의 연소성능을 항상 시킴에 있다.
본 발명의 구성은 연료유가 주입되는 유로(1701)가 내부에 형성된 연료밸브블럭(110)과; 연료유를 분사시키는 저압 노즐홀(160) 및 고압 노즐홀(161)이 형성된 노즐(140)과; 상기 노즐 내부에 설치되어 상호 압력차에 따라 저압노즐홀과 고압노즐홀을 순차적으로 차등 개방시키는 니들밸브(130)와; 상기 니들밸브를 가압하여 저부하의 연료유를 고압으로 승압시키도록 다단 형성된 압력부스터스핀들 및 이 압력부스터스핀들에 탄성력을 제공하는 니들스프링과; 니들밸브에 공급된 연료유의 주압력에 대응하는 상대압을 상기 압력부스터스핀들에 공급하여 연료유의 압력을 높여주도록 구성된 셔틀밸브(150)와; 상부에 위치한 솔레노이드밸브(201)가 상승시 하부 노즐홀더와의 틈새를 통해 연료유를 연료배출구로 배출시키는 리프팅부쉬밸브(180)와; 솔레노이드밸브스프링(131)에 의해 리프팅부쉬밸브 상부에 가해지는 압력을 조절하여 연료분사시점을 통제하는 솔레노이드밸브(201);를 포함하여 구성된 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브를 특징으로 한다.

Description

솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브{Solenoid and shuttle valve with two-phase fuel injection valve for Diesel engine}

본 발명은 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브에 관한 것으로, 자세하게는 대형 박용엔진과 중형엔진에 연료펌프에서 배출된 연료의 압력에 따라 실린더에 연료를 분사시키는 연료분사밸브의 노즐홀의 개수를 변화시켜 저압 및 고압에 능동적으로 대처하고, 분사 후의 분사유로에 남아있는 잔여연료량을 줄여 보다 나은 연소성능과 보다 높은 연비를 낼 수 있는 디젤기관용 연료분사밸브에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 디젤엔진은 개방 압력(Opening pressure) 보다 높은 압력의 연료가 들어오면 열리고 낮은 압력이 들어오면 닫히는 하나의 니들밸브와 스프링을 가지고 있다. 이를 통해 연료펌프에서 형성된 고압의 연료가 연료밸브에 들어올 때, 연료밸브 안에서 개방 압력보다 높은 압력이 형성이 되면 연료유의 압력을 통해 스프링이 니들밸브를 누르는 힘을 이겨내고 니들밸브를 들어 올려 노즐 끝단에 위치한 여러 개의 노즐홀을 통해 연료가 실린더 내로 분사되게 된다.

상기와 같은 종래 방법은 정해진 하나의 개방 압력에 따라 모든 노즐홀이 개방되는 하나의 메커니즘으로 구성되어 있어 개방 압력 형성 이후에 그 보다 더 높은 압력이 연료밸브로 들어오게 되더라고 정해진 개수의 노즐홀을 통해 지속적으로 분사하는 방법 밖에 없다.

따라서 엔진이 저속이나 저부하 운전이 지속될 경우에는 분사가 되지 않고 개방 압력 보다 높은 압력에서는 압력의 크기와 상관없이 모든 노즐홀을 통해 분사되므로 압력에 따라 분사형태가 고르지 못하고, 압력에 따라 능동적으로 분사량을 조절 할 수가 없다.

또한 가공된 여러 개의 노즐홀이 동시에 열렸다 닫혔다 하므로 분사가 끝난 후에 닫혀진 니들밸브와 노즐 사이에 남아있던 잔여 연료가 노즐홀을 통해 실린더 안으로 흐르게 되어 매연문제 및 연비 문제를 일으키게 된다.

도 5를 참조하면 종래의 연료밸브의 대표적인 형태인 Wartsila-Sulzer 방식, MAN-B&W 방식과 중형엔진이 도시되어 있다.

먼저 Wartsila-Sulzer 방식은 개방 압력을 넘어서지만 보다 고압이 형성되지 않을 경우 노즐에 가공된 여러 개의 노즐홀(화살표 부분)을 통해 연료가 실린더 내로 분무되는 것이 아니라, 연료가 실린더로 흘러 들어가는 형태를 취하게 된다. 그리고 연료 분사가 다 끝나고 난 후에도 닫혀진 니들밸브와 노즐홀 사이의 공간(SAC volume)이 커, 이 공간에 남은 잔여 연료가 실린더로 흘러들어가 상기에서 기술한 문제점이 생긴다.

또한 MAN-B&W 방식은 니들밸브와 노즐홀 사이의 공간(SAC volume)을 줄이기 위해 슬라이드 방식의 니들밸브를 채택하였지만 개방 압력을 넘어선 압력에 대해선 능동적으로 대처하지 못하는 한계가 있다. 즉 니들밸브와 노즐홀 사이의 공간(SAC volume)이 고정되어 있는 형태이다.

중형엔진 방식의 경우 상기 언급된 Man방식과 Wartsila방식을 보완하여 SAC Volumn을 줄이기 위하여 니들을 최대한 연소실쪽으로 옮겨서 분사홀을 만들다 보니 니들의 개폐에서 노즐부분의 내구성이 떨어지게 되는 문제점이 있다

즉, 도 5에서 보듯이 일정한 압력에 개방되도록 하기 위하여 스프링 압력을 높이게 되고, 연료밸브 이외의 장치(연료밸브에서 자체적으로 압력을 높이지 않고 연료밸브 입구이전에 추가 펌프를 사용하여 압력을 올림)에서 연료압력을 인위적으로 높여 개방압력을 조정하도록 구성되어 있다.

또한, 도 5에 도시된 종래의 기술은 연료밸브의 자체에서 분사 시간(Timing)을 결정하지 못하고 이전에 유입된 압력연료의 일정한 압력에 의하여 분사되도록 되어 있다. 즉, 연료유의 분사시점과 최고압력을 연료유 이전 시점에서 연료펌프나 다른 매체를 통하여 시점을 조정하게 되어 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연료밸브로 들어오는 개방 압력보다 큰 압력으로 분사가 되도록 하고, 개방 압력의 분사시점을 밸브자체내에서 조정이 가능토록 연료밸브로 들어오는 압력과 내부 스프링개방 압력보다 큰 압력으로 차등적으로 노즐의 노즐홀을 열리게 함으로써, 저속운전이나 저부하에서도 고압으로 분사되게 하여 보다 기화가 잘 되게 하고 고속운전이나 고부하에서는 저압/고압의 니들밸브를 동시에 개방하여 많은 수의 노즐홀에서 많은 양의 연료를 빠르게 분사하여 엔진의 연소성능을 좋게 한 디젤엔진용 2단 연료분사밸브를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 압력에 따라 차등적, 순차적으로 노즐홀이 개방되므로 분사 후에 닫혀진 니들밸브와 노즐홀 사이의 공간(SAC volume)을 최소화 하여 연료의 낭비를 막고 유해가스(Smoke, NOx)를 줄이도록 한 디젤엔진용 2단 연료분사밸브를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 디젤기관에서 실린더에 연료를 분사시켜 주는 연료밸브에 있어서, 연료유 주입구를 통해 일정 압력의 연료유가 주입되는 유로가 내부에 형성된 연료밸브블럭과;

연료밸브블럭의 유로를 통해 공급된 연료유를 분사시키는 저압 노즐홀 및 고압 노즐홀이 형성된 노즐과;

상기 노즐 내부에 설치되어 상호 압력차에 따라 저압노즐홀과 고압노즐홀을 순차적으로 차등 개방시키는 니들밸브와;

상기 니들밸브를 가압하여 저부하의 연료유를 고압으로 승압시키도록 다단 형성된 압력부스터스핀들 및 이 압력부스터스핀들에 탄성력을 제공하는 니들스프링과;

니들밸브에 공급된 연료유의 주압력에 대응하는 상대압을 상기 압력부스터스핀들에 공급하여 연료유의 압력을 높여주도록 구성된 셔틀밸브와;

상부에 위치한 솔레노이드밸브가 상승시 하부 노즐홀더와의 틈새를 통해 연료유를 연료배출구로 배출시키는 리프팅부쉬밸브와;

솔레노이드밸브스프링에 의해 리프팅부쉬밸브 상부에 가해지는 압력을 조절하여 연료분사시점을 통제하는 솔레노이드밸브;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브를 제공함으로써 달성된다.

또한 본 발명은 상기 리프팅부쉬밸브가 밸브블록 및 노즐 둘레를 감싸는 노즐홀더의 상부에 위치하고, 하부 중앙부 쪽에 삽입된 연료통로부쉬에 형성된 유로와 연통되는 유로를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 니들밸브가 연료유 공급에 따라 상호 압력차를 갖도록 하는 홀이 내부에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 셔틀밸브는 연료가 연료주입구을 통하여 압력 부스터 스핀들에 도달하기 전에 연료주입구의 연료압력 및 연료대기압력과 압력부스터스핀들에 압력을 가하고 연료배출구에 압력이 빠질 때 이들 압력차이를 극복하고 차단 및 흐름을 줄 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 니들밸브가 대기압력에 비하여 압력 부스터 스핀들 및 니들스프링을 이용하여 개방압력을 높이도록 하고, 이때 개방압력보다 큰 힘을 가진 솔레노이드밸브스프링이 리프팅부쉬밸브를 지지하고 있고, 개방시기를 솔레노이드 밸브을 통하여 조절하여 분사하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 니들밸브가 압력상승을 도와주는 부스터 스핀들의 상대압에 의해 그 내부에 형성된 홀을 통하여 연료가 노즐 하단부까지 대기하여 저압에서는 개방하지 않고 압을 형성하여 솔레노이드밸브에 의해 분사타이밍이 조정되어 초기 1차분사 시점은 저부하에서도 고압으로 하부에 위치한 저압노즐홀을 통해 분사되도록 하고, 압력이 상승하는 시점에는 니들밸브가 상단으로 이동하면서 고압 노즐홀이 개방되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 다단형성된 압력부스터스핀들 중 최하부의 압력부스터스핀들은 연료밸브블록의 하단부에 설치되어 압력부스터스핀들의 하부에 형성된 홀에 삽입된 니들스프링에 의해 니들밸브를 가압하게 구성되고,

중간에 형성된 압력부스터스핀들은 연료밸브블록의 중단부에 설치되어 상부에 형성된 압력부스터스핀들에 의해 가압되고,

상단에 형성된 압력부스터스핀들은 둘레에 형성된 원형 돌출부에 의해 상하부가 나뉘어져, 하부에 설치된 니들스프링 및 상부에 설치된 니들스프링에 의해 상부 또는 하부로 탄성력을 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명은 연료분사장치가 주입되는 압력보다 내부장치를 통해서 압력을 상승시켜 분사압력을 높이게 된다. 즉, 저부하에서도 고압으로 분사가 되도록 하였으며, 솔레노이드 밸브를 통하여 분사시기를 압력에 맞추어 늦추거나 시기를 앞당겨 분사하도록 하였다는 장점과,

또한 저압 및 고압으로 이루어진 2단의 노즐홀에 의하여 차등적으로 연료가 개방함으로써 압력의 차이에 따라 연료의 배출단면적을 줄여 분무 형상을 좋게 하고, 최고압에서는 많은 양의 연료를 한꺼번에 빠르게 분사하게 하여 저압에서나 고압에서나 좋은 연소성능을 가지게 하였다는 장점과,

또한 노즐 내 유로가 전체적으로 좁아져서 압력에 따라 차등적, 순차적으로 노즐홀이 개방되므로 분사 후에 닫혀진 니들밸브와 노즐홀 사이의 공간(SAC volume)을 최소화 되어 분사가 끝나고 난 후 유로에 남아 연소실린더로 흐르는 잔여연료를 감소시켜 유해가스(Smoke, Nox)를 줄이고 연비를 좋게 하였다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 예를 보인 단면예시도이고,
도 2a는 본 발명에 따른 연료개방전 연료압이 솔레노이드(Solenoid)밸브 작동전 실시 예를 보인 단면예시도이고,
도 2b는 본 발명에 따른 연료 개방시기인 연료압이 솔레노이드(Solenoid)밸브 작동후 연료유를 배출하는 실시 예를 보인 단면예시도이고,
도 3a는 본 발명에 따른 솔레노이드(Solenoid)밸브의 작동으로 1차 압력에 의하여 연료가 분사되는 형상을 보인 예시도이고,
도 3b는 본 발명에 따른 고압형성이 되는 고속, 고부하시 동시에 1차와 2차 연료가 분사되는 형상을 보인 예시도이고,
도 4a는 기존 연료밸브의 저 부하시 압력변화를 나타내는 그래프이고,
도 4b는 본 발명의 특징인 저부하시에도 고압으로 1차 분사후에 2차로 분사되는 그래프이고,
도 5는 기존의 연료분사 밸브를 나타낸 개략도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료분사밸브의 단면예시도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 저부하 압력에서도 분사되지 않도록 솔레노이드가 작동되기 전이며, 압력부스터에 압력을 공급하는 실시예이고, 도 2b는 솔레노이드가 작동되어 압력부스터에 대기중인 상대압인 배출되는 단면예시도이며, 도 3a은 1차 연료분사 실시예를 보인 단면예시도이며, 도 3b는 본 발명에 따른 고속, 고부하 압력에서 동작되는 2차 연료분사 실시예를 보인 단면예시도이며, 도 4a은 저부하일 때 일반적인 분사그래프이며, 도4b는 본 발명에 의한 저부하시에서도 고압으로 1차 분사후에 2차로 분사되는 그래프이다.

이하 본 발명에서 말하는 저압이라 함은 연료분사가 시작되어야 할 개방압력을 이야기하는 것이며, 고압이라 함은 그 개방압력을 넘어선 압력이 연료밸브 내에 형성 되었을 때 2차적으로 노즐홀을 개방할 수 있게 스프링으로 셋팅 되어진 압력을 말한다. 즉, 저압 및 고압은 개방 압력을 저압이라고 두었을 때의 상대적인 압력을 말하는 것이다.

먼저 도 1을 참조하여 디젤기관에서 실린더에 연료를 분사시켜 주는 본 발명에 따른 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사 밸브를 바람직한 실시 예에 따른 구성을 살펴본다.

본 발명의 구성은, 연료밸브 안으로 들어오는 연료의 압력을 부스터 스핀들에 의하여 상대압을 만들어 저부하에서 고압으로 분사되도록하고 연료분사 노즐홀이 압력에 따라 차등적으로 개방되도록 구성한 것으로, 이러한 구성을 위해 외부 연료펌프(도시생략)로부터 연료를 이송하는 고압 파이프(도시생략)와 연결된 연료유 주입구(170)를 통해 일정 압력의 연료유가 주입되는 유로(1701)가 내부에 형성된 연료밸브블럭(Fuel valve block, 110)과;

연료밸브블럭(Fuel valve block) 하단부와 결합되어, 저속, 저부하 압력에서 연료를 실린더(도시생략)로 분사시키는 저압 노즐홀(Low pressure nozzle hole, 160) 및 고속, 고부하 압력에서 연료를 실린더로 분사시키는 고압 노즐홀(High pressure nozzle hole, 161)이 가공되어 있는 노즐(Nozzle, 140)과;

상기 연료밸브블록 및 노즐 둘레를 감싸는 노즐홀더(Nozzle holder, 100)와;

상기 노즐의 내부에 설치되어 연료유 공급에 따라 상호 압력차를 갖는 홀(1301)이 내부에 형성되어 연료의 압력에 따라 상기 저압노즐홀과 고압노즐홀을 순차적으로 차등 개방시키는 니들밸브(Needle valve, 130)와;

니들밸브를 상부에서 가압하여 저부하의 연료유를 고압으로 승압시키도록 다단 형성된 압력부스터스핀들(141, 142, 143) 및 일정 간격의 유격을 가지는 압력부스터스핀들(141, 142, 143)에 탄성력을 제공하는 니들스프링(132, 133, 134, 135)과;

공급된 연료유의 주압력에 대응하는 상대압을 압력부스터스핀들에 연결된 유로(1501)를 통해 공급하여 연료유의 압력을 높여주도록 연료주입구 입구에 설치된 셔틀밸브(150)와;

상기 노즐홀더의 상부에 위치하고, 하부에 형성된 중공부에는 노즐홀더의 중공부에 삽입된 연료통로부쉬(181) 일부가 삽입되어 연료통로부쉬(181)에 형성된 유로(1801)와 연통되며, 상부에 위치한 솔레노이드밸브(201)가 상승시 형성된 하부 노즐홀더와의 틈새를 통해 연료유가 유입되어 연료배출구로 배출되도록 구성된 리프팅부쉬밸브(180)와;

솔레노이드밸브스프링(131)에 의해 리프팅부쉬밸브 상부에 가해지는 압력을 조절하여 엔진 콘트롤에 의한 연료분사시점을 통제하는 솔레노이드밸브(201);를 포함하여 구성된다.

상기 노즐의 내부에 설치되어 연료유 공급에 따라 상호 압력차를 갖는 홀(1301)이 상호압력차를 가지는 이유는 니들밸브(130 )는 상대압(누르는 힘)과 각 니들스프링으로 누르고 있는 압력이고, 니들밸브(130)를 열려면 유로(1701)로 들어온 연료압이 홀(1301)의 내부 면적과 니들밸브의 단차에서 발생하는 압력이 크게 작용하여 열리게 된다. 즉 이것을 상호압력차라하는 것임.

상기 니들밸브를 상부에서 가압하도록 다단형성된 압력부스터스핀들(141, 142, 143) 중 최하부의 압력부스터스핀들(143)은 연료밸브블록(110)의 하단부에 설치되어 압력부스터스핀들(142)의 하부에 형성된 홀에 삽입된 니들스프링(134)에 의해 니들밸브(130)를 가압하게 된다.

또한 중간에 형성된 압력부스터스핀들(142)은 연료밸브블록(110)의 중단부에 설치되어 상부에 형성된 압력부스터스핀들(141)에 의해 가압된다.

또한 상단에 형성된 압력부스터스핀들(141)은 둘레에 형성된 원형 돌출부(1411)에 의해 상하부가 나뉘어져, 하부에 설치된 니들스프링(133) 및 상부에 설치된 니들스프링(132)에 의해 상부 또는 하부로 탄성력을 가지도록 형성되어 있다.

또한 상기 셔틀밸브를 통해 공급된 연료유는 유로(1501)을 통해 지속적으로 공급되면 지속적으로 공급되면 최하부의 압력부스터스핀들(143) 상부를 가압하여 압력부스터스핀들(143)을 하부로 이동시켜 니들밸브(130)를 더욱 가압하여 유로(1701)을 통해 공급된 연료유의 주압력에 대해 상대압을 제공하고 있는 니들스프링(135)에 추가적인 상대압을 제공하여 니들밸브가 개방되기 연료유의 압력을 높여주게 된다.

즉, 셔틀밸브(150)가 구비됨으로써 연료가 연료주입구(170)을 통하여 압력 부스터 스핀들(141,142,143)에 도달하기 전에 셔틀밸브(150)를 통하여 연료주입구(170)의 연료압력 및 연료대기압력과 압력부스터스핀들에 압력을 가하고 연료배출구(171)에 압력이 빠질 때 이들 압력차이를 극복하고 차단 및 흐름을 줄일 수 있게 된다.

보다 자세하게 본 발명에 사용된 셔틀밸브의 작동을 설명한다.

셔틀밸브의 작동은 연료주입구(170)에서 유입되는 연료압은 하단이 난리턴밸브처럼 자연스럽게 열리고, 상단의 스핀들은 면적차에 의하여 완전히 열리지 않고 중앙홀과 컨택면의 홀을 이용하여 공급되어 지는 것을 기본으로, 셔틀밸브를 지난 압력이 높게 작용할 때 내부 셔틀밸브의 스프링 힘으로 열리기 전에 중앙홀과 컨택홀에서 1차로 압력을 낮추고 이상 압력일 경우 스핀들이 열린다, 이때 역압을 받는 하단의 스핀들은 열리지 않은 구조인 난리턴밸브이지만 중앙홀로 미세하게 압력을 줄이게 되는 오리피스 역할로 전체 맥동을 줄이기 위한 밸브이다.

또한 상기 니들밸브(130)에는 대기압력에 비하여 압력 부스터 스핀들(141, 142, 143), 니들스프링(132, 133, 134, 135)을 이용하여 개방압력을 높이도록 하고, 이때 개방압력보다 큰 힘을 가진 솔레노이드밸브스프링(131)이 리프팅부쉬밸브(180)를 지지하고 있고, 개방시기를 솔레노이드 밸브(201)을 통하여 조절하여 분사하도록 구성된다.

또한 상기 노즐(140) 내부에 장치된 니들밸브(130)에는 공급된 연료가 니들밸브(130) 내부의 연료구멍을 통하여 노즐(140) 하단부까지 대기하여 저압에서는 개방하지 않고 압을 형성하고 있는데, 이는 압력상승을 도와주는 부스터 스핀들(141, 142, 143)의 상대압 때문이며 이 상대압은 공급된 연료유를 원하는 고압까지 조절할 수 있게 된다.

또한 초기 분사시점은 저부하에서도 고압에서 분사되도록 하였으며 이때 발생되는 분사타이밍을 솔레노이드밸브(2010)에 의하여 조정한다.

1차분사 시점은 저압 노즐홀(160)에 상대적으로 작은 홀로 분사가 되고 동시에 압력이 상승하는 시점에 니들밸브(130)가 상단으로 이동하면서 고압 노즐홀(161)이 개방되는 구조로 이루어진다.

미설명된 200은 가버너 케이블(Governor cable)이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 작동을 이하 설명한다.

연료주입구(170)를 통하여 니들밸브(130)까지 연료압이 대기하고, 동시에 셔틀밸브(150)를 통한 연료는 압력부스터스핀들(141, 143)에 영향을 주어 대기압으로 작용하여 니들밸브(130)가 주입구에서 들어온 연료압 이상으로 대기하도록 한다.(도 2a 참조)

이때 필요압이 되었을 시 솔레노이드밸브(201)를 동작시켜 압력부스터스핀들(141, 142, 143)에 작용한 상대압이 리프팅 부쉬밸브(180)의 상승에 따라 생긴 틈새유로를 통하여 배출구(171)로 빠져나가면서 니들밸브(130)와 연동되어 움직여 1차로 저압 노즐홀(160)이 개방되고 엔진고부하의 고압력에 도달할때는 고압 노즐노즐홀(161)이 가공된 노즐로 개방 분사되는 것을 특징으로 한다.(도2b 내지 도 3b 참조)

또한 도3b에서 셔틀밸브쪽으로 연료유가 공급되지 않는 이유는 리프팅부쉬밸브(180)가 열리면 연료배출구(171) 부근이 대기압(보통 3Bar) 이하이고, 셔틀밸브쪽(15)은 대기압력이 100Bar에서 1000Bar정도 이기 때문이다.

도 1, 도 2a에서 도시된 바와 같이, 연료 분사가 시작되기 전에는 연료펌프(도시생략)에서 고압파이프를 통해 연료주입구(170)로 이어져 연료밸브로 들어온 연료가 연료밸브 내부의 유로 안에 가득 차 있으나, 그 연료유 압력이 니들스프링(131, 132, 133, 134, 135)의 탄성 및 압력 부스터 스핀들(141, 142, 143)을 이기지 못해 니들밸브가 상승되지 않아 고압 또는 저압 노즐홀 밖 실린더(도시생략)로 배출되지 못하고 압력상승을 하면서 대기하고 있다.

하지만 연료분사시점이 되면 도 2b 내지 도3b와 같이 솔레노이드밸브(201)의 설정된 개방압력과 분사시기에 맞춰 솔레노이드밸브스프링(131)에 의해 가압된 리프팅부쉬밸브(18)가 상승하면 연속적으로 셔틀밸브에 의해 공급된 연료유가 상대압을 제공하던 최하단 압력부스터스핀들(143)의 가압력이 해지되면서 주압력에 의한 연료유가 니들스프링(135)의 탄성력보다 커져 니들밸브를 상승시켜 니들밸브의 홀(1301)를 통해 공급된 연료유가 저압 노즐홀(160)로 연료분사를 시작하고 동시에 고압 노즐홀(161)에 연료유의 압력으로 분사하게 된다.

또한 연료분사가 끝나가는 시점에는 연료밸브 내의 압력이 떨어지게 되고 니들스프링(131, 132, 133, 134, 135)에 대한 순차적 또는 동시에 탄성을 이겨 낼 압력보다 떨어지게 되면 니들스프링(131, 132, 133, 134, 135)에 의해 니들밸브(130)가 아래로 밀려 저압 및 고압 노즐홀(160, 161)을 닫게 되어 연료분사의 한 사이클이 끝나게 된다.

도 4a은 기존 연료분사 압력 그래프를 보여주고 있으며, 도 4b는 본 발명의 특징을 보여주는 초기 저부하에서도 고압으로 분사되고 이단으로 고압의 분사를 보여준다. 도면중 X축(가로방향)은 크랭크 앵글이고, Y축(세로방향)은 연료토출압력이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(100) : 노즐 홀더(Nozzle holder)
(110) : 연료밸브블럭(Fuel valve block)
(130) : 니들밸브(Needle valve)
(131) : 솔레노이드 밸브 스프링(Solenoid v/v spring)
(132, 133, 134, 135) : 니들 스프링(Neddle spring)
(140) : 노즐(Nozzle)
(141, 142, 143) : 압력부스터 스핀들(Pressure booster spindle)
(150) : 셔틀밸브(Shuttle valve)
(160) : 저압 노즐홀(Low pressure nozzle hole)
(161) : 고압 노즐홀(High pressure nozzle hole)
(170) : 연료 주통로 파이프(Fuel oil inlet)
(171) : 연료배출구(Fuel drainage)
(180) : 리프팅 부쉬밸브(Lifting bush valve)
(181) : 연료 통로 부쉬(Fuel passage bush)
(200) : 가버너 케이블(Governor cable)
(201) : 솔레노이드 밸브(Solenoid valve)
(1301) : 홀
(1501, 1701, 1801) : 유로
(1411) : 돌출부

Claims

디젤기관에서 실린더에 연료를 분사시켜 주는 연료밸브에 있어서,
연료유 주입구(170)를 통해 일정 압력의 연료유가 주입되는 유로(1701)가 내부에 형성된 연료밸브블럭(110)과;
연료밸브블럭의 유로(1701)를 통해 공급된 연료유를 분사시키는 저압 노즐홀(160) 및 고압 노즐홀(161)이 형성된 노즐(140)과;
상기 노즐 내부에 설치되어 상호 압력차에 따라 저압노즐홀과 고압노즐홀을 순차적으로 차등 개방시키는 니들밸브(130)와;
상기 니들밸브를 가압하여 저부하의 연료유를 고압으로 승압시키도록 다단 형성된 압력부스터스핀들(141, 142, 143) 및 이 압력부스터스핀들(141, 142, 143)에 탄성력을 제공하는 니들스프링(132, 133, 134, 135)과;
니들밸브에 공급된 연료유의 주압력에 대응하는 상대압을 상기 압력부스터스핀들에 공급하여 연료유의 압력을 높여주도록 구성된 셔틀밸브(150)와;
상부에 위치한 솔레노이드밸브(201)가 상승시 하부 노즐홀더와의 틈새를 통해 연료유를 연료배출구로 배출시키는 리프팅부쉬밸브(180)와;
솔레노이드밸브스프링(131)에 의해 리프팅부쉬밸브 상부에 가해지는 압력을 조절하여 연료분사시점을 통제하는 솔레노이드밸브(201);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 리프팅부쉬밸브(180)는 밸브블록 및 노즐 둘레를 감싸는 노즐홀더의 상부에 위치하고, 하부 중앙부 쪽에 삽입된 연료통로부쉬(181)에 형성된 유로와 연통되는 유로(1801)를 구비한 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 니들밸브(Needle valve, 130)는 연료유 공급에 따라 상호 압력차를 갖도록 하는 홀(1301)이 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 셔틀밸브(150)는 연료가 연료주입구(170)을 통하여 압력 부스터 스핀들(141, 142, 143)에 도달하기 전에 연료주입구(170)의 연료압력 및 연료대기압력과 압력부스터스핀들에 압력을 가하고 연료배출구(171)에 압력이 빠질 때 이들 압력차이를 극복하고 차단 및 흐름을 줄 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 니들밸브(130)에는 대기압력에 비하여 압력 부스터 스핀들(141, 142, 143) 및 니들스프링(132, 133, 134, 135)을 이용하여 개방압력을 높이도록 하고, 이때 개방압력보다 큰 힘을 가진 솔레노이드밸브스프링(131)이 리프팅부쉬밸브(180)를 지지하고 있고, 개방시기를 솔레노이드 밸브(201)을 통하여 조절하여 분사하도록 구성한 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 니들밸브(130)는 압력상승을 도와주는 부스터 스핀들(141,142,143)의 상대압에 의해 그 내부에 형성된 홀(1301)을 통하여 연료가 노즐(140) 하단부까지 대기하여 저압에서는 개방하지 않고 압을 형성하여 솔레노이드밸브(2010)에 의해 분사타이밍이 조정되어 초기 1차분사 시점은 저부하에서도 고압으로 하부에 위치한 저압노즐홀(160)을 통해 분사되도록 하고, 압력이 상승하는 시점에는 니들밸브(130)가 상단으로 이동하면서 고압 노즐홀(161)이 개방되도록 구성한 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 다단형성된 압력부스터스핀들(141, 142, 143) 중 최하부의 압력부스터스핀들(143)은 연료밸브블록(110)의 하단부에 설치되어 압력부스터스핀들(142)의 하부에 형성된 홀에 삽입된 니들스프링(134)에 의해 니들밸브(130)를 가압하게 구성되고,
중간에 형성된 압력부스터스핀들(142)은 연료밸브블록(110)의 중단부에 설치되어 상부에 형성된 압력부스터스핀들(141)에 의해 가압되고,
상단에 형성된 압력부스터스핀들(141)은 둘레에 형성된 원형 돌출부(1411)에 의해 상하부가 나뉘어져, 하부에 설치된 니들스프링(133) 및 상부에 설치된 니들스프링(132)에 의해 상부 또는 하부로 탄성력을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브.