KR101134836B1

KR101134836B1 - 엔진의 인젝터

Info

Publication number: KR101134836B1
Application number: KR1020100083394A
Authority: KR
Inventors: 최창렬
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-04-13
Also published as: KR20120019856A; CN102383988B; CN102383988A; US8322635B2; US20120048970A1

Abstract

본 발명은 인젝터바디(1)와; 상기 인젝터바디(1)에 장착된 전기모터(3)와; 상기 인젝터바디(1) 내에서 상기 전기모터(3)에 의해 회동되는 회동로드(5)와; 상기 회동로드(5)의 표면에 구비된 연료홈(7)과; 상기 인젝터바디(1)의 노즐부(9)에 상기 회동로드(5)의 회동에 따라 상기 연료홈(7)과 연통되도록 구비된 노즐홀(11)을 구비한 엔진의 인젝터를 제공하여, 연료를 분사하는 노즐홀의 형상을 가변하는 효과를 얻어냄으로써, 연료가 노즐홀을 통과할 때 캐비테이션의 발생 여부를 제어할 수 있도록 하여, 엔진의 운전상황에 따라 엔진의 출력을 강화하거나 연비향상 및 유해배기가스 저감을 강화하는 형태의 연료 분사 형태의 전환이 가능하도록 하며, 고가의 피에조 소자를 구비하지 않고도, 저렴한 비용으로 가변분사율제어가 이루어질 수 있도록 한다.

Description

엔진의 인젝터{Injector for Engine}

본 발명은 엔진의 인젝터에 관한 것으로서, 연료의 분사 형태를 다양하게 변화시킬 수 있도록 함으로써, 엔진의 운전상황에 따라 보다 적합한 연료분사를 구현할 수 있도록 하는 전자 제어식 인젝터의 구조에 관한 기술이다.

종래의 전자 제어식 인젝터는 바디 내에 솔레노이드밸브를 구비하여, 전기적으로 제어되는 상기 솔레노이드밸브에 의해 니들을 구동하여 노즐홀이 개방되도록 함으로써, 연료가 분사되도록 하고 있다.

상기 노즐홀의 입구측 직경과 출구측 직경의 차이가 달라지면, 상기 노즐홀을 통과하여 분사되는 연료의 분사 형태가 달라지며, 이러한 연료의 분사 형태는 엔진의 출력 향상에 유리한 것과 엔진의 연비 및 유해배기가스 저감에 유리한 것으로 나뉠 수 있다.

즉, 노즐홀의 입구측 직경이 출구측 직경보다 작은 경우에는 연료가 상기 노즐홀을 통과하면서 캐비테이션 현상이 발생하여 연료와 공기의 혼합에 보다 유리한 형태의 연료분사가 이루어져서, 연비와 유해배기가스 저감에 유리하며, 노즐홀의 입구측 직경이 출구측 직경보다 큰 경우에는 상기와 같은 캐비테이션 현상이 발생하지 않고 연료의 분사가 이루어짐으로써, 보다 많은 양의 연료분사가 가능하여 엔진의 출력에 유리한 연료분사가 이루어지는 것이다.

그런데, 종래의 노즐홀은 인젝터의 하단부에 일정한 형상으로 형성되어 있어서, 엔진의 운전조건에 따라 상기한 바와 같은 적절한 연료의 분사 형태로 연료분사를 가변할 수 없다.

또한, 상기한 바와 같은 솔레노이드밸브를 구비한 인젝터는 도 1에 비교하여 도시한 바와 같은 가변분사율제어(Injection Rate Shaping)가 불가능하다.

즉, 도 1의 실선은 종래의 솔레노이드밸브를 구비한 인젝터의 시간에 따른 분사량의 변화를 표시하는 그래프로서, 단순한 형태를 가지고 있으며, 점선 등과 같이 다른 그래프 형태의 다양한 분사형태는 종래의 솔레노이드밸브를 구비한 인젝터에서는 구현하기 곤란함을 의미한다.

상기 도 1의 실선 이외의 다른 선들로 예시한 다양한 분사형태를 가변적으로 구현할 수 있도록 하기 위해서, 종래에는 피에조 소자를 탑재한 피에조인젝터가 사용되고 있으나, 그 비용이 고가라는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료를 분사하는 노즐홀의 형상을 가변하는 효과를 얻어냄으로써, 연료가 노즐홀을 통과할 때 캐비테이션의 발생 여부를 제어할 수 있도록 하여, 엔진의 운전상황에 따라 엔진의 출력을 강화하거나 연비향상 및 유해배기가스 저감을 강화하는 형태의 연료 분사 형태의 전환이 가능하도록 한 엔진의 인젝터를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 고가의 피에조 소자를 구비하지 않고도, 저렴한 비용으로 가변분사율제어가 이루어질 수 있도록 한 인젝터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 인젝터는

인젝터바디와;

상기 인젝터바디에 장착된 전기모터와;

상기 인젝터바디 내에서 상기 전기모터에 의해 회동되는 회동로드와;

상기 회동로드의 표면에 구비된 연료홈과;

상기 인젝터바디의 노즐부에 상기 회동로드의 회동에 따라 상기 연료홈과 연통되도록 구비된 노즐홀;

을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 엔진의 인젝터는

하단부에 노즐부를 구비한 인젝터바디와;

상기 인젝터바디에 설치된 스텝모터와;

상기 스텝모터에 의해 회동되며, 길이방향으로 표면에 연료홈이 형성된 회동로드와;

상기 회동로드가 회동되면, 상기 연료홈과의 연통상태가 전환되도록 상기 노즐부에 형성된 노즐홀;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 인젝터의 시간에 따른 분사량의 변화를 표시하는 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 인젝터 구조를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 4는 도 2와 도 3의 인젝터의 작동을 설명한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 엔진 인젝터의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도,
도 7은 도 5의 4와 도 5의 인젝터의 작동을 설명한 도면이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예는 인젝터바디(1)와; 상기 인젝터바디(1)에 장착된 전기모터(3)와; 상기 인젝터바디(1) 내에서 상기 전기모터(3)에 의해 회동되는 회동로드(5)와; 상기 회동로드(5)의 표면에 구비된 연료홈(7)과; 상기 인젝터바디(1)의 노즐부(9)에 상기 회동로드(5)의 회동에 따라 상기 연료홈(7)과 연통되도록 구비된 노즐홀(11)을 구비한 구성이다.

즉, 종래의 통상적인 인젝터가 상기 회동로드(5)에 상당하는 니들을 길이방향으로 이동시키는 것에 의해 노즐홀(11)을 개방하여 연료의 분사를 제어하였다면, 본 발명에서는 상기 전기모터의 회전 속도나 변위를 가변으로 구동하고, 그에 따라 상기 회동로드(5)가 회동되는 것에 의해 노즐홀(11)을 개방하여 연료의 분사율을 제어할 수 있도록 한 것이다.

상기 노즐부(9)는 인젝터바디(1)의 하단부에 형성되고, 상기 연료홈(7)은 상기 회동로드(5)의 표면에 길이방향으로 형성되며, 상기 회동로드(5)의 선단부에는 경사면(13)이 형성되고, 상기 노즐홀(11)은 상기 회동로드(5)의 선단부에 형성된 경사면(13)에 밀착되는 부위의 노즐부(9)에 형성된다.

상기 전기모터(3)는 스텝모터로 이루어지고, 상기 노즐홀(11)은 상기 회동로드(5)의 회동방향을 따라 원주방향으로 다수개가 구비된다.

따라서, 상기 스텝모터의 정밀하고 신속한 제어에 의해 상기 회동로드(5)가 회동되는 각도에 다라 상기 노즐홀(11)은 어떤 노즐홀(11)이 얼마만큼 개방되는가가 결정되며, 이것에 의해 정밀한 연료 분사의 제어가 가능해진다.

본 실시예에서 상기 다수의 노즐홀(11)들 중 인접한 2개의 노즐홀(11)은 입구측 직경과 출구측 직경의 차이가 서로 다른 것으로 배치도록 하였다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 인접한 2개의 노즐홀(11) 중 어느 하나는 입구측 직경이 출구측 직경보다 크고, 다른 하나는 입구측 직경이 출구측 직경보다 작게 형성되도록 하였다.

따라서, 도 4에 비교하여 도시한 바와 같이 상기 전기모터(3)가 상기 회동로드(5)를 회동시켜서 상기 연료홈(7)이 좌측에 도시된 것과 같이 입구측 직경이 출구측 직경보다 작게 형성된 노즐홀(11)과 연통되도록 하면, 연료의 분사 중 캐비테이션 현상에 의해 연료와 공기의 혼합에 보다 유리한 형태의 연료분사가 이루어져서, 연비와 유해배기가스 저감에 유리한 연료분사 상태를 이룰 수 있다.

반면, 우측에 도시된 바와 같이 입구측 직경이 출구측 직경보다 크게 형성된 노즐홀(11)로 상기 회동로드(5)의 연료홈(7)이 연통되도록 하면, 연료는 캐비테이션 현상 없이 분사가 이루어짐으로써, 엔진의 출력성능의 향상에 보다 유리한 형태의 연료분사가 이루어지게 된다.

따라서, 상기 전기모터(3)를 제어하는 컨트롤러는 엔진의 운전상태에 따라서 상기 회동로드(5)의 회동방향을 결정하고 회동시킴으로써, 엔진의 운전상태에 보다 적합한 연료분사형태를 구현할 수 있다.

상기 다수의 노즐홀(11)은 짝수개로 이루어지고, 상기 회동로드(5)의 연료홈(7)은 상기 인접한 두 개의 노즐홀(11) 사이에 한 개씩 배치되도록 한다. 참고로 도 3과 도 4에는 두 개의 노즐홀(11)과 하나의 연료홈(7)만을 도시하고 있으나, 이러한 노즐홀(11)과 연료홈(7)이 이루는 세트는 상기 노즐부(9) 및 회동로드(5)의 원주방향을 따라 다수개가 배치될 수 있지만 혼란을 방지하기 위해 대표로 한 세트만 형성된 것을 도시하고 있다.

한편 도 5 내지 도 7은 본 발명을 다른 각도에서 설명한 실시예로서, 하나의 노즐홀(11)에 하나의 연료홈(7)이 대응되도록 구성된 실시예이다.

여기서, 상기 회동로드(5)는 상기한 실시예와 마찬가지로, 엔진의 각종 정보를 통해 엔진의 운전상태를 파악하고 있는 컨트롤러에 의해 엔진의 운전상황에 맞게 상기 전기모터(3)에 의해 제어되는데, 도 7에 비교한 바와 같이 상기 연료홈(7)이 상기 노즐홀(11)과 연통되는 정도를 달리하도록 제어되는 것이다.

즉, 상기 컨트롤러는 상기한 바와 같이 전기모터(3)를 정밀 제어하여 상기 연료홈(7)이 상기 노즐홀(11)과 연통되는 정도를 달리하도록 제어함에 의해, 도 1의 실선은 물론 그 이외의 다른 선들로 예시한 다양한 분사형태를 가변적으로 선택할 수 있는 것이다.

따라서, 비교적 고가의 피에조 소자를 사용하지 않고도, 엔진의 운전 상황에 최적의 연료분사형태를 가변적으로 형성할 수 있도록 함에 의해, 엔진의 연비와 출력을 향상시키고, 유해배기가스의 배출을 크게 저감할 수 있다.

물론, 상기한 바와 같은 제어는 상기 하나의 연료홈(7)에 인접한 두 개의 노즐홀(11)을 구비한 실시예에서도 상기 전기모터(3)의 회동 각도를 제어함에 의해 구현할 수 있는 바, 이러한 경우에는 연료의 분사 중에 캐비테이션 현상이 일어나게 할 지의 여부와 함께 상기한 바와 같은 다양한 연료분사형태를 가변하는 가변분사율 제어로써, 엔진의 작동 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

1; 인젝터바디
3; 전기모터
5; 회동로드
7; 연료홈
9; 노즐부
11; 노즐홀
13; 경사면

Claims

인젝터바디와;
상기 인젝터바디에 장착된 전기모터와;
상기 인젝터바디 내에서 상기 전기모터에 의해 회동되는 회동로드와;
상기 회동로드의 표면에 구비된 연료홈과;
상기 인젝터바디의 노즐부에 상기 회동로드의 회동에 따라 상기 연료홈과 연통되도록 구비된 노즐홀;
을 구비한 것을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 1에 있어서,
상기 전기모터는 스텝모터로 이루어지고;
상기 노즐홀은 상기 회동로드의 회동방향을 따라 원주방향으로 다수개가 구비된 것
을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 2에 있어서,
상기 다수의 노즐홀들 중 인접한 2개의 노즐홀은 입구측 직경과 출구측 직경의 차이가 서로 다른 것으로 배치된 것
을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 3에 있어서,
상기 인접한 2개의 노즐홀 중 어느 하나는 입구측 직경이 출구측 직경보다 크고, 다른 하나는 입구측 직경이 출구측 직경보다 작게 형성된 것
을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 3에 있어서,
상기 다수의 노즐홀은 짝수개로 이루어지고, 상기 회동로드의 연료홈은 상기 인접한 두 개의 노즐홀 사이에 한 개씩 배치된 것
을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
하단부에 노즐부를 구비한 인젝터바디와;
상기 인젝터바디에 설치된 스텝모터와;
상기 스텝모터에 의해 회동되며, 길이방향으로 표면에 연료홈이 형성된 회동로드와;
상기 회동로드가 회동되면, 상기 연료홈과의 연통상태가 전환되도록 상기 노즐부에 형성된 노즐홀;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 6에 있어서,
상기 회동로드의 선단부에는 경사면이 형성되고;
상기 노즐홀은 상기 회동로드의 선단부에 형성된 경사면에 밀착되는 부위의 노즐부에 형성된 것
을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 7항에 있어서,
상기 노즐홀은 상기 노즐부에 상기 회동로드의 회동방향을 따라 다수개가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 8에 있어서,
상기 다수의 노즐홀은 짝수개로 이루어지고, 상기 회동로드의 연료홈은 상기 인접한 두 개의 노즐홀 사이에 한 개씩 배치된 것
을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 9에 있어서,
상기 다수의 노즐홀들 중 인접한 2개의 노즐홀은 입구측 직경과 출구측 직경의 차이가 서로 다른 것으로 배치된 것
을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.
청구항 1에 있어서,
상기 전기모터의 회전 속도나 변위를 가변으로 구동하여 분사율을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진의 인젝터.