KR101168591B1

KR101168591B1 - 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기

Info

Publication number: KR101168591B1
Application number: KR1020100077539A
Authority: KR
Inventors: 황병찬
Original assignee: 황병찬
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-07-30
Also published as: KR20120015213A; WO2012020934A1

Abstract

본 발명은 가솔린직접분사엔진의 연료레일의 연료공급 라인에 직선왕복운동이 가능한 피스톤이 디스크스프링에 의해 연료 내 맥동 파를 압축에너지로 변환 저장 및 방출을 반복함으로써, 연료 공급용 프란저 펌프에서 발생한 맥동 파를 소멸시켜 연료 내에 맥동 파가 없는 일정압력상태로 유지시켜주어 에너지손실이 없는 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기에 관한 것으로, 연결너트(40)에 파이프연결부록(600)을 나선결합하고, 파이프연결부록(600) 측면에 연료입구파이프(125)를 설치하여 내부에 오리피스(124)를 삽입하고, 한 쌍의 연료출구파이프(121)(129)를 수직으로 설치하여, 연료입구(126)로 들어온 연료 내 맥동 파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸되어 두 개의 연료출구(120)(128)로 배출되도록 구성되어 있다.

Description

디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기{Pulsation Dampener with Disk Spring}

본 발명은 가솔린직접분사엔진 연료공급라인에 적용되는 맥동감쇄기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린직접분사엔진 연료레일의 연료공급 라인에 직선왕복운동이 가능한 피스톤이 디스크스프링에 의해 연료 내 맥동 파를 압축에너지로 변환하여 저장 및 방출을 반복함으로써 연료 공급용 프란저 펌프에서 발생한 맥동 파를 소멸시켜 연료 내에 맥동 파가 없는 일정압력상태를 유지시켜주어 에너지손실이 없는 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진은 연료탱크에 저장되어 있는 연료를 연료펌프에 의해 고압으로 인젝터에 공급하게 되고, 상기 인젝터에서는 고압으로 압송된 연료를 실린더 내부로 분사하도록 구성된다.

자동차 가솔린 엔진에는 연료 분사방법에 따라 간접분사(MPI: Multi Port Injection)와 가솔린직접분사(GDI: Gasoline Direct Injection)의 2종류가 있다.

여기서 가솔린 직접분사엔진은 연료를 고압 및 미세입자로 만들어 엔진실린더 내에 직접분사시킨 후 점화 플러그로 점화시켜 폭발시킴으로써 연료가 완전 연소되는 효율이 높은 엔진이다. 이와 같이 완전 연소된 엔진가스를 대기로 방출함으로써 대기 오염을 방비할 수 있는 엔진이다.

최근에 고압(200bar이상)의 가솔린 직접분사엔진이 개발되어 있다.

상기 가솔린직접분사엔진에는 고압발생기인 프란저펌프(Plunger Pump 별도구성품)와 연료분사기(Injector 별도구성품), 연결관(Connect Tube 별도구성품) 및 연료레일 (Fuel Rail 별도구성품)로 구성되어있다.

직접분사가솔린엔진에서는 프란저 펌프에 의해 고압이 발생됨과 동시에 진폭이 큰 맥동 파가 발생하게 된다.

위 진폭이 큰 맥동 파가 분사기에 직접 전달되면 순간적으로 연료분사 량이 변하게 되고, 연료분사 량 변화로 인하여 엔진효율의 감소, 엔진진동 및 엔진 소음 발생 원인이 된다.

이 맥동 파를 감쇄시키기 위해 고압(200Bar이상)의 맥동감쇄장치가 필요하게 되었다.

기존에는 연료레일에 오리피스(Orifice)을 설치하여 고압의 맥동 파를 감쇄 시키고 있다. 그러나, 기존의 오리피스를 이용한 맥동 감쇄장치는 연료 관의 단면적을 급격히 줄여 줌으로써 유량과 압력의 저항이 생기게 하여 맥동 파를 감쇄 시키는 방식이다. 기존 오리피스 방식은 유량 및 압력저항을 이용함으로써 에너지(Energy) 손실이 많은 구조로 되어있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 연료 내 맥동 파를 압축에너지로 변환 저장 및 방출을 반복하도록 하여, 연료공급용 프란저 펌프에서 발생한 맥동 파를 소멸시켜 연료 내에 맥동 파가 없는 일정 압력상태로 유지시키고 각 부품의 기밀과 이탈을 최소화할 수 있는 구조로 에너지 손실이 없이 유용한 사용을 이루게 하는 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 디스크스프링을 게재하고 내부에서 왕복 운동 가능하게 피스톤을 설치한 스프링하우징과, 상기 스프링하우징과 나선결합되는 몸체와, 상기 몸체의 일측에 삽입되고, 연료레일파이프와 접합된 연결볼트와 나선결합된 연결너트에 내장되고, 내부에 연결통로가 형성된 구형조인트로 구성되어 유체의 맥동을 줄여주기 위한 맥동감쇄기에 있어서, 상기 연결너트에 파이프연결부록을 나선결합하고, 파이프연결부록 측면에 연료입구파이프를 설치하여 내부에 오리피스를 삽입하고, 한 쌍의 연료출구파이프를 수직으로 설치하여, 연료입구로 들어온 연료 내 맥동 파가 맥동감쇄기에 의해 소멸되어 두 개의 연료출구로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기에 의해 달성된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 연료레일파이프로 들어오는 맥동파의 크기에 비례하여 맥동파를 상쇄시킬 수 있고 유체의 분산을 이루게 하여 토출되어 나오는 유체의 맥동현상을 최소화 할 수 있으므로 유체 공급으로 작동되는 작동부의 동작을 균일화하고, 맥동에 따른 소음을 줄일 수 있어서 운전성을 증대하고, 에너지 손실이 없어 연로비를 절감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동감쇄기의 종단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프연결부록 종단면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 몸체구성 종단면도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 몸체구성 종단면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 몸체구성 종단면도,
도 6은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 맥동감쇄기의 종단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 맥동감쇄기를 종단면도로 나타내고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 맥동감쇄기(10)는 직선왕복운동이 가능한 피스톤(24)을 내장하는 스프링하우징(20)과, 상기 스프링하우징(20)과 나선결합되는 본체(30)와, 상기 본체(30)의 일측에 삽입되고 연결볼트(60)와 나선결합된 연결너트(40)에 수용되는 구형조인트(50)로 구성되어 있다.

디스크스프링(22)은 스프링하우징(20)에 개재되어 직선왕복운동이 가능한 피스톤(24)을 수용하고, 상기 피스톤(24)의 선단이 삽입되어 슬라이드 안내를 하는 안내부(21)가 형성되어 있고, 내부 일측의 계단부에는 내부오일마개(36)를 지지하는 본체(30)가 나선결합되어 있다.

상기 본체(30)는 상기 피스톤(24)의 맥동공간(28) 머리부를 수용하고 상기 피스톤(24) 외연으로 내부오링스테이서(32)를 중심으로 양단에 실링내부오링(34a)(34b)을 각각 배치한 상태로 수용하고 있다.

여기서 피스톤(24)의 선단에는 고무페드스프링(26)이 설치되어 2차 쿠션스프링 역할을 병행하게 하고 있다.

또한 스프링하우징(20)의 일측면 외연과 접합되는 영역에는 외부오링(38)을 내장하고 있으며, 상기 본체(30)의 외부 돌출부에는 구형조인트(50)가 삽입되어 있다.

구형조인트(50)는 내부에 연료통로(52)가 형성되어 있고, 연결너트(40)로 지지되어 결합되어 있다. 또한 구형조인트(50)의 구면부는 연결볼트(60)에 접촉되어 연결볼트(60)의 내부에 형성된 연결통로(62)와 구형조인트(50)의 연결통로(52)가 일직선상에 배치되도록 한다.

연결볼트(60)는 일측에 파이프내실(14)을 보유하는 연료레일파이프(12)와 접합되어 있고, 연결너트(40)와 나선결합되어 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 요부 단면도로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파이프연결부록(600)은 연결너트(40)와 나선결합하고 있다.

상기 파이프연결부록(600) 측면에는 연료입구파이프(125)을 설치하여 내부에 오리피스(124)를 삽입하고, 한 쌍의 연료출구파이프(121)(129)를 수직으로 설치하여, 연료입구(126)로 들어온 연료 내 맥동 파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸되어 두 개의 연료출구(120)(128)로 배출되도록 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타내는 요부 단면도로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 또 다른 몸체(300)는 하부에 연료입구파이프(133)와 상부에 연료출구파이프(131)가 수직상태로 연결한 몸체(300)를 맥동감쇄기(10)와 연결하여, 연료입구(134)로 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 맥동파가 소멸되어 연료출구(130)로 배출되도록 구성되어 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타내는 요부 단면도로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 또 다른 몸체(302)는 하부에 연료레일파이프(12)와 연결된 몸체(302)를 맥동감쇄기(10)에 연결하고, 연료레일파이프(12)의 파이프내부(14)를 통해 연료통로(119)에 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸 되도록 구성되어 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타내는 요부 단면도로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 몸체(304)는 연료파이프(137)에 연결된 몸체(304)를 맥동감쇄기(10)에 연결하고, 연료레일파이프(137)의 파이프내부(138)를 통해 연료통로(139)에 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸 되도록 구성되어 있다.
도 6은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 맥동감쇄기를 나타내는 종단면도로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 구형연결파이프(150)는 몸체(30)의 일측에 삽입되고, 굽어지며 길게 연장되며 자유단 측이 연료레일파이프(12)를 접합한 연결볼트(60)와 나선결합된 연결너트(40)에 내장되고, 내부에 연결통로(52)가 형성되어 있다. 몸체(30)와 연료레일파이프(12)가 이격되더라도 구형연결파이프(150)(Ball End Joint Pipe)로 연결가능하고 길이가 긴 직선형이나 곡선형을 단독 또는 복합적으로 형성할 수 있을 것이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 맥동감쇄기(10)는 디스크스프링(22)을 스프링 하우징(20)에 내장하고, 스프링하우징(20)과 몸체(Body)(30)를 나선 결합하고, 스프링하우징(20) 내부에 디스크스프링(22)과 같이 왕복운동을 할 수 있는 피스톤(Piston)(24)을 삽입하고 있다.

따라서 가솔린직접분사엔진의 엔진연료공급용 프란자펌프가 압축 공정일 때 발생된 고압 맥동파가 연료 레일파이프(12)의 파이프내부(14)를 통해 연료통로(62)와 연결통로(52)를 통하여 맥동공간(28)으로 전달되는 구조로 되어있다.

이렇게 맥동공간(28)에 전달된 맥동파는 피스톤(24)을 동작시켜 디스크스프링(22)에 전달되고 디스크스프링(22)이 수축되어 디스크스프링(22)에 압축에너지(Energy)로 변환 저장된다.

또한 디스크스프링(22)에 저장된 맥동파인 압축에너지는 엔진연료공급용 프란자펌프가 흡입 공정일 때 디스크스프링(22)이 팽창하면서 디스크스프링(22)에 저장되었던 압축에너지를 다시 연료에 고압으로 방출시켜준다.

이와 같이 디스크스프링(22)이 연료 내 맥동파를 압축에너지로 변환 저장 및 방출을 반복함으로써 연료 공급용 프란저 펌프에서 발생한 맥동파를 소멸시켜 연료 내에 맥동파가 없는 일정압력상태로 유지시켜주므로 에너지 손실이 없는 맥동감쇄기를 구현할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 실링용내부오링(Sealing Inner O-Ring)(34a)(34b)를 몸체(30)의 내부에 삽입하여 기밀을 유지시켜주고, 오링 간격 유지용 내부 오링스테이서(Inner O-Ring Spacer)(32)를 설치하고, 내부오링마개(Inner O-Ring Stopper) (36)를 설치하여 실링용내부오링(34a)(34b)의 이탈을 방지하였다

또한 디스크스프링(22)에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위해 2차 큐숀용 고무페드스프링(Rubber Pad Spring)(26)을 설치하고, 연료의 2차 누유를 방지하기 위해 외부오링(Outer O-Ring)(38)을 설치하였다.

그리고 본 발명은 연결너트(Joint Nut)(40)의 내부에 구형조인트(Ball Joint)(50)을 설치하고, 몸체(30)와 연결볼트(Joint Bolt)(60)는 연결나사(Joint Thread)로 체결하고, 연결볼트(60)를 연료레일파이프(12)에 부착시킴으로써 맥동 감쇄기(10)가 연료레일파이프(12)에 안정되고 양호한 작동 가능한 상태로 부착될 수 있는 것이다.

따라서 본 발명을 통하여 에너지 손실이 없는 맥동감쇄기(10)를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예를 도시한 도 2에서와 같이, 파이프연결부록(600)을 맥동감쇄기(10)에 연결너트(40)와 나선결합하고, 상기 파이프연결부록(600) 측면에 연료입구파이프(Fuel Inlet Pipe)(125)을 설치하고, 내부에 오리피스(124)를 삽입하고, 수직으로 한 쌍이 세워진 연료출구파이프(Fuel Outlet Pipe)(121)(129)를 설치하여, 연료입구파이프(125)의 연료입구(Fuel Inlet)(126)로 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 맥동파가 소멸되어 연료출구파이프(121)(129)의 두 개의 연료출구(Fuel Outlet)(120)(128)로 배출되므로 맥동파 감쇄로 에너지 절약을 이루게 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 도 3에서와 같이, 또 다른 몸체(300)를 맥동감쇄기(10)에 연결하고, 하부에 연료입구파이프(Fuel Inlet Pipe)(133)을 설치하고 상부에 연료출구파이프(Fuel Outlet Pipe)(131)를 수직으로 설치하여 연료입구파이프(133)에 마련된 연료입구(Fuel Inlet)(134)로 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸되어 연료출구파이프(131)에 마련된 연료출구(Fuel Outlet)(130)로 배출되므로 맥동파 감쇄로 에너지 절약을 이루게 된다.

본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 도 4에서와 같이, 또 다른 몸체(302)를 맥동감쇄기(10)에 연결하고, 연료레일파이프(12)의 레일파이프내실(14)를 통해 연료통로(119)에 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸되어 맥동파 감쇄로 에너지 절약을 이루게 된다.

본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 도 5에서와 같이, 또 다른 몸체(304)를 맥동감쇄기(10)에 연결하고, 연료레일파이프(137)의 레일파이프내실(138)을 통해 연료통로(139)에 들어온 연료 내 맥동 파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸되어 맥동파 감쇄로 에너지 절약을 이루게 된다.
본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 도 6에서와 같이, 구형연결파이프(150)를 본체(30)에 삽입하고 연결너트(Joint Nut)(40)의 내부에 설치함으로써 이격거리를 갖는 환경에도 양호한 연결로 안정된 작동상태를 이루게 하여 맥동파 감쇄로 에너지 절약을 이루게 되는 것이다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10; 맥동감쇄기 12; 연료레일파이프
14; 레일파이프내실 20; 스프링하우징
21: 안내부 22; 디스크스프링
24; 피스톤 26; 고무패드스프링
28; 맥동공간 30; 본체
32; 오일스페이서 34a,34b; 실링내부오링
36; 내부오링마개 38; 외부오링
40; 연결너트 50; 구형조인트
52,62; 연료통로 60; 연결볼트
120,128,130; 연료출구 121,129,131; 연료출구파이프
124; 오리피스 125,133; 연료입구파이프
126,134; 연료입구 119,127,139; 연료통로
137; 연료레일파이프 138; 레일파이프내실
150; 구형연결파이프
300,302,304; 또 다른 몸체 600; 파이프연결부록

Claims

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디스크스프링(22)을 게재하고 내부에서 왕복 운동 가능하게 피스톤(24)을 설치한 스프링하우징(20)과, 상기 스프링하우징(20)과 나선결합되는 몸체(30)와, 상기 몸체(30)의 일측에 삽입되고, 연료레일파이프(12)와 접합된 연결볼트(60)와 나선결합된 연결너트(40)에 내장되고, 내부에 연결통로(52)가 형성된 구형조인트(50)로 구성되어 유체의 맥동을 줄여주기 위한 맥동감쇄기(10)에 있어서,
상기 연결너트(40)에 파이프연결부록(600)을 나선결합하고, 파이프연결부록(600) 측면에 연료입구파이프(125)를 설치하여 내부에 오리피스(124)를 삽입하고, 한 쌍의 연료출구파이프(121)(129)를 수직으로 설치하여, 연료입구(126)로 들어온 연료 내 맥동 파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸되어 두 개의 연료출구(120)(128)로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기.
제 2항에 있어서,
상기 스프링하우징(20)은 또 다른 몸체(300)와 나선결합하고 상기 또 다른몸체(300)는 하부에 연료입구파이프(133)와 상부에 연료출구파이프(131)가 수직상태로 맥동감쇄기(10)와 연결하여, 연료입구(134)로 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 맥동파가 소멸되어 연료출구(130)로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기.
제 2항에 있어서,
상기 스프링하우징(20)은 또 다른 몸체(302)와 나선결합하고, 상기 또 다른 몸체(302)는 하부에 연료레일파이프(12)와 연결된 상태로 맥동감쇄기(10)에 연결하고 연료 레일파이프(12)의 파이프내부(14)를 통해 연료통로(119)에 들어온 연료 내 맥동파가 맥동감쇄기(10)에 의해 소멸 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스크스프링을 이용한 맥동감쇄기.
제 2항에 있어서,
상기 스프링하우징(20)은 또 다른 몸체(304)와 나선결합하고, 상기 또 다른몸체(304)는 연료레일파이프(137)에 연결된 상태로 맥동감쇄기(10)에 연결하고, 연료레일파이프(137)의 파이프내부(138)를 통해 연료통로(139)에 들어온 연료 내 맥동파가 맥동 감쇄기(10)에 의해 소멸 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스크스프링을 이용한 맥동 감쇄기.
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