KR101211331B1 - 전자제어 연료분사밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자제어 연료분사밸브에 관한 것으로, 기존 기계식 연료분사밸브와는 달리 엔진의 운전 조건과 독립적으로 제어 신호에 따라 연료의 분사시기와 분사량 등을 제어할 수 있도록 하고, 연료 분사의 제어 방식이 제어 니들을 통해 고압의 연료를 하부압력챔버로 전달하여 노즐의 니들을 들어올리는 힘을 증가시키는 방식으로, 연료 분사의 제어가 신속하게 이루어질 수 있도록 하며, 구조가 간단하여 부품의 조립 및 교체와 더불어 부품의 정밀가공이 용이하도록 하는 전자제어 연료 분사 밸브를 제공함에 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 연료공급구를 통해 주입되는 연료의 이동을 위한 제1유로가 내부에 형성되고 상부에 제어밸브하우징이 설치되어 있는 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 하부에 결합되고 제1유로를 통해 공급되는 연료가 채워져 니들을 상부 방향으로 가압해줌으로써, 니들을 들어올려 연료가 분사되도록 하는 노즐챔버가 형성되어 있는 노즐부; 상기 밸브몸체의 내부에 설치되어 상기 노즐부의 니들을 구동해주는 니들구동부; 상기 니들구동부의 상부에 형성되고 연료공급구를 통해 주입되는 연료가 채워짐으로써 니들구동부를 하부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 상부압력챔버; 상기 상부압력챔버의 하부에 위치하고 연료가 채워짐으로써 상기 니들구동부를 상부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 하부압력챔버; 상기 제어밸브하우징을 거쳐서 상기 밸브몸체에 형성되고 상기 하부압력챔버에 연결되어 하부압력챔버에 연료가 공급될 수 있도록 하는 제2유로; 상기 제어밸브하우징에 설치되어 제어신호에 따라 상기 제2유로를 개폐해줌으로써 하부압력챔버로 공급되는 연료의 유량을 제어해주는 제어니들; 상기 하부압력챔버와 연결되도록 밸브몸체에 형성되어 연료의 배출시 하부압력챔버의 연료가 채워지는 제어챔버; 상기 제어챔버에 연결되어 제어챔버 내부의 연료가 밸브몸체의 외부로 배출되도록 하는 제어오리피스;를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

전자제어 연료분사밸브{Electronic control fuel injection valve}

본 발명은 전자제어 연료분사밸브에 관한 것으로, 엔진의 운전 조건과 독립적으로 제어 신호에 따라 연료분사 시기와 분사량을 제어할 수 있도록 하는 전자제어 연료분사밸브에 관한 것이다.

전자제어 기술의 발전에 따라 전자제어 엔진이 급속히 확산되는 추세 속에서, 저 부하에서도 고압 분사가 가능하고 제어 신호에 따라 분사 제어가 용이한 커먼레일 형태의 연료분사 방식이 전자제어 엔진에 주로 적용되고 있다.

커먼레일 연료분사시스템의 핵심 장치인 전자제어 연료분사밸브에 대한 많은 연구 개발이 이뤄지고 있으며, 연료분사밸브의 성능 향상을 위해 다양한 형태의 연료분사밸브 구동 방식에 대한 특허가 다수 출원되고 있다.

종래의 기계식 연료분사밸브는 노즐부의 챔버에 주입되는 연료의 압력을 통해서만 니들을 들어올려 연료를 분사하는 구조로써, 연료의 분사 시기와 분사량 등의 분사특성이 항상 일정한 형태를 가지므로, 엔진의 운전 조건과 독립적으로 연료분사 제어가 이루어지 못하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기존 기계식 연료분사밸브와는 달리 엔진의 운전 조건과 독립적으로 제어 신호에 따라 연료의 분사시기와 분사량 등을 제어할 수 있도록 하고, 연료 분사의 제어 방식이 제어 니들을 통해 고압의 연료를 하부압력챔버로 전달하여 노즐의 니들을 들어올리는 힘을 증가시키는 방식으로, 연료 분사의 제어가 신속하게 이루어질 수 있도록 하며, 구조가 간단하여 부품의 조립 및 교체와 더불어 부품의 정밀가공이 용이하도록 하는 전자제어 연료 분사 밸브를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, 연료공급구를 통해 주입되는 연료의 이동을 위한 제1유로가 내부에 형성되고 상부에 제어밸브하우징이 설치되어 있는 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 하부에 결합되고 제1유로를 통해 공급되는 연료가 채워져 니들을 상부 방향으로 가압해줌으로써, 니들을 들어올려 연료가 분사되도록 하는 노즐챔버가 형성되어 있는 노즐부; 상기 밸브몸체의 내부에 설치되어 상기 노즐부의 니들을 구동해주는 니들구동부; 상기 니들구동부의 상부에 형성되고 연료공급구를 통해 주입되는 연료가 채워짐으로써 니들구동부를 하부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 상부압력챔버; 상기 상부압력챔버의 하부에 위치하고 연료가 채워짐으로써 상기 니들구동부를 상부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 하부압력챔버; 상기 제어밸브하우징을 거쳐서 상기 밸브몸체에 형성되고 상기 하부압력챔버에 연결되어 하부압력챔버에 연료가 공급될 수 있도록 하는 제2유로; 상기 제어밸브하우징에 설치되어 제어신호에 따라 상기 제2유로를 개폐해줌으로써 하부압력챔버로 공급되는 연료의 유량을 제어해주는 제어니들; 상기 하부압력챔버와 연결되도록 밸브몸체에 형성되어 연료의 배출시 하부압력챔버의 연료가 채워지는 제어챔버; 상기 제어챔버에 연결되어 제어챔버 내부의 연료가 밸브몸체의 외부로 배출되도록 하는 제어오리피스;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 니들구동부는, 상기 노즐부의 니들을 구동할 수 있도록 상기 밸브몸체의 내부에 설치되는 스핀들; 상기 스핀들의 상부에 설치되어 상부압력챔버에 채워지는 연료에 의한 압력으로 상기 스핀들을 하부방향으로 힘을 가해주는 압력피스톤; 상기 압력피스톤에 끼워지도록 설치되어 상기 스핀들을 하부방향으로 힘을 가해주는 스프링;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스핀들에는, 상기 하부압력챔버에 채워지는 연료의 압력을 받아 상부방향으로 구동력이 작용할 수 있도록 단턱진 형태의 압력작용면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 기계식 연료분사밸브와는 달리 엔진의 운전 조건과 독립적으로 제어신호에 따라 제어니들을 작동하여 연료의 분사시기와 분사량을 제어할 수 있고, 연료분사의 제어방식이 제어니들을 통해 고압의 연료를 하부압력챔버로 전달하여 노즐부의 니들을 들어올리는 힘을 증가시키는 방식으로 연료 분사의 제어가 신속하게 이루어질 수 있게 하며, 구조가 간단하여 부품의 교체가 용이하고, 스핀들과 피스톤을 분리하여 제작하여 정밀 가공이 필요한 가공면을 최소화함으로써 부품의 정밀 가공이 용이하여 제작비를 절감할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 본 발명에 의한 연료분사밸브를 나타낸 예시도,
도 2 는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들의 설치구조를 상세히 나타낸 예시도,
도 3 은 본 발명에 의한 연료분사밸브의 스핀들과 하부압력챔버의 구조를 상세히 나타낸 예시도,
도 4 는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들이 닫혀 연료가 분사되지 않는 경우에서의 작동상태 및 연료의 흐름을 나타낸 예시도,
도 5 는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들이 열려 연료가 분사되는 경우에서의 작동상태 및 연료의 흐름을 나타낸 예시도,
도 6 은 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들이 다시 닫혀 연료분사가 종료되는 경우에서의 작동상태 및 연료의 흐름을 나타낸 예시도.

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 1 은 본 발명에 의한 연료분사밸브를 나타낸 예시도, 도 2 는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들의 설치구조를 상세히 나타낸 예시도, 도 3 은 본 발명에 의한 연료분사밸브의 스핀들과 하부압력챔버의 구조를 상세히 나타낸 예시도, 도 4 는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들이 닫혀 연료가 분사되지 않는 경우에서의 작동상태 및 연료의 흐름을 나타낸 예시도, 도 5 는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들이 열려 연료가 분사되는 경우에서의 작동상태 및 연료의 흐름을 나타낸 예시도, 도 6 은 본 발명에 의한 연료분사밸브의 제어니들이 다시 닫혀 연료분사가 종료되는 경우에서의 작동상태 및 연료의 흐름을 나타낸 예시도로서,

도면에서와 같이 본 발명에 의한 연료분사밸브(100)는, 연료공급구(210)를 통해 주입되는 연료가 이동될 수 있도록 제1유로(220)가 내부에 형성되고, 상부에 제어밸브하우징(281)이 설치되어 있는 밸브몸체(200)와, 상기 밸브몸체(200)의 하부에 결합되고 상기 제1유로(220)를 통해 공급되는 연료가 채워져 내부에 설치되는 니들(320)을 상부 방향으로 가압해줌으로써, 니들(320)을 들어올려 연료가 노즐홀(330)을 통해 분사되도록 하는 노즐챔버(310)가 형성되어 있는 노즐부(300)와, 상기 밸브몸체(200)의 내부에 설치되고 상기 노즐부(300)의 니들(320)을 구동해주는 니들구동부(240)와, 상기 니들구동부(240) 상부에 형성되고 연료공급구(210)를 통해 주입되는 연료가 채워짐으로써 니들구동부(240)를 하부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 상부압력챔버(230)와, 상기 상부압력챔버(230)의 하부에 위치하도록 밸브몸체(200)에 형성되어 연료가 채워짐으로써 니들구동부(240)를 상부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 하부압력챔버(231)와, 상기 제어밸브하우징(281)을 거쳐서 상기 밸브몸체(200)에 형성되어 상기 하부압력챔버(231)에 연결됨으로써 상기 연료공급구(210)를 통해 공급되는 연료가 채워질 수 있도록 하는 제2유로(221)와, 상기 제어밸브하우징(281)에 설치되어 제어신호에 따라 상기 제2유로(221)를 개폐해 줌으로써 하부압력챔버(231)로 공급되는 연료의 유량을 제어해주는 제어니들(280)과, 상기 하부압력챔버(231)와 연결되도록 밸브몸체(200)에 형성되어 연료의 배출시 하부압력챔버(231)의 연료가 채워지는 제어챔버(270)와, 상기 제어챔버(270)에 연결되도록 밸브몸체(200)에 형성되어 제어챔버(270) 내부에 채워진 연료가 밸브몸체(200)의 외부로 배출될 수 있도록 하는 제어오리피스(271)를 포함하여 구성된다.

상기 제어니들(280)은 제어신호에 따라 작동되는 구동기(actuator, 도시없음)에 의해 작동되어 상기 제2유로(221)를 개폐하여 상기 하부압력챔버(231)로 유입되는 연료의 유량을 제어할 수 있도록 구성되는 것이다.

한편 상기 니들구동부(240)는, 노즐부(300)의 니들(320)을 구동할 수 있도록 상기 밸브몸체(200)의 내부에 설치되는 스핀들(250)과, 상기 스핀들(250)의 상부에 설치되어 상부압력챔버(230)에 채워지는 연료에 의한 압력으로 상기 스핀들(250)을 하부방향으로 힘을 가해주는 압력피스톤(260)과, 상기 압력피스톤(260)에 끼워지도록 설치되어 상기 스핀들(250)을 하부방향으로 힘을 가해주는 스프링(261)을 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명은 상기와 같이 스핀들(250)과 압력피스톤(260)을 분리하여 구성함으로써, 정밀한 가공이 필요한 스핀들(250) 및 압력피스톤(260)과 밸브몸체(200) 내경 사이의 간극 조절이 용이하고 이로 인해 밸브 제작비용이 절감된다.

즉 상부압력챔버(230) 및 하부압력챔버(231) 내부에 채워지는 고압의 연료가 스핀들(250)과 밸브몸체(200)의 내경 및 압력피스톤(260)과 밸브몸체(200)의 내경 사이 간극으로 누설되는 것을 방지하기 위해 간극을 매우 작게 정밀 가공해야 하는데, 스핀들(250)과 압력피스톤(260)이 일체로 형성되어 있으면 하나의 부품에 정밀가공이 필요한 가공면이 매우 많아 가공이 어려웠으나, 본 발명은 상기 스핀들(250)과 압력피스톤(260)을 분리하여 구성함으로써, 각각의 부품에 정밀한 가공이 필요한 가공면이 최소화 되도록 설계하여 부품의 정밀 가공이 용이한 장점이 있다.

한편 상기 스핀들(250)에는 상기 하부압력챔버(231)에 채워지는 연료의 압력을 받아 상부방향으로 구동력이 작용할 수 있도록 단턱진 형태의 압력작용면(251)이 형성되어 있다.

한편 상기 제어챔버(270) 및 제어오리피스(271)는 스핀들(250)이 상부방향으로 구동될 때에는 하부압력챔버(231)와 연결되어 하부압력챔버(231) 내부의 연료를 밸브몸체(200)의 외부로 배출하는 반면 스핀들(250)이 구동되지 않은 경우에는 하부압력챔버(231)와 연결이 차단되어 연료가 배출되지 않도록 형성되어 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 작동상태를 설명한다.

먼저 연료가 분사되지 않을 경우에는, 상기 연료공급구(210)를 통해 공급되는 고압의 연료는 압력피스톤(260)의 상부에 형성되어 있는 상부압력챔버(230) 및 제1유로(220)를 따라 노즐부(300)의 노즐챔버(310)에 채워진다.

이렇게 연료분사가 이루어지지 않는 대기 기간에는 제어니들(280)이 제2유로(221)를 밀폐하여 닫고 있기 때문에 연료가 제2유로(221)를 통해 하부압력챔버(231)로 전달되지 않는다.

따라서 상부압력챔버(230)에 충전된 연료의 압력에 의해 압력피스톤(260) 상부에서 하부방향으로 작용하는 힘과 스프링(261)에 의해 하부방향으로 작용하는 힘의 합이 노즐챔버(310)에 채워져 노즐부(300)의 니들(320)에 상부방향으로 작용하는 압력에 의한 힘보다 크기 때문에 니들(320)이 닫힌 상태를 유지하게 되어 노즐홀(330)을 통해 연료분사가 발생하지 않게 된다.

한편 연료분사가 시작될 경우에는, 제어신호에 따라 구동기가 작동하여 제어니들(280)을 위로 상승시키면 제어니들(280)이 막고 있는 제2유로(221)가 개방되어 고압의 연료가 하부압력챔버(231)로 전달되고, 하부압력챔버(231)에 채워지는 연료의 압력이 스핀들(250)의 압력작용면(251)에 작용한다.

이에 따라 노즐부(300)의 노즐챔버(310)에 채워진 연료에 의해 니들(320)에 작용하는 압력 및 하부압력챔버(231)에 채워지는 연료에 의해 스핀들(250)에 작용하는 압력에 의해 스핀들(250)과 노즐부(300)의 니들(320)을 상부방향으로 밀어 올리는 힘이 상부압력챔버(230)에 채워져 압력피스톤(260)의 상부에 작용하는 압력에 의한 힘 및 스프링(261)에 의해 하부방향으로 작용하는 힘의 합력보다 커지면서 스핀들(250)과 노즐부(300)의 니들(320)이 상승하게 되고 노즐홀(330)을 통해 연료의 분사가 이루어지게 된다.

한편 연료의 분사가 종료될 경우에는 제어신호에 따라 제어니들(280)이 하부방향으로 이동하여 하부압력챔버(231)로 연결되는 제2유로(221)를 차단한다.

이렇게 제2유로(221)가 차단되면 하부압력챔버(231)에는 더 이상의 연료 공급이 없는 반면 제어오리피스(270)를 통해 연료가 배출되면서 하부압력챔버(231) 내의 압력이 떨어지게 된다.

이에 따라 스핀들(250)과 노즐부(300)의 니들(320)을 상승시키는 연료 압력에 의한 힘이 스핀들(250)과 노즐부(300)의 니들(320)을 누르는 압력피스톤(260) 상부에 작용하는 압력에 의한 힘과 스프링(261)에 의한 힘의 합력보다 작아지게 되어 노즐부(300)의 니들(320)이 하강하여 유로를 차단하면서 노즐홀(330)을 통한 연료분사가 종료되는 것이다.

이와 같이 작용하는 본 발명은 기존의 기계식 연료분사밸브와는 달리 엔진의 운전 조건과 독립적으로 제어신호에 따라 제어니들(280)을 작동하여 연료의 분사시기와 분사량을 제어할 수 있게 된다.

또한 연료분사의 제어방식이 제어니들(280)을 통해 고압의 연료를 하부압력챔버(231)로 전달하여 노즐부(300)의 니들(320)을 들어올리는 힘을 증가시키는 방식으로 연료 분사의 제어가 신속하게 이루어질 수 있게 된다.

또한 스핀들(250)과 압력피스톤(260)을 분리하여 제작함으로써 각각의 부품에 정밀 가공이 필요한 가공면이 최소화 되도록 설계하여 부품의 정밀 가공이 용이한 장점이 있다.

또한 구조가 간단하여 부품의 조립 및 교체가 용이하며, 특히 노즐부의 교체가 용이한 장점이 있다.

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.

(100) : 연료분사밸브 (200) : 밸브몸체
(210) : 연료공급구 (220) : 제1유로
(221) : 제2유로 (230) : 상부압력챔버
(231) : 하부압력챔버 (240) : 니들구동부
(250) : 스핀들 (251) : 압력작용면
(260) : 압력피스톤 (261) : 스프링
(270) : 제어챔버 (271) : 제어오리피스
(280) : 제어니들 (281) : 제어밸브하우징
(300) : 노즐부 (310) : 노즐챔버
(320) : 니들 (330) : 노즐홀

Claims (3)

1. 연료공급구를 통해 주입되는 연료의 이동을 위한 제1유로가 내부에 형성되고 상부에 제어밸브하우징이 설치되어 있는 밸브몸체;
   상기 밸브몸체의 하부에 결합되고 제1유로를 통해 공급되는 연료가 채워져 니들을 상부 방향으로 가압해줌으로써, 니들을 들어올려 연료가 분사되도록 하는 노즐챔버가 형성되어 있는 노즐부;
   상기 밸브몸체의 내부에 설치되어 상기 노즐부의 니들을 구동해주는 니들구동부;
   상기 니들구동부의 상부에 형성되고 연료공급구를 통해 주입되는 연료가 채워짐으로써 니들구동부를 하부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 상부압력챔버;
   상기 상부압력챔버의 하부에 위치하고 연료가 채워짐으로써 상기 니들구동부를 상부방향으로 가압하기 위한 압력이 형성될 수 있도록 하는 하부압력챔버;
   상기 제어밸브하우징을 거쳐서 상기 밸브몸체에 형성되고 상기 하부압력챔버에 연결되어 하부압력챔버에 연료가 공급될 수 있도록 하는 제2유로;
   상기 제어밸브하우징에 설치되어 제어신호에 따라 상기 제2유로를 개폐해줌으로써 하부압력챔버로 공급되는 연료의 유량을 제어해주는 제어니들;
   상기 하부압력챔버와 연결되도록 밸브몸체에 형성되어 연료의 배출시 하부압력챔버의 연료가 채워지는 제어챔버;
   상기 제어챔버에 연결되어 제어챔버 내부의 연료가 밸브몸체의 외부로 배출되도록 하는 제어오리피스;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자제어 연료분사밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 니들구동부는,
   상기 노즐부의 니들을 구동할 수 있도록 상기 밸브몸체의 내부에 설치되는 스핀들;
   상기 스핀들의 상부에 설치되어 상부압력챔버에 채워지는 연료에 의한 압력으로 상기 스핀들을 하부방향으로 힘을 가해주는 압력피스톤;
   상기 압력피스톤에 끼워지도록 설치되어 상기 스핀들을 하부방향으로 힘을 가해주는 스프링;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자제어 연료분사밸브.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 스핀들에는, 상기 하부압력챔버에 채워지는 연료의 압력을 받아 상부방향으로 구동력이 작용할 수 있도록 단턱진 형태의 압력작용면이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자제어 연료분사밸브.

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