KR101270277B1 - 다단 인젝터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료를 분사하는 인젝터에 관한 것으로, 인젝터의 케이스 내부에 각각 독립적으로 연료를 분사할 수 있는 수단이 구비되고 또한 독립적인 연료 분사 수단은 각각 순차적으로 연료가 분사될 수 있도록 구성됨으로써, 연료 분사각을 엔진의 동작 상황에 따라 적절하게 조절할 수 있고 연소실 피스톤의 이동 상태에 따라 연료 분사 시기를 적절하게 조절할 수 있는 다단 인젝터에 관한 것이다.
인젝터, 니들, 마더 플런저, 연료 분사

Description

다단 인젝터{Multi-Injector}
본 발명은 연료를 분사하는 인젝터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 인젝터의 케이스 내부에 각각 독립적으로 연료를 분사할 수 있는 수단이 구비되고 또한 독립적인 연료 분사 수단은 각각 순차적으로 연료가 분사될 수 있도록 구성됨으로써, 연료 분사각을 엔진의 동작 상황에 따라 적절하게 조절할 수 있고 연소실 피스톤의 이동 상태에 따라 연료 분사 시기를 적절하게 조절할 수 있는 다단 인젝터에 관한 것이다.
차량의 엔진 계통에는 연료를 공급 분사하기 위한 연료 인젝터가 장착되는데, 특히 디젤 엔진 차량에는 연소실 내부로 직접 연료를 분사하도록 인젝터가 장착된다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 디젤 엔진의 인젝터 노즐 구조를 간략하게 도시한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 의한 일반적인 디젤 엔진의 인젝터 노즐의 분사 각도를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 인젝터(10)는 전자제어장치(20)의 전기적 신호에 의해 니들(11)이 상승하며 연료가 노즐홀(12)을 통해 분사되도록 구성된다. 노즐홀(12)은 연료가 무화(Breakup)될 수 있도록 직경이 작게 형성되고 일정 정도의 분사 각도를 이루며 연료가 분사될 수 있도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 디젤 엔진에서 실린더(30) 내부 연소실에 인젝터(10)를 통해 연료가 분사되는 경우, 연료가 분사되는 각도는 연료가 피스톤 보울(Piston Bowl)(41)의 범위 이내에 분사될 수 있는 범위를 한도로 하여 최대한 넓게 형성되는데, 이와 같이 분사각이 넓게 형성될수록 연료의 무화 성능이 개선되어 연료 특성이 향상된다.
일반적으로 엔진의 고출력화를 위해서는 연료 공급의 증대가 필수적이고 이는 연료 분사량의 확장을 통해 달성될 수 있다. 그러나 연료 분사량 증대를 위해 노즐홀(12)의 직경을 늘리면 무화 성능이 악화되고 연료의 고압 분사에도 한계가 있어서 연료의 분사량을 증대시키기가 용이하지 않다. 따라서, 연료의 분사시기를 더욱 진각시키는 방법으로 연료량을 분사하게 되면 분사된 연료의 분무 액적 궤적이 길게 형성되며 피스톤(40) 상면의 피스톤 보울(41)의 범위를 벗어나게 되는 문제가 있다.
또한, 디젤 엔진에서 연소 소음과 배기 저감을 위해 연료의 주분사 이전에 연료가 소량 분사되는 파일럿 분사의 경우에는 피스톤(40)이 최대 상승 지점에 도달하기 전에 미리 연료가 소량 분사되므로 이때 노즐홀(12)의 연료 분사각이 크게 형성되면 분사된 연료가 피스톤 보울(41)의 범위를 벗어나게 되는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 인젝터의 케이스 내부에 각각 독립적으로 연료를 분사할 수 있는 수단이 구비되고 또한 독립적인 연료 분사 수단은 각각 순차적으로 연료가 분사될 수 있도록 구성됨으로써, 연료 분사각을 엔진의 동작 상황에 따라 적절하게 조절할 수 있고 연소실 피스톤의 이동 상태에 따라 연료 분사 시기를 적절하게 조절할 수 있는 다단 인젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 내부에 연료 유로가 형성된 케이스(110); 상기 케이스(110) 내부에 각각 분리되어 형성된 제 1 및 제 2 고압실(111, 112); 상기 제 1 및 제 2 고압실(111, 112)과 각각 연통되어 외부로 연료가 분사되도록 형성된 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122); 상기 제 1 및 제 2 고압실(111, 112) 내부에 각각 장착되어 상하 이동에 따라 각각 상기 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)을 개폐하는 제 1 및 제 2 니들(130, 140); 및 상기 케이스(110) 내부에서 상하 이동하며 상기 제 1 및 제 2 니들(130, 140)을 상하 이동시키는 마더 플런저(150)를 포함하고, 상기 제 1 니들(130)은 상기 마더 플런저(150)와 고정 결합되고 상기 제 2 니들(140)은 상기 마더 플런저(150)와 상하 방향으로 탄성 이동 가능하게 결합되어, 상기 마더 플런저(150)의 상하 이동에 따라 상기 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)이 순차적으로 개 폐되는 것을 특징으로 하는 다단 인젝터를 제공한다.
본 발명에 의하면, 인젝터의 케이스 내부에 각각 독립적으로 연료를 분사할 수 있는 수단이 구비되고 또한 독립적인 연료 분사 수단은 각각 순차적으로 연료가 분사될 수 있도록 구성됨으로써, 연료 분사각을 엔진의 동작 상황에 따라 적절하게 조절할 수 있고 연소실 피스톤의 이동 상태에 따라 연료 분사 시기를 적절하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 내부에 연료 유로가 형성된 케이스(110); 상기 케이스(110) 내부에 각각 분리되어 형성된 제 1 및 제 2 고압실(111, 112); 상기 제 1 및 제 2 고압실(111, 112)과 각각 연통되어 외부로 연료가 분사되도록 형성된 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122); 상기 제 1 및 제 2 고압실(111, 112) 내부에 각각 장착되어 상하 이동에 따라 각각 상기 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)을 개폐하는 제 1 및 제 2 니들(130, 140); 및 상기 케이스(110) 내부에서 상하 이동하며 상기 제 1 및 제 2 니들(130, 140)을 상하 이동시키는 마더 플런저(150)를 포함하고, 상기 제 1 니들(130)은 상기 마더 플런저(150)와 고정 결합되고 상기 제 2 니들(140)은 상기 마더 플런저(150)와 상하 방향으로 탄성 이동 가능하게 결합되어, 상기 마더 플런저(150)의 상하 이동에 따라 상기 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)이 순차적으로 개 폐되는 것을 특징으로 하는 다단 인젝터를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 인젝터의 노즐 구조를 간략하게 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 인젝터는 내부에 연료 유로가 형성된 케이스(110)와, 케이스(110) 내부에 각각 분리 형성된 제 1 및 제 2 고압실(111, 112)과, 제 1 및 제 2 고압실(111, 112)과 각각 연통되어 케이스(110)의 외부로 연료가 분사되도록 형성된 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)과, 제 1 및 제 2 고압실(111, 112) 내부에 각각 장착되는 제 1 및 제 2 니들(130, 140)과, 제 1 및 제 2 니들(130, 140)을 상하 이동시키는 마더 플런저(150)를 포함하여 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 니들(130, 140)은 마더 플런저(150)에 각각 결합되는데, 제 1 니들(130)은 마더 플런저(150)에 고정 결합되고 제 2 니들(140)은 마더 플런저(150)에 상하 방향으로 탄성 이동 가능하게 결합된다. 즉, 마더 플런저(150)에는 제 2 니들(140)의 끝단부가 삽입될 수 있도록 관통홀(151)이 형성되고 제 2 니들(140)의 끝단부에는 제 2 니들(140)의 상하 이동이 소정 구간으 로 구속되며 결합될 수 있도록 스토퍼(142)가 형성된 상태로 제 2 니들(140)이 마더 플런저(150)의 관통홀(151)에 삽입됨으로써, 제 2 니들(140)이 마더 플런저(150)에 대해 상하 이동 가능하게 결합된다. 이때, 마더 플런저(150)와 제 2 니들(140) 사이에 탄성부재(141)가 삽입되어 제 2 니들(140)이 마더 플런저(150)에 대해 상하 이동하는 경우 탄성력을 받게 된다.
이와 같이 결합된 제 1 및 제 2 니들(130, 140)이 각각 제 1 및 제 2 고압실(111, 112)의 내부에 장착되어 상하 이동함에 따라 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)이 개폐된다. 이에 따라 제 1 니들(130)이 상향 이동하여 제 1 노즐홀(121)이 개방되면 제 1 노즐홀(121)을 통해 연료가 분사되고, 제 2 니들(140)이 상향 이동하여 제 2 노즐홀(122)이 개방되면 제 2 노즐홀(122)을 통해 연료가 분사된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 노즐홀(121)의 연료 분사각(θ1)이 제 2 노즐홀(122)의 연료 분사각(θ2)보다 작게 형성되는 것이 바람직하며, 또한 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)은 케이스(110)의 끝단 부위에 다수개 형성될 수 있을 것이다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 인젝터의 동작 원리를 살펴보면, 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)이 모두 폐쇄된 상태에서 전기적인 신호에 의해 마더 플런저(150)가 상향 이동하면 마더 플런저(150)의 상향 이동과 함께 제 1 니들(130)이 일체로 상향 이동하며 제 1 노즐홀(121)이 개방된다. 이때, 제 2 니들(140)은 마더 플런저(150)에 대해 상하 방향으로 상대 운동이 가능하게 결합되며 탄성부재(141)에 의해 하향 탄성력을 받기 때문에 마더 플런저(150)가 일정 구 간 상향 이동하더라도 계속해서 제 2 노즐홀(122)을 폐쇄한 상태로 유지된다. 이후 마더 플런저(150)가 계속해서 상향 이동하여 제 2 니들(140)의 끝단에 형성된 스토퍼(142)가 마더 플런저(150)에 구속되면 마더 플런저(150)와 함께 상향 이동하게 되어 제 2 노즐홀(122)이 개방된다.
한편, 반대로 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)이 모두 개방된 상태에서 연료 분사를 중지하도록 전기적인 신호에 의해 마더 플런저(150)가 하향 이동하면, 위에서 설명한 동작 원리와 마찬가지 원리에 의해 개방 동작 상태의 역순으로 제 2 니들(140)이 먼저 제 2 노즐홀(122)을 폐쇄하고 이후 계속되는 마더 플런저(150)의 하향 이동에 따라 제 1 니들이 제 1 노즐홀(121)을 폐쇄하는 방식으로 동작된다.
이러한 동작 상태에 따라, 연료 분사를 위해 인젝터의 노즐홀이 개방되는 경우 1차적으로 제 1 니들(130)이 상향 이동하며 제 1 노즐홀(121)이 개방되어 연료가 분사되고 이후 2차적으로 제 2 노즐홀(122)이 개방되어 연료가 분사되며, 연료 분사의 중지를 위해 인젝터의 노즐홀이 폐쇄되는 경우에는 이와 역순으로 연료의 분사가 중지된다. 이때, 제 1 노즐홀(121)의 연료 분사각(θ1)이 제 2 노즐홀(122)의 연료 분사각(θ2)보다 작기 때문에, 연료가 분사되는 형태는 먼저 작은 연료 분사각을 갖는 좁은 범위의 공간에 연료가 분사되고 이후 큰 연료 분사각을 갖는 넓은 범위의 공간에 연료가 분사되며, 연료의 분사가 중지되는 경우에는 이와 역순으로 진행된다.
이러한 동작 방식에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 인젝터는 마더 플런저(150)의 상향 이동 거리에 따라 연료의 분사각을 조절할 수 있으며, 또한 시 간적인 차이를 두고 연료의 분사각을 조절할 수 있으므로 연소실에서 피스톤의 상향 이동 구간에 따라 적절한 범위로 연료를 분사할 수 있는 구조이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 디젤 엔진의 인젝터 노즐 구조를 간략하게 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 의한 일반적인 디젤 엔진의 인젝터 노즐의 분사 각도를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 인젝터의 노즐 구조를 간략하게 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 케이스 121: 제 1 노즐홀
122: 제 2 노즐홀 130: 제 1 니들
140: 제 2 니들 150: 마더 플런저

Claims (5)

  1. 내부에 연료 유로가 형성된 케이스(110);
    상기 케이스(110) 내부에 각각 분리되어 형성된 제 1 및 제 2 고압실(111, 112);
    상기 제 1 및 제 2 고압실(111, 112)과 각각 연통되어 외부로 연료가 분사되도록 형성된 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122);
    상기 제 1 및 제 2 고압실(111, 112) 내부에 각각 장착되어 상하 이동에 따라 각각 상기 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)을 개폐하는 제 1 및 제 2 니들(130, 140); 및
    상기 케이스(110) 내부에서 상하 이동하며 상기 제 1 및 제 2 니들(130, 140)을 상하 이동시키는 마더 플런저(150)
    를 포함하고, 상기 제 1 니들(130)은 상기 마더 플런저(150)와 고정 결합되고 상기 제 2 니들(140)은 상기 마더 플런저(150)와 상하 방향으로 탄성 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 다단 인젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 니들(130, 140)은 상기 마더 플런저(150)의 상하 이동에 따라 상기 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)을 순차적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 다단 인젝터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 니들(140)과 상기 마더 플런저(150) 사이에는 탄성부재(141)가 구비되어 상기 제 2 니들(140)은 상기 탄성부재(141)의 탄성력에 의해 상기 제 2 노즐홀(122)을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 다단 인젝터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 노즐홀(121)의 연료 분사각(θ1)은 상기 제 2 노즐홀(122)의 연료 분사각(θ2)보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 다단 인젝터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 노즐홀(121, 122)은 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 다단 인젝터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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