KR101379117B1 - 디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장치에 관한 것으로 특히, 공지된 디젤 엔진의 연료분사장치에 있어서, 연료분사밸브들의 상면에 형성된 공기유입공에 엔진 컨트롤 유니트로부터 출력되는 공기압조절신호에 대응하여 개폐되며 연료분사밸브로 공급되는 공기압을 조절해 주는 분사압력 제어밸브들을 설치하고, 연료분사펌프와 연료분사밸브 사이에는 엔진 컨트롤 유니트에서 출력되는 분사시기제어신호에 부응하여 작동되며 각각의 연료분사펌프에서 엔진으로 분사시켜 주는 연료의 분사시기를 제어하는 분사시작 제어밸브들을 설치한 것을 특징으로 한다.
따라서, 분사압력과 분사시기조정을 통하여 저 부하에서의 연소효율을 향상시킴으로써, 연비 및 스모크 등의 배기가스를 저감할 수 있다. 특히 하나의 실린더 당 한 개의 연료분사펌프와 여러 개의 연료분사밸브로 구성되는 대형 2-스트로크(stroke) 디젤엔진의 경우, 저속 및 저 부하에서 여러 개의 연료분사밸브 중 하나의 연료분사를 차단하여 분사가 집중되는 효과를 통해 분사압력을 높여 연소효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 분사를 차단하는 연료분사밸브를 주기적으로 변경하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 여러 개 연료분사밸브의 분사 시작시기를 조금씩 다르게 하여 엔진 연소실 내의 급격한 압력 및 온도증가를 완화시켜 엔진의 내구성을 대폭 증가시키고 질소산화물 배기가스의 저감 효과를 얻을 수 있는 것이다.
Figure R1020090075667
연료분사밸브, 연료분사펌프, 분사압력 제어밸브, 분사시작 제어밸브

Description

디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장치{An electronic fuel injection control device for diesel engine}
본 발명은 전자적으로 구동되는 밸브를 이용하여 분사시기와 분사압력을 조정할 수 있도록 한 디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 컨트롤 유니트와 연결된 솔레노이드 밸브를 부하조건에 따라 열고 닫아 분사시기를 조정하고, 분사압력 제어밸브 또한 엔진 컨트롤 유니트와 연결하여 분사 압력을 조정하되, 저 부하에서는 분사압력을 높이고 분사시기를 앞당겨서 연소효율을 좋게 하고, 고 부하에서는 분사시기를 늦춰서 연소실 최고압력(maximum cylinder pressure)을 감소시켜 엔진의 허용 강도 조건을 만족시킬 수 있도록 발명한 것이다.
다시 말해서 기존 기계식 연료분사 시스템에 매우 간단한 전자식 밸브인 분사시작 제어밸브와 분사압력 제어밸브를 부가 설치하여 이들을 통한 연료의 분사시기와 분사압력을 조정하여 중, 저 부하영역에서 연소성능을 크게 개선시키고, 커먼레일 전자제어 엔진과 유사한 효과를 낼 수 있도록 하여 저 부하 조건에서 분사압력을 높이고, 분사시기를 제어하여 낮은 효율로 인한 높은 연비와 과다한 배기가스 등의 발생을 미연에 방지할 수 있도록 발명한 디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장 치에 관한 것이다.
디젤 엔진의 기계식 연료분사장치는 일반적으로 캠 형상 및 연료분사펌프에 의해 연료분사 시기가 고정되어 있으며, 부하 및 속도에 따라 분사시기의 변경이 불가능하다.
뿐만 아니라 저 부하에서는 연료분사압력이 낮기 때문에 성능 및 효율이 저하되고, 스모크(smoke) 등 배기가스가 많이 발생하게 된다.
다시 말해서 일반적인 기계식 디젤 엔진의 저 부하 조건에서는 연료펌프에서 생성되는 연료의 분사압력은 고 부하 조건에 비해 낮다.
이는 기계식 연료펌프의 특성으로부터 기인한 것으로 낮은 연료분사압력은 연료의 무화상태(atomization)를 나쁘게 하여, 연소효율을 떨어뜨리게 되고, 결국 이와 같은 낮은 효율로 인해 높은 연비, 과다한 배기가스 등이 발생하게 된다.
이러한 저 부하 연소특성을 개선하기 위해 본 발명에서는 전자적으로 구동되는 분사시작 제어밸브와 분사압력 제어밸브를 이용하여 저 부하 조건에서 분사압력을 높이고, 분사시기를 앞당긴다.
즉, 기계식 디젤 엔진은 연료의 압축과 분사가 연료분사 캠에 의해 구동되는 연료분사펌프에 의해 이루어지므로 연료의 분사시기는 캠의 형상 및 연료분사펌프에 의해 고정되어 있으며, 엔진의 부하 및 속도조건에 따라 변경할 수 없는데, 일반적으로 디젤 엔진은 100% 부하조건에서 최대의 효율을 가지도록 설계되므로 저 부하 운전 조건에서는 연료의 분사압력이 떨어짐에 따라 불량한 분무상태(atomization)가 나타나게 되며, 이와 같은 나쁜 분무상태는 연소효율을 저하시킴으로써 스모크 등의 배기가스 및 연비가 증가하고 엔진의 내구성에 좋지 못한 영향을 미치게 되는 것이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래 개발된 것이 커먼레일 전자제어 시스템이다.
그러나 이 시스템은 구조가 매우 복잡하고, 제작이 어려우며, 기존 기계식 엔진을 개조하는데 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 기존 기계식 연료분사 시스템에 매우 간단한 전자식 밸브를 장착하여 전자적으로 구동되는 분사시작 제어밸브와 분사압력 제어밸브를 통한 연료의 분사시기와 분사압력을 조정하여 중, 저 부하영역에서 연소성능을 크게 개선시키고, 커먼레일 전자제어 엔진과 유사한 효과를 낼 수 있도록 하여, 분사압력과 분사시기조정을 통하여 저 부하에서의 연소효율을 향상시킴으로써, 연비 및 스모크 등의 배기가스를 저감할 수 있다. 특히 하나의 실린더 당 한 개의 연료분사펌프와 여러 개의 연료분사밸브로 구성되는 대형 2-스트로크 디젤엔진의 경우, 저속 및 저 부하에서 여러 개의 연료분사밸브 중 하나의 연료분사를 차단하여 분사가 집중되는 효과를 통해 분사압력을 높여 연소효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 분사를 차단하는 연료분사밸브를 주기적으로 변경하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 여러 개 연료분사밸브의 분사 시작시기를 조금씩 다르게 하여 엔진 연소실 내의 급격한 압력 및 온도증가를 완화시켜 엔진의 내구성을 대폭 증가시키고 질소산화물 배기가스의 저감 효과를 얻을 수 있는 디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치는, 엔진 부하와 엔진속도 및 크랭크 각도신호를 입력받아 디젤 엔진의 구동에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 엔진 컨트롤 유니트와; 연료분사펌프 본체의 분사량 조절기구와 연결된 상태에서 상기 엔진 컨트롤 유니트에서 출력되는 부하조절신호에 부응하여 엔진의 회전수와 부하에 따른 연료분사 펌프의 분사량을 제어하는 거버너와; 연료분사 캠에 의해 구동되며 상기 거버너의 출력에 부응하는 분사량으로 연료를 압축하여 연료분사밸브 측으로 공급시켜 주는 연료분사펌프와; 상기 연료분사펌프로부터 송유되어 오는 연료를 공기압에 부응하는 압력으로 엔진 내에 분사시켜 주는 연료분사밸브를 구비한 디젤 엔진의 연료분사장치에 있어서, 상기 연료분사밸브들의 상면에 형성된 공기유입공에 엔진 컨트롤 유니트로부터 출력되는 공기압조절신호에 대응하여 개폐되며 연료분사밸브로 공급되는 공기압을 조절해 주는 분사압력 제어밸브를 부가 설치하고, 상기 연료분사펌프와 연료분사밸브들의 노즐 본체에 형성된 연료공급공 사이에는 엔진 컨트롤 유니트에서 출력되는 분사시기제어신호에 부응하여 작동되며 각각의 연료분사펌프에서 엔진으로 분사시켜 주는 연료의 분사시기를 제어하는 분사시작 제어밸브들을 부가 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분사시작 제어밸브는 상호 연결된 연료공급공과 연료리턴공이 구비된 몸체의 내부에 엔진 컨트롤 유니트의 분사시기제어신호에 부응하여 작동되는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 의해 구동되는 밸브 작동부 및 솔레노이드가 작동되지 않을 때 연료공급공과 연료리턴공이 서로 연결되게 하는 리턴 스프링이 설치된 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 장치에 의하면, 기존 기계식 연료분사 시스템에 매우 간단한 전자식 밸브 즉, 전자적으로 구동되는 분사시작 제어밸브와 분사압력 제어밸브를 부가 설치하여 이들을 통해 연료의 분사시기와 분사압력을 조정하여 중, 저 부하영역에서 연소성능을 크게 개선시키고, 커먼레일 전자제어 엔진과 유사한 효과를 낼 수 있도록 함으로써, 첫째 연비 및 스모크 등의 배기가스를 저감할 수 있고, 둘째 특히 하나의 실린더당 한 개의 연료분사펌프와 여러 개의 연료분사밸브로 구성되는 대형 2-스트로크 디젤엔진의 경우 저속, 저 부하에서 여러 개의 연료분사밸브 중 하나의 연료분사를 차단하여 분사가 집중되는 효과를 통해 분사압력을 높여 연소효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 셋째 분사를 차단하는 연료분사밸브를 주기적으로 변경하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 넷째 여러 개 연료분사밸브의 분사 시작시기를 조금씩 다르게 하여 엔진 연소실 내의 급격한 압력 및 온도증가를 완화시켜 엔진의 내구성을 대폭 증가시키고 질소산화물 배기가스의 저감 효과를 얻을 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 장치의 개략 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명 장치가 적용된 디젤 엔진의 연료분사밸브의 작동 상태도를 나타낸 것이며. 도 3의 (a)-(c)는 저 부하 조건에서의 연료분사밸브 연료분사 시작압력 증가와 그에 따른 영향을 그래프를 나타낸 것이고, 도 4의 (a)(b)는 연료분사펌프의 플런저 길이 증가에 따른 분사시작 시기가 앞당겨졌을 때의 엔진부하 대비 가변분사시기 및 연소 최고압력에 대한 그래프를 나타낸 것이며, 도 5는 연료분사시기 및 연료분사노즐 개방압력 조정에 따른 크랭크 각도 대비 연료분사압력의 변환 그래프를 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명 장치를 대형 스트로크 디젤 엔진에 적용하였을 때의 블록 구성도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명 장치는, 엔진 부하와 엔진속도 및 크랭크 각도신호를 입력받아 디젤 엔진의 구동에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 엔진 컨트롤 유니트(5)와; 연료분사펌프(2) 본체의 분사량 조절기구(23)와 연결된 상태에서 상기 엔진 컨트롤 유니트(5)에서 출력되는 부하조절신호에 부응하여 엔진의 회전수와 부하에 따른 연료분사펌프(2)의 분사량을 제어하는 거버너(6)와; 연료분사 캠(1)에 의해 구동되며 상기 거버너(6)의 출력에 부응하는 분사량으로 연료를 압축하여 연료분사밸브(4) 측으로 공급시켜 주는 연료분사펌프(2)와; 연료분사량 조절구(42)과 스프링(43) 및 노즐 본체(40)를 구비하고 상기 연료분사펌프(2)로부터 송유되어 오는 연료를 공기압에 부응하는 압력으로 엔진 내에 분사시켜 주는 수개의 연료분사밸브(4)를 구비한 디젤 엔진의 연료분사장치에 있어서,
상기 연료분사밸브(4)들의 상면에 형성된 공기유입공(41)에 엔진 컨트롤 유니트(5)로부터 출력되는 공기압조절신호에 대응하여 개폐되며 연료분사밸브(4)로 공급되는 공기압을 조절해 주는 분사압력 제어밸브(8)들을 부가 설치하고,
상기 연료분사펌프(2)와 연료분사밸브(4)들의 노즐 본체(40)에 형성된 연료 공급공(44) 사이에는 엔진 컨트롤 유니트(5)에서 출력되는 분사시기제어신호에 부응하여 작동되며 각각의 연료분사펌프(2)에서 엔진으로 분사시켜 주는 연료의 분사시기를 제어하는 분사시작 제어밸브(3)들을 부가 설치한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분사시작 제어밸브(3)는 연료공급공(32)과 연료리턴공(31)이 구비된 몸체(30)의 내부에 엔진 컨트롤 유니트(5)의 분사시기제어신호에 부응하여 작동되는 솔레노이드(33)와, 상기 솔레노이드(33)에 의해 구동되는 밸브 작동부(34) 및 솔레노이드(33)가 작동되지 않을 때 연료공급공(32)과 연료리턴공(31)이 서로 연결되게하는 리턴 스프링(35)이 설치된 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명 디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장치에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 공지된 디젤 엔진의 연료분사장치에 있어서, 연료분사밸브(4)들의 상면에 형성된 공기유입공(41)에 엔진 컨트롤 유니트(5)의 제어를 받는 분사압력 제어밸브(8)들을 부가 설치하고, 연료분사펌프(2)와 연료분사밸브(4)들의 노즐 본체(40)에 형성된 연료공급공(44) 사이에는 엔진 컨트롤 유니트(5)의 제어를 받는 분사시작 제어밸브(3)들을 부가 설치한 것을 주요기술 구성요소로 한다.
이때, 상기 분사압력 제어밸브(8)는 엔진 컨트롤 유니트(5)로부터 출력되는 공기압조절신호에 대응하여 개폐되며 연료분사밸브(4)로 공급되는 공기압을 조절해 주는 기능을 수행하고, 상기 분사시작 제어밸브(3)는 솔레노이드(33)와 밸브 작동부(34) 및 리턴 스프링(35)을 구비하고 상기 엔진 컨트롤 유니트(5)에서 출력되는 분사시기제어신호에 부응하여 작동되며 각각의 연료분사펌프(2)에서 엔진으로 분사시켜 주는 연료의 분사시기를 제어하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 분사시작 제어밸브(3)는 연료공급공(32)과 연료리턴공(31)이 구비된 몸체(30)의 내부에 엔진 컨트롤 유니트(5)의 분사시기제어신호에 부응하여 작동되는 솔레노이드(33)가 설치됨은 물론, 상기 솔레노이드(33)에 의해 구동되어 상기한 연료리턴공(31)의 개폐량을 제어하는 밸브 작동부(34) 및 솔레노이드(33)가 작동되지 않을 때 연료공급공(32)과 연료리턴공(31)이 서로 연결되게 하는 리턴 스프링(35)이 설치된 구성을 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명 장치가 적용된 디젤 엔진에서 연료분사 캠(1)에 의해 구동되는 기계식 연료분사펌프(2)는 연료를 가압하여 분사시작 제어밸브(3)를 통해 연료분사밸브(4)로 고압의 연료를 전달되는데, 이때 연료의 분사량은 연료분사펌프(2)에서 압축되는 연료의 양에 의해 결정되며, 이는 엔진 컨트롤 유니트(5)와 연결된 거버너(6)에 의해 제어된다.
또 상기 연료분사밸브(4)의 상면에 형성된 공기유입공(41)에는 분사압력 제어밸브(8)가 연결되어 있으므로, 상기 분사압력 제어밸브(8)를 통해 연료분사밸브(4) 내로 공급되는 공기압력에 따라 스프링(43)의 압축력이 조절되어 연료분사압력이 제어된다.
이와 같이 저 부하에서 연료분사밸브(4)의 분사시작압력을 증가시킬 경우, 이전에 비해 높아진 분사압력에 도달하기 위한 시간이 증가하므로 분사시기가 지연되는 효과가 나타나게 되고, 그 결과로서 엔진의 연소실(미도시) 내의 최대 압 력(Pmax)이 감소하며, 연소효율이 저하되므로 연비 및 배기가스가 증가한다.
그러므로 저 부하에서 연료의 분사압력은 증가하였지만, 분사시기는 지연되어 분사압력 증가에 따른 효과가 반감된다.
또한, 엔진의 부하 및 속도에 따라 공기압을 조절하여 연료분사밸브(4)의 연료분사 시작압력을 제어하게 되는데, 여기서 분사압력 제어밸브(8)는 솔레노이드 밸브로 대체될 수도 있다.
즉, 공기의 압력이 아닌, 전기적 신호로서 구동되는 솔레노이드에 의해 스프링(43)을 압축시켜 연료분사 시작압력을 제어할 수도 있는 것이다.
이와 같이 본 발명은 연료분사시기를 조정해 연료분사 시작압력의 증가로 인해 지연된 분사시기를 기존의 상태로 되돌리게 되는데, 일반적인 기계식 연료분사펌프(2) 내의 플런저(22) 길이를 늘림으로써 분사시기를 앞당기는 효과를 가져올 수 있다.
이와 같은 구성을 적용하면 도 3의 (a)-(c)로 도시한 저 부하 조건에서의 연료분사밸브 연료분사 시작압력 증가와 그에 따른 영향을 그래프로 도시된 바와 같이, 연료분사펌프(2)에서 연료의 압축은 플런저(22)가 연료공급공(21)을 차단하는 시점부터 시작되므로 플런저(22)의 길이를 늘림으로써, 연료공급공(21)을 차단하는 시점이 앞당겨지고, 연료의 압축 및 분사의 시작도 앞당겨진다.
또한 연료의 분사시기가 도 4의 (a)와 같이 앞당겨짐에 따라 연소효율이 상승하고 연소실 내의 최대 폭발압력도 증가한다.
이와 같이 분사압력이 상승하면 연료분사노즐에서 연료가 분사될 때, 연료의 분사 관성이 증가하여, 연소실 내의 공기와 보다 더 잘 섞이고, 또한 연료의 분사시기가 앞당겨지면 연료와 공기가 섞여 폭발하기 좋은 상태가 되기까지의 시간이 충분히 늘어나므로 저 부하영역에서 연료의 분사압력을 높이고, 분사시기를 앞당김으로써 연료는 이전보다 공기와 원활히 혼합되어 연소효율을 크게 개선할 수 있으며, 연비를 낮추고 배기가스를 저감시킬 수 있는 것이다.
상기에 있어서 연료분사펌프(2)의 플런저(22) 길이를 늘이면, 연료분사시작 시기를 앞당기는 효과를 가져온다.
그러므로 저 부하 영역에서 연료분사시기가 앞당겨지면 연료분사 시작압력으로 인해 늦춰졌던 연료분사시기가 다시 앞당겨짐에 따라 분사된 연료와 공기의 혼합이 잘 되어 연소효율이 증가하고 연소실 내 최대압력(Pmax) 또한 증가한다.
뿐만 아니라 저 부하영역에서 연료분사시기를 더욱 앞당김으로써, 연소효율을 더 개선할 수 있으나, 엔진 부하가 상승함에 따라 연소실 내의 압력한계에 다다르게 되므로 일정 부하 이상에서는 연료분사시기를 다시 뒤로 늦추어 압력한계를 초과하지 않도록 한다.
전술한 바와 같이 연료의 분사시기를 앞당기면 연소효율은 증가함에 따라 연소실의 최대압력 또한 증가하게 되나, 엔진 연소실의 최대 압력은 실린더 헤드 등의 부품의 강도를 고려한 한계치를 가지고 있으므로 분사시작 제어밸브(3)를 이용하여 저 부하 또는 중 부하 영역에서는 연료의 분사시기를 더욱 앞당겨 연소효율을 높이고, 고 부하영역에서는 연료의 분사시기를 다시 늦추어 연소실의 최대압력이 한계치를 초과하지 않도록 한다.(도 4의 (b) 참조)
이때, 연료분사시기는 솔레노이드(33)에 의해 구동되는 분사시작 제어밸브(3)에 의해 결정되며, 분사시작 제어밸브(3)는 엔진부하 및 속도신호 등를 입력받은 엔진 컨트롤 유니트(5)에 의해 제어된다.
기존 기계식 연료분사펌프(2)와 연료분사밸브(4)로 구성된 시스템에서는 플런저(22)가 연료공급공(21)을 차단하는 시점부터 연료의 압축과 분사가 시작이 되므로 엔진 부하, 속도별 연료분사시기 제어가 불가능 하나, 본 발명 장치를 적용할 경우 분사시작 제어밸브(3)가 스프링(43)에 의해 항상 열려있으므로, 연료의 압축과 분사시점은 엔진 컨트롤 유니트(5)로부터 솔레노이드(33)에 전류가 인가되어 분사시작 제어밸브(3)가 닫히는 시점이 되므로 엔진 부하 및 속도에 따라 분사시점은 자유롭게 조정이 가능하게 되며, 도 5는 이와 같이 연료분사시기 및 연료분사노즐 개방압력 조정에 따른 크랭크 각도 대비 연료분사압력의 그래프를 나타낸다.
한편, 커먼레일 전자제어 엔진이 연료의 분사압력, 분사시작시기, 종료시기(연료분사량)를 비롯한 다양한 변수를 모두 제어하는 반면, 본 발명 장치를 적용한 디젤 엔진에서는, 기계식 엔진을 기본으로 연료의 분사시작시기와 분사압력만 제어하고 종료시기(연료분사량)는 기존 기계식 시스템과 동일하게 거버너(6)를 이용해 제어하므로 커먼레일 전자제어 엔진보다 제어해야 할 변수가 크게 줄어 엔진 컨트롤 유니트(5)의 제어 로직을 간단히 구성할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 본 발명 장치는 2,4 스트로크(stroke) 디젤 엔진에 모두 적용될 수 있으며 특히 도 6과 같이 대형 2 스트로크 엔진에 적용했을 경우, 앞서 언급된 효과 이외의 추가적인 장점을 가진다.
이때, 상기 대형 2 스토르크 엔진에는 실린더 당 연료분사펌프(2) 하나에 연료분사밸브(4)가 2개 이상 장착이 된다.
따라서, 본 발명 장치를 대형 2 스토르크 엔진에 응용하면 연료의 분사압력, 분사시기를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 밸브의 부착 위치와 개수에 따라 선택적인 연료분사 차단 및 분사순서를 개별적으로 제어할 수 있는 기능을 가지게 되므로 저 부하영역에서 연료의 분사압력을 더욱 증가시키고, 연료분사밸브(4)의 내구성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 배기가스 저감 등의 부가적인 효과를 얻을 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명 장치를 디젤 엔진에 적용하게 되면 분사시작 제어밸브(3)와 분사압력 제어밸브(8)를 이용하여 연료의 분사시기와 압력을 제어하여 저, 중 부하영역에서의 연소효율을 크게 향상시킬 수 있는데, 이때 상기 분사시작 제어밸브(3)는 소형으로 제작이 가능하고, 저압에서 작동하여 연료누설이 없으며 응답성이 빠를 뿐만 아니라 연료분사밸브(4)와 연료분사펌프(2) 및 연료배관 등 설치위치가 다양하여 설치가 쉬운 장점이 있다.
즉, 본 발명 장치는 기존의 기계식 디젤 엔진에 간단한 전자식 제어밸브인 분사시작 제어밸브(3)와 분사압력 제어밸브(8)를 부착함으로써 저렴한 비용으로 커먼레일 전자제어 엔진과 유사한 효과를 나타낼 수 있는 장점을 가지고 있고, 또 2,4 스토르크 디젤 엔진에 모두 장착이 가능하며, 엔진의 크기에 관계없이 장착할 수 있고, 특히 실린더당 하나의 연료펌프에 2개 이상의 연료분사밸브로 구성되는 대형 2 스트로크 디젤 엔진에 장착할 경우 다음과 같은 부가적인 장점이 있다.
첫째 연료분사시기 및 분사압력 제어를 통해 앞에서 기술한 바와 같이 저 부하에서의 연소효율을 향상시킬 수 있고, 둘째 저속, 저 부하에서 여러 개의 연료분사밸브 중 하나의 연료분사를 차단하여 분사가 집중되는 효과를 통해 분사압력을 높임으로써 연소효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 셋째 분사를 차단하는 연료분사밸브를 주기적으로 변경함으로써 내구성을 향상시킬 수 있고, 넷째 여러 개의 연료분사밸브의 분사 시작 시기를 조금씩 다르게 하여 엔진 연소실 내의 급격한 압력 및 온도증가를 완화함으로써 엔진 내구성을 증가시키고 질소산화물 배기가스의 저감효과가 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
도 1은 본 발명 장치의 개략 블록 구성도.
도 2는 본 발명 장치가 적용된 디젤 엔진의 연료분사밸브의 작동 상태도.
도 3의 (a)-(c)는 저 부하 조건에서의 연료분사밸브 연료분사 시작압력 증가와 그에 따른 영향을 그래프.
도 4의 (a)(b)는 연료분사펌프의 플런저 길이 증가에 따른 분사시작 시기가 앞당겨졌을 때의 엔진부하 대비 가변분사시기 및 연소 최고압력에 대한 그래프.
도 5는 연료분사시기 및 연료분사노즐 개방압력 조정에 따른 크랭크 각도 대비 연료분사압력의 변환 그래프.
도 6은 본 발명 장치를 대형 스트로크 디젤 엔진에 적용하였을 때의 블록 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 연료분사 캠 2 : 연료분사펌프
21 : 연료공급공 22 : 플런저
23 : 분사량 조절기구 3 : 분사시작 제어밸브
30 : 몸체 31 : 연료리턴공
32 : 연료공급공 33 : 솔리노이드
34 : 밸브 작동부 35 : 리턴 스프링
4 : 연료분사밸브 40 : 본체
41 : 공기유입공 42 : 연료분사량 조절구
43 : 스프링 44 : 연료공급공
5 : 엔진 컨트롤 유니트 6 : 거버너
8 : 분사압력 제어밸브

Claims (2)

  1. 엔진 부하와 엔진속도 및 크랭크 각도신호를 입력받아 디젤 엔진의 구동에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 엔진 컨트롤 유니트와; 연료분사펌프 본체의 분사량 조절기구와 연결된 상태에서 상기 엔진 컨트롤 유니트에서 출력되는 부하조절신호에 부응하여 엔진의 회전수와 부하에 따른 연료분사 펌프의 분사량을 제어하는 거버너와; 연료분사 캠에 의해 구동되며 상기 거버너의 출력에 부응하는 분사량으로 연료를 압축하여 연료분사밸브 측으로 공급시켜 주는 연료분사펌프와; 상기 연료분사펌프로부터 송유되어 오는 연료를 공기압에 부응하는 압력으로 엔진 내에 분사시켜 주는 연료분사밸브를 구비한 디젤 엔진의 연료분사장치에 있어서,
    상기 연료분사밸브의 상면에 형성된 공기유입공에 엔진 컨트롤 유니트로부터 출력되는 공기압조절신호에 대응하여 개폐되며 연료분사밸브로 공급되는 공기압을 조절해 주는 분사압력 제어밸브들을 부가 설치하고,
    상기 연료분사펌프와 연료분사밸브의 노즐 본체에 형성된 연료공급공 사이에는 엔진 컨트롤 유니트에서 출력되는 분사시기제어신호에 부응하여 작동되며 연료분사펌프에서 엔진으로 분사시켜 주는 연료의 분사시기를 제어하는 분사시작 제어밸브를 설치하되,
    상기 분사시작 제어밸브는 연료공급공과 연료리턴공이 서로 연결되는 형태로 구비된 몸체의 내부에 엔진 컨트롤 유니트의 분사시기제어신호에 부응하여 작동되는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드에 의해 구동되는 밸브 작동부 및 솔레노이드가 작동되지 않을 때 연료공급공과 연료리턴공이 서로 연결되도록 하는 리턴 스프링이 설치된 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 전자식 연료분사 제어장치.
  2. 삭제
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