KR101400555B1

KR101400555B1 - 디젤엔진 연료분사밸브

Info

Publication number: KR101400555B1
Application number: KR1020130010373A
Authority: KR
Inventors: 김동훈; 박태형; 허정윤
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-05-28

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 연료분사밸브에 관한 것으로서, 연료주입구와 상기 연료주입구와 연통되는 노즐홀을 가지는 밸브몸체와, 상기 밸브몸체의 내부에서 탄성 지지되어 상기 노즐홀을 개폐하는 밸브부, 및 상기 밸브부의 상부를 가압하되, 상기 노즐홀의 개폐 시기가 조절될 수 있도록 가압력을 조절할 수 있게 구비되는 조절유닛으로 구성됨으로써, 연료 분사시기를 조절할 수 있게 하여 최적의 연료 분사시기 조절을 통해 연소 효율 향상은 물론 대기오염 물질을 저감시킬 수 있는 디젤엔진 연료분사밸브에 관한 것이다.

Description

디젤엔진 연료분사밸브{Fuel injection valve of diesel engine}

본 발명은 디젤엔진의 연료분사밸브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 니들밸브의 개방시기를 조절할 수 있게 함으로써, 엔진의 특성과 작동 조건에 대응하여 최적의 연료 분사시기 조절을 통해 연소 효율의 향상 및 대기오염 물질의 배출을 저감시킬 수 있는 디젤엔진 연료분사밸브에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 엔진에 디젤엔진을 주로 적용하여 운영되고 있다.

이러한 디젤 엔진은 엔진블록 상에 다수의 실린더가 배치되어 있고, 각각의 실린더 내에는 흡,배기밸브가 설치됨과 아울러 커넥팅로드에 의해 크랭크샤프트와 연결되는 피스톤이 각각 설치됨으로써, 실린더 내에서의 폭발력을 크랭크샤프트의 회전 운동으로 전환하게 되는 것이다.

여기서 실린더에는 연료를 적절한 시기에 분사시킬 수 있는 연료분사밸브가 설치된다.

연료분사밸브는 연료를 실린더 내에 분사(injection)시키는 것으로서, 연료분사펌프에 의해 송출되는 연료의 압력이 연료 분사가 가능한 분사 압력에 도달했을 때, 이 압력이 연료분사밸브의 니들밸브를 개방시켜 노즐홀을 통해 연료가 분사되는 구조로 이루어져 있다.

이하 도 1을 참조하여 종래의 기계식 연료분사밸브를 간략히 설명한다.

도 1은 종래의 기계식 연료분사밸브의 단면도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 기계식 연료분사밸브는 밸브몸체(100)와 밸브부(120) 및 밸브지지체(130)로 구성된다.

여기서 밸브부(120)는 니들밸브(121)와 밸브스핀들(125)로 구성되며, 밸브지지체(130)는 밸브스프링(131)과 스프링지지체(135)로 구성된다.

따라서 연료분사펌프(도시하지 않음)로부터 송출된 연료가 연료주입구(115)를 통해 니들밸브(121) 하부에 주입된 후, 연료 압력이 밸브스프링(131)에 의해 설정된 니들밸브(121)의 개방압력에 도달하게 되면, 니들밸브(121)가 연료 압력에 의해 상향 이동하여 개방됨으로써, 연료가 노즐홀(150)을 통해 실린더 내에 분사되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 연료분사밸브는 주입되는 연료 압력에 의해서 니들밸브가 단순 개방되는 구조이기 때문에 엔진의 운전 조건에 따라 연료의 분사시기를 조절하는 것이 곤란하여 저부하 운전조건에서의 연소 효율 저하는 물론 대기오염 물질의 배출이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 밸브스핀들의 상단부를 가압하여 밸브 개방시기를 조절하는 조절유닛을 구비함으로써, 엔진의 특성이나 작동 조건에 대응하여 연료의 분사시기를 조절할 수 있는 연료분사밸브를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료주입구와 상기 연료주입구와 연통되는 노즐홀을 가지는 밸브몸체와, 상기 밸브몸체의 내부에서 탄성 지지되어 상기 노즐홀을 개폐하는 밸브부, 및 상기 밸브부의 상부를 가압하되, 상기 노즐홀의 개폐 시기가 조절될 수 있도록 가압력을 조절할 수 있게 구비되는 조절유닛을 포함하여 구성된다.

여기서 상기 밸브부는 상기 밸브몸체 내부에서 승강 가능하게 설치되는 니들밸브와 상기 니들밸브를 지지하는 밸브스핀들로 구성되고, 상기 밸브스핀들 상부에는 밸브스핀들을 탄성 지지하는 밸브지지체가 구비된다.

또한 상기 조절유닛은 상기 밸브지지체가 관통 설치됨과 아울러 상기 밸브몸체 내에서 승강 가능하게 설치되어 상기 밸브스핀들에 압력에 의한 힘을 부가할 수 있도록 구비되는 가압부재 및 상기 가압부재의 상부에 설치되어 상기 가압부재에 압력을 부가하는 공압챔버로 구성될 수 있다.

여기서 상기 가압부재는 중앙부에 관통공이 형성되는 중공형으로 구비하되, 상기 공압챔버가 형성되는 대직경부와 상기 대직경부의 중앙부로부터 하향 연장되어 상기 밸브스핀들을 탄성 지지하는 밸브스프링이 삽입 설치되는 소직경부로 구성될 수 있다.

또한 상기 밸브지지체는 상기 밸브스프링을 탄성 지지하는 스프링지지체를 구비하고, 상기 공압챔버는 상기 대직경부 상단부에 형성되는 중공형 공기주입영역과 상기 스프링지지체를 관통하여 상기 공기주입영역에 공기를 주입하는 복수의 공기주입구로 구성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 밸브 개방시기를 조절할 수 있게 되어 최적의 연료 분사시기를 설정할 수 있는 효과가 있고, 또한 연료 분사시기 조절을 위해 별도의 전자 제어 분사시스템을 적용하지 않고 기존의 기계식 연료분사시스템을 그대로 사용할 수 있을 뿐 아니라 연소 효율 향상을 통한 연비 절감과 대기오염 물질의 배출을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 기계식 연료분사밸브의 단면도,
도 2는 본 발명의 연료분사밸브의 구성도,
도 3은 본 발명의 분사시기 미조절시 연료분사밸브의 작동상태도,
도 4는 본 발명에 구비된 조절유닛의 작동 상태도,
도 5는 본 발명의 분사시기 조절시 연료분사밸브의 작동 상태도이다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 연료분사밸브의 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 연료분사밸브는 밸브몸체(10), 밸브부(20), 및 조절유닛(70)으로 구성된다.

여기서 밸브몸체(10)는 소정의 밸브 작동영역을 제공하는 것으로서, 일측부에는 연료주입구(15)가 설치되고, 하단부에는 연료가 분사될 수 있는 복수의 노즐홀(18)이 구비된다.

한편 밸브부(20)는 니들밸브(21)의 개폐에 따라 연료를 노즐홀(18)로 공급 또는 차단시켜 실린더 내에 연료를 분사하는 역할을 하는 것으로서, 니들밸브(21)와 니들밸브(21)를 지지하는 밸브스핀들(25)로 구성된다.

이때 니들밸브(21)와 밸브스핀들(25)은 밸브몸체(10) 내에서 승강 가능하게 설치된다.

한편 밸브지지체(30)는 밸브부(20)를 탄성 지지하는 역할을 하는 것으로서, 밸브스프링(31)과 스프링지지체(35)로 구성된다.

여기서 밸브스프링(31)은 밸브부(20)의 밸브스핀들(25) 상단을 지지할 수 있도록 구비되고, 스프링지지체(35)는 밸브몸체(10) 상부에 삽입 결합되어 밸브스프링(31)의 상단을 지지하게 되는 것이다.

이때 스프링지지체(35)는 하기에서 설명하는 조절유닛(70)의 공압챔버(60) 중앙부를 관통하여 하측부가 가압부재(50)에 삽입되도록 설치된다.

여기서 밸브부(20)는 연료분사펌프(도시하지 않음)로부터 압축되어 송출되는 연료가 연료주입구(15)를 통해 주입될 때, 이 연료의 압력에 의해 니들밸브(21)를 들어올리는 힘이 밸브스프링(31)의 탄성력보다 커지게 되면 니들밸브(21)가 상향 이동하게 되고, 이로 인해 연료가 밸브몸체(10) 하단부의 노즐홀(18)을 통해 실린더 내로 분사되는 것이다.

따라서 밸브부(20)는 압송된 연료의 압력이 특정 분사 압력, 즉, 니들밸브(21)의 개방압력에 도달했을 때, 니들밸브(21)가 개방되어 연료를 분사하게 되는 것이다.

한편 조절유닛(70)은 가압부재(50)와 공압챔버(60)로 구성된다.

조절유닛(70)은 밸브스핀들(25)에 압력에 의한 힘을 부가하여 니들밸브(21)에 가해지는 힘을 변화시킴으로써, 니들밸브(21)의 개방압력을 변화시켜 연료의 분사시기가 조절되도록 하는 것이다.

여기서 가압부재(50)는 밸브지지체(30)가 관통 설치되는 것으로서, 중앙부에 관통공이 형성된 중공형으로 구비된다.

이때 가압부재(50)는 밸브몸체(10) 내에서 승강 가능하게 설치되며 대직경부(51)와 소직경부(52)로 구성된다.

이때 밸브몸체(10) 내에는 가압부재(50)의 대직경부(51)가 승강 가능하도록 소정의 작동공간(12)이 형성된다.

여기서 가압부재(50)의 소직경부(52) 하단은 외주면이 밸브몸체(10)의 내주면에 접촉되어 밸브몸체(10) 내에서 슬라이딩 가능하도록 설치되며, 하단부는 밸브스핀들(25)의 상단에 밀착되어 압력을 부가할 수 있도록 구비되는 것이다.

이때 소직경부(52)의 하부에는 밸브스프링(31)이 삽입 설치되고, 상부에는 스프링지지체(35)가 밸브스프링(31)을 지지할 수 있도록 삽입 설치된다.

한편 공압챔버(60)는 압축공기를 이용하여 밸브스핀들(25)에 압력에 의한 힘을 부가하는 역할을 하는 것으로서, 가압부재(50) 상부에 설치된다.

여기서 공압챔버(60)는 가압부재(50)의 대직경부(51) 상단부에 형성되는 중공형 공기주입영역(61)과 공기주입구(65)로 구성된다.

공기주입영역(61)은 압축공기가 주입됨으로써 이 압축공기의 압력에 의해 밸브스핀들(25)의 상단에 압력을 부가하는 역할을 하게 되며, 공기주입구(65)는 압축공기를 공기주입영역(61)에 주입하게 되는 것이다.

공기주입구(65)는 외부로부터 압축공기가 주입되는 제1주입로(66)와 공기주입영역(61)에 압축공기를 주입하는 제2주입로(67)로 구성된다.

제1주입로(66)는 밸브지지체(30)의 스프링지지체(35)를 관통하여 설치되고, 제2주입로(67)는 제1주입로(66)로부터 복수로 분기되어 공기주입영역(61)에 압축공기가 주입되도록 설치된다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 디젤엔진의 연료분사밸브의 작동 과정을 상세히 설명한다.

여기서 도 3은 본 발명의 분사시기 미조절시 연료분사밸브의 작동 상태도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명에 구비된 조절유닛의 작동 상태도를 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명의 분사시기 조절시 연료분사밸브의 작동 상태도를 나타낸 것이다.

먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 연료가 연료펌프(도시하지 않음)로부터 압축 송출되어 연료주입구(15)를 통해 밸브부(20)의 니들밸브(21) 하단부에 주입되면, 니들밸브(21)의 압력 작용면에 압력이 부가되고, 이 압력에 의한 힘이 밸브스프링(31)의 탄성력보다 커지게 되어 니들밸브(21)의 개방 압력에 도달하게 되면 니들밸브(21)가 개방되면서 연료가 분사되는 것이다.

한편 도 4에 도시된 바와 같이, 공기주입구(65)를 통해 화살표와 같이, 공기주입영역(61)에 압축 공기가 주입되면, 공기주입영역(61)의 공기 압력이 가압부재(50) 상단의 압력 작용면에 작용하여 가압부재(50)를 가압하게 되고, 이때 가압부재(50)는 하향 이동하여 하단이 밸브스핀들(25)의 상단에 밀착됨으로써, 밸브스핀들(25)에 공기 압력에 의한 힘을 부가하게 된다.

이때 밸브스핀들(25)은 밸브스프링(31)의 탄성력 뿐 아니라, 공압챔버(60)에서의 공기 압력에 의한 힘이 부가됨으로써, 니들밸브(21)가 개방되기 위한 개방 압력이 상승하게 되는 것이다.

따라서 연료의 압력이 밸브스프링(31)의 탄성력과 공압챔버(60)에서의 공기 압력에 의한 힘보다 높아지게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 니들밸브(21)가 개방되는 것이다.

여기서 니들밸브(21)가 개방되기 위한 개방 압력이 높아졌기 때문에, 연료주입구(15)로부터 주입되는 연료의 압력이 니들밸브(21)를 개방시킬 수 있는 개방 압력에 도달하는 시점이 늦어지게 되고, 이로 인해 니들밸브(21)의 개방시기 또한 늦어지게 되어 연료 분사시기가 지연되는 것이다.

따라서 공압챔버(60)에 공급되는 압축공기의 압력을 조절하여 밸브스핀들(25)에 부가되는 힘을 조절함으로써, 니들밸브(21)가 개방되는 시기를 제어하면 되는 것이다.

여기서 공압챔버(60)로 공급되는 압축공기는 엔진의 시동 또는 제어용 압축공기를 사용할 수 있을 것이다.

한편 엔진의 모든 실린더에서의 분사시기를 동시에 조절하고자 하는 경우에는 한 개의 압력조절밸브(도시하지 않음)를 통해 각각의 연료분사밸브 내부의 공압챔버(60)로 주입되는 압축공기의 압력을 동시에 조절하도록 하며, 또한 엔진의 실린더 각각에 대해 분사시기를 개별적으로 조절하고자 하는 경우에는 실린더 각각에 대해 압력조절밸브를 설치하여 각각의 연료분사밸브 내부의 공압챔버(60)로 주입되는 압축공기의 압력을 개별적으로 조절할 수 있도록 하면 될 것이다.

따라서 본 발명은 공압챔버(60)의 압축공기 압력을 조절하여 밸브스핀들(21)에 가해지는 힘을 변화시켜 밸브 개방시기를 조절할 수 있게 됨으로써, 엔진의 특성이나 작동 조건에 대응하여 연료의 분사시기를 조절할 수 있어 연소 효율 향상을 통한 연비 절감과 대기오염 물질의 배출을 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

이상 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10,100 : 밸브몸체 15,115 : 연료주입구
20,120 : 밸브부 21,121 : 니들밸브
25,125 : 밸브스핀들 12 : 작동영역
18,150 : 노즐홀 30,130 : 밸브지지체
31,131 : 밸브스프링 35,135 : 스프링지지체
50 : 가압부재 51 : 대직경부
52 : 소직경부 60 : 공압챔버
61 : 공기주입영역 65 : 공기주입구
66 : 제1주입로 67 : 제2주입로
70 : 조절유닛

Claims

연료주입구와, 상기 연료주입구와 연통되는 노즐홀을 가지는 밸브몸체;
상기 밸브몸체의 내부에서 탄성 지지되어 상기 노즐홀을 개폐하는 밸브부; 및
상기 밸브부의 상부를 가압하되, 상기 노즐홀의 개폐 시기가 조절될 수 있도록 가압력을 조절할 수 있게 구비되는 조절유닛;을 포함하여 구성하되,
상기 밸브부는 상기 밸브몸체 내부에서 승강 가능하게 설치되는 니들밸브와 상기 니들밸브의 상부 중앙을 지지하는 밸브스핀들로 구성되고, 상기 밸브스핀들 상부에는 밸브스핀들을 탄성 지지하는 밸브지지체가 구비되며,
상기 조절유닛은, 상기 밸브지지체가 관통 설치됨과 아울러 상기 밸브몸체 내에서 승강 가능하게 설치되어 상기 밸브스핀들에 압력에 의한 힘을 부가할 수 있도록 구비되는 중공형 가압부재 및 상기 가압부재의 상부에 설치되어 상기 가압부재에 압력을 부가하는 공압챔버로 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 연료분사밸브.
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삭제
제1항에 있어서,
상기 가압부재는,
중앙부에 관통공이 형성되는 중공형으로 구비하되, 상기 공압챔버가 형성되는 대직경부와 상기 대직경부의 중앙부로부터 하향 연장되어 상기 밸브스핀들을 탄성 지지하는 밸브스프링이 삽입 설치되는 소직경부로 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 연료분사밸브.
제4항에 있어서,
상기 밸브지지체는 상기 밸브스프링을 탄성 지지하는 스프링지지체를 구비하고, 상기 공압챔버는 상기 대직경부 상단부에 형성되는 중공형 공기주입영역과 상기 스프링지지체를 관통하여 상기 공기주입영역에 공기를 주입하는 복수의 공기주입구로 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 연료분사밸브.