KR101765938B1 - 저압분사 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 인젝터에는 인젝터 내부에서 저압연료분사를 위한 개폐시 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)을 구현하는 니들(5)에 결합되어, 연료분사후 폐쇄스트로크에서 상기 니들(5)의 선단부인 실린더노즐(6)에 의해 형성되는 압력체적공간에서 밀려나는 연료의 복귀경로 중 상기 니들(5)에 끼워진 내주면쪽으로 형성되는 복귀경로에서 일부 연료를 유입해 그 외주면쪽으로 내보내는 드로우경로가 적어도 1개 이상으로 형성되어진 압력균형밸브(10)가 구비됨으로써, 인젝터가 고압연료분사시에 비해 실린더노즐(6)의 압력공간체적 압력이 상대적으로 낮은 저압연료분사시에도 고압분사와 동일한 작용효과를 가능하게 해 아웃워드(Outward)방식이면서 동시에 저압분사방식으로 구성될 수 있는 특징을 갖는다.

Description

저압분사 인젝터{Low Pressure Injection Injector}

본 발명은 가솔린 엔진의 직접 분사 인젝터에 관한 것으로, 특히 초희박 가솔린 직접분사 엔진에 적용되도록 아웃워드Outward)방식이면서도 저압으로 연료를 분사할 수 있는 인젝터에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린 엔진의 실린더내 연료공급은 포트 분사방식이 적용됨으로써, 흡기포트에 장착된 인젝터는 저압으로 연료를 흡기밸브 상부로 분사하게 된다.

이어, 분사된 연료는 기화되어 열려진 흡기밸브를 거쳐 연소실로 유입된 후 공기와 혼합되어 연소되어진다.

상기와 같은 포트 분사방식은 연료를 저압(3bar 내외)으로 분사할 수 있어 고압분사시 필요한 고압펌프와 고압연료라인등은 요구되지 않지만, 연료분사시점이 흡기밸브의 거동에 의존됨으로써 분사 시점의 다양화가 불가능 할 수밖에 없다.

이러한 포트 분사방식의 한계는 연소실에 연료를 직접 분사함으로써 해소될 수 있으며, 이러한 연료분사방식을 직접 분사방식으로 칭한다.

통상, 직접 분사방식은 연소실에 직접 장착된 인젝터가 연료 분사를 연소실로 직접함으로써, 연료분사 시점이 포트 분사방식과 달리 흡기밸브의 거동에 상관없이 다양하게 정해질 수 있게 된다.

도 5(가)는 고압분사 인젝터의 한 예로서, 인워드(Inward)방식 인젝터의 내부 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 인워드(Inward)방식 인젝터(100)는 그 내부에 장착된 솔레노이드에 전원이 인가되면 니들 어셈블리(110)가 들려지고, 니들 어셈블리 선단부(120)가 인젝터(100)의 내부에서 안쪽 방향으로 움직이게 되며, 이러한 움직임으로 연료가 인젝터 팁부위에 나있는 분사홀을 통하여 바깥으로 분사되는 구조로 이루어진다.

하지만, 고압분사 인젝터는 연소실에 직접 장착됨으로써 연소실내에서 화염에 노출되는 부분이 있을 수밖에 없고, 상기 인워드(Inward)방식 인젝터(100)에서는 연료를 분사하는 인젝터 팁부위가 연소실내에서 화염에 노출되는 부위에 해당되어진다.

연소가 이루어지고 나면 연소실내에서는 끄을음(Soot)이 발생되고, 이러한 끄을음(Soot)은 결국 화염에 노출되어진 인젝터 팁부위에 달라붙어 오염을 일으키고, 오염심화는 결국 인젝터 팁부위의 연료분사 홀을 막는 코킹을 가져옴으로써 인워드(Inward)방식 인젝터(100)의 성능불량을 야기하게 된다.

통상, 인워드(Inward)방식 인젝터(100)에서는 포트 분사방식에 비해 상대적으로 높은 고압분사가 적용됨으로써, 끄을음(Soot)으로 인한 인젝터 팁부위 연료 분사홀 막힘현상인 코킹을 방지하게 된다.

하지만, 상기와 같은 인워드(Inward)방식 인젝터(100)는 고압연료분사의 적용으로 코킹현상을 방지할 수 있지만, 연료분사시 니들 어셈블리 선단부(120)가 인젝터(100)의 내부에서 안쪽 방향으로 움직여 열려진 분사공간을 이용함으로써 상대적으로 연료분사량이 적을 수밖에 없게 된다.

연료분사량은 일반적인 공기혼합비를 갖는 가솔린엔진에서는 전혀 문제가 없지만 초희박 가솔린 직접 분사 엔진에서는 연소성능에 심대한 영향을 끼치게 되고, 이로 인해 인워드(Inward)방식 인젝터(100)는 초희박 가솔린 직접 분사 엔진에 적용되기 어려운 한계가 있게 된다.

반면, 도 5(나)는 고압분사 인젝터의 또 다른 예로서, 인워드(Inward)방식 고압분사 인젝터(100)의 장점을 가지면서도 초희박 가솔린 직접 분사 엔진에 적용될 수 있는 아웃워드(Outward)방식 인젝터의 내부 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 아웃워드(Outward)방식 인젝터(200)에서는 니들어셈블리(210)가 인젝터(200)의 외측으로 움직이기 때문에 인젝터(200)외측과 니들어셈블리 선단부(220)사이에 일정 공간을 가진 고리가 생기고, 이 고리가 노즐이 되어 연료가 분사되는 구조로 이루어진다.

그러므로, 아웃워드(Outward)방식 인젝터(200)는 니들어셈블리(210)가 외측으로 움직이기 때문에 저압연료분사되더라도 끄을음(Soot)에 의한 노즐 막힘인 코킹현상이 해소되며, 특히 연료분사 형태가 콘의 형상을 이루어 노즐공간을 원추형으로 상당히 크게 형성함으로써 연료 액적의 크기가 충분히 커 초희박 가솔린 직접 분사 엔진에 대한 뛰어난 적용성을 갖을 수 있게 된다.

하지만, 상기와 같은 아웃워드(Outward)방식 인젝터(200)에 고압분사가 적용되지 않으면, 상당히 크게 형성되는 원추형타입 연료분사공간으로 인해 연료 액적의 크기를 충분히 작아지게 할 수 없어 그 역작용으로 연료와 공기의 혼합성을 저하시킬 수 있게 된다.

그러므로, 상기와 같은 아웃워드(Outward)방식 인젝터(200)도 필연적으로 고압분사가 적용되어야 하는 한계를 갖을 수밖에 없게 된다.

통상, 가솔린 직접 분사 엔진은 연비개선과 성능 향상 및 EM(Emission Material)저감을 위하여 필히 적용되어야 하는 엔진 기술이다.

하지만, 가솔린 직접 분사 엔진을 위해선 어느 방식 인젝터든 고압분사방식이 반드시 요구됨으로써, 인젝터 팁 부분 코킹이나 연료 액적 크기와 같은 인젝터 자체적인 취약성은 물론 전체적으로는 고압펌프 구동에 따른 마찰 손실 증대와 함께 고압연료라인에 따른 구조추가 및 원가 상승등을 가져올 수밖에 없게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 개폐시 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)을 구현하여 저압분사로도 인젝터 팁 부분 코킹현상을 해소할 수 있고, 직접 분사에 충분한 SMD(Sauter Mean Diameter)를 갖는 원추형상 연료분사공간형성을 통해 초희박 가솔린 직접 분사 엔진에서 요구하는 연료분사량을 충분히 공급할 수 있으면서도 특히, 연료분사 후 내부의 연료유동방향을 압력균형밸브쪽으로 신속히 전환시켜 충분한 윤활성능을 유지할 수 있는 저압분사 인젝터를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 압력균형밸브를 이용해 연료의 신속한 유동방향 전환을 구현함으로써, 압력균형밸브제어 정밀도를 더욱 향상하고 내부 압력 유지도 보다 안정화시킬 수 있으면서 동시에 리크(Leak)도 방지되는 저압분사 인젝터를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 저압분사로도 가솔린 직접 분사 엔진과 초희박 가솔린 직접 분사 엔진에 모두 적용됨으로서, 고압분사시 구동에 따른 마찰 손실 증대를 가져오는 고압펌프와 구조추가 및 원가 상승을 가져오는 고압연료라인등을 전혀 필요하지 않는 저압분사 인젝터를 제공하는데 목적이 있다

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저압분사 인젝터는 인젝터 내부에서 저압연료분사를 위한 개폐시 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)을 구현하는 니들에 결합되어,

연료분사후 폐쇄스트로크에서 상기 니들의 선단부 압력체적공간내 압력상승으로 밀려나는 연료의 복귀경로 중 상기 니들에 끼워진 내주면쪽으로 형성되는 복귀경로에서 일부 연료를 유입해 그 외주면쪽으로 내보내는 드로우경로가 적어도 1개 이상으로 형성되어진 압력균형밸브;

를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 압력균형밸브는 상기 니들이 삽입된 홀더의 중공홀에서 확장되어진 챔버공간으로 위치되고, 상기 드로우경로에서 배출된 복귀연료는 상기 압력균형밸브로 점유되지 않는 상기 챔버공간을 통해 형성되는 또 다른 복귀경로로 보내지게 된다.

상기 압력균형밸브는 직경차를 갖는 내주면을 이루는 내경과 외주면을 이루는 외경으로 이루어져 상기 니들에 끼워지고, 상기 내경에서 상기 외경으로 뚫려져 관통된 적어도 1개 이상의 드로우경로를 갖춘 중공의 밸브스풀과; 상기 밸브스풀의 한쪽부위에서 상대적으로 큰 직경으로 동심원을 이루고, 스프링리테이너에 지지된 스프링으로 탄발지지되는 확장플랜지; 를 포함해 구성되어진다.

상기 밸브스풀은 상기 챔버공간중 상기 중공홀에 바로 이어져 상대적으로 큰 직경을 이루어, 상기 밸브스풀의 외경에 대해 연료흐름을 위한 공간을 형성하는 밸브챔버에 위치되고; 상기 확장플랜지는 상기 밸브챔버에 이어져 상대적으로 큰 직경으로 확장되는 확장챔버에 위치되고, 연료분사에 따른 개방스트로크시 상기 밸브챔버와 상기 확장챔버의 연결구간인 챔버연장면에 밀착되며 연료분사후에 따른 폐쇄스트로크시 상기 챔버연장면에서 이격되어진다.

상기 드로우경로는 상기 밸브스풀의 길이방향으로 서로 간격을 갖고 연료가 흐르는 공간으로 다수 형성되고, 상기 확장플랜지를 향하여 경사진다.

이러한 본 발명은 개폐시 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)으로 구현되어 저압분사로도 인젝터 팁 부분 코킹현상을 해소하는 효과가 있고, 직접 분사에 충분한 SMD(Sauter Mean Diameter)를 갖는 원추형상 연료분사공간형성을 통해 초희박 가솔린 직접 분사 엔진에서 요구하는 연료분사량을 충분히 공급할 수 있는 효과는 물론 특히, 연료분사 후 내부의 연료유동방향을 압력균형밸브쪽으로 신속히 전환시켜 충분한 윤활성능을 유지할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 연료의 신속한 유동방향 전환을 압력균형밸브로 구현하므로 압력균형밸브제어 정밀도를 더욱 향상하고 내부 압력 유지도 보다 안정화시킬 수 있음은 물론 리크(Leak)를 방지하는 효과도 있게 된다.

또한, 본 발명은 저압분사이므로 고압분사시 구동에 따른 마찰 손실 증대를 가져오는 고압펌프가 적용되지 않고, 특히 구조추가 및 원가 상승을 가져오는 고압연료라인등도 전혀 필요하지 않는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 저압분사 인젝터의 내부구성도이고, 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 저압분사 인젝터의 연료분사작동도이며, 도 4는 본 발명에 따른 저압분사 인젝터의 연료분사 후 압력균형밸브를 통해 이루어지는 신속한 연료흐름방향 전환상태이며, 도 5(가),(나)는 종래에 따른 고압분사 인젝터의 내부 구성도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 저압분사 인젝터의 내부구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 저압분사 인젝터는 그 내부로 중공홀(2)이 뚫린 홀더(1)와, 상기 홀더(1)의 중공홀(2)에 삽입되어 연료분사시 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)이 구현되어 상기 홀더(1)의 연료분사공간을 열어주는 니들(5)과, 상기 니들(5)의 선단부위에 압입되어 연료분사흐름경로를 형성하는 실린더노즐(6)과, 상기 홀더(1)의 내부에서 중공홀(2)에 연통된 챔버공간(3)으로 위치되고 상기 니들(5)의 외주면에 끼워진 압력균형밸브(10)와, 상기 압력균형밸브(10)의 뒤쪽에서 상기 니들(5)의 외주면에 끼워진 스프링리테이너(20)와, 일단이 상기 스프링리테이너(20)에 지지되어 상기 압력균형밸브(10)를 탄발지지하는 스프링(30)으로 구성되어진다.

상기 홀더(1)는 인젝터의 외피를 형성하고, 한쪽 끝부위인 선단부를 이루는 팁엔드(1a)는 연료분사시 아웃워드움직임으로 니들(5)이 이격되면 콘형상의 연료분사공간을 형성하게 된다.

이를 위해, 상기 팁엔드(1a)는 니들(5)과 밀착되는 끝부위 내주면을 다이버전스(Divergence)로 확장시켜 콘형상을 이루게 된다

본 실시예에서 상기 팁엔드(1a)의 콘형상 크기는 약 0.1mm 이하로 충분히 작게 형성됨으로써 직접 분사시에도 충분한 SMD(Sauter Mean Diameter)를 가질 수 있고, 이로 인해 연료를 저압으로 분사할 수 있게 된다.

한편, 상기 니들(5)은 홀더(1)의 내부에서 직선 슬라이딩 이동되므로, 도시되어 있지 않지만 인젝터에는 니들(5)의 직선 슬라이딩 이동을 발생시키기 위한 장치가 더 추가되며, 이러한 장치는 통상 솔레노이드과 적용되어진다.

본 실시예에서 상기 니들(5)의 선단부위는 분사연료의 통로인 중공의 연료공급홀(5a)이 이어지지 않고 연장되어진 니들앤드(5c)로 이루어지며, 상기 니들앤드(5c)는 홀더(1)의 중공홀(2)에 삽입된 실린더노즐(6)의 내주면에 대해 니들(5)의 축 길이방향으로 연료흐름공간을 형성하고, 더불어 그 끝부위인 노우즈(Nose)부위는 홀더(1)의 팁엔드(1a)에 밀착시 홀더(1)의 중공홀(2)을 밀폐시켜주는 형상으로 이루어지게 된다.

이를 위해, 상기 니들앤드(5c)는 니들(5)의 직경보다 작은 직경으로 축소되어 니들(5)의 축 길이방향으로 연장되고, 그 선단부위는 니들(5)의 직경보다 큰 직경으로 확장되어 홀더(1)의 팁엔드(1a)에 형성된 콘형상 단면과 일치되는 형상으로 이루어진다.

그리고, 상기 니들(5)에는 니들앤드(5c)이 부위로 노즐홀(5b)이 뚫려져 연료공급홀(5a)에 연통되고, 상기 노즐홀(5b)은 연료공급홀(5a)을 따라 내부로 공급된 연료를 니들앤드(5c)의 부위를 감싼 실린더노즐(6)의 공간으로 배출시켜주게 된다.

상기 노즐홀(5b)은 연료공급홀(5a)이 끝나는 위치에 형성되어진다.

본 실시예에서 상기 니들(5)의 니들앤드(5c)의 외주면을 감싼 실린더노즐(6)에 의해 형성된 공간은 니들(5)의 아웃워드움직임으로 외부(연소실 공간)와 연통됨으로써 연료분사를 수행하고, 더불어 니들(5)을 빠져 나온 연료를 일정량 보관함으로써 연료분사시 니들(5)의 노즐홀(5b)로부터 안정적인 연료 공급이 지속될 수 있도록 기여하게 된다.

한편, 상기 압력균형밸브(10)는 홀더(1)의 중공홀(2)에 상대적으로 큰 직경으로 이어져 확장공간을 형성하는 챔버공간(3)으로 위치되고, 니들(5)의 외주면에 대해 윤활을 위한 연료흐름을 허용하도록 결합되어진다.

본 실시예에서 상기 압력균형밸브(10)는 저압연료상태에서도 홀더(1)의 중공홀(2)과 니들(5)의 외주면사이의 공간에 공급된 윤활연료를 빠르게 끌어당겨줌으로써 인젝터 내부의 입력상승을 일정 이하로 유지하고, 동시에 인젝터 내부의 윤활성능도 충분하게 유지함은 물론 리크(Leak)도 방지할 수 있게 된다.

이러한 작용을 구현하는 압력균형밸브(10)가 인젝터에 적용되면, 인젝터는 인워드(Inward)방식과 같은 인젝터 팁 부분 코킹현상이 전혀 없는 아웃워드(Outward)방식이면서, 직접 분사시에도 충분한 SMD(Sauter Mean Diameter)를 이용해 연료와 공기의 혼합성을 저하시키지 않는 연료 액적의 크기를 제공하면서도, 연료분사를 저압으로 구현할 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 압력균형밸브(10)는 직경차를 갖는 내주면을 이루는 내경과 외주면을 이루는 외경으로 이루어진 중공의 밸브스풀(11)와, 상기 밸브스풀(11)의 한쪽부위에서 상대적으로 큰 직경으로 동심원을 이루는 확장플랜지(12)와, 상기 밸브스풀(11)의 내주면에서 외주면으로 뚫려진 적어도 1개이상의 드로우경로(13)로 구성되어진다.

상기 압력균형밸브(10)는 홀더(1)의 중공홀(2)에 상대적으로 큰 직경으로 이어져 확장공간을 형성하는 챔버공간(3)에 위치되되, 상기 밸브스풀(11)는 중공홀(2)에 바로 이어져 상대적으로 큰 직경을 이루는 밸브챔버(3a)에 위치되고, 상기 확장플랜지(12)는 상기 밸브챔버(3a)에 이어져 상대적으로 큰 직경으로 확장되는 확장챔버(3c)에 위치되어진다.

여기서, 상기 밸브스풀(11)의 외경크기(Ao)는 밸브챔버(3a)의 내경크기(D)보다 작게 형성됨으로써 연료흐름을 위한 공간인 챔버 클라이언스(Sa)가 형성되고, 내경크기(Ai)는 니들(5)의 외경크기(d)보다 작게 형성됨으로써 또 다른 연료흐름을 위한 공간인 슬라이드 클라이언스(Sb)가 형성되어진다.

상기 슬라이드 클라이언스(Sb)는 윤활을 위한 연료의 흐름만 허용할 정도로 형성되어진다.

본 실시예에서 상기 확장플랜지(12)의 밀착성을 높이도록 테두리부위가 경사지게 절단됨으로써, 상기 확장플랜지(12)의 테두리부위가 밀착되는 상기 밸브챔버(3a)와 상기 확장챔버(3c)의 연결구간인 챔버연장면(3b)도 동일하게 경사진 단면구조로 이루어진다.

그리고, 상기 드로우경로(13)는 밸브스풀(11)의 길이방향을 따라 등간격으로 다수 형성되고, 연료가 밸브챔버(3a)에서 확장챔버(3c)쪽으로 빨려나가기 용이하게 확장플랜지(12)를 향하여 경사지게 형성되어진다.

도 2는 본 실시예에 따른 저압분사 인젝터의 연료분사작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이 저압분사 인젝터는 열림시 니들(5)이 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)을 구현함으로써, 니들(5)의 니들앤드(5c)가 홀더(1)의 팁엔드(1a)에서 빠져나오게 된다.

상기와 같이 홀더(1)의 팁엔드(1a)에서 콘형상의 연료분사공간이 형성되면, 니들(5)의 연료공급홀(5a)로 공급된 연료는 노즐홀(5b)을 통해 니들앤드(5c)의 부위를 감싼 실린더노즐(6)의 공간으로 빠져나오게 되고, 상기 공간에 모여진 연료는 콘형상의 연료분사공간을 빠져나가 연소실로 분사되어진다.

이때, 상기 콘형상의 연료분사공간을 나가는 연료는 원추형타입 분사형상을 이루는데, 그 크기는 직접 분사시에도 충분한 SMD(Sauter Mean Diameter)를 가질 수 있는 정도이다.

도 3은 본 실시예에 따른 저압분사 인젝터의 압력균형밸브(10)내 윤활흐름을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 연료분사시 압력균형밸브(10)가 위치된 챔버공간(3)에는 인젝터의 선단부위쪽으로 빨려나가는 연료흐름이 형성되고, 이 연료흐름을 이용함으로써 압력균형밸브(10)를 포함한 인젝터내부의 윤활작용이 이루어지게 된다.

연료분사시 압력균형밸브(10)가 스프링리테이너(20)와 스프링(30)의 작용으로 챔버공간(3)에 밀착됨에도 이러한 윤활작용이 가능한 것은 슬라이드 클라이언스(Sb)에 기인한 것으로서, 이는 슬라이드 클라이언스(Sb)가 최소한의 연료흐름을 형성함에 따른 것이다.

상기와 같은 윤활흐름형성은 보다 근본적으로는 실린더노즐(6)에 의해 형성된 압력공간체적이 니들(5)에 결합된 실린더노즐(6)의 이동방향에 따라 증감됨에 기인되어진다.

즉, 연료분사시 홀더(1)로부터 빠져나가는 니들(5)의 이동방향(개방스트로크)으로 실린더노즐(6)도 함께 이동될 때 확장되는 압력공간체적을 확정체적V1으로 정의하고, 역으로 연료분사 후 홀더(1)의 내측으로 들어오는 니들(5)의 이동방향(폐쇄스트로크)으로 실린더노즐(6)도 함께 이동될 때 축소되는 압력공간체적을 축소체적V2로 정의하면, 결과적으로 상기 압력공간변화체적V3는 확정체적V1 - 축소체적V2만큼 차이가 발생되어진다.

이에 따라, 압력공간체적이 확정체적V1으로 증가되는 연료분사시에는 압력공간체적내 압력이 낮추어짐으로써 실린더노즐(6)부위 압력이 압력균형밸브(10)부위 압력에 비해 상대적으로 낮아 실린더노즐(6)쪽에서 빨아들이는 윤활흐름을 형성할 수 있게 된다.

반면, 압력공간체적이 축소체적V2으로 감소되는 연료분사 후에는 압력공간체적내 압력이 높아짐으로써 실린더노즐(6)부위 압력이 압력균형밸브(10)부위 압력에 비해 상대적으로 높아 압력균형밸브(10)쪽에서 빨아들이는 윤활흐름을 형성할 수 있게 되고, 이러한 과정에서 상기 압력균형밸브(10)를 탄발지지하는 스프링(30)은 내부압력의 과도한 상승을 방지하게 된다.

이는, 압력균형밸브(10)에 가해지는 압력이 일정이상의 압력을 초과할 때 스프링(30)이 압축되어 압력균형밸브(10)의 이동을 허용함에 따른 작용효과에 의한 것이다.

상기와 같이 인젝터 내부에서는 압력차에 의한 연료흐름방향 전환이 지속적으로 일어나고, 이에 대해 압력균형밸브(10)가 연동됨으로써 냉각작용과 윤활작용은 물론 과도한 압력상승 방지와 함께 리크(Leak)도 방지될 수 있게 된다.

인젝터에서 특히 압력균형밸브(10)는 내부 압력유지 안정성과 제어 정밀도에 가장 크게 영향을 끼치는 성능인자이고, 이에 대한 판단은 압력균형밸브(10)가 얼마나 신속하게 자신 쪽으로 빨아들이는 윤활흐름을 형성할 수 있느냐로 결정되어진다.

이러한 목적에 부합한 성능을 구현하는 압력균형밸브(10)는 고압연료분사시에 비해 실린더노즐(6)의 압력공간체적 압력이 상대적으로 낮은 저압연료분사시에도 고압분사와 동일한 작용효과를 가능케 함으로써, 인젝터가 아웃워드(Outward)방식이면서 동시에 저압분사방식으로 구성될 수 있게 된다.

도 4는 보다 신속하게 자신 쪽으로 빨아들이는 윤활흐름을 형성하는 압력균형밸브(10)의 작용을 나타냄으로써, 본 실시예에 따른 인젝터가 아웃워드(Outward)방식이면서 동시에 저압분사방식임을 증명한다.

도시된 바와 같이, 연료분사후 홀더(1)의 내부에서는 인입되는 실린더노즐(6)로 인한 체적축소에 따른 압력상승이 일어남으로써, 연료분사시 압력균형밸브(10)쪽에서 빠져나왔던 연료는 다시 압력균형밸브(10)쪽으로 밀려나가게 된다.

본 실시예에서는 밀려나 압력균형밸브(10)쪽에서 빨려들어가는 복귀연료흐름은 적어도 3개의 각각 다른 흐름경로를 형성하게 되고, 이와 같이 3개의 각각 다른 복귀흐름경로는 고압연료분사시에 비해 실린더노즐(6)의 압력공간체적 압력이 상대적으로 낮은 저압연료분사시에도 고압분사와 동일한 작용효과를 가능케 함으로써, 압력균형밸브(10)에 대한 제어 정밀도를 더욱 향상하고 내부 압력 유지도 보다 안정화시킬 수 있게 된다.

상기와 같은 3개의 각각 다른 복귀흐름경로중 하나는 챔버 클라이언스(Sa)를 통해 이루어지는데, 상기 챔버 클라이언스(Sa)는 홀더(1)의 중공홀(2)에서 밀려난 복귀연료가 밸브챔버(3a)로 들어와 밸브스풀(11)을 지난 다음, 확장플랜지(12)와 이격된 챔버연장면(3b)을 거쳐 스프링리테니너(20)가 위치된 확장챔버(3c)로 빠져나가는 복귀경로를 형성하여 준다.

다른 하나는 슬라이드 클라이언스(Sb)를 통해 이루어지는데, 상기 슬라이드 클라이언스(Sb)는 밸브챔버(3a)로 들어온 복귀연료가 밸브스풀(11)의 내주면과 니들(5)의 외주면사이를 지난 다음, 스프링리테니너(20)가 위치된 확장챔버(3c)로 빠져나가는 복귀경로를 형성하여 준다.

또 다른 하나는 드로우경로(13)를 통해 이루어지는데, 상기 드로우경로(13)는 슬라이드 클라이언스(Sb)를 지나는 복귀연료중 일부 연료를 빨아들여 챔버 클라이언스(Sa)쪽으로 내보내줌으로써, 상기 슬라이드 클라이언스(Sb)를 통해 빠져나가는 복귀연료양을 크게 증가시키게 된다.

상기와 같이 본 실시예에서는 압력균형밸브(10)가 점유한 챔버공간(3)중 밸브스풀(11)이 점유한 밸브챔버(3a)의 공간체적을 드로우경로(13)를 이용해 확장해줌으로써, 상기 밸브챔버(3a)쪽에서 홀더(1)의 중공홀(2)에서 밀려나는 연료를 보다 신속하고 빠르게 유입할 수 있게 된다.

상기 밸브챔버(3a)로 유입되는 연료양이 증가되면, 밸브챔버(3a)에서 이어진 확장챔버(3c)로 빠져나가는 복귀연료양도 함께 증가되고, 이는 결국 연료분사 후 폐쇄스트로크에서 오일이 홀더(1)의 중공홀(2)에서 보다 신속하고 빠르게 빠져나오도록 함으로써 인젝터의 내부 압력유지 안정성을 크게 향상하고 특히 압력균형밸브(10)의 제어 정밀도를 크게 높여주고 리크(Leak)도 방지해줄 수 있게 된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 저압분사 인젝터에는 인젝터 내부에서 저압연료분사를 위한 개폐시 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)을 구현하는 니들(5)에 결합되어, 연료분사후 폐쇄스트로크에서 상기 니들(5)의 선단부인 실린더노즐(6)에 의해 형성되는 압력체적공간에서 밀려나는 연료의 복귀경로 중 상기 니들(5)에 끼워진 내주면쪽으로 형성되는 복귀경로에서 일부 연료를 유입해 그 외주면쪽으로 내보내는 드로우경로가 적어도 1개 이상으로 형성되어진 압력균형밸브(10)가 구비됨으로써, 아웃워드(Outward)방식의 장점을 유지함은 물론, 특히 고압연료분사시에 비해 실린더노즐(6)의 압력공간체적 압력이 상대적으로 낮은 저압연료분사시에도 고압분사와 동일한 작용효과를 가능하게 해 아웃워드(Outward)방식이면서 동시에 저압분사방식으로 구성될 수 있게 된다.

1 : 홀더 1a : 팁엔드
2 : 중공홀 3 : 챔버공간
3a : 밸브챔버 3b : 챔버연장면
3c : 확장챔버 5 : 니들
5a : 연료공급홀 5b : 노즐홀
5c : 니들앤드 6 : 실린더노즐
10 : 압력균형밸브 11 : 밸브스풀
12 : 확장플랜지 13 : 드로우경로
20 : 스프링리테이너 30 : 스프링
Sa : 챔버 클라이언스 Sb : 슬라이드 클라이언스

Claims (7)

1. 인젝터 내부에서 저압연료분사를 위한 개폐시 직선 슬라이딩 방식의 아웃워드움직임(Outward Movement)을 구현하는 니들에 결합되어,
   연료분사후 폐쇄스트로크에서 상기 니들의 선단부 압력체적공간내 압력상승으로 밀려나는 연료의 복귀경로 중 상기 니들에 끼워진 내주면쪽으로 형성되는 복귀경로에서 일부 연료를 유입해 그 외주면쪽으로 내보내는 드로우경로가 적어도 1개 이상으로 형성되어진 압력균형밸브;
   를 포함한 것을 특징으로 하는 저압분사 인젝터.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 압력균형밸브는 상기 니들이 삽입된 홀더의 중공홀에서 확장되어진 챔버공간으로 위치되고,
   상기 드로우경로에서 배출된 복귀연료는 상기 압력균형밸브로 점유되지 않는 상기 챔버공간을 통해 형성되는 또 다른 복귀경로로 보내지는 것을 특징으로 하는 저압분사 인젝터.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 드로우경로는 서로 간격을 갖고 연료가 흐르는 공간으로 다수 형성된 것을 특징으로 하는 저압분사 인젝터.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 압력균형밸브는 직경차를 갖는 내주면을 이루는 내경과 외주면을 이루는 외경으로 이루어져 상기 니들에 끼워지고, 상기 내경에서 상기 외경으로 뚫려져 관통된 적어도 1개 이상의 상기 드로우경로를 갖춘 중공의 밸브스풀과;
   상기 밸브스풀의 한쪽부위에서 상대적으로 큰 직경으로 동심원을 이루고, 스프링리테이너에 지지된 스프링으로 탄발지지되는 확장플랜지;
   를 포함해 구성되어진 것을 특징으로 하는 저압분사 인젝터.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 밸브스풀은 상기 니들이 삽입된 홀더의 중공홀에서 확장되어진 챔버공간중 상기 중공홀에 바로 이어져 상대적으로 큰 직경을 이루어, 상기 밸브스풀의 외경에 대해 연료흐름을 위한 공간을 형성하는 밸브챔버에 위치되고;
   상기 확장플랜지는 상기 밸브챔버에 이어져 상대적으로 큰 직경으로 확장되는 확장챔버에 위치되고, 연료분사에 따른 개방스트로크시 상기 밸브챔버와 상기 확장챔버의 연결구간인 챔버연장면에 밀착되며 연료분사후에 따른 폐쇄스트로크시 상기 챔버연장면에서 이격되는 것을 특징으로 하는 저압분사 인젝터.
   
6. 청구항 4에 있어서, 상기 드로우경로는 상기 밸브스풀의 길이방향으로 서로 간격을 갖고 연료가 흐르는 공간으로 다수 형성되고, 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 저압분사 인젝터.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 드로우경로의 경사방향은 상기 확장플랜지를 향하여 경사지는 것을 특징으로 하는 저압분사 인젝터.

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