KR102452468B1

KR102452468B1 - 엔진의 펌핑인젝터

Info

Publication number: KR102452468B1
Application number: KR1020170174684A
Authority: KR
Inventors: 김범규
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2022-10-12
Also published as: KR20190073646A

Abstract

본 발명은 외력을 받아 왕복운동하여 고압챔버의 연료를 압축할 수 있도록 설치된 플런저와; 저압연료를 상기 고압챔버로 공급 또는 리턴시키도록 개폐되는 저압조절밸브와; 생성된 고압을 자체에 형성된 노즐로 공급하는 상태를 제어하는 니들제어밸브와; 연료레일로 공급된 고압이 역류하는 것을 방지하기 위한 논리턴밸브와; 상기 논리턴밸브가 열렸다가 닫히는 시점에 상기 고압챔버의 압력을 증가시킬 수 있도록 구비된 압력보완장치를 포함하여 구성된다.

Description

엔진의 펌핑인젝터{PUMPING INJECTOR FOR ENGINE}

본 발명은 엔진의 펌핑인젝터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펌핑인젝터의 구조에 관한 기술이다.

펌핑인젝터는 종래 일반적인 인젝터와 같이 연료를 분사하는 역할을 수행함과 아울러, 연료를 고압으로 승압시키는 펌프의 역할을 겸하여 수행하도록 구성되어, 도 1에 도시된 바와 같은 엔진의 커먼레일 연료 공급시스템을 구성한다.

즉, 엔진의 실린더헤드(500)에는 연료 펌핑 기능이 있는 펌핑인젝터(502)와 펌핑 기능이 없는 일반인젝터(504)가 함께 장착되어 있고, 이들 펌핑인젝터(502)와 일반인젝터(504)는 하나의 연료레일(506)을 공유하여, 펌핑인젝터(502)에서 발생된 고압의 연료가 펌핑인젝터(502)를 통해서는 물론, 일반인젝터(504)를 통해서도 연소실로 분사될 수 있도록 구성한 것이다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1020010059035 A

본 발명은 연료를 고압화하는 펌핑 기능을 구현하기 위해 펌핑인젝터의 내부에 구비된 부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하여, 펌핑인젝터의 사용기간이 경과함에 따른 성능저하를 방지하고, 안정된 고압펌핑 기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 한 엔진의 펌핑인젝터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 펌핑인젝터는

외력을 받아 왕복운동하여 고압챔버의 연료를 압축할 수 있도록 설치된 플런저와;

저압연료를 상기 고압챔버로 공급 또는 리턴시키도록 개폐되는 저압조절밸브와;

생성된 고압을 자체에 형성된 노즐로 공급하는 상태를 제어하는 니들제어밸브와;

연료레일로 공급된 고압이 역류하는 것을 방지하기 위한 논리턴밸브와;

상기 논리턴밸브가 열렸다가 닫히는 시점에 상기 고압챔버의 압력을 증가시킬 수 있도록 구비된 압력보완장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 압력보완장치는 상기 저압조절밸브의 밸브스풀을 이용하여 설치될 수 있다.

상기 저압조절밸브의 밸브스풀은 직선변위에 의해 상기 고압챔버로부터 연결되는 유로를 개폐할 수 있도록 설치되고;

상기 압력보완장치는 상기 밸브스풀에 대하여 직선운동하여 상기 유로가 상기 고압챔버와 연통된 길이를 조절할 수 있도록 설치된 피스톤을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 저압조절밸브의 밸브스풀은 상기 유로 내에서 유로의 내벽에 형성된 연통홈에 의해 상기 유로를 개방시키는 상태를 형성하고, 상기 유로에서부터 멀어지는 방향으로 이동되면 상기 유로를 차단하도록 설치되며;

상기 피스톤은 상기 저압조절밸브의 밸브스풀이 상기 유로를 차단한 상태에서, 상기 유로 내측으로 직선 이동하여 상기 유로가 상기 고압챔버와 연통된 길이를 축소하여 상기 고압챔버의 압력을 상승시킬 수 있도록 설치될 수 있다.

상기 피스톤은 솔레노이드 액츄에이터에 의해 구동되도록 연결될 수 있다.

상기 솔레노이드 액츄에이터는 컨트롤러에 의해 구동되도록 연결되고;

상기 컨트롤러는 상기 연료레일의 연료압력을 모니터링 하여, 상기 연료레일의 연료압력과 엔진회전수에 따라 상기 솔레노이드 액츄에이터를 제어하여 상기 피스톤의 직선변위를 조절하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 연료를 고압화하는 펌핑 기능을 구현하기 위해 펌핑인젝터의 내부에 구비된 부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하여, 펌핑인젝터의 사용기간이 경과함에 따른 성능저하를 방지하고, 안정된 고압펌핑 기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 한다.

도 1은 종래 펌핑인젝터가 구비된 엔진의 연료공급 장치를 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 펌핑인젝터의 구성 및 고압챔버의 연료압력을 상승시키는 과정을 예시한 도면,
도 3은 도 2에 비교하여 펌핑인젝터의 피스톤이 고압챔버의 압력을 상승시켜 논리턴밸브의 체크볼 거동을 조절하는 상태를 설명한 도면,
도 4는 도 2의 논리턴밸브 구조를 도시한 상세도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명 엔진의 펌핑인젝터(1)는, 외력을 받아 왕복운동하여 고압챔버(3)의 연료를 압축할 수 있도록 설치된 플런저(5)와; 저압연료를 상기 고압챔버(3)로 공급 또는 리턴시키도록 개폐되는 저압조절밸브(7)와; 생성된 고압을 자체에 형성된 노즐로 공급하는 상태를 제어하는 니들제어밸브(9)와; 연료레일로 공급된 고압이 역류하는 것을 방지하기 위한 논리턴밸브(11)와; 상기 논리턴밸브(11)가 열렸다가 닫히는 시점에 상기 고압챔버(3)의 압력을 증가시킬 수 있도록 구비된 압력보완장치(13)를 포함하여 구성된다.

실질적으로 상기 플런저(5)는 엔진의 캠샤프트에 연동하는 로커암에 의해 왕복운동하도록 설치되어, 도면상 상기 플런저(5)가 상승할 때 상기 저압조절밸브(7)를 열어 저압연료를 고압챔버(3) 내로 흡입하고, 플런저(5)가 하강할 때에는 상기 저압조절밸브(7)를 닫아 상기 고압챔버(3)에 유입된 연료의 압력이 상승되도록 하며, 상기 플런저(5)가 더욱 하강하여 연료압력이 소정 수준 이상이 되면 지금껏 닫혀있던 논리턴밸브(11)가 개방되면서, 고압의 연료가 연료레일로 공급되도록 구성된다.

한편, 상기 니들제어밸브(9)는 상기 펌핑인젝터(1) 자체에 형성된 노즐로 연료를 분사하는 것을 제어하여, 상기 펌핑인젝터(1)가 인젝터로서의 기능도 수행할 수 있도록 구성된다.

상기 플런저(5)가 다시 상승할 때, 상기 저압조절밸브(7)는 개방되면서 저압펌프에서 송출한 연료를 상기 고압챔버(3)로 유입될 수 있도록 해야 하며, 이때 상기 논리턴밸브(11)는 상기 연료레일과의 유로를 차단하여 연료레일의 연료압력을 일정하게 유지시키는 역할을 수행해야 한다.

도 4에는 상기 논리턴밸브(11)의 요부 구성이 도시된 바, 체크볼(15)이 밸브시트(17)에 안착된 상태에서 유로를 차단하고 있다가, 상기 플런저(5)의 하강에 의한 고압챔버(3)의 연료압력이 소정 수준 이상이 되면, 상기 체크볼(15) 양단의 압력차에 의해 체크볼(15)이 상기 밸브시트(17)에서 이격되면서 유로를 개방하여 고압챔버(3)로부터의 고압연료를 연료레일로 공급하도록 구성되어 있다.

그런데, 상기 논리턴밸브(11)의 체크볼(15)이 개방되었다가 다시 상기 밸브시트(17)에 안착되어 닫힐 때, 상기 체크볼(15)이 밸브시트(17)에 가하는 반복적인 충격에 의해 상기 밸브시트(17)가 변형되면, 설계 시에 의도했던 고압챔버(3)의 연료압력에 체크볼(15)이 개방되지 못하여, 궁극적으로는 펌핑인젝터(1)의 내구성이 저하되고, 원활한 펌핑기능이 지속되지 못하게 될 수 있다.

예컨대, 초기에는 도 4에 L1으로 표시된 부분이 실질적으로 체크볼(15)이 밸브시트(17)와 접촉하여 유로를 차단하는 실링원의 직경이었다면, 상기한 바와 같은 반복적인 충격은 상기 밸브시트(17)를 변형시켜서, 이후 실링원이 L2와 같이 좁아지게 되는데, 이 경우 상기 체크볼(15)을 개방시키려는 고압챔버(3)의 연료압력이 체크볼(15)에 실질적으로 작용하는 면적은 작아져서, 더 높은 연료압력에서야 비로서 체크볼(15)이 개방되게 되고, 이와 같이 체크볼(15)의 양쪽에 작용하는 압력차가 점점 커짐에 따라 체크볼(15)의 거동은 급격해지고 불안정해져서, 밸브시트(17)의 변형은 더욱 가속되고, 결국 고압챔버(3) 내의 과도한 압력 상승은 펌핑인젝터(1)의 내구성을 저하시키게 되고 원활한 펌핑 기능에 장애를 초래하게 될 수 있는 것이다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 상황이 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 압력보완장치(13)를 구비한 것이다.

상기 압력보완장치(13)는 상기 고압챔버(3) 자체 또는 여기에 연통된 상태를 항시 유지하는 유로의 부분에 구비할 수 있겠지만, 본 실시 예에서는 상기 저압조절밸브(7)의 밸브스풀(19)을 이용하여 설치하였다.

즉, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 상기 저압조절밸브(7)의 밸브스풀(19)은 직선변위에 의해 상기 고압챔버(3)로부터 연결되는 유로(21)를 개폐할 수 있도록 설치되고, 상기 압력보완장치(13)는 상기 밸브스풀(19)에 대하여 직선운동하여 상기 유로(21)가 상기 고압챔버(3)와 연통된 길이를 조절할 수 있도록 설치된 피스톤(23)을 포함하여 구성된 것이다.

여기서, 상기 피스톤(23)이 상기 유로(21)가 고압챔버(3)와 연통된 길이를 조절할 수 있도록 설치되었다는 의미는, 실질적으로는 고압챔버(3)와 연통된 유로(21)의 길이가 짧아지도록 상기 피스톤(23)이 작용하면, 상대적으로 유로(21) 내부 및 고압챔버(3)의 압력이 상승하게 되는 것을 의미하는 것으로서, 결국 상기 논리턴밸브(11)를 구성하는 체크볼(15)이 밸브시트(17)에 안착되기 직전에 상기 피스톤(23)으로 상기 고압챔버(3)의 압력을 상승시켜서, 상기 체크볼(15)이 밸브시트(17)에 가하는 충격을 저감시키도록 함으로써, 상기 밸브시트(17)의 변형을 방지함으로써, 상기한 바와 같은 문제점의 발생을 방지하도록 하는 것이다.

상기 저압조절밸브(7)의 밸브스풀(19)은 상기 유로(21) 내에서 유로(21)의 내벽에 형성된 연통홈(25)에 의해 상기 유로(21)를 개방시키는 상태를 형성하고, 상기 유로(21)에서부터 멀어지는 방향으로 이동되면 상기 유로(21)를 차단하도록 설치되며, 상기 피스톤(23)은 상기 저압조절밸브(7)의 밸브스풀(19)이 상기 유로(21)를 차단한 상태에서, 상기 유로(21) 내측으로 직선 이동하여 유로(21)가 고압챔버(3)와 연통된 길이를 축소함으로써, 고압챔버(3)의 압력을 상승시킬 수 있도록 설치된 구성이다.

물론, 상기 피스톤(23)은 솔레노이드 액츄에이터(27)에 의해 구동되도록 연결된다. 또한, 상기 솔레노이드 액츄에이터(27)는 컨트롤러(29)에 의해 구동되도록 연결되고, 상기 컨트롤러(29)는 상기 연료레일의 연료압력을 모니터링 하여, 상기 연료레일의 연료압력과 엔진회전수에 따라 상기 솔레노이드 액츄에이터(27)를 제어하여 상기 피스톤(23)의 직선변위를 조절하도록 구성될 수 있다.

이는 상기 논리턴밸브(11)의 체크볼(15)이 밸브시트(17)에 안착하는 거동은 상기 고압챔버(3) 내부의 연료압력과 상기 연료레일의 연료압력의 차이에 의해 달라지고, 상기 연료레일의 연료압력은 엔진회전수에 따라서도 변화하므로 이를 반영하여 상기 피스톤(23)의 거동을 적절히 제어하기 위한 것이다.

상기 연료레일의 연료압력과 엔진회전수에 따른 솔레노이드 액츄에이터(27)의 제어듀티에 대한 제어맵은 미리 다수의 실험 및 설계적으로 결정하여 저장해 두고, 상기 컨트롤러(29)는 현재의 엔진회전수와 연료압력에 따라 상기 제어맵으로부터 상기 솔레노이드 액츄에이터(27)의 제어듀티값을 획득하여 그에 따라 상기 솔레노이드 액츄에이터(27)를 구동함으로써, 상기 논리턴밸브(11)의 체크볼(15)이 유로(21)를 폐쇄하는 순간의 고압챔버(3) 압력조절로 체크볼(15)의 충격적인 밸브시트(17) 접촉을 방지하도록 하게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 펌핑인젝터
3; 고압챔버
5; 플런저
7; 저압조절밸브
9; 니들제어밸브
11; 논리턴밸브
13; 압력보완장치
15; 체크볼
17; 밸브시트
19; 밸브스풀
21; 유로
23; 피스톤
25; 연통홈
27; 액츄에이터
29; 컨트롤러

Claims

외력을 받아 왕복운동하여 고압챔버의 연료를 압축할 수 있도록 설치된 플런저와;
저압연료를 상기 고압챔버로 공급 또는 리턴시키도록 개폐되는 저압조절밸브와;
생성된 고압을 자체에 형성된 노즐로 공급하는 상태를 제어하는 니들제어밸브와;
연료레일로 공급된 고압이 역류하는 것을 방지하기 위한 논리턴밸브와;
상기 논리턴밸브가 열렸다가 닫히는 시점에 상기 고압챔버의 압력을 증가시킬 수 있도록 구비된 압력보완장치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 펌핑인젝터.
청구항 1에 있어서,
상기 압력보완장치는 상기 저압조절밸브의 밸브스풀을 이용하여 설치된 것
을 특징으로 하는 엔진의 펌핑인젝터.
청구항 2에 있어서,
상기 저압조절밸브의 밸브스풀은 직선변위에 의해 상기 고압챔버로부터 연결되는 유로를 개폐할 수 있도록 설치되고;
상기 압력보완장치는 상기 밸브스풀에 대하여 직선운동하여 상기 유로가 상기 고압챔버와 연통된 길이를 조절할 수 있도록 설치된 피스톤을 포함하여 구성된 것
을 특징으로 하는 엔진의 펌핑인젝터.
청구항 3에 있어서,
상기 저압조절밸브의 밸브스풀은 상기 유로 내에서 유로의 내벽에 형성된 연통홈에 의해 상기 유로를 개방시키는 상태를 형성하고, 상기 유로에서부터 멀어지는 방향으로 이동되면 상기 유로를 차단하도록 설치되며;
상기 피스톤은 상기 저압조절밸브의 밸브스풀이 상기 유로를 차단한 상태에서, 상기 유로 내측으로 직선 이동하여 상기 유로가 상기 고압챔버와 연통된 길이를 축소하여 상기 고압챔버의 압력을 상승시킬 수 있도록 설치된 것
을 특징으로 하는 엔진의 펌핑인젝터.
청구항 3에 있어서,
상기 피스톤은 솔레노이드 액츄에이터에 의해 구동되도록 연결된 것
을 특징으로 하는 엔진의 펌핑인젝터.
청구항 5에 있어서,
상기 솔레노이드 액츄에이터는 컨트롤러에 의해 구동되도록 연결되고;
상기 컨트롤러는 상기 연료레일의 연료압력을 모니터링 하여, 상기 연료레일의 연료압력과 엔진회전수에 따라 상기 솔레노이드 액츄에이터를 제어하여 상기 피스톤의 직선변위를 조절하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 엔진의 펌핑인젝터.