KR20000006176A - 연료분사기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연료 분사기는 시팅을 향하여 스프링 바이어스되는 밸브니들(14)을 포함한다. 밸브니들(14)은 가압연료의 공급으로 니들(14)에 힘이 가해져서 니들이 충동되어 시팅으로부터 멀어지도록 위치된 스러스트면(14a)을 형성한다. 밸브가 제공되어 스러스트면으로 연료의 공급을 제어한다.

Description

연료 분사기 {FUEL INJECTOR}

본 발명은 가압연료를 압축점화 내연기관(compression ignition internal combustion engine)의 연소공간에 공급하는 용도의 연료 분사기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 결합된 연료 펌프, 예를 들면 펌프/분사기(pump/injector) 또는 펌프와 분사기가 고압파이프로 서로 연결되고, 펌프가 연료를 분사기에 전적으로 공급하는 장치로부터 연료를 수용하도록 배열된 유형의 연료 분사기에 관한 것이다.

공지의 펌프/분사기 장치에 있어서, 연료 분사의 타이밍은 분사기의 밸브니들(valve needle)에 힘을 가하여 니들이 충동되어 시팅(seating)을 향하도록 제어체임버(control chamber) 내의 연료압력을 제어함으로써 제어된다. 제어체임버 내의 연료압력은 전자식 액추에이터 밸브(electromagnetic actuator valve)에 의하여제어되는 것이 편리하다.

이러한 제어체임버를 사용하여 분사기의 동작을 제어하는데는 다수의 보어(bores) 또는 천공부(drillings)의 추가 제공이 필요하여 분사기가 복잡하게 된다.

본 발명에 있어서, 시팅과 맞물리도록 스프링 바이어스되어 연료 공급을 제어하는 밸브니들―여기서 밸브니들은 가압연료(fuel under pressure)의 공급으로 니들에 힘이 가해져서 니들이 충동되어 시팅으로부터 멀어지도록 위치된 스러스트면(thrust surface)을 포함함―, 및 가압연료를 스러스트면으로 공급하는 것을 제어하는 밸브를 포함하는 연료 분사기를 제공한다.

분사기는 밸브가 개방될 때 연료를 스러스트면에 공급하도록 배열된 연료 펌프를 추가로 포함하는 것이 편리하다. 또한, 분사기는 연료 펌프의 펌프 체임버와 연료 저장조(fuel reservoir) 사이의 연통(communication)을 제어하는 드레인 밸브(drain valve)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 분사기는 제어체임버를 제공하지 않아도 되어 분사기의 구조가 비교적 간단하다는 것이 장점이다.

다음에, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분사기 일부의 단면도.

도 2는 도 1의 분사기 변형예의 단면도.

도 3은 도 1의 분사기 일부의 개략도.

도 1에 예시된 분사기는 밸브니들(14)이 그 안에서 슬라이드가능한 블라인드 보어(blind bore)(12)가 제공된 노즐 보디(nozzle body)(10)를 포함한다. 보어(12)의 폐쇄 단부에 인접하여, 시팅이 형성되어 이와 함께 니들(14)의 단부가 맞물려서 보어(12)로부터 시팅의 하류에 위치된 하나 이상의 출구로 연료의 공급을 제어할 수 있다. 니들(14)의 형상은 보어(12)의 인접부와 직경이 실질적으로 동일한 영역을 포함하여 이들 사이에 실질적으로 액밀 실(fluid-tight seal)을 형성하고 니들이 보어(12) 내에서 슬라이드 이동하도록 안내한다. 니들(14)의 하측부는 직경이 작고, 보어(12)와 함께, 체임버(도 3 참조)를 형성하고 이 체임버로부터, 사용 시에, 가압연료가 시팅을 지나 흘러서 결합엔진의 연소공간 내로 주입될 수 있다. 니들(14)의 직경이 큰 상측부와 직경이 작은 하측부의 교차점에, 밸브니들(14)은 체임버 내의 연료압력을 받는 스러스트면을 형성한다.

보어(12)의 형상은 환형 갤러리(annular gallery)(16)를 형성한다. 니들(14)의 형상이 홈(flutes)을 포함하여 연료가 환형 갤러리(16)로부터 체임버로 흐를 수 있다. 환형 갤러리에는, 사용 시에 노즐 보디(10)에 제공된 입구 통로(18)를 통하여 연료가 공급된다.

노즐 보디(10)의 상면은 니들(14)의 상측 단부가 관통하는 축방향으로 연장된 관통 보어(through bore), 및 노즐 보디(10)의 공급 통로(18)와 연통하는 천공부(22)을 포함하는 제1 디스턴스 피스(distance piece)(20)와 접한다. 제1 디스턴스 피스(20)는 천공부(22)와 연통하는 천공부(26)를 포함하는 스프링 하우징(spring housing)(24)과 접한다. 스프링 하우징(24)에는 나선형 압축스프링(helical compression spring)(30)이 그 안에 위치된 스프링 체임버(28)를 형성하는 비교적 직경이 큰 영역을 포함하는 관통 보어가 추가로 제공된다. 스프링(30)은 스프링 체임버(28)와 관통 보어의 직경이 작은 부분과의 교차점에 위치된 심(shim)(32)과 맞물리고, 또한 스프링(30)은 니들(14)의 상측 단부에 의하여 지지된 스프링 받침부재(spring abutment member)(34)와 맞물린다. 스프링(30)의 작용으로 밸브니들(14)이 바이어스되어 시팅과 맞물린다. 스프링 체임버(28)는 통로(36)를 통하여 저압 드레인 저장조(low pressure drain reservoir)와 연통한다.

스프링 하우징(24)의 상면은 제어밸브부재(42)가 그 안에서 슬라이드가능한 관통 보어(40)를 포함하는 제어밸브 하우징(38)과 맞물린다. 관통 보어(40)는 시팅을 형성하여 이와 함께 밸브부재(42)의 직경이 확대된 부분이 맞물려서, 제어밸브 하우징(35)의 상면으로부터 천공부(26)와 연통하는 밸브 하우징(38)의 하면부로 연장된 천공부(44)를 따라 연료 흐름을 제어할 수 있다. 제어밸브부재(42) 상측부의 직경이 인접한 부분인 보어(40)의 직경과 실질적으로 동일하여 그 사이에 실질적으로 액밀 실을 형성한다. 제어밸브부재(42)의 하측부 또한 보어(40)와 양호한 실(seal)을 형성하지만, 직경이 상이한 서로 동심의 영역을 포함하는 보어를 제조하는 것이 곤란하기 때문에 밸브부재(42)의 하측부와 인접한 부분인 보어(40)의 사이에 소량의 누출이 있을 수 있다. 밸브부재(42)와 보어(40)의 하측부 사이를 흘러나온 연료는 스프링 하우징(24)의 관통 보어의 직경이 작은 상측부를 통하여 스프링 체임버(28)로 흐른다. 이렇게 흐르는 연료량을 최소로 하기 위하여, 제어밸브부재(42)의 직경이 확대된 부분이 그 시팅으로부터 이격된 위치를 점유할 때, 제어밸브부재(42)의 하측 단부가 스프링 하우징(24)의 상면과 맞물려서 실질적으로 액밀 실을 형성하도록 배열된다.

제어밸브부재(42)의 상측 단부는 아마추어(armature)(46)를 지지하고, 아마추어(46)는 내측으로 나사를 가진 부재(screw-threaded member)(48)에 의하여 제어밸브부재(42)에 고정된다. 아마추어(46)는, 사용 시에 제어밸브 하우징(38)의 상면과 접하는 액추에이터 하우징(54) 내에 위치된 액추에이터(52)의 제1 권선부(winding)(50)에 의하여 발생된 자계(magnetic field)의 영향으로 이동할 수 있다. 액추에이터 하우징(54)은 천공부(44)의 상측부와 연통하는 천공부(56)를 포함한다.

액추에이터 하우징(54)의 상면은 드레인밸브부재(drain valve member)(62)가 그 안에서 슬라이드가능한 관통 보어(60)를 포함하는 드레인밸브 하우징(58)과 접한다. 드레인밸브부재(62)는 시팅과 맞물릴 수 있는 직경이 확대된 부분을 포함하여 드레인 저장조와 연통하는 통로(64)와 드레인밸브 하우징(58)의 상면에 형성된 리세스(recess)(68)와 연통하는 통로(66) 사이의 연료 흐름을 제어한다.

또한, 리세스(68)는 드레인밸브 하우징(58)의 상면과 접하는 펌프 하우징(72)에 형성된 천공부(70)와 연통한다. 펌프 하우징(72)은 종래의 캠 및 태핏 장치(cam and tappet arrangement)(도시되지 않음)에 의해 플런저(plunger)(76)가 그 안에서 왕복운동할 수 있는 플런저 보어(74)를 포함한다.

드레인밸브부재(62)의 하측 단부는 아마추어(78)를 지지하고, 아마추어(78)는 내측으로 나사를 가진 부재(80)에 의하여 드레인밸브부재(62)에 고정된다. 아마추어(78)는, 사용 시에 액추에이터(52)의 일부를 형성하는 제2 권선부(82)에 의하여 발생된 자계의 영향으로 이동할 수 있다. 또한, 드레인밸브부재(62)는심(shim)(84)을 지지하고, 심(84)과 부재(48) 사이에 스프링(86)이 위치된다. 스프링(86)의 작용으로 드레인밸브부재(82)가 바이어스되어 시팅으로부터 멀어지며, 제어밸브부재(42)가 바이어스되어 시팅으로부터 멀어진다.

분사기의 일부를 형성하는 각종의 하우징은 노즐 보디(10)에 의해 정해진 쇼울더(shoulder)와 맞물리는 캡너트(cap nut)(88)에 의하여 펌프 하우징(72)에 고정되고, 상기 캡너트(88)는 펌프 하우징(72) 상에 형성된 외측으로 나사를 가진 부재와 나사로 맞물린다. 캡너트(88) 및 분사기의 각종 하우징부가 함께 통로(36) 및 통로(64)가 연통하는 체임버를 형성하고, 상기 체임버는 캡너트(88)에 형성된 통로(90)를 통하여 저압 저장조와 연통한다.

사용 시에, 플런저(76)는 그 가장 안쪽 위치를 점유하고 액추에이터(52)의 제1 및 제2 권선부(50, 82)가 여기해제되고, 드레인밸브부재(62) 및 제어밸브부재(42) 양자 모두는 이들 각각의 시팅으로부터 이격된 위치를 점유한다. 리턴스프링(return spring)(도시되지 않음)의 작용으로 플런저(76)가 후퇴함으로써, 연료가 저압 연료 저장조로부터 드레인밸브부재(62)를 지나서 흘러나와 플런저 보어(74)에 비교적 저압의 연료가 채워진다. 연료는 플런저(76)가 그 가장 먼쪽 위치를 점유할 때까지 분사기 내로 계속 흐른다. 일단 플런저(76)가 그 가장 먼쪽 위치를 점유하면, 이 후 플런저(76)는 내측으로 이동하여 연료가 드레인밸브부재(62)를 지나 저압 연료 저장조로 복귀한다.

연료의 가압 개시가 결정되면, 액추에이터(52)의 제1 및 제2 권선부(50, 82)가 여기되어 제어밸브부재(42)를 그 시팅과 맞물리도록 이동시키고, 드레인밸브부재(62)를 그 시팅과 맞물리도록 이동시킨다. 드레인밸브부재(62)가 그 시팅과 맞물림으로써, 플런저(76)가 내측으로 계속 이동하여도 연료가 저압 연료 저장조로 흐르지 않고, 그 대신 플런저 보어(74) 및 그 사이를 연통하는 통로에 있는 연료가 압축된다.

제어밸브가 폐쇄될 때, 밸브부재(42)는 실질적으로 압력 균형을 이루어 연료압력의 증가로 인하여 제어밸브부재(42)가 이동하거나 또는 분사가 개시되지 않는다.

분사 개시가 결정될 때, 액추에이터(52)의 제1 권선부(50)가 여기해제되어 제어밸브부재(42)가 스프링(86)의 작용으로 시팅으로부터 멀어질 수 있다. 제어밸브부재(42)는, 일단 밸브부재(42)가 이동하여 시팅으로부터 멀어지기 시작하면, 제어밸브부재가 더 이상 압력 균형을 이루지 않고 제어밸브부재(42) 상에 작용하는 연료압력은 스프링(86)이 제어밸브부재(42)를 하향으로 이동하도록 돕는 힘을 가하는 칫수로 되어 있다. 제어밸브부재(42)가 이동하여 가압연료가 노즐 보디(10)의 보어(12)에 공급될 수 있어서 니들의 스러스트면 상에 작용하는 연료압력이 증가하며, 니들(14) 상에 작용하는 연료압력이 충분하여 니들(14)이 스프링(30)의 작용에 반발하여 시팅으로부터 이동하여 멀어지는 포인트를 지나 도달하게 된다. 이러한 이동이 발생하게 되면, 분사가 일어난다.

분사 중에, 제어밸브부재(42)와 보어(40) 사이에 소량의 연료가 누출될 수 있으나, 이 연료 흐름은 밸브부재(42)의 하측 단부를 스프링 하우징(24)의 상면에 대하여 시팅시킴으로써 제한된다.

분사를 종료하기 위하여, 액추에이터(52)의 제2 권선부(82)가 여기해제되고, 드레인밸브부재(62)는 스프링(86)에 의해 이동하여 드레인밸브부재(62)가 시팅으로부터 들어올려지고, 이로써 플런저 보어(74)와 저압 드레인 저장조 사이가 재연통된다. 플런저 보어(74)와 이들 보어 사이를 연통하는 통로 내의 연료압력이 급속하게 저감되어 니들(14)의 스러스트면(14a) 상에 작용하는 연료압력이 급속하게 저감되고, 밸브니들(14)이 스프링(30)의 작용으로 이동하여 자신의 시팅과 맞물려서 연료가 노즐 보디(10)의 출구(outlet apertures)로 흐르는 것이 종료된다. 분사 종료 후, 플런저(76)가 내측으로 계속 이동하여 플런저(76)가 가장 안쪽 위치에 도달할 때까지 연료는 저압 연료 저장조로 계속 흐른다. 이 위치에 도달하게 되면, 플런저(76)가 전술한 바와 같이 외측으로 이동을 개시한다.

제어밸브 및 드레인밸브를 사용하여 압축 개시, 분사 개시 및 분사 종료를 제어함으로써 분사기가 정확하게 제어될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 제어체임버를 제공하지 않아도 되어 분사기 구조가 비교적 간단하게 될 수 있음을 알 수 있다.

도 2는 도 1의 장치의 변형예를 예시한다. 도 2의 변형예에 있어서, 드레인밸브부재(62)는 보어(60)로 형성된 시팅과 맞물려서 통로(66)와 보어(60)의 일부분에 의하여 정해진 체임버(60a) 사이의 연료 흐름을 제어할 수 있는 직경이 확대된 단부 영역(62a)을 포함한다. 체임버(60a)는 통로(64a)를 통하여 저압 연료 저장조와 연통한다. 체임버(60a)의 압력이 낮기 때문에, 드레인밸브 하우징 내에 추가 통로를 제공하지 않아도 밸브부재(62)의 이동을 방해하는 유압 로크(hydrauliclock)가 형성되는 것을 회피할 수 있다.

도 2에 예시된 변형예의 동작은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.

전술한 설명은 펌프 분사기에 관한 것이지만, 본 발명은 펌프가 분사기로부터 멀리 떨어져 위치되어 고압파이프에 의하여 분사기에 연결되고, 연료를 분사기에 전적으로 공급하는 연료 펌프 장치에도 또한 적용가능함을 알 것이다.

전술한 설명에 있어서, 제1 권선부(50)는 제2 권선부(82)의 여기와 동시에 여기된다. 그러나, 제1 권선부(50)는 전술한 단계보다 선행하는 분사기의 동작사이클 단계에서 제어밸브(42)를 폐쇄하도록 여기될 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 제어밸브부재(42)는 압축 개시를 대기하기 보다는 플런저(76)가 플런저 보어(74)로부터 빠져 나오는 동안 이동하여 그 시팅과 맞물릴 수 있다.

본 발명은 제어밸브 및 드레인밸브를 사용하여 압축 개시, 분사 개시 및 분사 종료를 제어함으로써 분사기가 정확하게 제어되고, 제어체임버를 제공할 필요가 없으므로 분사기가 비교적 간단하게 구성될 수 있다.

Claims (6)

1. 시팅과 맞물리도록 스프링 바이어스되어 연료 공급을 제어하는 밸브니들(14)―여기서 밸브니들(14)은 가압연료의 공급으로 니들(14)에 힘이 가해져서 니들(14)이 충동되어 시팅으로부터 멀어지도록 위치된 스러스트면(14a)을 포함함―, 및

   가압연료를 스러스트면(14a)으로 공급하는 것을 제어하는 밸브

   를 포함하는 연료 분사기.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브가, 천공부(44)를 따라 연료 흐름을 제어하기 위해 시팅과 맞물릴 수 있는 직경이 확대된 영역을 포함하는 밸브부재(42)를 포함하는 연료 분사기.
3. 제2항에 있어서, 상기 밸브부재가, 상기 밸브부재의 직경이 확대된 영역이 그 시팅으로부터 이격될 때 표면과 맞물려서 통로를 폐쇄하는 단부를 포함하는 연료 분사기.
4. 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브가 전자식(electromagnetical)으로 제어되는 연료 분사기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브가 개방될 때 가압연료를 스러스트면에 공급하도록 배열된 연료 펌프(76)를 추가로 포함하는 연료 분사기.
6. 제5항에 있어서, 상기 펌프(76)의 펌프 체임버와 연료 저장조 사이의 연통을 제어하는 드레인밸브(62)를 추가로 포함하는 연료 분사기.