KR20010059382A

KR20010059382A - 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터

Info

Publication number: KR20010059382A
Application number: KR1019990066779A
Authority: KR
Inventors: 정재윤
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-06
Also published as: KR100357568B1

Abstract

본 발명은 전기적 신호에 대하여 정확하고 빠르게 응답하여 연료 분사를 제어하며, 보다 간단한 구조로 이루어져 전력량의 소모가 적은 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터를 제공하기 위한 목적으로,

피드 펌프로부터 공급되는 연료를 액츄에이터에 의해 선택적으로 플런저 실로 유입시키고, 다시 이 연료를 플런저의 승강 동작에 의해 압축 및 노즐 밸브로 압송하므로서, 그 연료의 압력이 노즐 밸브의 세트력을 초과할 때, 연소실로 고압 연료를 분사하게 이루어지는 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터에 있어서,

상기 플런저실로 연료를 유입시키기 위한 연료 통로를 갖춘 액츄에이터 보디와; 상기 액츄에이터 보디에 내장되어, 전기적 신호 인가시 그 변위가 변화하는 피에조 소자(Piezo-electric material)로 이루어진 피에조 플레이트와; 상기 피에조 플레이트의 하부에 설치되는 니들 콘트롤 밸브와; 상기 니들 콘트롤 밸브를 상기 액츄에이터 보디로부터 탄지하는 코일 스프링;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터를 제공한다.

Description

디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터{AN ELECTRONIC UNIT INJECTOR FOR DIESEL ENGINES}

본 발명은 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피에조 소자를 이용하여 연료 분사를 제어함으로써 전기적 신호에 대하여 보다 정확하고 빠르게 응답하며, 보다 간단한 구조로 이루어져 전력량의 소모가 적은 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 유닛 인젝터(unit injector)는 분사 노즐과 분사 펌프의 사이에 설치되는 분사 파이프에 의한 무효 체적(dead-volume) 공간을 제거하기 위하여 개발된 것으로서, 분사 펌프와 분사 노즐을 하나의 유닛으로 형성하고 있다.

이러한 유닛 인젝터는 도 2에 도시된 바와 같이, 피드 펌프(도시생략)로부터 공급된 연료가 연료 입구(103)를 통하여 스필(spill)실(105)로 공급되고; 콘트롤 밸브(107)가 스프링(109)력에 의해 상승되어 연료 통로(103a)가 개방되며, 캠(111)과 연동되는 플런저(113)가 플런저 스프링(115)력에 의해 상승되므로서 플런저 실(117)로 채워지며, 다시 솔레노이드(121)가 통전되고 스테이터(123)가 여자되어 콘트롤 밸브(107)가 스프링(109)력을 이기고 하강되어 연료 통로(103a)가 폐쇄되고, 캠(111)의 구동에 의해 로커암(119)과 연동되는 플런저(113)가 하강되므로서 압축되고, 플런저(113)에 의해 압축된 연료가 연료 통로(103c)를 통해 노즐 바디(129)에 형성된 압력실로 압송되고, 그 연료 압력이 노즐 밸브(125)의 스프링(127)에 의한 세트(set)력을 초과할 때, 이 노즐 밸브(125)가 들어 올려져 개방되므로서 연소실로 분사되는 구조로 이루어진다.

또한, 계측된 연료량이 분사된 후에는 솔레노이드(121)의 통전이 차단되고스프링(109)력에 의해 콘트롤 밸브(107)가 상승되어 연료 통로(103a)가 개방되므로서 연료가 스필 통로(103b)를 통해 연료 탱크로 리턴되도록 구성된다.

그런데 상기와 같이 이루어지는 전자 유닛 인젝터의 경우, 솔레노이드를 이용하여 연료 분사를 제어하므로 솔레노이드의 자기적 특성상 응답성이 느리고 분사기간동안 연료 압력이 일정하지 않아 신속하고 정확한 제어를 위해서는 고정밀 솔레노이드 밸브가 요구된다.

또한, 솔레노이드의 크기가 크고 전력 소모량이 크기 때문에 전자 유닛 인젝터의 크기와 용량을 컴팩트하게 제작하지 못하는 요인으로 작용한다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 전기적 신호에 대하여 정확하고 빠르게 응답하여 연료 분사를 제어하며, 보다 간단한 구조로 이루어져 전력량의 소모가 적은 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전자 유닛 인젝터의 단면도,

도 2는 종래 기술에 의한 전자 유닛 인젝터의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 캠 14 : 로커아암

16 : 플런저 실 18 : 플런저

20 : 스프링 22 : 노즐 바디

24 : 스프링 26 : 노즐 밸브

28 : 액츄에이터 보디 30 : 피에조 플레이트

32 : 니들 콘트롤 밸브 34 : 코일 스프링

36 : 연료 통로 38 : 연료 입구

40 : 스필 통로 42 : 스필실

44 : 판스프링

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터의 단면도로서, 이를 참조하면, 본 발명의 인젝터는 피드 펌프(미도시함)로부터 공급되는 연료를 플런저 실로 유입시키는 액츄에이터와, 플런저 실내의 연료를 압축하는 기구 및 연료를 연소실내로 분사하는 기구로 이루어져 있으며, 본 발명은 상기 액츄에이터를 피에조 소자에 의하여 작동이 이루어지도록 함에 그 특징이 있다.

상술한 바와 같이 연료를 압축하는 기구는 캠(12)과, 이 캠(12)의 운동에 따라 힌지 운동하는 로커아암(14)과, 상기 액츄에이터로부터 연료를 공급받는 플런저 실(16)과, 상기 로커아암(14)에 의해 승강되면서 상기 플런저 실(16)내의 연료를 압축 및 압송하는 플런저(18)와, 이 플런저를 탄지하는 플런저 스프링(20)으로 이루어지며, 연료를 분사하는 기구는 압력실을 갖춘 노즐 바디(22)와, 이 노즐 바디내에서 스프링(24)에 탄지되어 작동하는 노즐 밸브(26)로 이루어져 있다.

상기에서 본 발명은 플런저 실(16)로 연료를 전기적 신호에 따라 공급하거나 또는 연료 공급을 차단할 수 있도록 하는 액츄에이터에 관계하며, 이 액츄에이터는액츄에이터 바디(28)와, 피에조 소자(Piezo-electric material)로 이루어지는 피에조 플레이트(30)와, 이 피에조 플레이트의 하부에 설치되는 니들 콘트롤 밸브(32)와, 이 니들 콘트롤 밸브를 탄지하는 코일 스프링(34)을 포함하여 이루어진다.

상기 액츄에이터 바디(28)에는 상기 플런저 실(16)로 연료를 공급하기 위한 연료 통로(36)와, 연료탱크로부터 연료를 공급받기 위한 연료 입구(38)와, 연료탱크로 연료를 리턴시키는 스필 통로(40)와, 연료를 일시적으로 보관하는 스필 실(42)을 갖춘다.

상기 피에조 플레이트(30)는 상기 액츄에이터 바디(28)에 내장되며, 약 0.2㎜ 내지 0.5 ㎜ 의 두께를 가지는 피에조 세라믹 다층판(piezo-ceramic multilayer) 구조로 형성된다. 여기서, 피에조 세라믹 다층판은 전기적 신호의 인가시 전기 분극이 발생하여 기계적인 일그러짐이 발생되고 반대로 일그러지게 하면 전기 분극을 발생하는 성질을 지니는 물질로서 전자제어유닛 등으로부터 전기적 신호가 상기 피에조 세라믹 다층판으로 인가시, 각 다층판마다 생기는 변형 변위의 총합에 의하여 상기 니들 콘트롤 밸브(32)를 작동시키게 된다.

상기 니들 콘트롤 밸브(32)는 상기 피에조 플레이트(30)의 하부로 이와 일체로 형성되어 그 변형에 의하여 승강되어 연료 통로(36)를 개폐하는 작동을 하는 것으로서, 이 때, 니들 콘트롤 밸브(32)가 상승하면서 상기 피에조 플레이트(30)에 과다한 충격을 가할 경우 상기 피에조 플레이트(30)에 손상을 입힐 수 있으며 이는 니들 콘트롤 밸브(32)의 작동 불량을 가져올 수 있다. 따라서, 상기 피에조 플레이트(30)와 상기 니들 콘트롤 밸브(32) 사이에는 판스프링(44)을 개재시켜 양자를연결함이 바람직하다.

한편, 상기 코일 스프링(34)은 피에조 플레이트(30)에 인가되는 전원이 차단시 그 복원력에 의하여 니들 콘트롤 밸브(32)를 상승시키는 작동을 하는 것으로서, 니들 콘트롤 밸브(32)와 액츄에이터 바디(28)사이에 개재되어 이 니들 콘트롤 밸브(32)를 탄지하게 된다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 전자 유닛 인젝터의 작동 내용을 살펴보면 다음과 같다.

피드 펌프(도시생략)로부터 공급된 연료가 연료 입구(38)를 통하여 스필(spill)실(42)로 공급되고; 니들 콘트롤 밸브(32)가 스프링(34)력에 의해 상승되어 연료 통로(36)가 개방되며, 캠(12)과 연동되는 플런저(18)가 플런저 스프링(20)력에 의해 상승되므로서 플런저 실(16)로 채워지며, 다시 피에조 플레이트(30)가 통전되면서 변형되어 니들 콘트롤 밸브(32)를 누르게 되고, 이에 따라 니들 콘트롤 밸브(32)가 코일 스프링(34)력을 이기고 하강되어 연료 통로(36)가 폐쇄되고, 캠(12)의 구동에 의해 로커암(14)과 연동되는 플런저(18)가 하강되므로서 연료가 압축되고, 플런저(18)에 의해 압축된 연료가 연료 통로를 통해 노즐 바디(22)에 형성된 압력실로 압송되고, 그 연료 압력이 노즐 밸브(26)의 스프링(24)에 의한 세트(set)력을 초과할 때, 이 노즐 밸브(26)가 들어 올려져 개방되므로서 연소실로 분사되는 구조로 이루어진다.

또한, 계측된 연료량이 분사된 후에는 피에조 플레이트(30)의 전기 공급이 차단되고 코일 스프링(34)력에 의해 니들 콘트롤 밸브(32)가 상승되어 연료통로(36)가 개방되므로서 연료가 스필 통로(40)를 통해 연료 탱크로 리턴되도록 구성된다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터는 피에조 소자의 원리를 이용해 다층의 피에조 소자가 연료 통로 개폐용 콘트롤 밸브를 직접 제어하므로, 정확하고 빠른 분사량 제어가 가능하여 응답성이 개선되고 피드백(feedback)제어가 필요없는 잇점이 있다.

또한 분사 제어부분의 크기를 축소시킬 수 있으므로 인젝터와 엔진 전체의 크기를 축소할 수 있으며, 전력 소모량이 적고, 설계 자유도를 증대할 수 있다.

Claims

피드 펌프로부터 공급되는 연료를 액츄에이터에 의해 선택적으로 플런저 실로 유입시키고, 다시 이 연료를 플런저의 승강 동작에 의해 압축 및 노즐 밸브로 압송하므로서, 그 연료의 압력이 노즐 밸브의 세트력을 초과할 때, 연소실로 고압 연료를 분사하게 이루어지는 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터에 있어서,

상기 액츄에이터는

상기 플런저실로 연료를 유입시키기 위한 연료 통로를 갖춘 액츄에이터 보디와;

상기 액츄에이터 보디에 내장되어, 전기적 신호 인가시 그 변위가 변화하는 피에조 소자(Piezo-electric material)로 이루어진 피에조 플레이트와;

상기 피에조 플레이트의 하부에 설치되는 니들 콘트롤 밸브와;

상기 니들 콘트롤 밸브를 상기 액츄에이터 보디로부터 탄지하는 코일 스프링;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터.
청구항 1에 있어서,

상기 피에조 플레이트는 약 0.2㎜ 내지 0.5 ㎜ 의 두께를 가진 피에조 세라믹 다층판(multilayer) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터.
청구항 1에 있어서,

상기 액츄에이터는

상기 피에조 플레이트와 상기 니들 콘트롤 밸브 사이에 개재되는 판스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 전자 유닛 인젝터.