KR20050037947A - 디젤 엔진용 연료 분사 밸브의 테스트 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 디젤 엔진용 연료 분사 밸브(1)를 그 밸브의 입구측에 압축 오일을 공급함으로써 측정하는 방법이다. 본 발명에 있어서, 오일 압력은 점진적으로 기록되며, 압력 상승은 밸브의 개방 압력을 초과하는 순간에 차단되며, 이는 입구측 압력의 강하로 나타나며, 동시에 개방 압력을 기록한다. 그 결과, 보다 관대한 테스트 방법이 제공되며, 또한 새로이 개발된 연료 분사 밸브에 대해 사용할 수 있다.

Description

디젤 엔진용 연료 분사 밸브의 테스트 방법{METHOD OF TESTING A FUEL INJECTION VALVE FOR A DIESEL ENGINE}

본 발명은, 밸브를 테스트하는 방법에 관한 것으로, 특히 비교적 대형 디젤 엔진용의 비교적 대형의 연료 분사 밸브를 그 밸브의 입구측에 압축 테스트 오일을 공급함으로써 테스트하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에 의해 입구측에서의 오일 압력을 점진적으로 상승시키면서 기록된다.

MAN B & W DIESEL A/S사에서는 최근 도 2에 나타낸 바와 같은 K 90 MC-C 및 K 80 MC-C 등의 형태의 "슬라이드 연료 밸브"로 명명된 새로운 형태의 연료 분사 밸브를 개발하였다. 도 1에 나타낸 종래의 밸브와 비교할 때, "색 볼륨(sac volume)" 또는 간극 체적(clearance volume)으로 불리는 밸브 팁에서의 공극을 제거하였고, 이에 의해 간극 체적(통상 1-2㎤)에 상당하는 적은 부피의 연료가 궁극적으로 분사되는 것을 방지하고 있다. 이는 디젤 엔진의 그을음을 감소시키고, 매연의 발생을 감소시키며, NOx 및 VOC 배출물을 낮추며, 특히 연료 효율을 개선시킨다.

연료 분사 밸브는 무엇보다도 특히 개방 압력을 정확하게 하기 위해 규칙적으로 체크되어야 한다. 개방 압력은 예를 들면 밸브에 내장된 스프링이 느슨해지면 변화할 수 있다. 또, 배기 압력이 체크되고, "기화 테스트(carburetion test)"가 수행될 수도 있다. 개방 압력, 배기 압력(venting pressure) 및 기화 테스트를 비롯하여 연료 밸브를 체크하기 위한 통상의 장비는 다음의 방식으로 작동한다. 압축 공기(5 내지 10 bar)가 공압식 펌프로 공급되며, 이 펌프가 공기 압력을 수백 bar의 유압적 오일 압력으로 전환한다. 모든 테스트는 순수 테스트 오일을 특정 압력으로 밸브에 공급함으로써 수행되며, 이에 의해 밸브의 각종 부품들이 정확하게 기능을 하고 있는 지를 테스트할 수 있다. 개방 압력 테스트에서, 밸브 내의 내장된 활주체가 작동하여 밸브가 짧은 시간동안 개방될 때까지 밸브 내의 압력을 점진적으로 상승시키고, 그 후에 압력이 약간 떨어져, 압력이 다시 개방 압력을 초과할 때까지 활주체가 다시 폐쇄된다. 기화 테스트에서, 밸브의 개방 압력을 상당히 초과하는 내부 오일 압력이 펌프 내에서 생성된다. 펌프와 연료 분사 밸브 간에 연결이 도 7에 도시한 큰 레버를 당김으로써 이루어지면, 분사 밸브와 펌프 사이의 연결이 단절될 때까지 밸브는 즉시 덜걱거리기 시작한다. 그러나, 이러한 종래의 테스트 장비에서는 신규의 밸브의 기능에 대해 불리한 영향을 미친다. 밸브 팁에 내장 활주체가 있는 신규의 밸브는 종래의 기화 테스트를 받는 것에 관대하지 않으며, 수회의 연속적인 개방이 이루어지는 통상의 개방 테스트를 받음으로써 불필요한 응력을 받게 된다. 활주체를 갖는 밸브가 기화 테스트(및/또는 개방 압력 테스트를 너무 과도하게 수행)를 수행할 때에 파손되는 이유는 테스트 오일과 통상의 디젤 오일 간의 물리적 화학적 특성 차이로 인해 밸브에 결함이 발생하기 때문인 것으로 여겨진다. 게다가. 금속은 가열될 때 팽창한다. 다른 것들이 동일하더라도, 밸브 팁의 외면은 밸브의 내측에 위치한 금속제 활주체보다 더 고온이며, 이는 그들 간의 마찰 저항이 통상의 작동시보다는 테스트 동안에 더 높다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 관대하며, 또 새로이 개발된 분사 밸브와 관련하여 사용할 수 있는 테스트 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서, 전술한 형태의 방법은, 밸브의 개방 압력을 초과하고 그에 따라 입구측에서 압력이 강하하는 순간에 압력 상승을 전자적으로 일시적으로 중단하고, 그 순간에 입구측에 오일 압력을 제공하기 위한 압축 공기 공급을 전자적으로 일시적으로 중단하며, 그 후에 무엇보다도 현상태에서의 분사각이 엔진에 사용하기에 적합한가를 결정하는 데에 개방 압력을 사용하는 것을 특징으로 한다.

압력이 연료 밸브의 개방으로 인해 강하하는 순간에, 전자 유닛은 압축 공기 파이프 내의 자기 밸브를 작동시킴으로써 펌프로의 압축 공기의 공급을 차단하는 것을 보장한다. 따라서, 펌프는 정지하고, 분사 밸브의 개방 압력은 고정되어 나타난다. 전자적 측정 장치, 자기 밸브 및 디지털 판독 장치의 조합은 또한 이전과는 달리 개방 압력을 단지 수 ㎳ 동안 유지하는 것을 보장한다.

그 결과, 테스트는 분사 밸브의 손상을 야기하지 않으면서 그 분사 밸브의 결함을 밝히는 데에 사용될 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

매뉴얼 개방 압력 테스트 및 전술한 기화 테스트를 받는 데에 관대하지 않는 신규의 연료 분사 밸브(1)(도 2 참조) 중 하나를 테스트하는 도 3에 도시한 장비는 분사 밸브의 팁이 삽입되는 오일 수집 탱크(2)를 포함한다. 호스(4)가 가압된 테스트 오일을 공급하도록 밸브의 입구측에 이르고 있다. 호스(4)는 공압 작동식 유압 펌프(오일 펌프)를 포함하는 측정 장치(6)에서 시작한다. 투명하고 묽은 오일이 테스트 오일로서 사용되며, 이 오일은 디젤 엔진의 통상의 작동 중에 사용되는 오일 만큼의 점도를 갖지는 않는다.

도 5는 측정 장치(6)의 흐름도이다. 메인 전압을 공급하며, 이 메인 전압을 ±5V DC의 저전압으로 전환하는 전원(8)을 포함한다. 그러한 저전압이 이하에 설명할 각종 유닛을 작동시키는 데에 사용된다.

점선으로 도시한 큰 박스 외측에, 분사 밸브의 입구측에서의 오일 압력을 판독하는 압력 센서(10)가 마련되어 있다. 이 압력 센서(10)는 압력에 따라 4 내지 20㎃의 전류를 방출한다. 이 전류는 전류를 전압으로 전환하는 ㎃/V 컨버터로 보내진다. 전압 레벨은 A/D 컨버터(12)로 보내지며, 이 컨버터가 전압 레벨을 후에 디지털 표시부(13)에 표시되는 디지털 값으로 변환한다.

㎃/V 컨버터(11)로부터의 전압 레벨은 또한 피크값 제어부(15)로 전송된다. 이 피크값 제어부(15)는 전압 레벨이 감소하기 시작하는 순간의 전압 레벨의 피크값의 최대값을 판독하여, 그 전압 레벨을 A/D 컨버터(17)로 전송하고, 이 컨버터에서 그 전송된 값을 후에 디지털 표시부(18)에 표시되는 디지털 값으로 전환한다.

도 6은 단일 테스트의 흐름도이다. 먼저, 분사 밸브를 오일 수집 탱크(2) 내에 삽입한다. 이어서, 압력을 100bar를 초과하도록 상승시키고, 개방 압력을 선택한다. 압력을 이어서 더 상승시키고, 그 압력 값을 샘플링한다. 압력 강하가 400bar/sec를 초과하면, 예상한 바와 같이 밸브 슬라이더가 개방될 것이며, 얻어진 개방 압력이 정확하다면 그 밸브는 용인된다. 하지만, 압력 강하가 400bar/sec보다 낮다면, 예상한 바와 같이 개방이 이루어지지 않아, 에러를 초래한다.

테스트는 예를 들면 다음과 같이 수행될 수 있다. 먼저 배기 압력(venting pressure), 즉 분사 밸브에서의 오일의 흐름을 위한 분사 밸브에 있어서의 역류 밸브(reflux valve)가 폐쇄되는 때의 압력을 측정한다. 배기 압력은 통상 30bar이지만, 밸브 형태에 따라 달라진다. 이러한 측정과 관련하여, 압력은 예를 들면 150bar의 초기 압력까지 상승한다. 초기 압력은 단지 약 30bar의 예상값보다 높아야 한다. 예상값은 밸브(1)를 위한 매뉴얼에 기재되어 있다. 이어서, 갑작스런 압력 강하가 역류 밸브의 개방에 대응하여 발생할 때까지 압력을 감소시킨다. 압력 강하가 발생할 때의 압력을 기록하고, 약 30bar의 원하는 값과 비교한다. 상당한 편차가 있으면, 그 밸브는 청소/수리될 때까지는 사용할 수 없다.

이어서, 개방 압력을 측정한다. 분사 밸브가 정확하게 작동하기 위해, 개방 압력은 이론적인 경우에 약 500 bar±25bar여야 한다. 또한, 이러한 경우에 예상되는 개방 압력은 밸브의 매뉴얼에 기재되어 있다. 테스트 장비에 의한 테스트는 밸브가 밸브 공급자로부터의 매뉴얼에 기술된 가이드라인과 일치하는 지의 여부를 증명한다. 투명한 묽은 오일이 개방 압력을 측정하고 역류 밸브를 체크하는 데에 사용된다. 이러한 측정은 압력이 떨어질 때까지 점진적으로 압력을 상승시킴으로써 수행된다. 압력 강하가 발생할 때의 압력을 개방 압력으로서 기록한다. 개방 압력이 만족스럽지 않다면, 그 밸브는 조절되거나 보수해야 한다. 통상, 편차는 개방 압력이 너무 낮다는 것을 암시한다. 이는 연료 분사 밸브의 내장 스프링이 너무 느슨해졌고, 이를 보상하도록 추가적인 스페이서가 예를 들면 MAN B&W제의 밸브에 삽입될 수 있음을 나타낸다. 다른 밸브 공급자는 다른 방식의 조절 방법을 갖고 있다. 그러나, 상기 장비는 B&W제 밸브 이외의 밸브에 관련하여서도 사용할 수 있다. 선택적으로 다른 밸브는 나사에 의해 조절될 수 있다.

개방 압력이 만족스럽지 않다면, 밸브(1)는 조절되거나 보수되어야 한다. 그러나, 개방 압력이 만족스럽더라도 그 밸브(1)가 용인된다는 것을 암시하는 것은 아니다. 밸브(1)는 모든 테스트가 만족스럽게 수행될 때까지는 용인되지 않는다.

수행된 테스트 중 일부가 예상한 결과로 완료되지 않은 경우, 승선한 선원들이 밸브를 분해하고, 그것을 청소/조절한다. 청소/조절 후에 모든 테스트를 다시 수행한다. 문제점이 여전히 발생하면, 그 밸브는 인증된 수리 업체에서 수리되거나, 폐기되어야 한다.

각각의 테스트 후에, 상기 장치는 재설정을 위해 RESET 위치로 설정된다. 재설정은 각 테스트를 수행한 후에 필요하다.

도 3에 도시한 측정 장비 외에도, 본 출원인은 도 7에 도시한 종래의 측정 장비에 장착할 수 있는 별도의 전자적 어댑터 유닛을 개발하였다. 그 결과, 사용자가 새로운 분사 밸브를 설치하여 작동시킬 때에 새로운 측정 장비 전체를 구매할 필요는 없다. 도 4에 도시한 전자 유닛은 종래의 측정 장비의 뒤판을 제거하고 그 통상의 측정 장비의 상부에 전자 유닛을 장착함으로써 장착될 수 있다. 그 후에, 뒤판을 다시 장착한다. 또, 압력 게이지를 오일 공급용 파이프에 삽입한다. 이 압력 게이지는 오일 압력의 연속적인 샘플링을 수행하지만, 압력 강하가 발생하는 순간의 압력만을 표시부에 나타낸다. 동시에, 신호는 오일 펌프에 이르는 압축 공기 파이프에 삽입되어 있는 자기 밸브로 전송되며, 이 신호에 의해 오일 펌프로의 압축 공기의 공급을 차단하는 것이 보장된다.

따라서, 후자의 경우, 신규의 특징은 압력 게이지, 공기 공급 블록, 전자 장치가 독특한 제품으로 조합된다는 점이다. 신규의 특징은 연료 밸브의 전통적인 테스트와 관련하여 "압력 게이지 연료 공급 블록 전자 장치"의 기능이다.

전통적인 장치에 있어서, 이전에 기화 테스트와 관련하여 사용하였던 높은 내부 압력이 여전히 발생할 수 있을 여지가 있다. 그러한 압력을 밸브(1)로 전달하려는 시도는 여전히 있을 수 있지만, 밸브(1)의 슬라이드 밸브의 초기 개방과 관련하여 발생하는 압력 강하를 상기 장치가 기록하는 순간에(덜걱거림이 시작하는 순간에), 공기 공급은 차단되며, 테스트는 중지된다. 다시 말해, 전통적인 기화 테스트가 수행될 필요가 없다.

본 발명에 따르면, 보다 관대하며, 또 새로이 개발된 분사 밸브와 관련하여 사용할 수 있는 테스트 방법이 제공된다.

도 1은 간극 체적을 갖는 종래의 연료 분사 밸브를 도시하는 도면이다.

도 2는 간극 체적을 채우는 활주체를 구비한 새로이 개발된 연료 분사 중 하나를 도시하는 도면이다.

도 3은 신규의 연료 분사 밸브를 테스트하는 본 발명에 따른 장비를 도시하는 도면이다.

도 4는 종래의 연료 분사 밸브를 테스트하기 위해 종래의 장비에 배치되는 어댑터 유닛을 도시하는 도면이다.

도 5는 도 3에 도시한 장비와 도 4에 도시한 어댑터의 배선도이다.

도 6은 본 발명에 따른 장치가 어떻게 작동하는 가를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 어댑터 유닛이 장착되어 있는 종래의 테스트 장비를 도시하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연료 분사 밸브

2 : 오일 수집 탱크

4 : 호스

6 : 측정 장치

8 : 압력 센서

10 : 전원

11 : ㎃/V 컨버터

12, 17 : A/D 컨버터

13, 18 : 디지털 표시부

15 : 피크값 제어부

Claims (1)

1. 밸브, 바람직하게는 비교적 대형 디젤 엔진용의 비교적 대형의 연료 분사 밸브(1)를 그 밸브(1)의 입구측에 압축 오일을 공급함으로써 테스트하며, 입구측에서의 오일 압력을 점진적으로 상승시키면서 기록하는 것인 테스트 방법에 있어서,

   밸브(1)의 개방 압력을 초과하고, 그에 따라 입구측의 압력이 강하하는 순간에 압력 상승을 일시적으로 전자적으로 중단하며, 그 순간에 입구측에 오일 압력을 제공하는 압축 공기 공급을 전자적으로 일시적으로 중단하고, 그 후에 개방 압력을 현재 상태의 분사 밸브가 엔진에 사용하기에 적합한 가를 결정하는 데에 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.