KR20080055405A

KR20080055405A - 자동차용 인젝터 클램프

Info

Publication number: KR20080055405A
Application number: KR1020060128715A
Authority: KR
Inventors: 장원석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19
Also published as: KR100862418B1; DE102007041880A1; CN101255839A; US20080141979A1

Abstract

본 발명은 인젝터 클램프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가솔린 엔진의 피에조 인젝터 고정을 위한 판스프링 타입의 인젝터 클램프에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 일측단부는 실린더헤드의 장착자리면에 볼트로 고정되는 평판형 장착단으로 형성되고, 중간단부는 상기 평판형 장착단으로부터 실린더헤드의 장착자리면의 가장자리 위치까지 연장되는 평판형 연장단으로 형성되며, 타측단부는 상기 평판형 연장단으로부터 2갈래로 분기되어 아래쪽으로 볼록하게 휘어진 인젝터 지지단으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 인젝터 클램프를 제공한다.

인젝터 클램프, 판스프링 타입, 피에조 인젝터

Description

자동차용 인젝터 클램프{Injector clamp for vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프의 장착상태를 나타내는 모식도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프의 장착상태를 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프에 대한 실험예로서, 연소실 압력 상승기 클램프에 걸리는 힘에 대한 고찰을 설명하기 위한 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프에 대한 눌림압 측정을 위한 측정리그 및 그 측정방법을 설명하는 개략도,

도 6은 종래의 디젤 엔진용 인젝터 클램프를 나타내는 개략도,

도 7은 도 6의 인젝터 클램프의 원리를 설명하는 개략도,

도 8은 가솔린 엔진용 피에조 인젝터를 설명하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 평판형 장착단 12 : 평판형 연장단

14 : 인젝터 지지단 16 : 실린더헤드

18 : 장착자리면 20 : 인젝터

22 : 볼트체결홀 24 : 볼트

26 : 와셔 100 : 인젝터 클램프

주지된 바와 같이, 인젝터 클램프란, 인젝터가 연소실에 직접 설치된 직접분사식 엔진에서 분사시의 반력이나 연소실내 압력에 의해 인젝터가 밀려나오지 않도록 인젝터를 고정시키는 기구를 말한다.

디젤엔진 등에 적용되고 있는 인젝터 클램프의 경우, 도 6에서와 같이 견고한(rigid) 형태로 인젝터를 지지하는 역할을 한다.

도 7은 종래의 인젝터 클램프의 작동 원리를 설명하는 개략도로서, 인젝터는 실린더헤드의 인젝터 삽입구에 안착되며, 이를 인젝터 클램프가 누르는 형태로 설치된다.

인젝터 클램프의 외부단 저면과 이에 대응되는 실린더헤드의 상면에 장착 지지점이 있고, 이 지지점에서 볼트를 이용하여 인젝터 클램프를 실린더헤드에 고정하면, 인젝터 클램프는 지렛대 원리에 의해 인젝터를 눌러주게 된다.

이때, 인젝터 클램프는 인젝터로부터 반력을 받게 된다.

상기 인젝터 클램프는 연료 분사시 및 연소실내 폭발로 인한 압력상승시에 인젝터로부터의 반력을 크게 받게 되므로, 이 반력을 충분히 이길 수 있도록 고정볼트의 축력을 설계한다.

즉, 실린더헤드 상면의 지지점과 인젝터 클램프의 볼트 고정위치, 고정볼트의 축력에 의해 인젝터를 누르는 인젝터 클램프의 힘이 결정된다.

따라서, 상기 인젝터 클램프는 그 지지점과 고정볼트, 인젝터로부터의 반력에 의한 좌굴 및 휨을 견딜 수 있도록 충분히 견고하게 설계되며, 그 설계시 클램프는 강체(rigid body)라고 가정하게 된다.

이때, 인젝터 클램프가 인젝터를 누르는 힘은 대략 7,000~10,000N 정도이며, 인젝터 클램프의 두께는 10mm 이상이다.

종래의 인젝터 클램프는 인젝터 자체가 견고하여 인젝터 축력이 7,000~10,000N 이상을 견딜 수 있는 디젤 엔진용 인젝터에 적용하기에는 문제가 없지만, Spray-Guided GDI(가솔린 직분식) 엔진에 적용되는 피에조 인젝터에는 적용이 불가능한 단점이 있다.

즉, Spray-Guided GDI 엔진용 가솔린 피에조 인젝터의 경우, 도 8의 단면도에서 보는 바와 같이 내부에 피에조 액튜에이터 유니트를 구성하는 소자들이 직결식으로 밸브와 연결되어 있고, 온도 상승에 의한 길이 변화량 보상기구 등이 외력으로부터 취약한 구조로 되어 있기 때문에 인젝터가 받을 수 있는 축력의 범위는 700~1,000N 정도로 디젤엔진용 인젝터의 1/10 수준이다.

따라서, 종래의 인젝터 클램프를 구성할 경우, 고정볼트의 조임토크를 1/10수준이 되어야 하지만, 조임토크를 1/10 수준으로 할 경우 고정볼트와 실린더헤드간에 충분한 마찰력을 확보하지 못해, 결국 엔진의 진동 등에 의해 볼트가 풀리게 되는 문제점이 발생하게 된다.

게다가, 조임토크 1/10 수준은 토크를 컨트롤할 수도 없어 인젝터 축력의 확보가 불가능하다.

Spray-Guided GDI 엔진에서 인젝터 클램프의 고정볼트가 풀리거나 인젝터 축력이 확보되지 않는 경우, 압축행정 및 폭발행정에서 인젝터가 엔진으로부터 이탈하게 되며, 그 경우 연소실 압력이 확보되지 않아 정상적인 점화가 되지 않게 되며, 그 후에도 연료는 계속 분사되고 점화플러그로부터 불꽃이 계속 일어나므로 극단적인 경우 차량 화재 등으로 이어질 수도 있다.

따라서 종래와 다른 인젝터 클램프를 설계할 필요가 있으며, 인젝터 축력을 확보하는 동시 인젝터 클램프의 지지가 견고하게 이루어져야 하며, 아울러 인젝터 클램프도 파손되지 않는 새로운 개념의 인젝터 클램프 설계가 요구된다.

이에, 한국공개특허 공개번호 2001-061134에는 탄성소재를 이용하여 지지부를 굴곡하여 형성한 인젝터 클램프가 개시되어 있으나, 그 장착 구조에 있어서 볼트의 고정 위치가 정중앙에 위치하여 인젝터의 반력을 지지하는데 불충분한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 일측단은 실린더헤드에 볼트 등으로 견고하게 고정되는 동시에 타측단은 인젝터를 탄성지지하며 장착되어, 견고한 고정력을 유지하는 동시에 인젝터의 반력을 탄성으로 지지할 수 있도록 한 가솔린 엔진의 피에조 인젝터 고정을 위한 판스프링 타입의 인젝터 클램프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 일측단부는 실린더헤드의 장착자리면에 볼트로 고정되는 평판형 장착단으로 형성되고, 중간단부는 상기 평판형 장착단으로부터 실린더헤드의 장착자리면의 가장자리 위치까지 연장되는 평판형 연장단으로 형성되며, 타측단부는 상기 평판형 연장단으로부터 2갈래로 분기되어 아래쪽으로 볼록하게 휘어진 인젝터 지지단으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 인젝터 클램프를 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 인젝터 클램프의 두께는 0.8mm~2.0mm인 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 인젝터 클램프의 평판형 장착단에는 한 쌍의 볼팅체결홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현에로서, 상기 인젝터 클램프의 평판형 장착단의 저면과 실린더헤드의 장착자리면 사이에는 와셔가 삽입되어, 평판형 장착단 및 연장단이 실린더헤드의 장착자리면으로부터 이격되어 상기 인젝터 지지단에 탄성력을 제 공할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프의 장착상태를 나타내는 모식도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프의 장착상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명의 인젝터 클램프(100)는 크게 3부분으로 나누어 볼 수 있는데, 실린더헤드(16)의 장착 고정되는 평판형 장착단(10)과, 인젝터(20)를 탄성 지지하는 인젝터 지지단(14)과, 상기 평판형 장착단(10)과 인젝터 지지단(14)을 일체로 연결하며 연장된 평판형 연장단(12)으로 나누어 볼 수 있다.

상기 평판형 장착단(10)은 2개의 원판을 이어 놓은 대칭 형상을 가지며, 각 원판부위에는 볼트체결홀(22)이 관통 형성된다.

따라서, 상기 평판형 장착단(10)은 실린더헤드(16)의 장착자리면(18)에 밀착되어 볼트(24)로 체결 고정된다.

상기 평판형 연장단(12)은 평판형 장착단(10)으로부터 실린더헤드(16)의 장착자리면(18)의 가장자리 위치까지 연장되는 부분으로서, 상기 평판형 장착단(10)과 일직선을 이루며 연장된다.

상기 인젝터 지지단(14)은 평판형 연장단(12)으로부터 2갈래로 분기된 부분으로서, 아래쪽으로 볼록하게 휘어진 형상을 가진다.

바람직하게는, 상기 평판형 장착단(10) 및 연장단(12), 인젝터 지지단(14)으로 구성된 본 발명의 인젝터 클램프(100) 두께는 탄성력을 발휘할 수 있도록 0.8mm~2.0mm로 제작되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 인젝터 클램프(100)의 평판형 장착단(10)의 저면과 실린더헤드(16)의 장착자리면(18) 사이에는 와셔(26)가 삽입되며, 이 와셔(26)로 인하여 상기 평판형 장착단(10) 및 연장단(12)이 실린더헤드(16)의 장착자리면(18)으로부터 위쪽으로 이격됨에 따라, 지렛대 원리와 같이 상기 인젝터 지지단(14)에 탄성력을 제공할 수 있는 상태가 된다.

보다 상세하게는, 상기 인젝터 클램프(100)의 평판형 장착단(10)이 볼트(24)에 의해 실린더헤드(16)에 고정된 상태에서, 평판형 연장단(12) 및 인젝터 지지단(14)에 힘이 가해지면 지렛대 원리와 같이 탄성 변형을 하게 되며, 이때의 탄성 변형량은 상기 실린더헤드(16)와 평판형 장착단(10) 사이에 삽입된 와셔(26)의 높이에 따라 조절된다.

이와 같은 본 발명의 인젝터 클램프는 인젝터 클램프 자체의 지지력도 확보되면서 인젝터의 축력을 700~1,000N 사이로 제어할 수 있게 되는 바, 이는 하기에 설명하는 실험예를 통하여 이해할 수 있을 것이다.

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프에 대한 눌림압 측정을 위한 측정리그 및 그 측정방법을 설명하는 개략도이다.

본 발명에 따른 인젝터 클램프의 축력을 검증하기 위해 도 5에 도시된 바와 같은 구조의 리그를 설계 제작하였다.

상기 리그는 실제 실린더헤드와 같은 재질로 제작하였고, 로드 셀(Load Cell)을 사용하여 인젝터 클램프에 의해 인젝터에 작용하는 축력을 측정하였다.

이와 같은 시험을 통하여 인젝터 클램프로부터 인젝터로 가해지는 인젝터 축력을 검증하였으며, 알맞은 축력을 얻도록 인젝터 클램프가 탄성 변형할 수 있도록 하는 와셔의 높이 선정이 가능하다.

이어서, 인젝터 클램프가 변형될 때, 탄성영역 내에서 변형되는지를 확인하고, 인젝터를 눌리는 인젝터 축력을 700~1,000N 이 되게 하기 위한 인젝터 클램프의 변형량을 확인하기 위해 수치해석을 실시하였다.

본 발명의 인젝터 클램프는 SPS1이나 SK5 등 강판재를 사용할 수 있는데, 이들 재질의 특성은 Young's Modulus 220GPa 전후, 항복강도 1000MPa 정도이다.

인젝터 클램프의 변위량에 따라 t=0.8, 1.0 두 사양의 클램프에 대한 수치해석 결과를 아래의 표 1 내지 3에 나타내었다.

표 1은 축력 700N을 얻기 위한 변위 즉, 수치해석 결과이고, 표 2는 축력 800N을 얻기 위한 변위 즉, 수치해석 결과이며, 표 3은 축력 900N을 얻기 위한 변위 즉, 수치해석 결과를 각각 나타낸다.

위의 표 1 내지 표 3에 나타낸 수치 해석 결과, 인장응력은 항복응력의 40%에 못 미치는 수준으로, 본 발명의 인젝터 클램프는 주어진 축력범위 700~900N 사이에서 사용할 때 항복변형이 일어나거나 파단되지 않음을 알 수 있었다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프에 대한 실험예로서, 연소실 압력 상승기 클램프에 걸리는 힘에 대한 고찰을 설명하기 위한 개략도이다.

즉, 연소실 폭발행정에서의 연소실 압력 상승시, 본 발명의 인젝터 클램프가 항복변형을 일으키거나 파단되지 않을지를 고찰해 보았다.

도 4의 자유물체도에서, 연소실 압력이 대기압과 같을 때는 인젝터 클램프의 탄성변형에 의한 인젝터로의 축력 F 는 헤드로부터 인젝터에 작용하는 반력의 크기 R과 같다.

F = R (연소압=0일 때)

한편, 연소실 압력이 상승하는 경우, 인젝터 클램프의 탄성변형량 및 인젝터로의 축력 F는 변하지 않고, 연소실 압력에 의해 인젝터가 받는 힘 P가 헤드로부터의 반력 R을 덜어주게 된다.

즉, F = R + P (연소압 > 0일 때)가 된다.

따라서, 본 발명의 인젝터 클램프는 연소실 압력이 있든 없든 무관하게 일정하게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 인젝터 클램프에 의하면, 실린더헤드에 볼트 등으로 견고하게 고정되는 동시에 타측단은 인젝터를 탄성지지하며 장착되어, 견고한 고정력을 유지하는 동시에 인젝터의 반력을 탄성으로 지지할 수 있다.

특히, 본 발명의 인젝터 클램프는 Spray-Guided GDI(가솔린 직분식) 엔진에 적용되는 피에조 인젝터에 적용 가능한 장점을 제공한다.

Claims

일측단부는 실린더헤드의 장착자리면에 볼트로 고정되는 평판형 장착단으로 형성되고, 중간단부는 상기 평판형 장착단으로부터 실린더헤드의 장착자리면의 가장자리 위치까지 연장되는 평판형 연장단으로 형성되며, 타측단부는 상기 평판형 연장단으로부터 높이차를 달리하며 연장된 인젝터 지지단으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 인젝터 클램프.
청구항 1에 있어서, 상기 인젝터 지지단은 평판형 연장된으로부터 2갈래로 분기되어 아래쪽으로 볼록하게 휘어진 것을 특징으로 하는 자동차용 인젝터 클램프.
청구항 1에 있어서, 상기 인젝터 클램프의 두께는 0.8mm~2.0mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 인젝터 클램프.
청구항 1에 있어서, 상기 인젝터 클램프의 평판형 장착단에는 한 쌍의 볼팅체결홀이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 인젝터 클램프.
청구항 1 내지 청구항 4중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 인젝터 클램프의 평판형 장착단의 저면과 실린더헤드의 장착자리면 사이에는 와셔가 삽입되어, 평판형 장착단 및 연장단이 실린더헤드의 장착자리면으로부터 이격되어 상기 인젝터 지지단에 탄성력을 제공할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동차용 인젝터 클램프.