KR20110029443A

KR20110029443A - 연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브 및 이를 포함한 인젝터

Info

Publication number: KR20110029443A
Application number: KR1020090087121A
Authority: KR
Inventors: 박용순
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-03-23
Also published as: DE102009044785A1; CN102022242B; US20110062254A1; CN102022242A

Abstract

본 발명은 디젤 차량의 사용되는 인젝터에 관한 것으로, 솔레노이드 밸브 하부의 보빈과 접촉하는 콘트롤 밸브에 있어서, 상기 콘트롤 밸브의 상기 보빈과 접촉하는 부분에 상기 보빈과 분리가 용이하도록 슬롯이 형성된다.

인젝터, 콘트롤 밸브, 보빈

Description

연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브 및 이를 포함한 인젝터{CONTROL VALVE FOR REDUCING INJECTING AMOUNT VARIATIOIN AND INJECTOR PROVIDED WITH THE SAME}

본 발명은 콘트롤 밸브 및 이를 포함한 인젝터 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브 및 이를 포함한 인젝터에 관한 것이다.

디젤 엔진의 기술 개발은 강화되고 있는 배출물 규제에 대한 대응 기술에 집중되고 있다.

가솔린 엔진과 달리 디젤 엔진은 촉매 장치를 통한 NOx 및 PM 저감에 한계가 있기 때문에, 엔진으로부터 나오는 유해 배출물 자체를 저감 시키기 위한 기술 개발에 중점을 두고 있다.

대부분의 디젤엔진에 커먼레일 시스템(Common Rail System)이 적용되고 있는 이유도 이러한 유해 배출물 감소를 위한 것이다. 커먼레일 시스템은 1800~2000bar의 고압을 형성하여, 한 번에 6~7회까지 가능한 다중분사가 가능하며, 다중분사는 파일럿(pilot)분사, 주(main)분사, 포스트(post) 분사로 이루어진다.

파일럿 분사는 주요 동력원인 주분사 전에 소량이 분사되어 소음 저감과 NOx 저감 목적으로 주로 적용되고, 포스트 분사는 주분사 직후에 연료를 조금 공급하여 연소말기의 연소를 활성화시키며 특히 DPF를 적용하는 경우 DPF내에 포집된 Soot성분을 연소시키기 위해 적용된다.

이러한 소량 분사는 동일 인젝터에서 수 차례 반복적으로 분사하더라도 일정 편차 내에서 관리가 되어야 본래의 기능을 다 할 수 있기 때문에 파일럿 분사나 포스트 분사의 연료량 관리는 매우 중요한 요소이다.

도3은 opening delay와 closing delay를 설명하는 그래프이다.

opening delay(OD)와 closing delay(CD)는 전기적인 분사 또는 분사 중단 신호에 대하여 실제 분사와 분사 중단의 차이를 나타내는 것으로 인젝터의 장시간 사용 후에opening delay의 편차는 심하지 않으나, closing delay는 사용 시간에 비례하여 편차가 심하게 나타나게 되며, closing delay(CD)의 증가는 정확한 연료량 분사를 방해하여 엔진 성능 및 유해가스 배출에 악영향을 미치게 된다.

도4는 일반적인 콘트롤 밸브를 사용한 인젝터의 연료량 편차를 나타낸 그래프이다.

도4에 나타난 바와 같이, 약 30시간의 인젝터 사용 후에 스트로크(stroke) 당 연료의 편차량이 1 mm³ /str 이상으로 크게 증가하는 것을 알 수 있다. 여기서 적합한 스트로크(stroke) 당 연료의 편차량은 0.4 mm³ /str 이내로 제한되는 것이 적합하다.

실험에서 사용된 연료는 일반연료에 첨가제를 다량 함유시킨 프리미엄 연료이다. 프리미엄 연료에는 연소 향상과 연비 저감을 위한 세탄가 개선제, 시스템의 청정도를 향상시키기 위한 세제류(detergent), 저온에서의 연료 유동성을 향상시키는 저온 유동성 개선제 등이 첨가제로 추가되며, 세제류(detergent) 첨가제가 접착성 이물질을 형성시키는 것으로 알려져 있다.

이러한 접착성 이물질(lacquer deposit)은 솔레노이드 밸브의 하부에 위치하여 스토퍼(stopper)역할을 하는 보빈(bobbin)과 콘트롤 밸브 사이에 형성되어, 콘트롤 밸브가 원위치로 복귀할 때 복귀지연이 발생되어 연료량 편차가 발생하는 것으로 실험을 통해 확인되었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 콘트롤 밸브에 접착성 이물질이 형성되는 것을 방지하여 closing delay(CD)를 감소시킴으로써 정확한 연료량 분사제어가 가능할 수 있는 콘트롤 밸브 및 이를 포함한 인젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 콘트롤 밸브는 솔레노이드 밸브 하부의 보빈과 접촉하는 콘트롤 밸브에 있어서, 상기 콘트롤 밸브의 상기 보빈과 접촉하는 부분에 상기 보빈과 분리가 용이하도록 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 슬롯은 그 중심으로부터 원주 방향을 따라 형성될 수 있다.

지 방향 따 형성될 수 있다.

상기 슬롯은 깊이가 10 ㎛ 내지 30 ㎛내 범위로 할 수 있다.

상기 슬롯은 바람직하게 깊이가 15 ㎛내지 25 ㎛내 범위로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 인젝터는 솔레노이드 밸브 하부에 구비도는 보빈 및 상기 보빈과 접촉과 분리를 반복하는 상기 보빈의 하부에 구비되는 콘트롤밸브를 포함하되, 상기 보빈과 접촉하는 상기 콘트롤 밸브의 상부에는 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 슬롯은 그 중심으로부터 지름 방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 슬롯은 깊이가 10 ㎛내지 30 ㎛내 범위로 할 수 있다.

상기 인젝터는 상기 솔레노이드 밸브, 상기 보빈 및 상기 콘트롤 밸브가 구비되는 인젝터 케이스, 상기 인젝터 케이스 내에 구비되는 인젝터 니들, 상기 인젝터 니들에 복원력을 제공하는 니들 리턴 스프링, 상기 니들 리턴 스프링이 위치하는 상부 챔버 및 상기 상부 챔버와 상기 콘트롤 밸브를 연결하는 오리피스를 더 포함하되, 상기 콘트롤 밸브는 상기 오리피스를 반복적으로 개폐할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 콘트롤 밸브 및 이를 구비한 인젝터는, 콘트롤 밸브에 슬롯을 형성하여 closing delay를 감소시킬 수 있고, 따라서 정밀한 연료 분사가 가능해져 엔진 성능 향상과 유해 배기가스 배출량이 감소된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 인젝터의 구성을 도시한 도면이다.

먼저 본 발명의 실시예에 의한 인젝터(10)의 작동을 설명한다.

미도시한 ECU(electronic control unit)이 요구되는 엔진 작동 상태 등에 따라 인젝터 케이스(110) 내에 구비된 솔레노이드 밸브(20)를 제어하게 되며, 상기 솔레노이드 밸브(20) 하부에는 스타퍼(stopper)역할을 하는 보빈(bobbin: 30)이 구비되며, 상기 보빈(30)의 하부에는 콘트롤 밸브(30)가 구비된다.

상기 콘트롤 밸브의 하부에는 인젝터 니들(80)이 구비되며, 상기 인젝터 니들(80)은 니들 리턴 스프링(70)에 의하여 탄성 지지된다.

상기 인젝터 니들(80)로 연료를 공급하도록 연료 공급 라인(90)이 형성된다.

연료 분사 과정을 살펴보면, 상기 연료 공급 라인(90)은 상기 인젝터 니들(80)로 고압의 연료를 공급하고 있고, 상기 니들 리턴 스프링(70)의 탄성력에 의하여 상기 인젝터 니들(80)이 노즐(100)을 막고 있다.

상기 ECU에서 연료 공급 신호가 발생하면, 상기 솔레노이드 밸브(20)에 전기 신호가 인가되어 상기 솔레노이드 밸브(20)는 상기 콘트롤 밸브(40)를 당겨 상기 콘트롤 밸브(40)가 상기 보빈(30)과 접촉하게 된다.

그러면 상기 콘트롤 밸브(40)와 상기 니들 리턴 스프링(70)이 위치하는 상부챔버(92)는 오리피스(60)에 의하여 연결되는데, 상기 콘트롤 밸브(40)의 작동으로 상기 오리피스(60)가 열리면서 평형을 유지하고 있던 연료 압력의 균형이 깨지게 된다.

그러면, 상기 인젝터 니들(80)이 상부로 이동하면서 상기 노즐(100)이 열려 연료가 분사된다.

이후 상기 솔레노이드 밸브(20)에 분사 중단 신호가 인가되어 상기 콘트롤 밸브(40)가 상기 보빈(30)과 분리되면서 다시 상기 오리피스(60)를 막게 된다. 그러면 다시 상기 니들 리턴 스프링(70)의 탄성력에 의하여 상기 인젝터 니들(80)이 노즐(100)을 막게 된다.

이러한 연료량 분사 과정은 반복적으로 수행되며 상기 컨트롤 밸브(40)와 보빈(30) 사이에 접착성 이물질이 형성되면 상기 컨트롤 밸브(40)가 원래의 위치로 복귀할 때 이물질의 접착성 때문에 복귀 지연이 발생하게 된다.

도2는 본 발명의 실시예에 의한 콘트롤 밸브의 상단을 나타낸 도면이다.

도2의 A에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 콘트롤 밸브(40)의 상단에는 슬롯(42)이 형성된다.

상기 슬롯(42)은 그 중심으로부터 원주 방향을 따라 형성될 수 있고, 상기 슬롯(42)의 깊이는 10 ㎛내지 30 ㎛내 범위로 할 수 있다.

상기 슬롯(42)은 바람직하게는 깊이가 15 ㎛내지 25 ㎛내 범위로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 상기 슬롯(42)의 깊이를 약 20 ㎛로 하게 되면 상기 보빈(30)과 접촉하는 상기 콘트롤 밸브(40)의 면적이 약 20% 정도 감소하게 된다.

그러면 일반적인 콘트롤 밸브에 비하여 접착성 이물질의 생성을 억제할 수 있고, 또한 접착성 이물질의 영향이 감소하게 된다.

도2의 B에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 콘트롤 밸브(40)의 변형예는 그상단에 슬롯(43)이 형성되며, 상기 슬롯(43)은 그 중심으로부터 지름 방향을 따라 형성되며, 그 기능 및 효과는 도2의 A에 도시된 본 발명의 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

도5는 본 발명의 실시예에 의한 콘트롤 밸브를 사용한 인젝터의 연료량 편차를 나타낸 그래프이다.

도4와 도5를 비교하면, 상기 슬롯(42)을 형성한 본 발명의 실시예에 의한 콘트롤 밸브(40)는 사용 시간이 경과 하더라도 기준치 (여기서는 연료의 편차량이 0.4 mm³ /str 이내로 한다.)를 벗어나지 않게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 슬롯이 형성된 콘트롤 밸브 및 이를 포함한 인젝터를 사용하게 되면 접착성 이물질의 영향이 줄어들어 closing delay(CD)가 감소되고, 연료의 편차량이 줄어들어 연료 분사의 정확한 제어가 가능해진다.

이로 인해 엔진의 성능 향상과 유해 배기 가스의 배출이 감소될 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도3은 opening delay와 closing delay를 설명하는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 인젝터 20: 솔레노이드 밸브

30: 보빈 40: 콘트롤 밸브

42,43: 슬롯 50: 콘트롤 바디

60: 오리피스 70: 니들 리턴 스프링

80: 인젝터 니들 90: 연료 공급 라인

92: 상부 챔버 100: 노즐

110: 인젝터 케이스

Claims

솔레노이드 밸브 하부의 보빈과 접촉하는 콘트롤 밸브에 있어서,

상기 콘트롤 밸브의 상기 보빈과 접촉하는 부분에 상기 보빈과 분리가 용이하도록 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브.
제1항에서,

상기 슬롯은

그 중심으로부터 원주 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브.
제1항에서,

상기 슬롯은

그 중심으로부터 지름 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브.
제2항 또는 제3항 중 어느 하나의 항에서,

상기 슬롯은 깊이가 10 ㎛내지 30 ㎛내 범위인 것을 특징으로 하는 연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브.
제4항에서,

상기 슬롯은 깊이가 15 ㎛내지 25 ㎛내 범위인 것을 특징으로 하는 연료 분사량 편차 감소를 위한 콘트롤 밸브.
솔레노이드 밸브 하부에 구비도는 보빈; 및

상기 보빈과 접촉과 분리를 반복하는 상기 보빈의 하부에 구비되는 콘트롤밸브;

를 포함하되,

상기 보빈과 접촉하는 상기 콘트롤 밸브의 상부에는 슬롯이 형성된 인젝터.
제6항에서,

상기 슬롯은

그 중심으로부터 원주 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 인젝터.
제6항에서,

상기 슬롯은

그 중심으로부터 지름 방향을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 인젝터.
제7항 또는 제8항 중 어는 하나의 항에서,

상기 슬롯은 깊이가 10 ㎛내지 30 ㎛내 범위인 것을 특징으로 하는 인젝터.
제9항에서,

상기 슬롯은 깊이가 15 ㎛내지 25 ㎛내 범위인 것을 특징으로 하는 인젝터.
제6항에서,

상기 인젝터는

상기 솔레노이드 밸브, 상기 보빈 및 상기 콘트롤 밸브가 구비되는 인젝터 케이스;

상기 인젝터 케이스 내에 구비되는 인젝터 니들;

상기 인젝터 니들에 복원력을 제공하는 니들 리턴 스프링;

상기 니들 리턴 스프링이 위치하는 상부 챔버; 및

상기 상부 챔버와 상기 콘트롤 밸브를 연결하는 오리피스;

를 더 포함하되,

상기 콘트롤 밸브는 상기 오리피스를 반복적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 인젝터.