KR20110119204A - 니들 충격량 감소 연료분사밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 니들과 니들 스프링의 크기 감소를 통하여 이동 질량(Moving mass)을 줄이고, 니들 스프링의 탄성력을 약화시켜 니들의 충격량을 감소시키며, 니들 스프링의 탄성력을 약화시킴으로써 감소되는 개방압은 연료유의 압력을 이용하여 보완하여 줄 뿐만 아니라 작은 니들 스프링을 사용하면서 개방압은 기존보다 더 증가시켜 줄 수 있는 니들 충격량 감소 연료분사밸브에 관한 것이다.
상기 니들 충격량 감소 연료분사밸브는, 니들 스프링의 탄성력과 제 1 벤트라인을 통해 댐핑챔버로부터 니들 스프링 챔버로 공급되는 연료유의 압력에 의한 합력에 의해 연료 분사 직전까지 니들이 가압됨으로써 니들과 니들 스프링의 크기를 종래의 연료분사밸브에 비하여 대폭 감소시킴에도 불구하고 연료분사 압력은 상승시켜 연료 분사효율을 상승시킬 수 있음은 물론 니들과 니들 스프링의 크기가 감소되어 니들 스프링의 탄성력이 저하됨에 따라 니들의 하강 속도를 감소시켜 니들의 충격량을 종래의 연료분사밸브에 비하여 대폭 감소시킬 수 있도록 함으로써 연료분사밸브의 수명을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

니들 충격량 감소 연료분사밸브{Mechanical fuel injection valve with decreased needle impact force}
본 발명은 니들 충격량 감소 연료분사밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 니들과 니들 스프링의 크기 감소를 통하여 이동 질량(Moving mass)을 줄이고, 니들 스프링의 탄성력을 약화시켜 니들의 충격량을 감소시키며, 니들 스프링의 탄성력을 약화시킴으로써 감소되는 개방압은 연료유의 압력을 이용하여 보완하여 줄 뿐만 아니라 작은 니들 스프링을 사용하면서 개방압은 기존보다 더 증가시켜 줄 수 있는 니들 충격량 감소 연료분사밸브에 관한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 배경기술과 그 문제점에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 디젤 엔진용 연료 분사밸브를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 디젤 엔진용 연료 분사밸브(1)는, 밸브 몸체부(10) 내측에 중공부(100)가 형성되어 상기 중공부(100)에 탄성부재(13)와 푸시로드(12)가 설치되고, 상기 밸브 몸체부(10)의 하부에는 노즐 바디(15)가 설치된다.
상기 노즐 바디(15)의 내부 중앙부에는 슬라이딩 홀(150)이 형성되며, 상기 슬라이딩 홀(150)의 중앙부에는 고압 챔버(151)가 형성되고, 상기 슬라이딩 홀(150)의 하단부에는 시트면(152)이 형성되며, 상기 시트면(152)의 하단부에는 분사 챔버(153)가 형성되고, 상기 분사 챔버(153)에서부터 노즐 바디(15)의 외주면까지는 다수개의 분사구(154)가 형성된다.
상기와 같이 구성된 노즐 바디(15)의 슬라이딩 홀(150)에는 탄성부재(13)의 하단부에 의해 상단부가 지지되도록 니들 밸브(11)가 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되어 상기 니들 밸브(11)의 하부면이 시트면(152)과 이격되거나 접촉되면서 분사 챔버(153)를 개폐할 수 있도록 하는 구조이다.
또한, 연료펌프(도시되지 않음)로부터 공급되는 고압의 연료는 밸브 몸체부(10)에 형성된 연료 주입구(103)를 통하여 노즐 바디(15)의 고압 챔버(151)에 공급되며, 상기 고압 챔버(151)공급되는 연료의 압력이 탄성부재(13)와 푸시로드(12)에 의해 니들밸브(11)의 상부에 가해지는 힘보다 커지면 니들밸브(11)의 하부면은 시트면(104)과 분리되어 분사 챔버(153)와 분사구(154)를 통하여 연소실 내부로 분무된다. 상기 탄성부재(13)의 상측에는 탄성부재의 탄성을 조정하여 개방압을 조절할 수 있는 압력조절나사(14)가 설치된다.
다음으로, 상기와 같이 구성되는 종래의 일반적인 디젤 엔진용 연료 분사밸브의 작동과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기와 같이 구성된 종래의 일반적인 디젤 엔진용 연료 분사밸브(1)는, 연료 펌프(도시되지 않음)에 의해 고압으로 공급된 연료가 연료 주입구(103)를 통해 니들 밸브(11)가 설치된 노즐 바디(15)의 고압 챔버(151)에 공급되면, 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 크게 형성된 니들 밸브(11)의 특성상 상기 연료 주입구(103)를 통해 고압으로 공급된 연료에 의해 니들 밸브(11)가 푸시로드(12) 방향으로 가압되어 슬라이딩 이동을 하게 된다.
또한, 푸시로드(12)는 상기 니들 밸브(11)에 의해 밀려 상기 니들 밸브(11)와 연동되어 상승됨으로써 탄성부재(13)를 가압하게 되며, 이로 인하여 상기 탄성부재(13)는 압축된 상태가 된다.
상기와 같이 니들 밸브(11)가 슬라이딩 이동되어 상승 하게 되면, 상기 슬라이딩 홀(150) 시트면(152)으로부터 니들 밸브(11)가 이격되어 상기 니들 밸브(11)와 시트면(152) 사이로 연료가 유입되고, 상기 니들 밸브(11)와 시트면(152) 사이로 유입된 연료는 분사 챔버(153)를 거친 후 분사구(154)를 통해 연소실 내부로 공급되는 것이다.
그리고 연료 펌프(도시되지 않음)의 특성상, 공급되는 연료의 압력이 순간적으로 차단되므로 압축된 탄성부재(13)의 원상 복원력이 고압 챔버(151)에 형성된 연료의 압력보다 커져 푸시로드(12)가 하강하게 된다. 상기와 같이 하강되는 푸시로드(12)에 의해 니들 밸브(11) 또한 밀리게 되어 하강을 하게 됨으로써 상기 니들 밸브(11)의 하단부가 시트면(152)에 밀착되어 연료가 더 이상 분사구(154)를 통해 연소실 내부로 공급되지 않게 되는 것이다.
그러나 상기와 같은 종래의 일반적인 디젤 엔진용 연료 분사밸브(1)는, 연료의 공급 차단 시에 탄성부재(13)의 원상복원력에 의해 니들 밸브(11)가 하강을 하여 니들 밸브(11)의 하단부가 노즐 바디(15)의 시트면(152)과 밀착되는 구조를 가지게 됨으로써 상기 니들 밸브(11)가 시트면(152)과 밀착될 시에 매우 큰 충격이 발생하게 됨으로써 니들 밸브(11)와 노즐바디(15)의 시트면(152)이 손상되거나 조기 마모되는 현상이 발생되어 니들 밸브(11)와 노즐바디(15)의 수명 단축을 초래하게 되어 연료의 정상적인 분사가 이루어지지 않는다는 문제점이 있으며, 이에 따라 조기에 니들 밸브(11) 또는 노즐바디(15)를 신품으로 교체하지 않을 경우 매연 발생과 연료소비가 현저히 증가된다는 문제점이 있었다. 즉 상기와 같은 일반적인 기계식 엔진의 연료분사밸브는 그 개방압이 니들 밸브 스프링인 탄성부재(13)에 의해 정해지며, 연료분사밸브의 구조적인 제한 상 탄성부재(13)의 탄성력을 키우는데 한계가 있으므로 탄성부재(13)를 이용한 개방압을 일정 수준이상 증가시키지 못하게 되며, 또 상기 탄성부재(13)의 탄성력을 강화시키게 되면 니들밸브의 슬라이딩 속도가 증가하게 되며 이는 니들 밸브(11)가 닫힐 때의 충격량을 증가시키게 되므로 노즐바디(15)와 니들 밸브(11)의 수명을 단축시키는 결과를 초래하게 된다는 문제점이 있었다.
그리하여, 최근에는 이와 같이 낮은 분사압력 및 고정된 연료분사특성으로 인한 연소성능 저하문제를 해결하기 위하여 전자제어 커먼레일 연료분사장치가 개발되어 사용되고 있는 실정이나, 상기와 같은 전자제어 커먼레일 연료분사장치를 사용하게 되면 연료분사 시가와 분사횟수, 분사압력의 조정은 가능하나 구조가 매우 복잡하고 제작비용이 매우 비싸다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은, 니들과 니들 스프링의 크기 감소를 통하여 이동 질량(Moving mass)을 줄이고, 니들 스프링의 탄성력을 약화시켜 니들의 충격량을 감소시키며, 니들 스프링의 탄성력을 약화시킴으로써 감소되는 개방압은 연료유의 압력을 이용하여 보완하여 줄 뿐만 아니라 작은 니들 스프링을 사용하면서 개방압은 기존보다 더 증가시켜 줄 수 있는 니들 충격량 감소 연료분사밸브를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하단부에서부터 상단부 방향으로 니들 스프링 챔버, 댐핑 챔버, 개방압 제어밸브 스프링 챔버가 순차적으로 형성되며, 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버와 댐핑 챔버는 개방압 제어밸브 삽입 홀에 의해 연통되며, 상기 댐핑 챔버는 고압연료입구와 연통되고, 개방압 제어밸브 삽입 홀과 니들 스프링 챔버는 제 1 벤트라인에 의해 연통되고, 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀은 제 2 벤트라인에 의해 외부와 연통되는 밸브 몸체부; 상기 밸브 몸체부의 하단부에 장착되며 상하 방향으로 노즐 챔버를 구비한 니들 슬라이딩 홀이 형성되고, 니들 슬라이딩 홀의 하단부에서 외측 방향으로는 다수개의 연료 분사공이 형성되며, 상부면 일측에서부터 노즐 챔버까지는 밸브 몸체부의 연료 주입구와 연통되는 연료 주입로가 형성되는 노즐 몸체부; 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버에 설치되는 개방압 제어밸브 스프링; 상기 개방압 제어밸브 스프링에 의해 상단부가 지지되도록 개방압 제어밸브 삽입 홀에 일정 거리만큼 상하 이동가능하게 체결되는 개방압 제어밸브; 상기 니들 스프링 챔버에 설치되는 니들 스프링; 및 상기 니들 스프링에 의해 상단부가 지지되도록 니들 슬라이딩 홀에 상하 이동가능하게 슬라이딩 체결되는 니들;로 구성된 것을 특징으로 하는 니들 충격량 감소 연료분사밸브를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 개방압 제어밸브가 체결되는 개방압 제어밸브 삽입 홀은, 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버와 연통되며, 하단부에는 제 2 벤트라인과 연통되는 확장부가 형성된 상측 홀부; 상기 댐핑 챔버와 연통되며, 상단부에는 확장부가 형성된 하측 홀부; 및 상기 상측 홀부의 확장부와 하측 홀부의 확장부를 서로 연통시키며 제 1 벤트라인과 연통되는 연결 홀부;로 구성될 수 있다.
또한, 상기 개방압 제어밸브는, 개방압 제어 밸브 스프링에 의해 지지되는 지지판; 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀의 상측 홀부에 삽입되도록 지지판의 하단부에 형성되며 하단부는 하부 방향으로 갈수록 외경이 점차적으로 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 상측 제어부; 상기 하측 홀부에 삽입되며 상단부는 상부 방향으로 갈수록 외경이 점차적으로 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 하측 제어부; 및 상기 연결 홀부에 삽입되되 상기 연결 홀부의 길이보다 더 길게 형성되어 상기 상측 제어부와 하측 제어부를 서로 연결하는 연결부;로 구성될 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브는, 연료분사를 위해 고압연료입구를 통해 연료유가 댐핑챔버 및 노즐챔버로 공급되면 개방압 제어밸브가 상승되기 전까지는 니들이 니들 스프링의 탄성력과 제 1 벤트라인을 통해 니들 스프링 챔버 내부로 유입되는 연료유의 압력의 합력에 의하여 니들이 지지된 상태를 유지하게 때문에 노즐챔버 내부의 연료유의 압력을 종래의 연료분사밸브에 비해 대폭 상승시킬 수 있으며, 상기 고압연료입구를 통해 댐핑챔버 내부로 공급된 연료유의 압력이 개방압 제어밸브 스프링의 탄성력보다 높아져 개방압 제어밸브가 상승하게 되면 니들 스프링 챔버 내의 연료유가 제 1 벤트라인, 연결홀부, 상측 홀부의 확장부 및 제 2 벤트라인을 순차적으로 통해 외부로 유실되도록 하여 니들 스프링 챔버 내부의 압력을 급속히 저하시킴과 동시에 연료 주입구를 통해 댐핑 챔버 내부로부터 연료유가 급속도로 노즐챔버 내부로 유입되도록 함으로써 노즐 챔버 내부의 압력을 급속도로 상승시켜 니들이 급속도로 상승되도록 함으로써 연료분사 압력을 대폭 상승시킬 수 있어 연소효율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료분사가 이루어지는 기간 동안에는 개방압 제어밸브가 상승되어 하측홀부를 밀폐시켜 댐핑 챔버와 제 2 벤트라인 사이의 연료유의 흐름을 차단함으로써 연료유의 유실이 없으므로 기존 커먼레일 연료분사밸브보다 연료소모량을 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 연료분사 시 개방압 제어밸브가 상승되기 전까지 니들이 하강된 상태를 유지할 수 있도록 니들 스프링에 의해 니들이 지지될 뿐만 아니라 개방압 제어밸브가 상스되기 전까지는 제 1 벤트라인을 통해 댐핑챔버로부터 니들 스프링 챔버에 연료유가 공급되어 상기 니들 스프링의 탄성력과 함께 니들이 하강한 상태를 유지할 수 있도록 니들을 가압함으로써 종래의 연료분사밸브에 비하여 니들 스프링의 크기를 대폭 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 니들 스프링의 크기 감소로 인하여 니들의 크기 또한 감소시킬 수 있도록 한다. 상기와 같이 니들 스프링의 크기가 종래의 연료분사밸브에 비하여 작아짐에 따라 니들의 하강속도 또한 저하되며, 이로 인하여 니들이 닫힐 때의 충격량 또한 감소하게 됨으로써 니들과 노즐 몸체부의 수명을 연장시키는 효과가 있어 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 2인 작업용 도장장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 작동과정을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 분사 전(분사 종료 후)의 작동과정을 설명하기 위한 부분 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 개방압 제어밸브 상승 순간을 설명하기 위한 부분 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브가 분사 시작할 시의 작동과정을 설명하기 위한 부분 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충결량 감소 연료분사밸브의 분사 종료 시의 작동과정을 설명하기 위한 부분 단면도.
도 8은 종래의 연료분사밸브의 분사압력과 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 분사압력을 비교한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브는 밸브 몸체부(10), 노즐 몸체부(11), 개방압 제어밸브 스프링(12), 개방압 제어밸브(13), 니들 스프링(14) 및 니들(15)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 밸브 몸체부(10)는, 하단부에서부터 상단부 방향으로 니들 스프링 챔버(100), 댐핑 챔버(101), 개방압 제어밸브 스프링 챔버(102)가 순차적으로 형성되며, 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버(102)와 댐핑 챔버(101)는 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)에 의해 연통되며, 상기 댐핑 챔버(101)는 고압 연료입구(104)와 연통되고, 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)과 니들 스프링 챔버(100)는 제 1 벤트라인(105)에 의해 연통되고, 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)은 제 2 벤트라인(106)에 의해 외부와 연통된다.
즉, 상기 밸브 몸체부(10)는 하부면과 연통되도록 하단부에 니들 스프링 챔버(100)가 형성되며, 상기 니들 스프링 챔버(100)의 상부에 위치하도록 내부에 댐핑 챔버(101)가 형성되고, 상기 댐핑 챔버(101)의 상부에 위치하도록 내부에 개방압 제어밸브 스프링 챔버(102)가 형성되며, 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버(102)와 댐핑 챔버(101)는 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)에 의해 서로 연통되고, 상기 댐핑 챔버(101)는 고압 연료입구(104)와 연통되며, 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)과 니들 스프링 챔버(100)는 제 1 벤트라인(105)에 의해 연통되며, 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)은 외부와 연통된 제 2 벤트라인(106)과 연통된다.
상기 노즐 몸체부(11)는 상기 밸브 몸체부(10)의 하단부에 장착되어 상하 방향으로 노즐 챔버(110a)를 구비한 니들 슬라이딩 홀(110)이 형성되고, 상기 니들 슬라이딩 홀(110)의 하단부에서 외측 방향으로는 다수개의 연료 분사공(111)이 형성되며, 상기 노즐 몸체부(11)의 상부면 일측에서부터 노즐 챔버(110a)까지는 밸브 몸체부(10)의 연료 주입구(107)와 연통되는 연료 주입구(112)가 형성된다.
상기 개방압 제어밸브 스프링(12)은 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버(102)에 설치된다.
상기 개방압 제어밸브(13)는 상기 개방압 제어밸브 스프링(12)에 의해 상단부가 지지되도록 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)에 일정 거리만큼 상하 이동 가능하도록 체결된다.
상기 니들 스프링(14)은 상기 니들 스프링 챔버(100)에 설치된다.
상기 니들(15)은 상기 니들 스프링(14)에 의해 상단부가 지지되도록 상기 니들 슬라이딩 홀(110)에 상하 이동가능하게 슬라이딩 체결된다.
또한, 상기 개방압 제어밸브(13)가 체결되는 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)은, 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버(102)와 연통되며 하단부에는 제 2 벤트라인(106)과 연통되는 확장부(103a')가 형성된 상측 홀부(103a)와, 상기 댐핑 챔버(101)와 연통되며 상단부에는 확장부(103b')가 형성된 하측 홀부(103b) 및, 상기 상측 홀부(103a)의 확장부(103a')와 하측 홀부(103b)의 확장부(103b')를 서로 연통시키며 제 1 벤트라인(105)과 연통되는 연결 홀부(103c)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 개방압 제어밸브(13)는, 상기 개방압 제어 밸브 스프링(12)에 의해 지지되는 지지판(130)과, 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)의 상측 홀부(103a)에 삽입되도록 지지판(130)의 하단부에 형성되며 하단부는 하부 방향으로 갈수록 외경이 점차적으로 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 상측 제어부(131)와, 상기 하측 홀부(103b)에 삽입되어 상단부는 상부 방향으로 갈수록 외경이 점차적으로 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 하측 제어부(132) 및, 상기 연결 홀부(103c)에 삽입되되 상기 연결 홀부(103c)의 길이보다 더 길게 형성되어 상기 상측 제어부(131)와 하측 제어부(132)를 서로 연결하는 연결부(133)로 구성된다.
여기서, 상기 연결부(133)가 연결 홀부(103c)의 길이보다 더 길게 형성되는 이유는 개방압 제어밸브(13)의 연결부(133)의 길이에서 상기 연결 홀부(103c)의 길이를 차감한 거리만큼 상기 개방압 제어밸브(13)를 상하 이동가능하게 개방압 제어밸브 삽입 홀(103)에 체결할 수 있도록 하기 위함이다.
다시, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 작동과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 작동과정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 분사 전(분사 종료 후)의 작동과정을 설명하기 위한 부분 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 개방압 제어밸브 상승 순간을 설명하기 위한 부분 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브가 분사 시작할 시의 작동과정을 설명하기 위한 부분 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충결량 감소 연료분사밸브의 분사 종료 시의 작동과정을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 작동과정을 연료분사 전(또는 분사 종료 후)과, 연료분사 시작, 연료분사 종료 3단계로 나누어서 설명한다.
1. 연료분사 전(또는 분사 종료 후 : 1단계)
연료분사가 되기 전 또는 연료분사 종료 직후에는 개방압 제어밸브(13)가 개방압 제어밸브 스프링(12)의 탄성력에 의해 하단으로 내려와 상측 제어부(131)의 테이퍼지게 형성된 하단부가 상측 홀부(103a)의 확장부(103a')의 하단부에 밀착된 상태가 된다.
이때, 댐핑 챔버(101) 내의 압력에 의해 개방압 제어밸브(13)를 상승시키려고 하는 힘이 발생하기는 하나 상기 댐핑 챔버(101)의 압력이 개방압 제어밸브 스프링(12)의 탄성력보다 낮은 상태이므로 개방압 제어밸브(13)는 하강한 채로 움직이지 않는 상태가 된다.
그러므로, 개방압 제어밸브 삽입 홀(13)의 상측 홀부(103a)는 닫힌 상태가 되며, 하측 홀부(103b)는 개방된 상태가 됨으로써 고압연료 유입구(104)를 통해 댐핑챔버(101) 내부로 유입된 연료유는 하측 홀부(103b)와 제 1 벤트라인(105)을 통해 니들 스프링 챔버(100)로 흘러들어가게 된다.
상기와 같이 연료유가 니들 스프링 챔버(100)로 흘러들어가게 되면 니들(15)이 상기 니들 스프링 챔버(100)로 흘러들어온 연료유의 압력과 니들 스프링(14)의 탄성력의 합력에 의해 연료 분사공(111) 방향으로 가압된다. 그리고 이때 연료 주입구(107)(112)를 통해 노즐챔버(110a)로도 연료유가 유입되나 상기 노즐챔버(110a)로 유입되어 니들을 상승시키는 연료유의 압력보다 니들 스프링 챔버(100)로 흘러들어온 연료유의 압력과 니들 스프링(14)의 탄성력의 합력이 큼으로써 니들(15)은 하강을 하게 되어 연료 분사공(111)이 닫힌 상태를 유지하게 된다.
2. 연료분사 시작
상기와 같은 상태에서 연료펌프(도시되지 않음)로부터 고압의 연료가 전달되면 상기 고압의 연료는 고압연료입구(104)로 주입되어 댐핑챔버(101)를 채우게 된다. 상기와 같이 고압의 연료가 댐핑챔버(101)를 채우게 되어 댐칭챔버(101) 내의 압력이 일정 수준이상 상승되어 댐핑챔버(101) 내의 압력이 개방압 제어밸브 스프링(12)의 탄성력보다 커지게 되면 개방압 제어밸브(13)가 상승을 하게 된다.
이때, 상기 개방압 제어밸브(13)의 상측 제어부(131)와 하측 제어부(132)는 상기 개방압 제어밸브(13)가 열리는 순간 연료유의 압력은 개방압 제어밸브(13)의 하측 제어부(132)에만 작용하게 됨으로써 개방압 제어밸브(13)가 열리기 전보다 개방압 제어밸브(13)를 상승시키는 힘이 급속도로 커지게 되어 상기 개방압 제어밸브(13)를 신속하게 밀어 올려 하측 제어부(132)가 하측홀부(103b)의 확장부(103b')에 밀착되어 하측 홀부(103b)는 닫히게 되고 상측 홀부(103a)는 개방된 상태가 된다.
상기와 같이 상승한 개방압 제어밸브(13)는 연료 분사기간 동안 댐핑챔버(101)의 압력이 고압을 유지하므로 상승한 상태를 지속적으로 유지하게 된다.
상기와 같이 상승한 개방압 제어밸브(13)는 댐핑챔버(101)로부터 연료유가 유실되는 것을 막고 니들 스프링 챔버(100)의 연료유를 제 1 벤트라인(105), 연결홀부(103c) 상측 홀부(103a)의 확장부(103a') 및 제 2 벤트라인(106)을 통해 외부로 유실되도록 한다.
상기와 같이 니들 스프링 챔버(100) 내의 연료유가 외부로 유실됨에 따라 니들 스프링 챔버(100) 내의 압력이 감소하게 되며, 노즐 챔버(110a)에는 연료주입구(107)(112)를 통해 댐핑 챔버(101) 내의 연료유가 공급되어 노즐 챔버(110a) 내의 압력은 급속히 증가하게 됨으로써 니들(15)이 상기 노즐 챔버(110a) 내의 압력에 의해 상승되어 연료 분사공(111)이 개방되어 연료 분사가 시작된다.
3. 연료분사 종료
상기와 같은 과정을 통해 연료 분사공(111)이 개방되어 연료가 분사되다가 연료분사 펌프로부터 공급되는 연료유압이 감소하게 되면 개방압 제어밸브(13)를 상승시키는 압력이 약해지게 되어 상기 연료유압이 개방압 제어밸브 스프링(12)의 탄성력보다 약해지는 시점이 되면 상기 개방압 제어밸브 스프링(12)의 탄성력에 의해 개방압 제어밸브(13)가 하강을 하게 된다.
상기와 같이 개방압 제어밸브(13)가 하강을 하게 되면 개방압 제어밸브(13)의 상측 제어부(131)의 하단부가 상측 홀부(103a)의 확장부(103a')와 밀착되고 개방압 제어밸브(13)의 하측 제어부(132)의 상단부는 하측 홀부(103b)의 확장부(103b')와 이격되어 개방압 제어밸브 삽입홀(103)의 상측 홀부(103a)는 닫히게 되고 하측 홀부(103b)는 열리게 된다.
그러므로 댐핑 챔버(101) 내의 연료유는 개방된 하측 홀부(103b)를 통해 연결홀부(103c)로 이동되고 연결홀부(103c)로 이동된 연료유는 상측 홀부(103a)가 닫혀있는 상태이므로 제 1 벤트라인(105)을 통해 니들 스프링 챔버(100)로 유입되어 상기 니들 스프링 챔버(100) 내로 유입된 연료유의 압력과 니들 스프링(14)의 탄성력의 합력에 의해 니들(15)이 하강을 하게 되어 연료 분사공(111)을 막게 됨으로써 분사가 종료된다.
도 8은 종래의 연료분사밸브의 분사압력과 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 분사압력을 비교한 그래프로서, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 개방압력이 종래의 연료분사밸브의 개방압력 보다 높은 것을 알 수 있다.
즉, 연료분사밸브에 있어 연소특성의 개선을 위해서는 높은 연료분사 압력을 필요로 하는데 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브의 개방 압력이 종래의 연료분사밸브의 개방압력 보다 대략적으로 2배 정도 높음으로써 연소특성을 대폭 개선시킬 수 있다.
Figure pat00001
표 종래 연료분사밸브와 본 발명에 따른 연료분사밸브의 니들 충격량 비교상기 표 1에 표기된 바와 같이 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브는 이동질량(Moving mass) 즉, 니들(15)과 니들 스프링(14)의 크기 감소를 통하여 그 중량을 종래의 연료분사밸브에 비하여 절반 이하로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 니들(15)의 속도 또한 종래의 연료분사밸브에 비하여 낮춤으로써 니들(15)의 충격량을 종래 연료분사밸브의 29.8%가 되도록 감소시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 일실시예에 의한 니들 충격량 감소 연료분사밸브는, 연료분사를 위해 고압연료입구(104)를 통해 연료유가 댐핑챔버(101) 및 노즐챔버(110a)로 공급되면 개방압 제어밸브(13)가 상승되기 전까지는 니들(15)이 니들 스프링(14)의 탄성력과 제 1 벤트라인(105)을 통해 니들 스프링 챔버(100) 내부로 유입되는 연료유의 압력의 합력에 의하여 니들(15)이 지지된 상태를 유지하게 때문에 노즐챔버(110a) 내부의 연료유의 압력을 종래의 연료분사밸브에 비해 대폭 상승시킬 수 있으며, 상기 고압연료입구(104)를 통해 댐핑챔버(101) 내부로 공급된 연료유의 압력이 개방압 제어밸브 스프링(12)의 탄성력보다 높아져 개방압 제어밸브(13)가 상승하게 되면 니들 스프링 챔버(100) 내의 연료유가 제 1 벤트라인(105), 연결홀부(103c), 상측 홀부(103a)의 확장부(103a') 및 제 2 벤트라인(106)을 순차적으로 통해 외부로 유실되도록 하여 니들 스프링 챔버(100) 내부의 압력을 급속히 저하시킴과 동시에 연료 주입구(107)(112)를 통해 댐핑 챔버(101) 내부로부터 연료유가 급속도로 노즐챔버(110a) 내부로 유입되도록 함으로써 노즐 챔버(110a) 내부의 압력을 급속도로 상승시켜 니들(15)이 급속도로 상승되도록 함으로써 연료분사 압력을 대폭 상승시킬 수 있어 연소효율을 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료분사가 이루어지는 기간 동안에는 개방압 제어밸브(13)가 상승되어 하측홀부(103b)를 밀폐시켜 댐핑 챔버(101)와 제 2 벤트라인(106) 사이의 연료유의 흐름을 차단함으로써 연료유의 유실이 없으므로 기존 커먼레일 연료분사밸브보다 연료소모량을 감소시킬 수 있도록 한다.
그리고, 연료분사 시 개방압 제어밸브(13)가 상승되기 전까지 니들(15)이 하강된 상태를 유지할 수 있도록 니들 스프링(14)에 의해 니들이 지지될 뿐만 아니라 개방압 제어밸브(13)가 상승되기 전까지는 제 1 벤트라인(105)을 통해 댐핑챔버(101)로부터 니들 스프링 챔버(100)에 연료유가 공급되어 상기 니들 스프링(14)의 탄성력과 함께 니들(15)이 하강한 상태를 유지할 수 있도록 니들(15)을 가압함으로써 종래의 연료분사밸브에 비하여 니들 스프링(14)의 크기를 대폭 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 니들 스프링(15)의 크기 감소로 인하여 니들(15)의 크기 또한 감소시킬 수 있도록 한다. 상기와 같이 니들 스프링(14)의 크기가 종래의 연료분사밸브에 비하여 작아짐에 따라 니들(15)의 하강속도 또한 저하되며, 이로 인하여 니들(15)이 닫힐 때의 충격량 또한 감소하게 됨으로써 니들(15)과 노즐 몸체부(11)의 수명을 연장시키는 장점이 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
(10) : 밸브 몸체부 (11) : 노즐 몸체부
(12) : 개방압 제어밸브 스프링 (13) : 개방압 제어밸브
(14) : 니들 스프링 (15) : 니들

Claims (3)

  1. 하단부에서부터 상단부 방향으로 니들 스프링 챔버, 댐핑 챔버, 개방압 제어밸브 스프링 챔버가 순차적으로 형성되며, 상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버와 댐핑 챔버는 개방압 제어밸브 삽입 홀에 의해 연통되며, 상기 댐핑 챔버는 고압연료입구와 연통되고, 개방압 제어밸브 삽입 홀과 니들 스프링 챔버는 제 1 벤트라인에 의해 연통되고, 상기 개방압 제어밸브 삽입 홀은 제 2 벤트라인에 의해 외부와 연통되는 밸브 몸체부;
    상기 밸브 몸체부의 하단부에 장착되며 상하 방향으로 노즐 챔버를 구비한 니들 슬라이딩 홀이 형성되고, 니들 슬라이딩 홀의 하단부에서 외측 방향으로는 다수개의 연료 분사공이 형성되며, 상부면 일측에서부터 노즐 챔버까지는 밸브 몸체부의 연료 주입구와 연통되는 연료 주입로가 형성되는 노즐 몸체부;
    상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버에 설치되는 개방압 제어밸브 스프링;
    상기 개방압 제어밸브 스프링에 의해 상단부가 지지되도록 개방압 제어밸브 삽입 홀에 일정 거리만큼 상하 이동가능하게 체결되는 개방압 제어밸브;
    상기 니들 스프링 챔버에 설치되는 니들 스프링; 및
    상기 니들 스프링에 의해 상단부가 지지되도록 니들 슬라이딩 홀에 상하 이동가능하게 슬라이딩 체결되는 니들;로 구성된 것을 특징으로 하는 니들 충격량 감소 연료분사밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개방압 제어밸브가 체결되는 개방압 제어밸브 삽입 홀은,
    상기 개방압 제어밸브 스프링 챔버와 연통되며, 하단부에는 제 2 벤트라인과 연통되는 확장부가 형성된 상측 홀부;
    상기 댐핑 챔버와 연통되며, 상단부에는 확장부가 형성된 하측 홀부; 및
    상기 상측 홀부의 확장부와 하측 홀부의 확장부를 서로 연통시키며 제 1 벤트라인과 연통되는 연결 홀부;로 구성된 것을 특징으로 하는 니들 충격량 감소 연료 분사 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개방압 제어밸브는,
    개방압 제어 밸브 스프링에 의해 지지되는 지지판;
    상기 개방압 제어밸브 삽입 홀의 상측 홀부에 삽입되도록 지지판의 하단부에 형성되며 하단부는 하부 방향으로 갈수록 외경이 점차적으로 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 상측 제어부;
    상기 하측 홀부에 삽입되며 상단부는 상부 방향으로 갈수록 외경이 점차적으로 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 하측 제어부; 및
    상기 연결 홀부에 삽입되되 상기 연결 홀부의 길이보다 더 길게 형성되어 상기 상측 제어부와 하측 제어부를 서로 연결하는 연결부;로 구성된 것을 특징으로 하는 니들 충격량 감소 연료분사밸브.

















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