KR20160053052A

KR20160053052A - 이원연료엔진용 연료분사밸브

Info

Publication number: KR20160053052A
Application number: KR1020140149345A
Authority: KR
Inventors: 김동훈
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-13
Also published as: KR102048096B1

Abstract

이원연료엔진용 연료분사밸브가 개시된다. 본 발명에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브는, 디젤연료를 엔진의 연소실 공급하고, 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 엔진의 연소실로 공급하기 위한 메인 밸브부 및 파일럿 밸브부가 하나의 밸브몸체에 설치된다. 그러므로, 연료분사밸브가 설치되는 실린더헤드의 구조가 간단해지는 효과가 있을 수 있다. 그리고, 메인 분사공과 연료의 유로를 개폐하는 메인밸브부 및 파일럿 분사공과 연료의 유로를 개폐하는 파일럿 밸브부를 메인 분사공측 및 파일럿 분사공측으로 가압하는 공기의 압력을 조절할 수 있으므로, 연료의 분사시기를 조절할 수 있다. 이로 인해, 다양한 운전 조건에서 연소효율이 향상되는 효과가 있을 수 있거나, 배출되는 대기오염 물질이 저감되는 효과가 있을 수 있다.

Description

이원연료엔진용 연료분사밸브 {FUEL INJECTOR VALVE FOR DUAL FUEL ENGINE}

본 발명은 디절모드에서 디젤연료를 연소실로 분사하는 메인(Main) 밸브부와 가스모드에서 가스연료의 연소에 필요한 미량의 디젤연료를 연소실로 분사하는 파일럿(Pilot) 밸부를 하나의 밸브몸체에 형성한 이원연료엔진용 연료분사밸브에 관한 것이다.

엔진(Engine)이란, 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 기관을 말하며, 보편적으로는 실린더 내에서 연료와 공기가 혼합된 혼합기체를 점화하여 폭발시킴으로써 피스톤을 움직이는 왕복운동형 기관을 말한다.

일반적으로, 엔진은 상호 결합되어 연소실을 형성하는 실린더블록과 실린더헤드를 포함하며, 실린더헤드는 실린더블록의 일면에 결합되어, 실린더블록의 내부에 형성된 연소실의 일측을 밀폐한다.

연소실의 타측으로는 피스톤이 삽입되어 직선왕복운동가능하게 설치되고, 연소실의 타측은 피스톤에 의하여 밀폐된다. 그리하여, 피스톤과 실린더헤드 사이에 형성된 연소실로 연료와 공기가 혼합된 혼합기체가 유입되어 압축 및 폭발 팽창함에 따라, 피스톤이 직선왕복운동한다. 그러면, 피스톤의 직선왕복운동에 의하여 커넥팅로드를 매개로 피스톤과 연결된 크랭크축이 회전하고, 크랭크축의 회전력은 클러치와 연료공급장치 등을 포함한 복수의 장치로 전달된다.

실린더헤드에는 연소실로 연료를 분사하기 위한 연료분사밸브가 설치되고, 연료분사밸브의 연료의 유로는 연료분사펌프에서 펌핑된 연료의 압력에 따라 개폐된다. 연료분사밸브의 연료의 유로가 개방되면 연소실로 연료가 분사된다.

이원연료엔진(Dual-Fuel Engine)이란, 디젤연료와 가스연료를 선택적으로 사용할 수 있는 엔진을 말한다. 이때, 이원연료엔진이 디젤연료를 사용하는 디젤모드이면, 제1밸브를 통하여 연소실로 디젤이 공급된다. 그리고, 가스연료를 사용하는 가스모드이면, 별도의 경로를 통하여 연소실로 가스연료가 공급됨과 동시에 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료가 제2밸브를 통하여 연소실로 공급된다.

종래에는 디젤모드에서 디젤연료를 분사하는 제1밸브와 가스모드에서 가스연료의 연소에 필요한 미량의 디젤연료를 분사하는 제2밸브가 별도로 마련되어 실린더헤드에 설치되므로, 실린더헤드의 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 제1밸브의 연료의 유로 및 제2밸브의 연료의 유로는 연료분사펌프측에서 유입되는 연료의 압력에 의해서만 개방되는 구조로, 연료의 분사시기를 조절할 수 없다. 이로 인해, 다양한 운전 조건에서 최적의 연소환경을 구현하기 어려우므로, 연소효율이 저하되거나 대기오염 물질이 많이 배출되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 이원연료엔진용 연료분사밸브를 제공하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 밸브몸체에 디젤연료를 공급하는 메인 밸브부와 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 공급하는 파일럿 밸브부를 형성함으로써, 설치구조가 간단한 이원연료엔진용 연료분사밸브를 제공하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 연료의 분사시기를 조절할 수 있도록 구성하여, 연소효율을 향상시킬 수 있거나, 대기오염 물질이 배출되는 것을 저감할 수 있는 이원연료엔진용 연료분사밸브를 제공하는 것일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료분사밸브는, 일단면(一端面) 일측 및 타측에 메인 분사공 및 파일럿(Pilot) 분사공이 각각 형성된 밸브몸체; 상기 밸브몸체의 내부에 직선왕복운동가능하게 설치되어 상기 메인 분사공측을 개폐하는 메인 밸브부; 상기 밸브몸체의 내부에 직선왕복운동가능하게 설치되어 상기 파일럿 분사공측을 개폐하며, 상기 메인 밸브부와 병렬을 이루는 파일럿(Pilot) 밸브부; 상기 밸브몸체의 타단면(他端面)에 결합되어 상기 메인 밸브부 및 상기 파일럿 밸브부를 지지하는 마감부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브는, 디젤연료를 엔진의 연소실 공급하고, 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 엔진의 연소실로 공급하기 위한 메인 밸브부 및 파일럿 밸브부가 하나의 밸브몸체에 설치된다. 그러므로, 연료분사밸브가 설치되는 실린더헤드의 구조가 간단해지는 효과가 있을 수 있다.

그리고, 메인 분사공과 연료의 유로를 개폐하는 메인밸브부 및 파일럿 분사공과 연료의 유로를 개폐하는 파일럿 밸브부를 메인 분사공측 및 파일럿 분사공측으로 가압하는 공기의 압력을 조절할 수 있으므로, 연료의 분사시기를 조절할 수 있다. 이로 인해, 다양한 운전 조건에서 연소효율이 향상되는 효과가 있을 수 있거나, 배출되는 대기오염 물질이 저감되는 효과가 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 밸브몸체에서 메인 밸브부를 분리한 도.
도 3은 도 1에 도시된 밸브몸체에서 파일럿 밸브부를 분리한 도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 디젤모드에서의 동작을 보인 도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 가스모드에서의 동작을 보인 도.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

"위에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 연료분사밸브에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료분사밸브는 밸브몸체(110), 메인(Main) 밸브부(130)(도 2 참조), 파일럿(Pilot) 밸브부(150)(도 3 참조) 및 마감부재(170)를 포함할 수 있다.

이하, 도 1에 도시된 방향을 기준으로, 밸브몸체(110)의 상측을 향하는 면 및 방향을 "상면 및 상측", 하측을 향하는 면 및 방향을 "하면 및 하측"이라 한다.

밸브몸체(110)는 노즐(111)과 몸체(113)를 포함할 수 있다. 노즐(111)은 하측에 위치될 수 있고, 몸체(113)는 상측에 위치되어 하단면(下端面)이 노즐(111)의 상단면(上端面)에 결합될 수 있다. 그러므로, 밸브몸체(110)의 하단면 및 상단면은 각각 노즐(111)의 하단면 및 몸체(113)의 상단면임은 당연하다.

밸브몸체(110)의 하단면(下端面)의 우측 부위 및 좌측 부위에는 복수의 메인 분사공(111aa) 및 복수의 파일럿 분사공(111ba)이 각각 형성될 수 있다. 이때, 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ba)이 형성된 밸브몸체(110)의 하단면 부위는 각각 돌출된 돌출관(111a, 111b)으로 각각 형성될 수 있다. 메인 분사공(111aa) 을 통하여 디젤연료가 엔진(미도시)의 연소실(미도시)로 공급될 수 있고, 파일럿 분사공(111ba)을 통하여 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료가 상기 연소실로 공급될 수 있다.

밸브몸체(110)의 내부에는 연료분사펌프(미도시)에서 펌핑된 디젤연료가 통과하는 유로(115)가 형성될 수 있다. 유로(115)의 상단부는 상기 연료분사펌프측과 연통될 수 있고, 하단부는 메인 분사공(111aa)측 및 파일럿 분사공(111ba)측과 각각 연통될 수 있다. 그리하여, 유로(115)로 유입된 연료는 메인 분사공(111aa)측 및 파일럿 분사공(111ba)측으로 공급될 수 있다.

밸브몸체(110)의 상단면(上端面)에는 메인 밸브부(130)의 상측 부위가 위치되는 메인 함몰부(117)가 형성될 수 있고, 메인 함몰부(117)의 하측에는 파일럿 밸브부(150)의 상측 부위가 위치되는 파일럿 함몰부(119)가 메인 함몰부(117)와 연통되게 형성될 수 있다.

마감부재(170)는 밸브몸체(110)의 메인 함몰부(117)에 결합될 수 있다. 마감부재(170)에는 메인 밸브부(130)의 상측 부위인 메인 지지부재(135)와 메인 캡(139)이 지지될 수 있고, 파일럿 밸브부(150)의 상측 부위인 파일럿 캡(159)이 지지될 수 있다. 마감부재(170)는 상호 연통된 메인 함몰부(117)와 파일럿 함몰부(119)를 구획할 수 있다.

밸브몸체(110)의 내부 우측 부위 및 좌측 부위에는 메인 밸브부(130) 및 파일럿 밸브부(150)가 상호 병렬을 이루면서 설치될 수 있다. 메인 밸브부(130) 및 파일럿 밸브부(150)는 직선왕복운동(이하, "승강"이라 함) 가능하게 설치될 수 있으며, 유로(115)로 유입되는 연료의 압력에 따라 승강할 수 있다. 메인 밸브부(130)는 승강하면서 메인 분사공(111aa)측과 유로(115)를 개폐할 수 있고, 파일럿 밸브부(150)는 승강하면서 파일럿 분사공(111ba)측과 유로(115)를 개폐할 수 있다.

메인 밸브부(130)에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 밸브몸체에서 메인 밸브부를 분리한 도이다.

도시된 바와 같이, 밸브몸체(110)의 내부 우측 부위에는 상하 방향으로 메인 통로(120)가 형성될 수 있고, 메인 통로(120)에는 메인 밸브부(130)가 승강가능하게 설치될 수 있다. 이때, 메인 통로(120)의 하단부는 메인 분사공(111aa)과 연통될 수 있고, 상단부는 밸브몸체(110)의 메인 함몰부(117)와 연통될 수 있다.

상세히 설명하면, 메인 통로(120)는 하측부터 시작하여 상측으로 가면서 형성된 제1통로 내지 제4통로(121, 123,125, 127)를 포함할 수 있다.

제1통로(121)는 하단부가 메인 분사공(111aa)과 연통될 수 있고, 측면측은 유로(115)와 연통될 수 있다. 이때, 유로(115)의 하단부와 연통된 제1통로(121)이 부위는 다른 제1통로(121)의 부위 보다 크게 형성될 수 있다. 그리고, 유로(115)와 연통된 제1통로(121)의 부위는 후술할 파일럿 통로(140)의 제1통로(141)와 연통될 수 있다.

제2통로(123)는 유로(115)의 하단부와 연통된 제1통로(121)의 부위 보다 작은 직경으로 형성되어 하단부가 제1통로(121)의 상단부와 연통될 수 있고, 제3통로(125)는 제2통로(123) 보다 작은 직경으로 형성되어 하단부가 제2통로(123)의 상단부와 연통될 수 있다. 그리고, 제4통로(127)는 제3통로(125) 보다 큰 직경으로 형성되어 하단부가 제3통로(125)의 상단부와 연통될 수 있고, 상단부는 밸브몸체(110)의 메인 함몰부(117)와 연통될 수 있다.

메인 밸브부(130)는 메인 니들(131), 메인 스핀들(133), 메인 지지부재(135), 메인 탄성부재(137) 및 메인 캡(139)을 포함할 수 있다.

메인 니들(131)의 하측 부위(131a)는 제2통로(123)의 직경 보다 작게 형성되어 제1통로(121)에 위치될 수 있고, 중간 부위(131b)는 제2통로(123)의 직경과 대응되게 형성되어 제2통로(123)에 위치될 수 있으며, 상측 부위(131c)는 제3통로(125)에 위치될 수 있다.

메인 니들(131)의 하측 부위(131a) 직경은 중간 부위(131b) 직경 보다 작으므로, 유로(115)의 하단부와 연통된 제1통로(121)의 내주면 부위와 메인 니들(131)의 하측 부위(131a) 외주면 사이에는 간격이 형성될 수 있다.

메인 니들(131)의 하측 부위(131a) 직경이 중간 부위(131b) 직경 보다 작으므로, 메인 니들(131)의 하측 부위(131a)와 접하는 중간 부위(131b)는 메인 니들(131)의 하측 부위 외측으로 돌출된 돌출면(131ba)으로 형성될 수 있다. 그러면, 유로(115)로 유입된 연료의 압력이 돌출면(131ba)에 작용하므로, 메인 니들(131)이 연료의 압력에 의하여 상승하는 것이다.

메인 스핀들(133)은 축 형태로 형성될 수 있고, 메인 니들(131)이 상승하면 함께 상승할 수 있다. 메인 스핀들(133)의 하측 부위는 제3통로(125)에 위치되어 메인 니들(131)의 상측 부위(131c)와 접촉될 수 있고, 상측 부위는 제4통로(127)에 위치될 수 있다. 메인 스핀들(133)의 상측 부위 외주면에는 지지테(133a)가 형성되어 제4통로(127)에 위치될 수 있다.

메인 지지부재(135)의 하측 부위는 제4통로(127)에 위치될 수 있고, 상측 부위는 하측 부위 보다 크게 형성되어 마감부재(170)를 관통하여 마감부재(170)의 상단면(上端面)에 형성된 후술할 함몰부(171)에 위치될 수 있다. 메인 지지부재(135)는 승강가능하게 설치될 수 있다.

그리고, 메인 탄성부재(137)는 하단부는 지지테(133b)에 접촉 지지되고, 상단부는 메인 지지부재(135)에 접촉 지지되어 메인 스핀들(133)을 메인 니들(131)측으로 탄성 지지할 수 있다. 그리하여, 유로(115)로 유입되는 연료의 압력이 메인 탄성부재(137)의 탄성력 보다 세면, 메인 니들(131)을 포함한 메인 스핀들(133)이 상승할 수 있고, 유로(115)로 유입되는 연료의 압력이 메인 탄성부재(137)의 탄성력 보다 약하면, 메인 니들(131)을 포함한 메인 스핀들(133)이 하강할 수 있다.

메인 탄성부재(137)의 탄성력에 의하여 메인 니들(131)이 하강하면, 메인 니들(131)의 하단면에 경사지게 형성된 경사면(131aa)이 메인 통로(120)의 제1통로(121)와 메인 분사공(111aa)의 연통 부위와 접촉하므로, 연료가 메인노즐(111)측으로 공급되지 않는다. 그리고, 연료의 압력에 의하여 메인 니들(131)이 상승하면, 메인 니들(131)의 하단면에 형성된 경사면(131aa)이 메인 통로(120)의 제1통로(121)와 메인 분사공(111aa)의 연통 부위와 이격되므로, 연료가 메인노즐(111)측으로 공급되어 상기 연소실로 공급될 수 있다.

마감부재(170)의 우측 부위에는 함몰부(171)가 형성될 수 있다. 마감부재(170)의 함몰부(171)에는 메인 지지부재(135)의 상측 부위가 위치될 수 있고, 메인 지지부재(135)의 상단면에도 함몰부(135a)가 형성될 수 있다. 그리고, 마감부재(170)의 함몰부(171)에는 메인 캡(139)이 결합되어 메인 지지부재(135)의 함몰부(135a)를 밀폐할 수 있다. 메인 캡(139)에는 메인 지지부재(135)의 함몰부(135a)로 공기를 주입하여 메인 지지부재(135)를 메인 스핀들(133)측으로 가압하기 위한 메인 주입로(139a)가 형성될 수 있다.

메인 주입로(139a)로 주입되는 공기의 압력에 따라 메인 지지부재(135)가 승강하므로, 메인 탄성부재(137)의 탄성력이 변할 수 있다. 이를 이용하여, 메인 분사공(111aa)을 통하여 상기 연소실로 공급되는 연료의 분사시기 및 가스모드에서 메인 분사공(111aa)측으로 연료가 유입되지 않도록 할 수 있다. 이는 후술한다.

파일럿 밸브부(150)에 대하여 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 1에 도시된 밸브몸체에서 파일럿 밸브부를 분리한 도이다.

도시된 바와 같이, 밸브몸체(110)의 내부 좌측 부위에는 메인 통로(120)와 구획되어 상하 방향으로 파일럿 통로(140)가 형성될 수 있고, 파일럿 통로(140)에는 파일럿 밸브부(150)가 승강가능하게 설치될 수 있다. 이때, 파일럿 통로(140)의 하단부는 파일럿 분사공(111ba)과 연통될 수 있고, 상단부는 밸브몸체(110)의 파일럿 함몰부(119)와 연통될 수 있다.

파일럿 통로(140)는 하측부터 시작하여 상측으로 가면서 형성된 제1통로 내지 제4통로(141, 143,145, 147)를 포함할 수 있고, 최하측에 위치된 제1통로(141)는 메인 통로(120)의 제1통로(121)와 연통될 수 있다. 파일럿 통로(140)의 구성은 메인 통로(120)의 구성과 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

파일럿 밸브부(150)는 파일럿 니들(151), 파일럿 스핀들(153), 파일럿 지지부재(155), 파일럿 탄성부재(157) 및 파일럿 캡(159)을 포함할 수 있다.

파일럿 니들(151) 및 파일럿 스핀들(153)의 구성은 메인 니들(131) 및 메인 스핀들(133)의 구성과 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

파일럿 지지부재(155)의 하측 부위는 제4통로(147)에 위치될 수 있고, 상측 부위는 하측 부위 보다 크게 형성되어 밸브몸체(110)의 파일럿 함몰부(119)에 위치될 수 있다. 파일럿 지지부재(155)는 승강가능하게 설치될 수 있다.

파일럿 탄성부재(157)의 구성은 메인 스프링(137)의 구성과 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

그리하여, 파일럿 탄성부재(157)의 탄성력에 의하여 파일럿 니들(151)이 하강하면, 파일럿 니들(151)의 하단면에 경사지게 형성된 경사면(151aa)이 파일럿 통로(140)의 제1통로(141)와 파일럿 분사공(111ba)의 연통 부위와 접촉하므로, 연료가 파일럿노즐(113)측으로 공급되지 않는다. 그리고, 연료의 압력에 의하여 파일럿 니들(151)이 상승하면, 파일럿 니들(151)의 하단면에 형성된 경사면(151aa)이 파일럿 통로(140)의 제1통로(141)와 파일럿 분사공(111ba)의 연통 부위와 이격되므로, 연료가 파일럿노즐(113)측으로 공급되어 상기 연소실로 공급될 수 있다.

파일럿 함몰부(119)에는 파일럿 캡(159)이 결합될 수 있고, 파일럿 캡(159)은 파일럿 지지부재(155)의 상단면에 형성된 함몰부(155a)를 밀폐할 수 있다. 그리고, 파일럿 캡(159) 및 밸브몸체(110)에는 파일럿 지지부재(155)의 함몰부(155a)로 공기를 주입하여 파일럿 지지부재(155)를 파일럿 스핀들(153)측으로 가압하기 위한 파일럿 주입로(159a)가 형성될 수 있다.

파일럿 주입로(159a)로 주입되는 공기의 압력에 의하여 파일럿 분사공(111ba)을 통하여 상기 연소실로 공급되는 연료의 분사시기를 조절할 수 있다. 이는 후술한다.

이하, 본 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 디젤모드인 경우에 대하여 도 1 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 디젤모드에서의 동작을 보인 도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 메인 니들(131)의 하단면에 형성된 경사면(131aa)이 메인 통로(120)의 제1통로(121)와 메인 분사공(111aa)의 연통 부위와 접촉되고, 파일럿 니들(151)의 하단면에 형성된 경사면(151aa)이 파일럿 통로(140)의 제1통로(141)와 파일럿 분사공(111ba)의 연통 부위와 접촉된 상태를 최초의 상태라 가정한다.

최초의 상태에서, 본 실시예에 따른 연료분사밸브가 디젤모드이면, 유로(115)로 디젤연료가 공급될 수 있고, 디젤연료는 메인 통로(120)의 제1통로(121) 및 파일럿 통로(140)의 제1통로(141)로 유입된다.

그리하여, 메인 니들(131)의 돌출부(131ba) 및 파일럿 니들(151)의 돌출부(151ba)에 작용하는 디젤연료의 압력이 메인 탄성부재(137)의 탄성력 및 파일럿 탄성부재(157)의 탄성력 보다 크면, 메인 니들(131) 및 파일럿 니들(151)이 상승하므로, 연료가 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ba)을 통하여 상기 연소실로 공급된다.

이때, 메인 주입로(139a) 및 파일럿 주입로(159a)을 통하여 메인 지지부재(135)의 함몰부(135a) 및 파일럿 지지부재(155)의 함몰부(155a)로 유입되는 공기의 압력을 적절하게 조절하면, 메인 지지부재(135) 및 파일럿 지지부재(155)가 하강하여 메인 탄성부재(137) 및 파일럿 탄성부재(157)가 압축되므로, 메인 탄성부재(137) 및 파일럿 탄성부재(157)의 탄성력을 조절할 수 있다. 따라서, 연소실로 공급되는 연료의 분사시기를 조절할 수 있다.

다음에는, 가스모드인 경우에 대하여 도 1 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 가스모드에서의 동작을 보인 도이다.

최초의 상태에서, 본 실시예에 따른 연료분사밸브가 가스모드이면, 별도의 경로를 통하여 가스연료가 상기 연소실로 공급될 수 있고, 유로(115)로 디젤연료가 공급될 수 있다. 그러면, 유로(115)로 유입된 디젤연료는 메인 통로(120)의 제1통로(121) 및 파일럿 통로(140)의 제1통로(141)로 유입될 수 있다.

이때, 디젤연료가 메인 분사공(111aa)측으로 공급되지 않아야, 상기 연소실에서 가스연료가 점화되는데 필요한 미량의 디젤연료가 파일럿 분사공(111ba)만을 통하여 상기 연소실로 공급될 수 있다. 이를 위하여, 메인 지지부재(135)의 함몰부(135a)에 작용하는 공기의 압력이 파일럿 지지부재(155)의 함몰부(155a)에 작용하는 공기의 압력 보다 크게 할 수 있다. 그러면, 메인 지지부재(135)가 하강하므로, 메인 탄성부재(137)가 압축되고, 이로 인해 메인 탄성부재(137)의 탄성력이 상당히 커지게 되므로, 연료의 압력에 의하여 메인 니들(131)이 상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 연료의 압력에 의하여 파일럿 니들(151)만이 상승하므로, 파일럿 분사공(111ba)측으로만 디젤연료가 유입되어, 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료가 파일럿 분사공(111ba)을 통하여 상기 연소실로 공급된다.

한편, 파일럿 주입로(159a)를 통하여 파일럿 지지부재(155)의 함몰부(155a)로 유입되는 공기의 압력을 적절하게 조절하면, 파일럿 지지부재(155)가 하강하여 파일럿 탄성부재(157)가 압축될 수 있다. 이때, 파일럿 탄성부재(157)의 탄성력을 적절하게 조절하면, 연소실로 공급되는 연료의 분사시기를 조절할 수 있다.본 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브는, 디젤연료를 상기 엔진의 상기 연소실 공급하고, 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 상기 엔진의 상기 연소실로 공급하기 위한 메인 밸브부(130) 및 파일럿 밸브부(150)가 하나의 밸브몸체(110)에 설치된다. 그러므로, 연료분사밸브가 설치되는 실린더헤드의 구조가 간단해질 수 있다.

그리고, 메인 분사공(111aa)과 유로(115) 및 파일럿 분사공(111ba)과 유로(115)를 각각 개폐하는 메인밸브부(130) 및 파일럿 밸브부(150)를 메인 분사공(111aa)측 및 파일럿 분사공(111ba)측으로 가압하는 공기의 압력을 조절할 수 있으므로, 연료의 분사시기를 조절할 수 있다. 이로 인해, 다양한 운전 조건에서 연소효율이 향상될 수 있거나, 배출되는 대기오염 물질이 저감될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 밸브몸체
120: 메인 통로
130: 메인 밸브부
140: 파일럿 통로
150: 파일럿 밸브부

Claims

일단면(一端面) 일측 및 타측에 메인 분사공 및 파일럿(Pilot) 분사공이 각각 형성된 밸브몸체;
상기 밸브몸체의 내부에 직선왕복운동가능하게 설치되어 상기 메인 분사공측을 개폐하는 메인 밸브부;
상기 밸브몸체의 내부에 직선왕복운동가능하게 설치되어 상기 파일럿 분사공측을 개폐하며, 상기 메인 밸브부와 병렬을 이루는 파일럿(Pilot) 밸브부;
상기 밸브몸체의 타단면(他端面)에 결합되어 상기 메인 밸브부 및 상기 파일럿 밸브부를 지지하는 마감부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제1항에 있어서,
상기 밸브몸체의 내부에는 연료가 통과하는 유로가 형성되고, 상기 유로의 일단부측은 상기 메인 분사공측 및 상기 파일럿 분사공측과 연통되며,

상기 메인 밸브부 및 상기 파일럿 밸브부는 상기 유로를 통하여 유입되는 연료의 압력에 따라 직선왕복운동하면서 상기 메인 분사공측과 상기 유로 및 상기 파일럿 분사공측과 상기 유로를 각각 개폐하고,
상기 마감부재는 상기 밸브몸체의 타단면측에 위치된 상기 메인 밸브부의 부위 및 상기 파일럿 밸브부의 부위를 각각 지지하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제2항에 있어서,
상기 밸브몸체의 내부 일측에는 일단부측이 상기 메인 분사공과 연통되며 상기 메인 밸브부가 직선왕복운동가능하게 설치되는 메인 통로가 형성되고,
상기 밸브몸체의 내부 타측에는 상기 메인 통로와 병렬을 이루면서 구획 형성되고 일단부측이 상기 파일럿 분사공과 연통되며 상기 파일럿 밸브부가 직선왕복운동가능하게 설치되는 파일럿 통로가 각각 형성되며,
상기 유로의 일단부측은 상기 메인 분사공과 인접한 상기 메인 통로의 부위와 연통되고,
상기 유로와 연통된 상기 메인 통로의 부위는 상기 파일럿 통로와 연통된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제3항에 있어서,
상기 메인 통로는,
일단부가 상기 메인 분사공과 연통되고 일측은 상기 유로 및 상기 파일럿 통로와 연통된 제1통로;
일단부가 상기 제1통로의 타단부와 연통되며 상기 유로와 연통된 상기 제1통로의 직경 보다 작은 직경을 가지는 제2통로;
일단부가 상기 제2통로의 타단부와 연통되며 상기 제2통로 보다 작은 직경을 가지는 제3통로;
일단부가 상기 제3통로의 타단부와 연통되며 상기 제3통로 보다 큰 직경을 가지는 제4통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제4항에 있어서,
상기 메인 밸브부는,
일측 부위는 상기 제1통로에 위치되고, 중간 부위는 상기 일측 부위 보다 큰 직경으로 형성되어 상기 제2통로에 위치되며, 타측 부위는 상기 제3통로에 위치된 메인 니들;
일측 부위는 상기 제3통로에 위치되고 타측 부위는 상기 제4통로에 위치되며 상기 제4통로에 위치된 부위의 외주면에는 지지테가 형성된 메인 스핀들;
일측 부위는 상기 제4통로에 위치되고 타측 부위는 일측 부위 보다 크게 형성되어 상기 마감부재를 관통하여 상기 마감부재에 결합된 메인 지지부재;
일측은 상기 지지테에 지지되고 타측은 상기 메인 지지부재에 지지되어 상기 메인 스핀들을 상기 메인 니들측으로 탄성 지지하는 메인 탄성부재를 포함하고,
상기 메인 니들은 유입되는 연료의 압력과 상기 메인 탄성부재의 탄성력의 차이에 의하여 직선왕복운동하고, 상기 메인 니들이 직선왕복운동하면 상기 메인 니들의 일측 부위 단부측은 상기 제1통로와 상기 메인 분사공의 연통 부위를 개폐하며,
상기 메인 스핀들은 상기 메인 니들과 함께 직선왕복운동하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제5항에 있어서,
상기 메인 지지부재의 타단부에는 함몰부가 형성되고,
상기 마감부재에는 상기 함몰부를 밀폐하는 메인 캡이 결합되며,
상기 메인 캡에는 상기 메인 지지부재의 상기 함몰부로 공기를 주입하기 위한 메인 주입로가 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제3항에 있어서,
상기 파일럿 통로는,
일단부가 상기 파일럿 분사공과 연통되고 일측은 상기 유로 및 상기 메인 통로와 연통된 제1통로;
일단부가 상기 제1통로의 타단부와 연통되며 상기 메인 통로와 연통된 상기 제1통로의 부위 보다 작은 직경을 가지는 제2통로;
일단부가 상기 제2통로의 타단부와 연통되며 상기 제2통로 보다 작은 직경을 가지는 제3통로;
일단부가 상기 제3통로의 타단부와 연통되며 상기 제3통로 보다 큰 직경을 가지는 제4통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제7항에 있어서,
상기 파일럿 밸브부는,
일측 부위는 상기 제1통로에 위치되, 중간 부위는 상기 일측 부위 보다 큰 직경으로 형성되어 상기 제2통로에 위치되며, 타측 부위는 상기 제3통로에 위치된 파일럿 니들;
일측 부위는 상기 제3통로에 위치되고 타측 부위는 상기 제4통로에 위치되며, 상기 제4통로에 위치된 부위의 외주면에는 지지테가 형성된 파일럿 스핀들;
일측 부위는 상기 제4통로에 위치되고 타측 부위는 일측 부위 보다 크게 형성되어 상기 밸브몸체에 결합된 파일럿 지지부재;
일측은 상기 지지테에 지지되고 타측은 상기 파일럿 지지부재의 일단면(一端面)에 지지되어 상기 파일럿 스핀들을 상기 파일럿 니들측으로 탄성 지지하는 파일럿 탄성부재를 포함하고,
상기 파일럿 니들은 유입되는 연료의 압력과 상기 파일럿 탄성부재의 탄성력의 차이에 의하여 직선왕복운동하고, 상기 파일럿 니들이 직선왕복운동하면 상기 파일럿 니들의 일측 부위 단부측은 상기 제2통로와 상기 파일럿 분사공의 연통 부위를 개폐하며,
상기 파일럿 스핀들은 상기 파일럿 니들과 함께 직선왕복운동하는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제8항에 있어서,
상기 파일럿 지지부재의 타단부에는 함몰부가 형성되고,
상기 밸브몸체에는 상기 함몰부를 밀폐함과 동시에 상기 마감부재에 의하여 지지되는 파일럿 캡이 결합되며,
상기 파일럿 캡 및 상기 마감부재에는 상호 연통되어 상기 함몰부로 공기를 주입하기 위한 파일럿 주입로가 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.