KR20200037006A - 차량용 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 연료를 사용하는 차량용 인젝터의 솔레노이드와 플런저 간의 작동 성능을 향상시키고 주입되는 가스 연료의 압력에 따라 대응할 수 있는 차량용 인젝터에 관한 것으로, 엔진의 연료공급관에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 하부에 설치되고, 분사노즐을 갖는 니들밸브와, 상기 하우징의 내부에 설치되며 전원을 공급받아 기자력을 발생시키는 코일과, 상기 기자력에 의해 흡인력을 발생하는 코어를 구비하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드의 하부에 설치되고 내부에는 상기 분사 노즐과 연통되도록 소정 각도 경사지게 분사공이 형성되며 왕복 운동하는 플런저를 포함하는 인젝터에 있어서, 상기 니들밸브의 상부에 밀착되도록 상기 플런저의 하부에 설치되며, 상기 플런저를 하부에서 상방으로 탄성 지지하는 스프링 및 상기 스프링과 플런저 사이에 구비되는 제1 패킹 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 인젝터{Injector for vehicle}

본 발명은 차량용 인젝터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스 연료를 사용하는 차량용 인젝터의 솔레노이드와 플런저 간의 작동 성능을 향상시키고 주입되는 가스 연료의 압력(고압 또는 저압)에 따라 대응할 수 있는 차량용 인젝터에 관한 것이다.

일반적으로, 경제성 및 환경친화성을 고려하여 근래 액화석유가스(LPG), 액화천연가스(LNG) 또는 압축천연가스(CNG)와 같은 가스를 연료로 사용하는 차량이 널리 보급되고 있다. 압축 천연가스(CNG)는 가솔린보다 가격이 저렴하고, 가스 상태이기 때문에 각 실린더의 연료 분배가 균일하며, 배기가스도 가솔린에 비해 상대적으로 깨끗하여 환경 면에서도 장점을 가지고 있다.

또한, 압축 천연가스를 자동차 연료로서 사용할 때, 그 옥탄가가 높기 때문에 노킹이 거의 발생하지 않으며, 윤활유의 손실이 적고 워밍업도 빠른 장점이 있다. 이와 같이 가솔린에 비해 상대적으로 많은 장점이 있는 압축 천연가스는 택시 및 버스를 포함하는 영업용 자동차의 연료로 널리 사용되고 있는 실정이다.

이들 가스차량은 연료가스를 무화시켜 엔진의 실린더 내부에 분사공급하게 되어 있는데, 이를 위해 인젝터가 사용되고 있다. 인젝터는 통상 차량에 장착되는 전자제어장치(ECU)에 의해 제어된다. 전자제어장치(ECU)는 가속페달의 위치를 기본으로 하여 다양한 외부조건에 따라 인젝터의 분사시기를 제어한다.

도 1은 종래 인젝터(10)의 단면구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 인젝터는 솔레노이드 코일(13)과 플런저(14)가 구비되어 ECU에 의해 솔레노이드 코일(13)에 전력이 인가되면 발생되는 자력에 의해 플런저(14)가 상승되어 니플(16)과 이격됨으로써 유입구(11)로 유입된 연료가 분사구멍(17)을 통하여 분사되도록 한다.

한편, 종래의 인젝터는 저압의 가스 연료에서는 원활한 구동과 응답성을 확보할 수 있으나, 플런저와 솔레노이드 사이에 스프링으로는 고압가스 연료에서 원활한 구동과 응답성을 확보하지 못하여 분사량을 제어가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

1. 한국 등록 특허 제10-1137529호 ‘가스 차량용 가스 인젝터’(등록일자 : 2012.04.10)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 저압의 가스 연료 뿐만 아니라 고압에서도 원활한 구동과 응답성을 확보하여 분사량을 용이하게 제어할 수 있는 차량용 인젝터를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 인젝터는 엔진의 연료공급관에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 하부에 설치되고, 분사노즐을 갖는 니들밸브와, 상기 하우징의 내부에 설치되며 전원을 공급받아 기자력을 발생시키는 코일과, 상기 기자력에 의해 흡인력을 발생하는 코어를 구비하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드의 하부에 설치되고 내부에는 상기 분사 노즐과 연통되도록 소정 각도 경사지게 분사공이 형성되며 왕복 운동하는 플런저를 포함하는 인젝터에 있어서, 상기 니들밸브의 상부에 밀착되도록 상기 플런저의 하부에 설치되며, 상기 플런저를 하부에서 상방으로 탄성 지지하는 스프링 및 상기 스프링과 플런저 사이에 구비되는 제1 패킹 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플런저의 상면에 마련되며, 상기 솔레노이드와 플런저 간의 충격 완화 및 기밀을 유지시키는 제2 패킹 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 인젝터는 연료가 분사되는 분사 노즐이 형성된 니들밸브의 상부에 밀착되도록 플런저의 하부에 설치되는 스프링에 의해, 스프링이 플런저의 상하 왕복 이동시에 플런저의 하부에서 플런저를 탄성 지지하여 고압 가스 연료에 대한 원활한 구동성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 플런저와 스프링 사이에 제1 패킹 부재가 구비되어 플런저의 분사공으로 배출되는 연료가 플런저와 하우징 사이의 틈으로 침투되는 것을 방지하여 플런저의 구동성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 플런저와 솔레노이드 사이에 제2 패킹 부재가 마련되어 솔레노이드와 플런저 간의 충격을 완화하고, 플런저의 상부에서 플런저와 하우징 사이의 틈으로 연료가 침투되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 차량용 인젝터를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 인젝터를 나타난 단면도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 인젝터를 나타난 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 인젝터(1000)는 하우징(100), 니들밸브(200), 솔레노이드(300), 플런저(400), 스프링(500) 및 제1 패킹 부재(600)를 포함한다.

먼저, 상기 하우징(100)은 엔진의 연료 공급관에 설치되는 것으로, 상기 하우징(100)의 내부에는 솔레노이드(300)와, 상기 솔레노이드(300)에 의해 왕복 운동하는 플런저(400)가 마련된다.

또한, 상기 하우징(100)은 가스 배관(미도시)을 통해 유입되는 가스를 일시적으로 저장하였다가 내연기관(미도시)으로 유출시킨다.

상기 니들밸브(200)는 하우징(100)의 하부에 설치되며, 내부에는 가스 연료를 내연기관으로 분사시키는 분사노즐(210)이 상하 방향으로 관통 형성된다.

상기 분사노즐(210)은 가스 차량의 최대 용량을 충분히 커버할 수 있는 양의 가스를 유입받을 수 있는 내경을 갖고, 가스 차량의 용량에 따른 양의 가스를 분사할 수 있는 길이로 형성된다.

여기서 상기 니들밸브(200)는 하우징(100)의 하부에 탈착 가능하게 설치되며, 차량의 용량(차량의 용량은 일반적으로 마력 또는 CC에 따라 결정됨)이 작은 차량에는 내경이 작은 분사노즐(210)이 구비된 니들밸브(200)를 연결하고, 용량이 큰 차량에는 내경이 큰 분사노즐(210)이 구비된 니들밸브(200)를 연결함으로써, 차량의 용량이 달라지더라도 니들밸브(200)만 교체하여 차량용 인젝터(1000)를 통해 해당 차량에 맞는 적정한 양의 가스를 공급할 수 있게 된다.

그리고 분사노즐(210)은 후술할 분사공(410)을 통해 유입되는 가스 연료를 내연기관으로 분사하여 공급한다.

상기 니들밸브(200)의 상부는 플런저(400)의 하면을 지지하되, 플런저(400)가 왕복 운동함에 따라 플런저(400)와 니들 밸브(200) 사이가 이격되어 분사노즐(210)을 통해 연료를 내연기관으로 분사하게 된다.

상기 솔레노이드(300)는 하우징(100)의 내부에 설치되고, 전원을 공급받아 기자력을 발생시키는 코일(310)과, 기자력에 의해 흡인력이 발생하는 코어(320)로 이루어진다.

이때, 상기 솔레노이드(300)는 ECU(미도시)로부터 작동신호와 전류를 함께 인가받아 기자력을 발생시키며, 코어(320)는 원통 형상으로 하우징(100)의 내부에 설치되고, 코어(320)의 외주면에 코일(310)이 고정 설치된다.

또한, 상기 플런저(400)는 솔레노이드(300)의 하부에 설치되며, 코일(310)에 기전력이 인가될 때 발생되는 자력에 의해 코어(320)를 향해 달라붙는 방향으로 기동된다.

그리고 상기 플런저(400)의 내부에는 분사 노즐(210)과 연통되도록 소정 각도 경사지게 분사공(310)이 형성되며, 가스 연료는 분사공(310)을 통과하여 분사 노즐(210)로 이동되어 내연기관으로 분사하게 된다.

다음으로, 상기 스프링(500)은 니들밸브(200)의 상부에 밀착되도록 상기 플런저(400)의 하부에 설치되며, 플런저(400)를 하부에서 상방향으로 탄성 지지하도록 구비된다.

상기 스프링(500)은 니들밸브(200)와 플런저(400) 사이에서 솔레노이드(300)에 기자력에 의해 플런저(400)가 왕복 이동함에 따라 니들밸브(200)와 플런저(400) 간의 충격을 완화시키고, 플런저(400)가 솔레노이드(300) 방향으로 상향 이동되도록 탄성력을 제공하게 된다.

솔레노이드(300)에 전류가 흐르면 자기화되어 플런저(400)를 흡인하게 되어, 저압 가스(일예로 1bar)에서는 플런저(400)가 솔레노이드(300)로 원활하게 이동되고, 솔레노이드(300)에 전류가 끊기면 자기화되지 않아 플런저(400)가 솔레노이드(300)에서 떨어짐이 반복되면서 플런저(400)의 분사공(410)을 통해 가스 연료가 분사노즐(210)로 이동될 수 있게 된다.

한편, 고압 가스(일예로 10bar)에서는 솔레노이드(300)에 전류가 흘러 자기화되더라도 플런저(400)가 솔레노이드(300) 방향으로 이동이 원활하지 않게 되며, 플런저(400)가 왕복 이동 간격이 좁아지게 되어 플런저(400)의 분사공(410)을 통해 가스 연료가 분사노즐(210)로 이동이 용이하지 않게 된다.

따라서, 본 발명의 스프링(500)은 플런저(400)의 하부에 위치하여 솔레노이드(300)에 발생하는 기자력에 의해 플런저(400)가 상방향으로 이동되는 것을 보강하여 플런저(400)를 용이하게 상향 이동시키게 되고, 플런저(400)가 상향 이동되면서 분사노즐(210)과 플런저(400) 사이에 간극이 발생하여 플런저(400)의 분사공(410)에서 이동되는 가스 연료가 분사노즐(210)로 용이하게 이동될 수 있게 된다.

그리고 상기 제1 패킹 부재(600)는 스프링(500)의 상부와 플런저(400)의 하부 사이에 마련되며, 바람직하게는 상기 플런저(400)의 하부 외주면에 고정 설치되게 된다.

플런저(400)는 하우징(100)의 내부에서 상하로 왕복 이동되도록 하우징(100)의 내주면과 플런저(400)의 외주면이 일정 간격의 틈이 형성되며, 하우징(100)와 플런저(400) 사이로 가스 연료가 침투되게 되면 플런저(400)의 연료가 굳거나, 연료에 포함된 이물질이 플런저(400)와 하우징(100) 사이에 침투되어 플런저(400)의 왕복 운동이 제한되게 된다.

상기 제1 패킹 부재(600)는 플런저(400)의 내부에 형성되는 분사공(410)을 통해 배출되는 가스 연료가 하우징(100)과 플런저(400) 사이로 침투되는 것을 방지하며, 분사공(410)에서 분사노즐(210)로 이동되는 가스 연료가 스프링(500)과 인접한 위치에 머무르게 되더라도 플런저(400)가 하부로 이동되면서 플런저(400)의 하부에서 분사노즐(210) 방향으로 가스 연료를 가압할 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명의 차량용 인젝터(1000)는 상기 플런저(400)의 상면에 마련되며, 상기 솔레노이드(300)와 플런저(400) 간의 충격을 완화 및 기밀을 유지시킬 수 있는 제2 패킹 부재(700)를 더 포함한다.

상기 제2 패킹 부재(700)의 하부는 상기 플런저(400)의 상부면을 따라 링 형상으로 설치되고, 상부는 솔레노이드(300)의 하부면과 소정 간격 이격된 상태로 위치하게 된다.

여기서, 상기 제2 패킹 부재(700)는 솔레노이드(300)의 하면과 플런저(400)의 상면이 직접적으로 마찰되는 것을 방지하게 되며, 솔레노이드(300)와 플런저(400) 사이에서 탄성력을 제공한다.

즉, 솔레노이드(300)는 전류가 흐르면 자기화되어 플런저(400)를 흡인하고, 전류가 끊기면 플런저(400)는 이격되게 됨으로써, 플런저(400)가 승강 또는 하강함에 따라 니들 밸브(200)의 연료 개폐동작을 단속하게 된다.

이때, 솔레노이드(300)에 전류가 흘러 자기화되어 플런저(400)를 흡인하게 되고, 솔레노이드(300)에 전류가 끊기면 플런저(400)는 솔레노이드(300)와 이격되게 되지만, 플런저(400)가 솔레노이드(300)에 흡인되는 과정에서 플런저(400)에 남아 있는 자력(여자력)이 존재하게 되므로 흡입되는 힘이 남아있게 된다.

따라서, 제2 패킹 부재(700)의 하부는 플런저(400)의 상부와 평평한 면적으로 접하되, 제2 패킹 부재(700)의 상부는 솔레노이드(300)의 하부와 접하는 면적이 작아지도록 만곡진 형태로 형성되어 플런저(400)에 남아있는 자력(여자력)에 영향을 최소화하여 플런저(400)가 솔레노이드(300)에서 빠르게 이격될 수 있도록 하여 구동성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 제2 패킹 부재(700)는 플런저(400)의 상부에 밀착된 상태에서 플런저(400)의 상부에서 플런저(400)의 외측면과 하우징(100)의 내주면 사이에 틈으로 가스 연료가 침투되는 것을 방지하게 된다.

즉, 상기 제2 패킹 부재(700)는 솔레노이드(300)와 플런저(400) 사이에 마련되어 플런저(400)의 승강에 따른 솔레노이드(300)와의 충격에 의한 소음을 완화시킬 수 있으며, 플런저(400)의 외측면으로의 기밀 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 플런저(400)와 솔레노이드(300)를 신속하게 이격시켜 차량용 인젝터(1000)의 오작동을 미연에 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 차량용 인젝터
100 : 하우징
200 : 니들밸브
300 : 솔레노이드
310 : 코일
320 : 코어
400 : 플런저
410 : 분사공
500 : 스프링
600 : 제1 패킹 부재
700 : 제2 패킹 부재

Claims (2)

1. 엔진의 연료공급관에 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 하부에 설치되고, 분사노즐을 갖는 니들밸브와, 상기 하우징의 내부에 설치되며 전원을 공급받아 기자력을 발생시키는 코일과, 상기 기자력에 의해 흡인력을 발생하는 코어를 구비하는 솔레노이드와, 상기 솔레노이드의 하부에 설치되고 내부에는 상기 분사 노즐과 연통되도록 소정 각도 경사지게 분사공이 형성되며 왕복 운동하는 플런저를 포함하는 인젝터에 있어서,
   상기 니들밸브의 상부에 밀착되도록 상기 플런저의 하부에 설치되며, 상기 플런저를 하부에서 상방향으로 탄성 지지하는 스프링; 및
   상기 스프링의 상부와 플런저의 하부 사이에 구비되는 제1 패킹 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인젝터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 플런저의 상부에 마련되며, 상기 솔레노이드와 플런저 간의 충격 완화 및 기밀을 유지시키는 제2 패킹 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인젝터.
   
   

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