WO2012011650A1

WO2012011650A1 - 2중 연료분사밸브

Info

Publication number: WO2012011650A1
Application number: PCT/KR2011/001886
Authority: WO
Inventors: 정강윤; 김응성; 김주태; 박득진; 허광철; 김종석; 하은; 노범용
Original assignee: Hyundai Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: HD Hyundai Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-23
Also published as: KR101158631B1; KR20120009317A

Abstract

본 발명은 2중 연료분사밸브에 관한 것으로, 2중의 연료 분사가 필요한 디젤엔진의 피스톤에 2중 연료분사가 가능하도록 하는 2중연료분사밸브를 설치하여 엔진의 필요 운전에 따라 각각의 연료를 분사 가능하도록 함으로써, 엔진의 필요로드 및 엔진의 성능이 향상되도록 하고, 엔진 운전에서 필요한 인젝션 연료펌의 작동에 따라 공급되는 연료가 필요 압력에 도달했을 때 일정 압력 범위 내에서 기계적으로 분사될 수 있도록 하는 2중 연료분사 밸브를 제공함에 있다. 상기 목적 달성을 위한 본 발명은 FO용 연료주입구 및 DO용 연료주입구가 형성되어 있는 분사밸브바디와, 상기 분사밸브바디에 결합되고 연료유에 의한 개방압력이 형성됨으로써 니들을 들어올려 연료유가 분사되도록 하는 챔버가 형성되어 있는 노즐부를 포함하여 구성되는 연료분사밸브에 있어서, 상기 노즐부는, 상기 FO용 연료주입구에 유로를 통해 연결되어 FO가 채워짐으로써 개방 압력이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 FO용 분사노즐구가 형성되어 있는 제1챔버; 상기 제1챔버의 하부에 오목한 형태로 형성되고 상기 DO용 연료주입구에 유로를 통해 연결되어 DO가 채워짐으로써 개방 압력이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 DO용 분사노즐구가 형성되어 있는 제2챔버; 상기 제1챔버에 채워지는 연료유의 상호 압력차에 따라 상기 FO용 분사노즐구를 개폐시켜주는 FO용 니들밸브; 상기 FO용 니들밸브의 내부에 설치되어 상기 제1챔버와 제2챔버를 구획해주고 제2챔버에 채워지는 연료유의 상호압력차에 따라 상하로 작동되어 상기 DO용 분사노즐구를 개폐시켜주는 DO용 니들밸브를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

2중 연료분사밸브

본 발명은 2중 연료분사밸브에 관한 것으로, 기존의 연료분사밸브보다 콤팩트하게 구성함과 동시에 2중 연료유를 사용함에 있어서도 각각의 연료를 분사 제어할 수 있는 2중 연료분사밸브에 관한 것이다.

기존 기계식 연료분사밸브의 작동 원리를 설명 하면, 개방 압력(Nozzle Opening Pressure) 이상의 연료가 들어오면 열리고<스프링 힘보다 높은 압력일 경우> 낮은 압력이 들어오면 닫히는<스프링 힘보다 낮은 압력일 경우> 단순한 니들과 스프링을 가지고 있다.

각각의 연료펌프에서 형성된 고압의 연료가 연료분사밸브에 들어올 때, 연료분사밸브의 니들 하단 노즐포켓에서 개방 압력보다 높은 압력이 형성되면 니들밸브를 누르는 스프링 힘을 이겨내고 니들밸브를 들어 올려 노즐 끝단에 위치한 여러 개의 노즐홀을 통해 연료가 실린더 내로 분사되게 된다.

이와 같은 방법은 정해진 하나의 개방 압력에 따라 노즐홀이 개방되는 하나의 메커니즘으로 구성되어 있으며, 엔진 조립시 정해진 타이밍에 따라 항상 같은 시점(분사밸브 내의 압력이 개방 압력 이상이 되는 시점)에서 분사가 이루어지게 된다.

종래의 2중 연료용 디젤엔진에 있어, 한 실린더 내에 중유가 필요한 운전(FO) 일 때는 중유용 연료분사밸브가 필요하고, 가스가 필요한 운전일 때는 가스 착화용으로 사용되는 스파크 플러그 또는 마이크로 파이로트가 설치되어야 하는 2개 이상의 연료분사밸브가 필요하게 되어 있다.

상기와 같이 종래에는 중유와 가스를 각각 사용하기 위한 2개의 연료분사밸브를 별도로 구비해야 하기 때문에 연료분사밸브 설치에 따른 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 2중의 연료 분사가 필요한 디젤엔진의 피스톤에 2중 연료분사가 가능하도록 하는 2중연료분사밸브를 설치하여 엔진의 필요 운전에 따라 각각의 연료를 분사 가능하도록 함으로써, 엔진의 필요로드 및 엔진의 성능이 향상되도록 하고, 엔진 운전에서 필요한 인젝션 연료펌의 작동에 따라 공급되는 연료가 필요 압력에 도달했을 때 일정 압력 범위 내에서 기계적으로 분사될 수 있도록 하는 2중 연료분사 밸브를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, FO용 연료주입구 및 DO용 연료주입구가 형성되어 있는 분사밸브바디와, 상기 분사밸브바디에 결합되고 연료유에 의한 개방압력이 형성됨으로써 니들을 들어올려 연료유가 분사되도록 하는 챔버가 형성되어 있는 노즐부를 포함하여 구성되는 연료분사밸브에 있어서, 상기 노즐부는,

상기 FO용 연료주입구에 유로를 통해 연결되어 FO가 채워짐으로써 개방 압력이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 FO용 분사노즐구가 형성되어 있는 제1챔버; 상기 제1챔버의 하부에 오목한 형태로 형성되고 상기 DO용 연료주입구에 유로를 통해 연결되어 DO가 채워짐으로써 개방 압력이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 DO용 분사노즐구가 형성되어 있는 제2챔버; 상기 제1챔버에 채워지는 연료유의 상호 압력차에 따라 상기 FO용 분사노즐구를 개폐시켜주는 FO용 니들밸브; 상기 FO용 니들밸브의 내부에 설치되어 상기 제1챔버와 제2챔버를 구획해주고 제2챔버에 채워지는 연료유의 상호압력차에 따라 상하로 작동되어 상기 DO용 분사노즐구를 개폐시켜주는 DO용 니들밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1챔버는, 상기 FO용 니들밸브를 받쳐줄 수 있도록 하부에 받침턱이 형성되고, 상기 받침턱의 하측으로 FO용 니들밸브의 상승시 연료유가 이동할 수 있도록 유로가 형성되며, 상기 유로에 연결되도록 FO용 분사노즐구가 형성되도록 구성되어, 상기 FO용 니들밸브가 상기 받침턱에 걸려짐으로써 제1챔버의 내부를 밀폐하여 개방압력이 형성되고 개방압력에 의해 FO용 니들밸브가 상승되어 연료유가 FO용 분사노즐구를 통해 분사되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 DO용 니들밸브의 내부에는 상기 제2챔버로 DO의 공급이 가능하도록 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 분사밸브바디의 내부에 설치되어 상기 FO용 니들밸브를 가압해주는 FO용 스핀들; 상기 FO용 스핀들에 탄성력을 제공해주는 FO용 스프링; 상기 FO용 스핀들의 내부에 설치되어 상기 DO용 니들밸브를 가압해주는 DO용 스핀들; 상기 DO용 스핀들에 탄성력을 제공하는 DO용 스프링;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 분사밸브바디에 고정너트를 통해 체결되어 FO용 스프링의 장력을 조절해주는 FO용 스프링 조정스크류; 상기 FO용 스프링 조정스크류의 내부에 위치하고 고정너트를 통해 분사밸브바디에 고정되어 DO용 스프링의 장력을 조절해주는 DO용 스프링 조정스크류;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 1개의 실린더에 본 발명의 연료분사밸브 1세트만 장착함으로써, 2개의 연료분사밸브를 설치할 필요 없이 엔진의 운전조건에 따라 연료를 선택하여 운전이 가능함으로 연료 절감 및 저비용으로 필요한 효과를 발생시키므로 엔진의 최적화 운전의 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 의한 2중 연료분사밸브를 나타낸 단면도,

도 2 는 본 발명에 의한 2중 연료분사밸브의 스풀부를 상세히 나타낸 단면도,

도 3 은 본 발명에 의한 2중 연료분사밸브의 FO연료 분사 실시 상태를 나타낸 예시도,

도 4 는 본 발명에 의한 2중 연료분사밸브의 DO연료 분사 실시 상태를 나타낸 예시도,

(부호의 설명)

(100) : 분사밸브바디 (110) : FO용 연료주입구

(111) : DO용 연료주입구 (120) : FO용 연료이송구

(121) : DO용 연료이송구 (130) : FO용 스핀들

(131) : DO용 스핀들 (140) : FO용 스프링

(141) : DO용 스프링 (150) : FO용 스프링 조정스크류

(151) : DO용 스프링 조정스크류 (160) : 제1고정너트

(161) : 제2고정너트 (200) : 노즐부

(210) : 제1챔버 (211) : 제2챔버

(212) : 유로 (213) : 받침턱

(220) : FO용 분사노즐구 (221) : DO용 분사노즐구

(230) : FO용 니들밸브 (231) : DO용 니들밸브

(232) : 유로 (240) : FO용 스핀들

(241) : DO용 스핀들 (250) : FO용 스프링

(251) : DO용 스프링

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명에 의한 2중 연료분사밸브를 나타낸 단면도, 도 2 는 본 발명에 의한 2중 연료분사밸브의 노즐부를 상세히 나타낸 단면도로서, 도면에서와 같이 본 발명은 FO용 연료주입구(110)를 통해 일정압력의 연료유가 주입되는 FO용 연료이송구(120) 및 DO용 연료주입구(111)를 통해 일정압력의 연료유가 주입되는 DO용 연료이송구(121)가 내부에 형성되어 있는 분사밸브바디(100)와, 상기 분사밸브바디(100)에 결합되어 상기 FO 연료와 DO 연료를 별도로 분사할 수 있도록 구성되는 노즐부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 노즐부(200)는 FO용 연료주입구(110)에 연결되어 FO용 연료주입구(110)를 통해 주입되는 FO 연료가 채워짐으로써 개방 압력이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 FO용 분사노즐구(220)가 형성되어 있는 제1챔버(210)와, 상기 제1챔버(210)의 하부에 오목한 형태로 형성되고 상기 DO용 연료주입구(111)에 연결되어 DO용 연료주입구(111)를 통해 주입되는 DO 연료유가 채워짐으로써 개방 압력이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 DO용 분사노즐구(221)가 형성되어 있는 제2챔버(211)와, 상기 제1챔버(210)에 채워지는 연료유의 상호 압력차에 따라 상기 FO용 분사노즐구(220)를 개폐시켜주는 FO용 니들밸브(230)와, 상기 FO용 니들밸브(230)의 내부에 설치되어 상기 제1챔버(210)와 제2챔버(211)를 구획해주고 제2챔버(211)에 채워지는 연료유의 상호압력차에 따라 상하로 작동되어 상기 DO용 분사노즐구(221)를 개폐시켜주는 DO용 니들밸브(231)를 포함하여 구성된다.

한편 상기 제1챔버(210)는, 상기 FO용 니들밸브(230)를 받쳐줄 수 있도록 하부에 오목한 형태의 받침턱(213)이 형성되고, 상기 받침턱(213)의 하측으로 상기 FO용 니들밸브(230)의 상승시 연료유가 이동할 수 있도록 유로(212)가 형성되며 상기 유로(212)에 연결되도록 FO용 분사노즐구(220)가 형성되어 있다.

이러한 제1챔버(210)는 상기 FO용 니들밸브(230)가 상기 받침턱(213)에 걸려짐으로써 제1챔버(210)의 내부를 밀폐하고 제1챔버(210)에 채워지는 연료유에 의해 FO용 니들밸브(230)를 상승시키기 위한 개방 압력이 형성되며, FO용 니들밸브(230)가 상승함으로써 상기 유로(212)가 개방되어 FO용 분사노즐구(220)를 통해 FO 연료유가 분사된다.

한편 상기 DO용 니들밸브(231)의 내부 중심에는 제2챔버(211)로 연통되는 유로가 형성되어 제2챔버(211)의 내부에 연료유가 공급될 수 있도록 하고, 제2챔버(211)에 채워지는 연료유에 의해 개방 압력이 형성되어 DO용 니들밸브(231)를 상승시킴으로써 DO용 분사노즐구(221)가 개방되어 연료유가 분사된다.

한편 상기 분사밸브바디(100)의 내부에는 상기 FO용 니들밸브(230)를 가압해주는 FO용 스핀들(130) 및 상기 FO용 스핀들(130)에 탄성력을 제공하는 FO용 스프링(140)이 구비된다.이렇게 FO용 스프링(140)의 탄성력에 의해 FO용 스핀들(130)이 FO용 니들밸브(230)를 가압해줌으로써 FO용 니들밸브(230)가 FO용 분사노즐구(220)를 밀폐할 수 있도록 하는 것이다.

또한 상기 FO용 스핀들(130)의 내부에는 상기 DO용 니들밸브(231)를 가입해주는 DO용 스핀들(131)과, 상기 DO용 스핀들(131)의 상부에서 DO용 스핀들(131)에 탄성력을 제공하는 DO용 스프링(141)을 포함하여 구성된다.

상기 DO용 스프링(141)의 탄성력에 의해 DO용 스핀들(131)이 DO용 니들밸브(231)를 가압해줌으로써 DO용 니들밸브(231)가 DO용 분사노즐구(220)를 밀폐할 수 있게 되는 것이다.

한편 본 발명은 상기 분사밸브바디(100)에 제1고정너트(160)를 통해 체결되어 FO용 스프링(140)의 장력을 조절해주는 FO용 스프링 조정스크류(150)와, 상기 FO용 스프링 조정스크류(150)의 내부에 위치하고 제2고정너트(161)를 통해 분사밸브바디(100)에 고정되어 DO용 스프링(141)의 장력을 조절해주는 DO용 스프링 조정스크류(151)를 더 포함하여 구성된다.

상기 FO용 스프링 조정스크류(150)와 DO용 스프링 조정 스크류(151)는 연료유의 원활한 분사가 이루어질 수 있도록 FO용 니들밸브(230) 및 DO용 니들밸브(231)를 개방하기 위한 압력과 대응하여 적절히 조절한다.

한편 상기 FO용 분사노즐구(220)는 DO용 분사노즐구(221)에 비하여 직경이 크고, 수량도 다르게 구성할 수 있다.즉 FO용 분사노즐구(220)는 주분사용으로 GAS를 사용하지 않거나 고로드 필요시 사용하기 때문에 연료가 많아야 분사되어야 하며 이로 인해 노즐 구경이 크고 수량을 많이 형성한다.

또한 DO용 분사노즐구(221)은은 GAS의 점화용임으로 FO 연료의 1~2퍼센트 정도 소요(DO)됨으로 노즐구경과 수량이 FO용 분사노즐구(220)보다 작다.

이와 같이 구성되는 본 발명을 이용하여 FO 연료유를 분사하는 과정을 도 3을 통해 설명하면, 먼저 FO용 연료주입구(110)를 통해 분사밸브바디(100)의 내부로 FO연료가 주입되면 FO 연료유는 FO용 연료이송구(120)를 통해 제1챔버(210)로 공급된다.

상기와 같이 제1챔버(210)로 FO 연료유가 공급되면 제1챔버(210)의 내부에 개방 압력이 형성되고, 이 개방 압력에 의해 FO용 스프링(140)에 의해 가압된 FO용 스핀들(130)을 밀어 올려 FO용 니들밸브(230)가 상승된다.

이렇게 FO용 니들밸브(230)가 상승되면 FO용 분사노즐구(220)가 개방되고 개방된 FO용 분사노즐구(220)를 통해 FO 연료유가 피스톤의 내부로 분사된다.

또한 FO 연료유의 공급이 중단되면 제1챔버(210)의 내부에 FO 연료유가 공급되지 않아 개방 압력이 제거 되고, 이로 인해 FO용 스프링(140)에 의해 가압된 상태를 유지하는 FO용 스핀들(130)이 하강하고 FO용 스핀들(130)에 의해 FO용 니들밸브(230)가 하강하여 FO용 분사노즐구(220)를 밀폐하게 된다.

한편 DO 연료유를 분사하는 과정을 도 4를 통해 설명하면, 상기 DO용 연료주입구(111)를 통해 분사밸브바디(100)의 내부로 DO 연료유가 주입되면 FO 연료유는 DO용 연료이송구(121)를 통해 제2챔버(211)로 공급된다.

상기와 같이 제2챔버(211)로 공급되는 DO 연료유에 의해 제2챔버(211)의 내부에 개방 압력이 형성되면 DO용 스프링(141)에 의해 가압된 DO용 스핀들(131)을 밀어 올려 DO용 니들밸브(231)가 상승한다.

이렇게 DO용 니들밸브(231)가 상승되면 DO용 분사노즐구(221)가 개방되고 개방된 DO용 분사노즐구(221)를 통해 DO 연료유가 피스톤의 내부로 분사된다.

또한 DO의 공급이 중단되면 제2챔버(211)의 내부에 DO 연료유가 공급되지 않아 개방 압력이 제거 되고, 이로 인해 DO용 스프링(141)에 의해 가압되는 DO용 스핀들(131)이 하강하고 하강된 DO용 스핀들(131)에 의해 DO용 니들밸브(231)가 하강하여 DO용 분사노즐구(221)를 밀폐하게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 엔진운전에서 고로드가 요구되는 경우 FO 연료의 사용시 FO용 펌프가 가동되어 FO의 분사가 이루어질 수 있도록 하고, 가스가 필요한 엔진 운전일 경우에는 DO용 펌프가 가동되어 DO의 분사가 이루어질 수 있도록 하는 것으로, 기존의 연료분사밸브 보다 컴팩트하고 2중 연료유를 사용함에 있어서도 각각의 연료를 분사 제어할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 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.

Claims

FO용 연료주입구 및 DO용 연료주입구가 형성되어 있는 분사밸브바디와, 상기 분사밸브바디에 결합되고 연료유에 의한 개방압력이 형성됨으로써 니들을 들어올려 연료유가 분사되도록 하는 챔버가 형성되어 있는 노즐부를 포함하여 구성되는 연료분사밸브에 있어서,

상기 노즐부는,

상기 FO용 연료주입구에 유로를 통해 연결되어 FO가 채워짐으로써 개방 압력

이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 FO용 분사노즐구가 형성되어 있는 제1챔

버;

상기 제1챔버의 하부에 오목한 형태로 형성되고 상기 DO용 연료주입구에 유

로를 통해 연결되어 DO가 채워짐으로써 개방 압력이 형성되고 연료유가 분사될 수 있도록 DO용 분사노즐구가 형성되어 있는 제2챔버;

상기 제1챔버에 채워지는 연료유의 상호 압력차에 따라 상기 FO용 분사노즐

구를 개폐시켜주는 FO용 니들밸브;

상기 FO용 니들밸브의 내부에 설치되어 상기 제1챔버와 제2챔버를 구획해주고 제2챔버에 채워지는 연료유의 상호압력차에 따라 상하로 작동되어 상기 DO용 분사노즐구를 개폐시켜주는 DO용 니들밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 연료분사밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 제1챔버는, 상기 FO용 니들밸브를 받쳐줄 수 있도록 하부에 받침턱이 형성되고, 상기 받침턱의 하측으로 FO용 니들밸브의 상승시 연료유가 이동할 수 있도록 유로가 형성되며, 상기 유로에 연결되도록 FO용 분사노즐구가 형성되도록 구성되어,

상기 FO용 니들밸브가 상기 받침턱에 걸려짐으로써 제1챔버의 내부를 밀폐하여 개방압력이 형성되고 개방압력에 의해 FO용 니들밸브가 상승되어 연료유가 FO용 분사노즐구를 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 2중 연료분사밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 DO용 니들밸브의 내부에는 상기 제2챔버로 DO의 공급이 가능하도록 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2중 연료분사밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 분사밸브바디의 내부에 설치되어 상기 FO용 니들밸브를 가압해주는 FO용 스핀들;

상기 FO용 스핀들에 탄성력을 제공해주는 FO용 스프링;

상기 FO용 스핀들의 내부에 설치되어 상기 DO용 니들밸브를 가압해주는 DO용 스핀들;

상기 DO용 스핀들에 탄성력을 제공하는 DO용 스프링;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 연료분사밸브.
제 4 항에 있어서,

상기 분사밸브바디에 고정너트를 통해 체결되어 FO용 스프링의 장력을 조절해주는 FO용 스프링 조정스크류;

상기 FO용 스프링 조정스크류의 내부에 위치하고 고정너트를 통해 분사밸브바디에 고정되어 DO용 스프링의 장력을 조절해주는 DO용 스프링 조정스크류;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 연료분사밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 FO용 분사노즐구는 DO용 분사노즐구에 비하여 큰 직경을 가지고 더 많은 개수로 형성되는 것을 특징으로 하는 2중 연료분사밸브.