KR101162353B1

KR101162353B1 - 쥐디아이 엔진용 와셔

Info

Publication number: KR101162353B1
Application number: KR1020100056009A
Authority: KR
Inventors: 박은민
Original assignee: 평화오일씰공업주식회사
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-06-14
Also published as: KR20110136173A

Abstract

본 발명은 GDI 엔진용 와셔를 개시한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GDI 엔진용 와셔는, 승, 하강 진동하며 연료를 분사하는 GDI 엔진에 적용되는 인젝터와, 실린더 헤드의 인젝터용 홀 사이에 개재되어서, 이들 사이의 조립공차를 상쇄하는 것으로서, 와셔 기재와, 댐핑부재를 포함한다. 와셔 기재는 금속 소재로 이루어진다. 댐핑부재는 상기 인젝터가 하강함에 따라서 상기 인젝터와 간섭되도록 상기 와셔 기재에 접착된 것으로, 연료압이 150Bar에서의 변형량이 0.05mm 내지 0.1mm인 FKM 고무로 이루어진다.

Description

쥐디아이 엔진용 와셔{WASHER FOR GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE}

본 발명은 GDI 엔진용 와셔에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GDI 엔진에 사용되는 인젝터와 실린더 헤드 사이에 조립공차를 위하여 개재되는 와셔에 관한 것이다.

가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진은 흡기밸브의 개방시에 공기가 흡기포트로부터 연소실로 흡입되어 피스톤에 의해 압축되며, 이러한 고압공기에 대하여 엔진으로부터 연료가 직접 분사되는 방식이다.

상기 GDI엔진은 피스톤의 흡기행정에 있어서의 흡기밸브의 개방시에 흡기포트의 공기를 연소실로 흡입함과 동시에 이 흡입공기에 대하여 연료분사를 행하게 된다. 이때, 연소실 전체에 분산된 혼합기를 형성하고, 이 혼합기는 점화플러그에 의해 착화되며, 연소실 전체에 분산된 혼합기가 균질 연소된다.

이러한 GDI엔진에서 연소실로 연료를 고압으로 분사할 수 있도록 인젝터가 설치된다. 상기 GDI엔진의 인젝터는 실린더 헤드의 연소실 경계면에 설치되고, 상기 인젝터의 단부에 개구되어서 연료가 분사되는 분사구는 연소실 내부로 개구되어 있다.

이 경우, 상기 GDI엔진의 인젝터는 멀티 포인트 인젝션(Multi Point Injection; MPI)엔진의 인젝터보다 고압분사가 이루어진다. 이로 인하여 상기 인젝터에 예를 들어 8kHz의 높은 주파수의 진동이 발생한다.

종래에는 상기 인젝터를 실린더 헤드에 조립하면서 발생하는 조립공차를 흡수하기 위하여, 상기 인젝터와 실린더 헤드 사이에 금속 재질의 와셔(washer)를 개재하였다. 상기 와셔는 220℃의 고온 및 -32℃의 저온에도 적용가능하며 변형의 방지를 위하여, 통상 SUS로 이루어져 있다.

그런데, 고압의 연료압으로 인하여 고속의 진동을 하는 GDI엔진용 인젝터는 금속재질의 와셔와 부딪히게 됨으로써, 소음이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 인젝터의 진동으로 인하여 발생하는 소음을 최소화할 수 있는 구조를 가진 GDI엔진의 와셔를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 GDI 엔진에서의 고온 및 저온에서도 강성이 유지될 수 있고, 변형량이 적정범위 내에 있는 구조를 가진 GDI엔진의 와셔를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GDI 엔진용 와셔는, 승, 하강 진동하며 연료를 분사하는 GDI 엔진에 적용되는 인젝터와, 실린더 헤드의 인젝터용 홀 사이에 개재되어서, 이들 사이의 조립공차를 상쇄하는 것으로서, 와셔 기재와, 댐핑부재를 포함한다.

와셔 기재는 금속 소재로 이루어진다. 댐핑부재는 상기 인젝터가 하강함에 따라서 상기 인젝터와 간섭되도록 상기 와셔 기재에 접착된 것으로, 연료압이 150Bar에서의 변형량이 0.05mm 내지 0.1mm인 FKM 고무로 이루어진다.

이 경우, 상기 인젝터용 홀은, 상대적으로 단면적이 큰 제1 홀부 및 상대적으로 단면적이 작은 제2 홀부를 포함하고, 상기 와셔 기재는, 상기 제1 홀부 및 제2 홀부 사이의 단차면에 안착된 안착부와, 상기 안착부로부터 절곡되어 상기 제1홀부의 내측면을 따라서 형성된 연장부를 포함하며, 상기 댐핑부재는 상기 와셔 기재의 적어도 내측면 및 상기 연장부의 상면을 덮도록 형성된 것으로, 상기 연장부의 상면을 덮는 접촉 변형부는 상기 인젝터가 하강시에 상기 경사부와 간섭을 일으켜서 탄성변형하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 댐핑부재는 최대 충진율이 106% 내지 114%일 수 있다.

한편, 상기 댐핑부재는, -32℃까지 유리전이되지 않은 FKM 소재로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, GDI 엔진용 와셔에서 인젝터와 접하는 부분을 FKM고무로 형성됨으로써, 인젝터와의 접촉으로 인한 소음 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GDI엔진용 와셔 및 상기 와셔가 적용된 GDI 엔진의 일예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진용 와셔를 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 GDI 엔진용 인젝터의 하강시에 본 발명의 GDI 엔진용 와셔의 형상을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GDI엔진용 와셔 및 상기 와셔가 적용된 GDI 엔진의 일예를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 단면도이며, 도 3의 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진용 와셔를 도시한 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 GDI엔진은, 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더헤드의 하부에 실린더블록(100)이 조립되고, 복수의 체결볼트(미도시)에 의해 체결된다.

실린더블록(100)에는 복수(도면에는 한 개의 실린더보어만 도시함)의 실린더보어(110)가 형성되고, 각 실린더 보어(110)에 피스톤(130)이 슬라이딩되도록 설치된다.

그리고, 실린더블록(100)의 하부에는 크랭크샤프트(미도시)가 회전되도록 지지되고, 각 피스톤(130)은 커넥팅 로드(미도시)를 개재하여 상기 크랭크샤프트에 연결된다.

연소실(C)은 실린더블록(100)에 형성된 실린더보어(110)와, 실린더헤드(200)의 하면과, 피스톤헤드(131)에 의해 형성되는 공간으로 구성된다.

그리고 이 연소실(C)의 상부, 즉 실린더헤드(200)의 하면에 흡기포트(210) 및 배기포트(220)가 대향되도록 형성된다. 이러한 흡기포트(210) 및 배기포트(220)에 대하여 흡기밸브(211) 및 배기밸브(221)가 각각 위치한다.

연소실(C)의 측부 즉, 흡기포트측의 실린더헤드(200) 하면에는 이 연소실(C)에 직접연료를 분사하는 인젝터(300)가 장착된다.

또한, 연소실(C)의 각 흡기포트(210) 및 각 배기포트(220)의 사이의 실린더헤드(200) 하면에 점화플러그(P)가 장착된다.

그리고 차량에는 도면 상에는 도시하지 않았지만, 전자제어유니트(ECU)가 설치됨으로써, 이러한 ECU를 이용하여 인젝터(300)의 연료분사량과 분사시기, 점화플러그(P)에 의한 점화시기 등을 제어할 수 있게 되며, 검출된 흡입공기량, 엔진회전수, 스로틀개도(throttle opening; acceleration pedal 누름량) 등의 엔진 운전상태에 기초로 하여 연료분사량, 분사시기, 점화시기 등을 결정할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인젝터(300)는 인젝터 하우징(310)을 포함한다. 상기 인젝터 하우징(310) 내에는 도시되지 않으나, 노즐 니들과, 분사 밸브와, 솔레노이드 밸브와, 전기 단자 등과 같은 구성요소를 포함한다. 인젝터 하우징(310) 내에 노즐 니들이 길이방향으로 연장 형성된다. 이에 따라서 인젝터(300)의 노즐 니들이 위치되는 동축의(coaxial) 고압 공간이 연장된다. 분사 밸브는 인젝터 하우징의 하단부에 결합된다. 분사 밸브의 하단부에 위치한 분사 구멍이 고압 공간과 연결되며 노즐 니들에 의해 개폐될 수 있다. 상기 노즐 니들은 솔레노이드 밸브에 의하여 작동될 수 있다. 솔레노이드 밸브는 전기단자와 연결된 ECU를 통하여 작동된다. 상기 솔레노이드 밸브의 작동이 멈추게 되면, 리턴 스프링에 의하여 니들 노즐을 리턴 시킨다.

상기 인젝터(300)는 실린더 헤드의 인젝터용 홀(230)에 장착된다. 상기 인젝터는 오링(o-ring)(391) 및 씰링(seal-ring)(392)을 포함한다. 오링(391)은 인젝터와 결합되는 연료 레일에 있는 연료를 씰링하여, 상기 연료가 인젝터용 홀(230)로 유입되는 것을 방지하는 기능을 한다. 씰링(392)은 연소실에서 폭발한 연료가 인젝터용 홀(230)으로 빠져 나가는 것을 차단한다.

이 경우, 상기 인젝터(300)의 인젝터 하우징(310)은 상기 인젝터의 제1 구성요소를 수납하는 제1 하우징부(311)와, 제2 구성요소를 수납하는 제2 하우징부(312)와, 제3 구성요소를 수납하는 제3 하우징부(313)를 가질 수 있다. 예를 들어 제1 하우징부(311)는 솔레노이드 밸브 및 리턴 스프링을 수납하고, 제2 하우징부(312)는 리턴 스프링을 수납하며, 제3 하우징부(313)는 노즐 니들을 수납할 수 있다.

상기 인젝터 하우징(310)의 제1 하우징부(311)와, 제2 하우징부(312)와, 제3하우징부(313)는 그 수납공간의 단면적이 다르다. 따라서 상기 인젝터 하우징(310)에 대응되는 인젝터용 홀(230)은, 서로 다른 단면적을 가지는 제1홀부(231)와, 제2 홀부(232)를 가지고, 상기 제1 홀부(231)와 제2 홀부(232) 사이에 단차진 단차면(235)을 가지게 된다.

또한, 인젝터 하우징(310)은 상기 제1 하우징부와 제2 하우징부를 경사지게 연결하는 제1 경사부(315) 및 제2 하우징부와 제3 하우징부 사이를 경사지게 연결하는 제2 경사부(316)를 포함할 수 있다.

상기 인젝터는 고압분사를 위하여, 예를 들어 8kHz로 승, 하강을 반복한다. 상기 인젝터 하우징(310)과 인젝터용 홀(230) 사이의 조립 공차를 흡수하기 위하여 GDI 엔진용 와셔가 개재된다.

본 발명에 따른 GDI 엔진용 와셔(10)는 와셔 기재(20)와, 댐핑부재(30)를 포함한다. 와셔 기재(20)는 금속 재질로 이루어져서 와셔가 강성을 가지도록 한다. 상기 와셔 기재는 SUS일 수 있다. 상기 와셔 기재(20)는 상기 인젝터용 홀(230)의 단차면(235)에 안착될 수 있다.

이 경우, 상기 와셔 기재(20)는, 상기 제1 홀부(231) 및 제2 홀부(232) 사이의 단차면(235)에 안착된 안착부(21)와, 상기 안착부(21)로부터 절곡되어 상기 제1홀부의 내측면을 따라서 형성된 연장부(26)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 와셔 기재는 단면적이 “L”자 형상으로서 중공 실린더 형상을 가질 수 있다.

상기 와셔 기재의 두께(t1)는 0.5mm 내지 2mm일 수 있다. 상기 두께(t1)가 0.5mm 미만일 경우에는 충분한 강성을 가지지 못하고, 2mm를 초과하는 경우에는 상기 인젝터와의 간섭으로 인하여 상기 인젝터가 제대로 작동하지 못하게 된다.

댐핑부재(30)는 상기 와셔 기재(20)의 적어도 일부를 덮도록 접착된 FKM 고무로 이루어진다. 상기 FKM고무는 상기 와셔 기재(20)에 인서트 금형을 통하여 접착될 수 있다. 특히 상기 FKM 고무는, 저온(예를 들어, -32℃까지) 및 고온(예를 들어, 220℃까지)에 적용 가능하도록 배합된다. 즉, -32℃까지 유리전이되지 않는 FKM 고무로 형성되는 것이 바람직하다.

이 경우, 댐핑부재(30)는 연료압이 150Bar에서의 변형량이 0.05mm 내지 0.1mm인 것이 바람직하다. 이는 인젝터에서 연료를 씰링하는 오링(391) 및 씰링(392)이 인젝터의 상하운동에 의해 마모될 위험이 있다. 이에 따라서 상기 마모를 방지하기 위해서는 댐핑부재의 변형량을 0.1mm 이하로 하여야 함이 바람직하기 때문이다. 또한, 상기 변형량이 0.05mm 미만일 경우, 소음방지 효과가 미미하게 되기 때문이다.

상기 댐핑부재(30)는 상기 와셔 기재의(20) 적어도 내측면 및 상기 연장부의 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이, 상기 인젝터 하우징(310)이, 제1 하우징부(311), 제2 하우징부(312), 제3 하우징부(313), 제1 경사부(315) 및 제2 경사부(316)를 포함하는 경우, 상기 댐핑부재(30)는, 상기 제1 하우징부(311)와, 제2 하우징부(312)와, 제3 하우징부(313)와, 제1 경사부(315)와, 제2 경사부(316)에 대응되어서, 상기 와셔 기재 내측면에 돌출되도록 접착될 수 있다. 또한 상기 댐핑부재가 상기 연장부의 상면을 덮도록 연장 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 연장부의 상면을 덮는 상측부는 상기 인젝터가 하강시에 상기 경사부와 간섭을 일으켜서 탄성 변형하는 것이 바람직하다. 상기 댐핑부재의 상측부가 탄성변형을 일으키면서 인젝터의 진동을 흡수하게 되고, 이에 따라서 소음을 방지할 수 있게 된다.

이 경우, 상기 댐핑부재(30)는 최대 충진율이 106% 내지 114%인 것이 바람직하다. 상기 충진율은 댐핑부재(30)가 인젝터용 홀(230)에 차지하는 단면적의 비율을 의미한다. 즉, 인젝터가 하강함에 따라서 댐핑부재(30)는 그 하중에 의하여 단면적이 커지게 된다. 이에 따라서 충진율은 점점 커지게 된다. 상기 인젝터가 최대한 하강하게 되면 상기 댐핑부재는 최대충진율을 가지게 된다. 보다 바람직하게는 상기 댐핑부재의 최대 충진율은 109%일 수 있다.

만약 최대 충진율이 114% 이상으로 높아지면 하중을 많이 받게 되어서, 파손이 발행한다. 반면 충진율이 106% 미만으로 낮아지면, 변형이 커지게 되어서 적정한 변형량을 맞출 수 없게 된다.

한편, 댐핑부재(30)의 압축량은 7%내지 10%인 것이 바람직하다. 압축량은 상기 댐핑부재의 두께의 변경에 따라서 압축되는 량을 의미하는 것으로, 압축량이 10%보다 커지게 되면, 씰링 및 오링에 영향을 미치게 되어서, 연료 씰링력이 약하게 되고, 압축량이 7% 이하로 작아지게 되면, 소음 저감효과가 떨어지게 된다.

이 경우, 상기 댐핑부재(30)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 인젝터(300)가 하강함에 따라서 상기 인젝터와 간섭되도록 배치된다.

상기 간섭이 일어나게 되면, 상기 FKM 고무의 특성에 의하여 압축이 일어나면서 댐핑 기능을 하게 된다. 이에 따라서, 상기 인젝터(300)와 금속 재질의 와셔 기재(20)가 직접적으로 부딪히지 않게 되어서, 소음이 최소화 된다.

도 4a 및 도 4b는 각각, 상기 인젝터로부터 와셔에 1000N 및 2500N의 힘이 가해졌을 때의 상태를 컴퓨터로 수치해석한 도면이다. 이 경우, 상기 GDI 엔진용 와셔(10)는 인젝터용 홀(230)에 안착되어 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 인젝터(300)로부터 와셔에 1000N의 힘이 가해졌을 때, 압축량은 8%이고, 충진률은 105%이다. 이 경우, 상기 와셔 기재(20)의 연장부(26)의 상측으로 인젝터 하우징과 댐핑부재간에 간섭이 일어나게 되어서, 연장부(26) 상측에 배치된 댐핑부재 다른 부분에는 하중이 가해지지 않거나 작은 하중만 작용하게 된다.

또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 인젝터로부터 와셔에 가해지는 힘이 2500N인 경우, 상기 접촉 변형부(31)의 높이는 0.08mm 감소하게 되고, 압축량은 11%이고, 충진률은 109%가 된다.

이 경우, 상기 댐핑부재(30)에는 적절한 압력이 가해지게 되어서, 결과적으로 댐핑부재가 찢어지는 등의 손상이 발생하지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: GDI 엔진용 와셔
20: 와셔 기재
30: 댐핑부재
315: 제1 경사부
316: 제2 경사부

Claims

삭제
승, 하강 진동하며 연료를 분사하는 GDI 엔진에 적용되는 인젝터와, 실린더 헤드의 인젝터용 홀 사이에 개재되어서, 이들 사이의 조립공차를 상쇄하는 것으로서,
금속 재질의 와셔 기재(20); 및
상기 인젝터가 하강함에 따라서 상기 인젝터와 간섭되도록 상기 와셔 기재(20)에 접착된 것으로, 연료압이 150Bar에서의 변형량이 0.05mm 내지 0.1mm인 고무 재질의 댐핑부재(30);를 포함하고,
상기 인젝터용 홀(230)은, 상대적으로 단면적이 큰 제1 홀부(231) 및 상대적으로 단면적이 작은 제2 홀부(232)를 포함하고,
상기 와셔 기재(20)는, 상기 제1 홀부 및 제2 홀부 사이의 단차면에 안착된 안착부(21)와, 상기 안착부로부터 절곡되어 상기 제1홀부의 내측면을 따라서 형성된 연장부(26)를 포함하고,
상기 댐핑부재(30)는 상기 와셔 기재(20)의 적어도 내측면 및 상기 연장부(26)의 상면을 덮도록 형성된 것으로, 상기 연장부의 상면을 덮는 상측부는 상기 인젝터가 하강시에 상기 인젝터와 간섭을 일으켜서 탄성변형하는 것을 특징으로 하는 GDI 엔진용 와셔.
제2항에 있어서,
상기 댐핑부재(30)는 최대 충진율이 106% 내지 114%인 것을 특징으로 하는 GDI 엔진용 와셔.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 댐핑부재(30)는, -32℃까지 유리전이되지 않은 FKM 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 GDI 엔진용 와셔.