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KR102057802B1 - 이원연료엔진용 연료분사밸브 - Google Patents

이원연료엔진용 연료분사밸브 Download PDF

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KR102057802B1
KR102057802B1 KR1020190061722A KR20190061722A KR102057802B1 KR 102057802 B1 KR102057802 B1 KR 102057802B1 KR 1020190061722 A KR1020190061722 A KR 1020190061722A KR 20190061722 A KR20190061722 A KR 20190061722A KR 102057802 B1 KR102057802 B1 KR 102057802B1
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valve
injection hole
fuel
passage
pilot
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김동훈
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한국조선해양 주식회사
현대중공업 주식회사
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Abstract

연료가 공급되는 유로, 유로와 연통하는 메인 분사공 및 파일럿 분사공을 포함하는 밸브몸체;와 밸브몸체의 내부에서 탄성 지지되어 이동하면서, 연료공급모드에 따라 메인 분사공과 파일럿 분사공을 선택적으로 개폐하는 단일의 밸브니들을 갖는 밸브부;를 포함하는 연료분사밸브로서, 밸브부는 밸브몸체의 내부에서 가해지는 가압력에 따라 이동 거리가 정해지고, 연료공급모드가 디젤모드인 경우에는 밸브니들은 메인분사공과 파일럿분사공을 동시에 개방하고, 연료공급모드가 가스모드인 경우에는 밸브니들은 파일럿 분사공만을 개방하는 이원연료엔진용 연료분사밸브에 관한 것이다.

Description

이원연료엔진용 연료분사밸브 {FUEL INJECTOR VALVE FOR DUAL FUEL ENGINE}
본 발명은 하나의 밸브몸체를 통하여 디젤모드에서 연소되는 디젤연료와 가스모드에서 연소되는 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 엔진의 연소실로 분사할 수 있는 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 메인 연료분사밸브의 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 밸브부를 직선왕복운동가능하게 설치하고, 밸브부가 운동함에 따라 디젤모드에서 디젤연료를 분사하는 메인 분사공과 파일럿 분사공이 함께 개방되거나, 가스모드에서 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 분사하는 파일럿 분사공만이 개방되도록 함으로써, 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)측에서 측면 일측을 향하여 연료가 통과하는 유로가 형성되고, 상기 일단면측에는 상기 유로측과 연통된 메인 분사공 및 파일럿(Pilot) 분사공이 각각 형성되며, 상기 파일럿 분사공은 상기 메인 분사공 보다 상기 일단면에서 더 멀리 위치된 밸브몸체; 상기 통로에 직선왕복운동가능하게 설치되며, 상기 유로로 유입되는 연료의 압력에 따라 직선왕복운동하면서, 디젤모드에서 상기 메인 분사공 및 상기 파일럿 분사공을 개방하거나, 가스모드에서 상기 파일럿 분사공만을 동시에 개방하는 밸브부;상기 밸브몸체의 타단면(他端面)에 결합되며, 상기 밸브몸체의 타단면측에 위치된 상기 밸브부의 부위가 지지되는 마감부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브는, 디젤모드에서 디젤연료를 엔진의 연소실 공급하고, 가스모드에서 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 엔진의 연소실로 공급하기 위한 밸브부가 하나의 밸브몸체에 설치된다. 그러므로, 연료분사밸브가 설치되는 실린더헤드의 구조가 간단해지는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 메인 분사공과 파일럿 분사공을 개폐하는 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 밸브부를 분리한 도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 디젤모드에서의 동작을 보인 도.
도 4는 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 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 밸브몸체에서 밸브부를 분리한 도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료분사밸브는 밸브몸체(110), 밸브부(130) 및 마감부재(150)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 내부에는 하단면(下端面)에서 상단면(上端面)측을 향하여 통로(120)가 형성될 수 있다. 통로(120)의 하단부측 밸브몸체(110)의 부위에는 디젤모드시 디젤연료를 엔진(미도시)의 연소실(미도시)로 공급하기 위한 복수의 메인(Main) 분사공(111aa)이 형성될 수 있고, 가스모드시 가스연료의 점화에 필요한 미량의 디젤연료를 상기 연소실로 공급하기 위한 복수의 파일럿(Pilot) 분사공(111ab)이 각각 형성될 수 있다. 이때, 파일럿 분사공(111ab)이 메인 분사공(111aa)이 하측에 위치되어, 밸브몸체(110)의 하단면과 더 이격될 수 있다. 이때, 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ba)이 형성된 밸브몸체(110)의 하단면 부위는 하측으로 돌출된 돌출관(111a)으로 형성될 수 있다.
그리고, 밸브몸체(110)의 내부에는 밸브몸체(110)의 하단면에서 우측면 일측을 향하여 경사지게 유로(115)가 형성될 수 있다. 유로(115)의 하단부는 메인 분사공(111aa) 상측의 통로(120)의 부위와 연통될 수 있고, 상단부는 연료분사펌프(미도시)측과 연통될 수 있다. 그리하여, 상기 연료분사펌프에 펌핑된 디젤연료가 유로(115)를 통과할 수 있다.
밸브부(130)는 통로(120)에 직선왕복운동(이하, "승강"이라 함) 가능하게 설치될 수 있다. 밸브부(130)는 유로(120)로 유입되는 연료의 압력에 따라 승강하면서, 디젤모드시 메인 분사공(111aa)과 파일럿 분사공(111ab)을 함께 개방하거나, 가스모드시 파일럿 분사공(111ab)만을 개방할 수 있다. 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)이 형성된 통로(120)의 하단부측에 위치되어 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)을 개폐하는 밸브부(130)의 하단부측에는 유로(115)와 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)이 형성된 통로(120)의 하측 부위를 연통시키는 연통로(131aa)가 형성될 수 있다. 이는, 후술한다.
마감부재(150)는 하측 부위가 통로(120)의 상단부측에 삽입되어 밸브몸체(110)의 상단면에 결합되며, 통로(120)의 상측 부위에 위치된 밸브부(130)의 지지부재(136) 및 캡(139)을 지지할 수 있다. 마감부재(150)의 상면에는 하측으로 함몰된 함몰부(151)가 형성될 수 있다.
통로(120)는 하측부터 시작하여 상측으로 가면서 연속적으로 형성된 제1통로 내지 제7통로(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)를 포함할 수 있다.
제1통로(121)는 밸브몸체(110)의 하단부에 형성될 수 있고, 제1통로(121)가 형성된 밸브몸체(110)의 부위에는 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)이 형성될 수 있다.
제2통로(122)는 제1통로(121) 보다 큰 직경으로 형성되어 하단부가 제1통로(121)의 상단부와 연통될 수 있고, 일측은 유로(115)의 하단부와 연통될 수 있다. 제3통로(123)는 제2통로(122) 보다 작은 직경으로 형성되어 하단부가 제2통로(122)의 상단부와 연통될 수 있다.
제4통로(124)는 제3통로(123) 보다 작은 직경으로 형성되어 하단부가 제3통로(123)의 상단부와 연통될 수 있고, 제5통로(125)는 제4통로(124) 보다 큰 직경으로 형성되어 하단부가 제4통로(124)의 상단부와 연통될 수 있다. 그리고, 제6통로(126)는 제5통로(125) 보다 큰 직경으로 형성되어 하단부가 제5통로(125)의 상단부와 연통될 수 있고, 제6통로(126)는 제5통로(125) 보다 큰 직경으로 형성되어 하단부가 제5통로(125)의 상단부와 연통될 수 있다.
제7통로(127)는 제6통로(126) 보다 큰 직경으로 형성되어 하단부가 제6통로(126)의 상단부와 연통될 수 있으며, 마감부재(150)의 하측 부위가 삽입 결합될 수 있다.
밸브부(130)는 밸브(131), 스핀들(133), 조절부재(135), 지지부재(136), 메인 탄성부재(137), 파일럿 탄성부재(138) 및 캡(139)을 포함할 수 있다.
밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)는 제1통로(121)의 직경과 대응되게 형성되어 제1통로(121)에 위치될 수 있다. 그리고, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a) 내부에는 연통로(131aa)가 형성될 수 있고, 연통로(131aa)는 유로(115)와 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)이 형성된 제1통로(121)의 부위를 연통시킬 수 있다. 연통로(131aa)는 대략 "T자 형태로 형성될 수 있다.
밸브(131)의 중간 부위(131b)는 제1통로(121)의 직경 보다 크고 제3통로(123)의 직경 보다 작게 형성되어 제2통로(122)에 위치될 수 있으며, 제2중간 부위(131c)는 제3통로(123)의 직경과 대응되게 형성되어 제3통로(123)에 위치될 수 있고, 상측 부위(131d)는 제4통로(124)에 위치될 수 있다.
밸브(131)의 제1중간 부위(131b) 직경은 제3통로(123)의 직경 보다 작으므로, 제2통로(122)의 직경 보다 작다. 그러므로, 밸브(131)의 제1중간 부위(131b) 외주면과 제2통로(122)의 내주면 사이에는 간격이 형성될 수 있고, 유로(115)의 하단부는 밸브(131)의 제1중간 부위(131b) 외주면과 제2통로(122)의 내주면 사이에는 간격과 연통될 수 있다.
밸브(131)의 제1중간 부위(131b) 직경이 제2중간 부위(131c) 직경 보다 작으므로, 밸브(131)의 제1중간 부위(131b)와 접하는 제2중간 부위(131c)는 외측으로 돌출된 돌출면(131ca)이 될 수 있다. 그러면, 유로(115)로 유입된 연료의 압력이 돌출면(131ca)에 작용하므로, 밸브(131)가 연료의 압력에 의하여 상승하는 것이다.
밸브(131)는 유입되는 연료의 압력에 따라 승강하면서 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위를 개폐하면서, 디젤모드시 메인 분사공(111aa)과 파일럿 분사공(111ab)을 함께 개방하거나, 가스모드시 파일럿 분사공(111ab)만을 함께 개방할 수 있다.
더 구체적으로 설명하면, 밸브(131)가 하강하면, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)와 접하는 제1중간 부위(131b)에 의하여 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위가 폐쇄될 수 있다. 그러면, 제1통로(121)로 연료가 유입되지 않으므로, 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)이 폐쇄되는 형태가 된다.
그리고, 밸브(131)가 조금 상승하면(도 4 참조), 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위가 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)와 접하는 제1중간 부위(131b)와 이격되고, 메인 분사공(131a)은 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)에 의하여 폐쇄된다. 그러나, 파일럿 분사공(131b)은 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a) 하단부 하측에 위치되므로, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)에 의하여 폐쇄되지 않는다. 따라서, 유로(115)의 연료는 연통공(131aa)을 통하여 제1통로(131)로 유입된 후, 파일럿 분사공(131b)만을 통하여 상기 연소실로 분사된다. 이러한 경우는 가스모드의 경우이다.
그 후, 밸브(131)가 더 상승하면(도 3 참조), 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위가 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)와 접하는 제1중간 부위(131b)와 더욱 이격되고, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a) 하단부 하측에 메인 분사공(111aa) 및 파일서 분사공(131b)이 위치된다. 따라서, 유로(115)의 연료는 연통공(131aa)을 통하여 제1통로(131)로 유입된 후, 메인 분사공(131a) 및 파일럿 분사공(131b)을 통하여 상기 연소실로 분사된다. 이러한 경우는 디젤모드의 경우이다.
밸브(131)에 의하여 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위가 견고하게 폐쇄될 수 있도록, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)와 접하는 제1중간 부위(131b)는 경사면(131ba)으로 형성될 수 있다. 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)에 의하여 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위가 폐쇄되므로, 상기 엔진이 동작하지 않을 경우에는 상기 엔진의 상기 연소실로 디젤연료가 공급되는 것을 완전하게 방지할 수 있다.
스핀들(133)은 축(133a)과 축(133a)의 외주면에 형성된 지지테(133b)를 포함할 수 있으며, 제5통로(125)의 하측 부위에 위치될 수 있다. 축(133a)의 하단부는 밸브(131)의 상측 부위(131d) 상단부와 접촉할 수 있고, 지지테(133b)의 직경은 제5통로(125)의 직경과 대응되게 형성될 수 있다. 밸브(131)가 상승하면, 스핀들(133)도 함께 상승할 수 있다.
조절부재(135)는 수직관(135a)과 헤드부(135b)를 포함할 수 있다. 수직관(135a)은 제5통로(125)의 직경과 대응되는 직경으로 형성되어 하측 부위가 제5통로(125)의 상측 부위에 위치될 수 있고, 헤드부(135b)는 수직관(135a)의 상단면에서 돌출 형성되어 제7통로(127)에 위치될 수 있다. 헤드부(135b)의 직경은 제7통로(127)의 직경과 대응되게 형성될 수 있으며, 헤드부(135b)의 상단면에는 파일럿 함몰부(135ba)가 형성될 수 있다. 파일럿 함몰부(135ba)는 마감부재(150)에 의하여 밀폐될 수 있다.
조절부재(135)는 승강가능하게 설치될 수 있으며, 가스모드일 경우 스핀들(131)이 소정 이상 상승하는 것을 방지하여, 밸브(131)에 의하여 메인 분사공(111aa)이 개방되는 것을 방지할 수 있다.
지지부재(136)의 하측 부위는 수직관(135a)의 내부에 위치되고, 상측 부위는 하측 부위 보다 크게 형성되어 마감부재(150)의 함몰부(151)에 위치될 수 있다. 지지부재(136)는 승강가능하게 설치될 수 있으며, 상단면에는 하측으로 함몰된 메인 함몰부(136a)가 형성될 수 있다.
메인 탄성부재(137)는 지지테(133b)와 지지부재(136)의 하측 부위 사이에 위치되어 스핀들(133)을 밸브(131)측으로 탄성 지지할 수 있다. 그리하여, 유로(115)로 유입되는 연료의 압력이 메인 탄성부재(137)의 탄성력 보다 세면, 밸브(131)을 포함한 스핀들(133)이 상승할 수 있고, 유로(115)로 유입되는 연료의 압력이 메인 탄성부재(137)의 탄성력 보다 약하면, 밸브(131)을 포함한 스핀들(133)이 하강할 수 있다. 밸브(131)가 상승하면 디젤모드에서는 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)이 개방될 수 있고, 가스모드에서는 파일럿 분사공(111ab)만이 개방될 수 있다. 파일럿 탄성부재(138)는 하단부측은 제5통로(125)와 제6통로(126)의 경계면(125a)에 지지되고 상단부측은 조절부재(135)의 헤드부(135b)에 지지되어 조절부재(135)를 마감부재(150)측으로 탄성 지지할 수 있다. 이는 후술한다.
마감부재(150)의 함몰부(151)에는 캡(139)이 결합되어 지지부재(136)의 메인 함몰부(136a)를 밀폐할 수 있다. 그리고, 캡(139)에는 메인 함몰부(136a)로 공기를 주입하여 지지부재(136)를 스핀들(133)측으로 가압하기 위한 메인 주입로(139a)가 형성될 수 있다.
메인 주입로(139a)로 주입되는 공기의 압력에 따라 지지부재(136)가 승강하므로, 메인 탄성부재(137)의 탄성력이 변할 수 있다. 이를 이용하여, 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)을 통하여 상기 연소실로 공급되는 연료의 분사시기를 조절할 수 있다.
마감부재(150)에는 파일럿 함몰부(135ba)로 공기를 주입하여 조절부재(135)를 하강시키는 파일럿 주입로(153)가 형성될 수 있다. 파일럿 주입로(153)로 주입되는 공기의 압력에 의하여 조절부재(135)가 하강하면, 연료의 압력에 의하여 상승하는 스핀들(133)의 지지테(133b)가 조절부재(135)의 수직관(135a)의 하단부에 접촉하므로, 스핀들(133)이 상승하지 못한다. 즉, 스핀들(133)이 상승하지 못함으로 인하여, 밸브(131)의 하단부는 파일럿 분사공(111ab)의 상측으로 상승하지 못한다. 이러한 경우는 가스모드의 경우로, 파일럿 주입로(153)로 주입되는 공기의 압력은 연료의 압력에 의해 상승하는 밸브(131)의 하단부가 파일럿 분사공(111ab)의 상측으로 상승하지 못하도록 충분히 커야 함은 당연하다..
이하, 본 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 디젤모드인 경우에 대하여 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 디젤모드에서의 동작을 보인 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)와 제1중간 부위(131b)가 접하는 경사면(131ba)이 통로(120)의 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위와 접촉된 상태를 최초의 상태라 가정한다. 최초의 상태에서는, 유로(115)와 연통된 제2통로(122)가 제1통로(121)와 폐쇄될 수 있고, 연통로(131aa)가 형성된 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)가 제1통로(121)에 위치되므로, 연통로(131aa)로 디젤연료가 유입되지 못할 수 있다. 따라서, 제1통로(121)로 디젤연료가 유입되지 못하므로, 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)을 통하여 디젤연료가 상기 연소실로 공급되지 못한다.
최초의 상태에서, 본 실시예에 따른 연료분사밸브가 디젤모드이면, 유로(115)로 공급된 디젤연료가 제2통로(122)로 유입될 수 있다. 그리하여, 밸브(131)의 돌출면(131ca)에 작용하는 디젤연료의 압력이 메인 탄성부재(137)의 탄성력 보다 크면, 밸브(131)가 상승하여 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a) 하단부가 메인 분사공(111aa)의 상측에 위치될 수 있다.
그러면, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)에 형성된 연통로(131aa)를 통하여 디젤연료가 제1통로(121)로 유입되므로, 메인 분사공(111aa) 및 파일럿 분사공(111ab)을 통하여 디젤연료가 상기 연소실로 공급되는 것이다.
이때, 메인 주입로(139a)를 통하여 지지부재(136)의 메인 함몰부(136a)로 유입되는 공기의 압력을 적절하게 조절하면, 연소실로 공급되는 연료의 분사시기를 조절할 수 있다.
다음에는, 가스모드인 경우에 대하여 도 1 및 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이원연료엔진용 연료분사밸브의 가스모드에서의 동작을 보인 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)와 제1중간 부위(131b)가 접하는 경사면(131ba)이 통로(120)의 제1통로(121)와 제2통로(122)의 연통 부위와 접촉된 상태를 최초의 상태라 가정한다.
최초의 상태에서, 본 실시예에 따른 연료분사밸브가 가스모드이면, 별도의 경로를 통하여 가스연료가 상기 연소실로 공급될 수 있고, 유로(115)의 디젤연료가 제2통로(122)로 유입될 수 있다.
가스모드의 경우, 디젤연료가 메인 분사공(111aa)측으로 공급되지 않아야, 상기 연소실에서 가스연료가 점화되는데 필요한 미량의 디젤연료가 파일럿 노즐(113)을 통하여 상기 연소실로 공급될 수 있다.
이를 위하여, 마감부재(150)의 파일럿 주입로(153)를 통하여 조절부재(135)에 형성된 파일럿 함몰부(135ba)로 공기를 주입하여, 조절부재(135)를 하강시킨다. 이때, 조절부재(135)는 헤드부(135b)가 제6통로(126)와 제7통로(127)의 경계면(126a)과 접촉할 때까지 하강할 수 있다. 그리고, 연료의 압력에 의하여 상승하는 밸브(131)는 조절부재(135)의 수직관(135a)의 하단면에 스핀들(133)의 지지테(133b)가 접촉할 때까지 상승할 수 있다.
조절부재(135)의 수직관(135a)의 하단면에 스핀들(133)의 지지테(133b)가 접촉하면, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a) 하단면은 메인 분사공(111aa)과 파일럿 분사공(111ab) 사이에 위치될 수 있고, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)에 형성된 연통공(131aa)의 상측 부위는 제2통로(122)에 위치될 수 있다.
그러면, 밸브(131)의 하측 부위인 밸브니들(131a)에 형성된 연통로(131aa)를 통하여 디젤연료가 제1통로(121)로 유입되므로, 파일럿 분사공(111ab)만을 통하여 디젤연료가 상기 연소실로 공급되는 것이다. 이때, 파일럿 주입로(153)로 주입되는 공기의 압력은 연료의 압력에 의해 상승하는 밸브(131)의 상승을 제한할 수 있도록 충분히 커야 함은 당연하다.
한편, 메인 주입로(139a)를 통하여 지지부재(136)의 메인 함몰부(136a)로 유입되는 공기의 압력을 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 밸브부(130)가 하나의 밸브몸체(110)에 설치된다. 그러므로, 연료분사밸브가 설치되는 실린더헤드의 구조가 간단해질 수 있다.
그리고, 메인 분사공(111aa)과 파일럿 분사공(111ab)을 개폐하는 밸브부(130)를 메인 분사공(111aa)측 및 파일럿 분사공(111ab)측으로 가압하는 공기의 압력을 조절할 수 있으므로, 연료의 분사시기를 조절할 수 있다. 이로 인해, 다양한 운전조건에서 최적의 연소환경을 구현할 수 있으므로, 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: 통로
130: 밸브부
150: 마감부재

Claims (8)

  1. 연료가 공급되는 유로, 상기 유로와 연통하는 메인 분사공 및 파일럿 분사공을 포함하는 밸브몸체;와
    상기 밸브몸체의 내부에서 탄성 지지되어 이동하면서, 연료공급모드에 따라 상기 메인 분사공과 상기 파일럿 분사공을 선택적으로 개폐하는 단일의 밸브니들을 갖는 밸브부;
    상기 밸브몸체의 일단면에는 하측으로 돌출하는 돌출관; 및
    상기 밸브몸체의 타단면에 결합되며, 상기 밸브몸체의 타단면측에 위치된 상기 밸브부의 일부위가 지지되는 마감부재를 포함하는 연료분사밸브로서,
    상기 메인 분사공과 상기 파일럿 분사공은 상기 돌출관을 관통하여 형성되며, 상기 메인 분사공이 형성되는 위치는, 상기 돌출관의 단부로부터 상기 파일럿 분사공이 형성되는 위치보다 멀리 위치하고,
    상기 밸브부는, 그 축이 상기 밸브니들의 상측에서 위치하며, 상기 축의 외주면에 형성된 지지테를 갖는 스핀들; 상기 스핀들의 상측에서 메인 탄성부재를 개재하여 위치하고, 그 일단면이 상기 메인 탄성부재를 통해 상기 스핀들을 하방으로 가압하는 지지부재; 및 상기 스핀들의 지지테의 상측에서 파일럿 탄성부재를 개재하여 위치하고, 그 일단면이 상기 파일럿 탄성부재를 통해 상기 스핀들이 미리 정해진 위치 이상으로 상승되는 것을 방지하는 조절부재를 포함하고,
    상기 밸브몸체의 내부에는 종방향으로 형성되고, 상기 유로와 연통하는 통로가 형성되며,
    상기 돌출관에 위치하는 상기 밸브니들의 일부분에는 상기 유로와 상기 메인 분사공 및 상기 파일럿 분사공이 위치하는 상기 통로를 연통시키는 연통로가 형성되고,
    상기 밸브부는 상기 밸브몸체의 내부에서 가해지는 가압력에 따라 이동 거리가 정해지고, 상기 연료공급모드가 디젤모드인 경우에는 상기 밸브니들은 상기 메인 분사공과 상기 파일럿 분사공을 동시에 개방하고, 상기 연료공급모드가 가스모드인 경우에는 상기 밸브니들은 상기 파일럿 분사공만을 개방하는 것을 특징으로 하는 이원연료엔진용 연료분사밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통로는,
    상기 밸브몸체의 돌출부의 내부에 형성되며, 상기 메인 분사공과 상기 파일럿 분사공 및 상기 밸브니들의 일부분이 위치하는 제1통로; 및
    상기 마감부재가 삽입 결합되는 제7통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 이원연료엔진용 연료분사밸브.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마감부재의 타단면에는, 상기 메인 탄성부재를 가압하는 가압력을 조절하기 위한 메인 주입로가 형성된 것을 특징으로 하는 이원연료엔진용 연료분사밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조절부재의 타단면에는, 상기 파일럿 탄성부재를 가압하는 가압력을 조절하기 위한 파일럿 주입로가 형성된 것을 특징으로 하는 이원연료엔진용 연료분사밸브.
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