KR0123796B1 - 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분배형 연료분사펌프를 가진 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치에 관한 것으로서, 본 발명이 해결하기 위한 과제는, 타이머피스톤의 일면으로 가해지는 압력과 이에 대응하는 스프링의 반발력에 의해 분사시기를 제어하게 되는 기계식타이머장치의 문제점과, 전기적신호에 의해 개폐동작되는 솔레노이드밸브를 이용한 타이머장치의 문제점을 해결하고 최적의 분사시기를 제공함에 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 엔진의 운전상태를 감지하는 각종 센서로부터 입력되는 신호를 비교 연산하는 전자제어기와, 이에 의하여 얻어진 신호에 의해 구동되는 스테핑모터와, 이 스테핑모터의 동일축에 접합된 구동부재를 타이머피스톤에 설치되어 있는 가동부재에 보올(ball)나사 형태로 결합하여 연동시킴에 따라서 구동부재의 회동에 의해 실린더내에서 타이머피스톤을 슬라이딩 작동시켜 정확하고 원활한 상태로 분사시기를 제어하게 된 것이다.

Description

디젤엔진의 연료분사시기 제어장치

제1도는 본 발명을 적용하기 위한 분배형 연료분사펌프의 개략적인 단면도.

제2a, b도는 종래 제어장치의 서로 다른 예를 나타낸 단면도.

제3도는 제2a도의 제어장치에 의한 진각성능 입체그래프.

제4도는 본 발명 실시예에 의한 제어장치의 일부절취 단면도.

제5도는 동 제어에 따른 계통도.

제6도는 동 장치에 의한 진각성능 입체그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 210 : 실린더 20, 220, 320 : 타이머피스톤

30 : 스테핑모터 40 : 구동부재

50 : 가동부재 60 : 보올

70 : 타이머피스톤센서 80 : 전자제어지(ECU)

100 : 구동축 110 : 연료펌프

130 : 플라이웨이트 160 : 플런저

161 : 켐디스크 181 : 로울러

190 : 핀 200 : 타이머장치

300 : 솔레노이드밸브 330 : 고압실

331 : 저압실

본 발명은 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분배형 연료분사펌프의 연료분사시기를 전자제어기(ECU)와 이 전자제어기의 명령에 따라 구동되는 스테핑모터에 의해 제어함으로써, 엔진의 운전상태에 따라 최적의 연료분사기를 제공하게 된 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치에 관한 것이다.

제1도는 본 발명을 적용하기 위한 일반적인 분배형 연료분사펌프의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 이러한 기술은 공지된 것이나 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 배경기술이 되므로 간략히 설명한다.

상기 연료분사펌프는 구동축(100)에 의해 회전되고 연료탱크(120)로부터 펌프질내로 연료를 흡입하게 되는 연료공급펌프(110)와, 흡입된 연료를 고압으로 분사시켜 주는 플런저(160)를 구비하고 있다.

플라이웨이트홀더(131)에 지지되어 있는 복수의 플라이웨이트(130)는, 상기 구동축에 접합되어 있는 연동기어(140)에 의해 회전되고 회전되는 속도변화에 의해 발생되는 원심력의 작용으로 일측단부가 점선도와 같이 외향으로 벌어지게 됨으로써 조속기슬리브(132)를 화살표시 방향으로 밀어주며, 이 조속기슬리브의 동작에 의해 스타트레버(150)와 코렉터레버(151) 및 조절슬리브(152)를 일시에 연동시켜 주게 됨에 따라 상기 플런저(160)의 유효행정을 변화시키게 되고, 이에 따라 자동적으로 연료의 공급량을 조절 또는 제어하게 된다.

한편, 로울러홀더(180)와 이에 설치된 로울러(181)에 의해 회전운동을 겸하여 왕복운동을 하게 되는 캠디스크(161)는 플런저(160)를 일체로 동작시켜 연료의 유입과 토출작용을 하게 되고, 압송상태로 토출되는 연료는 배출밸브(170)를 개방시켜 연소실로 분사된다.

이때, 캠디스크(161)와 플런저(160)를 구동시켜 주고 그 동작을 제어함으로써 분사시기를 조절 또는 제어하여 주는 종래의 기계식 타이머장치(이하 타이머장치라 약칭함)가 제2도(a)에서와 같이 구체적으로 도시되어 있다.

이 타이머장치(200)는, 실린더(210)내에서 슬라이딩되게 설치한 타이머피스톤(220)과, 그 일면에 개재시킨 타이머스프링(230) 및 타이머피스톤의 동작에 의해 로울러홀더(131)와 로울러(130)를 구분적으로 회전시켜 주는 핀(190)으로 된 구성이다.

이러한 타이머장치는 실린더(210) 내로 유입되는 펌프실의 압력이 타이머피스톤(220)의 일면에 가해지고 이 힘이 반대편측에서 탄발되는 타이머스프링(230)의 힘을 상쇄시켜 타이머피스톤(220)을 밀어주게 됨에 따라 그 움직인 거리에 비례하여 핀(190)을 이동시켜 로울러홀더(131) 및 로울러(130)를 회전되게 함으로써, 로울러(130)와 캠디스크(161)의 초기위치가 변동되어 분사시기를 결정하게 된 것이다.

그러나 상기 종래의 타이머장치는 구조적 작용에 의해 분사시기를 제어하게 되었으므로 제3도에서와 같이 선형적인 상태의 진각성능을 낼 수밖에 없었고, 분사시기 제어과정에서 타이머스프링에 진동이 가해지거나 타이머피스톤이 미끌려지는 등의 현상이 발생되면서 예기치 않은 오동작이 발생됨에 따라 엔진이 요구하는 최적의 분사시기 제어가 불가능하였다.

또한, 타이머장치를 동작시켜 주는 연료분사펌프의 실내압이 저압 혹은 고압으로 변화되고 이 압력의 변화에 의해 연료공급압과 연료분사량이 변화됨에 따라 엔진상태와의 조화가 어렵게 되는 문제점이 있었다.

또, 엔진의 고속운전시 증대되는 펌프실내압에 상응되고 기밀유지에 적합토록 하기 위해 펌프하우징을 다이케스팅 방법 등의 특수공정으로 제작하거나 부품을 정밀하게 가공하는 과정에서 제작상의 어려움이 많이 발생되는 문제점도 있었다.

한편, 제2도(b)는 솔레노이드밸브를 전기적 신호에 의해 연료분사기를 제어하게 된 종래의 또 다른 타이머장치를 도시한 것으로, 이 장치는 타이머피스톤(320)의 양측에 고압실(330)과 저압실(331)을 각각 대향되게 갖추고 있으며, 이들을 연결되게 각 실 사이에 설치되고 솔레노이드밸브(300)에 의해 작동되는 조절밸브(310)로 된 구성이다.

따라서, 단정상태에서는 조절밸브(310)가 고압실(330)과 저압실(331)을 차단되게 되고, 통전된 상태에서는 조절밸브(310)가 개방되어 고압실과 저압실을 연결하게 함으로써, 각 실에 공급되는 압력에 의해 타이머피스톤(320)을 동작시켜 연료분사기를 제어하게 된 원리이다.

그러나 상기 기술은 유압에 의해 동작되게 하였으므로 유체의 전달과정에서 소요되는 시간이 지연되는만큼 응답성이 저하되었으며, 비교적 구조가 복잡하고 부품수 및 작업공수가 많게 되어 비경제적인 결합이 있었음은 물론 이러한 솔레노이드방식을 채택하여 연료분사펌프에 결합할 시에는 부분적으로 설계를 변경해야 하는 등의 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반문제점들을 감안하여 안출한 것으로서 그 목적은 엔진상태에 부합되는 최적의 분사시기를 제공하여 주는 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치에 있다.

본 발명의 다른 목적은 타이머장치의 오동작을 방지하고 간편한 구조로 작동시켜 주는 연료분사시기 제어장치를 제공함에 있으며, 그 밖의 목적으로는 타이머스톤의 작동에 따른 응답성의 향상과 종래 연료분사펌프에 간단히 설치함으로써 호환성을 높일 수 있게 함에 있다.

이러한 본 발명은 엔진의 운전상태를 감지하는 각종 센서와, 이들 센서로부터 입력된 신호를 저장데이타와 비교 연산하게 되는 전자제어기와, 전자제어기에서 얻어진 명령신호에 의해 구동되는 스테핑모터와, 이 스테핑모터의 축에 접합되고 타이머피스톤에 설치된 가동부재에 보올(ball)나사로 결합된 구동부재로 구성한 것으로, 구동부재의 회전방향에 따라 실린더내에서 타이머피스톤을 슬라이딩 작동시켜 분사시기의 제어를 원활하고 정확하게 이루어지게 함을 특징으로 한다.

도면 제4도 및 제5도는 본 발명의 실시예를 나타낸 것으로써, 제4도중 도면부호 10은 실린더이며, 이 실린더는 연료분사펌프의 하측으로 설치한다.

실린더(10)의 내주면에는 타이머피스톤(20)이 슬라이딩 가능하게 설치되어 있으며, 타이머피스톤(20)의 일면으로 형성뿐 연장부(23)에는 타이머피스톤센서(70)가 취부되어 있다.

상기 실린더(10)의 외부 일측에는 스테핑모터(30)가 설치되어 있고, 이 스테핑모터의 축(31)과 동일축 상에는 외주면으로 나선을 가진 구동부재(40)가 접합되어 있으며, 구동부재(40)는 상기 타이머피스톤(20)의 길이방향으로 형성한 중공부(21)의 중심에 위치된다.

이때 상기 구동부재(40)는, 타이머피스톤의 중공부(21) 내면에 고정설치한 가동부재(40)를 관통하여 다수의 보올(60)들에 의해 보올나사 형태로 결합한다.

한편, 제5도에서와 같이 스테핑모터(30)는 최적의 연료분사시기에 적합토록 데이타가 저장되어 있는 전자제어기(80)의 명령에 의해 구동된다.

이 전자제어기(80)에는 엔진의 각부분에 설치되어 감지기능을 제공하는 엔진스피드센서, TDC센서, 악셀레이터센서, 냉각수온도센서 및 키스위치와 상기 실린더(10)내에 설치되어 있는 타이머피스톤센서(70) 등을 입력한다.

따라서, 상기와 같은 본 발명은 스테핑모터(30)의 구동에 의해 동일축상의 구동부재(40)가 회전되고, 이 구동부재는 그 외주면상으로 보올나사 결합된 가동부재(50)를 왕복운동으로 변위되므로, 결국 가동부재(50)가 취부되어 있는 타이머피스톤(20)을 실린더(10) 내에서 슬라이딩시켜 준다.

이러한 타이머피스톤(20)은 스테핑모터(30)의 회동방향에 따라 전진 혹은 후진작동되고, 그 전·후진동작에 의해 타이머피스톤(20)에 하단이 취부되고 상단부는 로울러홀더(181)에 삽입지지된 핀(190)을 움직이게 한다.

이때 상기 핀(190)의 이동거리만큼 로울러홀더(181)를 구분적으로 회전시켜 주면서 이에 착설되어 있는 로울러(180)들로 하여금 캠디스크(161)와 플런저(160)를 회전과 동시에 왕복작동시켜 연료를 분사시키게 되는 것으로, 이러한 기술은 공지되어 있다.

한편, 구동부재(40)와 그 회전력을 왕복운동으로 변화시켜 주는 가동부재(50) 사이에는 수많은 보올(60)들이 개재되어 있으므로 동력전달에 따른 마찰 저항을 최소화시켜 적은 힘으로도 큰힘을 내게됨과 아울러 원활성 및 정확성을 높일 수 있다.

이렇게 하여 구동력을 제공하는 스테핑모터(30)는, 엔진의 운전상태를 감지하여 주는 각종의 센서들과, 이센서들로부터 입력되는 신호를 취합하여 최적타이밍을 제공할 수 있게 자체에 저장되어 있는 데이타와 비교 연산한 결과로 얻어진 신호에 의해 구동되므로, 엔진의 최적성능에 부합되게 연료분사기를 제어한다.

이러한 결과는 제6도의 진각성능도와 같이 나타나게 되므로, 분사시기의 제어범위가 큰 효과가 있는 것이다.

이때, 타이머피스톤센서(70)는 타이머피스톤(20)의 정지위치를 감지하고 이에 따른 전·후진 동작신호를 스테핑모터(30)에 전달되게 하여 제어동작의 신뢰도를 높여 주는 작용을 한다.

또한, 타이머피스톤(20)의 길이방향 뚫어 설치된 유도관(22)은 타이머피스톤(20)의 양측을 연통되게 하여줌으로써, 실린더(10) 내부의 압력을 일정하게 유지되게 하고 분활작용을 하게 되어 타이머피스톤(20)을 원활히 슬라이딩되게 하는 것이다.

이와 같은 본 발명은 스테핑모터를 사용함으로써, 회전속도와 회전각도의 제어영역이 광범위하고 동작에 따른 발생들이 극히 적으므로 최적의 연료분사시기를 만족시켜 줄 수 있는 구동력을 제공함은 물론 설치구조가 간편하고 가격이 저렴한 등의 경제적인 장점도 있다.

또한 보올나사의 구조적인 특징을 이용하였으므로, 작은 구동원으로 큰힘을 얻어내게 됨과 아울러 종래의 분배형 연료펌프에도 용이하게 설치하게 되어 호환성을 향상시키게 된 효과도 있다.

Claims (5)

1. 연료분사펌프의 하측으로 설치되는 실린더(10)의 내주면에 슬라이딩 가능하게 설치되고 그 일면으로 가동부재(50)를 구비한 타이머피스톤(20)과, 이 타이머피스톤의 구동원이 되는 스테핑모터(30)의 동일축(31)상에 일체로 접합되는 구동부재(40)와, 이 구동부재(40)와 상기 가동부재(50)의 결합면 사이에 개재되어 두 부재를 보올 나사식으로 결합하여 주는 다수의 보올(60)들과, 상기 스테핑모터(30)를 전자제어기(80)의 명령신호에 의해 구동되게한 구성을 특징으로 하는 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 가동부재(50)가 타이머피스톤(20)의 일면으로 요입 형성한 중공부(21)상에 고정 설치됨을 특징으로 하는 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동부재(40)와 가동부재(50)가 워엄과 워엄휠 상태로 결합된 구성을 특징으로 하는 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치.
4. 제1항에 있어서, 타이머피스톤(20)을 구동시켜 주는 구동원이 감속모터인 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치.
5. 제1항에 있어서, 타이머피스톤센서(70)에 의해 타이머피스톤(20)의 전진 또는 후진시기를 감지하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 연료분사시기 제어장치.