KR100203322B1 - 전자 제어식 분사기용 댐핑 작동기 및 밸브 조립체 - Google Patents

전자 제어식 분사기용 댐핑 작동기 및 밸브 조립체 Download PDF

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토마스 지. 오스만
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로날드 디. 시노글
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매리 제이 캘라한
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Abstract

전자 제어식 유닛 분사기용 작동기 및 밸브 조립체(28)은 전기적으로 여기가능한 작동기 조립체(36)과, 이 작동기 조립체(36)의 적어도 하나의 공동(57, 89)에 대해 댐핑 유체를 연통, 수집 및 배출하는 장치를 포함한다. 엔진 정지 후 작동기 조립체(36)에 과량의 댐핑 유체가 남게되면 그 댐핑 유체는 냉각되고, 냉간 엔진 시동중 작동기 및 밸브 조립체(28)의 느린 응답을 일으킨다. 결국, 엔진(12)이 신속한 시동 및/또는 작동이 특히 엔진 냉각 상태에서는 방해를 받게 된다. 연통, 수집 및 배출 수단(56)은 엔진(12)가 정지된 후 고온의 댐핑 유체의 적어도 일부가 공동(57, 89)로부터 자동으로 배출될 수 있게 한다.

Description

[발명의 명칭]
전자 제어식 분사기용 댐핑 작동기 및 밸브 조립체
[도면의 간단한 설명]
제1도는 복수개의 유닛 분사기를 갖고 있는 내연 엔진을 위한, 작동 유체 회로 및 연료 분사 회로 둘 다를 포함하는, 본 발명의 유압 작동 전자 제어식 유닛 분사기 연료 시스템의 다이아그램식 개략도이다.
제2도는 예시적인 내연 엔진에 설치된 제1도의 유닛 분사기의 일 실시예의 다이아그램식 부분 횡단면도이다.
제3도는 제2도에 도시한 유닛 분사기의 다이아그램식 분리 확대 횡단면도이다.
제4도는 제3도에 도시한 유닛 분사기의 상부 부분의 다이아그램식 부분 확대도이다.
제5도는 제3도에 도시한 유닛 분사기의 하부 부분의 다이아그램식 부분 확대도이다.
제6도는 제3도의 유닛 분사기에 도시한 부품들의 제1부분의 다이아그램식 분해 등축도이다.
제7도는 제3도의 유닛 분사기에 도시한 부품들의 제2부분의 다이아그램식 분해 등축도이다.
제8도는 제3도의 유닛 분사기에 도시한 부품들의 제3부분의 다이아그램식 분해 등축도이다.
제9도는 제3도의 유닛 분사기에 도시한 부품들의 제4부분의 다이아그램식 분해 등축도이다.
제10도는 제3도의 유닛 분사기에 도시한 부품들의 제5부분의 다이아그램식 분해 등축도이다.
제11도는 제3도의 유닛 분사기에 도시한 부품들의 제6부분의 다이아그램식 분해 등축도이다.
제12도는 제1도에 일반적으로 도시한 유압 작동 유체 및 댐핑 유체 공급 수단의 다이아그램식 세부 개략도이다.
제13도는 제1도에 일반적으로 도시한 연료 공급 수단의 다이아그램식 세부 개략도이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술 분야]
본 발명은 연료 분사기(injector)에 관한 것으로서, 특히, 전자 제어식 유닛 분사기에 관한 것이다.
[배경 기술]
엔진용 전자 제어식 유닛 분사기의 예들이 1972년 9월 5일자로 링크스에게 허여된 미합중국 특허 제3,689,205 및 1983년 7월 12일자로 덱카드 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,392,612호에 개시되어 있다. 링크스의 특허의 경우 유닛 분사기의 연료 펌프 플런저가 유압식으로 작동되는 반면에, 덱카드 등의 특허의 경우 연료 펌프 플런저가 기계식으로 작동된다. 이러한 전자 제어식 유닛 분사기들 모두의 경우 연료 분사 송출을 제어하기 위해 유닛 분사기 내의 작동 유체 또는 연료 압력을 제어하는 포핏 밸브를 이동시키는 솔레노이드 조립체가 제공된다.
상기 전자 제어식 유닛 분사기들의 경우, 포핏 밸브가 시이트 또는 정지부와 접촉한 후 반발하는 것을 방지하기 위해 솔레노이드 조립체의 전기자의 운동이 유압식으로 댐핑된다. 덱카드 등의 특허의 경우 전기자는 관련 전극편(pole piece) 또는 고정자의 대향 작동면을 향해 전기자가 이동하는 동안 연료가 통과되도록 전기자를 통해 연장해 있는 복수개의 통로들을 갖고 있다. 링크스의 특허의 경우, 전기자의 대향 단부 부분들에 인접하여 위치한 한 쌍의 챔버들과 연통하는 채널이 전기자의 외부에 제공된다.
그러나, 엔진이 정지한 후에, 과도한 양의 그러한 댐핑 유체가 솔레노이드 조립체 내에 잔류할 수 있다. 그 다음에, 이러한 잔류 유체는 엔진이 냉각됨에 따라 더 점성을 갖게 된다. 그 다음에, 그러한 점성 유체는 냉각된 엔진이 시동되는 동안 솔레노이드 조립체 및 포핏 밸브의 느린 대응을 야기시킬 수 있다. 솔레노이드 조립체 및 포핏 밸브의 느린 대응은 유닛 분사기의 연료 분사 송출 능력 및 분사 시기 정확도를 감소시킨다. 그 최종 결과는 솔레노이드 조립체 내의 너무 많은 댐핑 유체가 특히, 냉간 엔진 조건하에서 엔진의 신속한 시동 및/또는 작동을 방해할 수 있다는 것이다.
본 발명은 상술한 문제점들 중의 한가지 이상을 극복하는 것에 관한 것이다.
[발명의 개시]
본 발명의 일 양태에서 전자 제어식 유닛 분사기용 작동기 및 밸브 조립체가 개시된다. 작동기 및 밸브 조립체는 공동을 한정하는 가동 부재와, 댐핑 유체의 점성도가 소정 값보다 낮을 때만 상기 공동에 관하여 댐핑 유체를 선택적으로 연통시키는 연통 수단을 포함하는 전기적으로 여기되는 작동기 조립체를 구비한다.
선택적 연통 수단은 가동 유체가 공동 내의 작동 유체에 본질적으로 제공하게 되는 어떤 나쁜 펌핑 효과를 최소화하는데 기여할 뿐만 아니라, 공동에 연통되어 있는 댐핑 유체가 가동 부재의 위치를 유압식으로 차단하지 않고 연료통으로 다시 복귀할 수 있게 한다. 또한, 연통 수단은 뜨거운 댐핑 유체의 적어도 일부를 공동으로부터 배출되게 함으로써, 특히, 냉간 엔진 조건에서, 댐핑 유체가 공동 내에 잔류하고, 그곳에서 냉각되어, 엔진의 시동 및/또는 작동을 방해하는 것을 불가능하게 한다.
(발명을 실시하기 위한 최선 양태)
제1도 내지 제13도에 걸쳐서 동일 구성 요소 또는 특징물을 동일 참조 부호로 표시한 제1도 내지 제13도에는 본 발명의 유압 작동 전자 제어식 유닛 분사기 연료 시스템(10, hydraulically-actuated electronically-controlled unit injector fuel system, 이후 HEUI 연료 분사 시스템이라 함)이 도시되어 있다. 디젤 사이클 직접 분사 내연 엔진(12)용으로 사용되는 예시적인 HEUI 연료 분사 시스템(10)이 제1도, 제2도, 제12도 및 제13도에 도시되어 있다. 비이형(vee-type) 8 실린더 엔진이 제1도, 제12도 및 제13도에 도시되고 본 명세서에 기술되지만, 본 발명은 인 라인(in-line) 실린더 엔진 및 로터리 엔진과 같은 다른 형태의 엔진에도 적용가능하고, 그러한 엔진은 8개 보다 적거나 많은 실린더 또는 연소 챔버들을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 제1도에 일부만 도시된 예시적 엔진(12)은 한 쌍의 실린더 헤드(14) 들을 갖고 있다. 각각의 실린더 헤드(14)는 하나 이상의 (예컨대, 4개의) 유닛 분사기 구멍(16)들을 갖고 있다.
제1도 및 제2도를 참조하면, HEUI 연료 분사 시스템(10)은 각각의 유닛 분사기 구멍(16) 내에 위치하도록 된 하나 이상의 유압 작동 전자 제어식 유닛 분사기(18)와, 각각의 유닛 분사기(18)에 작동 유체 및 댐핑 유체를 유압식으로 공급하기 위한 수단 또는 장치(20)와, 각각의 유닛 분사기(18)에 연료를 공급하기 위한 수단 또는 장치(22)와, HEUI 연료 분사 시스템(10)을 전자식으로 제어하기 위한 수단 또는 장치(24)를 포함한다.
제3도를 참조하면, 각각의 유닛 분사기(18)는 종축(26)을 갖고 있고, 작동기 및 밸브 조립체(28), 본체 조립체(30), 배럴 조립체(32), 및 노즐 및 팁 조립체(34)를 포함한다. 종축(26)은 엔진 연소 챔버의 축에 대해 소정의 각(A)을 형성한다.
제1도에 도시된 전자 제어 신호(S10)를 수신함에 따라 각각의 유닛 분사기(18)에 비교적 고압 작동 유체나 비교적 저압 댐핑 유체를 선택적으로 연통시키기 위한 수단 또는 장치로서 작동기 및 밸브 조립체(28)가 제공된다. 제3도, 제4도, 제6도, 제8도를 참조하면, 작동기 및 밸브 조립체(28)는 바람직하게는 솔레노이드 조립체 형태인 작동기(36), 및 바람직하게는 포핏 밸브 형태인 밸브(38)를 포함한다. 솔레노이드 조립체(36)는 고정된 고정자 조립체(40) 및 가동 전기자(42)를 포함한다.
제3도 및 제4도에 도시된 것처럼, 고정자 조립체(40)는 하나 이상의 제1체결구(44), 고정자(46), 및 전기 커넥터(48)를 포함한다. 도시되지 않았지만, 예컨대, 고정자(46)는 각각의 E-프레임들의 적층제와, E-프레임 적층제 주위에 종래의 방식으로 권선된 전선을 포함한다.
제4도 및 제6도에 도시된 것처럼, 전기자(42)는 한 쌍의 대향해 있는 평탄한 제1 및 제2면(52, 54)들, 및 솔레노이드 조립체(36)의 팽창 및 수축가능한 공동들에 대해 댐핑 유체를 연통, 수집 및 배출하기 위한 수단 또는 장치(56)를 포함한다. 제4도에 도시된 것처럼, 전기자(42)의 제1면(52)은 전기자(42) 및 고정자(46)가 그 사이에 상부 전기자 공동(57) 또는 틈새를 함께 형성하도록 고정자(46)로부터 이격되어 있다.
바람직하게는, 연통, 수집 및 배출수단(56)은 제1면(52)과 제2면(54) 사이를 종방향으로 연장하는 하나 이상의 통로(58)를 포함한다. 예컨대, 제4도 및 제6도에 도시된 것처럼, 통로(58)들은 한 쌍의 원형 구멍들의 형태로 제공된다. 또한, 연통, 수집 및 배출수단(56)은 고정자(46)에 바로 대면해 있는 전기자(42)의 제1면(52)에 형성된 하나 이상의 길다란 수집 홈(60)도 포함한다. 각각의 수집 홈(60)은 제1면(52)의 폭을 가로질러 축방향으로 연장하고 각각의 통로(58)와 교차하거나 연통한다. 예컨대, 제4도 및 제6도에 도시된 것처럼, 상부 전기자 공동에 연통되어 그 안에 축적된 댐핑 유체를 수집하기 위해 한 쌍의 서로 평행한 수집 홈(60)들이 제공된다. 다른 실시예의 경우, 길다란 또는 타원형의 횡단면을 갖는 통로들이 원형 횡단면을 갖는 통로(58)들을 대체할 수 있다. 또 다른 실시예의 경우, 수집 홈(60)들은 전기자(42)의 제1면(52)과 대향한 고정자(46) 부분에 동일하게 형성되고, 또한, 전기자(42)의 통로(58)들과 연통할 수 있다. 달리 말하면, 수집 홈(60)들은 고정자(46) 및 전기자(42) 중의 어느 하나 또는 둘 다에 형성될 수 있다. 각각의 통로(58) 및 수집 홈(60)의 크기 및 위치는 상부 전기자 공동(57)을 포함하여 솔레노이드 조립체(36)의 공동들에 대해 댐핑 유체를 적절하게 연통, 수집 및 배출하기에는 충분히 크지만 솔레노이드 조립체(36)의 적절한 자기적 성능에 필요한 고정자(46) 및 전기자(42)에서의 자속 경로의 양을 최대화하기에는 충분히 작은 체적을 갖도록 보장하도록 주의깊게 선택된다.
제4도에 도시된 것처럼 전기자(42)가 전기적으로 차단된 위치에 있을 때, (예컨대, 0.377 밀리미터(0.0148 인치)로) 좁게 조절된 축방향 틈새 또는 간극(C1)이 전기자(42)와 고정자(46) 사이에 형성된다. 간극 C1은 상부 전기자 공동(57)의 일부를 한정하고, 간극 C1으로부터 주기적으로 이동되는 댐핑 유체에 의해 가동 전기자(42)에 전달된 댐핑량을 결정하는데 기여한다. 또한, 간극 C1은 솔레노이드 조립체(36)가 전기적으로 여기될 때 고정자(46)에 의해 전기자(42)에 전달된 자기력의 양을 결정하는데도 기여한다.
제2도, 제4도, 제6도 및 제7도 뿐만 아니라 제3도에도 도시된 것처럼, 본체 조립체(30)는 하나 이상의 제2체결구(62), 환형 전기자 스페이서(64), 하나 이상의 제3체결구(66), 어댑터 O 링 밀봉부(68), 포핏 어댑터(70), 환형 유닛 분사기 클램프(72), 포핏 끼움쇠(shim)(74), 포핏 슬리이브 또는 부재(76), 포핏 스프링(78), 피스톤 및 밸브 본체(80), 외부에 위치한 제1본체 O 링 밀봉부(82), 외부에 위치한 제2본체 O 링 밀봉부(84), 내부에 위치한 제3본체 O 링 밀봉부(86) 및 강화 피스톤(88)을 포함한다.
제1체결구(44)들은 고정자 조립체(40) 및 전기자 스페이서(64)를 포핏 어댑터(70)에 나사식으로 접속한다. 제2체결구(62)는 전기자(42)와 포핏 밸브(38)가 단일 유닛으로서 함께 이동되도록 전기자(42)를 포핏 밸브(38)에 나사식으로 접속한다. 제3체결구(66)들은 포핏 어댑터(70)를 본체(80)에 나사식으로 접속한다.
전기자 스페이서(64)는 전기자(42)의 두께보다 소정량만큼 더 두꺼운, 종축(26)에 따라 측정된, 두께를 갖는다. 제4도에 도시된 것처럼, 전기자(42)의 제2면(54)은 전기자(42) 및 포핏 어댑터(70) 고정자(46)가 그 사이에 하부 전기자 공동(89) 또는 틈새를 함께 형성하도록 포핏 어댑터(70)로부터 이격되어 있다. 각각의 통로(58) 및 수집 홈(60)의 크기 및 위치는 하부 전기자 공동(89)을 포함하여 솔레노이드 조립체(36)의 공동들에 대해 댐핑 유체를 적절하게 연통, 수집 및 배출하기에는 충분히 크지만 솔레노이드 조립체(36)의 적절한 자기적 성능에 필요한 고정자(46)와 전기자(42)내의 자속 경로의 양을 최대화하기에는 충분히 작은 체적을 갖도록 보장하도록 주의깊게 선택된다. 제6도에 도시된 것처럼, 전기자 스페이서(64)는 한 쌍의 대향해 있는 평탄한 제1 및 제2면(90, 92)들, 내주면(94) 및 외주면(96)을 갖는다. 제4도에 도시된 것처럼, 전기자 스페이서(64)의 제1면(90)은 고정자 조립체(40)에 대향하여 그것에 직접 접촉한다. 전기자 스페이서(64)의 제2면(92)에는 내주면(94)으로부터 외주면(96)으로 연장하나 하나 이상의 슬롯 또는 배출 통로(98)들이 형성된다. 달리, 전기자 스페이서(64)의 제1면(90)에는 슬롯 또는 배출 통로(98)들이 제공될 수 있다. 엔진 작동 중에, 전기자 스페이서(64)의 배출 통로(98)는, 연통, 수집 및 배출 수단(56)과 협동하여, 상부 및 하부 전기자 공동(57, 89)들에 연통되어 있는 댐핑 유체를 배출한다. 전기자 스페이서(64)의 배출 통로(98)들은 전기자(42) 및 포핏 밸브(38)의 운동의 댐핑을 촉진시키는데 기여하기 위해 엔진 작동 중에 댐핑 유체의 흐름에 대한 선택적인 제한을 제공하도록 크기가 설정되는 것이 바람직하다. 또한 전기자 스페이서(64)의 배출 통로(98)들은 엔진 가동 정지 후에 연통, 수집 및 배출 수단(56)과 협동하여 상부 및 하부 전기자 공동(57, 89)들로부터 댐핑 유체를 배출한다. 작동 유체 및 댐핑 유체가 엔진 윤활 오일로서 선택된다면, 전기자 스페이서(64)의 배출 통로(98)들이 제2도에 도시된 실린더 헤드 커버(99)에 의해 에워싸인 공간과 연통하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 공간 내의 유체는 작동 유체통과 연통되고, 그 유체통으로 다시 배출될 수 있다.
제4도 및 제7도에 도시된 것처럼, 포핏 어댑터(70)는 그곳을 관통하도록 형성된 종방향으로 연장하는 중앙에 위치한 주 구멍(100)을 갖는다. 주 구멍(100)의 한 단부 부분 상에는 내부에 위치한 환형 원주 홈(102)이 형성된다. 또한, 포핏 어댑터(70)는 주 구멍(100)의 또 다른 단부 부분 상에 형성된 카운터 구멍(104)를 갖는다. 포핏 슬리이브(76)과 포핏 어댑터(70)의 카운터 구멍(104) 사이에는 환형 배출 통로(106)가 형성된다. 또한, 포핏 어댑터(70)에는 환형 배출 통로(106)과 교차하고 포핏 어댑터(70)의 외주면(110)에 측방향으로 연장하는 배출 통로(108)가 내부에 형성된다. 만일 작동 및 댐핑 유체가 엔진 윤활 오일로서 선택된다면, 포핏 어댑터(70)의 배출 통로(108)가 제2도에 도시된 것처럼 실린더 헤드 커버(99)에 의해 에워싸인 공간과 연통하도록 하는 것이 바람직하다.
제4도에 도시된 것처럼, 하부 전기자 공동(89)은 전기자(42)가 전기적으로 비여기된 위치에 있을 때 전기자(42)의 제2면(54)과 포핏 어댑터(70) 사이에 형성된(예컨대, 약 0.120 밀리미터(0.00472 인치)로) 좁게 조절된 축방향 틈새 또는 간극(C2)을 포함한다. 간극 C2는 하부 전기자 공동(89)을 형성하는데 기여할 뿐 아니라, 간극 C2로부터 이동된 댐핑 유체에 의해 가동 전기자(42)에 전달된 댐핑량을 측정하는데도 기여한다. 간극 C2의 크기는 포핏 밸브(38)의 질량 및 사용되는 댐핑 유체의 유형(예컨대, 점성도 특성)에 따라 선택된다.
각각의 엔진 헤드(14)에 각각의 유닛 분사기(18)를 분리가능하게 조이기 위하여 환형 유닛 분사기 클램프(72)가 제공된다. 바람직하게는, 제7도에 도시된 것처럼, 클램프(72)는 내주면(112), 서로 평행한 관계로 내주면(112) 상에 형성된 한 쌍의 정반대로 대향한 평탄한 제1 및 제2면(114, 116), 및 내주면(112) 내에 형성된 정반대로 대향한 반원형 슬롯(118, 120)을 갖고 있다. 각각의 슬롯(118, 120)은 제1면(114)과 제2면(116)에 평행하게 제1면과 제2면 사이에 위치한 축 상에 위치해 있다. 제2도에 도시된 것처럼, 각각의 슬롯(118, 120)은 클램프(72)와 유닛 분사기(18)를 엔진(12)의 실린더 헤드(14)에 나사식으로 접속하는 체결구(122, 124)와 결합하도록 되어 있다.
제3도에 도시된 것처럼, 포핏 끼움쇠(74)가 포핏 어댑터(70)와 포핏 슬리이브(76) 사이에 위치된다. 포핏 끼움쇠(74)는 포핏 밸브(38)의 상방 이동 또는 변위량을 결정하는 소정의 두께를 갖는다.
제4도에 도시된 것처럼, 포핏 슬리이브(76)는 비교적 느슨한 끼워맞춤에 의해 포핏 어댑터(70)의 주 구멍(100) 내에 활주식으로 위치한다. 어댑터 O 링 밀봉부(68)는 포핏 슬리이브(76)와 포핏 어댑터(70) 사이의 환형 간극에 위치하고, 포핏 어댑터(70)의 주 구멍(100) 내에 형성된 환형 원주 홈(102) 내에 안착된다. 환형 간극이 하부 전기자 공동(89)과 환형 배출 통로(106) 사이에서 작동 유체 또는 댐핑 유체를 연통시키는 것을 방지하기 위해 어댑터 O 링 밀봉부(68)가 제공된다. 제4도 및 제7도에 도시된 것처럼, 포핏 슬리이브(76)에는 중앙에 위치한 주 구멍(126)과, 환형 배출 통로(106)와 주 구멍(126) 사이에서 작동 유체 또는 댐핑 유체를 연통시키는 하나 이상(바람직하게는 둘)의 측방향으로 연장하는 통로(128)들이 제공된다. 통로(128)들의 크기는 통로(128)들이 포핏 밸브(38)의 운동을 댐핑시키기 위해 유체 유동 제한부들 또는 고정식 유동 오리피스들로서 작용하도록 선택된다. 포핏 슬리이브(76)는 주 구멍(126)의 진입부와 환형 쇼울더(130) 주위에 환형(바람직하게는 절두원추형) 시트(129)를 형성하는 하나의 단부 부분을 갖는다.
제3도에 도시된 것처럼, 포핏 스프링(78)의 한 단부는 포핏 슬리이브(76)의 환형 쇼울더(130)와 접촉하고, 포핏 스프링(78)의 다른 단부는 포핏 밸브(38)와 접촉한다. 포핏 스프링(78)은 나선형 압축 스프링인 것이 바람직하고, 포핏 밸브(38)와 전기자(42)를 고정자(46)로부터 축방향으로 멀리 편향시키는 수단 또는 장치로서 작용한다. 또한, 포핏 스프링(78)은 기본적으로 포핏 밸브(38)가 포핏 슬리이브(76)상에 형성된 환형 시트(129)에 안착되지 않도록 고정식 포핏 어댑터(70)에 대해 포핏 슬리이브(76)와 포핏 끼움쇠(74)도 편향시킨다.
제8도에 도시된 것처럼, 포핏 밸브(38)는 제1단부 부분, 중간 부분(134) 및 제2단부 부분(136)을 갖는다. 제4도에 도시된 것처럼, 제1단부 부분(132)은 전기자(42)의 제2면과 접촉한다. 바람직하게는 제2단부 부분(132)은 중간 부분(134)에 비해 작은 직경을 갖고, 포핏 슬리이브(76)와 협동하여 상부 포핏 밸브 공동(138)을 형성한다. 상부 포핏 밸브 공동(138)은 하부 전기자 공동(89)과 직접적인 유체 연통관계에 있다.
포핏 밸브(38)의 중간 부분(134)은 환형 외주면(140)과, 하나 이상(바람직하게는 둘)의 통로(142)들을 갖는다. 포핏 밸브(38)의 환형 원주면(140)은 소정의 환형 간극(C3a)으로 포핏 슬리이브(76)의 주 구멍(126) 내에 위치한다. 바람직하게는, 이러한 환형 간극은 포핏 밸브(38)와 포핏 슬리이브(76) 사이에 미끄럼 끼워맞춤을 제공하고, 예컨대, 약 0.080 밀리미터(0.00315 인치)의 직경 방향 간극일 수 있다. 포핏 슬리이브(76)의 외주면은 간극 C3a보다 큰 소정의 직경 방향 간극으로 포핏 어댑터(70)의 주 구멍(100) 내에 위치한다. 포핏 밸브(38)의 환형 원주면(140) 상에는 상부 환형 원주 홈(144)과 환형 제1 또는 상부 시트(146)가 형성된다. 종축(26)을 따라 측정된 상부 환형 원주 홈(144)의 폭은 포핏 밸브(38)의 상부 환형 원주 홈(144)이 포핏 밸브(38)의 소정의 전체 이동 범위에서 포핏 슬리이브(76)의 통로(128)와 연속적인 유체 연통 관계를 유지하도록 크기가 설정된다. 포핏 밸브(38)의 상부 시트(146)의 형태는 반구형인 것이 바람직하지만, 절두원추형일 수 있다. 포핏 밸브 상부 시트(146)는 포핏 슬리이브(76)상에 형성된 환형 시트(129)를 선택적으로 결합 또는 분리하기 위해 사용된다.
포핏 밸브(38)의 제2단부 부분(136)은 제4도에 도시한 하부 포핏 밸브 공동(148)을 형성하도록 중공인 것이 바람직하다. 포핏 밸브(38)의 통로(142)들은 각각 그 안에 소정의 유체 흐름 제한부를 갖고, 상부 포핏 밸브 공동(138)과 하부 포핏 밸브 공동(148) 사이에서 댐핑 유체를 연통시킨다. 포핏 밸브(38)의 제2단부 부분(136)은 후술하는 본체(80)에서 밀착 안내된다. 포핏 밸브(38)의 제2단부 부분(136)은 환형 제2 또는 하부 시트(149), 환형 원주 쇼울더(150), 및 하부 환형 원주 홈(152)을 포함한다. 포핏 밸브 하부 시트(149)의 형태는 절두원추형인 것이 바람직하다. 제1 및 제2 시트(146, 149)들은 각각 유압에 노출될 수 있는 유효 면적을 갖는다.
일 실시예의 경우, 제1 시트(146)의 유효 면적은 제1 시트(149)의 유효 면적보다 작다. 이 실시예의 경우, 포핏 밸브(38) 상에 작용하는 순(net) 유압력은 포핏 밸브(38)를 제1 위치로부터 제3 위치로 이동시키는데 있어서 작동기(36)의 전기력을 보조한다. 다른 실시예의 경우, 제1 시트(146)의 유효 면적은 제2 시트(149)의 유효 면적보다 크다. 이 실시예의 경우, 포핏 밸브(38) 상에 작용하는 순 유압력은 포핏 밸브(38)를 제3 위치로부터 제1 위치로 이동시키는데 있어서 스프링(78)의 전기력을 보조한다.
바람직하게는, 포핏 슬리이브(76)는 소정의 밀착 위치 및 직경 허용 오차에 따라 포핏 어댑터(70)내에 느슨하게 끼워맞춤되고, 포핏 밸브(38)는 소정의 밀착 위치 및 직경 허용 오차에 따라 본체(80) 내에 상대적으로 더 꼭 맞게 끼워 맞춤된다. 이러한 구성은 포핏 밸브(38)가 유닛 분사기(18)를 종축에 따라 이동할 때 포핏 슬리이브(76)와 포핏 밸브(38) 사이에 가능한 오정렬을 조정하는데 기여한다. 포핏 밸브(38) 상에 형성된 환형 쇼울더(150)는 포핏 스프링(78)의 다른 단부와 접촉한다. 하부 시트(149)는 강화 피스톤(88)으로의 고압 작동 유체의 연통을 선택적으로 개방 또는 차단하기 위한 수단으로서 작용한다. 상부 시트(146)는 저압 배출구로의 고압 작동 유체의 연통과 상부 및 하부 전기자 공동(57, 89)들 및 상부 및 하부 포핏 밸브 공동(138, 148)들로의 저압 댐핑 유체의 연통을 선택적으로 개방 또는 차단하기 위한 수단으로 작용한다.
포핏 밸브(38)는 제1, 제2, 제3위치들 사이에서 이동가능하다. 예컨대, 단일 방향으로의 포핏 밸브(38)의 총 축방향 변위는 약 0.25 밀리미터(0.0098 인치)이다. 포핏 밸브(38)의 제1위치는 포핏 밸브 하부 시트(149)가 포핏 스프링(78)이 편향에 의해 본체(80) 상에 기본적으로 안착되는 위치로서 정하여진다. 포핏 밸브(38)의 제1위치에는 기본적으로 포핏 밸브 상부 시트(146)는 소정의 간격으로 포핏 슬리이브(76)의 환형 시트(129) 상에 안착되지 않는다.
고정자 조립체(40)가 전기적으로 여기되면, 전기자(42)는 포핏 밸브(38)가 제3위치로부터(제3도에 도시된 방위에 따라) 축방향 상방으로 이동하도록 고정자(46)를 향해 자기적으로 끌어당겨진다. 포핏 밸브(38)의 제3위치는 포핏 밸브(38)의 상부 시트(146)가 포핏 슬리이브(76)의 환형 시트(129) 상에 안착되는 위치로서 정하여진다. 포핏 밸브(38)의 제3위치에서, 포핏 밸브(38)의 하부 시트(129)는 본체(80) 상에 안착되지 않는다.
제1위치와 제3위치 사이에서, 포핏 밸브(38)는 포핏 밸브(38)의 하부 시트(149) 및 상부 시트(146)가 각각 본체(80) 및 포핏 슬리이브(76) 상에 안착되지 않는다. 포핏 밸브(38)의 제2위치에서, 작동 유체는 상부 환형 원주 홈(144), 통로(128), 환형 배출 통로(106) 및 배출 통로(106)를 통해 배출된다. 또한, 포핏 밸브(38)의 제2위치에서, 댐핑 유체는, 댐핑 유체의 점성도가 충분히 낮은 경우에, 간극 C3a를 경유하여 하부 및 상부 전기자 공동(89, 50)들에 연통된다.
간극 C3a는 포핏 슬리이브(76)의 통로(128)들의(작동 유체 인입 통로(158)들에 대해) 하류에 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 포핏 밸브(38)가(그 상부 시트(146) 상에 장착되는) 제3위치로부터 제1위치로 이동할 때, 포핏 밸브가 제2위치에 있는 동안 그리고 포핏 밸브(38)가 (그 하부 시트(149) 상에 안착되는) 제1위치에 있기 전에 환형 챔버(163) 내의 작동 유체의 일부가 댐핑 유체로서 간극 C3a를 통해 인도된다.
솔레노이드 조립체(36)는 포핏 밸브(38)를 제1위치로부터 제2위치, 제3위치로 그리고 그 반대로 선택적으로 이동시키는 전자 제어식 작동기의 수많은 가능한 실시예들 중의 하나이다. 달리, 압전 작동기와 같은, 다른 형태의 전자 제어식 작동기들이 솔레노이드 조립체(36)를 대체할 수 있다.
포핏 밸브(38) 형태의 밸브는 이러한 용도에서 스풀 밸브에 비해 적어도 두가지 이점을 제공한다. 첫째, 안착되어 있지 않을 때, 수풀 밸브(38)는 소량의 축방향 이동에 대해 비교적 큰 유체 유동 면적을 개방한다. 결과적으로, 포핏 밸브(38)는 작동기(36)에 동력을 적절히 제공하기 위해 스풀 밸브보다 적은 전기 에너지를 필요로 한다. 둘째, 포핏 밸브(38)는 스풀 밸브가 밸브 본체에 대해 밀봉할 때의 소량의 직경 방향 간극보다 그 시트들의 각각에 대해 양호한 밀봉을 제공하기 때문에, 포핏 밸브(38)가 스풀 밸브보다 더 우수한 밀봉을 제공한다. 또한, 포핏 밸브(38)는 단일 단계(단일 조각)형인 것이 바람직하다. 단일 단계 밸브는 적은 비용, 특정 용도를 위해 유닛 분사기를 결합하는데 있어서의 더 많은 유연성, 및 작동의 단순성으로 인해 본 용도의 2단계 또는 파일럿 작동 밸브에 비해 유리하다.
제3도 내지 제5도 및 제8도에 도시된 것처럼, 본체(80)는 한 쌍의 대향해 있는 제1 및 제2블라인드(blind) 구멍(154, 156)들, 하나 이상의 작동 유체 인입 통로(158)들 제1 및 제2블라인드 구멍(154, 156)들 사이를 연통하는 작동 유체 중간 통로(160), 및 외주면(162)을 포함한다. 종축(26)을 따라 측정된, 포핏 밸브(38)의 하부 환형 외주 홈(152)의 폭은 포핏 밸브(38)의 전체적인 소정의 이동에 따라 본체(80)의 작동 유체 인입 통로(158)들과 계속적인 유체 연통 관계를 유지하도록 크기가 정해진다.
본체(80)의 제1블라인드 구멍(154)은 전기자(42)와 대면하고, 포핏 밸브(38)의 제2단부 부분(136) 및 중간 부분(134) 모두를 수납하도록 한다. 본체(80)의 제1블라인드 구멍(154)과 포핏 밸브(38)의 제2단부 부분(136)은 환형 챔버(163)를 형성하도록 협동한다. 환형 챔버(163)에 연통되는 작동 유체는 포핏 밸브(38)가 제1위치 또는 제2위치에 있을 때 비교적 저압 상태에 있다. 환형 챔버(163)에 연통되는 작동 유체는 포핏 밸브(38)가 제3위치에 있을 때 비교적 고압 상태에 있다. 제1블라인드 구멍(154)은 소직경부(164) 및 환형(바람직하게는 절두원추형) 시트(166)를 형성하도록 계단식으로 되어 있다. 제1블라인드 구멍(154)의 소직경부(164)는 직경 방향 간극 C3a보다 작은 소정의 밀착 제어된 직경 방향 간극 C3b에 따라 포핏 밸브(38)의 제2단부 부분(136)을 안내한다. 본체(80)의 환형 시트(166)는 포핏 밸브(38)의 하부 시트(149)를 선택적으로 결합 및 분리하기 위해 사용된다.
본체(80)의 제2블라인드 구멍(156)은 후술하는 배럴 조립체(32)를 수납하기 위해 사용된다. 제5도에 도시된 것처럼, 제2블라인드 구멍(156)은 제3본체 O 링 밀봉부가 위치하는 내부에 위치한 환형 원주 홈(168)을 갖는다. 피스톤 펌프 챔버(190) 내에 있는 작동 유체를 피스톤 챔버(192) 내에 있는 연료로부터 양호하게 밀봉 또는 격리시키기 위한 수단 또는 장치로서 제3본체 O 링 밀봉부(86)가 제공된다. 이러한 부품 배열은 연료가 작동 유체 및 댐핑 유체의 윤활 및 점성 특성들을 희석시키는 것을 방지하는데 기여한다. 달리, 환형 원주 홈(168)이 (도시되지 않은)배출 통로에 의해 작동 유체통으로 복귀하게 되는 작동 유체의 누설에 대한 수집 공간으로서 작용하는 경우 제3본체 O 링 밀봉부(86)는 제외할 수 있다. 또한, 제2블라인드 구멍(156)은 그 안에 형성된 시트(170)도 갖는다.
제4도, 제5도 및 제8도에 도시된 것처럼, 본체(80)의 외주면(162)은 축방향으로 이격된 제1, 제2 및 제3 환형 외주 홈(172, 174, 176)들을 포함한다. 또한, 외주면(162)은 정반대로 대향해 있는 평탄한 제1 및 제2면(178, 180) , 및 그 위에 형성된 한 쌍의 횡방향으로 연장하는 쇼울더(182, 184)들을 포함한다. 제2 환형 외주 홈(174)은 제1 환형 원주 홈(172)과 제3 환형 원주 홈(176) 사이에 축방향으로 위치하고, 실린더 헤드(14)에 대하여 환형 작동 유체 인입 통로를 형성한다. 제1 및 제3본체 O 링 밀봉부(82, 84)들은 각각의 제1 및 제3 환형 원주 홈(172, 176) 내에 각기 위치해 있다. 제2본체 O 링 밀봉부(84)는 배럴 조립체 부근의 연료로부터 제2 환형 원주 홈(174) 부근의 작동 유체를 양호하게 밀봉 또는 격리시키는 수단 또는 장치로서 제공된다.
클램프(72) 상에 형성된 평탄한 제1 및 제2면(114, 116)들은 엔진 실린더 헤드(14)에 관해 유닛 분사기(18)를 적절히 방위 설정하기 위해 본체(80) 상에 형성된 평탄한 제1 및 제2면(178, 180)들과 결합하도록 채택된다. 또한, 클램프(72)는 유닛 분사기(18)가 제2도에 도시된 것처럼 실린더 헤드(14)의 구멍(16) 내에 장착될 때 본체(80)의 쇼울더(182, 184)들에 클림핑 하중을 인가하도록 쇼울더(182, 184)들과 접촉한다.
제3도 및 제5도에 도시된 것처럼, 강화 피스톤(88)은 본체(80)의 제2 블라인드 구멍(156) 내에 활주가능하게 위치한다. 제9도에 도시된 것처럼, 강화 피스톤(88)은 유효 횡단면 펌프 면적 A1에 대응하는 외경 D1을 갖고 있는 대체로 컵형 실린더이다. 강화 피스톤(88)은 크라운 부분(186)과, 대체로 중공 원통형 스커트 부분(188)을 갖는다. 제5도에 도시된 것처럼, 왕복 강화 피스톤(88)의 크라운 부분(186)과 본체(80)의 제2블라인드 구멍(156)은 팽창 및 수축가능한 피스톤 펌프 챔버(190)를 함께 형성한다. 왕복 강화 피스톤(88)의 스커트 부분(188), 배럴 조립체(32), 및 본체(80)의 제2블라인드 구멍(156)은 수축 및 팽창가능한 피스톤 챔버(192)를 함께 형성한다. 또한, 강화 피스톤(88) 상에는 제1 및 제2정지부(194, 196)들도 형성되어 있다. 제1정지부(194)는 바람직하게는 크라운 부분(186)의 자유 단부 상에 위치하고, 본체(80)의 시트(170)와 결합 및 분리하도록 되어 있다. 제2정지부(196)는 바람직하게는 스커트 부분(188)의 자유 단부 상에 위치하고, 배럴 조립체(32)와 결합 및 분리하도록 되어 있다.
제3도, 제5도, 제9도 및 제10도에 도시된 것처럼, 배럴 조립체(32)는 배럴(198), 릴 리테이너(200), 와셔 리테이너(202), 플런저(204), 플런저 스프링(206), 바람직하게는 볼 체크 밸브 형태인 일방향(one-way) 유동 체크 밸브(208), 및 스프링 리테이너(210)를 포함한다.
제5도에 도시된 것처럼, 배럴(198)은 정밀 성형된 중앙에 위치한 종방향으로 연장하는 주 구멍(212) 및 본체(80)의 제2블라인드 구멍(156)과 연통하는 배출 통로(214)를 포함한다. 배출 통로(214)는 환형(바람직하게는 절두원추형) 시트(216)가 형성되어 있는 출구 단부 부분을 포함한다. 또한, 배럴(198)은 환형 원주 홈(218)이 형성된 외주면도 갖고 있다.
강화 피스톤(88)에 대면해 있는 배럴(198)의 한쪽 단부 부분은 강화 피스톤(88)의 제2정지부(196)를 위한 시트(219)로서 작용한다. 제5도에 도시된 것처럼, 강화 피스톤(88)의 최대 이동 또는 행정(stroke)을 결정하기 위해 배럴 시트(219)와 강화 피스톤(88)의 제2정지부(196) 사이에 소정의 축방향 간극이 제공된다.
체크 밸브(208)가 배출 통로(214) 내에 위치되어 스프링 리테이너(210)에 의해 인가된 하중에 의해 기본적으로 시트(216)에 대해 편향된다. 스프링 리테이너(210)는 구멍 또는 요홈이 내부에 형성되어 있는 분할된 환형 부재인 것이 바람직하다. 스프링 리테이너(210)는 체크 밸브(208)를 에워쌀 뿐만 아니라 배럴(198)도 에워싸도록 배럴(198)의 환형 원주 홈(218)내에 위치된다. 체크 밸브(208)는 스프링 리테이너(210)가 배럴(198) 주위를 회전하는 것을 방지하기 위해 비교적 작은 구멍 내에 안착된다. 이는 체크 밸브(208)가 그 경로를 벗어나 작동가능한 스프링 리테이너(210)의 분할된 부분에 체크 밸브(208)가 대면하게 되는 것을 방지한다.
달리, 스프링 리테이너(210)는 소정의 예각(예컨대, 약 55°)으로 배럴(198)에 존재하는 배출 통로를 형성함으로써 제외할 수 있다. 이러한 다른 실시예의 경우, 유체 압력은 배럴(198)의 환형 시트(216)에 대해 체크 밸브(208)를 안착시키는 것에 따라 좌우된다.
플런저(204)는 밀착 허용 오차 끼워맞춤에 의해 배럴(198)의 주 구멍(212) 내에 활주식으로 위치된다. 와셔 리테이너(200)는 간섭 끼워맞춤에 의해 플런저(204)에 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 와셔 리테이너(202)는 플런저(204)의 환형 원주 홈(220) 내에 위치한 링 리테이너(200)에 의해 플런저(204)에 고정된다. 플런저(204)는 유효 횡단면 펌프 면적 A2에 대응하는 외경 D2를 갖는다. 강화 피스톤(88)의 외경 D1은 외경 D2보다 소정량 만큼 더 크다. 예컨대, 면적 A1대 면적 A2의 비율은 7:1인 것이 바람직하다. 물론, 이러한 비율은 특정 엔진의 필요성에 따른 테일러 분사 특성에 따라 변화될 수 있다. 일반적으로, 플런저 스프링(206)은 배럴(198)과 와셔 트레이너(202) 사이의 플런저(204) 주위에, 플런저와 동일 중심을 갖게 위치한다. 플런저 스프링(206)은 플런저(204)와 강화 피스톤(88)을 본체(80)의 시트(170)에 대해 상방으로 편향시키는 헬리컬 압축 스프링인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 본체(80)는 본체(80)와 배럴(198) 내에 형성된 각각의 종방향으로 연장하는 도웰(dowel) 구멍(224)들 속으로 끼워맞춤되는 복수개의 경화 강 도웰(222)들에 의해 정확한 각 정렬 관계로 배럴(198)에 연결된다.
제3도에 도시된 것처럼, 노즐 및 팁 조립체(34)는 볼 스프링(226), 볼 스페이서(228), 바람직하게는 볼 체크 형태인 일방향 유동 체크 밸브(230), 정지 부재(232), 복수개의 경화 강 도웰(234)들, 정지 핀(236), 니들 체크 스프링(238), 필터 스페이서(240), 슬리이브(242), 연료 필터 스크린(244), 환형 필터 스크린 리테이너(246), 니들 체크(248), 복수개의 도웰(250), 니들 체크 팁(252), 케이스(254), 및 제1 및 제2케이스 O 링 밀봉부(256, 258)들을 포함한다.
정지 부재(232)는 배럴(198)과 슬리이브(242) 사이에 축방향으로 위치한다. 정지 부재(232), 배럴(198) 및 플런저(204)는 함께 연료 펌프 챔버(260)를 형성한다. 정지 부재(232)는 연료 인입 통로(262) 및 하나 이상의 서로 분리된 연료 방출 통로(264)를 포함한다. 인입 통로(262) 및 방출 통로(264)들은 모두 연료 펌브 챔버(260)와 연통한다. 인입 통로(262)는 대체로 배럴(198)과 대면해 있는 내부에 위치한 환형(바람직하게는 절두원추형) 시트(266)를 갖는다. 체크 밸브(230), 볼 스페이서(228) 및 볼 스프링(226)은, 볼 스페이서(228)가 볼 스페이서(226)와 체크 밸브(230) 사이에 위치하고 볼 스프링(226)이 배럴(198)과 볼 스페이서(228) 사이에 위치하고 체크 밸브(230)가 볼 스페이서(228)와 정지 부재(232)의 환형 시트(266) 사이에 위치하도록, 인입 통로(262)내에 위치한다. 볼 스페이서(228)는 체크 밸브(230)에 힘을 가하는 관계로 볼 스프링(226)의 한 단부를 위치시키고, 또한, 배럴(198)을 향한 체크 밸브(230)의 상방 이동을 위한 양호한 정지부로서도 작용한다. 볼 스프링(226)은 기본적으로 환형 시트(266)에 대해 체크 밸브(230)를 편향시키는 나선형 압축 스프링인 것이 바람직하다. 달리, 볼 스페이서(228) 및 볼 스프링(226)은 정지 부재(232)의 인입 통로(262)로부터 제외될 수 있다.
제3도 및 제5도에 도시된 것처럼, 슬리이브(242)는 정지 부재(232)와 니들 체크 팁(252) 사이에 축방향으로 위치한다. 슬리이브(242)는 대체로 중앙에 위치한 종방향으로 연장하는 구멍(268), 구멍(268)과 연통하는 반경 방향으로 연장하는 계단식 연료 인입 통로(270), 및 정지 부재(232)의 각각의 연료 방출 통로(264)와 연통하는 하나 이상의 연료 방출 통로(272)를 갖는다. 슬리이브 구멍(268)은 정반대로 대향한 제1 및 제2카운터 구멍(274, 276)들 및 그 사이에 있는 소직경 안내부(278)를 갖는다. 제1카운터 구멍(274)은 정지 부재(232)의 인입 통로(262)와 연통한다. 제2카운터 구멍(276)은 승강 스페이서(240)가 분사 행정 중에 상방으로 이동할 때 공동화되는 것을 방지하기 위해 충분한 연료 체적을 제공한다. 필터 스크린(244)은 환형 쇼울더(279)에 대해 연료 인입 통로(270) 내에 위치되어, 필터 스크린 리테이너(246)에 의해 연료 인입 통로에 고정된다.
제3도에 도시된 것처럼, 승강 스페이서(240)는 정지 핀(236)과 니들 체크(248) 사이에 축방향으로 위치한다. 니들 체크 스프링(238)은 정지 핀(236) 주위에 위치한다. 정지 핀(236), 니들 체크 스프링(238) 및 승강 스페이서(240)는, 니들 체크 스프링(238)이 예비 하중을 받고 정지 부재(232) 및 승강 스페이서(240) 모두에 접촉하도록, 슬리이브 구멍(268) 내에 위치한다. 또한, 니들 체크 스프링(238)은 슬리이브 구멍(268)의 안내부에 의해서도 지지된다. 제10도에 도시된 것처럼, 승강 스페이서(240)는 그 위주면 상에 형성된 하나 이상의 평탄부 또는 평탄면(280)들을 갖는다. 평탄면(280)들은 가동 승강 스페이서(240)의 역 펌핑 효과를 최소화하기 위해 승강 스페이서(240)와 슬리이브 구멍(268) 사이에 충분한 반경 방향 간극을 제공한다.
제3도에 도시된 것처럼, 니들 체크 팁(252)이 슬리이브(242)와 케이스(254) 사이에 위치한다. 제5도 및 제11도에 도시된 것처럼, 니들 체크 팁(252)은 내부에 위치한 환형(바람직하게는 절두원추형) 시트(282)가 형성된 대체로 중앙에 위치한 종방향으로 연장하는 블라인드 구멍(281), 하나 이상의 방출 통로(283)들, 심장형(cardioid) 챔버(284), 및 환형 방출 통로(285)를 포함한다. 니들 체크(248) 및 니들 체크 팁(252)은 밸브 폐쇄식 오리피스 형태인 것이 바람직하다. 니들 체크 팁(252)의 일 단부 부분은 적어도 하나 그러나 바람직하게는 복수개의 연료 분사 스프레이 오리피스(286)들을 형성한다. 기본적으로, 니들 체크 스프링(238)은 니들 체크(248)가 니들 체크 팁(252)의 환형 시트(282)에 안착되도록 승강 스페이서(240) 및 니들 체크(248)를 하방으로 편향시킨다. 바람직하게는, 니들 체크 팁(252)은 환형 시트부(288) , 소직경 스템부, 및 그 사이의 중간 직경 안내부(292)도 포함한다. 니들 체크 팁(252) 및 슬리이브(242) 둘 다에 형성된 도웰(250)들 및 대응 도웰 구멍(296)들은 니들 체크 팁(252)을 슬리이브(242)에 정확한 각으로 연결한다.
케이스(254)는 종방향으로 연장하는 다중 계단식 제1, 제2 및 제3구멍(298, 300, 302)들, 내부에 위치한 환형 시트(304), 외부에 위치한 환형 시트(306), 하나 이상의 반경 방향으로 연장하는 연료 인입 구멍(308)들의 형태인 연료 인입 통로, 및 제1 및 제2 외주 환형 홈(310, 312)들을 갖는다.
외부에 위치한 환형 시트(306)와 내부에 위치한 환형 시트(304) 사이의 케이스(254)의 일 단부 부분에 제3구멍(298)이 위치한다. 연료로부터 연소 가스를 양호하게 밀봉하기 위해 니들 체크 팁(252)의 환형 시트부(288)가 케이스(254)의 내부 환형 시트(304)에 안착된다. 케이스(254)의 외부 환형 시트(306)는 실린더 헤드(14)의 유닛 분사기 구멍(16) 내에 형성된 시트 또는 유닛 분사기(18)와 실린더 헤드(14)의 유닛 분사기 구멍(16) 사이에 위치한 슬리이브를 밀봉하기 위해 사용된다. 니들 체크 팁(252)의 중간 직경 안내부(292)는 케이스(254)의 제3구멍(302) 내에 전체가 위치한다. 니들 체크 팁(252)의 길다란 소직경 스템부(290)는 케이스(254)를 통해 제3구멍(302)을 경유하여 외측으로 돌출한다. 니들 체크 팁(252)의 계단식 형상은 심장형 챔버(284) 내의 고압 연료에 의해 야기된 고응력을 받는 니들 체크 팁(252) 및 케이스(254)의 결합 시트(288, 304)들 부근에 충분한 강화 재료를 제공하기 때문에 유리하다. 니들 체크 팁(252)의 중간 직경 안내부(292)는 소직경 스텝부(290)로의 점진적인 전이부를 케이스(254)의 외피 내에 제공한다. 따라서, 소직경 스템부(290)가 통과하는 실린더 헤드 구멍은 실린더 헤드(14)의 강도를 감지할 수 있을 정도로 악화시키지 않는 비교적 작고 일정한 직경을 가질 수 있다.
연료 인입 구멍(308)들은 케이스(254)의 내벽과, 배럴(198), 정지 부재(232) 및 슬리이브(242)의 외주면 사이의 간극에 의해 한정된 환형 연료 인입 통로(314)와 연통한다. 케이스(254)의 연료 인입 구멍(308)들은 유닛 분사기 속으로 연료을 들어가게 하는 수단 또는 장치로서 작용할 뿐만 아니라 본체(80)의 외부 나사 나삿니들에 케이스(254)의 내부 나사 나삿니들을 조이기 위해 사용되는 렌치의 탱(tang)들과 임시로 결합하기 위한 유일한 수단 또는 장치로서도 작용한다.
제1 및 제2케이스 O 링 밀봉부(256, 258)들은 케이스(254)의 각각의 제1 및 제2 외주 환형 홈(310, 312)들에 위치한다. 연료로부터 작동 유체를 밀봉하기 위해 유닛 분사기(18)의 중간 부분 주위에 제1케이스 O 링 밀봉부(256)가 제공된다. 배럴 조립체(32) 부근의 연료로부터 엔진 연속 챔버에서 발생하는 연소 가스를 밀봉하기 위해 유닛 분사기(18)의 하부 단부 부분 주위에 제2케이스 O 링 밀봉부(258)가 제공된다.
컵형 케이스(254)는 본체(80)에 대해 니들 체크 팁(252), 니들 체크(248), 슬리이브(242), 정지 부재(232), 배럴(198), 플런저(204), 플런저 스프링(206) 및 강화 피스톤(88)을 내장 및 보유한다. 바람직하게는, 케이스(254)는 나사식 접속에 의해 본체(80)에 분리가능하게 접속된다.
우선 제12도를 그리고 제1도 및 제2도를 참조하면, 유압 작동 유체 및 댐핑 유체 공급 수단(20)은 작동 유체통(316), 픽업 스크린형 필터(318), 일방향 유동 체크 밸브(320), 작동 유체 전달 펌프(322), 작동 유체 냉각기(324) , 하나 이상의 작동 유체 필터(326), 유체 필터(326)들에 대해 작동 유체를 우회시키기 위한 수단 또는 장치(328), 엔진 시동 또는 프라이밍(priming) 저장소(330), 비교적 고압 작동 유체 펌프(332), 제1 및 제2 고압 작동 유체 매니폴드(334, 336), 매니폴드(334, 336)들 사이에서 그리고 펌프(332)와 매니폴드(334, 336)들 중의 하나 사이에서 압력파들의 헬름홀쯔 공명의 발생을 제어하는 수단 또는 장치(338), 및 매니폴드(334, 336)들 내의 압력 레벨을 제어하는 수단 또는 장치(340)를 구비한다.
바람직하게는, 작동 유체로서 선택된 유체는 연료가 아니라, 동일 조건하에서 연료보다 상대적으로 더 높은 점성도를 갖는 액체 유체이다. 예컨대, 작동 유체는 엔진 윤활 오일일 수 있다. 그 경우, 작동 유체통(316)은 엔진 윤활 오일통이다.
회로 내에서 작동 유체를 유지하는데 기여하기 위해 체크 밸브(320)가 사이펀 방지(anti-siphon) 밸브로서 작용한다. 엔진 가동 정지 후에, 회로는 엔진(12)의 신속한 시동을 용이하게 하기 위해 충분한 작동 유체를 주입한 상태로 유지된다.
이송 펌프(322)는 통상의 디자인을 갖는다. 예컨대, 이송 펌프(322)는 비교적 저압(예컨대, 약 413 kPa(60 psi))을 발생시키는 발생기 펌프일 수 있다.
필터(326)들은 교체가능한 유형인 것이 바람직하다. 필터 우회 수단(328)은 유체 필터(326)들의 상류 및 하류에 연결된 우회관(342)을 포함한다. 필터 우회 수단(328)은 우회관(342)에 위치한 필터 우회 밸브(344), 및 우회관(342)가 유체통(316) 사이에 연결된 복귀관(346)도 포함한다. 필터 우회 수단(328)은 복귀관(346)에 위치한 작동 유체 압력 조절기(348)도 포함한다.
엔진 작동 중에, 유체 필터(326)들이 찌꺼기로 막히게 되면, 유체 필터(326)들의 하류의 압력이 감소하기 시작한다. 그 압력이 소정 레벨(예컨대, 약 138 kPa(20 psi)) 아래로 떨어지면, 필터 우회 밸브(344)가 작동되어, 작동 유체가 유에 필터(326)들을 우회하여 프라이밍 저장소(330)를 향해 계속 흐르게 된다. 펌프(332)의 상류에 있는 작동 유체가 소정의 압력(예컨대, 약 345 kPa(50 psi))을 초과하는 것을 방지하기 위한 수단으로서 압력 조절기(348)가 제공된다. 그러한 소정의 압력이 초과되면, 과도한 작동 유체는 유체통(316)으로 복귀된다.
유체 필터(326)의 하류에서, 작동 유체는 엔진 윤활 오일이 작동 유체로서 선정된 경우에 제1 및 제2 분기 통로(350, 352)들 속으로 넘쳐 들어간다. 대부분의 윤활 오일은(도시되지 않은) 엔진 윤활 시스템을 공급하는 제1 분기 통로(352) 속으로 (예컨대, 분당 약 57 리터(분당 15 갤론)의 속도로) 유동한다. 총 유동량의 약 25 내지 33%에 달하는 윤활 오일의 나머지는 주작동 유체 회로의 프라이밍 저장소(330)와 연통하는 제2 분기 통로(352) 속으로 유동한다.
프라이밍 저장소(330)는 엔진 시동 중에 고압 펌프(332)의 신속한 가압을 프라이밍 및 촉진하기 위한 수단으로서 제공된다. 프라이밍 저장소(330)는 고압 펌프(332)의 펌프 챔버(들)의 상류에 위치하고, 분리된 유체통(316)보다 고압 펌프(332) 근처에 더 가깝게 유체 연통하도록 배치된다. 예컨대, 프라이밍(priming) 저장소(330)는 엔진(12)의 (도시되지 않은) 전방 덮개와 일체로 성형될 수 있다. 달리, 프라이밍 저장소(330)는 고압 펌프(332)와 일체로 성형될 수 있다. 프라이밍 저장소(330)의 유체 레벨의 최고 높이에 또는 그 근처에, 소정의 유동 제한부(356)를 갖춘 복귀관(354)이 있다. 바람직하게는, 유동 제한부(356)는 고정식 유동 면적 오리피스이다. 복귀관(354)과 유동 제한부(356)는 프라이밍 저장소(330)로부터 공기를 나오게 하여 그 공기를 공기가 대기로 배출될 수 있는 유체통(316)으로 복귀시키기 위해 제공된다.
냉각기(324)의 상류에는 냉각기(324) 및 유체 필터(326)들을 완전히 우회하여 프라이밍 저장소(330)와 직접 연통하는 냉각기/필터 우회관(358)이 있다. 냉각기/필터 우회관(358)은 작동 유체의 점성도가 비교적 높을 때 냉간 엔진 작동 상태 중에 프라이밍 저장소(330) 내에 결핍되어 있는 어떤 작동 유체를 자동적으로 메이크업 또는 보충하기 위한 수단 또는 장치로서 제공된다. 냉각기/필터 우회관(358)은 그 안에 위치한 일방향 유동 체크 밸브(360)를 갖는다.
유압식 작동 유체 및 댐핑 유체 공급 수단(20)의 저온 작동 중에, 체크 밸브(360)는 프라이밍 저장소(330) 내의 유체 압력이 이송 펌프(322)의 배출구에서의 유체 압력보다 소정량만큼 작은 경우에 냉각기/필터 우회관(358)을 통해 프라이밍 저장소(330)를 향해 유체가 유동하도록 개방된다. 이러한 압력 차이는 체크 밸브(360)를 어느 대응 정도까지 개방시키고 작동 유체의 일부 또는 전부를 필터를 거치지 않고 프라이밍 저장소(330)로 공급시킨다. 냉각기/필터 우회관(358)을 통한 유동은 프라이밍 저장소(330)로 행하는 제2통로(352)가 프라이밍 저장소(330)를 완전히 채울 수 없을 때마다 이루어진다. 프라이밍 저장소(330) 내의 압력이 이송 펌프(322)의 배출구에 대해 소정 레벨에 도달할 때, 체크 밸브(360)는 폐쇄되고, 완전히 필터를 거친 작동 유체의 유동이 프라이밍 저장소(330)로 재개된다.
프라이밍 저장소(330)의 바닥(최저 높이)에 또는 그 근처에, 고압 펌프(332)의 인입구에 연결된 펌프 공급 통로(362)가 있다. 바람직하게는, 고압 펌프(332)가 작동 유체에 의해 완전히 채워진 채로 유지하도록 보장하기 위해 프라이밍 저장소(330) 내의 작동 유체의 최고 레벨 또는 높이를 고압 펌프(332)의 펌핑 챔버(들)내의 작동 유체의 최고 레벨보다 높게 한다.
바람직하게는, 비용을 최소화하기 위해, 고압 펌프(332)는 엔진(12)에 의해 기계식으로 구동되는 고정식 변위 축방향 피스톤 펌프이다. 고압 펌프(332)는 후술하는 주 가변 압력 조절기와 연관되어 작동한다. 달리, 고압 펌프(332)는 주 가변 압력 조절기 없는 가변 변위 축방향 피스톤 펌프일 수 있다. 비이형 엔진(12)용 HEUI 연료 분사 시스템(10)의 경우, 고압 펌프(332)는 실린더 헤드(14)의 쌍에 의해 형성된 비이의 정점에 또는 근처에서 엔진(12)의 전방에 위치하는 것이 바람직하다. 고압 펌프(332)의 배출구는 제1 및 제2 매니폴드 공급 통로(364, 366)들과 연통한다. 제1 및 제2 매니폴드 공급 통로(364, 366)는 각각의 매니폴드(334, 336)와 연통한다.
바람직하게는, 매니폴드 압력 제어 수단(340)은 전기 제어식 주 압력 조절기(368)를 포함한다. 주압력 조절기(368)는 고압 펌프(332)의 배출구와, 유체통(316)과 연통하는 복귀관(370) 사이에 연결된다. 주압력 조절기(368)는 매니폴드(334, 336)들 내의 압력을 소정의 범위(예컨대, 약 2067 내지 20670 kPa(300 내지 3000 psi)) 사이에서 변화시키는 수단 또는 장치로서 제공된다. 유닛 분사기(18) 들에 의해 이송된 연료의 분사 압력은 매니폴드(334, 336)들 내의 작동 유체 압력을 변화시킴으로써 연속적으로 변화된다. 매니폴드 압력 제어 수단(340)은 주압력 조절기(368)를 후원하고 매니폴드(334, 336)들이 소정 압력(예컨대, 약 27560 kPa(4000 psi))을 초과하는 것을 방지하는 압력 릴리이프 밸브(372)도 포함한다.
작동시에, 주압력 조절기(368) 및/또는 압력 릴리이프 밸브(372)는 유체통(316)과 연통하는 복귀관(370)에 접속된 케이스 배출 통로(374)를 통해 연통된다. 작동 유체 압력 센서(376)가 매니폴드(334, 336)들의 적어도 하나에 제공되어, 신호 S6를 전자 제어 수단(24)으로 되돌려 보낸다.
헬름홀쯔 공명 제어 수단(338)은 고압 작동 유체 펌프(332)를 각각의 매니폴드(334, 336)들과 연결하는 각각의 제1 및 제2 매니폴드 공급 통로(364, 366) 내에 위치한 일방향 유동 체크 밸브(378, 380)를 포함한다. 헬름홀쯔 공명 제어 수단(338)은 각각의 체크 밸브(378, 380)와 평행하게 연결된 소정의 유동 제한부(386, 388)를 갖는 우회관(382, 384)도 포함한다. 달리, 소정의 유동 제한부(386, 388)는 체크 밸브(378, 380)와 일체로 성형되어 오리피스식 체크 밸브를 구성할 수도 있다. 바람직하게는, 각각의 유동 제한부(386, 388)는 고정식 유동 면적 오리피스이지만, 달리 가변 유동 면적 오리피스일 수 있다.
헬름홀쯔 공명 제어 수단(338)은 두개의 상호연결된 고압 매니폴드(334, 336)들 사이에서 그리고 펌프(332)와 매니폴드(334, 336)들 중의 어느 하나 사이에서 자연적으로 발생하게 되는 압력파들의 헬름홀쯔 공명의 발생을 최소로 제어하거나 방지하기 위해 제공된다. 헬름홀쯔 공명을 제어하는 것을 주 압력 조절기(368)의 일정 압력 설정시에 각각의 매니폴드(334, 336) 내에서 규정된 시간에 보다 균일한 압력을 유지하는데 기여한다. 체크 밸브(378, 380)들은 하나의 매니폴드로부터 다른 매니폴드로의 유체 연통을 차단한다. 우회관(382, 384)과 유동 제한부(386, 388)들은 하나의 매니폴드(334, 336)로부터 다른 매니폴드로의 유체 연통을 최소화하여, 각각의 체크 밸브(378, 380)가 폐쇄될 때 방출된 유체 에너지를 소산시킨다. 또한, 우회관(382, 384)들 및 유동 제한부(386, 388)는 세가지 다른 기능도 수행한다. 첫째, 그들은 매니폴드(334, 336)들 내의 압력을 낮추기 위해 전자 제어 모듀울(454)이 주압력 조절기(368)로 신호를 보낸 후 엔진 작동 중에 각각의 매니폴드(334, 336) 내의 압력을 낮추기 위한 수단 또는 장치로서 기능한다. 또한, 그들은 유닛 분사기(18)들이 엔진(12)으로부터 작동 유체를 넘치게 함이 없이 서비스를 위해 분리될 수 있도록 엔진을 가동 정지시킨 후에 매니폴드들 내의 압력을 낮추기 위한 수단으로서도 기능한다. 또한, 엔진 가동 정지한 후에 그리고 엔진(12)을 재프라이밍한 때에 작동 유체가 매니폴드(334, 336)들로부터 낮춰지지 않은 경우에, 유닛 분사기(18)들은 검은 연기 또는 다른 바람직하지 않은 방출물들을 발생시키는 경향이 있고, 또한 아주 잘 들리는 노킹 소음을 야기시킬 수 있다. 둘째, 그들은 연료 분사 시스템(10)의 작동 중에 제1 및 제2 매니폴드(334, 336)들 모두에 연통된 작동 유체의 압력을 평형화하는 수단 또는 장치로서 기능한다. 셋째, 그들은 바로 후술하는 유압식 메이크업 회로의 일부를 형성한다. 각각의 유동 제한부(386, 388)의 유동 면적과 체크 밸브(378, 380)들의 질량 및 변위는 HEUI 연료 분사 시스템(10)의 시스템 압력, 유동 필요량, 작동 빈도, 및 유압 형태에 따라 선택된다.
또한, 작동 유체 회로는 작동 유체의 냉각 및 수축 및/또는 작동 유체로부터의 갇힌 공기의 침전으로 인한 엔진 작동 정지 후에 발생하는 각각의 매니폴드(334, 336) 내에서 공극을 메이크업하거나 보충하는 수단 또는 장치(390)를 포함한다. 메이크업 수단(390)의 보충 효과가 없다면, 각 매니폴드(334, 336)는 고압 펌프(332)가 매니폴드(334, 336)들 내의 작동 유체의 손실된 체적을 재충전할 때까지 각 매니폴드(334, 336) 내의 작동 유체의 손실된 체적이 엔진 프라이밍을 지연시키게 된다. 메이크업 수단(390)은 작동 유체 사이펀 통로(392)를 포함하는 것이 바람직하다. 사이펀 통로(392)는 고압 펌프(332)의 인입구를 우회하며, 프라이밍 저장소(330)와 매니폴드(334, 336) 사이에 직접 연결된다. 시이펀 통로는 프라이밍 저장소(330)로부터 매니폴드(334, 336)로의 유동을 허용하는 일방향 유동 체크 밸브(394)를 내부에 갖는다. 또한, 메이크업 수단(390)은 각각의 매니폴드(334, 336)에 작동 유체를 공급하는 우회관(382, 384)들 및 유동 제한부(386, 388)들을 포함한다. 바람직하게는, 하나의 작동 유체 매니폴드(334, 336)가 일단의 유닛 분사기(18)들을 갖고 있는 각각의 실린더 헤드(14)를 위해 그것과 연관되어 제공된다. 예컨대, 비이형 엔진(12)의 경우, 두개의 작동 유체 매니폴드(334, 336)들이 제공된다. 제2도에 도시된 실시예의 경우, 각각의 작동 유체 매니폴드(334, 336)는 흡기 매니폴드(396)와 일체로 성형되고, 이러한 결합된 유닛은 각각의 실린더 헤드(14)의 볼트 연결 또는 다른 방식으로 연결된다. 달리, 각각의 작동 유체 매니폴드(334, 336)는 각각의 실린더 헤드(14)에 연결된 별개의 부품일 수 있다. 달리, 각각의 작동 유체 매니폴드(334, 336)는 각각의 실린더 헤드(14)와 일체로 성형될 수 있다. 엔진의 내부 통로들에 작동 유체 매니폴드(334, 336)들을 통합하는 한가지 이점은 비용을 증가시키고 엔진(12)에 대한 HEUI 연료 분사 시스템(10)의 조립 및 신뢰성을 복잡하게 하는 외부 고압 작동 유체관들을 제외할 수 있다는 점이다. 다른 이점은 서비스 또는 수선을 위한 접근을 용이하게 하는 엔진(12)의 산뜻한 또는 어수선하지 않은 그리고 더 미학적인 외양이다. 또한, 엔진의 어수선하지 않은 외양은 다양한 용도로 사용 또는 장착하기가 수월해진다.
각각의 작동 유체 매니폴드(334, 336)는 하나의 공통 레일 통로(398, 400) 및 이 공통 레일 통로(398, 400)와 연통하는 복수개의 레일 분기 통로(402)들을 갖는다. 레일 분기 통로들의 수는 각각의 실린더 헤드(14)내에 위치한 유닛 분사기(18)들의 수에 대응한다. 각각의 공통의 레일 통로(398, 400)는 각각의 실린더 헤드(14)에 위치한 유닛 분사기(18)들 전체에 대해 이격 및 평행한 관계로 각각의 실린더 헤드(14)를 가로질러 연장한다. 제2도에 도시된 것처럼, 각각의 레일 분기 통로(402)는 실린더 헤드(14) 내에 형성된 각각의 유닛 분사기 구멍(16), 및 각각의 유닛 분사기(18) 내에 형성된 제2 환형 원주 홈(174)과도 연통한다. 유닛 분사기(18)의 환형 원주 홈(174)과 구멍(16)은 레일 분기 통로(402)에 의해 유닛 분사기(18)에 연통된 고압 작동 유체가 유닛 분사기(18)의 모든 외주 주위에 사실상 균일하거나 평형화된 압력을 가하도록 보장하는 환형체를 형성한다. 이는 레일 분기 통로(402)와 유닛 분사기(18)의 작동 유체 인입 통로(158)들 사이에 아무런 환형체가 없는 경우에 유닛 분사기(18)가 평형화되지 않은 고압 측면 하중을 받는 것을 방지한다.
우선 제13도를, 그리고 제1도 및 제2도를 참조하면, 연료 공급 수단(22)은 연료 탱크(406), 연료 공급관(408), 연료 이송 및 프라이밍 펌프(410), 연료를 조절하는 수단 또는 장치(412), 각각의 실린더 헤드(14)를 위해 제공되고 그것과 연관된 연료 매니폴드(414, 416), 및 하나 이상의 연료 복귀관(418, 420)들을 포함하는 연료 분사 회로(404)를 포함한다.
바람직하게는, 연료 조절 수단(412)은 연료 히터(422), 연료 필터(424), 및 연료/물 분리기(426)를 포함한다. 연료는 탱크(406)로부터 연료 이송 펌프(410)에 의해 흡인되어, 연료 조절 수단(412)을 통해 유동하고, 그곳에서 소정 온도로 가열되고, 여과되고, 물로부터 분리된다. 연료 조절 수단(412)은 티이(tee, 420)에 연결된 연료 배출 통로(428)를 갖는다. 티이(430)는 연료 유동을 두 부분으로 나누고, 한 쌍의 연료 매니폴드 공급 통로(432, 434)들과 연통한다. 각각의 연료 매니폴드 공급 통로(432, 434)는 각각의 실린더 헤드(14)들 내에 형성된 각각의 연료 매니폴드(414, 416)와 연통한다. 제2도에 도시된 것처럼, 각각의 연료 매니폴드(414, 416)는 각각의 실린더 헤드(14)의 내부 통로로서 형성되는 것이 바람직한 통상의 연료 레일 통로 형태로 되어 있다. 각각의 통상의 연료 레일 통로는 상기 실린더 헤드(14)와 연관된 각각의 유닛 분사기 구멍(16)과 부분적으로 그러나 직접적으로 교차하고, 상기 유닛 분사기 구멍(16)과 관련된 유닛 분사기(18)의 제2 환형 원주 홈과 연통한다.
연료 조절 수단(412)은 바람직하게는 연료 유동 회로의 최고 지점 또는 높이에 또는 근처에 있는 위치에서 티이(430)의 상류에 위치한 다른 티이(436)를 더 포함한다. 다른 티이(436)의 하나의 분기부는 갇혀 있는 공기를 연료 탱크(406)로 다시 복귀시키는 공기 브리드(bleed) 복귀 통로(438)에 연결된다. 공기 브리드 복귀 통로(438)는 공기 브리드 복귀 통로(438)를 통해 유동하는 연료의 양을 최소화하기 위해 소정의 유동 제한부(442)를 포함할 수 있다. 제1도에는 도시되어 있지 않지만 제13도에 도시되어 있는 바와 같이, 연료 복귀관들은 연료 탱크(466)와 연통하는 통상의 복귀관(444) 속으로 합병될 수 있다. 바람직하게는 고정식 유동 면적 오리피스 형태인 소정의 유동 제한부(448)가 엔진 작동 중에 연료 매니폴드 내의 압력을 소정 압력(예컨대, 약 276 내지 413 kPa(약 40 내지 60 psi))으로 유지하기 위해 각각의 연료 매니폴드(414, 416)의 배출구 근처에 위치한다. 또한, 사이펀 방지 밸브로서 기능할 수도 있는 압력 조절기(450)는 각각의 유동 제한부(448)를 대신하여 또는 그것에 더하여 복귀관(444) 내에 위치할 수 있다. 또한, 연료 조절 수단(412)은 연료 필터(424)가 서비스를 필요로 할 때를 표시하는 엔진 작동자가 볼 수 있는 광선 및/또는 경보 형태의 경고 장치(452)를 포함할 수도 있다.
제1도를 참조하면, 전자 제어 수단(24)은 프로그램가능한 전자 제어 모듀울(454), 및 최소 변수를 검출하고 검출된 변수를 표시하는 이후에, 입력 데이타 신호로서 기술되는, 변수 표시 신호(S1-5,7-8)를 발생시키는 수단 또는 장치를 포함한다. 바람직하게는, 검출 및 발생 수단은 엔진 및/또는 트랜스미션 작동 상태들과 같은 하나 이상의 변수들을 주기적으로 검출하고 전자 제어 모듀울(454)로 보내지는 대응 입력 데이타 신호들을 발생시키는 하나 이상의 통상의 센서들 또는 변환기들을 포함한다. 바람직하게는, 그러한 입력 신호들은 엔진 속도 신호 S1, 엔진 냉각제 온도 신호 S3, 엔진 배기 배압 신호 S4, 흡기 매니폴드 압력 신호 S5, 및 드로틀 위치 또는 바람직한 연료 설정 신호 S7을 포함한다. 또한, 엔진(12)이 자동차 트랜스미션에 결합된 경우, 입력 데이타 신호들은 예컨대, 트랜스미션의 기어 설정을 표시하는 트랜스미션 작동 상태 표시 신호 S8도 포함한다.
전자 제어 모듀울(454)은 입력 데이타를 고려한 다음에 한 쌍의 바람직한 또는 최적 출력 제어 신호 S9, S10을 산출하는 다양한 다중 치수 제어 전략 또는 논리 지도들도 프로그램된다. 하나의 출력 제어 신호 S9은 작동 유체 매니폴드 압력 지시 신호이다. 이러한 신호는 매니폴드(334, 336)들 내의 작동 유체의 압력을 바람직한 양으로 조정하게 되는 펌프(332)의 배출 압력을 조정하기 위해 주압력 조절기(368)로 전달된다. 따라서, 출력 신호 S9는 연료 분사 압력 지시 신호로서도 간주될 수 있다.
작동 유체 압력의 정확한 제어는 연료 분사 시기 및 양의 정확한 제어를 보장하는데 기여한다. 작동 유체 압력을 정확히 제어하기 위해, 폐쇄 루프 피드백 회로가 제공된다. 유닛 분사기(18)들에 공급되는 유압 작동 유체의 압력을 검출하고 검출된 압력을 표시하는 압력 표시 신호 S6를 발생시키는 센서가 제공된다. 바람직하게는, 이러한 센서는 매니폴드(334, 336)들 중의 적어도 하나에 위치되고, 실제 압력을 주기적으로 표본화한다. 중요하지 않은 전이 효과들에 너무 민감하지 않은 평균 압력을 검출하도록 표본화하는 빈도가 선택되는 것이 바람직하다. 센서는 전자 제어 모듀울(454)로 보내지는 대응 입력 데이타 신호 S6를 발생시킨다. 전자 제어 모듀울(454)은 실제 작동 유체 압력을 바람직한 또는 최적의 설정값과 비교하고, 출력 제어 신호 S9에 어떤 필요한 보정을 한다.
다른 출력 제어 신호 S10은 각각의 소정의 유닛 분사기(18)의 전자 작동기 조립체(36)에 공급되는 연료 이송 지시 신호이다. 연료 송출 지시 신호 S10은 연료 분사를 시작하는 시기 및 각각의 분사 단계 중에 분사되는 연료의 양을 결정한다. 바람직하게는, 전자 제어 모듀울(454)에 의해 발생된 연료 이송 지시 신호가(도시되지 않은) 전자 구동 유닛으로 공급된다. 전자 구동 유닛은 유닛 분사기(18)의 작동기 조립체(36)로 보내지는 소정의 파형을 발생시킨다.
예컨대, 전자 구동 유닛에 의해 발생된 파형은 2단계 작용일 수 있다. 작용의 제1단계는 고압 작동 유체를 강화 피스톤(88)에 연통시키는 제3위치로 전기자(42) 및 포핏 밸브(38)를 신속히 이동시키기에 충분한 약 7 암페어의 신호일 수 있다. 작용의 제2단계는 연료 송출 지시 신호가 전자 제어 모듀울(454)에 의해 종료될 때까지 전기자(42)와 포핏 밸브(38)를 제3위치에 유지시키기에 충분한, 제1단계의 크기의 대략 절반인 상대적으로 더 작은 크기의 신호(즉, 약 3.5 암페어)일 수 있다. 바람직하게는, 전자 제어 모듀울(454)은 중간 전자 구동 유닛의 필요없이 제1 압력 조절기(368)를 직접 구동한다.
[산업상 이용가능성]
HEUI 연료 분사 시스템(10)은 엔진(12)속으로 분사하기 위해 사용되는 연료로부터 분리된 작동 및 댐핑 유체를 사용한다. 작동 유체 및 댐핑 유체용 공급원으로서 연료보다는 오히려 엔진 윤활 오일을 사용하는 이점은 다음과 같다. 엔진 윤활 오일은 연료보다 더 높은 점성도를 가지므로, 고압 작동 유체 펌프(332) 및 유닛 분사기(18)의 본체 조립체(30)는 연료가 아직 비교적 뜨거울 때 엔진을 시동하는 경우에 특별히 과도한 누설이 없이 연료를 펌프하기 위해서 필요하게 되는 정확한 간극 또는 부가적인 펌핑 용량의 정도를 요구하지 않는다. 엔진 윤활 오일은 예컨대, 디젤 연료보다 더 양호한 윤활을 제공한다. 그러한 윤활은 포핏 밸브(38)의 안내부 및 시트들에 특히 필요하다. 또한, 엔진 윤활 오일은 통상의 엔진에 기본적으로 존재하는 유체통(316)으로의 오일 배출 경로들로 이용할 수 있는 반면에, 작동 및 댐핑 유체로서 사용되는 연료는 그러한 연료를 연료 탱크로 다시 배출하기 위한 부가적인 통로들 또는 외부관들을 필요로 하게 된다. 실린더 헤드 덮개(99)내의 비교적 큰 공기 공간과 같은 그러한 오일 배출 경로들은 유동에 대한 제한부를 갖고 있지 않다. 따라서, 분사 말기에, 자연적으로 발생하는 압력 스파이크(spike)는 비교적 정교한 부품들을 손상시킬 수 있는 솔레노이드 조립체(36)로 다시 되돌아갈 가능성보다는 오히려 신속하게 소산된다. 연료 공급 경로들로부터 분리된 배출 경로들에서의 고압 작동 유체의 배출은 여러 유닛 분사기들 사이의 연료 이송 및 분사 시기의 편차를 방지하는데 기여한다. 이제, 엔진(12)을 시동하기에 효율적인 방법 또는 전략을 설명하겠다. 엔진(12)는 처음에는(도시되지 않은) 배터리 및 고정자 모터와 같은 보조 동력원에 의해 크랭크되지만, 전자 제어 모듀울(454)은 작동 유체 매니폴드 압력 S6를 조절한다. 전자 제어 모듀울(454)은 작동 유체 매니폴드 압력 S6가 적어도 소정의 최소 압력 레벨까지 증가할 때까지 연료 이송 지시 신호에 의해 어떤 유닛 분사기(18)의 솔레노이드 조립체(36)를 전기적으로 여기시키지 않도록 프로그램된다. 이 기간 중에, 크랭킹 엔진(12)은 축압기로서 작용하는 작동 유체 매니폴드(334, 336)들 내의 압력을 신속히 상승시키기 위해 고압 작동 유체 펌프(332)를 기계식으로 구동한다.
바람직하게는, 유닛 분사기(18)의 트리거 여기에 필요한 작동 유체의 소정 최저 압력 수준은 유닛 분사기(18)에 의해 적어도 하나의 연료 분사를 행하는데 필요한 최저 압력이 되게 한다. 소정의 최저 압력 레벨은 작동 유체의 온도나 점성에 따라 변화하며, 보통 고온 엔진 시동 조건에 비해 냉간 엔진 시동 조건하에서 높다. 소정 최저 압력 레벨도 노즐 및 팁 조립체(34)의 노즐 개방 압력과 강화 피스톤(88)과 플런저(204) 사이의 압력 강화 비율 같은 변수를 커버하는 유닛 분사기(18)의 실제 유압적 형상에 의존한다.
작동 유체의 온도 또는 점성을 감지하는 (도시되지 않은) 센서를 제공할 수도 있다. 달리, 센서는 작동 유체의 온도나 점성을 간접적으로 지시하는 엔진 냉매 온도 같은 다른 엔진 변수를 감지할 수도 있다. 다른 실시예에서, 센서에 의해 발생된 온도 또는 점성 지시 신호는 전자 제어 모듀울(454)로 보내져서 온도 또는 점성 지시 신호에 따라 적정 최저 압력 수준을 결정 또는 선택한다. 적어도 하나의 유닛 분사기(18)가 연료를 분사하고 나면 엔진(12)은 점화되어 엔진 속도가 급격히 상승하고 고압 펌프(332)의 펌핑 효율이 증가된다. 상기 엔진 시동 방법의 장점은 신속 엔진 시동에 필요한 바에 기초를 둔 고압 작동 유체 펌프(332)의 크기(즉, 펌핑 능력)를 최소화할 수 있다는 것이다. 펌프(332)의 크기를 최소화하면 비용도 절감되고 엔진(12)의 불필요한 마력 손실도 감소된다. 상기 엔진 시동 방법은 오일, 연료 또는 기타 작동 유체로서의 유체를 사용하는 HEUI 연료 분사 시스템(10)을 포함하는 유압 작동 연료 시스템에 적용할 수 있다.
이하에 연료 시스템(10) 또는 엔진(12)을 시동하는 다른 여러가지 방법에 대해 기술하기로 한다. 첫번째 방법은 복수개의 유압 작동 전자 제어식 유닛 분사기(18)를 유압 작동하는 데 사용하는 작동 유체를 펌프(332)가 가압하도록 엔진(12)을 크랭킹하는 단계를 포함한다. 이 방법은 작동 유체 가압중 소정 시간이 경과된 후에만 연료 분사를 행하도록 전자 제어 모듀울(454)이 각 유닛 분사기(18)를 한 번에 하나씩 전기적으로 작동시키는 단계도 포함한다. 두번째 방법은, 복수개의 유압 작동 전자 제어식 유닛 분사기를 유압 작동시키는데 사용되는 작동 유체를 가압하는 단계와, 작동 유체 가압중 소정 시간 간격이 경과된 후에만 연료 분사를 행하도록 소정 수의 유닛 분사기를 순차적으로 전기작동시키는 단계와, 연료 시스템(10) 또는 엔진(12)이 시동된 후 연료 분사를 하도록 모든 유닛 분사기를 한 번에 하나씩 순차적으로 전기작동시키는 단계를 포함한다. 세번째 방법은, 복수개의 유압 작동 전자 제어식 유닛 분사기를 유압적으로 작동시키는 데 사용된 작동 유체를 가압하는 단계와, 연료 시스템(10)이나 엔진(12) 시동 중 연료 분사를 일으키도록 소정수의 유닛 분사기를 한번에 하나씩 전기 작동시키는 단계와, 연료 시스템(10)이나 엔진(12)이 시동된 후 연료 분사를 일으키도록 모든 유닛 분사기를 한번에 하나씩 순차적으로 전기 작동시키는 단계를 포함한다. 네번째 방법은, 복수개의 유압 작동 전자 제어식 유닛 분사기를 유압적으로 작동시키는 데 사용된 작동 유체를 가압하는 단계와, 작동 유체 가압 중에 소정 시간이 경과한 후에만 연료 분사를 일으키도록 소정수의 유닛 분사기를 한번에 하나씩 전기 작동시키는 단계와 연료 분사를 일으키도록 한번에 하나씩 순차적으로 전기 작동되는 유닛 분사기의 수를 점증시키는 단계를 포함한다. 연료 시스템(10)이나 엔진(12)이 정지되면 한 번에 하나씩 순차적으로 전기 작동되는 유닛 분사기(18)의 수는 감소되고 시동 방법이 반복된다.
이하에 엔진 시동 후의 한 유닛 분사기(18)의 작동에 대해 설명한다. 제1도, 제2도 및 제3도를 참조하면, 연료는 각 연료 매니폴드(416)에 의해 유닛 분사기(18)에 비교적 저압 (예를 들어 약 276 내지 413 kPa (40 내지 60 psi ))에서 공급된다. 제3도 및 제5도를 참조하면, 연료는 케이스 연료 인입 구멍(308), 환형 통로(314), 슬리이브 연료 인입 통로(270), 연료 필터 스크린(244) 및 슬리이브 구멍(268)을 통해 유동한다. 비교적 저압의 연료는 솔레노이드 조립체(36)가 비 여기화 상태이고 연료 펌프 챔버(260)내의 압력이 선택된 양만큼 체크 밸브(230) 상류측 압력보다 낮을 때 압축된 볼 스프링(226)의 힘에 대항하여 체크 밸브(230)을 개방시킨다. 체크 밸브(230)가 개방되는 동안 연료 펌프 챔버(260)는 연료로 재충전된다.
솔레노이드 조립체(36)가 비여기 상태에 있는 동안, 포핏 밸브(38)는 작동 유체 입인 통로(158)와 피스톤 펌프 챔버(190) 사이의 유체 연통을 차단하는 제1위치에 있으며, 이 때 피스톤 펌프 챔버(190)와 상부 환형 주위 홈(144) 사이와 통로(128)와 유체통(316)에 연통되는 배출 통로 사이의 연통이 개방된다. 피스톤 펌프 챔버(190)내의 유체 압력은 무시할 수 있을 정도이며 플런저 스프링(206)은 플런저(204)와 강화 피스톤(88)에 대해 상방으로 밀어 제1 멈춤부(194)가 시트(170)와 접촉한다.
분사를 개시하기 위해, 연료 송출 지시 신호 S10은 전자 제어 모듀울(454)에 의해 발생되고 전자 구동 유닛으로 송출된다. 전자 구동 유닛은 선택된 유닛 분사기(18)의 솔레노이드 조립체(36)에 소정의 파형을 발생한다. 솔레노이드 조립체(36)는 전기자(42)가 고정자를 향해 자기적으로 견인되도록 전기적으로 여기된다.
포핏 밸브(38)는 가동 전기자(42)에 의해서도 견인된다. 포핏 밸브(38)는 피스톤 펌프 챔버(190)와 상부 환형 주위 홈(144) 사이의 통로(128)와 배출 통로(108) 사이에 유체 연통을 유지하는 동안 작동 유체 인입 통로(158)와 피스톤 펌프 챔버(190) 사이에 유체 연통을 하부 시트(149)가 개방하는 제2위치로 우선 이동된다. 이런 포핏 밸브(38)의 변위 중에 인입 통로(158)로부터 연통된 비교적 고압의 작동 유체가 환형 챔버(163) 내의 비교적 저압으로 감소되고 그 일부는 포핏 슬리이브(76)의 제한된 통로(128)를 통해 배출되어 유체통(316)으로 복귀된다. 고온 엔진 작동 조건에서, 억압된 작동 유체의 일부는 제3위치로 접근할 때 포핏 밸브(38)의 속도를 저하시키기 위해 간극 C3a를 넘어 누설될 수 있는 댐핑 유체로 사용된다. 게다가, 제한적 통로(142)를 거쳐 상부 포핏 밸브 공동(138)으로부터 하부 포핏 밸브 공동(148)으로 변위된 댐핑 유체도 포핏 밸브(38)가 제2위치와 제3위치로 접근할 때 이를 감속하려 한다.
포핏 밸브(38)가 제1위치에서 제2위치로 이동하는 동안, 제한적 통로(128)는 피스톤 펌프 챔버(190) 내의 압력의 생성을 허용함은 물론 연료 분사 개시가 지연되도록 충분한 유체 유동을 유체통(136)으로 배출하는 수단 또는 장치로서의 기능을 한다. 이런 동작 순서는 고정적인 제1위치로부터 제2위치로 포핏 밸브(38)의 병진적이면서 예견불가능한 초기 운동을 연료 분사 개시 시간 간격에 대해 별도로 또는 일치하지 않도록 해준다. 제한적 통로의 선택적 크기는 포핏 밸브(38)가 제3위치에서 제2위치로 이동할 때 연료 분사를 급속히 차단할 정도의 충분히 큰 값과 포핏 밸브(38)가 제1위치에서 제2위치로 이동하면서 저장소로 배출 복귀되는 작동 유체의 소모를 최소화하는 충분히 작은 값 사이에서 절충한다.
포핏 밸브(38)는, 하부 시트(149)가 인입 통로(158)와 피스톤 펌프 챔버(190) 사이의 유체 연통을 계속 유지해주고 상부 시트(129)는 피스톤 펌프 챔버(190)와 상부 환형 주위 홈(144), 통로(128)와 배출 통로(108) 사이의 유체 연통을 차단하는 제3위치로 계속 이동한다. 인입 통로(158)를 통해 유동하는 비교적 고압(예를 들어 약 20670 kPa(3000 psi))에서 작동 유체는 환형 챔버(163), 중간 통로(160) 및 피스톤 펌프 챔버(190) 내에 포획되며 이로써 강화 피스톤(88) 상에 구동력을 유압적으로 작용한다.
인입 통로(158)로부터 포핏 밸브(38)의 제2단부(136)와 본체(80)의 소직경 안내부(164) 사이의 밀접하게 제어된 간극을 통해 누설되는 고압 작동 유체는 하부 포핏 밸브 공동(148), 통로(142), 상부 포핏 밸브 공동(138) , 하부 전기자 공동(89) 및 전기자 스페이서(64)의 배출 통로(98)와 연통한다.
강화 피스톤(88)의 하강 펌핑 행정 중 피스톤 챔버(192)로부터 정상적으로 연료를 배출하는 수단이나 장치로서 왕복 강화 피스톤(88)과 협동하는 일방향 체크 밸브(208)를 저렴하고도 용이하게 장착할 수 있다. 이런 연료는 플런저(204)와 배럴(198)의 주 구멍(212) 사이의 밀접하게 제어된 환형 간극을 거쳐 강화 피스톤(88)과 플런저(204)의 연속 펌핑 행정 사이에서 피스톤 챔버(192)로 누설되려 한다. 피스톤 챔버(192)내에 수집되는 누설 연료는 강화 피스톤(88)의 하강 운동에 의해 일방향 체크 밸브(208)를 통해 효과적으로 펌핑되어 나온다. 이런 방법으로 피스톤 챔버(192)로부터 배출된 연료는 일방 체크 밸브(208)에 의해 피스톤 챔버(192)로 직접 복귀하는 것이 방지된다. 엔진 작동중 피스톤 챔버(192) 내의 연료의 배출은 강화 피스톤(88)과 플런저(204)의 의도적 운동에 악영향을 줄 수 있는 유체 저항 및 그 내부 유체 압력을 제거 혹은 최소화시킨다. 게다가. 강화 피스톤(88)의 하강 운동에 의해 피스톤 챔버(192) 내에 발생된 큰 압력 맥동이 최소화 또는 제가된다. 이렇게 큰 압력 맥동이 제거되면 유닛 분사기(18)의 상류에 배치된 연료 필터에 손상을 주는 것과 엔진의 다른 유닛 분사기 중 연료 분사 비율에 제어되지 않는 변동이 생기는 것을 방지하는데 도움을 준다.
고압 작동 유체는 압축된 플런저 스프링(206)에 의해 발생된 힘에 대항하여 강화 피스톤(88)과 플런저(204)를 변위시킨다. 연료 펌프 챔버(260) 내에 포획된 연료는 피스톤 펌프 챔버(190) 내의 작동 유체 압력과, 강화 피스톤(88)과 플런저(204) 사이의 유효면적 A1/A2의 비율이 함수인 레벨로 가압된다. 이 가압된 연료는 연료 펌프 챔버(260)로부터 니들 체크 스프링(238)에 의해 작동된 예비 부하에 대항하여 니들 체크(248)상에 작용한다. 가압된 연료는 선택된 연료 수준이 도달되고 고압 연료가 분사 스프레이 오리피스(286)를 통해 분사된 후 니들 체크(248)를 들어올린다.
분사를 종료하거나 분사되는 연료량을 제어하기 위해, 전자 제어 모듀울(454)은 전자 구동 유닛으로의 연료 송출 지시 신호 S10송출을 중단한다. 이때 전자 구동 유닛은 그 파형 형성을 중단함으로서 선택된 유닛 분사기(18)의 솔레노이드 조립체(36)를 전기적으로 비여기한다. 대항하는 자력이 없으면 압축된 포핏 스프링(78)은 팽창하여 전기자(42)와 포핏 밸브(38)를 그 처음 위치로 복구시킨다. 포핏 밸브(38)는 하부 시트(149)가 피스톤 펌프 챔버(190)와 상부 환형 원주 홈(144), 통로(128)와 배출 통로(108) 사이의 유체 연통을 유지하면서 인입 통로(158)와 피스톤 펌프 챔버(190) 사이의 유체 연통을 개방하는 제2위치를 통과한다. 포핏 밸브(38)의 이런 변위 부분 중에, 인입 통로(158)로부터 연통된 작동 유체는 압력 해제되고 그 전체 또는 일부가 배출되어 저장소(316)로 직접 복귀한다. 고온 엔진 작동 조건에서, 압력 해제된 작동 유체는 제1위치에 접근할 수 있도록 포핏 밸브의 속도를 감속하도록 간극 C3a를 지나 누설할 수 있는 댐핑 유체로서 사용된다.
제1위치에서, 포핏 밸브(38)의 하부 시트(149)는 고압 작동 유체가 피스톤 펌프 챔버(190)와 연통하는 것을 차단하는 본체(80)의 환형 밸브 시트(166)상에 안착된다. 게다가, 포핏 밸브(38)의 상부 시트(146)는 포핏 밸브(76)의 환형 시트(129)로부터 이탈하여 피스톤 펌프 챔버(190)를 상부 환형 원주 홈(144), 통로(128) 및 배출 통로(108)와 연통시킨다.
피스톤 펌프 챔버(190)가 일단 환형 원주 홈(144), 통로(128) 및 배출 통로(108)와 연통되면, 강화 피스톤(88) 상에 작용하는 유체 압력도 감소하여 강화 피스톤(88)과 플런저(204)의 하향 변위를 정지시킨다. 이때 압축된 스프링이 팽창하여 플런저(204)와 강화 피스톤(88)을 본체(80)의 시트(170)에 닿게 복귀시킨다. 팽창 연료 펌프 챔버(260) 내의 압력이 강화되면 압축된 니들 체크 스프링(238)이 니들 체크(248)를 그 시트(282)에 닿게 하강시키도록 한다. 연료 펌프 챔버(260) 내의 압력이 감소되는 또 체크 밸브(230)을 개방시켜 연료 펌프 챔버(260)가 연료로 다시 채워지게 한다.
냉간 엔진 시동 조건 중에 작동 유체를 엔진 윤활유로 선택하면 작동 유체의 점성은 비교적 높다. 간극 C1, C2에서 차갑고 점성이 강한 작동 유체의 존재는 이것이 전기자(42)와 포핏 밸브(38)의 운동을 방해하거나 극히 제한하기 때문에 바람직하지 않다. 포핏 밸브(38)와 포핏 슬리이브(76) 사이의 환형 간극 C3a의 크기는 이것이 엔진 시동중 포핏 밸브(38)의 상부 환형 원주 홈(144)으로부터 상부 포핏 밸브 공동(138) 및 하부 전기자 공동(89)으로 비교적 찬 작동 유체의 연통을 제한하기에 충분한 만큼 작도록 선택된다. 이리하여, 가동 전기자(42)와 포핏 밸브(38)는 간극 C1, C2에 존재하는 차갑고 점성있는 작동 유체의 존재없이 자유로이 작동한다. 또한, 간극 C3a에 의해 제공된 유효 유동 제한(소위 단면적 및 축 길이)은 엔진 정상 작동 중 상부 환형 주위 홈(144)과 상부 포핏 밸브 공동(138) 및 하부 전기자 공동(89) 사이에 비교적 고온의 작동 유체를 연통시키기에 충분히 크도록 선택하는 것이 좋다. 이렇게 하면 가동 전기자(42)와 포핏 밸브(38)를 비교적 고온 유체가 간극 C1과 C2로부터 변위 또는 누설함으로써 발생되는 소정량의 댐핑으로 작동하게 할 수 있다. 환형 간극 C3a의 크기는 전기자(42)와 포핏 어댑터(70) 사이의 간극에 대한 크기 선택과 연관하여 선택할 수도 있다. 이런 댐핑은 초기 접촉후 시트(146, 149) 중 어느 하나로부터 반동하는 포핏 밸브의 경향을 최소화하는 데 도움을 준다.
수집 홈(60) 및 통로(58) 형태의 연통, 수집 및 배출 수단(56)은 가동 전기자(42)가 상부 전기자 공동(57)내에 수용된 작동 유체 상에 보통 가하는 펌핑 효과를 최소화하는데 도움을 준다. 연통, 수집 및 배출 수단(56)과 전기자 스페이서(64)의 배출 통로(98)는 전기자(42)의 포핏 밸브(38)의 자세를 유압적으로 고정하지 않고 댐핑 유체를 유체통(316)으로 배출 복귀시키도록 연통한다. 상기 연통, 수집 및 배출 통로(98)는 또 고온 작동 유체가 상부 및 하부 전기자 공동(57, 89)으로부터 배출되게 함으로써, 냉간 엔진 시동 조건하에 작동 유체가 공동 내에 잔류하고 그곳에서 냉각되고 점성이 강한 유체로 되는 것을 불가능하게 한다.
냉간 엔진 조건하에 엔진을 시동시키는데 도움을 주기 위해, 선택된 진폭, 펄스 폭 및 주기를 갖는 하나 또는 그 이상의 전기 신호(예를 들어 전류의 구형파)는 엔진(12) 크랭킹 전에 소정 시간 지체 후 작동기 조립체(36)에 인가된다. 선택된 진폭, 펄스 폭 및 시간 지체는 작동기 조립체(36)를 과열 및 손상되지 않게 주의하여 선택한다. 전류 펄스는 전자 구동 유니트, 엔진 배터리 또는 이들의 조합에 의해 공급된다. 주기적 전기 신호는 스프링 편향된 전기자(42)를 왕복시켜 상하 전기자 공동(57, 89)으로부터 점성 댐핑 유체의 적어도 일부를 방출시킨다. 그 중요한 효과 중에는 전기자(42)와 고정자(46) 사이의 공동 내 유막 강도를 저감한다는 것이 있다. 다른 중요한 효과는 포핏 밸브(38)와 포핏 슬리이브(76) 사이의 간극 C3a를 거쳐 연통된 댐핑 유체를 웜업할 수 있도록 작동기 조립체(36)가 가열된다는 것이다. 이들 효과는 엔진 시동중 연료 분사 송출 능력과 분사 시기 정확도를 개선하는 포핏 밸브(38)의 신속 응답성을 촉진시킨다.
이런 엔진 시동 방법은 예를 들어 적어도 하나의 매니폴드(334, 336)의 작동 유체 온도를 감지하고 이런 시동 방법을 온도가 소정 아래로 강하될 때만 수행케 함으로써 더욱 개선된다. 혹은, 엔진 냉매 온도 같이 매니폴드(334, 336) 내의 작동 유체의 온도를 간접적으로 가리키는 다른 엔진 변수를 감지하고, 이런 시동 방법을 수행해야 할지 결정하는 데 사용된다.
상기 냉간 엔진 시동 방법에 부가하여 또는 그 대신에, 이런 하나 또는 그 이상의 전기 신호를 엔진(12) 정지 후에 소정 시간 동안 작동기 조립체(36)에 적용될 수 있다. 엔진(12)이 정지되면 고압 작동 유체 펌프(332)를 더 이상 구동하지 않는다. 전기 신호는 스프링 편향된 전기자를 왕복시켜서 댐핑 유체가 냉각되어 점성이 높아지기 전에 상하 전기자 공동(57, 89)으로부터의 고온 댐핑 유체의 적어도 일부를 방출한다. 이 방법은 또 주위 기온이 소정치 이하로 저하되는 때에만 엔진(12)이 정지된 후 주위 기온을 감지하고 작동기 조립체(36)에 전기 신호를 인가함으로써 변경할 수 있다.
냉간 엔진 운전 조건하에서, 냉간 엔진(12)의 시동을 수행하려면 연장된 연료 송출 지시 신호나 로직 펄스가 필요하다. 연료 송출 지시에 필요한 시간은 회로 내의 다양한 압력 강하로 인한 작동 유체 점성의 함수이다. 오일의 점성도를 정확히 모른다면 냉간 엔진 시동 조건하에 연료 송출 지시 신호에 필요한 정확한 시간 간격을 계산 또는 예상하기가 어렵다. 예상 시간이 부족하면 불충분한 연료 분사가 수행된다. 예상 시간이 과도하면 과도 연료 분사가 수행되어 연료 소모 과잉 및 엔진에 손상을 준다.
냉간 엔진 시동 능력을 개선하는데 있어서의 상기 문제점의 해결책으로, 작동 유체의 점성이나 온도를 직접 또는 간접 감지하고 전자 제어 모듀울(454)로 보내진 점성 또는 온도 표시 신호를 발생하는 센서를 제공하고, 작동 유체의 감지된 점성이나 온도 변화를 보상하는 펄스 폭 변조 방법을 사용하는 것이 있다. 전자 제어 모듀울(454)은 정상 엔진 작동 온도에서 최대 연료 송출 지시 신호 S10이 엔진(12)의 통제 능력의 개선 및/또는 과도한 엔진 토오크를 방지하기 위해 선택된 최대 소정 펄스 폭에 의해 제한되도록 프로그램되어 있다. 이런 최대 소정 펄스 폭은 냉간 엔진 시동의 수행에 불충분할 수도 있다. 따라서, 전자 제어 모듀울(454)은 엔진 시동 중에만 최대 소정 펄스 폭이 작동 유체의 감지된 점성이나 온도의 함수로서 선택된 인자에 의해 가산 및 증가되도록 프로그램된다. 일반적으로, 이 인자는 작동 유체의 감지된 점성이 증가하거나 작동 유체의 감지된 온도가 강하할 때 하나에서 하나 이상의 갯수로 증가된다. 엔진이 시동되고 작동 유체가 정상 엔진 작동 온도 및 점성에 도달하고 나면 선택된 요소는 하나가 된다.
예를 들어, 엔진(12)의 시동 방법은 전자 제어 모듀울(454)이 유닛 분사기(18)의 작동기 및 밸브 조립체(28)에 선택된 제1 펄스 폭의 적어도 하나의 전기 연료 송출 지시 신호 S10을 인가하는 단계와, 제1 펄스 폭의 연료 송출 지시 신호 S10에 응답하여 유닛 분사기(18)에 가압 작동 유체를 공급하는 단계와, 제1 펄스 폭의 연료 송출 지시 신호 S10에 응답하여 제1 연료 분사량을 이루도록 제1 변위에 걸쳐 유닛 분사기(18)의 강화 피스톤(88)을 유압 변위시키는 단계, 그리고 엔진이 시동된 후 유닛 분사기(18)에 제1 펄스 폭보다 작게 선택된 소정의 제2 펄스 폭의 적어도 하나의 다른 전기 연료 송출 지시 신호 S10을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 또, 이 방법에 제2 펄스 폭의 다른 연료 송출 지시 신호 S10에 응답하여 유닛 분사기(18)에 가압 작동 유체를 공급하는 단계와, 제2 펄스 폭의 다른 연료 송출 지시 신호 S10에 응답하여 제2 연료 분사량을 이루도록 제1 변위보다 작은 제2 변위에 걸쳐 유닛 분사기(18)의 강화 피스톤(88)의 유압 변위시키는 단계도 포함할 수 있다. 결국, 제2 연료 분사량은 제1 연료 분사량보다 적어진다. 혹은, 전자 제어 모듀울(454)은 신호의 펄스 폭이 한 소정량에서 다른 소정량으로 점진적으로 감소하는 엔진 시동중 일련의 전기 연료 송출 지시 신호 S10은 인가할 수 있다.
상기 문제에 대한 다른 해결책은 유닛 분사기(18)에 공급된 작동 유체의 압력을 선택적으로 변경하는 것이다. 압력은 주 압력 조절기(368)로 보내지는 작동 유체 매니폴드 압력 지시 신호 S9을 변동시키는 전자 제어 모듀울(454)에 의해 변동된다. 예를 들어, 엔진(12)의 시동 방법은 전자 제어 모듀울(454)이 유닛 분사기(18)에 전기 연료 송출 지시 신호 S10을 인가하는 단계와, 연료 송출 지시 신호 S10의 인가에 응답하여 유닛 분사기(18)에 소정 제1 압력의 작동 유체를 공급하는 단계와, 연료 분사를 수행키 위해 제1 변위에 걸쳐 유닛 분사기(18)의 강화 피스톤(88)을 유압 변위시키는 단계, 그리고 엔진 시동 후에 유닛 분사기(18)에 다른 전기 연료 송출 지시 신호 S10을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 또, 다른 연료 송출 지시 신호 S10의 인가에 응답하여 유닛 분사기(18)에 제1 압력 이하의 압력으로 선택된 소정의 제2 압력의 작동 유체를 공급하는 단계와, 연료 분사를 수행하기 위해 제1 변위보다 작은 제2 변위에 걸쳐 유닛 분사기(18)의 강화 피스톤(88)을 유압 변위시키는 단계도 포함할 수 있다. 혹은, 전자 제어 모듀울(454)은 압력이 한 소정량에서 다른 소정량으로 점진적으로 감소하도록 엔진 시동 중에 작동 유체 공급 압력을 변화시킬 수 있다.
상기 문제점의 또 다른 해결책은 압력의 선택적 변동 뿐 아니라 연료 송출 지시 신호 S10의 펄스 폭을 변경하는 것이다. 다른 실시예에서, 작동 유체 압력 및/또는 연료 송출 지시 펄스 폭의 크기는 작동 유체의 점성이나 온도 또는 점성과 온도를 간접적으로 가리키는 다른 변수의 함수로서 선택될 수 있다.
상기 문제점의 또 다른 해결책은 강화 피스톤(88)의 배럴 시트(219)와 제2 정지부(196) 사이의 간극 C4를 강화 피스톤(88) 및 플런저(204)의 최대 허용 유효 행정에 대응하는 소정 축방향 길이로 설정하는 것이다. 예를 들어 간극 C4는 약 3.5 밀리미터(0.136 인치) 정도로 선택할 수 있다. 이리하여 유닛 분사기(18)는 냉간 엔진 작동이나 시동을 포함한 어떤 조건하에서도 소정 최대 연료량을 분사하도록 기계적으로 제한된다. 냉간 엔진 작동중 전자 제어 모듀울(454)은 실제 오일의 점성과는 관계없이 상당히 긴 시간 간격 또는 펄스 폭을 갖는 연료 분배 명령 신호 S10을 송출하지만 강화 피스톤(88)의 최대 변위를 수행하기에는 충분하다. 간극 C4의 크기는 엔진(12)의 적절한 시동 및 가속을 보장하도록 충분한 연료가 분사되지만 엔진(12) 및/또는 구동 열에 과다 연료 손상을 일으킬 정도로 되지는 않는다. 간극 C4의 크기는 또 플런저(204)의 자유 단부와 정지 부재(232) 사이의 대응 간격보다 작게 선택된다. 이리하여 연료 공급 수단(22)이 엔진 작동중 연료가 바닥나면 강화 피스톤(88)은 시트(219)와 먼저 접촉하여, 플런저(204)가 정지 부재(232)를 때려 플런저(204) 및/또는 배럴(198)의 변형을 일으키는 것을 방지한다. 엔진 시동이 이루어진 후, 전자 제어 모듀울(454)은 연료 송출 지시 신호 S10의 펄스 폭을 소정 엔진 속도를 유지하기에 충분한 시간 간격으로 감소시키도록 프로그램된다.
이하에 기계 작동 연료 분사 시스템에 있어 HEUI 연료 분사 시스템(10)의 주요 이점을 요약해 보기로 한다. 첫째, HEUI 연료 분사 시스템(10)은 연료 펌핑 플런저의 작동에 사용되는 캠과 로커 아암 기구 같은 종래의 각종 기계 부품을 생략하고 있다. 이렇게 부품을 생략하게 되면 비용을 감소시키고 엔진(12)의 신뢰성 및 패키징을 개선하는 데 도움이 된다. 상기 이점으로 인해, HEUI 연료 분사 시스템(10)은 전자 제어식 연료 분사 시스템을 갖지 않는 기존의 종래 엔진에 개조 장착하기에도 알맞다. 둘째, HEUI 연료 분사 시스템(10)의 연료 분사 압력은 엔진(12)의 속도에 무관하게 적정치로 선택되거나 변경될 수 있다. 예를 들어, 엔진 시동 중에, 분사 압력의 크기를 소정치로 증가시켜 엔진(12)의 안정성을 개선하도록 할 수 있다. 엔진 저부하 및 엔진 저속 조건에서, 분사 압력은 분사된 연료의 분무화를 감소시켜 연료가 서서히 연소되고 엔진(12)의 정숙성을 향상하도록 소정치까지 낮출 수 있다. 엔진 고부하 및 엔진 저속 조건에서, 분사 압력의 크기는 엔진(12)에 의해 방출된 입자의 양을 감소시키기 위해 소정치로 늘릴 수 있다. 부분 부하 조건에서, 분사 압력의 크기는 엔진(12)에 의해 연료 소비를 감소하도록 설정치로 저하시킬 수 있다. 상기 각 예에서, 연료 송출 지시 신호 S10의 펄스 폭은 적정 엔진 성능 및/또는 최소 배기량으로 변경시킬 수 있다. 폐쇄 루프 피이드 백 회로는 적정 압력 설정치를 설정하고 필요한 동안 유지하는 것을 보장하는 데 도움을 준다.
본 발명의 다른 특징, 목적, 장점들은 첨부 도면, 설명 및 청구범위를 연구하면 이해할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체에 있어서, 공동을 한정하는 가동 부재를 가진 전기적 여기 가능한 작동기 조립체와, 가동 부재의 이동을 유체 댐핑하기 위한 댐핑 수단과, 가동 부재에 연결되고 댐핑 수단에 댐핑 유체를 선택적으로 연통시키도록 된 밸브와, 댐핑 유체의 점성도에 직접 비례하여 댐핑 수단으로의 댐핑 유체의 연통을 제한하기 위한 제한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제한 수단은 밸브와 댐핑 수단 사이의 댐핑 유체 유동 경로 내에 위치된 것을 특징으로 하는 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제한 수단은 슬리이브 구멍을 한정하는 슬리이브를 포함하고, 상기 밸브는 소정의 직경 방향 간극에 따라 슬리이브 구멍 내에 위치된 단부 부분을 갖고 있고, 상기 직경 방향 간극은 댐핑 유체의 점성도에 직접 비례하여 댐핑 수단으로의 댐핑 유체의 연통을 효과적으로 제한하는 소정의 길이 및 횡단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가동 부재는 전기자인 것을 특징으로 하는 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분사기는 유닛 분사기인 것을 특징으로 하는 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  6. 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체에 있어서, 제1 부재 구멍을 한정하는 제1 부재와, 공동을 한정하는 가동 제2 부재를 포함하는 전기적 여기가능한 작동기 조립체와, 가동 제2 부재에 연결되고 분사기로 댐핑 유체를 선택적으로 연통시키도록 되어 있으며 소정의 직경 방향 간극을 따라 제1 부재 구멍에 위치한 단부 부분을 갖고 있는 밸브와, 작동기 조립체의 공동에 관해 댐핑 유체를 연통시키기 위한 연통 수단을 구비하고, 상기 직경 방향 간극은 댐핑 유체의 점성도에 따라 공동으로의 댐핑 유체의 연통을 효과적으로 제한하는 소정의 길이 및 횡단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  7. 유압 작동 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체에 있어서, 제1 부재 구멍을 한정하는 제1 부재와, 공동을 한정하는 가동 제2 부재를 포함하는 전기적 여기가능한 작동기 조립체와, 가동 제2 부재에 연결되고, 분사기로 작동 유체를 유압식으로 선택적으로 연통시키도록 되어 있으며 소정의 직경 방향 간극을 따라 제1 부재 구멍에 위치한 단부 부분을 갖고 있는 밸브와, 작동기 조립체의 공동에 관해 댐핑 유체를 연통시키기 위한 연통 수단을 구비하고, 상기 직경 방향 간극은 댐핑 유체의 점성도에 따라 공동으로의 댐핑 유체의 연통을 효과적으로 제한하는 소정의 길이 및 횡단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  8. 유압 작동 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체에 있어서, 슬리이브 구멍을 한정하는 슬리이브와, 제1 및 제2 공동을 한정하는 가동 부재를 포함하는 전기적 여기가능한 작동기 조립체와, 가동 부재에 연결되고 분사기에 작동 유체를 유압식으로 선택적으로 연통시키도록 되어 있으며 소정 직경 간극에 따라 슬리이브 구멍에 위치된 단부를 갖는 밸브와, 작동기 조립체의 적어도 하나의 공동에 대해 댐핑 유체를 연통, 수집 및 배출하는 수단을 포함하며, 상기 직경 간극은 댐핑 유체의 점성도에 따라 적어도 하나의 공동으로의 댐핑 유체의 연통을 효과적으로 제어하는 소정의 길이 및 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 작동 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  9. 유압 작동 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체에 있어서, 고정된 고정자와, 제1 및 제2 공동을 각각 한정하는 제1 및 제2면을 구비하며 상기 제1면은 고정자와 대면해 있는 가동 전기자를 가진 전기적 여기 가능한 솔레노이드 조립체와, 전기자와 연결되고 분사기에 유압 작동 유체를 선택적으로 연통하도록 된 밸브와, 솔레노이드 조립체의 적어도 하나의 공동에 대해 댐핑 유체를 연통, 수집 및 배출하는 수단을 구비하고, 상기 연통, 수집 및 배출 수단은 전기자 내에 한정되어 제1 및 제2 표면 사이로 연장하는 통로를 포함하고, 상기 연통, 수집 및 배출 수단은 전기자 제1면 및 고정자 중 하나에 형성되어 그것을 가로질러 연장하는 수집 홈을 더 포함하고, 상기 수집 홈은 배출 통로와 연통하도록 된 전기자의 통로와 연통하는 것을 특징으로 하는 유압 작동 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 밸브는 제1 밸브 공동을 한정하는 제1 단부와, 제2 밸브 공동을 한정하는 제2 단부와, 상기 밸브 공동들 사이에 배치된 중간부를 가지며, 상기 중간부는 밸브 공동들 사이를 연통하는 제한된 통로를 한정하는 것을 특징으로 하는 유압 작동 전자 제어식 분사기용 작동기 및 밸브 조립체.
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