KR100227503B1 - 내연기관의 연료분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 연료 분사 장치를 제공한다.

그 내연기관의 연료 분사 장치는, 연료 분사 장치내의 연료압을 감압시키기 위한 장치에 있어서, 고압 저장실(7)에 접속되어 밸브 부재(15)를 개방 방향으로 부하하는 분사 밸브(11)에 형성되어 있는 제1압력실(23), 제1조리개(47)를 가지는 접속 관로(49)를 통해 고압 저장실(7)에 접속됨과 더불어 제어실(29)을 형성하여 리저버 탱크(5)에 접속 가능한 밸브 부재(15)를 폐쇄 방향으로 부하하는 제2압력실, 그리고 상기 제어실(29)과 방압 관로(35)와의 접속을 열림 또는 닫힘 제어하는 2포트 2위치 제어 밸브(45)를 포함하여 구성된다.

그에 따라, 비용에 드는 부가적인 압력 밸브를 형성하지 않더라도, 연료를 공급받기 위한 내연 기관의 정지후의 분사 시스템에 있어서 안전성의 이유로 필요해지는 감압을 가능하게 할 수 있다.

Description

내연기관의 연료 분사 장치

본 발명은 내연기관의 연료 분사 장치에 관한 것으로서, 특히 연료를 고압 저장실로 압송하기 위한 펌프가 형성되어 있고, 그 고압 저장실로부터 분사 밸브에까지 압력관로가 도출되어 있으며 그 분사 밸브에 의한 연료 분사를 제어하는 제어 밸브가 분사 밸브에 형성되어 있고 그 제어 밸브가 제어의 목적으로 분사 밸브의 밸브 부재를 부하하며, 그 분사 밸브에 형성된 압력실을 고압 저장실에 접속하든지 또는 리저버 탱크로의 방압관로에 접속하도록 구성된 내연기관의 연료 분사 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공지의 연료 분사 장치에서는 고압 피드 펌프가 고압 저장실을 리저버 탱크로부터의 연료로 충전하도록 되어 있다. 고압 저장실(common rail)로부터는 압력관로가 뻗어 있고, 이 압력 관로는 연료를 공급받기 위한 내연 기관의 연소실에 돌입한 개개의 분사 밸브로 통해 있다.

이 분사 밸브는 연료 분사 장치에서 제1통로를 통해 분사 밸브의 밸브 부재를 개방 방향에서 부하하는 제1압력실로 직접 개방되어 있으며, 제2통로를 통해 밸브 부재를 폐쇄 방향에서 부하함과 더불어 제어실을 형성하는 제2압력실에 접속 가능하게 되어 있다.

이 제2통로에는 3포트 2위치 제어 밸브가 삽입되어 있다. 이 3포트 2위치 제어 밸브는 밸브 부재에 형성된 제어실을 고압 저장실로부터 출발하는 압력관로에 접속하든지 또는 리저버 탱크로의 방압관로에 접속한다. 이 3포트 2위치 제어 밸브는 전자석에 의해 조작된다. 이 전자석은 내연 기관의 여러 가지의 운전 파라미터를 처리하는 전자 제어 장치에 의해 제어된다.

분사 밸브는 제어실과 고압 저장실과의 접속에 의해 폐쇄 상태로 유지된다. 이를 위해서는 밸브 부재의 제어실에 돌입한 수압면이 제1압력실에 돌입한 개방 방향에서의 수압면보다도 크게 형성되어 있다.

분사 밸브에 있어서, 분사를 수행하고자 하는 경우, 제어 밸브는 제어실을 방압관로에 접속하기 때문에, 제어실내의 고압은 이 방압관로를 통해 리저버 탱크로 방압된다. 이 경우, 분사 경과를 제어하기 위해서는 다시 조리개가 방압관로에 형성되어 있다. 제어실 내에서의 압력 감소에 의해 고압 저장실에 상시 접속되어 있는 제1압력실내의 압력에 의거하여 밸브 부재의 개방 행정 운동이 발생되기 때문에, 분사 밸브에 형성된 분사 횡단면은 열림 제어된다. 이 분사 횡단면을 통해 연료는 높은 압력으로 내연 기관의 연소실에 분사된다. 분사는 제어 밸브를 다시 절환하고 또한 제어실을 고압 저장실에 접속함으로써 종료된다. 이 접속 과정에 있어서 다시 제어실내에 연료 고압이 형성되기 때문에, 밸브 부재는 폐쇄 위치로 되돌아 간다.

그러나, 이 종래의 연료 분사 장치에서는 다음과 같은 결점이 있다. 즉, 내연 기관의 정지 후라도 시스템 내에서는 높은 연료압이 장시간 유지되게 되고, 이것은 보수 작업 혹은 수리 작업을 극히 위험하게 하므로 공지의 시스템은 통상의 안전성 요건을 만족시키지 못한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 고려된 것으로서, 본 발명은 연료 분사 장치내의 연료압을 감압시키기 위한 내연기관의 연료 분사 장치를 제공한다.

제1도는 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사 장치의 개략적인 도면.

제2도는 본 발명에 따른 전자석의 제어 신호와 2포트 2위치 제어 밸브의 니들 행정 및 시스템내의 압력을 시간과의 관계로 나타내고 있는 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고압 피드 펌프 3 : 압송관로

5 : 리저버 탱크 7 : 고압 저장실

9 : 압력관로 11 : 분사 밸브

13 : 가이드 구멍 15 : 밸브 부재

17 : 밸브 밀봉면 19 : 밸브 시트

21 : 하우징 23 : 제1압력실

25 : 압력 통로 26 : 스프링실

27 : 단면 28 : 밸브 스프링

29 : 제어실 30 : 접속 통로

35 : 방압 관로 37 : 전자석

39 : 전자 제어 장치 41 : 센서

43 : 압력 센서 45 : 2포트 2위치 제어 밸브

47 : 제1조리개 49 : 접속관로

51 : 제2조리개

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료 분사 장치내의 연료압을 감압시키기 위한 장치에 있어서; 고압 저장실에 접속되어 밸브 부재를 개방 방향으로 부하하는 분사 밸브에 형성되어 있는 제1압력실; 제1조리개를 가지는 접속 관로를 통해 고압 저장실에 접속됨과 더불어 제어실을 형성하여 리저버 탱크에 접속 가능한 밸브 부재를 폐쇄 방향으로 부하하는 제2압력실; 그리고 상기 제어실과 방압관로와의 접속을 열림 또는 닫힘 제어하는 2포트 2위치 제어 밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 분사 장치를 제공한다.

이때, 상기 2포트 2위치 제어 밸브는 전자석에 접속되어 내연 기관의 운전 파라미터를 처리하는 전자 제어 장치의 제어에 따른 전자석에 의해 동작되고, 상기 전자 제어 장치에 고압 저장실에 삽입되어 있는 압력 센서가 접속되어 있다.

또한, 상기 2포트 2위치 제어 밸브가 내연 기관의 정지후에 상기 고압 저장실의 압력을 감압시키도록 높은 주파수로 제어되고, 상기 분사 밸브에 각각 형성되어 있는 2포트 2위치 제어 밸브가 내연 기관의 정지후에 고압 저장실내의 압력을 감압시키도록 순차적으로 제어된다.

이와 같은 본 발명에 의해 다음과 같은 이점을 가지고 있다.

즉, 내연 기관의 정지후에 고압 저장실 및 상기 고압 저장실에 접속된 시스템 내의 고압을, 위험이 없는 낮은 압력 레벨까지 감압시키는 것이 가능하게 된다. 이것은 시스템내에 기존의 구성 부분을 이용하여 수행되기 때문에, 고지의 다른 수단과는 다르며, 부가적인 압력 밸브나 다른 관로는 불필요하게 된다. 이것은 특히 제조 노력을 축소시키고, 더욱이 분사 장치의 비용을 감소시킨다.

압력의 방압은 이 경우, 제어 밸브와 분사 밸브의 압력실을 통해 리저버 탱크로 이어지면 유리하다. 이를 위해서는 내연 기관의 정지후에 전자 제어 장치에 있어서, 제어 밸브를 조작하는 전자석의 다른 제어 가능성이 설정되는 것만으로 완성된다. 제어 밸브의 제어는 이 경우, 밸브 부재를 들어 올리기 위해 필요해지는 압력이 분사 밸브에 형성될 수 없도록 단시간에 수행된다. 이것은 구조에 따라, 밸브 부재에 형성된 제어실의 단시간 방압에 의하든지, 또는 개방 방향에서 밸브 부재에 작용하는 압력실의 단시간 압력 부하에 의해 수행된다. 이 방압은 압력 부하에 의한 제어실의 재충전 혹은 압력실의 방압이 수행되기 때문에, 방압 관로를 통해 고압을 연속적으로 리저버 탱크에 감압시킬 수 있다.

이 경우, 제어 밸브의 가능한 한 단시간의 제어를 달성하기 위해서는, 전자 제어 장치가 전자석을 높은 주파수로 제어한다. 이 높은 주파수는 두 개의 부분으로 구성되는 제어(전분사, 주분사) 및 높은 기관 회전수의 상정에 의해 달성되면 유리하다. 이 경우, 내연 기관의 모든 분사 밸브가 이 방압 과정에 관여된다. 개개의 제어 밸브의 제어는 순차적으로, 유리하게는 개개의 실린더의 점화 순서로 수행된다.

이 경우, 분사는 수행되지 않도록 극히 짧은 시간으로 제어 시간이 설정되는 것을 보장하기 위해서는 방압 과정시에 고압 시스템내의 압력이 적어도 하나의 압력 센서에 의해 감시된다. 이 압력 센서는 전자 제어 장치에 접속되어 있고, 전자 제어 장치는 제어 밸브를 조작하는 전자석의 제어 시간을 존재하는 시스템압에 적합시킨다. 이와 같은 접합에 의해 방압 시간을 단축하는 것이 가능해지기 때문에 유리하다. 그 이유는 시스템내의 비교적 낮은 압력에서는 전자석의 제어 시간을 거의 연장할 수 있기 때문이다.

이하에서, 본 발명에 따른 연료 분사 장치의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

제1도에서 나타내는 연료 분사 장치에서는, 압력 제어 가능한 고압 피드 펌프(1)가 연료를 리저버 탱크(5)로부터 높은 압력으로 압송 관로(3)를 통해 고압 저장실(7)(common rail)로 압송한다. 이 고압 저장실(7)로부터는 분사의 수에 대응하는 복수의 압력 관로(9)가 도출되어 있고, 연료를 공급받기 위한 내연 기관의 연소실에 돌입한 개개의 분사 밸브(11)로 통해 있다.

분사 밸브(11)는 가이드 구멍(13)내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤 형상의 밸브 부재(15)를 가지고 있다. 이 밸브 부재(15)의 한쪽 단부는 원추 형상의 밸브 밀봉면(17)을 갖추고 있다. 이 밸브 밀봉면(17)에서 밸브 부재(15)는 분사 밸브(11)의 하우징(21)에 형성된 밸브 시트면과 협동한다.

이 경우, 공지의 형식에서 분사 개구(도시되어 있지 않음)가 하류측에서 밸브 시트(19)로 이어져 있다. 밸브 부재(15)는 가이드 구멍(13)의 내부에 형성된 두 개의 압력실에 돌입되어 있다. 상기 두 개의 압력실중, 밸브 부재(15)를 개방 방향에서 부하하는 제1압력실(23)은 밸브 부재(15)의 횡단면 감소부에 의해 형성되어 있다. 이 제1압력실(23)은 압력 관로(9)에 개구한 압력 통로(25)를 통해 고압 저장실(7)에 항상 접속되어 있고, 공지의 형태로 밸브 부재(15)와 가이드 구멍(13) 사이의 고리 형태의 갭을 통해 밸브 시트(19)에 까지 이어져 있다.

밸브 부재(15)는 한 가운데의 범위에서 연료 고압에 대해 밀봉된 스프링실(26)을 관통하고 있다. 이 스프링실(26)에는 밸브 부재(15)를 폐쇄 방향에서 부하하는 밸브 스프링(28)이 설치되어 있다.

밸브 부재(15)의 밸브 시트(19)와는 반대측의 단부는 횡단면 확대부를 가지고 있다. 이 횡단면 확대부의 밸브 시트(19)의 반대측에 있는 단면(27)은 제어실(29)을 형성하여 밸브 부재(15)를 폐쇄 방향에서 부하하는 제2압력실을 칸막이로 막고 있다. 이 제2압력실은 접속 통로(30)를 통해 2포트 2위치 제어 밸브(45)에 접속되어 있다.

이 2포트 2위치 제어 밸브(45)는 제어실(29)과 방압 관로(35)와의 접속을 열림 제어 혹은 닫힘 제어한다. 제어실(29)은 제1조리개(47)를 가지는 접속 관로(49)를 통해 압력 관로에 연결되어 있다. 2포트 2위치 제어 밸브(45)를 통해 접속 통로(30)에는 제2조리개(51)가 삽입되어 있으며, 이 제2조리개(51)의 설정에 의해 제어실(29)로부터 리저버 탱크(5)로의 연료의 유출 과정 및 밸브 부재(15)의 개방 행정 운동이 조절 가능해진다. 2포트 2위치 제어 밸브(45)는 전자석(37)에 의해 조작되고, 이 전자석(37)은 전자 제어 장치(39)에 의해 제어된다.

이 전자 제어 장치(39)는 연료를 공급받기 위한 내연 기관의 센서(41)를 통해 이 전자 제어 장치(39)로 공급되는 여러 가지의 운전 파라미터(회전수, 가속 페달 위치등)를 처리한다. 이 경우, 고압 시스템 내부의 압력도 검출하고, 처리할 수 있도록 하기 위해 다시 고압 저장실(7)에 압력 센서(43)가 삽입되어 있다.

이 연료 분사 장치는 내연 기관의 운전시에 공지의 형식으로 작동한다. 이 경우, 고압 피트 펌프(1)는 우선 고압 저장실(7)을 높은 압력하에 있는 연료로 충전한다. 이 연료 고압은 압력 관로(9)를 통해 개개의 분사 밸브(11)에 까지 전파하고, 이 장소에서 제1압력실(23)을 부하한다. 밸브 부재(15)는 밸브 스프링(28)의 스프링 힘과 2포트 2위치 제어 밸브(45)에 의해 압력 관로(9)에 접속된 제어실(29) 내의 압력에 의거하여 분사 밸브(11)가 닫혀진 상태에서 밸브 시트(19)에 접촉이 유지된다. 이 경우, 밸브 부재(15)의 제어실(29)에 돌입한 단면(27)은 제1압력실(23)을 칸막이하는 고리 형태 어깨 부분보다도 크게 형성되어 있다.

분사 밸브(11)로 연료 분사를 수행하고자 하는 경우에, 제어실(29)의 전자석(37)에 의해 제어되는 2포트 2위치 제어 밸브(45)에 의해 방압 관로(35)에 접속되기 때문에, 제어실(29)내의 압력은 리저버 탱크(5)로 압력 방출된다. 그 결과, 개방 방향에서 밸브 부재(15)에 작용하는 제1압력실(23) 내부 압력은 폐쇄 방향으로 밸브 부재(15)에 작용하는 힘을 상회하기 때문에, 밸브 부재(15)는 밸브 시트(19)로부터 들어 올려져 연료 분사 개구를 통해 분사된다. 이 경우, 제2조리개(51)의 치수 설정에 의해 제어실(29)의 방압 과정, 더욱이 밸브 부재(15)의 개방 행정 운동에 영향을 줄 수 있다.

분사 과정의 종료는 2포트 2위치 제어 밸브(45)를 다시 절환하므로써 행해진다. 이 2포트 2위치 제어 밸브(45)는 제어실(29)을 다시 압력 관로(9)에 접속하기 때문에, 제어실(29)에는 다시 밸브 부재(15)를 밸브 시트(19)에 되돌리는 고압이 형성된다.

즉, 내연 기관의 정지 후, 고압 저장실(7)의 감압은 제어실(29)과 방압 관로(35)와의 접속의 단시간의 열림 제어에 의해 수행되기 때문에, 제어실(29)을 고압 저장실(7)로부터 항상 충전함으로써 고압 저장실(7)의 압력을 저하시킬 수 있다. 이 경우에 제어실(29)의 압력의 방압은 극히 단시간동안에만 수행되므로써 각각의 분사 밸브(11)에서 분사가 수행되지 않을 정도로밖에 실시되지 않는다.

한편, 제2도는 본 발명에 따른 전자석의 제어 신호와 2포트 2위치 제어 밸브의 니들 행정 및 시스템 내의 압력을 시간과의 관계로 나타내고 있는 선도로서, 전자석(37)의 제어 신호(MV)와, 전자석(37)에 의해 조작되는 2포트 2위치 제어 밸브(45)의 니들 행정(NH)과, 고압 저장실(7)에서의 압력 경과(ΔP)가 시간(t)과의 관계로 나타나 있다.

이 경우, 전자 제어 장치(39)는 연료를 공급받기 위한 내연 기관의 정지후에 전자석(37)을 높은 주파수로 제어한다. 이와 같은 주파수는 예를 들면 분할된 제어(전분사 및 주분사)에 의해 달성될 수 있다. 전자석(37)을 단시간에 통전함으로써 2포트 2위치 제어 밸브(45)의 밸브 부재는 탄도 형상의 니들 행정(NH) 밖에 실시하지 않기 때문에, 이 2포트 2위치 제어 밸브(45)는 제어실(29)과 방압 관로(35) 사이의 접속을 완전하게는 개방하지 않는다.

이렇게 해서, 분사 밸브(11)의 밸브 부재(15)를 밸브 시트(19)로부터 들어 올리기 위해 제1압력실(23)에 대한 차압이 충분해질 정도까지는 제어실(29) 내의 압력이 저하하지 않는 것이 보장된다. 제어실(29)과 방압 관로(35)의 접속의 연료 고압의 일부는 이와 같은 단시간의 열림 제어에 의해 제어실(29)로부터 리저버 탱크(5)로 압력 방출된다. 이와 같은 단시간의 열림 제어 후에, 제어실(29)은 다시 압력 관로(9)에 접속되고, 높은 시스템압으로 충전된다.

제어실(29) 내의 방압 관로(35)와의 이와 같은 단시간의 열림 제어는 고압 저장실(7)내의 연료 고압이 규정치(ΔP)까지 저하될 때까지 수행된다. 개개의 분사 밸브(11)는 순차로 제어되고, 이것은 예를 들면 내연 기관의 개개의 실린더의 점화순서로 수행할 수 있다.

감압 과정은 압력 센서(43)를 통해 전자 제어 장치(39)에 의해 감시된다. 이 전자 제어 장치(39)는 고압 저장실(7)내에 존재하는 압력에 관련하여 2포트 2위치 제어 밸브(45)에 제어 시간을 조정한다. 전자석(37)은 높은 압력의 경우에 낮은 압력의 경우보다도 단시간에 제어되기 때문에 최적의 배출 시간을 얻을 수 있음과 동시에 연료 분사도 확실하게 회피할 수 있다.

따라서, 본 발명을 이용하면, 비용에 드는 부가적인 압력 밸브를 형성하지 않더라도, 연료를 공급받기 위한 내연 기관의 정지후의 분사 시스템에 있어서 안전성의 이유로 필요해지는 감압을 가능하게 할 수 있다.

Claims (5)

1. 연료 분사 장치내의 연료압을 감압시키기 위한 장치에 있어서 : 고압 저장실(7)에 접속되어 밸브 부재(15)를 개방 방향으로 부하하는 분사 밸브(11)에 형성되어 있는 제1압력실(23); 제1조리개(47)를 가지는 접속 관로(49)를 통해 고압 저장실(7)에 접속됨과 더불어 제어실(29)을 형성하여 리저버 탱크(5)에 접속 가능한 밸브 부재(15)를 폐쇄 방향으로 부하하는 제2압력실; 그리고 상기 제어실(29)과 방압 관로(35)와의 접속을 열림 또는 닫힘 제어하는 2포트 2위치 제어 밸브(45)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 분사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 2포트 2위치 제어 밸브(45)는 전자석(37)에 접속되어 내연 기관의 운전 파라미터를 처리하는 전자 제어 장치(39)의 제어에 따른 전자석(37)에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 분사 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전자 제어 장치(39)에 고압 저장실(7)에 삽입되어 있는 압력 센서(43)가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 분사 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 2포트 2위치 제어 밸브(45)가 내연 기관의 정지후에 상기 고압 저장실(7)의 압력을 감압시키도록 높은 주파수로 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 분사 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 분사 밸브(11)에 각각 형성되어 있는 2포트 2위치 제어 밸브(45)가 내연 기관의 정지후에 고압 저장실(7) 내의 압력을 감압시키도록 순차적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료 분사 장치.