KR100283932B1 - 왕복동내연기관의연료분사펌프 - Google Patents

Abstract

연료분사펌프는 최소한 하나의 실린더(3)와, 그 내부에서 축방향으로 이동할 수 있는 피스톤(4)으로 이루어진다. 피스톤은 펌프의 송출의 개시를 결정하는 제1 미터링에지(5)와 펌프의 송출의 종료를 결정하는 제2 미터링에지(7)를 가지고 있으며, 2개의 미터링에지는 실린더(3)의 벽에 형성된 개구(6)와 상호작용하고, 이 개구는 흡입구(12) 및 배출구(13)에 연결되어 있다. 실린더(3)는 2개의 종단 위치 사이에서 펌프하우징(1)의 축방향으로 이동할 수 있도록 펌프하우징(1)에 배설되어 있다. 종단위치 중 하나에 실린더를 유지하기 위하여, 유압(챔버25)이 그 위에 작용하고, 실린더가 다른 종단위치이면 제거될 수 있다.

Description

왕복동내연기관의 연료분사펌프

제1도는 실린더가 하나의 종단위치에 있는 연료분사펌프의 축방향 단면도.

제1a도는 실린더가 다른 종단위치에 있는 연료분사펌프의 일부의 축방향 부분단면도.

제2도는 연료분사펌프의 변형예로서 제1도와 대응하는 부분의 축방향 단면도.

제3도는 연료분사펌프의 다른 변형예로서 제1도와 대응하는 부분의 축방향 단면도.

제4도는 연료분사펌프의 또 다른 변형예로서 제2도와 대응하는 부분의 축방향 단면도.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 하우징, (3) : 실린더, (4) : 피스톤, (5) : 제1 미터링에지, (7) : 제2 미터링에지, (8) : 송출챔버, (12) : 흡입구, (13) : 배출구, (25) : 압력챔버.

본 발명은 왕복동내연기관의 연료분사펌프에 관한 것으로서, 펌프하우징내에서 축방향으로 이동할 수 있고, 송출챔버를 포함하는 최소한 하나의 실린더와, 그 내부에서 축방향으로 이동할 수 있는 피스톤을 가지고, 피스톤은 펌프의 송출의 개시를 결정하는 제1 미터링에지와, 펌프의 송출의 종료를 결정하는 제2 미터링에지로 이루어지고, 2개의 미터링에지는 실린더의 벽에 형성되어, 흡입구 및 배출구에 연결된 개구와 상호 작용하며, 이로써 하나의 종단위치로부터의 실린더가 피스톤의 구동측과 반대측의 전면상에 작용하는 유압에 의해 이동할 수 있는 왕복동내연기관의 연료분사펌프에 관한 것이다.

이러한 유형의 연료분사펌프는 EP-A 267 894호에 공지되어 있다. 이 예에 있어서, 펌프와 연료분사노즐은 일체 구조의 유니트를 형성한다. 가동실린더는 분사의 개시를 변경하기 위한 것이며, 예를 들어 속도, 부스트(boost)압력, 온도 및/또는 부하의 동작변수에 의존하여 실린더를 이동시킴으로써 계속적인 제어를 할 수 있는 것으로, 개(開)루프(loop)제어는 유압압력매체를 위해 제공된다. 유압을 이용한 실린더의 이동은 상기 종단위치의 방향으로 실린더를 편의시키는 스프링의 힘에 대항하여 발생한다. 공지의 연료분사펌프에서는, 실린더의 기계적인 조정만의 대체로서 유압 및 스프링힘을 이용한다.

본 발명에 따른 연료분사펌프는 다른 설계를 기본으로 하고 있다. 왕복동내연기관의 연속동작으로서, 조기분사는 경제적 운전, 즉 저연료소모를 가져온다. 배기가스중의 산화질소(NO_x) 함유량은 어떤 나라의 환경보호법에 명시된 한계치를 약간 상회하고 있다. 왕복동내연기관이 선박의 구동모터로서 이용되거나 선박이 장기간 항해하는 경우에는 본 발명의 이용이 고려될 수 있다. 분사가 상사점에 근접 이동하면, 배기가스중의 NO_x함유량은 감소될 수 있다.

본 발명의 목적은 상기 유형의 분사펌프를 개선하는 것이다. 즉, 구조적관점에서 단순한 방법으로서, 경제적 운전(조기분사) 및 저 NO_x함유량의 운전(지연분사)이라는 2가지 다른 종류의 운전으로 상기펌프가 선택적으로 조정될 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실린더는 제2 종단위치에서 유압에 의해 축방향으로 이동할 수 있고, 상기 유압에 의해 이 종단위치에 유지되고, 이 유압은 실린더가 제1 종단위치이면 유압매체의 공급으로 역전밸브의 변위에 의해 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 왕복동내연기관의 연료분사펌프를 제공한다. 2개의 종단위치 사이에서 이동할 수 있는 실린더는 분사펌프가 조기분사 또는 지연분사, 즉 왕복동내연기관이 배기가스중의 약간 높은 NO_x함유량으로서 저연료소모로 대양을 항해하는가, 또는 배기가스중의 낮은 NO_x함유량으로서 환경적 피해가 적은 근해를 항해하는가에 따라서 신속하고 용이하게 전환될 수 있도록 한다.

다음에, 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도에 나타낸 바와 같이, 연료분사펌프는 하우징(1)으로 이루어지고, 제1도의 상단부에서 커버(2)에 의해 견고하게 폐쇄되어 있다. 하우징(1)에는 실린더(3)가 배설되어 있으며, 축방향으로 이동할 수 있는 피스톤(4)이 제1도에서 하부로 돌출되어 있다. 제1도에 있어서, 피스톤(4)의 하단은 공지의 방법으로 캠축드라이브에 작동할 수 있도록 연결되어 있으며, 도면에는 상세히 도시되어 있지 않다. 제1도에 있어서, 피스톤의 상단은 제1 미터링에지(5)를 형성하고, 실린더(3)를 통하여 횡방향으로 형성된 구멍(6)과 상호 작용하고, 펌프의 송출의 개시를 결정한다. 제1도에 있어서, 피스톤(4)은 제1 미터링에지(5)의 아래쪽에 피스톤축에 대하여 경사져서 형성된 제2 미터링에지(7)로 이루어지고, 또한 구멍(6)과 상호 작용하고, 분사펌프의 송출의 종료를 결정한다. 제1도에 있어서, 미터링에지(5)를 형성하는 피스톤(4)의 끝면상에는 펌프의 송출챔버(8)가 위치하고, 실린더(3)와 실린더의 구멍을 통해 끼워진 커버(2)의 중앙돌출부(9)에 의해 형성된다. 상단의 중앙구멍(10)은 압력라인(도시하지 않음)에 연결되고, 디젤형의 왕복동내연기관의 분사노즐로 도출되고, 이를 통해 매 스트로크마다 기관의 작동실린더에 연료가 분사되고, 송출챔버(8)에서 커버(2)를 통해 연장되어 있다. 항해하는 선박에는 왕복동내연기관이 구동모터로서 설치되어 있다.

송출챔버(8)의 영역에 있어서, 실린더(3)는 환형공간(11)에 의해 외측이 둘러싸여 있고, 이 환형공간에는 실린더(3)의 횡방향구멍(6)이 개구된다. 환형공간(11)에는 하우징(1)에 형성된 흡입구(12)도 개구되고, 이를 통해 상세히 나타내지 않은 공지의 방법으로 연료가 공급된다(화살표 A). 과잉연료는 환형공간(11)으로부터 하우징(1)에 형성된 덕트(13) 및 라인(도시하지 않음)을 통해 수집탱크로 귀환된다(화살표 B).

제1도의 펌프에 있어서, 하우징에는 환형공간(11) 아래에 또한 이로부터 분리되어, 환형의 압력챔버(15)가 형성되고, 이 챔버(15)는 하우징(1)에 형성된 구멍(16)을 통해 유압압력매체용 공급라인(17)에 연결되어 있다. 압력챔버(15)의 영역에 있어서, 실린더(3)의 외경 D 이 d로 축소되어, 숄더(18)가 형성되고, 제1도에서와 같이, 숄더(18)는 압력챔버(15)의 평탄한 링의 상면(19)상에 재치된다. 링상면(19)은 외경이 d 보다 큰 D′로 이루어져 있으나, 실린더의 외경 D 보다는 작다. 공급라인(17)으로부터 라인(20)이 분기되고, 이 라인(20)은 2방향 역전밸브(21)를 포함하고 구멍(22)으로 개구되어 있고, 이 구멍(22)는 실린더(3)의 상단영역의 하우징(1)에 배설되고, 압력챔버(25)로 개구된다. 압력챔버(25)는 제1도에 있어서 실린더(3)의 상단면과 커버(2)사이에 위치한다. 압력챔버(25)는 환형디스크형성이며, 실린더(3)의 외경 D 과 같은 외경을 가지며, 내경은 실린더로 돌출하는 커버의 돌출부(9)의 외경 d′과 동일하다.

상기 분사펌프는 다음과 같이 작용한다. 제1도에 나타낸 역전밸브(21)의 위치에 있어서, 유압압력매체는 2개의 압력챔버(15)에, 또한 압력챔버(25)에 도입된다. 숄더(18)상의 압력매체 D - D′에 의해 접하는 차동면이 상압력챔버(25)에서의 실린더(3) D - d′의 전면보다 작고, 상압력챔버(25)에서의 압력이 우세하므로 실린더는 링상면(19)으로 부세된다. 피스톤(4)의 상향이동으로 송출챔버(8)에 들어있던 연료는 제1 미터링에지(5)가 횡방향구멍(6)의 상한선을 지나는 순간부터 높은 압력을 받게 된다. 동시에, 연료는 중앙구멍(10)을 통해 상기 분사노즐로 이송되고, 이를 통해 분사압력에 도달되면 연료는 작동실린더로 분사된다. 제2 미터링에지(7)가 횡방향구멍(6)상의 하한선을 지나면 분사는 정지된다. 이 때, 송출챔버(8)의 연료의 압력의 감소가 일어나며, 연료는 횡방향구멍(6), 환형공간(11) 및 배출구(13)를 통하여 흐를 수 있다. 선박이 대양을 항해할 때 전술한 분사가 일어나고, 구동모터의 운전은 효율성에 의존하여, NO_x의 함유량은 상대적으로 높아진다. 선박이 환경법이 구동엔진의 운전, 즉 최소 NO_x함유량을 제한하는 해안근방으로 들어서면, 역전밸브(21)는 제1a도에 나타낸 바와 같이 수동이나 공기압 또는 전기신호에 의해 우측으로 변위된다. 이러한 위치에서 상압력챔버(25)는 압력이 감소되며, 유압압력매체는 이 챔버에서 수집탱크로 빠져나온다. 다음에, 라인(17)을 통해 공급된 대부분의 압력매체는 숄더(18)상의 하압력챔버(15)에서만 작용한다. 이로써, 실린더의 상측전면이 커버(2)에 근접할 때까지 실린더(3)는 상향이동한다. 이로써, 횡방향구멍(6)도 또한 상향이동하고, 피스톤(4)의 상향이동으로 또한 송출이 개시되고, 분사는 제1 미터링에지(5)가 횡방향구멍(6)의 상한선을 통과하기 전보다 지연되어 일어난다. 그러므로, 구동모터에서 나오는 배기가스의 NO_x함유량은 낮다. 이러한 실린더(3)의 위치는 선박이 다시 해안을 떠날 때까지 유지된다. 다음에, 제1도에 나타낸 위치로 역전밸브(21)가 복귀함으로써 실린더(3)는 다시 하단위치로 이동하고, 운전은 다시 조기분사로 된다.

제2도에 나타낸 예시적인 실시예에 있어서, 하압력챔버는 환형공간(11)에 일체로 되므로, 숄더(18)는 환형공간의 연료의 압력의 영향을 받는다. 상압력챔버(25)는 하우징(1)의 구멍(22)에 연결되고, 이 구멍은 라인(31)에 연결되고, 이 라인(31)은 2방향 역전밸브(32)를 포함한다. 라인(31)과 압력챔버(25)는 2방향 역전밸브(32)를 통하여 유압압력매체를 공급하기 위해 라인(33)에 연결될 수 있다.

제2도에 나타낸 바와 같이, 역전밸브(32)의 도시된 위치에서는 압력매체가 연통되므로, 압력챔버(25)에 위치한 압력매체는 숄더(18)상에 작용하는 연료압력에 대항하여 하단위치에 실린더(3)를 유지시킨다. 분사펌프는 제1도를 참조하여 설명한 바와 같이 동작하고, 즉 분사는 조기분사로 되어 있으며, 이 때 선박은 대양을 항해한다. 선박이 해안으로 들어가면, 역전밸브(32)는 제2도의 우측으로 변위되어서, 결과적으로 라인(31)과 압력실(25)은 압력이 감소된다. 숄더(18)상의 연료의 압력은 실린더(3)를 상단위치로 이동시키고, 그 위치는 제1a도에 나타낸 위치와 대응한다. 실린더(3)의 횡방향구멍(6)은 제2도에 나타낸 것보다 높게 형성되어 있고, 즉 분사펌프의 송출의 개시는 지연되어 일어나고, NO_x형성은 감소된다.

제1도 및 제2도에 나타낸 예시적인 실시예에 있어서, 라인(17) 및 (33)을 통해 공급된 유압압력매체는 디젤연료일 수 있으며, 흡입구(12)를 통해 분사펌프에 공급된 연료와는 분리되어 공급된다. 제3도에 나타낸 예시적인 실시예에 있어서, 유압압력매체연료는 펌프에 공급된 디젤연료와는 다른 과정으로 공급된다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 하우징(1)에서는 환상공간(11)의 영역에 구멍(36)이 형성되고, 라인(37)에 연결되며, 이 라인은 2방향 역전밸브(38)를 통해 구멍(22)으로 개구되고, 이 구멍은 상압력챔버(25)에 연결된다. 하우징(1)의 구멍(22)의 반대측에는 구멍(39)이 형성되고, 이 구멍(39)은 압력챔버(25)와 연통하여, 라인(40)에 연결되고, 라인(40)은 라인(13′)으로 개구되어 있고, 라인(13′)은 연료용 배출구(13)에 연결된다. 라인(13′) 및 (40)에는 스로틀부(41), (42)가 각각 위치하고 있다.

제3도에 나타낸 역전밸브(38)의 위치에 있어서, 흡입구(12)를 통해 분사펌프에 공급된 연료의 일부는 라인(37)을 통해 상압력챔버(25)에 공급된다. 이 압력챔버에 작용하는 연료압력은 실린더(3)를 하단위치로 부세하고, 이 하단위치는 조기분사에 해당하고, 이 위치에서 선박은 대양을 항해한다. 선박이 해안으로 들어서면, 역전밸브(38)는 제3도에 있어서 우측으로 변위되며, 이로써 압력챔버(25)는 압력이 감소된다. 숄더(18)에 작용하는 연료압력은 제1a도에 나타낸 바와 같이 실린더(3)를 상단위치로 이동시킨다. 구멍(39), 라인(40), 2개의 스로틀부(41), (42)를 배설함으로써, 제3도에 나타낸 실린더(3)의 위치에서 압력챔버(25)를 통해 연료가 일정하게 흐르도록 한다.

제4도에 나타낸 예시적인 실시예는 대부분 제2도에 나타낸 예시적인 실시예에 대응하지만, 제2도에서의 숄더(18)상에 작용하는 유압은 코일스프링(30)으로 대체된다. 스프링(30)은 피스톤(4)의 하단을 둘러싸고 있으며, 제4도에서는 실린더(3)의 하단면상을 압압한다. 이 실시예에 있어서, 숄더(18) 아래의 하우징(1)의 특수링면의 구조는 제거했다.

펌프의 동작에 있어서, 역전밸브(32)의 위치에서의 펌프의 동작에 있어서, 실린더(3)는 하단위치의 압력챔버(25)의 유압에 의해 유지되어 있고, 이것은 조기분사에 해당한다. 선박이 해안으로 들어서면, 제4도의 역전밸브(32)는 우측으로 변위되고, 이로써 압력챔버(25)는 압력이 감소된다. 이 때 코일스프링(30)의 압력은 실린더(3)를 상단위치로 부세하므로, 분사의 개시가 지연되어 일어난다.

Claims (5)

1. 펌프하우징내에서 축방향으로 이동할 수 있고, 송출챔버를 포함하는 최소한 하나의 실린더와, 그 내부에서 축방향으로 이동할 수 있는 피스톤을 가지고, 피스톤은 펌프의 송출의 개시를 결정하는 제1 미터링에지와, 펌프의 송출의 종료를 결정하는 제2 미터링에지로 이루어지고, 2개의 미터링에지는 실린더의 벽에 형성되어, 흡입구 및 배출구에 연결된 개구와 상호 작용하며, 이로써 하나의 종단위치로부터의 실린더가 피스톤의 구동측과 반대측의 전면상에 작용하는 유압에 의해 이동할 수 있는 왕복동내연기관의 연료분사펌프에 있어서,

   실린더는 제2 종단위치에서 유압에 의해 축방향으로 이동할 수 있고, 상기 유압에 의해 이 종단위치에 유지되고, 이 유압은 실린더가 제1 종단위치이면 유압매체의 공급으로 역전밸브의 변위에 의해 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 왕복동내연기관의 연료분사펌프.
2. 제1항에 있어서, 실린더의 제1 종단위치는 지연분사가 개시되는 위치인 것을 특징으로 하는 왕복동내연기관의 연료분사펌프.
3. 제2항에 있어서, 제1 종단위치에 실린더를 유지하기 위하여 피스톤의 구동측의 실린더면상에 작용하고, 피스톤의 구동측과는 반대측의 전면보다 작은 크기의 유압을 가하는 것을 특징으로 하는 왕복동내연기관의 연료분사펌프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 펌프에 공급된 연료의 압력이 유압으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 왕복동내연기관의 연료분사펌프.
5. 제2항에 있어서, 제1 종단위치에 실린더를 유지하기 위하여 피스톤의 구동측의 실린더의 면상에 스프링의 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 왕복동내연기관의 연료분사펌프.