KR100580699B1 - 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커먼 레일 시스템이 적용되는 엔진의 분사 초기시에 급격한 연료분사가 방지하고 미세한 연료공급이 이루어질 수 있도록 제 2 커먼 레일을 추가하여 엔진의 작동소음 및 녹스의 발생이 저감되도록 하기 위한 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치에 관한 것으로,
연료분사량이 전자제어되는 인젝터로 고압의 연료가 입력되도록 하기 위한 커먼 레일이 연료 피드 라인으로써 연료 펌프와 연결되고, 상기 커먼 레일의 일측에는 압력 조절을 위한 압력조정밸브가 장착되며, 다른 일측에는 상기 커먼 레인 내의 연료압을 측정하기 위한 압력센서가 장착되는 커먼 레일 시스템에 있어서,
상기한 연료 피드 라인과 연결되는 제1 커먼 레일과 각 인젝터 사이에 제2 커먼 레일이 형성되어지되, 상기한 제1 커먼 레일과 제2 커먼 레일 간에는 연결 라인이 연결되고, 상기 제1 커먼 레일과 제2 커먼 레일의 일측에는 각각 압력조정밸브가 형성되고, 다른 일측에는 각각 압력센서가 장착된 것을 특징으로 한다.
커먼 레일 시스템, 인젝터, 압력조정밸브

Description

커먼 레일 시스템의 2중 제어장치{Common rail system}
도 1은 본 발명에 의한 커먼 레일 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 연결 라인을 단면한 도면.
도 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 커먼 레일 시스템 20 : 연료 펌프
21 : 연료 피드 라인 22 : 인젝터
23 : 연료 리턴 라인 24 : 연료 탱크
30 : 제1 커먼 레일 32 : 압력조정밸브
33 : 압력 센서 40 : 제2 커먼 레일
42 : 압력조정밸브 44 : 압력센서
50 : 연결 라인 60 : 전자제어장치
본 발명은 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커먼 레일 시스템이 적용되는 엔진의 분사 초기시에 급격한 연료분사가 방지하 고 미세한 연료공급이 이루어질 수 있도록 제 2 커먼 레일을 추가하여 엔진의 작동소음 및 녹스의 발생이 저감되도록 하기 위한 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치에 관한 것이다.
엔진의 성능향상은 물론, 연비 향상과 배기가스규제의 대응을 위해 디젤 엔진은 더 높은 고압 분사화로 발전하고 있으며, 최근의 커먼 레일 시스템(Common rail system)은 최대 분사압력 1800~2000bar까지 실현이 가능하게 되었다.
현재 개발되어 있는 커먼레일 전자식 연료분사 시스템은 고압연료펌프로부터 생성된 고압의 연료를 연료파이프를 통해 커먼레일로 전달하고, 레일에서 각 기통간의 인젝터로 ECU의 제어신호에 따라 공급되어 분사되도록 설계되었다.
도 3은 종래의 일반적인 커먼 레일 엔진의 구성도로서, 연료 펌프(10)에서 펌핑된 연료는 연료 피드 라인(11)을 따라서 커먼 레일(12)로 공급되고, 커먼 레일(12)에서 각각의 인젝터(13)로 분배된 연료는 고압으로 연소실 내로 분사된다. 한편, 상기한 커먼 레일(12)의 일측에는 압력조정밸브(14)가 장착되므로서, 상기 커먼 레일(12)에서 각 인젝터(13)로는 일정한 압력으로 연료가 공급되도록 구성되고, 상기 압력조정밸브(14)에 설정된 압력값 이상의 연료는 연료 리턴 라인(15)을 통해서 연료 탱크(16)로 귀환된다. 또한, 상기한 커먼 레일(12)의 다른 일측에 장착된 압력센서(17)에서 입력되는 압력값이 항상 일정수준 이상이 유지될 수 있도록 전자제어장치(18)에서는 연료 펌프(10)의 구동을 제어하도록 구성된다.
그리고 상기한 커먼 레일(12)에서 인젝터(13)로 공급되었으나, 전자제어장치(18)의 제어에 의해 분사량이 조절된 후 잉여된 연료는 상기한 연료 리턴 라인(15)을 통해 연료 탱크(16)로 귀환된다.
상기와 같이 구성되는 커먼 레일 시스템의 인젝터는 일반적으로 몸체의 상부에 전자제어하기 위한 솔레노이드가 상부 일측에 형성되고, 상기 솔레노이드 하측의 몸체 내부에 연료분사를 제어하기 위한 앵커 볼트, 앵커 플레이트, 볼, 노즐 스프링, 밸브 스프링, 밸브 피스톤, 니들 등의 부품들로 구성되어 있다.
따라서 상기한 연료 피드 라인(11)을 통해 인젝터(13)로 공급된 연료는 니들의 상하이동에 따라서 노즐이 개방되어 연소실로 분사된다. 이와 같은 인젝터(13)가 적용되는 커먼 레인 시스템은 일반적으로 솔레노이드의 제어만으로 연료의 분사가 가능한 엔진으로 연료의 분사시기, 분사량, 분사횟수의 자유로운 조절이 가능한 장점이 있는 것이다.
그런데 상기와 같은 장점이 있는데 반면, 커먼 레일 시스템에는 연료의 압력이 항상 높게 유지되고 있으므로서 엔진의 시동초기 연료분사시에 급격한 분사가 일어나서 착화 지연이 발생하며 이로 인한 연료의 맥동소음 증대 및 연소실 온도 증대에 인한 녹스(NOx) 증대 문제가 발생되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 커먼 레일 시스템이 적용되는 엔진의 분사 초기시에 급격한 연료분사가 방지하고 미세한 연료공급이 이루어질 수 있도록 제 2 커먼 레일을 추가하여 엔진의 작동소음 및 녹스의 발생이 저감되도록 하기 위한 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
연료분사량이 전자제어되는 인젝터로 고압의 연료가 입력되도록 하기 위한 커먼 레일이 연료 피드 라인으로써 연료 펌프와 연결되고, 상기 커먼 레일의 일측에는 압력 조절을 위한 압력조정밸브가 장착되며, 다른 일측에는 상기 커먼 레인 내의 연료압을 측정하기 위한 압력센서가 장착되는 커먼 레일 시스템에 있어서,
상기한 연료 피드 라인과 연결되는 제1 커먼 레일과 각 인젝터 사이에 제2 커먼 레일이 형성되어지되, 상기한 제1 커먼 레일과 제2 커먼 레일 간에는 연결 라인이 연결되고, 상기 제1 커먼 레일과 제2 커먼 레일의 일측에는 각각 압력조정밸브가 형성되고, 다른 일측에는 각각 압력센서가 장착된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의해 형성되는 커먼 레일 시스템의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 커먼 레일 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 연결 라인을 단면한 도면이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 100은 본 발명에 의한 커먼 레일 시스템을 지시하는 것으로서, 상기 커먼 레일 시스템(100)은 종래기술에 의한 커먼 레일 시스템과는 달리 제1 커먼 레일(30)과 제2 커먼 레일(40)로 이중의 커먼 레일로 구성된다.
상기한 제1 커먼 레일(30)과 제2 커먼 레인(40) 간에는 별도의 연결 라인(50)으로써 연결되는데, 상기 연결 라인(50)의 위치는 상기 제1 커먼 레일(30) 과 제2 커먼 레일(40)의 중간위치에 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 상기한 연결 라인(50)의 내부 지름은 제2 커먼 레일(40)의 압력파가 제1 커먼 레일(30)로 전달되지 않도록 하기 위해서 상기 제1 커먼 레일(30)에서 제2 커먼 레일(40)로 향할수록 그 내경이 작아지도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 제1 커먼 레일(30)과 제2 커먼 레일(40)의 일측에는 종래기술에 의한 커먼 레일 시스템에서와 같이 제1 및 제2 압력조정밸브(32,42)가 형성되고, 다른 일측에는 각각의 커먼 레일(30,40) 내로 입력되는 연료압을 측정하기 위한 압력 센서(33,44)가 장착된다. 상기한 압력 센서(33,44)는 전자제어장치(60)에 연결되어 측정된 압력값에 따라서 연료 펌프(20)의 동작이 제어되도록 설정된다.
그리고 상기한 제2 커먼 레일(40)의 하측으로는 엔진의 각 연소실에 마련되는 인젝터(22)로 연료가 분배되도록 형성되고, 상기 각각의 인젝터(22)는 종래기술의 설명에서 설명된 바와 같이 상기 전자제어장치(60)의 제어에 의해서 연료분사량이 조절되도록 설정된다.
상기한 전자제어장치(60)의 제어에 의해서 동작되는 연료 펌프(20)는 연료 피드 라인(21)으로써 제1 커먼 레일(30)의 일측에 연결된다.
한편, 상기한 제1 커먼 레일(30)과 제2 커먼 레일(40)의 일측에 마련된 제1 및 제2 압력조정밸브(32,42)에서 바이패스되는 연료는 연료 탱크(24) 측으로 귀환될 수 있도록 연료 리턴 라인(23)이 형성되고, 상기한 각각의 인젝터(22)에서 분사되지 못하고 잉여되는 연료도 상기한 연료 리턴 라인(23)을 통해서 연료 탱크(24)로 귀환될 수 있도록 형성된다.
상기와 같이 제2 커먼 레일(40)의 압력조정밸브(42)에서 리턴되는 연료가 연료 리턴 라인(23)으로 유도될 수 있도록 상기 압력조정밸브(42)와 연료 리턴 라인(23) 간에는 제1서브 연료 리턴 라인(23a)이 배관되고, 상기한 각각의 인젝터(22)에서 잉여되는 연료가 상기한 제1서브 연료 리턴 라인(23a)으로 흐르도록 안내하기 위한 제2서브 연료 리턴 라인(23b)가 상기한 각각의 인젝터(22)와 상기 제1서브 연료 리턴 라인(23a) 사이에 추가로 배관된다.
특히, 상기한 제2 커먼 레일(40)은 상기 제1 커먼 레일(30)보다 그 크기가 작게 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기한 제2 커먼 레일(40)로 입력되는 연료의 압력변화량은 이미 상기한 제1 커먼 레일(30)을 통과하면서 일정수준으로 안정화되어 있기 때문에 커먼 레일의 크기를 줄여도 되는 것이다. 그리고 상기한 제2 커먼 레일(40)의 일측에 마련되는 제2 압력조정밸브(42)는 상기 제1 커먼 레일(30)에 장착되는 압력조정밸브(32)보다 세밀한 제어가 가능할 수 있도록 연료의 리턴 유량이 작도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의해 형성된 커먼 레일 시스템의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
엔진이 시동되어 상기한 연료 펌프(20)가 구동되면, 연료 펌프(20)에서 펌핑된 연료는 상기한 연료 피드 라인(21)을 통해서 상기한 제1 커먼 레일(30)로 공급되어진다. 제1 커먼 레일(30)로 입력된 연료는 제1 압력조정밸브(32)에 의해서 1차로 압력이 조정되고, 1차로 압력이 조절된 연료는 상기 연결 라인(50)을 통해서 제2 커먼 레일(40)로 입력된다. 제2 커먼 레일(40)로 입력된 연료의 압력은 제2 압력조정밸브(42)에 의해서 조절된다.
이렇게 제2 커먼 레일(40)로 입력된 연료는 전자제어장치(60)의 제어에 의해서 작동되는 분사량이 결정되는 인젝터(22)를 통해서 엔진의 연소실로 분사되어진다.
이와 같이 본 발명에 의한 커먼 레일 시스템은 2중의 커먼 레일(30,40)이 적용되므로서 엔진 시동초기시의 연료 압력변화에 따른 급격한 분사가 방지되는 것이 다. 따라서 급격한 연료분사가 방지되어 종래기술의 경우에 문제시 되었던 연료의 맥동소음이 감쇄되어진다. 또한, 엔진 시동초기시의 급격한 분사압 변화에 따른 불완전한 연소가 방지되므로서 연소실 온도의 상승이 방지되는 것이다.
한편, 상기한 바와 같은 연료 공급과정을 거치면서, 상기 제1 커먼 레일(30)과 제2 커먼 레일(40)의 일측에 마련된 제1 및 제2 압력조정밸브(32,42)에서 바이패스되는 연료는 상기한 연료 리턴 라인(23)을 통해서 연료 펌프(20)로 귀환되어진다. 또한, 상기한 인젝터(22)에서 분사되고 잉여되는 연료는 상기 연료 리턴 라인(23)을 통해서 연료 탱크(24)로 귀환되어진다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 연료 피드 라인부터 인젝터 사이에 2중의 커먼 레일이 설치되어 연료 펌프 측에서 펌핑된 연료의 압력이 제1 커먼 레일과 제2 커먼 레일을 거치면서 안정화되므로서 특히 엔진의 시동초기시 및 시동말기시에 연소실로 인젝터로 입력되는 연료변화량의 변화가 급격하게 이루어지는 것이 방지되어 연료의 맥동소음의 발생이 저감될 뿐만 아니라, 연소실으로의 연료분사가 보다 안정화되므로서 불완전연소가스의 발생이 저감되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 연료분사량이 전자제어되는 인젝터(22)로 고압의 연료가 입력되도록 하기 위한 제1 커먼 레일(30)이 연료 피드 라인(21)으로써 연료 펌프(20)와 연결되고, 상기 제1 커먼 레일(30)의 일측에는 압력 조절을 위한 압력조정밸브(32)가 장착되며, 상기 압력조정밸브(32)에서 배출되는 잉여연료를 연료탱크(24)로 리턴시키기 위한 연료 리턴 라인(23)이 상기 압력조정밸브(32)와 연료탱크(24) 사이에 배관되며, 상기 제1 커먼 레일(30)의 다른 일측에는 상기 제1 커먼 레일(30) 내의 연료압을 측정하기 위한 압력센서(33)가 장착되어지되, 상기한 제1 커먼 레일(30)과 인젝터(22) 사이에는 제2 커먼 레일(40)이 추가형성되고, 상기 제1 커먼 레일(30)과 제2 커먼 레일(40) 간에는 제2 커먼 레일 측을 향해서 내경이 점차 감소되는 연결 라인(50)으로써 접속되어진 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치에 있어서,
    상기한 제2 커먼 레일(40)의 일측에 상기 제2 커먼 레일(40) 내의 압력조절을 위한 압력조정밸브(42)가 추가형성되어지되, 상기한 제2 커먼 레일(40)의 압력조정밸브(42)에서 배출되는 잉여연료는 상기한 연료 리턴 라인(23)으로 흐를 수 있도록 상기 압력조정밸브(42)와 연료 리턴 라인(23) 간에는 제1서브 연료 리턴 라인(23a)이 추가로 배관되고,
    상기한 각각의 인젝터(22)에서 잉여되는 연료가 상기한 제1서브 연료 리턴 라인(23a)으로 흐르도록 안내하기 위한 제2서브 연료 리턴 라인(23b)가 상기한 각각의 인젝터(22)와 상기 제1서브 연료 리턴 라인(23a) 사이에 추가로 배관된 것을 특징으로 하는 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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