KR100743208B1

KR100743208B1 - 왕복동 피스톤 연소엔진의 연료 분사장치

Info

Publication number: KR100743208B1
Application number: KR1019990035806A
Authority: KR
Inventors: 호퍼로베르트
Original assignee: 베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2007-07-26
Also published as: KR20000017580A; PL334586A1; DE59914703D1; CN1246581A; JP4574762B2; EP0982492A3; JP2000073912A; EP0982492A2; DK0982492T3; EP0982492B1; CN1114758C; PL197444B1

Abstract

본 발명의 장치는, 연료량을 정하고 이 연료를 분사압력으로 상승시키는 스텝 피스톤을 가진 증압기(1)로 설계된 미터링 피스톤, 및 하나 이상의 분사노즐(5)에 연료를 공급하는 적어도 하나의 제어밸브(3)를 포함한다. 증압기(1) 및 제어밸브는 펌프에 의해 분사압력보다 실질적으로 압력이 낮은 작동유로 채워진 전기조절식 유압시스템에 의하여 작동된다. 제어밸브(3)에 의하여 개별적인 분사가 가능하다.

스텝 피스톤, 증압기, 미터링 피스톤, 제어밸브, 전기조절식 유압시스템

Description

왕복동 피스톤 연소엔진의 연료 분사장치 {APPARATUS FOR THE INJECTION OF FUEL FOR A RECIPROCATING PISTON COMBUSTION ENGINE}

도 1은 본 발명에 따른 장치의 실시예 및 분사노즐의 개략도이다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 왕복피스톤 연소엔진(reciprocating piston combustion engine)의 연료 분사장치 및 이러한 종류의 장치를 구비한 왕복피스톤 연소엔진에 관한 것이다.

유럽특허 EP-A 0 690 222에는, 연료펌프에 의해 2,000바(bar) 이하의 고압연료로 채워진 미터링 피스톤(metering piston) 및 연료 전도부재(conduction element)를 가진 제어 피스톤(control piston)을 포함하는 연료 분사장치가 개시되어 있다. 제어 피스톤은 전기조절식 유압시스템에 의하여 두 개의 단부 위치 사이로 변위된다. 연료는 연료펌프로부터 전도부재를 거쳐 미터링 체임버로 또는, 미터링 체임버로부터 왕복피스톤 연소엔진 실린더의 분사노즐로 각각 공급된다. 전도부재는 단부 위치 중 어느 쪽도 연료펌프 및 실린더의 분사노즐 양자 모두와 동시에 연결되지 않도록 배열된다.

본 발명의 목적은 분사노즐이 개별적으로 여기(勵起)되는 왕복피스톤 연소엔진의 연료 분사장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징부에 나타낸 특징에 의하여 충족된다.

증압기(pressure amplifier)의 사용을 통하여 연료공급이 단순화되고, 이 때문에 2,000바 이하의 고압에 지탱하는 연료 어큐뮬레이터(accumulator) 및 고압펌프가 생략된다. 이로써 기밀되지 않을 위험성이 충분히 배제되고 동작 안전성이 향상된다. 제어밸브를 제공함으로써, 레지스터 및 서터터 분사 (register and stutter injection)에서 분사노즐의 여기 및 엔진 실린더의 하나 이상의 분사밸브의 스위칭 오프 중 어느 하나 또는 양자 모두가 가능하다. 엔진 실린더의 분사노즐 모두가 고장일 때, 기계장치는 잔여 실린더에 의하여 부분 부하로 동작될 수 있다.

분사노즐을 부분적으로 밀집시키거나 또는 제거함으로써 분사량이 일정하게 유지될 수 있다. 경로 측정을 중단할 때 분사는 때를 맞춰 제어된다. 점화압력 측정장치(ignition pressure measurement apparatus)를 사용하는 경우, 점화압력이 분사장치에 허용가능한 값으로 조절될 수 있어서 항상 가장 바람직하게 연료가 소모될 수 있다.

다음에, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 설명한다.

분사장치는 증압기(1)와 두 개의 단부 위치 사이로 변위가능한 컨트롤 슬라이더(control slider)(2) 및 제어밸브(3)와 유압-전기장치(hydraulic-electric device)(4)를 포함한다. 증압기(1)는 직경이 상이한 두 개의 피스톤(7, 8)을 가진 스텝 피스톤(step piston)으로 설계된다. 피스톤(7, 8)은 체임버(9, 10) 내에 각각 변위가능하게 배열되며, 직경이 큰 피스톤(7)용의 체임버(9)는 통로(11)를 거쳐 컨트롤 슬라이더(2)와 연결되고 직경이 작은 피스톤(8)용의 체임버(10)는 통로(12)를 거쳐 제어밸브(3)와 연결되며, 또한 통로(13)를 거쳐 연료, 예를 들면 디젤유 또는 중유를 공급하는 장치(14)와 연결된다. 체임버(9) 내에는 탄성수단(15)이 배열되어 증압기(1)를 단부 위치에 지지한다. 이 단부 위치에 있을 때, 컨트롤 슬라이더(2)와의 연결통로(11)는 폐쇄되고 제어밸브(3) 및 연료 공급장치(14) 각각으로의 연결통로(12, 13)는 각각 개방된다. 컨트롤 슬라이더(2)는 공급통로(22), 증압기(1)로 통하는 소진기통로(consumer passage)(11), 및 배출통로(let-off passage)(24)는 물론, 양 단부에 위치된 가압수단용 통로(25)와 누출용 통로(26)를 가진 원통형 체임버(21) 내에 배열된다. 스프링(27)이 체임버 내에 배열되어 컨트롤 슬라이더(2)를 단부 위치에 지지하여 통로(25)가 폐쇄된다. 컨트롤 슬라이더(2)는 원통형이며 두 개의 컨트롤 에지(31, 32)를 가져서 매체의 통과(through-flow)를 제어한다. 제어밸브(3)는 개방/폐쇄 기능을 가지며, 시트(seat)를 가진 밸브보디(41), 연료 공급통로(42), 복귀통로(43)와 소진기통로(44), 밸브콘(valve cone)(46)을 가진 밸브 슬라이더(45) 및 밸브 슬라이더용 공지의 드라이브(drive)(47)를 가진다. 유압-전기장치(4)는 복수의 유압펌프(51)(단지 하나만 도시됨), 어큐뮬레이터(52), 컨트롤 슬라이더(2) 및 제어밸브(3)용 의 프리-제어밸브(pre-control valve)(53, 54), 회전각도 및 크랭크 샤프트 위치 양자 모두를 나타내는 앵글 센서(angle sensor)(55), 증압기의 위치를 샘플링하는 장치(56), 및 프리-제어밸브(53, 54), 앵글 센서(55) 및 장치(56)에 신호전송방식으로 접속된 전자 조절장치(electronic regulation)(57)를 포함한다. 장치(56)는 유도측정시스템(inductive measurement system)으로 설계되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 용량, 광학, 자기 등의 다른 측정시스템 또한 사용할 수 있다. 대기 시간을 보상하기 위하여, 적합한 구성품(adaptive component)을 가진 분사량 조절장치를 제공할 수 있다. 또한, 회전속도에 따라 작용하는 적합한 분사개시 조절장치가 제공된다. 미터링 피스톤의 위치 및 속도의 원하는 값과의 비교를 통하여 위치 및 속도의 실제값을 모니터 및 제어한다.

도면에 나타낸 바와 같이, 복수의 라인(61)이 왕복피스톤 연소엔진의 실린더 용으로 각각 제공된 어큐뮬레이터(52)로부터 분기되며, 이로써 실린더는 하나 이상의 분사노즐을 가질 수 있다. 라인(61)은 컨트롤 슬라이더(2)의 공급통로(22) 및 프리-제어밸브(53, 54)에 연결된다. 각각의 출구밸브(도시되어 있지 않음)용으로 라인(62)이 제공된다. 전술한 바와 같이, 증압기(1)는 제어밸브(3)와 연결된다.

도면에 나타낸 바와 같이, 복수의 제어밸브(3)가 증압기(1)에 연결될 수 있다. 증압기는 두 가지 작업, 즉 각 분사과정마다 연료압력을 계량하고 상승시키는데 적합하다. 장치(56)에 의하여 연료가 계량되고, 이 장치는 변위 거리를 계속해서 측정하여 이 거리를 전자 제어장치(electronic control)(57)에 신호로 인가한다. 증압기(1)의 직경이 작은 피스톤(8)의 단면적 및 행정 경로로부터 변위량이 측정되어 체적분사(volumetric injection)가 실현된다. 또한, 이러한 경우 미터링 피스톤 속도가 통상적인 분사작용에서 보다 더 빨라지기 때문에, 예를 들면 파손된 분사노즐이 미터링 피스톤 필러(metering piston feeler)에 의하여 간접적으로 측정될 수도 있다. 이 신호에 따라 전자 조절장치는 손상된 분사노즐로 실린더 내에 연료가 분사되는 것을 억제하고, 필요한 경우 모터부하 전체를 감소 및/또는 경보장치(alarm apparatus)로 고장을 알려준다. 유압펌프가 압력이 약 100∼300바의 제어유(control oil)를 어큐뮬레이터(52) 내로 공급한다. 이 제어유 내에 저장된 에너지가 본 발명의 장치를 작동시키는데 사용된다.

도면은 장치(14)가 압력 약 10바의 연료를 증압기(1)에 공급하여 분사가 개시되어 다음과 같이 진행될 수 있는 분사되기 전 상태의 장치를 나타낸다. 분사 개시 직전에, 컨트롤 슬라이더(2)용 프리-제어밸브(53)가 전자 조절장치(57)로부터 여기되어 컨트롤 슬라이더가 작업위치 내로 비교적 서서히 변위된다. 증압기(1)의 큰 체임버(9) 내로 제어유가 흘러서 스텝 피스톤을 변위시켜 작은 체임버(10) 내에 존재하는 연료가 변위된다. 작은 체임버(10)가 한편으로는 장치(14)의 비복귀밸브(non-return valve)에 의하여 폐쇄되고, 다른 한편으로는 폐쇄된 제어밸브(3)에 의하여 폐쇄되기 때문에 스텝 피스톤의 면적비(surface ratio)에 대응하는 압력이 상승한다. 이렇게 압력이 상승하는 도중이나 또는 이후에, 밸브 슬라이더(45)가 작동하고 제어밸브(3)가 개방되어 연료가 분사노즐로 흐른다. 저압으로 분사되는 것을 방지하기 위하여, 분사작용을 신속하게 종료시킨다.

분사작용 후, 컨트롤 슬라이더(2)가 정지위치로 복귀되어 제어유가 증압기(1)의 큰 체임버(9)로부터 통로(11, 24)를 거쳐 배출될 수 있다. 여기에서, 이 복귀상태가 탄성수단(15)에 의하여 지지되고 증압기(1)의 작은 체임버(10) 내로 연료가 다시 흐른다.

상기 장치는 연료량을 측정하고 이 연료를 분사압력으로 상승시키는 스텝 피스톤을 구비한 증압기(1) 및 하나 이상의 분사노즐(5)에 연료를 공급하는 적어도 하나의 제어밸브(3)로 설계된 미터링 피스톤을 포함한다. 증압기(1) 및 제어밸브는, 펌프에 의해 분사압력보다 실질적으로 압력이 낮은 작동유로 채워진 전기조절식 유압시스템에 의하여 작동된다. 제어밸브(3)에 의하여 각각의 분사가 가능하다.

본 발명에 따른 연료 분사장치는 동작 안전성이 향상되고 연료 소모량이 바람직하게 조절될 수 있다.

Claims

분사될 연료량을 계량하는 미터링 피스톤(1),

상기 미터링 피스톤을 제어하는 제어수단,

연료노즐(5)에 연료량을 공급하는 제어부재 및

분사를 제어하는 유압-전기장치(4)

를 구비하는 연료 공급장치(14)를 포함하는 연료 분사장치에 있어서,

상기 미터링 피스톤은 증압기(1)로 설계되어 연료를 분사압력으로 상승시키고,

분사압력보다 낮은 압력으로 미터링 피스톤(1)의 작동 체임버(10)로 연료를 공급하기 위한 장치를 포함하고,

상기 제어부재는 제어밸브(3)로 설계되어 연료 흐름방향으로 상기 증압기 후측에 위치되고,

상기 제어수단 및 상기 제어밸브(3)는 유압-전기장치(4)와 연결되어 분사작용을 제어하는

것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제1항에 있어서,

상기 증압기가 스텝 피스톤(1)으로 설계되고, 상기 연료 공급장치(14)가 작은 피스톤(8)의 작동체임버(10) 내로 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제1항에 있어서,

상기 제어수단이 직경이 큰 피스톤(7)용의 작동체임버(9)와 연결된 컨트롤 슬라이더(2)로 설계되는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제1항에 있어서,

상기 증압기(1)의 현재 위치를 모니터하여 상기 증압기(1)의 실제 위치를 원하는 위치와 비교하는 샘플링장치(56)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제1항에 있어서,

상기 증압기(1)의 실제 속도를 모니터하여 상기 증압기의 실제 속도를 원하는 속도와 비교하는 샘플링장치(56)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제3항에 있어서,

상기 유압-전기장치(4)는 상기 컨트롤 슬라이더와 연결되고 작동유를 공급하는 하나 이상의 어큐뮬레이터(52) 및

각 컨트롤 슬라이더와 각 제어밸브와 연결되는 프리-제어밸브(53, 54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제1항에 있어서,

실제 값과 원하는 값을 비교하여 그에 따라 분사 개시 또는 분사량 중 어느 하나 또는 양자 모두를 조절하는 조절장치(57)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제1항에 있어서,

복수의 제어밸브(3)가 상기 증압기(1)와 결합되어 내연기관의 복수의 실린더 또는 실린더의 복수의 분사노즐(5)에 연료를 채우는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
제1항에 있어서,

디젤유 및 중유가 왕복피스톤 연소엔진의 실린더 내로 분사되는 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
실린더,

상기 실린더 내에서 왕복이동하는 피스톤, 및

상기 실린더 내에 연료를 공급하기 위한 연료 분사장치를 포함하는 왕복동 피스톤 연소엔진으로서,

상기 연료 분사장치는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 연료 분사장치인 것을 특징으로 하는 왕복동 피스톤 연소엔진.