KR100840632B1 - 다기통 내연 기관의 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치 - Google Patents

다기통 내연 기관의 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치 Download PDF

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Abstract

다기통 내연 기관, 특히 중유로 작동되는 것이 바람직한 대형 디젤 내연 기관의 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치에 있어서, 상기 연료는 적어도 하나의 고압 펌프(3)에 의해 저압 영역으로부터 고압 영역으로 이송되고, 상기 고압 영역은 공급 라인(6)에 의해 서로 연결되는 적어도 2개의 개별적인 축압기 유닛(5)으로 이루어지는 축압기 라인(16)을 포함하며, 실린더용 연료 인젝터(9)는 매 경우마다 축압기 유닛(5)에 연결될 수 있어, 공간 절약형이고 융통성이 있으면서도 모듈형인 구조를 갖는 것을 가능하게 하고 종래 기술에 비해 완전한 연료 공급 장치의 작동 신뢰성을 증가시킨다. 축압기 라인(16)의 축압기 유닛(5)이 대략 2개 이하의 실린더에 사용하기 위한 축압기 용적을 각각 갖도록 구성할 것을 제안하며, 그러한 축압기 덮개(7)는 매 경우마다 양 단부면 상에 마련되고, 모든 기능적 유닛은 연료 이송과 전달을 고려하여 이들 축압기 덮개에 통합되며, 적어도 하나의 개별적인 펌프 축압기(4)가 고압 펌프(3)와 집합형 축압기 라인(16) 사이의 고압 영역에 배치되고, 상기 펌프 축압기는 연료 이송을 위해 축압기 라인(16)의 축압기 유닛(5)의 적어도 하나의 축압기 덮개(7)에 연결되어 적어도 하나의 고압 펌프(3)에 의해 작동될 수 있다.

Description

다기통 내연 기관의 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치{FUEL SUPPLY INSTALLATION IN THE FORM OF A COMMON-RAIL SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING A PLURALITY OF CYLINDERS}
도 1은 본 발명에 따른 연료 공급 장치 전체를 도시하는 도면.
도 2a는 본 발명에 따른 축압기 덮개가 있는 축압기 유닛을 관통한 부분 단면도.
도 2b는 본 발명에 따른 축압기 덮개의 다른 구성 변경예를 도시하는 도면.
도 3 내지 도 6은 매 경우마다 축압기 덮개와 축압기 유닛의 밀봉 형상의 변경예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 소기 장치의 안전 밸브를 통과한 길이 방향 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 연료 탱크
2: 연료 저압 시스템
3: 고압 펌프
4: 펌프 축압기
5: 축압기 유닛
6: 축압기 유닛에서 축압기 유닛까지의 공급 라인
7: 축압기 덮개
8: 인젝터 상류의 고압 라인
9: 인젝터
10: 소기 밸브
11: 안전 밸브
12: 펌프 라인
13: 축압기 유닛의 파이프형 구조용 부분
14: 캠
15: 제어 샤프트
16: 축압기 라인
17: 릴리프 장치
31: 스로틀 밸브
32: 흡입 밸브
33: 펌프 공간
34: 압력 밸브
51: 축압기 파이프
71: 통류 제한기
72: 3/2 방향 밸브
73: 2/2 방향 밸브
74: 제어 누출
75: 스필 누출용 스로틀
76: 라인
77: 압력 유지 밸브
81: 단면이 좁은 부분
82: 내측 원추면
83: 원추면
84: 상이한 각도
85: 평탄한 밀봉면
86: 평탄한 단부면
87: 지지링
88: 평탄한 원추면
89: 평탄한 밀봉면
91: 3/2 방향 밸브
92: 라인 경로
100: 밸브 장치
본 발명은 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치와, 특히 유리한 방식으로 본 발명에 따른 연료 공급 장치에 사용하기에 적합한 커먼 레일 시스템의 개별적인 구성 요소에 관한 것이다.
특히, 이러한 연료 공급 장치는 중유로 작동되는 대형 디젤 내연 기관에 사용될 수 있다. 알려진 바와 같이, 문제가 되는 부식과 중유의 점성 특성(내연 기관이 휴지 상태에 있는 경우, 특히 저온에서 파라핀 분리 성향) 때문에, 내연 기관과 연료 공급 장치는 특정한 전제 조건을 충족시켜야 한다. 따라서, 종래에는 중유 작동에 적합한 연료 공급 장치가 사용되는 경우, 엔진이 정지하기 전에 디젤 연료에 의한 작동으로 전환하여, 고압 펌프, 축압기 라인 또는 연료 인젝터와 같은 연료 공급 장치의 구성 요소와 연료 라인에 점성 및 파라핀 분리에 관해서 문제를 보이지 않는 디젤만이 들어 있게 한다. 또한, 시간이 긴 휴지 기간 동안에 가열에 의해 중유 자체와 연료 인젝터를 가열하여 파라핀 형성을 방지하는 것이 알려져 있다.
유럽 특허 제0 959 245 A2호는 그러한 연료 공급 장치를 개시하고 있다. 연료 인젝터의 기능은 특히 자기 밸브에 의해 전자적으로 제어되어, 충분히 간단하고 정밀한 분사를 보장한다. 상기 특허는, 이러한 경우에 필요한 축압기 라인의 길이 때문에 엔진 축선을 따라 모든 실린더에 대해 축압기 압력(압력파)이 일정하다는 관점에서 커먼 레일 시스템을 대형의 디젤 내연 기관에 사용하는 것에 관계된 문제를 이미 다루고 있다. 따라서, 연결 라인에 의해 서로 연결된 적어도 2개의 개별적인 축압기 유닛으로 이루어지는 축압기 라인은 이미 생산되었으며, 상기 축압기 유닛은 매 경우마다 적어도 2개의 연료 인젝터에 연결될 수 있으며 개별적인 고압 펌프에 의해 작동될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 내연 기관이 작동 상태에 있는 경우, 특히 개별적인 축압기 유닛의 강도와 관련된 문제가 계속 예상되는 데, 그 이유는 개별적인 축압기 유닛을 서로 연결시키는 공급 라인으로 인해 반경 방향의 구멍이 생겨 거기에서 취약 지점을 형성하므로 커먼 레일의 안정성을 위태롭게 하기 때문이다. 또한, 축압기 유닛의 갯수는 고압 펌프의 갯수와 관련되어 있고 그들의 배정은 특히 개선 해법이 관련되어 있는 지점에서 기존의 공간 유용성에 따라 선택될 수 없으므로, 연료 공급 장치의 구성 요소의 조립시에 융통성을 더욱 크게 하는 것이 바람직하다. 더욱이, 충분히 큰 공급량과 충분히 높은 공급 압력을 보장하기 위하여, 지금까지는 스트로크 용적이 큰 펌프를 사용하여 왔다. 그 결과, 차례로 압력 충격 및 압력 맥동과 같은 상당한 동압비(dynamic pressure fraction)가 생겨 공급 라인 상에 높은 기계적 부하를 발생시키는데, 이러한 높은 기계적 부하는 누출 또는 파괴와 같은 상당한 손상 위험을 수반한다.
본 발명은, 특히 중유로 작동되는 대형 디젤 내연 기관용의 이전의 연료 공급 장치에서의 전술한 단점을 모두 제거하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치 및 특히 이러한 연료 공급 장치에 사용하는 데 적합한 커먼 레일 시스템의 개선된 구성 요소를 제안하는 것이며, 이에 의해 공간 절약형이고 융통성이 있으면서도 모듈형인 구조가 가능해지고, 또한 완전한 연료 공급 장치의 작동 신뢰성이 종래 기술에 비해 증가된다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1에 언급한 특징에 의해 달성된다. 대략 2개 이하의 실린더에 사용하기 위한 축압기 용적을 각각 갖도록 구성된 축압기 라인의 각각의 개별적인 축압기 유닛에 의해, 내연 기관 방향으로 축압기 유닛의 위치와 그 길이는 가능하면 가장 짧은 축압기 라인이 구성될 수 있도록 선택될 수 있다. 특히 바람직한 방식에 있어서, 축압기 유닛은 매 경우마다 2개의 실린더에 사용하기 위한 축압기 용적을 갖도록 구성된다. 축압기 덮개는 매 경우마다 양 단부면 상에 마련됨으로써, 모든 기능적 유닛은 연료 이송과 전달을 고려하여 축압기 덮개에 통합되며, 커먼 레일 분사 시스템을 갖는 기존의 엔진 타입의 개질이 매우 간단하게 된다. 유압 연결부, 내연 기관을 따라 축압기 유닛을 위치시키는 유지 장치, 축압기 유닛용 밀봉 요소, 유량 제한 밸브 등의 기능적 유닛이 모두 축압기 덮개에 배치되므로, 모듈형 구조가 간단한 방식으로 가능하게 되고, 또한 축압기 유닛 및 이에 따라 전체 축압기 라인이 이제는 본 발명에 따라 구성된 축압기 덮개에 의해 수용되는 유지 장치와 유압 연결부로부터 비롯되는 외력을 받지 않기 때문에 작동 신뢰성이 증가된다.
또한, 적어도 하나의 개별적인 펌프 축압기가 고압 펌프와 집합형 축압기 라인 사이의 고압 영역에 배치되고, 상기 펌프 축압기가 연료 이송을 위해 축압기 라인의 축압기 유닛의 적어도 하나의 축압기 덮개에 연결되어 적어도 하나의 고압 퍼프에 의해 작동될 수 있다는 조치에 의해 달성되는 것은, 펌프에 의해 발생되는 동압비가 상당히 감소된 후에, 이송 연료, 즉 예컨대 중유가 최종적으로 축압기 라인 에 이르는 펌프 라인으로 이송될 수 있다는 것이다. 따라서, 축압기 유닛 상의 기계적 부하가 현저하게 감소되고 전체 연료 공급 장치의 작동 신뢰성이 증가된다.
각 축압기 유닛의 축압기 용적은 실린더 및 작업 사이클 당 필요로 하는 분사량의 대략 50 내지 500 배이기 때문에, 축압기 라인의 모듈형 구조가 특히 유리한 방식으로 촉진된다.
본 발명의 유리한 실시예에 있어서, 축압기 라인의 축압기 유닛은 공급 라인을 통해 통류 방향으로 직렬로(차례로) 연결된다. 즉, 연료에 의해 연속하여 작동될 수 있다.
축압기 라인의 축압기 유닛은 축방향으로 위치되고 스로틀 보어를 갖는 라인 파이프를 수용할 수 있어 모든 축압기 유닛이 연료에 의해 동시에 작동될 수 있음을 연료 공급 장치의 유리한 추가 실시예로서 알 수 있다.
또한, 축압기 유닛이 내연 기관의 축선에 대하여 허용 오차가 +/- 20%인 실린더 간극에 대응하는 축방향 길이를 갖도록 구성되는 것은 특히 유리한 실시예라고 생각된다.
본 발명에 따른 연료 공급 장치는 모든 타입의 대형 디젤 엔진, 특히 중유로 작동되는 내연 기관에 적합하다. 본 발명에 따른 축압기 유닛, 본 발명에 따른 펌핑 장치 및 본 발명에 따른 소기 장치는 모든 타입의 커먼 레일 분사 시스템에 적합하지만, 청구항 1에 청구한 본 발명에 따른 연료 공급 장치와 조합하는 것이 완벽하다.
본 발명의 다른 유리한 조치 및 바람직한 실시예는 종속항으로부터 얻을 수 있다.
이하, 매우 개략적인 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1에 따른 다이어그램은 내연 기관용의 커먼 레일 시스템 형태의 모듈 구성식 연료 공급 장치를 도시하고 있는데, 상기 내연 기관은 디젤 프로세스에 따라 작동하며 그 이상 상세하게 도시하지는 않는다. 이 디젤 엔진은 중유로 작동하도록 구성되어 있는데, 이 중유는 저압 영역의 연료 탱크(1)로부터 복수 개의 고압 펌프(3)에 의해 연료 저압 시스템(2)을 경유하고 매 경우마다 개별적인 펌프 라인(12)을 거쳐 고압 펌프(3)의 하류에 있는 고압 영역으로 이송된다. 상기 내연 기관은 도시하지는 않았지만 각 실린더에 인젝터(9)가 배정된 5기통 내연 기관이다.
고압 펌프(3)와 인젝터(9) 사이의 고압 영역이 "커먼 레일"이라는 용어로 알려진 축압기 라인(16)이라면, 공급 라인(6)에 의해 서로 연결되고 고압 하에 있는 나머지 라인(6, 12)의 용적과 비교하여 축압기 용적이 현저하게 큰 내부 고압 축압기에 의해 구별되는 3개의 개별적인 축압기 유닛(5)으로 구성된다.
축압기 유닛(5)은 연결구에 의해 또는 연결구 없이 파이프형의 구조용 부분(13)으로 제조되며, 매 경우마다 축압기 덮개(7)에 의해 단부면이 밀봉되고 도시하지 않은 내연 기관을 따라 대략 실린더 헤드 높이에 배열된다.
각 축압기 유닛(5)은 적어도 하나의 고압 라인(8)에 의해 보통 하나 이상의 전자 제어식 인젝터(9)에 연결된다.
본 발명의 경우, 하나의 축압기 유닛(5)은 매 경우마다 2개의 실린더를 위해 작용하도록 제공된다. 실린더의 수가 본 발명의 경우와 같이 홀수이면, 고압 펌프(3)로부터 멀리 떨어진 축압기 유닛(5), 즉 유동 방향으로 마지막에 있는 축압기 유닛은 하나의 실린더만을 위해 작용한다. 내연 기관의 종류와 용례에 따라, 서로 연결된 개별적인 축압기 유닛(5)은 2개 내지 4개의 고압 펌프(3), 본 발명의 경우에 2개의 고압 펌프(3)에 의해 충전되며, 이 고압 펌프는 각자의 고압 연결부와 함께 모두 펌프 축압기(4)에 결합된다.
펌프 축압기(4)는 유동 관점에서 축압기 라인(16)과 고압 펌프(3) 사이의 고압 영역으로 도입되고, 각 고압 펌프(3)는 매 경우마다 개별적인 펌프 라인(12)을 거쳐 범용 펌프 축압기(4)에 연결된다.
고압 펌프(3)는 종래의 방식으로 캠(14)과 제어 샤프트(15)와 같은 공지의 기계적 수단을 통해 디젤 엔진의 크랭크샤프트에 의해 구동되므로, 대개 크랭크 공간 근처에 배열되는 것이 유리하다. 이때, 그 결과로서 생기는 긴 펌프 라인(12)은 압력 맥동과 같은 높은 기계적 부하에 의해 위험에 놓이게 된다. 펌프 축압기(4)는 이러한 동압비를 제거하는 본질적인 이점을 갖는다.
연료 이송을 위해, 펌프 축압기(4)는 축압기 유닛(5)의 축압기 덮개(7)에 유압식으로 연결되며, 바람직한 실시예에서는 축압기 라인(16)의 길이 방향에서 알 수 있는 바와 같이 제1 축압기 유닛(5)의 제1 축압기 덮개(7)에 연결된다.
모든 기능성 유닛들은 연료 이송과 전달의 관점에서 축압기 유닛의 각 축압기 덮개(7)에 통합된다. 각 축압기 유닛(5)의 축압기 용적은 실린더와 작업 사이클당 필요 분사량의 대략 50 내지 500 배이다.
각 고압 펌프(3)의 상류에는 전자기적으로 작동되는 스로틀 밸브(31)가 배치되는데, 이 스로틀 밸브를 통해 각 고압 펌프(3)의 공급량을 조절할 수 있다. 연료는 스로틀 밸브(31)로부터 흡입 밸브(32)를 거쳐 펌프 공간(33)에 도달하게 된다. 각 고압 펌프(3)의 이송 상태에서는, 흡입 밸브(32)가 폐쇄되어 압력 밸브(34)를 통해 연료가 펌프 축압기(4)로 가압된다. 연료는 펌프 축압기(4)로부터 안내되는데, 전술한 바와 같이 상기 펌프 축압기는 모든 고압 펌프(3)의 고압 출구를 또한 개별적인 축압기 유닛(5)에 연결시킨다. 도시된 실시예에는, 라인 파이프(51)가 없이 축압기 유닛(5)이 직렬로 연결되어 있다. 이와 달리, 개별적인 축압기 유닛(5)에 대한 병렬 연결이 달성되도록 하나 이상의 스로틀 보어가 마련되어 있는 라인 파이프(51)가 축압기 유닛(5) 속으로 삽입될 수도 있다. 이때, 연료는 더 이상 하나의 축압기 유닛(5)에서 다음 축압기 유닛으로 계속해서 흐르지 않지만, 공급 라인(6)을 통해 연결된 라인 파이프(51)로부터 축압기(5)를 공통적으로 충전한다. 이 경우에, 각 축압기 유닛(5)의 유압적 분리는 직경이 2 내지 10 mm인 스로틀을 통해 수행될 수도 있다.
축압기 유닛(5)을 서로 연결시키는 공급 라인(6)의 치수는, 공급 라인(6)의 통류(throughflow) 방향에서 보았을 때 마지막 축압기 유닛(5)의 평균 압력이 통류 방향에서 보았을 때 첫번째 축압기 유닛의 평균 압력보다 10% 초과하여 떨어지지 않도록 정해진다. 바람직한 실시예에서, 축압기 유닛(5)은 내연 기관의 축선과 관련하여 허용 오차가 +/- 20%인 실린더 간극에 대응하는 축방향 길이를 갖게 설계된다.
따라서, 고압 펌프(3)는 예정 가능한 고압을 펌프 축압기(4)를 통해 축압기 라인(16)에 생성한다. 도 1에 도시된 실시예에서는, 고압 펌프(3)로부터 축압기 라인(16)까지 연료 이송 흐름 방향에서 알 수 있는 바와 같이, 릴리프 장치(17)가 마지막 축압기 유닛(5)의 하류에서 분기되어 연료를 연료 라인을 통해 연료 탱크(1)로 복귀시킨다. 상기 릴리프 장치(17)는 안전 밸브(11) 및 추가의 소기 밸브(10) 형태로 구성된다. 안전 밸브(11) 및 소기 밸브(10)는 또한 단일의 밸브 소자 형태로 실시될 수도 있다. 소기 밸브(10)에는 제1 및 제2 전환 위치가 있다. 제1 전환 위치에서, 연료는 축압기 라인(16)으로부터 연료 탱크(1)로 유동할 수 있고, 제2 전환 위치에서는 연료가 안전 밸브(1)를 경유하여 유동해야만 한다. 릴리프 밸브(17)의 기능은 아래에서 더욱 상세히 설명된다.
연료는 각 축압기 유닛(5)으로부터 통류 제한기(71;도 2)를 경유하여 [인젝터(9)가 2개 배정된 경우에] 축압기 덮개(7)로 흐르는데, 축압기 덮개(7)는 도 2a 및 2b로부터 명백한 바와 같이 복수 개의 기능적 유닛을 포함한다. 따라서, 분사는 직접 전환되거나(도 2a) 전자기 작동식 2/2 방향 밸브(73)에 의해 간접적으로 작동되는(도 2b) 3/2 방향 밸브(72)에 의해 제어될 수 있다. 3/2 방향 밸브(72)의 작동 원리는 더 이상 상세히 설명하지는 않는다.
도 2b에 따르면, 제어 상태 중에는 제어 누출(control leakage) 및 스필 누출(spill leakage)이 생긴다. 제어 누출은 라인(74)을 통해 방출되고, 스필 누출은 스로틀(75), 라인(76) 및 압력 유지 밸브(77)를 통해 방출된다. 유출 상태 동안 유출 라인에는 압력 유지 밸브(77)에 의해 동적 역압이 발생되는데, 상기 역압은 유출량을 감소시키고 이에 따라 손실량 및 역작용 캐비테이션(cavitaion)을 감소시킨다. 이어서, 연료는 3/2 방향 밸브로부터 고압 라인(8)의 연결부로 흐르고, 이 연결부를 통해 통상적인 니들 밸브를 구성하는 각각의 인젝터(9)로 흐른다.
어떠한 이유에서든 축압기 유닛(5)에는 과도한 압력이 생기며, 이러한 용인될 수 없는 고압의 부하에 대항하여 소정의 압력으로 설정된 안전 밸브(11)가 개방되어 축압기 유닛(5)을 보호한다.
서두에 언급한 바와 같이, 연료 공급 장치에는 중유를 예열하기 위한 가열기가 마련되어 있다.
따라서, "저온의" 내연 기관을 중유로 시동할 수 있도록, 연료 공급 장치는 먼저 순환하는 가온된 중유의 도움으로 적당한 온도로 되어야 한다. 이를 위해, 소기 밸브(10)가 개방되어, 중유는 저압 시스템(2)으로부터 고압 펌프(3)의 스로틀 밸브(31)를 통해 펌프 공간(33)으로 펌핑되고, 이 펌프 공간으로부터 펌프 축압기(4)와 축압기 유닛(5)을 통해, 그리고 소기 밸브(10)를 통해 다시 연료 탱크(1)로 펌핑된다. 이와 달리, 연료 공급 장치에서 전술한 순서의 소기는 소기 압력을 적용함으로써 고압 펌프(3)에 소기 밸브를 추가하거나, 축압기 덮개의 3/2 방향 밸브의 정기 작동에 의해 반대 방향으로 일어날 수도 있다. 최적의 소기는 축압기 유닛(5)이 직렬로 연결된 경우에 달성될 수 있다.
소기 밸브(10)는 제어 유체에 의한 유압으로, 공압으로 또는 전자기 작동에 의해 공지의 방법으로 제어될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 축압기 유닛(5)은 파이프형 구조용 부분(13), 즉 축압기 본체를 구비하도록 구성되며, 축압기 덮개(7)가 축압기 본체(13)의 평균 단면에 비해 더 작고 좁은 오리피스 단면을 밀봉하도록 축압기 본체에는 대안적으로 2개의 단부면에 테이퍼 부분, 즉 축압기 용적의 단면이 좁은 부분(81)이 마련될 수도 있다. 축압기 본체(13)의 2개의 단부의 단면이 좁은 부분(81)으로 인해, 축압기 덮개의 폐쇄력이 현저하게 감소될 수 있고, 이에 따라 밀봉면을 고정시키는 데 필요한 나사의 수를 현저하게 줄일 수 있으므로, 축압기 덮개(7) 내에 전환 밸브를 위한 공간을 훨씬 더 많이 확보할 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 축압기 덮개(7)는 적어도 하나의 3/2 방향 밸브(해당될 경우, 3/2 방향 밸브를 제어하는 2/2 방향 밸브를 포함함)와, 유량 제한 밸브와, 모든 유압 연결부와, 내연 기관 상에 전체 축압기 요소를 유지하는 유지 장치 및 파이프형 축압기 본체(13)의 고정 및 밀봉부를 포함한다. 바람직하게는, 축압기 덮개(7)에 있는 모든 유압 또는 제어 연결부는 반경 방향으로(공간 절약 방식으로) 배치되며, 이는 연결 라인 또는 공급 라인에 적합한 설계에 의해 가능하게 된다.
축압기 덮개(7)에 의해 파이프형 구조용 부분(13)을 밀봉하기 위한 다양하고도 유리한 밀봉 형상이 구현될 수 있다.
도 4는 축압기 덮개(7)가 파이프형 축압기 본체(13)의 단부면 오리피스 단면을 밀봉하도록 내측 원추면(82)을 갖게 설계된 것을 보여주고 있는데, 축압기 본체(13)는 그 단부면에서 대응하게 지향되는 원추면(83)을 갖게 설계되어 있으며, 축압기 본체(13)의 밀봉은 각 원추면(82, 83)을 고정시켜 수행되어 상이한 각도(84)를 형성한다. 따라서, 최대의 밀봉 작용은 내측에서 반경 방향으로 달성 되며, 내압까지도 밀봉 작용에 일조한다.
변경예로서, 도 5는 축압기 덮개(7)가 각각의 경우에 평탄한 내측 밀봉면(85)을 갖도록 설계될 수 있는 것을 보여주고 있는데, 상기 내측 밀봉면은 축압기 본체(13)의 대응하는 평탄한 단부면(86)에 고정될 수 있고, 축압기 본체(13)의 단부면과 축압기 덮개(7) 사이의 평탄한 밀봉면(85, 86) 둘레에는 지지링(87)이 동축으로 삽입될 수 있다.
추가의 변경예로서, 도 6은 매 경우에 축압기 덮개(7)에 의한 축압기 본체(13)의 밀봉이 평탄한 밀봉면(89)과 함께 평탄한 원추면(88)을 고정시킴으로써 행해질 수도 있다는 것을 보여주고 있다. 양 변경예는 내측 밀봉면 상의 밀봉 압력을 최적화할 수 있게 한다.
마지막으로, 도 7은 소기 밸브(10) 또는 안전 밸브(11)를 밸브 장치에 조합한 릴리프 장치(17;도 1)의 특히 유리한 설계를 보여주고 있다. 연결부 사이에 사용되는 지향성 밸브는 조절 운동에 의해 연결되어 연료 흐름의 유동 방향과 진행을 결정한다. 밸브의 지정은 전환 연결부의 개수와 전환 지점에 따라 좌우된다(3개의 연결부, 2개의 전환 지점 = 3/2 방향 밸브).
조합식 밸브 장치(100)는 다음의 기능을 수행하기 위한 것이다. 안전 밸브(11)는 개방 압력(po)이 1800 bar인 스프링 부하식이다. 소기 밸브는 소기 기간 중에 po=20 bar의 압축 공기에 의해 개방된다. 압력 방출 밸브는 pmin=6 bar의 압축 공기에 의해 작동되는 공압 피스톤에 의해 개방된다.
전술한 바와 같이, 축압기 덮개(7)는 3/2 방향 전환 밸브(91;도 1) 형태의 밸브 장치를 구비한다. 상기 3/2 방향 전환 밸브(91)의 유출량은 대응하게 적용되는 역압에 의해 감소된다. 3/2 방향 밸브( 및 2/2 방향 밸브)의 유출량은 범용 라인 경로(92;도 1)를 통해 방출되지만, 유압적으로 독립적인 방식으로 방출된다. 엔진의 최적의 작동값을 위하여 분사 노즐, 즉 인젝터(9)의 폐쇄 작용을 달성하기 위해서는, 3/2 방향 밸브의 유출되는 연료에 대한 역압이 5 내지 100 bar인 경우가 최적이다.
요약하면, 본 발명에 따른 연료 공급 장치는, 특히 다음의 특정한 장점을 갖는다. 축압기 덮개(7) 내에 배치된 3/2 방향 밸브와 스프링 부하식 분사 밸브[인젝터(9)]의 양호한 조합에 의해, 커먼 레일 분사 시스템을 기존의 엔진 타입에 장비하는 것이 매우 간단해진다. 3/2 방향 밸브는 또한 임의로 축압기 유닛(5)과 인젝터(9) 사이에 배치될 수도 있다.
3/2 방향 밸브가 축압기 덮개(7)에 직접 장착됨으로써, 특히 분사 말기에 다른 커먼 레일 분사 시스템에 발생하는 압력 진동이 방지된다. 이는 현저한 부하의 감소를 의미한다.
축압기 유닛(5) 상에 3/2 방향 밸브(급속 전환 밸브)의 다중 작동에 의해, 분사 또는 예분사 및 재분사 프로파일의 형성이, 특히 메인 분사량의 0.5 내지 50%를 갖는 메인 분사의 개시 전 및 종료 후 1 내지 50°CA의 범위에서 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치 및 특히 이러한 연료 공급 장치에 사용하는 데 적합한 커먼 레일 시스템의 개선된 구성 요소를 제공함으로써, 공간 절약형이고 융통성이 있으면서도 모듈형인 구조가 가능해지고, 또한 완전한 연료 공급 장치의 작동 신뢰성이 종래 기술에 비해 증가된다.

Claims (19)

  1. 다기통 내연 기관의 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치로서,
    연료를 저압 영역으로부터 고압 영역으로 이송하기 위한 펌핑 장치로서, 2개의 고압 펌프(3) 또는 2개의 펌프 요소가 있는 하나의 고압 펌프를 포함하는 펌핑 장치와,
    2개 이상의 개별적인 축압기 유닛(5)과, 상기 축압기 유닛(5)을 연결하며 유동 방향을 규정하는 공급 라인(6)을 구비하는 축압기 라인(10)으로서, 각 축압기 유닛(5)은 한쌍의 대향된 축압기 덮개(7)와, 2개 이하의 실린더를 위한 축압기 용적을 갖고, 상기 축압기 덮개(7)의 내부에는 연료 이송과 전달을 위한 모든 기능적 유닛이 통합되어 있는 것인 축압기 라인(10)과,
    각각의 실린더를 위한 복수 개의 연료 인젝터(9)로서, 각 연료 인젝터는 상기 축압기 덮개들 중 각각의 축압기 덮개에 연결되는 것인 복수 개의 연료 인젝터(9)와,
    상기 펌핑 장치와 축압기 라인(10) 사이의 고압 영역에 배치되고, 연료 이송을 위해 축압기 덮개들 중 하나의 축압기 덮개 내로 유압식으로 연결되는 펌프 축압기(4)와,
    상기 축압기 덮개들 중 하나의 축압기 덮개에 연결되어 연료 공급 장치를 소기하기 위한 유압 수단
    을 구비하는 연료 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 각 축압기 유닛(5)의 축압기 용적은 실린더 및 작업 사이클 당 필요로 하는 분사량의 50 내지 500 배인 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 고압 축압기 라인(16)의 축방향으로 연료를 이송하기 위해, 상기 펌프 축압기(4)는 제1 축압기 유닛(5)의 제1 축압기 덮개(7)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 축압기 유닛(5)을 서로 연결하는 공급 라인(6)의 치수는 공칭 부하 하에서 축압기 라인(16)의 통류 방향에서 보았을 때 마지막 축압기 유닛(5)의 평균 압력이 축압기 라인(16)의 통류 방향에서 보았을 때 첫번째 축압기 유닛(5)의 평균 압력보다 10% 초과하여 떨어지지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축압기 라인(16)의 축압기 유닛(5)은 공급 라인(6)을 경유한 연료에 의해 연속하여 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축압기 라인(16)의 축압기 유닛(5)은, 모든 축압기 유닛(5)이 연료에 의해 동시에 작동될 수 있도록, 축방향으로 위치하며 스로틀 보어가 있는 라인 파이프(51)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축압기 유닛(5)은 내연 기관의 축선과 관련하여 허용 오차가 +/- 20%인 실린더 간극에 대응하는 축방향 길이를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  8. 커먼 레일 축압기 라인(16)을 형성하는 축압기 유닛(5)에 있어서,
    오리피스를 각각 갖는 한쌍의 대향된 단부면이 있는 파이프형 축압기 본체(13)와,
    상기 각 오리피스를 폐쇄하는 한쌍의 축압기 덮개(7)
    를 구비하고, 각 축압기 덮개(7)는 축압기 라인을 형성하는 모든 연결부와, 연료 이송과 전달을 위한 모든 기능적 유닛 및 축압기 라인을 형성하는 데에 필요한 모든 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  9. 제8항에 있어서, 상기 각 오리피스의 단면은 상기 축압기 덮개(7)를 향해 좁아짐으로써, 상기 축압기 덮개는 상기 단부면들 사이의 축압기 본체(13)의 단면보다 작은 단면을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 축압기 덮개(7)는 축압기 본체(13)의 오리피스 단면을 밀봉하기 위한 내측 원추면(82)을 갖도록 구성되고, 상기 축압기 본체는 그 단부면 상에 대응하게 지향된 원추면(83)을 갖도록 구성되며, 상기 축압기 본체(13)의 밀봉은 상이한 각도(84)를 형성하도록 각 원추면을 고정시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 축압기 덮개(7)는 축압기 본체(13)의 대응하는 평탄한 단부면(86)에 고정될 수 있는 평탄한 내측 밀봉면(85)과, 축압기 덮개(7)와 단부면(86) 사이의 평탄한 밀봉면(85, 86) 둘레에 동축 방향으로 삽입될 수 있는 지지링(87)을 구비하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 축압기 덮개(7)에 의한 축압기 본체(13)의 밀봉은 평탄한 밀봉면(89)과 함께 평탄한 원추면(88)을 고정시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  13. 제8항에 있어서, 상기 축압기 라인(16)을 형성하는 연결부와 축압기 덮개(7)의 연료 이송 및 전달을 위한 연결부는 모두 밀봉될 축압기 본체(13)에 대해 반경 방향으로 구성되는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  14. 제8항에 있어서, 상기 축압기 덮개(7)는 3/2 방향 전환 밸브(72) 형태의 밸브 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  15. 제14항에 있어서, 상기 밸브 장치(72)는 추가의 2/2 방향 밸브(73)에 의해 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 축압기 유닛.
  16. 제1항에 있어서, 상기 펌핑 장치는 연료를 저압 영역으로부터 개별적인 펌프 라인(12)을 통해 범용 펌프 축압기(4)로 이송하여 축압기 라인(16)의 복수 개의 축압기 유닛(5)에 공급하기 위한 2개 이상의 고압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  17. 제1항에 있어서, 소기 회로를 더 구비하고, 상기 소기 회로는,
    축압기 덮개 중 하나의 축압기 덮개 및 저압 영역에 연결되는 안전 밸브(11)와,
    상기 축압기 덮개 중 하나의 축압기 덮개 및 저압 영역에 연결되고, 압축 공기에 의해 작동되는 소기 밸브(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 안전 밸브(11)와 소기 밸브(10)는 연료 이송 방향에서 마지막 축압기 유닛의 축압기 덮개에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.
  19. 다기통 내연 기관의 커먼 레일 시스템 형태의 연료 공급 장치를 구비하는 대형 디젤 엔진으로서, 상기 연료 공급 장치는,
    연료를 저압 영역으로부터 고압 영역으로 이송하기 위한 펌핑 장치로서, 2개의 고압 펌프(3) 또는 2개의 펌프 요소가 있는 하나의 고압 펌프를 구비하는 펌핑 장치와,
    2개 이상의 개별적인 축압기 유닛(5)과, 상기 축압기 유닛(5)을 연결하며 유동 방향을 규정하는 공급 라인(6)을 구비하는 축압기 라인(10)으로서, 각 축압기 유닛(5)은 한쌍의 대향된 축압기 덮개(7)와, 2개 이하의 실린더를 위한 축압기 용적을 갖고, 상기 축압기 덮개(7)의 내부에는 연료 이송과 전달을 위한 모든 기능적 유닛이 통합되어 있는 것인 축압기 라인(10)과,
    각각의 실린더를 위한 복수 개의 연료 인젝터(9)로서, 각 연료 인젝터는 상기 축압기 덮개들 중 각각의 축압기 덮개에 연결되는 것인 복수 개의 연료 인젝터(9)와,
    상기 펌핑 장치와 축압기 라인(10) 사이의 고압 영역에 배치되고, 연료 이송을 위해 축압기 덮개들 중 하나의 축압기 덮개 내로 유압식으로 연결되는 펌프 축압기와,
    상기 축압기 덮개들 중 하나의 축압기 덮개에 연결되는 연료 공급 장치를 소기하기 위한 유압 수단(10, 11)
    을 구비하는 것인 대형 디젤 엔진.
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