KR101021359B1

KR101021359B1 - 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터 및 커먼-레일-분사 시스템

Info

Publication number: KR101021359B1
Application number: KR1020067008577A
Authority: KR
Inventors: 아드리안 헤트리히
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2011-03-14
Also published as: KR20060101760A; CN100510380C; BRPI0416175B1; CN1902395A; EP1690000A1; EP1690000B1; JP4197351B2; US20070209640A1; BRPI0416175A; WO2005042963A1; DE502004004393D1; ATE367521T1; DE102004015133A1; US7364167B2; JP2007510839A

Abstract

본 발명은 인젝터 하우징(4), 인젝터 하우징(4)에 배치된 밸브 부재(8), 인젝터(2)의 고압 영역과 저압 영역 사이의 밀봉부로서 사용되는 밀봉링(22) 및, 상기 밀봉링(22)과 함께, 인젝터 하우징(4)과 밸브 부재(8) 사이의 환형 챔버(18) 내에 배치되며 밀봉링(22)을 지지하기 위해 사용되고 밀봉링(22)과는 반대편인 하부면에는 원주 방향으로 간격을 갖고 배치된 복수의 릴리프 그루브들(36)을, 외주 에지(28)에는 원주 방향으로 간격을 갖고 배치된 복수의 리세스들(34)을 구비한 지지링(24)을 포함하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터(2)에 관한 것이다.

인젝터 하우징, 밸브 부재, 밀봉링, 릴리프 그루브, 리세스

Description

엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터 및 커먼-레일-분사 시스템{INJECTOR FOR A COMMON-RAIL-INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND THE COMMON-RAIL-INJECTION SYSTEM}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 기재된 특징들을 갖는 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터와 청구항 제10항의 특징들을 갖는 커먼-레일-분사 시스템에 관한 것이다.

커먼-레일-분사 시스템들은, 고압 펌프의 전자식 엔진 제어부의 통제 하에, 커먼-레일이라 불리우는 중앙 고압 축압기로부터 연료를 공급 받으며 이 연료를 엔진의 연소실 내로 분사하는 다수의 인젝터들을 포함한다.

본 건 출원인의 독일 특허 제100 20 870 A1호 명세서에는, 그 인젝터 하우징이 밸브 부재를 수용하며, 밸브 부재는 인젝터 하우징의 스텝 보어 내에 삽입되고, 인젝터의 고압 영역과 저압 영역 사이의 밀봉부로서 사용되는 연성의 밀봉링에 의해 인젝터 하우징에 대해서 밀폐되는 커먼-레일-인젝터가 공지되어 있다. 상기 밀봉링은 스텝 보어의 환형 숄더 상방의 환형 챔버 내에 삽입되어 환형 숄더에 대해서 지지된다. 밀봉링의 상부의 고압 영역 내에 존재하는 1900 바아에 달하는 연료압으로 인해, 환형 숄더 하부에 배치된, 밸브 부재와 인젝터 하우징 사이의 좁은 환형 간극 내로 밀봉링이 가압되거나 압출되는 것을 방지하기 위해, 밀봉링과 환형 숄더 사이에는 금속제 지지링이 배치된다. 상술한 압력 하에서, 밀봉링의 완벽한 밀봉성이 보장될 수 없기 때문에, 지지링의 환형 숄더를 향한 하부면에는 총 4개의 얕은 누설 그루브 또는 릴리프 그루브가 제공되며, 이들은 지지링과 인젝터 하우징 사이의 지정된 누설을 제공하는데, 이는 밀봉링을 지나서 발생하는 누설 유동을 배출하기 위함이고, 이로써 밀봉링 하부에 원하지 않는 압력 쿠션이 형성되어 밀봉링이 축방향으로 이동되는 것을 방지하기 위함이다.

본 출원인에 의해 양산되고 있는, 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터들의 경우, 지지링은 외주 에지가 스텝 보어의 내벽에 대해서 긴밀하게 접하기 때문에, 지지링은 각각의 릴리프 그루브에 축방향으로 인접하여 그 외주 에지에 절결된 초생달형 오목부를 포함하며 오목부는 지지링의 외주 에지와 스텝 보어의 인접한 내벽 사이를 누설 유동이 통과하여 릴리프 그루브 내로 유입될 수 있게 해야 한다. 그러나 이러한 구성으로는, 리세스와 릴리프 그루브를 통한 밀봉링 재료의, 의도하지 않은 압출이 발생할 수 있으므로, 밀봉링의 밀봉 기능이 더 이상 보장될 수 없으며 따라서 전체 분사 시스템의 고장이 야기될 가능성이 있다.

이에 반해, 제1항에 언급한 특징들을 갖는 본 발명에 따른 인젝터는 리세스들과 릴리프 그루브들에 의해서 생긴 짧은 경로가 리세스들과 릴리프 그루브들이 오프셋됨으로써 길어지므로, 리세스들과 릴리프 그루브들에 의한 밀봉링 재료의 압출에 대항하는 마찰력이 현저하게 커지는 장점을 갖는다. 즉, 존재하고 있는 직접 경로는 차단되며 우회 경로가 형성되는데, 그 결과 우회 경로 영역, 즉 상기 리세스와 그에 인접하는 릴리프 그루브 사이의 영역 내의 작은 통과 횡단면과 맞물려 밀봉링 재료의 압출에 대항하는 작용이 얻어진다. 이 경우 또한 누설 유동의 통과는 보장되며 이와 동시에, 그 유동 속도는 릴리프 그루브들과 리세스들이 원주 방향으로 오프셋된 구성에 의해 바람직하게 줄어든다. 이외에, 본 발명에 따른 인젝터는 보다 견고한 구성의 지지링을 갖게 되는데, 이는 릴리프 그루브들과 리세스들에 의해서 형성된 약화 영역들이 중첩되지 않고, 리세스들 영역 내에서 밀봉링 재료의 압출에 대한 원인들 중 하나인 과도한 운동이 방지되기 때문이다.

본 발명에 따른 리세스들 및 릴리프 그루브들의 구성에 의해 지지링은 종래 기술과 비교해서 리세스들 영역에서 릴리프 그루브들의 그루브 깊이 만큼 더 큰 두께를 갖는다. 따라서 리세스들의 하부 에지는 인젝터의 하우징 벽에 더 가까워지므로, 이 영역에서도 작은 간극 횡단면들이 생겨 압출에 대항하는 작용이 생긴다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 릴리프 그루브들과 리세스들은, 원주 방향으로 인접한 2개의 릴리프 그루브들 사이에는 각각 하나의 리세스가 배치되고, 반대로 원주 방향으로 인접한 2개의 리세스들 사이에는 각각 하나의 릴리프 그루브가 배치되도록 서로 오프셋되며, 이 두 경우 모두 바람직하게는 중앙에 배치된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 지지링은 종래와 마찬가지로, 원주 방향으로 90도의 간격을 갖고 배치된 총 4개의 리세스들과 원주 방향으로 마찬가지로 90도의 간격을 갖고 배치된 4개의 릴리프 그루브들을 포함하여 누설 유동에 대한 충분한 통과 횡단면이 보장되어 있지만 릴리프 그루브들이 리세스들로부터 45도의 각 간격으로 배치되고 그 역도 가능하도록 되어 있어 인접한 릴리프 그루브들과 리세스들 사이에 가능한 한 긴 우회 경로가 형성된다.

바람직하게 원형 비드 형태로 지지링 내에 압입 변형된 릴리프 그루브들이 바람직하게 0.05 내지 0.1mm의 깊이를 갖는 반면, 리세스들은 초생달형 횡단면을 가지며 0.12 내지 0.17mm의 깊이로 지지링으로부터 펀칭된다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따라, 스텝 보어의 환형 숄더의 횡단면 형태와 지지링의 횡단면 형태는, 리세스들 사이에서는 지지링의 외주 에지가 실질적으로 환형 숄더의 상부에 위치한, 스텝 보어의 내벽의 한 부분에 대해서 긴밀하게 접하며, 릴리프 그루브들 사이에서는 그 하부면의 부분들이 스텝 보어의 환형 숄더에 대해서 긴밀하게 접하도록, 서로 조정된다. 환형 숄더에 대해서 긴밀하게 접한 하부면 부분들은 바람직하게는, 밸브 부재에서 제한되며, 지지링의 전체 폭에 걸쳐서 연장되지 않으므로, 환형 숄더와 지지링의 하부면 사이에서 긴밀하게 접한 부분들의 반경 방향 외부 쪽으로, 그 원주 방향으로 연장되는 유동 채널들의 작은 유동 횡단면이 릴리스된 채 유지되며, 이는 리세스들과 릴리프 그루브들 사이를 연결시킨다. 유동 채널들은 바람직하게는 지지링의 하부면 내에 형성되지만, 환형 그루브로서 환형 숄더 내에 형성될 수도 있다. 상기 유동 채널들의 유동 횡단면은 바람직하게는 실질적으로 릴리프 그루브들과 리세스들의 유동 횡단면에 상응한다.

이하에서 본 발명은 해당 도면들에 의해 더 자세히 설명된다.

도1은 본 발명에 따른, 지지링을 구비한 인젝터가 부분적으로 절단된 종단면도이다.

도2는 도1의 지지링이 부분적으로 절단된 평면도이다.

도3은 도2의 라인 III-III에 따른, 지지링의 횡단면도이다.

도4는 도1의 라인 IV-IV에 따른, 인젝터의 횡단면도이다.

도5는 도1의 섹션 V을 확대 도시한 도면이다.

도1에 부분적으로 도시된, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터(2)는 커먼-레일이라 불리우는 중심의 고압 축압기로부터 엔진의 연소실로 연료를 분사하기 위해서 사용된다.

상기 유형의 인젝터의 완전한 구성은 예컨대 본건 출원인의 독일 특허 제196 19 523 A1호 및, 독일 특허 제102 20 457 A1호에 설명되어 있으므로, 본원에서 자세한 설명은 생략한다.

도1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 인젝터(2)는 스텝 보어(6)를 갖는 인젝터 하우징(4)을 포함한다. 상기 스텝 보어(6) 내에는, 인젝터의 노즐 니들(도시되지 않음)의 개폐 운동을 제어할 수 있는 제어 로드(10)에 대한 안내부로서 사용되는 밸브 부재(8)가 삽입된다.

상기 스텝 보어(6)는 직경이 확장된 상부 부분(12)을 포함하며, 이는 환형 숄더(14)에 의해서 소직경의 하부 부분(16)과는 분리되어 있다. 스텝 보어(6)의, 확장된 상부 부분(12)의 내경은 원통형 밸브 부재(8)의 외경보다 더 크므로, 상기 지점에서 밸브 부재(8)를 중심으로, 고압 축압기와 유체 연결된 환형 챔버(18)가 형성된다. 스텝 보어(6)의 소직경의 하부 부분(16)의 내경은 원통형 밸브 부재(8)의 외경보다 단지 미미하게 더 크므로, 밸브 부재(8)를 중심으로 상기 지점에는 좁은 밀봉 간극(20)이 형성된다.

환형 챔버(18)에 의해 형성된 고압 영역으로부터 연료가 환형 숄더(14)를 통해서, 간극(20)에 의해 형성된 저압 영역에 이르는 것을 방지하기 위해, 환형 챔버(18)의 하단은 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)과 청동 분의 혼합물로 구성된 고압 밀봉링(22)에 의해서 밀봉된다. 상기 밀봉링(22)이, 환형 챔버(18) 내에서 발생하는 대략 1700 바아에 이르는 압력으로 인해, 밀봉 간극(20)으로 압출되는 것을 방지하기 위해, 밀봉링(22) 하부에는 환형 숄더(14) 상에 지지된 지지링(24)이 배치된다.

도1, 도3 및 도5에 가장 잘 도시된 바와 같이, C60-강판으로 제조된 일부재의 지지링(24)은 굴곡된 횡단면 형태를 포함하며, 이는 프레스 시트 내에서 밸브 부재(8)에 접한 짧은 내부 지지링 부분(26)과, 그 외주 에지(28)가 프레스 시트 내에서 스텝 보어(6)의 확장된 부분(12)의 내벽에 접한 외부 지지링 부분(30)으로 구성되며, 이들은 원형 전환부(32)에 의해서 연결된다.

연료가 밀봉링(22)을 지나서 하부 쪽으로 이를 때, 즉 이로써 밀봉링(22)이 환형 숄더(14)로부터 나와서 상부 쪽으로 이동되어 그 밀봉 기능을 더 이상 적절하게 충족할 수 없을 때, 밀봉링(22)의 하부에 연료 압력 쿠션이 구성되는 것을 방지하기 위해, 지지링(24)에는 적은 양의 연료가 밀봉 간극(20)으로 흘러 들어가는 것을 허용하는 유동 채널들이 제공된다.

상기 유동 채널들은 외부 지지링 부분(30)의 외주 에지에 있는 초생달형의 4개의 리세스들(34)과, 지지링의 하부면에 있으며 서로 유체 연결된 4개의 반경 방향 릴리프 그루브들(36)로 구성된다. 상기 리세스들(34)과 릴리프 그루브들(36)은 지지링(24)의 원주를 중심으로 각각 90도의 동일한 간격으로 배치되지만, 유동 채널들을 통해 밀봉링 재료가 압출되는 것을 방지하기 위해 원주 방향으로 서로 45도로 오프셋된다. 리세스들(34)과 각각 인접한 릴리프 그루브들(36) 사이는 도5에 가장 잘 도시된 지지링(24)의 꺾인 형태에 의해 유체 연결된다. 이는 지지링 부분(26)과 지지링 부분(30) 사이의 전환부 영역에서만 환형 숄더(14)에 접하는 반면, 양 지지링 부분들(26, 30)은 환형 숄더(14)에 대해서 경사지게 정렬되고, 외부 지지링 부분(30)의 외주 에지(28)는 강성의 이유로 스텝 보어(6)의 상부 부분(12)과 환형 숄더(14) 사이에 제공된 전환 반경(46)의 상단에 지지된다. 따라서 지지링 부분(30)의 하부에 환형 사이 공간(38)이 형성되며, 이를 통해 연료가 리세스들(34)로부터 나와서 릴리프 그루브들(36)에 도달할 수 있다.

축방향 리세스들(34)은 대략 0.12 내지 0.17mm의 최대 깊이(T)를 갖는 초생달형 횡단면을 가지며, 지지링(24)의 제조 시에 반경 방향 지지링 부분(30)으로부터 펀칭된다.

0.05 내지 0.1mm의 깊이를 갖는 반경 방향 릴리프 그루브들(36)은 원형 횡단면을 갖는 비드(40)에 의해서 형성되며, 비드는 지지링(24)의 제조 시 하부쪽에서부터 반경 방향 지지링 부분(30) 내로 압입 변형 가공되어 지지링 부분(30)의 전체 폭에 걸쳐서 연장된다(도4).

도4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 지지링(24)은 각각 4개의 리세스들(34) 사이에서 상기 지지링의 외주 에지(28)로써, 스텝 보어(6)의 확장된 부분(12)의 내벽에 긴밀하게 접하는 반면, 4개의 릴리프 그루브들(36) 사이에서는 밸브 부재(8)에서 한정되며 해칭하여 도시된, 지지링의 하부면의 내부 환형 세그먼트형 부분(42)으로써, 환형 그루브(38)의 반경 방향 내부로 위치하는 환형 숄더(14)의 부분 상에 접촉된다.

도4에서 화살표 A로 도시된 바와 같이, 밀봉링(22)을 지나서 하부 쪽으로 지지링(24)의 상부면까지 도달된 누설 연료 유동은 리세스들(34)을 통해서 지지링(24)과 스텝 보어(6)의 확장된 부분(12)의 내벽 사이를 흐르고 이로부터 원주 방향으로 얕은 환형 그루브(38)를 통해서 인접한 2개의 릴리프 그루브들(36)중 하나에까지 흐르며, 상기 릴리프 그루브들을 통해서 연료는 반경 방향 내부로, 밸브 부재(8)와 인젝터 하우징(4) 사이의 간극(20)에 도달하며 여기에서부터 배출된다. 화살표 B로 도시된, 내부를 향한 짧은 경로가 차단되므로, 리세스들(34)과 릴리프 그루브들(36)을 통한 밀봉링 재료의 압출은 우회 경로에 의해 확실히 방지된다.

Claims

인젝터 하우징, 인젝터 하우징에 배치된 밸브 부재, 인젝터의 고압 영역과 저압 영역 사이의 밀봉부로서 사용되는 밀봉링 및, 상기 밀봉링과 함께, 인젝터 하우징과 밸브 부재 사이의 환형 챔버 내에 배치되며 밀봉링을 지지하기 위해 사용되고 밀봉링과는 반대편인 하부면에는 원주 방향으로 간격을 갖고 배치된 복수의 릴리프 그루브들을 구비하고 그 외주 에지에는 원주 방향으로 간격을 갖고 배치된 복수의 리세스들을 구비한 지지링(24)을 포함하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터에 있어서,

상기 릴리프 그루브들(36)과 리세스들(34)이 원주 방향으로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제1항에 있어서, 상기 각각 하나의 리세스(34)가 원주 방향으로 인접한 2개의 릴리프 그루브들(36) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제2항에 있어서, 상기 리세스(34)는 인접한 릴리프 그루브들(36) 사이의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각 하나의 릴리프 그루브(36)가 원주 방향으로 인접한 2개의 리세스들(34) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제4항에 있어서, 상기 릴리프 그루브(36)는 인접한 리세스들(34) 사이의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스들(34)과 릴리프 그루브들(36)은 각각 동일한 각 간격으로 서로 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지링이 4개의 릴리프 그루브들(36)과 4개의 리세스들(34)을 포함하며, 리세스들(34)은 릴리프 그루브들(36)로부터 45도의 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지링(24)이 실질적으로 축방향 지지링 부분(26)과 실질적으로 반경 방향 지지링 부분(30)으로 구성되며, 밀봉링(22)과는 반대편인 지지링 하부면에는 릴리프 그루브들(36)이 제공되고, 지지링의 외주 에지(28)에는 리세스들(34)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지링(24)은 인젝터 하우징(4)의 환형 숄더(14)에 지지되며, 환형 숄더의 횡단면 형태는, 환형 숄더(14) 상부에서 지지링의 외주 에지(28)가 리세스들(34) 사이에서는 실질적으로 인젝터 하우징(4)에 대해 긴밀하게 접하며 릴리프 그루브들(36) 사이에서는 그 하부면 부분(42)이 환형 숄더(14)에 대해서 긴밀하게 접하도록, 지지링(24)의 횡단면 형상에 맞게 매칭되며, 긴밀하게 접한 부분들(42)은 밸브 부재(8)를 향하고, 지지링(24)의 전체 폭에 걸쳐서 연장되지는 않는 것을 특징으로 하는, 엔진의 커먼-레일-분사 시스템용 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 인젝터(2)를 구비한 것을 특징으로 하는 커먼-레일-분사 시스템.