KR101087430B1 - 내연 기관용 연료 분사 장치 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 구동 장치(14)를 구비한 공급 펌프(10)를 포함하여 내연 기관용으로 제공되는 연료 분사 장치에 관한 것이다. 상기 공급 펌프(10)를 통해서는, 연료가, 연료 저장 탱크(12)로부터, 적어도 하나의 고압 펌프(20)의 흡입 측으로 향하는 저압 영역 내로 공급된다. 상기 고압 펌프(20)를 통해서는, 연료가, 적어도 하나의 인젝터(44)가 제공되는 고압 영역(42)으로 공급된다. 이에 따라 연료는 상기 인젝터를 통해 내연 기관으로 분사된다. 연료 분사는 전기 제어 장치(46)에 의해 제어된다. 저압 영역에는 압력 센서(56)가 배치된다. 이 압력 센서(56)는 상기 제어 장치(46)와 연결된다. 또한, 상기 공급 펌프(10)의 전기 구동 장치(14)는, 공급 펌프(10)에서 상기 내연 기관 및/또는 고압 펌프(20)의 적어도 하나의 작동 파라미터에 따라 가변 공급량을 조정할 수 있도록, 상기 제어 장치(46)에 의해 제어된다. 특히 상기 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)는, 내연 기관의 부하가 낮고, 그리고/또는 회전수가 낮고, 그리고/또는 연료 온도가 낮을 때보다, 내연 기관의 부하가 높고, 그리고/또는 회전수가 높고, 그리고/또는 연료 온도가 높을 때 더욱 많은 연료량이 상기 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역으로 공급될 수 있는 방식으로, 상기 제어 장치(46)에 의해 제어된다.
Figure R1020087030375
연료 분사 장치, 공급 펌프, 전기 구동 장치, 연료 저장 탱크, 고압 펌프

Description

내연 기관용 연료 분사 장치 {FUEL INJECTION DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구 범위 제1항의 형식에 따르는 내연 기관용 연료 분사 장치에 관한 것이다.
상기 연료 분사 장치는 DE 103 43 482 A1호로부터 공지되어 있다. 공지된 연료 분사 장치는 전기 구동 장치를 구비한 공급 펌프를 포함하며, 연료는 상기 공급 펌프를 통해서 연료 저장 탱크로부터 고압 펌프의 흡입 측으로 공급된다. 고압 펌프를 통해서는 연료가 고압 영역으로 공급되며, 고압 영역에는 내연 기관에 배치된 적어도 하나의 인젝터가 제공되고, 연료는 상기 인젝터를 통해 내연 기관에 분사된다. 이 이외에, 연료 분사 장치는 내연 기관의 작동 파라미터에 따라 연료 분사가 제어되는 전자 제어 장치를 포함한다. 공급 펌프와 고압 펌프의 흡입 측 사이에는 연료 계량 공급 장치(fuel metering device)가 제공되고, 이 연료 계량 공급 장치에 의해 고압 펌프의 흡입 측으로의 연료 공급과, 따라서 고압 펌프에 의해 고압 영역으로 공급되는 연료량이 변할 수 있으며, 상기 연료 계량 공급 장치는 전자 제어 장치에 의해 제어된다. 이 경우, 고압 영역에는 고압 영역 내 압력이 측정되는 압력 센서가 배치되며, 상기 압력 센서는 전자 제어 장치와 연결되며, 상기 연료 계량 공급 장치는 고압 펌프가 고압 영역 내에 사전 설정된 압력을 유지하는데 필요한 연료량을 고압 영역에 공급하는 방식으로 제어 장치에 의해 제어된다. 공급 펌프는 본질적으로 일정한 회전수로 작동됨으로써 상기 공급 펌프에 의해서는, 본질적으로는 일정하면서도, 내연 기관의 최대 연료 요구량이 제공되는 방식으로 측정되어야 하는 연료량이 공급된다. 이는, 공급 펌프의 공급량이, 전부하 상태를 제외한, 내연 기관의 대부분의 작동 상태에서 너무 많다는 것을 의미한다. 공급 펌프의 과량의 공급량은 공급 펌프와 연료 계량 공급 장치 사이에 배치되는 오버플로 밸브(overflow valve)를 통해 감압 영역으로 방출된다. 이 경우, 공급 펌프는 매우 대형이어야 하며, 대응하는 연속 부하에 부합하게 치수화되어야 하는데, 이는 높은 제조 비용과, 구동을 위한 높은 전력 소모를 야기한다.
종래 기술에 비해 청구항 제1항에 따르는 특징부를 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 장치는, 공급 펌프가 필요에 따라 작동됨으로써, 공급 펌프의 치수가 더욱 낮은 평균 연속 부하에 맞게 설계될 수 있고, 공급 펌프의 구동에 필요한 전력 소모량은 내연 기관의 모든 작동 상태에 대해 평균적으로 훨씬 더 낮아지는 장점이 있다. 이 경우, 공급 펌프의 작동은 예컨대 고압 펌프의 작동 조건을 개선할 수 있도록 최적화될 수 있다.
종속항들에는 본 발명에 따른 연료 분사 장치의 바람직한 실시예 및 개선예들이 제시된다. 청구항 제4항에 따른 구성은, 연료 필터를 관류할 시 발생될 수 있는 압력 강하가 저압 영역 내 압력 측정에 어떠한 영향도 주지 않는 장점이 있다. 청구항 제7항 및 제8항에 따른 구성은, 고압 펌프의 구동 영역의 윤활 및/또는 냉각이 고부하 조건에서 개선된다는 장점이 있다. 청구항 제9항에 따른 구성은, 고압 펌프의 구동 영역의 윤활 및/또는 냉각이 높은 연료 온도 조건에서 개선된다는 장점이 있다. 청구항 제10항 및 제11항에 따른 구성은, 공급 펌프에 의해 공급되지만, 고압 펌프에 의해 흡입되지 않는 연료가 저압 영역으로부터 배출될 수 있다는 장점이 있다. 청구항 제12항에 따른 구성은, 공급 펌프에 의해 공급되는 전체 연료량이 고압 펌프의 구동 영역의 윤활 및/또는 냉각을 위해 제공될 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다수의 실시예들은 도면에 도시되어 있으며, 이후 더욱 상세하게 설명된다.
도1은 제1 실시예에 따른 내연 기관용 연료 분사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 저압 영역에 존재하는 압력에 따른 공급 펌프의 공급량과 오버플로 밸브의 오버플로 공급량을 도시한 그래프이다.
도3은 제2 실시예에 따른 연료 분사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도1 및 도3에는 예컨대 자동차의 내연 기관용 연료 분사 장치가 개략적으로 도시되어 있다. 연료 분사 장치는 연료 저장 탱크(12)로부터 연료가 흡입되는 공급 펌프(10)를 포함하고, 공급 펌프(10)는 전동기 형태의 전기 구동 장치(14)를 포 함하고, 연료 저장 탱크(12) 외부에 배치되거나, 도1 및 도3에 도시한 바와 같이 연료 저장 탱크(12) 내부에 배치될 수 있다. 연료 저장 탱크(12) 내부에는 저장 포트 또는 스월 포트(16)(swirl pot)가 배치될 수 있으며, 연료는 공급 펌프(10)에 의해 상기 스월 포트로부터 흡입되고, 연료 저장 탱크(12) 내 연료 충전 상태가 낮을 시에도 상기 스월 포트에 의해 공급 펌프(10)가 연료를 흡입할 수 있도록 보장된다. 스월 포트(16) 내에서 연료는 예컨대 적어도 하나의 석션 젯 펌프(18)(suction-jet pump)에 의해 공급된다. 공급 펌프(10)에 의해서는 연료가 연료 분사 장치의 고압 펌프(20)의 흡입 측으로 공급된다. 공급 펌프(10)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에는 연료 필터(22)가 제공되며, 이 연료 필터에 의해서는, 공급 펌프(10)로부터 공급된 연료가 고압 펌프(20)로 유입되기 전에 정화된다.
고압 펌프(20)는 하나 또는 다수의 펌프 부재(24)를 포함하고, 이 펌프 부재들은 재차 실린더 보어부(26) 내로 안내되는 펌프 플런저(28)를 각각 포함한다. 각각의 펌프 플런저(28)에 의해서는 각각의 실린더 보어부(26) 내에서 펌프 작동 챔버(30)가 제한된다. 각각의 펌프 플런저(28)는, 내연 기관에 의해 회전 구동되는 구동축(32)에 의해, 행정 운동 시 적어도 간접적으로 구동된다. 구동축(32)은 예컨대 고압 펌프(14)의 하우징(34)에 구동축(32)의 회전축 방향에서 서로 이격되어 제공되는 2개의 베어링을 통해 회전 가능하게 지지된다. 베어링들은 펌프 하우징(34)의 서로 다른 부분 내에 배치될 수 있으며, 예컨대 제1 베어링은 펌프 하우징(34)의 본체 내에 배치되고, 제2 베어링은 본체와 연결된 플랜지부 내에 배치될 수 있다. 두 베어링 사이에 위치하는 영역에서, 구동축(32)은 적어도 하나의 캠(36)을 포함하거나, 자체 회전축에 대해 편심되어 형성되는 구간을 포함하며, 상기 캠(36)은 또한 다중 캠(multiple cam)으로서 형성될 수 있다. 고압 펌프(20)의 구동축(32)은 내연 기관에 의해, 예컨대 내연 기관의 크랭크축 또는 캠축에 의해 구동된다. 내연 기관과 구동축(32)의 커플링은 예컨대 벨트(치형 벨트), 체인 또는 톱니 바퀴를 통해 이루어진다. 내연 기관에 의해 고압 펌프(20)가 구동됨에 따라, 고압 펌프(20)의 구동축(32)의 회전수는 내연 기관의 회전수에 비례한다.
각각의 펌프 플런저(28)는 직접적으로, 또는 태핏(29)을 통해서, 구동축(32)의 편심 부재 또는 캠(36)에 지지될 수 있다. 각각의 펌프 부재(24)는 흡입 밸브(38)를 포함하고, 이 흡입 밸브는 펌프 작동 챔버(30) 내로 개방되어 있으며, 상기 흡입 밸브를 통해서 펌프 작동 챔버(30)는, 펌프 플런저(28)가 반경 방향에서 내부 방향을 향해 구동축(32)으로 배향되는 흡입 행정을 실시할 때, 연료로 충전된다. 이 외에도 각각의 펌프 부재(24)는 배출 밸브(40)를 포함하고, 이 배출 밸브(40)는 펌프 작동 챔버(30) 외부로 개방되고, 상기 배출 밸브를 통해서는, 펌프 플런저(28)가 반경 방향에서 외부 방향을 향해 배향되는 공급 행정을 실시할 때 응축되는 연료가 펌프 작동 챔버(30)로부터 배출된다. 흡입 밸브(38) 및 배출 밸브(40)는 각각 스프링 하중을 받는 체크 밸브로서 형성된다. 캠(36) 또는 편심 부재와 적어도 하나의 펌프 플런저(28)의 지지부를 구비한 구동축(32)은, 고압 펌프(20)의 영역 중 펌프 하우징(34)의 내부에 배치되는 구동 영역(37)을 형성한다.
연료는 고압 펌프(14)에 의해서 적어도 하나의 라인을 통해, 예컨대 내부에 저장기(42)가 배치되는 고압 영역 내로 공급된다. 이 저장기(42)에는, 내연 기관 의 실린더에 배치되는 적어도 하나의 인젝터(44)가 연결되며, 상기 인젝터를 통해 연료는 실린더의 연소실 내로 분사된다. 또한, 인젝터들(44)은 직, 간접적으로 유압 라인들을 통해 고압 펌프(14)와 연결될 수 있으며, 별도의 저장기(42)는 생략될 수 있다. 인젝터(44)는 연료 분사 밸브와, 예컨대 전기로 작동되는 제어 밸브를 포함하고, 이 제어 밸브에 의해 연료 분사 밸브의 개방 및 폐쇄 기능이 제어된다. 또한, 연료 분사 밸브는 직접적으로 전기 액추에이터에 의해, 예컨대 압전 액추에이터에 의해 제어될 수 있다.
또한, 연료 분사 장치는 연료 분사를 제어하는 전자 제어 장치(46)를 포함한다. 제어 장치(46)에 의해 인젝터(44)가 제어됨으로써, 인젝터에 의해 사전 설정된 시점에 사전 설정된 연료량이 분사된다. 고압 영역에는 압력 센서(48)가 배치되며, 상기 압력 센서에 의해 고압 영역 내 압력이 측정되며, 압력 센서는 제어 장치(46)와 연결된다. 저장기(42)로부터는, 감압 영역으로 향하는, 예컨대 연료 저장 탱크(12)로 이어지는 회수부로 향하는 연결부가 분기될 수 있으며, 상기 연결부는 압력 제한 또는 압력 조절 밸브(43)에 의해 제어된다.
도1에 도시한 제1 실시예에 따르면, 공급 펌프(10)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에는 연료 계량 공급 장치(50)가 제공되며, 연료 계량 공급 장치는 바람직하게 연료 필터(22)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에 배치된다. 공급 펌프(10)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이의 영역은 이하에서 저압 영역으로서 지칭된다. 연료 계량 공급 장치(50)는, 연속해서 또는 단계적으로, 공급 펌프(10)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이의 연결부 내에 다양한 크기의 흐름 단면을 조정하는 방식으 로 형성될 수 있다. 대안적으로, 연료 계량 공급 장치(50)는 소정의 주파수에 따라 개방 및 폐쇄되는 클록 제어식 밸브에 의해서도 형성될 수 있으며, 상기 밸브는 자체 개방 기간에 상응하게 평균화된 소정의 흐름 단면을 개방한다. 연료 계량 공급 장치(50)는 전기 액추에이터(51)를 포함하며, 상기 전기 액추에이터는 예를 들어 전자석이거나, 압전 액추에이터일 수 있으며, 제어 장치(46)에 의해 제어된다. 대안적으로, 연료 계량 공급 장치(50)는 유압식으로 제어될 수 있다. 이 경우, 흐름 단면은 유압 압력에 의해 가압되어 이동할 수 있는 플런저에 의해 결정된다. 유압 압력은 예컨대 압력 조절 밸브(43)의 배출에 의해 생성될 수 있다. 이 경우, 압력 조절 밸브(43)의 차단량이 증가할수록 압력은 더욱 높아지며, 상승한 압력에 의해서는, 연료 계량 공급 장치(50)에 의해 개방되는 흐름 단면이 감소하게 된다. 압력 조절 밸브(43)는 제어 장치(46)에 의해 제어될 수 있으며, 이로써 연료 계량 공급 장치(50)는 간접적으로 압력 조절 밸브(43)의 차단량을 통해 제어 장치(46)에 의해 제어된다.
또한, 연료 분사 장치는 공급 펌프(10)와 연료 계량 공급 장치(50) 사이에 배치되는 오버플로 밸브(52)를 포함하며, 이 오버플로 밸브를 통해서는, 감압 영역과 저압 영역의 연결부가 제어된다. 이 경우, 감압 영역은 예컨대 연료 저장 탱크(12)로 향하는 회수부(53)이며, 상기 감압 영역에서는 저압 영역에서보다 더 낮은 압력이 존재한다. 오버플로 밸브(52)는 사전 설정된 압력에 도달할 시에 저압 영역에서 개방되어 이 저압 영역으로부터 감압 영역으로 연료가 배출되도록 하는 압력 밸브로서 형성된다. 오버플로 밸브(52)의 개방 압력은 오버플로 밸브(52)의 밸브 부재(55)를 폐쇄 방향으로 가압하는 스프링(54)에 의해 결정된다.
도1에 도시한 제1 실시예의 경우, 공급 펌프(10)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 간의 연결부는 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)을 통해 안내되며, 상기 구동 영역 내에는 구동축(32)이, 자체 베어링들과, 적어도 하나의 펌프 플런저(28) 또는 태핏(29)의 지지부를 구비한 편심 부재 또는 캠(36)을 포함하여 배치된다. 오버플로 밸브(52)는, 흐름 방향에서 볼 때 구동 영역(37)의 후방에서, 구동 영역(37)과 연료 계량 공급 장치(50) 사이에 배치된다. 따라서 공급 펌프(10)에 의해 공급되는 전체 연료량은 고압 펌프(20)에 의해 흡입되기 전에 우선 고압 펌프(20)의 구동 영역을 관류한다. 대안적으로, 공급 펌프(10)로부터 개시되는 연결부로부터는, 흐름 방향에서 볼 때 연료 계량 공급 장치(50) 전방에서 고압 펌프(20)의 구동 영역 내로 이어지는 연결부가 분기될 수 있다. 그러나 이 경우, 공급 펌프(10)로부터 공급된 연료량의 일부분만이 고압 펌프(20)의 구동 영역의 윤활을 위해 이용될 뿐, 연료 계량 공급 장치(50)에 의해 고압 펌프(20)의 흡입 측으로 공급되지는 않는다.
연료 필터(22)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이의 저압 영역에 존재하는 압력은, 제어 장치(46)와 연결되는 압력 센서(56)에 의해 측정된다. 바람직하게는 압력 센서(56)가 연료 필터(22)와 고압 펌프(20)의 구동 영역 사이의 저압 영역에 배치됨으로써, 연료 필터(22)를 관류할 시에 경우에 따라 발생하는 압력 강하가, 저압 영역 내 압력 측정 시에 고려된다. 본 발명에 따라, 공급 펌프(10)의 전기 구동 장치(14)는 공급 펌프(10)의 가변 공급량과, 따라서 공급 펌프(10)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이의 저압 영역 내 가변 압력을 조정할 수 있도록, 내연 기관 및/또는 고압 펌프(20)의 적어도 하나의 작동 파라미터에 따라 제어 장치(46)에 의해 제어된다.
이 경우, 작동 파라미터로서는 특히 내연 기관의 부하에 상응하는 고압 펌프(20)의 공급량이 고려된다. 내연 기관의 부하가 더욱 높아질수록, 저장기(42) 내에서 사전 설정된 압력을 유지할 수 있도록 고압 펌프(20)의 공급량도 더욱 많아져야 한다. 왜냐하면, 더욱 많은 연료가 인젝터들(44)에 의해 저장기(42)로부터 추출되어 내연 기관에 분사되기 때문이다. 추가적인 작동 파라미터로서는 고압 펌프(20)의 회전수에 비례하는 내연 기관의 회전수가 고려된다. 추가적인 작동 파라미터로서는 제어 장치(46)와 연결된 연료 온도 센서(58)에 의해 측정되는 연료 온도가 고려된다.
제어 장치(46)에 의해서는, 고압 펌프(20)의 부하 및 공급량이 낮고, 그리고/또는 내연 기관 및 고압 펌프의 회전수가 낮을 때보다, 고압 펌프(20)의 부하가 높고, 따라서 공급량이 많고, 그리고/또는 내연 기관 및 고압 펌프(20)의 회전수가 높을 때 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역으로 더욱 많은 연료량이 공급되고, 따라서 더욱 높은 압력이 생성될 수 있는 방식으로, 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)가 제어된다. 이 경우, 내연 기관의 부하가 증가하고, 따라서 고압 펌프(20)의 공급량이 증가함에 따라, 제어 장치(46)에 의해서, 공급 펌프(10)에 의해 점차로 증가하는 연료량이 공급되고, 따라서 저압 영역 내에 점차로 상승하는 압력이 생성되는 방식으로, 공급 펌프(10)의 전기 구동 장치(14)가 제어된다. 공급 펌프(10)로부터 공급되지만, 고압 펌프(20)에 의해 흡입되지 않고, 저장기(42)로 공급되는 연료량 은 오버플로 밸브(52)를 통해 감압 영역(53)으로 방출된다. 이 경우, 제어 장치(46)에 의해서는, 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)에 충분한 윤활 및/또는 냉각을 보장할 수 있도록, 공급 펌프(10)에 의해 공급된 연료량이 고압 펌프(20)에 의해 공급될 연료량에 대해 초과 비례하는 정도로 상승할 수 있다. 공급 펌프(10)로부터 과량으로 공급된 연료량을 저압 영역으로부터 배출하는 점은 오버플로 밸브(52)에 의해 보장된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 연료 온도가 저온일 때보다, 연료 온도가 고온일 시에 공급 펌프(10)에 의해 더욱 많은 연료량이 공급되고, 따라서 저압 영역 내 더욱 높은 압력이 생성되는 방식으로, 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)가 제어 장치(46)에 의해 제어될 수 있다. 이 경우, 연료 온도가 상승함에 따라, 공급 펌프(10)에 의해 점차로 증가하는 연료량이 저압 영역으로 공급되고, 따라서 저압 영역 내 점차로 상승하는 압력이 생성되는 방식으로, 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)가 제어 장치(46)에 의해 제어될 수 있다. 이로써 마찬가지로 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)의 충분한 윤활 및/또는 냉각이 보장되는데, 이는 연료 온도가 증가함에 따라 연료의 윤활 작용이 악화되기 때문이다.
바람직하게는 저압 영역 내 압력에 대한 설정값은 제어 장치(46)의 특성 필드에 저장되며, 이 경우, 압력의 설정값 설정을 위해 요구되는 바와 같은 연료량이 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역으로 공급되는 방식으로, 공급 펌프(10)의 전기 구동 장치(14)는 제어 장치(46)에 의해 제어된다. 오버플로 밸브(52)의 특성은, 저압 영역 내 압력이 증가함에 따라 오버플로 밸브에 의해 점차로 증가하는 연료량이 감압 영역으로 방출되는 방식으로 결정된다. 오버플로 밸브(52)는 예컨대 적어도 거의 선형인 특성 곡선을 가질 수 있으며, 이로써 오버플로 밸브(52)를 통해 방출되는 연료량은 저압 영역 내 압력에 비례하여 증가하게 된다. 도2에는 실시예에 따라 저압 영역에 존재하는 압력(pND)에 대해, 공급 펌프(10)로부터 공급되는 연료량(V)을 나타내는 영역(A)이 형성되는 그래프가 도시되어 있다. 이 외에도 도2에 따른 그래프에는 B에 의해 예를 들어 오버플로 밸브(52)의 특성 곡선이 도시되어 있다. 상기 특성 곡선은 저압 영역에 존재하는 압력(pND)에 따라 오버플로 밸브(52)를 통해 방출되는 연료량(V)이다. 오버플로 밸브(52)의 작동 영역, 다시 말하면 오버플로 밸브(52)에 의해 연료가 저압 영역으로부터 방출되는 압력 영역은 도2에 C로 표시되어 있다.
오버플로 밸브(52)는, 연료 계량 공급 장치(50)의 조정과 무관하게 오버플로 밸브 자체에 의해 공급 펌프(10)로부터 공급되는 연료가 저압 영역으로부터 방출될 수 있도록 설계된다. 따라서 오버플로 밸브(52)에 의해서는, 저압 영역 내 압력과 공급 펌프(10)의 공급량의 가변 조정이, 고압 펌프(20)로부터 공급될 연료량과 무관하게 달성될 수 있게 된다. 이 때문에 고압 펌프(20)의 구동 영역의 윤활 및/또는 냉각이 요구에 따라 개선될 수 있으며, 이는 고압 펌프(20)로부터 공급될 연료량과 무관하게 달성된다.
고압 펌프(20)의 부하가 낮을 시에 즉, 공급량이 적고, 그리고/또는 연료 온도가 낮을 시에, 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역에서 생성되는 압력은 저압 상태로 유지될 수 있으며, 이를 위해서 공급 펌프(10)는 적은 연료량만 공급하면 된다. 이로 인해 공급 펌프(10)의 부하, 특히 공급 펌프의 전기 구동 장치(14)의 부하와, 따라서 구동 장치에 전기를 공급하기 위한 전기 에너지의 요구량은 낮게 유지될 수 있게 된다. 그러므로 전기 구동 장치(14)를 구비한 공급 펌프(10)는 더 낮은 평균 부하에 맞게 설계될 수 있으며, 공급 펌프의 구성은 일정한 공급량을 포함하는 설계에 비해 간소화될 수 있거나, 상기 설계에 비해 증가된 수명이 달성될 수 있다. 대안적으로, 공급 펌프(10)의 수명과 관련하여 제한 없이 공급 펌프(10)의 높은 공급량을 이용하는 상승된 최대 부하가 허용될 수 있는데, 상기 최대 부하는 항시 짧은 시간 동안만 필요하기 때문이다.
또한 공급 펌프(10)의 공급량이 가변하는 경우, 연료 필터(22)의 부하는 감소하는데, 연료 필터는 항상 공급 펌프(10)의 최대 공급량에 의해 관류되는 것이 아니라, 공급 펌프(10)의 실제로 요구되는 공급량에 의해서만 관류되기 때문이다. 따라서 연료 필터(22)는 공급 펌프(10)의 공급량이 일정한 종래의 설계에 비해 더욱 소형으로 할 수 있거나, 치수는 동일하게 하면서도 더욱 연장된 수명을 달성할 수 있다. 이 외에도 연료 필터(22)가 오염됨에 따라 연료 필터를 관류할 시에 발생하는 압력 강하는 적어도 부분적으로, 공급 펌프(10)로부터 공급되는 연료량이 증가하면서, 공급 펌프(10)에 의해 보상될 수 있다.
도3에는 제2 실시예에 따르는 연료 분사 장치가 도시되어 있다. 제2 실시예의 경우, 제1 실시예에 비해서 연료 계량 공급 장치와 경우에 따라서는 오버플로 밸브가 생략될 수도 있다. 공급 펌프(10)는 제어 장치(46)에 의해 제어되는 전기 구동 장치(14)를 포함한다. 공급 펌프(10)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에는 연료 필터(22)가 배치되고, 연료 필터(22)와 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이의 저압 영역에는, 제어 장치(46)와 연결되는 압력 센서(56)가 배치된다. 이에 따라 저압 영역에서 압력 센서(56)에 의해 측정된 압력은 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)의 제어 시에 제어 장치(46)를 위한 제어 변수로서 이용된다. 고압 영역에는 추가로 고압 영역 내 압력을 측정하는 압력 센서(48)가 배치되며, 이 압력 센서는 제어 장치(46)와 연결된다. 이 외에도 고압 영역에는 압력 조절 또는 압력 제한 밸브(43)가 제공될 수 있다. 공급 펌프(10)와 연료 필터(22) 사이에는, 압력이 너무 높을 시에 공급 펌프(10) 및/또는 연료 필터(22)의 손상을 방지할 수 있도록 압력 제한 밸브(60)가 배치된다.
연료 분사 장치의 제2 실시예에 따르면, 공급 펌프(10)로부터 공급된 연료량은, 고압 펌프(20)에 의해 흡입되어 고압 영역으로 공급되는 연료량의 가변 조정을 위해 가변 조정될 수 있다. 이 경우, 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역에서 생성되는 압력은, 사전 설정된 한계치 범위 이내에서 본질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 이 경우, 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)는, 저장기(42) 내에 사전 설정된 압력을 유지하기에 필요한 정도의 공급량이 공급 펌프(10)에 의해 고압 펌프(20)의 흡입 측으로 공급되고, 이에 따라 고압 펌프(20)를 통해 저장기(42) 내로 공급되는 방식으로, 제어 장치(46)에 의해 제어된다. 내연 기관의 부하가 증가함에 따라, 저압 영역 내에 사전 설정된 압력을 유지하기 위해, 고압 펌프(20)에 의해서 점차로 증가하는 연료량이 저장기(42) 내로 공급되고, 그에 상응하게 공급 펌프(10)에 의해서는 점차로 증가하는 연료량이 고압 펌프(20)의 흡입 측으로 공급되어야 한 다. 이 경우, 연료 계량 공급 장치(50)는 생략될 수 있다.
내연 기관 및 고압 펌프(20)의 작동 파라미터로서, 바람직하게는 내연 기관 및 고압 펌프의 회전수가 제어 장치(46)에 의해 고려될 수 있으며, 저압 영역 내 압력의 사전 제어는 회전수가 증가함에 따라 공급 펌프(10)에 의해 더욱 많은 연료량이 공급되고 저압 영역에서는 더욱 높은 압력이 생성되는 방식으로 이루어진다. 특히 내연 기관이 공회전할 시에, 공급 펌프(10)로부터 공급되는 연료량과, 따라서 저압 영역 내 압력은 낮은 수준으로 유지될 수 있으며, 이로 인해 공급 펌프(10)를 위해 요구되는 구동 출력은 낮은 수준으로 유지된다. 고압 펌프(20)의 공급량 조정을 위해, 제1 실시예에서와 같이, 연료 계량 공급 장치(50)가 제공될 수 있다.
또한, 공급 펌프(10)로부터 저압 영역에 공급된 연료량의 적어도 일부분이, 윤활 및/또는 냉각을 위해 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)으로 공급될 수 있다. 바람직하게는 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)는, 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)의 충분한 윤활 및/또는 냉각을 보장하기에 충분한 최소 연료량이 항상 공급 펌프(10)에 의해 공급되는 방식으로 제어 장치(46)에 의해 제어된다.
이 외에도 제2 실시예에 따른 연료 분사 장치의 경우, 저압 영역의 누출에 대한 감시가 실현될 수 있는데, 이는 저압 영역 내 빠른 압력 강하로부터 누출이 추론될 수 있기 때문이다. 마모에 따라 고압 펌프(20)의 작동 기간 중 고압 펌프(20)에서 가변 누출이 발생하면, 저압 영역에서는 완만한 압력 강하만이 발생하므로, 이는 명확하게 구별될 수 있다. 그리고 제어 장치(46)에 의해 누출이 식별되면, 예컨대 내연 기관의 추가적인 작동이 억제될 수 있거나, 차량 운전자에게 경 고 지시가 이루어질 수 있다.

Claims (13)

  1. 전기 구동 장치(14)를 구비한 공급 펌프(10)와, 연료 분사를 제어하기 위한 전기 제어 장치(46)를 포함한 내연 기관용 연료 분사 장치이며, 상기 공급 펌프(10)에 의해서는 연료가 연료 저장 탱크(12)로부터 적어도 하나의 고압 펌프(20)의 흡입 측으로 향하는 저압 영역으로 공급되며, 연료는 상기 고압 펌프(20)에 의해, 적어도 하나의 인젝터(44)가 제공된 고압 영역(42)으로 공급되며, 상기 인젝터(44)에 의해서는 연료가 내연 기관에 분사되는 연료 분사 장치에 있어서,
    저압 영역에는 상기 제어 장치(46)와 연결되는 압력 센서(56)가 배치되며, 이 제어 장치(46)에 의해서는, 상기 내연 기관, 상기 고압 펌프(20), 또는 상기 내연 기관과 고압 펌프(20)의 적어도 하나의 작동 파라미터에 따라 변하는 상기 공급 펌프(10)의 가변 공급량을 조정하고 저압 영역 내 사전 설정된 압력을 생성할 수 있도록, 상기 구동 펌프(10)의 전기 구동 장치(14)가 제어되고,
    상기 공급 펌프(10)로부터 상기 저압 영역으로 공급되는 연료의 적어도 일부분이 상기 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)을 통해 안내되고,
    상기 연료 분사 장치는, 연료 온도를 측정하고 전기 제어 장치(46)와 연결되는 온도 센서(58)를 포함하며, 연료 온도가 저온일 때보다 연료 온도가 고온일 때 상기 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역 내에 더욱 높은 압력이 생성되는 방식으로, 상기 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)가 상기 제어 장치(46)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공급 펌프(10)의 전기 구동 장치(14)는, 저압 영역 내 가변 압력을 생성할 수 있도록 상기 제어 장치(46)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급 펌프(10)의 전기 구동 장치(14)는, 상기 고압 펌프(20)의 가변 공급량을 조정할 수 있도록 상기 제어 장치(46)에 의해 제어되는 것 을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 펌프(10)와 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에는, 연료 필터(22)가 제공되며, 이 연료 필터(22)와 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에는 압력 센서(56)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공급 펌프(10)와, 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에는 연료 계량 공급 장치(50)가 제공되고, 이 연료 계량 공급 장치를 통해서 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측으로 향하는 연료 유입이 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제6항에 있어서, 내연 기관의 부하, 회전수, 또는 이들 둘 다가 낮을 때보다, 내연 기관의 부하, 회전수, 또는 이들 둘 다가 높을 때 상기 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역 내에 더욱 높은 압력이 생성되는 방식으로, 상기 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)가 상기 전기 제어 장치(46)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 제7항에 있어서, 내연 기관의 부하, 회전수, 또는 이들 둘 다가 증가함에 따라, 상기 공급 펌프(10)에 의해 저압 영역 내에 점차로 상승하는 압력이 생성되는 방식으로, 상기 공급 펌프(10)의 구동 장치(14)가 상기 전기 제어 장치(46)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 공급 펌프(10)와 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에 오버플로 밸브(52)가 제공되며, 이 오버플로 밸브에 의해서는 감압 영역(53)과 저압 영역의 연결부가 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오버플로 밸브(52)는, 저압 영역 내 압력이 증가함에 따라 점차로 증가하는 연료량이 상기 저압 영역으로부터 상기 감압 영역(53)으로 방출될 수 있도록 하는 압력 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장 치.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 펌프(10)와 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이의 연결부는 흐름 방향에서 볼 때 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측 전방에서 상기 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)을 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 오버플로 밸브(52)는 상기 구동 영역(37)과 상기 고압 펌프(20)의 흡입 측 사이에 배치됨으로써, 상기 공급 펌프(10)로부터 공급되는 전체 연료량이 상기 고압 펌프(20)의 구동 영역(37)을 관류하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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