KR101132026B1 - 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치 - Google Patents
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Abstract
완충장치가, 그 내부의 볼륨을 결정하는 몸체부(101)를 포함하고, 상기 완충장치에 있어서 상기 몸체부의 볼륨은 이동가능한 중간피스(103)를 구비하며, 상기 몸체부는 제1개구부(104)를 포함하며, 상기 제1개구부를 통하여 상기 볼륨이 연료분사 시스템에 연결될 수 있으며, 상기 제1개구부는 중간피스의 제1측에 대해 볼륨안쪽으로 열려지도록 배열되고, 스프링장치가 상기 중간피스의 다른측에 대해 볼륨안쪽으로 배열되며, 이때 상기 다른측은 중간피스와의 관계에서 제1측의 반대쪽에 있으며, 상기 스프링장치의 끝단은 중간피스와 몸체부의 다른끝단으로 지지되는, 내연기관 연료분사 시스템(1)용 압력진동 완충장치(10).
본 발명에 따르면, 압축 트래블이 증가함에 따라, 스프링장치(107)의 스프링 레이트가 감소한다.
Description
본 발명은, 청구항 1항의 전제부에 설명되어 있는 바와 같이, 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치(dampener)에 관한 것이다.
소위, 내연기관의 커먼레일(common rail)형 연료분사 시스템에 있어서, 연료압력의 진동은 시스템의 작동에 혼란을 야기시키는 실제적인 문제들중의 하나이다. 압력진동을 최소화하기 위한, 많은 다른 완충장치가 개시되었다. 유럽특허 EP 0 886 066 A1은, 완충장치가, 실린더 벨로우(bellow)가 완충장치 요소로서 작동하는 커먼레일 압력 어큐뮬레이터(accumulator) 내부에 배치된 것이 기재되어 있다. 이러한 종류의 해결책에 있어서, 진동 완충장치는 어떠한 진동수로 조정되어야만 한다.
미국특허 US 5934251은, 엔진이 작동하는 동안 완충에 영향을 줄 시도가 있는 해결책을 제시한다. 여기서, 이 해결책은, 연료부피를 제한하는 완충 다이어그램, 그 뒤에서 엔진의 인렛(inlet) 시스템의 저압이 영향을 주는 조절 다이어그램, 및 이들 다이어그램들 사이와 조절 다이어그램의 인렛측에 있는 스프링을 포함한다. 여기서, 엔진의 인렛측의 저압은 조절 다이어그램을 잡아당겨, 다이어그램들 사이의 스프링상의 압력이 감소되고, 따라서 또한 완충 다이어그램이 움직이고, 연료의 압력이 감소되고, 또한 이 감압 때문에 커먼레일에 대한 연료분사가 시작된다. 이러한 응용에 따르면, 이것은 진동의 완충 효율을 향상시키는 효과를 갖는다. 그러나, 이 작동은 엔진의 인렛측의 저압과, 저압변화로서 단지 일시적으로 진동완충변화 효과에 의존한다.
압력진동은 또한 통상의 압력제어 연료분사 시스템의 저압측에서 형성되고, 이 비제어된 진동은 시스템의 작동시 부정적인 영향을 갖는다.
도 1은, 본 발명에 따른, 압력진동 완충장치를 갖는 내연기관의 연료분사 시스템의 일부를 나타낸다.
도 2 내지 3은, 본 발명에 따른, 연료압력 진동 완충장치의 실시예의 다양한 상태를 나타낸다.
도 4는, 본 발명에 따른, 압력진동 완충장치의 다른 실시예를 나타낸다.
도 5는, 본 발명에 따른, 압력진동 완충장치의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 6은, 상대운동의 기능으로서, 스프링장치의 상대적인 스프링 레이트를 나타낸다.
본 발명의 목적은, 종래기술보다 더 효율적인 완충효과를 얻을 수 있고, 더욱 상세하게는 다른 진동수를 갖는 진동들을 동시에 완충할 수 있는, 내연기관의 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 주로 청구항 1항에 개시된 구성과 다른 청구항에 좀더 자세히 설명된 구성에 의해 달성된다.
본 명세서에서, 스프링 레이트(rate)란, 스프링 압축 트래블(compression travel)에 대한 스프링 유닛내의 압축력의 비율이다. 스프링 레이트는 스프링 유닛의 각 스프링 압축 트래블로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관의 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치는, 그 안에서 볼륨범위를 정하는 몸체부(body part)를 포함한다. 완충장치에서, 중간피스 (intermediate piece)는 몸체부의 볼륨내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 배열된다. 또한, 몸체부는 제1 개구부를 포함하며, 이 개구부를 통하여 볼륨이 연료분사 시스템에 연결될 수 있고, 제1 개구부는 중간피스의 제1측에 대해 볼륨안쪽으로 열려지도록 배열되고, 스프링장치는 중간피스의 다른측에 대해 볼륨안쪽으로 배열되고, 나머지 측은 중간피스에 대한 제1측의 반대측에 위치하고, 스프링장치의 일끝단이 중간피스에 의해 지지되고, 다른끝단은 몸체부에 의해 지지된다. 본 발명의 특징적인 양상은, 스프링장치의 압축 트래블이 증가함에 따라, 스프링장치의 스프링 레이트가 감소한다는 점이다. 스프링 레이트가 이와 같이 작용할 때, 중간피스의 빠른 움직임이 달성될 수 있고, 그 결과, 이것이 연료부피가 증가함에 따라 연료분사 시스템에서 생기는 압력펄스를 없앤다.
완충장치의 제 1 실시예에서, 연료분사장치의 압력진동 완충장치는, 스프링특성, 즉 스프링 레이트가 다른, 적어도 2개의 별개 스프링 유닛을 갖는다. 따라서, 다른 진동수와 강도로 생기는 2개의 진동을 감소시키기 위해, 같은 진동 완충장치가 사용될 수 있다.
완충장치의 제 2 실시예에서, 스프링 장치의 모든 스프링 유닛은 벨레빌 (Belleville) 스프링이고, 상기 특성은 스프링 장치에서 달성될 수 있으며, 또한 벨레빌 스프링의 압축 트래블은 매우 짧은 한편, 진동 완충장치의 크기는 불필요하게 크기 않다.
스프링장치의 스프링 레이트는, 압축 트래블이 증가함에 따라 계속 감소되도록 조절될 수 있다. 따라서, 증가하는 힘은 중간피스의 움직임을 증가시키고, 따라서, 또한 효율적인 스프링 진동 완충을 만든다. 완충장치의 제 3 실시예에서, 중간피스는 피스톤 유닛으로 형성될 수 있으며, 볼륨내에서의 이 움직임은 볼륨과 피스톤 유닛의 평행한 표면들에 의해 조절될 수 있다.
완충장치의 제 4 실시예에서, 피스톤 유닛은, 피스톤 유닛의 주변부에 실링장치가 구비될 수 있다. 이것은, 각각의 목적을 위하여, 진동 완충장치의 정밀한 치수의 작동을 가능하게 한다. 이 실링장치는, 피스톤이 움직일때 피스톤 유닛의 움직임에 대하여 마찰력을 야기하는, 하나 또는 수개의 피스톤링을 포함한다. 또한, 이것은 시스템의 진동완충 특성에 영향을 주도록 사용될 수 있다.
완충장치의 제 5 실시예에서, 연료압력 진동 완충장치의 몸체부는, 피스톤 유닛의 다른측 볼륨 끝에 있는 연료를 배출하기 위하여, 피스톤 유닛의 다른측 볼륨으로 열린 제 2 개구부를 포함한다.
도 1은, 내연기관(5)의 연료분사 시스템(1)의 일부를 개략 도시한 것이다. 내연기관(5)은 여기서 매우 개략적으로 나타나고, 이것이 그 자체로 알려진 엔진이다. 연료는 비교적 저압으로 연료펌프(3)에 의해 연료탱크(2)로부터 연료파이프(4)를 통하여 각 분사펌프(6)로 공급된다. 연료 파이핑은 주라인(main line)(4)과, 주라인으로부터 각 분사펌프로의 분기라인(branch line)(7)을 포함한다. 각 분사펌프 (6)는 분사기노즐(9)로 연결된다. 분사펌프(6)는 분사기노즐(9)과 함께 연료분사 시스템을 이룬다. 분사펌프는 분사기노즐(9)에서 요구되는 분사압력의 레벨로 압력을 높힌다. 또한, 이 시스템에는, 각 분사펌프로부터 나온 저압리턴채널(8)이 있다.
도 1에 있어서, 압력진동 완충장치(10)가 연료분사 시스템(1)의 특정 위치에 배열되어 있다. 도 1에 나타난 연료분사 시스템에서, 압력진동 완충장치는, 우선 분기채널 자신뿐 아니라, 분사펌프(6)에 이르는 분기채널(7) 앞의 주라인(4)의 끝단에 위치한다. 또한, 압력진동 완충장치(10)는, 인렛(inlet)과 리턴측 모두의 압력진동을 완충하기 위하여, 분사펌프(6)와 연결되어 배열될 수 있다. 또한, 도 1에서, 진동완충장치는 리턴채녈(8)에 배열되어 있다. 각 연료압력 진동 완충장치는, 진동 완충장치로부터 나온 리크(leak)연료를 배출하기 위해 연결된 아웃렛채널(11)을 갖는다. 일부 응용례에서, 도 1에 나타난 몇몇 위치는 서로 교대하여 위치할 수 있다.
도 2는, 본 발명에 따른 연료압력 진동 완충장치의 실시예를 좀 더 자세히 나타낸다. 연료압력 진동 완충장치는 몸체부(101)를 포함한다. 여기서, 이것은 스레드 조인트(thread joint)로 서로 붙여진 2부분으로 이루어진 피스(piece)이다. 그러나, 원하는 결과를 달성하기 위하여 다른 종류의 구조가 이용될 수 있음은 물론이다. 실린더형인 볼륨(102)은 몸체부의 안쪽에 배열되어 있고, 제1 개구부 (opening)(104)를 통해 볼륨이 연료분사 시스템에, 예를 들면, 도 1에 나타난 주라인(4)에 연결될 수 있고, 진동 완충장치의 압력진동이 완화되도록 배열된다. 또한, 실린더형인 피스톤 유닛(103)은 볼륨 안쪽에 배열되고, 이 피스톤 유닛은 볼륨내 중간 피스로서 작용한다. 이 피스톤 유닛은, 볼륨안에서 세로축의 방향으로 왕복운동할 수 있다. 그 제1 측에서, 피스톤 유닛(103)은, 세로축과 평행한 보어 (bore)(105)와 같은 만입(indentation)을 포함하며, 세로축방향으로 피스톤 유닛의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 피스톤 유닛(103)을 볼륨내의 중앙에 위치하도록 돕는다; 또한, 이것은 압력펄스를 배출하기 위한 볼륨을 형성한다. 이 피스톤 유닛은 또한 피스톤링이나 다른 실링장치(106)가 구비된다. 이 실링장치(여기서는 피스톤링)는 볼륨의 벽과 피스톤링 사이의 틈이 매우 작도록 선택한다. 이 틈은 너무 작아서, 피스톤링이 움직일 때, 뚜렷한 마찰력이 형성되고, 피스톤 운동을 완충하는 역할을 한다. 이것은 시스템의 치수 파라미터로서 이용될 수 있다.
스프링 장치(arrangement)(107)는, 볼륨(102)에 있는 피스톤 유닛의 다른측에 배열된다. 이 스프링 장치의 일끝단은 피스톤 유닛에 의해 지지되고, 스프링 장치의 다른 끝단은 몸체부(101)에 의해 지지된다. 연료분사 시스템(1)의 압력진동 완충장치(10)의 스프링 장치는, 스프링이 자유상태에 있을 때 보다 어떠한 압축 하에 있을 때 더 작은 스프링 레이트를 갖는, 여기서는 4개의 스프링 유닛(108)을 포함한다. 이것은, 압력펄스가 피스톤 유닛의 제1측에 작용할 때 압력펄스를 없애면서, 피스톤 유닛의 매우 빠르지만 짧은 스트로크(stroke) 움직임을 일으킨다. 상기의 작용은 예를 들면 벨레빌 스프링에 의해 달성될 수 있다. 벨레빌 스프링(108)은 비록 압축 트래블을 얻기 위해 필요한 힘이 비교적 클 수 있지만, 예를 들면, 이것의 압축 트래블이 비교적 작기 때문에, 특히, 본 발명에 따른 진동완충장치의 사용에 적합하다. 여기서, 벨레빌 스프링은, 그 자유 상태에서, 두개의 이웃한 베레빌 스프링(108)의 바깥주변(108')이 서로 기대어 있고, 반면 안쪽주변(108'')이 서로 기대어 있도록, 서로서로 배열되어 있다. 이 경우, 최대 스프링힘은 단지 하나의 스프링 유닛의 것과 같으나, 최대 압축 트래블, 즉 튕기는(springing) 양은 4개의 벨레빌 스프링을 합한 것이고, 따라서 단지 하나의 스프링의 것에 비하여 4배가 되도록 배열된다. 이것은, 모든 스프링이 유사한 경우에 적용된다. 이러한 작동은, 상기 시스템 스프링 유닛이 적합한 특성을 갖도록 선택함으로서 널리 변형될 수 있다.
도 3은, 도 2에 나타낸 것에 대응하는 다른 완충장치를 나타내나, 여기서의 스프링 장치는, 나머지와 다른 벨레빌 스프링을, 스프링 레이트가 더 작은 스프링과 함께, 피스톤에 가장 가까이 있는 스프링 유닛으로서 갖고, 또한 이것에 의해, 도 3에서는 압축 트래블을 달성하는 반면 다른것들은 달성하지 못한다. 이것은, 진동 완충장치가, 낮고 높은 강도의 진동을 모두 완충하도록 해준다.
또한, 압력진동 완충장치(101)의 몸체부는, 피스톤 유닛의 다른쪽, 즉 스프링 유닛이 배열되어 있는 피스톤 유닛쪽에 있는 볼륨(102)쪽으로 열려진 개구부 (109)를 포함하고, 이 개구부에 의해, 피스톤 유닛을 통해 샌 연료가, 예를 들면, 배출채널(11)을 통하여, 볼륨(102)으로부터 배출될 수 있다. 이 때문에, 스프링 유닛의 제2측이 다른 측보다 필연적으로 더 낮은 압력하에 있게 되고, 피스톤 유닛을 통해 샌 연료가 완충장치의 작동을 방해하지 않는다.
도 4는, 본 발명에 따른 연료분사 시스템(1)용의 압력진동 완충장치의 다른 실시예를 나타낸다. 또한, 이 실시예는 다른 측면에서 도 2의 것과 대응하나, 여기서의 스프링 장치(107)는, 2개의 유닛쌍으로서 형성된, 피스톤 유닛에 가장 가까이 위치한 스프링 유닛(108)을 포함하며, 이 쌍들은 도 2에 나타낸 것과 유사한 방식으로 서로서로 기대어 배열된다. 만약 모든 스프링 유닛이 비슷하다면, 이 방법은 도 2의 실시예의 압축 트래블의 약 3/4의 압축 트래블을 얻을 수 있고, 이것의 약 1/3은 단일 스프링 유닛(도에서 가장 아래쪽 스프링 유닛)의 최대힘으로 생기고, 2/3는 단일 스프링 유닛의 최대힘의 2배가 되는 힘을 갖는다.
도 5는, 스프링 장치(107)의 스프링 유닛 하나가 헬리컬(helical) 스프링 (110)으로서, 다른 것들과는 다른 진동 완충장치를 나타낸다. 이러한 종류의 스프링 장치는, 비록 공간이 더 많이 필요할 수 있고, 또는 더 적은 압축 트래블이 단지 벨레빌 스프링만을 사용한 것에 의한 것보다 유사한 볼륨(102)으로 배열될 수 있지만, 어느 정도 본 발명의 이점을 제공한다. 도 5의 진동 완충장치는 피스톤링을 구비하지 않으며, 이것에 의해 피스톤 유닛을 통해 새나간 연료의 양이, 예를 들면 도 2에 나타난 방법보다 약간 더 많다.
도 6은, 그 상대적인 움직임의 기능(function)으로서 스프링 장치의 상대적인 스프링 레이트를 나타낸다. 즉, 세로축은, 어떤 압축 트래블에서의 힘과 최대 압축 트래블에서의 힘 사이의 관계를 나타내고, 가로축은 어떤 압축 트래블과 최대 압축 트래블 사이의 관계를 나타낸다. 그래프 6.1은, 압축 트래블이 증가함에 따라 스프링 레이트가 감소되나, 또한 그 결과 최대 압축 트래블에서 힘이 최대에 있는 스프링 장치를 나타낸다. 반면, 그래프 6.2는, 최대 압축 트래블에서, 상대적인 압축 트래블값이 0.8을 갖는 것 보다 스프링힘이 더 작은 정도로, 스프링 레이트가 감소되고, 압축 트래블이 증가하는 스프링 장치를 나타낸다. 따라서, 압축 트래블이 상대값 0.8에 이른 후, 압축 트래블 0.8~1.0은, 힘이 감소하게 된다. 도 6에 나타난 스프링 장치는 본 발명과 연계하여 이용될 수 있다.
본 발명은 여기서 설명한 실시예에 제한되는 것은 아니며, 첨부한 청구범위의 범위안에서, 많은 변형이 가능함은 물론이다.
Claims (7)
- 완충장치 내부의 볼륨을 결정하는 몸체부(101)를 포함하고, 상기 완충장치에 있어서 상기 몸체부의 볼륨은 이동가능한 중간피스(103)를 구비하며, 상기 몸체부는 제1개구부(104)를 포함하며, 상기 제1개구부를 통하여 상기 볼륨이 연료분사 시스템에 연결될 수 있으며, 상기 제1개구부는 중간피스(103)의 제1측에 대하여 볼륨안쪽으로 열려지도록 배열되고, 스프링장치(107)가 상기 중간피스(103)의 다른측에 대하여 볼륨안쪽으로 배열되며, 이때 상기 다른측은 중간피스(103)와의 관계에서 제1측의 반대쪽에 있으며, 상기 스프링장치(107)의 끝단은 중간피스(103)와 몸체부 (101)의 다른끝단으로 지지되는, 내연기관 연료분사 시스템(1)용 압력진동 완충장치(10)에 있어서,압축 트래블이 증가함에 따라 스프링장치(107)의 스프링 레이트가 감소하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 연료분사 시스템(1)용 압력진동 완충장치(10).
- 제 1 항에 있어서, 상기 스프링장치(107)는, 스프링특성이 다른 적어도 2개의 별개의 스프링유닛(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스프링장치(107)의 모든 스프링유닛은 벨레빌 스프링(108)인 것을 특징으로 하는, 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스프링장치(107)의 스프링 레이트가, 압축 트래블이 증가함에 따라 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중간피스가, 피스톤 유닛(103)인 것을 특징으로 하는, 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 피스톤 유닛(103)이, 상기 피스톤 유닛의 주변부에 배열된 실링장치(106)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 몸체부가, 중간피스의 다른측 볼륨의 끝에 있는 연료를 배출하기 위해, 중간피스의 다른측에 대해 볼륨안쪽으로 열려진 제2개구부 (109)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 연료분사 시스템용 압력진동 완충장치.
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