KR101231980B1 - 내연기관용 분사 장치 - Google Patents

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루드비크 마이어
크르스토프 슈로트
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

본 발명은 연료 모터용 분사 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 캡으로 조절되는 인젝터(9)를 구비하는 분사 장치의 경우에는 3/2 웨이 밸브(4)의 직렬 연결을 통해 그리고 압력으로 조절되는 인젝터를 구비하는 분사 장치의 경우에는 직렬 연결된 3/2 웨이 밸브(6) 및 접속된 2/2 웨이 밸브(4)를 통해 분사율 제어(boot rate shaping)를 달성할 수 있다.
연료 모터, 분사 장치, 분사율 제어

Description

내연기관용 분사 장치{INJECTION DEVICE FOR FUEL MOTORS}
도 1은 내연기관용 분사 장치의 개략도이다.
도 2는 내연기관용 분사 장치의 또다른 실시예의 개략도이다.
<도면 부호>
1 : 연료 저장기
2 : 고압 연료 운반 장치
3 : 연료 탱크/레일
4 : 3/2 웨이 밸브
4.1 : 3/2 웨이 밸브의 제1 위치
4.2 : 3/2 웨이 밸브의 제2 위치
5 : 3/2 웨이 밸브의 조절을 위한 2/2 웨이 밸브
6 : 2/2 웨이 밸브
7 : 압력으로 제어되는 분사 밸브/압력으로 제어되는 인젝터
7.1, 9.7 : 스프링
7.2 : 노즐 니들
8.1 : 압력 유지 밸브
8.2 : 조절 가능한 넥
9 : 행정 제어되는 분사 밸브/행정 제어되는 인젝터
9.1 : 하부 압력실
9.3 : 상부 압력실
9.4 : 노즐 니들
9.5 : 유출 넥
9.6 : 공급 넥
10.1 : 인젝터로의 연료 도관
10.2 : 좁아진 연결 도관
10.3 : 레일의 연료 도관
10.4 : 연결 도관
본 발명은 내연기관용 분사 장치에 관한 것이다.
가변적인 압력으로 연료를 분사하는, 예컨대 커먼 레일 시스템과 같은 분사 시스템은 적어도 분사 개시를 위해 매우 급격한 분사율을 가진다. 다량의 연료가 고압으로 분사된다. 그러나, 이것은 산화질소 방출율(NOx-방출율)에 부정적인 영향을 미친다. 분사 노즐의 단계식 해제/개방, 특히 소정 분사율(boot rate shaping)을 통해 계단형 분사율이 달성되며, 이로써 방출율이 유리하게 유지된다.
현재의 기술 상태에서 분사율 제어를 달성하기 위한 내연기관용 분사 장치는 이미 공지의 것이다. 이러한 내연기관용 분사 장치의 한 가능한 실시예에서는 2/2 웨이 밸브가 행정 제어되는 커먼 레일 인젝터에 연결된다. 2/2 웨이 밸브의 한 밸브 위치에서, 압력 탱크(레일)에서 저장되는 연료의, 고압 연료 운반 장치로부터 생성되는 최대압이 인젝터에 가해진다. 내연기관의 연소실에서 가압 상태의 연료를 분사하는 것은 인젝터 행정의 해제에 의하여 실현된다. 또 다른 밸브 위치에서 인젝터로 이어지는 가압 상태의 연료 도관은 넥 및 압력 조절 밸브를 통해 감압되어 더 작은 압력이 인젝터에 가해진다. 연소실에서 가압 상태로 있는 연료는 또한 인젝터 행정의 해재에 의해서 분사되며 필요에 따라 더 작은 압력하에서 분사된다.
분사 시스템 및 이러한 분사 시스템이 장착된 디젤 모터의 제조자들은, 분사 개시를 위해 내연기관의 연소실에서 보다 작은 압력하에 보다 적은 양의 연료를 분사하고, 분사율 제어도 가능한 대안을 발견하고자 노력하였다.
본 발명의 과제는 다른 방법으로 분사율 제어를 실현한 신규한 내연기관용 분사 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 제1항 및 제5항에 따른 내연기관용 분사 장치를 통해 해결된다.
본 발명자는 행정 조절되는 인젝터의 경우에는 3/2 웨이 밸브의 직렬 연결을 통해 그리고 압력으로 조절되는 인젝터의 경우에는 직렬 연결된 3/2 웨이 밸브 및 접속된 2/2 웨이 밸브를 통해 분사율 제어(boot rate shaping)를 달성할 수 있음을 알게 되었다.
본 발명자는 획득한 지식으로부터, 가압 연료가 존재하는 압력 탱크를 압력 상태로 제어되는 분사 밸브와 연결하거나 분리하는 2/2 웨이 밸브가 직렬로 연결되어 있는, 압력으로 제어되는 분사 밸브를 적어도 구비하는 내연기관용 분사 장치로서, 3/2 웨이 밸브가 2/2 웨이 밸브에 유압 흐름 방향으로 연결되어 있고 3/2 웨이 밸브의 한 조절 위치에서 압력 탱크가 2/2 웨이 밸브에 연결되고 또 다른 위치에서 2/2 웨이 밸브가 압력 감소된 연결 도관에 연결된 것을 개선점으로 하는 내연기관용 분사 장치를 제안한다.
2/2 웨이 밸브의 개방 또는 폐쇄를 통해 선택압 또는 압력 없음이 압력으로 제어되는 분사 밸브에 가해지며, 이를 통해 분사 밸브가 개방되거나 폐쇄된다. 분사율 제어(boot rate shaping)를 위하여 그리고 분사 개시를 위해 내연기관의 연소실에서 보다 작은 압력하에서 보다 적은 양의 연료를 분사하기 위하여, 3/2 웨이 밸브 및 2/2 웨이 밸브를 다음과 같이 조절한다:
3/2 웨이 밸브의 제1 위치에서 고압하에 있는 연료는 압력 탱크로부터 3/2 웨이 밸브를 통해 연료 도관을 거쳐 운반된다. 이후 3/2 웨이 밸브는 제2 위치로 조절된다. 이를 통해 연료 도관의 압력은 조절 가능한 넥 및 압력 유지 밸브를 구비하는 연결 도관을 통해 소정 압력치로 감소된다. 2/2 웨이 밸브가 개방되어, 감압된 연료는 개방된 노즐 니들을 거쳐 분사될 수 있다.
내연기관의 연소실에 고압 상태로 보다 많은 양의 연료를 분사시키기 위하여, 3/2 웨이 밸브는 제2 위치로 조절되고 2/2 웨이 밸브가 개방되었을 때 제2 지점으로 조절되며 2/2 웨이 밸브가 개방되었을 때 연료는 압력 탱크로부터 인젝터로 직접 공급된다. 본 발명의 한 가능한 실시예에서 압력으로 제어되는 분사 밸브는 적어도 스프링 요소를 통해 폐쇄 위치로 유지되는 노즐 니들을 구비할 수 있다. 분사 밸브로 압력이 공급되어 분사 밸브가 스프링 압력에 대항하여 개방되고 연료가 연소실로 유입될 수 있다. 연결 도관에는 적어도 압력 유지 밸브가 배치될 수 있다. 압력 유지 밸브는 이 도관의 내압을 정확하게 유지하는 데 이용된다.
연결 도관에는 압력 유지 밸브 외에 조절 가능한 넥이 배치될 수 있다. 이 조절 가능한 넥을 가지고 분사 과정 사이에 정확한 소정 연료압이 설정된다.
종래의 개시된 내연기관용 분사 장치 외에, 본 발명자는 또한, 가압 상태로 연료가 존재하는 압력 탱크 및 행정 조절되는 분사 밸브를 적어도 구비하는 내연기관용 분사 장치로서, 3/2 웨이 밸브가 분사 밸브에 직렬로 연결되어 있고 3/2 웨이 밸브의 한 조절 위치에서 압력 탱크가 분사 밸브에 연결되고 또 다른 위치에서 분사 밸브가 압력 감소된 압력 제어 도관에 연결된 것을 개선점으로 하는 또 다른 내연기관용 분사 장치를 제안한다. 이 내연기관용 분사 장치로는, 분사 개시를 위해 내연기관의 연소실에서 보다 작은 압력하에서 보다 적은 양의 연료를 분사하는 것도 가능하다.
행정 조절되는 분사 밸브를 구현시키기 위하여, 한 실시예에서 분사 밸브는 연료가 가압 상태로 공급될 수 있는 상부 및 하부 압력 챔버를 형성하는 노즐 니들을 구비할 수 있다. 예컨대 하나의 개구부가 개방되어 하나의 챔버에서 압력이 강하되고 이러한 압력차를 통해 니들이 움직인다. 이러한 챔버의 개방은 적어도 압력 챔버를 개방하거나 폐쇄하는 적어도 하나의 조절 장치, 특히 2/2 웨이 밸브를 통해 구현될 수 있다.
챔버에서 제한된 압력 강하를 실현하기 위하여, 적어도 하나의 압력 챔버에서 압력 유입 횡단면이 압력 유출 횡단면보다 작은 것이 유리하다. 연결 도관에는 적어도 하나의 압력 유지 밸브 및/또는 조절 가능한 넥이 배치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 이하의 설명에 의해 제시된다. 본 발명의 두 실시예는 2개의 도면을 참고로 상세히 설명되지만 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 도 1 및 도 2를 참고로 설명한다.
도 1은 내연기관용 분사 장치의 개략도를 도시한다. 본 발명의 이 실시예는 압력으로 제어되는 분사 밸브/인젝터(7), 또한 연료압이 가해질 때 개방되는 분사 밸브/인젝터에 적당하다.
연료 저장기(1)에 있는 연료는 압력이 600 내지 2500 bar인 고압 연료 운반 장치(2)를 통해 압력 탱크(3)로 운반된다. 압력 탱크(3)로 연결된 3/2 웨이 밸브(4)는 그 조절 위치에 따라 연료를 인젝터(7)에 공급한다. 3/2 웨이 밸브의 제1 위치(4.1)에서, 압력 유지 밸브(8.1) 및 조절 가능한 넥(8.2)이 있는 좁아진 연결 도관(10.2)은 3/2 웨이 밸브(4)와 분리된다. 동시에 연료는 2/2 웨이 밸브가 개방되었을 때 압력 탱크(3)로부터 3/2 웨이 밸브(4)를 통해 결합된 연료 도관(10.3 및 10.1)을 거쳐 인젝터(7)로 공급될 수 있다. 노즐 니들(7.2)에 가해진 연료압은 스프링(7.1)의 스프링 압력에 대하여 노즐 니들을 움직이며, 이로써 분사 횡단면이 자유롭게 되어 연소실의 연료가 인도된다.
도 1에 도시된 3/2 웨이 밸브의 제2 위치(4.2)에서 2/2 웨이 밸브(6)가 개방될 때(도 1에서 밸브(6)는 폐쇄됨) 연료 도관(10.1)은 좁아진 연결 도관(10.2)을 통해 압력 유지 밸브(8.1) 및 조절 가능한 넥(8.2)과 연결되어 상기 도관(10.1)에서 압력이 감소된다. 동시에 3/2 웨이 밸브의 도시된 위치(4.2)에서 연료 도관(10.3)은 연료 탱크(3)로부터 분리된다. 분사 개시를 위해 내연기관의 연소실에서 보다 작은 압력하에서 보다 적은 양의 연료를 분사하기 위해서, 3/2 웨이 밸브(4) 및 2/2 웨이 밸브(6)를 다음과 같이 조절한다:
3/2 웨이 밸브(4)의 제1 위치(4.1)에서 고압하에 있는 연료는 압력 탱크(3)로부터 3/2 웨이 밸브(4)를 통해 연료 도관(10.3)을 거쳐 운반된다. 이후 3/2 웨이 밸브(4)는 제2 위치로 조절된다. 이를 통해 연료 도관(10.1)의 압력은 조절 가능한 넥(8.1) 및 압력 유지 밸브(8.2)를 구비하는 연결 도관(10.2)을 통해 소정 압력치로 감소된다. 2/2 웨이 밸브(6)가 개방되어, 감압된 연료는 개방된 노즐 니들(7.2)을 통해 분사될 수 있다.
내연기관의 연소실에 고압하에 보다 많은 양의 연료를 분사시키기 위하여, 3/2 웨이 밸브(4)는 위치(4.1)로 조절되고 2/2 웨이 밸브가 개방되었을 때 연료는 압력 탱크(3)로부터 인젝터(7)로 공급된다.
도 2는 내연기관용 분사 장치의 또 다른 실시예의 개략도를 도시한다. 이 실시예는 행정 조절되는 분사 밸브/인젝터(9)에 적합하다.
분사율 제어(boot rate shaping)에 있어서의 제어는 도 1에서와 같이 압력 탱크(3)로 연결되는 3/2 웨이 밸브(4)로 실현된다. 3/2 웨이 밸브의 제1 위치(4.1)에서, 압력 유지 밸브(8.1) 및 조절 가능한 넥(8.2)이 있는 좁아진 도관(10.2)은 3/2 웨이 밸브와 분리된다. 동시에 연료는 2/2 웨이 밸브(6)가 개방되었을 때 압력 탱크(3)로부터 3/2 웨이 밸브를 통해 연결된 연료 도관(10.3 및 10.1)을 거쳐 인젝터(7)로 공급될 수 있다.
도 2에 도시된 3/2 웨이 밸브의 제2 위치(4.2)에서 2/2 웨이 밸브(9.1)가 개방될 때 연료 도관(10.1)은 좁아진 연결 도관(10.2)을 통해 압력 유지 밸브(8.1) 및 조절 가능한 넥(8.2)과 연결되어 도관(10.1)에서 압력이 감소된다. 동시에 3/2 웨이 밸브의 도시된 위치(4.2)에서 연료 도관(10.3)은 연료 탱크(3)로부터 분리된다.
도 1에서 압력으로 제어되는 분사 밸브와는 달리 노즐 니들(9.4)의 개방 및 폐쇄는 인젝터(9)의 연료 유출 도관에 있는 2/2 웨이 밸브(9.1)를 통해 제어된다. 도 2에 도시된 상태에서 2/2 웨이 밸브(9.1)는 폐쇄된다. 연료의 압력은 상부 압력실(9.3) 및 하부 압력실(9.2)에서 동일하다. 노즐 니들(9.4)에 대하여 상부 압력실(9.3)의 상부압 및 하부 압력실(9.2)의 하부압이 균형을 이루고 있어서, 노즐 니들(9.4)은 하부 위치로 유지되고 분사 노즐 횡단면은 폐쇄 상태로 유지된다.
연료 분사 과정을 개시하기 위하여, 또한 노즐 니들(9.4)의 상승을 통해 분사 노즐 횡단면을 개방하기 위하여, 2/2 웨이 밸브(9.1)가 개방된다. 이를 통해 상부 압력실(9.3)은 감압된다.
그러나, 유출 넥(9.5)의 횡단면이 공급 넥(9.6)의 횡단면보다 크기 때문에, 이러한 감압은 상부 압력실(9.3)에서 제한된다. 하부 압력실(9.2)에서 가압 상태로 있는 연료는 노즐 니들(9.4)을 상승시켜 분사 노즐 횡단면을 자유롭게 할 수 있다. 스프링 요소(9.7)는 노즐 니들의 운동에 반하여 작용하고 노즐 니들(9.4)은 상부 및 하부 압력 챔버(9.2 및 9.3)의 압력 균형시 또는 분사 후에 유출 위치로 되돌아 온다.
상기 개시한 특징 및 청구항의 특징은 각각의 전술한 조합으로 뿐만 아니라 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한은 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있다.
본 발명의 내연기관용 분사 장치에 따르면, 분사율 제어(boot rate shaping가 가능하고 내연기관의 연소실에서 보다 작은 압력하에서 보다 적은 양의 연료의 분사로 분사가 개시될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도, 연료가 가압 상태로 존재하는 압력 탱크(3)를 압력으로 제어되는 분사 밸브(7)와 연결하거나 분리시키는 2/2 웨이 밸브(6)가 직렬 연결된, 압력으로 제어되는 분사 밸브(7)를 구비하는 내연기관용 분사 장치로서,
    3/2 웨이 밸브(4)가 2/2 웨이 밸브(6)에 유압 흐름 방향으로 연결되어 있고 3/2 웨이 밸브의 한 조절 위치(4.1)에서 압력 탱크(3)가 2/2 웨이 밸브(6)에 연결되고 또 다른 위치(4.2)에서 2/2 웨이 밸브(6)가 압력 감소된 연결 도관(10.2)에 연결되도록 밸브 위치의 조절이 가능하고,
    2/2 웨이 밸브(6)의 개폐에 의한 압력으로 제어되는 분사 밸브(7)에 압력 작용 여부에 따라 분사 밸브(7)의 개폐가 이루어지고,
    3/2 웨이 밸브의 상기 한 조절 위치에서는 고압하에 있는 연료가 압력 탱크로부터 연료 도관(10.1 및 10.3)을 통해 3/2 웨이 밸브를 거쳐 분사 밸브(4)로 운반되며,
    3/2 웨이 밸브의 상기 다른 위치에서는 3/2 웨이 밸브(4)와 분사 밸브(7) 사이의 연료 도관(10.1)내의 압력이 연료 도관(10.2)에 의해 감압됨으로써, 2/2 웨이 밸브(6)가 개방되었을 때 감압된 연료가 분사될 수 있는 것인 내연기관용 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 압력으로 제어되는 분사 밸브(7)는 적어도 스프링 요소(7.1)를 통해 폐쇄 위치로 유지되는 노즐 니들(7.2)을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 도관(10.2)에는 적어도 압력 유지 밸브(8.1)가 배치되는 것은 특징으로 하는 내연기관용 분사 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연결 도관(10.2)에는 조절 가능한 넥(8.2)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 장치.
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