KR101608706B1 - 내연기관용 연료 시스템 - Google Patents

내연기관용 연료 시스템

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 저압 분사 장치(42)에 적어도 간접적으로 송출하는 연료용 저압 송출 유닛(16)을 포함하는 내연기관의 연료 시스템(10)에 관한 것이다. 연료 시스템은 또한 고압 송출 유닛(24)을 포함하고, 상기 고압 송출 유닛(24)은 구동 영역(26) 및 송출 영역(28)을 포함하며 적어도 하나의 고압 분사 장치(36)에 적어도 간접적으로 연료를 송출한다. 본 발명에 따라 연료는 저압 송출 유닛(16)에 의해 먼저 고압 송출 유닛(24)의 구동 영역(26)으로 송출되고, 거기서부터 저압 분사 장치(42) 및/또는 고압 송출 유닛(24)의 송출 영역으로 송출된다.

Description

내연기관용 연료 시스템{FUEL SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 내연기관용 연료 시스템에 관한 것이다.
DE 10 2007 000 878 A1에는 내연기관용 연료 시스템이 개시되어 있으며, 상기 내연기관에서 연료는 저압 분사 장치에 의해 흡입관 내로 그리고 고압 분사 장치에 의해 직접 내연기관의 연소실 내로 분사될 수 있다. 저압 송출 유닛은 연료를 연료 탱크로부터 저압 분사 장치 및 고압 송출 유닛으로 송출하고, 상기 고압 송출 유닛은 연료를 고압 레일 내로 그리고 거기서부터 고압 분사 장치로 송출한다.
본 발명의 과제는 고압 송출 유닛의 수명 및 작동 신뢰도를 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 연료 시스템에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다. 또한, 본 발명에 중요한 특징들은 하기 설명 및 도면에 나타나며, 특징들은 단독으로 그리고 임의의 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.
본 발명에 따른 연료 시스템의 장점은 저압 송출 유닛에 의해 송출된 연료가 고압 송출 유닛의 구동 영역을 통해 항상 흐른다는 것이다. 이로 인해, 고압 송출 유닛 자체가 적은 연료만을 고압 분사 장치로 송출하거나 또는 연료를 고압 분사 장치로 송출하지 않는 경우에도 고압 송출 유닛의 기계적 부분들이 냉각되고 윤활된다. 이로 인해, 고압 송출 유닛의 수명 및 작동 신뢰도가 개선된다. 특히, 윤활 및 냉각 부족으로 인해 고압 송출 유닛의 송출 부재가 고정되는 매우 중대한 경우가 확실히 방지된다. 기술적으로 복잡한 고압 송출 유닛의 분리도 방지될 수 있고, 고압 송출 유닛이 항상 "함께 움직일 수 있다". 이는 특히 고압 송출 유닛이 예컨대 내연기관의 캠 샤프트에 의해 기계적으로 구동되는 경우 바람직하다. 계속 함께 움직이는 고압 송출 유닛은, 항상 고압이 하류에서 고압 송출 유닛에 의해 제공됨으로써, 상응하는 작동 모드 변경시 즉각 고압 연료가 분사될 수 있고, 고압 분사 장치가 영구적으로 고압 레일을 통해 특정 압력을 공급받을 수 있어서, 고압 분사 장치의 소위 "홀드-다운 부재"(예컨대, 밸브 스프링)에는 홀드-다운 힘과 관련한 바람직한 설계가 선택될 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 연료 시스템의 제 1 바람직한 개선예에서, 구동 영역은 하우징 내에 리세스를 포함하고, 상기 리세스 내에 구동 샤프트 및/또는 적어도 하나의 송출 부재, 특히 송출 피스톤이 배치된다. 이러한 구동 영역은 저압 연료가 상기 구동 영역을 통해 흐르게 하거나 또는 상기 구동 영역을 플러싱하게 함으로써 특히 확실하게 냉각되고 윤활된다.
또한, 고압 송출 유닛이 양(quantity) 제어 밸브를 포함하는 것이 바람직하다. 양 제어 밸브에 의해, 피스톤 펌프일 수 있는 고압 송출 유닛의 유입 밸브가 강제로 개방된 상태로 될 수 있다. 고압 송출 유닛의 송출 행정 동안 유입 밸브가 개방되어 있는 시간의 길이에 의해 송출될 연료 량이 조절될 수 있다. 특히, 유입 밸브가 계속 강제로 개방된 상태로 있는 경우, 즉 고압 송출 유닛에 의해 연료가 고압 분사 장치로 송출되지 않는 경우, 고압 송출 유닛의 구동 영역을 플러싱하는 본 발명에 따른 조치에 의해 구동 영역의 효과적인 냉각 및 윤활이 보장된다.
저압 송출 유닛은 전기로 구동되는 연료 펌프를 포함한다. 상기 연료 펌프에 의해 고압 송출 유닛의 구동 영역의 윤활 및 냉각을 위해 필요한 연료가 확실하게 제공될 수 있다. 이러한 전기로 구동되는 연료 폄프는 예컨대 연료 시스템의 연료 탱크 내에 직접 배치될 수 있고, 이는 특히 효율적인 작동을 가능하게 한다. 저압 송출 유닛에 의해 제공될 수 있는 전형적인 시스템 압력은 0.05 내지 0.74 MPa 이고, 다른 경우에 약 1.00 MPa 이다.
본 발명에 따른 연료 시스템의 다른 바람직한 실시예는 전기 연료 펌프의 송출력이 가변적인 것을 특징으로 한다. 이로 인해 내연기관의 상이한 연료 수요에 반응할 수 있을 뿐만 아니라, 고압 송출 유닛의 구동 영역의 상이한 윤활 및 냉각 수요에 반응할 수 있다. 이로 인해, 전기 연료 펌프의 불필요하게 높은 송출력이 방지되기 때문에, 연료가 절감된다.
고압 송출 유닛의 구동 영역과 저압 분사 장치 사이에 저압 레일이 유체적으로 배치될 수 있다. 상기 저압 레일에는 예컨대 다수의 저압 분사 장치가 접속될 수 있고, 상기 저압 분사 장치는 연료를 예컨대 내연기관의 각각의 실린더의 상응하는 흡입관 내로 분사한다. 상기 저압 레일은 연료의 일시 저장 장치를 형성하고, 상기 일시 저장 장치에 의해 압력 맥동이 균일화된다.
유사한 것이 고압 송출 유닛의 송출 영역과 고압 분사 장치 사이에 고압 레일이 유체적으로 배치된 개선예에도 적용된다. 이 경우, 고압 레일에는 다수의 고압 분사 장치가 접속되고, 상기 고압 분사 장치들은 연료를 예컨대 직접 그것에 할당된 각각의 연소실 내로 분사한다.
바람직하게는 연료 시스템이 내연기관의 CNG, LPG 및/또는 MPI 작동을 위해 형성된다. CNG는 "압축 천연 가스(Compressed Natural Gas)"이며, 천연 가스로 내연기관의 작동을 가능하게 한다. LPG는 "액화 석유 가스(Liquid Pertol Gas)"이며, 내연기관은 특별한 액화 가스로 작동될 수 있다. MPI는 "멀티포인트 인젝션(Multipoint Injection)" 이며, 연료가 내연기관의 상이한 지점에, 예컨대 흡입관 내로, 직접 연소실 내로, 또는 동시에 흡입관 및 연소실 내로 분사되게 한다.
본 발명에 의해, 고압 송출 유닛의 수명 및 작동 신뢰도가 개선된다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 내연기관용 연료 시스템의 개략도.
내연기관용 연료 시스템 전체가 도 1에서 도면 부호 10으로 표시된다. 연료 시스템은 연료 탱크(12)를 포함하고, 상기 연료 탱크 내에 탱크 조립 유닛(14)이 배치된다. 상기 탱크 조립 유닛은 전기 연료 펌프(16) 형태의 저압 송출 유닛을 포함한다.
저압 송출 유닛(16)은 연료를 저압 연료 라인(18) 내로 송출하고, 상기 저압 연료 라인 내에 필터(20)가 배치된다. 필터(20)의 하류에서 리턴 라인(22)이 전기 연료 펌프(16)를 향해 연장된다. 리턴 라인(22) 내에 예컨대 압력 조절 밸브 또는 압력 제한 밸브가 배치될 수 있고, 상기 밸브는 저압 연료 라인(18) 내의 압력을 특정 압력으로 조절한다. 그러나, 상기 밸브는 도시되어 있지 않다.
저압 연료 라인(18)은 내연기관에 의해 기계적으로 구동되는 피스톤 펌프 형태의 고압 송출 유닛(24)으로 연장한다. 고압 송출 유닛(24)은 구동 영역(26) 및 송출 영역(28)을 포함한다. 구동 영역(26)은 고압 송출 유닛(24)의 도 1에 상세히 도시되지 않은 하우징 내의 도시되지 않은 리세스를 포함하고, 상기 고압 송출 유닛(24) 내에 구동 샤프트 및 송출 부재, 예컨대 송출 피스톤이 배치된다. 구동 샤프트는 예컨대 편심 샤프트이고, 상기 편심 샤프트는 내연기관에 의해 기계적으로 구동된다. 상기 구동 샤프트는 상응하는 베어링에 의해 하우징 내에 지지된다.
송출 영역(28)은 도면에 상세히 도시되지 않은 유입 밸브, 송출 챔버 및 배출 밸브를 포함한다. 연료는 저압 연료 라인(18) 및 구동 영역(26)으로부터 유입 밸브를 통해 송출 챔버 내로 흡입되고, 피스톤에 의해 상기 송출 챔버 내에서 압축되며, 배출 밸브를 통해 고압 연료 라인(30) 내로 배출된다. 상기 고압 연료 라인(30)은 스로틀(32)을 통해 고압 레일(34)로 연장하고, 상기 고압 레일에는 다수의 고압 분사 장치(36)가 접속된다.
저압 연료 라인(18)은 상기와 같이 구동 영역(26) 내로, 특히 구동 영역(26)의 리세스 내로 연장하고, 상기 리세스 내에 구동 샤프트 및 송출 부재가 배치된다. 연료는 거기서부터 고압 송출 유닛(24)의 송출 영역(28)의 유입 밸브에 이를 뿐만 아니라, 제 2 저압 연료 라인(38)을 통해 저압 레일(40)에 이른다. 4개의 저압 분사 장치(42)가 상기 저압 레일(40)에 접속된다.
연료 시스템(10)의 작동은 전자 제어 및 조절 장치(44)에 의해 제어되거나 조절된다. 예컨대, 제어 및 조절 장치(44)가 파워 출력단(46)을 통해 저압 송출 유닛(16)과 접속됨으로써, 송출력이 변화될 수 있다. 또한, 제어 및 조절 장치(44)는 도면에 도시되지 않은 양 제어 밸브를 제어한다. 상기 제어 및 조절 장치는 예컨대 고압 송출 유닛(24)의 송출 영역(28)의 유입 밸브가 강제로 개방 상태로 유지되게 할 수 있는 전자기 작동 장치이다. 고압 송출 유닛(24)의 송출 사이클 동안 유입 밸브가 강제로 개방되어 있는 지속 시간 동안 고압 송출 유닛(24)의 송출력이 조절될 수 있다. 연료가 고압 송출 유닛(24)에 의해 고압 레일(34) 내로 송출될 필요가 없으면, 유입 밸브는 예컨대 계속 강제로 개방된 상태로 유지된다.
또한, 제어 및 조절 장치(44)에 의해 압력 제한 밸브(48)가 제어되고, 상기 압력 제한 밸브는 고압 레일(34)을 리턴 라인(50)을 통해 저압 연료 라인(18)과 연결할 수 있다. 이로 인해, 고압 레일(34) 내의 압력이 떨어질 수 있다. 제어 및 조절 장치(44)는 상이한 센서들, 예컨대 고압 레일(34) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(52) 및 저압 레일(40) 내의 압력을 검출하는 압력 센서(54)의 신호들을 얻는다. 상응하는 측정 및 제어 라인이 도 1에 파선으로 표시된다.
연료 시스템(10)은 다음과 같이 작동한다: 저압 송출 유닛(16)에 의해 연료가 저압 연료 라인(18) 내로 송출된다. 거기서부터 연료는 고압 송출 유닛(24)의 구동 영역(26) 내에 이르고, 이로 인해 거기에 있는 가동 부품들이 윤활됨으로써 구동 영역(26) 전체가 냉각된다. 구동 영역(26)으로부터 연료가 한편으로는 제 2 저압 연료 라인(38) 내로 이르며 거기서부터 저압 레일(40) 내로 이르고, 거기서 부터 연료는 저압 분사 장치(42)를 통해 예컨대 내연기관의 각각의 실린더의 흡입관 내로 분사된다. 또한, 연료는 고압 송출 유닛(24)에 의해 고압 레일(34) 내로 그리고 고압 분사 장치(36)를 통해 직접 내연기관의 실린더 내로 송출된다. 연료가 먼저 구동 영역(26)을 통해 그리고 저압 분사 장치(42)까지 전달되기 때문에, 특히 고압 송출 유닛(24)이 양 제어 밸브의 상응하는 제어에 의해 연료를 송출하지 않거나 또는 단지 매우 적은 연료만을 송출하는 경우에도, 고압 송출 유닛(24)의 구동 영역(26)의 확실한 윤활 및 냉각이 보장된다. 이는 특히 MPI-작동, 즉 멀티포인트-인젝션-작동에서 바람직하다.
10 연료 시스템
12 연료 탱크
16 저압 송출 유닛
24 고압 송출 유닛
26 구동 영역
28 송출 영역
34 고압 레일
40 저압 레일
42 저압 분사 장치

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 저압 분사 장치(42)에 적어도 간접적으로 연료를 송출하는 연료용 저압 송출 유닛(16), 및 구동 영역(26)과 송출 영역(28)을 포함하며 적어도 하나의 고압 분사 장치(36)에 적어도 간접적으로 연료를 송출하는 연료용 고압 송출 유닛(24)을 포함하는 내연기관용 연료 시스템(10)에 있어서,
    상기 연료는 상기 저압 송출 유닛(16)으로부터 먼저 상기 고압 송출 유닛(24)의 구동 영역(26)으로 송출되고, 거기서부터 상기 저압 분사 장치(42) 및/또는 상기 고압 송출 유닛(24)의 상기 송출 영역(28)으로 송출되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구동 영역(26)은 하우징 내에 리세스를 포함하고, 상기 리세스 내에 구동 샤프트 및/또는 적어도 하나의 송출 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 고압 송출 유닛(24)은 양(quantity) 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 저압 송출 유닛(16)은 전기로 구동되는 연료 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 전기로 구동되는 연료 펌프(16)는 연료 탱크 (12) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 전기 연료 펌프(16)의 송출력이 가변적인 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 고압 송출 유닛(24)의 구동 영역(26)과 상기 저압 분사 장치(42) 사이에 저압 레일(40)이 유체적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 고압 송출 유닛(24)의 송출 영역(28)과 상기 고압 분사 장치(36) 사이에 고압 레일(34)이 유체적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연료 시스템이 연료로서 CNG, 또는 LPG를 사용하는 작동을 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 내연기관의 상기 연료 시스템이 MPI 작동을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
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