KR101797324B1 - 연료 인젝터 - Google Patents

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디노 임호프
게오르그 틴슈만
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게 옌바허 게엠베하 운트 콤파니 오게
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Abstract

본 발명은 저장 용적부(20)를 갖는 연료 인젝터(1)에 관한 것이며, 저장 용적부(20)는 제어 신호에 의해 작동 중에 변화될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 인젝터{Fuel Injector}
본 발명은 청구항 1의 특징부의 특징을 갖는 연료 인젝터와, 그러한 연료 인젝터를 갖는 내연 기관 및 내연 기관의 작동 방법에 관한 것이다.
현대의 내연 기관의 연료 인젝터는 높은 연료 압력으로 작동한다. 연달아 빠르게 발생하는 연료 인젝터의 스위칭 동작으로 인해 발생하는 압력 진동이, 연료 공급부에 전달되지 않도록, 저장 용적부(storage volume)가 인젝터 자체에 제공되며, 상기 저장 용적부로부터 분사를 위해 연료가 취해지며, 그 저장 용적부 안으로, 연료가 연료 공급 라인으로부터 스로틀(개구)에 의해 메이크업 흐름(make-up flow)으로써 흐를 수 있다. 따라서 이것은 연료 공급장치로부터 인젝터를 분리시키는 진동을 제공한다. 이러한 저장 용적부를 갖는 연료 인젝터는 예를 들면 DE 10 2006 051 583 A1에 공지되어 있다.
압력 진동을 효과적으로 감쇠하기 위하여, 상술한 저장 용적부는, 스위칭 동작에서 취해져서 연료 인젝터에 의해 연소실 안으로 분사되는 연료의 양과 소정의 비율로 되어야 한다. 저장 용적부가 너무 작으면, 분사시에 저장 용적부 내의 압력이 과도하게 붕괴되며, 반면 큰 용적부는 공간적인 이유로 인해 달성하기가 더 어렵다. 댐핑 동작이 저장 용적부와 스로틀의 협력(cooperation)으로부터 결정되기 때문에, 흐름 단면, 즉 스로틀의 유압식 댐핑 동작은 저장 용적부의 크기에 적응한다.
분사량이 변화될 수 있는 연료 인젝터들이 이미 공지되어 있다. 연료 인젝터의 분사량은 크게 변화되는 것이 바람직하다. 다시 말하면 연료 인젝터가 높은 턴 다운 비(turndown ratio)를 갖는 것이 바람직하다. 연료 인젝터의 턴 다운 비는, 연료 인젝터가 제어 관계로 분사할 수 있는 연료의 최대량 및 최소량의 비율이다. 연료 인젝터가 0.5% 내지 100% 사이의 연료량을 분사할 수 있다면, 그 연료 인젝터는 200의 턴 다운 비를 갖는다. 그것은 100% 디젤 모드와 소형 디젤 파일럿 인젝션(small diesel pilot injection)을 갖는 가스 모드 사이에서 동작하도록 의도된 듀얼 연료 엔진과 특히 관련이 있다. 턴 다운 비는 특히, 연료 인젝터의 전체 작동 수명에 걸쳐 조정 및 재현 가능한 방식의 값이어야 한다.
종래 기술에서 200의 재현 가능한 턴 다운 비는, 단일 연료 인젝터로는 전체 작동 수명에 걸쳐 구현될 수 없기 때문에, 듀얼 연료 엔진에 대한 해결책은, 하나의 연료 인젝터가 대량의 연료를 위한 디젤 모드에 제공되며, 두 번째 연료 인젝터가 소량의 연료를 위한 파일럿 인젝션에 제공되는, 두 개의 개별 연료 인젝터를 제공하는 것을 포함한다.
따라서 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 갖지 않는, 넓은 범위의 분사량에 사용될 수 있는 연료 인젝터를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 내연 기관 및 내연 기관을 동작시키는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 연료 인젝터와, 청구항 10에 기재된 내연 기관과, 청구항 12에 기재된 내연 기관을 동작시키는 방법에 의해 성취된다. 유리한 구성들은 부수되는 청구항들에 기재되어 있다 .
저장 용부가 제어 신호에 의해 동작 중에 변화될 수 있다는 사실은, 저장 용적부의 크기가 각각의 분사량에 적응될 수 있다는 것을 제공한다.
본 명세서의 개시부에서 언급한 바와 같이, 분사량은 내연 기관의 작동 상태에 따라 달라질 수 있기 때문이다.
동작중의 변화는 상당한 이점을 제공한다.
저장 용적부의 변동으로 인하여, 예컨대, 특정한 연료 인젝터들이 상이한 동작 상태들에 제공되는, 연료 인젝터의 듀얼 구현을 포기할 수 있다. 예를 들어, 동작 상태는 연료 모두가 디젤로서 공급되는 디젤 모드와, 디젤이 점화만을 위해 소량으로 공급되는 듀얼 연료 모드(소위, 파일럿 인젝션)가 있다.
동작중의 저장 용량의 변동은, 내연 기관이 저장 용적부를 변화시키기 위해 정지될 필요가 없다는 것을 의미한다.
저장 용적부는 약 30 내지 80회 사이의 분사량에 대응하게 제공되는 것이 특히 바람직하다.
저장 용적부는 적어도 두 개의 서브-용적부를 포함하게 제공되는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 적어도 두 개의 서브- 용적부는 인젝터 내에서 전체 용적부의 역할을 하도록, 스위칭 소자에 의해 연통될 수 있으며, 여기서 상기 전체 용적부는 큰 분사량에 부합된다. 이것은 저장 용적부가 단일 캐비티로 형성되지 않으며, 함께 결합될 수 있는 적어도 두 개의 서브-용적부로 형성되는 것을 의미한다. 따라서 큰 분사량의 경우, 적어도 제2 서브-용적부는 제1 서브-용적부와 유체 연통하게 되고, 이에 따라 더 큰 용량의 저장 용적부가 분사 공정에서 연료를 배출하기 위해 사용될 수 있다.
단지 적은 분사량만이 필요한 경우에는 하나의 서브-용적부만이 작동된다. 따라서 이런 경우에는, 단 하나의 서브-용적부만이 고압 레일과 실제 노즐 어셈블리 사이에서 유체 연통한다. 논리적으로, 적은 분사량을 위한 서브-용적부는 큰 분사량과 관련된 동작 상태의 경우보다 더 작은 크기로 구성된다.
적어도 두 개의 서브-용적부의 배치는 병렬 흐름 관계로 제공될 수 있다. 이 경우 적어도 두 개의 서브-용적부의 양쪽 또는 모두는 고압 레일에 접속된다. 그리고 스위칭 소자가 하나의 서브-용적부의 하류에 배치되어, 상기 하나의 서브-용적부를 폐쇄하는 방식으로 작동될 수 있다. 그러면 제2 서브-용적부만이 여전히 노즐 어셈블리와 연통하게 된다. 따라서 분사 동작에서 연료는 다른 서브-용적부에서만 취해진다.
여기서 두 개의 서브-용적부로 형성된 배치는, 두 개 이상의 서브-용적부도 포함할 수 있다. 이들은 추가의 스위칭 소자들에 의해 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 실제로 이들은 공간적인 이유로 거의 구현되지 않는다.
대안적으로, 적어도 두 개의 서브-용적부의 배치가 직렬 흐름 관계로 제공될 수 있다. 따라서 이 경우 하나의 서브-용적부만이 고압 레일과 연통되어 있다. 그 다음 스위칭 소자가 예를 들어 서브-용적부 사이에서 흐름 관계로 배치된다. 따라서 스위칭 소자가 폐쇄될 때, 분사 작업 시 연료는 스위칭 소자와 노즐 어셈블리 사이에 있는 서브-용적부에서만 취해진다. 직렬 배치의 경우에, 스위칭 소자는 연료가 하류에 배치된 서브-용적부 안으로 더 흐르는 것을 보장하도록 설계된다. 이것은 예를 들어, 폐쇄 위치에 항시 유지되어 있는 개구에 의해 실행될 수 있으며, 이 개구를 통해 연료가 스로틀처럼 더 흐를 수 있게 된다.
서브-용적부를 제공하는 것에 대한 대안으로서, 저장 용적부가 가변 용량형의 캐비티 형태로 제공될 수 있다. 따라서 이러한 변형예에서, 현재 요구량, 예를 들면 분사량에 대한 저장 용적부의 용량 조정은, 변화될 수 있는 캐비티 자체의 크기에 의해 성취된다. 그것은 예를 들어 변위체(displacement body)에 의해 성취될 수 있는데, 이러한 변위체에 의해, 비어 있어(free) 연료가 저장될 수 있는 저장 용적부 용량이 변화될 수 있다. 이러한 변위체는 예를 들어 피스톤 또는 가스 버블 형태일 수 있다. 연료는 예를 들어 가솔린, 디젤 또는 중유가 될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 인젝터를 갖는 내연 기관과, 내연 기관을 작동하는 방법이 또한 보호받고자 청구되어있다. 내연 기관의 작동 상태에 따른 연료 인젝터의 저장 용적부의 용량 변화에 의해, 분사 특성이 내연 기관의 상이한 동작 상태에 적응될 수 있다.
본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 더 상세히 기술될 것이다:
도 1은 종래 기술에 따른 연료 인젝터를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 저장 용적부에서의 압력 변화를 도시한다.
도 3은 제1 실시예에 따른 연료 인젝터를 도시한다.
도 4는 추가의 실시예에 따른 연료 인젝터를 도시한다.
도 5는 추가의 실시예에 따른 연료 인젝터를 도시한다.
도 6은 추가의 실시예에 따른 연료 인젝터를 도시한다.
도 7은 추가의 실시예에 따른 연료 인젝터를 도시한다.
도 8은 추가의 실시예에 따른 연료 인젝터를 도시한다.
도 9는 비교예로서 저장 용적부에서의 압력 변화를 도시한다.
도 1은 종래 기술에 따른 저장 용적부(20)를 갖는 연료 인젝터(1)를 도시한다. 점선 프레임은 연료 인젝터(1)의 시스템 한계를 나타낸다.
고압 레일(8)은 연료를 개구(3)를 거쳐 연료 인젝터(1)에 공급한다. 개구(3)의 하류에는 연료 인젝터(1)와 통합된 저장 용적부(20)가 배치되어 있다. 개구(3)는 압력 진동을 감소시키고, 하나의 실린더로부터 다른 실린더로의 편차를 경감시킨다. 도시된 연료 인젝터(1)는 저장 용적부(20)에 압력 센서(9)를 갖는다.
하나의 라인이 저장 용적부(20)로부터 노즐 어셈블리(10)로 이어진다. 노즐 어셈블리(10)는 제어 밸브(6)에 의해 작동될 수 있다. 공급 및 배출 스로틀(2)은 제어 밸브(6)와 노즐 어셈블리(10) 사이에 배치된다. 노즐 어셈블리는 유압식으로 작동되는 니들(needle)을 가지며, 니들을 경유하여 연료가 전달된다. 니들은 공급 및 배출 스로틀(2)과 함께 제어 밸브(6)에 의해 제어된다. 일반적으로 노즐 어셈블리(10)로 이어지는 공급 라인에 관류 리미터(14)(through-flow limiter)가 안전 부재로서 제공되지만, 반드시 필요하지는 않다.
도 2는 종래 기술에서 공지된 바와 같은, 분사 동작 중에 저장 용적부(20) 내의 압력 변화를 나타낸다.
압력 변화를 검출하기 위하여, 저장 용적부(20)에는 압력 변화 검출을 위한 압력 센서(9)가 배치되며, 압력 센서(9)에 의해 분사 동작시의 압력 변화가 검출될 수 있다. 바(bar) 단위인 저장 용적부(20) 내의 압력은 도(degree) 단위인 크랭크 각에 대해 그래프에 도시된다. 도시된 이벤트의 시간 구분은 크랭크 각의 각도로 표현된다.
저장 용적부(20) 내의 압력은, 분사의 개시 전에, 고압 레일(8) 내의 압력에 대응한다.
시간 SOC(start of current(전류의 개시))에서는, 데드 타임(Tt) 이후에 분사가 시작되도록, 전류가 연료 인젝터(1)에 공급된다.
분사가 개시된 이후 시간 SOI(start of injection(분사의 개시))에서, 저장 용적부(20) 내의 압력은 분사의 종료(EOI(end of injection))에 도달하는 값으로 떨어진다.
분사 기간은 참조 ID에 의해 식별된다.
저장 용적부(20)에서 관찰된 압력 강하는 그래프에서 △P로 특징 된다.
연료의 분사량 또는 질량은 고압 레일(8)에서의 압력, 분사 기간, 저장 용적부와 고압 레일(8) 사이의 개구(3)의 유효 흐름 단면, 및 연료의 흐름 특성 등의 파라미터의 지식에 의한, 압력 변화로부터 계산될 수 있다. 다시 말해 분사된 연료량은 이들 파라미터의 함수이다.
데이터 품질과 이에 따른 분사된 연료량의 정확한 계산은 저장 용적부(20)에서의 압력 측정의 분해능(resolution)에 따르는 것을 쉽게 알 수 있다. 또한 압력 신호는 개구(3)의 유효 흐름 단면과 저장 용적부(20)의 용량에 상당히 의존한다. 자유 개구 단면이 크면 클수록 그리고 저장 용적부(20)가 클수록, 압력 강하(△P)는 분사 작업 시 이에 대응하여 작아진다. 따라서, 특히 소량의 분사량이 필요할 때, 연료량의 계산이 어려워지며, 정밀도가 불충분해진다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 인젝터(1)를 도시한다.
이 경우에는, 두 개의 서브-용적부(21, 22)가 직렬로 배치된다. 서브-용적부(21, 22)은 함께 저장 용적부(20)를 제공한다.
제1 개구(3)는 제1 서브-용적부(21)와 고압 레일(8) 사이에 배치된다. 추가 개구(7)는 서브-용적부(21 및 22)들 사이에 배치된다. 개구(7)는 바이-패스 형태인 스위칭 소자(12)에 의해 바이-패스 될 수 있다. 도시된 실시예에서, 스위칭 소자(12)는 전기적으로 작동 가능한 스위칭 밸브의 형태이다. 스위칭 소자(12)에 대한 다른 구성들, 예를 들어 공압식으로 또는 유압으로 작동 가능한 밸브를 도출할 수 있다.
예를 들어 듀얼 연료 모드에서 필요하듯이, 단지 소량의 연료가 분사될 때, 스위칭 소자(12)는 폐쇄된다. 이것은 서브-용적부(21, 22)들 사이의 흐름 연통이 추가의 개구(7)에 의해 결정됨을 의미한다. 추가의 개구(7)는, 심각하게 지체되어 있을 때만, 유체가 서브-용적부(21)로부터 서브-용적부(22)로 흐르도록 설계된다. 다시 말해 서브-용적부(21, 22)들 사이에는 작은 자유 개구 단면(small free aperture cross-section)만이 존재하여, 연료 회수 특성이 실질적으로 서브-용적부(22)에 의해 결정된다.
더 큰 분사량이 필요한 경우, 스위칭 소자(12)가 전환되어, 더 큰 자유 전체 흐름 단면을 개방한다. 이러한 방식으로 서브-용적부(21, 22)는 실질적으로 비 조절(non-throttled) 관계로 서로 연통하며, 이에 따라 연료 회수 특성은 공통 용적부(20), 즉 서브-용적부(21, 22)의 합에 대응하게 된다.
당연히 모든 중간 단계가 예상될 수 있고, 즉 서브-용적부(21, 22) 사이에서 스위칭 소자(12)가 단계 없이 변화되거나, 또는 최소 및 최대 위치 사이의 단계에서 변화되는 것이 예상될 수 있다. 그러나 스위칭 소자(12)의 오직 두 개의 스위칭 위치를 갖는 이진 해결책(binary solution)은 구현하기가 다소 저렴하기 때문에, 바람직하다. 최대 위치는, 스위칭 소자(12)가 완전히 개방되고, 따라서 서브-용적부(21, 22) 사이에 유압식 댐핑이 없다는 것을 의미한다.
실제로, 서브-용적부(21 및 22)의 배치는 서브-용적부(22)가 듀얼 연료 모드에 적합한 용량을 갖도록 되어 있다. 다시 말해, 상술한 바와 같이, 서브-용적부(22)의 용량은 듀얼 연료 모드에서 약 30 내지 80회의 분사량에 해당한다.
반면에, 서브 용적부(21)는 서브 용적부(22)와 조합하여, 서브-용적부(21 및 22)에 대한 전체 용적부(20)를 제공하며, 이는 디젤 모드에서 30 내지 80회의 분사량에 해당하는 크기를 가진다. 이와 관련한 수치적인 예는: 디젤 모드에서의 분사량이 작업 사이클당 1000mm3으로 분사되는 용적부를 갖도록 100%가 되게 한다. 그것은 서브-용적부(21, 22)의 전체 용적부의 용량에 대하여, 30000 내지 80000mm3 사이(삼만 내지 팔만 사이)의 범위의 허용 가능한 전체 용적부를 제공한다.
200(100)의 턴 다운 비율은, 서브-용적부(21 및 22)의 전체 용적부의 1/200(1/100)과 같은, 듀얼 연료 모드에 대한 서브-용적부(22)의 크기를 제공하며, 따라서 150 내지 400mm3(300 내지 800 사이) 사이의 범위에 있다. 괄호 안의 값은 100의 턴 다운 비율에 관한 것이다.
압력 센서(9)는 저장 용적부(22)에 설치될 수 있다. 서브-용적부를 본 발명에 따라 배치함에 의해, 각기 사용되는 용적과 분사량이 적당한 비율로 있게 되어, 분사중의 압력 변화를 더욱 정확하게 측정할 수 있게 된다. 이는 또한 분사량을 보다 정확하게 계산할 수 있도록 한다.
종래 기술에 대응하는 노즐 어셈블리(10)가 추가로 도시되어 있지만, 더 상세히 설명하지는 않는다. 이 예에서 어셈블리(10)는 분사 니들을 포함하며, 분사 니들은 제어 밸브(6)에 의해 유압으로 작동될 수 있으며 제어 장치(11)에 의해 스위칭 펄스를 수신한다. 분사 니들은 당연히 피에조-인젝터(piezo injector)의 형태가 될 수 있다. 그 경우에, 유압 작동을 위해 요구되는 노즐 어셈블리(10)의 구성요소는 당연히 제거된다. 일반적으로 관류 리미터(14)는 안전 부재로서, 노즐 어셈블리(10)에 대한 공급 라인에 제공되지만, 반드시 필요한 것은 아니다.
도 4는 서브-용적부(21 및 22)의 병렬 배치의 실시예를 도시한다. 따라서 저장 용적부(20)의 서브-용적부(21 및 22)는 병렬 흐름 관계로 배치된다. 서브-용적부(21)는 고압 레일(8)로부터 개구(3)를 거쳐 공급된다. 저장 용적부(20)는 전기적으로 작동 가능한 스위칭 소자(12)에 의해 온/오프 전환될 수 있다.
예를 들어 듀얼 연료 모드에서 필요하듯이, 소량의 연료만이 분사되는 경우, 스위칭 소자(12)가 폐쇄된다. 스위칭 소자(12)가 폐쇄되면, 서브-용적부(21)와 노즐 어셈블리(10) 사이의 유체 연통은 차단된다. 이 경우, 분사 특성은 더 작은 서브-용적부(22)에 의해 결정된다. 서브-용적부(22)는 고압 레일(8)로부터 추가의 개구(15)를 거쳐 공급된다.
디젤 모드에서와 같이 더 많은 양의 연료가 분사되어야 한다면, 스위칭 소자(12)가 개방된다. 이에따라 두 개의 서브 용적부(21, 22)가 연료를 회수할 수 있다.
스위칭 소자(12)의 대안적인 실시예가 참조부호 12'로 표기되고 타원형의 점선으로 강조되어 있다. 스위칭 소자(12')는 서브-용적부(21) 내의 압력에 의해 바로 전환되는 밸브이다.
도시된 구성과는 달리, 연료 인젝터(1)는 고압 레일(8)에 있어 두 개의 입력이 제공될 필요는 없다. 서브-용적부(21, 22)의 상류를 적절하게 분기하는, 하나의 입력으로도 충분하다. 변형예가 도 4의 파선에서 개구(16)로 도시되어 있다. 이 경우, 개구(16)는 개구(15)로 대체된다. 개구(15)가 배치되어 있는, 고압 레일(8)에 대한 라인 부분이 제거된다. 따라서, 고압 레일(8)과의 연통이 개구(3)에 의해 달성된다.
압력 센서(9)가 다시 저장 용적부(22)에 설치될 수 있다. 연료 인젝터(1)의 나머지 구조는 도 3의 것에 대응한다. 이들의 장점은 도 3의 실시예에 관해서 설명한 것과 동일하다. 도 3에 관한 값이 수치 예로서 사용될 수 있다.
도 5는 가변 서브-용적부(21, 22)를 갖는 실시예를 나타낸다.
그 목적을 위해 서브-용적부(21, 22)를 서로 분리시키는 이동가능한 피스톤(18)이 제공된다. 서브-용적부(21)의 내용물은 스로틀(26)을 통해 스프링 챔버(24)와 연통한다.
도시된 위치에서, (더 작은) 서브-용적부(22)는 노즐 어셈블리(10)와 유체 연통하며, 다시 말해, 예를 들어 듀얼 연료 모드에서 필요한 만큼의 분사량이 서브-용적부(22)로부터 취해진다. 이 작동 상태에서, 고압 레일에 대한 스로틀링이 개구(4)에 의해 달성된다.
제어 밸브(23)의 작동에 따라, 스프링 팩(19)이 배치되어 있는 스프링 챔버(24)는 압력이 해제된다. 이에 따라 본 도면에서 피스톤(18)은 아래로 이동한다.
도시된 실시예에서, 서브-용적부(21)는 오버플로우 라인(17)에 의해 서브-용적부(22)의 공급 라인에 연결되어 서브-용적부(22)에 접속되고, 피스톤(18)이 예정 가능한 위치를 넘어 이동하자마자, 피스톤(18)에 의해 이전에 폐쇄된 오버플로우 라인(17)이 개방된다. 따라서, 피스톤(18)은 오버플로우 라인(17)에 대하여 슬라이더로서 작동한다. 그 결과 이전에 분리된 서브-용적부(21, 22)가 서로 연결된다. 이어서 서브-용적부(21, 22)에 의해 형성된 전체 용적부로부터 연료가 취해진다. 그 작동 위치는 큰 분사량이 호출되는 디젤 모드에서 선택된다.
가변 서브-용적부(21, 22)를 갖는 대안적인 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 여기에서 피스톤(18)은, 제어 밸브(23)가 폐쇄되어 유지되는 한, 서브-용적부(22)에 대하여 서브-용적부(21)를 폐쇄한다. 이러한 상태에서, 예를 들어 듀얼 연료 모드에서 필요하듯이, (더 작은) 서브 용적부(22)로부터 연료가 취해진다.
제어 밸브(23)의 개방은, 스프링 팩(19)이 배치되어 있는 스프링 챔버(24)의 부하를 해제시킨다. 그 결과 피스톤(18)이, 서브 용적부(22) 내의 압력으로 인해, 스프링 팩(19)의 반대 방향(도면에서는 상향으로)으로 이동하게 된다. 서브-용적부(22) 내의 유압에 대하여 피스톤(18)의 작용 표면적이 거의 균등화되면, 스프링 챔버(24)의 부하 경감은 상술한 운동을 일으킨다.
따라서, 피스톤(18)의 헤드 부분(도면에 도시되지 않음)은 서브-용적부(21)에 대하여 서브-용적부(22)를 개방한다. 이 결과, 이전에 분리된 서브-용적부(21, 22)가 서로 연결된다. 그리고 예를 들어 디젤 모드에서 유리한 바와 같이, 연료가 서브-용적부(21, 22)에 의해 형성된 전체 용적부로부터 취해진다. 서브-용적부(21, 22) 사이의 연통은 오버플로우 라인(17)을 통해 이루어진다.
도 7은 가변 저장 용적부(20)를 갖는 실시예를 도시한다. 여기서 저장 용적부(20)는 두 개의 분리된 서브-용적부(21, 22)로 분리되어 있지 않지만, 전체 저장 용적부(20)는 노즐 어셈블리(10)에 접속된 용적이 변할 수 있게 적응된다.
그러한 목적을 위해 이동가능한 피스톤(18)이 제공되며, 피스톤(18)의 이동에 의해, 노즐 어셈블리(10)와 연통하는 저장 용적부(20)가 변화된다. 피스톤(18)은 스프링 팩(19)에 의해 저장 용적부(20) 내에서 지지된다. 여기서 스프링 팩은 예를 들어 원뿔형 스프링 형태로 제공된다. 도면은 그 단부 위치에 가장 작은 저장 용량(20)을 포함하는 피스톤(18)을 도시한다. 이는 듀얼 연료 모드의 위치에 해당한다. 바람직하게는 그 위치에서, 저장 용적부(20)는 (더 작은) 서브-용적부(22)의 위치에 대응하는 용적부로 구성된다. 그 경우 스프링 팩(19)은 응력이 완화된다.
스프링 챔버(24)가 제어 밸브(23)에 의해 감압 상태로 전환되면, 피스톤(18)은 스프링 팩(19)의 반대로 이동하고(도면에서는 상향으로), 고압 레일(8)의 압력이 저장 용적부(20)에 공급된다.
결과적으로 연료를 취할 수 있는 저장 용적부(20)가 증가하고, 동시에 오버플로우 라인(17)이 개방된다. 이러한 배치는, 피스톤(18)이 제2 접촉 포인트(abutment point)로 돌아갈 때(즉 스프링 팩(19)이 가압될 때), 결과적인 저장 용적부(20)가 디젤 모드를 위한 크기를 가질 수 있게 설계된다.
도 8은 가변 저장 용적부(20)를 갖는 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 작동 모드들인 듀얼 연료 모드와 디젤 모드 사이에서의 전환을 제공하기 위해, 수동 밸브의 형태인 밸브(25)의 스프링 힘은, 일반적으로 고압 레일(8)의 디젤 모드에서 (듀얼 연료 모드 보다) 더 높은 압력에서, 피스톤(18)이 더 큰 저장 용적부(20)의 방향으로 가압 되고, 동시에 오버플로우 라인(17)이 개방되는 크기로 구성된다. 이 도면에서 이것은 상향 이동에 해당한다. 도 7에 관한 상기 설명은 장점과 치수에 관하여 기술하였다.
도 9는 저장 용적부에서의 압력 변화를 도시하며, 듀얼 연료 모드의 분사 공정에서 소량의 연료를 회수할 때의 크랭크 각도에 대한 각도 변화를 도시한다.
종래 기술에 따른 연료 인젝터(1)의 경우에(도 1에 도시된 바와 같이, 여기서 저장 용적부(20)는 사실상 하나의 불변 용적부(invariable volume)으로서, 종래 기술에 존재한다), 압력 구성에 있어서 겨우 측정할 수 있는 붕괴가 있다. 실선(최상부)은 저장 용적부(20)에서의 그 압력 구성을 나타내며, 이것은 또한 도 2에서 다른 규모로 도시되어 있다.
파선은 서브 용적부(22)에서의 본 발명에 따른 연료 인젝터(1)에 대한 압력 구성을 나타낸다. 여기에 잘 측정될 수 있는 확실한 압력 구성이 존재한다.
레일 압력(고압 레일(8) 내의 압력)은 전형적으로 각각의 동작 상태에 따라 1,000 바(bar) 내지 2,500 바 사이의 범위에 있다. 분사 과정에서 관찰되는, 종래 기술에 따른 압력 붕괴는 듀얼 연료 모드에서는 몇 바의 크기(order of magnitude)이며, 디젤 모드에서는 약 100 바의 크기이다.
본 발명에 따른 분사공정에서 관찰되는 압력 붕괴는 예를 들면 듀얼 연료 모드에서는 대략 50 내지 100 바 사이의 크기이며, 디젤 모드에서는 약 100 바의 크기이다.
측정의 분해능은 어느 정도까지 향상될 수 있다.
1 : 인젝터
2 : 공급 및 배출 스로틀
3 : 개구
4 : 개구
6 : 제어 밸브
7 : 개구
8 : 고압 레일
9 : 압력 센서
10 : 노즐 어셈블리
11 : 제어 장치
12, 12' : 스위칭 소자
13 : 변위체
14 : 관류 리미터
15 : 개구
16 : 개구
17 : 오버플로우 라인
18 : 피스톤
19 : 스프링 팩
20 : 저장 용적부
21, 22 : 서브-용적부
23 : 제어 밸브
24 : 스프링 챔버
25 : 수동 밸브
26 : 피스톤에서의 개구

Claims (12)

  1. 저장 용적부(20)를 갖는 연료 인젝터(1)로서,
    상기 저장 용적부(20)는 제어 신호에 의해 작동 중에 변화될 수 있고,
    상기 저장 용적부(20)는 제1 서브-용적부(21) 및 제2 서브-용적부(22)를 포함하며, 상기 제1 서브-용적부(21) 및 상기 제2 서브-용적부(22)는 스위칭 소자(12)에 의해 연결되어, 전체 용적부으로서의 역할을 하고,
    상기 제2 서브-용적부(22)는, 변화하지 않는 용적을 갖고, 노즐 어셈블리와 연통하며, 압력 센서를 구비하고,
    상기 제1 서브-용적부(21)는 상기 제2 서브-용적부(22)를 통해 상기 노즐 어셈블리와 연통하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 서브-용적부(22)와 상기 노즐 어셈블리 사이에 배치된 관류 리미터(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료 인젝터는 연료 모두가 액체 연료로서 공급되는 액체 연료 모드와, 액체 연료가 가스 연료의 점화만을 위해 공급되는 듀얼 연료 모드로 운전 가능한 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 서브-용적부(21) 및 상기 제2 서브-용적부(22)의 배치는 직렬 흐름 관계로 있는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐 어셈블리를 작동시키는 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 밸브와 상기 노즐 어셈블리 사이에 배치되는 공급 및 배출 스로틀을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어 밸브를 제어하는 제어 장치(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 서브-용적부(21)와 고압 레일(8) 사이에 배치되는 제1 개구(3)와 상기 제1 서브-용적부(21)와 상기 제2 서브-용적부(22) 사이에 배치되는 제2 개구(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  9. 제1항 또는 제2항에 따른 연료 인젝터(1)를 갖는 내연 기관.
  10. 제9항에 있어서, 상기 내연 기관이 연료 모두가 액체 연료로서 공급되는 액체 연료 모드와, 액체 연료가 가스 연료의 점화만을 위해 공급되는 듀얼 연료 모드로 운전 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  11. 제9항에 있어서, 상기 내연 기관에는 제어 유닛이 제공되며, 상기 제어 유닛의 신호에 의해 상기 연료 인젝터(1)의 상기 저장 용적부(20)의 용량이 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  12. 제1항 또는 제2항에 따른 연료 인젝터(1)를 갖는 내연 기관을 작동하는 방법으로서,
    상기 연료 인젝터(1)의 상기 저장 용적부(20)의 용량이 내연 기관의 작동 상태에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 작동하는 방법.
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