KR101809622B1 - 내연 기관용 연료 분사 시스템 - Google Patents
내연 기관용 연료 분사 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101809622B1 KR101809622B1 KR1020137002972A KR20137002972A KR101809622B1 KR 101809622 B1 KR101809622 B1 KR 101809622B1 KR 1020137002972 A KR1020137002972 A KR 1020137002972A KR 20137002972 A KR20137002972 A KR 20137002972A KR 101809622 B1 KR101809622 B1 KR 101809622B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- opening
- fuel
- closing
- injection
- needle
- Prior art date
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 206
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 206
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 161
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 27
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 12
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 19
- 239000006199 nebulizer Substances 0.000 description 17
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 241000030361 Girellinae Species 0.000 description 6
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000001739 rebound effect Effects 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
- F02M69/04—Injectors peculiar thereto
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
- F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
- F02D41/402—Multiple injections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
- F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
- F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
- F02M45/08—Injectors peculiar thereto
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
- F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
- F02M63/0012—Valves
- F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
- F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
- F02M63/0012—Valves
- F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
- F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
- F02D2041/389—Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
내연기관에 대한 연료 분사 시스템(2)은 정량 쳄버에서 연료의 유츨을 제어하기 위해 연료 측정 서보 밸브를 가지는 적어도 하나의 연료 인젝터(1)를 포함하고; 정량 챔버(12)에서 연료 압력은 실린더에 연료 분사를 실행하도록 개폐 니들(7)을 제어하며; 전자 제어 장치(11)은 하나의 실행되는 예비 분사(P) 및 적어도 하나의 실행되는 주 분사(M)에서 전기 체류 시간(DT)로 분리된 두개의 전기 명령(S1, S2)를 발생시켜서 주 분사(M)는 개폐 니들이 연료 흐름 속도를 무시할만한 리프트 값에 남아있는 동안 예비 분사(P)의 종결 전에 시작하고; 특히 제 2 전기 명령(S2)은 연료 측정 서보 밸브(9)의 개패 요소(15)의 반등 단계(T)동안 발생된다.
Description
본 발명은 내연 기관, 특히 커먼 레일 타입(common-rail type)의 내연기관용 연료 분사 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 커먼 레일 연료 분사 시스템(common-rail fuel-injection system)에서, 전기 인젝터(electroinjectors)는 전기 인젝터로 전기 명령(electrical commands)을 발행하도록 적당히 프로그래밍된 전자 제어 장치(electronic control unit)에 의해 전자적으로 결정된다. 상기 전기 명령은 연료 소비 및 또는 오염 물질 및/또는 성능에 관하여 주어진 표적(targets)에 도달하기 위해 명확하게 고안된 연료 분사 전략을 제공한다.
예를 들어, 본 출원자의 이름으로 출원된 특허 번호 EP1035314 Bl에서, 커먼 레일 연료 분사 시스템은 설명되며, 연료 분사 시스템이 엔진의 하나의 동일한 실린더 및 하나의 동일한 엔진 사이클(engine cycle)에서 다양한, 일시적으로 연속되는 연료 분사를 포함하는 분사 이벤트(injection event)를 수행하는 것을 보장하기 위해 전자 제어 장치가 프로그래밍 되고,
- 두 개의 주 서브 분사(main sub-injections)로 구분할 필요가 있다면, 상사점(top dead centre) 말미 주변의 주 연료 분사;
- 주 분사(main injection)의 구별되는 연소를 야기하도록 주 분사로부터 상당한 거리의 하나 및 주 분사의 계속된 연소를 야기하도록 주 분사와 상당히 가까운 예비 분사(pilot injection)로 규정된 다른 하나로, 주 분사 전의 두 연료 분사; 및
- 주 분사의 구별되는 연소를 야기하도록 주 분사로부터 상당한 거리의 하나 및 필요하면 연료의 둘 이상의 서브 분사 구분 및 주 분사의 계속된 연소를 야기하도록 주 분사로 규정된 다른 하나로, 주 분사 다음의 두 연료 분사를 포함한다.
특허 번호 FR2761113 Bl는 커먼 레일 연료 분사 시스템(common-rail fuel-injection system)을 설명하며, 전자 제어 장치는 엔진의 하나의 동일한 실린더 및 하나의 동일한 엔진 사이클에서 주 연료 분사 및 예비 연료 분사를 수행하기 위해 프로그래밍 된다. 제 1 작동 모드(operating mode)에서, 예비 분사는 체류 시간(dwell time)에 의해 후반(latter)에서 분리되로록 주 분사로부터 충분히 멀리서 수행되며, 연료는 분사되지 않는다. 제 2 작동 모드에서, 주 분사는 후반에 겹쳐지도록 예비 분사와 매우 가까이 있다. 제 1 작동 모드는 중간 내지 저속(medium-to-low) r.p.m. 및/또는 엔진 부하(engine loads)로, 및 제 2 작동 모드는 고속 r.p.m. 및/또는 엔진 부하로 구현된다.
본 출원자의 이름으로 출원된 특허 출원 번호 EP1657422 Al 및 EP1795738 Al에서, 분사된 연료 유량(fuel flow rate)은 니들(needle)에 의해 조절되며, 서보 밸브(servo valve)를 통해 결정되고, 전자식 엑추에이터(electric actuator)는 소위 "균형(balanced)" 타입의 개폐(open/close) 요소를 작동시킨다(즉, 서보 밸브가 닫힐때, 축방향에서 연료 압력 및 개폐 요소 작용에 의한 힘은 실질적으로 제로(zero)이다). 전자 제어 장치는 예비 연료 분사를 수행하기 위해 미리 결정된 기간의 제 1 전기 명령 및 주 연료 분사를 수행하기 위해 엔진 작동 조건에 따라 전자식 엑추에이터에서 기간의 다음 제 2 전기 명령의 발생으로 일반적으로 "연료 분사율 형상(fuel-injection-rate shaping)"을 나타내는, 특히 연료 분사 모드를 구현하기 위해 프로그래밍된다. 제 1 전기 명령의 말미 및 제 2 전기 명령의 개시부는 예비 주사에 따라 연속된 해결 수단이 없는 주 분사를 유발하도록 충분히 짧은 전기 체류 시간으로 나누어진다.
특히, 커브(curve)는 소위 "두 험프 프로파일(two-hump profile)"을 가질 수 있는 시간의 함수로 순시 연료 유량(instantaneous fuel flow rate)을 나타내며, 즉, 주 분사(main injection)는 순간에 시작될 수 있고, 여기에서 네블라이저(nebulizer)는 예비 분사 동안 분사된 순시 연료 유량을 감소시키기 위해 하강한다. 두 험프 프로파일(two-hump profile)에서, 두개의 언급된 문서는 연료 분사율 형상(shapings)의 다른 실현성을 제안한다.
상기 형상(shapings) 중 하나에서, 서류 번호 FR2761113 Bl의 경우와 같이, 주 및 예비 분사는 부분적으로 겹쳐진다.
이러한 경우에서, 예비 분사의 예를 고려하여 커먼 레일(common rail) 및 프로파일(profile) 고정, 지속 기간 및 전기 분사 명령의 전기 체류 시간에서 주어진 동일한 공급 연료 압력으로 대략 1-3㎣의 연료량을 분사하고, 예비 및 주 분사 동안 전체로서 분사된 연료량은 동일한 인젝터의 분사 이벤트(injection events) 및 같은 구조적 특성 및 동일한 차원을 가지는 확실히 많은 인젝터의 분사 이벤트 둘 다의 다른 분사 이벤트 사이 충분한 정밀도로 반복될 수 있는 양이 아니다.
사실상, 예비 분사의 단자부(terminal part) 및 주 분사의 제 1 부(first part) 동안 커브(curves)는 두 요인의 결합에 따른 시간의 함수로 연료 유량(fuel flow rate)을 나타낸다: 네블라이저(nebulizer)에서 순간 연료 압력; 및 니들(needle)의 효과적인 위치는 순간에 강하하며 주 분사가 시작된다. 니들의 효과적인 위치는 결국 실험적으로 항상 동일하지 않고, 즉, 이는 서보 밸브(servo valve)의 정량 챔버(metering chamber) 및 즉시 네블라이저의 분사 노즐의 접근에서 변하는 압력에 따라 동적 함수로 다른 분사 이벤트(injection events) 사이에서 약간 변하며, 주 분사가 시작된다.
즉, 예비 분사 동안 니들의 폐쇄에 대한 운동의 법칙(motion law)의 불확실성은 동일한 원하는 분사 프로 파일, 각 분사 이벤트 에서 전달을 위해 니들의 최적 위치로 제 2 전기 명령의 반복 가능한 동기화를 활성화하지 않는다. 자주, 동기화의 상기 난이도때문에, 제 2 전기 명령은 바람직한 것에 대해 사전에 주어지며, 니들은 운동 방향을 반전시키며, 예비 분사의 연료 유량을 아직 감소시키지 않았을 때, 주 분사가 시작된다. 이러한 경우에서, 주입된 연료량은 바람직한 것에 대하여 초과에 있으며, 예비 분사에서 주 분사를 구분하는 것이 실질적으로 가능하지 않다. 따라서, 엔진의 작동은 상기 설계에서 정해진 것과는 다르며, 오염물 방출의 악화를 발생시킨다. 제 2 전기 명령의 동기화 제어가 인젝터의 수명 동안 발달된 니들의 운동 법칙을 고려하는 것을 관리 하지 않기 때문에 상황은 인젝터의 마모 및 노화(ageing)로 악화되는 경향이 있다.
다른 연료 분사율 형상에서, 두 험프 프로파일(two-hump profile)을 다시 사용하여, 예를 들어 니들이 분사 노즐을 향하여 연료의 흐름을 차단하는 폐쇄 위치에 도달할 때 두 분사 명령 사이 전기 체류 시간은 주 분사를 유발하며, 예비 분사 동안 순간 연료 유량은 바로 제로 값에 도달하나, 상기 폐쇄 위치에서 니들의 정지 시간은 극히 적다.
또한 이러한 경우에서, 제로(zero)인 예비 분사의 말미 및 주 분자의 개시부 사이 유압식 체류 시간까지 예비 및 주 분사 사이 연속성의 해결방안이 없다. 예비 및 주 분사 사이 겹쳐지는 경우와 비교하여, 예비 및 주 분사 동안 전체로 주입된 연료량은 하나 또는 동일한 인젝터에서 다른 연속 분사 이벤트 사이 더 재생가능한 방법으로 반복된다.
사실상, 커브(curves)는 순간 정확하게 정의된 시간의 함수로 순간 연료 유량을 나타내며, 예비 분사는 종결됨과 동시에 주 분사는 시작되고, 상기 순간에 주 분사의 초기 상태(initial conditions)는 항상 동일하다. 즉, 네블라이저 니들의 위치는 예를 들어, 분사 노즐을 향한 연료 흐름을 차단하는 것이다.
또한, 예비 및 주 분사 동안 전체에 분사된 연료량은 우수한 정밀도로 결정될 수 있으며, 예를 들어 상기 커브(curves)에 있어서 시간의 함수로 순간 유량 커브(curves)의 적분 계산에 의하여 예비 및 주 분사의 프로파일은 다양한 분사 이벤트 사이에서 실질적으로 일정하며, 게다가 서로 구별이 가능하다.
그러나, 연료 분사 속도(fuel-injection-rate) 형상은 인젝터 작동의 최대 반복성을 보장 하기 위해 필요하나 충분하지 않은 조건으로 구성된다: 사실상, 니들이 마모 또는 인젝터의 공급도관(supply ducts)에서 압력의 진동도 현저하게 변하기 쉬은 폐쇄 운동 법칙을 가질 경우, 인젝터는 작동의 좋은 반복성을 가지지 못할 것이며 제 1 전기 명령에 대한 제 2 전기 명령의 정확한 동기화를 불가능하게 할 것이다. 예를 들어, 마모 때문에 인젝터의 차원 변화(dimensional variation)로 커브(curves)는 예를 들어 일시적인 가로축에 따른 편차(drift)로 변화될 수 있는 시간의 함수로 주입된 순간 연료 유량을 나타낸다. 변함 없는 인젝터의 수명의 시작에서 예비 분사 및 주 분사에 대하여 설정했던 전기 명령의 특성을 떠나, 비록 적을지라도 순간 유량의 커브에서 변화량은 최적 작동점에서 즉각적인 후퇴(recession)를 암시하고, 니들이 예비 분사의 말미에서 주입된 연료 흐름을 차단하기 위해 관리될 때 주 분사가 시작된다.
새로운 작동점은 정밀도로 예측할 수 없다: 주 분사는 예비 분사와 겹쳐질 수 있고, 그렇지 않으면 니들이 네블라이저(nebulizer)의 대응하는 실링 시트(sealing seat)와 접촉할 경우, 예비 분사에서 일시적으로 분리될 수 있다. 따라서, 주입된 연료량은 다르지 않으나, 특히 위에 정의된 최적 작동점에서 하나의 알려진 것에 대하여 예측할 수 없다.
따라서, 반복할 수 있는 연료 분사 시스템을 제공할 필요가 있다. 즉, 예비 및 주 분사에서 전체에 주입된 연료량은 위에 설명한 최적 작동점에 따라 결정할 수있는 양, 좋은 근사값으로 동일해야 하고, 다양한 인젝터 사이 실질적으로 일정함에 있으며, 하나 및 동일한 인젝터에 대해 시간의 경과로 실질적으로 일정함에 있다.
본 발명의 목적은 간단한 방법으로 위에 제시할 필요가 있으며 따라서 주 연료 분사가 예비 분사로 연속된 해결 수단 없이 시작될 때 좋은 반복성을 보장하는 내연 기관용 연료 분사 시스템을 제공하는 것이다.
위의 목적은 본 발명에 의해 달성되고, 청구항 제 1항에 정의된대로 내연기관에 대한 연료 분사 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 구체예는 첨부된 도면을 참조하여 비제한 예로 완전히 설명된다:
도 1은 커먼 레일 연료 분사 시스템에 대한 연료 인젝터의 다이어그램(diagram)이다.
도 2 및 3은 단면도에서 커번 레일 연료 분사 시스템에 대한 연료 인젝터의 구체예의 일부 상세도를 나타낸다.
도 4, 5 및 6은 도 2 및 3의 인젝턱의 작동 그래프를 나타낸다.
도 7a 및 7b는 확대된 크기로 도 3 인젝터의 네블라이저를 보여준다.
도 8a는 도 3 네블라이저의 특성 커브(curve)를 나타낸다.
도 8b는 도 3의 네블라이저에 대한 예비 분사의 두개의 가능한 폐쇄 법의 예를 보여준다.
도 1은 커먼 레일 연료 분사 시스템에 대한 연료 인젝터의 다이어그램(diagram)이다.
도 2 및 3은 단면도에서 커번 레일 연료 분사 시스템에 대한 연료 인젝터의 구체예의 일부 상세도를 나타낸다.
도 4, 5 및 6은 도 2 및 3의 인젝턱의 작동 그래프를 나타낸다.
도 7a 및 7b는 확대된 크기로 도 3 인젝터의 네블라이저를 보여준다.
도 8a는 도 3 네블라이저의 특성 커브(curve)를 나타낸다.
도 8b는 도 3의 네블라이저에 대한 예비 분사의 두개의 가능한 폐쇄 법의 예를 보여준다.
도 1에서, 전체적으로 고압의 연료 분사 시스템(2)에 대한 연료 인젝터(fuel injector)인 (1)을 지정하고, 내연 기관(미도시), 특히 디젤 엔진(diesel engine)에 대한 파선(dashed line), 특히 커먼 레일 형의 파선으로 도식적으로 나타낸다.
인젝터(1)는 종축을 따라 연장된 속이 빈 인젝터 본체(3)을 포함하며, 차례로 연료 분사 시스템(2)의 고압 펌프(미도시)에 연결되는 커먼 레일(common rail)에 의해 고압에서 연료의 전달을 위한 도관에 의하여 연결되도록 설계된 연료에 대한 측면 입구(lateral inlet, 4)를 가진다. 인젝터 본체(3)는 파선(dashed line)으로 나타낸 도관을 통해 연료의 입구(4)로 전달되는 내부 동공을 가지는 네블라이저(nebulizer, 5)로 종결되며, 대강 원뿔 형을 가지는 참조 번호(6)로 나타난 팁(tip)을 포함하고, 하나 이상의 분사 노즐(6a)을 제공한다. 네블라이저(5)의 내부 동공은 폐쇄 위치 부근 및 떨어져서 축 방향으로 움직일 수 있는 개폐 니들(open/close needle, 7)을 제공하며, 분사 노즐(6a)를 통해 연료 분사를 중단하기 위해 팁(6)에서 실링 시트(sealing seat)와 결합한다.
네블라이저(nebulizers)는 두가지 타입이 있다: 보통 "VCO(구멍이 덮힌 밸브(valve covered orifice))"로 나타내는 첫 번째 타입에서, 개폐 니들(7)이 팁(6)을 향해 떨어질 경우, 주입된 연료 유량을 감소시키기 위하여 분사 노즐(6a)을 직접 방해한다; 보통 "팁 네블라이저" 또는 "minisac" 또는 "microsac"으로 나타내는 두 번째 타입에서, 네블라이저의 실링 시트는 분사 노즐(6a)에서 벗어난 팁(6b)의 업스트림(upstream)이며, 개폐 니들(7)의 변위는 개폐 니들(7) 및 상기 실링 시트 사이 환형 영역(annular area) 및 횡단면을 변형시킨다.
도 7a는 후자 타입의 네블라이저를 보여주며, 개폐 니들(open/close needle, 7)은 대응하는 실링 시트(sealing seat)에 대한 접촉에서 설치된다. 도 7b에서, 개폐 니들(7)은 실링 시트(sealing seat)로부터 리프트 값(lift value) h에 있다: 이 위치에서, 연료에 대한 통로(passage)의 절단도는 실제적으로 제로 연료 분사를 발생하도록 매우 작다.
다시 도 1에 따라, 개폐 니들(7)은 개폐 니들(7)과 동축인 제어 봉(8)의 실행 하 이동되며, 차례로, 정량 챔버(metering chamber, 12)에 있는 연료 압력의 축추력(axial thrust) 아래 축 방향으로 이동할 수 있다. 특히, 개폐 니들(7)은 개시 동안 네블라이저(5)의 공동에 있는 연료에 의해 야기된 축추력으로 변경되고, 폐쇄 동안, 정량 챔버(12)의 압력 및 위치 결정 스프링(positioning spring)(도 3의 특정 실시예에서 참조 번호(53)로 지정)의 탄성 작용에 의해 야기된 축추력으로 변경된다.
제어 봉(control rod, 8) 및 개폐 니들(open/close needle, 7)은 서로 고정될 수 있으며, 특히 단일 조각으로 구성될 수 있으며, 그렇지 않으면 축방향으로 서로 결합된 분리된 조각으로 정의될 수 있다.
인젝터 본체(3)의 상부는 정량 챔버(12)에서 압력을 조정하기 위해 설계되어서 제어 봉(8) 및 개폐 니들(7)의 이동을 야기하는 연료 측정 서보 밸브(fuel-metering servo valve, 9)를 포함한다. 연료 측정 서보 밸브(fuel-metering servo valve, 9)는 대응하는 연료 분사를 수행하기 위한 하나 이상의 전기 명령이 엔진 실린더의 연료 분사 및 연소 대응 사이클의 각 단계를 위하여 전자식 엑추에이터에서 (electric actuator, 10) 발생되도록 프로그래밍된 전자 제어 장치(electronic control unit, 11)에 의해 조절된 전자식 엑추에이터(10)를 포함한다. 본 명세서 및 부가 청구항에서, 용어 "전기 명령(electrical command)" 또는 "분사 명령(injection command)"은 시간의 함수로 미리결정된 기간 및 미리 결정된 플롯(plot) 또는 프로파일(profile)을 가지는 전기 흐름 신호로 이해된다.
정량 챔버는 유입 통로(inlet passage, 13)를 통해 연료를 위한 입구(4)와 영구적으로 교신하고, 배출 통로(discharge passage, 14)를 통해 출구(미도시)와 교신한다. 유입 통로(13) 및 배출 통로(14)는 각각의 교정 홀(calibrated holes)을 가지고즉, 그래서 제한부(restrictions)는 제한부의 입구 및 출구 사이 미리 규정된 압력 차를 설정하기 위해 극정밀도(extreme precision)로 얻어진 횡단면 및 길이를 가져서,각각 유입 연료 및 유출 연료의 유량을 결정한다.
연료 측정 서보 밸브(fuel-metering servo valve, 9)는 서로 결합된 단일 조각 및 여러 조각으로 정의되고, 전자식 엑추에이터(electric actuator, 10)의 작동 하에 엔드-오브-트러블(end-of-travel)의 하강 위치 및 엔드-오브-트러블(end-of-travel)의 상승 위치 사이에서 축방향으로 이동가능한 개폐 요소(15)를 포함한다. 엔드-오브-트러블의 하강 위치(lowered end-of-travel position)에서, 개폐 요소(15)는 배출 통로(14)를 잠그기 위해 대응하는 밸브 시트(valve seat)에 실(seal)을 제공한다. 대응하는 밸브 시트로부터 개폐 요소(15)의 리프팅(Lifting) 및 따라서 배출 통로(14)의 오프닝(opening)은 정량 챔버(12)를 비우는 것 및 따라서 정량 챔버(12)의 연료 압력 감소를 야기한다. 상기 감소는 축의 오프닝 트러블(opening travel)을 수행하기 위해 따라서 분사 노즐(6a)의 오프닝 결정 및 따라서 엔진의 각각의 실린더에 연료의 주입을 결정하기 위해 제어 봉(8) 및 개폐 니들(7)의 원인이 된다. 대신에, 개폐 요소(15)가 대응하는 밸브 시트(valve seat)에 있고, 배출 통로(14)가 닫일 때, 축의 클로징 트레블(closing travel)을 제어 봉(8) 및 개폐 니들(7)이 수행하기 위해, 따라서 분사 노즐의(6a)의 클로징(closing)을 결정하기 위해 다시 올려진 정량 챔버(12)에서 압력의 원인이 되는 유입 통로(13)를 통하여 연료는 정량 챔버(metering chamber, 12)로 들어간다.
전자식 엑추에이터(electric actuator, 10)는 솔레노이드형(solenoid type) 또는 압전형(piezoelectric type) 중 어느 하나일 수 있다. 솔레노이드 전자식 엑추에이터(10)의 경우, 개폐 요소(15)는 개폐 요소(15)에 대하여 구별되고 고정되는 조각, 그렇지 않으면 개폐 요소(15)와 축방향으로 결합된 조각이 될 개폐 요소(15)를 가지는 단일 조각으로 구성될 수 있는 전기자(armature)와 결합된다. 전체로서 연료 측정 서보 밸브(fuel-metering servo valve, 9)는 개폐 요소(15)가 일면에 하나 이상의 스프링(springs) 및 한 쪽에 연료 압력에 의해 가해지는 반대 축 작동으로 엔드-오브-트러블의 하강 위치에서 설정될 때 좌우되는 소위 "비평형(unbalanced)" 유압 구조 또는 독점적으로 실질적으로 제로(zero)인 개폐 요소(15)의 연료에 의해 가해진 축추력(axial thrust)인 한에 있어서 밸브 시트(valve seat)를 잠그는 경향이 있는 탄성 작용(elastic action)으로 개폐 요소가 엔드-오브-트러블의 하강 위치에서 설정될 때 좌우되는 소위 "평형(balanced)" 유압 구조 중 하나 일 수 있다.
솔레노이드 전자식 엑추에이터(solenoid electric actuator) 또는 비평형 유압 구조(unbalanced hydraulic architecture)를 가지는 연료 측정 서보 밸브의 예는 특히, 본 발명자의 이름으로 출원된 특허번호 EP1106816 Bl에서 알려져 있다. 솔레노이드 및 평형 유압 구조(balanced hydraulic architecture)를 가지는 연료 측정 서보 밸브의 예는 특히, 둘 다 본 발명자의 이름으로 출원된 즉허 출원 번호 EP1795738 Al 및 EP1621764 Bl에서 알려져있다. 두 이전의 특허에서 개시된 것과 다른 솔레노이드 전자식 엑추에이터 및 평형 유압 구조를 가지는 연료 측정 서보 밸브는 예를 들어, 두 국제 특허 출원 번호 WO2009/092507 Al 및 WO2009/092484 Al에서 알려져있다. 본 발명자의 이름으로 출원된 특허 번호 No. EP1612398 Bl 및 국제 특허 출원 번호 WO 2008/138800 Al 대신에 알려져 있는 것은 압전 전자식 엑추에이터(piezoelectric electric actuator) 및 평형 유압 구조를 가지는 연료 측정 서보 밸브이다.
다음의 처리는 도 2 및 3에서 설명된 평형 유압 구조형에 대한 참조로 만들어지며, 도 2 및 3에서 개폐 요소(15)는 축방향으로 고정된 스템(stem, 33)에 유체 기밀(fluid-tight) 방식으로 축방향으로 미끄러지는 슬리브(sleeve)에 의해 구성되고, 적어도 배출 통로(discharge passage, 14)의 출구가 제공된다.
전자식 엑추에이터(10)는 슬리브(sleeve, 15)에 대하여 고정된 화형 원판(notched disk) 형상을 가지는 전기자(armature, 16)를 결정하도록 설계된 전자석(electromagnet, 10a)를 포함한다. 특히 전자석(electromagnet, 10a)은 인젝터(1)의 종축으로 수직의 극대조 표면(polar contrast surface, 19)를 가지는 자기 코어(magnetic core)로 형성되며, 지지부(a support, 20)에 의한 위치에서 열린다. 전자식 엑추에이터(10)는 전자석(10a)에 의해 가해진 자성(attraction)과 반대 방향으로 전기자(16) 및 슬리브(15)에 추력 작용을 가하기 위하여 예압된(pre-loaded) 나선형 압축 스프링(helical compression spring, 22)을 포함하는 축 공동(21)을 가진다. 특히, 스프링(22)의 축 단부(axial ends)는 워셔(washer, 24)를 통해 각각의 지지부(20) 및 전기자(16)에 작용한다.
정량 챔버(12)는 축공(axial hole, 29)을 정의하는 관형부(tubular portion, 18)에 의해 방사상으로 한계가 결정되고, 유체 기밀 방식으로 제어 봉(control rod, 8)은 축방향으로 슬라이드될 수 있다. 밸브 본체(valve body, 28)의 일부인 관형부(tubular portion, 18) 및 스템(stem, 33)은 단일 조각으로 구성되며, 제어 봉의 반대측에 축 방향으로 정량 챔버(12)의 한계를 결정한다.
밸브 본체(valve body, 28)는 중간 플랜지(intermediate flange, 30)를 더 포함하며, 밸브 본체로부터 스템(33)은 캔틸리버(cantilever) 방식으로 연장된다. 플랜지(30)는 기밀 방식으로 인젝터 본체(3)의 내부 축 숄더(internal axial shoulder, 27)에 대하여 축방향으로 있도록 설정되며, 인젝터 본체(3)의 내부 나사(internal thread, 32)로 고정된 나사가 있는 링넛(threaded ringnut, 31)에 의해 숄더(shoulder, 27)에 대하여 축방향으로 조여진다.
스템(stem, 33)은 슬리브(sleeve, 15)의 축 슬라이딩(axial sliding)을 유도하는 원통형 측면(cylindrical lateral surface, 34)에 의해 외부로부터 한계가 결정된다. 특히, 슬리브(15)는 4μm보다 작은 예로 적절한 직경 작용과 결합에 의하여, 그렇지 않으면 기밀 요소의 개재에 의하여 실질적으로 유체 기밀 방식으로 측면(34)과 결합된 내부 원통형 표면(36)을 가진다.
배출 통로(14)는 부분적으로 플랜지(30) 및 부분적으로 스템(33)에서 만들어진 원통형 블라인드 홀(blind cylindrical hole)로 정의된 축 부분(axial section, 38)을 포함하며, 적어도 하나의 방사 부분(39)은 스템(33)에서 만들어 지고, 측면(34)을 통해 발생한다. 특히, 배출 통로(14)의 교정 홀(calibrated hole)은 축 부분(39)에 의해 형성되며, 참조 번호(42)로 나타난다. 유입 통로(13)의 교정 홀(calibrated holes)은 대신, 참조 번호(25)로 나타난다.
축 부분(39)은 측면(34)에서 만들어진 환형 챔버(45)에 발생하며, 슬리브(sleeve, 15)의 축 슬라이딩(axial sliding)에 의해 개폐된다(opened/closed).
연료 측정 서보 밸브(the fuel-metering servo valve, 9)의 밸브 시트(valve seat)는 참조 번호(47)로 설계되며, 챔버(chamber, 45) 및 플랜지(flange, 30) 사이의 중간 위치에서 밸브 본체(valve bod, 28)에 제공된 환형 숄더(annular shoulder)에 의해 정의된다.
위에 언급한 대로, 슬리브(sleeve, 15)는 슬리브(15)의 일단부(one end, 46)이 유체 기밀성(fluid tightness)을 보장하기 위해 밸브 시트(47)에 베어링(bearing)이 설정되는 엔드-오브-트러블의 하강 위치(lowered end-of-travel posi)에 스프링(spring, 22)으로 밀려진다. 슬리브(sleeve, 15)는 엔드-오브-트러블의 상승 위치(raised end-of-travel position)에 전자석(10a)에 의해 당겨지고, 전기자(armature, 16)는 잔여 틈으로 정의된 박층(lamina, 50)의 축 개재에 의하여 표면(19)에 베어링(bearing)이 설정된다. 엔드-오브-트러블의 하강 위치에서, 연료는 표면(34)에 오직 방사상으로 작용하는 챔버(45)의 압력 때문에 그 결과로 생긴, 실질적으로 제로(zero)인 축추력이 슬리브(15)에 가해진다.
도 3은 인젝터(injector, 1)의 구체예에서, 제어 봉(8)이 개폐 니들(open/close needle, 7)로부터 분리되고, 개폐 니들(7)의 일단부(52)에 축방향으로 있는 일단부(51)를 포함하는 것을 나타낸다. 스프링(spring, 53)은 부싱(bushing, 54)의 축 개재를 통해 및 제어 봉(8)에 의해 가해지는 축 추력과 평형으로 단부(52)에 작용한다. 부싱(bushing, 54)은 개폐 니들(7)과 동축이며, 제어 봉(8)의 단부(51)를 둘러싼다. 단부(52)는 네블라이저(nebulizer, 5)의 원통형 시트(cylindrical seat, 61)에 의해 축방향으로 유도되고, 직경 D1을 가지는 원통형부(cylindrical portion, 60)의 일부이다. 개폐 니들(7)은 직경 D1보다 작은 직경 D2를 가지며, 도시되지 않은 방법으로 입구(4)로부터 연료가 도달하는 네블라이저(5)의 내부 공동(65)에 포함되는 중간 원통형부(64)를 포함한다. 개폐 니들(open/close needle, 7)의 팁(tip)은 폐쇄 위치에서 참조 번호(67)로 나타내며, 분사 노즐(injection nozzles, 6a) 쪽으로 연료 흐름을 차단하도록 직경 D2 보다 작은 기밀 직경 D3을 따라 원뿔형 팁(conical tip, 6)의 실링 시트(sealing seat)와 연결된다.
구조적 및 기능적 관점에서, 인젝터(injector, 1)는 다음의 매개변수를 가진다:
직경 D3 및 직경 D1 사이의 비율은 0.4~0.6 이다;
제어 봉(control rod, 8)(도 2) 상부의 외부 직경 D4 및 직경 D1 사이의 비율은 1.07~1.1 이다;
슬리브(16) 및 전기자(16) 총체의 양은 2~4g이다;
교정 홀(calibrated holes, 25, 42)의 직경 사이 비율은 0.9~1.1 이다;
커먼 레일의 연료 공급 압력은 1400~2000바(bar)이다.
도 4에 관련하여, 전자 제어 장치(11)는 연료 분사율(fuel-injection-rate) 형상 전략을 구현하기 위한 방법으로 전자식 엑추에이터(10)를 제어하기 위해 프로그래밍 되어서, 인젝터(1)는 엔진의 한 실린더 및 한 엔진 사이클에서 수행되며, 연료 이벤트는 "예비 분사"로 나타내는 제 1 연료 분사 및 예비 분사로 연속성 해결 수단 없이 시작되는 "주 분사"로 나타내는 제 2 연료 분사를 포함하고, 실질적으로 그 순간에 예비 분사는 종결된다. 즉, 주 분사는 순간에 시작되며, 개폐 니들(7)은 차단 위치에 도달하고, 예비 분사 동안 순간 연료 유량은 실질적으로 제로(zero) 값에 도달한다.
상기 연료 분사율 형상을 제공하기 위하여, 엔진의 실린더 연료 분사의 각 이벤트(event)에서, 전자 제어 장치(electronic control unit, 11)는 전자식 엑추에이터(10)를 활성화하기 위해 미리결정된 기간에서 적어도 하나의 제 1 전기 명령 SI을 발생시기기 위해 프로그래밍되어서 예비 분사를 수행하기 위해 대응하는 제 1 클로징 트러블(closing travel)에 뒤이어 제 1 오프닝 트러블(opening travel)을 수행하도록 개폐 요소(15) 작동시키고 제어 봉(8)을 제공하며, 기간의 제 2 전기 명령은 전자식 엑추에이터(10)를 활성화 시키기 위하여 엔진 작동 조건의 함수이므로, 주 분사를 수행하기 위해 대응하는 제 1 클로징 트러블에 뒤이어 제 2 오프닝 트러블(opening travel)을 수행하도록 개폐 요소(15)를 작동시키고, 제어 봉(8)을 제공한다. 두 전기 명령 S1 및 S2는 DT로 나타낸 전기 체류 시간에 맞춰 분리되어서, 주 분사는 순간 시작되고, 예비 분사의 순간 연료 유량은 실질적으로 제로(zero)에 도달한다.
도 4는 분사 노즐(6a)을 통한 연료 유량이 실질적으로 제로인 세로 좌표 제로에 대하여 상기 전기 명령 S1 및 S2에 대응하여 제어 봉(8) 및 따라서 개폐 니들(7)의 D로 나타낸 변위 도표를 실선으로 및 전자 제어 장치(10)에 의해 배출된 각각의 예비 분사 및 주 분사에 대한 제 1 및 제 2 전기 명령 S1 및 S2의 도표에서 시간 T의 함수로서 점선으로 나타낸 상단 그래프(top graph)를 나타낸다. 게다가, 도 4는 시간 t의 함수로, 알파벳 P 및 M, 및 제어 봉(8) 및 개폐 니들(7)의 해당하는 변위 D에 의해 각각 확인되는 예비 및 주 분사 동안 엔진의 실린더에 주입되는, Qi으로 나타낸 순간 연료 유량의 도표를 나타내는 하단 그래프(bottom graph)를 보여준다.
도 4의 하단 그래프에 설명한 대로, 예비 및 주 연료 분사는 일시적으로 연속되거나 다른 관점(standpoint)에서 제로 유압 체류 시간으로 분리된다. 순간 연료 유량 Qi의 도표는 두 험프 프로파일 타입(two-hump-profile type)이며, 연료 소모 및 오염 물질의 방출의 감소에 관한 혜택이 주어질 수 있다.
도 4의 상단 그래프에 설명한 대로, 예비 연료 분사의 제 1 전기 명령 S1은 발생되며, T1으로 나타낸 순간에 시작되는 인젝터(1)에 공급되며, 도표는: 전자식 엑추에이터(10)에 동력을 공급할 목적으로 일반적으로 제로인 최소 값에서 최대 값 까지 비교적 빨리 상승하는 섹션(section); 전자식 엑추에이터(10)의 여기를 유지하기 위한 목적을 가지는 매우 짧은 기간으로 최대 값 홀딩(holding)의 제 1 섹션; 최소 값 및 최대 값 사이 중간 값의 최대 값으로부터 감소의 제 1 섹션; 전자식 엑추에이터(10)의 여기를 유지하기 위한 목적을 다시 가지는 중간 값 홀딩의 제 2 섹션; 및 끝으로, 도 4에서 T2로 나타낸 순간에 종결되는 중간 값에서 최소 값으로 감소하는 제 2 섹션을 포함한다. 필요한 경우, 제 2 홀딩 섹션(holding section)은 제로 구간(zero duration)을 가질 수 있고, 그 결과로 실제고 존재하지 않으며, 따라서 오직 최소 값에서 최대 값으로 오르는 섹션, 최대 값의 홀딩 섹션 및 최대 값에서 최소 값으로 감소하는 섹션을 포함하는 제 1 전기 명령 SI에서 발생하여 제로 구간(zero duration)을 갖는다.
제 2 전기 명령 S2은 발생하며, T3로 나타낸 순간에 시작하는 인젝터에서 발생하여서, 개폐 니들(7)이 다음에 설명하는 도 8a 및 8b의 그래프에서 나타낸 값 h` 및 h`` 값 사이 리프트에 도달할 때, 제어 봉(control rod, 8)은 대응하는 제 2 오프닝 트러블을 시작한다: 상기 리프트 범위에서, 개폐 니들(open/close needle, 7)은 실질적으로 분사 노즐(6a) 쪽으로 연료 유량을 차단한다. 즉, 제 1 클로징 트러블의 말미에서, 연료 유량은 실질적으로 제로이고 무시해도 좋으나 다른 경우에서, 예비 및 주 분사 사이 유압 체류 시간이 없기 때문에 주 분사는 예비 분사로 연속성 해결 수단 없이 시작한다. 또한 제어봉과 동일한 연속성 해결 수단이 없는 변위는 개폐 니들(7)에 의해 수행되며, 제어 봉(8)이 동작한다.
시간 간격 T3-T2은 두 전기 명령 S1 및 S2 사이 앞서 언급한 전기 체류 시간 DT를 정의한다. 제 2 전기 명령 S2는 제 2 홀딩 섹션이 항상 존재하는 유일한 차이로 제 1 전기 명령과 매우 유사한 프로파일을 가지며, 존재할 경우, 제 1 전기 명령 S1에 대응하는 홀딩 섹션 보다 더 긴 지속 시간을 가지며 엔진 작동 조건의 함수에 따라 다르다. 제 2 전기 명령 S2는 도 4의 T4로 나타낸 순간에 종결된다.
순간 연료 유량의 소멸(annulling)에 관하여 위에 사용된 부사 "실질적으로(substantially)"에서 주 분사는 종결되며, 주 분사는 주분사 말미의 순간 연료 유량이 정확이 제로에 도달하며 예비 분사의 말미 및 주 분사의 개시부 사이의 유압 체류시간이 제로인 도 4에 나타낸 이상적인 경우뿐 아니라 도 5의 실험곡선으로 나타낸 작동 경우를 포함한다: 상기 경우에서, 예비 분사의 말미의 순간 연료 유량은 매우 밀접하게 근접하나, 정확히 제로 값에 도달하지 않아서, 명백히 예비 및 주 분사 사이 작은 중복이 있다. 상기 중복(overlapping)은 다음에 설명되는 도 8a 및 8b의 그래프에서 나타낸 값 h` 및 h`` 사이 리프트 값에서 개폐 니들(7)의 정지 공급된 연료 유량 때문이다. 사실상 중복은 도 4에 설명한 이상정인 경우에 관하여 예비 및 주 분사 동안 전체로 주입된 연료량을 엔진 매개 변수의 관점으로부터 상당한 크기로 변경되지 않는 한에 있어서 오직 명백하다. 사실상, 한편으로는 주 및 예비 분사 사이 어떤 유압 체류 시간이 존재하지 않으며, 한편으로는 주 및 예비 분사는 연속에도 불구하고 서로에 대하여 어쨌든 잘 확인되며 구별가능하게 있다.
도 5의 작동 경우에서, 개폐 니들(open/close needle, 7)은 도 8a 및 8b를 참고로 설명될 소위 "플로팅(floating)" 현상 때문에 네블라이저(5)에 대응하는 실링 시트(sealing seat)의 접근에서 "서스팬디드(suspended)"로 남아있기 때문에 예비 분사의 말미에서 분사 노즐(6a) 쪽으로 연료의 흐름을 순간적으로 및 완전한 차단에 도달하지 않는다.
도 8a는 질적 방법으로, 주어진 참조 압력, 특히 커먼 레일(예를 들어, 1600바(bar)) 압력으로 네블라이저(5)에 공급된 연료로 고정된 조건에서 개폐 니들(7)의 리프트 h의 함수로 특성 곡선을 보여준다. 특성 곡선은 개폐 니들(7)의 리프트 h의 다양한 값을 고정하기 위해 포인트로 얻어지며, 그런 다음 주어진 시간 간격(예를 들어, 30초)에서 분사 노즐(6a)에 의해 전달된 연료량을 측정으로 얻어진다.
매우 작은 리프트 값, 즉, h < h``에 대하여, 분사 노즐(6a)을 통한 연료 흐름은 사실상 제로이다. 이러한 경우에서, 네블라이저(5)에서 개폐 니들(7) 및 대응하는 실링 시트(sealing seat) 사이 정의된 한정 섹션을 걸치도록 압력 저하가 매우 커서, 상기 한전 섹션의 다운스트림(즉, 팁(6b)에서) 연료는 분사 노즐(6a)을 통과하지 못하게 하기 위해 매우 낮은 압력을 가진다.
유량은 비선형 방식으로 실링 시트로부터 개폐 니들(7)이 떠나자마자 리프트 h로 증가한다. 리프트 변위의 소수 0.01mm에서 유량은 값 h``를 넘어 최대값 QMAX 까지 증가하고, 특성 곡성은 세 개의 섹션으로 나뉠 수 있다.
- 제 1 섹션에서 값 h``에서 값 h`까지의 유량은 무시할만 하다. 즉, 값 h`에서 유량 Q`는 최대 값 QMAX의 7%로 동일한 것으로 간주된다;
- 제 2 섹션에서 값 h`에서 값 h```까지 최대 값 QMAX까지 전달되는 유량이 상당히 증가한다;
- 제 3 섹션에서 값 h```보다 큰 리프트로 전달된 유량은 실질적으로 최대 값으로 일정하며, 동일하다.
값 h``은 공급 압력 및 네블라이저의 유형에 의존하며, 값 h`의 약 30%로 추정된다. 일반적으로, 값 h``은 약 4-9μm 영역에 있다.
도 8b는 질적 방법으로, 예비 분사의 제 1 클로징 트러블(closing travel) 동안 개폐 니들(7)의 운동의 법칙의 두 예를 나타낸다: 가로축은 도 8과 일치하며, 거리 또는 팁(6)에 대응하는 실링 시트로부터 개폐 니들(7)의 리프트 h를 나타내므로, 세로축은 편의를 위해 아래를 향하여 가리키고, 시간을 나타낸다.
개폐 니들(7)의 하강은 리프트(lift)가 t0 순간에 값 hPiLOi(예비 분사 동안 도달하는 최대 리프트)와 동일한 시작점 E로부터 시작한다. 주 분사가 발생하지 않거나 주 분사가 예비 분사에서 분리된다고 가정하면, 개폐 니들(7)은 t3(끝점 F) 순간에 실링 시트(h = 0)에 도달한다. 예비 분사 동안 유도되는 연료량이 비교적 낮기(약 1-4㎣) 때문에, 이러한 연료량을 전달하기 위해 필요한 값 hpiLoT는 반드시 값 h```보다 작다.
시작점 E 및 끝점 F의 고정에도 불구하고, 개폐 니들의 운동 법칙은 매우 가변적이다: 특히, 운동 법칙은 연료 측정 서보 밸브(9), 운동 법칙이 활성화되는 방법, 스프링(53)의 예압(preload), 네블라이저(5)의 특성 및 인젝터(1)의 전체 구조에 의해 결정된다. 예를 통해, 도 8b는 시간의 함수로 예비 분사의 제 1 클로징 트러블(closing travel) 동안 참조 사항 A 및 B로 나타낸 개폐 니들(7)의 두가지 운동의 법칙을 나타낸다.
운동 법칙 B는 관찰된다:
- 위에 정의된 값 hpiLoT에서 h`까지 개폐 니들(7)의 t1 순간에 도달하는 빠른 변위;
- 값 h`에서 h``까지 개폐 니들(7)의 t4 순간에 도달하는 느린 변위; 특히, 운동의 법칙에 관한 곡선은 상기 플로팅 현상(floating phenomenon)을 나타내는 굴곡점(inflection)을 가진다.
대신 운동 법칙 A에서, 리프트는 명확히 t1 순간 보다 높은 t2 순간에서 값 h`에 도달한다. 실제로, 운동의 법칙 A의 경우, 값 h`에서 값 h``로 이동하기 위한 시간 간격은 t5 순간 및 t2 순간 사이의 차이와 동일하며, t4 순간 및 t1순간 사이 시간 간격과 비교해서 매우 작다. 운동 법칙 A에서, 플로팅은 발생하지 않는다. 명백히, tO, t1, t2, t3, t4, t5로 나타낸 순간은 T1, T2, T3, T4으로 나타낸 순간과 다르다.
도 5와 같은 작동 그래프를 얻기 위해, 제 2 전기 명령 S2는 예를 들어 무시할만한 연료 유량, 즉, 값 Q`보다 작은 연료 유량으로 주 분사의 시작에서 T3 순간에 주어져야 한다. 따라서, 주 분사는 운동 법칙 B의 경우로 시간 간격 {t1,t4} 에서 시작되야 하고, 그렇지 않으면 운동 법칙 A의 경우로 시간 간격 {t2,t5} 에서 시작되야 한다.
상기 조건에서, 사실상, 예비 분사에 대한 개폐 니들(open/close needle, 7)의 재오프닝(re-opening)은 예비 분사로 불연속 또는 중복 둘중 하나로 증가되지 않는다. 사실상, 다른 한편으로 제 2 전기 명령 S2가 먼저 동기화되는 경우, 즉 개폐 니틀(7)의 리프트가 값 h`보다 클 때 시작하는 주 분사를 야기하기 위하여 먼저 동기화되는 경우, 연료 유량은 무시할 수 없는 예비 분사의 말미로 전달되며, 따라서 주 분사 및 예비 분사 사이 (바람직하지 않은)중복될 것이다.
반면에, 개폐 니들(7)이 값 h``아래 드롭되는 경우 주 분사의 시작을 위하여 제 2 전기 명령 S2가 주어지는 경우, 주 분사는 이전의 예비 분사로부터 분리될 것이며, 따라서 연속성 해결 수단 없이 프로파일(profile)은 얻어지지 못할 것이다. 특히, 분사 노즐(injection nozzles, 6a)를 통한 연료 유량은 리프트 값 h``에서 실링 시트까지 개폐 노즐(7)의 하강 구간 동안 및 리프트 값 h``이후 상승하는 동안에서 제로일 것이다.
그러나, 개폐 노즐(7)의 리프트가 값 h`및 h`` 사이일 때 주 분사의 시작은 두 험프 프로파일을 가지는 연료 분사율 형상은 좋은 반복성을 제공하기에 충분한 조건이 아니다. 예를 들어, 운동 법칙 A로 개폐 니들(7)을 주기 위하여 구성된 또는 설계된 인젝터(1)로, 바람직한 반복성은 짧은 시간 간격 {t2,t5}으로 주 분사를 시작하기 위해서 낮은 제 2 전기 명령 S2의 동기화 기회로 달성될 수 없다.
대신 운동 법칙 B로, 반복할 수 있는 방법에서 연속성 해결 수단 없이 예비 분사 및 주 분사를 제공할 수 있다. 사실상, 이러한 경우에서 시간 간격 {t1,t4}에서 주 분사를 시작하기 위하여 제 2 전기 명령 S2를 동기화하기 위해 관리의 높은 가능성이 있다. 사실상, 시간 간격 {t1,t4}은 시간 간격 {t2,t5}보다 명백히 넓다.
위에 언급했듯이, 운동 법칙 B의 굴곡점은 값 h` 및 h`` 사이 범위에서 높이 또는 리프트 값 q의 부근에 특정 시간 간격에 대한 "남아있는(remains)" 개폐 니들(7)을 나타낸다: 실제로 마치 예비 분사의 제 1 클로징 트러블 동안 개폐 노즐(7)이 중지되는 것 처럼, 거의 리프트 값 q에서 "플로팅" 되는 것 처럼 즉, 실링 시트에 도달하기 전 조금 "플로팅" 되는 것과 같다. 개폐 니들(7)의 운동 법칙을 결정 및 또는 설정에서 약간의 불확실성이 주어지면, 굴곡점의 리프트 값 q은 고유한 방법으로 정의되지 않으나, {η``, η`} 범위에서 포함되는 것으로 충분하다.
플로팅 현상(floating phenomenon)은 제한된 그러나 극소가 아닌 기간(예를 들어, 약 15-20초), 리프트 값 q 근처의 개폐 니들(7)의 위치를 유지하도록 인젝터의 작동에 적합하다. 위에 언급했듯이, 개폐 노즐(7)의 리프트 h가 값 h` 및 h`` 사이에 있을 때, 및 리프트 값 q와 대략 동일할 때 주 분사의 시작을 위하여 전기 체류 시간 DT의 선택하기 위한 조건은 도 4의 이상적인 작동점에 가깝고, 달성되는 작동의 좋은 반복성을 가능하게 한다. 특히, 주 분사의 개폐 니들(7)의 리프트는 실질적으로 동일한 시작 조건으로 발생하여서, 주 분사 동안 개폐 니들(7)의 운동 법칙 및 인젝터(1)에 의해 주입된 연료량은 하나의 동일한 인젝터로 다음의 분사 이벤트 및 주어진 많은 인젝터에 대하여 좋은 근사값을 가지는 일정한 방법으로 반복된다. 게다가, 주 및 예비 분사의 순간 유량 프로파일은 연속적이지만 구별가능하다.
즉, 주 분사 말미의 리프트 값 q에서 개폐 니들(7)의 플로팅 현상의 지속은 예를 들어, 약 15초 보다 긴 시간으로 (t4-t1)의 차이와 동일한 시간의 특정 폭(margin)을 보장하도록 연료 분사 시스템의 강인성(robustness)에 대하여 적합하며, 제 2 전기 명령 S2 및 중요한 결과의 필요 없이 주 분사를 발생시켜서 주입된 순간 유량의 프로파일에서 변경되며, 따라서 예비 및 주 분사의 총체에 의해 전체로 주입된 연료량에서 상당한 변화를 가지지 않고 변경된다. 예를 고려하여, 곡선에서 작은 드리프트 또는 변화량의 존재는 하나의 동일한 인젝터의 마모 또는 노화 때문에 그렇지 않으면 하나의 동일한 다수의 다른 인젝터에 대한 가공 공차(machining tolerance)때문에 약간의 차원 차이의 양을 시간의 함수로 예비 분사의 순간 연료 유량을 나타낸다: 시간의 상기 폭 때문에 개폐 니들(7)의 리프트가 값 h`보다 훨씩 작고 및 값 h``보다 클 때, 즉, 무시할만한 주입된 연료 유량으로 설계된 명세서에 따라 직면된 것과 유사한 작동 조건에서 어쨋든 시작하는 주 분사의 높은 확률이 있다. 게다가, 리프트 값 q에서 마이크로초에 대한 개폐 니들(7)의 정지를 고려하여, 또한 개폐 니들(7)이 실질적으로 한번 더 리프트 값 q(즉, 플로팅 조건에서)에 있을 때 시작하는 주 분사의 특정 확률이 존재한다. 따라서,시간의 함수로 주 분사의 순간 연료 유량의 프로파일은 실질적으로 변화 없이 유지되어서 예비 및 주 분사의 총체 동안 전체로 주입된 연료량은 실질적으로 일정하다.
상기 플로팅 현상을 얻기 위해, 순간 정량 챔버(metering chamber, 12)에서 연료의 압력 증가를 제한 또는 둔화하는 것이 편리하며, 연료 측정 서보 밸브(fuel-metering servo valve, 9)는 예비 분사를 닫고 중지한다: 사실상, 정량 챔버(12)의 압력은 개폐 니들(7)의 운동 법칙에 상당히 영향을 미친다.
상기 순간에, 목적은 스프링(53)으로 가해진 힘, 네블라이저(5)에서 개폐 니들(7)의 연료 압력으로 오프닝 동안 가해진 축력과 함께 특정 시간 간격의 균형을 맞추는 것이다. 상기 힘은 직경 D1 및 D3(도 3)으로 정의된 환형으로 작용한다. 정량 챔버(12)의 압력 값은 개폐 니들(7)의 플로팅을 가능하게 하고 따라서 직경 Dl, D4, D3 및 스프링(53)의 힘에 따라 결정되어서, 인젝터의 크기에 따라 다르다.
일반적으로, 제 1 전기 명령 S1(커먼 레일의 공급 압력과 실질적으로 동일한)이 발생될 경우 상기 압력 값은 정량 챔버(12)에서 압력 값의 50~80% 값으로 추정된다.
일반적으로, 이전에 커먼 레일의 공급 압력은 확정되고, 동적으로 압력은 교정 홀(calibrated holes, 25, 42) 뿐만 아니라 정량 챔버(12)의 용적에 의존하는 정량 챔버(12)에 따라 다르고, 동적으로 개폐 요소(15) 및 밸브 시트(47)사이의 영역 및 개폐 니들(7)(하강하는 후자의 경우, 가변하는 정량 챔버(12)의 용적)의 운동 법칙으로 개폐 요소(15)는 닫히고(도 5의 곡선 L의 감소 부분) 그런 다음 반등한다.
실험적으로, 본 출원자는 연료 측정 서보 밸브(9)의 배출 통로(14)가 재 오픈하는 경향이 있는 반등하는 한에 있어서 엔드-오브-트러블의 하강 위치에서 밸브 시트(47)로 개폐 요소(15)가 반등할 때 발생하는 정량 챔버(12)의 압력 증가의 상당한 감속을 증명하였다.
또한 플로팅 현상은 개폐 요소(15)의 제 1 반등양에 따라 결정된다: 개폐 요소의 최대 트러블의 80%영역의 양에서 큰 반등은 아마 개폐 요소(15)의 플로팅(floating)을 수반하지 않고 또한 정량 챔버(12)의 연료 생산이 과도하는 한 개폐 요소(15) 및 밸브 시트(47) 사이 연료에 대한 통로 영역의 함수로 플로팅을 수반하지 않는다.
이런 연결에서, 제 1 전기 명령 S1(T2 순간)의 말미 후에 리프트 값 q에서 개폐 니들(7)의 충분한 체류 시간(예를 들어, 적어도 20초)을 얻기 위하여, 남겨진 연료량 및 적어도 20마이크로초의 시간 간격을 고려하여 0.75~1로 남아있도록 정량 챔버(12)에 들어가는 연료량 사이 비율이 필요하다. 일반적으로, 플로팅 현상은 상기 비율이 0.75보다 높게 유지되는 시간 동안 내내 지속된다.
도 6의 그래프는 시간의 함수로 전기 명령 S1, 예비 분사를 얻기 위하여 전기 명령 S1으로 야기되는 개폐 요소(15)의 변위 L, 제 2 전기 명령(부분적으로 도시된), 주 분사를 얻도록 전기 명령 S2로 야기되는 변위 N(부분적으로 도시된)을 나타낸다. 이전에 전기 명령 S1이 중지되고, 개폐 요소(15)는 연료 측정 서보 밸브(9)를 닫도록 엔드-오브-트러블의 하강 위치 쪽으로 전자식 엑추에이터(10)의 스프링(22)에 의해 밀려진다. 개폐 요소(15)는 밸브 시트(47)와 마주치는 순간에 밸브 본체(28)에 영향을 주며, 운동 방향을 바꾼다. 전자식 엑추에이터(10)의 스프링(22)은 엔드-오브-트러블의 하강 위치 쪽으로 개폐 요소(15)를 밀도록 지속되어서, 크기(다음 주 분사가 없는 경우 발생하는 반등의 트레인을 파선으로 나타낸다)의 감소 때문에 반등 T의 트레인(train)이 발생된다.
주 분사를 수행하기 위해, 엔드-오브-트러블의 상승 위치(raised end-of-travel position)에서 엔드-오브-트러블의 하강 위치(lowered end-of-travel position)로 완전한 트러블을 종결시킨 후 개폐 요소(15)가 밸브 시트(47)에 반등할 때, 엔드-오브-트러블의 상승 위치 쪽으로 개폐 요소(15)가 리콜(recall) 되도록 전기 체류 시간 DT이 선택되고, 이번에 제 1 전기 명령 S1은 중지된다. 즉, 주분사의 제 2 전기 명령 S2는 개폐 요소가 반등하고, 출구 통로를 아직 완전히 닫지 못하는 동안 발생되어서, 정량 챔버(12)의 압력은 제 1 전기 명령 S1 전에 했던 레벨로 복원되지 않는다.
개폐 니들(7)은 개폐 요소(15)의 운동에 대하여 특정 딜레이(delay)로 이동하며, 예비 분사의 말미의 하강동안 반등 효과의 영향을 받을 때, 값 h` 및 h`` 사이 리프트 값에서 네블라이저(5)의 실링 시트(sealing seat) 부근에 떠오르는 경향이 있다.
제 2 전기 명령 S2가 발생될 경우, 후자(latter)는 실질적으로 순간적인 방법으로, 연료 측정 서보 밸브(9)의 완전한 재오프닝(re-opening)을 얻기 위해 개폐 요소(15)의 리프팅 힘의 원인이 된다. 상기 재오프닝은 특정 딜레이로, 정확히 개폐 니들(7)이 플로팅 단계에서 상기 리프트 값에 있을 경우 개폐 니들(7)의 상승을 야기하여서 주 분사의 시작을 야기한다.
약 1600바(bar)의 공급 압력으로 예비 분사 동안 1-3㎣의 연료량을 도입하여, 제 2 전기 명령 S2은 개폐 요소(open/close element, 15)의 첫 번째 반등 중에 발생된다. 전기 체류 시간 DT는 연료 측정 서보 밸브(fuel-metering servo valve, 9), 스프링(spring, 53)의 예압, 정량 챔버(metering chamber, 12)의 용적, 반등 범위에 따라 결정된다(따라서, 인젝터에서 인젝터까지 달라진다).
전기 체류 시간 DT는 어쨌든 엔드-오브-트러블의 상승 위치(raised end-of-travel position)에서 엔드-오브-트러블의 하강 위치까지 하강을 수행하도록 개폐 요소(15)에서 필요한 시간보다 길어야한다. 상기 하강동안, 정량 챔버(12)의 압력은 밸브 시트(47)(즉, 하강의 제 1 트러블의 마지막 부분에서)와 관련되는 후자 전에 이미 개폐 요소(15)에 의해 부분적으로 차단되는 정량 챔버(12)에서 연료 유량을 배출하도록 부분적으로 복원된다. 하한 정지(lower limit)는 약 20 마이크로초(microseconds)이며, 광대역의 매개 변수(정량 챔버(12)의 용적, 개폐 요소(15) 및 실링 시트(47) 사이 통로 영역, 등)로 결정된다.
위에 언급한대로, 제 2 전기 명령 S2은 반등점 T 트레인의 첫 번째 1 반등, 예를 들어 첫 번째 두 반등 중에 발생되고, 마지막 반등 중에 발생되지 않고, 여기에서 배출 통로(14)의 오프닝은 무시할 수 있고, 예를 들어 개폐 니들(7)의 플로팅이 가능하도록 값에서 정량 챔버(12)의 압력을 유지하기 위해 효과적이지 않다.
게다가, 편리하게도 개폐 요소(15)가 엔드-오브-트러블의 상승 위치(raised end-of-travel position)의 방향으로 이동을 실행할 때, 예를 들어, 반등 동안 운동 경로의 정점(apex)에서 제 2 전기 명령 S2이 발생된다. 이러한 방식으로, 전기자(16)의 힘은 밸브 시트(47) 쪽으로 개폐 요소(15)의 드롭(drop) 촉진으로 역행하지 않지만, 개폐 요소의 운동 방향과 일치하여서 엔드-오브-트러블의 상승 위치에 돌아오도록 개폐 요소(15)의 반응 시간은 짧다.
제 1 반등의 정점 G에서 개폐 요소(15)에 의해 드러난 통로 영역은 홀(hole, 42) 통로 구간의 적어도 5배이다.
개폐 요소(open/close element, 15)의 높이, 댐핑(damping), 반등 수는 예를 들어, 개폐 요소(15) 및 전기자(armature, 16)의 질량, 전기 자 및 개폐 요소(15) 사이 결합(고정된 또는 축방향으로) 타입 및 개폐 요소(15)의 클로징 동안 밸브 시트(valve seat, 47)의 연료(액체 또는 증기) 상태, 예압 및 전자식 엑추에이터(10) 스프링(22)의 경직(stiffness), 개폐 요소(15)의 상승(즉, 올려진 및 엔드-오브-트러블의 하강 위치(raised and lowered end-of-travel positions) 사이 거리), 개폐 요소(15) 및 밸브 시트(47) 사이 및/또는 교정 홀(calibrated hole,42)에서 연료의 유출 영역과 같은 매우 많은 요인 및 양에 따라 결정된다.
앞서 말한 것으로부터, 시간 간격의 진폭에 영향을 미치는 매개 변수로 명백하며, 개폐 니들(7)은 다수의 플로팅 조건에 있으며, 가능한 결합이 극도로 많기 때문에 정확하게 최적 값을 정의할 수 없다.
예로서, 도 2 및 3과 같은 안정된 개폐 요소를 포함하는 서보 밸브를 가지는 인젝터는 다음의 방식으로 크기가 정해진다:
- 인젝터(injector, 1)는 안티-반등 장치가 없다;
- 서로 고정된 전기자(16) 및 개폐 요소(open/close element, 15) 총체의 리프트는 15 ~ 23 μm 이다;
- 정량 챔버(metering chamber, 12)(개폐 니들(7)이 네블라이저(nebulizer, 5)의 실링 시트와 관련되는 경우)의 용적은 10 ~ 20 ㎣이다;
- 스프링(spring, 22)의 예압은 40 ~ 75 N이다;
- 개폐 요소(15) 및 밸브 시트(valve seat, 47) 사이 실링 직경은 2.3 ~ 2.8 mm이다;
- 스프링(spring, 53)의 예압은 20 ~ 35 N이다;
- 교정 홀(calibrated holes, 42)의 등가 직경은 0.2 ~ 0.25 mm이다;
- 직경 D3 및 직경 D1 사이 비율은 0.4 ~ 0.6이다;
- 제어봉(8)(도 2)의 외부 직경 D4 및 직경 D1 사이 비율은 1.07 ~ 1.1이다;
- 슬리브(15) 및 전기자(16) 총체의 질량은 2 ~ 4 g이다;
- 100바(bar)의 참조 압력에서 네블라이저 유량의 최대 값 QMAX는 270 ~ 450 ㎤/30s이며;
- 엔드-오브-트러블의 하강 및 상승 위치 사이 개폐 요소(15)의 트러블은 12 ~ 22 μm 이다.
이러한 크기 결정에 따라, 1600 바의 공급 압력으로 실험적으로 설정되고, 리프트 값 q에서 플로팅 중에 다시 개폐 니들(76)을 상승시키기 위해 최적 전기 체류 시간 DT는 25 ~ 60 마이크로초이다.
앞서 말한 것 처럼, 개폐 니들(7)이 값 h` 및 h`` 사이 거리에 떠있을 때, 연속성 해결 없이 예비 및 주분사 및 발생되는 제 2 전기 명령을 위하여 전기 체류 시간 DT을 선택하기 위한 편리한 방법은 명백하다.
반등 중에 개폐 요소(15)를 상승시키기 위한 전기 체류 시간 DT의 설정은 특히 바람직한 경우이며, 주 분사의 시작은 개폐 니들(7)의 플로팅(floating)과 일치할 수 있다.
개폐 니들(7)의 플로팅은 획득된 동일한 인젝터의 연속 분사 이벤트(successive injection events) 사이 주입된 연료량에 대한 좋은 균일성뿐 아니라 하나의 동일한 롯트(lot)에 속하는 다른 인젝터 사이 작동의 좋은 균일성 및 마모 및 노화에도 불구하고 주입된 연료량에 대한 균일성을 갖게 한다.
실행된 실험 테스트에서, 정량 챔버(12) 및 다른 매개 변수의 용적 설정은 위에 나타냈듯이 중요하다고 증명하기 위해 참조되었다. 요구가 많은 실험 캠페인의 결과(fruit)를 고려하면, 이러한 설정은 개폐 니들(7)이 플로팅 현상에 의해 영향을 받을 수록, 받든지 결정하고자 기술의 숙련자에게 결코 사소하지 않다. 예를 들어, 스프링의 예압이 130 N보다 높은 값으로 설정되는 경우, 실질적으로 개폐 요소의 반등이 사라져 그 밖의 모든 매개변수는 위에 언급한 범위로 고정되며, 개폐 니들(7)의 운동 법칙은 리프트 값 q의 체류의 어떠한 굴곡도 가지지 않는다.
수정 및 변경는 첨부된 청구항의 정의로 본 발명의 보호 범위에서 벗어나지 않고, 여기에 설명된 및 도면이 있는 인젝터(1) 및 시스템(2)으로 구성될 수 있는 것으로 완전히 이해된다.
예를 들어, 네블라이저(nebulizer)는 도 7에 삽입된 하나와 다른 타입, 예를 들어 VCO 타입(구멍이 덮힌 밸브(valve covered orifice))일 수 있고, 여기서 분사 노즐은 개폐 니들(7)로 직접 차단된다: 네블라이저의 이런 타입의 특성 곡선은 도 8에 삽입된 것과 동일한 성질의 플롯(plot)을 가진다.
개폐 노즐(7)의 플로팅(floating)을 얻기 위해 개폐 요소는 반동하지 않게 사용될 수 있지만 반등을 얻을 수 있는 것과 동등한 프로파일에 정량 챔버의 압력을 할당하는 것과 같은 운동 법칙으로 압전 엑추에이터(piezoelectric actuator)에 의해 작동된다.
인젝터(1)는 본 발명자의 이름으로 출원된 유럽 특허 출원 번호 EP2138705에 설명된 대로 반등을 제어하기 위한 장치로 제공될 수 있으며, 크기를 제한하도록 구성되고 하나 이후 반등의 완전한 소멸을 야기하며 제 2 전기 명령의 시작에서 개폐 요소(15)의 상승은 동기화된 주 분사를 조절하기 위해 발생되어야 한다. 따라서 상기 장치는 연료 분사율 형상이 적용되지 않는 분사 이벤트의 모든 예비 분사 형상 부분 및 예비 분사(예를 들어, 모든 주분사의 말미에 대한)와 다른 모든 분사를 위해 조정한다.
단순함의 이유로 위에 설정된 처리에서, 개폐 니들(7)이 네블라이저(5)의 실링 시트와 접촉할 경우, 개폐 니들(7)(및 존재하는 제어봉(8)의 가능성)의 축 탄성 변형(axial elastic deformation)을 고려하지 않는다.
Claims (17)
- 내연 기관용 연료 분사 시스템으로서,
- 적어도 하나의 연료 인젝터 및
- 전자 제어 유닛을 포함하고,
상기 연료 인젝터는
a) 연료 측정 서보 밸브(fuel-metering servo valve); 및
b) 내연 기관의 실린더로 연료를 분사하기 위하여 위치 결정 스프링(positioning spring)의 탄성 작용 및 정량 챔버의 압력에 반응하여 움직일 수 있는 개폐 니들(open/close needle);을 포함하며,
상기 연료 측정 서보 밸브는
(1) 전자식 엑추에이터(electric actuator),
(2) 정량 챔버(metering chamber), 및
(3) 엔드-오브-트레블의 하강 위치(lowered end-of-travel position) 및 엔드-오브-트레블의 상승 위치 사이에서 전자식 엑추에이터의 작용에 반응하여 움직일 수 있는 개폐 요소(open/close element)를 포함하며, 상기 엔드-오브-트레블의 하강 위치(lowered end-of-travel position)에서 상기 개폐 요소는 상기 정량 챔버 밖으로 나온 배출 통로를 닫도록 밸브 시트에 기대어 있고, 상기 엔드-오브-트레블의 상승 위치에서 상기 개폐 요소는 상기 배출 통로를 개방시키며,
상기 전자 제어 유닛은 상기 실린더로의 연료 분사 이벤트에서, 개폐 니들에 예비 연료 분사를 행하기 위한 제1 오프닝 트레블(opening travel)을 수행하는 제1 전기 명령; 및 상기 개폐 니들에 주 연료 분사를 행하기 위한 제2 오프닝 트레블(opening travel)을 수행하는 제2 전기 명령;을 상기 전자식 엑추에이터에 발하도록 구성되고, 주 연료 분사가 예비 연료 분사의 말미에 대하여 유압 체류시간 없이 개시되도록 상기 제1 및 제2 전기 명령이 전기 체류 시간에 의해 시간상으로 분리되며;
특정 시간 간격 동안, 위치 결정 스프링에 의해 가해지는 힘과 함께, 정량 챔버 내의 압력이 균형을 유지하도록, 배출 통로를 폐쇄하기 위한 상기 연료 인젝터의 크기 결정 및 상기 개폐 요소의 이동이 이루어지고, 상기 예비 연료 분사의 종료시에, 만약 이어지는 주 분사가 지시되지 않으면, 예비 연료 분사의 클로징 트레블(closing travel)을 따라 상기 개폐 니들의 리프트를 시간의 함수로서 나타낸 곡선이 제1 리프트 값과 제2 리프트 값 사이의 제3 리프트 값의 변곡점을 가지고, 상기 개폐 니들이 상기 제3 리프트값에서 일시적으로 체류할 수 있도록, 연료 압력에 의한 오프닝 동안의 축력이 상기 개폐 니들에 가해지도록 되어 있고, 주어진 참조 압력에서, 주입되는 연료 유량을 상기 개폐 니들의 리프트 함수로서 표현된 특성 곡선을 고려하여, 상기 제1 리프트 값은 얻은 최대 유량 값의 7%의 연료 유량을 가능하게 하는 리프트 값과 동일하게 상정되고; 상기 제2 리프트 값은 상기 제1 리프트 값의 30%로 상정되며,
상기 제2 전기 명령은, 상기 개폐 니들이 제1 및 제2 리프트 값 사이에 있을 경우 상기 개폐 니들의 제2 오프닝 트레블을 시작하도록 상기 전자식 엑추에이터로 발행되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 제2 전기 명령이 발행되기 전, 상기 밸브 시트에 충돌한 후, 상기 개폐 요소의 적어도 한 번의 반등을 가능하게 하도록 상기 배출 통로가 폐쇄되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 전자식 엑추에이터는 압전 엑추에이터(piezoelectric actuator)이며, 상기 압전 엑추에이터를 제어하여 상기 배출 통로가 폐쇄되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 연료 인젝터 수명의 초기에, 상기 개폐 니들이 상기 제3 리프트 값에 있을 경우, 주 연료 분사가 개시되도록 상기 제2 전기 명령은 상기 전자식 엑추에이터로 발행되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 개폐 니들이 15 마이크로초 이상의 시간 동안 상기 제3 리프트 값에 있도록 상기 연료 인젝터가 형성되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 특성 곡선의 상기 참조 압력은 커먼 레일의 공급 압력과 동일한, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 정량 챔버의 연료 압력이 상기 제1 전기 명령이 발행될 때의 상기 정량 챔버 내의 압력의 50 ~ 80%인 경우, 상기 제2 전기 명령이 상기 전자식 엑추에이터로 발행되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 제1 전기 명령이 끝난 후에, 적어도 20 마이크로초의 시간 간격을 고려하면, 상기 정량 챔버에서 나오는 연료량 및 상기 정량 챔버 내로 유입되는 연료량 사이 비율이 0.75 ~ 1로 유지되도록 상기 연료 인젝터가 형성되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 제2 전기 명령은 상기 반등 동안 상기 전자식 엑추에이터로 발행되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 9항에 있어서,
상기 제2 전기 명령은 상기 밸브 시트의 상기 개폐 요소의 첫 번째 두 충돌 사이의 반등 중에 발행되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 9항에 있어서,
상기 개폐 요소가 엔드-오브-트레블의 상승 위치 쪽을 향하여 이동할 경우 상기 제2 전기 명령이 발행되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 11항에 있어서,
상기 개폐 요소가 상기 반등 정점에 있을 경우 상기 제2 전기 명령이 발행되는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 9항에 있어서,
상기 연료 인젝터는 안티 반등 장치가 없는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 9항에 있어서,
상기 연료 인젝터는 상기 제2 전기 명령의 개시가 동기화되는 반등에 이어 반등의 진폭을 제한하거나 상기 반등을 취소시키는 제어 장치를 포함하는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 개폐 요소는 슬리브에 의해 정의되며, 상기 개폐 요소가 엔드-오브-트레블의 하강 위치로 설정될 경우, 상기 연료 압력은 실질적으로 제로인 오프닝 힘을 상기 슬리브에 가하도록 되어 있는, 내연 기관용 연료 분사 시스템. - 제 13항에 있어서,
상기 개폐 요소는 슬리브에 의해 정의되며, 상기 개폐 요소가 엔드-오브-트레블의 하강 위치로 설정될 경우, 상기 연료 압력은 실질적으로 제로인 오프닝 힘을 상기 슬리브에 가하도록 되어 있고;
- 상기 연료 측정 서보 밸브는 상기 정량 챔버로 들어가는 유입 통로 및 상기 배출 통로에 설정되는 두 제한부(restrictions)를 각각 가지며;
- 상기 개폐 니들이 연료 분사를 차단하는 실(seal)을 제공하는 직경 및 상기 개폐 니들의 최대 직경의 비율은 0.4 ~0.6이며;
- 상기 제한부의 각각의 직경 사이의 비율은 0.9 ~1.1이고;
- 상기 개폐 니들이 대응하는 실링 시트(sealing seat)에 대해 실(seal)을 제공하는 경우, 상기 정량 챔버의 용적은 10~20 ㎣이며;
- 상기 개폐 요소 및 상기 밸브 시트(valve seat) 사이의 실링 직경은 2.3 ~2.8 mm이고;
- 상기 엔드-오브-트레블의 하강 위치 및 상승 위치 사이에서 상기 개폐 니들(15)의 트레블은 12 ~ 22 μm이며,
상기 제1 전기 명령의 끝 및 상기 제2 전기 명령의 개시 사이의 전기적 체류 시간이 25 ~60 마이크로초인, 내연 기관용 연료 분사 시스템.
- 삭제
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20100168795 EP2405121B1 (en) | 2010-07-07 | 2010-07-07 | Fuel-injection system for an internal-combustion engine |
| EP10168795.2 | 2010-07-07 | ||
| PCT/EP2011/061558 WO2012004368A1 (en) | 2010-07-07 | 2011-07-07 | Fuel-injection system for an internal-combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130105599A KR20130105599A (ko) | 2013-09-25 |
| KR101809622B1 true KR101809622B1 (ko) | 2017-12-15 |
Family
ID=43259799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020137002972A KR101809622B1 (ko) | 2010-07-07 | 2011-07-07 | 내연 기관용 연료 분사 시스템 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9068544B2 (ko) |
| EP (1) | EP2405121B1 (ko) |
| JP (1) | JP5819955B2 (ko) |
| KR (1) | KR101809622B1 (ko) |
| CN (1) | CN103119274B (ko) |
| WO (1) | WO2012004368A1 (ko) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2482494A (en) * | 2010-08-03 | 2012-02-08 | Gm Global Tech Operations Inc | Method for estimating an hydraulic dwell time between fuel injection pulses which corrects for injection timing delays |
| KR101349522B1 (ko) * | 2012-06-20 | 2014-01-09 | 현대자동차주식회사 | 폐루프 제어 연료분사방법 |
| DE102012213883B4 (de) * | 2012-08-06 | 2015-03-26 | Continental Automotive Gmbh | Gleichstellung des Stromverlaufs durch einen Kraftstoffinjektor für verschiedene Teileinspritzvorgänge einer Mehrfacheinspritzung |
| JP2014194203A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Denso Corp | 燃料噴射ノズル |
| JP2014194202A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Denso Corp | 燃料噴射ノズル |
| JP6098446B2 (ja) * | 2013-09-04 | 2017-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 機関制御装置 |
| GB2530738A (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-06 | Gm Global Tech Operations Inc | Method of controlling an injection dwell time between two injections of a fuel injector |
| DE102015202389A1 (de) * | 2015-02-11 | 2016-08-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils |
| GB201511007D0 (en) * | 2015-06-23 | 2015-08-05 | Delphi Int Operations Lux Srl | Nozzle assembly with adaptive closed signal |
| CN105673282B (zh) * | 2016-04-08 | 2018-05-18 | 龙口龙泵燃油喷射有限公司 | 压力平衡阀式共轨喷油器 |
| US10208700B2 (en) * | 2016-05-31 | 2019-02-19 | Ford Global Technologies, Llc | Method to control fuel spray duration for internal combustion engines |
| US11260407B2 (en) * | 2016-08-30 | 2022-03-01 | Ford Global Technologies, Llc | Methods and systems for a fuel injector assembly |
| US11266344B2 (en) | 2016-09-21 | 2022-03-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for measuring skin condition and electronic device therefor |
| JP2019039323A (ja) * | 2017-08-23 | 2019-03-14 | 株式会社デンソー | 燃料噴射制御装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761113A1 (fr) | 1997-03-18 | 1998-09-25 | Denso Corp | Procede et systeme de regulation d'injection de carburant |
| US20090150044A1 (en) | 2007-12-07 | 2009-06-11 | General Electric Company, A New York Corporation | Fuel injection system and method of operating the same for an engine |
| JP4404111B2 (ja) | 2007-07-19 | 2010-01-27 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9509610D0 (en) * | 1995-05-12 | 1995-07-05 | Lucas Ind Plc | Fuel system |
| US5655501A (en) * | 1996-05-09 | 1997-08-12 | Caterpillar Inc. | Rate shaping plunger/piston assembly for a hydraulically actuated fuel injector |
| DE19636088C2 (de) * | 1996-09-05 | 2003-02-06 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Verfahren zur Steuerung der direkten Einspritzung von Kraftstoff |
| US6079641A (en) * | 1998-10-13 | 2000-06-27 | Caterpillar Inc. | Fuel injector with rate shaping control through piezoelectric nozzle lift |
| IT1308412B1 (it) | 1999-03-05 | 2001-12-17 | Fiat Ricerche | Metodo di controllo della combustione di un motore diesel ad iniezionediretta tramite l'attuazione di iniezioni multiple mediante un sistema |
| IT1310757B1 (it) | 1999-11-30 | 2002-02-22 | Fiat Ricerche | Valvola di dosaggio a comando elettromagnetico per un iniettore dicombustibile |
| DE10012552A1 (de) * | 2000-03-15 | 2001-09-27 | Bosch Gmbh Robert | Einspritzeinrichtung mit einem Aktor zur Nadelhubsteuerung |
| US6520150B1 (en) * | 2000-08-23 | 2003-02-18 | Detroit Diesel Corporation | Fuel injector assembly and internal combustion engine including same |
| US6745958B2 (en) * | 2002-02-05 | 2004-06-08 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Dual control valve |
| US7059301B2 (en) * | 2003-02-20 | 2006-06-13 | Caterpillar Inc. | End of injection rate shaping |
| DE10326914A1 (de) * | 2003-06-16 | 2005-01-05 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren für die Steuerung eines Einspritzventils |
| EP1621764B1 (en) | 2004-06-30 | 2007-11-07 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Internal combustion engine fuel injector |
| DE602004002686T8 (de) | 2004-06-30 | 2008-01-03 | C.R.F. Società Consortile per Azioni, Orbassano | Kraftstoffinjektor mit kraftausgeglichenem Steuerventil |
| JP4428201B2 (ja) * | 2004-11-01 | 2010-03-10 | 株式会社デンソー | 蓄圧式燃料噴射装置 |
| EP1657422A1 (en) | 2004-11-12 | 2006-05-17 | C.R.F. Societa' Consortile per Azioni | A method for controlling fuel injection in an internal combustion engine |
| DE102005036192A1 (de) * | 2005-08-02 | 2007-02-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine |
| EP1795738A1 (en) | 2005-12-12 | 2007-06-13 | C.R.F. Societa Consortile per Azioni | Fuel-injection system for an internal-combustion engine and corresponding method for controlling fuel injection |
| DE102007047426A1 (de) | 2007-05-15 | 2008-11-20 | Robert Bosch Gmbh | Injektor mit Piezoaktor |
| EP2022977B1 (en) * | 2007-07-30 | 2011-03-02 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Balanced metering servovalve for a fuel injector of an internal combustion engine |
| US20090048757A1 (en) * | 2007-08-13 | 2009-02-19 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Control strategy for transitioning among combustion modes in an internal combustion engine |
| EP2037109B1 (en) * | 2007-09-14 | 2010-06-16 | Delphi Technologies Holding S.à.r.l. | Injection control system |
| DE102008005532A1 (de) | 2008-01-22 | 2009-07-23 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffinjektor, dessen Steuerventilelement einen Stützbereich aufweist |
| DE102008005534A1 (de) | 2008-01-22 | 2009-07-23 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffinjektor |
| EP2138706B1 (en) | 2008-06-27 | 2010-11-10 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Fuel injector with balanced metering servovalve for an internal-combustion engine |
-
2010
- 2010-07-07 EP EP20100168795 patent/EP2405121B1/en active Active
-
2011
- 2011-07-07 WO PCT/EP2011/061558 patent/WO2012004368A1/en active Application Filing
- 2011-07-07 US US13/805,629 patent/US9068544B2/en active Active
- 2011-07-07 CN CN201180043195.2A patent/CN103119274B/zh active Active
- 2011-07-07 KR KR1020137002972A patent/KR101809622B1/ko active IP Right Grant
- 2011-07-07 JP JP2013517397A patent/JP5819955B2/ja active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761113A1 (fr) | 1997-03-18 | 1998-09-25 | Denso Corp | Procede et systeme de regulation d'injection de carburant |
| JP4404111B2 (ja) | 2007-07-19 | 2010-01-27 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
| US20090150044A1 (en) | 2007-12-07 | 2009-06-11 | General Electric Company, A New York Corporation | Fuel injection system and method of operating the same for an engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9068544B2 (en) | 2015-06-30 |
| CN103119274A (zh) | 2013-05-22 |
| EP2405121A1 (en) | 2012-01-11 |
| CN103119274B (zh) | 2015-11-25 |
| JP2013533940A (ja) | 2013-08-29 |
| WO2012004368A1 (en) | 2012-01-12 |
| EP2405121B1 (en) | 2013-10-09 |
| US20130167808A1 (en) | 2013-07-04 |
| KR20130105599A (ko) | 2013-09-25 |
| JP5819955B2 (ja) | 2015-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101809622B1 (ko) | 내연 기관용 연료 분사 시스템 | |
| KR101223851B1 (ko) | 내연기관의 높은 작동 반복성 및 안정성을 갖는 연료분사 시스템 | |
| JP4444234B2 (ja) | 内燃機関用の燃料噴射装置 | |
| CN101910605B (zh) | 降低了操作中随时间的变化的发动机和控制阀组件 | |
| WO2001075296A1 (en) | Closed nozzle fuel injector with improved controllability | |
| JP5890714B2 (ja) | 大型ディーゼルエンジンのための電子制御式燃料噴射装置 | |
| JPH06307309A (ja) | 燃料噴射方法及び装置 | |
| CN102213166A (zh) | 一种高压共轨电控喷油器 | |
| JP6231680B2 (ja) | 噴射装置 | |
| KR102244948B1 (ko) | 연료 분사 노즐 | |
| JP3738921B2 (ja) | 蓄圧式燃料噴射装置 | |
| EP3004625B1 (en) | Control valve for a fuel injector | |
| EP2508746A1 (en) | A method for controlling an injection rate of a common rail fuel injector, a common rail fuel injection system and a fuel injector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |