KR101924657B1 - 연료 분사 장치, 피스톤 기관, 및 피스톤 기관의 작동 방법 - Google Patents

연료 분사 장치, 피스톤 기관, 및 피스톤 기관의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분사기 니들 (40) 이 제공되는 연료 분사기 보디 (25) 를 포함하는 피스톤 기관용 연료 분사 장치 (20) 에 관한 것으로, 상기 분사기 니들은 분사기 니들의 위치에 근거하여 분사 장치로부터의 연료 분사 유동을 방지하거나 허용하도록 배치되며, 상기 위치는 가압된 제어 유체 (63) 의해 달성되어, 가압된 제어 유체를 적용함으로써 니들 (40) 이 그의 폐쇄 위치를 향해 강제될 수 있고, 가압된 제어 유체를 줄임으로써 니들이 그의 폐쇄 위치로부터 멀어질 수 있으며, 상기 분사 장치는 제어 유체용 유동 경로 (80, 75, 69, 85, 90, 71) 를 추가로 포함하고, 제어 유체용 유동 경로는 제어 유체 유동에 제한 효과를 제공하는 제한 섹션 (71, 69) 을 포함한다. 제한 섹션 (71, 69) 은 온도 의존성 제한 효과를 제공하는 적어도 하나의 온도 영향성 부재 (65, 71) 를 포함한다. 또한, 본 발명은 피스톤 기관 및 피스톤 기관의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

연료 분사 장치, 피스톤 기관, 및 피스톤 기관의 작동 방법{A FUEL INJECTION APPARATUS, A PISTON ENGINE AND METHOD OF OPERATING A PISTON ENGINE}
본 발명은 내연 피스톤 기관용 연료 분사 장치, 및 연료 분사 비율 제어 (rate shaping) 에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 피스톤 기관 및 피스톤 기관을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
내연 기관에는 연료의 가압과 분사의 제어를 구분하는 연료 분사 시스템이 일반적으로 제공된다. 이러한 시스템에서 가압된 연료의 저장소로서 어큐뮬레이터 체적이 사용되고, 연소 챔버로의 가압된 연료의 진입은 연료 분사기 노즐의 밸브 니들에 의해 달성된다. 이러한 시스템은 커먼 (common) 레일 연료 분사 시스템으로서 일반적으로 공지된다.
또한, 노즐에 공급된 연료의 압력 및 양은 연소 프로세스에 의해 생성된 연소 가스의 양과 질에 대해 중요성을 가지고, 이러한 가스는 결국 환경을 로딩한다. 따라서, 다양하고 비교적 복잡한, 전자 시스템에 의해 공급 라인 내의 연료 유동 비율 및 압력을 제어하는 것을 목적으로 하고 있다.
커먼 레일 시스템에서, 밸브 니들의 제어는 니들의 개방 및/또는 폐쇄 방향으로 니들의 표면에 대해 작용하는 연료 압력을 사용함으로써 통상적으로 달성된다. 통상의 커먼 레일 시스템에서, 밸브 니들이 분사기 노즐 내에서 상승하기 시작하는 때에, 거의 즉시 분사 압력이 높은 압력 레벨에 도달한다.
따라서, 연료는 질량 유동이 분사의 처음 시작부터 매우 방대해지도록 연소 공간에 분사된다. 이 경우에, 실린더 압력은 최적의 성능을 달성하기 위해 매우 빠르게 상승할 수 있다. 따라서, 분사 압력 커브 (분사 공정 동안의 여러 순간에서의 노즐의 압력) 로 도시된 최대 압력은 일반적으로 매우 일찍 도달된다. 게다가, 다음 분사의 시작 이전에 분사 압력을 감소시키는데 시간이 걸린다.
압력의 증가 비율을 제어하기 위해 비율 제어 장치에 의해 이른바 연료 분사의 비율 제어를 이용하는 것이 공지되어 있다.
EP 1686257 A2 는, 개방 및 폐쇄 방향으로 니들 표면에 연료 압력을 받게 함으로써 밸브 니들이 제어되는 연료 분사기를 개시하고, 상기 경우에 니들은 폐쇄된 상태로 유지된다. 분사의 경우에, 폐쇄 방향으로 니들 표면에 작용하는 연료 압력은 노즐의 스필 포트 (spill port) 를 개방함으로써 완화되고, 이는 힘의 균형, 즉 니들의 운동을 변화시킨다. 또한, EP 1686257 A2 는, 분사의 초기 부분 동안 연료 유동을 제한하고 분사의 이후 부분 동안 연료의 더 큰 유동을 야기하는 비율 제어 시스템을 개시하고 있다. 이러한 장치에서, 비율 제어는 연료를 분사기의 색 (sac) 에 이르게 하는 메인 연료 라인 내에 제공된 제한들을 변화시키는 것에 기초한다.
이러한 연료 분사기가 이와 같이 사용하기에 적합할 수 있다 하더라도, 비율 제어 기능의 보다 정밀한 제어에 대한 요구가 발생하였다. 따라서, 본 발명의 목적은, 기관의 다양한 작동 조건에서 더 잘 작동하는 피스톤 기관용 연료 분사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 분사기 니들 (injector needle) 이 제공되는 연료 분사기 보디를 포함하는 피스톤 기관용 연료 분사 장치에 의해 충족되고, 상기 분사기 니들은 분사기 니들의 위치에 근거하여 분사 장치로부터의 연료 분사 유동을 방지하거나 허용하도록 배치되고, 상기 분사기 니들의 위치는 가압된 제어 유체에 의해 달성되어, 가압된 제어 유체를 적용함으로써 니들이 그의 폐쇄 위치를 향해 강제될 수 있고, 가압된 제어 유체를 감소시킴으로써 니들이 그의 폐쇄 위치로부터 멀어질 수 있으며, 연료 분사 장치는 제어 유체용 유동 경로를 추가로 포함하고, 제어 유체용 유동 경로는 제어 유체 유동에 제한 효과를 제공하는 제한 섹션을 포함한다. 본 발명의 특징은 상기 제한 섹션이 온도 의존성 제한 효과를 제공하는 적어도 하나의 온도 영향성 (temperature-effected) 부재를 포함하는 것이다.
이런 식으로 연료 분사 비율 제어는 상이한 온도에서의 제한 섹션의 상이한 제한 효과에 의해 달성될 수 있다. 제한 섹션의 온도는 연료의 온도를 변화시킴으로써 변화될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라, 제한 섹션은 제어 유체용 유동 경로를 규정하는 적어도 하나의 표면을 가지고, 적어도 하나의 표면은 협동작동하는 적어도 두 개의 온도 영향성 부재를 포함하고, 온도 영향성 부재 중 제 1 부재는 온도 영향성 부재 중 제 2 부재와는 상이한 열 팽창 계수를 갖는다.
본 발명의 실시형태에 따라, 제 1 부재는 세라믹 재료이고, 제 2 부재는 강이다. 또한, 세라믹 재료는 사용 중에 개선된 내마모성을 제공한다.
가압된 제어 유체를 적용함으로써 니들이 그의 폐쇄 위치를 향해 강제될 수 있고 가압된 제어 유체를 감소시킴으로써 니들이 그의 폐쇄 위치로부터 멀어질 수 있도록, 분사기 니들의 위치가 가압된 제어 유체에 의해 달성되므로, 제어에 대한 비율 제어 작동의 효과는 연소 챔버로의 분사기를 통한 실제 연료 유동에 불리한 효과를 야기하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 연료 분사기 보디는 분사기 니들이 배치되는 분사기 공간을 포함하고, 상기 분사기 공간에는, 연료가 분사기 니들의 제어하에서 분사될 수 있는 분사기 공간의 제 1 단부의 연료 분사 스프레이 홀 오리피스, 및 연료 입구 포트가 제공되고, 분사기 니들의 제 2 단부가 제어 공간과 접하도록 배치되며, 상기 제어 공간은 제한 섹션이 배치되는 제어 유체용 유동 경로에 속한다.
제어 공간은 유리하게는 분사기 니들을 적어도 부분적으로 둘러싸는 칼라 부분 (collar part) 에 의해 접해진다. 바람직한 실시형태에 따라, 제어 공간은 분사기 니들의 단부를 적어도 부분적으로 둘러싸는 칼라 부분에 의해 접해진다. 제한 섹션은 분사기 니들 및 칼라 부분의 카운터 면들 (counter surface) 을 포함한다.
유리하게는 칼라 부분은 분사기 니들의 재료와 상이한 재료이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 칼라 부분 내에는 오리피스를 갖춘 별개의 제어 플레이트가 배치되고, 제한 섹션은 제어 플레이트의 오리피스 및 밸브 플레이트의 출구 채널의 제 2 수축부 (constriction) 를 포함하고, 상기 플레이트는 밸브 플레이트와는 상이한 열 팽창 계수를 가진다.
피스톤 기관은 분사기 니들이 제공되는 연료 분사기 보디를 포함하는 커먼 레일 연료 분사 시스템을 구비하고, 상기 니들은 그의 위치에 근거하여 분사기로부터의 연료 분사 유동을 방지하거나 허용하도록 배치되며, 분사기 니들의 위치는 가압된 제어 유체에 의해 달성되어, 가압된 제어 유체를 적용함으로써 니들은 그의 폐쇄 위치를 향해 강제될 수 있고, 가압된 제어 유체를 감소시킴으로써 니들은 그의 폐쇄 위치로부터 멀어질 수 있으며, 분사 장치는 제어 유체용 유동 경로를 추가로 포함하고, 상기 제어 유체의 압력 상태는 분사기 니들의 위치에 대해 달성되었으며, 제어 유체용 유동 경로는 제어 유체 유동에 대한 제한 효과를 제공하는 제한 섹션을 포함한다. 본 발명의 특징은 상기 제한 섹션이 상이한 온도에서 상이한 제한 효과를 제공하는 적어도 하나의 온도 영향성 부재를 포함하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따라, 피스톤 기관은 연료 분사 장치의 작동상 부근에 배치된 냉각 시스템을 포함한다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따라, 냉각 시스템은 연료 분사 장치의 보디의 작동상 부근에 배치된다.
또한, 본 발명은 분사기 니들이 제공되는 연료 분사기 보디를 포함하며 커먼 레일 연료 분사 시스템을 구비하는 피스톤 기관의 작동 방법에 관한 것으로, 기관의 개시 이후에 적어도 하나의 미리 정해진 물질의 방출이 기관의 배기 가스로부터 측정되도록 피스톤 기관이 작동되고, 적어도 기관이 그의 정상 작동 온도에 도달되기까지, 기관의 냉각 시스템이 분사기 니들의 위치에 영향을 미치는 제어 유체 유동에 온도 의존성 제한 효과를 제공하는 적어도 하나의 온도 영향성 부재를 제어하기 위해 연료 및/또는 연료 분사 장치의 온도에 영향을 갖도록 제어된다.
이하에는, 본 발명이 첨부한 예시적인, 개략적인 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 비율 제어 기능의 실시예를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태를 도시한다.
도 1 은 피스톤 기관의 실린더 헤드 (15) 에 설치된 연료 분사 시스템 (10) 을 개략적으로 도시한다. 연료 분사 시스템 (10) 은 연료를 기관의 연료 챔버에 공급하는 연료 분사 장치 (20) 를 포함한다. 도 1 의 실시형태에서, 연료 분사 장치 (20) 는 연료 분사기 보디 (25) 에 통합된다. 연료 분사 장치는 연료 어큐뮬레이터 공간 (30) 을 포함하고, 이는 연료 분사 시스템 (10) 에 속하는 가압된 연료의 공급원 (35) 과 연통 상태에 있다. 연료 분사기 보디 (25) 에는 분사기 니들 (40) 이 배치되는 연료 공간 (70) 이 제공된다. 분사기 니들 (40) 은 그의 제 1 단부에서 팁 (45) 을 가지고, 상기 제 1 단부에 의하여 연료 분사 스프레이 홀 오리피스 (도 3 의 도면부호 46, 도 1 에는 미도시) 와 연료 분사기 보디 (25) 의 연료 공간 사이의 유동 연결부를 폐쇄 또는 개방함으로써 연소 챔버로의 연료 분사 유동을 방지하거나 허용하도록 분사기 니들 (40) 이 배치된다. 특히 도 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 분사기 니들은 하나 이상의 연속 부분들로 형성될 수 있다. 니들이 도 1 및 도 3 이 도시된 위치에 있을 때에, 상부 단부인 분사기 니들의 제 2 단부에는 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부가 연장하는 칼라 부분 (65) 이 있다. 칼라 부분 (65) 내측의 공간 및 분사기 니들 위의 공간은 시스템의 제어 공간 (63) 에 접한다. 칼라는 원통형 내부 공간을 가지고 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부는 원통형 외부면을 가지며, 이들은 공동의 중심 세로축을 가진다.
연료 분사기 보디 (25) 내의 어큐뮬레이터 공간 (30) 은 분사기 보디 (25) 에 배치된 메인 연료 채널 (50) 을 통해 분사기 내의 연료 공간 (70) 과 유동 연통 상태에 있다. 메인 연료 채널은 입구 포트 (51) 를 통해 연료 공간 (70) 으로 개방한다. 또한, 유동 퓨즈 (55) 는 채널 (50) 에 배치된다. 예컨대 시스템의 고장의 경우, 제한된 양의 연속 연료 유동만을 허용하여 연료 유동을 차단하도록 유동 퓨즈가 배치된다. 도 1 로부터 알 수 있듯이, 어큐뮬레이터 (30) 의 압력은 메인 채널 (50) 의 연결로 인해 연료 공간 (70) 에 합류된다. 연료 공간 (70) 위에는, 밸브 플레이트 (60) 가 배치된다. 밸브 플레이트는 연료 공간 (70) 의 상부 부분에 접한다.
밸브 플레이트에는 메인 채널 (50) 을 칼라 부분 (65) 내측의 공간에 연결하는 연결 채널 (75) 이 제공된다. 연결 채널 (75) 에는 제 1 수축부 (80) 가 제공되고, 상기 제 1 수축부의 목적은 후술될 것이다. 밸브 플레이트 (60) 에는, 칼라 부분 (65) 내측의 공간으로 또한 개방하는 출구 채널 (85) 이 추가적으로 제공된다. 출구 채널 (85) 에는 제 2 수축부 (90) 가 제공되고, 상기 제 2 수축부를 통해 출구 채널 (85) 이 밸브 부재 (95) 에 연결된다. 밸브 부재는 바람직하게는 온-오프 솔레노이드 밸브이고, 이는 연료 분사 시스템 (10) 의 고압 부분 (30, 35, 70) 과 저압 부분 (100) 을 서로 연결가능하게 분리한다.
칼라 부분 (65) 은, 칼라 부분 (65) 과 분사기 니들 (40) 사이에서 지지되는 니들 스프링 (66) 에 의해 밸브 플레이트 (60) 에 대해 가압된다.
연료 분사 시스템 (10) 은 가압된 연료의 공급원이 미리 정해진 압력에서 연료로 충전된 연료 어큐뮬레이터 체적 (30) 을 유지시키도록 작동된다. 밸브 부재, 즉 솔레노이드 (95) 가 시스템의 저압 부분 (100) 과 출구 채널 (85) 사이의 유동 연통을 개방하는 때에, 챔버 또는 칼라 부분 (65) 내측의 그리고 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부 위의 공간의 압력은 급속히 감소한다. 이는, 제 1 수축부 (80) 가 출구 채널 (85) 의 제 2 수축부 (90) 의 제 2 영역보다 더 작은 연료 유동용 제 1 영역을 가진다는 사실에 기인해 일어날 수도 있다. 연료 공간 (70) 내의 압력이 실질적으로 변하지 않은 상태로 유지되는 동안 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부 위의 그리고 칼라 부분 (65) 내측의 압력의 감소는 그의 세로 축선의 방향으로 분사기 니들 (40) 에 대해 작용하는 힘의 균형을 변형시키고, 이를 밸브 플레이트 (60) 를 향해 이동시키며, 연료 분사 스프레이 홀 오리피스와 연료 공간 (70) 사이의 유동 연결부를 개방시킨다.
밸브 플레이트 (60) 에 대해 폐쇄 (closure) 및 기밀을 보장하기 위해 연료 공간 (70) 내의 압력이 하부로부터 작동하므로, 칼라 부분 (65) 은 전체 분사 사이클 동안 밸브 플레이트 (60) 에 대해 단단히 가압된다. 니들 스프링 (66) 은 밸브 플레이트에 대해 압력 조임 및 칼라 정지 상태를 유지시키는 것을 돕는다.
칼라 부분 (65) 과 니들 (40) 사이의 소형 갭 (71) 은 일부 누설 연료가 왕복 니들과 정지 칼라 부분 사이의 윤활을 돕는 연료 공간 (70) 으로부터 유동하게 한다.
전술한 바와 같이, 분사기 니들 (40) 의 위치는 가압된 제어 유체에 의해 달성되고, 이 실시형태에서 가압된 제어 유체는 연료이다. 제어 유체가 유압유와 유사한 일부 다른 적합한 압력 매체에 의한 것일 수도 있지만, 분사의 경우에 이미 가압된 연료를 활용하는 것이 유리하다는 것은 당업자에게 자명하다. 따라서, 가압된 연료를 적용함으로써 니들은 그의 폐쇄 위치를 향해 강제될 수 있고, 가압된 제어 유체를 감소시킴으로써 니들은 그의 폐쇄 위치로부터 멀어질 수 있다.
분사는, 미립자, NOx 및 소음 방출을 동시에 감소시킬 가능성을 제공하는 고압 연료 분사 시스템 (10) 에도 불구하고 본 발명의 실시형태에 따라 감소된 초기 분사 비율로 실행될 수 있다. 이는 제어 유체 압력이 감소되고 니들 (40) 이 그의 폐쇄 위치로부터 멀어질수 있는 때에 제어 유체 유동을 제한함으로써 달성될 수 있다.
도 1 의 실시형태에서, 제어 유체용 유동 경로가 연결 채널 (75) 과 제 1 수축부 (80), 출구 채널 (85) 과 제 2 수축부 (09), 및 칼라 부분 (65) 과 니들 (40) 사이의 갭의 조합에 의해 형성되고, 상기 제어 유체의 압력 상태는 분사기 니들의 위치에 대한 효과를 가진다. 비율 제어 기능을 제공하기 위해, 유동 경로는 제어 유체 유동에 대한 제한 효과를 제공하는 적어도 하나의 섹션, 이 경우, 세 개의 제한부, 즉 감압에 대한 효과 또는 칼라 부분 (65) 내측의 공간 (63) 을 모두 갖는 갭, 제 1 수축부 및 제 2 수축부를 포함한다.
도 1 의 실시형태에서, 칼라 부분 (65) 및 적어도 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부는 상이한 온도에서 상이한 제한 효과를 제공하는 온도 영향성 부재의 실시형태인 상이한 열 팽창 계수를 갖는 재료이다.
이 실시형태에서, 특히 칼라 부분 (65) 의 내부면과 분사기 니들 (40) 의 외부면은, 대향하는 두 개의 온도 영향성 부재가 이들 사이의 갭을 우세한 온도에 따라 변화시키는 제어 유체용 유동을 규정한다. 결국 이는 연료 공간 (70) 으로부터 갭을 통해 칼라 부분 (65) 내측의 공간 (63) 으로의 연료의 유동 비율 및 이들의 감압에 대한 효과를 가진다.
실린더 헤드 (15) 에는 실린더 헤드의 유체 유동 채널을 포함하는 연료 분사 장치 (20) 의 작동상 부근에, 특히 연료 분사 장치의 보디 부근에 배치된 냉각 시스템 (102) 이 제공된다. 냉각 시스템에 의해, 적어도 하나의 온도 영향성 부재 (40, 65, 71) 를 제어하기 위하여 연료 및/또는 연료 분사 장치 (10) 의 온도에 대한 효과를 가지는 것이 가능해진다. 냉각 장치는 또한 분사기 보디 (25) 로 배치된 유체 유동 채널 (미도시) 을 포함할 수 있다.
도 2 로 돌아가면, 도 1 의 온도 영향성 부재의 효과가 도시된 예시적인 상황을 볼 수 있다. 수직 축은 분사 압력 (p) 을 나타내고, 수평 축은 기관의 크랭크 각도 (C.A.) 를 나타낸다. 곡선은 분사의 개시시의 압력 증가를 도시한다. 곡선 A 는, 칼라 부분 (65) 과 분사기 니들 (40) 이 동일한 온도 특성, 특히 동일한 열 팽창 계수를 갖는 강으로 모두 제조되는 경우를 나타낸다. 곡선 A 는 참조부호로서 나타내었다. 곡선 B 는 칼라 부분 (65) 과 분사기 니들 (40) 이 상이한 재료를 가지는 경우를 나타낸다. 특히 칼라 부분 (65) 은 탄화 텅스텐 또는 질화 규소와 같은 세라믹 재료이고, 분사기 니들은 강이다. 이 실시예에서, 연료 온도는 약 140℃ 이다. 곡선 C 는 또한 칼라 부분 (65) 이 세라믹 재료이고 분사기 니들이 강인 경우를 나타낸다. 이 실시예에서, 연료 온도는 약 40℃ 이다.
도 2 로부터 볼 수 있는 바와 같이, 더 낮은 온도로 기관을 작동하는 때에, 분사 압력의 증가는 상당히 더 완만하게 경사진다. 실시예로서, 변화는 특정 압력에서 1.9°C.A. 의 지연 (D) 을 나타낸다. 이는 정상 작동 온도 하에서, 즉 기관의 개시 직후에 기관을 작동시키는 동안 특히 유리한 효과를 가진다. 이 단계에서, 방출 제어 장비, 특히 NOx 촉매 변환기는 그의 작동 온도에 아직 도달하지 못하였고, 본 발명에 의해 온도 영향성 연료 분사 비율 제어는 이러한 문제에 대한 유리한 효과를 가진다.
본 발명의 실시형태에 따라, 피스톤 기관이 작동되어, 기관의 개시 후에, 적어도 하나의 미리 정해진 물질의 방출이 기관의 배기 가스로부터 측정되고, 적어도 기관이 그의 정상 작동 온도에 도달할 때까지 기관의 냉각 시스템이 제어 유체 유동에 대한 온도 의존성 제한 효과를 제공하는 적어도 하나의 온도 영향성 부재 (65) 를 제어하기 위해 연료 및/또는 연료 분사 장치 (10) 의 온도에 대한 효과에 대해 제어된다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 연료 분사 시스템 (10) 을 도시한다. 이는 칼라 부분 (65) 내의 제어 공간 (63) 에 관련된 사항을 제외하고 도 1 의 실시형태에 상응하고, 따라서 동일한 참조 번호들이 동일하거나 상응하는 요소에 대해 사용된다.
도 3 의 실시형태에서, 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부, 즉 도 3 의 위치에서 상부 단부에는 제어 공간 (63) 을 형성하는 보어 드릴링과 같은 원통형 공동 (64) 이 제공된다. 여기에는 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부와 밸브 플레이트 (60) 사이에 배치된 제어 플레이트 (68) 가 존재하고, 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부와 밸브 플레이트 (60) 는 이들 사이의 스프링 (67) 에 의해 지지된다. 제어 플레이트는 분사기 니들 (40) 의 세로 축선에서 그의 제 1 측, 즉 분사기 니들 측으로부터 제 2 측, 즉 밸브 플레이트 (60) 측으로 연장하는 구멍 또는 오리피스 (69) 를 갖는다. 또한 제어 플레이트 (68) 에는 공동을 둘러싸는 제어 플레이트 (68) 의 주변에 림 (72) 에 의해 접해지는 제 2 측에 공간이 제공된다. 연결 채널 (75) 및 출구 채널 (85) 은 이 공간으로 개방한다. 여기에는 칼라 부분 (65) 에 대한 숄더부를 형성하는 칼라 부분 (65) 의 단부의 반경 방향 축소부 (65') 가 존재한다. 제어 플레이트 (68) 는 칼라 부분 (65) 의 내부 직경보다 더 큰 직경을 가져서, 축소부 (65') 에 의해 형성되는 숄더부는 제어 플레이트의 이동을 제한한다. 축소부의 길이방향 높이가 분사기 니들 (40) 의 세로 축선에서 제어 플레이트 (68) 의 두께보다 더 크다.
분사가 개시하기 이전의 정지 위치에서, 제어 플레이트 (60) 는 림 (72) 에 의해 밸브 플레이트 (60) 에 대해 밀봉된다. 밸브 부재 (95) 가 작동되는 때에, 제어 공간 (63) 의 감압이 시작된다. 칼라 부분 (65) 내측의 가압된 제어 공간으로부터 빠져나오는 연료는 출구 채널 (85) 의 제 2 수축부 (90) 와 함께 제어 플레이트 (68) 의 오리피스 (69) 에 의해 제어된다. 이는 더 느린 니들 리프팅 램프를 가능하게 하고, 따라서 보다 낮은 분사 압력이 상승한다.
추가로 도 3 의 실시형태에서, 제어 유체용 유동 경로는 칼라 부분 (65) 과 니들 (40) 사이의 갭 (71) 을 포함한다. 비율 제어 기능성을 변경하기 위해, 유동 경로는, 상이한 온도에서 상이한 제한 효과를 제공하는 온도 영향성 부재의 실시형태인, 상이한 열 팽창 계수를 갖는 적어도 하나의 섹션을 포함한다. 칼라 부분 (65) 및 적어도 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부는 제어 유체 유동에 대해 변화하는 제한 효과를 제공하기 위해 상이한 열 팽창 계수를 갖는 재료로 형성된다.
밸브 부재 (95) 가 제어 플레이트의 오리피스 (69) 를 통해 유출을 폐쇄하는 때에 폐쇄 시퀀스는 개시한다. 유리하게는, 밸브 부재 (95) 는 솔레노이드 밸브이다. 초기 단계에서, 제어 플레이트 (68) 는 밸브 플레이트 (60) 에 대항하여 존재하고, 연료는 오리피스 (69) 를 통해서만 유동한다. 오리피스 (80) 를 통한 유동이 오리피스 (69) 를 통해 공동 (64) 또는 제어 공간 (63) 으로 연속됨에 따라, 니들 (40) 의 상부에 작용하는 제어 공간 (63) 의 압력에 의해 니들이 그의 폐쇄 이동을 개시한다. 공동 (64) 의 압력에 의해 야기된 힘과 스프링 (67) 의 힘은 림 (72) 과 밸브 플레이트 (60) 에 의해 접해진 제어 플레이트 (68) 의 제 2 측에서의 공간의 압력에 의해 야기된 힘보다 아래로 떨어진다. 이 단계에서, 제어 플레이트 (68) 는 밸브 플레이트 (60) 와의 접촉으로부터 이격되고, 연료는 제어 플레이트 (68) 주위를 유동할 수 있다. 이는 니들을 그의 폐쇄 위치로 강제하는 제어 공간 (63) 으로의 유체 유동의 상당한 증가를 허용한다. 폐쇄 시퀀스에서, 제어 플레이트 (68) 는 분사기 니들 (40) 의 제 2 단부와 밸브 플레이트 (60) 사이를 부유한다. 제어 플레이트와 칼라 부분 사이의 갭은 니들을 이후의 플레이트 (68) 없이 충분히 빨리 하향으로 밀어내는 제어 유체의 유동의 양을 허용하기에 충분히 크다. 따라서, 오리피스 (69) 는 초기 단계 이후에 폐쇄 시퀀스를 지연시키지 않는다.
본 발명의 실시형태에 따라, 도 1 에 도시된 바와 같이 칼라 부분 (65) 은 분사기 니들과는 상이한 재료, 즉 세라믹 재료이다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 칼라 부분 (65) 은 분사기 니들과 동일한 재료이다.
현재 가장 바람직한 실시형태인 것으로 고려되는 실시형태와 관련한 실시예들에 의해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 기재된 실시형태에 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에서 규정한 바와 같이, 본 발명의 특징들의 다양한 조합 또는 수정, 및 본 발명의 범위 내에 포함된 몇몇 다른 적용들을 보호하기 위한 것임을 이해해야 한다. 전술한 임의의 실시형태와 관련한 상세한 설명은 이러한 조합이 기술적으로 실현가능한 때에 다른 실시형태와 관련하여 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 분사기 니들 (injector needle; 40) 이 제공되는 연료 분사기 보디 (25) 를 포함하는 피스톤 기관용 연료 분사 장치 (20) 에 있어서,
    상기 분사기 니들은 상기 분사기 니들의 위치에 근거하여 상기 연료 분사 장치로부터의 연료 분사 유동을 방지하거나 허용하도록 배치되며, 상기 위치는 제어 공간 (63) 의 가압된 제어 유체 (63) 에 의해 달성되고, 상기 연료 분사기 보디 (25) 는 상기 분사기 니들 (40) 이 배치되는 분사기 공간 (70) 을 포함하고, 상기 분사기 공간에는, 연료가 상기 분사기 니들 (40) 의 제어 하에서 분사될 수 있는 상기 분사기 공간의 제 1 단부의 연료 분사 스프레이 홀 오리피스 (46), 및 연료 입구 포트 (51) 가 제공되며,
    상기 분사기 니들의 제 2 단부는 제어 공간 (63) 을 접하도록 배치되며, 상기 제어 공간 (63) 은 제어 유체용 유동 경로 (80, 75, 69, 85, 90, 71) 를 통해 연료 분사 시스템 (10) 의 저압 측과 연결가능하며, 상기 제어 유체용 유동 경로는 협동작동하는 적어도 두 개의 온도 영향성 (temperature-effected) 부재 (40, 65; 69, 90) 를 포함하는 제한 섹션 (71) 을 포함하고, 상기 부재 중 제 1 부재는 상기 부재 중 제 2 부재와는 상이한 열 팽창 계수를 갖고,
    상기 제어 공간 (63) 은 상기 분사기 니들 (40) 을 적어도 부분적으로 둘러싸는 칼라 부분 (collar part; 65) 에 의해 접해지고,
    상기 칼라 부분 (65) 내에는 오리피스 (69) 를 갖춘 별개의 제어 플레이트 (68) 가 배치되고, 상기 제한 섹션은 상기 제어 플레이트 (68) 의 상기 오리피스 (69) 와 밸브 플레이트 (60) 의 출구 채널 (85) 의 제 2 수축부 (constriction; 90) 를 포함하고, 상기 제어 플레이트(68)는 상기 밸브 플레이트 (60) 와는 상이한 열 팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 칼라 부분은 상기 분사기 니들 (40) 의 단부를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제한 섹션은 상기 칼라 부분 (65) 과 상기 분사기 니들 (40) 의 카운터 면들 (counter surfaces) 사이의 갭 (71) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 부재는 세라믹 재료이고, 상기 제 2 부재는 강인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 커먼 (common) 레일 연료 분사 시스템을 갖는 피스톤 기관으로서,
    상기 커먼 레일 연료 분사 시스템은 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 연료 분사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 피스톤 기관은 상기 연료 분사 장치의 작동상 부근에 배치된 냉각 시스템 (102) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 피스톤 기관은 상기 연료 분사 장치의 상기 연료 분사기 보디의 작동상 부근에 배치된 냉각 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관.
  10. 제 1 항에 따른 연료 분사 장치를 포함하며 커먼 레일 연료 분사 시스템을 구비하는 피스톤 기관의 작동 방법에 있어서,
    상기 피스톤 기관의 개시 이후에 적어도 하나의 미리 정해진 물질의 방출이 상기 피스톤 기관의 배기 가스로부터 측정되도록 상기 피스톤 기관이 작동되고,
    적어도 상기 피스톤 기관이 상기 피스톤 기관의 정상 작동 온도에 도달되기까지, 상기 피스톤 기관의 냉각 시스템은 상기 분사기 니들 (40) 의 위치에 영향을 미치는 제어 유체 유동에 온도 의존성 제한 효과를 제공하는 적어도 하나의 온도 영향성 부재 (40, 65, 71) 를 제어하기 위해 연료 및/또는 연료 분사 장치 (10) 의 온도에 대한 영향을 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 피스톤 기관의 작동 방법.
  11. 삭제
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