KR102048118B1 - 내연 엔진용 연료 분사 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 엔진용 연료 분사 조립체에 관한 것이다. 내연 엔진용 연료 분사 조립체는 연료 인젝터(4), 인젝터 컵(2), 및 상기 연료 인젝터(4)를 상기 인젝터 컵(2)에 고정하기 위한 유지 요소(16)를 포함하고, 상기 연료 인젝터(4)는, 상기 연료 인젝터(4)가 상기 인젝터 컵(2)에 고정될 때, 상기 유지 요소(16)의 상기 아암 상의 프로파일링된 표면(24)과 맞물려, 상기 연료 인젝터(4)와 상기 유지 요소(16) 사이에 선 접촉 또는 점 접촉을 제공할 수 있는 프로파일된 주연 표면을 갖는 환형 플랜지(30)에 의해 부분적으로 한정된 환형 그루브(28)를 구비한다.

Description

내연 엔진용 연료 분사 조립체{A FUEL INJECTION ASSEMBLY FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 엔진용 연료 분사 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 예시적으로, 다중 실린더 내연 엔진용 고압 공통 레일 연료 공급 시스템에 사용되는 연료 분사 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 다중 실린더 엔진용 공통 레일 연료 공급 장치를 포함하는 연료 전달 시스템을 조립하는 방법에 관한 것이다.

공통 레일 연료 공급 시스템은 일반적으로 메인 갤러리(main gallery)라고도 알려져 있는 연료 저장소를 포함하는 세장형 튜브(elongate tube) 형태의 고압 연료 저장소를 포함한다. 일반적으로 실린더당 하나의 연료 인젝터를 갖는 연료 인젝터들은 일반적으로 기계적으로 및 유압적으로 공통 레일에 직접 연결되는 인젝터 컵을 통해 이격된 간격으로 공통 레일에 연결된다. 알려진 시스템에서, 연료 인젝터는 인젝터 컵 내에 위치되고, 2개의 볼트를 통해 연료 인젝터 컵에 결합되는 연결 판에 의해 인젝터 컵 내에 적소에 고정된다. 이러한 알려진 배열은 만족스럽게 동작하였지만, 공간이 극히 제한된 차량과 같은 환경에서는 상당한 양의 공간을 요구한다는 단점이 있다. 또한 볼트를 조이는 토크와 같은 공정 파라미터가 정확히 수행되는 것을 보장하는 데 어려움이 있다. 그 결과 이러한 해결책은 조립하는데 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되어 많은 응용 분야에 적합하지 않다. 미국 특허 번호 8,479,710 B2는, 연료 인젝터를 인젝터 컵에 결합시키는 결합 구조가 제공되고, 인젝터를 인젝터 컵 내에 위치시키기 위해 인젝터와 맞물리는 클립(clip)들을 수용하기 위해 이 인젝터 컵은 주연 벽(peripheral wall)에 직경방향으로 대향하는 슬롯들을 갖는, 연료 인젝터 시스템을 개시한다. 이 클립들은 이 클립들 위에 고정되는 리테이너 밴드(retainer band)에 의해 적소에 유지된다. 여러 구성 요소를 사용하는 것은, 비용이 많이 들고, 조립이 복잡하며, 운반을 위해 인젝터 컵 상에 적소에 유지될 필요가 있으나, 인젝터가 삽입되기 위해서는 분해되어야 하기 때문에, 구성 요소들이 서브 조립되는 것을 방해한다. 연료 분사 단계 동안 연료 압력에 의해 발생된 인젝터에 반경방향 부하(load)를 방지하기 위해서는 인젝터가 인젝터 컵 내에서 약간 선회하여 고정 장치와 접촉을 유지하는 것이 바람직하다는 점에서 또 다른 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기 문제점들을 개선하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 내연 엔진용의 연료 분사 조립체가 제공되고, 상기 조립체는 길이방향 축을 가지며, 세장형 연료 인젝터, 인젝터 컵, 및 상기 인젝터 컵에 상기 연료 인젝터를 고정하기 위한 유지 요소(holding element)를 포함하며, 여기서 상기 인젝터 컵은 상기 길이방향 축을 따라 연장되고, 상기 인젝터 컵은 상부 단부와 하부 단부를 구비하며, 상기 인젝터 컵은, 상기 연료 인젝터의 연료 출구 포트가 상기 인젝터 컵의 상기 하부 단부로부터 돌출하도록, 상기 연료 인젝터의 연료 유입 포트를 수용하도록 구성된 리세스(recess)를 상기 하부 단부에 구비하며, 상기 유지 요소를 수용하기 위해 상기 인젝터 컵의 주연 벽에는 제1 개구 또는 개구들이 형성되고, 상기 유지 요소는 상기 연료 인젝터를 상기 인젝터 컵에 고정하기 위해 상기 연료 인젝터의 환형 그루브(groove)의 양측과 맞물리도록 구성된 2개의 대체로 평행한 아암(arm)을 갖는 대체로 U자 형상으로 형성된다. 상기 환형 그루브는, 상기 연료 인젝터가 상기 인젝터 컵에 고정될 때, 상기 유지 요소의 상기 아암들 상의 프로파일링된 표면(profiled surface)과 맞물려, 상기 연료 인젝터와 상기 유지 요소 사이에 선 접촉 또는 점 접촉을 제공할 수 있는 프로파일링된 표면을 갖는 환형 플랜지에 의해 부분적으로 한정된다.

상기 그루브를 한정하는 상기 플랜지의 측면은, 상기 연료 인젝터의 반경에 의해, 및 상기 반경에 수직하게 프로파일링된 표면을 제공하는 상기 플랜지의 곡선에 의해 만곡되고, 상기 프로파일링된 표면은, 상기 유지 요소 상의 상기 챔퍼(chamfer)의, 편평한 평면 표면을 포함하는, 상기 프로파일링된 표면과 맞물리는 부분 구면 접촉 표면을 포함하는 것을 볼 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 연료 인젝터와 상기 유지 요소 사이에 점 접촉 또는 선 접촉이 제공되고, 이에 의해 상기 인젝터는 상기 유지 요소와 상기 인젝터 컵에 대해 쉽게 선회될 수 있다. 이것은 상기 인젝터가 상기 엔진에 장착되고 나서 연료 압력을 받을 때 상기 인젝터에 가해지는 반경방향 부하를 효과적으로 방지한다. 또한, 부분 구면-대-평면(spherical-to-plane) 접촉은 초기 조립 동안 인젝터 컵에 대해 상기 연료 인젝터의 정확한 각도 위치를 쉽게 위치시키는 것을 크게 용이하게 한다. 따라서, 본 배열은 알려진 해결책에 비해 효율적이고 경제적인 방식으로 매달려 있는 연료 인젝터 시스템을 제공하는 개선된 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 인젝터 컵은 상기 2개의 아암의 상기 외부 단부들을 수용하기 위해 상기 제1 개구와 직경방향으로 대향하여 추가적인 개구 또는 개구들을 갖는다.

바람직한 실시예에서, 상기 유지 요소는 상기 인젝터 컵 내에 삽입될 때 상기 유지 요소의 설치된 위치를 한정하기 위해 상기 인젝터 컵의 상기 외부 표면에 접하도록 구성된 부분을 갖는다.

추가적인 실시예는, 상기 인젝터 컵 상의 맞물림 표면과 맞물려, 상기 클립을 상기 컵 상에 정확하게 위치시킬 수 있는 탄성 아암들을 구비하고, 상기 탄성 아암으로부터 대체로 수직으로 돌출하고, 상기 연료 인젝터의 리세스와 맞물려 상기 연료 인젝터를 상기 인젝터 컵에 대해 원하는 각도 위치에 고정시킬 수 있는 돌출부를 더 구비하는 인덱싱 클립(indexing clip)을 포함한다.

이제, 본 발명에 따른 일 실시예가 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.

도 1은 연료 인젝터 컵과 연료 인젝터 조립체의 분해도;
도 2는 도 1의 조립체의 사시도;
도 3은 유지 요소의 사시도;
도 4는 유지 요소와 인덱싱 클립의 스크랩도; 및
도 5는 연료 인젝터 컵과 연료 인젝터 조립체의 외부도.

본 설명에서 상부 단부와 하부 단부가 언급되는데, 이 명명법은 설명의 편의를 위해서만 사용된 것이다. 설치된 상태에서 조립체의 배향은 특정 구성에 따라 달라진다.

도면 및 도 1 및 도 2는 연료 인젝터(4)를 수용하기 위한 연료 인젝터 컵(2)을 도시하며, 이 컵은 상부 단부에 인접하여 이 실시예에서 아치형의 절단부(6)를 갖는 대체로 원통형인 몸체를 포함하고, 이 컵(2)은 상부 단부를 통해 관형 연료 레일(도시되지 않음)에 기계적으로 고정되게 그리고 유압적으로 유체 기밀 방식으로 고정된다. 대안적인 실시예(도시되지 않음)에서, 컵은 그 상부면에 연결부와 같은 대안적인 연결부에 의해 연료 공급 장치에 고정될 수 있다. 그 하부 단부에서 컵(2)은 연료 인젝터(2)의 연료 입구(10)를 수용하기 위한 개구를 갖는다. 연료 인젝터 입구(10)는 연료 레일의 유압 연결부와 맞물려, 공통 레일 저장소와 인젝터(4) 사이에 직접 연료 경로를 제공한다.

인젝터 컵(2)은, 수동 조립을 위해 가압 끼워 맞춤시, 도 3을 참조하여 설명될 유지 요소(16)의 각 아암(14)을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 이격된 슬롯(12)을 하부 단부에 인접하여 구비하고, 컵(2)의 반대쪽에도 아암(14)의 외부 단부(18)들이 통과하는 적어도 하나의 지지 슬롯(supporting slot)이 존재한다. 아암(14)들은 탄성적이고, 그 외부 단부(18)들은 지지 슬롯(20)들에 들어갈 때 탄성에 반하게 편향되어, 유지 요소(16)를 인젝터 컵 내 적소에 견고하게 유지시키도록 배열된다.

이제 도 3을 참조하면, U자 형상 부재이고, 웹(web)(22)에 의해 접합된 2개의 대체로 평행한 아암(14)을 구비하는 유지 요소(16)의 사시도가 도시되어 있고, 이 웹은 이 실시예에서 인젝터 컵(2)의 원주 반경과 실질적으로 동일한 반경으로 만곡되어 있다. 유지 요소가 완전히 삽입되었는지를 결정하기 위해 웹(22)은 인젝터 컵의 외부 표면에 접한다. 유지 요소(16)는 탄성 금속 재료로 형성된다. 각 아암(14)은 아암의 면에 대해 소정의 각도로 표면을 형성하도록 그 길이를 따라 챔퍼(24) 형태로 프로파일링된 표면을 내부 상부 에지(도시된 바와 같이) 상에 구비한다. 챔퍼 표면(24)은 편평하거나, 또는 볼록한 곡선 또는 유사한 곡선일 수 있다.

아암(14)들의 외부 단부(18)들의 내부 에지들은 아암들을 각각 지지 슬롯들 안으로 안내하는 역할을 하는 챔퍼를 구비하고, 이 지지 슬롯들은 탄성 바이어스에 반하게 상기 아암들을 외측으로 편향시켜 유지 요소(16)를 제 위치에 견고하게 고정시키도록 위치되고 치수가 정해진다.

이제 도 1을 참조하면, 연료 인젝터(4)는 인젝터(4)의 양측에서 유지 요소(16)의 아암(14)들이 맞물리는 주연 환형 그루브(28)를 갖는다. 그루브(28)는 그 상부측이, 인젝터의 축 주위로 및 인젝터 축에 수직인 축 주위로 모두, 아치형일 수 있는, 프로파일링된 표면을 갖는 플랜지(30)에 의해 한정된다. 유지 요소(16)가 삽입될 때, 챔퍼(24)는 플랜지(30)의 만곡된 프로파일과 접촉한다. 만곡된 프로파일로 인하여 연료 인젝터(4)와 유지 요소(16) 사이에는 점 접촉 또는 선 접촉만이 이루어져서, 이에 의해 연료 분사 동안 연료 인젝터(4)에 가해지는 반경방향 힘이 최소화되는 위치로 연료 인젝터(4)가 조립 동안 용이하게 선회될 수 있다.

연료 인젝터(4)가 분사 동안 정확한 분사 배향을 보장하도록 연소 챔버에서 정확한 각도 정렬을 갖는 것을 보장하기 위해, 금속으로 형성된 인덱싱 클립(32)이 제공되지만, 다른 실시예에서는 이 클립은 플라스틱 재료로 형성될 수 있고 이 클립(32)은, 인젝터 컵(2)의 외부를 감싸고 컵 벽의 리세스 또는 오리피스에 맞물려, 인젝터 컵(2) 상에 클립(32)을 정확하게 위치시키는 2개의 탄성 아암(40)을 갖는다. 클립(32)은 인젝터 컵(2)으로부터 유지 요소가 이동하는 것을 방지하기 위해 유지 요소의 웹(22)과 더 맞물린다. 인덱싱 클립(32)은 하향 연장 돌출부(34)를 구비하고, 이에 의해, 조립 동안 컵에 대해 연료 인젝터를 선회시키는 것에 의해, 돌출부(34)는 연료 인젝터 몸체의 리세스(36)와 맞물려, 이에 의해 인젝터(4)를 정확한 각도 위치에 정확히 고정시킬 수 있다.

도 5는 인젝터 컵(2)이 엔진에 고정될 때 연소 챔버 내로 들어가기 위해 연료 인젝터(4)가 인젝터 컵(2)으로부터 연장되게 조립된 상태에 있는 인젝터 컵(2)과 연료 인젝터(4)를 도시한다. 이러한 배열은 인젝터가 엔진에 기계적으로 연결되지 않고 매달려 있는 인젝터 시스템이라고 지칭된다. 이는 연료 분사 공정으로부터 잡음이 전달되는 것을 감소시킨다. 인젝터(4)를 정확하게 위치시키는 인덱싱 클립(32)이 전기적 연료 분사 제어 신호를 공급하는 전기 연결 블록(38)과 함께 도시되어 있다.

본 발명은, 일단 연료 인젝터가 인젝터 컵 내로 푸시되면, 유지 요소가 제 위치로 푸시되고, 이후 인덱싱 클립이 인젝터 컵 위로 클립 결합되어 연료 인젝터를 정렬시켜 조립이 완료되기 때문에, 알려진 배열에 비해 조립을 크게 용이하게 한다.

Claims (7)

1. 길이방향 축을 구비하고, 세장형 연료 인젝터(elongate fuel injector)(4), 인젝터 컵(2), 및 상기 인젝터 컵 내에 상기 연료 인젝터(4)를 고정하기 위한 유지 요소(16)를 포함하는 내연 엔진용 연료 분사 조립체로서,
   상기 인젝터 컵은 상기 길이방향 축을 따라 연장되고, 상기 인젝터 컵(2)은 상부 단부와 하부 단부를 구비하고, 상기 인젝터 컵(2)은, 상기 연료 인젝터의 연료 출구 포트가 상기 인젝터 컵(2)의 상기 하부 단부로부터 돌출하도록, 상기 연료 인젝터(4)의 연료 입구 포트(10)를 수용하도록 구성된 개구(8)를 상기 하부 단부에 구비하며, 상기 유지 요소(16)를 수용하기 위해 상기 인젝터 컵(2)의 주연 벽에 제1 개구 또는 개구(12)들이 형성되고, 상기 유지 요소(16)는 상기 연료 인젝터(4)를 상기 인젝터 컵(2) 내에 고정하기 위해 상기 연료 인젝터(4)의 환형 그루브(28)의 양측과 맞물리도록 구성된 2개의 대체로 평행한 아암(14)을 갖는 대체로 U자 형상으로 형성되며,
   상기 환형 그루브(28)는, 상기 연료 인젝터(4)가 상기 인젝터 컵(2)에 고정될 때, 상기 유지 요소(16)의 상기 아암(14)들 상의 프로파일링된 표면(24)과 맞물려, 상기 연료 인젝터(4)와 상기 유지 요소(16) 사이에 선 접촉 또는 점 접촉을 제공할 수 있는 프로파일링된 표면(profiled surface)을 갖는 환형 플랜지(30)에 의해 부분적으로 한정되고,
   상기 플랜지(30)의 상기 프로파일링된 표면은 2개의 서로 수직인 평면으로 만곡되며,
   상기 유지 요소(16)의 상기 아암(14)들 상의 상기 프로파일링된 표면(24)은 상기 각 아암(14)의 상부 표면에 대해 경사진 챔퍼(chamfer)를 포함하고,
   상기 인젝터 컵(2) 상의 맞물림 표면과 맞물려 인덱싱 클립(32)을 상기 인젝터 컵(2) 상에 정확하게 위치시킬 수 있는 탄성 아암(40)들을 구비하고, 상기 탄성 아암(40)들로부터 하향 돌출하고, 상기 연료 인젝터(4)의 리세스(36)와 맞물려 상기 연료 인젝터(4)를 상기 인젝터 컵(2)에 대해 원하는 각도 위치로 고정시킬 수 있는 돌출부(34)를 더 구비하는 상기 인덱싱 클립(32)을 더 포함하고,
   상기 인덱싱 클립(32)은 상기 인젝터 컵(2)으로부터 상기 유지 요소(16)가 이동하는 것을 방지하기 위해 상기 유지 요소(16)의 웹(22)과 더 맞물리는, 연료 분사 조립체
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 인젝터 컵(2)은 상기 2개의 아암(14)의 외부 단부들을 수용하기 위해 상기 제1 개구(12)와 직경방향으로 대향하여 추가적인 개구 또는 개구들(20)을 구비하는, 연료 분사 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 유지 요소(16)는, 상기 인젝터 컵 내에 삽입될 때, 상기 유지 요소(16)의 설치 위치를 한정하기 위해 상기 인젝터 컵(2)의 외부 표면과 접하도록 구성된 부분을 구비하는, 연료 분사 조립체.
6. 제5항에 있어서, 상기 인젝터 컵의 상기 외부 표면과 접하도록 구성된 상기 유지 요소의 부분은 상기 2개의 아암(14)을 접합시키는 웹(22)을 포함하는, 연료 분사 조립체.
7. 삭제

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