KR19990013534A - 연료 분사 시스템 - Google Patents

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KR19990013534A
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Abstract

연료 분사 밸브(6)의 제공을 위한 연료 고압 저장소(5)가 마련되고, 연료 분사 밸브가 전자식으로 제어되며, 이에 적절한 제어를 통해 연료 고압 저장소의 연료를 분사시키도록 유도하는 연료 분사 시스템이 제안된다. 이 때, 연료 분사 밸브는 연료 도관을 절환 작동시키지 않고 연료 고압 저장소의 연료 분사 밸브 하우징과 바로 연결된다.

Description

연료 분사 시스템
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 연료 분사 시스템에 관한 것이다. 독일 특허 출원 제43 41 546호에는 연료 고압원으로서 제1 연료 고압 저장소가 마련되고 이 저장소에는 해당 연료 분사 밸브가 배열되어 있는 제2 연료 고압 저장소가 제공되는 연료 분사 시스템이 개시되어 있다. 이로써, 제2 연료 고압 저장소에서의 연료는 절환 밸브에 의해 연료 분사 밸브로 안내된다. 연료 고압 저장소는 항상 고압력관에 의해 상호 연결된다. 이러한 것은 어떤 경우에든 관류 횡단면을 제한시킴으로써 연료를 연료 분사 밸브로 공급할 때 스로틀링(throttling)의 영향을 받는다. 매번 연료 분사 과정을 거치는 연료 분사 밸브의 충분한 연료 공급은 저장소의 크기, 압력 수준, 재충전 용량과 고압력관의 스로틀링 조정에 달려 있다. 이러한 요인이 충분히 고려되지 않으면, 매번 연료 분사 과정 중 압력 손실이 연료 분사 밸브 상에 일어날 수가 있다. 그렇지만, 연료 공급에 있어서 그러한 감소 작용을 일으키는 요인이 늘어나 상당한 폭의 요인 증가가 이루어진다. 그러나, 연료가 고압 저장소로부터 고압력 상태의 충분한 양으로 공급되면, 특히 고압 저장소와 연료 분사 밸브 사이의 스로틀링된 도관의 연결은 도관의 탄성과 이로 인한 가변적인 흡입 용량 때문에 압력이 변화할 경우 소정 압력 수준의 보장에 대해 상당히 부정적 영향을 받게 된다.
청구항 1에 따른 본 발명의 연료 분사 시스템은 이 때 고압 저장소가 모든 경우에 다수의 연료 분사 밸브의 하우징에 연결되는 연결 지점을 갖게 됨으로써, 도관 연결에 손실을 입게 되는 것을 방지하는 실질적인 장점을 갖는다. 이러한 방식으로 도관 연결은 스로틀링의 영향을 받지 않고, 높은 재충전율로서의 고압 연료가 연료 분사 밸브의 압력실로 공급될 수 있다.
도1은 연료 고압 저장소 및 연료 분사 밸브를 구비한 연료 분사 시스템의 개략도.
도2는 본 발명에 따른 제1 실시예 형태에 있어서 연료 고압 저장소와 그에 배열된 연료 분사 밸브를 일부 도시한 부분 단면도.
도3은 연료 고압 저장소와 연료 분사 밸브 사이의 연결 지점의 확대도.
도4는 연료 분사 밸브와 연료 고압 저장소 사이의 연결을 나타내는 제2 실시예를 도시한 단면도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 연료 탱크
2 : 이송 펌프
3 : 고압 펌프
4, 20 : 압력 도관
5 : 연료 고압 저장소
6 : 연료 분사 밸브
8 : 압력 감지기
9 : 전자 제어 장치
10 : 압력 제한 밸브
양호한 구성에 있어서, 연료 고압 저장소는 길게 연장한 중공체로 구성되고 이 중공체는 연료 분사 밸브의 종축에 대해 횡방향으로 연장한다. 이로인해, 연료 고압 저장소의 분사 밸브로의 직접 연결이 보장되고, 이미 언급한 연료 고압 저장소의 용량과 연료 분사 밸브의 압력실 사이의 짧은 연결이 실현될 수 있다. 이 때, 바람직하게는 연료 고압 저장소가 내연 기관의 하우징 내 적절하게 대응된 요홈 내에 설치된다는 점이다. 연료 고압 저장소와 연료 분사 밸브 사이에서는 고압 기밀 상태로 연결 작용을 하기 위해서 청구항 4에 따른 구성이 이루어진다. 이 때, 연료 고압 저장소가 상술한 바와 같이 내연 기관의 하우징 내 대응하는 요홈 내에 설치되든 또는 다른 방식으로 내연 기관에 고정되든 상관이 없다. 그럼에도 불구하고 양호한 것은 청구항 5에 따라 하우징 내 종방향 채널에 연료 고압 저장소가 설치되고 거기에 위치 고정되며, 연료 분사 밸브가 연결 지점 영역에서 위치 고정된 연료 고압 저장소를 가압한다는 점이다. 이때문에, 각각의 연료 분사 밸브의 경우에 기밀도가 개별적으로 검사되고 확인될 수 있다. 청구항 6에 따른 또 다른 구성에 있어서, 가압 부재가 제공되고, 이를 통해 입구 지점 영역에 있는 하우징을 구비한 연료 분사 밸브는 연료 고압 저장소의 출구 지점을 가압한다. 이 때, 청구항 6에 따른 이러한 입구 지점 및 출구 지점은 가압 압력 상태에서 기밀도가 보장되는 기밀면으로 둘러 싸여져 있다. 청구항 8 내지 청구항 10에 따른 구성에서는 연료 고압 저장소의 소정의 위치 고정화의 경우 연료 분사 밸브 하우징과 연료 고압 저장소 사이의 연결 지점 영역에서 정렬 조정이 실현될 수 있다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있고, 이하에서 상세히 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 기본 단면도를 도시하고 있다. 이 경우, 이송 펌프(2)는 연료를 연료 탱크(1)로부터 고압 펌프(3)로 이송하고, 이 고압 펌프는 압력 도관(4)을 거쳐 연료 고압 저장소(5)와 연결되어 있다. 분사 압력을 사용하는 연료는 연료 분사 밸브(6)로의 공급을 위하여 연료 고압 저장소(5)에 제공된다.
연료 고압 저장소(5)의 압력은 이 때 신호가 전기 제어 장치(9)로부터 감지되고, 다시 신호가 실행되고, 또한 고압 펌프(3)의 고압 이송력이 제어되는 고압 압력 감지기(8)에 의해 모니터링된다. 더욱이, 이 때 안전성 때문에, 다른 실시예에서 언급된 고압 펌프의 제어에 사용하지 않고 연료 고압 저장소(5)의 배출 제어를 통한 연료 고압 저장소(5)의 압력 제어에 사용될 수 있는 하나의 압력 제한 밸브(10)가 마련된다. 또한, 이러한 제어 장치(9)에 의한 분사는 전기 제어식 연료 분사 밸브로서 형성되는 연료 분사 밸브(6)에 의해 제어된다. 도1은 연료 분사 밸브가 바로 연료 고압 저장소(5)에 배열되어 있는 것을 도시하고 있다. 이러한 배열은 도2에 더욱 상세히 도시되어 있다. 이 때, 상세히 도시하지 않은 수단에 의해 제위치에 고정된 연료 고압 저장소(5)가 도시되어 있다. 또한, 연료 분사 밸브(6)의 부분 단면도가 도시되어 있는데, 이 연료 분사 밸브는 내연 기관 하우징(14)의 요홈(12)에 축방향 및 방사상으로 고정되게 배열되어 있다. 연료 고압 저장소는 마찬가지로 예를 들어 내연 기관 하우징에 있는 종방향 채널의 형태로 고정하는 요홈(15) 내에 있다.
연료 분사 밸브(6)에는 공지된 방식으로 분사 개구부(18)를 제어하는 하나의 밸브 니들(17)이 마련되어 있다. 이런 분사 개구부의 상류쪽으로 압력 공간이 마련되어 있고, 이 압력 공간에는 연료 분사 밸브의 하우징(21)에서 종방향으로 연장하는 압력 도관(20)에 의해 연료가 공급된다. 연료 분사 밸브 니들은 압축 스프링(22)에 의해 폐쇄 방향으로 가압된다. 연료 분사 밸브 하우징에 지지되는 이러한 압축 스프링(22)의 반력으로 압력 공간(19)의 압력이 끊기는 압력 견부(23)가 마련되는데, 이를 통해 분사 밸브 니들(17)이 압력 공간 내에 있는 압력면 및 압력으로부터 발생하는 힘에 의한 스프링 반력으로 개방 위치로 변위될 수 있다. 그러나, 분사 밸브 니들의 연장선상에는 여기서는 상세히 도시하지 않은 압력 공간 내 압력을 마찬가지로 끊고, 전기 제어식 밸브에 의해 압력 수준을 변경할 수 있는 태핏(24)이 부가적으로 있다. 이 압력 공간에 압력이 제거되면, 밸브 니들(17)은 압축 스프링(22)의 반력으로 개방 방향으로 이동된다. 그렇지만 언급한 압력 공간에 압력이 형성되면 태핏(24)은 밸브 니들(17)을 그 개방력에 반하여 폐쇄 위치로 가압한다.
분사 고압력으로 형성된 연료를 압력 공간(19)에 공급하기 위해, 분사 밸브 하우징의 중앙 영역에 있는 분사 밸브 하우징(21) 외주면(25) 상에 입구 지점(27)이 있는 압력 도관(20)이 마련되어 있다. 이 입구 지점은 연료 고압 저장소(5)에 있는 출구 지점(26)과 매우 밀접하게 접하고 있다. 입구 지점 및 출구 지점은 연결 지점을 형성한다. 이렇게 밀착된 연결을 하기 위해서 분사 밸브는 입구 지점을 가압 부재(36)에 의해 출구 지점(26)에 대해 가압하도록 한다. 이것은 도3에 더 정확하게 도시되어 있다. 이 경우에는 압력 도관 내지 압력 채널(20)을 구비한 연료 분사 밸브의 하우징(21)이 부분 단면도로서 도시되어 있다. 이로부터 타원형 요홈(29)의 영역에서 종료하는 횡방향 채널(28)이 분기되어 있다. 이런 타원형 요홈은 기밀면으로서 분사 밸브 하우징(21)의 외주면(25)에 형성하고 연료 고압 저장소(5)에 출구 지점을 수납하는데 사용한다. 출구 지점은 마찬가지로 기밀면으로 처리된 구형의 외부면(32)을 갖는 작은 마디의 돌기(31)로서 형성된다. 돌기(31) 상 최고점에는 연료 고압 저장소의 종축(33)에 대해 반경 방향으로 연료 채널(34)을 형성하고, 이 돌기는 연료 고압 저장소(5)를 기밀하게 설치할 경우에 연료 분사 밸브 하우징(21) 상에서 횡방향 채널(28)과 정렬하고, 이로써 연료 고압 저장소(5)와 압력 채널(20) 또는 연료 분사 밸브의 압력 공간(19) 사이의 직접 연결부를 형성한다.
입구 지점(27)과 출구 지점(26) 사이의 기밀 연결을 보장하기 위해 연료 분사 밸브의 종방향 연장에 대해 횡방향으로 가압 부재(36)가 제공되고, 이 가압 부재는 요홈(12)에 삽입하고, 분사 밸브 하우징(21)에 장력이 발생하여 이런 밸브 하우징의 입구 지점(27)이 종방향 채널(15)에 고정된 연료 고압 저장소의 출구 지점(26)에 대해 가압하도록 한다. 이 때, 돌기(31)의 이러한 구형 설계는 여유 공차를 조정하는 것을 허용한다. 이로써, 돌기(31)의 외부면은 결합이 가능하도록 되어 있고, 반면에 요홈(29)의 외부 표면이 원추형으로 형성됨으로써, 선접촉이 기밀 모서리로서 실현될 수 있다. 물론, 입구 지점과 출구 지점 사이에 적합하게 대응된 구형식 타원형 결합을 실현시킬 수는 없다. 결국, 2개의 연결 영역은 마찬가지로 원추면에서 실현될 수 있는데, 이 때 여유 공차 보상은 대부분 이 이상 가능하지 않다. 특히, 연료 분사 밸브 하우징(21) 상의 원추 면적에 대해 형성된 대응 원추가 그에 부합하도록 더 크게 되어야 할 때, 원추각은 서로가 편위되어 돌기 영역(31)에 원추상의 미소한 예각을 갖는 원추 면적이 제공된다.
제2 실시예에 대한 선택적인 설계는 도4에 도시되어 있다. 이 때, 돌기는 연료 고압 저장소 측에 있지 않고 연료 분사 밸브 측에 마련되어 있다. 이 돌기(31')는 도3에 따른 구성에 일치하여 구형의 표면적(32')으로 형성하여 기밀면으로서 처리되고 횡방향 채널(28')은 이 때 다시 이러한 구형의 돌기(31')의 최고 지점에서 종료한다. 대향 측면에서 연료 고압 저장소(5')는 구형도 아니고 원추형도 아니며, 동시에 기밀면을 형성시키는 타원형 요홈(29')을 갖고 있다. 연료 펌프에 의해 연료가 충전된 내부 공간(37)을 갖춘 연료 고압 저장소의 내부로부터 나오는 채널(34)이 이 요홈으로 안내된다.
언급한 돌기는 도3 및 도4에 따른 양쪽 경우에 있어 요홈(12)과 요홈(15) 사이의 교차 개구부(38)를 형성한다. 이러한 교차 개구부는 내연 기관의 하우징(14)에 지지된 연료 고압 저장소와 이 하우징에 지지된 연료 분사 밸브 사이의 연결을 허용한다. 또한, 이로써 돌기(31, 31')는 여유 공차를 조정할 필요가 있으며, 분사 밸브 하우징을 연료 고압 저장소에 압착하기 위해 간극을 얻을 필요가 있는데, 양쪽 사이의 접속 보조관 형태의 연결부가 이루어진다. 가압 부재(36)에 의해 이루어지는 압착은 여러가지 다른 형태로 실현될 수 있고, 모든 연결 지점에서도 개별적으로 조정될 수 있기 때문에 연료 분사 밸브와 고압 저장소 사이에 항상 정밀한 기밀 연결은 필요한 제작 허용 오차 및 설치 허용 오차와 상관없이 가능하다.
본 발명의 이러한 해결책으로 연료 고압 저장소와 연료 분사 밸브의 분사 지점 사이의 최단 연결이 이루어지고, 이런 연결은 연료 분사 밸브상의 분사 지점에 대해 연료 고압 저장소 사이 연결부의 제한 손실을 최소화한다.
본 발명의 연료 분사 시스템은 고압 저장소가 모든 경우 다수의 연료 분사 밸브의 하우징에 연결되는 연결 지점을 갖게 됨으로써, 도관 연결에 입게 될 손실을 방지하는 효과를 갖는다. 이러한 방식의 도관 연결은 스로틀링의 영향을 받지 않고, 또한 높은 재충전율로서의 고압 연료가 연료 분사 밸브의 압력실로 공급될 수 있도록 한다.

Claims (10)

  1. 고압 펌프(3)에 의해 연료가 공급되고, 내연 기관에 배열되는 복수의 연료 분사 밸브(6)가 제공된 연료 고압 저장소(5)를 구비하고, 상기 연료 분사 밸브는 압력 공간(19)을 분사 개구부(18)의 상류쪽에 마련하고, 모든 경우에 상기 분사 개구부가 연료 고압 저장소(5)와 연결되어 있는 내연 기관용 연료 분사 시스템에 있어서,
    상기 고압 저장소(5)는 연결부(26)를 갖고 있으며, 상기 저장소는 이 연결부에 의해 각각 다수의 연료 분사 밸브(6)의 하우징(21)과 바로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 연료 고압 저장소(5)는 연료 분사 밸브(6)의 종축에 대해 횡방향으로 연장되고, 길게 연장한 중공체로서 형성된 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 연료 고압 저장소(5) 및 연료 분사 밸브(6)가 내연 기관의 하우징(14) 내에 그에 부합되는 대응 요홈(12, 15)을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 연료 고압 저장소(5)는 내연 기관의 하우징(14)에 고정되어, 상기 연료 고압 저장소가 연료 분사 밸브(6)의 축에 대해 횡방향으로 위치해 있고, 이 때 모든 경우 연결부를 형성함으로써, 모든 경우에 입구 지점(27)이 연료 분사 밸브 하우징(21)에 또는 출구 지점(16)이 연료 고압 저장소(5)에 수납하도록 하는 돌기(31, 31')가 연료 분사 밸브 하우징(21)이나 연료 고압 저장소(5)에 마련되고, 부품 중 하나, 즉 연료 분사 밸브 하우징이나 연료 고압 저장소에 형성된 가압력에 의해 연결부(26, 27) 영역의 상기 부품이 기밀 접촉된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 연료 고압 저장소(5)는 내연 기관의 하우징(14) 내에 종방향 채널(15)에 삽입되고, 연료 분사 밸브(6)의 수납을 위한 수납부(12)가 컷팅되고, 모든 경우 종방향 채널(15)과 수납부(12) 사이의 교차 개구부(38)에 연결부가 형성되고, 상기 연결부에 의해 입구 지점(27)이 연료 분사 밸브 하우징(21)에 또는 출구 지점(26)이 연료 고압 저장소(5)에 수납하도록 하는 돌기(31, 31')가 연료 분사 밸브 하우징(21)이나 연료 고압 저장소(5)에 마련되고, 상기 돌기(31, 31')는 모든 경우 교차 개구부(38)를 통해 돌출함으로써, 부품 중 하나, 즉 연료 분사 밸브 하우징이나 연료 고압 저장소에 형성된 가압력에 의해 연결부 영역의 상기 부품이 기밀 접촉된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 입구 지점(27)을 구비한 연료 분사 밸브 하우징(21)은 모든 경우 가압 부재(36)에 의해 연료 고압 저장소(5)의 출구 지점에 대하여 가압시키는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 입구 지점(27) 및 출구 지점(26)은 기밀면(29, 32)으로서 형성된 표면적으로 둘러싸여진 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 부품 중 어느 하나, 즉 연료 분사 밸브 하우징 내지 연료 고압 저장소 중 한 부품의 기밀면은 모든 경우에 원추형이고, 다른 한 부품의 기밀면은 구형으로 형성된 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 부품 중 어느 하나, 즉 연료 분사 밸브 하우징 내지 연료 고압 저장소 중 한 부품의 기밀면은 모든 경우에 여러 가지 다른 반경을 갖는 구형인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 부품 중 어느 하나, 즉 연료 분사 밸브 하우징 내지 연료 고압 저장소 중 한 부품의 기밀면은 모든 경우에 여러 가지 다른 원추각을 갖는 원추형인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
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