KR20010075090A - 공통 레일 분사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공통 레일 분사 시스템에 연료를 분사하기 위한 공통 레일 분사기에 관한 것이다. 상기 공통 레일 분사기는 중앙식 고압 연료 어큐뮬레이터와 연결된 연료 공급 라인(11)과 압력 챔버(15)를 포함하는 분사기 하우징(1)을 갖는데, 상기 연료 공급 라인은 분사기 하우징(1)의 외부에 배치되고 압력 챔버는 분사기 하우징(1)의 내부에 배치된다. 분사기 하우징(1)의 종방향 구멍(3)의 내부에서, 노즐 스프링의 예비 인장력에 대항하여 축방향을 따라 상하로 변위될 수 있는 노즐 니들(4)은 압력 챔버(15) 내의 압력이 제어 챔버(16) 내의 압력보다 더 클 때 시트로부터 상승한다.

Description

공통 레일 분사기 {Common rail injector}

공통 레일 분사 시스템에서는 고압 펌프를 이용하여 연료를 공통 레일이라고도 칭하는 중앙식 고압 어큐뮬레이터에 공급한다. 고압 라인은 고압 어큐뮬레이터로부터 엔진의 실린더에 배치된 각각의 분사기에 연결된다. 분사기는 엔진의 전자부품에 의해서 개별적으로 제어된다. 레일 압력은 압력 챔버 내에 형성되어 제어 밸브에 작용한다. 제어 밸브가 개방되면, 노즐 니들은 이 니들의 시트로부터 들어올려지게 되어 내연기관의 연소실 내로 고압 연료가 분사된다.

예를 들면, 독일특허 제 DE 197 24 637 A1 호에 공지되어 있는 종래 분사기에 있어서, 연소실로부터 이격된 종방향 구멍의 단부 상에는 분사기 하우징의 중앙에서 제어 챔버가 배치된다. 연료 공급 라인과 압력 챔버는 종방향 구멍의 외부에 형성된 구멍에 의해서 결합된다. 분사기 하우징 내에 형성된 이와 같은 추가의 구멍에는 적어도 분사 과정 동안 완전한 레일 압력이 작용된다. 이 때문에, 제조 기술적인 면에서 분사기 하우징의 밀봉 작업은 매우 고가이다.

본 발명은 내연기관의 공통 레일 분사 시스템 내에 연료를 분사하기 위한 공통 레일 분사기에 관한 것으로서, 상기 공통 레일 분사기는 중앙식 고압 연료 어큐뮬레이터와 연결된 연료 공급 라인과 압력 챔버를 포함하는 분사기 하우징을 갖는데, 여기서 연료 공급 라인은 상기 분사기 하우징의 외부에 배치되고 압력 챔버는 분사기 하우징의 내부에 배치된다. 제어 밸브를 조절함으로써 고압 상태의 연료가 압력 챔버로부터 분사되고, 이로써 압력 챔버 내의 압력이 공급 스로틀을 거쳐서 연료 공급 라인과 연결되고 배출 스로틀을 거쳐서 압력 해제 챔버와 결합될 수 있는 제어 챔버 내의 압력보다 커지게 되면, 분사기 하우징의 종방향 구멍 내에서 노즐 스프링의 예비 인장력에 대항하여 축방향을 따라 상하로 운동 가능한 노즐 니들이 시트로부터 들어 올려질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분사기를 도시한 종단면도.

본 발명의 목적은 상술한 종류의 공통 레일 분사기를 간편하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 저렴하게 제조하기 위한 것이며, 특히 밀봉성을 개선하고자 하는 것이다.

연료 공급 라인을 구비한 분사기 하우징을 갖는 내연기관의 공통 레일 분사 시스템 내에 연료를 분사하기 위한 공통 레일 분사기에 있어서, 상기 연료 공급 라인은 분사기 하우징의 외부에서 중앙식 고압 연료 어큐뮬레이터를 연결시키고 분사기 하우징의 외부에서 압력 챔버를 연결시키며, 제어 밸브를 조절함에 따라서 분사기 하우징으로부터 고압 연료를 분사하는 형태로 제작함으로써 달성될 수 있다. 이를 위하여 분사기 하우징에 형성된 종방향 구멍에는 압력 챔버 내의 압력이 제어 챔버 내의 압력보다 더 클 때 노즐 스프링의 예비 인장력에 대항하여 축방향을 따라 상하로 운동 가능한 노즐 니들이 이 노즐 니들의 시트로부터 들어 올려지도록 구성되며, 상기 제어 챔버는 공급 스로틀을 거쳐서 연료 공급 라인과 결합되고 배출 스로틀은 압력 해제 챔버와 결합될 수 있기 때문에 연료 공급 라인과 압력 챔버 사이에서 제어 챔버에 대하여 안쪽으로 결합된다. 본 발명에 따른 분사기의 구조는 실질적으로 종래의 분사기에 비하여 반대로 구성된다. 이러한 구성에 의해서, 분사기 하우징의 고압 밀봉은 제조 기술상 현저하게 단순화할 수 있다.

본 발명에 따른 특별한 일실시예에 있어서, 상기 노즐 니들은 연료 공급 라인을 압력 챔버에 연결시키는 중앙 구멍을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 노즐 니들 내에 배치된 구멍은 종래 분사기의 분사기 하우징 내에 형성된 구멍에서와 동일한 기능을 수행한다. 상기 분사기를 본 발명에 따라 형성함으로써 분사기 하우징을 매우 콤팩트하게 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 연료 공급 라인과 압력 챔버 사이의 노즐 니들 상에는 적어도 하나의 평면이 형성되며, 이 평면상에서 연료 공급 라인으로부터의 연료를 압력 챔버에 도달시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 실시예에서는 분사기의 고압 연료와 관련하여 특히 이롭다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 중앙 구멍으로서는 일단부에서 적어도 하나의 반경 방향 구멍을 통하여 압력 챔버와 연결되는 축방향 포켓 구멍이 사용되는 것을 특징으로 한다. 4개의 반경 방향 구멍이 포켓 구멍으로부터 별모양으로 형성될 때, 환형 압력 챔버 내에 고압 연료가 균일하게 분배될 수 있다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 제어 챔버는 종방향 구멍의 내주면과 케이스의 외주면 사이에 배치되며, 또한 상기 케이스는 연소실로부터 이격된 노즐 니들의 단부쪽으로 밀봉 작용 상태 하에서 밀쳐질 수 있을 뿐만 아니라 노즐 스프링을 이용함으로써 분사기 하우징 상에 유지될 수 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 케이스를 구성함으로써 제어 챔버와 연료 공급 라인을 간단히 구분할 수 있다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 분사기 하우징에 유지되는 케이스의 표면상에는 웨지형 모서리가 형성되는 것을 특징으로 한다. 이로 인하여 케이스의 바깥쪽에 형성된 제어 챔버는 케이스의 내부에서 연료 공급 라인으로부터 분리된다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 노즐 니들은 제어 챔버와 압력 챔버 사이에 안내되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 분사기의 노즐 니들은 종래의 노즐 니들보다 더 짧게 형성될 수 있다. 이로써, 분사기를 완벽하게 작용시킬 수 있다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 케이스 내에는 공급 스로틀이 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 공급 스로틀은 구동시 충격 압력을 방지하기 위하여 사용된다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 노즐 니들에는 노즐 스프링을 유지하기 위한 단(step)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성은 스프링 와셔를 필요로 하지 않는 장점을 갖는다. 이로 인하여 개별 부품들의 개수를 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 다른 특별한 실시예에 있어서, 상기 노즐 니들의 스트로크는연소실로부터 이격된 노즐 니들의 정면과 분사기 하우징 사이에 형성된 거리로 정의되는 것을 특징으로 한다. 본 실시예는 제조 기술적인 면에서 특히 간편하게 실시될 수 있는 장점을 갖는다.

이하에서, 본 발명에 따른 기타의 장점과, 특징 및 세부 사항들을 본 발명의 각 실시예를 도시한 도면을 참조하여 개별적으로 설명한다. 청구항과 실시예에서 설명하는 특징들은 본 발명을 실질적으로 조합한 형태로 설명될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예로서 도 1에 종단면도로 도시한 분사기는 명세서 전반에 걸쳐서 도면부호 1로 표기한 분사기 하우징을 갖는다. 상기 분사기 하우징(1)은 연료를 공급하기 위하여 내연기관의 연소실내로 자신의 자유 단부가 돌출된 노즐 몸체(2)를 포함한다. 연소실로부터 이격된 노즐 몸체의 상부면에서, 노즐 몸체(2)는 조절 너트(adjusting nut: 도시하지 않음)에 의해서 밸브 몸체(20)와 분사기 몸체(도시하지 않음)에 대항하여 축방향으로 예비 인장된다.

노즐 몸체(2)에는 축방향 안내구(3)가 형성된다. 이 안내구(3)에는 팁(5: tip)을 갖는 노즐 니들(4)이 축방향으로 움직일 수 있도록 안내된다. 노즐 니들(4)의 팁(5)에는 노즐 몸체(2) 상에 형성된 밀봉 시트와 협동하는 밀봉면이 형성된다. 노즐 니들의 팁(5)이 이 팁의 밀봉면을 통하여 밀봉 시트와 밀착되면, 분사구(6)는 노즐 몸체(2) 내에 폐쇄된다. 노즐 니들의 팁(5)이 노즐 몸체의 시트로부터 들어 올려지면, 내연기관의 연소실 내에 분사구(6)를 통하여 고압 연료가 분사된다.

노즐 니들(4)은 팁(5)으로부터 출발하여 위쪽으로 진행하면서 각각 d₁, d₂및 d₃과 같은 다른 직경들로 이루어진 3개의 영역을 갖는다. 여기서 직경 d₂가 가장 크며 이 d₂는 노즐 니들(4)을 노즐 몸체(2)에 안내하는 역할을 하는 구역의 직경이다. 한편, 직경 d₁은 시트 직경으로서 표기되며 노즐 니들의 직경 d₃보다 약간 더 작다. 상기 직경 d₃은 안내 직경 d₂보다 작다. 또한, 직경 d₃은 제어 직경으로서, 그리고 직경 d₂는 안내 직경으로서도 표현된다.

직경 d₂와 d₃사이의 차이로 인하여, 노즐 니들(4) 상에는 단(7)이 형성되며, 이 단(7)에는 노즐 스프링(8)이 지지된다. 노즐 스프링(8)의 다른쪽 단부는 케이스(9)의 하부 정면에 지지된다. 이러한 기술과 방식으로 단(7)과 케이스(9) 사이의 노즐 스프링(8)은 예비 인장된다. 노즐 스프링(8)의 예비 인장력은 한편으로 노즐 니들(4)의 팁(5)이 이 노즐 니들의 시트에 대항하여 압착되어야 하며, 다른 한편으로 케이스(9)의 상부면은 밸브 몸체(20)에 대항하여 가압되어야 한다. 연소실로부터 이격된 케이스(9)의 상부면에는 웨지형 모서리(10)가 형성된다. 케이스(9)의 내경은 노즐 니들(4)의 직경 d₃보다 약간 더 크다. 연소실로부터 이격된 노즐 니들(4)의 단부는 밀봉 작용하에서 케이스(9)내에 밀쳐질 수 있다. 이러한 기술과 방식에 의하여 케이스(9)의 내부 공간은 주위로부터 압력 밀봉 상태로 보호된다.

케이스(9)의 내부 공간은 밸브 몸체(20) 내에 형성된 연료 공급 라인(11)과 통한다. 이후에, 노즐 니들(4) 내에 형성된 중심 축방향 구멍(12)은 압력 챔버(15)의 높이까지 연장한다. 압력 챔버(15)의 높이에서 노즐 니들(4)에는 두 개의 반경 방향 관통구(13, 14)들이 교차하도록 배치된다. 반경 방향 구멍(13, 14)들은 압력 챔버(15)와 축방향 구멍(12) 사이에서 일종의 결합부를 형성한다.

고압 연료는 레일로부터 연료 공급 라인(11)과, 케이스(9)의 내부 공간과, 축방향 구멍(12)과, 반경 방향 구멍(13, 14)들을 거쳐서 압력 챔버(15) 내에 도달한다. 직경 d₁, d₂및 d₃사이에서 직경비를 적절히 선택함으로써, 노즐 니들(4)을 분압의 형태로 조절할 수 있다. 노즐 스프링(8)의 예비 인장력에 기초하여 노즐 니들의 팁(5)은 이 노즐 니들의 시트에 대항하여 가압된다.

케이스(9)의 외주와 종방향 구멍(3)의 내주면 사이에서 연소실로부터 이격된 노즐 몸체(2)의 단부에는 제어 챔버(16)가 형성된다. 이 제어 챔버(16)는 공급 스로틀(19)을 거쳐서 케이스(9)의 내부 공간뿐만 아니라 연료 공급 라인(11)과 결합된다. 또한, 제어 쳄버(16)에는 레일 압력이 형성된다.

제어 챔버(16)는 배출 스로틀(17)을 거쳐서 제어 밸브 부품(18)을 제어함에 따라서 압력 해제 챔버(도시하지 않음)와 결합될 수 있다. 이 경우에, 제어 챔버(16) 내의 압력이 레일 압력 이하로 감소하고 노즐 니들(4) 중 압력이 작용하는 면들 사이에서 상술한 바와 같은 문제점이 더 이상 발생하지 않는다. 이로써 노즐 니들(4)은 이 노즐 니들의 시트로부터 들어 올려지게 되어 압력 챔버(15)로부터의 고압 연료가 내연기관의 연소실 내에 분사된다. 제어 밸브 부품(18)을 통하여 압력 해제 챔버와의 결합이 해제되면, 제어 챔버(16) 내의 압력이 다시 서서히 상승되고 노즐 니들(4)은 폐쇄된다.

케이스(9)는 이 케이스의 기학적인 구조에 기초하여 균일한 힘이 발생한다. 웨지형 모서리(10)는 케이스(9)의 내부 직경 상에 배치된다.

Claims (10)

1. 공통 레일 분사 시스템에 연료를 분사하기 위한 장치로서, 이 장치는 연료 공급 라인(11)을 구비한 분사기 하우징(1)을 가지며, 상기 연료 공급 라인은 분사기 하우징(1)의 외부에서 중앙식 고압 연료 어큐뮬레이터와 연결되고 분사기 하우징(1)의 내부에서 압력 챔버(15)와 연결되며, 제어 밸브(18)를 제어함에 따라서 상기 분사기 하우징으로부터 고압 연료를 분사하고, 상기 제어 밸브는, 공급 스로틀(19)을 거쳐서 연료 공급 라인(11)과 연결되며 배출 스로틀(17)을 거쳐서 압력 해제 챔버와 결합 가능한 압력 챔버(15) 내의 압력이 제어 챔버(16) 내의 압력보다 크다면 분사기 하우징(1)에 형성된 종방향 구멍(3) 내에서 노즐 스프링(8)의 예비 인장력에 대항하여 상하로 운동 가능한 노즐 니들(4)을 시트로부터 들어 올리는 공통 레일 분사기에 있어서,

   상기 연료 공급 라인(11)과 압력 챔버(15) 사이의 결합부(12 내지 14)는 제어 챔버(16)에 대하여 안쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 니들(4)은 연료 공급 라인(11)을 압력 챔버(15)에 연결시키는 중앙 축방향 구멍(12)을 갖는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 공급 라인(12)과 압력 챔버(15) 사이의 노즐니들(4)에는 연료가 연료 공급 라인(11)의 옆을 지나서 압력 챔버(15)에 도달할 수 있는 하나 이상의 평면이 형성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 중앙 축방향 구멍으로서는 이 구멍의 일단부에서 하나 이상의 반경 방향 구멍(13, 14)을 압력 챔버(15)와 연결하는 축방향 포켓 구멍(12)이 사용되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 챔버(16)는 종방향 구멍(3)의 내주면과 케이스(9)의 외주면 사이에 배치되고, 상기 케이스는 연소실로부터 이격된 노즐 니들(4)의 단부 상에서 밀봉 작용 상태로 들어 올려질 수 있을 뿐만 아니라 노즐 니들(8)을 이용함으로써 분사기 하우징(1) 상에 유지되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 분사기 하우징(1)을 유지하는 케이스(9)의 표면 상에는 웨지형 모서리(10)가 형성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 니들(4)은 제어 챔버(6)와 압력 챔버(15) 사이에 안내되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 스로틀(19)은 케이스(9) 내에 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 니들(4)에는 노즐 스프링(8)을 유지하기 위한 단(7)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 니들의 스트로크는 연소실로부터 이격된 노즐 니들(4)의 정면과 분사기 하우징(1) 사이에 형성된 거리로 정의되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.