KR20010075416A - 공통 레일 분사기 - Google Patents

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KR20010075416A
KR20010075416A KR1020017003938A KR20017003938A KR20010075416A KR 20010075416 A KR20010075416 A KR 20010075416A KR 1020017003938 A KR1020017003938 A KR 1020017003938A KR 20017003938 A KR20017003938 A KR 20017003938A KR 20010075416 A KR20010075416 A KR 20010075416A
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pressure
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뵉킹프리드리히
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Abstract

본 발명은 내연기관의 공통 레일 분사 시스템에 연료를 분사하기 위한 공통 레일 분사기에 관한 것이다. 상기 분사기는 분사기 하우징(1)을 가지며, 이 분사기 하우징은 분사기 하우징(1)의 외부에서 중앙식 고압 어큐뮬레이터에 연결되며 분사기 하우징(1)의 내부에서 압력 챔버(8)에 연결되고 제어 밸브(22)의 위치에 따라서 고압 연료를 분사하는 연료 공급구(11)를 포함한다. 상기 제어 밸브는 노즐 스프링 챔버(10) 내에 포함된 노즐 스프링(12)의 예비 하중력에 대항하여 분사기의 길이방향 보어(4) 내에서 압력 챔버(8) 내의 압력이 제어 챔버(15) 내의 압력보다 커질 때마다 축방향을 따라 상하로 변위될 수 있는 노즐 니들(5)을 시트로부터 들어올린다. 상기 제어 챔버는 공급 스로틀(19; 25, 26)을 거쳐서 연료 공급구(11)와 연결되며 연료 배출구(20)를 거쳐서 릴리즈 챔버와 연결된다. 비용면에서 효율적이며 단순한 구조를 갖는 공통 레일 분사기를 제조하기 위하여, 상기 제어 챔버(15)는 연소실로부터 이격된 노즐 니들의 대향 단부에 구성된다.

Description

공통 레일 분사기 {Common rail injector}
공통 레일 분사 시스템에 있어서, 연료는 고압 펌프에 의해서 공통 레일로서도 표현되는 중앙식 고압 어큐뮬레이터에 공급된다. 상기 레일로부터 엔진 실린더에 부착된 각각의 분사기들까지 고압관이 연장된다. 분사기들은 엔진 전자 부품에 의해서 개별적으로 제어된다. 이때, 압력 챔버 내에 레일 압력이 형성되어 제어 밸브를 지지한다. 제어 밸브가 개방되면, 고압 연료는 노즐 스프링의 예비 인장력에 대항하여 들어올려진 노즐 니들을 통과하여 연소실에 도달한다.
독일특허 제 DE 197 24 637 A1 호에 공지되어 있는 바와 같은 종래 기술에 따른 분사기에서는 비교적 긴 노즐 니들이 사용된다. 이 분사기가 작동하면, 노즐 니들에는 고압이 작용하여 대단히 큰 힘의 신속한 하중 변화를 일으킨다. 그렇지만, 상기 힘은 노즐 니들을 길이방향으로 잡아 늘리거나 압착하게 된다. 더욱이, 노즐 니들의 스트로크는 노즐 니들에 작용하는 힘에 따라서 변화할 수 있다.
본 발명은 내연기관의 공통 레일 분사 시스템에 연료를 분사하기 위한 공통 레일 분사기에 관한 것으로서, 상기 분사기는 연료 공급구를 구비한 분사기 하우징을 가지며, 또한 연료 공급구는 분사기 하우징의 외부에서 중앙식 고압 어큐뮬레이터(central high pressure accumulator)에 연결되며 분사기 하우징의 내부에서 압력 챔버에 연결되고 제어 밸브의 위치에 따라서 고압 연료를 분사한다. 상기 제어 밸브는 노즐 스프링 챔버 내에 포함된 노즐 스프링의 예비 하중력에 대항하여 분사기의 길이방향 보어 내에서 압력 챔버 내의 압력이 제어 챔버 내의 압력보다 커질 때마다 축방향을 따라 상하로 변위될 수 있는 노즐 니들을 시트로부터 들어올린다. 상기 제어 챔버는 공급 스로틀을 거쳐서 연료 공급구와 연결되며 연료 배출구를 거쳐서 릴리즈 챔버와 연결된다.
도 1은 본 발명에 따른 분사기의 제 1 실시예를 도시한 것으로서 분사기 하우징을 절취하여 도시한 종단면도.
도 2는 본 발명에 따른 분사기의 제 2 실시예를 도시한 것으로서 분사기 하우징을 절취하여 도시한 종단면도.
따라서, 본 발명의 목적은 간편하게 설치될 수 있으며 저렴하게 제조될 수 있는 상술한 형태의 공통 레일 분사기를 제공하고자 하는 것이다. 특히, 높은 노즐 니들 속도에서도 우수한 폐쇄 동작을 보장할 수 있다.
내연기관의 공통 레일 분사 시스템에 연료를 분사하기 위한 공통 레일 분사기에 있어서, 상기 분사기는 분사기 하우징을 가지며, 이 분사기 하우징은 분사기 하우징의 외부에서 중앙식 고압 어큐뮬레이터에 연결되고 분사기 하우징의 내부에서 압력 챔버에 연결되며 제어 밸브의 위치에 따라서 고압 연료를 분사하는 연료 공급구를 포함하고, 상기 제어 밸브는 노즐 스프링 챔버 내에 포함된 노즐 스프링의 예비 하중력에 대항하여 분사기의 길이방향 보어 내에서 압력 챔버 내의 압력이 제어 챔버 내의 압력보다 커질 때 축방향을 따라 상하로 변위될 수 있는 노즐 니들을 시트로부터 들어올리며, 상기 제어 챔버는 공급 스로틀을 거쳐서 연료 공급구와 연결되며 연료 배출구를 거쳐서 릴리즈 챔버와 연결되고, 상기 제어 챔버가 노즐 니들 중 연소실로부터 이격된 단부에 구성됨으로써 상기 목적을 해결할 수 있다.이로 인하여, 콤팩트한 공통 레일 분사기는 노즐 니들을 신속하게 폐쇄할 수 있도록 스트로크를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어 챔버는 종래의 분사기보다 더 작게 구성할 수 있으며, 이로써 분사기를 신속하게 작동시킬 수 있다. 본 발명에 따른 분사기의 형상은 1,800bar 이상의 레일 압력이 가능하다.
본 발명의 특별한 실시예는 노즐 니들 중 연소실로부터 이격된 단부에서 실질적으로 원통 모양을 갖는 리세스가 제공되며, 이 리세스에는 케이스의 외주면이 밀봉 작용 하에서 축방향으로 변위 가능하게 수용되고, 연소실로부터 이격된 케이스의 정면은 노즐 스프링의 예비 인장력에 의해서 분사기 하우징에 압착되며 케이스의 내부 공간은 연료 배출구와 결합하는 것을 특징으로 한다. 상기 케이스는 제어 챔버와 노즐 스프링 챔버가 노즐 니들 중 연소실로부터 이격된 단부에서 제어 챔버의 체적이 노즐 스프링의 설치 공간에 상관없이 조합될 수 있는 장점을 갖는다. 이 때문에, 노즐 스프링은 노즐 니들을 확실하게 폐쇄할 수 있는 큰 탄성 강도를 가질 수 있다. 또한, 이로 인하여 분사 지속 시간과 분사 시점을 정확하게 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 특별한 실시예는 케이스 중 연소실로부터 이격된 단부에서 노즈 니들 중 연소실로부터 이격된 단부에 대항하여 예비 인장되는 노즐 스프링을 위한 유지부가 형성된 밴드가 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 노즐 스프링은 본 발명의 범위 내에서 이중 기능을 수행한다. 첫째, 노즐 스프링의 예비 인장력에 의해서 노즐 니들을 폐쇄하는 기능을 수행하며, 둘째 노즐 스프링의 예비 인장력에 의해서 제어 챔버 내의 압력을 이용하여 제어 챔버의 체적을 제어 챔버의 체적과 연관시킬 수 있다.
본 발명의 특별한 실시예는 케이스 중 연소실로부터 이격된 정면에서 분사기 하우징에 유지되는 웨지형 모서리가 형성되는 것을 특징으로 한다. 이로 인하여, 제어 챔버는 케이스를 둘러싸는 노즐 스프링 챔버로부터 분리될 수 있다.
본 발명의 특별한 실시예는 연료 공급구가 노즐 스프링 챔버를 거쳐서 압력 챔버와 결합하며, 노즐 니들을 노즐 스프링 챔버와 압력 챔버 사이에 안내하는 것을 특징으로 한다. 이로써 노즐 니들이 더 이상의 밀봉 기능을 수행하지 않아도 되는 장점을 얻을 수 있다. 또한 이 때문에, 노즐 니들의 안내에 대한 질적인 필요 조건을 낮출 수 있으며 결과적으로 균일한 안내가 가능하다. 노즐 니들은 이 노즐 니들의 양 측면에서 균일한 압력이 형성된 상태로 안내되기 때문에, 안내 동작 중에 더 이상 누설이 발생하지 않는다.
본 발명의 특별한 실시예는 노즐 스프링 챔버와 압력 챔버 사이의 노즐 니들 상에서 연료가 노즐 스프링 챔버로부터 압력 챔버에 도달할 수 있는 하나 이상의 경사면을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조로 인하여, 특히 고압 강도와 관련한 장점을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 특별한 실시예는 공급 스로틀이 노즐 니들이나 케이스 내에 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 공급 스로틀은 작동시 충격 압력(shock pressure)을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 특별한 실시예는 노즐 니들의 스트로크가 노즐 니들과 케이스 사이에서 축방향 거리로 정의되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 노즐 니들스트로크의 기계적인 제한은 노즐 니들 스트로크가 정확하게 재현될 수 있는 장점을 갖는다. 이로 인하여, 분사 과정은 확실하게 수행될 수 있으며, 소위 유압 누설이 방지된다.
본 발명의 다른 특별한 실시예는 케이스 중 연소실로부터 이격된 단부 상에 공급 스로틀을 거쳐서 노즐 스프링 챔버와 연결되며 보조 스로틀을 거쳐서 원통형 리세스와 연결되는 보조 제어 챔버가 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 구조에 있어서, 노즐 니들이 폐쇄되는 동안 케이스는 분사기 하우징 상에 형성된 상기 케이스의 시트로부터 들어올려진다. 결과적으로, 보조 제어 챔버와 실질적인 제어 챔버를 형성하는 원통형 리세스는 고압 연료로 신속하게 충진될 수 있다. 또한, 이 때문에 노즐 니들은 다시 신속하게 폐쇄된다.
본 발명의 다른 장점과, 특징 및 세부 사항들을 이하의 실시예에서 설명하며, 도면에서는 본 발명의 두 가지 실시예들을 개별적으로 도시한다. 또한, 청구항과 실시예에 기재한 특징들은 본 발명의 실질적인 목적에 따라 각각 독립된 형태나 이들의 조합된 형태로 고려될 수 있다.
도 1에서 종단면도로 도시한 본 발명에 따른 분사기의 제 1 실시예에서는 본 명세서 전체에 걸쳐 도면부호 1로 표기하는 분사기 하우징을 갖는다. 상기 분사기 하우징(1)은 자유 단부가 연료를 공급하고자 하는 내연기관의 연소실 내로 돌출된 노즐 몸체(2)를 포함한다. 노즐 몸체(2)는 연소실로부터 이격된 정면에서 조절 너트(adjusting nut: 도시 안함)에 의해서 유지체(3: holder body)에 대항하여 축방향으로 예비 인장된다.
노즐 몸체(2)에는 축방향으로 안내 보어(4)가 형성된다. 이 안내 보어(4)에는 팁(6)을 갖는 노즐 니들(5)이 축방향으로 변위 가능하게 안내된다. 노즐 니들(5)의 팁(6)에는 노즐 몸체(2) 상에 형성된 밀봉 시트와 협동하는 밀봉면이 형성된다. 밀봉 시트의 직경은 ds로 표시한다. 노즐 니들(5)의 팁(6)이 이 팁의 밀봉면에서 밀봉 시트와 밀착될 때, 분사구(7)는 노즐 몸체(2) 내에 폐쇄된다. 노즐 니들의 팁(6)이 이 팁의 시트로부터 들어 올려지면, 고압 연료가 분사구(7)를 통하여 내연기관의 연소실 내로 분사된다. 노즐 니들(5)의 스트로크는 H로 표기한다.
노즐 니들(5)은 팁(6)으로부터 시작하여 세 가지 상이한 직경 d1, d2, d3을 갖는 영역들로 구분된다. 직경 d1은 직경 d2보다 약간 더 작다. d2와 d1의 직경 차이로 인하여 노즐 몸체(2) 중 연소실 근처의 단부쪽에 환형 챔버(8)가 형성된다. 이 환형 챔버(8)는 압력 챔버로서도 표현된다. 노즐 니들(5)의 직경 d2는 본 실시예에서 노즐 니들(5) 상의 직경 d3과 일치한다. 직경 d2는 안내 직경으로서도 표현된다. 또한, 직경 d3은 제어 직경으로서도 표현된다. 본 실시예에서, 노즐 니들(5)의 외경 d2는 노즐 니들(5) 중 연소실로부터 이격된 단부에서 리세스(14)의 내경 d3과 동일하다. 그러나, 상기 직경 d3은 직경 d2보다 작을 수도 있다.
직경 d2를 갖는 노즐 니들(5)의 안내부에는 적어도 하나의 경사면(9)이 형성된다. 상기 경사면(9)은 노즐 스프링 챔버(10)와 압력 챔버(8)를 연결한다. 노즐 스프링 챔버(10)는 노즐 몸체(2)와 유지체(3)에 의해 둘러싸인다. 유지체(3)에는 노즐 스프링 챔버(10)와 통하는 연료 공급구(11)가 형성된다. 노즐 스프링 챔버(10)에는 노즐 스프링(12)이 배치된다. 노즐 스프링(12)은 노즐 니들(5) 중 연소실로부터 이격된 정면에 지지된다. 노즐 니들(5) 중 연소실로부터 이격된 정면의 중앙에는 제어 챔버(15)를 둘러싸는 원통형의 리세스(14)가 존재한다.
직경 d3을 갖는 원통형 리세스(14)의 영역에서 외부 덮개면을 갖는 케이스(16)가 형성된다. 이 케이스(16) 중 연소실로부터 이격된 단부에는 예비 인장된 노즐 스프링(12)을 위한 접합부가 형성된 밴드(17)가 구성된다. 이외에도, 케이스(16) 중 연소실로부터 이격된 정면에는 유지체(3)를 지지하는 웨지형 모서리(18)가 형성된다.
제어 챔버(15)는 공급 스로틀(19)을 거쳐서 노즐 스프링 챔버(10)와 결합한다. 이외에도, 제어 챔버(15)는 케이스(16)의 내부 공간을 거쳐서 연료 배출구(20)와 결합한다. 이 연료 배출구(20)에는 배출 스로틀(21)이 존재한다. 연료 배출구(20)는 제어 밸브 부품(22)에 의해서 폐쇄된다. 제어 밸브 부품(22)이시트로부터 들어올려지면, 연료 배출구(20)는 압력 릴리즈 챔버(도시 안함)와 결합한다.
도 1에 도시한 공통 레일 분사기는 레일로부터 전달된 고압 연료가 연료 공급구(11)를 거쳐서 노즐 스프링 챔버(10) 내에 도달하도록 작동한다. 다시 고압 연료는 노즐 스프링 챔버로부터, 한편으로 공급 스로틀(19)을 거쳐서 제어 챔버(15) 내에 도달하며, 다른 한편으로 시트를 통과하여 경사면(9)에 도달한다. 공지된 바에 따르면, 직경비는 제어 챔버(15) 내의 고압으로 인하여 노즐 니들(5)이 이 노즐 니들의 팁(6)을 통하여 노즐 니들의 시트를 지지하도록 선택된다. 제어 밸브 부품(22)이 개방되면, 제어 챔버(15)는 릴리즈되며 노즐 니들의 팁(6)이 시트로부터 들어올려진다. 그후, 고압 연료는 분사구(7)를 통과하여 제어 밸브 부품(22)이 다시 폐쇄될 때까지 내연기관의 연소실로 분사된다. 제어 밸브 부품이 다시 폐쇄되면, 제어 챔버(15) 내의 압력은 상승하며 노즐 니들(5)은 노즐 스프링(12)의 예비 인장력에 기초하여 노즐 니들의 팁(6)에 의해서 노즐 니들의 시트에 압착된다.
도 2에 도시한 제 2 실시예는 도 1에 도시한 제 1 실시예와 전체적으로 일치한다. 명료하게 표현하기 위하여, 동일 부품에는 동일 도면부호를 부여한다. 또한 반복되는 설명을 피하기 위하여, 제 1 실시예에서 설명한 부분을 참조한다. 따라서, 양 실시예들의 차이점만을 기술한다.
도 2에 도시한 제 2 실시예에 있어서, 케이스(16) 중 연소실로부터 이격된 단부에는 보조 제어 챔버(26)가 형성된다. 이 보조 제어 챔버(24)는 공급스로틀(25)을 거쳐서 노즐 스프링 챔버(24)와 결합한다. 또한, 보조 제어 챔버(24)는 보조 스로틀(26)을 거쳐서 제어 챔버(15)와 결합한다. 도 2에 도시한 실시예에 있어서, 케이스(16)는 노즐 니들(5)이 폐쇄될 때 유지체(3)의 시트로부터 들어올려진다. 케이스(16)는 보조 스로틀(26)에 의해서 상기 케이스의 시트로부터 확실하게 들어올려진다. 제어 밸브 부품(22)이 폐쇄되면, 먼저 보조 제어 챔버(24)는 고압 연료를 제어 챔버(15)에 충진한다.
상기 제어 밸브 부품(15)은 단지 일례로서 도시한 것이다. 이외에도, 본 발명의 범위 내에서 힘 평형 자기 밸브나 이중 조작 압전 조절기가 사용될 수도 있다.

Claims (9)

  1. 내연기관의 공통 레일 분사 시스템에 연료를 분사하기 위한 장치로서, 분사기 하우징(1)을 가지며,
    상기 분사기 하우징은 이 분사기 하우징(1)의 외부에서 중앙식 고압 어큐뮬레이터에 연결되고 분사기 하우징(1)의 내부에서 압력 챔버에 연결되며 제어 밸브(22)의 위치에 따라서 고압 연료를 분사하는 연료 공급구(11)를 포함하고,
    상기 제어 밸브는 노즐 스프링 챔버(10) 내에 포함된 노즐 스프링(12)의 예비 하중력에 대항하여 분사기의 길이방향 보어(4) 내에서 압력 챔버(8) 내의 압력이 제어 챔버(15) 내의 압력보다 커질 때 축방향을 따라 상하로 변위될 수 있는 노즐 니들(5)을 시트로부터 들어올리며,
    상기 제어 챔버는 공급 스로틀(19; 25, 26)을 거쳐서 연료 공급구(11)와 연결되며 연료 배출구(20)를 거쳐서 릴리즈 챔버와 연결되는 공통 레일 분사기에 있어서,
    상기 제어 챔버(15)는 노즐 니들(5) 중 연소실로부터 이격된 단부에 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 니들(5) 중 연소실로부터 이격된 단부에는 케이스(16)의 외주부가 밀봉 작용 하에서 축방향으로 변위될 수 있도록 수용된 원통형의 리세스(14)가 제공되며, 케이스 중 연소실로부터 이격된 정면은 노즐스프링(12)의 예비 인장력에 의해서 분사기 하우징(1)에 대항하여 압착되고 케이스의 내부 공간은 연료 배출구(20)와 결합되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 케이스 중 연소실로부터 이격된 단부(16)에는 노즐 니들(5) 중 연소실로부터 이격된 단부에 대항하여 예비 인장되는 노즐 스프링(12)을 위한 접합부가 형성된 밴드(17)가 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 케이스(16) 중 연소실로부터 이격된 정면에는 분사기 하우징(1)에 유지된 웨지형 모서리(18)가 형성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 공급구(11)는 노즐 스프링 챔버(10)를 거쳐서 노즐 챔버(8)와 결합하며, 상기 노즐 니들(5)은 노즐 스프링 챔버(10)와 압력 챔버(8) 사이에 안내되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 노즐 스프링 챔버(10)와 압력 챔버(8) 사이의 노즐 니들(5)에는 연료가 노즐 스프링 챔버(10)로부터 압력 챔버(8)에 도달할 수 있는하나 이상의 경사면(9)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 스로틀(19; 25)은 노즐 니들(5) 또는 케이스(16) 내에 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 니들의 스트로크 H는 노즐 니들(5)과 케이스(16) 사이의 축방향 거리로 정의되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스(16) 중 연소실로부터 이격된 단부에는 공급 스로틀(25)을 거쳐서 노즐 스프링 챔버(10)와 결합되고 보조 스로틀(26)을 거쳐서 노즐 니들(5) 내의 원통형 리세스(14)와 결합되는 보조 제어 챔버(24)가 형성되는 것을 특징으로 하는 공통 레일 분사기.
KR1020017003938A 1999-08-04 2000-08-01 공통 레일 분사기 KR20010075416A (ko)

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