KR20010093156A - 내연기관에 관련된 연료분사시스템용 압력변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분사과정과 분사과정 사이에서 스텝피스톤(17)에 작용하는 유압력의 균형(balacing out)이 이루어지는 압력변환기(11)를 포함하는 내연기관용 연료분사시스템에 관한 것이다.

Description

내연기관에 관련된 연료분사시스템용 압력변환기{PRESSURE TRANSLATOR FOR A FUEL INJECTION SYSTEM PERTAINING TO AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

배기가스규정이 강화됨에 따라 혼합율과 연소상태의 개선을 위해 점점 더 높은 분사압력이 요구되고 있다. 따라서 연료분사시스템에 더 높은 기계적 및 열적 부하가 가해진다. 이외에도 압력과 함께 연료분사시스템에서의 손실도 증가하므로 구동출력도 그 이상으로 증가되어야 한다.

본 발명은 청구항 1의 상위개념에 따른 내연기관용 연료분사시스템의 압력변환기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연료분사시스템에 대한 개략적 도면.

도 2는 본 발명에 따른 압력변환기에 대한 개략적 도면.

본 발명의 과제는 압력변환기에 작용하는 유압력이 감소되며 압력변환기가 간단하게 제어될 수 있는 연료분사시스템을 제작하고 이외에도 높은 분사압을 실현시키며 동시에 분사펌프에 의한 출력손실 및 분사펌프의 부하를 줄이는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라, 고압부품을 갖는 분사펌프 및 분사노즐이 포함된 내연기관용 연료분사시스템의 압력변환기, 더욱 상세하게는 분사펌프의 고압부품이 압력변환기의 저압측과 연결되는 제어관과 압력변환기의 고압측과 연결되는 고압경로를 통해 분사노즐과 연결되는 압력변환기를 통해 해결되는데, 상기 압력변환기는 분사과정과 분사과정 사이에서 압력변환기의 저압측에 작용하는 유압력의 균형을 이루게 하는(balancing out) 장치가 존재하는 것을 특징으로 한다.

이런 압력변환기는 분사과정과 분사과정 사이에 스텝피스톤에 작용하는 압력이 감소되어 분사과정이 종료된 후에 상기 스텝피스톤이 적은 힘으로 자신의 펌프 쪽 초기위치로 복원될 수 있으며 상기 압력변환기가 간단하게 제어될 수 있다는 장점을 갖는다. 이외에도 연료분사시스템의 리크오일 손실 및 스로틀손실(throttling loss)도 감소되는데, 이로 인해 구동력수요가 감소하고 연료분사시스템의 효율이 개선된다. 추가적으로 높은 분사압으로 인해 분사노즐의 분사구 지름을 줄일 수 있는데, 이로 인해 모든 운전 상태(operating point)에서 혼합율이 개선된다.

본 발명에 따른 한 실시예의 경우 각각의 단부면이 압력실을 한정하며 보어에서 이동될 수 있는 스텝피스톤이 상기 압력변환기에 포함되며, 스텝피스톤의 큰 제1 단부면은 제어관과 연결된 제1 압력실을 한정하며, 이것의 반대편에 위치하는 스텝피스톤의 작은 제2 단부면은 고압경로와 연결된 제2 압력실을 한정하고, 상기 제1 단부면의 반대편에 위치한 원형면은 제어실을 한정하며, 분사과정과 분사과정 사이에는 제1 압력실과 제어실의 압력이 동일하다. 이런 실시예는 구조가 간단함에도 불구하고 본 발명에 따른 장점을 갖는다는 장점을 갖는다.

본 발명에 따른 다른 실시예의 경우 제1 단부면과 상기 원형면의 면적이 거의 동일하므로 분사과정과 분사과정 사이에 스텝피스톤에 가해지는 유압력이 완전하게 균형을 이룬다.

다른 실시예의 경우 상기 제어실이 유입초크를 통해 제1 압력실과 유압적으로 연결됨으로써 분사과정 중에 제1 압력실과 제어실 사이의 압력균형이 방해된다.

본 발명에 따른 한 실시예의 경우 제어실은 제어밸브, 특히 2/2 제어밸브를 통해 감압될 수 있으므로 압력변환기의 이송개시 시점을 제어밸브의 개방을 통해 제어할 수 있다.

다른 실시예의 경우 스텝피스톤의 숄더와 하나의 면에서 지지되며 제1 압력실의 압력과 제어실에서의 압력에 따라 분사과정과 분사과정 사이에 스텝피스톤을 자신의 펌프 쪽 리밋스톱으로 압박하는 재조정 스프링(readjusting spring)이 제1 압력실에 장착되어 있어 분사과정 종료 후에 스텝피스톤이 압력과 무관하게 자신의 초기위치로 복원된다. 이외에도 상기 재조정스프링은 매우 작은 설치공간만을 필요로 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예의 경우 상기 숄더는 탈부착이 가능한 형태로 스텝피스톤과 결합됨으로써 생산성과 조립성이 개선된다.

본 발명의 다른 실시예의 경우 연료는 제1 압력실에서 배출초크를 거쳐 리크오일리턴파이프로 흐르므로 상기 리크오일리턴파이프의 압력은 분사펌프에 의해 직접 형성된다.

본 발명의 다른 실시예의 경우 제2 압력실은 리크오일리턴파이프로부터 채워지고 제2 압력실과 리크오일리턴파이프 사이에는 연료가 제2 압력실에서 리크오일리턴파이프로 역류하는 것을 방지하는 역지밸브가 배열되어 있어 충전이 간단하고 분사과정과 분사과정 사이에 제2 압력실에는 낮은 압력만으로 유지된다.

본 발명의 다른 실시예의 경우 리크오일리턴파이프 내의 압력이 분사노즐의개방압보다 낮아 분사과정과 분사과정 사이에 분사노즐이 안전하게 차단된다.

본 발명의 한 실시예의 경우 생산성과 조립성을 개선하기 위해 상기 스텝피스톤이 투피스형으로 설계된다.

본 발명의 한 실시예의 경우 상기 제어밸브의 제어유량이 리크오일리턴파이프를 통해 배출되므로 간단한 형태의 유압 회로가 가능하다.

본 발명의 다른 실시예의 경우 상기 스텝피스톤이 슬리브에서 안내되므로 스텝피스톤의 안내 양상이 개선된다.

본 발명의 다른 장점 및 바람직한 실시예는 다음의 설명과 도면 그리고 청구항에 기술된다.

본 발명의 대상 실시예는 도면에 도시되어 있으며 다음에서 상세히 설명된다.

도 1에는 고압부품(5)을 갖는 분사펌프(3)와 분사노즐(1)이 포함된 연료분사시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 고압부품(5)은 제어관(9) 및 고압경로(high pressure path)(10)를 통해 분사노즐(1)과 연결된다. 상기 제어관(9)과 고압경로(10) 사이에는 압력변환기가 배열되어 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 압력변환기(11)가 도시되어 있다. 상기압력변환기(11)는 보어(18)에서 안내되는 원피스형 또는 멀티피스형의 스텝피스톤(17), 하우징(12), 제1 압력실(13), 제2 압력실(15) 및 제어실(19)을 갖는다.

상기 제1 압력실(13) 및 이 제1 압력실(13)로 돌출되는, 지름 d₁의 스텝피스톤(17)의 단부면은 상기 압력변환기(11)의 저압측을 형성한다. 상기 제2 압력실(15) 및 이 제2 압력실(15)로 돌출되는, 지름 d₃의 스텝피스톤(17)의 단부면은 상기 압력변환기(11)의 고압측을 형성한다.

상기 제어실(19)은 스텝피스톤(17)의 원형면(ring surface)(20)과 숄더(shoulder)에 의해 압력변환기(11)의 하우징(12)에서 종단방향으로 한정된다.

분사과정과 분사과정 사이에는 상기 제어실(19)과 연결된 2/2 제어밸브(21)가 차단된다. 제1 압력실(13)과 제어실(19)은 유입초크(25)를 갖는 결합관(23)을 통해 연결되므로 상기 제어밸브(21)가 차단된 경우 제1 압력실(13)과 제어실(19)의 압력은 동일하다. 상기 제1 압력실(13)로 돌출되는 스텝피스톤(17)의 단부면 및 원형면(20)을 통해 유압력의 균형이 이루어진다. 상기 균형은

의 조건이 충족될 경우 완전하게 이루어진다. 상기 스텝피스톤(17)의 단부면에 가해지는 유압력의 과도보상(overcompensation)은 유리할 수 있다.

상기 제어밸브(21)가 개방되면서 분사과정이 개시된다. 상기 제어실(19)에 존재하는 연료는 상기 제어밸브(21)를 통해 리크오일리턴파이프(27)로 흐른다. 상기 유입초크(25)는 제어밸브(21)가 개방된 경우 제어실(19) 내의 압력을 제1 압력실(13)의 압력이하로 낮추는 기능을 한다. 이로 인해 제1 압력실(13)로 돌출되는 스텝피스톤(17)의 단부면과 원형면(20) 사이에서 힘의 균형이 더 이상 이루어지지 않는다. 상기 스텝피스톤(17)은 이송을 시작한다.

제1 압력실(13)로 돌출되는 단부면과 제2 압력실(15)로 돌출되는 단부면의 비율을 조절함으로써 제1 압력실(13)과 제2 압력실(15) 사이의 압력비를 조절할 수 있다. 제2 압력실(15) 또는 고압경로(10)에서의 압력이 분사노즐(1)의 압력을 초과하는 즉시 상기 분사노즐(1)이 개방되고 분사가 개시된다.

상기 제어밸브(21)가 차단되는 즉시 제1 압력실(13)과 제어실(19) 사이에는 다시 압력 및 힘의 균형이 이루어지므로 스텝피스톤(17)은 재조정스프링(readjusting spring)(29)에 의해 다시 제1 압력실(13) 방향, 즉 도 2에 도시된 위치로 움직인다. 상기 스텝피스톤(17)이 제1 압력실(13)로 움직이는 즉시 제2 압력실(15)의 압력은 와해되고 분사노즐(1)이 차단된다.

제2 압력실(15)은 리크오일압력으로 급기되는 공급관(31)을 통해 채워진다. 상기 공급관(31)에는 역지밸브(33)가 배열된다. 도 2에 도시된 바와 같이 상기 역지밸브(33)는 스프링에 의해 부하되거나 또는 스프링없이 작동될 수 있으며 분사 과정 중에 연료가 역류되는 것을 방지한다. 리크오일압력은 상기 분사노즐(1)의 개방압보다 낮다.

상기 스텝피스톤(17)은 d₁의 지름으로 슬리브(35)에 의해 안내된다. 상기 슬리브(35)의 외측은 하우징(12)에 고정된다. 하우징(12)의 숄더(37)와 판스프링(39)은 축방향으로 슬리브(35)를 고정한다. 본 발명에 따른 압력변환기(11)의 생산성 및 조립성을 개선하기 위해 상기 하우징(12)은 상기 숄더(37)를 따라 분할될 수 있다. 상기 판스프링(39)은 스텝피스톤(17)이 자신의 펌프 쪽 리밋스톱에서 "강하게" 안착되는 것을 방지한다.

상기 재조정스프링(29)은 스텝피스톤(17)의 숄더(41)와 슬리브(35) 사이에 고정된다. 도 2에는 상기 숄더(41)가 스텝피스톤(17)에 나사로 고정된 실시예가 도시되어 있다. 하지만 다른 형태의 실시예도 고려될 수 있다.

연료는 제1 압력실(13)에서 배출초크(43)를 통해 리크오일리턴파이프로 흐른다. 상기 배출초크(43)를 통해 리크오일리턴파이프의 압력 레벨이 조절될 수 있다.

설명과 다음의 청구항 및 도면에 기술된 모든 특징들은 각각으로서 뿐만 아니라 또는 임의적 조합으로서도 발명적 효력을 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 압력변환기에 작용하는 유압력이 감소되며 압력변환기가 간단하게 제어될 수 있는 연료분사시스템을 제작하고 이외에도 높은 분사압을 실현시키며 동시에 분사펌프에 의한 출력손실 및 분사펌프의 부하를 줄이도록 사용될 수 있다.

Claims (13)

1. 고압부품(5)을 갖는 분사펌프(3)와 분사노즐(1)을 포함하고, 상기 분사펌프(3)의 고압부품(5)은 압력변환기(11)의 저압측과 연결되는 제어관(9)과 압력변환기(11)의 고압측과 연결되는 고압경로(10)를 통해 분사노즐(1)과 연결되는 내연기관용 연료분사시스템의 압력변환기로서,

   분사과정과 분사과정 사이에서 압력변환기(11)의 저압측에 작용하는 유압력의 균형을 이루게 하는(balancing out) 장치(20)가 존재하는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
2. 제 1항에 있어서, 각각의 단부면이 압력실을 한정하고, 보어(18)에서 이동될 수 있는 스텝피스톤(17)이 상기 압력변환기(11)에 포함되는 것과, 스텝피스톤(17)의 큰 제1 단부면은 제어관(9)과 연결된 제1 압력실(13)을 한정하고, 이것의 반대편에 위치하는 스텝피스톤(17)의 작은 제2 단부면은 고압경로(10)와 연결된 제2 압력실(15)을 한정하는 것과, 상기 제1 단부면의 반대편에 위치한 원형면(20)은 제어실(19)을 한정하는 것과, 분사과정과 분사과정 사이에는 제1 압력실(13)과 제어실(19)의 압력이 동일한 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 단부면과 원형면(20)의 면적은 거의 동일한 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제어실(19)은 유입초크(25)를 통해 제1 압력실(13)과 유압적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어실(19)은 제어밸브(21), 특히 2/2-제어밸브(21)를 통해 감압되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
6. 제 2항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 스텝피스톤(17)의 숄더(41)와 면(35)에서 지지되고 제1 압력실(13)의 압력과 제어실(19)에서의 압력에 따라 분사과정과 분사과정 사이에 스텝피스톤(17)을 자신의 펌프 쪽 리밋스톱으로 압박하는 재조정스프링(readjusting spring)(29)이 제1 압력실(13)에 장착되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
7. 제 6항에 있어서, 상기 숄더(41)는 탈부착이 가능한 형태로 스텝피스톤(17)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
8. 제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 연료는 제1 압력실(13)에서 배출초크(43)를 통해 리크오일리턴파이프(27)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
9. 제 2항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 압력실(15)은 리크오일리턴파이프(27)로부터 채워지는 것과, 제2 압력실(15)과 리크오일리턴파이프(27) 사이에는 연료가 제2 압력실(15)에서 리크오일리턴파이프(27)로 역류하는 것을 방지하는 역지밸브(33)가 배열되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
10. 제 9항에 있어서, 리크오일리턴파이프(27) 내의 압력은 분사노즐(1)의 개방압보다 낮은 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스텝피스톤(17)은 투피스형으로 설계되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
12. 제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 제어밸브(21)의 제어유량은 리크오일리턴파이프(27)로 배출되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.
13. 제 2항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스텝피스톤(17)은 슬리브(35)에서 안내되는 것을 특징으로 하는, 압력변환기.