KR20010093232A - 압력 증폭기 및 압력 증폭기를 구비한 연료 분사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상대적으로 저압이 작용하는 상대적으로 큰 정면 및 전진 행정시 상승된 분사압이 존재하는 상대적으로 작은 정면을 갖는 전동 피스톤(3)을 구비하며, 상대적으로 큰 정면으로부터 먼 쪽에는 전동 피스톤(3)의 양 정면들 사이의 크기 차이로 비작용 체적(사 체적)(20)이 생성하는 다기통 직접 분사 내연 기관, 특히 디젤 엔진에 있어 분사압을 상승시키기 위한 압력 증폭기에 관한 것이다.

작은 압력 전동비에서도 압력 증폭기의 충분하고 신속한 재충진을 보장하기 위해, 비작용 공간(사 공간)(20)은 국소적으로 각 개별 실린더에 또는 내연 기관의 모든 실린더에 대한 중앙 위치에 배치되어 있는 외부에 내장된 스프링 저장소(22)와 연결되어 있다.

본 발명은 또한 상기와 같은 압력 증폭기를 구비한 연료 분사 시스템에 관한 것이다.

Description

압력 증폭기 및 압력 증폭기를 구비한 연료 분사 시스템{Pressure amplifier and a fuel injection system with a pressure amplifier}

연료를 직접 분사 디젤 엔진 내에 도입하기 위해 압력 제어되는 분사 시스템(DE 197 06 467 C1)과 행정 제어되는 분사 시스템(DE 196 19 523 A1)이 공지되어 있다. 공동 레일 시스템에서와 마찬가지로 분사압이 부하 및 회전 속도에 적응될 수 있으면 유리하다.

공동 레일 분사 시스템에서는 고압 펌프가 경우에 따라서는 예비 운반 펌프의 보조 조치 하에 분사할 연료를 탱크로부터 공동 레일로도 호칭되는 중앙 연료 고압 저장소 내로 운반한다. 레일로부터는 연료 관들이 내연 기관의 실린더들에 할당된 각 분사기에까지 이어져 있다. 분사기들은 내연 기관의 작동 패라미터에 의존하여 각각 엔진 전자 장치에 의해 제어되어 연료를 내연 기관의 연소실 내에 분사한다. 공동 레일 시스템에서 최대 분사압은 그 당시 압력 저장소 및 고압 펌프의 고압 강도에 의해 약 1600 내지 1800 바에 한정된다. 분사압을 더욱 상승시키기 위해 분사 시스템에는 압력 배가기가 설치된다.

그와 같은 공동 레일 시스템은 예컨대 EP 0 562 046 B1에 기재되어 있다. 그리고 그것은 압력 배가기가 부착된{약 1:7의 높은 배가비(전동비)} 압력 제어되는 공동 레일 시스템에 관한 것이다. 각 압력 배가된 분사 시스템에서처럼 여기서도 복원 스프링이 배치되어 있는 비작용 체적(사 체적)이 존재한다. 비작용 체적은 (스프링 없는) 체크 밸브를 통해 누출관과 연결되어 있다. 이것은, 추진 행정 중 배제된 양이 증폭 피스톤의 복원시 다시 누출관으로부터 흡인될 필요가 없다는 이점을 갖는다. 그러나 단점은, 비작용 체적 내에 존재하는 연료가 복원시 캐비테이션화(공동현상화) 하는 점이다. 공동 기포들이 함께 붕괴됨에 의해 추가의 소음 발생이 있게 된다.

압력 증폭부가 작동할 때에는 압력 증폭 피스톤의 면(적) 비가 상이하기 때문에 전진 행정 중 상승된 분사압이 발생하게 된다. 분사가 종료한 후에는 증폭 피스톤은 다시 그의 출발 위치로 복귀한다(재 충진). 이를 위해 피스톤의 저압측은 대체로 방압되고 피스톤은 피스톤에서의 힘 균형으로 인해 그의 출발 위치로 밀려 복귀한다. 복원 과정 중에는 압력 전동기(배가기)의 고압실에는 연료가 충진된다. 이것이 전방 압력에 의해서만 일어나면 압력 전동비가 큰 경우에는 추가의 복원 스프링이 필요한데, 그 이유는 고압면에서의 합성력이 피스톤에서의 마찰력을 극복하기에 충분하지 않기 때문이다. 복원 스프링 없이 복귀 위치를 달성하기 위해서는 고압측에 높은 압력이 요구되나, 그와 같은 높은 압력은 추가로 생성되어야 하고 이는 상당한 추가 비용을 의미한다. 원칙적으로 복원 스프링은 세 공간(비작용 공간, 고압실, 저압실)의 각각에 배치된다. 복수의 스프링(스프링/n)이 배치될 때에는 피스톤 종류(단일 부재형 또는 2 부재형) 및 이용 가능한 구조 공간에 따라 배치 배향된다. 복원 스프링은 "혼합 작동"에서 저압측에서 방압될 때에는 복귀 속도를 또한 상승시킨다.

압력 전동비가 작은 경우에는 적당한 행정-힘 경과 곡선을 나타내는 복원 스프링도 그것을 통합 설치하는데 문제가 있는데, 그 이유는 설치 공간이 대단히 제한되어 있기 때문이다.

본 발명은, 상대적으로 저압이 작용하는 상대적으로 큰 정면 및 전진 행정시 상승된 분사압이 존재하는 상대적으로 작은 정면을 갖는 전동 피스톤을 구비하며, 상대적으로 큰 정면으로부터 먼 쪽에는 전동 피스톤의 양 정면들 사이의 크기 차이로 비작용 체적이 생성되는 직접 분사 내연 기관, 특히 디젤 엔진에 있어 분사압을 상승시키기 위한 압력 증폭기에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 연료를 내연 기관의 연소실 내로 분사시키는 분사기와 연결되어 있는 고압 연결부를 갖고 있는 연료 분사 시스템, 특히 공동 레일 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 압력 증폭기의 예시도.

본 발명의 목적은 작은 압력 전동비(배가비)에서도 압력 증폭기를 충분하고 신속하게 재조절할 수 있는 압력 증폭기를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 상대적으로 저압이 작용하는 상대적으로 큰 정면 및 전진 행정시 상승된 분사압이 존재하는 상대적으로 작은 정면을 갖고 있는 전동 피스톤을 구비하며, 상대적으로 큰 정면으로부터 먼 쪽에는 전동 피스톤의 양 정면들 사이의 크기 차이로 비작용 체적이 생성되는 직접 분사 내연 기관, 특히 디젤 엔진에 있어 분사압을 상승시키기 위한 압력 증폭기에 있어서, 비작용 공간(사 공간)이, 국소적으로 각 개별 실린더에 또는 내연 기관의 모든 실린더에 대한 중앙 위치에 배치되어 있는 외부에 내장된 스프링 저장소와 연결됨으로써 달성된다. 스프링을 외부에 배치함으로써 적당한 스프링 형상(직경, 길이, 와이어 두께, 강성)이 선정될 수 있고, 따라서 피스톤 형태의 최적화 및 그에 따른 추가의 유리한 효과(마찰 저감, 밀폐 길이, 직경 비)가 달성될 수 있다. 추가의 이점은 모든 실린더에 공동인 중앙의 저장 공간/다이어프램(막) 공간에서 일어날 수 있는데, 그 이유는 여기서는 부재를 조금만 추가해도 복원 상태가 달성될 수 있기 때문이다(만약에 순수하게 고압측에 압력을 가함으로써 복원 상태화 하려는 경우에는 먼저 이 압력을 발생시켜야 하는데 그러면 효율을 악화시킬 것이다).

본 발명의 특별한 실시예는 스프링 저장소가 스프링을 통해 장력이 걸려있는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 한다. 스프링에 의해 최대 분사압은 상응해서 감소되고 이것은 신속한 재충전에 도움이 된다. 스프링 공간에는 대형 스프링을 위한 충분한 공간이 존재한다. 대응하는 비작용 공간에는 추가적으로 재충진을 더욱 지원하는 다시 하나의 작은 스프링이 배치될 수 있다.

본 발명의 추가의 특별한 실시형은 스프링 저장소가 미리 장력이 걸린 막을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 막(다이어프램)은 피스톤을 대치할 수 있다.

아무 막도 설치되지 않을 경우에는 스프링실 피스톤에서의 누출로 인해 스프링 후방 공간이 누출선에 연결되게 해야 하는데(위에서 인용된 특허에 있어 비작용 공간에서의 누출관과 유사), 그 이유는 그렇지 않을 경우 과도한 누출액이 스프링실 피스톤 후방에 축적될 때에 시스템이 동작 정지가 될 수 있기 때문이다. 막을 사용할 때에는 비작용 공간과 스프링 저장소 사이에 누출 연결선이 필요한데, 그 이유는 압력 증폭기 피스톤에서의 누출로 인해 비작용 공간에서의 연료량이 일정하지 않게 되고 연료량이 증가할 경우에는 압력이 상승하여 압력 증폭기의 작동이 정지될 수 있기 때문이다. 이것은 잉여량의 배출을 제어하는 적당한 압력 제한 밸브에 의해 방지될 수 있다.

내연 기관의 연소실 내로 연료가 분사되는 노즐실을 가진 적어도 한 분사기와 연통되어 있는 고압 연결부를 가진 연료 분사 시스템, 특히 공동 레일 시스템에 있어서는, 고압 연결부와 분사기의 노즐실 사이의 임의의 위치에 상기한 것과 같은 압력 증폭기가 배치되게 함으로써 상기한 문제가 해결될 수 있다. 고압 연결부는 예컨대 고압 저장소와 또는 직접 고압 펌프와 연결될 수 있다. 분사하는 동안 압력 증폭기의 비작용 체적(연료)은 스프링 저장소 내로 이동된다.

본 발명에 따라서는, 흡인/배출시 마찰에 의한 흐름 손실이 누출보다 더 클 때에 연료를 배출하고 흡인하는데 필요한 여러 작업이 감소될 수 있다. 따라서 효율도 개선될 수 있다.

본 발명에 의한 연료 분사 시스템의 특별한 실시형은 압력 증폭기가 분사기 내에 통합되는 것을 특징으로 한다. 공동 레일 시스템에서는 압력 증폭기도 레일 내에 통합될 수 있다.

일반적으로는 그와 같은 배치는 상기 압력 증폭기를 갖는 다른 분사 시스템에 사용될 수 있다. 따라서 예컨대 분배 펌프의 경우 3/2 밸브가 압력 증폭기 전단에서 생략될 수 있고 대응하는 2/2 밸브를 가진 분배기에 의해 대치될 수 있다.

본 발명의 추가의 이점, 특징 및 상세 내용은 도면의 참조 하에 발명의 실시예가 상술되어 있는 다음의 기재로부터 알 수 있을 것이다. 그리고 본 발명은 청구범위 및 명세서에 언급된 특징들을 개별적으로 또는 그들을 임의로 조합함으로써 변경될 수 있다.

첨부 도면에는 본 발명에 의한 압력 증폭기(1)가 예시되어 있다. 압력 증폭기(1)는 그 안에 전동 피스톤(배가 피스톤)(3)이 수용되어 있는 실린더(2)를 포함하고 있다. 전동 피스톤(3)은 실린더(2) 내에서 저압측(4)과 고압측(5) 사이에서 왕복동 가능하다.

저압 및 고압이라는 본 발명과 관련해서는 상대적인 것으로 보아야 한다. 저압측(4)에는 실제로는 고압 펌프로부터 이용할 수 있는 고압이 지배하고 있다. 고압측(5)에는 전동 피스톤(3)의 전진 행정에서는 고압 펌프로부터 이용할 수 있는 고압보다 더 큰 상승된 분사압이 지배한다.

전동 피스톤(3)은 크기가 상이한 두 정면을 갖고 있다. 저압측(4)에 있어 전동 피스톤(3)의 정면은 고압측(5)에 있어 정면 보다 더 크다. 따라서 피스톤이 저압측(4)으로부터 고압측(5)으로 이동될 때에는 고압측(5)의 압력은 증가한다.

실린더(2)의 저압측(4)으로부터는 두 개의 관(6 및 7)이 분기한다. 관(6)은 3/2 방향 밸브(8)를 통해 고압 연결부(9)와 또는 무압 누출 복귀로(10)와 연결될 수 있다. 도시된 3/2 방향 밸브(8)에서는 관(6)은 누출 복귀로(10)와 연결되어 있다. 이 상태에서는 실린더(2)의 고압측(5)에 연료가 충진된다. 3/2 방향 밸브(8)의 다른 상태에서는 관(6)은 고압 연결부(9)를 통해 중앙 연료 고압 저장소(레일)와 연결된다. 이 상태에서 전진 행정이 일어나, 고압측(5)에 있는 연료가 압축된다.

관(7)은 스프링 장력이 걸려 있는 복원 밸브(11)의 장력에 맞서 두 관(12 및 13)과 연결되어 있다. 관(12)은 실린더(2)의 고압측(5)에 결쳐 있고, 따라서 재충진시 연료가 확실하게 고압 연결부(9)로부터 고압측(5)에 도달할 수 있게 한다.

관(13)은 분사기(15)의 노즐실(14)까지 이어져 있다. 분사기(15)에는 노즐 로드(16)가 노즐 스프링(17)의 장력에 맞서 왕복 가동적으로 수용되어 있다. 노즐 로드(16)의 팁이 그 시트로부터 상승될 때에는 연료는 노즐실(14)로부터 연료 공급할 내연 기관의 연소실(18) 내로 분사된다.

전동 피스톤(3)의 왕복 동작을 가능하게 하기 위해, 실린더(2)에는 비작용 체적(20)이 있다. 비작용 체적(20)은 크기가 상이한 전동 피스톤(3)의 정면들의 크기 차이로부터 생기는 전진 행정에서의 원환 부분을 수용하는 역할을 한다.

비작용 체적(20)은 관(21)을 통해 스프링 저장소(22)와 연결되어 있다. 스프링 저장소(22)에는 피스톤(23)이 압축 스프링(24)의 장력에 맞서 왕복 가능하게 수용되어 있다.

도시된 연료 분사 시스템은 압력 증폭기(1)의 개선된 재 충진성을 가능하게 한다.

본 발명에 따라 압축 스프링(24)은 스프링 저장소(22) 내에 배치되어 있다. 본 발명에 의한 압력 증폭기(1)의 작동시에는, 비작동 체적(연료)은 스프링 저장소(22) 내로 배출되고 거기에서 일정한 압력으로 저장된다. 스프링 저장소(22)는 다이아프램(막) 저장소로 구성될 수도 있다.

도시된 도면은 압력 제어 시스템의 이용을 위해 고려될 수도 있을 것이다. 행정 제어되는 시스템을 이용하는 경우에는, 노즐실(14)이 영구적으로 압력 하에 있도록 하기 위해(압력 증폭기의 비작동시에도 레일 압 하에 있도록) 관(7)을 밸브(8) 전단에서 관(9)과 영구적으로 연결시킬 필요가 있다. 그와 같은 행정이 제어되는 시스템은 물론 압력 저장소도 필요로 한다.

Claims (5)

1. 상대적으로 저압이 작용하는 상대적으로 큰 정면 및 전진 행정시 상승된 분사압이 존재하는 상대적으로 작은 정면을 갖는 전동 피스톤을 구비하며, 상대적으로 큰 정면으로부터 먼 쪽에는 전동 피스톤의 양 정면들 사이의 크기 차이로 비작용 체적(사 체적)이 생성되는 직접 분사 내연 기관, 특히 디젤 엔진에서의 분사압을 상승시키기 위한 압력 증폭기에 있어서,

   비작용 공간(사 공간)이 국소적으로 각 개별 실린더에 또는 내연 기관의 모든 실린더에 대한 중앙 위치에 배치되어 있는 외부에 내장된 스프링 저장소와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 증폭기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스프링 저장소(22)는 스프링(24)에 의해 장력이 걸려 있는 피스톤(23)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 증폭기.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 스프링 저장소는 장력이 걸려 있는 막(다이어프램)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 증폭기.
4. 내연 기관의 연소실(18) 내로 연료가 분사되는 노즐실(14)을 갖는 하나 이상의 분사기(15)와 연통되어 있는 고압 연결부(9)를 갖는 연료 분사 시스템, 특히 공동 레일 시스템에 있어서,

   고압 연결부(9)와 분사기(15)의 노즐실(14) 사이의 임의의 위치에, 상기 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 따른 압력 증폭기(1)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 압력 증폭기는 분사기 또는 고압 저장소 내에 통합되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.