KR20010101423A - 연료분사시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 실린더를 갖는 내연기관, 특히 디젤엔진에 연료를 공급하기 위한 특히 커먼레일시스템(common rail system)과 같은 연료분사시스템에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 구조가 간단하고 저렴한 비용으로 제작될 수 있는 연료분사시스템을 제공하는 것이다. 이를 위해, 특히 압력조절을 위한 인젝터인, 분사과정(the rate-of-discharge curve)형성용 밸브시스템(1)은 중앙 분배기부재(4)가 배치되어 있는 고압관시스템(3, 5, 6, 7, 8)을 통해 복수의 인젝터(9, 10, 11, 12)와 결합되는데, 이 복수의 인젝터에서 분사가 실행된다.

Description

연료분사시스템{FUEL INJECTION SYSTEM}

디젤엔진에서는 공기가 흡입되고 압축된다. 압축행정의 끝단계에서는 고압으로 급기된(impinged) 연료가 연소실로 분사되며, 여기에서 공기와 연료의 혼합물이 자체적으로 점화된다. 공기-연료-혼합물의 처리는 주로 디젤엔진의 연소실소음, 연료소비 및 배기가스조성에 영향을 미친다. 연료분사시스템은 혼합물처리의 품질에 상당한 영향을 미친다.

커먼레일연료분사시스템에서 고압펌프는, 경우에 따라서는 일차이송펌프의 도움을 받아, 분사되어야 하는 연료를 탱크에서 커먼레일이라 불리는 중앙 연료고압저장기로 이송한다. 연료관은 커먼레일에서부터, 내연기관의 실린더에 배속되어 있는 각각의 인젝터에까지 연결되어 있다. 연료를 내연기관의 연소실로 분사하기 위해, 상기 인젝터는 내연기관의 작동파라미터에 따라 엔진전자장치에 의해 개별적으로 제어된다.

분사과정(the rate-of-discharge curve)은 혼합물형성과 연소과정에 영향을미친다. "분사과정"의 개념은 크랭크각도 또는 캠각도에 따른 연소실로 분사된 연료량의 변화과정으로 이해될 수 있다. 분사과정의 주요파라미터는 분사기간이다. 이 분사과정에는, 각각의 인젝터가 개방되고 연료가 연소실로 주입되는 기간 동안의, 크랭크각도 또는 캠각도로 표시되거나 또는 밀리세컨드(millisecond)로 표시되는 분사기간을 포함한다.

분사과정의 형성은 압력에 의해 제어될 수 있다. 압력에 의해 제어되는 분사과정형성의 경우에 인젝터의 분사노즐에서 가변적인 분사압력이 발생된다. 가변적 분사압력은 각 인젝터에 내장된 압력제어밸브에 의해 실현된다. 상기 압력제어밸브는 예를 들어 자기 액츄에이터(magnet actuator) 또는 압전형 액츄에이터(piezo-actuator)에 의해 작동될 수 있다.

각각의 인젝터에서 이와 같이 국부적으로 압력이 제어되는 경우에는 압력제어밸브의 액츄에이터를 위해 상대적으로 넓은 설치공간이 필요하다는 것이 단점으로 입증되었다. 이외에도 상기 압력제어밸브는 인젝터 제작 시 비교적 높은 비용을 야기시킨다.

본 발명은 복수의 실린더를 갖는 내연기관, 특히 디젤엔진에 연료를 공급하기 위한 연료분사시스템, 특히 커먼레일시스템(common rail system)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료분사시스템의 유압회로도.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료분사시스템의 유압회로도.

본 발명의 과제는 구조가 간단하며 저렴한 비용으로 제작될 수 있는 연료분사시스템을 제공하는 것이다. 그럼에도 불구하고 본 발명에 따른 연료분사시스템을 통해 종래의 연료분사시스템과 적어도 동일하게 우수한 분사과정의 형성이 실현되어야 한다.

복수의 실린더를 갖는 내연기관, 특히 디젤엔진에 연료를 공급하기 위한 연료분사시스템, 특히 커먼레일시스템에 있어서 상기 과제는 다음을 통해 해결되는데, 즉, 특히 압력조절을 위한 인젝터인, 분사과정형성용 밸브시스템은 중앙 분배기부재가 배치되어 있는 고압관시스템을 통해 복수의 인젝터와 연결되는데, 상기 복수의 인젝터에서 분사가 실행된다.

본 발명에 따른 분사시스템의 경우 분사과정의 형성, 특히 압력조절은 각각의 실린더에 대해 개별적이 아닌 중앙에서 통제된다. 이렇게 함으로써 전체 내연기관을 위해 단지 하나의 압력제어밸브만이 필요하다는 장점이 제공된다. 본래의 분사는 각각의 인젝터에서 이루어지며 이 인젝터는 내연기관의 각각의 실린더에 장착된다. 분사의 종료와 함께 분사과정형성용 인젝터는 차단되며 따라서 연료가 더 이상 고압관시스템으로 이송되지 않는다.

본 발명의 특이한 실시예는 분사실행용 인젝터가 종래방식의 노즐홀더 조합에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 노즐홀더 조합의 기본구성은 노즐홀더와 분사노즐로 이루어진다. 상기 분사노즐은 노즐니들이 슬라이딩될 수 있도록 안내되는 가이드보링이 포함된 노즐바디를 포함한다. 본 발명의 범위내에서 소위 싱글스프링홀더 뿐 아니라 더블스프링홀더도 사용될 수 있다. 종래 방식의 노즐홀더조합은 단지 좁은 설치공간만을 필요로 하며 저렴한 비용으로 제작될 수 있다는 장점을 갖는다.

본 발명의 다른 특이한 실시예는 니들행정이 제어될 수 있는 노즐니들이 분사과정형성용 밸브시스템에서 왕복할 수 있도록 수용되는 것을 특징으로 한다. 이렇게 함으로써 분사과정형성용 인젝터는 가변적 초오크로서 작동하는 것이 실현된다. 고압관시스템에서의 압력은 분사과정형성용 인젝터의 니들행정에 따라 좌우된다.

본 발명의 다른 특이한 실시예는 분배기부재가 분배기축 또는 솔레노이드밸브에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 분사과정형성용 인젝터에 의해 발생된 압력이, 분사실행용 인젝터 상으로 분배기부재를 통해 분배된다. 상기 분배기축은 예를 들어 내연기관의 캠축과 커플링을 통해 결합된다. 본 발명에서 솔레노이드밸브는 간단한 솔레노이드밸브를 의미할 수 있다. 솔레노이드밸브의 개폐시간은 중요한 의미를 갖지 않아야 한다. 이렇게 함으로써 제조비용이 낮게 유지된다.

본 발명의 다른 특이한 실시예는, 분사과정형성용 밸브시스템과 분배기부재 사이의 고압관시스템에 제어밸브가 장착되는 것을 특징으로 한다. 상기 제어밸브는 자기적으로 또는 압전형으로 제어될 수 있으며 압력구축 기간중에는 본 발명에 따른 연료분사시스템에서 차단된다. 분사의 종료 시 비로소 상기 제어밸브가 개방된다. 제어밸브가 개방된 경우 고압으로 급기된 연료는 고압관시스템에서 누설오일(leakage oil)로 배출된다. 이렇게 함으로써 고압관시스템 내의 압력은 신속하게 감소된다.

본 발명의 다른 특이한 실시예는, 상기 고압관시스템이 분배기부재를 통해 이송펌프와 연결되는 것을 특징으로 한다. 상기 이송펌프는 아직 분사에 참여하지 않은 고압관시스템의 관에 압력을 가하는 기능을 한다.

본 발명의 다른 특이한 실시예는, 제어밸브가 분배기부재와 연결되는 것과, 제어밸브와 분배기부재 사이에 완충공간(buffer volume)이 장착되는 것을 특징으로한다. 이렇게 함으로써 본 발명에 따른 연료분사시스템의 손실이 낮게 유지되고 내연기관의 효율이 증가한다. 한편으로는 완충공간의 설계가, 현재 비활성인 분사실행용 인젝터와 분배기부재 사이의 고압관시스템에서의 압력상승이 현재 활성화된 인젝터의 개방압을 통해 방지되도록 이루어져야 한다. 다른 한편으로는 현재 활성화된 분사실행용 인젝터와 분배기부재 사이의 고압관시스템에서의 압력 하강이 충분히 신속하게 이루어져야 한다는 점에 유의해야 한다. 이렇게 하기 위해서는 큰 완충공간이 요구된다. 다른 측면에서 볼 때 너무 큰 완충공간은 현재 비활성인 분사실행용 인젝터와 분배기부재 사이의 고압관시스템 내의 압력이 분사와 분사 사이의 시간동안의 재충전을 위해서는 너무 약하게 되는 것을 야기시킨다.

본 발명의 다른 장점, 특징 및 상세사항은 도면을 근거로 두 개의 실시예가 설명되는 다음의 설명에서 상세히 기술된다. 특허 청구항과 상세한 설명에서 언급되는 특징은 각각 독립적으로 또는 임의의 조합으로 발명력을 갖는다.

도 1에는 분사과정형성용 인젝터(1)가 도시되어 있다. 분사과정형성용 인젝터(1)는 이하에서 EVF-인젝터로서 표시된다. EVF-인젝터(1)는 고압커넥터(2)를 통해 (여기에서는 도시되지 않은) 중앙 연료고압저장기에서 연료를 공급받는다.

고압관(3)은 EVF-인젝터(1)에서부터 분배기부재(4)로 연결된다. 상기 분배기부재(4)에는 네 개의 고압관(5, 6, 7, 8)이 연결된다. 상기 고압관(5, 6, 7, 8)은 인젝터(9, 10, 11, 12)로 연결된다. 상기 인젝터(9, 10, 11, 12)는 고압으로 급기된 연료를 (여기에는 도시되지 않은) 내연기관의 연소실로 분사하는 기능을 한다.

상기 고압관(3)에는 제어밸브(13)가 장착되어 있다. 상기 제어밸브(13)를 통해 필요 시 고압관(3) 내의 압력을 신속하게 낮출 수 있다. 연료는 고압관(3)에서 제어밸브(13)를 통해 다시 연료탱크(16)로 환류된다.

연료는 연료탱크(16)에서 이송펌프(15)를 통해 고압관(14)을 거쳐 분배기부재(4)로 이송될 수 있다. 이렇게 함으로써 아직 분사에 참여하지 않은 고압관(5, 6, 7, 8)에 압력이 가해질 수 있다.

본 발명의 중심적 부재는 가변적인 초우크(choke)로서 투입되는 EVF-인젝터(1)이다. 이렇게 고압관(3)에서 형성된 압력은 이때 대략적으로 EVF-인젝터(1)의 니들행정(needle stroke)의 함수이다. 상기 제어밸브(13)는 아직 차단된 상태이다. 고압관(3)에서 조절된 압력은 분배기부재(4)를 통해 고압관(5, 6, 7, 8)으로 분배된다.

상기 실시예의 경우 분배기부재(4)는 내연기관(또는 고압펌프)의 캠축과 결합된 분배기축에 의해 형성된다. 이와는 달리 간단한 솔레노이드밸브도 투입될 수 있는데, 이 경우에는 분배기부재가 솔레노이드밸브의 개폐속도에 큰 영향을 받지 않아야 한다.

분사가 종료되는 경우 EVF-인젝터(1)는 차단되며, 이로 인해 연료가 더 이상 고압관(3)으로 이송되지 않는다. 따라서 관(3)의 압력은 가능한 한 신속하게 낮아지며, 자기에 의해 제어되는(magnet-controlled) 제어밸브(13)는 개방되고 연료는 다시 연료탱크(16)로 환류된다.

도 2에 도시된 본 발명의 실시예는 도 1에 도시된 연료분사시스템과 유사하다. 이해를 돕기 위해 동일한 부품은 동일한 부호로 표시된다. 설명이 중복되는 것을 방지하기 위해서 도 1을 통해 상술된 상세한 설명을 참조할 수 있다. 이하에서는 도 1과 도 2에 도시된 실시예의 차이점에 대해서만 기술된다.

도 2에 도시된 실시예와 상술된 연료분사시스템과의 차이점은 상기 제어밸브(13)가 연료관(19), 완충공간(18), 및 연료관(14)을 통해 분배기부재(4)와 연결된다는 것이다. 즉 제어밸브(13)에 의해 제어된 연료는 도 1에 도시된 연료분사시스템에서처럼 누설오일(leakage oil) 또는 연료탱크(16)로 환류되지 않는다. 도 2에 도시된 연료분사시스템의 경우 누설량은 완충공간(18)으로 배출된다.

이 경우 연료고압관(5, 6, 7)에서의 압력상승은, 연결된 인젝터(9, 10, 11)의 개방압을 통해 방지되고, 고압관(8)에서의 압력강하가 충분히 신속하게 이루어질 수 있도록 완충공간(18)의 설계가 이루어져야 한다. 이렇게 하기 위해서는 큰 완충공간(18)이 요구된다. 다른 측면에서 볼 때 너무 큰 완충공간(18)은 고압관(5, 6, 7)으로 가해지는 압력이 분사와 분사 사이의 시간동안의 재충전을 위해서는 너무 약하게 되는 것을 야기시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해, 종래의 연료분사시스템과 적어도 동일하게 우수한 분사과정의 형성이 실현됨과 동시에 구조가 간단하며 저렴한 비용으로제작될 수 있는 연료분사시스템을 제공하는 것이 가능하다.

Claims (7)

1. 복수의 실린더를 갖는 내연기관, 특히 디젤엔진에 연료를 공급하기 위한 특히 커먼레일시스템(common rail system)과 같은 연료분사시스템에 있어서,

   특히 압력조절을 위한 인젝터인, 분사과정(the rate-of-discharge curve) 형성용 밸브시스템(1)이 중앙 분배기부재(4)가 배치되어 있는 고압관시스템(3, 5, 6, 7, 8)을 통해 복수의 분사실행용 인젝터(9, 10, 11, 12)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 연료분사시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 분사실행용 인젝터(9, 10, 11, 12)는 종래의 노즐홀더조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 분사과정형성용 밸브시스템(1)에 니들행정이 제어될 수 있는 노즐니들이 왕복으로 슬라이딩될 수 있도록 수용되는 것을 특징으로 하는, 연료분사시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배기부재(4)는 분배기축 또는 솔레노이드밸브에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료분사시스템.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 분사과정형성용 상기 밸브시스템(1)과 상기 분배기부재(4) 사이의 상기 고압관시스템(3)에는 제어밸브(13)가 장착되는 것을 특징으로 하는, 연료분사시스템.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압관시스템(3, 5, 6, 7, 8, 14)은 상기 분배기부재(4)를 통해 이송펌프(15)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 연료분사시스템.
7. 제 5항에 있어서, 상기 제어밸브(13)는 상기 분배기부재(4)와 연결되는 것과, 상기 제어밸브(13)와 상기 분배기부재(4) 사이에는 완충공간(buffer volume)(18)이 장착되는 것을 특징으로 하는, 연료분사시스템.