KR20020058840A - 커먼 레일 분사계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 커먼 레일 인젝터의 초기 분사율을 제어하여, 연소 소음 및 질소산화물(NOx)의 악화를 방지하고, 분사 특성의 변동을 최소화하며, 파이롯 분사의 재현성을 향상시키는 커먼 레일 분사계를 제공한다.

본 발명에 따른 커먼 레일 분사계는 연료를 내장하는 연료 탱크, 이 연료 탱크 내의 연료를 공급하는 연료 공급 펌프, 이 연료 공급 펌프로부터 공급되는 연료를 가압하는 고압 펌프, 이 고압 펌프에서 가압 공급되는 연료를 분배하는 연료 레일, 그리고 이 연료 레일에서 분배된 연료를 연소실에 분사하도록 전자제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 커먼 레일 인젝터를 포함하며; 이 커먼 레일 인젝터로 연료 분사시 연료 레일 내의 압력 변화에 따른 파동을 흡수하도록 연료 레일과 커먼 레일 인젝터에 연결되는 연료관 사이에 구비되는 파동 흡수 수단을 포함한다.

Description

커먼 레일 분사계{COMMON RAIL INJECTION SYSTEM}

본 발명은 커먼 레일 분사계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초기 분사율을 제어하여 연소 소음 및 질소산화물(NOx)의 악화를 방지하고 분사 특성의 변동을 최소화하며 파이롯 분사의 재현성을 향상시키는 커먼 레일 분사계에 관한 것이다.

일반적으로 커먼 레일 분사계는 최근에 디젤 엔진의 연료 분사계에 적용되기 시작했다. 이 커먼 레일 시스템은 기존의 기계식 연료 분사 펌프와 비교할 때 연료의 분사 압력, 분사량, 그리고 분사 시기를 전자적으로 제어할 수 있다.

따라서 커먼 레일 시스템은 출력 증대 및 배출물 저감 효과가 크고, 주 분사에 앞서 소량의 연료를 파이롯 분사함으로써 연소 압력의 급격한 상승을 억제하여 디젤 엔진의 가장 큰 단점의 하나인 연소 소음을 크게 감소시킬 수 있다. 특히, 승용차용 디젤 엔진을 중심으로 그 적용이 급격히 확대되고 있다.

이 커먼 레일 시스템은 그림 1에 나타낸 바와 같이, 연료 탱크(1), 연료 공급 펌프(3), 고압 펌프(5), 연료 레일(7), 그리고 커먼 레일 인젝터(9)를 포함하여 구성된다.

상기에서 연료 공급 펌프(3)의 작동으로 연료 탱크(1)의 연료가 고압 펌프(5)로 보내진다. 이 연료는 고압 펌프(5)에서 가압된 후 연료 레일(7)로 공급된다. 이때 연료의 최대 압력은 최대 1350 ~ 1600 bar에 달한다.

이 연료 레일(7) 내의 연료 압력은 엔진 운전 조건에 따라 최적값으로 맵핑된다. 따라서 이를 위하여 전자제어유닛(ECU)은 레일압 센서(11)의 신호에 의하여 연료 레일(7) 내의 연료 압력을 측정하고, 이에 따라 고압 펌프(5)에 장착된 연료압 조절 밸브(13)를 작동시키는 피이드 백 제어를 한다.

또한, 커먼 레일 인젝터(9)의 솔레노이드(15)는 전자제어유닛(ECU)의 제어신호에 의해 작동되도록 연결된다. 이 솔레노이드(15)는 노즐을 개폐하는 니들(미도시)을 작동시키도록 구성된다.

이러한 커먼 레일 분사계(a)는 온,오프 타입의 솔레노이드(15)에 의하여 연료 분사가 제어되므로 도 2에 도시된 바와 같이, 캠 구동 방식인 기계식 분사계(b)에 비하여 연료의 초기 분사율이 과도하게 큰 단점이 있다.

이 초기 분사율의 과도한 증대는 분사 지연 기간 동안 분사되는 연료량이 증가하고 이로 인하여 급격 연소 기간의 연소율이 커지면서, 연소 소음과 질소산화물(NOx)의 배출을 악화시키는 문제점이 있다.

반면에 초기 분사율의 과도한 증대는 연소 종료가 최대한 급격히 이루어져 분사 말기에 상대적으로 낮은 압력으로 분사되는 연료량을 감소시켜 스모크를 저감시키는 작용을 하기도 한다.

따라서 분사율은 초기에 완만하게 증가하다가 급격히 종료되는 것이 이상적인 형태가 된다. 캠 구동 방식인 기계식 분사계는 이러한 형태의 분사율의 구현이 가능하다. 반면에, 커먼 레일 분사계는 초기 분사율의 제어가 어렵고, 이로 인하여 상대적으로 질소산화물(NOx)의 저감이 어렵다.

또한 커먼 레일 분사계는 연료 분사로 인하여 연료 레일(7) 내부의 압력 파동을 발생시키는 문제점이 있다.

이 연료 레일(7) 내부의 압력의 파동은 연료 분사량이 증가할수록 커지며 압력 파동이 과도하게 커지면 커먼 레일 인젝터(9)의 분사율 및 분사 특성에 악 영향을 미칠 수 있다.

또한, 커먼 레일 분사계는 가장 큰 특징인 연소 소음 저감을 위하여 주 분사에 앞서 소량의 연료를 파이롯 분사하는 기능을 갖추고 있는데, 미량의 파이롯 연료의 분사도 연료 레일(7) 내의 압력에 파동을 발생시킬 수 있으며 이로 인하여 주 분사의 특성에도 영향을 미칠 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 커먼 레일 인젝터의 초기 분사율을 제어하여, 연소 소음 및 질소산화물(NOx)의 악화를 방지하고, 분사 특성의 변동을 최소화하며, 파이롯 분사의재현성을 향상시키는 커먼 레일 분사계를 제공한다.

도 1은 종래기술에 따른 커먼 레일 분사계의 구성도이다.

도 2는 일반적인 커먼 레일 분사계와 기계식 분사계의 시간에 대한 분사율을 비교한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 커먼 레일 분사계의 구성도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 커먼 레일 분사계는,

연료를 내장하는 연료 탱크,

상기 연료 탱크 내의 연료를 공급하는 연료 공급 펌프,

상기 연료 공급 펌프로부터 공급되는 연료를 가압하는 고압 펌프,

상기 고압 펌프에서 가압 공급되는 연료를 분배하는 연료 레일, 그리고

상기 연료 레일에서 분배된 연료를 연소실에 분사하도록 전자제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 커먼 레일 인젝터를 포함하며,

상기 커먼 레일 인젝터로 연료 분사시 상기 연료 레일 내의 압력 변화에 따른 파동을 흡수하도록 상기 연료 레일과 상기 커먼 레일 인젝터에 연결되는 연료관 사이에 구비되는 파동 흡수 수단을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 커먼 레일 분사계의 구성도로서, 도 1에 따른 종래의 구성도와 동일하므로 다른 부분만 도시하고 있다.

따라서 본 실시예에 따른 커먼 레일 분사계는 종래와 마찬가지로 연료 탱크(1), 연료 공급 펌프(3), 고압 펌프(5), 연료 레일(7), 전자제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 커먼 레일 인젝터(9), 그리고 파동 흡수 수단을 포함한다.

이 파동 흡수 수단을 제외한 다른 요소들의 구성 및 작용은 종래기술과 동일하므로 이에 대하여 도 1을 참조하여 간략하게 설명한다.

연료 탱크(1)는 연료를 내장하도록 구성된다. 연료 공급 펌프(3)는 연료 탱크(1) 내의 연료를 공급하도록 구성되어 연료 탱크(1)에 연결된다. 고압 펌프(5)는 연료 공급 펌프(3)로부터 공급되는 연료를 가압하도록 연료 공급 펌프(3)에 연결된다. 연료 레일(7)은 고압 펌프(5)에서 가압 공급되는 연료를 분배하도록 고압 펌프(5)에 연결된다. 커먼 레일 인젝터(9)는 연료 레일(7)에서 분배된 연료를 연소실(미도시)에 분사하도록 연료 레일(7)에 연결된다. 또한 커먼 레일 인젝터(9)는 전자제어유닛(ECU)에 의하여 제어되도록 연결된다.

한편, 파동 흡수 수단은 커먼 레일 인젝터(9)로 연료 분사시 연료 레일(7) 내의 압력 변화에 따른 파동을 흡수하도록 구성된다. 그리고 파동 흡수 수단은 연료 레일(7)과 연료관(17)사이에 구비된다. 연료관(17)은 커먼 레일 인젝터(9)와 연료 레일(7)을 연결한다.

이러한 파동 흡수 수단은 다양하게 형성될 수 있으나 본 실시예에서는 오리피스(19)로 구성된 것을 예시한다.

이 오리피스(19)는 연료 레일(7)에서 커먼 레일 인젝터(9)로 공급되는 연료의 흐름을 제어하여 초기 분사율을 제어하고, 커먼 레일 인젝터(9)에서 발생한 압력 파동을 감쇄시켜 커먼 레일(7) 압력의 교란을 억제시키도록 구성된다. 또한 오리피스(19)는 배기량 및 연료 분사량에 따라 적절한 크기로 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 커먼 레일 분사계의 작용을 설명한다.

먼저, 엔진의 기동과 동시에 연료 공급 펌프(3)가 작동되어 연료 탱크(1)의연료를 고압 펌프(5)로 공급하고, 고압 펌프(5)는 이 연료를 가압하여 연료 레일(7)로 공급된다.

연료 레일(7)로 공급된 연료는 오리피스(19)를 통하여 유량 제어되면서 연료관(17)을 통하여 커먼 레일 인젝터(9)로 공급된다.

이 때 오리피스(19)는 배기량 및 연료 분사량에 따라 연료의 유량을 적절하게 조절한다. 따라서 커먼 레일 인젝터(9)에서 분사되는 연료의 초기 분사율이 급격하게 증가하는 것을 억제한다. 이에 따라 연소 소음 및 질소산화물(NOx)의 악화를 억제한다.

상기 오리피스(19)가 연료 레일(7)에서 커먼 레일 인젝터(9)로 공급되는 연료의 압력 손실을 발생시킬 수 있으나, 이 압력 손실은 운전 조건에 따라 연료 레일(7)의 압력을 적절히 재 맵핑함으로써 보상이 가능하다.

또한, 오리피스(19)는 연료 분사 시 발생되는 커먼 레일 인젝터(9)에서 발생되는 팽창 파동을 감쇄시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 커먼 레일 분사계는 연료 레일과 연료관 사이에 파동 흡수 수단을 구비하므로 연료 레일에서 커먼 레일 인젝터로 공급되는 연료량을 적절히 조절할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 커먼 레일 분사계는 연료량을 조절하므로 초기 분사율의 급격한 상승을 억제하여 연소 소음 및 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 커먼 레일 분사계는 파동 흡수 수단의 오리피스 적용에의하여 커먼 레일 인젝터에서 발생되는 팽창파를 감쇄시켜 연료관 내의 압력 변동 및 연료 레일 내의 압력 변동을 억제하여 안정된 파이롯 분사를 재현할 수 있다.

Claims (2)

1. 연료를 내장하는 연료 탱크,

   상기 연료 탱크 내의 연료를 공급하는 연료 공급 펌프,

   상기 연료 공급 펌프로부터 공급되는 연료를 가압하는 고압 펌프,

   상기 고압 펌프에서 가압 공급되는 연료를 분배하는 연료 레일, 그리고

   상기 연료 레일에서 분배된 연료를 연소실에 분사하도록 전자제어유닛(ECU)에 의하여 제어되는 커먼 레일 인젝터를 포함하는 커먼 레일 분사계에 있어서,

   상기 커먼 레일 인젝터로 연료 분사시 상기 연료 레일 내의 압력 변화에 따른 파동을 흡수하도록 상기 연료 레일과 상기 커먼 레일 인젝터에 연결되는 연료관 사이에 구비되는 파동 흡수 수단을 포함하는 커먼 레일 분사계.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 파동 흡수 수단은 상기 커먼 레일 인젝터의 초기 분사율을 제어하고, 상기 커먼 레일 인젝터에서 발생한 압력 파동을 감쇄시켜 상기 커먼 레일 압력의 교란을 억제시키도록 오리피스로 형성됨을 특징으로 하는 커먼 레일 분사계.