KR20040067853A - 엔진용 연료 분사 장치 - Google Patents

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KR20040067853A
KR20040067853A KR10-2003-7010855A KR20037010855A KR20040067853A KR 20040067853 A KR20040067853 A KR 20040067853A KR 20037010855 A KR20037010855 A KR 20037010855A KR 20040067853 A KR20040067853 A KR 20040067853A
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pressure
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KR10-2003-7010855A
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퀴글러토마스
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

연료 분사 장치는 엔진의 각 실린더에 대해 펌프 작동실(22)을 포함하는 고압 연료 펌프(10)와 이와 연결된 연료 분사 밸브(12)를 포함한다. 압전 액추에이터(84)에 의해 작동되는 제어 밸브(70)를 통해 펌프 작동실(22)과 방출 영역(78)의 연결이 제어된다. 연료 분사 밸브(12)는 적어도 하나의 제1 분사 개구(32)를 제어하고, 펌프 작동실(22) 내에 존재하는 압력에 의해 개방 방향(29)으로 폐쇄력에 대항하여 운동 가능한 제1 분사 밸브 부재(28)를 포함한다. 제2 분사 밸브 부재(128)는 중공으로 구성된 제1 분사 밸브 부재(28) 내에서 활주 가능하게 안내되며, 제2 분사 밸브 부재에 의해 제2 분사 개구(132)가 제어되며, 제2 분사 밸브 부재는 압력실(40) 내에 존재하는 압력에 의해 폐쇄력에 대항하여 개방 방향(29)으로 이동 가능하며, 제2 분사 밸브 부재(128)는 연료가 충전된 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력에 의해 간접적으로 폐쇄 방향으로 가압된다. 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력은 엔진의 작동 조건에 따라 가변적으로 제어된다.

Description

엔진용 연료 분사 장치{FUEL-INJECTION DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
이러한 연료 분사 장치는 독일 특허 제198 35 494호에 공지되어 있다. 연료 분사 장치는 엔진의 각 실린더에 대해 하나의 고압 연료 펌프와, 이와 연결된 연료 분사 밸브를 포함한다. 고압 연료 펌프는, 엔진에 의해 행정 운동으로 작동하고 연료 분사 밸브의 압력 챔버와 연결된 펌프 작동실을 한정하는 펌프 플런저를 포함한다. 연료 분사 밸브는, 적어도 하나의 분사 개구를 제어하고 압력 챔버 내에 존재하는 압력에 의해 가압되어 적어도 하나의 분사 개구의 개방을 위해 개방 방향으로 폐쇄력에 대항하여 운동 가능한 분사 밸브 부재를 포함한다. 압전 액추에이터에 의해 작동하는 제어 밸브를 통해, 연료 분사를 제어하기 위해 방출 챔버로의 펌프 작동실의 연결이 적어도 간접적으로 제어된다. 펌프 작동실 내의 압력과 연료 분사 밸브의 압력 챔버 내의 압력이 개방압에 도달하면, 분사 밸브 부재는 개방 방향으로 운동하여 적어도 하나의 분사 개구를 개방한다. 분사 밸브 부재를 통해 제어되는 분사 단면의 크기는 항상 동일하다. 이는 엔진의 모든 작동 조건하에서 최적의 연료 분사를 가능케하는 것은 아니다.
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 엔진용 연료 분사 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 이하에서 도면에 도시되고 상세히 설명된다.
도1은 엔진용 연료 분사 장치의 종단면도의 개략도이다.
도2는 도1의 연료 분사 장치의 선 II을 따른 확대도이다.
도3은 도1의 연료 분사 장치의 선 III을 따른 확대도이다.
도4는 분사 사이클 중에 연료 분사 장치의 분사 밸브 부재의 시간에 걸친 행정 그래프이다.
청구항 제1항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 장치는, 적어도 하나의 제2 분사 개구를 갖는 제2 분사 밸브 부재를 통해 추가의 개방 단면이 개방 또는 폐쇄될 수 있으므로, 분사 단면은 엔진의 작동 조건에 최적으로 적응될 수 있는 장점을 가진다. 분사 단면의 제어는 제어압 챔버 내의 가변압에 의해 간단하게 수행된다.
종속 청구항에서는 본 발명에 따른 연료 분사 장치의 구성 및 개선이 설명된다. 청구항 제5항에 따른 구성은 제어 밸브 부재에서의 광범위한 압력 평형을 가능케한다. 청구항 제8항에 따른 구성은 제어 압력실 내에서의 간단한 압력 발생을 가능케한다. 청구항 제11항에 따른 구성은 엔진의 부하 및/또는 속도에 대한 분사 단면의 최적의 적응을 가능케한다. 청구항 제12항에 따른 구성은 엔진의 적은 소음과 적은 유해물질 방출을 갖는 연소를 가능케한다.
도1 내지 도3에는 엔진용 연료 분사 장치가 도시된다. 엔진은 바람직하게는 자가 점화식 엔진이다. 연료 분사 장치는 이른바 펌프-노즐-시스템 또는 펌프-도관-노즐-시스템으로 구성되며 엔진의 각 실린더에 대해 각각 하나의 고압 연료 펌프(10)와 이에 연결된 연료 분사 밸브(12)를 포함한다. 펌프-도관-노즐-시스템 구성에서, 고압 연료 펌프(10)는 연료 분사 밸브(12)로부터 멀리 배열되고 도관을 통해 연결된다. 도시된 실시예에서, 연료 분사 장치는 펌프-도관-노즐-시스템으로 구성되며, 고압 연료 펌프(10) 및 연료 분사 밸브(12)는 서로 직접 연결되어 하나의 유닛을 형성한다. 고압 연료 펌프(10)는 펌프 본체(14) 내의 실린더 보어(16) 내에 밀착 안내되는 펌프 플런저(18)를 포함하며, 펌프 플런저는 엔진 캠축의 캠(20)을 통해 복귀 스프링(19)의 힘에 대항하여 행정 운동으로 작동된다. 펌프 플런저(18)는 펌프 플런저(18)의 공급 행정에서 연료가 고압으로 압축되는 실린더(16)의 펌프 작동실(22)을 한정한다. 상세히 도시되지는 않았지만, 연료는 펌프 플런저(18)의 흡입 행정 시에 차량의 연료 저장 탱크(24)로부터 펌프 작동실(22)로 공급된다.
도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 연료 분사 밸브(12)는 여러 부분으로 구성될 수 있는 밸브 본체(26)를 포함하며, 밸브 본체 내에는 제1 분사 밸브 부재(28)가 보어(30) 내에서 종방향 활주 가능하게 안내된다. 도2에 도시된 바와 같이, 엔진 실린더의 연소실에 대면한 밸브 본체(26)의 단부 영역에는 밸브 본체(26)의 주연부에 걸쳐 분포되어 배열된 적어도 하나의, 바람직하게는 다수의 제1 분사개구(32)가 마련된다. 연소실에 대면한 제1 분사 밸브 부재(28)의 단부 영역에는 예를 들어 대략 원추형의 밀폐면(34)이 마련되며, 밀폐면은 밸브 본체(26) 내에서 연소실에 대면한 밸브 본체의 단부 영역에 형성된 밸브 시트(36)와 함께 작용하며, 이 밸브 시트로부터 또는 밸브 시트에 따라 제1 분사 개구(32)가 분기된다. 밸브 본체(26) 내에서 분사 밸브 부재(28)와 보어(30) 사이에는 밸브 시트(36)를 향한 링 챔버(38)가 마련되며, 밸브 시트(36)로부터 먼 링 챔버 단부 영역은 보어(30)의 반경 방향 확장을 통해 제1 분사 밸브 부재(28)를 둘러싸는 압력 챔버(40) 내로 연장된다. 제1 분사 밸브 부재(28)는 압력 챔버(40)의 높이에서 횡단면 축소를 통한 압력 견부(42)를 갖는다. 연소실로부터 먼 제1 분사 밸브 부재(28)의 단부에는 인장된 제1 폐쇄 스프링(44)이 결합되고, 이를 통해 제1 분사 밸브 부재(28)가 밸브 시트(36) 방향으로 가압된다. 제1 폐쇄 스프링(44)은 보어(30)에 접속된 밸브 본체(26)의 스프링 챔버(46) 내에 배치된다.
연료 분사 밸브(12)의 제1 분사 밸브 부재(28)는 중공으로 구성되며, 분사 밸브 부재(28) 내에 동축으로 구성된 보어 내에서 제2 분사 밸브 부재(128)가 활주 가능하게 안내된다. 제2 분사 밸브 부재(128)를 통해 밸브 본체(26) 내의 적어도 하나의 제2 분사 개구(132)가 제어된다. 적어도 하나의 제2 분사 개구(132)는 분사 밸브 부재(28, 128)의 종축 방향으로 적어도 하나의 제1 분사 개구(32)에 대해 연소실 쪽으로 오프셋되어 배열된다. 연소실에 대면한 제2 분사 밸브 부재(128)의 단부 영역에는 예를 들어 대략 원추형 밀폐면(134)이 마련되며, 밀폐면은 밸브 본체(26) 내에서 연소실에 대면한 밸브 본체의 단부 영역에 형성된 밸브 시트(136)와함께 작용하며, 이 밸브 시트로부터 또는 밸브 시트에 따라 제2 분사 개구(132)가 분기된다. 제2 분사 밸브 부재(128)는 두 부분으로 구성될 수 있으며, 밀폐면(134)을 포함하고 연소실에 대면한 부분과 연소실로부터 멀고 제1 부분에 연결된 제2 부분을 포함한다. 제1 분사 밸브 부재(28)가 개방되었을 때 압력 챔버(40) 내의 압력이 작용하는 압력면(142)이 제2 분사 밸브 부재(128)의 연소실 측 단부 부근에 형성된다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 밸브 본체(26) 내에서 연소실로부터 먼 쪽의 스프링 챔버(46)에는 제어압 챔버(60)가 연결 구성되며, 이 제어압 챔버 내에는 제2 분사 밸브 부재(128)에 작용하는 제2 폐쇄 스프링(144)이 배치된다. 제어압 챔버(60)의 직경은 스프링 챔버(46)의 직경보다 작게 구성된다. 제1 분사 밸브 부재(28)의 단부는 스프링 챔버(46) 내로 돌입되고 제1 폐쇄 스프링(44)에 지지된다. 제1 분사 밸브 부재(28)로부터 먼 제1 스프링 챔버(44) 단부는 스프링 챔버(46)와 제어압 챔버(60) 사이에 배열된 슬리브(47)에 지지된다. 슬리브(47)는 스프링 챔버(46)로부터 제어압 챔버(60)로의 전환부에서 직경 축소에 의해 형성된 링 견부에 다시 지지된다. 슬리브(47)는 스프링 챔버(46) 내로 끼워 맞춤되어 고정될 수 있거나 또는 선택적으로 스프링 챔버(46) 내에서 제1 분사 밸브 부재(28)의 종축 방향으로 활주할 수 있다. 제2 부분 분사 밸브(128)는 슬리브(47)를 관통하여 제어압 챔버(60) 내로 돌입하고 제어압 챔버(60)를 스프링 챔버(46) 쪽으로 한정하는 제어 피스톤(62)에 지지된다. 제어압 챔버(146)를 한정하는 제어 피스톤(62) 측면에는 제2 폐쇄 스프링(144)이 지지된다. 제어 피스톤(62)으로부터 먼 제2 폐쇄 스프링(144) 단부는 제어압 챔버(60)의 바닥에 지지된다.
고압 연료는 예를 들어 공급 펌프(64)에 의해 제어압 챔버(60)에 공급된다. 또한, 공급 펌프(64)는 펌프 플런저(18)의 흡입 행정 시에 연료를 펌프 작동실(22) 내로 공급하는 데 사용될 수 있다. 제어압 챔버(60) 내의 압력은 예를 들어 엔진 속도, 부하, 온도 등의 엔진 작동 조건에 따라 가변적으로 설정된다. 이에 상응하여, 공급 펌프(64)는 가변 엔진 속도로 작동될 수 있거나 또는 공급 펌프(64)와 제어압 챔버(60) 사이에 방출 밸브(66)가 제공될 수 있고, 이에 의해 제어압 챔버(60) 내의 압력이 제어되며, 방출 밸브(66)는 저압 영역에 대한 연결을 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
펌프 작동실(22)로부터 펌프 본체(14)와 밸브 본체(26)를 통해 연료 분사 밸브(12)의 압력 챔버(40)로의 연결부(48)가 안내된다. 상기 연결부(48)는 제어 밸브(70)를 통해 제어된다. 제어 밸브(70)는 제어압 챔버(60)에 연결된 밸브 본체(26)의 보어(71) 내에서 밀착 안내되는 원추형 제어 밸브 부재(72)를 포함한다. 보어(71)는 반경 방향 확장에 의해 형성되고 제어 밸브 부재(72)를 둘러싸는 링 챔버(73)를 포함하며, 이 링 챔버로는 펌프 작동실(22)로 안내되는 연결부(48)의 부분 및 압력 챔버(40)로 안내되는 연결부(48)의 부분이 합류된다. 제어압 챔버(60)를 향한, 링 챔버(73)로부터 보어(71)로의 전환부에는 밸브 시트(74)가 형성되며, 이에 의해 제어 밸브 부재(73)가 밸브 부재에 형성된 밀폐면(76)과 함께 작용한다. 링 챔버(73)로부터 제어압 챔버(60)를 향해 배열된 보어(71)의 부분(171)의 직경은 링 챔버(73)로부터 제어압 챔버(60)에서 먼 보어(71)의 부분(271)보다작다. 이에 상응하여, 제어 밸브 부재(72)는 보어(71)의 부분(171) 내에 구성된 영역(172)에서, 보어(71)의 부분(271) 내에 구성된 영역(272)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는다. 제어 밸브 부재(72)에서 밀폐면(76)은 두 영역(172, 272)들 사이의 전환부에 구성된다. 제어 밸브 부재(72)는 보어(71)의 부분(171) 내에 구성된, 제어 밸브 부재(72)의 영역(172)과 밀폐면(76) 사이에 직경이 상당히 축소된 영역(372)을 포함함으로써, 제어 밸브 부재(72)의 영역(372)과 보어(71)의 부분(171) 사이에는 링 챔버(77)가 제공된다. 링 챔버(77)는 예를 들어 연료 저장 탱크(24)로의 복귀부(78)일 수 있는 저압 영역에 대한 연결부를 포함한다. 스프링 챔버(46)도 복귀부(78)와 연결된다. 제어 밸브 부재(72)가 폐쇄 위치, 즉 제어 밸브 부재의 밀폐면(76)이 밸브 시트(74)에 안착되는 위치에 있으면, 링 챔버(73)는 링 챔버(77)로부터 분리되고 펌프 작동실(22)은 복귀부(78)로부터 분리되어, 펌프 작동실(22) 내에는 펌프 플런저(18)의 행정에 상응하는 압력이 형성될 수 있다. 제어 밸브 부재(72)가 개방 위치, 즉 제어 밸브 부재의 밀폐면(76)이 밸브 시트(74)로부터 상승되는 위치에 있으면, 링 챔버(73)는 링 챔버(77)와 연결되어, 연료가 펌프 작동실(22)로부터 복귀부(78)를 통해 방출될 수 있고 펌프 작동실(22) 내에는 압력이 형성될 수 없게 된다.
제어압 챔버(60)로부터 먼 제어 밸브 부재(72) 측면에서 밸브 본체(26) 또는 펌프 본체(14) 내에 또는 이들 사이에는 제어 밸브 부재(72)에 의해 한정된 액추에이터 압력 챔버(80)가 구성된다. 이로써, 제어 밸브 부재(72)는 액추에이터 압력 챔버(80) 내에 존재하는 압력에 의해 폐쇄 방향으로 가압된다. 제어 밸브부재(72)는 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력 및 제어 피스톤(62)과 제어 밸브 부재(72) 사이에 인장되어 있는 복귀 스프링(82)에 의해 개방 방향으로 가압된다. 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력은 압전 액추에이터(84)를 통해 제어되며, 압전 액추에이터는 이에 인가된 전압에 따라 연장부, 특히 그 길이를 변경함으로써, 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력을 변경시킨다. 액추에이터(84)는 액추에이터(84)에 인가된 전압을 공급하는 전기 제어 장치(86)와 연결된다. 상대적으로 작은, 액추에이터(84)의 길이 변경을 보강하고 상대적으로 큰, 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력 변경을 달성할 수 있도록, 액추에이터(84)는 유압 커플링을 통해 액추에이터 압력 챔버(80)와 연결된다. 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력이 높으면, 제어 밸브 부재(72)는 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력에 대항하고 복귀 스프링(82)의 힘에 대항하여 폐쇄 방향에 있게됨으로써, 펌프 작동실(22)은 복귀부(78)로부터 분리된다. 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력이 낮으면, 제어 밸브 부재(72)는 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력 및 복귀 스프링(82)의 작용에 의해 개방 방향에 있게됨으로써, 펌프 작동실(22)은 복귀부(78)와 연결된다. 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력을 엔진 작동 조건에 따라 설정하기 위해, 공급 펌프(64) 또는 방출 밸브(66)는 제어 장치(86)를 통해 제어된다.
액추에이터 압력 챔버(80)를 향해 개방된 체크 밸브(90)가 배치된 연결부(88)가 액추에이터 압력 챔버(80)와 제어압 챔버(60) 사이에 제공된다. 제어압 챔버(60) 내의 압력이 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력 보다 높으면, 체크 밸브(90)가 개방되어, 액추에이터 압력 챔버(80)가 연료로 충전될 수 있다. 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력이 제어압 챔버(60) 내의 압력보다 높으면, 체크 밸브(90)가 폐쇄되어, 액추에이터 압력 챔버(80)는 제어압 챔버(60)로부터 분리된다.
이하, 연료 분사 장치의 기능이 설명된다. 펌프 플런저(18)의 흡입 행정 시에, 제어 밸브 부재(72)는 개방 방향에 있고, 링 챔버(77)는 공급 펌프(64)로 연결됨으로써, 연료가 연료 저장 탱크(24)로부터 펌프 작동실(22)로 도달한다. 펌프 플런저(18)의 공급 행정 시에, 연료 분사의 개시는 폐쇄 위치로 제어 밸브 부재(72)의 이동에 의해 결정된다. 이를 위해, 상승된 전압이 제어 장치(86)를 통해 액추에이터(84)에 인가되어, 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력은 상승되고, 제어 밸브 부재(72)는 폐쇄 위치에 도달된다. 그 다음, 펌프 작동실(22)은 복귀부(78)로부터 분리되고, 복귀부 내에 펌프 플런저(18)의 행정에 상응하는 고압이 형성된다.
압력 견부(42)를 거쳐 제1 분사 밸브 부재(28)에 가해지는 압력이 제1 폐쇄 스프링(44)의 힘보다 클 정도로, 펌프 작동실(22) 내에 존재하는 압력 및 연료 분사 밸브(12)의 압력 챔버(40) 내에 존재하는 압력이 크면, 제1 분사 밸브 부재(28)의 밀폐면(34)은 밸브 시트(36)로부터 상승되어 적어도 하나의 제1 분사 개구(32)를 개방함으로써 연료 분사 밸브(12)는 개방된다. 제어압 챔버(60) 내에 높은 압력이 존재하면, 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력 즉, 제2 폐쇄 스프링(144) 및 복귀 스프링(82)에 의해 제어 피스톤(62)과 제2 분사 밸브 부재(128) 상으로 가해지는 폐쇄력이, 압력 챔버(40) 내의 압력에 의해 압력면(142)을 거쳐 제2 분사 밸브 부재(128) 상으로 가해지는 힘보다 크기 때문에, 제2 분사 밸브 부재(128)는 폐쇄 위치에 유지된다. 이로써, 연료 분사 밸브(12)에서 제1 분사 개구(32)는 전체 분사 단면의 일부만이 개방되어, 단지 적은 연료량만이 분사된다.
제2 분사 밸브 부재(128)도 개방되어야 하면, 제어압 챔버(60) 내에는 적은 압력이 설정되어, 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력, 제2 폐쇄 스프링(144) 및 복귀 스프링(82)에 의해 제어 피스톤(62)과 제2 분사 밸브 부재(128) 상으로 폐쇄 방향으로 가해지는 힘이 압력 챔버(40) 내에 존재하는 압력에 의해 폐쇄면(142)을 거쳐 제1 분사 밸브 부재 상으로 개방 방향으로 작용하는 힘보다 작기 때문에, 제1 분사 밸브 부재(28)에 추가로 제2 분사 밸브 부재(128)가 개방되어 제2 분사 개구(132)가 개방된다. 이로써, 분사 밸브 부재(12)의 전체 분사 단면은 개방되고 많은 양의 연료가 분사된다. 연료 분사의 종료는, 제어 장치(86)를 통해 액추에이터(84)의 전압이 감소되어, 이에 의해 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력이 감소됨으로써, 제어 밸브 부재(72)가 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력 및 복귀 스프링(82)의 힘에 의해 그 개방 방향으로 운동하도록 작용함으로써 결정된다. 펌프 작동실(22)은 복귀부(78)와 연결되고, 복귀부 내에는 고압이 더 이상 형성될 수 없다. 제1 분사 밸브 부재(28)는 제1 폐쇄 스프링(44)의 힘에 의해 폐쇄된다. 제1 분사 밸브 부재(28)의 밀폐면(34)이 밸브 시트(36)에 안착되면, 제2 분사 밸브 부재(128)의 압력면(142)은 압력 챔버(40)로부터 분리됨으로써, 제2 분사 밸브 부재(128)도 제2 폐쇄 스프링(144)의 힘에 의해 폐쇄된다. 또한, 제2 분사 밸브 부재(128)를 위한 행정 정지부가 제1 분사 밸브 부재(28)에 배치될 수 있고, 이에의해 제2 분사 밸브 부재(128)의 개방 운동이 제한된다. 제1 분사 밸브 부재(28)가 개방되면, 제2 분사 밸브 부재(128)는 제2 분사 밸브 부재가 행정 정지부에 밀착될 때까지 마찬가지로 개방된다. 제1 분사 밸브 부재(28)만 폐쇄될 때 제2 분사 밸브 부재(128)도 행정 정지부를 통해 강제적으로 폐쇄된다.
제1 분사 개구(32) 및 제2 분사 개구(132)를 통해 형성된 분사 단면이 적어도 거의 동일하기 때문에, 제1 분사 밸브 부재(28)의 개방 시에, 전체 분사 단면의 절반만이 개방된다. 선택적으로, 제1 분사 개구(32)가 제2 분사 개구(132)보다 더 크거나 또는 더 작은 분사 단면을 형성할 수도 있다.
도4에서, 시간(t)에 걸친 분사 시이클에서 제1 분사 밸브 부재(28)에 대한 개방 행정(h)의 그래프가 실선으로, 그리고 제2 분사 밸브 부재(128)에 대한 개방 행정(h)의 그래프가 점선으로 표시된다. 연료 분사 개시 시에, 제어 밸브 부재(72)는 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 고압 조정에 의해 폐쇄 위치로 이동되어, 펌프 작동실(22)은 복귀부(78)로부터 분리된다. 제어압 챔버(60) 내에 고압이 설정되어, 펌프 플런저(18)의 작은 공급 행정 시에는 먼저 제1 분사 밸브 부재(28)만이 개방되고, 연료 분사 밸브(12)는 전체 분사 단면의 일부만이 개방된다. 이 때, 적은 연료량의 예비 분사가 제1 분사 개구(32)를 통해서만 수행된다. 그 다음, 제어 장치(86)를 통해 액추에이터(84)의 전압이 감소되어, 액추에이터 압력 챔버(80) 내의 압력이 감소되고 제어 밸브 부재(72)는 개방 위치를 취함으로써, 펌프 작동실(22)은 압력 해제 상태가 되고 제1 분사 밸브 부재(28)는 폐쇄되고 연료 분사는 중단된다. 그 다음, 제어 장치(86)에 의해 액추에이터(84)의 전압이 증가되어, 제어 밸브 부재(72)는 상승된 액추에이터 챔버(80) 내의 압력에 의해 다시 폐쇄 위치를 취한다. 펌프 플런저(18)의 공급 행정이 증가할 때, 제어압 챔버(60) 내의 압력은 제어 장치(86)에 의해 감소될 수 있기 때문에, 제2 분사 밸브 부재(128) 상으로의 폐쇄력은 감소되어, 제2 분사 밸브 부재(128)도 추가로 개방되고, 연료 분사 밸브(12)의 전체 분사 단면이 개방되고 주분사가 많은 연료량으로 수행된다. 제어압 챔버(60) 내의 압력은 제어 장치(86)를 통해 이미 주분사가 개시될 때 감소될 수 있기 때문에, 제2 분사 밸브(128)는 제1 분사 밸브 부재(28)에 이어 단지 작은 시간 간격으로 개방된다. 선택적으로, 제어압 챔버(60) 내의 압력은 제어 장치(86)에 의해 주분사의 진행 중에 비로소 개방될 수 있기 때문에, 도4에 도시된 바와 같이 제2 분사 밸브 부재(128)는 제1 분사 밸브 부재(28)에 이어 큰 시간 간격으로 개방된다. 이로써, 주분사는 많은 연료량으로 제1 분사 개구(32)와 제2 분사 개구(132)를 통해 수행된다.
엔진의 특정 작동 변수, 특히 작은 부하 및/또는 엔진 속도에서, 적은 연료량만이 분사되면, 예비 및 주분사 중에 펌프 플런저(18)의 전체 공급 행정에 거쳐 제어 장치(86)에 의해 제어압 챔버(60) 내에 고압이 설정됨으로써, 제1 분사 밸브 부재(28)만이 개방되고 제2 분사 밸브 부재(128)는 폐쇄 유지된다. 엔진의 높은 부하 및/또는 엔진 속도에서, 많은 연료량이 분사되면, 주분사 중에 제어 장치(86)를 통해 제어압 챔버(60) 내에는 고압이 설정됨으로써, 제1 분사 밸브 부재(28)만이 개방되고, 주분사 중에 제어압 챔버(60) 내의 압력은 제어 장치(86)에 의해 감소되어, 제2 분사 밸브 부재(128)가 추가로 개방된다.

Claims (14)

  1. 고압 연료 펌프(10)와, 이에 연결되고 엔진의 각 실린더에 대한 연료 분사 밸브(12)를 포함하며,
    상기 고압 연료 펌프(10)는, 엔진에 의해 행정 운동으로 작동하고 연료 분사 밸브(12)의 압력 챔버(40)와 연결된 펌프 작동실(22)을 한정하는 펌프 플런저(18)를 포함하며, 상기 연료 분사 밸브(12)는, 적어도 하나의 제1 분사 개구(32)를 제어하고 압력 챔버(40) 내에 존재하는 압력에 의해 가압되어 적어도 하나의 제1 분사 개구(32)의 개방을 위해 개방 방향으로 폐쇄력에 대항하여 운동 가능한 분사 밸브 부재(28)를 포함하며,
    펌프 작동실(22)과 방출 영역(78)의 연결을 적어도 간접적으로 제어하고 압전 액추에이터에 의해 작동되는 제어 밸브(70)를 포함하는 엔진용 연료 분사 장치에 있어서,
    연료 분사 밸브(12)는 중공으로 구성된 제1 분사 밸브 부재(28) 내에서 활주 가능하게 안내되는 제2 분사 밸브 부재(128)를 포함하며, 제2 분사 밸브 부재에 의해 제2 분사 개구(132)가 제어되며, 제2 분사 밸브 부재는 압력실(40) 내에 존재하는 압력에 의해 폐쇄력에 대항하여 개방 방향(29)으로 이동 가능하며, 제2 분사 밸브 부재(128)는 연료가 충전된 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력에 의해 간접적으로 폐쇄 방향으로 가압되며, 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력은 엔진의 작동 조건에 따라 가변적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 액추에이터 압력 챔버(80) 내에 존재하는 압력은 압전 액추에이터(84)에 의해 제어되며, 제어 밸브(70)는, 펌프 작동실(22)이 방출 영역(78)으로부터 분리되는 폐쇄 위치와 펌프 작동실(22)이 방출 영역(78)으로부터 분리되는 개방 위치 사이에서 이동 가능한 제어 밸브 부재(72)를 포함하며, 상기 제어 밸브 부재(72)는 액추에이터 압력 챔버(80) 내에 존재하는 압력에 의해 폐쇄 위치로 가압되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 액추에이터 압력 챔버(80)로부터 먼 제어 밸브 부재(72) 단부는 제어압 챔버(60) 내에 존재하는 압력에 의해 개방 위치로 가압되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제어 밸브 부재(72)는 복귀 스프링(82)을 통해 개방 위치로 가압되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제어압 챔버(60)는 액추에이터 압력 챔버(80)를 향해 개방된 체크 밸브(90)가 배치된, 액추에이터 압력 챔버(80)에 대한 연결부(88)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제어압 챔버(60)는 제2 분사 밸브 부재(128) 상으로 작용하는 제어 피스톤(62)에 의해 한정되며, 제2 분사 밸브 부재(128)는 바람직하게는 제어 피스톤(62)에 지지되는 폐쇄 스프링을 통해 추가로 폐쇄 위치로 가압되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제4항 및 제6항에 있어서, 복귀 스프링(82)은 제어 밸브 부재(72)와 제어 피스톤(62) 사이에 인장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제어압 챔버(60) 내의 압력은 공급 펌프(64)를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  9. 제8항에 있어서, 공급 펌프(64)의 작동은 공급 펌프가 엔진 작동 조건에 따라 가변 압력을 제어압 챔버(60) 내에 형성하도록, 제어 장치(86)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  10. 제8항에 있어서, 제어압 챔버(60) 내의 압력은 제어 장치(86)에 의해 제어되는 방출 챔버(66)를 통해 엔진의 작동 조건에 따라 가변적으로 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진의 부하 및/또는 속도가 작을 때 제어압 챔버(60) 내에는 고압이 설정됨으로써, 제2 분사 밸브 부재(128)는 폐쇄 위치에유지되고, 제1 분사 밸브 부재(28) 만이 개방되고 적어도 하나의 제1 분사 개구(32)가 개방되고, 엔진의 부하 및/또는 속도가 클 때 제어압 챔버(60) 내에는 저압이 설정됨으로써, 제2 분사 밸브 부재(128)가 추가로 개방되고 적어도 하나의 제2 분사 개구(132)가 개방되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  12. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 분사 사이클이 개시될 때 제어압 챔버(60) 내에는 고압이 설정됨으로써, 제2 분사 밸브 부재(128)는 폐쇄 위치에 유지되고, 제1 분사 밸브 부재(28) 만이 개방되고 적어도 하나의 분사 개구(32)가 개방되고, 분사 사이클이 계속 진행할 때 제어압 챔버(60) 내에는 저압이 설정됨으로써, 제2 분사 밸브 부재(128)도 추가로 개방되고 적어도 하나의 제2 분사 개구(132)가 개방되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  13. 제12항에 있어서, 분사 사이클이 적은 연료량을 갖는 예비 분사로 개시되는 동안, 제어압 챔버(60) 내에는 고압이 설정되고, 분사 사이클이 많은 연료량을 갖는 주분사로 진행되는 동안, 제어압 챔버(60) 내에는 저압이 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  14. 제13항에 있어서, 주분사의 진행 중에 제어압 챔버(60) 내에는 저압이 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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