KR20060030045A - 연료분사기구에서의 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료분사제어를 위한 연료분사시스템에서의 장치에 관한 것으로, 상기 장치(4)는 내부에 공간(6)이 배치된 몸체부(5)를 포함하여 구성되고, 작동시 분사되는 연료가 상기 공간을 통하여 흐르며, 상기 공간은 또한 그 공간 내로 개구되는 연료유입구(7) 및 연료유출구(8)를 구비한다. 상기 장치(4)는 또한 상기 공간내에 이동 가능하게 배치된 피스톤수단(9)과, 상기 연료유입구(7) 및 연료유출구(8) 사이의 흐름을 연결하는 유동로를 포함한다. 상기 유동로는 상기 몸체부의 공간으로 개구된 적어도 하나의 스로틀링부(35,40,91,92)를 포함하여 구성되고, 상기 스로틀링부의 유동단면적은 상기 피스톤수단(9)과 상기 몸체부(5)의 상대적 위치에 의하여 한정된다.

Description

연료분사기구에서의 장치{ARRANGEMENT IN FUEL INJECTION APPARATUS}

본 발명은 청구항 1의 전제부(preamble)에 기재된 것과 같은 연료분사기구 에서의 장치에 관한 것이다.

압축 어큐멀레이터(pressure accumulator)를 사용하는 커먼레일 분사시스템은, 통상 피스톤엔진과 결합되어 사용된다. 그러한 시스템에서, 이른바 압축 어큐멀레이터 내에 분사압력으로 저장된 연료는 인젝터 밸브를 조절함에 의하여 엔진의 연소실로 분사된다.

전형적인 커먼레일 시스템에서, 상기 분사압력은 인젝터 노즐의 니들(needle)이 열렸을 때 거의 순간적으로 고압수준에 도달한다. 이러한 결과로서, 상기 연료 매스플로우는 연소실로 연료를 분사하는 동안의 분사 시작시에 아주 크게 된다. 그러한 경우에, 연소실 내의 압력은 최적 성능에 도달하기 위하여 너무 빨리 증가할 수 있다.

본 발명의 목적은 선행기술과 관련된 문제들을 최소화할 수 있는 연료분사기구에서의 장치를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 특별한 목적은 연료분사과정에 있어 효율적으로 그러나 간단하게 효과를 나타내는 장치를 만드는 것에 있다.

본 발명의 목적은 청구항 1에 주로 개시되며 그 종속항들에 보다 자세하게 개시된 방법들에 의하여 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 연료분사제어용의 상기 연료분사시스템내의 장치는, 내부에 공간이 배치된 몸체부를 포함하여 구성되며, 작동과정동안 분사될 연료가 상기 공간을 통하여 흐르고, 상기 공간은 또한 유입구와 유출구를 구비한다. 상기 장치는 또 상기 공간 내에 이동 가능하게 배치된 피스톤 수단 등을 포함하여 구성되고, 상기 장치는 상기 연료 유입구와 유출구 사이에 연료 흐름을 연결하기 위한 유동로를 구비한다. 상기 유동로는 상기 몸체부의 공간 내로 개구된 적어도 하나의 스로틀링부를 포함하여 구성되고, 상기 스로틀링부의 유동단면적을 통하여 연료가 흐를 수 있는 상기 유동단면적은, 상기 피스톤 수단과 몸체부의 상호 위치에 의하여 결정된다. 분사 시작시에 상기 피스톤수단이 몸체부에 대하여 이동하는 동안, 상기 스로틀링부는 증가되도록 배치된다.

상기 스로틀링부는, 피스톤에서 길이방향을 따라 여러 위치에 배치된 다수의 개구와, 제어에지(control edge)를 포함하며, 상기 제어에지는 연료 유동로의 총 유동단면적을 한정한다. 상기 제어에지는 한계영역(limit area)에 의해서 형성되며, 그 한계영역 내에서 상기 몸체부의 내부면과 상기 피스톤수단의 외부면은 접촉상태로부터 서로 해제되거나 또는 상기 유동을 스로틀링하는 다른 영향으로부터 해제된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스로틀링부는 상기 피스톤수단상에 배치되는 적어도 하나의 홀을 포함하며, 상기 홀은 상기 피스톤수단의 길이방향축 방향으로 연장된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 피스톤수단은 연료압과는 무관하게 작동하는 액츄에이터를 포함하며, 이에 의하여 연료압의 증가는 엔진의 작동상태에 따라서 효율적으로 제어될 수 있다. 댐핑공간과 채널이 상기 피스톤수단의 다른 끝단과 연결되도록 제공되며, 상기 채널은 몸체부 내 공간과 상기 댐핑공간을 연결한다. 상기 피스톤수단의 스프링은 상기 댐핑공간 내에 배치되는 것이 바람직하며, 이에 의하여 스프링을 위한 별도의 공간이 필요없다. 상기 피스톤수단은 관형부분으로 형성되는 것이 바람직하며, 그 벽 두께는 상기 관형부분의 내경보다 작다

본 발명에 따른 장치는, 분사시작시에 분사된 연료의 매스플로우를 제한하여, 실제 분사동안 충분한 분사압력이 되도록 한다.

이하에서는, 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.

도1은, 엔진의 연료분사시스템에 적용되는 본 발명에 따른 장치를 나타내는 도면;

도2는, 초기상태에 있는 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면,

도3은, 제2 극단위치(second extreme situation)에 있는 도2의 장치를 도시한 도면;

도4는, 본 발명에 따른 다른 실시예의 장치를 나타낸 도면,

도5는, 본 발명에 따른 또 다른 장치를 나타낸 도면이다.

상기 도면에서 사용되는 참조부호들은 명확함을 유지하기 위하여 가능한 한 서로 일치시킬 것이다. 또한, 본 발명 이해와 관련하여 본질적이지 않다면, 상기 시스템에 속하는 모든 부분들을 여기서 기술할 필요는 없다 할 것이다.

도1은, 본 발명에 따른 장치(4)가 내부연소엔진의 커먼레일 연료분사시스템과 관련하여 어떻게 배치될 수 있는지를 매우 개략적으로 나타내고 있다. 상기 연료분사시스템은 본 발명의 작동을 위하여 필요한 범위까지만 기술될 것이다. 커먼레일에 기초한 상기 연료분사시스템은 그 주요 구성요소로서 커먼레일, 즉 압축 어큐멀레이터(1)을 포함하여 구성되며, 상기 압축 어큐멀레이터에서 연료는 고압으로 엔진의 연소실로 분사되며, 상기 압축 어큐멀레이터는 분사밸브와 연료 흐름이 연결된 상태에 있다. 연료채널시스템(3,3',3'')은 상기 커먼레일(1)로부터 분사밸브(2)까지 배치되어 있으며 상기 분사밸브는 각 실린더(도시하지 않음)로 향하는 연료를 계량한다. 작동과정동안, 상기 분사밸브(2)를 위한 충분한 분사압력을 얻기 위하여 상기 커먼레일내에는 충분한 압력이 유지된다. 각 분사밸브(2)는 연료분사를 독립적으로 제어하기 위한 제어수단(1.1)을 포함한다. 여기서, 상기 연료분사시스템의 압축 어큐멀레이터(1)는 채널(3'')에 의하여 제어수단(1.1)에 연결되며, 이로부터 채널시스템(3,3')을 경유하여 분사밸브(2)로 연료가 공급된다. 여기서 상기 제어수단은, 연료가 엔진으로 분사될 수 있도록 압축 어큐멀레이터의 압력, 즉 상기 압축 어큐멀레이터에 대한 연료 흐름을 상기 분사밸브로 연결하도록 작동하며, 또한 상기 장치가 분사밸브를 닫아서 그 밸브가 닫히도록 작동한다. 장치(4)가 연 료유입구(7) 및 유출구(8)를 통하여 상기 채널시스템(3,3')과 연결된다. 상기 장치(4)의 작동은 도2~도5를 참조하여 이후에 설명될 것이다.

도2는 연료분사제어용의 본 발명에 따른 연료분사기구에서의 장치(4)의 유용한 일 실시예를 도시한다. 상기 장치는 내부에 공간(6)이 배치된 몸체부(5)를 포함하여 구성된다. 엔진이 가동될 때, 연료는 이 공간(6)으로 흐른다. 또한, 피스톤수단(9)이 스프링(10)에 의한 힘에 대항하여 이동할 수 있도록 상기 공간(6) 내에 배치된다. 상기 연료유입구(7) 및 유출구(8)는 또한 상기 공간과 유통(流通;flow connection)되어 있다. 상기 피스톤수단은 또한 상기 공간(6)을 연료유입구(7)와 연료유출구(8)쪽의 두 부분으로 분할한다. 상기 채널과 공간의 결합효과에 의하여 상기 유입구(7)와 유출구(8) 사이에 연료유동로가 형성된다. 상기 피스톤수단(9)은 일단에 벽(9.1)과 다른 일단에 외부 쇼울더(external shoulder;9.2)를 구비한 관형상부분이다. 이는 또한 길이방향 보어(bore)를 가지는 피스톤수단으로 이해될 수 있다. 상기 벽(9.1)은, 연료 압력을 레벨링(levelling)하고, 분사과정에 뒤이어 초기위치로 상기 피스톤수단(9)을 복귀하도록 하는 약간 작은 구멍(35.1)을 포함한다. 분사과정에 이어서 복귀작업을 수행하기 위하여, 상기 장치는 스프링(10)을 포함한다. 또한, 상기 피스톤수단의 제2단부와 쇼울더(92)에 연결되는 채널(35.2)이 있으며, 상기 채널은 상기 피스톤수단의 스프링(10)용으로 형성된 댐핑공간(6.1)과 상기 공간(6)을 연결한다.

개구들(35)이 상기 피스톤수단(9)에 배치되며, 상기 개구들은 또한 유동로의 일부를 형성한다. 상기 개구들은 상기 피스톤수단의 내부로부터 그 바깥쪽 표면으 로 연장된다. 본 실시예에서 다수의 개구들(35)이 피스톤수단의 길이방향을 따라 배치되었지만, 그 형상과 수는 각 응용분야에 적합하도록 항상 선택될 수 있다. 연료는 상기 피스톤수단의 위치에 따라 유입구(7)로부터 유출구로 상기 개구들(35)을 통과하여 흐를 수 있다.

도2에는 분사 전의 상태가 도시되어 있다. 여기서, 상기 피스톤수단(9)은 그 단부가 연료유입구(7)에 인접한 초기위치에 있다. 따라서, 상기 피스톤수단(9)의 개구들(35)은 상기 몸체부(5)의 제어에지의 상류측에 위치하여 그 몸체부에 기대어 있어서, 상기 피스톤수단의 쉘(shell)의 벽에 배치된 상기 모든 개구들(35)들이 덮여져 있다. 상기 분사밸브(2)가 열린 때에는, 유출구(8)에 인접한 단부의 연료 압력이 유입구(7)에 인접한 단부보다 작아서 상기 피스톤수단(9)이 움직이기 시작한다. 상기 피스톤수단이 움직일 때, 상기 댐핑공간(6.1)으로부터 채널(35.2)을 통하여 연료가 비워짐에 의하여 피스톤의 운동이 느려지고, 최대치에 이르기까지의 분사압력 증가가 느려진다. 도3은, 도1에 따른 장치가 연료분사가 이미 시작된 상태에 있는 것을 도시한 것이다. 여기서, 제어에지(40)는 몸체부(5)에 형성되어 있다. 상기 피스톤수단(9)의 개구들(35)이 상기 제어에지를 지날 때, 상기 개구들이 제어에지(40)를 지나서 이동하여 상기 유출구(8)에 인접한 공간(6)부로 열려짐에 따라 상기 스로틀링부의 유동면적이 증가하는 정도에 따라 유출구(8)에 인접한 단부압력은 더 빨리 증가한다. 상기 피스톤수단이 이동하여 유출구(8)에 더 가까워질수록, 더 많은 개구를 통하여 연료가 흐를 수 있고, 이에 의하여 상기 분사압력은 증가한다. 도3에는, 선택적 형태로서 상기 피스톤수단을 따라 길이방향으로 연장되는 장 공(35.2)이 나타나 있다.

분사과정의 초기에, 상기 개구들의 총단면적은 매우 작으며, 이에 따라 연료 매스플로우는 이에 의한 교축효과에 의하여 크게 제한된다. 상기 피스톤수단이 이동함에 따라, 상기 개구들(35) 면적의 더 많은 부분이 열려지고, 상기 유동로의 스로틀링부 면적이 증가하며, 이에 의하여 또한 그 분사압력, 즉 바깥쪽에 대한 연료압력도 증가한다. 상기 개구들(35)의 면적은 적어도 분사 종료시의 연료 흐름을 크게 제한하지 않도록, 즉 압력손실이 적도록 선택된다. 길이방향축을 따른 상기 개구들(35)의 위치와 그 단면적을 적절히 선택함으로써, 연료압력 증가속도와 그 조정을 원하는 대로 달성할 수 있다.

도4는, 도2에 대응하는 다른 실시예를 도시한 것으로, 여기서는 상기 피스톤수단(9)의 이동 및 위치가 연료압력 대신 별도의 액츄에이터(80)에 의하여 결정되며, 상기 액츄에이터는 상기 피스톤수단(9)을 제어한다. 상기 액츄에이터(80)는 솔레노이드-작동되는 투웨이밸브(82)에 의하여 엔진의 서보(servo) 오일시스템(81)과 연결되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 피스톤수단(9)의 이동은 연료압력과는 무관하게 제어될 수 있다. 상기 액츄에이터(80)에 연결된 서보오일시스템은 별도의 스로틀링수단(83)에 의하여 복귀채널(return channel;84)에 연결된다. 상기 스로틀링부(83)는 또한 조절 가능하다. 액츄에이터(80) 내의 서보오일 압력에 대한 상기 스로틀링수단(83)의 효과는 피스톤수단(9)의 이동속도를 제어하며, 이에 의하여 상기 피스톤수단의 작동은 별개로, 예컨대 엔진의 가동조건과 별도로 세팅될 수 있다.

도5는, 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예이다. 본 실시예에서는, 상기 몸체부(5)가 상기 피스톤수단(9)을 위한 실린더형 공간(6)을 구비한다. 상기 피스톤수단의 주된 부분보다 작은 직경을 가지는 부분(9.3)이 상기 피스톤수단(9)의 단부 사이 부분에 배치되며, 상기 단부 사이 부분은 원추형 제어에지(40)를 포함한다. 따라서, 상기 제어에지는 길이방향을 따라 상기 피스톤수단의 직경이 변하는 부분으로 구성된다. 이 부분은 계단형상 또는 선형이나 비선형으로 적절하게 연속적인 형상이 될 수 있다. 더 작은 직경을 가지는 상기 부분(9.3)은 공간(6) 내에 체적(93)을 형성하며, 엔진에 공급되는 연료가 상기 체적을 통하여 배치되어 흐른다. 상기 연료유입구(7)는 피스톤수단의 타단과 몸체부(5)에 의하여 형성되는 공간에 연결되며, 상기 피스톤수단(9)에 작용하는 연료압력에 의해 힘의 효력이 미친다. 이는 피스톤수단의 이동을 야기한다. 상기 연료유입구(7)로부터 상기 체적(93)으로 열려진 채널(91)이 형성되며, 또 상기 체적(93)으로부터 유동로에 의하여 형성되어 연료유출구(8)로 이르는 채널(92)로 연결된다. 상기 원추형 제어에지(40)는 채널(91 및 92)에 대한 상기 피스톤수단의 위치에 따라 상기 연료 흐름을 제어한다. 스프링장치(10)는 연료유입구(7)에 대향하는 피스톤수단(9)의 단부에 위치하고, 상기 스프링장치는 두 개의 분리된 스프링 시스템으로 형성되며, 따라서 상기 스프링시스템은 2단계로 작동한다. 상기 스프링시스템의 제1피스톤 피스(94)는 제1스프링(95)에 대하여 하중을 부여한다. 상기 피스톤수단(9)이 아래로 이동함에 따라, 즉 도면에 도시된 상태의 연료유입구로부터 멀어짐에 따라, 단지 제1스프링이 상기 피스톤수단(9)의 이동에 대항하는 힘을 일으키며, 다시 말하면 상기 피스톤의 이동이 상대적으로 빠르다. 상기 이동은 제어에지(40)를 이동시켜 상기 채널(91 및 92)이 상기 공간(93) 내로 열려지게 하며, 따라서 연료 흐름은 증가한다. 상기 피스톤수단(9)과 상기 피스톤피스(94)가 함께 일정거리만큼 이동할 때, 상기 피스톤피스(94)는 상기 스프링시스템의 다른 피스톤피스(96)과 만나며, 상기 스프링(95)은 피스톤수단(9)의 이동에 작용하기 시작한다. 이에 이어서, 상기 피스톤수단의 속도는 감소한다.

본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위이 범위내에서 많은 변형예를 도출할 수 있다. 예컨대, 상기 피스톤수단의 다른 구조(geometry)도 고려될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 종래의 선행기술과 관련된 문제들을 최소화할 수 있으며, 연료분사과정에 있어 효율적으로 그러나 간단하게 효과를 나타낼 수 있다, 특히, 본 발명에 따른 장치는, 분사시작시에 분사된 연료의 매스플로우를 제한하여, 실제 분사동안 충분한 분사압력이 되도록 한다.

Claims (8)

1. 내부에 공간(6)이 배치된 몸체부(5)를 포함하여 구성되고, 작동시 분사되는 연료가 상기 공간을 통하여 흐르며, 상기 공간(6) 내로 연료유입구(7) 및 연료유출구(8)가 개구되고 상기 공간(6) 내에 피스톤수단(9)이 이동 가능하게 배치되며, 상기 연료유입구(7) 및 연료유출구(8) 사이의 유동로(flow path)에 의해 흐름의 연결(flow connection)이 형성되는 연료분사제어용의 커먼레일 연료분사기구에서의 장치에 있어서,

   상기 유동로는 상기 몸체부내 공간으로 개구된 적어도 하나의 스로틀링부(35,40,91,92)를 포함하여 구성되고, 상기 피스톤수단(9)이 상기 분사 시작시에 상기 몸체부(5)에 대하여 이동하는 동안 상기 스로틀링부의 유동단면적(cross-sectional flow area)이 증가되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스로틀링부는, 그 길이방향을 따른 여러 위치에 다수의 개구(35)가 배치되며, 상기 개구는 상기 피스톤수단 내부로부터 그 바깥쪽 표면으로 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 스로틀링부는, 상기 피스톤수단상에 배치되며 상기 피스톤수단의 길이 방향의 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 개구(35.2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 피스톤수단은 연료압력과는 독립하여 작동하는 액츄에이터(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 스로틀링부는, 상기 몸체부(5)의 내부면과 상기 피스톤수단(9)의 외부면의 접촉상태 또는 상기 흐름을 스로틀링하는 효과로부터 서로 해제되는 경계영역(border area)에 의하여 형성되는 제어에지(control edge)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   댐핑공간(6.1) 및 상기 댐핑공간과 상기 공간(6)을 연결하는 채널(35.2)이 상기 피스톤수단(9)의 다른 일끝단과 연결되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제4항에 있어서,

   상기 피스톤수단의 스프링(10)이 상기 댐핑공간(6.1) 내에 배치되는 것을 특 징으로 하는 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 피스톤수단(9)은 관형부분(tubular piece)으로 형성되고, 그 벽 두께는 상기 관형부분의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.

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