KR20060120697A

KR20060120697A - 연료 분사율 제어장치

Info

Publication number: KR20060120697A
Application number: KR1020067012599A
Authority: KR
Inventors: 까이 레흐또넨
Original assignee: 바르실라 핀랜드 오이
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-11-27
Also published as: US7712685B2; JP4484882B2; WO2005071251A1; JP2007518929A; EP1706630A1; KR101083941B1; FI20040099A0; ATE463669T1; DE602004026478D1; EP1706630B1; FI119120B; FI20040099A; CN100416081C; CN1906397A; US20070102536A1

Abstract

본 발명은 내연기관에서 연료 분사 및 연료분사율 제어에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료로서 중유를 사용하는 연소기관에 관한 것이다. 상기 장치의 몸체에는, 챔버가 설치되고, 상기 챔버에는 가동 가능한 피스톤이 배치되어 상기 챔버를 제1 주용적 및 제2 주용적으로 나누며, 그 용적들은 상기 피스톤의 위치에 의존한다. 게다가, 상기 장치는 상기 주용적들을 하나로 연결할 수 있는 적어도 하나의 보조용적을 포함한다. 상기 보조용적은 상기 피스톤의 이동을 이용하여 상기 제1 주용적을 통하여 상기 장치로 들어가는 연료로 채워질 수 있다. 상기 보조용적으로부터 상기 제2 주용적까지의 연결을 설정함으로써, 상기 제2 주용적으로의 연료 흐름이 허용된다.

내연기관, 엔진, 연료, 컴온레일, 분사, 제어

Description

연료 분사율 제어장치{DEVICE FOR FUEL INJECTION RATE SHAPING}

본 발명은 내연기관의 연료분사 및 연료 분사율 제어에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료로서 중유를 사용하는 내연기관에 관한 것이다.

내연기관용 연료펌프와 관련하여 사용하기 좋은 연료 흐름을 노즐의 공급라인에 제공하는 밸브를 사용하는 것이 일반적이다. 미국 특허공보 US2,612,841호는 그러한 전통적인 장치를 개시하고 있다. 이러한 종류의 기술적 해결책에서는, 연소 공간으로의 노즐의 파생적 공급, 즉 해로운 누유를 방지하고 있다.

노즐의 공급 라인 내에서 연료 압력을 제어하는 것도 공지되어 있는데, 그 목적은 연소과정의 여러 단계에서 공급 라인 내에 노즐의 동작에 적당한 압력을 유지하는 것이다. 유럽 특허공보 EP 855504 A1는 그러한 해결책의 한 예를 개시하고 있다.

또한, 노즐에 공급된 연료의 압력과 양은, 그 연소과정에 의해 발생한 연소가스의 양과 질에 중요한데, 그 연소가스는 환경을 해친다. 따라서, 다양하고 비교적 복잡한 전자 시스템에 의해 공급 라인 내의 연료 흐름 비율과 압력을 제어하도록 지향하고 있다.

또한, 알려진 바와 같이, 컴온 레일(common rail) 형태의 분사 시스템에서 안정장치로서 플로우 퓨즈(flow fuse)를 사용한다. 상기 플로우 퓨즈는 대체로 압력조정기(pressure accumulator)와 분사밸브 사이에 배치된다. 플로우 퓨즈는 누유의 경우 상기 압력조정기로부터의 유로를 차단하고 분사밸브가 개방위치로 통해야만 한다.

전통적인 컴온 레일에서, 니들(needle)이 노즐에서 상승하기 시작할 때 거의 즉시에 분사압력이 고압 수준에 이른다. 그 결과, 연료는 연소 공간으로 분사되어 매체 흐름이 그 분사 개시부터 매우 큰 용량이 된다. 이 경우, 실린더 압력은 적당한 실행을 달성하기에는 너무 빠르게 상승할 수 있다. 따라서, 분사압력곡선(분사과정 동안 다양한 시점(moment of time)에서의 노즐 압력)에 의해 나타난 최대압력은 일반적으로 너무 일찍 도달된다. 또한 분사압력의 감소는 다음 분사 개시 전에 시간이 걸린다.

본 발명의 목적은, 단순하고 신뢰 있는 구조에 의해 종래기술과 관련된 상기한 문제를 제거하거나 감소시키는 데 있다. 그 목적은 청구범위에 기재된 바와 같이 달성된다.

본 발명에 따른 기술적 해결방안에서, 원하는 방식으로 분사율을 제어하는 것이 가능하다. 본 고안은 그 장치가 적어도 하나의 용적(volume), 즉 보조용적(auxiliary volume, 16)을 가지며, 흐름이 분사의 개시에서 제1 주용적(first main volume, 4)으로부터 제한된다는 것이다. 분사의 초기에 그 한정된 연료 흐름이 (장치의 피스톤(5)과 더 작은 피스톤(6)) 사이의 틈새를 통하여 또는 (도시하지 않은) 별도의 초킹(chocking)과 틈새를 통하여 통과된다. 상기 피스톤(5)의 운동에 의한 한정된 흐름과 보조용적(16)의 부피의 증가는 보조용적(16)에서의 압력 강하를 일으킨다. 동시에, 제1 주용적(4)의 압력에 비하여, 상기 분사에 의해 압력은 본 발명에 따라 제2 주용적(11)에서 떨어진다.

분사과정의 나중 단계에서는, 피스톤(5)이 어떤 지점을 지날 때, 보조용적(16)으로의 흐름이 더 이상 제한되지 않으며, 이에 따라 그 안에서의 유효한 압력은 제1 주용적(4)의 압력과 거의 같다. 그리고 제2 주용적(11)에서의 압력은 제1 주용적에서의 압력과 거의 같다. 분사 종료 후 피스톤은 복귀 운동을 시작한다. 그 복귀 운동의 속도는 상기 더 작은 피스톤(6)의 드릴가공으로 관통된 초킹(through-drilled chocking, 7)의 면적과 피스톤(5)을 누르는 스프링(9)의 압력에 의해 주로 결정된다. 상기 피스톤의 복귀 운동이 어떤 지점에 이르면, 보조용적(16)으로부터 제1 주용적(4)으로의 흐름은 제한된다. 그 결과, 피스톤 운동은 정상적으로 늦춰지지만, 더 작은 피스톤(6)은 보조용적(16)으로부터 제2 주용적(11)으로의 유로를 개방하도록 이동이 허용되며, 상기 피스톤의 속도는 감소하지 않고 실제로 증가한다.

유익하게는, 본 발명의 그러한 실시형태가 적용될 때, 내연기관의 압력조정기와 분사를 안내하는 밸브, 즉 분사밸브 사이에, 본 발명에 따른 장치를 배치하는 것이며, 이 경우 피스톤(105)이 충분한 스트로크(stroke)를 수행하면, 상기 장치의 흡입구 채널(inlet channel, 103)로부터 배출구 채널(1012)로의 흐름이 방해된다. 또한 유익하게는, 본 발명의 그러한 실시형태가 사용될 때, 분사를 안내하는 밸브와 노즐 사이에, 본 발명에 따른 장치를 배치하는 것이며, 이 경우 충분한 스트로크를 수행하는 피스톤(5)에도 불구하고 흡입구 채널(3)로부터 배출구 채널(12)로의 흐름이 방해되지 않는다.

본 발명에 따른 장치의 기본적인 실시형태는, 챔버(chamber)가 배치되는 몸체, 상기 장치의 제1 끝단(first end)에서 근본적으로 상기 장치에 들어가는 연료를 위한 제1 채널(first channel) 및 상기 장치의 제2 끝단에서 근본적으로 상기 장치로부터 떠나는 연료를 위한 제2 채널을 포함한다. 제1 및 제2 채널은 상기 챔버와 연결되며, 가동 가능한 피스톤이 상기 피스톤의 위치에 따라 상기 챔버를 제1 및 제2 주용적으로 나누도록 배치된다. 또한, 상기 장치는 상기 주용적과 결합될 수 있는 적어도 하나의 보조용적을 포함한다.

상기 보조용적은 제1 방향으로의 피스톤 운동(분사가 개시될 때의 피스톤 운동)을 이용함으로써 제1 주용적을 통하여 상기 장치에 들어가는 연료로 채울 수 있다. 제2 방향으로의 피스톤 운동(분사가 종료된 후의 피스톤 운동)을 이용함으로써 그 안의 연료를 위한 보조용적에서 원하는 압력이 도달될 수 있다. 상기 보조용적으로부터 제2 주용적까지의 연결을 설정함으로써, 상기 보조용적으로부터 제2 주용적까지의 연료 흐름이 허용되며, 제2 방향으로의 피스톤 운동이 가속된다. 주목해야 할 것은, 상기 보조용적과 제2 주용적 사이에 설정된 연결의 목적은 상기 연료 흐름을 제한하는 것이 아니라는 것이다. 또한, 연료로 상기 보조용적을 채우는 것은 최대 압력을 더 늦은 시점으로 이동시키는 분사과정의 개시에서의 압력 증가를 낮춘다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 작동을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 상기 보조용적은 제1 방향으로의 피스톤 운동을 이용함으로써, 제1 주용적을 통하여 상기 장치에 들어가는 연료를 채우며, 충분한 압력이 제2 방향으로의 피스톤 운동에 의해 상기 보조용적에 제공되고, 상기 보조용적으로부터 제2 방향으로의 연결이 제2 방향으로의 피스톤 운동을 가속시키기 위해 설정되어, 이에 따라 상기 보조용적으로부터 상기 제2 주용적으로의 연료 흐름이 허용된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1-9는 다양한 작동 단계에서 본 발명에 따른 실시형태에 대한 예시를 도시한다.

도 10-18은 다양한 작동 단계에서 본 발명에 따른 다른 실시형태에 대한 예시를 도시한다.

도 19는 본 발명에 따른 방법을 나타내는 예시적인 흐름도를 도시한다.

도 1-9는 다양한 작동 단계에서 본 발명에 따른 제1 실시형태에 대한 실시예를 도시한다. 도면에 따른 장치의 몸체(2)는 상기 장치의 제1 채널(3), 즉 연료용 흡입구 채널과 제2 채널(12), 즉 연료용 배출구 채널이 연결되는 챔버를 형성한다. 상기 챔버 내에는, 상기 장치의 제1 피스톤(5)과 제2 피스톤(6)이 설치되어 있다. 제1 탄성수단(9)은 제1 피스톤(5)을 제1 채널(3)이 위치한 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 치우치게 한다.

제1 피스톤(5)과 제2 피스톤(6)은 모두 컵을 포함하는 컵 형상이다. 상기 장 치의 몸체의 단면이 원형이면, 제1 피스톤의 단면도 원이며, 이에 따라 가장 간단한 형태로 실린더이고, 오목부(recess, 그 컵을 위한 오목부)는 보링 가공된다. 제2 피스톤(6)은 상기 제1 피스톤(5)의 오목부에, 즉 컵에 위치한다. 두 개의 피스톤들의 컵들은 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 개방된다.

제1 피스톤(5)의 바깥 에지(outer edge)들은 상기 장치의 몸체(2) 상에 접하고 있다. 게다가, 도 1의 실시예에서, 상기 제1 피스톤의 바깥 에지들은, 예컨대 기계 가공에 의해 형성되어, 도면에 도시된 바와 같은 방식으로, 제1 탄성수단(9)의 한쪽 끝단을 양호하게 지지하고 있다. 제2 채널(12)이 위치한 몸체(2)의 제2 끝단도 제1 탄성수단(9)의 다른 끝단을 위한 기계적인 지지를 제공할 것이다.

상기 컵의 바닥을 형성하는 제1 피스톤(5)의 중앙부는 안내통로(leading through)가 제공되며, 그 속에 채널 구조(10)가 위치한다. 상기 채널 구조는 가장 간단한 형태로 파이프이다. 상기 채널 구조의 제2 끝단은 상기 장치의 제2 끝단에 부착된다. 그러면, 제1 피스톤(5)이 상기 채널 구조에 대하여 이동하도록 허용되며, 그 이동의 방향은 제1 피스톤(5)의 양쪽 측면 위에 나타나는 작용력의 결과에 의존한다. 상기 채널 구조의 채널(13)로부터(즉, 파이프의 안쪽으로부터), 상기 챔버의 용적에 대하여 적어도 하나의 안내통로(14)(도 2)가 존재하는데, 이것은 본 명세서에서는 제2 용적(11)이라 부른다. 제2 용적(11)은 제1 피스톤(5)과 제2 끝단에서의 장치의 몸체(2)에 의해 형성된 챔버의 일부이다. 도 1-9의 실시예에서, 채널 구조(10)는, 상기 채널 구조의 길이방향의 두 지점에서 안내관통공(14)이 제공된다.

제2 피스톤(6)의 컵에는, 제2 탄성수단(8)이 위치하는데, 이것은 도 1에 도시된 방식으로, 상기 제2 피스톤을 상기 채널 구조 쪽으로 민다(bias). 제1 및 제2 탄성수단(9, 8)은 모두 예컨대, 스프링이다. 이 스프링들은 헤리컬 스프링(helical spring)일 수 있다. 제2 피스톤(6)의 바깥 에지는 모서리(chamfer) 또는 홈 (groove)이 제공되며, 이에 의해 보조용적(16)이 상기 장치에 제공된다(도 3 및 도 4). 상기 보조용적(16)은 제1 피스톤(5)의 내부 에지(상기 컵을 향하는 에지)와 제2 피스톤(6)의 바깥 에지에 의해 형성된다. 도 1에 따른 작동 상태에서, 상기 보조용적은 닫혀 있고 그 부피는 가장 작은 상태에 있다. 본 명세서에서 밀폐 용적이라 함은, 연료가 한정된 경로를 통하여, 예컨대 피스톤들 사이의 틈새를 통하거나 또는 (미도시된) 별도의 초크 채널을 통하여 상기 보조용적에 들어갈 수 있음을 의미한다.

도 1에 도시된 작동 상태에서는 제2 피스톤(6)과 상기 장치의 제1 끝단 사이의 챔버부가 존재하며, 이 부분을 본 명세서에서는 제1 용적 또는 제1 주용적(4)이라 부른다. 도 1에서 상기 제1 용적은 가장 작은 상태에 있다. 또한, 상기 제1 용적은 제1 채널(3)과 연결되어 있다. 상기 장치의 제1 끝단과 제1 피스톤(5) 사이의 매우 좁은 틈새(도 1에는 미도시)가 존재하며, 이 틈새는 또한 제1 용적(4)에 포함되며 이 틈새로 상기 장치에 들어가는 연료가 침투되도록 허용된다.

(컵 바닥 위에 있는) 제2 피스톤(6)의 중앙부는 제1 용적(4)으로부터 채널 구조(10)의 채널(13)까지 안내통로(7)가 제공된다. 상기 채널 구조의 채널은 도 1에 도시된 바와 같이, 직접 또는 제2 용적(11)을 통하여 상기 장치의 제2 끝단에서 제2 채널(12)과 연결된다. 안내통로(7)는 초크 채널이며 그 목적은 연료의 정해진 복귀 흐름을 상기 피스톤의 다른 쪽으로 들어가도록 허용하는 것이다.

도 1의 작동 상태는 분사 공정의 초기 상황(즉, 분사 압력곡선의 개시)으로 간주될 수 있다. 이 상황에서 제1 및 제2 용적(4, 11) 사이의 압력 차이는 제1 스프링(9)의 압력을 극복할 만큼 충분하지 못하다. 정상적인 조립 상황에서, 제2 채널(12)은 상기 분사노즐의 공급라인과, 그리고 제1 채널은 상기 분사노즐의 배출구 채널에 연결된다.

분사가 개시되자마자, 제1 및 제2 채널의 용적 사이에 압력 차이가 발생한다. 제1 용적(4)과 제2 용적(11) 사이의 압력 차이는 제1 탄성수단(9)에 대하여 상기 장치의 제2 끝단 쪽으로 제1 피스톤(5)을 가압하도록 충분히 증가할 것이다. 제1 용적(4)과 보조용적(16)이 증가하기 시작한다. 제2 용적(11)은 감소하기 시작하며, 반면 연료는 제2 채널(12)로 흐른다. 도 2는 분사 개시를 도시한다.

제1 피스톤(5)이 상기 장치의 제2 끝단 쪽으로 이동하는 동안, 제1 용적(4)과 보조용적(16) 사이의 연결이 설정된다. 그러면, 제1 채널(3)을 통하여 상기 장치로 흐르는 연료는 제1 용적(4) 뿐만 아니라 보조용적(16)을 채우기 시작한다. 상기 보조용적에서의 떨어지는 압력은, 피스톤(5)을 미는 힘이 상응하여 감소하기 때문에, 상기 제2 끝단 쪽으로 상기 피스톤 이동을 늦추기 시작한다. 그 부피가 상기 피스톤의 운동에 의해 증가하고 용적(4)로부터 보조용적(16)으로 흐르는 연료가 제한되기 때문에, 그 압력이 보조용적(16)에서 떨어질 것이다. 일단 상기 보조용적과 제1 용적 사이의 압력 차이가 균형을 이루면, 보조용적(16)에 의해 피스톤(5)의 이 동을 늦추는 효과가 멈출 것이다. 도 3은 그 순간을 도시하고 있는데, 이때 상기 보조용적과 제1 용적은 하나로 연결된다.

제1 피스톤(5)이 상기 장치의 제2 끝단 쪽으로 충분히 이동하자마자, 상기 장치의 제2 끝단 쪽보다 제2 피스톤(6) 쪽에 더 가까운 채널 구조의 안내통로(15)가 보조용적(16)으로부터 상기 채널 구조의 채널(13)까지의 연결을 설정하고, 이 채널을 통하여 연료가 상기 제1 용적과 보조용적으로부터 제2 채널(12)과 제2 용적(11)까지 흐르도록 허용된다. 도 4는 이러한 작동 상태를 도시한다.

제1 피스톤(5)이 상기 장치의 제2 끝단 쪽으로 더 이동하는 동안, 그 중앙부는 제2 용적(11)과 상기 채널 구조의 채널(13) 사이의 연결을 차단할 것이고, 이에 따라 상기 제2 용적은 그 주변과 격리되며, 그 안의 연료는 제1 피스톤(5)의 이동을 막는다. 제1 피스톤(5)의 이동은 멈출 것이다. 도 5는 이러한 순간을 도시한다.

상기 분사는 종료되고, 제1 채널의 압력은 제2 채널의 압력보다 더 크지 않다. 제1 탄성수단(9)이 제1 피스톤(5)을 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 가압하기 시작한다. 여러 용적들 사이의 압력 차이는 균형을 이룬다. 연료는 제1 용적(4)과 보조용적(16)으로부터 제2 용적(11)으로 흐른다. 도 6은 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로의 피스톤 운동을 도시한다.

어떤 지점에서 피스톤(5)의 운동은 제1 용적(4)과 보조용적(16) 사이의 연결을 차단할 것이다. 상기 피스톤이 더 이동하기 때문에, 상기 보조용적에서의 압력은 올라갈 것이고, 이에 의해 증가된 압력은, 상기 압력의 힘이 제2 피스톤(6)을 제2 탄성수단(8)과 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 가압하기에 충분하면, 상기 채널 구조(10)로부터 제2 피스톤(6)을 멀어지도록 최종적으로 가압할 것이다. 제2 피스톤(6)이 채널 구조(10)와 떨어지면, 보조용적(16)과 상기 채널 구조의 채널(13) 사이에 연결이 설정되며, 이에 의해 보조용적(16)의 연료가 상기 증가된 압력의 작용과 제1 피스톤(5)의 이동 하에 상기 채널(13)로부터 제2 용적(11)으로 흐르도록 허용된다. 상기 보조용적으로부터 상기 제2 용적으로의 이러한 연료 흐름은, 피스톤(5)의 이동을 상기 제1 끝단 쪽과 초기 상황 쪽을 향하여 가속시킬 것이다. 도 7은 그 상황을 도시하는데, 여기서 상기 장치의 제1 끝단을 향한 피스톤(5)의 이동은 제1 용적(4)과 보조용적(16) 사이의 연결을 차단한다. 도 8에서 제1 피스톤(5)은 그 초기 상태에 이르지만, 제2 피스톤(6)은 여전히 채널 구조(10)로부터 떨어져 있다. 연료는 보조용적(16)으로부터 상기 채널 구조의 채널(13)로 흐른다. 일단 그 압력이 상기 보조용적에서 충분히 떨어지면, 제2 탄성수단(8)은 제2 피스톤(6)을 채널 구조(10)에 인접하도록 밀 것이다. 도 9는 도 1에 대응한다.

도 1 ~ 도 9에 도시된 실시예에서, 상기 노즐로 흐르는 연료의 속도는 제어되며, 상기 실시예에 따른 장치의 피스톤들이 그 초기 위치로 신속하게 복귀하고, 이것은 종래 기술의 해결방안보다 더 빠르게 다음 분사 개시를 할 수 있게 한다. 게다가, 상기 분사압력곡선의 최대점은 더 늦은 시점으로 이동할 수 있고, 이것은 유해한 화합물의 발생을 저감함으로써 연소공정에 의해 발생된 연소 가스의 양과 질에 영향을 준다. 따라서, 흔히 상기 분사 초기에 연료의 흐름(mass flow)을 올바르게 제한할 수 있다는 것은 바람직한 일이다. 이것은, 상기 분사 압력이 상기 분사 개시에서 저감되면 달성된다.

도 10 ~ 도 18은 다양한 작동 상태에서의 본 발명에 따른 다른 실시예(101)를 도시한다.

이 도면들에 따른 장치의 몸체(102)는 상기 장치의 제1 채널(103)과 제2 채널(1012)이 연결되는 챔버를 형성한다. 상기 챔버 내에는, 상기 장치의 제1 피스톤(105)과 제2 피스톤(106)이 설치되어 있다. 제1 탄성수단(109)은 제1 피스톤(105)을 제1 채널(103)이 위치한 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 민다.

제1 피스톤(105)과 제2 피스톤(106)은 모두 컵을 포함하는 컵 형상이다. 가장 단순한 형태로 제1 피스톤(105)은 실린더이며, 그 안에 오목부(그 컵을 위한 오목부)가 보링 가공된다. 제2 피스톤(106)은 상기 제1 피스톤(105)의 오목부에, 즉 컵에 위치한다. 두 개의 피스톤들의 컵들은 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 개방된다.

제1 피스톤(105)의 바깥 에지들은 상기 장치의 몸체(102) 상에 접하고 있다. 게다가, 도 10의 실시예에서, 상기 제1 피스톤의 바깥 에지들은, 예컨대 기계 가공에 의해 형성되어, 도면에 도시된 바와 같은 방식으로, 제1 탄성수단(109)의 한쪽 끝단을 양호하게 지지하고 있다. 제2 채널(1012)이 위치한 몸체(102)의 제2 끝단도 제1 탄성수단(109)의 다른 끝단을 위한 기계적인 지지를 제공할 것이다.

상기 컵의 바닥을 형성하는 제1 피스톤(105)의 중앙부는 안내통로가 제공되며, 그 속에 채널 구조(1010)가 위치한다. 상기 채널 구조는 가장 간단한 형태로 파이프이다. 상기 채널 구조의 제2 끝단은 상기 장치의 제2 끝단에 부착된다. 그러면, 제1 피스톤(105)이 상기 채널 구조에 대하여 이동하도록 허용되며, 그 이동의 방향은 제1 피스톤의 양쪽 측면 위에 나타나는 작용력의 결과에 의존한다. 상기 채널 구조의 채널(1014)로부터(즉, 파이프의 안쪽으로부터), 상기 챔버의 용적에 대하여 적어도 하나의 안내통로(1013)(도 2)가 존재하는데, 이것은 본 명세서에서는 제2 용적(1011)이라 부른다. 제2 용적(1011)은 제1 피스톤(105)과 제2 끝단에서의 장치의 몸체(102)에 의해 형성된 챔버의 일부이다. 도 10-18의 실시예에서, 채널 구조(1010)는, 상기 채널 구조(1010)의 길이방향의 한 지점에서 안내관통공(1013)이 제공된다.

제2 피스톤(106)의 컵에는, 제2 탄성수단(108)이 위치하는데, 이것은 도 10에 도시된 방식처럼, 상기 제2 피스톤을 상기 채널 구조(1010) 쪽으로 민다. 제1 및 제2 탄성수단(109, 108)은 모두 예컨대, 스프링이다. 이 스프링들은 헤리컬 스프링일 수 있다. 제2 피스톤(106)의 바깥 에지는 모서리/홈이 제공되며, 이에 의해 보조용적(1016)이 상기 장치에 제공된다. 상기 보조용적은 제1 피스톤(105)의 내부 에지(상기 컵을 향하는 에지)와 제2 피스톤(106)의 바깥 에지에 의해 형성된다. 도 10에 따른 작동 상태에서, 상기 보조용적(1016)은 닫혀 있고(즉, 그 용적으로 출입하는 연료가 제한되고) 부피는 가장 적은 상태에 있다.

도 10에 도시된 작동 상태에서는 제2 피스톤(106)과 상기 장치의 제1 끝단 사이의 챔버부가 존재하며, 이 부분을 본 명세서에서는 제1 용적 또는 제1 주용적(104)이라 부른다. 도 10에서 상기 제1 용적은 가장 작은 상태에 있다. 또한, 상기 제1 용적은 제1 채널(103)과 연결되어 있다. 상기 장치의 제1 끝단과 제1 피스톤(105) 사이의 매우 좁은 틈새(도 10에는 미도시)가 존재하며, 이 틈새는 또한 제 1 용적(104)에 포함되며 이 틈새로 상기 장치에 들어가는 연료가 침투되도록 허용된다.

(컵 바닥 위에 있는) 제2 피스톤(106)의 중앙부는 제1 용적(104)으로부터 채널 구조(1010)의 채널(1014)까지 안내통로(107)가 제공된다. 상기 채널 구조의 채널은 도 10에 도시된 바와 같이, 직접 또는 제2 용적(1011)을 통하여 상기 장치의 제2 끝단에서 제2 채널(1012)과 연결된다. 안내통로(107)는 초크 채널이며 그 목적은 연료의 정해진 복귀 흐름을 상기 피스톤의 다른 쪽으로 들어가도록 허용하는 것이다.

도 10의 작동 상태는 분사 공정의 초기 상황(즉, 분사 압력곡선의 개시)으로 간주될 수 있다. 이 상황에서 제1 및 제2 용적(104, 1011) 사이의 압력 차이는 제1 스프링(109)의 압력을 극복할 만큼 충분하지 못하다. 정상적인 조립 상황에서, 제2 채널(1012)는 상기 분사노즐의 공급라인과, 그리고 제1 채널(103)은 상기 압력조정기에 연결된다.

채널 구조(1010)가 상기 채널 구조의 길이방향으로 단지 한 지점에서 제2 용적(1011)과 통하는 적어도 하나의 안내통로(1013)가 제공되며, 제2 채널(1012)이 제2 용적(1011)과 직접 연결된다는 점에서, 도 10-18의 장치는 도 1-9의 실시예와는 다르다. 이러한 구조에 의해, 상기 장치는 또한 플로우 퓨즈로서 작동하도록 하는 것이 가능하며, 이에 의해 제1 채널(103)로부터 제2 채널(1012)로의 연료 흐름을 차단할 수 있다. 다른 관점에서 상기 장치의 작동은 제1 실시예(도 1-9에 도시된 장치)의 작동에 대응한다.

따라서, 도 10은 초기 상황을 도시하며, 도 11은 분사 개시를 도시한다; 도 12는, 제1 용적(104)과 보조용적(1016) 사이의 연결이 설정될 때의 상기 개시 후의 순간을 도시한다; 도 13은, 상기 장치의 제2 끝단 쪽으로의 제1 피스톤(105)의 이동과 상기 제2 용적의 감소를 도시한다; 도 14는, 상기 장치의 제2 끝단에서의 상기 피스톤의 위치를 도시한다; 도 15는, 상기 분사가 종료된 후 제1 탄성수단(109)에 의해 가압된 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 제1 피스톤(105)의 이동을 도시한다; 도 16은, 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로의 피스톤 운동이 제1 용적(104)과 보조용적(1016) 사이의 연결을 차단하고 제2 피스톤(106)이 채널 구조(1010)를 떨어진 직후의 상황을 도시한다; 도 17은, 제1 피스톤(105)이 그 초기 위치로 복귀하고 제2 피스톤(106)이 여전히 채널 구조(1010)로부터 떨어진 상황을 도시한다; 그리고 도 18은, 초기 위치, 즉 도 10의 상태를 도시한다. 도 14에서 제1 피스톤(105)은 그 채널 구조의 채널(1014)과 제2 용적(1011) 사이의 연결을 차단한다는 점을 주목해야 할 것이다.

도 10-도 18의 실시예는, 도 1- 도 9의 실시예와 마찬가지로, 상기 노즐의 연료 흐름 속도를 제어한다. 상기 실시예에 따른 장치의 피스톤들은 상기 분사 말기에서 초기 위치로 더 빨리 복귀하며, 이것은, 종래기술의 해결방안보다 다음 단계의 분사 개시를 더 빠르게 한다. 게다가, 분사압력곡선의 최대 지점이 더 늦은 시점으로 이동되며, 이것은 유해한 화합물 발생을 감소시켜서 상기 연소공정에 의해 발생되는 연소 가스의 양과 질에 영향을 준다. 제1 피스톤(105)이 상기 장치의 제2 끝단에 위치하면, 플로우 퓨즈 동작이 달성되고, 이에 따라 안내통로(1013)에 의해 제2 용적(1011)에 제공되는 연결을 차단하며, 그 연결 경로를 통해 상기 연료는 상기 제2 채널로 흐를 수 있다.

도 19는 연료분사율 제어용 장치를 위한 방법을 도시하는 흐름도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치의 기본적인 실시형태는, 챔버와, 상기 챔버 안에 배치되어 상기 챔버를 제1 및 제2 주용적으로 나누는 가동 가능한 피스톤및 적어도 하나의 보조 용적을 포함하는데, 상기 용적들은 상기 피스톤의 위치에 의존하며, 상기 보조용적은 상기 주용적들과 연결될 수 있다. 상기 방법에 따르면, 상기 보조용적은 상기 제1 방향, 즉 상기 장치의 제2 끝단 쪽으로 상기 피스톤의 이동을 이용함으로써, 상기 제1 주용적을 통하여 상기 장치로 들어가는 연료로 채워진다(191)(분사 개시 및 진행). 어떤 시점에서는, 상기 피스톤이 특정한 지점에 있으면, 제2 방향(분사가 정지된 후의 제1 끝단 쪽)으로 상기 피스톤의 운동에 의해 상기 보조용적에 충분한 압력이 제공된다(192). 이러한 충분한 압력과 상기 피스톤의 연속적인 이동에 의해, 상기 제2 방향으로 상기 피스톤의 이동을 가속시키기 위한 상기 보조용적과 제2 주용적 사이의 연결이 설정되며(193), 이에 의해 상기 보조용적으로부터 제2 주용적으로의 연료 흐름이 허용된다.

상기 피스톤이 제1 방향으로 이동하는 동안, 보조용적과 제1 주용적 사이의 연결이 어떤 피스톤 위치에서 설정되도록, 상기 보조용적에 연료가 채워진다. 상기 피스톤이 상기 제1 방향으로 이동을 시작하면, 상기 보조용적과 제1 주용적이 그 초기에 설정되는 것이 유리하다. 이 방식에서, 분사압력곡선의 최대점은 더 늦은 시점으로 이동될 수 있다. 구조적인 측면에서, 상기 피스톤이 제2 방향, 즉 상기 제1 피스톤 채널이 위치한 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 이동하는 동안, 상기 보조용적으로부터 제2 주용적으로의 연결이 어떤 피스톤 위치에서 설정되도록 타이밍을 배치하는 것도 가능하다.

도면들의 실시형태에서의 두 피스톤들의 면적들은, 분사의 개시에서 상기 제1 채널 및 제2 채널 사이에 원하는 압력 감소가 이루어지도록 설계된다. 상기 제2 용적(11, 1011)의 압력이 제1 채널(3, 103)의 압력보다 충분히 낮으면, 제1 피스톤(5, 105)의 이동은 상기 장치의 제2 끝단 쪽을 향하며, 그 이동은, 상기 장치의 제1 끝단에서 몸체와 피스톤에 의해 형성된 제1 용적(4, 104)을 증가시키고, 상기 제1 피스톤의 어떤 위치에서 제1 용적과 보조용적(16, 1016)을 하나로 연결시킨다.

제2 용적(16, 1016)의 압력이 제1 채널(3, 103) 내에서 발생하는 압력에 비하여 충분히 크면, 제1 피스톤(5, 105)의 이동은, 제1 탄성수단(9, 109)의 도움으로 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 향하고, 이 이동은, 보조용적(16, 1016)과 제1 용적(4, 104)를 감소시키며, 제1 피스톤의 어떤 위치에서 상기 제1 용적과 보조용적 사이의 연결을 차단한다. 상기 연결 차단에 의해, 상기 보조용적의 압력은 제2 피스톤(6, 106)을 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 가게 해서 채널 구조(10, 1010)로부터 제2 피스톤(6, 106)을 분리하며, 이에 의해 상기 보조용적과 상기 채널 구조의 채널(13, 1014) 사이의 연결이 설정된다. 그 압력이 보조용적(16, 1016)에서 떨어지는 동안, 제2 탄성수단(8, 108)들은 제2 피스톤(6, 106)을 상기 채널 구조 쪽으로 향하도록 도와서 보조용적(16, 1016)과 상기 채널 구조의 채널(13, 1014) 사이의 연결을 차단한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치의 기본 실시형태는, 그 몸체 내에 배치되는 챔버, 상기 장치의 제1 끝단에서 근본적으로 상기 장치에 들어가는 연료를 위한 제1 채널 및 상기 장치의 제2 끝단에서 근본적으로 상기 장치로부터 떠나는 연료를 위한 제2 채널을 포함하고, 제1 및 제2 채널은 상기 챔버와 연결되며, 가동 가능한 피스톤이 상기 피스톤의 위치에 따라 상기 챔버를 제1 및 제2 주용적으로 나누도록 배치된다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 상기 주용적과 하나로 결합될 수 있는 적어도 하나의 보조용적을 포함한다.

상기 보조용적은 제1 방향(분사 개시에서의 이동방향)으로의 피스톤 운동을 이용함으로써 제1 주용적을 통하여 상기 장치에 들어가는 연료로 채울 수 있고, 이에 의해 제2 방향(분사가 종료된 후의 이동방향)으로의 피스톤 운동을 이용함으로써 원하는 압력이 그 안의 연료를 위한 보조용적에서 이를 수 있으며, 상기 보조용적으로부터 제2 주용적까지 연결을 설정함으로써, 이에 따라 상기 보조용적으로부터 제2 주용적까지의 연료 흐름이 허용되어, 제2 방향으로의 피스톤 운동이 가속된다. 상기 이동과 상기 피스톤의 구조에 의해 그리고/또는 상기 용적들 사이의 압력 차이의 작용 하에 원하는 방식으로 작동되는 다양한 밸브 배열에 의해 상기 연결이 상기 주용적과 보조용적 사이에서 설정되고 차단될 수도 있다. 상기 보조용적은 예컨대, 상기 장치의 몸체 또는 다른 적절한 장소에 위치될 수 있다. 따라서 본 발명은 하나의 피스톤을 사용함으로써 구현될 수 있다.

상기에서 더 자세하게 설명된 실시형태들(도 1-도 9의 제1 실시형태 및 도 10-도 18의 제2 실시형태)은, 본 발명을 구현하기 위한 몇몇 응용들을 더 정확히 도시하고 있다. 다른 것들과 마찬가지로, 도면에서 상기채널 구조 내의 안내통로의 수와 위치는 적용에 따라 변할 수 있을 것이다. 또한, 분명히, 상기 장치의 제2 채널을 원하는 위치에 위치시킴으로써, 일부 특성들을 달성할 수 있다. 게다가, 매우 유리하게는, 상기 피스톤의 중앙부(컵 바닥부)의 중앙에 상기 피스톤의 안내통로 구멍들을 위치시키는 것이다. 다양한 적용을 하는 몸체 구조에는 탄성수단, 예컨대 장치의 제1 끝단에서의 제2 탄성수단을 위한 지지구조가 제공될 수도 있다. 또한, 상기 제2 피스톤의 컵 내부 바닥부에는 상기 제2 탄성수단을 위한 지지구조가 제공될 수도 있다.

상기 명세서에 비추어, 분명히 본 발명에 따른 장치는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 서술된 실시예에 한정되지 않지만, 본 발명의 사상의 영역 내에서 복수의 다양한 실시형태에 적용될 수 있다.

Claims

챔버(chamber)가 배치되는 몸체, 장치의 제1 끝단(first end)에서 근본적으로 상기 장치에 들어가는 연료를 위한 제1 채널(first channel) 및 상기 장치의 제2 끝단에서 근본적으로 상기 장치로부터 떠나는 연료를 위한 제2 채널을 포함하고, 상기 제1 및 제2 채널은 상기 챔버와 연결되며, 가동 가능한 피스톤이 상기 피스톤의 위치에 따라 상기 챔버를 제1 및 제2 주용적으로 나누도록 배치되고, 또한, 상기 장치는 상기 주용적과 결합 될 수 있는 적어도 하나의 보조용적을 포함하며,

상기 장치에서 상기 보조용적은 제1 방향으로의 피스톤 운동을 이용함으로써 제1 주용적을 통하여 상기 장치에 들어가는 연료로 채울 수 있고,

이에 따라 제2 방향으로의 피스톤 운동을 이용함으로써 원하는 압력이 보조용적에서 이를 수 있으며, 상기 보조용적으로부터 제2 주용적까지 연결을 설정함으로써, 상기 보조용적으로부터 제2 주용적까지의 연료 흐름이 허용되어, 제2 방향으로의 피스톤 운동이 가속되는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 피스톤, 즉 제1 피스톤이 컵 형상이며 그 중앙부는 안내통로가 제공되고, 상기 컵 형상 쪽이 장치이 제1 끝단 쪽으로 개방되며,

또한 상기 장치의 챔버는:

상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 상기 제1 피스톤을 미는 제1 탄성수단;

그 한쪽 끝단이 상기 장치의 제2 끝단에 의해 지지되고 다른 쪽 끝단이 상기 제1 피스톤의 안내통로에 위치하도록 설치되어, 이에 의해 상기 제1 피스톤이 그 채널 구조에 대하여 슬라이딩하도록 허용되는 채널 구조;

컵 형상이며 그 중앙부에 안내통로가 제공되고, 그 컵 형상 쪽이 상기 장치의 제1 끝단 쪽으로 개방되며, 상기 제1 피스톤의 컵에 위치하는 제2 피스톤; 및

상기 제2 피스톤을 상기 채널 구조 쪽으로 밀어, 이에 의해 상기 제2 피스톤이 상기 제1 피스톤에 대하여 슬라이딩하도록 허용하는 제2 탄성수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 2 항에 있어서, 상기 채널 구조는 상기 채널 구조의 채널로부터, 상기 몸체와 제1 피스톤에 의해 형성된 챔버 용적(chamber volume)으로 이루어지는 제2 용적까지의 안내통로 연결이 제공되는 적어도 하나의 지점에 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 3 항에 있어서, 상기 제2 피스톤의 안내통로는, 상기 제2 탄성수단이 상기 채널 구조에 대하여 상기 제2 피스톤을 미는 동안 상기 채널 구조의 채널과 직접 연결되고, 상기 채널구조의 채널이 상기 제2 용적을 경유하거나 또는 직접 상기 제2 채널과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 피스톤의 안내통로는 초크 채널(choke channel)인 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장 치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 피스톤의 바깥면에는 상기 제1 및 제2 피스톤에 의해 형성된 보조용적을 형성하는 모서리 또는 홈이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 3 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피스톤의 위치와 이동은 그 장치 내에서 발생하는 압력 조건에 의존하고,

그 결과, 상기 제2 용적의 압력이 상기 제1 채널의 압력보다 충분히 낮으면, 상기 제1 피스톤의 이동이 그 장치의 제2 끝단 쪽을 향하며, 그 이동은 상기 장치의 제1 끝단에서 상기 몸체와 피스톤들에 의해 형성되는 제1 용적을 증가시키고, 상기 피스톤 이동의 어떤 지점에서 제1 용적과 상기 보조용적을 연결하며,

상기 제2 용적의 압력이 상기 제1 채널 내에서 발생하는 압력에 비하여 충분히 높은 동안, 상기 제1 피스톤의 이동은 상기 제1 탄성수단에 의해 지지되며 상기 장치의 제1 끝단 쪽을 향하고,

그 이동은 상기 보조용적과 제1 용적을 감소시키며, 상기 피스톤 이동의 어떤 지점에서 상기 제1 용적과 보조용적 사이의 연결을 차단하고, 그 연결의 차단에 의해, 상기 보조용적의 압력이 상기 제2 피스톤을 그 장치의 제1 끝단 쪽으로 이동시켜, 상기 채널 구조로부터 제2 피스톤을 분리하여, 이에 따라 상기 보조용적과 상기 채널 구조의 채널 사이에 연결을 설정하고, 그리고

상기 압력이 상기 보조용적에서 떨어지자마자, 상기 제2 탄성수단이 상기 채널 구조 쪽으로 상기 제2 피스톤을 지지하여, 상기 보조용적과 상기 채널 구조의 채널 사이의 연결을 차단할 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내통로의 구멍 또는 구멍들은 상기 채널 구조 내에 배치되어, 제1 채널과 제2 채널 사이의 연결이 차단되며, 이에 의해 상기 장치는 상기 제1 및 제2 채널 사이의 차단물(blockage)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 피스톤의 바깥 에지들은 상기 탄성수단을 위해 지지하도록 기계 가공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체의 구조는 상기 탄성수단을 위한 지지구조들로 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 피스톤의 컵 내부 바닥부에는 상기 제2 탄성수단을 위한 지지구조들이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
제 11 항에 있어서, 상기 탄성수단은 스프링인 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치.
챔버와, 피스톤의 위치에 따라 상기 챔버를 제1 및 제2 주용적으로 나누도록 그 안에 배치된 가동 가능한 피스톤, 및 주용적과 결합될 수 있는 적어도 하나의 보조용적을 포함하는 장치에서,

상기 보조용적은 제1 방향으로의 피스톤 운동을 이용함으로써 제1 주용적을 통하여 상기 장치에 들어가는 연료로 채우며,

충분한 압력이 제2 방향으로의 피스톤 운동에 의해 상기 보조용적에 제공되고, 그리고

상기 보조용적으로부터 상기 제2 주용적으로의 연결이 상기 제2 방향으로의 피스톤 운동을 가속시키기 위하여 설정되며, 이에 따라 상기 보조용적으로부터 상기 제2 주용적으로의 연료 흐름이 허용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사율 제어장치를 위한 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 보조용적을 연료로 채우는 것은 상기 보조용적과 상기 제1 주용적 사이의 연결이 상기 피스톤이 상기 제1 방향으로 운동하는 동안 상기 피스톤 운동의 특정한 지점에서 설정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제14항에 있어서, 상기 보조용적과 상기 제1 주용적 사이의 연결은 상기 피 스톤이 상기 제1 방향으로 운동을 시작하면, 초기 순간에서 설정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조용적과 상기 제2 주용적 사이의 연결은 상기 피스톤이 상기 제2 방향으로 운동하는 동안 상기 피스톤 운동의 특정한 지점에서 설정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.