KR20070001188A - 엔진용 연료 분사 장치 - Google Patents

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KR20070001188A
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토마스 베커
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

연료 분사 장치는 연료가 고압으로 공급되는 적어도 하나의 고압 저장기(16) 및, 상기 고압 저장기(16)와 연결되고 엔진의 실린더에 연료를 공급하는 적어도 하나의 인젝터(2)를 포함하는 고압 영역을 포함한다. 또한 연료 분사 장치는 연료 저장 탱크(12)와 적어도 간접적으로 연결된 저압 영역을 포함한다. 상기 고압 영역은 고압 영역 내의 연료 온도에 따라 제어되고 저압 영역과 연결되는 연결부(40)를 포함하고, 연결부는 연료 온도가 높을 경우 실제로 폐쇄되어, 고압 영역이 저압 영역으로부터 분리되고 연료 온도가 낮을 경우 개방된다.
연료 분사 장치, 고압 저정기, 인젝터, 고압 영역, 연료 저장 탱크.

Description

엔진용 연료 분사 장치{FUEL-INJECTION DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 엔진용 연료 분사 장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 연료 분사 장치는 예를 들어 문서 "디젤 엔진-메니지먼트" (피벡 출판사 1998년도 제2판 280면 내지 284면)에 공지되어 있다. 상기 연료 분사 장치는 고압 영역을 포함하고, 고압 영역은 고압 저장기와, 고압 저장기에 연결되고 엔진의 실린더로 연료를 분사하기 위한 인젝터를 포함한다. 또한, 고압 영역은 연료를 고압 저장기로 공급하는 고압 펌프를 포함한다. 또한, 연료 분사 장치는, 적어도 간접적으로 연료 저장 탱크와 연결되는 저압 영역을 포함한다. 저압 영역은 연료 저장 탱크 또는 연료 저장 탱크로의 복귀부 또는, 연료 공급 탱크로부터 고압 펌프의 흡입측에 연료를 공급하는 연료 공급 연결부일 수 있다. 연료 공급 연결부 내에는 저압 펌프가 배열되는데, 이를 통해 연료가 연료 탱크로부터 고압 펌프의 흡입측으로 공급된다. 고압 영역은 연료의 누출이 감소되도록 저압 영역과 분리된다. 엔진의 작동 중에 연료는 특히 연료 분사 장치의 고압 영역 내에서 가열된다. 엔진이 오랜 작동 시간 후에 정지될 경우에, 고압 영역 내의 연료는 냉각되며, 그 용적은 감소되고 이는 고압 영역 내의 기포 형성을 야기할 수 있다. 이에 의해, 엔진이 이후에 새롭게 개시될 경우에 어려움이 있는데, 이는 엔진의 연료 분사 및 연소 이전에 고압 영역 내의 기포가 먼저 침입되기 때문이다.
청구항 제1항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 연료 분사 장치에서 고압 영역 내의 연료가 냉각될 경우에 기포 형성이 방지되는 장점이 제공되는데, 이는 용적 감소의 조정을 위해 연료가 저압 영역으로부터 고압 영역으로 후속 유동될 수 있고 이로써 엔진의 확실한 시동이 가능하기 때문이다. 연료 온도가 높을 경우, 누출이 없거나 또는 적어도 적은 누출만이 존재하기 때문에, 고압 영역 내로 실제로 높은 연료 공급량이 요구되지 않는다.
본 발명에 따른 연료 분사 장치의 바람직한 구성 및 개선예가 종속 청구항에 기재된다. 청구항 제2항에 따른 구성은 저압 영역과 고압 영역의 연결부의 온도에 따른 간단한 제어를 가능케 한다. 청구범위 제3항에 따른 구성은 밸브 장치의 간단한 구성을 가능케 한다. 청구범위 제6항에 따른 구성에 의해 긴 밀봉 간극이 제공되어, 연료 온도가 높을 경우 저압 영역에 대한 연결이 확실히 폐쇄되고 누출이 전혀 존재하지 않거나 또는 단지 작게 존재한다. 청구범위 제7항 또는 제8항에 따른 구성은 추가의 비용 소비없이 밸브 장치의 구성 공간 절약적인 배열을 가능케 한다.
본 발명의 실시예가 도면에 도시되고 이하 실시예에서 상세히 설명된다.
도1은 엔진용 연료 분사 장치의 개략도이다.
도2는 도1에 따른 연료 분사 장치의 밸브 장치의 부분 확대도이다.
도1은 차량 엔진용 연료 분사 장치를 도시한다. 엔진은 바람직하게는 자기 점화식 엔진이며 적어도 하나 이상의 실린더(6)를 포함하는데, 이는 도1에서 단지 하나만 도시된다. 연료 분사 장치는 공급 펌프(10)를 포함하며 이를 통해 연료가 저장 탱크(12)로부터 고압 펌프(14)로 공급된다. 고압 펌프(14)를 통해 연료가 적어도 하나의 유압 도관(15)을 통해 고압으로 고압 저장기(16)에 공급된다. 유압 도관(18)을 통해, 엔진 실린더(16)에 배열된 인젝터(20)가 고압 저장기(16)와 연결된다. 각각의 인젝터(20)에는 각각 하나의 제어 밸브(22)가 배열되는데, 이에 의해 인젝터(20)가 연료 분사를 위해 개방될 수 있거나 연료 분사의 종료를 위해 폐쇄될 수 있다. 인젝터(20)의 제어 밸브(22)는 전자 제어 장치(24)와 연결되고 전자 제어 장치를 통해 엔진 작동 변수에 따라 제어된다. 제어 밸브(22)는 각각 하나의 전자석 또는 압전식 액추에이터를 포함한다.
연료 분사 장치는 고압 영역을 갖는데, 이는 고압 펌프(14)의 압력측과, 고압 펌프(14)와 고압 저장기(16) 사이의 도관(15)과, 고압 저장기(16)와, 고압 저장기(16)로부터 인젝터(20)로의 도관(18)과, 인젝터(20)를 포함한다. 고압 영역 내에는 고압 펌프(1)에 의해 형성된 고압이 존재하는데, 이는 예를 들어 1200 내지 2000 바아일 수 있다. 고압은 경우에 따라 공급 펌프(10)와 고압 펌프(14)의 흡입측 사이에 배열된 연료 공급 장치(26)를 통해 그리고/또는 고압 영역 내에 배열된 압력 조절 밸브(28)를 통해 엔진의 작동 변수에 따라 가변적으로 조정될 수 있다. 연료 공급 장치(26)는 제어 장치(24)를 통해 고압 영역 내에서 요구되는 압력에 따라 제어된다. 압력 조절 밸브(28)는 제어 장치(24)에 의해 제어될 수 있고 압력 조절 밸브로부터 복귀 도관(30)이 저장 탱크(12)로 분기되고, 복귀 도관을 통해 고압 영역으로부터의 연료가 제어될 수 있다. 또한 연료 분사 장치는 저압 영역을 갖는데, 이는 저장 탱크(12)와, 저장 탱크(12)와 공급 펌프(10)가 내부에 배열된 고압 펌프(14)의 흡입측 사이의 연결부와, 압력 조절 밸브(28)로부터 저장 탱크(12)로의 복귀 도관(30)을 포함한다. 저압 영역 내에는 적어도 거의 대기압 또는 공급 펌프(10)에 의해 형성된, 예를 들어 약 2 내지 10바아 일 수 있는 압력이 존재한다.
본 발명에 따르면, 고압 영역은 연료 온도에 따라 고압 영역 내에서 제어되는, 저압 영역과의 연결부(40)를 포함하고, 이 연결부는 연료의 온도가 높을 경우 적어도 실제로 폐쇄되므로 고압 영역은 저압 영역으로부터 분리되고 연료의 온도가 낮을 경우 개방된다. 연결부(40)는 고압 영역 내의 연료 온도에 따라 영향을 받는 밸브 장치(42)를 통해 제어된다. 이하 도2를 참조로 밸브 장치(42)가 상세히 설명된다. 밸브 장치(42)는, 바람직하게는 상당히 상이한 열적 팽창 계수를 갖는 금속으로 된 두 개의 요소(44, 46)를 포함하는 바이메탈 스위치 장치를 포함한다. 연료 온도의 변경 시에, 큰 열적 팽창 계수를 갖는 요소(44)는 작은 열적 팽창 계수를 갖는 요소(46)보다 더 강하게 변형되고, 이를 통해 연결부(40)가 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 큰 열적 팽창 계수를 갖는 요소(44)는 예를 들어 알루미늄으로 제 조될 수 있고 작은 열적 팽창 계수를 갖는 요소(46)는 예를 들어 강철로 제조될 수 있다.
요소(44, 46)는 예를 들어 각각 슬리브 형태로 구성되며, 큰 열적 팽창 계수를 갖는 요소(44)는 작은 열적 팽창 계수를 갖는 요소(46) 내에 배열된다. 연료 온도가 낮을 경우, 양 요소들 사이에는 환형 채널(48) 형태의 관류 단면이 제공되는데, 이는 연료 온도가 높을 경우에 외측 요소(46)에 비해 내측 요소(44)의 강한 팽창을 통해 적어도 실제로 폐쇄된다. 내측 요소(44)는 고압 영역으로부터의 연료로 충전된다. 환형 채널(48)은 예를 들어 보어 형태의 적어도 하나의 개구(50)를 통해 내측 요소(44) 내에서 고압 영역과 연결된다. 환형 채널(48)과 내측 요소(44)의 내부의 고압 영역 사이의 연결부는 요소(44)의 전면과 이 요소에 대향하여 놓인 경계부 사이의 홈 또는 간극에 의해 형성된다. 또한 환형 채널(48)은 외측 요소(46) 내의 적어도 하나의 전환 영역을 통해 저압 영역과 연결된다. 외측 요소(46)의 내피 내의 전환 영역(52)에는 환형 홈(54)이 마련될 수 있고, 이 환형 홈은, 예를 들어 외측 요소(46) 내에서 환형 홈(54) 내로 유입되는 적어도 하나의 보어(56)를 통해 또는 저압 영역으로의 연결부(40)를 형성하는 도관이 연결되고 환형 홈(54)으로부터 분기되는 종방향 홈을 통해 저압 영역과 연결된다. 적어도 하나의 개구(50)가 고압 영역에 대한 환형 채널(48)의 연결부로서 그리고 전환 영역(52)이 환형 채널(48)에 대한 저압 영역의 연결부로서 바람직하게는 요소(44, 46)의 종축(45) 방향으로 서로 이격되어 배열된다. 이러한 배열을 통해 환형 채널(48), 및 연료 온도가 높을 경우 환형 채널(48)의 마모를 통해 형성되는 밀봉 간 극이 큰 길이를 갖고, 이를 통해 양호한 밀봉 및 연료 온도가 높을 경우에도 적은 누출이 달성된다.
상술된 밸브 장치(42)는 연료 분사 장치의 고압 영역 내의 임의의 위치에 배열될 수 있는데, 예를 들어 고압 저장기(16)에, 고압 펌프(14)와 고압 저장기(16) 사이의 도관(15) 내에, 고압 저장기(16)와 인젝터(20) 사이의 도관(18) 내에, 인젝터(20)에, 도관(15, 18)의 연결 요소(60)에 또는 상기 부품들 중 하나에 배열될 수 있다. 바람직하게는 밸브 장치(42)는 상기 부품들 중 하나 내에 또는 도1에 도시된 바와 같이 연결 요소(60)에 일체될 수 있고, 외측 요소(46)는 상기 부품, 상기 부품의 하우징 부분(62) 또는 연결 요소(60)를 통해 형성될 수 있다. 이로써, 밸브 장치(42)의 추가의 구성 부품으로서 단지 내측 요소(44) 및 도관(40) 만이 필요하다. 연결 요소(60)는 예를 들어 튜브, 또는 도관(15, 18)을 고압 영역의 구성 부품과 연결하기 위한 유니온 너트일 수 있다.
연료 온도가 낮을 경우, 환형 채널(48)이 개방되면, 내측 요소(44)는 그 내면 및 외면 상에 적어도 거의 동일한 압력이 가해져서, 압력에 의해 실제로 내측 요소(44)의 변형이 야기되지 않는다. 내측 요소(44)의 팽창을 통해 연료 온도가 상승될 경우 환형 챔버(48)의 크기가 축소되므로, 추가로 환형 채널(48) 내에서, 내측 요소(44)의 외면에 작용하며 스로틀링에 의해 감소된 압력으로 인해, 요소(44)의 내면에 작용하는 고압을 통해 내측 요소(44)의 팽창 및 환형 채널(48)의 마모 시에 지원이 달성된다.
밸브 장치(42)로 인해 고압 영역은 가변 누출을 갖게되나, 이는 연료 공급 장치(26)의 상응하는 제어를 통해 그리고/또는 제어 장치(24)를 통한 압력 제어 밸브(28)의 제어를 통해 조정될 수 있다. 밸브 장치(42)의 설계 시에, 설치 위치에 따라 경우에 따라, 예를 들어 엔진으로부터의 열 방사 또는 열 전달을 통해 야기된 밸브 장치(42)의 가열과 같은 다른 영향이 고려되야 한다.

Claims (8)

  1. 연료가 고압으로 공급되는 적어도 하나의 고압 저장기(16) 및, 상기 고압 저장기(16)와 연결되고 엔진의 실린더에 연료를 공급하는 적어도 하나의 인젝터(2)를 포함하는 고압 영역과,
    연료 저장 탱크(12)와 적어도 간접적으로 연결된 저압 영역을 구비하는 엔진용 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 고압 영역은 고압 영역 내의 연료 온도에 따라 제어되고 저압 영역과 연결되는 연결부(40)를 포함하고, 연결부는 연료 온도가 높을 경우에는 실제로 폐쇄되어 고압 영역이 저압 영역으로부터 분리되고, 연료 온도가 낮을 경우에는 개방되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 저압 영역과 고압 영역의 연결부(40)는, 고압 영역 내의 연료 온도에 따라 조정되는 밸브 장치(42)를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밸브 장치(42)는, 상이한 열적 팽창 계수로 구성되는 적어도 두 개의 요소(44, 46)를 갖는 바이메탈 스위치 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제3항에 있어서, 연료 온도가 낮을 경우 양 요소(44, 46) 사이에서 관류 단면(48)이 개방되고, 연료 온도가 높을 경우 관류 단면(48)이 더 큰 열적 팽창 계수를 갖는 요소(44)를 통해 적어도 실제로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 제4항에 있어서, 요소(44, 46)는 슬리브 형태로 구성되고, 더 큰 열적 팽창 계수를 갖는 요소(44)는 다른 요소(46) 내에 배열되고, 내측 요소(44)의 내부에는 고압 영역의 연료가 충전되고, 개방된 관류 단면은 요소(44, 46)들 사이의 환형 채널(48)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  6. 제5항에 있어서, 고압 영역으로의 연결부(50)와 저압 영역으로의 연결부(52)가 환형 채널(48) 내로 유입되고, 상기 연결부(50, 52)들의 유입부는 요소(44, 46)의 종축(45) 방향으로 서로 오프셋되어 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 장치(42)는 고압 영역의 구성 부품, 바람직하게는 하우징 부분 내에, 도관(15, 18) 내에 또는 도관(15, 18)의 연결 요소(60) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 제5항 또는 제6항 및 제7항에 있어서, 외측 요소(46)는 하우징 부분, 도 관(15, 18) 또는 연결 요소(60)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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