KR20070044784A

KR20070044784A - 연료 분사 시스템용 인젝터 및 이러한 인젝터를 가지는연료 분사 시스템

Info

Publication number: KR20070044784A
Application number: KR1020060103541A
Authority: KR
Inventors: 프리츠 베. 스핀러
Original assignee: 씨알티 커먼 레일 테크놀로지스 아게
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2007-04-30
Also published as: US20070089712A1; DE502006008648D1; EP1780406A1; CN1955455A; KR101247664B1; EP1780406B1; ATE494477T1; CN1955455B; JP2007120500A

Abstract

연료 분사 시스템용 인젝터(20)는, 축(45)을 따라 연장되며 고압의 연료를 수용하기 위해 하단부에서 분사 밸브(22)가 연결되는 내부의 고압 공간(23)을 둘러싸는 인젝터 하우징(18), 및 상기 축의 방향으로 상기 고압 공간(23)을 통과하며 상기 인젝터 하우징(18)의 상단부에 배치된 작동 메커니즘(19)에 의해 유압식으로 작동될 수 있으며 상기 축 상의 위치에 따라 분사 밸브(22)를 개폐하는 노즐 니들(21, 26)을 포함한다.

상기 인젝터 하우징(18)에는 2개 이상의 분리된 고압 접점(24, 25)이 제공되어, 상기 고압 공간(23)에 대한 외부로부터의 액세스가 가능하며, 상기 고압 접점(24, 25)은 각각 고압 라인의 접점으로 설계되는 것을 특징으로 하여, 이러한 인젝터가 장치된 커먼 레일 시스템에서 상당한 간소화가 이루어진다.

연료 분사, 커먼 레일, 인젝터, 고압 라인, 고압 공간, 노즐, 밸브

Description

연료 분사 시스템용 인젝터 및 이러한 인젝터를 가지는 연료 분사 시스템 {INJECTOR FOR FUEL INJECTION SYSTEM AND FUEL INJECTION SYSTEM HAVING SUCH AN INJECTOR}

도 1은 종래 기술에 따른, 2개의 고압 접점을 가지는 고압 라인을 따라 배열된 인젝터를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 원리를 나타내는 도면이다.

도 3은 2개의 분리된 고압 접점을 통해 외부로부터 액세스 가능한 대용적의 고압 공간을 구비한, 본 발명에 따른 인젝터의 바람직한 실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 4는 도 2에 따른 인젝터를 구비한, 본 발명에 따른 연료 분사 시스템으로서, 직렬로 놓이고 고압 연결 라인에 의해 서로 연결되며 고압 펌프로의 복귀 라인을 가지는 실시예를 나타내는 도면이다.

참조부호의 설명

10, 10', 40 연료 분사 시스템 11, 11', 12, 12' 인젝터

13 분사 노즐 14, 14' 고압 공간

15 연결 덕트 16 노즐 니들

17, 17' 고압 라인 18 인젝터 하우징

19 작동 메커니즘 20 인젝터

20.1, ..., 20.4 인젝터 21 니들 섕크

22 분사 밸브 23 고압 공간

24, 25 고압 접점 26 노즐 니들

27 복귀 니플 28 접점(전자석)

29 스프링 30 전자석

31 전기자 32 조절 보어

33 (작은) 보어 34 조절 공간

35 조절 피스톤 36 클로징 스프링

37 유니온 너트 38 분사 구멍

39 연소 공간 41 고압 펌프

42 고압 공급 라인 43 고압 연결 라인

44 복귀 라인 45 축

A, A' 고압 접점추

본 발명은 연료 분사식 내연기관의 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 연료 분사 시스템용 인젝터 및 이러한 인젝터를 가지는 연료 분사 시스템에 관한 것이다.

커먼 레일(common rail) 원리에 따른 연료 분사 시스템에서는, 일반적으로 고압 펌프에 의해 이송되는 연료가, 인젝터의 열(row)을 따라 연장되는 커먼 레일의 어큐뮬레이터 용적으로 펌핑되고, 이로부터 개별적으로 작동되는 각각의 인젝터로 개별 분기 라인이 분기된다. 별개의 커먼 레일을 구비하는 이러한 구성은 여러 가지 단점을 갖는다. 즉, 별개의 커먼 레일은 높은 연료 압력용으로 설계되어야 하므로 상당한 제조비용이 수반된다. 또한, 나사 결합 및 인젝터에 대한 분기 라인의 접점은 물론, 고압 펌프와의 사이에 공급 라인과 복귀 라인이 높은 제조비용을 야기한다. 이들 접점의 각각은 기밀 유지의 관점에서 위험성을 갖는다. 또한, 커먼 레일은 추가의 어셈블리가 수반되어야 하기 때문에 엔진룸에서 상당한 공간을 점유한다.

이러한 연료 분사 시스템은 EP-A1-1 469 188에 이미 제안되어 있으며, 커먼 레일 시스템용으로 제공되고 연료용 고압 공급 라인 및 저압 복귀 라인이 서로 조합되어 서로 반대쪽에 놓이는 2개의 조합된 고압 접점 및 저압 접점을 구비한 상부 접점 측에 커먼 레일 시스템의 인젝터가 장치되도록 하는 동축의 이중 라인의 구조를 갖는다. 그리고, 인젝터는 연료 분사 시스템의 고압 측 및 저압 측에서 직렬로 연결될 수 있고, 인접하는 인젝터 사이의 연결 라인은 이들의 고압 라인 용적과 함께 커먼 레일을 형성한다.

이러한 구성을 도 1에 다이어그램 형태로 나타내었으며, 도면에는 2개의 인젝터(11, 12)만이 예시되었다. 각각의 인젝터(11, 12)는, 노즐 니들(16)에 의해 개폐될 수 있는 분사 노즐(13)을 향해 하방으로 힘이 미치는 내부 고압 공간(14)을 갖는다. 고압 공간(14)은, 좁은 연결 덕트(15)에 의해 T자 형식으로 고압 라인(17)의 라인 섹션에 연결된다. 라인 섹션은 2개의 고압 접점(A) 사이에서 연장된다. 고압 라인(17)은 커먼 레일을 형성하며 커먼 레일의 어큐뮬레이터 용적을 결정한다. 인젝터(11, 12)의 고압 공간(14)은 좁은 연결 덕트(15)에 의해 고압 라인(17)으로부터 유체 동력학적으로(fluid-dynamically) 분리되어, 상기 고압 공간이 커먼 레일의 기능에서 어떠한 역할도 하지 않도록 한다. 따라서, 충분한 어큐뮬레이터 용적을 얻기 위해, 고압 라인(17)은 대응되게 설계되어야 한다. 동시에, 어큐뮬레이터 용적은 인젝터 사이의 거리에 따라 상당히 가변적이다.

본 발명의 목적은, 공지된 해결방안의 단점을 갖지 않고 분사 시스템을 단순화시킬 수 있는, 커먼 레일의 원리에 따른 연료 분사 시스템용 인젝터를 제공하는 것이며, 또한 이러한 인젝터에 의해 연료 분사 시스템의 작동을 특화하는 것이다.

상기 목적은 특허청구범위 제1항 및 제9항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 인젝터는, 인젝터 하우징에 적어도 2개의 분리된 고압 접점이 제공되어 외부로부터 고압 공간으로 액세스가 가능하며 고압 라인의 접점에 대한 각각의 경우로 설계되는 것이 두드러진다. 본 발명에 따른 연료 분사 시스템에서, 인젝터는, 고압 라인이 각각의 인젝터의 고압 공간을 통과하도록, 고압 접점이 고압 라인에서 직렬로 배치된다.

본 발명에 따른 인젝터는, 고압 접점이 고압 공간의 상단부에 배치되며, 고압 접점이 축 방향에서 동일한 높이로 배치되는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 제조 및 접속의 관점에서 양호한 접근성 및 단순화가 가능해진다. 이것은 특히, 고압 접점이 제공되고, 2개의 고압 접점이 축에 대하여 서로 반대쪽에 배치되어 서로 정렬되는 경우에 적용된다.

또 다른 단순화는, 고압 접점이 그 형상 및 크기, 특히 통과 단면이 서로 동일한 경우에도 가능하다.

고압 접점은 바람직하게, 고압 라인의 해제 가능한 나사결합용 나사산, 특히 내측 나사산으로 구성되는 나사산을 갖는다.

인젝터는 고압 공간이 인젝터의 축에 대하여 동축으로 배치되는 경우에 특히 간단해진다.

본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 본질적인 아이디어는, 커먼 레일 분사 시스템의 복수의 동일한 인젝터의 고압 공간의 용적의 합이 커먼 레일에 필요한 어큐뮬레이터 용적을 형성하기에 충분한 용적을 가지며 분사에 필요한 연료가 추출되는 고압 공간을 구비하는 인젝터를 사용하고, 이들 고압 공간을 구비하는 인젝터를 고압 라인에 줄줄이 삽입하여, 상기 고압 공간들이 이들을 연결하는 고압 라인과 함께 대응되는 어큐뮬레이터 용적을 가지는 커먼 레일을 형성하도록 하는 것이다. 따라서, 커먼 레일 원리에 따른 공간 절약형 연료 분사 시스템이 매우 간단하고 효과적인 방식으로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 인젝터는 연료 분사 시스템에 바람직하게 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 연료 분사 시스템은, 직렬로 놓인 마지막 인젝터로부터 고압 펌프를 향해 복귀 라인이 연결되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 환형의 라인이 형성되어 어큐뮬레이터 용적에서 압력 변동의 보정이 이루어지는 장점을 갖는다.

이하, 첨부도면을 참조한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 원리를 나타낸 것으로 도 1과 비교되는 것이다. 마찬가지로, 연료 분사 시스템(10')에는 복수의 인젝터 중에서 2개의 인젝터(11', 12')만이 도시되었다. 각각의 인젝터(11', 12')는 내부 고압 공간(14')을 가지며, 이로부터 고압의 연료가, 분사 노즐(13) 및 노즐 니들(16)로 이루어지는 분사 밸브를 통해 연소 공간으로 분사된다. 인젝터(11', 12')의 고압 공간(14') 측방향 양쪽에는 2개의 고압 접점(A')이 배치되고, 이를 통해 인젝터(11', 12')는 고압 펌프로부터 오는 고압 라인(17')에 직렬로 삽입되어, 고압 공간(14') 및 이들 고압 공간을 연결하는 고압 라인의 일부분이 커먼 레일 방식의 연속적인 어큐뮬레이터 용적을 형성한다. 이에 대한 전제 조건은, 개별 고압 공간(14')의 용적이 직렬로 놓인 모든 인젝터의 용적의 합계가 커먼 레일 어큐뮬레이터 용적으로서 충분한 것이 보장되도록 충분히 커야 한다는 것이다.

이러한 조건이 만족되는 새로운 인젝터가 제안된다. 본 발명에 따른 이러한 인젝터의 바람직한 실시예를 도 3의 종단면도에 나타내었다. 인젝터(20)는 커먼 레일 원리에 따라, 바람직하게는 디젤 엔진에 대한, 연료의 직접 분사를 위해 제공된다.

인젝터(20)는, 인젝터 하우징(18) 내에, 길이방향으로(축(45)을 따라) 연장 되며 예를 들어 인젝터(20)의 노즐 니들(26)이 위치되는 동축의(coaxial) 고압 공간이 연장된다. 사실상의 분사 밸브(22)는 유니온 너트(37)에 의해 인젝터 하우징(18)의 하단부에 나사결합된다. 분사 밸브(22)가 위치되는 하단부에는 분사 구멍(38)이 고압 공간(23)과 연결되며 노즐 니들(26)에 의해 개폐될 수 있다. 니들 섕크(21)를 구비하는 이러한 노즐 니들(26)의 구성은, 이 고압 공간(23)의 용적이 종래의 인젝터에 비해 상당히 크기 때문에 특히 바람직하다. 따라서, 예를 들어 EP-A1-584 815에 기재되어 있는 표준의 커먼 레일 인젝터에서는, 고압을 이송하는 보어가 노즐과 대략 평행하게 연장된다. 그러나, 이렇게 얇은 보어는 용적이 그다지 크지 않아서, 이러한 방식으로 설계된 인젝터는 커먼 레일을 형성하는데 별로 문제되지 않는다. 이와는 대조적으로, 종래의 인젝터에서는 공간 내의 저압이 노즐 니들 섕크를 둘러싼다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 종래 기술의 커먼 레일 시스템에서 어큐뮬레이터 용적을 형성하는 커먼 레일을 생략하는 것이 아이디어이다. 이것은 간단한 고압 라인을 통해 직렬 연결 방식으로 서로 연결되는 인젝터의 고압 공간(23)의 개별 용적의 합계로 대체된다(도 4 참조).

이를 위해, 인젝터(20)의 고압 공간(23)은 적어도 2개의 분리된 고압 접점(24, 25)(도 3 참조)을 가져야 한다. 이들 고압 접점(24, 25)은 인젝터 하우징(18)에 부착되어 반경방향에서 측방으로 돌출되며, 각각의 경우에 고압 공간(23)으로 향하여 직렬 연결된 인젝터(20.1, ..., 20.4)를 서로 연결하는 고압 연결 라인(43)(도 4 참조)에 고압 공간(23)의 연결을 제공한다. 고압 펌프(41)는 마찬가 지로 2개의 고압 접점을 가지며, 고압 공급 라인(42)과 함께, 인젝터(20.1, ..., 20.4), 고압 연결 라인(42), 및 복귀 라인(44)은 일종의 환형 라인을 형성하고, 이것은 형성된 어큐뮬레이터 용적 내의 압력 변동 보정에 유리하다.

인젝터 하우징(18) 상의 고압 접점(24, 25)은 축방향에서 동일한 높이로 배치되는 것이 바람직하다. 이들은 축(45)에 대하여 서로 반대쪽에 배치되며 서로 정렬된다. 또한, 이들은 형상 및 크기, 즉 통로의 단면이 서로 동일하다. 고압 접점(24, 25)은, 예를 들어 고압 라인(42, 43, 44)(도 4)에 대한 내압 연결용 고압 나사 연결(미도시)을 위한 상대나사산(counterthread)으로서 설계되는 내측 나사산(도 3에는 도시되지 않음)을 갖는다. 고압 펌프(41)(도 4) 상의 연결 지점은 마찬가지로 설계된다.

도 3에 예시한 인젝터(20)는 구체적으로 다음과 같은 구성을 갖는다.

분사 밸브(22)를 제어하는 작동 메커니즘(19)은 인젝터(20)의 상단에 개략적으로 예시되었다. 작동 메커니즘(19)은, 예를 들어 접점(28)을 통해 유도된 여기 펄스에 의해 작동되는 경우에 연관되는 전기자(31)를 잡아당겨서 조절 보어(32)를 개방시키는 전자석(30)을 갖는다(전자석(30) 자체는 인젝터 하우징(18)에 고정되게 연결된다). 조절 보어(32)가 개방됨으로써, 그 아래에 배치된 조절 공간(34) 내의 압력이 강하된다. 조절 공간(34) 내에서 축방향으로 슬라이드식으로 이동 가능한 조절 피스톤(35) 및 상기 조절 피스톤과 인접하는 니들 섕크(21)가 노즐 니들(26)과 함께 클로징(closing) 스프링(36)의 압력에 저항하여 인상되어, 분사 밸브(22)의 하부 선단부에 배치된 분사 구멍(38)이 개방되고, 연료는 고압 공간(23)으로부 터 분사 밸브(22)의 선단부를 둘러싸는 연소 공간(39)으로 분사된다.

전자석(30)의 여기가 중단되면, 스프링(29)은 전기자(31)를 하방으로 가압하고 조절 구멍(32)은 폐쇄된다. 연료는 계속해서 조절 공간(34)으로 향하는 작은 보어(33)를 통해 조절 공간(34)으로 유동된다. 조절 피스톤(35)에 작용하는 압력 차이는, 클로징 스프링(36)이 노즐 니들(26)과 함께 니들 섕크(21)를 하방으로 누르는 것에 의해 무효화되고, 분사 구멍(38)을 통한 분사가 중단된다.

조절 보어(32)가 개방된(전자석(30)이 여기됨) 동안 유출되는 연료량은 도시하지 않은 회수 호스를 지나 복귀 니플(27)을 통해 중공의 전기자(31)를 통해 상방으로 유동되어, 연료 탱크(미도시)로 복귀된다.

도 4에는 4개의 실린더에 대한 본 발명에 따른 연료 분사 시스템(40)이 예시되었다. 고압 공급 라인(42)은 연료용 고압 펌프(41)로부터, 직렬로 놓이며 고압 연결 라인(43)에 의해 서로 연결되는 4개의 인젝터(20.1, ..., 20.4)로 연결되어 있다. 복귀 라인(44)은 4개의 인젝터 배열의 마지막 인젝터(20.1)로부터 고압 펌프(41)로 연결된다. 인젝터(20.1, ..., 20.4)는 바람직하게 도 3에 도시한 인젝터(20)와 같은 내부 구조를 갖는다. 이들은 고압 공간(23)이, 각각의 라인(42, 43, 44)에 의해 형성된 환형 라인에 직접 삽입된다. 4개의 고압 공간(23) 및 중간에 개재된 고압 연결 라인(43)의 용적의 합계는, 커먼 레일 방식에서, 고압의 연료용 어큐뮬레이터 용적을 형성하며, 이 어큐뮬레이터 용적은 종래의 외부 커먼 레일을 완전히 대체할 수 있다. 본 발명의 원리는 4개의 실린더뿐만 아니라, 예를 들어 3, 5, 6, 또는 8개와 같은 다른 개수의 실린더에도 적용될 수 있다.

본 발명의 의해, 공지된 해결방안의 단점을 갖지 않고 분사 시스템을 단순화시킬 수 있는, 커먼 레일의 원리에 따른 연료 분사 시스템용 인젝터가 제공되며, 또한 이러한 인젝터에 의해 연료 분사 시스템의 작동이 특화될 수 있다.

Claims

축(45)을 따라 연장되며 고압의 연료를 수용하기 위해 하단부에서 분사 밸브(13, 16, 22)가 연결되는 내부의 고압 공간(14', 23)을 둘러싸는 인젝터 하우징(18), 및

상기 축의 방향으로 상기 고압 공간(14', 23)을 통과하며 상기 인젝터 하우징(18)의 상단부에 배치된 작동 메커니즘(19)에 의해 유압식으로 작동될 수 있으며 상기 축 상의 위치에 따라 분사 밸브(13, 16, 22)를 개폐하는 노즐 니들(13, 21, 26)

을 포함하는 연료 분사 시스템(10', 40)용 인젝터(11', 12', 20)에 있어서,

상기 인젝터 하우징(18)에는 2개 이상의 분리된 고압 접점(A', 24, 25)이 제공되어, 상기 고압 공간(14', 23)에 대한 외부로부터의 액세스가 가능하며, 상기 고압 접점(A', 24, 25)은 각각 고압 라인(17', 42, 43, 44)의 접점으로 설계되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
제1항에 있어서,

상기 고압 접점(A', 24, 25)은 상기 고압 공간(14', 23)의 상단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 고압 접점(A', 24, 25)은 상기 축의 방향으로 동일한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

2개의 고압 접점(A', 24, 25)이 제공되며, 상기 2개의 고압 접점(A', 24, 25)은 상기 축에 대하여 서로 반대쪽에 배치되며 서로에 대하여 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 인젝터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고압 접점(A', 24, 25)은 그 형상 및 크기, 특히 통로의 단면이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 인젝터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고압 접점(A', 24, 25)은 상기 고압 라인(17', 42, 43, 44)과 분리 가능하게 나사결합될 수 있는 나사산을 가지는 것을 특징으로 하는 인젝터.
제6항에 있어서,

상기 나사산은 내측 나사산으로서 설계된 것을 특징으로 하는 인젝터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 고압 공간(14', 23)은 상기 인젝터(11', 12', 20)의 축(45)에 대하여 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
고압 펌프(41), 및 상기 고압 펌프(41)에 의해 고압 라인(17', 42, 43)을 통해 고압의 연료가 공급되는 복수의 인젝터(11', 12', 20.1, ..., 20.4)를 포함하는 연료 분사 시스템(40)에 있어서,

상기 인젝터(11', 12', 20.1, ..., 20.4)는 각각 분사에 필요한 연료가 추출되는 고압 공간(14', 23)을 갖고,

상기 고압 공간(14', 23)의 용적은, 커먼 레일(common-rail) 분사 시스템의 복수의 동일한 인젝터의 고압 공간(14', 23)의 용적의 합계가 상기 커먼 레일에 필요한 어큐뮬레이터 용적을 형성하기에 충분하도록 선택되고,

상기 인젝터(11', 12', 20.1, ..., 20.4)는 그 고압 공간(14', 23)이 차례대로 위치하도록 상기 고압 라인(17', 42, 43)에 삽입되는

것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
제9항에 있어서,

제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 인젝터(11', 12', 20.1, ..., 20.4)가 사용되는 연료 분사 시스템.
제9항 또는 제10항에 있어서,

직렬로 놓인 상기 인젝터(11', 12', 20.1, ..., 20.4) 중 가장 마지막에 놓인 인젝터로부터 복귀 라인(44)이 상기 고압 펌프(41)로 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.