KR20090048304A - 연료 분사 장치 - Google Patents

Abstract

연료 분사 장치, 특히 자기 점화식 내연기관용 연료 분사 장치는 연료를 하나 이상의 연료 저장기로 송출하기 위한 하나 이상의 펌프를 포함한다. 상기 연료 저장기는 하나 이상의 제어 장치에 의해 제어되며 작동 장치에 의해 작동되는 분사기와 연결되고, 상기 분사기의 제어 바디는 완전히 상기 분사기의 내부에서 움직인다. 내연기관의 작동 동안 상기 분사기와 상기 연료 저장기 사이에 연속 연결이 이루어진다.

연료 저장기, 펌프, 제어 장치, 작동 장치, 분사기, 제어 바디.

Description

연료 분사 장치{FUEL INJECTION SYSTEM}

본 발명은 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 제어된 분사기와 연결된 하나 이상의 연료 저장기 내로 연료를 송출하기 위한 고압 펌프를 포함하는 연료 분사 장치, 특히 디젤 엔진과 같은 자기 점화식 내연기관용 연료 분사 장치에 관한 것이다.

최신 디젤 엔진의 연료 분사 장치는 주로 커먼-레일 방식으로 작동한다. 고압 펌프는 연료를 고압 레벨로 제공한다. 압축된 연료는 저장기를 채우고, 상기 저장기는 분사기를 통해 내연기관의 개별 실린더에 연료를 공급한다.

종래의 커먼 레일 분사기는 분사기에 가해진 압력이 노즐에 직접 생기도록 형성된다. 따라서, 분사 밸브의 니들 시트의 손상시, 누설로 인해, 제어되지 않은 영구 분사의 위험이 있다. 이 장치에서는 공칭 량을 1 1/2 내지 2배 정도 초과하는 분사 량에서야 비로소, 관류 제한기가 작동하여 레일과 분사 밸브 사이의 라인을 폐쇄한다. 따라서, 대형 디젤 엔진에서는 안전성 때문에, 분사 이벤트 사이에 높은 공급 압력을 노즐로부터 분리하는, 커먼-레일 시스템이 일반적으로 사용된다.

예컨대 DE 28 37 606 호에 공지된 바와 같은 슬라이드 분사기는 발생 연료 압에 대해 바람직한 형상을 갖는다. 여기서, 제어 바디는 연소실 방향으로 폐쇄된 슬리브 내에서 축 방향으로 움직인다. 상기 슬리브는 분사기의 폐쇄시에 제어 바디에 의해 폐쇄되는 개구를 외주면에 갖는다. 제어 바디 내에 축 방향 홀이 연장되며, 상기 홀은 제어 바디 시트 하부에 횡방향 홀을 갖는다. 상기 횡방향 홀은 제어 바디가 그 시트로부터 상승하면 연료 공급 시스템과 연결된다. 상기 슬라이드 분사기를 사용하는 경우에도 대형 디젤 엔진에서는 지금까지 분사 이벤트 사이에 공급 압력을 분사기로부터 분리하는 것이 통상적이다.

EP 0 779 949에는, 고압 라인을 통해 분사기와 연결된 연료 고압 펌프를 구비한 내연기관용 연료 분사 장치가 공지되어 있다. 분사기는 외부로 개방하는 제어 바디를 가지며, 상기 제어 바디는 연소실의 방향으로 제어 가능한 개방 행정을 실행하고, 폐쇄력에 대항하는 연료 공급 압력에 의해 개방 방향으로 지속적으로 부하를 받는다. 제어 바디의 일부는 폐쇄 헤드 내의 홀 내에 축 방향으로 안내되며, 축방향으로 상하로 놓인 2 열의, 둘레에 분포된 분사구들을 갖는다. 따라서, 분사기의 개방시 제 1 단계에서 단 하나의 열의 분사구가 그리고 제 2 단계에서는 2열의 분사구가 개방될 수 있다. 상기 분사장치에 있어서, 공급 압력이 연속적으로 밸브 부재에 부하를 주는 실시예가 설명된다. 이러한 실시예는 연료 공급 압력에 의해 분사기의 개방 방향으로 제어 바디에 작용하는 힘으로 인해, 안전성의 이유로 실시될 수 없다.

DE 28 37 606을 기초로, 본 발명의 과제는 연료 분사 장치의 구성을 간단하게 하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.

본 발명에 따른 연료 분사 장치는 연료를 하나 이상의 연료 저장기 내로 송출하기 위한 하나 이상의 펌프, 특히 고압 펌프를 포함하고, 상기 연료 저장기는, 하나 이상의 제어 장치에 의해 제어되며 작동 장치에 의해 작동되는 분사기와 연결되고, 상기 분사기의 제어 바디는 바람직하게는 완전히 분사기의 내부에서 움직인다. 디젤 엔진의 작동 동안 분사기와 연료 저장기 사이의 연속 연결이 이루어진다.

본 발명에 따른 연료 분사 장치의 해결책은 슬라이드 원리에 따라 형성된 분사기의 사용에 의해 얻어진다. 이 디자인의 경우, 분사기의 폐쇄시 분사실 내에 밸브 개방 방향으로 향한 힘이 제어 바디에 작용하지 않거나 또는 실질적인 힘이 작용하지 않는다.

분사기의 바람직한 실시예에서, 그 제어 바디가 연소실을 향한 분사기의 단부에서 적은 공차로 분사기 슬리브 내부에 연장된다. 상기 슬리브는 내부 슬리브 바닥으로부터 간격을 두고 하나 또는 다수의 방사방향 직선으로 또는 외부로 경사 지게 연장한 개구를 갖는다. 상기 개구들은 제어 바디의 위치에 의해, 실제 부하 범위에서 적합한 분사 체적 유량에 대한 분사 횡단면이 개방되며 완전한 개방시 바람직하게는 전부하 범위에 필요한 최대 분사 횡단면이 개방되도록, 설계되고 배치된다.

개방된 분사 횡단면은 바람직하게는 제어 바디의 축 방향 이동으로부터 주어지고, 제어 바디의 하단부는 슬라이드라고 한다. 분사구들은 제어 바디가 특정 거리만큼 상승할 때야 비로소 분사구들이 개방되도록 분사기 슬리브에 배치된다. 제어 바디는 특정 거리 만큼 상승한 후에야 분사실과 연료 저장기 사이의 연결이 이루어지도록 형성된다. 이 디자인은 밸브 바디의 시트가 손상되거나 밀봉되지 않은 경우에도 밸브 바디가 분사구의 영역을 연료 저장기로부터 분리하고 분사구를 완전히 덮는다는 장점을 갖는다. 이 분사기의 구성 원리는 연소실에 대해 분사기를 확실하게 폐쇄하고, 바람직하지 않은 영구 분사를 방지한다.

이를 위해, 바람직한 실시예에서 제어 바디의 밸브 시트는 슬리브 내에 제공됨으로써, 밸브 시트 상에 놓인 제어 바디는 연료 저장기와 분사구 사이의 연결을 형성한다. 밸브 시트, 및 슬라이드에 의해 폐쇄되는 분사구는 2개의 여분의 차단부를 형성함으로써, 밸브 시트 내에서 또는 슬라이드와 분사구 사이에서 누설시 제어되지 않은 분사가 방지된다. 따라서, 전체 작동 동안 분사기는 연료 저장기와 통할 수 있고, 지금까지와 같이 안전성의 이유로 분사 이벤트 사이에 연료 저장기로부터 분리될 필요가 없다.

본 발명에 따른 연료 분사 장치는 연료를 연료 저장기로 송출하는 고압 펌프 를 포함한다. 연료 저장기는 이러한 목적을 위해 제공된 고압 용기로서 형성될 수 있다. 바람직하게는 연료 분사 장치의 연료 라인들이 커진 횡단면으로 형성됨으로써, 상기 연료 라인들은 적당히 큰 체적을 갖는다. 이러한 큰 체적의 연료 라인들(레일들)은 바람직하게 엔진에 배치됨으로써, 개별 실린더에 배치된 분사기의 근처에 연장된다. 분사기들은 공급 라인에 의해 바람직하게 상기 연료 저장기(용기 또는 레일)에 직접 연결된다. 전술한 바와 같이, 상기 분사기들은 슬라이드 분사기로 형성된다.

분사 제어를 위해, 각각의 분사기에는 작동 부재, 바람직하게는 제어 밸브가 배치되고, 상기 제어 밸브는 바람직하게 연료를 연료량 시스템 내로 되돌려 보내는 연료 저압 라인과 연결된다.

바람직한 실시예에서, 작동 부재는 전자석에 의해 작동된다. 상기 전자석은 바람직하게 전자 제어 장치에 의해 제어된다. 상기 제어 장치는 디젤 엔진의 다수의 작동 파라미터를 처리하고 그로부터 작동 부재를 제어하기 위한 제어 명령을 발생시킨다. 전자 제어 장치에 의해, 분사 장치의 분사기를 작동시키는 서보 모터 또는 압전 액추에이터를 제어하는 것도 가능하다. 제어 바디의 조절도 제공될 수 있다.

분사기의 도시된 바람직한 디자인에 의해, 영구 분사의 방지를 위해, 분사기와 연료 저장기 사이의 연결을 내연기관의 관련 실린더의 분사 과정 사이에 분리할 필요가 없다. 본 발명에 따라 작동 부재에 의해 제어되는 분사기 내에서 제어 바디의 운동은 높은 압력 하에 있는 연료 저장기와 분사기의 분사실의 연결을 형성한 다.

분사 장치의 바람직한 실시예에서, 분사기의 제어 바디는 거리 또는 행정 제어된다. 즉, 제어 바디가 분사기 바닥으로부터 상승하는 거리는 작동 부재에 의해 제어된다. 바람직한 분사기 디자인의 사용시, 예정된 거리 변동에 의해 규정된 분사 횡단면이 개방된다. 분사 장치의 연료 저장기 내의 일정한 연료압으로 인해, 분사되는 체적 유량이 조절될 수 있다. 제어 바디의 조절 거리에 따라, 분사 횡단면이 자유로이 선택될 수 있다. 이는 밸브 운동과 관련해서 가변 분사 방출량을 가능하게 하며, 이러한 분사 방출량에 의해 예컨대 예비 분사가 쉽게 실시될 수 있다. 제어 장치에 의해, 분사 횡단면에 대한 분사 방출량은 엔진의 특성 맵을 통해 자유로이 선택될 수 있다.

분사 과정 사이에 연료 저장기와 분사기 간의 연료압 차단이 필요 없기 때문에, 본 발명에 따른 연료 분사 장치에서는 통상의 연료 분사 장치에서 매 실린더마다 필요한 스위칭 부재와 이를 위해 필요한 제어 및 공급 라인이 필요 없게 된다. 이로 인해, 연료 분사 장치의 더 간단한 구성이 얻어지고, 분사기 내에서 제어 바디의 운동에 따라 분사 방출량을 제어할 수 있는 추가 가능성에 의해, 분사의 가변성이 향상된다.

본 발명에 의해, 간단한 구성의 연료 분사 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 장점, 특징 및 실시예는 도면과 관련한 하기 설명에 제시된 다.

도 1은 연료 저장기(도시되지 않음)를 분사기(5)에 직접 접속된 작동 부재(13)에 연결하는 고압 라인(1)을 가진 공지된 연료 분사 장치의 회로도이다. 작동 부재(13)는 자기 제어식 작동 부재(6)에 의해 작동되며, 상기 작동 부재(6)는 연료 저장기를 분사기(5)에 연결하는 고압 라인(1)을 분사기(5)에서의 분사 과정들 사이에 중단시킨다. 분사기(5)용 작동 장치는 도 1에 도시되지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 장치의 회로도를 도시한다. 펌프(4)는 연료를 연료 저장기(2), 여기서는 고압 레일 내로 송출하고, 상기 고압 레일은 고압 라인(1)을 통해 대형 디젤 엔진의 다수의 분사기(5)에 연결된다. 전자기 제어식 작동 부재(3)는 본 발명에 따라 형성된 분사기(5)의 작동을 위해 사용된다. 분사기(5)는 고압 라인(1)을 통해 연속적으로 연료 저장기(2)와 연결된다.

도 2에는 휴지 위치의 작동 부재(3)가 도시된다. 상기 작동 부재(3)는 그 접속 위치에서 분사기(5)의 제어실(7)을 연료 저압 라인(14)에 연결한다. 이 경우, 분사기(5)의 제어실(7) 내의 압력이 떨어짐으로써, 제어 바디(9)는 고압실(10) 내의 압력으로 인해 스프링(8)의 힘에 대항해서 밸브 시트(19)로부터 상승하여, 그 행정 운동 중에 분사 횡단면을 개방한다.

도 3은 연료 저장기(2)와 연결된 고압 라인(1)에 직접 접속된 고압실(10)을 가진 본 발명에 따라 제어되는 분사기(5)를 예시적으로 도시한다. 분사기(5)의 제어실(7)은 스로틀을 통해 고압 라인(1)과 연결된다. 분사기(5)는 전자석(11)에 의해 작동되며, 상기 전자석은 전자 제어 장치(12)에 의해 제어된다. 분사기(5)의 외부 슬리브(20)는 일체형으로 형성되며, 실린더의 연소실로부터 먼 측면에서 폐쇄된다. 실린더의 연소실을 향한 측면에서는 슬리브(20)가 내부 슬리브 바닥과 이격되어 원주에 분포된 다수의 개구들(22)을 갖는다. 상기 개구들(22)은 제어 바디(9)의 운동에 의해 연소실로부터 먼 방향으로 분사 횡단면의 계단식 확대가 이루어지도록 형성되고 배치된다.

제어 바디(9)의 도시된 위치에서, 분사기(5)의 고압실(10)과 분사기(5)의 분사실(31) 사이의 연결이 이루어지지 않는다. 제어 바디(9)가 제어 바디(9)와 슬리브(20) 사이에 있는 밸브 시트(19)로부터 상승한 후에야 비로소, 연결 개구(24)와 축 방향 공급 홀(25)을 통해 연료 저장기(2)와 분사실(31)의 연결이 이루어질 수 있다. 연소실로부터 먼 방향으로 제어 바디가 움직이는 거리에 따라, 제어 바디에 의해 개방되는 분사 개구(22)의 분사 횡단면이 커지고 연소실 내로 송출되는 연료 체적 유량이 증대된다. 횡단면이 변하기 때문에, 분사되는 연료 제트의 구조도 변한다.

제어 바디(9)에 의해 폐쇄 가능한 분사 개구(22), 및 제어 바디(9)와 슬리브(20) 사이의 밸브 시트(19)를 포함하고, 상기 제어 바디와 슬리브는 함께 연료 저장기(2)의 여분의 차단부를 형성함으로써, 밸브 시트(9)의 손상 시에도 제어되지 않은 누설 분사를 방지하는, 분사기(5)의 실시예에 의해, 작동 동안 분사기(5)와 연료 저장기(2) 사이에 연속 연결이 제공될 수 있어서, 분사 이벤트 사이에 고압이 노즐로부터 분리될 필요가 없다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 장치의 변형된 분사기를 도시하 며, 상기 연료 분사 장치는 그 밖의 점에서는 도 2 및 도 3과 관련해서 설명한 것에 상응한다. 여기서, 서로 상응하는 부재들은 동일한 도면 부호로 표시되기 때문에, 하기에서는 도 2 및 도 3와 관련해서 설명된 실시예와의 차이점만이 설명된다.

도 3에는 하나의 공통 저장기(2)에 저장된 다수의 분사기를 가진 표준-커먼 레일 시스템이 도시되는 한편, 도 4에 따른 실시예에서는, 각각의 분사기가 저장 분사기로 형성되거나, 또는 고유의 저장기(32)를 갖는다. 이는 바람직하게는 각각의 저장 분사기 내에 통합될 수 있다.

도 1은 공지된 연료 분사 장치의 회로도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 장치의 회로도.

도 3은 도 2에 따른 연료 분사 장치의 분사기의 개략도.

도 4는 도 2에 따른 연료 분사 장치의 변형된 분사기의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고압 라인 2 : 연료 저장기

3 : 작동 부재 4 : 펌프

5 : 분사기 6 : 작동 부재

7 : 제어실 8 : 스프링

9 : 제어 바디 10 : 고압실

11 : 전자석 12 : 전자 제어 장치

13 : 작동 부재 14 : 연료 저압 라인

19 : 밸브 시트 20 : 슬리브

22 : 개구 24 : 연결 개구

25 : 공급 홀 31 : 분사실

32 : 저장기

Claims (8)

1. 연료 분사 장치, 특히 자기 점화식 내연기관용 연료 분사 장치로서, 연료를 하나 이상의 연료 저장기(2) 내로 송출하기 위한 하나 이상의 펌프(4)를 포함하고, 상기 연료 저장기(2)는, 하나 이상의 제어 장치(12)에 의해 제어되며 작동 장치(3)에 의해 작동되는 분사기(5)와 연결되고, 상기 분사기(5)의 제어 바디(9)는 상기 분사기(5)의 내부에서 움직이며, 각각의 분사기(5)의 슬리브(20)는 내부 슬리브 바닥과 간격을 두고 제어 바디에 의해 폐쇄 가능한 분사구(22)를 가지며, 상기 제어바디(9)와 상기 슬리브(20) 사이에 밸브 시트(19)가 형성되며, 상기 밸브 시트(19)는 상기 제어 바디(9)가 상승하면 상기 분사구(22)와의 연결을 개방하는, 연료 분사 장치에 있어서,

   작동 동안 상기 분사기(5)와 상기 연료 저장기(2) 사이에 연속 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 바디(9)가 특정 거리 만큼 상승할 때야 비로소, 분사실(31)과 상기 연료 저장기(2)의 연결이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 바디(9)가 특정 거리 만큼 상승할 때야 비로소, 상기 분사구(22)가 개방되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사기(5)의 상기 제어 바디(9)는 거리 또는 행정 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사기(5)는 상기 분사기(5)의 폐쇄시 상기 분사실(31) 내에 밸브 개방 방향으로 향한 힘이 상기 제어 바디(9)에 작용하지 않도록, 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사구(22)는 개방 횡단면이 상기 제어 바디(9)의 위치에 의해 조절되도록 설계 및 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 챔버(5)에는 작동 부재(3)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 부재(3)는 전자석, 서보 모터 또는 압전 액추에이터에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.

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