KR20090098665A

KR20090098665A - 내연 엔진의 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR20090098665A
Application number: KR1020090003290A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 돔베르거; 울리히 되블러
Original assignee: 만 디젤 에스이
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2009-09-17
Also published as: FI20095215A0; JP2009222056A; CN101532454A; FI20095215A; DE102008014250A1

Abstract

본 발명은 내연 엔진, 특히 선박용 디젤 내연 엔진의 연료 공급 시스템, 즉 커먼-레일 연료 공급 시스템으로서, 저압 구역과, 연료 공급 시스템의 저압 구역으로부터 연료 공급 시스템의 고압 구역으로 연료를 급송하기 위한 하나 이상의 고압 펌프를 포함하는 펌프 장치를 구비하고, 하나 이상의 저장 유닛을 갖고 상시적으로 고압 상태에 있는 축압 시스템(2)이 펌프 장치와 실린더에 할당된 분사기 사이의 고압 구역에 마련되며, 축압 시스템(2)이 역시 상시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인을 경유하여 펌프 장치에 연결되고, 축압 시스템이 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인(3)을 경유하여 분사기(1)에 연결되며, 분사기(1)를 축압 시스템(2)에 연결하는, 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인(3)에 절환 요소(4)가 부속되되, 그 절환 요소(4)가 분사 행정에 의존하여 연료를 분사기에 급송하는 내연 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 차단 제어 장치(8)는 각각의 분사기(1)에 부속된 절환 요소(4)가 개방될 때에 각각의 분사기(1)로 통하는 고압 연료 라인(3)을 따라 흐르는 차단 연료량이 차단 제어 장치(8)에 의해 개폐될 수 있는 차단 제어 공간(6)으로 유입될 수 있도록 각각의 분사기(1)와 연동하되, 각각의 분사기(1)로 통하는 고압 연료 라인(3)으로부터 분기되는 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 바이패스 연료량이 차단 제어 장치(8)에 지연 공급될 수 있고, 그에 따라 각각의 분사기(1)의 개방 후에 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 반출되는 바이패스 연료량이 차단 제어 장치(8)를 이동시켜 차단 제어 연료량이 차단 제어 공간(6)으로부터 반출되어 연료 공급 시스템의 저압 구역에 공급될 수 있도록 한다.

Description

내연 엔진의 연료 공급 시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 엔진의 연료 공급 시스템, 즉 커먼-레일 연료 공급 시스템(common rail fuel supply system)에 관한 것이다.

DE 101 57 135 B4는 다수의 실린더를 구비한 내연 엔진, 즉 중유로 작동되는 선박용 디젤 내연 엔진을 개시하고 있는데, 각각의 실린더에는 커먼-레일 연료 공급 시스템이 할당되어 있다. 내연 엔진의 각각의 실린더에는 분사기에 의해 연료가 분사될 수 있다. DE 101 57 135 B4에 따른 커먼-레일 연료 공급 시스템은 커먼-레일 연료 공급 시스템의 저압 구역으로부터 그 커먼-레일 연료 공급 시스템의 고압 구역으로 연료를 급송하기 위해 다수의 고압 펌프를 구비한 펌프 장치를 포함하는데, 펌프 장치와 분사기 사이의 고압 구역에는 상시적으로 고압 상태에 있는 축압 시스템이 마련된다. DE 101 57 135 B4에 따르면, 커먼-레일로도 지칭되는 상시적으로 고압 상태에 있는 축압 시스템은 다수의 저장 유닛을 구비하고, 역시 상시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인을 경유하여 펌프 장치에 연결된다. 또한, 축압 시스템은 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인을 경유하여 분사기에 연결된다. 분사기를 축압 시스템에 연결하는, 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인에는 3/2-웨이 밸브(3/2-way valve)로서 형성된 절환 요소가 부속되는데, 그 절환 요소는 분사 행정에 의존하여 연료를 분사기에 급송한다. DE 101 57 135 B4에 따르면, 그러한 절환 요소에서 발생하는 불필요한 연료를 차단하기 위한 차단 제어 누출량 또는 차단 제어 연료량은 스로틀 및 압력 유지 밸브를 경유하여 반출된다.

그러한 선행 기술로부터 출발된 본 발명의 목적은 내연 엔진의 신규의 연료 공급 시스템, 즉 개선된 커먼-레일 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 청구항 1에 따른 연료 공급 시스템에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 차단 제어 장치는 각각의 분사기에 부속된 절환 요소가 개방될 때에 각각의 분사기로 통하는 고압 연료 라인을 따라 흐르는 차단 연료량이 차단 제어 장치에 의해 개폐될 수 있는 차단 제어 공간으로 유입될 수 있도록 각각의 분사기와 연동하되, 각각의 분사기로 통하는 고압 연료 라인으로부터 분기되는 바이패스 연료 라인을 경유하여 바이패스 연료량이 차단 제어 장치에 지연 공급될 수 있고, 그에 따라 각각의 분사기의 개방 후에 바이패스 연료 라인을 경유하여 반출되는 바이패스 연료량이 차단 제어 장치를 이동시켜 차단 제어 연료량이 차단 제어 공간으로부터 반출되어 연료 공급 시스템의 저압 구역에 공급될 수 있도록 한 다.

본 발명에 따른 연료 공급 시스템에서는, 그를 통한 흐름을 절환 시점에 의존하여 제한할 수 있게 된다. 그를 위해, 차단 제어 장치는 바이패스 연료량에 의해 그에 인가되는 압력에 의해 이동될 수 있음으로 해서 차단 제어 장치의 이동 후에 차단 제어 연료량이 먼저 수집되어 있는 차단 제어 공간으로부터 차단 연료량을 연료 공급 시스템의 저압 구역으로 반출할 수 있게 된다. 그와 관련하여, 바이패스 연료량이 바이패스 연료 라인을 경유하여 차단 제어 장치에 지연 공급될 수 있고, 그에 따라 먼저 해당 분사기를 개방시키는데 충분한 압력이 형성될 수 있게 된다. 분사기가 개방되고 난 후에야 비로소 차단 제어 장치가 이동되어 차단 제어 공간을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하게 된다.

본 발명의 바람직한 개선된 구성에 따르면, 차단 제어 장치에 압력 유지 장치가 통합되되, 압력 유지 장치는 차단 제어 장치가 바이패스 연료량에 의해 생성되는 압력에 의해 이동되면 차단 제어 연료량에 의해 생성되는 압력에 의해 스프링 요소에 의해 제공되는 스프링력을 거슬러 이동될 수 있어 차단 제어 연료량의 반출을 위해 차단 제어 공간을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결한다.

본 발명에 따른 내연 엔진의 연료 공급 시스템은 차단 제어 장치가 바이패스 연료량에 의해 그에 인가되는 압력에 의해 이동될 수 있도록 함으로써 차단 제어 장치의 이동 후에 차단 제어 연료량이 먼저 수집되어 있는 차단 제어 공간으로부터 차단 연료량을 연료 공급 시스템의 저압 구역으로 반출할 수 있도록 한다. 그와 관련하여, 분사기가 개방되고 난 후에야 비로소 차단 제어 장치가 이동되어 차단 제어 공간을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하도록 바이패스 연료량이 바이패스 연료 라인을 경유하여 차단 제어 장치에 지연 공급될 수 있도록 한다. 따라서, 연료 공급 시스템을 통한 흐름을 절환 시점에 의존하여 제한할 수 있도록 한다. 아울러, 본 발명에 따른 연료 공급 시스템은 다수의 이점을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 연료 공급 시스템은 차단 제어 공간의 구역 및 연료 공급 장치의 구역에서의 압력 요동을 감소시키는 압력 유지 기능을 제공하고, 차단 제어 누출량 또는 차단 제어 연료량을 감소시킬 수 있다. 또한, 차단 제어 장치와 압력 유지 장치를 댐핑하여 이동시킴으로써 마모를 줄일 수 있고, 압력 유지 장치를 차단 제어 장치에 통합함으로써 콤팩트한 구조 형태를 가능케 한다.

종속 청구항들 및 이후의 설명으로부터 본 발명의 바람직한 개선된 구성들을 명확히 알 수 있을 것이다. 이하, 본 발명의 실시예들을 그에 한정함이 없이 첨부 도면들에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 내연 엔진, 특히 중유로 작동되는 선박용 디젤 내연 엔진의 커먼-레일 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 커먼-레일 연료 공급 시스템은 저압 구역과 고압 구역을 갖는다.

커먼-레일 연료 공급 시스템의 고압 구역은 하나 이상의 고압 펌프를 구비한 펌프 장치 및 하나 이상의 저장 유닛을 구비한 축압 시스템을 포함하는데, 펌프 장치는 저압 구역으로부터 고압 구역으로 연료를 급송하고, 하나 이상의 고압 연료 라인을 경유하여 축압 시스템에 연결된다.

축압 시스템과, 그 축압 시스템을 펌프 장치에 연결하는 고압 연료 라인들 또는 그 각각의 고압 연료 라인은 상시적으로 높은 작동 압력 상태에 있게 된다. 연료는 축압 시스템으로부터 출발하여 분사기들에 의해 실린더에 분사될 수 있는데, 각각의 분사기는 내연 엔진의 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 하나 이상의 고압 연료 라인을 경유하여 축압 시스템에 연결된다.

도 1은 분사기(1)의 구역에 있는 커먼-레일 연료 공급 시스템의 고압 구역의 단면도를 개략적으로 나타낸 것으로, 분사기(1)는 내연 엔진의 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인(3)을 경유하여 레일로도 지칭되는 축압 시스템(2)에 연결된다.

그와 관련하여, 고압 연료 라인(3)에는 도시된 실시예에서 3/2-웨이 밸브로서 구성되는 절환 요소(4)가 부속되는데, 그 절환 요소(4)는 내연 엔진의 분사 행정에 의존하여 연료 라인(3)을 통한 연료 흐름을 열거나 막는다. 축압 시스템(2)은 상시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인(5)을 경유하여 펌프 장치에 연결된다.

절환 요소(4)의 구역에서는, 절환 과정 시에, 즉 개폐 시에 불필요한 연료를 차단하기 위한 차단 제어 누출량으로 지칭되는 차단 제어 연료량이 분사기(1)로 통하는 고압 연료 라인(3)을 따라 흘러 차단 제어 공간(6)으로 반출되는데, 그 차단 제어 공간(6)은 라인(7)을 경유하여 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결될 수 있다.

본 발명의 취지에서는, 도시된 실시예에서 차단 제어 밸브로서 형성되는 차단 제어 장치(8)가 차단 제어 공간(6)을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하든지 아니면 그로부터 분리시키도록 분사기(1)와 연동한다. 즉, 차단 제어 장치(8)는 분사기(1)의 개방 후에 불필요한 바이패스 연료량이 분사기(1)로 통하는 고압 연료 라인(3)으로부터 분기된 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 차단 제어 장치(8)에 지연 공급될 수 있도록 분사기(1)와 연동하고, 그에 따라 분사기(1)의 개방 후에 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 반출되는 바이패스 연료량이 차단제어 장치(8)를 도 1에 도시된 위치로부터 도 2에 도시된 위치로 이동시켜 차단 제어 공간(6)을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결함으로써 그 차단 제어 연료량이 차단 제어 공간(6)으로부터 연료 공급 시스템의 저압 구역으로 반출될 수 있도록 한다.

도 1에 따르면, 바이패스 연료 라인(9)은 절환 요소(4)의 하류에서 분사기(1)로 통하는 고압 연료 라인(3)으로부터 분기된다. 바이패스 연료 라인(9)에는 스로틀(10)이 통합되어 분사기(1)의 개방과 제어 차단 장치(8)의 이동 사이의 시간 지연을 제공한다.

도시된 실시예에서는, 바이패스 연료량에 의해 차단 제어 장치(8)에 형성되는 압력이 차단 제어 장치(8)를 스프링에 의해 제공되는 스프링력을 거슬러 이동시킴으로 해서 차단 제어 연료량의 반출을 위해 차단 제어 공간(8)을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하게 된다.

따라서, 절환 요소(4)의 개방 시에는 차단 제어 장치(8)가 도 1에 도시된 위 치에 위치하는데, 그러한 위치에서는 차단 제어 장치(8)가 스프링 요소(11)에 의해 눌려져서 차단 제어 공간(6)을 연료 공급 시스템의 저압 구역으로부터 분리시킨다.

그러한 개방 동안, 차단 제어 누출량으로도 지칭되는 차단 제어 연료량이 절환 요소(4)를 지나 흘러서 차단 제어 공간(6)에 수집된다. 축압 시스템(2)에 의해 제공되는 시스템 압력은 전적으로 분사기(1)에 제공되어 분사 밸브로서 형성된 분사기(1)를 개방한다. 바이패스 연료량은 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 시간적으로 지연된 채로 차단 제어 장치(8)에 제공되어 차단 제어 장치(8)를 도 2에 도시된 위치로 이동시킴으로써 차단 제어 공간(6)을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하고, 그에 따라 차단 제어 연료량이 저압 구역으로 반출되어 차단 제어 공간(6)으로부터 흘러나갈 수 있게 된다. 그럼으로써, 절환 요소(4)의 폐쇄에 지장을 주지 않게 차단 제어 공간 내의 압력을 해제하는 것이 가능케 된다. 그리고 나서, 분사 중단 동안에는 차단 제어 장치(8)가 스프링 요소(11)에 의해 도 2에 도시된 위치로부터 도 1에 도시된 위치로 이동된다.

그와 관련하여, 장애 시 절환 요소(4)가 밀봉되지 않을 경우에 연료 누출물이 분사기(1)를 경유하여 내연 엔진의 연소실로 무통제적으로 분사되는 일이 없도록 하기 위해, 차단 제어 장치(8)의 개방에 필요한 압력이 분사기(1)의 개방에 필요한 압력보다 더 작게 되도록 하는 것이 중요하다.

이하, 본 발명에 따른 연료 공급 시스템의 바람직한 개선된 구성을 도 3을 참조하여 설명하기로 하는바, 도 3은 도 1 및 도 2의 차단 제어 장치(8)와 스프링 요소(11)를 나타낸 것이다. 도 3에 따르면, 차단 제어 장치(8)에는 압력 유지 밸 브로서 형성된 압력 유지 장치(12)가 통합된다. 여기서, 그러한 압력 유지 장치(12)는 차단 제어 장치(8)의 중공 공간(13)에 스프링 요소(14)와 함께 수납된다.

차단 제어 장치(8)가 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 차단 제어 장치(8)에 공급되는 바이패스 연료량에 의해 생성된 압력에 의해 도 2에 도시된 위치로 이동하여 라인(7)이 열리면, 차단 제어 공간(6)에 수집된 차단 제어 연료량이 차단 제어 장치(8)의 중공 공간(13)으로 유입되어 압력 유지 장치(12)에 압력이 형성되고, 그 압력에 의해 압력 유지 장치(12)가 스프링 요소(14)에 의해 제공되는 스프링력을 거슬러 이동될 수 있음으로 해서 궁극적으로 차단 제어 연료량의 반출을 위해 차단 제어 공간(6)을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하게 된다.

그 경우, 압력 유지 밸브로서 형성된 압력 유지 장치(12)는 2단계로 개방된다. 제1 단계로, 압력 유지 장치(12)가 차단 제어 장치(8)에 의해 제공되는 대응 시일 시트(seal seat)로부터 리프팅되는데, 그러면 압력 유지 장치(12)와 차단 제어 장치(8) 사이에 최소의 누출 간극이 열리게 된다. 그러한 누출 간극은 차단 제어 공간(6)으로부터 차단 제어 연료량을 반출하기에 충분치 못하다.

그 때문에, 압력 유지 장치(12)는 더 개방되고, 특히 차단 제어 장치(8)에 있는 리세스(15)가 열릴 때까지 더 개방되게 된다. 그리고 나면, 압력 유지 장치(12)는 압력 제어의 측면에서 차단 제어 공간(6) 내의 압력이 더 떨어져 압력 유지 장치(12)가 다시 완전히 닫힐 때까지 왕복 이동한다. 압력 유지 장치(12)의 그러한 왕복 이동 동안, 그에 대해 어떠한 기계적 스토퍼도 제공되지 않는다. 오히려, 압력 유지 장치(12)는 유압에 의해 양쪽으로 댐핑된다.

여기서 언급해야 할 것은 압력 유지 장치(12)의 개방에 필요한 압력이 차단 제어 장치(8)의 개방에 필요한 압력보다 더 작게 된다는 점이다.

본 발명에 따른 연료 공급 시스템은 다수의 이점을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 연료 공급 시스템은 차단 제어 공간(6)의 구역 및 연료 공급 장치의 구역에서의 압력 요동이 감소되도록 하는 것으로 특징져지는 압력 유지 기능을 제공한다. 또한, 차단 제어 누출량 또는 차단 제어 연료량이 감소될 수 있다. 분사기의 구역에서는, 분사 시작과 부사 종료 시의 압력 구배가 더 커질 수 있다. 작은 부하에서조차도, 축압 시스템으로부터 분사기에 시스템 압력이 제공되어 시스템 압력을 감소시키든지 아니면 분사하려는 연료의 최적의 처리를 위해 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 차단 제어 장치와 압력 유지 장치를 댐핑하여 이동시킴으로써, 마모를 줄일 수 있다. 압력 유지 장치를 차단 제어 장치에 통합함으로써, 콤팩트한 구조 형태가 허용되게 된다.

도 1은 분사기의 구역에 있는 본 발명에 따른 내연 엔진의 커먼-레일 연료 공급 시스템의 고압 구역을 개략적으로 나타낸 단면도;

도 2는 도 1의 단면도의 세부를 나타낸 도면;

도 3은 도 1의 단면도의 또 다른 세부를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 분사기 2: 축압 시스템

3, 5: 고압 연료 라인 4: 절환 요소

6: 차단 제어 공간 7: 라인

8: 차단 제어 장치 9: 바이패스 연료 라인

10: 스로틀 11, 14: 스프링 요소

12: 압력 유지 장치 13: 중공 공간

15: 리세스

Claims

내연 엔진, 특히 선박용 디젤 내연 엔진의 연료 공급 시스템, 즉 커먼-레일 연료 공급 시스템으로서, 저압 구역과, 연료 공급 시스템의 저압 구역으로부터 연료 공급 시스템의 고압 구역으로 연료를 급송하기 위한 하나 이상의 고압 펌프를 포함하는 펌프 장치를 구비하고, 하나 이상의 저장 유닛을 갖고 상시적으로 고압 상태에 있는 축압 시스템이 펌프 장치와 실린더에 할당된 분사기 사이의 고압 구역에 마련되며, 축압 시스템은 역시 상시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인을 경유하여 펌프 장치에 연결되고, 축압 시스템은 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인을 경유하여 분사기에 연결되며, 분사기를 축압 시스템에 연결하는, 분사 행정에 의존하여 일시적으로 고압 상태에 있는 고압 연료 라인에 절환 요소가 부속되되, 그 절환 요소는 분사 행정에 의존하여 연료를 분사기에 급송하는 내연 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서,

차단 제어 장치(8)는 각각의 분사기(1)에 부속된 절환 요소(4)가 개방될 때에 각각의 분사기(1)로 통하는 고압 연료 라인(3)을 따라 흐르는 차단 연료량이 차단 제어 장치(8)에 의해 개폐될 수 있는 차단 제어 공간(6)으로 유입될 수 있도록 각각의 분사기(1)와 연동하되, 각각의 분사기(1)로 통하는 고압 연료 라인(3)으로부터 분기되는 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 바이패스 연료량이 차단 제어 장치(8)에 지연 공급될 수 있고, 그에 따라 각각의 분사기(1)의 개방 후에 바이패스 연료 라인(9)을 경유하여 반출되는 바이패스 연료량이 차단 제어 장치(8)를 이동시 켜 차단 제어 연료량이 차단 제어 공간(6)으로부터 반출되어 연료 공급 시스템의 저압 구역에 공급될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서, 바이패스 연료 라인(9)에 스로틀(10)이 통합되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 바이패스 연료량에 의해 차단 제어 장치(8)에 형성되는 압력은 차단 제어 장치(8)를 스프링 요소(11)에 의해 제공되는 스프링력을 거슬러 이동시킴으로써 차단 제어 연료량의 반출을 위해 차단 제어 공간(6)을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 차단 제어 장치(8)의 개방에 필요한 압력은 각각의 분사기(1)의 개방에 필요한 압력보다 더 작은 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 차단 제어 장치(8)는 차단 제어 밸브인 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 차단 제어 장치(8)에 압력 유지 장치(12)가 통합되되, 압력 유지 장치(12)는 차단 제어 장치(8)가 바이패스 연 료량에 의해 생성되는 압력에 의해 이동되면 차단 제어 연료량에 의해 생성되는 압력에 의해 스프링 요소(14)에 의해 제공되는 스프링력을 거슬러 이동될 수 있어 차단 제어 연료량의 반출을 위해 차단 제어 공간(6)을 연료 공급 시스템의 저압 구역에 연결하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제6항에 있어서, 압력 유지 장치(12)의 개방에 필요한 압력은 차단 제어 장치(8)의 개방에 필요한 압력보다 더 작은 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서, 압력 유지 장치(12)는 압력 유지 밸브인 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.