KR20130016218A

KR20130016218A - 내연기관의 연료 분사 장치

Info

Publication number: KR20130016218A
Application number: KR1020127023727A
Authority: KR
Inventors: 프리드리히 뵉킹
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2013-02-14
Also published as: US9328708B2; BR112012022866A2; CN102792007A; RU2012143480A; EP2545268A1; DE102010002801A1; US20120325173A1; WO2011110389A1; JP2013522514A; EP2545268B1

Abstract

본 발명은 사전 공급 펌프(1)와, 하류에 연결된 고압 펌프(7)를 포함하는 내연기관의 연료 분사 장치에 관한 것이며, 상기 고압 펌프는 고압 축압기(9)에 연결되고, 상기 고압 축압기(9)는 하나 이상의 연료 분사기(10)와 작동 연결되어 있다. 본 발명에 따라 연료 분사 장치가 제공되며 그와 같은 연료 장치의 작동 방법이 제시되므로, 상기 고압 축압기(9)에서 느린 압력 형성의 단점이 회피되며 오히려 내연기관의 빠른 시동이 가능해진다. 이는, 상기 사전 공급 펌프(1)가 공급 압력의 형성을 위해 설계되며, 적어도 내연기관의 규정된 작동 상태에서 연료 분사는 연료 분사기(10)를 이용해 상기 공급 압력에 의해 이루어지므로, 달성된다. 상기 사전 공급 펌프(1)에 의해 형성되는 공급 압력의 경우에, 상기 연료 분사기는 제어 장치에 의해 개방된다. 상기 연료 분사 장치를 작동하는 상응하는 방법이 제공되므로, 사전 공급 펌프(1)가 내연기관의 시동이 이루어질 때까지 시동 작동 모드에서 작동되며 또한 내연기관의 시동이 이루어지고 난 후에는 사전 공급 작동 모드에서 작동된다.

Description

내연기관의 연료 분사 장치{FUEL INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 사전 공급 펌프와, 하류에 연결되며 고압 축압기와 연결된 고압 펌프를 포함하는 내연기관의 연료 분사 장치에 관한 것으로서, 상기 고압 축압기는 하나 이상의 연료 분사기와 작동 연결되어 있다.

그와 같은 종류의 연료 분사 장치는 DE 10 2004 018 843 A1호에 공지되어 있다. 상기 연료 분사 장치는 커먼 레일 분사 장치로서 설계되었다. 커먼 레일 분사 장치의 경우에 내연기관의 정지 후 고압 축압기(레일)에서 압력은, 연료 분사기를 이용해 내연기관의 관련 연소실 안에 연료를 분사하는데 필요로 하는 충분히 큰 연료 압력이 내연기관의 후속 시동을 위해 이용되지 않으면, 떨어질 수 있다. 그럼에도, 내연기관의 시동을 가능하도록 하기 위해, 상기 연료 분사 장치는 전자 제어 모듈을 가지며, 전자 제어 모듈은 프리필(pre-fill) 알고리즘을 갖는다. 상기 고압 축압기가 프리필되지 않은 상태에 있으면, 전기에 의해 구동되는 펌프가 활성화된다는 점에서, 상기 프리필 알고리즘은 효과적이다. 상기 전자 제어 모듈은 상기 연료 분사 장치의 상태를 검출할 수 있는 하나 이상의 센서와 연결되어 있다. 상기 연료 분사 장치의 단점은, 필요한 연료 압력을 형성하기 위해 필요한 사소하지 않은 시간이 내연기관의 시동 때까지 항상 흐른다는 것이다. 게다가 상기 장치의 구축 비용이 많이 든다.

본 발명의 과제는 종래의 단점을 회피하면서 내연기관의 빠른 시동을 가능하게 하는 연료 분사 장치를 제공하고 상기 연료 장치의 구동 방법을 제공하는 데 있다. 그러므로 이는 적은 구축 비용으로 이루어진다.

본 발명의 과제를 해결하기 위해, 상기 사전 공급 펌프가 공급 압력의 형성을 위해 설계되었으며, 적어도 내연기관의 규정된 작동 상태에서 연료 분사는 상기 연료 분사기를 이용해 상기 공급 압력으로 이루어진다. 이때 상기 규정된 작동 상태는 특히 내연기관의 시동 과정이다. 상기 연료 분사 장치의 작동을 위한 상응하는 방법이 제공되므로, 상기 사전 공급 펌프는 내연기관의 시동이 이루어질 때까지 시동 작동 모드에서 작동되며 또한 내연기관의 시동이 이루어진 후에는 사전 공급 작동 모드에서 작동된다. 본 발명의 중요한 사상은 내연기관의 시동만을 위한 추가의 펌프나 제어 모듈을 이용하는 것이 아니라 내연기관의 빠른 시동의 가능성이라는 점에서 내연기관의 정상 작동에 필요한 요소들을 설계하는 것이다. 이때 본 발명은 상기 연료 분사기의 최소 개방 압력에 상응하는 연료 압력이 시동 단계에서 준비되는 경우 내연기관의 성공적 시동이 충분히 가능하다는 인식에서 출발한다. 이때 고려할 점은 그에 상응하는 연료 분사 장치에 쓰이는 오늘날 일반적인 연료 분사기가 고정 개방 압력을 갖지 않고 오히려 연료 분사기의 개폐가 그밖에 장치 전체를 관장하는 제어 장치에 의해 야기된다는 것이다. 그런 점에서 상기 최소 개방 압력은 한 편으로 상기 사전 공급 펌프에 의해 실행될 수 있는 공급 압력을 의미하지만, 다른 한 편으로 상기 압력은, 내연기관의 작동 챔버에서 압축된 연소 공기의 압력에 반하여 내연기관의 작동 챔버 안으로 연료 분사가 이루어질 정도로 커야 한다. 요약하면, 그와 같은 연료 압력이 얻어지면, 연료가 연료 분사기로부터 내연기관의 상응하는 작동 챔버 안으로 신뢰성 있게 분사될 수 있으며 내연기관의 시동이 야기될 수 있다.

본 발명의 개선예에서 사전 공급 펌프는 약 80 내지 120바아의 사전 압력을 형성하도록 설계되었다. 이와 같은 압력은 단지 단시간에 형성되어야 하기 때문에, 사전 공급 펌프가 이와 같은 공급 압력을 연속적으로 그리고 지속적으로 형성할 수 있도록 설계될 필요는 없다. 오히려 단지 단시간에 제공되는 과부하 작동 모드로서 시동 작동 모드를 설계하는 것으로 충분하다.

본 발명의 다른 실시예에서 상기 사전 공급 펌프는 기어 펌프이다. 특히 상기 기어 펌프가, 다른 실시예에서 제공되었던 것처럼, 전기로 작동되면, 사전 공급 펌프가 더 큰 전기 출력으로 작동되므로, 그와 같은 시동 작동 모드가 간단하게 실현될 수 있다. 그와 같은 경우 내연기관의 시동이 이루어지고 난 후 본 발명의 다른 실시예로서 사전 공급 펌프가 사전 공급 작동 모드에서 작동하며, 이때 공급 압력은 최대 8바아이다. 전기로 작동되는 기어 펌프가 작동하면, 그와 같이 작동되는 기어 펌프의 지속성과 관련하여 그와 같은 약 15배 과부하는 단시간에 단점없이 실현될 수 있다. 물론 본 발명의 범위 내에서 다른 적절한 사전 공급 펌프 역시 이용될 수 있다.

본 발명의 개선예에서 고압 펌프의 고압 펌프 작동 챔버가 흡입 밸브 및 체크 밸브와 연결되어 있다. 이때 흡입 밸브는 미터링 유닛에 의해 사전 공급 펌프와 연결되는 반면, 체크 밸브는 고압 축압기와 직접 연결되어 있다. 이와 같은 형성을 통해, 사전 공급 펌프로부터 고압 펌프를 우회하여 고압 축압기를 유사 충전할 수 있다. 이때 상기 고압 펌프가 구조적으로 어떻게 설계되는지는 중요하지 않다. 그러나 상기 고압 펌프가 예를 들어 내연기관의 크랭크축 또는 캠축에 의해 언제나 기계적으로 구동되기 때문에, 고압 펌프는 내연기관의 시동 동안 낮은 시동 속도로만 작동된다. 그러나 그와 같이 낮은 시동 속도의 경우에, 예를 들어 고압 펌프의 구동축의 베어링에 의해 발생하는 압력 손실 역시 작다. 이 경우 사실, 상기 베어링의 윤활 및/또는 고압 펌프의 배기를 보장하기 위해, 상기 고압 펌프의 정상 작동 동안 베어링을 통해 의도적으로 적은 양의 연료가 배출된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예들은 도면 설명에서 파악할 수 있으며, 도면에 도시된 본 발명의 실시예가 도면 설명에서 상술된다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 장치의 회로도이다.
도 2는 상기 연료 분사 장치의 압력 제어에 관한 그래프이다.

도 1에 따른 연료 분사 장치는 기어 펌프로서 형성된 사전 공급 펌프(1)를 갖는다. 사전 공급 펌프(1)는 전동기(2)에 의해 작동되며 또한 사전 공급 펌프(1)는 경우에 따라서는 여과 장치의 스위칭온 상태에서 연료, 특히 디젤 연료를 탱크(3)로부터 흡입한다. 사전 공급 펌프(1)에 의해 공급되는 연료는 일반적으로 전기에 의해 작동되는 미터링 유닛(4) 및 흡입 밸브(5)에 의해 고압 펌프(7)의 고압 작동 챔버(6)에 공급된다. 고압 작동 챔버(6)는 추가로 체크 밸브(8)에 의해 고압 축압기(9)와 연결되어 있다. 고압 축압기(9)는 다시 고압 라인에 의해 내연기관의 실린더 유닛의 수에 상응하는 연료 분사기(10)와 연결되어 있다.

상기 미터링 유닛(4)은 정상적 작동 동안, 고압 펌프(7)에 공급되는 연료량을 고압 축압기(9) 내에 존재하는 연료 압력에 의존하여 제어한다. 시동 작동 모드 동안 미터링 유닛(4)은, 제어 오리피스가 개방되도록, 즉 사전 공급 펌프(1)에 의해 공급되는 전체 연료량이 고압 펌프(7)에 공급되도록 스위칭온 된다. 상기 흡입 밸브(5)는, 고압 펌프의 펌프 작동 동안, 고압 작동 챔버(6) 내에 위치하는 연료가 다시 미터링 유닛(4)으로의 라인에 도달할 수 없도록 형성되었다. 상기 고압 펌프는 하나 또는 복수의 펌프 피스톤(11)을 가지며, 상기 펌프 피스톤(들)은 하나 또는 복수의 펌프 실린더(들)(12) 내에서 구동축에 의해 상하 운동을 하며 흡입 행정 동안 고압 펌프 작동 챔버(6) 안으로 들어오는 연료를 체크 밸브(8)에 의해 고압 축압기(9)에 공급한다.

시동 작동 모드에서 본 발명에 따라, 기어 펌프로서 형성된 사전 공급 펌프(1)가 정상적인 사전 공급 작동 모드에서보다 더 높은 전기 출력으로 작동하며, 고압 축압기(9) 내에서 최대 120바아의 압력으로 단시간에 연료를 공급한다. 이러한 압력은 연료 분사기(10)에 의해 내연기관의 작동 챔버 안에 신뢰할 수 있는 연료 분사를 가능하게 하는데 충분하다.

도 2에 따른 2개부의 그래프에 있어서, 윗부분에는 상기 연료 분사 장치에 의해 형성된 연료 압력이 시간 축을 따라서 도시되어 있으며, 아랫부분에는 연료 분사기를 통해 이루어진 분사가 역시 시간 축을 따라서 도시되어 있다. 포물선 형상 곡선(13)은 시동 작동 모드에서 사전 공급 펌프(1)를 이용해 가해지는 공급 압력을 나타내며, 포물선 정점의 영역에서 공급 압력은 80 내지 120바아에 이른다. 상기 공급 압력은 포물선 형상 곡선(13)에서 시작하여 제어 영역(14)에서 제어될 수 있으므로, 공급 압력이 상응하는 시간 동안 120바아의 레벨에서 유지될 수 있어서, 파선으로 표시된 곡선(13a)에 의하면 1 내지 8바아 범위에서 사전 공급 압력에 대해 리세팅될 수 있다. 이와 동시에, 고압 펌프(7)에 의해 형성되는 압력 상승(15)이 상기 그래프에 도시되어 있으며, 이때 상기 압력 상승은 내연기관의 시동 후에 형성된다. 그 아래 도시된 그래프 영역에서, 동시에 상기 연료 분사기(10)를 통해 이루어지는 분사가 도시되어 있다. 이때 상기 전체 장치를 제어하는 제어 장치에 의해 야기되는 제1 분사(16)는, 포물선 형상 곡선(13)에 상응하게 사전 공급 펌프(1)에 의해 120바아의 공급 압력이 달성되는 시점에 이루어진다.

Claims

사전 공급 펌프(1)와, 하류에 연결된 고압 펌프(7)를 포함하는 내연기관의 연료 분사 장치이며, 상기 고압 펌프는 고압 축압기(9)와 연결되고, 고압 축압기(9)는 하나 이상의 연료 분사기(10)와 작동 연결되어 있는 내연기관의 연료 분사 장치에 있어서,
상기 사전 공급 펌프(1)는 공급 압력의 형성을 위해 설계되어 있고, 적어도 내연기관의 규정된 작동 상태에서 연료 분사가 상기 연료 분사기(10)를 이용해 상기 공급 압력으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
제1항에 있어서, 상기 규정된 작동 상태는 내연기관의 시동 과정인 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 사전 공급 펌프(1)는 최대 120바아의 공급 압력을 형성하는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 공급 펌프(1)는 기어 펌프인 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 공급 펌프(1)는 전기에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 펌프(7)의 고압 펌프 작동 챔버(6)는 흡입 밸브(5) 및 체크 밸브(8)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 공급 펌프(1)는 시동 작동 모드 및 사전 공급 작동 모드에서 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
제7항에 있어서, 상기 사전 공급 펌프(1)는 내연기관의 시동이 이루어지고 난 후 사전 공급 작동 모드에서 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치.
사전 공급 펌프(1)와, 하류에 연결된 고압 펌프(7)를 포함하는 내연기관의 연료 분사 장치의 작동 방법이며, 상기 고압 펌프는 연료 분사기(10)와 작동 연결되는 고압 축압기(9)와 연결된, 내연기관의 연료 분사 장치의 작동 방법에 있어서,
사전 공급 펌프(1)는 내연기관의 시동이 이루어질 때까지 시동 작동 모드에서 작동되며, 시동 작동 모드 동안에는 연료 분사기(10)를 통해, 사전 공급 펌프(1)에 의해 형성된 공급 압력으로 연료 분사가 이루어지며, 사전 공급 펌프(1)는 내연기관의 시동이 이루어지고 난 후 사전 공급 작동 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치의 작동 방법.
제9항에 있어서, 사전 압력 펌프(1)는 사전 공급 펌프(1)의 공급 압력이 연료 분사기(10)의 최소 개방 압력에 상응하도록 시동 작동 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치의 작동 방법.
제9항에 있어서, 사전 압력 펌프(1)는 시동 작동 모드에서 최대 120바아의 공급 압력으로 제어되고 사전 공급 작동 모드에서 최대 8바아의 공급 압력으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연료 분사 장치의 작동 방법.