KR20130098397A - 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치 - Google Patents

Abstract

내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
하나 이상의 분사기(1)를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치에 있어서, 상기 분사기가 고압 축압기(6)와, 상기 분사기(1) 내에서 축 방향으로 변위 가능하게 안내되고 노즐실(19)에 의해 둘러싸이는 노즐 니들(15)과, 상기 고압 축압기(6)를 노즐실(19)에 연결하는 고압 라인(8), 및 상기 고압 라인(8)과 평행하게 배열되고 상기 노즐실(19)과 소통하며 공진기 드로틀(21)을 통해 고압 축압기(6)로 개방되는 공진기 라인(20)을 갖춘 분사기 몸체를 포함하며, 적어도 상기 고압 축압기(6)에 인접한 부분들에 있는 상기 공진기 라인(20) 및 고압 라인(8)이 유지 몸체(5) 내에 형성되며, 상기 유지 몸체의 단부 면이 상기 고압 축압기(6)를 형성하는 축압기 파이프(22)에 나사 연결된다.

Description

내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치 {DEVICE FOR INJECTING FUEL INTO THE COMBUSTION CHAMBER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치에 관한 것으로서, 상기 분사기는 고압 축압기와, 상기 분사기 내에서 축 방향으로 변위 가능하게 안내되고 노즐실에 의해 둘러싸이는 노즐 니들과, 상기 고압 축압기를 노즐실에 연결하는 고압 라인, 및 상기 고압 라인과 평행하게 배열되고 상기 노즐실과 소통하며 공진기 드로틀을 통해 고압 축압기로 개방되는 공진기 라인을 갖춘 분사기 몸체를 포함한다.

커먼 레일 시스템에 있어서, 엔진의 연소실로 연료를 분사시키기 위해 전자 제어식 분사기들이 사용된다. 그와 같은 분사기들에 사용되는 서보 밸브들은 분사 노즐이 매우 급속히 폐쇄되게 하는 원인이 됨으로써 연속적인 고압 보어들 내의 연료의 관성으로 인해 노즐 시트 상에 강한 압력 맥동이 생성되는데, 이는 강한 마모를 초래할 것이다. 대부분의 불리한 경우들에 있어서, 거기서 발생하는 압력 피크들은 레일 압력보다 500 바(bar)까지 더 높을 것이다.

연속적인 급속 분사 과정들에 있어서, 그와 같은 압력 진동들은 또한 분사률들의 강한 편차들을 초래한다. 예를 들어, 압력 진동이 예비 분사에 의해 노즐 시트에 유도되면, 노즐 니들의 일정한 개방 시간에서 제 2 연속 분사를 위한 분사량은 상기 제 2 분사가 상기 압력 진동의 최대 또는 최소에서 실행되었는지에 의존할 것이다. 그러므로 유압 시스템의 임의의 작동 상태에 있는 분사기에서 가능한 한낮은 압력 진동이 바람직하다.

특허 문헌에서, 유압 시스템들에서 압력 진동들을 회피하기 위한 다수의 대책들이 설명되어 있다. 대부분의 경우들에서, 이들은 감쇠 체적들, 드로틀 장치들, 밸브 장치들 또는 이들 대책의 조합을 포함한다. 가장 빈번하게 사용되는 것은 정적 압력 에너지로 유동 에너지의 소산에 기여해야 하는 드로틀 장치들이다.

따라서, 예를 들어 EP 1 217 202 A1호로부터, 고압 진동들의 더욱 급속한 감쇠를 가능하게 하기 위해서 역지 밸브뿐만 아니라 소산 요소를, 고압 라인(커먼 레일)부터 출발하여 분사기에 도달하는 고압 보어 내에 평행하게 배열하는 것이 공지되어 있다.

고압 라인으로부터 공급되는 연료 분사 라인 내의 압력 맥동들을 최소화하기 위해서, 분사 라인의 횡단면을 감소시키는 드로틀이 DE 160 785 A1호에 따라서 고압 라인에 대한 연결 지점에 제공된다.

WO 2007/143768 A1호로부터, 분사기와 고압 축압기 사이의 고압 라인과 평행하게 배열되는 공진기 라인이 제공되며, 고압 축압기 측에 공진기 드로틀을 포함하는 구성이 인용될 수 있다. 공진기 드로틀은 바람직하게, 고압 축압기로의 공진기 라인의 입구에 배열된다.

따라서, 고압 라인이 두 개의 상호 독립적인 부분들로 분할되는 구성이 WO 2007/143768 A1호로부터 공지되는데, 여기서 두 개의 부분들 중 하나는 노즐 시트에 생성되는 압력 진동들이 두 개의 부분들에서 상이하게 반사되고 그 반사된 진동들이 그들의 위상 오프셋으로 인해 거의 소멸되게 하는 드로틀을 갖추고 있다. 그렇게 함으로써, 유압 시스템의 기능은 드로틀이 없을 때와 동일한 방식으로 정확히 재생되는데, 이는 단지 라인 진동들이 소멸되기 때문이다.

그러나 그런 경우에, 공진기 드로틀의 전이 영역에 응력들이 발생하며, 여기서 고압 축압기의 몸체로 가압되는 봉-형상의 공진기 요소에서 미세운동들이 관찰된다는 점이 문제점이며, 따라서 압입식(pressed-in) 봉형상의 공진기와 같은 공진기 몸체의 구성이 이들 미세운동들로 인해 그리고 또한 제한된 압입력들로 인해 1800 바보다 높은 시스템 압력에서 더 이상 사용될 수 없다.

그러므로, 본 발명은 1800 바보다도 높은 시스템 압력들에서도 공진기 요소의 안전하고 안정한 배열을 확보하며 공진기 드로틀과 고압 압력 보어 각각의 전이 영역에서 응력들을 감소시키고자 하는 것이다.

이러한 목적을 해결하기 위해서, 적어도 고압 축압기에 인접한 부분들에 있는 공진기 라인과 고압 라인이 유지 몸체 내에 형성되며 유지 몸체의 단부 면이 고압 축압기를 형성하는 축압기 파이프 내측에 나사 연결되는, 서두에 정의된 종류의 장치로부터 출발하는 본 발명이 본질적으로 제공된다. 따라서 유지 몸체는 고압 보어 및 공진기 요소의 평행하게 배열된 공진기 보어 모두를 포함하며, 유지 몸체의 단부 면이 고압 축압기를 형성하는 축압기 파이프 내측에 나사 연결된다는 사실에 의해 고압 축압기와 공진기 요소의 보어들 사이에 직접적인 연결의 확보, 및 나사 연결로 인해 높은 시스템 압력들에 적합한 극히 안정한 연결의 달성을 초래할 것이다. 간단한 방식의 나사 연결은 원추형 시트의 영역에 충분한 접촉 압력들을 가할 수 있게 하며, 유지 몸체의 단부 면이 유지 몸체와 축압기 파이프 사이의 연결부를 밀봉하기 위해서 축압기 파이프 상의 원추형 시팅과 협력하는 원추형 시팅을 포함하는, 이러한 맥락에서 바람직한 구성이 제공된다. 그와 같은 원추형 시트는 공진기 드로틀을 포함하는 유지 몸체의 안정화 및 효과적인 밀봉 모두를 초래함으로써, 높은 시스템 압력에서도 조차 미세 운동들을 방지한다. 추가의 바람직한 구성에 따라서 유지 몸체의 원추형 시팅의 원뿔 각이 축압기 파이프의 원추형 시팅의 원뿔 각보다 더 작으면, 축압기 파이프와 유지 몸체 사이의 원형 라인의 접촉이 원추형 시트의 영역에서 달성될 것이며, 각각의 접촉 파트너들 내측으로 도입되는 힘들의 집중이 이러한 접촉 라인을 따라서 발생하며, 축압기 파이프의 에지는 이러한 영역 내에 있는 유지 몸체의 원추형 시팅 내측으로 균일하게 가압될 수 있으며, 이는 안정화를 추가로 향상시킨다.

공진기 드로틀과 공진기 라인 사이의 전이 영역에서 응력들의 발생을 최소화하기 위해서, 축압기 파이프 내측에 나사 연결되는 유지 몸체의 단부 면이 공진기 라인의 마우스 및 고압 라인의 마우스를 둘러싸는 환형 오목부를 포함하는 발명이 바람직한 추가의 개량 예에 따라 제공된다. 그와 같은 환형 오목부의 영역에서, 고압 축압기 내에 만연하는 유체 압력은 상기 전이 영역의 방향으로 작용하는 힘들을 유지 몸체의 내측으로 도입하는데 사용될 수 있다. 이런 경우에 전이 영역의 방향으로 유지 몸체 상에 외부에서 작용하는 힘들은 공진기 라인 내의 상기 전이 영역에서 발생하는 힘들에 대한 저항력으로서 작용함으로써, 전체적으로 안정화 효과가 달성될 것이며 바람직하지 않은 국부 응력 상황들이 방지될 것이다.

환형 오목부가 유지 몸체의 단부 면 상의 환형 돌기에 의해 둘러싸이는 경우에, 이러한 맥락에서의 향상된 효과가 바람직한 추가의 개량 예에 따라 달성될 것이며, 상기 돌기는 단부 면을 가지며 상기 단부 면의 반대 쪽에서 공진기 라인의 마우스가 축 방향으로 뒤에 세워지는 방식으로 배치된다.

유리한 방식에서, 유지 몸체의 직경이 공진기 라인의 직경의 4 배 이상, 바람직하게 8 배 이상에 대응하는 발명이 제공된다.

이후에, 본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 예시적인 실시예를 통해서 더욱 구체적으로 설명될 것이다.

본 명세서에서,
도 1은 고압 축압기를 갖춘 분사기의 개략적인 횡단면도이며,
도 2는 유지 몸체 및 고압 축압기의 영역의 상세도이며,
도 3은 공진기 라인과 고압 축압기 사이의 연결 영역의 상세도이다.

도 1은 분사 노즐(2), 드로틀 판(3), 밸브 판(4), 지지 몸체(5) 및 고압 축압기(6)를 포함하는 분사기(1)를 도시하며, 여기서 지지 몸체(5)와 나사 연결된 노즐 클램핑 너트(7)는 분사 노즐(2), 드로틀 판(3) 및 밸브 판(4)을 함께 유지한다. 공회전 상태에서, 솔레노이드 밸브(13)는 고압 연료가 고압 축압기(6)로부터 고압 라인(8), 횡방향 연결부(9) 및 입구 드로틀(10)을 통해서 분사 노즐(2)의 제어실(11)로 유동하도록 폐쇄되나, 아직까지는 출구 드로틀(12)을 통한 제어실(11)로부터의 배수는 솔레노이드 밸브(13)의 밸브 시트에 의해 차단된다. 노즐 스프링(14)의 힘과 함께 제어실(11)에 가해진 시스템 압력은 노즐 니들(15)을 노즐 니들 시트(16) 내측으로 가압하여 스프레이 구멍(17)들이 폐쇄되게 한다. 솔레노이드 밸브(13)가 작동될 때, 솔레노이드 밸브 시트를 통한 통행이 가능해질 것이며, 연료가 제어실(11)로부터 출구 드로틀(12), 솔레노이드 밸브 고정실 및 저압 보어(18)를 통해서 연료 탱크(도시 않음)로 역류할 것이다. 제어실(11)에서, 입구 드로틀(10) 및 출구 드로틀(12)의 유동 횡단면들에 의해 형성되는 평형 압력이 설정되며, 평형 압력은 너무 낮아서 노즐실(19) 내에 가해진 시스템 압력이 노즐 니들(15)을 개방할 수 있으며, 노즐 니들은 분사 구멍(17)들을 깨끗이 하여 분사를 실행하도록 노즐 몸체 내에서 길이방향으로 변위 가능하게 안내된다.

축압기(6), 고압 라인(8) 및 노즐실(19) 내의 연료의 관성을 고려하여, 중압(heavy pressure) 진동들이 노즐 니들(15)의 폐쇄시에 바로 노즐 시트(16) 상에서 발생하는데, 이는 유동 연료가 매우 짧은 시간 내에 제동되어야 하기 때문이다. 압력 진동들을 감소시키기 위해서, 공진기가 사용된다. 공진기는 고압 라인(8)과 동일한 길이 및 동일한 직경을 가지는 공진기 라인(20)뿐만 아니라, 공진기 라인(20)의 축압기-측 단부에 부착되어 공진기 라인을 축압기(6)에 연결하는 공진기 드로틀(21)로 구성된다. 솔레노이드 밸브(13)를 폐쇄할 때, 노즐 시트(16)에 형성되는 압력 펄스는 노즐실(19)을 통해서 고압 라인(8) 및 공진기 라인(20)으로 전파될 것이다. 고압 라인(8)의 단부에서, 축압기(6) 내측으로의 전이부에 있는 개방 단부 상의 압력 펄스의 반사가 발생할 것이다. 동시에, 공진기 라인(20) 내에서 이동하는 압력 펄스는 폐쇄 단부 상의 공진기 드로틀(21)에 반사될 것이다. 두 개의 반사된 압력 펄스들은 상이한 형태들(개방 및 폐쇄 단부들)의 반사로 인해 180°만큼 위상-변위되며, 따라서 노즐실(19)로 함께 다가올 때 서로 상쇄된다. 결과적으로, 더 이상의 압력 펄스들이 노즐 시트(16)에서 발생하지 않을 것이며, 따라서 그곳의 마모가 상당히 감소 되게 된다.

도 2에 따른 상세도로부터, 유지 몸체(5)의 단부 면에는 고압 축압기(6)를 형성하는 축압기 파이프(22)에 나사 연결됨이 자명하다. 유지 몸체(5)의 단부 면에는 유지 몸체(5)와 축압기 파이프(22) 사이의 연결부를 밀봉하기 위해서 축압기 파이프(22) 상의 원추형 시팅(24)과 협력하는 원추형 시팅(23)을 가진다. 환형 시일(25)이 추가의 밀봉을 제공한다.

도 3으로부터, 유지 몸체(5)의 원추형 시팅(23)의 원뿔 각이 축압기 파이프(22)의 원추형 시팅(24)의 원뿔 각보다 더 작으며, 유지 몸체(5)의 원추형 시팅(23)은 축압기 파이프(22)의 내벽(26)으로부터 고압 축압기(6)의 내측으로 돌출함이 자명하다. 축압기 파이프(22)에 나사연결되는 유지 몸체(5)의 단부 면이 공진기 라인(20)의 마우스 및 고압 라인(8)의 마우스를 둘러싸는 환형 오목부(27)를 포함함이 또한 자명하다. 환형 오목부(27)는 유지 몸체(5)의 단부 면 상에 제공된 환형 돌기(28)에 의해 둘러싸이며, 그 돌기는 단부 면(29)을 가지며 그 단부 면의 반대 쪽에 공진기 라인(20)의 마우스 및 공진기 드로틀(21)이 축 방향으로 뒤에 세워지는 방식으로 배치된다.

Claims (7)

1. 하나 이상의 분사기(1)를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치로서, 상기 분사기가 고압 축압기(6)와, 상기 분사기(1) 내에서 축 방향으로 변위 가능하게 안내되고 노즐실(19)에 의해 둘러싸이는 노즐 니들(15)과, 상기 고압 축압기(6)를 노즐실(19)에 연결하는 고압 라인(8), 및 상기 고압 라인(8)과 평행하게 배열되고 상기 노즐실(19)과 소통하며 공진기 드로틀(21)을 통해 고압 축압기(6)로 개방되는 공진기 라인(20)을 갖춘 분사기 몸체를 포함하는, 하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치에 있어서,
   적어도 상기 고압 축압기(6)에 인접한 부분들에 있는 상기 공진기 라인(20) 및 고압 라인(8)이 유지 몸체(5) 내에 형성되며, 상기 유지 몸체의 단부 면이 상기 고압 축압기(6)를 형성하는 축압기 파이프(22)에 나사 연결되는 것을 특징으로 하는,
   하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유지 몸체(5)의 단부 면은 상기 유지 몸체(5)와 축압기 파이프(22) 사이의 연결부를 밀봉하기 위해서 상기 축압기 파이프(22) 상의 원추형 시팅(24)과 협력하는 원추형 시팅(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 유지 몸체(5)의 원추형 시팅(23)의 원뿔 각은 상기 축압기 파이프(22)의 원추형 시팅(24)의 원뿔 각보다 더 작은 것을 특징으로 하는,
   하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
   
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 유지 몸체(5)의 원추형 시팅(23)은 상기 축압기 파이프(22)의 내벽(26)으로부터 고압 축압기(6)의 내측으로 돌출하는 것을 특징으로 하는,
   하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 축압기 파이프(22)에 나사연결되는 유지 몸체(5)의 단부 면은 공진기 라인(20)의 마우스 및 고압 라인(8)의 마우스를 둘러싸는 환형 오목부(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 환형 오목부(27)는 유지 몸체(5)의 단부 면 상의 환형 돌기(28)에 의해 둘러싸이며, 상기 돌기는 단부 면(29)을 가지며 상기 단부 면의 반대 쪽에서 공진기 라인(20)의 마우스가 축 방향으로 뒤에 세워지는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
   하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유지 몸체(5)의 직경은 상기 공진기 라인(20)의 직경의 4 배 이상, 바람직하게 8 배 이상에 대응하는 것을 특징으로 하는,
   하나 이상의 분사기를 갖춘 내연기관의 연소실로의 연료 분사 장치.
   

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