KR20130126906A - 내연 기관의 연료 분사 시스템 - Google Patents

Abstract

부스터 펌프(1)에 의해 고압 펌프(5)의 펌프 내부 챔버(3)와 연결된 탱크(2)를 포함하는 내연 기관의 연료 분사 시스템으로서, 펌프 내부 챔버(3)는 할당 유닛(10)을 통해 펌프 작동 챔버(9)와 연결되고, 또한 펌프 내부 챔버(3)는 밸브 하우징(17)과, 밸브 피스톤(18)과, 스프링 챔버(15) 안에 배치된 밸브 스프링(19)을 포함하는 오버플로우 밸브(16)를 통해 환류 라인(7)과 유압식으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명을 통해, 펌프 작동 챔버(9)의 충전 압력이 이송량에 따라 조정될 수 있는 연료 분사 시스템이 제공된다. 이를 달성하기 위해, 스프링 챔버(15)가 스로틀 회로에 의해 할당 유닛(10)에 연결된 유압 챔버와 연결된다.

Description

내연 기관의 연료 분사 시스템{FUEL INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 부스터 펌프에 의해 고압 펌프의 펌프 내부 챔버와 연결된 탱크를 포함하는 내연 기관의 연료 분사 시스템에 관한 것이며, 펌프 내부 챔버는 할당 유닛을 통해 펌프 작동 챔버와 연결되고, 또한 펌프 내부 챔버는 밸브 하우징과, 밸브 피스톤과, 스프링 챔버 안에 배치된 밸브 스프링을 포함하는 오버플로우 밸브를 통해 환류 라인과 유압식으로 연결된다.

내연 기관의 그와 같은 연료 분사 시스템은 DE 10 2008 042 089 A1호에 공지되어 있다. 상기 연료 분사 시스템의 경우, 할당 유닛에 연결된 유압 챔버는 연료 라인에 의해 고압 펌프의 3개의 펌프 작동 챔버와 연결된다. 상기 연료 분사 시스템의 오버플로우 밸브는 스로틀이 설치된 중공 피스톤을 가지며, 이 피스톤은 오버플로우 밸브의 스프링 챔버를 공급부에 연결한다. 이러한 구성 때문에, 할당 유닛 입구에서의 예압이 종전보다 더 보상되도록 제어되어야 하며, 강 소재의 연결 라인들이 사용되어도 날카로운 소음이 신뢰성 있게 방지되어야 한다.

또한, 할당 유닛에 연결된 유압 챔버는 소위 제로 이송 스로틀(zero delivery throttle)에 의해 탱크 또는 부스터 펌프로의 공급 라인에 연결될 수 있다. 그러한 제로 이송 스로틀을 통해, 제로 이송의 세팅 시 할당 유닛의 잠재 누출량이 배출되어야 한다.

본 발명의 과제는, 펌프 작동 챔버의 충전 압력이 이송량에 따라서 조정될 수 있는 연료 분사 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제는, 스프링 챔버가 스로틀 회로에 의해, 할당 유닛에 연결된 유압 챔버와 연결됨으로써 해결된다. 압력 분배기로서 작용하는 상기 스로틀 회로에 의해, 할당 유닛에 의해 제어되는 압력에 따라 오버플로우 밸브, 더 정확하게는 차압 제어 밸브의 스프링 챔버 내에서 더 높은 또는 더 낮은 압력이 조정된다. 그러므로 오버플로우 밸브 앞 압력은 밸브 스프링 특성 곡선의 순수 기계적 성분과 스프링 챔버 내 유압으로 구성된다. 스프링 챔버 내 압력이 변할 수 있기 때문에, 오버플로우 밸브 앞 압력 역시 변할 수 있다.

본 발명의 개선예에서 스로틀 회로는 스로틀이 접속된 라인 연결부이다. 할당 유닛 및 오버플로우 밸브는 일반적으로 고압 펌프의 펌프 하우징 안에 직접 통합되기 때문에, 라인 연결부는 예를 들어 연결 채널로서 형성될 수 있다. 이 경우 스로틀은 연결 채널 안에 내장된 스로틀 부재로써 구현되거나, 라인 연결부의 제조 공정에서 직경 감소부에 의해 구현된다.

본 발명의 개선예에서 스프링 챔버는 환류 라인과 연결되며, 또 다른 구성에서는 환류 라인 안에 환류 스로틀이 연결된다. 이 경우 환류 라인은 연결된 스로틀 뒤 임의의 지점에서 라인 연결부와도 연결될 수 있으며, 이때 환류 스로틀이 상기 연결 지점의 하류에서 환류 라인 안으로 연결되어야 한다.

본 발명의 개선예에서 스로틀은 환류 스로틀보다 더 작은 스로틀 레이트(throttle rate)를 갖는다. 다시 말해서 스로틀의 유동 횡단면이 환류 스로틀의 유동 횡단면보다 더 크다. 이러한 조정을 통해 할당 유닛의 개방 시 스프링 챔버 내 압력은 증가하는 반면, 할당 유닛의 폐쇄 시 스프링 챔버 내 압력은 대략 귀환 압력 수준으로 점차 강하한다. 스로틀과 환류 스로틀의 직경이 적절하게 조정됨으로써, 할당 유닛의 개방 위치와 폐쇄 위치 사이의 압력차가 거의 임의로 조정될 수 있다.

본 발명의 개선예에서 스로틀 및/또는 환류 스로틀의 상류에는, 예를 들어 개선예에서 디스크 필터로서 형성될 수 있는 필터가 연결된다. 그와 같은 필터 또는 디스크 필터를 통해 스로틀이 이물질로부터 신뢰성 있게 보호된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서 오버플로우 밸브의 차단 라인은 환류 라인과 연결된다. 또 다른 실시예에서 고압 펌프의 베어링 윤활제 배출 라인들도 마찬가지로 환류 라인과 연결된다. 이러한 실시예들을 통해 고압 펌프의 영역에서 연료 분사 시스템의 구조가 소형화될 수 있도록, 고압 펌프 내에서 모든 관련 라인들이 환류 라인으로 통하며, 그런 경우 환류 라인은 적절한 방식으로 외부 라인 연결부를 통해 탱크와 연결된다.

요약하면 본 발명에 따른 실시예에 의해 하기의 내용이 달성된다.

- 이송량에 따른 충전 압력이 인가되며, 예를 들어 충전 수요가 크면 충전 압력이 높게 조정되고, 소량의 연료만 공급되어야 하면 충전 압력은 낮게 조정된다.

- 훨씬 더 확장된 작동 영역이 달성되며, 다시 말해 가변 압력 레벨이 안정적으로 제어될 수 있다. (단지 한 번의 조정을 갖는) 단일의 오버플로우 밸브를 이용하여 스로틀 및 환류 스로틀의 스로틀 직경의 변경을 통해 상이한 압력 레벨들이 달성될 수 있다.

- 무엇보다도 밸브 스프링에서 작은 부품 부하가 달성된다.

- 고가의 밸브 스프링의 변경 억제 및 이용 억제로 비용 경감이 달성되며, 동시에 제어 압력이 종래 해법들에서보다 더 높게 조정될 수 있다.

- 필요 설치 공간이 작아지는데, 이는 종래 실시예들에서 제어 압력이 증가하면 밸브 스프링의 스프링 길이 역시, 특히 압력 맥동 시 진동 길이를 충분하게 설계하면, 증가하기 때문이다.

- 소위 원-액추에이터-시스템(one-actuator-system)(할당 유닛에 의해서만 제어압 제어)에서 스로틀은 추가로 제로 이송 스로틀의 기능을 인계받을 수 있다.

- 환류 스로틀은 추가로 스프링 챔버-댐핑 스로틀(damping throttle)을 인계받을 수 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 실시예들을 파악할 수 있는 도면 설명에서 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 상술한다.

도면은 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 주요 부품들의 상호 작용을 개략적으로 도시한다. 부스터 펌프(1)에 의해 연료가 탱크(2)로부터 필터 장치를 거쳐 고압 펌프(5)의 펌프 내부 챔버(3)로 이송된다.

고압 펌프(5)는 펌프 하우징을 가지며, 이 펌프 하우징 안에는 펌프 캠축이 회전가능하게 지지점들(4a, 4b)에 지지되어 있다. 지지점들(4a, 4b)은 연료로 윤활되고, 지지점들(4a, 4b)에서 펌프 내부 챔버(3)로부터 나오는 연료가 베어링 윤활제 배출 라인(6a, 6b)을 통해, 탱크(2)로 통하는 환류 라인(7) 안으로 배출된다. 펌프 캠축의 회전 운동 시 펌프 캠축은 롤러 태핏에 의해 펌프 피스톤(8)을 상하로 병진 운동을 하게 한다. 펌프 피스톤(8)과 상호 작용하는 펌프 작동 챔버(9)는 할당 유닛(10)에 의해 펌프 내부 챔버(3)에 연결될 수 있다. 펌프 작동 챔버(9)에 공급되는 연료량은 예를 들어 고압 어큐뮬레이터 내 압력에 따라서 할당 유닛(10)을 이용해 임의로 조절될 수 있다. 펌프 피스톤(8)의 상승 운동 시 펌프 작동 챔버에 제공된 연료는 고압 라인(11)을 통해 고압 어큐뮬레이터 안으로 이송된다. 작동 챔버(9)에 제공된 연료의 이러한 이송 과정에 필요한 흡입 밸브 및 고압 라인(11)의 차단을 위한 체크 밸브가 고압 펌프(5)의 펌프 실린더 헤드(12) 안에 직접 설치된다.

할당 유닛에 연결된 유압 챔버[펌프 작동 챔버(9)로의 연결 라인(13)으로 표시됨)는 라인 연결부(14)를 통해 오버플로우 밸브(16)의 스프링 챔버에 직접 또는 간접적으로 연결된다. 오버플로우 밸브(16)는 밸브 하우징(17)을 포함하고, 이 밸브 하우징 안에서 밸브 피스톤(18)이 밸브 스프링(19)의 힘에 대항하여 조정될 수 있다. 밸브 제어 챔버(20)는 필터의 연결에 의해서도 펌프 내부 챔버(3)와 [또는 할당 유닛(10)으로의 공급 라인과) 연결된다. 할당 유닛(10)의 폐쇄로 펌프 내부 챔버(3)의 연료 압력이 상승하면 밸브 피스톤(18)은 스프링 챔버(15) 방향으로 움직여서, 역시 환류 라인(7)으로 통하는 차단 라인(21)에 연결되어 있는 차단 개구를 개방한다. 상기 차단 라인(21)에 의해, 예컨대 제로 이송의 세팅 시 부스터 펌프(1)에 의해 이송된, 베어링 윤활에 필요하지 않은 연료가 차단된다.

설명한 것처럼, 할당 유닛(10)에 연결된 유압 챔버[연결 라인(13)]는 라인 연결부(14)에 의해 스프링 챔버(15)와 연결된다. 이 경우 라인 연결부(14) 내로 스로틀(22)이 연결된다. 또한, 스프링 챔버(15)는 환류 라인(7)과 연결되며, 환류 라인(7) 안에 스프링 챔버 근처에 환류 스로틀(23)이 설치된다. 라인 연결부(14)가 - 설명한 것처럼 - 환류 라인(7)에 의해 스프링 챔버(15)에 연결되면, 환류 스로틀(23)은 언제나 연결 지점의 하류에 배치된다. 스로틀(22)의 스로틀 직경은 환류 스로틀(23)의 스로틀 직경보다 더 크므로, 할당 유닛(10)이 개방되면 스프링 챔버(15) 내 압력이 상승하는 반면, 할당 유닛(10)이 폐쇄되면 스프링 챔버(15) 내 압력은 환류 라인(7) 내 압력으로 계속 감소한다.

스로틀(22)과 환류 스로틀(23)의 상류에는 필터, 특히 디스크 필터가 연결될 수 있다.

Claims (10)

1. 부스터 펌프(1)에 의해 고압 펌프(5)의 펌프 내부 챔버(3)와 연결된 탱크(2)를 포함하는 내연 기관의 연료 분사 시스템으로서, 펌프 내부 챔버(3)는 할당 유닛(10)을 통해 펌프 작동 챔버(9)와 연결되고, 또한 펌프 내부 챔버(3)는 밸브 하우징(17)과, 밸브 피스톤(18)과, 스프링 챔버(15) 안에 배치된 밸브 스프링(19)을 포함하는 오버플로우 밸브(16)를 통해 환류 라인(7)과 유압식으로 연결되는, 내연 기관의 연료 분사 시스템에 있어서,
   스프링 챔버(15)는 스로틀 회로에 의해, 할당 유닛(10)에 연결된 유압 챔버와 연결되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
2. 제1항에 있어서, 스로틀 회로는 스로틀(22)이 접속된 라인 연결부(14)인 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링 챔버(15)는 환류 라인(7)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
4. 제3항에 있어서, 환류 라인(7)에는 환류 스로틀(23)이 접속되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
5. 제4항에 있어서, 스로틀(22)은 환류 스로틀(23)보다 더 작은 스로틀 레이트를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스로틀(22) 및/또는 환류 스로틀(23)의 상류에 각각 필터가 연결되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
7. 제6항에 있어서, 필터는 디스크 필터인 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 오버플로우 밸브(16)의 차단 라인(21)이 환류 라인(7)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 고압 펌프(5)의 베어링 윤활제 배출 라인(6a, 6b)이 환류 라인(7)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 환류 라인(7)은 탱크(2)로 통해 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 연료 분사 시스템.

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