KR20140108581A

KR20140108581A - 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하는 장치

Info

Publication number: KR20140108581A
Application number: KR1020147020998A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 슈네트
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-09-11
Also published as: AT512437B1; KR102009766B1; AT512437A1; US20140345569A1; WO2013111008A1; EP2807366A1; EP2807366B1; US10371111B2

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 분사기(1)를 포함하는 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하는 장치에 관한 것이며, 상기 분사기(1)는 분사기 몸체 내에 통합된 고압 어큐뮬레이터(6), 축 방향으로 이동 가능하게 안내되고 노즐 챔버(19)에 의해 둘러싸인 노즐 니들(15)을 포함하는 분사 노즐(2), 상기 고압 어큐뮬레이터(6)와 상기 노즐 챔버(19)를 연결하는 고압 보어(8), 및 상기 고압 어큐뮬레이터(6)에 고압 연료를 공급하기 위한 공급 보어(22)를 포함하고, 상기 공급 보어(22)는 분사기 몸체의 측면에 배치된 랜스 접속부(25)를 포함한다. 상기 공급 보어(22)는 고압 보어(8)로부터 분리된 보어이고, 랜스 접속부(25)를 고압 어큐뮬레이터(6)에 직접 연결한다.

Description

내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하는 장치{DEVICE FOR INJECTING FUEL INTO THE COMBUSTION CHAMBER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 적어도 하나의 분사기를 포함하는, 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하는 장치에 관한 것이며, 상기 분사기는 분사기 몸체 내에 통합된 고압 어큐뮬레이터, 축 방향으로 이동 가능하게 안내되고 노즐 챔버에 의해 둘러싸인 노즐 니들을 포함하는 분사 노즐, 상기 고압 어큐뮬레이터와 상기 노즐 챔버를 연결하는 고압 보어, 및 상기 고압 어큐뮬레이터에 고압 연료를 공급하기 위한 공급 보어를 포함하고, 상기 공급 보어는 분사기 몸체의 측면에 배치된 랜스 접속부를 포함한다.

상기 방식의 분사기는 시스템 내에 있는 어큐뮬레이터 체적의 일부가 분사기 자체 내에 있는 것을 특징으로 하는 모듈식 커먼-레일 시스템에 사용된다. 모듈식 커먼 레일 시스템은 특히 개별 분사기들이 경우에 따라 서로 큰 간격을 두고 장착되어 있는 대형 엔진에 사용된다. 모든 분사기에 대해 공통인 하나의 레일을 사용하는 것은 상기 엔진에 바람직하지 않은데, 그 이유는 긴 라인으로 인해 분사 동안 분사 압력을 크게 떨어뜨릴 수 있어서, 더 긴 분사 지속 시간의 경우 분사 레이트가 현저히 떨어질 것이기 때문이다. 따라서, 이러한 엔진의 경우 고압 어큐뮬레이터가 각각의 분사기의 내부에 배치된다. 이러한 구성 방식은 모듈식 구성이라 하는데, 그 이유는 각각의 개별 분사기가 자신의 고유 고압 어큐뮬레이터를 포함함으로써, 독자적인 모듈로서 사용될 수 있기 때문이다. 이 경우, 고압 어큐뮬레이터는 통상의 라인이 아니라, 공급 라인 또는 배출 라인을 가진 내압성 용기이며, 상기 용기의 직경은 고압 라인에 비해 현저히 커지기 때문에, 고압 어큐뮬레이터로부터 특정 분사량이 즉각적인 압력 강하 없이 배출될 수 있다.

모듈식 커먼 레일 시스템의 분사기에는 고압 연료가 고압 펌프로부터 공급되고, 상기 공급은 고압 어큐뮬레이터의 상부 면에 있는 분사기의 고압 접속부를 통해 (소위 탑 피드) 또는 분사기의 측면에 접촉하는 랜스를 통해 (소위 사이드 피드) 이루어진다. 사이드 피드에서 랜스는 분사기의 랜스 접속부를 통해 공급 보어 내로 통하고, 상기 공급 보어는 고압 어큐뮬레이터를 노즐 예비 챔버에 연결하는 고압 보어 내로 통한다. 기본적으로, 사이드 피드는 특히 대형 엔진에서 일련의 장점을 갖는데, 그 이유는 사이드 피드가 횡으로 실린더를 통해 분사기로의 연료 안내를 허용하므로 공급부의 길이가 탑 피드에 비해 일반적으로 짧아질 수 있기 때문이다. 물론, 종래 구성 방식의 사이드 피드는 고압 연료가 분사 동안 랜스 접속부로부터 분사 노즐로 직접 흐른다는 단점을 갖고, 이는 고압 어큐뮬레이터에서 연료의 불충분한 교환을 야기한다. 그러나, 연료의 교환은 잔류물의 침착 또는 생성이 일어나지 않도록 하기 위해 중요하다. 침착 또는 잔류의 위험은 특히 고점성 연료의 사용시, 예를 들면 대형 디젤 엔진에 중유의 사용시 나타난다. 사이드 피드를 이용한 전술한 구성 방식의 다른 단점은 고압 보어 내로 통하는 공급 보어의 지점, 대개 T-연결부의 형태로 구현되는 지점이 강도 면에서 바람직하지 않다는 것이다.

본 발명의 과제는 상기 단점, 특히 모듈식 커먼 레일 분사기의 고압 어큐뮬레이터 내에 침착물 또는 잔류물의 생성을 방지하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따라, 전술한 방식의 분사 장치에 있어서, 공급 보어가 고압 보어로부터 분리된 보어이고, 랜스 접속부를 고압 어큐뮬레이터에 직접 연결하는, 분사 장치가 제공된다. 이로 인해, 분사기에 공급된 연료의 전체 량이 고압 어큐뮬레이터를 통해 안내됨으로써, 고압 어큐뮬레이터에서 연료의 충분한 교환이 이루어질 수 있는 것이 보장된다. 상기 연료 안내는 소용돌이의 생성을 촉진함으로써, 고압 어큐뮬레이터의 더 나은 통기가 이루어진다.

특히 바람직한 구성에서는 랜스 접속부가 지지 몸체에 형성되고, 상기 지지 몸체의 전방 면은 고압 어큐뮬레이터를 형성하는 어큐뮬레이터 파이프와 연결, 특히 나사 결합된다.

커먼 레일 시스템에서는 전자 제어식 분사기가 엔진 연소실 내로 연료의 분사를 위해 사용된다. 상기 분사기에 사용되는 서보 밸브는 분사 노즐의 매우 신속한 폐쇄를 일으킨다. 분사 노즐의 폐쇄시, 연료는 폐쇄된 라인 단부를 향해 움직이고, 연료의 관성으로 인해 분사 노즐 전방의 압력은 현저히 상승한다. 상기 압력 피크는 앞으로 분사 노즐과 고압 어큐뮬레이터 사이의 고압 보어에서 이리 저리 움직이고, 노즐 시트에는 강한 압력 맥동이 생기며, 상기 맥동은 여기서 심한 마모를 일으킨다. 여기서 발생하는 압력 피크는 바람직하지 않은 경우 레일 압력보다 500 바아까지 정도 더 높다.

상기 압력 진동은 신속하게 연속하는 분사 과정에서 분사 레이트의 심한 변동을 야기한다. 예를 들면, 예비 분사에 의해 노즐 시트에서 압력 진동이 유도되면, 제 2의, 후속하는 분사에 대한 노즐 니들의 개방 시간이 일정할 때 분사량은, 제 2 분사가 최대 압력 진동에서 이루어지는지 또는 최소 압력 진동에서 이루어지는지의 여부에 의존한다. 따라서, 유압 시스템의 모든 작동 상태에서 분사 노즐의 가능한 낮은 압력 변동이 바람직하다.

압력 맥동의 감소 가능성은 WO 2007/143768 A1에 나타나며, 여기서는 분사 노즐과 고압 어큐뮬레이터 사이의 고압 라인에 대해 평행하게 접속된 공진기 라인이 제공되고, 상기 공진기 라인은 고압 어큐뮬레이터 측에 공진기 스로틀을 포함한다. 바람직하게 공진기 스로틀은 고압 어큐뮬레이터 내로 공진기 라인의 유입부에 배치된다. WO 2007/143768 A1호에 공지된 디자인에 따라, 고압 라인은 2개의 서로 독립적인 영역으로 나눠지고, 상기 영역 중 하나에 스로틀이 설치됨으로써, 노즐 시트에 생긴 압력 진동이 2개의 영역에서 상이하게 반사되고, 반사된 진동들은 그 위상 오프셋으로 인해 거의 제거된다. 상기 방식의 압력 펄스 감소는 사이드 피드를 이용한 종래의 연료 공급시 최적으로 작용하지 않는데, 그 이유는 여기서 측면 연료 공급부는 고압 보어 내로 합류되고, 합류 지점에서 압력파의 반사 및 중첩이 일어나며, 상기 반사 및 중첩은 상기 공진기 시스템에 의한 압력파의 제거를 방해하기 때문이다. 연료의 공급이 랜스 접속부로부터 직접 고압 어큐뮬레이터 내로 이루어지는 본 발명에 따른 디자인에 의해, 상기 합류 지점의 방해 영향이 제거되므로, 공진기 시스템은 압력 펄스를 효과적으로 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 디자인은 노즐 니들이 그 개방 및 폐쇄 운동의 제어를 위해 가압 연료가 공급될 수 있는 제어실 내의 압력에 의해 축 방향으로 가압될 수 있는 분사기에서 특히 바람직하다. 제어실은 공급 스로틀을 구비한 공급 채널 및 배출 스로틀을 구비한 배출 채널과 연결되고, 공급 채널 또는 배출 채널을 개방 또는 폐쇄하는 적어도 하나의 제어 밸브가 제공되며, 상기 제어 밸브에 의해 제어실 내의 압력이 제어될 수 있다.

본 발명에 의해, 모듈식 커먼 레일 분사기의 고압 어큐뮬레이터 내에 침착물 또는 잔류물의 생성이 방지된다.

이하, 본 발명이 도면에 개략적으로 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다.

도 1은 고압 어큐뮬레이터를 구비한, 선행 기술에 따른 분사기의 개략적인 횡단면도.
도 2는 본 발명에 따른 분사기의 개략도.

도 1에는 분사 노즐(2), 스로틀 판(3), 밸브 판(4), 지지 몸체(5) 및 고압 어큐뮬레이터(6)를 포함하는 분사기(1)가 도시된다. 지지 몸체(5)와 나사 결합된 노즐 고정 너트(7)는 분사 노즐(2), 스로틀 판(3) 및 밸브 판(4)을 결속시킨다. 휴지 상태에서, 솔레노이드 밸브(13)가 폐쇄되므로, 고압 연료가 고압 어큐뮬레이터(6)로부터 고압 라인(8), 횡 방향 연결부(9) 및 공급 스로틀(10)을 통해 분사 노들(2)의 제어실(11) 내로 흐르지만, 제어실(11)로부터 배출 스로틀(12)을 통한 배출은 솔레노이드 밸브(13)의 밸브 시트에서 차단된다. 제어실(11)에 주어진 시스템 압력은 노즐 스프링(14)의 힘과 함께 노즐 니들(15)을 노즐 니들 시트(16) 내로 가압하므로, 분사 홀(17)이 폐쇄된다. 솔레노이드 밸브(13)가 작동되면, 이 솔레노이드 밸브는 솔레노이드 밸브 시트를 통한 흐름을 개방하고, 연료는 제어실(11)로부터 배출 스로틀(12), 솔레노이드 밸브 아마추어 챔버 및 저압 보어(18)를 통해 다시 도시되지 않은 연료 탱크 내로 흐른다. 공급 스로틀(10) 및 배출 스로틀(12)의 유동 횡단면에 의해 규정된 평형 압력이 제어실(11) 내에 설정되고, 상기 평형 압력은 노즐 챔버(19) 내에 주어진 시스템 압력이 노즐 몸체 내에서 길이 방향으로 이동 가능하게 안내되는 노즐 니들(15)을 개방할 수 있을 정도로 작아서, 분사 홀들(17)이 개방되고 분사가 이루어진다.

솔레노이드 밸브(13)가 폐쇄되면, 배출 스로틀(12)을 통한 연료의 배출 통로가 차단된다. 공급 스로틀(10)을 통해 제어 챔버(11) 내에는 다시 연료 압력이 형성되고, 이는 추가의 폐쇄력을 발생시키며, 이 폐쇄력은 노즐 니들(15)의 압력 숄더에 대한 유압력을 줄이고 노즐 스프링(14)의 힘을 초과한다. 노즐 니들(15)은 분사구(17)에 대한 통로를 폐쇄하므로, 분사 과정이 종료된다.

어큐뮬레이터(6), 고압 라인(8) 및 노즐 챔버(19) 내의 연료의 질량 관성으로 인해, 노즐 니들(15)의 폐쇄 직후에 노즐 시트(16)에서 강한 압력 진동이 나타나는데, 그 이유는 흐르는 연료가 매우 짧은 시간 내에 제동되어야 하기 때문이다. 압력 진동의 감소를 위해, 공진기가 사용된다. 공진기는 공진기 라인(20) 및 공진기 스로틀(21)로 이루어지고, 상기 공진기 라인은 고압 라인(8)과 동일한 길이 및 동일한 직경을 갖고, 상기 공진기 스로틀은 공진기 라인(20)의 어큐뮬레이터 측 단부에 장착되며, 상기 공진기 라인을 어큐뮬레이터(6)에 연결한다. 솔레노이드 밸브(13)의 폐쇄시, 노즐 시트(16)에 생긴 압력 펄스는 노즐 챔버(19)를 통해 고압 라인(8) 및 공진기 라인(20) 내로 전달된다. 고압 라인(8)의 단부에서, 어큐뮬레이터(6) 내로의 이행부에 있는 개방 단부에서 압력 펄스의 반사가 이루어진다. 동시에, 공진기 라인(20) 내의 압력 펄스는 공진기 스로틀(21)에 있는 폐쇄된 단부에서 반사된다. 반사된 2개의 압력 펄스는 상이한 반사 방식(개방 또는 폐쇄 단부)으로 인해 180°위상 변이되므로, 노즐 챔버(19) 내에서 충돌시 제거된다. 이로 인해, 압력 시트(16)에서 추가 압력 펄스가 생기기 않으므로, 여기서 마모가 현저히 적게 나타난다.

고압 어큐뮬레이터(6)로 고압 연료의 공급은 선행 기술에 따른, 도 1에 도시된 실시예에서 분사기(1)의 측면으로부터 특히 사이드 피드(side feed; 24)를 통해 이루어진다. 사이드 피드(24)는 분사기(1)의 측면에 나사 결합된 랜스 또는 랜스 접속부(25)(도 2에만 도시됨)를 포함한다. 공급 보어는 22로 표시되고, 23에서 고압 보어(8) 내로 통한다. 분사기(1)의 분사 동안 연료는 고압 어큐뮬레이터(6)로부터 분사 노즐(2)로만 흐르는 것이 아니라, 압력 강하로 인해 공급 보어(22)로부터 직접 분사 노즐(2)로도 흐른다. 분사의 종료 후에, 고압 어큐뮬레이터(6)가 랜스로부터 흘러나온 연료로 다시 채워진다. 따라서, 상기 흘러나온 양으로만 어큐뮬레이터 내의 적은 연료 교환이 이루어진다.

도 2는 분사기(1)의 개략도를 도시한다. 도 1에서 상세히 설명된 기능 부품들, 즉 어큐뮬레이터(6), 지지 몸체(5), 밸브 판(4), 스로틀 판(3) 및 분사 노즐(2)은 윤곽만이 표시되며, 도 1에 의해 설명된 바와 같은, 그 구성 부분들은 상세히 도시되지 않는다. 도 2는 공급 보어(22)가 랜스 접속부(25)를 고압 어큐뮬레이터(6)와 직접 연결하는 본 발명에 따른 실시예를 도시한다. 이는, 매 분사시 전체 분사량이 고압 어큐뮬레이터(6)로부터 빼내짐으로써, 작동 시간에 걸쳐 어큐뮬레이터 내용물의 충분한 순환이 이루어지게 한다.

1 분사기
2 분사 노즐
5 지지 몸체
6 고압 어큐뮬레이터
8 고압 보어
9 공급 채널
10 공급 스로틀
11 제어실
12 배출 스로틀
13 제어 밸브
15 노즐 니들
19 노즐 챔버
20 공진기 보어
21 공진기 스로틀
22 공급 보어
25 랜스 접속부

Claims

적어도 하나의 분사기(1)를 포함하는 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하는 장치로서, 상기 분사기(1)는 분사기 몸체 내에 통합된 고압 어큐뮬레이터(6), 축 방향으로 이동 가능하게 안내되고 노즐 챔버(19)에 의해 둘러싸인 노즐 니들(15)을 포함하는 분사 노즐(2), 상기 고압 어큐뮬레이터(6)와 상기 노즐 챔버(19)를 연결하는 고압 보어(8), 및 상기 고압 어큐뮬레이터(6)에 고압 연료를 공급하기 위한 공급 보어(22)를 포함하고, 상기 공급 보어(22)는 상기 분사기 몸체의 측면에 배치된 랜스 접속부(25)를 포함하는, 분사 장치에 있어서,
상기 공급 보어(22)는 상기 고압 보어(8)로부터 분리된 보어이고, 상기 랜스 접속부(25)를 상기 고압 어큐뮬레이터(6)에 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 랜스 접속부(25)는 지지 몸체(5)에 형성되고, 상기 지지 몸체의 전방 면은 상기 고압 어큐뮬레이터(6)를 형성하는 어큐뮬레이터 파이프와 연결되는, 특히 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고압 보어(8)에 대해 평행하게 접속된 공진기 보어(20)가 제공되고, 상기 공진기 보어는 상기 분사 노즐(2)과 접속되며, 공진기 스로틀(21)을 통해 상기 고압 어큐뮬레이터(6) 내로 통하는 것을 특징으로 하는 분사 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 니들(15)은 그 개방 및 폐쇄 운동의 제어를 위해 가압 연료가 공급될 수 있는 제어실(11) 내의 압력에 의해 축 방향으로 가압될 수 있고, 상기 제어실(11)은 공급 스로틀(10)을 구비한 공급 채널(9) 및 배출 스로틀(12)을 구비한 배출 채널과 연결되고, 상기 공급 채널 또는 상기 배출 채널을 개방 또는 폐쇄하는 적어도 하나의 제어 밸브(13)가 제공되며, 상기 제어 밸브에 의해 상기 제어실(11) 내의 압력이 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 분사 장치.