KR20230110019A - 자동차의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

자동차의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 방법은 연료 펌프로 연료를 제1압력 하에 인젝터 노즐의 연료 입구에 제공하는 단계; 개선제 펌프로 연료 개선제를 제2압력 하에 인젝터 노즐의 노즐 출구에 대해 연료 입구의 하류에 배열된 인젝터 노즐의 입구 보어에 제공하는 단계; 그리고 노즐 출구에서 개선제로 농축된 연료를 내연 기관 내로 분사하는 단계를 포함하며, 인젝터 노즐 내에서 연료 개선제로 연료를 농축하기 위해 분사 전 적어도 제한된 시간 간격 동안 제2압력은 제1압력보다 더 높다.

Description

자동차의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DIRECT INJECTION OF IMPROVER ENRICHED FUEL INTO INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 자동차의 내연 기관에 직접 분사하기 위한 방법 및 시스템 및 이러한 분사 시스템을 구비한 자동차에 관한 것이다.
승용차에 대한 고객의 고도로 정교한 요구를 충족하고 미래의 CO2 배출과 배기 가스 배출 규제 목표를 충족하기 위해 현대의 고효율 가솔린 연소 엔진은 종종 가솔린 직접 분사(GDI)에 의존한다. 이 기술은 특히 특정 출력이 높고 최신 배기 가스 규정을 준수하는 엔진을 위해 큰 이점을 제공한다.
현대 GDI 엔진의 연료 공급 구조는 일반적으로 가솔린을 약 50 내지 500bar의 압력으로 가압하고 분사 레일 및 그로부터 더 나아가 연료 인젝터로 펌핑하는 고압 펌프를 통해 가솔린을 전달한다. 가솔린 압력은 일반적으로 차량의 엔진 제어 유닛(ECU)에 의해 조절된다.
연소 엔진이 향후 10년 동안 모빌리티(mobility)를 위한 적절한 동력원으로 남을 가능성이 높기 때문에, 배기가스 규제, 특히 연비 역시 주요 성능 기준으로 남을 것이다. 이와 관련하여, 상이한 특성을 가진 연료도 시장에서 점점 더 적절성이 높아질 것이다. 연소 성능을 개선하기 위해 최근에 제안된 접근 방식 중 하나는 연료와 연소 개선 첨가제(연료 개선제라고도 함, 예를 들어 디젤 연료의 경우 특히 에틸헥실 니트레이트(EHN) 기반의 세탄 개선제)의 혼합물을 분사하는 것을 포함한다(예를 들어, Ickes et al., "Effect of 2-Ethylhexyl Nitrate Cetane Improver on NOx Emissions from Premixed Low-Temperature Diesel Combustion", Energy & Fuels, 23, 10, 4943-4948, 2009 참고). 이러한 연구와 유사한 연구에서는 이와 같이 일반 연료와 연료 개선제의 혼합 분사를 기반으로 연비 및 NOx, 탄화수소 및 수소 배출의 상당한 감소의 가능성이 있음을 시사한다.
선행 문헌 US 2014/0202420 A1은 직접 이중 연료 분사를 구비한 내연 기관을 위한 배열 및 방법을 설명한다.
선행 문헌 US 2020/0182173 A1은 능동 퍼징(active purging)을 적용하는 혼합 연료량 제어 시스템을 설명한다.
따라서, 직접 분사를 기반으로 하는 연소 시스템에서 연료 개선제를 활용하기 위한 실용적인 해결책을 찾을 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명은 청구항 1에 따른 방법, 청구항 10에 따른 분사 시스템 및 청구항 20에 따른 자동차를 제공한다.
본 발명의 하나의 양상에 따르면, 자동차의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 방법은 연료 펌프로 연료를 제1압력 하에 인젝터 노즐의 연료 입구에 제공하는 단계; 개선제 펌프로 연료 개선제를 제2압력 하에 인젝터 노즐의 노즐 출구에 대해 연료 입구의 하류에 배열된 인젝터 노즐의 입구 보어에 제공하는 단계; 그리고 노즐 출구에서 개선제로 농축된 연료를 내연 기관 내로 분사하는 단계를 포함하며, 인젝터 노즐 내에서 연료 개선제로 연료를 농축하기 위해 분사 전 적어도 제한된 시간 간격 동안 제2압력은 제1압력보다 더 높다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 자동차의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 분사 시스템은 노즐 출구에서 내연 기관으로 연료를 분사하도록 구성된 인젝터 노즐; 제1압력 하에서 인젝터 노즐의 연료 입구에 연료를 제공하도록 구성된 연료 펌프; 그리고 제2압력 하에 인젝터 노즐의 노즐 출구에 대해 연료 입구의 하류에 배치된 인젝터 노즐의 입구 보어에 연료 개선제를 제공하도록 구성된 개선제 펌프를 포함하며, 인젝터 노즐 내에서 연료 개선제로 연료를 농축하기 위해 분사 전 적어도 제한된 시간 간격 동안 제2 압력은 제1 압력보다 더 높다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 자동차는 본 발명의 양상에 따른 분사 시스템을 포함한다.
본 발명은 요구에 따라 개선제로 농축된 연료 혼합물을 전달할 수 있는 직접 분사를 기반으로 하는 연료 시스템을 위한 실질적으로 실현 가능하고 적용 가능한 접근 방식을 제공한다. 본 발명의 하나의 기본 아이디어는 미세하게 조정된 압력 차이에 기초하여 분사 직전에 유체를 혼합함으로써 정밀하게 제어된 방식으로 매우 소량의 하나 이상의 액체 첨가제에 의해 연료가 농축될 수 있다는 것이다. 이를 위해, 유체는 개별 고압 펌프에 의해 전달되고 노즐을 출구에서 떠나기 전 가능한 한 빨리 인젝터 노즐 내에서만 서로 혼합된다. 분사된 액체의 "사체적"을 줄이고 응답 시간을 개선하기 위해, 인젝터에는 두 개 이상의 매체 사이의 인터페이스로서 간단한 보어가 제공된다.
예를 들어, 분사 전 주 연료의 압력과 비교하여 개선제의 압력에서 압력 피크 또는 압력 안정기를 제공함으로써 개선제의 유입량을 매우 정확하게 설정할 수 있다. 이러한 맥락에서, 혼합비는 각 엔진의 현재 작동점에 따라 매우 빠르게 적응될 수 있다. 따라서, ppm 범위의 동적 거동 및 안정적인 혼합은 양산된 차량에서도 본 발명에 기초하여 달성될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 원칙적으로 기존 분사 시스템에 개조될 수 있다.
본 명세서에 사용된 "차량" 또는 "차량의" 또는 기타 유사한 용어는 스포츠 유틸리티 차량(SUV)을 포함하는 승용차, 버스, 트럭, 다양한 상업용 차량 등을 포함하는 일반적인 자동차를 포함하고, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그인 하이브리드 전기 차량, 수소 동력 차량 및 기타 대체 연료(예를 들어, 석유 이외의 자원에서 파생된 연료) 차량을 포함하는 것으로 이해된다. 본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 하이브리드 차량은 2개 이상의 동력원을 갖는 차량, 예를 들어 가솔린 동력 및 전기 동력 차량이다.
본 발명의 유리한 실시 예 및 개선점은 종속항에서 발견된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연료 개선제는 100ppm 미만의 상대적 존재비로 인젝터 노즐 내에서 연료와 혼합될 수 있다. 이것은 제1압력과 제2압력 사이의 압력 차 및/또는 입구 보어의 크기를 그에 따라 구성함으로써 달성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 각각의 유체의 정확한 유입 및 혼합을 달성하기 위한 간단한 수단에 의존한다. 미세하게 조정된 "미세 압력" 차이와 분사 직전에 작은 보어를 통해 첨가제를 전달하기 때문에 연료 성분은 서로 혼합된다. 따라서, 개선제는, 예를 들어 정확한 유입 제어에 필요한 마이크로 밸브와 같은 값비싼 장비 없이도 모든 분사 사이클에서 연료와 혼합될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1압력과 제2압력의 차이는 10 bar 미만일 수 있다.
각 응용 분야를 위한 최적의 압력 차이는 시뮬레이션 및/또는 실험에 의해 정의될 수 있다. 일반적인 압력 범위는, 예를 들어 0.1 bar와 7.0 bar 사이일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 입구 보어의 직경은 1mm 미만일 수 있다.
예를 들어, 공급 직경은 0.25mm와 0.75mm 사이의 범위에 있을 수 있다. 그러나, 당업자는 각 응용 분야에 기초하여 정확한 값을 선택할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연료 펌프와 개선제 펌프는 내연 기관의 캠샤프트에 의해 기계적으로 함께 구동될 수 있다.
이것은, 예를 들어 공통 샤프트 상에 동일하거나 유사한 유형의 2개(또는 그 이상의) 펌핑 헤드를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이러한 통합 고압 모듈은 개별 펌핑 헤드 사이에서 가압이 자동으로 동기화되는 이점을 제공할 것이다.
본 발명의 대안적인 실시 예에 따르면, 연료 펌프 및 개선제 펌프는 개별적으로 작동되는 고압 펌프, 특히 전기 유압 펌프로서 제공될 수 있다.
이 접근 방식은 하드웨어가 (공유 체적으로 인해) 연료 구성 요소와 완벽하게 일치할 필요가 없기 때문에 특정 응용 분야에서 더 유연할 수 있다. 대신에, 개별 체적을 가진 두 개의 개별 구동(예를 들어, 전기) 및/또는 작동되는 유압 펌프를 사용할 수 있다. 그러나, 이 경우 양 펌프는 서로 동기화되어야 하고, 이는 단일 캠샤프트가 기계식 액추에이터인 경우와 달리 자동으로 제공되지 않기 때문이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연료 펌프는 연료 레일을 통해 연료 입구에 연료를 제공할 수 있고, 개선제 펌프는 개선제 레일을 통해 입구 보어에 연료 개선제를 제공할 수 있으며, 개선제 레일은 연료 레일로부터 분리되어 있다 .
따라서, 정확한 유입 제어에 필요한 미세 압력이 레일 중 하나, 특히 개선제 레일 내에서 매우 작은 부피 변화를 통해 가해질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 개선제 레일 내의 압력은 개선제 레일에 결합된 압력 릴리프 밸브에 의해 연료 레일에 대해 안정화될 수 있다.
따라서, 부피는 개선제 레일에서 유연한 방식으로 조절될 수 있다. 결과적으로, 연료와 개선제 사이의 압력 차는 제어된 누출에 의해 손실 없이 안정화될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연료 펌프와 개선제 펌프 내의 압력 레벨은 공동 제어 유닛에 의해 서로 동기화될 수 있다.
예를 들어, 양 펌프 모두 차량의 엔진 제어 장치에 의해 제어될 수 있으며, 엔진 제어 장치는 이러한 목적을 위해 레일 및/또는 펌프에 설치된 여러 압력 센서와 통신 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연료는 가솔린 또는 디젤일 수 있고, 연료 개선제는 특히 에틸헥실 니트레이트에 기초한 옥탄 또는 세탄 개선제일 수 있다.
그러나, 본 발명은 또한 다른 목적, 예를 들어 대체 연료로 구동되는 엔진을 부스트하거나 서로 다른 연료를 조합하기 위해 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 입구 보어는 인젝터 노즐의 인젝터 본체 내에 형성될 수 있다. 연료 개선제는 인젝터 노즐을 둘러싸고 인젝터 본체 둘레에 오프셋되어 배열된 인젝터 재킷을 통해 입구 보어에 제공될 수 있다.
혼합은 주입 직전에 실행되어야 하므로, 개선제의 주입은 인젝터 팁 전에 가능한 한 빨리 수압적으로 실현되어야 한다. 따라서, 인젝터 내부의 고압 연료와 고압 개선제 사이의 인터페이스로 보어는 연소실을 향한 밀봉 요소(일반적으로 바늘 또는 볼)에 가능한 한 가까워야 한다. 이 보어는 요구되는 유량이 매우 낮을 수 있기 때문에 정확한 개선제 주입을 위해 특히 매우 작은 직경, 예를 들어 0.25mm와 0.75mm 사이의 직경을 필요로 한다.
이러한 작은 직경은 파열에 대한 적절한 견고성을 위해 비교적 작은 강도와 두께의 주변 재료를 사용할 수 있도록 한다. 그럼에도 불구하고, 개선제는 인젝터 팁으로 전달되어야 하므로, 공급을 위해 정의된 보어가 있는 인젝터 주변의 재킷은 매우 실용적인 해결책이다. 그러한 재킷(밀봉 요소를 포함함)은, 예를 들어 압입에 의해 장착될 수 있으며, 이에 의해 고압력 개선제에 대해 인젝터 본체를 밀봉할 수 있다. 작은 직경은 "미세 압력"에 의한 높은 정확도의 주입을 가능하게 하므로, 추가 밸브가 필요하지 않다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 예시적인 실시 예를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.
첨부된 도면은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 실시 예를 예시하고 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 본 발명의 다른 실시 예 및 본 발명의 많은 의도된 이점은 이어지는 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있음을 쉽게 인식할 수 있다. 도면의 요소는 반드시 서로에 대해 축적에 맞을 필요가 없다. 도면에서, 유사한 참조 번호는, 달리 표시되지 않는 한, 유사하거나 기능적으로 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 분사 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 시스템에 사용된 인젝터 노즐을 도시한다.
도 3은 도 2의 인젝터 노즐의 다른 도면이다.
도 4는 도 1의 시스템을 사용하여 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 대안적인 실시 예에 따른 개선제로 농축된 연료의 직접 분사를 위한 분사 시스템을 개략적으로 도시한다.
특정 실시 예가 본 명세서에 예시되고 설명되지만, 다양한 대안적 및/또는 등가적 구현이, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 도시되고 설명된 특정 실시 예를 대체할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 일반적으로, 본 출원은 여기에 논의된 특정 실시예의 임의의 수정 또는 변형을 포함하도록 의도된다.
현대의 자동차는 연비, 배기 및 성능 표준과 관련하여 가장 높은 요구 사항을 충족해야 하므로, 가솔린 차량에는 대부분 직접 연료 분사 시스템이 장착되어 있다. 가솔린 직접 분사(GDI)란 연료가 인젝터에 의하여 엔진의 연소실로 직접 분사하여 내부 가스 혼합물을 구현하는 방식을 의미한다. 이러한 GDI 시스템은 매우 효율적이고 깨끗한 연소를 이끈다. 그러나, 배기에 대한 규제가 점점 더 엄격해짐에 따라 연비 및 오염 물질 성능과 관련한 이러한 시스템에 대한 추가 개선이 바람직하다.
실험실 환경 하에서의 최근 실험 연구에서는 각 연료를 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 가솔린 또는 디젤용 에틸헥실 니트레이트(EHN) 기반 옥탄 또는 세탄 개선제와 같은 소위 연료 개선제와 혼합함으로써 연소가 잠재적으로 상당히 개선될 수 있음을 시사하고 있다. 그러나, 이것은 깨끗하고 안정적인 실험실 환경에서만 나타났다. 현대 GDI 또는 디젤 분사 기술에 적용하기 위해, ppm 범위에서 동적 거동과 안정적인 혼합이 필요하다. 따라서, 실험실적 접근 방식을 거리, 즉 산업적으로 적용 가능한 해결책으로 이전할 필요가 있다. 본 발명은 예시적인 실시 예와 관련하여 이하에서 설명되는 바와 같이 이 문제를 해결한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차(100)의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 분사 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 무화과 도 2 및 도 3은 도 1의 시스템에 사용된 인젝터 노즐(1)을 도시한다. 도 4는 도 1의 시스템(10)을 사용하여 개선제로 농축된 연료를 직접 분사하기 위한 방법(M)의 흐름도를 도시한다.
분사 시스템(10)은 각각의 노즐 출구(1f)에서 내연 기관(도시하지 않음)으로 연료를 분사하도록 구성된 여러 개의 인젝터 노즐(1)을 포함한다. 하나의 예시적인 노즐(1)이 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
일반적인 시스템에서와 같이, 연료 펌프(5)는 인젝터 노즐(1)의 연료 입구(1a)에서 제1압력 하에서 연료(2)를 제공하도록 구성된다. 그러나, 일반적인 시스템에 추가적으로 및 대조적으로, 시스템(10)은 인젝터 노즐(1)의 노즐 출구(1f)에 대해 연료 입구(1a)의 하류에 배열된 인젝터 노즐(1)의 입구 보어(1b)(특히, 도 2 참조)에서 제2압력 하에 연료 개선제(3)를 제공하도록 구성된 개선제 펌프(6)를 더 포함한다. 따라서, 펌프들 중 하나는 엔진 요구에 따라 기본 연료를 가압하는 반면 다른 하나는 지속적으로 개선제(예를 들어, EHN)를 펌핑하고 가압한다.
제2압력은 인젝터 노즐(1) 내에서 연료 개선제(3)로 연료(2)를 농축하기 위해 적어도 분사 전 제한된 시간 간격 동안 제1압력보다 높게 설정된다. 보다 구체적으로, 제1압력과 제2압력 사이의 압력 차는 연료 개선제(3)가 100ppm 미만의 상대적 존재비(relative abundance)로 인젝터 노즐(1) 내에서 연료(2)와 혼합되도록 구성된다. 예를 들어, 제1압력과 제2압력 사이의 차이는 10 bar 미만, 예를 들어 7 bar보다 작을 수 있다.
전술한 정확한 혼합 수준을 달성하기 위한 두 번째 조치로서, 입구 보어(1b)는 노즐 출구(1f)에 최대한 가깝게 위치하고, 비교적 작은 크기, 예를 들어 1mm 미만, 더욱 예를 들어 0.25mm와 0.75mm 사이의 직경으로 구성된다.
도시된 실시 예에서, 입구 보어(1b)는 (예를 들어, 절단에 의해) 인젝터 노즐(1)의 인젝터 본체(1d) 내에 형성된다. 연료 개선제(3)는 인젝터 노즐(1)을 둘러싸는 인젝터 재킷(1e)을 통해 입구 보어(1b)에서 제공되고, 인젝터 본체(1e) 주위에 오프셋되어 배치된다. 인젝터 재킷(1e)은, 예를 들어 입구 보어(1b)가 인젝터 본체(1d)로부터 절단된 후 인젝터 노즐(1)에 대응하는 슬리브를 아래로부터 압입함으로써 형성될 수 있다. 이러한 맥락에서, 구성은 기존 인젝터 노즐로 개조될 수 있다.
인젝터 재킷(1e)은 밀봉의 기밀성을 향상시키기 위해 인젝터 본체(1d)에 대해 오프셋되어 배열된다(인젝터 본체(1d)와 인젝터 재킷(1e) 사이의 더 큰 체적이 입구 보어(1b) 주위에 남음). 작은 개선제 어큐뮬레이터(1g)(예를 들어, ~ 1cm3)가 인젝터 재킷(1e) 내에 배열되어 개선제 입구(1c)로부터 개선제(3)를 받고 이를 입구 보어(1b)로 전달한다.
도 1의 예시적인 실시 예에서, 연료 펌프(5) 및 개선제 펌프(6)는 2개의 개별적으로 구동 및/또는 작동되는 고압 펌프, 예를 들어 각각이 자신의 레일을 가진 전기 유압 펌프로 제공된다. 연료 레일(7)은 연료 펌프(5)로부터 연료 라인(13)을 통해 연료 입구(1a)로 연료(2)를 분배한다. 개선제 레일(8)은 개선제 라인(14)을 통해 개선제 펌프(6)로부터 개선제 입구(1c)로 연료 개선제(3)를 분배한다.
공동 제어 유닛(11), 예를 들어 엔진 제어 유닛(ECU)은 연료 펌프(5)와 개선제 펌프(6) 내의 압력 레벨을 서로 동기화하도록 구성된다. 이를 위해, 제어 유닛(11)은 제어 라인(17)을 통해 시스템의 레일(7, 8)에 있는 해당 압력 센서(16) 및 연료 펌프(5, 6)와 통신한다. 압력 릴리프 밸브(9)는 개선제 레일(8)에 결합되어 연료 레일(7)에 대해 개선제 레일(8) 내의 압력을 안정화하고, 이에 따라 양쪽 압력을 서로 조정하는데 사용될 수 있다.
각 분사 사이클마다, 제어 유닛(11)은 교정에 따라 연료 펌프(5)에 목표 압력 요구를 보낼 수 있다. 제어 유닛(11)은 연료 보정에 따른 목표 압력 + 주입 보정에 따른 마이크로 압력(예를 들어, 0.1 bar 내지 0.7 bar)을 상기 개선제 펌프(6)에 추가로 보내 적어도 분사 전에 짧게 개선제 압력이 연료 압력보다 약간 더 높은 것을 보장할 수 있다. 한편, 압력 릴리프 밸브(9)(또는 다른 적절한 장치)는 압력차를 안정화시킨다.
간단한 예에서, 시스템(10)은 175 bar의 연료 시스템을 위한 제1압력을 요구할 수 있다. 시스템(10)이 이제 10ppm의 EHN을 요청하면, 인젝터(1)에서 압력은 주입을 위해 175bar + 1.4bar가 되어야 하며, 이는 개선제 시스템에 적용되어야 하는 176.4bar를 제공한다. 물론 압력 차에 대한 정확한 값은 실험 및/또는 시뮬레이션에 기초하여 각각의 적용에 대해 교정될 필요가 있음을 이해해야 한다.
도 1의 좌측 하단에는 시간 경과에 따른 연료(2) 및 개선제(3)의 압력(P)의 변화를 나타내는 예시적인 그래프가 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 개선제(3)의 압력은 실제 분사 전 짧은 시간 동안(그래프의 중간의 급경사에서) 연료(2)의 압력보다 높게 상승한다.
양 펌프(5, 6) 모두 엔진 및 연료 유형과는 독립적으로 작동하기 때문에 이 해결책은 개선제(3)의 전달을 위한 해당 구성요소를 추가하고 인젝터(1)에서 적절한 변경을 수행하여 기존 시스템을 개조하는 데 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 대응하는 방법(M)은 연료 펌프(5)로 연료(2)를 제1압력 하에서 인젝터 노즐(1)의 연료 입구(1a)에 제공하는 단계(M1), 개선제 펌프(6)로 연료 개선제(3)를 제2압력 하에서 인젝터 노즐(1)의 입구 보어(1b)에 제공하는 단계(M2), 그리고 개선제로 농축된 연료(4)를 노즐 출구(1f)에서 내연 기관으로 분사하는 단계(M3)를 포함한다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 동일한 인젝터 설계를 사용하지만 연료(2) 및 연료 개선제(3)의 가압 시스템(15)을 위한 상이한 구성에 의존하는 본 발명의 대안적인 실시 예를 도시한다. 이 경우, 연료 펌프(5)와 개선제 펌프(6)는 기계적으로 구동되고 함께 엔진의 단일 캠샤프트(12)에 결합된다. 연료 펌프(5)는 통상적인 방식으로 연료 레일(7)에 결합된다. 반면에 개선제 펌프(6)는 더 낮은 전달율로 인해 이 실시 예에서는 전용 레일을 필요로 하지 않는다. 압력 센서는 그림에 도시되어 있지 않지만 압력 수준이 올바른지를 확인하는 것은 여전히 요구될 수 있다.
연료 펌프(5)는 매개변수 및 레이아웃이 일반적인 압력 펌프, 예를 들어 GDI 고압 펌프와 다르지 않을 수 있다. 반면에 개선제 펌프(6)는 훨씬 적은 양을 전달해야 한다. 따라서, 플런저와 압축 챔버는 후자의 경우 훨씬 더 작게 실현될 수 있다(최종 치수는 목표량 대신 응력과 일치해야 할 수 있다, 예를 들어 350 bar용 플런저는 ~4mm의 최소 직경이 필요하다). 이 시스템은 매우 민감하기 때문에 개선제 펌프(6)의 고압 밸브는 매우 짧은 개방 거리(~0.5mm)와 낮은 스프링율(~2N 예압 및 강성 0.5N/mm - 2N/mm)을 가질 수 있다. 이것은 또한 연료가 개선제 회로에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
펌프별 기능을 허용하기 위해 각 펌프의 플런저 리프트를 수정해야 한다. 연료 펌프(5)를 위한 리프트는 일반적인 연료 펌프(5)와 같이 매개변수화 될 수 있다. 개선제 펌프(6)의 리프트는 연료 펌프(5)와 관련하여 매개변수화 될 수 있다. 개선제(3)를 위해 더 높은 압력 수준이 요구되기 때문에, 리프트는 연료(2)가 가압되기 전에 시작되어야 한다(도 5의 오른쪽 그래프 참조). 개선제 펌프(6)를 위한 캠 각도는 연료 공급 및 개선제(3)의 압축성에 따라 연료 펌프(5)의 리프팅 전에, 예를 들어 5° ~ 25°만큼 상승될 수 있다. 최고의 주입 정확도를 위한 이상적인 경우, 인젝터(1)의 정압(static pressure)은 분사 중에는 알 수 없지만 분사 전에는 잘 알려져 있기 때문에 개선제 캠(12b)은 연료 분사 전에 짧게 상승되어야 하지만 분사 중에는 상승되어서는 안 된다. 개선제 펌프(6)의 최대 리프트는 최대 레일 압력 + 5 bar(즉, "미세 압력"의 최대값)에 도달하도록 구성될 수 있다. 물론 고압 밸브 크래킹 압력을 고려해야 한다. 일반적인 범위는 1.2mm에서 2.7mm일 수 있다. 결과적으로 더 낮은 리프트 기울기로 인해 펌프 장치의 디지털 입구 밸브에 의한 목표 압력 조정은 주입 정확도를 증가시킨다.
전술한 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 본 개시를 간소화할 목적으로 하나 이상의 예들로 함께 그룹화된다. 위의 설명은 예시를 위한 것이며 제한적인 것이 아님을 이해해야 한다. 이는 상이한 특징 및 실시 예의 모든 대안, 수정 및 등가물을 포함하도록 의도된다. 많은 다른 예들이 상기 명세서를 검토할 때 당업자에게 명백할 것이다. 실시 예는 본 발명의 원리 및 그 실제 적용을 설명하기 위해 선택되고 설명되며, 이에 의해 당업자가 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 갖는 본 발명 및 다양한 실시 예를 활용할 수 있게 한다.
1: 인젝터 노즐 1a: 연료 입구
1b: 입구 보어 1c: 개선제 입구
1d: 인젝터 본체 1e: 인젝터 재킷
1f: 노즐 출구 1g: 개선제 어큐뮬레이터
2: 연료 3: 연료 개선제
4: 개선제로 농축된 연료 5: 연료 펌프
6: 개선제 펌프 7: 연료 레일
8: 개선제 레일 9: 압력 릴리프 밸브
10: 분사 시스템 11: 제어 유닛
12: 캠샤프트 12a: 연료 캠
12b: 개선제 캠 13: 연료 라인
14: 개선제 라인 15: 가압 시스템
16: 압력 센서 17: 제어 라인
18: 연료 공급 19: 개선제 공급
100: 자동차 P: 압력
t: 시간 L: 플런저 리프트
α: 축 각도 M: 방법
M1-M3: 단계

Claims (20)

  1. 자동차(100)의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료(4)를 직접 분사하기 위한 방법(M)에 있어서,
    연료 펌프(5)로 연료(2)를 제1압력 하에 인젝터 노즐(1)의 연료 입구(1a)에 제공하는 단계(M1);
    개선제 펌프(6)로 연료 개선제(3)를 제2압력 하에 인젝터 노즐(1)의 노즐 출구(1f)에 대해 연료 입구(1a)의 하류에 배열된 인젝터 노즐(1)의 입구 보어(1b)에 제공하는 단계(M2); 그리고
    노즐 출구(1f)에서 개선제로 농축된 연료(4)를 내연 기관 내로 분사하는 단계(M3);
    를 포함하며,
    인젝터 노즐(1) 내에서 연료 개선제(3)로 연료(2)를 농축하기 위해 분사 전 적어도 제한된 시간 간격 동안 제2압력은 제1압력보다 더 높은 방법(M).
  2. 제1항에 있어서,
    연료 개선제(3)가 100ppm 미만의 상대적 존재비로 인젝터 노즐(1) 내에서 연료(2)와 혼합되는 방법(M).
  3. 제1항에 있어서,
    제1 압력과 제2 압력 사이의 차가 10 bar 미만인 방법(M).
  4. 제1항에 있어서,
    연료 펌프(5)와 개선제 펌프(6)는 내연 기관의 캠샤프트(12)에 의해 함께 기계적으로 구동되는 방법(M).
  5. 제1항에 있어서,
    연료 펌프(5) 및 개선제 펌프(6)는 개별적으로 작동되는 고압 펌프인 방법(M).
  6. 제5항에 있어서,
    연료 펌프(5)는 연료 레일(7)을 통해 연료 입구(1a)에 연료(2)를 제공하고, 개선제 펌프(6)는 연료 레일(7)로부터 분리된 개선제 레일(8)을 통해 입구 보어(1b)에 연료 개선제(3)를 제공하는 방법(M).
  7. 제6항에 있어서,
    개선제 레일(8) 내의 압력은 개선제 레일(8)에 결합된 압력 릴리프 밸브(9)에 의해 연료 레일(7)에 대해 안정화되는 방법(M).
  8. 제1항에 있어서,
    연료 펌프(5) 및 개선제 펌프(6) 내의 압력 레벨은 공동 제어 유닛(11)에 의해 서로 동기화되는 방법(M).
  9. 제1항에 있어서,
    연료(2)는 가솔린 또는 디젤이고, 연료 개선제(3)는 옥탄 또는 세탄 개선제인 방법(M).
  10. 자동차(100)의 내연 기관 내로 개선제로 농축된 연료(4)를 직접 분사하기 위한 분사 시스템(10)에 있어서,
    노즐 출구(1f)에서 내연 기관으로 연료를 분사하도록 구성된 인젝터 노즐(1);
    제1압력 하에서 인젝터 노즐(1)의 연료 입구(1a)에 연료(2)를 제공하도록 구성된 연료 펌프(5); 그리고
    제2압력 하에 인젝터 노즐(1)의 노즐 출구(1f)에 대해 연료 입구(1a)의 하류에 배치된 인젝터 노즐(1)의 입구 보어(1b)에 연료 개선제(3)를 제공하도록 구성된 개선제 펌프(6);
    을 포함하며,
    인젝터 노즐(1) 내에서 연료 개선제(3)로 연료(2)를 농축하기 위해 분사 전 적어도 제한된 시간 간격 동안 제2 압력은 제1 압력보다 더 높은 분사 시스템(10).
  11. 제10항에 있어서,
    제1압력과 제2압력 사이의 압력 차이 및/또는 입구 보어(1b)의 크기는 연료 개선제(3)가 100ppm 미만의 상대적 존재비로 인젝터 노즐(1) 내에서 연료(2)와 혼합되도록 구성되는 분사 시스템(10).
  12. 제10항에 있어서,
    제1 압력과 제2 압력 사이의 차가 10 bar 미만이고, 입구 보어(1b)의 직경은 1mm 미만인 분사 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    입구 보어(1b)는 인젝터 노즐(1)의 인젝터 본체(1e) 내에 형성되고,
    연료 개선제(3)는 인젝터 노즐(1)을 둘러싸고 인젝터 본체(1d) 주위에 오프셋되어 배열된 인젝터 재킷(1e)을 통해 입구 보어(1b)에 제공되는 분사 시스템(10).
  14. 제10항에 있어서,
    연료 펌프(5) 및 개선제 펌프(6)는 내연 기관의 캠샤프트(12)에 함께 기계적으로 결합되는 분사 시스템(10).
  15. 제10항에 있어서,
    연료 펌프(5) 및 개선제 펌프(6) 양자는 개별적으로 작동되는 고압 펌프로서 구성되는 분사 시스템(10).
  16. 제15항에 있어서,
    연료 펌프(5)가 이를 통해 연료 입구(1a)에 연료(2)를 제공하도록 구성된 연료 레일(7); 그리고
    연료 레일(7)로부터 분리된 개선제 레일(8);
    을 더 포함하고,
    개선제 펌프(6)는 개선제 레일(8)을 통해 입구 보어(1b)에 연료 개선제(3)를 제공하도록 구성되는 분사 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 개선제 레일(8)에 결합되고 연료 레일(7)에 대해 상기 개선제 레일(8) 내의 압력을 안정화시키도록 구성된 압력 릴리프 밸브(9)를 더 포함하는 분사 시스템(10).
  18. 제10항에 있어서,
    연료 펌프(5)와 개선제 펌프(6) 내의 압력 레벨을 서로 동기화하도록 구성된 공동 제어 유닛(11)을 더 포함하는 분사 시스템(10).
  19. 제10항에 있어서,
    연료(2)는 가솔린 또는 디젤이고, 연료 개선제(3)는 옥탄 또는 세탄 개선제인 분사 시스템(10).
  20. 제10항에 따른 분사 시스템(10)을 구비한 자동차(100).
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