KR100558589B1 - 연료분사시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이패스관(21)을 제어하는 전기 제어 밸브(24)에 의해 고압 송출이 결정되는 연료 분사 펌프를 구비한 연료 분사 시스템에 관한 것이다. 고압 송출 시기는 상기 밸브(24)를 폐쇄함으로써 결정된다. 분사를 수행하기 위해, 예비 분사 및 주 분사로 분할되며, 전기 제어 밸브(24)의 제어를 단순화하기 위해, 펌프피스톤(1)을 구동하는 캠(5)은, 예비 분사와 주 분사 사이의 분사 중단을 위해 펌프 피스톤(1)이 도달 위치에 잔류하거나 전방 또는 후방으로 약간만 이동하는 영역을 생성하도록 형성되며, 밸브(24)는 낮은 회전수에서는 펌프 피스톤(1)이 영역(P)에 선행하는 캠 영역(V)의 개시부의 전방에 있을 때 펌프 작동 챔버(10)가 폐쇄되며 펌프 피스톤(1)이 캠 영역(V)에 있을 때 개방되며 분사를 완료하기 위해 재차 개방되기 전에 영역(P)에 후속하는 캠 영역(H)의 개시부에서 재차 폐쇄되도록 제어되며, 반면 높은 회전수에서는, 송출 행정 마다의 밸브(24)의 제 1 폐쇄가 예비 분사 없이 수행된다.

Description

연료 분사 장치

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 연료 분사 장치(시스템)에 관한 것이다.

독일 공개특허 제36 44 257호에 의해 공지되어 있는 이러한 종류의 시스템의 경우, 연료 분사 펌프로서 제공된 분배형 분사 펌프에, 동시에 왕복 및 회전 구동되는 펌프 피스톤이 제공되어 있고, 상기 펌프 피스톤은 그 회전 운동 및 펌프 행정시 각각의 연료 분사 밸브로 안내되는 다수의 분사관 중 하나에 분사압으로 된 연료를 공급한다. 분사를 예비 분사와 주 분사로 분할하기 위해, 솔레노이드 밸브인 전기 제어 밸브가 단시간 동안 개방되므로 펌프 작동 챔버의 압력이 방출되며,발생된 연료 압력이 일시적으로 감소된다. 이는 밸브의 전기적 제어와 밸브 제조에 상당한 비용을 필요로 하는, 매우 신속히 스위칭되는 솔레노이드 밸브가 요구된다는 것을 의미한다. 이 경우, 특히 분사 중단이 솔레노이드 밸브에 의해 시간 제어 방식으로 수행되어야 하는 단점이 있다. 그 결과, 회전수가 증가할수록, 분사를 중단시키기 위한 가용 캠 행정의 부분이 점점 커진다. 캠이 각각 단지 하나의 펌프 피스톤만을 구동하는 직렬형 분사 펌프의 경우와 비교할 때, 분배형 분사 펌프의 경우에는, 가용 캠 행정이 캠 궤도(cam track)의 제한된 길이에 의해 제한되기 때문에, 각각의 분사 작업에 대해 상당히 작은 행정만 이용 가능하다. 따라서,솔레노이드 밸브에 의한 펌프 작동 챔버의 중간 압력 방출에 의한 시간 제어식 분사 중단은 연료 분사 펌프에 의해 발생하는 출력의 상당한 제한을 수반한다. 더욱이, 특정 압력 제어 밸브가 펌프 작동 챔버와 분사 밸브 사이의 연결부에 제공되며, 이 압력 제어 밸브는 연료 분사 노즐로의 고압 연료 송출시에는 송출 방향으로 개방되고 분사의 종료시에 폐쇄된다. 상기 밸브는 압력 제어 밸브와 연료 분사 밸브 사이의 압력파를 감소시키고 분사 휴지기(pause) 중에 상기 영역에 소정의 일정 정압을 유지하는데 적합하다. 내연기관의 각각의 피공급 실린더의 작동 주기 당 하나의 예비 분사와 하나의 주 분사로 분할된 연료 분사의 경우, 분사 휴지기 중에 일정 정압을 제공하는 것이 유리하다.

도 1은 솔레노이드 밸브에 의해 제어되는 연료 분사 펌프의 개략도.

도 2는 내연기관의 회전수가 낮을 경우의 밸브의 제 1 제어 시퀀스에 따른,회전 각도에 대한 캠 상승 곡선 형태의, 본 발명에 따른 캠 궤도의 경로를 도시하는 그래프.

도 3은 내연기관의 회전수가 높을 경우의 밸브의 제 2 제어 시퀀스에 따른,회전 각도에 대한 캠 상승 곡선 형태의, 본 발명에 따른 캠 궤도의 경로를 도시하는 그래프.

본 발명에 따른 실시예는 시간 제어식 밸브의 속도에 대한 요구는 작으면서 예비 분사와 주 분사 사이의 확실한 분사 중단을 제공한다. 예비 분사와 주 분사 사이의 분사 중단 중에, 가용 캠 행정이 사용되지 않거나 매우 작은 부분만이 사용된다. 캠 형태에 의해 구조적으로 지지되는 분사 중단에 의해, 높은 회전수에서도, 고압 송출을 위해 공급될 수 있는 캠 행정의 손실 없이 예비 분사와 주 분사 사이의 확실한 분사 중단이 유지될 수 있다. 스위칭 시간의 회전수 비의존성 (speed-independent) 영향은 캠의 제 2 부분 영역에 의해 보상되므로, 전기 제어 밸브의 속도에 대한 극도록 큰 요구가 주어질 필요가 없다.

본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 하기에 상세히 설명한다.

하기에 설명하는 실시예에서, 본 발명에 따른 해결책은 도 1에 개략적으로 도시한 분배형 분사 펌프에 의해 실현된다. 상기 분사 펌프는 축방향 피스톤 방식의 분배형 분사 펌프이지만, 본 발명의 대상은 예를 들면 반경방향 피스톤 펌프 방식의 분배형 분사 펌프 또는 내연기관의 개별 실린더에 연료를 공급하기 위한 단 하나의 펌프 피스톤을 갖는 개별 펌프, 또는 인라인 펌프와 같은 다른 연료 분사 펌프에 또한 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 분배형 분사 펌프에서 특히 바람직하게 구현될 수 있는데, 그 이유는 캠 궤도의 제한된 길이로 인해 가용 캠 행정이 예를 들면 인라인 분사 펌프의 경우 보다 작기 때문이다. 도 1에 도시된 형태의 분배형 분사 펌프에는, 실린더 보어(2)내에서 미끄럼 및 회전 가능하며, 단부면이 펌프 작동 챔버(10)를 폐쇄하도록 배치된 펌프 피스톤(1)이 제공되어 있다. 상기 펌프 피스톤은, 본 발명에 따라 실시된 축방향 하향으로 향하는 캠(5)을 갖는 캠 디스크(6)에, 도시하지 않은 스프링에 의해 결합된다. 상기 캠 디스크는, 도시하지 않은 구동 샤프트에 의해, 특히 분사 펌프에 의해 연료를 공급받는 내연기관의 회전수와 동기로 공지된 방식으로 회전 구동되며, 캠 디스크는 스프링의 작용하에 공지된 축방향 고정 롤러 링 상에서 움직이며, 그 결과 회전하는 펌핑 및 분배피스톤을 왕복, 송출 및 흡입 운동 상태로 만든다. 따라서, 캠 에지 상에서 롤러 의 시간적 또는 회전각에 따른 이동은 펌프 피스톤의 행정 위치를 결정한다. 연료가 펌프 작동 챔버(10)로부터 고압으로 배출되는 펌프 송출 행정과 관련된 회전 작동시에, 펌프 피스톤은 펌핑 및 분배 피스톤의 재킷면(jacket face)의 분배 홈(8)에 의해 다수의 분사관(7) 중 하나와 연통하게 된다. 분배 홈(8)은 종방향 도관(9)에 의해 펌프 작동 챔버에 연속적으로 연결된다. 상기 분사관은 압력 제어 밸브(12)를 통해, 내연기관의 각각의 실린더에 설치된 연료 분사 밸브(13)로 안내된다.

펌프 작동 챔버(10)로의 연료 공급은 흡입 챔버(17)로부터 연료를 공급하는 흡기관(15)에 의해 수행되며, 상기 흡입 챔버는 일점 쇄선으로 도시되어 있고 연료분사 펌프의 하우징내에 수용되어 있다. 상기 흡입 챔버는, 예를 들면 구동 샤프트에 의해 연료 분사 펌프와 동기로 구동되는 연료 송출 펌프(18)로부터 연료를 공급받으며, 연료를 회전수 의존성(speed-dependent) 양으로 흡입 챔버 내로 공급한다. 흡입 챔버 내의 압력은 통상적으로, 연료 분사 펌프의 부가 기능이 상기 압력에 의해 제어되어야 할 때, 부가의 압력 제어 밸브(19)에 의해 회전수 의존성 방식으로 제어된다. 연료는 오버플로 스로틀(overflow throttle)(22)을 통해 저장조(23)로 계속적으로 환류되므로, 분사 펌프의 냉각 또는 흡입 챔버의 배기가 이루어진다. 흡기관(15)은 체크 밸브(check valve)(16)를 통해 펌프 작동 챔버 내로 안내되고, 상기 체크 밸브는 펌프 작동 챔버의 방향으로 개방된다. 상기 체크 밸브와 평행하게, 압력 제어 밸브에 대해 바이패스관(21)을 제어하는 전기 제어 밸브(24)가 제공되어 있으며, 상기 전기 제어 밸브에 의해, 밸브가 개방될 때에는 펌프작동 챔버(10)와 흡입 챔버(17) 사이에 연결이 이루어지고, 밸브가 폐쇄될 때에는 펌프 작동 챔버(10)가 폐쇄된다. 솔레노이드 밸브로서 표시되는 전기 제어 밸브(24)는 작동 파라미터에 따라 제어 장치(25)에 의해 공지의 방식으로 제어된다. 그러나, 밸브(24)의 유동 단면이 충분히 큰 경우에는, 체크 밸브(16)가 생략될 수 있다. 이 경우, 펌프 작동 챔버는 흡입 행정 중에 전기 제어 밸브를 통해서만 충전된다.

펌프 피스톤의 고압 송출의 개시는 상기 전기 제어 밸브에 의해 제어된다. 최종적으로는, 분사 개시도 상기 밸브에 의해 제어될 수 있다. 이러한 가능성에 부가하여, 분사 개시는 별도의 분사 개시 조절 장치에 의해 조절될 수 있으며, 상기 분사 개시 조절 장치는 공지된 방식으로 캠의 형상을 추적하는 펌프 피스톤에 대해 회전할 수 있는 캠 구동 부재를 갖는다. 밸브가 폐쇄될 때, 펌프 피스톤의 송출 작동으로 인해 펌프 작동 챔버(10)에는 분사 작업에 필요한 압력이 형성된다. 이러한 방식으로 분사 압력으로 된 연료는 종방향 도관(9) 및 분배 홈(8)을 통해 분사관(7) 중 하나에 공급된다. 전기 제어 밸브의 재개방에 의해, 고압 송출이 중단된다. 밸브의 폐쇄 기간은 분사량을 결정하며, 상술한 바와 같이 분사 시간이 상기 밸브에 의해 제어될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 캠(5)의 캠 에지의 고압 송출 측면은, 도 2 또는 도 3에 도시한 바와 같은 시간에 따른 펌프 피스톤의 행정 곡선을 형성하도록 구현되어 있다. 상기 행정 곡선은 피스톤의 송출 행정이 개시되어 짧은 송출 행정 후 종료되는 제 1 영역(V)과, 그 후 피스톤이 전혀 이동하지 않거나 송출 방향으로 매우 약간만 이동하는 제 2 영역(P)으로 분할되며, 상기 제 2 영역에서, 피스톤은 고압 송출을 위해 작용하지 않으며 분사 휴지기가 발생되고, 마지막으로, 상기 행정 곡선은 주 분사량의 부가의 송출을 위해 캠 에지가 재차 상승되며 펌프 피스톤이 더욱 이동하는 제 3 영역(H)으로 분할된다. 영역(P)에서, 캠은 수평적으로 약간 상승하거나, 또는 약간 하강하도록 연장될 수 있다. 예비 분사는 전기 제어 밸브에 의해 제어된다. 즉, 롤러가 제 2 영역(P)에 도달할 때 제어 밸브가 폐쇄된다.

낮은 회전수로 작동하는 경우, 도 2로부터, 전기 제어 밸브, 예를 들면 솔레노이드 밸브 또는 압전 소자에 의해 작동되는 밸브는 하사점에서의, 즉 기초원(base circle)으로부터 캠 곡선의 상승 전의 예비 분사량 송출의 개시를 제어하도록 폐쇄되며, 캠 영역(P)에 도달하기 전에 캠 영역(V)에서 재차 개방된다는 것을 알 수 있다. 영역(P)에서 분사 휴지기 후에, 인접하는 캠 에지 부분(H)에서의 주 분사를 위해 고압 송출의 개시와 함께 밸브(24)의 재폐쇄가 수행되고, 그 후 밸브(24)의 개방에 의해 고압 송출은 다시 중단되고 주 분사가 종료된다. 재폐쇄 시점에서, 제어 지점의 정확도에 대한 요구는 분사 개시의 그 밖의 제어 경우 보다 낮다.

높은 회전수로 작동하는 경우에는, 예비 분사와 주 분사로의 분할이 반드시 필요하지는 않은데, 그 이유는 실질적으로 시간적으로 일정하게 수행되는 연소 작업으로 인해, 내연기관의 피스톤의 상사점을 향한 회전 방향으로 연소의 이동(shifting)이 발생되며, 분사된 연료량에서의 점화 지연 자체가 더 이상 소음 발생에 불리하게 작용하지 않기 때문이다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브(24)는 캠 에지 부분(P)의 영역에서 처음으로 폐쇄됨으로써, 상기 영역(P)에 후속하는 캠 에지 부분(H)의 영역에서 주 분사만을 위한 연료 송출이 이루어지는 경우확실하게 폐쇄되도록 제어된다. 분사의 종료는 밸브의 개방에 의해 제어되며, 밸브의 개방은 일반적으로 분사 펌프의 캠의 상사점 이전에 수행된다.

이러한 제어는, 높은 회전수의 경우, 분사 펌프의 펌프 작동 챔버가 연료로 충분히 충전될 수 있는 장점을 갖는데, 그 이유는 낮은 회전수에서의 제어의 경우와 비교할 때, 충전 시간이 연장되고 충전 방향으로의 피스톤 이동, 즉 흡기 행정중의 피스톤 이동이 제 2 영역(P)이 배치되어 있는 행정 영역에까지 도달해야 하기때문이다.

영역(P) 이후에야 비로소 이루어지는 고압 송출에 의해, 펌프 작동 챔버의 필요 충전량은 감소된다. 따라서, 전기 제어 밸브는 캠 에지의 영역(P)에서 처음으로 폐쇄되므로, 흡입 행정은 운동하는 캠 에지(V)를 통한 연료의 흡입을 위해 충분히 이용될 수 있다. 밸브가 폐쇄되지 않는 경우, 유입 충전 효과는 영역(P) 이전에 캠 에지의 개시부에서 여전히 작용한다.

각각의 경우에, 계획된 분할 분사를 수행하기 위해 그리고 밸브의 제어 작업의 지원을 위해 캠 형상을 변경할 수 있다. 피스톤이 복귀 행정을 수행하는 대신에, 피스톤이 제위치에 머물러 있거나 또는 그 운동이 분사를 수행하기에 충분치 않을 정도로만 미미하게 움직여서, 밸브의 영향없이 구조적으로 설정된 길이의 유효 분사 휴지기가 얻어지고, 상기 휴지기는 내연기관의 연소 챔버내로의 연료 공급을 감소시킴으로써 연소 챔버 내의 압력 증가가 작아지며 저소음 연소가 수행될 수 있다.

Claims (1)

1. 펌프 피스톤(1)을 갖는 연료 분사 펌프와, 전기 제어 밸브(24)를 구비하며,

   상기 펌프 피스톤(1)은 하나 이상의 캠(5)을 구비하는 캠 구동 장치에 의해 구동되고 펌프 작동 챔버(10)를 제한하며, 상기 펌프 작동 챔버는 하나 이상의 연료 분사 밸브(13)에 분사 압력으로 된 연료 분사량을 공급하기 위해 사용되며, 상기 연료 분사 펌프의 상기 펌프 작동 챔버(10)는 분사 제어를 위해 상기 전기 제어밸브(24)를 통하여 흡입 챔버(17)와 연결되거나 폐쇄되며,

   매 분사 작업마다 예비 분사와 주 분사 사이에서 분사 중단을 부가로 구비하며,

   상기 하나 이상의 캠(5)은, 상기 펌프 피스톤(1)을 송출 행정으로 이동시키는 그 캠 에지 측면에서, 상기 펌프 피스톤이 예비 분사를 실행하기 위해 송출 행정을 수행하는 제 1 부분 영역(V)과, 상기 펌프 피스톤(1)이 예비 분사의 종료 후에 송출 방향으로 이동되는 제 2 부분 영역(P)과, 상기 펌프 피스톤(1)이 주 분사를 위한 송출 행정을 수행하는 제 3 부분 영역(H)을 갖도록 형성되어 있으며,

   상기 전기 제어 밸브(24)는, 낮은 회전수에서는, 제 1 부분 영역(V)의 개시전에 폐쇄되고, 제 1 부분 영역(V)에서 예비 분사를 종료하도록 개방되며, 그 후 주 분사를 수행하기 위해 제 3 부분 영역의 개시시에 재차 폐쇄되고, 상기 캠(5)의제 3 부분 영역에서 상기 캠(5)의 상사점에 도달하기 전에 재차 개방되도록 제어되는 연료 분사 장치에 있어서,

   상기 제 2 부분 영역(P)에서 상기 펌프 피스톤(1)은 예비 분사의 종료 후에 실질적으로 거기서 도달된 위치에 유지되거나 또는 송출 방향으로 또는 상기 송출 방향과는 반대 방향으로 약간만 이동되고,

   높은 회전수에서는, 상기 전기 제어 밸브(24)가 선행 예비 분사 없이 주 분사를 개시하기 위해 제 2 부분 영역(P)내에서 폐쇄되며 상사점에 도달하기 전에 주 분사를 종료하기 위해 제 3 부분 영역(H)내에서 재차 개방되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.