KR101029214B1 - 연료 분사기 - Google Patents

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안톤 케르크호프
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Abstract

본 발명은 연료가 관류하는 축방향 보어(8)를 포함하는 내연기관용 연료 분사기에 관한 것으로, 상기 보어는 노즐 바디(7) 내에서 축방향으로 움직일 수 있게 가이드되는 노즐 니들(6)을 수용한다. 상기 노즐 니들(6)은 한쪽 단부에 노즐 바디에의 안착 표면을 가지고, 다른 쪽 단부에는 노즐 니들(16)의 둘레에 배치되어 상기 노즐 니들(6)에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 부싱(1)을 지지한다. 상기 부싱(1)은 노즐 바디(7)에 축방향으로 연결되는 연료 분사기 부품에 대하여, 노즐 니들(6)에 탄력적으로 지지된 상태에서, 상기 부싱(1) 내 유입 채널(2, 9)을 통해 상기 부싱(1)의 외부 측면에 있는 연료 순환 챔버와 연결된 제어 챔버(10)를 제한하며, 제어 밸브에 의해 제어되는 배출 채널을 포함한다. 본 발명에 따르면 상기 부싱(1)에는 상기 유입 채널(2, 9)을 통해 제어 챔버로 흐르는 연료의 여과를 위한 필터(3)가 제공된다.
연료 분사기, 필터

Description

연료 분사기{FUEL INJECTOR}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따라 연료 저장기 내에 고압으로 보관된 연료를 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 분사기에 관한 것이다.
연료 저장기 내에 고압으로 보관된 연료를 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 분사기(커먼레일 분사시스템(common rail injection system))가 공지되어 있다. 그러한 연료 분사기는 통상 2개의 유압 유체 채널을 갖는다. 메인 채널은 분사기 입구에서부터 분사 노즐까지 이어지고, 제 2 채널은 메인 채널의 적절한 지점에서 분기되어 서보 밸브로 연결되며, 상기 서보 밸브는 노즐 니들의 개방 및 폐쇄와 관련하여 제어 챔버의 제어 압력을 스위칭한다.
연료 내에는 본래 정해진 크기 이하의 입자가 항상 포함되어 있다. 따라서 공지되어 있는 많은 분사기에서는 유입측에 분사기에 유해한 크기를 초과하는 입자를 걸러내는 필터 또는 다른 구성 요소가 제공된다.
분사기의 제어를 위해 제공된 제어 밸브는 공급된 전기 제어 신호를 가급적 빨리 제어 압력의 변동으로 전환해야 하며, 밸브의 반응 행동은 빠를수록 좋다.
스위칭 속도의 가속은 특히 밸브 제어 부재의 행정(stroke) 축소에 의해 달성된다. 이는 물론, 상기 행정보다 큰 입자는 밸브 틈을 관통할 수 없고 밸브 틈 에 끼어서 밸브의 기능을 방해함을 의미한다.
전술한 유입측 필터가 허용 입자 크기와 관련하여 더욱 미세화되면, 흐름 저항이 점차 증가하는 동시에 분사기의 유압 특성들에 미치는 악영향도 그에 상응하게 증가한다.
WO 01/11222 A1으로부터 공지된, 연료 저장기 내에 고압으로 보관된 연료를 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 분사기는 분사기 하우징, 상기 하우징 내에 세로로 움직이도록 배치된 노즐 니들 및 상기 노즐 니들에 의해 선택적으로 개방되는 분사 노즐을 포함하며, 상기 분사 노즐을 통해 연료가 내연기관의 연소실 내로 분사될 수 있다. 분사 노즐의 선택적 개방 및 폐쇄와 관련하여 노즐 니들과 상호 작용하며 연료 압력을 받는 제어 챔버는 노즐 니들을 둘러싸는 부싱에 의해 한정되고, 공급되는 연료가 상기 부싱을 순환하며, 상기 부싱에 의해 제어 챔버로 통하는 유입 채널이 개방된다. 연료 분사기의 제어 챔버로 통하는 유입구에 배치된 필터는 이미 EP 0 957 262 A2 및 DE 100 37 388 A1으로부터 이미 공지된 것이다.
본 발명의 과제는 전술한 유형의 연료 분사기를 개선하는 것이다. 특히, 공급 연료 내에 포함된 이물질 입자에 전반적으로 민감하지 않은 연료 분사기를 제공해야 한다.
상기 과제는 청구항 1의 특징들을 가진 연료 분사기를 통해 해결된다.
본 발명에 따른 연료 분사기의 실시예 및 바람직한 개선예는 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명을 통해, 노즐 바디 내에 연료가 관류하는 축방향 보어를 포함하는 내연기관용 연료 분사기가 제공된다. 상기 보어는 노즐 바디 내에 축방향으로 이동 가능하게 안내되는 노즐 니들을 수용하며, 상기 노즐 니들은 한쪽 단부에 노즐 바디에의 안착면을 가지고, 다른 쪽 단부에는 노즐 니들의 둘레에 배치되어 상기 노즐 니들에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 부싱을 지지한다. 상기 부싱은 노즐 바디에 연결되는 연료 분사기의 축방향 부품에 대향하는 위치에서, 노즐 니들에 탄력적으로 지지된 상태에서, 상기 부싱 내 유입 채널을 통해 상기 부싱의 외부 측면에 있는 연료 순환 챔버와 연결된 제어 챔버를 형성하며, 제어 밸브에 의해 제어되는 배출 채널을 포함한다. 본 발명에 따르면 상기 부싱에는 상기 유입 채널을 통해 제어 챔버로 흐르는 연료의 여과를 위한 필터가 제공된다.
본 발명의 주요 장점 중의 하나는, 제어 회로가 아주 작은 크기의 입자에 대해서도 신뢰성 있게 보호되는 한편, 메인 채널 내에서 비교적 큰 입자에 대해 훨씬 덜 민감한 입력 분사로의 흐름이 거의 방해를 받지 않는 상태로 유지된다는 점이다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 필터가 부싱의 둘레에 제공된다.
바람직하게는 필터가 부싱 둘레를 둘러싸도록 환형으로 설계된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면 필터는 원기둥 겉면의 형태로 설계된다.
바람직하게는 부싱이 상이한 둘레를 갖는 2개의 섹션을 갖도록 설계되고, 필터는 둘레에 있어 더 작은, 부싱의 안쪽으로 진입된 직경에 배치된다.
부싱은 바람직하게 제어 챔버측 섹션의 영역에서 가장자리까지 제어 챔버 반대측 섹션에 비해 직경이 더 안으로 진입해 있는 형상을 가지며, 이러한 직경차는 단부측에 필터를 설치하기 위한 반경 방향 단을 형성한다.
바람직하게는 안쪽으로 진입된 직경이 필터를 수용하는, 2개의 반경 방향 단을 가진 환형 홈 형태의 리세스를 형성한다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 부싱에서 필터 내부에 추가로 상기 필터를 관통하는 연료 흐름을 수용하는 리세스가 형성된다.
바람직하게는 상기 리세스가 환형 홈의 형태로 설계된다.
제어 챔버로 통하는 유입 채널은 바람직하게 유입량을 제한하는 유입 스로틀을 포함한다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 제어 챔버로 통하는 유입 채널이 유입 흐름을 수집하는 예비 챔버를 포함한다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 제어 챔버로 통하는 유입 채널이 부싱 내부에 형성된다.
본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따르면, 제어 챔버로 통하는 유입 채널이 노즐 니들의 샤프트 내에 형성된다.
필터는 철망으로 형성될 수 있다.
필터는 직물 복합체(woven laminate)로 형성될 수 있다.
필터는 소결 재료로 형성될 수 있다.
필터는 디스크 필터(disk filter)로 형성될 수 있다.
필터는 구멍, 특히 원형, 타원형 또는 다각형 구멍들을 가진 필터로 형성될 수 있다.
바람직하게는 필터가 용접에 의해 부싱에 고정된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 필터는 분사될 연료 흐름 내에 놓임으로써 자체 청소(self-cleaning)가 된다.
하기에서는 도면을 참고로 본 발명에 따른 연료 분사기의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 분사기의 부분 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 도이다.
도 3은 도 2의 세부도의 변형예이다.
*도면 부호 목록*
1: 부싱
2: 유입 스로틀
3: 필터
4: 배출 스로틀
5: 스프링
6: 노즐 니들
7: 분사기 하우징, 노즐 바디
8: 고압 채널, 축방향 보어
9: 예비 챔버
10: 제어 챔버
11: 안쪽으로 진입된 직경
12: 홈
13: 분사 노즐
14: 노즐 예비 챔버
도 1에는 도시되지 않은 연료 저장기(커먼 레일) 내에 고압으로 보관된 연료를 분사하기 위해 제공된 연료 분사기의 일부분이 도시되어 있다. 상기 연료 분사기는 일부분만 도시된, 노즐 바디(7)를 구비한 분사기 하우징을 포함하며, 상기 하우징 내부에는 노즐 니들(6)이 세로 방향으로 움직이도록 배치된다. 상기 노즐 니들은 그의 한쪽 단부에 제공된, 노즐 바디(7)에의 안착면과 상호 작용하여 연료를 분사하기 위한 분사 노즐(13)을 선택적으로 개방한다. 연료 저장기 내에 고압으로 보관된 연료는 노즐 바디(7) 내에 축방향으로 연장되는 보어의 형태로 형성된 고압 채널(8)을 통해 노즐 니들(6)의 첨두 주변을 환형으로 둘러싸는 노즐 예비 챔버(14)에 공급될 수 있다. 노즐 니들(6)은 상기 축방향 보어(8) 내에서 세로 방향으로 움직이도록 가이드된다.
노즐 니들(6)의 다른 쪽 단부에는, 상기 노즐 니들의 둘레에 배치되어 상기 노즐 니들(6)에 대해 상대적으로 이동하는 부싱(1)이 지지된다. 이 부싱(1)은 노즐 니들(6)에 탄력적으로 지지되며, 노즐 바디(7)에 축방향으로 연결된 연료 분사기 부품에 대하여 상기 부싱(1) 내 유입 채널(2, 9)을 통해 상기 부싱(1)의 외부 측에 있는 연료 순환 챔버와 연결된 제어 챔버(10)를 제한한다.
제어 챔버(10)는 고압으로 공급된 연료에 의해 가압되고, 도면에는 도시되지않은 제어 밸브에 의해 배출 스로틀(4)에 대해 분사 노즐(13)의 개방과 관련하여 선택적으로 압력이 경감될 수 있다.
도 1 및 특히 도 2와 도 3에 도시된, 2개의 변형예의 확대된 세부도에서 볼 수 있듯이, 제어 챔버(10)는 노즐 니들(6)을 둘러싸며 상기 노즐 니들에 접해 있는 부싱(1)에 의해 둘레가 제한되고, 상기 부싱은 고압 보어(8)를 통해 공급된 연료에 의해 관류된다. 부싱(1)은 제어 챔버(10)로 통하는, 유입 스로틀(2)을 포함한 유입 채널(2, 9)을 개방한다.
부싱(1)에는 제어 챔버(10)로 공급되는 연료를 여과하기 위한 필터(3)가 제공되고, 상기 필터는 부싱(1)의 둘레를 둘러싸도록 환형으로 설계되며, 원기둥 겉면의 형태를 갖는다. 부싱(1)의 외부 둘레는 필터(3)를 수용하기 위해 안쪽으로 진입되어 있다. 도 2에 따르면 안쪽으로 진입된 직경(11)은 환형 홈을 형성하고, 상기 홈 내에 상기 홈의 2개의 반경 방향 단 사이에 필터(3)가 놓인다. 도 3에 따르면, 부싱의 일부분에서 안쪽으로 진입된 직경(11)이 부싱(1)의 상부 끝까지 연장되며, 이로써 필터가 위쪽으로부터 부싱(1) 위로, 안쪽으로 진입된 직경에 의해 형성된 하부의 반경 방향 단에 위치한 정지부까지 슬라이딩될 수 있는 조립 측면의 장점이 얻어진다. 필터(3)(바람직하게는 철망)는 부싱(1)과 별도로 직물 실린더(fabric cylinder)로서 성형될 수 있다. 부싱(1)은 상기 직물 실린더와 점용접된다(spot-welded).
또한, 부싱(1)에는 필터 내부(3) 및 안쪽으로 진입된 직경(11) 영역에 상기 필터(3)를 관통하는 연료 흐름을 수용하는, 환형 홈(12)의 형태로 설계된 리세스가 제공된다.
제어 챔버(10)로 통하는 유입 채널은 이미 전술한, 유입 흐름을 제한하는 유입 스로틀(2)을 포함하고, 상기 홈(12)으로부터 유입 스로틀(2)로의 전이부에 상기 유입 흐름을 수집하는 예비 챔버(9)를 갖는다. 도 3에 따르면 제어 챔버 내로 통하는 유입 스로틀(2)은 그 입구가 배출 스로틀(4)의 바로 밑에 놓일 수 없도록 배향된다. 이에 상응하여 노즐 니들(6)의 상부 끝의 둘레가 약간 안쪽으로 진입된다.
도시된 실시예들에서는 제어 챔버(10)로 통하는 유입 채널(2, 9)이 부싱(1) 내에 형성된다. 그 대안으로, 제어 챔버(10)로 통하는 유입 채널이 노즐 니들(6)의 샤프트 내에 형성될 수도 있다. 이 경우, 부싱(1)은 유입 채널로의 접근을 허용하는 적절한 리세스를 가져야 한다.
필터(3)는 원주 방향 및 세로 방향으로 연장하는 와이어들로 이루어진 원통형 철망으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 충분한 강도가 보장되도록 하기 위해 세로로, 즉 부싱에 동축으로 연장하는 와이어들이 더 두껍다. 와이어들이 움직일 수 없도록 하기 위해, 철망이 소결되어야 한다. 그 대안으로, 필터(3)가 직물 복 합체 또는 소결 재료로 형성될 수 있다. 또 다른 대안 실시예에 따라 필터(3)가 디스크 필터 또는 구멍, 특히 원형, 타원형 또는 다각형 구멍들을 가진 필터로 형성될 수 있다.
필터(3)는 자체 청소된다. 고압 보어(6) 내에서 필터(3) 외측을 지나 흐르는 연료에 의해 그곳에 침전된 입자가 함께 쓸려나가, 연료와 함께 분사 노즐(13)을 통해 내연기관의 연소실로 분사됨으로써 연료 분사기에 (뿐만 아니라 내연기관에도) 무해한 방식으로 제거된다. 따라서 필터(3)의 유지 보수가 필요치 않다.

Claims (21)

  1. 노즐 바디(7) 내에 분사될 연료가 관류하는 축방향 보어(8)를 포함하는 내연기관용 연료 분사기로서,
    상기 보어는 노즐 바디(7) 내에서 축방향으로 움직일 수 있게 가이드되는 노즐 니들(6)을 수용하며, 상기 노즐 니들(6)은 한쪽 단부에 노즐 바디에의 안착면을 가지고, 다른 쪽 단부에서는 노즐 니들(6)의 둘레에 배치되어 상기 노즐 니들(6)에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 부싱(1)을 지지하며, 상기 부싱은 노즐 바디(7)에 연결되는 연료 분사기의 축방향 부품에 대향하는 위치에서, 노즐 니들(6)에 탄력적으로 지지된 상태에서, 상기 부싱(1) 내 유입 채널(2, 9)을 통해 상기 부싱(1)의 외측에 있는 연료 순환 챔버와 연결된 제어 챔버(10)를 형성하며, 상기 제어 챔버는 제어 밸브에 의해 제어되는 배출 채널(4)을 포함하는, 내연기관용 연료 분사기에 있어서,
    상기 부싱(1)에 상기 유입 채널(2, 9)을 통해 제어 챔버(10)로 흐르는 연료의 여과를 위한 필터(3)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 필터(3)가 상기 부싱(1)의 둘레에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 필터(3)가 부싱(1) 둘레를 둘러싸도록 환형으로 설계된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 필터(3)가 원기둥 겉면의 형태로 설계된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 부싱(1)이 상이한 둘레를 갖는 2개의 섹션을 포함하고, 상기 필터(3)는 둘레에 있어 더 작은, 부싱(1)의 안쪽으로 진입된 직경(11)에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 부싱(1)은 제어 챔버측 섹션의 영역에서 가장자리까지 제어 챔버 반대측 섹션에 비해 직경이 더 안으로 진입해 있는 형상을 가지며, 이러한 직경차는 단부측에 필터(3)를 설치하기 위한 반경 방향 단을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  7. 제 5항에 있어서,
    안쪽으로 진입된 직경(11)이 필터(3)를 수용하는, 2개의 반경 방향 단을 가진 환형 홈 형태의 리세스를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부싱(1)에서 필터(3)의 내부 및 안쪽으로 진입된 직경(11)의 영역에 상기 필터(3)를 관통하는 연료 흐름을 수용하는 리세스(12)가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 리세스(12)가 환형 홈의 형태로 설계된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  10. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 챔버(10)로 통하는 유입 채널(2, 9)이 유입량을 제한하는 유입 스로틀(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  11. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 챔버(10)로 통하는 유입 채널(2, 9)이 유입 흐름을 수집하는 예비 챔버(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  12. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 챔버(10)로 통하는 유입 채널(2, 9)이 부싱(1) 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  13. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 챔버(10)로 통하는 유입 채널(2, 9)이 노즐 니들(6)의 샤프트 내에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  14. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(3)는 철망(wire cloth)으로 형성된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 철망이 소결되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  16. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(3)가 직물 복합체(woven laminate)로 형성된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  17. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(3)가 소결 재료로 형성된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  18. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(3)가 디스크 필터(disk filter)로 형성된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  19. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(3)가 원형, 타원형 또는 다각형 구멍들을 가진 필터로 형성된 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 필터(3)가 용접에 의해 부싱(1)에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
  21. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(3)는 분사될 연료 흐름 내에 놓임으로써 자체 청소(self-cleaning)됨을 특징으로 하는,
    내연기관용 연료 분사기.
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