KR20010015121A - 내연기관에 연료를 공급하기 위한 펌프의 송출압력 조절장치 - Google Patents

내연기관에 연료를 공급하기 위한 펌프의 송출압력 조절장치 Download PDF

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KR20010015121A
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마리오 리코
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Abstract

본 장치는 펌프(16)의 송출과 연통하는 공급 도관(34), 드레인 도관, 셔터를 제어하는 전기자(51)를 제어하도록 작동 가능한 전자석(46)을 갖는 솔레노이드 밸브(32)를 포함하고, 전자석(46)이 작동할 때 펌프(16)의 송출압력의 변동을 줄이기 위한 감소수단을 더 포함한다. 감소수단은 공급 도관(34)과 드레인 도관 사이에 위치하며, 소정의 체적을 갖는 챔버(64) 및 전기자(51)의 스템(52)의 소경 단부(87)가 슬라이딩되는 개구부(92)를 갖는 고정 실드(91c)를 포함한다. 전자석(46)은 제어 펄스의 듀티 사이클을 변조시키는 모듈레이터(86)를 거쳐서, 그리고 적어도 하나의 작동 매개변수에 따른 유압 변동의 추정치에 근거한 제어 펄스의 주파수를 선택하기 위한 회로(103)를 거쳐서 전자 장치(31)에 의해 제어된다.

Description

내연기관에 연료를 공급하기 위한 펌프의 송출압력 조절장치{Device for regulating the delivery pressure of a pump, for example, for feeding fuel to an internal combustion engine}
본 발명은 예를 들면 내연기관에 연료를 공급하기 위한 펌프의 송출압력을 조절하기 위한 장치에 관한 것이다.
현재의 엔진 연료 공급시스템에서, 저압 펌프는 탱크에서 연료를 인출하여 고압펌프로 공급하고, 고압펌프는 그 연료를 계속하여 디스트리뷰터나 엔진 실린더 인젝터를 제공하기 위한 일명 "공동 레일(common rail)에 공급한다. 공동 레일에서 일정한 연료 압력을 제어 및 유지하기 위하여, 보통 압력센서 제어장치가 마련되어 잉여 연료를 다시 탱크로 드레인시킨다.
종래의 압력 제어장치는 보통 솔레노이드 밸브를 포함하는데, 이 솔레노이드 밸브는 고압펌프의 송출 도관과 연통하는 공급 도관 및 탱크와 연통하는 드레인 도관을 포함한다. 솔레노이드 밸브는 또 공급 도관과 드레인 도관 사이에 위치한 셔터 및 셔터를 제어하는 전기자(armature)를 제어하도록 작동되는 전자석을 포함한다.
레이디얼 피스톤 펌프에 결합된 종래의 압력조절 솔레노이드 밸브 중 하나에서, 전자석은 환상 솔레노이드가 있는 코어를 가지며, 전기자는 원반형이며 솔레노이드와 동축인 코어 내의 홈 내부에서 슬라이딩하는 스템에 고정되며, 셔터는 스템의 원뿔 단부에 의해 또는 스템 단부의 제어를 받는 볼(ball)에 의해 한정된다.
종래의 조절장치에는 여러 가지 단점이 있다. 특히, 송출 도관에서의 연료 압력이 다양한 형태의 변동을 받아 엔진 작동에 피해를 주는데, 특히 고압 펌프 피스톤의 맥동 동작에 의해 그리고 인젝터에 의한 연료 송출의 맥동에 의해 발생된다.
종래의 장치는 또 공급 도관이 개방될 때 연료 압력의 변화에 의해 발생되는 전기자 스템의 피스톤 효과에 의해 생기는 압력 변동을 받는다. 즉, 전자석이 조절 솔레노이드 밸브를 개방시키면 송출 압력이 즉시 스템의 전구간에 작용하여 순간적으로 솔레노이드 밸브를 개방시켜 전기자가 진동하게 한다.
전자석은 펄스폭 변조(PWM)기술을 이용하는, 소정 주파수를 갖는 전기 펄스에 의해 제어되는데, 이것이 또 공동 레일에서 연료 압력에 변동을 일으킨다. 그리고 솔레노이드 밸브가 소정 공진 주파수를 갖기 때문에 그 결과 다양한 형태의 변동이 특정 조건에서 공진 현상을 발생시켜 변동을 엄청나게 증가시킬 수도 있다.
따라서 본 발명의 목적은 펌프의 송출 압력을 조절하여, 종래의 장치와 관련된 전술한 단점을 없앨 수 있는 직접적이고도 신뢰도가 매우 높은 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 설명되었지만 그것으로 한정되지는 않는다.
도1은 본 발명에 따른 송출압력 조절장치의 특징을 보여주는 고압펌프의 부분단면도,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도1의 조절장치의 일부를 형성하는 솔레노이드 밸브의 확대단면도,
도3은 솔레노이드 밸브 조립의 일단계를 약간 작은 크기로 나타낸 도2의 개략도,
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도3의 상세도,
도5 및 도6은 도4의 변형예의 도면,
도7은 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 도2의 상세도,
도8은 압력 조절장치를 제어하기 위한 전자장치의 블록도,
도9 및 도10은 종래 조절장치의 작동 그래프,
도11 및 도12는 도9 및 도10에 도시된 바와 같은, 도6의 변형예에 따라 소정 주파수의 펄스에 의해 제어되는 조절장치의 작동 그래프, 및
도13 및 도14는 도11 및 도12에 도시된 바와 같은, 서로 다른 주파수의 펄스에 의해 제어되는 동일한 조절장치의 작동 그래프이다.
본 발명에 따라서, 예를 들면 내연기관에 연료를 공급하기 위한 펌프의 송출압력을 조절하기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는 고압펌프의 송출 도관과 연통하는 공급 도관, 드레인 도관, 공급 도관과 드레인 도관 사이에 위치한 셔터 및 셔터를 제어하는 전기자를 제어하도록 가변 작동하는 전자석을 갖는 솔레노이드 밸브를 포함하며, 펌프의 송출 압력의 변동을 줄이기 위한 감소 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 감소 수단은 공급 도관과 드레인 도관 사이에 위치한 차단 챔버(cutoff chamber)를 포함하며, 이 챔버는 전기자에 대한 송출 압력의 변동 작용을 감소시킬 정도의 체적을 갖는다. 전기자는 일부가 차단 챔버 내부에 수용되는 원통형 스템을 포함하며, 원통형 스템은 챔버의 체적을 늘리기 위해 스템보다 직경이 작다.
본 발명의 일실시예에서 차단 챔버는 개구부를 갖는 고정 실드에 의해 폐쇄되며, 스템에 대한 연료 압력의 영향을 줄이기 위해 스템에서 직경이 작은 부분이 개구부 내에서 슬라이딩된다.
전자석이 소정 주파수를 갖는 펄스를 발생하기 위한 펄스 제너레이터 및 펄스 듀티 사이클 모듈레이터에 의해 제어된다면 변동 감소수단은 솔레노이드 밸브의 공진 주파수를 피하도록 펄스 주파수를 생성하기 위하여 펄스 제너레이터를 조절한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 살명한다.
도1의 참조번호 10은 내연기관, 예를 들면 디젤엔진에 대한 연료공급시스템의 전체를 가리킨다. 시스템(10)은 전동기(12)에 의해 작동하여 보통의 차량 탱크(13)에서 참조번호 16에 의해 전체적으로 표시된 고압펌프의 유입관(14)에 연료를 공급시키기 위한 저압펌프(11)를 포함한다.
펌프(16)는 내연기관에 위치한 레이디얼 피스톤형이다. 보다 구체적으로 펌프(16)는 펌프 본체(18)에 방사형으로 120°이격 배치된 3개의 실린더(17)(도1에 하나만 도시됨)를 포함한다. 각 실린더(17)는 흡입 밸브(21)와 송출 밸브(22)를 지지하는 플레이트(19)에 의해 폐쇄된다. 각 실린더(17)와 개별 플레이트(19)는 실린더(17)의 대응 헤드부(23)에 의해 펌프 본체(18)에 고정된다.
3개의 피스톤(24)은 각각의 실린더(17) 내부에서 슬라이딩하며, 내연기관 구동축에 의해 회전하는 샤프트(25)에 장착된 하나의 캠(도1에 도시되지 않음)에 의해 차례로 작동된다. 피스톤(24)은 개별 흡입 밸브(21)를 통해 그리고 개별 송출 밸브(22)를 통해 도관(14)으로부터 연료를 흡입하여 공동 송출 도관(26)으로 공급한다. 고압펌프(16)는 최대 약 1600bar까지 연료를 펌핑시킨다.
도관(26)은 압축 연료 디스트리뷰터나 베셀(vessel) - 개략적으로 참조번호 27로 표시내며, 이후 공동 레일로 칭함 - 에 연결되며, 공동 레일(27)에는 내연기관 실린더의 통상의 연료 인젝터(28)가 마련되어 있다. 공동 레일(27) 상의 압력 센서(29)는 전자제어장치(31)(도 8 참조)에 연결되어 공동 레일(27)에서의 연료 압력을 제어한다.
펌프(16)는 전체가 참조번호 32로 표시된 솔레노이드 밸브를 포함하는 송출압력 조절장치를 가진다. 솔레노이드 밸브는 펌프 본체(18)의 시트(33) 내부에 결합되는 한편, 공급 도관(34)과 드레인 도관(36)을 포함한다. 보다 구체적으로 공급 도관(34)은 밸브 본체(38)의 제1 실린더부(37)에 축 방향으로 결합된다.
공급 도관(34)은 보정직경부(calibrated-diameter portion)(35)를 포함하며, 펌프 본체(18)에 있는 레이디얼 채널(39)과 캐비티(41)를 거쳐 송출 도관(26)과 연통한다. 드레인 도관(36)은 펌프 본체(18)와 반경 방향으로 끼워 맞춰지고, 환상 캐비티(42)를 거쳐 제1 실린더부(37) 내의 일련의 반경 방향 구멍(43)과 연통한다. 볼 형태의 셔터(44)(도2)는 공급 도관(34)과 반경 방향 구멍(43) 사이에 위치하며, 보정직경부(35)의 유출구에 형성된 원뿔 시트(45)와 맞물려 도관(34)을 폐쇄한다.
솔레노이드 밸브(32)는 전체가 참조번호 46으로 표시되고, 환상 솔레노이드(49)를 수용하는 환상 시트(48)가 형성된 강자성 코어(47)를 갖는 전자석을 더 포함한다. 전자제어장치(31)(도8 참조)는 볼(44)을 제어하는 전기자(51)를 제어하기 위해 전자석(46)을 가변 작동시킨다. 보다 구체적으로 전기자(51)는 원반형이며 코어(47) 내의 축 방향 구멍(53) 내부에서 슬라이딩하도록 안내되는 원통형 스템(52)에 결합된다.
코어(47)는 중공 원통부(54)와 일체형으로 형성되는데, 중공 원통부(54)에는 전자석(32)을 폐쇄하기 위한 헤드부(56)가 유체가 새지 않도록 결합된다. 헤드부(56)는 비자성 금속재료로 만들어지며, 전기자(51)를 수용하여 전기자 챔버를 한정하는 챔버(55)를 갖는다. 헤드부(56)는, 정상시 코어(47)의 자극편(pole pieces)을 향하여 전기자(51)를 밀어서 볼(44)을 소정의 힘으로 공급 도관(34)을 폐쇄하는 폐쇄부 내에서 유지시키기 위해 예압된 압축 스프링(59)을 수용하는 중앙 캐비티(58)를 포함한다.
코어(47)는 축 방향 시트(61)를 형성하는 내부 숄더(57)를 갖는 원통형 돌출부(60)를 더 포함한다. 동축 시트(61) 내에는 제1 실린더부(37)보다 직경이 더 큰 밸브 본체(38)의 제2 실린더부(62)가 결합된다. 밸브 본체(38)는 코어(47) 내의 구멍(53)과 직경이 실질적으로 동일한 원통형의 축 방향 캐비티(63)를 포함하여, 스템(52)의 단부가 볼(44)과 맞물릴 수 있게 한다.
캐비티(63)는 반경 방향 구멍(43)과 연통하고 원뿔 시트(45)의 베이스까지 연장한다. 스템(52)과 볼(44)이 차지하지 않은 캐비티(63)의 공간은 공급 도관(34)과 드레인 도관(36) 사이의 유압 파동을 차단하기 위한 차단 챔버(64)를 한정한다.
밸브 본체(38)는 제2 실린더부(62)의 경사진 단부(66)와 단단히 맞물리도록 도4에 도시된 돌출부(60)의 환상 단부(65)를 도2의 위치로 구부려서 시트(61) 내부에서 결합된다. 이 작업은 조정 엘리먼트, 예를 들면 숄더(57)와 제2 실린더부(62)의 단부 표면 사이에 삽입된 보정 와셔(67)의 내삽(interposition)에 의해 이루어진다. 와셔(67)를 용이하게 배치하기 위해 제2 실린더부(62)의 단부 표면에 리브(70)를 마련한다.
전기자(51)와 코어(47)의 자극편 사이에 소정의 갭을 남겨두는 스템(52)의 정지 위치를 얻기 위하여, 와셔(67)는 두께가 2미크론씩 서로 달라지는 일련의 모듈식 와셔(67)로부터 선택되며, 이에 의해 솔레노이드(49)의 여기 상태의 변동에 대한 전기자(51)의 반응을 개선시킨다.
솔레노이드(49)에는 두 개의 돌출부(69)(하나만 도2에 도시)를 형성하는 절연 재료 내에 그 일부가 솔레노이드(49)와 함께 성형되는 통상의 터미널(68)(도2)이 제공된다. 돌출부(69)는 전기자(51) 내의 두 개의 구멍 내로 삽입되며, 두 개의 터미널(68)은 헤드부(56) 내로 삽입된 절연 재료로 된 링(73) 내에 미리 함께 성형된 전기 플러그와의 연결을 위해 두 개의 금속 핀(72)에 납땜 결합된다.
그 후 헤드부(56)는 단부(65)와 마찬가지로 헤드부(56)의 경사진 단부(77)와 확실히 맞물리도록 중공 원통부(64)의 환상 단부(76)를 구부려서 코어(47)의 중공부(54) 내부에서 유체가 누설되지 않도록 고정된다. 중공 원통부(54)와 헤드부(56)는 함께 성형되어 핀(72)을 위한 통상의 가아드(79)를 포함하는 블록(78)으로 된다. 그리고 마지막으로 솔레노이드 밸브(32)는 유체가 누설되지 않도록 볼트로 그리고 밸브 본체(38)의 제1 실린더부(37)와 코어(47)의 돌출부(60) 상에 적절한 시일(82, 83)을 내삽시켜 펌프 본체(18)의 시트(33) 내부에 결합된다.
제어장치(31)(도8)는 엔진의 여러 가지 작동 변수, 예를 들면 엔진 속도, 출력, 소요 동력, 연료 소비 등을 나타내는 전기 신호를 받아들인다. 펄스 제너레이터(84)는 소정 주파수의 클립 펄스를 발생하며, 펄스의 듀티 사이클을 변조시키기 위한 모듈레이터(86)에 연결되어 PWM 기술을 사용하여 전자석(46)을 제어한다. 모듈레이터(86)는 펄스의 1%와 99% 사이에서 듀티 사이클을 변조할 수 있다.
전자석(46)의 솔레노이드(49)(도2 참조)는 모듈레이터(86)에 의해 발생되는 듀티 사이클에 의해 제어된다. 어떤 목적이든 전자제어장치(31)는 압력 센서(29)로부터 신호를 받아서, 그 신호를 다른 변수의 함수로서 처리하여 그에 따라 모듈레이터(86)를 제어한다.
상기 압력조절장치는 다음과 같이 작동한다.
정상시 전자석(46)(도1 및 도2)에는 전압을 작동하지 않으며, 공급 도관(32)은 볼(44)과 스프링(59)에 의해 폐쇄된다. 펌프(16)가 온 상태일 때 연료가 송출 도관(26)을 따라 공동 레일(27)로 공급되어 압력을 증가시킨다. 공동 레일(27)의 연료 압력 및 이에 따른 송출 도관(26)과 공급 도관(34)의 연료 압력이 소정의 최소값을 초과할 때 볼(44) 상의 스프링(59)의 힘을 이기게 된다. 그러나 그 후 모듈레이터(86)에 의해 방출된 신호가 솔레노이드(49)를 작동시키로 스프링(59)의 힘에 전기자(51)에 대한 전자석(46)의 자력이 더해진다.
공동 레일(27)의 연료 압력이 전자제어장치(31)가 요구하는 압력을 초과할 때 모듈레이터(86)는 듀티 사이클을 감소시켜 전기자(51)에 대한 자력을 감소시킨다. 그러므로 공급 도관(34)의 연료 압력은 스프링(59)의 힘과 볼(44)에 대한 자력의 압력을 이겨 볼(44)이 시트(45)로부터 해제된다. 이에 따라 공급 도관(34)이 구멍(43)에 연결되고, 그로 인해 드레인 도관(36)에 연결되며, 펌핑된 연료의 일부가 탱크(13)로 드레인된다.
본 발명에 따른 조절장치는 송출 도관(26) 및 공동 레일(27)에서 연료 압력의 변동을 감소시키기 위한 여러 수단을 포함한다. 보다 구체적으로 그러한 수단은 공급 도관(34)과 드레인 도관(36) 사이의 유압 파동을 차단하기 위한 차단 챔버(64)를 포함하며, 차단 챔버의 체적은 송출 도관(26)에서의 변동을 충분히 줄일 수 있는 정도이다. 스템(52)은 연결 숄더(88)에 의해 스템(52)의 나머지 부분과 이격된 소경 단부(87)를 포함하는 것이 유리하다. 바람직하게는 소경 단부(87)의 직경이 스템(52)의 직경의 1/3 및 2/3 사이의 범위에 있고, 소경 단부(87)는 챔버(64)의 전체 높이까지 연장될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 고정 실드(91a, 91b, 91c)(도4 내지 도6)가 차단 챔버(64)와 숄더(88) 사이에 삽입된다. 보다 구체적으로 고정 실드(91a, 91b, 91c)는 밸브 본체(38)와 코어(47) 사이에 고정되며, 소경 단부(87)가 최소의 틈새 크기로 슬라이딩되는 개구부 또는 구멍(92)을 가지므로, 차단 챔버(64)에서의 가변적인 연료 압력이 숄더(88)와 반대로 실드(91a, 91b, 91c)의 표면에 작용하여 스템(52)에 대한 압력의 영향을 크게 감소시킨다.
제1 변형예(도4)에서 실드(91a)는 평평한 벽(93)과 원통형 벽(94)이 있는 컵 형태이며, 밸브 본체(38)의 제2 실린더부(62)는 실드(91a)의 원통형 벽(94)을 수용하기 위한 시트를 형성하는 숄더(95)를 가지는데, 와셔(67)를 배치하기 위한 도3에 도시된 리브(70)를 대신한다.
제2 변형예(도5)에서 실드(91b)는 도4에서처럼 컵 형태이지만 원통형 벽(92)은, 와셔(67)를 대신하기 위해 밸브 본체(38)의 제2 실린더부(62)의 단부 표면과 코어(47)의 숄더(57) 사이에 삽입된 플랜지(96)를 포함한다. 그러므로 실드(91b)는 도3의 와셔(67)와 같은 모듈식 두께를 갖는 플랜지들(96)이 있는 일련의 실드들(91b)로부터 선택되어, 그로 인해 밸브 본체(38)의 조정 엘리먼트를 한정한다. 이 경우에 실드(91b)의 평평한 벽(93)과 밸브 본체(38)의 제2 실린더부(62)의 숄더(95) 사이에는 소정 크기의 틈새가 분명히 있다.
제3 변형예(도6)에서 밸브 본체(38)의 제2 실린더부(62)는 리브(70)와 숄더(95)를 갖지 않으며, 실드(91c)는 코어(47)의 돌출부(60)에 있는 축 방향 시트(61)의 외경과 실질적으로 같은 외경을 갖는 와셔에 의해 한정된다. 중앙 구멍(92)은 스템(52)의 소경 단부(87)와 거의 동일한 직경을 갖는다.
이 경우에 코어(47)의 시트(61)의 숄더(57)는 숄더(57)에 올려져 있는 실드(91c)의 전체 표면의 정확한 머쉬닝을 가능하게 하는 환상 그루브(97)를 포함한다. 실드(91c)의 와셔는 모듈식 두께를 갖는 일련의 와셔들(91c)로부터 선택되어 밸브 본체(38)의 매우 경제적인 조정 엘리먼트를 형성한다. 와셔 형태의 실드(91c)는 또 밸브 본체(38) 내의 시트(61) 형성을 아주 간단하게 한다.
고압 펌프(16)의 송출 압력의 변동을 줄이기 위한 수단은 솔레노이드 밸브(32)의 공급 도관(34) 내부에 탈착 가능하게 결합되는 초킹 엘리먼트(98)(도7)를 포함하거나 또는 초킹 엘리먼트(98)에 의해 한정된다. 보다 구체적으로 초킹 엘리먼트(98)는 축 방향의 보정 구멍(99)이 있는 원통형 블록에 의해 한정될 수 있다.
바람직하게는, 외경이 동일하지만 모듈식 직경의 구멍(99)을 갖는 일련의 원통형 블록(98)이 제공되어, 각각의 솔레노이드 밸브(32)가 펌프(16)의 송출 압력의 변동을 줄이기 위해 최대한 적합하게 맞춰진 블록(98)과 결합될 수 있다. 구멍(99)의 직경이 공급 도관(34)의 보정직경부(35)의 직경의 6/10과 10/10 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다.
고압 펌프(16)의 송출 압력의 변동을 줄이기 위한 수단은 펌프(16)의 송출 도관 내부에 탈착 가능하게 결합된 초킹 부재(100)(도1)를 포함할 수 있으며, 초킹 부재(100)는 송출 도관(26)의 시트(102) 내부의 보정 구멍(101)을 갖는 결합부(fitting)에 의해 한정될 수 있다. 테스트는 직경이 0.7㎜ 미만의 구멍(101)이 있을 때 변동이 최소로 감소된다는 것을 보여주었다. 구멍(101)의 직경이 0.5와 0.7㎜ 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다.
블록(98)과 결합부(100)는 독립적으로 또는 서로 결합하여 마련될 수 있으며, 차단 챔버(64)의 실드(91a, 91b, 91c)와 결합하여 마련될 수도 있는데, 특정 작동 조건 하에서 어느 것이 더 효과적인가에 따라 달라진다. 특히 펌프(16)의 속도와 관련하여 블록(98)과 결합부(100)는 2000rpm 이상의 펌프 속도에서 압력 변동을 크게 감소시킨다. 공동 레일(27)에서 요구되는 연료 압력에 관하여 블록(98)은 600bar 이상의 압력에서 압력 변동을 크게 감소시키는 반면에 결합부(100)는 700bar 이하의 압력에서 압력 변동을 크게 감소시킨다. 어느 경우든 블록(98)과 결합부(100)가 실드(91)에 의한 감소에 더하여 압력 변동을 감소시킨다.
알려진대로 솔레노이드 밸브(32)는 공진 주파수를 가지며 상기 경우에 보통은 500 및 650㎐ 범위에 있다. 특정 조건에서 압력 변동은 강제로 솔레노이드 밸브(32)를 진동시키기 시작하여, 변동을 엄청나게 증가시키는 결과를 초래할 수 있다. 따라서 압력 변동을 감소시키기 위한 수단은 공진 현상을 방지할 수 있도록 선택되어야만 한다.
압력 조절장치의 실제 작동 중에 볼(44)에 미치는 힘은, 펌프(16)와 인젝터(28)의 간헐 동작 및 전자석(46)의 PWM 제어에 의해 야기된 맥동 흐름 성분에 의해 그리고 전기자(51)의 갭, 시트(45)에 대한 볼(44)의 위치 및 스템(52)과 구멍(53) 사이의 마찰 등과 같은 다른 기계적 이유 때문에, 일정하지 않다.
이에 따라 전자석(46)의 볼(44)과 전기자(51)는 모두 고정된 위치를 유지하지 못하고 평형점 주위에서 진동하거나 또는 "떨린다." 진폭이 제한될 때 떨림은 스템(52)과 구멍(53) 사이의 마찰을 최소화하는데 도움이 되므로, 떨림 진폭을 제어하는데 전자석(46)의 제어 주파수가 이용될 수 있다. 예를 들면 펌프(16)의 동작 속도가 낮을 때와 공동 레일(27)에서 저압이 필요할 때 낮은 PWM-제어 주파수, 예를 들면 약 400㎐를 이용하여 떨림이 강화되어야 한다.
역으로 고진폭일 때, 예를 들면 펌프(16)의 동작 속도가 고속일 때와 공동 레일(27)에서 고압이 필요할 때 떨림은 공동 레일(27)의 압력 조절에 손상을 줄 수 있다. 어떤 경우든 전자석(46)의 전기 제어에 의해 야기되는 맥동 효과는 약 2000㎐의 충분히 높은 제어 펄스 주파수를 이용하여 최소화되어야 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서 떨림 진폭을 제어하기 위한 압력 변동 감소수단은 펄스 제너레이터(84)에 의해 방출되는 제어신호의 주파수를 변경시키기 위한 회로(103)를 포함할 수 있다. 어느 목적이든 바람직하게 회로(103)는 전자제어장치(31)에 의해 자동 제어되어 공동 레일(27)에서 유압 변동의 최대 감소를 달성하도록 최대한 적합하게 맞춰진 펄스 제너레이터(94)가 발생하는 제어 펄스의 주파수를 매번 선택한다.
그러므로 전자제어장치(31)는 하나 이상의 매개변수에 따라 변동의 추정치에 근거하여 주파수를 선택하도록 회로(103)를 제어하도록 프로그램된다. 매개변수는 공동 레일(27)에서 필요한 유압, 펌프(16)와 내연기관의 속도, 엔진 실린더에 주입되는 연료의 양, 즉 엔진의 출력, 및 가속 페달의 위치 등을 포함한다.
회로(103)는 또 제너레이터(84)가 솔레노이드 밸브(32)와 공급 시스템(10)의 공진 주파수와 실질적으로 동일한 주파수를 가진 펄스를 발생하지 않도록 경험에 의해 수동으로 조절되기도 한다. 전술한 솔레노이드 밸브(32)의 경우에 제너레이터(84)가 적어도 1500㎐의 주파수를 갖는 제어 펄스를 발생하도록 조절되는 것이 바람직하다.
도9의 그래프는 송출 도관(26) 내의 압력을 1667㎐ 주파수 펄스로 기존의 개회로 제어 솔레노이드 밸브에 공급된 조절 전류의 함수로서 도시한 것이다. 5개의 곡선(A 내지 E)은 왼쪽에서 오른쪽으로 증가하는 펌프(16)의 동작 속도에 대한 압력을 보여준다.
보다 구체적으로 곡선(A)은 펌프(16) 속도가 500rpm인 경우 여자 전류 0에 대한 최저점을 나타내고, 곡선(B, C, D 및 E)은 펌프(16) 속도가 1000, 1500, 2000 및 2500rpm인 경우 여자 전류 0에 대한 각각의 최저점을 나타낸 것이다. 도시된 것처럼 1500rpm의 곡선(C)은 600bar 이하의 압력에서 심각한 변동을 보인 반면에 2000 및 2500rpm 속도에 관한 곡선(D와 E)은 실질적으로 어떤 압력에서든 심각한 변동을 보여준다.
도10은 도9에서 도시된 것과 같은 솔레노이드 밸브와 같은 압력 대 펌프(16) 속도에 대한 그래프를 도시한다. 6개의 곡선은 0.75 내지 2amp 범위에서 맨 밑의 곡선에서부터 위로 0.25amp씩 증가하는 전자석(47) 공급 전류에 대한 압력을 보여준다. 도시된 바와 같이 특히 낮은 압력에 대한 맨 밑의 곡선을 제외한 나머지 곡선은 속도가 높아질수록 심각한 압력 변동을 보여준다.
도11과 도12는 도9와 도10의 그래프와 같지만, 833㎐에 의해 제어되는 조절장치에 대한 그래프를 도시하는데, 솔레노이드 밸브(32)에 실드(91c)(도6) 및 0.65㎜ 직경의 구멍(101)이 있는 초킹 부재(100)를 가진 송출 도관(26)(도1)이 마련되어 있다. 도11과 도12에서 도시된 것처럼 저압 및 저속의 펌프(16) 속도에서는 공동 레일(27)에서 약간의 압력 변동만이 있다.
도13과 도14는 도9와 도10의 그래프와 같지만, 1667㎐에 의해 제어되는 조절장치에 대한 그래프를 도시하는데, 솔레노이드 밸브(32)에 실드(91c)(도6) 및 도11과 도12에서처럼 0.65㎜ 직경의 초킹 부재가 있는 송출 도관(26)(도1)이 마련되어 있고, 공급 도관(34)에는 0.5㎜ 직경의 초킹 엘리먼트가 마련되어 있다. 도13과 도14에서 도시된 것처럼 실질적으로 공동 레일(27)의 모든 압력에서 그리고 펌프(16)의 모든 속도에서 압력 변동이 제거되었다.
종래의 장치와 비교하여 본 발명에 따른 조절장치의 이점은 전술한 설명으로 확실할 것이다. 특히 공급 도관(34)의 차단 챔버(64)와 초킹 엘리먼트(98) 또는 송출 도관 초킹 부재(100)는 모두 공동 레일(27)에서 연료 압력 변동을 감소시킨다.
더욱이, 실드(91a, 91b, 91c)는 차단 챔버(64) 내의 압력에 의해 전기자(51)에 생기는 피스톤 효과를 없애준다. 그리고 마지막으로 솔레노이드 밸브(32)의 솔레노이드(49)의 제어 펄스 주파수를 선택하면 장치 자체의 주파수 공진 및 엔진의 특정 동작 조건에 의해 생기는 압력 변동을 없애준다.
첨부한 특허 청구범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에서 개시된 조절장치에 대한 변경을 가할 수 있다. 예를 들면 전자석(46)의 전기자(51)는 원반형이 아닌 원통형이 될 수 있고, 차단 챔버(64)의 체적도 캐비티(63)의 높이 및/또는 직경을 변경시켜서 늘릴 수 있고, 솔레노이드 밸브(32)가 펌프(16)와 반대로 공동 레일(27)에 위치할 수 있다.

Claims (19)

  1. 예를 들면 내연기관에 연료를 공급하기 위한 펌프의 송출압력 조절장치에 있어서,
    상기 펌프의 송출과 연통하는 공급 도관(34), 드레인 도관(36), 상기 공급 도관(34)과 상기 드레인 도관(36) 사이에 위치한 셔터 및 상기 셔터(44)를 제어하는 전기자(51)를 제어하도록 가변 작동되는 전자석(46)을 포함하는 솔레노이드 밸브(32)를 포함하며,
    상기 펌프(16)의 송출 압력의 변동을 줄이기 위한 감소수단(64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감소수단(64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103)이 상기 공급 도관(34)과 드레인 도관(36) 사이의 유압을 차단하기 위한 차단 챔버(64)를 더 포함하며,
    상기 차단 챔버(64)는 상기 전기자(51)에 대한 상기 유압의 변동 작용을 줄일 정도의 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기자(51)는 상기 챔버(64)에 수용되는 부분(87)을 갖는 원통형 스템(52)을 포함하며,
    상기 부분(87)은 숄더(88)에 의해 상기 스템(52)에 연결되고, 상기 스템(52)보다 직경이 더 작아 상기 챔버(64)의 체적을 증가시키고, 상기 스템(52)에 대한 상기 챔버(64) 내의 유압의 작용을 감소시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부분(87)의 직경이 상기 스템(52) 직경의 1/3 및 2/3 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 장치
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 감소수단(64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103)이 상기 챔버(64)를 한정하며 상기 부분(87)이 슬라이딩되는 개구부(92)를 갖는 고정 실드(91a, 91b, 91c)를 포함하여 상기 스템(52)에 대한 상기 챔버(64) 내의 유압의 피스톤 효과를 제거하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자석(46)은 환상 솔레노이드(49)를 갖는 코어(47)를 포함하며,
    상기 스템(52)은 상기 코어(47)에 있는 축 방향 구멍(53) 내부에서 슬라이딩하며,
    상기 챔버(64)는 상기 송출 도관(26)에 연결되도록 조정되는 밸브 본체(38)에 형성되며,
    상기 실드(91a, 91b, 91c)가 상기 밸브 본체(38)와 상기 코어(47) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    조정 엘리먼트(67, 96, 91c)가 상기 밸브 본체(38)와 상기 코어(47)의 숄더(57) 사이에 위치하며, 모듈식 두께를 갖는 일련의 조정 엘리먼트(67, 96, 91c)로부터 선택될 수 있어서 상기 전자석(46)이 작동할 때 상기 전기자(51)의 정지 위치의 모듈식 조정을 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실드는 상기 밸브 본체(38) 상의 시트 내부에 삽입된 컵(91a) 형태이며, 상기 조정 엘리먼트는 모듈식 두께를 갖는 별도 와셔(67)에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실드는 상기 밸브 본체(38) 상의 시트 내부에 삽입된 컵(91b) 형태이며,
    상기 컵(91b)은 상기 밸브 본체(38)와 상기 코어(47)의 숄더(95) 사이에 위치한 스페이서 플랜지(96)를 포함하며,
    상기 컵(91b)이 모듈식 두께의 플랜지(96)가 있는 일련의 컵(91b)으로부터 선택 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실드는 상기 밸브 본체(38)와 상기 코어(47)의 숄더(95) 사이에 위치한 평평한 와셔(91c)의 형태이며,
    상기 평평한 와셔(91c)는 모듈식 두께를 갖는 일련의 평평한 와셔(91c)로부터 선택 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 도관(34)은 소정의 보정된 직경을 갖는 부분(35)을 가지며,
    상기 감소수단(64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103)이 상기 공급 도관(34) 내부에 탈착 가능하게 위치한 초킹 엘리먼트(98)를 포함하며,
    상기 초킹 엘리먼트(98)가 상기 공급 도관(34)의 상기 부분(35)의 직경보다 더 작은 직경의 보정 구멍(99)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 초킹 엘리먼트(98)의 구멍(99)의 직경이 상기 공급 도관(34)의 상기 부분(35)의 직경의 6/10과 10/10 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자석(46)이 소정 주파수의 펄스를 발생시키는 제너레이터(84)와 상기 펄스의 듀티 사이클을 변조시키는 모듈레이터(86)를 포함하는 전자 장치(31)에 의해 제어되며,
    상기 펌프가 엔진 실린더를 위한 공동 디스트리뷰터(27)에 연결된 연료 공급시스템(10)의 고압 펌프(16)인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공급 도관(34)이 상기 송출 도관(26)과 연통하며,
    상기 감소수단(64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103)이 상기 송출 도관(26) 내부에 위치한 초킹 부재(100)를 포함하며,
    상기 초킹 부재(100)는 지름이 0.7㎜ 미만인 보정 구멍(101)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 초킹 부재(100)의 보정 구멍(101)이 0.5 및 0.7㎜ 사이 범위의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감소수단(64, 91a, 91b, 91c, 98, 100, 103)은 상기 솔레노이드 밸브(32)의 공진 주파수를 피하기 위한 상기 펄스의 주파수를 발생하도록 상기 제너레이터(84)를 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제너레이터(84)가 1500㎐ 미만의 주파수를 갖는 펄스를 발생하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제6항 및 제16항에 있어서,
    상기 제너레이터(84)는 상기 디스트리뷰터(27)의 유압, 상기 펌프(16)와 엔진의 속도 및 상기 엔진에 의해 공급된 및/또는 상기 엔진에 요구되는 동력을 포함하는 동작 매개변수 중 적어도 하나에 따른 유압 변동의 추정치에 근거하여 상기 제너레이터(84)의 주파수를 선택하기 위한 주파수 선택 회로(103)를 이용하여 상기 전자장치(31)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 설명된 것과 같은, 예를 들면 내연기관에 연료를 공급하기 위한 펌프의 송출압력 조절장치.
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