KR900008967B1 - 연료분사장치 - Google Patents

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지이제루 기기 가부시기 가이샤
모찌즈끼 가즈시게
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Abstract

내용 없음.

Description

연료분사장치
제1도는 본 발명에 의한 연료분사장치의 한 실시예를 나타낸, 연료분사펌프의 단면도를 포함한 구성도.
제2도는 제1도에 나타낸 연료축적기구의 확대 상세도.
제3a도-제3d도는 제1도에 나타낸 연료분사장치의 작동을 설명하기 위한 작동선도.
제3e도는 제어신호의 레벨변화를 나타낸 신호파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 연료분사장치 2 : 연료분사펌프
3 : 제어유닛 5 : 연료분사노즐
6 : 안내구멍 7 : 플런저
17 : 연료 20 : 유량조절저장 기구
25 : 압전환(plezoclectric ring) 26 : 유량조절피스톤
34 : 위치센서 37 : 홈(groove)
38 : 연료저장실린더 45:고압실
본 발명은 내연기관용의 연료분사장치에 관한 것으로서, 좀더 상세히 설명하면 싼값으로 유량 조절정밀도(accuracy)의 향상을 꾀할수 있는 가장 적합한 연료분사장치에 관한 것이다.
내연기관용 연료분사장치에 있어서의 분사연료의 유량조절정밀도를 개선하기 위하여 예컨데 일본국 특개소 57-38631호 공보에는 연료분사펌프의 연료흡입쪽에 설치한 전자밸브의 개방시간을 제어함에 따라 연료의 흡입량을 제어하여 차단된 연료를 곁구멍으로부터 재차 흡입하도록 구성한 장치는 이미 공개되어 있다. 이 제안된 장치는 연료흡입 단계에서 차단된 연료를 재차 흡입함에 따라, 전자밸브에 의하여 유량조절한 흡입량이 그대로 분사연료로 됨을 착안하고, 유량조절 정밀도의 개선을 꾀하려다는 것이다.
그러나 이 제안된 장치에서는 유량 조절이 분사펌프의 흡입행정에서 시간을 일치시켜 작동하는 전자밸브에 의하여 실행하는 구성이기 때문에 전자밸브의 응답성등의 작동성능에 따라 유량조절 정밀도가 좌우된다. 따라서, 유량 조절 정밀도를 향상시키려면 응답속도가 빠른 비교적 값비싼 전자밸브를 사용하는 필요가 있으므로 코스트가 상승하는 경향으로 됨과 동시에 장치의 소형화에 맞지 않는 등의 문제점을 지니고 있었다.
본 발명의 목적은 따라서, 전자밸브를 사용하지 않고도, 간단한 구조로 유량 조질 정밀도의 향상을 꾀할 수 있고, 장치의 소형화에 적합한 연료분사장치를 제공함에 있다. .
본 발명의 구성은 내연기관의 회전과 같은 시간에 작동하는 플런저의 왕복운동에 따라서 연료의 흡입, 압축, 분사 및 차된 연료의 배출을 할수 있도록 구성된 연료분사펌프를 구비한 연료분사장치에 있어서 연료분사종료후에 배출한 차단된 연료를 일단 저장하여두고 제1수단과, 플런저가 일정한 상태에 있을때에 흡입용 연료가 도입되는 공간과 이 공간내에 도입되는 흡입용연료의 양을 조절하기 위한 조절수단과 이 조절수단에 의한 조절량을 검출하는 검출수단과 조절수단을 외부로부터의 신호에 응답하여 희망하는 조절위치에 구속하여 상술한 공간에 도입되는 연료의 양을 정하기 위한 압전소자로 되는 고정수단과, 플런저에 의한 연료흡입 행정시에 상술한 공간에 유량 조절로 저장된 연료 및 제1수단에 저장되어 있는 차단된 연료를 연료분사펌프에 공급하는 수단과 검출수단의 검출결과를 나타낸 신호가 복귀신호로서 입력되어 있으며, 내연기관의 그때그때의 운전상태에 순응한 가장적합한 분사량을 얻을수 있도록 고정수단을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제2수단과를 구비하여 되어 있는 점에 특징을 지니고 있다.
상술한 구성에 의하면 조절수단의 조작에 따라 공간의 용적을 조절할수 있으며, 이에 따라 연료분사펌프에 흡입되는 연료의 유량조절을 할수 있다.
조절수단의 고정을 압전소자로 된 고정수단에 전압을 인가함에 따라 실행하는 구성이며, 조절수단을 고정하여야 할 위치는 제어수단으로부터의 제어신호에 따라 정하여 진다. 즉, 조절수단이 제2수단에 따라 정하여지는 가장 적합한 분사량을 얻음에 필요한 상태로 조절되어 있는지 아닌지를 검출수단에 따라 검출하고 이 검출결과에 따라서 제어신호를 출력하여 이에 따라 고정수단을 작동시켜서 조절수단의 고정을 하여 연료의 유량조절제어를 하게 된다.
이와 같이하여 유량조절된 연료는 연료분사펌프의 연료흡입행정시에 제1수단에 저장되어 있는 차단된 연료와 함께 연료분사펌프에 공급이 된다.
이결과 극히 정밀도가 뛰어난 연료분사량의 제어를 할수 있다. 다음에 도면의 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다. 제1도에는 본 발명에 의안 연료분사장치의 한 실시예를 나타내고 있다. 연료분사장치(1)는 유닛인젝터로서 구성되어 있는 연료분사펌프(2)와 이 연료분사펌프(2)내의 유량조절부재의 위치결정제어를 하기 위한 제어유닛(3)을 구비하고 있다.
연료분사펌프(2)는 본체케이스(4)의 하부에 연료분사노즐(5) 이 장착되 었으며, 본체 케이스(4)의 내부에 형성된 안내구멍(6)내에는 플런저(7)가 그 축선방향(軸線方向)으로 활동이 자유롭도록 배설되어 있다. 플런저(7) 상단부는 본체케이스(4)의 상부에 형성된 원통부(4a)내에 돌출하고 있으며 원통부(4a)내에 플런저(7)와 같은 축에 배치된 제어슬리이브(8)가 플런저(7)의 상단부에 마련된 플런저부(5)에 의하여 플런저(7)와 연결되어 있다.
이 연결상태는, 플런저(7)가 제어슬리이브(8)와는 독립하여 그 축선방향으로 운동하지만 그 둘레방향의 회전이 제어슬리이브(8)와 함께 할수 있도록 되어 있다. 제어슬리이브(8)의 하단부의 외주에는 피니언(10)이 맞끼워져 있으며, 피니언(10)에 맞물려져 있는 랙(11)의 위치조절을 함에 따라 플런저(7)의 회전조절할수 있다. 원통부(4a)내에는 캡형의 타페트(12)가 마련되어 있으며 이 타페트(12)내에 마련되어 플런저(7)의 상단에 연결되어 있는 스프링슈우(Spring Shoe)(13)와 원통부(4a)의 저면에 마련된 또다른 스프링슈우(14)와의 사이에는 탄발스프링(15)이 개재되어 장착되어 있으며, 이에 따라 플런저(7)는 항상 위쪽으로 스프링에 의하여 힘이 가하여지고 있다.
타페트(12)의 상단면(12a)은 엔진 크랭크축에 고착되어 있는 캠(C)에 가압용접되어 있으며, 캠(C)의 회전에 따라서 즉 엔젠의 회전과 같은 시간에 플런저(7)가 그 축선에 잇따라서 왕복운동을 한다.
연료 탱크(16)내의 연료(17)는 가압펌프(18)에 따라 가압되고 송유파이프(19)를 개재하여 연료분사펌프(2)에 공급되지만, 이 공급연료를 소요량 만큼 흡입연료로서 일단 저장하여 두기 위한 유량조절 저장기구(20)가 본체케이스(4)에 장착되어 있다.
다음에 유량조절저장기구(20)의 구성에 대하여 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다. 유량조절저장기구(20)는 대략 통상을 하고 있는 케이싱(22)을 지녔으며, 이 케이싱(22)은 본체케이스내에 형성된 구멍(21)안으로 나사식으로 고착되어 있다.
케이싱(22)의 내부통로(23)의 안지름은 선단부(22a)에서 넓게 되어 있으며, 이 선단부(22a)에는 스토퍼(24)가 가압하여 넣어져 있으머, 스토퍼(24)의 내단(24a)과 케이싱(22)의 단부(22b) 사이에는 링형상으로 형성된 여러개의 압전환(25)이 배치되어 있다.
내부통로(23)내에는 유량조절피스톤(26)이 기름이 새지 않도록 밀착되어 맞끼워져 있으며, 유량조절피스톤(26)과 스토퍼(24)사이에 형성된 공간(27)내에 연료가 저장되도록 구성되어 있다. 통로(23)의 타단에는 조절나사(28)가 나사식으로 끼워져 있으며, 조절나사(28)와 유량조절 피스톤(26) 사이에 마련된 스프링(29)에 의하여 유량조절 피스톤(26)은 제2도에서 화살표(A) 방향으로 힘이 가하여 지고 있으며, 나중에 설명하는 바와 같이하여 공간(27)에 가압연료가 도입됨에 따라서 유량조절피스톤(26)이 후퇴하게 된다.
더우기 부호(30)는 유량조절피스톤(26)의 최대후퇴위치를 결정하기 때문에 조절나사(28)에 고착된 스토퍼, 부호(31)은 조절나사(28)를 고정하는 고착너트이다.
유량조절피스톤(26)의 위치를 검출하기 위하여 케이싱(22)에는 위치검출코일(32)과 유량조절피스톤(26)의 후단부에 고착되어 유량조절피스톤(26)의 움직임에 따라 위치검출코일(32)내에서 변위하는 자성코어(33)등으로된 위치센서(34)가 마련되어 있으며, 위치검출코일(32)은 제어유닛(3)에 접속되어 있다. 위치검출코일(32)의 인덕턴스는 유량조절피스톤(26)의 위치에 따라서 변화하여 제어유닛(3)에서 이 인덕턴스의 값으로부터 그때그때의 유량조절피스톤(26)의 위치가 검출된다.
압전환(壓電環)(25)은, 전압이 인가되어 있지 않을때에 그 안지름이 통로(23)의 안지름보다 약간커서 유량조절피스톤(26)이 축선방향의 움직임을 구속하지 않으나 전압이 인가되었을때 경우에는 그 안지름이 축소되어 유량조절피스톤(26)의 축선방향의 움직임을 구속하도록 작용한다.
위에서 설명한 압전환(25)의 구속동작의 작동해제를 제어하기 위한 신호가, 제어유닛(3)에서 제어신호(S1)로 출력되어 압전환(25)에 인가된다.
스토퍼(24)에는 공간(27)에 연료를 도입하기 위한 통로(24b)가 형성되었으며, 이 통로(24b)는 본체케이스(4)내에 형성되어 일단이 안내구멍(6)안으로 개구하고 있으며 타단이 송유파이프(19)와 접속되어 있는 통로(36)가 마찬가지로 본체케이스(4)내에 형성되어 있다.
통로(35), (36)의 각 일단은 비교적 접근하여 배치되어 플런저(7)가 리프트(lift)하고 있어 그 측벽에 형성되어 있는 노치(37)가 통로(35), (36)의 각 일단을 연통하고 있는 타이임에 유량조절 저장기구(20)내에 연료가 공급할수 있는 상태로 되고, 플런저(7)가 하강하여 그 측벽에 의하여 통로(36)의 일단이 폐쇄됨에 따라 유량조절저장기구(20)의 연료 공급이 차단되게 된다.
안내구멍(6)를 사이에 두고 유량조절저장기구(20)와 반대측에 차단된 연료를 저장하여 두기 위한 연료저장실린더(38)가 마련되어 있다.
연료저장실린더(38)는, 본체케이스(4)내에 형성된 실린더챔버(39)내에 코일스프링(40)에 의하여 탄력이 가하여지는 피스톤(41)이 수납되어 있으며, 실린더챔버(39)의 타단측은 통로(43) 및 유로(44)를 개재하여 연료 탱크(16)내에 접속 되어 있다.
통로(42)의 안내구멍(6) 측의 개구는 통로(35)의 일단의 개구부와 플런저(7)를 개재하여 대향하고 있다.
다음에, 플런저(7)의 왕복운동에 따라 위에서 설명한 연료저장실린더(38)에 차단된 연료가 저장되었으며, 이 저장된 연료가 다시 플런저(7)와 안내구멍(6)에 의하여 형성되어 있다. 고압실(45)내에 복귀하는 동작에 대하여 설명한다. 플런저(7)가 상사점위치에 도달하면 플런저(7)의 노치(37)의 하방에 형성된 환상홈(46)이 통로(42)와 연통하고 이에 따라 연료저장실린더(38)내에 저장되어 있는 연료(1행정 전의 차단된 연료)가 환상홈(46)이 환상홈(46) 및 고압실(45)을 연통시키는 세로홈(47)을 개재하여 고압실(45)내에 공급된다.
더우기 제1도에 나타낸 바와 같이, 이때 통로(35)의 일단은 환상홈(46)과 연통하므로 유량조절저장기구(20)내에 저장되어 있던 연료도 동시에 고압실(45)내에 공급된다. 플런저(7)가 하강하기 시작하여, 각 통로(35), (42)가 플런저(7)의 측벽에서 막혀지면 고압실(45)에서 연료의 압축이 이루어져서 연료분사노즐(5)에서 연료가 분사된다.
플런저(7)가 더욱 하강하여, 세로홈(47)에 이어지는 리이드(read)(48)에서 통로(42)의 개구단이 탈락하면 연료분사가 종료하며, 차단된 연료가 통로(42)를 개재하여 연료저장실린더(38)내에 저장된다. 더욱이 연료분사동작시에 노치(37)가 통로(35), (36)를 연통하지만 이때 연료탱크(16)내의 연료가 유량조절저장기구(20)내에 저장되는 것은 이미 설명한 바와 같다. 리이드(48)는 제1도에 나타낸 바와 같이 경사저 있으며, 제어슬리이브(8)의 조절에 따라 통로(42)의 개구가 리이드(48)에서 탈락하는 타이밍을 제어하여 이에 따라 연료분사종료시기의 조절을 할수 있는 구성으로 되어 있다.
다음에 제3도에 나타낸 작동선도를 참조하면서 제1도에 나타낸 연료분사장치(1)의 동작에 대하여 설명한다.
더우기 제3a도-제3e도에 있어서는 가로축을 캠각도 θ로 집아서 나타내고 있다. 캠리스트량이 영이고 플런저(7)가 상사점 위치에 있을 경우에는 (θ=0), 통로(35)의 안내구멍(6)쪽의 개구단인 흡입구멍(35a)의 개구면적(A1) 및 통로(42)의 안내구멍(6)쪽의 개구단인 곁구멍(42a)의 캐구면적(A2)은 최대값(Amax)으로 되어 있다.(제3a도, 제3b도)
이때 신호(S1)의 레벨은 낮은 레벨로 되어 있어서 압전환(25)은 유량조절피스톤(26)을 구속하지 않는 상태에 있으며(제3e도) 고압실(35)의 용적(V)은 최대값(Vmax)으로 되고, 이속에 유량조절저장기구(20) 및 연료저장실린더(38)에서 연료가 공급이 되어 Vmax와 공급량의 차가 공동(至同)이다 .
캠(C)의 회전에 동반하여 플런저(7)가 하강(즉 캠리프트량이 커진다)함에 따라서 개구면적(A1), (A2) 함께 감소하여, θ=θ1에서 각 개구면적(A1), (A2)이 영으로 된다음, 고압실(45)의 용접이 감소하기 시작한다. θ=θ1에서 θ=θ2까지의 사이에 고압실(45)내의 공동이 없어지고, θ=θ2에 있어서의 연료의 압축이 개시되어 연료의 분사가 개시된다.
θ2이후도, 캠(C)의 회전동반하여 플런저(7)는 하강하여 연료가 분사되면서 용적(V)은 감소한다 θ=θ3에서, 곁구멍(42a)이 리이드(43)에서 탈락하면 곁구멍(42a)의 개구면적(A2)은 급속히 커지고 이와 동시에 연료의 분사는 종료하며 연료저장실(38)내에 저장되는 연료의 양(Q2)은 제3c도에 나타낸 바와 같이 변화한다.
θ=θ4에서 곁구멍(42a)이 닫혀진 다음에는, θ=θ7에서 곁구멍(42a)이 다시 열리기까지의 동안 그 연료저장량은 소정의 일정량(Qb)으로 보관되어 이것과 고압실(45)내의 용적의 차가 공동으로서 형성된다.
θ=θ5에서 흡입구멍(35a)이 열리기 시작하면 가압연료가 통로(36), 노치(37)를 개재하여 유량조절저장기구(20)내에 도입하기 시작한다.
이때 제어신호(S1)의 레벨은 「L」레벨로 되어 압전환(25)에 의한 유량조절피스톤(26)의 구속이 해체되며, 따라서, 가압연료에 따라 유량조절피스톤(26)이 후퇴하게 되며 이에 따라 발생한 공간(27)내에 연료가 저장된다. 따라서 공간(27)내에 저장되는 연료의 양(Q1)은 θ5이후 직선적으로 증가한다. 이 양(Q1)은 유량조절피스톤(26)의 위치로서 위치센서(34)에 의하여 검출되며 이 검출결과는 제어유닛(3)에 입력된다.
제어유닛(3)에는 연료분사펌프(2)에 의하여 연료가 공급되어 있는 내연기관(도해없음)의 기관속도를 나타낸 속도신호 N와, 가속페달(도해없음)의 조작량을 나타내는 가속신호(A)가 다시금 입력되어 그때그때의 기관의 운전상태에 대응한 최적분사량을 연산한다. 위치센서(34)에 의하여, 상술한 최적분사량이 공간(27)내에 저장되었음이 검출되면(θ=θ6), 제어신호(S1)의 레벨이 「H」로 되며, 이 시점에서 유량조절실린더(26)의 위치가 압전환(25)에 의하여 구속된다. 이 결과, θ6이후에 있어서는 Q1은 증가하지 않으며, 유량 조절피스톤(26)의 구속위치에 따른 양의 연료가 좋은 정밀도로 저장된다.
θ=θ7에서 플런저(7)가 재차 상사점위치 근방까지 도달하면 구멍(35a) 및 (42a)이 환상홈(46)에 대향하고 이에 따라 우선, 연료저정실린더(38)로부터 차단된 연료가 고압실(45)내에 공급되며 이어서 θ=θ8의 타이밍에서 제어신호(S1)가 「L」레벨로 되어 이에 따라 압전환(25)에 의한 유량조절실린더(26)가 화살표(A)방향으로 이동하고, 이에 따라 유량조절저장기구(20)내의 연료가 배출되기 시작하며, θ=θ에서 그 배출동작이 완료한다.
이미 설명한 바와 같이 유량조절저장기구(20) 및 유량저장실린더(38)로부터의 연료는 고압실(45)에 공급되어 다음의 압축 행정에서 압축되고 분사된다.
이와 같은 구성에 의하면 위치센서(34)에 의하여 유량조절실린더(26)의 위치가 소요위치까지 도달되었음을 검출하였을 경우에 압전환(35)에 전압을 인가하고, 이에 따라 유량조절실린더(26)를 그 위치에 고정하여 흡입연료의 유량조절을 할수 있는 것이므로 유량조절기구의 소형화를 용이하게 꾀할수 있을 뿐 아니라 응답성이 양호하고, 전자밸브를 사용하는 경우에 비하여 코스트를 현저히 저감할수 있다. 또 연료분사종료후의 차단된 연료를 일시적으로 저장하여 두는 유량저장실린더(38)를 마련하여 연료분사펌프의 연료흡입행정의 경우에 유량조절피스톤(26)과 압전환(25)에 의하여 유량조절된 흡입연료에 가하여 유량저장실린더(38)로부터의 차단된 연료까지도 공급하는 구성이기 때문이 흡입측에서 유량조절된 연료가 분사량과 정확히 일치하게 되어 매우 정밀도가 뛰어난 분사량 제어를 소형의 장치로 싼값에 할수 있다.
본 발명에 의하면 상술한 바와 같이 흡입연료의 유량조절을 전자밸브를 사용하지 않고도, 유량조절피스톤과 압전소자를 사용한 간단한 구성의 조절수단에 의하여 우수한 정밀도로 할수 있을뿐 아니라 차단된 연료를 일시적으로 저장하여 두어 연료분사펌프의 연료흡입행정에서 이 저장의 차단된 연료와 유량조절피스톤에 의하여 유량조절된 연료를 연료분사펌프에 공급하는 구성으로 하였으므로 정밀도가 뛰어난 분사량제어를 응답성이 좋게 실행할수 있다. 또 유량조절기구의 구성이 간단하기 때문에 장치의 소형화를 꾀할수 있을 뿐아니라 코스트의 저감을 기대할 수 있다.

Claims (1)

  1. 내연기관의 회전에 동기하여 작동하는 플런저(7)의 왕복운동에 따라서 연료의 흡입, 압축, 분사 및 차단된 연료의 배출을 할수 있도록 구성한 연료분사펌프(2)를 구비한 연료분사장치(1)에 있어서 연료분사가 끝난다음에 배출한 차단된 연료를 일단 저장하여 두는 유량조절저장기구(20)와 플런저(7)가 일정한 상태에 있을때에 흡입용연료가 도입되는 공간(27)과 이 공간(27)내에 도입되는 흡입용연료의 량을 조절하기 위한 유량조절피스톤(26)과 이 유량조절피스톤(26)에 의한 조절량을 검출하는 위치센서(34)과 유량조절피스톤(26)을 외부로부터의 신호에 응답하여 희망하는 바 조절위치에 구석하여 공간(27)으로 도입되는 흡입용연료의 량을 정하기 위한 압전소자로 구성하는 압전환(25)과 플런저(7)에 의한 연료흡입행정에서 공간(27)으로 유량조절되어 저장된 연료 및 유량조절저장기구(20)에 저장되어 있는 차단된 연료를 연료분사펌프(2)에 공급하는 통로(35, 42) 및 세로홈(47)과 위치센서(34)의 검출결과를 나타낸 신호가 복귀신호로 입력되어 있어 내연기관의 그때그때의 운전상태에 순응한 가장 적합한 분사량을 얻을수 있도록 압전환(25)을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어유닛(3)을 구비하여서된 것을 특징으로 하는 연료분사장치.
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