KR101063688B1

KR101063688B1 - 엔진의 연료 공급장치 및 이를 위한 인젝터

Info

Publication number: KR101063688B1
Application number: KR1020080121812A
Authority: KR
Inventors: 이태성
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2011-09-07
Also published as: US20100132669A1; KR20100063338A; CN101749155A; US8215287B2; CN101749155B

Abstract

본 발명은 커먼레일 타입이면서, 연료를 엔진의 요구조건에 따라 다양한 분사압력으로 조합하여 적절히 분사할 수 있도록 함으로써, 다양하고 최적화된 연료분사 형태의 구현으로 엔진의 연소성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.

커먼레일, 고압펌프, 인젝터

Description

엔진의 연료 공급장치 및 이를 위한 인젝터{Fuel Supply Apparatus for Engine and Injector therefor}

본 발명은 엔진의 연료 공급장치 및 이를 위한 인젝터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 연료를 커먼레일에 저장하여, 상기 커먼레일에 연결된 다수의 인젝터로 각 연소실에 연료를 공급하도록 하는 커먼레일 타입 연료 공급장치에 관한 기술이다.

도 1은 종래의 일반적인 커먼레일 타입의 엔진 연료 공급장치를 도시한 것으로서, 고압펌프(500)에서 압축된 연료를 1개의 커먼레일(502)에 고압상태로 저장하며, 이 저장된 연료를 상기 커먼레일(502)에 연결된 다수의 인젝터(504)에서 솔레노이드의 작용으로 연료를 분사할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 커먼레일(502) 타입의 연료 공급장치는 동일 분사 사이클 내에서는 상기 커먼레일(502)의 연료 압력이 일정하므로 필요에 따라 분사압력을 달리 조절할 수 없어서 분사 조건을 최적화하는 데에 한계가 있다.

즉, 엔진의 요구 조건에 따라 주분사 이전의 파일럿 분사나 이후의 포스트 분사가 적절한 수준의 압력으로 이루어질 수 없는 등, 다양한 분사 형태를 구현하기 어렵다는 것이다.

참고로 도 1의 하측에는 이와 같은 연료 공급장치에서 구현 가능한 연료의 분사압력패턴을 함께 예시하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료를 엔진의 요구조건에 따라 다양한 분사압력으로 조합하여 분사할 수 있도록 함으로써, 다양하고 최적화된 연료분사 형태의 구현으로 엔진의 연소성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 엔진의 연료 공급장치 및 이를 위한 인젝터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 연료 공급장치는

상대적으로 서로 다른 압력의 연료를 저장하는 적어도 2개 이상의 커먼레일과;

상기 복수의 커먼레일들과 각각 연료를 공급받을 수 있도록 연결되고, 연결된 다수의 커먼레일 중 어느 하나로부터의 연료를 선택하여 분사할 수 있도록 구성된 다수의 인젝터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 커먼레일은 고압펌프에 연결된 고압커먼레일과, 상기 고압커먼레일과 연결된 저압커먼레일로 구성되고;

상기 고압커먼레일과 저압커먼레일 사이에는 고압조절밸브가 구비되며;

상기 저압커먼레일과 연료탱크 사이에는 저압조절밸브가 구비된 구성으로 할 수 있다.

상기 인젝터는 상기 고압커먼레일과 상기 저압커먼레일에 각각 연료를 공급받을 수 있도록 연결된 구조로 할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 엔진의 연료 공급장치를 위한 인젝터는

상기 고압커먼레일과 연결된 고압포트와 상기 저압커먼레일과 연결된 저압포트 및 연료를 연료탱크로 리턴시키는 스필포트와;

상기 저압포트를 차단하는 상태와 분사노즐로 연통시키는 상태와, 상기 고압포트를 차단하는 상태와 분사노즐로 연통시키는 상태 및 상기 분사노즐을 상기 스필포트와 연통시키는 상태를 전환하도록 된 밸브수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 밸브수단은

직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 저압포트와 스필포트에 각각 연통될 수 있도록 형성된 저압제1통로와, 상기 저압제1통로를 상기 분사노 즐로 연통시키도록 직선슬라이딩하는 방향을 따라 저압제2통로가 구비된 저압스풀과;

상기 저압스풀과 마주하여 직선슬라이딩하며, 직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 고압포트와 상기 스필포트에 각각 연통될 수 있도록 형성된 고압제1통로와, 상기 고압제1통로를 상기 분사노즐로 연통시키도록 상기 저압스풀을 향해 고압제2통로가 구비된 고압스풀과;

상기 고압스풀과 저압스풀 사이에 구비되어 상기 저압스풀을 상기 고압스풀 쪽으로 당길 수 있도록 하는 저압솔레노이드 및 상기 고압스풀을 상기 저압스풀 쪽으로 당길 수 있도록 하는 고압솔레노이드와;

일단이 상기 저압스풀에 밀착되어 상기 저압제2통로를 차단할 수 있도록 형성되고 타단은 상기 고압스풀에 밀착되어도 상기 고압제2통로를 상기 분사노즐로 연통시킬 수 있도록 상시연통로가 구비된 중간스풀과;

상기 저압솔레노이드와 상기 저압스풀 사이에 구비된 저압측스프링과;

상기 고압솔레노이드와 상기 고압스풀 사이에 구비된 고압측스프링;

을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 분사노즐은 상기 저압솔레노이드와 저압스풀 사이에 형성되는 공간으로 저압연결통로를 통해 연결되고, 상기 고압솔레노이드와 고압스풀 사이에 형성되는 공간으로 고압연결통로를 통해 연결되며;

상기 고압연결통로에는 상기 고압솔레노이드와 고압스풀 사이의 공간으로부 터 상기 분사노즐을 향하는 방향으로만 개방되는 체크밸브가 더 구비된 구조로 할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 실시예의 엔진의 연료 공급장치는 상대적으로 서로 다른 압력의 연료를 저장하는 적어도 2개 이상의 커먼레일과; 상기 복수의 커먼레일들과 각각 연료를 공급받을 수 있도록 연결되고, 연결된 다수의 커먼레일 중 어느 하나로부터의 연료를 선택하여 분사할 수 있도록 구성된 다수의 인젝터(13)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서, 상기 커먼레일은 고압펌프(1)에 연결된 고압커먼레일(3)과, 상기 고압커먼레일(3)과 연결된 저압커먼레일(5)로 구성되고, 상기 고압커먼레일(3)과 저압커먼레일(5) 사이에는 고압조절밸브(7)가 구비되며, 상기 저압커먼레일(5)과 연료탱크 사이에는 저압조절밸브(9)가 구비된 구조이다.

상기 고압커먼레일(3)과 저압커먼레일(5)에는 도시된 바와 같이 각각 압력센서(53)가 구비되어 상기 고압조절밸브(7)와 저압조절밸브(9)를 조절하는 데에 필요 한 압력상태를 센싱할 수 있도록 되어 있다.

물론, 상기 고압조절밸브(7)와 저압조절밸브(9) 및 상기 압력센서(53)는 도시되지 않은 컨트롤러에 연결될 것이다.

고압펌프(1)에서 연료를 펌핑하여 상기 고압커먼레일(3)로 공급하면, 상기 고압커먼레일(3)에서는 상기 고압조절밸브(7)로 고압커먼레일(3) 내에 유지해야 할 고압으로 조절하고 나머지 연료를 상기 저압커먼레일(5)로 통과시키며, 상기 저압커먼레일(5)에서는 공급받은 연료를 상기 저압조절밸브(9)를 통해 상대적으로 저압으로 조절하여 유지시키며, 나머지 연료는 연료탱크(11)로 리턴시키게 된다.

본 실시예에서 상기 연료 공급장치를 위한 상기 인젝터(13)는 상기 고압커먼레일(3)과 상기 저압커먼레일(5)에 각각 연료를 공급받을 수 있도록 연결된다.

상기 인젝터(13)는 상기 고압커먼레일(3)과 연결된 고압포트(15)와 상기 저압커먼레일(5)과 연결된 저압포트(17) 및 연료를 연료탱크(11)로 리턴시키는 스필포트(19)와; 상기 저압포트(17)를 차단하는 상태와 분사노즐(21)로 연통시키는 상태와, 상기 고압포트(15)를 차단하는 상태와 분사노즐(21)로 연통시키는 상태 및 상기 분사노즐(21)을 상기 스필포트(19)와 연통시키는 상태를 전환하도록 된 밸브수단을 포함하여 구성된다.

상기 스필포트(19)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 저압조절밸브(9)와 연료 탱크(11) 사이로 점선으로 표시된 것처럼 연결된다.

본 실시예에서 상기 밸브수단은 직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 저압포트(17)와 스필포트(19)에 각각 연통될 수 있도록 형성된 저압제1통로(23)와, 상기 저압제1통로(23)를 상기 분사노즐(21)로 연통시키도록 직선슬라이딩하는 방향을 따라 저압제2통로(25)가 구비된 저압스풀(27)과; 상기 저압스풀(27)과 마주하여 직선슬라이딩하며, 직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 고압포트(15)와 상기 스필포트(19)에 각각 연통될 수 있도록 형성된 고압제1통로(29)와, 상기 고압제1통로(29)를 상기 분사노즐(21)로 연통시키도록 상기 저압스풀(27)을 향해 고압제2통로(31)가 구비된 고압스풀(33)과; 상기 고압스풀(33)과 저압스풀(27) 사이에 구비되어 상기 저압스풀(27)을 상기 고압스풀(33) 쪽으로 당길 수 있도록 하는 저압솔레노이드(35) 및 상기 고압스풀(33)을 상기 저압스풀(27) 쪽으로 당길 수 있도록 하는 고압솔레노이드(37)와; 일단이 상기 저압스풀(27)에 밀착되어 상기 저압제2통로(25)를 차단할 수 있도록 형성되고 타단은 상기 고압스풀(33)에 밀착되어도 상기 고압제2통로(31)를 상기 분사노즐(21)로 연통시킬 수 있도록 상시연통로(39)가 구비된 중간스풀(41)과; 상기 저압솔레노이드(35)와 상기 저압스풀(27) 사이에 구비된 저압측스프링(43)과; 상기 고압솔레노이드(37)와 상기 고압스풀(33) 사이에 구비된 고압측스프링(45)을 포함하여 구성된다.

상기 분사노즐(21)은 상기 저압솔레노이드(35)와 저압스풀(27) 사이에 형성 되는 공간으로 저압연결통로(47)를 통해 연결되고, 상기 고압솔레노이드(37)와 고압스풀(33) 사이에 형성되는 공간으로 고압연결통로(49)를 통해 연결되고, 상기 고압연결통로(49)에는 상기 고압솔레노이드(37)와 고압스풀(33) 사이의 공간으로부터 상기 분사노즐(21)을 향하는 방향으로만 개방되는 체크밸브(51)가 더 구비되어 있다.

도 4는 상기 인젝터(13)의 분사노즐(21)에 상기 고압커먼레일(3)이나 저압커먼레일(5)이 연결되지 않고 스필포트(19)와 연통된 중립상태로서, 이 상태로부터 상기 저압솔레노이드(35) 또는 고압솔레노이드(37)의 작동에 의해 도 5와 같이 상기 저압커먼레일(5)의 연료가 상기 분사노즐(21)로 제공되거나, 도 6과 같이 고압커먼레일(3)의 연료가 상기 분사노즐(21)로 제공되는 상태로 전환될 수 있다.

먼저, 상기 저압커먼레일(5)의 연료가 상기 분사노즐(21)로 제공되는 상태는, 상기 도 4의 상태로부터 상기 저압솔레노이드(35)에 전원이 공급되어 상기 저압스풀(27)이 하측으로 당겨지면, 상기 저압포트(17)는 상기 저압제1통로(23)와 저압제2통로(25)를 통하여 상기 분사노즐(21)과 연통되는 상태가 되어, 상기 저압포트(17)로 공급받은 연료를 상기 분사노즐(21)로 공급하여 연료의 저압분사가 이루어지게 된다.

이때, 상기 고압스풀(33)은 상기 고압포트(15)를 차단하고 있으며, 상기 고압연결통로(49)에 설치된 상기 체크밸브(51)는 상기 분사노즐(21)과 스필포트(19) 사이로 연결되는 통로를 차단하여, 상기 분사노즐(21)로 향하는 상기 저압포트(17) 로부터의 연료가 상기 스필포트(19)로 누출되지 않도록 한다.

도 6의 상태는 상기 고압솔레노이드(37)에만 전원이 공급된 상태로서, 상기 고압솔레노이드(37)가 상측으로 이동됨에 따라 상기 중간스풀(41)이 상측으로 이동되면서 상기 저압스풀(27)의 저압제2통로(25)를 차단하도록 하여, 상기 분사노즐(21)로부터의 연료가 상기 스필포트(19)로 누출되지 않도록 한다.

상기 고압스풀(33)은 상기 고압포트(15)로부터의 연료를 상기 고압제1통로(29)와 고압제2통로(31)를 통해 상기 고압스풀(33)과 고압솔레노이드(37) 사이의 공간으로 공급할 수 있는 상태가 되며, 상기 고압스풀(33)과 고압솔레노이드(37) 사이의 고압 연료는 상기 체크밸브(51)를 통과하여 상기 분사노즐(21)로 공급되어 고압의 연료분사가 이루어질 수 있게 된다.

물론, 상기 저압솔레노이드(35)와 고압솔레노이드(37) 모두 전원이 차단되면, 상기 저압스풀(27)과 고압스풀(33) 및 중간스풀(41)은 상기 고압측스프링(45)과 저압측스프링(43)에 의해 도 4와 같은 상태로 복귀되어, 상기 분사노즐(21)에 걸린 압력을 해제시켜주게 된다.

참고로, 여기서 상기 고압과 저압이라 함은 서로 상대적인 개념으로 사용된 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 엔진의 연료 공급장치 및 이를 위한 인젝터(13)를 사용하면, 예컨대 도 7에 나열된 바와 같은 다양한 분사형태의 구현이 가능하다.

즉, 저압커먼레일(5)의 연료만으로 단일 분사(single injection)가 이루어지도록 하거나, 고압커먼레일(3)의 연료만으로 단일 분사가 이루어지도록 할 수 있고, 저압과 고압이 연결된 하나의 분사인 2-stage single injection도 가능하며, 주분사(main injection) 이전의 파일럿 분사(pilot injection)나 이후의 포스트 분사(post injection)를 상대적으로 적절히 낮은 압력으로 다양하게 조합하여 구현할 수 있는 것이다.

물론, 도 7에 나열된 것 이상의 다양한 조합이 가능하다.

상기한 바와 같이 단일 인젝터(13)에서 고압과 저압의 연료를 임의로 조합하여 자유로운 분사형태를 구현할 수 있게 됨에 따라, 엔진의 연소실 상황에 맞는 최적의 연료 공급 상태를 조성하여, 원활한 연소작용이 이루어지도록 함으로써, 엔진의 출력을 향상시키고, 유해 배기가스를 저감하도록 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 연료 공급장치의 일예를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 연료 공급장치의 실시예를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 인젝터의 실시예를 도시한 도면,

도 4는 도 3의 요부 상세도,

도 5는 저압포트로부터의 연료를 분사노즐로 공급하는 상태를 설명한 도면,

도 6은 고압포트로부터의 연료를 분사노즐로 공급하는 상태를 설명한 도면,

도 7은 본 발명에 의해 구현 가능한 분사형태의 일부를 예시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 고압펌프 3; 고압커먼레일

5; 저압커먼레일 7; 고압조절밸브

9; 저압조절밸브 11; 연료탱크

13; 인젝터 15; 고압포트

17; 저압포트 19; 스필포트

21; 분사노즐 23; 저압제1통로

25; 저압제2통로 27; 저압스풀

29; 고압제1통로 31; 고압제2통로

33; 고압스풀 35; 저압솔레노이드

37; 고압솔레노이드 39; 상시연통로

41; 중간스풀 43; 저압측스프링

45; 고압측스프링 47; 저압연결통로

49; 고압연결통로 51; 체크밸브

Claims

삭제
삭제
삭제
상대적으로 서로 다른 압력의 연료를 저장하는 적어도 2개 이상의 커먼레일(3,5)과;

상기 복수의 커먼레일들과 각각 연료를 공급받을 수 있도록 연결되고, 연결된 다수의 커먼레일 중 어느 하나로부터의 연료를 선택하여 분사할 수 있도록 구성된 다수의 인젝터(13)를 포함하며,

상기 커먼레일은 고압펌프에 연결된 고압커먼레일(3)과, 상기 고압커먼레일과 연결된 저압커먼레일(5)로 구성되고; 상기 고압커먼레일과 저압커먼레일 사이에는 고압조절밸브(7)가 구비되며; 상기 저압커먼레일과 연료탱크 사이에는 저압조절밸브(9)가 구비되며,

상기 인젝터(13)는 상기 고압커먼레일과 상기 저압커먼레일에 각각 연료를 공급받을 수 있도록 연결되며,

상기 인젝터(13)는 상기 고압커먼레일과 연결된 고압포트(15)와 상기 저압커먼레일과 연결된 저압포트(17) 및 연료를 연료탱크로 리턴시키는 스필포트(19)와;

상기 저압포트(17)를 차단하는 상태와 분사노즐(21)로 연통시키는 상태와, 상기 고압포트(15)를 차단하는 상태와 분사노즐(21)로 연통시키는 상태 및 상기 분사노즐(21)을 상기 스필포트(19)와 연통시키는 상태를 전환하도록 된 밸브수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 공급장치.
청구항 4에 있어서, 상기 밸브수단은

직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 저압포트와 스필포트에 각각 연통될 수 있도록 형성된 저압제1통로(23)와, 상기 저압제1통로를 상기 분사노즐로 연통시키도록 직선슬라이딩하는 방향을 따라 저압제2통로(25)가 구비된 저압스풀(27)과;

상기 저압스풀(27)과 마주하여 직선슬라이딩하며, 직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 고압포트(15)와 상기 스필포트(19)에 각각 연통될 수 있도록 형성된 고압제1통로(29)와, 상기 고압제1통로를 상기 분사노즐로 연통시키도록 상기 저압스풀을 향해 고압제2통로(31)가 구비된 고압스풀(33)과;

상기 고압스풀과 저압스풀 사이에 구비되어 상기 저압스풀을 상기 고압스풀 쪽으로 당길 수 있도록 하는 저압솔레노이드(35) 및 상기 고압스풀을 상기 저압스풀 쪽으로 당길 수 있도록 하는 고압솔레노이드(37)와;

일단이 상기 저압스풀에 밀착되어 상기 저압제2통로를 차단할 수 있도록 형성되고 타단은 상기 고압스풀에 밀착되어도 상기 고압제2통로를 상기 분사노즐로 연통시킬 수 있도록 상시연통로(39)가 구비된 중간스풀(41)과;

상기 저압솔레노이드와 상기 저압스풀 사이에 구비된 저압측스프링(43)과;

상기 고압솔레노이드와 상기 고압스풀 사이에 구비된 고압측스프링(45);

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 공급장치.
청구항 5에 있어서,

상기 분사노즐은 상기 저압솔레노이드와 저압스풀 사이에 형성되는 공간으로 저압연결통로(47)를 통해 연결되고, 상기 고압솔레노이드와 고압스풀 사이에 형성되는 공간으로 고압연결통로(49)를 통해 연결되며;

상기 고압연결통로에는 상기 고압솔레노이드와 고압스풀 사이의 공간으로부터 상기 분사노즐을 향하는 방향으로만 개방되는 체크밸브(51)가 더 구비된 것

을 특징으로 하는 엔진의 연료 공급장치.
고압커먼레일(3)과 연결된 고압포트(15)와 저압커먼레일(5)과 연결된 저압포트(17) 및 연료를 연료탱크로 리턴시키는 스필포트(19)와;

상기 저압포트를 차단하는 상태와 분사노즐(21)로 연통시키는 상태와, 상기 고압포트를 차단하는 상태와 분사노즐로 연통시키는 상태 및 상기 분사노즐을 상기 스필포트와 연통시키는 상태를 전환하도록 된 밸브수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인젝터.
청구항 7에 있어서, 상기 밸브수단은

직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 저압포트와 스필포트에 각각 연통될 수 있도록 형성된 저압제1통로(23)와, 상기 저압제1통로를 상기 분사노즐로 연통시키도록 직선슬라이딩하는 방향을 따라 저압제2통로(25)가 구비된 저압스풀(27)과;

상기 저압스풀과 마주하여 직선슬라이딩하며, 직선슬라이딩하는 방향에 수직한 방향으로 양단이 상기 고압포트와 상기 스필포트에 각각 연통될 수 있도록 형성된 고압제1통로(29)와, 상기 고압제1통로를 상기 분사노즐로 연통시키도록 상기 저압스풀을 향해 고압제2통로(31)가 구비된 고압스풀(33)과;

상기 고압스풀과 저압스풀 사이에 구비되어 상기 저압스풀을 상기 고압스풀 쪽으로 당길 수 있도록 하는 저압솔레노이드(35) 및 상기 고압스풀을 상기 저압스풀 쪽으로 당길 수 있도록 하는 고압솔레노이드(37)와;

일단이 상기 저압스풀에 밀착되어 상기 저압제2통로를 차단할 수 있도록 형성되고 타단은 상기 고압스풀에 밀착되어도 상기 고압제2통로를 상기 분사노즐로 연통시킬 수 있도록 상시연통로(39)가 구비된 중간스풀(41)과;

상기 저압솔레노이드와 상기 저압스풀 사이에 구비된 저압측스프링(43)과;

상기 고압솔레노이드와 상기 고압스풀 사이에 구비된 고압측스프링(45);

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인젝터.
청구항 8에 있어서,

상기 분사노즐은 상기 저압솔레노이드와 저압스풀 사이에 형성되는 공간으로 저압연결통로(47)를 통해 연결되고, 상기 고압솔레노이드와 고압스풀 사이에 형성되는 공간으로 고압연결통로(49)를 통해 연결되며;

상기 고압연결통로에는 상기 고압솔레노이드와 고압스풀 사이의 공간으로부터 상기 분사노즐을 향하는 방향으로만 개방되는 체크밸브(51)가 더 구비된 것

을 특징으로 하는 인젝터.