KR100625891B1

KR100625891B1 - 분사 펌프 내의 공동 현상 제거 장치

Info

Publication number: KR100625891B1
Application number: KR1019990002634A
Authority: KR
Inventors: 지크에드몽
Original assignee: 에스.이.엠.티. 피엘스틱
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2019-01-27
Also published as: FR2774132B1; NO990368D0; NO322999B1; BR9900355A; HK1021655A1; US6065453A; CN1118622C; NO990368L; PL194133B1; DK0931928T3; ATE248988T1; EP0931928A1; DE69910850T2; KR19990068166A; JPH11280597A; CN1224802A; FR2774132A1; EP0931928B1; PL331056A1; DE69910850D1

Abstract

본 발명은 분사 단계 이후에 내연기관의 연료 분사 펌프(4)의 압축실(4k) 내의 과잉 연료 복귀 오리피스(4b) 내의 공동(cavitation) 현상을 제거하는 장치로서, 상기 분사 펌프는 연료가 압축실에 도달할 수 있도록 하는 낮은 손실수두를 갖는 제 1 체크 밸브(3)를 포함하는 이송관(2)에 연결되고, 그 다음으로 과잉 연료 복귀관(5)에 연결되는 장치에 있어서, 복귀관은, 분사 펌프의 복귀 오리피스에 나란하게 그리고 근접한 상태에서 분사 펌프의 상기 복귀 오리피스 내의 압력을 상승시킬 수 있도록 규격이 정해진 제 2 체크 밸브(6)와, 보통은 개방된 상태로 유지되지만 상기 제 1 체크 밸브의 상부에 위치하는 이송관 내의 압력보다 복귀 오리피스 내의 압력이 더 커질 경우 폐쇄되는 2-포트 밸브(7)로 구성되는 것을 특징으로 하는 분사 펌프 내의 공동 현상 제거 장치를 제공한다.

색인어 누락

Description

분사 펌프 내의 공동 현상 제거 장치{A DEVICE FOR AVOIDING CAVITATION IN INJECTION PUMPS}

도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략선도.

도 2, 도 3 및 도 4는 여러 가지 압축 단계에서의 분사 펌프의 피스톤의 도시도.

도 5는 분사 단계에서의 복귀 오리피스의 압력 변동 방식을 보인 그래프.

본 발명은 분사 단계 이후에 내연기관의 연료 분사 펌프의 압축실 내의 과잉 연료 복귀 오리피스 내의 공동(cavitation) 현상을 제거하는 장치에 관한 것이다. "비우기(emptying)" 단계로 불리는 분사 펌프의 이러한 단계에 의해서, 과잉 연료는, 이미 존재하고 있는 연료가 저압 상태에 있는 복귀 오리피스를 통해서, 고압 및 고속으로 외부로 배출된다. 위와 같은 비우기 단계에서는, 분출되는 분사 연료와 저압 연료 사이의 경계면에, 가스 제거(degassing)(즉, 탈기)로 인해 기포가 발생하는데, 그 기포의 이동 속도와 관련된 공동 현상(cavitation)에 의해 복귀 오리피스 벽이 부식되고, 그 부식은 분사 펌프의 파괴로 이어진다. 이러한 공동 현상을 제거하기 위한 한가지 수단은 비우기 단계가 행해질 때 분사 펌프의 복귀 오리피스 내의 압력을 증가시키는 것이다. 분사 펌프로 들어가는 이송관의 상류에 체크 밸브를 배출하고 분사 펌프의 하류에 두 개의 정격 밸브를 배치하는 것을 특징으로 하는 장치가 일본 공개 특허 공보 제08-296528호에 개시되어 있다. 정격 밸브 중 하나는 높은 레이팅을 가지고 유량을 크게 할 수 있으며, 다른 하나는 저유량을 통과시키는 낮은 레이팅을 가지고 있다. 또한, 정격 밸브중 적어도 하나의 정격 밸브는 연료의 연속적인 순환을 보장하는 오리피스를 포함하고 있다. 이 장치의 결점은 영구적인 링크에 의해서도 비우기 단계가 수행되기 전에는 오리피스 내에서 높고 충분한 압력이 유지될 수 없다는 점이다. 이러한 압력은 비우기 단계가 수행될 때에만 상승하며, 이 압력은 오리피스 부식을 효과적으로 방지하기에는 충분치 않다.

본 발명의 목적은 분사 단계 이후에 내연기관의 연료 분사 펌프의 압축실 내의 과잉 연료 복귀 오리피스 내의 공동 현상을 제거하는 장치로서, 상기 분사 펌프는 연료가 압축실에 도달할 수 있도록 하는 낮은 손실수두를 갖는 제 1 체크 밸브를 포함하는 이송관에 연결되고, 그 다음으로 과잉 연료 복귀관에 연결되는 장치에 있어서,

복귀관은 분사 펌프의 복귀 오리피스에 나란하게 그리고 근접한 상태에서 분사 펌프의 상기 복귀 오리피스 내의 압력을 상승시킬 수 있도록 규격이 정해진 제 2 체크 밸브와, 보통은 개방된 상태로 유지되지만 상기 제 1 체크 밸브의 상부에 위치하는 이송관 내의 압력보다 복귀 오리피스 내의 압력이 더 커질 경우 폐쇄되는 2-포트 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치를 제공함으로써 상기한 결점을 제거하는 데 있다.

본 발명의 또다른 특징에 따라, 2-포트 밸브에는 제 1 체크 밸브의 상류에서의 압력이 복귀 오리피스 내의 압력과 사실상 동일할 때 상기 밸브를 개방시키는 스프링이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 복귀관은 정격 제 2 체크 밸브 및 2-포트 밸브의 상류에 병렬로 연결된 축압기를 포함한다.

본 발명에 따라, 내연기관 내에 연료 분사를 실시하기 위한 장치의 이용방법이 또한 제공된다.

본 발명의 장점은 분사 펌프의 구성 요소들의 마모가 줄어듦으로써, 빈번한 유지보수 작업이 필요치 않게 되고, 연료의 금속 입자의 분산을 최소화할 수 있다는 점이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 보인 것이다. 도 2, 도 3 및 도 4는 여러 가지 압축 단계에서의 분사 펌프의 피스톤을 보인 것이다. 도 5는 분사 단계에서의 복귀 오리피스의 압력 변동 방식을 보인 그래프로서, 곡선 A는 본 발명에 따른 장치를 구비하지 않은 펌프의 변동을 보인 것이고, 곡선 B는 본 발명에 다른 장치가 장착된 펌프의 변동을 보인 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 체크 밸브(3)가 장착된 관(2)은 탱크(9)로부터 이송되는 연료를 순환시키는 연료 순환 펌프(1)를 이송 오리피스(4a)만이 도시된 연료 분사 펌프(4)에 연결하고 있다. 연료 순환 펌프(1)의 전달 압력은 정격 체크 밸브(1a)에 의해 제한된다. 주 복귀관(5) 및 이차 관(5a, 5b)은 분사 펌프(4)의 복귀 오리피스(4b)를 정격 체크 밸브(6) 및 2-포트 밸브(7)에 병렬로 연결하고 있다. 2-포트 밸브(7)는 관(5b) 내의 압력에 의해 라인(7a)을 통해 파일럿 제어되고, 정격 체크 밸브(3) 상류의 관 내의 압력에 의해 라인(7b)을 통해 파일럿 제어된다. 스프링(7c)은 라인(7b) 내의 압력으로 인한 파일럿 제어 작용을 강화하며, 두 파일럿 라인간에 큰 압력 차가 존재하지 않는 경우 밸브(7)를 개방된 상태로 유지한다. 위치(7e)에서, 밸브(7)는 밸브(7) 상류의 연료 압력을 일정한 수준으로 유지하기 위하여 수두손실을 발생시킨다. 전달 차단을 위한 가장자리(4h, 4i)를 갖춘 피스톤(4g)의 운동 기능으로서의, 포위부(4j)의 주변홈(4c)과 피스톤 재킷(4f)의 오리피스(4d, 4e) 간의 작용에 의해, 오리피스(4a, 4b)는 분사 포트(4)의 압축실(4k)과 선택적으로 소통하게 된다. 저용량 축압기(8)가 오리피스(4b)의 바로 하류에서 관(5) 위에 설치되어 있다. 정격 체크 밸브(6) 및 2-포트 밸브(7)는 관(5c, 5d)을 통해 탱크(9)에 연결되어 있다.

도 2에서, 피스톤(4g)은 하사점에 있고, 오리피스(4d, 4e)를 열어서 그들이 압축실(4k)과 소통되게 하고 있다.

도 3에서는, 피스톤(4g)이 그 행정의 중간 지점에 있고, 오리피스(4d, 4e)를 폐쇄하여 압축실과의 소통을 막고 있다.

도 4에서, 피스톤(4g)은 그 행정을 계속 수행하여, 가장자리(4i, 4h)가 오리피스(4d, 4e)를 개방함으로써 그들이 피스톤(4g)의 측벽 내의 모선(generator line) 위에 형성된 홈(4m)을 통해 압축실(4k)과 소통하게 하고 있다.

도 5는 시간을 나타내는 가로좌표 T와 압력을 나타내는 세로좌표 P를 갖춘 그래프를 보여주고 있다. 곡선 A는 본 발명의 장치가 제공되지 않은 펌프의 분사 사이클이 이루어지는 동안 복귀 오리피스(4d, 4e) 내의 연료의 압력이 어떻게 변동하는지를 보인 것이고, 곡선 B는 본 발명의 장치가 제공된 펌프에 있어서의 변동을 보인 것이다.

이하 본 발명의 장치의 동작을 설명한다.

피스톤(4g)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 압축 행정의 시작 단계에 놓여 있다. 체크 밸브(6)의 압력은 50 ~ 100 바이고, 축압기(8)는 체크 밸브(6)의 정격 압력보다 약간 작은 팽창 압력을 가지고 있다. 관(7a, 7b)의 압력 차가 크지 않은 경우, 2-포트 밸브(7)는 스프링(7c)에 의해 개방된 상태로 유지된다. 그 위치(7e)로 밸브(7)를 제한하면 약 3 바의 순환 압력이 발생한다. 펌프(1)에 의해 공급된 연료는 체크 밸브(3), 오리피스(4a), 압축실(4k), 오리피스(4b), 2-포트 밸브(7)를 통해 관(2)을 따라 흐르며, 관(5d)을 경유하여 탱크(9)로 복귀한다. 이 상황은 도 5에서의 곡선 B의 시간 T₀에 대응한다.

피스톤(4g)은 압축 행정을 수행하며, 압축실(4k)을 분사기(도시 안됨)에 연결하는 관(도시 안됨) 내의 높은 압력에 의해 체크 밸브(3)는 폐쇄되고 연료는 오리피스(4b)를 통해 전달된다. 관(5b)에서의 유량의 갑작스런 증가와 2-포트 밸브(7)에서의 수두손실에 의해, 관(5a, 7a) 내의 압력이 현저히 증가하여, 밸브(7)를 제어함으로써 위치(7d)로 전환된다. 체크 밸브(6)가 개방되기 시작하는 정격 값에 이를 때까지 관(5a) 내의 압력은 계속적으로 증가한다. 동시에, 축압기(8)는 충전되고, 그 압력은 상승함으로써, 체크 밸브(6) 상의 해머를 감쇠 시킨다. 이러한 상황은 도 5에서 점 B₁ 부근의 곡선 B의 변동에 대응한다.

피스톤(4g)이 도 3에 도시한 위치에 도달하면, 오리피스(4a, 4b)는 폐쇄되고, 정격 체크 밸브(6)의 정력 압력에 근사한 압력에서 체크 밸브(3)와 정력 체크 밸브(6) 사이에 연료가 담기게 된다. 원형 홈(4c) 및 오리피스(4d, 4e) 내에서도 마찬가지로 이러한 압력이 발생하게 된다. 압축실(4k)은 오리피스(4d, 4e)에서 격리되어 있기 때문에, 약 1000 바의 분사가 이루어질 수 있는 압력 값에 도달할 때까지 상기 압축실에서의 압력은 상승할 수 있다. 이러한 상황은 도 5에서 점 B₁과 B₂ 사이의 곡선 B의 변동에 대응한다.

피스톤(4g)이 도 4에 도시한 위치에 도달하면, 가장자리(4h, 4i)는 오리피스(4d, 4e)를 개방하여 압축실(4k)과 다시 소통시킨다. 이 "비우기" 단계의 시작은 도 5에서 시간 T₁과 압력 P₁ 에 대응한다. 이 비우기 단계에 의해 연료는 갑자기 고속 분사 형태로 오리피스(4d, 4e)를 통해 이송됨으로써, 오리피스 (4d, 4e) 내의 압력은 급격히 증가한다. 이 압력은 도 5의 곡선 B의 압력 피크 B₂ 에 대응한다. 이미 존재하고 있는 연료와 고속 분사의 계면에는 오리피스(4d, 4e) 내의 연료의 압력이 불충분한 경우 가스 거품을 발생시키는 난류가 형성된다. 이것은 50 ~ 100 바의 높은 압력 P₂ 에 의해 최소화된다.

상사점에 도달한 후에, 피스톤은 하사점으로의 복귀 행정을 수행하고, 체적이 증가함에 따라 압축실(4k) 내의 압력은 감소한다. 오리피스(4d, 4e)가 다시 압축실(4k)과 소통할 때, 체크 밸브(3), 정력 체크 밸브(6) 및 2-포트 밸브(7) 사이에 배치된 모든 회로에 걸쳐 압력이 또한 감소한다. 관(7a)내의 압력이 관(7b)내의 압력과 유사할 때, 스프링(7c)에 의해 2-포트 밸브(7)는 위치(7d)에 놓이고, 축압기(8)가 비워져서, 사이클이 다시 시작될 수 있다.

도 5의 곡선 A는 본 발명의 장치가 장착되지 않은 펌프의 동작 단계를 보인 것이다. 점 A₁에서의 압력은 압력 P₀ 에 근사한 상태로 유지된다. 즉, 몇 바에 가깝다. 50 바 미만인 점 A₂에서의 압력 P₁ 은 오리피스(4d, 4e)를 통한 비우기 단계의 시작에 대응하며, 분사되는 주변에 형성되는 가스 거품을 방지하기에는 불충분하다. 이들 거품은 오리피스(4d, 4e)의 벽을 가격하여 부식을 일으킴으로써 재킷(4f)이 파손된다. 본 발명의 장치에 있어서는, 정격 체크 밸브(6)에 의해 오리피스(4d, 4e) 내에서 유지되는 잔류 압력이 가스 거품의 형성을 현저히 방지하고 부식을 최소화한다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명은 분사 펌프의 구성 요소들의 마모가 줄어듦으로써, 빈번한 유지 보수 작업이 필요치 않게 되고, 연료의 금속 입자의 분산을 최소화할 수 있다는 장점을 갖는다.

Claims

분사 단계 이후에 내연기관의 연료 분사 펌프(4)의 압축실(4k) 내의 과잉 연료 복귀 오리피스(4b) 내의 공동 현상을 제거하는 장치로서, 상기 분사 펌프는 연료가 압축실에 도달할 수 있도록 하는 낮은 손실수두를 갖는 제 1 체크 밸브(3)를 포함하는 이송관(2)에 연결되고 이어서 과잉 연료 복귀관(5)에 연결되는 구성으로 된, 장치에 있어서,

복귀관은 분사 펌프의 복귀 오리피스에 나란하게 그리고 근접한 상태에서 분사 펌프의 상기 복귀 오리피스 내의 압력을 상승시킬 수 있도록 규격이 정해진 제 2 체크 밸브(6)와, 보통은 개방된 상태로 유지되지만 상기 제 1 체크 밸브의 상부에 위치하는 이송관 내의 압력보다 복귀 오리피스 내의 압력이 더 커질 경우 폐쇄되는 2-포트 밸브(7)로 구성되는 것을 특징으로 하는 분사 펌프 내의 공동 현상 제거 장치.
제1항에 있어서, 2-포트 밸브(7)에는 제 1 체크 밸브(3)의 상류에서의 압력이 복귀 오리피스(4b) 내의 압력과 사실상 동일할 때 상기 밸브를 개방시키는 스프링(7c)이 제공된 것을 특징으로 하는 분사 펌프 내의 공동 현상 제거 장치.
제1항에 있어서, 복귀관(5)은 정격 제 2 체크 밸브(6) 및 2-포트 밸브(7)의 상류에 병렬로 연결된 축압기(8)를 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 분사 펌프 내의 공동 현상 제거 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 장치를 내연기관에서의 연료 분사에 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.