KR101602970B1 - 탄화수소 인젝터를 구비한 엔진용 연료 분사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄화수소 인젝터(16)의 연료 공급을 위해 예비 토출 펌프(5)의 토출 압력이 사용되는 탄화수소 인젝터(16)를 구비한 연료 분사 시스템에 관한 것이다. 탄화수소 인젝터(16)가 엔진의 배기 가스 장치 내에 연료를 분사하는 경우, 연료 분사 시스템의 저압 영역의 압력은 단시간 동안 상승한다.

Description

탄화수소 인젝터를 구비한 엔진용 연료 분사 시스템{FUEL INJECTION SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, COMPRISING A HYDROCARBON INJECTOR}

디젤 방식으로 작동하는 엔진은 배기 가스 규제가 점차로 엄격해짐에 따라 배기 가스 장치 내에 미립자 필터를 구비하는 일이 점점 더 빈번해지고 있다. 대체로, 인젝터가 연소실 내에 배치될 때 엔진의 제어 장치가 후분사를 개시하므로, 가열된 배기 가스 내에 존재하는 아직 연소되지 않은 연료가 배기관 내에서 산화하고, 이에 따라 미립자 필터의 재생을 개시하기 위해 요구되는 열이 제공됨으로써 이러한 미립자 필터는 재생된다.

이러한 후분사는 통상적으로 목적에 맞지 않으므로, 배기 가스 장치 내에 소위 탄화수소 인젝터를 제공하는 것이 이미 공지되어 있다. 이러한 탄화수소 인젝터는 미립자 필터(들)의 상류에서 연료를 배기관 내로 분사하고, 이에 의해 미립자 필터를 재생하는 제어 장치를 개선하는 것이 가능하다.

탄화수소 인젝터를 통해 분사된 연료를 가능한 미세하게 분무하기 위해 7 내지 10바아의 작동 압력(상대 압력)이 요구될 수 있다. 이를 위해 필요한 연료 회로는 낮은(상당하지 않은) 분사 압력으로 인해 비교적 비용이 많이 들고 아주 드물게 사용된다. 따라서, 전형적으로 약 500 내지 1,000킬로미터마다, 부분적으로 10시간을 훨씬 초과하는 작동 시간에 상응하도록 미립자 필터의 재생이 요구되며, 이러한 재생은 단지 약 10 내지 20분간 지속된다. 오직 이러한 짧은 시간 범위 동안 탄화수소 인젝터는 활성화된다. 따라서 탄화수소 인젝터의 작동 시간과 사전 장치된 펌프의 작동 시간은 엔진의 전체 작동 시간의 일부일 뿐이다.

본 발명의 목적은 효율 및 비용에 있어 최적화된, 탄화수소 인젝터를 구비한 연료 분사 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 저압 영역과 고압 영역을 가지며, 저압 영역에서는 연료 탱크로부터 고압 펌프로 연료를 토출하는 예비 토출 펌프가 제공되며 고압 영역에서는 커먼 레일 또는 하나 이상의 분사 밸브로 고압 상태의 연료를 토출하는 고압 펌프가 제공되는 엔진의 연료 분사 시스템에서, 저압 영역은 하나 이상의 탄화수소 인젝터를 포함하고 하나 이상의 탄화수소 인젝터는 필요한 경우 하나 또는 복수의 미립자 필터의 상류에서 엔진의 배기 가스 후처리 장치 내로 연료를 분사함으로써 달성된다.

본 발명에 따라 요구된 바와 같이 연료 분사 시스템의 저압 영역에 탄화수소 인젝터를 일체시킴으로써 탄화수소 인젝터를 위한 별도의 연료 펌프가 생략될 수 있다. 그 대신, 어차피 존재하는 예비 토출 펌프는 필요한 경우 탄화수소 인젝터 내의 연료를 토출하기 위해서도 사용된다. 이에 의해 연료 분사 시스템이 간소화되고, 제조 비용은 크게 절감된다. 또한 추가의 연료 폄프가 요구되지 않으므로 중량이 낮고, 이에 따라 연료 분사 시스템이 장착된 차량의 연료 소모량 및 CO₂ 배출량이 적다는 장점이 있다.

토출 펌프가 전기 구동식 연료 펌프로서 형성되거나 기계 구동식 연료 펌프로서 형성되는, 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 실시예가 제공된다. 대안적으로 기계 구동식 토출 펌프에 추가로, 스위칭 가능한 추가 연료 펌프가 하나 더 제공되는 것도 가능하다.

대개 전기 구동식의 스위칭 가능한 추가 연료 펌프는 대체로, 엔진 시동시 가능한 신속한 압력 형성을 달성하기 위해 사용된다. 더욱이 이러한 추가 연료 펌프는 탱크의 비움 과정 이후에 연료 분사 시스템을 재충전하기 위해 사용될 수 있다. 엔진이 시동 걸리고, 기계 구동식 토출 펌프가 압력을 충분히 형성하자마자 추가 연료 펌프는 재차 스위치-오프된다. 이렇게 하여, 본 발명에 따라 엔진 작동시에 추가 연료 펌프는 스위치-온될 수 있으므로, 연료 분사 시스템의 저압 영역에서 2단계 압력 상승이 발생한다. 제1 압력 상승은 추가 연료 펌프에 의해 야기되는 반면, 이의 하류에 배치된 기계 구동식 토출 펌프는 추가의 압력 상승을 야기한다. 이에 의해, 이러한 특수 작동 모드 동안 예비 토출 펌프의 송출면에서의 압력은 단시간 동안 그리고 의도한 대로 상승하므로, 탄화수소 인젝터를 통해 연료를 분사하기에 충분히 높은 압력이 저압 영역에 존재한다. 전기적으로 스위칭 가능한 추가 연료 펌프가 어차피 매우 짧은 작동 시간만을 가지므로, 재생을 위해 약 10 내지 20분간 재생이 추가로 짧게 요구되는 것도 용이하게 가능하고, 이는 어차피 존재하는 추가 연료 펌프의 수명과 견고성을 향상시키기 위한 추가 조치를 필요로 하지 않는다.

대안적으로 하나 이상의 탄화수소 인젝터를 연료 고압 펌프의 내부 챔버 또는 연료 유입 라인에 연결하는 것이 가능하다. 물론 하나 이상의 탄화수소 인젝터를 귀환 라인에 연결하는 것도 가능하다.

정규 작동에서 예비 토출 펌프의 토출 압력과 이에 따라 연료 분사 시스템의 저압 영역의 압력을 가능한 한 낮게 유지하는 것이 요구되므로, 본 발명의 바람직한 추가의 일 실시예에서 연료 고압 펌프의 내부 챔버와 귀환 라인 사이에는 압력 조절 밸브가 배치된다. 이러한 압력 조절 밸브에 의해 엔진의 저압 영역의 작동 압력은 정규 작동에서 폐회로 제어된다. 부가적으로 본 발명에 따르면, 탄화수소 인젝터를 통해 엔진의 배기 가스 후처리 장치 내로 연료를 분사하기에 충분히 높은 압력이 사용 가능하도록 압력 조절 밸브를 적합하게 제어함으로써 단시간 동안 연료 분사 시스템의 저압 영역의 압력을 상승시키는 것이 가능하다.

압력 조절 밸브는 예를 들어 예비 토출 펌프의 흡입측에서의 연료 유입부 내 압력에 의해 개회로 제어될 수 있다. 예비 토출 펌프의 토출량이 단시간 동안 상승함으로써 저압 영역의 압력도 압력 조절 밸브의 특성 곡선에 상응하게 상승한다.

압력 조절 밸브와 귀환 라인 사이에 스위칭 가능한 스로틀이 배치되는, 본 발명의 바람직한 추가의 일 실시예가 제공된다. 이러한 스위칭 가능한 스로틀은 전기식으로 또는 유압식으로 스위칭될 수 있으며, 저압 영역의 압력이 상승되어야 할 경우, 각각 활성화될 수 있다.

도입부에 언급된 목적은 마찬가지로 저압 영역과 고압 영역을 가지며, 저압 영역에서는 연료 탱크로부터 고압 펌프로 연료를 토출하는 예비 토출 펌프가 제공되며, 고압 영역에서는 커먼 레일 내로 또는 하나 이상의 분사 밸브로 고압 상태의 연료를 토출하는 고압 펌프가 제공되며, 저압 영역에는 하나 이상의 탄화수소 인젝터가 연결되며, 하나 이상의 탄화수소 인젝터는 필요한 경우 하나 또는 복수의 미립자 필터의 상류에서 엔진의 배기관 내로 연료를 분사하는, 연료 분사 시스템을 작동하기 위한 방법을 통해, 탄화수소 인젝터를 통해 연료를 분사하는 동안 연료 분사 시스템의 저압 영역의 압력이 상승함으로써 달성된다.

이에 의해, 엔진의 배기관 내로 연료를 분사하기 위해 충분히 높은 분사 압력이 탄화수소 인젝터에 제공되는 것이 보장된다. 엔진의 정규 작동시, 즉 탄화수소 인젝터를 통해 연료가 분사되지 않는 경우, 연료 분사 시스템의 저압 영역의 압력은 재차 정상적인 크기로 강하될 수 있다. 이에 의해, 특히 예비 토출 펌프의 부하는 경감되고, 연료의 가열은 감소되고, 연료 분사 시스템의 전체 효율은 상승한다.

또한 예비 토출 펌프는 탄화수소 인젝터의 분사 압력에 상응하는 연속 작동 압력을 위해 구성될 필요가 없다. 예비 토출 펌프가 단시간 동안, 즉 수 분간 탄화수소 인젝터의 분사 압력을 제공할 수 있는 것으로 충분하다. 이에 의해, 예비 토출 펌프는 비용면에서 더 유리하고 더 작게 설계될 수 있다.

본 발명에 따라 요구된 저압 영역에서의 일시적 압력 상승은 전기 구동식 예비 토출 펌프에서 예비 토출 펌프의 제어 전압이 상승함으로써 또는 압력 조절된 전기 구동식 펌프에서 압력의 설정값이 상승함으로써 실행될 수 있다.

대안적으로, 예비 토출 펌프에 추가로 전기 구동식 추가 연료 펌프가 하나 더 상류에 제공되고, 예비 토출 펌프에 추가로 추가 연료 펌프가 때때로 스위치-온됨으로써 저압 영역에서의 일시적 압력 상승이 실행되는 것도 가능하다. 이에 의해, 간단한 수단을 통해 연료 분사 시스템의 저압 영역에서 2단계 압력 상승이 가능하며, 두 단계 모두의 압력 상승의 총합은 탄화수소 인젝터의 분사 압력에 도달할 만큼 커야한다.

대안적으로 또는 부가적으로, 귀환 라인의 상류에 배치된 스위칭 가능한 스로틀을 활성화함으로써 저압 영역에서 압력 상승을 실행하는 것도 가능하다. 귀환량을 의도한 대로 스로틀링함으로써 저압 영역의 작동 압력은 압력 조절 밸브의 특성 곡선에 상응하게 더 높은값으로 변위되므로, 탄화수소 인젝터를 통해 연료를 분사하기 위한 충분한 압력이 형성 가능하다.

이 경우, 차후의 귀환량들 중 하나 또는 복수가 스위칭 가능한 스로틀을 통해 흐르는 것이 가능하며, 구동축의 베어링을 통해 흐르는 연료를 수반하거나 수반하지 않는 펌프 하우징으로부터의 귀환량은 스위칭 가능한 스로틀을 통해 흐를 수 있으며, 부가적으로 인젝터로부터의 누설량도 스위칭 가능한 스로틀을 통해 흐를 수 있다.

본 발명의 추가 장점 및 바람직한 실시예는 하기의 도면, 도면의 설명 및 청구범위로부터 제시된다. 도면, 도면의 설명 및 청구범위에 기술된 모든 특징들은 개별적으로뿐 아니라 서로 간의 임의의 조합으로써도 본 발명에서 중요할 수 있다.

도 1 내지 도 8에는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 실시예들이 도시되어 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 제1 실시예가 블록 회로도로 도시되어 있다.

연료 분사 시스템은 특히 연료 고압 펌프(1), 탱크(3), 압력 센서(4), 전기 구동식 예비 토출 펌프(5), 연료 필터(7), 레일(9) 및 압력 제한 밸브(11)를 포함한다. 레일(9)에 연결된 인젝터는 도 1에 도시되지 않는다.

압력 제한 밸브(11)는 도시되지 않은 인젝터의 누설량도 배출되는 귀환 라인(13)으로 통한다. 귀환 라인(13)은 이러한 실시예에서 탱크(3)로 통하여 이곳에서 제트 펌프(10)를 구동시킨다.

연료 고압 펌프(1)의 내부 공간에는 선택적으로 온도 센서(T)가 배치될 수 있다. 연료 고압 펌프(1)는 연료 유입부(15), 필터(7) 및 예비 토출 펌프(5)를 통해 탱크(3)와 유압식으로 연결된다. 예비 토출 펌프(5)의 하류에서 연료 유입부(15)에는 탄화수소 인젝터(16)가 연결된다. 탄화수소 인젝터(16)에 의해, 필요한 경우 연료가 엔진의 배기관(미도시) 내에 분사될 수 있다. 미립자 필터의 상류에 놓인 위치에서 연료가 배기관 내에 의도한 대로 분사됨으로써, 미립자 필터의 재생은 개시될 수 있다.

연료 유입부(15)는 예비 토출 펌프(5)의 토출측을 고압 펌프(1)의 펌프 하우징의 내부 챔버(17)와 연결시키므로, 예비 토출 펌프(5)의 전체 토출 흐름은 내부 챔버(17) 내에 도달한다. 연결 라인(18)은 펌프 하우징의 내부 챔버(17)와 한편으로 계량 공급 유닛(19) 사이 및 다른 한편으로 귀환 라인(13) 사이의 유압식 연결부를 형성한다. 연결 라인(18)과 귀환 라인(13) 사이에는 압력 조절 밸브(20)가 배치된다.

계량 공급 유닛(19)은 연료 고압 펌프(1)의 펌프 부재(21)로부터 흡입된 연료량과, 따라서 이의 토출량을 개회로 제어하기 위해 사용된다. 이를 위해, 펌프 부재(21)의 흡입측은 분배 라인(23)을 통해 계량 공급 유닛(19)의 출력부와 유압식으로 연결된다.

펌프 부재(21)는 실질적으로 흡입 밸브(25)와, 고압측 체크 밸브(27)와, 실린더 보어(도면 부호 미기재) 내에서 진동하는 피스톤(29)으로 이루어진다. 펌프 부재(21)의 피스톤(29)은 롤러 태핏(31)을 통해 구동축(35)의 캠(33)에 의해 구동된다. 펌프 부재(21)는 고압 상태의 연료를 고압 라인(34)을 통해 레일(9) 내에 토출한다.

캠(33)은 펌프 하우징(미도시) 내부의 제1 베어링 및 제2 베어링 내에서 캠(33)의 2개 측면에 대해 회전 가능하게 지지된 구동축(35)의 일부이다. 구동축(35)은 펌프 하우징의 내부 챔버(17) 내에 배치되어 있다. 구동축(35)의 베어링은 연료 유입부(15)로부터 펌프 하우징의 내부 챔버(17) 내로 흐르는 연료의 부분 흐름에 의해 강제적으로 관류되고, 도 1에 따른 블록 회로도에서는 스로틀 형태로서 도시되어 있다. 도 1에서 제1 베어링은 도면 부호 "39"를 갖는 반면, 제2 베어링에는 도면 부호 "41"이 부여되었다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 고압 펌프의 제1 실시예에서 압력 조절 밸브(20)는 연료 고압 펌프(1)의 내부 챔버(17)의 하류에 배치되어 있다. 압력 조절 밸브(20)는 스프링(56)에 의해 차단 방향으로 가압된 제어 피스톤(55)과 누설 라인(57)을 포함한다.

압력 조절 밸브(20)가 내부 챔버(17)의 하류에 배치됨으로써, 내부 챔버(17) 내에는 예비 토출 펌프(5)의 송출면에서와 거의 동일한 압력이 존재한다. 대개 예비 토출 펌프(5)의 송출면에서의 초과압과 이에 따라 내부 챔버(17)의 송출면에서의 초과압은 약 3 내지 6바아이다.

이러한 내부 챔버(17) 내에 존재하는 압력은 특히 베어링(39 및 41)을 통한 연료가 압축되도록 유도한다. 제1 베어링(39) 및 제2 베어링(41)은 대개 미끄럼 베어링으로 형성되므로, 베어링(39 및 41)의 강제적인 관류를 통해 베어링(39 및/또는 41) 내에는 유체 역학적 윤활 웨지가 형성된다. 이에 의해 제1 베어링(39) 및 제2 베어링(41)의 부하 수용 능력은 크게 상승하고 이와 동시에 제1 베어링(39) 및 제2 베어링(41)으로부터의 열배출도 개선된다.

연결 라인(18) 내 압력 조절 밸브(20)의 배치는 연료 분사 시스템의 정규 작동시 특히 예비 토출 펌프의 양정 높이가 감소될 수 있다는 장점도 있다. 그러나 이는 연료 분사 시스템의 저압 영역의 정상 작동 압력이 탄화수소 인젝터를 작동하기에 충분하지 않다는 것도 의미한다. 즉, 탄화수소 인젝터(16)에 의해 엔진의 배기 가스 후처리 장치 내로 연료가 분사되도록 하는 압력이 너무 낮은 경우, 연료는 충분히 미세하게 분무되지 않고, 따라서 분사된 연료의 완전 연소가 보장되지 않는다. 불완전 연소시 엔진의 배출값은 저하되는데, 이는 바람직하지 않다.

이제 본 발명에 따라 탄화수소 인젝터(16)에 의한 연료 분사와 동시에 연료 분사 시스템의 저압 영역의 압력은 상승할 수 있다. 이는 전기 구동되는 예비 토출 펌프(5)의 공급 전압이 상승함으로써 실행될 수 있으므로, 이 토출 펌프는 더 높은 회전수로 작동하고 이에 따라 토출 압력은 원하는 값으로 상승한다.

대안적으로 압력 조절을 통해 작동 압력을 상승시키는 것도 가능하다. 이는 도시되지 않은 신호 라인을 통해 압력 조절기와 연결된 압력 센서(4)를 예비 토출 펌프(5)의 토출측에 필요로 한다. 정규 작동시 예비 토출 펌프(5)는 약 3 내지 5바아인 저압 영역의 압력 설정값(p_soll)으로서 사전 설정된다. 이렇게 하여 연료가 탄화수소 인젝터를 통해 분사되어야 하는 경우, 압력 조절기의 설정값(p_soll)은 단시간 동안 약 7 내지 10바아의 값으로 상승한다. 이에 따라 예비 토출 펌프(5)는 원하는 설정 압력(p_soll)이 저압 영역에서 설정되도록 압력 조절기에 의해 제어된다.

미립자 필터의 재생과 이를 위해 요구되는 엔진의 배기관 내로의 탄화수소 인젝터를 통한 연료 분사가 약 10 내지 20분 동안만 지속되고, 더욱이 드물게만 요구되므로, 이러한 짧은 작동 지속 시간에 대해 예비 토출 펌프(5)는 예비 토출 펌프가 손상을 입거나 예비 토출 펌프의 수명이 크게 감소되는 일 없이 공칭점 이상으로 작동될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 연료 분사 시스템은 보강된 펌프에 추가로 투자하지 않고 구현 가능한데, 이는 연료 분사 시스템의 경제성에 유리하게 작용한다.

저압 영역에서의 탄화수소 분사를 위해 형성된 상승한 압력이 베어링(39, 41)을 통해 강하되는 것을 방지하기 위해, 베어링들(39, 41) 중 하나 이상의 베어링의 유출부와 귀환 라인(13)의 연결부에 유량 제한 부재(42)가 배치될 수 있다. 2개 베어링(39, 41)의 유출부들이 우선 접속된 후, 귀환 라인(13)과 공통으로 연결될 수도 있으며, 이 경우 2개 베어링(39, 41)에 대해 하나의 유량 제한 부재(42)만 요구된다. 유량 제한 부재(42)는 예를 들어 스로틀 형태로서 형성될 수 있다. 대안적으로 유량 제한 부재(42)는 예를 들어 전기 작동식 밸브 또는 유압 작동식 밸브의 형태를 갖는 스위칭 가능한 스로틀로도 형성될 수 있다. 또한 유량 제한 부재(42)는, 특정 압력에서 개방된 후 밸브 특성 곡선에 따른 압력 상승을 야기하는 압력 유지 밸브로서도 형성될 수 있다. 압력 조절 밸브(20)가 점차 증가하는 스프링 곡선을 갖는 경우, 유량 제한 부재(42)와 조합된 형태가 특히 바람직하다. 이에 의해 저압 영역에서 가급적 일정한 압력이 정규 작동시, 즉 탄화수소 분사 없이 달성될 수 있는 반면, 탄화수소 분사를 위해 저압 영역에서 토출량이 증가할 때 저압 영역에서 가급적 큰 압력 상승이 달성된다. 이 경우, 압력 조절 밸브(20)의 스프링은 개방 행정이 증가할수록 스프링 강도가 증가하도록 구성된다.

도 2에는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 추가의 일 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서 예비 토출 펌프(5)는 기계적으로 구동된다. 이 예비 토출 펌프는 통상적으로 연료 고압 펌프(1)의 구동축(35)과 직접 결합한다. 이러한 고정된 결합으로 인해, 회전수가 본질적으로 매우 낮은 엔진 시동시에 압력 형성은 비교적 천천히 진행된다. 이러한 결함을 제거하기 위해 예비 토출 펌프(5)의 상류에는 전기 구동식으로 스위칭 가능한 추가 연료 펌프(43)가 제공된다. 이러한 추가 연료 펌프(43)는 대체로 엔진의 시동 동안만 작동되므로 연료 분사 시스템 내의 신속한 압력 형성이 가능하다. 이렇게 하여 본 발명에 따라, 탄화수소 인젝터(16)를 통해 연료가 분사되어야 하는 경우, 이러한 추가 연료 펌프가 엔진 작동시에도 동시에 그리고 유압식으로 예비 토출 펌프(5)와 직렬로 작동된다. 즉, 이 경우 탄화수소 인젝터를 통한 연료의 미세한 분무를 보장하기 위해 추가 연료 펌프(43)와 예비 토출 펌프(5)의 양정 높이는 충분히 큰 값으로 가산된다. 하나 이상의 탄화수소 인젝터(16)는 귀환 라인(13)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 베어링(39, 41)과 귀환 라인(13)의 연결부에는 유량 제한 부재(42)가 제공될 수 있다.

예비 토출 펌프의 흡입측에는 특히 회전수가 높을 때 예비 토출 펌프(5)의 토출량이 제한되도록 하는 흡입 스로틀(45)이 제공된다.

제2 실시예의 기계적으로 구동되는 예비 토출 펌프(5)는 베인 펌프로서, 내접 기어 펌프로서, 특히 지로터(gerotor) 펌프로서 또는 외접 기어 펌프로서 형성될 수 있다. 이러한 펌프에서 회전하는 부품과 펌프 하우징 사이에는 누설 손실을 야기하는 간극이 존재한다. 이러한 간극은 도 2에서 스로틀 표시(도면 부호 "49")를 통해 도시된다. 간극을 통해 유출되는 누설량은 누설 라인(51)을 통해 배출된다. 누설 라인(51)은 제1 베어링(39)을 통해 흐르는 귀환 라인(13)의 연료량을 공급하는 라인(도면 부호 미기재) 내로 이어진다.

도 2에 도시된 실시예에서 탄화수소 인젝터(16)에는 연료 고압 펌프(1)의 내부 챔버(17)로부터 연료가 공급되고, 이 탄화수소 인젝터는 예비 토출 펌프(5)의 하류에 배치되므로, 탄화수소 인젝터에는 예비 토출 펌프(5)의 토출 압력이 가해진다. 추가 연료 펌프(43)의 스위치-온은 연료 고압 펌프(1)의 회전수와 추가 연료 펌프(43)의 출력에 따라 내부 챔버(17) 내의 압력 상승과 이에 따라 탄화수소 인젝터(16)에서의 압력 상승도 야기한다.

도 3에는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 추가의 일 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서는 추가 연료 펌프(43)가 존재하지 않고, 압력 상승은 귀환 라인(13)의 상류에 그리고 압력 조절 밸브(20) 후방에 배치된 스위칭 가능한 전기 작동식 스로틀(50)을 통해 실행된다. 베어링(39 및 41)을 통해 흐르는 연료는 스위칭 가능한 스로틀(50)을 통해 흐르지 않는다.

스로틀(50)이 활성화되면 연료 고압 펌프의 내부 챔버(17)로부터의 귀환량은 감소한다. 이로부터, 스위칭 가능한 스로틀(50)의 상류에서 압력 상승이 얻어지므로, 탄화수소 인젝터(16)에 가해지는 압력은 약 7 내지 10바아의 원하는 값으로 상승한다.

본 발명에 따른 연료 분사 시스템의 도 4에 도시된 실시예에서 스위칭 가능한 스로틀(50)은 유압식으로 작동한다. 이 경우, 도 3에 따른 실시예에서와 마찬가지로 압력 조절 밸브(20)와, 베어링(39 및 41)의 귀환량과의 접속부 사이의 귀환 라인은 스로틀링된다.

제어가 유압식으로 실행되는 경우, 스로틀 위치(61)에서 발생하는 압력 강하가 이용된다. 이러한 스로틀 위치(61)는 탄화수소 인젝터(16)의 공급 라인(미도시) 내에 배치된다. 이는 탄화수소 인젝터(16)가 연료를 분사하자마자 스로틀 위치(61)에서 압력 강하가 발생함을 의미한다. 제어 라인들을 통해 스위칭 가능한 스로틀(50)은 유압식으로 작동하며, 상기 제어 라인들 중 제1 라인은 스로틀 위치(61)의 상류에서, 다른 라인은 스로틀 위치(61)의 하류에서 연결된다.

스로틀 위치(61)는 연료 고압 펌프(1)에 또는 탄화수소 인젝터(16)에 일체될 수 있거나, 탄화수소 인젝터(16)의 유입 라인 내에 외장 배치될 수 있다.

저압 영역의 압력 상승 및 스로틀링을 위해 오직 펌프 하우징의 내부 챔버(17)로부터의 귀환량만을 사용하는 것이 아닐 수도 있다. 베어링(39 및 41)을 통해 흐르는 연료량 및/또는 인젝터(미도시)의 누설량도 스위칭 가능한 스로틀(50)을 통해 흐르도록, 스위칭 가능한 스로틀(50)을 귀환 라인(13) 내에 하류에 배치하는 것도 가능하다. 이러한 경우 귀환량이 더 많으므로, 스위칭 가능한 스로틀(50)의 활성화를 통한 더 높은 압력 상승이 달성될 수 있다. 다른 한편으로 스로틀(50) 이전의 귀환부(13a)에서 단시간 동안 상승한 압력은 베어링(39 및/또는 41)의 일부인 샤프트 밀봉 링(shaft sealing ring)의 부하 상승을 야기한다.

도 5에는 전체 귀환량이 스위칭 가능한 스로틀(50)을 통해 흐르므로 여기서 최대 압력 상승이 구현될 수 있는 연료 분사 시스템이 도시되어 있다.

도 6에는 유량 조절 밸브(63)가 제공된 연료 분사 시스템이 도시되어 있다. 도면에 도시된 유량 조절 밸브(63)의 제1 스위칭 위치에서 연료 유입부(15)와 귀환 라인(13)은 유압 분리된다. 유량 조절 밸브(63)의 제2 스위칭 위치에서 귀환 라인(13)은 연료 유입부(15)와 연결된다. 이에 의해 연료 귀환 라인 내 압력은 지지 압력으로서 압력 조절 밸브(20)에 가해진다. 또한 이에 의해 탄화수소 인젝터(16)에서 일시적 압력 상승이 이루어질 수 있다.

도 7에는 기계적으로 구동되는 예비 토출 펌프(5)가 제공된 연료 분사 시스템이 도시되어 있으며, 예비 토출 펌프(5)로의 유입부에는 스위칭 가능한 스로틀(50)이 배치된다. 스위칭 가능한 스로틀(50)은 도 3에 따른 실시예와 유사하게 전기 작동식 밸브일 수 있거나 도 4에 따른 실시예와 유사하게 유압식으로 작동될 수 있다. 스위칭 가능한 스로틀(50)의 유압식 제어 장치에서는 도 4에 따른 실시예에서와 같이, 탄화수소 인젝터(16)로 흐를 때 얻어지는 압력 강하가 이용될 수 있다. 기계적으로 구동되는 예비 토출 펌프(5) 이전의 상류에는 도 2에 따른 실시예와 유사하게 추가 연료 펌프(43)가 제공될 수 있다. 저압 영역에서 상승한 압력이 탄화수소 분사를 위해 요구되는 경우, 스위칭 가능한 스로틀(50)은 더 큰 유량 단면을 갖도록 설정되므로 예비 토출 펌프(5)의 토출량은 상승하는데, 이는 재차 저압 영역의 압력 상승을 야기한다.

도 8에는 전기 구동되는 예비 토출 펌프(5)가 제공된 연료 분사 시스템이 도시되어 있다. 귀환 라인(13)이 연료 고압 펌프(1)의 펌프 하우징의 내부 챔버(17)와 압력 조절 밸브(20)로부터 탱크(3) 내로 안내되며, 탱크 내에서는 이젝터(ejector) 펌프(10)가 귀환 라인(13)에 연결된다. 귀환 라인(13) 내에서는 이젝터 펌프(10) 이전 상류에, 예를 들어 탱크(3) 내에 또는 이젝터 펌프(10) 내에 스위칭 가능한 스로틀(50), 예를 들어 전기 작동되는 스로틀 밸브(50)가 배치된다. 저압 영역에서 상승한 압력이 탄화수소 분사를 위해 요구되는 경우, 스위칭 가능한 스로틀(50)은 더 작은 유량 단면에 대해 설정되므로 귀환 라인(13)을 통해 흘러나가는 연료량은 감소하는데, 이는 재차 저압 영역의 압력 상승을 야기한다.

Claims (21)

1. 저압 영역과 고압 영역을 갖는 엔진의 연료 분사 시스템이며,
   저압 영역에서는 연료 탱크(3)로부터 고압 펌프(1)로 연료를 토출하는 예비 토출 펌프(5)가 제공되며, 고압 영역에서는 내부 챔버(17) 내에 배치되어 하나 이상의 베어링(39, 41)을 통해 회전 가능하게 지지된 구동축을 포함하고 커먼 레일(9) 또는 하나 이상의 분사 밸브로 고압 상태의 연료를 토출하는 고압 펌프(1)가 제공되며, 고압 펌프(1)의 내부 챔버(17)는 저압 영역의 일부이고, 저압 영역은 필요한 경우 저압 영역으로부터 그리고 예비 토출 펌프(5)의 하류에서 엔진의 배기 가스 후처리 장치 내로 연료를 분사하는 하나 이상의 탄화수소 인젝터(16)를 포함하는 연료 분사 시스템에 있어서,
   탄화수소 인젝터(16)를 통해 연료를 배기 가스 후처리 장치 내로 분사하는 동안 저압 영역의 압력은 저압 영역으로의 유입량의 증가에 의해 상승하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
2. 제1항에 있어서, 예비 토출 펌프(5)는 전기 구동식 연료 펌프로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
3. 제1항에 있어서, 예비 토출 펌프(5)는 기계 구동식 연료 펌프로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
4. 제3항에 있어서, 예비 토출 펌프(5) 이전 상류에 스위칭 가능한 스로틀(50)이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
5. 제3항에 있어서, 기계 구동식 예비 토출 펌프(5)에 추가로, 연결 가능한 전기 구동식 추가 연료 펌프(43)가 하나 더 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 탄화수소 인젝터(16)는 연료 고압 펌프(1)의 내부 챔버(17) 또는 연료 유입 라인(15)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 탄화수소 인젝터(16)는 귀환 라인(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
8. 삭제
9. 제4항에 있어서, 스위칭 가능한 스로틀(50)은 전기식으로 또는 유압식으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 베어링(39, 41)과 귀환 라인(13)의 연결부에는 유량 제한 부재(42)가 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
11. 저압 영역과 고압 영역을 가지며, 저압 영역에서는 연료 탱크(3)로부터 고압 펌프(1)로 연료를 토출하는 예비 토출 펌프(5)가 제공되며, 고압 영역에서는 커먼 레일(9) 내로 또는 하나 이상의 분사 밸브로 고압 상태의 연료를 토출하는 고압 펌프(1)가 제공되며, 저압 영역에는 하나 이상의 탄화수소 인젝터(16)가 연결되며, 하나 이상의 탄화수소 인젝터(16)는 필요한 경우 하나 또는 복수의 미립자 필터의 상류에서 엔진의 배기관 내로 연료를 분사하는, 연료 분사 시스템을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    탄화수소 인젝터(16)를 통해 연료를 분사하는 동안 저압 영역의 압력은 유입량의 증가에 의해 상승하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템을 작동하기 위한 방법.
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13. 삭제
14. 제11항에 있어서, 예비 토출 펌프(5)는 압력 조절기에 의해 개회로 제어되고, 저압 영역에서의 압력 상승은 압력의 설정값(p_soll)이 상승함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템을 작동하기 위한 방법.
15. 제11항 또는 제14항에 있어서, 예비 토출 펌프(5)에 추가로, 예비 토출 펌프(5)의 상류에 배치된 전기 구동식 추가 연료 펌프(43)가 제공되고, 저압 영역에서의 압력 상승은 예비 토출 펌프(5)에 추가로 추가 연료 펌프(43)가 스위치-온됨으로써 실행되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템을 작동하기 위한 방법.
16. 제11항 또는 제14항에 있어서, 유량 조절 밸브(63)에 의해 귀환 라인(13)이 연료 유입부(15)와 연결 가능한 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템을 작동하기 위한 방법.
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