단위 인젝터

Unit injector
초기 Lucas 전자 디젤 유닛 인젝터

단위 인젝터(UI)는 인젝터 노즐과 분사 펌프를 단일 구성 요소에 결합한 디젤 엔진용 고압 통합형 연료 분사 시스템이다. 사용되는 플런저 펌프는 보통 공유 캠축에 의해 구동된다. 장치 인젝터에서 장치는 일반적으로 연료 자체에 의해 윤활되고 냉각된다.

고압주입은 보다 많은 수의 작은 물방울로 연료를 주입함으로써 이전의 저압 연료주입에 비해 전력 및 연료소비효익을 제공하여 부피 대비 표면적 비율이 훨씬 높다. 이를 통해 연료 방울 표면에서 기화가 개선되고 대기 산소와 기화 연료의 결합이 보다 효율적이어서 보다 완전하고 깨끗한 연소를 제공할 수 있다.

역사

1911년 영국에서 오늘날 사용되는 것과 유사한 단위 주입기에 대한 특허가 프레데릭 램플로에게 발급되었다.[1]

단위 인젝터 시스템: 각 실린더의 최적 압력 장치 인젝터 시스템은 Bosch가 디젤 직분사를 위해 개발한 전자 제어 시스템이다. 최대 5L 엔진용량과 312 hp 엔진 출력이 있는 자동차와 경형 상용차에 적합하며 시리즈 생산차로는 1998년 처음 설치됐다.

네이피어 델틱이 2타수 반피스톤으로 갈렸다. 장치 인젝터는 노란색 연료 통로 아래 낮은 위치에 있으며 캠축에 의해 좌측으로 구동되고 실린더 라이너 중앙(파란색)으로 주입된다.

미국에서 단위주사기의 상업적 사용은 1930년대 초 기관차, 보트, 심지어 미국 해군 잠수함에 동력을 공급하는 윈튼 엔진에서 시작되었고,[2] 1934년 아서 필든은 후에 제너럴 모터스 2행정 디젤 엔진에 사용되는 단위주사 설계에[4] 대한 미국 특허 1,981,913호를 받았다[3]. 대부분의 중형 디젤 엔진은 단일 펌프와 별도의 인젝터를 사용했지만 디트로이트 디젤[5], 전기-모티브 디젤 등 일부 제조사는 고압 펌프가 인젝터 자체 내에 들어 있는 장치 인젝터를 선호하는 것으로 유명해졌다. E.W. Kettering의 1951년 ASME 프레젠테이션은 현대적인 유닛 인젝터 개발에 대해 자세히 설명한다.[6] 또한 Cummins PT(압력-시간)는 연료 인젝터가 저압 펌프에 의해 공급되는 공통 레일에 있고 인젝터가 캠축의 세 번째 로브에 의해 작동되는 장치 분사 형태다. 압력은 인젝터 연료의 양을 결정하고 시간은 캠에 의해 결정된다.

1994년 로버트 보쉬 GmbH가 상용차용 전자장치 인젝터를 최초로 공급했고, 곧 다른 제조사들도 뒤를 이었다. 1995년 전기-모티브 디젤은 UI를 대체하는 EUI를 사용하여 710개의 디젤 엔진을 전자 연료 분사 방식으로 전환했다.

오늘날 주요 제조업체로는 로버트 보쉬 GmbH, CAT,[7] 컴민스,[8] 델파이,[9][10] 디트로이트 디젤, 전기자동차 디젤 등이 있다.[11]

디자인과 기술

장치 인젝터를 설계하면 고압 연료 파이프의 필요성을 없앨 뿐만 아니라 그와 관련된 고장이 제거될 뿐만 아니라 훨씬 높은 분사 압력이 발생할 수 있다. 장치 인젝터 시스템은 공통 레일 시스템에서와 같이 정확한 분사 타이밍과 양 조절이 가능하다.[12]

유닛 인젝터는 엔진 실린더 헤드에 장착되며, 연료는 실린더 헤드로 직접 가공된 일체형 덕트를 통해 공급된다. 각 인젝터에는 자체 펌핑 소자가 있으며, 전자 제어의 경우 연료 솔레노이드 밸브도 있다. 연료 시스템은 저압 연료 공급 시스템(<500 kPa)과 고압 분사 시스템(<2000 bar)으로 나뉜다.[13]

기술적 특성:

  • 장치 인젝터 시스템의 특별한 특징은 각 실린더에 개별 펌프가 할당된다는 것이다.
  • 따라서 펌프와 노즐은 실린더 헤드에 직접 장착되는 콤팩트 어셈블리에 결합된다.
  • 장치 인젝터 시스템은 최대 2,200bar의 고압 분사 압력을 활성화한다.

장점:

  • 깨끗하고 강력한 엔진을 위한 고성능
  • 낮은 소비량 및 낮은 엔진 배출량에 대한 높은 엔진 출력의 균형
  • 콤팩트한 디자인으로 높은 효율성
  • 엔진 블록 내 직접 조립으로 인한 소음 레벨 낮음
  • 공기 연료 혼합물의 이상적인 조합을 위해 최대 2,200bar의 주입 압력

운전원리

일반 연료 인젝터의 애니메이션 컷 통과 다이어그램(애니메이션 보려면 클릭)
Volvo D13A 엔진의 Delphi E1 UI
Delphi E1 유닛 인젝터 부품

기본 운전은 충전 단계, 유출 단계, 주입 단계, 압력 감소 단계 등 4개의 별도 단계로 설명할 수 있다.

저압 연료 공급 펌프는 필터링된 디젤 연료를 실린더 헤드 연료 덕트와 오버헤드 캠축 작동식 상시 스트로크 펌프 플런저 인젝터의 각 인젝터 연료 포트에 공급한다.

채우기 단계
상행방향의 지속적인 스트로크 펌프 소자는 공급 덕트에서 챔버로 연료를 흡입하며, 전기 솔레노이드 밸브가 계속 전원이 차단된 연료 라인이 열려 있다.
유출 단계
펌프 소자는 하강 중이고, 솔레노이드 밸브의 전원이 차단된 상태로 유지되는 한 연료 라인은 개방되어 연료가 리턴 덕트로 유입된다.
주입상
펌프 소자는 여전히 하강 중이고, 솔레노이드는 이제 통전되고 연료 라인은 이제 닫힌다. 연료는 리턴 덕트로 되돌아갈 수 없으며, 이제 압력이 특정 "개방" 압력을 초과할 때까지 플런저에 의해 압축되며, 인젝터 노즐 니들이 상승하여 연소실로 연료를 주입할 수 있다.
압력감소단계
플런저는 여전히 하강 중이고, 엔진 ECU는 필요한 양의 연료가 공급될 때 솔레노이드의 전원을 차단하며, 연료 밸브가 열리고, 연료가 리턴 덕트로 다시 흘러 들어가 압력 강하를 유발하여 인젝터 노즐 니들이 닫히므로 연료가 더 이상 분사되지 않는다.
요약
분사 시작은 솔레노이드 닫힘 지점에 의해 제어되며, 분사된 연료량은 솔레노이드가 닫힌 상태를 유지하는 시간인 닫힘 시간에 의해 결정된다. 솔레노이드 작동은 엔진 ECU에 의해 완전히 제어된다.

부가 기능

전자 컨트롤을 사용하면 온도 제어식 분사 타이밍, 실린더 밸런싱(매끄러운 공회전), 배기 가스 및 연료 소비량의 추가 저감을 위한 부분 부하에서 개별 실린더의 끄기, 다중 펄스 주입(엔진 사이클 중 하나 이상의 분사 발생)과 같은 특수 기능이 허용된다.

사용 및 응용 프로그램

유닛 인젝터 연료 시스템은 볼보, 컴민스, 디트로이트 디젤, CAT, 나비스타 인터내셔널과 같은 제조사의 상용 차량과 Land Rover, 폴크스바겐 그룹과 같은 제조사의 승용 자동차, 그리고 전기-모티브 디젤의 기관차 등 매우 다양한 자동차와 엔진에 사용되고 있다.

Scania R164 V8 엔진의 Bosch UI

폭스바겐 그룹의 주류 마크는 흡입 디젤 분사(SDI)와 터보차지 직분사(TDI) 디젤 엔진에 장치 인젝터 시스템(일반적으로 "PD"[14]로 약칭)을 사용했지만,[15] 이 연료 분사 방식은 새로운 1.6 TDI와 같은 공통 레일 설계로 대체되었다.

북미에서는 폭스바겐 제타, 골프, 뉴비틀 TDI 2004–2006이 Pumpe Düse이다[16](MK4세대와 MK5세대 모두에서 사용 가능하며, 각각 BREM 엔진코드와 타이밍벨트 구동 분사펌프를 사용한다).[citation needed]

폴크스바겐 그룹의 주요 관심사인 트럭과 디젤 엔진 제조업체인 스캐니아 AB도 '품페-뒤스-에인스프리츠웅(Pumpe-Düse-Einspritzung)' 또는 'PDE'라고 부르는 장치 인젝터 시스템을 사용한다.


유압 작동식 전자 장치(HEUI) 개발 및 응용 프로그램

1993년 CAT와 국제트럭앤엔진은 인젝터가[17] 더 이상 캠축으로 작동되지 않고 엔진 RPM과 독립적으로 연료를 가압할 수 있는 "유압 작동식 전자장치 분사"(HEUI)를 도입했다. Navistar의 7.3L /444 cuin, V8 디젤 엔진에서 처음 사용 가능. HEUI는 엔진 오일 압력을 사용하여 고압 연료 분사에 동력을 공급한다. 여기서 일반적인 장치 인젝터 작동 방법은 엔진 캠축과 함께 이루어진다.

HEUI 애플리케이션에는 1993년 5월부터 2007년 사이에 사용된 포드 7.3L와 6.0L 파워 스트로크가 포함되었다. 인터내셔널은 또한 DT 466E, DT 570, T-444E, DT-466–570, MaxxForce 5, 7, 9, 10, MaxxForce DT 및 VT365 엔진을 포함한 복수 엔진에 HEUI 시스템을 사용했다.[dubious – discuss] 캐터필러는 3116, 3126, 3406e, C7 ACERT, C9 ACERT에 HEUI 시스템을 통합했고 인터내셔널이 공급하는 다임러-디트로이트 디젤 시리즈 40 엔진도 HEUI 연료 시스템을 통합했다. HEUI 시스템은 더 나은 연비와 도입되고 있는 새로운 배출 기준을 충족시키기 위해 새로운 기술인 공통 레일 분사 솔루션으로 많은 제조업체에 의해 대체되었다.

참고 항목

메모들

  1. ^ DeLuca, Frank. "History of fuel injection" (PDF). www.disa.it. Retrieved 28 November 2009.
  2. ^ "The Winton 201A Diesel Engine". Archived from the original on 26 June 2009. Retrieved 28 November 2009.
  3. ^ "United States Patent 1981913". Retrieved 28 November 2009.
  4. ^ "A. Fielden Fuel Pump" (PDF). Retrieved 28 November 2009.
  5. ^ Asmus, A; Wellington B. Diesel Engines and Fuel System. ISBN 1-56091-542-0.
  6. ^ Kettering, E.W. (29 November 1951). History and Development of the 567 Series General Motors Locomotive Engine. ASME 1951 Annual Meeting. Atlantic City, New Jersey: Electro-Motive Division, General Motors Corporation.
  7. ^ "HEUI Fuel Systems" (PDF). Cat.com. Caterpillar Inc. 1999. Retrieved 4 November 2009.
  8. ^ "Fuel Systems - High Pressure Injection (HPI) Systems". Cummins.com. Cummins Inc. Retrieved 29 April 2015.
  9. ^ "Injection Systems and Components - Delphi E1 Diesel Electronic Unit Injector". Delphi.com. Delphi Automotive LLP. - Manufacturer Products : Commercial Vehicle Industry. Archived from the original on 30 December 2009. Retrieved 4 November 2009.
  10. ^ "Injection Systems and Components - Delphi E3 Diesel Electronic Unit Injector". Delphi.com. Delphi Automotive LLP. - Manufacturer Products : Commercial Vehicle Industry. Retrieved 4 November 2009.
  11. ^ "Denso targets French, US automakers". Europe.autonews.com. 2005-10-17. Retrieved 2018-07-08.
  12. ^ "Pumpe Düse Einspritzung (PDE - UIS)". kfztech.de (in German). Retrieved 15 September 2009.
  13. ^ "The efficient pump injector unit". BoschAutoParts.co.uk. Robert Bosch GmbH - Automotive. Archived from the original on 2009-03-31. Retrieved 2008-09-30.
  14. ^ "1.9 litre TDI engine with Pump Düse" (PDF). Auburn Hills, MI 48326, USA: Volkswagen of America, Inc. October 2003. Self-Study Program - Course Number 841303. Retrieved 4 November 2009. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)CS1 maint: 위치(링크)
  15. ^ "Passenger-car systems - Unit Injector System (UIS)". Bosch.de. Robert Bosch GmbH - Automotive Technology - Diesel systems. Archived from the original on 29 October 2009. Retrieved 4 November 2009.
  16. ^ "Volkswagen Mk4 turbodiesel "how to" index, for 2004–2005 Jettas and 2004–2006 New Beetles and Golfs".
  17. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2017-12-11. Retrieved 2018-04-18.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)

참조

  • Robert Bosch GmbH, 1994 ISBN 1-56091-542-0에서 발행한 디젤 연료 분사
  • A에 의한 디젤 엔진 및 연료 시스템 아스무스 & B. 웰링턴, 1988 ISBN 0-7299-0013-4