KR100361442B1 - 연료분사장치 - Google Patents

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KR100361442B1
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맨 비 앤드 더블유 디젤 에이/에스
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Abstract

본 발명의 내연기관, 특히 2-행정 디젤엔진용 연료분사장치는 결합된 연소실 내로 돌출하는 편심된 분사-노즐 선단부(4)를 포함하고, 상기 노즐 선단부는 연료가 충돌할 수 있는 여러 개의 배출 분사-노즐 드릴구멍(13)을 가진 포킷 드릴구멍(3)을 가진다. 상기 드릴구멍 열 중 적어도 외측 노즐 선단부 드릴구멍(13)의 축은 반경방향에 내측으로 향한다. 연료 유입 조건이 모든 노즐구멍(13)의 조건과 대략 동일하여 제트가 안정적이 된다. 입구 체임버(16)는 포킷 드릴구멍(3)으로부터 분지되며 노즐 드릴구멍(13) 중 적어도 일부분으로 되고, 상기 체임버의 내경은 노즐 드릴구멍(13)의 직경보다 크고 상기 체임버는 드릴구멍 열 내의 모든 노즐 드릴구멍에 대하여 적어도 길이 비율이 유사하도록 설계된다.

Description

연료분사장치 {FUEL INJECTION DEVICE}
이러한 유형의 연료 분사 장치는 유럽특허 0 606 371 B1에 공지되어 있다. 중앙 출구밸브가 실린더헤드에 제공된 대형 2-행정 디젤엔진의 경우, 일반적으로 연료분사장치는 연소실 외주영역에 배열되어야 한다. 노즐헤드의 노즐보어는 주 분사방향이 노즐헤드의 한쪽으로부터 분산되도록 배열된다. 분사제트가 횡방향으로 크게 분산되는 것을 방지하기 위하여, 노즐보어를 블라인드 보어홀의 축에 대하여 반경방향으로 배열시키는 대신에 주 분사방향을 향하여 정렬시킨다. 이로써 노즐보어의 길이가 서로 상이하게 되고 개별 보어홀의 외주를 가로지르는 보어홀의 길이가 다양하게 되는 동시에, 노즐보어의 내측 단부 영역의 한계각(margin angles)이 크게 변한다. 따라서, 연료를 개별 노즐보어 내로 공급시키는 조건이 광범위하게 변하게 되어 처리속도 및 처리량이 변한다. 특히, 나란히 배열된 여러 개의 노즐보어를 포함하는 보어홀 열의 외측 노즐보어 영역은, 개별 보어홀의 외주를 가로지르는 벽의 길이 차이가 광범위하기 때문에 조건이 특히 바람직하지 않다. 외측 플랭크(flank) 영역에서 특히 높은 벽 마찰(wall friction)로 인하여, 흐름이 특히 불안정하여 분사제트가 단지 소량의 공기만 동반하게 된다. 이로써 혼합 형성이 불충분하게 되어 불완전 연소가 일어나서 연료가 많이 소모되며 공해(pollutants) 배출이 증가된다.
본 발명은 내연기관, 특히 대형 2-행정 디젤엔진용 연료분사장치에 관한 것으로서, 대응하는 연소실 내로 돌출하며, 연소실의 축에 대하여 편심되도록 배치된 노즐헤드를 포함하고, 노즐헤드는 연료가 통과할 수 있는 블라인드 보어 홀(blind borehole)을 포함하며, 블라인드 보어 홀은 자신으로부터 연장된 복수의 노즐 보어를 가지고, 노즐 보어는 상기 블라인드 보어 홀 내에 배치된 슬라이드 부재에 의하여 개폐 제어될 수 있고, 슬라이드 부재는 연료의 압력에 의해 귀환 장치(return device)의 작용에 대항하여 축방향으로 슬라이드 가능하고, 노즐 보어는 상기 블라인드 보어홀의 주변영역과 대면하고 상기 블라인드 보어홀의 축선 상의 동일한 높이에 배치되어 있는 보어홀 열에 배열되어 공통의 제트류를 분사하고, 상기 보어홀 열의 적어도 외측의 노즐 보어의 축선을 상기 블라인드 보어홀의 축에 대하여 반경방향 내측으로 경사지게 하여 분사 제트류의 발산각도가 예각을 이루게 하는 연료 분사 장치에 관한 것이다.
도 1은 대형 2-행정 디젤엔진의 본 발명에 따른 분사기의 단면도.
도 2는 대형 2-행정 디젤엔진 분사기의 노즐헤드를 관통하는, 반구형 유입 체임버를 가진 실시예의 노즐보어 영역의 수평단면도.
도 3은 도 2의 반구형 유입 체임버에 대응하는 링-세그멘트 형상의 유입 체임버를 가진 예를 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 선 IV/IV를 따라 절취된 단면도.
따라서, 본 발명의 목적은 간단하고 비용효율적인 수단을 사용하여 양호한 연소, 즉 연료의 저소모 및 공해 배출 감소가 달성될 수 있도록 전술한 유형의 장치를 개선하는 것이다.
본 발명은 노즐보어 중 적어도 일부가 블라인드 보어홀로부터 연장되는 유입 체임버와 결합되도록 하고, 상기 유입 체임버의 내경은 노즐보어의 직경보다 더 크며 상기 유입 체임버는 보어홀 열의 노즐보어 모두가 적어도 길이는 동일하도록 한다.
이들 방법로 모든 노즐보어 내에 제약을 받지 않고 연료가 유입되도록 거의 동일한 비율이 확실하게 달성될 수 있다. 따라서, 장점으로는 유입 체임버에 의하여, 개별 노즐보어의 원주 부분이 불변의 외부 길이가 달성되도록 한다. 마찬가지로, 노즐보어 모두에 대하여 대략 동일한 길이의 보어홀이 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 벽 마찰 및 유속의 평균화에 바람직한 영향을 미치며 전체적으로 분사제트가 안정적이 된다. 특히 보어홀 열의 외측 노즐보어 영역에서의 안정화의 결과로 분사제트에 의하여 비교적 다량의 공기 흡입이 보장된다. 이로써 양호한 혼합 형성, 즉 양호한 연소가 가능하여 연료 소모가 적고 공해 배출이 적을 뿐만 아니라 엔진 고장이 줄어 든다. 따라서, 본 발명에 따른 방법가 전술한 단점을 완전하게 해소한다.
바람직한 실시예 및 효과적으로 개선된 일반적인 방법은 종속 청구항에 개시되어 있다. 따라서, 유입 체임버가 보어홀 열의 외측 노즐보어와 결합되는 경우가 효과적이다. 현재까지는 외측 노즐보어의 이 영역이 가장 불안정한 혼합흐름을 특징으로 했기 때문에, 보어홀 열의 외측 노즐보어 영역에는 본 발명에 따른 유입 체임버에 의하여 최대 효과가 달성될 수 있다.
제1의 바람직한 실시예에 있어서, 유입 체임버는 노즐헤드 내에 단면이 반구형(hemispherical) 형상인 리세스로 구성된다. 반구형의 리세스로 노즐보어의 전체 원주에 걸쳐 바람직하게 정확하고 동일한 한계각(margin angle)이 형성될 수 있다. 반구형 리세스는 그들의 중심이, 각각 결합된 노즐보어의 축과 일치하도록 배열되어 상기 노즐보어가 결합된 유입 체임버에 대하여 중심에 맞추어지는 것이 효과적이다.
또한, 유입 체임버를 노즐헤드의 반구형 리세스와 같이 형성함으로써 노즐헤드가 이 때문에 지나치게 약화되지 않고 각각의 유입 체임버와 각각의 노즐보어의 간단한 결합이 보장될 수 있다.
반구형 리세스가 두 개의 인접하는 리세스 영역에서, 슬라이드부재용 안내 스테이(guide stay)로서 작용할 수 있는 체류 스테이(remaining stay)가 형성되도록 배열되어 상기 슬라이드부재의 마모를 방지할 수 있다는 것이 추가적인 장점이다.
일반적인 방법의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 유입 체임버는 링-세그멘트 형상의 리세스로 노즐헤드 내에 형성된다. 이것은 생산면에서 특히 경제적이다. 또한, 상기 실시예는 노즐보어와 결합된 유입 체임버 사이의 전이부에 90도를 이루는 한계각이 비교적 용이하게 달성될 수 있다.
다른 노즐보어에 접하는 중간 그룹의 노즐보어는 노즐헤드가 지나치게 약화되지 않고 커먼 유입 체임버와 결합될 수 있다는 것이 추가적인 장점이다.
개선된 일반적인 방법에 있어서, 단차-형상의 펀치-아웃(step-shaped punch-out)에 의하여 형성되는 것이 바람직한 단차-형상의 단면 확대부가 노즐보어의 외측 단부에 제공될 수 있다. 이로써 노즐보어의 외측 단부를 둘러싸는 축 상의 경계면을 제공한다. 공기의 흐름에 유리하도록 안정되어 이것으로 제트의 간섭 방지가 보장된다. 따라서, 이들 개시된 방법이 본 발명의 전술한 기본 장점을 보강한다.
일반적인 방법의 추가적인 바람직한 실시예 및 효과적인 개선은 나머지 종속 청구범위에 개시되어 있으며, 다음 예시적인 설명을 첨부도면을 참조하여 더 상세하게 개시한다.
대형 2-행정 디젤엔진의 주요 설계 및 기능은 그 자체로서 공지되어 있으므로 본 명세서에 설명이 더 필요하지 않다.
도 1에 도시된 분사기는 블라인드 보어홀(3)을 가진 노즐헤드(4)를 포함하는, 전방으로 테이퍼되는 원통형 외부 케이스(2)로 이루어진다. 상기 노즐헤드(4)의 후방 플랜지는 외부 케이스(2)의 전방 칼라에 의하여 지지된다. 노즐헤드(4)의 후방 단부는 외부 케이스(2) 내에 수용된 가이드 부시(guide bush)(5)에 연결되며, 상기 가이드 부시(5)는 노즐헤드(4)의 블라인드 보어홀(3)에 대하여 동축으로 배열된 관통-보어홀(through-borehole)(6)을 포함한다. 상기 관통-보어홀은 가이드 부시 내에 배열된 샤프트(9)로부터 떨어져서 돌출하는 밸브보디(8)와 상호 작용하는 밸브시트(7)로서 형성된 계단 형상의 스로트(throat)를 포함한다. 밸브보디(8)의 직경이 샤프트(9)의 직경보다 더 작아서 링 공간(10)이 밸브보디(8)를 둘러싸고 보어홀(6) 형성부가 생긴다.
샤프트(9)는 연료라인에 연결된 중앙 보어홀(11)에 연결되며 이 보어홀을 통하여 연료가 공급될 수 있고, 상기 보어홀(11)은 플런지 보어홀(12)을 거쳐 링 공간(10)과 연결된다. 밸브보디(8)는 샤프트(9)와 상호 작용하는 복귀스프링(도시도지 않음)의 작용에 의하여 밀봉 시트(seal seat)(7)에 밀어 넣어진다. 링 공간(10) 내의 연료압력이 대응하여 증가하는 경우, 대응하는 밀봉 시트(7)로부터 밸브보디(8)가 들어 올려져서 연료가 통과할 수 있는 영역과 노즐헤드(4)의 블라인드 보어홀(3) 사이가 연결된다.
노즐헤드(4)는 자신의 하측 섹션에 높이가 대략 동일하게 나란히 배열되고 블라인드 보어홀(3)의 축과 횡방향으로 정렬된 여러 개의 노즐보어(13)를 포함하며, 상기 노즐보어(13)에 의하여 연료가 결합된 연소실 내로 분사될 수 있다. 밸브보디(8)로 제어된 통로를 폐쇄한 후 연료가 노즐보어(13)로부터 더 이상 배출될 수 없도록 보장하기 위하여, 로드(14)에 의하여 밸브보디(8)와 연결된 링-형상의 슬라이드부재(15)가 블라인드 보어홀(3) 내에 제공되고, 상기 슬라이드부재(15)의 하측 단부는 밸브보디(8)가 결합된 밸브시트(7)로부터 들어 올려질 때 노즐보어(13)가 개방되도록 배열된 노즐보어(13)를 지나치는 제어에지를 형성하며 밸브보디(8)가 밸브시트(7)에 대향하여 위치되는 경우 노즐보어(13)는 폐쇄된다. 도 1이 상기 위치를 나타낸다.
필요한 양의 연료가 분사될 수 있도록, 블라인드 보어홀(3)의 축 방향으로 서로 횡방향으로 오프셋된 여러 개의 노즐보어(13)가 제공되고, 상기 노즐보어(13)는 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이 대략 동일한 높이로 배열된다. 노즐보어(13)는 수직축을 따라 배열되거나, 또는 도 4에 예시된 바와 같이 외측을 향하여 약간 기울어질 수 있다. 노즐보어(13)에 의하여 공동으로 발생된 분사제트가 너무 많이 분류되지 않아야 하기 때문에, 노즐보어(13)는 블라인드 보어홀(3)의 축에 대하여 반경방향으로 배열되지 않고, 대신에 반경방향 라인에 대하여 주 분사 방향으로 향하여 배열되므로 분류각(angle of diversion) 즉 분산각(angle of dispersion)이 더 작아진다.
노즐보어(13)가 단면에 임의의 변화가 없이 블라인드 보어홀(3)을 관통할 경우, 개별 노즐보어(13)로 및 또한 개별 노즐보어(13) 내에 상이한 유입 관계가 매우 광범위하게 생길 수 있다. 상기 위치에 평행으로 제공된 4개의 노즐보어(13)를 포함하는 보어홀 열 중 두 개의 외측 노즐보어(13)는 내측 노즐보어(13)보다 상당히 길 수 있고, 그들의 원주를 가로 지르는 이들 외측 노즐보어(13) 영역의 길이 또한 상이하게 된다. 이들 조건으로 인하여 불완전 연소가 발생할 수 있어서 연료 소모가 많고 공해 등이 많이 배출된다. 이를 방지하기 위하여, 블라인드 보어홀(3)로부터 퍼지는 유입 체임버(16)가 상기 노즐보어(13)와 결합되며, 상기 유입 체임버(16)의 내경은 노즐보어(13)의 직경보다 더 크다.
도 2의 실시예에 있어서, 노즐헤드(4)의 반구형 리세스(17)가 제공되어 블라인드 보어홀(3)로부터 연장된 유입 체임버를 형성한다. 반구형 리세스(17)는 방전가공(electrical discharge machining: EDM)방법에 따라 동작하는 전기분해, 물체절단장치에 의하여 간단하게 형성될 수 있다. 노즐보어(13) 자체는 레이저빔에 의하여 간단하게 천공된다.
유입 체임버를 형성하는 반구형 리세스(17)는 결합된 노즐보어(13)의 축 상에 그들의 중심이 위치되도록 배열된다. 이와 같이 하여 노즐보어(13)가 결합된 유입 체임버에 대하여 중심이 맞추어진다. 이러한 중심 맞추기로 유입 체임버와 노즐보어(13) 사이의 전이부 영역에 한계각이 생기고, 도 2의 포인트(18)에 표시된 바와 같이, 전체 보어홀 직경을 가로 지르는 직경과 대략 동일하도록 보장된다.
서로 인접하는 노즐보어(13)에 위치된 반구형 리세스(17)는 서로 인접하는 반구형 리세스(17) 사이에 스테이(19)가 위치하며, 상기 스테이(19)가 링-형상의 슬라이드부재(15)용의 가이드 스테이로서 작용할 수 있어서 상기 링-형상의 슬라이드부재(15)가 또한 유입 체임버 영역에 확실하게 지지될 수 있으므로 사용수명(longevity) 달성에 유리하다.
특정한 경우에 유입 체임버(16)가 단지 두 개의 외측 노즐보어(13)에 위치한다. 도 2에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 반구형 리세스(17)에 의하여 형성된 유입 체임버가 노즐보어(13) 모두와 결합되어 특히 양호한 연소 조건, 즉 특히 바람직한 연료 소모가 달성될 수 있다.
도 3에 예시된 실시예에 있어서, 노즐헤드(4)의 링-세그멘트 형상의 리세스(20)로 구성된 유입 체임버(4)가 노즐보어(13)와 결합되어 있다. 링-세그멘트 형상의 리세스(20)의 반경은 유입 체임버와 노즐보어(13) 사이의 전이영역에 한계각이, 도 3에 (21)로 표시된 바와 같이, 가능한 90도에 근접하도록 노즐보어(13)에 맞추어진다.
링 세그멘트(20)에 의하여 형성된 자신의 유입 체임버를 각각의 노즐보어(13)마다 배열하는 것을 생각할 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 링 세그멘트(20)에 의하여 형성된 커먼 유입 체임버는 두 개의 중앙 노즐보어(13)와 결합되어 있다. 상기 링 세그멘트(20)는 노즐헤드(4)의 블라인드 보어홀(3)의 축과 동축인 링 그루브 섹션에 대응하고, 상기 링 세그멘트(20)는 두 개의 외측 노즐보어(13)와 결합된 직경이 보다 작은 인접하는 링 세그멘트(20)에 의하여 경계를 이룬다.
이들 외측 링 세그멘트(20)는 그들의 중심이 각각 결합된 노즐보어(13)의 축 상에 위치되어 대응하는 유입 체임버에 대하여 중심이 맞추어지도록 배열된다. 이로써 보어홀 직경 전체에 걸쳐서 유입 특성이 평준화되도록 한다. 두 개의 노즐보어(13)와 결합된 링 세그멘트(20)의 중심은 두 개의 결합된 노즐보어(13)의 두 개의 축 사이 영역에 위치된다.
도 3 및 도 4에 예시된 실시예의 노즐보어(13) 외측 단부 영역에는, 노즐보어(13)보다 직경이 더 큰 천공부(22)가 제공된다. 상기 천공부(22)는 보어홀 축과 정렬되며 보어홀 단부를 둘러싸는 링 영역(23)을 가진 계단 형상의 단면 확대부를 형성한다. 천공부(22)는 노즐보어(13)로부터 분사되는 제트류가 아무런 간섭을 받지 않도록 보장한다.
전술한 유형의 천공부를 도 2에 따른 실시예에 제공하는 것도 물론 생각할 수 있다.
본 발명의 두 가지 실시예를 상세하게 설명하였으나 이들에만 한정하는 것은 아니다. 따라서, 노즐보어(13)의 일부는 반구형 리세스(17)에 의하여 형성된 유입 체임버와, 다른 일부는 하나 또는 여러 개의 링-세그멘트 형상의 리세스(20)와 결합, 예를 들면 외측 노즐보어(13)는 반구형 리세스(17)에 의하여 형성된 유입 체임버와, 내측 노즐보어(13)는 링-세그멘트 형상의 리세스(20)에 의하여 형성된 커먼 유입 체임버와 결합시키는 것을 생각할 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연기관, 특히 대형 2-행정 디젤 엔진용 연료 분사 장치로서,
    대응하는 연소실 내로 돌출하며, 연소실의 축에 대하여 편심되도록 배치된 노즐헤드(4)를 포함하고,
    상기 노즐헤드(4)는 연료가 통과할 수 있는 블라인드 보어 홀(blind borehole)(3)을 포함하며,
    상기 블라인드 보어 홀은 자신으로부터 연장된 복수의 노즐 보어(13)를 가지고,
    상기 노즐 보어(13)는 상기 블라인드 보어 홀(3) 내에 배치된 슬라이드 부재(15)에 의하여 개폐 제어될 수 있고,
    상기 슬라이드 부재(15)는 연료의 압력에 의해 귀환 장치(return device)의 작용에 대항하여 축방향으로 슬라이드 가능하고,
    상기 노즐 보어(13)는 상기 블라인드 보어홀(3)의 주변영역과 대면하고 상기 블라인드 보어홀(3)의 축선 상의 동일한 높이에 배치되어 있는 보어홀 열에 배열되어 공통의 제트류를 분사하고,
    상기 보어홀 열의 적어도 외측의 노즐 보어(13)의 축선을 상기 블라인드 보어홀(3)의 축에 대하여 반경방향 내측으로 경사지게 하여 분사 제트류의 발산각도가 예각을 이루게 하며,
    상기 노즐 보어(13)의 적어도 일부는 상기 블라인드 보어홀(3)로부터 연장되는 입구 체임버(16)와 결합되고,
    상기 입구 체임버(16)의 내경은 상기 노즐보어(13)의 직경보다 크고,
    상기 입구 체임버(16)의 적어도 일부는 노즐 헤드(4)의 링-세그멘트 형상의 리세스(20)로 형성되고,
    상기 리세스(20)는, 상기 보어홀 열에 있는 전체 노즐 보어의 길이가 동일하도록 서로 다른 직경을 갖는
    연료 분사 장치.
  2. 제1항에서, 상기 노즐 보어(13)의 케이스 길이가 원주를 따라 변함이 없는 연료 분사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에서, 모든 노즐 보어의 길이가 동일한 연료 분사 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에서, 상기 입구 체임버(16)가 상기 보어홀 열의 적어도 외측의 노즐 보어(13)와 결합되는 연료 분사 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에서, 상기 입구 체임버의 적어도 일부는 노즐 헤드(4) 내에 단면이 반구형인 리세스(17)로 형성되어 있는 연료 분사 장치.
  6. 제5항에서, 상기 반구형 리세스(17)로 형성되어 있는 입구 체임버가 각 노즐 보어(13)와 결합되어 있는 연료 분사 장치.
  7. 제5항에서, 상기 입구 체임버를 형성하는 각 반구형 리세스(17)의 중심이 대응하는 각 노즐 보어(13)의 축 상에 위치하는 연료 분사 장치.
  8. 제5항에서, 상기 반구형 리세스(17)로 형성되어 있는 인접한 입구 체임버 사이에 가이드 스테이(19)가 설치되어 있는 연료 분사 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에서, 복수의 노즐 보어의 중간에 위치한 노즐 보어 군(群)이 링-세그먼트 형상의 리세스(20)로 형성된 공통의 입구 체임버와 결합되어 있는 연료 분사 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에서, 상기 노즐 보어(13)와 결합된 입구 체임버를 형성하는 상기 링-세그멘트 형상의 리세스(20)의 중심이, 대응하는 노즐 보어(13)의 축 상에 배치되어 있는 연료 분사 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에서, 상기 노즐 보어(13)의 측벽 및 대응하는 입구 체임버가 적어도 90도의 각을 이루는 연료 분사 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에서, 상기 노즐보어(13)의 외측 단부에는, 천공부(punched-out part)(22)에 의하여 형성되는 계단 형상의 단면 확대부가 설치되어 있는 연료 분사 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 천공부(22)는, 대응하는 노즐 보어(13)에 수직인 축을 따라 형성된 내측 경계면을 포함하는 연료 분사 장치.
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