KR101757514B1 - 연료 분사 시스템, 실린더 헤드 조립체, 및 적어도 하나의 연료 분사기에서 연료 온도를 조절하는 장치와 방법 - Google Patents

연료 분사 시스템, 실린더 헤드 조립체, 및 적어도 하나의 연료 분사기에서 연료 온도를 조절하는 장치와 방법 Download PDF

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Abstract

본원은 연료 분사기로부터 연료를 제어가능하게 도입하도록 배열된 연료 유입부 (18), 상기 연료 분사기에서 상기 연료 유입부와 유동 연결되어 배열된 압력 어큐뮬레이터 (24), 및 상기 압력 어큐뮬레이터와 유동 연결되어 배열된 연료 입구 (26) 를 가진 연료 분사기 (16) 를 포함하는 연료 분사 시스템 (10) 에 관한 것으로서, 상기 연료 분사 시스템에는 적어도 하나의 열교환 시스템 (100) 이 형성된다. 상기 적어도 하나의 열교환 시스템 (100) 은 상기 연료 분사 시스템의 상기 압력 어큐뮬레이터 (24) 에 그의 외측에서 영향을 주도록 배열된다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 방법과, 실린더 헤드와 연료 분사 시스템의 조합물에 관한 것이다.

Description

연료 분사 시스템, 실린더 헤드 조립체, 및 적어도 하나의 연료 분사기에서 연료 온도를 조절하는 장치와 방법 {FUEL INJECTION SYSTEM, CYLINDER HEAD ASSEMBLY, AND ARRANGEMENT FOR AND METHOD OF REGULATING FUEL TEMPERATURE IN AT LEAST ONE FUEL INJECTOR}
본 발명은, 연료 분사기로부터 연료를 제어가능하게 도입하도록 배열된 연료 유입부 (fuel admission), 상기 연료 분사기에서 상기 연료 유입부와 유동 연결되어 배열된 압력 어큐뮬레이터, 및 상기 압력 어큐뮬레이터와 유동 연결되어 배열된 연료 입구를 가진 연료 분사기를 포함하는 연료 분사 시스템에 관한 것으로서, 상기 연료 분사 시스템에는 적어도 하나의 열교환 시스템이 형성된다.
본 발명은, 또한 내연기관의 실린더 헤드에서의 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는, 온도 조절 유체가 상기 적어도 하나의 연료 분사기와 열전달 연결되는 열교환 시스템이 형성된 온도 조절 유체 유동 회로를 포함한다.
본 발명은, 또한 내연기관의 실린더 헤드에서의 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법에서 온도 조절 유체는 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 유동하도록 배열된다.
본 발명은, 또한 제 1 유체를 위한 적어도 하나의 제 1 입구부와 상기 제 1 유체를 위한 적어도 하나의 제 1 출구부를 가진 제 1 공동 개체를 포함하는 내연기관용 실린더 헤드 조립체에 관한 것으로서, 상기 적어도 하나의 제 1 입구부와 상기 적어도 하나의 제 1 출구부는 상기 실린더 헤드 조립체에서 상기 제 1 공동 개체를 통하여 서로 유동 연결된다.
본 발명은 또한 실린더 헤드와 연료 분사 시스템의 조합물에 관한 것이다.
내연기관에는 일반적으로 연료의 가압 및 분사의 제어를 분리시킨 연료 분사 시스템이 제공된다. 이러한 시스템들에서, 가압 연료의 저장부로서 압력 어큐뮬레이터 체적을 사용하고, 연소실안으로의 가압 연료의 유입은 연료 분사 노즐에서의 밸브 니들에 의해서 달성된다. 이러한 시스템들은 통상적으로 커먼 레일 연료 분사 시스템으로 알려져 있다. 이러한 시스템은, 예를 들어 WO 2009147291 에 기재되어 있다.
사용된 연료의 점도는 연료 시스템의 거동 및 분사 발생시에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 또한, 연료 온도의 조절에 의해서 연료의 점도를 제어하는 것이 알려져 있다. 그리하여, 연료 전달 시스템 및 분사기 자체 둘 다를 고려하는 것은 사실이다. 경유 (LFO) 또는 해상 디젤유 (MDO) 는 통상적으로 디젤 엔진에 사용된다. 중유 (HFO) 는 통상적으로 대형 엔진, 즉 실린더당 150 kW 이상의 동력을 생성하는 엔진들에서 연료로 사용된다. 중유는, 온도 변경시 폭넓은 점도 변경, 실온 (통상적으로 20℃) 에서 거의 고체 상태에서 120℃ 에서 액체로의 변경을 받기 쉽다.
최근에는 바이오연료를 사용하는데 관심이 증가하고 있다. 바이오연료는, 오일 가격, 증가된 에너지 보장에 대한 필요성, 및 화석 연료로부터의 온실 가스 배출에 대한 우려 등의 요인으로 인해, 더욱 관심을 받고 있다. 또한, (도시의) 폐기물 취급은 에너지 생성에 대한 가능성을 열어주었다. 특히, 식물성 오일의 사용은 LFO 에서의 첨가물로서 또는 원유에서 바로 액체 바이오연료 (LBF) 로서 둘 다 관심을 끌고 있다. 하지만, 점도를 적절하게 제어하는 것은 식물성 오일을 사용할 때 보다 더 중요하다.
분사기의 작동은 피스톤 엔진에 있어서 제어된 연속적인 연소에 있어 중요하다. 그리고, 식물성 또는 일반적으로 바이오매스 유래 액체 연료의 사용은 분사 방법 및 시스템에 대한 특별한 주의를 요구하여, 모든 상황에서 안전하고 신뢰성 있는 작동을 보장해준다. 특별한 문제로는, 제 1 장소에서 연료의 점도를 충분히 낮은 레벨로 유지하는 것이고 또한 제 2 장소에서 예를 들어 중합 반응들을 유발하는 작동 온도를 초과하지 않도록 하는 것이다.
연료 분사 시스템에서 연료를 가열하는 목적을 위해 종래 기술에 공지된 시스템 및 방법이 있다.
DE 10154455 A1 에서는 디젤 엔진용 이중 연료 시스템이 개시되어 있다. 이러한 시스템에서, 제 1 연료 탱크는 디젤유를 포함하고, 제 2 연료 탱크는 생물학적 연료를 포함한다. 탱크 각각은 분사기들에 연료를 공급하는 고압 연료 펌프 및 필터를 가진 연료 라인으로 공급한다. 생물학적 연료를 위한 연료 시스템은 가열 자켓에 의해 둘러싸이고, 이 가열 자켓은 엔진 냉각수로 충전될 수 있다. 디젤유에서 생물학적 연료로의 전환을 조절하고 또한 엔진이 정지될 때 분사 시스템으로부터 분량의 연료를 비우기 위해서, 분사 시스템에는 제어 회로가 연결된다.
WO 2005024225 A1 에는 분사 밸브 각각의 가열 요소가 개시되어 있고, 이 가열 요소는 분사 라인의 분사 밸브의 전방에 바로 배치된다. 가열 요소는 분사 라인의 축방향에 동축으로 배향된 전기 가열 나선체 형태로 제공된다.
DE 10341708 A1 에는 중유 작동에 적합한 내연 왕복 피스톤 엔진이 개시되어 있다. 압력하의 연료를 분사 밸브들에 공급하는 커먼 레일이 있다. 가열 요소는 연료 레일에 설치되고 또한 중심에 위치된다. 가열 요소는 고온 증기 작동식일 수 있거나 또는 전기 작동식일 수 있다.
US 2002129779 A1 에는, 냉각실이 중간 덱에 의해 하부 냉각실과 실린더 축선 방향으로 하부 냉각실과 인접한 상부 냉각실로 분리되는 형상인 액체 냉각식 내연 기관용 실린더 헤드가 개시되어 있고, 하부 냉각실과 상부 냉각실은 적어도 하나의 유동 개구를 통하여 서로 연통된다. 또한, 연료 분사기용 파이프는, 유동 개구와 파이프 사이에 환형 통로를 배열시킨 유동 개구와 연결되도록 배열될 수 있음이 나타나 있다.
내연 기관의 연료 시스템에서 연료를 가열하는 공지된 시스템이 알려진 바와 같이 작동될 수 있더라도, 실온에서 점도가 너무 높은 연료에 의한 작동을 향상시키고 또한 추가의 대처없이 엔진의 적절한 작동을 제공하지 않는 내연 기관을 더 개선할 필요가 있다.
본원의 목적은 엔진의 다양한 작동 조건에서 보다 양호하게 작동하는 피스톤 엔진용 연료 분사 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본원의 목적은 내연 기관의 실린더 헤드에서 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 장치를 제공하는 것이다.
더욱이, 본원의 목적은 내연 기관의 실린더 헤드에서 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
추가로 또한, 본원의 목적은 내연 기관용 실린더 헤드 조립체를 제공하는 것이다.
추가로 또한, 본원의 목적은 실린더 헤드와 연료 분사 시스템의 조합을 제공하는 것이다.
이와 관련하여, 연료 분사기와 관련된 "하단부" 라는 용어는, 적어도 하나의 분사 개구가 위치되는 기다란 분사기의 단부를 의미하고, 연료 분사기와 관련된 "상단부" 라는 용어는, 하단부의 반대측 단부를 의미한다. 일반적으로, "하부" 라는 용어는, 적어도 하나의 분사 개구가 위치되는 기다란 분사기의 단부에 더 근접한 분사기 측을 의미하고, "상부" 라는 용어는 하부측 반대측을 의미한다. 이는 실제 위치에 상관없이 연료 분사기의 정렬 또는 배향에 적용된다.
본원의 목적들은, 연료 분사기로부터 연료를 제어가능하게 도입하도록 배열된 연료 유입부, 상기 연료 분사기에서 상기 연료 유입부와 유동 연결되어 배열된 압력 어큐뮬레이터, 및 상기 압력 어큐뮬레이터와 유동 연결되어 배열된 연료 입구를 가진 연료 분사기를 포함하는 연료 분사 시스템에 의해 충족되고, 여기에서, 상기 연료 분사 시스템에는 적어도 하나의 열교환 시스템이 형성된다. 본원에 있어서, 적어도 하나의 열교환 시스템은 상기 연료 분사 시스템의 상기 압력 어큐뮬레이터에 그의 외측에서 영향을 주도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 압력 어큐뮬레이터는 상기 연료 분사기의 상단부에 배열되고, 상기 열교환 시스템은 상기 상단부에 영향을 주도록 배열된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 열교환 시스템은 상기 연료 분사기의 상기 상단부에 배열된 자켓을 포함하고, 상기 자켓에는 온도 조절 유체 공간 및 상기 온도 조절 유체 공간으로 개방되는 적어도 하나의 입구와 적어도 하나의 출구가 형성된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 열교환 시스템은 상기 압력 어큐뮬레이터를 둘러싸도록 배열된 상기 연료 분사기의 종축선에 적어도 2 개의 별개의 자켓들, 상부 자켓과 하부 자켓을 포함한다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상부 자켓은 실린더 헤드에 설치될 때 실린더 헤드 외측에 있는 분사기의 위치에 있고, 하부 자켓은 실린더 헤드에 있다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 압력 어큐뮬레이터는 연료 유입부와 그의 상단부에서 유동 연결되어 배열되고, 적어도 하나의 열교환 시스템은 적어도 압력 어큐뮬레이터에 그의 하단부에서 영향을 주도록 배열된다.
본원의 또 다른 실시형태에 따라서, 상기 적어도 하나의 열교환 시스템은 상기 압력 어큐뮬레이터 구조와 연결되어 통합된다.
본원의 또 다른 실시형태에 따라서, 상기 연료 분사 시스템에는 2 개의 별도의, 독립적으로 제어가능한 열교환 시스템이 형성된다.
본원의 목적들은 또한 내연기관의 실린더 헤드에서의 적어도 하나의 연료 분사기의 연료 온도를 조절하는 장치에 의해 충족되고, 여기에서 상기 장치는, 온도 조절 유체가 상기 적어도 하나의 연료 분사기와 열전달 연결되는 열교환 시스템이 형성된 온도 조절 유체 유동 회로를 포함한다. 본원에 있어서, 상기 온도 조절 유체 유동 회로에는 엔진의 운행과는 독립적으로 작동가능한 가열 시스템이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 방식으로, 효과적인 시동 시간을 보장하도록 엔진이 대기상태에 있을 때 연료에 유리한 대기 상태를 제공할 수 있다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 온도 조절 유체 회로는 상기 엔진의 상기 온도 조절 유체 회로의 별개의 그리고/또는 독립적으로 작동가능한 부분이다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상기 온도 조절 유체 유동 회로에는 2 개의 별개의, 독립적으로 제어가능한 열교환 시스템이 형성된다.
본원의 다른 실시형태에 따라서, 상기 온도 조절 유체 회로는 상기 엔진의 윤활유 회로와 연결된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 온도 조절 유체 회로는 상기 엔진의 냉각 유체 시스템과 연결된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 연료 온도를 조절하는 장치는 상기 엔진이 대기 모드에 있을 동안 상기 연료 온도를 조절하는 장치를 작동상태로 유지하도록 설정된 제어 시스템을 포함한다.
본원의 또 다른 실시형태에 따라서, 온도 조절 유체 유동 회로에는 2 개의 별개의 열교환 시스템이 형성되고, 일방의 열교환 시스템은 온도 조절 유체로서 엔진의 냉각 유체를 가지고, 타방의 열교환 시스템은 온도 조절 유체로서 엔진의 윤활유를 가진다.
본원의 또 다른 실시형태에 따라서, 온도 조절 유체 유동 회로에는 2 개의 별개의 열교환 시스템이 형성되고, 열교환 시스템 둘 다는 온도 조절 유체로서 엔진의 윤활유를 가진다.
본원의 또 다른 실시형태에 따라서, 온도 조절 유체 유동 회로에는 2 개의 별개의 열교환 시스템이 형성되고, 열교환 시스템 둘 다는 온도 조절 유체로서 엔진의 냉각 유체를 가진다.
본원의 목적들은 또한 내연기관의 실린더 헤드에서의 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 방법에 의해 충족되고, 이 방법에서 온도 조절 유체는 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 유동하도록 배열되며, 상기 온도 조절 유체 유동은 엔진의 운행과는 독립적으로 작동되는 것을 특징으로 한다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 온도 조절 유체 유동은 상기 엔진이 대기 모드에 있을 동안 작동된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 온도 조절 유체 유동은 상기 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 연료를 순환시킴으로써 작동된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 온도 조절 유체 유동 회로는 상기 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 윤활유를 순환시킴으로써 작동된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 온도 조절 유체 유동은 상기 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 냉각수를 순환시킴으로써 작동된다.
본원의 목적들은 또한 제 1 유체를 위한 적어도 하나의 제 1 입구부와 상기 제 1 유체를 위한 적어도 하나의 제 1 출구부를 가진 제 1 공동 개체를 포함하는 내연기관용 실린더 헤드 조립체에 의해 충족되고, 여기에서 상기 적어도 하나의 제 1 입구부와 상기 적어도 하나의 제 1 출구부는 상기 실린더 헤드 조립체에서 상기 제 1 공동 개체를 통하여 서로 유동 연결되고, 상기 실린더 헤드 조립체는, 제 2 유체를 위한 적어도 하나의 제 2 입구부와 상기 제 2 유체를 위한 적어도 하나의 제 2 출구부를 가진 제 2 공동 개체를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 2 입구부와 상기 적어도 하나의 제 2 출구부는 상기 실린더 헤드 조립체에서 상기 제 2 공동 개체를 통하여 서로 유동 연결되는 것을 특징으로 한다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 상기 실린더 헤드에는, 이 내부에 연료 분사기의 설치물을 수용하도록 배열된 내측면을 가진 실린더 헤드를 통하여 연장하는 제 3 공동이 형성되고, 상기 제 2 공동 개체는 상기 제 3 공동으로 적어도 부분적으로 개방되도록 배열된다.
본원의 목적은 또한 제 20 항에 따른 실린더 헤드와 제 1 항에 따른 연료 분사 시스템의 조합물에 의해 충족된다.
이하에서, 본원은 첨부된 예시적인 개략도를 참조하여 설명된다.
도 1 은 연료 분사 시스템이 피스톤 엔진의 실린더 헤드에 설치된 본원의 일 실시형태를 도시하는 도면,
도 2 는 연료 분사기가 내연 기관에 사용하기에 적합한 본원의 일 실시형태를 도시하는 도면,
도 3 은 내연 기관용 실린더 헤드 조립체를 도시하는 본원의 다른 실시형태를 도시하는 도면,
도 4 는 내연 기관용 실린더 헤드 조립체를 도시하는 본원의 또 다른 실시형태를 도시하는 도면, 및
도 5 는 연료 분사기가 내연 기관에 사용하기에 적합한 본원의 일 실시형태를 도시하는 도면.
도 1 에서는 엔진의 연소실 (14) 을 부분적으로 구획하는 피스톤 엔진의 실린더 헤드 (12) 에 설치된 연료 분사 시스템 (10) 을 개략적으로 도시한다. 연료 분사 시스템은 연료 분사부로부터 연소실 (14) 로 연료를 제어가능하게 도입하도록 연료 유입부 (18) 가 배열된 연료 분사기 (16) 를 포함한다. 연료 유입부 (18) 는 적어도 계량 장치 (20), 예를 들어 니들 유닛 및 이 계량 장치 (20) 의 작동 상태를 제어하는 제어 시스템 (22) 을 포함한다. 연료 분사기는 연료 유입부 (18) 와 유동 연통하는 분사기의 상단부에 있는 압력 어큐뮬레이터 (24) 를 더 포함한다. 연료 분사 시스템은 또한 소위 커먼 레일 시스템이라고 하는 가압 연료 공급원 (28) 에 연결된 연료 입구 (26) 를 포함한다.
더욱이, 연료 분사 시스템 (10) 에는, 연료 분사 시스템의 압력 어큐뮬레이터 (24) 에 그의 외측에서 영향을 주도록 배열된 적어도 하나의 열교환 시스템 (100) 이 제공된다. 즉, 적어도 하나의 열교환 시스템 (100) 은 압력 어큐뮬레이터 (24) 의 외부벽 (31) 을 통하여 압력 어큐뮬레이터내의 연료로 열전달하도록 배열된다. 이는 연료의 유동 채널에 직접적인 영향을 주지 않는 작동이다. 특히, 연료가 겨우 이 연료의 정상 작동 온도 이하에서 작동불능이거나 작동가능하도록 분사할 연료의 점도가 온도 종속성이면, 열교환 시스템 (100) 은 점도가 허용가능한 레벨, 즉 충분히 낮은 온도에서 분사기의 연료를 유지하는데 사용될 수 있다. 연료 분사 시스템은 연료들을 포함하는 식물성 오일, 올리브 오일, 유채 오일, 야자 오일, 동물성 지방 등의 바이오매스류 연료에 특히 유리하다.
분사기 (16) 는 본원에 도시하지 않았더라도 여러 부분들로 구성될 수 있는 기다란 본체를 포함한다. 압력 어큐뮬레이터 (24) 는 연료 분사기 (16) 의 상단부에 배열되고, 연료 유입부 (18) 는 상단부 반대의 하단부에 배열된다. 연료 유입부 (18) 가 또한 연결되는 압력 어큐뮬레이터의 하단부에서 압력 어큐뮬레이터와의 연결을 제공하도록 연료 분사기에 연료 입구 (26) 가 배열된다. 열교환 시스템은 분사기 (16) 의 상단부에 영향을 주도록 배열되지만, 가해진 열은 또한 연료 유입부 (18) 에도 영향을 준다.
도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 열교환 시스템 (100) 은 연료 분사기 (16) 의 상단부에 자켓 (102) 등을 포함한다. 이러한 자켓에는 연료 분사기 및 자켓에 의해 구획되는 온도 조절 유체 공간 (104) 이 형성된다. 압력 어큐뮬레이터 (24) 의 상단부에 있는 자켓 (102) 은, 온도 조절 유체 공간 (104) 을 통하여 온도 조절 유체의 순환을 제공하도록 입구 (106) 와 출구 (108) 가 형성된다. 이러한 방식으로 연료 분사기의 온도 조절, 특히 압력 어큐뮬레이터에 포함된 연료가 유지될 수 있다.
도 1 의 실시형태에서, 실린더 헤드 (12) 는 연료 분사기 (16) 를 둘러싸는 제 2 자켓 (110) 으로 작동하도록 배열된다.
실린더 헤드에는 연료 분사기 (16) 근방에 원주방향으로 연장되는 환형 홈이 제공되고 또한 실링 (30) 이 제공된다. 자켓에는 연료 분사기 (16) 및 실린더 헤드 (12) 에 의해 형성되는 자켓에 의해 구획되는 낮은 온도 조절 유체 공간 (104') 이 형성된다. 압력 어큐뮬레이터 (24) 의 하단부에서 제 2 자켓 (110) 에는 온도 조절 유체 공간 (104') 을 통하여 온도 조절 유체의 순환을 제공하도록 입구 (106') 와 출구 (108') 가 형성된다. 이러한 방식으로, 연료 분사기의 온도 조절, 특히 압력 어큐뮬레이터에 포함된 연료가 유지될 수 있다. 바람직하게는, 낮은 온도 조절 유체 공간은 자켓내의 유체 공간 (104) 보다 더 크다. 이러한 장치에는, 열이 전도될 수 있지만 분사기 (16) 를 분리할 때 온도 조절 유체의 누설을 방지하도록 추가의 벽이 제공되는 중간 슬리브 (17) 가 더 형성될 수 있다.
그리하여, 압력 어큐뮬레이터를 피하도록 분사기의 종축선 (16') 에 배열된 2 개의 별도의 온도 조절 유체 공간들, 상부 공간 (104) 과 하부 공간 (104') 이 있다. 이러한 방식으로, 기다란 압력 어큐뮬레이터의 양 단부들은 가열될 수 있지만, 본원에 기재하지 않은 다른 목적을 위해 적합한 종방향 치수 또는 영역이 있다.
상부 공간과 하부 공간은 공통의 온도 조절 유체 회로에 연결될 수 있다. 이러한 경우에, 온도 조절 유체는 엔진의 윤활유인 것이 바람직하다.
상부 공간과 하부 공간은 별도의 독립적으로 제어가능한 온도 조절 유체 회로에 연결될 수 있다. 이러한 경우에, 온도 조절 유체는 엔진의 윤활유 및 엔진의 냉각 유체인 것이 바람직하다.
도 2 에서는, 도 1 에 도시된 연료 분사기 (16) 가 내연 기관에 사용하기에 적합한 본원의 일 실시형태를 도시한다. 도 2 에서는 밸브 커버 (50.1), 실린더 헤드 (12), 엔진 블록 (50.2) 및 오일 배수조 (50.3) 를 포함하는 피스톤 엔진 (50) 이 도시되어 있다. 명백한 바와 같이, 본원의 작동을 설명하는데 유용하거나 또는 관련된 엔진의 요소들만이 도시되어 있다. 연료 분사기 (16) 는 엔진 (50) 의 실린더 헤드 (12) 안으로 배열되었다. 엔진에는 내연 기관 (50) 의 실린더 헤드 (12) 에서의 적어도 하나의 연료 분사기 (16) 의 온도를 조절하는 장치 (52) 가 제공된다. 이 장치는 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 를 포함한다. 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 에는, 온도 조절 유체가 연료 분사기 (16) 와 열전달 연결하는 열교환 시스템 (100) 이 형성된다.
도 2 에 도시된 실시형태에서, 온도 조절 유체는 엔진 (50) 의 윤활유이다. 그리하여, 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 는 엔진 (50) 의 윤활 시스템 (50.4) 에 연결된다. 엔진의 윤활 시스템은 이러한 공지된 유형일 수 있다.
엔진이 작동되는 동안, 윤활유는 온도 조절 유체 유동 회로 (54), 특히 열교환 시스템 (100) 을 통하여 유동하도록 제어된다. 회로 (54) 에는 온도 조절 유체에 열을 가할 수 있는 가열 시스템 (56) 이 제공된다. 이러한 방식으로, 분사기 (16) 의 상단부, 즉 압력 어큐뮬레이터 (24) 가 실린더 헤드 (12) 로부터 돌출하더라도, 압력 어큐뮬레이터 (24) 의 연료 오일의 온도가 적합한 범위에 유지된다.
이하, 엔진이 장기간 동안 정지되면, 연료 오일의 점도의 증가와 관련된 위험이 증가한다. 그리하여, 이 단계에서, 엔진은 이 엔진이 운행되지는 않지만 신속 시동이 가능한 상태에 유지되는 대기 모드로 설정된다. 바람직하게는 엔진의 적어도 전자부품은 대기 모드 동안 작동한다. 엔진을 대기 모드로 설정함으로써, 또한 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 의 가열 시스템 (56) 은 엔진 (50) 의 운행으로부터 독립적으로 작동 유지된다. 이러한 경우에, 가열 시스템 (56) 은 외부 시스템으로 도시되었지만 또한 엔진 (50) 에 통합될 수 있다.
유리하게는, 온도 조절 유체는 윤활유이고, 그리하여 외부 가열 시스템 (56) 은 엔진 (50) 의 윤활 시스템 (50.4) 에 연결된다.
온도 조절 유체 회로는 엔진의 윤활유 회로 (50.4) 의 별도의 그리고/또는 독립적인 작동부이고, 그리하여 외부 가열 시스템 (56) 에는 엔진이 대기 모드이더라도 작동될 수 있는 펌핑 수단 (58) 이 제공된다. 이 대기 모드는 예를 들어, 선박 및 발전소, 특히 비상 발전소와 연결된 엔진에 사용될 수 있다. 대기 모드 동안, 엔진의 타부를 통한 순환이 방지되거나 또는 최소화되는 것을 보장하도록 오일 회로에 밸브 (55) 가 배열될 수 있다.
엔진이 종종 또는 통상적으로 여러 개의 실린더들 및 여러 개의 연료 분사기들을 포함하면, 회로 (54) 는 분사기 각각과 연결된다. 각각의 분사 시스템의 열교환 시스템 (100) 은 독립적으로 제어가능하다.
장치 (52) 에는, 엔진이 대기 모드에 있는 동안 온도 작동을 조절하기 위한 장치 (52) 를 유지하도록 설정되는 제어 시스템 (60) 이 형성된다. 제어 시스템에는 연료 분사기 (16) 근방에 배열된 프로브 (61) 가 형성된다.
본원의 일 실시형태에 따라서, 내연 기관의 실린더 헤드에 배열된, 적어도 하나의 연료 분사기의 온도 및 그에 따른 그 내부의 연료의 온도는, 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 유동하도록 온도 조절 유체를 배열함으로써 제어되고, 온도 조절 유체 유동은 엔진의 운행과는 독립적으로 작동되어, 엔진이 운행되지 않더라도, 즉 대기 모드 동안, 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 유동하는 것이 유지될 수 있다. 그리하여, 엔진이 중지되는 적어도 소정의 기간 동안 온도 조절 유체 유동이 작동되는 것이 바람직하다.
특히, 엔진이 운행 기간 이후에 정지되고 또한 소정의 기간내에, 즉 엔진이 대기 모드일 때 시동되도록 계획되거나 결정되도록 작동되면, 엔진이 다시 시동될 때까지 온도 조절 유체 유동이 작동된다. 이러한 경우에, 소정의 기간은 심지어 2 ~ 7 일일 수 있다.
적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 윤활유를 순환시킴으로써, 온도 조절 유체 유동 회로가 작동되는 것이 바람직하다.
다시 도 3 을 참조하면, 도 3 에서는 실린더 헤드 (12) 의 구조를 보다 자세히 기재한 것을 제외하고, 도 1 에 도시된 바와 실질적으로 유사한 내연 기관용 실린더 헤드 (12) 조립체를 볼 수 있다. 실린더 헤드 (12) 는 본원의 일 실시형태에 따라서 제 1 유체를 위한 적어도 하나의 제 1 입구부 (122) 및 제 1 유체를 위한 적어도 하나의 제 1 출구부 (124) 를 가진 제 1 공동 개체 (120) 를 포함하고, 적어도 하나의 제 1 입구부 (122) 및 적어도 하나의 제 1 출구부 (124) 는 실린더 헤드 조립체의 제 1 공동 개체 (120) 를 통하여 서로 유동 연결된다. 실린더 헤드 조립체는 제 2 유체를 위한 적어도 하나의 제 2 입구부 (106') 및 제 2 유체를 위한 적어도 하나의 제 2 출구부 (108') 를 가진 제 2 공동 개체 (110') 를 더 포함한다. 적어도 하나의 제 2 입구부 (106') 및 적어도 하나의 제 2 출구부 (108') 는 실린더 헤드 조립체내의 제 2 공동 개체 (110') 를 통하여 서로 유동 연결된다.
이러한 방식으로, 실린더 헤드 조립체는 2 개의 별개의 독립적으로 제어가능한 냉각 또는 열교환 시스템을 제공하여, 실린더 헤드내의 온도 및 온도 분포를 보다 자세한 방식으로 제어할 수 있도록 해준다.
실린더 헤드 (12) 에는, 내부에 연료 분사기 (16) 의 설치물을 수용하도록 배열된 내측면을 가진 실린더 헤드 (12) 를 통하여 연장되는 제 3 공동 (130) 이 형성된다. 추가적으로, 제 2 공동 개체 (110') 는 제 3 공동 (130) 으로 적어도 부분적으로 개방되도록 배열된다. 이러한 방식으로, 제 2 공동 개체는 제 3 공동 개체안으로 연료 분사기를 설치한 후에 이 연료 분사기 (16) 에 의해 구획되도록 배열될 수 있다.
그리하여, 바람직한 실시형태에 따라서 엔진의 윤활 시스템에 연결함으로써, 제 3 공동 개체는 연료 분사기를 설치하도록 배열되고, 제 2 공동 개체는 열교환 시스템으로서 작동하도록 배열되어 연료 분사 시스템의 압력 어큐뮬레이터 (24) 에 그의 외측에서 영향을 준다. 제 1 공동 개체는 엔진 냉각 매체 회로를 위한 도관으로서 작동하도록 배열된다. 바람직하게는, 열교환 시스템은 연료 분사 시스템의 압력 어큐뮬레이터에 그의 외측에서 영향을 주도록 배열되고 또한 온도 조절 유체 유동 회로 (54) (도 2 참조) 에 상호 연결된다.
그리하여, 실린더 헤드 (12) 와 연료 분사 시스템 (10) 의 조합체는 특히 바이오매스류 액체 연료를 사용하는데 유리한 영향을 준다. 연료 분사 구성과 실린더 헤드 구성의 상호 작용으로, 연료는 적절하게 낮은 점도, 즉 모든 상황에서 고온 상태에 유지될 수 있다.
또한, 본원의 일 실시형태에 따라서, 열교환 시스템으로서 작동하도록 배열된 제 2 공동 개체는 엔진의 냉각 시스템과 연계하여 압력 어큐뮬레이터 (24) 에 영향을 주도록 배열되는 것을 상정할 수 있다.
추가로, 본원의 일 실시형태에 따라서, 열교환 시스템으로서 작동하도록 배열된 제 2 공동 개체는 온도 조절 유체 회로로서 엔진의 연료 시스템을 사용하도록 함으로써 압력 어큐뮬레이터 (24) 에 영향을 주도록 배열되는 것을 상정할 수 있다.
도 4 에서, 연료 분사기 (16) 의 열교환 시스템 (100) 이 상이한 점을 제외하고 내연 기관용 실린더 헤드 (12) 조립체가 도 1 에 도시된 바와 실질적으로 유사한 본원의 또 다른 실시형태를 볼 수 있다. 이러한 경우에, 연료 분사 시스템 (10) 에는, 연료 분사 시스템의 압력 어큐뮬레이터 (24) 에 그의 외측에서 영향을 주도록 배열되는 연료 분사기 (16) 에 통합된 열교환 시스템 (100') 이 형성된다.
열교환 시스템 (100') 은 외부벽 (31) 또는 압력 어큐뮬레이터안으로 또한 분사기 (16) 의 종축선 (16') 에 평행하게 배열된 보링들 (101) 을 포함한다. 명확성을 위해 일부 보링 (101) 만이 도시되었지만, 압력 어큐뮬레이터 (24) 주변에는 여러 개의 보링들이 배열될 수 있다. 열교환 시스템 (100') 에는 온도 조절 유체 공간 (104) 을 통하여 온도 조절 유체를 순환시키도록 입구 (106) 및 출구 (108) 가 형성된다. 이러한 방식으로, 연료 분사기의 온도 조절, 특히 압력 어큐뮬레이터에 포함된 연료가 유지될 수 있다.
제 1 세트의 보링들은 입구 (106) 에 연결되고, 제 2 세트의 보링들은 출구 (108) 에 연결된다. 동일한 세트의 보링들에 속하는 모든 보링들은 그의 상단부 및 하단부 둘 다에서 서로 연결된다. 제 1 세트의 보링들 및 제 2 세트의 보링들은 그의 하부 부분에서만 서로 연결된다. 제 1 세트의 보링들 및 제 2 세트의 보링들의 연결부로서 사용되는 분사기 (16) 에 배열된 환형의 그루브 (103) 가 있다. 일 세트의 보링들의 상단부들은 부분적으로 외접하는 그루브 (105) 등에 의해 서로 연결될 수 있다.
도 5 에서는, 도 1 에 도시된 연료 분사기 (16) 가 내연 기관에 사용하도록 적합화된 본원의 또 다른 실시형태를 도시한다. 도 5 에서는 밸브 커버 (50.1), 실린더 헤드 (12), 엔진 블록 (50.2) 및 오일 배수조 (50.3) 를 포함하는 피스톤 엔진 (50) 을 도시한다. 본원의 작동을 설명하는데 유용하거나 또는 관련된 엔진의 요소들만이 여기에 도시되어 있음이 명백하다. 연료 분사기 (16) 는 엔진 (50) 의 실린더 헤드 (12) 안으로 배열되었다. 엔진에는 내연 기관 (50) 의 실린더 헤드 (12) 의 적어도 하나의 연료 분사기 (16) 의 온도를 조절하는 장치 (52) 가 형성된다. 이러한 장치는 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 를 포함한다. 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 에는, 온도 조절 유체가 연료 분사기 (16) 와 열전달 연결되는 열교환 시스템 (100) 이 형성된다. 여기에서, 온도 조절 유체는 엔진 (50) 의 윤활유이다. 그리하여, 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 는 엔진 (50) 의 윤활 시스템 (50.4) 에 연결된다. 엔진의 윤활 시스템은 이러한 공지된 유형일 수 있다. 온도를 조절하는 장치 (52) 의 작동은 도 2 와 연계하여 설명된 바에 대응한다.
도 5 에서는, 내연 기관 (50) 의 실린더 헤드 (12) 의 연료 분사기 (16) 의 온도를 조절하는 제 2 장치 (52') 를 도시한다. 이 장치는 제 2 온도 조절 유체 유동 회로 (54') 를 포함한다. 제 2 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 에는 또한 온도 조절 유체가 연료 분사기 (16) 와 열전달 연결되는 열교환 시스템 (100) 이 형성된다. 여기에서, 온도 조절 유체는 엔진 (50) 의 냉각 유체이다. 엔진의 냉각 유체 시스템 (50.6) 은 이러한 공지된 유형일 수 있다.
엔진이 작동하는 동안, 냉각 유체는 온도 조절 유체 유동 회로 (54'), 특히 열교환 시스템 (100) 을 통하여 유동하도록 제어된다. 회로 (54') 에는 필요하다면 온도 조절 유체에 열을 가하는 가열 시스템 (56') 이 형성된다. 이러한 방식으로, 압력 어큐뮬레이터 (24) 의 연료 오일의 온도는 냉각 유체 및 윤활유 둘 다를 사용함으로써 적합한 범위로 남아있다.
이제, 엔진이 장기간 동안 정지되면, 연료 오일 점도의 위험이 증가한다. 그리하여, 이 단계에서 엔진은 대기 모드에 설정되고, 이 대기 모드에서 엔진은 운행되지 않지만 신속 시동이 가능한 상태로 유지된다. 엔진의 적어도 전자부품들이 대기 모드 동안 작동되는 것이 바람직하다. 엔진을 대기 모드로 설정함으로써 또한 온도 조절 유체 유동 회로 (54') 의 가열 시스템 (56') 은 엔진 (50) 의 운행과는 독립적으로 작동 유지될 수 있다. 이러한 경우에, 가열 시스템 (56') 은 외부 시스템으로서 도시되었지만 또한 엔진 (50) 에 통합될 수 있다.
유리하게는, 온도 조절 유체는 엔진 냉각 유체이고, 그리하여 외부 가열 시스템 (56') 은 엔진 (50) 의 냉각 시스템 (50.6) 에 연결된다.
온도 조절 유체 회로는 엔진의 냉각 유체 시스템 (50.6) 의 별개의 및/또는 독립적으로 작동가능한 부분이고, 그리하여 외부 가열 시스템 (56') 에는 엔진이 대기 모드이더라도 작동될 수 있는 펌핑 수단 (58') 이 형성된다. 대기 모드는, 예를 들어 연결 선박들 및 발전소들, 특히 비상 발전소들용 엔진들에 사용될 수 있다.
장치 (52') 는, 엔진이 대기 모드에 있을 동안 온도 작동을 조절하는 장치 (52') 를 유지하도록 설정되는 제어 시스템 (60) 에 연결된다. 제어 시스템에는 연료 분사기 (16) 근방에 배열된 프로브 (61) 가 형성된다.
내연 기관의 실린더 헤드의 적어도 하나의 연료 분사기의 온도 조절 방법은, 본원의 일 실시형태에 따라서, 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 윤활유를 순환시킴으로써 및/또는 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 냉각수를 순환시킴으로써, 온도 조절 유체 유동이 작동되도록 실시되는 것이다.
본원은 본원에서 가장 바람직한 실시형태인 것으로 간주되는 실시예들에 의해 본원을 설명하였지만, 본원은 기재된 실시형태들에만 한정되지 않고 본원의 특징들의 다양한 조합 또는 변형을 포함하는 것으로 의도되며, 그리고 첨부된 청구범위에서 한정된 바와 같이, 본원의 범위내에서 여러 가지 다른 적용을 포함하는 것을 이해해야할 것이다. 상기 어떠한 실시형태와 연계하여 설명된 상세부는 이러한 조합이 기술적으로 가능한 다른 실시형태와 연계하여 사용될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 연료 분사 시스템 (10) 으로서,
    연료 분사기 (16) 로부터 연료를 제어가능하게 도입하도록 배열된 연료 유입부 (18), 상기 연료 분사기에서 상기 연료 유입부와 유동 연결되어 배열된 압력 어큐뮬레이터 (24), 및 상기 압력 어큐뮬레이터와 유동 연결되어 배열된 연료 입구 (26) 를 가진 연료 분사기 (16) 를 포함하고,
    적어도 하나의 열교환 시스템 (100) 이 형성되고,
    상기 적어도 하나의 열교환 시스템 (100) 은 상기 연료 분사 시스템의 상기 압력 어큐뮬레이터 (24) 에 그의 외측에서 영향을 주도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 어큐뮬레이터 (24) 는 상기 연료 분사기의 상단부에 배열되고,
    상기 열교환 시스템 (100) 은 상기 상단부에 영향을 주도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환 시스템 (100) 은 상기 연료 분사기의 상기 상단부에 배열된 자켓 (102) 을 포함하고,
    상기 자켓에는 온도 조절 유체 공간 (104) 및 상기 온도 조절 유체 공간으로 개방되는 적어도 하나의 입구 (106) 와 적어도 하나의 출구 (108) 가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열교환 시스템은 상기 압력 어큐뮬레이터를 둘러싸도록 배열된 상기 연료 분사기의 종축선에 적어도 2 개의 별개의 자켓들 (102, 110) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열교환 시스템 (100') 은 상기 압력 어큐뮬레이터의 구조와 연결되어 통합되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 분사 시스템에는 2 개의 별도의, 독립적으로 제어가능한 열교환 시스템 (100, 100') 이 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 어큐뮬레이터는 상기 연료 유입부와 그의 상단부에서 유동 연결되어 배열되고, 상기 적어도 하나의 열교환 시스템 (100, 100') 은 상기 압력 어큐뮬레이터에 그의 하단부에서 영향을 주도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 분사 시스템은 내연기관 (50) 의 실린더 헤드에서의 적어도 하나의 상기 연료 분사기 (16) 의 연료 온도를 조절하는 장치를 포함하고, 상기 연료 온도를 조절하는 장치는, 온도 조절 유체가 적어도 하나의 상기 연료 분사기 (16) 와 열전달 연결되는 적어도 하나의 열교환 시스템 (100, 100') 이 형성된 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 를 포함하며, 상기 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 에는 상기 내연기관의 운행과는 독립적으로 작동가능한 가열 시스템 (56) 이 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체 유동 회로 (54) 에는 2 개의 별개의, 독립적으로 제어가능한 열교환 시스템 (100, 100') 이 형성되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체 회로 (54) 는 상기 내연기관의 윤활유 회로 (50.4) 와 연결되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체 회로는 상기 내연기관의 상기 온도 조절 유체 회로의 별개의 그리고/또는 독립적으로 작동가능한 부분인 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 온도 조절 유체 회로 (54) 는 상기 내연기관의 냉각 유체 시스템 (50.6) 과 연결되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 연료 온도를 조절하는 장치는 상기 내연기관이 대기 모드에 있을 동안 상기 연료 온도를 조절하는 장치를 작동상태로 유지하도록 설정된 제어 시스템 (60) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사 시스템.
  14. 내연기관의 실린더 헤드에서의 적어도 하나의 연료 분사기 (16) 의 온도를 조절하는 방법으로서,
    상기 연료 분사기는,
    상기 연료 분사기로부터 연료를 제어가능하게 도입하도록 배열된 연료 유입부 (18), 상기 연료 분사기에서 상기 연료 유입부와 유동 연결되어 배열된 압력 어큐뮬레이터 (24), 및 상기 압력 어큐뮬레이터와 유동 연결되어 배열된 연료 입구 (26) 를 가지고,
    연료 분사 시스템에는 적어도 하나의 열교환 시스템 (100) 이 형성되며,
    상기 방법에서 온도 조절 유체는 상기 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 유동하도록 배열되고, 또한 온도 조절 유체 유동은 상기 내연기관의 운행과는 독립적으로 작동되고,
    상기 온도 조절 유체는 상기 연료 분사 시스템의 상기 압력 어큐뮬레이터 (24) 와 열교환 연결에서 그의 외측에서 유동하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    온도 조절 유체 유동 회로는 상기 적어도 하나의 연료 분사기와 열교환 연결되어 윤활유 또는 냉각수를 순환시킴으로써 작동되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 연료 분사기의 온도를 조절하는 방법.
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