KR101905803B1 - 연료 분사 장치 및 엔진 - Google Patents

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Abstract

연료 분사 장치(128)는 작동유를 토출하는 유압 펌프와, 유압 펌프에 접속되는 유압실(174)이 마련된 케이싱(146)과, 케이싱 내에 슬라이딩 가능하게 마련되고, 유압실 내의 압력이 미리 설정된 문턱값 미만인 경우, 연료 분사 밸브(160)를 개방 상태로 유지하는 대기 위치에 보유지지되고, 유압실 내의 압력이 문턱값 이상이 되면, 연료 분사 밸브를 개방 상태로 하는 작동 위치로 이동하는 작동 피스톤(172)과, 작동 피스톤에 형성되고, 작동 피스톤이 대기 위치에 보유지지되어 있는 동안, 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 유압실로 인도하거나, 또는 유압 펌프로부터 유압실로 인도된 작동유를 유압실로부터 배출하는 바이패스공(180)을 구비한다.

Description

연료 분사 장치 및 엔진{Fuel injection device and engine}
본 개시는 유압으로 작동하는 작동 피스톤을 구비한 유압 구동식 연료 분사 장치, 및 엔진에 관한 것이다.
본원은 2015년 5월 11일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 2015－96718호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
엔진에는, 연소실로 연료를 공급하기 위한 연료 분사 장치가 마련된다. 예컨대, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 유압 구동식 연료 분사 장치에서는 작동유의 유압이 유압실에 작용함으로써 피스톤이 압압된다. 그리고, 피스톤의 변이에 의해 연료 분사 밸브가 개폐됨으로써, 연료의 공급 또는 정지가 제어된다.
특허문헌 1 일본공표특허 2001－527614호 공보
그런데, 유압 구동식 연료 분사 장치에서는, 유압실에는 작동유가 충만되어 있고, 연료 분사 밸브의 개폐만으로는, 작동유의 유동이 별로 없기 때문에, 시간 경과에 수반하여 유압실이나 유압실 근방 유로의 작동유의 온도가 상승하거나, 반대로 저하되거나 한다. 그 결과, 작동유의 점도가 변화되고, 연료 분사 밸브의 개폐 타이밍이나 기간에 불균일이 발생하여, 그 작동 정밀도가 저하되는 경우가 있다.
본 개시는, 이러한 과제에 비추어, 작동유의 온도 변화를 억제함으로써 연료 분사 밸브의 작동 정밀도를 향상시킬 수 있는 연료 분사 장치, 및 엔진을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 개시의 제1 실시 형태는, 연료의 공급을 정지하는 폐쇄 상태와, 연료를 공급하는 개방 상태로 변이하는 연료 분사 밸브를 구비한 연료 분사 장치에 관한 것이다. 이 연료 분사 장치는, 작동유를 토출하는 유압 펌프와, 유압 펌프에 접속되는 유압실이 마련된 케이싱과, 케이싱 내에 슬라이딩 가능하게 마련되고, 유압실 내의 압력이 미리 설정된 문턱값 미만인 경우, 연료 분사 밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 대기 위치에 보유지지되고, 유압실 내의 압력이 문턱값 이상이 되면, 연료 분사 밸브를 개방 상태로 하는 작동 위치로 이동하는 작동 피스톤과, 작동 피스톤에 형성되고, 작동 피스톤이 대기 위치에 보유지지되어 있는 동안, 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 유압실로 인도하거나, 또는 유압 펌프로부터 유압실로 인도된 작동유를 유압실로부터 배출하는 바이패스공을 구비한다.
또한, 본 개시의 엔진은 상기 연료 분사 장치를 구비한다.
본 개시에 의하면, 작동유의 온도 변화를 억제함으로써 연료 분사 밸브의 작동 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 유니플로 소기식 2사이클 엔진의 전체 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 연료 분사구를 설명하는 도면이다.
도 3a는 연료 분사 장치를 설명하는 도면이다.
도 3b는 연료 분사 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 연료 분사 장치 및 작동유의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 5는 연료 분사 장치 및 작동유의 흐름을 설명하는 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 개시의 바람직한 실시 형태에 대해 상세히 설명한다. 본 실시 형태에 나타내는 치수, 재료, 기타 구체적인 수치 등은 명시된 이해를 용이하게 하기 위한 예시에 불과하며, 특별히 언급이 있는 경우를 제외하고, 본 개시를 한정하는 것은 아니다. 또한 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략하고, 또한 본 개시에 직접 관계가 없는 요소는 도시를 생략한다.
도 1은 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)의 전체 구성을 설명하는 도면이다. 본 실시 형태의 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100;엔진)은, 예컨대 선박 등에 이용된다. 구체적으로, 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)은 실린더(110), 피스톤(112), 배기 포트(114), 배기 밸브 (116), 소기 포트(118), 소기탱크(120), 소기실(122), 연소실(124), 연료 분사구(126), 연료 분사 장치(128), 냉각기(130), 정류판(132), 드레인 세퍼레이터(134), 연료 배관(136), 환상 배관(138), 연료 가스 주관(主管)(140), 파일럿 분사 밸브(142), 및 연료 공급로(144)를 포함하여 구성된다.
유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)에서는, 피스톤(112)의 상승 행정 및 하강 행정의 2행정 동안 배기, 흡기, 압축, 연소, 팽창이 행해지고, 피스톤(112)이 실린더(110) 내를 슬라이딩한다. 피스톤(112)에는 피스톤 로드(112a)의 제1단이 고정되어 있다. 또한, 피스톤 로드(112a)의 제2단에는 크로스헤드(미도시)가 연결되어 있고, 크로스헤드는 피스톤(112)과 함께 왕복 이동한다. 피스톤(112)의 왕복 이동에 수반하여 크로스헤드가 왕복 이동하면, 그 왕복 이동에 연동하여 크랭크 샤프트(미도시)가 회전한다.
배기 포트(114)는 피스톤(112)의 상사점보다 상방의 실린더 헤드(110a)에 마련된 개구부로서, 실린더(110) 내에서 발생한 연소 후의 배기 가스를 배기하기 위해 개폐된다. 배기 밸브 (116)는 배기 밸브 구동 장치(116a)에 의해 소정 타이밍에 상하로 이동되고, 배기 포트(114)를 개폐한다. 배기 포트(114)가 열려 있을 때, 배기 포트(114)를 통해 배기 가스가 실린더(110)로부터 배기된다.
소기 포트(118)는 실린더(110) 하단측의 내주면(실린더 라이너(110b)의 내주면)으로부터 외주면까지 관통하는 홀로서, 실린더(110)의 전 둘레에 걸쳐 복수개 마련되어 있다. 그리고, 소기 포트(118)는 피스톤(112)의 슬라이딩 동작에 따라 실린더(110) 내에 활성 가스를 흡입한다. 이 활성 가스는 산소, 오존 등의 산화제, 또는 그 혼합기(예컨대 공기)를 포함한다.
소기탱크(120)에는 블로워(미도시)에 의해 압축된 활성 가스(예컨대 공기)가 냉각기(130)에 의해 냉각되어 봉입되고 있다. 압축 및 냉각된 활성 가스는 소기탱크(120) 내에 배치된 정류판(132)에 의해 정류된 후, 드레인 세퍼레이터(134)에 의해 수분이 제거된다.
소기실(122)은 소기탱크(120)와 연통됨과 아울러, 실린더(110) 중 피스톤(112)의 스트로크 방향의 제2단측(도 1에서 하측)을 둘러싸고 있고, 압축, 냉각, 및 수분의 제거가 이루어진 활성 가스가 인도된다.
소기 포트(118)는 실린더(110)(실린더 라이너(110b)) 중 소기실(122) 내에 위치하는 부분에 마련되어 있고, 피스톤(112)의 슬라이딩 동작에 따라 소기실(122)과 실린더(110) 내의 압력차에 의해, 소기실(122)로부터 실린더(110) 내로 활성 가스를 흡입한다. 실린더(110)에 흡입된 활성 가스는 피스톤(112)에 의해 연소실(124)로 인도된다.
도 2는 연료 분사구(126)를 설명하는 도면으로서, 도 1의 II－II선을 따른 단면을 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연료 분사구(126)는 소기 포트(118)보다 실린더(110)의 직경 방향 외측에 마련된다. 상세하게는, 연료 분사구(126)는 인접한 소기 포트(118) 사이에 있어서의 실린더(110) 외표면에 대향하여 마련된다. 또한, 연료 분사구(126)는 소기 포트(118)에 있어서의 피스톤(112)의 스트로크 방향의 범위 내에 위치하고 있다.
본 실시 형태에서는, 소기 포트(118)가 유니플로 소기식 2사이클 엔진(100)의 전 둘레에 걸쳐 복수개 마련되어 있으므로, 소기 포트(118)에 맞추어 연료 분사구(126)도, 실린더(110)의 둘레 방향에 결쳐 복수개 마련되어 있다. 상세하게는, 각각의 소기 포트(118)에 대해 연료 가스가 인도되는 연료 배관(136)이 하나씩, 피스톤(112)의 스트로크 방향으로 연장되어 존재하고 있다. 또한, 연료 배관(136)은, 인접한 소기 포트(118) 사이에 있어서의 실린더(110) 외표면의 직경 방향 외측에 배치되어 있어 연료 배관(136)에 의해 활성 가스의 흐름이 잘 저해되지 않는다. 또한, 연료 분사구(126)는 연료 배관(136) 중 인접한 연료 배관(136)측에 형성된 개구로 되어 있다.
연료 배관(136)의 배기 포트(114)측(도 1에서 상측)에는 환상 배관(138)이 배치되어 있다. 환상 배관(138)은 실린더(110)의 직경 방향 외측을 실린더(110)의 둘레 방향으로 환상으로 둘러싸는 배관으로서, 연료 배관(136)과 연통되어 있다. 환상 배관(138)에는 연료 가스가 저장된 연료 가스 주관(140)으로부터 연료 가스가 인도된다.
연료 분사구(126)는 연료 가스 주관(140)으로부터 환상 배관(138)을 통해 공급된 연료 가스를, 소기 포트(118)에 흡입되는 활성 가스로 분사한다. 그 결과, 연료 가스는, 도 2에서 파선의 화살표로 도시한 바와 같이, 활성 가스의 흐름에 합류하여 활성 가스와 함께 소기 포트(118)로부터 실린더(110) 내로 흡입되고, 연소실(124)로 인도된다.
도 2의 예에서는, 연료 분사구(126)가, 인접한 연료 배관(136)측을 향해 개구되는 경우에 대해 설명하였지만, 연료 분사구(126)는 분사된 연료 가스가 활성 가스와 함께 소기 포트(118)에 흡입되면 되고, 예컨대, 소기 포트(118)측을 향해 개구시키는 등 연료 분사구(126)를 어떠한 곳에 마련해도 무방하다.
또한, 도 2의 예에서는, 연료 배관(136)과 소기 포트(118)가 동수, 배치되어 있는 경우에 대해 설명하였지만, 연료 배관(136)과 소기 포트(118)의 배치수가 달라도 되며, 예컨대, 2개의 소기 포트(118)마다 1개의 연료 배관(136)이 마련되어 있어도 무방하다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(110a)에는 파일럿 분사 밸브(142)가 마련된다. 그리고, 엔진 사이클에서의 원하는 시점에서 적당량의 연료유가 파일럿 분사 밸브(142)로부터 분사된다. 이 연료유는 실린더 헤드(110a)와, 실린더 라이너(110b)와, 피스톤(112)에 둘러싸여 실린더(110) 내부에 형성된 연소실(124)의 열로 기화된다. 그리고, 연료유가 기화되어 자연 착화되고, 단시간에 연소되어 연소실(124)의 온도를 매우 높게 한다. 그 결과, 연소실(124)로 인도된 연료 가스를 원하는 타이밍에 확실하게 연소시킬 수 있다. 피스톤(112)은 주로 연료 가스의 연소에 의한 팽창압에 의해 왕복 이동한다.
여기서, 연료 가스는, 예컨대 LNG(액화 천연 가스)를 가스화하여 생성된다. 또한, 연료 가스로는 LNG로 한정하지 않고, 예컨대, LPG(액화 석유 가스), 경유, 중유 등을 가스화하여 적용할 수도 있다.
연료 분사 장치(128)는 연료 가스 주관(140)으로부터 연료 분사구(126)까지 연통되는 연료 공급로(144) 중 연료 배관(136)이나 환상 배관(138)보다 상류측에 마련된다. 그리고, 연료 분사 장치(128)는 연료 공급로(144)를 개폐하여 연료 분사구(126)로부터의 연료 가스의 분사를 제어한다.
도 3a 및 도 3b는 연료 분사 장치(128)를 설명하는 도면으로서, 도 1에서 실린더(110)의 좌측에 배치된 연료 분사 장치(128)의 개략 단면을 나타낸다. 도 1에 있어서, 실린더(110)의 우측에 배치된 연료 분사 장치(128)에 대해서는 구조가 실질적으로 동등하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 연료 분사 장치(128)의 케이싱(146)은 2개의 외벽 부재(146a, 146b)에 의해 구성되어 있다. 외벽 부재(146a)는 외벽 부재(146b)보다, 도 3a 및 도 3b에 있어서, 우측(실린더(110)측)에 위치하고 있고, 내부에 연료 가스가 유통되는 가스 유로(148)가 형성된다.
가스 유로(148) 중, 도 3a 및 도 3b에 있어서, 우측으로 개구되는 제1단(148a)은 환상 배관(138)과 연통되고, 도 3a 및 도 3b에 있어서, 상측으로 개구되는 제2단(148b)은 플랜지 부재(150)에 연결된 배관을 통해 연료 가스 주관(140)과 연통된다.
또한, 외벽 부재(146a)에는, 외벽 부재(146b)에 대향되는 대향면(152)에 돌출부(154)가 마련되어 있다. 돌출부(154)는 대향면(152)으로부터 외벽 부재(146b)측으로 돌출되어 있다. 돌출부(154)의 기단(基端)측 외주에는 환상의 오목부(156)가 형성되어 있다.
그리고, 돌출부(154)에는 외벽 부재(146b)측으로부터 가스 유로(148)까지 관통하는 관통공(158)이 형성되어 있다. 관통공(158)에는 가스 유로(148)측으로부터 연료 분사 밸브(160)의 제1단(160a)이 삽입통과된다. 연료 분사 밸브(160)의 제2단측에는 벨브체(160b)가 형성되어 있다. 벨브체(160b)에 의해 가스 유로(148)의 제1단(148a)이 개폐된다. 즉, 연료 분사 밸브(160)는 연료의 공급을 정지하는 폐쇄 상태(도 3a)와, 연료를 공급하는 개방 상태(도 3b)로 변이한다.
외벽 부재(146b)에는 외벽 부재(146a)와의 대향면(162)에, 외벽 부재(146a)측의 오목부(156)와 동일한 내경의 대향공(164)이 마련되어 있다. 대향공(164)의 저면에는 대향공(164)보다 소직경인 소직경공(166)이 형성되어 있다. 그리고, 대향공(164)의 내부에는 탄성 스프링(168)이 배치되고, 그 제1단(168a)이 오목부(156)까지 연장되어 고정된다. 또한, 탄성 스프링(168)의 제2단(168b)은 스프링받이(170)에 고정되어 있다.
연료 분사 밸브(160)의 제1단(160a)은 스프링받이(170)를 관통하고, 스프링받이(170)로부터 제1단(160a)이 소직경공(166)의 내부까지 돌출되어 있다. 스프링받이(170)는 연료 분사 밸브(160)에 고정되어 있고, 도 3a에서는 탄성 스프링(168)의 탄성력에 의해 연료 분사 밸브(160)가 도면에서 좌측으로 탄성 가압됨으로써 벨브체(160b)가 가스 유로(148)의 제1단(148a)을 닫고 있다.
상기한 바와 같이, 소직경공(166)의 내부에는 연료 분사 밸브(160)의 제1단(160a)이 위치하고 있다. 또한, 연료 분사 밸브(160)의 제1단(160a)에는 작동 피스톤(172)이 접촉되어 있다. 작동 피스톤(172)은 소직경공(166)에 삽입됨과 아울러, 소직경공(166) 내를, 도 3a 및 도 3b에 있어서, 좌우 방향으로 슬라이딩 가능한 사이즈로 되어 있다. 또한, 작동 피스톤(172)의 제1단(172a)에는 연료 분사 밸브(160)의 제1단(160a)이 접촉되는 반면에, 반대측에 위치하는 제2단(172b)은 소직경공(166)의 저면(166a)에 대향된다.
유압실(174)은 소직경공(166)과 작동 피스톤(172)으로 둘러싸여 형성된다. 즉, 작동 피스톤(172)의 제2단(172b)은 유압실(174)에 대향되는 수압면(受壓面)으로 되어 있다.
또한, 외벽 부재(146b)에는 유압실(174)에 연통되는 도유공(導油孔;176)이 형성되어 있고, 도유공(176)을 통해 유압실(174)에 작동유가 도입된다. 유압실(174)에 도입된 작동유에 의해 유압실(174) 내의 유압이 승압되어, 탄성 스프링(168)의 탄성력보다 유압에 의한 압압력이 커지면, 도 3b에 도시한 바와 같이, 연료 분사 밸브(160)가 도면에서 우측으로 압압되어 가스 유로(148)의 제1단(148a)이 열린다.
반대로, 유압실(174) 내의 유압이 강하되어, 탄성 스프링(168)의 탄성력보다 유압에 의한 압압력이 작아지면, 도 3a에 도시한 바와 같이, 연료 분사 밸브(160)가 도면에서 좌측으로 압압되어 가스 유로(148)의 제1단(148a)이 닫힌다.
즉, 탄성 스프링(168)의 탄성력에 의해 유압실(174) 내의 유압의 문턱값이 설정되어 있고, 작동 피스톤(172)은 유압실(174) 내의 압력이 문턱값 미만인 경우, 연료 분사 밸브(160)를 폐쇄 상태로 유지하는 대기 위치에 보유지지된다(도 3a). 그리고, 작동 피스톤(172)은 유압실(174) 내의 압력이 문턱값 이상이 되면, 연료 분사 밸브(160)를 개방 상태로 하는 작동 위치로 이동한다(도 3b).
배출구(178)는 작동 피스톤(172)이 삽입된 소직경공(166)으로부터 외벽 부재(146b)의 외부까지 관통되는 구멍으로서, 작동 피스톤(172)의 슬라이딩에 수반하여 유압실(174)로부터 대향공(164)측으로 누출되는 작동유를 외벽 부재(146b)의 외부로 배출한다.
또한, 작동 피스톤(172)에는 바이패스공(180)이 마련된다. 바이패스공(180)의 제1단(180a)은 작동 피스톤(172)의 제2단(172b)(수압면)으로 개구됨과 아울러, 바이패스공(180)의 제2단(180b)은 소직경공(166)의 내벽과 슬라이딩하는 슬라이딩면(172c)으로 개구된다. 이하, 바이패스공(180) 및 작동유의 흐름에 대해 상세히 서술한다.
도 4 및 도 5는 연료 분사 장치(128) 및 작동유의 흐름을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4는 연료 분사 밸브(160)가 닫혀 있는 상태를 나타내고, 도 5는 연료 분사 밸브(160)가 열려 있는 상태를 나타낸다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 작동유 탱크(184)에는 작동유를 토출하는 유압 펌프(186)가 접속되어 있다. 그리고, 유압 펌프(186)의 토출구에는 제1 공급관(190)이 접속되어 있고, 이 제1 공급관(190)에, 2위치 3포트를 구비하는 절환 밸브(188)의 P 포트가 접속되어 있다. 제1 공급관(190)으로부터는, 배출구(178)까지 연장되는 순환용 관(192)이 분기되어 있고, 순환용 관(192)에는 스로틀밸브(194)가 마련되어 있다.
또한, 절환 밸브(188)의 A 포트와 도유공(176)은 작동유 입구관(196)에 의해 연통되고, 절환 밸브(188)의 T 포트와, 작동유 탱크(184)는 리턴 파이프(198)에 의해 연통된다. 작동유 탱크(184) 내에는 기포 제거용 판부재(184a)가 복수개 배치됨과 아울러, 히터(미도시)에 의해 작동유 탱크(184) 내의 작동유가 따뜻해져 있다.
절환 밸브(188)가 도 4에 도시한 절환 위치에 있을 때, 절환 밸브(188)의 P 포트가 차단되고, A 포트와 T 포트가 연통되어 있으며, 유압실(174)은 작동유 입구관(196), 리턴 파이프(198)를 통해 작동유 탱크(184)와 연통된다. 그 때문에, 유압실(174)로 유압이 작용하지 않고, 연료 분사 밸브(160)는 탄성 스프링(168)의 탄성력에 의해 닫혀 있다.
이 때, 유압 펌프(186)에서 승압된 작동유는 스로틀밸브(194)를 통해 배출구(178)로 유입된다. 배출구(178)는 작동 피스톤(172)이 도 4에 도시한 대기 위치에 보유지지된 상태에서, 바이패스공(180)의 제2단(180b)에 대향되어 있고, 작동유는 배출구(178)로부터 바이패스공(180)을 통해 유압실(174)로 유입된다.
그리고, 유압실(174)로 유입된 작동유는 도유공(176) 및 작동유 입구관(196)을 통해 절환 밸브(188)의 A 포트로 흐른다. 절환 밸브(188)의 A 포트는 T 포트와 연통되어 있고, 작동유는 A 포트, T 포트, 리턴 파이프(198)를 통해 작동유 탱크(184)로 환류된다.
이와 같이, 작동 피스톤(172)이 대기 위치에 보유지지된 상태에서는, 유압 펌프(186)로부터 유압실(174)로 인도된 작동유를 도유공(176)이 유압실(174)로부터 배출함으로써 작동유를 순환시키고 있다. 이에 따라, 작동유 탱크(184)에서 따뜻해진 작동유가 순환하게 되고, 순환 경로의 작동유의 온도 저하를 억제하여 연료 분사 밸브(160)의 작동 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 바이패스공(180)이 작동 피스톤(172)에 마련되어 있기 때문에, 순환하는 작동유에 의해 작동 피스톤(172)의 온도 저하도 억제할 수 있다. 또한 작동유의 순환 경로에 작동유 탱크(184)가 포함되므로, 작동유 탱크(184) 내에서 판부재(184a)에 의한 기포의 소멸을 꾀할 수 있다.
한편, 절환 밸브(188)가 도 5에 도시한 절환 위치에 있을 때, 절환 밸브(188)의 T 포트가 차단되고, P 포트와 A 포트가 연통되어 있으며, 유압실(174)은 작동유 입구관(196) 및 제1 공급관(190)을 통해 유압 펌프(186)와 연통된다. 그 때문에, 유압실(174)에 유압이 작용하고, 연료 분사 밸브(160)는 유압에 의해 압압되어 개방된다.
이와 같이, 절환 밸브(188)는 유압 펌프(186)로부터 토출된 작동유를 유압실(174)로 인도하는 제1 절환 위치(도 5), 및 유압 펌프(186)으로부터 토출된 작동유를 배출구(178)로 인도하는 제2 절환 위치(도 4)로 절환된다.
작동 피스톤(172)이 도 5에 도시한 작동 위치로 이동하면, 배출구(178)는 바이패스공(180)의 제2단(180b)과 비대향이 되고, 바이패스공(180)의 제2단(180b)은 소직경공(166)의 내벽에 의해 폐색된다. 그 결과, 유압 펌프(186)에서 승압된 작동유는 순환용 관(192)측으로 유입되나, 스로틀밸브(194)에 의해 작동유 유량이 제한되므로, 작동 피스톤(172)의 동작에는 영향을 주지 않는다.
또한, 바이패스공(180)의 유로 단면은 작동 피스톤(172)의 수압면에 대해 충분히 작으므로, 연료 분사 밸브(160)가 닫힌 상태로부터 열린 상태가 될 때, 유압실(174)로부터 바이패스공(180) 및 배출구(178)를 통해 배출되는 작동유의 배출량이 억제된다. 그 때문에, 연료 분사 밸브(160) 개방시의 응답성의 저하를 억제할 수 있게 된다.
상술한 실시 형태에서는, 바이패스공(180)이 작동 피스톤(172)이 대기 위치에 보유지지되어 있는 동안, 유압 펌프(186)로부터 토출된 작동유를 유압실(174)로 인도하고 있다. 그러나, 바이패스공(180)이, 작동 피스톤(172)이 대기 위치에 보유지지되어 있는 동안, 유압 펌프(186)로부터 토출된 작동유를 유압실(174)로부터 배출할 수도 있다. 이 경우, 예컨대, 유압 펌프(186)를 가변 용량형으로 하여 토출압을 낮추고, 유압실(174)의 유압이 상기 문턱값 이상이 되지 않도록 제어한다. 어떻게든 바이패스공(180)을 통해 작동유가 유동한다면, 작동유의 온도 저하를 억제하여 연료 분사 밸브(160)의 작동 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 케이싱(146)에 배출구(178)가 마련되고, 배출구(178)는 작동 피스톤(172)이 대기 위치에 보유지지된 상태에서, 바이패스공(180)의 제2단(180b)에 대향되고, 작동 피스톤(172)이 작동 위치로 이동하면, 바이패스공(180)의 제2단(180b)과 비대향이 된다. 그리고, 작동 피스톤(172)이 대기 위치에 보유지지되어 있는 동안, 유압실(174)과 배출구(178)가 연통되어 바이패스공(180)을 작동유가 유통하고, 작동 피스톤(172)이 작동 위치로 이동하면, 유압실(174)과 배출구(178)와의 연통이 차단된다. 그러나, 배출구(178)는 필수 구성은 아니며, 배출구(178)와 바이패스공(180)의 대향 여부에 의해, 유압실(174)과 배출구(178)와의 연통 상태가 바뀌는 구성이 아닐 수도 있다. 다만, 배출구(178)와 바이패스공(180)을 상기한 위치 관계로 함으로써, 작동 피스톤(172)이 대기 위치로부터 작동 위치측으로 이동하면, 바이패스공(180)의 제2단(180b)이 폐색되고, 연료 분사 밸브(160) 개방시의 응답성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 작동 피스톤(172)이 대기 위치로부터 작동 위치측으로 약간 이동하면, 작동 위치에 도달하기 전에, 바이패스공(180)의 제2단(180b)이 폐색되므로, 연료 분사 밸브(160) 개방시의 응답성의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제1 절환 위치, 및 제2 절환 위치로 절환되는 절환 밸브(188)를 구비하고 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 유압 펌프(186)를 가변 용량형으로 하여 토출압을 낮추고, 유압실(174)의 유압이 문턱값 이상이 되지 않도록 제어하면, 절환 밸브(188)는 필수 구성이 아니다. 다만, 절환 밸브(188)를 마련함으로써, 유압 펌프(186)를 가변 용량형으로 하지 않고 일정한 출력으로 동작시키더라도, 연료 분사 밸브(160)의 개폐를 절환하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 작동유를 작동유 탱크(184)에 순환시켜 승온함으로써 작동유의 온도 저하를 억제하고 있다. 그러나, 예컨대, 작동유 탱크(184)의 작동유를 냉각하는 냉각기를 마련하여, 작동유를 작동유 탱크(184)로 순환시켜 냉각함으로써 작동유의 온도 상승을 억제할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 연료 분사 장치(128)가 연료 가스 주관(140)으로부터 연료 분사구(126)까지 연통되는 연료 공급로(144)에 마련되어 있다. 그러나, 연료 분사 장치(128)가, 예컨대, 파일럿 분사 밸브(142)를 개폐하여 연료유의 분사 처리를 수행할 수도 있다. 이 경우, 연료 분사 밸브(160)는 파일럿 분사 밸브(142)가 된다. 즉, 연료 분사 장치(128)가 분사하는 연료는 연료 가스일 수도 있고, 액체 연료일 수도 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 개시가 상기 실시 형태로 한정되지 않음은 말할 필요도 없다. 통상의 기술자라면, 청구범위에 기재된 범주에서 각종 변경예 또는 수정예를 도출할 수 있음은 명백하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
본 개시는 유압으로 작동하는 작동 피스톤을 구비한 유압 구동식 연료 분사 장치, 및 엔진에 이용할 수 있다.
100 　유니플로 소기식 2사이클 엔진(엔진)
128　 연료 분사 장치
146　 케이싱
160　 연료 분사 밸브
172　 작동 피스톤
172b　 제2단(수압면)
172c 슬라이딩면(수압면과 다른 면)
174　 유압실
178　 배출구
180　 바이패스공
180a　 제1단
180b　 제2단
186　 유압 펌프
188 절환 밸브

Claims (4)

  1. 연료의 공급을 정지하는 폐쇄 상태와, 연료를 공급하는 개방 상태로 변이하는 연료 분사 밸브를 구비한 연료 분사 장치로서,
    작동유를 토출하는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프에 접속되는 유압실이 마련된 케이싱과,
    상기 케이싱 내에 슬라이딩 가능하게 마련되고, 상기 유압실 내의 압력이 미리 설정된 문턱값 미만인 경우, 상기 연료 분사 밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 대기 위치에 보유지지되고, 상기 유압실 내의 압력이 문턱값 이상이 되면, 상기 연료 분사 밸브를 개방 상태로 하는 작동 위치로 이동하는 작동 피스톤과,
    상기 작동 피스톤에 형성되고, 상기 작동 피스톤이 상기 대기 위치에 보유지지되어 있는 동안, 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 상기 유압실로 인도하거나, 또는 상기 유압 펌프로부터 상기 유압실로 인도된 작동유를 상기 유압실로부터 배출하는 바이패스공을 구비하는 연료 분사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 작동 피스톤이 상기 유압실에 면하는 수압면을 가짐과 아울러, 상기 바이패스공의 제1단이 상기 수압면으로 개구되고, 상기 바이패스공의 제2단이 상기 수압면과 다른 면으로 개구되고,
    상기 케이싱에는 상기 작동 피스톤이 상기 대기 위치에 보유지지된 상태에서, 상기 바이패스공의 제2단에 대향되고, 상기 작동 피스톤이 상기 작동 위치로 이동하면, 상기 바이패스공의 제2단과 비대향이 되는 배출구가 마련되고,
    상기 작동 피스톤이 상기 대기 위치에 보유지지되어 있는 동안, 상기 유압실과 상기 배출구가 연통되어 상기 바이패스공을 작동유가 유통하고, 상기 작동 피스톤이 상기 작동 위치로 이동하면, 상기 유압실과 상기 배출구의 연통이 차단되는 연료 분사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 상기 유압실로 인도하는 제1 절환 위치, 및 상기 유압 펌프로부터 토출된 작동유를 상기 배출구로 인도하는 제2 절환 위치로 절환되는 절환 밸브를 구비하는 연료 분사 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 연료 분사 장치를 구비하는 엔진.
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