KR102034334B1 - 연료 주입 배열체 - Google Patents

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Abstract

액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입하기 위한 연료 주입 배열체는 제 1 연료 주입 밸브 (1), 제 2 연료 주입 밸브 (2), 및 상기 연료 주입 밸브들 (1, 2) 에 연료를 공급하기 위한 압력 매체원 (3) 을 포함한다. 선택 밸브 (4) 는, 연료 밸브들 (1, 2) 중 하나가 사용되는 것을 선택하기 위해 사용된다. 제 1 연료 도관 (6) 은 제 1 연료 주입 밸브 (1) 를 선택 밸브 (4) 에 연결하고, 제 2 연료 도관 (7) 은 제 2 연료 주입 밸브 (2) 를 선택 밸브 (4) 에 연결한다. 연료 주입 배열체는 선택 밸브 (4) 와 제 2 연료 주입 밸브 (2) 사이에서 제 2 연료 도관 (7) 의 압력을 조절하기 위한 수단 (8) 을 포함한다.

Description

연료 주입 배열체{FUEL INJECTION ARRANGEMENT}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따라 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더에 주입하기 위한 연료 주입 배열체 (arrangement) 에 관한 것이다.
대형 내연 기관들에서, 예컨대 선박 또는 발전소 기관들에서, 기관의 각각의 실린더에는 하나 이상의 연료 인젝터가 제공될 수 있다. 예를 들어, 이중 연료 기관들에는 액체 연료에 대한 작동을 위해 하나의 인젝터가 제공될 수 있고, 또한 기관이 기체 연료에 대해 작동되는 때에 적은 양의 액체 파일럿 연료를 주입하기 위한 다른 인젝터가 제공될 수 있다. 또한, 액체 연료만을 사용하는 기관들에는 상이한 부하에 대한 상이한 인젝터들이 제공될 수 있다. 특히 이중 연료 기관에 관한 문제점은, 연료 인젝터들 중 하나를 통해 주입된 연료의 양이 매우 작다는 것이다. 그러므로, 이러한 기관들에는, 기관이 액체 연료에 대해 작동되는 때에 높은 압력에서 연료를 연료 인젝터들에 공급하기 위한 종래의 연료 주입 펌프들과, 기관이 가스 연료에 대해 작동되는 때에 액체 연료를 파일럿 연료 인젝터들에 공급하기 위한 커먼 레일 시스템이 일반적으로 제공된다. 이러한 종류의 시스템은 매우 작은 주입 양들을 가능하게 하고 심지어 매우 엄중한 배출 규제들을 충족시킬 수 있다. 하지만, 두 개의 별개의 연료 주입 시스템들이 기관의 복잡성을 증가시킨다.
본 발명은 목적은 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더에 주입하기 위해 개선된 연료 주입 배열체를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 배열체의 특징적인 특징부들은 청구항 1 의 특징부에 주어진다.
본 발명에 따른 연료 주입 배열체는 제 1 연료 주입 밸브, 제 2 연료 주입 밸브, 제 1 연료 주입 밸브 및 제 2 연료 주입 밸브에 연료를 공급하기 위한 압력 매체원, 압력 매체원으로부터 제 1 연료 주입 밸브 또는 제 2 연료 주입 밸브로의 유동을 선택적으로 허용하기 위한 선택 밸브, 압력 매체원을 선택 밸브에 연결하기 위한 연료 공급 도관, 제 1 연료 주입 밸브를 선택 밸브에 연결하기 위한 제 1 연료 도관, 및 제 2 연료 주입 밸브를 선택 밸브에 연결하기 위한 제 2 연료 도관을 포함한다. 배열체는 선택 밸브와 제 2 연료 주입 밸브 사이에서 제 2 연료 도관의 압력을 조절하기 위한 수단을 추가로 포함한다.
본 발명에 따른 배열체를 이용하여, 상이한 압력들에서 상이한 양의 연료를 주입하기 위해 사용되는 상이한 연료 인젝터들에 연료를 공급하기 위해 동일한 가압 연료 공급원이 사용될 수 있다. 따라서, 상이한 연료 주입 밸브들에 대한 별개의 연료 공급 시스템들에 대한 요구는 제거될 수 있고, 이는 연료 주입 시스템을 덜 복잡하고 값비싸게 만드는데 도움이 된다.
압력 매체원은 고압의 연료 주입 펌프일 수 있다. 제 2 연료 주입 밸브는 예를 들어 제 1 연료 주입 밸브보다 더 적은 양의 연료를 주입하기 위해 구성되는 파일럿 연료 밸브일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라, 배열체는 제 2 연료 주입 밸브의 개방 및/또는 폐쇄 시기를 제어하기 위한 수단을 포함한다. 수단은 예를 들어 제어 밸브일 수 있다. 이는 제 2 연료 주입 밸브의 시기의 정확한 제어 및 제 2 연료 주입 밸브를 통해 주입된 연료의 양의 정확한 제어를 가능하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따라, 배열체는 제 2 연료 도관으로부터 분기하는 오버플로 도관 및 제 2 연료 도관의 압력을 조절하기 위한 오버플로 도관에 배치되는 스로틀을 포함한다. 스로틀 대신에, 감압 밸브가 제 2 연료 도관의 압력을 조절하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 후술된다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 연료 주입 배열체의 개략도를 도시한다.
본 발명에 따른 연료 주입 배열체는 대형 내연 기관들, 예컨대 선박들의 주요 또는 보조 기관들, 해양 어플리케이션들의 기관들 또는 전기를 생산하기 위한 발전소들에서 사용되는 기관들에 특히 적합하다. 본 발명은 양자의 액체 연료와 기체 연료에 대해 작동될 수 있는 이중 연료 기관들에서 특히 유리하고, 상기 이중 연료 기관들에서 기관이 가스 모드로 작동되는 때에 소량의 액체 파일럿 연료가 사용된다. 하지만, 본 발명은, 두 개 이상의 연료 인젝터들이 각각의 실린더에 대해 사용되는 다른 기관들에서 또한 활용될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 연료 주입 배열체의 개략도를 도시한다. 배열체는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입하기 위해 배치되는 제 1 연료 주입 밸브 (1) 및 제 2 연료 주입 밸브 (2) 를 포함한다. 제 2 연료 주입 밸브 (2) 는 제 1 연료 주입 밸브 (1) 보다 더 적은 양의 연료를 주입하기 위해 구성된다. 도면의 실시형태에서, 제 2 연료 주입 밸브 (2) 는 적은 양의 액체 연료를 실린더 (11) 에 주입하기 위한 이중 연료 기관에서 사용되는 파일럿 연료 밸브이다. 액체 연료의 버닝 (burning) 은 실린더 (11) 내의 가스-공기 혼합물의 연소를 개시한다. 제 2 연료 주입 밸브 (2) 는 낮은 부하들에서 연료를 주입하기 위한 이중 연료 기관들과는 다른 기관들에서 또한 사용될 수 있다. 기관의 각각의 실린더 (11) 에는 유사한 연료 주입 배열체가 제공된다. 도면의 실시형태에서, 연료 주입 밸브들 (1, 2) 은, 연료를 실린더 (11) 의 연소 챔버로 직접 주입하기 위해 사용되는 연료 주입 유닛 (12) 의 일부이다. 하지만, 연료 주입 밸브들 (1, 2) 은 커먼 연료 주입 유닛에 배치될 필요는 없고, 상기 연료 주입 밸브들은 또한 분리될 수 있으며, 연료 주입 밸브들 (1, 2) 중 하나 또는 둘 다는 연료를 예비 연소 챔버에 주입하기 위해 또한 사용될 수 있다. 양자의 연료 주입 밸브들 (1, 2) 은 종래의 유형을 가진다. 각각의 연료 주입 밸브 (1, 2) 는, 연료 주입 밸브 (1, 2) 의 단부에 배치되는 노즐 (1a, 2a), 및 연료 주입 밸브 (1, 2) 의 보디 내측에 배치되는 연료 갤러리 (1d, 2d) 를 포함한다. 연료는 노즐 (1a, 2a) 을 통해 실린더 (11) 에 주입되기 전에 연료 갤러리 (1d, 2d) 내에 저장된다. 각각의 연료 주입 밸브 (1, 2) 에는 연료 갤러리 (1d, 2d) 와 노즐 (1a, 2a) 사이의 유체 연통을 개방 및 폐쇄하기 위한 밸브 니들 (1b, 2b) 이 또한 제공된다. 밸브 니들 (1b, 2b) 은 스프링 (1c, 2c) 에 의해 폐쇄 위치에서 유지된다. 연료 주입 밸브들 (1, 2) 의 많은 상이한 구성들이 도면에 도시된 구성 대신에 가능하다. 예를 들어, 밸브 니들들 (1b, 2b) 은 동축일 수 있고, 양자의 연료 주입 밸브들 (1, 2) 은 연료 주입 밸브들 (1, 2) 의 각각에 대한 별개의 노즐 구멍들을 구비하는 커먼 노즐 부분을 활용할 수 있다.
양자의 연료 주입 밸브들 (1, 2) 은, 도면의 실시형태에서 고압의 연료 주입 펌프인 압력 매체원 (3) 에 연결된다. 연료는 연료 주입 펌프 (3) 로부터 직접적으로 연료 주입 밸브들 (1, 2) 에 공급될 필요가 없고, 상기 연료는 펌프 (3) 에 의해 가압될 수 있으며, 또한 연료 주입 밸브들 (1, 2) 에 공급되기 이전에 챔버 내에 저장될 수 있다. 펌프 (3) 는 상이한 부하들에서 적절한 연료 주입 시기 및 분량을 선택하기 위해 조절될 수 있는 종래의 연료 주입 펌프이다. 연료 주입 배열체에는 연료 주입 펌프 (3) 로부터 연료 주입 밸브들 (1, 2) 로 연료를 전달하기 위한 연료 공급 도관 (5) 이 제공된다. 연료 주입 밸브들 (1, 2) 중 단 하나의 연료 주입 밸브가 한 번에 사용되고, 따라서 배열체에는 연료 주입 펌프 (3) 로부터 제 1 연료 주입 밸브 (1) 또는 제 2 연료 주입 밸브 (2) 로의 유동을 허용하기 위한 선택 밸브 (4) 가 제공된다. 선택 밸브 (4) 는 하나의 입구 포트 (4a) 와 제 1 출구 포트 (4b) 및 제 2 출구 포트 (4c) 가 제공되는 삼방 밸브이다. 제 1 연료 도관 (6) 은 선택 밸브 (4) 의 제 1 출구 포트 (4b) 를 제 1 연료 주입 밸브 (1) 에 연결하고, 제 2 연료 도관 (7) 은 제 2 출구 포트 (4c) 를 제 2 연료 주입 밸브 (2) 에 연결한다. 선택 밸브 (4) 의 입구 포트 (4a) 는 연료 공급 도관 (5) 에 연결된다. 도면의 실시형태에서, 선택 밸브 (4) 는 솔레노이드 밸브이다.
기관이 액체 연료에 대해 작동되는 때에, 선택 밸브 (4) 는, 연료 주입 펌프 (3) 로부터 제 1 연료 주입 밸브 (1) 로의 유동을 허용하고 제 2 연료 주입 밸브 (2) 로의 유동을 방지하는 위치에 있다. 연료 주입의 시기와 주입된 연료의 분량은 종래의 방식으로 연료 주입 펌프 (3) 에 의해 조절된다. 제 1 연료 주입 밸브 (1) 의 연료 갤러리 (1d) 의 압력이 충분히 높을 때에, 밸브 니들 (1b) 이 스프링 (1c) 에 대해 밀리고, 또한 제 1 연료 주입 밸브 (1) 가 개방된다. 따라서, 연료는 제 1 연료 주입 밸브 (1) 의 노즐 (1a) 을 통해 실린더 (11) 의 연소 챔버로 주입된다. 스프링 (1c) 은, 연료 갤러리 (1d) 의 압력이 충분히 강하되고 연료 주입이 결과적으로 종료되는 때에, 제 1 연료 주입 밸브 (1) 의 밸브 니들 (1b) 을 폐쇄 위치로 밀어낸다.
기관이 가스 모드에서 작동되는 때에, 선택 밸브 (4) 는, 연료 주입 펌프 (3) 로부터 제 2 연료 주입 밸브 (2) 로의 유동이 허용되고 연료 주입 펌프 (3) 로부터 제 1 연료 주입 밸브 (1) 로의 유동이 방지되는 위치로 스위칭된다. 가스 모드에서, 단지 적은 양의 액체 연료가 사용된다. 따라서, 연료 주입 펌프 (3) 에 의해 공급된 전체 양은 필요하지 않다. 그러므로, 배열체에는 제 2 연료 주입 밸브 (2) 의 개방을 제어하기 위한 수단 (9) 이 제공된다. 도면의 실시형태에서, 배열체에는 제 2 연료 주입 밸브 (2) 를 작동시키기 위해 사용되는 제어 밸브 (9) 가 제공된다. 제어 밸브 (9) 를 이용하여, 제 2 연료 주입 밸브 (2) 의 개방은, 심지어 연료 갤러리 (2d) 의 압력이 밸브 니들 (2b) 을 스프링 (2c) 에 대해 이동시키기에 충분히 높은 경우에서도 방지될 수 있다. 따라서, 제 2 연료 주입 밸브 (2) 의 개방 및 폐쇄 순간들은 정확한 시기를 가능하게 하는 제어 밸브 (9) 에 의해 결정된다. 제어 밸브 (9) 는 전기로 작동된다. 또한, 다른 종류의 엑추에이터들이 제 2 연료 주입 밸브 (2) 의 개방 및/또는 폐쇄 시기를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 배열체에는 오버플로 도관 (10) 이 제공되고, 상기 오버플로 도관 (10) 을 통해 과잉의 연료가 탱크 (12) 로 복귀될 수 있다. 오버플로 도관 (10) 은 제 2 연료 도관 (7), 즉 선택 밸브 (4) 와 제 2 연료 주입 밸브 (2) 사이에 연결된다. 제 2 연료 주입 밸브 (2) 에 필요한 주입 압력은 연료 주입 펌프 (3) 의 최대 압력보다 더 낮다. 그러므로, 오버플로 도관 (10) 에는 제 2 연료 도관 (7) 의 압력을 조절하기 위한 수단 (8) 이 제공된다. 도면의 실시형태에서, 수단은 조절가능한 스로틀 (8) 이다. 스로틀 (8) 대신에, 오버플로 도관 (10) 에는 감압 밸브가 제공될 수 있다. 압력 조절 수단을 이용하여, 제 2 연료 주입 밸브 (2) 의 주입 압력은 연료 주입 펌프 (3) 의 압력과 무관하게 적절한 레벨로 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 배열체를 이용하여, 별개의 연료 주입 시스템은, 연료 주입 시스템을 덜 복잡하고 값비싸게 만드는 이중 연료 기관들에서 파일럿 연료를 주입하는데 필요하지 않다.
본 발명이 전술한 실시형태들에 제한되지 않지만, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 다양할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 기관의 실린더들 모두에는 그 자체의 연료 주입 펌프가 제공되지 않지만, 하나의 펌프가 연료를 기관의 수개의 실린더들에 공급하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체 (arrangement) 로서,
    상기 연료 주입 배열체는 제 1 연료 주입 밸브 (1), 제 2 연료 주입 밸브 (2), 상기 제 1 연료 주입 밸브 (1) 및 상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 에 연료를 공급하기 위한 압력 매체원 (3), 상기 압력 매체원 (3) 으로부터 상기 제 1 연료 주입 밸브 (1) 또는 상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 로의 유동을 선택적으로 허용하기 위한 선택 밸브 (4), 상기 압력 매체원 (3) 을 상기 선택 밸브 (4) 에 연결하기 위한 연료 공급 도관 (5), 상기 제 1 연료 주입 밸브 (1) 를 상기 선택 밸브 (4) 에 연결하기 위한 제 1 연료 도관 (6), 상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 를 상기 선택 밸브 (4) 에 연결하기 위한 제 2 연료 도관 (7), 및 상기 선택 밸브 (4) 와 상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 사이에서 상기 제 2 연료 도관 (7) 의 압력을 조절하기 위한 수단 (8) 을 포함하고,
    상기 연료 주입 배열체는 상기 제 2 연료 도관 (7) 으로부터 분기하는 오버플로 도관 (10; overflow duct) 을 포함하고, 상기 오버플로 도관 (10) 에는 상기 제 2 연료 도관 (7) 의 압력을 조절하기 위한 수단 (8) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 매체원 (3) 은 고압의 연료 주입 펌프인 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 는 상기 제 1 연료 주입 밸브 (1) 보다 더 적은 양의 연료를 주입시키기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 는 파일럿 연료 밸브인 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 주입 배열체는 상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 의 개방 및/또는 폐쇄 시기를 제어하기 위한 수단 (9) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료 주입 배열체는 상기 제 2 연료 주입 밸브 (2) 의 개방 및/또는 폐쇄 시기를 제어하기 위한 제어 밸브 (9) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 연료 도관 (7) 의 압력을 조절하기 위한 상기 수단 (8) 은 스로틀 (throttle) 인 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 연료 도관 (7) 의 압력을 조절하기 위한 상기 수단 (8) 은 감압 밸브인 것을 특징으로 하는, 액체 연료를 피스톤 기관의 실린더 (11) 에 주입시키기 위한 연료 주입 배열체.
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