KR102513341B1 - 슬러리 연료 주입기 밸브용 연료 공급 밸브 - Google Patents

슬러리 연료 주입기 밸브용 연료 공급 밸브 Download PDF

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Abstract

슬러리 연료 주입기 밸브(500, 800)용 연료 공급 밸브(502, 822)가 제공되고, 그러한 연료 공급 밸브는: 슬러리 연료 저장용기와 유체 연통되는 연료 유입구(802); 연료 주입기 밸브의 노즐(808)과 유체 연통되는 연료 배출구(804); 연료 주입기 밸브의 펌프 챔버(506, 820)와 유체 연통되는 펌프 챔버 포트(806); 및 연료 유입구가 제1 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제1 위치와 연료 배출구가 제2 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제2 위치 사이에서 이동될 수 있는 밸브 게이트(504, 875)를 포함하고; 밸브 게이트가 엔진으로부터의 밸브 작동 액체로 동작될 수 있다.

Description

슬러리 연료 주입기 밸브용 연료 공급 밸브
본 발명은 엔진용 그리고 바람직하게 2-행정 해양 엔진용 연료 공급 밸브 및 연료 주입기 밸브에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 슬러리 연료 또는 에멀전 연료와 같은 비-뉴튼(non-Newtonian) 연료를 위한 연료 공급 밸브 및 연료 주입기 밸브에 관한 것이다.
디젤 엔진에서의 현재의 주입 기술은 액체 탄화수소로부터 유도된 뉴튼 연료를 기초로 하는 오일을 이용한다. 이는, 통상적인 디젤로 제한되지 않고, 해양 디젤 오일, 해양 가스 오일 및 중연료유(heavy fuel oil)를 포함할 수 있다.
연료를 연소시키기 위해서, 연료는, 연료 밸브 또는 연료 공급 밸브로도 알려진 주입기 내의 챔버 내로 고압으로 펌핑될 필요가 있다. 통상적인 연료 시스템은 고압 펌프 및 커먼 레일(common rail) 기술을 이용하여 1000 바아까지의 고압 연료를 연료 주입기에 전달한다. 그에 따라, 통상적인 연료 시스템 내에서 연료의 소정 부피가 고압에서 유지된다. 통상적인 디젤 엔진은 뉴튼 특성을 갖는 비교적 낮은 점도의 연료의 압력 무화(pressure atomization)를 이용한다.
중연료유의 경우에, 엔진의 고압 주입 펌프에 진입하기 전에 가열하는 것에 의해서, 연료 점도가 10 내지 20 mPa.s로 제어된다. 고압 연료는 연료 시스템의 공급 펌프에 의해서 비교적 높은 일정 압력으로 주입 펌프에 제공된다. 일부 통상적인 연료 시스템에서, 고압 펌프 및 커먼 레일 기술을 이용하여 1000 바아까지의 고압 연료를 주입기에 전달한다. 해양 커먼 레일 4-행정 엔진과 같은 다른 엔진에서, 압력이 1500 바아 정도로 높을 수 있다. 그에 따라, 연료의 소정 부피가 고압에서 유지된다.
중연료유에 비해서 상당히 상이한 특성을 갖는 슬러리 연료 또는 에멀전 연료로 중연료유를 대체하는 것이 알려져 있다. 슬러리 연료는 탄소계 수성 슬러리 연료일 수 있다. 즉, 물 내의, 석탄 또는 고화된 역청과 같은, 탄소 입자의 현탁체이다. 에멀전 연료는 역청 및 물과 같은 탄화수소의 액체 입자의 에멀전일 수 있다. 탄소계 수성 슬러리 연료는 더 높은 점도를 가질 수 있고, 비-뉴튼 유동성을 가지며, 무화하기가 더 어렵다. 탄소계 수성 슬러리 연료의 고체 탄소 입자는, 슬러리 연료가 유동되지 않을 때, 침착되는 경향을 가질 수 있다.
이러한 탄소계 수성 슬러리 연료의 연소, 운송, 저장 및 이용은 많은 기술적 문제를 유발할 수 있다. 슬러리를 형성하는 탄소계 고체 입자는 탱크 및 연료 라인 내에 안착(settle)될 수 있고, 엔진 동작 동안 및 정지되었을 때의 모두에서, 연료 주입 장비의 작은 오리피스를 막을 수 있다.
실험은, 압력차에 걸쳐 안정성 및 유동성과 관련하여 슬러리 연료의 특성이 변화될 수 있다는 것을 보여주었다. 일부 경우에, 슬러리 연료가 긴 기간 동안 고압에 노출될 때, 슬러리 연료가 부정적으로 반응한다. 예를 들어, 슬러리 연료는, 압력 릴리프 밸브 및 스로틀링 밸브(throttling valve)를 통해서 경험할 수 있는 것과 같은 큰 전단 또는 공동화 조건에 대해서 부정적으로 거동할 수 있다. 입자가 용액으로부터 침전될 수 있고 및/또는 입자가 연료 시스템 내의 여러 위치에서 응집될 수 있다는 것이 관찰되었다. 이는, EP 3 070 322에서 제시된 것과 같은 통상적인 연료 주입기가 슬러리 연료로 효과적으로 작동되지 않을 수 있거나 심지어 전혀 작동되지 않을 수 있다는 것을 의미한다.
슬러리 연료를 이용하는 알려진 연료 주입 시스템이 US 4,782,794 및 US 5,056,469에서 개시되어 있고, 여기에서 슬러리 연료는 연료 주입 시스템 내에서 고압으로 주입된다. 알려진 연료 주입 시스템이 갖는 문제점은, 슬러리 연료 내의 고체 연료 성분의 응집 및 침전이 연료 시스템 내의 임의의 곳에서 발생될 수 있다는 것이다. 이는 수성 슬러리의 무화 가능성을 저하시킨다. 이는 점화 지연 증가 및 불완전 연소를 유발할 수 있고, 다시 엔진의 불발(misfire), 링 손상 및 엔진 수명 감소에 기여할 수 있다.
본 발명의 실시예는 전술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따라, 슬러리 연료 주입기 밸브용 연료 공급 밸브가 제공되고, 그러한 연료 공급 밸브는: 슬러리 연료 저장용기와 유체 연통되는 연료 유입구; 연료 주입기 밸브의 노즐과 유체 연통되는 연료 배출구; 연료 주입기 밸브의 펌프 챔버와 유체 연통되는 펌프 챔버 포트; 및 연료 유입구가 제1 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제1 위치와 연료 배출구가 제2 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제2 위치 사이에서 이동될 수 있는 밸브 게이트를 포함하고; 밸브 게이트가 엔진으로부터의 밸브 작동 액체로 동작될 수 있다.
슬러리 연료가 밸브 게이트를 동작시키기 위해서 사용될 필요가 없음에 따라, 슬러리 연료의 압력이 상대적으로 낮을 수 있다. 이는 다시 연료 공급 밸브 내의 그리고 그 부근의 슬러리 연료로부터 고체 입자가 응집되는 것을 방지하는데 도움이 된다.
선택적으로, 연료 공급 밸브는 밸브 작동 액체 챔버를 포함하고, 밸브 게이트 상에 힘을 가하여 밸브 게이트를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 구동하기 위해서 밸브 작동 액체가 밸브 작동 액체 챔버 내로 수용될 수 있다.
선택적으로, 밸브 게이트 상에 힘을 가하여 밸브 게이트를 제2 위치를 향해서 구동하기 위해서, 밸브 작동 액체가 밸브 작동 액체 챔버 내로 수용될 수 있다.
선택적으로, 밸브 작동 액체 챔버가 펌프 챔버 포트로부터 격리된다.
선택적으로, 연료 공급 밸브가 밸브 본체 및 밸브 보어를 포함하고, 밸브 본체는 밸브 게이트를 포함하고 밸브 보어 내에서 이동될 수 있으며, 밸브 본체는, 밸브 보어 내의 밸브 본체의 운동을 윤활하기 위해서 밸브 본체와 밸브 보어 사이에서 밸브 작동 액체를 수용하기 위한 적어도 하나의 홈을 갖는다.
선택적으로, 연료 공급 밸브는 밸브 작동 액체 챔버 내로의 밸브 작동 액체의 입력을 제어하기 위한 제어 밸브를 포함한다.
선택적으로, 제어 밸브는 전기적으로 또는 전자적으로 제어될 수 있다.
선택적으로, 제어 밸브는 밸브 작동 액체 챔버와 유체 연통되는 제1 포트, 밸브 작동 액체의 공급원과 유체 연통되는 제2 포트, 및 배액부(drain)와 유체 연통되는 제3 포트를 가지고, 제어 밸브는, 제1 포트와 유체 연통되는 포트를, 제2 포트 및 제3 포트 중에서 선택하기 위한 것이다.
선택적으로, 밸브 게이트가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 선형 이동될 수 있다.
선택적으로, 밸브 게이트가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 활주 이동될 수 있다.
선택적으로, 밸브 게이트가 제1 위치에 있을 때, 밸브 게이트는 슬러리 연료가 연료 유입구로부터 펌프 챔버 포트까지 유동될 수 있게 하고, 밸브 게이트가 제2 위치에 있을 때, 밸브 게이트는 슬러리 연료가 연료 유입구로부터 펌프 챔버 포트까지 유동되는 것을 막거나 방지한다.
선택적으로, 밸브 게이트가 제1 위치에 있을 때 그리고 밸브 게이트가 제2 위치에 있을 때, 펌프 챔버 포트는 연료 배출구와 유체 연통된다.
선택적으로, 밸브 게이트가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전될 수 있다. 선택적으로, 밸브 게이트는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능한 적어도 하나의 펌프 챔버를 포함한다. 선택적으로, 밸브 게이트는 복수의 펌프 챔버를 포함하고, 각각의 펌프 챔버는 제1 위치 및/또는 제2 위치로 연속적으로 회전될 수 있게 배열된다. 선택적으로, 각각의 펌프 챔버는, 펌프 챔버 내에 활주 가능하게 장착되고 펌프 피스톤이 펌프 챔버 포트를 향해서 이동될 때 슬러리 연료를 노즐에 대해서 압박하도록 배열된 펌프 피스톤을 포함한다. 선택적으로, 각각의 펌프 챔버는 제3 위치로 회전 이동 가능하고, 펌프 챔버는 플러싱 유체 포트(flushing fluid port)와 정렬된다.
본 발명의 제2 양태에 따라, 슬러리 연료 주입기 밸브를 위한 연료 공급 밸브가 제공되고, 그러한 연료 공급 밸브는: 슬러리 연료 저장용기와 유체 연통되는 연료 유입구; 연료 주입기 밸브의 노즐과 유체 연통되는 연료 배출구; 연료 주입기 밸브의 펌프 챔버와 유체 연통되는 펌프 챔버 포트; 및 연료 유입구가 제1 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제1 위치와 연료 배출구가 제2 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제2 위치 사이에서, 밸브 챔버 내에서 이동될 수 있는 밸브 게이트를 포함하고; 밸브 게이트가 제2 위치와 제1 위치 사이에서 및/또는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동될 때 밸브 챔버 내로의 슬러리 연료의 유동에 반대되는 힘을 실질적으로 가하지 않도록 밸브 게이트가 배열된다.
이는, 슬러리 연료가 연료 공급 밸브 내에서 고압에 노출되지 않는다는 것을 의미한다. 연료 시스템 내의 임의의 곳에서, 슬러리 연료는 낮은 압력에서 취급되고, 슬러리 연료가 예상치 못한 방식으로 거동할 가능성이 낮다.
바람직하게, 연료 공급 밸브에 걸친 슬러리 연료의 압력은 6 바아 내지 15 바아이다. 이는, 슬러리 연료가 지속적으로 저압에 있다는 것을 의미한다.
바람직하게, 밸브 게이트를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 및/또는 제2 위치와 제1 위치 사이에서 이동시키기 위한 힘이 0 N 내지 100 N, 또는 100 N 미만이다. 슬러리 연료가, 예를 들어, 연료 공급 밸브 내의 강한 스프링에 반하여(against) 작업하여야 하는 것을 방지함으로써, 슬러리 연료의 압력을 낮출 수 있다. 이는, 연료 공급 밸브 내에서 그리고 그 부근에서의 고체 입자의 응집을 방지한다.
바람직하게, 밸브 게이트가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전될 수 있다. 바람직하게, 밸브 게이트는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능한 적어도 하나의 펌프 챔버를 포함한다. 바람직하게, 밸브 게이트는 복수의 펌프 챔버를 포함하고, 각각의 펌프 챔버는 제1 위치 및/또는 제2 위치로 연속적으로 회전될 수 있게 배열된다. 바람직하게, 각각의 펌프 챔버는, 펌프 챔버 내에 활주 가능하게 장착되고 펌프 피스톤이 펌프 챔버 포트를 향해서 이동될 때 슬러리 연료를 노즐에 대해서 압박하도록 배열된 펌프 피스톤을 포함한다. 바람직하게, 각각의 펌프 챔버는 제3 위치로 회전 이동 가능하고, 펌프 챔버는 플러싱 유체 포트(flushing fluid port)와 정렬된다. 바람직하게, 밸브 게이트는 연료 주입기 밸브의 엔진으로부터의 서보 액체(servo liquid)로 동작될 수 있다. 서보 액체는 밸브 작동 액체의 예이다.
이는, 밸브 게이트가 유체 유동의 방향에 대해서 횡방향으로 이동된다는 것을 의미한다. 밸브 게이트가 슬러리 유동에 대해서 횡방향으로 이동될 때, 슬러리 연료에 가해지는 힘이 최소화된다.
바람직하게, 밸브 게이트는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 활주 이동될 수 있다. 바람직하게, 밸브 게이트는 연료 유입구로부터의 슬러리 연료의 유동과 결합되는 유입구 표면 및 펌프 챔버 내의 슬러리 연료와 결합되는 챔버 표면을 포함한다. 바람직하게, 챔버 표면의 표면적은 유입구 표면의 표면적보다 넓다.
바람직하게, 밸브 게이트는 밸브 게이트를 제2 위치로 편향시키기 위한 스프링에 커플링된다.
밸브 게이트의 활주는 슬러리 연료 자체의 압력을 이용한다. 이러한 방식에서, 연료 공급 밸브를 작동시키기 위해서 슬러리 연료 압력을 높일 필요가 없다.
바람직하게, 연료 공급 밸브는 이동 가능 밸브 게이트에 인접한 밀봉 액체 도관을 포함한다. 이는, 슬러리 연료의 내마모성 입자(hard-wearing particle)가 연료 공급 밸브의 이동 가능 부품을 마모 및 손상시키는 것을 방지한다. 밀봉 액체는 연료 공급 밸브를 밀봉 및 윤활한다.
본 발명의 제3 양태에 따라서, 슬러리 연료용 연료 주입기 밸브가 제공되고, 그러한 연료 주입기 밸브는: 슬러리 연료가 엔진의 연소 챔버를 향해서 주입기 밸브를 빠져나갈 때 통과할 수 있는 노즐; 하우징 및 하우징 내의 펌프 공동; 펌프 공동을 펌프 챔버와 작동 챔버로 분할하는 펌프 요소; 및 연료 공급 밸브의 연료 유입구와 유체 연통되도록 펌프 챔버를 선택적으로 배치하기 위한 본 발명의 제1 또는 제2 양태에 따른 연료 공급 밸브를 포함한다.
선택적으로, 펌프 요소는 유체-작동될 수 있다. 선택적으로, 펌프 요소는 셔틀 피스톤을 포함한다. 선택적으로, 셔틀 피스톤은 펌프 챔버 내에 활주 가능하게 장착되고 슬러리 연료에 힘을 가하도록 배열되는 펌프 피스톤; 및 펌프 피스톤에 커플링되고 펌프 피스톤에 힘을 전달하도록 배열된 작동 피스톤을 포함한다.
바람직하게, 연료 주입기 밸브는 이동 가능 밸브 게이트와 유체 연통되는 밀봉 액체 저장용기를 포함하고, 밀봉 액체는 이동 가능 밸브 게이트를 밸브 하우징에 반하여 밀봉하도록 배열된다. 바람직하게, 밀봉 액체를 노즐 내의 밀봉 액체와 혼합하기 위해서, 밀봉 액체 저장용기가 연료 주입기 밸브의 노즐과 유체 연통된다. 바람직하게, 밀봉 액체 저장용기는 노즐 내의 니들 밸브 시트(needle valve seat)와 유체 연통된다.
이제, 단지 예로서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명할 것이다.
도 1은 엔진의 사시도를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 연료 주입기 밸브의 횡단면 개략 측면도를 도시한다.
도 3은 실시예에 따른 연료 주입기 밸브의 노즐의 부분적 횡단면적 측면도를 도시한다.
도 4는 실시예에 따른 연료 주입기 밸브의 다른 횡단면 개략 측면도를 도시한다.
도 5는 실시예에 따른 연료 주입기 밸브 및 연료 공급 밸브의 부분 절취 사시도를 도시한다. 도 6a 내지 도 6c는, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동되는 연료 공급 밸브의 각각의 순차적인 단계를 보여주는, 실시예에 따른 연료 주입기 밸브의 연료 공급 밸브의 횡단면적 측면도를 도시한다.
도 7은 연료 주입기 밸브의 노즐의 부분적 횡단면적 측면도를 도시한다. 도 8은 다른 실시예에 따른 연료 주입기 밸브의 횡단면 개략 측면도를 도시한다.
도 9는 도 8의 연료 주입기 밸브의 연료 공급 밸브의 횡단면 개략 측면도를 도시한다.
도 10은 슬러리 연료 압력 대 엔진 크랭크 각도의 그래프를 도시한다.
도 1은 후술되는 연료 주입기 밸브(102) 및 연료 공급 밸브(122)를 포함하는 엔진(100)의 사시도를 도시한다.
일부 실시예에서, 엔진(100)은 대형 저속 터보과급형 2-행정 디젤 엔진이다. 일부 실시예에서, 엔진은 2-행정 해양 엔진이다. 다른 실시예에서, 엔진(100)은 다른 유형 및/또는 크기의 엔진일 수 있다. 도 1의 실시예에서 도시된 예에서, 엔진(100)은 직렬의 6개의 실린더를 갖는다. 대형 저속 터보과급형 2-행정 디젤 엔진은, 엔진 프레임에 수반된, 4개 내지 14개의 직렬 실린더를 통상적으로 갖는다. 엔진(100)은, 일부 실시예에서, 다른 동일 엔진과 함께 이용될 수 있다. 엔진(100)은 해양 엔진, 또는 외항선 내의 주 엔진 중 하나로서 이용될 수 있다. 엔진(100)은 선박의 프로펠러 샤프트에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 엔진은 발전소 내의 발전기의 동작을 위한 정지 엔진일 수 있다. 그러한 엔진의 총 출력은, 예를 들어, 1,000 내지 110,000 kW의 범위일 수 있다.
일부 실시예에서, 엔진(100)은 하나 이상의 연료 주입기 밸브(102)를 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같은 엔진(100)은 실린더의 수에 상응하는 6개의 연료 주입기 밸브를 갖는다. 물론, 연료 주입기 밸브의 수는 엔진(100) 내에 존재하는 실린더의 수에 따라 달라질 것이다. 대안적 실시예에서, 실린더마다 다수의 연료 주입기 밸브(102)가 있다. 이하에서, 명료함 및 간결함을 위해서, 하나의 연료 주입기 밸브(102)만이 도면을 참조하여 설명될 것이다.
알려진 연료 주입기와 대조적으로, 중연료유 또는 디젤과 같은 연료가 슬러리 연료로 대체된다. 슬러리 연료는, 중연료유 또는 다른 오일-기반의 탄화수소 연료에 비해서, 상이한 특성을 갖는다.
일부 실시예에서, 슬러리 연료는 탄소계 수성 슬러리 연료일 수 있다. 일부 실시예에서, 슬러리 연료는 미세 정제 탄소(micronized refined carbon)(MRC) 연료이다. 대안적으로, 슬러리 연료는 석탄 및 물 혼합물(CWM)으로 지칭될 수 있다. 즉, 물 내의, 석탄 또는 고화된 역청과 같은, 탄소 입자의 현탁체이다. 다른 실시예에서, 연료는 역청 및 물과 같은 탄화수소의 액체 입자의 에멀전일 수 있다. 또한 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료는 액체 용액 내의 고체 연료 미립자 성분 또는 상이한 액체 성분 내의 액체 연료 액적(droplet) 성분을 포함한다.
탄소계 수성 슬러리 연료는 더 높은 점도를 가질 수 있고, 비-뉴튼 유동성을 가지며, 무화하기가 더 어렵다. 탄소계 수성 슬러리 연료의 고체 탄소 입자는, 슬러리 연료가 유동되지 않을 때, 침착되는 경향을 가질 수 있다. 이하에서, 간결함을 위해서, "슬러리 연료"라는 용어는 탄소계 수성 슬러리 연료, 다른 슬러리 연료 및 에멀전 연료를 포함할 것이다.
이제, 도 2를 참조하여 연료 주입기 밸브(102)를 더 구체적으로 설명할 것이다. 도 2는 연료 주입기 밸브(102)의 대략적 횡단면도를 도시한다. 연료 주입기 밸브(102)는 세장형이고 길이방향 축(A-A)을 따라서 연장된다. 연료 주입기 밸브(102)는 제1 단부(104) 및 제2 단부(106)를 갖는다. 연료 주입기 밸브(102)는 일반적으로, 횡단면에서, 제2 단부(106)로부터 제1 단부(104)까지 테이퍼링된다. 연료 주입기 밸브(102)는 일반적으로 원통형 또는 원뿔형 형상이다. 연료 주입기 밸브(102)는 연료 주입기 밸브(102)를 엔진 또는 엔진(100)에 근접한 다른 적합한 구조물에 장착하기 위한 하우징(110)을 포함한다. 하우징(110)은 연료 주입기 밸브(102)의 내부의 부품을 둘러싸고 보호한다.
노즐(108)은 연료 주입기 밸브(102)의 제1 단부(104)에 장착된다.
하우징(110)은 밀봉 액체 유입구 포트(112) 및 작동 액체 유입구 포트(114)를 구비한다. 작동 액체는 연료 주입기 밸브(102)를 작동시키기 위한 그리고 연료 주입기 밸브(102) 내의 슬러리 연료를 엔진의 연소 챔버(300)(예를 들어, 도 4 참조) 내로 압박하기 위한 것이다. 작동 액체 구성에 대해서는 이하에서 더 구체적으로 설명할 것이다.
밀봉 액체는 윤활하기 위한 그리고 슬러리 연료를 연료 주입기 밸브(102)의 다른 부품으로부터 분리하기 위한 것이다. 밀봉 액체는 일부 실시예에서 밀봉 오일이다. 밀봉 액체라는 용어는 이하에서, 연료 주입기 밸브(102)의 부품을 밀봉 및 윤활하는 액체를 지칭할 것이다. 밀봉 액체 구성에 대해서는 이하에서 더 구체적으로 설명할 것이다. 일부 실시예에서, 작동 액체가 또한 밀봉 액체로 이용될 수 있고, 이는 작동 액체와 관련하여 이하에서 더 구체적으로 설명될 것이다.
하우징(110)은 탄소계 슬러리 연료의 제1 저장용기(118)와 유체 연통하기 위한 연료 유입구 포트(116)를 구비한다. 제1 저장용기(118)는, 연료 주입기 밸브(102)로부터 이격되어 위치될 수 있는 연료 탱크이다. 제1 저장용기(118)는 하나 이상의 연료 라인(130)에 의해서 연료 유입구 포트(116)와 유체 연통된다.
선택적으로, 연료 유입구 포트(116)는 예를 들어 3-방향 밸브(126)에 의해서 하나 이상의 연료 공급원에 연결될 수 있고, 그에 따라 연료 주입기 밸브(102)가 제1 저장용기(118) 내에 저장된 일차 연료 공급원과 제2 저장용기(128) 내에 저장된 이차 연료 공급원 사이에서 전환될 수 있게 한다. 제2 저장용기(128)는 하나 이상의 연료 라인(130)을 통해서 연료 유입구 포트(116)와 유체 연통된다. 제2 저장용기(128)는 또한, 연료 주입기 밸브(102)로부터 이격되어 위치될 수 있는 연료 탱크이다.
일차 및 이차 연료 공급원이 상이한 연료 공급원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 저장용기(118)가 슬러리 연료를 포함하고 제2 저장용기(128)는, 다른 연료, 예를 들어 황 함량이 0.1 % 미만인 저황 탄화수소 연료 시스템과 같은 슬러리 연료, 예를 들어 해양 디젤 오일(MDO)을 포함한다. 중연료유(HFO) 연료 시스템과 같은 대안적인 연료가 사용될 수 있다. 대안적으로, 제2 저장용기(128)가 제1 저장용기(118)와 동일한 유형의 연료를 포함한다.
제1 및 제2 저장용기(118, 128)로부터의 연료가 하나 이상의 연료 펌프(미도시)에 의해서 연료 유입구 포트(116)로 펌핑된다. 연료 펌프는 제1 및 제2 저장용기(118, 128) 내의 연료를 가압하고 그러한 연료를 제1 및 제2 저장용기(118, 128)로부터 연료 주입기 밸브(102)까지 구동시킨다. 상이한 연료들이 상이한 압력들로 가압될 수 있다.
제2 연료 저장용기(128)는 필수적이지 않고, 엔진(100)이 상이한 특성을 갖는 상이한 유형의 연료를 연소시킬 필요가 있는 경우에 부가적인 탄력성을 연료 시스템에 제공한다. 예를 들어, 특정 지형학적 지역에서 배기물을 줄이기 위해서 또는 슬러리 연료를 연료 시스템으로부터 플러싱하기 위해서, 엔진(100)이 슬러리 연료의 연소로부터 다른 유형의 연료의 연소로 전환될 수 있다.
연료 주입기 밸브(102)는, 연료 주입기 밸브(102)를 플러싱하기 위해서, 엔진(100)의 중단에 앞서서 슬러리 연료와 다른 연료를 이용하여 동작될 수 있다. 이는, 탄소계 고체 입자를 포함하지 않는 HDO 또는 MDO와 같은 연료를 이용하여, 탄소계 입자가 없도록 연료 파이프 및 연료 시스템의 다른 부품을 플러싱할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 연료 주입기 밸브(102)의 주기적인 유지보수가 실행될 수 있고, 미립자의 침착이 감소 및/또는 제거될 수 있다. 그러나, 많은 양의 MRC 연료가 고체가 되면, MRC 연료는 유동되지 않을 수 있고, 이는 플러싱에 의해서 주입기 채널로부터 제거하기 어려울 수 있다.
연료 유입구 포트(116)는 연료 공급 밸브(122)를 통해서 밸브 하우징(110) 내의 펌프 챔버(120)에 연결된다. 연료 공급 밸브(122)를 이하에서 더 구체적으로 설명할 것이다. 펌프 챔버(120)는 노즐 연료 도관(124)을 통해서 노즐(108)과 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 연료 공급 밸브(122)를 통과하지 않고 연료가 펌프 챔버(120)로부터 노즐(108)로 유동될 수 있도록, 노즐 연료 도관(124)이 연료 공급 밸브(122)를 우회한다. 다른 실시예에서, 연료가 연료 공급 밸브(122)를 통해서 펌프 챔버(120)로부터 노즐(108)로 유동될 수 있도록, 노즐 연료 도관이 연료 공급 밸브(122)로부터 노즐(108)까지 연장될 수 있다. 노즐 연료 도관(124)은 축(A-A)을 따라 길이방향으로 연장된다. 일부 실시예에서, 노즐 연료 도관(124)은 복수의 노즐 연료 도관(124)(미도시)을 포함할 수 있다. 복수의 연료 노즐 도관(124)은 노즐(108)에 전달되는 슬러리 연료의 유량을 높이기 위해서 이용된다. 일부 실시예에서, 펌프 챔버(120)와 노즐(108) 사이에서 유체 연통되는 2개의 노즐 연료 도관(124)이 있다. 이는, 낮은 연료 에너지 밀도를 가질 수 있는 슬러리 연료가 더 많은 부피로 노즐(108)에 제공될 수 있다는 것을 의미한다.
이제, 도 3을 참조하여 연료 노즐(108)을 더 구체적으로 설명할 것이다. 도 3은 연료 주입기 밸브(102)의 선단부의 횡단면적 측면도를 도시한다. 전술한 바와 같이, 노즐(108)은 연료 주입기 밸브(102)의 하우징(110)의 제1 단부(104)에 장착된다.
일부 실시예에서, 노즐(108)은, 하우징(110)의 제1 단부(104)에 장착되는 분리된 요소이다. 다른 실시예에서, 노즐(108)은 하우징(110)과 일체이다. 노즐(108)은 하나 이상의 연료 배출구 홀(140)을 갖는다. 연료 배출구 홀은 축(A-A)과 축방향으로 정렬될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 노즐(108)은, 노즐(108)에 걸쳐 반경방향으로 및/또는 축방향으로 분포된 복수의 노즐 보어(미도시)를 포함한다.
연료 주입기 밸브(102)의 하우징(110)은 길이방향 보어(132)를 포함한다. 길이방향 보어(132)는 연료 주입기 밸브(102)의 제1 단부(104)로부터 제2 단부(106)를 향해서 연장된다. 길이방향 보어(132)는 축(A-A)과 축방향으로 정렬된다.
이동 가능 밸브 니들(134)이 길이방향 보어(132) 내에 장착된다. 일부 실시예에서, 이동 가능 밸브 니들(134)이 길이방향 보어(132) 내에 활주 가능하게 수용된다. 이동 가능 밸브 니들(134)은 길이방향 축(A-A) 및 이동 가능 밸브 니들(134)의 길이방향 축을 따라 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 이동될 수 있다. 이동 가능 밸브 니들(134)의 이동 방향이 도 3에서 2개의 머리의 화살표에 의해서 도시되어 있다. 도 3은 이동 가능 밸브 니들(134)을 개방 위치에서 도시한다. 폐쇄 위치에서의 이동 가능 밸브 니들(134)의 가상의 표시가 도 3에서 점선에 의해서 도시되어 있다.
폐쇄 위치에서, 이동 가능 밸브 니들(134)의 선단부(136)가 니들 밸브 시트(138)에 반하여 접경된다. 즉, 폐쇄 위치에서, 밸브 니들(134)은 니들 밸브 시트(138) 상에 놓인다. 이동 가능 밸브 니들(134)은 (도 2에 도시된) 스프링(142)에 의해서 폐쇄 위치를 향해 편향된다. 니들 연료 챔버(144)는 이동 가능 밸브 니들(134)의 선단부(136)를 둘러싼다.
니들 연료 챔버(144)는 노즐 연료 도관(124)과 유체 연통된다. 이동 가능 밸브 니들(134)이 개방 위치에 있을 때, 니들 연료 챔버(144)는 길이방향 노즐 보어(146)와 유체 연통된다. 길이방향 노즐 보어(146)는 축(A-A) 및 길이방향 보어(132)와 축방향으로 정렬된다. 이는, 이동 가능 밸브 니들(134)이 개방 위치에 있을 때 슬러리 연료가 니들 연료 챔버(144)로부터 길이방향 보어(146)까지 유동될 수 있다는 것을 의미한다.
대조적으로, 이동 가능 밸브 니들(134)이 폐쇄 위치에 있을 때, 니들 선단부(136)는 니들 밸브 시트(138)에 반하여 밀봉되고, 니들 연료 챔버(144)는 길이방향 노즐 보어(146)로부터 밀봉된다. 따라서, 이동 가능 밸브 니들(134)이 폐쇄 위치에 있을 때, 슬러리 연료는 노즐 연료 도관(124) 및 니들 연료 챔버(144)로부터 길이방향 노즐 보어(146)까지 유동될 수 없다.
도 2를 다시 참조하면, 이동 가능 밸브 니들(134)이 니들 피스톤(148)에 커플링된다. 스프링(142)은 니들 피스톤(148)과 스프링 견부 부분(152) 사이에서 스프링 챔버(150) 내에 장착된다. 스프링(142)은 코일 스프링이고 니들 피스톤(148) 및 이동 가능 밸브 니들(134)을 제1 단부(104) 및 폐쇄 위치를 향해서 압박한다. 다른 실시예에서, 스프링(142)은 이동 가능 밸브 니들(134)을 폐쇄 위치를 향해서 압박하기 위한 다른 유형의 스프링 또는 임의의 적합한 수단일 수 있다.
이제, 작동 액체 구성에 대해서는 더 구체적으로 설명할 것이다. 연료 주입 피스톤(200)이 제1 보어(202) 내에 제공된다. 연료 주입 피스톤(200)은 실질적으로 원통형이고, 제1 보어(202)가 상응하게 성형된다. 연료 주입 피스톤(200) 및 제1 보어(202)는 축(A-A)과 축방향으로 정렬된다. 연료 주입 피스톤(200)은 제1 보어(202) 내에서 이동될 수 있다. 연료 주입 피스톤은 제1 보어(202) 내에서 축방향으로 활주될 수 있다. 연료 주입 피스톤(200)의 하부 표면(204)은 펌프 챔버(120) 내의 슬러리 연료에 인접하고 그와 접촉된다. 제1 보어(202) 내에서 이동되도록 그리고 슬러리 연료를 노즐 연료 도관(124)을 통해서 노즐(108)을 향해서 압박하도록, 연료 주입 피스톤(200)이 배열된다. 이하에서, 연료 주입 피스톤(200)의 기능을 이하에서 더 구체적으로 설명할 것이다.
연료 주입 피스톤(200)은, 제2 보어(208) 내에 위치된 작동 피스톤(206)에 커플링된다. 도 2에 도시된 바와 같은 연료 주입 피스톤(200) 및 작동 피스톤(206)은 동일 셔틀 피스톤(205)의 부품이다. 셔틀 피스톤(205)은, 제1 및 제2 보어(202, 208) 내에서 활주 가능하게 이동되는 하나의 일체형 요소이다.
일부 실시예에서, 작동 피스톤(206)이 제2 보어(208) 내에 제공된다. 일부 실시예에서, 제1 보어(202) 및 제2 보어(208)가 동일하다. 작동 피스톤(206) 및 제2 보어(208)는 축(A-A)과 축방향으로 정렬된다. 작동 피스톤(206)은 제2 보어(208) 내에서 이동될 수 있다. 작동 피스톤(206)은 제2 보어(208) 내에서 축방향으로 활주될 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 피스톤(206) 및 연료 주입 피스톤(200)이 일체형이거나 기계적으로 함께 커플링된다. 다른 실시예에서, 피스톤(200, 206)이 분리된 이동 가능 요소가 되도록, 작동 피스톤(206)이 연료 주입 피스톤(200)으로부터 이격될 수 있다.
작동 피스톤(206)의 상부 표면(210)은 작동 챔버(212) 내의 작동 액체에 인접하고 그와 접촉된다. 작동 액체는 작동 액체 저장용기(216)를 갖는 고압 유압 시스템의 일부이다. 작동 챔버(212)는 작동 액체 공급 도관(214)을 통해서 작동 액체 유입구 포트(114)와 유체 연통된다. 고압 작동 액체의 공급은 작동 제어 밸브(218)로 제어된다. 작동 제어 밸브(218)는 작동 챔버(212)로의 작동 액체의 유동을 선택적으로 제어한다. 작동 액체의 저장용기(216)는, 높은 맥동 압력의 작동 액체를 제공하기 위한 커먼 레일 시스템 또는 캠-샤프트 샤프트 시스템과 같은 기존 공급원일 수 있다. 이러한 방식으로, 작동 제어 밸브(218)는 고압 작동 액체가 작동 챔버(212)에 진입하는 때를 제어하고 연료 주입 피스톤(200)을 제1 단부(104)를 향해서 압박한다.
작동 피스톤(206)이 제2 단부(106)를 향해서 위쪽으로 이동될 때, 작동 액체는 저압 드레인 라인(미도시)을 통해서 작동 챔버(212)로부터 작동 액체 저장용기(216)로 역으로 방출된다. 이는, 후속 주입 사이클을 위해서 작동 액체가 재순환되고 재사용된다는 것을 의미한다.
다른 실시예에서, 작동 시스템은 연료 주입 피스톤(200)에 힘을 가하기 위한 임의의 적합한 수단일 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 액체가 또한 밀봉 액체이다. 이는, 밀봉 액체 저장용기(220)가 없고 밀봉 액체 저장용기가 또한 작동 액체 저장용기(216)라는 것을 의미한다. (도 2에 도시되지 않은) 일 실시예에서, 밀봉 제어 밸브(222)가 작동 액체 저장용기(216)에 커플링된다. 이는, 밀봉 제어 밸브(222)가 작동 액체를 밀봉 액체 유입구 포트(112)에 전달한다는 것을 의미한다. 대안적으로, 도관(미도시)이 밀봉 액체 유입구 포트(112)에 커플링되고, 작동 액체 저장용기(216), 작동 액체 제어 밸브(218) 및/또는 작동 액체 유입구 포트(114)와 같은 작동 액체 시스템의 구성요소와 유체 연통된다. 그러한 구성체(arrangement)에서, 밀봉 액체의 기능은, 밀봉 액체가 작동 액체라는 것을 제외하고, 전술한 것과 동일하다.
작동 피스톤(206)에 고압 또는 힘을 가하는 고압 작동 액체로 펌프 챔버(120) 내의 슬러리 연료를 가압하도록, 연료 주입 피스톤(200)이 배열된다.
슬러리 연료는, 연료 주입기 밸브(102)를 마모 및 손상시키는 내마모성 입자를 포함한다. 따라서, 밀봉 구성체가 제공되어, 슬러리 연료를 포함하는 연료 시스템을 연료 주입부의 다른 부품으로부터 밀봉한다. 밀봉 액체는 슬러리 연료를 분리하고 격리하기 위해서뿐만 아니라 이동 부품을 윤활하기 위해서 이용된다. 도 2 및 도 3을 참조하여 밀봉 액체 구성체를 더 구체적으로 설명할 것이다.
전형적으로, 석탄-물 슬러리 연료는 오일을 포함하지 않고, 그에 의해서 석탄-물 슬러리 연료의 밀봉 및 윤활 특성은 전형적으로 불충분하거나 존재하지 않는다. 선택적으로, 일부 실시예에서, 윤활 목적을 위해서 그리고 연료 주입기 밸브(102) 내로의 고체 입자의 진입을 방지하기 위해서, 밀봉 액체가 이동 부품을 위해 제공된다. 밀봉 액체는 또한 슬러지의 누적 및 임의의 침착물 내의 탄소계 입자의 축적을 방지할 수 있다.
밀봉 액체는 밀봉 제어 밸브(222)를 통해서 밀봉 오일 저장용기(220)로부터 밀봉 액체 유입구 포트(112)로 공급된다. 밀봉 액체 유입구 포트(112)는 밀봉 피스톤 도관(226)을 통해서 연료 주입 피스톤(200) 상의 홈(224)과 유체 연통된다. 홈(224)은 연료 주입 피스톤(200)의 외부 주변부의 원통형 표면 주위에 위치된다. 일부 실시예에서, 홈(224)은 원주방향 홈이다. 일부 실시예에서, 복수의 원주방향 홈(224)이 있을 수 있고, 그 각각은 연료 주입 피스톤(200)을 윤활 및 밀봉하기 위해서 밀봉 액체를 수용한다. 밀봉 액체는 하우징(110) 내의 제1 및/또는 제2 보어(202, 208)와 연료 주입 피스톤 또는 펌프 피스톤(200) 및/또는 작동 피스톤(206) 사이의 유격을 채운다. 이는 펌프 챔버(120)와 작동 액체 챔버(212) 사이의 유격을 밀봉한다.
연료 주입기 밸브(102)의 제1 단부(104)를 향해서 펌프 피스톤(200)의 상부 부분에 대한 유격보다 약간 더 큰 펌프 피스톤(200)의 하부 부분에 대한 전술한 유격을 선택함으로써, 밀봉 액체의 대부분은 그러한 유격을 통해서 펌프 챔버(120)를 향해서 유동된다. 과다 밀봉 액체는 펌프 챔버(120) 내의 슬러리 연료와 혼합될 것이고 연소될 것이다.
밀봉 액체 유입구 포트(112)는 또한 노즐 밀봉 액체 도관(230)을 통해서 이동 가능 밸브 니들(134) 주위의 적어도 하나의 원주방향 홈(228)과 유체 연통된다. 도 3을 참조하여, 노즐(108) 주위의 밀봉 구성체를 더 구체적으로 설명할 것이다.
도 3을 다시 참조하면, 노즐 밀봉 액체 도관(230)은 밀봉 액체 노즐 배출구(232)와 유체 연통된다. 밀봉 액체 노즐 배출구(232)는 이동 가능 밸브 니들(134) 상의 적어도 하나의 원주방향 홈(228)과 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 복수의 원주방향 홈(228a, 228b, 228c, 228d)이 이동 가능 밸브 니들(134) 상에 위치된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 4개의 원주방향 홈(228a, 228b, 228c, 228d)이 있다. 일부 실시예에서, 임의의 수의 원주방향 밀봉 홈이 있을 수 있다. 밀봉 액체는 이동 가능 밸브 니들(134)의 외부 표면의 유격과 길이방향 보어(132)의 표면 사이에서 밀봉 액체 노즐 배출구(232)로부터 빠져 나간다.
원주방향 홈(228a, 228b, 228c, 228d)은, 길이방향 보어(132)와 직접 접촉되는 또는 직접적으로 대면되는 이동 가능 밸브 니들(134)의 면 상에서 이동 가능 밸브 니들(134) 내부로 향하는 직사각형 또는 둥근 면을 가질 수 있다.
복수의 원주방향 홈(228a, 228b, 228c, 228d)이 이동 가능 밸브 니들(134)의 중간 부분(234) 내에 배치된다. 중간 부분(234)은 니들 연료 챔버(144)에 가장 근접한 길이방향 보어(132)의 부분과 실질적으로 일치된다. 원주방향 홈(228a, 228b, 228c, 228d)은 중간 부분(234)에 걸쳐 실질적으로 균일 간격으로 이격된다.
밀봉 액체를 갖는 원주방향 홈(228a, 228b, 228c, 228d)을 제공하는 구성체는, 이동 가능 밸브 니들(134)이 밸브 시트(138)와 관련하여 중앙의 동축적 위치에서 유지되게 하는 효과를 가지며, 그에 따라 이동 가능 밸브 니들(134)의 면과 길이방향 보어(132) 사이의 유격 내에 밀봉 액체를 제공하는 것은, 이러한 유격이 압축되지 않는 밀봉 액체에 의해서 점유되는 것을 촉진하고, 그에 따라 이동 가능 밸브 니들(134)이 길이방향 축(A-A)과 정렬된 위치로부터 이탈되는 것을 방지한다.
선택적으로, 이동 가능 밸브 니들(134)과 길이방향 보어(132) 사이의 밀봉을 증가시키기 위해서, 니들 연료 챔버(144) 내로의 밀봉 액체의 유동을 촉진할 수 있을 정도로 밀봉 액체의 압력이 충분할 수 있다. 이러한 방식으로, 밀봉 액체는 원주방향 홈(228a, 228b, 228c, 228d)으로부터 그리고 니들 시트(138) 상으로 배액된다. 이는 밀봉 액체가 니들 연료 챔버(144) 내의 슬러리 연료와 혼합되게 한다. 일부 실시예에서, 밀봉 액체는 슬러리 연료보다 더 용이하게 연소되는 디젤 오일과 같은 액체 탄화수소 오일이다. 그에 따라, 연료 챔버(144) 내로 배액되는 밀봉 액체는 연소 챔버(300) 내에서 슬러리 연료의 연소를 촉진할 수 있다.
도 7을 참조하면, 추가적인 실시예를 이제 설명할 것이다. 도 7은 연료 주입기 밸브(102)의 노즐(108)의 부분적 횡단면을 도시한다. 선택적으로, 니들 밸브 시트(138) 및 노즐 밀봉 액체 도관(230)과 유체 연통되는 부가적인 도관(700)이 존재한다. 밀봉 액체를 니들 밸브 시트(138) 내의 슬러리 연료에 부가함으로써, 밀봉 액체는, 슬러리 연료가 연소 챔버(300) 내로 주입되기 바로 전의 순간에 슬러리 연료에 부가된다. 이는, 밀봉 액체가 슬러리 연료에 부정적인 영향을 미치는 최소량의 시간을 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 디젤 오일이 미세 정제 탄소(MRC) 슬러리 연료에 부정적인 영향을 미칠 수 있고 불안정하게 할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 부가적인 도관(700)이 니들 연료 챔버(144)와 유체 연통된다. 부가적인 도관(700)과 니들 연료 챔버(144) 사이의 연결은 도시되어 있지 않다. 이러한 방식으로, 부가적인 도관(700)은 노즐 밀봉 액체 도관(230)을 니들 연료 챔버(144)에 연결한다. 이는, 노즐 밀봉 액체 도관(230)이 밀봉 액체를 니들 밸브 시트(138) 및/또는 니들 연료 챔버(144)에 제공한다는 것을 의미한다. 비록 하나의 부가적인 도관(700)이 도 7에 도시되었지만, 다른 실시예에서, 복수의 부가적인 도관(700)이 노즐 밀봉 액체 도관(230)과 니들 밸브 시트(138), 니들 연료 챔버(144), 및/또는 노즐(108)의 임의의 다른 부품 사이의 유체 연통을 위해서 제공된다.
전술한 바와 같이, 밀봉 액체는 전형적으로, 슬러리 연료보다 용이하게 연소되는 더 경질의 탄화수소이다. 이는, 밀봉 액체가, 슬러리 연료의 연소성을 개선하기 위한 파일롯 연료(pilot fuel)로서 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 밀봉 액체의 공급원(220)에 의해서 공급되는 밀봉 액체가 윤활성 및 점화성 성능을 개선하기 위해서 이용될 수 있다. 결과적으로, 윤활제의 부족으로 인해서 니들 시트(138)에 대항하여 삭마되는 이동 가능 밸브 니들(134) 및 선단부(136)의 마모가 제한된다.
일부 실시예에서, 니들 연료 챔버(144) 및/또는 니들 밸브 시트(138)로의 밀봉 액체의 유량이 변경 및 제어될 수 있다. 이는, 파일롯 연료로서 사용되는 밀봉 액체의 양이 슬러리 연료의 특성에 따라 조정될 수 있다는 것을 의미한다.
이제, 도 4을 참조하여 연료 주입기 밸브(102)에서 사용하기 위한 연료 공급 밸브(122)를 더 구체적으로 설명할 것이다. 도 4는 연료 주입기 밸브(102)의 개략도이다. 명료함을 위해서, 밀봉 액체 그리고 상응하는 밸브 및 도관은 도시하지 않았다. 이동 가능 밸브 니들(134) 및 그에 상응하는 노즐(108) 내의 구조적 특징부가 또한 명료함을 위해서 생략되었다.
연료 공급 밸브(122)는 연료 주입기 밸브(102) 내로의 슬러리 연료의 유동을 제어한다. 일부 실시예에서, 연료 공급 밸브(122)는 연료 주입기 밸브(102)의 내측에 장착된다. 다른 실시예에서, 연료 공급 밸브(122)는 연료 저장용기(118) 및 펌프 챔버(120) 사이에 장착된다. 일부 실시예에서, 연료 공급 밸브(122)는 일방향 밸브이다. 이는, 슬러리 연료가 연료 주입기 밸브(102) 내로만 유동될 수 있다는 것을 의미한다. 대안적으로, 연료 공급 밸브(122)가 2방향 밸브이나, 연료 공급 밸브(122)는, 펌프 챔버(120) 내의 압력이 연료 유입구 포트(116) 내의 슬러리 연료의 압력보다 낮을 때에만 개방되도록 선택적으로 제어된다.
연료 공급 밸브(122)는 연료 유입구 포트(116) 및 펌프 챔버(120) 사이에서 유체 연통된다. 일부 실시예에서, 연료 유입구 포트(116)는 연료 공급 밸브(122) 내에 배열된다. 대안적으로, 연료 유입구 포트(116)는 연료 공급 밸브(122)로부터 이격된다.
슬러리 연료는 일부 실시예에서 1 바아 내지 20 바아의 압력으로 가압된다. 다른 실시예에서, 슬러리 연료는 6 바아 내지 15 바아의 압력을 갖는다. 3개의 분리된 액체가 연료 주입기 밸브(102)에 공급된다는 것을 주목할 수 있을 것이다. 밀봉 액체, 작동 액체, 및 슬러리 연료 모두가 상이한 압력들을 갖는다. 상이한 압력들은 밀봉 액체, 작동 액체 및 슬러리 연료의 상이한 기능들을 수용하기 위해서 제공될 수 있다.
연료 공급 밸브(122)는 연료 유입구 포트(116)를 통해서 연료 저장용기(118)와 유체 연통되는 공급 밸브 연료 유입구(302)를 포함한다. 공급 밸브 연료 유입구(302)는 슬러리 연료가 연료 공급 밸브(122) 내로 유동될 수 있게 허용하도록 배열된다. 연료 공급 밸브(122)는 연료 주입기 밸브(102)를 통해서 노즐(108)과 유체 연통되는 공급 밸브 연료 배출구(304)를 더 포함한다. 그러나, 앞서 주목한 바와 같이, 일부 실시예에서, 연료 공급 밸브(122)를 통과하지 않고 연료가 펌프 챔버(120)로부터 노즐(108)로 유동될 수 있도록, 노즐 연료 도관이 연료 공급 밸브(122)를 우회하고, 그에 따라 공급 밸브 연료 배출구(304)가 생략될 수 있다. 연료 공급 밸브(122)는 또한 연료 주입기 밸브(102)의 펌프 챔버(120)와 유체 연통되는 펌프 챔버 포트(306)를 포함한다.
연료 공급 밸브(122)는 연료 공급 밸브 하우징(310) 내의 밸브 챔버 내에 장착된 공급 밸브 이동 가능 요소(308)를 포함한다. 공급 밸브 이동 가능 요소(308)는 일부 실시예에서 이동 가능 밸브 게이트(308)이다. 이동 가능 밸브 게이트(308)는 연료 공급 밸브(122) 내에서 하나 이상의 슬러리 연료 유동 경로를 형성하도록 선택적으로 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브 게이트(308)는 이동 가능 슬러리 연료 유동 경로를 갖는 도관을 포함한다. 다른 실시예에서, 밸브 게이트(308)는 슬러리 연료의 유동을 제1 슬러리 연료 경로와 제2 슬러리 연료 경로 사이에서 전환하는 중실형 요소(solid element)이다.
밸브 게이트(308)는, 공급 밸브 연료 유입구(302)가 제1 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트(306)와 유체 연통되는 제1 위치와, 공급 밸브 연료 배출구(304)가 제2 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트(306)와 유체 연통되는 제2 위치 사이에서, 밸브 챔버 내에서 이동될 수 있다.
이러한 방식으로, 밸브 게이트(308)는 공급 밸브 연료 유입구(302)로부터 펌프 챔버(120)로의 슬러리 연료의 유동을 선택적으로 제어한다. 또한, 연료 공급 밸브(122)는, 펌프 챔버(120)가 연료 유입구 포트(116) 또는 연료 주입기 밸브(102)의 노즐(108)에 연결되는 지의 여부를 선택적으로 제어한다. 제1 위치에서, 연료 공급 밸브(122)는 연료 유입구 포트(116)에 대해서 개방되고 슬러리 연료가 펌프 챔버(120) 내로 유동될 수 있게 한다. 제2 위치에서, 연료 공급 밸브(122)는 연료 유입구 포트(116)에 대해서 폐쇄되고 슬러리 연료가 펌프 챔버(120) 내로 유동되지 않게 한다.
연료 공급 밸브(122)의 기능을 이제 설명할 것이다. 제1 충진 페이즈(phase)에서, 밸브 게이트(308)가 제1 위치에 있고 슬러리 연료는 연료 공급 밸브(122)를 통해서 펌프 챔버(120) 내로 유동된다. 슬러리 연료의 압력은 연료 주입 피스톤(200)을 제2 단부(106)를 향해서 위쪽으로 밀 정도로 충분하다. 연료 주입 피스톤(200) 및 작동 피스톤(206)이 제2 단부(106)까지 위쪽으로 밀림에 따라, 작동 챔버(212) 내의 작동 액체의 일부가 작동 액체 저장용기(216) 내로 역으로 유동된다.
제2 밸브 차단 페이즈에서, 펌프 챔버(120)가 슬러리 연료로 만충된다. 이러한 스테이지에서, 연료 공급 밸브(122)의 밸브 게이트(308)가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동된다. 연료 유입구 포트(116)는 펌프 챔버(120)와 더 이상 유체 연통되지 않는다. 공급 밸브 이동 가능 요소(308)가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동될 때, 이동 가능 요소는 펌프 챔버(120) 내로의 슬러리 연료의 유동에 반대되는 힘을 실질적으로 가하지 않는다. 이는, 슬러리 연료가 낮은 압력에서 유지될 수 있고, 연료 공급 밸브(122)를 개방 및 폐쇄하는 작용은 슬러리 연료의 압력을 증가시키지 않는다. 이는, 연료 공급 밸브(122)가 슬러리 연료에 최소의 부가적 압력을 가한다는 것, 그리고 비-뉴튼 슬러리 연료가 고체 연료 입자를 침전 또는 응집시킬 수 있는 기회를 제한한다는 것을 의미한다. 이는, 슬러리 연료가 연료 공급 밸브(122) 또는 펌프 챔버(120)를 막아서 연료 공급 밸브(122)가 불발되게 하는 것을 방지한다.
일부 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 밸브 게이트(308)의 반대되는 힘은 170 N 미만이다. 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 밸브 게이트(308)의 반대되는 힘은 150 N 미만이다. 또한 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 이동 가능 요소(308)의 반대되는 힘은 100 N 미만이다. 또한 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 밸브 게이트(308)의 반대되는 힘은 50 N 미만이다. 또한 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 밸브 게이트(308)의 반대되는 힘은 25 N 미만이다. 또한 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 밸브 게이트(308)의 반대되는 힘은 10 N 미만이다. 또한 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 이동 가능 요소(308)의 반대되는 힘은 5 N 미만이다. 또한 추가적인 실시예에서, 슬러리 연료의 유동에 반하는 밸브 게이트(308)의 반대되는 힘은 대략적으로 0 N이거나 0 N이다.
제3 주입 페이즈에서, 작동 액체 제어 밸브(218)가 개방되고, 고압 작동 액체가 작동 챔버(212) 내로 신속하게 유동된다. 작동 액체의 압력이 펌프 챔버(120) 내의 슬러리 연료보다 상당히 더 높은 압력이기 때문에, 힘이 연료 주입 피스톤(200)을 제1 단부(104)를 향해서 신속하게 압박한다. 이는, 슬러리 연료가 가압되게 하고 니들 연료 챔버(144) 내로 강제되게 한다. 일부 실시예에서, 이는 슬러리 연료가 고압에 노출되는 유일한 시간이고, 그에 따라 슬러리 연료의 침전 또는 응집의 기회를 제한한다. 슬러리 연료의 압력은 니들 피스톤(148)이 후퇴되게 하고 이동 가능 니들 밸브(134)를 개방 위치로 이동시킨다. 이어서, 슬러리 연료가 연소 챔버(300) 내로 밀려난다.
제4 밸브 개방 페이즈에서, 스프링(142)은 니들 피스톤(148) 및 이동 가능 밸브 니들(134)을 폐쇄 위치로 압박한다. 연료 공급 밸브(122)의 밸브 게이트(308)는 제1 위치로 이동된다. 이어서, 사이클이 제1 충진 페이즈로 다시 시작된다.
일부 실시예에서, 연료 공급 밸브가 모터 및 전자 제어 시스템으로 작동된다. 다른 실시예에서, 연료 공급 밸브는, 엔진 타이밍에 커플링되고 동기화된 기어링 시스템으로 작동된다. 다른 실시예에서, 연료 공급 밸브는 밸브 게이트(308)를 작동 및 이동시키기 위한 임의의 적합한 수단으로 작동된다.
이제 도 5를 참조하여, 연료 주입기 밸브(500)의 연료 공급 밸브(502)의 다른 실시예를 설명할 것이다. 도 5는 연료 주입기 밸브(500)의 부분 절취 사시도를 도시한다.
연료 주입기 밸브(500)는 이전의 실시예를 참조하여 설명한 바와 같은 연료 주입기 밸브(102)와 유사하다. 연료 주입기 밸브(500)는, 이하에서 이제 더 구체적으로 설명되는 상이한 구조의 연료 공급 밸브(502)를 포함한다.
연료 주입기 밸브(500)는 이동 가능 카트리지(504)를 포함한다. 이동 가능 카트리지(504)는 밸브 게이트를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 이동 가능 카트리지(504)는 일부 실시예에서 연료 주입기 밸브(500)의 길이방향 축(B-B)을 중심으로 회전될 수 있다. 회전 가능 카트리지(504)는, 회전 가능 카트리지(504) 주위에 원주방향으로 분포된 복수의 챔버(506)를 포함한다. 도 5는 축(B-B)을 중심으로 이격된 3개의 챔버(506)를 도시한다. 그러나, 다른 실시예에서, 카트리지(504) 내에 임의의 수의 챔버가 있을 수 있다. 예를 들어, 2개의 챔버(506) 또는 4개의 챔버(506)가 있을 수 있다.
회전 가능 카트리지(504)는 왕복 카트리지 챔버(520) 내의 베어링 표면(미도시) 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 카트리지 챔버(520)는 회전 가능 카트리지(504)가 내부에서 자유롭게 회전되게 한다. 카트리지 챔버(520)는 하우징(110)의 측벽(522)에 의해서 형성된다. 카트리지 챔버(520)의 상부 표면(524)은 주입기 연료 밸브 캡(516)에 의해서 제공된다. 카트리지 챔버(504)의 하부 표면(526)은 중간 벽(528)에 의해서 형성된다. 회전 가능 카트리지(504)의 베어링 표면은 하부 및 상부 표면(526, 524) 상에 각각 위치된다.
각각의 챔버(506)는, 축(B-B)과 실질적으로 평행한 길이방향 보어(508)를 포함한다. 일부 실시예에서, 길이방향 보어(508)는 개방형 보어이고, 그에 따라 슬러리 연료가 하부측으로부터 보어 내로 진입할 수 있고 작동 액체는 위로부터 보어에 진입할 수 있다. 연료 주입 피스톤(510) 및 작동 피스톤(512)이 각각의 길이방향 보어(508) 내에 제공된다. 연료 주입 피스톤(510) 및 작동 피스톤(512)은 동일 셔틀 피스톤(518)의 부품이고 길이방향 보어 내에 활주 가능하게 배치된다. 챔버(506) 및 연료 주입 피스톤(510) 및 작동 피스톤(512)의 각각의 배열은 이전의 실시예와 관련하여 설명한 연료 주입 밸브(102)와 동일하다. 이러한 방식으로, 챔버(506)가 펌프 챔버(120) 및 작동 챔버(212)와 유사한 것으로 간주될 수 있다.
이전의 실시예와 유사하게, 선택적으로, 펌프 챔버(120) 및 작동 챔버(212)를 윤활 및 밀봉하기 위해서 밀봉 액체가 제공된다. 또한, 하나 이상의 회전 카트리지 밀봉 액체 도관이 제공되어 회전 가능 챔버(504)를 밀봉 및 윤활할 수 있다. 하나 이상의 회전 카트리지 밀봉 액체 도관은 하부 및 상부 표면(526, 524) 상의 베어링 표면에서 제공된다. 이는, 밀봉 액체가 회전 카트리지(504) 상의 각각의 펌프 챔버(120)의 주변부의 립(lip) 주위에 제공되고, 슬러리 연료가 회전 카트리지의 회전 메커니즘을 오염시키는 것을 방지한다.
작동 피스톤(512)은 작동 액체 포트(514)을 통해서 고압 작동 저장용기(216)와 유체 연통된다. 작동 액체 포트(514)는 주입기 연료 밸브 캡(516) 내에 위치된다. 주입기 연료 밸브 캡(516)은 하우징(110)에 장착될 수 있다. 작동 액체의 기능 및 구성체는 전술한 실시예와 동일하다.
회전 가능 카트리지(504)는 회전되고, 각각의 챔버(506)를 작동 액체 포트(514), 공급 밸브 연료 유입구 및 공급 밸브 연료 배출구에 대한 상이한 상대적인 위치에 순차적으로 배치한다. 공급 밸브 연료 유입구, 및 공급 밸브 연료 배출구, 및 연료 밸브 주입기(500)를 통한 그 각각의 유체 연결부는 이전에 설명한 연료 밸브 주입기(102)와 동일하다.
제1 회전 위치에서, 펌프 챔버(120)가 공급 밸브 연료 유입구와 유체 연통되도록, 회전 가능 카트리지(504)가 배치된다. 연료 유입구 포트(116)는 연료 저장용기(118)로부터 연료를 수용하고, 연료 유입구 포트(116)는 공급 밸브 연료 유입구와 유체 연통된다.
슬러리 연료가 회전 카트리지(504)의 제1 챔버(506)의 펌프 챔버(120) 내로 유동될 때, 슬러리 연료는 저압에서 유지된다. 슬러리 연료가 연료 공급 밸브(502)에 진입할 때, 슬러리 연료는 6 바아 내지 15 바아의 압력에서 유지된다.
제2 회전 위치에서, 회전 카트리지(504)의 제1 챔버(506)의 펌프 챔버(120)가 공급 밸브 연료 배출구와 정렬되도록, 회전 가능 카트리지(504)가 회전된다. 동시에, 작동 챔버(212)가 작동 액체 포트(514)와 정렬된다. 제2 위치에서, 연료 주입기 밸브는 펌프 챔버(120) 내의 슬러리 연료를 노즐(108)에 격발(fire) 및 구동하도록 준비한다. 노즐(108)의 구성체는 이전의 실시예를 참조하여 설명된 것과 동일하다.
일부 실시예에서, 이어서, 회전 카트리지(504)의 제1 챔버(506)는 제1 회전 위치로 역으로 회전되고, 그에 따라 펌프 챔버(120)는 다시 충진될 준비가 된다.
선택적으로, 회전 카트리지는 회전 카트리지(504)의 제1 챔버(506)를 제3 회전 위치로 이동시킨다. 제3 위치에서, 회전 가능 카트리지는 플러싱 포트(미도시)와 정렬된다. 플러싱 포트는, 제2 위치와 제1 위치 사이에서 펌프 챔버(120) 및 작동 챔버(212)를 플러싱하는 플러싱 매체 시스템(미도시)에 연결된다. 플러싱 매체 시스템은 플러싱 액체를 회전 가능 카트리지(504)에 전달한다. 다시 말해서, 플러싱 스테이지는 충진 스테이지와 주입 스테이지 사이에서 발생된다.
이는, 연료가 챔버 내측에 누적되고 막힘을 유발할 가능성을 줄인다. 플러싱 시스템은 플러싱 매체를 셔틀 피스톤(518)의 상단부 및 하단부 모두에 전달한다.
일부 실시예에서, 플러싱 액체가 먼저 펌프 챔버(120) 내의 셔틀 피스톤(518)의 하단부에 제공되어, 셔틀 피스톤(518)을 상사점 위치로 강제한다. 챔버(506)의 상단부 상에 또는 그러한 상단부에 위치되는 잔류 작동 액체가 수집되고 작동 액체 저장용기(216)로 전달된다. 작동 액체의 수집은 이전의 실시예에 대해서 설명된 바와 같은 프로세스와 유사하다. 이어서, 플러싱 매체가 상단 챔버 내로 펌핑되어, 피스톤을 하사점까지 강제하고 플러싱 매체를 하부 챔버로부터 배출시킨다.
도 5에 도시된 바와 같은 회전 카트리지(504)는 3개의 각각의 회전 위치를 갖는 3개의 챔버(506)를 포함한다. 그러나, 더 많은 수의 회전 위치 및 챔버(506)가 있을 수 있다. 이는, 예를 들어, 저압 슬러리를 펌프 챔버(120) 내로 충진하는 것이 주입 프로세스 중에서 가장 느린 단계인 경우에, 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 회전 카트리지(504)는 엔진(100)으로부터의 서보 오일 시스템(미도시)으로부터의 유압 오일을 이용하여 회전된다. 이러한 방식으로, 회전 가능 카트리지(504)의 타이밍이 엔진(100)의 속력에 의해서 구동된다. 스퍼 기어(미도시)에 연결된 유압 피스톤(미도시)은 회전 카트리지(504)가 축(B-B)을 중심으로 회전될 수 있게 한다. 기어형 시스템(미도시)은, 제1, 제2, 및 제3 회전 위치에서 챔버(506)가 그 각각의 충진 및 연료 방출 포트와 정렬되도록 보장한다. 또한, 기어형 시스템은 양호한 밀봉이 유지되도록 보장할 수 있다.
회전 가능 카트리지(504)의 회전은, 슬러리 연료가 각각의 챔버(506) 내에서 선택적으로 제어되도록 보장한다. 회전 가능 카트리지(504)의 회전은 펌프 챔버 내로의 슬러리 연료의 유동 방향에 대해서 실질적으로 횡방향이다. 회전 가능 카트리지(504)의 회전은 슬러리 연료의 유동을 가로질러 회전된다. 이는, 회전 가능 카트리지(504)의 회전이 슬러리 연료에 가하는 힘이 최소라는 것을 의미한다.
대안적인 실시예에서, 회전 가능 카트리지(504)는 다른 수단, 예를 들어 별도의 모터 및 전자 제어 시스템으로 회전된다. 회전 가능 카트리지는, 카트리지(504)를 상이한 위치들 사이에서 회전시키기 위한 임의의 다른 적합한 수단으로 동작될 수 있다.
이제, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 다른 실시예를 설명할 것이다. 도 6a 내지 도 6c는 연료 주입 밸브(102)의 연료 공급 밸브(122)의 부분 횡단면 측면도이다. 도 6a 내지 도 6c는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동되는 연료 공급 밸브(122)의 순차적인 단계들이다.
연료 주입기 밸브(102)는, 연료 공급 밸브(122) 및 펌프 챔버(120)의 형태를 제외하고, 도 2에 도시된 것과 동일하다.
연료 공급 밸브(122)는 연료 주입기 밸브(102)의 하우징(110)과 일체이다. 연료 공급 밸브(122) 및 펌프 챔버(120)의 구조가 변경되었고, 이제 이를 더 구체적으로 설명할 것이다.
도 6a에서, 연료 공급 밸브(122)는 제2 위치에 있고, 그러한 제2 위치에서 연료 유입구 포트(116) 및 공급 밸브 연료 유입구(302)는 펌프 챔버(120)와 유체 연통되지 않고, 공급 밸브 연료 배출구(304)는 노즐(108)과 유체 연통된다. 이동 가능 요소(308)가 연료 공급 밸브 시트(600)에 안착되고, 이는 연료 유입구 포트(116)(그리고, 일부 실시예에서, 공급 밸브 연료 배출구(304))를 펌프 챔버(120)로부터 차단한다. 즉, 일부 실시예에서, 연료 공급 밸브(122)가 제2 위치에 있을 때 공급 밸브 연료 배출구(304)가 펌프 챔버(120)와 유체 연통되고, 다른 실시예에서, 연료 공급 밸브(122)가 제2 위치에 있을 때 공급 밸브 연료 배출구(304)는 펌프 챔버(120)와 유체 연통되지 않는다. 최소의 정적 및 동적 마찰을 생성하도록, 그에 따라 슬러리 연료가 밸브 게이트(308)를 밀 수 있도록, 이동 가능 요소(308)가 배열된다.
밸브 게이트(308)는 유입구 표면(602) 및 챔버 표면(604)을 포함한다. 유입구 표면(602)의 표면적은 챔버 표면(604)의 표면적보다 작다. 따라서, 연료 공급 밸브(122)는 차등 면적 밸브(differential area valve)이다.
슬러리 연료는 연료 유입구 포트(116)에서 연료 공급 밸브(122)에 진입한다. 펌프 챔버(120)는 도 6a에서 비어 있다. 이는, 유입구 표면(602)에 가해지는 연료의 압력(Pfuel)이 펌프 챔버(120) 내의 챔버 표면(604)에 가해지는 압력(Pchamber)보다 크다는 것을 의미한다. 따라서, 슬러리 연료의 압력은 도 6a에 도시된 바와 같은 화살표의 방향으로 힘을 가한다.
도 6b에서, 유입구 표면(602)에 대한 슬러리 연료의 결과적인 압력의 힘(Pf)이 밸브 시트(600)의 외측으로 밸브 게이트(308)를 이동시킨다. 이는, 연료 공급 밸브(122)가 제2 위치로부터 제1 위치로 이동된다는 것을 의미한다. 이제, 연료 유입구 포트(116) 및 공급 밸브 연료 배출구(304)가 펌프 챔버 포트(306)와 유체 연통된다. 슬러리 연료가 펌프 챔버(120) 내로 유동된다.
슬러리 연료는 펌프 챔버(120) 내로 그리고 또한 스풀 밸브 도관(606) 내로 유동된다. 스풀 밸브 도관(606)은 이동 가능 요소(308)의 일부 및 챔버 표면(604)을 수용하고, 펌프 챔버(120)와 유체 연통된다. 따라서, 펌프 챔버(120)가 슬러리 연료로 충진됨에 따라, 스풀 밸브 도관(606)이 또한 슬러리 연료로 충진된다.
이동 가능 밸브 요소(308)에 대한 결과적인 힘(R)은 유입구 표면(602)에 가해지는 힘:
Finlet = Pfuel x Ainlet
그리고 챔버 표면(604)에 가해지는 힘:
Fchamber = Pchamber x Achamber 에 의해서 결정된다.
이는, Finlet > Fchamber일 때, 결과적인 힘이 밸브 게이트(308)를 제1 위치로 압박하고, 그러한 제1 위치에서 연료 공급 밸브는 슬러리 연료가 펌프 챔버(120) 내로 들어갈 수 있게 한다.
펌프 챔버(120)가 충진됨에 따라, 슬러리 연료가 공급 밸브 연료 유입구(302) 및 펌프 챔버(120) 모두 그리고 스풀 밸브 도관(606) 내에 존재한다. 압력이 밸브 게이트(308)의 양 측면에서 같아질 때,
Finlet < Fchamber가 된다.
따라서, 밸브 게이트(308) 상의 결과적인 힘은, 도 6c에 도시된 바와 같이, 밸브 게이트(308)가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동되게 한다. 이동되는 밸브 게이트(308)의 관성은, 밸브 게이트(308)가 연료 공급 밸브 시트(600) 내에 안착되는 것 그리고 연료 슬러리의 유동을 차단하는 것을 보장한다. 일부 실시예에서, 선택적으로, 연성 스프링(미도시)이 제공되어 이동 가능 요소를 제2 위치를 향해서 압박할 수 있다. 연성 스프링은, 게이트를 도 6a 및 도 6c에 도시된 바와 같은 원래의 위치로 복귀시키기 위해서 게이트(308)에 약한 힘을 가하도록 구성된다.
이제, 펌프 챔버(120)는 슬러리 연료로 만충되고, 공급 밸브 연료 배출구(304) 및 노즐(108)은 펌프 챔버(120)와 유체 연통된다. 이는, 펌프 피스톤(200)이, 연소를 위해서 준비된 노즐(108)에 슬러리 연료를 주입할 수 있다는 것을 의미한다.
이는, 슬러리 연료의 압력이 연료 공급 밸브(122)의 작동을 위해서 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 이는, 슬러리 연료가 노즐(108)로 구동될 때, 슬러리 연료가 연료 주입기 밸브(102) 내의 고압에만 노출된다는 것을 의미한다. 이는, 비-뉴튼 슬러리 연료가 연료 시스템에서 부정적으로 거동할 수 있는 기회를 제한한다.
연료 주입기 밸브(102)의 다른 단계 및 연료 주입기 밸브(102)의 구조적 특징은 이전의 실시예와 관련하여 전술한 것과 동일하다.
도 8은 다른 실시예에 따른 연료 주입기 밸브의 횡단면 개략 측면도를 도시한다. 도 8의 연료 주입기 밸브(800)는 슬러리 연료 주입기 밸브이고, 자체가 본 발명의 실시예인 연료 공급 밸브(822)를 포함한다. 연료 공급 밸브(822)의 횡단면적 개략 측면도가 도 9에 도시되어 있다. 연료 주입기 밸브(800)의 개요가 먼저 제공되고, 그 구성 부품에 관한 더 상세한 설명이 후속된다.
연료 주입기 밸브(800)는 도 2의 연료 공급 밸브(102)와 유사하고, 간결함을 위해서 그 둘 사이의 차이에 주로 초점을 맞춰 여기에서 설명할 것이다.
연료 주입기 밸브(800)는 노즐(808)을 포함하고, 사용 시에 슬러리 연료가, 엔진의 연소 챔버를 향해서, 그러한 노즐을 통해서 주입기 밸브(800)를 빠져 나간다. 엔진은, 해양 엔진과 같은, 전술한 임의의 유형의 엔진일 수 있다.
연료 주입기 밸브(800)는 또한 하우징(810), 하우징(810) 내의 펌프 공동(860), 및 펌프 공동(860)을 펌프 챔버(820) 및 작동 챔버(812)로 분할하는 유체-작동 가능 펌프 요소(805)를 포함한다. 펌프 챔버(820)는 연료 공급 밸브(822)로부터 슬러리 연료를 수용하기 위한 것이다. 작동 챔버(812)는, 사용 시에 펌프 요소(805)에 작용하여 슬러리 연료를 펌프 챔버(820)로부터 노즐(808)로 펌핑하기 위해서, 작동 액체를 수용하기 위한 것이다. 이러한 프로세스가 이하에서 더 구체적으로 설명된다.
이러한 실시예에서, 유체-작동 가능 펌프 요소(805)는, 펌프 공동(860) 내에서 활주 이동될 수 있는 셔틀 피스톤(805)이다. 셔틀 밀봉 오일은, 펌프 공동(860) 내로 개방된 셔틀 밀봉 오일 유입구(809)로부터, 셔틀 피스톤(805)과 펌프 공동(860)의 표면 사이의 유격에 전달된다. 셔틀 밀봉 오일은 셔틀 피스톤(805)을 윤활하고, 작동 챔버(812)를 펌프 챔버(820)로부터 격리시키는데 도움을 준다.
셔틀 피스톤(805)은 펌프 챔버(820) 내에 활주 가능하게 장착되고 사용 시에 슬러리 연료에 힘을 가하도록 배열되는 펌프 피스톤(801); 및 펌프 피스톤(801)에 커플링되고 사용 시에 펌프 피스톤(801)에 힘을 전달하도록 배열된 작동 피스톤(807)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 펌프 피스톤(801) 그리고 사실상 전체 셔틀 피스톤(805)이 따라서 이동하는 축은 주입기(800)의 길이방향 축으로부터 오프셋된다. 일부 실시예에서, 유체-작동 가능 펌프 요소(805)는 셔틀 피스톤이 아닐 수 있고, 펌프 공동(860) 내에서 활주 이동되지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 펌프 요소(805)가 격막 펌프의 격막일 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프 요소(805)는, 기계적 구동기에 의해서 작동될 수 있는 것과 같이, 유체-작동가능한 것이 아닐 수 있다.
연료 주입기 밸브(800)는, 연료 공급 밸브(822)의 연료 유입구(802)와 유체 연통되도록 펌프 챔버(820)를 선택적으로 배치하기 위한 연료 공급 밸브(822)를 더 포함한다. 이제, 도 8을 계속 참조하여 연료 공급 밸브(822)를 더 구체적으로 설명할 것이다.
연료 공급 밸브(822)는, 슬러리 연료 저장용기와 유체 연통되는 연료 유입구(802)를 포함한다. 슬러리 연료 저장용기는 도 8에 도시되어 있지 않으나, 예로서, 슬러리 연료 저장용기(들)에 관한 전술한 구성체 중 임의의 구성체가 이용될 수 있다.
연료 공급 밸브(822)는 또한 연료 주입기 밸브(800)의 노즐(808)과의 유체 연통을 위한 연료 배출구(804)를 더 포함한다. 이러한 실시예에서, 연료 배출구(804)는 하나의 또는 복수의 노즐 연료 도관(824)을 통해서 니들 연료 챔버(844)와 유체 연통된다. MRC가 비교적 작은 열량의 특성을 가지기 때문에, 특정한 양의 동력을 생성하기 위해서 상대적으로 더 많은 연료가 요구된다. 하나 초과의 노즐 연료 도관(824)을 제공하는 것은, 더 많은 MRC가 노즐(808)에 도달할 수 있게 하고 그에 따라 주입-사이클-당-에너지를 증가시킬 수 있게 한다. 엔진 내에 하나 초과의 연료 주입기 밸브(800)를 제공하는 것은 또한 더 많은 MRC가 연료 주입기 밸브(800)의 각각의 노즐(808)에 도달하게 할 수 있고 그에 따라 엔진의 사이클 당 에너지를 증가시킬 수 있게 한다.
니들 연료 챔버(844) 및 노즐 연료 도관(들)(824)의 구성체는 도 2의 연료 주입기 밸브(102)의 구성체에 실질적으로 상응하고, 그에 따라 간결함을 위해서 설명하지 않을 것이다.
연료 공급 밸브(822)는 또한 펌프 챔버(820)와 유체 연통되는 펌프 챔버 포트(806)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 펌프 챔버 포트(806)는 펌프 챔버(820)와 영구적으로 유체 연통되나, 다른 실시예에서, 펌프 챔버 포트(806)와 펌프 챔버(820) 사이의 유체 유동을 제어하도록 밸브가 제공될 수 있다.
연료 주입기 밸브(800)는 작동 액체 유입구(850)를 가지며, 그러한 작동 액체 유입구를 통해서 작동 액체가 작동 챔버(812) 내로 수용되고, 그에 의해서 사용 시에 펌프 요소(805)에 작용하여 슬러리 연료를 펌프 챔버(820)로부터 노즐(808)로 펌핑한다. 연료 주입기 밸브(800)는 또한 작동 액체 배출구(852)를 가지며, 슬러리 연료로 펌프 챔버(820)를 충진하고 펌프 요소(805)가 이동될 때 작동 챔버(812)의 부피가 감소됨에 따라, 그러한 작동 액체 배출구를 통해서 작동 액체가 연료 주입기 밸브(800)로부터 방출될 수 있다. 연료 주입기 밸브(800)는, 작동 챔버(812)를 길이방향 보어(832)와 길이방향 보어(832) 내에 안착된 밸브 니들(834) 사이의 유격에 유체적으로 연결하는 작동 유체 도관(854)을 더 갖는다. 니들 밸브(834)는 길이방향 보어(832)에 대해서 이동될 수 있고, 그에 따라 사용 시에 니들 연료 챔버(144) 및 노즐(808)로부터 엔진의 연소 챔버를 향한 슬러리 연료의 유동을 제어한다.
연료 공급 밸브(822)는 밸브 게이트(875)를 포함하고, 그러한 밸브 게이트는, 연료 유입구(802)가 제1 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트(806)와 유체 연통되는 제1 위치와, 연료 배출구(804)가 제2 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트(806)와 유체 연통되는 제2 위치 사이에서 이동될 수 있다. 이러한 실시예에서, 연료 공급 밸브(822)는 연료 유입구(802)에서 밸브 시트(803)를 포함하고, 밸브 게이트(875)는 밸브 시트(803)와 협력하는 밸브 헤드(875)이다. 그러나, 다른 실시예에서, 연료 공급 밸브(822), 그리고 특히 밸브 게이트(875)는 여기에서 설명된 것과 다른 형태를 가질 수 있다.
밸브 게이트(875)는, 도 8에 도시된 바와 같은, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 밸브 시트(803)에 대해서 이동되도록 장착된다. 이러한 실시예에서, 이동은 선형 이동이다. 이러한 실시예에서, 이동은 활주 이동이다. 더 구체적으로, 이러한 실시예의 연료 공급 밸브(822)는, 밸브 게이트(875)를 포함하고 연료 공급 밸브(822)의 밸브 보어(880) 내에서 활주 이동 가능한 밸브 본체(870)를 갖는다. 또한, 이러한 실시예에서, 밸브 본체(870)는 밸브 보어(880) 내에서 자유롭게 이동된다. 일부 실시예에서, 연료 공급 밸브(822)는 그에 따라 유체-작동 가능 포핏 밸브로 간주될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 연료 공급 밸브(822)는 포핏 밸브가 아닐 수 있고, 및/또는 밸브 게이트의 이동이 선형 이동이 아니거나 활주 이동이 아니고, 예를 들어 회전 이동 또는 회전 이동 및 병진 이동의 조합, 예를 들어 피벗 또는 캠 이동일 수 있다.
제1 위치에서, 밸브 게이트(875)가 밸브 시트(803)로부터 이격되어, 슬러리 연료가 연료 유입구(802)로부터 펌프 챔버 포트(806)로 그리고 펌프 챔버(820)를 향해서 유동될 수 있게 한다. 다른 한편으로, 제2 위치에서, 밸브 게이트(875)가 밸브 시트(803)에 대해서 접경되어, 슬러리 연료가 연료 유입구(802)로부터 펌프 챔버 포트(806)로 그리고 펌프 챔버(820)를 향해서 유동되는 것을 막거나 방지한다. 즉, 밸브 게이트(875)가 제2 위치에 있을 때, 연료 유입구(802)는 펌프 챔버 포트(806) 및 펌프 챔버(820)와 유체 연통되지 않거나 실질적으로 유체 연통되지 않는다. 그에 따라, 연료 공급 밸브(822)는 연료 공급 밸브(822) 및 연료 주입기 밸브(800) 내로의 슬러리 연료의 유동을 전체적으로 제어하기 위한 것이다.
이러한 실시예에서, 밸브 게이트(875)가 제1 위치에 있을 때 그리고 밸브 게이트(875)가 제2 위치에 있을 때, 펌프 챔버 포트(806)는 연료 배출구(804)와 유체 연통된다. 그러나, 다른 실시예에서, 밸브는 연료 배출구(804)를 선택적으로 차단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 밸브 게이트(875)는 제1 위치에 있을 때 연료 배출구(804)를 차단할 수 있다.
연료 공급 밸브(822)의 밸브 게이트(875)는 유체-작동 가능하다. 더 구체적으로, 밸브 게이트(875)는 엔진으로부터의 밸브 작동 액체로 동작될 수 있다. 엔진은, 슬러리 연료를 그 연소 챔버 내로 주입하기 위해서 연료 주입기 밸브(800)가 내부에 설치되는 엔진일 수 있다. 특히, 연료 공급 밸브(822)는 밸브 작동 액체 챔버(872)를 포함하고, 밸브 게이트(875) 상에 힘을 가하여 밸브 게이트(875)를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 구동하기 위해서 밸브 작동 액체가 그러한 밸브 작동 액체 챔버 내로 수용될 수 있다. 더 구체적으로, 밸브 작동 챔버(872)는 밸브 시트(803)로부터의 밸브 게이트(875)의 대향 측면 상에 위치된다. 따라서, 밸브 작동 액체를 밸브 작동 챔버(872) 내로 공급하는 것은 제2 위치를 향한 밸브 게이트(875)의 이동을 유발한다. 밸브 작동 액체는, 서보 오일과 같은, 오일일 수 있다.
이러한 실시예에서, 밸브 작동 액체 챔버(872)가 펌프 챔버 포트(806)로부터 격리된다. 더 구체적으로, 밸브 게이트(875) 자체가 밸브 작동 액체 챔버(872)와 펌프 챔버 포트(806) 사이의 유동 경로를 차단한다. 이는, 슬러리 연료가 밸브 작동 액체로 오염되는 것을 방지하는데 도움을 주고, 슬러리 연료가 밸브 작동 액체를 오염시키는 것 그리고 연료 공급 밸브(822)를 열화시키는 것을 방지하는데 도움을 준다.
이러한 실시예에서, 밸브 본체(870)는, 밸브 보어(880) 내의 밸브 본체(870)의 이동을 윤활하기 위해서 그리고 밸브 작동 액체로부터 슬러리 연료를 밀봉하는 것을 추가적으로 돕기 위해서, 밸브 본체(870)와 밸브 보어(880) 사이에서 밸브 작동 액체를 수용하기 위한 하나 이상의 홈(871)을 내부에 갖는다. 그러한 홈(들)(871)은 밸브 작동 챔버(872)와 유체 연통되고, 그에 따라 밸브 작동 액체는 밸브 작동 챔버(872)로부터 홈(들)(871) 내로 유동될 수 있다. 하나 이상의 홈(871)이, 밸브 본체(870)의 원주 전체 주위로 연장되는 원주방향 홈일 수 있다.
연료 공급 밸브(822)는 밸브 작동 챔버(872) 내로의 밸브 작동 액체의 입력을 제어하기 위한 제어 밸브(892)를 포함한다. 더 구체적으로, 연료 공급 밸브(822)는 밸브 작동 액체 도관(890)을 포함하고, 그러한 밸브 작동 액체 도관을 통해서 밸브 작동 액체가 밸브 작동 챔버(872) 내외로 유동될 수 있고, 제어 밸브(892)는 밸브 작동 액체 도관(890)을 통한 밸브 작동 액체의 유동을 제어하기 위한 것이다. 다른 실시예에서, 밸브 작동 액체는, 제어 밸브(892) 또는 다른 밸브에 의해서 제어될 수 있는, 밸브 작동 액체 도관(890) 이외의 경로에 의해서 밸브 작동 챔버(872)의 외부로 유동될 수 있다.
제어 밸브(892)는 밸브 작동 액체 챔버(872)와 유체 연통되는 제1 포트, 밸브 작동 액체의 공급원(894)과 유체 연통되는 제2 포트, 및 배액부(896)와 유체 연통되는 제3 포트를 가지고, 제어 밸브(892)는, 제1 포트와 유체 연통되는 포트를, 제2 포트 및 제3 포트 중에서 선택하기 위한 것이다. 밸브 작동 액체의 공급원(894)은, 연료 주입기 밸브(800)가 내부에 설치되는 엔진과 같은 엔진의 서보 오일 시스템일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 밸브(892)는 상이한 수의 포트를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 조합된 공급원(894) 및 배액부(896)가 있을 수 있고, 그에 따라 제3 포트가 생략될 수 있다.
이러한 실시예에서, 제어 밸브(892)는, 예를 들어 엔진 제어 유닛(ECU)에 의해서, 전기적 또는 전자적으로 제어될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 다른 형태의 제어가 이용될 수 있다.
이제, 도 10을 참조하여 도 8의 연료 공급 밸브(822)의 동작을 설명할 것이고, 도 10은 하나의 엔진 사이클 중의 펌프 챔버(820) 내의 슬러리 연료의 압력 대 (사용시에 연료 주입기 밸브(800)가 내부에 설치되는) 엔진의 크랭크 각도의 그래프를 도시한다. 도 10은 또한 엔진 사이클 중의 상이한 시간들에서 밸브 게이트(875)의 위치를 도시한다. 이러한 실시예에서, 제어 밸브(892)는 엔진의 크랭크 각도에 따라 제어되고, 그에 따라 밸브 게이트(875)가 엔진 사이클 내의 상이한 시간들에서 적절하게 배치되도록 보장된다.
도 8에 도시된 바와 같은 제1 위치의 밸브 게이트(875) 및 도 10에 도시된 바와 같은 크랭크 각도(A1)를 갖는 엔진에서, 슬러리 연료는 연료 유입구(802)로부터 펌프 챔버 포트(806)까지 그리고 펌프 챔버(820)를 향해서 연료 공급 밸브(822)를 통해서 유동된다. 슬러리 연료의 압력은, 비교적 낮음에도 불구하고, 연료 펌프 피스톤(801)을 밀어 펌프 챔버(820)를 팽창시키기에 충분하다. 슬러리 연료의 압력은, 예를 들어, 30 바아 미만 또는 선택적으로 20 내지 30 바아일 수 있다. 펌프 피스톤(801) 및 작동 피스톤(807)이 그렇게 밀림에 따라, 작동 챔버(812) 내의 작동 액체의 일부가 작동 액체 배출구(852)를 통해서 연료 주입기 밸브(800)의 외부로 유동된다.
펌프 챔버(820)가 슬러리 연료로 충진되었을 때, 밸브 작동 액체는, 제어 밸브(892)의 제어 하에서 밸브 작동 액체 도관(890)을 통해서 밸브 작동 챔버(872) 내로 구동된다. 이는 밸브 게이트(875)를 제1 위치(도 10의 P1)로부터 제2 위치(도 10의 P2)로 구동하고, 그에 따라 엔진의 크랭크 각도(A2)에서 연료 유입구(802)를 폐쇄한다. 밸브 작동 챔버(872) 내의 밸브 작동 액체는 바람직하게 연료 유입구(802) 내의 슬러리 연료보다 더 높은 압력을 갖는다. 예를 들어, 밸브 작동 액체는, 180 내지 200 바아와 같은, 100 바아 초과의 압력을 가질 수 있다.
밸브 게이트(875)가 제2 위치에 있으면, 고압 작동 액체가 (예를 들어 엔진 제어 유닛에 의해서) 작동 액체 유입구(850)를 통해서 작동 챔버(812) 내로 신속하게 유동될 것이다. 작동 액체가 펌프 챔버(820) 내의 슬러리 연료보다 상당히 더 높은 압력을 가지기 때문에, 작동 액체가 펌프 요소(805)에 힘을 가하여, 도 10의 그래프에서 도시된 바와 같이, 펌프 챔버(820) 내의 슬러리 연료가 가압되게 하고, 노즐 연료 도관(824)을 통해서 니들 연료 챔버(844) 내로 강제되게 한다. 이는, 이동 가능 밸브 니들(834)이 개방 위치까지 이동되게 하고, 그에 따라 슬러리 연료가 연료 주입기 밸브(800)의 외측으로 그리고 엔진 연소 챔버를 향해서 밀릴 수 있게 한다. 동시에, 작동 액체의 일부가 작동 유체 도관(854)을 따라 길이방향 보어(832)와 그 내부에 위치된 밸브 니들(834) 사이의 유격까지 구동되고, 그에 따라 유격 내에 축적될 수 있는 탄소계 또는 다른 내마모성 입자를 제거 또는 플러싱하는데 도움을 준다.
주입기의 이러한 작동 중에 밸브 게이트(875)가 제2 위치에 있기 때문에, 슬러리 연료는 또한 펌프 챔버(820)로부터 연료 유입구(802) 내로 강제될 수 없다. 이를 보다 잘 보장하기 위해서, 밸브 게이트(875)가 엔진의 크랭크 각도(A2)에서 제2 위치에 도달하는 것과 엔진의 후속 크랭크 각도(A3)에서 고압 작동 액체가 작동 챔버(812) 내로 신속하게 유동되는 것 사이에, 적어도 50 ms 또는 적어도 100 ms와 같은 (도 10에서 T로 도시된) 미리 결정된 지연이 있을 수 있다.
엔진 연소 챔버 내의 피스톤이 대략적으로 상사점(TDC)에 있을 때(도 10에서, 엔진의 크랭크 각도(A4)), 펌프 챔버(820) 내의 슬러리 연료가 피크 압력이 되도록, 주입기(800)의 이러한 작동의 타이밍이 이루어질 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, TDC와 피크 압력 사이에 작은 타이밍 오프셋이 있을 수 있다. 연소 챔버 내로의 슬러리 연료의 주입이 TDC에 선행하거나 지체될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 엔진 제어 유닛에 의해서 또는 엔진 제어 유닛을 적절히 동작시키는 조작자에 의해서, 타이밍 오프셋이 선택될 수 있거나 수정될 수 있다.
그 후에, 작동 챔버(812) 내로의 고압 작동 액체의 유동이 (예를 들어, 엔진 제어 유닛에 의해서) 중단되고, 결과적으로 니들 밸브(834)는, 다른 실시예를 참조하여 앞서 설명된 바와 같은, 스프링(842)의 편향력 하에서 폐쇄 위치로 이동되고, 그에 따라 슬러리 연료가 니들 연료 챔버(844)로부터 연료 주입기 밸브(800)의 외부로 유동되는 것을 방지하거나 막는다.
또한, 예를 들어 엔진 제어 유닛에 의해서, 제어 밸브(892)의 동작을 통해, 밸브 작동 챔버(872) 내로의 밸브 작동 액체의 유동이 중단된다. 이어서, 연료 유입구(802) 내의 슬러리 연료의 비교적 낮은 압력은 엔진의 크랭크 각도(A5)에서 밸브 게이트(875)를 제2 위치로부터 제1 위치로 구동시키기에, 그에 따라 연료 유입구(802)를 개방하고 사이클을 다시 시작하기에 충분하다. 밸브 게이트(875)의 이러한 이동 중에, 밸브 작동 액체의 적어도 일부가 밸브 작동 액체 도관(890) 및 제어 밸브(892)를 통해서 밸브 작동 챔버(872)로부터 배액부(896)로 방출된다. 따라서, 슬러리 연료는 제1 부분으로 이동되는 밸브 게이트(875)에 대한 상당한 저항을 겪지 않는다. 배액부(896)는 밸브 작동 액체를 밸브 작동 액체의 공급원(894)으로 다시 복귀시킬 수 있다.
이러한 실시예에서, 밸브 게이트(875)를 제1 위치를 향해서 압박하기 위한 스프링 또는 다른 편향 장치가 존재하지 않는다. 그러나, 그러한 편향 장치가 다른 실시예에서 존재할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c의 유체-작동 가능 연료 공급 밸브(122)와 대조적으로, 밸브 게이트(875)를 제1 위치로부터 제2 위치로 구동하기 위해서 이용되는 것이 슬러리 연료가 아니고 다른 유체라는 것이 이해될 것이다. 밸브 게이트(875)를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키기 위해서 슬러리 연료가 밸브 게이트(875)에 대해서 일을 하여야 하는 것을 회피함으로써, 슬러리 연료의 압력이 상대적으로 낮을 수 있다. 이는 다시 연료 공급 밸브 내의 그리고 그 부근의 슬러리 연료로부터 고체 입자가 응집되는 것을 방지하는데 도움이 된다.
또한, 일부 실시예에서, 제1 위치로부터 제2 위치로의 밸브 게이트(875)의 이동 중에, 밸브 게이트(875)는 연료 유입구(802)로부터의 슬러리 연료의 유동에 반대되는 힘을 실질적으로 가하지 않는다. 다른 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이, 이는, 슬러리 연료가 비교적 낮은 압력에서 유지될 수 있다는 것 그리고 그에 따라 비-뉴튼 슬러리 연료의 침전 또는 고체 연료 입자 응집의 기회가 감소된다는 것을 의미한다. 그러나, 다른 실시예에서, 제1 위치로부터 제2 위치로의 밸브 게이트(875)의 이동 중에, 밸브 게이트(875)는 연료 유입구(802)로부터의 슬러리 연료의 유동에 반대되는 힘을 가한다.
다른 실시예에서, 둘 이상의 전술한 실시예가 조합된다. 일 실시예의 특징이 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다.
본 발명의 실시예가 예시된 예를 특히 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서, 설명된 예에 대한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 슬러리 연료 주입기 밸브용 연료 공급 밸브이며:
    슬러리 연료 저장용기와 유체 연통되는 연료 유입구;
    연료 주입기 밸브의 노즐과 유체 연통되는 연료 배출구;
    연료 주입기 밸브의 펌프 챔버와 유체 연통되는 펌프 챔버 포트; 및
    연료 유입구가 제1 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제1 위치와 연료 배출구가 제2 슬러리 연료 유동 경로를 따라 펌프 챔버 포트와 유체 연통되는 제2 위치 사이에서 이동될 수 있는 밸브 게이트를 포함하고;
    밸브 게이트가 엔진으로부터의 밸브 작동 액체로 동작될 수 있고,
    상기 연료 공급 밸브는 밸브 작동 액체 챔버를 포함하고, 밸브 게이트 상에 힘을 가하여 밸브 게이트를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 구동하기 위해서 밸브 작동 액체가 밸브 작동 액체 챔버 내로 수용될 수 있고,
    상기 밸브 작동 액체 챔버가 펌프 챔버 포트로부터 격리되는, 연료 공급 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    밸브 게이트 상에 힘을 가하여 밸브 게이트를 제2 위치를 향해서 구동하기 위해서, 밸브 작동 액체가 밸브 작동 액체 챔버 내로 수용될 수 있는, 연료 공급 밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    밸브 본체 및 밸브 보어를 포함하고, 밸브 본체는 밸브 게이트를 포함하고 밸브 보어 내에서 이동될 수 있으며, 밸브 본체는, 밸브 보어 내의 밸브 본체의 운동을 윤활하기 위해서 밸브 본체와 밸브 보어 사이에서 밸브 작동 액체를 수용하기 위한 적어도 하나의 홈을 갖는, 연료 공급 밸브.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    밸브 작동 액체 챔버 내로의 밸브 작동 액체의 입력을 제어하기 위한 제어 밸브를 포함하는, 연료 공급 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    제어 밸브가 전기적으로 또는 전자적으로 제어될 수 있는, 연료 공급 밸브.
  6. 제4항에 있어서,
    제어 밸브는 밸브 작동 액체 챔버와 유체 연통되는 제1 포트, 밸브 작동 액체의 공급원과 유체 연통되는 제2 포트, 및 배액부와 유체 연통되는 제3 포트를 가지고,
    제어 밸브는, 제1 포트와 유체 연통되는 포트를, 제2 포트 및 제3 포트 중에서 선택하기 위한 것인, 연료 공급 밸브.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    밸브 게이트가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 선형 이동될 수 있는, 연료 공급 밸브.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    밸브 게이트가 제1 위치에 있을 때, 밸브 게이트는 슬러리 연료가 연료 유입구로부터 펌프 챔버 포트까지 유동될 수 있게 하고, 밸브 게이트가 제2 위치에 있을 때, 밸브 게이트는 슬러리 연료가 연료 유입구로부터 펌프 챔버 포트까지 유동되는 것을 막거나 방지하는, 연료 공급 밸브.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    밸브 게이트가 제1 위치에 있을 때 그리고 밸브 게이트가 제2 위치에 있을 때, 펌프 챔버 포트가 연료 배출구와 유체 연통되는, 연료 공급 밸브.
  10. 슬러리 연료용 연료 주입기 밸브이며:
    슬러리 연료가 엔진의 연소 챔버를 향해서 주입기 밸브를 빠져나갈 때 통과할 수 있는 노즐;
    하우징 및 하우징 내의 펌프 공동;
    펌프 공동을 펌프 챔버와 작동 챔버로 분할하는 펌프 요소; 및
    연료 공급 밸브의 연료 유입구와 유체 연통되도록 펌프 챔버를 선택적으로 배치하기 위한 제1항 또는 제2항에 따른 연료 공급 밸브를 포함하는, 연료 주입기 밸브.
  11. 제10항에 있어서,
    펌프 요소가 유체-작동될 수 있는, 연료 주입기 밸브.
  12. 제10항에 있어서,
    펌프 요소가 셔틀 피스톤을 포함하는, 연료 주입기 밸브.
  13. 제12항에 있어서,
    셔틀 피스톤은:
    펌프 챔버 내에 활주 가능하게 장착되고 슬러리 연료에 힘을 가하도록 배열되는 펌프 피스톤; 및
    펌프 피스톤에 커플링되고 펌프 피스톤에 힘을 전달하도록 배열된 작동 피스톤을 포함하는, 연료 주입기 밸브.
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  15. 삭제
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