KR0149975B1 - 물분사식디젤기관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연료분사밸브와 물분사밸브를 병설한 물분사식디젤기관에 있어서, 물의 분무를 연료분무의 고온영역에 도달 가능하게 해서, 연소온도를 저하시켜 NOx의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 이 목적을 달성하기 위하여, 연료분사밸브(10-1)~(10-3)와 물분사밸브(11-1)~(11-3)을 실린더커버(1)의 상벽(1a)과 측벽(1b)으로 나누어서 형성하고, 연료분무의 고온영역에 물의 분무를 직각방향으로부터 혼합시키도록 해서 연료온도를 저하시켜, NOx를 저감시키는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

물분사식 디젤기관
제1도는 본 발명의 실시예에 관한 물분사식 대형 디젤기관의 연소실주위의 단면도.
제2도는 상기 실시예에 있어서의 분사밸브의 배치를 표시한 평면도.
제3도는 종래의 물분사식 대형 2사이클 디젤기관의 연소실주위의 단면도.
제4도는 종래예를 표시한 제1도에 대응한 단면도.
제5도는 종래예를 표시한 제2도에 대응하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10-1~10-3 : 연료분사밸브 11-1~11-3 : 물분사밸브
1 : 실린더커버 1a : 실린더커버의 상벽
1b : 실린더커버의 측벽 1c : 연소실상면
1d : 연소실측면 2 : 실린더라이너
3 : 피스톤 4 : 연소실
본 발명은 물분사식 디젤기관, 특히 물분사장치를 가진 선박용 대형 디젤기관에 관한 것이다.
디젤기관에 있어서는, 최근, 배기가스 속의 질소산화물(NOx)저감을 위하여, 연료와 물을 연소실내에 분사하는 물분사시스템이 채용되어 가고 있다.
제3도에 종래의 물분사식대형 2사이클 디젤기관의 일예를 표시한다.
도면에 있어서, (1)은 실린더커버, (2)는 실린더라이너, (3)은 피스톤, (4)는 상기 실린더커버(1)실린더라이너(2) 및 피스톤(3)의 상면에 의해 구획형성되는 연소실, (5)는 배기밸브박스이다.
(1)은 연료분사펌프(도시생략)로부터 보내온 고압연료를 연소실(4)내에 분사하는 연료분사밸브(11)은 물펌프(도시생략)로부터 보내온 물을 연소실(4)내에 적당한 타이밍으로 분사하는 물분사밸브이다.
상기 대형디젤기관에 있어서는, 통상연료분사밸브(10) 및 물분사밸브(11)는, 실린더커버(1)의 상벽(1a)에 형성된 장착구멍에 각각 복수개 장착된다.
제4도 및 제5도에, 연료분사밸브(10-1)~(10-3) 및 물분사밸브(11-1)~(11-3)을 각각 3개 배설하였을 경우를 표시한다.
상기 연료분사밸브(10-1)~(10-3) 및 물분사밸브(11-1)~(11-3)는, 제5도에 표시한 바와 같이, 평면방향위치(실린더중심선(100)에 직각의 평면의 위치)에 있어서, 각 분사밸브마다 원주방향으로 동간격으로 배설되고, 각 연료분사밸브(10-1)~(10-3)으로부터 연료분무 F1~F3이 분사되고, 이것에 향해서 물분사밸브(11-1)~(11-3)으로부터 물이 분사되도록 (물의 분무를 W1~W3으로 표시)되어 있다.
상기한 바와 같이 연료분사밸브(10-1)~(10-3) 및 물분사밸브(11-1)~(11-3)을 배치한 종래의 물분사식 디젤기관에 있어서는, 다음과 같은 문제점이 있다.
① 연료분사밸브(10-1)~(10-3)과 물분사밸브(11-1)~(11-3)는, 제5도에 표시한 바와 같이, 각 연료분무 F1~F3을 향해서 이것과 동일방향으로 물이 분사되도록, 각 연료분사밸브(10-1)~(10-3)의 하류 쪽에 물분사밸브(11-1)~(11-3)이 배설되어 있다.
이 때문에, 제4도 및 제5도에 표시한 바와 같이 물의 분무 W1이, NOx 발생의 촉진영역인 연료분부 F1의 선단부의 고온분무영역에 도달할 수 없고, 선단부 보다도 저온인 분무의 중앙부까지로만 멈추어지고, 물분사의 강온작용에 의한 충분한 NOx 저감효과를 얻을 수 없다.
② 실린더헤드이 상벽(1a)에 연료분사밸브와 물분사밸브를 합쳐서 4개 이상의 분사밸브를 장치용의 장착구멍을 형성할 필요가 있기 때문에, 실리더커버(1)의 강도가 저하하고, 구조로 복합화한다.
본 발명의 목적은, 물의 분부를 연료의 고온분부에 도달할 수 있도록 해서 NOx의 저감효과를 향상시키는 동시에, 분사밸브의 장치에 의한 실린더커버의 강도저하를 방지하는데 있다.
본 발명은, 연료분사밸브를 연소실벽 측면에서 실린더 중심선으로 거의 직각방향으로 연료가 분사되도록 배치하는 동시에, 물분사밸브를 연소실 상면으로부터 연료와 거의 직교하는 방향으로 물이 분사되도록 배치한 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명은, 연료분사밸브를 연소실벽 상면으로부터 실리더 중심선과 거의 평행 방향으로 연료가 분사되도록 배치하는 동시에, 물분사밸브를 연료의 분사방향으로 거의 직교하는 방향으로 물이 분사되도록 배치한 것을 제2의 특징으로 하고 있다.
연료분사밸브로부터 분사되는 연료분무의 방향과 물분사벨브로부터 분사되는 물분무의 방향이 거의 직각 방향으로 되므로, 연료분무의 선단부의 고온영역에 물의 분무를 용이하게 도달시킬 수 있고, 이 고온부를 신속하게 강온시키는 일이 가능해지고 이에 의해 NOx의 생성이 억제된다.
또 연료분사밸브와 물분사밸브를 실린더커버의 상벽과 측벽으로 나누어서 설치할 수 있으므로, 각 분사밸브의 원주방향 장착피치를 넓게 하는 일이 가능해지고, 분사밸브의 장착구멍이 집중되는 일없이, 실린더커버의 강도저하를 방지할 수 있는 동시에, 구조도 간단, 콤팩트하게 된다.
이하 제1도~제2도를 참조해서 본 발명의 실시예를 설명한다.
제1도는 본 발명에 관한 물분사식 2사이클 디젤기관의 제1 실시예의 연소실 주위의 단면도, 제2도는 분사밸브의 배치를 표시한 실린더 중심선에 직각의 평면도이다.
도면에 있어서 (1)은 실린더커버, (2)는 실린더라이너, (3)은 피스톤, (4)는 상기 실린더커버(1)의 상벽(1a), 측벽(1b), 실린더라이너(2) 및 피스톤(3)의 상면에 의해 구획 형성되는 연소실, (5)는 배기밸브박스, (100)은 실린더중심이다.
(10-1),(10-2),(10-3)은 연료분사펌프(도시생략)로부터 보내온 고압연료를 연소실(4)내에 분사하는 연료분사밸브, (11-1),(11-2),(11-3)은 물펌프(도시생략)로부터 보내온 물을 연소실(4) 내에 후술하는 타이밍으로 분사하는 물분사밸브이다.
상기 연료분사밸브(10-1)~(10-3)은, 실린더커버(1)의 측벽(1b)에 원주방향으로 동간격 또는 거의 동일간격으로 복수개(이 실시예에서는 3개)배설되고, 실린더커버의 연소실측면(1d)에서부터 실린더중심선(100)에 거의 직각방향으로 연료를 분사하도록 장착된다.
또 상기 물분사식밸브 (11-1)~(11-3)은, 실린더커버(1)의 상벽(1a)에 원주방향으로 동간격 또는 거의 동일간격으로 연료분사밸브(10-1)~(10-3)와 동일개수(이 실시예의 경우는 3개) 배설되고, 실린더커버의 연소실상면(1c)로부터, 상기 연료분사밸브(10-1)~(10-3)으로부터의 연료의 분사방향과 거의 직각방향 즉 실린더중심선(100)에 거의 평행한 방향으로 물을 분사하고, 물의 분무가 연료의 분무의 선단부 고온영역에 돌입하도록 장착된다.
상기 연료분사밸브(10-1)~(10-3) 및 물분사밸브 (11-1)~(11-3)의 구체적 구조는 생략하였으나, 복수개의 분사구멍을 가진 노즐팁과 니들밸브(needle valve) 스프링에 의해 밸브 개방압이 설정되어서 분사구멍으로의 연료통로를 개폐하는 니들밸브를 가진 공지의 자동밸브식분사밸브를 사용하면 된다.
상기한 바와 같이 구성된 물분사식 디젤기관의 작용에 대해서 설명한다.
연료분사밸브(도시생략)로부터 소정의 분사타이밍으로 보내진 고압연료가 연료분사밸브 (10-1)~(10-3)로부터 연소실(4)내에 분사되면, 상기 연료분사밸브(10-1)~(10-3)으로부터의 분무 F1, F2, F3은 실린더중심선(100)에 거의 직각방향으로 발달한다.
연료의 분사 후, 일정한 타이밍을 두고서 물분사밸브(11-1)~(11-3)으로부터 물을 상기 연료분사밸브(10-1)~(10-3)으로부터의 연료의 분사방향과 대략 직각방향 즉 실린더중심선(100)과 거의 평행한 방향으로 분사한다.
이 때에 있어서, 물분사밸브(11-1)~(11-3)으로부터 분사되는 물의 분부 W1~W3은 제1도, 제2도에 표시한 바와 같이, 연료분사밸브(10-1)~(10-3)으로부터 분사되어 실린더중심(100)에 거의 직각방향으로 발달한 연료분무 F1~F3의 선단부 고온영역에 거의 직각방향으로 도달하게 되어, 이 고온영역을 신속하게 강온시킨다.
이에 의해 연소 최고온도가 저하하고, NOx의 생성이 억제된다.
다음에 도시하지 않는 본 발명의 제2 실시예에 있어서는 제1도, 제2도에 표시한 제1 실시예와는 반대로, 연료분사밸브(10-1),(10-2),(10-3)을 실린더커버의 상벽(1a)에, 실린더커버의 연소실상면(1c)으로부터 실린더중심으로 거의 평행한 방향으로 연료가 분사되도록 배설하는 동시에, 물분사밸브(11-1),(11-2),(11-3)을 실린더커버의 측벽(1b)에, 실린더커버의 연소실측면(1d)으로부터 연료과 거의 직각방향으로 물이 분사되도록 배설한다.
이 경우의 작용효과는 상기 제1 실시예와 마찬가지이다.
상기 각 실시예에 있어서는 연료분사밸브(10-1)~(10-3)과 물분사밸브(11-1)~(11-3)을 각 3개 배설하였으나, 각 분사밸브가 동일개수라면 개수는 상기에 한정되지 않는다.
본 발명은 이상과 같이 구성되어 있으며, 연료분무의 직각방향으로부터 물의 분무가 교차하므로, 연료의 고온분무영역에 물의 분무를 도달시키는 일이 용이하게 되어, 고온부를 신속하게 강온시킬 수 있어, 연소온도 전체를 저하시킬 수 있다. 이에 의해 NOx의 저감을 이루게 할 수 있다.
또, 실린더커버상벽과 측벽으로 나누어서 연료분사밸브 및 물분사밸브를 설치하므로, 분사밸브 장착구멍의 가공부가 집중되는 일이 없어지고, 실린더커버의 강도 저하가 방지되는 동시에 구조가 간단화된다.

Claims (2)

  1. 실린더 커버에 연료분사밸브를 병설하여 이루어진 디젤기관에 있어서, 상기 연료분사밸브는, 연료를 실린더 커버의 연소실 측면으로부터, 실린더중심선에 관해서 거의 직각방향으로 분사하도록, 실린더 커버의 측벽에 장착되는 동시에, 상기 물분사밸브는 물을 실린더 커버의 연소실 상면으로부터 상기 연료의 분사방향에 거의 직교하는 방향으로, 또한 연료분무의 선단고온영역에 분사하도록 실린더커버의 상벽에 장착되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 물분사식 디젤기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료분사밸브 및 물분사밸브는 각각 교호로 복수개 배설된 것을 특징으로 하는 물분사식 디젤기관.
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