KR100853639B1 - 연료 분사 장치 - Google Patents

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Abstract

내연기관(1)용 연료 분사 장치(1)는 연료 분사 밸브(5)를 포함하며, 상기 밸브는 연소실(7) 내로 연료를 분사하고, 상기 연소실은 실린더 벽(13)에 의해 제한되고, 상기 실린더 벽 내에 피스톤이 안내되며, 연료 분사 밸브(5)는 다수의 분사 제트들(10)을 연소실(7) 내로 분사한다. 분사 제트(10)들은 연소실(7) 내에 원추형 혼합물 구름(9)을 형성하고, 상기 혼합물 구름은 타원형 횡단면을 갖는다.
Figure 112003000413218-pct00001
연료 분사 밸브, 연소실, 실린더 벽, 혼합물 구름, 분사 제트

Description

연료 분사 장치{Fuel injection device}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 장치에 관한 것이다.
내부에서 혼합물을 형성하는 혼합물 압축형 외부 점화식 내연기관에서 층상 급기 작동(stratified charge operation)을 위해 점화 플러그 영역에 "혼합물 구름[mixture cloud;층상 급기 작동을 위해서 점화가능한 영역(연소실)에 제공된 정해진 공연비를 갖는 공기와 연료의 혼합물]"이 필요하고, 상기 혼합물 구름은 점화 가능한 영역에서 정해진 공연비를 갖는다. 이를 위해 연료 분사 밸브는 내부 또는 외부로 개방하고 원추형 제트를 형성하는 노즐을 포함한다.
예컨대 독일 특허 공개 제 198 04 463 A1 호에는 혼합물 압축형 외부 점화식 내연기관용 연료 분사 장치가 공지되어 있으며, 상기 연료 분사 장치는, 피스톤/실린더 디자인을 갖는 연소실 내로 연료를 분사하는 적어도 하나의 연료 분사 밸브 및 연소실 내로 돌출한 점화 플러그를 포함한다. 연료 분사 밸브의 노즐 바디는 노즐 바디의 원주에 분포된 적어도 하나의 열의 분사 홀을 포함한다. 분사 홀을 통해 연료를 의도한 대로 분사함으로써, 제트 제어식 연소 과정이 혼합물 구름의 형성에 의해 실시되고, 적어도 하나의 제트는 점화 플러그를 향하거나 또는 상기 점화 플러그의 직접적인 주변을 향한다. 다른 제트들은 적어도 거의 연속하는 또는 응집한 혼합물 구름을 형성한다.
독일 특허 공개 제 198 04 463 A1 호에 공지된 상기 연료 분사 밸브는 특히, 제공된 연소실이 불완전하게 이용되는 것이 단점이며, 이것은 너무 많은 공기량으로 인한 낮은 품질의 혼합물 형성 및 후속하는, 개별 실화에 기인하는 불연소 탄화 수소의 과도한 방출 및 높은 연비를 초래한다.
독립 청구항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 장치는, 연소실 내로 분사된 혼합물 구름이 내연기관의 종방향 및 횡방향으로 상이하게 확대됨으로써 그리고 이로 인해 혼합물 구름이 타원형 횡단면을 가짐으로써, 혼합물 구름이 연소실 형상에 맞게 더 양호하게 매칭되고 그에 따라 효과적인 연소, 낮은 연비 및 소량의 유해 물질 방출이 달성될 수 있다.
종속 청구항에 제시된 조치에 의해 독립 청구항에 제시된 연료 분사 장치의 바람직한 개선이 가능하다.
특히 점화 플러그 위치와 관련하여 접선 방향으로 연료를 분사함으로써 점화 플러그의 열 충격 부하 및 그을음이 감소되는데, 그 이유는 분사 제트(injection jet;연료 분사 장치의 분사구를 통해서 연소실 안으로 분사되는 분사물)들이 직접 점화 플러그를 향해 있지 않기 때문이다.
바람직하게 분사 홀 및 그에 따라 연소실 내의 분사 제트를 의도한 대로 배치함으로써 실린더 헤드 내의 유입 및 유출 밸브 및 점화 플러그의 조립 위치가 고려될 수 있고, 그럼에도 불구하고 연소실의 구조는 최적으로 이용될 수 있다.
연료 분사 장치에 적합한 연료 분사 밸브는 바람직하게 추가의 제조 비용없이 저렴하게 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예가 도면에 간단하게 도시되며, 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 장치를 포함하는 내연기관의 실시예의 개략적인 단면도.
도 2A 및 도 2B는 내연기관 및 본 발명에 따른 연료 분사 장치의 종방향 및 횡방향의 개략적인 단면도.
도 3은 내연기관의 연소실에 생성된 혼합물 구름의 개략적인 단면도.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 장치(2)를 포함하는 내연기관(1)의 실시예를 단면도로 도시한다.
연료 분사 장치(2)는 실린더 벽(13)을 가진 실린더 블록을 포함하며, 상기 실린더 벽에 피스톤(6)이 안내된다. 피스톤(6)은 커넥팅 로드(14)에 의해 실린더 벽(13)을 따라 상승 및 하강 운동을 한다. 실린더 벽(13)의 단부측은 실린더 헤드(3)에 의해 폐쇄된다. 실린더 벽(13), 피스톤(6) 및 실린더 헤드(3)는 연소실(7)을 둘러싼다.
실린더 헤드(3) 내에 연료 분사 밸브(5)는 바람직하게 센터링되어 배치된다. 점화 플러그(4)는 약간 측면으로 오프셋되어 실린더 헤드(3)의 홀 내로 삽입된다. 또한, 적어도 하나의 유입 밸브(11) 및 적어도 하나의 유출 밸브(12)가 제공된다.
작동 중인 연료 분사 장치(2)에서, 연료 분사 밸브(5) 내의 분사구들을 통해 전체적으로 원추형 연료 제트를 형성하는 분사 제트(10)가 연소실(7) 내로 분사된다. 연소실(7) 내에서 연료와 공기가 혼합됨으로써 혼합물 구름(9)이 형성된다. 혼합물 구름(9)은 점화 플러그(8)에 의해 점화된다. 원추형의 연료 제트의 본 발명에 따른 형태는 도 2 및 도 3에 의해 상세히 설명된다.
도 1에서, 내연기관(1)의 연소실(7)은 리지(ridge) 경사면(15) 및 리지(16)를 갖는 실린더 헤드(3) 내에서 루프 형태의 연소실(7)로 구현되는 것을 알 수 있다. 리지(16)에 연료 분사 밸브(5)가 배치되는 한편, 리지 경사면들(15)에는 가스 교환 밸브들(11, 12)이 배치된다. 이는 특히 2개 이상의 가스 교환 밸브(11, 12) 의 사용시 바람직한데, 그 이유는 내연기관(1)의 전부하 작동시 공기가 상기 가스 교환 밸브에 더 양호하게 공급되기 때문이다.
연소실(7)을 최적으로 사용할 수 있도록 하고 유입 밸브(11) 및 유출 밸브(12)의 위치를 고려하기 위해, 본 발명에 따라 연료 분사 밸브(5)는, 상기 연료 분사 밸브(5)에 의해 연소실(7) 내로 분사된 분사 제트(10)가 내연기관(1)의 횡방향 보다 내연기관(1)의 종방향으로 더 큰 각도로 분사되도록 형성된다.
도 2A 에는 이러한 조치를 상세히 설명하기 위해, 4개의 실린더를 가진 예시적인 내연기관(1)의 개략적인 종단면이 도시되는 한편, 도 2B에는 내연기관의 횡방향으로 하나의 실린더의 단면이 도시된다.
도 2A 에서 볼 수 있는 것처럼, 분사 제트들(10)은 연료 분사 밸브(5)에 의해 최대 개방 각도(α)로 분사된다. 상기 각도는 연료 분사 밸브(5)의 분사구 위치에 의해 결정된다.
도 2B에 도시된 것처럼, 내연기관(1)의 횡방향으로 분사 제트들(10)은 연소실(7)을 제한하는 리지 경사면(15)에 따라 각도(α)보다 작은 각도(β)로 분사된다. 가스 교환 밸브(11, 12) 및 도 2B 에 도시되지 않은 점화 플러그(4)는 분사 제트(10)에 의해 접선으로만 스치고 분사 제트에 직접 노출되지 않는다. 이는, 특히 점화 플러그(4)에서 바람직한데, 그 이유는 이로 인해 열 충격 부하 및 전극의 코킹이 감소될 수 있고 점화 플러그(4)의 수명이 연장될 수 있기 때문이다.
분사된 혼합물 구름(9)의 횡단면을 보면, 서로 직교하는 2개의 공간 방향으로 서로 다른 크기의 개방 각도(α, β)에 기인한 타원형의 형상을 볼 수 있다. 혼합물 구름(9)의 측면이 편평해짐으로써 상기 혼합물 구름은 연소실(7)의 형상에 최적으로 매칭된다.
최대 개방 각도(α) 및 최소 개방 각도(β) 사이의 제트 각도는 임의의 4개의 개별 분사 제트(10)를 이용하여 지속적으로 극값(extreme values)에 근접해질 수 있다. 도 3에는 예시적으로 10개의 개별 분사 제트(10)로 이루어진 혼합물 구름(9)이 도시된다. 최대 개방 각도(α)가 달성되지 않고, 2개의 서로 인접한 분사 제트(10)에 의해서만 근접된다. 상기 구성은 예컨대, 루프 리지의 측면에 배치된 2개의 점화 플러그들(4)이 제공되고, 상기 점화 플러그들은 열 충격 부하의 방지를 위해 직접 분사에 노출되지 않을 때 바람직할 수 있다.
점화 플러그(4)가 예컨대 "루프 리지"에 놓이면, 최소 개방 각도(β)가 달성되는 것이 아니라, 2개의 인접한 분사 제트에 의해 근접된다.
연료 분사 밸브(5)의 임의의 4개의 분사구들을 사용하여 분사 제트(10)의 임의의 배치가 이루어질 수 있다. 개별 분사 제트들(10) 간의 제트 간격 각도(γ)는 동일하거나 상이할 수 있다. 제트 간격 각도(γ)의 설정은 혼합물 구름(9)의 개방 각도(α, β)의 설정과 무관하다.
본 발명은 도시된 실시예에 제한되지 않고, 예를 들어 다소의 분사 제트(10), 가스 교환 밸브(11, 12), 및 특히 다수의 점화 플러그(4)와 가변적인 변위 체적을 가진 연료 분사 장치(2)에도 적용 가능하다.

Claims (8)

  1. 내연기관(1)용 연료 분사 장치(2)로서, 적어도 하나의 연료 분사 밸브(5) 및 연소실(7) 내로 돌출한 점화 플러그(4)를 포함하고, 상기 연료 분사 밸브는 연료를 상기 연소실(7) 내로 분사하고, 상기 연소실은 피스톤(6)이 안내되는 실린더 벽(13)에 의해 제한되고, 상기 연료 분사 밸브(5)는 상기 연소실(7) 내로 다수의 분사 제트(10)를 분사하는 연료 분사 장치에 있어서,
    상기 분사 제트들(10)은 상기 연소실(7) 내에 원추형 혼합물 구름(9)을 형성하고, 상기 혼합물 구름은 타원형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물 구름(9)은 상기 내연기관(1)의 종방향으로 개방 각도(α)를 가지며, 상기 내연기관(1)의 횡방향으로 개방 각도(β)를 갖고, 상기 내연기관(1)의 종방향으로의 개방 각도(α)는 상기 내연기관(1)의 횡방향으로의 개방 각도(β)보다 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 혼합물 구름(9)의 상기 개방 각도(α)와 상기 개방 각도(β) 사이의 분사 제트의 각도들은 임의의 수의 개별 분사 제트들(10)을 이용함으로써, 상기 개방 각도들(α, β)에 지속적으로 근접되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 개방 각도(β)는 리지 경사면(15)을 따라 정렬되는 최소 개방 각도인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 연료 분사 밸브(5)는 상기 리지 경사면(15)에 의해 제한된, 실린더 헤드(3)의 리지(16)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 분사 제트들(10) 사이의 제트 간격 각도들(γ)은 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 분사 제트들(10) 사이의 제트 간격 각도들(γ)은 상이한 크기인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 제트들(10)은 실린더 헤드(3) 내에 배치된 가스 교환 밸브(11, 12) 및 상기 점화 플러그(4)에 대해 접선으로 정렬되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
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