KR101043745B1 - 내연기관용 연료분사기 - Google Patents

Abstract

내연기관용 연료분사기는 적어도 하우징, 밸브 시트(21), 밸브 스핀들(16), 무화기(5), 및 차단 요소(27)를 포함한다. 무화기는 중앙 보어(22)를 구비하는데, 중앙 보어로부터는 무화기의 측벽을 통해 복수의 노즐 보어(31)들이 연장된다. 차단 요소는, 샤프트에 의하여 밸브 스핀들에 보유되고, 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에 제1 그룹의 노즐 보어들의 유입 개구들에 대한 연료의 접근을 폐쇄하도록 무화기의 중앙 보어에 위치된 제1 실린더형 섹션(28)을 포함한다. 밸브 스핀들이 개방 위치에 있는 때에는, 연료가, 무화기의 중앙 보어와 차단 요소의 원주 사이의 통로를 통하여 적어도 제2 그룹의 노즐 보어들로 공급된다. 차단 요소는, 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에 제2 그룹의 노즐 보어들의 유입 개구들을 닫기 위한 제2 실린더형 섹션(29)을 구비한다.

Description

내연기관용 연료분사기{A fuel injector for an internal combustion engine}

본 발명은 적어도 하우징(housing), 밸브 시트(valve seat), 밸브 스핀들(valve spindle), 무화기(atomizer), 및 차단 요소(cutoff element)를 포함하는 내연기관용 연료분사기에 관한 것으로서; 그 무화기는 중앙 보어(central bore)를 구비하고, 중앙 보어로부터는 무화기의 측벽을 통해 복수의 노즐 보어(nozzle bore)들이 연장되며; 그 밸브 스핀들은 밸브 요소(valve element)를 구비하고 폐쇄 위치와 개방 위치 간으로 변위될 수 있고, 폐쇄 위치에서는 밸브 요소가 밸브 시트에 맞닿으며, 개방 위치에서는 연료가 밸브 시트를 지나 노즐 보어들로 들여보내지고; 그 차단 요소는 샤프트(shaft)에 의해 밸브 스핀들에 보유되고 제1 실린더형 섹션(first cylindrical section)을 포함하며, 제1 실린더형 섹션은 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에 제1 그룹의 노즐 보어들의 유입 개구들에 대한 연료의 접근을 폐쇄하도록 무화기의 중앙 보어 내에 위치된다.

KR253673B에 대응되는 JP3027191B2에는 무화기의 중앙 보어 내의 노즐 보어들로의 유동 통로를 개폐하기 위한 변위가능한 밸브 스핀들을 포함하는, 내연기관용 연료분사기가 기술되어 있다. 그 밸브 스핀들은 무화기의 중앙 보어 내에 끼워 지고 샤프트에 의하여 보유되는 차단 요소를 구비한 선두 섹션(foremost section)을 구비한다. 밸브 스핀들의 폐쇄 위치에서, 차단 요소는 중앙 보어 내에서 노즐 보어의 유입 개구들을 덮는다. 밸브 스핀들의 개방 위치에서는, 차단 요소가 노즐 보어들의 유입 개구들을 노출시키고, 차단 요소를 통하는 하나 이상의 축방향 통로를 통해 연료가 노즐 보어들로 공급된다.

JP3308551B2 및 CN1093226C 에 대응되는 WO 99/53196에는 내연기관, 특히 2행정 디젤 엔진을 위한 것으로서 유사한 연료 분사 장치가 기술되어 있는데, 이것은 관련된 연소 챔버 내로 돌출된 무화기를 포함한다. 연료 도입을 위한 조건은 모든 노즐 보어들에 대하여 대략적으로 동일하여 안정적인 제트(jet)로 귀결된다. 도입 챔버(admission chamber)들은 무화기 내에서 중앙 보어로부터 떠나고 노즐 보어들의 적어도 일부분에 위치된다. 챔버들의 직경은 노즐 보어들의 직경보다 크다. 도입 챔버들은, 노즐 보어들의 열에 있는 모든 노즐 보어들에 대해 적어도 유사한 길이비가 존재하도록 설계된다.

밸브 시트의 전방 측부로 연장된 샤프트에 차단 요소가 제공된 종래 기술의 연료분사기에 있어서는, 연료가 차단 요소의 내부 유동 통로를 거쳐 노즐 보어들로 공급된다. 후속하여 연료는 샤프트의 하측 부분 내측에서 유동하여 차단 요소를 통해 전방으로 가고 자유 단부를 통해 밖으로 나가는데, 그 자유 단부에서는 연료가 노즐에서 중앙 보어의 전방 단부를 냉각시키고, 따라서 노즐 팁(nozzle tip)이 냉각된다. 연료는 중앙 보어의 단부로부터 노즐 보어들에 대한 유입 개구들을 향하여 유동한다.

본 발명은 사용시 높은 신뢰성을 갖는 연료분사기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적의 관점에서, 본 발명에 따른 연료분사기는, 밸브 스핀들이 개방 위치에 있는 때에 무화기의 중앙 보어와 차단 요소의 원주 사이에 있는 통로를 통하여 적어도 제2 그룹의 노즐 보어들로 연료가 공급되며, 차단 요소는 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에 밸브 시트와 제2 실린더형 섹션 사이에서 중앙 보어 내에 있는 연료 체적으로부터 제2 그룹의 노즐 보어들의 유입 개구들을 막기 위한 제2 실린더형 섹션을 구비하는 것을 특징으로 한다.

차단 요소 내의 내부 유동 통로를 통한 연료의 유동은 - 상기 설명에 언급된 바와 같이 - 노즐 팁에 대해 중요한 냉각 효과를 제공한다. 그러나, 중앙 보어의 단부로부터 노즐 보어들에 대한 유입 개구들로 향하여 유동하는 연료는, 연료가 노즐 보어들을 통하여 밖으로 유동하는 때의 시점에서 팁 영역으로부터의 열에 의하여 이미 데워지고, 노즐 보어들의 영역에서의 냉각 효과는 이 데워짐 때문에 작아진다. 또한 차단 요소로 이어지는 샤프트 보어 내측 및 차단 요소 내측의 연료 유동으로부터 노즐 벽에 대한 냉각 효과는 상당히 적다. 본 발명은 차단 요소의 레벨에 위치된 노즐 벽 부분에서 중요한 냉각 효과를 제공한다. 중앙 보어의 측부 표면과 차단 요소의 원주 사이의 통로를 통하여 제2 그룹의 노즐 보어들에 급송함으로써, 주입된 연료의 일부분은 그 통로 내로 그리고 제2 그룹의 노즐 보어들로 전진하여 유동하고, 노즐 벽의 내측 표면을 현저히 냉각시키며, 그 연료의 다른 일부분은 샤프트 내로 그리고 차단 요소 내의 내부 통로를 통해 전진하여 밖으로 유동하여 노즐의 팁을 냉각시킨다. 이와 같은 이중 유동의 조합된 효과는, 열에 의한 영향을 받는 노즐 벽 뿐만 아니라 측벽 영역에서도 효과적인 냉각을 제공한다. 측벽 영역에서의 냉각으로 인하여, 측벽의 과열 및 측벽 내측에서의 탄소 형성의 위험이 효과적으로 저감된다. 또한 그로 인하여 연료분사기의 사용 중의 신뢰성과 내구성이 증진된다.

유입 개구들로의 연료 유동을 두 개의 상이한 경로들로 나누는 것은, 무화기에서의 향상된 냉각 효과로 귀결되는데, 이것은 무화기 보어들보다 무화기의 더 큰 내부 영역에서 연료가 유동하기 때문이기도 하다. 또한 차단 요소의 외측은 통로 내로의 연료의 유동에 의하여 냉각되는바, 이것은 제1 실린더형 섹션에서의 온도 레벨을 저감시킨다. 그렇게 귀결되는 중앙 보어의 내측에서의 낮은 온도는 부품들 상에서의 탄서 형성 위험을 저감시키고, 따라서 차단 요소가 들어붙게 되는 위험도 저감된다.

연료분사기가 닫히는 때에는 제2 실린더형 섹션이 연료가 노즐 보어들 내로 새어들어가는 것을 방지하기 때문에, 연료 분사기가 닫힌 때에 노즐 보어들을 통한 연료 누설에 관하여는 그 차단 요소의 장점을 희생하지 않고서, 상기 증진된 냉각 효과가 얻어진다.

일 실시예에서, 상기 제1 그룹의 노즐 보어들은 무화기의 중앙 보어에 제1 열로 배치된 유입 개구들을 가지고, 상기 제2 그룹의 노즐 보어들은 무화기의 중앙 보어에 제2 열로 배치된 유입 개구들을 가지며, 그 제1 열 및 제2 열은 무화기의 축방향으로 떨어져 있다. 이와 같은 방식으로, 예를 들어 120도의 최대 각도 내에 배치되는 노즐 보어들의 총 갯수는, 무화기의 측벽의 강도를 저해시키지 않고서 증가될 수 있다.

일 실시예에서는, 밸브 스핀들의 개방 위치에서, 연료는 차단 요소의 적어도 하나의 내부 통로를 통해 노즐 보어들의 제1 열의 유입 개구들로 공급되고 또한 차단 요소의 원주에서 환형 요부를 통해 노즐 보어들의 제2 열의 유입 개구들로 공급된다. 원주부에 있는 요부는, 연료 밸브가 폐쇄 위치에 있는 때에 중앙 보어의 내측으로부터 차단 요소의 주변부를 분리시키기도 하고, 이와 같은 폐쇄 위치에서의 분리는 무화기 내에서의 탄소 형성 위험이 더욱더 적어지는 것으로 귀결된다.

일 실시예에서는, 밸브 스핀들의 개방 위치에서, 연료는, 노즐 보어들의 두 열의 유입 개구들을 포함하는 중앙 보어의 제2 섹션보다 큰 직경을 갖는 무화기의 중앙 보어의 제1 섹션을 통해 차단 요소의 원주에 있는 환형 요부로 공급된다. 따라서 그 냉각 효과는 더 향상되는데, 이것은, 더 큰 직경이 무화기의 더 큰 내부 영역을 제공하고, 연료가 더 큰 표면적을 지나 유동하며, 더 높은 냉각 효과를 제공하기 때문이다. 결과적으로 탄소 형성의 위험은 더 저감된다.

제조의 관점에서 유리한 실시예에서, 차단 요소의 제1 실린더형 섹션 및 제2 실린더형 섹션은 동등한 외측 직경을 가지고, 제1 실린더형 섹션 및 제2 실린더형 섹션은 중앙 보어의 제2 섹션 내로 밀봉식으로 끼워진다.

일 실시예에서는, 밸브 스핀들의 폐쇄 위치에서, 차단 요소의 원주에 있는 환형 요부는 노즐 보어들의 제1 열 및 제2 열의 유입 개구들을 덮는다. 따라서, 환형 요부의 축방향 치수는 차단 요소의 전체 축방향 치수에 비하여 길 수 있는데, 이로써 환형 요부 내에서 유동하는 연료에 의하여 우수한 냉각 효과가 얻어질 수 있어서 탄소 형성의 위험이 더 저감될 수 있다.

제조의 관점에서 유리한 실시예에서, 축방향의 보어가 차단 요소의 제1 및 제2 섹션들을 통해 연장되고 제1 섹션의 자유 단부에서 밖으로 개방되며, 상기 보어는 샤프트에 있는 측부 개구들을 통하여 무화기의 중앙 보어와 소통한다.

일 실시예에서, 노즐 보어들의 제1 열의 유입 개구들은 무화기의 중앙 보어의 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 어깨부로부터 무화기의 축방향으로 거리를 두고 배치되고, 상기 거리는 차단 요소의 제2 실린더형 섹션으로부터 차단 요소의 제1 실린더형 섹션의 자유 단부까지의 거리와 동등한 거리이다. 이와 같은 방식으로, 어느 열의 노즐 보어들을 통하여 분사가 동시적으로 수행되는 것이 이루어질 수 있다.

일 실시예에서, 노즐 보어들은, 각 열에 속하는 상호 평행한 보어들의 쌍들로 배치되고, 무화기의 중앙 보어의 동일한 각도 위치에서 유입 개구들을 갖는다. 이것은 노즐 보어들의 총 갯수가 정해진 때에 노즐의 강도를 증가시킨다.

일 실시예에서, 밸브 스핀들의 개방 위치에서, 차단 요소는 노즐 보어들의 제1 열 및 제2 열의 유입 개구들 사이에서 중앙 보어에 대해 밀봉(seal)한다. 이로서, 차단 요소에 의한 두 열들의 유입 개구들 간의 분리는 각 열의 노즐 보어들의 분사 용량, 유동 상태, 및 분사 시간과 같은 파라미터들을 동등하게 할 수 있고, 이로써 연소가 더 향상된다.

일 실시예에서, 제1 열 및 제2 열 각각에 있는 노즐 보어들의 유입 개구들은 무화기의 동일한 축방향 위치에 배치되고, 일 열의 노즐 보어들은 무화기의 축방향에 대해 상이한 각도들로 지향된다. 따라서, 노즐 보어들의 분사 시간을 매우 정확하게 제어하고, 동시에 무화기의 축의 평면 내에서 넓은 분사 각도를 커버하는 것이 가능하다.

본 발명은 하기의 매우 개략적인 도면들을 참조로 하는 예시적인 실시예들에 의해 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 연료분사기의 실시예의 종단면도이고,

도 2 및 도 3 은 각각 폐쇄 위치(closed position) 및 개방 위치(open position)에 있는 연료분사기의 전방 단부(forward end)의 확대도들이고,

도 4 는 무화기(atomizer)의 전방 단부의 더 확대된 확대도이고,

도 5a 내지 5e 는 노즐 보어(nozzle bore)들의 쌍들의 중심축을 따르는 단면도들이고,

도 5f 는 무화기의 횡단면도이고,

도 6 은 세 개의 연료분사기들이 제공된 엔진 실린더(engine cylinder) 내로 연료가 분사되는 것을 도시한 도면이다.

도 1 에는 연료, 특히 중연료유(heavy fuel oil)의 분사를 위한 것으로서 전체적으로 1 로 표시된 연료분사기가 도시되어 있다. 연료분사기는 긴 형상의 하우 징(housing; 2)을 구비하며, 그 하우징에는 내연기관의 실린더에 연료분사기(1)를 장착시키기 위한 상측 플랜지(upper flange; 3) 및 예를 들어 연료 펌프 또는 고압 저장부로부터 가압된 연료를 공급하기 위한 연료 공급 파이프(미도시)용 연결부(4)이 제공되어 있다.

엔진은 통상적으로, 선박 추진 또는 그리드(grid)에의 고정적 전력 생성을 위한 2행정(two-stroke)의 크로스헤드 엔진(crosshead engine)이다. 엔진은 150 kW 내지 7000 kW 범위의 실린더당 동력(power per cylinder)을 가질 수 있고, 통상적으로는 개별의 실린더에 2, 3, 또는 4 개와 같이 수 개의 연료분사기들이 제공된다.

무화기(5)는 하우징의 전방 단부 개구를 통하여 돌출되고, 연료분사기(1)가 엔진에 장착된 때에 엔진 실린더의 연소 챔버(combustion chamber) 내로 연장된다.

연료분사기로 전달된 연료는 연결부(4) 내의 중앙 보어(central bore; 6), 및 보어(6)로부터 스프링 가이드(spring guide; 8) 및 순환 슬라이더(circulation slider; 9)를 통해 순환 슬라이더(9) 및 순환 슬라이더를 위한 가이드(11)에 의하여 한정된 압력 챔버(pressure chamber; 10)로 연장된 중앙 채널(central channel; 7)을 통해 유동할 수 있다. 순환 슬라이더(9)가 도 1 에 도시된 전방 위치에 있는 때에, 순환 슬라이더(9)의 전방 단부는 채널(13)로 이어지는 통로(12)를 폐쇄시키는바, 그 채널(13)은 압력 파이프(pressure pipe; 14), 압력 부재(pressure member; 15), 및 전체적으로 16 으로 표시된 밸브 스핀들(valve spindle)의 상측 섹션(upper section; 30)을 통해 중앙으로 연장된다. 밸브 스핀들 내에서는 중앙 채널(13)이 경사 채널(inclined channel; 17)들을 통하여 제1 압력 챔버(primary pressure chamber; 18)와 소통된다.

제1 압력 챔버(18)는 밸브 스핀들(16)의 상측 섹션(30) 및 상측 섹션(30)을 위한 스핀들 가이드(spindle guide; 19)에 의하여 한정된다. 밸브 스핀들(16)은 환형의 밸브 시트 영역(annular valve seat area)을 구비한 밸브 요소(valve element; 20)를 가지는바, 그 밸브 시트 영역은 밸브 스핀들이 도 1 및 도 2 에 도시된 폐쇄 위치에 있는 때에 밸브 시트(21)에 맞닿는다. 이 폐쇄 위치에서는, 무화기(5) 내의 중앙 보어(22)와 제1 압력 챔버(18) 간에 유동이 연결되지 않는다. 압축 스프링(compression spring; 23)은 스프링 디스크(spring disc; 24)에 맞닿고, 하측 스프링 디스크(25)를 거쳐서 밸브 스핀들(16)의 상측 섹션(30)을 폐쇄 방향으로 전방으로 가압하여, 밸브 요소(20)가 밸브 시트(21)에 대해 밀봉식으로(sealingly) 가압되도록 한다.

연료분사기(1)가 방금 설명된 폐쇄 위치에 있는 때에, 상측 보어(6)는 스프링 가이드(8) 내의 횡방향 채널(미도시)을 통하여 스프링 가이드(8) 둘레에 위치된 공동(cavity)과 소통되어서, 예열된 연료가 밸브(1)의 상측 부분에서 순환할 수 있는데, 이것은 잘 알려진 것이다. 연료 분사가 개시되려고 하는 때에는, 중앙 채널(7) 및 압력 챔버(10) 내의 연료 압력이 증가하여, 순환 슬라이더(9)가 상향으로 움직이도록 하고, 스프링 가이드(8) 내의 횡방향 채널을 차단시킨다. 순환 슬라이더(9)의 변위로 인하여 통로(12)가 개방되고, 연료 압력은 채널(13) 및 경사 채널(17)들을 통해 제1 압력 챔버(18)로 전파된다.

제1 압력 챔버(18) 내의 연료 압력이 스프링(23)의 사전-긴장(pre-tensioning)에 의해 결정되는 연료분사기의 개방 압력에 도달하는 때에, 밸브 스핀들은 상향으로 그리고 밸브 시트(21)로부터 멀리 변위되고, 연료가 밸브 시트(21)를 지나서 무화기(5) 내의 중앙 보어(22) 내로 아래로 유동하기 시작한다.

다양한 실시에들에서, 설명된 참조번호들은 동일한 기능을 갖는 상세부분들을 위해 재사용된다.

도 2 에는 실시예가 도시되어 있는데, 여기에서 압력 부재(15)의 튜브형 부분은 상측 섹션(30) 내로 연장되어서 경사 채널(17) 가까이로 위치된다. 밸브 스핀들(16)은 샤프트(26) 내의 밸브 요소(20)의 전방 측으로 이어져서 무화기의 중앙 보어 내로 연장된다. 샤프트(shaft; 26)는 길고, 최전방 단부에 전체적으로 27로 표시된 차단 요소(cut-off element)를 보유한다. 차단 요소는 제1 실린더형 섹션(first cylindrical section; 28) 및 제2 실린더형 섹션(second cylindrical section; 29)을 구비하는데, 그 실린더형 섹션들(28, 29)은 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에 유체-밀봉 방식으로 무화기의 중앙 보어 내로 들어맞는 실린더형 외측 표면을 갖는다.

무화기의 벽 내에는 복수의 노즐 보어(31)들이 제공된다. 그 노즐 보어들은 그들의 유입 개구(inlet opening; 32)들에 있어서 제1 그룹과 제2 그룹으로 배치된다. 그 두 그룹의 유입 개구들은 노즐의 원주 방향에서 볼 때에 불규칙한 패턴으로 배치되거나, 전체적으로 하나 또는 수 개의 열로 배치되거나, 도면들에 도시된 바와 같이 제1 열(A) 및 제2 열(B)로 배치될 수 있다. 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에, 제1 실린더형 섹션(28)은 유입 개구(32)들의 제1 열(first row; A)에 위치되고, 또한 중앙 보어의 단부 바닥(33)과 제1 열(A)의 유입 개구들 사이에 위치된 중앙 보어(22)의 단부 부분 내로 뻗는데, 이로써 제1 실린더형 섹션이 제1 열(A)의 유입 개구들과 중앙 보어의 단부 부분 간의 유동 연결을 차단시킨다. 밸브 스핀들이 밸브 시트로부터 멀어져서 개방 위치로 변위되는 때에는, 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 제1 실린더형 섹션(28)이 제1 열(A)의 유입 개구들과 떨어져 상승된다.

밸브 스핀들이 이 위치에 있는 때에는, 제1 압력 챔버(18)로부터 밸브 시트(21)를 지나 중앙 보어(22) 내로 유동하는 연료의 총량은 측부 개구(side opening; 35)들로 들어가서 샤프트(26) 내측으로 유동하여 중앙 보어의 바닥으로 나가는 연료의 제1 부분 유동(first partial flow; D)으로 분기되는데, 중앙 보어의 바닥에서 그 연료 유동은 단부 바닥(33)과 만나며 상향의 유동으로 선회하여 제1 열(A)의 유입 개구(32)들로 공급된다.

연료의 제2 부분 유동(second partial flow; C)은 샤프트(26)의 외측에서 전방으로 유동하기를 계속하여 중앙 보어(22)의 측벽과 제2 실린더형 섹션(29)의 원주 사이의 통로(36) 내로 들어간다. 그 통로는 실린더형 섹션(29)을 지나서 제1 실린더형 섹션(28)과 제2 실린더형 섹션(29) 사이에 있는 영역 내로 연장된다.

중앙 유동 통로(34)는 중앙에서 연장되어 차단 요소를 지나 샤프트에 있는 측부 개구(35)들로 이어진다. 중앙 유동 통로는 차단 요소의 자유 단부로부터 샤프트에 있는 측부 개구(35)들로 연장된 단일의 축방향 보어로서 구현되거나, 또는 대안적으로는 샤프트 내에서 차단 요소의 자유 단부로부터 측부 개구(35)들로 연장된 수 개의 통로들로 구현될 수 있다.

무화기의 중앙 보어(22)는 중앙 보어의 제2 섹션(second section; 22")보다 큰 직경을 갖는 제1 섹션(first section; 22')을 갖는다. 도 2 내지 도 4 에 도시된 실시예에서 두 개의 열들(A, B)은 둘 다 제2 섹션(22")에 배치되어 있다. 제2 섹션(22")은 제1 및 제2 실린더형 섹션들(28, 29)의 외측 직경보다 약간만 큰 직경을 갖는바, 이로써 제2 섹션이 차단 요소를 위한 가이드로서 기능하고, 제1 및 제2 실린더형 섹션들(28, 29)이 유체 유동을 방지하는 방식으로 제2 섹션(22") 내로 끼워진다.

밸브 스핀들이 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 변위되는 때에, 제2 실린더형 섹션(29)은 제2 섹션(22")으로부터 떨어져 상승되어서 도 3 및 도 4 에 도시된 개방 위치로 간다. 제2 실린더형 섹션(29) 외측을 지나는 중앙 보어(22) 내의 연료 유동은 도 4 에서 화살표(C)로 표시되어 있다. 환형 요부(36)로부터, 그 유동은 더 나아가서 제2 열(second row; B)의 유입 개구(32)들로 가고, 제2 열(B)에 배치된 유입 개구들을 갖는 노즐 보어들을 통해 밖으로 나간다.

제1 열(A)의 유입 개구(32)들이 무화기의 중앙 보어의 제1 섹션 및 제2 섹션 사이의 어깨부(shoulder; 39)로부터 무화기의 축방향으로 거리(d)만큼 떨어져 배치되도록 제1 열(A)의 배치를 차단 요소(27)의 치수에 맞춰 적합하게 함으로써, 제1 열(A)과 제2 열(B) 둘 다의 유입 개구(32)들로의 유체 유동의 완전한 동시 개방을 이루는 것이 가능한데, 상기 거리(d)는 제2 실린더형 섹션(29)으로부터 차단 요소 의 자유 단부로의 거리(e)와 동등하다.

환형 요부(annular recess; 36) 내로 하향 이동하여 제2 열(B)에 있는 유입 개구(32)들에 의해 급송되어 노즐 구멍들을 통해 나오는 연료의 유동은 무화기의 벽 재료를 냉각시키는 작용을 한다. 제2 실린더형 섹션(29)을 지나 요부(36)을 통하는 유동은 중앙 보어(22)의 내측 표면과 접촉하여, 무화기의 재료를 냉각시키는 작용을 한다. 이 냉각 효과는 노즐 보어들을 통하는 유동에 의해 얻어질 수 있는 냉각보다 훨씬더 큰데, 왜냐하면 중앙 보어(22)의 내측 표면의 면적이 크기 때문이다.

또한, 요부(36)를 통해 유동하는 유체의 냉각 효과는 노즐 보어들이 위치된 각도 섹터(angular sector)에서 뿐만 아니라 요부의 전체 표면에 걸쳐 작용한다. 무화기에 가해지는 최고의 열은 노즐 보어들이 위치된 각도 섹터의 반대측 영역에 위치한다. 그리고, 많이 열을 받은 이 구역은 노즐 보어들에 의하여 전혀 냉각되지 않는데, 왜냐하면 이 구역에 노즐 보어들이 위치되어 있지 않기 때문이다. 이것은, 도 6 에 관한 하기의 설명에 의하여 보다 명확히 설명될 것이다.

밸브 스핀들이 분사 시퀀스(injection sequence)의 끝에서 폐쇄 위치로 변위되는 때에, 제2 실린더형 섹션(29)은 중앙 보어의 단부 바닥(end bottom; 33)을 향하는 방향으로 변위되어, 제2 실린더형 섹션의 적어도 전방부가 제2 섹션(22") 내에 위치되고, 제2 열(B)의 유입 개구들을 구비한 요부(36)와 중앙 보어(22)의 제1 섹션(22') 사이의 유동 연결을 차단한다.

도 2 및 도 3 에서, 엔진 실린더 내의 연소 챔버는 37 로서 표시되고, 연소 챔버의 벽 표면(38)은 파단선으로 표시되어 있다. 연료분사기 하우징(2)은 실린더 벽 냉각에 의하여 냉각되는 저온 영역 내에 배치되고, 하우징 내측의 밸브 시트도 이 저온 영역 내에 위치된다. 연소 챔버의 벽 표면(38)을 넘어 연소 챔버 내로 연장되는 무화기(5)의 자유 단부는 열에 의한 영향을 많이 받는 영역 내에 위치된다.

노즐 보어(31)들은, 요망되는 분사 과정을 생성하기 위하여 상이한 방향들로 방향이 정해진다. 그 상이한 방향들은 소위 수평 방향, 즉 엔진 실린더의 원주 방향으로 연료를 배분시키는 각도 범위와, 수위 수직 방향, 즉 실린더의 높이 방향으로 연료를 배분시키는 각도 범위 둘 다에 관련된다.

수직 방향에 있어서, 도 5a 내지 5e 에는 노즐 보어들의 상이한 수직 경사 각도(수직 경사 각도; α)들의 예가 도시되어 있다. 표시된 수직 경사 각도(α)는 노즐 보어의 종축과 (실린더형 보어의 중앙축에 대해 직각인) 수평 방향 간의 각도로서 측정된다. 수직 경사 각도는 노즐 보어마다 상이할 수 있다. 적당한 편차에 관한 예를 들자면, 도 5a 에 도시된 노즐 보어들은 30°의 각도(α)를 가질 수 있고, 도 5b 에 도시된 노즐 보어들은 20°의 각도(α)를 가질 수 있고, 도 5c 에 도시된 노즐 보어들은 40°의 각도(α)를 가질 수 있고, 도 5d 에 도시된 노즐 보어들은 10°의 각도(α)를 가질 수 있고, 도 5e 에 도시된 노즐 보어들은 30°의 각도(α)를 가질 수 있다. 서로 수직으로 배치된 노즐 보어들에 대해 상이한 수직 경사 각도를 이용하는 것이 기술적으로는 가능하지만, 노즐 보어들이 각각의 열에 속하는 상호 평행한 보어들의 쌍들로 배치되는 것이 바람직하다. 이것의 결과로, 서로 수직하게 위아래로 배치된 노즐 보어들의 각 쌍에서, 그 노즐 보어들은 상호 간에 평행하다.

도 5f 에 도시된 바와 같이, 노즐 보어들은 분사기의 원주 방향의 적은 부분만을 차지하는 각도 섹터에 모두 위치된다. 이것의 이유는 위에서 본 실린더를 도시하는 도 6 에 도시되어 있다. 실린더에는 엔진 실린더의 주변에 가깝게 위치된 세 개의 연료 분사기(1)들이 제공된다. 개별의 연료 분사기는 다음의 연료 분사기로 지향된 섹터에서만 연료를 분사한다. 그리고 이전의 분사기로부터 분사된 연료의 연소로 인한 고온 연소 구역은 이전의 분사기의 방향에 위치된 영역에서 무화기에 작용한다. 그 결과, 무화기는 이전의 분사기로부터의 연소에 의하여 가열되고 다음의 연료분사기를 향하여 지향된 노즐 보어들을 통하는 연료 분사에 의하여 냉각된다. 각도 섹터는 서로로부터 가장 벗어나는 방향에서 연장된 두 개의 노즐 보어들 간의 최대 수평 각도(β)로 정의된다. 이 수평 각도(β)는 보통 120°보다 작고, 바람직하게는 100°보다 작다.

첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 연료분사기는 압축 스프링(23)을 갖는 형태의 것일 필요가 없다. 압축 스프링 대신에 개방 위치와 폐쇄 위치 간의 밸브 스핀들의 움직임은, 공지된 방식에 따라 연료 압력에 의해 수압식으로 또는 제어 오일(control oil)을 이용함으로써 제어될 수 있다. 연료가 중연료유가 아니라면, 순환 슬라이더(9)는 필요하지 않을 수 있다. 또한 무화기의 중앙 보어는 그 전체 길이를 따라서 균일한 내측 직경을 가질 수 있고, 유입 개구(32)들은 열이 아닌 패턴, 예를 들어 중앙 보어의 실린더형 영역에 걸쳐 균등하게 분포된 형태, 또는 V 형상 또는 다른 편리한 비선형의 형상으 로 배치될 수 있다.

Claims (11)

1. 적어도 하우징(housing), 밸브 시트(valve seat), 밸브 스핀들(valve spindle), 무화기(atomizer), 및 차단 요소(cutoff element)를 포함하는 내연기관용 연료분사기로서; 그 무화기는 중앙 보어(central bore)를 구비하고, 중앙 보어로부터는 무화기의 측벽을 통해 복수의 노즐 보어(nozzle bore)들이 연장되며; 그 밸브 스핀들은 밸브 요소(valve element)를 구비하고 폐쇄 위치와 개방 위치 간으로 변위될 수 있고, 폐쇄 위치에서는 밸브 요소의 환형 밸브 시트 영역이 밸브 시트에 맞닿으며, 개방 위치에서는 연료가 밸브 시트를 지나 노즐 보어들을 구비한 중앙 보어로 들여보내지고; 그 차단 요소는 샤프트(shaft)에 의해 밸브 스핀들에 보유되고 제1 실린더형 섹션(first cylindrical section) 및 제2 실린더형 섹션을 포함하며, 제1 실린더형 섹션은 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에 제1 그룹의 노즐 보어들의 유입 개구들에 대한 연료의 접근을 폐쇄하도록 무화기의 중앙 보어 내에 위치되고, 제2 실린더형 섹션은 밸브 스핀들이 폐쇄 위치에 있는 때에 밸브 시트와 제2 실린더형 섹션 사이에서 중앙 보어 내에 있는 연료 체적으로부터 제2 그룹의 노즐 보어들의 유입 개구들을 막고, 축방향의 보어는 차단 요소의 제1 및 제2 실린더형 섹션들을 통해 연장되고 제1 실린더형 섹션의 자유 단부에서 밖으로 개방되며, 상기 제1 그룹의 노즐 보어들은 무화기의 중앙 보어에 제1 열로 배치된 유입 개구들을 가지고, 상기 제2 그룹의 노즐 보어들은 무화기의 중앙 보어에 제2 열로 배치된 유입 개구들을 가지며, 밸브 스핀들의 개방 위치에서는 상기 차단 요소에 있는 축방향 보어가 샤프트에 있는 측부 개구들을 통하여 무화기의 중앙 보어와 소통하며, 중앙 보어 내로 유동하는 연료는, 무화기의 중앙 보어와 차단 요소의 원주 사이의 통로를 통하여 제2 그룹의 노즐 보어들로 공급되는 연료의 유동과, 차단 요소를 통하여 제1 열의 유입 개구들로 공급되는 연료의 유동으로 나뉘어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
2. 제 1 항에 있어서,

   제1 열 및 제2 열은 무화기의 축방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
3. 제 2 항에 있어서,

   밸브 스핀들의 개방 위치에서, 연료는 차단 요소의 원주에 있는 환형 요부를 거쳐 제2 열의 유입 개구들로 공급되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
4. 제 3 항에 있어서,

   밸브 스핀들의 개방 위치에서, 연료는, 노즐 보어들의 두 열의 유입 개구들을 포함하는 중앙 보어의 제2 섹션보다 큰 직경을 갖는 무화기의 중앙 보어의 제1 섹션을 통해 차단 요소의 원주에 있는 환형 요부로 공급되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
5. 제 1 항에 있어서,

   차단 요소의 제1 실린더형 섹션 및 제2 실린더형 섹션은 동등한 외측 직경을 가지고, 제1 실린더형 섹션 및 제2 실린더형 섹션은 중앙 보어의 제2 섹션 내로 밀봉식으로 끼워지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
6. 제 3 항에 있어서,

   밸브 스핀들의 폐쇄 위치에서, 차단 요소의 원주에 있는 환형 요부는 노즐 보어들의 제1 열 및 제2 열의 유입 개구들을 덮는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
7. 제 5 항에 있어서,

   노즐 보어들에서 제1 열의 유입 개구들은 무화기의 중앙 보어의 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 어깨부로부터 무화기의 축방향으로 거리를 두고 배치되고, 상기 거리는 차단 요소의 제2 실린더형 섹션으로부터 차단 요소의 제1 실린더형 섹션의 자유 단부까지의 거리와 동등한 거리인 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   노즐 보어들은, 각 열에 속하는 상호 평행한 보어들의 쌍들로 배치되고, 무화기의 중앙 보어의 동일한 각도 위치에서 유입 개구들을 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   밸브 스핀들의 개방 위치에서, 차단 요소는 노즐 보어들의 제1 열 및 제2 열의 유입 개구들 사이에서 중앙 보어에 대해 밀봉(seal)하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,

    제1 열 및 제2 열 각각에 있는 노즐 보어들의 유입 개구들은 무화기의 동일한 축방향 위치에 배치되고, 일 열의 노즐 보어들은 무화기의 축방향에 대해 상이한 각도들로 지향된 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사기.
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