KR101329884B1 - 내연기관용 연료 인젝터 - Google Patents

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야신 프리츠
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

내연기관(88)을 위한 연료 인젝터(10)는 중심체와 케이싱 사이에 환상의 혼합 구역(16)을 형성하기 위해 중심체의 반경방향 바깥으로 배치된 중심체(12)와 케이싱(14)을 포함한다. 연료 인젝터는 혼합 구역 내에 연소공기의 제 1 일부분(22)을 분사하기 위한 혼합 구역의 공기 입구(예를 들어, 18)도 포함한다. 연료 입구(32)는 혼합 구역 내에 연료(34)를 분사하기 위해 중심체 내에 배치된다. 중심체 내에 배치된 연료관(48)은 혼합 구역 내의 연료 분사를 선택적으로 제어하는 연료관 내에 배치된 밸브(50) 및 연료 입구에 연료를 보낸다. 밸브는 요구된 정확히 시간에 맞춘 분사를 제공하기 위해 연료 입구에 충분히 가까이 위치될 수 있다. 인젝터는 연료/공기 혼합(60)을 배출하기 위한 혼합 구역의 출구(19)도 포함한다.

Description

내연기관용 연료 인젝터{FUEL INJECTOR}
도 1은 개선된 연료 인젝터의 실시예의 개략적인 단면도,
도 2는 도 1의 연료 인젝터의 실시예의 선 2-2를 따른 부분 단면도,
도 3은 도 1의 연료 인젝터의 다른 실시예의 선 2-2를 따른 부분 단면도,
도 4a는 도 1의 연료 인젝터의 다른 실시예의 선 2-2를 따른 부분 단면도,
도 4b는 도 1의 연료 인젝터의 다른 실시예의 선 2-2를 따른 부분 단면도,
도 5는 도 1의 연료 인젝터의 실시예의 선 5-5를 따른 부분 사시도,
도 6은 연료 및 공기가 소망의 일정한 등가 비율을 달성하기 위한 시간 질량 흐름의 예시적인 그래프를 나타내는 도면,
도 7은 개선된 연료 인젝터의 실시예를 포함하는 내연기관용 분사 시스템의 개략도.
도면의 주요부부에 대한 부호의 설명
10 : 연료 인젝터 12 : 중심체
14 : 제 1 케이싱 16 : 혼합 구역
18 : 축방향 공기 입구 19 : 출구
20 : 상류 단부 22 : 제 1 부분
24 : 연소 공기 26 : 반경방향 공기 입구
28 : 제 2 부분 30 : 슬롯
32 : 연료 입구 36 : 제 2 케이싱
38 : 저장소 40 : 출구
42 : 개구부 44 : 외부 표면
46 : 연료 48 : 연료관
50 : 밸브 54 : 역류 감지기
56 : 와류 발생기 58 : 와류
60 : 연료/공기 혼합물 62 : 날개
64 : 제 1 뾰족한 부분 66 : 만곡된 측면
68 : 와류 70 : 제 2 뾰족한 부분
72 : 윗면 74 : 만곡된 트러프
76 : 축방향으로 연장된 트러프 78 : 트러프의 중심
80 : 매끄러운 표면 부분 82 : 시간에 의존하는 연료 질량 흐름
84 : 시간에 따라 변화하는 공기 질량 흐름
86 : 요구된 일정한 등가 비율
본 발명의 실시예는 일반적으로 연료 인젝터에 관한 것이고, 더 상세하게는 내연기관 내로의 분사를 위해 산화제 및 분사된 연료량을 미리 혼합하기 위한 와류 발생기를 구비하는 연료 인젝터에 관한 것이다.
오토타입(Otto-type) 가스 엔진에서는 연료와 연소 공기가 벤투리(venturi) 혼합기 또는 다른 혼합 및 분사 장치를 사용하여 엔진의 실린더의 상류에서 미리 혼합된다. 연료/공기 혼합 균질성을 최대화하고, 연료공급의 낮은 압력을 허용하기 위해서는 연료는 가끔 압축기의 상류에 분사되어야 한다. 이러한 혼합 및 분사 개념은 연소실 외측에 상대적으로 큰 양의 발화가능한 혼합물을 생기게 하며, 역류를 피하기 위한 연료 분사 타이밍의 제어를 허용하지 않는다. 제어된 분사와 실린더 상류에서의 작은 양의 발화가능한 혼합물 둘다 수소와 같은 역류 위험성이 높은 연료에서는 특히 중요하다. 포트 분사(port injection) 기술들은 역류를 피하기 위해 적절한 연료 분사 타이밍을 제공하는데 사용되지만, 그 대가로 혼합 품질을 떨어뜨린다. 떨어진 혼합 품질은 배출가스의 증가, 출력 저하, 한정된 범위의 엔진 작동을 가져온다. 따라서, 내연기관이 높은 출력 밀도, 효율적인 작동, 배출가스의 감소를 달성하기 위해 연료의 혼합 및 분사를 개선하는 것이 요구된다.
본 발명의 실시예는 중심체 주위에 배치된 혼합 구역 내로 축방향 및 반경방향으로 공기 분사를 구비하는 연료 인젝터를 포함한다. 중심체는 예를 들어, 역류 위험성을 최소화하기 위해 시간 조절된 연료 분사 및 계량을 유리하게 허용하는 혼합 구역 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브를 포함할 수 있다. 혼합 구역은 혼합 구역 내에 공기 및 연료의 개선된 혼합을 제공하기 위해 반경방향으로 분사된 공기로 와류를 발생하기 위하여 예를 들어 중심체를 따라 축방향으로 환상으로 이격된 복수의 날개와 같은 와류 발생기를 포함할 수 있다. 연료 인젝터의 실시예는 종래의 연료 인젝터보다 개선된 혼합 균질성(mixture homogeneity)을 제공하는 동시에, 개선된 역류 저항성, 사이클의 변화에 따른 연료 분사의 감소, 출력 밀도의 증가, 배출가스의 감소를 제공한다.
도 1은 개선된 연료 인젝터(10) 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고, 도 5는 도 1의 연료 인젝터(10) 실시예의 부분 단면도를 선 5-5를 따라 도시한다. 연료 인젝터(10)는 중심체(12) 및 중심체(12)의 반경방향 바깥으로 배치된 제 1 케이싱(14)을 포함할 수 있다. 중심체(12) 및 제 1 케이싱(14)은 그 사이에 환상(環象)의 혼합 구역(16)을 형성한다. 연료 인젝터(10)는 나아가 혼합 구역(16) 내로 연소공기(24)와 같은 산화제의 제 1 부분(22)을 축방향으로 분사하기 위해 혼합 구역(16)의 상류 단부(20)에 축방향 공기 입구(18)를 포함할 수 있다. 연료 인젝터(10)는 더 나아가 혼합 구역(16) 내로 연소공기(24)의 제 2 부분(28)을 반경방향으로 분사하기 위해 제 1 케이싱(14) 내에 배치된 반경방향 공기 입구(26)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 반경방향 공기 입구(26)는 환상으로 이격된 복수의 슬롯(slot)(30)들을 포함할 수 있다. 저장소(38)의 입구(40)에서 연소공기(24)의 제 2 부분(28)을 받아 반경방향 공기 입구(26)로 연소공기(24)의 제 2 부분(28)을 인도하기 위한 저장소(38)를 형성하도록, 제 2 케이싱(36)이 제 1 케이싱(14)의 반경방향 바깥으로 배치될 수 있다. 본 발명의 한 관점에서는, 요구된 흐름 설정을 얻기 위해 축방향 공기 입구(18)와 반경방향 공기 입구(26)의 영역 비율이 설정된다. 예를 들어, 요구된 흐름 설정과 혼합 효과를 얻기 위해 높이(H)와 같은 혼합 구역의 기하특성은 슬롯 길이(L) 및/또는 슬롯 폭(W)과 같은 반경방향 공기 입구(26)의 슬롯(30)의 기하특성에 대해 조정될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 축방향 및/또는 반경방향 공기 입구(18, 26)에 미리 혼합된 연료/공기 혼합을 제공하기 위해 연료 인젝터(10)에 제공된 연소공기(24)와 그 일부분들은 연료 인젝터(10)의 연료 상류에서 미리 혼합될 수 있다.
연료 인젝터(10)는 천연가스, 수소, 생물학적 가스 또는 합성 가스와 같은 연료를 혼합 구역(16) 내로 분사하기 위해 축방향 공기 입구(18)의 중심체(12) 하류에 배치된 연료 입구(32)도 포함할 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 연료 입구(32)는 반경방향 공기 입구(26)에 대해 각(angular)방향으로 변위될 수 있다. 어떠한 실시예에서는 연료 입구(32)가 중심체(12)의 외부 표면(44)에 배치된 환상으로 이격된 복수의 개구부(42)들을 포함할 수 있다. 개구부(42)는 반경방향 공기 입구(26)의 슬롯(30)들에 대해 각방향으로 변위될 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 연료 입구(32)로 연료(46)를 인도하기 위해 중심체(12) 내에 배치된 연료관(48)에 의해서, 연료(46)가 연료 입구(32)로 선택적으로 공급될 수도 있다. 혼합 구역(16) 내에 연료 분사를 선택적으로 제어하기 위해 밸브(50)가 중심체(12) 내의 연료관(48) 안에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 밸브(50)는 환상으로 이격된 개구부(42)들을 통해 운반되는 연료량을 제어할 수도 있다. 밸브(50)는 자석 밸브, 압전 밸브 또는 요구되는 시기에 다양한 연료의 흐름을 제공하기 위해 다양하게 제어가능한 다른 종류의 밸브를 포함할 수도 있다. 본 발명의 한 관점에서는, 밸브(50)는 요구된 연료 계량을 제공하기 위해 밸브(50)의 밸브시트(valve seat)와 같은, 연료 입구(32) 및 밸브(50) 사이에 연료 용량을 줄이기 위하여 연료 입구(32)에 충분히 가까이 연료관(48) 내에 배치된다. 다른 실시예에서는, 밸브(50)는 중심체(12)의 외부에 배치될 수 있다.
연료 입구(32)는, 상류를 향해 경사지도록 연료 입구(32)를 구성하는 것 등에 의해, 상류를 향하는 축방향 속도 성분을 갖는 상태로 연료(46)를 분사하도록 할 수도 있다. 다른 실시예에서는, 연료 입구(32)는 제 1 부분(22)의 축방향의 흐름 방향에 대해 약 90도로 연료를 분사하도록 구성될 수 있다. 연료 인젝터(10)는 나아가 입구 포트 내에 역류 사고를 감지하기 위해 연료 인젝터(10)의 출구(19) 근처에 배치된 역류 감지기(54)를 포함할 수 있다. 역류 감지기(54)는 예를 들어, 역류 상태가 감지되면 하나 또는 그 이상의 사이클 동안 밸브를 잠그는 것에 의하는 것과 같이 요구된 역류 제어를 위해 즉시 연료 공급을 중단하거나 밸브(50)를 작동시키도록 밸브(50)의 작동을 직접 또는 간접적으로 제어할 수 있다.
또 다른 관점에서는, 예를 들어, 밸브(50)는 분사하는 동안에 연료 공기 혼합의 요구된 일정한 등가 비율(EQR)을 얻기 위해 혼합 구역(16) 내로 연료(46)의 불안정한 계량을 제공하기 위해 다양하게 제어될 수 있다. 도 6은 요구된 일정한 등가 비율(86)을 얻기 위해 시간에 따라 변화하는 공기 질량 흐름(84)에 대해 비교된 요구된 시간에 의존하는 연료 질량 흐름(82)을 도시하는 시간에 대한 질량 흐름의 예시적인 그래프를 도시한다. 연료 분사 기간 동안에, 밸브(50)는 혼합 구역(16) 내에 운반되는 시간에 따라 변화하는 연료량을 얻기 위한 밸브(50)의 개구부 위치가 변화하기 위해 연료 인젝터(10) 근처에 시간에 따라 변화하는 연소공기의 공기 질량 흐름 및 그 일부분의 감지되거나 미리 결정된 예측 값에 대해 민감하게 반응하게 작동될 수 있다. 따라서, 연료/공기 혼합물(60)의 EQR은 개선된 연소 성능을 위해 변화하는 공기 질량 흐름으로 유지될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 실시예에서는, 연소공기(24)의 제 2 부분으로 길이방향 와류(58)와 같은 와류들을 발생하기 위해 와류 발생기(56)는 혼합 구역(16) 내에 배치될 수 있다. 유리하게는, 와류 발생기(56)는 연료 인젝터(10)의 출구(19)에 균질한 연료/공기 혼합물(60)을 생성하기 위해 분사된 연소공기(24)의 제 1 부분(22) 및 제 2 부분(28)으로 분사된 연료(46)의 혼합을 촉진시킨다. 와류(58)들은 역류 위험성을 제한하는데 도움이 되는 상대적으로 작은 양의 발화가능한 혼합물을 제공하기 위해 상대적으로 짧은 혼합 길이 내에 개선된 혼합 품질을 제공한다.
실시예에 있어서 와류 발생기(56)는 중심체(12)의 외부 표면(44)에 형성된 환상으로 이격된 축방향으로 연장된 복수의 날개(vane)(62)들을 포함할 수 있다. 날개(62)들은 적어도 중심체(12)의 상류 일부분까지는 연장되고, 적어도 부분적으로 혼합 구역(16) 내까지 중심체(12)의 반경방향 바깥으로 향하도록 할 수 있다. 본 발명의 한 관점에서는, 날개(62)들은 만곡된 측면(66)을 포함할 수 있다. 날개(62)들은, 반경방향 공기 입구(26)의 각각의 슬롯(30)과 정렬된 복수의 제 1 뾰족한 부분(64)을 포함하여, 반경방향 내측으로 분사된 연소공기(24)의 제 2 부분(28)이 제 1 뾰족한 부분(64)에 의해 분할되도록 함으로써, 상기 제 2 부분(28)에 의해 날개(62)의 각각의 만곡된 측면(66)을 따라 각각의 역 회전 와류(58)를 발생시킬 수도 있다.
와류 발생기(56)는 또한 예를 들어, 반경방향 공기 입구(26)의 각각의 슬롯(30)에 복수의 제 2 뾰족한 부분(70)이 각방향으로 변위되도록 복수의 제 1 뾰족한 부분 사이에 환상으로 삽입된 복수의 제 2 뾰족한 부분(70)도 포함할 수 있다. 제 2 뾰족한 부분(70)은 적어도 중심체(12)의 상류 일부분까지 연장될 수 있고, 적어도 부분적으로 혼합 구역(16) 내까지 중심체(12)의 반경방향 바깥으로 향하도록 할 수 있다. 본 발명의 한 관점에서는, 제 2 뾰족한 부분(70)은 편평한 윗면(72)을 가진다. 다른 관점에서는, 연료 입구(32)는 제 2 뾰족한 부분(70)의 윗면(72)에 배치될 수 있다. 만곡된 트러프(trough)(74)는 와류 발생기(56)의 일부로서 뾰족한 부분(64, 70)들 및 날개(62)들 사이에서 중심체(12)의 외부 표면(44)에 형성될 수 있다.
도 3에서 도시된 다른 실시예에서는, 와류 발생기(56)는 반경방향 공기 입구(26)의 각각의 슬롯(30)으로부터 각방향으로 변위된 제 2 뾰족한 부분(70)을 포함하는 축방향으로 연장되는 날개(62)들을 포함할 수 있다. 날개(62)들은 제 2 뾰족한 부분(70)들 사이에서 중심체(12)의 외부 표면(44)에 형성된 축방향으로 연장된 트러프(76)를 형성할 수 있다. 축방향으로 연장된 트러프(76)의 중심(78)은 효율적으로, 반경방향 공기 입구(26)에 분사된 연소공기(24)의 제 2 부분(28)으로 역회전(counter-rotating) 와류(58)를 생성하고, 각각의 축방향으로 연장된 트러프(76) 사이의 제 2 뾰족한 부분(70) 안에 배치된 이격된 연료 입구(32)를 향해 제 2 부분이 방향을 돌리도록 하기 위해 반경방향 공기 입구(26)와 각도를 맞추어 정렬되도록 할 수 있다.
도 4a에 도시된 또 다른 실시예에서는 중심체(12)는 상대적으로 매끄러운 표면 부분(80)을 포함하고, 반경방향 공기 분사 없이 [십자표시된 원형 기호에 의해 페이지(page) 안으로 흐르도록 도시된]축방향으로 분사된 연소공기(24)를 수용하도록 구성될 수 있다. 역회전 와류(68)들은 축방향으로 분사된 연소공기(24) 및 환상으로 이격된 연료 입구(32)로부터 혼합 구역(16) 내로 반경방향으로 분사된 연료의 상호작용에 의해 생성될 수 있다. 연료 입구(32)는 상류에 대해 각방향으로 배향(orientation)될 수 있다. 유리하게는, 이러한 구성이 혼합을 촉진시키는 것과 동시에 최소한의 압력 손실을 제공할 수 있다.
도 4b에 도시된 다른 실시예에서는 중심체(12)는 상대적으로 매끄러운 표면 부분(80)을 포함하고, 연소공기(24)의 축방향으로 분사된 제 1 부분(22) 및 반경방향으로 분사된 제 2 부분(28)을 수용하도록 구성될 수 있다. 환상으로 이격된 연료 입구(32)는 반경방향 공기 입구(26)로부터 각방향으로 변위될 수 있다. 혼합 구역 내에 반경방향으로 분사된 제 2 부분(28)은 반경방향으로 분사된 연료와 연소공기(24)의 혼합을 촉진하기 위해 중심체(12)를 따라 축방향으로 연장되는 역회전 길이방향 와류(58)들을 생성한다.
상기에 설명된 와류 발생기(56)의 실시예들은 단지 예시일 뿐이며, 요구된 레벨의 혼합 품질을 얻기 위해 예를 들어, 제 1 케이싱(14)의 내부 표면(15) 및/또는 중심체(12)의 외부 표면에 배치된 와류 발생 구조체의 어떠한 요구된 기하 및/또는 구성이 사용될 수 있다. 와류 발생기(56)는 유리하게도 상대적으로 짧은 혼합 길이에 걸쳐 집중적인 혼합 및 혼합의 균질화를 촉진시킨다. 와류에 의해 조력된 혼합의 결과로 분사된 연료의 운동량은 상대적으로 낮을 수 있고 균질화에 큰 영향을 미치지 않고도 변화할 수 있다. 덧붙여, 밸브(50)가 중심체(12)의 연료관(48) 내에 장착되어 있기 때문에 밸브(50) 및 연료 입구(32) 사이의 상대적으로 작은 용량은 정확한 계량을 보장하는 도움을 주고 역류가 감지되면 연료 흐름의 신속한 차단을 가능케 한다.
본 발명의 한 관점에서는, 연료 인젝터(10)는 현존하는 내연기관의 입구 포트에 개장(retrofit)가능하게 제작될 수 있고 천연가스, 합성가스, 생물학적 가스 또는 수소와 같은 다양한 연료와 특히 안전한 연소와 혼합 균질성이 중요한 적용 예에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 연료 인젝터(10)는 연소공기(24) 또는 미리 혼합된 연료/공기 혼합을 수용하기 위한 분기관(90)과 내연기관(88)의 축방향 공기 입구(18) 및 반경방향 공기 입구(26)가 연통할 수 있도록 내연기관(88)에 설비될 수 있다. 연료 인젝터(10)의 출구(19)는 개선된 엔진의 작동결과로 균질한 연료/공기 혼합을 제공하기 위해 엔진의 하나 이상의 실린더(92)와 연통할 수 있다.
여기서 본 발명의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예는 단지 예시적인 방법으로만 제공된 것이다. 당업자에게는 여기 본 발명을 벗어나지 않는 수많은 변화, 변경, 대체가 일어날 것이다. 따라서 첨부되는 청구항의 의도 와 범위만으로 발명이 한정되도록 의도된다.
본 발명은 내연기관이 높은 출력 밀도, 효율적인 작동, 배출가스의 감소를 달성하도록 연료의 혼합 및 분사를 개선한다. 중심체는 역류 위험성을 최소화하기 위해 시간 조절된 연료 분사 및 계량을 유리하게 허용하는 혼합 구역 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브를 포함하며 혼합 구역은 와류 발생기로 혼합 구역 내에 공기 및 연료의 개선된 혼합을 제공하기 위해 반경방향으로 분사된 공기로 와류를 발생한다. 따라서 연료 인젝터는 종래의 연료 인젝터보다 혼합 균질성을 개선하며, 개선된 역류 저항성, 사이클의 변화에 따른 연료 분사의 감소, 출력 밀도의 증가, 배출가스의 감소 등의 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 내연기관용 연료 인젝터(10)에 있어서,
    중심체(12)와,
    제 1 케이싱(14)으로서, 상기 중심체(12)와 제 1 케이싱(14) 사이에 환형의 혼합 구역(16)을 형성하기 위해 상기 중심체(12)의 반경방향 외측에 배치된, 상기 제 1 케이싱(14)과,
    상기 혼합 구역(16) 내로 연소공기(24)의 제 1 부분(22)을 축방향으로 분사하기 위해 상기 혼합 구역(16)의 상류 단부(20)에 위치한 축방향 공기 입구(18)와,
    상기 혼합 구역(16) 내로 연소공기(24)의 제 2 부분(28)을 반경방향으로 분사하기 위해 상기 제 1 케이싱(14) 내에 배치된 반경방향 공기 입구(26)와,
    상기 혼합 구역(16) 내로 연료를 분사하기 위해 상기 축방향 공기 입구(18)의 하류에서 상기 중심체(12)내에 배치된 연료 입구(32)와,
    상기 혼합 구역(16) 내에 반경방향으로 분사된 상기 연소공기(24)의 제 2 부분(28)으로 축방향으로 연장된 와류(58)를 생성하기 위해 상기 혼합 구역(16) 내에 배치되어, 연료 인젝터(10)의 출구(19)에서 연료/공기 혼합물(60)을 생성하도록, 분사된 상기 연소공기(24)의 상기 제 1 부분(22) 및 제 2 부분(28)과 분사된 연료(46)의 혼합을 촉진하는 와류 발생기(56)를 포함하는
    내연기관용 연료 인젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 입구(32)가 상류를 향한 축방향 속도 성분을 갖는 상태로 연료를 분사하도록 구성된
    내연기관용 연료 인젝터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 입구(32)가 상기 반경방향 공기 입구(26)에 대해 각(angular)방향으로 변위된
    내연기관용 연료 인젝터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 입구(32)에 상기 연료(46)를 안내하기 위해 상기 중심체(12) 내에 배치된 연료관(48)을 더 포함하는
    내연기관용 연료 인젝터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합 구역(16) 내로의 연료 분사를 선택적으로 제어하기 위해 상기 연료관(48) 내에 배치된 밸브(50)를 더 포함하는
    내연기관용 연료 인젝터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반경방향 공기 입구(26)가 상기 제 1 케이싱(14)의 적어도 일부분에 축방향으로 연장되고 환상으로 이격된 복수의 슬롯(slot)(30)들을 포함하는
    내연기관용 연료 인젝터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 와류 발생기(56)가 상기 중심체(12)의 외부 표면(44)에 형성되고 환상으로 이격된 복수의 날개(vane)(62)들을 포함하는
    내연기관용 연료 인젝터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 날개(62)들이 상기 중심체(12)의 적어도 축방향 일부분을 따라 연장되고, 적어도 부분적으로 상기 중심체(12)로부터 상기 혼합 구역(16)까지 반경방향 바깥을 향하도록 된
    내연기관용 연료 인젝터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 날개(62)들이, 반경방향으로 분사된 공기로 각각의 역회전(counter-rotating) 와류(58)를 생성하기 위해 제 1 뾰족한 부분(64)에 의해 반경방향으로 분사된 공기가 분할되도록 상기 반경방향 공기 입구(26)의 각각의 슬롯(30)과 정렬된 복수의 제 1 뾰족한 부분(64)을 포함하는
    내연기관용 연료 인젝터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 날개(62)들이 상기 반경방향 공기 입구(26)의 상기 슬롯(30)에 대하여 각방향으로 변위된 복수의 제 2 뾰족한 부분(70)을 포함하는
    내연기관용 연료 인젝터.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9399950B2 (en) * 2010-08-06 2016-07-26 Exxonmobil Upstream Research Company Systems and methods for exhaust gas extraction
US8919132B2 (en) 2011-05-18 2014-12-30 Solar Turbines Inc. Method of operating a gas turbine engine
US8893500B2 (en) 2011-05-18 2014-11-25 Solar Turbines Inc. Lean direct fuel injector
US9182124B2 (en) 2011-12-15 2015-11-10 Solar Turbines Incorporated Gas turbine and fuel injector for the same
US9777646B2 (en) * 2013-05-07 2017-10-03 Ford Global Technologies, Llc Direct injection of diluents or secondary fuels in gaseous fuel engines
DE102017115613A1 (de) * 2017-07-12 2019-01-17 L'orange Gmbh Kraftstoffinjektor und Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
JP7200077B2 (ja) * 2019-10-01 2023-01-06 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器及びその運転方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980019326A (ko) * 1998-03-06 1998-06-05 곽상신 차량의 연료 절감장치(Curtail system of car fuel)
WO2000022295A1 (fr) 1998-10-09 2000-04-20 Jun Arimoto Valve d'injection de carburant pour moteur diesel
KR20040095002A (ko) * 2003-05-06 2004-11-12 친-펑 창 내연기관의 마력을 증가시키는 와류 제너레이터

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE441960C (de) 1927-03-17 Hans Wagner Dipl Ing Spritzvergaser
DE2636707A1 (de) 1976-08-14 1978-02-16 Volkswagenwerk Ag Vorrichtung zur verbesserung der gemischaufbereitung
JPS54106405U (ko) * 1978-01-12 1979-07-26
US4318386A (en) 1979-09-20 1982-03-09 Automotive Engine Associates Vortex fuel air mixer
JP2596921B2 (ja) * 1986-11-28 1997-04-02 三菱重工業株式会社 燃焼器
US5109671A (en) * 1989-12-05 1992-05-05 Allied-Signal Inc. Combustion apparatus and method for a turbine engine
CH687832A5 (de) * 1993-04-08 1997-02-28 Asea Brown Boveri Brennstoffzufuehreinrichtung fuer Brennkammer.
JPH07305849A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 予混合管
US5638682A (en) 1994-09-23 1997-06-17 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor having slots at downstream end of mixing duct
DE19543701A1 (de) * 1995-11-23 1997-05-28 Abb Research Ltd Vormischbrenner
DE19545026A1 (de) * 1995-12-02 1997-06-05 Abb Research Ltd Vormischbrenner
US5675971A (en) * 1996-01-02 1997-10-14 General Electric Company Dual fuel mixer for gas turbine combustor
JPH09228898A (ja) * 1996-02-22 1997-09-02 Hitachi Ltd 混合部材及び吸気管形状
US6059560A (en) * 1997-03-04 2000-05-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Periodic equivalence ratio modulation method and apparatus for controlling combustion instability
DE29714887U1 (de) 1997-08-20 1997-10-09 Motoren Werke Mannheim Ag Gasmotor
GB9726697D0 (en) * 1997-12-18 1998-02-18 Secr Defence Fuel injector
US6263660B1 (en) 1998-08-17 2001-07-24 Ramgen Power Systems, Inc. Apparatus and method for fuel-air mixing before supply of low pressure lean pre-mix to combustor for rotating ramjet engine driving a shaft
JP2001280641A (ja) * 2000-03-31 2001-10-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン燃焼器、および、ガスタービン燃焼器における燃料と空気の混合方法
US6360776B1 (en) * 2000-11-01 2002-03-26 Rolls-Royce Corporation Apparatus for premixing in a gas turbine engine
US20020162333A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 Honeywell International, Inc., Law Dept. Ab2 Partial premix dual circuit fuel injector
CN1242201C (zh) * 2001-07-10 2006-02-15 三菱重工业株式会社 预混合喷嘴、燃烧器及燃气轮机
US6945478B2 (en) 2002-03-15 2005-09-20 Siemens Vdo Automotive Corporation Fuel injector having an orifice plate with offset coining angled orifices
US6735949B1 (en) * 2002-06-11 2004-05-18 General Electric Company Gas turbine engine combustor can with trapped vortex cavity
JP3926763B2 (ja) * 2003-04-22 2007-06-06 株式会社ケーヒン 内燃機関の制御システム
GB2405197B (en) 2003-08-16 2005-09-28 Rolls Royce Plc Fuel injector
JP4476176B2 (ja) * 2005-06-06 2010-06-09 三菱重工業株式会社 ガスタービンの予混合燃焼バーナー
US7637099B2 (en) * 2005-10-19 2009-12-29 Gm Global Technology Operations, Inc. Fluid entrainment apparatus
US7500464B2 (en) * 2006-03-06 2009-03-10 Lytesyde, Llc Fuel processor apparatus and method for a diesel engine
US20080060361A1 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc. Multi-height ramp injector scramjet combustor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980019326A (ko) * 1998-03-06 1998-06-05 곽상신 차량의 연료 절감장치(Curtail system of car fuel)
WO2000022295A1 (fr) 1998-10-09 2000-04-20 Jun Arimoto Valve d'injection de carburant pour moteur diesel
KR20040095002A (ko) * 2003-05-06 2004-11-12 친-펑 창 내연기관의 마력을 증가시키는 와류 제너레이터

Also Published As

Publication number Publication date
JP4960106B2 (ja) 2012-06-27
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US7520272B2 (en) 2009-04-21
JP2007198379A (ja) 2007-08-09
US20070170283A1 (en) 2007-07-26

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