KR101599473B1 - 직접 분사식 가스 엔진 - Google Patents

Abstract

직접 분사식 가스 엔진이 개시된다. 직접 분사식 가스 엔진은, 엔진 실린더 헤드에 형성된 인젝터 홀에 설치되며, 연료가 이동되는 연료 분사홀과, 연료 분사홀과 연통되는 연료 분사공이 형성된 노즐팁을 포함하는 인젝터와, 인젝터의 측면과 상기 인젝터 홀의 사이를 실링하는 실링부를 포함한다.

Description

직접 분사식 가스 엔진{DIRECT INJECTION GAS ENGINE}

본 발명은 안정적인 연소가 가능한 직접 분사식 가스 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 직접 분사식 가스 엔진은, 희박 연소 운전시 안정적인 성층 희박연소를 구현하기 위해, 점화가 발생되는 시기에 적절한 성층 혼합기를 형성하도록 압축 행정의 말기에 연료를 분사하는 지각 연료 분사 전략을 이용하고 있다.

그러나, 가스연료를 사용하는 엔진의 경우에는 직접 분사된 연료가 점화 플러그 주변에서 적절한 성층 혼합기가 형성되는 것이 어렵다.

따라서, 종래 가스 연료를 사용하는 직접 분사식 가스엔진은 안정적인 희박 연소가 어렵고, 이로 인한 유해 배출 가스가 증가되는 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 안정적인 희박 연소가 가능하여 유해 배출가스 발생을 최소화하는 직접 분사식 가스 엔진을 제공하는 것으로 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예의 직접 분사식 가스 엔진은, 엔진 실린더 헤드에 형성된 인젝터 홀에 설치되며, 연료가 이동되는 연료 분사홀과, 연료 분사홀과 연통되는 연료 분사공이 형성된 노즐팁을 포함하는 인젝터와, 인젝터의 측면과 상기 인젝터 홀의 사이를 실링하는 실링부를 포함한다.

분사공은 노즐팁의 중심을 기준으로 일측으로 편심될 수 있다.

연료 분사공은 노즐팁의 중심 위치에서 엔진 실린더 헤드에 설치된 점화 플러그 방향으로 편심되며 환형으로 형성될 수 있다.

연료 분사공에서 분사되는 연료의 분사각은, 실린더 헤드의 연소실 내부면을 기준으로 점화 플러그 방향의 분사각이 최소각으로 형성될 수 있다.

연료 분사공에서 분사되는 연료의 분사각은, 실린더 헤드의 연소실 내부면을 기준으로 점화 플러그 방향에 대향하는 방향의 분사각이 최대각으로 형성될 수 있다.

실링부는, 인젝터 홀의 내벽면에 형성되는 단차부와, 인젝터의 측면에 형성되는 걸림턱과, 걸림턱과 단차부의 사이에 설치되는 가스켓을 포함할 수 있다.

가스켓의 두께는 단차부의 돌출된 길이 이하이고, 걸림턱의 돌출될 길이 보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 편심 노즐팁은, 엔진 실린더 헤드에 설치된 인젝터에 설치되며, 엔진 연소실에 돌출된 단부의 중심 위치에서 일측으로 편심된다.

연료 분사공은, 노즐팁의 중심 위치에서 엔진 실린더 헤드에 설치된 점화 플러그 방향으로 편심되며 환형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 노즐팁에서 분사되는 가스 연료는, 점화 플러그 주변에서 효과적인 성층 혼합기의 형성이 가능하여 안정적인 연소 작동이 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 안정적인 성층 혼합기의 형성이 가능하여, 엔진에서 배출되는 유해 배출가스의 배출을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 분사식 가스 엔진의 인젝터가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.
도 2는 도 1의 인젝터의 노즐팁에서 연료가 분사되는 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.
도 3은 도 2의 노즐팁의 연료 분사공이 형성된 상태를 개략적으로 도시한 저면도이다.
도 4는 인젝터와 실린더 헤드와의 사이에 실링부가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 분사식 가스 엔진의 인젝터가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이고, 도 2는 도 1의 인젝터의 노즐팁에서 연료가 분사되는 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 분사식 가스 엔진(100)은, 엔진 실린더 해드(11)에 형성된 인젝터 홀(12)에 설치되며 연료가 이동되는 연료 분사홀에 연통되는 연료 분사공(13)이 형성된 노즐팁(20)을 포함하는 인젝터(10)와, 인젝터(10)의 측면과 상기 엔진 실린더 헤드의 사이를 실링하는 실링부(30)를 포함한다.

이하에서 설명하는 엔진은 직접 분사식 가스 엔진에 관한 것으로서, 천연가스와 수소를 포함한 연료를 사용하는 가스 엔진에 관한 것입니다. 본 실시예에서는 직접 분사식 가스 엔진에서 인젝터가 설치된 구성에 대해서 이하에서 구체적으로 설명한다. 여기서, 인젝터가 설치된 구성을 제외한 직접 분사식 가스 엔진의 구성 및 작동은 공지된 것으로 이하에서 보다 구체적인 구성 및 작동에 대해서는 생략한다.

인젝터(10)는, 엔진 실린더 해드(11)에 형성된 인젝터 홀(12)의 길이 방향을 따라 설치되는 것으로서, 연료가 이동되는 연료 분사홀이 된다.

여기서 인젝터 홀(12)은 실린더 해드(11)에서 점화 플러그(17)가 설치된 위치의 근접 위치에 형성되는 것으로서, 점화 플러그(17)가 설치된 위치에 대해 일정 각도 기울기를 갖도록 형성된다. 본 실시예에서 인젝터 홀(12)에는 인젝터(10)가 설치된 상태를 실링하는 실링부(30)가 형성된다. 이러한 실링부(30)는 인젝터(10)의 작동 과정에서 누설을 방지하기 위한 것으로서, 이하에서 보다 구체적으로 설명한다. 이하에서는 실링부(30)를 설명하기에 앞서 인젝터(10)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

인젝터(10)는 전술한 바와 같이, 실린더 해드(11)에 형성된 인젝터 홀(12)에 설치되는 것으로서, 길이 방향을 따라 연료가 이동되는 연료 분사홀이 형성된다.

연료 분사홀은, 가스 연료를 엔진의 연소실에 분사하기 위한 것으로서, 그 구성과 형상은 공지된 것으로 보다 구체적인 설명은 생략한다. 이러한 인젝터(10)에는 엔진의 연소실에 가스 연료의 최종 분사하도록 연소실에 노출된 노즐팁(20)이 설치된다.

노즐팁(20)은 인젝터(10)의 단부에 설치되는 것으로서, 노즐팁(20)의 내부에는 인젝터(10)에 형성된 연료 분사홀과 연통되는 연료 분사공(13)이 형성된다. 본 실시예에서 연료 분사공(13)은 노즐팁(20)에 편심된 환형으로 형성되는 것으로서, 이하에서 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 2의 노즐팁의 연료 분사공이 형성된 상태를 개략적으로 도시한 저면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐팁(20)은, 연료 분사공(13)이 노즐팁(20)의 돌출된 중앙 부분(A)을 기준으로 일측으로 편심되게 형성된다. 이와 같이, 노즐팁(20)에 연료 분사공(13)이 일측으로 편심되게 형성되는 것은, 인젝터(10)에서 분사되는 가스 연료의 분사 각도를 변경시키기 위한 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 노즐팁(20)에 형성된 연료 분사공(13)은 노즐팁(20)의 돌출된 중앙 부분(A)을 기준으로 점화 플러그(17)가 설치된 방향으로 편심되게 형성될 수 있다.

이와 같이, 노즐팁(20)에서 연료 분사공(13)이 점화 플러그(17)가 설치된 방향으로 편심되게 형성된다. 따라서, 연료 분사공(13)에서 분사되는 가스 연료의 분사각은 실린더 헤드의 연소실 내부면(11a)을 기준으로, 점화 플러그(17)가 설치된 위치의 분사각이 다른 부분 보다 작은 분사각을 이룬다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 분사공(13)에서 분사되는 가스 연료의 분사각은, 점화 플러그 방향의 분사각(a)이, 이에 대향되는 부분의 분사각(b) 보다 작은 분사각으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 연료 분사공(13)에서 분사되는 가스 연료의 분사각은 점화 플러그(17) 방향에서 최소각(a)을 이루고, 이에 대향되는 부분에서는 최대 분사각(b)을 이룰 수 있다.

따라서, 노즐팁(20)에서 분사되는 가스 연료는, 점화 플러그(17) 방향에서 분사각(a)이 작게 형성되어, 점화 플러그(17) 주변에서 효과적인 성층 혼합기의 형성이 가능하여 안정적인 연소 작동이 이루어질 수 있다. 따라서, 엔진에서 배출되는 유해 배출가스의 배출을 저감시키는 것이 가능하다. 즉, 엔진에서 분사되는 연료가 점화 플러그(17) 방향으로 더욱 근접되게 분사되도록 함으로써, 농후한 혼합기가 형성되도록 하여 가스 엔진의 연소 안정성을 개선하고 유해 배출가스 및 연료 소비율을 저감시키는 것이 가능하다.

아울러, 노즐팁(20)에서 분사되는 가스 연료는, 점화 플러그(17) 대향 방향에서 최대 분사각(b)을 이룸으로써, 연소실의 내벽면에 연료가 부착되는 것을 방지하여 엔진 구동 효율이 증가될 수 있다.

한편, 인젝터 홀(12)에는 인젝터(10)의 실링을 위한 실링부(30)가 설치될 수 있다.

도 4는 인젝터와 실린더 헤드와의 사이에 실링부가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.

도 4를 참조하면, 실링부(30)는, 인젝터 홀(12)에 형성되는 단차부(31)와, 인젝터(10)의 측면에 형성된 단차부(31)에 걸리는 걸림턱(33)과, 단차부(31)와 걸림턱(33)의 사이 위치에 설치되는 가스켓(35)을 포함한다.

단차부(31)는 인젝터 홀(12)의 내벽면에 형성되는 것으로서, 인젝터 홀(12)의 내벽면의 둘레를 따라 형성될 수 있다.

인젝터(10)에는 단차부(31)가 형성된 위치에 대응하는 위치에 걸림턱(33)이 형성될 수 있다. 걸림턱(33)은 인젝터(10)의 외부 둘레를 따라 형성되는 것으로서, 본 실시예에서 인젝터(10)의 전체 길이에 대해 하단 1/3 위치에 형성될 수 있다. 그러나, 걸림턱(33)은 인젝터(10)의 전체 길이에 대해 하단 1/3 위치에 형성되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니고 단차부(31)의 위치 변경에 대응하여 이에 대응하는 위치로 적절하게 변경되는 것도 가능하다. 단차부(31)와 걸림턱(33)의 사이에는 가스켓(35)이 설치될 수 있다.

가스켓(35)은 인젝터(10)의 걸림턱(33)과 인젝터 홀(12)의 단차부(31)의 사이 위치에 설치될 수 있다. 가스켓(35)은 인젝터(10)와 인젝터 홀(12)의 사이 부분을 통해 누설되는 것을 방지하기 위한 것은, 걸림턱(33)과 단차부(31)에 설정된 두께로 삽입 설치될 수 있다. 본 실시예에서, 가스켓(35)은 단차부(31)의 돌출된 길이에 대응하는 두께로 형성되고, 걸림턱(33)의 돌출된 길이 보다는 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 그러나 가스켓(35)은 전술한 두께로 반드시 한정되는 것은 아니고, 연소실의 누설 방지 작용을 달리하고자 하는 경우 두께를 변경하는 것도 가능하다.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.

10...인젝터 11...실린더 헤드
12...인젝터 홀 13...연료 분사공
17...점화 플러그 20..노즐팁
21...연료 분사공 30...실링부
31...단차부 33...걸림턱
35...가스켓

Claims (8)

1. 엔진 실린더 헤드에 형성된 인젝터 홀에 설치되며, 연료가 이동되는 연료 분사홀과, 연료 분사홀과 연통되는 연료 분사공이 형성된 노즐팁을 포함하는 인젝터; 및
   상기 인젝터의 측면과 상기 인젝터 홀의 사이를 실링하는 실링부;
   를 포함하고,
   상기 연료 분사공은 상기 노즐팁의 중심을 기준으로 상기 엔진 실린더 헤드에 설치된 점화 플러그 방향으로 편심된 환형으로 형성되고,
   상기 연료 분사공에서 분사되는 상기 연료의 분사각은,
   상기 실린더 헤드의 연소실 내부면을 기준으로 상기 점화 플러그 방향의 분사각이 최소각으로 형성되고, 상기 실린더 헤드의 연소실 내부면을 기준으로 상기 점화 플러그 방향에 대향하는 방향의 분사각이 최대각으로 형성되는, 직접 분사식 가스 엔진.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 실링부는,
   상기 인젝터 홀의 내벽면에 형성되는 단차부;
   상기 인젝터의 측면에 형성되는 걸림턱; 및
   상기 걸림턱과 상기 단차부의 사이에 설치되는 가스켓을 포함하는, 직접 분사식 가스 엔진.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가스켓의 두께는 상기 단차부의 돌출된 길이 이하이고, 상기 걸림턱의 돌출될 길이 보다 크게 형성되는, 직접 분사식 가스 엔진.
7. 삭제
8. 삭제

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