KR101821228B1 - 대형 2행정 자체점화 내연기관용 연료 밸브 - Google Patents

대형 2행정 자체점화 내연기관용 연료 밸브 Download PDF

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Abstract

연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1)가 제공되며, 상기 연료 밸브(20)은 밸브 안착부(22)를 향하여 탄성적으로 편향되는 밸브 니들(20)을 구비한다. 연료 압력이 밸브 니들(20)을 개방 방향으로 가압하도록 하는 유효 압력면은 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우에 현저하게 증가한다. 추가적인 유효 압력면(29)이 밸브 니들(20) 상에 제공된다. 추가적인 유효 압력면(29)이 연료 압력에 노출되는 경우, 추가적인 유효 압력면(29)은 밸브 니들(20)을 밸브 안착부(22)로 가압하는 힘을 생성한다.

Description

대형 2행정 자체점화 내연기관용 연료 밸브{A FUEL VALVE FOR A LARGE TWO-STROKE SELF-IGNITING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 대형 2행정 자체점화 내연기관용 연료 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 연료유를 크로스헤드를 갖는 대형 터보차지 2행정 단류 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 2행정 내연기관들은 컨테이너 선박과 같은 대형 원양 선박 또는 발전소의 원동기로서 이용된다.
이러한 엔진들은 일반적으로 각각의 실린더 커버에 배열된 2개 또는 3개의 연료 밸브들을 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 연료 밸브는 엔진의 실린더 내의 피스톤의 운동 방향에 대해 대략 10도 내지 15도의 각도로 배치된 종축을 갖는다. 연료 밸브는 그 전단에 연소실내부로 돌출한 노즐이 구비된다. 노즐은 연료를 실린더 벽으로부터 떨어져 연소실 내부로 향하도록 하는 복수의 노즐홀 및 축방향 구멍(axial bore)이 구비된다. 일반적으로, 연료의 분사 시 연소실 내부의 소기(scavenging air)에는 소용돌이가 존재하고, 비록 노즐홀들 중 어느 하나는 연료를 소용돌이 내로 분사되도록 할 수 있음에도 불구하고, 대부분의 노즐홀들은 연료가 소용돌이의 흐름으로 분사되도록 한다.
연료 밸브는 변위 가능한 밸브 부재로서 역할을 하는 스프링 편향(biased) 밸브 니들이 구비된다. 연료의 압력이 미리 설정된 압력, 예컨대, 350 bar를 초과하는 경우, 밸브 니들이 안착부로부터 들어 올려지고, 연료가 연료 밸브의 전방에서 노즐을 통해 연소실로 흐르도록 한다.
대형 2행정 자체점화 터보차지 내연기관의 최대 연소 압력은, 예컨대, 200 bar로 매우 높고, 따라서, 분사 시 연소 압력보다 현저하게 높은 압력으로 연료를 제공하는 것이 어렵다.
대형 2행정 자체점화 터보차지 내연 기관을 위한 공지의 연료 밸브들은 폐쇄 압력(closing pressure) 즉, 밸브 니들이 그 안착부로 회귀하여 개방 압력(opening pressure)(즉, 밸브 니들 안착부로부터 인상되는 압력)보다 낮은 압력을 유발하는 구성을 가진다. 이는 스프링 또는 그 밖의 다른 탄성 수단의 편향에 대항하여 밸브 니들의 개방 방향으로 작용하는 유효 압력면이 밸브가 밸브 안착부(valve seat)로부터 인상되는 순간에 증가하기 때문이다. 이와 같이, 연료 밸브 내의 압력이 밸브가 개방되는 압력보다 현저하게 아래로 내려가기 전에는 밸브 니들은 안착부로 복귀하지 않을 것이다. 분사 이벤트가 끝에서 결과로 초래된 낮은 압력은 연료가 노즐홀들을 통해 충분한 압력으로 분사되지 못하는 결과를 초래할 수 있어, 분사 이벤트의 후반에 분사된 연료가 최적 연소되지 않는 결과를 가져온다.
이상의 배경기술에 기초하여, 본 출원의 목적은 상기 언급된 문제점들을 해결하거나 적어도 감소시키는 연료 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 제 1측면에 따라 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브를 제공함으로써 달성되며, 상기 연료 밸브는:
후단 및 전단을 갖는 가늘고 긴 밸브 하우징;
제 1축방향 구멍, 복수의 노즐홀 및 폐쇄된 전단을 갖고 상기 밸브 하우징의 전단에 배치되는 중공 노즐;
상기 밸브 하우징 내의 제 2축방향 구멍 내에 슬라이딩 가능하게 수용되고 노즐로의 연료 흐름을 제어하도록 구성된 축방향 변위 가능한 밸브 니들을 포함하고,
상기 밸브 니들은 상기 밸브 하우징 내에서 밸브 안착부와 상호 협력하여 동작하고, 상기 밸브 니들은 탄성의 편향력에 의해 상기 밸브 안착부를 향해 탄성적으로 편향되고,
상기 밸브 안착부의 상류의 밸브 하우징 내에 배치된 압력 챔버는 상기 밸브 니들의 일부를 둘러싸고 상기 밸브 하우징 내의 연료 인입 포트에 연결되고,
상기 밸브 니들이 상기 밸브 안착부로부터 인상되는 경우 상기 밸브 니들은 상기 압력 챔버로부터 상기 노즐로의 연료의 흐름을 허용하고, 상기 밸브 니들이 상기 밸브 안착부에 안착되는 경우 상기 밸브 니들은 상기 압력 챔버로부터 상기 노즐로의 연료의 흐름을 방지하고,
상기 밸브 니들은, 밸브 안착부 상에 안착되어 있는 경우, 연료 압력의 영향하에서 상기 탄성의 편향력에 대항하여 제 1힘을 밸브 니들에 가하는 제 1유효 압력면을 가지며,
상기 압력 챔버 내의 압력이 미리 설정된 압력 임계치를 초과하는 경우, 상기 힘은 상기 밸브 니들이 밸브 안착부로부터 인상되도록 하고,
상기 밸브 니들은, 밸브 안착부로부터 인상되는 경우, 연료 압력의 영향하에서 상기 탄성의 편향력에 대항하여 추가적인 제 2힘을 밸브 니들에 가하는 추가적인 제 2유효 압력면을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 밸브에 있어서,
상기 밸브 니들은, 밸브 니들이 밸브 안착부로 인상되는 경우, 연료 압력의 영향하에서 상기 탄성의 편향력에 더하여 제 3힘을 밸브 니들에 가하는 제 3유효 압력면을 구비한다.
밸브 니들을 밸브 안착부로 가압하는데 있어서 탄성의 편향 수단을 보조하는 제 3유효 압력면을 제공함으로써, 가압된 연료의 영향하에 밸브 부재를 밸브 안착부로부터 멀어지도록 하는 힘을 생성하는 유효 압력면이 밸브 니들이 밸브 안착부로부터 인상되는 시점부터 현저하게 증가된다는 사실을 완전하게 또는 부분적으로 보상하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 개방 압력보다 더 낮은 폐쇄 압력의 결과를 가져오는 증가된 유효 압력면의 부정적인 효과는 부분적으로 또는 완전하게 제거될 수 있다. 결과적으로, 개방 압력과 같거나 또는 단지 약간 낮은 폐쇄 압력을 갖는 연료 밸브를 설계하는 것이 가능하다. 이러한 설계를 통해서, 분사 압력은 분사 이벤트 전반에 걸쳐 높게 유지될 수 있으며, 분사 이벤트 전반에 걸쳐 연료를 적절하게 연소실 내부로 분사하는 것이 가능해 진다.
제 1측면의 제 1구현예에 따르면, 상기 제 3유효 압력면은 상기 제 3힘이 추가적인 제 2힘을 실질적으로 보상하도록 하는 크기를 갖는다.
제 1측면의 제 2구현예에 따르면, 상기 제 3유효 압력면은 상기 밸브 니들과 상기 밸브 하우징 사이에 정의된 제 2압력 챔버를 향한다.
제 1측면의 제 3구현예에 따르면, 상기 제 2압력 챔버는, 상기 밸브 니들이 인상되는 경우에만, 상기 제 1압력 챔버 또는 제 1축방향 구멍에 연결된다.
제 1측면의 제 4구현예에 따르면, 상기 제 2압력 챔버는 상기 밸브 니들 내의 도관에 의하여 상기 제 1압력 챔버 또는 제 1축방향 구멍에 연결된다.
제 1측면의 제 5구현예에 따르면, 상기 도관의 제 1단부는 상기 제 2압력 챔버에 대해 개방되고, 상기 도관의 제 2단부는 상기 제 1축방향 구멍 또는 상기 밸브 니들이 밸브 안착부에 안착되는 경우 상기 밸브 안착부와 접촉하는 상기 밸브 니들의 일부 표면에 대하여 개방된다.
제 1측면의 제 6구현예에 따르면, 상기 밸브 니들이 밸브 안착부에 안착되는 경우, 상기 제 2개구부가 폐쇄된다.
제 1측면의 제 7구현예에 따르면, 상기 밸브 니들의 일부 및 밸브 니들이 밸브 안착부에 안착하는 경우 상기 일부와 접촉하는 상기 밸브 안착부의 표면은 상기 제 2단부 주변에서 기밀 접촉한다.
제 1측면의 제 8구현예에 따르면, 상기 제 2압력 챔버는 상기 밸브 니들 내의 제 3축방향 구멍 및 상기 제 3축방향 구멍 내에 수용되는 플런저에 의하여 정의된다.
제 1측면의 제 9구현예에 따르면, 상기 제 1플런저는 고정되고, 상기 플런저는 제 3축방향 구멍 내에 밀봉하여 끼워진다.
제 1측면의 제 10구현예에 따르면, 상기 제 2압력 챔버는 상기 밸브 하우징 내의 제 4축방향 구멍 및 상기 제 4축방향 구멍 내에 수용되는 제 2플런저에 의하여 정의된다.
제 1측면의 제 11구현예에 따르면, 상기 제 2플런저는 상기 밸브 니들에 고정 구비되고, 상기 제 2플런저는 상기 제 4축방향 구멍 내에 밀봉하여 끼워진다.
제 1측면의 제 12구현예에 따르면, 상기 노즐은 그 측면에 분포된 복수의 노즐홀들을 구비하고, 상기 노즐홀들의 전부 또는 적어도 대부분은 인접하여 각을 지어 이격된다.
제 1측면의 제 13구현예에 따르면, 밸브 니들과 일치하여 이동하고 노즐홀들을 개폐하기 위하여 노즐 내의 축방향 구멍 내에 축방향으로 변위 가능하게 수용된 중공의 차단 샤프트를 더 포함하고,
상기 차단 샤프트는 복수의 노즐홀들에 대응하는 복수의 개구부를 구비하여 중공의 차단 샤프트의 어느 한 위치에서 노즐홀들을 상기 중공의 차단 샤프트 내부와 연결하고, 중공의 차단 샤프트의 다른 위치에서 상기 노즐홀들을 상기 중공의 차단 샤프트의 내부로부터 차단한다.
제 1측면의 제 14구현예에 따르면, 상기 밸브 하우징은 연료 밸브를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 실린더의 실린더 커버에 고정하기 위하여 그 최후단에 헤드를 구비한다.
연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브가 제공되며, 상기 연료 밸브는 밸브 안착부를 향하여 탄성적으로 편향되는 밸브 니들을 구비한다. 연료 압력이 밸브 니들을 개방 방향으로 가압하도록 하는 유효 압력면은 밸브 니들이 밸브 안착부로부터 인상되는 경우에 현저하게 증가한다. 추가적인 유효 압력면이 밸브 니들 상에 제공된다. 추가적인 유효 압력면이 연료 압력에 노출되는 경우, 추가적인 유효 압력면은 밸브 니들을 밸브 안착부로 가압하는 힘을 생성한다.
본 명세서에 따른 연료 밸브의 그 밖의 다른 목적, 특징, 이점, 및 특성들은 상세한 설명으로 명확해질 것이다.
본 발명에 의하는 경우, 밸브 니들을 밸브 안착부로 가압하는데 있어서 탄성의 편향 수단을 보조하는 제 3유효 압력면을 제공함으로써, 가압된 연료의 영향하에 밸브 부재를 밸브 안착부로부터 멀어지도록 하는 힘을 생성하는 유효 압력면이 밸브 니들이 밸브 안착부로부터 인상되는 시점부터 현저하게 증가된다는 사실을 완전하게 또는 부분적으로 보상하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 개방 압력보다 더 낮은 폐쇄 압력의 결과를 가져오는 증가된 유효 압력면의 부정적인 효과는 부분적으로 또는 완전하게 제거될 수 있다. 결과적으로, 개방 압력과 같거나 또는 단지 약간 낮은 폐쇄 압력을 갖는 연료 밸브를 설계하는 것이 가능하다. 이러한 설계를 통해서, 분사 압력은 분사 이벤트 전반에 걸쳐 높게 유지될 수 있으며, 분사 이벤트 전반에 걸쳐 연료를 적절하게 연소실 내부로 분사하는 것이 가능해 진다.
이하, 본 명세서의 상세 부분에서, 연료 밸브가 도면에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 설명될 것이며, 도면에서:
도 1은 종래 기술의 연료 밸브의 종단면도이고;
도 2는 도1에 도시된 연료 밸브의 전단부를 관통하는 확대 종단면도로서, 연료 밸브의 전단부는 예시적인 실시예에 따르고, 밸브 니들은 밸브 안착부 상에 안착되어 있고;
도 3은 도 2에 도시된 연료 밸브의 노즐을 관통하는 확대 측면도로서, 밸브 니들은 밸브 안착부로부터 인상되어 있고;
도 4 도1에 도시된 연료 밸브의 전단부를 관통하는 확대 종단면도로서, 연료 밸브의 전단부는 도 2의 예시적인 실시예에 따르고, 밸브 니들은 밸브 안착부로부터 인상되어 있고;
도 5 도1에 도시된 연료 밸브의 전단부를 관통하는 확대 종단면도로서, 연료 밸브의 전단부는 다른 예시적인 실시예에 따르고, 밸브 니들은 밸브 안착부 상에 안착되어 있고; 그리고
도 6 도1에 도시된 연료 밸브의 전단부를 관통하는 확대 종단면도로서, 연료 밸브의 전단부는 또 다른 예시적인 실시예에 따르고, 밸브 니들은 밸브 안착부 상에 안착되어 있다.
도 1은, 예컨대, 연료유, 중유 또는 이와 유사한 연료와 같은 연료들을 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 공지의 연료 밸브(1)를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 연료 밸브(1)는 그 최후단에 헤드(14)를 포함하는 가늘고 긴 하우징(10)을 포함한다. 상기 헤드(14)를 통해, 볼트를 이용하여 공지의 방식으로 연료 밸브(1)은 대형 2행정 디젤 엔진의 실린더 커버에 고정될 수 있으며, 연료 펌프(미도시)와 연결될 수 있다. 헤드(14)는 덕트(17)와 유체 연통하는 연료유 인입구(16)를 포함한다. 덕트(17)는 역류 방지 밸브(12)를 관통하여 밸브 하우징(10) 내에서 축방향으로 변위 가능한 밸브 니들(20)로 연장된다. 밸브 니들(20)은, 예컨대, 나선형 와이어 스프링과 같은 폐쇄 스프링(18)에 의해 밸브 니들(20)의 안착부(22)로 편향된다. 밸브 하우징(10)의 전단에는, 연료 밸브(1)가 실린더 커버에 장착되는 경우, 밸브 하우징(10)을 관통하여 엔진 실린더(미도시)의 연소실 내부로 돌출하는 바람직하게 폐쇄된 팁을 갖는 중공 노즐(54)이 수용된다. 중공 노즐(54)은 제 1축방향 구멍(57) 및 복수의 노즐홀(55)를 가지며, 그 전방은 폐쇄되어 있다.
도 2 내지 4는 예시적인 실시예에 따라서 더욱 상세하게, 밸브 니들(20) 및 노즐(54)를 갖는 연료 밸브 하우징(10)의 전단부(30)(도 1의 점선 부분)를 도시하고 있다. 폐쇄 스프링(18)은 밸브 니들(20)을 밸브 니들(20)의 안착부(22)를 향해 가압한다. 도 2는 밸브 안착부(22)에 안착된 밸브 니들(20)을 도시한다. 이러한 위치에서, 연료유 인입구(16)로부터 노즐(54)로 이르는 연료의 유동이 차단된다. 도 5는 밸브 안착부(22)로부터 인상된 밸브 니들(20)을 도시한다. 이러한 위치에서, 연료유 인입구(16)로부터 노즐(54)로 이르는 연료의 유동이 밸브 니들(20)에 의해 차단되지 않는다.
밸브 니들(20)은 밸브 니들(20)의 최후단 구간의 직경보다 작은 직경을 갖는 선단 차단 샤프트(40)를 구비하고, 상기 선단 차단 샤프트(40)는 노즐(54) 내의 제 1축방향 구멍(57) 내로 돌출한다.
노즐(54)은 제 1축방향 구멍(57) 및 연료가 연소실내로 분사되도록 하는 복수의 노즐홀(55)들을 구비한다. 이와 같이, 연료 분사시, 연료는 각각의 노즐홀(55)들을 통해 분사된다.
예시적인 실시예(미도시)에서, 노즐홀(55)들은 노즐(54) 전체에 걸쳐 배치되어, 세로 범위를 따라 노즐홀(55)들 사이에 간격을 갖도록 분포된다. 도시된 실시예에서, 구멍들은 단지 노즐의 반경방향 범위에 걸쳐 분포한다. 예시적인 실시예에서, 노즐홀(55)들은 방사상으로 배치되고, 방사상으로 서로 다른 방향으로 배치되지만, 인접한 방향으로 배치되어, 노즐홀(55)들로부터 나오는 분사 연료가 연소실을 커버하도록 한다.
예시적인 실시예에서, 차단 샤프트(40)는 밸브 니들(20)과 함께 하나의 소재로서 제조된다. 차단 샤프트(40)은 속이 빈 상태이고, 차단 샤프트(40)의 중공 내부는 밸브 안착부(22)의 하류의 공간으로 연결된다. 이와 같이, 밸브 니들(20)이 이의 안착부로부터 인상되는 경우, 유동 경로(17)는 연료유 인입구(16)으로부터 차단 샤프트(40)의 중공 내부로 이어지는 모든 경로를 통해 연장된다.
축방향 변위 가능한 밸브 니들(20)은 밸브 하우징(10)의 최전단부(30) 내의 스핀들 가이드(53), 즉, 밸브 하우징(10) 내의 제 2축방향 구멍(33)에 슬라이드 가능하게 수용된다. 밸브 니들(20)은 노즐(54)로의 연료 흐름을 제어하도록 구성된다. 밸브 니들(20)은 밸브 하우징에서 밸브 안착부(22)와 상호 협력하여 동작하고, 밸브 니들(20)은, 예컨대, 폐쇄 스프링(18)에 의해 생성된 탄성의 편향력에 의해 탄성적으로 밸브 안착부(22)를 향해 편향된다. 밸브 안착부(22)은 바람직하게는 밸브 니들(20) 상의 협력 표면(cooperating surface)과 인접하는 원뿔 형상의 표면을 포함한다. 밸브 니들의 일부 표면(42)은 밸브 안착부(22)의 원뿔 형상의 표면과 밀봉하도록 맞물리게 형성된다.
제 1압력 챔버(24)는 밸브 안착부(22)의 바로 상류에 배열되고, 밸브 니들(20)의 일부를 감싸고, 덕트(17)를 통해 연료 인입 포트(16)에 연결된다. 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우, 밸브 니들(20)은 압력 챔버(24)로부터 노즐(54)로 연료가 흐르도록 하고, 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)에 안착되는 경우, 밸브 니들(20)은 연료가 압력 챔버(24)로부터 노즐(54)로 흐르는 것을 방지한다.
밸브 니들(20)은, 밸브 안착부(22) 상에 안착되어 있는 경우, 연료 압력의 영향하에서 탄성의 편향력에 대항하여 제 1힘, 즉, 인상되는 방향의 힘을 밸브 니들(20)에 가하는 제 1유효 압력면(26)을 갖는다. 제 1유효 압력면(26)은 제 1압력 챔버(24) 내의 압력에 노출되고, 제 1압력 챔버(24) 내의 연료의 압력이 미리 설정된 연료 압력 임계치를 초과하는 경우, 밸브 니들(20)은 탄성의 편향력에 대항하여 밸브 안착부(22)로부터 인상된다.
밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우, 밸브 니들(20)의 추가적인 제 2유효 압력면(27)이 작용하게 된다. 제 2유효 압력면(27)은 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)과 맞물리고 그로부터 약간 더 전방에 위치하여 밸브 니들(20) 상에 배치된다. 제 2유효 압력면(27)은 밸브 안착부(22) 하류의 제 1구멍(57) 내의 연료 압력 및 제 1압력 챔버(24)와 제 1축방향 구멍(57) 사이에서 변동하는 연료 압력에 의해 영향을 받는다. 제 1구멍(57)에 가압된 연료가 있는 경우, 즉, 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우, 제 2유효 압력면(27)은 탄성의 편향력에 대항하여 밸브 니들(20)에 추가적인 제 2힘을 가한다.
밸브 니들(20)은, 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)로 인상되는 경우, 연료 압력의 영향하에서 탄성의 편향력에 더하여 제 3힘을 밸브 니들(20)에 가하는 제 3유효 압력면(29)을 갖는다. 제 3힘은 탄성의 편향력과 같은 방향, 즉, 제 1힘과 제 2힘의 반대 방향으로 작용한다.
바람직하게는, 제 3유효 압력면(29)은 제 3힘이 추가적인 제 2힘을 실질적으로 보상하도록 하는 크기(유효 표면적)를 갖는다. 제 3유효 압력면(29)의 크기는 연료 밸브의 폐쇄 압력이 연료 밸브의 개방 압력보다 약간 못 미치도록 선택될 수 있다.
제 3유효 압력면(29)는 밸브 니들(20)과 밸브 하우징(10) 사이에, 즉, 밸브 하우징(10)의 전단부(30)에 정의된 제 2압력 챔버(32)를 향한다. 밸브 니들(20)이 인상되는 경우에만, 제 2압력 챔버(32)는 제 1압력 챔버(24)에 연결된다. 여기에, 제 2압력 챔버(32)는 밸브 니들(20) 내 압력 도관(34)에 의해 제 1압력 챔버(24)에 연결된다.
밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)에 안착되어 있는 경우, 도관(34)의 제 1단부(45)는 제 2압력 챔버(32)에 대하여 개방되고, 도관(34)의 제 2단부(46)는 밸브 안착부(22)와 접촉되어 있는 밸브 니들(20)의 일부 표면(42)에 대하여 개방된다. 본 실시예에서, 도관(24)은 밸브 니들(20)의 직경 방향으로 서로 반대되는 위치에 배열된 2개의 제 2개구부(46)들이 구비된다. 그러나, 제 2개구부(46)는 단일로 제공될 수도 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)에 안착되어 있는 경우, 제 2개구부(46)들은 폐쇄된다. 이는, 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)에 안착되어 있는 경우, 밸브 니들(20)의 일부(42) 및 이와 접촉하고 있고, 제 2단부(46) 주변에서 기밀 접촉하고는, 밸브 안착부(22)의 표면에 의해 보장된다.
제 2압력 챔버(32)는 밸브 하우징(10) 내의 제 4축방향 구멍(23) 내, 즉, 밸브 하우징(10)의 최전방부(30)에 배열된다. 제 2플런저(59)는 제 4축방향 구멍(23) 내에 수용되고 제 2압력 챔버(32)의 범위를 정하는 밸브 니들(20)의 일부이다. 제 2플런저(59)는 제 4축방향 구멍(23) 내에 밀봉하여 끼워진다.
이와 같이, 동작 중, 연료 밸브(1)로 공급되는 연료의 압력이 미리 설정된 압력 임계치를 초과하는 경우, 밸브 니들(20)은 이의 안착부로부터 인상된다. 이때, 제 1유효 압력면(26)에 작용하는 제 1압력 챔버(24) 내의 압력은 폐쇄 스프링(18)의 탄성의 편향력을 극복하기에 충분히 큰 힘을 인상 방향(lift direction)으로 생성하여 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)로부터 인상된다.
따라서, 연료는 밸브 안착부(22)를 지나서 제 1축방향 구멍(57) 및 중공의 차단 샤프트(40) 내로 유입될 수 있고, 노즐홀(55)을 통과하여 연소실 내부로 유입될 수 있다.
가압된 연료가 제 1축방향 구멍(57)로 유입되는 경우, 이제 가압된 연료는 제 2유효 압력면(27)에도 작용하고, 제 2유효 압력면(27)에 작용하는 압력에 의해 생성된 제 2힘은 제 1힘과 합쳐진다.
밸브 니들(20)이 인상되는 경우, 제 2개구부(46)는 더 이상 폐쇄된 상태가 아니어서, 제 3압력 챔버(32)가 가압된다. 이와 같이, 제 3유효 압력면(29)은 가압된 연료에 의해 영향을 받아 밸브 니들(20)을 밸브 안착부(22)로 밀어 부치는 데 있어서 탄성의 편향력과 합쳐지는 제 3힘을 생성한다.
연료 밸브(1)로의 연료 공급이 연료 분사 과정의 끝에 중단되는 경우, 감소된 연료 압력은 더 이상 밸브 니들(20)이 그 밸브 안착부(22)로부터 떨어져 있도록 유지하지 못하고, 폐쇄 스프링(18)은 밸브 니들(20)을 밸브 안착부(22)를 향해 축방향 전방으로 가압한다. 제 3유효 압력면(29)이 존재하기 때문에, 밸브 니들(20)은 제 3유효 압력면(29)의 크기를 선택함으로써 결정될 수 있는 폐쇄 압력으로 그 안착부로 회귀할 것이다. 일 실시예에서, 제 3유효 압력면(29)의 크기는 폐쇄 압력이 개방 압력보다 약간 작도록 선택된다.
차단 샤프트(40)는 밸브 니들(20)과 일치하여 이동하기 때문에, 차단 샤프트(40)도 또한 연료 밸브(1)의 전방을 향해 축방향으로 이동한다.
도 5는, 제 2압력 챔버(32)가 밸브 니들(20) 내에서 제 3축방향 구멍(25) 및 제 3축방향 구멍(25) 내에 수용된 플런저(58)에 의해 정의되는 점을 제외하고, 본 발명의 전술한 실시예와 본질적으로 동일한 다른 실시예를 도시한다. 제 1플런저(58)는 고정된 상태이고, 제 3축방향 구멍(25) 내부에 밀봉하여 끼워진다.
더욱이, 제 2단부(46)(들)은 제 1구멍(57)을 향해 개방되도록 배치될 수 있고, 본 실시예에서, 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)에 안착된 경우, 제 2단부(46)는 폐쇄되지 않는다.
전술한 실시예들은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상호 결합될 수 있다. 이 경우, 압력 챔버(32)는, 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)에 안착된 경우 폐쇄되는 제 2단부(46)들을 갖는 압력 도관(24)과 결합하여, 밸브 니들(20) 내 제 3축방향 구멍(25) 및 제 3축방향 구멍(25) 내에 수용된 플런저(58)에 의해 정의된다.
대안적으로, 제 2단부(46)(들)은 도 2 내지 4를 참조하여 도시된 실시예에서 제 1구멍(57)을 향해 개방되도록 배치될 수 있다.
지금까지 예시의 목적으로 본 발명을 상세히 기술하였는바, 이러한 세부적인 사항은 단지 예시의 목적이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 숙련된 자들에 의해 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다.
청구항들에 사용된 "포함하는/갖는"이란 용어는 다른 구성요소 또는 단계들을 배제하는 것은 아니다. 청구항들에서 단수 형태로 사용된 용어는 복수 형태를 배제하는 것은 아니다. 단일 프로세서 또는 그 밖의 장치는 청구항들에 인용된 다수의 수단들의 기능을 수행할 수 있다.
1: 연료밸브
10: 하우징
20: 밸브 니들
54: 노즐

Claims (15)

  1. 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1)로써, 연료 분사 동안에는 연료 공급원으로부터 소정의 압력 이상의 압력으로, 연료 분사가 없는 동안에는 상기 소정의 압력 미만의 압력으로 연료가 공급되는, 상기 연료 밸브는:
    후단 및 전단을 갖는 가늘고 긴 밸브 하우징(10);
    제 1축방향 구멍(57), 복수의 노즐홀(55) 및 폐쇄된 전단을 갖고 상기 밸브 하우징(10)의 전단에 배치되는 중공 노즐(54);
    상기 밸브 하우징(10) 내의 제 2축방향 구멍(33) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되고 상기 노즐(54)로의 연료 흐름을 제어하도록 구성된 축방향 변위 가능한 밸브 니들(20)을 포함하고,
    상기 밸브 니들(20)은 상기 밸브 하우징(10) 내에서 밸브 안착부(22)와 상호 협력하여 동작하고, 상기 밸브 니들(20)은 탄성의 편향력에 의해 상기 밸브 안착부(22)를 향해 탄성적으로 편향되고,
    상기 밸브 안착부(22)의 상류의 밸브 하우징(10) 내에 배치된 제 1압력 챔버(24)는 상기 밸브 니들(20)의 일부를 둘러싸고 상기 밸브 하우징(10) 내의 연료 인입 포트(16)에 연결되고,
    상기 밸브 니들(20)이 상기 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우 상기 밸브 니들(20)은 상기 제 1압력 챔버(24)로부터 상기 노즐(54)로의 연료의 흐름을 허용하고, 상기 밸브 니들(20)이 상기 밸브 안착부(22)에 안착되는 경우 상기 밸브 니들(20)은 상기 제 1압력 챔버(24)로부터 상기 노즐(54)로의 연료의 흐름을 방지하고,
    상기 밸브 니들(20)은 상기 밸브 안착부(22) 상에 안착되어 있는 경우, 연료 압력의 영향하에서 상기 탄성의 편향력에 대항하여 제 1힘을 밸브 니들(20)에 가하는 제 1유효 압력면(26)을 가지되,
    상기 제 1압력 챔버(24) 내의 연료 압력이 상기 소정의 압력의 임계치를 초과하는 경우, 상기 제 1힘은 상기 밸브 니들(20)이 상기 밸브 안착부(22)로부터 인상되도록 하고,
    상기 밸브 니들(20)은 상기 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우, 연료 압력의 영향하에서 상기 탄성의 편향력에 대항하여 추가적인 제 2힘을 상기 밸브 니들(20)에 가하는 추가적인 제 2유효 압력면(27)을 가지고,
    상기 밸브 니들(20)은 밸브 니들(20)이 상기 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우에만, 연료 압력의 영향하에서 상기 탄성의 편향력에 더하여 제 3힘을 밸브 니들(20)에 가하는 제 3유효 압력면(29)를 구비하고,
    상기 제 3유효 압력면(29)은 상기 밸브 니들(20)과 상기 밸브 하우징(10) 사이에 정의된 제 2압력 챔버(32)를 향하며,
    상기 제 2압력 챔버(32)는 오직 상기 연료 공급원과 연료 흐름 상태가 되며,
    상기 제 2압력 챔버(32)는 상기 밸브 니들(20)이 상기 밸브 안착부(22)로부터 인상되는 경우에만 상기 연료 공급원과 연료 흐름 상태가 되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제 3유효 압력면(29)은 상기 제 3힘이 추가적인 제 2힘을 실질적으로 보상하도록 하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  3. 삭제
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제 2압력 챔버(32)는, 상기 밸브 니들(20)이 인상되는 경우에만, 상기 제 1압력 챔버(24) 또는 제 1축방향 구멍(57)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  5. 청구항 4항에 있어서,
    상기 제 2압력 챔버(32)는 상기 밸브 니들(20) 내의 도관(34)에 의하여 상기 제 1압력 챔버 또는 제 1축방향 구멍(57)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  6. 청구항 5항에 있어서,
    상기 도관(34)의 제 1단부(45)는 상기 제 2압력 챔버(32)에 대해 개방되고, 상기 도관(34)의 제 2단부(46)는 상기 제 1축방향 구멍(57) 또는 상기 밸브 니들(20)이 상기 밸브 안착부(22)에 안착되는 경우 상기 밸브 안착부(22)와 접촉하는 상기 밸브 니들(20)의 일부 표면(42)에 대하여 개방되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  7. 청구항 6항에 있어서,
    상기 밸브 니들(20)이 상기 밸브 안착부(22)에 안착되는 경우, 상기 제 2단부(46)가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  8. 청구항 7항에 있어서,
    상기 밸브 니들(20)의 일부(42) 및 밸브 니들(20)이 밸브 안착부(22)에 안착하는 경우 상기 일부(42)와 접촉하는 상기 밸브 안착부(22)의 표면은 상기 제 2단부(46) 주변에서 기밀 접촉하는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  9. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제 2압력 챔버(32)는 상기 밸브 니들(20) 내의 제 3축방향 구멍(25) 및 상기 제 3축방향 구멍(25) 내에 수용되는 제 1플런저(58)에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  10. 청구항 9항에 있어서,
    상기 제 1플런저(58)는 고정되고, 상기 제 1플런저(58)는 제 3축방향 구멍(25) 내에 밀봉하여 끼워지는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  11. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제 2압력 챔버(32)는 상기 밸브 하우징(10) 내의 제 4축방향 구멍(23) 및 상기 제 4축방향 구멍(23) 내에 수용되는 제 2플런저(59)에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 제 2플런저(59)는 상기 밸브 니들(20)에 고정 구비되고, 상기 제 2플런저(59)는 상기 제 4축방향 구멍(23) 내에 밀봉하여 끼워지는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  13. 청구항 1항에 있어서,
    상기 노즐(54)은 그 측면에 분포된 복수의 노즐홀(55)들을 구비하고, 상기 노즐홀(55)들은 인접하여 각을 지어 이격되는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  14. 청구항 1항에 있어서,
    상기 밸브 니들(20)과 일치하여 이동하고 상기 노즐홀(55)들을 개폐하기 위하여 상기 노즐(54) 내의 축방향 구멍(57) 내에 축방향으로 변위 가능하게 수용된 중공의 차단 샤프트(40)를 더 포함하고,
    상기 중공의 차단 샤프트(40)는 복수의 상기 노즐홀(55)들에 대응하는 복수의 개구부를 구비하여 상기 중공의 차단 샤프트(40)의 어느 한 위치에서 상기 노즐홀(55)들을 상기 중공의 차단 샤프트(40) 내부와 연결하고, 상기 중공의 차단 샤프트(40)의 다른 위치에서 상기 노즐홀(55)들을 상기 중공의 차단 샤프트(40)의 내부로부터 차단하는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
  15. 청구항 1항에 있어서,
    상기 밸브 하우징(10)은 연료 밸브(1)를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 실린더의 실린더 커버에 고정하기 위하여 그 최후단에 헤드(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료를 대형 2행정 자체점화 내연기관의 연소실로 분사하기 위한 연료 밸브(1).
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