KR101916681B1 - 대형 터보차징 2 행정 압축 점화 내연기관의 실린더 내로 연료를 분사하기 위한 연료밸브용 노즐 및 이를 위한 엔진 - Google Patents

대형 터보차징 2 행정 압축 점화 내연기관의 실린더 내로 연료를 분사하기 위한 연료밸브용 노즐 및 이를 위한 엔진 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크로스헤드를 구비한 대형 2 행정 터보차징 압축 점화 내연기관에 기체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브용 노즐(40)에 관한 것이다. 노즐(40)은 노즐 바디 근위부(41)의 베이스(42)로부터 노즐 바디의 말단부(44)까지 주 방향 및 축(X)으로 연장되는 노즐 바디, 연료 밸브(30)에 부착하기 위해 구성되는 베이스(42), 연료 밸브(30)로부터 연료를 수용하기 위한 베이스(42)로 개방되는 입구 포트(48), 노즐 바디 내의 입구 포트(48)로부터 베이스(41)와 말단부(44) 사이의 중간 위치까지 주 방향(X)으로 연장되는 메인 보어(50), 말단부(44) 근처의 노즐 바디에 배열되는 복수의 노즐 구멍(45)을 포함하며, 각각의 노즐 구멍(45)은 메인 보어(50)로부터 노즐 구멍들(45) 중 하나로 연장된 개별의 공급 통로(49)에 의해 메인 보어(50)에 유체로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

대형 터보차징 2 행정 압축 점화 내연기관의 실린더 내로 연료를 분사하기 위한 연료밸브용 노즐 및 이를 위한 엔진{A NOZZLE FOR FUEL VALVE FOR INJECTING FUEL INTO THE CYLINDERS OF A LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE COMPRESSION-IGNITED INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND AN ENGINE THEREFORE}
본 개시는 크로스헤드를 구비한 대형 터보차징 2 행정 자기 점화 내연기관의 실린더 내로 연료를 분사하기 위한 연료 밸브용 노즐, 특히 기체 연료 또는 저인화점 연료를 크로스헤드를 구비한 대형 터보차징 2 행정 자기 점화 내연기관의 실린더 내로 분사하기 위한 노즐에 관한 것이다.
대형 터보차징 2 행정 자기 점화 크로스헤드 내연기관은 일반적으로 컨테이너선과 같은 대형 해양 선박이나 발전소의 원동기로 사용된다.
이 엔진들의 실린더에는 실린더 커버, 즉 실린더 상단의 중앙에 배치된 단일 배기 밸브와 실린더 라이너의 하부 영역에 피스톤 제어 소기 포트 링이 제공된다. 소기 포트는 연소실 내의 가스에 소용돌이를 생성하기 위해 기울어져 있다.
2개 또는 3개의 연료 밸브가 중앙에 배치된 배기 밸브 주위의 실린더 커버에 배치되고, 연료 밸브의 노즐은 연소실 내로 돌출한다. 연료 밸브는 실린더 커버 주위에 배치되고, 노즐 구멍은 소용돌이와 함께, 실린더 벽으로부터 멀리 연소실 내로 향한다. 때로는 노즐의 단일 노즐 구멍이 연소실 내 소용돌이로 향한다.
노즐은 연료 밸브의 전단부 또는 말단부에 부착된다. 연료 밸브는 근위부 또는 후단부가 실린더 커버의 상부 표면으로부터 돌출한 세장형 하우징, 실린더 커버를 통해 연장된 세장형 연료 밸브 하우징 및 연소실 내로 돌출한 세장형 밸브 하우징의 전단부 또는 말단부의 노즐을 포함한다.
크로스헤드 유형의 대형 2 행정 디젤 엔진에 대해 알려진 노즐은 일반적으로 중앙 메인 보어가 노즐 바디 말단부 노즐의 베이스로부터 노즐 바디의 팁이나 말단부에 또는 그 근처에 위치하는 하강 노즐 보어까지 이어지는 원통형 부분을 포함하는 세장형 노즐 바디를 갖는다. 노즐 보어가 피스톤 쪽의 아래로 향하지 않아야 하므로 팁 또는 말단부는 둥글거나 평평할 수 있지만 폐쇄되어 있다. 따라서, 노즐 보어는 노즐의 주축에 대해 그리고 일반적으로 대략 엔진 실린더의 주축에 대해 측방향으로 향한다. 일반적으로, 각각의 노즐에는 3개 내지 7개의 노즐 보어가 제공되며, 이들 보어는 모두 메인 보어에 연결된다.
노즐 바디는 연소실 내로 돌출하기 때문에 연소실의 고온 가스에 노출되고, 그에 따라 노즐 바디의 부품은 약 섭씨 400도의 비교적 높은 온도에 도달한다. 들어오는 연료는 약 섭씨 140도의 전통적인 중유 작동 엔진용이다. 따라서, 노즐 보어를 통해 노즐을 떠나는 메인 보어의 유입 연료는 노즐 바디의 외면을 둘러싸는 가스보다 상당히 온도가 낮다. 따라서, 노즐 바디의 재료는 상당한 온도 구배에 노출되어 재료에 응력을 유발한다.
최근에는 기체 연료로 크로스헤드 유형의 대형 2 행정 디젤 엔진을 작동하는 경향이 있다. 이들 연료는 실질적으로 더 낮은 온도, 일반적으로 약 50 내지 80℃에서 메인 보어로 들어간다. 따라서, 이들 기체 연료는 연소실 내 가스의 온도가 실질적으로 변하지 않기 때문에 상당히 큰 온도 구배로 노즐 바디의 재료에 노출된다.
최근에는 또한 저인화점 연료로 크로스헤드 유형의 대형 2 행정 디젤 엔진을 작동하는 경향이 있다. 이 저인화점 연료 또한 노즐의 메인 보어에 약 50 내지 80℃의 온도로 들어오기 때문에 중유 연료와 비교할 때 이 저인화점 연료는 노즐의 재료를 더 큰 온도 구배로 노출시킨다.
알려진 노즐은 재료가 연소실 내의 높은 작동 온도 가스 및 분사된 연료/가스의 높은 냉각 효과에 노출될 때 재료의 열 피로로 인해 노즐 구멍들 사이에 균열이 발생한다.
기체 연료 또는 저인화점 연료로 작동하는 엔진에서 노즐 바디의 재료가 노출되는 온도 구배가 증가하면 노즐 바디 재료, 특히 노즐 구멍에 위치한 노즐 부분에 균열이 형성될 위험이 증가하게 된다.
위의 내용을 고려하여 본 발명의 목적은 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 크로스헤드 유형의 대형 2 행정 디젤 엔진에 기체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브용 노즐을 제공하는 것이다.
전술한 목적 및 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백하다.
제1 양태에 따르면, 크로스헤드를 구비한 대형 2 행정 터보차징 압축 내연기관 내로 기체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브용 노즐이 제공되며, 상기 노즐은 주 방향 및 축 방향으로 연장되는 노즐 바디와 노즐 바디 근위부의 베이스로부터 노즐 바디의 말단부까지의 축, 연료 밸브에 부착하기 위해 구성되는 베이스, 베이스와 말단부 사이로 연장되는 실질적으로 원통형인 부분을 포함하는 노즐 바디, 연료 밸브로부터 연료를 수용하기 위한 베이스로 개방되는 입구 포트, 말단부에 또는 말단부 근처의 노즐 바디에 배열되는 복수의 노즐 구멍, 입구 포트로부터 노즐 바디를 거쳐 노즐 구멍까지 연장되어 노즐 구멍을 입구에 연결하는 메인 보어를 포함하며, 상기 말단부는 주 축에 대해 기울어져 배치되고 실질적으로 평탄한 단부면을 포함한다.
주 축에 대해 비스듬한 각도로 실질적으로 평평한 단부면을 제공함으로써, 개별 노즐 구멍들 사이의 간격이 여전히 비교적 크게 유지될 수 있는 짧은 노즐을 제공하는 것이 가능하게 함으로써, 엔진 작동 중에 노즐 바디의 길이가 노즐을 매우 뜨거워지게 하는 연소실 내로 실질적으로 돌출하는 것을 피하고, 노즐 보어의 간격이 빽빽한 것을 피하여, 개별 노즐 구멍들 사이에 노즐 바디 재료가 매우 조금만 남게 할 수 있다. 두 가지 양태는 연소실의 열 노출 및 노즐에 공급되는 연료의 상대적 냉기로 인한 균열 형성을 견디는 노즐의 능력을 향상시킨다.
제1 양태의 가능한 제1 구현예에 따르면, 단부면은 주 축을 중심으로 중심에 있다.
제1 양태의 가능한 제2 구현예에 따르면, 단부면의 윤곽은 실질적으로 원형 또는 타원형이다.
제1 양태의 가능한 제3 구현예에 따르면, 노즐은 실질적으로 원통형인 부분과 단부면 사이의 외면이 둥글거나 곡선 모양의 전이 영역을 포함한다.
제1 양태의 가능한 제4 구현예에 따르면, 둥글거나 곡선 모양의 외면은 원통형 부분의 외면을 단부면에 연결한다.
제1 양태의 가능한 제5 구현예에 따르면, 노즐 구멍은 전이 영역에 배치되고, 단부면의 윤곽 주위에 분포한다.
제1 양태의 가능한 제6 구현예에 따르면, 노즐 보어는 둥근 표면 또는 곡선 모양의 표면으로 개방된다.
제1 양태의 가능한 제7 구현예에 따르면, 노즐 구멍은 각각 노즐 축을 가지며, 노즐 구멍 각각의 노즐 축은 주 축 방향과 둔각(α)으로 배치된다.
제1 양태의 가능한 제8 구현예에 따르면, 주 축에 대한 노즐 축 각각의 방사상 성분은 180도 미만의 원호, 바람직하게는 120도 미만의 원호, 더 바람직하게는 110도 미만의 원호 부채꼴로 분포한다.
제1 양태의 가능한 제9 구현예에 따르면, 주 축에 대한 노즐 축 각각의 방사상 성분은 원형 단면에 걸쳐 실질적으로 고르게 분포한다.
제2 양태에 따르면, 왕복 운동하는 피스톤과 실린더 커버 사이의 실린더 내에 연소실을 갖는 실린더, 연료 밸브에 연결된 제1 양태 또는 제1 양태의 구현예에 따라 노즐을 구비한 연료 밸브, 실린더 커버의 커버 보어 내에 배치되는 연료 밸브, 연소실을 대향하는 실린더 커버의 내면으로 개방되는 커버 보어를 포함하는 대형 2 행정 압축 점화 엔진이 제공되며, 상기 노즐의 단부면은 커버 보어가 내면으로 개방되는 영역의 내면과 실질적으로 평행하게 배치된다.
제2 양태의 가능한 제1 구현예에 따르면, 노즐의 말단부는 커버 보어가 내면에 개방되는 영역에서 실린더 커버의 내면과 실질적으로 같은 높이이다.
제2 양태의 가능한 제2 구현예에 따르면, 말단부는 실린더 커버의 내면으로부터 연소실 내로 약간만 돌출한다.
제2 양태의 가능한 제3 구현예에 따르면, 내면에 대한 커버 보어의 개구는 언더컷 처리된다.
제2 양태의 가능한 제4 구현예에 따르면, 내면에는 노즐 구멍으로부터 분사하기 위한 공간을 제공하기 위해 내면에 대한 커버 보어의 개구에 연결되는 컷아웃이 제공된다.
본 발명의 이들 양태와 다른 양태는 이하에서 설명하는 실시예로부터 명백해질 것이다.
본 개시에 관한 다음의 상세한 설명 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 일례의 실시예를 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 대형 2 행정 압축 점화 터보차징 엔진의 전단부 및 일 측면을 도시한 입면도이고,
도 2는 도 1 엔진의 후방 단부 및 다른 측면을 도시한 입면도이고,
도 3은 흡기 및 배기 시스템을 구비한 도 1에 따른 엔진의 도식적인 표현이고,
도 4는 도 1 내지 도 3 엔진에서 사용하기 위한 연료 밸브의 입면도이고,
도 5는 도 4의 연료 밸브와 함께 사용하기 위한 노즐의 입면도이고,
도 6은 도 5 노즐의 투명한 측면도이고,
도 7은 도 5 노즐의 평면도, 횡단면도 및 종단면도이고,
도 8은 도 1 내지 도 3 엔진의 실린더 커버에 설치된 도 5의 노즐을 도시한 단면도이고,
도 9는 다양한 구성 요소 사이의 각도를 도시하는 도 4 노즐의 종단면도이고,
도 10은 다른 실시예에 따른 노즐의 종단면도이다.
다음의 상세한 설명에서, 연료 밸브와 함께 사용하기 위한 노즐 및 상기 노즐과 연료 밸브가 사용되는 대형 2 행정 엔진이 일례의 실시예로 설명한다. 도 1 내지 도 3은 크랭크샤프트(22)와 크로스헤드(23)가 구비된 대형 저속 터보차징 2 행정 디젤 엔진을 도시한다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보차징 2 행정 디젤 엔진의 도식적인 표현을 도시한다. 이 일례의 실시예에서 엔진에는 열을 지은 6개의 실린더(1)가 있다. 대형 터보차징 2 행정 디젤 엔진은 통상적으로 엔진 프레임(24)에 의해 지지되며, 열을 지은 5개 내지 16개의 실린더를 구비한다. 엔진은 해양을 운항하는 선박의 주 엔진 또는 발전소의 발전기를 작동하는 고정식 엔진으로 사용할 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들면, 5,000 내지 110,000kW 범위일 수 있다.
상기 엔진은 실린더(1) 하부 영역에 피스톤 제어 포트 링 형태의 소기 포트(19) 및 실린더(1) 상단에 배기밸브(4)가 구비된 2 행정 단류(uniflow)형 디젤(압축 점화) 엔진이다. 따라서 연소실 내 유동 방향은 항상 하단에서 상단이므로, 엔진은 소위 단류형이다. 소기는 소기 수용부(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트(19)를 통과한다. 실린더(1) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(21)은 소기를 압축하고, 실린더 커버(26) 내에 배열된 2개 또는 3개의 연료 밸브(30)를 경유하여 연료가 분사된다. 연소가 뒤따르고 배기가스가 발생한다. 배기밸브(4)가 개방되면 배기가스는 해당 실린더(1)와 결합된 배기덕트(20)를 통해 배기가스 수용부(3)로 유동하고, 계속해서 제1 배기 도관(18)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 유동한 후, 배기가스는 제2 배기 도관(7)을 통해 배출된다. 샤프트(8)를 통해 터빈(6)은 공기 입구(10)를 경유하여 공급되는 압축기(9)를 구동한다.
압축기(9)는 가압한 충전 공기를 충전 공기 수용부(2)에 이르는 충전 공기 도관(11)으로 전달한다. 도관(13) 내 소기는 충전 공기를 냉각하기 위해 인터쿨러(12)를 통과한다. 냉각된 충전 공기는 낮은 부하 또는 부분 부하 조건에서 충전 공기 유동을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 통과하여 충전 공기 수용부(2)로 이동한다. 더 높은 부하에서, 터보차저 압축기(9)는 충분히 압축된 소기를 전달한 다음, 보조 송풍기(16)는 역류방지 밸브(15)를 경유하여 바이패스 된다.
실린더는 실린더 라이너(52) 내에 형성된다. 실린더 라이너(52)는 엔진 프레임(24)에 의해 지지가 되는 실린더 프레임(25)에 의해 지지가 된다.
도 4는 실린더 커버(26) 관통 보어에 장착된 2개 또는 3개의 연료 밸브(30) 중 하나를 도시하며, 연료 밸브(30)의 후단부(32)는 실린더 커버(26)의 상부 측으로부터 돌출하고, 노즐(40)의 말단부(팁)는 연소실 내로 약간 돌출하거나 연소실과 동일 평면에 있다. 연료 밸브(26)는 말단부(전단부)에 노즐 홀더(33)를 구비한 세장형 연료 밸브 바디(31)를 포함한다. 노즐 홀더(33)는 노즐(42)과 세장형 연료 밸브 바디(31)를 연결한다. 기체 연료 또는 액체 연료와 같은 연료는 연료 밸브(31)에 의해 제어되어 시기적절한 방식으로 노즐(40)을 경유하여 연소실(14)로 전달된다.
도 5 내지 도 9는 노즐(40)의 일례의 실시예를 도시한다. 노즐(40)은 근위부의 베이스(42)로부터 노즐(40)의 팁을 형성하는 말단부(44)까지 연장되는 노즐 바디를 갖는다. 노즐 바디의 원통형 부분(43)은 베이스로부터 말단부(44)까지 연장된다.
노즐 바디는 적합한 재료, 예컨대 당 업계에 잘 알려진 적합한 합금으로 제조된다.
말단부(팁)(44)는 윤곽이 원형 또는 타원형이고 실질적으로 평탄한 단부면(47)을 포함한다. 단부면(47)은 중간 부분(46)에서 곡면 또는 둥근면을 통해 원통형 부분에 연결된다. 단부면(47)은 주 축(X)에 대해 각도(β)로 기울어져 배치된다. 단부면(47)은 바람직하게는 주 축(X)을 중심으로 주변에 위치한다. 도 8과 같이 기울어진 각도(β)가 선택된다면 단부면(47)은 노즐이 배치되는 실린더 커버 영역에서 연소실(14)과 대향하는 실린더 커버(26)의 표면과 실질적으로 평행하게 된다.
연료 밸브(26)와 노즐(40)이 실린더 커버(26)의 내면에 배치되는 커버 보어의 개구는 바람직하게는 리세스 영역(51)을 제공하도록 둥글다. 실시예에서, 리세스 영역(51)은 노즐 보어(45)로부터 분사하기 위한 공간을 제공하기 위해 실린더 커버(26) 내면의 컷아웃에 연결된다.
말단부(44), 특히 단부면(47)은 바람직하게는 커버 보어가 내면(27)으로 개방되는 영역에서 실린더 커버(26)의 내면(27)과 실질적으로 같은 높이이다.
또는, 노즐(40)의 말단부(47)는 도 8에 도시된 바와 같이, 실린더 커버(26)의 내면(27)으로부터 연소실(14) 내로 약간만 돌출한다.
노즐(40)에는 복수의 노즐 구멍(45)이 제공된다. 노즐(40)에는 임의의 바람직한 개수의 노즐 구멍(45), 바람직하게는 2개 내지 7개의 노즐 구멍(45), 더 바람직하게는 3개 내지 6개의 노즐 구멍(45), 가장 바람직하게는 5개 또는 6개의 노즐 구멍(45)이 제공된다. 본 일례의 실시예에 따른 노즐(40)에는 6개의 노즐 구멍(45)이 제공된다.
바람직하게는, 노즐 구멍(45)은 중간 부분(46)의 곡면 또는 둥근면, 즉 말단부(44) 근처 또는 말단부(44)로 개방된다. 그러나 노즐 구멍(45)은 또한 상기 단부면(47)에 부분적으로 개방되거나 상기 원통형 부분(43)으로 부분적으로 개방될 수 있다.
노즐 구멍(45)은 각각 노즐 축(I, II, III, IV, V, VI)을 갖는다. 구멍(45) 각각의 노즐 축(I, II, III, IV, V, VI)은 주 축(X) 방향과 둔각(α)으로 배치된다. 둔각(α)은 노즐 구멍(45)마다 다를 수 있다. 주 축(X)에 대한 노즐 축(I, II, III, IV, V, VI) 각각의 방사상 성분은 180도 미만의 원호, 바람직하게는 120도 미만의 원호, 더 바람직하게는 110도 미만 원호의 부채꼴로 분포한다. 주 축(X)에 대한 노즐 축(I, II, III, IV, V, VI) 각각의 방사상 성분은 개별 노즐 구멍들(45) 사이 노즐 바디 재료의 양을 최대화하기 위해 부채꼴로 실질적으로 고르게 분포한다.
베이스(42)에는 상기 연료 밸브(26)로부터 연료를 수용하기 위한 입구 포트(48)가 제공된다. 메인 보어(50)는 상기 입구 포트(48)로부터 노즐 바디 내로 그리고 주 축을 따르는 방향 및 노즐 바디 내의 중간 위치의 원추형 부분(43)으로 연장된다. 중간 위치에서 메인 보어(50)는 노즐 보어(45)에 각각 연결된 복수의 개별 공급 통로(49)에 연결된다.
메인 보어(50)와 개별 공급 통로(49) 사이의 전이부는 연료 밸브(26)의 밸브 니들(도시되지 않음)에 대해 시트 역할을 할 수 있다.
공급 통로(49)는 개별 공급 통로(49)들 사이에 실질적으로 노즐 바디 재료가 동일하도록 원통형 부분(43)에 실질적으로 고르게 분포한다.
메인 보어(50)의 단면적은 공급 통로(49)의 전체 단면적보다 실질적으로 더 크다. 공급 통로(49)의 전체 단면적은 노즐 구멍(45)의 전체 단면적과 실질적으로 동일하다. 공급 통로는 실질적으로 직선형 채널, 즉 실질적으로 직선형 보어이다.
입구 포트(48)는 실시예에서 메인 보어(50)의 직경보다 더 큰 직경의 보어로 형성된다. 또는, 입구 포트(48)는 메인 보어(50)와 직경이 동일할 수 있다.
노즐(40)에는 노즐 구멍(45)이 넓게 분포되고, 그에 따라 노즐 구멍(45)들 사이에 더 많은 노즐 재료를 제공하며, 따라서 균열 형성에 대비하여 더 양호한 저항성을 제공한다. 또한, 노즐(40)은 실질적으로 균일하게 연료를 분사하기 위해 각각의 노즐 구멍(45)에 균일한 입구 조건을 제공한다.
도 10은 메인 보어(50)가 노즐 구멍(45)까지 완전히 연장되고, 메인 보어(50)와 노즐 구멍(45) 사이에 어떤 공급 통로도 없이, 노즐 보어(45)에 직접 연료를 공급하는 것 외에는 전술한 실시예와 기본적으로 동일한 노즐(40)의 다른 실시예를 도시한다.
본 발명을 본 명세서의 다양한 실시예와 함께 설명했다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형들은 도면, 개시된 내용 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 본 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해 및 실시될 수 있다. 본 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소나 단계를 배제하지 않으며, "하나의" 또는 "한 개"는 복수를 배제하지 않는다. 특정 방안들이 서로 다른 종속항에서 인용된다는 단순한 사실만으로 방안으로 사용된 이들의 조합이 유리하게 사용할 수 없음을 나타내는 것은 아니다.
청구항에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 크로스헤드를 구비한 대형 2 행정 터보차징 압축 내연기관 내로 기체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브(30)용 노즐(40)에 있어서, 상기 노즐(40)은
    노즐 바디의 근위부(41)의 베이스(42)로부터 상기 노즐 바디의 말단부(44)까지 주 방향 및 축(X)으로 연장되고, 상기 베이스(42)는 상기 연료 밸브(30)에 부착되기 위해 구성되는 상기 노즐 바디;
    상기 베이스(42)와 상기 말단부(44) 사이에서 연장되는 원통형인 부분(43)을 포함하는 상기 노즐 바디;
    상기 연료 밸브(30)로부터 연료를 수용하기 위해 상기 베이스(42)에 개방되는 입구 포트(48);
    상기 말단부(44)에 또는 그 근처에서 상기 노즐 바디에 배열되는 복수의 노즐 구멍(45); 및
    상기 노즐 바디 내의 상기 입구 포트(48)로부터 상기 노즐 구멍(45)까지 상기 주 축(X) 방향으로 연장되어 상기 노즐 구멍(45)을 상기 입구 포트(48)로 연결하는 메인 보어(50)를 포함하며,
    상기 말단부(44)는 상기 주 축(X)에 대해 기울어져 배치되고 평탄한 단부면(47)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료밸브용 노즐.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 단부면(47)은, 상기 주 축(X)을 중심으로 주변에 위치하는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 단부면(47)은, 윤곽이 원형 또는 타원형인 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형인 부분(43)과 상기 단부면(47) 사이에 둥근 외면 또는 곡선 외면을 갖는 전이 영역(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 둥근 외면 또는 상기 곡선 외면은, 상기 원통형인 부분(43)의 외면을 상기 단부면(47)에 연결하는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 노즐 구멍(45)은, 상기 전이 영역(46)에 배치되고, 상기 단부면(47)의 윤곽 주위에 분포하는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 노즐 구멍(45)은, 상기 둥근 외면 또는 상기 곡선 외면으로 개방되는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐 구멍(45)은, 노즐마다 노즐 축(I, II, III, IV, V, VI)을 가지며, 상기 노즐 구멍(45) 각각의 상기 노즐 축(I, II, III, IV, V, VI)은 상기 주 축(X)과 둔각(α)으로 배치되는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 주 축(X)에 대한 상기 노즐 축(I, II, III, IV, V, VI) 각각에 대한 방사상 성분은, 180도 미만의 원호의 부채꼴로 분포하는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 주 축(X)에 대한 상기 노즐 축(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ) 각각의 방사상 성분은 상기 원통형 부분(43)에 걸쳐 고르게 분포하는 것을 특징으로 하는 노즐(40).
  11. 대형 2 행정 압축 점화 엔진에 있어서,
    왕복 운동하는 피스톤(21)과 실린더 커버(26) 사이의 실린더(1) 내에 연소실(14)을 갖는 상기 실린더(1);
    제1 항에 따른 노즐(40)이 연료 밸브(30)에 연결되는 상기 연료 밸브(30); 및
    상기 연료 밸브(30)는 상기 실린더 커버(26)의 커버 보어에 배치되고, 상기 커버 보어는 상기 연소실(14)을 대향한 상기 실린더 커버(26)의 내면(27)으로 개방되는 상기 연료 밸브(30)를 포함하며,
    상기 노즐(40)의 단부면(47)은 상기 커버 보어가 상기 내면(27)으로 개방된 영역에서 상기 내면(27)과 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 압축 점화 엔진.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 말단부(44)는, 상기 커버 보어가 상기 내면(27)으로 개방된 영역에서 상기 내면(27)과 같은 높이임을 특징으로 하는 엔진.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 말단부(44)는, 상기 실린더 커버(26)의 상기 내면(27)으로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 내면(27)에 대한 상기 커버 보어의 개구는, 언더컷인 것을 특징으로 하는 엔진.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 내면(27)은, 상기 노즐 구멍(45)으로부터 분사를 위한 공간을 제공하기 위해 상기 내면(27)에 대한 상기 커버 보어의 개구에 연결된 컷아웃이 제공되는 것을 특징으로 하는 엔진.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK181318B1 (en) 2022-02-18 2023-08-10 Man Energy Solutions Filial Af Man Energy Solutions Se Tyskland A fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995021324A1 (en) 1994-02-07 1995-08-10 Man B & W Diesel A/S A fuel injector for a large two-stroke internal combustion engine
US6092743A (en) 1997-11-26 2000-07-25 Hitachi, Ltd. Fuel injection valve
EP3002444A1 (en) 2013-10-30 2016-04-06 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland A fuel valve for pilot oil injection and for injecting gaseous fuel into the combustion chamber of a large two-stroke self-igniting internal combustion engine

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167857U (ko) * 1986-04-15 1987-10-24
SU1399494A1 (ru) * 1986-11-04 1988-05-30 Коломенский Филиал Всесоюзного Заочного Политехнического Института Форсунка двигател внутреннего сгорани
JPH0197068U (ko) * 1987-12-22 1989-06-28
JP3263487B2 (ja) * 1993-05-31 2002-03-04 三菱重工業株式会社 副室式内燃機関の燃焼室
CA2204983A1 (en) * 1997-05-09 1998-11-09 Westport Research Inc. Hydraulically actuated gaseous or dual fuel injector
JP4055315B2 (ja) * 1999-03-17 2008-03-05 株式会社日立製作所 燃料噴射弁およびこれを搭載した内燃機関
DE102005046433A1 (de) * 2005-09-28 2007-03-29 Robert Bosch Gmbh Ventil zum Steuern eines Fluids
US20070200011A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Caterpillar Inc. Fuel injector having nozzle member with annular groove
US7383792B1 (en) * 2006-12-27 2008-06-10 Sharpe Thomas H Hydrogen gas injector plug
KR101058713B1 (ko) * 2010-03-08 2011-08-22 현대중공업 주식회사 솔레노이드밸브와 셔틀밸브를 가진 디젤엔진용 2단 연료분사밸브
EP2657479A1 (de) * 2012-04-06 2013-10-30 GE Jenbacher GmbH & Co OHG Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
US9702327B2 (en) * 2015-02-05 2017-07-11 Caterpillar Inc. System and method for introducing gas into engine cylinder

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995021324A1 (en) 1994-02-07 1995-08-10 Man B & W Diesel A/S A fuel injector for a large two-stroke internal combustion engine
US6092743A (en) 1997-11-26 2000-07-25 Hitachi, Ltd. Fuel injection valve
EP3002444A1 (en) 2013-10-30 2016-04-06 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland A fuel valve for pilot oil injection and for injecting gaseous fuel into the combustion chamber of a large two-stroke self-igniting internal combustion engine

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