KR101973301B1 - 내연 기관, 프리챔버 인서트 및 연료 분사기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 실린더(11)를 포함하는 내연 기관(10)에 관한 것으로서, 각 실린더(11)는 해당 실린더(11) 내에서 연료를 연소시키는 메인 연소 챔버(14)를 포함하며, 연료 공급 및/또는 연료 점화 기능을 하는 조립체(15)들이 해당 실린더(13)의 실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내로 삽입되어 그에 대해 밀봉되는 식으로, 그 조립체(15)가 해당 실린더(11)의 가스 교환 밸브(12)들 사이에서 실린더(11)의 실린더 헤드(12) 상에 장착되며, 해당 실린더(11)의 실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내에 삽입되는 조립체(15)의 섹션(20)은 타원형 단면의 윤곽을 가지며, 밀봉 영역에 위치하는 그 조립체(15)의 섹션(20)의 경계면(21)은 둘레방향을 따라 외측으로 연속적으로 볼록하게 만곡된 윤곽을 갖는다.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 7의 전제부에 따른 가스 엔진용 프리챔버 인서트(prechamber insert) 및 청구항 10의 전제부에 따른 디젤 엔진용 연료 분사기에 관한 것이다.
DE 10 2012 203 700 A1로부터, 적어도 하나의 실린더를 구비한 가스 엔진으로서 설계된 내연 기관이 공지되어 있다. 가스 엔진의 각 실린더는 메인 연소 챔버와 프리챔버를 포함하며, 이 프리챔버는 프리챔버 인서트에 의해 제공된다. 프리챔버 인서트는 또한 프리챔버 리테이너로서도 지칭된다. DE 10 2012 203 700 A1에 따르면, 프리챔버는 인서트를 제공하고, 가스 공급 및 가스 점화와 관련된 조립체들을 수용한다. 가스 공급 기능을 하는 조립체는 역류 방지 밸브를 포함하고, 가스 점화와 관련된 조립체는 점화 플러그를 포함한다. DE 10 2012 203 700 A1에 따른 프리챔버 인서트는 해당 실린더의 가스 교환 밸브들 사이에서 해당 실린더의 실린더 헤드 상에 장착되며, 프리챔버 인서트는 해당 실린더의 실린더 헤드의 절결부 내에 삽입되어 실린더 헤드에 대해 밀봉된다. 당업계에 공지된 가스 엔진에서, 프리챔버 인서트는 원통 형상을 갖고, 이에 따라 단면이 원형인 윤곽을 갖는다.
특히, 가스 교환 밸브들 사이에 이용 가능한 설치 공간이 제한된 경우, 실린더 헤드 상에 프리챔버 인서트의 배치는 어려움을 야기한다. 특히, 역류 방지 밸브를 프리챔버로부터 최소한의 거리를 두고 배치하는 것이 불가능하여, 그 역류 방지 밸브를 프리챔버로부터 더 큰 거리를 두고 배치하여야 하며, 그 결과, 역류 방지 밸브와 프리챔버 사이에 비교적 길이가 긴 가스 안내 보어가 필요하게 된다. 이로 인해, 프리챔버 내로의 가스의 정확한 계량을 곤란하게 또는 불가능하게 하는 진동이 그 보어 내의 가스 칼럼 내에 형성될 수 있다.
유사한 문제점이 다른 내연 기관, 특히 디젤 엔진에 대해서도 존재하는데, 디젤 엔진의 경우, 연료 공급 및/또는 연료 점화 기능을 하는 조립체, 특히 연료 분사기가 실린더의 실린더 헤드 상에 장착되어야 한다.
이로부터 출발하여, 본 발명은 가스 엔진 등의 내연 기관의 신규한 형태, 가스 엔진을 위한 프리챔버 인서트의 신규한 형태, 그리고 디젤 엔진을 위한 연료 분사기의 신규한 형태를 제공한다는 과제에 기초한다.
이러한 과제는 청구항 1에 따른 내연 기관을 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 연료 공급 및/또는 연료 점화 기능을 하는 각 조립체에 있어서의 해당 실린더의 실린더 헤드의 절결부에 삽입되는 섹션이 타원형 단면의 윤곽을 가지며, 밀봉 영역에 위치하는 해당 조립체의 섹션의 경계면은 둘레방향을 따라 외측으로 연속적으로 볼록하게 만곡된 윤곽을 갖는다.
본 발명에 있어서, 연료 공급 및/또는 연료 점화 기능을 하는 조립체에 있어서의 실린더 헤드의 절결부에 삽입되는 섹션의 윤곽이 더 이상 원형 단면을 갖는 것이 아니라, 본 발명에 따라 타원형 단면을 갖도록 하는 것을 최초로 제안하고 있다. 이로 인해, 실린더 헤드 상에서 이용 가능한 설치 공간을 더 잘 활용하는 것이 가능하다. 연료 공급 및/또는 연료 점화 기능을 하는 조립체의 밀봉 영역에서, 타원형 단면의 윤곽을 갖는 경계면이 둘레방향을 따라 외측으로 연속적으로 볼록하게 만곡된다는 점으로 인해, 실린더 헤드에 대한 조립체의 제한되지 않은 밀봉이 실현될 수 있다.
연료 공급 및 연료 점화 기능을 하는 프리챔버 인서트로서 설계된 조립체의 경우, 역류 방지 밸브를 프리챔버부터 최소한의 거리에 배치하는 것이 가능하여, 그 역류 방지 밸브와 프리챔버 사이에서 연장하는 연료 안내 라인이 최소한의 길이 및 이에 따른 최소한의 부피를 갖고 구현될 수 있게 한다. 이로 인해, 연료의 계량을 보다 정확하게 달성하는 것이 가능하다.
다른 유리한 개선점에 따르면, 연료 공급 및/또는 연료 점화 기능을 하는 해당 조립체는 밀봉 영역에 위치하는 경계면 상에 축방향 오프셋 시일, 즉 메인 연소 챔버를 향한 하부 시일과, 메인 연소 챔버와는 반대쪽으로 향한 하부 시일을 구비한다. 그 시일은 연료 공급 및/또는 연료 점화 기능을 하는 조립체의 실린더 헤드에서의 양호한 밀봉을 가능하게 한다.
특히, 내연 기관이 가스 엔진으로서 설계되고 해당 조립체가 프리챔버 인서트로서 설계되는 경우, 가스 안내 기능을 하는 프리챔버 인서트의 역류 방지 밸브는, 역류 방지 밸브가 하부 시일 아래에 배치되도록 하는 식으로, 프리챔버 인서트 내에서 가스 점화 기능을 하는 프리챔버 인서트의 점화 플러그의 측방향으로 옆에서 또한 프리챔버 인서트의 프리챔버 위에 수용된다. 그러면, 다른 유리한 개선점에 따르면, 가스가 해당 프리챔버 인서트의 프리챔버의 방향으로 안내될 수 있는 가스 안내 기능을 하는 가스 공급 보어가 하부 시일과 상부 시일 사이의 밀봉 영역에서의 경계면에서 개구된다. 따라서, 실린더 헤드에 대한 프리챔버 인서트의 최적의 밀봉 및 실린더 헤드에서 이용 가능한 설치 공간의 최적의 활용이 보장된다.
본 발명에 따른 프리챔버 인서트가 청구항 7에 정의되어 있고, 본 발명에 따른 연료 분사기는 청구항 10에 정의되어 있다.
본 발명의 다른 바람직한 개선점들은 종속 청구항 및 이하의 상세한 설명으로부터 얻어진다. 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 이에 한정되는 일 없이 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 가스 엔진으로서 설계된 내연 기관의 실린더의 프리챔버 인서트의 영역에서 그 실린더를 통해 취한 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 가스 엔진의 프리챔버 인서트의 평면도이며,
도 3은 프리챔버 인서트의 사시도이다.
도 1은 가스 엔진으로서 설계된 내연 기관의 실린더의 프리챔버 인서트의 영역에서 그 실린더를 통해 취한 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 가스 엔진의 프리챔버 인서트의 평면도이며,
도 3은 프리챔버 인서트의 사시도이다.
본 발명은 바람직하게는 가스 엔진으로서 설계된 내연 기관 및 가스 엔진의 프리챔버 인서트에 관한 것이다. 본 발명은 디젤 엔진 등의 다른 내연 기관에, 특히 디젤 엔진의 연료 분사기의 영역에 이용될 수도 있다. 본 발명을 가스 엔진 및 그 가스 엔진의 프리챔버 인서트의 바람직한 용례에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1은 가스 엔진(10)의 실린더(10)의 영역에서 그 가스 엔진(10)을 통해 취한 단면도로서, 실린더(11)의 실린더 헤드(12)가 도시되어 있다. 실린더 헤드(12)의 영역에는 캠 샤프트에 의해 개폐될 수 있는 가스 교환 밸브(13)가 형성되어 있다. 실린더 헤드(12)는 그 저부에 적어도 부분적으로 해당 실린더(11)의 메인 연소 챔버(14)를 획정한다. 가스 엔진(10)의 실린더(11)에는 실린더(11)를 위한 프리챔버(16)를 형성하고 가스 안내 및 가스 점화와 관련된 조립체를 구비한 프리챔버 인서트(15)가 마련된다. 도 2 및 도 3에서는 각각 프리챔버 인서트(15)만을 도시하고 있다. 가스 안내와 관련된 프리챔버 인서트(15)의 조립체는 역류 방지 밸브(17)를 포함하고, 가스 점화와 관련된 프리챔버 인서트(15)의 조립체는 점화 플러그(18)를 포함한다.
프리챔버 인서트(15)는, 프리챔버 인서트(15)가 해당 실린더(11)의 실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내에 삽입되어 그 실린더 헤드(12)에 대해 밀봉되는 식으로 가스 엔진(10)의 실린더(11)의 실린더 헤드(12) 상에 장착되며, 프리챔버 인서트(15)는 가스 엔진(10)의 해당 실린더(11)의 가스 교환 밸브(13)들 사이의 영역에서 실린더 헤드(12) 상에 수용된다.
본 발명의 측면에서, 프리챔버 인서트(15)에 있어서의 실린더 헤드(12)의 절결부(19)에 삽입되는 섹션(20)은 타원형 단면의 윤곽을 가지며, 프리챔버 인서트(15)와 실린더 헤드(12) 사이의 밀봉 영역에 위치한 프리챔버 인서트(15)의 섹션(20)의 경계면(21)은 둘레방향을 따라 외측으로 연속적으로 볼록하게 만곡되는 윤곽을 갖는다(특히 도 2 참조).
실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내로 돌출하는 프리챔버 인서트(15)의 섹션(20)의 타원형 윤곽을 통해, 실린더 헤드(12)에서 이용 가능한 설치 공간이 최적화될 수 있는데, 특히 프리챔버 인서트(15)의 역류 방지 밸브(17)가 프리챔버 인서트(15)의 프리챔버(16)로부터 보다 작은 거리를 두고 배치될 수 있어, 역류 방지 밸브(17)와 프리챔버(16) 사이에서 연장하는 가스 안내 기능을 하는 프리챔버 인서트(15)의 보어(22)가 최소한의 길이 및 이에 따른 최소한의 부피를 갖고 구현될 수 있게 한다. 이로 인해, 큰 정확도로 가스를 프리챔버 인서트(15)의 프리챔버(16) 내로 도입하는 것이 가능하다.
특히 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 프리챔버 인서트(15)는 프리챔버 인서트(15)와 실린더 헤드(12) 사이의 밀봉 영역에 위치한 경계면(21)에 축방향 오프셋 시일(23, 24), 즉 메인 연소 챔버(14)를 향한 하부 시일(24) 및 그 메인 연소 챔버(14)와는 반대쪽을 향한 상부 시일(23)을 구비한다. 이에 의해, 실린더 헤드(12)의 절결부(19)에서의 프리챔버 인서트(15)의 최적의 밀봉이 가능하다.
그 시일(23, 24)들은 바람직하게는 O링 시일이거나, 대안적으로는 성형(molded seal)이다.
가스 안내 기능을 하는 프리챔버 인서트(15)의 역류 방지 밸브(17)는 도 3에 따르면, 프리챔버 인서트(15) 내에서 가스 점화 기능을 하는 프리챔버 인서트(15)의 점화 플러그(18)의 측방향으로 옆에서 또한 프리챔버 인서트(15)의 프리챔버 인서트(16) 위에, 즉 하부 시일(24) 아래에 수용된다.
가스 접촉 기능을 하는 가스 공급 보어(25)가 2개의 시일(23, 24) 사이의 밀봉 영역에 위치한 프리챔버 인서트(15)의 경계면(21)에서 절결부 또는 개구(26)를 갖고 개방된다.
디젤 엔진에서는 연료 분사기가 유사하게 구성될 수 있다.
그러한 연료 분사기는, 연료 분사기, 특히 그 분사기 슬리브가 실린더의 실린더 헤드의 절결부 내에 삽입되어 실린더 헤드에 대해 밀봉되는 식으로, 디젤 엔진의 실린더의 실린더 헤드에 장착될 수 있다. 이 경우, 실린더의 실린더 헤드의 절결부 내에 삽입될 수 있는 연료 분사기의, 특히 분사기 슬리브의 섹션은 타원형 단면의 윤곽을 가지며, 밀봉 영역에 위치하는 연료 분사기의, 특히 분사기 슬리브의 섹션의 경계면은 둘레방향을 따라 외측으로 연속적으로 볼록하게 만곡된 윤곽을 갖는다.
10: 내연 기관/가스 엔진
11: 실린더
12: 실린더 헤드
13: 가스 교환 밸브
14: 메인 연소 챔버
15: 조립체/프리챔버 인서트
16: 프리챔버
17: 역류 방지 밸브
18: 점화 플러그
19: 절결부
20: 섹션
21: 경계면
22: 보어
23: 시일
24: 시일
25: 보어
26: 개구
11: 실린더
12: 실린더 헤드
13: 가스 교환 밸브
14: 메인 연소 챔버
15: 조립체/프리챔버 인서트
16: 프리챔버
17: 역류 방지 밸브
18: 점화 플러그
19: 절결부
20: 섹션
21: 경계면
22: 보어
23: 시일
24: 시일
25: 보어
26: 개구
Claims (10)
- 적어도 하나의 실린더(11)를 구비하는 내연 기관(10)으로서, 각 실린더(11)는 해당 실린더(11) 내에서 연료를 연소시키는 메인 연소 챔버(14)를 포함하며, 각 실린더(11)의 실린더 헤드(12) 상에는, 연료 공급 및 연료 점화 기능 중 하나 이상을 위한 조립체(15)가 해당 실린더(11)의 실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내로 삽입되어 그에 대해 밀봉되는 식으로 해당 실린더(11)의 가스 교환 밸브(13)들 사이에 장착되는, 내연 기관에 있어서,
상기 해당 실린더(11)의 실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내에 삽입되는 해당 조립체(15)의 섹션(20)은 타원형 단면의 윤곽을 가지며, 밀봉 영역에 위치하는 해당 조립체(15)의 상기 섹션(20)의 경계면(21)은 둘레방향을 따라 외측으로 연속적으로 볼록하게 만곡된 윤곽을 가지고,
상기 해당 조립체(15)는 상기 밀봉 영역에 위치한 상기 경계면에 축방향 오프셋 시일(23, 24)인, 상기 메인 연소 챔버(14)를 향한 하부 시일(24)과 상기 메인 연소 챔버(14)와는 반대쪽을 향한 상부 시일(23)을 구비하며,
상기 내연 기관(10)은 가스 엔진으로서 구성되고, 상기 해당 조립체(15)는 프리챔버 인서트(prechamber insert)로서 구성되며, 가스 안내 기능을 하는 상기 프리챔버 인서트(15)의 역류 방지 밸브(17)가 상기 하부 시일(24) 아래에 배치되도록 하는 식으로 각 프리챔버 인서트(15) 내에서 프리챔버(16) 위에 가스 점화 기능을 하는 프리챔버 인서트(15)의 점화 플러그(18)의 측방향으로 옆에 수용되는 것을 특징으로 하는 내연 기관. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 시일(23, 24)은 O링 시일로서 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 가스가 상기 프리챔버(16)의 방향으로 안내될 수 있게 가스 안내 기능을 하는 가스 공급 보어(25)가 상기 하부 시일(24)과 상기상부 시일(23) 사이의 밀봉 영역에서의 경계면(21)에서 개구되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
- 삭제
- 가스 엔진을 위한 프리챔버 인서트(15)로서, 상기 프리챔버 인서트(15)는 프리챔버(16)를 형성하고, 또한 가스 공급 및 가스 점화와 관련된 조립체를 구비하며, 상기 프리챔버 인서트(15)는, 프리챔버 인서트(15)가 가스 엔진의 실린더(11)의 실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내로 삽입되어 그에 대해 밀봉되는 식으로, 상기 실린더(11)의 가스 교환 밸브(13)들 사이에서 상기 가스 엔진의 실린더(11)의 실린더 헤드(12)에 장착될 수 있는 것인 가스 엔진용 프리챔버 인서트(15)에 있어서,
상기 실린더 헤드(12)의 절결부(19) 내에 삽입될 수 있는 상기 프리챔버 인서트(15)의 섹션(20)은 타원형 단면의 윤곽을 가지며, 밀봉 영역에 위치하는 상기 프리챔버 인서트(15)의 상기 섹션(20)의 경계면(21)은 둘레방향을 따라 외측으로 연속적으로 볼록하게 만곡된 윤곽을 가지고,
상기 프리챔버 인서트(15)는 상기 밀봉 영역에 위치한 상기 경계면에 축방향 오프셋 시일인 하부 시일(24)과 상부 시일(23)을 구비하며, 가스 안내 기능을 하는 역류 방지 밸브(17)가 역류 방지 밸브(17)와 프리챔버(16) 사이의 거리를 최소화하도록 상기 하부 시일(24) 아래에 배치되도록 하는 식으로 상기 프리챔버 인서트(15) 내에서 상기 프리챔버(16) 위에 가스 점화 기능을 하는 점화 플러그(18)의 측방향으로 옆에 수용되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진용 프리챔버 인서트. - 삭제
- 제7항에 있어서, 가스가 상기 프리챔버 인서트(15)의 상기 프리챔버(16)의 방향으로 안내될 수 있게 하는 가스 공급 보어(25)가 상기 하부 시일(24)과 상부 시일(23) 사이의 밀봉 영역에서의 경계면에서 개구되는 것을 특징으로 하는 가스 엔진용 프리챔버 인서트.
- 삭제
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