KR101998282B1

KR101998282B1 - 저인화점 연료용 분사 시스템 및 이를 위한 연료 밸브를 갖춘 대형 2 행정 압축 점화 내연기관

Info

Publication number: KR101998282B1
Application number: KR1020170061535A
Authority: KR
Inventors: 키엠트룹 니엘스; 메이어 스테판; 하겐 피터
Original assignee: 만 에너지 솔루션즈, 필리알 아프 만 에너지 솔루션즈 에스이, 티스크란드
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2019-09-27
Also published as: US20190010879A1; CN107435597B; CN110594032B; DK179161B1; CN107435597A; EP3343007A1; DK201670359A1; EP3343008A1; US10344686B2; CN110594032A; EP3343008B1; JP2017210958A; EP3343007B1; CN110671225B; US20170342915A1; US20190003406A1; JP6637467B2; CN110671225A; EP3252291B1; EP3252291A1

Abstract

복수의 실린더를 구비한 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진에 관한 것으로서, 이 엔진은 연료의 압력을 상승시키기 위해 각각의 실린더에 대해 적어도 하나의 압력 부스터(40), 적어도 하나의 압력 부스터(40)의 출구에 연결되는 두 개 이상의 전자 제어 연료 밸브(50)의 입구를 구비한 각각의 실린더에 대한 두 개 이상의 전자 제어 연료 밸브(50), 적어도 하나의 압력 부스터(40) 및 두 개 이상의 전자 제어 연료 밸브(50)에 작동 가능하게 연결되는 전자 제어 장치(25)를 포함하고. 전자 제어 장치(25)는 연료 분사 이벤트의 시작 시각을 결정하고, 결정된 시작 시각에 앞서 적어도 하나의 압력 부스터를 작동시키고, 결정된 시작 시각에 두 개 이상의 전자 제어식 연료 밸브를 개방하도록 구성된다.

Description

저인화점 연료용 분사 시스템 및 이를 위한 연료 밸브를 갖춘 대형 2 행정 압축 점화 내연기관{A LARGE TWO-STROKE COMPRESSION-IGNITED INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH FUEL INJECTION SYSTEM FOR LOW FLASHPOINT FUEL AND A FUEL VALVE THEREFORE}

본 개시는 저인화점 연료를 연소실 내로 분사하기 위한 연료 분사 시스템을 구비한 대형 저속 2 행정 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진에 관한 것이다.

대형 2 행정 단류(uniflow) 터보 차징 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진은 통상적으로 대형 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기로 사용되고 있다. 엄청난 크기, 무게 및 동력 출력으로 이 엔진은 일반 연소 엔진과 완전히 다르며, 대형 2 행정 터보 차칭 압축 내연기관은 그 자체가 하나의 클래스로 분류된다.

크로스헤드형의 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화 내연기관은 통상적으로 대형 선박의 추진 시스템이나 발전소의 원동기로 사용되고 있다.

대형 2 행정 압축 점화 내연기관은 전통적으로 연료유나 중유와 같은 액체 연료로 작동되고 있지만, 환경 측면에 대한 관심이 증가함에 따라 가스, 메탄올, 석탄 슬러리, 석유 코크스 등과 같은 대체 연료를 사용하는 방향으로 발전하고 있다. 저인화점 연료는 수요가 증가하고 있는 연료 그룹 중 하나이다.

메탄올, 에탄올, LPG, DME 또는 바이오 연료, 나프타, 가솔린(휘발유), 크루드 가솔린, 원유와 같은 다수의 저인화점 연료는 대형 저속 단류 터보 차징 2 행정 내연기관용 연료로 사용하면 중유 등을 연료로 사용할 때와 비교하여 상대적으로 청정 연료로서 배기가스 내 아황산 성분, NOx 및 CO2가 상당히 낮은 수준이다.

그러나 저인화점 연료를 대형 저속 단류 터보 차징 2 행정 내연기관에서 사용할 경우 몇 가지 문제가 있다. 이러한 문제 중 하나는 낮은 인화점으로서, 저인화점 연료가 엔진의 다른 장치 중 하나로 누출되어 윤활유 시스템 등의 다른 유체와 혼합될 경우 심각한 문제를 일으킨다. 저인화점 연료는 본질적으로 점화되기 쉽고 그 증기는 쉽게 폭발성 혼합물을 형성할 수 있다. 따라서, 저인화점 연료가 엔진의 다른 장치로 들어가게 되면 안전상의 이유로 엔진 작동을 중지하고 해당 장치의 모든 액체를 청소하거나 교체해야 하므로 엔진 사용자에게는 비용이 많이 들고 번거로운 일이 된다.

연료 분사 타이밍은 디젤 엔진(압축 점화 엔진)의 연소 압력에 큰 영향을 미치므로 압축 점화 엔진의 연료 분사 타이밍을 매우 정확하게 제어할 필요가 있다.

통상적으로 수백 바(가스 유형과 엔진 요구사항에 따라)가 필요한 분사 압력에서, 어큐뮬레이터를 연료 밸브 가까이에 구비한 채, 가스를 저장하고 분배하는 커먼 레일식 시스템을 갖춘 대형 2 행정 압축 점화 내연기관을 제공하는 것은 당 업계에 공지되어 있다. 커먼 레일식 시스템은 각 실린더의 실린더 커버에 있는 두 개 또는 세 개의 연료 분사 밸브에 연결되어 있다. 연료 분사 밸브는 전자 제어되며 연료 분사는 연료 분사 밸브가 열리는 시간을 전자 제어함으로써(엔진 사이클에 비례하여) 시간이 조절되며(신호는 전자 제어 장치에서 발생하지만 연료 밸브로의 실제 신호는 일반적으로 유압 신호이다. 즉, 전자 신호는 전자 제어 장치와 연료 분사 밸브 간의 유압 신호로 변환된다).

하나의 분사 이벤트에서 실린더에 유입되는 연료의 양은 연료 밸브의 개방으로부터 폐쇄까지의 시간 간격의 길이에 의해 전자 제어된다. 시기가 적절하지 않은 분사 및/또는 무제한 분사에 대비하여 안전을 보장하기 위해 소위 윈도우 밸브가 어큐뮬레이터와 연료 밸브 사이에 제공된다. 따라서, 예컨대 연료 밸브가 개방 위치 상태일 때 분사될 수 있는 연료의 최대량은 윈도우 밸브와 연료 밸브 사이의 시스템에 존재하는 연료 가스의 양이며, 이것은 비교적 적은 양이므로 안전하다.

대형 2 행정 압축 점화 내연기관에 대해 공지된 커먼 레일식 가스 연료 공급 시스템은 압축성이 비교적 높은 LPG 또는 임의의 유사한 저인화점 연료로 작동할 때 단점이 있다. LPG의 분사 압력은 600 바 정도로 높아야 한다. 이것은 모든 밸브, 어큐뮬레이터, 파이프 등이 포함된 커먼 레일 시스템이 이 높은 압력을 고려하여 배치될 필요가 있음을 의미한다. 또한, 윈도우 밸브의 안전 개념은 LPG와 같은 고밀도 가스에 잘 맞지 않는다. 왜냐하면, 첫 번째, 윈도우 밸브와 연료 밸브 사이의 가스 채널은 체적이 아주 적어야 하고, 두 번째, 누출의 검출을 보장하는 데 필요한 가스 채널 압력의 모니터링이 윈도우 밸브의 폐쇄로 인해 촉발된 고주파 발진에 의해 누출이 매우 어려워지기 때문이다.

LPG 등과 같은 액체 가스를 분사하기 위해 부스터 펌프와 연료 압력 제어 연료 밸브를 사용하는 것 또한 당 업계에 공지되어 있다. 이러한 개념에는 LPG의 압축성이 다소 크고, 압력과 온도 및 가스 조성에 의존하는 것과 관련된 문제점이 있다. 따라서, 압력 부스터의 작동과 실제 가스 분사의 지연은 엔진 제어, 즉 분사량과 특히 분사 타이밍을 매우 어렵게 하는 파라미터에 의존한다. 압축 점화 엔진은 분사 타이밍이 중요하기 때문에 이것은 중요한 문제이다.

따라서, 안전하고 비싸지 않으면서 실린더 내로 연료 유입 타이밍을 정확하게 제어하는 LPG 및 이와 유사한 저인화점 연료에 대한 연료 공급 시스템을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진을 제공하는 것이다.

전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항과 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진에 있어서, 복수의 실린더; 연료 압력을 상승시키기 위한 각각의 실린더에 대한 적어도 하나의 압력 부스터; 두 개 이상의 전자 제어 연료 밸브의 입구가 적어도 하나의 상기 압력 부스터의 출구에 연결되는 각 실린더에 대한 두 개 이상의 상기 전자 제어 연료 밸브; 및 적어도 하나의 상기 압력 부스터 및 두 개 이상의 상기 전자 제어 연료 밸브에 작동 가능하게 연결되는 전자 제어 장치를 포함하고, 상기 전자 제어 장치는 연료 분사 이벤트의 시작 시각을 결정하고, 결정된 상기 시작 시각에 앞서 적어도 하나의 상기 압력 부스터를 작동시키고, 결정된 시작 시각에 두 개 이상의 전자 제어 연료 밸브를 개방하도록 구성된다.

가능한 가장 빠른 연료 분사 이벤트의 시작보다 충분하게 앞선 엔진 사이클 시간의 순간부터 연료 밸브의 개폐가 전자 제어되고 공급 연료의 압력에 의존하지 않는 연료 밸브와 결합한 가장 최근의 가능한 연료 분사 이벤트의 종료까지 연료 밸브에 전달되는 압력을 상승시키는 압력 부스터를 연료 공급 시스템에 제공함으로써 연료 공급 시스템은 다음 이점을 갖출 수 있다.

-대형 가스 어큐뮬레이터가 필요 없다.

-과거에 여러 문제를 유발했던 윈도 밸브가 필요 없다.

-분사 타이밍과 지속 시간이 정확하게 제어될 수 있다.

-부스터 압력을 모니터링 하여 누출 GI 분사 밸브의 온라인 점검을 쉽게 수행할 수 있다.

-부스터 압력은 유압 측면에서 측정할 수 있는데, 이는 연료 측면에서보다 훨씬 더 간단하고 쉽다.

-커먼 레일에서 파생된 분사 밸브가 있음에도 여전히 분사 압력 제어와 성형이 가능하다.

-연료 밸브가 누출되더라도 가스가 가스 공급 측으로 비말 동반될(entrain) 수 없다.

제1 양태의 가능한 제1 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 각각의 엔진 사이클에서 상기 복수 실린더 각각에 대한 상기 시작 시각을 결정하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제2 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 상기 전자 제어 장치에 의해 결정된 시간 범위에 의해 결정된 상기 시작 시각에 앞서 적어도 하나의 압력 부스터를 작동시키도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제3 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 고정된 시간 간격, 상기 전자 제어 장치에 저장된 룩업 테이블로부터 얻어진 시간 간격 또는 상기 전자 제어 장치에 저장된 알고리즘을 사용하여 상기 전자 제어 장치에 의해 결정된 시간 범위를 사용하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제4 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 연료 밸브의 개폐는 상기 전자 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 제어된다.

제1 양태의 가능한 제5 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 연료 밸브의 개폐는 전자 제어 연료 밸브에 공급되는 연료의 압력과는 무관하다.

제1 양태의 가능한 제6 구현예에 따르면, 상기 전자 제어 장치는 연료 분사 이벤트의 지속 시간을 결정하도록 구성되며, 상기 전자 제어 장치는 상기 지속 시간의 끝에 적어도 두 개의 전자 제어 상기 연료 밸브를 폐쇄하도록 구성되고, 상기 지속 시간의 끝에 적어도 한 개의 압력 부스터를 정지하도록 구성된다.

제1 양태의 가능한 제7 구현예에 따르면, 각각의 연료 밸브는 세장형 밸브 하우징을 포함하고, 상기 압력 부스터는 상기 세장형 밸브 하우징 내부에 배치된다.

제1 양태의 가능한 제8 구현예에 따르면, 상기 압력 부스터는 펌프 피스톤의 일측 상의 상기 제1 보어 내에 펌프 챔버를 구비한 상기 밸브 하우징 내의 제1 보어에 수용되는 상기 펌프 피스톤(80), 상기 작동 피스톤의 일측 상의 제2 보어(84) 내에 작동 챔버를 구비한 상기 밸브 하우징 내의 상기 제2 보어에 수용되는 작동 피스톤을 포함하고, 상기 펌프 피스톤은 상기 작동 피스톤에 연결되어 함께 일제히 움직이고, 상기 작동 챔버는 작동 유체 포트에 연결되며, 상기 펌프 챔버에는 상기 연료 밸브의 상기 노즐의 노즐 구멍에 대한 유체 연결부에 연결되는 출구가 있다.

제1 양태의 가능한 제9 구현예에 따르면, 상기 연료 밸브에는 상기 연료 밸브의 상기 노즐의 노즐 구멍으로의 연료 유동을 제어하는 밸브 니들이 제공되며, 상기 밸브 니들의 위치는, 바람직하게는 상기 연료 압력이 아닌 제어 신호에 의해 제어된다.

제1 양태의 가능한 제10 구현예에 따르면, 상기 압력 부스터와 상기 연료 밸브는 저인화점 연료, 바람직하게는 연료유보다 더 압축이 가능한 저인화점 연료로 작동하는 데 적합하다.

제1 양태의 가능한 제11 구현예에 따르면, 상기 엔진은 상기 압력 부스터의 보어와 상기 압력 부스터의 상기 보어에 슬라이딩 가능하게 수용된 펌프 피스톤 사이의 간극에 밀봉 액체를 공급하기 위한 도관을 더 포함한다.

제1 양태의 가능한 제12 구현예에 따르면, 상기 엔진은 상기 연료 밸브의 보어와 상기 연료 밸브의 상기 보어에 슬라이딩 가능하게 수용되는 밸브 니들 사이의 간극에 밀봉 액체를 공급하기 위한 도관을 더 포함한다.

제2 양태에 따르면, 대형 저속 2 행정 터보 차징 자체 점화 내연기관의 연소실 내로 저인화점 액체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브가 제공되며, 상기 연료 밸브는, 후방 단부와 전방 단부를 구비한 세장형 연료 밸브 하우징; 복수의 노즐 구멍을 구비한 노즐로서, 상기 노즐은 상기 세장형 밸브 하우징의 전방 단부에 배치되는 노즐; 가압 액체 저인화점 연료의 공급원에 연결하기 위한 상기 세장형 밸브 하우징 내의 연료 입구 포트; 작동 유체의 공급원에 연결하기 위한 상기 세장형 연료 밸브 하우징 내의 작동 유체 포트; 상기 연료 밸브의 종방향 보어 내에 슬라이딩 가능하게 수용된 축방향으로 변위 가능한 밸브 니들로서, 폐쇄 위치와 개방 위치가 있고 상기 폐쇄 위치를 향해 편향되어 있는 상기 밸브 니들; 상기 밸브 니들은 상기 밸브 니들이 개방 위치에 있을 때 연료 공동으로부터 상기 복수의 노즐 구멍으로 연료의 유동을 가능하게 하고 상기 밸브 니들은 상기 밸브 니들이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 연료 공동으로부터 상기 복수의 노즐 구멍으로 연료의 유동을 방지하는 상기 밸브 니들; 상기 밸브 니들은 상기 연료 밸브의 니들 작동 챔버와 마주하는 상기 작동 피스톤의 압력 표면과 함께 니들 작동 피스톤에 작동 가능하게 연결되는 밸브 니들; 상기 연료 밸브의 니들 작동 유체 포트에 유체로 연결되는 상기 니들 작동 챔버; 상기 펌프 피스톤의 일측 상의 상기 제1 보어 내 펌프 챔버와 함께 상기 밸브 하우징 내 제1 보어에 수용되는 펌프 피스톤; 작동 피스톤의 일측 상의 상기 제2 보어 내 작동 챔버와 함께 상기 밸브 하우징의 제2 보어에 수용되는 상기 작동 피스톤으로, 상기 펌브 피스톤은 상기 작동 피스톤에 연결되어 함께 일제히 이동하는 상기 작동 피스톤; 작동 유체 포트에 연결되는 상기 작동 챔버; 및 상기 연료 공동에 유체로 연결된 출구 및 상기 연료 입구 포트에 유체로 연결된 입구가 있는 상기 펌프 챔버를 포함한다.

리프트가 연료 압력이 아닌 작동 압력에 의해 제어되는 압력 부스터와 밸브 니들을 연료 밸브에 제공함으로써, 커먼 레일 시스템의 필요 없이 일반적인 연료유보다 더 압축이 가능한 저인화점 연료를 처리할 수 있는 연료 밸브가 만들어진다.

제2 양태의 가능한 제1 구현예에 따르면, 상기 연료 밸브는 가압된 밀봉 액체의 공급원에 연결하기 위한 밀봉 액체 입구 포트 및 상기 제1 보어 내에 상기 펌프 피스톤을 밀봉하기 위해 상기 밀봉 액체 입구 포트(70)를 상기 제1 보어에 연결하는 도관을 포함한다.

제2 양태의 가능한 제2 구현예에 따르면, 상기 연료 밸브는 상기 종 방향 보어 내에 상기 밸브 니들을 밀봉하기 위해 상기 종방향 보어에 상기 밀봉 액체 입구 포트를 연결하는 도관을 더 포함한다.

제2 양태의 가능한 제3 구현예에 따르면, 상기 펌프 피스톤(80)의 유효 압력 면적은 상기 작동 피스톤의 유효 압력 면적보다 작다.

제2 양태의 가능한 제4 구현예에 따르면, 상기 노즐은 상기 세장형 밸브 하우징의 전방에 고정되는 몸체의 일부분이다.

제2 양태의 가능한 제5 구현예에 따르면, 상기 입구는 상기 펌프 피스톤에 위치한다.

제2 양태의 가능한 제6 구현예에 따르면, 제1 일방향 밸브는 상기 입구에 제공되고, 상기 제1 일방향 밸브는 상기 입구를 통해 상기 펌프 챔버 내로 저인화점 연료의 유동을 가능하게 하고 상기 펌프 챔버로부터 상기 입구로 유동을 방지하도록 구성된다.

제2 양태의 가능한 제7 구현예에 따르면, 상기 펌프 챔버의 출구는 하나 이상의 연료 채널에 의해 상기 연료 공동에 연결된다.

제2 양태의 가능한 제8 구현예에 따르면, 제2 일방향 밸브는 하나 이상의 상기 연료 채널에 제공되고, 상기 제2 일방향 밸브는 상기 펌프 챔버로부터 상기 연료 공동으로 저인화점 연료의 유동을 가능하게 하고 상기 연료 공동으로부터 상기 펌프 챔버로 유동을 방지하도록 구성된다.

제2 양태의 가능한 제9 구현예에 따르면, 상기 밸브 니들은 상기 폐쇄 위치에서 밸브 시트 상에 놓이고 상기 밸브 니들은 상기 개방 위치에서 상기 밸브 시트로부터 들어 올려진다.

제3 양태에 따르면, 대형 저속 2 행정 터보 차징 자체 점화 내연기관의 연소실 내로 저인화점 액체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브가 제공되며, 상기 연료 밸브는, 후방 단부와 전방 단부를 구비하는 세장형 연료 밸브 하우징; 복수의 노즐 구멍을 갖는 노즐로서, 상기 노즐은 상기 세장형 밸브 하우징의 전방 단부에 배치되는 노즐; 가압 액체 저인화점 연료의 공급원에 연결하기 위한 상기 세장형 연료 밸브 하우징 내의 연료 입구 포트; 작동 유체의 공급원에 연결하기 위한 상기 세장형 연료 밸브 하우징 내의 작동 유체 포트; 상기 연료 밸브의 종방향 보어 내에 슬라이딩 가능하게 수용된 축방향으로 변위 가능한 밸브 니들로서, 폐쇄 위치와 개방 위치가 있고 상기 폐쇄 위치를 향해 편향되어 있는 상기 밸브 니들; 상기 밸브 니들은 상기 밸브 니들이 개방 위치에 있을 때 연료 공동으로부터 상기 복수의 노즐 구멍으로 연료의 유동을 허용하고 상기 밸브 니들은 상기 밸브 니들이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 연료 공동으로부터 상기 복수의 노즐 구멍으로 연료의 유동을 방지하는 상기 밸브 니들; 상기 펌프 피스톤의 일측 상의 상기 제1 보어 내의 펌프 챔버와 함께 상기 밸브 하우징 내의 제1 보어에 수용되는 펌프 피스톤; 작동 피스톤의 일측 상의 상기 제2 보어 내의 작동 챔버와 함께 상기 밸브 하우징의 제2 보어에 수용되는 상기 작동 피스톤으로, 상기 펌브 피스톤은 상기 작동 피스톤에 연결되어 함께 일제히 이동하는 상기 작동 피스톤; 작동 유체 포트에 연결되는 상기 작동 챔버; 상기 연료 공동에 유체로 연결된 출구 및 상기 연료 입구 포트에 유체로 연결된 입구를 구비하는 상기 펌프 챔버; 가압된 밀봉 액체의 공급원에 연결하기 위한 밀봉 액체 입구 포트; 상기 밀봉 액체 유입 포트를 상기 제1 보어에 연결하여 상기 펌프 피스톤을 상기 제1 보어 내에 밀봉하는 도관; 상기 밸브 니들을 상기 종방향 보어에 밀봉하기 위해 제1 위치에서 상기 종방향 보어의 길이를 따라 상기 종방향 보어에 상기 밀봉 액체 입구 포트를 연결하는 도관; 및 저인화점 연료 공급 포트를 제2 위치의 상기 종방향 보어에 상기 종방향 보어의 길이를 따라 연결하고, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 상기 연료 공동에 더 가까운 도관을 포함한다.

저인화점 연료 공급 포트를 제2 위치의 상기 종방향 보어에 연결하고, 위치는 밀봉 액체의 상기 제1 위치보다 상기 연료 공동에 더 가깝도록 연결한 도관을 제공함으로써, 상기의 높은 밀봉 오일은 수백 바의 부스팅 된 연료 압력(분사 압력)에 대해 밀봉할 필요가 없다(훨씬 더 높은 밀봉 액체 압력이 필요할 것이다.). 대신에, 상기 연료는 분사 압력보다 상당히 낮은 압력에서 연료 공급 시스템으로 다시 누출될 수 있다. 따라서, 상기 밸브 니들과 종 방향 보어 사이 간극 내의 고압 연료 영역은 연료 공급 포트로의 연결로 구멍이 뚫리고, 상기 밀봉 액체는 더 낮은 연료 공급 압력에 대해서만 밀봉될 필요가 있다.

제3 양태의 가능한 제1 구현예에 따르면, 상기 밸브 니들은 상기 폐쇄 위치에서 밸브 시트 상에 놓이고 상기 밸브 니들은 상기 개방 위치에서 상기 밸브 시트로부터 들어 올려진다.

제3 양태의 가능한 제2 구현예에 따르면, 상기 노즐에는 상기 세장형 밸브 하우징의 전방에 고정되는 노즐의 몸체가 있다.

제3 양태의 가능한 제3 구현예에 따르면, 상기 밸브 시트는 상기 노즐의 팁에 위치한다.

제3 양태의 가능한 제4 구현예에 따르면, 상기 종방향 보어는 상기 노즐 몸체 내에 적어도 부분적으로 형성된다.

제3 양태의 가능한 제5 구현예에 따르면, 상기 밸브 니들은 상기 연료 압력으로 제어된다.

본 발명의 이들 양태와 다른 양태는 이하에서 설명되는 실시예로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진을 제공하는 효과가 있다.

이하 본 발명의 상세한 설명 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 2 행정 디젤 엔진의 상승상태 정면도이다.
도 2는 도 1의 대형 2 행정 엔진의 상승상태 측면도이다.
도 3은 도 1에 따른 대형 2 행정 엔진의 도식적인 표현이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 엔진에 저인화점 연료를 분사하기 위한 연료 분사 시스템의 도식적인 표현이다.
도 5는 일 실시예에 따른 연료 밸브의 상승된 도면이다.
도 6 내지 도 9는 도 5 연료 밸브의 단면도이다.
도 10은 도 5의 연료 밸브의 대안 노즐을 도시한다.
도 11은 도 1 및 도 2의 엔진에 저인화점 연료를 분사하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다.

이하의 상세한 설명에서, 내연기관은 예시의 실시예들에서 크로스헤드를 포함하는 대형 2 행정 저속 터보 차징 압축 점화 내연기관을 참조하여 설명될 것이지만, 내연기관은 2 행정 오토(Otto), 4 행정 오토 또는 디젤 등의 다른 유형일 수 있으며, 터보차징과 배기가스 재순환이 있을 수도 있고 없을 수도 있는 것으로 이해해야 한다.

도 1, 도 2 및 도 3은 크랭크샤프트(8)와 크로스헤드(9)가 구비된 대형 저속 터보 차징 2 행정 압축 점화 엔진을 도시한다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보 차징 2 행정 디젤 엔진의 도식적인 표현을 도시한다. 이 일례의 실시예에서, 상기 엔진은 여섯 개의 실린더를 열을 지어 구비한다. 대형 저속 터보 차징 2 행정 디젤 엔진은 통상적으로 엔진 프레임(11)에 의해 지지가 되는 실린더 프레임(23)에 의해 지지가 되며, 열을 지어 4개 내지 14개의 실린더를 갖는다. 상기 엔진은, 예컨대 선박의 주 엔진이나 발전소의 발전기를 작동시키는 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예를 들면, 1,000 내지 110,000kW 범위일 수 있다.

상기 엔진은, 이 실시예에서, 실린더 라이너(1) 하부 영역에 소기 포트(18) 및 실린더 라이너(1) 상부 중앙에 배기밸브(4)가 구비된 2 행정 단류 유형 압축 점화 엔진이다. 상기 소기는 소기 수용부(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트(18)로 통과한다. 상기 실린더(1) 내의 피스톤(10)은 소기를 압축하고, 실린더 커버(22)의 연료 분사 밸브들(50)을 통해 연료가 분사되어, 연소가 진행되고 배기가스가 생성된다.

배기밸브(4)가 개방되면 상기 배기가스는 실린더(1)와 결합된 배기덕트를 통해 배기가스 수용부(3)로 유동하고, 계속해서 제1 배기 도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 유동한 후, 상기 배기가스는 제2 배기 도관(7)을 통해 이코노마이저(20)를 경유하여 출구(21)와 대기 중으로 배출된다. 상기 터빈(6)은 샤프트를 통해 흡기구(12)를 경유하여 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 상기 압축기(7)는 소기 수용부(2)에 이르는 소기 도관(13)에 가압된 소기를 전달한다. 상기 소기 도관(13) 내 소기는 소기의 냉각을 위해 인터쿨러(14)를 통과한다.

상기 터보차저(5)의 압축기(7)가 소기 수용부(2)에 충분한 압력을 전달하지 않으면, 즉 엔진의 낮은 부하 조건 또는 부분 부하 조건에서는, 냉각된 소기는 소기 흐름을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 경유하여 통과한다. 더 높은 엔진 부하에서, 상기 터보차저 압축기(7)는 충분히 가압된 소기를 전달한 다음, 보조 송풍기(16)는 역류방지밸브(15)를 경유하여 바이패스 된다.

상기 엔진은, 예컨대 LPG, 메탄올 또는 나프타와 같은 저인화점 연료로 작동되며, 상당히 안정된 압력과 온도에서 액체 형태 또는 초임계 형태로 저인화점 연료 공급 시스템(30)에 의해 공급된다. 그러나 저인화점 연료 공급 시스템의 세부 사항과 공급되는 가스의 유형에 따라 온도와 압력에 약간의 변화가 불가피하다. 또한, 저인화점 연료의 조성에 약간의 변화가 발생할 수도 있다.

저인화점 연료 공급 시스템(30)은 공급 도관(31)을 경유하여 상대적으로 낮은 공급 압력(예를 들어, 8 내지 100 바 압력)에서 연료 분사 밸브(50)에 저인화점 연료를 공급한다.

도 4는 공급 도관(31)을 경유하여 저인화점 연료를 수용하는 연료 분사 시스템을 도시하는 도면이다. 상기 연료 분사 시스템은 연료를 분사 압력으로 가압하기 위한 압력 부스터(40)를 포함한다. 압력 부스터(40)는 제1 제어 밸브(41)의 제어에 따라 유압으로 작동되며, 연료 밸브(50)는 제2 제어 밸브(45)의 제어에 따라 유압으로 작동된다.

도 4의 다이어그램은 한 개의 압력 부스터(40)와 세 개의 연료 분사 밸브(50)를 갖춘 단일 실린더(1)에 대한 연료 분사 시스템을 도시한다. 각각의 실린더(1)에 대해 세 개 대신에 두 개의 연료 분사 밸브(50)가 있을 수도 있다. 각각의 실린더(1)에는 두 개 또는 세 개의 연료 분사 밸브(50)에 공급하는 압력 부스터(40)가 필요할 것이다.

압력 부스터(40)는 더 소구경 플런저에 연결되어 그와 함께 일제히 움직이는 대구경 플런저를 포함한다. 대구경 플런저와 소구경 플런저는 압력 부스터(40) 하우징 내에 대응하는 각각의 보어에 수용된다. 상기 대구경 플런저는 고압 유압유 또는 제1 제어 밸브(41) 제어 하의 탱크가 공급되는 작동 챔버와 마주한다.

상기 소구경 플런저는 일방향 밸브를 경유하여 연료 공급 라인(31)에 연결되고 고압 연료를 연료 밸브(50)에 전달하기 위해 고압 연료 공급 라인(35)에 연결되는 펌프 챔버와 마주한다. 일방향 밸브는 고압 연료 공급 라인(35)으로부터 펌프 챔버로 연료의 역류를 방지한다. 공급 라인(31) 연료 내의 압력은 작동 챔버가 탱크에 연결될 때 압력 부스터(40)가 귀환 행정을 하도록 하기에 충분하다. 위치 센서(34)는 대구경 플런저와 소구경 플런저의 위치를 감지한다. 상기 대구경 피스톤과 그것이 수용되는 보어 사이의 간극에 밀봉 오일과 같은 밀봉 액체가 공급되어 압력 챔버로 연료가 누출되어 유압유와 혼합되는 것을 방지한다. 압력 센서(36)는 고압 연료 공급 라인(35) 내의 압력을 감지한다.

본 실시예에서, 제1 제어 밸브(41)는, 바람직하게는 비례하는 제1 유압 제어식 삼방향 밸브(42)를 포함한다. 제1 삼방향 밸브(42)는 작동 도관(44)을 경유하는 작동 챔버에 연결되어, 고압 유압유의 공급원과 탱크로 연결된다. 제1 삼방향 밸브(42)는 작동 챔버를 탱크나 고압 유압유의 공급원으로 선택적으로 연결되도록 구성된다. 일 실시예에서, 제1 유압 제어 삼방향 밸브(42)는 비례 밸브이므로 고압 유압유의 공급원과 탱크 사이의 임의의 중간 위치에 있을 수 있다. 제1 삼방향 밸브(42)의 위치는 제1 소형 이방향 밸브(43)에 의해 제어되고, 제1 소형 이방향 밸브(43)의 위치는 전자 제어된다. 제1 소형 이방향 밸브(43)는 제1 신호 케이블 (26)을 통해 전자 제어 장치(25)에 연결된다. 일 실시예에서, 제1 제어 밸브(41)는 안전을 유지하도록 주로 구성되는 별도의 전자 제어 장치의 명령을 따르고, 예컨대 가스 누출과 같은 안전 문제가 감지되면 압력 부스터를 정지시킨다. 또는, 제1 제어 밸브는 엔진 안전 시스템에 의해 제어되는 고압 유압유의 공급원에 연결된다.

고압 연료 공급 라인(35)은 세 개의 고압 연료 공급 라인(35-1, 35-2, 35-3), 즉각 연료 밸브(50)에 고압의 저인화점 연료를 공급하기 위한 하나의 고압 연료 공급 라인으로 분할된다. 실린더마다 두 개의 연료 밸브(50)를 갖춘 일 실시예에서, 고압 연료 공급 라인(35)은 두 개의 라인으로 분할될 것이다.

각각의 연료 밸브(50)는 밀봉 오일 공급 라인(36)과 밀봉 오일 복귀 라인을 경유하여 밀봉 오일의 공급원에 연결된다. 일 실시예에서, 연료 밸브(50)를 통과하여 유동하는 상기 밀봉 오일은 밀봉 오일이 연료 밸브(50)를 위한 냉각 매체로도 작용하도록 하기 위해 비교적 많다.

각각의 연료 밸브(50)는 연료 밸브 작동 신호 도관(48)에 연결된다. 일 실시 예에서, 연료 밸브 작동 신호 도관(48) 내의 압력은 제2 유압 제어 비례 삼방향 밸브(46) 및 제2 소형 전자 제어식 이방향 밸브(47)를 포함하는 제2 제어 밸브(45)에 의해 제어된다. 제2 유압 제어 삼방향 밸브(46)는 바람직하게는 비례 밸브이고 작동 신호 도관(48)을 고압 유압유의 공급원 또는 탱크에 연결하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제2 유압 제어 삼방향 밸브(46)는 비례 밸브이므로 고압 유압유의 공급원과 탱크 사이의 임의의 중간 위치에 있을 수 있다. 제2 삼방향 밸브(46)의 위치는 제2 소형 이방향 밸브(47)에 의해 제어되고, 제2 소형 이방향 밸브(47)의 위치는 전자 제어된다. 제2 소형 이방향 밸브(47)는 제3 신호 케이블(26)을 통해 전자 제어 장치(25)에 연결된다. 전자 제어 장치(25)는 제2 신호 케이블(27)을 통해 제2 삼방향 밸브(46)의 위치를 전달받는다.

전자 제어 장치(25)는 도 4에 파선으로 도시된 신호 라인을 경유하여 다양한 센서로부터 신호를 수신한다. 다양한 센서로부터의 신호들에는, 예컨대 소기 압력과 온도, 배기 압력과 온도, 크랭크 각도와 속도가 포함되지만, 이 목록이 전체는 아니며, 예컨대 배기가스 재순환을 포함하는지와 터보차저를 포함하는지 등의 엔진 구성에 따라 달라진다. 전자 제어 장치(25)는 연료 분사 밸브(50)를 제어한다. 즉 전자 제어 장치는 연료 밸브(31)가 개방될 때를 결정하고 개방의 지속 시간을 결정한다. 전자 제어 장치(25)는 압력 부스터(40)의 작동 또한 제어한다.

상기 연료 분사 타이밍은 대형 2 행정 터보 차징 디젤 엔진(압축 점화 엔진)의 연소 압력에 큰 영향을 미친다. 크랭크샤프트 앵글 또는 엔진 사이클에 대한 연료 밸브(50)의 개방 타이밍은 연소 압력의 대부분을 결정한다. 연료 밸브(50)의 개방 지속 시간은 실린더(1)로 주입되는 연료의 양을 결정하며, 지속 시간이 길어질수록 실린더(1)에 주입되는 연료양도 증가한다.

전자 제어 장치(25)는 제3 신호 케이블(28)을 경유하여 제어 밸브(45)에 대한 전자 신호에 의해 연료 밸브의 개방 타이밍을 제어하도록 구성된다. 상기 신호를 수신하면 전자 제어 밸브는 위치를 전환하고 상기 작동 신호 도관(48)을 고압 유압유 공급원에 연결한다. 작동 신호 도관(48) 내의 높은 압력은 연료 밸브(50)를 개방한다.

연료 밸브(50)가 개방될 때 충분한 분사 압력으로 연료 분사가 준비되도록 보장하기 위해, 전자 제어 장치(25)는 연료 밸브(50)를 개방하기 전에 압력 부스터(40)를 작동시킨다. 압력 부스터(40)의 조기 작동은 상대적으로 압축 가능한 저인화점 연료에서 압력을 형성하는 데 필요하다. 전자 제어 장치(25)는 연료 밸브(55)를 시험 운전으로 얻은, 미리 정해진 고정 시간 길이만큼 개방하기 전에 압력 부스터(40)를 작동하도록 구성될 수 있다. 또는 전자 제어 장치(25)는 전자 제어 장치(25)에 저장된 알고리즘을 사용하여 압력 부스터(40)의 작동과 연료 밸브(50) 개방 사이에 적절한 시간을 결정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 알고리즘은, 예컨대 엔진 부하, 엔진 속도 및 연료 특성을 고려할 수 있다.

압력 부스터(40)를 적시에 작동시킴으로써 고압 공급 라인(35-1, 35-2 및 35-3)의 압력은 전자 제어 장치(25)가 연료 밸브(50)가 개방되도록 지시하기 전에 수백 바의 적절한 분사 압력(약 600 bar만큼 될 수 있음)이 형성된다.

전자 제어 장치(25)는 엔진 부하, 엔진 속도 및 연료 특성과 같은 다양한 파라미터에 기초하여 연료 밸브의 개방 지속 시간을 결정하도록 구성되고, 전자 제어 장치는 분사 이벤트에 요구되는 지속 시간에 도달하면 연료 밸브(50)를 폐쇄한다. 동시에, 전자 제어 장치(25)는 귀환 행정이 이루어지도록 압력 부스터(40)에 지시한다. 즉 제1 제어 밸브(41)가 작동 챔버를 탱크에 연결하도록 지시함으로써 펌프 챔버를 다시 채우고 작동 챔버를 고갈시키고, 그 결과 연료 공급 라인(31)은 압력 부스터(40)로 하여금 펌프 챔버를 연료로 채우고 유압유에 대한 작동 챔버를 비우는 귀환 행정이 이루어지도록 한다.

상기 실시예에서, 압력 부스터(40)와 연료 밸브(50)는 별개의 물리적 장치이다. 일 실시예에서, 압력 부스터(40)는 연료 밸브(50)와 일체형 부품이다.

이러한 일체형 압력 부스터를 구비한 연료 밸브(50)의 실시예가 도 5 내지 도 9에 도시되어 있다.

도 5는 세장형 밸브 하우징(52) 및 세장형 밸브 하우징(52)의 전방 단부에 고정된 노즐(54)을 갖춘 연료 밸브(50)의 사시도이다. 노즐(54)에는 연소실 내로 연료의 분사를 생성하기 위한 복수의 노즐 구멍(56)이 제공된다. 상기 노즐(54)은 세장형 밸브 하우징(52)에 제거 가능하게 고정되어, 노즐(54)이 파손되거나 마모되면 쉽게 교체할 수 있다.

도 6,7,8 및 9는 연료 밸브(50)의 서로 다른 단면도를 도시한다. 연료 밸브(50)는 최후방 단부가 있는 세장형 밸브 하우징(52)을 구비하고, 그 전방 단부에 노즐(54)을 구비한다. 노즐(54)은 밸브 하우징(52)의 전방 단부에 부착된 별개의 몸체이다. 밸브 하우징(52)의 최후방 단부에는 제어 포트(86), 작동 유체 포트(78) 및 가스 누출 검출 포트(미도시)를 포함하는 복수의 포트가 제공된다. 상기 최후방 단부는 연료 밸브(50)가 실린더 커버에 장착될 때 실린더 커버로부터 돌출하는 헤드를 형성하도록 확대된다. 본 실시예에서, 연료 밸브(50)는 중앙 배기 밸브(4)의 주위, 즉 실린더 라이너의 벽에 상대적으로 가깝게 배치된다. 세장형 밸브 하우징(52) 및 연료 분사 밸브(50)의 다른 구성 요소뿐만 아니라 노즐, 예컨대 공구강 또는 스테인리스강과 같은 강철로 제조된다.

노즐(54)은 노즐(54) 내부로 연결되는 노즐 구멍을 구비하고, 노즐 구멍은 연소 챔버의 연료를 분배하기 위해 서로 다른 방향으로 배열된다. 상기 노즐 구멍은 실린더 헤드에서 연료 밸브(50)의 위치로 인해 상대적으로 가까운 실린더 라이너로부터 멀어지는 방향으로 향하게 된다. 상기 노즐 구멍(56)은 노즐(54)의 팁에 배열된다. 또한, 노즐 구멍은 소기 포트의 구성에 의해 연소 챔버 내 소기의 소용돌이 방향과 대략 동일한 방향으로 향한다(이 소용돌이는 단류 유형 대형 2 행정 터보 차징 내연기관의 잘 알려진 특징이다).

노즐(54)은 중간 섹션(53)을 둘러싸고 세장형 밸브 하우징(52)의 원위 부분을 둘러싸는 노즐 본체(55)의 부분을 고정하고 둘러싸는 슬리브(57)로 밸브 하우징 (52)의 전방 단부에 연결된다. 노즐 본체(55)에는 밸브 니들(61)이 수용되는 종방향 보어가 제공된다. 종 방향 보어는 팁(56)에 가장 가까운 종방향 보어 부분에서 밸브 니들(61)의 직경보다 직경이 더 크다. 종방향 보어와 밸브 니들(61) 사이의 공간은 연료 공동(58)을 형성한다. 종방향 보어의 중간 섹션에는 밸브 니들(61)과 함께 매우 작은 간극이 있다. 노즐(54)의 팁(56)으로부터 가장 먼 노즐 몸체(55)의 종방향 보어 부분은 밸브 니들(61)의 확대된 직경과 일치하고 확대된 직경 부분을 갖는다. 밸브 니들(61)의 확대된 직경 부분은 노즐(54) 내의 니들 작동 챔버(88)에 대면하는 니들 작동 피스톤(62)의 압력 표면과 함께 니들 작동 피스톤(62)을 형성한다. 니들 작동 챔버(88)는 제어 도관(87)을 경유하여 제어 포트(86)에 연결된다.

종방향 보어의 확대된 직경 섹션은 중간 섹션(53)의 스프링 챔버(96)와 정렬된다. 스프링 챔버(96)는 세장형 밸브 하우징(52)의 종방향 보어와 정렬된다. 상기 세장형 밸브 하우징(52)의 원위 단부에 가장 가까운 세장형 밸브 하우징(52) 내 종방향 보어의 원위 섹션은 그 직경과 스프링 챔버(96)에 대응한다. 나선형 와이어 스프링(68)은 세장형 밸브 하우징(52) 내 종방향의 원위 섹션과 밸브 니들(61)의 확대된 직경 섹션(62) 사이에 연장된다. 밸브 니들(61)은 선인장(pre-tensioned) 나선형 스프링(68)에 의해 폐쇄 위치를 향해 탄성적으로 편향된다. 나선형 스프링(68)은 세장형 연료 밸브 하우징(52) 내의 스프링 챔버(96)에 수용되는 나선형 와이어 스프링이다. 나선형 와이어 스프링(68)은 밸브 니들(61)을 노즐(54)의 팁(56)을 향해, 즉 폐쇄 위치로 편향시킨다. 밸브 니들(61)의 폐쇄 위치에서, 바람직하게는 밸브 니들(61)의 원추형 팁은 노즐(54) 내부의 팁(56)에서 원추형 시트(63)와 인접하고 연료 공동(58)과 노즐 구멍들 사이의 유체 연결을 폐쇄한다. 연료 니들(58)과 노즐 구멍 사이의 유체 연결은 밸브 니들(61)이 들어 올려질 때, 즉 밸브 니들(61)이 나선형 스프링(68)의 편향에 대해 연료 밸브(50)의 근위 단부로 향할 때, 이루어진다. 밸브 니들(61)은 니들 작동 챔버(88)가 가압될 때 들어 올려진다.

스프링 가이드(69)는 나선형 스프링(68)을 안내하기 위해 스프링 챔버(96) 내에 동심으로 연장된다. 스프링 가이드(69)의 근위 단부는 세장형 밸브 하우징(52)의 종방향 보어에 밀봉식으로 수용된다.

축방향으로 변위가 가능한 밸브 니들(61)은 노즐 몸체(55)의 종방향 보어에 좁은 간극을 가지고 슬라이딩 가능하게 수용되며, 축방향으로 변위가 가능한 밸브 니들(61)과 종방향 보어 사이의 윤활이 중요하다. 이를 위해, 가압된 밀봉 액체는 도관(채널)(93)을 경유하여 밸브 니들의 종방향 보어 사이의 간극에 전달된다. 채널(93)은 밸브 니들(61)과 종 방향 보어 사이의 간극을 밀봉 액체 입구 포트(70)에 연결하고, 차례로 가압된 밀봉 액체의 공급원에 연결될 수 있다. 상기 간극과 채널(93) 사이의 연결은 밸브 니들(61) 내의 횡방향 보어(99)(도 8)를 포함하며, 이 보어는 니들 작동 피스톤(62)을 스프링 챔버(96)에 형성하는 확대된 직경 섹션을 통해 내내 연장되는 밸브 니들(61) 내의 축방향 보어(97)(도 8)에 연결된다. 채널(93)은 스프링 챔버(96)에 연결되고 스프링 챔버(96)에 가압된 밀봉 액체를 공급한다. 상기 밀봉 유체가 냉각 매체로 작용할 수 있도록 스프링 챔버(96)를 통한 밀봉 액체의 실질적인 흐름을 가능하게 하기 위해, 스프링 챔버(96)는 보어를 경유하여 밀봉 액체 출구 포트(95)에 연결된다. 상기 밀봉 액체는 밸브 니들(61)과 축방향 보어 사이의 간극을 통해 저인화점 연료의 누출을 방지하고 연료 밸브(50)에 냉각을 제공한다. 또한, 상기 밀봉 유체는, 바람직하게는 오일은, 밸브 니들(61)과 종방향 보어 사이에 윤활을 제공한다.

세장형 밸브 하우징(52)에는, 예컨대 저인화점 액체 연료 공급 도관(31)을 경유하여 가압된 저인화점 액체 연료(60)의 공급원에 연결하기 위한 연료 입구 포트(76)가 제공된다. 연료 입구 포트(76)는 펌프 피스톤(80) 내의 도관(73)과 일방향 밸브(89)를 경유하여 밸브 하우징(52) 내의 펌프 챔버(82)에 연결된다. 일방향 밸브(89)(흡입 밸브)는 펌프 피스톤(80)의 도관(73) 입구(71)에 제공된다. 일방향 밸브(89)는 액체의 저인화점 연료가 연료 입구 포트(76)로부터 도관(73)을 경유하여 펌프 챔버(82)로 유동하지만 반대 방향으로는 유동하지 않도록 하는 스프링 장착 포핏 밸브이다. 펌프 피스톤(80)의 도관(73)과 세장형 하우징(52)의 연료 입구 포트(76) 사이의 유체 연결은 펌프 피스톤(80)의 들어간 부분(74)에 의해 이루어지며, 이 부분은 연료 입구 포트(76)를 형성하는 세장형 하우징(52) 내 보어와 축 방향으로 중첩된다.

펌프 피스톤(80)은 펌프 피스톤(80)의 일측 상의 제1 보어(81) 내에 펌프 챔버(82)를 구비한 세장형 연료 밸브 하우징(52)의 제1 보어(81)에 슬라이딩 가능하게 밀봉식으로 수용된다. 작동 피스톤(83)은 작동 피스톤(83)의 일측 상의 제2 보어 (84) 내의 작동 챔버(85)를 구비한 밸브 하우징(52)의 제2 보어(84)에 슬라이딩 가능하게 밀봉식으로 수용된다. 펌프 피스톤(80)은 작동 피스톤(83)에 연결되어 함께 일제히 움직인다. 즉 펌프 피스톤(80)과 작동 피스톤(83)이 각각의 보어(81, 84)와 일제히 슬라이딩할 수 있다. 본 실시예에서 펌프 피스톤(80)과 작동 피스톤(83)은 단일 몸체로 형성된다. 그러나 펌프 피스톤(80)과 작동 피스톤(83)은 상호 연결된 별도의 몸체일 수 있음을 알아야 한다.

작동 챔버(85)는 작동 유체 포트(78)에 유체로 연결된다. 제1 제어 밸브(41)는 작동 유체 포트(78)로 그리고 그로부터 가압되고, 그렇게 함으로써 작동 챔버(85)로 그리고 그로부터 가압된 유동을 제어한다.

분사 이벤트 시작 전 리드 타임 동안, 전자 제어 장치(25)는 제1 제어 밸브(41)에 명령하여 작동 챔버(85) 내로 고압 작동 액체가 유동할 수 있게 한다. 이 순간에 작동 피스톤(83)과 펌프 피스톤(80)의 결합은 도 6의 도시된 위치에 있다. 작동 챔버(85) 내에서 가압된 작동 액체는 작동 피스톤(83)에 작용함으로써, 펌프 피스톤(80)을 펌프 챔버(82) 내로 가압하는 힘을 생성한다. 이에 따라, 펌프 챔버(82) 내의 저인화점 액체 연료의 압력이 증가한다. 일 실시예에서, 작동 피스톤(83)의 직경은 펌프 피스톤(80)의 직경보다 크며, 따라서 펌프 챔버(82) 내의 압력은 그에 상승하여 작동 챔버(85) 내의 압력보다 높고, 작동 피스톤(83)과 펌프 피스톤(80)의 결합은 압력 부스터로 작용한다.

하나 이상의 연료 채널(79)은 펌프 챔버(82)를 연료 공동(58)에 유체로 연결하고, 그렇게 함으로써 연료 공동(58)의 바닥에 위치한 밸브 시트에 유체로 연결된다. 일방향 밸브(90)는 연료 채널(79)과 펌프 챔버(82) 사이에 배치된다. 펌프 챔버(82)의 출구(66)는 일방향 밸브(90)의 입구에 연결된다. 일방향 밸브(90)는 세장형 밸브 하우징(52) 내의 축방향 보어에 슬라이딩 가능하게 수용되는 밸브 부재를 포함하고, 밸브 부재는 그 시트, 즉 폐쇄된 위치를 향하여 탄성적으로 편향되고 연료 채널(79)로부터 펌프 챔버(82)로의 연료 역류를 방지한다. 작동 챔버(85) 내의 가압 유체는 작동 피스톤(83)과 펌프 피스톤(80)이 도 6에 도시된 바와 같이 아래쪽으로(도 6 내지 도 9와 같이 아래쪽으로) 이동하게 할 것이다. 짧은 압축 단계 후에 펌프 챔버(82)의 압력은 펌프 피스톤(80)의 유효 압력 면적과 작동 피스톤(83)의 유효 압력 면적 및 작동 챔버(85) 내 압력 사이의 비율의 곱일 것이다. 이 순간에 작동 챔버(85) 내 압력은 고압 유체 공급원의 압력과 실질적으로 동일할 것이다. 유효 압력 표면 비율이, 예컨대 2.5:1이고 유압 시스템의 공급 압력이 200 bar인 경우, 펌프 챔버 내의 연료 압력은 압축 단계가 끝날 때 약 500 bar가 된다. 따라서, 작동 피스톤(83)과 펌프 피스톤(80)의 결합은 압력 부스터로 작용한다.

전자 제어 장치(25)는 펌프 챔버(82) 내 압력이 필요한 분사 압력, 예컨대 500 bar에 도달하도록 보장하기에 충분한 리드 타임 동안 연료 분사 시작 전에 작동 챔버(85)를 가압한다. 전자 제어 장치(25)는 밸브 니들(61)이 들어 올려질 필요가 있을 때를 결정하고, 그에 따라 연료 분사가 시작될 때를 결정한다. 밸브 니들(61)은 리프트를 얻기 위해 노즐(54)로부터 멀어지는 방향으로 이동하고 리프트를 감소시키기 위해 노즐(54)을 향해 이동하도록 구성된다. 밸브 니들(61)은 니들 작동 챔버(88)가 가압될 때 들어 올려진다. 전자 제어 장치(25)는 연료 분사가 시작되어야 하는 엔진 사이클 순간에 연료 밸브 작동 신호 도관(48)을 고압 작동 유체의 공급원에 연결하도록 제2 제어 밸브(45)에 지시한다. 연료 밸브 작동 신호 도관(48)은 제어 포트(86)에 연결되고, 고압 유체는 제어 도관(87)을 경유하여 니들 작동 챔버 (88)에 도달한다. 밸브 니들(61)이 그 시트로부터 들어 올려지면 저인화점 액체 연료를 노즐 구멍을 통해 연료 공동(58)으로부터 연소 챔버로 유동하게 한다.

전자 제어 장치(25)는 제2 제어 밸브(45)에 니들 작동 챔버(88)를 탱크에 연결하도록 지시함으로써 분사 이벤트를 종료시키고, 그로 인해 밸브 니들(61)은 그 시트로 복귀하여 연료의 추가 분사를 방지한다. 그와 동시에 또는 바로 그 직후에, 전자 제어 장치(25)는 제1 제어 밸브(41)에 작동 챔버(85)를 탱크에 연결하도록 지시한다. 펌프 챔버(82)는 저인화점 연료(30)의 가압된 공급원에 연결되고, 일방향 밸브(89)를 경유하여 유동하는 저인화점 액체 연료의 공급 압력은 작동 피스톤(83)이, 펌프 챔버(82)가 저인화점 액체 연료로 완전히 채워져 연료 밸브(50)가 다음 분사 이벤트를 위해 준비된 상태의, 도 6에 도시된 위치에 도달할 때까지 작동 챔버(85) 내로 작동 피스톤(83)을 가압한다. 도 8은 펌프 챔버(80)의 주요 부분에서 저인화점 연료가 고갈된 분사 이벤트의 종료 근처에 펌프 피스톤(80)과 작동 피스톤(83)의 위치를 도시한다.

저인화점 연료의 분사 이벤트는 밸브 니들(61)의 리프트 타이밍과 지속 시간에 의해 전자 제어 장치(25)에 의해 제어된다. 전자 제어 장치는 또한 분사율 형성을 수행하기 위해 작동 챔버(85)에 공급되는 압력을 조절함으로써 분사 이벤트를 제어할 수 있다.

연료 밸브(50)는 가압된 밀봉 액체의 공급원에 연결하기 위한 밀봉 액체 입구 포트(70)를 구비하고, 펌브 챔버(82) 내 고압 연료가 작동 피스톤(83) 아래의 공간으로 누출되는 것을 방지하기 위해 제1 보어(81) 내 펌프 피스톤(80)을 밀봉하기 위해 밀봉 액체 입구 포트(70)로부터 제1 보어(81)까지 연장되는 보어(94)를 구비한다. 일 실시예에서, 밀봉 액체 공급원의 압력은 분사 이벤트 동안 적어도 펌프 챔버(82) 내의 최대 압력보다는 높다. 다른 실시예에서, 밀봉 액체 공급원의 압력은 적어도 저인화점 연료의 공급 압력보다는 높다.

밀봉 액체는 종방향 보어와 밸브 니들(61) 사이의 간극에 횡방향 보어(99)를 경유하여 제공되며, 연료의 공급 압력을 밀봉하는 데만 필요하다. 왜냐하면, 연료 입구 포트(76)가 연료 입구 포트(76)로부터 세장형 밸브 하우징(52)과 중간 섹션(53)을 통해 밸브 니들(61)이 슬라이딩 가능하게 수용되는 노즐 몸체(55) 내와 종방향 보어로 연장되는 저압 연료 도관(98)에 연결되기 때문이다. 저압 연료 도관(98)이 종방향 보어에 연결되는 위치는 연료 채널(79)이 종방향 보어에 연결되는 위치와 횡방향 보어(99)가 종방향 보어에 연결되는 위치 사이에 축방향으로 있다. 따라서 분사 이벤트 동안 고압 연료 공동(58)으로부터 종방향 보어와 밸브 니들(61) 사이의 간극을 통해 위쪽으로(도 6 내지 도 9와 같이 위쪽으로) 누출되는 저인화점 연료는 저압 연료 도관(98)이 종방향 보어에 연결되는 위치에 도달할 때 그 압력이 훨씬 더 낮은 연료 공급 압력으로 감소될 것이다. 따라서, 연료 도관(98) 내의 저압은 밸브 니들(61)과 종방향 보어 사이의 간극 내 연료의 압력을 "천공(puncture)"하므로, 횡방향 보어(99)의 밀봉 액체는 저인화점 연료의 공급 압력에 대해서만 밀봉이 필요하고 분사 압력에 대해서는 필요하지 않다. 따라서, 밀봉 오일의 압력은 저인화점 연료의 공급 압력보다 약간만 높아야 하며, 연료의 분사 압력만큼 높거나 더 높을 필요는 없다.

도 10은 도 5 내지 도 9를 참조하여 전술한 연료 밸브(50)와 함께 사용하기 위한 대안 유형의 노즐(54)을 도시한다. 이 실시예에서, 노즐(54)은 밸브 시트(63)가 노즐(54)의 팁(56)으로부터 일정한 거리에 배치되고 노즐의 팁(56)이 이 실시 예에서는 폐쇄된, 즉 팁(56)에 노즐 구멍이 없는, 소위 슬라이더형이다. 대신에, 노즐 구멍은 팁(56)에 가까운 위치에서 위쪽으로(도 10의 방향과 같이 위쪽으로) 시작하는 노즐의 길이를 따라 배열된다. 밸브 니들(61)은 밸브 시트(63)와 협동하는 원추형 섹션 및 밸브 니들(61)의 원추형 섹션으로부터 밸브 니들(61)의 팁을 향해 연장되는 슬라이더 부분을 구비한다. 폐쇄된 팁 및 팁(56)을 향하여 노즐(54) 내부로 연장되는 밸브 니들(61)의 슬라이더를 구비한 이러한 유형의 노즐은 당해 기술 분야에 잘 알려져있으므로 더 상세히 설명하지 않는다.

도 11은 대형 2 행정 압축 점화식 내연기관의 연소실 내로 저인화점 연료를 분사하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.

방법의 시작인 블록 101에서, 다음 연료 분사 이벤트 시작 시각과 지속 시간은, 예컨대 엔진의 전자 제어 장치(25)에 의해 결정된다. 전자 제어 장치(25)는 엔진 부하, 엔진 속도, 소기 압력 및 연료 특성 등과 같은 다양한 신호를 근거로 해서 분사 시작 시각과 지속 시간을 결정한다.

그 후, 블록 102에서, 펌프 챔버에 상대적으로 압축이 가능한 저인화점 연료의 압력을 형성하기 위한 시간을 압력 부스터(40)에 주기 위해 연료 분사 이벤트의 계획된 시작 시각에 앞서, 압력 부스터(40)는 위치를 변경하기 위해, 예컨대 전자 제어 장치(25)로부터 제1 제어 밸브(41)로 전달되는 신호에 의해 시작된다. 제1 제어 밸브(41)의 위치가 변경되면 그에 대한 압력 부스터(40)의 작동 챔버가 가압되고, 그에 따라 압력 부스터(40)의 펌프 챔버 내의 저인화점 연료를 가압한다.

다음으로, 블록 103에서, 연료 밸브(50)는 연료 분사 이벤트의 결정된 시작 시각에 개방된다. 이 단계는 전자 제어 장치(25)가 위치를 변경하기 위해 제2 제어 밸브(45)에 신호를 보내서 니들 작동 챔버(88)가 가압되고, 그에 따라 밸브 니들(61)을 들어올림으로써 수행될 수 있다.

연료 분사 이벤트의 결정된 지속 시간에 도달하면 연료 밸브(50)는 폐쇄된다 여기에서, 전자 제어 장치(25)는 제2 제어 밸브(45)에 신호를 보내 니들 작동 챔버(88)가 탱크에 연결된 위치로 복귀하고, 그에 따라 밸브 니들(61)이 그 시트로 복귀한다.

동시에 또는 그 직후에, 블록 105, 전자 제어 장치는 제1 제어 밸브에 신호를 보내 압력 부스터(40)의 작동 챔버를 탱크에 연결하고, 그에 따라 압력 부스터(40)는 귀환 행정함으로써 펌프 챔버를 저인화점 연료로 다시 채운다.

그에 따라 분사 이벤트가 완료되고 이 방법은 블록 101로 되돌아간다.

위에서 언급한 신호 케이블은 무선 연결로 교체할 수 있다. 전자 제어 장치의 제어에 따르는 밸브 니들(61)의 작동은 유압 제어 신호 외에 밸브 니들(61)에 작용하는 전기 액추에이터 등과 같은 다른 방법으로 달성될 수 있다.

본 발명의 개념은 높은 압축성 연료 및 낮은 인화점 연료로 제한되지 않는다. 실제로 이 개념은 연료의 높은 압축성으로 인해 니들 개방 분사 압력이 니들 자체의 리프트를 제어하도록 허용하지 않을 때 가장 이점을 제공할 수 있다.

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 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, "하나의"는 복수를 배제하지 않는다. 특정 방안들이 서로 다른 종속항에서 인용된다는 단순한 사실만으로 방안으로 사용된 이들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다. 청구범위에 사용된 참조 부호가 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

25 전자 제어 장치 40 압력 부스터
50 전자 제어식 연료 밸브 52 세장형 밸브 하우징
80 펌프 피스톤 81 제1 보어
82 펌프 챔버 84 제2 보어

Claims

대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진에 있어서,
복수의 실린더(1);
연료 압력을 상승시키기 위한 각각의 실린더(1)에 대한 적어도 하나의 압력 부스터(40);
두 개 이상의 전자 제어식 연료 밸브(50)의 입구가 각 실린더(1)에 대해 적어도 하나의 상기 압력 부스터(40)의 출구에 연결되는 두 개 이상의 상기 전자 제어식 연료 밸브(50); 및
각 연료 밸브(50)에는 상기 연료 밸브(50)의 상기 입구로부터 노즐(54)의 노즐 구멍으로의 연료 유동을 제어하는 밸브 니들(61)이 제공되며, 상기 밸브 니들(61)의 위치는 제어 신호에 의해 제어되고,
적어도 하나의 상기 압력 부스터(40) 및 두 개 이상의 상기 전자 제어식 연료 밸브(50)에 작동 가능하게 연결되는 전자 제어 장치(25)를 포함하며,
상기 전자 제어 장치(25)는,
연료 분사 이벤트의 시작 시각을 결정하고,
상기 연료 분사 이벤트의 지속 시간을 결정하고,
결정된 상기 시작 시각에 앞서 적어도 하나의 상기 압력 부스터(40)를 작동시키고,
결정된 상기 시작 시각에 상기 제어 신호에 따라 상기 밸브 니들(61)의 위치를 제어함으로써 두 개 이상의 상기 전자 제어식 연료 밸브(50)를 개방하도록 하고,
상기 제어 신호에 따라 상기 밸브 니들(61)의 위치를 제어함으로써 상기 지속 시간의 끝에 상기 전자 제어식 연료 밸브(50)를 폐쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 전자 제어 장치(25)는 각각의 엔진 사이클에 대해 상기 복수의 실린더(1) 각각에 대한 상기 시작 시각을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 전자 제어 장치(25)는 상기 전자 제어 장치(25)에 의해 결정되는 시간 길이의 리드 타임에 의해 결정된 상기 시작 시각에 앞서 적어도 하나의 압력 부스터(40)를 작동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 3에 있어서,
상기 전자 제어 장치(25)는 고정된 시간 길이의 리드 타임, 상기 전자 제어 장치(25)에 저장된 룩업 테이블로부터 얻어진 리드 타임 길이 또는 상기 전자 제어 장치(25)에 저장된 알고리즘을 사용하여 상기 전자 제어 장치(25)에 의해 결정된 리드 타임 길이를 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 전자 제어식 연료 밸브(50)의 개폐는 전자 제어식 연료 밸브(50)에 공급되는 연료의 압력과는 무관한 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 전자 제어 장치(25)는 상기 지속 시간의 끝에서 적어도 한 개의 압력 부스터(40)를 정지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 1에 있어서,
각각의 상기 전자 제어식 연료 밸브(50)는 세장형 밸브 하우징(52)을 포함하고, 상기 압력 부스터(40)는 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 8에 있어서,
상기 압력 부스터(40)는 펌프 피스톤(80)의 일측 상의 제1 보어(81) 내에 펌프 챔버(82)를 구비한 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 상기 제1 보어(81)에 수용되는 상기 펌프 피스톤(80), 작동 피스톤(83)의 일측 상의 제2 보어(84) 내에 작동 챔버를 구비한 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 상기 제2 보어(84)에 수용되는 상기 작동 피스톤(83)을 포함하고, 상기 펌프 피스톤(80)은 상기 작동 피스톤(83)에 연결되어 함께 일제히 움직이고, 상기 작동 챔버는 작동 유체 포트(78)에 연결되며, 상기 펌프 챔버(82)에는 상기 연료 밸브(50)의 상기 노즐(54)의 노즐 구멍에 대한 유체 연결부에 연결되는 출구가 있는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 압력 부스터(40)와 상기 연료 밸브(50)는 저인화점 연료로 작동하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 압력 부스터(40)의 제1 보어(81)와 상기 압력 부스터(40)의 상기 제1 보어(81)에 슬라이딩 가능하게 수용되는 펌프 피스톤(80) 사이의 간극에 밀봉 액체를 공급하기 위한 도관(93,94)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
청구항 1에 있어서,
상기 연료 밸브의 보어와 상기 연료 밸브의 상기 보어에 슬라이딩 가능하게 수용되는 밸브 니들 사이의 간극에 밀봉 액체를 공급하기 위한 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 2 행정 터보 차징 압축 점화식 내연 크로스헤드 엔진.
대형 저속 2 행정 터보 차징 자체 점화 내연기관의 연소실 내로 저인화점 액체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브(50)에 있어서,
후방 단부와 전방 단부를 구비하는 세장형 밸브 하우징(52);
복수의 노즐 구멍(56)을 구비하는 노즐(54)로서, 상기 노즐(54)은 상기 세장형 밸브 하우징(52)의 전방 단부에 배치되는 상기 노즐(54);
가압 액체 저인화점 연료의 공급원(30)에 연결하기 위한 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 연료 입구 포트(76);
작동 유체의 공급원에 연결하기 위한 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 작동 유체 포트(78);
제어 유체의 공급원에 연결하기 위한 상기 연료 밸브(50) 내의 제어 포트(86);
상기 연료 밸브(50)의 종방향 보어 내에 슬라이딩이 가능하게 수용되고 축방향으로 변위 가능한 밸브 니들(61)로서, 상기 밸브 니들(61)은 폐쇄 위치와 개방 위치가 있고 상기 폐쇄 위치를 향해 편향되어 있는 상기 밸브 니들(61);
상기 밸브 니들(61)은 상기 밸브 니들(61)이 개방 위치에 있을 때 연료 공동(58)으로부터 상기 복수의 노즐 구멍(56)으로 연료의 유동을 허용하고 상기 밸브 니들(61)은 상기 밸브 니들(61)이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 연료 공동(58)으로부터 상기 복수의 노즐 구멍(56)으로 연료의 유동을 방지하는 상기 밸브 니들(61);
상기 밸브 니들(61)은 상기 연료 밸브(50)의 니들 작동 챔버(88)와 마주하는 니들 작동 피스톤(62)의 압력 표면과 함께 상기 니들 작동 피스톤(62)에 작동 가능하게 연결되고, 상기 니들 작동 챔버(88)는 상기 연료 밸브(50)의 상기 제어 포트(86)에 유체로 연결되는 상기 밸브 니들(61);
펌프 피스톤(80)의 일측 상에 제1 보어(81) 내의 펌프 챔버(82)와 함께 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 상기 제1 보어(81)에 수용되는 상기 펌프 피스톤(80);
작동 피스톤(83)의 일측 상에 제2 보어(84) 내의 작동 챔버(85)와 함께 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 상기 제2 보어(84)에 수용되는 상기 작동 피스톤(83)으로, 상기 펌프 피스톤(80)은 상기 작동 피스톤(83)에 연결되어 함께 일제히 이동하는 상기 작동 피스톤(83);
상기 작동 유체 포트(78)에 연결되는 상기 작동 챔버(85); 및
상기 연료 공동(58)에 유체로 연결된 출구(66) 및 상기 연료 입구 포트(76)에 유체로 연결된 입구(71)를 구비하는 상기 펌프 챔버(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 14에 있어서,
가압된 밀봉 액체의 공급원에 연결하기 위한 밀봉 액체 입구 포트(70) 및 상기 제1 보어(81) 내에 상기 펌프 피스톤(80)을 밀봉하기 위해 상기 밀봉 액체 입구 포트(70)를 상기 제1 보어(81)에 연결하는 도관(94)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 15에 있어서,
상기 종방향 보어 내에 상기 밸브 니들(61)을 밀봉하기 위해 상기 종방향 보어에 상기 밀봉 액체 입구 포트(70)를 연결하는 도관(93,97)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌프 피스톤(80)의 유효 압력 면적은 상기 작동 피스톤(83)의 유효 압력 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 14에 있어서,
상기 노즐(54)은 상기 세장형 밸브 하우징(52)의 전방에 고정되는 노즐 몸체(55)의 일부인 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 14에 있어서,
상기 입구(71)는 상기 펌프 피스톤(80)에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 14에 있어서,
제1 일방향 밸브(89)는 상기 입구(71)에 제공되고, 상기 제1 일방향 밸브(89)는 상기 입구(71)를 통해 상기 펌프 챔버(82) 내로 저인화점 연료의 유동을 가능하게 하며, 상기 펌프 챔버(82)로부터 상기 입구(71)로 유동을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 14에 있어서,
상기 펌프 챔버(82)의 출구(66)는 하나 이상의 연료 채널(79)에 의해 상기 연료 공동(58)에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 21에 있어서,
제2 일방향 밸브(90)는 하나 이상의 상기 연료 채널(79)에 제공되고, 상기 제2 일방향 밸브(90)는 상기 펌프 챔버(82)로부터 상기 연료 공동(58)으로 저인화점 연료의 유동을 가능하게 하며, 상기 연료 공동(58)으로부터 상기 펌프 챔버(82)로 유동을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
대형 저속 2 행정 터보 차징 자체 점화 내연기관의 연소실 내로 저인화점 액체 연료를 분사하기 위한 연료 밸브(50)에 있어서,
후방 단부와 전방 단부를 구비하는 세장형 밸브 하우징(52);
복수의 노즐 구멍(56)을 구비하는 노즐(54)로, 상기 노즐(54)은 상기 세장형 밸브 하우징(52)의 전방 단부에 배치되는 상기 노즐(54);
가압 저인화점 연료의 공급원에 연결하기 위한 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 연료 입구 포트(76);
작동 유체의 공급원에 연결하기 위한 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 작동 유체 포트(78);
상기 연료 밸브(50)의 종방향 보어 내에 슬라이딩이 가능하게 수용되고 축방향으로 변위 가능한 밸브 니들(61)로서, 상기 밸브 니들(61)은 폐쇄 위치와 개방 위치가 있고 상기 폐쇄 위치를 향해 편향되어 있는 상기 밸브 니들(61);
상기 밸브 니들(61)은 상기 밸브 니들(61)이 개방 위치에 있을 때 연료 공동(58)으로부터 상기 복수의 노즐 구멍(56)으로 연료의 유동을 허용하고 상기 밸브 니들(61)은 상기 밸브 니들(61)이 폐쇄 위치에 있을 때 상기 연료 공동(58)으로부터 상기 복수의 노즐 구멍으로 연료의 유동을 방지하는 상기 밸브 니들(61);
펌프 피스톤(80)의 일측 상에 제1 보어(81) 내의 펌프 챔버(82)와 함께 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 상기 제1 보어(81)에 수용되는 상기 펌프 피스톤(80);
작동 피스톤(83)의 일측 상에 제2 보어(84) 내의 작동 챔버(85)와 함께 상기 세장형 밸브 하우징(52) 내의 상기 제2 보어(84)에 수용되는 상기 작동 피스톤(83)으로, 상기 펌프 피스톤(80)은 상기 작동 피스톤(83)에 연결되어 함께 일제히 이동하는 상기 작동 피스톤(83);
상기 작동 유체 포트(78)에 연결되는 상기 작동 챔버(85);
상기 연료 공동(58)에 유체로 연결된 출구 및 상기 연료 입구 포트에 유체로 연결된 입구를 구비하는 상기 펌프 챔버(82);
가압된 밀봉 액체의 공급원에 연결하기 위한 밀봉 액체 입구 포트(70);
상기 제1 보어(81) 내에 상기 펌프 피스톤(80)을 밀봉하기 위해 상기 밀봉 액체 입구 포트(70)를 상기 제1 보어(81)에 연결하는 도관(94);
상기 밸브 니들(61)을 상기 종방향 보어에 밀봉하기 위해 제1 위치에서 상기 종방향 보어의 길이를 따라 상기 종방향 보어에 상기 밀봉 액체 입구 포트(70)를 연결하는 도관(93,97); 및
저인화점 연료 입구 포트(76)를 제2 위치의 상기 종방향 보어에 상기 종방향 보어의 길이를 따라 연결하고, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치보다 상기 연료 공동(58)에 더 가까운 도관(98)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 23에 있어서,
상기 밸브 니들(61)은 상기 폐쇄 위치에서 밸브 시트(63) 상에 놓이고 상기 밸브 니들(61)은 상기 개방 위치에서 상기 밸브 시트(63)로부터 들어 올려지는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 23 또는 청구항 24에 있어서,
상기 노즐(54)은 상기 세장형 밸브 하우징(52)의 전방에 고정되는 노즐 몸체(55)를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 24에 있어서,
상기 연료 밸브(50)는 상기 밸브 시트(63)가 상기 노즐(54)의 팁에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 25에 있어서,
상기 종방향 보어는 상기 노즐 몸체(55)에 적어도 일부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).
청구항 23에 있어서,
상기 밸브 니들(61)의 리프트는 연료 압력에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(50).