KR102566767B1 - A fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine - Google Patents
A fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- KR102566767B1 KR102566767B1 KR1020230011669A KR20230011669A KR102566767B1 KR 102566767 B1 KR102566767 B1 KR 102566767B1 KR 1020230011669 A KR1020230011669 A KR 1020230011669A KR 20230011669 A KR20230011669 A KR 20230011669A KR 102566767 B1 KR102566767 B1 KR 102566767B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel
- valve
- nozzle
- flow
- nozzle hole
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 151
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 24
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 19
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 19
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 abstract description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 abstract description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- WWYNJERNGUHSAO-XUDSTZEESA-N (+)-Norgestrel Chemical compound O=C1CC[C@@H]2[C@H]3CC[C@](CC)([C@](CC4)(O)C#C)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 WWYNJERNGUHSAO-XUDSTZEESA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
- F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
- F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
- F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
- F02M51/0635—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding
- F02M51/0642—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding the armature having a valve attached thereto
- F02M51/0653—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding the armature having a valve attached thereto the valve being an elongated body, e.g. a needle valve
- F02M51/0657—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding the armature having a valve attached thereto the valve being an elongated body, e.g. a needle valve the body being hollow and its interior communicating with the fuel flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
- F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
- F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
- F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
- F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
- F02M21/0206—Non-hydrocarbon fuels, e.g. hydrogen, ammonia or carbon monoxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
- F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
- F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
- F02M21/0248—Injectors
- F02M21/0275—Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
- F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
- F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
- F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
- F02M61/1893—Details of valve member ends not covered by groups F02M61/1866 - F02M61/188
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
- F02M63/0012—Valves
- F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
- F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
- F16K27/02—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
- F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
- F02B25/04—Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
- F02M2547/008—Means for influencing the flow rate out of or into a control chamber, e.g. depending on the position of the needle
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 연료 밸브(1)가 개시되며, 상기 연료 밸브(1)는 후방 단부(3) 및 전방 단부(4)를 갖춘 세장형 연료 밸브 하우징(2)과, 노즐 구멍 면적을 갖는 적어도 하나의 노즐 구멍(9)으로 개방되는 적어도 하나의 보어(7)를 갖춘 노즐(5)로서, 상기 하우징(2)의 전방 단부(4)에 배열되는 상기 노즐(5)과, 후방 단부(3)로부터 전방 단부(4)를 향하여 연장되고 가압 연료의 공급원에 연결되는 연료 채널(11)과, 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)을 포함하며, 상기 밸브 니들은 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)이 밸브 시트(8) 상에 놓여 연료가 노즐(5)로 유동하는 것을 방지하는 폐쇄 위치 및 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)이 상기 밸브 시트(8)로부터 들어올려져서 상기 밸브 니들(12)과 상기 밸브 시트(8) 사이의 밸브 니들 유동 영역(13)을 노출시키고 적어도 연료 채널(11), 밸브 니들 유동 영역(13) 및 노즐(5) 내의 적어도 하나의 보어(9)에 의해 규정되는 유동 경로를 경유하여 노즐 구멍(9)으로 연료 밸브(1)를 통해 연료가 유동하는 것을 허용하는 개방 위치를 갖는다. 상기 연료 밸브(1)는 연료의 상기 유동 경로에 유동 제한부(20)를 포함한다는 점에서 특이하다.
따라서 노즐 구멍(들)(9) 자체가 아닌 상이한 위치의 유동 경로에 유동 제한부(20)를 도입함으로써 분사 유량은 유동 제한부(20)의 유효 개방 유동 면적과 분사 압력에 의해 결정되며, 그에 따라 노즐 구멍(들)(9)에서 실린더로의 높은 출구 속도를 방지한다. 이러한 방식으로 연료는 더 낮은 분사 속도로 내연 엔진의 실린더의 연소실(10) 내로 분사될 수 있고 따라서 연료 분사 시스템에서의 높은 연료 공급 압력을 여전히 유지하면서 화염의 소멸 우려를 낮출 수 있다. 따라서 암모니아와 같은 연료는, 화염의 소멸 우려를 제거하거나 적어도 낮추는, 양호하게 제어된 질량 비율로 실린더 내로 분사될 수 있다.A fuel valve (1) for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine is disclosed, comprising an elongate fuel valve housing (2) having a rear end (3) and a front end (4). and a nozzle (5) with at least one bore (7) opening into at least one nozzle hole (9) having a nozzle hole area, arranged at the front end (4) of the housing (2). 5), a fuel channel 11 extending from the rear end 3 towards the front end 4 and connected to a source of pressurized fuel, and an axially displaceable valve needle 12, the valve needle A closed position in which the axially displaceable valve needle 12 is placed on the valve seat 8 to prevent fuel from flowing into the nozzle 5 and the axially displaceable valve needle 12 is positioned on the valve seat 8 ( 8) to expose the valve needle flow area 13 between the valve needle 12 and the valve seat 8 and at least the fuel channel 11, the valve needle flow area 13 and the nozzle 5 It has an open position allowing fuel to flow through the fuel valve (1) to the nozzle hole (9) via a flow path defined by at least one bore (9) in the interior. The fuel valve 1 is unique in that it includes a flow restrictor 20 in the flow path of fuel.
Thus, by introducing the flow restrictor 20 into the flow path at a different location than the nozzle hole(s) 9 itself, the spray flow rate is determined by the effective open flow area of the flow restrictor 20 and the spray pressure, and accordingly to prevent high exit velocities from the nozzle hole(s) (9) into the cylinder. In this way, fuel can be injected into the combustion chamber 10 of the cylinder of the internal combustion engine at a lower injection speed, thus reducing the risk of extinction of the flame while still maintaining a high fuel supply pressure in the fuel injection system. Fuel, such as ammonia, can thus be injected into the cylinder in a well-controlled mass ratio, which eliminates or at least lowers the risk of extinction of the flame.
Description
본 발명은 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 연료 밸브에 관한 것으로, 상기 연료 밸브는 후방 단부 및 전방 단부를 갖춘 세장형 연료 밸브 하우징과, 노즐 구멍 면적을 갖는 적어도 하나의 노즐 구멍으로 개방되는 적어도 하나의 보어를 갖춘 노즐로서, 상기 하우징의 전방 단부에 배열되는 상기 노즐과, 후방 단부로부터 전방 단부를 향하여 연장되고 가압 연료의 공급원에 연결되는 연료 채널과, 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들을 포함하며, 상기 밸브 니들은 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들이 밸브 시트 상에 놓여 연료가 노즐로 유동하는 것을 방지하는 폐쇄 위치 및 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들이 상기 밸브 시트로부터 들어올려져서 상기 밸브 니들과 상기 밸브 시트 사이의 밸브 니들 유동 영역을 노출시키고 적어도 연료 채널, 밸브 니들 유동 영역 및 노즐 내의 적어도 하나의 보어에 의해 규정되는 유동 경로를 경유하여 노즐 구멍으로 연료 밸브를 통해 연료가 유동하는 것을 허용하는 개방 위치를 가지며, 여기서 상기 연료 밸브는 연료의 상기 유동 경로에 유동 제한부를 포함한다.The present invention relates to a fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine, the fuel valve comprising: an elongate fuel valve housing having a rear end and a front end, and at least one nozzle bore having a nozzle bore area. a nozzle with at least one bore opening to a nozzle arranged at a front end of the housing; a fuel channel extending from the rear end toward the front end and connected to a source of pressurized fuel; and an axially displaceable valve. a needle, wherein the valve needle is in a closed position where the axially displaceable valve needle is placed on the valve seat to prevent fuel from flowing into the nozzle and the axially displaceable valve needle is lifted from the valve seat to move the valve needle exposing a valve needle flow area between the valve seat and the valve seat and allowing fuel to flow through the fuel valve to the nozzle bore via a flow path defined by at least a fuel channel, a valve needle flow area and at least one bore in the nozzle. and an open position where the fuel valve includes a flow restriction in the flow path of fuel.
대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진은 전형적으로 컨테이너선과 같은 대형 해양 선박에서 또는 발전 플랜트에서 원동기로 사용된다. 매우 종종, 이들 엔진은 중유 또는 연료유로 작동된다.Large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engines are typically used as prime movers in power plants or on large marine vessels such as container ships. Very often, these engines run on heavy or fuel oil.
최근에, 기체 연료, 예를 들어 메탄올, LPG, LNG, 에탄, 암모니아 및/또는 기타 유사한 연료와 같은 대체 유형의 연료를 취급할 수 있는 대형 2행정 디젤 엔진에 대한 요구가 있어왔다.Recently, there has been a need for large two-stroke diesel engines capable of handling alternative types of fuels such as gaseous fuels such as methanol, LPG, LNG, ethane, ammonia and/or other similar fuels.
그러한 연료는, 연료로서 중유를 사용하는 것과 비교할 때, 대형 저속 유니플로 터보차지식 2행정 내연 엔진용 연료로 사용될 때 배기가스 내의 황 성분, NOx 및 CO2의 수준이 상당히 낮은 비교적 깨끗한 연료이다.Such a fuel is a relatively clean fuel with significantly lower levels of sulfur components, NOx and CO2 in the exhaust gas when used as a fuel for large low speed uniflow turbocharged two stroke internal combustion engines compared to using heavy oil as fuel.
그러나, 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진에서 그러한 연료를 사용하는 것과 관련된 문제가 존재한다. 이들 문제 중 하나는 자체 발화하려는 연료의 성질 및 예측 가능성이며 양쪽 모두는 그러한 엔진을 제어 하에 두기 위해 필수적이다. 그러므로, 기존의 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진은 전형적으로 기체 연료의 신뢰할 수 있고 적절한 타이밍의 점화를 보장하기 위해 기체 연료의 분사와 함께 오일의 파일럿 분사를 이용한다.However, there are problems associated with using such fuels in large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engines. One of these issues is the nature and predictability of the fuel to self-ignite, both of which are essential to keeping such an engine under control. Therefore, existing large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engines typically utilize pilot injection of oil in conjunction with injection of gaseous fuel to ensure reliable and timely ignition of the gaseous fuel.
또한, 이들 엔진에는 전형적으로 각 실린더 커버에 배열되는 2개 또는 3개의 연료 밸브가 제공된다. 연료 밸브는 이동 가능한 밸브 부재로서 작용하는 스프링 가압식의 축선방향 이동 가능한 밸브 니들을 구비할 수 있다. 연료의 압력이 미리 설정된 압력(전형적으로 약 350 Bar)을 초과하면 축선방향으로 이동 가능한 밸브 니들은 밸브 시트로부터 들어 올려지고 연료는 연료 밸브의 전방에서 노즐을 경유하여 연소실로 유동하도록 허용된다. 연료 밸브 니들은 외부 유압 또는 전력에 의해 작동 및 제어될 수도 있다.Also, these engines are typically provided with two or three fuel valves arranged on each cylinder cover. The fuel valve may have a spring-loaded, axially movable valve needle acting as a movable valve member. When the pressure of the fuel exceeds a preset pressure (typically about 350 Bar), the axially movable valve needle is lifted from the valve seat and fuel is allowed to flow through a nozzle in front of the fuel valve and into the combustion chamber. The fuel valve needle may be actuated and controlled by external hydraulic pressure or electric power.
현재 암모니아는 주로, 태양, 바람 및 파도 에너지와 같은 재생 가능 에너지원으로부터의 전기를 사용하여 환경 친화적인 방식으로 생산될 수 있기 때문에, 그리고 암모니아의 연소 자체가 이산화탄소와 같은 탄소 함유 온실 가스의 형성 없이 일어나기 때문에, 내연 엔진용 연료로서 매우 높은 관심을 누리고 있다.Currently, ammonia can be produced mainly in an environmentally friendly way using electricity from renewable energy sources such as solar, wind and wave energy, and because the combustion of ammonia itself does not result in the formation of carbon-containing greenhouse gases such as carbon dioxide. Because of this, it enjoys very high interest as a fuel for internal combustion engines.
암모니아를 내연 엔진의 연료로 사용하는 경우, 엔진은 암모니아 연료가 피스톤의 압축행정 동안의 상대적으로 낮은 압력으로 도입되는 오토 원리에 따라 작동될 수 있거나, 또는 엔진은 피스톤이 상사점(TDC)에 가까워질 때 암모니아 연료가 연소실 내로 고압으로 분사되는 디젤 원리를 거쳐 작동될 수 있다. 피스톤 사이클의 암모니아 연료 분사 및 연소 단계 동안에 실린더 압력은 챔버의 압축/팽창 및 연소 발생의 양쪽 모두로 인해 급격한 수준 변화를 겪고 있다.When ammonia is used as fuel in an internal combustion engine, the engine can operate according to the Otto principle in which the ammonia fuel is introduced at a relatively low pressure during the compression stroke of the piston, or the engine can operate when the piston is close to top dead center (TDC). It can operate via the diesel principle, in which ammonia fuel is injected under high pressure into the combustion chamber when it burns. During the ammonia fuel injection and combustion phases of the piston cycle, cylinder pressure undergoes rapid level changes due to both compression/expansion of the chamber and combustion occurring.
현재, 디젤 원리에 따라 작동되는 내연 엔진용 연료 분사 시스템은 모두, 분사시 실린더 내로의 안정적이고 잘 제어되는 연료 질량 비율(mass rate)을 보장하기 위해서, 실린더 연소실 내부의 최대 압력보다 상당히 높은 연료 분사 압력을 요구한다. 주요 압력 강하는 항상, 연료가 연소실에 고속으로 분사되는 노즐 구멍에서 있다. 따라서, 유효 노즐 면적과 함께 분사 압력 수준은 연료 분사 질량 비율을 규정한다.Currently, all fuel injection systems for internal combustion engines operating on the diesel principle inject fuel at significantly higher than the maximum pressure inside the cylinder combustion chamber, in order to ensure a stable and well-controlled mass rate of fuel into the cylinder during injection. ask for pressure The main pressure drop is always at the nozzle orifice where the fuel is injected at high speed into the combustion chamber. Thus, the injection pressure level together with the effective nozzle area defines the fuel injection mass ratio.
이것은 대부분의 연료에 바람직하지만, 내연 엔진의 실린더의 연소실 내로의 암모니아 주입시, 연소를 방해하지 않고 연료 밸브 또는 인젝터에 근접하여 화염의 안정화를 가능하게 하기 위해서, 분사 압력 및 속도는 보다 많이 낮아야 할 필요가 있을 수 있다. 암모니아는 대부분의 탄화수소보다 거의 10배 낮은 층류 화염 속도를 가지므로, 낮은 난류 수준에서도 화염의 소화/소멸이 발생할 수 있다. 또한, 연료 제트의 속도가 너무 높으면 노즐 구멍 출구로부터 제한된 리프트 오프 길이에서 자체적으로 안정화할 기회 없이 화염을 하류로 스윕/전환할 수 있다. 이는 촛불을 불어 끄는 것과 같다고 볼 수 있다.This is desirable for most fuels, but when ammonia is injected into the combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine, the injection pressure and speed must be much lower in order to allow stabilization of the flame close to the fuel valve or injector without interfering with combustion. there may be a need Ammonia has a laminar flame velocity nearly ten times lower than most hydrocarbons, so flame extinguishing/extinguishing can occur even at low turbulence levels. Also, if the velocity of the fuel jet is too high, it may sweep/divert the flame downstream without a chance to stabilize itself in the limited lift-off length from the nozzle hole exit. This can be seen as like blowing out a candle.
현재 존재하는 연료 분사 시스템은, 분사 기간 동안에 하류 압력이 급격하게 변하기 때문에, 낮은 압력에서 일정한 분사 비율로 연료를 분사할 수 없다. (예를 들어 부스터의 유압 구동 압력 또는 공통 레일 시스템의 연료 압력을 밀리초 이내로 제어함에 의한) 분사 압력의 일시적 제어는 불가능하다.Existing fuel injection systems cannot inject fuel at a constant injection rate at low pressures because the downstream pressure changes rapidly during the injection period. Temporary control of the injection pressure (for example by controlling the hydraulic drive pressure of the booster or the fuel pressure of the common rail system within milliseconds) is not possible.
특허문헌 WO 2015/091180 A1(JP 2017/507269에 대응) 및 US 2009/0032622에는 서론에서 언급한 종류의 연료 밸브가 알려져 있다. 이들 알려진 연료 밸브에서는 유동 제한부가 밸브 시트 상류의 유동 경로에 배열된다. 따라서, 이들 알려진 연료 밸브에서, 스프링, 액추에이터(전기식, 유압식 등)에 의해 대응해야할 필요가 있는, 밸브 니들에 작용하는 연료 매체로부터의 힘은 유동 제한부 또는 유동 제한부의 변화에 의해 영향을 받을 것이다. 따라서 작동력에 대한 요구와 밸브 니들의 작동 제어는 유동 제한부에 따라 달라진다. 또한, 이러한 종래 기술의 연료 밸브에서 밸브 니들의 개방은 니들에 작용하는 압력의 급격한 감소를 즉각적으로 야기할 것이며, 이는 결국 니들을 개방 상태로 유지하기 위해서 매우 큰 작동력을 필요로 할 것이다.Fuel valves of the kind mentioned in the introduction are known from patent documents WO 2015/091180 A1 (corresponding to JP 2017/507269) and US 2009/0032622. In these known fuel valves the flow restrictor is arranged in the flow path upstream of the valve seat. Thus, in these known fuel valves, the force from the fuel medium acting on the valve needle, which needs to be counteracted by a spring, an actuator (electrical, hydraulic, etc.) will be affected by the flow restrictor or a change in the flow restrictor. . Therefore, the demand for actuation force and control of the actuation of the valve needle depends on the flow restrictor. Also, opening of the valve needle in these prior art fuel valves will immediately cause a rapid decrease in the pressure acting on the needle, which in turn will require a very large actuation force to keep the needle open.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 그리고 첨부된 청구범위에서 청구되는 바와 같은 연료 밸브를 포함하는 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진에 관한 것이다.The present invention also relates to a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine comprising a fuel valve as described above and as claimed in the appended claims.
본 발명의 목적은, 밸브 니들에 작용하는 연료 매체로부터의 힘 및 불꽃의 소멸과 관련된 전술한 문제가 적어도 상당히 감소된, 서두에서 언급된 종류의 연료 밸브를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a fuel valve of the kind mentioned at the outset, in which the above-mentioned problems related to the dissipation of sparks and forces from the fuel medium acting on the valve needle are at least significantly reduced.
전술한 목적 및 기타 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항, 설명 및 도면으로부터 명백하다.The foregoing and other objects are achieved by the features of the independent claims. Further implementation forms are apparent from the dependent claims, description and drawings.
제1 양태에 따르면, 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 연료 밸브가 제공되며, 상기 연료 밸브는 후방 단부 및 전방 단부를 갖춘 세장형(enlongated) 연료 밸브 하우징과, 노즐 구멍 면적(area)을 갖는 적어도 하나의 노즐 구멍으로 개방되는 적어도 하나의 보어를 갖춘 노즐로서, 상기 하우징의 전방 단부에 배열되는 상기 노즐과, 후방 단부로부터 전방 단부를 향하여 연장되고 가압 연료의 공급원에 연결되는 연료 채널과, 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들을 포함하며, 상기 밸브 니들은 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들이 밸브 시트 상에 놓여 연료가 노즐로 유동하는 것을 방지하는 폐쇄 위치 및 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들이 상기 밸브 시트로부터 들어올려져서 상기 밸브 니들과 상기 밸브 시트 사이의 밸브 니들 유동 영역을 노출시키고 적어도 연료 채널, 밸브 니들 유동 영역 및 노즐 내의 적어도 하나의 보어에 의해 규정되는 유동 경로를 경유하여 노즐 구멍으로 연료 밸브를 통해 연료가 유동하는 것을 허용하는 개방 위치를 가지며, 상기 연료 밸브는 연료의 상기 유동 경로에 유동 제한부를 포함하며, 상기 유동 제한부는 밸브 시트와 노즐 구멍(들) 사이의 유동 경로에 제공되는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect, there is provided a fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine, the fuel valve having an enlongated fuel valve housing having a rear end and a front end, and a nozzle hole area ( a nozzle having at least one bore opening into at least one nozzle hole having an area, the nozzle being arranged at the front end of the housing and a fuel extending from the rear end toward the front end and being connected to a source of pressurized fuel. a channel; and an axially displaceable valve needle, wherein the axially displaceable valve needle is positioned on a valve seat to prevent fuel from flowing into the nozzle and to a closed position; It is lifted from the valve seat to expose the valve needle flow area between the valve needle and the valve seat and fuel to the nozzle hole via a flow path defined by at least a fuel channel, a valve needle flow area and at least one bore in the nozzle. having an open position allowing fuel to flow through the valve, the fuel valve including a flow restriction in the flow path of the fuel, the flow restriction being provided in the flow path between the valve seat and the nozzle hole(s). characterized by
따라서 밸브 시트와 노즐 구멍(들) 사이의 유동 경로에 유동 제한부를 도입함으로써, 노즐 구멍 자체(또는 노즐 구멍들 자체)와 상이한 위치에서 분사 유량은 분사 압력 및 유동 제한부의 효과적인 개방 유동 면적에 의해 결정되어, 노즐 구멍(들)에서 실린더 내로의 높은 출구 속도를 방지한다. 이러한 방식으로, 연료는 더 낮은 분사 속도로 내연 엔진의 실린더의 연소실 내로 분사될 수 있고 따라서 연료 분사 시스템에서 여전히 높은 연료 공급 압력을 유지하면서 화염의 소멸 위험을 더 낮출 수 있다. 따라서 암모니아와 같은 연료는 화염 소멸의 위험을 제거하거나 적어도 낮추는 양호하게 제어된 질량 비율로 실린더 내로 분사될 수 있다. 또한, 밸브 니들에 작용하는 연료 매체로부터의 힘은 유동 제한부의 영향을 받지 않는다.Thus, by introducing a flow restrictor into the flow path between the valve seat and the nozzle orifice(s), the spray flow rate at a location different from the nozzle orifice itself (or nozzle orifices itself) is determined by the spray pressure and the effective open flow area of the flow restriction. This prevents high exit velocities from the nozzle hole(s) into the cylinder. In this way, fuel can be injected into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine at a lower injection speed and thus lower the risk of extinction of the flame while still maintaining a high fuel supply pressure in the fuel injection system. Thus, fuel such as ammonia can be injected into the cylinder in a well controlled mass ratio which eliminates or at least lowers the risk of flame extinction. Also, the force from the fuel medium acting on the valve needle is not affected by the flow restriction.
분사 시스템은 공통-레일 시스템에서 압력을 제어함으로써 또는 부스터 밸브를 구동하는 일정한 고압의 유압을 유지함으로써 높은 공급 압력을 유지할 수 있다.The injection system can maintain high feed pressure either by controlling the pressure in the common-rail system or by maintaining a constant high pressure hydraulic pressure driving the booster valve.
유동 제한부는 선택된 압력 수준에서 올바른 연료 유동 비율을 보장하는 유동 면적을 제공해야 한다. 따라서 유동 제한부의 유동 면적은 노즐 구멍 면적보다 상당히 작은 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 유동 제한부의 유동 면적은 노즐 구멍 면적의 3/4 미만, 바람직하게는 1/2 미만, 가장 바람직하게는 1/3 미만이다. 따라서 이러한 방식으로 연료는 실린더 압력과 무관하게 일정한 질량 비율과 속도로 노즐 구멍을 통해 분사될 수 있다.The flow restriction must provide a flow area that ensures the correct fuel flow rate at the selected pressure level. Therefore, it is preferred that the flow area of the flow restrictor be significantly smaller than the nozzle orifice area. In a preferred embodiment of the present invention the flow area of the flow restrictor is less than 3/4, preferably less than 1/2, most preferably less than 1/3 the nozzle orifice area. Thus, in this way fuel can be injected through the nozzle orifice at a constant mass ratio and velocity independent of cylinder pressure.
노즐은 적어도 하나의 노즐 구멍으로 개방되는 하나 이상의 보어를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서 노즐 구멍들은 바람직하게는 동일한 노즐 구멍 면적을 갖는다. 그러나 상이한 면적의 더 많은 노즐 구멍들을 갖춘 노즐을 생각할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 노즐은 모든 노즐 구멍들에 연료를 공급하는 하나의 보어를 포함할 수 있다. 더 많은 노즐 구멍들을 갖는 노즐을 갖춘 실시예에서 그것은 모든 노즐 구멍들의 총 노즐 구멍 면적이며, 이는 유동 제한부의 유동 면적에 대해 비교되고 크기가 결정되어야 한다.The nozzle may include one or more bores that open into at least one nozzle orifice. The nozzle holes in such an embodiment preferably have the same nozzle hole area. However, nozzles with more nozzle orifices of different areas are conceivable. In another embodiment, the nozzle may include one bore through which all nozzle orifices are energized. In embodiments with nozzles having more nozzle orifices, it is the total nozzle orifice area of all nozzle orifices, which must be compared and sized to the flow area of the flow restrictor.
본 발명의 일 실시예에서, 유동 제한부가 밸브 시트와 노즐 구멍 사이의 유동 경로에 제공되는 경우, 보어의 적어도 일부의 단면적 감소가 제공될 수 있다. 실제로 그러한 제한부는 밸브 시트로부터 노즐 구멍까지 연장되는 보어 내로 유동 제한 인서트를 도입함으로써 제공될 수 있다. 연료가 각 노즐 구멍에 대하여 개별 보어를 통해 각 노즐 구멍으로 전달되는 경우, 모든 보어에 유동 제한 인서트가 제공되어야 하며, 인서트들의 유동 제한 면적은 그 보어로부터 연료가 공급되는 각 개별 노즐 구멍의 노즐 구멍 면적보다 작다.In one embodiment of the present invention, when the flow restrictor is provided in the flow path between the valve seat and the nozzle hole, a cross-sectional area reduction of at least a portion of the bore may be provided. In practice such a restriction may be provided by introducing a flow restricting insert into a bore extending from the valve seat to the nozzle bore. Where fuel is delivered to each nozzle hole through a separate bore for each nozzle hole, flow restricting inserts must be provided in all bores, the flow restricting area of the inserts being the nozzle hole of each individual nozzle hole from which fuel is supplied. smaller than the area
본 발명의 다른 실시예에서, 유동 제한부가 또한 밸브 시트와 노즐 구멍(들) 사이의 유동 경로에 제공되는 경우, 연료 밸브의 노즐은 단지 하나의 보어를 포함하고, 여기서 하나의 보어는 다수의 노즐 구멍들에 연료를 공급하고, 모든 노즐 구멍 유동 면적의 합보다 작은 유동 제한 면적을 갖는, 단지 하나의 유동 제한 인서트만이 필요할 것이다.In another embodiment of the present invention, where a flow restrictor is also provided in the flow path between the valve seat and the nozzle hole(s), the nozzle of the fuel valve comprises only one bore, where one bore comprises multiple nozzles. Only one flow restricting insert will be needed to fuel the orifices and have a flow restricting area less than the sum of all nozzle orifice flow areas.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 연료 밸브는 일종의 슬라이드 밸브일 수 있으며, 여기서 노즐은 다수의 노즐 구멍들에 연료를 전달하는 하나의 보어만을 포함하고 밸브 니들은 차단 샤프트(cut-off shaft)로서 형성되며, 이는 밸브 니들이 폐쇄 위치에 있을 때 보어 내로 연장되어 노즐 구멍들을 차단한다. 그러한 종류의 밸브에서, 연료는 밸브 니들이 개방 위치에 있을 때 적어도 하나의 오리피스를 경유하여 차단 샤프트를 통과하므로 그러한 밸브에서의 유동 제한부는 상기 적어도 하나의 오리피스에 제공될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the fuel valve may be a type of slide valve, wherein the nozzle includes only one bore that delivers fuel to a plurality of nozzle holes and the valve needle acts as a cut-off shaft. formed, which extends into the bore and blocks the nozzle orifices when the valve needle is in the closed position. In a valve of that kind, the flow restriction in such a valve may be provided in said at least one orifice, since the fuel passes through the shut-off shaft via the at least one orifice when the valve needle is in the open position.
노즐에서 노즐 구멍들은 방사상으로 그리고 바람직하게는 노즐에 걸쳐 축선방향으로 분포될 수 있다. 노즐 구멍들은 노즐의 선단 근처에 축선방향으로 위치될 수 있으며, 이 선단은 바람직하게는 폐쇄되어 있다. 노즐 구멍들은 바람직하게는 대략 50° 내지 120° 사이와 같은 상대적으로 좁은 노즐 둘레 범위에 걸쳐 위치될 수 있다. 노즐 구멍들의 반경방향 배향은 실린더 라이너에 의해 규정되는 연소 챔버의 벽으로부터 멀어지는 방향으로 더 향할 수 있다. 또한, 소기 포트의 구성에 의해 야기되는 연소실 내의 소기의 와류 방향과 대체적으로 동일한 방향이 되도록 노즐 구멍들을 향하게 할 수 있다.The nozzle holes in the nozzle may be distributed radially and preferably axially over the nozzle. The nozzle apertures may be located axially near the tip of the nozzle, which tip is preferably closed. The nozzle apertures may preferably be positioned over a relatively narrow nozzle circumference, such as between approximately 50° and 120°. The radial orientation of the nozzle orifices may be further directed away from the wall of the combustion chamber defined by the cylinder liner. Also, the nozzle holes can be oriented so that they are generally in the same direction as the direction of the scavenging vortex in the combustion chamber caused by the configuration of the scavenging port.
본 발명은 다음 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 연료 밸브의 실시예를 도시하며, 여기서 유동 제한부는 보어의 적어도 일부의 유동 면적이 노즐 구멍 면적보다 작아지도록 노즐의 보어에 제공된다.
도 2는 본 발명에 따른 연료 밸브의 실시예를 도시하며, 여기서 노즐은 단지 하나의 보어를 포함하고 유동 제한부는 보어의 적어도 일부의 유동 면적이 노즐 구멍 면적보다 작아지도록 상기 보어에 제공된다.
도 3은 본 발명에 따른 연료 밸브의 실시예를 도시하며, 여기서 연료 밸브는 슬라이드 밸브이며, 노즐은 단지 하나의 보어를 갖고 밸브 니들은 차단 샤프트로서 형성되며, 유동 제한부는 상기 차단 샤프트의 오리피스에 제공된다.The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the following figures:
1 shows an embodiment of a fuel valve according to the invention, wherein a flow restrictor is provided in a bore of a nozzle such that the flow area of at least a part of the bore is smaller than the nozzle hole area.
Figure 2 shows an embodiment of a fuel valve according to the invention, wherein the nozzle comprises only one bore and a flow restrictor is provided in said bore such that the flow area of at least part of the bore is smaller than the nozzle hole area.
3 shows an embodiment of a fuel valve according to the invention, wherein the fuel valve is a slide valve, the nozzle has only one bore and the valve needle is formed as a shut-off shaft, and the flow restrictor is formed in an orifice of said shut-off shaft. Provided.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명에 따른 연료 밸브는 크로스헤드를 갖춘 대형 2행정 유니플로 소기식 내연 엔진에 사용하기 위해 설명될 것이지만, 내연 엔진은 다른 유형일 수 있음을 이해해야 한다.In the detailed description that follows, a fuel valve according to the present invention will be described for use in a large two-stroke uniflow scavenged internal combustion engine with a crosshead, although it should be understood that internal combustion engines may be of other types.
도 1에는 본 발명에 따른 연료 밸브(1)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 이 예시적인 실시예와 도 2 및 도 3에 도시된 실시예는 서로 상이한 단면으로 도시되어 있고, 따라서 모든 도면에 도시되지 않은 동일한 구조적 요소이지만, 3개의 도면에서 대응하는 요소에 대해 동일한 참조 번호가 사용된다.1 shows an exemplary embodiment of a
도 1에 도시된 연료 밸브(1)는 후방 단부(3) 및 전방 단부(4)를 갖는 세장형 연료 밸브 하우징(2)을 포함한다. 하우징(2)의 전방 단부에는 유지 요소(6)에 의해 장착된 노즐(5)이 있다. 노즐(5)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브 시트(8)로부터 연장되고 연료를 연소실(10) 내로 분사하기 위한 노즐 구멍(9)으로 개방되는 5개의 보어(7)를 포함한다. 보어(7)는 그 유동 면적을 규정하는 직경(X)을 가지며 노즐 구멍 면적은 노즐 구멍(9)의 직경(Y)에 의해 규정된다. 연료 밸브(1)는 도 1에 도시되지 않은 연료 채널을 더 포함하며, 이 연료 채널은 연료 밸브(1)의 후방 단부(3)로부터 전방 단부(4)를 향하여 연장된다. 연료 채널은 도시되지 않은 가압 연료의 공급원에 연결된다. 또한, 연료 밸브는 도시되지 않은 연료 복귀 채널을 포함한다. 연료 밸브(1)를 통한 연료의 유동을 제어하기 위해서, 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)을 포함하며, 이 밸브 니들은 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)이 밸브 시트(8) 상에 놓여 연료가 노즐(5)로 유동하는 것을 방지하는 폐쇄 위치 및 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)이 밸브 시트(8)로부터 들어올려져서 밸브 니들 유동 영역(valve needle flow area, 13)을 노출시키고 노즐 구멍(9)들로 연료 밸브(1)를 통해 연료가 유동하는 것을 허용하는 개방 위치를 갖는다. 따라서, 연료 밸브(1)는 연료 채널, 밸브 니들 유동 영역(13) 및 노즐(5)의 보어(7)에 의해 규정되는 유동 경로를 갖는다.The
축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)은 세장형 밸브 하우징(2)의 종방향 보어(14)에 좁은 간극으로 슬라이딩 가능하게 수용된다. 도시된 밸브 니들(12)은 밸브 시트(8)와 합치하도록 형성된 원추형 섹션을 구비한다. 폐쇄 위치에서 밸브 니들(12)의 원추형 섹션은 밸브 시트(8) 상에 놓인다. 원추형 섹션은 개방 위치에서 밸브 시트(8)로부터 들어올려지고 밸브 니들(12)은 프리텐션(pre-tensioned) 헬리컬 스프링에 의해 폐쇄 위치를 향해 탄성적으로 가압된다. 프리텐션 헬리컬 스프링(15)은 밸브 니들(12)에 작용하고 원추형 섹션이 밸브 시트(8)에 놓이는 폐쇄 위치를 향하여 밸브 니들(12)을 가압한다. 헬리컬 스프링(15)은 세장형 연료 밸브 하우징(2)의 스프링 챔버(16)에 수용되어 있는 헬리컬 와이어 스프링이다.An axially
도 2 및 도 3에 도시된 연료 밸브(1)는 기본적으로 도 1에 도시된 연료 밸브와 동일한 요소를 포함하지만, 다음에서 설명되는 바와 같이 약간의 차이점이 있다. 도 2 및 도 3에서 연료 밸브의 노즐(5)은 모든 노즐 구멍(9)들에 연료를 공급하는 하나의 단일 구멍(7)만을 포함한다. 또한, 노즐(5)은 위치결정 핀(22)에 의해서 하우징(2)에 대해 위치결정되는 것으로 도시되며, 이는 도 1의 밸브에도 적용된다. 또한 이들 연료 밸브에서, 노즐(5)은 도 1에만 도시된 유지 요소(6)에 의해서 하우징(2)에 장착된다.The
도 3에 도시된 연료 밸브는 밸브 니들(12)의 특수 설계를 특징으로 하는 슬라이드 밸브이다. 슬라이드 밸브의 밸브 니들(12)은 세장형 부재(elongated member)를 포함하며, 이는 하나의 단일 보어(7) 내로 돌출하고 중실의 제1 부분(23) 및 밸브 시트(8)로부터 가장 멀리 떨어진 중공의 제2 부분(24)을 포함하며, 이 중공 부분은 적어도 하나의 오리피스(26)를 포함하고 그 자유단부(25)에서 개방되어 있다. 작동시, 밸브 니들이 밸브 시트(8)로부터 떨어진 개방 위치로 들어올려질 때, 세장형 부재의 자유단부(25)도 역시 노즐 구멍(9)에서 자유롭게 들어올려지며, 세장형 부재와 보어(7)의 벽 사이의 보어(7) 내에서 오리피스(들)(26)까지 그리고 중공 부분(24) 내로 연료가 유동하도록 허용하며, 연료는 이 중공 부분으로부터 개방된 자유단부(25) 밖으로 그리고 노즐 구멍(9) 내로 계속해서 유동한다.The fuel valve shown in FIG. 3 is a slide valve featuring a special design of the
세장형 밸브 하우징(2) 및 연료 밸브(1)의 다른 구성요소, 뿐만 아니라 노즐(5)은 바람직한 실시예에서 예를 들어 공구강 및 스테인리스강과 같은 강철로 만들어진다.The
언급한 바와 같이, 노즐(5)은 노즐(5) 위에서 방사상으로 그리고 바람직하게는 축선방향으로 분포되는 노즐 구멍(9)들을 구비한다. 노즐 구멍(9)들은 노즐(5)의 선단(17) 근처에 축선방향으로 위치되며, 도시된 실시예들에서 선단(17)은 폐쇄되어 있다. 노즐 구멍(9)들은 제시된 실시예들에서, 대략 50° 내지 120° 사이와 같이, 노즐(5) 주변의 상대적으로 좁은 범위에 걸쳐 분포된다. 노즐 구멍(9)의 반경방향 배향은 그러한 실시예에서 실린더 라이너에 의해 규정되는 연소실의 벽으로부터 멀어지는 방향으로 향할 수 있다. 또한, 노즐 구멍(9)은 소기 포트의 구성에 의해 야기되는 연소실 내의 소기의 소용돌이 방향과 거의 동일한 방향으로 향할 수 있다(이러한 소용돌이는 유니플로 유형의 대형 2행정 터보차지식 내연 엔진의 잘 알려진 특징임).As mentioned, the
본 발명에 따르면, 연료 밸브는 밸브 시트(8)와 노즐 구멍(9) 사이의 유동 경로에 제공된 유동 제한부(20)를 포함한다. 이에 의해, 연료는 연료 분사 시스템에서 높은 연료 공급 압력을 여전히 유지하면서, 낮은 분사 속도로 내연 엔진의 실린더의 연소실 내로 분사될 수 있어 화염의 소멸 우려를 감소시킬 수 있다. 따라서 암모니아와 같은 연료는, 화염의 소멸 우려를 제거하거나 적어도 감소시키는 양호하게 제어된 질량 비율로 실린더 내로 분사될 수 있다.According to the invention, the fuel valve includes a
도 1에 도시된 실시예에서 유동 제한부(20)는 밸브 시트(8)와 노즐 구멍(9) 사이의 유동 경로에 제공된다. 실제로, 보어(7)의 적어도 일부의 단면적 감소가 제공되어 있지만, 노즐(5)의 제조를 용이하게 하기 위해서, 도시된 바와 같이, 전체 길이에 걸쳐 보어(7)는 동일한 직경을 갖고 인서트 형태의 유동 제한부(20)가 각 보어(7)에 장착되는 것이 바람직하며, 여기서 유동 제한부(20)는 노즐 구멍 면적보다 작은 유동 면적을 갖는다.In the embodiment shown in FIG. 1 a
도 2에 도시된 실시예에서 유동 제한부(20)는 또한 밸브 시트(8)와 노즐 구멍(9) 사이의 유동 경로에 제공된다. 실제로, 보어(7)의 일부의 단면적의 감소는 보어(7)에 인서트를 장착함으로써 제공되며, 여기서 인서트 형태의 유동 제한부(20)는 노즐 구멍(9)의 전체 면적보다 작은 유동 면적을 갖는다.In the embodiment shown in FIG. 2 a
도 3에 도시된 실시예에서 유동 제한부(20)는 또한 밸브 시트(8)와 노즐 구멍(9) 사이의 유동 경로에 제공된다. 이 실시예에서, 유동 제한부(20)는, 오리피스(들)(26)에 인서트를 장착함으로써, 또는 오리피스(들)(26)의 총 유동 면적이 노즐 구멍(9)들의 총 면적보다 작은 것을 보장하도록 오리피스(들)(26)를 더 작은 직경으로 만듦으로써, 오리피스(들)(26)에 제공된다.In the embodiment shown in FIG. 3 a
Claims (10)
상기 연료 밸브(1)는 후방 단부(3) 및 전방 단부(4)를 갖춘 세장형 연료 밸브 하우징(2)과, 노즐 구멍 면적을 갖는 적어도 하나의 노즐 구멍(9)으로 개방되는 적어도 하나의 보어(7)를 갖춘 노즐(5)로서, 상기 하우징(2)의 전방 단부(4)에 배열되는 상기 노즐(5)과, 후방 단부(3)로부터 전방 단부(4)를 향하여 연장되고 가압 연료의 공급원에 연결되는 연료 채널(11)과, 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)을 포함하며,
상기 밸브 니들은 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)이 밸브 시트(8) 상에 놓여 연료가 노즐(5)로 유동하는 것을 방지하는 폐쇄 위치 및 축선방향으로 변위 가능한 밸브 니들(12)이 상기 밸브 시트(8)로부터 들어올려져서 상기 밸브 니들(12)과 상기 밸브 시트(8) 사이의 밸브 니들 유동 영역(13)을 노출시키고 적어도 연료 채널(11), 밸브 니들 유동 영역(13) 및 노즐(5) 내의 적어도 하나의 보어(7)에 의해 규정되는 유동 경로를 경유하여 노즐 구멍(9)으로 연료 밸브(1)를 통해 연료가 유동하는 것을 허용하는 개방 위치를 가지며,
상기 연료 밸브(1)는 연료의 상기 유동 경로에 유동 제한부(20)를 포함하며,
상기 유동 제한부(20)는 밸브 시트(8)와 노즐 구멍(들)(9) 사이의 유동 경로에 제공되며,
상기 유동 제한부(20)의 유동 면적은 노즐 구멍 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).As a fuel valve (1) for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine,
The fuel valve (1) has an elongate fuel valve housing (2) with a rear end (3) and a front end (4) and at least one bore opening into at least one nozzle hole (9) having a nozzle hole area. A nozzle (5) with (7), the nozzle (5) arranged at the front end (4) of the housing (2) and extending from the rear end (3) towards the front end (4), and providing a flow of pressurized fuel. a fuel channel 11 connected to a supply source and an axially displaceable valve needle 12;
The valve needle is in a closed position in which the axially displaceable valve needle 12 is placed on the valve seat 8 to prevent fuel from flowing into the nozzle 5 and the axially displaceable valve needle 12 is positioned on the valve seat 8 to prevent the fuel from flowing into the nozzle 5. It is lifted from the valve seat 8 to expose the valve needle flow area 13 between the valve needle 12 and the valve seat 8 and at least the fuel channel 11, the valve needle flow area 13 and the nozzle has an open position allowing fuel to flow through the fuel valve (1) to the nozzle hole (9) via a flow path defined by at least one bore (7) in (5);
The fuel valve 1 includes a flow restrictor 20 in the flow path of fuel,
The flow restrictor (20) is provided in the flow path between the valve seat (8) and the nozzle hole (s) (9),
The fuel valve (1), characterized in that the flow area of the flow restrictor (20) is smaller than the nozzle hole area.
상기 유동 제한부(20)의 유동 면적은 노즐 구멍 면적의 3/4 미만인 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).The method of claim 1,
The fuel valve (1), characterized in that the flow area of the flow restrictor (20) is less than 3/4 of the nozzle hole area.
상기 노즐(5)은 적어도 하나의 노즐 구멍(9)으로 개방되는 하나 이상의 보어(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).The method of claim 1,
The fuel valve (1), characterized in that the nozzle (5) comprises at least one bore (7) opening into at least one nozzle hole (9).
상기 노즐(5)은 적어도 하나의 노즐 구멍(9)으로 개방되는 단지 하나의 보어(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).The method of claim 1,
The fuel valve (1), characterized in that the nozzle (5) comprises only one bore (7) opening into at least one nozzle hole (9).
하나의 단일 보어(7) 내로 돌출하는 세장형 부재를 갖춘 밸브 니들(12)을 포함하는 슬라이드 밸브인 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).The method of claim 5,
A fuel valve (1), characterized in that it is a slide valve comprising a valve needle (12) with an elongate member protruding into one single bore (7).
상기 세장형 부재는 중실 제1 부분(23) 및 상기 밸브 시트(8)로부터 가장 멀리 떨어진 중공 제2 부분(24)을 포함하고, 중공 부분은 적어도 하나의 오리피스(26)를 포함하고 자유단부(25)에서 개방되는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).The method of claim 6,
The elongate member comprises a solid first part (23) and a hollow second part (24) furthest from the valve seat (8), the hollow part comprising at least one orifice (26) and having a free end ( Fuel valve (1), characterized in that it opens at 25).
상기 유동 제한부(20)는 세장형 부재를 갖춘 밸브 니들(12)의 중공 제2 부분(24)의 적어도 하나의 오리피스(26)에 또는 적어도 하나의 보어(7)에 장착되는 인서트로서 상기 밸브 시트(8)와 상기 노즐 구멍(들)(9) 사이의 유동 경로에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).The method of claim 1,
The flow restrictor 20 is an insert mounted in at least one bore 7 or in at least one orifice 26 of the hollow second part 24 of the valve needle 12 with an elongated member, said valve Fuel valve (1), characterized in that it is provided in the flow path between the seat (8) and the nozzle hole (s) (9).
상기 노즐(5)의 노즐 구멍(9)들은 상기 노즐(5) 위에서 방사상으로 및 축선방향으로 분포되며, 상기 노즐 구멍(9)들은 상기 노즐(5)의 선단(17) 근처에 축선방향으로 위치하며, 상기 선단(17)은 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 밸브(1).According to any one of claims 4 to 8,
The nozzle holes 9 of the nozzle 5 are distributed radially and axially above the nozzle 5, and the nozzle holes 9 are axially located near the tip 17 of the nozzle 5. And, the fuel valve (1), characterized in that the front end (17) is closed.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DKPA202200135 | 2022-02-18 | ||
DKPA202200135A DK181318B1 (en) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | A fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102566767B1 true KR102566767B1 (en) | 2023-08-14 |
Family
ID=85202243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020230011669A KR102566767B1 (en) | 2022-02-18 | 2023-01-30 | A fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4230860A1 (en) |
JP (1) | JP7303400B1 (en) |
KR (1) | KR102566767B1 (en) |
CN (1) | CN116624302A (en) |
DK (1) | DK181318B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060043061A (en) * | 2004-02-23 | 2006-05-15 | 베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트 | A fuel injection nozzle |
KR20100109501A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-08 | 바르질라 스위츠랜드 리미티드 | A fuel injector for internal combustion engines |
KR20150092326A (en) * | 2013-03-29 | 2015-08-12 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Fuel injection device and diesel engine |
US20200003132A1 (en) * | 2017-03-13 | 2020-01-02 | A.P. Møller - Mærsk A/S | Fuel supply valve for a slurry fuel injector valve |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE482591C (en) * | 1927-04-30 | 1930-02-03 | Werke Kiel Akt Ges Deutsche | Fuel injector for internal combustion engines |
JP3323429B2 (en) * | 1997-11-19 | 2002-09-09 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel injection valve for internal combustion engine |
US7690588B2 (en) | 2007-07-31 | 2010-04-06 | Caterpillar Inc. | Fuel injector nozzle with flow restricting device |
DE102013001098B3 (en) * | 2013-01-23 | 2014-07-03 | L'orange Gmbh | Fuel injector for use in common-rail system in motor car, has nozzle needle comprising end section that is sealingly retained in through-hole of nozzle tip, where axial bore is extended as blind hole towards near nozzle into end section |
GB201322485D0 (en) | 2013-12-19 | 2014-02-05 | Delphi Tech Holding Sarl | Fuel injection nozzle |
JP6080087B2 (en) * | 2014-02-28 | 2017-02-15 | 株式会社デンソー | Fuel injection valve |
GB2548375A (en) * | 2016-03-16 | 2017-09-20 | Delphi Int Operations Luxembourg Sarl | Fuel injector |
DK179281B1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-04-03 | Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland | Nozzle for fuel valve for injecting fuel into the cylinders of a large turbocharged two-stroke compression-ignited internal combustion engine |
DK179146B1 (en) * | 2016-12-13 | 2017-12-04 | Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland | Nozzle for fuel valve for injecting fuel into the cylinders of a large turbocharged two-stroke compression-ignited internal combustion engineand and an engine therefore |
-
2022
- 2022-02-18 DK DKPA202200135A patent/DK181318B1/en active IP Right Grant
- 2022-12-26 CN CN202211672536.9A patent/CN116624302A/en active Pending
-
2023
- 2023-01-13 JP JP2023003437A patent/JP7303400B1/en active Active
- 2023-01-30 KR KR1020230011669A patent/KR102566767B1/en active IP Right Grant
- 2023-02-08 EP EP23155526.9A patent/EP4230860A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060043061A (en) * | 2004-02-23 | 2006-05-15 | 베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트 | A fuel injection nozzle |
KR20100109501A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-08 | 바르질라 스위츠랜드 리미티드 | A fuel injector for internal combustion engines |
KR20150092326A (en) * | 2013-03-29 | 2015-08-12 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | Fuel injection device and diesel engine |
US20200003132A1 (en) * | 2017-03-13 | 2020-01-02 | A.P. Møller - Mærsk A/S | Fuel supply valve for a slurry fuel injector valve |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7303400B1 (en) | 2023-07-04 |
CN116624302A (en) | 2023-08-22 |
EP4230860A1 (en) | 2023-08-23 |
JP2023121131A (en) | 2023-08-30 |
DK181318B1 (en) | 2023-08-10 |
DK202200135A1 (en) | 2023-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1723343B (en) | Control method and apparatus for gaseous fuelled internal combustion engine | |
US5890459A (en) | System and method for a dual fuel, direct injection combustion engine | |
AU594077B2 (en) | Direct fuel injection by compressed gas | |
JP4441620B2 (en) | Gaseous fuel injection internal combustion engine and method of operating the same | |
US4753213A (en) | Injection of fuel to an engine | |
US20070040053A1 (en) | Fuel injection apparatus for internal combustion engine | |
US7451942B2 (en) | Direct fuel injector assembly for a compressible natural gas engine | |
JP7130651B2 (en) | Internal combustion engine with fuel injection nozzles and additionally fed into the combustion chamber with a medium that promotes combustion | |
EP3513052B1 (en) | Inward injector for direct injection of a gaseous fuel | |
JP6472503B2 (en) | Fuel valve for a large-sized turbocharged compression ignition two-stroke internal combustion engine, an internal combustion engine using the same, and a method of operating the engine | |
CN114109587A (en) | Combustion apparatus and system | |
KR102566767B1 (en) | A fuel valve for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine | |
KR101251395B1 (en) | A fuel valve for large two stroke diesel engines | |
KR20220017355A (en) | A fuel injection valve and a fuel injection method for a large diesel engine, and a large diesel engine | |
KR20180127194A (en) | A large diesel engine and a method for operating a large diesel engine | |
CN108131219B (en) | Fuel valve for injecting gaseous fuel into a combustion chamber of an engine, and engine | |
US5718385A (en) | Control arrangement for a fuel injection valve | |
CN112074660B (en) | Fuel injection device and method for operating a piston engine | |
WO2016074091A1 (en) | Multi-fuel internal combustion engine, fuel systems and related methods | |
JP2006188976A (en) | Hydrogen gas engine and injector used for hydrogen gas engine | |
CN100374700C (en) | Compression ignition engine with maximum guide ignition strength, gas fuel supply | |
KR100273587B1 (en) | Fuel injection nozzle for diesel engine | |
CN111819356B (en) | Fuel injection device and method for operating a piston engine | |
KR20180101508A (en) | Water sprayer | |
CA3221150A1 (en) | Apparatuses and methods for fuel injection and ignition in an internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |