KR20020054332A - 내연 기관 내 연료의 직접 분사 - Google Patents

내연 기관 내 연료의 직접 분사 Download PDF

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KR20020054332A
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fuel
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spark gap
valve member
flow control
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KR1020027004957A
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English (en)
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맥케이마이클레너드
아처마크더글라스
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톰 바스코비치
오비탈 엔진 캄파니(오스트레일리아) 피티와이 리미티드
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Abstract

본 발명은 스파크 점화 내연 기관용 연료 공급 분사기에 관한 것이다. 공급 분사기는 엔진용의 복합 연료 분사 및 점화 수단을 제공하는 장치(10)의 일부를 형성한다. 연료 공급 분사기는 기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버 내에 공급하는 흐름 통로(28)를 형성하는 수단을 포함한다. 흐름 통로(28)는 연료가 연료 방울 및 증기 스프레이로서 통과하여 연소 쳄버 내로 공급되는 공급 포트(30)를 가지며, 공급 포트(30)는 상기 공급 포트(30)를 개폐시키도록 밸브 시트(31)와 상기 밸브 시트(31)에 대하여 이동가능한 밸브 부재(23) 사이에 형성된다. 공급 분사기는 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미치도록 구성됨으로써, 연료 스프레이의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 공급 포트(30)의 하류 말단에 근접한 스파크 간극(49)을 향하여 흐르게 되고 보다 큰 방울은 스파크 간극을 향하여 흐르지 않게 된다. 연료 스프레이의 궤적은 흐름 제어 수단의 배치 또는 공급 포트의 구성에 의하여 영향을 받을 수 있다. 흐름 제어 수단을 사용할 때, 흐름 제어 수단은 밸브 부재(23) 상에 제공되고 이 밸브 부재로부터 외측으로 공급 포트를 지나 연장되는 흐름 제어 돌출부(41)를 포함할 수 있다. 장치(10)가 복합 연료 분사 및 점화 수단을 제공하는 경우, 장치(10)에는 스파크 간극을 형성하도록 2차 전극(47)과 협동하는 1차 전극(48)이 제공된다. 흐름 제어 돌출부(41)는 1차 전극(48)을 형성하는데 사용된다. 복합 연료 분사 및 점화 수단을 제공하는 장치(10) 또한 기재되고 청구범위에 포함된다.

Description

내연 기관 내 연료의 직접 분사 {DIRECT INJECTION OF FUELS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
연료를 연소 쳄버 내로 직접 분사하는 스파크 점화 내연 기관에 있어서, 연료는 확실하고 반복해서 점화될 수 있는 형태로 연소 쳄버 내로 주입되는 것이 매우 바람직하다. 일반적으로, 이렇게 하기 위해서는 연소 쳄버 내의 스파크 간극(spark gap)에 있는 연료 방울(fuel droplet)이 바람직한 점화 상태를 제공하고, 스파크 간극을 형성하는 전극 중 어느 하나 또는 양자 모두가 소멸되며 그리고 전극 중 어느 하나 또는 양자 모두가 연료에 의하여 절연되는 것을 방지하는데 알맞은 크기를 갖는 것이 필요하다. 이러한 요구 사항은 특정의 응용, 특히 연료 분사기가 점화 수단과 함께 단일 어셈블리 내에 복합된 경우 달성되기가 곤란할 수 있다.
복합 연료 분사 및 점화 수단을 포함하는 장치의 예가 미국특허 제4,967.708호(출원인: 린더 등), 유럽특허 제0 632 198호(출원인: 스즈키), 미국특허 제5,497,744호(출원인: 나가오사 등) 및 미국특허 제5,730,100(출원인: 버그스텐)에 기재되어 있다.
버그스텐의 특허에는 연료를 분사하고 여기서 얻어진 공기-연료 혼합물을 왕복 피스톤 엔진의 연소 쳄버 내에서 점화시키는 분사기 장치가 기재되어 있다. 상기 분사기 장치는 밸브 하우징, 밸브 니들 및 밸브 부재를 포함하고, 이들 모두는 전도성 재료로 제조되며 분사기 장치 내의 중앙에 위치된 전극을 함께 형성하여 단극 점화 플러그가 구성된다. 제2 전극이 피스톤 또는 이 피스톤이 왕복 운동하는 실린더에 작동 가능하게 부착된다. 상기 장치에 있어서, 분사기가 연료를 연소 쳄버 내에 공급하고, 분사기의 전극과 연소 쳄버 내의 제2 전극이 협동하여 엔진의 동작에 따라 점화 스파크가 생성될 수 있는 스파크 간극을 형성한다. 상기 장치로는 연료가 스프레이 또는 연료 방울 연무 형태인 단일 유체로서 연소 쳄버 내에 공급될 수 있지만, 확실한 점화 프로세스를 용이하게 하고 전극의 소멸을 방지하기 위하여 스파크 간극으로 연료가 분산되고 흐르는 것을 조절하는 방식이 반드시 필요하지는 않다.
또한, 물리적인 제한 때문에, 적합한 점화 수단의 스파크 간극을 연소 쳄버 내의 가장 최적의 위치에 배열하는 것이 곤란한 경우가 종종 있다. 예를 들면, 특정의 응용에서는, 점화를 위한 최적의 영역은 종래의 점화 수단이 미치지 않을 수 있다. 따라서 이것은 리치가 긴 스파크 플러그와 같은 특수하게 변형된 점화 수단을 사용하거나 또는 이 수단을 엔진의 실린더 헤드 내에 독특하게 위치시키는 것이필요할 수 있다. 또한, 이것은 비용을 증가시키게 될 뿐더러 극복하기가 곤란할 수 있는 다른 엔지니어링 및 내구성 문제를 야기할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점 및 곤란함을 극복하려는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 확실하게 점화될 수 있는 상태를 제공하도록 연료를 스파크 간극에 공급하는 연료 공급 분사기를 제공하는 것이다.
본 발명은 내연 기관 내 연료의 직접 분사에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스파크 점화 내연 기관 내에 연료를 직접 분사하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 스파크 점화 내연 기관용 복합 연료 분사 및 점화 수단에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 분사 및 점화 수단의 배출 말단의 부분 개략도로서, 상기 수단으로부터 배출되는 연료 스프레이의 흐름 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1과 유사한 도면으로서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 분사 및 점화 수단에 관한 도면이다.
도 3은 도 1과 유사한 도면으로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 분사 및 점화 수단에 관한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 복합 분사 및 점화 수단의 측면도이다.
도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 절취된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 복합 분사 및 점화 수단의 배출 말단의부분 개략도이다.
본 발명은 스파크 점화 내연 기관용 연료 공급 분사기를 제공하는 것으로서, 상기 연료 공급 분사기는 기체에 비말동반하는 연료를 엔진의 연소 쳄버에 공급하기 위한 흐름 통로를 형성하는 수단을 포함하고, 상기 흐름 통로는 연료가 연료 방울 스프레이 및 증기로서 연소 쳄버 내로 통과하여 공급되는 공급 포트를 가지며, 상기 공급 포트는 밸브 시트와 상기 밸브 시트에 대하여 이동가능한 밸브 부재 사이에 형성되어 상기 공급 포트를 개폐시키고, 상기 공급 분사기는 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미치도록 구성되므로 연료 스프레이 내의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 공급 포트의 하류 말단에 근접한 스파크 간극쪽으로 흐르게 되고 보다 큰 연료 방울은 스파크 간극쪽으로 흐르지 않게 된다.
바람직하기로는, 연료 공급 분사기는 연료 스프레이 분사 방향으로 공급 포트 외측에 배치된 흐름 제어 수단을 포함하고, 상기 흐름 제어 수단은 연료 스프레이 궤적에 영향을 미치도록 구성 및 위치되므로 연료 스프레이 내의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 제어 수단 근방의 스파크 간극쪽으로 흐르게 된다.
상기 장치에 있어서, 스파크 간극은 작은 연료 방울 및 증기가 더 유포되는공급 포트 하류 영역에 위치될 수 있고, 상기 영역 및 이러한 상태는 확실하고 반복적인 점화에 더욱 바람직할 수 있다. 실제에 있어서, 스파크 간극에서의 점화 프로세스를 방해할 수 있는 보다 큰 연료 방울은 기체질 흐름의 보다 작은 방울과 분리되며, 보다 큰 방울은 그들의 운동량으로 인하여 공급 포트로부터 배출될 때 형성된 궤적을 계속해서 따라간다.
대안으로서 또는 추가적으로, 흐름 제어 수단은 공급 포트를 포함하거나 또는 공급 포트를 더 포함할 수 있다.
바람직하기로는, 흐름 제어 수단은 밸브 부재 상에 지지되고 이 부재로부터 외측으로 공급 포트를 지나 연장되는 흐름 제어 돌출부를 포함한다. 보다 작은 방울 및 증기는 코안다 효과에 따라 돌출부 형상에 의하여 안내된다. 즉, 작은 방울 및 증기는 연료 분사의 소정의 "네킹 인(necking in)"이 발생하도록 돌출부면을 향하여 내측으로 흡수된다. 그러나, 특정의 적용에서는, 밸브 부재의 하류에 흐름 제어 돌출부가 제공되지 않는 경우에도 유사한 효과가 야기될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 경우, 작은 연료 방울 및 증기는 일반적으로 낮은 압력 영역이 연료 공급 분사기의 밸브 부재 바로 하측에 있기 때문에 내측으로 흐르는 공급이 연소 쳄버 내로 흡수된다.
돌출부는 본 발명의 출원인에게 양도되고 그 내용을 참조하여 본 명세서에 결합시킨, 예를 들면, 미국특허 제5,551,638호 또는 미국특허 제5,833,142호에 기재된 바와 같은 형상을 가질 수 있다.
돌출부는 밸브 부재와 일체로 형성되거나, 또는 예를 들면 나사산 연결에 의하여 상기 밸브 부재로부터 떼어낼 수 있다.
분사기가 복합 분사 및 점화 수단의 일부를 형성하는 경우, 제어 돌출부는 스파크 간극을 형성하도록 제2 전극과 협동하는 제1 전극을 형성할 수 있다. 제어 돌출부에 의하여 형성된 제1 전극은 1차 전극이 바람직하고, 이 경우 제2 전극은 2찬 전극을 형성한다. 두 개의 전극은 서로 상대적으로 배치될 수 있으므로 그들 사이에 형성된 스파크 간극이 반경방향 간극 또는 축방향 간극을 제공할 수 있다. 원하는 경우, 하나 이상의 상기 제2 전극을 가질 수 있고, 이 경우 제2 전극은 제어 돌출부에 의하여 형성된 1차 또는 중앙 전극을 중심으로 간편하게 원주상으로 이격될 수 있다. 돌출부가 밸브 부재의 하류에 제공되지 않는 특정의 응용, 또는 제어 돌출부가 있는 다른 장치로서, 밸브 부재 자체는 스파크 간극을 가진 제1 전극이 분사기의 밸브 부재와 제2 전극 사이에 제공될 때 구성될 수 있다.
스파크 간극이 돌출부 또는 밸브 부재에 의하여 형성됨으로써, 연료 공급 분사기에 의하여 형성된 작은 연료 방울 및 증기 영역 내의 스파크 간극의 위치가 효과적으로 확보된다. 이것은 연료 스프레이의 작은 연료 방울 및 증기를 스파크 간극이 배열된 경우 공급 포트의 하류 말단에 근접한 영역으로 용이하게 끌어 당겨질 수 있도록 하는 공급 포트 및/또는 흐름 제어 돌출부 때문이다.
스파크 간극이 돌출부 또는 밸브 부재와 2차 전극 사이에 반경반향 간극으로 구성되는 경우, 분사기에는 특정의 장점을 가질 수 있다. 첫째, 복합 분사 및 점화 수단은 스파크 간극을 제공하기 위하여 제어 돌출부의 하류에 부재가 제공될 필요가 없기 때문에 전체 길이가 일반적으로 약간 짧다. 둘째, 공기-연료 비율의 범위, 또는 변화 형상은 연료가 실린더 내로 흐르는 방향과 실질적으로 직각으로 존재할 수 있기 때문에, 반경방향 간극을 가로지르는 스파크는 높은 이들 공기-연료 비율에 걸쳐 횡단할 수 있고 이로써 연료-공기 급기의 점화 가능성이 더욱 증가된다. 이것은 이러한 공기-연료 범위가 분사기에 의하여 연소 쳄버 내에 공급된 연료 스프레이에 존재할 수 있는 층상 급기(stratified charge) 또는 저품질 연소 엔진(lean burn engine)에 특히 적용 가능하다.
연소 쳄버 내의 공기-연료 급기는 공급 분사기로부터 배출되는 연료 스프레이로부터 직접 점화될 수 있다. 즉, 연료 스프레이를 점화될 수 있기 전에 연소 쳄버의 다른 구성품, 예를 들면, 피스톤 보울로부터 반사시키거나 또는 편향시킬 필요가 없다. 연료 스프레이의 내측 부분에서 점화되는 것이 편리하다. 즉, 점화는 제어 돌출부에 바로 인접하는 영역이나 또는 연료 스프레이의 외측 부분 또는 외주에 대향하는 연소 쳄버의 중앙 영역에서 일어난다.
연료 공급 분사기는 기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버 내로 직접 공급하도록 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 기체 또는 공기-보조 분사는 연소 쳄버 내에 층상 연료-공기 분포시키는데 특히 도움이 된다. 공급 분사기는 외측 개방식 또는 포핏 타입이 편리하다. 공급 포트는 기체에 동반된 연료의 흐름 방향으로 발산되는 환형 통로를 포함하는 것이 바람직하다. 공급 포트를 형성하는 환형 통로를 최소 초크 영역을 형성하는 수축부 및 발산 노즐을 형성하는 수축부 하류의 발산부를 포함하는 구성으로 하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 구성은 분사기로부터 배출되는 연료 스프레이에 작은 방울을 형성하는데 도움이 된다. 상기 구성은발산 특징을 제공하도록 밸브 시트를 원뿔대 형태의 환형면으로 제공함으로써 달성될 수 있다. 밸브 부재에는 밸브 시트와 대면하는 아치형 형성부의 밀봉면이 제공될 수 있다.
연료 공급 분사기는 밸브 스템을 갖는 밸브를 형성하는 밸브 하우징을 또한 포함할 수 있고, 밸브 부재는 밸브 스템의 한쪽 말단 상에 장착된다. 밸브 스템은 밸브 하우징 내의 구멍 내에 수용될 수 있다. 밸브 시트는 밸브 하우징의 연소 쳄버 말단의 구멍 주위에 제공되는 것이 편리하다.
또한, 본 발명은 스파크 점화 내연 기관용 복합 연로 분사 및 점화 수단을 제공하고, 복합 연료 분사 및 점화 수단은 기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버에 공급하는 흐름 통로를 형성하는 수단－여기서 흐름 통로는 연료가 통과하여 연료 방울 및 증기로서 연소 쳄버 내로 공급되는 공급 포트를 갖고, 공급 포트는 밸브 시트와 상기 밸브 시트에 대하여 이동하여 공급 포트를 개폐시킬 수 있는 밸브 부재 사이에 형성됨－, 스파크 간극을 형성하도록 제2 전극과 협동하는 제1 전극, 및 공급 포트로부터 배출되는 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미치는 흐름 제어 수단을 포함하고, 이로써 연료 스프레이의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 스파크 간극을 향하여 흐르게 되고 보다 큰 연료 방울은 스파크 간극을 향하여 흐르지 않게 된다.
흐름 제어 수단은 밸브 부재 상에 제공되고 연료 스프레이가 배출되는 방향으로 공급 포트 외측으로 연장되는 흐름 제어 돌출부를 포함할 수 있다. 대안으로서, 또는 추가적으로 흐름 제어 수단은 공급 포트를 포함하거나 또는 추가로 포함할 수 있다.
제2 전극은 복합 연료 분사 및 점화 수단의 일부를 형성하거나, 또는 상기 수단과 별개로 존재할 수도 있다. 제2 전극이 복합 연료 분사 및 점화 수단으로서 제공되는 경우, 제2 전극은 반경방향 스파크 간극을 제공하도록 구성 및 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 이중 전극 점화 플러그로 인하여 배출되는 연료 스프레이의 내측 영역으로부터 바로 떨어져서 점화될 수 있다.
또한 본 발명은 스파크 점화 내연 기관용 복합 연료 분사 및 점화 수단을 제공하고, 복합 연료 분사 및 점화 수단은 기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버에 공급하는 흐름 통로를 형성하는 수단－여기서 흐름 통로는 연료가 통과하여 연료 방울 및 증기로서 연소 쳄버 내로 공급되는 공급 포트를 갖고, 공급 포트는 밸브 시트와 상기 밸브 시트에 대하여 이동하여 공급 포트를 개폐시킬 수 있는 밸브 부재 사이에 형성됨－, 밸브 부재 상에 배열되고 연료 스프레이가 배출되는 방향으로 공급 포트 외측으로 연장되는 흐름 제어 돌출부－여기서 흐름 제어 돌출부는 스파크 간극을 형성하는 다른 전극과 협동하는 전극을 형성함－을 포함하고, 공급 포트 및/또는 제어 돌출부는 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미치도록 구성 및 위치되고, 이로써 연료 스프레이의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 스파크 간극을 향하여 흐르게 되고 보다 큰 연료 방울은 스파크 간극을 향하여 흐르지 않게 된다.
또한, 본 발명은 연소 쳄버 및 상기 연소 쳄버 내에 공급된 연료의 스파크 점화를 위한 스파크 간극을 갖는 내연 기관 내에 연료를 분사시키는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 기체에 동반된 연료 규제량을 산택적으로 개방가능한 공급 포트를 통해 연소 쳄버 내에 공급하여 상기 포트가 개방되었을 때 포트로부터 배출되는 연료 스프레이를 제공하는 단계, 및 연료 증기 및 보다 작은 연료 방울을 스파크 간극을 향하여 흐르도록 영향을 미치는 한편 보다 큰 방울에는 영향을 미치지 않아 보다 큰 방울이 스파크 간극으로 통하지 않는 궤적으로 계속해서 흐르도록 연료 스프레이를 제어하는 단계를 포함한다.
연료 스프레이는 공급 포트의 하류에 위치된 흐름 제어 수단을 거치게 함으로써 제어될 수 있다. 연료 스프레이는 공급 포트의 구성에 의하여 또한 대안으로서 제어될 수도 있다.
다음에, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 장치(10)는 연료가 이중 유체 직접 분사 프로세스에 의하여 내부로 공급되는 하나 이상의 연소 쳄버를 갖는 왕복 피스톤, 스파크-점화 내연 기관(도시되지 않음)용의 복합 연료 분사 및 점화 수단을 제공한다.
장치(10)는 공급 말단부(14)를 갖는 몸체(13), 및 상기 장치를 공급 말단부(14)가 연소 쳄버 내로 개방된 상태로 엔진 헤드의 종래의 스파크 플러그 구멍 내에 나사로 조일 수 있는 외부 나사산 형성부(도시되지 않음)를 포함한다. 몸체(13)는 중앙 구멍(19)을 가진 밸브 하우징(17)을 둘러싸는 세라믹 절연물(14)을 수용한다. 밸브(21)는 밸브 하우징(17)의 중앙 구멍(19) 내에 수용된다. 밸브(21)는 밸브 스템(25)의 한쪽 말단에 밸브 부재(23)를 갖는다. 밸브 스템(25)은 임의의 적합한 수단(도시되지 않음)에 의하여 구멍(19) 내에서 왕복 운동하도록 안내된다. 밸브 스템(25)은 구멍(19)보다 치수가 더 작아서 밸브 스템(25)과 구멍의 측벽(19) 사이에 환형 통로(27)가 형성된다. 환형 통로(27)는 기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버 내로 공급하는 흐름 통로(28)를 형성한다. 연료가 동반되는 기체는 공기와 같은 옥시던트가 바람직하다. 연료가 기체에 동반되어 공급되는 이중 유체 연료 분사 시스템에 관하여는, 예를 들면, 본 발명에 대한 출원인의 미국특허 제4,693,224호 및 미국특허 RE36,768에 기재되어 있으며, 상기 내용을 참조하여 본 명세서에 결합시켰다.
밸브 부재(23)는 흐름 통로(28)의 공급 말단의 밸브 하우징(17) 내에 제공된 밸브 시트(31)와 협동한다. 밸브 부재(23) 및 밸브 시트(31)가 협동하여 공급 포트(30)를 형성한다. 밸브 시트(31)는 원뿔대 형태의 환형면 또는 페이스(33)를 포함한다. 장치(10)의 밸브 부재(23)는, 다른 적합한 장치도 균등하게 사용될 수 있지만, 외측으로 개방된 유형 또는 포핏 유형이다. 그러나, 이러한 외측으로 개방되는 밸브는 이들 밸브가 공급 포트(30)로부터 배출되는 연료 스프레이에 관해서 연료를 보다 바람직하게 분산 및 분포시킬 수 있다는 점에서 본 발명 및 이중 유체 연료 분사 시스템에 특히 적합하다.
밸브 부재(23)는 공급 포트를 개폐시키도록 밸브 시트(31)와 밀봉 결합되었다 밀봉해제되도록 이동가능한 밀봉면(35)을 갖는다. 상기 장치에 있어서, 기체에 동반된 연료의 규제량은 선택적으로 개방가능한 공급 포트(30)를 통해 연소 쳄버에 공급되어, 상기 공급 포트(30)가 개방되었을 때 이 포트로부터 배출되는 연료 스프레이를 제공한다.
공급 포트(30)로부터 배출되는 연료 스프레이의 방향 및 형상은 밸브 부재(23)의 환형면(33) 및 페이스(35)의 배열에 의하여 부분적으로 결정된다. 또한, 페이스(35) 및 환형면(33)은 원뿔 또는 종 형상의 구성을 갖는 연료 구름(fuel plume)을 연소 쳄버 내에 형성하는 작용을 하는 것이 일반적이다. 이 점에 관하여는 상세하게 후술한다.
공급 포트(30)는 밸브 부재(23)가 밸브 시트(31)에 대하여 이동함으로써 개폐된다. 구동부(도시되지 않음)가 밸브(21)를 동작시키도록 제공되어 밸브부재(23)가 이동하여 밸브 시트(31)에 결합되고 밸브 시트로부터 결합해제된다. 구동부는, 예를 들면, 몸체(13) 내에 배치되고 밸브 스템(25)에 동작 가능하게 연결된 전자기 수단을 포함할 수 있으므로, 전자기 수단이 선택적으로 여기 및 여기해제될 때 밸브 부재(23)가 이동하여 포트(30)를 개폐시킨다. 임의의 다른 적합한 유형의 구동부 또는 구동 시스템이 사용될 수 있고, 예를 들면, 압전 장치, 유압 장치 및 기계 장치를 포함한다.
공급 포트(30)는 밸브 시트(31)의 환형면(33)과 밸브 부재(23)의 아치형 밀봉면(35) 사이의 환형 통로를 포함한다. 상기 장치에 있어서, 공급 포트(30)를 형성하는 환형 통로는 최소 초크 영역을 형성하는 수축부(37), 및 상기 수축부(37) 하류에 발산 노즐을 형성하는 발산부(39)를 포함하는 구성이다.
흐름 제어 돌출부(41)는 밸브 부재(23) 상에 그리고 밸브 부재의 하류에 제공된다. 흐름 제어 돌출부(41)는 공급 포트(30)로부터 연료 스프레이가 배출되는 방향으로 밸브 부재(23)로부터 축방향으로 연장된다. 흐름 제어 돌출부(41)는 임의의 적합한 수단에 의하여 밸브 부재(23)에 부착될 수 있다. 도 1의 실시예에 있어서, 돌출부(41)는 목 부(40)에 의하여 밸브 부재(23)에 연결된다.
흐름 제어 돌출부(41)는 전술한 미국특허 제5,551,638호에 기재된 바와 같은 외면을 나타내는 형상을 갖는다. 이러한 형상으로, 흐름 제어 돌출부(41)는 상세하게 후술하는 바와 같이 공급 포트(30)로부터 배출되는 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미친다. 다른 적합한 형상도 물론 사용될 수 있으며, 몇 가지 대안이 예를 들면 전술한 미국특허 제5,833,142호에 기재되어 있다.
흐름 제어 돌출부(41)의 가장 바깥쪽의 말단은 1차 전극(45)을 형성하고, 이것은 2차 전극과 함께 그들 사이에 스파크 간극(49)을 형성한다. 스파크 간극(49)은 상기 실시예에서는 흐름 제어 돌출부(41)에 대하여 축방향으로 배치된다. 고압 전기 회로(도시되지 않음)가 제공되어 1차 전극(45)과 2차 전극(47) 사이의 전압 전위차를 선택적으로 설정함으로써, 스파크 간극(49)에 걸쳐 점화 스파크가 형성된다. 1차 전극(45)에 전압 전위를 설정하는 고압 전류는 밸브(21)에 의하여 상기 1차 전극에 공급된다. 따라서, 밸브(21) 및 밸브 하우징(17)은 세라믹 절연물(15)에 의하여 절연된다. 2차 전극(47)은 장치(10)의 일부로서 형성될 수 있지만, 대안으로서 엔진의 다른 적합한 구성품 또는 부재, 예를 들면 실린더 헤드 상에 배열될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 환형면(33) 및 밀봉면(35) 배열, 특히 흐름 제어 돌출부(41)가 공급 포트(30)로부터 배출되는 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미친다. 연료 스프레이 내의 연료 증기 및 보다 작은 연료 방울은 도 1에 흐름 라인(51)로 개략적으로 도시된 바와 같이 흐름 제어 돌출부(41)를 향하여 흐르고, 즉 스파크 간극(49)에 인접한 영역으로 안내된다. 연료 스프레이는 흐름 제어 돌출부(41)를 향하여 흐르고, 흐름 라인(51)으로 표시된 바와 같이, 돌출부의 형상에 의하여 형성된 통로를 따라 간다. 연료 스프레이의 궤적 상에 미치는 이러한 영향은, 미국특허 제5,551,638호에 기재된 바와 같이, 코안다 효과로 알려진 유체 흐름 현상으로부터 생긴다. 작은 연료 방울의 궤적은 흐름 제어 돌출부에 의하여 표면적 대 체적 비율에 따라 영향을 받는다. 상기 방울은 기체 대 액체의 비율이 대략1.0으로 존재하는 것이 일반적이다.
기체 대 유체의 비율이 대략 0.1처럼 낮을 때, 연료 방울은 자신들의 타성 때문에 흐름 제어 돌출부(41)의 영향을 받지 않고 흐름 라인(53)으로 표시된 궤적을 따라가기에 충분할 만큼 클 수 있다. 따라서, 공급 포트(30)로부터 배출되는 연료 스프레이에 기체 대 유체의 비율이 큰 경우, 흐름 제어 돌출부(41)는 연료 구름의 형상화에 보다 중요한 영향을 미친다. 반대로, 연료 스프레이에 기체 대 유체의 비율이 낮은 경우, 공급 포트(30)의 배출면이 연료 구름의 형상화에 보다 중요한 영향을 미친다.
따라서, 연료 방울 및 증기는 스파크 간극(49)에 인접한 영역을 향하여 흐르는 한편, 보다 큰 연료 방울은 스파크 간극(49)의 바로 근처에 있는 전극, 특히 2차 전극(47) 상에 충돌하기 쉬운 영역으로 들어오지 못한다. 따라서, 돌출부로 인하여 공급 포트(30)의 바로 하류 영역의 공기/연료 비율이 반복해서 원하는대로 설정된다. 이로써 스파크 간극(49) 내의 큰 연료 방울로 인한 절연 및 켄칭 효과가 방지되는 반복적이고 확실한 점화 프로세스가 가능하게 된다.
스파크 간극(49)이 축방향으로 배치되어 있는, 도 1의 실시예의 배열의 독특한 장점은 간극(49)의 치수가 공급 포트(30)가 개방될 때 감소되고 공급 포트(30)가 폐쇄될 때 증가된다는 점이다. 이것은 분사기가 작동될 때 스파크 간극(49)이 폐쇄되기 때문에 바람직하다. 따라서, 점화 아크를 치는데 필요한 전압 전위가 감소된다. 아크는 공급 포트(30)가 폐쇄되고 스파크 간극(49)이 최대로 개방될 때 설정 상태를 유지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 다른 형상의 흐름 제어 돌출부도 분명히 가능하지만 도 1에 도시된 흐름 제어 돌출부(41)의 형상이 특히 바람직한 것으로 생각된다. 이러한 다른 형상 중 한 가지가 도 2에 도시된 장치(10)에 예시되어 있다. 도 2에 도시된 장치의 다른 차이점은 흐름 제어 돌출부(41)에 의하여 형성된 1차 전극과 2차 전극 사이의 스파크 간극(49)이 도 1에 도시된 실시예에서 축방향으로 배치된 것에 반하여 반경방향으로 배치된다는 점이다. 특정의 응용에 있어서, 반경방향 스파크 간극(49)을 제공하는 것은 실제로 축방향 간극보다 더욱 바람직할 수 있다. 이것은 특히, 사용된 흐름 제어 돌출부(41)의 형상 및 구성에 따른 경우일 수 있다. 보다 작은 연료 방울 및 연료 증기가 돌출부(41)의 표면을 향하여 흐르기 때문에(전술한 바와 같이), 특정의 동작 조건 하에서, 약간의 방울 및 증기는 표면과 접촉되고 이 표면을 따라 돌출부(41)의 최하측 말단을 향하여 하측방향으로 흐른다. 이로써 스파크 간격(49)이 돌출부(41)에 대하여 축방향으로 배열된 경우에 전극(45, 47) 상에 충돌할 수 있는 약간의 보다 무거운 연료 방울이 돌출부(41)의 최하측 말단에 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 응용에서는 돌출부(41)의 표면을 따라 이동하는 유체의 얇은 층에 의하여 생성된 임의의 바람직하지 않은 효과를 방지할 수 있기 때문에 반경방향 스파크 간극(49)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 그리고 전술한 바와 같이, 반경방향 스파크 간극을 제공하면 스파크가 실린더 내에 존재하는 공기-연료 비율의 범위에 걸치게 된다는 점이 확보된다. 따라서, 이러한 배열은 점화 가능성을 증가시킬 수 있다.
제1 및 제2 실시예에 있어서, 스파크 간극(49)은 흐름 제어 돌출부(41)의 최하측 말단에 인접하여 위치된다. 다른 배열은 도 3에 예시되어 있으며, 여기서 2차 전극(47)은 긍급 포트(30)에 형성된 발산 노즐(39)의 근방에 형성될 수 있는 연소 퇴적물을 용이하게 변형시킬 수 있도록 공급 포트(30)에 근접하여 위치된다. 상기 실시예에서, 퇴적물은 스파크 간극(49) 내의 스파크 작용으로부터 발생되는 전기 침식에 의하여 제거된다. 상기 목적을 위하여, 하나 이상의 2차 전극을 또한 제공하여 이러한 침식 효과를 증가시킬 수 있다. 복수의 2차 전극(47)이 있는 경우, 이들 전극은 1차 전극(45)을 중심으로 원주상으로 배치되는 것이 간편할 수 있다. 상기 방식으로 최적물을 변형 및 제거시키는 것은 공급 포트(30)의 밸브 출구면의 일체성을 유지시키는 작용을 한다.
또한, 흐름 제어 돌출부(41)가 장치(10) 상에 제공되지 않고 스파크 간극이 2차 전극(47)과 밸브 부재(23) 사이에 제공되는 특정의 경우에 있어서, 도 3에 도시된 2차 전극(47)의 위치는 확실하고 반복가능한 점화를 가능하게 할 수 있는 한 가지 가능한 배열이 된다. 이러한 배열에 있어서, 돌출부가 제공되지 않는 경우에도 공급 포트(30)로부터 배출되는 연료 스프레이의 유체 성질 및 공급 포트(30)의 배출면 성질의 두 가지로 인하여 밸브 부재의 바로 하측 및 인접하는 저압 영역의 압력 때문에 노즐의 하류의 연료 스프레이가 일부 "네킹 인"된다. 이것은 이중 유체 공급 분사기에 제공된 연료 방울의 미세한 분무에 의하여 용이해진다. 또한, 밸브 부재(23) 하측의 영역은 보다 크고 무거운 연료 방울로부터 필연적으로 보호되고, 이렇게 점화에 도움이 되는 반복가능한 공기/연료 비율의 설정이 공급포트(30)의 바로 하류 영역에 일반적으로 확보될 수 있다.
도 2 및 도 3에 예시된 실시예에 있어서, 기체에 동반된 연료는 밸브 스템(25)을 중심으로 배치된 통로(27)에 의하여 형성된 흐름 통로를 따라 연소 쳄버에 공급된다. 그러나 다른 배열 또한 가능하다. 이러한 다른 배열 한 가지가 도 4 및 도 5에 예시된 실시예에 도시되어 있다. 상기 실시예에서, 밸브 스템(25)은 연료 및/또는 기체가 통과하여 공급될 수 있는 흐름 통로(61)를 제공하도록 중공이다. 개구(63)가 밸브 스템(25)의 벽에 제공되어 기체 흐름이 통로(61)로부터 외부 영역(65)으로 통과할 수 있고, 상기 외부 영역으로부터 상기 기체 흐름은 공급 포트(30)의 개구에 따라 공급될 수 있다. 중공 밸브 스템을 가진 상기 연료 공급 분사기는, 예를 들면, 본 출원인의 미국특허 제36,768호에 기재되어 있으며, 상기 내용을 참조하여 본 명세서에 결합시켰다.
도 6에 도시된 실시예는 2차 전극(47)이 여러 가지 가능한 위치에 배치되는 것을 제외하고는 도 4 및 도 5의실시예와 유사하다. 도 4, 도 5 및 도 6의 도면 각각에 있어서, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 표기된 동일 구성품에 대하여는 동일 도면부호를 사용하였다.
전술한 여러 가지 실시예에 있어서, 흐름 제어 돌출부(41)에 의하여 형성된 1차 전극(45)은 저항 코일을 수용하거나 또는 밸브 부재(23)에 부착된 저항 물질로 전체가 형성될 수 있으므로, 점화 도중에 아크가 전극 사이에 충돌할 때 전류 및 전압의 변화율이 감소된다. 이것은 근접한 전자 회로 또는 전기 시스템을 차단할 수 있는 전자기 방출 또는 차단을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직할 수 있다. 하나의 특정한 배열에 있어서, 전극은 저항에 대략 5 내지 50 킬로옴인 부분적으로 도전성인 세라믹을 포함할 수 있다. 세라믹 전극의 말단에는 금속 코팅이 제공되는 것이 일반적이다. 구형 또는 다른 적합한 형태의 희귀 금속(예를 들면, 플라티늄 또는 이리듐)을 금속 코팅 상에 용접하여 스파크 아크에 의한 전기 침식에 대하여 원하는 수명을 제공할 수 있다.
또한, 2차 전극(47)은 도 1에 도시된 바와 같이 저항 통로 또는 부재(54)에 의하여 2차 전압 전위에 연결될 수 있다. 상기 저항 통로도 마찬가지로 점화 도중에 아크가 충돌할 때 스파크 간극(49)의 전압 및 전류의 변화율을 제한할 수 있다.
전술한 내용으로부터, 여러 가지 실시예에 따른 복합 분사 및 점화 수단은 확실하고 반복가능한 점화 프로세스에 도움이 되는 조건을 제공하는 방식으로 연료를 스파크 간극에 공급하는 매우 효과적인 배열을 제공한다. 특히, 전술한 바와 같은 복합 분사 및 점화 수단의 장점은 장치(10)의 스파크 간극(49)이 보다 작은 연료 방울을 흐르게 할 수 있는 영역에 배열될 수 있다는 점이다. 또한, 확실한 점화의 설정에 도움이 되지 않는 보다 큰 연료 방울은 스파크 간극(49)을 회피하도록 한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 점화에 공차가 매우 높은 공급 포트(30) 하류 영역에 스파크 간극(49)을 제공할 수 있다. 그 결과, 상기와 같은 점화 공차 영역에 적합한 스파크 수단을 제공하는데 있어 상당한 문제가 있는 종래의 배열에 비하여 소정의 장점이 실현될 수 있다. 즉, 본 발명은 스파크 간극(49)이 배치될 수 있는 위치에 있어서 상당한 융통성을 제공한다. 특히, 이중 유체 연료 분사 프로세스에 따라 기능하는 전술한 바와 같은 복합 분사 및 점화 수단은 장치의 바로하류 영역에 생성되는 원하는 반복가능한 공기/연료 비율 때문에 장치 하류의 스파크 간극의 위치가 여러 가지로 변경된다.
본 발명에 있어서, 점화는 연료 스프레이 구름의 외측 부분이 아닌 내측 부분에서 발생한다는 점에 또한 유의해야 한다(즉, 스파크 간극은 연료 공급 분사시의 축방향 축에 더 근접하여 위치됨). 이것은 도 1 및 도 2에서 상세하게 알 수 있다. 일반적으로 이것은 점화가 연료 스프레이 구름의 외측 부분 또는 외주(즉, 공급 분사기의 축방향 중앙선으로부터 외측 방향 또는 반경방향으로 더 이격됨)에서 발생하는 것이 일반적인 현존하는 종래 기술과 상이하다. 또한, 본 발명에 따른 배열은 공급 포트(30)로부터 배출된 원래의 연료 스프레이로부터 직접 점화가 또한 가능하다. 즉, 수많은 종래 기술의 배열에 있어서, 점화는 연료 충전물이 연소 쳄버(예를 들면, 피스톤 크라운의 캐버티 또는 보울) 내의 다른 구성품으로부터 편향되거나 또는 반사된 후까지 일어나지 않는다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배열은 연료의 규제량이 공급 포트(30)로부터 공급된 즉시 점화가 일어나게 할 수 있다.
복합 분사 및 점화 수단의 특성은 물론 전술한 여러 가지 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 상이한 구조의 다른 적합한 배열도 물론 사용될 수 있다. 예를 들면, 복합 분사 및 점화 수단은 본 발명의 공동 출원인에 의하여 1999년 10월 18일 제출된 오스트레일리아 가특허 출원 PQ3501 및 PQ3502에 기재된 배열과 같이 두 부분으로 구성될 수 있고, 상기 내용을 참조하여 본 명세서에 결합시켰다.
그러나, 본 발명의 범위는 전술한 여러 가지 실시예의 범위에만 한정되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 특히, 본 발명은 복합 분사 및 점화 수단을 제공하는 장치에만 한정되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 본 발명은 단지, 예를 들면, 적합한 스파크 플러그와 같은 독립적인 점화 수단과 결합되어 동작하는 연료 분사 수단을 제공할 수 있다. 또한, 외측으로 개방된 유형 또는 포핏형의 공급 분사기 배열에 관하여 전술하였지만, 본 발명의 특정의 양태는 적합하게 설계된 내측으로 개방된 유형 또는 핀틀형 공급 분사기 또는 밸브 배열에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 LPG, LNG 및 CNG와 같이 널리 사용되는 어떤 액체 연료 또는 기체 연료가 공급되는 가에 상관없이 균등하게 적용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
본 발명의 양태는 주로 연료(및 공기) 및 고전압 점화 전류가 실질적으로 동일 경로를 따라가는 단일 경로 복합 분사 및 점화 장치에 관하여 기재하였지만, 본 발명은 연료 및 고전압 점화 전류가 점화 및 준사 장치의 공통 경로를 따라가지 않는 경우에도 균등하게 적용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
본 발명은 2행정 또는 4행정 유형인 가에 상관없이 모든 유형의 내연기관에 적용가능하지만 각종의 구성품, 부재 및 특징부를 수용하는 실린더 헤드 내에 이용할 수 있는 제한된 공간에 대하여 극복해야 할 문제가 있는 직접 분사 4행정 엔진에 특히 적용가능하다. 본 발명의 실시예는 별개의 연료 공급 분사기 및 별개의 스파크 수단을 엔진의 연소 쳄버에 대응하는 실린더 헤드에 가질 필요가 없게 된다.
명세서를 통하여, 다른 내용이 필요하지 않는 경우, 용어 "comprise" 혹은"comprises" 또는 "comprising"과 같은 변형은 정수 또는 정수 그룹을 포함하지만 임의의 다른 정수 또는 정수 그룹을 제외하는 것은 아니라는 의미임을 이해해야 한다.

Claims (35)

  1. 스파크 점화 내연 기관용 연료 공급 분사기에 있어서,
    상기 연료 공급 분사기는 기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버 내에 공급하는 흐름 통로를 형성하는 수단을 포함하고,
    상기 흐름 통로는 연료가 연료 방울 및 증기 스프레이로서 통과하여 쳄버 내로 공급되는 공급 포트를 가지며,
    상기 공급 포트는 상기 공급 포트를 개폐시키도록 밸브 시트와 상기 밸브 시트에 대하여 이동가능한 밸브 부재 사이에 형성되고,
    상기 공급 분사기는 연료 스프레이 궤적에 영향을 미치도록 구성됨으로써 연료 스프레이의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 공급 포트의 하류 말단에 근접한 스파크 간극을 향하여 흐르게 되고 보다 큰 연료 방울은 스파크 간극을 향하여 흐르지 않게 되는
    연료 공급 분사기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 스프레이의 배출 방향으로 공급 포트의 외측에 배치되는 흐름 제어 수단을 더 포함하고,
    상기 흐름 제어 수단은 상기 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미치도록 구성 및 위치됨으로써 연료 스프레이의 보다 작은 연료 방울 및 증기가 제어 수단의 근방의 스파크 간극을 향하여 흐르게 되는
    연료 공급 분사기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흐름 제어 수단은, 상기 밸브 부재 상에 제공되고 상기 밸브 부재로부터 외측으로 상기 공급 포트를 지나 연장되는 흐름 제어 돌출부를 포함하는 연료 공급 분사기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흐름 제어 돌출부가 상기 밸브 부재 상에 장착되는 연료 공급 분사기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흐름 제어 돌출부가 상기 밸브 부재에 탈착가능하게 연결되는 연료 공급 분사기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 흐름 제어 돌출부가 상기 밸브 부재의 일부로서 구성되는 연료 공급 분사기.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흐름 제어부는 상기 보다 작은 방울 및 증기가 상기 돌출부의 형상에 의하여 안내되도록 구성 및 위치되는 연료 공급 분사기.
  8. 제1항에 있어서,
    사용 시에 일반적으로 저압 영역이 상기 연료 공급 분사기의 밸브 부재 바로 하측에 발달되고,
    보다 작은 연료 방울 및 증기는 상기 일반적으로 저압 영역이 있음으로써 연소 챔버 내로 공급된 다음 스파크 간극을 향하여 내측으로 끌어 당겨지는 연료 공급 분사기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흐름 제어 돌출부는 스파크 간극을 형성하도록 제2 전극과 협동하는 제1 전극을 형성하는 연료 공급 분사기.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 스파크 간극을 형성하도록 제2 전극과 협동하는 제1 전극으로서 구성되는 연료 공급 분사기.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극이 1차 전극인 연료 공급 분사기.
  12. 제9항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극은 이들 사이에 형성된 스파크 간극이 축방향 간극을 제공하도록 서로에 대하여 배치되는 연료 공급 분사기.
  13. 제9항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극은 이들 사이에 형성된 상기 스파크 간극이 반경방향 간극을 제공하도록 서로에 대하여 배치되는 연료 공급 분사기.
  14. 제13항에 있어서,
    복수의 상기 제2 전극은 상기 제1 전극을 중심으로 원주상으로 이격되는 연료 공급 분사기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    기체에 동반된 연료가 엔진의 연소 쳄버 내에 직접 공급되도록 배열되는 연료 공급 분사기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사기는 외측 개방식 또는 포핏식인 연료 공급 분사기.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 포트로부터 배출되는 연료 스프레이 바로 앞에서 스파크 간극의 점화가 일어나는 연료 공급 분사기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연료 스프레이의 내측부 앞에서 점화가 일어나는 연료 공급 분사기.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 포트는 기체에 동반된 연료의 흐름 방향으로 발산하는 환형 통로를 포함하는 연료 공급 분사기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 공급 포트를 형성하는 환형 통로는 최소 초크 영역을 형성하는 수축부 및 상기 수축부 하류에 발산 노즐을 형성하는 발산부를 포함하는 연료 공급 분사기.
  21. 제20항에 있어서,
    밸브 시트는 상기 발산부를 제공하는 원뿔대형 환형면을 갖는 연료 공급 분사기.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    밸브 부재는 상기 밸브 시트와 대면하는 아치형 밀봉면을 갖는 연료 공급 분사기.
  23. 스파크 점화 내연 기관용 복합 연료 분사 및 점화 수단에 있어서,
    상기 복합 연료 분사 및 점화 수단은 기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버 내에 공급하는 흐름 통로를 형성하는 수단 － 여기서 상기 흐름 통로는 연료가 연료 방울 및 증기 스프레이로서 통과하여 연소 쳄버 내로 공급되는 공급 포트를 가지며, 상기 공급 포트는 상기 공급 포트를 개폐시키도록 밸브 시트와 상기 밸브 시트에 대하여 이동가능한 밸브 부재 사이에 형성됨 －,
    스파크 간격을 형성하도록 제2 전극과 협동하는 제1 전극, 및
    상기 공급 포트로부터 배출되는 연료 스프레이 궤적에 영향을 미치도록 구성됨으로써 연료 스프레이의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 스파크 간극을 향하여 흐르게 되고 보다 큰 연료 방울은 스파크 간극을 향하여 흐르지 않게 되는 흐름 제어 수단
    을 포함하는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 흐름 제어 수단은, 상기 밸브 부재 상에 제공되고 상기 공급 포트로부터 외측으로 상기 연료 스프레이의 배출 방향으로 연장되는 흐름 제어 돌출부를 포함하는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 흐름 제어 돌출부가 상기 제1 전극을 형성하는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 흐름 제어 수단이 공급 포트를 포함하는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  27. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 흐름 제어 수단이 공급 포트를 더 포함하는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 밸브 부재가 상기 제1 전극을 형성하는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  29. 제23항 내지 제28항 중 어는 한 항에 있어서,
    상기 밸브 부재가 상기 제2 전극을 더 포함하는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  30. 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 포트로부터 배출되는 연료 스프레이 바로 앞에서 스파크 간극의 점화가 일어나는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 연료 스프레이의 내측부 앞에서 분사가 일어나는 복합 연료 분사 및 점화 수단.
  32. 스파크 점화 내연 기관용 복합 연료 분사 및 점화 수단에 있어서,
    기체에 동반된 연료를 엔진의 연소 쳄버 내에 공급하는 흐름 통로를 형성하는 수단, 및
    밸브 부재 상에 배열되고 상기 공급 포트로부터 외측으로 연료 스프레이가 배출되는 방향으로 연장되는 흐름 제어 돌출부
    를 포함하고,
    상기 흐름 통로는 연료가 연료 방울 및 증기 스프레이로서 통과하여 연소 쳄버 내로 공급되는 공급 포트를 가지며,
    상기 공급 포트는 상기 공급 포트를 개폐시키도록 밸브 시트와 상기 밸브 시트에 대하여 이동가능한 밸브 부재 사이에 형성되고,
    상기 흐름 제어 돌출부는 스파크 간극을 형성하는 제2 전극과 협동하는 제1 전극을 형성하며,
    상기 공급 포트 및/또는 제어 돌출부는 연료 스프레이의 궤적에 영향을 미치도록 구성 및 위치됨으로써 연료 스프레이의 보다 작은 연료 방울 및 증기는 스파크 간극을 향하여 흐르게 되고 보다 큰 방울은 스파크 간극을 향하여 흐르지 않게 되는
    복합 연료 분사 및 점화 수단.
  33. 연소 쳄버 및 상기 연소 쳄버 내에 공급된 연료의 스파크 점화용 스파크 간극을 갖는 내연 기관 내에 연료를 분사하는 방법에 있어서,
    기체에 동반된 규제량의 연료를 선택적으로 개방가능한 공급 포트를 통해 공급하여 공급 포트가 개방되었을 때 포트로부터 배출되는 연료 스프레이를 제공하는 단계, 및
    연료 증기에 영향을 미쳐 보다 작은 연료 방울이 스파크 간극으로 흐르게 하는 한편, 보다 큰 방울에는 영향을 미치지 않아 보다 큰 방울은 스파크 간극으로 안내되지 않는 궤적 상으로 계속해서 흐르도록 상기 연료 스프레이를 제어하는 단계
    를 포함하는, 연료를 내연 기관 내에 분사하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 연료 스프레이는 상기 공급 포트의 하류에 위치한 흐름 제어 수단을 거치도록 제어되는 연료를 내연 기관 내에 분사하는 방법.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 연료 스프레이는 제어되거나 또는 상기 공급 포트의 구성에 의하여 더 제어되는 연료를 내연 기관 내에 분사하는 방법.
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