KR20030014324A - 연료 분사 시스템 - Google Patents

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Abstract

내연기관(1)용 연료 분사 시스템(1)은 연료 분사 밸브(5)를 포함하며, 상기 밸브는 연료를 연소실(7)로 분사하고, 상기 연소실은 실린더 벽(13)에 의해 제한되고, 상기 실린더 벽 내부에 피스톤이 안내되며, 연료 분사 밸브(5)는 다수의 인젝션 제트(10)을 연소실(7)로 분사한다. 인젝션 제트(10)들은 연소실(7) 내부에 원추형의 혼합물 구름(9)을 발생시키고, 상기 혼합물 구름은 타원형 단면을 갖는다.

Description

연료 분사 시스템 {Fuel injection system}
내부 혼합물이 형성과 함께 혼합물 압축 스파크 점화하는 내연기관에서 층상 급기 작동을 위해 점화 플러그 영역에 "혼합물 구름"을 필요로 하고, 상기 구름은 점화 영역에서 일정한 연료-공기 비율을 갖는다. 이를 위해 연료 분사 밸브는 내부 또는 외부로 개방함에 따라 원추형 인젝션 제트(injection jet)를 형성하는 노즐을 구비한다.
예컨대 독일 특허 공개 제 198 04 463 A1 호에 혼합물 압축 스파크 점화하는 연료 분사 시스템이 공지되어 있으며, 상기 연료 분사 시스템은 피스톤-/실린더-장치에 의해 형성된 연소실로 연료를 분사하는 적어도 하나의 연료 분사 밸브 및 연소실 내부로 돌출한 점화 플러그를 구비한다. 따라서 연료 분사 밸브의 노즐 바디는 노즐 바디의 둘레에 분배되어 배치된 분사홀의 적어도 하나의 열을 갖는다. 분사홀을 통해 목표 연료가 분사됨으로써, 인젝션 제트를 이루는 연소 방법은 혼합물 구름에 의해 구현되며, 적어도 하나의 인젝션 제트는 점화 플러그를 향하거나 상기 점화 플러그의 간접 주변부를 향한다. 나머지 인젝션 제트는 거의 폐쇄 또는 결합된 적어도 하나의 혼합물 구름이 형성되도록 한다.
독일 특허 공개 제 198 04 463 A1 호에 공지된 상기 연료 분사 시스템은 사용하는 연소실의 불완전한 이용이 단점이며, 그로 인해 소량의 혼합물 형성은 특히 매우 많은 공기량 및 연소되지 않은 탄화수소의 계속적인 방출에 의해 발생하여 연소의 중단 및 높은 연료 소모가 나타난다.
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 연료 분사 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 형성된 연료 분사 시스템을 포함하는 내연기관의 실시예에 의한 개략적인 단면도.
도 2A-B는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템 및 내연기관에 의한 종방향 및 횡방향의 개략적인 단면도.
도 3은 내연기관의 연소실에 생성된 혼합물 구름에 의한 개략적인 단면도.
독립 청구항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 연료 분사 시스템은 연소실내부에 분사된 혼합물 구름이 내연기관의 종-횡으로 상이한 강도로 확대됨으로써, 그리고 그럼으로써 나타나는 혼합물 구름의 타원형의 횡단면 형태에 의해 연소실 형태에 혼합물 구름이 보다 잘 매칭되어 효과적인 연소, 낮은 연료 소모 및 소량의 산화물 방출이 달성될 수 있다.
종속 청구항에 제시된 조치에 의해 독립 청구항에 제시된 연료 분사 시스템의 바람직한 개선이 가능하다.
점화 플러그의 위치에 대해 접하여 연료를 분사함으로써 점화 플러그의 열충격 부하 및 그을음이 방지되는 것이 특히 장점이다. 왜냐하면 인젝션 제트는 직접 점화 플러그를 향하지 않기 때문이다.
바람직하게 분사홀 및 그에 따른 연소실 내부의 인젝션 제트의 의도된 배치에 의해 유입-유출 밸브 및 실린더 헤드 내부의 점화 플러그의 조립 위치가 고려될 수 있으며, 연소실의 구조는 최적으로 이용될 수 있다.
연료 분사 시스템에 적합한 연료 분사 밸브는 바람직하게 추가의 제조 비용없이 저렴하게 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예가 도면에 간단하게 도시되며, 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 시스템(2)을 포함하는 내연기관(1)의 실시예를 발췌 단면도로 도시한다.
연료 분사 시스템(2)은 실린더 벽(13)을 포함하는 실린더 블록을 가지며, 상기 실린더 벽에 피스톤(6)이 안내된다. 피스톤(6)은 커넥팅 로드(14)에 의해 실린더 벽(13)에 배치된다. 실린더 벽(13)은 단부측에서 실린더 헤드(3)에 의해 폐쇄된다. 실린더 벽(13), 피스톤(6) 및 실린더 헤드(3)는 연소실(7)을 형성한다.
실린더 헤드(3) 내부에 연료 분사 밸브(5)는 바람직하게 센터링되어 배치된다. 대략 측면으로 벗어난 점화 플러그(4)는 실린더 헤드(3)의 홀 내부로 삽입된다. 또한 적어도 하나의 유입 밸브(11) 및 유출 밸브(12)가 제공된다.
작동 중에 있는 연료 분사 시스템(2)에서 연료 분사 밸브(5)의 분사구에 의해 원추형의 연료 제트를 형성하는 인젝션 제트(10)는 연소실(7) 내부로 분사된다. 연료와 공기가 혼합됨으로써 연소실(7) 내부에는 혼합물 구름(9)이 형성된다. 혼합물 구름(9)은 점화 플러그(8)에 의해 점화된다. 원추형의 연료 제트의 본 발명에 따른 형태는 도 2 및 3에 의해 상세히 설명된다.
도 1에 내연기관(1)의 연소실(7)이 실린더 헤드(3) 내부의 연소실 커버 형태로 구현되고, 상기 실린더 헤드는 릿지 경사면(15) 및 릿지(16)를 구비하고 있음을 볼 수 있다. 릿지(16)에 연료 분사 밸브(5)가 배치되는 반면, 릿지 경사면(15)에는 가스 교환 밸브(11, 12)가 배치된다. 이것은 특히 두 개 이상의 가스 교환 밸브(11,12) 사용시 바람직하다. 왜냐하면 내연기관(1)의 풀 로드(full load)작동시 상기 밸브에 공기가 더 잘 제공되기 때문이다.
연소실(7)이 최적으로 사용되고, 유출 밸브(11,12)의 위치가 고려되기 위해서 본 발명에 따라 연료 분사 밸브(5)는 상기 연료 분사 밸브(5)에 의해 연소실(7) 내부에 분사된 인젝션 제트(10)가 내연기관(1)의 횡방향으로 보다는 종방향으로 보다 큰 각도로 분사되도록 형성된다.
도 2A 에는 이러한 조치를 상세히 설명하기 위해 네 개의 실린더를 포함하는 바람직한 내연기관(1)에 의한 개략적인 종단면이 도시되는 반면, 도 2B는 하나의 실린더에 의한 내연기관의 횡방향으로 단면을 도시한다.
도 2A 에서 볼 수 있는 것처럼 인젝션 제트(10)는 연료 분사 밸브(5)에 의해 최대 개방각(α)으로 분사된다. 상기 각은 연료 분사 밸브(5)의 분사구 위치에 의해 정해진다.
내연기관(1)의 횡방향으로 인젝션 제트(10)는 도 2B에 도시된 것처럼 연소실(7)을 제한하는 릿지 경사면(15)에 따라 각도(β)로 분사되며, 상기 각도는(α)보다 작다. 가스 교환 밸브(11,12) 및 도 2B 에 도시되지 않은 점화 플러그(4)는 인젝션 제트(10)에 접하여 스쳐지나가고, 직접 분사되지 않는다. 이것은 특히 점화 플러그(4)에 있어서 장점이다. 왜냐하면 이러한 방법으로 열 충격 부하 및 전극의 코우킹이 방지되고, 점화 플러그(4)의 수명이 연장될 수 있기 때문이다.
분사된 혼합물 구름(9)에 의한 횡단면을 보면, 서로 다른 크기의 각도(α,β)에 의해 두 개의 서로 직각의 이동 방향으로 제한되는 타원형의 형태를 볼 수 있다. 혼합물 구름(9)의 측면으로 경사를 이룸으로써 상기 혼합물 구름은 연소실(7)의 형태에 최적으로 매칭된다.
최대 개방각(α) 및 최소 개방각(β)사이에 있는 분사각은 임의의 네 개의 개별 인젝션 제트(10)의 이용하면서 계속적으로 한계값에 근접될 수 있다. 도 3에 바람직하게 10개의 개별 인젝션 제트(10)로 이루어진 혼합물 구름(9)이 도시된다. 따라서 최대 개방각(α)이 취해지는 것이 아니라, 두 개의 서로 인접한 인젝션 제트(10)에 의해 접근된다. 그러한 구조는 예컨대 측면으로 커버 릿지에 배치된 두 개의 점화 플러그(4)가 제공되고, 상기 점화 플러그가 열 충격 부하의 방지를 위해 직접 사출성형되지 않는 경우 장점이다.
점화 플러그(4)가 예컨대 "커버 릿지"에 놓이면, 최대 개방각(β)이 취해지는 것이 아니라 역시 두 개의 인접한 인젝션 제트에 의해 접근된다.
연료 분사 밸브(5)의 임의의 네 개의 분사구를 사용하는 가운데 인젝션 제트(10)의 임의의 구조가 이루어진다. 개별 인젝션 제트(10)의 제트 간격 각도(γ)는 동일하거나 다를 수 있다. 따라서 제트 간격 각도(γ)의 조정은 혼합물 구름의 개방각(α,β)의 조정에 달려있다.
본 발명은 도시되지 않은 실시예에 제한되지 않고, 예를 들어 어느 정도의 인젝션 제트(10), 가스 교환 밸브(11,12) 및 특히 다수의 점화 플러그(4) 및 다양한 궤적 체적을 포함하는 연료 분사 시스템(2)에 적용 가능하다.

Claims (8)

  1. 피스톤(6)이 안내된 실린더 벽(13)에 의해 제한된 연소실(7) 내부로 연료를 분사하는 적어도 하나의 연료 분사 밸브(5) 및 연소실(7) 내부로 돌출한 점화 플러그(4)를 포함하고, 연료 분사 밸브(5)는 연소실 내부(7)로 다수의 인젝션 제트(10)를 분사하는 내연기관(1)용 연료 분사 시스템(2)에 있어서,
    상기 인젝션 제트(10)는 연소실(7) 내부에 원추형의 혼합물 구름(9)을 형성하고, 상기 구름은 타원형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물 구름(9)은 내연기관(1)의 종방향으로 개방각(α)를 가지고, 내연기관(1)의 횡방향으로 개방각(β)을 가지며, 내연기관의 종방향 개방각(α)은 내연기관(1)의 횡방향 개방각(β)보다 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 개방각(α,β) 사이로 분사된 인젝션 제트(10)는 개방각(α,β)에 연속적으로 근접하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  4. 제 2항 또는 3항에 있어서, 상기 최소 개방각(β)은 릿지 경사면(15)을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 연료 분사 밸브(5)는 릿지 경사면(15)에 의해 제한된실린더 헤드(3)의 릿지(16)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 인젝션 제트(10)사이의 제트 간격 각도(γ)는 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 인젝션 제트(10)사이의 제트 간격 각도(γ)는 서로 다른 크기인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
  8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인젝션 제트(10)는 점화 플러그(4) 및 실린더 헤드(3)에 배치된 가스 교환 밸브(11,12)에 접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
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