KR20050106429A

KR20050106429A - 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR20050106429A
Application number: KR1020057014904A
Authority: KR
Inventors: 숀 토마스 리그니
Original assignee: 베이퍼레이트 피티와이 엘티디
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-11-09
Also published as: WO2004072471A1; BRPI0407481A; AU2004210887A1; JP2006517633A; MXPA05008476A; EP1592879A1; AU2003900748A0; US20060102742A1; CN1748082A

Abstract

연료 공급 시스템과 연료 분사기가 개시된다. 연료 공급 시스템은, 엔진의 헤드(10) 내부에 형성된 구멍(18)과 상기 구멍(18) 내부에 배치된 연료 분사기(21)를 구비한다. 상기 구멍(18)은 개방 단부를 갖는다. 가열실(40)은 연료분사기와 구멍(18)의 벽(18a) 사이에서 정의된다. 상기 분사기는 가열실 내부에 배치된 연료 저장 섹션을 구비하며, 엔진의 피스톤의 압축 행정 동안, 엔진의 연소실 내부의 가스는 구멍의 개방 단부를 통해 챔버 안쪽으로 압축되어 강제된다. 대안적인 다른 구조에서는, 분사기는 확장 단부 영역(110)을 구비하며, 상기 확장 단부 영역(110)은 엔진의 구멍 안쪽으로 끼워 맞춤식으로 구멍의 주변 벽과 접촉함으로써, 엔진으로부터 상기 구멍의 주변 벽을 거쳐 분사기의 확장 섹션 쪽으로 열을 전도하여 분사기의 단부 영역 내부의 연료를 가열한다.

Description

연료 공급 시스템{FUEL DELIVERY SYSTEM}

본 발명은 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 특히 디젤 엔진 및 석유 또는 가솔린 엔진 양자의 엔진에 이용되는 직접 분사식 연료 공급 시스템에 관한 것이며, 또한 그러한 직접 분사식 연료 공급 시스템에 이용되는 분사기와 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

본 출원인의 국제 출원 번호 PCT/AU 02/00403에 개시된 연료 공급 시스템은 연료를 공기 흡입 스트림에 분사함으로써 엔진의 연소실에 연료를 공급하는 시스템을 개시한다. 이러한 국제 출원의 기재내용은 본 출원에 대한 참조로서 본 명세서에 포함된다.

디젤 엔진과 직접 분사식 석유 엔진에서는 연료를 상기 공기 흡입 스트림 보다는 오히려 연소실에 직접 공급하거나 또는 상기 연소실에 직접 연결된 제 2 챔버 (여기서는 연소실로 통칭함)에 직접 공급한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 예를 들어 설명할 것이다:

도 1은 직접 분사식 시스템의 표준형 구조를 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 도면;

도 3A는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라를 도시한 도면;

도 3B는 도 3A의 칼라의 횡단면도;

도 3C는 도 3A의 칼라의 측면도;

도 4A는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 칼라의 평면도;

도 4B는 도 4A의 칼라의 횡단면도;

도 4C는 도 4A의 칼라의 측면도이며;

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도면;

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도면;

도 7a 및 7b는 도 5의 실시예에서 이용된 밀봉 부재를 도시한 평면도와 횡단면도;

도 8a 및 8b는 도 6의 실시예에서 이용된 밀봉 부재를 도시한 평면도와 횡단면도;

도 9a 및 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칼라의 평면도와 횡단면도;

도 10은 종래의 분사기와 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사기의 차이를 설명하기 위한 종래의 분사기를 도시한 도면;

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사기의 횡단면도;

도 12는 엔진에 끼워진 도 11의 분사기를 도시한 도면;

도 13은 디젤 엔진과 함께 이용될 수 있는 표준형 직접 분사식 분사기를 도시한 도면; 및

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형된 형태의 분사기를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 측면의 목적은 상기 국제 출원의 원리를 이용하지만, 직접 분사식 엔진에 적용할 수 있는 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연소실, 상기 연소실 내부에서 이동가능한 피스톤, 공기 흡입구, 및 배출구를 구비한 엔진용 연료 공급 시스템에 있어서,

상기 연소실과 소통하는 제 1 개방 단부와 상기 제 1 단부로부터 이격된 제 2 단부를 구비하고 있으며, 구멍 벽을 구비한 엔진 내부의 구멍(bore);

상기 구멍 내부에 배치되며, 상기 연소실 내부로 연료를 직접 분사하기 위해 상기 제 1 단부에 인접하게 배치된 분사 팁을 구비하며, 연료 분사기로부터 내뿜을 연료를 저장하는 연료 저장 섹션과 상기 연료 분사기를 동작시켜 분사기의 팁으로부터 연료를 내뿜는 동작 섹션(operating section)을 구비한 상기 연료 분사기;

폐쇄 상태에 있는 상기 구멍의 제 2 단부;

상기 구멍 벽, 상기 구멍의 폐쇄된 제 2 단부, 및 상기 분사기에 의해 정의되는 가열실;

상기 연료 저장 섹션이 가열실 내부에 배치되도록 상기 구멍 내부에 배치되는 상기 분사기를 포함하여 구성되며; 그리고

상기 피스톤의 압축 행정(comperssion stroke) 동안, 상기 연소실 내부의 가스는 상기 구멍의 제 1 개방 단부를 통해 상기 가열실 안쪽으로 압축되고 강제되며, 이로써 연료 저장 섹션 내부의 연료 온도를 상승시키기 위해 상기 분사기의 연료 저장 섹션을 가열하게 되고, 연료가 상기 분사기를 떠나 가열실로 유입될 때 겪게 되는 압력 변화와 가열로 인해, 연료는 상기 분사기를 떠나자마자 실제로는 곧 바로 기화 상태로 변환하도록 구성함을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 연료는 피스톤의 압축 행정 동안 실린더 내부의 가스 압축에 의해 가열된다. 매우 큰 압축비로 작동하는 디젤 엔진의 경우, 가열은 엔진 내부의 고 압축 압력으로 인해 온도에 있어 더욱 높아져 상당히 큰 점도의 디젤 연료를 적당히 가열시킴으로써 연료가 분사기로부터 내뿜어질 때 증기로 전환되는 것을 보장한다. 저압에서 작동하는 석유 또는 가솔린 엔진의 경우, 가열은 온도에 있어 높지 않지만, 석유 또는 가솔린 엔진을 요구 온도로 상승시켜 연료 분사시 증기로 즉시 전환 시키는 온도로 가열하기에는 충분하다. 그 결과, 상기 필요한 가열은, 엔진(즉, 디젤 엔진 또는 스파크 점화 석유 엔진) 및 이용 연료의 종류에 따라, 소정 범위까지 자동으로 조절된다. 본 발명은 또한, 가열 소자가 추가로 요구되지 않으며, 엔진에 대한 배관 또는 중대한 변형이 추가로 요구되지 않다는 이점이 있다.

상기 분사기의 동작 섹션은 연료 압력에 의해 작동하는 기계식 동작 섹션이거나, 또는 전자식 솔레노이드 타입 동작 섹션으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이로써 분사기는 연료를 요구시간에 내뿜을 수 있게 된다.

기계식 동작 섹션의 경우, 바람직하게, 분사기는 구멍 내부에 배치되어 기계식 동작 섹션이 가열실의 외관을 이룬다. 그러나 이는 필수적인 것이 아니다. 전자식 동작 섹션의 경우, 전자식 동작 섹션은 챔버의 외관을 이루어 챔버 내부의 가열로 인해 분사기의 전자식 동작 섹션이 손상되는 것을 방지해야 한다. 즉, 전자식 동작 섹션은, 챔버 바깥 측에 배치함으로써 비교적 차갑게 유지되며, 이로써 동작 섹션 내부의 전자 부품을 손상시키지 않게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 구멍은 분사기의 단부를 수용하는 내향 플랜지와 상기 플랜지 위에 배치된 칼라(collar)를 구비하여, 구멍 내부에서 분사기를 약간 들어올리게 되고, 실린더 내부의 압축 가스가 가열실 내부로 통과할 수 있게 하는 통로를 제공한다.

바람직하게는, 상기 구멍의 제 2 단부는 밀봉 소자에 의해 폐쇄된다.

상기 밀봉 소자는 O-링 형상의 밀봉재(seal), 플레이트, 또는 다른 소자로 이루어져, 상기 구멍의 제 2 단부를 밀봉시켜 상기 연소실 내부의 가스가 상기 제 2 단부를 통해 구멍을 빠져나가는 것을 방지한다.

일 실시 예에서, 상기 밀봉 소자는, 팁으로부터 이격시켜 분사기 상에 형성함으로써 상기 구멍의 제 2 단부를 밀봉시키는 쇼울더(shoulder)이다.

상기 칼라는 일반적인 고리모양 링을 구비하는 것이 바람직하며, 연소실에서 가열실로 그리고 그 반대로 가열실에서 연소실로 가스 통과를 용이하게 하는 틈새(apertures) 또는 구멍(holes)을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면은 분사기 형상과 관련된 것이며, 이러한 형상은 상기 분사기를 이용한 연료 공급 시스템뿐만 아니라 상기 국제 출원의 원리를 이용할 수 있다.

이러한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량 엔진의 실린더로 연료를 공급하기 위한 연료 공급 시스템용 연료 분사기에 있어서,

단부 영역을 구비한 분사기 몸체로서, 상기 분사기로부터 내뿜을 연료를 저장하는 연료 저장 섹션 및 상기 분사기를 작동시켜 상기 단부 영역에서 연료를 내뿜게 하는 동작 섹션을 포함하여 구성된 상기 분사기 몸체; 및

상기 분사기가 상기 실린더로 연료를 공급하는 동작 중일 때, 상기 분사기의 단부 영역을 실제로는 계속 가열시켜 상기 단부 영역을 소정 온도로 유지하고 그 결과 연료 저장 섹션 내의 연료도 소정 온도로 유지함으로써, 분사기를 떠날 때 겪게 되는 연료의 압력 변화와 상승 온도로 인해, 연료를 분사기에서 내뿜을 때 곧 바로 기화 상태로 변환하는 가열 부품을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 이러한 측면의 바람직한 실시예에서, 상기 가열 부품은 분사기의 확장 단부 영역을 포함하며, 상기 분사기는 특정의 치수로 이루어져, 상기 분사기가 차량 엔진의 분사기 포트 내부로 삽입될 때 상기 확장 단부 영역은 상기 분사기 포트를 한정하는 벽과 열 접촉하게 됨으로써, 엔진으로부터 상기 확장 단부 영역에 직접 열 전도 방식으로 열이 전달되고 그 결과 연료 저장 섹션의 연료에 열이 전달된다.

다른 실시예들에서는, 상기 가열 부품은, 엔진의 냉각 시동의 문제를 극복하기 위해 엔진의 초기 시동 시에만 가열되는 것과는 대비적으로, 가열을 실제로 일정하게 유지하여 엔진 작동 중 분사기를 연속하여 가열하는 경우, 전자식 또는 배출가스를 통한 가열 등 기타 형태로 구체화될 수 있다.

본 발명의 이러한 측면에 따르면, 실린더와, 벽을 구비한 분사기 포트를 포함하여 구성된 차량 엔진용 연료 전달 시스템에 있어서,

단부 영역으로써 형성된 방출기 몸체를 갖는 분사기로서, 상기 단부 영역은, 상기 분사기로부터 내뿜을 연료를 저장하는 연료 저장 섹션과 상기 분사기를 작동시켜 상기 단부 영역으로부터 연료를 내뿜는 동작 섹션을 포함하는 상기 분사기; 및

상기 분사기의 단부 영역으로서, 상기 분사기는 특정의 치수로 이루어져 상기 분사기 몸체의 단부 영역의 적어도 일부를 분사기 포트의 벽과 열 접촉하게 함으로써, 차량 엔진의 작동 중, 분사기 포트의 벽을 거쳐 엔진으로부터 상기 분사기의 확장부분에 열을 전도하고 이로써 연료 저장 섹션의 연료는 가열되어, 연료가 분사기로부터 내뿜어질 때, 분사기를 떠날 때 겪게 되는 연료의 압력 변화와 상승 온도로 인해 연료는 곧 바로 기화 상태로 변환하는 상기 단부 영역을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 단부 영역은 외부 벽을 구비하며, 상기 단부 영역은 특정의 치수로 이루어져, 상기 외부 벽이 실제로는 그 전체가 상기 분사기 포트의 벽과 접촉하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 단부 영역은 실제로는 실린더 또는 디스크 형상이며, 상기 분사기 포트의 벽 실제로는 그 전체와 접촉하는 외부 벽을 구비한다.

바람직하게, 상기 단부 영역은, 분사기 포트에서 상기 단부 영역을 밀봉하기 위한 밀봉재를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 엔진의 실린더로 연료를 공급하기 위한 연료 전달 시스템용 분사기가 제공되는데, 상기 엔진이 분사기를 수용하기 위한 분사기 포트를 구비한 상기 분사기에 있어서,

분사기 몸체;

상기 분사기 몸체로부터 연장하며, 상기 분사기로부터 내뿜어질 연료를 저장하며, 상기 연료를 내뿜는 제 1 단부와, 제 2 단부를 구비한 단부 영역;

상기 단부 영역이 분사기 포트 내부에 배치될 때, 가열실이 상기 분사기의 상기 단부 영역과 상기 분사기 포트의 벽 사이에 배치되도록 하는 특정의 치수로 이루어진 상기 단부 영역;

밀봉재를 구비하지 않아, 상기 분사기가 분사기 몸체 내부에 배치되어 있고 상기 엔진이 작동 중일 때, 배출 가스를 상기 제 1 단부를 지나 가열실 내부로 이동시킬 수 있는 상기 분사기의 제 1 단부; 및

상기 단부 영역의 제 2 단부에 인접하게 배치되어, 상기 분사기 포트 내부의 분사기를 밀봉시키는 밀봉재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 밀봉재는 상기 제 2 단부에 배치된 쇼울더에 의해 형성되며, 상기 쇼울더는 상기 분사기 포트를 내부에 형성한 엔진의 외부 벽의 일부에 얹혀지도록 상기 단부 영역과 상기 분사기 몸체 사이에서 경계를 형성한다.

바람직하게는, 상기 쇼울더는, 상기 분사기 포트의 주변부에서 엔진의 외부 벽의 일부 위에 얹혀지는 테이퍼가 진(tapered) 고리모양 벽이다.

도 1은 디젤 엔진용 표준형 직접 분사 시스템을 도시하고 있다. 상기 디젤 엔진의 헤드(10)는 흡입구(12), 배출구(14), 및 연소실(16)로 구성되어 있다. 분사기 출입구를 형성하는 구멍(18)은 상기 헤드(10) 내부에 구비되며, 그 내부 단부에 내향 플랜지(20)를 구비하고 있다. 연료 분사기(21)는 구멍(18) 내부에 배치되며, 상기 플랜지(20)위에 얹혀져 상기 구멍(18)의 단부를 밀봉한다.

연료는 공급부(22)를 거쳐 상기 분사기(18)로 공급되어, 상기 분사기(21)에서 상기 연소실(16) 내부로 뿜어진다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 유사한 참조번호는 도 1을 참조하여 설명된 것과 유사한 구성요소를 가리킨다.

또한, 도 2는 엔진 블럭(30)과, 연소실(16) 내부의 피스톤(32)을 도시한다. 주목할 것은 상기 헤드(10)는 상기 엔진 블럭(30)과 분리되어 있지만, 종래의 방식으로 분명히 상기 엔진 블록(30) 위에 얹혀져 그에 고정되어 있다는 것이다.

본 실시 예에서는, 연소실(16)과 소통하는 구멍(18)의 단부(23)가 개방되어 있다는 것을 제외하고는, 분사기(21)를 도 1을 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로 구멍(18) 내부에 배치한다. 바람직한 실시 예에서는, 단부(23)를 확실히 개방하기 위해, 스페이서 칼라(25)를 구멍(18) 내부에 배치하여 플랜지(20) 위에 얹어 놓는다. 그러므로 상기 스페이서 칼라(25)는 상기 연소실(16)과 가열실(40) 사이에서 유체를 소통시킨다. 상기 가열실(40)은, 구멍 벽(18a), 분사기(21), 및 상기 구멍(18)의 폐쇄 또는 밀봉된 단부(42) 사이에서 한정된다. 상기 폐쇄 또는 밀봉된 단부(42)는 상기 단부(23)에서 이격 되어 있다.

도 2에 도시된 실시 예에서, 상기 칼라(25)는, 다수의 홀(27)을 구비하고 있으며, 가열실(40)로부터 연소실(16) 안쪽으로 가스를 빼낸다. 상기 다수의 홀(27)은 칼라의 측벽을 관통시켜 형성함으로써 연소실(16) 내부의 가스가 상기 가열실(40) 내부로 흐르는 것을 용이하게 한다.

또한, 스페이서 칼라(25)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 그 정상 상태의 위치에서 구멍(18) 내부에서 분사기(21)를 들어올림으로써, 분사기(21)의 전자 섹션(21a)이 상기 밀봉 단부(42)와 상기 단부(23) 사이에 한정된 구멍의 바깥쪽에 위치하도록 보장한다. 즉, 분사기를 작동시키는 기능을 수행하는 참조번호 21a로 도시된 전기 부품에 해당하는 분사기(21)의 몸체는 가열실(40)의 외관을 이룬다. 상기 분사기(21)는 전원을 분사기에 공급하는 전기 커넥터(21c)를 구비한다. 연료를 저장하는 기능을 수행하며 분사기의 단부 영역에 해당하는 분사기(21)의 일부분(21b)은, 상기 구멍 벽(18a) 및 상기 밀봉 단부(42)와 함께, 가열실(40)을 한정하는 분사기의 부품에 해당한다. 또한, 분사기(21)는 연료를 뿜어내는 돌출 팁(29)의 형태를 갖는 팁을 구비할 수 있다. 상기 팁(29)은 단부(23)에 인접하게 배치되어 연료를 연소실(16) 내부로 직접 분사시킨다.

디젤 엔진에서 잘 알려진 바와 같이, 엔진 내부로 내뿜어진 연료는 피스톤(32)의 압축 행정 동안 연소실(16) 내부에서 가스 압축에 의해 점화된다. 즉, 피스톤(32)은 흡입구(12)를 통해 흡입공기를 수집한 후 연소실(16) 내부에서 상승함에 따라, 공기 압축을 증가시키고, 이로써 공기는 충분한 온도로 가열되어 연료 및 공기 혼합물을 연소실(16) 내부에서 연소시키게 된다. 그러나 피스톤이 그 압축 행정시 상승하여 연소실(16)에서 공기를 압축시킴에 따라, 공기는 또한 개방 단부(23)를 통해 가열실(40) 안쪽으로 밀리게 되어, 각 압축 행정에 의해 생성된 고온의 압축공기는 분사기(21)의 단부 영역 또는 연료 저장 섹션(21b)을 가열시키고, 이로써 분사기의 저장 섹션에 저장된 연료의 온도를 증가시킨다. 이 결과, 상기 국제 출원에 상세히 설명된 바와 같이, 단부 영역(21b)의 연료는 가열되어, 연료를 분사기(21)에서 뿜어내자마자, 분사기(21)를 떠날 때 겪게 되는 연료의 압력 변화와 상승 온도로 인해 연료는 즉시 증기 상태로 변환된다. 따라서, 연료는 연소실(16) 내의 연소에 이상적인 상태로 있게 되어 연료가 절약되며, 상기 국제 출원에 상세히 설명된 기타 이점을 제공한다.

엔진의 작동 사이클 동안, 공기는 피스톤(32)의 흡입 행정 동안 흡입구(12)를 통해 유입된다. 그 후, 공기는 피스톤의 압축 행정에 의해 압축되고, 피스톤이 상사점(top dead centre)에 근접할 때, 연료는 분사기(21)로부터 내뿜어진다. 그러므로 압축 행정에서의 공기 압축은 기화 연료의 온도를 증가시켜 점화를 유발한다. 실제로 공기는, 분사기(21)에서 연료가 내뿜어지기 전에 전체적으로 압축되기 때문에, 실제로 기화 연료는 가열실(18)에 전혀 진입하지 못한다. 게다가, 연료는 분사기를 떠나는 즉시 기화상태로 변환하기 때문에, 내뿜어진 연료는 모두 연소에 이용되므로 효율을 크게 향상한다.

도 2의 실시 예에서, 구멍(18)의 단부(42)는 O-링 형상의 밀봉재(50)에 의해 밀봉된다. 상기 O-링 형상의 밀봉재(50)는 필요 시 적절한 플레이트(미도시) 또는 다른 장치를 이용하여 적절한 장소에 수용될 수 있다.

도 5는 다른 실시 예를 도시하고 있으며, 유사한 참조번호는 앞서 설명된 것과 유사한 구성요소를 가리킨다. 본 실시 예에서, 칼라(25)는 도 4A, 4B 및 4C에 도시된 형태로 이루어져 있다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 칼라는 고리모양 링이며, 슬롯(slots)(51)(도 4C참조)은 고리모양 링(25)의 측벽을 잘라내어 형성하며, 이로써 연소실(16) 내부의 압축 가스가 가열실(40) 내부로 통과할 수 있도록 하는 통로를 제공하게 된다. 본 실시 예에서, 단부(42)는 도 7 및 7A에 도시된 형태의 일반적인 고리모양의 밀봉 플레이트(60)에 의해 밀봉된다. 플레이트(60)는 고리 모양의 형상을 가지며, 두 개의 러그(lugs)(61)를 구비한다. 상기 러그(61)는, 완전히 대향 되게(diametrically opposed) 배치되며, 홀(63)을 구비한다. 상기 홀(63)은, 볼트(70)가 홀(63)과 연료 분사기(21) 상의 플랜지(21c)를 통과하도록 함으로써, 분사기(21)는 헤드(10)에 고정되고 또한 가열실(40)의 단부는 밀봉된다.

도 6에서, 칼라(25)는 도 3A, 3B 및 3C에 도시된 형태를 이루며, 앞서 설명된 홀(27)은 칼라(25)의 측벽에 제공되어, 압축 가스가 가열실(40) 및 연소실(16) 사이를 통과하는 것을 용이하게 한다.

본 실시 예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 밀봉 플레이트(42)는 도 7에 도시된 것과 평면도에 있어 유사하다. 그러나 도 8A에 도시된 횡단면도에서, 플레이트(42)는 내부 하향 돌출 벽(65)을 구비하고, 상기 돌출 벽(65)은 구멍(18) 내부에 배치된 테이퍼 형상의 외부 단부(67)를 구비한다. 또한, 플레이트(42)는, 홀(63)을 통과하는 볼트(70)에 의해 적소에 고정되고 헤드(10) 내부로 나사 결합 된다.

도 9a는 밀봉부가 도 2에 도시된 형태의 O-링 형상을 갖는 또 다른 실시 예를 도시하고 있다.

도 10 내지 12는 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시하고 있다. 도 10은 석유 또는 가솔린 형태의 엔진에 이용되는 전형적인 종래의 분사기를 도시하고 있으며, 상기 종래의 분사기는 차량 엔진(101)의 흡입 매니폴드(101a)의 분사기 포트(100)(도 12 참조)에 배치된다.

도 10의 분사기는 단부 영역(110)과 동작 섹션(111)을 구비한다. 상기 동작 섹션(111)은, 축을 단부 영역(110) 내의 시트(seat)로부터 멀리 이동시킬 수 있도록 분사기(111)를 동작시키기 위한 코일, 축 등과 같은 전자식 작동 부품을 수용하여, 분사기에 전기신호를 공급하는 차량 관리 시스템(미도시)의 제어하에, 연료를 공지 방식으로 분사기에서 뿜어낸다.

종래의 시스템에서는, 단부 영역(110)을 분사기 포트(100) 내에 배치하고 스페이서 또는 O-링에 의해 분사기 포트의 벽(114)과 분리시킨다. 이는 특히, 분사기 단부 영역을 비교적 차갑게 유지하기 위한 것이며, 이로써 분사기 단부 영역 내의 연료 또한 비교적 차갑게 유지된다. 따라서, 종래의 시스템에서, 분사기 포트 벽(114)에서 종래의 분사기의 단부 영역(110)으로 향하는 열 전도는 없다.

도 11에 도시된 본 발명의 일 측면에 따른 바람직한 실시예에 따른 분사기는, 단부 영역(110')이 확장 형성되어 분사기 포트(100)의 벽(114)과 열 접촉하는 것을 제외하고는, 도 10에 도시된 분사기와 동일하다. 따라서, 엔진의 열은 벽(114)에서 단부 영역(110')으로 전도되고, 그 결과, 도 12의 참조번호 112로 개략적으로 도시된 연료 저장 섹션에 전도된다. 따라서, 연료가 상승 온도로 가열됨으로써, 연료는 분사기에서 뿜어질 때, 분사기를 떠나 겪게 되는 연료의 압력 변화와 상승 온도로 인해 증기로 변환된다. 따라서, 연료는 앞서 설명된 바와 같이 챔버(101b) 내부의 연소에 이상적인 상태로 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서, 확장된 단부 영역(110')은 바람직하게 실린더 형상 또는 디스크 형상을 갖는다. 그러나 기타 다른 형상은, 분사기 포트(100)의 형상에 좌우되며, 앞서 설명된 방식으로 엔진(101)에서 단부 영역(110')으로 직접 열을 전도하여 연료를 가열하는 개념과 일치한다.

단부 영역(110)은, 일반적으로 고체 금속 단부 영역 또는 다른 전도성 물질로 이루어지며, 상술한 설명에서 명백해진 것처럼 분사기의 단부 영역의 일체식 부품이다. 따라서, 상기 단부 영역(110)은 외부 벽(118)을 구비하며, 확장 단부 영역(110)은 챔버(115)에 이르기까지 고체 물질이다. 따라서, 열은 분사기 포트(100)의 벽(114)에서 단부 영역(110')의 벽(118)에 쉽게 전도되며, 저장 섹션(115) 내부의 연료에 쉽게 전도된다.

따라서, 본 발명의 작동 동안, 단부 영역(110')은 계속 가열되어, 엔진 동작 중 실제로는 항상, 저장 섹션(115)의 연료를 상승된 온도로 유지하게 된다.

따라서, 엔진 흡입구(100)의 표준 크기에 대한 어떠한 변형이나 간섭도 필요 없으며, 분사기는 자체로 특정의 치수를 이룸으로써 분사기 포트에 끼워 맞춤식으로 열 접촉하여 열을 전달한다. 따라서, 흡입구(100)는 아무 변형 없이 표준형으로 유지될 수 있으며, 게다가 분사기 그 자체는 모든 특징을 포함하여 분사기 내부의 연료에 열을 전달하게 된다. 따라서, 부품의 양은 최소화되며, 실제 부품의 양은, 분사기를 흡입구(100)로부터 이격시킨 표준형 연료 분사기 시스템보다 많지 않다.

차가운 상태에서 엔진을 시동하는 초기의 엔진 시동시, 확장 단부 영역(110')은 또한 전기 히터를 구비하여, 엔진으로부터 분사기 포트(100)의 벽(114)을 통해 열을 전도하는 방식으로, 단부 영역을 상승 온도로 더 빨리 가열할 수 있는데, 이는, 엔진이 충분히 따뜻해져 단부 영역(110')을 상승 온도로 유지시키고 그 결과 연료를 상승 온도로 유지시킬 때까지 수행된다. 본 발명의 실시예에서, 전기 가열 소자는 단부 영역(110')과 결합 될 것이며, 일반적으로는 동시 계류중인 본 출원인의 국제 출원 제PCT/AU 03/01156호(그 기재내용은 참조로써 본 출원의 명세서에 편입됨)에서 설명된 바와 같이 동작할 것이다. 상기 국제 출원의 교시내용에 따르면, 전기 가열은 온도가 요구 온도까지 상승하면 스위칭 '오프' 되지만, 엔진의 동작 동안 어떤 이유로 인해 단부 영역(110')이 요구 온도 이하로 떨어지면 다시 스위칭 '온' 될 수 있다.

도 12에서 명백히 알 수 있는 것처럼, 분사기의 동작 섹션(111)은 비교적 보다 차가운 환경에서 유지되므로, 벽(114)으로부터 직접 열을 전달하여 단부 영역(110')을 가열시켜도, 동작 섹션(111)에서는 그 전자 부품의 고장을 유발하게 될 과열은 발생하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에서, 단부 영역(110')은, 도 11에 도시된 바와 같이 O-링(121)을 수용하기 위한 그루브(120)를 구비하며, 이에 의해 분사기 포트(100) 내부에서의 확장 단부 영역(110')의 밀봉은 용이 해진다.

도 13은 엔진의 실린더에 직접 연료를 분사시키는데 이용된 종래의 분사기를 도시한 도면이다. 공지된 바와 같이, 이러한 분사기는, 동작 부품을 배치한 몸체와, 분사기 포트(18) 내부에 배치한 단부 영역(130)을 구비한다. 상기 분사기는 포트 내부에서 밀봉재(142)에 의해 밀봉되어 배출가스가 분사기 포트 내부로 이동하는 것을 방지한다.

도 1 내지 도 9b의 실시예들과 관련하여 명확해진 바와 같이, 상술한 종래 시스템에서, 밀봉재(142)에 대응하는 포트의 단부는 개방되어 있으며 이로써 배출가스는 분사기 포트 안쪽으로 이동하여 단부 영역(130)을 가열할 수 있게 된다.

도 14는 도 1 및 도 9b의 개념을 더욱 쉽게 실현할 수 있는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형된 형태의 분사기, 특히 디젤 엔진용 분사기(석유 엔진에도 이용될 수 있음)를 도시하고 있다.

도 14의 실시 예에서, 분사기는 동작 부품을 배치한 몸체(132')와, 도 13의 분사기 보다 약간 좁은 폭을 갖는 단부 영역(130')과, 실린더 헤드(10)의 외부 벽(133) 상에 얹혀져 분사기 포트(18)를 밀봉시킬 수 있는 쇼울더(131)를 구비하고 있다. 상기 쇼울더(131)는, 연료를 뿜어내는 단부(29)로부터 이격 되어 배치된 단부 영역(130)의 제 2 단부에 형성된다. 상기 쇼울더(131)는 고리모양 벽의 형태를 이루며, 상기 고리모양 벽은 분사기(18)의 주변부에서 실린더 헤드(10)의 외부 벽(133)의 일부에 얹혀져 있다. 쇼울더(131)는, 금속일 수 있으며, 또는 밀봉 가스킷-형태 물질을 구비하여 벽(133)에서 포트(140)의 주변부와 효과적으로 밀봉될 수 있다. 분사기 포트(18)의 내부 단부(135)는 개방되어 있으며, 이로써 배출 가스는 포트(18)와 챔버(40) 내부로 이동하여, 도 1 내지 도 9b를 참조하여 설명한 바와 같이, 단부 영역(130')을 둘러싸면서 가열할 수 있다. 쇼울더(131)에 의한 밀봉은, 배출 가스가 도 14에서 분사기를 통과하여 포트(18)를 통해 대기 중으로 달아나는 것을 방지한다.

본 발명의 사상과 범위 내에서 이루어진 변형은 당해 기술분야의 전문가에 의해 용이하게 달성될 수 있는 것이므로, 본 발명은 전술한 예를 통해 설명한 특정한 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.

하기의 청구범위와 상술한 본 발명의 설명에 있어서, 특히 명시된 언어 또는 필요한 암시로 인해 문맥상 달리 필요로 하는 것을 제외하고는, "포함하는"이라는 용어 또는 "포함하며" 또는 "포함한" 등의 변형어는, 포괄적 의미로, 즉 전술한 특징의 존재를 명시하고 있지만 본 발명의 다양한 실시예의 또 다른 특징의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 의미로 사용된다.

Claims

연소실, 상기 연소실 내부에서 이동가능한 피스톤, 공기 흡입구, 및 배출구를 구비한 엔진용 연료 공급 시스템에 있어서,

상기 연소실과 소통하는 제 1 개방 단부와 상기 제 1 단부로부터 이격된 제 2 단부를 구비하고 있으며, 구멍 벽을 구비한 엔진 내부의 구멍;

상기 구멍 내부에 배치되며, 상기 연소실 내부로 연료를 직접 분사하기 위해 상기 제 1 단부에 인접하게 배치된 분사 팁을 구비하며, 연료 분사기로부터 내뿜을 연료를 저장하는 연료 저장 섹션과 상기 연료 분사기를 동작시켜 분사기의 팁으로부터 연료를 내뿜는 동작 섹션을 구비한 상기 연료 분사기;

폐쇄 상태에 있는 상기 구멍의 제 2 단부;

상기 구멍 벽, 상기 구멍의 폐쇄된 제 2 단부, 및 상기 분사기에 의해 정의되는 가열실; 및

상기 연료 저장 섹션이 가열실 내부에 배치되도록 상기 구멍 내부에 배치되는 상기 분사기를 포함하여 구성되며,

상기 피스톤의 압축 행정 동안, 상기 연소실 내부의 가스는 상기 구멍의 제 1 개방 단부를 통해 상기 가열실 안쪽으로 압축되고 강제되며, 이로써 연료 저장 섹션 내부의 연료 온도를 상승시키기 위해 상기 분사기의 연료 저장 섹션을 가열하게 되고, 연료가 상기 분사기를 떠나 가열실로 유입될 때 겪게 되는 압력 변화와 가열로 인해, 연료는 상기 분사기를 떠나자마자 실제로는 곧 바로 기화 상태로 변환하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 분사기는, 연료 압력에 의해 작동하는 기계식 동작 섹션을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 분사기는 전자식 동작 섹션을 구비하며, 상기 전자식 동작 섹션은, 가열실 내부의 가열로 인해 분사기의 전자식 동작 섹션이 손상되는 것을 방지하기 위해 가열실의 외관을 이루는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 구멍는 분사기의 단부를 수용하는 내향 플랜지와 상기 플랜지 위에 배치된 칼라를 구비하여, 구멍 내부에서 분사기를 약간 들어올리게 되고, 실린더 내부의 압축 가스가 가열실 내부로 통과할 수 있게 하는 통로를 제공하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 구멍의 제 2 단부는 밀봉 소자에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 밀봉 소자는, 팁으로부터 이격시켜 분사기 상에 형성함으로써 상기 구멍의 제 2 단부를 밀봉시키는 쇼울더인 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 칼라는, 일반적인 고리모양 링을 구비하며, 연소실에서 가열실로 그리고 그 반대로 가열실에서 연소실로 가스 통과를 용이하게 하는 틈새 또는 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
차량 엔진의 실린더로 연료를 공급하기 위한 연료 공급 시스템용 연료 분사기에 있어서,

단부 영역을 구비한 분사기 몸체로서, 상기 분사기로부터 내뿜을 연료를 저장하는 연료 저장 섹션 및 상기 분사기를 작동시켜 상기 단부 영역에서 연료를 내뿜게 하는 동작 섹션을 포함하여 구성된 상기 분사기 몸체; 및

상기 분사기가 상기 실린더로 연료를 공급하는 동작 중일 때, 상기 분사기의 단부 영역을 실제로는 계속 가열시켜 상기 단부 영역을 소정 온도로 유지하고 그 결과 연료 저장 섹션 내의 연료도 소정 온도로 유지함으로써, 분사기를 떠날 때 겪게 되는 연료의 압력 변화와 상승 온도로 인해, 연료를 분사기에서 내뿜을 때 곧 바로 기화 상태로 변환하는 가열 부품을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료 분사기.
제 8 항에 있어서, 상기 가열 부품은 분사기의 확장 단부 영역을 포함하며, 상기 분사기는 특정의 치수로 이루어져, 상기 분사기가 차량 엔진의 분사기 포트 내부로 삽입될 때 상기 확장 단부 영역은 상기 분사기 포트를 한정하는 벽과 열 접촉하게 됨으로써, 엔진으로부터 상기 확장 단부 영역에 직접 열 전도 방식으로 열이 전달되고 그 결과 연료 저장 섹션의 연료에 열이 전달되는 것을 특징으로 하는 연료 분사기.
실린더와, 벽을 구비한 분사기 포트를 포함하여 구성된 차량 엔진용 연료 전달 시스템에 있어서,

단부 영역을 구비하여 형성된 방출기 몸체를 갖는 분사기로서, 상기 단부 영역은, 상기 분사기로부터 내뿜을 연료를 저장하는 연료 저장 섹션과 상기 분사기를 작동시켜 상가 단부 영역으로부터 연료를 내뿜는 동작 섹션을 포함하는 상기 분사기; 및

상기 분사기의 단부영역으로서, 상기 분사기는 특정의 치수로 이루어져 상기 분사기 몸체의 단부 영역의 적어도 일부를 분사기 포트의 벽과 열 접촉하게 함으로써, 차량 엔진의 작동 중, 분사기 포트의 벽을 거쳐 엔진으로부터 상기 분사기의 확장부분에 열을 전도하고 이로써 연료 저장 섹션의 연료는 가열되어, 연료가 분사기로부터 내뿜어질 때, 분사기를 떠날 때 겪게 되는 연료의 압력 변화와 상승 온도로 인해 연료는 곧 바로 기화 상태로 변환하는 상기 단부 영역을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료 전달 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 단부 영역은 외부 벽을 구비하며, 상기 단부 영역은 특정의 치수로 이루어져, 상기 외부 벽이 실제로는 그 전체가 상기 분사기 포트의 벽과 접촉하게 하는 것을 특징으로 하는 연료 전달 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 단부 영역은 실제로는 실린더 또는 디스크 형상이며, 상기 분사기 포트의 벽 실제로는 그 전체와 접촉하는 외부 벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전달 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 단부 영역은, 분사기 포트에서 상기 단부 영역을 밀봉하기 위한 밀봉재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전달 시스템.
엔진의 실린더로 연료를 공급하기 위한 연료 전달 시스템용 분사기로서, 상기 엔진이 분사기를 수용하기 위한 분사기 포트를 구비한 상기 분사기에 있어서,

분사기 몸체;

상기 분사기 몸체로부터 연장하며, 상기 분사기로부터 내뿜어질 연료를 저장하며, 상기 연료를 내뿜는 제 1 단부와, 제 2 단부를 구비한 단부 영역;

상기 단부 영역이 분사기 포트 내부에 배치될 때, 가열실이 상기 분사기의 상기 단부 영역과 상기 분사기 포트의 벽 사이에 배치되도록 하는 특정의 치수로 이루어진 상기 단부 영역;

밀봉재를 구비하지 않아, 상기 분사기가 분사기 몸체 내부에 배치되어 있고 상기 엔진이 작동 중일 때, 배출 가스를 상기 제 1 단부를 지나 가열실 내부로 이동시킬 수 있는 상기 분사기의 제 1 단부; 및

상기 단부 영역의 제 2 단부에 인접하게 배치되어, 상기 분사기 포트 내부의 분사기를 밀봉시키는 밀봉재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 분사기.
제 14 항에 있어서, 상기 밀봉재는 상기 제 2 단부에 배치된 쇼울더에 의해 형성되며, 상기 쇼울더는 상기 분사기 포트를 내부에 형성한 엔진의 외부 벽의 일부에 얹혀지도록 상기 단부 영역과 상기 분사기 몸체 사이에서 경계를 형성하는 것을 특징으로 하는 분사기.
제 15 항에 있어서, 상기 쇼울더는, 상기 분사기 포트의 주변부에서 엔진의 외부 벽의 일부 위에 얹혀지는 테이퍼 형상의 고리모양 벽인 것을 특징으로 하는 분사기.