KR20090012056A - 연료용 분사 노즐 - Google Patents

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KR20090012056A
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라이너 슐츠
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베르트질레 슈바이츠 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 노즐 본체(2), 상기 노즐 본체(2)에 연결되고, 길이방향 보어(5), 및 연료를 상기 디젤 엔진의 연소 공간으로 분사하기 위해 상기 길이방향 보어에서 시작된 하나 이상의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 구비하는 노즐 헤드(3)를 포함하는, 디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진에서 연료의 분사를 위한 분사 노즐을 제공한다. 상기 분사 노즐은, 상기 노즐 본체(2) 내에 배치되는 밸브 니들(6), 및 상기 길이방향 보어(5) 및 상기 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)에 대한 연료 공급을 제어하기 위해 상기 밸브 니들과 함께 작용하는 밸브 시트(7)를 더 포함한다. 상기 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 개폐시키기 위해, 밸브 스풀(14, 14')이 상기 노즐 헤드(3)의 상기 길이방향 보어 내에 추가로 구비되며, 상기 밸브 스풀(14, 14')에, 상기 밸브 스풀(14, 14')을 상기 밸브 니들(6)에 대해 적시에 이격시켜 작동시키기 위해, 자체 액추에이터(8.2, 8.3, 9.2, 9.3, 15)가 구비된다.
Figure P1020080061606
노즐 본체, 길이방향 보어, 노즐 애퍼처, 노즐 헤드, 분사 노즐, 밸브 니들, 밸브 시트, 밸브 스풀, 액추에이터.

Description

연료용 분사 노즐{AN INJECTION NOZZLE FOR FUEL}
본 발명은, 노즐 본체, 상기 노즐 본체에 연결되어 있고, 길이방향 보어, 및 연료를 상기 디젤 엔진의 연소 공간으로 분사하기 위해 상기 길이방향 보어에서 시작된 하나 이상의 노즐 애퍼처를 구비하는 노즐 헤드, 상기 노즐 본체 내에 배치되어 있는 밸브 니들, 및 상기 길이방향 보어 및 상기 노즐 애퍼처에 대한 연료 공급을 제어하기 위해 상기 밸브 니들과 함께 작용하는 밸브 시트를 포함하는, 디젤 엔진의 연료 분사용 분사 노즐 및 디젤 엔진에 관한 것으로서, 특히 이러한 종류의 하나 이상의 분사 노즐을 구비하는 2행정 대형 디젤 엔진에 관한 것이다.
예를 들면 선박 및 발전 시설에 사용되는 종래 구조의 몇몇 디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진에서, 노즐 본체 및 노즐 본체에 연결된 노즐 헤드를 포함하는 분사 노즐이 사용되는데, 노즐 헤드는 길이방향 보어와 하나 이상의 노즐 애퍼처를 구비하며, 하나 이상의 노즐 애퍼처는 길이방향 보어에서 시작되어, 디젤 엔진의 실린더에 배치된 연소 공간으로 연료를 분사한다. 이러한 종류의 분사 노즐은, 노즐 본체의 내부에 배치된 밸브 니들, 및 밸브 니들과 함께 작용하여 길이방향 보어와 노즐 애퍼처로의 연료 공급을 제어하는 밸브 시트를 더 포함한다.
연료 분사 노즐의 밸브 시트는, 분사 고압으로부터 발생되는 압력 하중에 견딜 수 있도록 충분히 강하게 지지되어야 하기 때문에, 통상적으로 노즐 애퍼처로부터 이격되어 배치된다. 이것은, 비교적 큰 공간을 차지하는 견고한 구조를 필요로 한다. 그러나, 통상적으로 실린더당 복수개의 분사 노즐이 배치되기 때문에, 연소 공간에 바로 인접하여 위치된 분사 노즐의 영역을 견고하게 디자인하는 것은 공간상의 이유로 어려울 것이다. 더욱이, 2행정 대형 디젤 엔진 내의 실린더 헤드는 통상적으로 두꺼워서, 연료 분사 노즐의 밸브 시트가 통상적으로 노즐 애퍼처로부터 이격되어 배치되지 않으면, 분사 노즐의 이러한 영역은 거의 냉각되지 않아, 작동시에 매우 높은 온도에 노출될 것이다. 밸브 시트와 대응 노즐 애퍼처 사이의 적절한 거리는, 밸브 시트가 작동시에 지나치게 고온으로 되지 않고 모든 작동 상태에서 적절하게 작용하는 것을 확실하게 한다.
상술한 구성 방식으로 인해, 밸브 니들의 폐쇄 후의 노즐 헤드의 길이방향 보어 내에 남아 있는 연료의 양은 상당히 많다. 길이방향 보어 내에 남아 있는 연료는 가열되고, 팽창 단계에서 압력의 감소로 인하여 연소 공간으로 이탈될 수 있다. 이러한 시점에서, 연소 공간 내의 온도는 이미 더 이상 완전한 연소에 충분하지 않도록 낮아질 수 있다. 시험에 따르면, 길이방향 보어에 남아 있는 연료의 양은 디젤 엔진의 매연 방출에 상당한 영향을 가진다는 것이 입증되었다.
노즐 헤드를 구비한 분사 노즐이 WO 93/07386에 기술되었는데, 노즐 헤드는 길이방향 보어, 노즐 애퍼처, 및 밸브를 포함하며, 밸브는 밸브 시트, 및 폐쇄부를 포함하여, 노즐 헤드와 노즐 애퍼처로의 연료의 공급을 개시 또는 종료시킨다. WO 93/07386에 따른 분사 노즐은 또한, 노즐 애퍼처를 개방 및 폐쇄시키기 위해 밸브의 폐쇄부에 고정 연결된 밸브로서 형성된 폐쇄 부재를 포함한다. 추가 폐쇄 부재를 사용하여, 팽창 단계에서 노즐 헤드의 길이방향 보어로부터 연료가 바람직하지 않게 이탈하는 것이 방지될 수 있다. 밸브의 폐쇄부와 추가 폐쇄 부재 사이를 고정 연결하는 데에는 높은 제조 공차를 필요로 하며, 밸브의 밸브 시트와 노즐 애퍼처에서의 단면 형상은, 연료 압력이 슬리브를 지나치게 팽창시켜 슬리브를 손상시키지 않도록, 서로 정밀하게 매칭되어야 한다.
본 발명의 목적은, 디젤 엔진에서 연료의 분사를 위한 분사 노즐을 이용할 수 있게 하고, 특히, 2행정 디젤 엔진에서, 제조하기 쉽고, 밸브의 밸브 시트의 단면 형상과 노즐 애퍼처의 단면 형상 사이의 엄격한 매칭을 필요로 하지 않는 폐쇄부 및 폐쇄 부재를 이용할 수 있게 하는 것이다. 다른 목적은, 이러한 종류의 하나 이상의 분사 노즐을 구비하는 디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진을 이용할 수 있게 하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 기재된 분사 노즐, 및 청구항 10에 기재된 디젤 엔진에 의해 충족된다.
디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진에서 연료의 분사를 위한 본 발명에 따른 분사 노즐은, 노즐 본체, 상기 노즐 본체에 연결되고, 길이방향 보어, 및 연료를 상기 디젤 엔진의 연소 공간으로 분사하기 위해 상기 길이방향 보어에서 시작된 하나 이상의 노즐 애퍼처를 구비하는 노즐 헤드를 포함한다. 상기 분사 노즐은, 상기 노즐 본체 내에 배치되는 밸브 니들, 및 상기 길이방향 보어 및 상기 노즐 애퍼처에 대한 연료 공급을 제어하기 위해 상기 밸브 니들과 함께 작용하는 밸브 시트를 더 포함한다. 상기 노즐 애퍼처를 개폐시키기 위해, 밸브 스풀이 상기 노즐 헤드의 상기 길이방향 보어 내에 추가로 구비되며, 상기 밸브 스풀에, 상기 밸브 스풀을 상기 밸브 니들에 대해 적시에 이격시켜 작동시키기 위해, 자체 액추 에이터가 구비된다.
상기 노즐 애퍼처를 개폐시키기 위한 상기 밸브 스풀은 바람직하게는 상기 노즐 헤드의 길이방향으로 이동될 수 있고/또는 상기 노즐 헤드에 대해 회전될 수 있다.
상기 밸브 스풀은 예를 들면 슬리브, 또는 슬리브의 일부, 또는 원통형부, 또는 원통형부의 일부로서 형성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 밸브 스풀의 상기 액추에이터는 전기, 공기 또는유압 액추에이터, 예를 들면 길이방향 피스톤 또는 회전식 스풀을 위한 유압 드라이브로서 형성된다. 상기 밸브 스풀의 상기 액추에이터는, 공급된 연료의 압력으로 상기 밸브 스풀을 제어하기 위해, 상기 분사 노즐에 대한 연료 공급기에 연결될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 상기 밸브 스풀의 상기 액추에이터는, 상기 밸브 스풀, 또는 길이방향 피스톤, 또는 회전식 스풀용 유압 드라이브를 시동 위치 또는 휴지 위치로 보낼 수 있는 리셋 스프링을 포함한다.
바람직한 변형예에서, 상기 분사 노즐은 상기 노즐 본체 및/또는 상기 냉각 헤드를 포함한다. 상기 회로는 예를 들면 연료용으로 디자인되고, 필요시에는 감압된 압력으로 연료 시스템에 연결될 수 있다. 다른 바람직한 변형예에서, 상기 분사 노즐은, 상기 밸브 스풀의 작동을 제어하고/또는 상기 분사 노즐에 대한 연료 공급을 제어하며/또는 존재한다면, 상기 노즐 본체 및/또는 상기 노즐 헤드를 냉각시키기 위한 회로를 제어하기 위해, 상기 분사 노즐의 상부 부분 또는 영역에 배치될 수 있는 제어 밸브를 포함한다.
본 발명은, 상술한 실시예 및 변형예 중 하나 이상에 따른 연료 분사용 하나 이상의 분사 노즐을 구비하는 디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진을 더 포함한다.
상술한 분사 노즐에서, 노즐 헤드의 길이방향 보어 내의 밸브 스풀로 인해, 또한 상기 밸브 스풀용 별도의 액추에이터로 인해, 팽창 단계에서의 노즐 헤드의 길이방향 보어로부터의 연료의 바람직하지 않은 이탈을 피할 수 있다. 따라서, 팽창 단계에서의 연료의 불완전한 연소로 발생될 수 있는 매연이 없다. 상술한 분사 노즐에서, 밸브 니들과 밸브 스풀 사이가 고정 연결되지 않기 때문에, 길이방향 보어 내에서 밸브 니들로부터 밸브 스풀로 응력이 전달되지 않아, 밸브 스풀은 보어 내에서 자유롭게 이동될 수 있다. 밸브 스풀을 위한 별도의 액추에이터로 인해, 상술한 분사 노즐은, 길이방향 보어가 연료 압력에 노출되는 한 밸브 스풀이 거의 또는 전혀 이동되지 않도록 제어된다.
실시예 및 변형예에 대한 상기 설명은 단순히 예일 뿐이다. 다른 바람직한 실시예를 종속항 및 도면으로부터 볼 수 있다. 더욱이, 상술한 실시예 및 변형예의 개별적 특징은 본 발명의 범위 내에서 서로 결합되어 새로운 실시예를 형성할 수 있다.
다음에서 본 발명은 실시예 및 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은, 디젤 엔진 특히 2행정 대형 디젤 엔진에서 연료를 분사하기 위한 종래의 분사 노즐(10)의 길이방향 단면도이다. 분사 노즐(10)은, 노즐 홀더(1), 실 린더 보어를 가진 노즐 본체(2), 및 길이방향 보어(5)와 노즐 애퍼처(4)를 구비하는 노즐 헤드(3)를 포함하며, 노즐 애퍼처(4)는 디젤 엔진의 연소 공간으로 연료를 분사하기 위해 길이방향 보어로부터 시작된다. 분사 노즐(10)은, 실린더 기저부 내에 이동 가능하게 배치되는 피스톤(8), 도 1에 도시된 분사 노즐에서 피스톤(8)에 형성되는 밸브 니들(6), 밸브 니들(6)의 연장부에 배치되는 밸브 시트(7), 피스톤(8)의 연장부에 배치되는 푸시 로드(11), 및 스프링 힘이 푸시 로드(11)를 통해 피스톤(8)으로 전달되는 압력 스프링(9)을 더 포함한다. 분사 노즐에서의 연소 압력이 낮은 한, 피스톤(8)에 연결되는 밸브 니들(6)은 밸브 시트(7)에 대해 눌려져, 노즐 헤드(3)로의 연료 공급은 중단된다.
도 2의 (a)는, 디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진에서 연료를 분사하기 위한, 본 발명에 따른 분사 노즐의 실시예의 길이방향 단면도이다. 분사 노즐은, 노즐 본체(2), 및 노즐 본체(2)에 연결되고 길이방향 보어(5)와 하나 이상의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 구비하는 노즐 헤드(3)를 포함하며, 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)는 디젤 엔진의 연소 공간으로 연료를 분사하기 위해 길이방향 보어에서 시작된다. 분사 노즐은, 노즐 본체(2) 내에 배치되는 밸브 니들(6), 및 길이방향 보어(5) 및 하나 이상의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)로의 연료 공급을 제어하기 위해 밸브 니들과 함께 작용하는 밸브 시트(7)를 더 포함한다. 분사 노즐에서, 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 개폐시키기 위해 노즐 헤드(3)의 길이방향 보어에 밸브 스풀 또는 슬라이드 밸브(14)가 추가로 구비된다. 밸브 스풀(14)은 바람직하게는 노즐 헤드의 길이방향으로 이동될 수 있고, 밸브 니들(6)에 대해 이격된 시간에 밸브 스풀(14)을 작동 시키기 위해, 밸브 스풀(14)에 자체 액추에이터(8.2, 9.2, 15)가 구비된다.
도 2의 (a)에 도시된 실시예의 분사 노즐은 자주, 간결성의 목적으로 도 2의 (a)에서 생략된 노즐 홀더/또는 예를 들면 노즐 본체(2) 내의 실린더 보어 내에 이동 가능하게 배치되고, 작동시에 필요하면 밸브 니들(6)과 연결되는 피스톤(8.1)/또는 분사 중지 및 휴지 상태에서 피스톤(8.1)과 밸브 니들(6)을 밸브 시트(7)에 대해 눌러 노즐 헤드(3)로의 연료 공급을 중단시키기 위해 필요시에는 스프링 힘이 피스톤(8.1) 및/또는 밸브 니들(6)에 작용하는 복귀 스프링(9.1)을 더 포함할 수 있다. 바람직한 변형예에서, 연료 공급기(12)를 통하여 공급된 연료의 압력이 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1)에 작용하여, 피스톤에 의해 밸브 니들(6)을 밸브 시트(7)로부터 분리시켜 노즐 헤드(3)로 연료를 공급할 수 있다.
밸브 스풀(14)은, 예를 들면 도 2의 (a)에 도시되었듯이, 슬리브로서 형성되거나, 필요시에는, 슬리브의 일부로서, 또는 원통형부 또는 원통형부의 일부로서 형성될 수 있고, 필요시에는 하나 이상의 애퍼처가 슬리브 또는 상기 부붐들에 형성되며, 하나 이상의 애퍼처는, 밸브 스풀(14)의 분사 위치에서 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)로 연료를 공급한다.
바람직한 실시예에서, 밸브 스풀(14)의 액추에이터는 유압 액추에이터로서형성되는데, 예를 들면 밸브 니들(6)에 이동 가능하게 배치되고/또는 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)에 이동 가능하게 배치되는 길이방향 피스톤(8.2)으로서 형성된다. 액추에이터의 유압 액추에이터는, 본 실시예에서, 예를 들면 도 2의 (a)에 도시되었듯이 길이방향 피스톤(8.2)의 이동이 핀(15)을 통해 밸브 스풀로 전달된다 는 점에서, 밸브 스풀(14)과 작동 가능하게 연결된다. 핀(15)은 예를 들면 밸브 니들(6)의 길이방향 보어 내에서 이동 가능하게 안내될 수 있다. 밸브 스풀의 액추에이터는, 공급된 연료의 압력에 의해 밸브 스풀(14)을 작동시키기 위해, 필요시에는 예를 들면 밸브 니들(6)의 보상 애퍼처(13)를 통해 분사 노즐의 연료 공급기(12)에 연결될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 밸브 스풀(14)의 액추에이터는, 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 폐쇄시키기 위해, 밸브 스풀 또는 길이방향 피스톤(8.2)이 시동 위치 또는 휴지 위치로 올 수 있게 하는 복귀 스프링(9.1)을 포함한다. 밸브 니들(6)과 밸브 스풀(14)의 액추에이터가 모두 공급된 연료의 압력에 의해 작동되면, 밸브 니들(6)의 복귀 스프링(9.1)의 스프링 상수 및 스프링 힘은 밸브 스풀(14)의 복귀 스프링(9.2)의 스프링 상수 및 스프링 힘과 적절하게 매칭되어, 밸브 니들(6)이 이동하기 전에 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)가 밸브 스풀에 의해 자유롭게 되고, 노즐 헤드(3)에 대한 연료 공급기가 개방된다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)은, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)의 전방부와 밸브 니들의 일부를 둘러싸는 노즐 본체(2)에 형성되는 공동에 분사 노즐의 연료 공급기(12)를 연결하는 나선형 홈(8.1)을 포함한다. 이러한 방식으로, 피스톤(8.1)은 작동 시에 중심이 잡히며 윤활되고, 동시에 공동 내의 압력 상승은 연료 공급 시에 하강되어, 그 결과, 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)의 작동이 지연될 수 있다.
도 2의 (a)의 실시예의 도움을 받아 다음에서 분사 과정이 설명된다. 연료 공급기(12)를 통해 분사 노즐에 연료가 공급되면, 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1)의 전방부와 밸브 니들(6)의 일부를 둘러싸는 노즐 본체(2) 내에 형성되는 공동 내의 압력이 상승한다. 압력의 상승은 밸브 니들 내의 보상 애퍼처(13)를 통해 밸브 스풀(14)의 길이방향 피스톤(8.2)에 전달되고, 피스톤에 작용하는 연료 압력의 힘이 피스톤(8.2)에 작용하는 복귀 스프링(9.2)의 스프링 힘을 초과하자마자 길이방향 피스톤이 이동된다. 길이방향 피스톤(8.2)의 이동은 베어링 핀(15)을 통해 밸브 스풀(14)에 전달되고, 밸브 스풀 내의 개구가 노즐 헤드(3) 내의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)와 매칭되는 위치로 밸브 스풀이 이동된다. 중공 공간 내의 연료 압력이 더 증가되면, 피스톤에 작용하는 연료 압력의 힘이 피스톤에 작용하는 리세팅 스프링(9.1)의 스프링 힘을 초과하마자마자, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)이 이동된다. 따라서, 밸브 니들(6)은 밸브 시트(7)로부터 멀리 이동되어, 노즐 헤드(3) 및 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)로의 연료 공급이 개시된다. 노즐 애퍼처를 통해 나온 연료는 이제 디젤 엔진의 연소 공간으로 분사된다.
분사 노즐로의 연료 공급이 정지됨으로써 분사 과정이 종료된다. 이 경우에, 공동 내의 연료 압력이 강하되고, 피스톤에 작용하는 복귀 스프링(9.1)의 스프링 힘이 피스톤에 작용하는 연료 압력의 힘을 초과하자마자, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)이 밸브 니들(6)을 밸브 시트(7)에 대해 누른다. 따라서, 노즐 헤드(3)에 대한 연료 공급기가 닫힌다. 공동 내의 연료 압력이 더 강하되면, 길이방향 피스톤에 작용하는 복귀 스프링(9.2)의 스프링 압력의 힘이 길이방향 피스톤에 작용하는 연료 압력의 힘을 초과하자마자, 밸브 스풀의 길이방향 피스톤(8.2)이 이동된다. 이와 관련하여, 길이방향 피스톤(8.2)의 이동은 핀(15)을 통해 밸브 스풀(14)로 전달되고, 노즐 헤드(3) 내의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)가 닫히는 위치로 밸브 스풀이 이동된다. 이러한 이유로, 분사 과정이 완료될 때, 노즐 헤드의 길이방향 보어로부터 연료가 바람직하지 않게 나오는 것을 피할 수 있다.
도 2의 (b)는 본 발명에 따른 디젤 엔진 특히 2행정 대형 디젤 엔진에서 연료 분사용 분사 노즐의 제2 실시예의 길이방향 단면도이다. 도 2의 (b)에 도시된 실시예는 연료 공급기의 다른 디자인 및 추가적 변경에 의해, 도 2의 (a)에 도시된 실시예와 다른데, 오일 유출 라인(16, 16')이 구비된다. 제2 실시예에서, 분사 노즐은 노즐 본체(2)와 노즐 본체(2)에 연결되는 노즐 헤드(3)를 포함하는데, 노즐 헤드(3)는, 디젤 엔진의 연소 공간으로 연료를 분사하기 위해, 길이방향 보어, 및 길이방향 보어에서 시작되는 하나 이상의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 구비한다. 분사 노즐은, 길이방향 보어(5)와 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)로의 연료의 공급을 제어하기 위해, 노즐 본체(2) 내에 배치되는 밸브 니들(6), 및 밸브 니들과 함께 작용하는 밸브 시트(7)를 더 포함한다. 분사 노즐에서, 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 개폐시키기 위해, 밸브 스풀(14)이 노즐 헤드(3)의 길이방향 보어(5)에 추가로 구비된다. 밸브 스풀(14)은 바람직하게 노즐 헤드의 길이방향으로 이동될 수 있고, 밸브 스풀(14)을 밸브 니들(6)에 대해 적시에 이격시켜 작동시키기 위해, 밸브 스풀(14)에 자체 액추에이터(8.2)가 구비된다.
도 2의 (b)에 도시된 실시예의 분사 노즐은, 필요시에는, 간결성의 이유로 도 2의 (b)에서 생략된 노즐 홀더/또는 예를 들면 노즐 본체(2) 내에 있는 실린더 보어에 이동 가능하게 배치되고 밸브 니들(6)과의 작동을 위한 연결이 필요하면 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)/또는 연료의 분사 후 및 휴지 상태에서 밸브 니들(6)을 밸브 시트(7)에 대해 눌러 노즐 헤드(3)로의 연료 공급을 중단시키기 위해, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)에 필요시에 스프링 힘을 작용시키는 복귀 스프링(9.1)을 더 포함한다.
바람직한 실시예에서, 밸브 스풀(14)의 액추에이터는 유압 액추에이터(8.2)로서, 예를 들면 밸브 니들(6) 내에 및/또는 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1) 내에 이동 가능하게 배치되는 길이방향 피스톤(8.2)으로서 형성된다. 본 실시예에서, 액추에이터의 유압 액추에이터는, 도 2의 (b)에 도시되었듯이, 길이방향 피스톤(8.2)의 이동이 핀(15)을 통해 밸브 스풀에 전달되도록, 밸브 스풀(14)에 작동 가능하게 연결된다. 핀(15)은, 예를 들면 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1)의 길이방향 보어 내 및/또는 밸브 니들(6) 내에서 이동 가능하게 안내될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 밸브 스풀(14)의 액추에이터는, 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 닫기 위해, 밸브 스풀 또는 길이방향 피스톤(8.2)이 시동 위치 또는 휴지 위치로 올 수 있게 하는 복귀 스프링(9.2)을 포함한다.
도 2의 (b)에 도시된 실시예에서, 분사 노즐은, 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1)의 전방부 및 밸브 니들의 일부를 둘러싸는 노즐 본체에 형성되는 공동에 연결되는 연료 공급기(12)를 포함한다. 이러한 방식으로, 피스톤(8.1)은 연료 압력에 의해 작동되어, 피스톤에 의해 밸브 니들(6)을 밸브 시트(7)로부터 분리시켜 노즐 헤드(3)로 연료가 공급되게 한다. 필요시에는, 밸브 스풀의 액추에이터는, 공급된 연료의 압력에 의해 밸브 스풀(14)을 작동시키기 위해, 예를 들면 밸브 니들(6)의 보상 애퍼처(13)를 통해 분사 노즐의 연료 공급기(12)에 연결될 수 있다.
바람직한 변형예에서, 오일 유출 라인(16, 16')은 핀(15)의 안내의 압력 릴리프를 위해 구비된다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1)의 길이방향 보어 내에서 및/또는 밸브 니들(6) 내에서 핀(15)이 이동 가능하게 안내되면, 제1 부분의 오일 유출 라인(16)은, 예를 들면 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1) 내에 및/또는 밸브 니들(6) 내에 형성될 수 있고, 제2 부분의 오일 유출 라인(16')은 노즐 본체(2)에 형성될 수 있으며, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은, 밸브 니들(6)이 밸브 시트(7) 상에 놓이고 노즐 헤드(3)로의 연료 공급기가 닫힐 때 연결된다. 오일 유출 라인에 의해, 연료가 핀(15)을 따라 노즐 헤드의 길이방향 보어(5) 내로 통과되고, 노즐 헤드로의 연료 공급기가 밸브 니들(6)을 통해 릴리스되기 전에 길이방향 보어 내의 연료의 압력이 증가되는 상황이 방지될 수 있다.
도 2의 (b)에 도시된 분사 노즐의 디자인에 관한 또 다른 실시예, 변형예 및 상세사항은 도 2의 (a)의 설명으로부터 알 수 있다. 더욱이, 도 2의 (a)의 실시예와 관련하여 주어진 분사 과정의 설명도, 도 2의 (b)에 도시된 실시예에 참조된다.
도 3의 (e)는, 디젤 엔진 특히 2행정 대형 디젤 엔진의 연료 분사용 분사 노즐의 제3 실시예, 및 본 발명에 따른 제어 밸브의 길이방향 단면도이다. 제3 실시예에서, 분사 노즐은 노즐 본체(2) 및 노즐 헤드(3)를 포함하는데, 노즐 헤드(3)는, 길이방향 보어(5), 및 디젤 엔진의 연소 공간으로 연료를 분사하기 위해, 길이 방향 보어에서 시작하는 하나 이상의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 구비한다. 분사 노즐은, 노즐 본체(2) 내에 배치되는 밸브 니들(6), 및 길이방향 보어(5)와 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)로의 연료 공급을 제어하기 위해 밸브 니들과 함께 작용하는 밸브 시트(7)를 더 포함한다. 분사 노즐 내에, 밸브 스풀(14')이 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 개폐시키기 위해 노즐 헤드(3)의 길이방향 보어(5)에 추가로 구비되고, 바람직하게 노즐 헤드에 대해 회전 가능하며, 밸브 스풀(14')에, 밸브 스풀(14')을 밸브 니들(6)에 대해 시간상 이격되어 작동시키기 위해 자체 액추에이터(8.3, 9.3)가 구비된다.
도 3의 (e)에 도시된 실시예의 분사 노즐은, 필요시에는, 간결성의 이유로 도 3의 (e)에서 생략된 노즐 홀더/또는 예를 들면 노즐 본체(2) 내에 있는 실린더 보어에 이동 가능하게 배치되고 밸브 니들(6)과의 작동을 위한 연결이 필요하면 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)/또는 분사 중지 및 휴지 상태에서 밸브 니들(6)을 밸브 시트(7)에 대해 눌러 노즐 헤드(3)로의 연료 공급을 중단시키기 위해, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)에 필요시에 스프링 힘을 작용시키는 복귀 스프링을 더 포함한다.
도시된 실시예에서, 밸브 스풀(14')은, 예를 들면 도 3의 (e) 및 (a)에 도시된 바와 같이, 원주의 대부분에 걸쳐 원통형인 부분, 또는 필요시에는 원통형부의 일부로서, 또는 슬리브로서, 또는 슬리브의 일부로서 형성될 수 있으며, 필요시에는 밸브 스풀의 분사 위치에서 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)로 연료를 공급하는 하나 이상의 애퍼처가 상기 부분들 또는 상기 슬리브에 구비된다. 필요시에는, 밸브 스 풀(14')은 노즐 헤드(3) 내에서 회전 가능하게 안내되고/또는 예를 들면 노즐 헤드의 길이방향 보어(5) 내에서 저널링될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 밸브 스풀(14')의 액추에이터는, 예를 들면 도 3의 (e), (b), 및 (c)에 도시된 바와 같이 유압 액추에이터로서, 하나 이상의 피봇 가능하게 장착되는 트러니언(trunnion)(8.3a) 및 트러니언에 형성되는 캠(8.3)을 가진 회전식 드라이브로서 디자인되며, 캠(8.3)은, 공동이 가압 매체 하에 놓일 때 캠과 트러니언이 회전 이동을 수행하도록, 원통형 공동 또는 원통형 공동의 섹터에서 회전 가능하게 안내되고 공동을 폐쇄시킨다. 액추에이터의 유압 액추에이터는 상기 실시예에서 예를 들면 홈이 파인 커플링을 통해 밸브 스풀(14')에 작동 가능하게 연결된다. 회전식 드라이브는 예를 들면 밸브 시트(7)와 노즐 헤드(3) 사이에 배치될 수 있다. 그러나, 회전식 드라이브를 분사 노즐의 상부에 배치하고, 필요시에는 예를 들면 중간 기어 휠을 통해 회전식 드라이브를 샤프트를 통해 밸브 스풀(14')에 연결시킬 수도 있다.
필요시에는, 유압 액추에이터는 제어 밸브의 제어 슬라이더와 결합될 수도 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 밸브 스풀(14')의 액추에이터는, 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 폐쇄시키기 위해, 밸브 스풀 또는 회전식 드라이브를 시동 위치 또는 휴지 위치로 올 수 있게 하는 예를 들면 도 3의 (c)에 도시된 바와 같은 나선형 스프링으로서 형성될 수 있는 복귀 스프링(9.3)을 포함한다.
필요시에는, 밸브 스풀의 액추에이터는, 공급된 연료의 압력에 의해 밸브 스 풀(14')을 구동시키기 위해 분사 노즐의 연료 공급기(12)에 연결된 수 있다. 공급된 연료의 압력에 의해 밸브 니들(6)과 밸브 스풀(14')의 액추에이터가 모두 구동되면, 밸브 니들(6)의 복귀 스프링(9.1)의 스프링 상수 및 스프링 힘은, 바람직하게 밸브 스풀(14')의 복귀 스프링(9.3)의 스프링 상수와 스프링 힘에 맞도록 설계되고, 실제로 바람직하게, 밸브 니들(6)이 이동되며 노즐 헤드(3)로의 연료 공급이 시작되기 전에 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)가 밸브 스풀에 의해 개방되도록 설계된다.
바람직한 변형예에서, 분사 노즐은 노즐 본체(2) 및/또는 노즐 헤드(3)를 냉각시키기 위한 회로를 포함한다. 회로는 예를 들면 연료를 위해 디자인되고, 필요시에는 감압된 압력 시스템으로 연료 시스템에 연결될 수 있다.
다른 바람직한 변형예에서, 분사 노즐은, 밸브 스풀(14')의 작동 및/또는 분사 노즐로의 연료 공급을 제어하고/또는 노즐 본체(2) 및/또는 노즐 헤드(3)를 냉각시키기 위한 회로를 제어하기 위해, 분사 노즐의 상부 부분 또는 영역에 배치될 수 있는 제어 밸브(20)를 포함한다.
도 3의 (e)에서, 이러한 종류의 제어 밸브의 실시예의 길이방향 단면도가 상부 부분에 도시되었다. 제어 밸브(20)는, 도 3의 (e)에서 연료를 분사하기 위한 위치에 위치되는 제어 밸브 스풀(21), 및 예를 들면 제어 밸브 스풀을 작동시키기 위한 유압 실린더와 같은 도 3의 (e)에 도시되지 않은 보조 드라이브를 포함한다. 제어 밸브는, 필요시, 밸브 시트, 폐쇄부(22), 및 폐쇄부를 밸브 시트에 대해 누르기 위한 복귀 스프링(23)을 구비하며 연료 공급기의 제어를 위한 밸브를 포함할 수 있다. 도 3의 (e)에 도시된 제어 밸브 스풀(21)의 위치에서, 폐쇄부(22)는 제어 밸브 스풀(21)에 의해 밸브 시트로부터 멀리 밀려, 연료는 제어 밸브의 연료 공급기(12')로부터 분사 노즐의 연료 공급기(12)를 거쳐 분사 노즐의 밸브 니들(6)로 공급된다. 제어 밸브(20)는, 밸브 스풀(14, 14')의 제어를 위한 2/2-방향 밸브 또는 3/2-방향 밸브로서 형성되는 제어 기능부를 더 포함할 수 있고, 필요시, 제어 밸브를 밸브 스풀의 액추에이터에 연결시키는 제어 라인(18)을 더 포함할 수 있다. 그에 따라, 예를 들면, 연료 공급 라인 또는 연료 시스템에 연결될 수 있는 입구(24)를 통해 가압 매체가 감압된 압력에서 재어 밸브로 공급된다. 도 3의 (e)에 도시된 제어 밸브 스풀(21)의 위치에서, 입구(24)는 밸브 스풀(14, 14')을 작동시키고 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 해제시키기 위해 제어 라인(18)에 연결된다.
분사 노즐이 노즐 본체(2) 및/또는 노즐 헤드(3)를 냉각시키기 위한 회로를 포함하면, 회로를 제어하기 위해 예를 들면 2/2-방향 밸브를 포함하는 제어 기능부가 제어 밸브(20)에 구비될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제어 밸브는 바람직하게 복귀 라인(17)을 통해 분사 노즐의 냉각 장치에 연결된다. 도 3의 (e)에 도시되었듯이, 연료 공급기(12), 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1)의 전방부 및 밸브 니들의 일부를 둘러싸며 노즐 본체(2)에 형성되는 공동, 및 복귀 라인(17)은 냉각 장치로서 사용될 수 있다. 회로는 예를 들면 냉각 장치로서 사용될 수 있고, 필요시에, 펌핑 파워를 절약하기 위해 감압된 압력으로 연료 시스템에 연결될 수 있다. 도 3의 (e)에 도시된 제어 밸브 스풀(21)의 위치에서, 복귀 라인(17)은 폐쇄되는데, 그것은, 도시된 변형예에서, 연료의 분사시에 냉각 회로에서 순환이 일어나지 않기 때문이다.
도 3의 (d)는 분사 중지시의 도 3의 (e)의 제어 밸브의 길이방향 단면도이다. 제어 밸브(20)는, 분사 중지시의 위치에 대응하는 도 3의 (d)의 휴지 위치에 있는 제어 밸브 스풀(21)을 포함한다. 제어 밸브는, 필요시, 밸브 시트, 폐쇄부(22) 및 복귀 스프링(23)을 구비하며 연료 공급의 제어를 위한 밸브를 포함할 수 있다. 도 3의 (d)에 도시된 제어 밸브 스풀(21)의 위치에서, 폐쇄부가 복귀 스프링(23)에 의해 밸브 시트에 대해 눌려지고, 제어 밸브의 연료 공급 라인(12')으로부터 분사 노즐의 밸브 니들(6)로의 연료 공급이 중단되도록, 제어 밸브 스풀(21)이 폐쇄부(22)로부터 분리된다. 제어 밸브(20)는, 예를 들면 밸브 스풀(14)을 제어하기 위해 2/2-방향 또는 3/2-방향 밸브로서 형성되는 제어 기능부를 더 포함할 수 있고, 또한 필요시에, 제어 밸브를 밸브 스풀의 액추에이터에 연결하는 제어 라인(18)을 포함할 수 있다. 도 3의 (d)에 도시된 제어 밸브 스풀(21)의 위치에서, 밸브 스풀의 액추에이터를 릴리스하고 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 폐쇄시키기 위해, 예를 들면 유출 오일 탱크에 연결될 수 있는 출구(25)에 제어 라인(18)이 연결된다.
분사 노즐이 노즐 본체(2) 및/또는 노즐 헤드(3)를 냉각시키기 위한 회로를 포함하면, 예를 들면 2개의 2/2-방향 밸브를 포함하는 제어 기능부가 회로를 제어하기 위해 제어 밸브(20)에 구비될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제어 밸브는 바람직하게 복귀 라인(17)을 통해 분사 노즐의 냉각 장치에 연결된다. 회로는 예를 들면 연료를 위해 디자인될 수 있고, 필요시에, 펌핑 파워를 절약하기 위해 감압된 압력으로 연료 시스템에 연결될 수 있다. 도 3의 (d)에 도시된 제어 밸브 스 풀(21)의 위치에서, 복귀 라인(17)은, 예를 들면 감압된 압력으로 연료 시스템의 탱크에 연결될 수 있는 출구(26)에 연결된다. 예를 들면 감압된 압력으로 연료 시스템에 연결될 수 있는 입구(24)는 분사 노즐의 연료 공급기(12)에 추가로 연결된다. 이러한 방식으로, 연료는 감압된 압력으로 분사 노즐의 냉각 장치를 통해 이송될 수 있다. 도 3의 (e)에 도시되었듯이, 밸브 니들에 연결되는 피스톤(8.1)의 전방부 및 밸브 니들의 일부를 둘러싸며 노즐 본체(2)에 형성되는 공동, 연료 공급기(12), 및 상기 중공 공동과 연통하는 복귀 라인(17)은 예를 들면 냉각 장치로서 사용될 수 있다.
디자인에 따라서, 분사 공정/또는 노즐 헤드(3) 내의 밸브 스풀(14, 14')/또는 노즐 본체(2) 및/또는 노즐 헤드(3)를 냉각시키기 위한 회로의 작동은 제어 밸브(20)에 의해 제어될 수 있다. 냉각 회로, 및 필요시, 밸브 스풀의 작동을 위한 액추에이터는 바람직하게, 냉각 회로에서의 펌핑 손실을 적게 유지하기 위해, 감압된 압력으로 연료 시스템과 같은 저압 시스템으로부터 공급된다. 분사 과정이 시작됨에 따라, 제어 밸브 스풀(21)은, 필요시에, 분사 노즐 내의 냉각 장치에 대한 공급 및 냉각 회로의 복귀 라인(17)을 차단하고/또는 압력 시스템에 연결되는 입구(24)와, 제어 밸브를 밸브 스풀을 위한 액추에이터와 연결시키는 제어 라인(18) 사이의 연결부를 개방시킨다. 이러한 수단에 의해, 밸브 스풀은 노즐 헤드 내에서 분사 위치로 오고, 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)는 개방된다. 실제 분사 과정은, 연료 공급을 제어하기 위한 제어 밸브에 구비되는 밸브를 개방하여 연료가 분사 노즐 내의 밸브 니들로 이송되게 하는 제어 밸브 스풀(21)의 추가 이동에 의해 시작된다. 연료의 압력으로 인해, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)과 밸브 니들(6)은 밸브 시트(7)로부터 멀리 밀리고, 노즐 헤드(3) 및 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)로의 연료 공급이 개시된다. 노즐 애퍼처를 통해 나오는 연료는 이제 디젤 엔진의 연소 공간으로 분사된다.
제어 밸브의 제어 밸브 스풀(21)이, 연료의 공급을 제어하기 위해 제어 밸브 내에 구비되는 밸브를 처음으로 닫을 때, 분사 과정이 종료된다. 이러한 경우에, 밸브 니들(6)에 연결되는 피스톤(8.1)에서의 연료 압력이 강하되고, 밸브 니들(6)은, 피스톤에 작용하는 복귀 스프링(9.1)의 스프링 힘에 의해 밸브 시트(7)에 대해 밀린다. 따라서, 노즐 헤드(3)로의 연료 공급이 종료된다. 제어 밸브 스풀이 더 이동됨으로써, 압력 시스템에 연결되는 입구(24)와, 밸브 스풀을 위한 액추에이터와 제어 밸브를 연결하는 제어 라인 사이의 연결이 차단된다. 따라서, 노즐 헤드 내의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)가 닫히는 위치로 밸브 스풀이 이동된다. 이러한 방식으로, 분사 과정이 종료되었을 때, 노즐 헤드의 길이방향 보어로부터 연료가 바람직하지 않게 나오는 것을 피할 수 있다. 노즐 본체(2) 및/또는 노즐 헤드(3)를 냉각시키기 위한 회로가 존재하면, 분사 노즐의 분사 중지 또는 휴지 위치에서 노즐 본체 및/또는 노즐 헤드를 냉각시키기 위해, 분사 노즐 내의 냉각 장치에 대한 공급 및 냉각 회로의 복귀 라인(17)은 제어 밸브 스풀에 의해 개방될 수 있다.
밸브 스풀의 자체 액추에이터로 인해, 상술한 바와 같이, 노즐 헤드 내의 길이방향 보어가 연료 공급기로부터의 연료 압력 하에 놓이는 한 밸브 스풀이 거의 또는 전혀 이동되지 않도록, 분사 노즐을 제어할 수 있다. 이것은, 노즐 헤드, 밸 브 스풀, 및 액추에이터의 마모가 감소될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 분사 노즐의 길이방향 단면도이다.
도 2의 (a)는 본 발명에 따른 분사 노즐의 실시예의 길이방향 단면도이고, (b)는 본 발명에 따른 분사 노즐의 제2 실시예의 길이방향 단면도이다.
도 3의 (a), (b), 및 (c)는 도 3의 (e)의 실시예의 단면도이다.
도 3의 (d)는 분사 중지시의 도 3의 (e)의 제어 밸브의 길이방향 단면도이다.
도 3의 (e)는 본 발명에 따른 분산 노즐의 제3 실시예와 제어 밸브의 길이방향 단면도이다.

Claims (10)

  1. 디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진에서 연료의 분사를 위한 분사 노즐에 있어서,
    노즐 본체(2),
    상기 노즐 본체(2)에 연결되어 있고, 길이방향 보어(5), 및 연료를 상기 디젤 엔진의 연소 공간으로 분사하기 위해 상기 길이방향 보어에서 시작된 하나 이상의 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 구비하는 노즐 헤드(3),
    상기 노즐 본체(2) 내에 배치되어 있는 밸브 니들(6), 및
    상기 길이방향 보어(5) 및 상기 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)에 대한 연료 공급을 제어하기 위해 상기 밸브 니들과 함께 작용하는 밸브 시트(7)
    를 포함하며,
    상기 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 개폐시키기 위해, 밸브 스풀(14, 14')이 상기 노즐 헤드(3)의 상기 길이방향 보어 내에 추가로 구비되어 있으며,
    상기 밸브 스풀(14, 14')에, 상기 밸브 스풀(14, 14')을 상기 밸브 니들(6)에 대해 적시에 이격시켜 작동시키기 위해, 자체 액추에이터(8.2, 8.3, 9.2, 9.3, 15)가 구비되어 있는,
    분사 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 애퍼처(4.1, 4.2)를 개폐시키기 위해, 상기 밸브 스풀(14, 14')은 상기 노즐 헤드(3)의 길이방향으로 이동될 수 있고/또는 상기 노즐 헤드(3)에 대해 회전될 수 있는,
    분사 노즐.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밸브 스풀(14, 14')은 슬리브, 또는 슬리브의 일부, 또는 원통형부, 또는 원통형부의 일부로서 형성되어 있는, 분사 노즐.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 스풀(14, 14')의 상기 액추에이터(8.2, 8.3, 9.2, 9.3, 15)는 유압 액추에이터로서 형성되어 있는, 분사 노즐.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유압 액추에이터는 길이방향 피스톤(8.2)으로서 또는 회전식 스풀용 유압 드라이브(8.3)로서 형성되어 있는, 분사 노즐.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 밸브 스풀(14, 14')의 상기 액추에이터(8.2, 8.3, 9.2, 9.3, 15)는, 공급된 연료의 압력으로 상기 밸브 스풀을 제어하기 위해, 상기 분사 노즐에 대한 연 료 공급기에 연결되어 있는, 분사 노즐.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 스풀(14, 14')의 상기 액추에이터(8.2, 8.3, 9.2, 9.3, 15)는 복귀 스프링(9.2, 9.3)을 포함하는, 분사 노즐.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 본체(2) 및/또는 상기 노즐 헤드(3)를 냉각시키기 위한 회로, 특히 감압된 압력으로 연료 시스템에 연결되어 있는 연료용 회로를 더 포함하는, 분사 노즐.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 스풀(14, 14')의 작동/또는 상기 분사 노즐에 대한 연료 공급/또는 존재한다면, 상기 노즐 본체 및/또는 상기 노즐 헤드를 냉각시키기 위한 회로를 제어하기 위한 제어 밸브(20)를 더 포함하는, 분사 노즐.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 분사 노즐을 구비하는 디젤 엔진, 특히 2행정 대형 디젤 엔진.
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