KR20130021453A - 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법 - Google Patents

내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법 Download PDF

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Abstract

연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에도, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하되는 것을 방지함과 함께, 매진이나 흑연의 증가를 방지한다. 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압을 조정하는 밸브 개방압 조정 장치 (30) 를 구비한 연료 분사 밸브 (10) 를, 1 실린더에 대해 적어도 2 개 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치 (1) 로서, 연료유와 불활성 물질을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 모든 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연료유와 불활성 물질이 분사되고, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치 (30) 를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 (10) 중 적어도 한 개의 연료 분사 밸브 (10) 의 니들 밸브 (15) 를, 그 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브 (10) 의 연료 분사를 차단하도록 구성하였다.

Description

내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법{FUEL INJECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES, AND FUEL INJECTION METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은, 실린더마다 복수 개의 연료 분사 밸브를 장착한 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 관한 것이다.
실린더마다 복수 개의 연료 분사 밸브를 장착한 내연 기관의 연료 분사 장치로는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 개시된 것이 알려져 있다.
일본 특허공보 평8-11945호 일본 특허 제3615260호
그런데 최근에 있어서는, 환경보전의 관점에서, 엔진 배기 가스 규제 해역 (ECA：Emission Control Area) 이 정해지고, 이 환경 규제 해역 내에 있어서는 NOx 의 배출이 제한되고 있다.
또, 엔진 배기 가스 규제 해역 내에 있어서는, 가까운 장래, 배기 가스의 새로운 규제 강화가 예정되어 있고, 새로운 규제를 준수하기 위해서는, 엔진 배기 가스 규제 해역 내로 접어들기 전에, 예를 들어, 주기 및 발전 기관의 연료 분사 모드 (운전 모드) 를, 상기 특허문헌 1, 2 에 개시되어 있는 바와 같은, 연료유만의 분사로부터 연료유와 물이 다층상 혹은 에멀션이 된 것의 분사로 변경하여 대처하게 된다.
그러나, 상기 특허문헌 1, 2 에 개시된 것과 같이, 연료유와 물이 다층상 혹은 에멀션이 된 것을 분사시키는 연료 분사 밸브에서는, 1 회의 분사량이 증가하기 때문에, 각 분공 (噴孔) 의 구멍 직경을, 연료유만을 분사하는 연료 분사 밸브의 분공의 구멍 직경보다 크게 해야 한다. 그 때문에, 상기 특허문헌 1, 2 에 개시된 것으로는, 엔진 배기 가스 규제 해역 내로부터 엔진 배기 가스 규제 해역 밖으로 나와, 주기 및 발전 기관의 연료 분사 모드 (운전 모드) 를, 연료유와 물이 다층상 혹은 에멀션이 된 것의 분사로부터, 연료유만의 분사로 변경한 경우, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하됨과 함께, 매진이나 흑연이 증가되어 버릴 우려가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 매진이나 흑연의 증가를 방지할 수 있는 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 이하의 수단을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치는, 니들 밸브의 밸브 개방압을 조정하는 밸브 개방압 조정 장치를 구비한 연료 분사 밸브를, 1 실린더에 대해 적어도 2 개 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치로서, 연료유와 불활성 물질을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 모든 연료 분사 밸브로부터 연료유와 불활성 물질이 분사되고, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중 적어도 한 개의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 구성되어 있다.
본 발명의 제 2 양태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 방법은, 니들 밸브의 밸브 개방압을 조정하는 밸브 개방압 조정 장치를 구비한 연료 분사 밸브를, 1 실린더에 대해 적어도 2 개 구비한 내연 기관의 연료 분사 방법으로서, 연료유와 불활성 물질을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 모든 연료 분사 밸브로부터 연료유와 불활성 물질이 분사되고, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중 적어도 한 개의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 하였다.
상기 양태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 또는 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 밸브 개방압 조정 장치가 작동하여, 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중 적어도 한 개의 연료 분사 밸브의 니들 밸브가, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 눌림으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사가 차단되게 된다.
이로써, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 매진이나 흑연의 증가를 방지할 수 있다.
상기 내연 기관의 연료 분사 장치에 있어서, 상기 연료 분사 밸브가 짝수 개, 상기 실린더 라이너의 둘레 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있고, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중, 대향하여 배치된 적어도 1 세트의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 구성되어 있으면 더욱 바람직하다.
상기 내연 기관의 연료 분사 방법에 있어서, 상기 연료 분사 밸브가 짝수 개, 상기 실린더 라이너의 둘레 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있고, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중, 대향하여 배치된 적어도 1 세트의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 하면 더욱 바람직하다.
이와 같은 내연 기관의 연료 분사 장치 또는 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 밸브 개방압 조정 장치가 작동하여, 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중, 대향하여 배치된 적어도 1 세트의 연료 분사 밸브의 니들 밸브가, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사가 차단되게 된다.
이로써, 실린더 라이너 내의 열부하를, 둘레 방향에 걸쳐서 (거의) 균일하게 할 (분산시킬) 수 있어, 열응력의 부분적인 집중을 회피할 수 있다.
상기 내연 기관의 연료 분사 장치에 있어서, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에, 연료 분사가 차단되는 연료 분사 밸브와, 연료 분사가 허용되는 연료 분사 밸브가, 소정 사이클마다 전환되도록 구성되어 있으면 더욱 바람직하다.
상기 내연 기관의 연료 분사 방법에 있어서, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에, 연료 분사가 차단되는 연료 분사 밸브와, 연료 분사가 허용되는 연료 분사 밸브를, 소정 사이클마다 전환되도록 하면 더욱 바람직하다.
이와 같은 내연 기관의 연료 분사 장치 또는 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에, 연료 분사가 차단되는 연료 분사 밸브와, 연료 분사가 허용되는 연료 분사 밸브가, 소정 사이클마다 전환되게 된다.
이로써, 실린더 라이너 내의 열부하를, 둘레 방향에 걸쳐서 보다 균일하게 할 (분산시킬) 수 있어, 열응력의 부분적인 집중을 확실하게 회피할 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 관련된 내연 기관은, 상기 어느 내연 기관의 연료 분사 장치를 구비하고 있다.
본 발명의 제 3 양태에 관련된 내연 기관에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에도, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 매진이나 흑연의 증가를 방지할 수 있는 내연 기관의 연료 분사 장치를 탑재 (장비) 하고 있는 것이 된다.
이로써, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우의 실린더 내에 있어서의 연소성을 향상시킬 수 있어, 실린더 내로부터 배출되는 매연 및 흑연을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 관련된 선박은, 상기 내연 기관을 구비하고 있다.
본 발명의 제 4 양태에 관련된 선박에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에도, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 매진이나 흑연의 증가를 방지할 수 있는 내연 기관을 탑재 (장비) 하고 있는 것이 된다.
이로써, 선박 전체의 연비를 향상시킬 수 있어, 항속 거리를 늘릴 수 있음과 함께, 판넬 (굴뚝) 로부터 배출되는 매연 및 흑연을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 매진이나 흑연의 증가를 방지할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 구성도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 전환 밸브 장치의 종단면도이다.
도 3 은 도 2 의 III-III 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 4 는 전환 밸브 장치의 변형예를 나타내는 구성도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 작용 설명도이다.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 작용 설명도이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 구성도이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 작용 설명도이다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 작용 설명도이다.
도 10 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 구성도이다.
도 11 은 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치를 장비한 내연 기관의 1 실린더 내 (통 내) 에 있어서의 연료 화염 상태를 나타내는 모식도이다.
도 12 는 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치를 장비한 내연 기관의 1 실린더 내 (통 내) 에 있어서의 연료 화염 상태를 나타내는 모식도이다.
도 13 은 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 연료 분사 밸브의 단면도이다.
[제 1 실시형태]
본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 대해, 도 1 내지 도 6 을 참조하면서 설명한다.
도 1 은 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 구성도, 도 2 는 전환 밸브 장치의 종단면도, 도 3 은 도 2 의 III-III 화살표 방향에서 본 단면도, 도 4 는 전환 밸브 장치의 변형예를 나타내는 구성도, 도 5 및 도 6 은 각각 작용 설명도이다.
도 1 내지 도 6 에 나타내는 내연 기관의 연료 분사 장치 (1) 는, 박용 대형 디젤 기관 등의 내연 기관 (도시 생략) 으로부터 배출되는 배기 가스 중의 질소산화물 (NOx) 을 저감시키고, 또한 배기 흑연이나 연료 소비율의 저감도 동시에 달성하는 수단으로서, 연료 및 물을 동일한 연료 분사 밸브로부터 분사할 수 있도록 구성된 것으로, 박용 대형 디젤 기관 등의 내연 기관에 탑재되는 것이다.
도 1 에 있어서, 부호 2 는 연료 탱크, 부호 3 은 연료 급유 펌프, 부호 4 는 연료 분사 펌프 본체, 부호 5 는 플랜저, 부호 6 은 플랜저 배럴, 부호 7 은 토출 밸브, 부호 8 은 토출 밸브 (7) 의 측로에 형성된 등압 밸브 (역지 조절 압력 밸브), 부호 9 는 연료 분사관, 부호 10 은 연료 분사 밸브, 부호 11 은 연료 분사 밸브 본체, 부호 12 는 선단부에 복수의 분공 (13) 이 천공 형성된 노즐 칩, 부호 14 는 노즐 칩 (12) 을 연료 분사 밸브 본체 (11) 에 체착 (締着) 하기 위한 노즐 너트, 부호 15 는 노즐 칩 (12) 및 연료 분사 밸브 본체 (11) 내에 왕복 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰진 니들 밸브, 부호 16 은 니들 밸브 (15) 의 하부 외주가 임하여 형성된 오일 고임부, 부호 17 은 니들 밸브 (15) 를 폐변 방향으로 탄성 지지하는 니들 밸브 스프링, 부호 18 은 니들 밸브 스프링 (17) 이 수납되는 스프링실, 부호 19 는 연료 분사 밸브 본체 (11) 내 및 노즐 칩 (12) 내에 천공되어 오일 고임부 (16) 에 연통되는 연료 통로이다. 또, 부호 20 은 연료 분사 밸브 본체 (11) 의 상부에 유체 조밀하게 비틀어 넣어 고정된 커넥터로, 그 내부에 천공된 연료 입구 통로 (21) 의 출구단은 연료 통로 (19) 에, 입구단은 연료 분사관 (9) 에 각각 접속되어 있다.
부호 30 은 공기압 액추에이터 (밸브 개방압 조정 장치) 로, 이하와 같이 구성되어 있다.
부호 31 은 연료 분사 밸브 본체 (11) 의 상부에 고착된 실린더, 부호 32 는 실린더 (31) 의 상부 내주에 왕복동 가능하게 끼워 맞춰진 제 1 피스톤, 부호 33 은 실린더 (31) 의 하부 내주에 왕복동 가능하게 끼워 맞춰진 제 2 피스톤으로, 제 1 피스톤 (32) 의 하부에 형성된 볼록부 (34) 의 하단면이 제 2 피스톤 (33) 의 상면에 맞닿아 있다. 또, 부호 35 는 제 1 피스톤 (32) 의 상면이 임하여 형성된 제 1 공기실, 부호 36 은 제 2 피스톤 (33) 의 상면이 임하여 형성된 제 2 공기실로, 제 1 공기실 (35) 과 제 2 공기실 (36) 은, 제 1 피스톤 (32) 내에 천공된 공기 구멍 (37) 및 볼록부 (34) 의 하단면에 방사상으로 형성된 복수의 통로 홈 (도시 생략) 을 개재하여 연통되어 있다.
부호 38 은 연료 분사 밸브 본체 (11) 의 상부에 비틀어 넣어진 조정 나사, 부호 39 는 조정 나사 (38) 의 둘레 고정으로서의 책임을 다하는 로크 너트이다. 부호 40 은 조정 나사 (38) 내에 왕복 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰진 스핀들로, 스핀들 (40) 의 상단면이 제 2 피스톤 (33) 의 하면에 맞닿아 스핀들 (40) 의 하부에 형성된 플랜지부의 하단면이 니들 밸브 스프링 (17) 의 상단면측의 스프링 베어링을 구성하고 있다. 부호 41, 42 는 각각, 스핀들 (40) 의 상부에 장착된 너트이고, 제 1 공기실 (35) 및 제 2 공기실 (36) 내가 가압되어 있지 않은 상태에서 너트 (42) 의 하단면과 조정 나사 (38) 의 상단면의 거리가 규정치가 되도록 너트 (42) 를 조정한 후, 너트 (41) 로 고정되어 있다.
부호 43 은 제 1 공기실 (35) 의 공기 입구 통로, 부호 44 는 공기 입구 이음새로, 그 내부에 형성된 공기 통로 (도시 생략) 및 공기 입구 통로 (43) 를 개재하여 작동 공기관 (45) 과 제 1 공기실 (35) 이 연통되어 있다.
작동 공기관 (45) 은, 공기의 공급원 (46) 에 의해 소정 압력으로 가압된 작동 공기를 공기압 액추에이터 (30) 의 2 개의 공기실 (35, 36) 에 선택적으로 공급하는 공기관이고, 부호 47 은 작동 공기관 (45) 의 관로를 개폐하는 작동 공기 제어 밸브이다. 또, 부호 50 은 내연 기관의 회전수 (크랭크축 회전수) 를 검출하는 회전수 검출기, 부호 51 은 소기 압력을 검출하는 소기 압력 검출기, 부호 52 는 연료 분사 펌프 (4A) 에 있어서의 연료 조정 락 위치를 검출하는 락 위치 검출기, 부호 53 은 배기 통로 내의 배기 온도를 검출하는 배기 온도 검출기이다. 또한, 부호 54 는 컨트롤러로, 회전수 검출기 (50), 소기 압력 검출기 (51), 락 위치 검출기 (52), 배기 온도 검출기 (53) 등의 기관 운전 상태 검출부로부터의 기관 운전 상태 검출값에 기초하여, 작동 공기 제어 밸브 (47) 및 후술하는 (전자식) 제어 밸브 (혼합률 제어 밸브) (63) 에 개폐 조작 신호 (지령) 를 출력하는 것이다.
한편, 부호 60 은 물탱크, 부호 61 은 물공급 펌프, 부호 62 는 물공급관, 부호 63 은 (전자식) 제어 밸브 (혼합률 제어 밸브), 부호 64 는 연료·물공급관, 부호 65 는 제어 밸브 (63) 측으로의 역류를 방지하는 역지 밸브이다. 또, 부호 66 은 연료 분사 밸브 본체 (11) 내 및 노즐 칩 (12) 내에 천공되어 오일 고임부 (16) 에 연통되는 연료·물통로, 부호 67 은 연료 분사 밸브 본체 (11) 의 상부에 유체 조밀하게 비틀어 넣어 고정된 커넥터로, 그 내부에 천공된 연료·물입구 통로 (68) 의 출구단은 연료·물통로 (66) 에, 입구단은 연료·물공급관 (64) 에 각각 접속되어 있다.
부호 70 은 연료 가압 펌프로, 연료 탱크 (2) 로부터의 연료를 흡수하고, 가압하는 펌프이고, 연료 가압 펌프 (70) 에 의해 가압된 연료는, 연료 공급관 (71) 을 개재하여 전환 밸브 장치 (72) 로 유도된다. 또, 물공급 펌프 (61) 에 의해 가압된 물은, 물공급관 (62) 을 개재하여 전환 밸브 장치 (72) 로 유도된다. 연료 공급관 (71) 및 물공급관 (62) 과 전환 밸브 장치 (72) 사이에는, 연료 탱크 (2) 및 물탱크 (60) 로부터 전환 밸브 장치 (72) 측으로의 흐름만을 허용하는 역지 밸브 (73, 74) 가 각각 형성되어 있다. 부호 75 는 전환 밸브 장치 (72) 를 구동시키는 구동 장치 (내연 기관의 회전수와 동기한 구동 장치, 혹은 일정한 회전수로 회전하는 전동기 등) 이다.
도 2 및 도 3 은 전환 밸브 장치 (72) 의 상세를 나타내는 도면이고, 도 2 및/또는 도 3 에 있어서, 부호 80 은 물의 공급 포토, 부호 81 은 연료의 공급 포토이며, 부호 82 는 회전 밸브이다. 회전 밸브 (82) 에는, 물 개구 홈 (83) 및 연료 개구 홈 (84) 이 형성되어 있고, 회전 밸브 (82) 의 회전에 의해 물 및 연료가 교대로 연료·물공급관 (85) (도 1 참조) 에 보내져 제어 밸브 (63) 에 도달하도록 구성되어 있다.
도 4 는 컨트롤러 (54) 와 2 개의 (전자식) 제어 밸브 (90, 91) 를 조합한 전환 밸브 장치의 변형예를 나타내는 도면이고, 도 4 에 있어서, 부호 90 은 물의 제어 밸브, 부호 91 은 연료의 제어 밸브로, 컨트롤러 (54) 에 의해 연료 분사 펌프 (4A) (도 1 참조) 의 휴지 기간 중에, 교대로 소정 기간 개폐 제어된다.
그리고, 도 2 및 도 3 에 나타내는 전환 밸브 장치 (72) 를 구비하고 있는 경우에는, 연료 분사 펌프 (4A) 의 휴지 기간 중에 제어 밸브 (63) 가 컨트롤러 (54) 에 의해 교대로 개폐 제어되어, 제어 밸브 (63) 가 열리면, 연료·물공급관 (64) 에 가압된 물 및 연료가 유입된다. 이 때, 전환 밸브 장치 (72) 의 작용에 의해 물이 물 개구 홈 (83) 을 개재하여 연료·물공급관 (85) 에, 연료가 연료 개구 홈 (84) 을 개재하여 연료·물공급관 (85) 에, 제어 밸브 (63) 의 개방 기간에 대응하여 교대로 유입되게 (공급되게) 된다.
또, 도 4 에 나타내는 전환 밸브 장치를 구비하고 있는 경우에는, 연료 분사 펌프 (4A) 의 휴지 기간 중에 물의 제어 밸브 (90) 및 연료의 제어 밸브 (91) 가 컨트롤러 (54) 에 의해 교대로 개폐 제어되고, 연료·물공급관 (64) 내에, 물 및 연료가 제어 밸브 (90, 91) 의 개방 기간에 대응하여 교대로 유입되게 된다.
그 결과, 연료·물공급관 (64) 내에는, 물 및 연료가 교대로 다층상이 된 액주 (液柱) 가 형성된다. 이 다층상의 액주는, 주입 기간 중, 커넥터 (67) 에 형성된 연료·물입구 통로 (68), 연료 분사 밸브 본체 (11) 에 형성된 연료·물통로 (66) 및 역지 밸브 (65), 노즐 칩 (12) 에 천공 형성된 합류부 (92) 를 지나, 다층 구조를 유지한 채로 연료 통로 (19) 내로 유입되고, 연료 통로 (19) 내의 합류부 (92) 보다 상류측, 즉, 연료 분사 펌프 (4A) 측의 연료는, 연료 분사 펌프 (4A) 에 형성된 등압 밸브 (8) 를 밀어 열어 되돌려져, 연료 통로 (19) 내에 다층상의 액주가 충전된다. 이 때, 연료·물통로 (66) 내에 형성된 다층상의 액주는, 물 및 연료가 교대로 다층상이 된 다층상 구조를 유지한 채로 충전되므로, 연료 통로 (19) 내에는, 도 5 에 나타내는 바와 같은 연료 (백색 부분)-물 (흑색 부분)-연료-물 … 과 같은 교대로 다층상의 액상이 형성되게 된다.
그리고, 연료 분사 펌프 (4A) 가 작동하여 분사를 시작하면, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 니들 밸브 (15) 의 개변에 의해 오일 고임부 (16) 내의 연료가, 계속해서 연료 통로 (19) 내의 물 및 연료가 교대로 다층상으로 분사되고, 마지막으로 연료만이 분사되어, 이것을 반복한다. 또한, 배기 가스 중에 NOx 를 감소시키는 데에 필요한 물의 주입량을 증가시켜도, 엔진의 회전이 불안정해질 우려는 없다.
그런데, 본 실시형태에서는, 연료 분사 펌프 (4A) 가 내연 기관의 실린더마다 한 개씩 형성되고, 연료 분사 밸브 (10) 가 연료 분사 펌프 (4A) 마다 적어도 2 개씩 형성되어 있고, 연료 분사관 (9) 을 개재하여 공급된 연료만을 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연속하여 분사시키는 경우 (예를 들어, 엔진 배기 가스 규제 해역 (ECA：Emission Control Area) 밖을 항행하는 경우), 연료·물공급관 (64) 으로부터 연료 분사 밸브 (10) 쌍방으로의 다층상의 액주의 공급이 차단됨과 함께, 연료 분사관 (9) 으로부터 일방의 연료 분사 밸브 (10) 로의 연료의 공급이 차단되고, 연료 분사관 (9) 으로부터 타방의 연료 분사 밸브 (10) 로의 연료의 공급만이 허용되고, 타방의 연료 분사 밸브 (10) 로부터만 연료가 분사되도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 연료 분사 밸브 (10) 는, 실린더 커버 (도시 생략) 의 정상부에, 실린더 라이너 (110) (도 11 및 도 12 참조) 의 둘레 방향을 따라 등간격 (90 도 혹은 180 도 간격) 으로 형성되어 있다.
구체적으로는, 제어 밸브 (63) (또는 제어 밸브 (90, 91)) 에, 컨트롤러 (54) 로부터의 다층상 액주 차단 지령 신호가 출력되어, 제어 밸브 (63) (또는 제어 밸브 (90, 91)) 에 의해 연료·물공급관 (64) 으로의 관로 (유로) 를 차단함과 함께, 일방의 연료 분사 밸브 (10) 에 대응하여 배치된 작동 공기 제어 밸브 (47) 에, 컨트롤러 (54) 로부터의 연료 차단 지령 신호가 출력되어, 작동 공기 제어 밸브 (47) 를 작동시킨다. 작동 공기 제어 밸브 (47) 가 작동하여 일방의 연료 분사 밸브 (10) 로의 작동 공기관 (45) 의 관로가 열리면, 공기의 공급원 (46) 으로부터의 가압 작동 공기가 작동 공기관 (45) 을 지나 공기압 액추에이터 (30) 의 제 1 공기실 (35), 그리고 공기 구멍 (37) 및 볼록부 (34) 의 하단면에 방사상으로 형성된 복수의 통로 홈 (도시 생략) 을 지나 제 2 공기실 (36) 에 도입되고, 제 1 피스톤 (32) 의 상면 및 제 2 피스톤 (33) 의 상면에 동시에 작용하여, 이들 제 1 피스톤 (32) 및 제 2 피스톤 (33) 을 하방으로 가압한다. 이 가압력은, 스핀들 (40) 을 개재하여 니들 밸브 스프링 (17) 에 전달되고, 니들 밸브 스프링 (17) 을 개재하여 니들 밸브 (15) 를 이것의 밸브 개방압 이상의 압력으로 노즐 칩 (12) 측의 밸브 시트 (도시 생략) 에 눌러 니들 밸브 (15) 의 개변을 저지한다. 이로써, 당해 연료 분사 밸브 (10) 로부터의 연료 분사가 차단되게 된다.
또한, 이 때의 가압력은, 가압 전의 너트 (42) 의 하단면과 조정 나사 (38) 의 상단면의 거리에 의존하고, 그 거리는 필요한 가압력에 의해 결정된다.
또, 컨트롤러 (54) 에는, 회전수 검출기 (50), 소기 압력 검출기 (51), 락 위치 검출기 (52), 배기 온도 검출기 (53) 등의 기관 운전 상태 검출부로부터의 기관 운전 상태 검출값 이외에, 자선 (自船) 이 엔진 배기 가스 규제 해역 내에 위치하는지 엔진 배기 가스 규제 해역 밖에 위치하는지를 판단하는 항해 원조 장치 (도시 생략) 로부터의 자선 위치 데이터나, 자선이 엔진 배기 가스 규제 해역 내에 위치하고 있거나, 또는 자선이 엔진 배기 가스 규제 해역 밖에 위치하고 있는 것으로 판단한 선교 (船橋) 내의 항해사·갑판원 혹은 기관실 내의 기관사·기관원에 의해 조작된 스위치류의 위치 데이터가 입력되게 되어 있다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 (1) 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 (110) (도 11 및 도 12 참조) 내에 분사하는 경우에는, 공기압 액추에이터 (밸브 개방압 조정 장치) (30) 가 작동하고, 2 개의 연료 분사 밸브 (10) 중 일방의 연료 분사 밸브 (10) 의 니들 밸브 (15) 가, 그 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압 이상의 힘으로 가압됨으로써 당해 연료 분사 밸브 (10) 의 연료 분사가 차단되게 된다.
이로써, 연료 분사 압력이 저하되고, 연소성이 악화되어, 내연 기관의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 매진이나 흑연의 증가를 방지할 수 있다.
[제 2 실시형태]
본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 대해, 도 7 내지 도 9 를 참조하면서 설명한다.
도 7 은 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 구성도, 도 8 및 도 9 는 각각 작용 설명도이다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 (101) 는, 연료 가압 펌프 (70), 연료 공급관 (71), 전환 밸브 장치 (72), 역지 밸브 (73) 가 생략되어, 구성의 간략화가 도모되어 있다는 점에서 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
또한, 상기 서술한 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
또, 제 1 실시형태에서 설명한 연료·물공급관 (85), 제어 밸브 (63), 연료·물공급관 (64), 연료·물입구 통로 (68), 연료·물통로 (66) 에는, 물공급 펌프 (61) 를 개재하여 물탱크 (60) 로부터 공급된 물만이 통과하게 되기 때문에, 본 실시형태에서는 부호 85 를 물공급관 (85), 부호 64 를 물공급관, 부호 68 을 물입구 통로, 부호 66 을 물통로로 칭하기로 한다.
그런데, 본 실시형태에서는, 물탱크 (60) 로부터 물공급 펌프 (61) 에 의해 압송된 물이, 물공급관 (62) 을 지나 제어 밸브 (63) 에 보내져, 연료 분사 펌프 (4A) 의 플랜저 (5) 가 연료의 압송을 행하지 않은 휴지 기간 중에, 제어 밸브 (63) 는 컨트롤러 (54) 를 개재하여 소정 기간 개변 상태로 유지되고, 물공급관 (64) 을 개재하여 소정량의 물이 연료 분사 밸브 (10) 에 보내진다. 이 때, 연료 분사 펌프 (4A) 의 등압 밸브 (8) 의 개변 압력 PR 및 연료 분사 밸브 (10) 의 역지 밸브 (65) 의 밸브 개방압을 PP 라고 하면, 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압 P0 에 대해 P0 ＞ PR, P0 ＞ PP 가 되어 있으므로, 공급된 물은 역지 밸브 (65) 를 거쳐 물통로 (66) 및 합류부 (92) 를 지나 연료 통로 (19) 내로 유입되게 된다.
그리고, 연료 통로 (19) 내의 합류부 (92) 보다 상류측, 즉, 연료 분사 펌프 (4A) 측의 연료는, 연료 분사 펌프 (4A) 에 형성된 등압 밸브 (8) 를 밀어 열어 되돌려져, 연료 통로 (19) 내에 수주 (水柱) 가 충전된다.
그 결과, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (10) 내에 있어서는, 오일 고임부 (16) 의 용적 V2 및 합류부 (92) 로부터 오일 고임부 (16) 까지의 연료 통로 (19) 의 용적 V1 의 합인 V1＋V2 의 용적이 연료로 채워지고, 합류부 (92) 의 상류측의 연료 통로 (19) 내에는 소정량의 물이 채워지고, 또한 그 상류에는 다시 연료가 채워진 상태로 되어 있다.
다음으로, 연료 분사 펌프 (4A) 의 플랜저 (5) 가 상승되어 연료의 압축이 개시되면, 연료 분사관 (9), 연료 통로 (19) 및 오일 고임부 (16) 내의 압력이 상승되고, 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압 P0 이상이 되면 니들 밸브 (15) 가 개변한다. 이 때 역지 밸브 (65) 의 작용에 의해 물통로 (66) 내의 물이 물탱크 (60) 측으로 되밀리는 경우는 없다.
니들 밸브 (15) 가 밸브 개방압 P0 에 도달하면, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (10) 의 분공 (13) 으로부터, 먼저, 오일 고임부 (16) 및 연료 통로 (19) 내의 합류부 (92) 까지의 용적에 채워져 있던 V1＋V2 의 용적의 연료가 분사되고, 이어서, 소정량의 물이 분사되며, 마지막으로, 나머지의 연료가 전체량 분사되게 된다. 여기서, 1 회의 분사로 분사되는 연료의 양을 QF 라고 하면, 최초로 분사되는 연료의 양 QFp 는 전술한 바와 같이 QFp = V1＋V2 가 되고, 이어서, QW 의 물의 전체량이 분사되고, 마지막으로, 나머지의 연료의 양을 QFs 라고 하면 QFs = QF-QFp 가 분사되게 된다.
그 결과, QFp 의 연료에 의해 디젤의 연료 행정 초기의 착화가 확실하게 행해지고, 이어서 QW 의 물에 의해 분무 내로의 공기의 도입이 증대되어 연료 속도가 증대 및 흑연 발생의 저감이 행해짐과 동시에 물의 화염역으로의 도입에 의해 NOx 의 저감이 도모되게 된다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 (101) 및 내연 기관의 연료 분사 방법의 작용 효과는, 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
[제 3 실시형태]
본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 대해, 도 10 을 참조하면서 설명한다.
도 10 은 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치의 구성도이다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 (201) 는, 도 7 에 나타내는 역지 밸브 (74) 및 물공급관 (85) 이 생략되고, 제어 밸브 (63) 대신에 물공급 장치 (202) 가 형성되어 있고, 새롭게 작동유 탱크 (203), 작동유 펌프 (204), 작동유 공급관 (205), 작동유 복귀관 (206), 및 두 개의 전자 밸브 (207, 208) 가 형성되어 있다는 점에서 상기 서술한 제 2 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 2 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
또한, 상기 서술한 제 2 실시형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
작동유 공급관 (205) 은, 작동유 탱크 (203) 에 저류된 작동유를 물공급 장치 (202) 로 유도하는 배관이고, 그 도중에는, 작동유 탱크 (203) 로부터 유도된 작동유를 가압하는 작동유 펌프 (204) 와, 작동유 펌프 (204) 로부터 물공급 장치 (202) 로의 유로를 개폐하는 전자 밸브 (207) 가 접속되어 있다. 그리고, 작동유 펌프 (204) 가 작동하고 있는 상태에서, 컨트롤러 (54) 에 의해 전자 밸브 (207) 가 열리고, 전자 밸브 (208) 가 닫혀지면, 가압된 작동유가 물공급 장치 (202) 를 구성하는 작동유실 (209) 로 유입되고, 물공급 장치 (202) 를 구성하는 물공급 피스톤 (210) 의 일단면 (도 10 에 있어서 하측의 단면) 에 작용하여, 물공급 피스톤 (210) 을 밀어 올려, 수압송실 (211) 에 있는 소정량의 물이 물공급관 (64) 을 개재하여 연료 분사 밸브 (10) 에 보내지게 된다.
작동유 복귀관 (206) 은, 전자 밸브 (207) 와 물공급 장치 (202) 를 연통하는 작동유 공급관 (205) 의 도중과, 작동유 탱크 (203) 를 연통하여, 작동유실 (209) 내에 있는 작동유를 작동유 탱크 (203) 로 유도하는 배관이고, 그 도중에는, 작동유실 (209) 로부터 작동유 탱크 (203) 로의 유로를 개폐하는 전자 밸브 (208) 가 접속되어 있다. 그리고, 컨트롤러 (54) 에 의해 전자 밸브 (207) 가 닫히고, 전자 밸브 (208) 가 열리면, 가압된 물이 수압송실 (211) 로 유입되고, 물공급 피스톤 (210) 의 타단면 (도 10 에 있어서 상측의 단면) 에 작용하여, 물공급 피스톤 (210) 을 밀어 내려, 작동유실 (209) 에 있는 작동유가 작동유 공급관 (205) 의 일부 및 작동유 복귀관 (206) 을 개재하여 작동유 탱크 (203) 로 되돌려지게 된다.
그런데, 본 실시형태에서는, 물탱크 (60) 로부터 물공급 펌프 (61) 에 의해 압송된 물이, 물공급관 (62) 을 지나 물공급 장치 (202) 에 보내져, 연료 분사 펌프 (4A) 의 플랜저 (5) 가 연료의 압송을 행하고 있지 않은 휴지 기간 중에, 전자 밸브 (207) 는 컨트롤러 (54) 를 개재하여 소정 기간 개변 상태로 유지되고, 물공급관 (64) 을 개재하여 소정량의 물이 연료 분사 밸브 (10) 에 보내진다. 이 때, 연료 분사 펌프 (4A) 의 등압 밸브 (8) 의 개변 압력 PR 및 연료 분사 밸브 (10) 의 역지 밸브 (65) 의 밸브 개방압을 PP 라고 하면, 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압 P0 에 대해 P0＞PR, P0＞PP 로 되어 있으므로, 공급된 물은 역지 밸브 (65) 를 거쳐 물통로 (66) 및 합류부 (92) 를 지나 연료 통로 (19) 내로 유입되게 된다.
그리고, 연료 통로 (19) 내의 합류부 (92) 보다 상류측, 즉, 연료 분사 펌프 (4A) 측의 연료는, 연료 분사 펌프 (4A) 에 형성된 등압 밸브 (8) 을 밀어 열어 되돌려져, 연료 통로 (19) 내에 수주가 충전된다.
그 결과, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (10) 내에 있어서는, 오일 고임부 (16) 의 용적 V2 및 합류부 (92) 로부터 오일 고임부 (16) 까지의 연료 통로 (19) 의 용적 V1 의 합인 V1＋V2 의 용적이 연료로 채워지고, 합류부 (92) 의 상류측의 연료 통로 (19) 내에는 소정량의 물이 채워지고, 또한 그 상류에는 다시 연료가 채워진 상태로 되어 있다.
다음으로, 연료 분사 펌프 (4A) 의 플랜저 (5) 가 상승되어 연료의 압축이 개시되면, 연료 분사관 (9), 연료 통로 (19) 및 오일 고임부 (16) 내의 압력이 상승되고, 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압 P0 이상이 되면 니들 밸브 (15) 가 개변한다. 이 때 역지 밸브 (65) 의 작용에 의해 물통로 (66) 내의 물이 물탱크 (60) 측으로 되밀리는 경우는 없다.
니들 밸브 (15) 가 밸브 개방압 P0 에 도달하면, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (10) 의 분공 (13) 으로부터, 먼저, 오일 고임부 (16) 및 연료 통로 (19) 내의 합류부 (92) 까지의 용적에 채워져 있던 V1＋V2 의 용적의 연료가 분사되고, 이어서, 소정량의 물이 분사되고, 마지막으로, 나머지의 연료가 전체량 분사되게 된다. 여기서, 1 회의 분사로 분사되는 연료의 양을 QF 라고 하면, 최초로 분사되는 연료의 양 QFp 는 전술한 바와 같이 QFp = V1＋V2 가 되고, 이어서, QW 의 물의 전체량이 분사되고, 마지막으로, 나머지의 연료의 양을 QFs 라고 하면 QFs=QF-QFp 가 분사되게 된다.
그 결과, QFp 의 연료에 의해 디젤의 연료 행정 초기의 착화가 확실하게 행해지고, 이어서 QW 의 물에 의해 분무 내로의 공기의 도입이 증대되고 연료 속도가 증대 및 흑연 발생의 저감이 이루어짐과 동시에 물의 화염역으로의 도입에 의해 NOx 의 저감이 도모되게 된다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 (201) 및 내연 기관의 연료 분사 방법의 작용 효과는, 상기 서술한 제 2 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
[제 4 실시형태]
본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 대해 설명한다.
그런데, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치는, 연료 분사관 (9) 을 개재하여 공급된 연료만을 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연속해서 분사시키는 경우 (예를 들어, 엔진 배기 가스 규제 해역 (ECA：Emission Control Area) 밖을 항행하는 경우) 에, 연료가 분사되는 타방의 연료 분사 밸브 (10) 와, 연료가 분사되지 않는 일방의 연료 분사 밸브 (10) 가, 소정 사이클마다 전환되도록 (예를 들어, 타방의 연료 분사 밸브 (10) 의 분공 (13) 으로부터 연료가 10 회 분사되면, 연료가 분사되는 연료 분사 밸브 (10) 를 타방의 연료 분사 밸브 (10) 로부터 일방의 연료 분사 밸브 (10) 로 전환되어 연료를 분사시키고, 일방의 연료 분사 밸브 (10) 의 분공 (13) 으로부터 연료가 10 회 분사되면, 연료가 분사되는 연료 분사 밸브 (10) 를 일방의 연료 분사 밸브 (10) 로부터 타방의 연료 분사 밸브 (10) 로 전환되도록) 구성되어 있다는 점에서 상기 서술한 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 컨트롤러 (54) 에, 회전수 검출기 (50), 소기 압력 검출기 (51), 락 위치 검출기 (52), 배기 온도 검출기 (53) 등의 기관 운전 상태 검출부로부터의 기관 운전 상태 검출값, 자선이 엔진 배기 가스 규제 해역 내에 위치하는지 엔진 배기 가스 규제 해역 밖에 위치하는지를 판단하는 항해 원조 장치 (도시 생략) 로부터의 자선 위치 데이터나, 자선이 엔진 배기 가스 규제 해역 내에 위치하고 있거나, 또는 자선이 엔진 배기 가스 규제 해역 밖에 위치하고 있는 것으로 판단한 선교 내의 항해사·갑판원 혹은 기관실 내의 기관사·기관원에 의해 조작된 스위치류의 위치 데이터 이외에, 각 연료 분사 밸브 (10) 의 분사 횟수가 입력되게 되어 있다. 그리고, 연료를 분사하고 있는 연료 분사 밸브 (10) 의 분사 횟수가 소정 횟수에 도달하면, 타방의 연료 분사 밸브 (10) 에 대응하여 배치된 작동 공기 제어 밸브 (47) 에, 컨트롤러 (54) 로부터의 연료 차단 지령 신호가 출력되고, 작동 공기 제어 밸브 (47) 가 작동됨과 함께, 일방의 연료 분사 밸브 (10) 에 대응하여 배치된 작동 공기 제어 밸브 (47) 에, 컨트롤러 (54) 로부터의 연료 차단 해제 지령 신호가 출력되고, 작동 공기 제어 밸브 (47) 의 작동이 정지되어, 연료가 분사되는 연료 분사 밸브 (10) 가, 타방의 연료 분사 밸브 (10) 로부터 일방의 연료 분사 밸브 (10) 로 전환되게 된다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 (110) (도 11 및 도 12 참조) 내에 분사하는 경우에, 연료 분사가 차단되는 연료 분사 밸브와, 연료 분사가 허용되는 연료 분사 밸브가, 소정 사이클마다 전환되게 된다.
이로써, 실린더 라이너 (110) 내의 열부하를, 둘레 방향에 걸쳐서 보다 균일하게 할 (분산시킬) 수 있어, 열응력의 부분적인 집중을 확실하게 회피할 수 있다.
그 밖의 작용 효과는, 상기 서술한 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
[제 5 실시형태]
본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 대해, 도 11 및 도 12 를 참조하면서 설명한다.
도 11 및 도 12 는 각각 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치를 장비한 내연 기관의 1 실린더 내 (통 내) 에 있어서의 연료 화염 상태를 나타내는 모식도이다.
도 11 및 도 12 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치는, 연료 분사 밸브 (10) 가 연료 분사 펌프 (4A) 마다 4 개씩, 즉, 실린더 커버 (도시 생략) 의 정상부에, 실린더 라이너 (110) 의 둘레 방향을 따라 등간격 (90 도 간격) 으로 형성되어 있다는 점에서 상기 서술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
또한, 상기 서술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
그런데, 본 실시형태에서는, 연료 분사 펌프 (4A) 가 내연 기관의 실린더마다 한 개씩 형성되고, 연료 분사 밸브 (10) 가 연료 분사 펌프 (4A) 마다 4 개 2 세트씩 형성되어 있고, 연료 분사관 (9) 을 개재하여 공급된 연료만을 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연속하여 분사시키는 경우 (예를 들어, 엔진 배기 가스 규제 해역 (ECA：Emission Control Area) 밖을 항행하는 경우), 연료·물공급관 (64) 으로부터 연료 분사 밸브 (10) 쌍방으로의 다층상의 액주의 공급이 차단됨과 함께, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사관 (9) 으로부터, 대향하여 배치된 1 세트의 연료 분사 밸브 (10) (도 10 및 도 11 에 있어서 좌측 하부 및 우측 상부에 배치된 연료 분사 밸브 (10)) 로의 연료의 공급이 차단되고, 연료 분사관 (9) 으로부터, 대향하여 배치된 타 세트 (도 10 및 도 11 에 있어서 좌측 상부 및 우측 하부에 배치된 연료 분사 밸브 (10)) 의 연료 분사 밸브 (10) 로의 연료의 공급만이 허용되어, 대향하여 배치된 타 세트 (다른 1 세트) 의 연료 분사 밸브 (10) 로부터만 연료가 분사되도록 구성되어 있다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 (110) (도 11 및 도 12 참조) 내에 분사하는 경우에는, 공기압 액추에이터 (밸브 개방압 조정 장치) (30) 가 작동하여, 연료 분사 밸브 (10) 중, 대향하여 배치된 1 세트의 연료 분사 밸브 (10) 의 니들 밸브 (15) 가, 그 니들 밸브 (15) 의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브 (10) 의 연료 분사가 차단되게 된다.
이로써, 실린더 라이너 (110) 내의 열부하를, 둘레 방향에 걸쳐서 (거의) 균일하게 할 (분산시킬) 수 있어, 열응력의 부분적인 집중을 회피할 수 있다.
그 밖의 작용 효과는, 상기 서술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
[제 6 실시형태]
본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 대해 설명한다.
그런데, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치는, 연료 분사관 (9) 을 개재하여 공급된 연료만을 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연속하여 분사시키는 경우 (예를 들어, 엔진 배기 가스 규제 해역 (ECA：Emission Control Area) 밖을 항행하는 경우) 에, 연료가 분사되는 타 세트의 연료 분사 밸브 (10) 와, 연료가 분사되지 않는 1 세트의 연료 분사 밸브 (10) 가, 소정 사이클마다 전환되도록 (예를 들어, 타 세트의 연료 분사 밸브 (10) 의 분공 (13) 으로부터 연료가 10 회 분사되면, 연료가 분사되는 연료 분사 밸브 (10) 를 타 세트의 연료 분사 밸브 (10) 로부터 1 세트의 연료 분사 밸브 (10) 로 전환하여 연료를 분사시키고, 1 세트의 연료 분사 밸브 (10) 의 분공 (13) 으로부터 연료가 10 회 분사되면, 연료가 분사되는 연료 분사 밸브 (10) 를 1 세트의 연료 분사 밸브 (10) 로부터 타 세트의 연료 분사 밸브 (10) 로 전환되도록) 구성되어 있다는 점에서 상기 서술한 제 5 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 5 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 관련된 내연 기관의 연료 분사 장치 및 내연 기관의 연료 분사 방법에 의하면, 연료유만을 실린더 라이너 (110) (도 11 및 도 12 참조) 내에 분사하는 경우에, 연료 분사가 차단되는 1 세트의 연료 분사 밸브와, 연료 분사가 허용되는 타 세트의 연료 분사 밸브가 소정 사이클마다 전환되게 된다.
이로써, 실린더 라이너 (110) 내의 열부하를, 둘레 방향에 걸쳐서 보다 균일하게 할 (분산시킬) 수 있어, 열응력의 부분적인 집중을 확실하게 회피할 수 있다.
그 밖의 작용 효과는, 상기 서술한 제 5 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 적절히 필요에 따라 변형·변경 실시 가능하다.
예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는, 연료 분사 밸브 (10) 가 연료 분사 펌프 (4A) 마다 2 개씩, 혹은 4 개씩 형성되어 있는 것을 구체예로서 들어 설명했는데, 연료 분사 밸브 (10) 의 개수는, 연료 분사 펌프 (4A) 마다 3 개씩, 5 개씩, 6 개 3 세트씩, 7 개씩, 8 개 4 세트씩 형성하거나 해도 되고, 연료 분사 밸브 (10) 의 개수에 따라 본 발명이 한정되지 않는다.
또, 상기 서술한 실시형태에 있어서, 물 대신에 그 밖의 불활성 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 연료유와 물이 다층상이 된 것을 분사시키는 시스템 (연료 분사 장치) 뿐만 아니라, 연료유와 물이 에멀션이 된 것을 분사시키는 시스템 (연료 분사 장치) 에도 적용할 수 있다.
또한, 공기압 액추에이터 (밸브 개방압 조정 장치) (30) 를, 도 13 에 나타내는 바와 같은 구성, 즉, 연료 분사관 (9) 으로부터 일방 또는 1 세트 (혹은 타방 또는 타 세트) 의 연료 분사 밸브 (10) 로의 연료의 공급을 차단하는 구동력 (트리거) 으로 하여, 내연 기관의 소기 (압력) 를 이용하는 구성을 갖는 공기압 액추에이터 (130) 로 해도 된다. 바꿔 말하면, 공기압 액추에이터 (130) 를 작동시키는 구동원으로서, 공기의 공급원 (46) 대신에, 도 13 에 있어서 「주기관」이라고 표기하는 내연 기관의 소기실 (120) 로부터 공급된 소기를 이용하여, 소기 압력이 소정치보다 낮을 때에는, 연료 분사 밸브 (10) 로부터의 연료 분사가 차단되고, 소기 압력이 소정치보다 높을 때에는, 연료 분사 밸브 (10) 로부터의 연료 분사가 허용되게 되어 있다. 즉, 컨트롤러 (54) 로부터 작동 공기 제어 밸브 (47) 에 연료 차단 지령 신호가 출력되고, 작동 공기 제어 밸브 (47) 가 작동되어 있는 경우에도, 내연 기관의 부하가 높을 때에는, 일방 및 타방 (또는 1 세트 및 타 세트) 의 모든 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연료가 분사되어, 내연 기관의 부하가 소정 부하보다 낮아졌을 때에, 일방 또는 1 세트 (혹은 일방 또는 타 세트) 의 연료 분사 밸브 (10) 로의 연료의 공급이 차단되게 되어 있다.
이로써, 연료 분사관 (9) 을 개재하여 공급된 연료만을 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연속하여 분사시키는 경우 (예를 들어, 엔진 배기 가스 규제 해역 (ECA：Emission Control Area) 밖을 항행하는 경우) 에도, 내연 기관의 부하가 높을 때에는, 일방 및 타방 (또는 1 세트 및 타 세트) 의 모든 연료 분사 밸브 (10) 로부터 연료를 자동적으로 분사시킬 수 있고, 내연 기관의 부하가 소정 부하보다 낮아졌을 때에는, 일방 또는 1 세트 (혹은 타방 또는 타 세트) 의 연료 분사 밸브 (10) 로의 연료의 공급을 자동적으로 차단할 수 있다. 그 결과, 내연 기관의 부하에 따라, 연료를 분사시키는 연료 분사 밸브 (10) 와, 연료를 분사시키지 않는 연료 분사 밸브 (10) 가 자동적으로 선택되게 되어, 내연 기관의 기관 효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 13 에 있어서, 상기 서술한 실시형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하고 있다. 또, 도 13 중의 부호 131 은, 니들 밸브 (15) 를 폐변 방향, 즉, 제 1 피스톤 (32) 를 제 2 피스톤 (33) 의 측 (도 13 에 있어서 하측) 에 탄성 지지하는 스프링이다.
1 내연 기관의 연료 분사 장치
10 연료 분사 밸브
15 니들 밸브
30 공기압 액추에이터 (밸브 개방압 조정 장치)
101 내연 기관의 연료 분사 장치
110 실린더 라이너
130 공기압 액추에이터 (밸브 개방압 조정 장치)
201 내연 기관의 연료 분사 장치

Claims (8)

  1. 니들 밸브의 밸브 개방압을 조정하는 밸브 개방압 조정 장치를 구비한 연료 분사 밸브를, 1 실린더에 대해 적어도 2 개 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치로서,
    연료유와 불활성 물질을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 모든 연료 분사 밸브로부터 연료유와 불활성 물질이 분사되고,
    연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중 적어도 한 개의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 구성되어 있는 내연 기관의 연료 분사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브가 짝수 개, 상기 실린더 라이너의 둘레 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있고,
    연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중, 대향하여 배치된 적어도 1 세트의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 구성되어 있는 내연 기관의 연료 분사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에, 연료 분사가 차단되는 연료 분사 밸브와, 연료 분사가 허용되는 연료 분사 밸브가, 소정 사이클마다 전환되도록 구성되어 있는 내연 기관의 연료 분사 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 내연 기관의 연료 분사 장치를 구비하고 있는 내연 기관.
  5. 제 4 항에 기재된 내연 기관을 구비하고 있는 선박.
  6. 니들 밸브의 밸브 개방압을 조정하는 밸브 개방압 조정 장치를 구비한 연료 분사 밸브를, 1 실린더에 대해 적어도 2 개 구비한 내연 기관의 연료 분사 방법으로서,
    연료유와 불활성 물질을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 모든 연료 분사 밸브로부터 연료유와 불활성 물질이 분사되고,
    연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중 적어도 한 개의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 한 내연 기관의 연료 분사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연료 분사 밸브가 짝수 개, 상기 실린더 라이너의 둘레 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있고,
    연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에는, 상기 밸브 개방압 조정 장치를 작동시켜 상기 적어도 2 개의 연료 분사 밸브 중, 대향하여 배치된 적어도 1 세트의 연료 분사 밸브의 니들 밸브를, 그 니들 밸브의 밸브 개방압 이상의 힘으로 누름으로써 당해 연료 분사 밸브의 연료 분사를 차단하도록 한 내연 기관의 연료 분사 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    연료유만을 실린더 라이너 내에 분사하는 경우에, 연료 분사가 차단되는 연료 분사 밸브와, 연료 분사가 허용되는 연료 분사 밸브를, 소정 사이클마다 전환되도록 한 내연 기관의 연료 분사 방법.
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