KR20150105004A - 연료 분사기 및 이를 포함하는 디젤 엔진 - Google Patents

연료 분사기 및 이를 포함하는 디젤 엔진 Download PDF

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KR20150105004A
KR20150105004A KR1020140027107A KR20140027107A KR20150105004A KR 20150105004 A KR20150105004 A KR 20150105004A KR 1020140027107 A KR1020140027107 A KR 1020140027107A KR 20140027107 A KR20140027107 A KR 20140027107A KR 20150105004 A KR20150105004 A KR 20150105004A
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KR
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combustion chamber
nozzle tip
feeder
diesel engine
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이종윤
강은아
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두산인프라코어 주식회사
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Abstract

연료 분사기는 피더(feeder), 노즐 팁(nozzle tip) 및 회전 유닛을 포함한다. 피더는 디젤 엔진의 실린더 헤드에 장착되어, 상기 디젤 엔진의 연소실로 연료를 공급한다. 노즐 팁은 상기 피더에 회전 가능하게 연결되어, 상기 연료를 상기 연소실로 분사한다. 회전 유닛은 상기 노즐 팁을 회전시켜서, 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성한다. 따라서, 공기의 소용돌이 유동으로 인해 야기되는 유동 저항이 근원적으로 방지되므로, 연소실 내에서 공기 체적량이 증가될 수 있다. 결론적으로, 연료와 공기의 혼합율이 높아지게 되어, 디젤 엔진은 향상된 연소 효율을 갖게 된다.

Description

연료 분사기 및 이를 포함하는 디젤 엔진{FUEL INJECTOR AND DIESEL ENGINE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 연료 분사기 및 이를 포함하는 디젤 엔진에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 디젤 엔진의 연소실로 연료를 분사하는 연료 분사기, 및 이러한 연료 분사기를 포함하는 디젤 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤 엔진은 연료 분사기로부터 분사된 연료가 연소실 내의 공기와 혼합되고, 이러한 혼합 기체가 압축되어 폭발되는 것에 의해서 동력을 발생시킨다. 따라서, 디젤 엔진의 효율은 연료와 공기의 혼합율과 밀접한 관련이 있다.
관련 기술들에 따르면, 연료와 공기의 혼합율을 높이기 위해서, 흡기 포트 및/또는 흡기 밸브를 이용해서 공기에 소용돌이를 형성한다.
그러나, 공기에 형성된 소용돌이 유동은 연소실 내로의 공기 유입 방향과 직교를 이룬다. 이로 인하여, 소용돌이 유동은 공기의 유입에 저항 유동으로 작용을 하게 된다. 따라서, 연소실 내에서 공기 체적량이 감소되어, 디젤 엔진의 연소 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 연료와 공기의 혼합율을 향상시킬 수 있는 연료 분사기를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기된 연료 분사기를 포함하는 디젤 엔진을 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 연료 분사기는 피더(feeder), 노즐 팁(nozzle tip) 및 회전 유닛을 포함한다. 피더는 디젤 엔진의 실린더 헤드에 장착되어, 상기 디젤 엔진의 연소실로 연료를 공급한다. 노즐 팁은 상기 피더에 회전 가능하게 연결되어, 상기 연료를 상기 연소실로 분사한다. 회전 유닛은 상기 노즐 팁을 회전시켜서, 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 노즐 팁은 상기 노즐 팁의 내측면에 형성된 가이드 홈을 가질 수 있다. 상기 피더는 상기 피더의 외측면에 형성되어 상기 가이드 홈에 회전 가능하게 삽입된 가이드 단부를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 피더는 상기 피더의 외측면에 형성된 가이드 홈을 가질 수 있다. 상기 노즐 팁은 상기 노즐 팁의 내측면에 형성되어 상기 가이드 홈에 회전 가능하게 삽입된 가이드 단부를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전 유닛은 상기 실린더 헤드에 장착된 모터, 상기 모터에 연결된 회전축, 상기 회전축에 장착된 구동 기어, 및 상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어 상기 구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 종동 기어는 상기 노즐 팁의 외측면에 일체로 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전 유닛은 상기 실린더 헤드에 장착된 실린더, 상기 실린더에 연결된 랙, 및 상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어 상기 랙과 치합된 피니언을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 피니언은 상기 노즐 팁의 외측면에 일체로 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전 유닛은 상기 연소실에서 발생된 동력을 전달받아 상기 연소실의 흡기 포트와 배기 포트를 개폐하는 흡배기 밸브들을 구동시키는 캠. 상기 캠에 연결된 제 1 베벨 기어, 상기 제 1 베벨 기어와 치합된 제 2 베벨 기어, 상기 제 2 베벨 기어에 연결된 회전축, 상기 회전축에 장착된 구동 기어, 및 상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어, 상기구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 종동 기어는 상기 노즐 팁의 외측면에 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 연료 분사기는 노즐 및 회전 유닛을 포함한다. 노즐은 디젤 엔진의 실린더 헤드 내에 회전 가능하게 배치되어, 상기 디젤 엔진의 연소실로 연료를 분사한다. 회전 유닛은 상기 노즐을 회전시켜서, 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전 유닛은 상기 실린더 헤드에 장착된 모터, 상기 모터에 연결된 회전축, 상기 회전축에 장착된 구동 기어, 및 상기 노즐의 외측면에 구비되어 상기 구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전 유닛은 상기 실린더 헤드에 장착된 실린더, 상기 실린더에 연결된 랙, 및 상기 노즐의 외측면에 구비되어 상기 랙과 치합된 피니언을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 회전 유닛은 상기 연소실에서 발생된 동력을 전달받아 상기 연소실의 흡기 포트와 배기 포트를 개폐하는 흡배기 밸브들을 구동시키는 캠. 상기 캠에 연결된 제 1 베벨 기어, 상기 제 1 베벨 기어와 치합된 제 2 베벨 기어, 상기 제 2 베벨 기어에 연결된 회전축, 상기 회전축에 장착된 구동 기어, 및 상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어, 상기구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 디젤 엔진은 실린더 블럭, 실린더 헤드, 피스톤, 흡기 밸브, 배기 밸브 및 연료 분사기를 포함한다. 실린더 블럭은 연소실을 갖는다. 실린더 헤드는 상기 실린더 블러 상에 장착되고, 상기 연소실과 연통된 흡기 포트와 배기 포트를 갖는다. 피스톤은 상기 연소실 내에 배치된다. 흡기 밸브는 상기 흡기 포트를 개폐한다. 배기 밸브는 상기 배기 포트를 개폐한다. 연료 분사기는 상기 실린더 헤드에 장착되어 상기 연소실로 연료를 소용돌이시켜서 분사한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 연료 분사기는 상기 실린더 헤드에 장착되어, 상기 연료를 상기 연소실로 공급하는 피더(feeder), 상기 피더에 회전 가능하게 연결되어 상기 연료를 상기 연소실로 분사하는 노즐 팁(nozzle tip), 및 상기 노즐 팁을 회전시켜서 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성하는 회전 유닛을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 연료 분사기는 상기 실린더 헤드 내에 회전 가능하게 배치되어 상기 연소실로 연료를 분사하는 노즐, 및 상기 노즐을 회전시켜서 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성하는 회전 유닛을 포함할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 공기에 소용돌이를 형성하지 않고 회전하는 연료 분사기를 이용해서 연료에 소용돌이를 형성한다. 따라서, 공기의 소용돌이 유동으로 인해 야기되는 유동 저항이 근원적으로 방지되므로, 연소실 내에서 공기 체적량이 증가될 수 있다. 결론적으로, 연료와 공기의 혼합율이 높아지게 되어, 디젤 엔진은 향상된 연소 효율을 갖게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 정단면도이다.
도 2는 도 1의 디젤 엔진을 나타낸 측단면도이다.
도 3은 도 2의 디젤 엔진의 연료 분사기의 피더와 노즐 팁을 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 피더를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4의 피더를 나타낸 저면도이다.
도 6은 도 3의 노즐 팁을 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ_ 선을 따라낸 단면도이다.
도 8은 도 2의 연료 분사기의 회전 유닛을 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 8의 회전 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 9의 회전 유닛을 나타낸 저면도이다.
도 11 및 도 12는 도 3의 연료 분사기에서 연소실 내로 분사된 연료의 유동을 나타낸 저면도들이다.
도 13 및 도 14는 종래의 연소실 내에서 연료와 공기의 유동을 나타낸 저면도들이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이다.
도 16은 도 15의 디젤 엔진의 연료 분사기의 피더를 나타낸 단면도이다.
도 17은 도 15의 디젤 엔진의 연료 분사기의 노즐 팁을 나타낸 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이다.
도 19는 도 18의 디젤 엔진의 연료 분사기를 나타낸 평면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 정단면도이고, 도 2는 도 1의 디젤 엔진을 나타낸 측단면도이며, 도 3은 도 2의 디젤 엔진의 연료 분사기의 피더와 노즐 팁을 확대해서 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 피더를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 4의 피더를 나타낸 저면도이고, 도 6은 도 3의 노즐 팁을 나타낸 단면도이며, 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ_ 선을 따라낸 단면도이고, 도 8은 도 2의 연료 분사기의 회전 유닛을 확대해서 나타낸 사시도이며, 도 9는 도 8의 회전 유닛을 나타낸 단면도이고, 도 10은 도 9의 회전 유닛을 나타낸 저면도이며, 도 11은 도 3의 연료 분사기에서 연소실 내로 분사된 연료의 유동을 나타낸 저면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 디젤 엔진(100)은 실린더 블럭(110), 실린더 헤드(120), 피스톤(130), 흡기 밸브(140), 배기 밸브(150) 및 연료 분사기(160)를 포함한다.
실린더 블럭(110)은 연소실(112)을 갖는다. 연료와 공기가 연소실(112)로 공급된다. 실린더 헤드(120)는 실린더 블럭(110)의 상부면에 장착된다. 실린더 헤드(120)는 연소실(112)과 연통된 흡기 포트(122)와 배기 포트(124)를 갖는다. 피스톤(130)은 연소실(112) 내부에 승강 가능하게 배치된다. 흡기 밸브(140)는 흡기 포트(122)를 개폐한다. 배기 밸브(150)는 배기 포트(124)를 개폐한다.
연료 분사기(160)는 실린더 헤드(120) 내부에 배치된다. 연료 분사기(160)는 연료를 연소실(112) 내부로 분사한다. 본 실시예에서, 연료 분사기(160)는 피더(170), 노즐 팁(180) 및 회전 유닛(190)을 포함한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 피더(170)는 실린더 헤드(120)에 수직 방향을 따라 삽입된다. 피더(170)는 연료가 공급되는 내부 통로를 갖는다. 따라서, 피더(170)는 연료 탱크와 연결된다. 피더(170)는 가이드 단부(172)를 갖는다. 가이드 단부(172)는 피더(170)의 외주면 하부에 원주선 방향을 따라 형성된다.
도 2, 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 노즐 팁(180)은 피더(170)의 하단에 회전 가능하게 연결된다. 노즐 팁(180)은 피더(170)의 내부 통로와 연통된 내부 통로를 갖는다. 노즐 팁(180)의 하단은 연소실(112)로 돌출되어, 연료를 연소실(112) 내부로 분사한다. 노즐 팁(180)은 가이드 홈(182)을 갖는다. 가이드 홈(182)은 노즐 팁(180)의 내부 통로 내측면에 원주선 방향을 따라 형성된다. 노즐 팁(180)의 피더(170)의 가이드 단부(172)가 노즐 팁(180)의 가이드 홈(182)에 회전 가능하게 삽입되어, 노즐 팁(180)이 실린더 헤드(120)에 고정된 피더(170)에 대해서 회전될 수 있다.
도 2, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하면, 회전 유닛(190)은 노즐 팁(180)으로 회전력을 제공한다. 회전 유닛(190)은 모터(192), 회전축(194), 구동 기어(196) 및 종동 기어(198)를 포함한다. 모터(192)는 실린더 헤드(120)의 상부면에 장착된다. 회전축(194)은 모터(192)에 연결되어 모터(192)의 회전력에 의해서 회전된다. 회전축(194)은 피더(170)와 노즐 팁(180)의 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향을 따라 연장된다. 구동 기어(196)는 회전축(194)에 설치된다. 구동 기어(196)는 종동 기어(198)와 치합된다. 치합된다. 종동 기어(198)는 노즐 팁(180)의 외측면에 구비된다. 본 실시예에서, 종동 기거(198)는 노즐 팁(180)의 외측면에 일체로 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 종동 기어(198)는 노즐 팁(180)의 외측면에 별도로 장착될 수도 있다.
본 실시예에서, 모터(192)의 회전력이 회전축(184), 구동 기어(196) 및 종동 기어(198)를 통해서 노즐 팁(180)으로 전달되어, 노즐 팁(180)이 회전하게 된다. 그러므로, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 노즐 팁(180)의 내부 통로를 따라 흐르는 연료에 회전하는 노즐 팁(180)에 의해서 소용돌이 유동이 형성된다. 이러한 소용돌이 유동을 갖는 연료가 연소실(112)로 분사되어, 흡기 포트(122)를 통해 연소실(112)로 공급된 공기와 혼합된다.
흡기 포트(122)를 통해 연소실(112)로 공급된 공기에는 소용돌이 유동이 형성되지 않는다. 따라서, 연소실(112) 내로의 공기의 유입을 방해하는 소용돌이 유동이 공기에는 형성되지 않게 되므로, 연소실(112) 내에서 공기 체적량이 증가된다. 결과적으로, 소용돌이 유동을 갖는 연료가 공기와 충분히 혼합될 수 있게 되어 연료와 공기의 혼합율이 증가되고, 이에 따라 디젤 엔진의 연소 효율이 향상될 수 있다. 디젤 엔진의 연소 효율 증가는 배기 가스 감소로 이어진다.
반면에, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 종래의 연소실로 공급된 공기에는 흡입 포트의 소용돌이 구조에 의해서 소용돌이가 형성된다. 이로 인하여, 소용돌이 유동이 연소실(112) 내로의 공기 유입을 방해하게 되므로, 연소실(112) 내에서 공기 체적량이 줄어들게 된다. 결과적으로, 소용돌이 유동을 갖는 공기는 연료와 충분히 혼합될 수가 없게 되어, 연료와 공기의 혼합율이 감소되고, 이에 따라 디젤 엔진은 낮은 연소 효율을 갖게 될 것이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이고, 도 16은 도 15의 디젤 엔진의 연료 분사기의 피더를 나타낸 단면도이며, 도 17은 도 15의 디젤 엔진의 연료 분사기의 노즐 팁을 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 디젤 엔진(100a)은 연료 분사기의 피더와 노즐 팁을 제외하고는 도 2의 디젤 엔진(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 피더(170a)는 가이드 홈(172a)을 갖는다. 가이드 홈(172a)은 피더(170a)의 외측면에 형성된다. 노즐 팁(180a)은 가이드 단부(182a)를 갖는다. 가이드 단부(182a)는 노즐 팁(180a)의 내측면으로부터 돌출된다. 노즐 팁(180a)의 가이드 단부(182a)가 피더(170a)의 가이드 홈(172a)에 회전 가능하게 삽입되는 것에 의해서, 노즐 팁(180a)이 피더(170a)에 대해서 회전될 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이고, 도 19는 도 18의 디젤 엔진의 연료 분사기를 나타낸 평면도이다.
본 실시예에 따른 디젤 엔진(100b)은 연료 분사기의 회전 유닛을 제외하고는 도 2의 디젤 엔진(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 본 실시예의 회전 유닛(190b)은 실린더(192b), 랙(194b) 및 피니언(198b)을 포함한다. 실린더(192b)는 실린더 헤드(120)의 측면에 장착된다. 랙(194b)은 실린더(192b)로부터 수평 방향을 따라 연장되어, 실린더(192b)에 의해서 수평 방향을 따라 직선 이동을 하게 된다. 랙(194b)은 피니언(198b)에 치합된다. 피니언(198b)은 노즐 팁(180)의 외측면에 구비된다. 본 실시예에서, 피니언(198b)은 노즐 팁(180)의 외측면에 일체로 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 피니언(198b)은 노즐 팁(180)의 외측면에 별도로 장착될 수도 있다.
본 실시예에서, 실린더(192b)의 직선 운동력이 랙(194b)과 피니언(198b)을 통해서 회전력으로 전환되고, 이러한 회전력에 의해서 노즐 팁(180)이 피더(170)에 대해서 회전될 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 디젤 엔진(100c)은 연료 분사기를 제외하고는 도 2의 디젤 엔진(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 20을 참조하면, 본 실시예의 연료 분사기(160c)는 노즐(170c) 및 회전 유닛(190)을 포함한다. 노즐(170c)은 실린더 헤드(120) 내에 회전 가능하게 배치된다. 회전 유닛(190)이 노즐(170c) 전체를 회전시켜서, 노즐(170c)로부터 분사되는 연료에 소용돌이 유동을 부여한다. 회전 유닛(190)은 도 2의 회전 유닛(190)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함하므로, 회전 유닛(190)에 대한 반복 설명은 생략한다. 회전 유닛(190)의 종동 기어(198)가 노즐(170c)의 외측면에 구비된다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 디젤 엔진(100d)은 연료 분사기를 제외하고는 도 2의 디젤 엔진(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 21을 참조하면, 본 실시예의 연료 분사기(160d)는 노즐(170c) 및 회전 유닛(190b)을 포함한다. 노즐(170c)은 실린더 헤드(120) 내에 회전 가능하게 배치된다. 회전 유닛(190b)이 노즐(170c) 전체를 회전시켜서, 노즐(170c)로부터 분사되는 연료에 소용돌이 유동을 부여한다. 회전 유닛(190b)은 도 15의 회전 유닛(190b)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함하므로, 회전 유닛(190b)에 대한 반복 설명은 생략한다. 회전 유닛(190b)의 피니언(198b)이 노즐(170c)의 외측면에 구비된다.
도 22 및 도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디젤 엔진을 나타낸 단면도들이다.
본 실시예에 따른 디젤 엔진(100e)은 회전 유닛을 제외하고는 도 2의 디젤 엔진(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 본 실시예의 회전 유닛(160e)은 캠(200), 제 1 베벨 기어(210), 제 2 베벨 기어(212), 회전축(194), 구동 기어(196) 및 종동 기어(198)를 포함한다. 본 실시예에서, 회전축(194), 구동 기어(196) 및 종동 기어(198)는 도 2의 회전 유닛(160)의 회전축(194), 구동 기어(196) 및 종동 기어(198) 각각과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 반복 설명은 생략한다.
캠(200)은 연소실(112)에서 발생된 동력을 전달받아 회전한다. 캠(200)의 회전력은 로드(202), 로커 암(204) 및 캘리퍼(206)로 전달된다. 로커 암(204)은 캘리퍼(206)를 매개로 흡기 밸브(140)와 배기 밸브(150)에 연결되어, 흡기 밸브(140)와 배기 밸브(150)를 구동시킨다. 캘리퍼(206)는 크랭크축(208)에 연결된다. 크랭크축(208)은 캘리퍼(206)의 직선 운동력을 회전 운동력으로 전환시킨다. 제 1 베벨 기어(210)는 크랭크축(208)에 설치되어, 크랭크축(208)과 함께 회전된다. 제 2 베벨 기어(212)는 제 1 베벨 기어(210)에 치합되어, 제 1 베벨 기어(210)의 회전 중심을 회전축(194)의 축 방향으로 전환시킨다. 회전축(194)은 제 2 베벨 기어(212)에 연결된다.
본 실시예에서는, 전술된 실시예들의 모터와 실린더와 같은 별도의 구동원을 이용하지 않고, 흡기 밸브(140)와 배기 밸브(150)를 구동시키는 캠(200)의 회전력을 이용해서 노즐 팁(180)을 회전시킨다.
본 실시예들에서 제시된 연료 분사기의 회전 유닛들은 기어 치합 방식으로 연료 분사기를 회전시킨다. 다른 실시예로서, 회전 유닛들은 기어 치합 방식 이외의 다른 기구적 방식들, 전자 방식 등을 이용해서 연료 분사기를 회전시킬 수도 있다.
한편, 본 실시예들의 연료 분사기들은 첨부된 도면들에 도시된 디젤 엔진들의 구조뿐만 아니라 다양한 구조들을 갖는 다른 디젤 엔진들에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예들에 따르면, 공기에 소용돌이를 형성하지 않고 회전하는 연료 분사기를 이용해서 연료에 소용돌이를 형성한다. 따라서, 공기의 소용돌이 유동으로 인해 야기되는 유동 저항이 근원적으로 방지되므로, 연소실 내에서 공기 체적량이 증가될 수 있다. 결론적으로, 연료와 공기의 혼합율이 높아지게 되어, 디젤 엔진은 향상된 연소 효율을 갖게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 ; 실린더 블럭 112 ; 연소실
120 ; 실린더 헤드 122 ; 흡기 포트
124 ; 배기 포트 130 ; 피스톤
140 ; 흡기 밸브 150 ; 배기 밸브
160 ; 연료 분사기 170 ; 피더
172 ; 가이드 단부 180 ; 노즐 팁
182 ; 가이드 홈 190 ; 회전 유닛
192 ; 모터 194 ; 회전축
196 ; 구동 기어 198 ; 종동 기어
200 ; 캠 202 ; 로드
204 ; 로커 암 206 ; 캘리퍼
208 ; 크랭크축 210 ; 제 1 베벨 기어
212 ; 제 2 베벨 기어

Claims (16)

  1. 디젤 엔진의 실린더 헤드에 장착되어, 상기 디젤 엔진의 연소실로 연료를 공급하는 피더(feeder);
    상기 피더에 회전 가능하게 연결되어, 상기 연료를 상기 연소실로 분사하는 노즐 팁(nozzle tip); 및
    상기 노즐 팁을 회전시켜서, 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성하는 회전 유닛을 포함하는 연료 분사기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 팁은 상기 노즐 팁의 내측면에 형성된 가이드 홈을 갖고,
    상기 피더는 상기 피더의 외측면에 형성되어 상기 가이드 홈에 회전 가능하게 삽입된 가이드 단부를 갖는 연료 분사기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 피더는 상기 피더의 외측면에 형성된 가이드 홈을 갖고,
    상기 노즐 팁은 상기 노즐 팁의 내측면에 형성되어 상기 가이드 홈에 회전 가능하게 삽입된 가이드 단부를 갖는 연료 분사기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 유닛은
    상기 실린더 헤드에 장착된 모터;
    상기 모터에 연결된 회전축;
    상기 회전축에 장착된 구동 기어; 및
    상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어, 상기 구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함하는 연료 분사기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 종동 기어는 상기 노즐 팁의 외측면에 일체로 형성된 연료 분사기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 유닛은
    상기 실린더 헤드에 장착된 실린더;
    상기 실린더에 연결된 랙; 및
    상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어, 상기 랙과 치합된 피니언을 포함하는 연료 분사기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 피니언은 상기 노즐 팁의 외측면에 일체로 형성된 연료 분사기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 유닛은
    상기 연소실에서 발생된 동력을 전달받아 상기 연소실의 흡기 포트와 배기 포트를 개폐하는 흡배기 밸브들을 구동시키는 캠;
    상기 캠에 연결된 제 1 베벨 기어;
    상기 제 1 베벨 기어와 치합된 제 2 베벨 기어;
    상기 제 2 베벨 기어에 연결된 회전축;
    상기 회전축에 장착된 구동 기어; 및
    상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어, 상기 구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함하는 연료 분사기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 종동 기어는 상기 노즐 팁의 외측면에 일체로 형성된 연료 분사기.
  10. 디젤 엔진의 실린더 헤드 내에 회전 가능하게 배치되어, 상기 디젤 엔진의 연소실로 연료를 분사하는 노즐; 및
    상기 노즐을 회전시켜서, 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성하는 회전 유닛을 포함하는 연료 분사기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 회전 유닛은
    상기 실린더 헤드에 장착된 모터;
    상기 모터에 연결된 회전축;
    상기 회전축에 장착된 구동 기어; 및
    상기 노즐의 외측면에 구비되어, 상기 구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함하는 연료 분사기.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 회전 유닛은
    상기 실린더 헤드에 장착된 실린더;
    상기 실린더에 연결된 랙; 및
    상기 노즐의 외측면에 구비되어, 상기 랙과 치합된 피니언을 포함하는 연료 분사.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 회전 유닛은
    상기 연소실에서 발생된 동력을 전달받아 상기 연소실의 흡기 포트와 배기 포트를 개폐하는 흡배기 밸브들을 구동시키는 캠;
    상기 캠에 연결된 제 1 베벨 기어;
    상기 제 1 베벨 기어와 치합된 제 2 베벨 기어;
    상기 제 2 베벨 기어에 연결된 회전축;
    상기 회전축에 장착된 구동 기어; 및
    상기 노즐 팁의 외측면에 구비되어, 상기 구동 기어와 치합된 종동 기어를 포함하는 연료 분사기.
    기.
  14. 연소실을 갖는 실린더 블럭;
    상기 실린더 블러 상에 장착되고, 상기 연소실과 연통된 흡기 포트와 배기 포트를 갖는 실린더 헤드;
    상기 연소실 내에 배치된 피스톤;
    상기 흡기 포트를 개폐하는 흡기 밸브;
    상기 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브; 및
    상기 실린더 헤드에 장착되어 상기 연소실로 연료를 소용돌이시켜서 분사하는 연료 분사기를 포함하는 디젤 엔진.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 연료 분사기는
    상기 실린더 헤드에 장착되어, 상기 연료를 상기 연소실로 공급하는 피더(feeder);
    상기 피더에 회전 가능하게 연결되어 상기 연료를 상기 연소실로 분사하는 노즐 팁(nozzle tip); 및
    상기 노즐 팁을 회전시켜서 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성하는 회전 유닛을 포함하는 디젤 엔진.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 연료 분사기는
    상기 실린더 헤드 내에 회전 가능하게 배치되어, 상기 연소실로 연료를 분사하는 노즐; 및
    상기 노즐을 회전시켜서, 상기 연료에 소용돌이(swirl)를 형성하는 회전 유닛을 포함하는 디젤 엔진.
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