KR20170039684A

KR20170039684A - 분사 장치 및 분사 장치의 이용 방법

Info

Publication number: KR20170039684A
Application number: KR1020177004344A
Authority: KR
Inventors: 로날드 쿠크레르
Original assignee: 알케이랩 아게
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-04-11
Also published as: US20170226976A1; EP3177822A2; CN107148515B; MX2017001665A; BR112017002600A2; GB2528981B; JP6898045B2; AU2015299011A1; JP2020037945A; GB201414097D0; WO2016020416A3; RU2017104336A; RU2017104336A3; CN107148515A; WO2016020416A2; MY189828A; CA2955671A1; AU2019246760B2; US10544766B2; ZA201701520B

Abstract

압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치는: 본체; 그에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 그의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스(orifice)를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함한다.

Description

분사 장치 및 분사 장치의 이용 방법{INJECTING APPARATUS AND METHOD OF USING AN INJECTING APPARATUS}

본 발명은 예컨대, 내연 기관들을 위한 연료 분사 장치와 같이, 압력하에서 유체를 분사하기 위한 분사 장치, 압력하에서 화학 반응로들 속으로, 촉매와 같은, 액체들을 분사하기 위한 장치, 및 1회분의 유체를 분사하기 위한 다른 장치에 관한 것이다.

본 발명은 액체의 측정된 분량이 압력하에서 분사될 임의의 상황에 적용될 수 있지만, 내연 기관 속으로 연료를 분사하는 것을 특히 참조하여 본 발명을 설명하는 것이 편리할 것이다.

불꽃 점화 및 압축 점화(또는 디젤) 기관들 모두를 포함하는, 내연 기관들 내에 사용되는 연료 분사기들은 일반적으로 충분한 압력하에서 엔진 실린더 속으로 주입될 연료를 공급하기 위한 외부 펌프를 이용한다. 엔진 작동 사이클 내의 분사 포인트의 타이밍은 기계적 또는 전기적 수단에 의해 분사기 밸브의 작동을 외부적으로 제어함으로써 결정된다. 외부적인 펌핑 및 제어의 제공의 하나의 단점은 그러한 외부 시스템들의 제공과 정비의 필요이다.

분사기들 특히, 외부 펌프로부터 공급되는 분사기들과 관련한 일반적인 문제는, 관련된 실린더 내의 임의의 불완전한 상태에 대한 민감성의 결여이다. 예를 들어, 피스톤 링이 고장나면, 알려진 분사기들은 연료 충전물들을 실린더 속으로 계속 분사할 것이다. 따라서, 연료는 엔진으로부터 배출될 것이고 배출된 불연소 연료에 의해 대기 오염을 유발하게 된다.

EP0601038은 분사 장치를 보여준다.

US4427151은 분사 장치를 보여준다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 압력하에서 관련된 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 내연 기관의 연소 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사기 노즐이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 분사기 오리피스를 제조하기 위한 방법이 제공된다.

일 측면에 따라, 압력하에서 관련된 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 상기 피스톤은 관련된 챔버와 면하는 제1 피스톤 작동 영역을 구획하고, 상기 제1 피스톤 작동 영역은 환형으로 되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련된 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에서 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 분사기 밸브는 제2 밸브 부재에 대해 이동가능한 제1 밸브 부재를 구획하고, 제2 밸브 부재는 분사기의 본체에 대해 고정되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 제어 챔버 내의 유체는 바이어스 부재에 의해 폐쇄 위치로 바이어스된 가동 부재를 가진 밸브에 의해 제어되고, 밸브는 압력 인가가 밸브를 개방시키는 경향이 있는 제1 압력 영역 및 압력 인가가 밸브를 폐쇄시키는 경향이 있는 제2 압력 영역을 가지고, 제1 압력 영역과 제2 압력 영역에서 압력의 균등화는 밸브를 폐쇄시키게 한다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 제어 챔버 내의 유체는 제1 밸브를 작동하는 제1 솔레노이드 및 제2 밸브를 작동하는 제2 솔레노이드에 의해 제어된다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 제어 챔버는 입구로부터 선택적으로 공급되고, 제어 챔버는 출구를 통해 저압 구역으로 선택적으로 통기(vent)되고, 분사 장치는 입구로부터 공급되고 출구를 통해 저압 구역으로 통기되는 냉각 회로를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따라, 내연 기관의 연소 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사기 노즐이 제공되고, 노즐은 디스크의 테두리 주위에 위치된 복수의 분사기 오리피스들을 구비하는 디스크를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따라, 내연 기관의 연소 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사기 노즐이 제공되고, 노즐은 0.05mm 미만, 대안적으로 0.025mm 미만의 단면 치수를 가진 적어도 하나의 오리피스를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 디스크 주위에 위치된 복수의 관련 분사기 오리피스들을 구비하고, 디스크는 분사기 노즐의 일부를 형성한다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 피스톤은 사용시 축을 기준으로 회전하도록 배치된다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 피스톤은 관련 챔버에 면하는 제1 피스톤 작동 영역을 구획하고, 피스톤은 고압 챔버와 유체 연통하도록 된 제2 피스톤 작동 영역을 구획하고, 제1 피스톤 작동 영역은 분사기의 제1 컴포넌트에 대한 이동을 위한 제1 실링 표면을 가진 제1 테두리에 의해 구획되어 있고, 제2 피스톤 작동 영역은 분사기의 제2 컴포넌트에 대한 이동을 위한 제2 실링 표면을 가진 제2 테두리에 의해 구획되어 있고, 피스톤의 제1 실링 표면과 피스톤의 제2 실링 표면은 서로에 대해 고정되고 분사기의 제1 컴포넌트와 분사기의 제2 컴포넌트는 서로에 대해 측면으로 이동 가능하다.

본 발명의 일 측면에 따라, 분사기 오리피스를 제조하기 위한 방법은: a) 제1 부분을 제공하는 단계, b) 제2 부분을 제공하는 단계, c) 제2 부분 내에 오목부를 제공하는 단계, d) 오목부가 분사기 오리피스의 적어도 일부를 형성하도록 제1 부분과 제2 부분을 연결시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 피스톤을 바이어스하도록 작동하는 기계적 디바이스들이 없다.

본 발명의 일 측면에 따라, 압력하에서 관련 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치가 제공되고, 분사 장치는: 본체, 피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 관련된 챔버 내의 유체 압력의 작용하에서 본체 내에서 이동가능한 피스톤, 및 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통하는 분사기 밸브 및 관련된 분사기 오리피스를 구비하고, 피스톤은 고압 챔버 내에 분사될 연료를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 피스톤은 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하게 되어 있으므로 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 상기 피스톤의 이동이 선택적으로 제어될 수 있고, 고압 챔버로부터의 고압 유체는 분사 밸브가 개구될 때 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있고, 피스톤의 이동은 피스톤에 작용하는 유체 압력의 결과로서만 발생한다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예시적인 방식으로만 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 분사 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 3은 내연 기관에 저장된 도 1의 분사 장치를 도시한다.
도 4는 냉각 회로를 도시하는 도 1의 다른 도면이다.
도 5는 충진 공정 동안의 도 1의 분사 장치를 도시한다.
도 6은 분사 공정 동안의 도 1의 분사 장치를 도시한다.
도 7은 도 1의 피스톤의 개략적 확대도이다.
도 8은 분사의 종료에서 도 1의 분사 장치를 도시한다.
도 9는 다른 위치에 있는 도 1의 분사 장치를 도시한다.
도 10은 다른 위치에 있는 도 1의 분사 장치를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 분사 장치의 다른 실시예의 단면도의 일부를 도시한다.
도 12는 도 11의 화살표 B 방향으로 취한 단면도를 도시한다.
도 13은 도 11의 화살표 B 방향으로 취한 단면도를 도시한다.
도 14는 도 11의 화살표 L 방향으로 취한 부분의 도면이다.
도 15는 대안적인 형상의 그루브를 가진 도 14와 유사한 도면이다.
도 16은 도 ``의 분사 장치의 변형예로서 도 11과 유사한 도면이다.

도면들을 참조하면, 개괄적으로 원통형의 분사기 본체(12)를 가진 분사기(10)가 도시된다. 제1 밸브(16)를 작동시키는 제1 솔레노이드(14)가 분사기의 꼭대기 상에 장착된다. 제2 솔레노이드(18)는 제1 솔레노이드(16)에 인접하여 장착되고 제2 밸브(20)를 작동시킨다. 분사기 밸브(22)는 본체 내에 장착되고 제1 밸브 부재(24)와 제2 밸브 부재(26)를 포함한다. 피스톤(28)은 제1 솔레노이드에 반대되는 본체의 끝단 내에 장착된다. 본체는 원통형의 슬리브(30)를 포함한다. 본체는 예를 들어, 입구 포트(32), 출구 포트(34), 경로(37, 38, 39)를 구비하는 냉각 경로(36), 구역(41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49)을 구비하는 제어 챔버(40), 고압 구역(50), 구역(52), 출구 경로(54)와 같은, 다양한 유체 포트들/경로들/구역들을 포함한다.

구역(46)과 고압 구역(50) 사이는 역류방지 밸브(non-return valve)이고, 이 경우, 스프링이 장전된 파일럿 볼 밸브이다.

제어 밸브(60)(구체적으로, 도 2 참조)는 원통 벽(62) 및 원형 끝단면(63)에 의해 구획되는 밸브 부재(61)를 포함한다. 제어 밸브(60)는 분사기 본체(12)의 보어(bore)(64) 내부에서 슬라이딩 가능하다.

원형 끝단면(63)은 구역(49)을 면한다. 원통 벽(62)의 일부는 구역(52)을 면한다. 밸브 부재(61)의 일부는 구역(48)을 면한다. 도 2의 화살표 A의 방향으로 밸브 부재(61)의 이동은, 구역(52)의 인접한 부분을 지나서 원형 끝단면(63)이 위로 이동할 것이므로 구역(49)을 구역(52)에 유체 연통시킬 것이기 때문에, 제어 밸브(60)를 개방시킬 것이다.

아래에서 더 설명되는 바와 같이, 스프링(65)은 밸브 부재(61)를 도 2의 화살표 B의 방향으로 바이어스한다.

밸브 부재(61)는 구역(49)을 면하는 제1 작동 영역(61A)을 구획한다. 구역(49) 내의 유체의 압력은 다음과 같이 제1 작동 영역(61A)에 작용할 것이다.

화살표 A의 방향으로 밸브 부재(61)에 인가되는 힘은 구역(49) 내의 압력과 제1 작동 영역(61A)의 곱과 동일하다. 이 경우, 제1 작동 영역은 밸브 부재의 단면적과 등가이다.

밸브 부재(61)는 또한 구역(48)과 면하는 제2 작동 영역(61B)을 구획한다. 구역(49) 내의 유체의 압력은 다음과 같이 제2 작동 영역(61B)에 작용할 것이다.

화살표 B의 방향으로 밸브 부재(61)에 인가되는 힘은 구역(48) 내의 압력과 제2 작동 영역(61B)의 곱과 동일하다. 이 경우, 제2 작동 영역(61B)은 제1 작동 영역(61A)과 동일하다.

제2 밸브 부재(26)는 대체로 길게 늘어진 형상이고 원추 끝단면(71)에 연결된 대체로 원통형의 벽(70)을 가진다. 원추 끝단면(71)은 복수의 분사기 오리피스들(72)을 가진다. 원추 끝단면(71)에 반대되는 대체로 원통형의 벽(70)의 끝단에서, 대체로 원통형의 벽은 제2 밸브 부재가 본체의 암나사 나사산 구멍에 나사 결합되게 함으로써 제2 밸브 부재가 본체에 단단하게 부착될 수 있게 보장하는 수나사 나사산(73)을 포함한다. 대체로 원통형의 벽(70)은 길이 방향으로 향하는 2개의 그루브들(74, 75)을 포함한다.

제1 밸브 부재(24)는 핀(76)(도 6 참조)과 크로스 핀(78)에 의해 구획된다. 핀(76)은 대체로 길게 늘어진 형상이고, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 원추 끝단면(71)의 원추형 내면(71A)에 선택적으로 결합하여 분사기를 선택적으로 폐쇄하는 원추 끝단(77)을 포함한다. 제1 밸브 부재는 또한 끝단들(78A, 78B)을 가진 크로스 핀(78) 형태의 스프링 받침대를 포함한다. 끝단(78A)은 도 1에서 볼 때 그루브(75)를 통해 옆으로 돌출하고 끝단(78B)은 그루브(74)를 통해 반대 방향에서 옆으로 돌출한다. 스프링(80)은 끝단들(78A, 78B)에 작용하여 크로스 핀(78)을 바이어스시키고 이로 인해 도 1에서 볼 때 핀(76)을 하방으로 바이어스한다.

스프링(80)의 끝단(80A)은 분사기 본체(12) 상의 받침대와 결합한다. 따라서, 제1 밸브 부재(24)는, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 화살표 A의 방향 및 화살표 B의 방향으로 이동할 수 있는 한편, 제2 밸브 부재(26)는 분사기 본체(12)에 단단하게 고정되고, 이로 인해 방향 A 또는 방향 B의 어느 쪽으로도 이동할 수 없다.

피스톤(28)은 단단하고 대체로 원통형의 벽(83)에 연결된 대체로 원형의 디스크(82)를 포함한다. 씨일(seal)(84)은 분사기 본체(12)의 리세스에 맞대어 대체로 원형의 디스크(82)의 테두리 가장자리를 밀봉한다. 씨일(85)은 원통형 슬리브(30)의 내면에 맞대어 대체로 원통형 벽(83)을 밀봉한다. 씨일(86)은 제2 밸브 부재(26)의 대체로 원통형 벽(70)의 외면에 맞대어 대체로 원통형 벽(83)의 내면을 밀봉한다. 따라서, 아래에서 더 기술될 바와 같이, 피스톤은 분사기 본체(12)에 대하여 화살표 A의 방향 및 화살표 B의 방향으로 이동할 수 있다. 서클립(circlip)(87)은 대체로 원통형 벽(83)의 내측 상의 원형 그루브 내에 수납된다. 서클립은 제2 밸브 부재(26)의 그루브들(75, 76) 내에 각각 수납되고 내측으로 향하는 2개의 핑거들(86A, 86B)을 포함한다. 서클립은 그루브들(75, 74)의 끝단들에 인접하는 핑거들(86A, 86B)에 의해 피스톤이 화살표 B의 방향으로 만들 수 있는 이동의 양을 제한한다.

도 3을 참조하면, 분사기(10)는 내부 연소 불꽃 점화 기관(90)의 연소 챔버(91A) 속으로 연료를 분사하는데 사용된다. 기관은 실린더 헤드(91) 및 왕복 피스톤(94)이 내부에서 움직이는 실린더(93)를 포함하는 실린더 블록(92)을 구비한다. 실린더 헤드는 입구 밸브(95A)를 가진 입구 포트(95) 및 배기 밸브(96A)를 가진 배기 포트(96)를 포함한다. 피스톤(28)이 연소 챔버(91A) 내부의 압력에 노출되도록 분사기(10)는 실린더 헤드 내의 구멍(97) 속으로 삽입된다.

분사기는 클램프(98), 클램핑 서클립(99)(도 3에 일부만 도시됨)을 통해 위치에 클램프된다. 클램프(98)는 클램프를 통과하고 실린더 헤드(91) 내의 구멍(191)에 나사결합되는 볼트(미도시)에 의해 제 위치에 유지된다.

이 경우, 기관(90)은 종래의 방식으로 작동하는 4 행정 디젤 엔진이다. 다시 말해서, 흡입 행정은 피스톤(94)이 하강할 때 입구 포트(95)를 통해 밸브(95A)를 지나서 실린더(93) 속으로 공기를 끌어당긴다. 이어서, 압축 행정은 피스톤(94)이 실린더 헤드를 향해 이동할 때 발생한다. 그러면, 폭발 행정에서 분사기(100)는 점화하는 적절한 시간에 연료를 주입하여 피스톤을 하강시켜 파워를 생성하고, 이어서 피스톤이 실린더 헤드를 향해 이동하는 동안 밸브(96A)가 개방되어 배기 생성물질이 배기 포트를 통해 배출되게 한다(배기 행정). 그러면, 순서는 그 자체를 반복한다.

도 4를 참조하면, 냉각 경로(36)의 경로(38)는 나선형이고 임의의 컴포넌트들을 본체에 조립하기 전에, 특히 원통형 슬리브(30)를 본체(12)에 조립하기 전에 분사기 본체(12)의 원통형 리세스(110)로 기계가공된다. 경로(38)를 구획하는 나선형 그루브가 기계가공되면, 슬리브(30)는 나선형 경로(38)에 프레스 끼워맞춤될 수 있으므로 나선형 경로(38)를 생성하게 된다. 경로(38)의 일단(38A)은 경로(37)와 직접 유체 연통하고 경로(38)의 반대단(38B)은 경로(39)와 직접 유체 연통한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 사용시, 펌프(P)는 탱크(T)로부터 연료(F)를 입구 포트(32) 속으로 펌핑한다. 이어서, 그러한 연료의 일부는 경로(37)를 먼저 통과함으로써 냉각 패스(36)를 통과하고, 이어서 경로(38)의 끝단(38A)을 통하고, 이어서 경로(38)를 통하고, 이어서 경로(38)의 끝단(38B)을 통하고, 이어서 경로(39)를 통하고, 이어서 출구 포트(34)를 통하고, 복귀 라인(R)을 따라 탱크(T)로 돌아온다. 도 4의 화살표 C는 이러한 유동 경로를 보여준다. 연료(F)가 탱크(T)를 떠날 때 기관의 실린더 헤드보다 더 차가울 것이므로, 연료가 특히, 경로(38) 주위를 유동할 때, 연료는 분사기로부터 열을 흡수할 것이므로, 분사기를 냉각시키게 된다. 이제 따뜻한 연료가 탱크(T)로 복귀하게 될 것이고 연료는 탱크에서 열을 대기로 소멸시킬 것이다.

엔진의 흡입, 압축, 폭발 및 배기 공정들 동안 분사기의 작동은 다음과 같다.

분사기 충전(Injector filling)

도 5는 분사기의 고압 챔버(50)가 충전되는 방식을 도시한다.

제1 밸브(16)가 폐쇄 위치가 되도록 제1 솔레노이드(14)가 작동된다(제1 밸브(16)가 정상적으로 폐쇄되도록 제1 솔레노이드(14)와 제1 밸브(16)가 구성된다. 즉, 제1 솔레노이드(14)가 작동하지 않을 때, 즉, 제1 솔레노이드의 코일들을 통해 전류가 흐르지 않을 때, 제1 밸브(16)가 폐쇄됨). 제2 밸브(20)가 개방 위치가 되도록 제2 솔레노이드(18)가 작동된다(제2 밸브가 정상적으로 개방하도록 제2 솔레노이드(18)와 제2 밸브(20)가 구성된다. 즉, 제2 밸브는 제2 솔레노이드(18)에 파워가 공급되지 않을 때 개방된다). 구역(47)이 구역(49)을 구역(48)에 유체적으로 연결하기 때문에, 그리고 구역(48)이 구역(52)에 유체적으로 연결되지 않고(제1 밸브(16)가 폐쇄되어 있으므로), 이로 인해 구역(49)과 구역(48) 내의 압력이 동일하기 때문에, 따라서, 밸브 부재(61)의 반대되는 사이드들 상의 유체 압력이 동일하다. 그러므로, 제1 작동 영역(61A) 상에 작용하는 구역(49) 내의 압력에 의해 생성된 화살표 A의 방향으로 작용하는 힘은 제2 작동 영역(61B)에 작용하는 구역(49) 내의 압력에 의해 생성된 밸브 부재(61) 상의 화살표 B의 방향으로 작용하는 힘과 동일하다(구역들(48, 49) 내의 압력이 동일하고 제1 작동 영역(61A)과 제2 작동 영역(61B)이 동일하기 때문에). 이러한 관점에서, 스프링(65)은 밸브 부재(61)에 화살표 B의 방향으로 힘을 작용함으로써, 제어 밸브를 폐쇄하게 된다. 입구 포트(32)에서, 펌프(P)로부터의 압력은 역류 방지 밸브(56)를 개방되게 하고 이로 인해, 연료는 입구 포트(32)로부터 제어 챔버(40) 속으로, 즉, 구역(44) 속으로 유동되게 하고 구역(44)으로부터 구역(42)으로 유동되게 한다. 일부 연료는 구역(41)으로부터 구역(44)으로 그리고 구역(44)으로부터 구역(46) 속으로 유동한다. 구역(46) 속으로 유동하는 연료는 리턴 밸브(58)를 개방시켜서 연료가 고압 구역(50)으로 유동되게 한다. 연료는 또한 구역(44)으로부터 구역(49)으로 그리고 구역(49)으로부터 구역(45)으로 유동한다. 전술한 바와 같이, 제어 밸브(60)가 폐쇄되어 있기 때문에, 연료는 구역(52) 속으로 통과할 수 없다.

유체는 구역(43) 속으로 유동할 수 있고 또한 고압 구역(50) 속으로 유동할 수 있기 때문에, 이것은 구역(50)과 구역(43)이 연료로 충전될 때 피스톤(28)이 화살표 B의 방향으로 이동하게 한다.

이해되는 바와 같이, 피스톤에 작용하는 힘들은 고압 구역(50) 내의 순시 압력, 제어 챔버(40) 내의 순시 압력, 및 연소 챔버(91A) 내의 순시 압력의 조합이다. 특히, 연소 챔버(91A) 내의 순시 압력은 연소 사이클의 특정의 기간들 동안 특히, 흡입 행정 동안 대기압보다 낮을 것이다. 따라서, 피스톤(28)의 이동에 기인하여 고압 구역(50)과 구역(43)의 체적이 증가할 때 고압 구역(50)과 구역(43)이 연료로 충전되도록 피스톤(28)은 화살표 B의 방향으로 이동하도록 배치될 수 있다.

서클립(87)과 핑거들(87A, 87B)은 화살표 B의 방향으로 피스톤(28)이 만들 수 있는 이동의 양을 제한하고 즉, 서클립(87)은 피스톤(28)이 실린더 헤드 속으로 "떨어지는" 것을 방지함을 유의해야 한다.

분사기가 충전(또는 준비)이 완료되면, 나중의 4 행정 사이클 동안, 압축 행정 동안, 실린더 헤드 내의 압력은 증가하기 시작할 것이므로 피스톤(28)에 작용하게 된다. 그러나, 제어 밸브(60)가 폐쇄되고, 역류 방지 밸브(56, 58)가 폐쇄될 것이므로, 제어 밸브(40)는 유체적으로 고착될 것이고 이로 인해 화살표 A의 방향으로 피스톤의 이동을 방지할 것이다.

분사의 시작

도 6은 분사가 시작되는 방식을 도시한다.

분사를 시작하기 위하여, 제1 밸브(16)를 개방시키기 위해 제1 솔레노이드(14)가 작동된다. 제2 솔레노이드(20)는 개방된 채로 남아 있다.

제1 밸브(16)가 개방된 상태에서 구역(48) 내의 유체는, 도 6의 화살표 D에 의해 도시된 바와 같이, 제1 밸브(16)를 통과하고 밸브(20)를 통과하여 출구 포트(34) 속으로 그리고 계속해서 저압 구역 속으로 즉, 탱크(T)로 유동할 수 있다. 이것은 구역(48) 내의 연료 압력을 떨어지게 하는 즉, 구역(49) 내에서 맞닥뜨리는 압력보다 낮게 떨어지게 하는 결과를 초래한다. 구역(47)은 상대적으로 좁고 유동이 구역(49)으로부터 구역(48)까지 통과할 때 흐름제한장치(restrictor)로서 작용한다. 이러한 흐름 제한은 유체가 구역(47)을 따라 유동할 때 구역(49)에서 보다 구역(48)에서 더 낮은 압력을 초래하는 압력 강하를 야기시킨다. 따라서, 제1 작동 영역(61A)보다 제2 작동 영역(61B)에 더 낮은 압력이 작용하고, 이러한 압력 차이는 도 6에 도시된 위치로 화살표 A의 방향으로 밸브 부재를 이동시키는 결과를 초래하는 스프링(65)의 힘을 극복하기에 충분하므로 제어 밸브(60)를 개방하게 되고 구역(49) 내의 유체가 구역(52) 속으로 그리고 출구 포트(34)를 통해 나오게 유동하게 한다(화살표 E 참조).

전술한 바와 같이, 제어 밸브(60)의 개방은 저압 구역(40)이 더 이상 유체적으로 고착되지 않는 결과를 초래한다. 피스톤(28)의 환형면에 작용하는 연소 챔버 압력(도 6의 화살표 E에 의해 표시됨)은 구역(43) 내의 압력에 의해 더 이상 반응하지 않는다(이것은 이제 구역(42, 44, 49, 52) 및 출구 포트(34)를 통해 저압 구역(즉, 탱크)으로 통기되기 때문임). 따라서, 피스톤(28)에 작용하는 압력은 고압 구역(52) 내의 압력에 의해서 반응할 뿐이다.

도 7은 피스톤(27)의 분리 개략도를 도시한다. 피스톤은 큰 외경(G1) 및 내경(G2)을 가진다. 이해되는 바와 같이, 실린더 헤드 내부의 압력은 작동 영역(H1)에 작용한다.

H1 = (π×G1²/4)-(π×G2²/4)

고압 구역(50) 내의 연료는 작동 영역(H2)에 작용한다.

H1 = (π×G3²/4)-(π×G2²/4)

따라서, 고압 구역(50) 내의 압력은 실린더 헤드 내부의 압력보다 H1/H2배 더 크다. 따라서, 피스톤(28)은 고압 구역(50) 내부의 압력에 대하여 실린더 압력을 곱하도록 작용한다.

핀(76)은 씨일(76A)과 슬라이딩 결합한다. 결국, 씨일(76A)은 분사기 본체(12)의 보어에 밀봉된다. 그러므로, 구역(45)은 고압 구역(50)으로부터 분리된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제어 챔버(40)의 일부를 형성하는 구역(45)은 저압 구역 즉, 탱크에 통기되고, 이로 인해 씨일(76A) 아래의 핀(76)의 부분(도 6에서 볼 때)은 고압(즉, 고압 구역(50) 내의 압력)에 영향을 받는 한편, 씨일(76A) 위의 핀의 부분은 제어 밸브(60)가 개방되어 압력에 통기됨으로써 제어 챔버(40) 내의 압력에 영향을 받는다. 따라서, 고압 구역(50)과 제어 챔버(40) 사이의 압력 차이는 스프링(80)의 작용에 대항하여 핀(76)을 상방으로 이동시키기에 충분하므로, 원추 내면(71A)으로부터 원추 끝단(77)을 분리시키고 이로 인해 분사기 밸브(22)를 개방시켜서 연료가 분사기 오리피스들(72)을 통해 실린더 헤드 속으로 분사되게 한다.

이해되는 바와 같이, 연료는 실린더 헤드 내의 순시 압력보다 H1/H2 배 더 클, 고압 구역(50) 내의 연료의 순시 압력으로 분사될 것이다.

분사의 종료

분사를 멈추기 위해 제어 챔버(40)는 유체적으로 고착된다. 이것은 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 밸브(20)를 폐쇄함으로써 의해 수행된다. 제2 밸브(20)가 폐쇄되면 피스톤(28)은 제어 챔버(40)의 유체 고착 현상에 기인하여 화살표 A의 방향으로 더 이상 움직일 수 없다. 피스톤(28)이 화살표 A의 방향으로 이동이 멈춰지면 고압 구역(50)의 체적의 감소가 멈춰지고 연료의 분사가 중단된다.

도 8은 제2 밸브(20)가 폐쇄되는 순간을 도시하였다. 이 순간, 제어 밸브(60)는 여전히 개방되어 있다.

제2 밸브(20)가 폐쇄된 후 얼마 되지 않아 구역들(48, 49) 내부의 압력이 동등하게(구역(47)을 통해) 될 것이므로, 스프링(65)은 밸브 부재(61)를 화살표 B의 방향으로 이동시킴으로써 제어 밸브(60)를 폐쇄하게 된다. 이것은 도 9에 도시된다.

그러면, 밸브(16)가 폐쇄될 수 있다(도 10에 도시된 바와 같음).

그러면, 밸브(20)가 개방(도 5에 도시된 바와 같음)되므로, 다음 분사를 위한 준비를 위해 고압 챔버(50)의 재충전(또는 준비)을 가능하게 한다.

대안적인 분사기 밸브들이 사용될 수 있는 다른 실시예들에서, 예를 들어, 핀틀(pintle) 분사기 밸브가 사용될 수 있다. 핀틀 분사기 밸브들은 분사 오리피스를 선택적으로 구획하기 위해 제2 밸브 부재에 대해 제1 밸브 부재가 이동 가능한 경우에 잘 알려져 있다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 분사기(10)의 그것들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 컴포넌트들이 참조부호 200 이상으로 부여된 분사기(210)의 다른 실시예가 도시된다.

피스톤(228)은 대체적인 원통부(312)에 그 외주가 외측으로 부착된 일반적으로 편평한 디스크(310)를 포함한다. 원통부(312)는 외면(314)과 받침대(316)를 구비한다. 받침대(316)는 연속적인 환형의 받침대가 아니고, 더 정확히 말하면 4개의 불연속 받침대들로 구성된다(도 12에는 3개의 받침대가 도시됨). 각각의 받침대(316)는 원주방향으로 향하는 2개의 가장자리들(361, 365)을 구비하고, 그 목적은 아래에서 더 상세히 설명된다.

원통부(312)의 일부는 편평한 디스크(310)로부터 하방으로 매달려 각진 가장자리(318)에서 종료한다. 외면(322)과 중앙 보어(323)를 구비하는 실린더(320)는 디스크(310)의 중앙으로부터 상방으로 매달린다. 실린더(320)는 측면으로 향하는 구멍들(324, 325)을 구획하는 크로스 드릴링(cross drilling)을 구비한다. 스프링(331)에 의해 상방으로 바이어스되어 시트(330)와 결합하는 볼(329)을 구비하는 역류 방지 밸브(328)는 중앙 보어(323)의 하부에 위치된다. 디스크(334)는 실린더(320)의 하부에 부착된다. 디스크(334)는 피스톤(228)의 하면(228A)으로부터 이격된다. 디스크(334)의 외주 가장자리(335)는 각진 가장자리(318)의 각도에 꼭 맞는 각이 형성된다. 크로스-드릴링들(338, 339)은 중앙 보어(323)를 구역(336)과 유체 연통시킬 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 디스크(334)의 가장자리(335)는 대체로 원추형이지만 대체로 방사상으로 향하는 일련의 그루브들(340)을 포함한다. 각각의 그루브 사이는 부분 원추형 랜드(341)이다. 각각의 그루브는 예를 들어, 0.025mm 깊이로 얕다.

디스크는 실린더(320)의 하부에 조립되고 랜드들(341)이 대체로 원통부(312)의 각진 가장자리(318)와 결합하도록 위치에 용접된다. 따라서, 랜드들(341)과 각진 가장자리(318)와 함께 그루브들(340)은 일련의 분사기 오리피스들(272)을 구획한다.

고압 구역(250)은 캡(352)에 용접된(전형적으로 레이저 용접에 의함) 실린더(350)에 의해 부분적으로 구획된다. 따라서, 캡(352)은 실린더(350)의 끝단(350A)을 가린다. 실린더(350)는 내면(354) 및 측면으로 향하는 크로스 드릴링들(356, 357)을 구비한다. 캡(352)은 분사기 본체(212)의 리세스(359) 내에 수납된다. 캡(352)의 직경은 리세스(359)에 느슨하게 끼워 맞춰지고 그 이유들은 아래에서 더 기술된다.

서클립(360)은 도 11의 화살표 B의 방향으로 실린더(350)와 캡(352)의 이동을 방지하기 위해 본체의 그루브(362) 내에 수납된다.

분사기 본체(212)는 환형 받침대(366) 및 원통형 내면(367)을 구비한다.

분사기(210)의 작동 원리는 분사기(10)의 그것과 유사하다.

따라서, 고압 구역(250)은 피스톤이 화살표 B의 방향으로 이동할 때 제어 챔버(240)로부터 준비될 수 있다. 제어 챔버의 유체 고착은 화살표 A의 방향으로 피스톤의 이동을 방지한다. 제어 챔버(240)가 저압 구역(탱크와 같이)으로 통기되면 피스톤은 화살표 A의 방향으로 이동된다. 연소 챔버(291A)에 면하는 피스톤의 작동 영역(300H1)이 실린더(320)의 유효 작동 영역(200H2)보다 더 크게 되어 있기 때문에, 연료는 고압 구역(250)으로부터 중앙 보어(323)를 통해 아래로 통과하고 역류 방지 밸브(380)를 지나서 크로스-드릴링들(338, 339)을 통과하고 구역(336)을 지나서 분사기 오리피스들(272)을 경유하여 연소 챔버(291A) 속으로 분사된다.

전술한 바와 같이, 피스톤의 외면(314)은 본체(212)의 내면(367)과 같이 원통형이다. 피스톤의 외면(314)의 직경이 본체(212)의 내면(367)의 직경과 거의 동일하고, 피스톤이 본체 내에서 슬라이딩이 허용되는 차이만 존재하도록 외면(314)과 내면(367) 모두는 엄격한 공차로 만들어진다. 따라서, 내면(367)과 외면(314) 사이에만 씨일이 생성되고, 즉, 표면들(314, 367)의 치수의 공차의 정확도를 위한 추가적인 O-링 씨일, 피스톤 링 등의 필요가 없다.

유사하게, 표면(322)과 표면(354)은 엄격한 공차로 만들어지고 표면(354)은, 슬라이딩 고정되기에 충분하도록 표면(322)보다 약간 더 클 뿐이다. 따라서, 표면(322)과 표면(354) 사이에만 씨일이 생성되고, 즉 표면들(322)(354)의 치수의 공차의 정확도를 위해 추가적인 O-링 씨일, 피스톤 링 씰 등은 필요가 없다.

전술한 바와 같이, 캡(352)은 리세스(359) 내에 느슨하게 맞춰진다. 이것은 표면들(322, 354)의 축에 대한 표면들(314, 367)의 축의 임의의 부조화(mismatch)를 고려하여, 도 11에서 보았을 때, 캡(352)과 실린더(350)의 좌,우 이동 또는 지면 속으로 또는 지면 밖으로의 이동을 가능하게 한다. 실린더(350)와 캡(352)이 이러한 방식으로 "부유(float)"하게 함으로써, 표면(314, 367)은 씨일로서 작용하도록 정확하게 기계 가공될 수 있고 표면들(322, 354)은 씨일로서 작용하도록 정확하게 기계 가공될 수 있으며, 축들의 임의의 부조화가 캡(352)의 "부유"에 고려될 수 있다.

이해되는 바와 같이, 피스톤(228)은 축(K)을 기준으로 자유롭게 회전한다. 피스톤의 임의의 그러한 회전은 받침대(316)의 가장자리들(364, 365) 또한 회전하게 하는 결과를 초래함으로써 받침대(366) 상에 축적될 수도 있는 임의의 잔류물을 세정하게 된다.

다른 실시예에서, 그루브들(340)은, 일반적으로 방사상으로 향하는 한편, 그들의 방위에 대하여 작은 접선 요소(tangential element)를 포함할 수 있다. 연료가 분사될 때 그루브의 방위로의 접선 요소는 피스톤의 회전을 촉진할 것이므로 전술한 세정 작용을 발생시키게 된다. 대안적으로, 외면(322)의 축은 표면(312)의 축으로부터 약간 옵셋될 수 있다. 이러한 약간의 옵셋은 또한 피스톤(228)이 회전되게 할 수 있으므로 받침대(336)의 전술한 세정 작용을 발생시킨다.

4 행정 사이클 동안 분사기(210)의 작동은 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같은 펌프(P)에 의해 공급되는 제어 챔버(40)와 유사한 방식으로 펌프로부터 제어 챔버(240)로 연료가 공급된다. 제어 챔버(240) 내의 압력과 흡입 행정의 결과로서 연소 챔버(291A) 내의 부분적 진공의 영향하에 피스톤(228)이 화살표 B의 방향으로 이동할 때, 연료는 제어 챔버(240)로부터 실린더(350)의 구멍들(357, 356)을 통과하고 실린더(320)의 구멍들(325, 324)을 통과하여 중앙 보어(323) 속으로 유동할 수 있으므로 고압 구역(250)을 준비하게 된다. 도 11의 화살표 B의 방향으로 피스톤(228)의 연속된 이동은 받침대(316)가 받침대(366)에 결합되게 하는 결과를 낳을 것이므로 화살표 B의 방향으로 피스톤(228)의 추가적 이동이 방지된다.

고압 구역(250)이 최대 체적으로 팽창되어 준비가 되면, 제어 챔버(240)는 예를 들어, 높은 제어 챔버(40)에 관해서 도 5에 도시된 바와 같이, 유체 고착이 생길 수 있다.

압축 행정 동안 압력이 증가할 때, 따라서 피스톤(228)은 제어 챔버(240)의 유체 고착 현상에 기인하여 이동하지 않을 것이다.

분사가 필요할 때 제어 챔버(240)는 저압 구역으로 통기될 것이다(예를 들어, 탱크로 통기됨). 이것은 도 11의 화살표 A의 방향으로 피스톤(228)을 이동시킬 것이므로 구멍(324)의 하부 가장자리가 구멍(356)의 상부 가장자리를 지나게 하고 또한 구멍(325)의 하부 가장자리가 구멍(357)의 상부 가장자리를 지나게 하는 결과를 초래한다. 이것이 발생되면, 고압 구역(250)이 제어 챔버(240)로부터 분리되고 화살표 A의 방향으로 피스톤(228)의 연속된 이동은 유체가 고압 구역(250)으로부터 나와서 중앙 보어(323) 아래로 역류 방지 밸브(328)를 지나서 구멍들(338, 339)을 통과하여, 구역(336) 속으로 들어가서 분사기 오리피스들(272) 밖으로 나와서 연소 챔버(291) 속으로 들어가게 한다.

분사를 중단하기 위하여, 제어 챔버(240)는 다시 유체 고착된다(예를 들어, 제어 챔버(40)가 유체 고착되는 경우의 도 8에 도시된 바와 같이). 제어 챔버(240)의 유체 고착은 화살표 A의 방향으로 피스톤(228)의 추가적 이동을 방지함으로써, 유체의 임의의 추가적 분사를 방지하게 된다.

화살표 B의 방향으로 피스톤(228)의 이동은 펌프로부터의 압력하에서 유체가 제어 챔버(240)로 들어가게 함으로써 또한 흡입 행정 동안 연소 챔버(291A) 내의 부분적 진공의 생성에 의해 얻어질 수 있다. 구멍(324)의 하부 가장자리가 구멍(356)의 상부 가장자리 아래로 이동할 때 그리고 구멍(325)의 하부 가장자리가 구멍(357)의 상부 가장자리 아래로 이동할 때까지, 피스톤(228)의 하방 이동은 고압 구역(250) 내의 낮은 압력을 생성할 것이고, 그러면, 고압 구역(250)은 제어 챔버(240)와 유체 연통할 것이고, 고압 구역은 제어 챔버(240)로부터 유체가 충전될 것이다.

대안적인 분사기 실시예(210')에서(도 16 참조), 역류 방지 밸브(358')는 캡(352')에 맞춰질 수 있다. 그러한 역류 방지 밸브는 유체가 제어 챔버(240')로부터 고압 챔버(250')로 유동시키고 고압 구역이 재충전(준비)되게 할 것이지만, 연소 챔버 속으로 유체가 분사되는 동안 고압 구역으로부터 제어 챔버까지 유체의 통과를 방지할 것이다. 도 16에서 볼 수 있는 바와 같이, 도 11과 비교하여 구멍들(357, 325, 324, 356)이 삭제되었다.

이해되는 바와 같이, 피스톤(228)과 분사기 오리피스들(272)은 서로에 대해 고정되고, 전술한 바와 같이, 피스톤이 화살표들 A 및 B의 방향으로 이동할 때, 분사기 오리피스들(272)은 피스톤과 일치 협력하여 이동한다.

전술한 바와 같이, 그루브들(340)은 예를 들어, 0.025mm 깊이와 같이, 매우 얕다. 디스크(334)는 스탬핑 또는 프레싱에 의해 또는 그렇지 않으면 가장자리(335) 내에 상대적으로 깊은 그루브들을 형성함에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 0.1mm의 깊이를 가진 그루브들은 프레스 가공되거나 그렇지 않으면 가장자리(335) 내에 형성된다. 깊은 그루브들이 형성되면, 부분 원추 랜드들(341) 모두는, 예를 들어, 그라인딩에 의해 단일의 기계 작업으로서 기계 가공된다. 전술한 예에서, 부분 원추 랜드들(341)이 0.075mm의 거리로 다시 연마되면, 결과적인 그루브는 0.025mm의 깊이가 될 것이다. 그러면, 디스크(334)는 피스톤(228)의 나머지 위에 조립되고 예를 들어, 레이저 용접에 의해 제 위치에 유지될 수 있다.

상대적으로 깊은 그루브들을 형성한 후, 얕은 그루브들을 생성하기 위해 관련된 랜드들의 기계 가공은 얕은 그루브들을 생성하는 효과적인 방법이다. 특히, 0.025mm의 치수를 가진 분사기 오리피스들을 생성하는 것은 어렵다. 현재의 분사기 오리피스들은 레이저 천공될 수 있고, 그러한 레이저 천공은, 예를 들어, 0.1mm 직경의 더 큰 구멍을 생성하는 경향이 있다.

0.025mm 분사기 오리피스(272)의 장점은 제어 챔버(240)가 저압 구역으로 통기될 때 분사기 오리피스(272) 내부에서 분사될 연료의 메니스커스(meniscus) 효과가 분사를 신속하게 멈추게 하는 경향이 있다는 것이다. 선행 기술 분사기들의 "연료 드리블(fuel dribble)"이 분사 후 오염 물질을 생성하는 경향이 있기 때문에 분사의 이러한 신속한 중단은 유용하다.

도 14는 화살표 L의 방향에서 취한 즉, 분사기 오피피스(272)를 향해 취한 도 11의 도면을 도시한다. 분사기 오리피스(272)는 V-형상 그루브(340) 및 각진 가장자리(318)의 조합에 의해 형성된다. 이해되는 바와 같이, 분사기 오리피스(272)는 비-원형이다. 이 경우 일반적으로 편평한 3개의 가장자리들을 가진 삼각 형상이다.

도 15는 그루브(340')의 대안적인 형상, 이 경우 일반적으로 U-형상을 도시한다. 다시, 분사기 오리피스는 비-원형이다. 이 경우, 분사기 오리피스는 하나의 대체로 편평한 부분을 구비하고, 이 경우 하나의 대체로 편평한 부분만, 대체로 원통형 경로(312)의 각진 가장자리(318)에 의해 형성된다. 다른 실시예들에서, 대안적인 형상의 그루브들이 사용될 수 있다.

이해되는 바와 같이, 동일한 단면적을 구비하는 2개의 구멍들을 위하여, 비-원형 구멍의 테두리의 길이는 원형 구멍의 원주보다 더 클 것이다. 따라서, 비-원형 분사기 오리피스들은 연료의 제트(jet)가 연소 챔버로 들어갈 때 노출되는 표면적을 증가시키는 순수 효과를 가지고, 이것은 연료 공기 혼합과 연소를 돕는다.

분사기(10)의 환형 피스톤(28)은 분사기의 다른 컴포넌트들을 관통 돌출시키는 중앙 오리피스를 유용하게 제공하고, 이 경우 분사기 밸브는 오리피스를 통해 돌출한다. 그러한 배치는 피스톤을 축 방향으로 이동시키고 분사기 밸브가 분사 장치의 본체에 대해 이동되지 않도록 유지시킨다. 유용하게, 다른 형태의 분사 장치 대신에, 그러한 분사 장치가 "레트로피트(retro fit)" 물품으로서 사용될 때, 분사기 밸브는 분사기 밸브가 원래 엔진에 고정된 것과 동일한 위치에 고정되게 위치될 수 있다. 이것은 여유(clearance)들 특히, 분사기에 대한 피스톤의 여유들이 엔진의 원래 디자인과 같이 유지될 수 있음을 의미한다.

유용하게, 제1 솔레노이드(14)와 제1 밸브(16)와 함께 사용되는 제어 밸브(60)는 구역(49)과 구역(52) 사이의 유체 경로를 신속하게 폐쇄하는 방법을 제공한다. 따라서, 이것은 제어 챔버(40)를 신속하게 유체 고착시키고 신속하게 연료 분사를 중단한다.

유용하게, 제1 밸브(16)를 작동시키는 제1 솔레노이드(14) 및 제2 밸브(20)를 작동시키는 제2 솔레노이드(18)의 제공은 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드의 "싱크(sink)" 또는 "드웰(dwel)" 시간이 고려되게 한다. 제1 솔레노이드(14)는 보통 폐쇄되고 제2 솔레노이드(18)는 보통 개방된다. 따라서, 도 5는 제1 솔레노이드(14)와 제2 솔레노이드(18)가 작동되지 않는, 즉, 제1 솔레노이드(14) 또는 제2 솔레노이드(18)로 전력이 공급되지 않는 경우의 상태를 도시한다. 도 6은 밸브(16)를 개방하기 위하여 정상적인 폐쇄된 솔레노이드(14)가 작동된 경우 분사의 시작을 도시한다. 그러나, 분사의 종료에서 밸브(16)가 폐쇄되지는 않고, 그렇다기 보다는 보통 제2 솔레노이드(18)가 개방되게 작동시킴으로써 밸브(20)가 폐쇄된다(도 8 참조). 이해되는 바와 같이, 분사 시작과 분사 종료 사이의 시간 간격은 상대적으로 짧다(전형적으로 크랭크 샤프트가 꼭대기 데드 중앙 위치 부근에서 피스톤과 함께 몇 도(degrees) 정도 회전하는데 걸리는 시간). 2개의 밸브들과 관련하여 2개의 솔레노이드들을 제공함으로써, 하나의 솔레노이드를 작동시킨 후 다른 하나의 솔레노이드를 작동시킴으로써 짧은 시간 내에 분사의 시작과 종료를 얻는 것을 가능하게 한다.

디스크의 테두리 주변에 위치된 복수의 분사기 오리피스들을 구비하는 디스크를 포함하는 도 11에 도시된 분사기 노즐은 연료가 상대적으로 큰 직경(즉, 디스크의 직경)에 걸쳐 분사되기 때문에 유용하다. 이것은 연소 챔버 내에서 연료를 잘 분배한다. 나아가, 각각의 오리피스가 작은 단면적 치수(예를 들어, 0.05mm, 또는 0.025mm 미만)를 가진, 예를 들어, 적어도 50개의 오리피스들 또는 적어도 100개의 오리피스들과 같이, 많은 오리피스들을 가지는 것은 연소 챔버 내부에서 연료의 양호한 분배 및 또한 연료의 양호한 미립화(atomisation)의 결과를 초래한다.

유용하게, 도 11의 분사기 노즐들과 피스톤을 조합함으로써 분사 동안 분사 노즐을 이동시키는 결과 및 연소 챔버 내에서 연료의 더 나은 분배의 결과를 낳는다.

이해되는 바와 같이, 연료의 분사 압력(즉, 고압 챔버(250) 내의 압력)은 연소 챔버 내부의 압력에 의존한다. 연소 챔버 내부의 압력은, 다른 것들 중에서도, 피스톤 위치, 및 발생되는 연소의 정도에 의존한다. 따라서, 분사기들(10, 20)은 변화하는 압력에서 연료를 분사한다. 초기 분사 압력은 압축비 및 분사가 시작될 때 특정의 피스톤 위치에 기본적으로 의존할 것이다. 분사 동안, 피스톤은 연속적으로 이동할 것이지만, 보다 중요하게 분사의 시작에서 분사된 연료가 연소하기 시작할 것이고 결국 실린더 압력을 증가시켜서 분사 사이클의 후반부를 향해 분사되는 차후 연료의 분사 압력을 증가시킬 것이다. 따라서, 상대적으로 저압에서 분사되고 있는 초기 연료는 더 높은 압력에서 분사될 분사 기간 내에서 나중에 분사된 연료에 까지는 연소 챔버 속으로 뚫고 들어갈 수 없다. 다시, 분사된 초기 연료는 분사 노즐들에 상대적으로 가깝게 남아 있겠지만 분사 공정에서 나중에 분사된 연료는 분사 오리피스들로부터 더 떨어져서 이동할 것이기 때문에 이것은 연료를 연소 챔버 내부에서 잘 분배시킨다.

전술한 바와 같이, 분사 압력은 연소 챔버 압력의 H1/H2 배이다. H1과 H2는 특정의 기관에 따라 변화될 수 있다. 그러나, H1과 H2는 분사 압력이 35,000 psi 를 넘고, 바람직하게 40,000 psi를 넘고, 바람직하게 45,000 psi를 넘도록 배치될 수 있다. 그러한 높은 분사 압력들은 알려진 분사기 시스템들 내에서 발견되는 것들보다 월등히 넘고 높은 분사 압력은 연료를 매우 작은 입자 사이즈들로 분무화하고, 결국 실질적으로 미립자들을 제거한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 분사기들에 맞는 기관들은 처리 시스템, 예를 들어, 입자 필터들 뒤에 배기를 필요하지 않을 수 있다. 생성된 미립자의 양을 감소시킴으로서, 연소 공정이 더 낮은 연소 챔버 온도들에서 발생되도록 배치시킬 수 있으므로 결국 NOx 생성을 감소시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 분사기들에 맞는 기관들은 NOx에 대하여 처리 시스템들 후의 배기를 필요로 하지 않을 수 있다.

전술한 바와 같이, 피스톤(28)은 회전하게 될 수 있고, 유용하게 받침대(366) 상에 수거되는 경향이 있을 수 있는 임의의 침전물들이 주변적으로 향하는 가장자리들(364, 365)에 의해 제거될 것이므로 분사기(210)의 수명 내내 완전한 피스톤 운동을 보장하게 된다. 유사하게 피스톤(28)은 자유롭게 회전한다.

이해되는 바와 같이, 피스톤(28, 228)은 분사 동안 화살표 A의 방향으로 이동한다. 이러한 이동은 연소 챔버의 체적을 증가시키고, 사실상, 기계적으로 총 압축비를 변경한다. 기관이 낮은 파워에서 운전할 때 연료의 상대적으로 적은 양이 분사되고 피스톤은 상대적으로 적은 양에 의해 화살표 A의 방향으로 이동한다. 기관이 높은 파워에서 운전할 때, 연료의 상대적으로 많은 양이 분사되고 피스톤은 상대적으로 많은 양에 의해 화살표 A의 방향으로 이동한다. 따라서, 낮은 파워에서 운전할 때, 기관은 상대적으로 높은 압축비로 운전하는 한편, 높은 파워로 운전할 때, 기관은 더 낮은 압축비로 운전한다. 이것은 더 낮은 NOx 레벨들을 야기하는 더 차가운 연소를 촉진하는데 도움을 주기 때문에 유용하다. 화살표 A의 방향으로 피스톤의 이동은 압축비를 1.0 포인트 이상으로 변화시킬 수 있다. 대안적으로, 화살표 A의 방향으로 피스톤의 이동은 압력비를 1.5 포인트 이상으로 변화시킬 수 있다.

다툼의 여지를 없애기 위하여, 압축비를 1.0 포인트 감소시키는 것은, 예를 들어, 보통 15:1의 압축비는 14:1의 압축비가 되거나 16:1의 압축비는 15:1의 압축비가 됨을 의미한다.

이해되는 바와 같이, 분사 동안 피스톤만 화살표 A의 방향으로 이동한다. 고압 구역이 화살표 B의 방향에서 이동하는 피스톤에 의해 재충전(준비)되면, 피스톤은 다음 분사 포인트까지 그(도면들을 볼 때 더 낮은) 위치에 남아 있다. 이것은 배기 행정 동안 연소 챔버의 체적이 더 작고(압축비가 더 높기 때문에) 배기 밸브가 폐쇄되면 보다 더 적은 잔류 배기 가스가 연소 챔버 내에 남아 있기 때문에 이것이 배기 가스의 통기에 도움을 준다는 것을 의미한다. 따라서, 이동 가능한 피스톤은 압축 행정에서 변화하는 압축비의 이중의 장점을 구비하지만 흡기 행정에서 높은 압축비를 유지하게 된다.

10...분사기 12...분사기 본체
14...제1 솔레노이드 18...제2 솔레노이드
20...제2 밸브 22...분사기 밸브
24...제1 밸브 부재 26...제2 밸브 부재
28...피스톤 30...슬리브
32...입구 포트 34...출구 포트
36...냉각 경로 40...제어 챔버
50...고압 구역 54...출구 경로
60...제어 밸브 61...밸브 부재
62...원통 벽 64...보어
65...스프링 72...분사기 오리피스
80...스프링 82...디스크
91...실린더 헤드 92...실린더 블록
93...실린더 94...피스톤
98...클램프 99...클램핑 서클립

Claims

압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스(orifice)를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 피스톤은 관련된 챔버에 면하는 제1 피스톤 작동 영역을 구획하고, 상기 제1 피스톤 작동 영역은 환형으로 되어 있는, 분사 장치.
청구항 1에서,
상기 제1 피스톤 작동 영역은 분사기의 제1 컴포넌트에 대한 이동을 위한 외부 실링면을 가진 제1 외부 테두리에 의해, 그리고 상기 분사기의 제2 컴포넌트에 대한 이동을 위한 제1 내부 실링면을 가진 제1 내부 테두리에 의해 구획되는, 분사 장치.
청구항 2에서,
상기 제1 컴포넌트는 상기 본체에 대하여 고정된, 분사 장치.
청구항 3에서,
상기 제1 컴포넌트는 상기 본체에 의해 구획된, 분사 장치.
청구항 4에서,
상기 제1 컴포넌트는 상기 본체 내의 리세스에 의해 구획된, 분사 장치.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에서,
상기 제2 컴포넌트는 상기 본체에 대하여 고정된, 분사 장치.
청구항 6에서,
상기 제2 컴포넌트는 분사기 밸브의 밸브 부재이고, 상기 밸브 부재는 상기 본체에 대하여 고정되어 있는, 분사 장치.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에서,
상기 피스톤은 상기 고압 챔버와 유체 연통하도록 되어 있는 제2 피스톤 작동 영역을 구획하는, 분사 장치.
청구항 8에서,
상기 제2 피스톤 작동 영역이 환형인, 분사 장치.
청구항 8 또는 청구항 9에서,
상기 제2 피스톤 작동 영역이 제2 외부 테두리와 제2 내부 테두리에 의해 구획된, 분사 장치.
청구항 10에서,
상기 제1 외부 테두리가 상기 제2 외부 테두리보다 더 큰 직경을 구비하는, 분사 장치.
청구항 10 또는 청구항 11에서,
상기 제2 내부 테두리가 상기 제2 내부 테두리의 직경과 동일한 직경을 구비하는, 분사 장치.
청구항 11 또는 청구항 12에서,
상기 제1 내부 테두리의 상기 제1 내부 실링면이 상기 고압 챔버의 실링면을 구획하는, 분사 장치.
청구항 7에서,
상기 밸브 부재의 일부는 상기 고압 챔버 내에 수납되는, 분사 장치.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 분사기 밸브는 제2 밸브 부재에 대하여 이동 가능한 제1 밸브를 구획하고, 상기 제2 밸브 부재는 상기 분사기 본체에 대하여 고정되어 있는, 분사 장치.
청구항 15에서,
상기 제2 밸브 부재는 분사기 오리피스를 포함하는, 분사 장치.
청구항 15에서,
상기 제1 밸브 부재는 오리피스를 선택적으로 구획하기 위하여 상기 제2 밸브 부재에 대해 이동 가능한, 분사 장치.
청구항 17에서,
상기 분사기 밸브는 핀틀(pintle) 분사기 밸브인, 분사 장치.
청구항 15 내지 청구항 18 중 어느 한 항에서,
상기 관련된 챔버로부터 상기 고압 챔버를 분리하기 위하여 상기 제2 밸브 부재와 상기 피스톤 사이를 구획하는 씨일(seal)을 더 포함하는, 분사 장치.
청구항 15 내지 청구항 19 중 어느 한 항에서,
상기 제어 챔버로부터 상기 고압 챔버를 분리하기 위하여 상기 제1 밸브 부재와 상기 본체 사이를 구획하는 씨일을 더 포함하는, 분사 장치.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 제어 챔버 내의 유체는 바이어스 부재에 의해 폐쇄된 위치로 바이어스되는 가동 부재를 구비하는 밸브에 의해 제어되고, 상기 밸브는 압력의 인가가 상기 밸브를 개방시킬 수 있는 제2 압력 영역, 및 압력의 인가가 상기 밸브를 폐쇄시킬 수 있는 제2 압력 영역을 구비하고;
상기 제1 압력 영역에서 그리고 상기 제2 압력 영역에서 압력의 균등화가 상기 밸브를 폐쇄시키는, 분사 장치.
청구항 21에서,
상기 가동 부재는 실린더 보어(bore) 내에서 이동 가능한 보어인, 분사 장치.
청구항 22에서,
상기 밸브는 상기 실린더 보어의 벽 내의 포트를 포함하는, 분사 장치.
청구항 21 내지 청구항 23 중 어느 한 항에서,
상기 제1 압력 영역은 흐름제한장치를 통해 상기 제2 압력 영역에 유체적으로 연결되고, 상기 흐름제한장치를 통한 유체의 유동이 상기 유체의 압력이 떨어지게 하는, 분사 장치.
청구항 21 내지 청구항 24 중 어느 한 항에서,
상기 제2 압력 영역은 추가적인 밸브를 통해 저압 영역에 선택적으로 연결될 수 있는, 분사 장치.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 제어 챔버 내의 유체는 제1 밸브를 작동하는 제1 솔레노이드 및 제2 밸브를 작동하는 제2 솔레노이드에 의해 제어되는, 분사 장치.
청구항 26에서,
상기 제1 밸브가 폐쇄되고 상기 제2 밸브가 폐쇄된 상태에서 저압 구역으로의 상기 제어 챔버의 통기가 방지되도록 구성된, 분사 장치.
청구항 26 또는 청구항 27에서,
상기 제1 밸브가 폐쇄되고 상기 제2 밸브가 폐쇄된 상태에서 저압 구역으로의 상기 제어 챔버의 통기가 가능하도록 구성된, 분사 장치.
청구항 26 내지 청구항 28 중 어느 한 항에서,
상기 제1 밸브가 개방되고 상기 제2 밸브가 폐쇄된 상태에서 저압 구역으로의 상기 제어 챔버의 통기가 방지되도록 구성된, 분사 장치.
청구항 26 내지 청구항 29 중 어느 한 항에서,
상기 제1 밸브가 폐쇄되고 상기 제2 밸브가 폐쇄된 상태에서 저압 구역으로의 상기 제어 챔버의 통기가 방지되도록 구성된, 분사 장치.
청구항 26 내지 청구항 30 중 어느 한 항에서,
상기 제어 챔버와 제2 밸브에 선택적으로 유체 연결하는 제1 유체 경로 및 상기 제1 밸브를 상기 제2 밸브에 유체 연결하는 제2 유체 경로를 포함하는, 분사 장치.
청구항 31에서,
상기 제1 밸브는 추가적 밸브를 개방하고 폐쇄하도록 작동가능하고, 상기 추가적 밸브는 상기 제어 챔버로부터 상기 제2 밸브까지 상기 제1 유체 경로 내에서 유체가 유동하는 것을 가능하게 하고 방지하도록 작동될 수 있는, 분사 장치.
청구항 32에서,
상기 제1 밸브(16)의 개방이 상기 추가적 밸브를 폐쇄시키고 상기 제1 밸브의 폐쇄가 상기 추가적 밸브를 개방시키는, 분사 장치.
청구항 26 내지 청구항 33 중 어느 한 항에서,
상기 제1 솔레노이드는 제1 밸브가 정상적으로 폐쇄되도록 구성하는, 분사 장치.
청구항 26 내지 청구항 34 중 어느 한 항에서,
상기 제2 솔레노이드는 상기 제2 밸브가 정상적으로 개방하도록 구성하는, 분사 장치.
관련된 챔버 속으로 유체를 분사하는 방법으로서,
청구항 26의 분사기를 마련하는 단계;
a) 제1 밸브가 폐쇄되고 제2 밸브가 개방된 상태에서 시작하는 단계;
b) 상기 관련된 챔버 내에서 압력을 생성하는 단계;'
c) 분사기 오리피스를 통해 유체를 분사시키기 위하여, 제어 챔버가 저압 구역으로 방지하기 위하여 제1 밸브를 개방하는 단계; 및
d) 분사를 멈추기 위하여 저압 구역으로의 상기 제어 챔버의 통기를 방지하기 위하여 상기 제2 밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 36에서,
e) 상기 제1 밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 37에서,
f) 상기 제2 밸브를 개방하는 단계를 더 포함하는, 방법.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 제어 챔버는 입구로부터 선택적으로 공급되고 상기 제어 챔버는 출구를 통해 저압 구역으로 선택적으로 통기되고;
상기 분사 장치는 상기 입구로부터 공급되고 출구를 통해 상기 저압 구역으로 통기되는 냉각 회로를 더 포함하는, 분사 장치.
청구항 39에서,
상기 냉각 회로는 냉각 코일을 포함하는, 분사 장치.
청구항 40에서,
상기 냉각 코일은 나선형인, 분사 장치.
청구항 41에서,
상기 냉각 코일은 상기 고압 챔버의 적어도 일부를 둘러싸는, 분사 장치.
청구항 41 또는 43에서,
상기 냉각 코일은 상기 분사기 밸브의 적어도 일부를 둘러싸는, 분사 장치.
청구항 41 내지 청구항 43 중 어느 한 항에서,
상기 냉각 코일은 상기 피스톤의 적어도 일부를 둘러싸는, 분사 장치.
내연 기관의 연소 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사기 노즐로서,
상기 노즐은 테두리 주위에 배치된 복수의 분사기 오리피스들을 구비하는 디스크를 포함하는, 분사기 노즐.
청구항 45에서,
각각의 오리피스의 단면적 치수는 0.05mm 보다 작고, 대안적으로 0.025mm 보다 작은, 분사기 노즐.
내연 기관의 연소 챔버 속으로 연료를 분사하기 위한 분사기 노즐로서,
상기 노즐은 0.05mm 보다 작은, 대안적으로 0.025mm 보다 작은 단면적 치수를 구비하는 적어도 하나의 분사기 오리피스를 포함하는, 분사기 노즐.
청구항 45 내지 청구항 47 중 어느 한 항에서,
적어도 50개의 오리피스들, 대안적으로 적어도 100개의 오리피스들이 존재하는, 분사기 노즐.
청구항 45 내지 청구항 48 중 어느 한 항에서,
각각의 분사기 오리피스의 단면 모양은 비-원형인, 분사기 노즐.
청구항 49에서,
각각의 오리피스의 단면 모양은 대체로 편평한 부분, 전형적으로 단일의 대체로 편평한 부분을 구비하는, 분사기 노즐.
청구항 45 내지 청구항 50 중 어느 한 항에서,
각각의 오리피스의 단면 모양은 대체로 U-형 부분 또는 대체로 V-형 부분을 포함하는, 분사기 노즐.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
복수의 관련된 분사기 오리피스들이 디스크 주위에 배치되고, 상기 디스크는 분사기 노즐의 일부를 형성하는, 분사 장치.
청구항 52에서,
상기 디스크는 상기 피스톤의 일부를 형성하는, 분사 장치.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 피스톤은 사용시 축을 기준으로 회전하도록 배치된, 분사 장치.
청구항 54에서,
상기 피스톤은 상기 분사 장치의 원주 받침대와의 접촉에 의해 상기 피스톤의 축방향 이동을 제한하기 위해 원주 방향으로 불연속인 받침대를 포함하는, 분사 장치.
청구항 54 또는 청구항 55에서,
상기 피스톤은 분사기 오리피스를 포함하는, 분사 장치.
청구항 56에서,
상기 분사기 오리피스는 상기 피스톤의 회전을 촉진하기 위하여 부분 접선 컴포넌트를 가진 방위를 구비하는, 분사 장치.
청구항 54 내지 청구항 57 중 어느 한 항에서,
상기 피스톤은 관련된 챔버를 면하는 제1 피스톤 작동 영역을 구획하고, 상기 제1 피스톤 작동 영역은 제1 축을 구획하는 제1 원형 테두리를 구비하고,
상기 피스톤은 상기 고압 챔버와 유체 연통하도록 된 제2 피스톤 작동 영역을 구획하고, 상기 제2 피스톤 작동 영역은 제2 축을 구획하는 제2 원형 테두리를 구비하고,
상기 피스톤의 회전을 촉진하기 위하여 상기 제1 축은 상기 제2 축으로부터 옵셋되어 있는, 분사 장치.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 피스톤은 상기 관련된 챔버를 면하는 제1 피스톤 작동 영역을 구획하고 상기 피스톤은 상기 고압 챔버와 유체 연통하도록 된 제2 피스톤 작동 영역을 구획하고;
상기 제1 피스톤 작동 영역은 상기 분사기의 제1 컴포넌트에 대한 이동을 위한 제1 실링면을 구비하는 제1 테두리에 의해 구획되어 있고, 상기 제2 피스톤 작동 영역은 상기 분사기의 제2 컴포넌트에 대한 이동을 위한 제2 실링면을 구비하는 제2 테두리에 의해 구획되어 있고;
상기 피스톤의 상기 제1 실링면과 상기 피스톤의 상기 제2 실링면은 서로에 대해 고정되고, 상기 분사기의 제1 컴포넌트와 상기 분사기의 제2 컴포넌트는 서로에 대해 측방향으로 이동 가능한, 분사 장치.
청구항 59에서,
상기 제1 실링면은 제1 외부 실링면이고 및/또는 상기 제2 실링면은 제2 외부 실링면인, 분사 장치.
청구항 59 또는 청구항 60에서,
상기 제1 컴포넌트는 상기 분사 장치의 본체인, 분사 장치.
청구항 61에서,
상기 제1 실링면은 상기 본체의 리세스 내에 수납된, 분사 장치.
청구항 59 내지 청구항 62 중 어느 한 항에서,
상기 제2 컴포넌트는 슬리브인, 분사 장치.
청구항 63에서,
상기 슬리브는 막힌 끝단을 구비하고, 상기 슬리브와 상기 막힌 끝단은 상기 고압 챔버를 부분적으로 구획하는, 분사 장치.
청구항 59 내지 청구항 64 중 어느 한 항에서,
상기 제2 컴포넌트는 역류방지 밸브를 포함하는, 분사 장치.
청구항 65에서,
상기 역류방지 밸브는 상기 제어 챔버를 상기 고압 챔버에 선택적으로 유체 연결하는, 분사 장치.
분사기 오리피스의 제조 방법으로서:
a) 제1 부분을 제공하는 단계;
b) 제2 부분을 제공하는 단계;
c) 상기 제2 부분 내의 오목부를 제공하는 단계; 및
d) 상기 오목부가 상기 분사기 오리피스의 적어도 일부를 형성하도록 상기 제2 부분에 상기 제1 부분을 접합시키는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 67에서,
상기 제1 부분은 제1 원추면을 포함하고 상기 제2 부분은 제2 원추면을 포함하고, 상기 제2 원추면 내의 그루브가 상기 오목부를 구획하는, 방법.
청구항 68에서,
상기 그루브는 U-모양 또는 V-모양인, 방법.
청구항 68 또는 청구항 69에서,
상기 제1 원추면은 내부 원추면이고 상기 제2 원추면은 외부 원추면인, 방법.
청구항 67 내지 청구항 70 중 어느 한 항에서,
상기 오목부는 초기 깊이를 구비하고,
상기 방법은, 상기 c) 단계 후 상기 오목부의 깊이를 최종 깊이로 감소시키기 위해 상기 제2 부분을 수정한 후 상기 d) 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 67에서,
상기 단계 c)는 복수의 오목부들을 제공하는 것을 포함하는, 방법.
청구항 72에서,
각각의 오목부는 개별적으로 초기 깊이를 가지고,
상기 방법은, 상기 단계 c) 후 상기 복수의 오목부들의 각각의 깊이를 개별적인 최종 깊이로 감소시키기 위해 상기 제2 부분을 수정한 후 상기 d) 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 73에서,
상기 각각의 오목부의 상기 개별적인 최종 깊이가 동일한, 방법.
청구항 67 내지 청구항 74 중 어느 한 항에서,
상기 오리피스의 단면 치수는 0.05mm 미만, 대안적으로 0.025mm 미만인, 방법.
청구항 71 또는 청구항 73 또는 청구항 74에서,
상기 최종 깊이는 0.05mm 미만, 대안적으로 0.025mm 미만인, 방법.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 피스톤을 바이어스하도록 작동하는 기계적 장치들이 없는, 분사 장치.
압력하에서 관련된 챔버 속으로 유체를 분사하기 위한 분사 장치로서:
본체;
피스톤에 대항하여 외부로부터 작용하는 상기 관련된 챔버 내의 유체의 압력의 작동하에서 상기 본체 내에서 이동 가능하고, 고압 챔버 내에서 분사될 유체를 압축하도록 작동 가능하게 되어 있고, 제어 챔버 내의 유체 압력의 작용에 대항하여 이동 가능하도록 되어 있으므로, 상기 제어 챔버 내의 유체를 제어함으로써 피스톤의 이동이 선택적으로 제어 가능한 피스톤; 및
상기 고압 챔버와 선택적으로 유체 연통함으로써 분사기 밸브가 개방될 때 상기 고압 챔버로부터의 고압 유체가 분사기 오리피스를 통해 분사될 수 있는 분사기 밸브 및 연관된 분사기 오리피스를 포함하고;
상기 피스톤의 이동은 상기 피스톤에 작용하는 유체 압력의 결과로서만 발생하는, 분사 장치.