KR20190105600A - 연소 챔버 내에의 연소-촉진 매체의 추가적 공급을 갖는 연료 분사 노즐을 포함하는 내연 기관 - Google Patents

연소 챔버 내에의 연소-촉진 매체의 추가적 공급을 갖는 연료 분사 노즐을 포함하는 내연 기관 Download PDF

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Abstract

본 발명의 제1 양태는, 실린더(2)의 실린더 헤드(1) 내에 배치된 흡기 밸브(3)(흡기 밸브(3)를 통해, 연소 공기가 흡기 밸브(3)에 연결된 흡기 라인(4)으로부터 실린더(2)에 전달될 수 있음), 압력 어큐뮬레이터(5)(압력 어큐뮬레이터(5)로부터 실린더 내의 연소를 촉진하는 추가적 매체가 제어되게 실린더(2)에 전달될 수 있음), 및 분사 노즐(7)(분사 노즐(7)을 통해 연료가 실린더(2) 내에 분사될 수 있음)을 포함하는 왕복 피스톤-타입 내연 기관에 관한 것이다. 추가적 매체는, 본 발명에 따른 연소 공기/연료 혼합물이다. 압력 어큐뮬레이터(5)는 노즐 니들(6)을 갖는 분사 노즐(7)에 연결되어, 추가적 매체가 분사 노즐(7)에 의해 제어되게 실린더(2) 내에 도입될 수 있다. 본 발명의 제2 양태는, 내연 기관의 실린더 내의 연소를 촉진하는 추가적 매체를 왕복 피스톤-타입 엔진의 실린더 내에 추가적으로 도입하는 방법에 관한 것이고, 상기 매체는 분사 노즐을 통해 공급된다.

Description

연소 챔버 내에의 연소-촉진 매체의 추가적 공급을 갖는 연료 분사 노즐을 포함하는 내연 기관
본 발명은 청구항 1의 특징을 갖는 왕복 피스톤-타입 내연 기관, 및 청구항 11의 특징을 갖는 연소 챔버 내에 연소-촉진 매체를 도입하기 위한 방법에 관한 것이다.
연소에 필요한 연소 공기가 실린더의 실린더 헤드 내의 흡기 밸브를 통해 실린더에 공급되고, 흡기 밸브는 입구 라인의 단부에 배치되고, 이를 통해 소기 공기를 포함하는 연소 공기 전체가 실린더에 공급될 수 있는 왕복 피스톤-타입 내연 기관들이 공지되어 있다. 종래의 구조들에서, 내연 기관들은, 내부에 노즐 니들을 갖는 분사 노즐을 가져, 실린더 내에의 연료 공급을 제어한다. 압축 공기 리저버를 추가적으로 제공하는 것이 또한 공지되어 있으며, 이것으로부터, 이러한 내연 기관들의 콜드 스타트 거동의 제어 및 향상뿐만 아니라 내연 기관의 토크의 제어 및 증가를 위해 실린더 헤드 내에 배치된 흡기 밸브를 통해 추가적 연소 공기가 실린더 내에 도입된다. 이 추가적 연소 공기는 실린더 헤드 내의 공기 흡입 밸브를 통해 직접 또는 추가적 공기 흡입 밸브를 통해 실현된다.
이와 같이, DE 11 2007 000 944 T5에는, 추가적으로 압축 공기 탱크가 대략 200 bar의 매우 높은 압력으로 제공되고, 이로부터, 압축 스트로크 중에, 특히 압축 스트로크의 개시 중에, 추가적 연소 공기의 분사가 실현되는 내연 기관이 기술되어 있다. 이에 따라 배기가스에 대해 및 다실린더 엔진들에서, 특히 압력 용기 내의 이러한 높은 압력에 대한 내연 기관의 전체 성능에 대해 긍정적 영향을 가질 수 있지만, 상당한 양의 추가적 에너지가 요구된다. 이는, 특히 이에 따라 많은 양의 공기가 이러한 높은 압력으로 유지되어야 하고, 내연 기관의 회전 속도에 대응하는 속도로 빠른 사이클로 실린더 내에 전달되어야 하기 때문이다.
DE 10 2010 033 591 A1에는, 개선된 콜드 스타트 거동을 갖는 내연 기관이 기술되어 있다. 연료-공기 혼합물이 실린더 내에서 이미 압축된 후, 실제 점화 프로세스 직전에, 공기 리저버로부터의 추가적으로-압축된 가압 공기가 실린더에 공급된다. 이 경우에도, 상대적으로 높은 압력이 압축 공기 탱크 내에 유지되어야 한다. DE 10 2004 047 975 A1은, 흡기 단계 중에 압력 어큐뮬레이터로부터 실린더에 압축 공기의 형태의 추가적 연소 공기의 동기화된 공급을 개시한다. 압축 공기 브레이크 시스템의 일부로서 이미 존재하는 압축 공기 탱크가 압력 용기로서 사용된다. 전체 성능에 있어서 내연 기관의 작동 파라미터들에 영향을 주도록, 추가적 공기의 동기화된 분사가, 양 및 분사 지속시간이 적절히 조정되어 사용될 수 있다. 이 시스템에서도, 추가적 공기가 흡기 통로에, 구체적으로는 흡기 단계 중에 공급된다. 결과적으로, 압력 용기로부터의 상대적으로 다량의 공기가 매번 분사 사이클마다 이용 가능하게 되어야 한다.
또한 추가적 압축 공기 탱크를 갖는 이러한 시스템들이, DE 10 2012 014 204 B4, 및 DE 10 2012 014 205 B3에 공지되어 있다. 이들 내연 기관들에 있어서, 추가적 연소 공기가 제어 가능한 블록킹 요소에 의해 압력 용기로부터 2개의 분할된 흡기 매니폴드들로 공급될 수 있다. DE 10 2008 00 326 A1에서, 공지된 내연 기관에 있어서, 공기 흡입 트랙과 마찬가지로, 내연 기관의 흡기 밸브과 터보차저 사이에, 추가적 압축 공기를 블로잉하기 위한 추가적 디바이스가 제공된다. 이 경우에, 압축 공기는 흡기 트랙 내로 영구적으로 도입되지 않고, 오히려 안전, 승차감 및 마모에 있어서 현재의 비히클의 작동 상황에 의존함이 합리적이다.
DE 102 247 19 B4, DE 39 063 12 C1 및 DE 2008 000 324 A1에 따른 다른 공지된 시스템들은, 터보차저 엔진들뿐만 아니라 자연 흡기 엔진들에서의 흡기 시스템의 다양한 포인트에서 추가적 압력 용기가 추천됨이 공통적이다.
또한 내연 기관의 흡기 통로 내로 추가적 연소 공기를 공급하는 압력 어큐뮬레이터를 갖는 이들 공지된 내연 기관들의 단점은 장비의 상대적으로 큰 복잡성이고, 흡기 시스템 내의 큰 단면으로 인해, 또한 적어도 일정 부분의 추가적 연소 공기가 실린더에 들어가도록, 상대적으로 많은 양의 공기가 전달되어야 한다.
본 발명은 DE 691 00 803 T2에 기술된 바와 같은 왕복 피스톤-타입 내연 기관으로부터 비롯된다. 이 엔진은 실린더의 실린더 헤드 내에 배치된 흡기 밸브를 갖고, 이를 통해 연소 공기가 흡기 밸브에 연결된 흡기 통로로부터 실린더에 공급될 수 있고, 실린더 내의 연소를 촉진하는 추가적 매체를 제어되게 공급하는 압력 어큐뮬레이터를 갖는다. 이 경우에 연료는 실린더 내의 분사 노즐에 의해 제어되게 분사 가능하고, 압력 어큐뮬레이터는 노즐 니들을 갖는 분사 노즐에 연결된다.
예를 들면, 공보 DE 39 36 986 A1, DE 10 2013 014 329 A1 및 DE 10 2014 002 905 A1에는, 적절한 분사 노즐들을 위한 다양한 디자인들이 기술되어 있다.
전술한 견지에서, 본 발명의 목적은, 실린더 내에 추가적으로 도입되어야 하고 연소를 촉진하는 가스 또는 액체 매체의 양을 제어 가능하게 유지하며 또한 감소시킴과 함께, 여전히 내연 기관의 작동 성능의 신뢰성 있는 향상을 보장하며, 추가적으로 내연 기관의 실린더 내에의 매체의 공급을 제어하는데 사용되는 구조 및 장비의 복잡성을 가능한 한 간단하게 유지하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 개선된 배기 가스 값을 갖는 엔진 성능을 최적화하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 왕복 피스톤-타입 내연 기관, 및 청구항 11의 특징을 갖는 방법으로 달성된다. 유리한 개발이 각각의 종속항에 정의된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 왕복 피스톤-타입 내연 기관은 실린더의 실린더 헤드 내에 배치된 흡기 밸브를 갖고, 이곳으로 흡기 통로로부터 실린더 내에 도입될 연소 공기, 또는 추가적으로 연소 가스/연료, 또는 연소 공기/연소 가스/연료 혼합물이 공급되고, 이것은, 대응하는 밸브 제어에 의해, 연소 공기, 연소 가스, 또는 혼합물을 클록 제어되게 실린더에 공급한다. 또한, 내연 기관은 압력 어큐뮬레이터를 갖고, 이로부터 실린더 내의 연소, 및 선택적으로 실린더 내의 혼합물 형성을 촉진하는데 사용되는 추가적 매체가 제어되게 실린더에 공급될 수 있다. 내연 기관은 또한 실린더 헤드 내에 분사 노즐을 갖고, 이를 통해 실린더 내에 연료가 분사될 수 있고, 연료는, 최적 연소 거동을 실현할 수 있도록, 분사 노즐에 의해 대응되게 분무된다. 본 발명에 따르면, 압력 어큐뮬레이터는 노즐 니들을 갖는 분사 노즐에 연결되고, 실린더 내에 도입될 추가적 매체가 노즐 니들에 의해 압력 용기로부터 실린더 내에 제어되게 전달될 수 있다. 종래의 분사 시스템들을 갖는 종래의 내연 기관들에 있어서, 내부에 노즐 니들을 갖는 분사 노즐들이 사용되고, 이는, 적절한 스트로크에 의해, 가압 연료를 분사하기 위한 단면을 보장한다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 내연 기관에 있어서, 이제 추가적 매체가 마찬가지로 분사 노즐을 통해 실린더 내에 도입되도록, 종래의 분사 노즐이 추가적으로 디자인된다. 따라서, 본 발명에 따른 이러한 분사 노즐은 이중 기능을 가지며, 이는, 그 자체로 공지된 연료의 분사 및 연료의 분무화를 실현하지만, 적어도 부분적으로 동시에 또한 추가적 압력 어큐뮬레이터로부터의 추가적 매체의 공급을 가능하게 하여, 실린더 내의 연소를 향상시키도록 이 추가적 매체를 도입하는데 추가적인 기관을 요하지 않기 때문이다. 상대적으로 양호한 제어 능력이 분사 노즐에서 보장되므로, 본 발명의 내연 기관들에서 원하는 기능, 즉 작동 거동, 토크, 및 콜드 스타트 거동을 생략할 필요 없이, 본 발명에 따른 내연 기관에서 큰-체적의 흡기 통로들을 통한 추가적 매체의 공급이 달성되어야할 때 요구되는 큰 체적의 취급 및 전달이 크게 생략될 수 있다. 이들은 본 발명에 따른 솔루션에서 정밀하게 제어될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 내연 기관에서, 노즐 니들의 스트로크는, 분사 노즐의 내부에서 정해진 분사 압력이 도달될 경우, 밀봉 시트는 밀봉 시트로부터의 노즐 니들 리프팅에 의해 개방되어, 연료 및/또는 매체가 밀봉 시트를 통과함으로써 실린더 내에 도입될 수 있는 방식으로 제어되고, 바람직하게는 연료 압력-제어된다. 본 발명에 따르면, 분사 노즐을 통해 공급된 매체는, 이 때 추가적 매체가 이 밀봉 시트를 통해 동시에, 또는 시간 지연을 갖고, 또는 부분적으로 동시에, 분사 노즐 내의 압력 조건 및 노즐 니들에 작용하는 스프링력에 대해 적절히 주의하여, 실린더 내에 도입되는 방식으로 도입된다. 노즐 니들의 리프팅 움직임은 피에조 소자들, 또는 솔레노이드 코일로, 또는 대형 엔진들의 경우에 유압식으로 만들어질 수 있다.
바람직하게는, 노즐 니들은 내부에 매체 채널을 갖고 이를 통해 실린더 내에 추가적 매체가 도입될 수 있다. 이 매체 채널은 상술한 밀봉 시트에 대해 밀봉 및 폐쇄되거나, 및/또는 노즐 니들이 밀봉 시트로부터 리프팅될 경우 개방될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 추가적 밸브가 압력 어큐뮬레이터에 또는 분사 밸브에, 또는 압력 어큐뮬레이터와 분사 밸브 사이에 배치되고, 제어 디바이스에 의해 실린더에의 추가적 매체의 공급을 제어하는 것도 가능하다. 이 경우에, 매체의 양뿐만 아니라 실린더에의 그 체적 흐름이, 바람직하게는 연료 분사 프로세스에 따라, 특히 연료 분사 체적의 함수로서 이 밸브를 제어함으로써 제어된다. 연료 분사 프로세스에 따라 추가적 매체의 공급을 제어하는 것은, 추가적 매체가 연료의 분사 프로세스의 끝을 향할 경우에만 실린더 내에 도입되어, 예들 들면, 이 때 노즐 니들이 여전히 개방되어 있지만 매체 채널 내에의 가압 연료의 역류가 없을 정도로, 분사 노즐 내의 압력이 미리 감소되는 것을 보장 가능하게 한다. 또한, 바람직하게는, 추가적 메커니즘이 또한 여전히 밀봉 시트 상에 노즐 니들을 유지하지만, 통상 분사 노즐 하우징 내에서 노즐 니들의 리프팅을 보장하는 연료 압력은, 이 때, 정상 상황 하에서, 노즐 니들을 로딩하는 스프링 압력이 그 폐쇄로 되게 되도록 미리 저하된다.
실린더 내의 연소를 촉진하도록 추가적으로 도입되는 매체는 바람직하게는 가스, 및 보다 바람직하게는 압축 공기이다. 산소가 또한 가능하다. 그러나, 실린더 내의 연소 프로세스 중에 추가적 발열량을 갖고, 추가적으로 에너지를 방출하는 연소 가스가 매체로서 사용되는 것이 또한 가능하다. 추가적 매체로서 연소 공기/연소 가스 혼합물이 사용되어, 이들 2가지 성분의 혼합물의 분율을 통해 엔진의 작동 성능에 직접 영향을 줄 수 있는 것이 또한 바람직하다. 추가 실시형태에 따르면, 추가적 매체는 액체인 것이 또한 가능하고, 여기에서 매체는 바람직하게는 엔진의 실린더 내로의 분사 또는 도입까지의 압력 어큐뮬레이터 및 매체 채널 내의 액체이고, 압력 및 온도 조건으로 인해 가스상으로의 전이가 가능하게는 즉시 일어날 수 있다. 바람직하게는, 액체 매체는 물이고, 그 분무화 효과는 실린더 내에서 별개로 분사될 경우 또는 물/연료 에멀젼으로서 분사될 경우, 통상 알려져 있다. 수증기 형태로의 매체의 공급이 또한 가능하다.
바람직하게는, 분사 노즐의 하우징을 통해 분사 노즐의 내부에 배치된 노즐 니들에의 매체 공급은, 노즐 니들의 스트로크를 통해 개방 및/또는 폐쇄될 수 있는 횡방향 보어를 통해 실시된다. 또한 연관된 보어와 동일한 폭을 갖고 노즐 니들 및/또는 분사 노즐의 하우징의 방사상 둘레로 연장되는 홈이 제공되는 것이 가능하여, 동작 중에 노즐 니들이 회전할 경우에도, 중앙 매체 채널에의 매체의 공급이 방사상 매체 채널들을 통해 항상 보장된다.
바람직하게는, 분사 노즐은 블라인드 홀을 갖는 멀티-홀 노즐이다. 그러나, 또한 바람직하게는 스로틀 핀 노즐 형태의 분사 노즐일 수 있다. 블라인드 홀을 갖는 멀티-홀 노즐로서의 분사 노즐의 형성이 정상 크기 또는 감소된 블라인드 홀 크기를 갖고 실현될 수 있다. 이러한 블라인드-홀 노즐들의 기본 구조는 그 자체가 공지되어 있고, 노즐 니들은 그 정면 영역에 원추형 디자인을 갖는 것을 특징으로 하고, 이는 연료가 그 위의 숄더에 압력을 가하지 않을 경우, 밀봉 시트로부터 노즐 니들을 리프팅함으로써 분사 노즐 하우징의 내부에서 블라인드 홀 위에 밀봉 효과를 실현한다. 따라서 노즐 니들의 원추형 포인트는 블라인드 홀로부터 연료 압력 챔버를 밀봉하고, 복수의 분사 보어들이 실린더의 내부에 대해 방사상 방향으로 이어진다. 그에 반해서, 스로틀 핀 노즐은 노즐 바디의 오리피스 내로 들어가는 노즐 니들 상의 핀을 갖는 이른바 단일-홀 노즐이다. 이러한 스로틀 핀 노즐들의 이점은, 노즐 개구의 특정 셀프-클리닝이 이루어진다는 것이다.
더 바람직하게는, 매체 통로는 압력 어큐뮬레이터과의 사이에 및 분사 노즐 하우징에 직접 연결되어 제공되고, 이를 통해 추가적 매체는 분사 노즐에 전달되고 이에 따라 분사 노즐을 통해 실린더 내에 전달된다. 매체 통로의 직경은 적어도 노즐 니들의 최대 스트로크에 대응하도록 디자인된다. 이것은, 노즐 니들의 각각의 스트로크에서, 추가적 매체가 노즐 니들의 내부에 배치된 매체 채널에 적용되는 것을 보장한다.
종래의 연료의 분사에 더하여 추가적 매체가 분사되는 분사 노즐을 갖는 본 발명에 따른 내연 기관의 본질적 이점들은, 서로 다른 작동 조건에서의 내연 기관의 개선된 제어 거동이 구조 및 장비에 있어서 커다란 추가적 복잡성을 요하지 않고 가능하다는 점이다. 또한, 동일한 배기량으로 성능의 유의미한 향상이 가능하다.
이 영향은 단지 엔진에서의 성능 향상을 달성 가능한 것만이 아니다. 또한, 엔진의 작동 거동에 대한 목표 영향은 또한 배기 가스 최적화를 상당히 달성 가능하게 한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 방법은, 내연 기관의 실린더 내에서 연소, 및 선택적으로 또한 혼합물 형성을 촉진하는 추가적 매체를 이 내연 기관의 실린더 내에 도입하는 것을 포함한다. 본 발명에 따른 방법에 따르면, 임의의 경우에 왕복 피스톤-타입 엔진의 실린더 헤드 내에 존재하고, 본 발명에 따른 이 방법에 특히 적합한 분사 노즐을 통해, 매체가 공급된다.
바람직하게는, 매체의 공급은 적어도 부분적으로 연료와 함께 동시에 일어난다. 그러나, 또한 매체의 공급이 연료와 디커플링되어, 연료의 공급에 있어 존재하는 높은 압력이 실린더 내에 매체를 도입하는데 필요하지 않는 것이 가능하다.
바람직한 실시형태에 따르면, 매체의 공급은 노즐 니들의 리프팅 움직임과는 독립적으로 밸브-제어된다. 이는, 압력 어큐뮬레이터로부터 분사 노즐에의 매체 채널에서, 제어 디바이스에 의해 제어되는 밸브가 배치되어, 실린더 내에의 추가적 매체의 양이 제어됨을 의미한다. 다른 변형예에 따르면, 추가적 매체의 도입은 연료 분사 중에 스트로크-제어된다. 또한 바람직하게, 추가적 매체는, 단독 또는 연소 공기/연료 혼합물의 형태로 실린더 내에 추가적 매체로서 도입되는 가스 연료이다. 본 발명에 따른 방법의 개발에 따르면, 또한 가장 단순한 경우에, 추가적 매체는 압축 공기인 것이 가능하다. 분사 노즐을 통해 실린더 내에 추가적으로 도입된 압축 공기는, 산소의 추가적 공급이 실린더 내에서 일어나는 연소를 위해 공급되는 것을 보장한다.
또한, 배기 가스 재순환으로부터의 가스 및 가스 연료가 혼합물로서 사용되는 것도 가능하다.
도 1은 촉진 실린더 내의 연소를 촉진하기 위한 매체용 분사 노즐에 연결된 압력 용기, 배기관, 및 흡기 통로를 갖는 왕복 피스톤-타입 엔진의 실린더의 개략도.
도 2는 흡기 밸브, 배기 밸브 및 분사 노즐을 갖는 왕복 피스톤-타입 엔진의 실린더의 단면도.
도 3은 실린더 내의 연소를 촉진하는 매체용 공급 라인을 갖는 실린더 헤드 상의 스로틀 핀 노즐로서 디자인된 분사 노즐의 단면도.
도 4는 리프팅된 위치의 노즐 니들의 개방 밀봉 시트를 나타내는 도면.
도 5는 분사 노즐로서의 스로틀 핀 노즐의 상세 확대도.
도 6은 큰(왼쪽) 및 작은 블라인드 홀(오른쪽)을 갖는 분사 노즐로서 블라인드 홀 노즐을 나타내는 도면.
본 발명의 추가 이점들, 세부사항 및 실시형태를 도면에서 이하 설명되는 실시형태를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은, 흡기 밸브(3) 및 배기 밸브(11)가 실린더 헤드(1) 내에 장착된 왕복 피스톤 타입 엔진의 실린더(2)의 개략도이다. 급기 라인(4) 및/또는 흡기 통로를 거쳐, 입구 공기(15)가 압축기(25)를 통과해서, 부스트 압력을 증가시키고, 그로부터 흡기 밸브(3)로 가고, 흡기 밸브(3)가 개방될 경우, 실린더(2) 내로 안내된다. 배기 밸브(11)가 개방될 경우, 연소 후 연소된 가스(16)가 배기 밸브(11)를 통해 배기관(12) 내로 흐르고, 그로부터 배기 가스 터빈(26)을 통과하고, 이곳에서 배기 가스(16)로부터 에너지가 추출되어 흡기 통로(4)에 배치된 압축기(25)를 구동한다.
또한, 연료 라인(24)을 통해 연소용 실린더 내에 연료를 분사하는 분사 노즐(7)이, 실린더 헤드(1) 내에 배치된다. 가스 또는 액체 매체용 매체 라인(13)이 분사 노즐(7)에 연결되어, 매체가 분사 노즐(7)을 거쳐, 구체적으로 분사 노즐(7)의 내부를 거쳐 노즐 니들(6)을 통해, 실린더(2) 내에 도입되어, 연소를 촉진한다. 가스 또는 액체 매체는 그 산소 함유량이 개선된 연소에 기여하는 연소 공기일 수 있거나, 또는 피스톤(20)이 상사점을 향해 움직임에 따라 실린더(2) 내의 압축에 의해 생성되는 온도에서만 점화 및 연소하는 연소 가스일 수 있어, 추가적 에너지가 내연 기관의 피스톤(20)의 파워 스트로크에 대해 제공된다. 연소로 인한 일은, 피스톤(20), 크랭크핀(19), 및 연결 로드(18)를 통해 전달되어, 도 1에 도시되지 않은 크랭크샤프트를 구동한다.
매체용 압력 어큐뮬레이터(5)는 매체 라인(13)에 연결되고 이에 따라 분사 노즐(7)에 연결된다. 압력 어큐뮬레이터(5)와 분사 노즐(7) 사이에는, 밸브(10)가 배치되며, 이를 통해 가압 매체의 양이 분사 노즐(7)을 통해 실린더(2)에 공급되어 연소를 개선한다. 이 밸브(10)는 제어 디바이스(21)를 통해 통과하는 매체의 양을 제어하도록 제어된다. 제어는 원하는 및/또는 모니터링되는 엔진 파라미터들, 예를 들면 콜드 스타트 거동, 성능, 배기가스 등에 따라 수행된다.
도 2는 왕복 실린더의 단면도를 나타낸다. 실린더(2)는, 흡기 밸브(3), 출구 밸브(11), 및 분사 노즐(7)이 배치되는 실린더 헤드(1)를 갖는다. 흡기 공기(15)는 흡기 통로(4)를 통해 흡기 밸브(3)로 흐르고, 퍼징 및/또는 흡기 스트로크 중의 개방 시에, 실린더(2) 내로 흐른다. 실린더(2)에서, 피스톤(20)은 실린더 라이너(17) 내에서 안내되고, 크랭크핀(19) 및 연결 로드(18)를 통해 도시 생략한 크랭크샤프트에 연결된다. 배기 밸브(11)는 또한 실린더 헤드(1) 내에 배치되어, 개방 상태에서 실린더(2)에서의 연소 프로세스에서 발생된 연소된 가스를 배기 가스(16)로서 배기관(12) 내로 보내고, 그 추가적 코스(예를 들면, 선택적으로 존재하는 배기 가스 터빈(26)(도 1 참조))로 전달된다. 도 2는, 분사 노즐(7)에 가압 매체용 연결 라인이 없는 실린더(2)의 기본 구조를 나타낸다.
이것은 도 3에 따른 상세 도면에서 볼 수 있다. 도 3은 실린더(2)의 실린더 헤드(1) 내의 분사 노즐(7)의 단면도로서의 개략적 표현을 나타내고, 그 내부의 노즐 니들(6)은 종래의 공지된 구조이다. 분사 노즐(7)은 스로틀 핀 노즐로서 디자인되고 따라서 단지 단일 밀봉 시트(8) 및 단일 분사 오리피스를 갖는다. 이러한 스로틀 핀 노즐들의 이점은, 하나의 분사 오리피스만이 있으므로, 실린더(2)에서의 연소 프로세스 중에 어느 정도의 셀프-클리닝이 가능하다는 것이다. 이 밀봉 시트(8)는 노즐 니들(6)의 하측 포인트 영역에 배치된다. 노즐 니들(6)의 내부에는, 매체 채널(9)이 제공되고, 이를 통해 연소-촉진 매체가 실린더(2) 내에 도입된다. 이 보어는 길이 방향으로 배치되고, 적절히 노즐 니들(6)의 길이 방향 축선과 일치한다. 또한, 이 노즐 니들(6)은 위치에 따라 공급 라인에 연결되는 방사상으로 연장되는 보어들을 갖고, 노즐 니들(6)의 길이 방향에서 취한 매체용 공급 라인의 단면 폭이, 그 스트로크 영역에서 노즐 니들(6)의 방사상 보어들에 매체가 적용되기에 충분히 크다. 개선된 매체의 공급을 보장하기 위해, 도면에 별도로 도시되지 않은 둘레로 연장되는 분배 홈(distributor groove)이 노즐 니들(6) 상에 및/또는 분사 노즐(7) 상에 제공된다. 이것은 폭이 각각 할당된 공급 보어의 직경에 대응한다. 이 홈은 노즐 니들(6)의 외경 및/또는 노즐 니들(6)을 수용하도록 기능하는 분사 노즐(7)의 내경 상에 구성된다. 매체는 연결 플러그를 통해 매체 라인(13)을 거쳐 분사 노즐(7)의 내부의 노즐 니들(6)에 공급된다. 매체 라인(13)에서, 매체용 압력 용기(도 3에는 도시 생략)와의 사이에는, 밸브(10)가 있고, 그 폐쇄 및 개방 동작은 작동 특성, 성능, 콜드 스타트 거동, 및 배기가스 거동 등의 엔진 파라미터들에 따라 제어 디바이스(21)에 의해 제어된다. 분사 노즐(7) 내에는, 연료 라인(24)이 있고, 그에 의해 연료가 분사 노즐(7) 내에 전달되어 노즐 니들(6)의 하측 영역 내에 전달된다. 적절한 적용에서, 이 연료는 원추대 시트(8)를 갖는 노즐의 영역 내에 전달되고, 이에 의해 노즐 니들(6)은 연료 압력에 의해 길이 방향 축선의 방향으로의 그 결과적인 압축력의 효과에 의해 리프팅된다.
도 4는, 노즐 니들(6)의 팁에서 밀봉 시트(8)가 개방된 노즐 니들(6)의 리프팅된 상태를 나타낸다. 다른 컴포넌트들은 도 3과 대응하므로, 다시 보다 상세히 설명하지는 않는다.
보다 잘 이해하기 위해, 2개의 기본 타입의 분사 노즐들이 도 5 및 도 6의 확대도에 나타나 있고, 즉 도 5에 따른 스로틀 핀 노즐(도 3 및 도 4와 관련하여 앞서 설명함), 및 도 6에 따른 블라인드 홀 노즐(또한 분사 노즐(7)에서 도 3 또는 도 4에 따른 배치에서 사용됨)이 나타나 있다.
도 5에 따르면, 노즐 니들(6)은 그 밀봉 에어리어에서 핀 팁에 의해 밀봉 시트(8)에 안내되어 있어, 노즐 니들(6)에 작용하는 연료의 가압력으로 인해, 노즐 니들이 밀봉 시트(8)로부터 리프팅되고 연료가 연료 라인(24)을 통해 노즐 니들(6)의 하측 영역 내에 공급된다. 하측 영역은 원추대이고, 연료 압력이 존재하거나 및/또는 지배적일 경우 노즐 니들(6)의 길이 방향 축선의 방향으로 작용하는 힘을 받는다. 이 때 연료 압력은, 노즐 니들(6)에 작용하는 결과적인 힘이 분사 노즐(7)의 시트로부터 리프팅하기에 충분히 커야 한다.
그 기본 기능에서, 블라인드 홀 노즐은, 분사 노즐(7)들 내의 노즐 니들(6)의 밀봉 시트(8) 아래에, 블라인드 홀(22)이 형성되고, 이것은 연료의 존재로 인한 노즐 니들(6)의 리프팅 후에, 밀봉 시트(8)의 해방을 실현해서, 이들 상황 하에서, 연료 라인(24)으로부터 블라인드 홀(22) 내에 전달된 가압 연료가 방사상 분사 보어들(23) 내에서 실린더(2)로 전달되며 거기에서 분무 형태로 도입되는 것을 제외하고, 스로틀 핀 노즐과 다르지 않다. 연소-촉진 매체는 제어 가능한 밸브(10)를 통해 도 5 및 도 6에는 도시 생략한 내측 보어(9)를 거쳐 공급될 수 있다.
다양한 엔진 파라미터들에 의존하여, 밀봉 시트(8)의 해방의 제어는, 정해진 시간에 연료 및 매체가 실린더(2) 내에 분사 및/또는 도입될 수 있도록 이루어질 수 있다.
1 실린더 헤드 2 실린더
3 흡기 밸브 4 흡기 통로
5 연소-촉진 매체용 압력 어큐뮬레이터 6 노즐 니들
7 분사 노즐 8 밀봉 시트
9 매체 채널 10 밸브
11 배기 밸브 12 배기 라인
13 매체 라인 14 분사 노즐 하우징
15 흡기 공기 16 배기 가스
17 실린더 라이너 18 연결 로드
19 크랭크핀 20 피스톤
21 제어 디바이스 22 블라인드 홀
23 분사 보어 24 연료 라인
25 압축기 26 배기 가스 터빈

Claims (14)

  1. 실린더(2)의 실린더 헤드(1) 내에 배치된 흡기 밸브(3) ― 상기 흡기 밸브(3)를 통해, 연소 공기가 상기 흡기 밸브(3)에 연결된 흡기 통로(4)로부터 상기 실린더(2)에 전달될 수 있음 ―,
    압력 어큐뮬레이터(5) ― 상기 압력 어큐뮬레이터(5)로부터 상기 실린더 내의 연소를 촉진하는 추가적 매체가 제어되게 상기 실린더(2)에 전달될 수 있음 ―, 및
    분사 노즐(7) ― 상기 분사 노즐(7)을 통해 연료가 상기 실린더(2) 내에 분사될 수 있음 ―
    을 포함하고,
    상기 압력 어큐뮬레이터(5)는 노즐 니들(6)을 갖는 분사 노즐(7)에 연결되어, 추가적 매체가 상기 분사 노즐(7)에 의해 제어되게 상기 실린더(2) 내에 도입될 수 있고,
    상기 매체는 연소 공기/연료 혼합물인 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤-타입 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 니들(6)의 리프팅(lifting) 움직임은, 정해진 연료 압력이 도달될 경우, 연료 및/또는 상기 추가적 매체가 상기 실린더(2) 내에 도입될 수 있는 방식으로, 제어되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 니들(6)은 내부에 매체 채널(9)을 갖고, 상기 매체 채널(9)을 통해 상기 추가적 매체가 상기 실린더(2) 내에 도입될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매체는 가스의 형태인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브(10)가 매체용 압력 어큐뮬레이터(5)에 또는 분사 밸브(7)에, 또는 상기 압력 어큐뮬레이터(5)와 분사 밸브(7) 사이에 배치되고, 상기 밸브(10)는 제어 디바이스(21)에 의해 상기 실린더(2)에의 추가적 매체의 공급을 제어하도록 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브(10)는 연료 분사 동작에 따라, 특히 분사 연료의 양에 따라 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 니들(6)은 매체를 전달하기 위한 방사상 횡방향 보어를 갖고, 상기 보어는 상기 노즐 니들(6)의 스트로크에 의해 개방 또는 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사 노즐(7)은 블라인드 홀을 갖는 멀티-홀 노즐(22)인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사 노즐(7)은 스로틀 핀 노즐인 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가적 매체는 매체 통로를 통해 상기 분사 노즐(7)에 공급될 수 있고, 상기 매체 통로의 직경은 적어도 상기 노즐 니들(6)의 최대 스트로크에 대응하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  11. 내연 기관의 실린더(2) 내의 연소를 촉진하는 추가적 매체를 피스톤-타입 엔진의 실린더(2) 내에 도입하는 방법으로서,
    상기 매체는 분사 노즐(7)을 통해 피스톤-타입 엔진의 실린더 헤드(1)에 공급되고,
    상기 매체는 상기 실린더(2) 내에 도입되는 연소 공기/연료 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 매체는, 적어도 부분적으로 연료가 상기 실린더(2)에 공급됨과 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 매체는, 노즐 니들(6)의 리프팅 움직임과는 독립적으로, 밸브 제어에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가적 매체는 연료 분사 중에 리프팅 제어에 의해 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
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