KR20220017355A

KR20220017355A - 대형 디젤 엔진을 위한 연료 분사 밸브와 연료 분사 방법, 및 대형 디젤 엔진

Info

Publication number: KR20220017355A
Application number: KR1020210088482A
Authority: KR
Inventors: 투르한 일디림
Original assignee: 빈터투르 가스 앤 디젤 아게
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2022-02-11
Also published as: EP3951160B1; EP3951160A1; CN114060193A; JP2022029425A

Abstract

대형 디젤 엔진용 연료 분사 밸브가 제안되며, 이 연료 분사 밸브는 적어도 하나의 노즐 구멍(32)을 갖는 노즐 헤드(31)를 가지며, 노즐 구멍을 통해 연료가 연소실(50) 안으로 도입될 수 있고, 연료 분사 밸브는 연료 관(10)을 또한 가지며, 이 연료 관을 통해 연료가 고압 하에서 압력 챔버(33) 안으로 도입될 수 있으며, 연료 분사 밸브는 스프링(34)이 달려 있는 노즐 니들(3), 및 제 1 밸브 시트(35)를 더 가지며, 제 1 밸브 시트는, 노즐 니들(3)의 개방 상태에서 압력 챔버(33)와 노즐 헤드(31) 사이의 유동 연결이 열리고 폐쇄 상태에서는 노즐 니들(3)이 제 1 밸브 시트(35)와 시일링 방식으로 상호 협력하여 압력 챔버(33)와 노즐 헤드(31) 사이의 유동 연결이 폐쇄되도록, 노즐 니들(3)과 상호 협력하도록 설계되며, 연료 분사 밸브는, 노즐 니들(3)을 행정 운동으로 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이도록 설계되는 가동 작동 피스톤(2), 및 작동 피스톤(2)을 노즐 니들(3)이 개방 상태로 있는 제 1 위치로부터, 노즐 니들(3)이 폐쇄 상태로 있는 제 2 위치로 움직이기 위한 제어 챔버(4)를 더 가지며, 제어 챔버(4)는 작동 피스톤(2)의 한 단부(21)를 수용하고, 중간 챔버(5)가 제공되며, 이 중간 챔버는 폐쇄 가능한 유동 연결부(6)를 통해 제어 챔버(4)에 연결될 수 있고, 작동 피스톤의 단부는 폐쇄체(21)로 설계되어 있고, 작동 피스톤(2)이 제 1 위치에 있을 때 폐쇄체는 제어 챔버(4)와 중간 챔버(5) 사이의 유동 연결부(6)를 폐쇄하며, 폐쇄 가능한 개방 스로틀(7)이 제공되며, 이 개방 스로틀로 중간 챔버(5)가 연료 출구(9)에 연결될 수 있으며, 제어 챔버(4)를 연료 관(10)에 연결하는 제 1 폐쇄 스로틀(81)이 제공되며, 중간 챔버(5)를 연료 관(10)에 연결하는 제 2 폐쇄 스로틀(82)이 제공되고, 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)은 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1) 보다 작다

Description

대형 디젤 엔진을 위한 연료 분사 밸브와 연료 분사 방법, 및 대형 디젤 엔진{A FUEL INJECTION VALVE AND A FUEL INJECTION METHOD FOR A LARGE DIESEL ENGINE, AND A LARGE DIESEL ENGINE}

본 발명은, 각각의 카테고리의 독립 특허 청구항의 전제부에 따른 대형 디젤 엔진을 위한 연료 분사 밸브 및 대형 디젤 엔진에 관한 것이다.

종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진과 같은 대형 디젤 엔진은, 종종, 선박을 위한 구동 유닛으로서 사용되거나, 또는 심지어 예컨대 전기 에너지를 생성하기 위한 대형 발전기를 구동시키기 위해 정치식 작동에서 구동 유닛으로서 사용된다. 엔진은 통상적으로 상당한 기간 동안 연속적인 작동으로 가동되며, 이에 따라 작동 안전성 및 가용성에 대해 높은 요구 사항이 부과된다. 따라서, 작동 재료의 특히 긴 유지보수 간격, 낮은 마모 및 경제적인 취급이 작동자에게는 핵심적인 기준이 된다. 대형 디젤 엔진은 전형적으로 실린더를 가지며, 이 실린더의 내경(보어(bore))은 적어도 200 mm 이다. 오늘날, 최대 960 mm 또는 심지어 그 이상의 보어를 갖는 대형 디젤 엔진이 사용된다.

수년간, 배기 가스의 질이 또한 중요성이 점점 커지면서 본질적인 양태가 되었다. 따라서, 특히, 2-행정 대형 디젤 엔진에서, 배출 임계값의 준수가 점점 더 어려워지고 있고 기술적으로 더 복잡하며 그래서 더 비싸고 또는 그 배출 임계값의 준수가 의미 있는 방식으로 더 이상 가능하지 않기 때문에, 전통적인 중유(오염물로 많이 오염됨)의 연소 및 디젤유 또는 다른 연료의 연소가 더욱더 문제가 되고 있다.

그러므로, 실제로 적어도 2개의 상이한 연료로 작동될 수 있는 엔진에 대한 필요성이 오랫동안 있어 왔다. 이는 예컨대 2개의 상이한 액체 연료, 및/또는 액체 연료와 기체 연료일 수 있다. 이러한 엔진은 통상적으로 다중 연료 엔진이라고 하고, 작동 중에 한 연료에서 다른 연료로 전환될 수 있다. 다중 연료 대형 디젤 엔진에서 번갈아 연소될 수 있는 공지된 액체 또는 기체 연료는, 중유에 추가로, 선박 디젤 및 디젤, 특히 메탄올 또는 에탄올과 같은 알코올, 천연 가스(액체 또는 기체 상태임) 또는 에멀젼 또는 현탁물(suspension)을 포함한다.

일 예로, MSAR(Multiphase Superfine Atomized Residue)이라고 하는 에멀젼이 여기서 언급될 수 있다. 이는 본질적으로 중탄화수소, 예컨대 역청(bitumen), 중유 등 및 물의 에멀젼이고, 이는 특수한 공정에서 생성된다. 다른 예는 예컨대 석탄 가루와 물의 현탁물이며, 이 현탁물은 대형 디젤 엔진용 연료로서도 사용된다.

다중 연료 엔진의 한 특별한 종류는, 2개의 상이한 연료로 작동될 수 있는 통상적으로 "이중 연료 엔진"이라고 하는 엔진이다. 가스 모드에서, 가스, 예컨대 LNG(liquefied natural gas)와 같은 천연 가스가 연소되고, 액체 모드에서는 디젤 또는 중유와 같은 적절한 액체 연료가 동일한 엔진에서 사용될 수 있다.

본 출원에서, "대형 디젤 엔진"이라는 용어는 또한 다중 연료 대형 엔진, 이중 연료 엔진 및 그들 대형 엔진을 말하며, 이 엔진은 연료의 자기 점화를 특징으로 하는 디젤 작동에서 뿐만 아니라, 연료의 스파크 점화를 특징으로 하는 오토(Otto) 작동 또는 이 둘의 혼합 형태로도 작동될 수 있다. "대형 디젤 엔진" 이라는 용어는, 적어도 2개의 상이한 연료로 번갈아 작동될 수 있는 대형 엔진을 포함하고, 상이한 연료 중의 적어도 하나는 엔진을 디젤 작동으로 작동시키는 데에 적합하다.

현대의 대형 디젤 엔진은 통상적으로 완전히 전자적으로 제어되며, 연료 분사를 위한 커먼 레일 시스템을 포함하고, 이 레일 시스템은 중유 또는 디젤유와 같은 연료를 실린더에 공급하는 연료용 압력 어큐뮬레이터를 갖는다. 연료를 각각의 실린더의 연소실 안으로 분사하기 위해 적어도 하나의 연료 분사 밸브가 각 실린더 마다 제공되어 있다. 복수의 연료 분사 밸브, 예컨대, 2개 또는 3개의 연료 분사 밸브가 종종 각 실린더 마다 제공된다. 각 연료 분사 밸브는 압력 어큐뮬레이터에 연결되며, 노즐 본체와 노즐 헤드를 포함하고, 노즐 헤드는 전형적으로 실린더의 연소실 안으로 돌출한다. 노즐 헤드(미립화기라고도 함)는 통상적으로 여러 개의 노즐 구멍을 포함하며, 연료가 그 노즐 구멍을 통해 연소실 안으로 분사된다. 분사 과정을 시작하거나 종료하기 위해, 가동 노즐 니들이 연료 분사 밸브에 제공되며, 이는 노즐 구멍에 대한 통로가 개방되거나 폐쇄되도록 밸브 시트와 상호 협력한다. 분사 과정을 시작하기 위해, 노즐 니들은 스프링의 힘에 대항하여 행정으로 밸브 시트로부터 들어 올려지며, 그래서 분사 압력 하에 있는 연료가 노즐 구멍으로 흐를 수 있다. 분사 과정을 종료하기 위해, 노즐 니들은 밸브 시트와 시일링 접촉하여, 노즐 구멍에 대한 통로가 폐쇄된다.

이 분사 과정은 예컨대 전자기 제어 밸브에 전류를 흘려 전자적으로 제어되며, 이에 의해 연료 분사 밸브의 노즐 니들의 대응하는 행정 운동이 일어난다. 분사가 끝나면, 스프링의 힘 및 작동 피스톤의 힘에 의해 노즐 니들이 밀려 다시 밸브 시트와 시일링 접촉하게 된다.

도 1은 알려져 있는 연료 분사 밸브를 단면도로 나타내며, 액체 및 자기 점화 연료, 즉 예컨대 중유 또는 디젤유가 그 연료 분사 밸브에 의해 대형 디젤 엔진의 실린더의 연소실 안으로 도입될 수 있다.

본 출원에서, "아래쪽", "정상","밑", "위쪽" 등과 같은 상대적인 위치 표현은 각 경우에 통상적인 사용 위치를 기준으로 하는 것으로 이해한다.

도 1은 대형 디젤 엔진을 위한 공지된 연료 분사 밸브(1')를 개략적인 종단면도로 나타낸다. 특히, 연료 분사 밸브(1')는 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진에 적합하다. 물론, 연료 분사 밸브(1')는 다른 대형 엔진, 예컨대, 4-행정 대형 디젤 엔진 또는 상이한 액체 연료로 작동될 수 있는 대형 엔진에 적합하다

도 1은 통상적인 사용 위치에 있는 연료 분사 밸브(1')를 나타낸다.

대형 디젤 엔진은 그 자체로 알려져 있는 방식으로 복수의 실린더, 예컨대, 6 내지 12개의 실린더 또는 그 이상의 실린더를 포함한다. 각 실린더에 피스톤이 제공되며, 피스톤은 실린더의 러닝 표면을 따라 상사점과 하사점 사이에서 앞뒤로 움직일 수 있게 배치되며, 피스톤의 상측면은 실린더 커버와 함께 연소실(50')을 형성한다. 연료, 예컨대, 중유가 연료 분사 밸브(1')에 의해 연소실(50') 안으로 분사된다.

연료 분사 밸브(1')는 분사 시스템의 일부분이고, 이 분사 시스템은 예컨대 커먼 레일 분사 시스템으로 설계된다. 분사 시스템은 연료를 연소실(50') 안으로 분사하기 위해 각 실린더 마다 적어도 하나의, 통상적으로 복수의, 예컨대 2개 또는 3개의 연료 분사 밸브(1')를 포함하고, 연료 분사 밸브는 통상적으로 실린더 커버에 배치된다.

대형 디젤 엔진의 구성 및 개별 부품, 예컨대, 분사 시스템, 가스 교환 시스템, 배기 시스템 또는 소기 공기 또는 과급 공기를 제공하기 위한 터보 과급기 시스템, 및 대형 디젤 엔진용 모니터링/제어 시스템의 상세점은 당업자에게 잘 알려져 있고, 그래서 여기서 추가의 설명은 필요치 않다.

오늘날, 현대의 대형 디젤은 완전히 전자적으로 제어되며 모니터링된다. 엔진 제어 유닛(나타나 있지 않음)은 대형 디젤 엔진의 모든 기능, 예컨대 가스 교환을 위한 출구의 작동 또는 연료를 위한 분사 과정을 제어하고 모니터링한다. 다양한 기능의 제어 또는 조절은 전기 또는 전자 신호로 일어나고, 엔진의 대응하는 부품들이 그 신호로 작동된다. 추가로, 엔진 제어 유닛은 다양한 검출기, 센서 또는 측정 장치로부터 정보를 받는다.

각 실린더의 연소실(50')에 연료, 예컨대 중유를 공급하는 커먼 레일 시스템은 전형적으로 압력 어큐뮬레이터(나타나 있지 않음)를 포함하고, 이 압력 어큐뮬레이터는 어큐뮬레이터로도 알려져 있다. 압력 어큐뮬레이터는 고압 하의 연료를 포함하며, 그 고압은 본질적으로 연료가 각각의 연소실(50') 안으로 분사될 때의 분사 압력에 대응한다. 압력 어큐뮬레이터는 통상적으로 대형 디젤 엔진의 모든 실린더를 따라 연장되어 있는 관형 용기로 설계된다. 하나 이상의 연료 펌프가 고압 하에서 압력 어큐뮬레이터에 연료를 공급한다. 압력 어큐뮬레이터 내의 연료 압력은 예컨대 700 - 900 bar일 수 있지만, 더 높거나 더 낮을 수 있다. 부스터 펌프(연료 탱크에 연결됨)가 연료를 고압 연료 펌프(들)에 전달한다.

각 연료 분사 밸브(1')가 압력 관을 통해 압력 어큐뮬레이터에 연결되며, 그래서 분사 압력 하의 연료가 압력 어큐뮬레이터로부터 연료 분사 밸브(1')에 전달될 수 있다. 추가로, 유동 제한 밸브가 각 연료 분사 밸브(1')와 압력 어큐뮬레이터 사이에 제공되어, 예컨대 고장으로 인한 의도치 않은 연속적인 분사를 방지할 수 있다.

이하, 도 1에 개략적으로 나타나 있고 최신 기술에 알려져 있는 연료 분사 밸브(1') 및 그의 작동을 지금부터 더 상세히 설명한다.

연료 분사 밸브(1')는 이 연료 분사 밸브(1')의 종방향으로 규정되는 축선 방향(A')으로 연장되어 있고, 노즐 본체(30') 및 노즐 헤드(31')를 포함하고, 노즐 헤드는 연료 분사 밸브(1')의 하단부에 제공되며 노즐 본체(30')에 연결된다. 노즐 헤드(31')는 별개의 부품으로 설계될 수 있고, 이 부품은 노즐 본체(30')에 연결된다. 대안예로, 노즐 헤드(31')는 노즐 본체(30')의 일체적인 부분일 수도 있다. 노즐 헤드(31')는 적어도 하나의 노즐 구멍(32'), 전형적으로는 복수의 노즐 구멍(32')을 가지며, 이 노즐 구멍을 통해 연료가 실린더의 연소실(50') 안으로 도입될 수 있다. 연료 분사 밸브(1')는, 노즐 헤드(31')가 실린더의 연소실(50') 안으로 돌출하도록 예컨대 실린더의 실린더 커버에 장착된다.

연료 분사 밸브(1')는 연료 관(10')을 더 가지며, 이 연료 관은 바람직하게는 노즐 본체(30')에 있는 보어로 설계된다. 연료 관(10')은 압력 관(나타나 있지 않음)에 연결될 수 있고, 이 압력 관에 의해 연료 분사 밸브(1')는 연료를 위한 압력 어큐뮬레이터(나타나 있지 않음)에 연결되며, 그래서 분사 압력 하의 연료가 연료 관(10') 안으로 들어갈 수 있다.

연료 관(10')은 노즐 본체(30')에 있는 압력 챔버(33')까지 연장되어 있고, 그래서 압력 하의 연료가 연료 관(10')을 통해 압력 챔버(33') 안으로 도입될 수 있다. 압력 챔버(33')는 본질적으로 환형으로 설계된다.

연료 분사 밸브(1')는 노즐 니들(3')을 더 포함한다. 이 노즐 니들(3')은 축선 방향(A')으로 압력 챔버(33') 안으로 연장되어 있고, 축선 방향(A')에 대해 앞뒤로 움직일 수 있게 배치된다.

노즐 니들(3')의 하단부는 제 1 밸브 시트(35')와 상호 협력하도록 설계되며, 그 밸브 시트는 압력 챔버(33') 아래에 배치되며 그 압력 챔버(33')에 인접하거나 압력 챔버(33')의 하단부를 형성하게 된다. 바람직하게는, 노즐 니들(3')과 밸브 시트(35')가 시일링 방식으로 상호 협력할 수 있도록, 노즐 니들(3')의 하단부가 원추형 또는 절두 원추형으로 설계되고 또한 제 1 밸브 시트(35')도 원추형 또는 절두 원추형으로 설계된다.

폐쇄 상태에서, 노즐 니들(3')은 제 1 밸브 시트(35')와 시일링 방식으로 상호 협력하고, 그래서 압력 챔버(33')와 노즐 헤드(31') 사이의 유동 연결이 폐쇄되고 연료가 압력 챔버(33')로부터 노즐 헤드(31') 안으로 들어가지 못한다. 개방 상태에서, 압력 챔버(33')와 노즐 헤드(31') 사이의 유동 연결이 축선 방향(A')(나타나 있는 바와 같이, 위쪽으로) 노즐 니들(3')의 행정으로 개방되며, 그래서 연료가 노즐 니들(3')과 제 1 밸브 시트(35') 사이의 압력 챔버(33')로부터 노즐 헤드(31') 및 노즐 구멍(32')으로 흐를 수 있다. 노즐 니들(3')은 스프링(34')에 의해 스프링 하중을 받으며, 그리하여 스프링(34')은, 그의 스프링력이 제 1 밸브 시트(35')의 방향으로 향하도록, 즉 노즐 니들(3')을 제 1 밸브 시트(35') 안으로 가압하도록 배치된다.

노즐 니들(3')을 작동시키기 위한, 즉 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 전환하기 위한 작동 피스톤(2')이 제공된다. 작동 피스톤(2')은 길이 방향 축선(A')의 방향으로 연장되어 있고, 나타나 있는 바와 같이, 그의 하단부로 노즐 니들(3')에, 더 정확하게는, 제 1 밸브 시트(35')로부터 멀어지는 방향으로 향하는 노즐 니들(3')의 단부에 작용하게 된다. 물론, 노즐 니들(3')과 작동 피스톤(2')은 일체적으로 설계되는 것도 가능하다. 노즐 니들(3')로부터 멀어지는 방향으로 향하는 작동 피스톤(2')의 단부는 제어 챔버(4')에 수용되고, 제어 챔버는 작동 피스톤(2')을 움직이기 위해 사용된다.

제어 챔버(4')에 제공되는 제어 유체의 도움으로(통상적으로 그 제어 유체는 압력 하의 연료임), 작동 피스톤(2')은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 또한 그 반대로 움직일 수 있다. 작동 피스톤(2')이 제 1 위치에 있을 때, 노즐 니들(3')은 개방 상태에 있고, 작동 피스톤(2')이 제 2 위치(도 1에 나타나 있는 바와 같음)에 있을 때, 노즐 니들(3')은 폐쇄 상태에 있다.

제어 챔버(4')는 개방 스로틀(7')을 통해 환형 공간(91')에 연결되고, 이 공간은 출구(9')에 연결되며, 이 출구를 통해 제어 유체가 저압측으로, 예컨대, 제어 유체 또는 연료를 위한 저장 탱크 안으로 흐를 수 있다. 예컨대, 저압측에는, 주변 압력 또는 이 주변 압력 보다 약간 더 높은 복귀 라인 압력이 있다.

제어 챔버(4')는 폐쇄 스로틀(8')을 통해 연료 관(10')에 더 유동 연결되며, 고압 하의 연료는 연료 관(10')으로부터 제어 챔버(4') 안으로 흐를 수 있다. 폐쇄 스로틀(8')은 개방 스로틀(7')의 직경(D') 보다 작은 직경(d')을 갖는다.

또한, 전자기 작동 부재(40')가 제공되며, 개방 스로틀(7')을 통과하는 통로가 그 작동 부재로 개폐될 수 있다. 전자기 작동 부재(40')는 바람직하게는 모터제어 유닛으로 작동될 수 있다. 도 1에 나타나 있는 실시 형태에서, 전자기 작동 부재(40')는 코일(41') 및 전기자(42')를 포함한다. 전기자(42')는 실질적으로 로드형인 니들(44')을 가지고 설계되며, 니들(44')이 그의 축방향 단부로 개방 스로틀(7')을 통과하는 통로를 열거나 폐쇄할 수 있도록 배치된다. 전기자(42')는 전기자 스프링(43')에 의해 개방 스로틀(7')에 예압되며, 그래서 코일(41')의 무전류 상태에서, 전기자(42')는 환형 공간(91') 안으로 들어가는 개방 스로틀(7')의 입구부에 니들(44')로 가압되며, 그래서 개방 스로틀(7')을 통과하는 통로를 시일링 방식으로 폐쇄한다.

연료 분사 밸브(1')는 다음과 같이 작동한다. 분사가 실린더의 연소실(50') 안으로 일어나지 않는 한, 전자기 작동 부재(40')의 코일(41')에 에너지가 가해지지 않는다. 따라서, 전기자 스프링(43')은 전기자(42')를 누르고, 이때 니들(44')이 개방 스로틀(7')과 시일링 접촉하고, 그래서 제어 유체(이 경우에 압력 하의 연료)는 개방 스로틀(7')을 통해 제어 챔버(4') 밖으로 흐르지 못한다. 제어 챔버(4')는 폐쇄 스로틀(8')을 통해 연료 관(10')에 유동 연결되므로, 제어 챔버(4')에 고압이 형성된다. 이 고압의 값은 특히 연료 관(10') 내의 연료의 압력에 달려있다. 특히, 작동 피스톤(2')은, 제어 챔버(4') 내의 고압이, 스프링(34')에 의해 가해지는 힘과 함께, 노즐 니들(3')을 제 1 밸브 시트(35') 안으로 시일링 방식으로 가압하기에 충분하도록 치수 결정되며, 그래서 연료가 압력 챔버(33')로부터 연소실(50') 안으로 흐를 수 없다. 개방 스로틀(7') 및 폐쇄 스로틀(8')은, 노즐 니들(3')의 운동을 양 방향으로 최적으로 제어하고 또한 실질적으로 노즐 니들(3')의 개폐 속도를 실질적으로 규정하도록 치수 결정된다.

분사 과정을 시작하기 위해, 나타나 있는 바와 같이, 전자기 작동 부재(40')의 코일(41')에 전류가 가해지고 그 코일은 전기자 스프링(43')의 스프링력에 대항하여 전기자(42')의 상향 행정 운동을 일으키게 된다. 결과적으로, 개방 스로틀(7')을 통과하는 통로가 개방되어, 제어 유체(이 경우에는 연료)는 제어 챔버(4')로부터 개방 스로틀(7')을 통해 환형 공간(91') 안으로 유입할 수 있고 그리고 거기서부터 출구(9')를 통해 저압측으로 가게 된다. 압력 하의 연료가 연료 관(10')으로부터 폐쇄 스로틀(8')을 통해 제어 챔버(4') 안으로 흐를 수 있지만, 제어 챔버(4') 내의 압력이 개방 스로틀(7')의 큰 직경(D')으로 인해 더 낮은 압력으로 낮아지게 된다. 개방 스로틀(7')은, 스프링(34')의 스프링력과 함께 제어 챔버(4') 내의 낮은 압력의 값 및 작동 피스톤의 힘은, 노즐 니들(3')을 폐쇄 상태로 유지시키기에 더 이상 충분하지 않다. 압력 챔버(33') 내의 압력으로 인해, 개방 상태에서 노즐 니들(3')이 제 1 밸브 시트(35')로부터 들어 올려지며, 그래서 연료가 압력 챔버(35')로부터 노즐 헤드(31') 안으로 흐를 수 있고 그리고 거기서부터 노즐 구멍(32')을 통해 연소실(50') 안으로 흐를 수 있다. 따라서, 분사가 시작된다.

분사를 종료하기 위해, 전자기 작동 부재(40')의 코일(41')에 대한 전력 공급이 중단된다. 따라서, 나타나 있는 바와 같이, 전기자(42')가 전기자 스프링(43')의 스프링력으로 인해 아래쪽으로 움직이며, 그리하여, 니들(44')이 개방 스로틀(7')을 통과하는 통로를 폐쇄하여, 더 이상의 연료가 개방 스로틀(7')을 통해 유출하여 출구(9')로 흐르지 못한다. 폐쇄 스로틀(8')이 여전히 개방되어 있기 때문에, 고압 하의 압력은 연료 관(10')으로부터 폐쇄 스로틀(8')을 통해 제어 챔버(4') 안으로 계속 흐르며, 그래서 여기서 압력은 다시 고압의 값으로 상승한다. 따라서, 노즐 니들(3')은 작동 피스톤(2')에 대한 유압력 및 스프링(34')의 힘에 의해 제 1 밸브 시트(35') 안으로 시일링 방식으로 가압되며 분사 과정이 종료된다.

대형 디젤 엔진을 위한 이러한 연료 분사 밸브(1')는 실제 자체적으로 입증되었지만, 여전히 개선의 여지가 있다.

한 문제는 연료 분사 밸브(1')의 부품의 마모가 크다는 것이다. 분사 과정 동안에, 폐쇄 스로틀(8')은 영구적으로 개방되고 개방 스로틀(7')도 개방되어, 연료 관(10') 내의 고압으로부터 출구(9')의 저압으로의 전체 압력 강하가 폐쇄 스로틀(8')과 개방 스로틀(7')을 통해 일어난다. 개방 스로틀(7')과 폐쇄 스로틀(8')은 연료 분사 밸브(1')의 기능을 위해 서로에 대해 최적의 비로 있다. 이리하여, 특히 폐쇄 스로틀(8') 및 개방 스로틀(7')을 통해 극히 높은 유동 속도가 나타난다. 연료 분사 밸브(1')의 개방 또는 폐쇄 거동 때문에 최적의 비로 있는 폐쇄 스로틀(8')의 비교적 큰 직경(d')으로 인해, 개방 스로틀(7')을 통과하는 연료의 유동 속도는 매우 높고, 그로 인해 마모가 증가되는데, 이는 개방 스로틀(8')의 출구와 전자기 작동 장치(40')의 전기자(42')의 니들(44')의 선단 사이의 영역에서 특히 명백하다. 이는 특히 중요한데, 왜냐하면 이 영역이 시일링 영역을 나타내기 때문이다.

연료가 흐르는 연료 분사 밸브(1')의 부품에 대한 마모는, 단지 몇 개의 예를 들면, 특히, 이들 부품을 통과하는 연료의 유동 속도 및 유동 시간(즉, 분사 지속 시간), 흐르는 연료의 질량 및 연료에 존재하는 입자에 달려 있다. 이 마모는 특히 마모 또는 침식으로 야기된다.

특히, 개방 스로틀(7') 상의 그리고 그 안의 마모 및 개방 스로틀(7')과 상호 협력하는 전기자(42')의 니들(44')의 단부 상의 마모로 인해 또한, 분사의 시작, 지속 시간 및 종료가 변할 수 있으며, 그리하여, 대형 엔진의 경제적인 그리고 효율적인 작동 및 열역학적 거동이 적어도 위태롭게 되는데, 왜냐하면, 마모로 인해, 엔진 제어 유닛에 의해 미리 결정된 분사의 시작 및 종료 시간 및 그래서 분사의 지속 시간은 더 이상 실제 값에 대응하지 않기 때문이다. 추가로, 개방 스로틀(7')은 더 이상 시일링 방식으로 폐쇄될 수 없다. 그리하여, 분사가 일어나지 않을 바람직하지 않은 누출이 때때로 생기게 된다.

본 발명은 이 문제를 위한 것이다.

그러므로, 이 최신 기술에서 시작하여, 본 발명의 목적은, 상당히 감소된 마모를 갖는 대형 디젤 엔진을 위한 연료 분사 밸브를 제안하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 대응하는 대형 디젤 엔진을 제안하는 것이다.

위의 목적을 달성하는 본 발명의 주제는 독립 특허 청구항의 특징적인 점을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면. 그래서 대형 디젤 엔진용 연료 분사 밸브가 제안되며, 이 연료 분사 밸브는 적어도 하나의 노즐 구멍을 갖는 노즐 헤드를 가지며, 노즐 구멍을 통해 연료가 연소실 안으로 도입될 수 있고, 연료 분사 밸브는 연료 관을 또한 가지며, 이 연료 관을 통해 연료가 고압 하에서 압력 챔버 안으로 도입될 수 있으며, 연료 분사 밸브는 스프링이 달려 있는 노즐 니들, 및 제 1 밸브 시트를 더 가지며, 제 1 밸브 시트는, 노즐 니들의 개방 상태에서 압력 챔버와 노즐 헤드 사이의 유동 연결이 열리고 폐쇄 상태에서는 노즐 니들이 제 1 밸브 시트와 시일링 방식으로 상호 협력하여 압력 챔버와 노즐 헤드 사이의 유동 연결이 폐쇄되도록, 노즐 니들과 상호 협력하도록 설계되며, 본 연료 분사 밸브는, 노즐 니들을 행정 운동으로 상기 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이도록 설계되는 가동 작동 피스톤, 및 작동 피스톤을 노즐 니들이 개방 상태로 있는 제 1 위치로부터, 노즐 니들이 폐쇄 상태로 있는 제 2 위치로 움직이기 위한 제어 챔버를 더 가지며, 제어 챔버는 작동 피스톤의 한 단부를 수용하고, 중간 챔버가 제공되며, 이 중간 챔버는 폐쇄 가능한 유동 연결부를 통해 제어 챔버에 연결될 수 있고, 작동 피스톤의 단부는 폐쇄체로 설계되어 있고, 작동 피스톤이 제 1 위치에 있을 때 폐쇄체는 제어 챔버와 중간 챔버 사이의 유동 연결부를 폐쇄하며, 폐쇄 가능한 개방 스로틀이 제공되며, 이 개방 스로틀로 중간 챔버가 연료 출구에 연결될 수 있으며, 제어 챔버를 연료 관에 연결하는 제 1 폐쇄 스로틀이 제공되며, 중간 챔버를 연료 관에 연결하는 제 2 폐쇄 스로틀이 제공되고, 제 2 폐쇄 스로틀의 직경은 제 1 폐쇄 스로틀의 직경 보다 작다.

상이한 직경을 갖는 2개의 폐쇄 스로틀을 갖는 본 발명에 따른 실시 형태에 의해, 마모가 상당히 감소되며 그래서 연료 분사 밸브의 기능이 변하지 않고 최적으로 되면서 작동 수명이 훨씬 더 길어지게 된다. 분사 과정 동안에, 제 1 폐쇄 스로틀, 즉 더 큰 직경을 갖는 스로틀이 폐쇄될 수 있어, 고압 제어 액체, 예컨대 연료가 제 2 폐쇄 스로틀 및 중간 챔버를 통해서만 유출할 수 있다.

제 2 폐쇄 스로틀은 제 1 폐쇄 스로틀 보다 작은 직경을 가지므로, 제 2 폐쇄 스로틀을 통한 압력 강하가 상당히 더 크게 되는데, 이는 2가지의 긍정적인 효과를 갖는다. 한편으로, 제어 유체의 유동 속도는, 제 2 폐쇄 스로틀의 작은 직경으로 인해, 더 큰 직경을 갖는 스로틀의 하류의 속도와 비교하여, 제 2 폐쇄 스로틀의 하류에서 상당히 줄어든다. 따라서, 제어 유체는 훨씬 더 낮은 속도에서 중간 챔버를 통과해 흐르고, 이로써, 유체가 흐르는 부품, 예컨대, 개방 및 폐쇄 스로틀 또는 전자기 작동 부재의 전기자의 니들에 대한 마모가 상당히 줄어든다. 연료 또는 제어 유체의 감소된 유동 속도는 일반적으로 더 작은 마모를 일으킨다. 다른 한편으로, 분사 과정 동안에 출구를 통해 유출하는 연료의 양이 또한 제 2 폐쇄 스로틀의 더 작은 직경에 의해 상당히 감소되며, 이로써 엔진의 에너지 효율이 상당히 개선된다. 사용되지 않고 저압측으로 흐르는 고압 연료가 적을 수록, 에너지 밸런스가 더 양호하게 된다.

공지된 연료 분사 밸브로, 특히, 부분 부하 작동에서 또는 저부하에서, 고압에서 저압으로 방출되는, 사용되지 않고 유출되는 연료의 비율은 분사된 양의 30% - 40%일 수 있으며, 이는 물론 에너지 이유로 만족스럽지 않다. 여기서, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브는 매우 중요한 이점을 준다.

제 1 및 제 2 폐쇄 스로틀을 갖는 본 발명에 따른 실시 형태로 인해(제 2 폐쇄 스로틀은 제 1 폐쇄 스로틀 보다 작은 직경을 가짐), 출구를 통해 유출하는 연료의 양과 속도 둘 모두는 분사 과정 동안에 상당히 감소될 수 있다. 이로써, 마모가 상당히 감소되며 또한 시간 면에서 분사 과정의 안정성이 상당히 더 길어지며 그래서 작동 수명이 연장된다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 작동 피스톤이 제 1 위치에 있을 때 그 작동 피스톤은 제 1 폐쇄 스로틀을 완전히 폐쇄한다. 이렇게 해서, 연료는 제 2 폐쇄 스로틀을 통해서 출구로 흐를 수 있다.

또한, 제 1 폐쇄 스로틀의 직경을 갖는 유동 단면적과 제 2 폐쇄 스로틀의 직경을 갖는 유동 단면적의 합이 개방 스로틀의 직경을 갖는 유동 단면적 보다 작은 실시 형태가 바람직하다.

바람직하게는, 제 2 폐쇄 스로틀의 직경은 제 1 폐쇄 스로틀의 직경 보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 4배 더 작다. 폐쇄 스로틀의 직경은, 유체가 폐쇄 스로틀을 통해 흐르기 위해 이용 가능한 폐쇄 스로를의 유동 단면 또는 유동 단면적을 결정하는 치수를 말하는 것이다.

특히 바람직하게는, 제 2 폐쇄 스로틀의 직경은 제 1 폐쇄 스로틀의 직경 보다 적어도 10배 더 작다.

바람직한 실시 형태에서, 제어 챔버와 중간 챔버 사이의 폐쇄 가능한 유동 연결부는 제 2 밸브 시트를 포함하고, 작동 피스톤의 단부는 제 2 밸브 시트와 시일링 가능하게 상호 협력하도록 설계되어 있다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 개방 스로틀은, 연료 분사 밸브의 종방향 축선의 방향으로 그 개방 스로틀에 흐름이 일어날 수 있도록 설계되어 있다.

다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 개방 스로틀은 연료 분사 밸브의 종방향 축선에 수직하게 그 개방 스로틀에 흐름이 일어날 수 있도록 설계되어 있다.

바람직하게는, 개방 스로틀을 개폐하기 위한 전자기 작동 부재가 제공된다.

전자기 작동 부재는 바람직하게 코일, 및 니들을 갖는 전기자를 포함하고, 코일에 전기 에너지가 가해지지 않는 한, 니들은 개방 스로틀을 통과하는 통로를 폐쇄한다.

바람직한 실시 형태에서, 코일은 연료 분사 밸브의 종방향 축선과 동축으로 배치된다.

다른 바람직한 실시 형태에서, 코일은 연료 분사 밸브의 종방향 축선에 평행하게 배치된다.

물론, 코일이 연료 분사 밸브의 종방향 축선에 대해 다른 배향을 갖는 실시 형태도 가능하다. 예컨대, 코일의 축선은 종방향 축선과 예각 또는 둔각을 형성할 수 있으며 또는 다른 임의의 배향을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 설계된 연료 분사 밸브를 포함하는 대형 디젤 엔진이 제안된다.

바람직하게는, 대형 디젤 엔진은 종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계되어 있다.

특히, 대형 디젤 엔진은 적어도 2개의 상이한 연료로 작동될 수 있는 다중 연료 엔진으로도 설계될 수 있다.

특히, 대형 디젤 엔진은, 액체 연료가 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 액체 모드로 작동될 수 있고, 또한 연료로서 가스가 연소실 안으로 도입되는 가스 모드로도 작동될 수 있는 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계될 수 있다.

대형 디젤 엔진은 작동 동안에 액체 모드에서 가스 모드로 또한 그 반대로 전환될 수 있다.

본 발명의 추가의 유리한 조치와 실시 형태는 종속 청구항에서 알 수 있다.

이하, 실시 형태 및 도면에 기반하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.

도 1은 최신 기술에 알려져 있는 연료 분사 밸브의 개략적인 종방향 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 1 실시 형태의 개략적인 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 2 실시 형태의 개략적인 종단면도이다.

도 1은 알려져 있는 연료 분사 밸브(1')를 개략적인 단면도로 나타내며, 그 연료 분사 밸브로 액체 및 자기 점화 연료, 즉 예컨대 중유 또는 디젤유가 대형 디젤 엔진의 실린더의 연소실(50') 안으로 도입될 수 있다.

도 1은 최신 기술로서 이미 상세히 설명했기 때문에, 도 1에 대한 추가의 설명은 필요 없다. 최신 기술과 본 발명의 실시 형태를 서로 더 잘 구분하기 위해, 최신 기술에 속하는 부품(역 콤마가 제공되어 있음)에 대한 참조 번호가 사용된다. 본 발명에 따른 실시 형태의 부품 중의 일부는 최신 기술에서와 동일한 방식으로 또는 유사하게 동일한 방식으로 설계될 수 있다. 도 1에서, 그러한 부품에는 역 콤마가 붙은 참조 번호 및 역 콤마가 없는 동일한 참조 번호가 제공되어 있다. 본발명에 따른 실시 형태에 대한 이하의 설명에서, 최신 기술과의 차이점만 더 상세히 설명한다. 도 1에 대한 다른 설명은 동일한 방식으로 또는 유사하게 동일한 방식으로 본 발명에 따른 실시 형태에 적용된다.

도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 제 1 실시 형태의 개략적인 종단면도이며, 이는 전체적으로 참조 번호 "1"로 나타나 있다. 연료 분사 밸브(1)의 종방향 축선(A)은 참조 번호 "A"로 나타나 있다.

그 자체 알려져 있는 방식으로, 연료 분사 밸브(1)는 노즐 헤드(31)(도 1)를 포함하고, 이 노즐 헤드는 적어도 하나의 노즐 구멍(32), 바람직하게는 복수의 노즐 구멍(32)을 가지며, 이 노즐 구멍을 통해 액체 연료가 대형 디젤 엔진(더 상세히 나타나 있지 않음)의 실린더의 연소실(50) 안으로 도입될 수 있다. 연료는 예컨대 중유 또는 디젤유이다.

연료 분사 밸브(1)는 연료 관(10)을 더 가지며, 이 연료 관을 통해 연료가 고압 하에서 압력 챔버(33) 안으로 도입될 수 있다. 연료 관(10)은 바람직하게는 커먼 레일 시스템의 압력 어큐뮬레이터에 연결되고, 여기서 연료는 고압 하에서 제공된다. 연료 분사 밸브(1)는 종방향 축선의 방향으로 연장되어 있는 노즐 니들(3)을 더 포함하고, 이는 노즐 본체(30)에 배치된다. 나타나 있는 바와 같이, 노즐 니들(3)의 하단부는 제 1 밸브 시트(35)(도 1)와 상호 협력하도록 설계되며, 그 밸브 시트는 압력 챔버(33) 바로 아래에 배치된다. 나타나 있는 바와 같이(도 2), 노즐 니들(3)은 스프링(34)에 의해 스프링 하중을 받으며, 이 스프링은 노즐 니들(3)에 하향력을 가하며, 그래서 스프링력은 노즐 니들(3)을 제 1 밸브 시트(35) 안으로 가압한다. 노즐 니들(3)의 개방 상태에서 노즐 니들이 밸브 시트(35)로부터 들어 올려지며, 그래서 압력 챔버(33)와 노즐 헤드(31) 사이의 유동 연결이 열린다. 폐쇄 상태에서, 노즐 니들(3)은 제 1 밸브 시트(35) 안으로 가압되고 그 제 1 밸브 시트(35)와 시일링 방식으로 상호 협력하고, 그래서 압력 챔버(33)와 노즐 헤드(31) 사이의 유동 연결이 폐쇄된다.

작동 피스톤(2)이 제공되어 노즐 니들(3)을 작동시키며, 나타나 있는 바와 같이 작동 피스톤은 노즐 본체(3)의 상측 끝면에 배치되며 종방향 축선(A)의 방향으로 한 단부(21)까지 연장되어 있다. 작동 피스톤(2)은 노즐 니들(3)과 일체적으로 또는 별개의 부품으로 설계될 수 있다. 작동 피스톤(2)은 종축선(A) 방향의 행정 운동으로 노즐 니들(3)을 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 또는 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동시키도록 설계된다. 작동 피스톤(2)을 움직이기 위해, 작동 피스톤(2)의 단부(21)를 수용하는 원통형 제어 챔버(4)가 제공되어 있다. 제어 챔버의 내경은 작동 피스톤(2)의 외경(K)에 실질적으로 대응하거나 이 외경(K) 보다 약간 더 크도록 치수 결정된다. 제어 챔버(4)에 수용되는 작동 피스톤(2)의 단부(21)는 바람직하게는 폐쇄체(21)로 설계되며 작동 피스톤(2)의 나머지 보다 작은 직경을 갖는다. 폐쇄체(21)로 설계된 작동 피스톤(2)의 단부는 원추형 또는 절두 원추형 또는 구형 부분을 포함하고, 이 부분은 제 2 밸브 시트(61)와 시일링 가능하게 상호 협력하도록 설계된다.

제어 챔버(4)의 도움으로, 작동 피스톤(2)은, 노즐 니들(3)이 개방 상태로 있는 제 1 위치로부터, 노즐 니들(3)이 폐쇄 상태로 있는 제 2 위치로 움직일 수 있다. 제어 챔버(4)에 의해 작동 피스톤(2)은 또한 제 2 위치로부터 제 1 위치로 움직일 수 있다.

나타나 있는 바와 같이, 중간 챔버(5)가 제어 챔버(4) 위쪽에 제공되며, 이 중간 챔버는 폐쇄 가능한 유동 연결부(6)를 통해 제어 챔버(4)에 연결될 수 있다. 유동 연결부(6)는 제 2 밸브 시트(61)를 포함하고, 이 밸브 시트는 폐쇄체(21)로 설계된 작동 피스톤(2)의 단부와 시일링 가능하게 상호 협력하도록 설계된다. 작동 피스톤(2)이 제 1 위치에 있을 때, 폐쇄체(21)는 시일링 방식으로 제 2 밸브 시트(61)에 있고, 제어 챔버(4)와 중간 챔버(5) 사이의 유동 연결부(6)는 폐쇄된다. 작동 피스톤(2)이 제 2 위치에 있을 때, 폐쇄체(21)는 제 2 밸브 시트(61)로부터 들어 올려지고 중간 챔버(5)와 제어 챔버(4) 사이의 유동 연결부(6)는 개방된다. 도 2는 제 2 위치에 있는 작동 피스톤(2)을 나타낸다.

중간 챔버(5)는 폐쇄 가능한 개방 스로틀(7)을 통해 환형 공간(91)에 연결되며, 이 환형 공간의 출구(9)가 저압측에 이어져 있다. 저압측은 예컨대 탱크 또는 수집 용기를 포함할 수 있고, 이 안에는 예컨대 주변 압력 또는 복귀 라인 압력이 있으며, 복귀 라인 압력은 주변 압력 보다 크다. 제 1 실시 형태에서, 개방 스로틀(7)은 종방향 축선(A)의 방향으로 연장되어 있어, 개방 스로틀에 종방향 축선(A)의 방향으로 흐름이 일어난다. 개방 스로틀은 직경(D)을 갖는다.

스로틀과 관련하여 직경을 언급했지만, 본 출원에서 이는 스로틀을 통해 흐르는 유체에 이용 가능한 스로를의 유동 단면 또는 유동 단면적을 결정하는 각각의 스로틀의 치수를 말하는 것이다.

연료 분사 밸브(1)는 2개의 폐쇄 스로틀(81, 82)을 더 포함하는데, 즉 제어 챔버(4)를 연료 관(10)에 연결하는 제 1 폐쇄 스로틀(81) 및 중간 챔버(5)를 연료 관(10)에 연결하는 제 2 폐쇄 스로틀(82)을 포함한다. 제 1 폐쇄 스로틀(81)은 직경(d1)을 가지며, 제 2 폐쇄 스로틀(82)은 직경(d2)을 갖는다. 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)은 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경 보다 작다. 폐쇄 스로틀(81, 82)은 제어 챔버(4)와 중간 챔버(5)의 쉘 표면 안으로 각각 개방되어 있다.

개방 스로틀(7)을 개폐하기 위해, 전자기 작동 부재(40)가 제공되어 있고, 이 작동 부재는 코일(41), 및 실질적으로 로드형인 니들(44)을 갖는 전기자(42)를 포함하고, 전기자(42)와 니들(44) 둘 모두는 일체적으로 형성되거나 또는 분리 가능한 서로 별개의 부품으로 이루어질 수 있다. 니들(44)은 종방향 축선(A)의 방향으로 연장되어 있다. 여기서, 코일(41)은 종방향 축선(A)과 동축으로 배치된다. 전기자(42)는 니들(44)로 환형 공간(91) 안으로 연장되고, 코일(41)에 전기 에너지가 가해지지 않을 때, 중간 챔버(5)로부터 개방 스로틀(7)을 통해 환형 공간(91) 안으로 들어가는 통로를 니들(44)이 폐쇄하도록 설계되어 있다. 전기자(42)는 전기자 스프링(43)으로 스프링 하중을 받으며, 코일(41)에 전류가 흐르지 않는 한, 전기자 스프링(43)은, 환형 공간(91) 안으로 들어가는 개방 스로틀(7)의 입구부에 전기자(42)를 니들(44)로 가압한다.

본 발명에 따르면, 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)은 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1) 보다 작다. 바람직하게는, 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)은 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1) 보다 상당히 작은데, 예컨대 적어도 5배 또는 적어도 10배 더 작다.

또한, 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1) 및 제 2 폐쇄 스로틀의 직경(d2) 둘 모두는 개방 스로틀(7)의 직경(D) 보다 작다. 특히 바람직하게는, 직경(d1, d2)은, 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1)을 갖는 유동 단면적과 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)을 갖는 유동 단면적의 합은 개방 스로틀(7)의 직경(D)을 갖는 유동 단면적 보다 작도록, 치수 결정된다. 그래서 d1² + d2² ＜ D².

도 2는 제 2 위치, 즉 노즐 니들(3)이 폐쇄 상태로 있는 위치에 있는 작동 피스톤(2)을 나타낸다. 이제 분사 과정이 시작되려고 할 때, 코일(41)에 전류가 흘려, 전기자(42)가 전기자 스프링(43)의 힘에 대항하여 코일(41)에 끌리게 된다. 따라서, 개방 스로틀(7)을 통과하는 통로가 개방되고 고압 하의 연료가 개방 스로틀(7)과 환형 공간(91)을 통해 유출하여 출구(9) 안으로 흐르게 된다. 중간 챔버(5) 및 이 상태에서 중간 챔버에 연결되어 있는 유동 연결되어 있는 제어 챔버(4) 내의 압력의 감소로 인해, 연료에 의해 압력 챔버(33)(도 1)에서 생기는 상향력은 스프링(34)의 스프링력과 유압력의 합 보다 크며, 그래서 노즐 니들(3)이 제 1 밸브 시트(35)로부터 들어 올려지고 연소실 내로의 분사가 시작된다.

이 상향 운동으로 인해, 나타나 있는 바와 같이 작동 피스톤(2)은 또한 위쪽으로 그의 제 2 위치로 움직이고, 제 2 위치에서 작동 피스톤(2)의 폐쇄체(21)는 제 2 밸브 시트(61)와 시일링 방식으로 상호 협력하며, 그래서 제어 챔버(4)와 중간 챔버(5) 사이의 유동 연결이 폐쇄된다. 따라서, 더 이상의 연료가 제 1 폐쇄 스로틀(81)을 흐르지 못한다.

노즐 니들(3)의 개방 상태에서, 즉 분사 과정 동안에, 고압 하의 연료는 더 이상 제 1 폐쇄 스로틀(81)을 통해서가 아닌 제 2 폐쇄 스로틀(82)을 통해 출구(9)로 흐를 수 있다. 제 2 폐쇄 스로틀(82)은 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1) 보다 상당히 작은 직경(d2)을 가지므로, 한편으로 출구(9)로 흐르는 연료의 속도 및 다른 한편으로 출구로 흐르는 연료의 양은 공지된 연료 분사 밸브와 비교하여 급격히 감소된다.

분사 과정을 종료하기 위해, 코일(41)에 흐르는 전류가 꺼지고, 그리하여 전기자(42)가, 전기자 스프링(43)에, 환형 공간(91) 안으로 들어가는 개방 스로틀(7)의 입구부에 니들(44)로 가압되며, 그래서 개방 스로틀(7)을 통과하는 통로를 폐쇄한다. 결과적으로, 개방된 제 2 폐쇄 스로틀(82)로 인해 더 높은 압력이 처음에 중간 챔버(5) 안에 형성되며, 그리하여, 나타나 있는 바와 같이, 작동 피스톤(2)과 노즐 니들(3)은 아래쪽으로 움직인다. 이 운동이 시작되자 마자, 제 1 폐쇄 스로틀(81)을 통과하는 통로가 또한 개방되며, 그래서 양 폐쇄 스로틀(81, 82)에 흐름이 있을 때 분사 과정이 종료되며, 결과적으로 신속하고 정밀한 폐쇄 과정이 일어난다. 이는 작동 피스톤(2)이 다시 제 2 위치로 있을 때 끝난다.

도 3은 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 제 2 실시 형태를 도 2와 유사하게 나타낸 것이다. 제 2 실시 형태에 대한 이하의 설명에서, 제 1 실시 형태와의 차이점만 더 상세히 논의할 것이다. 그 외에, 제 1 실시 형태의 예에 대한 설명이 또한 동일한 방식으로 또는 유사하게 동일한 방식으로 제 2 실시 형태의 예에도 적용된다. 제 2 실시 형태에서, 동일한 부품 또는 기능적으로 동등한 부품은 제 1 실시 형태와 동일한 참조 번호로 나타나 있다.

제 2 실시 형태에서, 환형 공간(91)은 옆에서 중간 챔버(5)에 인접하고 그리고 바람직하게는 그 중간 챔버(5)와 동일한 높이에서 배치된다. 따라서, 제 2 실시 형태에서, 중간 챔버(5)와 환형 공간(91) 사이에 배치되는 개방 스로틀(7)은 종방향 축선(A)의 방향으로 연장되어 있고, 그래서 그 개방 스로틀에서의 흐름은 종방향 축선(A)에 수직이다.

제 2 실시 형태에서, 전자기 작동 부재(40)가 또한 제공되며, 이는 코일(41) 및 니들(44)을 갖는 전기자(42)를 포함한다. 코일(41)은 종방향 축선(A)에 평행하게 배치된다. 전기자(42)는 니들(44)로 환형 공간(91) 안으로 연장되며, 코일(41)에 전기 에너지가 가해지지 않는 한, 중간 챔버(5)로부터 개방 스로틀(7)을 통해 환형 공간(91) 안으로 들어가는 통로를 폐쇄하도록 설계된다.

2개 보다 많은 폐쇄 스로틀(81, 82)이 제공되는 본 발명에 따른 연료 분사 밸브의 실시 형태가 유사하게 동일한 방식으로 가능함을 이해할 것이다.

Claims

대형 디젤 엔진용 연료 분사 밸브로서, 적어도 하나의 노즐 구멍(32)을 갖는 노즐 헤드(31)를 가지며, 상기 노즐 구멍을 통해 연료가 연소실(50) 안으로 도입될 수 있고, 상기 연료 분사 밸브는 연료 관(10)을 또한 가지며, 이 연료 관을 통해 연료가 고압 하에서 압력 챔버(33) 안으로 도입될 수 있으며, 상기 연료 분사 밸브는 스프링(34)이 달려 있는 노즐 니들(3), 및 제 1 밸브 시트(35)를 더 가지며, 제 1 밸브 시트는, 상기 노즐 니들(3)의 개방 상태에서 상기 압력 챔버(33)와 노즐 헤드(31) 사이의 유동 연결이 열리고 폐쇄 상태에서는 노즐 니들(3)이 상기 제 1 밸브 시트(35)와 시일링 방식으로 상호 협력하여 상기 압력 챔버(33)와 노즐 헤드(31) 사이의 유동 연결이 폐쇄되도록, 노즐 니들(3)과 상호 협력하도록 설계되며, 상기 연료 분사 밸브는, 상기 노즐 니들(3)을 행정 운동으로 상기 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 움직이도록 설계되는 가동 작동 피스톤(2), 및 작동 피스톤(2)을 노즐 니들(3)이 개방 상태로 있는 제 1 위치로부터, 노즐 니들(3)이 폐쇄 상태로 있는 제 2 위치로 움직이기 위한 제어 챔버(4)를 더 가지며, 제어 챔버(4)는 작동 피스톤(2)의 한 단부(21)를 수용하고, 중간 챔버(5)가 제공되며, 이 중간 챔버는 폐쇄 가능한 유동 연결부(6)를 통해 제어 챔버(4)에 연결될 수 있고, 작동 피스톤의 단부는 폐쇄체(21)로 설계되어 있고, 작동 피스톤(2)이 제 1 위치에 있을 때 상기 폐쇄체는 제어 챔버(4)와 중간 챔버(5) 사이의 유동 연결부(6)를 폐쇄하며, 폐쇄 가능한 개방 스로틀(7)이 제공되며, 이 개방 스로틀로 상기 중간 챔버(5)가 연료 출구(9)에 연결될 수 있으며, 제어 챔버(4)를 연료 관(10)에 연결하는 제 1 폐쇄 스로틀(81)이 제공되며, 중간 챔버(5)를 연료 관(10)에 연결하는 제 2 폐쇄 스로틀(82)이 제공되고, 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)은 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1) 보다 작은, 연료 분사 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 작동 피스톤(2)이 제 1 위치에 있을 때 그 작동 피스톤(2)은 상기 제 1 폐쇄 스로틀(81)을 완전히 폐쇄하는, 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1)을 갖는 유동 단면적과 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)을 갖는 유동 단면적의 합은 개방 스로틀(7)의 직경(D)을 갖는 유동 단면적 보다 작은, 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)은 제 1 폐쇄 스로틀(81)의 직경(d1)보다 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 4배 더 작은, 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 폐쇄 스로틀(82)의 직경(d2)은 제 1 폐쇄 스로틀의 직경(d1) 보다적어도 10배 더 작은, 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 챔버(4)와 중간 챔버(5) 사이의 폐쇄 가능한 유동 연결부(6)는 제 2 밸브 시트(61)를 포함하고, 작동 피스톤(2)의 단부(21)는 제 2 밸브 시트(61)와 시일링 가능하게 상호 협력하도록 설계되어 있는, 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개방 스로틀(7)은 연료 분사 밸브의 종방향 축선(A)의 방향으로 그 개방 스로틀에 흐름이 일어날 수 있도록 설계되어 있는, 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개방 스로틀(7)은 연료 분사 밸브의 종방향 축선(A)에 수직하게 그 개방 스로틀에 흐름이 일어날 수 있도록 설계되어 있는, 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개방 스로틀(7)을 개폐하기 위한 전자기 작동 부재(40)가 제공되어 있는, 연료 분사 밸브.
제 9 항에 있어서,
상기 전자기 작동 부재(40)는 코일(41), 및 니들(44)을 갖는 전기자(42)를 포함하고, 상기 코일(41)에 전기 에너지가 가해지지 않는 한, 상기 니들(44)은 상기 개방 스로틀(7)을 통과하는 통로를 폐쇄하는, 연료 분사 밸브.
제 10 항에 있어서,
상기 코일(41)은 연료 분사 밸브의 종방향 축선(A)과 동축으로 배치되는, 연료 분사 밸브.
제 10 항에 있어서,
상기 코일(41)은 연료 분사 밸브의 종방향 축선(A)에 평행하게 배치되는, 연료 분사 밸브.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따라 설계된 연료 분사 밸브(1)를 포함하는 대형 디젤 엔진.
제 13 항에 있어서,
종방향 소기식 2-행정 대형 디젤 엔진으로 설계되어 있는 대형 디젤 엔진.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
액체 연료가 연소를 위해 연소실 안으로 도입되는 액체 모드로 작동될 수 있고, 또한 연료로서 가스가 상기 연소실 안으로 도입되는 가스 모드로도 작동될 수 있는 이중 연료 대형 디젤 엔진으로 설계되어 있는 대형 디젤 엔진.