KR20220041067A - Marine diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
여기에 개시하는 기술은 선박용 디젤 엔진에 관한 것이다.The technology disclosed herein relates to a marine diesel engine.
디젤 엔진의 배기가스에 포함되는 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 방법으로서, 연소실에 요소수를 분사하는 것이 널리 알려져 있다.As a method for removing nitrogen oxides (NO x ) contained in exhaust gas of a diesel engine, injecting urea water into a combustion chamber is widely known.
예를 들어, 특허문헌 1에 개시되어 있는 디젤 엔진은, 연소실에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브(연료용 인젝터)와, 연소실 및 당해 연소실 근방의 배기 통로 중 어느 한쪽을 향하여 요소수를 분사하기 위한 요소수 분사 밸브(요소수용 인젝터)를 하나씩 구비한 구성으로 되어 있다.For example, the diesel engine disclosed in Patent Document 1 includes a fuel injection valve (fuel injector) for injecting fuel into a combustion chamber, and a combustion chamber and an exhaust passage in the vicinity of the combustion chamber to inject urea water. It has a configuration provided with one urea water injection valve (urea water injector) for
그런데, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 요소수 분사 밸브를 연료 분사 밸브 근방에 배치함으로써, 연소실 내에 요소수를 직접 분사하는 것을 생각할 수 있다.By the way, by arranging the urea water injection valve as disclosed in Patent Document 1 in the vicinity of the fuel injection valve, it is conceivable to directly inject the urea water into the combustion chamber.
이 경우, 선박용 디젤 엔진과 같이 복수의 연료 분사 밸브를 구비한 엔진에서는, 연료 분사 밸브마다 요소수 분사 밸브를 준비하는 것이 요구되므로, 요소수 분사 밸브가 복수개 필요해진다. 따라서, 실린더 커버에서, 요소수 분사 밸브 등의 부품을 배치하는 공간이 부족해져버린다는 문제가 있었다.In this case, in an engine provided with a plurality of fuel injection valves such as a marine diesel engine, it is required to provide a urea water injection valve for each fuel injection valve, and therefore a plurality of urea water injection valves are required. Accordingly, there is a problem in that the space for arranging parts such as the urea water injection valve in the cylinder cover becomes insufficient.
여기에 개시하는 기술은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 부품을 배치하기 위한 공간이 부족해지는 일 없이, 연소실 내에 요소수를 직접 분사하는 데 있다.The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to directly inject urea water into the combustion chamber without running out of space for arranging parts.
본원 발명자들은, 일반적인 연료 분사 밸브 대신에, 연료와 물의 층상 분사가 가능한 연료 분사 밸브에 착안하였다. 본원 발명자들은, 이러한 연료 분사 밸브에 있어서, 물 대신에 요소수를 이용하는 것을 찾아내어, 여기에 개시하는 기술을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have focused on a fuel injection valve capable of layered injection of fuel and water instead of a general fuel injection valve. The inventors of the present application have found that urea water is used instead of water in such a fuel injection valve, and have completed the technique disclosed herein.
구체적으로, 여기에 개시하는 기술은 선박용 디젤 엔진에 관한 것이다. 이 선박용 디젤 엔진은, 연소실을 구획하는 실린더와, 상기 연소실의 천장면을 구획하는 실린더 커버에 배치되며 당해 연소실을 개폐하는 배기 밸브와, 상기 실린더 커버에 배치된 복수의 연료 분사 밸브를 구비하고, 상기 복수의 연료 분사 밸브는, 상기 실린더의 둘레 방향을 따라, 상기 배기 밸브를 둘러싸도록 배치되며, 상기 복수의 연료 분사 밸브는 모두, 연료와 요소수를 층상 분사하도록 구성된다.Specifically, the technology disclosed herein relates to marine diesel engines. The marine diesel engine includes a cylinder defining a combustion chamber, an exhaust valve disposed on a cylinder cover defining a ceiling surface of the combustion chamber and opening and closing the combustion chamber, and a plurality of fuel injection valves disposed on the cylinder cover, The plurality of fuel injection valves are arranged to surround the exhaust valve along the circumferential direction of the cylinder, and all of the plurality of fuel injection valves are configured to inject fuel and urea water in layers.
본 구성에 의하면, 복수의 연료 분사 밸브는 모두, 연료와 요소수를 층상 분사하도록 구성된다. 따라서, 연료 분사 밸브에 추가로, 요소수 분사 밸브를 준비할 필요가 없어지므로, 실린더 커버에서, 부품을 배치하기 위한 공간을 충분히 확보할 수 있다.According to this configuration, all of the plurality of fuel injection valves are configured to inject fuel and urea water in layers. Accordingly, since there is no need to prepare a urea water injection valve in addition to the fuel injection valve, it is possible to sufficiently secure a space for arranging parts in the cylinder cover.
또한, 연료와 요소수를 층상 분사함으로써, 연료가 분사되는 위치와 요소수가 분사되는 위치가 근접하기 때문에, 질소산화물을 효과적으로 제거할 수도 있다.Further, by layered injection of fuel and urea water, the position at which the fuel is injected and the position at which the urea water is injected are close to each other, so that nitrogen oxides can be effectively removed.
또한, 상기 선박용 디젤 엔진은, 상기 실린더 커버에 배치되며 상기 둘레 방향을 따라 나열된 복수의 밸브 부재를 구비하고, 상기 복수의 연료 분사 밸브는, 각각, 상기 밸브 부재끼리의 사이 공간에 배치되어도 된다.Further, the marine diesel engine may include a plurality of valve members arranged on the cylinder cover and arranged along the circumferential direction, and the plurality of fuel injection valves may be respectively disposed in a space between the valve members.
본 구성에 의하면, 각 밸브 부재와의 간섭을 초래하는 일 없이, 각 연료 분사 밸브를 배치할 수 있다. 이는, 연료 분사 밸브를 적절히 배치하는 데 있어서 유효하다.According to this structure, each fuel injection valve can be arrange|positioned, without causing interference with each valve member. This is effective in properly disposing the fuel injection valve.
또한, 상기 복수의 밸브 부재는, 상기 연소실에 공기를 공급하기 위한 시동 밸브와, 상기 연소실로부터 압력을 배출하기 위한 안전 밸브와, 상기 연소실의 연소 상황을 검출하기 위한 인디케이터 밸브를 구비하여도 된다.Further, the plurality of valve members may include a starting valve for supplying air to the combustion chamber, a safety valve for discharging pressure from the combustion chamber, and an indicator valve for detecting a combustion state of the combustion chamber.
또한, 상기 연료 분사 밸브는, 연료 및 요소수를 분사하기 위한 분사구를 구비하며, 상기 선박용 디젤 엔진은, 상기 연료 분사 밸브를 향하여 연료를 압송하는 연료 펌프와, 상기 연료 펌프로부터 상기 분사구에 이르는 연료 경로와, 상기 연료 경로에서의 소정 위치에 요소수를 주입하는 주입 계통과, 상기 주입 계통을 제어하는 제어부를 추가로 구비하고, 상기 연료 분사 밸브는, 상기 연료 펌프에 의해 압송되는 연료와, 상기 주입 계통에 의해 주입되는 요소수가, 번갈아 나열되어 이루어지는 층상 액체를 분사하여도 된다.In addition, the fuel injection valve includes an injection port for injecting fuel and urea water, the marine diesel engine includes a fuel pump for pumping fuel toward the fuel injection valve, and fuel from the fuel pump to the injection port a path, an injection system for injecting urea water to a predetermined position in the fuel path, and a control unit for controlling the injection system, wherein the fuel injection valve comprises: fuel pumped by the fuel pump; The urea water injected by the injection system may spray a layered liquid in which they are alternately arranged.
본 구성에 의하면, 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있다.According to this structure, nitrogen oxides can be effectively removed.
이상 설명한 바와 같이, 상기 선박용 디젤 엔진에 의하면, 부품을 배치하기 위한 공간이 부족해지는 일 없이, 연소실 내에 요소수를 직접 분사할 수 있다.As described above, according to the marine diesel engine, it is possible to directly inject urea water into the combustion chamber, without the space for arranging parts insufficient.
도 1은, 선박용 디젤 엔진의 구성을 예시하는 모식도이다.
도 2는, 선박용 디젤 엔진의 연소실을 예시하는 종단면도이다.
도 3은, 실린더 커버를 하방에서 보고 예시하는 모식도이다.
도 4는, 연료 분사 장치의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 5는, 실린더 커버를 상방에서 보고 예시하는 도면이다.1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a marine diesel engine.
Fig. 2 is a longitudinal sectional view illustrating a combustion chamber of a marine diesel engine.
3 is a schematic diagram illustrating the cylinder cover viewed from below.
4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fuel injection device.
5 : is a figure which sees and exemplifies the cylinder cover from above.
이하, 본 개시의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 여기서, 이하의 설명은 예시이다. 도 1은 선박용 디젤 엔진(이하, 단순히 "엔진(1)"이라고도 함)의 구성을 예시하는 모식도이다. 또한, 도 2는 엔진(1)의 연소실(17)을 예시하는 종단면도이고, 도 3은 실린더 커버(15)를 하방에서 올려보고 나타내는 모식도이다. 여기서, 도 2는 도 3의 A-A 단면에 상당한다. 또한, 도 4는 엔진(1)의 연료 분사 장치(100)의 구성을 예시하는 개략도이고, 도 5는 실린더 커버(15)를 상방에서 보고 예시하는 도면이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this indication is described based on drawing. Here, the following description is an example. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a marine diesel engine (hereinafter simply referred to as "engine 1"). In addition, FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view illustrating the
엔진(1)은, 복수의 실린더(16)를 구비한 직렬 다기통식 디젤 엔진이다. 이 엔진(1)은, 단류소기식을 채용한 2행정 1사이클 기관으로서 구성되고, 유조선, 컨테이너 선박, 자동차 운반선 등, 대형 선박에 탑재된다.The engine 1 is an in-line multi-cylinder diesel engine provided with a plurality of
선박에 탑재된 엔진(1)은, 그 선박을 추진시키기 위한 주기관으로 이용된다. 즉, 엔진(1)의 출력축은, 프로펠러축(도시하지 않음)을 개재하고 선박의 프로펠러(도시하지 않음)에 연결된다. 엔진(1)이 운전됨에 따라, 그 출력이 프로펠러에 전달되어 선박이 추진되도록 구성된다.An engine 1 mounted on a ship is used as a main engine for propelling the ship. That is, the output shaft of the engine 1 is connected to the propeller (not shown) of a ship via a propeller shaft (not shown). As the engine 1 is operated, its output is transmitted to the propeller so that the vessel is propelled.
특히, 본 실시형태에 따른 엔진(1)은, 그 롱 스트로크화를 실현하기 위하여, 이른바 크로스헤드식 내연 기관으로서 구성된다. 즉, 이 엔진(1)에 있어서는, 하방에서 피스톤(21)을 지지하는 피스톤봉(22)과, 크랭크 샤프트(23)에 연접되는 연접봉(24)이, 크로스헤드(25)에 의해 연결된다.In particular, the engine 1 according to the present embodiment is configured as a so-called crosshead internal combustion engine in order to realize its long stroke. That is, in this engine 1, the
(1) 주요 구성(1) Main composition
이하, 엔진(1)의 주요부에 대하여 설명한다.Hereinafter, the main part of the engine 1 is demonstrated.
도 1에 나타내는 바와 같이, 엔진(1)은, 하방에 위치하는 밑판(11)과, 밑판(11) 상에 배치되는 프레임(12)과, 프레임(12) 상에 배치되는 실린더재킷(13)을 구비한다. 밑판(11), 프레임(12), 및 실린더재킷(13)은, 상하 방향으로 연장되는 복수의 타이 볼트 및 너트에 의해 체결된다. 엔진(1)은 또한, 실린더재킷(13) 내에 배치되는 실린더(16)와, 실린더(16) 내에 배치되는 피스톤(21)과, 피스톤(21)의 왕복 운동에 연동되어 회전하는 출력축(예를 들어 크랭크 샤프트(23))을 구비한다.As shown in FIG. 1 , the engine 1 includes a
밑판(11)은, 엔진(1)의 크랭크케이스를 구성하는 것이고, 크랭크 샤프트(23)와, 크랭크 샤프트(23)를 회전 자유롭게 지지하는 베어링(26)을 수용한다. 크랭크 샤프트(23)에는, 크랭크(27)를 개재하고 연접봉(24)의 하측 끝단부가 연결된다.The
프레임(12)은, 한쌍의 가이드판(28), 연접봉(24), 및 크로스헤드(25)를 수용한다. 이 중, 한쌍의 가이드판(28)은, 피스톤 축 방향을 따라 배치된 한쌍의 판형 부재로 이루어지고, 엔진(1)의 폭 방향(도 1의 도면 좌우 방향)으로 간격을 두고 배치된다. 연접봉(24)은, 그 하측 끝단부가 크랭크 샤프트(23)에 연결된 상태로, 한쌍의 가이드판(28) 사이에 배치된다. 연접봉(24)의 상측 끝단부는, 크로스헤드(25)를 개재하고 피스톤봉(22)의 하측 끝단부에 연결된다.The
구체적으로, 크로스헤드(25)는, 한쌍의 가이드판(28) 사이에 배치되고, 각 가이드판(28)을 따라 상하 방향으로 슬라이딩한다. 즉, 한쌍의 가이드판(28)은, 크로스헤드(25)의 슬라이딩을 안내하도록 구성된다. 크로스헤드(25)는, 크로스헤드 핀(29)을 개재하고 피스톤봉(22) 및 연접봉(24)과 접속된다. 크로스헤드 핀(29)은, 피스톤봉(22)에 대하여서는 일체적으로 상하 운동하도록 접속되는 한편, 연접봉(24)에 대하여서는 연접봉(24)의 상측 끝단부를 받침점(fulcrum)으로 연접봉(24)을 회동시키도록 접속된다.Specifically, the
실린더재킷(13)은, 내통으로서의 실린더 라이너(14)가 배치되어 이루어진다. 실린더 라이너(14)의 내부에는, 전술한 피스톤(21)이 배치된다. 이 피스톤(21)은, 실린더 라이너(14)의 내벽을 따라 상하 방향으로 왕복 운동한다. 또한, 실린더 라이너(14)의 상부에는 실린더 커버(15)가 고정된다. 실린더 커버(15)는, 실린더 라이너(14)와 함께 실린더(16)를 구성한다.The
또한, 실린더 커버(15)에는, 도시하지 않는 밸브장치에 의해 작동되는 배기 밸브(18)가 배치된다. 배기 밸브(18)는, 실린더 라이너(14) 및 실린더 커버(15)로 구성되는 실린더(16), 그리고, 피스톤(21)의 정상면과 함께 연소실(17)을 구획한다. 배기 밸브(18)는, 그 연소실(17)과 배기관(19) 사이를 개폐하는 것이다. 배기관(19)은 연소실(17)로 통하는 배기구(19a)를 구비하며, 배기 밸브(18)는 그 배기구(19a)를 개폐하도록 구성된다.In addition, an
상세하게는, 도 2에 예시하는 바와 같이, 실린더 커버(15)(특히, 실린더 커버(15)의 하면)는, 연소실(17)의 천장면을 구획한다. 이 실린더 커버(15)의 중앙부에는, 배기관(19)의 배기구(19a)가 개구된다. 배기 밸브(18)는, 배기구(19a)와 마찬가지로 실린더 커버(15)의 중앙부에 배치되고, 배기구(19a), 더 나아가 연소실(17)을 개폐할 수 있다.In detail, as illustrated in FIG. 2 , the cylinder cover 15 (in particular, the lower surface of the cylinder cover 15 ) partitions the ceiling surface of the
구체적으로, 본 실시형태에 따른 배기 밸브(18)는, 피스톤 축방향으로 연장되는 축부(18a)와, 그 축부(18a)의 하측 끝단부에 배치된 우산형상부(18b)를 구비하며, 피스톤 축방향으로 왕복 운동하도록 구성된다. 배기 밸브(18)의 왕복 운동은, 당해 배기 밸브(18)의 축부(18a)에 연결된 구동기구(18c)에 의해 이루어진다(도 1도 참조). 이 구동기구(18c)는, 유압구동식 기구로 되어 있다.Specifically, the
또한, 천장면을 구획하는 실린더 커버(15)에는, 복수의 연료 분사 밸브(30)가 배치된다. 도 3에 예시하는 바와 같이, 복수의 연료 분사 밸브(30)는, 실린더(16)의 둘레 방향(도 3의 화살표 B 참조)을 따라, 배기 밸브(18)를 둘러싸도록 배치된다.In addition, a plurality of
상세하게는, 본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)는, 각 실린더(16)에 3개씩 배치되고, 배기 밸브(18)를 중심으로, 실린더 커버(15)에서 대략 120°씩 등간격으로 배치된다. 이하, 3개의 연료 분사 밸브(30)를, 둘레 방향을 따라 차례로, 제 1 분사 밸브(30A), 제 2 분사 밸브(30B), 및 제 3 분사 밸브(30C)로 호칭하는 경우가 있다.In detail, three
보다 상세하게는, 실린더 커버(15)에는, 실린더(16)의 둘레 방향을 따라 복수의 밸브 부재(101, 102, 103)가 배치되고, 각 연료 분사 밸브(30)는 각각, 밸브 부재(101, 102, 103) 끼리의 사이 공간에 배치된다. 여기서, 복수의 밸브 부재(101, 102, 103)는, 엔진(1)의 시동 시에 연소실(17)로 공기를 공급하기 위한 시동 밸브(101)와, 연소실(17)로부터 압력을 배출하기 위한 안전 밸브(102), 및 연소실(17)의 연소 상황을 검출하기 위한 인디케이터 밸브(103)를 구비한다. 시동 밸브(101), 안전 밸브(102), 및 인디케이터 밸브(103)는, 배기 밸브(18)를 중심으로, 실린더 커버(15)에서 대략 120°씩 등간격으로 배치된다.More specifically, in the
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 분사 밸브(30A)는, 인디케이터 밸브(103)와 시동 밸브(101) 사이의 공간에 배치되고, 제 2 분사 밸브(30B)는, 시동 밸브(101)와 안전 밸브(102) 사이의 공간에 배치되고, 제 3 분사 밸브(30C)는, 안전 밸브(102)와 인디케이터 밸브(103) 사이의 공간에 배치된다.And in the present embodiment, the
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 연료 분사 밸브(30)는 각각, 연료 및 요소수를 분사하기 위한 분사구(31)를 구비한다. 각 분사구(31)는, 연료 분사 밸브(30)의 선단부 측면에 개구된다. 그리고, 복수의 연료 분사 밸브(30)는 모두, 연소실(17) 내로 분사구(31)를 향하게 한 자세로 구성되며, 연료와 요소수를 번갈아 나열한 상태로 층상 분사하도록 구성된다.Moreover, as shown in FIG. 2, the some
특히, 본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)는, 그 길이 방향이, 각 밸브 부재(101, 102, 103)의 나열 방향(즉, 실린더(16)의 둘레 방향)에 대하여 수직이 되도록 배치된다(즉, 연료 분사 밸브(30)의 길이 방향이, 실린더(16)의 직경 방향을 따르도록 배치된다).In particular, the
여기서, 연료는, 예를 들어 화석연료로서의 디젤 연료로 이루어지고, 그 연소에 수반하여 엔진(1)의 동력을 발생시킬 수 있다. 한편, 요소수는, 이른바 요소우레아 수용액으로 이루어지고, 배기가스에 포함되는 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있다.Here, the fuel consists of diesel fuel as a fossil fuel, for example, and can generate the motive power of the engine 1 with the combustion. On the other hand, urea water consists of a so-called urea urea aqueous solution, and can remove nitrogen oxides (NO x ) contained in exhaust gas.
상세하게는 후술하나, 본 실시형태에 따른 엔진(1)은, 연료 분사 밸브(30)에 연료를 압송하는 연료 펌프(41)와, 연료가 압송되는 경로 내에 요소수를 주입하는 제 1 주입 펌프(51) 및 제 2 주입 펌프(61)를 구비한다.Although described later in detail, the engine 1 according to the present embodiment includes a
도 1에 나타내는 바와 같이, 연료 펌프(41), 제 1 주입 펌프(51), 및 제 2 주입 펌프(61)는, 실린더(16) 근방에 배치되며, 각각, 내부 경로(32), 연료 분사관(42), 하류측 주입관(52), 및 상류측 주입관(62) 등을 개재하고 연료 분사 밸브(30)와 유체적으로 접속된다.As shown in FIG. 1 , the
이 중 연료 펌프(41)는, 연료 펌프(41)로부터 분사구(31)에 이르는 연료 경로(L)를 개재하고 연료 분사 밸브(30)와 접속되고, 이 연료 분사 밸브(30)를 향하여 연료를 압송한다. 이 연료 경로(L)는, 제 1 내부 경로(32) 및 연료 분사관(42)(후술하는 분기관(42a)도 포함)으로 이루어지고, 연료 펌프(41)와 분사구(31)를 연결하는 경로로서 구성된다. 또한, 제 1 주입 펌프(51) 및 제 2 주입 펌프(61)는 각각, 하류측 주입관(52) 및 상류측 주입관(62)을 개재하고 연료 경로(L)와 접속되고, 이 연료 경로(L) 내에 요소수를 주입한다.Among them, the
이와 같이 구성함으로써, 연료 분사 밸브(30)는, 연료 펌프(41)로부터 압송되는 연료와, 제 1 주입 펌프(51) 및 제 2 주입 펌프(61)에 의해 주입되는 요소수를, 연료 펌프(41)의 압송 작용에 의해 연소실(17)로 번갈아(즉, 층상으로) 분사할 수 있다.By configuring in this way, the
이와 같이 하여, 연료 분사 밸브(30)는, 연소실(17)에 연료 및 요소수를 공급하여 연소실(17) 내에서 연소를 발생시킨다. 이 연소에 의해, 피스톤(21)이 상하 방향으로 왕복 운동을 한다. 이때, 배기 밸브(18)가 작동하여 연소실(17)이 개방되면, 연소로 인해 발생한 배기가스가 배기관(19)으로 압출됨과 더불어, 도시하지 않는 소기포트로부터 연소실(17)로 가스가 도입된다.In this way, the
또한, 연소에 의해 피스톤(21)이 왕복 운동을 하면, 피스톤(21)과 함께 피스톤봉(22)이 상하 방향으로 왕복 운동을 한다. 이로써, 피스톤봉(22)에 연결된 크로스헤드(25)가 상하 방향으로 왕복 운동을 한다. 이 크로스헤드(25)는, 연접봉(24)의 회동을 허용하도록 구성되어, 크로스헤드(25)와의 접속 부위를 받침점으로 하여 연접봉(24)을 회동시킨다. 그리고, 연접봉(24)의 하측 끝단부에 접속되는 크랭크(27)가 크랭크 운동하고, 그 크랭크 운동에 따라 크랭크 샤프트(23)가 회전한다. 이와 같이 하여, 크랭크 샤프트(23)는, 피스톤(21)의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환시키고, 프로펠러축과 함께 선박의 프로펠러를 회전시킨다. 이로써, 선박이 추진된다.In addition, when the
(2) 연료 분사 장치에 관한 구성(2) Configuration regarding fuel injection device
이하, 연료 분사 밸브(30)와, 이 연료 분사 밸브(30)에 연료 및 요소수를 공급하기 위한 각종 장치를 아울러 연료 분사 장치로 호칭하고, 이에 부호 "100"을 붙여 설명한다. 여기서, 도 4에서 실선으로 나타낸 화살표는 연료 및 요소수의 유통을 나타내고, 파선으로 나타낸 화살표는 전기 신호의 송수신을 나타낸다.Hereinafter, the
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 연료 분사 장치(100)는, 주요 구성 요소로서, 복수(본 실시형태에서는 3개)의 연료 분사 밸브(30)와, 연료를 압송하기 위한 압송 계통(40)과, 요소수를 주입하기 위한 주입 계통(50, 60)과, 압송 계통(40), 및 주입 계통(50, 60)을 제어하기 위한 제어부(92)를 구비한다.As shown in FIG. 4 , the
이 중, 연료 분사 밸브(30)는, 전술한 바와 같이, 연료와 요소수를 분사하기 위한 분사구(31)를 구비하며, 연료 경로(L)를 개재하고 연료 펌프(41)와 접속된다.Among these, the
한편, 주입 계통(50, 60)은, 그 연료 경로(L)에서의 소정 위치(P1, P2)에 요소수를 주입하도록 구성된다. 특히, 본 실시형태에 따른 주입 계통(50, 60)은, 연료 경로(L)에서의 소정의 제 1 주입 위치(P1)에 요소수를 주입하는 하류측 주입 계통(50)과, 연료 경로(L)에서 제 1 주입 위치(P1)보다 상류측의 제 2 주입 위치(P2)에 요소수를 주입하는 상류측 주입 계통(60)을 구비한다.On the other hand, the
연료 분사 장치(100)는 또한, 그 밖의 구성 요소로서, 주입 계통(50, 60)에 요소수를 공급하는 요소수 공급 펌프(71)와, 압송 계통(40), 및 주입 계통(50, 60)을 작동시키기 위한 축압부(81)와, 제어부(92)에 검출 신호를 입력하기 위한 검출부(91)를 구비한다.The
이하, 연료 분사 밸브(30), 압송 계통(40), 하류측 주입 계통(50), 상류측 주입 계통(60), 요소수 공급 펌프(71), 축압부(81), 검출부(91), 및 제어부(92)의 구성에 대하여, 차례로 설명한다.Hereinafter, the
(연료 분사 밸브(30))(fuel injection valve (30))
복수의 연료 분사 밸브(30)는, 전술한 바와 같이, 실린더(16) 내의 연소실(17)에 연료와 요소수를 층상 분사하기 위한 분사 밸브이다. 각 연료 분사 밸브(30)는, 전술한 바와 같이, 엔진(1)의 각 실린더(16)에 3개씩 배치된다. 이들 복수의 연료 분사 밸브(30)는, 각각, 마찬가지로 구성된다. 그래서, 이하에서는, 이들 복수의 연료 분사 밸브(30) 중 하나(제 1 분사 밸브(30A))를 예로 들어, 연료 분사 밸브(30)에 관한 구성을 설명한다.The plurality of
도 4에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(30)는, 압송 계통(40)의 연료 펌프(41)와, 연료 분사관(42) 등을 개재하고 접속된다. 또한, 연료 분사 밸브(30)는, 주입 계통(50, 60)의 제 1 주입 펌프(51) 및 제 2 주입 펌프(61)와, 각각, 상류측 주입관(62) 및 하류측 주입관(52) 등을 개재하고 접속된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(30)는, 연료 펌프(41)에 의해 압송된 연료, 하류측 주입 계통(50)에 의해 주입된 요소수, 연료 펌프(41)에 의해 압송된 연료, 상류측 주입 계통(60)에 의해 주입된 요소수 및 연료 펌프(41)에 의해 압송된 연료의 상기 순서로 나열되어 이루어지는 층상 액체(200)를, 분사구(31)로부터 연소실(17) 내로 분사한다.As shown in FIG. 4 , the
상세하게는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(30)는, 전술한 바와 같이 구성된 분사구(31)와, 이 분사구(31)로 통하는 2개의 내부 경로(32, 33)와, 2개의 체크 밸브(34a, 34b)를 구비한다.Specifically, as shown in FIG. 4 , the
2개의 내부 경로(32, 33) 중 한쪽의 내부 경로(32)는, 주로 연료를 유통시키기 위한 경로이고, 연료 분사관(42)의 분기관(42a)과 분사구(31)를 접속한다. 이하, 한쪽의 내부 경로(32)를 "제 1 내부 경로(32)"로 호칭한다. 이 제 1 내부 경로(32)에는, 상류측 주입 계통(60)의 상류측 주입관(62)(구체적으로는, 상류측 주입관(62)의 분기관(62a))이, 체크 밸브(34a)를 개재하고 접속된다. 상류측 주입관(62)은, 제 2 주입 펌프(61)로부터 연장되고, 이 제 2 주입 펌프(61)로부터 압송된 요소수를 유통시키는 배관이다. 따라서, 제 1 내부 경로(32)에는, 연료뿐만 아니라 상류측 주입관(62)으로부터 주입된 요소수도 흐르게 된다.One
여기서, 제 1 내부 경로(32)에 대하여 제 2 내부 경로(33)가 접속되는 부위는, 연료 경로(L)에 있어서, 하류측 주입 계통(50)에 의해 요소수가 주입되는 위치를 나타낸다. 이 위치는, 전술한 "제 1 주입 위치(P1)"와 동등하다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 2 주입 위치(P2)는, 연료 경로(L)에서 제 1 주입 위치(P1)보다 상류측에 형성된다. 그리고, 여기서 말하는 "상류측"이란, 연료의 유통 방향의 상류측을 나타낸다. 또한, "연료의 유통 방향"이란, 연료 펌프(41)로부터 연료 분사관(42) 등을 개재하고 분사구(31)를 향하는 방향을 나타낸다.Here, the portion where the second
2개의 체크 밸브(34a, 34b) 중 한쪽의 체크 밸브(34a)는, 상류측 주입 계통(60)으로부터 제 1 내부 경로(32)를 향하는 요소수의 유통을 허용함과 더불어, 그 요소수의 역류를 방지한다. 다른 쪽의 체크 밸브(34b)는, 제 2 내부 경로(33)의 도중 부위에 형성된다. 이 다른 쪽의 체크 밸브(34b)는, 하류측 주입 계통(50)으로부터 제 2 내부 경로(33)를 경유하여 제 1 내부 경로(32)를 향하는 요소수의 유통을 허용함과 더불어, 그 요소수의 역류를 방지한다.One of the
(압송 계통(40))(Pressure system (40))
압송 계통(40)은, 연료 분사 밸브(30)로 연료를 압송하기 위한 설비이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 압송 계통(40)은, 연료 펌프(41)와, 연료 분사관(42)과, 제어 밸브(45)를 구비한다.The
연료 펌프(41)는, 작동유의 압력을 이용하여 연료를 압송하는 유압구동식 펌프이다. 상세하게는, 연료 펌프(41)는, 배관 등을 통하여, 연료가 저류된 연료 탱크(도시하지 않음)와 접속되고, 이 연료 탱크로부터 연료를 공급 받는다. 연료 펌프(41)는, 연료 탱크로부터 공급 받은 연료를, 연료 분사관(42)을 통하여 연료 분사 밸브(30)로 압송한다. 또한, 연료 펌프(41)의 압송 작용은, 연료 분사 밸브(30)가 연료 및 요소수를 층상 분사할 수 있게도 한다.The
연료 분사관(42)은, 연료 펌프(41)와 연료 분사 밸브(30) 사이에서 연료를 유통시키기 위한 배관이다. 예를 들어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연료 분사관(42)의 일측 끝단부는, 연료 펌프(41)의 토출구에 접속된다. 또한, 연료 분사관(42)의 중간부에는, 분기부(43)가 형성된다. 연료 분사관(42)은, 이 분기부(43)로부터 타측 끝단부를 향하여 복수의 분기관으로 분기된다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 연료 분사관(42)은, 분기부(43)로부터 3개의 분기관(42a, 42b, 42c)으로 분기된다. 이들 분기관(42a, 42b, 42c) 중, 제 1 분기관(42a)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 하나의 연료 분사 밸브(30)의 제 1 내부 경로(32)에 접속된다. 연료 분사관(42)은, 분기관(42a)을 개재하고, 이 연료 분사 밸브(30)의 제 1 내부 경로(32)와 연료 펌프(41)를 연통시킨다. 이와 마찬가지로, 나머지 분기관(42b, 42c)은, 각각, 다른 연료 분사 밸브(30)에 접속된다.The
제어 밸브(45)는, 축압부(81)로부터 연료 펌프(41)로 작동유가 공급되는 것을 제어하기 위한 밸브이다. 구체적으로, 제어 밸브(45)는, 솔레노이드밸브(solenoid valve) 등의 전동식 개폐 밸브에 의해 구성되고, 도시하지는 않지만, 제어 밸브(34)에 의해 구동되는 로직 밸브의 개폐에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연료 펌프(41)와 축압부(81)가 연통 가능하게 배치된다. 제어 밸브(45)는, 연료를 분사하는 기간(이하, 단순히 "분사 기간"이라고 함)에 개방 상태가 되어, 축압부(81) 내의 작동유를 연료 펌프(41)에 공급한다. 연료 펌프(41)는, 이 공급된 작동유의 압력을 이용하여, 연료 분사 밸브(30)로 연료를 압송한다. 한편, 제어 밸브(45)는, 연료의 분사 기간 이외의 기간에 폐쇄 상태가 되어, 축압부(81)로부터 연료 펌프(41)로 작동유가 공급되는 것을 정지한다. 이러한 제어 밸브(45)의 개폐는, 제어부(92)에 의해 제어된다.The control valve 45 is a valve for controlling supply of hydraulic oil from the
(하류측 주입 계통(50))(Downstream injection system (50))
하류측 주입 계통(50)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전술한 제 1 주입 펌프(51)와, 하류측 주입관(52)과, 체크 밸브(54)와, 제 1 제어 밸브(55)를 구비한다. 하류측 주입 계통(50)은, 본 실시형태의 "제 1 주입 계통"의 예시이다.The
제 1 주입 펌프(51)는, 작동유의 압력을 이용하여 요소수를 주입하는 유압구동식 펌프이다. 상세하게는, 제 1 주입 펌프(51)는, 공급관(72) 등을 통하여, 요소수 공급 펌프(71)로부터 요소수를 공급 받는다. 제 1 주입 펌프(51)는, 이 공급 받은 요소수를 압송한다. 제 1 주입 펌프(51)로부터 압송된 요소수는, 하류측 주입관(52) 및, 연료 분사 밸브(30)의 제 2 내부 경로(33)를 통하여, 당해 연료 분사 밸브(30)의 제 1 내부 경로(32)에 이른다. 이와 같이 하여, 제 1 주입 펌프(51)는, 연료 경로(L)의 제 1 주입 위치(P1)에 요소수를 주입한다.The
하류측 주입관(52)은, 제 1 주입 펌프(51)에 의해 연료 경로(L)에 주입되는 요소수를 유통시키기 위한 배관이다. 예를 들어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 하류측 주입관(52)의 일측 끝단부는, 제 1 주입 펌프(51)의 토출구에 접속된다. 또한, 하류측 주입관(52)의 중간부에는, 분기부(53)가 형성된다. 하류측 주입관(52)은, 이 분기부(53)로부터 타측 끝단부를 향하여 복수의 분기관으로 분기된다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 하류측 주입관(52)은, 분기부(53)로부터 3개의 분기관(52a, 52b, 52c)으로 분기된다. 이들 분기관(52a, 52b, 52c) 중, 제 1 분기관(52a)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 하나의 연료 분사 밸브(30)의 제 2 내부 경로(33)에 접속된다. 하류측 주입관(52)은, 분기관(52a)을 개재하고, 이 연료 분사 밸브(30)의 제 2 내부 경로(33)와 제 1 주입 펌프(51)를 연통시킨다. 이와 마찬가지로, 나머지 분기관(52b, 52c)은, 각각 다른 연료 분사 밸브(30)에 접속된다.The
체크 밸브(54)는, 하류측 주입관(52)에서의 요소수 유통 방향을 일방향으로 규제하고, 요소수의 역류를 방지하기 위한 밸브이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 체크 밸브(54)는, 하류측 주입관(52)의 중간 부위, 예를 들어 제 1 주입 펌프(51)와 분기부(53) 사이의 부위에 배치된다. 체크 밸브(54)는, 제 1 주입 펌프(51)로부터 분기부(53)를 경유하여 제 2 내부 경로(33)를 향하는 요소수의 유통을 허용함과 더불어, 그 요소수의 역류를 방지한다.The
제 1 제어 밸브(55)는, 축압부(81)로부터 제 1 주입 펌프(51)로 작동유가 공급되는 것을 제어하기 위한 밸브이다. 구체적으로는, 제 1 제어 밸브(55)는, 전자 밸브 등의 전동식 개폐 밸브에 의해 구성되고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 주입 펌프(51)와 축압부(81)가 연통 가능하게 배치된다. 제 1 제어 밸브(55)는, 제 1 주입 펌프(51)로부터 압송되는 요소수가 연료 경로(L)에 주입되는 기간(이하, "제 1 주입 기간"이라고 함)에 개방 상태가 되어, 축압부(81) 내의 작동유를 제 1 주입 펌프(51)에 공급한다. 제 1 주입 펌프(51)는, 이 공급된 작동유의 압력을 이용하여, 연료 경로(L)의 제 1 주입 위치(P1)로 요소수를 압송하여 주입한다. 한편, 제 1 제어 밸브(55)는, 하류측 주입 계통(50)에 의한 제 1 주입 기간 이외의 기간에 폐쇄 상태가 되어, 축압부(81)로부터 제 1 주입 펌프(51)로 작동유가 공급되는 것을 정지한다. 이러한 제 1 제어 밸브(55)의 개폐는, 제어부(92)에 의해 제어된다.The first control valve 55 is a valve for controlling supply of hydraulic oil from the
(상류측 주입 계통(60))(Upstream injection system (60))
상류측 주입 계통(60)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전술한 제 2 주입 펌프(61)와, 상류측 주입관(62)과, 체크 밸브(64)와, 제 2 제어 밸브(65)를 구비한다. 상류측 주입 계통(60)은, 본 실시형태의 "제 2 주입 계통"의 예시이다.As shown in FIG. 4 , the
제 2 주입 펌프(61)는, 작동유의 압력을 이용하여 요소수를 주입하는 유압구동식 펌프이다. 상세하게는, 제 2 주입 펌프(61)는, 공급관(72) 등을 통하여, 요소수 공급 펌프(71)로부터 대체 연료를 공급 받는다. 제 2 주입 펌프(61)는, 이 공급 받은 요소수를 압송한다. 제 2 주입 펌프(61)로부터 압송된 요소수는, 상류측 주입관(62)을 통하여, 연료 분사 밸브(30)의 제 1 내부 경로(32)에 이른다. 이와 같이, 제 2 주입 펌프(61)는, 연료 경로(L)의 제 2 주입 위치(P2)에, 요소수를 주입한다.The
상류측 주입관(62)은, 제 2 주입 펌프(61)에 의해 연료 경로(L)에 주입되는 요소수를 유통시키기 위한 배관이다. 예를 들어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상류측 주입관(62)의 일측 끝단부는, 제 2 주입 펌프(61)의 토출구에 접속된다. 또한, 상류측 주입관(62)의 중간부에는, 분기부(63)가 형성된다. 상류측 주입관(62)은, 이 분기부(63)로부터 타측 끝단부를 향하여 복수의 분기관으로 분기된다. 구체적으로, 본 실시형태에 따른 상류측 주입관(62)은, 분기부(63)로부터 3개의 분기관(62a, 62b, 62c)으로 분기된다. 이들 분기관(62a, 62b, 62c) 중, 제 1 분기관(62a)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 체크 밸브(34a)를 개재하고 하나의 연료 분사 밸브(30)의 제 1 내부 경로(32)에 접속된다. 상류측 주입관(62)은, 분기관(62a)을 개재하고, 이 연료 분사 밸브(30)의 제 1 내부 경로(32)와 제 2 주입 펌프(61)를 연통시킨다. 이와 마찬가지로, 나머지 분기관(62b, 62c)은 각각, 다른 연료 분사 밸브(30)에 접속된다.The
체크 밸브(64)는, 상류측 주입관(62)에서의 요소수 유통 방향을 일방향으로 규제하고, 요소수의 역류를 방지하기 위한 밸브이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 체크 밸브(64)는, 상류측 주입관(62)의 중간 부위, 예를 들어 제 2 주입 펌프(61)와 분기부(63) 사이의 부위에 배치된다. 체크 밸브(64)는, 제 2 주입 펌프(61)로부터 분기부(63)를 경유하여 제 1 내부 경로(32)를 향하는 요소수의 유통을 허용함과 더불어, 그 요소수의 역류를 방지한다.The
제 2 제어 밸브(65)는, 축압부(81)로부터 제 2 주입 펌프(61)로 작동유가 공급되는 것을 제어하기 위한 밸브이다. 구체적으로는, 제 2 제어 밸브(65)는, 전자 밸브 등의 전동식 개폐 밸브에 의해 구성되고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 2 주입 펌프(61)와 축압부(81)가 연통 가능하게 배치된다. 제 2 제어 밸브(65)는, 제 2 주입 펌프(61)로부터 압송되는 요소수가 연료 경로(L)에 주입되는 기간(이하, "제 2 주입 기간"이라고 함)에 개방 상태가 되어, 축압부(81) 내의 작동유를 제 2 주입 펌프(61)에 공급한다. 제 2 주입 펌프(61)는, 이 공급된 작동유의 압력을 이용하여, 연료 경로(L)의 제 2 주입 위치(P2)로 요소수를 압송하여 주입한다. 한편, 제 2 제어 밸브(65)는, 상류측 주입 계통(60)에 의한 제 2 주입 기간 이외의 기간에 폐쇄 상태가 되어, 축압부(81)로부터 제 2 주입 펌프(61)로 작동유가 공급되는 것을 정지한다. 이러한 제 2 제어 밸브(65)의 개폐는, 제어부(92)에 의해 제어된다.The
(요소수 공급 펌프(71))(Urea water supply pump (71))
요소수 공급 펌프(71)는, 연료 경로(L)에 주입되는 요소수를, 제 1 주입 펌프(51) 및 제 2 주입 펌프(61)에 공급하기 위한 펌프이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 요소수 공급 펌프(71)는, 공급관(72) 등을 개재하고 제 1 주입 펌프(51) 및 제 2 주입 펌프(61)와 연통 가능하게 접속된다.The urea
구체적으로, 공급관(72)의 일측 끝단부는 요소수 공급 펌프(71)에 접속되고, 공급관(72)의 타측 끝단부는 2개로 분기되어 제 1 주입 펌프(51) 및 제 2 주입 펌프(61)에 접속된다. 상세하게는, 공급관(72)은, 그 중간 부위에서 분기관(72a, 72b)으로 분기된다. 공급관(72)으로부터 분기된 한쪽 분기관(72a)은, 체크 밸브(73a)를 개재하고 제 1 주입 펌프(51)에 접속된다. 분기된 다른 한쪽 분기관(72b)은, 체크 밸브(73b)를 개재하고 제 2 주입 펌프(61)에 접속된다.Specifically, one end of the
본 실시형태에 따른 요소수 공급 펌프(71)는, 요소수를 저류하는 탱크(도시하지 않음)와 접속되고, 이 탱크에 저류되어 있는 요소수를, 분기관(72a, 72b) 등을 통하여 제 1 주입 펌프(51)와 제 2 주입 펌프(61)에 공급한다.The urea
체크 밸브(73a)는, 요소수 공급 펌프(71)로부터 제 1 주입 펌프(51)를 향하는 요소수의 유통을 허용함과 더불어, 그 요소수의 역류를 방지한다. 체크 밸브(73b)는, 대체 연료 공급 펌프(71)로부터 제 2 주입 펌프(61)를 향하는 요소수의 유통을 허용함과 더불어, 그 요소수의 역류를 방지한다.The
(축압부(81))(Pressure accumulator 81)
축압부(81)는, 압송 계통(40) 및 주입 계통(50, 60)을 각각 작동시키는 작동유를 축압하는 것이다. 축압부(81)는, 작동유를 저장 가능한 축압실을 구비하는 중공의 구조체이고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 고압 펌프(82)와 접속된다. 축압부(81)는, 고압 펌프(82)로부터 압송된 작동유를 저류하여, 이를 축압한다. 축압부(81)에서의 작동유의 압력은, 고압 펌프(82)로부터 축압부(81)로 토출되는 작동유의 토출량에 따라 조정된다. 축압부(81)에서의 작동유의 압력은, 압송 계통(40)의 연료 펌프(41)와, 하류측 주입 계통(50)의 제 1 주입 펌프(51)와, 상류측 주입 계통(60)의 제 2 주입 펌프(61)에서 공유된다.The
(검출부(91))(detection unit 91)
검출부(91)는, 엔진(1)의 크랭크각을 검출하는 것이다. 본 실시형태에 따른 검출부(91)는, 피스톤(21)의 1사이클의 왕복 운동에 수반하여 회전하는 크랭크(27)의 회전 각도(이른바 "크랭크각")를 검출한다. 그때, 검출부(91)는, 크랭크(27)의 기준 상태로부터의 회전 각도를 크랭크각으로서 검출한다. 여기서, 크랭크(27)의 기준 상태로는, 예를 들어, 피스톤(21)이 하사점 또는 상사점에 위치할 때의 크랭크(27) 상태 등을 들 수 있다. 검출부(91)는, 시간의 경과에 따라 변화하는 크랭크각을 검출하고, 그때마다, 검출한 크랭크각을 나타내는 전기 신호를 제어부(92)에 송신한다.The
(제어부(92))(control unit 92)
제어부(92)는, 압송 계통(40)의 제어 밸브(45), 하류측 주입 계통(50)의 제 1 제어 밸브(55), 및 상류측 주입 계통(60)의 제 2 제어 밸브(65)의 개폐를 제어한다. 이로써, 제어부(92)는, 연료 분사 밸브(30)에 의한 층상 분사 타이밍과, 하류측 주입 계통(50)이 요소수를 주입하는 타이밍과, 상류측 주입 계통(60)이 요소수를 주입하는 타이밍을 제어할 수 있다.The
여기서, 본 실시형태에 있어서, 연료 분사 밸브(30)에 의한 층상 분사 타이밍은, 연료 분사 밸브(30)로부터 연소실(17)로, 연료 및 요소수를 층상 분사하는 타이밍을 의미한다.Here, in this embodiment, the layered injection timing by the
또한, 하류측 주입 계통(50)이 요소수를 주입하는 타이밍에는, 하류측 주입 계통(50)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍과, 하류측 주입 계통(50)이 요소수의 주입을 종료하는 타이밍이 포함된다. 마찬가지로, 상류측 주입 계통(60)이 요소수를 주입하는 타이밍에는, 상류측 주입 계통(60)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍과, 상류측 주입 계통(60)이 요소수의 주입을 종료하는 타이밍이 포함된다.In addition, the timing at which the
구체적으로, 제어부(92)는, 각종 프로그램을 실행시키기 위한 CPU, 메모리, 및 PLC(programmable logic controller) 등에 의해 구성된다. 제어부(92)는, 검출부(91)로부터 전기 신호를 수신하고, 수신한 전기 신호가 나타내는 크랭크각이 소정의 회전 각도가 되는 타이밍에 개방 상태가 되도록, 압송 계통(40)의 제어 밸브(45)의 개폐를 제어한다. 제어부(92)는, 제어 밸브(45)의 제어를 통하여, 연료 펌프(41)가 작동하는 타이밍을 제어한다. 이로써, 제어부(92)는, 연료 분사 밸브(30)에 의한 층상 분사 타이밍을 제어한다.Specifically, the
특히, 본 실시형태에 따른 제어부(92)는, 층상 분사 타이밍에 있어서 연소실(17)에 분사되는 연료 및 요소수 중, 연료로 이루어지는 층과, 요소수로 이루어지는 층이 양쪽 모두 2층 이상이 되도록, 주입 계통(50, 60)을 제어한다.In particular, the
이 층상 분사 타이밍에서는, 연료 펌프(41)에 의해 연료 경로(L)로 압송된 연료 중 엔진 부하에 따른 필요량의 연료와, 제 1 주입 펌프(51)에 의해 연료 경로(L)의 제 1 주입 위치(P1)에 주입된 요소수와, 제 2 주입 펌프(61)에 의해 연료 경로(L)의 제 2 주입 위치(P2)에 주입된 요소수가, 연료 펌프(41)의 압송 작용에 의해 연료 분사 밸브(30)로부터 연소실(17)로 층상 분사된다.At this layered injection timing, a required amount of fuel according to the engine load among the fuel pumped to the fuel path L by the
그 결과, 본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 연료 펌프(41)에 의해 압송되는 연료, 하류측 주입 계통(50)에 의해 주입되는 요소수, 연료 펌프(41)에 의해 압송되는 연료, 상류측 주입 계통(60)에 의해 주입되는 요소수, 및 연료 펌프(41)에 의해 압송되는 연료가, 상기 순서로 나열되어 이루어지는 층상 액체(200)를, 연소실(17) 내에 분사하게 된다. 그 후, 도 2 및 도 4에 예시하는 연료 경로(L)는, 분사되지 않고 남은 연료로 가득찬 상태가 된다.As a result, the
또한, 제어부(92)는, 전술한 연료 및 요소수의 층상 분사 타이밍 이외의 기간에서는, 연료로 가득찬 상태에 있는 연료 경로(L), 특히, 연료 경로(L)의 제 1 주입 위치(P1) 및 제 2 주입 위치(P2) 각각에 요소수를 주입하도록, 하류측 주입 계통(50)이 요소수를 주입하는 타이밍 및 상류측 주입 계통(60)이 요소수를 주입하는 타이밍을 제어한다.In addition, the
이때, 제어부(92)는, 엔진(1)의 부하(이하, 단순히 "엔진 부하"라고 함)에 따라, 하류측 주입 계통(50)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍과, 상류측 주입 계통(60)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍을 제어한다.At this time, according to the load of the engine 1 (hereinafter simply referred to as "engine load"), the
상세하게는, 제어부(92)는, 엔진 부하에 기초하여 소정의 대기 시간을 산출함과 더불어, 산출된 대기 시간분만큼, 하류측 주입 계통(50)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍을, 상류측 주입 계통(60)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍보다 늦게 한다.Specifically, the
더 상세하게는, 제어부(92)는, 엔진 부하에도 불구하고, 하류측 주입 계통(50)에 의한 요소수의 주입량과, 상류측 주입 계통(60)에 의한 요소수의 주입량의 비가 일정해지도록, 하류측 주입 계통(50) 및 상류측 주입 계통(60)을 제어한다.In more detail, the
또한, 제어부(92)는, 층상 액체(200)에 있어서, 하류측 주입 계통(50)에 의해 형성되는 요소수의 층과, 상류측 주입 계통(60)에 의해 형성되는 요소수의 층 사이에 위치하는 연료층의 양이, 엔진 부하에 따라 정해지는 연료 분사량(연료의 1회당 분사량)에 대하여 일정한 비율이 되도록, 하류측 주입 계통(50)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍과, 상류측 주입 계통(60)이 요소수의 주입을 개시하는 타이밍을 제어한다.In addition, in the layered
(3) 연료 분사 밸브 배치의 구체예(3) Specific example of fuel injection valve arrangement
도 5는, 실린더 커버(15)를 상방에서 보고 예시하는 도면이다. 이하, 도 5의 도면 상측을 "우"로 호칭하고, 도면 하측을 "좌"로 호칭하며, 도면 좌측을 "전"으로 호칭하고, 도면 우측을 "후"로 호칭한다. 또한, 도 1 및 도 2의 상하 방향은, 도 5의 도면을 관통하는 방향에 상당한다.5 : is a figure which sees and exemplifies the
전술한 바와 같이, 3개의 연료 분사 밸브(30)는, 실린더(16)의 둘레 방향을 따라, 배기 밸브(18)를 둘러싸도록 배치됨과 동시에, 각각, 밸브 부재(101, 102, 103)끼리의 사이 공간에 배치된다. 이하, 이러한 배치의 구체예에 대하여, 도 5를 이용하여 설명한다.As described above, the three
도 5에 예시하는 바와 같이, 실린더 커버(15)의 중앙부에는, 배기 밸브(18)를 이루는 구동기구(18c) 및 체결 부재(18d)가 배치된다. 구체적으로, 체결 부재(18d)는, 좌우 방향으로 연장되며, 또, 상하 방향으로 두께를 갖는 두꺼운 판상으로 형성되고, 좌우 한쌍의 체결구(18F, 18A)에 의해 실린더 커버(15)의 상면에 고정된다. 좌우 한쌍의 체결구(18F, 18A)는, 각각, 상하 방향으로 연장되는 축 형상 부재이다. 체결 부재(18d)의 상면에는, 구동기구(18c)가 배치된다. 구체적으로, 체결 부재(18d)의 좌우 방향의 중앙부 상면에, 구동기구(18c)가 탑재된다.As illustrated in FIG. 5 , in the central portion of the
실린더 커버(15)의 상면에는, 전술한 배기관(19)이 접속된다. 구체적으로, 이 배기관(19)은, 실린더 커버(15)의 상면으로부터 우향으로 연장된다.The
또한, 3개의 연료 분사 밸브(30) 중 제 1 분사 밸브(30A)는, 실린더 커버(15) 상면의 우측 경사진 후측에 배치되고, 제 2 분사 밸브(30B)는, 실린더 커버(15) 상면의 우측 경사진 전측에 배치되고, 제 3 분사 밸브(30C)는, 실린더 커버(15) 상면의 좌측에 배치된다.Further, among the three
그리고, 복수의 밸브 부재(101, 102, 103) 중 안전 밸브(102)는, 실린더 커버(15) 상면의 좌측 경사진 전측에 배치되고, 인디케이터 밸브(103)는, 실린더 커버(15) 상면의 좌측 경사진 후측에 배치된다.And, the
여기서, 3개의 연료 분사 밸브(30) 각각에 접속되는 분기관(42a, 52a, 62a, 42b, 52b, 62b, 42c, 52c, 62c)은, 연료 분사 밸브(30)마다 다발로 구성되며, 모두, 도 5의 왼쪽에서 오른쪽을 향하여 연장된다.Here, the
이 중, 제 3 분사 밸브(30C)에 접속되는 분기관(42c, 52c, 62c)을 "제 3 분기관(35C)"으로 호칭하면, 이 제 3 분기관(35C)은, 대략 좌우 방향을 따라 연장되고, 그 우측 끝단부가 제 3 분사 밸브(30C)에 접속된다.Among these, when the
한편, 제 1 분사 밸브(30A)에 접속되는 분기관(42a, 52a, 62a)을 "제 1 분기관(35A)"으로 호칭하면, 이 제 1 분기관(35A)은, 인디케이터 밸브(103)의 바로 위쪽을 통과하면서, 배기 밸브(18)(구체적으로는, 배기 밸브(18)의 체결 부재(18d) 및 체결구(18A))를 후측에서 우회하도록 연장된다.On the other hand, if the
구체적으로, 제 1 분기관(35A)은, 대략 좌우 방향을 따라 연장된 후, 우측 경사진 후방으로 휘어지며 연장된다. 이때, 제 1 분기관(35A)은, 인디케이터 밸브(103)의 바로 위쪽을 통과하게 된다. 그 후, 제 1 분기관(35A)은, 배기 밸브(18)의 후측 끝단부(구체적으로는, 배기밸브(18)의 체결구(18A)) 부근 부위에서 우측 경사진 전방으로 다시 휘어지고, 제 1 분사 밸브(30A)에 접속된다.Specifically, the first branch pipe 35A extends approximately in the left-right direction, and then extends while being bent backwards inclined to the right. At this time, the first branch pipe 35A passes directly above the
또한, 제 2 분사 밸브(30B)에 접속되는 분기관(42b, 52b, 62b)을 "제 2 분기관(35B)"으로 호칭하면, 이 제 2 분기관(35B)은, 안전 밸브(102)의 바로 위쪽을 통과하면서, 배기 밸브(18)(구체적으로는, 배기 밸브(18)의 체결 부재(18d) 및 체결구(18F))를 전측에서 우회하도록 연장된다.In addition, when the
구체적으로, 제 2 분기관(35B)은, 대략 좌우 방향을 따라 연장된 후, 우측 경사진 전방으로 휘어지며 연장된다. 이때, 제 2 분기관(35B)은, 안전 밸브(102)의 바로 위쪽을 통과하게 된다. 그 후, 제 2 분기관(35B)은, 배기 밸브(18)의 전측 끝단부(구체적으로는, 배기밸브(18)의 체결구(18F)) 부근의 부위에서 우측 경사진 후방으로 다시 휘어지며 연장되고, 제 2 분사 밸브(30B)에 접속된다.Specifically, the
여기서, 제 1 분기관(35A), 제 2 분기관(35B), 및 제 3 분기관(35C)의 높이 위치는, 대략 동일하게 설정된다. 구체적으로, 제 1 분기관(35A) 중, 배기 밸브(18), 특히 체결구(18A)를 후측에서 우회하는 부위의 높이 위치는, 이 체결구(18A)와 대략 동일하다. 마찬가지로, 제 2 분기관(35B) 중, 배기 밸브(18), 특히 체결구(18F)를 전측에서 우회하는 부위의 높이 위치는, 이 체결구(18F)와 대략 동일하다.Here, the height positions of the first branch pipe 35A, the
(4) 연료 분사 밸브 배치에 있어서 특유의 효과(4) Specific effects in fuel injection valve arrangement
이상 설명할 바와 같이, 복수의 연료 분사 밸브(30)는, 모두 연료와 요소수를 층상 분사하도록 구성된다. 따라서, 연료 분사 밸브(30)와 더불어, 요소수 전용 분사 밸브를 준비할 필요가 없어지므로, 연소실(17)의 실내에서, 부품을 배치하기 위한 공간을 충분히 확보할 수 있다.As described above, all of the plurality of
또한, 도 2에 예시한 바와 같이, 연료와 요소수를 층상 분사함으로써, 연료가 분사되는 위치와 요소수가 분사되는 위치가 근접하므로, 질소산화물을 효과적으로 제거할 수도 있다.In addition, as illustrated in FIG. 2 , by layered injection of fuel and urea water, the position at which the fuel is injected and the position at which the urea water is injected are close to each other, so that nitrogen oxides can be effectively removed.
또한, 도 3에 예시한 바와 같이, 밸브 부재(101, 102, 103)끼리의 사이 공간에 각 연료 분사 밸브(30)를 배치함으로써, 각 밸브 부재(101, 102, 103)와의 간섭을 초래하는 일 없이, 각 연료 분사 밸브(30)를 배치할 수 있다. 이는, 연료 분사 밸브(30)를 적절히 배치하는 데 있어서 유효하다.In addition, as illustrated in FIG. 3 , by arranging each
(5) 그 밖의 실시형태(5) Other embodiments
상기 실시형태에서는, 실린더(16)마다 3개의 연료 분사 밸브(30)를 구비한 연료 분사 장치(100)를 예시하였으나, 본 개시는 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 연료 분사 밸브(30)는, 2개 이상의 임의의 수로 하여도 된다.In the above embodiment, the
또한 상기 실시형태에서는, 시동 밸브(101), 안전 밸브(102), 및 인디케이터 밸브(103)는, 배기 밸브(18)를 중심으로, 실린더 커버(15)에서 대략 120°씩 등간격으로 배치되었으나, 본 개시는, 이러한 배치에 한정되지 않는다. 실린더 커버(15)의 치수 등에 따라, 다른 배치를 채용하여도 된다.In addition, in the above embodiment, the starting
또한 상기 실시형태에서는, 연료 분사 밸브(30)는, 그 길이 방향이 실린더(16)의 직경 방향을 따르도록 배치되었으나, 본 개시는 이러한 배치에 한정되지 않는다. 예를 들어, 실린더(16)의 직경 방향에 대하여 경사지게 배치하여도 된다.Further, in the above embodiment, the
1 : 엔진(선박용 디젤 엔진)
15 : 실린더 커버
16 : 실린더
17 : 연소실
18 : 배기 밸브
30 : 연료 분사 밸브
31 : 분사구
32 : 제 1 내부 경로(연료 경로)
41 : 연료 펌프
42 : 연료 분사관(연료 경로)
42a : 분기관(연료 경로)
50 : 하류측 주입 계통(주입 계통)
60 : 상류측 주입 계통(주입 계통)
92 : 제어부
101 : 시동 밸브(밸브 부재)
102 : 안전 밸브(밸브 부재)
103 : 인디케이터 밸브(밸브 부재)
B : 실린더의 둘레 방향1: Engine (Diesel engine for ships)
15: cylinder cover
16: cylinder
17: combustion chamber
18 : exhaust valve
30: fuel injection valve
31: nozzle
32: first internal path (fuel path)
41: fuel pump
42: fuel injection pipe (fuel path)
42a: branch pipe (fuel path)
50: downstream injection system (injection system)
60: upstream injection system (injection system)
92: control unit
101: starting valve (valve member)
102: safety valve (valve member)
103: indicator valve (valve member)
B: circumferential direction of the cylinder
Claims (4)
상기 연소실의 천장면을 구획하는 실린더 커버에 배치되며, 당해 연소실을 개폐하는 배기 밸브와,
상기 실린더 커버에 배치된 복수의 연료 분사 밸브를 구비하고,
상기 복수의 연료 분사 밸브는, 상기 실린더의 둘레 방향을 따라, 상기 배기 밸브를 둘러싸도록 배치되며,
상기 복수의 연료 분사 밸브는 모두, 연료와 요소수를 층상 분사하도록 구성되는
것을 특징으로 하는 선박용 디젤 엔진.a cylinder partitioning the combustion chamber;
an exhaust valve disposed on a cylinder cover defining a ceiling surface of the combustion chamber and opening and closing the combustion chamber;
a plurality of fuel injection valves disposed on the cylinder cover;
The plurality of fuel injection valves are arranged to surround the exhaust valve along a circumferential direction of the cylinder,
All of the plurality of fuel injection valves are configured to inject fuel and urea water in layers
Marine diesel engine, characterized in that.
상기 실린더 커버에 배치되며, 상기 둘레 방향을 따라 나열된 복수의 밸브 부재를 구비하고,
상기 복수의 연료 분사 밸브는 각각, 상기 밸브 부재끼리의 사이 공간에 배치되는
것을 특징으로 하는 선박용 디젤 엔진.The method of claim 1,
It is disposed on the cylinder cover and has a plurality of valve members arranged along the circumferential direction,
Each of the plurality of fuel injection valves is disposed in a space between the valve members.
Marine diesel engine, characterized in that.
상기 복수의 밸브 부재는, 상기 연소실에 공기를 공급하기 위한 시동 밸브와, 상기 연소실로부터 압력을 배출하기 위한 안전 밸브와, 상기 연소실의 연소 상황을 검출하기 위한 인디케이터 밸브를 구비하는
것을 특징으로 하는 선박용 디젤 엔진.3. The method of claim 2,
The plurality of valve members include a starting valve for supplying air to the combustion chamber, a safety valve for discharging pressure from the combustion chamber, and an indicator valve for detecting a combustion state of the combustion chamber.
Marine diesel engine, characterized in that.
상기 연료 분사 밸브는, 연료 및 요소수를 분사하기 위한 분사구를 구비하며,
상기 선박용 디젤 엔진은,
상기 연료 분사 밸브를 향하여 연료를 압송하는 연료 펌프와,
상기 연료 펌프로부터 상기 분사구에 이르는 연료 경로와,
상기 연료 경로에서의 소정 위치에 요소수를 주입하는 주입 계통과,
상기 주입 계통을 제어하는 제어부를 추가로 구비하고,
상기 연료 분사 밸브는, 상기 연료 펌프에 의해 압송되는 연료와, 상기 주입 계통에 의해 주입되는 요소수가, 번갈아 나열되어 이루어지는 층상 액체를 분사하는
것을 특징으로 하는 선박용 디젤 엔진.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The fuel injection valve includes an injection port for injecting fuel and urea water,
The marine diesel engine,
a fuel pump for pumping fuel toward the fuel injection valve;
a fuel path from the fuel pump to the injection port;
an injection system for injecting urea water to a predetermined position in the fuel path;
Further comprising a control unit for controlling the injection system,
The fuel injection valve injects a layered liquid in which the fuel pumped by the fuel pump and the urea water injected by the injection system are alternately arranged.
Marine diesel engine, characterized in that.
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