KR940001920B1 - 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진 및 연료 공급 방법 - Google Patents

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오비탈 엔진 캄파니 프로프라이어터리 리미티드
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Abstract

내용 없음.

Description

2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진 및 연료 공급 방법
제1도는 실린더 충전에 크랭크실 압축을 채용하는 2행정 사이클 왕복 엔진의 단일 실린더 및 피스톤의 단면도.
제2도는 면2-2를 따라 취한 제1도 엔진의 직경단면도.
제3도는 분사 노즐 축의 방향에서 본 연료 분무형태의 다이어그램도.
제4도는 제3도에 도시된 방향 A에서 본 연료 분무를 도시한 것으로서 제3도와 유사한 다이어그램도.
제5도 및 제6도는 제3도 및 제4도에 각각 대응하는 방향으로 분해한 실린더내의 연료 질량 플럭스의 극성 다이어그램도.
제7도는 부착된 보조 장비를 다이어그램식으로 도시한 것으로서, 제1도 및 제2도에 도시된 엔진과 함께 사용하기에 적합한 연료 계량 및 분사 유니트의 부분 측단면도.
제8도는 제9도 및 제10도에 도시된 노즐과 관련하면서 제1도 및 제2도의 것과 유사한 엔진의 연소실 영역의 다이어그램식 부분 단면도.
제9도 및 제10도는 연소실에서 소요의 연료 분포를 얻는데 사용될 수 있는 다른 형태의 노즐에 대한 도시도.
제11도는 제7도에 도시된 분사기 유니트에 사용하기 위한 분사기 노즐로써 적합한 포핏형 밸브 및 그 시트의 부분 단면도.
제12도는 제11도 밸브의 헤드를 통한 횡단면도.
본 발명은 연료를 연소실로 직접 분사함으로써 엔진에 연료를 공급하는 것에 관한 것이다.
엔진의 배기 방출물을 규정된 한계내로 유지하기 위해 연소실내 연료를 효율적으로 분배시키는 것이 바람직하다. 배기 방출물은 저감시키는 한 방법은 연료를 연소할 충분한 공기에 연료를 노출시켜 배기중의 미연소 탄화수소의 방출을 피하는 것이다.
이러한 문제는 압축 행정시 배기구 폐쇄의 늦은 타이밍 때문에 2행정 사이클로 작동하는 엔진에 더욱 현저하다. 만일 연료가 배기구의 최종 폐쇄전 중요한 시간에서 공급된다면, 약간의 새로운 연료가 특히 낮은 엔진속도에서 배기로 빠져나갈 수 있다. 그러나, 배기구가 완전히 폐쇄된 후까지 분사가 지연된다면, 연료를 공급해서 점화전 연소실내 연료의 효율적인 분산을 얻는데 유용한 한계 시간이 존재한다. 이것은 높은 연료 공급비에서, 특히 더욱더 제한을 가하는 고 엔진 속도에서 중요하다.
또 노즐로부터 연소실로 가는 연료 소적의 분무 특성은 연료 연소실의 효율에 주영향을 미치고, 엔진 작동의 안정성, 연료 효율 및 배기 방출물에 영향을 미친다.
불꽃 점화 엔진에서 이러한 특징들을 최적화 하기 위하여, 노즐로부터 나오는 연료 분무 형태의 바람직한 특성은 작은 연료 소적 크기, 연료 분무의 연소실로의 조절된 침투 및 적어도 낮은 엔진 부하에서 점화 플러그 부근의 비교적 농한 혼합물을 포함한다. 특히 엔진 배기의 유해 성분을 조절함에 있어서, 다수의 다른 변수에 맞추기 위해서 연소실에서 가스 충전물내의 연료 배치를 조절하는 것이 바람직하다. 이상적으로는 최종 연료-공기 혼합물이 점화 플러그에서 용이하게 점화할 수 있고, 모든 연료가 완전 연소시키는 충분한 공기에 접근하며, 소화되기전 화염이 모든 연료에 퍼지기에 충분한 온도에 있도록, 연료가 가스 충전물에 분포되어야 한다. 또 고려되어야 할 다른 인자, 예를 들어 이상 폭발을 조장할 수 있는 연소 온도 또는 배기 가스내의 바람직하지 못한 오염물의 형성이 있다.
그러므로, 본 발명의 주목적은 연료 경제성과 배기 방출물의 소요의 수준을 달성하게 하는 내연기관으로의 연료 공급 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 위해서, 연료성 충전물이 제공되는 실린더, 공기 실린더의 한단부를 폐쇄하면서 실린더와 통하는 케비티를 가지는 실린더 헤드, 상기 케비티내의 연소성 충전물을 점화하는 점화 수단, 상기 실린더 내에서 왕복하도록 지지되는 피스톤 및 상기 실린더 헤드로부터 축방향으로 이격된 상기 실린더 벽내의 배기구를 가지는 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진의 연료 공급 방법에 있어서, 배기구 수준과 실린더 헤드간의 위치에서의 실린더로 계량된 양의 연료를 분사하되 연료의 일부를 실린더 헤드내의 캐비티쪽 방향으로 들어가게 하고 연료의 다른 일부를 연료 분사 위치에서 실린더의 직경 평면의 반대쪽상의 실린더 부분으로 향하게 하는 연료 공급 방법이 제공된다.
편리하게는, 연료는 실린더로 뻗어가는 다수의 흐름으로 나누어지고, 상기 흐름의 하나는 캐비티에 유입하도록 실린더 헤드쪽으로 연료를 공급하고 적어도 하나의 상기 흐름은 실린더 하방과 그에 가로질러 향한다.
연료의 분사는, 엔진 실린더의 일부중에 피스톤에 의해서 노즐이 덮여지게 되는 위치에서 분사기 노즐을 통한 실린더 측벽을 통해 이루어진다.
노즐은, 다수의 세그먼트로 끊어지지 않거나 또는 나누어질 수 있는 보통 원추형의 커어튼으로서 연료를 실린더로 공급하는 형태로 되어 있다. 다른 방법으로서 노즐은 각 오리피스로부터 나오는 연료의 개개의 흐름을 가진 다수의 오리피스를 가질 수 있다. 후자의 형태에서 바람직하게 각 흐름은 원추형이다. 연속적이거나 끊어진 형태의 연료의 원추형 커어튼 또는 다수의 흐름은 120°±30°의 개선각도를 가진 원추형의 연료분배에 모두 기초를 두고 있다.
종래의 2행정 사이클 엔진은 통상 실린더 벽에 원주상으로 이격된 2개 이상의 전송구를 가지고 상기 전송구를 통해 공기가 실린더로 유입된다. 단지 하나만 존재한다면 전송구 바로 위의 위치에서, 혹은 다수의 전송구 실린더에서는 원주 방향의 다른 전송구에 대해 중앙에 보통 위치하는 주 전송구 바로 위에서 연료의 분사가 이루어진다.
양호하게는, 연료의 다수의 흐름은 실린더를 가로질러 향하고, 상향 흐름을 포함하는 실린더의 축방향 평면에 대해 갈라진다. 다수 전송구 실린더에서는 갈라지는 흐름이 각 쪽의 전송구를 통해 연료를 실린더로 들어오는 공기로 공급하도록 배열된다. 갈라지는 흐름은 분사기의 높이에서 실린더의 직경 평면에 대해 하방으로 향할 수 있다.
실린더 헤드의 캐비티로 들어오는 연료의 방향은 점화 플러그의 근방에 비교적 농한 연료-공기 혼합물을 생성하여 실린더 충전물의 준비된 점화를 보장한다. 실린더를 가로질러가는 연료는 그 연료의 일부가 전송구로부터 실린더로 들어오는 새로운 공기 충전량에 그것도 최대량의 공기에 노출되게 하여 연료의 완전한 연소를 위해 그 효율적인 혼합을 도운다.
또 하향의 일부의 연료는 고온으로 피스톤의 상면에 노출되어 공기 충전량상의 유입 연료의 퀀칭 효과를 감소시킨다.
연료가 여러 흐름으로 향하는 것은 노즐에 각 오리피스를 구비시킴으로써 달성될 수 있고, 각각은 요구되는 흐름 방향으로의 연료 흐름을 제공하도록 각 방향으로 설정된다. 각 오리피스의 연소실내의 소요의 연료 분배를 달성하고자 각 흐름으로의 연료양이 달라질 수 있도록 그 크기가 선택될 수 있다.
연료는 연료 단독으로 분사될 수 있으나, 양호하게는 공기 또는 다른 연소 보조 가스에 실려진다. 가스에 연료를 함입시킴으로써 분사 노즐을 통해 공급될 때 연료의 분무화가 조장된다.
연소실로의 연료 흐름의 침투 정도는 노즐에 공급되는 연료의 압력을 조절함으로써 제어될 수 있다. 노즐로부터 연소실로의 연료 침투 크기를 증가시키기 위해 연료 공급 압력을 증가시킬 수 있다. 연료 공급 압력 변화는 엔진 속도의 변화에 따를 수 있다. 편리하게는, 연료 공급의 압력은 선택된 엔진 속도에 달하는 엔진상의 설정량에 의해 증가된다.
한 구성에서, 분사 노즐로부터의 연료 분배 형태는 모든 연료 공급비에서도 유사하다. 다른 실시예에서, 연료 분배 형태는 엔진 속도와 부하 조건이 다름에 따라 실질상 변한다.
종래와 같이 실린더 헤드를 통하기 보다는 현재 제안되고 있는 바와같이 실린더 벽을 통해서 분사가 이루어질 때, 압축 행정중 피스톤이 실린더내에서 상승할시 분사기 노즐이 덮혀지기 전에 분사가 완료되어야 한다는 것을 알 수 있다.
그러므로, 분사기 노즐은 배기구의 상부 가장자리의 높이 위에 위치하고 이 가장자리가 엔진 사이클에서 배기구 폐쇄의 타이밍을 결정하는 것이 바람직하다. 통상의 2행정 엔진에서 전송구가 동시에 폐쇄되도록 위치되고 엔진 사이클에서 배기구 폐쇄보다 늦지 않는 것이 양호하다.
또, 배기구 폐쇄와 관련하여 분사 시기의 타이밍을 바꾸는 것이 바람직하다는 것이 밝혀지고 있다.
상기한대로, 많은 2행정 엔진은 실린더 벽에 원주상으로 이격된 2개 이상의 전송구를 가지고, 이러한 배치에 의해 실린더내의 새로운 충전물의 분포가 쉽게 얻어져 실린더의 모든 영역으로부터 배기가스의 소지가 조장된다. 전송구 배치는 보통 배기구와 직경상 반대쪽의 단일 포트로부터 보통 배기구 반대쪽 실린더 벽의 180°호에 위치하는 다수의 포트까지 변할 수 있다. 소기를 향상시키기 위하여 전송구는 유입 공기에서 실린더 헤드쪽 방향으로의 속도 성분을 제공하도록 된 형상이다.
따라서, 만일 분사 노즐이 실린더 헤드에 위치한다면, 유입 공기와 분사된 연료는 보통 반대 방향으로 이동한다. 이와같이 실린더내의 연료 분배는 방해받고, 특히 유입 공기의 역류에 기인하여 전송구쪽으로의 연료 흐름이 방해받아 전송구 바로 근방에 희박 연료가 존재하게 된다. 당연히 전송구 근방의 실린더 영역은 산화제가 풍부한 영역이고, 따라서 적절히 연료 공급이 되지 않으면 이러한 산화제는 충분히 이용되지 않는다.
상기에 대해서 고려하면, 연료 분사의 양호한 위치는 전송구(들) 위의 실린더 벽내이고, 배기구 높이와 실린더 헤드 사이이다. 이 결과 공급된 연료의 대부분은 전송구를 통해 실린더로 들어오는 공기의 통로(들)로 향하게 된다.
실린더의 같은 쪽으로부터 들어오는 공기와 연료의 이러한 배치로, 엔진의 고속 작동에서 연료는 짧은 시간내 실을 가로질러 효과적으로 전달되고, 동시에 실린더내의 연소 공간을 통해 혼합물의 분포를 얻게 된다. 따라서 이러한 배치로 연소 공간내의 균일한 충전이 이루어지고 이것은 높은 속도와 부하 성능에 바람직하다.
게다가, 실린더 헤드 케비티로 향하는 연료 흐름은 연소 개시의 영역에서 다소 성층화된 연료 충전의 이점을 제공하고, 이는 높은 속도/부하 성능상에 실제적으로 해로운 영향을 끼침이 없이 향상된 부분 부하 엔진 성능을 제공한다.
시험한 바, 분사기 노즐로부터의 분무 형태는 분사된 연료 질량의 대략 30 내지 70%가 분사기 노즐의 축을 지나는 실린더의 직경 평면 위로 향하고 나머지는 상기 평면 아래로 향하도록 되어 있음이 밝혀졌다. 실제 연료 분배는 엔진과 작동 조건이 다름에 따라 변한다. 낮은 연료 공급비에서 높은 비율의 연료가 상방으로 향하고 높은 연료 공급비에서 높은 비율이 하방으로 향하는 것에 근거하여 균형이 취해진다. 선외 박용 엔진과 같이 주로 고부하 범위에서 작동하는 엔진에서는, 실린더쪽으로 연료의 1/3이 상방으로 그리고 2/3가 하방으로 분배된다. 보통 연료의 33 내지 50%가 상기 직경 평면 상방에 공급된다. 연료는 노즐의 축에 관해 각도적으로 등간격인 3개의 흐름 형태로 노즐로부터 나오고 단지 한 흐름만이 노즐축 위로 향한다. 각 흐름은 약30°의 개선 각도를 가지는 보통 원추형으로 나올 수 있다.
연료의 다른 분배는 각 흐름간의 다른 각도 관계와 흐름의 다른 원추 각도로서 얻어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 통상 한 흐름은 노즐의 축 위로 향하고 나머지 두 흐름은 각도적인 간격으로 축 아래로 향해서 노즐축을 통한 실린더의 직경 평면 위·아래의 연료의 소요의 비율을 제공한다. 노즐에서 2개의 하향 분무간의 각도 간격은 90°와 150°사이에서 변할 수 있다.
또, 노즐의 한 실시예는 노즐로부터 축방향으로 나오면서 총 연료량의 대략 5%가 나오도록 된 크기의 또 다른 흐름을 포함한다.
상술한 세 연료 흐름으로의 분배는, 엔진 사이클에서 연료 공급의 타이밍과 공급 기간을 조정하기 위한 밸브 조절 오리피스와 오리피스 하류에 있는 노즐판을 제공함으로써 편리하게 달성될 수 있다. 노즐판은 연료 질량을 상술한 바와같이 향하는 세 흐름으로 분배하도록 일련의 구멍을 가진다. 다른 방법으로서 특수한 형상의 포핏 밸브에 의해 연료 유량을 조정하는 것도 가능하며, 상기 양 구조는 본 명세서에서 추후 상세히 기술될 것이다.
이러한 구조에서, 연료가 실린더로 들어갈 때 벽 부착 효과의 여러 가지 정도가 존재하게 된다. 벽 부착 효과는 표면 방향에서의 비교적 갑작스런 변화로 분리되는 것보다 그 표면 형상을 따르고자 표면상에 흐르는 유체의 특성이다.
분사기 노즐에서의 벽 부착 효과의 이점은 노즐을 통해 흐르는 연료의 일부를 노즐 오리피스(들)를 둘러싸는 표면을 따라 흐르도록 취해질 수 있는 점이다. 엔진 실린더의 벽에 분사기 노즐이 위치하는 구조에서, 노즐을 통해 공급도는 약간의 연료가 실린더 벽을 따라 또는 그에 평행하게, 통상 노즐축에 수직인 방향으로 흐르게 하도록 벽 부착 효과가 이용된다. 이러한 흐름은 높은 속도/부하 조건에서 작동할 때 엔진에서의 혼합물 생성에 특히 유리하다는 것이 밝혀졌고, 전송구 가까이의 유입 공기 충전물에 연료를 공급하도록 하는 그와 같은 조건하에서 바람직하다.
연료분무 분배를 기술하기 위하여 첨부 도면을 참고로 해서 분사기 노즐의 특수한 실제 배치와 최종 분무 형태를 설명한다.
제1도 및 제2도에서, 엔진 전체는 보통 종래 구조로 되어 있다. 연소실(125)은 실린더(110), 실린더 헤드(121) 및 피스톤(112)에 의해 규정되며, 연결봉(113)에 의해 크랭크실(111)내의 크랭크축(114)에 연결된다. 크랭크실은 종래의 리이드 밸브(119)를 구비한 공기 유입구(115)와, 크랭크실(111)을 각 전송구, 중앙 전송구(118) 및 2개의 측면 전송구(117, 119)와 통하게 하는 3개의 전송 통로(116)와 협력한다.
전송구는 실린더의 동일 직경 평면에 위치하는 각 상부 가장자리를 가진 실린더(110)의 벽에 각각 형성된다. 배기구(120)는 보통 중앙 전송구(118) 반대쪽 실린더의 벽에 형성된다. 배기구의 상부 가장자리는 제1도에 도시된 바와같이 전송구의 상부 가장자리의 직경 평면보다 약간 위에 있을 수 있다.
실린더 헤드(121)는 중앙 연소 캐비티(122)를 가지고, 이 캐비티 속으로 점화 플러그(123)가 연장한다. 연료 분사기 노즐(124)은 중앙 전송구(118)바로 위 실린더 벽에 위치한다. 이 실시예에서 노즐(124)은 전송구의 상부 가장자리 위에 위치하되 그 축이 상기 가장자리로부터 실린더 상부까지의 거리의 1/2과 3/4 사이에 있도록 되어 있다. 보통 피스톤이 피스톤의 상사 중심 위치전 60°와 70°사이의 크랭크축 위치에 해당하는 위치에 놓일 때까지는, 피스톤에 의하여 완전히 덮히지 않도록 노즐이 위치된다. 상사 중심 후 피스톤과 크랭크축의 해당 위치에서 노즐이 덮히지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, 피스톤에 의해 노즐이 점진적으로 덮혔다 열렸다 하는 기간이 존재한다. 전형적으로 이 기간은 크랭크축의 대략 10°회전에 상당한다.
배기구(120) 폐쇄에 대한 연료 분사의 분사 타이밍은 유입 공기와 연료의 소요의 혼합도를 얻고 또 배기구를 통한 과도한 연료 손실을 피하는데 있어서의 관련 인자임이 밝혀졌다. 공기와 연료의 유효 혼합과 배기구를 통해 손실되는 연료의 제한은 연료 경제성을 향상시키고 탄화수소 방출물을 저감한다.
이점에 대해, 분사기간의 중간점의 배기구 폐쇄전의 거의 균일한 시간 간격이 되도록 분사 타이밍을 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 시간 간격의 바람직성은 유입 공기 충전 속도와 실린더 직경에 관련되고, 실린더 직경은 전송구로부터 배기 구간의 거리에 관계된다. 80㎜ 실린더 보어를 가지는 2실린더 선외 박용 엔진에서의 시험에서, 분사 중간점에서부터 배기구 폐쇄까지의 시간 간격은 2,000 내지 5,000R.P.M.의 정상 자동 속도 범위에서 대략 3㎳임이 밝혀졌다. 속도 범위가 낮은 쪽에서 이것은 예를들어 1,000R.P.M.에서 대략 2㎳로 바람직하게 감소한다.
상사 중앙후 262.5°에서 배기구를 폐쇄하는, 상기 시험에서 사용된 엔진에서의 전형적인 분사 타이밍은 다음과 같다(모든 타이밍은 상사 중앙후의 각도이다).
Figure kpo00001
제3도 및 제4도에는 노즐축에 관해 그리고 각 실린더 벽에 대한 연료 분무의 전형적인 분배가 도시되어 있다. 노즐(124)은 3개의 주 연료 흐름(30, 31, 32)을 부여하도록 배치되었다. 흐름(31)은 실린더 헤드 캐비티(122)에 연료를 공급하도록 상방으로 향하고, 상기 흐름의 방향은 주로 분사 노즐(124)에 대한 캐비티(122) 및 점화 플러그(123)의 상대적 위치에 의해 결정된다. 캐비티(122)는 배기구(120)와 중앙 전송구(118)의 중심을 통과하는 실린더의 축방향 평면과 일치하는 중심 평면을 가진다. 노즐(124)의 축은 역시 상기 평면에 위치한다. 2개의 하향 흐름(30, 32)은 축방향 평면으로 언급된 상기 평면에 대해 대칭이고, 각 분무의 중신선이나 축은 90°와 150°사이의 각을 가지면서 노즐의 선단으로부터 연장하는 원추내에 위치한다. 원추는 노즐의 축과 동축일 필요는 없고, 상기 축방향 평면에서 경사질 수 있다. 제4도에 도시된 각도 β와 γ는 각각 15°에서부터 60°까지 변할 수 있고, 그와같은 각도의 선택은 연료 공급식 특수 엔진에 의존한다. 상기 각도는 도면에 도시된 평면상에 투사되는 것과 같다.
제5도 및 제6도는 제3도 및 제4도에 도시된 바와같이 배열된 3개의 연료 흐름을 가진 실린더내 연료 질량 플러스의 극성 다이어그램도이다. 극성 다이어그램은 제3도 및 제4도에 도시된 2개의 평면으로 분해된 연료 분포를 나타낸다. 노즐 중심에서부터 어떤 방향으로의 플롯까지의 벡터 길이는 그 방향으로의 실린더내 연료 밀도를 나타낸다.
제1도에 도시된 분사기 노즐(124)은, 공기에 실리는 연료가 공기 공급 압력에 의해 엔진의 연소실로 공급되는 형식의 연료 계량 및 분사 시스템의 일체 부분이다. 연료 계량 및 분사 유니트의 한 특수 형태가 제7도에 도시되어 있다.
연료 계량 및 분사 유니트는 유지실(132)을 가진 분사기 본체(131)에 연결된 자동형 드로틀 본체 분사기와 같은 적절한 계량 장치(130)와 관련한다. 연료는 연료 저장소(135)에서 나와 연료 펌프(136)에 의해 압력 조절기(137), 연료 입구 포트(133)를 거쳐 계량 장치(130)로 공급된다. 공지의 방식으로 작동하는 계량 장치는 엔진 연료 요구에 따라 유지실(132)로 가는 연료량을 계량한다. 계량 장치에 공급된 과잉 연료는 연료 귀환 포트(134)를 통해 연료 저장소(135)로 되돌아온다. 연료 계량 장치(130)의 특수한 구조는 본원에 있어서 중요한 것이 아니며 적절한 장치라면 어는 것도 사용될 수 있다.
작동시, 유지실(132)은 공기원(138)으로부터 공급된 공기에 의해 압력 조절기(139), 본체(131)내의 공구 입구 포트(145)를 통해 가압된다. 가압 공기가 계량된 양의 연료를 분사기 노즐(142)를 통해 엔진의 연소실로 배출하도록 분사 밸브(143)가 작동된다. 분사 밸브(143)는 연소실 안쪽으로 개구하는, 즉 유지실로부터 외측으로 개구하는 포핏 밸브 구조이다.
분사 밸브(143)는 유지실(132)을 통과하는 밸브 시스템(144)을 통해 분사기 본체(131)내에 위치하는 솔레노이드(147)의 아마츄어(141)에 연결된다. 밸브(143)는 디스크 스프링(140)에 의해 폐쇄 위치로 편의되고, 솔레노이드(147)를 여기시킴으로써 개방된다. 솔레노이드(147)의 여기는 유지실(132)로부터 엔진 연소실로 연료를 보내도록 엔진 사이클과 타이밍 관계로 조정된다.
유지실과 관련하는 연료 분사 시스템의 작동에 대해 보다 상세한 것은 오스트레일리아 특허 출원 제32123/84호와 1985년 4월 2일자 출원된 대응 미합중국 특허 출원 제740067호에 기술되어 있고, 그 기술은 참고적으로 본원과 관련된다.
솔레노이드(147)의 여기는 적절한 전자 프로세서(150)에 의해 엔진 사이클과 타이밍 관계가 있다. 프로세서는 속도 감지기(151)로부터 입력 신호를 받으며, 이 신호는 엔진 속도를 나타내고 각각 엔진 사이클에서 기준점을 나타내거나 또는 그 작동은 엔진 사이클과 타이밍 관계에 있다. 프로세서(150)는 부하 감지기(152)로부터 신호를 받으며 그 신호는 엔진 공기 유입 시스템에의 공기 유량을 나타낸다. 공기 유량 신호로부터 엔진상의 부하 요구를 결정하기 위해 프로세서가 프로그램된다.
또 엔진의 속도 및 부하 조건에서부터 연소실로의 연료 분사의 소요의 타이밍을 결정하기 위해서도 프로세서(150)가 프로그램 된다.
편리하게는, 프로세서는 엔진 부하와 속도의 범위에서 소요의 분사 타이밍을 결정짓는 다점 맵과 관련하고, 이들은 소요의 엔진 동력 및 배기 방출 수준을 얻기 위해 수행된 시험으로부터 결정된다. 유사하게, 다점 맵으로부터 상술한 바와같은 엔진 부하와 속도와의 관계에서 엔진의 소요의 점화 타이밍을 결정하기 위해 프로세서가 프로그램된다.
연료 분사에 대한 소요의 시간에서 솔레노이드(147)를 여기하고 또 점화에 대한 소요의 시간에서 점화 플러그(123)를 작동시키기 위하여, 프로세서는 결정 값에 따라 분사기 작동기(153) 및 점화 작동기(154)에 적절한 신호를 제공한다. 상기한 바와같이 사용에 적합한 부하 및 속도 감지기의 일반적 구조는, 프로세서(150)에 의해 요구되는 기능을 수행하는 프로세서와 같이 본 산업분야에서 공지되어 있다.
제9도는 실린더내의 소요의 연료 분포를 얻기 위해 엔진 실린더 벽에 사용되는 노즐판 형태의 단면도이고, 제10도는 그 정면 단부도이다. 이 노즐은 제7도에 도시된 바와같이, 종래 포핏 밸브와 관련하여 사용되고, 노즐로의 연료 공급을 타이밍 조절한다. 노즐판은 밸브(143)를 폐쇄하도록 분사기 본체(131)의 단부에 끼워진다. 연료는 밸브(43)로부터 중심 보어(50)로 공급되어 동일한 직경의 3개의 오리피스(51, 52, 53)를 통해 노즐로부터 나온다. 비록 오리피스(52)의 축은 보어의 축에 대해 50°로 경사하고 오리피스(51, 53)의 축이 보어축에 대해 45°로 경사져 있지만, 오리피스는 보어(50)의 축에 관해 각도적으로 등간격이다. 변경된 형태에서 노즐은 파선으로 도시된 바와같이 축방향 오리피스(54)를 포함할 수 있다. 이 축방향 오리피스는 오리피스(51, 52, 53)보다 직경이 상당히 작으므로 총 연료의 약 5%가 흘러 나온다.
제9도 및 제10도에 도시되고 또 오리피스(54)를 구비한 상기 변경된 형태로서의 노즐은 제8도에 도시된 바와같이 엔진 연소실내의 연료 분배를 제공하는데 사용될 수 있다. 노즐내의 오리피스 배치에 의해 생기는 특수 형태의 연료 흐름으로, 그 흐름이 연소실의 여러 표면에 강하게 충돌하지 않고 연료를 가지는 상기 표면의 부적절한 젖음에 생기지 않도록 노즐(124)의 위치가 선택된다. 노즐(124)의 위치에 영향을 주는 다른 인자는, 피스톤이 노즐로부터 나오는 하부 연료 흐름 가까이로 이동하기 전에 연료의 분사를 완수하도록 적절한 시간이 제공되어야 한다는 것이다. 피스톤 압축 행정시 크랭크 이동의 마지막 90°전에 피스톤이 연료흐름과 간섭하지 않도록 노즐이 위치되는 것이 바람직하다.
제8도에서 볼수 있는 바와같이, 노즐(124)로부터의 연료 흐름(60)은 실린더를 가로질러 상방으로 향해 캐비티(122)쪽으로 연료를 공급한다. 흐름(60)은 이것이 점화 플러그에 부적절한 부착물을 생기게 할 수도 있으므로 점화 플러그(123)상에 충돌하지 않게끔 배치된다. 그러나, 흐름(60)은 점화 플러그에 의해 용이하게 점화할 수 있는 캐비티(122)내의 풍부한 연료운을 생성한다.
연료 흐름(61)은 실린더를 가로질러 실린더의 배기구쪽으로 향한다. 두 개의 연료 흐름(62)은 흐름(61)의 양쪽으로 갈라져서 실린더의 각 측면적에 연료를 제공한다. 이 흐름(62)은 또한 흐름(61)의 직경 평면 아래로 하향하여 피스톤(112)의 상부(108)쪽으로 간다. 흐름(62)은 다전송구 엔진에서 측면 전송구를 통해 들어오는 공기에 연료를 제공하고, 피스톤이 상방으로 이동해서 그 피스톤의 이동에 의해 생기는 난류 효과에 기인하여 실린더의 상부쪽으로 충전될 시 산화제가 풍부한 전송 영역에 연료를 제공한다.
제11도 및 제12도는 상술된 분사기 본체(131)와 관련해서 사용되는 노즐(142)의 분사 밸브(143) 및 그 시트의 적절한 다른 구성을 도시한 것이다. 이 다른 구성은 상술한 바와같이 3개 또는 4개의 흐름보다도 2개의 흐름을 가진 분무 형태를 만든다.
포트(49)는 밸브(33)용 시트면(32)과 협동하는 시트면(29)를 가진 외측 경사 입(35)을 가진다. 입(35)의 바로 안쪽에는 축방향 연료 공급 통로(38)와 부위(37)에서 합체하는 원통형 목(36)이 제공된다. 포핏 밸브(33)는 테이퍼진 입(35)과 원통형 스템(40)과 협동하기 위하여 종래의 테이퍼진 헤드(39)를 가진다. 헤드(39)와 스템(40)에는 스템(40)과 합체하는 테이퍼부(42)를 가진 원통형 보스(41)가 제공된다.
보스(41)와 테이퍼부(42)는 보스(41)와 목(36)간의 증가된 유로 면적을 제공하기 위하여 참고번호 43, 44로 표시한 바와같이 부채꼴로 절결되어 있다. 부채골 절결 영역(43, 44)은 보스의 원주상 좁은 축방향 표면(45)과 원주상 넓은 축방향 표면(46)에 의해 분리된다.
엔진 실린더 벽에 설치될 때 원주상 넓은 축방향 표면(46)은 실리더 헤드(121)쪽으로 최상부에 있고 좁은 축방향 표면(45)은 최하부에 있도록 노즐이 위치된다. 표면(45, 46)이 위치되는 노즐의 영역에 연료 흐름의 부가적인 제한의 결과, 이 노즐은 상향보다는 하향으로 부채꼴 절결 영역(43, 44)를 통해 실린더로 더 많은 연료 흐름을 제공한다. 또, 부채꼴 절결 영역이 외측으로 향할 때 그것을 통한 흐름은 실린더 양쪽으로 측방으로 향한다.
엔진 실린더로 들어가는 연료의 소요의 분배를 성취하기 위하여 다른 형상의 밸브 및 시트를 사용할 수 있다. 각 흐름에서 연료 전체량중 적절한 비율을 가지면서 노즐에서의 실린더의 직경 평면에 대해 상향 및 하향의 연료 소적의 각 흐름을 형성하도록 된 밸브 및 시트 형상이 요구된다.
본 발명 실시에 적절히 사용되는 연료 계량 및 분사 방법과 장치는 계류중인 오스트레일리아 특허출원 제PH2876호와 제PH3343호에 기술되어 있고, 상기 각 출원의 개시는 본원 명세서에서도 참고가 된다. 이러한 특수 출원의 명세서에는, 연료가 통로로 전달되고, 밸브가 개방 위치에 있을 때 시트내의 다수의 원주 이격 오리피스를 통해서 형성되게 되어 있는 밸브 및 그 보조 시트와 관련하는 노즐이 기술되어 있다. 이러한 구조에 따른 노즐은 본원 설명을 실시하는데 사용될 수 있다.
이 명세서에는 분사기 노즐로부터 엔진으로 가는 연료 소적 분무의 방향과 형상에 대해서 특수하게 언급되어 있다. 이 특징은 연소실에서 가스 충전 이동의 방향과 속도를 포함해서 연료가 분사되는 엔진 연소실 내의 조건에 의해서 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 이러한 조건과 다른 동적 영향은 실제 작동 조건하에서 연료 분무 형상과 방향의 정확한 규정을 배제한다. 따라서, 본원에서 언급되는 연료 소적 분무의 방향과 형상의 양상은 대기압에서의 정지 공기에서 그리고 도면에 도시된 바와같은 궤도에서 결정된 것으로 기술된다.
엔진 부하를 가진 연소실로 연료 분무의 침투 정도를 변화시키는 것에 대해 본 명세서에서 언급했고, 이것은 유체 분사의 압력을 변화시킴으로써 성취될 수 있다. 연료를 싣는 가스의 압력을 변화시키는 방법 및 장치가 오스트레일리아 특허출원 제PH1560호에 기술되고 있고, 여기서 연료는 가스의 압력에 의해 엔진 연소실로 분사된다. 그와같은 방법과 장치는 본원 발명의 방법 및 장치와 연관해서 사용하기에 적합하고 오스트레일리아 특허출원 제PH1560호에 대한 참고로서 그 기술은 본원 명세서와 관련된다.
본 발명은 2행정 내연기관의 사용에 모두 적용될 수 있고 특히 자동차, 오토바이를 포함한 차량이나 보우트용 엔진 그리고 선외 박용 엔진에서 연료 경제성 및 배기 방출물 조정의 기여에 유용하다.

Claims (13)

  1. 연소성 충전물이 제공되는 실린더와, 상기 실린더의 한 단부를 폐쇄하는 실린더 헤드와, 연소성 충전물을 점화하기 위해 상기 헤드에 설치된 점화수단과, 상기 실린더에서 왕복 운동하도록 지지된 피스톤과, 상기 실린더 헤드로부터 축방향으로 이격된 상기 실린더의 벽내의 배기구를 구비하는 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진에서, 연료 가스 충전물을 형성하기 위해 계량된 연료량을 가스안으로 주입하여 이 연료 가스 충전물을 배기구 수준과 실린더 헤드 사이의 실린더 벽에 배치된 단일 주입기로부터 실린더 안으로 분사하는 연료 공급 방법에 있어서, 상기 연료 가스 충전물은 적어도 두 개의 흐름 형태로 상기 단일 주입기로부터 운반되며, 상기 흐름은 총연료 가스 충전물내의 총연료의 30 내지 70%를 구성하는 연료 가스 충전물의 제1부분이 실린더 헤드내의 점화 수단을 향하도록 배열되고, 연료 가스 충전물의 제2부분은 실린더 헤드의 위치에 대하여 연료의 분사 위치를 가로지르는 실린더의 직경 평면의 반대쪽상의 실린더부분으로 향하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  2. 제1항에 있어서, 연료 가스 충전물내의 총연료의 50 내지 33%가 연료 가스 충전물의 제1부분에 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료 가스 충전물은 셋 이상의 흐름의 형태로 분사되며, 그중 적어도 하나의 흐름이 실린더 헤드내의 점화 수단을 향하여 분사되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 흐름은 분사 위치로부터 갈라지며, 분사 위치로부터 갈라지면서 90°와 150°의 개선 각도를 가지는 원추내에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  5. 제1항, 제2항 또는 제3항중 어느 한항에 있어서, 연료 가스는 세 흐름 형태로 분사되며, 한 흐름이 연료의 상기 제1부분을 형성하도록 실린더 헤드와 상기 직경 평면 사이의 실린더의 제1부분으로 향하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  6. 제1항, 제2항 또는 제3항중 어느 한항에 있어서, 공기 입구 포트는 배기수 포트 반대쪽의 실린더 쪽에 제공되며, 연료는 상기 실린더쪽에 위치에 있는 실린더에 분사되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  7. 제1항에 있어서, 실린더와 통하며 점화 수단을 구비하는 실린더 헤드내의 캐비티가 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  8. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제7항중 어느 한항에 있어서, 연료는 적어도 세 흐름의 형태로 분사되고, 상기 흐름중 두 흐름이 상기 직경 평면의 상기 반대쪽상에 실린더의 상기 부분으로 향하고, 상기 두 흐름이 각각이 분사의 위치를 거쳐 실린더의 축방향 평면의 반대쪽으로 갈라지는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  9. 제1항, 제2항 또는 제3항중 어느 한항에 있어서, 실린더와 통하며 점화 수단을 구비하는 실린더 헤드내의 캐비티가 제공되며, 상기 두 갈라지는 흐름의 각각이 실린더내의 각 입구 포트를 향하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
  10. 연소성 충전물이 제공되는 실린더와, 상기 실린더의 한 단부를 폐쇄하는 실린더 헤드와, 연소성 충전물을 점화하기 위해 상기 헤드에 설치된 점화 수단과, 상기 실린더내에서 왕복 운동하도록 지지된 피스톤과, 실린더 헤드로부터 축방향으로 이격된 실린더 벽내의 배기구와, 연료 가스 충전물을 형성하기 위해 계량된 연료량을 가스 안으로 운반하기 위한 수단과, 배기구의 레벨과 실린더 헤드 사이의 실린더 벽내에 배치되어 연료 가스 충전물을 실린더로 분사하는 단일 노즐을 구비하는 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진에 있어서, 상기 노즐은 적어도 두 개의 흐름 형태로 연료 가스 충전물을 향하고, 상기 흐름은 연료 가스 충전물 중 총연료의 30 내지 70%인 연료 가스 충전물의 제1부분이 실린더 헤드내의 점화 수단을 향하고, 연료 가스 충전물의 제2부분이 실린더 헤드의 위치에 대하여 연료의 분사 위치를 가로지르는 실린더의 직경 평면의 반대쪽상의 실린더 부분을 향하도록, 배열되는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진.
  11. 제10항에 있어서, 연료 가스 충전물내의 총연료의 30 내지 50%가 연료 가스 충전물의 제1부분에 있는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 노즐은 셋 이상의 흐름 형태로 연료 가스 충전물을 분사하도록 적용되며, 흐름중 적어도 하나가 실린더 헤드내의 점화 수단쪽의 상기 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진.
  13. 제10항 또는 제11항중 어느 한항에 있어서, 상기 노즐은 노즐로부터 갈라지며 90°와 150°사이의 개선 각도를 가지는 원추내에 배치된 형태로 연료의 흐름을 분기하도록 하는 것을 특징으로 하는 2행정 사이클 불꽃 점화식 엔진.
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