KR100427569B1 - 내연기관용연료인젝터 - Google Patents

Abstract

내연기관용 연료 인젝터(1)는 그 후단부에 마운팅 플랜지(2)를 구비한 외측 하우징(4)과 그 전단부에 하우징으로 부터 돌출한 분사노즐(8) 및 인젝터의 중심으로 연장된 연료 통로(34)를 구비한다. 스핀들(26)은 스핀들 가이드(9) 속에서 그리고 연료 튜브(19)의 외측에 장착된다. 폐쇄 스프링(21)은 스핀들을 폐쇄하는 방향으로 바이어스시키며, 스핀들 가이드는 추력 부싱(10)에 의해 인젝터 하우징에서 전방으로 가압된다. 연료 튜브는 인젝터의 길이방향 축에 직각인 환형의 표면(18)을 통해 그 뒤에 배치된 밸브부재와 접촉하는 별개의 부품이다. 전방 스핀들 부분(32)은 스핀들 가이드 보어(27)의 내경 보다 최대 8 ㎛ 더 작은 외경을 가지며 그 내경은 연료 튜브의 전방부(24)의 외경 보다 최대 8 ㎛ 더 큰 내경을 갖는다.

Description

내연기관용 연료 인젝터

그러한 연료 인젝터는 용이하게 점화가능한 파일럿 오일과 가스상의 연료를 분사하는 인젝터를 개시하는 DK-B-155757호로부터 공지되어 있다. 여기에서 추력 부싱은 가스 공급을 개폐하는 외측의 밸브 슬라이드용 가이드로서 작용한다. 연료 튜브는 그 후단에서 인젝터의 대부분 길이부분을 따라 일체로 연장되어 있으며 배출밸브용 밸브 하우징으로 작용한다. 스핀들 가이드의 보어와 길다란 연료 튜브 사이의 부정확한 정렬로 인하여 스핀들이 정지되거나 불균일하게 마모되는 것을 방지하도록 파일럿 오일 개폐용 스핀들은 일측면의 연료 튜브와 타측면의 스핀들 가이드의 보어 사이에 비교적 큰 간극을 갖게 설계된다.

DK-B-167502호는 (EP-A 0 606 371) 폐쇄용 스프링이 슬라이드 가이드의 중심부의 중공부에 수용되고 중앙의 연료 튜브는 슬라이드 가이드의 후방부와 일체로 형성된 연료 인젝터를 개시하고 있다. 또한, 이 경우에는 슬라이드 가이드의 보어와 연료 튜브 사이에서 제조공차와 그에 따른 완전한 동축성의 결여를 보정하기 위하여 연료 튜브의 전방부와, 슬라이드 가이드의 보어와 스핀들의 저부 사이에 비교적 큰 간극을 필요로 한다.

다소 다른 종류의 인젝터가 DE-A-2030445호에 개시되어 있으며, 여기에서 비교적 얇은 벽 두께를 갖는 중공의 스핀들이 스핀들 가이드의 보어와 연료 튜브 사이의 환형의 공간에서 슬라이드된다. 그 스핀들의 후단은 폐쇄 스프링용의 매우 무겁게 형성된 전방 스프링 가이드를 구비하고 있다. 스핀들의 개방운동은, 스프링 가이드의 배면이 그의 직경이 가장 큰 부분에서 인젝터 하우징의 돌출부와 부딪힘으로써 제한된다. 이것은 얇은 스핀들 벽에 벤딩 모멘트를 주게 되어 결과적으로 벽이 외측방향으로 구부러지게 한다. 스핀들이 정지되는 것을 방지하기 위하여 비교적 큰 간극이 스핀들 양측의 환형 표면들과 스핀들 사이에 요구된다. 연료 튜브는 후방 스프링 가이드 위에 위치한 조인트면과 두 부분으로 되어 있다. 이러한 연료 인젝터 조립에서, 2개의 연료 튜브들이 함께 압입되기전에 그 연료 튜브들을 초기에 배치시키는 수단이 없어서 연료 튜브들의 접촉면들이 잘못 배치될 위험이 있다. 더욱이, 상기 조인트면에서 누출이 발생할 수 있으며, 이것은 분사될 연료량의 변화를 초래하게 된다. 더욱이 이러한 인젝터의 단점은 압축 스프링의 전응력은 추력 부품이 인젝터 하우징 속에 얼마나 깊게 클램프되는가에 의해 결정된다는 것이다. 그 결과 동일한 많은 인젝터들의 개방 압력들이 여러 가지로 다르게 나타나게 된다.

스핀들 가이드의 보어와 중심부의 연료 튜브 사이에 배치된 중공의 스핀들을 갖는 형태의 공지된 연료 인젝터들은 가동 스핀들의 질량이 강체의 스핀들을 갖는 경우에서 보다 상당히 작으며, 인젝터의 가동부의 비교적 작은 질량으로 밸브 작동이 신속하게 이루어지는 장점이 있다. 그러나, 중공 스핀들이 2개의 환형 표면들 사이에서 슬라이드하게 되어 스핀들 벽이 변형되는 경우 스핀들이 정지될 위험을수반하는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해소하고 동축성의 결여에 대하여 보정하기 위하여, 스핀들과 인접한 환형의 표면 사이의 간극은 비교적 넓으며, 이것은 스핀들 가이드 보어와 스핀들 및 연료 튜브들 사이의 간극이 인젝터의 길이방향 축의 일측에서 보다 타측에서 더 크게 스핀들이 횡방향으로 약간 이동하여 편심될 가능성을 수반한다. 이러한 횡방향의 이동은 매우 작지만, 그 결과 연료 분사중에 간극을 통하여 연료가 누출되는 량의 변화를 초래한다. 스핀들이 완전히 동축으로 배열될 때, 누출량은 스핀들이 횡방향으로 변위되는 경우 보다 50-70% 작아지게 될 것이며, 따라서 동일한 밸브로 인젝터로의 연료 전달 압력 및 체적과 같은 분사에 대한 변수들이 동일한 경우 다른 연료 분사에서도 실제 분사되는 연료의 체적에서의 변화가 발생될 수 있다. 인젝터들이 동일하게 설정되고 동일하게 연료를 공급하더라도 다른 여러 인젝터로부터 분사되는 연료량에서의 변화가 발생될 수 있다.

본 발명은 내연기관, 특히 2행정 크로스헤드 엔진용 연료 인젝터에 관한 것으로, 후단부에 마운팅 플랜지와 전단부에 하우징으로 부터 돌출된 분사노즐을 갖는 외측의 하우징과, 인젝터의 중심부에서 연장된 연료 통로를 구비하며, 상기 연료 통로는 마운팅 플랜지로 부터 적어도 하나의 추력부재, 중앙의 연료 튜브, 스핀들 및 스핀들 가이드를 통하여 분사노즐에서 종결되며, 상기 스핀들 가이드에는 원형 및 원통형의 내측면이 스핀들용 가이드면을 이루는 중앙 보어가 형성되고, 상기 연료 튜브는 후방부 보다 작은 외경을 가지고 스핀들 가이드의 중앙 보어 속으로 절반 이상 연장된 전방부와, 상기 전방부와 후방부들 사이의 변이영역에 분사 노즐의 방향으로 축방향으로 향한 환형의 표면 및 미리 설정된 응력으로 페쇄하는 스프링용의 백 스프링 가이드를 구비하고, 상기 스핀들은 연료 튜브의 전방부가 삽입되며 후방으로 개방된 중앙의 보어와, 인젝터의 개폐를 위한 스핀들 가이드의 보어에 있는 정지상의 시트면과 상호 작용하는 니들 밸브를 구비한 전방 스핀들 부분 및 폐쇄 스프링용 전방 스프링 가이드를 포함하고, 상기 스프링 가이드는 스핀들 가이드의 보어로 부터 돌출한 후방 스핀들 부분에 배치되고, 상기 폐쇄 스프링은 스핀들을 폐쇄하는 방향으로 전방으로 바이어스시키며, 스핀들의 후단부에서 환형의 단부면이 스핀들의 후방으로의 개방이동에 의해 연료 튜브의 환형의 표면과 접촉하도록 되어 있으며, 상기 스핀들 가이드는 페쇄 스프링을 지나 후방으로 연장되고 스핀들 가이드에서 후방으로 향한 환형의 표면과 접촉하는 적어도 하나의 추력 부싱에 의해 인젝터 하우징의 전방으로 가압되며, 상기 추력부재는 인젝터 조립시에 폐쇄 스프링의 압축과 동시에 마운팅 플랜지에 의해 전방으로 가압된다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 인젝터의 종방향 단면도이다.

본 발명의 목적은 전술한 종래 인젝터에서의 문제를 해소하기 위한 것으로, 분사되는 연료량의 재현성을 개선하고 분사작동을 보다 정확하게 제어할 수 있는 인젝터의 제공에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료 인젝터는 연료 튜브의 후방 스프링 가이드의 외경이 추력 부싱의 내경 보다 더 작으며, 연료 튜브는 인젝터의 길이방향의 축에 사실상 직각이며 중심부의 연료 통로를 둘러싸는 환형의 표면을 갖고 후방 스프링 가이드의 배면에 위치한 접촉면을 통하여 연료 튜브의 뒤쪽에 배치된 밸브부재와만 접촉하는 별개로 된 부분이며, 스핀들 가이드 보어에 삽입된 전방의스핀들부분에서 상기 스핀들은 스핀들 가이드 보어의 내경보다 최대 8 ㎛ 작은 외경과 연료 튜브의 전방부의 외경보다 최대 8 ㎛ 더 큰 내경을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 스핀들은 연료 튜브 보다는 약간 더 크고 슬라이드 밸브 보어 보다는 약간 작게 되어, 순차적인 분사 동작들중에 스핀들의 횡방향 이동가능성이 크게 제한되며, 특히 종래의 동일한 종류의 인젝터들에서 발생되던 변위의 절반 미만으로 감소된다. 원통형 표면들에 대한 유체 마찰에 의해 연료 누출이 크게 저지됨으로써, 그 표면들 사이의 허용가능한 최대의 간극에 대한 최소의 제한으로도 누출량 변화를 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서 더 많은 량의 연료를 균일하게 분사할 수 있으므로 보다 정확한 연소를 촉진하여 요구되는 에너지 절감을 성취할 수 있으며, 에너지 연료 소비를 감소할 수 있고, 바람직하지 못한 질소산화물과 같은 환경 오염물질 배출을 저감시킬 수 있으며, 또한 실린더 부재들의 열부하와 연소 잔류물질의 부착 문제가 개선될 수 있다. 이것은 매우 저급의 연료를 연소하는 대부분의 2행정 디젤 엔진에 특히 이로운 장점이 된다

3개의 밸브부재들, 즉 스핀들과 연료 튜브 및 스핀들 가이드 보어들은 인젝터가 작동될 때 서로 정밀하게 정렬되어야 함은 상기 밸브부재들 사이의 정밀한 결합에 대한 전제 조건이 된다. 종래의 인젝터들과 반대로, 상기 3개의 밸브부재들 사이의 정렬에 있어서 조금이라도 부정확성이 있거나 또는 관형의 얇은 벽으로 된 형태의 스핀들에 대한 불균일한 부하는 스핀들에서의 불균일한 마모를 야기하거나, 예를들어 스핀들 벽이 구부러지는 등의 결과로 정지되게 한다. 이것은, 본 발명에따라 연료 튜브가 폐쇄 스프링의 후방 스프링 가이드로 부터 스핀들 속으로 연장된 연료 통로부분을 포함하도록 연료 튜브를 그 뒤의 밸브부재와 별개로 구성시킴으로써 해소된다. 인젝터 하우징의 인젝터 부품들의 조립시에, 스핀들은 스핀들 가이드에 삽입될 수 있으며, 폐쇄 스프링을 구비한 연료 튜브는 스핀들에 장착될 수 있고, 추력 부싱은 스핀들 가이드의 후단부 둘레에 밀어넣어진 다음, 이들 인젝터 부품들과 인젝터 하우징을 수직 중심축으로 정렬할 수 있다. 스핀들과, 스핀들 가이드 및 연료 튜브들 사이의 정밀한 결합은 수직 중심축 방향에서 부하를 받지 않고 부품들이 서로 축방향으로 조정됨으로써 다른 밸브 부재들이 하우징 속에 삽입될 수 있으며 마운팅 플랜지가 클램핑된다. 다른 부재들을 장착할 때, 연료 튜브 뒤에 위치한 밸브 부재는 연료 튜브에 근접한 방향으로 이동되기 전에 먼저 추력 부싱속에 삽입된다. 이렇게 함으로써 부재의 초기 가이드가 이루어지게 되어 상기 부재를 연료 튜브와 접촉하게 되는 순간에 횡방향의 변위가 방지된다. 인젝터의 연속된 클램핑시에, 밸브부재와 접촉면 사이에서의 마찰로 인하여 연료 튜브의 배치가 스핀들 가이드에 대하여 적당한 동축성으로 정확하게 고정되도록 밸브부재를 연료 튜브의 상향의 환형 접촉면과 접촉되게 하방으로 눌러 끼운다. 횡방향으로 가이드하는 힘이 밸브 조립체의 접촉면에 작용하지 않도록 상기 접촉면이 인젝터의 길이방향 축에 사실상 직각으로 되는 것이 연료 튜브의 정확한 고정에 중요하다. 이와 같은 이유로, 스프링 가이드가 추력 부싱에 부딪힘으로써 정확하게 조정되는 것이 방해받지 않도록 후방 스프링 가이드와 추력 부싱 사이의 간극이 있어야 한다.

전방 스핀들 부분의 외경은 스핀들 가이드 보어의 내경 보다 2-4 ㎛ 작고,상기 전방 스핀들 부분의 내경은 연료 튜브의 전방부의 외경보다 2-4 ㎛ 큰 것이 바람직하다. 이러한 정밀한 결합으로, 누출량의 변화가 크게 제한되며, 이동가능한 스핀들과 정지 스핀들 가이드 및 연료 튜브들 사이의 간극들은 스핀들이 어떠한 문제를 일으키지 않고 길이방향으로 이동되기에 충분하게 된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예로서, 전방에 배치된 스핀들 부분에서 보다 적어도 전방 스프링 가이드에 이르기까지, 바람직하기로는 스핀들 가이드 보어에 위치한 전방 스핀들 부분에 이르기 까지 스핀들의 후단부로 부터 외측의 연료 튜브 표면과 내측의 스핀들 표면 사이에 상당히 큰 직경 차이가 있다. 예를들어, 후방 스핀들 영역에서 전방 스핀들 부분의 2개 부품들 사이에서의 간극 보다 0.1 mm 더 넓은 연료 튜브와 스핀들 사이의 간극이 있을 수 있다. 이러한 효과는 전방 스핀들 부분을 따라 스핀들의 외측면과 내측면들에 길이방향으로 환상의 슬리트들로서 그 슬리트를 통하여 압력 강하가 얻어지는 것과 같은 것이다. 이결과 전방 스핀들 부분의 스핀들 벽이 쉽게 작용하는 압력차이를 견디어야 할 필요가 없으며 이것은 스핀들이 전방 스핀들 부분에서 매우 작은 벽 두께를 갖도록 스핀들을 제조할 수 있도록 한다.

본 발명은 또한 스핀들 질량을 감소시키도록 많은 다른 수단들을 제공한다. 스핀들의 전방 스프링 가이드에 원추형의 전방 표면을 형성하고 그의 가장 큰 직경부분에서 가장 작은 두께를 갖도록 할 수 있다. 전방 스핀들 부분은 또한 연료 튜브의 전방부 보다 작은 벽 두께를 가질 수 있다. 니들 밸브 둘레 영역에서 스핀들의 전단부의 질량은, 중심부의 스핀들 보어의 하부로부터 니들 밸브 둘레의 챔버까지의 경사진 보어들의 길이가 전방 스핀들 부분의 외경의 35% 보다 작게 함으로써 감소될 수 있으며, 이것은 전방 스핀들 단부가 작은 벽 두께를 갖는 것을 나타낸다. 이 영역에서 더욱 중량을 감소시키는 것은 니들 밸브가 그 단부면의 전측으로 개방된 중심부의 보어를 가짐으로서 달성될 수 있다. 그러나, 후자의 가능성은 질량의 감소를 제한되게 한다. 이들 여러 가지의 옵션은 각각 사용될 수 있다. 여러 옵션들이 복합적으로 사용되면, 인젝터의 크기와 관련하여 극히 낮은 중량을 갖는 스핀들을 얻을 수 있다.

스핀들의 중량 감소는 분사된 연료량과 분사 순서의 정확한 제어의 재현성을 개선하도록 한다. 이것은 보다 작은 스핀들 중량은 인젝터의 개폐시에 보다 신속한 스핀들 운동이 이루어질 수 있도록 하고 밸브 시트가 덜 마모 때문이며, 밸브 시트에 대한 충격과 개방운동의 정지 한계들은 보다 가벼운 스핀들로부터 보다 작아진다. 신속한 개방은 빠른 연료 분사를 가능하게 하고, 이것은 분사된 연료량의 양호하고 강한 무화를 촉진하며 따라서 연료가 양호하고 신속하게 점화되게 한다. 보다 중요한 것은 인젝터의 신속한 폐쇄이며, 이것은 갑작스런 연소의 중지를 제공하고 낮은 압력과 불충분한 분사속도(연료량g/s)와 같은 바람직하지 못한 조건하에서 폐쇄운동중에 분사되는 연료량을 감소시킨다. 이러한 마지막 분사된 연료는 질소산화물과 같은 오염물질 형성에 상당히 기여하며, 실린더 요소들에 대한 과중한 열부하와 매연 침적을 제공하고 연료 소모를 증대시킨다. 보다 가벼운 스핀들은 바람직하지 못하게 분사되는 연료량을 감소시키며, 최적 조건하에서 분사되는 전체 분사연료의 비율을 증가시킨다.

바람직한 실시예에서, 후방 스프링 가이드의 배면에 대한 연료 튜브의 접촉면의 외경은 연료 튜브의 전방부의 외경보다 작다. 먼저, 작은 외경의 접촉면은 연료 튜브와 그 뒤의 밸브 부재의 길이방향 축들 사이의 작은 각도로 접촉면에서 누출을 초래하지 않는 효과를 가지며, 그것은 2개의 압축된 표면들의 제조 거칠기는 표면들이 서로 가장 근접한 쪽에서 압축되고 직경방향으로 대향된 쪽에서 시일 접촉을 형성하는 점에서 작은 불일치한 정렬에 대하여 보상하기 때문이다. 둘째로, 접촉면의 작은 외경은 결과적으로 접촉면들 사이의 시일 표면 압력이 연료 통로의 현재의 연료 압력을 초과하게 된다. 인젝터가 닫힐 때, 연료 튜브의 전방 단부면에의 연료 압력으로부터 기인한 연료 튜브의 후방으로의 힘에 의해 그리고 후방 스프링 가이드에의 후방의 스프링 탄성력에 의해 접촉면들 사이에서 표면 압력이 생성된다. 인젝터가 개방될 때, 연료 압력은 보다 큰 후방향의 힘으로 연료 튜브에 작용하게 되며, 그것은 연료 압력이 스핀들의 전체 전방 단부에 작용하고 스핀들로부터의 이러한 후방향의 힘은 연료 튜브의 축방향으로 향한 환형의 표면을 통해 연료 튜브에 전달되기 때문이다. 연료 튜브의 후방향의 접촉면의 내경과 외경은 전방 스핀들 부분의 각 내경과 외경들과 같은 치수를 가지는 것이 바람직하며, 그러한 치수는 스핀들 벽에서 완전하게 축방향의 유동력을 제공한다.

제조 및 조립이 특히 단순한 디자인에서, 그러한 연료 인젝터는 중유와 같은 예열된 연료의 분사를 위한 것이고, 연료 튜브 뒤에 위치한 밸브 요소는 연료 순환밸브용 밸브 하우징이며, 추력 부싱의 환형의 후단부는 인젝터가 조립될 때 외측의 밸브 하우징 표면의 전방 단부의 환형의 요홈의 후단부의 전방 접촉면과 접촉하며,이로써 추력 부싱의 길이는 폐쇄 스프링의 전응력을 결정한다. 이러한 설계로, 장착된 밸브에서의 추력 부싱은 밸브 하우징과 스핀들 가이드의 2개의 환형의 접촉면들 사이에 위치하며, 연료 튜브의 접촉면과 접촉하는 밸브 하우징의 전측 표면과 스핀들 가이드의 밸브 시트 사이에 정밀하고 미리 설정된 간격을 형성한다. 밸브 스핀들이 전방 스프링 가이드를 구비하고 연료 튜브는 폐쇄 스프링의 후방 스프링 가이드를 구비함에 따라, 폐쇄 스프링은 인젝터가 조립될 때 명백하게 전응력을 받게 되며 그와 동시에 스핀들은 폐쇄 및 개방 위치들 사이에서의 정밀하고 미리 설정된 승강 또는 이동 높이를 갖는다. 그러한 전응력과 스핀들 승강 높이는 예를들어 추력 부싱의 길이 변화에 의해 특정한 엔진에서의 인젝터용으로 정밀하게 조정될 수 있으며, 추력 부싱의 길이를 보다 짧게 하고 모든 다른 것들은 동일하게 하면 결과적으로 보다 높은 전응력과 보다 작은 승강 높이가 얻어진다. 이것은 정확한 스프링 전응력을 얻어서 인젝터의 정확한 개폐 압력을 얻도록 인젝터 부품들이 가능한한 함께 클램프되어야 하는 인젝터 조립시에 상당한 단순화를 제공한다. 이것은 스프링 전응력의 상당한 변화와, 스프링 전응력이 인젝터 하우징에 다소 마운팅 플랜지를 체결함으로써 고정되어야 하는 밸브들에서 발생될 수 있는 밸브들의 개방압력의 상당한 변화를 배제하게 된다.

스핀들 가이드, 스핀들, 폐쇄 스프링, 연료 튜브, 추력 부싱들에 의해 인젝터 조립의 단순화가 얻어지며, 상기 순환밸브의 밸브 하우징은 추력 부싱을 통하여 밸브 하우징과 스핀들 가이드가 서로 록킹된 미리 조립된 유니트로 조립될 수 있다. 이것은 주요 부품들의 교체가 매우 신속하게 이루어질 수 있도록 인젝터용으로완성되고 미리 조립된 교체 유니트를 공급할 수 있게 한다. 상기 밸브 하우징과 스핀들 가이드의 록킹은, 예를들어 스핀들 가이드와 밸브 하우징에 추력 부싱을 주름잡아서 수행하거나 또는 2개의 인젝터 부품들에 추력 부싱을 프레싱한 다음 추력 부싱과 해당 부품의 횡방향의 관련 보어들 각각에 삽입되는 핀에 의해 2개의 다른 부품들 각각에 대하여 추력 부싱의 위치고정을 함으로써 수행될 수 있다.

인젝터 하우징의 내측면과 밸브 하우징의 외측면 사이, 그리고 추력 부싱과 스핀들 가이드 사이의 인젝터의 길이방향으로 관통 중공부가 제공될 수 있다. 상기 중공부는 2개의 위치들, 즉 마운팅 플랜지의 내측면의 전방 표면과 분사 노즐의 후방 표면 사이에서 인젝터 하우징 속에 정지상의 인젝터 부품들이 고정되는 잇점을 제공하며, 이것은 인젝터의 부품들에 회전 대칭적인 부하 상태를 촉진한다. 다른 잇점은 중공부가 누출되는 연료의 드레인 통로로서 작용하는 것이다.

본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참고하여 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

부호 1로 대체적으로 도시된 연료 인젝터는 입구부(3)를 구비한 마운팅 플랜지(2)를 구비하고 있으며, 도시되지 않은 연료 공급원으로 부터 상기 입구부에 이르는 고압 파이프가 연결될 수 있다. 상기 연료 공급원은 예를들어 보쉬형(Bosch type)과 같은 피스톤 연료 펌프일 수 있으며, 그것은 캠 샤프트의 캠에 의하여 주기적으로 작동하거나 또는 제어밸브를 통하여 상기 입구부(3)에 주기적으로 연결되는 고압 저장조로 될 수 있다. 연료는 액상 또는 기상이거나, 슬러리 형태의 고체 연료이거나 또는 이들중 적어도 한가지를 포함하는 에멀젼으로 될 수 있으며, 밸브는 액상 또는 기상의 첨가제를 한가지 또는 혼합물로서 연소부에 분사도록 사용될 수 있다.

상기 인젝터용 외측 하우징(4)은 유니온 너트(5)에 의해 마운팅 플랜지(2)에 클램핑되고, 다시 상기 마운팅 플랜지는 플랜지의 구멍(6)들에 삽입되는 볼트들에 의해 엔진 실린더에 클램핑될 수 있다. 연료 통로(34)는 입구부의 공급구(7)로 부터 인젝터를 중심축을 따라 관통하여 분사노즐(8)까지 연장되며, 상기 분사노즐로 부터 연료가 도시되지 않은 노즐 구멍들을 통해 내연기관의 실린더 속으로 분사될 수 있다.

스핀들 가이드(9)는 추력 부싱(10)에 의해 분사노즐의 내측면에 대하여 하방으로 가압되며, 밸브 하우징(11)과 추력부재(12)들은 마운팅 플랜지의 전방 내측면에 접촉한다. 상기 추력 부싱은 밸브 하우징(11)과 스핀들 가이드(9)의 후방부와 거의 같은 외경을 가지며, 이들 부품들 각각의 환형의 요홈에 삽입되어서 추력부싱(10)의 축방향으로 향하는 환형의 단부면들은 스핀들 가이드와 밸브 하우징의 표면(13,14)들과 접촉하게 된다.

밸브 바디(15)는 밸브 하우징(11)의 보어들에 삽입되며, 비교적 약한 압축 스프링(16)에 의해 도면에 도시된 위치까지 바이어스된다. 밸브 하우징의 전단부의 전방으로 돌출한 접촉면(17)은 그에 대응하여 중심의 연료 튜브(19)의 후단부의 돌출한 부분의 후방으로 향한 환형의 접촉면(18)과 접촉하며, 2개의 사실상 평행하고 평면으로 된 접촉면들 사이의 결합면은 인젝터의 길이방향 축에 사실상 직각인 평면에 위치한다.

연료 튜브는 상기 접촉면(18)의 바로 밑에 통상의 기계적인 압축스프링 형태인 폐쇄 스프링(21)용 후방 스프링 가이드를 구성하는 돌출된 칼라부(20)를 구비한다. 스프링 가이드의 전방으로 연료 튜브는 계속하여 원형으로 된 원통형의 후방부(22)로 이어지며, 그의 외경은 스프링의 내경보다 약간 더 작다. 상기 후방부는 인젝터의 길이방향 축에 직각의 평면에 위치한 환형의 표면(23)의 앞에서 종결된다. 상기 환형의 표면(23)은 연료 튜브의 후방부와 전방부(24) 사이의 변이영역을 형성하며, 상기 전방부는 후방부 보다 작은 직경을 가지며 연료 튜브의 전단부에 까지 스핀들(26)의 후방측을 향해 개방된 보어(25) 속으로 연장되어 보어(25)의 하부로부터 약간 이격되어 위치된다. 상기 이격된 거리는 스핀들의 승강 높이 보다 더 크다.

스핀들 가이드(9)는 스핀들용의 가이드면을 이루는 원통형의 내측면(27)을 일측의 부분에 가지는 중심의 보어를 구비하고 있다. 상기 부분의 전방측에, 스핀들 가이드는 압력 챔버(28)를 가지며, 상기 압력 챔버는 원추형의 정지상 밸브 시트를 가져서 스핀들의 전단부에 있는 니들 밸브(29) 선단의 원추형 가동 밸브 시트와 상호 작용하게 된다. 스핀들 가이드의 보어는 밸브 시트의 전측에서 분사노즐(8)의 중심 보어로 이어진다.

스핀들(26)은 돌출한 칼라 형태로 전방 스프링 가이드(30)를 가지며, 그 배면은 인젝터의 길이방향 축에 직각으로 되어 있고, 그 전측면(31)은 원추형으로 되어 있다. 폐쇄 스프링은 상기 2개의 스프링 가이드(20,30)들 사이에서 추력 부싱(10) 속에 위치한다. 인젝터 부품들의 조립시에, 폐쇄 스프링은 전응력을 가지는 상태로 압축된다. 스핀들의 전방 스프링 가이드(30)의 스프링에 의해 발생되는, 전방으로 밀폐시키는 힘은 매우 정밀한 크기로 되어야 하며 그 이유는 조립시 스프링의 압축은 추력부싱(10)의 길이와 부하가 걸리지 않은 상태의 폐쇄 스프링의 길이에 의해 결정되기 때문이다.

스핀들의 내측면의 직경은 연료 튜브의 전방부(24)의 외경보다 2-4 ㎛ 더 크며, 스핀들 가이드 보어에 삽입되는 스핀들 전방부(32)의 외경은 보어(27)의 내경보다 2-4 ㎛ 더 작다. 스핀들 전방부의 벽 두께는 연료 튜브의 전방부(24)의 벽 두께 보다 대략 30% 정도 작다. 보어(25)의 하부에서 스핀들의 전단부 벽은 상대적으로 작은 벽두께를 가지며, 니들 밸브(29)를 둘러싸는 환형의 단부면은 인젝터의 길이방향 축에 거의 직각이다. 압축 챔버(28)와 보어(25)를 연결하는 경사진 보어(33)는 작은 벽 두께 때문에 부분(32)의 외경의 35% 보다 작은 길이를 갖는다.

중심의 연료 통로(34)는 공급구(7)를 통하여 추력부재(12)를 통해 밸브 바디(15) 중심의 보어(35)로 연장되며, 상기 통로는 복수개의 경상진 보어(36)들로 분기되며 상기 보어들은 니들 밸브(37) 부근에 위치한 압력 챔버(38) 속으로 개방되어 있다. 니들 밸브(37)와 협동하는 정지 밸브 시트의 전방에서 연료 통로는 밸브 하우징(11)의 전방부 중심을 통하여 그리고 접촉면(17,18)들을 지나서 연료 튜브(19)를 통하여 전방으로 계속되어 스핀들의 보어(25)의 하부에서 개방되며, 이로부터 연료 통로는 경사 보어(33), 압력 챔버(28) 및 분사 노즐(8)의 도시되지 않은 노즐 구멍들로 이어진다.

누출된 연료가, 폐쇄 스프링(21) 둘레의 빈 공간부로부터 인젝터 하우징(4)의 내측면에서 인젝터의 길이방향으로 연장된 관통 공간부로 배출되도록 드레인 홀(39)들이 형성되어 있다.

공급구(7)로 저압의 예열된 연료가 분사 주기들 사이에 공급된다. 이러한 연료는 추력부재(12)의 전방부에 있는 측방으로 향한 누출 채널(40)을 통해 압축 스프링(16) 둘레의 공간부 속으로 유입된다. 밸브 하우징(11)의 드레인 구멍(41)들은 순환하는 연료를 챔버(42)로 보내며, 그로부터 도시되지 않은 귀환 파이프가 연료를 인젝터로부터 제거한다. 인젝터의 밀폐 기간중의 연료 순환은 연료 시스템이 적당히 높은 온도로 예열된 상태로 유지되게 하기 위한 것이다.

연료 압력이 분사주기의 초기에 상승하는 순간 압력챔버(38)의 압력이 상승하고 밸브 바디는 압축 스프링(16)의 힘을 극복한 후방으로의 힘에 의해 영향을 받게 됨으로써 밸브 바디는 후방으로 이동하여 누출 채널(40)을 차단한다. 그때 연료 압력은 연료 통로를 통하여 압력 챔버(28)로 퍼지게 된다. 연료 압력이 인젝터의 개방압력에 도달하게 되면, 스핀들(26)은 폐쇄 스프링(21)의 힘보다 더 큰 후방으로의 힘에 의해 작동하게 되어 스핀들의 환형의 단부면이 연료 튜브의 환형의 표면(23)을 치게 될 때까지 스핀들이 후방으로 이동하게 한다. 이때 표면(23)은 스핀들 이동에 대한 제한 스토퍼로서 작용하게 되어 스핀들의 승강 높이를 결정한다. 스핀들 이동은 분사 노즐로의 연료 인입구를 개방시킨다. 연료의 토출 압력이 분사말기에 다시 저하되면, 폐쇄 스프링이 스핀들에 대한 연료의 후방으로의 압력을 극복하도록 챔버(28)의 압력이 적당히 하강하게 되어 스핀들은, 니들 밸브(29)가 시트에 접촉하게 되어 분사 노즐에의 입구를 차단하는 밀폐된 초기 위치로 귀환된다.

도시된 바와같이 스핀들이 얇은 벽으로 설계하기 위해, 원통형의 스핀들 벽의 변형을 피하도록 스핀들의 후단부면이 원통형의 스핀들 벽의 축방향 연장부로 된 것이 중요하며, 그것은 표면(23)에 대한 스핀들의 충격으로 스핀들에 축방향으로의 힘만 가해지는 것을 보장하기 위해서이다.

인젝터의 폐쇄기간중에 예열된 연료를 순환할 필요가 없는 경우에, 인젝터는 순환밸브를 생략함으로써 단순화할 수 있다. 이 경우에 추력부재(12)와 밸브 하우징(11)은, 중심부의 관통 보어가 연료 튜브의 중심부에 통로가 구비된 공급구(7)와 연결하는 연료 통로(34)의 일부분을 이루는, 전체적으로 추력부재형의 유니트로서 형성될 수 있다.

본 발명의 인젝터는, 예를들어 덴마크 특허 제 155757호에 개시된 형태의 인젝터와 관련하여 전술한 인젝터 요소들을 이용함으로써 여러 가지의 다른 유체들을 분사하는데 사용하는 것으로 확장할 수 있다. 그러한 인젝터는 예를들어 가스나 보조 연료의 분사용으로 사용될 수 있으며, 또는 바람직하지 못한 배출물질의 형성을 저감시키도록 물과 같은 연소공정의 개질을 위한 물과 같은 다른 유체를 연료와 분사하는데 사용할 수도 있다.

본 발명에 따라 원통형 표면들에 대한 유체 마찰에 의해 연료 누출이 크게저지됨으로써, 그 표면들 사이의 허용가능한 최대의 간극에 대한 최소의 제한으로도 누출량 변화를 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서, 더 많은 량의 연료를 균일하게 분사할 수 있으므로 보다 정확한 연소를 촉진하여 요구되는 에너지 절감을 성취할 수 있으며, 에너지 연료 소비를 감소할 수 있고, 바람직하지 못한 질소산화물과 같은 환경 오염물질 배출을 저감시킬 수 있으며, 또한 실린더 부재들의 열부하와 연소 잔류물질의 부착 문제가 개선될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 연료 튜브가 폐쇄 스프링의 후방 스프링 가이드로 부터 스핀들 속으로 연장된 연료 통로부분을 포함하도록 연료 튜브를 그 뒤의 밸브부재와 별개로 구성시킴으로써 스핀들에서의 불균일한 마모를 야기하거나, 예를들어 스핀들 벽이 구부러지는 등의 결과로 정지되는 문제가 해소되며, 스핀들이 전방 스핀들 부분에서 매우 작은 벽 두께를 갖도록 스핀들을 제조할 수 있도록 한다.

Claims (12)

1. 후단부에 마운팅 플랜지(2)와 전단부에 하우징으로 부터 돌출된 분사노즐(8)을 갖는 외측의 하우징(4)과, 인젝터의 중심부에서 연장된 연료 통로(34)를 구비하며, 상기 연료 통로는 마운팅 플랜지로 부터 적어도 하나의 추력부재(12), 중앙의 연료 튜브(19), 스핀들(26) 및 스핀들 가이드(9)를 통하여 분사노즐에서 종결되며, 상기 스핀들 가이드에는 원형 및 원통형의 내측면이 스핀들용 가이드면을 이루는 중앙 보어(27)가 형성되고, 상기 연료 튜브는 후방부(22) 보다 작은 외경을 가지고 스핀들 가이드의 중앙 보어 속으로 절반 이상 연장된 전방부와, 상기 전방부와 후방부들 사이의 변이영역에 분사 노즐의 방향으로 축방향으로 향한 환형의 표면 및 미리 설정된 응력으로 페쇄하는 스프링(21)용의 후방 스프링 가이드(20)를 구비하고, 상기 스핀들은 연료 튜브의 전방부가 삽입되며 후방으로 개방된 중앙의 보어(25)와, 인젝터의 개폐를 위한 스핀들 가이드의 보어에 있는 정지상의 시트면과 상호 작용하는 니들 밸브(29)를 구비한 전방 스핀들 부분(32) 및 폐쇄 스프링용 전방 스프링 가이드(30)를 포함하고, 상기 스프링 가이드는 스핀들 가이드의 보어로 부터 돌출한 후방 스핀들 부분에 배치되고, 상기 폐쇄 스프링은 스핀들을 폐쇄하는 방향으로 전방으로 바이어스시키며, 스핀들의 후단부에서 환형의 단부면이 스핀들의 후방으로의 개방이동에 의해 연료 튜브의 환형의 표면(23)과 접촉하도록 되어 있으며, 상기 스핀들 가이드는 페쇄 스프링을 지나 후방으로 연장되고 스핀들 가이드에서 후방으로 향한 환형의 표면(13)과 접촉하는 적어도 하나의 추력부싱(10)에 의해 인젝터 하우징의 전방으로 가압되며, 상기 추력부재는 인젝터 조립시에 폐쇄 스프링의 압축과 동시에 마운팅 플랜지에 의해 전방으로 가압되는 내연기관, 특히 2행정 크로스헤드 엔진용 연료 인젝터에 있어서,

   상기 연료 튜브의 후방 스프링 가이드(20)의 외경은 추력 부싱(10)의 내경보다 작고, 상기 연료 튜브(19)는 접촉면(18)을 통하여 그 뒤에 배치된 밸브부재와만 접촉하는 별도의 유니트로 되며 후방 스프링 가이드으 배면에 배치되고 중심부의 연료 통로(34)를 둘러싸는 환형의 표면을 갖고 인젝터의 길이방향의 축에 사실상 직각이며, 상기 스핀들(26)은 스핀들 가이드 보어(27)에 삽입된 전방 스핀들 부분(32)에서 스핀들 가이드 보어의 내경 보다 최대 8 ㎛ 작은 외경을 가지며 그 내경은 연료 튜브의 전방부(24)의 외경 보다 최대 8 ㎛ 더 큰 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전방 스핀들 부분의 외경은 스핀들 가이드 보어의 내경 보다 2-4 ㎛ 더 작으며, 상기 전방 스핀들 부분의 내경은 연료 튜브의 전방 부분의 외경 보다 2-4 ㎛ 더 큰 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 스핀들의 후단부로부터 스프링 가이드에 이르기까지, 바람직하게는 스핀들 가이드 보어에 위치한 전방 스핀들 부분에 이르기까지, 외측의 연료 튜브 표면과 내측의 스핀들 표면 사이의 직경 차이가 전방 스핀들 부분에서 보다 상당히 더 큰 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
4. 제 1항에 있어서, 상기 스핀들의 전방 스핀들 가이드(30)는 원추형의 전방 표면(31)을 가지며, 가장 큰 직경의 부분에서 가장 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전방 스핀들 부분(32)은 연료 튜브의 전방 부분(24) 보다 더 작은 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
6. 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심부의 스핀들 보어(25)의 하부로 부터 니들 밸브(29) 둘레의 챔버 까지의 경사진 보어(33)의 길이는 전방 스핀들 부분의 외경의 35% 보다 더 작은 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
7. 제 6항에 있어서, 상기 니들 밸브(29)는 그 단부면에서 전방으로 개방된 중심 보어를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
8. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 후방 스프링 가이드(20)의 배면에 접촉하는 연료 튜브의 접촉면(18)의 외경은 연료 튜브의 전방부(24)의 외경 보다 더 자은 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
9. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 튜브의 후방 접촉면(18)의 내경과 외경은 전방 스핀들 부분(32)의 각 외경 및 내경과 거의 같은 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
10. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 인젝터는 중유와 같은 예열된 연료의 분사용이며, 연료 튜브 뒤에 위치한 밸브 요소는 연료 순환 밸브용 밸브 하우징(11)이며, 추력 하우징(10)의 환형의 후단부는 인젝터가 조립될 때 외측의 밸브 하우징 표면의 전방부에 있는 환형의 요홈의 후단부에서 전방 접촉면(14)과 접촉함으로써 추력 부싱의 길이는 폐쇄 스프링의 전응력을 결정하도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
11. 제 10항에 있어서, 상기 스프링 가이드, 스핀들, 폐쇄 스프링, 연료 튜브, 추력 부싱 및 순환 밸브의 밸브 하우징은 밸브 하우징과 스핀들 가이드가 추력 하우징을 통하여 서로 록킹되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.
12. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 밸브 하우징, 추력 부싱 및 스핀들 가이드의 외측면들과 인젝터 하우징(4)의 내측면 사이에 인젝터의 길이방향으로 관통 공간부가 제공된 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료 인젝터.