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KR930001039B1 - 연료 분사 방법 및 장치 - Google Patents

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KR930001039B1
KR930001039B1 KR1019840004637A KR840004637A KR930001039B1 KR 930001039 B1 KR930001039 B1 KR 930001039B1 KR 1019840004637 A KR1019840004637 A KR 1019840004637A KR 840004637 A KR840004637 A KR 840004637A KR 930001039 B1 KR930001039 B1 KR 930001039B1
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KR
South Korea
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fuel
chamber
waiting
metering
air
Prior art date
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KR1019840004637A
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KR850001965A (ko
Inventor
레오나드 맥케이 마이클
Original Assignee
오비탈 엔진 캄파니 프로프라이어터리 리미티드
존 노만 도에
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Publication date
Application filed by 오비탈 엔진 캄파니 프로프라이어터리 리미티드, 존 노만 도에 filed Critical 오비탈 엔진 캄파니 프로프라이어터리 리미티드
Publication of KR850001965A publication Critical patent/KR850001965A/ko
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
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Abstract

내용 없음.

Description

연료 분사 방법 및 장치
제1도는 본 발명의 방법을 도시한 도면.
제2도는 본 발명에서 사용하는 계량 장치의 입면도.
제3도는 제2도의 선 3-3에 따라 취한 단면도.
제4도는 본 발명에서 사용하는 계량 장치의 변형을 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 연료 계량 장치 2 : 연료 대기 장치
3 : 연료 공급 탱크 4 : 연료 대기실
5 : 노즐 밸브 6 : 압력 제어 장치
7 : 솔레노이드 8 : 압력 공기 공급원
9 : 로드 29 : 전기자실
31 : 밸브 시트 40 : 오리피스
60, 70 : 갤러리 109 : 연료 송출 밸브
112, 113 : 니플 114 : 연료 송출 포트
115 : 계량봉 120 : 계량실
129, 130 : 다이어프램 143 : 공기 유입 밸브
본 발명은 내연기관의 연소실내로 연료를 분사하는 연료 분사 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 고속엔진에 적용할 수 있다.
이 명세서에서는 설명의 편의상 본 발명을 스파크 점화 2행정 사이클 왕복 엔진에 관하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 압축 점화 엔진, 4행정 사이클 엔진, 로터리식 엔진 및 미합중국 특허 제4,037,997호에서 기술한 원형 요동 피스톤이 달린 엔진 등에 대하여도 적용할 수 있다.
내연기관에서는 비용이 적게들고 효율이 더 높은 연료분사 시스템에 대한 필요가 날로 커져가고 있다. 인 실린더(in-cylinder) 분사 방식은 이미 알려진 바와같이 매니폴드 분사방식 및 드로틀 분사 방식에 비하여 장점이 많다. 그러나, 기존 장치로서는 인실린더 분사 시스템용 하드웨어를 제조하는 데에는 고도의 정밀 공학이 요구되기 때문에 비용이 많이 소요된다.
그 외에도 인실린더 연료 분사에 있어서는 연료를 연소실로 분사하는 분사 시간과 분사 지속 기간에 제약이 있는 것이 단점이며, 이러한 단점은 현대식 엔진의 회전 속도가 증가됨에 따라 더 악화되어간다. 현대식 재료와 제조 기술을 사용하면 대량 생산된 엔진의 회전 속도를 6000rpm으로 만드는 것은 보통이다. 이러한 속도에서는 4행정 사이클 엔진의 경우, 연료를 연소실로 분사하는 시간 간격은 6 내지 9ms(밀리초)의 범위내에 있게 된다.
오늘날 2행정 사이클 엔진은 여러가지 장점에도 불구하고, 탄화수소의 과도 배출 및 연료의 과다소비라는 2가지 이유 때문에 많이 응용되지 못하고 있다. 이 두가지 문제들은 주로 연료 공기의 흡입량중 일부를 연소전에 직접 배기 시스템을 통하여 빠져나가게 하고 또한 흡입량을 교축 상태하에서 과도하게 희석시킴으로써 불점화를 유발하는 엔진내에서의 연소실의 배기 과정에서 생긴다. 이 문제들은 미합중국 특허 제3,888,214호에서 기술한 바와같이, 엔진의 인실린더 연료 분사를 사용함으로써 크게 완화시킬 수 있다는 것은 이미 알려져 있다. 인실린더 연료 분사는 연소실내에서 연소 효과를 증진시킬 수 있는 연소실내의 성층화를 실현할 수 있는 기회도 제공한다.
그러나, 이러한 엔진의 성능은 그 연료 분사 시스템의 성능에 크게 좌우된다. 4행정 사이클 엔진에 대하여 전술한 분사 방식에서 유용한 시간 간격에 관하여 필요한 조건에 비해 2행정 사이클 엔진의 인실린더 연료 분사 시스템은 더 좋은 성능을 요한다. 6000rpm의 속도로 운전되는 크랭크 케이스 배기식 왕복 2행정 사이클 엔진에 있어서, 분사에 필요한 시간 간격은 겨우 2 내지 3ms이다. 연료를 이 시간 간격이 지난 때 분사한다면 엔진의 효율이 크게 저하된다. 분사가 너무 일찍 시작되면 아직도 개방되어 있는 배기구를 통하여 연소되지 아니한 연료가 상당히 많이 손실되고, 너무 늦게 분사되면 연료가 이미 타고 있는 혼합물 속으로 분사되어 바람직하지 아니한 연소 결과를 초래할 수 있다.
종래의 인실린더 연료 분사 시스템은 고압 연료 펌프와 차압 계량 장치가 필요하였다. 그 외에도, 인실린 더 연료 분사의 효율은 송출점에서 연료의 미세한 분무화에 다라 달라진다. 이러한 요건에 의하여 구성 부품들을 규격에 관한 공학적 기준에 맞는 치수 공차로서 제조하는 데에는 상당히 비용이 들게된다.
맥케이(Mckay)씨는 SAE 기술 논문(820351)에서 공압식 연료 계량법의 사용을 기술하였고, 여기에 기술된 방법은 송출시 대단히 미세한 연료 분무화를 실현하고, 내연기관의 흡입 매니폴드(inlet manifold)에서 다점식 분사에 특히 적합하더라도, 분사 기간이 10ms인 경우에 이 시스템을 직접 인실린더 분사에 적용하는 데에는 상당한 어려움이 있을 수 있다.
2행정 엔진에 인실린더 분사를 이용하여 연료를 공급하고, 다른 수단에 의하여 필요한 연료의 성층화를 실현하기 위하여 많은 시도가 있었다. 그러나, 이제까지 알려진 바에 의하면, 이와같은 시도들은 동등한 기화기식 연료 공급 엔진에 비하여 고속도에서는 엔진의 성능을 크게 떨어뜨리는 결과밖에 얻지 못하였다.
필요한 계량 및 반응 특성을 부여하기 위해 보시 EFI(전자식 연료 분사)의 매니폴드 분사기를 변경하여 사용하려는 시도가 있었다. 이것은 고압으로 연료를 공급하고, 분사기의 핀틀 주위로 안내되는 공기 스커트(외견상으로는 냉각용)를 사용하였다. 이 장치는 연료 방울의 평균 직경을 200마이크로미터 이상으로 만들었고, 이것은 매니폴드 분사를 위한 분무화에는 만족스러운 것이었으나, 인실린더 분사용으로는 부적당한 것이기 때문에, 엔진 성능이 고속도에서는 발휘하지 못하였다. 엔진도 고속도에서는 적당한 동작을 수행할 수 없었는데, 그 이유는 분사 시스템이 최적의 분사 시간 간격을 유지할 수 없었기 때문이었다.
다른 시도는 가솔린의 인실린더 분사를 위한 여러가지 디젤 분사기의 사용에 관한 것이다. 이러한 디젤 분사기는 실험적으로 가솔린을 스파크 점화 엔진에 분사시키는데 사용되었으나 디젤형 분사기의 노즐내에 합체된 밸브를 개방시키려면 높은 연료 송출 압력이 필요하다. 연료는 통상적으로 14,000kPa에서 분사기에 송출되고, 달성된 분무화는 연료 방울의 평균 크기를 약 25마이크로미터 이하까지 줄 수 있다.
이 장치는 분무화의 정도는 양호하더라도, 그 정도의 고압하에서 가솔린을 정확히 개방하려면 정밀한 고압 연료 펌프와 허용 오차가 매우 적게 제조한 분사 노즐이 필요하다. 이 실험은 하드웨어의 비용이 많은 것 이외에도, 필요한 양의 연료가 필요한 짧은 시간내에 적당히 증발될 수 있는 분무화 수준으로 분사될 수 없기 때문에, 고속에서는 상당히 성능을 떨어뜨리는 엔진을 만들게 되는 것으로 나타났다.
종래 인실린더 연료 분사를 제안한 것중에, 연료 시스템의 고압이 연료의 증발을 방지하는 수단으로서는 정당하다는 주장이 있었다. 연료를 고온 상태를 겪는 엔진의 연소실로 주입하는 지점에서 계량을 실시하기 때문에 연료가 증발되면 계량의 정확성에 중대한 영향을 주게 된다. 따라서, 이러한 연료 분사 시스템에서는 고압 연료 시스템이 필수적인 것이므로, 고압 시스템으로 인한 불이익을 감수하여야 한다.
이와같이, 이전에 제안한 인실린더 연료 분사 시스템의 단점은 제조비가 과다하게 소요되고, 생성된 연료의 방울 크기가 불만족스러우며, 고속으로 작동하는 엔진에 필요한 연료를 필요한 시간 간격으로 효율적으로 분사할 수 없다는 것이다.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은 직접적인 인실린더 분사에 적합하고, 효율적으로 작동할 수 있고, 경제적으로 제조할 수 있고, 연료의 적당한 분무화를 실현 및 유지할 수 있는 연료 계량 및 분사를 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.
이와같은 목적에 따라 본 발명에 의한 엔진 연소실에 연료를 분사하는 방법은, 연료 대기실내의 기준 압력을 대기압 보다 높게 유지하기 위하여 연료 대기실로의 공기 공급을 제어하는 단계와, 기준 압력에 대항하여 연료 대기실로 연료를 송출하는 단계와, 엔진에 필요한 연료량에 따라 연료 대기실로 송출된 연료의 양을 계량하는 단계와, 연료 대기실로 연료를 송출한 후 연료 대기실로부터 엔진으로 연료를 송출하도록 하기 위해 연료 대기실과 엔진과의 교통을 만드는 단계와, 연료 대기실이 엔진과 교통하는 동안 연료 대기실로부터 엔진내로 계량된 연료량을 이송하기에 충분한 공기 압력을 연료 대기실에서 유지하는 단계를 구비한다.
편리하게도 연료의 계량은 연료 대기실로 송출하기 전에 또는 송출하는 도중에 수행될 수 있다.
대기실과 엔진 연소실 사이의 교통은 밸브를 선택적으로 개방하여 연료가 연소실로 송출될 수 있게 함으로써 설정하는 것이 바람직하다.
연료를 엔진으로 송출하는 이 방법은 연료 계량기능과 연료 분사 기능을 시기 적절하게 분리시킨다. 따라서 엄격히 제한된 시간내에 연료 분사 기능만이 수행되어야 한다. 연료 계량 기능은 엔진 사이클내에서는 언제든지 수행할 수 있으나, 비교적 짧은 분사 기간중에는 이를 실시하지 아니하는 것이 바람직하다.
계량된 연료량을 준비하고, 이를 연료 대기실로 송출하는데 이용할 수 있는 시간이 비교적 길기 때문에, 계량의 정확성을 증진시킬 수 있다. 그 외에도, 연료 대기실이 계량 및 분사 주기중 연료를 연소실에 분사하는데 충분한 압력으로 유지되기 때문에, 각 분사 주기마다 필요한 압력을 확보하는데 시간 지체가 생기지 아니한다.
본 방법의 또다른 이점은 계량 기능을 분사점에서 연소실까지 물리적으로 일정한 거리를 두고 수행할 수 있기 때문에, 저온 환경에서도 이를 수행할 수 있다는 점이다. 따라서, 연료가 증발될 가능성이 줄어들고 이에 부수하여 계량의 정확도에 주는 불리한 영향을 감소시킬 수 있다. 이에 의하여 저압에서도 연료를 처리할 수 있다.
상술한 본 방법을 수행하기 위하여 본 발명에 의한 연료 분사 장치는 압력 공기 공급원과 연결될 수 있고 공기를 상기 압력 공기 공급원에서부터 연료 대기실로 유입하도록 작동하며 동작중에는 연료 대기실내의 기준 압력을 대기압보다 높게 유지하도록 응용된 압력 제어 장치와, 엔진에 필요한 연료에 따라 계량된 연료량을 기준 압력에 대항하여 연료 대기실에 송출하도록 작동할 수 있는 연료 계량 장치와, 연료 대기실로 계량된 연료량이 송출된 후 연료 대기실과 엔진과의 교통을 만들도록 작동할 수 있는 연료 대기실내의 선택적 개방식 노즐 밸브를 구비하고, 상기 노즐 밸브가 개방될 때 연료 대기실내에 보유된 계량된 연료량이 연료 대기실의 공기 압력에 의해 엔진으로 송출되는 것을 특징으로 한다.
여기서 연료 계량 장치는 계량실과, 상기 계량실과 연료 대기실과를 교통시키기 위해 선택적으로 개방될 수 있는 연료 송출 포트와, 계량실로 공기를 유입시키기 위해 선택적으로 개방될 수 있는 공기 유입 밸브를 포함하고, 이로써 계량실로 공기가 유입되고 연료 송출 포트가 개방되면 계량실내의 연료가 공기에 의하여 연료 대기실로 송출되고, 공기 유입에 의하여 계량실(120)에서 송출될 수 있는 연료량을 제어하는 밸브 로드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 첨부 도면에 의하여 더 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 방법은 기본적으로 연료 계량 장치(1), 연료 대기 장치(2), 연료 공급원(3), 압력 공기 공급원(8) 및 상기 연료 대기 장치로 향하는 공기 압력을 조절하기 위한 압력 제어 장치(6)를 사용하고 있다.
연료 계량 장치(1)는 내연기관의 흡입 매니폴드 또는 작업실내로 유입되는 연료를 계량하는 장치를 포함하여 엔진으로 유입되는 연료를 계량하기 위하여 현재 사용하는 각종 장치중 어느 장치로도 할 수 있다. 연료 계량 장치가 연료가 연료 대기 장치(2)로 송출되기 전에 또는 연료 대기 장치로 송출되는 동안에 분사할 연료의 양을 측정할 수 있다.
연료 대기실(4)은 대기실내에 일정한 기준 압력이 유지될 수 있도록 압력 공기 공급원(8)으로부터 압력 제어 장치(6)를 거쳐 공기를 공급받는다.
기준 압력은 일정한 것이 바람직하지만, 실제로는 각 사이클마다 약간의 변동이 생긴다. 연료가 분사될 수 있도록 대기실내의 밸브가 개방되면 압력이 약간 떨어지고, 연료가 대기실로 송출되는 동안에는 압력이 약간 상승한다. 이러한 변도에도 불구하고, 기준 압력은 일정한 것으로 본다.
계량된 연료량은 기준 압력에 대항하여 연료 대기실(4)내로 이송되며, 그 동안에 노즐 밸브(5)는 솔레노이드(7)의 전기자(7a)에서 작동하는 스프링(5a)에 의하여 폐쇄 위치로 힘이 가해지기 때문에, 폐쇄된 상태로 있게 된다. 전기자(7a)는 로드(9)에 의하여 노즐 밸브(5)에 연결되어 있다. 엔진의 후속 사이클중에 송출에 필요한 연료량이 연료 대기실(4)로 송출된 때에는 솔레노이드(7)가 작동하여 노즐 밸브(5)를 개방한다.
유체가 계량 장치로 역류하는 것을 체크 밸브(8a)가 방지하므로 연료 대기실(4)내에서 기준 압력이 유지된다. 노즐 밸브(5)가 개방되면 연료 대기실(4)내에 있는 계량된 연료량이 공기에 의하여 노즐 밸브(5)를 거쳐 엔진의 연소실로 밀려간다. 노즐 밸브(5)의 송출구는 연소실내에서 필요한 연료 분무 특성을 발휘하기에 적당한 형상으로 되어 있다. 솔레노이드(7)에 전원 공급이 중단되면 노즐 밸브(5)는 계량된 양의 연료를 뒤이어 송출할 준비를 하기 위하여 다시 폐쇄된다.
연료 대기실내에 있는 공기의 기준 압력은 연료 송출 당시의 엔진 연소실내의 압력보다 높게 선택하기 때문에 계량된 연료량 전부가 엔진 속도를 참작하여 허용될 수 있는 시간 간격내에서 연소실내로 송출된다. 이러한 시간 간격은 통상적으로 4행정 사이클 엔진에 있어서는 약 100ms이고, 2행정 사이클 엔진에 있어서는 약 2ms이다.
공기의 기준 압력은 대기압 보다 약 500kPa 정도 높은 것이 바람직하다. 기준 압력은 대기압 보다 높고 또, 연료가 연소실내로 분사될 당시의 실린더 압력보다 높아야 하면, 50kPa 정도의 차이만 있어도 성공적으로 동작할 수 있으나, 실린더 압력보다 100kPa 정도 높은 것이 유리하다.
이러한 형태의 연료 분사 시스템이 있는 엔진을 동작시키는데 있어서, 연료를 계량 장치에 공급하는 압력을 기준 압력보다 0.2kPa 정도 낮은 압력을 성공적으로 사용하였다. 그러나, 이와같은 연료 공급 압력은 이 정도만이 필요하거나, 이 정도의 수준이 유리할지 모르나 기준 압력보다 1000kPa 정도 낮은 것이 유리하고, 특히 700kPa 정도 낮은 것이 더욱 유리하다. 가장 바람직한 것은 약 400kPa이다.
엔진 사이클에 대한 솔레노이드의 전원 공급 시간은 크랭크축, 플라이휠 또는 직접 엔진 속도에 비례하는 속도로 구동되는 기타 부품과 같은 엔진의 회전부품에 의하여 작동하는 적당한 감지 장치로 조정할 수 있다. 이러한 목적에 적합한 센서는 슈미트 트리거(schmitt trigger)가 달린 광탐지기 및 적외선원을 포함하는 광학 스위치이다.
비용을 줄이려면 솔레노이드의 전원 공급 기간을 가변적으로 하지 아니하고, 엔진의 최대 동작 속도에 적합한 기간에 일치되게 고정시키는 것이 바람직하다.
제1도에 도시한 장치에 대한 하나의 실시예에서는 노즐 밸브(5)가 솔레노이드(7)에 연결되거나 작동되지 아니하고, 예정값에 도달한 연료 대기실(4)내의 압력에 대응하여 개방되는 압력 작동식 체크 밸브의 형태로 되어 있다. 이 압력은 제1도에 도시한 실시예에 관련하여 말한 것과 동일한 정도의 압력으로 한다.
이 실시예에 있어서, 연료 대기실(4)내의 압력은 통상적으로 대기압이거나 체크 밸브를 개방시키는 압력 보다 낮다. 계량된 연료량은 이러한 저압이 존재하는 동안에 연료 대기실로 송출되고, 분사가 필요한 때에는 공기가 체크 밸브를 개방시키기에 충분한 압력에서 연료 대기실(4)내로 들어와서 계량된 양의 연료를 엔진 연소실로 분사한다.
제1도에 도시한 실시예에 있어서, 연료 대기실내로 송출될 연료량의 계측은 제2도 및 제3도를 참조하여 설명하기로 한다.
연료 계량 장치(1)는 서로 병렬된 4개의 개별 계량기(111)를 합체한 몸체(110)로 구성되어 있다. 따라서 이러한 계량기는 4실린더 엔진과 함께 사용하기에 적합하다. 니플(112, 113)은 각각 연료 공급선 및 연료 귀환선에 연결되어 있고, 연료를 개별 계량기(111)로 공급하고 이로부터 귀환시키기 위하여 몸체(110)내에 제공된 각 연료 공급 갤러리(60) 및 연료 귀환 갤러리(70)와 통하여 있다. 각각의 계량기(111)에는 개별적으로 연료 송출 포트(114)가 제공되어 있다. 이 연료 송출 포트(114)는 제1도에 도시한 바와같이 체크 밸브(8a)를 경유하여 연료 대기 장치(2)의 연료 대기실(4)과 각각 연결되어서 연료를 엔진의 4개 실린더에 공급하도록 되어 있다.
제3도는 급기실(119)과 계량실(120)내로 뻗어있는 계량봉(115)이 달린 하나의 연료 계량 장치(1)의 단면을 도시한 것이다. 4개의 계량봉(115)은 각각 공통의 누출 집합실(116)을 통과하고, 이러한 누출 집합실은 몸체(110)와 이 몸체에 밀착된 덮개판(121)내에 제공되는 공동(空洞)에 의하여 형성된다. 누출 집합실의 기능 및 동작은 본 발명의 일부가 아니며, 오스트레일리아 특허출원 제10476/82호에 상세히 기술되어 있다.
각 계량봉(115)은 속이 비어있고, 몸체(110)내에서 축방향으로 활동할 수 있고, 계량봉의 계량실(120)내로의 돌출 범위는 계량실로부터 송출시킬 수 있는 연료의 양을 조절하기 위하여 변동시킬 수 있다. 계량실(120)내에 위치한 계량봉의 끝부분에 있는 공기 유입 밸브(143)는 중공 계량봉을 통하여 뻗어있는 밸브 로드(143a)에 의하여 지지되어 있다. 공기 유입 밸브(143)는 통상적으로 공기가 급기실(119)로부터 계량봉(115)의 속빈 구동을 통하여 계량실(120)로 흐르는 것을 방지하기 위하여 중공 계량봉(115)의 상단과 밸브로드(143a)사이에 위치한 스프링(145)에 의하여 폐쇄된 상태로 유지된다. 급기실(119)내의 압력이 예정값까지 상승하면 공기 유입 밸브(143)가 개방되기 때문에, 공기가 급기실(119)로부터 중공 계량봉(115)을 통하여 계량실로 흐르고, 이에따라 계량실(120)로부터 연료를 내보낸다. 공기에 의하여 밀려나는 연료의 양은 계량실(120)내에서 공기가 계량실로 들어가는 지점과 연료가 계량실로부터 방출되는 지점 사이에 위치한 연료 즉, 공기 유입 밸브(143)와 계량실(120)에서 이 밸브와 마주보는 연료 송출 밸브(109)사이에 위치한 연료의 양을 말한다.
각각의 계량봉(115)은 크로스 헤드(161)에 결합되어 있고, 크로스 헤드는 몸체(110)내에서 활동할 수 있게 지지되어 있는 작동기봉(160)에 결합되어 있다. 작동기봉(160)은 모터(169)에 결합되어 있고, 모터는 계량봉이 계량실(120)내로 돌출하는 정도를 조절함으로써 공기의 유입에 의하여 송출되는 계량된 양의 연료가 연료 수요에 일치되도록 엔진 연료 수용에 대응하여 제어된다. 모터(169)는 에어팍(Airpak) 회사가 시판하는 92100 시리즈와 같은 가역 선형 스테퍼모터로 할 수 있다.
연료 송출 밸브(109)는 공기가 급기실(119)로부터 계량실로 들어갈 때, 계량실(120)내의 압력에 대응하여 개방된다. 공기가 공기 유입 밸브(143)를 통하여 계량실로 들어가면 연료 송출 밸브(109)도 개방되어 공기가 송출 밸브쪽으로 이동함으로써 연료를 계량실로부터 연료 송출 밸브를 통과하여 나가게 한다. 공기 유입 밸브(143)는 이 밸브와 연료 송출 밸브(109)사이의 연료를 계량실로부터 연료 송출 포트(114)를 통해 제1도의 연료 대기실(4)로 보낼 수 있을만큼 충분한 공기가 공급될 때까지 개방되어 있다.
각 계량실(120)에는 연료를 연료 공급 갤러리(60)로부터 계량실(120)을 거쳐 연료 귀환 갤러리(70)로 순환할 수 있도록 각각의 밸브(127, 128)에 의하여 제어되는 연료 입구(125)와 연료 출구(126)가 있다. 각 밸브(127, 128)는 각 다이어프램(129,130)에 연결되어 있다. 밸브(127, 128)는 스프링의 힘을 받아 개방된 위치로 있게 되고, 가압 공기가 다이어프램 공동(131,132)을 경유하여 각 다이어프램(129, 130)에 가하여지는 것에 반응하여 폐쇄된다. 각 다이어프램 공동은 언제나 공기관(133)과 통하여 있고, 공기관(133)은 도관(135)에 의하여 급기실(119)과 통하여 있다. 따라서, 가압 공기가 급기실(119)로 들어간 다음에 연료를 송출하기 위하여 계량실(120)로 들어가면 공기도 다이어프램(129,130)에 작용하여 밸브(127,128)가 연료 입구(125) 및 연료 출구(126)를 폐쇄하게 한다.
공기를 공기관(135)을 통하여 급기실(119)로 공급하고 또, 공기관(133)을 통하여 다이어프램 공동(131, 132)으로 공급하는 것은 솔레노이드 조작 밸브(150)에 의하여 엔진의 사이클링과의 시간 관계에 따라 조정된다. 니플(153)을 거쳐 압축 공기 공급원에 연결된 공통의 급기관(151)은 몸체(110)를 통과하면서 그 분기(152)가 각 계량기의 솔레노이드 조작 밸브(150)에 공기를 공급하도록 배치된다.
정상 상태에서는 구형 밸브 요소(159)는 급기관(151)에서 도관(135)으로 흐르는 공기의 흐름을 막아서 공기가 통기구(158)를 통해 대기로 흐를수 있도록 스프링(157)에 의하여 힘을 받는 위치에 있게 된다. 솔레노이드가 작동되면 스프링(157)의 힘이 밸브 요소(159)로부터 풀리고, 밸브 요소는 공급되는 공기의 압력에 의하여 물러나서 공기가 급기관(151)으로부터 도관(135,133)으로 흐를수 있게 한다.
전술한 솔레노이드 작동식 급기제어 밸브는 제1도에 도시한 연료 대기실(4)로 공급되는 공기를 제어하는 데에도 이용할 수 있다. 여기에서 압력 작동식 체크 밸브는 대기실내에 예정된 압력이 발생하는 것에 반응하여 개방된다.
솔레노이드 조작 밸브(150)의 동작은 계량실로부터 내보내어진 연료를 대기실로 확실하게 송출할 수 있도록 하기 위하여 공기를 급기실(119)과 다이어프램 공동(131,132)으로 공급하는 기간을 변동시킴으로써 이를 제어할 수 있다. 또한 솔레노이드 조작 밸브(150)는 제1도에 도시한 노즐 밸브(5)가 개방되어 연료가 엔진 연소실로 분사될 때 대기실내에 적정한 연료량을 보유하기 위해 엔진 사이클에 다라 시기 적절하게 동작한다.
계량실로의 공기 유입은 엔진의 연료 수요를 감지하는 엔진으로부터 발신되는 신호에 의하여 작동하는 전자식 처리 장치로 제어할 수 있다. 이러한 처리 장치는 공기가 계량실로 유입되는 주기 및 지속 시간을 변동할 수 있게 프로그램을 편성할 수 있다. 이 제어 작용에 관한 세부 사항은 오스트레일리아 특허출원 제92001/82호에 기술되어 있다.
제4도에 도시한 또 다른 형태의 연료 계량 장치(1)는 터미널(25)에 연결된 솔레노이드(26)가 들어있는 몸체(24)로 구성되어 있다. 밸브 요소(27)는 솔레노이드의 전기자판(29)에 접속되어 있다. 전기자판(29)에 대하여 반동하는 스프링(30)은 정상 상태에서는 포트(32)를 폐쇄하도록 밸브 요소(27)를 밸브 시트(31)에 대하여 눌려있는 상태를 유지한다.
연료 공동(35)은 포트(32)와 통하여 있고, 각 연료 공급선(38) 및 연료 귀환선(39)과 연결되어 있다. 연료는 연료 대기실(4)의 기준 압력 이상의 압력으로 존재하는 연료 공동(35)에서 오리피스(40)를 통하여 계속적으로 공급된다.
솔레노이드(26)에 전원이 공급되면, 밸브 요소(27)가 들어올려져서 포트(32)가 개방되고, 이에 의하여 연료가 연료 공동(35)으로부터 오리피스(40)를 통하여 연료 대기실(4)로 흘러들어갈 수 있다. 오리피스(40)는 연료 공급 압력에서 연료 대기실내의 기준 압력에 이르는 압력 강하에 따라 구경이 정해진다. 그러므로, 포트(32)가 개방되어 있는 시간을 조절함으로써 대기실로 송출되는 연료의 양을 계량한다.
제2도 및 제3도를 참조하면서 설명한 바와같이, 솔레노이드의 작동 주기 및 엔진 사이클에 대한 그 작동 시간은 엔진의 연료 수요를 감지하는 엔진으로부터 발신되는 신호에 의하여 작동하는 전자식 처리 장치로 제어할 수 있다. 엔진 부하에 따라 정해진 주기동안 일정한 전압하에서 솔레노이드를 작동하는 다른 방법으로써 전압을 펄스로 할 수 있다. 따라서 연료는 다수의 고정된 펄스 주기에 따라 송출되고, 연료의 총량은 펄스의 수를 변동시킴으로써 변동시킨다.
본 발명을 실시함에 있어서 연료 대기실내에 유지되는 기준 압력에 대항하여 연료를 대기실로 효과적으로 송출할 수 있다면 상술한 연료 계량 장치를 변경하여 사용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 스파크 점화 내연기관의 연료 분사 방법에 있어서, 연료 대기실(4)내의 기준 압력을 대기압 보다 높게 유지하기 위하여 연료 대기실(4)로의 공기 공급을 제어하는 단계와, 상기 기준 압력에 대항하여 연료 대기실(4)로 연료를 송출하는 단계와, 엔진에 필요한 연료량에 따라 연료 대기실(4)로 송출되는 연료의 양을 계량하는 단계와, 연료 대기실(4)로 연료를 송출한 후 연료 대기실(4)로부터 엔진으로 연료를 송출하도록 하기 위해 연료 대기실(4)과 엔진과의 교통을 만드는 단계와, 연료 대기실(4)이 엔진과 교통하는 동안 연료 대기실(4)로부터 엔진내의 계량된 연료량을 이송하기에 충분한 공기 압력을 연료 대기실(4)에서 유지하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 연료는 연료 대기실(4)로부터 엔진의 연소실로 직접 송출되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  3. 제1항에 있어서, 계량된 연료량은 연료 대기실(4)로 송출되기 전에 측정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  4. 제1항에 있어서, 연료는 연료 대기실(4)로 송출될 때 계량되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  5. 제1항에 있어서, 계량된 연료량은 압력하에 있는 기체에 의하여 연료 대기실(4)내로 밀려가는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  6. 제1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 연료는 선택적으로 개방될 수 있는 연료 밸브(109)를 통하여 연료 대기실(4)로 공급되고, 계량된 연료량은 연료 송출 밸브(109)가 개방되는 시간 간격을 조절함으로써 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  7. 제1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 계량된 연료량을 확보하기 위하여 연료를 일정 압력하에서 공급하고 다수의 일정한 송출 지속 시간에 의하여 연료가 오리피스(40)를 통해 송출되고, 연료 대기실(4)로 송출되는 연료량을 변동시키기 위해 일정한 송출 지속 시간의 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  8. 제1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 연료는 연료 대기실(4)로 연료를 송출시키는 작용을 하는 차압 또는 작용 주기를 변동함으로써 계량되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  9. 제1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 계량실(120)을 연료 대기실(4)과 연통시키는 선택적으로 개방가능한 연료 송출 포트(114)를 갖는 계량실(120)을 연료로 가득 채우는 단계와, 연료 송출 포트(114)가 개방되었을 때 계량실(120)에서 제어된 연료량을 내보내기 위하여 계량실(120)에 공기를 유입시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  10. 제9항에 있어서, 계량실(120)에서 내보낼 수 있는 연료량의 제어는 계량실(120)에의 공기 유입 위치와 연료 송출 포트(114)를 통한 계량실(120)로부터의 연료 송출 위치와의 상대 위치를 조정함으로써 수행되고, 이러한 상대 위치를 조정함에 의하여 계량실(120)내의 연료 수용량이 변하게 되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  11. 스파크 점화 내연기관의 연료 분사 장치에 있어서, 압력 공기 공급원(8)과 연결될 수 있고 공기를 상기 압력 공기 공급원(8)에서부터 연료 대기실(4)로 유입하도록 작동하며 동작중에는 연료 대기실(4)내의 기준 압력을 대기압 보다 높게 유지하도록 응용된 압력 제어 장치(6)와, 엔진에 필요한 연료에 따라 계량된 연료량을 기준 압력에 대항하여 연료 대기실(4)에 송출하도록 작동할 수 있는 연료 계량 장치(1)와, 연료 대기실(4)로 계량된 연료량이 송출된 후 연료 대기실(4)과 엔진과의 교통을 만들도록 작동할 수 있는 연료 대기실(4)내의 선택적 개방식 노즐 밸브(5)를 구비하고, 상기 노즐 밸브(5)가 개방될 때 연료 대기실(4)내에 보유된 계량된 연료량이 연료 대기실(4)의 공기 압력에 의해 엔진으로 송출되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  12. 제11항에 있어서, 노즐 밸브(5)는 연료 대기실(4)과 엔진의 연소실과를 교통시키는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  13. 제11항에 있어서, 연료 계량 장치(1)는 연료를 연료 대기실(4)로 송출하기 전에 연료량을 계량하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  14. 제13항에 있어서, 연료 대기실(4)내의 기준 압력에 대항하여 계량된 연료량을 연료 대기실(4)로 송출하기 위해 상기 연료량에 선택적으로 공기 압력을 가하는 급기실(119)과 공기 유입 밸브(143)와 밸브 로드(143a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  15. 제11항에 있어서, 연료 계량 장치(1)는 연료가 연료 대기실(4)에 송출될 때 연료량을 계량하도록 되어 있는 것을 특지응로 하는 연료 분사 장치.
  16. 제15항에 있어서, 연료 계량 장치(1)는 연료를 연료 대기실(4)에 송출시키는 선택적 작동식 연료 송출 밸브(109)를 포함하고, 연료 송출 밸브(109)가 개방되는 시간 간격을 조절함으로써 연료 대기실(4)에 송출되는 연료량을 제어하게 되는 솔레노이드 조작 밸브(150)와 밸브 요소(159)와 작동기봉(160)이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  17. 제13항 또는 14항에 있어서, 연료 계량 장치는 계량실(120)과, 상기 계량실(120)과 연료 대기실(4)과를 교통시키기 위해 선택적으로 개방될 수 있는 연료 송출 포트(114)와, 계량실(120)로 공기를 유입시키기 위해 선택적으로 개방될 수 있는 공기 유입 밸브(143)를 포함하고, 이로써 계량실(120)로 공기가 유입되고 연료 송출 포트(114)가 개방되면 계량실(120)내의 연료가 공기에 의하여 연료 대기실(4)로 송출되고, 공기 유입에 의하여 계량실(120)에서 송출될 수 있는 연료량을 제어하는 밸브 로드(143a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  18. 제11항, 제12항 또는 제14항에 있어서, 연료 계량 장치(1)는 계량된 연료량을 결정하기 위해 연료 대기실(4)에 연료를 송출하는 작용을 하는 차압 또는 작용 주기를 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  19. 제11항, 제12항 또는 제13항에 있어서, 연료 계량 장치는 계량실(120)과, 상기 계량실(120)과 연료 대기실(4)과를 교통시키기 위해 선택적으로 개방될 수 있는 연료 송출 포트(114)와, 계량실(120)로 공기를 유입시키기 위해 선택적으로 개방될 수 있는 공기 유입 밸브(143)를 포함하고, 이로써 계량실(120)로 공기가 유입되고 연료 송출 포트(114)가 개방되면 계량실(120)내의 연료가 공기에 의하여 연료 대기실(4)로 송출되고, 공기 유입에 의하여 계량실(120)에서 송출될 수 있는 연료량을 제어하는 밸브 로드(143a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  20. 제11항 내지 16항중 어느 한 항에 있어서, 2행정 사이클 엔진에 연료를 분사하도록 응용되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2행정 사이클 엔진에 연료를 분사하도록 적용될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
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