KR100267625B1 - 2단 고압 분사 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진에서 고압의 연료를 연소실에 분사시키는 고압 분사 노즐에 관한 것으로서, 특히 노즐에서 분사되는 연료를 2단계로 분사되도록 함으로써 연소실 안의 급격한 압력 상승을 방지함과 동시에 연료 폭발시의 연소음을 저감시켜 연소실 내부의 내구성을 향상시키고 연소 성능이 향상되도록 한 2단 고압 분사 노즐에 관한 것이다.

상기 본 발명은 노즐 끝단의 주분사 구멍(52) 주위에 선분사 구멍(54)이 형성된 노즐 홀더(50)와, 상기 노즐 홀더(50)에 내재되어 연료를 분사할 때 상기 선분사 구멍(54)을 먼저 개방하고 주분사 구멍(52)을 일정 시간 후에 개방토록 형성된 2단 니들 밸브(60)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

2단 고압 분사 노즐

본 발명은 디젤 엔진에서 고압의 연료를 연소실에 분사시키는 고압 분사 노즐에 관한 것으로서, 특히 노즐에서 분사되는 연료를 2단계로 분사되도록 함으로써 연소실 안의 급격한 압력 상승을 방지함과 동시에 연료 폭발시의 연소음을 저감시키고 분사된 연료가 일시에 착화되게 하여 연소 성능이 향상되도록 한 2단 고압 분사 노즐에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 디이젤 엔진은 실린더 안에 공기만을 흡입, 압축하여 공기의 온도가 높아졌을 때, 연료를 안개모양의 입자로 고압 분사하여 이 분사 연료가 공기의 압축열에 의해 자기착화, 연소하게 된다. 이때 발생한 가스의 압력에 의해 동력을 얻는다. 여기서, 상기 분사 펌프에서 압송되는 고압 연료는 최종적으로 상기 분사 노즐에서 무화되어 연소실 안에 분사된다.

따라서, 상기 분사 노즐의 기능은 분사 펌프의 성능을 최대한으로 발휘되고 또한 각 기관마다 다른 연소실 안의 공기 흐름에 적합하여 기관의 성능을 최대로 발휘하는 것이 요구된다.

그래서, 디젤 엔진의 부실식 기관에서는 일반적으로 밸브 리프트에 따라 개구 면적이 달라지는 핀틀 노즐과 드로틀 노즐을 사용하고, 직접 분사식 기관에서는 홀 노즐을 사용하는데 도 1에서는 상기 핀틀 노즐을 도시하고 있다.

여기서, 종래의 고압 분사 노즐에서 상기 핀틀 노즐은 도 1에 도시된 바와 같이 연소실에 끝단이 노출되고 이 끝단에 고압의 연료를 분사하기 위한 분사 구멍(12)이 형성된 노즐 홀더(10)와, 상기 노즐 홀더(10)에 내재되어 왕복 운동하면서 상기 분사 구멍(12)을 개폐시키는 니들 밸브(20)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 니들 밸브(20)는 상기 노즐 홀더(10)의 내측면에 접촉되어 연료 분사를 막아주는 몸체부(22)와, 상기 몸체부(22)의 끝단에서 봉형으로 길게 돌출되어 상기 분사 구멍(12)을 개폐시키는 니들봉(24)으로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성되는 종래의 고압 분사 노즐은 인젝션 펌프(미도시 됨)에서 연료가 고압의 상태로 상기 노즐 홀더(10)의 내부로 압송되면, 이 압송된 고압의 연료에 의해 상기 니들 밸브(20)가 상측으로 이동되면서 노즐 구멍(12)을 개방하게 된다. 그리고, 상기 노즐 구멍(12)의 개방과 동시에 고압의 연료는 연소실에 분사된다.

여기서, 상기 니들 밸브(20)는 고압의 연료에 의해 리프트되면서 먼저 몸체부(20)가 상기 노즐 홀더(10)에서 떨어지고, 다음에 상기 니들 밸브(20) 끝단의 니들봉(24)이 노즐 구멍(12)에서 빠져 나오고, 이렇게 개방된 노즐 구멍(12)을 통해 노즐 홀더(10) 내로 압입된 연료가 연소실에 분사되게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성되고 작동되는 종래의 고압 분사 노즐은 니들 밸브(20)가 상측으로 이동되면서 분사 구멍(12)을 통해 연료가 일시에 분사되기 때문에 일정 시간 착화가 지연된 후 급격히 연소가 진행되어 연소실 내의 압력이 급상승되고, 동시에 심한 소음이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 고압 분사 노즐은 연소실 내의 일시 착화 현상에 의한 급격한 압력 상승으로 실린더 내부가 손상되는 등의 엔진의 내구력을 약화시키는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 2단 니들 밸브와 두 종류의 분사 구멍을 형성하여 2단계로 연료가 분사되도록 함으로써 연료의 착화 지연 없이 연차적으로 연소되도록 하여 폭발시 연소음 저감은 물론 급격한 압력 상승이 방지되어 연소실의 내구성이 유지되도록 한 2단 고압 분사 노즐을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 고압 분사 노즐을 도시한 도면으로서,

도 1a는 정단면도,

도 1b는 상기 도 1a의 'A'방향 투시도,

도 2는 본 발명에 따른 2단 고압 분사 노즐을 도시한 도면으로서,

도 2a는 정단면도,

도 2b는 상기 도 2a의 'B'방향 투시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 노즐 홀더 52 : 주분사 구멍

54 : 선분사 구멍 60 : 2단 니들 밸브

62 : 주니들부 64 : 확장 니들부

66 : 가이드 홈 70 : 지연 개폐수단

72 : 개폐구 74 : 지연 스프링

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 2단 고압 분사 노즐은, 노즐 끝단의 주분사 구멍 주위에 선분사 구멍이 형성된 노즐 홀더와, 상기 노즐 홀더에 내재되어 연료를 분사할 때 상기 선분사 구멍을 먼저 개방하고 주분사 구멍을 일정 시간 후에 개방토록 형성된 2단 니들 밸브로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 2단 고압 분사 노즐은 도 2에 도시된 바와 같이 노즐 홀더(50)는 그 끝단에 일정 크기의 주분사 구멍(52)이 형성되고, 상기 주분사 구멍(52) 주위에 선분사 구멍(54)이 다수 형성되어 있다. 그리고, 2단 니들 밸브(60)는 상기 노즐 홀더(50)에 내재되어 연료를 분사할 때 상기 선분사 구멍(54)을 먼저 개방하고 주분사 구멍(52)을 일정 시간 후에 개방토록 형성되어 있다.

여기서, 상기 노즐 홀더(50)의 선분사 구멍(54)은 상기 주분사 구멍(52)보다 작은 크기의 내경으로 다수 형성되어 상기 주분사 구멍(52)을 중심으로 균일하게 배열되어 있다.

그리고, 상기 2단 니들 밸브(60)는 상기 주분사 구멍(52)을 개폐토록 긴 봉형으로 형성된 주니들부(62)와, 상기 주니들부(62)의 둘레에 형성되고 상기 선분사 구멍(54)을 개폐토록 상기 노즐 홀더(50)의 내측면에 접촉되는 확장 니들부(64)와, 상기 주니들부(62)와 확장 니들부(64) 사이에 형성된 가이드 홈(66)과, 상기 주니들부(62)에 외삽되어 상기 가이드 홈(66)을 따라 왕복 운동되고 주분사 구멍(52)의 연료 분사 시점을 지연시키는 지연 개폐수단(70)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 지연 개폐수단(70)은 원통형으로 형성되어 상기 주니들부(62)에 외삽되고 상기 주분사 구멍(52) 주위에 접촉되는 개폐구(72)와, 상기 개폐구(72)의 상단과 가이드 홈(66)의 상부면 사이에 설치되어 상기 개폐구(72)를 주분사 구멍(52) 방향으로 밀어주는 지연 스프링(74)으로 구성된다.

그리고, 상기 지연 개폐 수단(70)의 상하 이동이 용이토록 상기 개폐구(72)의 상단이 가이드 홈(66)내에서 외주 방향으로 돌출되고, 상기 확장 니들부(64)의 내측 끝단이 상기 개폐구(72)의 둘레 방향으로 돌출되도록 형성된 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 2단 고압 분사 노즐의 작용을 설명하면 다음과 같다.

인젝션 펌프(미도시 됨)에서 고압의 연료가 노즐 홀더(50) 내부로 압송된 후, 2단 니들 밸브(60)가 개방될 때, 먼저 확장 니들부(64)와 주니들부(62)가 상승하게 된다. 이때, 상기 확장 니들부(64)의 상승으로 선분사 구멍(54)을 통해 일정량의 연료가 연소실에 분사된다. 그러나, 주분사 구멍(52)은 지연 개폐수단(70)의 개폐구(72)에 의해 연료가 공급이 차단되어 분사되지 않은 상태이다.

즉, 상기 확장 니들부(64)와 주니들부(62)가 상측으로 이동되더라도 상기 개폐구(72)는 지연 스프링(74)의 탄성력으로 주분사 구멍(52)과 선분사 구멍(54)사이에 계속 접촉되어 주분사 구멍(52) 방향으로 가압되는 연료를 차단하게 된다.

이후, 상기 2단 니들 밸브(60)가 일정 이상의 높이로 상승되면 상기 지연 스프링(74)과 개폐구(72)는 하측 방향으로 작용력이 떨어져서 상기 개폐구(72)도 동시에 상측으로 이동하게 된다. 이때, 상기 주분사 구멍(52)이 완전히 개방되면서 노즐 홀더(50) 내부로 가압된 연료가 주분사 구멍(52)을 통해 연소실에 분사되게 된다.

따라서, 상기 선분사 구멍(54)을 통해 분사된 연료가 연소실 내부에서 먼저 착화되고, 연속해서 상기 주분사 구멍(52)을 통해 분사된 연료가 착화 상태의 연소실에 분사되면서 미소 시간 내에 다단계 연소 현상이 일어나게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명에 의한 2단 고압 분사 노즐은 주분사 구멍(52)과 선분사 구멍(54)으로 형성된 노즐 홀더(50)에 2단 니들 밸브(60)가 내재되어 2단계로 연료를 분사하기 때문에 착화 지연 없이 연차적으로 착화되어 연소음이 최소화되고 급격한 압력 상승을 억제할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 연소실 내부의 급격한 압력 상승이 억제되어 실린더의 내구력이 상승됨은 물론 연료의 균일한 분사 구조로 연소 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 노즐 끝단의 주분사 구멍 주위에 선분사 구멍이 형성된 노즐 홀더와, 상기 노즐 홀더에 내재되어 연료를 분사할 때 상기 선분사 구멍을 먼저 개방하고 주분사 구멍을 일정 시간 후에 개방토록 형성된 2단 니들 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 2단 고압 분사 노즐.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐 홀더의 선분사 구멍은 상기 주분사 구멍보다 작은 크기로 다수 형성되어 상기 주분사 구멍을 중심으로 균일하게 배열된 것을 특징으로 하는 2단 고압 분사 노즐.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 2단 니들 밸브는 상기 주분사 구멍을 개폐토록 긴 봉형으로 형성된 주니들부와, 상기 주니들부의 둘레에 형성되고 상기 선분사 구멍을 개폐토록 상기 노즐 홀더의 내측면에 접촉되는 확장 니들부와, 상기 주니들부와 확장 니들부 사이에 형성된 가이드 홈과, 상기 주니들부에 외삽되어 상기 가이드 홈을 따라 왕복 운동되고 주분사 구멍의 연료 분사 시점을 지연시키는 지연 개폐수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 2단 고압 분사 노즐.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 지연 개폐수단은 원통형으로 형성되어 상기 주니들부에 외삽되고 상기 주분사 구멍 주위에 접촉되는 개폐구와, 상기 개폐구의 상단과 가이드 홈의 상부면 사이에 설치되어 상기 개폐구를 주분사 구멍 방향으로 밀어주는 지연 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 2단 고압 분사 노즐.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 지연 개폐 수단의 상하 이동이 용이토록 상기 개폐구의 상단이 가이드 홈내에서 외주 방향으로 돌출되고, 상기 확장 니들부의 내측 끝단이 상기 개폐구의 둘레 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 2단 고압 분사 노즐.