KR100279997B1 - 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 분사식 엔진용 홀 노즐에 관한 것으로서, 특히 노즐의 끝단에 형성된 분공 분사 패턴을 일정하게 하여 연소 효율을 향상시켜 스모크 저감, 출력 증대, 연비 저감의 효과를 얻을 수 있도록 한 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법에 관한 것이다.

상기 본 발명은 노즐 바디의 시트부에 연료압에 의해 개방되는 니들이 밀착되어 있고, 상기 시트부로부터 외측 방향으로 다수의 분공이 형성되어 있는 직접 분사식 엔진용 홀 노즐에 있어서,

상기 분공의 길이를 'L', 분공의 분공경을 'D' 라 하면; 상기 니들 중심으로부터 노즐 바디의 두께를 편심되게 형성하되, 상기 시트부로부터 분공 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이상이 되어 연료 흐름 저항이 큰 경우에는 상대적으로 L/D를 크게 형성하고, 상기 시트부로부터 분공 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이하가 되어 연료 흐름 저항이 적은 경우에는 L/D를 작게 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법

본 발명은 직접 분사식 엔진용 홀 노즐에 관한 것으로서, 특히 노즐의 끝단에 형성된 분공 분사 패턴을 일정하게 하여 완전 연소실 실현할 수 있도록 한 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 디젤 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 인젝션 펌프에서 압송되는 고압 연료는 최종적으로 상기 분사 노즐에서 무화되어 연소실 안에 분사된다.

따라서, 상기 분사 노즐의 기능은 인젝션 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 홀 노즐을 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술의 홀 노즐은 노즐 바디(10)의 하측 방향으로 니들(20)이 닫혀 고압 연료의 분사가 완료된 다음, 시트부(11)에서 연소실에 이르는 통로에 고인 연료가 연소실 내의 고온, 압력 변동 등에 의해 연소실로 분출되어 미연소 가스가 발생되거나, 특히 배기 가스중 탄화 수소(HC)가 증가되는 것을 방지하기 위해 노즐 바디(10)의 시트부(11)에서 분공(12)까지의 용적을 최소화 한 것으로 니들(20)이 직접 분공(12) 입구를 막고 있는 구조로 되어 있다.

이와 같은 홀 노즐은 다른 노즐에 비해 배기 가스중의 탄화수소(HC)의 저감에는 효과가 있으나 도 2에 도시된 바와 같이 연료 분사시 시트부(11)에서 분공(12)로의 연료 흐름 방향이 급격하게 변하고 연료 흐름 저항 및 압력 손실이 커서 각 분공(12)간의 연료 분사 패턴(P)이 일정하지 않고 그 편차도 커지게 되는 문제점이 있다.

또한, 상기한 홀 노즐은 각 분공(12)의 연료 분사 관통력도 낮기 때문에 연소실내로 흡입된 공기를 충분히 이용하지 못하여 불완전 연소로 인한 스모크 과다 발생 및 연비 악화를 초래하는 문제점도 발생된다.

또한 상기한 종래 기술의 홀 노즐은 단위 시간당 연료 분사량도 낮으므로 동일 분사 압력에서 출력이 저하되고 분사 연료량을 증가시킬 경우 질소 산화물(NO_X)의 과다 발생도 우려되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 홀 노즐의 본래 목적인 탄화수소(HC) 저감은 물론 흡입된 공기의 연소 이용률을 향상시켜 출력증대, 연비개선, 스모크 저감을 실현할 수 있도록 하는 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법은, 노즐 바디의 시트부에 연료압에 의해 개방되는 니들이 밀착되어 있고, 상기 시트부로부터 외측 방향으로 다수의 분공이 형성되어 있는 직접 분사식 엔진용 홀 노즐에 있어서, 상기 분공의 길이를 L, 분공의 분공경을 D 라 하면; 상기 니들 중심으로부터 노즐 바디의 두께를 편심되게 형성하되, 상기 시트부로부터 분공 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이상이 되어 연료 흐름 저항이 큰 경우에는 상대적으로 L/D를 크게 형성하고, 상기 시트부로부터 분공 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이하가 되어 연료 흐름 저항이 적은 경우에는 L/D를 작게 형성하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 직접 분사식 엔진용 홀 노즐이 도시된 단면도,

도 2는 종래 기술의 분무 패턴이 도시된 분무 상태도,

도 3은 본 발명에 따른 직접 분사식 엔진용 홀 노즐이 도시된 단면도,

도 4는 분공 길이와 분공경에 따른 연료 확산각을 나타낸 상태도,

도 5는 본 발명에 따른 분무 패턴이 도시된 분무 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 노즐 바디 51 : 시트부

52 : 분공 60 : 니들

L : 분공의 길이 D : 분공경

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

도 3은 본 발명에 의한 직접 분사식 엔진용 홀 노즐이 도시된 단면도이고, 도 4는 분공의 분공경과 길이에 따른 분무 범위가 도시된 도면이다.

직접 분사식 엔진용 홀 노즐은 노즐 바디(50)의 시트부(51)에 연료압에 의해 개방되는 니들(60)이 밀착되어 있고, 상기 시트부(51)로부터 외측 방향으로 다수의 분공(52)이 형성되어 있는 바, 본 발명의 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법은 상기 분공(52)의 길이를 'L', 분공(52)의 분공경을 'D' 라 하면, 상기 니들(60) 중심으로부터 노즐 바디(50)의 두께를 편심되게 형성하되, 상기 시트부(51)로부터 분공(52) 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이상이 되어 연료 흐름 저항이 큰 경우에는 상대적으로 L/D를 크게 형성하고, 상기 시트부(51)로부터 분공(52) 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이하가 되어 연료 흐름 저항이 적은 경우에는 L/D를 작게 형성한다.

즉 도 3에서와 같이 노즐 바디(50)의 시트부(51)로부터 분공(52)의 경사각이 큰 경우(도 3에서 52B)에는 분공(52B)의 길이(L₂)는 길고 분공(52의 분공경(D₂)은 적게 형성하며, 분공(52)의 경사각이 작은 경우(도 3에서 52A)에는 분공(52A)의 길이(L₁)는 짧고 분공(52A)의 분공경(D₁)은 크게 형성하는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법의 작용을 설명하면 다음과 같다.

노즐의 일반적인 분사패턴은 분공의 분공경(D)과 분공 길이(L)의 비에 따라 변화하며 그 경향은 도 4에 도시된 바와 같다.

즉 L/D가 커짐에 따라 도 4b에 도시된 바와 같이 도달거리(l)는 길어지게 되나 확산각(θ)은 작아지게 된다. 또한 L/D가 작아짐에 따라 도 4a에 도시된 바와 같이 도달거리(l)는 작아지게 되나 확산각(θ)은 커지게 된다.

이와 같이 각 분공(52)의 L/D비에 따른 분무특성의 변화에 따라 연소실내에서의 보울(BOWL)의 형상 및 크기, 맴돌이(SWIRL)의 강도 등과 상호 작용하며, 엔진의 특성에 맞게 L/D비를 설정할 필요가 있다.

홀 노즐은 각 분공에 따라 분사된 분무 패턴의 편차가 크다. 도 3과 같이 분공(52)의 길이(L)와 분공경(D)의 치수를 변경하기 위하여 노즐 바디 끝단부의 가공을 니들을 중심에 대하여 양측이 편심되게 한다.

이와 같이 함으로써 각 분공(52)의 L/D를 원하는 대로 설정할 수 있으며 분공의 방향이 연료 흐름 저항이 큰 경우(도 3의 52B)는 L/D를 크게 하고, 연료 흐름 방향이 완만하여 흐름 저항이 적은 경우(도 3의 52A)는 L/D를 상대적으로 작게 하여 각 분공(52)의 분무 패턴(P)을 도 5에 도시된 바와 같이 균일하게 할 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법은 각 분공의 분무 패턴을 일정하게 하여 연소실내에 흡입된 공기를 충분히 활용할 수 있기 때문에 완전 연소를 실현할 수 있어 스모크 저감, 출력 증대, 연비 저감의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 노즐 바디의 시트부에 연료압에 의해 개방되는 니들이 밀착되어 있고, 상기 시트부로부터 외측 방향으로 다수의 분공이 형성되어 있는 직접 분사식 엔진용 홀 노즐에 있어서,

   상기 분공의 길이를 'L', 분공의 분공경을 'D' 라 하면;

   상기 니들 중심으로부터 노즐 바디의 두께를 편심되게 형성하되, 상기 시트부로부터 분공 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이상이 되어 연료 흐름 저항이 큰 경우에는 상대적으로 L/D를 크게 형성하고, 상기 시트부로부터 분공 방향으로 연료가 굴절되는 분사각이 일정각 이하가 되어 연료 흐름 저항이 적은 경우에는 L/D를 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 엔진용 홀 노즐의 분공 형성 방법.

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