KR100293551B1 - 디젤엔진의 이중분사각을 갖는 연료분사노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 연소실에 고압의 연료를 분사하는 분사 노즐에 관한 것으로서, 특히 엔진 고속영역과 저속 영역에서 다른 분사각도로 연료를 분사할 수 있도록 한 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐에 관한 것이다.

상기 본 발명은 고압의 연료가 주입되는 연료 통로와, 연료를 분사할 수 있도록 다수의 분공이 형성된 노즐 홀더와; 상기 노즐 홀더의 연료 통로상에 설치되어 연료압이 일정 이상이면 상측으로 이동되어 연료 통로를 개방하는 니들 밸브와; 상기 노즐 홀더의 분공에 설치되어 가압되는 연료압에 따라 다른 분사각으로 연료가 분사되도록 개방되는 다수의 분공 니들 및 분공 스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐

본 발명은 디젤 엔진의 연소실에 고압의 연료를 분사하는 분사 노즐에 관한 것으로서, 특히 엔진 고속영역과 저속 영역에서 다른 분사각도로 연료를 분사할 수 있도록 한 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐에 관한 것이다.

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

따라서, 상기 노즐의 기능은 인젝션 펌프의 성능을 최대한으로 발휘되고 또한 각 엔진마다 다른 연소실 안의 공기 흐름에 적합하여 엔진의 성능을 최대로 발휘하는 것이 요구된다.

도 1은 종래 기술에서 디젤 엔진의 연료 분사 노즐 중 홀 노즐이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 니들(1)에 따라 개구 면적이 변화하지 않고, 분공(12)의 지름과 수의 선택으로 각 엔진의 연소에 적합하게 한다. 즉, 시이트(14) 부분을 통과하는 연료는 색홀(16)에 들어가서 방향이 다른 각의 분공(12)으로 갈라져 연소실에 분사된다.

그리고, 연소실의 모양, 공기 흐름, 노즐 부착 각도 등에 따라 상기 분공(12)의 지름 수와 분무 각도, 오프셋 각 등 여러 가지로 조합하여 각 엔진의 특성에 따라 노즐 바디(10)의 형태를 취하게 된다. 이것은 같은 노즐이라도 분공(12)의 방향에 따라 분출구의 지름이 다른 것을 결합하여 사용하는 예도 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 디젤 엔진의 연료 분사 노즐은 분공(12)이 일정한 경사각을 갖도록 결정되어 있어 엔진 저속시에나 고속시에도 동일한 분사각으로만 연료를 분사하는 한계를 갖고 있다.

특히 도 2에 도시된 바와 같이 분사 노즐의 분무각에 따라 탄화수소(HC)의 발생량이 달라는 바, 분사 노즐의 분사각이 작을수록 HC가 저감됨은 알 수 있다.

그러나 종래 기술의 분사 노즐은 분사각이 일정하게 고정되어 있기 때문에 저압일 때는 먼 거리 분사가 어렵고, 고압일 때는 먼 거리 분사가 가능하나 연소실 상측으로의 분사가 어려워 연료가 고르게 분무되지 않고, 이에 따라 HC의 발생량이 많아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스프링의 장력을 이용하여 연료압에 따라 분사각이 달라지도록 하여 연료 분무가 고르게 이루어져 탄화수소 발생량을 줄이도록 하는 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐을 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐은, 고압의 연료가 주입되는 연료 통로와, 연료를 분사할 수 있도록 다수의 분공이 형성된 노즐 홀더와; 상기 노즐 홀더의 연료 통로상에 설치되어 연료압이 일정 이상이면 상측으로 이동되어 연료 통로를 개방하는 니들 밸브와; 상기 노즐 홀더의 분공에 설치되어 가압되는 연료압에 따라 다른 분사각으로 연료가 분사되도록 개방되는 다수의 분공 니들 및 분공 스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 디젤 엔진의 분사 노즐이 도시된 단면도,

도 2는 연료 분사각에 따른 HC의 발생량 비교를 위한 단면도 및 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐이 도시된 단면도 및 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 노즐 홀더 50a : 연료 통로

50b : 색홀 51 : 분공

51a : 저압 분공 51b : 고압 분공

60 : 분공 니들 65 : 분공 스프링

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

본 발명에 의한 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐은 도 3에 도시된 바와 같이 노즐 홀더(50)에는 인젝션 펌프로부터 고압의 연료가 주입되는 연료 통로(50a)와, 이 연료 통로(50a)와 연통되어 연료를 분사할 수 있도록 다수의 분공(51)이 형성되어 있다.

그리고 상기 노즐 홀더(50)의 연료 통로(50a)상에는 니들 밸브(55)가 설치되어 연료압이 일정 이상이면 상측으로 이동되어 연료 통로(50a)를 개방할 수 있도록 되어 있다.

특히 상기 노즐 홀더(50)의 분공(51)에는 각 분공마다 분공 니들(60) 및 분공 스프링(65) 설치되어 가압되는 연료압에 따라 다른 분사각으로 연료가 분사되도록 개방되게 되어 있다.

즉 도 3의 확대도에 도시된 바와 같이 상기 분공 니들(60)은 상기 분공(51)의 입구부에 설치되되. 상기 분공(51)의 외측으로 노출되어 연료압이 작용되도록 경사진 플랜지형으로 확장된 머리부(60a)와, 상기 분공(51)에 삽입되어 분공(51)의 내경보다 상대적으로 작은 외경을 갖는 삽입부(65)로 이루어지고, 상기 분공 스프링(65)은 일단은 분공 니들(60)에 고정되고 타단은 분공(51)내측에 고정되어 상기 분공 니들(60)이 분공(51)을 닫는 방향으로 탄성력을 제공하도록 되어 있는 것이다.

여기서 본 발명의 상기 분공(51)은 노즐 홀더(50)의 중심선을 중심으로 일정각(θ₁)내에 복수개의 저압 분공(51a)이 형성되고, 일정각(θ₂) 이상의 위치에 복수개의 고압 분공(51b)이 형성되어, 상기 저압 분공(51a)에 설치된 분공 스프링(65)은 상기 고압 분공(51b)에 설치된 분공 스프링(65)보다 탄성력의 크기가 상대적으로 작은 것이 설치되어 있다.

즉 저압 분사시에는 일정각(θ₁)내의 분공(51a)이 개방되게 되어 있고, 고압 분사시에는 일정각(θ₁) 이상의 분공(51b)이 개방되도록 되어 있는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐의 작용을 설명하면 다음과 같다.

인젝션 펌프에서 노즐 홀더(50)의 연료 통로(50a)내에 연료를 가압하여 니들 밸브(55)가 개방되면 색홀(50b)내에 연료가 모이게 된다.

여기서 엔진 저속일 경우에는 색홀(50b)에 저압의 연료압이 생성되므로 일정 분사각(θ₁) 내에 있는 저압 분공(51a)측이 개방되면서 연료가 분사된다. 물론 고압 분공(51b)은 분공 스프링(65)의 장력이 상대적으로 크기 때문에 개방되지 않으나 저압의 분공(51a)이 일정각(θ₁) 내에 있으므로 연소실의 하단까지 멀리 분사가 가능해진다.

상기 저압 분공(51a)의 개방은 연료가 분공 니들(60)의 머리부(60a)에 작용하면 연료압에 의해 분공 스프링(65)의 탄성력을 이기고 색홀(50b) 내측으로 이동하게 됨으로써 색홀(50b)에 있는 연료가 분공(51a)을 통해 연소실에 분사된다.

이와는 다르게 엔진 고속일 경우에는 인젝션 펌프의 가압에 의해 노즐 홀더(50)의 색홀(50b)에 고압의 연료압이 형성되므로 저압 분공(51a)이 열림과 동시에 일정각(θ₂) 이상의 위치에 있는 고압의 분공(51b)도 개방되게 된다.

따라서 연소실의 하단에서 상측까지 고르게 연료가 분사되어 엔진 고속시 연소 효율이 향상됨과 동시에 엔진의 출력도 향상되게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐은 엔진의 속도 및 연료압에 따라 연료 분사각이 변화될 수 있도록 구성되어 있기 때문에 주행 상태에 따라 연료를 적절하게 분사하여 연소 효율을 향상시키게 되고, 또한 탄화수소의 저감으로 이미션(emission)을 향상시키는 이점을 갖게 된다.

Claims (3)

1. 고압의 연료가 주입되는 연료 통로와, 연료를 분사할 수 있도록 다수의 분공이 형성된 노즐 홀더와;

   상기 노즐 홀더의 연료 통로상에 설치되어 연료압이 일정 이상이면 상측으로 이동되어 연료 통로를 개방하는 니들 밸브와;

   상기 노즐 홀더의 분공에 설치되어 가압되는 연료압에 따라 다른 분사각으로 연료가 분사되도록 개방되는 다수의 분공 니들 및 분공 스프링으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분공 니들은 상기 분공의 입구부에 설치되되. 상기 분공의 외측으로 노출되어 연료압이 작용되도록 경사진 플랜지형으로 확장된 머리부와, 상기 분공에 삽입되어 분공의 내경보다 상대적으로 작은 외경을 갖는 삽입부로 이루어지고;

   상기 분공 스프링은 일단은 분공 니들에 고정되고 타단은 분공내측에 고정되어 상기 분공 니들이 분공을 닫는 방향으로 탄성력을 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분공은 노즐 홀더의 중심선을 중심으로 일정각내에 복수개의 저압 분공이 형성되고, 일정각 이상의 위치에 복수개의 고압 분공이 형성되어;

   상기 저압 분공에 설치된 분공 스프링은 상기 고압 분공에 설치된 분공 스프링보다 탄성력의 크기가 상대적으로 작은 것이 설치된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 이중 분사각을 갖는 연료 분사 노즐.

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