KR100299834B1

KR100299834B1 - 유체분사노즐및그것을사용한연료분사밸브

Info

Publication number: KR100299834B1
Application number: KR1019950012222A
Authority: KR
Inventors: 오구마요시도모
Original assignee: 오카메 히로무; 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 2002-07-02
Also published as: JPH07310629A; JP3560174B2; KR950033064A; US5564392A; DE19517988A1; CN1054906C; CN1113294A

Abstract

유체를 미립화하여 분무할 때 유체의 분무각을 희망하는 분무각으로 제어할수 있는 유체분사노즐을 제공함을 목적으로 하며,

분사밸브본체 분사구멍의 출구부에 고정된 유체분사노즐은, 제1오리피스(71)를 구비한 제1오리피스판과, 제2오리피스(75)를 구비한 제2판을 구비하고 있다. 제1 오리피스(71)와 제2오리피스(75)가 교차하여 평판 두께방향으로 관통구멍을 형성하도록 제1오리피스판과 제2오리피스판을 겹친다. 제1오리피스(71)의 하류측 개구표면과 제2오리피스(75)의 상류측 개구표면이 교차하는 면적 S1과, 제2오리퍼스(75)의 하류측 개구표면의 면적 S2의 개구면적비 S1/S2의 값으로 연료분무각(θ)을 제어한다.

Description

유체분사노즐 및 그것을 사용한 연료분사밸브

본 발명은 유체분사노즐 및 그것을 사용한 연료분사밸브에 관한 것으로, 예컨대 자동차용의 내연기관으로 연료를 분사하여 공급하는 전자식 연료분사밸브의 분사노즐 및 그것을 사용한 연료분사밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관에 사용되는 연료분사밸브는 밸브본체의 축방향으로 형성되는 안내구멍에 밸브부재를 슬라이딩할 수 있도록 수납하고, 밸브본체의 선단부에 개구하는 분사구멍을 밸브부재의 상하운동에 의하여 개폐한다. 이 때문에, 밸브부재는 적정한 연료분사량을 확보하도록 분사개시시의 리프트량이 정밀하게 제어된다.

종래 기술로서, 일본국 특개 소61-104156호 공보에 개재된 연료분사밸브는 분사구멍의 전방에 다수의 슬릿 형상 오리피스를 구비하여, 이 슬릿 형상 오리피스에 분사구멍으로부터의 연료를 통하므로서, 연료를 넓은 각도로 넓힌 미립화된 분무로 하고 있다.

또, 일본국 특개 평2-75757호 공보는, 분사구멍의 전방측에 여러개의 규소판을 구비한 것을 개재하고 있다. 규소판을 사용함에 따라 정밀한 연료통로구멍 형태를 형성하므로서 연료흐름을 제어한다.

또한, 미국 특허 제4,647,013호 공보는 분사구멍의 전방측에 연료흐름을 제어하고 오리피스를 구비하는 규소평판을 구비한 연료분사밸브를 개재하고 있다.

상기 일본국 특개 소61-104156호 공보에 개재된 바와 같이, 연료분무의 미립화를 촉진하기 위하여 종래부터 여러가지의 분사구멍 형상이 시도되어 왔다. 그런데, 종래기술에 개재되어 있는 바와 같은 분사구멍 형상에서는 충분한 미립화가 곤란하였다.

본 발명자는 제1슬릿을 구비한 제1판과 제2슬릿을 구비한 제2판이 겹쳐져서, 서로 교차하는 제1슬릿과 제2슬릿에 의하여 형성되는 관통구멍으로부터 분출되는 연료분무 형상에 대하여 실험하였던 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 유체분사노즐에 관련하는 공지되어 있지 않는 도 12∼도 15에 나타낸 비교예에 있어서는 나중에 설명하는 도 3∼도 7에 나타낸 본 발명의 실시예와대비하면 알 수 있는 바와 같이, 제1오리피스(171)의 슬릿폭을 본 발명의 실시예보다도 좁게 하고 있다. 이 슬릿폭이 좁은 제1오리피스(171)를 통과한 연료는, 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 제2오리피스(175)의 일부를 구획 형성하는 짧은 빗면(112, 113)에 충분히 도달하지 안는 상태에서 제2오리피스(175)를 통과한다. 이 현상을 다른 관점에서 설명하면, 연료분사시, 연료분사밸브(10)의 분사구멍(26c)의 출구부를 연료가 흐르지만, 이때, 제2오리피스(175)의 양단측의 짧은 빗면(112, 113)의 근방에는 공간부(200, 201)가 만들어져서, 이 공간부(200, 201)에는 연료흐름이 충분히 충만하지 않는 상태에서, 제2오리피스(175)의 길이방향과 관통구멍방향을 포함한 평면에 잇따라서 제2오리피스(175)의 길이방향 중앙부 출구에서 충분히 넓은 분무각(θ)을 갖고 연료가 분사된다. 이와 같은 현상은 실험에서 발명자의 육안으로 확인되고 있다.

본 발명자는 제2오리피스(175)의 양단측의 짧은 빗면(112, 113) 근방의 공간부(200, 201)가 생성되는 것이 연료분사특성에 어떠한 영향을 주는가에 대하여 여러가지로 고찰하였던 결과, 더욱 실험을 진행하는 과정에서 본 발명을 완성하였다.

즉, 제1오리피스(171)의 출구측 개구면적 S1을 어느 정도 큰 값으로 하여, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2오리피스(175)의 짧은 빗면(112, 113)에 연료흐름의 일부를 도달시킴으로서, 이 제2오리피스(175)의 짧은 빗면(112, 113)의 경사에 의한 연료흐름의 안내작용이 작용하여 연료분사흐름의 지향성을 나타낼 수 있고, 연료분무각의 규제가 실행되어서 양호한 소망의 좁은 분무각을 얻을 수 있음을 발견하였다.

본 발명의 목적은, 유체를 미립화하여 분무할 수 있는 유체분사노즐 및 그것을 사용한 연료분사밸브를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유체의 분무각을 임의의 분무각으로 제어할 수 있는 유체분사노즐을 제공함에 있다.

본 발명의 또 따른 목적은, 연료분사밸브의 분사구멍의 출구부에 부착이 용이한 조절량 기능을 구비한 유체분사노즐을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 유체분사노즐을 구성하는 여러 부품을 위치결정하여 조립하는 것이 용이한 유체분사노즐을 사용한 연료분사밸브를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 청구의 범위 제1항 기재의 유체분사노즐은, 분사밸브본체의 분사구멍의 출구부에 고정된 유체분사노즐로서,

제1슬릿을 구비한 제1판과, 제2슬릿을 구비한 제2판을 구비하여,

제1슬릿과 제2슬릿이 교차하여 판두께방향으로 관통구멍을 형성하도록 제l판과 제2판을 겹치게 하고,

제1슬릿의 하류측 개구표면과 제2슬릿의 상류측 개구표면이 교차하는 면적을 S1, 제2슬릿의 하류측 개구표면의 면적을 S2라 하면 개구면적비 S1/S2의 값으로 분무각을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구의 범위 제2항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제1항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 분사밸브 1개에 대하여 여러개의 기통에 유체를 분사하는 경우, 개구면적비 S1/S2≥1로 설정하는 것을 특징으로 한다.

청구의 범위 제3항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제1항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 분사밸브 1개에 대하여 단 1개의 기통에 유체를 분사하는 경우, 개구면적비 S1/S2≥2로 설정하는 것을 특징으로 한다.

청구의 범위 제4항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제1항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 제2슬릿은 입구에서 출구로 향하여 끝이 가는 형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

청구의 범위 제5항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제4항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 제2슬릿은 서로 대향하는 한쌍의 긴 빗면과 서로 대향하는 한쌍의 짧은 빗면과의 4벽면에 의하여 구획 형성되어 있음을 특징으로 한다.

청구의 범위 제6항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제1항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 제1슬릿은 입구에서 출구로 향하여 끝이 가는 꼴로 형성되어 있음을 특징으로 한다.

청구의 범위 제7항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제6항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 제1슬릿은 서로 대향하는 한쌍의 긴 빗면과 서로 대향하는 한쌍의 짧은 빗면의 4벽면에 의하여 구획 형성되어 있음을 특징으로 한다.

청구의 범위 제8항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제1항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 제1슬릿은 입구에서 출구로 향하여 직선형으로 형성되어 있음을 특징으로 한다.

청구의 범위 제9항 기재의 유체분사노즐은, 청구의 범위 제8항 기재의 유체분사노즐에 있어서, 제1슬릿은 제1판의 입구측 표면과 출구측 표면에 수직한 한쌍의 긴 벽면과 한쌍의 짧은 벽면과의 4벽면에 의하여 구획 형성되어 있음을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상류측의 제1슬릿과 하류측의 제2슬릿이 일부분에서 연통하고, 상류측의 슬릿은 연통부를 제외하면 홈 형상을 나타내고 있다. 이 때문에, 유체는 상류측의 슬릿에 잇따라서 연통부에 향하여 진행하는 흐름을 발생하여, 이 흐름은 하류측의 슬릿에 유입하는 경우에 흐르는 방향을 바꾸어, 분무각이 희망하는 분무각이 되도록 부채꼴로 분출됨과 동시에 분사되는 유체의 미립화를 촉진한다.

또, 본 발명에 의하면, 제1슬릿과 제2슬릿을 유체가 통과하는 과정에서, 제1슬릿을 나온 유체의 흐름의 일부가 제2슬릿 양단의 짧은 빗면까지 건너가고, 이 제2슬릿의 짧은 빗면에 잇따라서 흐르는 유체의 흐름은, 이 제2슬릿의 짧은 빗면의 경사각에 대응하는 방향으로 규제된다. 이 때문에, 제1슬릿을 나온 유체의 흐름은 제2슬릿의 짧은 빗면에서 그 다음 흐름의 분무각이 좁혀지는 방향으로 지향되기 때문에, 제2슬릿에서 분출되는 유체의 분무각의 확장이 규제된다.

또한, 본 발명에 의하면, 2장의 평판에 각기 슬릿을 설치하고, 각기의 슬릿을 교차시켜서, 슬릿의 개구면적비 S1/S2의 값을 적당히 설정함에 따라, 양 슬릿을 통과하는 유체흐름을 희망하는 분무각으로 제어할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 설명한다.

본 발명을 가솔린 엔진의 연료공급장치의 연료분사밸브에 적용한 한 실시예를 도 1∼도 8에 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 유체분사노즐로서의 연료분사밸브(10)의 수지제인하우징(11)의 내부에, 고정철심(21)과 스푸울(spool)(91)과 전자코일(32)과 코일모울드(31)와 자기회로로서의 금속판(93, 94)이 일체로 성형되어 있다.

고정철심(21)은 강자성 재료로 되었고, 코일모울드(31)의 상방으로부터 돌출하도록, 하우징(11)내에 설치되어 있다. 고정철심(21)의 내벽에는 안내관(29)이 고정되어 있다.

수지제의 스푸울(91)의 외주에 전자코일(32)이 감겨져, 그 다음의 스푸울(91)과 전자코일(32)과의 외주에 코일모울드(31)가 수지로 성형되어, 코일모울드(31)에 의하여 전자코일(32)이 포위되어 있다. 코일모울드(31)는 전자코일(32)을 보호하는 원통형상의 통상부(31a)와, 전자코일(32)에서 전기적으로 도출되는 리이드선을 보호함과 동시에, 나중에 설명하는 터어미널(34)을 유지하기 위하여 통상부(31a)에서 상방으로 돌출하는 돌출부(31b)로 되어 있다. 그리고 코일모울드(31)에 의하여 일체화 된 상태에서 고정철심(21)의 외주에 스푸울(91)과 전자코일(32)이 장착되어 있다.

2장의 금속판(93과 94)은 상방의 일단이 고정철심(21)의 외주에 접하고, 하방의 타단이 자성파이프(23)의 외주에 접하도록 설치되었으며, 전자코일(32)에의 통전시의 자속을 통하는 자기회로를 형성하는 부재이며, 양측으로부터 통상부(31a)를 사이에 두도록 통상부(3la)의 외주에 피복되어 있다. 이 2장의 금속판(93과 94)에 의하여 전자코일(32)이 보호되어 있다.

하우징(11)의 상방에는 하우징(11)의 외벽에서 돌출하도록 접속부(11a)가 설치되어 있다. 그리고, 전자코일(32)에 전기적으로 접속되는 터어미널(34)이 접속부(11a) 및 코일모울드(31)에 매설되어 있다. 또, 터어미널(34)은 도면에 없는 전자제어장치에 와이어 하아네스를 개재하여 접속되어 있다.

압축코일스프링(28)의 일단은 가동철심(22)에 용접고정된 니이들(25)의 상단면에 맞닿고, 압축코일스프링(28)의 타단은 안내관(29)의 저부에 맞닿고 있다. 압축코일스프링(28)은 가동철심(22)과 니이들(25)을 도 2의 하방에 가압하여, 니이들(25)의 시이트부(42)를 니이들본체(26)의 밸브시이트(26b)에 착석시킨다. 도면에 없는 전자제어장치에 의하여 터어미널(34)에서 리이드선을 개재하여 전자코일(32)에 여자전류가 흐르면, 니이들(25) 및 가동철심(22)이 압축코일스프링(28)의 가압력에 저항하여 고정철심(21)의 방향으로 흡인된다.

비자성 파이프(24)는 고정철심(21)의 하부에 접속되었고, 큰지름부분(24a) 및 작은지름부분(24b)으로 된 단붙이 파이프 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 고정철심(21)의 하부에, 고정철심(21)의 하단에서 일부 돌출하도록 큰 지름부분(24a)이 접속되어 있다. 또한, 비자성 파이프(24)의 작은지름부분(24b)의 하단에는, 자성재료로 되었고 단붙이 파이프 형상으로 형성된 자성 파이프(23)의 작은 지름부분(23b)이 접속되어 있다. 더욱이, 비자성 파이프(24)의 작은 지름부분(24b)의 안지름은 자성파이프(23)의 작은 지름부분(23b)의 안지름보다도 약간 작게 설정되었고, 가동철심(22)의 안내부를 이루고 있다.

다음에, 비자성 파이프(24) 및 자성 파이프(23)의 내부 공간에는, 자성재료로 되었고, 통상으로 형성된 가동철심(22)이 설치되어 있다. 이 가동철심(22)의 바깥지름은 비자성 파이프(24)의 작은 지름부분(24b)의 안지름보다 약간 작게 설정되 었으며, 가동철심(22)은 비자성 파이프(24)에 슬라이딩할 수 있도록 지지되어 있다. 또, 가동철심(22)의 상단면은 고정철심(21)의 하단면과 일정한 극간을 개재하여 대향하도록 설치되어 있다.

니이들(25)의 상부에는 칼라(collar) 형상의 접합부(43)가 형성되어 있다. 그리고, 접합부(43)와 가동철심(22)이 레이저 용접되어, 니이들(25)과 가동철심(22)이 일체로 연결되어 있다. 또한, 이 접합부(43)의 하방 근방에 플랜지(44)가 형성되어 있다. 접합부(43)의 외주에는 연료통로로서의 홈이 여러개 형성되어 있다.

고정철심(21)의 상방에는 연료탱크로부터 연료펌프에 의하여 압송되어, 연료분사밸브(10)내에 유입하는 연료속의 먼지 등의 이물질을 제거하는 필터(33)가 설치되어 있다.

고정철실(21)내에 필터(33)를 통하여 유입한 연료는 안내관(29)으로부터 니이들(25)의 접합부(43)에 형성된 루울렛(roulette) 홈과의 극간, 나아가서는, 니이들 본체(26)의 원통면(26a)과 니이들(25)의 가이드부(41)에 형성된 루울렛 홈과의 극간을 통과하여, 니이들(25) 선단의 시이트부(42)와 밸브시이트(26b) 등으로 된 밸브부에 이르고, 이 밸브부에서 분사구멍(26c)에 이른다. 그리고, 제1오리피스판(70)의 제1오리피스(71), 제2오리피스판(74)의 제2오리피스(75)를 거쳐 슬리이브(35)의 관통구멍(35b)에서 연료가 분사된다.

다음에, 연료분사밸브(10)의 배출부(50)의 구성에 대하여 도 1에 따라서 설명한다.

자성 파이프(22)의 큰 지름부분(23a)의 내부에는, 중공원반 형상의 스페이서(27)를 개재하여 니이들 본체(26)가 삽입되어 레이저 용접되어 있다. 스페이서(27)의 두께는 고정철심(21)과 가동철심(22) 사이의 극간을 일정값에 유지하도록 조절된다. 니이들 본체(26)의 내벽에는 니이들(25)의 가이드부(41)가 슬라이딩하는 원통면(26a)과, 니이들(25)의 원추 형상의 시이트부(42)가 착석하는 밸브시이트(26b)가 형성되어 있다. 또한, 니이들 본체(26)의 저부 중앙에는 분사구멍(26c)이 형성되어 있다.

니이들(25)에는 자성 파이프(23)의 큰 지름부분(23a)의 내벽에 수용되는 스페이서(27)의 하단면으로부터 일정 극간을 개재하여 대향하도록 플랜지(36)가 형성되어 있다. 이 플랜지(36)는 니이들(25)의 전체 길이중에서 니이들(25)의 선단에 형성되는 시이트부(42)측에 형성되어, 플랜지(36)의 하방에는 니이들 본체(26)에 형성되는 원통면(26a)에 슬라이딩할 수 있게 되는 가이드부(41)가 형성되어 있다.

더욱이, 니이들(25)에 형성되는 접합부(43) 및 가이드부(41)의 외주에는 루울렛 홈이 전조(轉造)등으로 형성되어 있다.

또한, 니이들 본체(26)의 외주벽의 저부에는 밑이 있는 통형으로 합성수지제의 슬리이브(35)가 끼워 넣어져 있다. 이 슬리이브(35)의 중앙에는 수용구멍(35a)이 형성되어, 이 수용구멍(35a)에 이어서 관통구멍(35b)이 형성되어 있다.

니이들 본체(26)의 분사구멍(26c)의 전방측에 제1판으로서의 제1오리피스판(70)이 실렸고, 이 제1오리피스판(70)의 하면에 제2판으로서의 제2오리피스판(74)이 밀착하여 겹쳐졌고, 이것들 제1오리피스판(70) 및 제2오리피스판(74)을 니이들 본체(26)의 단면(26d)에 액밀하게 레이저 용접으로 고정하고, 또한 보호를 위한 슬리이브(35)가 니이들 본체(26)에 눌러서 삽입 고정되어 있다.

제1오리피스판(70)은 금속으로 되었고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 중앙부에 슬릿 형상의 구멍으로서의 제1오리피스(71)가 형성되어 있다. 이 제1오리피스(71)는 본말명의 제1슬릿에 대응하고 있다. 제1오리피스판(70)을 형성하는 금속은 연료에 대한 내부식성이 있으면, 금속의 종류를 한정하는 것은 아니나, 성형하기 쉬움이나 경량화라는 점에서 SUS 304가 가장 적합하다. 제1오리피스(71)는 가늘고 긴 직선형의 형상이고, 도 1의 하방(연료흐름의 하류)으로 감에 따라서 끝이 가는 형상으로 형성되어 관통구멍으로 되어 있다. 제1오리피스(71)는 대항하는 4개의 벽면에 의하여 구획 형성되어 있어, 제1오리피스판(70)의 상류측 표면과의 교차하는 부분보다 큰 장방형을 나타내고 있다.

제2오리피스판(74)도 SUS 304로 되었고, 제1오리피스판(70)과 마찬가지 형상으로 형성되어, 제1오리피스(71)와 직교하도록 슬릿 형상의 구멍으로서의 제2오리피스(75)가 형성되어 있다. 이 제2오리피스(75)는 본 발명의 제2슬릿에 대응하고 있다. 이 제2오리피스(75)는, 제1오리피스(71)와 마찬가지로 하방으로 감에 따라 끝이 가는 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 니이들 본체(26)로의 부착 상태에서는, 제1오리피스(71)와 제2오리피스(75)가 직교하는 방향으로 제1오리피스판(70)과 제2오리피스판(74)이 겹쳐져 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제1오리피스(71)가 구획 형성되는 4개의 벽면은, 서로 대향하는 긴 빗면(100, 101)과, 이 빗면 길이방향으로 직교하는 방향으로 뻗은 서로 대향하는 짧은 빗면(102, 103)등으로 되어 있다. 제2오리피스(75)가 구획 형성된 4개의 벽면도 제1오리피스(71)와 마찬가지로 서로 대향하는 긴 빗면(110, 111)과, 이 빗면 길이방향으로 직교하는 방향으로 뻗는 서로 대향하는 짧은 빗면(112, 113)으로 되어 있다.

여기에서, 제1오리피스(71)의 하류측 개구표면과 제2오리피스(75)의 상류측 개구표면이 교차하는 면적을 S1, 제2오리피스(75)의 하류측 개구표면의 면적을 S2라하면, 개구면적비 S1/S2의 값을 적당히 설정함에 따라 연료의 분무각(θ)을 제어할수 있다. 예컨대, ① 상류측의 제1오리피스(71)의 개구폭(w1)을 상대적으로 작게 하고, 하류측의 제2오리피스(75)의 짧은 빗면(112, 113)까지 분사흐름이 도달하지 않도록 설정하면, 분무각(θ)을 크게 할 수 있다. ② 전술한 ①의 조건하에서 하류측의 제2오리피스(75)의 형상을 고정하여, 제1오리피스(71)의 개구폭(w1)을 ① 보다도 상대적으로 크게 하여, 하류측의 제2오리피스(75)의 짧은 빗면(112, 113)까지 분사흐름이 도달하도록 설정하면, 분무각(θ)을 작게 할 수 있다. ③ 전술한 ②의 조건하에서 제2오리피스(75)의 형상을 고정하여 제1오리피스(71)의 개구폭(w1)을 ② 보다도 상대적으로 크게 하면, 하류측의 제2오리피스(75)의 짧은 빗면(112, 113)까지 분사흐름이 도달하는 유량이 증대하기 때문에, 짧은 빗면(112, 113)에 의하여 흐르는 방향(지향성)이 규제되는 유량 비률이 증대하는 사실로부터 분무각(θ)을 더욱 작게 할 수 있다.

도 1에 있어서, 니이들 본체(26)의 밸브시이트(26b)에서 니이들(25)이 리프트하면 분사구멍(26c)으로부터 연료가 분사된다. 그리고, 분사구멍(26c)으로부터 분사된 연료는 제1오리피스(71)와 제2오리피스(75)의 교차부분의 관통구멍(76)을 빠져 나가는 길 하방으로 분사공급된다. 이때, 제1오리피스(71)를 빠져나가려 하는 연료는 일부의 연료가 제2오리피스판(74)의 상면에 닿고, 이 상면과 제1오리피스(71)의 벽면등으로 구획 형성되는 홈을 보조주로(走路)로서 관통구멍(76)방향으로 흘러서, 관통구멍(76)위에서 양측의 보조주로에서의 흐름이 충돌하여 방향을 바꾸어, 제2오리피스(75)를 그 길이방향으로 향하여 부채꼴로 확대하면서 빠져 나간다. 여기에서 제1오리피스(71)와 제2오리피스(75)의 겹친 관통구멍(75)을 빠져 나온 연료는, 제2오리피스(75)를 형성하는 4개의 벽면중의 길이방향으로 뻗는 2개의 벽면에 의하여 연료분무의 확장방향이 규제된다. 이와 같이, 제1오리피스(71)를 보조주로로서 흘러서 온 연료가 서로 충돌하여, 제2오리피스(75)에 의하여 형성되는 분무안내로에 잇따라서 미립화하여 넓혀진다.

더욱이, 이 실시예에서는 홈 형상의 보조주로를 제1오리피스(71)와 제2오리피스판(74)의 상면으로 형성하고 있기 때문에, 2장의 평판에 슬릿 형상의 오리피스를 형성하는 것만의 간단한 구성으로 뛰어난 미립화 분무를 얻을 수 있다.

더욱 상세히 설명하면, 제1오리피스(71)를 통과한 연료흐름의 일부는 제1오리피스판(70)의 하류측 표면측에 잇따라서 제2오리피스(75)의 짧은 빗면(112와113)의 양측에 충분히 화살표방향으로 확장하여, 짧은 빗면(112, 113)이 도달한다. 이 짧은 빗면(112, 113)에 의하여 연료흐름의 흐르는 방향이 경사방향으로 안내되기 때문에 끝이 가는 형의 제2오리피스(75)를 통과하는 연료흐름의 분무각은 좁혀지는 방향으로 제어된다. 그런 다음, 제2오리피스(75)를 빠져 나간 연료는 희망하는 분무각(θ)에 의하여 액체막 형상으로 되어서 분출하고, 그런 다음 미립화한 분무로 되어서 분출된다.

이 제1실시예에 의하면, 분사구멍(26c)에서 분사된 연료는 제1오리피스(71) 및 제2오리피스(75)를 빠져나가서 관통구멍(35b)으로부터 분사된다. 이 분사연료는 끝이 가는 형상으로 제한된 제1오리피스(71)를 통과한 다음, 더욱 끝이 가는 형상으로 제한된 제2오리피스(75)를 통과하기 위하여 미립화되고, 또한 한 방향으로 분무각(2)의 좁은 양호한 분무특성을 구비한 분무 형상으로 된다. 이 때문에, 도면에 없는 흡기구로부터 내연기관의 연소실로 공급되는 연료는 연소하기 쉬운 분무형상으로 된다.

다음에 실험 데이터를 도 3에 나타내었다.

[실험의 조건]

제1, 제2오리피스판의 두께 : t1, t2

제1, 제2오리피스의 슬릿폭 : w1, w2

제 1, 제2오리피스의 슬릿길이 : L1, L2

제2오리피스의 슬릿 빅면 각도 : α

이라 하면,

각 값은, 다음 조건으로 설정하였다.

평판두께 t1 : 0.15, 0.36(mm)(고정)

t2 : 0.15, 0.36(mm)(고정)

슬릿폭 w1 : 0.3, 0.45, 0.6(mm)

w2 : 0.05, 0.1, 0.15(mm)

슬릿길이 L1 : 1.2(mm)(고정)

L2 : 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2(mm)

슬릿 빗면 각도 α: α=55°

로 하였다.

상기 실험조건하에서, 평판두께 t1, t2를 0.15 mm, 또는 0.36 mm에 고정하고, 슬릿폭(w1, w2)과 슬릿길이(L1, L2)를 변화시켜, 여러 가지의 조합에 대하여 실험하여 분무각(θ)을 고찰하였다. 그 결과, 상류측 개구면적 S1과 하류측 개구면적 S2의 개구면적비 S1/S2와 분무각(θ)의 관계에 대하여는 일정한 상관관계가 있음을 발견하였다.

실험의 결과, 상류측 개구면적 S1과 하류측 개구면적 S2의 개구면적비 S1/S2와 분무각(2)의 관계에 대하여는 도 8에 나타낸 그래프를 얻을 수 있었다.

여기에서, 평판두께(t1, t2)가 분무각에 부여하는 영향에 대하여는 개구면적비 S1/S2의 비의 값으로 수속(收束)하는 것을 판명하여, 평판두께(t1, t2)의 값에 대하여는 분무각(θ)에 영향을 주지 않음을 판명하였다.

도 8에 나타낸 그래프로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 제2오리피스를 고정하면, 개구면적비 S1/S2의 비가 커질수록 분무각(θ)이 작아짐을 알 수 있고, 개구면적비 S1/S2가 작아질수록 분무각(θ)이 커지게 됨을 알 수 있었다.

상기 실시예에 있어서는, 제1오리피스(71), 제2오리피스(75)를 하류측에 갈수록 끝이 조리개형의 형상으로 하였으나, 본 발명의 제2실시예로서는 도 9, 도 10에 나타낸 바와 같이 제1오리피스판(70)에 형성되는 제1오리피스(710)를 상류측에서 하류측으로 대략 동일 개구면적의 직선형의 가늘고 긴 형상의 슬릿에 형성하여도 좋다.

도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 상류측의 제1오리피스판(70)에 형성되는 제1오리피스(710)는 상류측의 표면에서 하류측의 표면까지 직선형으로 위로부터 보면 가늘고 긴 형상으로 형성되어 있다. 이 도 9 및 도 10에 나타낸 형상의 2개의 제1, 제2오리피스(710, 75)에 대하여도 상기 개구면적비 S1/S2의 값에 따라 연료의 분무각(θ)을 제어할 수 있다.

제1오리피스판(70)의 기능에 대하여는 슬릿 형상으로 분사구멍(26c)으로부터의 연료를 제안함에 따라 유속을 증가하는 도움이 있고, 제2오리피스(75)에 대하여는 서로 양측으로부터 마주치는 연료의 충돌 및 제2오리피스(75)로부터 분사되는 연료의 액체막 형성을 양호하게 하며, 또한 그 연료분무의 미립화를 양호하게 하는 도움이 있다.

제1실시예에 의하면, 전술한 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1오리피스(71)에서 빠져나온 연료가 충분히 제2오리피스(75)의 짧은 빗면(113, 112)으로 건너가고, 그런다음, 제2오리피스(75)를 빠져 나온 액체막 형상의 연료흐름을 희망하는분무각(2)으로 규제하고, 또한 제2오리피스(75)에서 분출한 다음의 연료의 미립화를 양호하게 할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 실시예와 비교하는 비교예에 대하여 도 12∼도 15에 따라서 설명한다.

도 12∼도 15에 나타낸 비교예에 있어서는, 먼저 도 3과 도 12를 비교하면 알수 있는 바와 같이, 비교예의 제1오리피스(171)의 슬릿폭(w1)을 도 3에 나타낸 실시예의 슬릿폭(w1)보다도 좁게 하고 있다. 이 슬릿폭의 좁은 제1오리피스(171)를 빠져나온 연료는 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 제1오리피스(171)를 빠져 나온 연료가 제2오리피스(175)의 짧은 빗면(112, 113)에 도달하지 않은 상태에서 제2오리피스(175)를 빠져나간다. 이때, 제2오리피스(175)의 양단에서 공간부(200, 201)를 만들수 있고, 이 공간부(200, 201)에는 연료가 충분히 충만되지 않은 상태에서 제2오리피스(175)의 중앙부분에서 바깥쪽으로 충분히 넓은 분무각(θ)을 갖고 연료가 분사된다. 이것은, 제1오리피스(171)를 빠져 나온 연료흐름의 일부가 제2오리피스(175)의 양단의 짧은 빗면(112, 113)까지 건너가지 않기 때문에, 이 제2오리피스(175)의 짧은 빗면(112, 113)에 의한 연료의 흐름 규제가 작용하지 않음에 기인하고 있다. 이 때문에, 제2오리피스(175)를 빠져 나온 연료는 일반적으로 분무각(θ)이 넓어져 버린다고 하는 결점이 있어, 이와 같은 예에 있어서는 좁은 분무각(θ)을 얻을 수 없다.

다음에 다기통 내연기관의 단일위치분사기(single position injector)(SP1)에 상기한 연료분사밸브를 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

예컨대, 도 11A에 나타낸 바와 같이, 1개의 흡기관(200)에서 4개의 지관(201, 202, 203, 204)을 분기하여, 이 분기전의 흡기관(200)에 연료분사밸브(10)를 부착할 경우, 일반적으로 연료분사밸브(10)의 분무각(θ)이 상대적으로 넓은 각도가 바람직하다.

또, 도 11B에 나타낸 바와 같이, 1개의 흡기관(210)에서 2개의 지관(211과 212)을 분기하여, 2개의 지관(211과 212)으로부터 각기 또 다시 2개의 지관((213, 214) 및 (215, 216))으로 분기하여 지관(213, 214)의 분기전 및 지관(215, 216)의 분기전의 지관(211, 212)에 각기 연료분사밸브(10)를 부착할 경우도, 마찬가지로 일반적으로 연료분사밸브(10)의 분무각(θ)은 상대적으로 넓은 각도가 바람직하다. 이와 같은 단일위치분사기(SP1)에 대하여는 분무각(θ)을, 예컨대 70°이하로 하기 때문에 개구면적비 S1/S2≥1로 하였다.

다기통 내연기관의 다단위치분사기(MP1)에 상기 연료분사밸브를 적용하였을 경우에 대하여는, 예컨대 도 11C에 나타낸 바와 같이, 각 기통에 독립하여 지관(220, 221, 222, 223)이 따로따로 설치되어, 각기 독립하여 흡기밸브의 밸브갓의 뒷면쪽으로 향하여 각 기통마다에 연료분사밸브(10)가 설치되어 있다. 이와 같은 경우의 다단위치분사기에 대하여는 상대적으로 좁은 분무각(θ), 예컨대 20° 이하가 요구된다.

이와 같은 다단위치분사기(MP1)에 대하여는 분무각(θ)을, 예컨대 20°이하로하기 때문에 개구면적비 S1/S2≥2로 한다.

도 1은 본 발명을 적용한 제1실시예의 연료분사밸브의 분사구멍 부근을 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명을 적용한 제1실시예의 연료분사밸브를 나타낸 단면도.

도 3은 제1실시예의 오리피스판의 평면도.

도 4는 도 3에 나타낸 IV-IV선 단면도.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 개구면적 S1과 S2의 개구비 S1/S2를 설명하기 위한 모식도.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 분사 형상을 나타낸 모식도.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 오리피스판을 통과하는 연료의 흐름을 나타낸 모식적 사시도.

도 8은 개구면적비 S1/S2와 분무각의 관계를 나타낸 실험 데이터도.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 의한 오리피스판의 평면도.

도 10은 도 9에 나타낸 X-X선 단면도.

도 11은 본 발명의 연료분사밸브를 적용하는 흡기관 형상의 예를 나타낸 모식적 구성도.

도 12는 비교예의 오리피스판의 평면도.

도 13은 도 12에 나타낸 XIII-XIII선 단면도.

도 14는 비교예에 의한 분사 형상을 나타낸 모식도.

도 15는 비교예에 의한 오리피스를 통과하는 연료의 흐름 형상을 나타낸 모식적 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연료분사백브(유체분사노즐) 26c : 분사구멍

70 : 제1오리피스판(orifice plate)(제1판)

71 : 제1오리피스(제1슬릿)

74 : 제2오리피스판(제2판) 75 : 제2오리피스(제2슬릿)

100, 101 : 긴 빗면 102, 103 : 짧은 빗면

110, 111 : 긴 빗면 112, 113 : 짧은 빗면

본 발명에 있어서, 개구면적비 S1/S2를 제어하는 수단은, 전술한 실시예의 경우, 슬릿폭(w1, w2), 슬릿길이(L1, L2)의 어느 것이나 선택적으로 제어함에 따라서 분무각(θ)의 제어를 할 수 있다.

제2오리피스(75)의 빗면각도(χ)에 대하여는, 실시예에서는 55°에 대하여 실행하였으나, 빗면각도(χ)는, 예컨대 30에서 70°의 범위에서도 양호한 결과를 얻을 수 있다고 추측되었다. 또, 제1, 제2오리피스판의 두께(t1, t2)에 대하여는 0.36 mm에 한정하지 않고, 통상 사용되는 두께의 범위에서 변경하여도 분무각(θ)의 제어에 대하여는 개구면적비 S1/S2가 지배적으로 되고, 이 때문에 개구면적비 S1/S2를 적당히 설정함에 따라 희망하는 분무각(θ)을 희망하는 범위에 수속(收束)할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 있어서 제1오리피스판 및 제2오리피스판의 재질에 대하여는 금속이었어도 규소였어도 좋고, 이것들 재료에 한정하는 것은 아니다.

또, 제l오리피스판에 대하여는 용접 고정시의 조작성을 양호하게 하기 위하여 가급적 엷은 편이 바람직하다.

Claims

연료분사밸브의 본체의 분공의 출구부에 고정된 유체분사노즐로서,

제1슬릿을 지닌 제1판과, 제2슬릿을 지닌 제2판을 구비하였으며,

제1슬릿과 제2슬릿이 서로 교차하여 판두께방향으로 관통구멍을 형성하도록 제l판과 제2판을 겹치게 하고,

제1슬릿의 하류측 개구표면과 제2슬릿의 상류측 개구표면의 교차면적을 S1이라 하고, 제2슬릿의 하류측 개구표면의 면적을 S2라고 하면, 유체분사노즐의 분무각이 개구면적비 S1/S2의 값에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
제1항에 있어서, 유체가 상기 분사밸브로부터 내연기관의 다수의 실린더에 분사될 경우, 개부면적비 S1/S2≥1의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
제1항에 있어서, 유체가 상기 분사밸브로부터 내연기관의 단일의 실린더에 분사될 경우, 개구면적비 S1/S2≥2의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
제1항에 있어서, 상기 제2슬릿은 입구로부터 출구쪽으로 테이퍼 된 것을 특징으로 하는 유체분사노출.
제4항에 있어서, 상기 제2슬릿은 한쌍의 대향하는 긴 빗면과 한쌍의 대향하는 짧은 빗면에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
제1항에 있어서, 상기 제1슬릿은 입구로부터 출구쪽으로 테이퍼 된 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
제6항에 있어서, 상기 제1슬릿은 한쌍의 대향하는 긴 빗면과 한쌍의 대향하는 짧은 빗면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
제1항에 있어서, 상기 제1슬릿은 입구로부터 출구쪽으로 직전으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
제8항에 있어서, 상기 제1슬릿은 상기 제1판의 입구측 표면과 출구측 표면에 수직한 한쌍의 긴 벽면과 한쌍의 짧은 벽면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유체분사노즐.
연료를 분사하는 연료분사밸브로서,

일단에 분사구를 지닌 니이들 본체와;

상기 분사구를 선택적으로 개폐하는 니이들과;

상기 분사구의 하류측상의 한점에 배설되고, 유체를 통과하도록 하는 제l슬릿을 지닌 제1판과;

상기 제1판의 하류측에 겹쳐지고 상기 제1슬릿과 연통하는 제2슬릿을 지닌 제2판을 구비하였으며,

상기 제1슬릿과 제2슬릿이 서로 교차하여 겹친판의 두께방향으로 관통구멍을 형성하게 되어 있고,

제1슬릿의 하류측 개구표면과 제2슬릿의 상류측 개구표면의 교차면적을 S1이라 하고, 제2슬릿의 하류측 개구표면의 면적을 S2라고 하면, 분사구에서의 분무각이 개구면적비 S1/S2의 값에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제10항에 있어서, 유체가 상기 분사밸브에서 내연기관의 다수의 실린더에 분사될 경우 S1이 S2보다 같거나 큰 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제10항에 있어서, 유체가 상기 분사밸브로부터 내연기관의 단일의 실린더에 분사될 경우 S1이 S2의 두배보다 같거나 큰 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제10항에 있어서, 제1 및 제2슬릿은 각각의 입구로부터 각각의 출구쪽으로 테이퍼된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제13항에 있어서, 제1 및 제2슬릿은 한쌍의 대향하는 긴 빗면과 한쌍의 대향하는 짧은 빗면에 의해 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제10항에 있어서, 상기 제1슬릿은 입구로부터 출구쪽으로 형성되고 상기 제2 슬릿은 입구로부터 출구쪽으로 테이퍼된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.
제15항에 있어서, 상기 제1슬릿은 상기 제1판의 입구측 표면과 출구측 표면에 수직한 한쌍의 긴 벽면과 한쌍의 짧은 벽면에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 연료분사밸브.