KR100372471B1 - 연료분사기노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체를 송출하는 노즐을 구비한 본체(10)를 갖고, 노즐은, 내표면을 갖는 포트(17)와 상보형 외표면(14)을 갖는 밸브 부재(13)로 이루어지며, 상기 밸브 부재(13)는, 유체를 스프레이 형태로 송출하기 위해 표면 사이에 통로를 구성하거나, 또는 유체의 송출을 저지하기 위해 그 사이를 밀봉접촉하도록 포트(17)에 대해 이동가능한, 분사기 노즐에 있어서, 상기 포트(17)의 위치에 대응하는 분사기 노즐의 본체(10)의 말단을 지나서 배치된 유체 유동 제어체(30)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 분사기 노즐을 제공한다. 상기 유동 제어체(30)는 포트(17)로부터 나오는 유체에 의해 만들어진 유체 스프레이가, 제어 표면(33)에 의해 적어도 부분적으로 결정된 경로를 통해 이동하도록 형성되어 있고 또한 배치된다.

Description

연료 분사기 노즐

본 발명은 내연기관에 연료를 분사하기 위한 밸브 제어식 노즐과 같은, 유체 분사용 밸브 제어식 노즐(a valve controlled nozzle for the injection of fluid)에 관한 것이다. 본원 명세서에서 "내연기관"이란 용어는 2행정 또는 4행정 사이클로 작동하는 왕복형 또는 회전형 엔진과 같은 단속적 연소 사이클을 갖는 엔진을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

분사기 노즐로부터 내연기관으로, 예를 들어 직접 연소실로 송출되는 연료 스프레이의 성질은, 연료의 연소 제어에 커다란 영향을 끼친다. 이는 엔진의 작동 안정성과, 엔진의 연비 및, 엔진의 배기 가스의 조성에 영향을 끼친다. 특히 불꽃 점화식 엔진에서 이들 영향을 최적화하기 위해, 분사기 노즐에서 나오는 연료 스프레이의 바람직한 성질로는, 연료 액적의 크기가 작고(액체 연료의 경우), 스프레이의 형상이 제어되고 있으며, 직접 분사식 엔진의 경우 연소실내로의 연료 침입이 제어되는 성질이 바람직하다. 또한, 적어도 연료 소비량이 낮은 경우, 비교적 농후하고 균등하게 분배된 점화가능한 연료증기의 구름이, 엔진의 점화플러그 부근에 있는 것이 바람직하다.

연료를 엔진의 연소실내로 직접 송출하는데 사용되는 몇 개의 공지의 분사기 노즐은, 외향 개방식 포핏 밸브 형태이며, 이는 연료를 원통형 또는 분산 원추형 스프레이 형태로 공급한다.

연료 스프레이의 형상의 성질은, 노즐을 구성하는 포트 및 밸브의 형상, 특히 노즐의 폐쇄시에 포트와 밸브가 결합하여 시일을 형성하는 밸브시트 바로 근처의 포트 및 밸브의 표면 형상을 포함하는 다수의 요인에 의해 결정된다.

노즐의 형상이, 분사기 노즐의 필요 성능 및 그로 인한 연소 공정의 필요한 성능을 부여하도록 일단 선정되면, 이러한 형상을 유지하는 것이 중요하며, 유지하지 못할 경우에는, 엔진의 성능이, 특히 연료소비량이 낮은 경우에 손상될 수 있다.

그 표면상으로 연료가 흐르는 노즐의 표면상에 고체상태의 연소 생성물 또는 기타 퇴적물이 부착 또는 적층되면, 개방된 노즐을 통한 연료 유동 경로의 형상에 영향을 끼칠 수 있으며, 따라서 연료를 정확히 분배하는데 악영향을 끼칠 수 있고, 또한 엔진의 연소 공정에 악영향을 끼칠 수 있다. 이러한 표면상에 퇴적이 발생하는 주된 요인은, 분사 사이클 동안에 이들 표면에 남은 잔류 연료의 불완전 연소를 포함한 연료의 연소에 의해 발생하는 탄소 입자 또는 다른 입자가 부착되기 때문이다. 이러한 적층을 감소시키거나 제어하는 방법은 본 출원인의 오스트레일리아 특허원 제 36205/89호 및 71474/91호에 개시되어 있다.

노즐에서 나오는 중공의 스프레이 또는 연료 플룸(plume)은, 먼저 최초에, 주로 연료의 유출 속도 및 유출 방향에 의해 결정되는 경로를 통과한다고 알려져 있다. 또한, 연료 스프레이가 분사기 노즐의 송출 단부를 지나 전진할 때, 스프레이에 의해 경계지어진 노즐 바로 하류의 영역에 연료 스프레이의 외측 압력보다 낮은 압력이 형성되며, 이로 인해 스프레이가 안쪽으로 수축된다. 이를"네킹(necking)" 이라 한다.

분사기 노즐에서 나오는 연료 유동에 대한 방해는, 연료 스프레이 또는 플룸의 형상에, 특히 그 네킹 도중에 또는 네킹 후에, 상당한 영향을 끼친다. 이러한 영향은 연료의 예측할 수 없는 편향 및/또는 분산을 촉진하며, 이는 다시 연소 공정에 악영향을 미치고, 연료 소비, 바람직하지 않은 수준의 배기 방출, 특히 저부하 작동중의(during low load operation) 엔진 작동의 불안정성을 증대시킨다.

상기와 같은 바람직하지 않은 영향을 유발할 수 있는 방해 요인에는, a) 탄소 및 기타 연소 관련 퇴적물과 같은 퇴적물이, 분사기 노즐 출구를 한정하는 표면 상에 불규칙하게 존재하는 것과, b) 노즐의 밸브 구성요소가 밸브시트 부품에 대해 편심 위치하는 것과, c) 밸브 지지 스템과, 밸브가 분사기 노즐 출구를 개폐할때 밸브 스템이 축방향으로 이동하는 구멍(bore) 사이의 간극(clearance)이 과도한 것이 포함된다. 밸브의 횡방향 이동 또는 편심과, 밸브 표면 또는 밸브시트상의 퇴적물은 각각 노즐 주위의 다른 섹션을 통과하는 유동의 상대적 속도를 변화시키며 따라서 비대칭적인 연료 스프레이를 초래한다.

엔진의 연소실 등으로의 연료 송출에 대한 상기 거론한 방해는, 저부하 작동 중인 배기 방출의 제어에 상당히 바람직하다고 생각되는 고도로 층상인(highly stratified) 공기/연료 혼합물로 작동하는 엔진에서 특히 현저하다.

본 출원인의 공동계류중인 국제 특허원 PCT/AU 93/00074호(WO 93/16282)는, 노즐의 밸브 헤드로부터 현수되는 돌출부와 환상(toroidal) 외면을 갖는 분사기 노즐을 제공한다. 그러나 상기와 같은 형상의 돌출부는 발전된 여러 기하학적 형상중의 하나일뿐이며 분사기 노즐에서 나오는 연료 스프레이 또는 연료 플룸의 형상과 방향을 제어하는데 적합한 것으로 밝혀졌다. 또한 상기 공동 계류중인 출원에 개시된 돌출부는 열전달 및 기계적 성능의 관점에서 열유지성이 우수하고 돌출부로 부터의 탄소 퇴적물 연소 또는 제거능력을 갖도록 개선될 수 있다.

본 출원인은 또한 연구결과 분사기 노즐에서 나오는 연료 스프레이의 형상 및 방향 제어 측면에서 유리한 여러가지의 돌출부 지지 장치를 발명해 냈다.

따라서, 본 발명은 그 가장 넓은 형태에 있어서 다음에 설명하는 분사기 노즐을 제공한다. 즉 유체를 송출하는 노즐을 구비한 본체를 갖고, 상기 노즐은 내 표면을 갖는 포트 및 상보적 외표면을 갖는 밸브 부재로 이루어지며, 상기 밸브 부재는, 유체를 스프레이 형태로 송출하기 위해 상기 표면 사이에 통로를 구성하거나, 유체의 송출을 저지하기 위해 표면 사이를 밀봉 접촉하도록 상기 포트에 대해 이동 가능한, 분사기 노즐에 있어서, 상기 분사기 노즐의 본체의 말단을 지나서 유체 유동 제어체가 설치되고, 상기 유동 제어체는, 밸브 부재의 이동 방향으로 상기 노즐로부터 이격된 제어 표면을 가지며, 상기 제어 표면은, 포트로부터 나오는 유체에 의해 만들어진 유체 스프레이가, 상기 제어 표면의 형상에 의해 결정된 경로를 따라 이동하는 것을 촉진하도록 형성되고 배치되는 것을 특징으로 한다.

통상적으로, 유체 유동 제어체는 연료 스프레이를 안쪽으로 수축시켜 제어 표면의 형상에 의해 결정되는 경로를 따라 안쪽으로 이동시키도록 형성되고 배치된다.

유동 제어체는, 유체 스프레이가 포트에서 나오는 방향과 거의 일치하는 소정 방향으로 노즐의 말단을 지나서 연장하도록, 밸브 부재 또는 분사기 노즐의 본체에 장착될 수 있다. 그러나, 이러한 위치 또는 장착은 필수적이지 않으며, 임의의 유리한 위치 또는 장착이 사용될 수 있다.

본 발명은 내연기관에 사용되는 연료 분사기 노즐, 상세하게는, 연료를 엔진의 연소실내로 직접 송출하는 연료 분사기 노즐에 유리하게 적용할 수 있으며, 특히 연료가 공기와 같은 가스에 동반(同伴)되는(entrained) 경우에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, 유동 제어체는 유리하게는 엔진 연소실내의 특정 위치에 위치될 수 있다. 연료 스프레이를 내연기관의 연소실내에서 스파크 플러그와 같은 점화 수단을 향하여 특정 방향으로 안내하는 것이 바람직한 경우에는, 유동 제어체를 밸브 부재 이외의 장소에 장착하는 것이 바람직하다. 그러므로, 유동 제어체는 반드시 밸브 부재의 일단부에 제공된 부분 또는 돌출부가 아니어도 좋다. 예로서, 유동 제어체는, 실린더 헤드, 실린더 벽, 점화 플러그, 또는 기타 적절한 표면으로부터 현수되어 있는 것이 좋다.

유동 제어체의 제어 표면은, 통상 외표면이며, 유동 제어체는 중공인 것이 좋지만, 다른 용도로는 내측 제어 표면이 적당하다.

편리하게는, 유동 제어체가 밸브 부재 또는 분사기 노즐의 본체에 연결된 경우에는, 밸브 부재 및/또는 노즐로 열을 도통할 수 있는 열전도 경로를 작게 하므로써 열유지성을 크게 하기 위해 유동 제어체를 적어도 부분적으로 중공이도록 형성할 수 있다. 따라서, 유동 제어체를 보다 효율적으로 고온으로 유지할 수 있고, 그로 인해 노즐 및/또는 밸브 부재의 표면상의 탄소 퇴적물에 의해 발생하는 문제점이 적어진다. 또한, 이동하는 밸브 요소에 유동 제어체가 연결되어 있는 경우에는, 중량이 경감되어 있으므로, 밸브 기구의 응답성이 향상된다. 또한, 유동 제어체의 형상에 사용된 중공 구조는 밸브 부재 자체로 연장되어 밸브 부재의 개폐시에 충격 모멘트를 감소시킨다. 특히, 유동 제어체가 밸브 헤드로부터 현수된 네크부를 갖는 경우, 중공부는 밸브 부재 및 노즐로의 열전도 경로를 제한하는 역할을 한다.

유동 제어체는 단면에 있어서 그리고 길이 방향에 있어서, 비대칭 단면, 또는 형상이 일정하지만 단면적이 변화하는 단면을 포함하는 각종 기하학적 형상을 가질 수 있다. 또한, 유동 제어체는 소요 스프레이 형상의 성형화를 돕는 홈을 내측 또는 외측에 가질 수 있다. 이러한 홈은 유동 제어체의 표면적을 증대시키며, 이는 보다 고온의 가열을 달성하는데 유용하다. 또한, 유동 제어체는 밸브 부재 또는 그 이동 방향과 반드시 축방향으로 정렬될 필요가 없으며 특정 축선을 중심으로 대칭일 필요도 없다.

또한, 유동 제어체는 그 일부가 그 잔여부에 대해 이동할 수 있다. 예를 들어, 밸브 부재에 연결된 유동 제어체에 가동부를 설치할 수 있다. 가동부는 밸브 부재에 고정된 스피곳(spigot)에 이동가능하게 장착된 칼라 형태일 수 있으며, 이 칼라는 밸브 부재의 이동에 대응하여 움직일 수 있다.

가동부의 이동은 충돌면의 제공에 의해 억제될 수 있으며, 가동부는 충돌면과 충돌하여 유동 제어체를 진동시키므로써 탄소 퇴적물의 제거를 촉진한다. 바람직하게는, 유체 스프레이를 안내하도록 작용하는 표면이 가동부의 전체 또는 부분에 설치된다.

이들 제안 각각에서, 유동 제어체는, 통상 개방시 노즐에서 나오는 유체 스프레이가 밸브 부재에 인접한 유동 제어체의 제어 표면의 일부분을 둘러싸고, 이후 유동 제어 표면의 형상이나 형태에 의해 적어도 부분적으로 결정된 경로를 따라 유동하도록 형성되고 배치된다. 또한, 유동 제어체는 포핏 또는 핀틀(poppet or pintle)형 밸브에 사용될 수 있고 이러한 밸브 형태 중 어느 하나의 밸브 부재에 부착될 수 있다.

유동 제어체가 밸브 부재로부터 연장되는 경우, 편리하게는, 밸브 부재와 유체 유동 본체의 인접 단부 사이에 단면적을 감소시키는 네크부를 제공하므로써 유동 제어체를 이격시킬 수 있다. 유동 제어체의 인접 단부는, 열이 유동 제어체로 부터 밸브 부재에 유입될 수 있는 단면적을 작게 하고 따라서 열은 분사기 노즐을 통해 엔진의 실린더 또는 실린더 헤드로 확산된다. 네크는, 유동 제어체내에 열을 유지하고, 이것에 의해 제어체의 표면상에 형성 또는 퇴적된 탄소 입자 또는 기타 입자를 태워없애기에 충분히 높은 온도로 제어체를 유지하는 역할을 한다. 마찬가지로, 유동 제어체가 분사기 노즐 또는 밸브 부재 이외의 연소실의 다른 부분으로 부터 현수되는 경우에는, 전술한 열유지 효과를 달성하기 위해 네크부 또는 협소부가 제공될 수 있다.

유체가 분사기 노즐로부터 나올 때 만들어지는 유체 스프레이의 형체 및 경로의 제어를 보조하기 위해 유동 제어체를 사용하게 되면, 연소 공정의 보다 우수한 관리에 크게 기여하게 되고, 따라서 배기 방출 및 엔진 연비의 양호한 제어에 크게 기여한다. 유동 제어체는 스프레이를 노즐의 하류에서 안내하는 물리적 표면을 제공하므로써 유체 스프레이를 안정화시킨다. 이결과 분사 기간 동안 유체의 횡방향 편향(lateral deflection)이 감소된다.

스프레이가 분사기 노즐로부터 나온 후에 안쪽으로 자연스럽게 약간 구부러지므로, 유체 스프레이가 유동 제어체의 제어 표면과 결합된다. 이것은 코앤더 효과(the Coanda effect)로 알려져 있는 현상이다. 일단 이러한 결합이 이루어지면, 스프레이는 유동 제어체의 제어 표면 근처에 유지되어, 제어 표면에 의해 안내된다. 따라서 상기 스프레이는 유동 제어체의 인접 표면과 거의 일치하는 경로를 따르고, 이로 인해 유체 스프레이가 횡방향으로 이동할 가능성 또는 흐트러질 가능성이 작아진다.

유체 스프레이를 유동 제어체의 제어 표면에 의해 안내하면, 엔진 연소실로의 유체 스프레이의 유동 방향이 균등해져서, 유체 스프레이 또는 그 부분을 불규칙하게 하거나 확산시키는 등의 전술한 다른 영향에 저항할 수 있게 된다. 유체 스프레이의 안내는 또한 엔진에서 엔진으로의 허용오차를 포함한 제조 오차로 인한 스프레이의 차이 또는 방해의 정정을 보조할 수 있다.

본 발명은 첨부도면에 도시되어 있는 연료 분사기 노즐의 일부 실제적이지만 예시적인 장치들에 대한 아래의 설명을 통해 보다 쉽게 이해될 것이다.

제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유동 제어체가 현수된 연료 분사기 밸브의 부분 단면도이다.

제 2 도는 다른 형태의 유동 제어체의, 제 1 도와 유사한 부분 단면도이다.

제 3 도는 다른 형태의 유동 제어체가 현수되어 있는 연료 분사기 밸브의 부분 단면도이다.

제 4 도는 다른 형태의 유동 제어체의 제 3 도와 유사한 부분 단면도이다.

제 5 도는 다부품 유동 제어체가 현수되어 있는 연료 분사기 밸브의 부분 단면도이다.

제 6 도는 유동 제어체가 분사기 본체로부터 지지된 연료 분사기 노즐의 부분 단면도이다.

제 7 도는 연료가 점화 플러그를 향하도록 유동 제어체가 분사기 본체로부터 지지된 연료 분사기 노즐의 부분 단면도이다.

제 1 도 및 제 7 도에 도시되어 있는 후술될 연료 분사기 노즐과 밸브는 엔진의 연소실로 연료를 송출하는데 사용되는 각종 연료 분사기에 조립될 수 있다. 이하에 설명하는 노즐이 포함될 수 있는 분사기의 대표적인 형태는, 본 출원인의 국제 특허원 제 WO 88/07628 호와 미국 특허 제 4,844,339 호에 개시되어 있으며, 이들 문헌에 개시된 내용은 본원 명세서에 참고로 포함되어 있다.

제 1 도와 관련하여, 연료 분사기 노즐의 본체(10)는 전체적으로 원통형 형상이며, 완전한 연료 분사기 유니트의 협력부에 제공된 보어에 수용되도록 형성된 스피곳 부분(11)을 갖는다.

노즐 본체(10)가 협력하도록 배치된 밸브 부재(13)는 밸브 헤드(14)와 밸브 스템(15)을 갖는다. 상기 스템(15)은 본체(10)의 보어(12)내에서 축방향으로 활주 이동할 수 있는 안내부(18)를 갖는다. 스템(15)은 연료가 관통하여 송출될 수 있도록 가운데가 빈 중공 형태이며, 상기 스템(15)의 벽에는 개구가 형성되어 연료가스템(15)의 내부에서 보어(12)내부로 통과할 수 있다.

밸브 헤드(14)는 부분 원통형 형태이며, 본체(10)의 단부에 형성된 포트(17)에 수용되고, 상기 포트는 보어(12)와 연통한다. 상기 포트(17)의 벽은 절두원추형이며, 밸브(13)가 폐쇄 위치에 있을때 시트 라인(20)을 따라 밸브 헤드(14)와 결합한다. 유동 제어체(30)가 상기 밸브(13)의 헤드(14)와 일체로 형성되어 있고, 네크부(31)에 의해 상기 헤드(14)에 연결된다. 상기 네크부는 유동 제어체(30)로 부터 밸브(13) 및 분사기 본체로 유입되는 열의 유동을 제한하도록, 유동 제어체(30)의 대부분에 비해 감소된 단면적을 가지며, 이로 인해 전술했듯이, 유동 제어체(30)의 온도를 상승시킨다.

상기 유동 제어체(30)는, 네크부(31)와 인접하는 부분이 짧은 절두원추형상의 두 부분(36, 37)으로 구성된다. 유동 제어체(30)로부터 노즐로의 열 유동을 추가로 제한하기 위해, 안내 돌출부(30)에는 원통형 공동(30b)이 형성된다. 따라서, 유동 제어체(30)의 잔여 벽 두께 또는 열전달 영역은, 유동 제어체(30)가 중실(solid) 구조인 경우에 이용할 수 있는 것보다 상당히 작다. 따라서, 30a 부근에서 분사기 노즐로의 열전달에 대한 제한부가 30a 부근에 형성되고, 유동 제어체(30)에서의 열유지성이 개선된다.

공동(30b)은 반드시 원통형일 필요가 없으며, 열전도 경로를 작게 하는 임의 형상의 공동(30b)을 사용할 수 있다. 추가의 이점으로서, 공동(30b)의 제공은 폐쇄시의 밸브 부재(13)의 관성 및 그로 인한 충돌 속도를 감소시킬 것이며, 따라서 분사제어 특성 및 소음 감소 특성을 개선시킨다.

상기 유동 제어체(30)의 두 부분(36, 37) 사이의 접합부(32)의 직경은, 개방시에 포트(17)에서 나오는 연료 스프레이가 유동 제어체(30)의 외표면(33)에 기초한 경로를 따라 이동하도록 선정된다. 포트에서 나오는 연료 스프레이가 유동 제어체(30)의 외표면(33)과 상보적인 경로를 통해 이동하도록, 연료 스프레이의 내측 경계층을 유동 제어체(30)의 외면(33)에 부착시키는 접합부(32)의 직경은, 주로 실험적으로 결정된다. 외표면(33)의 형상은 연료를 분사기 노즐과 동축이 아닌 소요 방향으로 향하게 하도록 선정될 수 있다.

포트(17) 및 밸브 헤드(14)의 형체에 의해, 노즐 단부면으로부터 바깥쪽으로 확산되는 연료 스프레이가 제공되는 경우에는, 유동 제어체(30)의 상기 접합부(32)에서의 직경은 밸브 헤드(14)의 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 접합부(32)에서의 직경은 노즐에서 나오는 연료 스프레이 내부로 또는 연료 스프레이를 통해 연장되는 직경이어서는 안된다. 이는, 연료 스프레이를 본 발명의 목적에 반하여 흩어지게 해버리거나 바깥쪽으로 편향하여 버리기 때문이다. 또한, 노즐과 인접한 연료 유동 제어체(30)의 직경은, 밸브 헤드(14)의 직경 이하이어도 좋다. 이것은, 노즐에서 나온 연료 스프레이가, 노즐을 떠난 후, 전술한 바와 같이 자연스럽게 안쪽으로 모아지며, 따라서 유동 제어체(30)의 외표면(33)과 접촉하기 때문이다. 또한 밸브 헤드(14)의 단부면과 유동 제어체(30)의 접합부의 외표면(33)의 개시부 사이의 축방향 간격은, 노즐을 나온 스프레이가 외표면(33)에 부착되는 것을 촉진시키도록 선정된다.

당업자라면, 유동 제어체(30)의 칫수가, 분사기 노즐의 칫수, 분사될 유체또는 연료의 성질 및, 노즐로부터의 송출 속도와 송출 방향을 포함하는 여러가지 요인의 영향을 받는 것을 이해할 수 있을 것이다. 제 1 도에 도시된 유동 제어체(30)의 통상적인 치수는 아래에서 예시되고 있다.

- 볼록 밸브 표면을 구성하는 구의 직경 5.5 mm

- 밸브 시트의 포함 각도 80°

- 유동 제어체의 단부 직경 2.5 mm

- 유동 제어체 하부 포함 각도 40°

- 유동 제어체 상부 포함 각도 85°

- 유동 제어체 길이 8.2 mm

제 2 도에는 다른 형태의 분사기 노즐과 유동 제어체가 도시되어 있으며, 여기서 유동 제어체(26)의 안내면(27)은 절두원추형상이 아니고 길이 방향으로 구부러진 테이퍼 형상이다. 상기 안내면(27)은 처음에 상부(29)에서는 수렴하는 형태가 아니며, 밸브 헤드(23)에서 먼 하부(28)에서는 수렴 형태로 매끄럽게 이행된다.

밸브 헤드(23)의 표면과, 밸브 헤드와 협동하는 포트(25)의 표면은 실질적으로 동축이고 또한 실질적으로 공통의 직경방향 평면에 있는 노즐의 송출단부에서 종결되므로, 노즐에서 나온 연료 스프레이 또는 연료 플룸은 먼저 최초에 안내면(27)의 확산부(diverging portion)(29)와 접촉하고 이어서 안내면(27)의 수렴부(converging)(28)가 구성하는 경로를 따라 이동하고, 유동 제어체(26)의 하단부를 향한다는 것에 유의해야 한다. 또한, 다수의 아치형 종방향 홈(41)이 전술한 바와 같이 돌출부(26)상에 제공될 수 있다. 임의의 소정 갯수의 또는 소정 형상의홈(41)이 제공될 수 있다.

제 3 도와 제 4 도에 도시하듯이, 삼각기둥 및 사각기둥 형상의 유동 제어체(42, 43)가 각각 노즐의 밸브 부재(13)로부터 현수되어 제공될 수 있다. 유동 제어체(42, 43)는, 일정한 각기둥(角柱) 표면을 밸브(13)의 축방향으로 갖는다는 것에 주의해야 한다. 또한, 유동 제어체(42, 43)의 형상을, 제 3 도와 제 4 도에 밸브(13)의 축선을 중심으로 하여 대칭이도록 각각 도시하지만, 이들 유동 제어체가 대칭이라는 것, 또는 축방향으로 정합하고 있는 것은 중요하지 않다.

제 5 도에는, 유동 제어체(35)가, 밸브 헤드(39)의 단부면으로부터 하류 방향으로 중앙으로 돌출하고, 플랜지(47)에서 종결된 스피곳(38) 형태이며, 밸브 헤드(39)와 플랜지(47) 사이에서 스피곳(38)상에 배치된 이동가능한 환형 칼라(50)를 갖는 구조가 도시되어 있다. 칼라(50)의 외면(50a)은 유동 제어 표면을 구성하며, 이 유동 제어 표면에 연료 스프레이 또는 연료 플룸이 부착되고, 상술하듯이 소정의 경로상에서 안내된다.

상기 칼라(50)는, 스피곳(38)의 축방향으로 이동하는데 있어서 상당한 자유도를 가지며, 협동하는 분사기 노즐을 개폐하는 밸브 헤드(39)의 이동에 따라 이동한다. 칼라(50)는, 그 이동시에 플랜지(47) 또는 밸브 헤드(39)의 단부면중 어느 한 곳을 타격한다. 칼라(50)에 의한 타격에 의해, 유동 제어체(35) 전체가 진동한다. 이 진동은, 탄소 퇴적물의 제거를 촉진하기에 충분하다.

제 5 도의 실시예의 변형예로서, 유동 제어체(35)에서의 열유지를 최대화하기 위해 스피곳(38) 및/또는 플랜지(47)를 중공 형태로 할 수 있다. 또한, 환형 칼라(50)와 상이한 형상의 이동가능한 구성요소를 사용해도 좋다. 또한, 칼라(50), 스피곳(38), 플랜지(47)는 유동 제어체(35)의 열유지 특성 또는 진동 특성을 변화시키기 위해 열전도율이나 밀도가 상이한 재료로 제조될 수 있다.

전술한 실시예들 각각과 관련하여, 유동 제어체는 열전달율이 낮은 재료, 특히 연료 분사기 노즐의 밸브에 통상 사용되는 스테인레스 스틸보다 열전달율이 낮은 재료로 제조될 수 있다.

제 6 도는, 제 1 도에서 설명한 스피곳 부분(11)의 단부면으로부터 연장되는 아암(60)의 하류단에 유동 제어체(61)가 배치된 구조를 도시한다. 아암(60)은, 연료가 포트(17)로부터 나오는 것을 방해하지 않도록, 그러나 개방시에 노즐로부터 나오는 연료 스프레이가 유동 제어체(61)의 외표면(61a)상에 형성된 경로를 통해 확실하게 이동하도록 설계되어 있다. 소망이라면, 아암(60)은 유동 제어체(61)로의 열전달 및 유동 제어체에서의 열의 유지를 촉진하도록, 스피곳 부분(11)보다 열 전도율이 높은 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

제 7 도에서 아치형 아암(160)의 하류측 단부에는 유동 제어체(161)가 배치되어 있다. 유동 제어체(161)는, 그 축선이 밸브 부재(113)의 중앙 축선에 대해 소정의 각도를 이루고 있고, 제어 표면(173)을 제공한다. 사용시에, 포트(117)에서 나온 연료의 스프레이 또는 플룸은 제어 표면(173)을 따라 점화 플러그(180)의 방향으로 안내될 것이다.

제 6 도 또는 제 7 도에 개시된 유동 제어체(61, 161)는 밸브부재, 노즐 본체 자체, 점화 플러그, 실린더 벽, 또는 실린더 헤드내의 임의의 유리한 위치중 어느 한 곳에 연결될 수 있다. 위치는 본 발명에 대한 제한이 아니다. 또한, 유동 제어(61, 161)는 임의의 특정 방법에서 대칭일 필요가 없으며, 전술한 바와 같이, 중공부를 가질 수 있다.

본 발명은 연료만을 분사하는 분사기 및 공기와 같은 기체에 동반된 연료를 분사하는 분사기를 포함하는, 연료가 플룸 형태로 나오는 모든 구조의 포핏형 연료 분사기 노즐에 적용될 수 있다. 본 발명이 적용될 수 있는 특정 노즐 구조의 예로는 그 내용이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제 5090625 호와 국제 특허원 WO91/11609 호에 개시되어 있다. 또한 본원에 개시된 분사기 노즐들은 연료 이외의 유체의 분사에도 사용될 수 있고, 유체 스프레이는 마찬가지로 유리하게 제어된다. 또한, 본 발명의 분사기 노즐은 핀틀(pintle)형의 밸브에도 마찬가지로 사용될 수 있다.

본 발명은 전술한 내용에 의해 제한되지 않으며 당업자에 의하면 본 발명의 범위에 포함되는 다른 변형이 있을 수 있다. 본 발명은 연료를 직접 연소실 내부로 또는 엔진의 흡기 시스템 내부로 공급하는 분사기 노즐에 적용될 수 있으며, 2 행정 및 4행정 사이클 엔진 양쪽에 적용될 수 있다. 또한, 분사기 노즐은 내연기관으로의 연료 송출 이외의 용도로도 사용할 수 있다.

Claims (11)

1. 유체를 송출하는 노즐을 구비한 본체를 갖고, 상기 노즐은 내표면을 갖는 포트 및 상보적 외표면을 갖는 밸브 부재로 이루어지며, 상기 밸브 부재는, 유체를 스프레이 형태로 송출하기 위해 상기 표면 사이에 통로를 제공하거나, 유체의 송출을 지지하기 위해 표면 사이를 밀봉 접촉하도록 상기 포트에 대해 이동 가능한, 분사기 노즐에 있어서,

   상기 분사기 노즐의 본체의 말단을 지나서 유체 유동 제어체가 설치되고, 상기 유동 제어체는, 밸브 부재의 이동 방향으로 상기 노즐로부터 이격된 제어 표면을 가지며, 상기 제어 표면은, 포트로부터 나오는 유체에 의해 만들어진 유체 스프레이가, 상기 제어 표면의 형상에 의해 결정된 경로를 따라 이동하는 것을 촉진하도록 형성되고 배치되며, 상기 유동 제어체는 부분적으로 중공인 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 제어체는, 상기 밸브 부재와 상기 유동 제어체의 사이를 연장하는 네크부에 의해 지지되어 있고, 상기 유동 제어체와 밸브 부재의 사이에 환형 공간을 형성하며, 이 환형 공간은, 실질적으로 상기 밸브 부재의 주위까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 제어체는, 상기 노즐 본체의 일부에 견고하게고정된 부재에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 유동 제어체는, 유체 스프레이가 상기 경로를 따라 안쪽으로 수축하는 것을 촉진하도록 형성되고 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제어 표면은, 상기 포트 및 상기 밸브 부재의 공통 축선에 관하여 비대칭인 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제어 표면은, 상기 포트 및 상기 밸브 부재의 공통 축선에 대해 경사진 축선에 관하여 대칭인 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
7. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 유동 제어체는, 상기 밸브 부재로부터 가장 먼 그 일단부가 개방되어 있고, 공동부가 상기 단부로부터 유동 제어체의 반대 단부를 향하여 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
8. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 유동 제어체는, 그 길이에걸쳐서 실질적으로 원형 단면을 가지며, 상기 밸브 부재에서 먼 쪽의 단부로부터 중간 직경 방향 평면까지 직경이 서서히 증대하고, 상기 중간 직경 방향 평면으로부터 상기 유동 제어체의 다른 단부를 향하여 직경이 서서히 감소하는 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
9. 제 9 항에 있어서, 상기 유동 제어체의 축선은, 상기 밸브 부재 및 상기 포트의 축선에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 제어체는, 상기 밸브 부재에 고정 부착된 코어 부재에 부착되어 있으며, 상기 유동 제어체는, 상기 코어상에서 축선 방향으로 자유롭게 이동하는 것이 제한되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 분사기 노즐은 연료를 내연기관의 연소실에 직접 분사하는 연료 분사기의 노즐인 것을 특징으로 하는 연료 분사기 노즐.