KR100386218B1 - 축선이탈분사스트림의감소된스트림분산을가진연료인젝터 - Google Patents

Abstract

분사된 연료 스트림의 분산을 제한하는 주요한 개량점은 기단부분과 말단부분을 가지도록 니들밸브(21)의 팁 끝부분을 구성함으로써 얻어지며, 여기에서 기단부분은 이러한 가상구를 통과하는 가상 이격된 평행면에 의해서 기하학적으로 형성된 가상구의 부위의 형상을 한 표면(52)을 가지고 있으며, 기단부분의 표면은 상기 밸브요소가 왕복운동함에 따라 절두원추형 시트(32)에 안착 및 탈착하는 상기 팁 끝부분이며, 말단부분(56)은 기단부분으로부터 접선방향으로 뻗어 있는 절두원추형 표면(54)이다. 분사된 스트림의 분산의 이러한 제한은 분사된 연료의 더 좋은 목표를 제공한다.

Description

축선이탈분사스트림의 감소된 스트림분산을 가진 연료 인젝터{FUEL INJECTOR HAVING REDUCED STREAM DISPERSION, ESPECIALLY OF AN OFF-AXIS INJECTED STREAM}

(발명의 배경 및 요약)

어떤 정해진 목표 기준을 충족시키도록 내연기관의 연소실 공간내에서의 연소과정 특히 테일파이프 방출에 관련된 연소과정을 개량하기 위하여, 연료 인젝터의 노즐로부터 분사된 연료의 패턴의 제어는 중요한 요소이다.

연료분사밸브는 특허출원 제 WO-A-87/07334호에 개시되어 있다. 밸브는 자기코일이 여자화될 때 코어에 대해서는 끌어당겨지는 밸브니들을 가지고 있다. 밸브니들은 노즐상에 형성된 밸브안착 표면으로부터 그위에 형성된 밀봉안착과 함께 상승된다. 니들상에 형성된 밀봉안착부는 둥근 프로파일을 취하여 이 결과 노즐에설치된 밸브시트에 니들이 안착하는 경향이 감소된다.

특허출원 제DE 4123692A1호에는, 연료가 몸체를 통과하도록 상승되고 연료의 통과를 차단하도록 하강되는 볼밸브가 안착되는 오리피스를 포함하는 몸체를 가진 연료인젝터가 개시되어 있다. 몸체를 통과하는 연료는 상승된 부분을 가진 디스크를 통하여 연료 인젝터 밸브로부터 통과된다. 상승된 부분은 연료가 연소되기 위해 엔진내로 통과되게 하는 메터링 오리피스를 가지고 있다. 제어의 하나의 특성은 분사된 연료스트림이 노즐내의 메터링 오리피스를 떠남에 따라 분사되거나 퍼지는 정도를 포함하며, 분사된 연료 스트림이 분산되는 정도를 제한하는 것은 중요하다. 본 발명은 본 발명의 어떤 원리가 다른 오리피스형상에 적용되더라도, 분사된 연료의 분산을 감소시키는 것에 관한 것으로, 특히 다수의 메터링오리피스로부터 축선이탈방향으로 감소시키는 것에 관한 것이다.

본 발명은 연료를 내연기관내로 분사하는 타입의 연료 인젝터에 관한 것이며 보다 상세하게는 연료 인젝터로부터 인젝터 노즐에 있는 얇은 디스크 오리피스를 통하여 분사되는 연료의 분산을 특히 축선이탈방향으로 감소시키도록 니들과 밸브시트 사이의 신규한 협동에 관한 것이다. 본 발명은 차라리 본 발명의 원리가 다른 분사 스트림 형상에 사용될 수 있더라도 다양한 복합 스플릿 스트림 형상에 대해 현저하게 감소된 분산을 제공한다.

도 1은 본 발명의 원리를 구체화하는 연료 인젝터의 종단면도,

도 2는 연료 인젝터의 노즐의 부분종단면도,

도 3은 니들 팁 끝부분의 종단면도,

도 4 내지 도 10은 본 발명에 의해 얻어지는 대표적인 개량을 나타내는데 사용한 그래프 플롯선도

본 발명은 메터링오리피스 또는 이러한 메터링 오리피스를 하나 이상 수용하는 얇은 디스크를 변경하지 않고, 니들밸브의 팁 끝부분의 형상과 대응하는 밸브시트와 니들밸브의 협동형식을 변경하는 것에서 시작된다. 니들 팁의 형상 및 니들 팁에 대응하는 밸브시트가 메터링오리피스로부터 분사되는 연료 스트림의 성질을 제어하는 어떤 관계를 제공하면, 밸브시트에 대한 니들 팁 끝부분의 특정형상은 완전한 구모양인 종래의 니들 팁 끝부분에 비하여 분사된 연료 스트림의 분산을 현저하게 적게 발생시킨다.

본 발명에 따라, 연료를 내연기관내로 분사하기 위한 연료 인젝터가 제공되며, 여기에서 인젝터는 몸체, 몸체를 통하여 연료가 분사되는 하나 이상의 메터링 오리피스를 포함하는 노즐에 이르는 연료통로, 통로내에서 몸체내부에 배치되는 밸브시트, 절두원추형 밸브시트, 밸브의 팁 끝부분을 밸브시트에 안착 및 탈착함으로써 유동하게 하는 통로를 개폐하여 상기 하나 이상의 메터링 오리피스로의 유동을 허용하고 허용하지 않도록 밸브시트에 대해 작동되고 팁 끝부분에 있는 복식밸브니들표면을 가진 밸브를 구비하고,

상기 밸브의 팁 끝부분은 상기 밸브가 작동됨에 따라 상기 밸브시트에 안착 및 탈착되는 구표면을 가진 기단부분과 실질적으로 원뿔형상 팁에서 종결하고 상기 기단부분의 상기 구표면으로부터 접선방향으로 뻗어 있는 절두원추형 표면을 취한 말단부분을 포함하고 있고, 상기 팁의 말단부분의 전체 형상이 연료를 오리피스로 유동시키기 위한 완전한 원뿔형상으로 되어 있어 연료 인젝터로부터 분사된 연료가 소형의 원뿔형상을 형성한다.

보다 구체적인 특성은 다양한 복합 스트림 형상을 얻는 현저하게 감소된 분산에 관한 것이다.

본 발명의 다른 특징, 이점 및 이익에 따라 상술한 것은 수반한 도면을 참조하여 이루어진 바람직한 실시예의 설명으로부터 이해될 것이다.

(바람직한 실시예의 상세한 설명)

도 1은 연료인젝터(10)를 도시하고 있으며 이 연료 인젝터는, 자기투과성 재질로 이루어진 하우징(12), 자기투과성 재질로 이루어진 연료입구튜브(14), 조정튜브(16), 헬리컬코일 스프링(18), 니들밸브요소(21)가 결합된 아마츄어(20), 전기 단자를 통하여 연료 인젝터가 솔레노이드 코일을 선택적으로 여자화시키기 위한 전기작동회로(도시안됨)와 접속하도록 하는 솔레노이드 코일 조립체(22), 비자성 끝 캡(24), 및 밸브몸체조립체(26)를 포함하고 있고, 상기 조립체는 조립체에서 뻗어있는 전기단자(23)를 포함하고 있다.

다양한 부분의 상대적인 조합 및 배열은 미국 특허 제4,610,080호에서 나타낸 연료 인젝터의 조합 및 배열과 동일하다. 이 인젝터는 연료가 입구튜브(14)를 통하여 도입되고 축선방향에 대칭인 노즐 또는 팁 끝부분으로부터 분사함으로써 방출되는 상부이송타입으로 통상 불리우는 타입이다. 본 발명의 원리는 "측" 및 "바닥" 이송 타입의 인젝터에 동등하게 적용가능하다.

입구튜브(14)는 솔레노이드 코일 조립체(22)내에 배치되고 부가적으로 압축된 액체연료를 연료인젝터의 내부로 운반하고 아마츄어(20)를 작동시키는 자기회로의 스테이터로서 기능한다. 튜브(14)의 하부끝과 아마츄어(20)의 상부끝은 작동갭(28)을 협동적으로 형성한다. 작동갭의 축선방향 치수가 작기 때문에 이것은 라인두께로서 도 1에서 간단하게 나타낸다. 솔레노이드 코일 조립체가 여자화되지 않으면, 스프링(18)은 아마츄어(20)를 튜브(14)로부터 멀어지게 가압하여 밸브요소(21)의 팁 끝부분이 밸브시트부재(30)(간략하게 설명됨)상 안착되도록 하며 이에 따라 연료가 입구로부터 연료인젝터 내부통로를 통하여 노즐로 유동하는 것은 방지된다. 솔레노이드 코일 조립체는 여자화되면, 아마츄어(20)를 튜브(14) 쪽으로 가압하고 연료가 유동하여 연료 인젝터 노즐로부터 엔진(도시안됨)으로 분사되게 한다.

밸브시트부재(30)는 하우징(12)의 노즐 끝에 배치되고 절두원추형시트(32)를포함하고 있다. 도 2 및 도 3은 더욱 상세하게 도시하고 있다. 니들안내부재(36)는 팁 끝부분에 인접한 니들의 운동을 안내하기 위하여 시트부재(30)의 상류스트림 림에 부착되어 있고 연료를 통과시키는 다수의 구멍(36a)을 수용하고 있다. 시트(32)는 얇은 오리피스 디스크(40)에 의하여 덮혀지는 원형구멍(38)에 부착되어 있다. 백업와셔(42)는 디스크(40)를 부재(30)에 대해 유지하고 부분(42,40 및 30)은 내부숄더(44)와 크림프(46) 사이에서 축선방향으로 설치됨으로써 연료 인젝터의 노즐끝내에서 축선방향으로 체결된다.

디스크(40)는 연료를 2중 스플릿스트림패턴으로 분사하기 위하여 서로 축선방향에 대칭으로 위치한 2개의 오리피스(48a,48b)를 가진 중심 딤플(48)을 수용하고 있다. 각각의 스트림은 오리피스를 떠남에 따라 분산 또는 퍼지는 경향이 있다. 스트림의 목표를 정하는 것이 특히 중요한 어떤 적용예에 있어서는, 스트림의 분산을 최소화하는 것이 바람직하다. 본 발명의 원리에 따라, 이것은 완전한 구형 대신에 팁의 기단부분과 말단부분을 포함하도록 니들 끝부분의 형상을 변형시킴으로써 달성되며, 여기에서 팁의 기단부분은 이러한 가상구를 통과하는 가상 이격된 평행면에 의해서 기하학적으로 형성된 가상구의 부위의 형상을 한 표면(52)을 포함하며, 상기 기단 부분의 상기 표면은 밸브요소(21)가 왕복운동함에 따라 시트(32)에 안착 및 탈착되는 상기 팁의 끝부분이며, 말단부분은 기단부분의 표면(52)으로부터 접선방향으로 뻗어 있는 절두원추형 표면을 포함하고 있다. 절두원추형 표면(54)은 말단 부분의 전체 형상이 표면(52)으로부터 접선방향으로 뻗어 있는 완전한 원뿔형상이 되도록 원뿔 형상 팁(56)에서 바람직하게 종결한다. 실질적으로 완전한 원뿔형상은 실질적으로 팁이 약간 무디거나 편평한 부분으로 되어 있고 바람직하게는 예리한 부분으로 된 원뿔형상을 포함하고 있다.

개시된 실례에 있어서, 표면(52)은 1.18mm의 구의 반경을 가지고 있고 원뿔의 사잇각은 110도이다. 시트(32)는 90도의 사잇각을 가지고 있다. 이룰수 있는 개량점은 도 4 내지 도 6을 도 7 내지 도 10에 비교함으로써 나타내었다. 도 4 내지 도 6은 본 발명의 원리를 구체화하는 3개의 동일한 연료 인젝터의 스프레이분산패턴의 "지형상의 플롯(topographical plots)"을 나타내며 반면에 도 7 내지 도 10은 이들 3개의 실질적으로 동일하지만 완전하게 구형으로 형성된 종래의 니들 팁을 구체화하는 4개의 연료 인젝터의 스프레이분산패턴의 "지형상의 플롯"을 나타낸다. 이 시험은 고정 타겟이 인젝터 노즐로부터 평면 143mm내에 배치된 상태로 동일한 조건하에서 행해졌다. 본 발명의 안착목적을 위하여 니들 팁 끝부분의 구형상 기단부분을 보유하지만 절두원추형 표면을 가지고 있고 바람직하게는 구형상의 부위로부터 뻗어 있는 실질적으로 완전한 원뿔형상을 가지고 있다. 시험을 행한 연료 인젝터가 니들 팁을 제외하고는 실질적으로 동일하므로, 여기에서 개시된 방식에 의한 이들 표면(52,54)의 조합은 각각의 메터링 오리피스로부터 분사된 연료의 분산을 현저하게 억제하는 것이 명확하다.

이 오리피스 디스크 부재가 인젝터 축선(56)에 평행하지 않는 반대방향으로 수렴하는 이중 스플릿 스트림을 발생시키므로, 각각의 스트림의 더 적은 분산을 얻기 위한 본 발명의 원리는 다른 메터링 오리피스 형상에 적용가능하며 그러므로 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (4)

1. 연료를 내연기관내로 분사하기 위하여, 몸체(26), 몸체(26)를 통하여 연료가 분사되는 하나 이상의 메터링 오리피스(48a,48b)를 포함하는 노즐에 이르는 연료통로, 통로내에서 몸체(26)내부에 배치되는 밸브시트(30), 절두원추형 밸브시트(32), 밸브(21)의 팁 끝부분을 밸브시트(30)에 안착 및 탈착함으로써 유동하게 하는 통로를 개폐하여 상기 하나 이상의 메터링 오리피스(48a,48b)로의 유동을 허용하고 허용하지 않도록 밸브시트(30)에 대해 작동되고 팁 끝부분에 있는 복식밸브니들표면을 가진 밸브(21)를 구비한 연료인젝터(10)로서,

   상기 밸브(21)의 팁 끝부분은 상기 밸브(21)가 작동됨에 따라 상기 밸브시트(34)에 안착 및 탈착되는 구표면을 가진 기단부분(52)과 원뿔형상의 팁(56)에서 종결하고 상기 기단부분(52)의 상기 구표면으로부터 접선방향으로 뻗어 있는 절두원추형 표면으로 가진 말단부분(54)을 포함하고, 상기 말단부분의 전체 형상은 연료를 오리피스(48a,48b)로 유동시키기 위한 완전한 원뿔형상으로 되어 있어 연료 인젝터로(10)부터 분사된 연료가 소형의 원뿔형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
2. 제 1 항에 있어서, 메터링 오리피스(48a,48b)는 연료 인젝터의 주 길이방향 축선둘레에서 서로 대칭으로 위치하는 2개의 이러한 오리피스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
3. 제 2 항에 있어서, 오리피스(48a,48b)는 딤플(48)내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 메터링 오리피스(48a,48b)와 딤플(48)은 상기 밸브시트(30)에 대하여 배치되는 분리오리피스 디스크부재(40)내에 수용되는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.

Images