KR100618069B1 - 디젤엔진용 연료 분사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 연료 분사기에 관한 것으로서, 연료 분사기 노즐에서 연소실 내로 분사되는 연료가 홀로우 콘(Hollow-cone)형식으로 분사 되도록 구성되어 있다. 내부에 중공부가 형성되고 벽부에는 상기 중공부와 연통되도록 연료 유입구가 형성된 몸체부와, 상기 몸체부의 중공부에 삽입되어 상·하 왕복운동하는 플런저와, 저면 중앙에 하나의 연료 분사공이 형성된 노즐캡으로 구성된 연료 분사기에 있어서, 상기 몸체부의 하부에 형성된 걸림턱과, 상기 중공부와 연통되는 연료 유도홈과 와류홈으로 이루어진 와류 발생부가 구비되고, 상기 노즐캡은 내면에 상기 걸림턱과 대응되는 걸림홈이 형성되며 억지 열박음 방식에 의해 상기 몸체부와 압입·고정되도록 하여, 선특허출원에서 기술된 연료 분사기에 사용되는 부품수를 줄여 생산성 및 작업성을 현저하게 향상시킬 수 있고, 부품을 신속하고도 용이하게 가공 및 결합할 수 있으며, 또한, 연료 분사기의 외경을 줄일 수 있어 이를 소형화할 수 있는 것이다.

Description

디젤엔진용 연료 분사기{Improved Hollow-cone Spray Injector for Internal Conbustion Engine}

도 1은 본 출원인의 선특허출원의 연료 분사기를 나타내는 결합상태 횡단면도,

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진용 연료 분사기를 나타내는 결합상태 횡단면도,

도 3은 본 발명에 따른 디젤엔진용 연료 분사기를 나타내는 분해 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 디젤엔진용 연료 분사기의 주요 부분에 대한 확대도로서,

(a)는 와류 발생부를 나타내는 확대도이고,

(b)는 와류홈을 나타내는 확대도이며,

도 5는 본 발명에 따른 디젤엔진용 연료 분사기를 이용한 연료의 분사상태를 나타내는 것으로서,

(a)는 연료입자의 공간분포도를 나타내는 것이고,

(b)는 온도변화에 따른 연료의 농도를 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:연료 분사기, 2:중공부,

6:연료 유입구, 10:몸체부,

20:플런저, 22:연료 분사공,

30:노즐캡, 30a:걸림홈,

42:걸림턱, 50:와류 발생부,

52:와류홈, 54:연료 유도홈,

56:축받이공.

본 발명은 매연 발생을 최소화하기 위한 디젤엔진용 연료 분사기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 분사기 노즐에서 연소실 내로 분사되는 연료가 홀로우 콘(Hollow-cone)형식으로 분사 되도록 한 디젤엔진용 연료 분사기에 관한 것이다.

통상적으로, 디젤엔진의 매연발생 주요 원인은 연료의 특성상의 문제와 엔진 설계상의 문제로 구분될 수 있으며, 전자인 연료 특성상의 문제는 디젤연료가 다른 연료(휘발유)에 비해 상대적으로 인화점이 높고 점화시간이 길다는 등의 낮은 연소 특성을 갖고 있다는 데에 있고, 이를 극복하기 위하여, 조연제(Combustion aider)를 연료첨가제로 사용하는 방안이 있으나, 그 대부분이 지금까지는 Cu, Mn 등 중금속제를 성분으로 하는 것이어서 배기가스 중에 이러한 중금속물질이 포함되어 배출될 염려가 있다는 점으로 인하여 널리 사용되지 못하고 있는 실정이며, 후자인 엔 진설계상의 문제는 직접분사식의 경우, 주로 연료 분사기의 연료 분사 특성에 기인한다. 즉, 통상 피스턴 헤드 부분에 오목하게 형성되어 있는 보울(Bowl)과 실린더 헤드사이의 공간으로 구성된 연소실 내로 연료를 방사상으로 분사시키기 위하여 연소실의 중심부에 다공노즐(Multi-hole type nozzle)을 이용한 연료 분사기가 사용된다. 이러한 분사방식이 갖는 한계점은 본 출원인의 선특허출원(제 95-24006호, 이하 선특허출원이라 함)에 설명되어 있으며, 그 한계를 극복하기 위한 방안으로서, 엔진 내부 Combustion Process Modification을 위한 새로운 기술로서, 홀로우-콘(Hollow-cone) 형식의 분무를 가능케 하는 인젝터를 선행 특허에 기술한 바가 있다.

첨부 도면 도 1은 본 출원인의 선특허출원의 연료 분사기를 나타내는 결합상태 횡단면도로서, 연료 분사기(1)는 내부에 중공부(2)가 형성되고 하단 외주면에는 나사부(4)가 형성되며 벽부에는 상기 중공부(2)와 연통되는 연료 유입구(6)가 형성된 몸체부(10)와, 상기 몸체부(10)의 중공부(2)에 삽입되어 상·하 왕복 운동하는 플런저(20)와, 저면 중앙에 연료 분사공(22)이 형성되고 내면 상단에는 나사부(4')가 형성된 노즐캡(30)과, 하단에 소정의 깊이와 폭을 갖는 2개 이상의 와류홈(32)과 연료 유도홈(34)이 형성된 와류편(40)으로 구성된 것이다.

이때, 상기 와류홈(32)은 분사되는 연료에 와류를 발생시키기 위해 축받이공(56)에 접선방향으로 가공되고, 연료 유도홈(22)은 상기 와류홈(32)과 연통되어 있으므로 플런저(20)가 상승하면, 연료 유입구(6)로 공급된 연료가 와류편(40)의 연료 유도홈(34)을 통하여 와류홈(32)으로 공급되어 와류를 일으키며 연료 분사공(22)으로 분사 되는 것이다.

상기와 같은 선특허출원의 연료 분사기는 이에 사용되는 부품수가 많게 되어 정밀한 품질관리에 제약요소가 많아지고, 몸체부와 노즐캡의 결합방식이 나사방식으로 되어 있어서 장시간 사용시 진동에 의한 풀림현상이 발생하여 분무 성능 열화는 물론 심한 경우 부품 탈착으로 인해 엔진파손까지 이어질 수 있으며, 또한, 나사결합으로 인한 연료 분사기의 소형제작이 불가능한 문제가 발생하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 연료 분사기를 이루는 구성품수를 줄여 생산성을 향상시키고, 결합방식을 나사방식에서 억지 열박음방식으로 변경하여 결합을 신속하고도 용이하게 할 뿐만 아니라, 각 부품의 가공정밀도를 현저히 개선할 수 있으며, 몸체부의 외경을 최소화하여 연료 분사기를 소형화 할 수 있도록 고안 된 새로운 형태의 디젤엔진용 홀로우-콘 분무 방식의 연료 분사기를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 중공부가 형성되고 일측 벽부에는 상기 중공부와 연통되도록 연료 유입구가 형성된 몸체부와, 상기 몸체부의 중공부에 삽입되어 상·하 왕복운동하는 플런저와, 저면 중앙에 연료 분사공이 형성된 노즐캡으로 구성된 연료 분사기에 있어서, 상기 몸체부의 하부에 형성된 걸림턱과, 상기 중공부와 연통되는 연료 유도홈과 상기 몸체부의 하부 끝면에 와류홈으로 이루어진 와류 발생부가 구비되며, 상기 노즐캡은 내면에 상기 걸림턱과 대응되는 걸림홈이 형성되며 열팽창·수축에 의해 상기 몸체부와 압입·고정된다.

이와 같은 본 발명을 첨부된 도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2내지 도 5에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)는 내부에 중공부(2)가 형성되고 일측 벽부에는 상기 중공부(2)와 연통되도록 연료 유입구(6)가 형성되고, 플런저(20)는 상기 몸체부(10)의 중공부(2)에 삽입되어 상·하 왕복운동되며, 노즐캡(30)은 저면 중앙에 한 개의 연료 분사공(22)이 형성되고, 상기 몸체부(10)의 하단면에 가공된 와류 발생부로 구성된 연료 분사기에 있어서, 걸림턱(42)은 상기 몸체부(10)의 하부에 형성되고, 와류 발생부(50)는 상기 중공부(2)와 연통되는 연료 유도홈(54)과 와류홈(52)으로 이루어진 것을 나타내는 것이다.

또한, 상기 노즐캡(30)은 내면에 상기 걸림턱(42)과 대응되는 걸림홈(30a)이 형성되며 열팽창·수축에 의해 상기 몸체부(10)와 압입·고정된 것을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 디젤엔진용 연료 분사기의 주요 부분에 대한 확대도로서, (a)는 와류 발생부를 나타내는 확대도이고, (b)는 와류홈을 나타내는 확대도로서, 와류 발생부(50)의 와류홈(52) 가공시 와류홈(52)과 교차되는 축받이공(56)에 요홈(58)이 형성되어 분무성능을 저하시키는 일이 발생하지 않도록 와류홈(52)의 중심이 축받이공(56)의 중심으로부터 일정거리 만큼 내측에 위치된 것을 나타내는 것이다. 따라서, 0＜rs＜(ro-ws/2)의 관계를 만족시키는 방식으로 제작되어야 한다.

이때, ro는 축받이공(56)의 반지름이고, rs는 축받이공(56)의 중심과 와류홈(52)의 중심간의 거리이고, ws는 와류홈의 폭을 나타내는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 디젤엔진용 연료 분사기를 이용한 연료의 분사상태를 나타내는 것으로서, (a)는 연료입자의 공간분포도를 나타내는 것이고, (b)는 온도변화에 따른 연료의 농도를 나타내는 그래프이다. 따라서, 연료 분사기(1)를 통해 한방향으로 치우치거나 편중되지 않고 연소실내로 고르게 분사되는 연료를 나타내는 것이다.

이와 같은 본 발명의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.

도 2내지 도 5에 도시된 바와 같이, 디젤엔진의 연소실(도면에 도시되지 않음)에 연료를 분사함에 있어서, 연소효율을 높이고 배기가스의 배출을 최소화 하기 위해 분사되는 연료에 와류를 발생시키기 위해서는 먼저, 내부에 중공부(2)가 형성되고 하부에는 와류발생부(50)가 형성된 몸체부(10)에 플런저(20)를 삽입하여 별도의 구동수단(도면에 도시되지 않음)에 의해 소정 거리만큼 상·하 왕복운동 되도록 결합한다. 이때, 상기 몸체부(10)의 하부에는 걸림턱(42)이 그 외주면을 따라 돌출되고, 와류홈(52)과 연료 유도홈(54)으로 이루어진 와류 발생부(50)가 형성된다.

이상태에서, 저면 중앙에 연료 분사공(22)이 형성된 노즐캡(30)을 상기 몸체부(10)의 하단에 끼워 결합하되, 노즐캡(30)에 일정한 열을 가한 다음, 내면에 형성된 걸림홈(30a)을 상기 몸체부(10)에 형성된 걸림턱(42)에 끼워지도록 밀어 넣어 고정시킨 후, 노즐캡(30)을 냉각시켜 억지 열박음하여 결합한다.

한편, 상기 와류홈(52)의 가공시 가공성을 향상시키기 위해 와류홈(52)의 중심을 축받이공(56)의 중심으로부터 일정거리 만큼 내측에 위치되도록 한 것으로서, 0＜rs＜(ro-ws/2)가 된다.

이와 같이하여, 와류 발생부(50)가 형성된 연료 분사기(1)를 디젤엔진(도면에 도시되지 않음)의 소정 위치에 결합한 상태에서, 동력을 얻기위해 연소실에 연료를 분사하기 위해서는 먼저, 일정량의 연료를 연료 분사기(1)로 공급한다.

이상태에서, 연료 분사기(1)로 공급된 연료는 연료 유입구(6)를 통하여 중공부(2)에 공급된 후, 와류 발생부(50)의 연료 유도홈(54)을 통하여 와류훔(52)을 거쳐 연료 분사공(22)에 유입된다. 이때, 상기 플런저(20)는 일정한 높이 만큼 윗방향으로 상승된 상태이므로 연료 분사공(22)은 개방된 상태이고, 연료는 와류홈(52)을 거치면서 와류현상이 발생된 상태이다.

따라서, 연료 유도홈(54)을 통하여 와류홈(52)을 거치게 된 연료는 도 5에 도시된 바와 같이, 기존 디젤엔진용 연료분사기에서 처럼 몇 개의 분무공 중심으로 연료가 농축되어 분무되지 않고 연소실의 전면에 걸쳐 고르게 분사되는 것이다. 그 결과, 기존 인젝터의 경우에 비하여 연료와 공기의 혼합이 훨씬 신속하고 균일하게 이루어져서, 매연, Nox 등의 현저한 감소가 가능하게 된다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 조립방식을 나사 체결방식대신 억지 열박음 방식을 채택함으로써, 매연 발생을 최소화할 수 있도록 홀로우-콘 방식의 분무를 유지하면서 선특허출원의 연료분사기에 사용되는 부품수를 줄여 생산성, 작업성 및 가공정밀도를 크게 향상 시킬 수 있고, 연료 분사기의 외경을 줄일 수 있어 이를 소형화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 하부에 걸림턱(42)이 형성되고, 내부에 중공부(2)가 형성되며, 일측 벽부에는 상기 중공부(2)와 연통되도록 연료 유입구(6)가 형성된 몸체부(10)와, 상기 몸체부(10)의 중공부(2)에 삽입되어 상·하 왕복운동되는 플런저(20)와, 저면 중앙에 하나의 연료 분사공(22)이 형성되고, 내면에 상기 걸림턱(42)과 대응되는 걸림홈(30a)이 형성되어 억지 열박음 방식에 의해 상기 몸체부(10)와 압입·고정되는 노즐캡(30)과, 상기 중공부(2)와 연통되도록 몸체부(10)의 하단에 일체로 결합되며 연료 유도홈(54), 축받이공(56) 및 2개 이상의 와류홈(52)으로 이루어진 와류 발생부(50)로 구성된 연료 분사기에 있어서,

   상기 연료 유도홈(54)의 끝단에 상기 와류홈(52)의 선단이 연통되게 하여,

   상기 몸체부(10)에 연통된 상기 연료 유도홈(54)을 통해 유동되는 연료가 상기 선단의 와류홈(52)을 따라 유출되도록 하여, 그 와류홈(52)의 선단에서부터 유출되는 연료가 상기 노즐캡(30)에 부딪힘으로써 와류가 발생되게 제어하고,

   상기 와류홈(52)의 중심을 축받이공(56)의 중심으로부터 일정거리 만큼 내측에 위치되도록 하되 0＜rs＜(ro-ws/2)〔여기에서, ro는 축받이공(56)의 반지름이고, rs는 축받이공(56)의 중심과 와류홈(52)의 중심간의 거리이고, ws는 와류홈의 폭을 나타내는 것임〕가 되도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 연료 분사기.
2. 삭제
3. 삭제

Images