KR100737711B1 - 연료 분사 노즐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 블라인드 홀(2)을 구비한 분사 노즐(1)에 관한 것이고, 상기 분사 노즐에서 블라인드 홀(2)과 노즐 니들 시트(4) 사이의 전이부(8)는 라운딩된다. 따라서 노즐 니들(5)의 부분 행정시, 상기 분사 노즐(1)의 유동 저항의 공차는 감소되며, 따라서 분사된 연료량의 정확한 측량을 가능하게 한다.
분사 노즐, 블라인드 홀, 니들 시트, 전이부, 노즐 니들

Description

연료 분사 노즐{Fuel injection nozzle}
본 발명은 하나 이상의 분사구를 포함하는 블라인드 홀 및 상기 블라인드 홀에 연결된 노즐 니들 시트를 구비한, 내연 기관용 연료 분사 노즐에 관한 것이다.
일반적인 블라인드 홀-분사 노즐은 특히 노즐 니들의 부분 행정 범위에서 유동 저항 및 연료 분사량의 큰 변동을 가진다. 그 결과 상기 블라인드 홀-분사 노즐을 갖춘 다수의 내연 기관의 배출물질 및 연비는 최적화되지 않는다.
본 발명의 목적은, 동일한 구성을 가진 블라인드 홀-분사 노즐의 다양한 실시예에 있어서 노즐 니들의 부분 행정 범위에서 분사량의 변동이 감소되고, 따라서 본 발명에 따른 블라인드 홀-분사 노즐을 갖춘 내연 기관의 배출물질 및 연비가 개선되는, 블라인드 홀-분사 노즐을 제공하는데 있다.
상기 목적은, 노즐 니들 시트와 블라인드 홀 사이의 전이부가 라운딩(rounding)되어 있는, 하나 이상의 분사구를 포함하는 블라인드 홀 및 상기 블라인드 홀에 연결된 노즐 니들 시트를 구비한, 내연 기관용 분사 노즐에 의해 달성된다.
상기 노즐 니들 시트와 블라인드 홀 사이의 전이부가 본 발명에 따라 라운딩되고, 이로써 규정된 구조를 가짐으로써, 노즐 니들 시트와 블라인드 홀 사이에 있는 전이부의 결정적인 스로틀링(throttling) 작용이 규정되며, 따라서 동일한 구성을 가진 분사 노즐의 다양한 실시예 사이에서 매우 작은 범위에서만 변동된다. 이로 인해 본 발명에 따른 블라인드 홀-분사 노즐의 작동 동작을 측정함으로써 구성이 같은 다른 모든 블라인드 홀-분사 노즐의 작동 동작이 현저히 높은 정확도로 예측될 수 있고 이에 상응되게 분사 과정이 최적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 노즐 니들 시트와 블라인드 홀 사이의 전이부가 0.01 ㎜ 와 0.1 ㎜ 사이, 바람직하게 0.04 ㎜ 와 0.06 ㎜ 사이의 반경으로 라운딩됨으로써, 한편으로는 상기 라운딩부는 분사 노즐의 부분 하중의 변동을 감소시키고 다른 한편으로는 상기 라운딩부가 적은 비용으로 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예의 경우 블라인드 홀은 원추형이기 때문에, 원추형 블라인드 홀-분사 노즐의 부분 하중 작동이 개선된다.
본 발명의 다른 버전에서, 블라인드 홀이 원통형으로 구현됨으로써 원통형 블라인드 홀-분사 노즐의 부분 하중 작동도 개선된다.
본 발명에 따른 분사 노즐의 변형예에서, 노즐 니들 시트가 원뿔대 형상이고, 이로 인해 노즐 니들 시트에서 노즐 니들의 양호한 밀봉 효과 및 센터링이 달성된다.
본 발명의 또 다른 실시예의 경우, 노즐 니들 시트의 원뿔각이 60°가 됨으로써, 노즐 니들과 노즐 니들 시트 사이의 양호한 밀봉 작용이 달성된다.
본 발명의 다른 버전에서는, 노즐 니들의 원뿔각이 노즐 니들 시트의 원뿔각 보다 1°까지, 바람직하게 15-30 분(angular minutes) 더 커서, 밀봉면이 작아지고 노즐 니들의 최대 직경 영역으로 변위된다.
또 다른 실시예에서는, 블라인드 홀이 미니 블라인드 홀 또는 마이크로 블라인드 홀이며, 따라서 본 발명에 따른 장점이 상기 분사 노즐에서도 사용될 수 있다.
또 다른 실시예의 경우, 분사구과 블라인드 홀 사이의 전이부가 라운딩됨으로써, 분사구의 스로틀링 작용이 감소되며 좁은 공차 범위 내에서 변동된다.
서두에 언급된 목표는, 하나 이상의 분사구를 포함하는 블라인드 홀을 구비하는 내연 기관용 분사 노즐에 의해 달성되고, 상기 분사 노즐은 분사구와 블라인드 홀 사이의 전이부가 라운딩되는 것을 특징으로 한다. 상기 조치를 통해서 분사 노즐의 작동 성능의 변동이 감소된다.
본 발명의 또 다른 장점과 바람직한 실시예는 하기의 상세한 설명, 도면 및 청구항에서 나타난다.
본 발명의 대상의 실시예가 도면에 도시되며 하기에서 더 자세히 설명된다.
도 1 은 블라인드 홀-분사 노즐의 횡단면도.
도 2 는 노즐 니들의 행정에 의한 분사 노즐의 유압 직경의 특성 곡선.
도 1 에는 원추형 블라인드 홀(2)을 가진 분사 노즐(1)이 도시된다. 상기 블라인드 홀(2)은 원통형일 수 있거나 또는 미니 또는 마이크로 블라인드 홀(2)일 수도 있다. 마지막에 언급한 미니 또는 마이크로 블라인드 홀의 경우, 블라인드 홀(2)의 용적은 도 1 에 도시된 구성에 비해서 감소된다. 따라서 내연 기관이 정지 했을 경우 연소실에서는 연료가 더 적게 증발된다.
분사구(3)를 통해 도면에 도시되지 않은 연료는 블라인드 홀(2)로부터 마찬가지로 도면에 도시되지 않은 연소실에 이른다. 원추형 블라인드 홀(2)에 원뿔대 형상의 노즐 니들 시트(4)가 연결된다. 상기 노즐 니들 시트(4)는 60°의 원뿔각을 가질 수 있다. 블라인드 홀(2)은 반드시 원추형일 필요는 없고, 원통형일 수도 있다.
상기 노즐 니들 시트(4)에는 노즐 니들(5)이 배치된다. 도 1 에서는 노즐 니들(5)의 원뿔각이 노즐 니들 시트(4)의 원뿔각보다 크다는 것이 분명히 도시된다. 이로 인해 상기 노즐 니들(5)과 노즐 니들 시트(4) 사이의 접촉부(6)가 노즐 니들(5)의 가장 큰 직경 영역에 위치하며, 노즐 니들(5)과 노즐 니들 시트(4) 사이의 표면 압력이 증가된다. 상기 노즐 니들(5)과 노즐 니들 시트(4)의 원뿔각의 차이는 도 1 에서 지나치게 도시되었다. 일반적으로 상기 차이는 1 도 보다 작으며, 수 분(angular minute)의 범위 내에서 이동된다.
도 1 의 좌측에서 상기 블라인드 홀(2)과 노즐 니들 시트(4) 사이의 전이부는 종래 기술에 따라서 에지(edge: 7)의 형태로서 도시되어 있다. 에지(7)는 노즐 니들 시트(4)의 연마시 발생한다. 처리 방법에 따라서 에지(7)는 날카로운 버르(burr) 또는 매끄러운 에지가 될 수 있다. 상기 에지의 유동 저항은 에지의 상태에 영향을 받는다.
도 1 의 우측에는 상기 블라인드 홀(2)과 노즐 니들 시트(4) 사이에서 본 발명에 따라 라운딩된 전이부(8)가 도시된다. 상기 전이부(8)의 라운딩부는 횡단면에서 볼 때 예를 들어 원형으로 될 수 있으며, 반경은 0.01 ㎜ 내지 0.1 ㎜, 바람직하게 0.04 ㎜ 내지 0.06 ㎜ 에 이른다. 또한 본 발명에 따른 라운딩에 의해, 같은 구성의 분사 노즐(1)의 경우에 노즐 니들 시트(4)와 블라인드 홀(2) 사이의 전이부(8)의 구조가 매우 좁은 공차 범위 내에서 변동된다; 즉 전이부(8)의 구조가 규정되며 이로써 노즐 니들(5)이 노즐 니들 행정(9) 방향으로 노즐 니들 시트(4)로부터 들어 올려질 때 전이부(8)의 유동 저항도 분명히 규정된다. 그 결과 노즐 니들 시트(4)와 블라인드 홀(2) 사이의 전이부(8) 영역에서 본 발명에 따른 분사 노즐의 다양한 실시예의 유동 저항의 변동이 현격히 감소된다.
에지(7) 또는 전이부(8)의 영역에서 분사 노즐(1)의 유동 저항 변동의 결과는 도 2 에 도시된 그래프에 의해서 설명된다.
도 2 에는 노즐 니들 행정(9)과 블라인드 홀-분사 노즐(1)의 유압 직경(10) 사이의 성질을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 상기 유압 직경(10)은 임의의 관류 횡단면을 상기 횡단면의 유동 저항과 관련하여 비교할 수 있는 크기이다. 원형 횡단면을 가진 파이프의 유동 저항이 기준값으로서 사용된다. 큰 유압 직경을 가진 횡단면은 적은 유동 저항을 가지며 그 반대도 가능하다.
도 2 에서는 노즐 니들 행정(9)이 두 개의 범위로 분리된다. 제 1 범위는 0 에서 "a" 까지 연장되고, 하기에서 부분 행정 범위로 지정된 제 2 범위는 "a" 에서 "b" 까지 연장된다. "c"에서는 완전한 노즐 니들 행정이 달성된다.
상기 노즐 니들(5)이 노즐 니들 시트(4) 상에 배치되는 폐쇄된 분사 노즐(1)이 개방되면, 매우 작은 노즐 니들 행정(9)의 경우 접촉부(6)의 영역에는 매우 좁은 틈이 생기고, 압력 하에 있는 연료는 상기 틈을 통해서 블라인드 홀(2)로 흐를 수 있다. 상기 매우 좁은 틈은 분사 노즐(1)의 유동 저항을 명확하게 결정하고 이로써 또한 유압 직경(10)도 결정한다. 매우 좁은 틈의 유동 저항이 크기 때문에, 매우 작은 노즐 니들 행정(9)의 경우 분사 노즐(1)의 유압 직경(10)도 매우 작다.
"a" 와 "b" 사이의 부분 행정 범위에서 분사 노즐(1)의 유동 저항은 노즐 니들 시트(4)와 블라인드 홀(2) 사이의 에지(7) 또는 전이부(8)에 의해서 명확하게 결정된다. 따라서 부분 행정 범위에서의 에지(7) 또는 전이부(8)는 분사 노즐(1)의 유압 직경에도 매우 중요하다. 이는 상기 노즐 니들 시트(4)와 블라인드 홀(2) 사이의 에지(7) 또는 전이부(8)의 구조 내에서의 변동은 유압 직경(10)의 변동을 가져오는 것을 의미한다. 완전한 노즐 니들 행정 "c" 범위에서 상기 분사 노즐(1)의 분사구(3)는 분사 노즐(1)의 유압 직경에 대해 결정적인 역할을 한다.
상술된 내용에 따라 상기 에지(7) 또는 전이부(8)의 구조 변동은, 무엇보다 "a" 와 "b" 사이의 부분 행정 범위에서 분사 노즐(1)의 특성 곡선(11)의 변동을 야기한다.
도 1 에는 상기 블라인드 홀(2)과 분사구(3) 사이의 전이부를 라운딩하는 가능성은 도시되지 않는다. 상기 분사 노즐의 유동 저항이 감소됨으로써, 예를 들어 분사구(3)를 일반적으로 외부에서 내부로 구멍낼 경우 버르(burr)가 그대로 있는 것이 방지된다. 상기 버르는 무엇보다 완전한 노즐 니들 행정시 분사 노즐(1)의 유동 저항을 증가시킨다. 이로부터 야기되는 단점은 이미 언급된 단점 및 하기에서 언급될, 에지(7) 또는 전이부(8)의 유동 저항이 심하게 변동하는 분사 노즐(1)의 단점에 상응한다.
도 2 는 에지(7) 또는 전이부(8)의 다양한 구조가 부분 행정 범위에서의 유압 직경에 미치는 작용을 특성 곡선(11, 12, 13)을 통해서 암시적으로 도시한다. 파선으로 도시된 특성 곡선(12)은 에지(7) 또는 전이부(8)의 구조를 나타내고, 상기 구조는 특성 곡선(11)에 비해서 더 큰 유압 직경을 가지며 그 결과 더 작은 스로틀링 손실을 가진다. 파선으로 도시된 특성 곡선(13)은 에지(7) 또는 전이부(8)의 구조의 작용을 도시하며 상기 작용은 도 2 의 특성 곡선(11)에 비해서 상대적으로 더 강한 스로틀링 작용을 가진다.
대량 생산된 내연 기관의 경우, 상기 내연 기관과 이에 속하는 분사 시스템의 성능 그래프(Performance Graph)는 하나 또는 다수의 선택된 테스트 표본을 이용하여 측정을 통해 결정된다. 상기 방식으로 결정된 성능 그래프는 구성이 같은 모든 분사 시스템의 기초가 된다.
하기에서는, 상기 특성 곡선(11)이 측정된 특성 곡선이고, 상기 특성 곡선(11)이 분사 시스템의 제어 장치에 저장되는 것이 가정된다. 또한 대량 생산된 두 개의 분사 노즐이 특성 곡선(12, 13)을 가지는 것도 가정된다. 상기 특성 곡선(12, 13)을 가지는 분사 노즐(1)이, 특성 곡선(11)이 저장되어 있는 제어 장치와 상호 작용을 하면, 부분 행정 범위에서의 실제 분사량은 특성 곡선(11)에 따른 테스트 표본에서 측정된 최적의 분사량과 일치하지 않기 때문에, 내연 기관의 성능 및/또는 배출물질이 저하된다.
그 반대로, 노즐 니들 시트(4)와 블라인드 홀(2) 사이의 전이부(8)를 라운딩함으로써 특성 곡선(11, 12, 13)의 변동이 감소될 수 있다. 이로써 제어 장치에 저장된 특성 곡선(11)과 대량 생산된 두 개의 분사 노즐의 특성 곡선(11, 12) 사이의 일치는 현저히 개선된다. 상기 일치는 예를 들어 2 내지 3 팩터(factor)만큼 개선될 수 있다. 그 결과 실제 분사된 연료량은 제어 장치에 의해서 예정된 분사량에 정확히 상응하고, 내연 기관의 배출물질 및 연비가 최적화된다.
상세한 설명, 하기의 청구항과 도면에 도시된 모든 특징들은 개별적으로 또한 서로 임의로 조합되어 본 발명을 구성한다.

Claims (12)

  1. 노즐 니들(5)과, 하나 이상의 분사구(3)를 포함하는 블라인드 홀(2), 및 상기 블라인드 홀(2)에 연결된 노즐 니들 시트(4)를 구비하고, 노즐 니들 시트(4)와 상기 블라인드 홀(2) 사이의 전이부(8)가 라운딩(rounding)되어 있는 내연 기관용 연료 분사 노즐(1)에 있어서,
    노즐 니들 시트의 영역과 이 노즐 니들 시트에 인접한 블라이드 홀(2) 부분의 영역에서 노즐 니들(5)이 원뿔대형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 니들 시트(4)와 상기 블라인드 홀(2) 사이의 상기 전이부(8)가 0.01 ㎜ 와 0.1 ㎜ 사이의 반경을 가지고 라운딩되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블라인드 홀(2)이 원추형인 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐,
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블라인드 홀(2)이 원통형인 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노즐 니들 시트(4)가 원뿔대형인 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 노즐 니들 시트(4)의 원뿔각이 60 °인 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 노즐 니들(5)의 원뿔각이 상기 노즐 니들 시트(4)의 원뿔각 보다 1 °까지 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블라인드 홀(2)이 미니-블라인드 홀 또는 마이크로-블라인드 홀인 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분사구(3)와 상기 블라인드 홀(2) 사이의 전이부(8)가 라운딩되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 니들 시트(4)와 블라인드 홀(2) 사이의 전이부(8)가 0.04 ㎜ 와 0.06 ㎜ 사이의 반경을 가지고 라운딩되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 노즐 니들(5)의 원뿔각이 상기 노즐 니들 시트(4)의 원뿔각 보다 15-30 분(angular minutes) 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
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