KR101721420B1 - 채널들을 갖는 연료 분사 요소를 제조하기 위한 방법 및 연료 분사 요소 - Google Patents

채널들을 갖는 연료 분사 요소를 제조하기 위한 방법 및 연료 분사 요소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 채널을 갖는 연료 분사 요소를 제조하기 위한 방법 뿐만 아니라 연료 분사 요소에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연료 분사 요소는 나선형으로 연장하는 채널을 갖고 압출 공구의 사용에 의해 제조된다.

Description

채널들을 갖는 연료 분사 요소를 제조하기 위한 방법 및 연료 분사 요소{METHOD FOR PRODUCING A FUEL INJECTION ELEMENT HAVING CHANNELS, AND A FUEL INJECTION ELEMENT}
본 발명은 채널들을 갖는 연료 분사 요소를 제조하는 방법 및 연료 분사 요소에 관한 것이다.
이와 같은 연료 분사 요소는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진을 구비하는 자동차의 연료 분사 밸브 내에 사용될 수 있는 것과 같은 연료 분사 노즐 또는 연료 분사 노즐용 인서트일 수 있다.
연료 분사 노즐은 하나 이상의 채널을 갖는 노즐 팁의 영역에 제공되는 노즐 본체를 포함한다. 차량의 운전시에, 고압에서의 차량 연료는 이들 채널을 통해 엔진의 실린더 챔버 내로 분사된다. 채널 또는 채널들은 연료가 실린더 챔버 내로 팬 형상으로 분사되는 이러한 방식으로 직선형 형상을 갖는다. 이에 의해 공기와 연료가 연소 프로세스를 발생시키기 위해 원하는 방식으로 실린더 챔버 내에서 혼합되는 것이 성취된다. 노즐 팁의 영역에 제공된 채널은 예를 들어 침식가공(eroding) 또는 드릴가공에 의해 노즐 본체 내에 형성되고, 다수의 작업 단계가 채널의 수에 대응하여 필요하다.
연료 분사 노즐이 DE 199 15 874 B4호로부터 공지되어 있다. 이는 밸브 니들, 밸브 개구를 갖는 밸브 시트 및 금속 사출 성형된 노즐 팁을 포함한다. 사전 결정된 개방각을 갖는 팬형 슬롯으로서 형성된 분사 개구가 노즐 팁에 제공된다. 이에 의해 연료 분사 노즐이 더 간단한 방식으로 경제적으로 제조될 수 있도록 성취된다.
분사 노즐용 노즐 구멍 플레이트를 제조하는 방법 및 이와 같은 종류의 노즐 구멍 플레이트를 구비한 분사 노즐이 DE 102 46 403 B4호로부터 공지되어 있다. 노즐 구멍 플레이트는 상부면, 하부면 및 통로를 갖는다. 상부면 및 하부면은 각각 통로와 함께, 라운딩되는 에지를 형성한다. 라운딩된 에지의 표면 및 상부면 뿐만 아니라 하부면은 블래스팅(blasting) 프로세스에 의해 형성된 트랙에 의해 덮여진다.
본 발명의 목적은 채널들을 갖는 연료 분사 요소를 제조하기 위한 경제적이고 간단한 방식으로 실현될 수 있는 신규한 방법을 지시하는 것으로 이루어진다.
이 목적은 청구항 1에 지시된 특징을 갖는 방법에 의해 충족된다. 유리한 실시예 및 전개가 종속 청구항 2 내지 4에 지시되어 있다. 청구항 5 내지 11은 연료 분사 요소에 관한 것이다.
본 발명의 장점은 청구된 방법에 의해 제조되는 연료 분사 요소의 채널이 특히 동시에 제조될 수 있는 것으로 이루어진다는 점에 있다. 이는 공지된 방법에 비하여, 연료 분사 요소 내의 채널의 형성을 위한 시간의 상당한 절약을 의미한다. 더욱이, 청구된 방법에 의해 제조된 채널은 침식가공에 의한 제조와 비교하여 개량된 표면을 갖는다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법에 의해, 예를 들어 0.05 밀리미터 내지 0.5 밀리미터의 범위 또는 그 이하의 직경을 갖는 매우 미세한 채널을 제조하는 것이 가능하다.
채널이 연료 분사 요소의 중심축으로부터 상이한 간격을 가지면, 채널의 출구각은 중심축으로부터 각각의 채널의 간격이 커짐에 따라 더 커진다. 이는 자동차의 실린더 챔버에 연료 분사 요소에 의해 전달된 연료의 분무가 종래 기술에 비하여 향상되도록 출구각을 이와 같이 선택하는 것을 유리한 방식으로 가능하게 한다. 유리한 방식으로, 노즐의 채널은 또한 상이한 직경을 가질 수 있다. 이는 연료와 공기의 혼합이 또한 향상되는 결과를 갖고, 이는 이어서 개량된 연료 프로세스를 유도하는데, 이는 공지의 연료 분사 요소보다 낮은 이산화탄소 배출을 생성한다.
본 발명에 따른 연료 분사 요소는 유리한 방식의 연료 분사 노즐 또는 연료 분사 노즐용 인서트이다. 이는 경질 금속, 세라믹 또는 강으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 종류의 연료 분사 요소는 비교적 간단하게 제조될 수 있고, 높은 작동 요구에 손쉽게 견디고, 긴 서비스 수명을 갖는다.
본 발명의 추가의 유리한 특성은 도면에 기초하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 요소를 위한 실시예의 제 1 형태의 설명을 위한 연료 분사 노즐을 통한 종단면도.
도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 요소를 위한 실시예의 제 2 형태의 설명을 위한 연료 분사 노즐을 통한 종단면도.
도 3은 도 2에 따른 연료 분사 요소의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 설명을 위한 흐름도.
도 1은 본 발명의 실시예의 제 1 형태의 설명을 위한 연료 분사 노즐을 통한 종단면도를 도시한다. 도시된 연료 분사 노즐(1)은 인서트(3)를 갖는 노즐 팁(2a)의 영역에 제공된 노즐 본체(2)를 포함한다. 연료 분사 요소인 이 인서트(3)는 플레이트의 형태로 구성되고, 경질 금속, 세라믹 또는 강으로 이루어지고, 예를 들어 기계적인 포지티브 결합, 나사 연결, 수축 끼워맞춤 또는 소결에 의해 노즐 본체와 단단히 연결된다. 인서트(3)는 모터의 실린더의 내부 공간(8)과 연료 분사 노즐(1)의 노즐 내부 공간(7)을 연결하는 연속적인 채널을 갖는다. 고압 하에서 노즐 내부 공간(7) 내에 존재하는 연료는 각각 실린더 공간(8) 내로 이들 채널을 통해 분사된다. 도 1에는 단지 2개만이 도시되어 있고 도면 부호 4 및 5로 나타내는 채널이 각각 인서트(3)를 통해 나선형으로 연장된다. 이 나선형 코스는 하나 이상의 원하는 각도에서 인서트(3)로부터 연료가 유출되는 이러한 방식으로 선택된다. 이 각도의 적합한 선택을 통해, 실린더 공간 내의 연료의 향상된 분배 및 이에 의해 연료의 향상된 분무를 성취하는 것이 가능하다. 이는 이어서 각각의 실린더 내의 공기와 연료의 혼합 및 이에 의해 연소 프로세스를 향상시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예의 제 2 형태의 설명을 위한 연료 분사 노즐을 통한 종단면도를 도시한다. 연료 분사 요소인 도시된 연료 분사 노즐(1)은 노즐 팁(2a)의 영역에서 연속적인 채널을 갖는 노즐 본체(2)를 포함한다. 이들 채널은 모터의 실린더의 내부 공간(8)과 연료 분사 노즐(1)의 노즐 내부 공간(7)을 연결한다. 고압 하에서 노즐 내부 공간 내에 존재하는 연료는 이들 채널을 통해 실린더 공간(8) 내로 분사된다. 도 2에는 단지 2개만이 도시되어 있고 도면 부호 4 및 5에 의해 나타내는 채널은 노즐 팁(2a)의 영역을 통해 나선형으로 각각 연장된다. 이 나선형 코스는 연료가 하나 이상의 원하는 각도에서 노즐 본체(2)로부터 유출되도록 선택된다. 이러한 각도를 적합하게 선택함으로써, 실린더 챔버 내로 연료의 향상된 분배 및 이에 의해 연료의 향상된 분무가 성취될 수 있다. 이는 이어서 각각의 실린더 내의 공기와 연료의 혼합을 향상시키고, 이에 의해 연소 프로세스를 향상시킨다. 실시예의 이 제 2 형태에서, 노즐 본체(2)는 일체형 구조이고, 경질 금속, 세라믹 또는 강으로 이루어진다.
채널(4, 5)로부터 유출되는 연료는 도면 부호 6으로 도 1 및 도 2에 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 단면 라인 S-S의 방향에서 도 2에 따른 연료 분사 노즐의 단면도를 도시한다. 연료 분사 노즐은 복수의 채널을 그 노즐 팁의 영역에 갖는데, 복수의 채널의 입구는 노즐 팁의 영역에서 대략적으로 균일하게 분포되어 있는 것이 명백하다.
도 4는 채널을 갖는 연료 분사 요소를 제조하기 위한 방법의 설명을 위한 흐름도를 도시한다.
이 방법에서, 단계 S1에 따르면, 플라스틱 재료로 이루어지고 직선형으로 연장하는 채널을 갖는 본체의 제조가 압출 공구에 의해 이루어진다. 이 플라스틱 재료는 가소제를 구비하는 경질 금속 분말, 가소제를 구비하는 세라믹 분말 또는 가소제를 구비하는 강 분말이다. 전술된 직선형으로 연장하는 채널을 생성하기 위해, 압출 공구는 예를 들어 압출 공구의 노즐 마우스피스의 영역으로 연장하고 압출 공구에 의해 압출되는 플라스틱 재료 흐름을 위해 채널의 공간-확보 수단으로서 기능하는 나사산에 체결되는 나사산 홀더를 그 내부에 갖는다.
단계 S2에 따르면, 플라스틱 재료로 이루어지는 본체를 나선형으로 연장하는 채널로 제공하기 위해 직선형으로 연장하는 채널을 갖는 본체의 비틀림이 수행된다. 이 비틀림은 바람직하게는 압출 공구의 노즐 마우스피스가 회전 가능하도록 구성되고 압출 프로세스 중에 회전되는 점에서 생성된다.
압출 공구를 떠나고 플라스틱 재료로 이루어지고 미리 나선형으로 연장하는 채널을 갖는 본체는 단계 S3에서 압출 공구의 외부에서 소결된다. 소결된 본체는 나선형으로 연장하는 채널을 갖는 연료 분사 요소를 제공하기 위해 나중에 단계 S4에서 소정 길이로 절단된다.
대안은, 압출 공구를 떠나는 플라스틱 재료의 막대형 본체가 초기에 압출 공구의 외부의 길이로 절단되고 이어서 지지체 상의 그 전체 길이에 걸친 지지로 본체의 길이에 걸쳐 선형으로 일정하게 변화하는 속도에서 마찰면 배열에 의해 구름 운동(rolling)을 받게 되는 비틀림이 실시되는 점에서 단계 S2에서 발생하는 비틀림이 생성되는 것으로 이루어진다. 이 비틀린 본체는 이후에 단계 S3에서 소결되고, 그 후에 도 1에 의해 도시된 바와 같이, 인서트(3)의 형태의 연료 분사 요소를 제공하기 위해 단계 S4에서 소정 길이로 절단된다.
소결되고 소정 길이로 절단된 본체는 요구된다면 예를 들어 연삭 프로세스와 같은 추가의 처리를 받게될 수 있다.
실시예를 경유하여 상기에 설명된 방법은 연료 분사 채널을 갖는 연료 분사 요소의 간단한 제조를 가능하게 한다. 더욱이, 사용된 압출 방법은 채널의 개량된 표면을 공급할 뿐만 아니라, 또한 단일 가공 단계에서 모든 채널의 제조를 가능하게 한다. 이들 채널은 유리한 방식으로 또한 상이한 직경을 가질 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 방법에 의해, 그 직경이 0.5 밀리미터 내지 0.05 밀리미터의 범위에 있을 수 있고 또는 요구되는 경우에 더 소형일 수 있는 매우 미세한 채널을 제조하는 것이 가능하다. 연료 분사 요소로부터 채널의 출구각은 요소의 중심축으로부터 각각의 채널의 증가하는 간격에 따라 증가한다. 중심축 부근에 놓인 채널은 실질적으로 중심축의 방향에서 연료를 분사한다. 중심축으로부터 채널의 증가하는 간격에 따라, 연료의 분사는 중심축의 방향과는 증가적으로 상이한 각도에서 발생한다.
1: 연료 분사 노즐 2: 노즐 본체
3: 인서트 4: 나선형으로 연장하는 채널
5: 나선형으로 연장하는 채널 6: 연료 배출
7: 노즐 내부 공간 8: 실린더 내부 공간

Claims (11)

  1. 노즐 팁(2a)을 구비한 노즐 본체(2)를 포함하는 연료 분사 노즐(1)로서,
    상기 노즐 팁은 상기 연료 분사 노즐의 노즐 내부 공간을 실린더의 내부 공간과 연결시키는 연속 채널들을 가지며,
    상기 채널들(4, 5)은 각각 상기 노즐 팁(2a)을 통해 나선형으로 연장하는, 연료 분사 노즐에 있어서,
    상기 노즐 팁을 통하여 나선형으로 연장하는 상기 채널들은 상기 실린더의 상기 내부 공간안으로 직접 개방되어, 상기 실린더의 상기 내부 공간 안으로 직접 연료를 분사하며, 상기 나선형으로 연장하는 채널들(4, 5)은 상기 연료 분사 노즐(1)로부터 다른 출구각들을 가지며, 상기 나선형으로 연장하는 채널들(4, 5)은 실린더 표면과 나란히 나선형으로 연장되며 상기 실린더 표면들의 반경들은 상기 각각의 채널들(4, 5) 및 상기 연료 분사 노즐(1)의 중심축 사이의 거리에 대응하며, 상기 출구각은 상기 각각의 채널들(4, 5) 및 상기 연료 분사 노즐(1)의 중심축 간의 거리 증가와 함께 증가하여, 상기 중심축에 놓인 채널은 상기 연료를 상기 중심축의 방향으로 분사하고 상기 채널들 및 상기 중심축간의 거리 증가와 함께 상기 연료는 상기 중심축의 방향에 대하여 증가하는 각도로 분사되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 팁은 상기 연료 분사 노즐의 노즐 내부 공간을 실린더의 내부 공간과 연결시키며 또한 상기 나선형으로 연장하는 채널들이 제공되는 인서트(3)를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐 본체(2)는 일체형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 본체는 경질 금속, 세라믹 또는 강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심축으로부터 제 1 간격을 갖는 제 1 나선형으로 연장하는 채널의 출구각은 상기 중심축으로부터 상기 제 1 간격보다 작은 제 2 간격을 갖는 제 2 나선형으로 연장하는 채널의 출구각보다 큰 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 직경의 나선형으로 연장하는 채널들을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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