KR102244948B1 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Abstract
본 발명의 관점에 의하면, 내연기관의 연소 챔버 내에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 노즐이 제공된다. 상기 노즐은 가압 연료를 위한 공급 라인으로부터 연료를 수용하도록 보어를 갖는 노즐 바디를 구비한다. 상기 보어로부터 상기 연소 챔버로 연료를 전달하기 위한 적어도 하나의 분사 개구가 제공되며, 상기 적어도 하나의 분사 개구는 총 단면적(Atot)을 갖는다. 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 방지되는 폐쇄 위치와 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 가능한 분사 위치 사이에서, 상기 보어 내에서 니들이 종방향으로 변위가능하다. 상기 보어를 통해 연료 흐름을 구속하기 위한 구속부가 제공된다. 상기 구속부는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총 단면적(Atot)의 함수로서 치수설정된다.According to an aspect of the present invention, a fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine is provided. The nozzle has a nozzle body having a bore to receive fuel from a supply line for pressurized fuel. At least one injection opening is provided for transferring fuel from the bore to the combustion chamber, the at least one injection opening having a total cross-sectional area A tot . Between a closed position in which the flow of fuel into the combustion chamber is prevented through the at least one injection opening and an injection position in which the flow of fuel into the combustion chamber is possible through the at least one injection opening, a needle is inserted in the bore. It can be displaced in the longitudinal direction. A restraint is provided for constraining fuel flow through the bore. The restraint is dimensioned as a function of the total cross-sectional area A tot of the at least one spray opening.
Description
본 발명은 연료 분사 노즐, 특히 내연기관의 실린더 내에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 노즐에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel injection nozzle, in particular a fuel injection nozzle for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine.
EP 0 844 383호 및 EP 2 568 157호는 내연기관을 위한 고압 연료 인젝터를 개시하고 있다. 연료 인젝터는 보어를 형성하는 분사 노즐을 갖는다. 보어는 연료입구와 복수의 출구 사이에 고압 연료용 흐름 경로를 제공하며, 상기 연료는 고압 연료 공급 통로로부터 수용된다. 연료 인젝터는 보어 내에서 슬라이딩 가능한 니들을 구비한다. 보어의 하단부에는 니들 시팅(needle seating)이 형성되며, 상기 니들은 시팅과 결합가능하다. 출구는 시팅의 하류에 제공되어, 니들이 시팅과 결합될 때 연료가 분사되는 것이 방지된다. 니들이 시팅으로부터 리프팅될 때, 연료는 시팅을 지나 출구를 통해 그리고 엔진의 관련 연소 챔버 내로 흐를 수 있다.
니들은 보어 내의 고압 연료가 니들에 리프팅력을 제공하게 작용하는 적어도 하나의 하류에 면하는 스러스트 표면(downstream-facing thrust surface)을 구비한다. 니들의 상단부에서 분사 노즐 내에 제어 챔버가 제공되어 니들의 상단부는 제어 챔버 내의 연료압에 노출된다. 제어 챔버는 공급 통로부터의 고압에서 연료를 수용하여, 밸브에 의해 저압 드레인에 연결가능하다. 따라서, 밸브는 제어 챔버 내의 연료 압력을 제어하여, 니들의 상단부에 작용하는 하측방향 폐쇄력을 결정한다. 이로써, 니들에 작용하는 네트 수력(net hydraulic force)의 방향과, 그에 따른 밸브 니들의 개폐 운동이 제어될 수 있다.
The needle has at least one downstream-facing thrust surface that acts to cause the high pressure fuel in the bore to provide a lifting force to the needle. A control chamber is provided in the injection nozzle at the upper end of the needle so that the upper end of the needle is exposed to the fuel pressure in the control chamber. The control chamber receives fuel at high pressure from the supply canister and is connectable to the low pressure drain by means of a valve. Thus, the valve controls the fuel pressure in the control chamber to determine the downward closing force acting on the upper end of the needle. Accordingly, the direction of the net hydraulic force acting on the needle and the opening and closing motion of the valve needle accordingly can be controlled.
밸브 니들과 보어의 일부 사이의 작은 반경방향 간극의 형태인 구속부(restriction)는 연료 입구와 출구 사이의 보어를 통해 연료 흐름을 구속하기 위해 제공된다. 구속부는 하류에 면하는 스러스트 표면의 상류에 있다. 따라서, 니들이 제어 챔버와 드레인 사이에서의 분사 및 연통을 허용하도록 개방된 다음, 니들의 폐쇄를 개시하도록 드레인이 폐쇄될 때, 보어 내의 연료압으로 인해 하류에 면하는 스러스트 표면에 작용하는 상측방향력이 제어 챔버 내의 연료압으로 인해 니들의 상단부에 작용하는 하측방향력보다 낮도록 구속부가 보장한다. 구속부로부터 초래되는 압력차는 니들 상에 실질적인 네트 폐쇄 수력을 야기하여, 신속한 니들 폐쇄가 성취되게 한다.
Restriction, in the form of a small radial gap between the valve needle and a portion of the bore, is provided to constrain the fuel flow through the bore between the fuel inlet and outlet. The restraint is upstream of the thrust surface facing downstream. Thus, when the needle is opened to allow injection and communication between the control chamber and the drain and then the drain is closed to initiate the closure of the needle, the upward force acting on the downstream facing thrust surface due to the fuel pressure in the bore. Due to the fuel pressure in this control chamber, the restraint portion ensures that it is lower than the downward force acting on the upper end of the needle. The pressure difference resulting from the restraint portion causes a substantial net closing hydraulic force on the needle, allowing rapid needle closure to be achieved.
적어도 특정한 실시예에서, 본 발명은 공지된 연료 분사 노즐과 관련된 결점을 극복 또는 적어도 개선하기 위한 것이다. 특히, 적어도 특정한 실시예에서, 본 발명은 신속한 니들 폐쇄를 갖는 연료 인젝터 노즐과, 개방 상(opening phase) 동안에 제어된 니들 속도를 제공하기 위한 것이다.
In at least certain embodiments, the present invention aims to overcome or at least ameliorate the drawbacks associated with known fuel injection nozzles. In particular, in at least a specific embodiment, the present invention is to provide a fuel injector nozzle with rapid needle closure and a controlled needle speed during the opening phase.
본 발명의 관점은 연료 분사 노즐, 특히 내연기관의 실린더 내에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 노즐에 관한 것이다.
An aspect of the invention relates to a fuel injection nozzle, in particular a fuel injection nozzle for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 내연기관의 연소 챔버 내에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 노즐로서,According to another aspect of the present invention, as a fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine,
- 가압 연료를 위한 공급 라인으로부터 연료를 수용하도록 보어를 갖는 노즐 바디;-A nozzle body having a bore to receive fuel from a supply line for pressurized fuel;
- 상기 보어로부터 상기 연소 챔버로 연료를 전달하기 위한 적어도 하나의 분사 개구로서, 총 단면적(Atot)을 갖는 적어도 하나의 분사 개구; 및At least one injection opening for delivering fuel from the bore to the combustion chamber, the injection opening having a total cross-sectional area A tot ; And
- 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 방지되는 폐쇄 위치와 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 가능한 분사 위치 사이에서, 상기 보어 내에서 종방향으로 변위가능한 니들을 포함하는, 연료 분사 노즐이 제공된다.
-In the bore between a closed position in which the flow of fuel into the combustion chamber is prevented through the at least one injection opening and an injection position in which the flow of fuel into the combustion chamber is possible through the at least one injection opening A fuel injection nozzle is provided comprising a needle displaceable in the longitudinal direction.
상기 연료 분사 노즐은 상기 보어를 통해 연료 흐름을 구속하기 위한 구속부를 포함한다. 상기 구속부는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총 단면적(Atot)의 함수로서 치수설정된다. 용어 "총 단면적(Atot)"은 상기 적어도 하나의 분사 개구의 누적 단면적을 지칭한다. 적어도 특정한 실시예에서, 상기 분사 개구의 단면적은 그 길이를 따라 변경될 수 있다. 본원에 기술된 바와 같은 상기 적어도 하나의 분사 개구의 단면적은 상기 적어도 하나의 분사 개구의 출구에서, 즉 상기 연소 챔버로 개방되는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 단부에서 측정되는 단면적을 지칭한다.
The fuel injection nozzle includes a constraining portion for constraining fuel flow through the bore. The restraint is dimensioned as a function of the total cross-sectional area A tot of the at least one spray opening. The term “total cross-sectional area A tot ” refers to the cumulative cross-sectional area of the at least one spray opening. In at least certain embodiments, the cross-sectional area of the injection opening can be varied along its length. The cross-sectional area of the at least one injection opening as described herein refers to the cross-sectional area measured at the outlet of the at least one injection opening, ie at the end of the at least one injection opening that opens into the combustion chamber.
상기 구속부는 의 함수인 수력 직경(Dhyd)을 갖고, 여기서, Atot는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적이다. 상기 함수는 선형 함수일 수 있다. 상기 구속부의 수력 직경의 상호 관계는 총 단면적의 선형 함수일 수 있다. 상기 선형 함수의 구배는 일 수 있으며, 여기서 a는 상수이고, L은 구속부의 종방향 길이이다.
The restraint part Has a hydraulic diameter (D hyd) that is a function of, where A tot is the total cross-sectional area of the at least one injection opening. The function may be a linear function. The correlation between the hydraulic diameters of the restraints may be a linear function of the total cross-sectional area. The gradient of the linear function is Where a is a constant and L is the longitudinal length of the constraint.
상기 수력 직경과 상기 총 단면적 사이의 관계는 어파인 변환(affine transformation)에 의해 규정될 수 있다. 상기 어파인 변환은 평행이동(translation)을 포함할 수 있다. 상기 평행이동은 의 함수일 수 있으며, 여기서 b는 상수이고, L은 구속부의 종방향 길이이다. 상기 구속부의 수력 직경은 하기의 수학식을 따를 수 있다:
The relationship between the hydraulic diameter and the total cross-sectional area can be defined by an affine transformation. The affine transformation may include translation. The translation is Can be a function of where b is a constant and L is the longitudinal length of the constraint. The hydraulic diameter of the restraint may follow the following equation:
여기서, Dhyd는 수력 직경이고, L은 구속부의 종방향 길이이고, Atot는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적이고, a 및 b는 상수이다. 상기 상수 a는, 예컨대 11.5 내지 22의 범위일 수 있다. 상기 상수 b는, 예컨대 2 내지 4.5의 범위일 수 있다.
Here, D hyd is the hydraulic diameter, L is the longitudinal length of the restraint portion, A tot is the total cross-sectional area of the at least one injection opening, and a and b are constants. The constant a may be in the range of 11.5 to 22, for example. The constant b may be, for example, in the range of 2 to 4.5.
상기 연료 분사 노즐은 상류 단면을 갖는 상류 영역과, 하류 단면을 갖는 하류 영역을 포함할 수 있으며, 상기 상류 단면은 상기 하류 단면보다 크다. 상기 구속부는 상기 상류 영역 내에 배치될 수 있다. 변형적으로, 상기 구속부는 상기 하류 영역 내에 배치될 수 있다.
The fuel injection nozzle may include an upstream region having an upstream section and a downstream region having a downstream section, and the upstream section is larger than the downstream section. The restraint portion may be disposed in the upstream region. Alternatively, the constraining portion may be disposed within the downstream region.
상기 구속부는 상기 노즐 바디와 상기 플랜지 사이에 형성될 수 있다. 상기 구속부가 플랜지에 의해 형성될 수 있다. 상기 플랜지는 상기 니들 상에 배치될 수 있다. 변형적으로, 상기 플랜지는 상기 노즐 바디 상에 배치될 수 있다.
The restraint portion may be formed between the nozzle body and the flange. The restraint may be formed by a flange. The flange may be disposed on the needle. Alternatively, the flange may be disposed on the nozzle body.
상기 플랜지의 상부면은 상기 니들의 종방향 중심축에 수직한 단면적을 가지며, 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적(Atot)의 200 내지 800배일 수 있다. 상기 플랜지의 단면적은 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적(Atot)의 400 내지 600배일 수 있다. 상기 플랜지의 단면적은 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적(Atot)의 대략 500배일 수 있다.
The upper surface of the flange has a cross-sectional area perpendicular to the longitudinal central axis of the needle, and may be 200 to 800 times the total cross-sectional area A tot of the at least one injection opening. The cross-sectional area of the flange may be 400 to 600 times the total cross-sectional area A tot of the at least one spray opening. The cross-sectional area of the flange may be approximately 500 times the total cross-sectional area A tot of the at least one spray opening.
상기 연료 분사 노즐은 상기 니들을 상기 폐쇄 위치를 향해 가압하기 위한 스프링을 포함할 수 있다. 상기 니들은 상기 스프링을 위한 스프링 시트를 형성하는 환형 칼라를 포함할 수 있다. 또한, 상기 환형 칼라는 상기 구속부를 형성할 수 있다. 상기 구속부는 상기 환형 칼라와 상기 보어 사이에 형성될 수 있다. 사용시에, 상기 환형 칼라와 상기 노즐 바디 사이의 연료 흐름이 구속될 수 있다.
The fuel injection nozzle may include a spring for pressing the needle toward the closed position. The needle may comprise an annular collar forming a spring seat for the spring. In addition, the annular collar may form the restraint portion. The restraint portion may be formed between the annular collar and the bore. In use, the fuel flow between the annular collar and the nozzle body can be constrained.
상기 환형 칼라는 플랜지를 포함할 수 있다. 상기 구속부는 상기 노즐 바디와 상기 플랜지 사이에 형성될 수 있다.
The annular collar may comprise a flange. The restraint portion may be formed between the nozzle body and the flange.
변형적으로 또는 추가적으로, 상기 환형 칼라는 상기 연료 흐름을 구속하기 위한 상기 구속부를 형성하도록 하나 이상의 구멍(apertures)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 하나 이상의 구멍은 상기 플랜지를 통해 연장될 수 있다. 상기 구멍 각각은 상기 플랜지를 통해 연장되는 관통 보어의 형태일 수 있다. 상기 플랜지는 상기 노즐 바디 내의 상기 보어와 슬라이딩식으로 연동하여 시일을 적어도 실질적으로 형성할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 환형 칼라는 상기 보어 내에 피스톤을 형성한다. 상기 공급 라인으로부터 상기 분사 개구로의 연료 흐름은 상기 플랜지 내에 형성된 상기 하나 이상의 구멍을 통한 것이다.
Alternatively or additionally, the annular collar may include one or more apertures to form the confinement for constraining the fuel flow. For example, the one or more holes may extend through the flange. Each of the holes may be in the form of a through bore extending through the flange. The flange may at least substantially form a seal by slidingly interlocking with the bore in the nozzle body. In this configuration, the annular collar forms a piston within the bore. Fuel flow from the supply line to the injection opening is through the one or more holes formed in the flange.
상기 환형 칼라는 상기 니들과 일체 형성될 수 있다. 변형적으로, 상기 환형 칼라는 별개로 형성되어 상기 니들에 장착될 수 있다. 예컨대, 상기 환형 칼라는 상기 니들 상에 프레스-피팅될 수 있다.
The annular collar may be integrally formed with the needle. Alternatively, the annular collar may be formed separately and mounted on the needle. For example, the annular collar may be press-fit on the needle.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 내연기관의 연소 챔버 내에 연료를 분사하기 위한 연료 분사 노즐로서,According to another aspect of the present invention, as a fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine,
- 가압 연료를 위한 공급 라인으로부터 연료를 수용하도록 보어를 갖는 노즐 바디;-A nozzle body having a bore to receive fuel from a supply line for pressurized fuel;
- 상기 보어로부터 상기 연소 챔버로 연료를 전달하기 위한 적어도 하나의 분사 개구;-At least one injection opening for delivering fuel from the bore to the combustion chamber;
- 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 방지되는 폐쇄 위치와 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 가능한 분사 위치 사이에서, 상기 보어 내에서 종방향으로 변위가능한 니들; 및-In the bore between a closed position in which the flow of fuel into the combustion chamber is prevented through the at least one injection opening and an injection position in which the flow of fuel into the combustion chamber is possible through the at least one injection opening A needle displaceable in the longitudinal direction; And
상기 니들을 상기 폐쇄 위치를 향해 가압하기 위한 스프링A spring for urging the needle toward the closed position
을 포함하며,Including,
상기 니들은 스프링 시트를 형성하는 환형 칼라와, 상기 보어를 통해 연료 흐름을 구속하기 위한 구속부를 포함하는, 연료 분사 노즐이 제공된다. 선택적으로, 상기 구속부는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총 단면적(Atot)의 함수로서 치수설정될 수 있다.
The needle is provided with a fuel injection nozzle comprising an annular collar forming a spring seat and a restraint for restricting fuel flow through the bore. Optionally, the constraining portion may be dimensioned as a function of the total cross-sectional area A tot of the at least one spray opening.
상기 구속부는 상기 환형 칼라와 상기 보어 사이에 형성될 수 있다. 상기 환형 칼라는 플랜지를 포함할 수 있다. 상기 구속부는 상기 노즐 바디와 상기 플랜지 사이에 형성될 수 있다.
The restraint portion may be formed between the annular collar and the bore. The annular collar may comprise a flange. The restraint portion may be formed between the nozzle body and the flange.
상기 환형 칼라는 상기 니들과 일체 형성될 수 있다. 변형적으로, 상기 환형 칼라는 별개로 형성되어 상기 니들에 장착될 수 있다. 예컨대, 상기 환형 칼라는 상기 니들 상에 프레스-피팅(press-fitted)될 수 있다.
The annular collar may be integrally formed with the needle. Alternatively, the annular collar may be formed separately and mounted on the needle. For example, the annular collar can be press-fitted on the needle.
변형적으로 또는 추가적으로, 상기 플랜지는 상기 구속부를 형성하는 하나 이상의 구멍을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 구멍은 상기 플랜지를 통해 연장될 수 있다. 상기 구멍 각각은 상기 플랜지를 통해 연장되는 관통 보어의 형태일 수 있다. 상기 플랜지는 상기 노즐 바디 내의 상기 보어와 슬라이딩식으로 연동하여 시일을 적어도 실질적으로 형성할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 환형 칼라는 상기 보어 내에 피스톤을 형성한다.
Alternatively or additionally, the flange may include one or more apertures defining the restraint. The one or more holes may extend through the flange. Each of the holes may be in the form of a through bore extending through the flange. The flange may at least substantially form a seal by slidingly interlocking with the bore in the nozzle body. In this configuration, the annular collar forms a piston within the bore.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 본원에 기술된 타입의 연료 분사 노즐을 포함하는 연료 인젝터가 제공된다.
According to another aspect of the invention, there is provided a fuel injector comprising a fuel injection nozzle of the type described herein.
본 출원의 범위 내에서, 이전 단락, 청구범위 및/또는 하기의 설명 및 도면에 개시된 각종 관점, 실시예, 예 및 변형례 그리고 특히 그 개별적인 특징부는 독립적으로 또는 임의의 조합으로 취해질 수 있다. 하나의 실시예와 관련된 특징은 이러한 특징이 양립할 수 없지 않은 한 모든 실시예에 적용가능하다.
Within the scope of this application, the various aspects, embodiments, examples and variations disclosed in the preceding paragraphs, claims and/or the following description and drawings, and in particular their individual features, may be taken independently or in any combination. Features related to one embodiment are applicable to all embodiments unless these features are incompatible.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 하나 이상의 실시예를 예로서만 기술할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 분사 노즐의 종단면도,
도 2는 도 1에 도시한 분사 노즐의 하부 팁에 대한 세부도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 노즐의 횡단면도,
도 4는 상이한 분사 노즐을 위한 총 단면적(Atot)과 수력 직경(Dhyd) 간의 관계에 대한 그래프,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 분사 노즐의 종단면도.One or more embodiments of the present invention will be described by way of example only with reference to the accompanying drawings.
1 is a longitudinal sectional view of a fuel injection nozzle according to a first embodiment of the present invention,
2 is a detailed view of the lower tip of the spray nozzle shown in FIG. 1;
3 is a cross-sectional view of a fuel injection nozzle according to an embodiment of the present invention,
Figure 4 is a graph of the relationship between the total cross-sectional area (A tot ) and hydraulic diameter (D hyd) for different spray nozzles,
5 is a longitudinal sectional view of a fuel injection nozzle according to a second embodiment of the present invention.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 분사 노즐을 기술할 것이다.
A fuel injection nozzle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 관점에 따른 연료 분사 노즐(1)을 도시한다. 도시한 분사 노즐(1)은 관련된 내연기관의 연소 챔버(미도시) 내에 연료를 전달하기 위해 구성된다. 분사 노즐(1)은 압축착화기관(즉, 디젤 엔진)에서의 특정한 적용을 가지지만, 본 발명은 불꽃점화기관(즉, 가솔린 엔진)을 위한 분사 노즐(1)에서 실시될 수 있다.
1 shows a
용어 "상측(upper)" 및 "하측(lower)"은 분사 노즐(1)의 특징부에 대한 상대 위치를 기술하도록 본원에서 사용되며, 보호 범위를 제한하지 않는다. 분사 노즐(1)의 "하측" 단부는 (도 1의 하측부 상에 도시된) 연소 챔버 근위에 배치된 단부이다. 반대로, 분사 노즐(1)의 "상측" 단부는 (도 1의 상측부 상에 도시된) 연소 챔버 원위에 배치된 단부이다. 또한, 용어 "상류(upstream)" 및 하류(downstream)"은 통상적인 사용시에 분사 노즐(1)을 통해 그리고 연소 챔버 내로의 연료 흐름방향에 관해 본원에 사용된다.
The terms "upper" and "lower" are used herein to describe the position relative to the features of the
분사 노즐(1)은 종축(XX')을 따라 연장된다. 분사 노즐(1)은 가압 연료를 위한 공급 라인으로부터의 연료를 수용하도록 그 내에 형성된 노즐 바디(3)와 보어(5)를 포함한다. 분사 노즐(1)은 종축(XX')을 따라 보어(5) 내에서 변위가능한 니들(7)을 구비한다. 보어(5)는 고압에 있는 연료를 공급하는 고압 공급 통로(11)와 연통하는 확장된 상측 영역(9)을 구비한다. 니들(7)은 보어(5) 내의 연료압에 노출되는 절두원추 형태의 스러스트 표면(10)을 구비한다.
The
보어(5)의 하단부에는 니들 시팅(13)이 형성된다. 니들 시팅(13)은 절두원추 형태를 가지며, 니들(7)의 팁(14)과 결합가능하다. 시팅(13)의 하류에서, 노즐 바디(3)는 보어(5)의 최하측 팁(19) 내에 형성된 색 용적부(sac volume)(17)와 연통하는 복수의 분사 개구(15)(그 중 하나만이 도 1 및 2에 도시됨)를 구비한다. 분사 개구(15)는 보어(5) 내의 고압 연료가 관련된 내연기관의 연소 챔버(미도시) 내에 분사되게 한다. 니들(7)이 시팅(13)과 결합될 때, 분사 노즐(1)로부터 연소 챔버 내로 연료가 분사되는 것이 방지된다. 이 경우, 니들(7)은 폐쇄 위치에 있는 것으로 언급될 수 있다. 니들(7)이 시팅(13)으로부터 멀어지게 리프팅될 때, 니들(7)의 팁(14)은 시팅(13)으로부터 분리하여, 분사 개구(15)를 통해 연소 챔버 내로 연료가 분사된다. 이러한 조건에서, 니들(7)은 분사 위치에 있는 것으로 언급될 수 있다.
A
도 1에 도시한 바와 같이, 분사 노즐(1)은 보어(5)를 통해 연료 흐름을 구속하기 위한 구속부(21)를 포함한다. 구속부(21)는 니들(7) 상에 제공된 플랜지(23)의 형태인 구속형 압력 감소 요소(restrictive pressure reduction element)와 함께 형성된다. 플랜지(23)는 니들(7)의 원통형 샤프트부(25) 상에 지탱된다. 플랜지(23)는 환형이며 니들(7)로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 니들의 나머지 부분의 평균 단면적보다 큰 단면적을 갖는다. 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 니들(7)이 시팅(13)으로부터 작동가능하게 리프팅할 때, 플랜지(23)는 고압 공급 통로(11)와 분사 개구(15) 사이의 보어(5)를 통해 연료 경로 내의 압력 강하를 야기한다.
As shown in FIG. 1, the
니들(7)의 운동은 제어 챔버 내의 연료압을 제어함으로써 수행된다. 니들(7)은 하류 단부(29)(그 중 하부만이 도 1에 도시됨)를 갖는다. 니들(7)을 폐쇄 위치를 향해 가압하도록 스프링(미도시)이 제공된다. 니들(7)의 상류 단부(29)가 제어 챔버(27) 내에 수용됨으로써, 니들(7)의 단부면은 제어 챔버(27) 내의 연료압에 노출된다.
The movement of the
제어 챔버(27) 내의 연료압은 당업자에게 친숙한 작동 시스템(미도시)에 의해 제어된다. 예컨대, 작동 시스템은 고압 연료 공급 통로(11)로부터 제어 챔버(27)로 연료가 흐르는 한편, 제어 챔버(27)와 저압 드레인 사이의 연료 흐름이 방지되는지의 여부, 또는 제어 챔버(27)로부터 저압 드레인으로 연료가 흐를 수 있고 고압 연료 공급 통로(11)로부터 제어 챔버(27)로의 연료 흐름이 방지되는지의 여부를 제어하는 3방향 밸브를 구비할 수 있다. 3방향 밸브의 작동은, 예컨대 솔레노이드 또는 압전 액추에이터에 의해 제어된다. 변형적으로, 작동 시스템의 3방향 밸브는 2방향 밸브로 대체될 수 있다.
The fuel pressure in the
노즐 바디(3)는 2개의 별개부, 즉 상류 대직경부(31)와 하류 소직경부(35)를 갖는다. 분사 개구(15)는 소직경부(35)의 단부에 배치된다. 더욱 정확하게, 분사 개구(15)는 사용시에 관련된 엔진(미도시)의 연소 챔버 내에 위치된 소직경부(35)의 팁(39)에 배치된다.
The
노즐 바디(3)의 보어(5)는 상류 영역(41)과, 하류 영역(43)으로 형성된다. 하류 영역(43)은 내경(De)을 갖는다. 니들(7)은 보어(5)의 상류 및 하류 영역(41, 43) 양자를 통해 동축으로 형성된다.
The
보어(5)의 상류 영역(41)의 상단부에 제공된 연료 입구(45)를 통해 고압 연료 공급 통로(11)로부터 연료가 보어(5)에 들어온다. 보어(5)는 연료 입구(45)로부터, 상류 영역(41)을 통해 그리고 하류 영역(43) 내로 그리고 분사 개구(15)를 향해 흐름 경로를 형성한다. 사용시에, 연료는 상류 영역(41)과 하류 영역(43) 양자를 충전하며, 그와 함께 연료를 위한 어큐뮬레이터 용적부를 형성한다.
Fuel enters the
플랜지(23)는 보어(5)의 하류 영역(43) 내의 니들(7) 상에 제공된다. 플랜지(23)는 환형 형태이며, 도 3에 도시한 바와 같이 보어(5)의 하류 영역(43)의 내경(De)보다 작은 직경(Di)을 갖는다. 따라서, 플랜지(23)는 보어(5)의 내부면의 인접부(53)와 함께, 연료 입구(45)와 분사 개구(15) 사이의 연료 흐름 경로를 따라 연료 흐름을 구속하기 위한 구속부(21)를 형성하도록 배치된다. 구속부(21)는 플랜지(21)와 인접부(53) 사이에서 플랜지(23)의 외측 주변 표면 주위에 형성된다. 이에 따라, 구속부(21)는 환형 통로 또는 간극의 형태를 취한다. 후술하는 바와 같이, 구속부(21)의 치수는 니들(7)이 분사 위치에서 보어(5)를 통해 연료가 흐르고 있을 때 플랜지를 가로질러 압력 강하를 초래하도록 형성된다. 이로써, 니들(7)이 분사 위치에 있을 때, 플랜지(21)의 상류에 비해 플랜지의 하류에 감소된 연료압이 존재한다.
A
구속부(21)의 치수는 하기와 같이 형성된다. 구속부(21)는 하기의 수학식에 의해 규정될 수 있는 수력 직경(Dhyd)을 갖는다.The dimensions of the restraining
여기서, A는 구속부(21)의 단면적이고, P는 구속부(21)의 단면의 윤변(wetted perimeter)이다. 즉, 윤변(P)은 사용시에 연료와 접촉하는 구속부(21)의 단면의 주변부이다.
Here, A is a cross-sectional area of the
도 3에 도시한 바와 같이, 구속부(21)는 보어(5)의 하류 영역(43)의 내경(De)과 동일한 외경과, 플랜지의 직경(Di)과 동일한 내경을 갖는 환형 갭이다. 따라서, 수력 직경은 하기의 수학식에 의해 규정된다:As shown in Fig. 3, the restraining
분사 개구(15)는 총 단면적(Atot)을 갖는다. 분사 개구(15)의 총 단면적(Atot)은 분사 개구(15)를 통해 연료 흐름에 유용한 총 영역인 것으로 본원에 정의된다. 즉, 복수의 분사 개구를 갖는 분사 노즐(1)을 위해, 총 단면적(Atot)은 각 분사 개구의 단면적의 합이다. 본원에 기술된 분사 개구의 단면적은 분사 개구의 출구에서, 즉 연소 챔버 내로 개방되는 분사 개구의 하단부에서 측정된 단면적을 지칭한다. 본 실시예에서, 구속부(21)는 분사 개구(15)의 총 단면적(Atot)의 함수로서 치수설정된다. 총 단면적(Atot)은 소정의 분사 노즐(1)을 위해 고정된다. 그러나, 총 단면적(Atot)은 상이한 분사 노즐(1)을 위해 다를 수 있다. 예컨대, 총 단면적(Atot)은 상이한 분사 노즐(1)을 위해 0.05 내지 0.15 mm2의 범위일 수 있다.
The
본 실시예에서, 구속부(21)의 수력 직경(Dhyd)은 총 단면적(Atot)의 상호관계의 함수이다. 특히, 수력 직경(Dhyd)은 하기의 수학식에 의해 정의된다.In this embodiment, the hydraulic diameter D hyd of the
여기서, Dhyd는 수력 직경이고, L은 구속부의 종방향 길이이고, Atot는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적이고, a 및 b는 상수이다. 본 실시예에서, a는 11.5 내지 22의 범위이고, b는 2 내지 4.5의 범위이다. a, b 및 Atot를 위한 상기한 값 범위를 갖는 상기한 수학식에 의해 포함되는 대응 영역은 도 4에 도시된다. 더욱 정확하게, 도 4는 0.05 내지 0.15 mm2의 범위의 상이한 총 단면적(Atot)을 각각 갖는 몇 가지 타입의 인젝터를 위한 총 단면적(Atot)의 함수로서 의 값을 도시한다. 총 단면적(Atot)의 각 값을 위해 그리고 상수 a 및 b의 각 값을 위해 의 상이한 값들은 도 4에 나타낸 음영 영역(shaded area)으로 나타낸다.
Here, D hyd is the hydraulic diameter, L is the longitudinal length of the restraint portion, A tot is the total cross-sectional area of the at least one injection opening, and a and b are constants. In this example, a is in the range of 11.5 to 22, and b is in the range of 2 to 4.5. Corresponding areas covered by the above equations having the above value ranges for a, b and A tot are shown in FIG. 4. More precisely, Figure 4 as a function of the total cross-sectional area (A tot) for a set of injectors of the type having a total cross-sectional area (A tot) different from the range of 0.05 to 0.15 mm 2 respectively, Shows the value of For each value of the total cross-sectional area (A tot ) and for each value of the constants a and b The different values of are denoted by the shaded area shown in FIG. 4.
따라서, 플랜지(23)는 어큐뮬레이터 용적부를 2개의 별개 압력 제어 용적부(이하, "보어 용적부"로 지칭됨)로 구획한다. 보어(5)의 상단부와 플랜지(23) 사이에는 상측 보어 용적부(55)가 형성되고, 플랜지(23)와 시팅(13) 사이에는 하측 보어 용적부(57)가 형성된다. 니들(7)이 분사 위치에 있을 때, 상측 보어 용적부(55) 내의 연료압은 구속부(21)로 인해 하측 보어 용적부(57) 내의 연료압보다 크다.
Thus, the
본 발명의 본 실시예에 의하면, 플랜지(23)는 니들(7)과 별개인 분사 노즐(1)의 구성요소이다. 플랜지가 니들(7)의 샤프트부에 프레스-피팅되도록 배치됨으로써, 플랜지(23)는 니들(7)에 대해 이동가능하지 않다. 따라서, 플랜지는 보어(5) 내에서 니들(7)이 슬라이딩함에 따라 니들(7)과 함께 이동한다. 플랜지를 니들(7)과 별개로 제조하는 하나의 이점은 니들(7)을 제조하는데 요구되는 바아 사이즈(bar size)가 감소될 수 있음으로써 제조 비용 및 제조 동안에 폐자재를 감소시킨다. 그러나, 본 발명의 변형 실시예에서, 플랜지는 니들의 일체 특징부일 수 있다.
According to this embodiment of the present invention, the
플랜지의 상부면은 종축(XX')에 수직한 단면적을 가지도록 배치되며, 개구(15)의 총단면적(Atot)의 200 내지 800배, 바람직하게 대략 500배 이상이다. 이러한 영역비를 제공하는 것은 플랜지(23) 근방에서 연료와 대략 동일한 속도로 폐쇄 동안에 니들(7)이 이동하는 것을 의미한다.
The upper surface of the flange is arranged to have a cross-sectional area perpendicular to the longitudinal axis XX', and is 200 to 800 times, preferably approximately 500 times or more, of the total cross-sectional area A tot of the opening 15. Providing this area ratio means that the
도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 분사 노즐(1)의 작동을 기술한다.
The operation of the
니들(7)이 폐쇄 위치에 있는 경우, 니들(7)의 팁(14)은 연소 챔버 내의 분사 개구(15) 외부로의 연료 흐름을 방지하기 위해 시팅(13)과 결합된다. 이러한 위치에서, 고압 연료는 보어(5)의 상류 및 하류 영역(41, 43)을 충전한다. 연료 흐름이 방해되기 때문에, 플랜지(23) 양측에서의 상측 및 하측 보어 용적부(55, 57) 내의 압력은 동일하다. 이러한 단계에서, 제어 챔버(27)와 드레인 사이의 연통이 폐쇄되어, 제어 챔버(27) 내의 연료압이 높아진다.
When the
따라서, 제어 피스톤(29)에 작용하는 제어 챔버(27) 내의 연료압으로 인해 니들(7)에 작용하는 조합된 하측방향 또는 폐쇄력과, 스프링에 의해 제공되는 하측방향력은 니들(7)의 스러스트 표면(10)에 작용하는 연료 압력으로 인해 니들(7)에 작용하는 상측방향 또는 개방력보다 크다. 이는 니들(7) 상에 네트 하측방향 또는 폐쇄력을 초래하여, 니들(7)은 폐쇄 위치에 유지된다. 상측 및 하측 보어 용적부(55, 57) 내의 연료압이 동일함에 따라, 해당하는 용적부 내의 연료압으로 인해 플랜지(23)에 작용하는 상측방향 및 하측방향 힘들이 서로 균형된다.
Thus, the combined downward or closing force acting on the
니들(7)을 개방하기 위해, 3방향 밸브는 제어 챔버(27)와 저압 드레인 사이의 연결을 개방하도록 작동됨으로써, 제어 챔버(27) 내의 압력을 감소시킨다. 제어 챔버(27) 내의 압력이 감소함에 따라, 니들(7)의 상류 단부(29)에 작용하는 결과적인 하측방향력이 감소하고, 그 결과 하측 보어 용적부(57) 내의 연료압으로 인해 니들(7)의 스러스트 표면(10) 상에 가해지는 상측방향력이 스프링으로 인해 하측방향력과 조합되는 제어 챔버(27) 내의 연료압으로 인해 니들(7)에 작용하는 하측방향력보다 큰 지점에 도달된다. 이러한 지점에서, 네트 상측방향 또는 개방력이 니들(7)에 작용하고, 니들(7)은 시팅(13)으로부터 분사 위치를 향해 상측방향으로 멀어지게 변위된다.
To open the
니들(7)이 시팅(13)을 리프트 오프함에 따라, 개구(15)로부터 그리고 연소 챔버 내로 연료가 흘러나오기 시작한다. 고압 연료 통로(11)가 보어(5)에 연료를 계속하여 공급하는 동안에, 하측 보어 용적부(57) 내에서 보어(5)의 하단부에서의 압력은 연소 챔버 내로 연료가 분사됨으로 인해 감소한다. 이는 니들(7)이 리프트되는 초기 속도를 늦추는데 도움을 주는데, 그 이유는 스러스트 표면(10) 상의 연료에 의해 가해지는 상측방향 압력이 감소하기 때문이다.
As the
또한, 플랜지(23)를 지나 하측 보어 용적부(57) 내로 그리고 구속부(21)를 통해 연료가 흐르기 때문에, 하측 보어 용적부(57) 내의 연료압은 상측 보어 용적부(55) 내의 연료압에 비해 감소된다.
Further, since fuel flows through the
그 결과, 플랜지(23)의 각 측부에 작용하는 연료압은 더 이상 균형되지 않는 대신에, 플랜지(23)는 니들(7) 상에 하측방향력을 인가한다. 이로써, 플랜지(23)의 상측 표면적은 니들(7) 상에 하측 성분의 힘을 생성하도록 상측 보어 용적부(55) 내의 연료압에 노출되는 상류에 면하는 스러스트 표면을 형성한다.
As a result, the fuel pressure acting on each side of the
따라서, 연료가 보어(5)를 통해 흐름에 따라, 플랜지(23)의 상류에 면하는 스러스트 표면에 대해 압력을 인가하고, 이로써 니들(7)이 시팅(13)으로부터 상측방향으로 멀어지게 이동하는 속도를 감소시키는데 도움을 준다. 더욱이, 연료를 통한 플랜지(23)의 운동은 니들(7)의 속도를 약화시키는 드래그 효과를 야기한다. 그에 따라, 플랜지(23)는 연료에 대한 니들(7)의 개방 운동을 니들(7)의 운동에 반대방향으로 댐핑하는 효과를 갖는다. 플랜지(23)를 통해 니들(7)에 작용하는 하측 성분의 힘은 스러스트 표면을 통해 작용하는 상측 성분의 힘을 극복하기에 충분하지 않으므로 네트 상측방향력이 니들(7)을 개방하도록 계속하여 작용한다.
Thus, as the fuel flows through the
그 결과 니들(7)은 최대 리프트 위치에 도달하고, 보어(5)를 통해 그리고 개구(15)를 통해 고압 연료 통로로부터 연소 챔버 내로 연료가 계속하여 흐른다.
As a result, the
소정량의 연료가 연소 챔버로 전달되어 있을 때, 밸브는 고압 연료가 제어 챔버(27) 내로 드레인하여 흐르게 하기 위해 연결부를 폐쇄하도록 작동된다. 제어 챔버(27) 내의 압력이 증가함으로써, 니들(7)의 상류 단부(29)를 통해 니들(7)에 작용하는 하측방향 또는 폐쇄력은 상승한다. 그 결과, 니들(7)에 작용하는 조합된 하측방향력은 니들(7)에 작용하는 상측방향력을 초과하여, 니들(7)이 폐쇄방향으로 이동하게 하는 네트 하측방향력을 니들(7) 상에 발생시킨다.
When a predetermined amount of fuel is delivered to the combustion chamber, the valve is actuated to close the connection to allow the high pressure fuel to drain and flow into the
전술한 바와 같이, 구속부가 플랜지(23)를 가로질러 압력 강하를 제공하기 때문에, 플랜지(23)의 하류의 하측 보어 용적부(57) 내에 존재하는 상측 보어 용적부(55) 내에 더욱 높은 압력이 존재한다. 상류에 면하는 스러스트 표면에 작용하는 연료의 압력에 의해 플랜지(23)를 통해 니들(7)에 인가되는 결과적인 하측방향력은 니들(7)의 폐쇄 속도를 증가시키는 추가적인 폐쇄력 성분을 제공한다.
As described above, since the restraint provides a pressure drop across the
폐쇄 동작은 니들(7)이 시팅(13)과 결합할 때 마무리하여, 또 다른 개방 동작이 수행될 때까지 개구(15) 외부로의 또 다른 연료 흐름을 방지한다.
The closing action ends when the
니들(7)의 운동에 대한 구속부(21)의 효과는 히스테리시스(hysteresis)를 나타낸다. 분사 노즐(1)의 개방 동안에, 플랜지(23)는 니들(7)의 운동을 댐핑하여, 작은 분사 용적부에 대한 양호한 제어를 허용한다. 니들(7) 폐쇄 동안에, 플랜지는 니들(7)의 폐쇄 속도를 부스팅하여, 분사의 신속한 종결을 허용한다.
The effect of the
니들(7)의 중심축에 평행한 방향으로 취해진 플랜지(23)의 종방향 길이(L) 또는 두께는 플랜지(23)의 직경(Di)이 비해 상대적으로 작다. 플랜지(23)의 질량 및 그에 따른 니들(7)의 이동 질량을 감소시키기 위해 얇은 플랜지(23)가 선호된다.
The longitudinal length (L) or thickness of the flange (23) taken in a direction parallel to the central axis of the needle (7) is relatively small compared to the diameter (Di) of the flange (23). A
또 다른 실시예에서, 노즐 바디의 내부면과 플랜지의 에지 사이에는 지점 또는 국부화된 구속부가 형성될 수 있다. 예컨대, 플랜지는 날카롭거나 또는 뾰족한 외측 에지를 형성하도록 프로파일될 수 있다.
In another embodiment, a point or localized constraint may be formed between the inner surface of the nozzle body and the edge of the flange. For example, the flange can be profiled to form a sharp or pointed outer edge.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 분사 노즐(101)에 대한 종단면도를 도시한다. 명확성을 위해, 유사한 참조부호가 100이 증가되어 있더라도 유사한 구성요소를 위해 사용된다.
5 shows a longitudinal cross-sectional view of a
분사 노즐(101)은 가압 연료를 위한 공급 라인으로부터 연료를 수용하도록 그 내에 형성된 노즐 바디(103)와 보어(105)를 포함한다. 분사 노즐(101)은 종축(XX')을 따라 이동가능한 니들(107)을 구비한다. 고압 공급 통로(111)는 복수의 분사 개구(115)를 통한 분사를 위해 고압 연료를 보어(105)에 공급한다. 니들 시팅(113)은 분사 개구(115)를 폐쇄하도록 니들(107)의 팁(139)과 연동하기 위해 보어(105)의 하단부에 형성된다. 니들(107)이 시팅(113)과 결합될 때, 분사 노즐(101)로부터 연료가 분사되는 것이 방지된다. 니들(107)이 시팅(113)으로부터 리프팅할 때, 분사 개구(115)가 개방되어 연료가 분사된다.
The
분사 노즐(101)은 니들(107)을 제어하기 위한 제어 챔버(미도시)를 포함한다. 스프링(159)은 니들(107)을 폐쇄 위치를 향해 가압하도록 제공된다. 스프링(159)은 니들(107) 주위에 배치된 코일 스프링이다. 환형 칼라(161)는 니들(107)에 고정식으로 장착된다. 칼라(161)는 스프링(159)의 하단부를 지지하기 위한 스프링 시트(162)를 형성한다. 환형 플랜지(123)는 보어(105)를 통해 연료 흐름을 구속하기 위해 환형 칼라(161)에 의해 형성된다. 플랜지(123)의 직경(Di)은 보어(105)의 내경(De)과 실질적으로 동일하다. 플랜지(123)는 보어(105)의 측벽과 슬라이딩식으로 결합하여 시일을 적어도 실질적으로 형성한다. 복수의 구멍(163)이 플랜지(123) 내에 형성된다. 본 실시예에서의 구멍(163)은 분사 노즐(101)의 종축(XX')에 실질적으로 평행한 플랜지(123)를 통해 연장되는 복수의 보어의 형태이다. 구멍(163)은 환형 칼라(131)를 지나 유체 연통을 확립하도록 작동가능하다.
The
사용시에, 니들(107)이 시팅(113)으로부터 작동가능하게 리프팅할 때, 플랜지(123) 아래에는 압력 강하가 확립된다. 구멍(163)은 본원에 기술된 제1 실시예에서의 구속부(121)에 의해 형성된 것과 동등한 수력 단면적을 집합적으로 형성한다. 플랜지(123) 내의 구멍(163)은 유효 수력 단면적이 분사 개구(115)의 총 단면적(Atot)의 함수가 되도록 구성될 수 있다. 총 단면적(Atot)에 대한 수력 단면적의 관계는 본 발명의 제1 실시예에 따른 총 단면적(Atot)에 대한 수력 직경(Dhyd)에 관한 관계와 동등할 수 있다.
In use, when the
환형 칼라(161)는 분사 노즐(101) 내에 댐핑 피스톤을 형성한다. 환형 칼라(161)를 지난 연료 흐름을 구속함으로써, 구멍(163)은 니들(107)의 리프트(상승) 속도를 감소시킬 수 있다. 니들(107)의 개방 속도는 환형 칼라(161)가 보어(105) 내의 연료를 통해 이동함에 따른 수력 댐핑과, 환형 칼라(161)를 가로지르는 압력 강하로 인해 감소될 수 있다. 압력 강하는 환형 칼라(161) 아래의 감압으로 인해 발생하여 니들 팁(139)을 향한 방향으로 네트 힘을 초래한다. 환형 칼라(161)는 스프링(159)을 위한 스프링 시트(163)을 형성하고, 또한 보어(105) 내의 연료 흐름을 제어하도록 구멍(163)을 형성하는 이중 기능을 제공한다.
The
분사 노즐(101)의 제2 실시예인 변형례에서, 구속부(121)는 보어(105)와 플랜지(123) 사이에 형성된 환형 갭이다. 구속부(121)는 보어(105)의 내경(De)과 동일한 외경과, 플랜지(123)의 직경(Di)과 동일한 내경을 갖는다. 분사 개구(115)는 총 단면적(Atot)을 갖는다. 구속부(121)는 분사 개구(115)의 총 단면적(Atot)의 함수로서 치수설정된다. 구속부(121)의 수력 직경(Dhyd)은 총 단면적(Atot)의 상호관계의 함수이다. 수력 직경(Dhyd)과 총 단면적(Atot) 간의 관계는 제1 실시예에서 정의된 것으로부터 변경되지 않는다. 이 구성에서, 환형 칼라(161)는 스프링(159)을 위한 스프링 시트(163)를 형성하고, 또한 보어(105) 내의 연료 흐름을 제어하기 위한 구속부(121)를 형성하는 이중 기능을 제공한다.
In the second embodiment variant of the
본원에 기술된 분사 노즐(1; 101)의 제1 및 제2 실시예에는 각종 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 예컨대, 임의의 다른 적절한 구속부가 제공될 수 있으며, 이는 플랜지 또는 임의의 다른 구속형 요소에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
Various changes and modifications can be made to the first and second embodiments of the
변형적으로, 분사 노즐은 리세스부를 포함하는 플랜지(23)를 구비할 수 있으며, 그 리세스부는 보어와 함께 구속부를 형성하는 그 외부면 상에 평탄부를 포함한다. 플랜지 및 니들 상에 불균형된 부하를 회피하도록 복수의 평탄부가 제공될 수 있다. 이 변형예에서, 플랜지의 환형 에지는 보어 내의 니들의 자유로운 운동을 허용하도록 보어의 내부면과 슬라이딩 접촉한다. 이 경우, 평탄부와 보어 사이에서만 연료가 흐를 수 있고, 플랜지의 전체 원주 둘레에서는 흐르지 않는다. 다수의 구속부를 제공하기 위해, 다수의 평탄부가 각도로 이격된 위치에서 플랜지 상에 제공될 수 있다. 평탄부는 다수의 구속부에 의해 제공된 총 단면적이 플랜지를 가로지르는 소정의 총 압력 강하를 제공하도록 배치될 수 있다. 하나 이상의 채널 또는 그루브와 같은 임의의 달리 형성된 리세스 또는 형성부가 평탄부 대신에 또는 평탄부에 추가하여 사용될 수 있다.
Alternatively, the spray nozzle may have a
또 다른 변형례에서, 구속부는 플랜지의 상부면으로부터 플랜지의 하부면으로 연장되는 하나 이상의 홀의 형태인 플랜지 내의 오리피스에 의해 제공될 수 있다. 이 구성에서, 플랜지의 외주는 보어 내의 니들의 슬라이딩 운동을 허용하기 위해 보어의 내부면과 슬라이딩 핏을 제공하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 연료는 구속부를 통해서만 흐를 수 있고, 플랜지의 외부면 둘레로 흐르지 않는다. 플랜지를 통해 복수의 구속부를 형성하도록 다수의 오리피스가 제공될 수 있다. 요구된 기능성을 성취하기에 적절한 임의의 형상 또는 형태로 오리피스가 제공될 수 있다.
In another variation, the restraint may be provided by an orifice in the flange in the form of one or more holes extending from the upper surface of the flange to the lower surface of the flange. In this configuration, the outer periphery of the flange can be arranged to provide a sliding fit with the inner surface of the bore to allow sliding movement of the needle in the bore. In this case, the fuel can only flow through the restraints and does not flow around the outer surface of the flange. Multiple orifices may be provided to form a plurality of restraints through the flange. The orifice may be provided in any shape or shape suitable to achieve the required functionality.
또 다른 구성에서, 리세스부는 노즐 바디 내에 제공될 수 있다. 연료 흐름 경로 내에 구속부를 형성하는 플랜지의 외부면과 함께 리세스부는 플랜지를 지난다. 다시, 플랜지의 외부면은 노즐 바디의 내부면과 슬라이딩 핏을 제공하도록 배치됨으로써, 보어 영역 내의 니들의 슬라이딩 운동을 허용한다. 이로써, 연료는 구속부를 통해서만 흐를 수 있고, 플랜지의 외부면 중 나머지 부분을 지나지 않는다. 또 다른 실시예에서, 플랜지의 외주부 둘레의 환형 흐름 경로가 제공될 수도 있다. 임의의 적절한 개수의 리세스부가 제공될 수도 있다. 리세스부는 리세스를 형성하도록 노즐 바디를 기계가공함으로써, 또는 노즐 바디를 형성하기 위한 몰딩 공정에 리세스 형상을 포함시킴으로써 제조될 수 있다.
In another configuration, the recess may be provided in the nozzle body. The recess passes through the flange with the outer surface of the flange forming the confinement in the fuel flow path. Again, the outer surface of the flange is arranged to provide a sliding fit with the inner surface of the nozzle body, thereby allowing sliding movement of the needle in the bore area. Thereby, the fuel can only flow through the restraints and does not pass the rest of the outer surface of the flange. In yet another embodiment, an annular flow path may be provided around the periphery of the flange. Any suitable number of recesses may be provided. The recess may be manufactured by machining the nozzle body to form the recess, or by including the recess shape in a molding process for forming the nozzle body.
또한, 구속형 요소를 가로질러 압력 강하를 제공하기 위한 임의의 다른 적절한 수단이 상이한 타입의 구속부의 조합으로서 이용될 수도 있다. 다시, 구속부는, 구속부에 의해 제공되는 총 단면적이 소정의 총 압력 강하를 제공하도록 배치된다. 분사 노즐을 통해 연료 흐름 경로 내에는 다수의 구속부가 연속하여 배치될 수 있다. 플랜지는 그 외측 주변 표면 둘레에 원주방향으로 형성된 2개 이상의 그루브를 가질 수 있다. 2개의 그루브는 복수의 돌출 환형부를 형성할 수 있으며, 이는 플랜지 둘레에 원주방향으로 연장된다.
In addition, any other suitable means for providing a pressure drop across the constraining element may be used as a combination of different types of restraints. Again, the restraints are arranged such that the total cross-sectional area provided by the restraints provides a predetermined total pressure drop. A plurality of restraints may be disposed in succession in the fuel flow path through the injection nozzle. The flange may have two or more grooves formed circumferentially around its outer peripheral surface. The two grooves can form a plurality of protruding annular portions, which extend circumferentially around the flange.
본 출원의 범위로부터 벗어나지 않고서 본 발명에 각종 변경 및 수정이 이루어질 수 있다.
Various changes and modifications may be made to the present invention without departing from the scope of the present application.
Claims (15)
- 가압 연료를 위한 공급 라인으로부터 연료를 수용하도록 보어를 갖는 노즐 바디;
- 상기 보어로부터 상기 연소 챔버로 연료를 전달하기 위한 적어도 하나의 분사 개구로서, 총 단면적(Atot)을 갖는 적어도 하나의 분사 개구; 및
- 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 방지되는 폐쇄 위치와 상기 적어도 하나의 분사 개구를 통해 상기 연소 챔버 내로의 연료의 흐름이 가능한 분사 위치 사이에서, 상기 보어 내에서 종방향으로 변위가능한 니들
을 포함하며,
상기 연료 분사 노즐은 상기 보어를 통해 연료 흐름을 구속하기 위한 구속부를 포함하고,
상기 구속부는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총 단면적(Atot)의 함수로서 치수설정되고,
상기 구속부는 의 함수인 수력 직경(Dhyd)을 갖고,
여기서, Atot는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적이고,
상기 수력 직경(Dhyd)은 하기의 수학식을 따르고,
여기서, Dhyd는 수력 직경이고, L은 구속부의 종방향 길이이고, Atot는 상기 적어도 하나의 분사 개구의 총단면적이고, a 및 b는 상수인,
연료 분사 노즐.
In a fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine,
-A nozzle body having a bore to receive fuel from a supply line for pressurized fuel;
At least one injection opening for delivering fuel from the bore to the combustion chamber, the injection opening having a total cross-sectional area A tot ; And
-In the bore between a closed position in which the flow of fuel into the combustion chamber is prevented through the at least one injection opening and an injection position in which the flow of fuel into the combustion chamber is possible through the at least one injection opening Needle that can be displaced in the longitudinal direction
Including,
The fuel injection nozzle includes a restricting portion for restricting fuel flow through the bore,
The constraining portion is dimensioned as a function of the total cross-sectional area (A tot) of the at least one injection opening,
The restraint part Has a hydraulic diameter (D hyd) that is a function of,
Here, A tot is the total cross-sectional area of the at least one injection opening,
The hydraulic diameter (D hyd ) follows the following equation,
Where D hyd is the hydraulic diameter, L is the longitudinal length of the restraint portion, A tot is the total cross-sectional area of the at least one injection opening, and a and b are constants,
Fuel injection nozzle.
상기 상수 a는 11.5 내지 22의 범위이고, 상기 상수 b는 2 내지 4.5의 범위인,
연료 분사 노즐.
The method of claim 1,
The constant a is in the range of 11.5 to 22, the constant b is in the range of 2 to 4.5,
Fuel injection nozzle.
상류 단면을 갖는 상류 영역과, 하류 단면을 갖는 하류 영역을 포함하며,
상기 상류 단면은 상기 하류 단면보다 크고, 상기 구속부는 상기 상류 영역 내에 배치되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 1,
And an upstream region having an upstream cross-section and a downstream region having a downstream cross-section,
The upstream cross-section is larger than the downstream cross-section, and the restraint portion is disposed in the upstream region,
Fuel injection nozzle.
상류 단면을 갖는 상류 영역과, 하류 단면을 갖는 하류 영역을 포함하며,
상기 상류 단면은 상기 하류 단면보다 크고, 상기 구속부는 상기 하류 영역 내에 배치되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 1,
And an upstream region having an upstream cross-section and a downstream region having a downstream cross-section,
The upstream cross-section is larger than the downstream cross-section, and the restraint portion is disposed within the downstream region,
Fuel injection nozzle.
상기 구속부가 상기 보어 내에 배치된 플랜지와 함께 형성되어 상기 구속부는 상기 노즐 바디와 상기 플랜지 사이에 형성되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 1,
The restraint portion is formed with a flange disposed in the bore so that the restraint portion is formed between the nozzle body and the flange,
Fuel injection nozzle.
상기 플랜지는 상기 니들 상에 배치되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 7,
The flange is disposed on the needle,
Fuel injection nozzle.
상기 플랜지는 상기 노즐 바디 상에 배치되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 7,
The flange is disposed on the nozzle body,
Fuel injection nozzle.
상기 연료 분사 노즐은 상기 니들을 상기 폐쇄 위치를 향해 가압하기 위한 스프링을 포함하고,
상기 니들은 스프링 시트를 형성하며 상기 구속부를 형성하는 환형 칼라를 포함하는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 1,
The fuel injection nozzle includes a spring for pressing the needle toward the closed position,
The needle forms a spring seat and includes an annular collar forming the restraint portion,
Fuel injection nozzle.
상기 환형 칼라는 플랜지를 포함하고, 상기 구속부는 상기 노즐 바디와 상기 플랜지 사이에 형성되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 10,
The annular collar includes a flange, and the restraint portion is formed between the nozzle body and the flange,
Fuel injection nozzle.
상기 환형 칼라는 상기 구속부를 형성하도록 하나 이상의 구멍을 포함하는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 10,
The annular collar comprises one or more apertures to form the restraint portion,
Fuel injection nozzle.
상기 환형 칼라는 플랜지를 포함하고, 상기 하나 이상의 구멍은 상기 플랜지를 통해 연장되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 12,
The annular collar comprises a flange, the one or more apertures extending through the flange,
Fuel injection nozzle.
상기 환형 칼라는 상기 니들과 일체 형성되거나 또는 상기 환형 칼라는 상기 니들에 장착되는,
연료 분사 노즐.
The method of claim 10,
The annular collar is formed integrally with the needle or the annular collar is mounted on the needle,
Fuel injection nozzle.
A fuel injector comprising a fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 14.
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