KR102467111B1 - 액체를 분사하기 위한 인젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관 내로 액체, 바람직하게는 연료를 분사하기 위한 인젝터(1)에 관한 것이며, 상기 인젝터(1)는 하우징(2); 하우징(2) 내에서 축방향(3)으로 선형 이동 가능한 폐쇄 바디(4); 인젝터(1)의 폐쇄를 위해 폐쇄 바디(4)가 지지되는, 하우징(2) 내의 밸브 시트(5); 밸브 시트(5)의 하류로 액체를 분사하기 위한 하우징(2) 내의 다수의 분사 홀(10-15, 20-25)을 포함하고, 상기 다수의 분사 홀(10-15, 20-25)은 다수의 메인 홀(10-15)과 적어도 하나의 보조 홀(20-25)을 포함하며, 적어도 하나의 보조 홀(20-25)의 크기와 위치는, 상기 메인 홀(10-15) 내로 유동하는 액체의 난류 정도를 보조 홀(20-25)이 없는 상태에 비해 높이기 위해 형성되고 배치된다.

Description

액체를 분사하기 위한 인젝터{INJECTOR FOR INJECTING A LIQUID}

본 발명은 하우징, 하우징 내에서 축방향으로 선형 이동 가능한 폐쇄 바디, 인젝터의 폐쇄를 위해 폐쇄 바디가 지지되는, 하우징 내의 밸브 시트, 및 밸브 시트의 하류로 액체를 분사하기 위한 하우징 내의 다수의 분사 홀을 포함하는, 내연기관 내로 액체, 바람직하게 연료를 분사하기 위한 인젝터에 관한 것이다.

내연기관 내로 연료와 같은 액체를 분사하는 인젝터들은 공개되어 있다. 일반적인 구성들은 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 관련 밸브 시트에 대해 정확하게 형성되며 선형 이동 가능한 폐쇄 바디, 예를 들어 압전 액추에이터 또는 솔레노이드 밸브로서 전자석에 의해 조절되어 인젝터를 개폐하는 예컨대 밸브 니들을 포함한다. 이러한 조절은 또한, 예를 들어 자동차의 가솔린 엔진의 경우에 주로 중앙 엔진 제어부를 이용해서, 예를 들어 특히 소정의 분사량과 같은 타깃 파라미터와 관련해서, 자동차의 작동 상태 및 연소실 내의 점화 거동에 따라서 연료 분사를 제어할 수 있다. 또한, 유체 연료가 내부로 개방하는 밸브 니들에 의해 개방되는 대개 다수의 분사 홀을 통해 연소실 내로 분사되는 것은 직접 분사의 선행기술에 포함된다. 연소실에서 가연성 공기-연료 혼합물이 형성되어 점화된다.

예를 들어 DE 198 04 463 A1 호는 분사 노즐을 구비한 가솔린 엔진을 위한 연료 분사 시스템을 개시한다. 연소의 효율 최적화된 상태를 달성하기 위해, 점화를 위한 적어도 하나의 분무젯이 점화 플러그 방향으로 향하도록 적어도 하나의 열의 분사 홀들이 분사 노즐의 원주에 분포 배치된다.

선행기술의 다른 예에 따르면, WO 2013 140835 A1 호는 밸브 바디와 밸브 시트 사이의 접촉면의 하류에 다수의 연료 분사 홀을 갖는 연료 분사 밸브에서 연료 제트가 각각 어떻게 조절되는지를 기술한다. 이를 위해 연료 분사 밸브는 밸브 바디와 밸브 시트 사이의 접촉면의 상류에 유동 안내 개구를 포함하고, 상기 유동 안내 개구는 연료 채널을 지나서 밸브로 안내된다. 이 발명은 분사 영역 자체에서가 아니라, 밸브 시트 전방의 유입부에서 유체 역학적 비율의 의도적인 조절을 목표로 한다.

본 발명은 내연기관에서 공기-연료 혼합물의 확실하게 개선된 점화 및 연소 거동을 달성할 수 있는 인젝터를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 인젝터에 의해 해결된다.

본 발명은, 밸브 시트의 하류로 분사된 액체의 유입 거동 및/또는 분무를 최적화하기 위해, 분사 영역 내의 유체 역학적 비율을 바람직하게 조절한다는 장점을 갖는다. 이 경우 상호 작용하는 분사 홀들을 가진 인젝터의 형성에 의해, 동적으로 계속해서 흐르는 분사된 액체의 긍정적으로 작용하는 유체 역학적인 유체 구조 상호 작용이 의도대로 그리고 확실하게 재현 가능하게 야기되어 조절될 수 있다. 이로 인해 전체 시스템에서 인젝터의 작동 시 상위의 작동 관련 프로세스와 관련해서, 특히 효율, 프로세스 안정성, 내구성과 관련해서 중요한 장점들이 제공된다. 예를 들어 내연기관에서 본 발명에 따른 인젝터를 이용해서 공기-연료 혼합물의 확실하게 개선된 점화 및 연소 거동, 특히 밸브 팁에서 낮은 코킹 경향(coking tendency) 등이 긍정적으로 달성된다.

이러한 모든 장점들은, (i)하우징; (ii)하우징 내에서 축방향으로 선형 이동 가능한 폐쇄 바디; (iii)인젝터의 폐쇄를 위해 폐쇄 바디가 지지되는, 하우징 내의 밸브 시트; 및 (iv)밸브 시트의 하류로 액체를 분사하기 위한 하우징 내의 다수의 분사 홀을 포함하는, 내연기관 내로 액체, 바람직하게 연료를 분사하기 위한 인젝터에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 인젝터는 다수의 분사 홀과 관련해서, 상기 분사 홀들이 다수의 메인 홀과 적어도 하나의 보조 홀을 포함하도록 구현된다. 이 경우 적어도 하나의 보조 홀의 크기와 위치는, 메인 홀들 내로 유동하는 액체의 난류 정도(turbulence degree)를 보조 홀이 없는 상태에 비해 높이기 위해 형성되고 배치된다.

본 발명과 관련해서 난류 정도의 상승이라는 표현은 이미 주어진 난류 특성에서 와류의 증가뿐만 아니라, 임계적 레이놀드(Reynolds) 수의 초과에 의해 일반적인 층류 유동으로부터 난류 유동으로 본 발명에 따라 야기되는 정성적 변동도 포함한다. 액체라는 표현은 특히 분무젯 형태의 가연성 공기-연료 혼합물의 형성을 위해 내연기관 내로 분사되는 연료, 및 배기가스 후처리 시 분무되는 예를 들어 요소 용액과 같은 유기 및/또는 무기, 바람직하게 활성 물질의 용액을 포함한다.

종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.

유체 역학적 비율의 형성을 표시하는 다른 주요 파라미터는 특히 다음과 같다: 유동 라인 번들의 선회도, 인젝터의 고체 영역에 대한 액체의 습윤도, 형성되는 유동 중심과 각각 관류되는 개별 유동 횡단면 사이의 상호 작용.

바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 보조 홀의 크기와 위치는, 메인 홀 내로 유동하는 액체의 선회도를 보조 홀이 없는 상태에 비해 높이기 위해 형성되고 배치된다. 이때 회전 성분을 포함하지 않는 유동 라인 벡터를 갖는 층상 튜브 유동 형태의 이상적인 비교 상태에 대한 분사 홀 각각의 유동에 나타나는 회전 펄스 모멘트의 크기가 이에 해당한다.

추가로 또는 대안으로서 바람직한 실시예는, 적어도 하나의 보조 홀의 크기와 위치가, 메인 홀 내로 유동하는 액체의 공동화 정도를 감소시키거나 또는 바람직하게는 완전히 제거하기 위해 형성되고 배치되는 것을 포함한다. 본 발명과 관련해서 공동화 정도는 분사 홀의 유입 및/또는 배출 에지 주위로 흐를 때 실속(stall)으로 인한 공동화의 형성에 대한 정도를 나타낸다. 분사 홀들을 향한 유입 유동 내로 변동이 심한 방사방향 유동력 벡터 성분들을 도입함으로써 추가 장점으로서 놀랍게도, 증기 기포의 개수 및 평균 지름과 관련해서 공동화 튜브 또는 와류선이 방지되거나 적어도 상당히 감소할 수 있는 것이 밝혀졌다. 다른 장점으로서, 소량의 샷-투-샷(shot-to-shot) 변동이 발생하지 않거나 거의 발생하지 않고, 이로 인해 분사된 액체의 개별 분무빔의 매우 큰 침투 깊이가 확실하게 방지될 수 있는 것이 밝혀졌다.

또한, 추가로 또는 대안으로서 적어도 하나의 보조 홀의 크기와 위치는, 습윤도를 줄이도록 형성되고 배치될 수 있다. 본 발명과 관련해서 메인 홀의 내벽에서 메인 홀 내로 유동하는 액체의 변동 없는 습윤의 정도가 중요한 습윤도로서 규정된다. 분사 홀들 내에 형성되는 유동들의 개선된 균일성이 각각의 제공되는 유동 횡단면에 의해 조절될 수 있는 것은 다른 장점으로서 밝혀졌다.

또한, 바람직한 실시예는 추가로 또는 대안으로서, 각각의 메인 홀들에 할당되며 메인 홀 내로 유동하는 액체의 유동 중심들의 상호 작용의 정도를 야기하도록 및/또는 높이도록 적어도 하나의 보조 홀의 크기와 위치가 형성되고 배치됨으로써 구현된다. 본 발명과 관련해서, 특히 분사 홀 내로 각각의 유입 유동에서 유동 라인들의 불가피한 유인점들로서 형성되는 위치에 따른 유동 중심들을 고려하는 것은 바람직하게 간단하다.

본 발명의 개선예의 다른 긍정적인 효과로서, 적어도 하나의 보조 홀과 다수의 메인 홀들 간의 바람직한 특수한 기하학적 배치들에 의해, 특히 유동하는 액체의 유동학적 특성에 따라 변하는, 인젝터 내에서 그리고 인젝터 이후의 소정의 유동 상태는 각각 의도대로, 특히 바람직하게 조정되어 최적화될 수 있다. 바람직하게 배치들은 대칭축 또는 대칭점을 가질 수 있다. 그러나 총 3개의 공간축에 따른 불규칙한 및/또는 편심의 패턴을 갖는 배치들이 선호되는 것이 바람직할 수도 있다.

또한 바람직하게, 적어도 하나의 보조 홀은 제 1 메인 홀에 대해서, 보조 홀의 중심점과 제 1 메인 홀의 중심점 사이에서 측정된 제 1 중심점 간격을 갖고, 적어도 하나의 보조 홀은 제 2 메인 홀에 대해서, 보조 홀의 중심점과 제 2 메인 홀의 중심점 사이에서 측정된 제 2 중심점 간격을 갖는 것이 제공되고, 이 경우 제 1 중심점 간격과 제 2 중심점 간격은 동일하고 및/또는 각각은 보조 홀의 중심점과 각각의 다른 메인 홀의 중심점 사이에서 측정된, 각각의 다른 중심점 간격보다 각각 작다.

바람직한 개선예에 따라 인젝터는, 최대로 메인 홀의 개수이며 최소로 메인 홀의 개수의 절반인 개수의 보조 홀을 포함한다. 이는 각각 2개의 메인 홀에 하나의 보조 홀의 바람직한 공간적 할당을 의미한다. 때로는, 특히 적어도 하나 이상의 보조 홀이 제공된 경우에, 적어도 하나의 메인 홀은 거기에 공간적 근접에 의해 할당되는 보조 홀을 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다.

바람직하게는, 메인 홀들의 중심점들은 바람직하게 축방향을 중심으로 동심인, 제 1 원지름을 갖는 하나의 제 1 원주에 배치되고, 바람직하게는 서로 균일한 등거리의 제 1 간격을 갖는 것이 제공되고, 이 경우 보조 홀들의 각각의 중심점은 제 1 원지름을 갖는 제 1 원주의 외부에 놓이지 않는다.

또한 바람직하게, 보조 홀들의 중심점들은 바람직하게 축방향을 중심으로 동심인, 제 2 원지름을 갖는 하나의 제 2 원주에 배치된다. 추가로, 보조 홀들의 중심점들은 서로 바람직하게 균일한, 실질적으로 등거리의 제 2 간격들을 갖는 것이 제공될 수 있다.

바람직한 실시예에서 제 1 및/또는 제 2 원주의 중심점은 인젝터의 폐쇄를 위해 밸브 시트에서 축방향으로 선형 이동 가능한 폐쇄 바디의 중심축에 놓인다.

본 발명에 따른 인젝터의 대부분의 실시예에서 분사 홀들의 바람직한 편심 배치에서, 제 1 원주와 제 2 원주의 중심점들이 어긋나고, 따라서 상기 원주들은 동심으로 배치되는 것이 아니라, 편심 배치되는 것이 바람직할 수 있다.

이 경우 이러한 배치의 편심률은, 제 1 원주의 중심점과 제 2 원주의 중심점이 일정한 간격만큼 편심으로 서로 어긋남으로써 규정된다. 이 경우 상기 간격은 바람직하게 제 1 원지름의 1% 이상이고, 더 바람직하게 5% 이상, 특히 바람직하게 10% 이상이다.

그러나, 메인 홀들의 중심점들이 소정의 변동폭 내에서 제 1 평균 원지름을 갖는 가상의 제 1 원주 둘레에 배치되고 및/또는 다수의 보조 홀들의 중심점들은 소정의 변동폭 내에서 제 2 평균 원지름을 갖는 가상의 제 2 원주 둘레에 배치되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 인젝터의 바람직한 변형예는, 보조 홀의 정수의 제 2 개수는 정수만큼, 적어도 1 만큼 감소한, 메인 홀들의 제 1 개수의 절반보다 작거나 같은 것을 제안한다. 바람직하게는 이는 눈으로 볼 때 가까이 놓인 2개의 메인 홀에 하나의 보조 홀의 소정의 할당에 해당하며, 적어도 하나의 메인 홀은 기하학적 근접성에 의해 할당된 보조 홀 없이 빈 상태로 남는다.

바람직하게 모든 변형예에서 보조 홀들의 적어도 하나의 보조 홀-유입 지름은 메인 홀들의 메인 홀-유입 지름보다 작게 형성된다. 그러나, 적어도 하나의 보조 홀은 메인 홀들의 평균 또는 최대 메인 홀-유입 지름보다 큰 보조 홀-유입 지름을 특징으로 하는 것이 바람직할 수도 있다. 기본적으로 본 발명은 서로 상이한 유입 지름을 갖는, 임의로 조합된 분사 홀들도 포함한다.

또한, 바람직하게, 보조 홀들의 보조 홀-유동 횡단면들의 합은 메인 홀들의 메인 홀-유동 횡단면들의 합보다 작다. 이 경우 예를 들어, 보조 홀들의 하나의 보조홀-유입 지름은 메인 홀들의 메인 홀-유입 지름보다 크게 형성되지만, 보조 홀들의 보조홀-유동 횡단면들의 합은 메인 홀들의 메인 홀-유동 횡단면들의 합보다 작게 형성되는 것이 바람직할 수도 있다. 유동 횡단면들은 유입 지름에서 규정된다.

본 발명의 바람직한 개선예에서 분사 홀들 중 적어도 하나의 분사 홀은 축방향에 대해 및/또는 제 1 또는 제 2 원주에 의해 형성된 평면에 대해 나머지 분사 홀들과는 다른 각도로 형성된다. 예를 들어 축방향에 대해 비 평행으로 구현된 분사 홀들은 기본적으로 총 3개의 공간축에 대한 관련 각도만큼 유동의 의도한 각도 설정에 의해 더 증가한 난류 정도를 나타낼 수 있고 및/또는 각각 의도한 분사 방향에 의해 분사된 액체의 분무 거동에 더 바람직하게 영향을 미칠 수 있다.

계속해서 본 발명에 따른 인젝터의 실시예들이 첨부된 도면과 관련해서 설명된다.

도 1은 모든 실시예에 따른 본 발명에 따른 인젝터를 도시한 횡단면도.
도 2는 도 1의 횡단면도의 하부 영역을 도시한 확대도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 분사 홀들의 배치를 개략적으로 도시한 수직 평면도.
도 4는 제 2 실시예에 따른 분사 홀들의 배치를 개략적으로 도시한 수직 평면도.
도 5는 제 3 실시예에 따른 분사 홀들의 배치를 개략적으로 도시한 수직 평면도.
도 6은 제 4 실시예에 따른 분사 홀들의 배치를 개략적으로 도시한 수직 평면도.
도 7은 제 5 실시예에 따른 분사 홀들의 배치를 개략적으로 도시한 수직 평면도.
도 8은 제 6 실시예에 따른 6개의 분사 홀들의 본 발명에 따른 배치 주변의 유동 라인들의 개략도.
도 9는 선행기술에 따른 6개의 분사 홀들의 배치 주변의 유동 라인들의 개략도.

상이한 도면들에서 동일한 도면부호들은 각각 동일한 부재들 또는 적어도 기능이 동일한 부재들을 나타낸다.

도 1은 모든 실시예에 따른 기본적인 구성의 본 발명에 따른 인젝터(1)의 횡단면을 도시하고, 도 2는 기본적인 실시예에 따른 2개의 분사 홀(10, 11)의 배치를 포함하는 도 1의 횡단면의 하부 영역을 확대 도시한다.

액체, 바람직하게 연료를 내연기관 내로 분사하기 위한 도 1 또는 도 2에 도시된 인젝터는 기본적으로 공지된 구성을 갖기 때문에, 이하에서는 기본적인 구성과 일반적인 동작에 관해서는 간단하게만 설명된다. 인젝터(1)는 다수의 부분으로 이루어진 구성을 갖고, 하우징(2)을 포함하며, 상기 하우징 내에 밸브 부재가 배치된다. 상기 밸브 부재 내에 밸브 시트(5)인 면이 선형 이동 가능한 폐쇄 바디(4)에 대해 억지 형상 끼워 맞춤 방식으로 정확하게 형성되므로, 하우징(2)의 밸브 시트(5)에 폐쇄 바디(4)가 압착 방식으로 놓이면, 인젝터(1)의 폐쇄된 밸브 상태가 형성된다. 즉, 인젝터(1)는 왕복으로 선형 이동 가능한 폐쇄 바디(4)의 축방향(3)으로 교대하는 행정 작동에 의해 개방되고(위로 향한 이동 방향), 다시 폐쇄된다(아래로 향한 이동 방향).

도 1 또는 도 2에서 밸브 시트(5)는 아래로 (여기에서 완전히 도시되지 않은)빈 분사 체적을 향해, 예를 들어 연소실을 향해 배치되고, 상기 연소실 전방에, 폐쇄되지 않은 밸브 상태에서 분사할 액체가 모아진다.

인젝터(1)의 폐쇄된 밸브 상태에서 분사할 액체는 밸브 시트(5)의 하류로(여기에서 아래로) 하우징(2) 내에 위치한 분사 홀들(10-15, 20-25) 내로 유동한다. 여기에 도시된 횡단면에는 상기 분사 홀들 중 메인 홀(10, 11)로서 구현된 2개의 분사 홀(10-15, 20-25)이 횡단면도의 도시된 절단 평면에 위치하고, 이는 기본적으로 가능한 실시예에 해당한다.

여기에서 원형 보어로서 구현되며, 유동 방향으로 내부 숄더에 의해 보어 횡단면이 더 확장되는 메인 홀들(10 또는 11)은 유동 횡단면의 영역에 메인 홀 유입 지름(80 또는 82)을 갖고, 상기 지름들은 메인 홀-유동 횡단면을 규정한다.

분사 홀(10-15, 20-25) 마다 형성되는 (여기에서 도시되지 않은) 액체의 개별 분무젯들은 일반적으로 유동 배출 시 관련 주변 내벽 및 배출 에지로부터 실속에 의한 분사 효과로 인해 가장 미세한 1차 및 2차 방울로 이루어진 소위 분무빔으로서 형성된다.

메인 홀들(10, 11)은 축방향(3)에 대해 동일한, 여기에서는 균일하게 30°의 각도(6)를 갖지만, 바람직하게는 기본적으로 분사 홀들(10-15, 20-25) 중 적어도 하나의 분사 홀은 축방향(3)에 대해 다른 각도(6)로 정렬될 수 있다.

도 3은 제 1 실시예에 따른 분사 홀들(10-15, 20-25)의 바람직한 배치를 축방향(3)을 따라 수직 평면도로 개략적으로 도시한다. 도 3에는 총 6개의 메인 홀들(10-15)이 도시되고, 상기 홀들은 더 큰 제 1 원지름(51)을 갖는 제 1 외부 원주(41)를 따라 균일하게 배치된다. 그와 달리 이러한 배치에서 3개의 보조 홀(20, 21, 22)이 나타나고, 상기 보조 홀들은 더 작은 제 2 원지름(52)을 갖는 제 2 내부 원주(42)를 따라 균일하게 배치된다. 이러한 제 1 실시예에서 제 1 원주(41)의 중심점(301)과 제 2 원주(42)의 중심점(302)은 일치하므로, 2개의 원주(41, 42)의 동심 배치가 이루어진다.

바라보는 방향이 유동 방향으로 선택되었기 때문에, 이 도면에서는 분사 홀들(10-15, 20-22)의 위치 설정만이 아니라, 각각 메인 홀들(10-15)의 메인 홀-유입 지름(80-85) 및 보조 홀들의 보조 홀-유동 횡단면을 규정하는 보조 홀들(20-22)의 보조 홀-유입 지름(90-92)이 나타난다.

원리의 양호한 설명을 위해 도 3 내지 도 7에 따른 실시예들의 이러한 개략도에서 한편으로는 메인 홀들(10-15)이 균일하게 메인 홀-유입 지름(80-85)으로 도시되고, 다른 한편으로는 보조 홀들(20-25)은 마찬가지로 균일하게 보조 홀-유입 지름(90-95)으로 도시된다. 또한, 여기에서 보조 홀들(20-25)은 균일하게 메인 홀들(10-15)보다 작게 구현되어 도시되지만, 이는 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 기본적으로 각각의 분사 홀(10-15, 20-25)은 메인 홀-유입 지름(80-85) 또는 보조 홀-유입 지름(90-95)과 관련해서 상이하게 구현될 수 있다.

개별 분사 홀들(10-15, 20-25) 간의 기하학적 배치는 도 3에 도시된 바와 같이, 이들 사이의 각각의 특징적인 구별되는 간격 크기를 특징으로 한다. 즉, (i)제 1 중심점 간격(30)은 적어도 하나의 보조 홀(20)의 중심점과 제 1 메인 홀(10)의 중심점 사이의 간격이고, (ii)제 2 중심점 간격(31)은 적어도 하나의 보조 홀(20)의 중심점과 제 2 메인 홀(11)의 중심점 사이의 간격이고; (iii)다른 중심점 간격(32-35)은 적어도 하나의 보조 홀(20)의 중심점과 메인 홀(12-15)의 각각의 다른 중심점 사이의 간격이다.

도 3의 이러한 제 1 실시예에서 3개의 보조 홀들 중 하나의 보조 홀(20)은, 실질적으로 쌍으로 일치하는 중심점 간격들(30, 31)에 의해 상기 보조 홀에 가장 가까운 2개의 메인 홀(10, 11)에 시각적으로 균일하게 할당될 수 있으므로, 트리오(trio) 형상이 얻어진다.

다른 특징적인 간격 크기는 메인 홀들(10-15) 간의 제 1 간격(60-65)이다. 이러한 제 1 실시예에서 6개의 메인 홀(10-15)은 제 1 외부 원주(41)를 따라 균일하게 등거리로 분포되므로, 6개의 제 1 간격(60-65)은 실질적으로, 즉 제조의 일반적인 변동 폭과 동일하다.

보조 홀들(20-22) 간의 제 2 간격(70-72)은 다른 특징적 간격 크기로 간주할 수 있다. 보조 홀들은 균일하게 제 2 내부 원주(42)를 따라 배치되므로, 3개의 제 2 간격(70-72)은 실질적으로 동일하다.

보완적으로 다른 실시예들에 따른 도 4 내지 도 7의 후속하는 설명에서 도 3의 설명이 참조되는데, 그 이유는 여기에 도시된 분사 홀들(10-15, 20-25)의 배치는 도 3에 비해 특히 각각 특이하게 두드러진 특징들로 구별되기 때문이다.

분사 홀들(10-15, 20-25)의 다른 바람직한 배치의 도 4에 도시된 제 2 실시예는, 보조 홀(20-25)로서 2배 개수의 보조 홀들, 즉 6개의 보조 홀이 제 2 내부 원주(42)를 따라 등거리로 배치되는 점에서, 도 3에 도시된 제 1 실시예와 다르다. 이 실시예에서도 보조 홀(20)에 각각 가장 가까운 2개의 메인 홀(10 또는 11)과 보조 홀(20) 사이의 제 1 또는 제 2 중심점 간격(30, 31)은 상기 2개의 메인 홀들(10, 11) 간의 제 1 간격(60)보다 작도록, 서로 동심으로 위치한 2개의 원주(41, 42)의 제 1 및 제 2 원지름(51, 52)은 유사한 크기로 선택된다.

제 3 실시예를 도시하는 도 5에서는, 도 3 및 도 4의 배치와 달리, 제 1 원주(41)와 제 2 원주(42)의 2개의 중심점(301, 302)이 서로 어긋나는 점에서, 제 2 원주(42)에 대한 제 1 원주(41)의 배치가 편심으로 구현된다. 여기에서 제 2 원주(42)는 축방향(3)에 대해 수직으로 제 1 원주(41)에 대해서 변위되고, 특히 2개의 중심점들(301, 302) 간의 간격(500)만큼 변위된다. 간격(500)은 이 실시예에서 제 1 원지름(51)의 10% 이상이므로, 일반적인 제조 부정확성을 넘는 편심률이 확실하게 주어진다.

또한 수직 중심축(501)을 중심으로 거울 대칭의 배치가 나타난다.

제 2 원주(42)에 2개의 보조 홀(20, 21)이 비-등거리로 제 2 간격(70)을 갖도록 하부 원세그먼트에 배치된다. 제 1 원주(41)에 5개의 메인 홀(10-14)이 마찬가지로 비-등거리로 배치되고, 이 경우 메인 홀들(11, 12 또는 13, 14)은 각각 제 1 간격(60, 62, 64)에 비해 단축된 제 1 간격(61 또는 63)을 갖는 쌍으로 형성된다. 후자들은 거울 대칭으로 인해 실질적으로 일치한다.

도 5의 좌측에 보조 홀(20) 주변의 제 1 트리오 형상이 나타나고, 상기 보조 홀은 실질적으로 동일한 2개의 제 1 중심점 간격(31, 32)을 갖는 2개의 메인 홀(11, 12)에 등거리로 할당된다.

이에 대해 거울 대칭으로 도 5의 우측에, 2개의 메인 홀(13, 14)에 할당된 다른 보조 홀(21) 주변의 다른 트리오 형상이 나타난다.

또한 이 실시예에서는, 메인 홀(10)은 시각적으로 비어 있는 것처럼 보이는 것에, 즉 기하학적 근접성에 의해 상기 메인 홀에 할당되는 보조 홀(20 또는 21)을 포함하지 않는 것에 주목해야 한다. 이는, 상기 메인 홀과 다음 메인 홀(11) 간의 제 1 간격(60), 및 보조 홀(20)의 중심점에 대한 제 1 중심점 간격(30)이 보조 홀(20)과 2개의 메인 홀(11, 12)로 이루어진 트리오 형상 내의 간격들보다 크다는 것에서 알 수 있다. 3개의 분사 홀(10, 11, 20)은 서로 거의 이등변 삼각형에서와 유사한 크기의 간격들, 즉 제 2 중심점 간격(31), 제 3 중심점 간격(32) 및 제 1 간격(61)으로 위치한다.

도 6은 제 4 실시예에 따른 분사 홀들(10-15, 20-25)의 배치를 수직 평면도로 개략적으로 도시하고, 도 7은 제 5 실시예에 따라 도시한다. 이 경우 도 6 및 도 7은 도 4와 관련해서, 서로 등거리인 각각 6개의 메인 홀(10-15) 및 서로 등거리인 각각 6개의 보조 홀(21-25)을 포함하는 배치들의 변형예로서 설명될 수 있다. 또한, 도 6에서 동일한 제 1 원지름(51)과 제 2 원지름(52)을 갖는 제 1 원주(41)와 제 2 원주(42)가 일치하고, 이로써 메인 홀과 보조 홀은 교대로 마치 실에 꿰인 진주처럼 간단하게 서로 이격되어 배치된다: 10, 20, 11, 21, 12, 22, 13, 23, 14, 24, 15, 25.

도 3 내지 도 6에서 공통적으로, 보조 홀들(20-25)의 중심점은 제 1 원지름(51)을 갖는 제 1 원주(41) 내에 또는 도 6의 경우에 적어도 상기 원주 상에 배치된다.

이와 달리 도 7에서 제 2 원주(42)는 제 2 원지름(52)이 제 1 원지름(51)보다 약간 크게 선택됨으로써 제 1 원주(41) 외부로 옮겨진다. 이러한 경우에, 보조 홀들(20-25)의 중심점들이 배치된 제 2 원주(42)는 메인 홀들(10-15)의 원면적을 통과하고, 이로써 더 작은 보조 홀들(20-25)이 더 큰 메인 홀들(10-15)에 기하학적으로 근접하게 할당된 것처럼 보인다.

도 8 및 도 9는 수치 상의 유동 시뮬레이션 계산을 이용해서(예를 들어 Runga-Kutta 법에 따라) 형성될 수 있는 유동 라인의 개략도를 도시한다. 한편으로 도 8은 예를 들어 분사 홀들의 본 발명에 따른 배치의 제 6 실시예 둘레에 형성되는 유동 라인, 즉 제 1 원주(41) 상에 위치한 5개의 메인 홀(10, 14) 및 중앙에 편심으로 위치 설정된 보조 홀(20) 둘레에 형성된 유동 라인을 도시한다.

다른 한편으로 도 9는 선행기술의 비교를 위해 마찬가지로 제 1 원주(41)에 등거리로 배치된 6개의 메인 홀(10-15)의 종래 방식의 배치 주변에 형성되는 것과 같은 유동 라인을 갖는 이미지를 도시한다.

선행기술에서 메인 홀들(10-15)은 유동 싱크로서 6개의 동일한 유동 중심(110-115)을 형성하는 것을 잘 알 수 있고, 상기 유동 중심들에 유동의 각각의 부분 세그먼트가 서로 거의 무관하게 층 흐름 순서로 유입된다.

이와 달리 본 발명에 따른 인젝터에 설정되는, 보조 홀(20) 주변에 공간을 지나가는 큰 와류가 형성되는 유동 상태는 도 8에 따라 파악될 수 있다. 이 경우에도 각각의 분사 홀(10-14, 20)은 적어도 제 1 근사로 각각의 유동 중심(10-14, 20)을 형성하지만, 바람직하게 몇 개의 유동 라인은 면적을 지나가는 와류의 형성으로 인해 각각 멀리 떨어져 있는 다른 유동 중심(110-114)으로 바뀐다. 결과적으로 도 9에 도시된 선행기술에 비해 상당히 증가한 난류 정도에 의해 관련 메인 홀들(10, 14)에 할당된 유동 중심들(110-114) 사이의 상호 작용의 정도의 현저한 증가가 나타날 수 있다.

1 인젝터
2 하우징
4 폐쇄 바디
5 밸브 시트
10-15 메인 홀
20-25 보조 홀

Claims (9)

1. 내연기관 내로 액체를 분사하기 위한 인젝터(1)로서,
   - 하우징(2),
   - 상기 하우징(2) 내에서 축방향(3)으로 선형 이동 가능한 폐쇄 바디(4),
   - 상기 인젝터(1)의 폐쇄를 위해 상기 폐쇄 바디(4)가 지지되는, 상기 하우징(2) 내의 밸브 시트(5),
   - 상기 밸브 시트(5)의 하류로 액체를 분사하기 위한 상기 하우징(2) 내의 다수의 분사 홀들을 포함하고,
   - 상기 다수의 분사 홀들은 5개의 메인 홀(10-14)과 2개의 보조 홀(20,21)을 포함하며,
   - 상기 2개의 보조 홀(20,21)은, 상기 5개의 메인 홀(10-14) 내로 유동하는 액체의 난류 정도를 보조 홀(20,21)이 없는 상태에 비해 높이기 위해 크기 설정되고 위치 설정되고,
   상기 5개의 메인 홀(10-14)의 중심점들은 제 1 원지름(51)을 갖는 하나의 제 1 원주(41)에 배치되고, 상기 2개의 보조 홀(20,21)의 각각의 중심점은 상기 제 1 원지름(51)을 갖는 상기 제 1 원주(41)의 외부에 놓이지 않고,
   상기 2개의 보조 홀(20,21)의 중심점들은 제 2 원지름(52)을 갖는 하나의 제 2 원주(42)에 배치되고, 상기 제 1 원주(41)의 중심점(301)과 상기 제 2 원주(42)의 중심점(302)은 편심으로 서로 어긋나되, 상기 축방향(3)에 대해 수직인 횡단면상에서의 상기 제 1 원주의 중심점과 상기 제 2 원주의 중심점(302) 사이의 간격(500)은 상기 제 1 원지름(51)의 10% 이상이며,
   상기 5개의 메인 홀(10-14)과 2개의 보조 홀(20,21)은 상기 횡단면상에서 수직 중심축(501)을 중심으로 거울 대칭으로 배치되되, 상기 수직 중심축(501)은 상기 제 1 원주의 중심점(301), 상기 제 2 원주의 중심점(302) 및 상기 5개의 메인 홀들(10-14) 중 제 1 메인 홀(10)의 중심점을 통과하고,
   상기 제 2 원주는 상기 제 2 원주(42)의 중심점(302)을 지나고 상기 수직 중심축(501)에 수직인 직선을 중심으로 상기 제 1 메인 홀(10)에 근접하는 상부 원세그먼트와 그 반대편에 배치되는 하부 원세그먼트으로 구분되고,
   상기 2개의 보조 홀(20,21)은 상기 제 2 원주(42) 상에 비-등거리로 배치되되 상기 하부 원세그먼트에 배치되며,
   상기 5개의 메인 홀(10-14)은 상기 제 1 원주(41)에 비-등거리로 배치되되, 상기 5개의 메인 홀(10-14) 중 제 2 및 제 5 메인 홀(11,14) 각각의 중심점은 상기 제 1 원주의 중심점을 지나고 상기 수직 중심축(501)에 수직인 직선 상에 있으며,
   상기 5개의 메인 홀(10-14) 중 제 3 및 제 4 메인 홀(12,13)은 상기 제 1 원주 중 상기 제 2 및 제 5 메인 홀(11,14) 각각의 중심점을 지나는 직선을 기준으로 상기 제 1 메인 홀(10)이 배치되는 상부 원세그먼트에 대해 반대편에 있는 하부 원세그먼트에 배치되며,
   상기 2개의 보조 홀(20,21) 중 제 1 보조 홀(20)은 상기 제 2 및 제 3 메인 홀(11,12) 주위에 배치되고, 상기 2개의 보조 홀(20,21) 중 제 2 보조 홀(21)은 상기 제 4 및 제 5 메인 홀(13,14) 부위에 배치되어, 상기 제 1 보조 홀(20)과 상기 제 2 및 제 3 메인 홀(11,12)은 상기 수직 중심축(501)을 중심으로 상기 제 2 보조 홀(21)과 상기 제 4 및 제 5 메인 홀(13,14)과 거울 대칭으로 배치되며,
   상기 제 1 보조 홀(20)의 중심점과 상기 제 2 및 제 3 메인 홀(11,12) 각각의 중심점 사이의 간격 및 상기 제 2 메인 홀(11)의 중심점과 상기 제 3 메인 홀(12)의 중심점 사이의 간격은 서로 동일하되, 상기 제 1 메인 홀(10)과 상기 제 2 메인 홀(11) 사이의 간격보다 작고,
   상기 2개의 보조 홀(20,21)의 적어도 하나의 보조 홀-유입 지름은 상기 5개의 메인 홀(10-14)의 메인 홀-유입 지름보다 작고,
   상기 2개의 보조 홀(20,21)의 보조 홀-유동 횡단면들의 합은 상기 5개의 메인 홀(10-14)의 메인 홀-유동 횡단면들의 합보다 작고, 상기 분사 홀들(10-14,20,21) 중 적어도 하나의 분사 홀은 상기 축방향(3)에 대해 및/또는 제 1 또는 제 2 원주(41,42)에 의해 형성된 평면에 대해 나머지 분사 홀들과 다른 각도(6)로 형성되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
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