KR19980040528A

KR19980040528A - 디젤엔진용 연료 분사 노즐

Info

Publication number: KR19980040528A
Application number: KR1019960059741A
Authority: KR
Inventors: 장근석
Original assignee: 양재신; 대우자동차 주식회사
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-08-17

Abstract

본 발명은 디젤 엔진용 연료 분사 노즐에 관한 것으로서, 특히 직접분사식 디젤 엔진에 사용되는 다공 노즐의 분무 형태를 2단계로 형성하여 착화지연기간에 분사되는 연료를 적게 함으로써 디젤 노크를 방지할 목적으로, 슬리이브(24)의 선단 측방에 다수의 방사상 분출공(22)을 형성하고, 이의 분출공(22)을 상기 슬리이브내(24)의 니이들밸브(26)의 승강작용에 의하여 개폐하는 직접 분사식 디젤 엔진용 연료 분사 노즐(20)에 있어서, 상기 분출공(22)의 상부에 이 분출공(22)보다 직경이 작은 다수의 1차 분출공(30)을 방사상으로 형성하여, 상기 니이들밸브(26)의 상승시 상기 1차 분출공(30)이 먼저 개방되고 상기 하부의 분출공(22)이 나중에 개방되도록 구성됨으로써, 착화지연기간에 상기 1차 분출공(30)을 통하여 소량의 연료가 공급되도록 하여 연소가 시작되기 전에 연료의 증발이나 공기와의 혼합에 이용될 수 있는 시간을 단축시켜 착화지연기간을 단축시키고, 이에 따라 연소초기의 급격한 압력상승을 억제하므로 노킹을 방지할 수 있게 한 것이다.

Description

디젤 엔진용 연료 분사 노즐

본 발명은 디젤 엔진용 연료 분사 노즐에 관한 것으로서, 특히 직접분사식 디젤 엔진에 사용되는 다공 노즐의 분무 형태를 2단계로 형성하여 착화지연기간에 분사되는 연료를 적게 함으로써 디젤 노크를 방지한 디젤 엔진용 연료 분사 노즐에 관한 것이다.

잘 아는 바와 같이 디젤 엔진은 압축행정의 말기의 고온 고압으로된 연소실의 공기중에 연료를 분사해서 이의 착화에 의한 에너지로 동력을 얻는 기관이다.

이러한 디젤 엔진에 있어서 연소실의 형상과 분무특성등은 엔진의 노크제어와 출력에 지대한 영향을 미치는 것으로서, 이에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다.

이러한 연구의 결과로 얻어진 것 중 첨부된 도면 도 1은 소형 고속 기관에서 많이 채용되는 하아트형(혹은 Saurer형) 직접 분사식 연소실(10)에 다공노즐(20)을 적용한 디젤 엔진의 일례를 도시한 것이다.

상기한 엔진은 피스톤(2) 상부에 그 중심으로부터 양측으로 하아트형으로 움푹패여진 연소실(10)을 형성하여 압축행정 중에 이 속에 공기를 밀어넣어 피스톤와류를 형성하고, 이에 병행하여 흡기행정시의 유입와류를 형성하며, 이에 다공 노즐(20)로 연료를 방사방향으로 분사함으로써 연소특성을 향상시킨 것이다.

상기한 엔진은 분무의 분포, 연료 입자의 크기, 공기와의 접촉등을 최적화하여 연료의 연소를 팽창행정중에 되도록 빨리 완료시킬 목적으로 연소실(10)의 형상과 분무형태를 이에 부합하도록 하고 있으나. 첨부된 도면 도 2에 도시된 바와 같이 상기 노즐(20)의 분출공(22)은 니이들밸브(26)의 일회 상승 동작으로 개방되어 연료를 일회에 분출하도록 되어 있다.

상기와 같은 분무 형태는 일반적으로 직접분사식 고속기관에 있어서 그 효율을 높이기 위하여 피스톤(2)이 상사점 가까이에 있을때 연소를 하도록 대부분의 연료를 착화지연기간에 분사하여 연료분사율을 높인 것이나, 이와는 반대 현상으로 착화지연기간이 길게 연장되게 되고 이에 따라 착화지연기간이 길면 길수록 급격연소기간(Period of Rapid Combustion) 초기의 연소압력이 더욱 급격하게 상승되는 결과를 초래하여 노크를 일으키게 되는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여 연구된 바로는 당업자간에 잘 알려진 바와 같이 착화지연기간중에 분사되는 연료의 량을 적게함으로써 급격연소기간 초기에 관계하는 혼합기의 량을 줄여 노크를 경감시키는 이론적인 방법이 있다.

본 발명은 상기와 같은 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 특히 직접분사식 디젤 엔진에 사용되는 종래의 다공 노즐의 형상을 약간 변경시켜 그 분무 형태를 2단계로 형성하여 착화지연기간에 분사되는 연료를 적게 함으로써 디젤 노크를 방지한 디젤 엔진용 연료 분사 노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 슬리이브의 선단 측방에 다수의 방사상 분출공을 형성하고, 이의 분출공을 상기 슬리이브내의 니이들밸브의 승강작용에 의하여 개폐하는 직접 분사식 디젤 엔진용 연료 분사 노즐에 있어서, 상기 분출공의 상부에 이 분출공보다 직경이 작은 다수의 1차 분출공을 방사상으로 형성하여, 상기 니이들밸브의 상승시 상기 1차 분출공이 먼저 개방되고 상기 분출공이 나중에 개방되도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 직접분사식 연소실과 분사노즐의 분무형태를 도시한 단면도

도 2는 종래의 분사 노즐의 상세 단면도

도 3은 본 발명의 분사 노즐의 상세 단면도

도 4는 본 발명 분사노즐에 의하여 1차로 연료가 분무되는 상태를 도시한 단면도

도 5는 본 발명 분사노즐에 의하여 2차로 연료가 분무되는 상태를 도시한 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 노즐 22 : 분출공

24 : 슬리이브 24-1,24-2 : 밸브시이트면

24-3 : 보어부 26 : 니이들밸브

26-1,26-2 : 밸브면 26-3 : 연장축부

30 : 1차 분출공

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면 도 3은 본 발명의 디젤 엔진용 노즐의 단면을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 슬리이브(24)의 선단 측방에 다수의 방사상 분출공(22)을 형성하고, 이의 분출공(22)을 상기 슬리이브(24)내의 니이들밸브(26)의 승강작용에 의하여 개폐하는 직접 분사식 디젤 엔진용 연료 분사 노즐(20)에 있어서, 상기 분출공(22)의 상부에 이 분출공(22)보다 직경이 작은 다수의 1차 분출공(30)을 방사상으로 형성하여, 상기 니이들밸브(26)의 상승시 이 1차 분출공(30)이 먼저 개방되고 상기 분출공(22)이 나중에 개방되도록 한 구성으로 이루어진다.

즉, 니이들밸브(26)를 다단으로 형성하여 그 선단의 밸브면(26-1)과 그 상부의 밸브면(26-2)을 형성하고, 상기 분출공(22,30)이 형성되어 있는 슬리이브(24)의 내측에도 상기 니이들밸브(26)의 밸브면(26-1,26-2)에 대응하여 하부 및 상부의 밸브시이트면(24-1,24-2)을 형성하여 이루어지며, 이때 상기 니이들밸브(26)의 밸브면(26-1,26-2) 사이에는 소정길이의 연장축부(26-3)를 형성하고, 상기 슬리이브(24)의 밸브시이트면(24-1,24-2) 사이에는 상기 연장축부(26-3)가 밀착하는 보어부(24-3)를 형성함으로써 니이들밸브(26)가 상승하여 상기 상부의 밸브면(26-2)이 밸브시이트면(24-2)으로부터 이탈되어도 어느 순간까지는 상기 연장축부(26-3)가 상기 보어부(24-3)로부터 이탈되지 않도록 하여 연료를 단계적으로 분사시킬 수 있도록 하고 있다.

여기서, 상기 연장축부(26-3)와 보어부(24-3)의 길이는 상기 1차 분출공(30)을 통하여 분출된 연료가 연소되기 시작한 직후에 상기 분출공(22)이 개방될 수 있는 길이를 가져야 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 디젤 엔진용 연료 분사 노즐(20)은 연료가 공급되면 니이들밸브(26)가 상승하게 되는데 니이들밸브(26)의 상승 초기에는 첨부된 도면 도 4에 도시된 바와 같이 니이들밸브(26)의 상부 밸브면(26-2)이 슬리이브(24)의 밸브시이트면(24-2)으로부터 이탈되며 이에 따라 상부의 1차 분출공(30)이 먼저 개방되어 연소실(10) 내로 연료를 분무하여 초기의 연소를 시작하게 된다.

이때, 상기 제 1분출공(30)은 그 직경이 작기 때문에 유량은 적고 유속이 빨라 운동량이 커지게 되며, 이에 따라 고온으로 압축된 공기중을 뚫고 지나가면서 신속하게 연소되므로 착화 지연시간이 짧아지고 순식간에 급속연소기간으로 접어들며, 이로 인해 노크를 일으키기 좋은 조건이 형성될 시간적 여유를 주지 않게 된다.

상기와 같이 급속연소기간에 도달하면 첨부된 도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 니이들밸브(26)가 더욱 상승하여 니이들밸브(26)의 연장축부(26-3)가 슬리이브(24)의 보어부(24-3)으로부터 이탈되어 슬리이브(24) 선단의 분출공(22)으로부터도 연료가 분무되기 시작한다.

이때, 연소실(10) 내의 온도는 상기 1차 분출공(30)을 통하여 분무된 연료의 연소에 의하여 매우 높게 형성되어 있으므로 이후로부터 분출되는 연료는 공기와 접촉하기만 하면 연소되어 급격한 압력상승은 없게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명 디젤 엔진용 연료 분사 노즐에 의하면 연소가 시작되기 전에 연소실로 공급되는 연료의 량이 적어지기 때문에 연료의 증발이나 공기와의 혼합에 이용될 수 있는 시간을 단축시켜 착화지연기간을 짧게 함으로써 연소초기의 급격한 압력상승을 억제하므로 노킹을 방지할 수 있게 된다.

Claims

슬리이브(24)의 선단 측방에 다수의 방사상 분출공(22)을 형성하고, 이의 분출공(22)을 상기 슬리이브내(24)의 니이들밸브(26)의 승강작용에 의하여 개폐하는 직접 분사식 디젤 엔진용 연료 분사 노즐(20)에 있어서,

상기 분출공(22)의 상부에 이 분출공(22)보다 직경이 작은 다수의 1차 분출공(30)을 방사상으로 형성하여, 상기 니이들밸브(26)의 상승시 상기 1차 분출공(26)이 먼저 개방되고 상기 하부의 분출공(22)이 나중에 개방되도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 연료 분사 노즐.
제 1항에 있어서,

상기 니이들밸브(26)에는 그 선단의 밸브면(26-1)과 그 상부의 밸브면(26-2)을 형성하고, 상기 분출공(22,30)이 형성되어 있는 슬리이브(24)의 내측에도 상기 니이들밸브(26)의 밸브면(26-1,26-2)에 대응한 하부 및 상부의 밸브시이트면(24-1,24-2)을 형성하고, 상기 니이들밸브(26)의 밸브면(26-1,26-2) 사이에는 소정길이의 연장축부(26-3)을 형성하고, 상기 슬리이브(24)의 밸브시이트면(24-1,24-2) 사이에는 상기 연장축부(26-3)가 밀착하는 보어부(24-3)를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 연료 분사 노즐.