KR19990036427A - 분류식 연료 인젝터용 공기보조 분무기 - Google Patents

Abstract

분무기는 평평한 스탬핑된 금속 삽입부(54)를 포함하는 캡형상 덮개(12)이다. 연료 인젝터를 노즐에 조립할 때, 분무기는 삽입부가 덮개의 단부벽부와 노즐의 외부단부 사이에 축선방향으로 샌드위치되도록 한다. 샌드위치된 구역에서, 삽입부는 노즐 단부와 협력되는 외주 불연속부의 6개의 채널(80a 내지 80d, 92a, 92b)을 가지고 덮개의 단부벽부는 보조공기가 노즐로부터 분사되는 분사된 연료를 향하여 방사상 내측으로 유동되도록 공기보조 개구를 구획형성한다. 6개의 채널은, 연료 유동의 2개의 축선 중 하나(48)로 향하는 각각 각도상으로 이격되는 채널(80a,80b)의 하나의 세트; 연료 유동의 2개의 축선 중 다른 하나(50)로 향하는 각각 2개의 각도상으로 이격되는 채널(80c,80d)의 다른 하나의 세트; 및 분리된 공기와 혼합되는 연료 유동의 축선을 유지시키도록 공기벽부(97)를 형성하는 연료유동의 2개의 축선(48,50)을 통과하는 직경을 양분하고 연료유동의 2개의 축선(48,50)을 통과하는 직경에 수직인 디스크의 직경을 따라서 놓여있는 2개의 직경방향으로 대향되는 채널(92a,92b);로 분할된다.

Description

분류식 연료 인젝터용 공기보조 분무기

연료 인젝터의 노즐로부터 분사된 액체연료의 공기보조 미립화는 내연기관의 연소실내로 도입되는 연소 공기/연료 혼합기의 보다 나은 준비를 촉진시키기 위해서 이용되는 공지된 기술이다. 보다 나은 혼합기 준비는 보다 깨끗하고 보다 효율적인 연소과정을 촉진시키며, 배기가스 방출 및 연비의 관점에 있어서 바람직한 목표이다.

종래기술에는 공기보조 미립화 기술에 관하여 상당한 수의 특허가 있다. 그 기술은 분사된 액체연료와 상호작용되어 보조공기를 향하게 하는 특별한 보조공기 통로를 포함하므로써 얻어질 수 있다. 어떤 공기보조 연료 분사는 보조공기로서 펌프 또는 다른 압력원 중 어느 것으로 압축된 공기를 사용한다. 또 다른 시스템은 기관작동의 일정조건시 기관의 도입시스템과 대기 사이에 존재하는 압력차에 의존한다. 개개의 인젝터에 보조공기를 전달하기 위한 보조공기 통로를 포함하도록 구성되는 기관 매니폴드 또는 연료 레일내에 연료 인젝터를 장착하는 것은 통상의 기술이다.

각각의 연료 인젝터 팁에 대한 보조공기통로의 최종길이의 구획형성이 인젝터를 수용하는 소켓의 벽부와 인젝터의 노즐 사이에 배치되는 분무기 조립체를 형성하는 2개의 추가부품의 배열 및 통합조직에 의하여 제공되는 것은 미국특허 제 5,220,900호에 개시된다. 이 특허의 하나의 장점은 기존 인젝터에 대한 수정을 가할 필요없이, 또한 공기보조 분무기를 받아들이기 위해서 소켓을 적절하게 만드는 것 이외에는 인젝터-수용 소켓내에 특별한 수용을 이룰 필요없이 공기보조 시스템에 이용되는 종래기술의 전기 작동식 연료 인젝터를 개조한다는 것이다.

본 발명의 공기보조 분무기는, 공기가 인젝터를 떠나는 연료흐름으로 향하도록 단일 디스크가 위치되는, 본 출원인에게 허여된 "연료 인젝터용 공기보조 분무기"라는 제목의 미국특허 제 5,174,505호 및 2개 이상의 디스크가 서로 축선방향과 원주방향으로 오프셋되는 위치에서 방사상 내측으로 보조공기를 향하게 하기 위해서 위치되는 "연료 인젝터용 다중 디스크 공기보조 분무기"라는 제목의 미국특허 제 5,437,413호의 공기보조 분무기와 유사한 것이다. 그렇지만, 상세한 설명, 도면, 및 청구항으로부터 명백한 바와 같이, 양 미국특허의 공기보조 분무기와는 구별된다.

본 발명은 일반적으로는 내연기관의 공기 도입 시스템내로 연료를 분사하기 위한 공기보조 연료 인젝터에 관한 것이며, 특히 그러한 연료 인젝터의 노즐에 끼워맞춤되고 노즐을 막 떠난 분류 분사된 연료의 미립화를 촉진하기 위해서 보조공기를 운반하도록 작용하는 분무기에 관한 것이다.

도 1은 공기보조 분무기를 갖춘 연료 인젝터의 길이방향의 횡단면도,

도 2는 도 1의 연료 인젝터의 노즐단부의 확대도,

도 3은 도 2의 분무기 디스크의 평면도,

도 4는 분류 오리피스에 관하여 도 3의 디스크를 위한 로케이터를 도시하는 도 2의 선 4-4의 부분단면도,

도 5는 모두 6 채널에서의 공기를 가지는 스프레이 패턴을 도시한 도면,

도 6은 공기가 없는 상태로 효율적인 스프레이 패턴을 도시한 도면, 및

도 7은 공기가 있는 상태로 효율적인 스프레이 패턴을 도시한 도면.

본 발명은 원주방향으로 이격되고 분사된 연료를 향하여 방사상 내측으로 보조공기를 운반하는 다수의 공기보조 개구로 이루어지는 상기된 양 미국특허 및 또 다른 앞선 종래기술에 개시된 분무기와 유사하지만; 단일 디스크상에서 한 쌍의 직경방향으로 대향되는 공기보조 개구가 분류식 연료 인젝터의 2중 흐름을 분리유지시키기 위해서 작용된다는 점에서 구별된다. 이 디스크는 보조공기가 방사상 내측으로 분사된 노즐을 막 떠난 연료로 향하는 공기보조 개구를 생성함에 의하여 노즐 및 덮개의 단부벽부와 상호인접되어 또한 축방향으로 사이에 샌드위치되어 배치된다. 이 디스크는 종래의 스탬핑 기술에 의하여 바람직하게 제작될 수 있으며, 덮개의 내부는 보조공기 통로가 매우 팽팽하게 유지되는 공차로 덮개내에 몰딩되거나 기계가공되는 상태에서 종래기술의 표면상 정교한 측정없이 종료될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징, 장점, 및 이점은 첨부된 도면과 함께 상세한 설명 및 청구항에서 개시된다. 이들 도면은 본 발명을 수행하기 위해 심사숙고된 가장 적절한 형태에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 개시한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 원리를 구체화하는 공기보조 분무기(12)를 포함하는 전기 작동식 연료 인젝터(10)를 도시한다. 연료 인젝터(10)는 주 세로축선(14)을 가지고 입구(16) 및 마주하는 축선단부에서의 노즐(18)로 이루어지는 상단-피드 타입 장치이다. 입구(16)와 노즐(18) 사이에서 연료 인젝터를 통하는 액체연료의 통로는 노즐(18)의 바로 내부에 위치되는 밸브시트(22)상에 및 밸브시트(22)로부터 금속 니들(20)의 둥근 팁단부의 착좌 및 착좌해제에 의하여 제어된다. 니들(20)은 밸브시트(22)상에 착좌되도록 스프링(24)에 의하여 탄성적으로 가압되어 유동을 위한 통로를 폐쇄한다. 밸브가 솔레노이드 코일(26)에 대하여 전기적으로 여기되는 전류의 전달에 의하여 전기적으로 여기될 때, 니들은 착좌해제되어 연료를 유동시킨다. 도 1 및 도 2는 폐쇄된 연료 인젝터를 도시한다.

노즐(18)의 근처에서의 구조는 도 2에 보다 상세하게 도시된다. 연료 인젝터는 노즐 단부에 조립의 순서대로 포함되는 관형 금속 하우징(28), 금속 니들가이드부재(30), 금속 밸브시트부재(32), 금속으로 만들어지는 얇은 디스크 오리피스부재(34), 및 금속 리테이너부재(36)로 이루어진다. O-링 실(40)은 밸브시트부재(32)와 하우징(28)의 내부벽부 사이에 배치된다. 얇은 디스크 오리피스부재(34)는 인젝터의 주 세로축선(14)으로부터 등거리에 및 서로 직경방향으로 마주하는 정확하게 2개의 오리피스(44,46)를 가지는 중심 원뿔형 딤플(42)을 포함한다. 연료 인젝터(10)가 개방 작동될 때, 입구(16)를 경유하여 인젝터로 공급되는 가압된 연료는 도 2에 각각 부재번호 48,50으로 표시된 2개의 명백하게 분기된 방향, 즉 분류에서 노즐(18)로부터 배출된다. 따라서 지금까지 설명된 인젝터 및 노즐의 구조는 상술된 공보에 개시된 구조와 유사하고, 그러므로 연료 인젝터(10)와의 결합 및 공기보조 분무기(12)에 속하는 본 발명의 특징에 초점이 맞춰질 수 있도록 현시점에서는 더 이상 설명하지 않는다.

공기보조 분무기는 연료 인젝터와 함께 조립시 2개의 부분으로 이루어지는데: 하나의 부분은 덮개(52)이며 다른 하나의 부분은 삽입 디스크(54)이다. 덮개(52)는 측부벽부(56) 및 단부벽부(58)를 가지는 캡형상을 가진다. 측부벽부(56)는 대직경부(62) 및 소직경부(64)로 분리되는 쇼울더(60)를 포함하는 둥근 원통형 내부 직경을 가진다. 소직경부(64)는 단부벽부(58)에 바로 옆으로부터 쇼울더(60)로 연장되는 한편 대직경부(62)는 쇼울더(60)로부터 단부벽부(58)에 대향되는 덮개(52)의 단부로 연장된다.

하우징(28)의 일부분은 덮개(52)의 대직경부(62)를 끼워맞춤시키도록 치수가 정해진 공칭 원형 외부 직경부(66)를 가진다. 그렇지만, 그 공칭 원형 외부 직경부(66)는 축선상 평면부 또는 슬롯(68)과 같은, 하나 이상의 중단을 구비하여, 이에 따라 노즐(18)을 향하여 하우징(28)의 외부를 따라 축선방향으로 보조공기가 유동되도록 축선방향으로 연장되는 통로수단(70)의 입구부위를 덮개의 측부벽부(56)로 구획형성하게 된다. 도 2에서 작은 화살표는 보조공기 유동을 나타낸다.

단부벽부(58)는, 축선(14)과 동축방향이고 노즐(18)로부터 분사되는 연료가 통과되는 축방향에서 원추대 형상으로 확장되는 개구(72)를 구비하도록, 측부벽부(56)로부터 방사상 내측으로 연장된다. 양각된 둥근 환형 레지(74)는 원추대 형상의 개구(72)의 주변에서 단부벽부(58)의 내부상에 형성된다. 삽입 디스크(54)는 노즐(18)과 단부벽부(58) 사이에 축방향으로 배치되고 레지(74)와 리테이너부재(36)의 내부 축방향 단부면 사이에서 사실상 유지된다.

디스크(54)는 회전축(14)상에 위치되는 중앙 원형 개구(76)를 가진다. 이 개구는 에워싸는 제1 고리(78)에 의하여 제한되고, 2중 분류 축선이 디스크의 평평한 표면 중 하나(79)에 의하여 형성되는 평면을 통과함에 따라 2중 분류 축선(48,50)으로부터 이격된다.

6개의 이격된 외주 불연속부(80a 내지 80d, 및 92a, 92b)는 제1 고리를 통하여 및 상기 회전축으로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 이 불연속부는 3개의 세트로 분할된다. 각도상 이격되는 인접 불연속부의 2개의 제1 세트(80a,80b)는 유체 유동 흐름 중 하나의 축선(48)을 통하여 연장되는 가상선(81a,81b)을 따라서 정렬된다. 이 가상선은 유체 유동 흐름의 축선(48,50)을 통과하는 직경부(48)로부터 동일하게 A°이격된다. 바람직한 실시예에서, 이 각도는 60도 이다. 각도상 이격되는 인접 불연속부의 2개의 제2 세트(80c,80d)는 유체 유동 흐름의 다른 하나의 축선(50)을 통하여 연장되는 가상선(81c,81d)을 따라서 정렬된다. 나머지 2개의 불연속부(92a,92b)는 직경부(94)를 따라서 직경방향으로 대향되어 정렬되고, 유체 유동 흐름의 축선(48,50)을 통과하는 직경부(84)를 양분한다.

제2 고리(82)는 디스크의 외주 주위에 위치되고 6개의 개구(86)의 외부 경계로서 기능한다. 각각의 개구는 제1 및 제2 고리에 의하여 제한되고 불연속부 중 하나에 연결된다. 이 개구는 덮개내에서 통로와 유체접촉되고 이 통로로부터 보조공기를 받아들이기에 적합하다.

2개의 직경방향으로 대향되는 불연속부(92a,92b)는 유체 유동 흐름 사이에 공기커튼(97)을 형성하기 위해 통로로부터 공기를 받아들인다. 이 공기커튼은 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 2개의 흐름의 실질적인 분리를 유지시킨다. 다른 4개의 불연속부(80a 내지 80d)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 유체 유동 흐름으로 보조공기를 분할한다.

삽입부(54)의 외부직경(O.D.)은 이 삽입부가 축선방향으로 덮개를 통과하도록 측부벽부(64)의 내부직경(I.D.)보다 약간 작은 크기를 가져 연료 인젝터에 분무기를 조립하기 전의 준비로서 단부벽부(58)의 내부에 대항하여 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 고리(82)는 덮개내로의 삽입부를 적절하게 중심을 맞추도록, 즉 방사상으로 위치시키도록 로케이터로서 기능한다. 그러한 위치결정은, 삽입부-포함 덮개가 하우징(28)의 단부상에서 덮개를 진행시키므로써 노즐상에 조립될 때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 고리(78)가 리테이너부재(36)의 환형 단부표면 및 레지(74) 사이에 샌드위치되어 상호 인접되도록, 레지(74)상에 고리(78)를 배치시키기 위해서 작용된다.

삽입부(54)는 스탬핑공정에 의하여 스테인레스 강과 같은 시트 재료로 제조될 수 있다. 삽입부(54)는 평평하고 전체적으로 동일한 두께이어서, 전체 축선방향의 치수가 그 두께와 동일하게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 삽입부(54)는 덮개(52)내에 상응하는 평면부(90)와 함께 외주 레지스트리를 고정시키기 위해, 특별한 준비, 즉 평면부(88)를 가진다. 선택적으로, 그러한 평평한 표면이 없는 상태에서 적절한 외주 레지스트리를 고정시키는 것이 가능하다. 그러한 경우에, 삽입부는 노즐의 단부상에서 덮개를 조립하기 전에 덮개상에 적절하게 외주방향으로 방향이 맞춰진다. 오리피스(44)와 오리피스(46) 사이의 공통 직경부(84)에 수직인 공통 직경부(94)상에서 삽입부(54)내의 직경상 대향되는 개구(92a,92b)를 정렬시키기 위해서 간주되기 때문에, 그러한 외주 레지스트리는 중요하며 여기에서 얇은 디스크 오리피스부재(34)가 분류 적용을 위하여 2개 이상의 오리피스를 가진다.

공통 직경부(94)상에서 직경상 대향되는 개구(92)는 도 5에 도시된 바와 같이 공기의 유동이 원형 개구(76)를 가로질러 향하도록 작용한다. 이러한 공기는, 다른 개구(80a 내지 80d)로부터의 공기가 오리피스(44,46) 중 어느 하나로부터 분사되는 연료의 흐름을 넘어서 연장되는 것을 막도록 작용한다. 연료는 각각의 오리피스(44,46)로부터 2개의 축선(48,50)을 따라서 유동된다. 공기커튼이 공기보조 연료를 연료 유동으로부터 떨어뜨려 유지시키는 것이 도시된다. 도 6 및 도 7에는 인젝터(10)로부터의 유동을 도시하고 있는데, 도 6에서는 공기가 없는 상태 그리고 도 7에서는 공기가 있는 상태를 도시한다. 공기가 없는 상태에서, 연료의 원추형은 상대적으로 꽉 조여져 있으며 꽉 조여진 원형 패턴을 형성한다. 그렇지만 6 채널 중 하나에서의 연료 유동으로, 커튼패턴은 보다 넓어지며, 도 5에 화살표(95) 방향으로 유동하는 공기에 의하여 형성되는 공기커튼(97)은 도 7에 도시된 바와 같이 연료 원추형을 떨어뜨려 유지시킨다.

분무기 장착식 연료 인젝터(10)는 통로수단(70)의 개방 상류 단부로 보조공기를 전달하는 매니폴드(도시생략)에 설치되기에 적합하다. 하우징(28)의 외부 및 덮개(52)의 외부상에서 축선방향으로 이격된 O-링(98,100)은 인젝터를 수용하는 매니폴드내의 소켓에 대하여 분무기 장착식 연료 인젝터의 밀봉을 위하여 제공된다.

사용시, 공기 분무기는 분사되는 연료의 미립화를 촉진시킨다. 도시된 연료 인젝터의 경우에, 보다 좁은 흐름과는 비교되는 바와 같이, 방향(48,50)을 따른 분사는 각각 구름형상으로 분무기에 의하여 분무된다.

Claims (9)

1. 2개의 분기축선을 따르는 인젝터로부터의 연료를 측정하는 얇은 2중 분류 에지 오리피스 디스크를 갖춘 노즐, 노즐 주위에 위치되는 관형 덮개, 상기 노즐의 외부를 따라서 유동되도록 보조공기를 향하게 하기 위해 축선방향으로 연장되는 통로를 가지는 상기 덮개, 단부벽부내의 개구로 보조공기를 향하게 하기 위해 측부벽부로부터 방사상으로 연장되는 단부벽부, 및 오리피스 디스크로부터 이격되어 있고 단부벽부와 노즐의 바닥 사이에 위치되는 디스크부재를 가지는 공기보조 연료 인젝터에 있어서, 디스크는:

   상기 디스크의 회전축상에 위치되고, 2중 분류 축선이 상기 디스크의 표면 중 하나에 의하여 형성되는 평면을 통과함에 따라 2중 분류 축선을 둘러싸며 2중 분류 축선으로부터 이격되는 제1 고리에 의하여 제한되는 개구;

   상기 제1 고리를 통하여 및 상기 회전축으로부터 떨어지는 방향으로 연장되는 6개의 이격된 외주 불연속부로서, 연료 유동 흐름 중 하나의 축선을 통하여 연장되는 가상선을 따라서 정렬되는 상기 각도상 이격된 인접 불연속부 중 2개의 제1 세트, 연료 유동 흐름 중 다른 하나의 축선을 통하여 연장되는 가상선을 따라서 정렬되는 상기 각도상 이격된 인접 불연속부 중 2개의 제2 세트, 유체 유동 흐름의 축선을 통과하는 직경을 양분하고 유체 유동 흐름의 축선을 통과하는 직경에 수직인 직경을 따라서 정렬되며 직경상으로 대향되는 상기 나머지 2개의 불연속부로 분할되는 6개의 이격된 외주 불연속부;

   디스크의 둘레 주위에 위치되는 제2 고리;

   제1 및 제2 고리에 의하여 제한되고, 각각 상기 불연속부 중 하나에 연결되고 통로로부터의 보조공기를 수용하기에 적합한 6개의 개구;

   흐름의 분리를 유지시키는 유체 유동 흐름과 유체 유동 흐름내로 보조공기를 향하게 하는 상기 4개의 불연속부 사이에 공기커튼을 형성하는 상기 다른 2개의 직경상 대향되는 불연속부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 고리는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 디스크의 전체 축방향 치수가 그 두께와 동일하도록 상기 디스크 전체는 평평하고 평면인 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 디스크는, 상기 제1 고리의 방사상 외측으로 배치되어 상기 고리를 방사상으로 위치결정하는 상기 덮개와 협력되는 위치결정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 위치결정부재는, 유체 유동 흐름의 축선을 통과하는 상기 직경에 수직이고 상기 제1 고리의 방사상 외측으로 배치되며 얇은 2중 분류 에지 오리피스에 대하여 상기 디스크를 위치결정시키기 위한 덮개의 측부벽부와 협력되는 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 고리는 외주방향으로 연속되는 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 고리 및 상기 제1 고리는 양쪽 모두 원형 형상이고 공통의 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 디스크의 전체 축방향 치수가 그 두께와 동일하도록 상기 디스크 전체는 평평하고 평면인 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 벽부단부는 상기 제1 고리가 인접되는 내부의 양각된 레지를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조공기 연료 인젝터.