KR20010102515A - 연료 분사 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 분사구(12)와 원추형 지지면(14)이 제공된 노즐 몸체를 포함하는 연료 분사 노즐에 관한 것으로서, 이 연료 분사 노즐은 노즐 몸체 내부에서 움직일 수 있으며 진입면(18)과 이 진입면에 인접한 곳에서 진입면의 하류쪽에 배치된 반경 방향 스텝(20)이 제공된 노즐 니들(16)을 포함한다. 따라서, 진입면으로 전환되는 전환 영역에는 지지면과 협동할 수 있는 밀봉 시트가 형성된다. 또한, 본 발명의 목적은 예비 분사시 연료량을 더욱더 정확하게 계측하고자 하는 것으로서, 이를 위하여 분사 노즐의 중심축과 밀봉 시트의 영역에서 반경 방향 스텝과 인접한 접선이 이루는 각도가 45^o이상이도록 구성하며 상기 반경 방향 스텝과 인접한 곳에서 이 스텝의 하류쪽에는 원주 방향 그루브(24)를 형성한다. 상기 그루브는 예비 분사를 위하여 노즐 니들이 개방 행정을 수행할 때 밀봉 시트의 영역에서 노즐 니들과 노즐 몸체 사이에 최소 협폭 단면을 형성하도록 적어도 분사구(12)까지 연장한다.

Description

연료 분사 노즐{Fuel injection nozzle}

DE 195 47 423 A1에는 상술한 바와 같은 연료 분사 노즐이 공지되어 있다. 이 연료 분사 노즐에서 0.01 내지 0.06mm의 두께를 갖는 반경 방향 스텝은 밀봉 시트의 영역에서 최대 예각 단면 전환부를 구성하는 역할을 수행하기 때문에 노즐 니들이 개방될 때 형성되는 관류 단면적을 가능한 정확하게 조절할 수 있다. 그렇지만, 예비 분사를 위하여 실시되는 미세 개방 행정시 상기 스텝의 하류쪽에서 이 스텝과 인접한 노즐 니들의 영역은 스로틀로서 작용하는 비교적 긴 관류 채널을 형성하고, 더구나 이로 인하여 유동에 많은 영향을 미칠 수 있는 불가피한 제조 오차를 유발한다. 이외에도, 틈새가 형성되면 온도에 민감한 층류가 형성되는데, 이로 인하여 관류의 움직임에 추가로 영향을 미치게 된다.

본 발명은 적어도 하나의 분사구 및 원추형 지지면이 제공된 노즐 몸체뿐만 아니라 이 노즐 몸체 내부에서 움직일 수 있으며 진입면과 이 진입면에 인접한 곳에서 진입면의 하류쪽에 배치된 반경 방향 스텝을 갖는 노즐 니들을 구비한 연료 분사 노즐에 관한 것으로서, 상기 진입면으로 전환되는 전환 영역에는 지지면과 협동하는 밀봉 시트가 형성된다.

도 1은 분사 노즐의 전단부를 도시한 단면도.

도 2는 노즐 니들의 행정에 따라서 노즐 니들과 노즐 몸체 사이의 단면적 변화를 도시한 그래프.

그러므로, 본 발명의 목적은 서두에 언급한 종류의 분사 노즐에 있어서 최소 개방 행정에서도 예비 분사에 필요한 확실한 분사량을 계측할 수 있는 형태로 개량하고자 하는 것이다.

청구항 제 1 항의 특징을 갖는 서두에 언급한 종류의 연료 분사 노즐은 원주 방향 그루브를 구성함으로써 예비 분사를 실시하기 위해 노즐 니들이 개방될 때 밀봉 시트의 영역에 해당하는 단면적만을 조절하여 유동을 조절할 수 있는 형태의 큰 관류 단면을 밀봉 시트의 하류에 형성할 수 있는 장점을 갖는다. 또한 반경 방향 스텝을 매우 예리하게 형성하기 때문에, 이 위치에서 형성된 제조 오차가 노즐 니들이 개방될 때 발생하는 관류 단면에 미치는 영향력을 무시할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 종속항에서 추가로 설명한다.

이하에서 본 발명을 첨부한 도면에 도시한 바와 같은 바람직한 실시예를 참조하여 설명한다.

도 1에서는 분사 노즐의 전단부와 연료 공급을 위한 내연기관의 연소실을 향하는 단면을 도시한다. 상기 분사 노즐은 전단부 영역에 복수의 분사구(10)들이 제공된 노즐 몸체(10)를 갖는다. 이 노즐 몸체(10)의 내측면에는 약 60^o의 원뿔각(α)을 갖는 원추형 지지면(14)이 제공된다.

상기 노즐 몸체(10)의 내부에는 연료 공급구(도시 안함)로부터 분사구(12)까지의 연료 유동을 차단하는 폐쇄 위치와 분사구로 연료를 유동시키는 개방 위치 사이에서 조절 가능한 노즐 니들(16)이 배치된다. 여기서, 상기 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 실시되는 노즐 니들(16)의 개방 행정은 연료량을 필요에 따라 조절하는 형태로 제어될 수 있다. 특히, 미세 개방 행정은 예비 분사를 실시하기 위하여 미량의 연료를 분사하고자 할 때 실시하며 고유 개방 행정은 많은 양의 연료를 분사하여 주 연소를 실시하기 위해 수행한다.

상기 노즐 니들(16)은 도시한 실시예에 있어서 원추형 진입면(18)을 갖는다. 이 진입면의 외형은 도 1에 도시한 단면도에서 분사 노즐의 중심축(M)으로부터 약 22.5^o의 각도(β)를 갖는다. 도시한 실시예와는 달리, 상기 각도(β)는 0^o내지 45^o의 다른 각도가 선택될 수 있다.

상기 진입면(18)에서 분사구(12)를 향하는 하류측에는 반경 방향 스텝(20)이 연결됨으로써 예각 밀봉 시트(22)가 형성된다. 여기서 상기 스텝(20)은 진입면(18)으로 전환하는 전환 영역, 즉 밀봉 시트(22) 영역의 외형에 접하는 접선이 도시한 실시예에서 분사 노즐의 중심축(M)과 수직하도록 형성된다.

상기 밀봉 시트(22)가 매우 예리하게 형성되어야 하는 경우에는 밀봉 시트의 영역에서 반경 방향 스텝에 접하는 접선과 진입면(18)이 이루는 각도를 112.5^o이하로 설정하며, 또는 진입면(18)의 경사각(β)을 도시한 바와 같이 22.5^o이하로 설정하는 경우에는 밀봉 시트(22)에 접하는 반경 방향 스텝의 접선도 중심축(M)에 대하여 90^o이하의 각도로 설정하여 중심축(M)쪽을 향하여 아래쪽으로 예리하게 연장시킨다. 원하는 예각 밀봉 시트를 보장하기 위하여, 상기 밀봉 시트(22)와 접하는 스텝의 접선과 중심축(M) 사이의 각도는 45^o이하로 설정되어서는 않된다.

상기 반경 방향 스텝(2)은 이 스텝의 하류쪽에서 스텝의 외형에 접하는 접선(도 1의 단면도를 다시 참조)이 중심축(M)과 나란하게 형성된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 반경 방향 스텝은 이 스텝의 하류측 단부에서 노즐 니들의 중심축(M)과 동일한 중심축을 갖는 원통면을 갖는다.

또한, 상기 반경 방향 스텝(20)의 하류측 단부에는 원주 방향 그루브(24)가 연결되며, 이 그루브는 분사구(12)쪽으로 관류 틈새를 형성한다. 도 1에서 A로 표기한 외형에서 원주 방향 그루브(24)는 정확하게 분사구의 진입 위치까지 연장된다. 또한, 도 1에서 B로 표기한 외형에서 원주 방향 그루브(24)는 분사구(12)의 중심까지 연장하며 도 1에서 C로 표기한 외형에서 원주 방향 그루브(24)는 분사구보다 완전 상단에 위치한다.

축방향에서 상기 원주 방향 그루브(24)의 연장부, 즉 외형(A, B, C)들 중 해당하는 부분은 최대 원주 방향 그루브 영역의 관류 단면과 원주 방향 그루브에 의해 형성되는 것으로서 내연기관의 HC값과 관련하여 불리한 최소 공간 사이에서 적당하게 조절된다.

상기 노즐 니들(12)이 예비 분사를 위해 약 1mm³의 연료를 분사하기 위하여 0.02 내지 0.03mm의 미소 개방 행정을 실시하는 경우에, 밀봉 시트(22)는 지지면(14)으로부터 상승된다. 밀봉 시트(22)에서 반경 방향 스텝(20)과 원주 방향 그루브(24)가 연결되기 때문에, 밀봉 시트(22)에 의해 최소 관류 단면이 형성되는데, 이 관류 단면은 밀봉 시트의 하류쪽에서 밀봉 시트에 연결된 관류 단면을 나타낸다. 밀봉 시트(22)에서 사용된 예각 형태에 기초하여 불가피한 제조 오차가 발생하는데, 이 오차는 비교적 관류 단면에 영향을 미치지 않는다.

도 2에서는 니들 행정(s)에 따른 관류 단면(A)을 도시한다. 도면부호 22는 밀봉 시트(22)에 기초하여 얻은 관류 단면의 변화 과정을 나타낸다. 도면부호 14는 밀봉 시트(22)의 하류측에 해당하는 노즐 니들과 지지면 영역에서의 관류 단면을 나타낸다. 또한, 도면부호 12는 분사구(12)에 의해 결정되는 관류 단면을 나타낸다.

상기 노즐 니들이 예비 분사를 위하여 미소 개방 행정(V)을 실시하는 경우에, 관류 단면은 밀봉 시트(22)만으로 결정된다. 개방 행정이 점점 증가하면, 먼저 관류 단면은 더 이상 밀봉 시트(22)가 아니라 지지면(14)과 분사구의 입구에 의해서 결정된다. 이 때문에, 노즐 니들의 개방 행정이 더욱더 커지더라도 관류 단면이 일정하게 되는 영역이 형성되며 이 관류 단면은 분사구(12)의 단면적에 의해서만 결정된다. 상기 영역은 노즐 니들이 0.2 내지 0.3mm의 최대 개방 행정(s_max)에 도달할 때까지 진행한다. 그렇지만, 상술한 양 영역들은 본 발명에 따른 노즐 니들의 형상에 영향을 받지 않는데, 이것은 이 영역들이 예비 분사를 위해 사용되는 개방 해정시에만 영향을 받기 때문이다.

Claims (4)

1. 적어도 하나의 분사구(12) 및 원추형 지지면(14)이 제공된 노즐 몸체(10)와 이 노즐 몸체 내부에서 움직일 수 있으며 진입면(18)과 이 진입면에 인접한 곳에서 진입면의 하류쪽에 배치된 반경 방향 스텝(20)이 제공된 노즐 니들(16)을 포함하며, 상기 진입면으로 전환되는 전환 영역에는 지지면과 협동할 수 있는 밀봉 시트가 형성된 연료 분사 노즐에 있어서,

   상기 분사 노즐의 중심축과 밀봉 시트의 영역에서 반경 방향 스텝과 인접한 접선이 이루는 각도는 45^o이상이며,

   상기 반경 방향 스텝과 인접한 곳에서 이 스텝의 하류쪽에는 원주 방향 그루브(24)를 형성되고, 이 그루브는 예비 분사를 위하여 노즐 니들이 개방 행정을 수행할 때 밀봉 시트의 영역에서 노즐 니들과 노즐 몸체 사이에 최소 협폭 단면을 형성하도록 적어도 분사구(12)까지 연장하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원주 방향 그루브(24)는 분사구(12)의 중심까지 연장하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 원주 방향 그루브(24)는 전체 분사구(12)에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반경 방향 스텝(20)에 접하는 접선과 분사 노즐의 중심축(M)이 이루는 각도는 약 90^o인 것을 특징으로 하는 연료 분사 노즐.