KR20010108451A - 전이영역을 구비한 연료 인젝터 - Google Patents

전이영역을 구비한 연료 인젝터 Download PDF

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KR20010108451A
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이모엘윌리암제임스
홀브라이언
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웰스 러셀 씨
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Abstract

연료 인젝터 조립체, 보다 상세하게는 고압의 연료 인젝터 조립체용 연료 인젝터 시트는 시트 상에 연소실 연소 생성물의 형성을 최소화하기 위한 많은 특징을 가지고 있고, 니들실링부분상에 정선된 다듬질을 제공하고, 그리고 낭 체적을 감소시킨다. 이러한 특징은 니들실링부분과 오리피스부분 사이에 전이부분을 위치시키는 단계, 오리피스부분의 배출구에 날카로운 에지를 위치시키는 단계, 및 시트의 중앙표면에 코팅을 적용하는 단계를 포함하고 있다. 본 발명은 또한 연료 인젝터 시트 및 연료 인젝터 시트를 제조하는 방법에 관한 것이고, 그리고 오리피스와 특정 시트정렬에 대한 니들실링부분사이에 전이부분이 요구될 때를 평가하는 방법에 관한 것이다.

Description

전이영역을 구비한 연료 인젝터{FUEL INJECTOR WITH A TRANSITION REGION}
연료 인젝터는 통상적으로 내연기관 내에 측정된 연료의 측정된 유동을 제공하기 위해 사용되었다. 직접분사 시스템의 경우에 있어서, 고압 인젝터는 연소실 내에 뻗어 있다. 따라서, 연료 인젝터 시트의 하류면은 연소실의 연소생성물을 형성하기 쉽다. 연료 인젝터의 의도된 작동을 유지하기 위하여 연소 생성물의 형성을 최소화하는 것이 바람직하다.
의도된 작동을 위하여, 예를 들어, 종래의 연료 인젝터 조립체의 니들과 같은 변위가능한 폐쇄부재를 맞물리기 위하여 시트에 실링면을 제공하는 것이 중요하다. 예를 들어, 폐쇄부재가 시트와 접촉하여 맞물릴 때 시트에 대한 폐쇄부재의 제 1 위치에 있어서, 인젝터를 통한 연료 유동은 방해된다. 예를 들어, 폐쇄부재가 시트로부터 분리될 때 시트에 대한 폐쇄부재의 제 2 위치에 있어서, 인젝터를 통한 연료 유동이 허용된다.
실링면을 제공하기 위하여, 소망하는 끼인각을 갖는 원뿔형 부분을 구비한 시트를 제공하는 것이 알려져 있다. 통상적으로, 원뿔형상을 갖는 연삭기가 원뿔형부분을 갈아내기 위해 사용되었다. 표면 다듬질의 품질은 연삭속도와 관련되어 있다는 것이 또한 알려져 있다. 원뿔형상 연삭기에 있어서, 연삭속도는 공구의 정점을 향해 감소한다.
작은 오리피스를 갖는 연료 인젝터 시트의 경우에 있어서, 오리피스의 에지에서 연삭기의 속도는 불충분하다. 그래서, 종래의 연삭작동은 종래의 원뿔형부분에 정선된 다듬질를 제공할 수 없었다.
본 발명은 연료 인젝터 조립체에 관한 것이고, 보다 상세하게는 시트(seat) 상에 놓여진 연소실의 연소생성물의 형성을 최소화하기 위한 다수의 특징을 갖는 시트를 포함하고 있는 고압 연료 인젝터 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 연료 인젝터 시트의 정렬 및 제조에 관한 것이다.
도 1은 길이방향의 축선을 따라 취한 본 발명의 연료 인젝터 조립체의 단면도; 및
도 2는 본 발명에 따른 시트 및 와류발생기를 도시하는 도 1에 도시된 연료 인젝터 조립체의 단면도의 부분 확대도.
도 3은 연료 인젝터의 다른 예에 대한 오리피스길이/오리피스직경의 비율의 함수로 감소하는 엔진 유동을 도시하는 그래프.
도 4는 도 2의 Ⅳ로 지시되는 시트부분의 상세도.
도 5는 코팅된 시트의 임계영역 및 코팅되지 않은 시트의 임계영역을 가리키는 본 발명에 따른 시트의 개략도.
본 발명은 종래의 연료 인젝터에서 시트의 단점을 극복하고, 연소실의 연소 생성물의 형성을 최소화하기 위한 많은 특징을 제공한다.
본 발명에 따라서, 전이부분이 종래의 원뿔형부분과 오리피스 사이에 삽입되어 있어서, 종래의 연삭기의 정점이 회전하는 부가적인 체적을 제공한다.
하지만, 예를 들어, 실링밴드(예를 들어, 니들-시트 시일)와 오리피스 사이의 연료 유동 통로(passage)의 체적과 같은 과도한 낭(sac) 체적은 하류 시트 상의 연소실 연소 생성물의 형성에 불리한 영향을 준다. 그래서, 본 발명에 따라서, 전이부분은 또한 낭 체적을 최소화한다.
게다가, 본 발명에 따라, 연료 인젝터 시트가 전이영역의 필수품 및 구성으로 평가된다. 이러한 평가는 원뿔형상 실링부분으로 형성된 끼인각 및 오리피스 크기를 포함하는 다른 인자에 근거한다.
또한, 본 발명에 따라, 하류면과 오리피스 사이의 경계면은 날카로운 에지에 의해 형성되어 있다. 이것은 에지 근처에 축적될 수 있는 연소실 연소생성물을 제거하는데 용이하다.
부가적으로, 본 발명에 따라, 연료 인젝터 시트는 임계영역의 제 1 셋 내에 연소실 연소생성물의 형성을 제어하기 위해 코팅을 하고 있고, 시트의 부착 및 작동을 용이하게 하기 위해 임계영역의 제 2 셋 내에는 코팅을 하지 않고 있다.
본 발명은 흡입구, 배출구, 및 흡입구로부터 배출구까지의 연료 유동도관을 제공하는 전통로(passageway)를 갖는 연료 인젝터를 제공하고 있다. 연료 인젝터는 전통로를 폐색하는 제 1 위치와 연료 유동을 허용하는 제 2 위치 사이의 전통로에 위치할 수 있는 니들; 그리고 제 1 위치에서 니들과 접촉하여 맞물리고, 상류면, 하류면, 및 상류면과 하류면 사이의 축선을 따라 연장되어 있는 통로를 갖는 시트로 이루어져 있다. 통로는 전통로의 일부를 형성하고 그리고 축선에 대한 제 1 횡단면적을 갖는 하류면 근처의 오리피스부분; 제 1 영역으로부터 제 2 영역까지 하류방향에 있어서 제 1 비율로 감소하는 축선에 대한 제 2 횡단면적을 갖는 상류면 근처의 니들 실링부분; 제 2 영역으로부터 제 1 횡단면적까지 하류방향에 있어서 제 2 비율로 감소하는 축선에 대한 제 3 횡단면적을 갖는 오리피스부분과 니들 실링부분 사이에 삽입된 전이부분을 포함하고 있다.
본 발명은 또한 연료 유동을 제공하는 연료 인젝터 시트를 제공하고 있다. 시트는 상류면; 상류면으로부터 이격된 하류면; 및 상류면과 하류면 사이의 축선을 따라 뻗어 있는 통로로 이루어져 있다. 통로는 축선에 대한 제 1 횡단면적을 갖는하류면의 근처의 오리피스 부분; 제 1 영역으로부터 제 2 영역까지 하류방향에 있어서 제 1 비율로 감소하는 축선에 대한 제 2 횡단면적을 갖는 상류면 근처의 실링 부분; 제 2 영역으로부터 제 1 횡단면적까지 하류의 방향에 있어서 제 2 비율로 감소하는 축선에 대한 제 3 횡단면적을 갖는 오리피스 부분 및 실링부분 사이에 삽입된 전이부분을 포함하고 있다.
본 발명은 부가적으로 상류면, 하류면, 및 상류면과 하류면 사이의 축선을 따라 뻗어 있는 통로를 갖는 연료 인젝터 시트를 형성하는 방법을 제공하고 있다. 본 방법은 축선에 대한 제 1 횡단면적을 갖는 오리피스부분을 하류면 근처 통로내에 형성하는 단계; 제 1 영역으로부터 제 2 영역까지 하류방향에서 제 1 비율로 감소하는 축선에 대한 제 2 횡단면적을 갖는 실링부분을 상류면 근처 통로내에 형성하는 단계; 및 제 2 영역으로부터 제 1 횡단면적까지 하류방향에서 제 2 비율로 감소하는 축선에 대한 제 3 횡단면적을 가지고 있고 그리고 오리피스부분과 실링부분 사이에 삽입된 전이부분을 통로내에 형성하는 단계로 이루어져 있다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어 "축선"은 언급될 수 있는 몸체의 일부 또는 영역에 중심선으로 형성되어 있다. 이러한 용어는 직선에 한정되지 않고, 곡선 또는 곡선 및 직선부분의 조합으로 형성될 수 있는 복합선을 또한 포함할 수 있다.
여기에 사용된 바와 같이, 용어"비율"은 제 2 특성에 대한 제 1 특성의 변화를 설명한 값으로 정의된다. 예를 들어, 체적을 설명하는 관계에 있어서, 비율은 체적의 축선을 다른 위치에서의 변화에 대한 체적의 횡단면적에서의 변화로 설명될 수 있다. 용어 "비율"은 일정한 값에 한정되지 않고, 변하는 값을 ㄸ한 포함할 수있다.
여기에 사용된 바와 같이, 문구 "끼인각"은 몸체의 축선을 포함하는 평면에서 몸체의 단면을 볼 때, 몸체의 두 단편 사이의 각 관계를 측정함으로써 정의된다. 일반적으로, 축선은 끼인각을 두 갈래로 나눈다.
여기에 결합되어 있고 본 명세서의 일부로 구성되어 있는 첨부도면은, 상기의 일반적인 설명 및 아래의 상세한 설명과 함께 본 발명의 현재의 바람직한 실시예를 예시하고 있고, 본 발명의 특징을 명백히 설명하는 역할을 한다.
도 1은 고압, 직접분사 연료 인젝터 조립체(10)와 같은 연료 인젝터 조립체(10)를 도시하고 있다. 연료 인젝터 조립체(10)는 연료 흡입구(12), 연료배출구(14), 및 길이방향의 축선(18)을 따라 연료 흡입구(12)로부터 연료 배출구(14)까지 뻗어 있는 연료 전통로(16)를 포함하는 하우징을 가지고 있다. 하우징은 금속지지부재(22)를 둘러싸도록 위로 성형된 플라스틱 부재(20)를 포함하고 있다.
흡입구 통로(26)를 구비한 연료 흡입구 부재(24)는 위로 성형된 플라스틱 부재(20) 내에 배치되어 있다. 흡입구 통로(26)는 연료 인젝터 조립체(10)의 연료 전통로(16)의 일부분으로의 역할을 한다. 연료 필터(28) 및 조정가능한 튜브(30)가 흡입구 통로(26)내에 제공되어 있다. 조정가능한 튜브(30)는 적소에 고정되기 전에 길이방향의 축선(18)을 따라 위치될 수 있고, 그로 인해 아마츄어 가압 스프링(32)의 길이가 변화한다. 다른 인자와의 결합에 있어서, 스프링(32)의 길이, 및 아마츄어에 대한 가압력은 인젝터를 통한 연료 유동의 양을 조절한다. 위로 성형된 플라스틱 부재(20)는 전자제어 유니트(도시하지 않음)와 같은 전기 포텐셜의 외부 소스에 연료 인젝터 조립체(10)를 작동적으로 연결하기 위한 플러그(도시하지 않음)를 수용하고 있는 소켓(20a)을 또한 지지한다. 탄성 O자형 링(34)이 흡입구 부재(24)의 외부상의 홈에 제공되어 있다. O자형 링(34)은 연료 레일과 같은 연료 공급부재(도시하지 않음)에 흡입구 부재(24)를 밀봉적으로 고정하기 위한 받침링(38)으로 지지되어 있다.
금속지지부재(22)는 코일 조립체(40)를 둘러싸고 있다. 코일 조립체(40)는 코일(44)을 유지하는 보빈(42)을 포함하고 있다. 코일 조립체(40)의 끝은 위로 성형된 플라스틱 부재(20)의 소켓(20a) 내에 장착된 핀(40a)에 전기적으로 연결되어있다. 아마츄어(46)가 흡입구 부재(24)에 대해서 축선(18)을 따라 상대운동 하도록 지지되어 있다. 아마츄어(46)는 스페이서(48), 몸체 쉘(50), 및 몸체(52)에 의해 지지되어 있다. 아마츄어(46)는 흡입구 통로(26)와 유체연통하는 아마츄어 통로(54)를 가지고 있다.
스페이서(48)는 몸체(52)와 맞물려 있는 몸체 쉘(50)과 맞물린다. 아마츄어 안내 아이릿(eyelet)(56)이 몸체(52)의 흡입구부분(60)상에 위치하고 있다. 축선방향으로 뻗어 있는 몸체통로(58)는 몸체(52)의 흡입구부분(60)을 몸체(52)의 배출구부분(62)에 연결한다. 아마츄어(46)의 아마츄어 통로(54)는 몸체(52)의 몸체통로(58)와 유체연통한다. 바람직하게 금속재료로 만들어진 시트(64)가 몸체(52)의 배출구부분(62)에 장착되어 있다.
몸체(52)는 흡입구부분(60)과 배출구부분(62) 사이에 뻗어 있는 목부분(66)을 포함하고 있다. 목부분(66)은 니들(68)을 둘러싸는 환형부로 될 수 있다. 니들(68)은 아마츄어(46)에 작동적으로 연결되어 있고, 실질적으로 원통형의 니들(68)일 수 있다. 원통형 니들(68)은 몸체통로(58)의 일부를 형성하도록 목부분으로부터 이격되어 목부분내에 중심적으로 위치하고 있다. 원통형 니들(68)은 연료 인젝터 조립체(10)의 길이방향의 축선(18)과 축선방향으로 정렬되어 있다.
연료 인젝터 조립체(10)의 작동성능은 몸체(52)의 흡입구부분(60)에 근접한 흡입구부재(26)의 끝에 아마츄어(46)를 자기적으로 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 그래서, 아마츄어(46)에 근접한 흡입구부재(26)의 하부부분은 아마츄어(46) 및 코일 조립체(40)로 형성된 자기회로의 일부로서 역할을 한다. 아마츄어(46)는아마츄어 안내 아이릿(56)에 의해 안내되고 그리고 연료 인젝터 조립체(10)의 길이방향의 축선(18)을 따라 아마츄어(46)에 축선방향으로 왕복운동하기 위한 코일 조립체(40)에 의해 발생된 전자기력에 응답한다. 전자기력은 코일조립체(40)를 통한 전자제어 유니트(도시하지 않음)로부터의 전류흐름에 의해 발생한다. 아마츄어(46)의 운동은 시트(64)와 접촉하여 맞물리거나 또는 시트로부터 이격되어 있는 위치로 작동적으로 부착된 니들(68)을 이동시킨다. 이것은 연료 인젝터(10)의 연료 배출구(14)를 통한 유동으로부터 연료를 각각 허용하거나 방해하는, 시트(64)의 시트통로(70)를 각각 개방하거나 폐쇄한다. 니들(68)은 시트통로(70)의 원뿔형부분(72)과 접촉하여 맞물리도록 부분적으로 구형일 수 있는 만곡된 표면(78)을 포함하고 있다. 물론, 니들(68)의 팁 및 시트통로(70)에 적합한 다른 외형이, 그들이 맞물릴 때 시트(64)를 통한 연료유동이 방해될 수 있다면 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선택적인 와류 발생기(74)가 몸체통로(58) 내의 시트(64) 근처에 위치될 수 있다. 와류 발생기(74)는 연료가 시트(64) 상에 와류패턴을 형성하게 한다. 예를 들어, 연료는 원하는 스프레이 패턴을 만들기 위해 시트통로(70)의 원뿔형상부분(72)상에서 소용돌이칠 수 있다. 바람직하게, 와류발생기(74)는 안내 디스크(76) 및 와류 디스크(78)의 한 쌍의 평평한 디스크로 구성되어 있다. 와류 발생기(74)는 시트(64)와 몸체(52) 사이에 접촉영역을 형성하고 있다. 안내 디스크(76)는 니들(68)을 지지하도록 제공되어 있다.
니들(68)은 안내 디스크(76)의 중앙 구멍(80)내로 안내된다. 안내디스크(76)는 몸체통로(58)로부터의 연료를 와류 디스크(78)에 공급하는 복수의 연료통로 개구부를 가지고 있다. 와류 디스크(78)는 안내 디스크(76) 내의 연료통로 개구부로부터 연료를 수용하고 그리고 시트(64)의 시트통로(70)를 향해 접선방향으로 연료의 유동을 인도한다. 와류 발생기(76)를 형성하는 안내 디스크(76) 및 와류 디스크(78)는 바람직하게 레이저용접에 의해 시트(64)의 상류면(602)에 고정되어 있다.
연료 인젝터(10)로부터 분사된 연료는 연료 흡입구 소스(도시하지 않음)로부터 연료 흡입구(12)로 연료통로(16)를 통해 연통하고, 연료 배출구(14)로부터 나간다. 연료 전통로(16)는 흡입구부재(24)의 흡입통로(26), 아마츄어(46)의 아마츄어통로(54), 몸체(52)의 몸체통로(58), 와류발생기(76)의 안내디스크(78) 및 와류디스크(80), 및 시트(64)의 시트통로(70)를 포함하고 있다. 고압 직접분사 시스템에 있어서, 연료는 대략 700psi와 2000psi 사이의 작동범위에서 흡입소스로부터 공급된다.
특히 도 2를 참조하면, 시트(64)의 시트통로(70)가 시트(64)의 상류면(602)과 시트(64)의 하류면(604) 사이에 뻗어 있다. 시트통로(70)는 오리피스부분(608), 니들실링부분(612), 및 전이부분(614)을 포함하고 있다. 니들실링부분(612)은 제 1 면(602) 근처에 배치되어 있고, 오리피스부분(608)은 하류면(604) 근처에 배치되어 있고, 그리고 전이부분(614)은 오리피스부분(608)과 니들실링부분(612) 사이에 삽입되어 있다.
오리피스부분(608)은 길이방향 축선(18)에 대한 제 1 횡단면적을 가지고 있다. 다시말해서, 제 1 단면적은 오리피스부분(608)을 통해 뻗어 있는 길이방향 축선(18)에 직각으로 배향된 각각의 가상평면으로 측정될 수 있고, 또는 하류면(604)에 평행한 오리피스부분(608) 내에서 각각의 가상평면으로 측정될 수 있다. 하류면(604)이 길이방향 축선(18)에 실질적으로 직각으로 향하는 것이 가장 일반적인 경우이고, 길이방향 축선(18)은 전체 연료 인젝터 조립체(10)를 통과하여 뻗어 있는 직선으로 구성되어 있다. 따라서, 제 1 단면적은 길이방향 축선(18)에 수직으로 향하고 하류면(604)에 평행한 각각의 가상평면으로 측정될 수 있다.
제 1 횡단면적은 오리피스부분(608)을 통해 실질적으로 균일할 수 있다. 예를 들어, 제 1 횡단면적은 직경(D)을 갖는 원일 수 있고 그리고 오리피스부분(608)은 거리(L)의 길이방향 축선(18)을 따라 뻗을 수 있다. 그래서, 상기 가장 일반적인 경우에 있어서, 오리피스부분(608)은 직원기둥으로 이루어져 있다. 실험을 통해서, 오리피스부분(608)에 가까워지는 동안 길이(L)대 직경(D)의 비, 즉, L/D가 0.3보다 작지 않을 때 연료 인젝터 조립체(10)에 대한 바람직한 작동특성이 달성되도록 결정된다. 도 3은 L/D 비의 함수로서 연소생성물 형성으로 인한 유동변화의 경험적인 데이터 배치도이다.
니들실링부분(612)은 길이방향 축선(18)에 대한 제 2 횡단면적을 가지고 있다. 다시말해서, 제 2 단면적은 니들실링부분(612)을 통해 뻗어 있는 길이방향 축선(18)에 직각으로 배향된 각각의 가상평면으로 측정될 수 있거나, 또는 상류면(602)에 평행한 니들실링부분(612) 내에서 각각의 가상평면으로 측정될 수 있다. 상류면(602)이 길이방향 축선(18)에 실질적으로 직각으로 향해 있고, 그리고 길이방향 축선(18)이 전체 연료 인젝터 조립체(10)를 통해 뻗어 있는 직선으로 구성되어 있는 것이 가장 일반적인 경우이다. 따라서, 제 2 단면적은 길이방향 축선(18)에 직각으로 향하고 상류면(602)에 평행한 각각의 가상평면으로 측정될 수 있다.
니들실링부분(612)은 정선된 다듬질를 제공하기 위해 연삭기로 형성된다. 니들실링부분(612)의 외형은 각각의 제 2 횡단면적의 모양 및 니들실링부분(612)을 통해 감소하는 제 2 횡단면적의 비율로 설명될 수 있다. 제 2 횡단면적은 상류면(602) 근처의 가상평면 내에 제 1 영역을 가지고 있고, 그리고 상류면(602)으로부터 말단인 가상평면 내의 제 2 영역에 대해 제 1 비율로 감소한다. 상기 논의한 바와 같이, 이러한 비율은 일정하거나 또는 변할 수 있다. 제 2 횡단면적의 모양이, 도 2에 도시한 바와 같이, 일정한 비율로 감소하는 직경을 갖는 원인 경우에 있어서, 니들실링부분(612)의 모양은 끼인각(624)을 갖는 절두 직원뿔모양이다. 물론, 니들실링부분(612)에 대한 다른 모양이 제 2 횡단면적의 모양을 변화시킴으로써 또는 제 2 횡단면적이 바뀌는 비율을 변화시킴으로써 얻어질 수 있다.
전이부분(614)은 길이방향 축선(18)에 대한 제 3 횡단면적을 가지고 있다. 다시말해서, 제 3 단면적은 전이부분(614)을 통해 뻗어 있는 길이방향 축선(18)에 직각으로 향하는 각각의 가상평면으로 측정될 수 있거나, 또는 상류면(602)에 평행한 전이부분(614) 내의 각각의 가상평면으로 측정될 수 있다. 상류면(602)이 길이방향 축선(18)에 실질적으로 직각으로 향하고, 그리고 길이방향 축선(18)이 전체 연료 인젝터 조립체(10)를 통해 뻗어 있는 직선으로 구성되는 것이 가장 일반적인경우이다. 따라서, 제 3 단면적이 길이방향 축선(18)에 직각으로 향하고 상류면(602)에 평행한 각각의 가상평면으로 측정될 수 있다.
전이부분(614)은 연삭기, 드릴 비트등에 의해 형성될 수 있다. 전이부분(614)의 외형은 각각의 제 3 횡단면적의 모양 및 전이부분(614)을 통해 감소하는 제 3 횡단면적의 비율로 설명될 수 있다. 제 3 횡단면적은 제 2 횡단면적의 제 2 영역으로부터 오리피스부분(608)의 제 1 횡단면적까지 제 2 비율로 감소할 수 있다. 상기 논의한 바와 같이, 이러한 비율은 일정하거나 또는 변할 수 있다. 각각의 제 3 횡단면적의 모양이, 도 2에서 도시한 바와 같이, 일정한 비율로 감소하는 직경을 갖는 원인 경우에 있어서, 전이부분(614)의 모양은 끼인각(626)을 갖는 절두 직원뿔의 모양이다. 물론, 전이부분(614)에 적합한 다른 모양이 제 2 횡단면적의 모양의 변화에 의해 또는 제 2 횡단면적이 바뀌는 비율의 변화에 의해 얻어질 수 있다.
전이부분(614)은 니들실링부분(612)을 형성하는 연삭기의 팁을 수용하는 체적을 제공한다. 그래서, 충분한 연삭속도로 구동되는 연삭기의 단지 일부가 니들실링부분(612)과 접촉하고, 그로 인해 니들실링부분(612)의 전표면 위로 적어도 최소의 정선된 다듬질을 만든다.
전이부분(614)이 원뿔형으로 형성될 때, 니들실링부분(612)의 끼인각(624)은 바람직하게 전이부분(614)의 끼인각(626)보다 더 크다. 끼인각(624)은 끼인각(626) 보다 약 15°더 클 수 있어서, 예를 들어, 니들실링부분(612)의 끼인각(624)이 약 105°일 수 있고 그리고 전이부분(614)의 끼인각(626)이 약 90°일수 있다. 물론, 니들실링부분(612)이 니들(68)의 표면(78)에 밀봉적으로 합치하고, 그리고 전이부분(614)이 니들실링부분(612) 상에 정선된 다듬질의 제공을 용이하게 한다면 끼인각의 다른 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 끼인각(624)이 약 104°이고 그리고 끼인각(626)이 약 85°일 때, 유동안정성이 향상됨을 알 수 있다. 끼인각(626)이 약 95°에서 100°의 범위에서 증가하면, 유동안정성이 감소하고, 아마도 캐비테이션의 결과로, 연소생성물의 제거가 향상된다.
니들실링부분(612)과 오리피스부분(608) 사이의 전이의 제공에 더하여, 전이부분(614)은 낭 체적, 즉, 오리피스부분(608)에 니들실링부분(612)을 접촉적으로 맞물리기 위한 니들(68)의 표면(78)으로부터의 시트통로(70)의 체적을 최소화한다. 예를 들어, 직원기둥의 모양을 갖는 전이부분(614)은, 도 2에 도시한 바와 같은, 직원뿔형과 비교하여 낭 체적이 바람직하지 않게 증가할 수 있다.
도 2와 도 4를 참조하면, 하류면(604)과 오리피스부분(608)의 결합부에서의 경계면은 하류면(604) 상에 형성되는 연소실 연소생성물의 제거를 용이하게 하기 위해 날카로운 에지일 수 있다. 특히, 날카로운 에지는 하류면(602)상의 연소실 연소생성물의 형성이 오리피스부분(608)에의 축적이 계속되는 것을 방지한다. 다시말해서, 연소생성물 형성의 패턴은 오리피스부분(608)의 실질적으로 원통형 표면 상의 하류면(604)의 실질적으로 평평한 표면으로부터 뻗어 있지 않다. 대신, 하류면(604)과 오리피스부분(608)의 경계면에서의 연소생성물의 계속된 축적은 오리피스부분(608)을 통과하는 연료의 고압의 분무에 의해 쉽게 제거될 수 있는 형성물을 야기한다. 본 발명에 따라, 날카로운 에지는 하류면(604)과 오리피스부분(608)의수직면에 연결되는 환형의 모서리를 깎은 에지(606)로 이루어지는 경계면으로 형성될 수 있다. 모서리를 깎은 에지(606)는 약 0.02 mm 만큼 뻗을 수 있고 이러한 수직한 면의 각각에 대해 45°로 배향될 수 있다.
도 5를 참조하면, 표면 에너지를 낮추거나 또는 표면 반발력을 감소시키는 코팅이 또한 연소실 연소생성물의 형성을 제어할 수 있다. 시트(64)의 임의의 표면이 코팅될 수 있지만, 하지만, 코팅의 존재는 시트(64)의 임의의 임계면에 불리한 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, 코팅은 니들 시일에 대한 시트의 효율성을 감소시킬 수 있거나, 또는 몸체(52)에 대한 시트(64)의 연결을 방해할 수 있다. 인젝터 시트 공백, 즉, 상류면(602), 하류면(604), 및 다듬지 않은 통로(70)(니들실링부분(612)을 연삭하기 전)로 이루어진 시트(64)는 코팅되거나 또는 도금된다. 마스킹(masking)이 시트(64)의 외부 둘레표면 상에 코팅의 적용을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 마스킹은 또한 외부 둘레표면에 근접한 하류면(604)의 부분에 코팅의 적용을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 마스크 영역은 몸체(52)에 대해 시트(64)를 부착하기 위해 이후에 사용될 수 있다. 니들실링부분(612)에 대한 연삭은 임계 실링밴드의 영역에 적용된 코팅을 제거한다. 그래서, 시트(64)는 연소생성물 형성을 억제하기 위해 가장 필요한 영역에 코팅되고, 그리고 임계 실링밴드영역과 시트부착영역 내에는 코팅되지 않는다. 코팅은 종래의 증기 퇴적 기술에 적용될 수 있고, SICON 이라는 상표로 팔리는 것과 같은 탄소를 기초로 한 코팅일 수 있다. 이러한 코팅은 또한 불소중합체에 기초하여, 알루미늄에 기초하여, 또는 세라믹으로 될 수 있다. 접촉하여 맞물리는 니들(68)은 또한 코팅되거나 또는 코팅되지 않을 수 있다.
연료 인젝터 조립체(10)를 형성하는 방법은 상류면(602), 하류면(604), 및 상류면(602)과 하류면(604) 사이에 뻗어 있는 시트통로(70)를 갖는 시트(64)를 형성하는 단계를 포함하고 있다. 본 방법은 오리피스부분(608) 및 통로(70) 내에 전이부분(614)을 형성하는 단계로 더 이루어져 있다. 시트(64)에 코팅을 적용하기 전에, 니들실링부분(612)은 다듬지 않고 형성될 수 있고 그리고 날카로운 에지 경계면(606)은 하류면(604)과 오리피스부분(608) 사이에 형성될 수 있다. 오리피스부분(608), 다듬지 않고 형성된 니들실링부분(612), 및 전이부분(614)은 임의의 순서로, 그리고 예를 들어, 드릴링, 터닝등과 같은 임의의 기술로 형성될 수 있다. 게다가, 오리피스부분(608), 거칠게 형성된 니들실링부분(612), 및 전이부분(614)의 임의의 조합은 하나의 작동으로 동시발생적으로 형성될 수 있거나, 또는 이 모두가 단일 작동으로 형성될 수 있다. 다음으로, 시트(64)는 마스크될 수 있고 그리고 코팅이 시트(64)에 적용될 수 있다. 그 후에, 시트(64)는 마스크되지 않고, 니들실링부분(612)상의 정선된 다듬질이 연삭에 의해 형성될 수 있다. 변경적으로, 니들실링부분(612)은 단일 단계에 있어서 정선된 다듬질로, 즉, 개별적으로 다듬지 않고 니들실링부분(612)을 형성함이 없이, 형성될 수 있다. 전이부분(614)은 니들실링부분(612) 상에 정선된 다듬질을 형성하기에 필요한 연삭기에 적합한 체적을 제공한다. 그리고 상기 논의한 바와 같이, 전이부분은 또한 낭 체적을 최소화한다. 시트(64)가 연료 인젝터 조립체(10)의 몸체(52)에 대해서 장착되도록 준비되어 있다.
오리피스부분(608)과 니들실링부분(612) 사이에 전이영역(614) 제공의 필요성을 결정하기 위해 많은 인자가 평가된다. 이러한 인자는 오리피스부분(608)의 제 1 횡단면적, 니들실링부분(612)의 끼인각, 및 니들실링부분(612) 상에 제공된 정선된 다듬질을 포함하고 있다.
재료의 다듬질 또는 표면감촉은, 가설적인 완전표면으로부터 미세한 표면 불규칙의 산술적인 평균편차의 값으로 특정되는, 거칠기로 측정된다. 거칠기는 ㎛로 표현된다.
연삭기의 회전동안, 선형속도는 회전축선으로부터 방사상의 거리의 함수로서 변화한다. 그러므로, 제 1 횡단면적의 에지에 상응하는 방사상의 거리에서 연삭기의 회전에 의한 다듬질 제작이 너무 거칠면, 본 발명에 따른 전이부분(614)이 필요하다.
전이부분(614)은 연삭기의 회전을 위해 회전축선에 비교적 근접한 체적을 제공하여, 연삭기는 시트(64)와 접촉하지 않는다. 그래서, 충분한 연삭속도로 운동하는 회전 연삭기의 직경은 니들실링부분(612) 상에 정선된 다듬질을 제공하기 위해 사용된다.
본 발명에 따라, 약 105°의 끼인각을 갖는 니들실링부분(612)을 위해, 제 1 횡단면적/제 2 횡단면적의 제 1 영역의 비가 0.5보다 작을 때 전이부분(614)이 필요하다.
물론, 니들실링부분(612)이 회전 연삭기 외에 다른 것을 사용하는 기술로 형성된다면, 또는 제 2 횡단면적의 모양이 원이 아니라면, 전이부분(614)의 필요성은니들실링부분(612)과 오리피스부분(608) 사이의 경계면에서 표면 다듬질의 품질의 평가에 의해 결정된다.
본 발명은 임의의 바람직한 실시예를 참조하여 개시되어 있는 한편, 첨부된 청구의 범위로 정의되는 본 발명의 범주와 사상을 벗어남이 없이 상기 기술된 실시예에 대한 많은 수정, 변경, 및 변화가 가능하다. 따라서, 본 발명은 상기 기술된 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구의 범위, 및 등가물의 언어로 정의되는 전범위를 가지고 있다.
본 발명에 따라서, 전이부분이 종래의 원뿔형부분과 오리피스 사이에 삽입되어 있어서, 종래의 연삭기의 정점이 회전하는 부가적인 체적을 제공하고, 하류 시트상의 연소실 연소생성물의 형성에 불리한 영향을 주는 낭 체적을 최소화 한다. 또한, 본 발명에 따라, 하류면과 오리피스 사이의 경계면은 날카로운 에지에 의해 형성되어 있다. 이것은 에지 근처에 축적될 수 있는 연소실 연소생성물을 제거하는데 용이하다.

Claims (17)

  1. 흡입구, 배출구, 및 흡입구로부터 배출구까지 연료 유동 도관을 제공하는 전통로를 갖는 연료 인젝터로서, 상기 연료 인젝터는:
    전통로를 폐색하는 제 1 위치와 연료 유동을 허용하는 제 2 위치사이에서 전통로에 위치될 수 있는 니들; 및
    제 1 위치에서 니들과 접촉적으로 맞물리고, 상류면, 하류면, 및 상류면과 하류면 사이의 축선을 따라 뻗어 있는 통로를 가지고 있는 시트로 이루어져 있고, 상기 통로는 전통로의 부분을 형성하고 그리고:
    축선에 대한 제 1 횡단면적을 갖는 하류면 근처의 오리피스부분;
    제 1 영역으로부터 제 2 영역까지 하류 방향에 있어서 제 1 비율로 감소하는 축선에 대한 제 2 횡단면적을 갖는 상류면 근처의 니들실링부분; 및
    제 2 영역으로부터 제 1 횡단면적까지 하류 방향에 있어서 제 2 비 율로 감소하는 축선에 대한 제 3 횡단면적을 가지고 있고 그리고 오리피스부 분과 니들실링부분 사이에 삽입된 전이부분을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  2. 제 1 항에 있어서, 전이부분은 니들실링부분 상에 정선된 다듬질을 형성하는 연삭기를 위한 체적을 제공하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  3. 제 2 항에 있어서, 전이부분의 체적은 니들실링부분의 하류의 통로 체적을 최소화하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  4. 제 1 항에 있어서, 니들실링부분은 제 1 끼인각을 형성하는 제 1 원뿔형 섹션으로 이루어져 있고, 그리고 전이부분은 제 2 끼인각을 형성하는 제 2 원뿔형 섹션으로 이루어져 있고, 제 1 끼인각이 제 2 끼인각보다 더 큰 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  5. 제 1 항에 있어서, 오리피스부분은 축선을 따라 미리 정해진 길이로 뻗어 있고 그리고 미리 정해진 직경을 갖는 직원뿔 섹션으로 이루어져 있고, 미리 정해진 길이/미리 정해진 직경의 비는 적어도 0.3인 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  6. 제 1 항에 있어서, 전이부분은 캐비테이션을 야기하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1, 제 2, 및 제 3 횡단면적은 축선에 대해 직각인 것을 특징으로 하는 연료 인젝터.
  8. 상류면;
    상류면으로부터 이격된 하류면; 및
    상류면과 하류면의 사이의 축선을 따라 뻗어 있는 통로로 이루어져 있고, 통로는:
    축선에 대한 제 1 횡단면적을 갖는 하류면 근처의 오리피스부분;
    제 1 영역으로부터 제 2 영역까지 하류방향에서 제 1 비율로 감소하 는 축선에 대한 제 2 횡단면적을 갖는 상류면 근처의 실링부분; 및
    제 2 영역으로부터 제 1 횡단면적까지 하류방향에서 제 2 비율로 감 소하는 축선에 대한 제 3 횡단면적을 가지고 있고 그리고 오리피스부분과 실 링부분 사이에 삽입된 전이부분을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트.
  9. 제 8 항에 있어서, 전이부분은 실링부분 상에 정선된 마무리를 형성하는 연삭기를 위한 체적을 제공하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트.
  10. 제 9 항에 있어서, 전이부분의 체적이 실링부분의 하류의 통로체적을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트.
  11. 제 8 항에 있어서, 실링부분은 제 1 끼인각을 형성하는 제 1 원뿔형 섹션으로 이루어져 있고, 그리고 전이부분은 제 2 끼인각을 형성하는 제 2 원뿔형 섹션으로 이루어져 있고, 제 1 끼인각이 제 2 끼인각보다 더 큰 것을 특징으로 하는 연료인젝터 시트.
  12. 제 8 항에 있어서, 오리피스부분은 축선을 따라 미리 정해진 길이로 뻗어 있고 그리고 미리 정해진 직경을 갖는 직원뿔 섹션으로 이루어져 있고, 미리 정해진 길이대 미리 정해진 직경의 비는 적어도 0.3인 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트.
  13. 제 8 항에 있어서, 제 1, 제 2, 및 제 3 횡단면적은 축선에 대해 직각인 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트.
  14. 상류면, 하류면, 및 상류면과 하류면 사이의 축선을 따라 뻗어 있는 통로를 가지고 있는 연료 인젝터 시트를 형성하는 방법으로서, 방법은:
    축선에 대한 제 1 횡단면적을 가지고 있고 그리고 하류면 근처에서 통로내에 오리피스부분을 형성하는 단계;
    제 1 영역으로부터 제 2 영역까지 하류방향에서 제 1 비율로 감소하는 축선에 대한 제 2 횡단면적을 갖는 실링부분을 상류면 근처 통로내에 형성하는 단계; 및
    제 2 영역으로부터 제 1 횡단면적까지 하류방향에서 제 2 비율로 감소하는 축선에 대한 제 3 횡단면적을 가지고 있고 그리고 오리피스부분과 실링부분 사이에 삽입된 전이부분을 통로내에 형성하는 단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는연료 인젝터 시트를 형성하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 니들실링부분을 형성하는 단계는 연삭기를 사용하여 실링부분을 정선된 다듬질로 갈아내는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트를 형성하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 전이부분을 형성하는 단계는 연삭기를 위한 체적을 제공하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트를 형성하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 실링부분을 형성하는 단계는 제 1 끼인각을 형성하고, 그리고 전이부분을 형성하는 단계는 제 1 끼인각보다 작은 제 2 끼인각을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 인젝터 시트를 형성하는 방법.
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