KR20010110195A

KR20010110195A - 연료분사장치

Info

Publication number: KR20010110195A
Application number: KR1020010031131A
Authority: KR
Inventors: 호소야마게이타; 후쿠토미노리히사; 스미다마모루
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2001-12-12
Also published as: US20020000482A1; KR100417140B1; US6439482B2; JP2001342931A; JP3854447B2; DE10111221A1

Abstract

연료의 미립자화나 연소성을 향상 할 수 있는 연료분사제어장치를 제공하는 것이다.

연료선회체(8), 연료분사구(91)를 갖는 밸브좌(9), 연료선회체(8)와 밸브좌 (9)사이에 형성되어서 다수의 와류홈(88)과 연료분사구(91)에 연통하는 환상의 연료선회실(89) 및 연료선회체(8)내를 축방향으로 왕복동함으로써, 밸브좌(9)에 이접해서 연료선회실(89)과 연료분사구(91)의 연통로를 개폐하는 밸브체(7)를 구비한 연료분사장치에서, 상기 연통로가 전개상태일때의 밸브체(7)와 밸브좌(9)의 사이의 최소개구면적 S1, 연료분사구의 축에 직교하는 단면적 S2 및 연료분사구(91)내에서의 연료류의 평균단면적을 S3이라고 하면, 최소개구면적 S1은 아래식을 만족하도록 밸브체(7)의 스트로크량을 설정한다.

S3 < S1 < S2.

Description

연료분사장치{FUEL INJECTION SYSTEM}

본 발명은 연료에 선회에너지를 부여해서 이를 자동차용 엔진 등의 내연기관의 연소실내에 공급하기 위한 연료분사장치에 관한 것이다.

연료분사장치로서 종래로부터 니들밸브나 볼밸브 등의 밸브체를 갖는 통상의 밸브본체의 출구에 연료분사구를 갖는 밸브좌를 설치하고, 외부로부터 공급되는 연료를 연료선회체로 선회시켜서, 상기 연료분사구에 공급하는 기술이 일본국 특개평 10-47208호 공보나, 특개평 10-205408호 공보로 알려져 있다. 이들의 기술에서는 밸브체의 선단부의 일부가 밸브좌의 일부와 이접함으로써, 연료선회체와 연료분사구와의 연통로가 개폐된다.

이 연통로가 전개상태일때의 밸브체와 밸브좌의 극간의 최소개구면적을 S1으로 하고, 연료분사구의 축에 직교하는 단면적을 S2로 하면, 연료의 유량은 S1 및 S2가 클수록 많아진다.

그런데 최소개구면적 S1이 연료분사구의 단면적 S2보다 크면, 분사의 초기에 연료분사구에서 선회에너지량이 적은 연료가 대량으로 분사되고, 이들의 연료는 선회에너지량이 적기 때문에 분무의 확산성 및 연료의 미립자화가 불충분해서 엔진의 실린더내에서의 연소성이 나빠지는 문제가 있다.

한편, 그 역으로 최소개구면적 S1이 단면적 S2보다 작으면, 상기한 문제는 해소 또는 경감한다. 그러나 상기 S1이 상기 S2보다 과도하게 작으면, 연료의 상기 연통로에서의 유동저항이 크므로, 연료선회체에 의해 부여된 연료의 선회에너지가 감쇄해서 분무각의 흐트러짐이 커지고, 또는 분무의 확산성 및 연료의 미립자화가 불충분해져 엔진의 실린더내에서의 연소성이 나빠지는 문제가 있다.

선회에너지를 갖는 연료는 연료분사구를 통과할 때에 이 연료분사구의 단면적 S2의 모든 것을 충족시켜 유동하는 것은 아니고, 주로 연료분사구의 내벽의 근방에 따라 유동해서 연료분사구의 내부에는 공동이 생긴다. 일본국 특개평 10-47208호 공보에서는, 상기 공동을 지속시켜서 선회연료의 흐름을 안정화시키는 목적으로 S2는 S1보다 크게 하는 기술을 개시하고 있으나, S1이 과소한 경우의 상기 문제에 대해서는 언급이 없다. 한편, 특개평 10-205408호 공보에서는, 일본국 특개평 10-47208호 공보의 경우와는 역으로 S2를 S1보다 작게하는 기술을 개시하고 있다.

상기한 이런 여러문제와 종래 기술의 현상으로 보아, 본 발명은 연료의 선회에너지의 저하를 경감해서 연료의 미립자화나 연소성을 향상할 수 있는 연료분사장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에 의한 연료분사장치는,(1) 다수의 와류홈을 갖는 통상의 연료선회체, 상기 연료선회체의 상기 다수의 와류홈이 존재하는 면에 당접하는 동시에 연료분사구를 갖는 밸브좌, 상기 연료선회체와 상기 밸브좌사이에 형성되어 상기 다수의 와류홈과 상기 연료분사구에 연통하는 환상의 연료선회실, 상기 연료선회체의통공내를 축방향으로 왕복동함으로써, 밸브좌에 이접해서 상기 연료선회실과 상기 연료분사구의 연통로를 개폐하는 밸브체를 구비한 연료분사장치에서, 상기 연통로가 전재상태 일때의 상기 밸브체와 상기 밸브좌사이의 최소개구면적 S1은, 상기 연료분사구의 축에 직교하는 단면적 S2보다 작고, 상기 연료분사구에서의 연료류의 흐름방향으로 직교하는 평균단면적 S3보다 큰것이다.

(2) 상기 (1)에서, 연료선회실은 연료선회체와 밸브체와 밸브좌의 각 벽으로 둘러싸여 형성되어 있는 것이다.

(3) 상기 (1)에서, 연료선회실은 원형환상이고, 와류홈은 상기 연료선회실의 접선방향으로 연재하는 것이다.

(4) 상기 (1)에서, 연료선회체와 밸브좌가 당접하는 면은 축에 대해 경사져 있는 것이다.

(5) 상기 (4)에서, 축에 대한 경사각은 45°이상 ~ 90°미만이다.

(6) 상기 (1) 또는 (4)에서 평균면적 S3은 아래식으로 구해지는 것이다.

S3 =(/4){De²- Q²sin² Di² /(2gPA²)}

단, De : 연료분사구의 내경(m),

Q : 연료선회체에 공급되는 연료의 정적유량(㎥/s),

A : 와류홈의 총 단면적(㎡),

Di : 상기 와류홈의 중심선의 연료선회실의 중심에 대한 오프세트량의 2배의 길이(m),

: 밸브좌와 연료선회체가 당접하는 면의 축에 대한 각도(),

g : 중력가속도(m/s²),

p : 상기 연료선회체에 공급되는 상기 연료의 압력(㎏f/㎡),

: 상기 연료의 밀도(㎏/㎥).

(7) 상기 (1)에서 와류홈은 그 홈단면형상이 비방형이고, 홈의 밑 또는 그 근방부는 홈의 단위길이당의 용적이 홈상부의 그보다 작은 것이다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1의 연료분사장치의 단면도.

도 2는 실시의 형태 1에서의 연료선회체 및 그 근방부분의 확대단면도.

도 3은 도 2의 Ⅲ - Ⅲ선에 따른 단면도.

도 4는 도 2의 Ⅳ - Ⅳ선에 따른 단면도.

도 5는 실시의 형태 1에서의 밸브좌의 부분확대단면도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 2에서의 연료선회체 및 그 근방부분의 확대단면도.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 3에서의 연료선회체의 밸브좌측면의 평면도를 포함하는 일부확대단면도.

도 8은 도 7에서의 Ⅷ - Ⅷ선에 따른 확대단면도.

도 9는 본 발명의 실시의 형태 4에서의 연료선회체 및 그 근방부분의 확대단면도.

도 10은 도 9의 Ⅹ - Ⅹ선에 따른 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연료분사장치, 3 : 연료분사밸브,

7 : 니들밸브, 8 : 연료선회체,

85 : 와류홈, 87 : 와류통로,

89 : 연료선회실, 9 : 밸브좌,

91 : 연료분사구,

S1 : 밸브체와 밸브좌사이의 최소개구면적,

S2 : 연료분사구의 단면적,

S3 : 연료분사구에서의 연료류의 평균단면적.

실시의 형태 1.

도 1 ~ 도 5는 어느 것이나 본 발명의 양상 1을 설명하기 위한 설명도로서, 도 1은 연료분사장치의 단면도이고, 도 2는 연료선회체 및 그 근방부분의 확대단면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ - Ⅲ선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅳ - Ⅳ선에 따른 단면도이고, 도 5는 밸브좌의 부분확대단면도이다. 도 3 및 도 4에서는 연료선회체의 각각 밸브좌측면 및 연료수입측면의 각 평면도가 표시되어 있다.

도 1 ~ 도 5에서 1은 연료분사장치, 2는 연료분사장치(1)의 외부하우징, 3은 연료분사밸브, 4는 연료공급관, 5는 엔진의 실린더헤드, 6은 전자코일(61) 기타를 소유하고 밸브체의 일 예인 니들밸브(7)를 작동시키는 밸브작동장치이다. 연료분사장치(1)의 선단은 엔진의 실린더헤드(5)의 연료분사장치삽입공(51)에 삽입설치 되어 있다. 연료분사밸브(3)는 밸브홀더(31), 니들밸브(7), 연료선회체(8) 및 연료분사구(91)를 갖는 밸브좌(9)의 각 부품이 어셈블 된 구조를 갖고, 연료선회체(8)는 연료공급관(4)으로부터 공급되는 연료에 선회에너지를 부여해서 이를 밸브좌 (9)의 연료분사구(91)에 공급하는 기능을 한다.

83은 연료선회체(8)의 통공으로서, 니들밸브(7)의 선단부는 통공(83)에 삽통되어 그 최선단은 연료분사구(91)의 입구에 도달해 있다.

연료선회체(8)의 외주벽은, 도 3과 도 4에서 알 수 있듯이, 6각형을 나타내고, 이 때문에 원통상을 나타내는 밸브홀더(31)의 내벽과 연료선회체(8)의 외주벽사이에는 6개의 편면 凸렌즈형의 극간(84)에 생긴다. 이들 극간(84)은 연료통로로서 기능한다. 연료선회체(8)의 밸브좌측면(81)상에는 상기 6개의 극간(84)의 각 개구단의 각각에서 연료선회체(8)의 통공(83)의 방향으로 향하는 6개의 홈단면형상이 방형의 와류홈(85)이 설치되어 있고, 연료선회체(8)와 밸브좌(9)사이에는 각 와류홈(85)과 밸브좌(9)의 표면벽으로 형성되는 6개의 와류통로(87)(도 2참조)가 존재 한다. 또, 연료선회체(8)의 통공(83)의 개구단에는 통공(83)과 동심원상태로 환상홈(88)이 설치 되어 있고, 이 환상홈(88)과 밸브좌(9)의 표면벽과 니들밸브(7)의 측벽으로 원형환상의 연료선회실(89)(도 2참조)이 형성되어 있다. 6개의 와류통로(87)에는 도 3에 표시한 바와 같이, 연료선회실(89)의 접선방향으로 연재해서 연료선회실(89)에, 또 연료선회실(89)은 연료분사구(91)에 각각 연통해 있다.

연료공급관(4)에서 공급되는 연료는 연료선회체(8)의 연료수입측면(82)에 이르면, 6개의 극간(84)으로 나누어져 연료선회체(8)의 밸브좌측면(81)에 이르고, 계속해 연류통로(87)를 거치는 동안에 선회에너지가 부여되어 연료선회실(89)에 이르고, 최후에 밸브좌(9)의 연료분사구(91)에서 분사된다. 이때, 니들밸브(7)는 연료선회체(8)의 통공(83)내를 축방향으로 왕복동함으로써, 밸브좌(9)에 이접해서 연료선회실(89)과 연료분사구(91)의 연통로를 개폐한다.

다음, 연료에 선회에너지를 부여하는 기구에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 와류통로(87)중을 흐르는 연료는, 이 와류통로(87)의 길이가 그 통로의 단면적에 대해 비교적 길게 설정되어 있고, 구체적으로는 통로길이를 통로의 내경에서 나눈비는 그 이상으로 하고 있으므로, 와류통로(87)의 출구부의 유속분포는 대략 균일화 되어 있다. 또 그때, 와류통로(87)의 통로내경은 이 통로의 단면적과 같은 원형통로의 직경으로 한다. 와류통로(87)로부터 유출하는 연료의 유속 V₁은 아래식 (1)이 된다.

V₁=Q/A ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (1)

여기서, Q는 연료선회체(8)에 공급되는 연료의 정적유량(㎥/s)이고, A는 와류통로(87)의 총단면적(㎡)이다.

도 3의 예에서는, A는 6개의 와류통로(87)의 각 단면적의 합이 된다.

와류통로(87)의 출구에서 유출한 연료는 연료선회실(89)에서 합류해서 선회운동을 하고, 그때의 선회류의 과도 E₁은 아래식(2)가 된다.

E₁=V₁Di ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (2)

여기서, Di는 오프세트량(각 와류통로(87)의 중심선과 연료선회실(89)의 중심을 통과하고, 상기 와류통로(87)의 중심선과 평행인 선과의 거리)의 2배의 길이 (m)이다.

연료선회실(89)에서 선회류가 된 연료는 연료선회실(89)에서 니들밸브(7)와 밸브좌사이의 극간을 통해서 연료분사구(91)에 들어가고, 여기서 선회운동을 일으키면서 연료분사구(91)밖으로 분사된다. 도 5에서 연료류 F는 연료분사구(91) 전후에서의 연료의 흐름을 표시하고, 92는 니들밸브의 전개상태에서의 니들밸브(7)와 밸브좌(9)사이의 최소개구부를 표시하고,는 밸브좌(9)의 시트각을 표시한다.

선회에너지를 갖는 연료는 상기한 대로 연료분사구(91)를 통과할 때에 이 연료분사구(91)의 단면적 S2의 모든 것을 충족해서 유동하는 것은 아니고, 주로 연료분사구(91)의 내벽근방을 따라 유동하고 있으므로, 연료분사구(91)의 내부에는 공동이 생긴다. 연료분사구(91)내에서의 연료량 F는, 이렇게 해서 도너쓰상의 단면을 제공하고, 연료 F의 그 흐름에 직교하는 평균단면적을 S3라고 한다. 또, 상기한 최소개구부(92)에서 니들밸브(7)가 전개상태에서의 개구면적(최소개구면적)을 S1이라고 하면, 아래식(3)이 성립하도록 최소개구면적 S1을 설정한다.

S3 < S1 < S2 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (3)

최소개구면적 S1을 연료분사구(91)의 단면적 S2보다 작게 함으로써, 분사의 초기에 연료분사구(91)에서 선회에너지량이 적은 연료가 다량으로 분사되는 것이 방지되고, 또 최소개구면적 S1을 연료류 F의 평균단면적 S3보다 크게 함으로써, 연료선회체(8)에 의해 부여된 연료의 선회에너지의 감쇄가 경감한다. 이렇게 해서, 연료선회실(89)에서 연료분사구(91)에 이르는 연통로에서 연료의 와류도가 유지되는 자유와류의 원리가 성립되고, 이 결과 연료는 충분한 선회에너지를 보존한 상태로 연료분사구(91)에서 밖으로 분사되고, 그때에 연료는 양호하게 확산하고, 또 미세화가 진행해서 본 발명의 상기 과제가 달성된다.

연료분사구(91)의 단면적 S2는, 연료분사구(91)의 내경을 실측함으로써 구할 수가 있다. 한편, 최소개구면적 S1과 연료류 F의 평균면적 S3는 연료분사장치의 상세구조 및 그 운전조건이 정해지면 실질적으로 일정하게 되므로 실측할 수가 있고, 또는 후기하는 방법으로 산출해도 된다.

최소개구면적 S1은, 최소개구부(92)의 전개상태에서의 니들밸브(7)의 밸브좌 (9)로 부터의 이격높이에 의존하나, 거기에는 니들밸브(7)의 축방향의 스트로크량을 조절함으로써, 소망하는 크기로 설정할 수가 있다.

최소개구면적 S1은 니들밸브(7)가 전개상태에서의 최소개구부(92)에서의 니들밸브(7)와 밸브좌(9)사이의 법성상의 선분 Y(도 5참조)를 축 주위에 회전했을 때에 얻어지는 절두원추체의 시면의 면적으로 즉, 하기식(4)에 의해 산출할 수가 있다.

S1=[(R+Y)²-R²]cos(/2) ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (4)

여기서, R은 상기 절두원추체의 절두부의 사면의 길이(도 5참조)이고,는 밸브좌의 시트각이다.

아래에 연류류 F의 평균단면적 S3를 산출하는 방법을 설명한다. 자유와류의 원리로 와류가 일정하므로, 상기 식(2)에서 하기식(5) 및 하기식(6)이 성립된다.

V₁Di=V₂Dc ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (5)

S3=(De²-Dc²)/4 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (6)

여기서, V₂는 연료분사구(91)내에서의 연료의 유속이고, Dc는 연료분사구 (91)내에서의 연료의 공동경이다. V₂는 연료분사구(91)내에서의 유체의 손실이 적고 연료선회체(8)의 상류측에 공급되는 포텐셜에너지인 연료압력 P/가 연료분사구(91)의 출구에서 거의 운동에너지인 V₂ ²/(2g)로 변환되도록 설계 되어 있다. 따라서, V₂에 대해서는 베르누이의 정리에 의해 아래식(7)이 또, 아래식(7)으로부터 아래식(8)이 각각 성립한다.

V₂ ²/(2g)=P/ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (7)

V₂=√(2gP/) ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (8)

여기서, g는 중력가속도(m/s²)이고, P는 연료선회체(8)에 공급되는 연료의 압력(kgf/㎡)이고,는 상기연료의 밀도(kg/㎥)이다. 그래서, 상기 식(1), 식(6) 및 식(8)에서 아래식(9)가 성립된다.

S3=(/4){De²-Q²sin² Di² /(2gPA²)} ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ (9)

여기서,는 밸브좌(9)와 연료선회체(8)가 당접하는 면의 축에 대한 각도()로, 도 2에서는 90°이다.

실시의 형태 2.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 2에서의 연료선회체 및 그 근방부분의 단면도로, 89는 연료선회실이다.

또, 도 6 및 이에 후속하는 제도면에 대해서는 상기 도 1 ~ 도 5와 같은 부위에 대해서는 같은 부호를 부치고 있다.

상기 실시의 형태 1에서는 연료선회실(89)은 연료선회체(8)에 설치된 환상홈 (88)과 밸브좌(9)의 표면벽과 니들밸브(7)의 측벽으로 형성되어 있었다. 이에 대해 실시의 형태 2에서의 연료선회실(89)은, 연료선회체(8)의 측벽과 니들밸브(7)의 측벽과 밸브좌(9)의 표면벽으로 둘러싸인 단면이 3각형의 것이다. 이렇게 해서, 실시의 형태 2는 연료선회실(89)의 형성방법에서 실시의 형태 1과 다르고, 실시의 형태 1과 같이 연료선회체(8)에의 환상홈(88)의 형성이 생략되고, 연료선회체(8)의 제조코스트가 경감하는 이점이 있다.

실시의 형태 3.

도 7 ~ 도 8은 어느 것이나 본 발명의 실시의 형태 3을 설명하기 위한 설명도로, 도 7은 상기 도 3에 대응하는 단면도이다. 도 7에는 연료선회체의 밸브좌측면의 평면도가 표시되어 있고, 도 8은 도 7에서의 Ⅷ - Ⅷ선에 따른 확대단면도이다. 도 7 ~ 도 8에서 85는 연료선회체(8)에 설치된 와류홈이다. 상기 실시의 형태 1에서의 각 와류홈은 홈단면형상이 방형이 있으나, 실시의 형태 3에서의 각 와류홈(85)은 홈단면형상이 도 8에 표시한대로 V자상을 나타내고 있다. 연료선회체 (8)는 소결체 등의 형을 사용해서 제조되나, 와류홈(85)의 홈단면형상이 방형이면,이 형의 홈부분의 강도확보가 필요해지나 V자상홈이면 이런 강도확보의 정도가 적어도 된다. 또 홈단면형상이 방형의 와류홈(85)인 경우, 그 홈밑의 벽면부근에서는 연료의 유속이 홈중앙부와 비교해서 늦어진다. 이에 대해 V자상 홈이면, 홈밑의 용적이 작고 저유속이 되는 연료의 비율이 작으므로, 연료의 평균유속이 방형단면홈의 것보다 높고, 그래서 연료선회체(8)에 의한 연료에의 선회에너지부여효율이 향상하는 이점도 있다.

V자상 홈에 한하지 않고, 홈밑 또는 그 근방부는 홈의 단위길이당의 용적이 홈상부의 그것보다 작은것, 예를 들면 U자상, 반월상 또는 기타의 홈밑의 용적이 작아지는 홈단면형상의 와류홈이라도 V자형상 홈과 같은 상기 장점이 있다.

실시의 형태 4.

도 9 ~ 도 10은 어느 것이나 본 발명의 실시의 형태 4를 설명하기 위한 설명도로, 도 9는 연료선회체 및 그 근방부분의 확대단면도이고, 도 10은 도 9의 X - X선에 따른 단면도이다. 도 10에서는 연료선회체의 밸브좌측면의 평면도가 표시되어 있다. 실시의 형태 4는 실시의 형태 1과는 연료선회체(8)와 밸브좌(9)가 당접하는 면은 축에 대해 각도로 경사해 있는 점에서만 다르고, 그 경우의 상기 평균단면적 S3도 상기한 식(9)에서 구할 수가 있다. 단, 실시의 형태 1에서는 각도는 90°이고, sin ²의 항은 이어었으나, 실시의 형태 4에서는 그 항은 1보다 작은 값이 된다.

연료선회체(8)와 밸브좌(9)가 당접하는 면을 축에 대해 경사지게 하면 와류홈(85), 그리고 와류통로(87)도 경사하게 되어, 이 때문에 와류통로(87)에서 연료선회실(89)을 거쳐 니들밸브(7)와 밸브좌(9)사이의 극간(연통로)에 이르는 연료유로의 각도변화가 실시의 형태 1의 경우보다 약간 원만해지므로, 연료류의 유도저항이 작아지고, 이 결과 연료류가 한층 안정화 하는 효과가 있다. 한편, 연료선회체 (8)에 의한 연료에의 선회에너지부여능률은가 90°에서 작아짐에 따라 저하하므로, 각도는 45°~ 90°의 범위로 하고, 연료류의 안정화를 중시하는 관점에서는 각도는 45°이상 ~ 90°미만으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 연료분사장치는 이상 설명한 대로, (1) 다수의 와류홈을 갖는 통상의 연료선회체, 상기 연료선회체의 상기 다수의 와류홈이 존재하는 면에 당접하는 동시에 연료분사구를 갖는 밸브좌, 상기 연료선회체와 상기 밸브좌의 사이에 형성되어 상기 다수의 와류홈과 상기 연료분사구에 연통하는 환상의 연료선회실, 상기 연료선회체의 통공내를 축방향으로 왕복동하는 것으로 밸브좌에 이접해서 상기 연료선회실과 상기 연료분사구와의 연통로를 개폐하는 밸브체를 구비한 연료분사장치에서, 상기 연통로가 전개상태일때의 상기 밸브체와 상기 밸브좌사이의 최소개구면적 S1은 상기 연료분사구의 축에 직교하는 단면적 S2보다 작고, 상기 연료분사구에서의 연료류의 그 흐름방향으로 직교하는 평균단면적 S3보다 큰것이므로, 상기연료선회실로부터 연료분사구에 이르는 연통로에서 연료의 과도가 유지되는 자유와류의 원리가 성립하고, 그 결과 연로는 충분한 선회에너지를 보존한 상태에서 연료분사구에서 외부로 분사되고, 그때에 연료의 미세화가 진행해서 본 발명의 상기 과제가 달성된다.

또, 상기 일본국 특개평 10-205408호 공보에 기재된 종래의 연료분사장치에서의 밸브체와 같이 불필요하게 큰 스트로크로 설정한 경우에 비해 밸브체의 응답성이 빨라지고, 특히 통내분사용의 연료분사장치에 요구되는 고응답성의 실현이 가능해 진다.

또, (2) 연료선회실은 연료선회체와 밸브체와 밸브좌의 각 벽으로 둘러싸여서 형성되므로, 연료선회체에 연료선회실 형성을 위한 환상홈 등을 설치할 필요없이, 연료선회체의 제조코스트가 경감하는 이점이 있다.

또, 본 발명에서 연료선회실은 환상이면 그 환상의 형상은 원형, 타원형, 다각형 또는 기타라도 되고, 또 연료선회실에 대한 와류홈의 연재방향에 대해서는 특히 제한은 없으나, (3) 연료선회실은 원형환상을 나타내고, 와류홈은 상기 연료선회실의 접선방향으로 연재함으로써, 연료의 유동저항을 최소로 유지해서 연료선회체에 의한 선회에너지의 부여기능을 최대한으로 활용할 수가 있다.

또, (4) 연료선회체와 밸브좌가 당접하는 면은 축에 대해 경사되어 있고, 예를 들면 (5) 상기한 경사각이 45°이상 ~ 90°미만이면 와류통로도 경사하게 되어, 이 때문에 와류통로에서 연료선회실을 거쳐 니들밸브와 밸브좌사이의 연통로에 이르는 연료유로의 각도변화가 원만해지므로, 연료류의 유동저항이 작아져 이 결과,연료유가 한층 안정화 되는 효과가 있다.

또, (6)평균단면적 S3를 상기식(9)에서 구할 수 있으면 본 발명의 연료분사장치의 상세구조와 공급연료의 제조건에서 계산에 의해 상기 연통로가 전개상태일때의 밸브체와 밸브좌간의 최소개구면적 S1을 나아가서는 밸브체의 스트로크량의 최적치를 구할 수가 있다.

또, (7)스월홈은 그 홈단면형상이 비방형을 나타내고, 홈밑 또는 그 근방부는 홈의 단위길이당의 용적이 홈상부의 그것보다 작으면 연료선회체의 소결체 등의 형을 사용한 제조가 쉬워지고, 또 홈밑의 용적이 작아 저유속이 되는 연료의 비율이 적으므로 연료의 평균유속이 방형단면홈의 그것보다 높다. 따라서 연료선회체에 의한 연료에의 선회에너지부여효율이 향상한다.

Claims

다수의 와류홈을 갖는 통상의 연료선회체, 상기 연료선회체의 상기 다수의 와류홈이 존재하는 면에 당접하는 동시에, 연료분사구를 갖는 밸브좌, 상기 연료선회체와 상기 밸브좌사이에 형성되어서 상기 다수의 와류홈과 상기 연료분사구에 연통하는 환상의 연료선회실, 상기 연료선회체의 통공내를 축방향으로 왕복동함으로써, 밸브좌에 이접해서 상기 연료선회실과 상기 연료분사구의 연통로를 개폐하는 밸브체를 구비한 연료분사장치에서 상기 연통로가 전개상태일때의 상기 밸브체와 상기 밸브좌사이의 최소개구면적 S1은, 상기 연료분사구의 축에 직교하는 단면적 S2보다 작고, 상기 연료분사구에서의 연료류의 흐름방향으로 직교하는 평균단면적 S3보다 큰 것을 특징으로 하는 연료분사장치.
제 1항에 있어서, 연료선회실은 원형환상이고 와류홈은 상기 연료선회실의 접선방향으로 연재하는 것을 특징으로 하는 연료분사장치.
제 1항에 있어서, 평균단면적 S3는 아래 식으로 구해지는 것인 것을 특징으로 하는 연료분사장치.

S3=(/4){De²-Q²sin² Di² /(2gPA²)}

단,

De : 연료분사구의 내경(m),

Q : 연료선회체에 공급되는 연료의 정적유량 (㎥/s),

A : 스월홈의 총 단면적(㎡),

Di : 상기 스월홈의 중심선의 연료선회실의 중심에 대한 오프셋량의 2배의 길이(m),

: 밸브좌와 연료선회체가 당접하는 면의 축에 대한 각도(),

g : 중력가속도(m/s²),

P : 상기 연료선회체에 공급되는 상기 연료의 압력(kgf/㎡),

: 상기 연료의 밀도(kg/㎥).