KR20070040959A - 인젝터의 분사노즐 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인젝터의 분사노즐구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는 분사노즐의 단면형태를 타원으로 형성시켜 저압하에서도 연료분사가 가능하도록 함과 아울러 저압하에서 분사되는 연료가 분사시 난류를 발생시키도록 하여 연료의 미립화를 이루고 그에 따라 연료의 완전연소와 입자상물질과 질소산화물과 같은 대기오염 물질의 배출을 방지 및 출력을 향상시키도록 한 인젝터의 분사노즐구조에 관한 것인바, 본 발명은 하우징 내부에 형성된 니들이 상하 이동되어, 니들의 하단부가 분사노즐을 개폐하므로서 연료펌프에서 공급된 연료가 연소실에 분사되도록 하는 인젝터에 있어서, 상기 분사노즐의 형태를 수평중심과 수직중심이 서로 다르게 형성되는 타원형으로 형성시킨 것에 그 특징이 있다.

Description

인젝터의 분사노즐 구조{The injection nozzle structure of injector}

도 1은 일반적인 인젝터의 구조를 보여주는 예시도.

도 2a는 종래 인젝터에 있어서 분사노즐의 구조를 보여주는 단면도.

도 2b는 종래 인젝터에 있어서 분사노즐의 형상을 보여주는 저면도.

도 3은 종래의 분사노즐을 이용한 분무 형태를 보여주는 사진.

도 4a는 종래의 분사노즐을 이용한 분무 형태를 보여주는 정면확대사진이며,

도 4b는 종래의 분사노즐을 이용한 분무 형태를 보여주는 측면확대사진이다.

도 5는 본 발명의 기술이 적용된 분사노즐의 형상을 보여주는 저면도.

도 6은 본 발명의 기술이 적용된 분사노즐을 이용한 분무 형태를 보여주는 사진.

도 7a는 본 발명의 기술이 적용된 분사노즐을 이용한 분무 형태를 보여주는 정면확대사진이며,

도 7b는 본 발명의 기술이 적용된 분사노즐을 이용한 분무 형태를 보여주는 측면확대사진이다.

도 8a는 종래의 분사노즐을 이용하여 분무형태를 측정한 그래프이며

도 8b는 본 발명이 적용된 분사노즐을 이용하여 분무형태를 측정한 그래프이다.

본 발명은 인젝터의 분사노즐구조에 관한 것으로서 보다 상세하게는 분사노즐의 단면형태를 타원으로 형성시켜 저압하에서도 연료분사가 가능하도록 함과 아울러 저압하에서 분사되는 연료가 분사시 난류를 발생시키도록 하여 연료의 미립화를 이루고 그에 따라 연료의 완전연소와 입자상물질과 질소산화물과 같은 대기오염 물질의 배출을 방지 및 출력을 향상시키도록 한 인젝터의 분사노즐구조에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진은 실린더 내로 공기를 흡입하는 흡입행정, 흡입한 공기를 연소실로 압축하여 고온화하는 압축행정, 고온화된 공기 중에 연료를 분사하여 연소시켜 동력을 발생시키는 연소행정, 배기가스를 실린더 밖으로 배출하는 배기행정을 거쳐 동력을 얻게 된다.

즉, 흡입행정에서 흡기밸브가 열리게 되면 피스톤이 하강하게 됨에 따라 신선한 공기가 실린더 내로 흡입되고, 흡입밸브가 닫히고 흡입된 공기는 피스톤이 상승되면서 압축된다.

이때 인젝터에서 고압의 연료가 분사되면 압축열에 의해 연료가 자기착화하여 연소되며, 배기밸브가 개방되면 배기가스가 실린더의 외부로 배출된다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 연료 분사 밸브(1)의 실시예는 혼합 압축식, 불꽃 점화식 내연 기관의 연료 분사 시스템용 연료 분사 밸브(1)의 형태로 실시된 다. 상기 연료 분사 밸브(1)는 특히 도시하지 않은 내연 기관의 연소실로 연료를 직접 분사하기에 적합하다.

상기 연료 분사 밸브(1)는 밸브 니들(3)이 배치된 노즐 바디(2)로 구성되며 상기 밸브 니들(3)은 밸브 폐쇄 바디(4)와 상호 작용하며, 상기 바디는 밸브 시트 바디(5)에 배치된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성한다.

상기 실시예에서 연료 분사 밸브(1)는 내부 개방형 연료 분사 밸브(1)이며 여기에는 분사노즐(7)가 제공된다. 노즐 바디(2)는 밀봉부(8)를 통해, 자기 코일(10)의 외부극(9)에 대해서 밀봉된다.

자기 코일(10)은 코일 하우징(11) 내에 캡슐화되며 코일 캐리어(12) 상에 권취되고, 상기 코일 캐리어는 자기 코일(10)의 내부극(13)에 지지된다. 내부극(13)과 외부극(9)은 협소부(26)를 통해서 서로 분리되고 비 강자성 연결 부품(29)을 통해서는 서로 연결된다.

자기 코일(10)은 라인(19)을 통해, 전기 플러그 콘택(17)을 거쳐서 공급될 수 있는 전류에 의해 여기된다. 플러그 콘택(17)은 내부극(13)에 사출 성형될 수 있는 플라스틱 외피(18)로 둘러싸인다.

상기 밸브 니들(3)은, 디스크형인 밸브 니들 가이드(14) 내에 안내된다. 행정을 조정하기 위해 한 쌍의 조정 디스크(15)가 사용된다. 조정 디스크(15)의 다른 측면에는 아마추어(20)가 있다.

상기 아마추어는 제 1 플랜지(21)에 의해 밸브 니들(3)에 넌포지티브식으로 연결되며, 밸브 니들은 용접 시임(22)에 의해 제 1 플랜지(21)에 연결된다. 상기 제 1플랜지(21)에는, 연료 분사 밸브(1)의 본 형태에서 슬리브(24)를 통해 예비 응력을 받는 리턴 스프링(23)이 지지된다.

밸브 니들 가이드(14), 아마추어(20), 노즐 바디(2)에는 연료 채널(30a 내지 30c)들이 연장된다. 연료는 중심 연료 공급부(16)를 통해서 공급되며 필터 소자(25)를 통해 필터링된다.

연료 분사 밸브(1)는 밀봉부(28)를 통해, 자세히 도시되지 않은 연료 분배 라인에 대해 밀봉되고, 밀봉부(28)를 통해서는 도시되지 않은 실린더 헤드에 대해 밀봉된다.

상기 아마추어(20)의 분사측 단부에는 링형 댐핑 소자(32)가 배치되고, 상기 소자는 엘라스토머 재료로 구성된다. 상기 소자는 용접 시임(33)을 통해 밸브 니들(3)에 넌포지티브식으로 연결된 제 2 플랜지(31) 위에 놓인다.

연료 분사 밸브(1)의 정지 상태시, 아마추어(20)는 리턴 스프링(23)에 의해 그 행정 방향에 반대되게 작용을 받으므로 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트면(6)의 밀봉 위치에 지지된다.

자기 코일(10)이 여기되면, 상기 코일은 자기장을 형성하고, 자기장은 리턴 스프링(23)의 스프링력에 대항하여 아마추어(20)를 행정 방향으로 움직이며, 상기 행정은 정지 위치일 때 내부극(12)과 아마추어(20) 사이에 있는 작동 갭(27)으로 설정된다.

아마추어(20)는 밸브 니들(3)에 용접된 제 1 플랜지 (21)를 마찬가지로 행정 방향으로 이끈다. 밸브 니들(3)에 연결된 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트면(6)으로 부터 상승하며, 와류 장치(36)를 거쳐 제공된 연료는 분사노즐(7)를 통해 분사된다.

코일 전류가 접속되면, 아마추어(20)는 자기장이 충분히 감소된 후, 리턴 스프링(23)의 압력에 의해 내부극(13)으로부터 하강하므로, 밸브 니들(3)에 연결된 제 1 플랜지(21)는 행정 방향에 반대되게 움직인다.

밸브 니들(3)도 같은 방향으로 움직이므로, 밸브 폐쇄 바디(4)는 밸브 시트면(6)에 안착되며 연료 분사 밸브(1)는 폐쇄된다.

또한 가이드 바디(35), 와류 장치(36) 및, 하나의 플랜지(41)와 하나의 탄성 밀봉 바디(42)로 구성된 본 발명에 따른 밀봉 장치(40)가 제공되며 이들은 도 2에서 더 자세히 설명된다.

도 2에 섹션별로 확대 도시된, 도 1의 연료 분사 밸브(1)의 본 발명에 따른 실시예의 분사측 단부는 특히, 밸브 폐쇄바디(4), 가이드 바디(35), 와류 장치(36) 및 본 발명에 따른 밀봉 장치(40)를 포함한다.

상기 와류 장치(36)는 밸브시트면(6)의 상류측에 위치하며, 상기 시트면은 밸브 시트 바디(5)에 형성된다. 도시된 실시예에서 와류 장치(36)는 와류 디스크(38)로 구성되고, 도시되지 않은 상기 디스크의 연료 채널들은 접선 성분을 가지며 와류 채널(37)로 통한다. 연료는 연료 채널(30c)을 통해 흘러, 플랜지(41), 탄성 밀봉 바디(42) 및 가이드 바디(35)를 지나, 와류 디스크(38)로 안내된다.

연료는 와류 디스크(38)를 통과한 후, 밸브 니들축(43)에 대해서 접선으로 연장된 방향 성분과 함께 와류 챔버(37)로 유 입되어 와류되며, 마지막으로 분사노 즐(7)를 통해서 도시되지 않은 연소실로 분사된다.

상술한 바와 같은 종래 인젝터 분사노즐의 형태는 연료의 분무시 고압이 필요하고 또한 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 진원으로 형성된 분사노즐의 형태하에서는 연료의 분무형태가 첨부도면 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 분사 길이가 짧으며 더욱이 분무되는 연료가 일시적으로 뭉치어져 분사됨으로 난류발생구간이 적어 분무되는 분무입경(SMA)은 커서 연료의 무화효율이 좋지 못하여 불완전연소가 이루어지며 그에 따라 대기가 오염되고 또한 출력이 저하되는 원인이 되었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 이의 목적은 저압하에서도 분사가 정상적으로 이루어지며 분사되는 분무형태가 분사 길이가 길고 더욱이 분무되는 연료의 난류발생구간이 크고 넓게 형성됨으로 분무되는 분무입경(SMA)이 작아져 연료의 무화효율이 개선됨으로 인해 연료와 공기의 혼합이 촉진되어 완전연소가 이루어짐으로 그에 따라 대기오염이 방지되고 또한 출력 효율이 증가 되는 인젝터 분사노즐의 구조를 제공하는데 있다

이러한 본 발명의 목적은 하우징 내부에 형성된 니들이 상하 이동되어, 니들의 하단부가 분사노즐을 개폐하므로서 연료펌프에서 공급된 연료가 연소실에 분사되도록 하는 인젝터에 있어서, 상기 분사노즐의 형태를 수평중심과 수직중심이 서로 다르게 형성되는 타원형으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 인젝터 분사노즐의 구조에 의하여 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주는 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 분사노즐(7)의 형태를 수평중심과 수직중심이 서로 다르게 형성되는 타원형으로 형성시킨 구조이다.

상기와 같이 분사노즐(7)의 형태를 타원형으로 형성시켜 연료를 분사하게 되면 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 분무된 형태가 넓게 퍼지면서 분무됨을 알 수 있다.

구체적으로는 첨부도면 도 7에 도시된 바와 같이 분무형태를 정면과 측면에서 살펴 보았을 때 분사되는 길이는 종래 분사노즐(7)에서는 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 짧게 분사되면서 일부분에 집중적으로 뭉쳐 분사됨을 알 수 있는데 반하여 본 발명의 기술이 적용된 분사노즐(7)의 경우 분사길이가 길게 형성되면서 정면의 분사폭과 측면의 분사폭이 넓게 형성되면서 직선부사가 아닌 분무형태가 선회하면서 퍼지기 때문에 공기와의 혼합율이 증가되어 연료의 연소율이 증가하게 되는 것으로 따라서 분무조건의 정밀제어가 가능하다.

상기한 효과는 80MPa의 분사압 조건 하에서 분사물의 각도 및 최대폭의 변화를 보여주는 도 8a 내지 8b에 도시된 그래프를 비교하여 보면 초기의 분사폭의 증가속도는 무화가 충분히 진행되지 않고 액상 연료가 한 줄로 방출되므로 느리게 되며 따라서, 분사각은 시간이 증가함에 따라 감소함을 알 수 있고 분사폭은 분사물의 주변에서 모멘텀 교환 및 그에 따른 무화가 광범위하게 발생하므로 일 시점에서 급작스럽게 증대된다.

이와 같은 분사폭의 급작스러운 증대는 분사각의 확대로 이어지며 분사물의 중심부는 또 모멘텀 교환에 의해 영향을 받아서 더욱 협폭으로 변형되는데, 분사폭이 급작스럽게 확대된 후, 분사물의 주변에 존재하는 분사 액적들은 서서히 확산된다.

확산은 분사 팁의 관철력과, 분사팁 침투력 및 확산 사이의 균형을 의미하는 분사각 변화에 무관하게 발생되는 것으로 보인다. 위와 같은 급작스러운 확대의 직후에 분사팁은 모멘텀을 상실하므로 관철 속도는 느려지게 되었다.

타원형 노즐의 장축선 및 단축선을 따르는 분사각 및 분사폭의 변화는 서로 다르다. 노즐의 단축선을 따르는 파라메터는 초기의 타이밍으로부터 변화를 시작하고, 그 변화는 노즐의 장축선을 따르는 파라메터의 변화에 비해 더욱 완만한 속도로 발생한다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명은 저압하에서도 분사가 정상적으로 이루어지며 분사되는 분무형태가 분사 길이가 길고 더욱이 분무되는 연료의 난류발생구간이 크고 넓게 형성됨으로 분무되는 분무입경(SMA)이 작아져 연료의 무화효율이 개선됨으로 인해 연료와 공기의 혼합이 촉진되어 완전연소가 이루어짐으로 그에 따라 대기오염이 방지되고 또한 출력 효율이 증가 되며 연료의 분사조건을 정밀하게 제어할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 코일에 전류가 인가되면 니들이 하우징의 중간부에 위치된 아마츄어에 의해 상측으로 당기게 되어 진원의 단면형태를 갖는 분사노즐이 개폐되도록 된 인젝터에 있어서,

   상기 분사노즐의 형태를 수평중심과 수직중심이 서로 다르게 형성되는 타원형으로 형성시킨 것을 특징으로 하는 인젝터 분사노즐의 구조.

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