KR20160107292A

KR20160107292A - 연소 엔진을 위한 노즐 조립체 및 연료 분사 밸브

Info

Publication number: KR20160107292A
Application number: KR1020167021902A
Authority: KR
Inventors: 마르코 살루; 니콜라 카네시; 루카 마떼우치; 마르코 메치
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2016-09-13
Also published as: US10197034B2; EP2896811A1; KR101907764B1; EP2896811B1; CN105899796B; US20160333839A1; CN105899796A; WO2015107039A1

Abstract

연료 분사 밸브(1)를 위한 노즐 조립체(3)와 상기 노즐 조립체(3)를 갖는 연소 엔진을 위한 연료 분사 밸브(1)가 개시된다. 상기 노즐 조립체(3)는 중심 길이방향 축(15)을 갖는 밸브 몸체(7)를 포함하고, 상기 밸브 몸체는 밸브 공동(13)과 노즐 첨단 몸체(23)를 포함한다. 상기 노즐 첨단 몸체(23)는 상기 밸브 공동(13)의 자유 볼륨을 제한하고 돌출부(31)를 포함한다. 상기 돌출부(31)는, 상기 노즐 첨단 몸체(23)의 단부 표면(33)으로부터, 상기 밸브 공동(13)으로부터 멀어지는 방향으로, 상기 노즐 첨단 몸체(23)의 길이방향 축(16)과 평행한 연장되는 방향으로 연장된다. 상기 돌출부(31)는, 원통형 외부 표면을 구비하는, 상기 단부 표면(33)에 인접한 제1 구획(35), 및 상기 연장되는 방향을 따라 상기 단부 표면(33)으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 직경을 갖는 외부 표면을 구비하고, 적어도 하나의 노즐 애퍼처(25)를 포함하는, 상기 제1 구획(35)에 인접한 제2 구획(37)을 포함한다.

Description

연소 엔진을 위한 노즐 조립체 및 연료 분사 밸브{NOZZLE ASSEMBLY AND FUEL INJECTION VALVE FOR A COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 중심 길이방향 축을 갖고 밸브 공동(valve cavity)을 구비하는 밸브 몸체를 포함하는, 연료 분사 밸브를 위한 노즐 조립체, 및 연소 엔진을 위한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

유체를 내연 엔진의 흡입 다기관으로 분배(dose)하거나 또는 내연 엔진의 실린더의 연소 챔버로 직접 분배하기 위해 배열될 수 있는 연료 분사 밸브가 특히 내연 엔진에 널리 사용되고 있다.

예를 들어, 자동차에 배열되는 내연 엔진에 의해 방출되는 허용가능한 오염물 방출량에 관한 법적 규제가 점점 더 엄격해지는 것으로 인해, 여러 방식으로 이 오염물 방출량을 감소시키는 액션을 취하는 것이 필요하다.

하나의 가능한 시작점은 연소 엔진에 의해 직접 생성되는 오염물 방출량을 감소시키는 것이다. 예를 들어, 이 그을음의 생성은 연소 엔진의 각 실린더에서 연료-혼합물을 준비하는 방식에 매우 의존한다. 개선된 연료 혼합물을 준비하는 것은 높은 압력 하에서 연료를 분배하는 것에 의해 달성될 수 있다. 가솔린 연료 연소 엔진에서, 이러한 높은 압력은 200 바(bar)이거나 또는 이보다 훨씬 더 클 수 있다. 이러한 높은 압력은 연료 분사 밸브의 물질과 그 구성에 매우 높은 조건을 요구한다. 추가적으로, 연료 분사 밸브는 높은 힘을 흡수할 것을 요구한다.

본 발명의 하나의 목적은, 신뢰성 있고 정밀한 기능을 수행하고 및/또는 분사 밸브 첨단(injection valve tip)에서 그을음이 발생할 위험이 특히 낮은, 연소 엔진을 위한 연료 분사 밸브용 노즐 조립체를 제시하는 것이다.

본 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.

일 측면에 따라, 유체 분사 밸브를 위한 노즐 조립체가 개시된다. 추가적인 측면에 따라, 연소 엔진을 위한 유체 분사 밸브가 개시된다. 상기 유체 분사 밸브는 특히 연료 분사 밸브이다. 상기 유체 분사 밸브는 바람직하게는 상기 노즐 조립체를 포함한다. 상기 연소 엔진은 특히 자동차의 내연 엔진이다. 상기 연료 분사 밸브는 특히 연료를 상기 연소 엔진의 연소 챔버에 직접 분사하도록 구성된다.

상기 노즐 조립체는 중심 길이방향 축을 갖는 밸브 몸체를 포함한다. 상기 밸브 몸체는 밸브 공동과 노즐 첨단 몸체(nozzle tip body)를 포함한다. 상기 노즐 첨단 몸체는 인젝터 첨단(injector tip)이라고도 언급될 수 있다. 상기 노즐 첨단 몸체는 상기 밸브 공동의 자유 볼륨을 제한하고 돌출부를 포함한다. 상기 돌출부는 상기 노즐 첨단 몸체의 단부 표면으로부터, 상기 밸브 공동으로부터 멀어지는 방향으로 상기 노즐 첨단 몸체의 길이방향 축과 평행한 연장되는 방향으로 연장된다. 상기 연장되는 방향은 특히 상기 내연 엔진의 상기 연소 챔버 쪽을 향한다. 바람직하게는, 상기 노즐 첨단 몸체의 상기 길이방향 축은 상기 중심 길이방향 축과 평행하거나 동축이다.

상기 단부 표면은 특히 상기 밸브 공동으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 이 단부 표면은 특히 상기 노즐 조립체의 외부 표면과 상기 연료 분사 밸브의 외부 표면이고, 바람직하게는 상기 연소 엔진의 연소 챔버를 향한다. 유리한 실시예에서, 상기 단부 표면은 상기 노즐 첨단 몸체의 상기 길이방향 축과 수직으로 연장된다.

상기 돌출부는, 원통형 외부 표면을 포함하는, 상기 표면에 인접한 제1 구획, 및 상기 연장되는 방향으로 상기 단부 표면으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 직경을 갖는 외부 표면을 포함하는, 상기 제1 구획에 인접한 제2 구획을 포함한다. 특히, 상기 제2 구획의 직경은 상기 제2 구획이 킹크(kink) 또는 단차(step) 없이 평활한 외부 표면을 구비하도록 점차적으로 감소한다. 상기 제2 구획은 적어도 하나의 노즐 애퍼처(nozzle aperture)를 더 포함한다.

상기 밸브 몸체의 베이스 몸체와 상기 노즐 첨단 몸체는 2개의 별개의 부품일 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 몸체는 연료 입구 단부로부터 상기 밸브 몸체의 상기 길이방향 축을 따라 연료 출구 단부로 연장되고, 상기 노즐 첨단 몸체는 상기 연료 출구 단부에서 상기 베이스 몸체에 고정된다. 이 경우에, 상기 베이스 몸체의 측벽은 상기 노즐 첨단 몸체 주위로 외주방향으로 연장될 수 있다. 대안적으로, 상기 밸브 몸체는 하나의 일체형 부재일 수 있다. 이 경우에, 상기 노즐 첨단 몸체는 상기 밸브 몸체의 연료 출구 구획으로 제시된다.

유리하게는, 상기 노즐 조립체는 상기 노즐 첨단 몸체가 상기 연소 엔진의 연소 챔버에 배열될 때 상기 노즐 첨단 몸체의 외부 표면에 침착물(deposit)이 형성될 위험이 특히 낮다. 상기 인젝터 첨단에 이러한 침착물은 엔진 작용 동안 상기 분사 밸브 기능을 악화시킬 수 있다. 나아가, 인젝터 첨단의 유리한 기하학적 형상으로 인해, 벽, 스파크 플러그(spark plug), 및 충전-사이클 밸브와 같은 연소 챔버 부재의 표면을 습윤시킬 위험이 특히 작아질 수 있다. 이런 방식으로, 연소 엔진의 오염물 방출량이 특히 작아질 수 있다.

인젝터 첨단 침착물은 소위 "첨단-습윤" 거동에 의해 주로 생성되고, 연료 액적은 분사 공정 후 상기 인젝터 첨단에 남아 있다. 상기 인젝터 첨단에 있는 연료 액적은 방출량 성능을 저하시키는 역할을 한다. 상기 분사 공정 동안, 상기 유체, 예를 들어 가솔린 또는 디젤과 같은 연료는, 상기 인젝터 첨단의 표면을 습윤시킨다. 이것은 상기 인젝터 첨단에 습윤 잔류물이 코킹(coking)되는 것으로부터 초래되고 본질적으로 탄소로 구성된 그을음과 비-연소된 입자의 형성과 같은 침착물을 야기한다. 이것으로 높은 탄소-(또한 HC-) 및 입자 방출량을 초래하고, 이것이, 예를 들어, 유럽 방출량 규정 EU6C의 핵심 파라미터이다.

본 발명에 따른 상기 노즐 조립체의 상기 인젝터 첨단의 유리한 형상에 의해, 상기 노즐 첨단 몸체와, 상기 연소 챔버를 향하는 표면에 액적이 응집되거나 접착될 위험이 특히 작아진다. 따라서, 유체, 각각 유체 액적이 코킹되고, 분사 공정과 연소 공정 동안 침착물이 형성되는 것이 대부분 회피될 수 있고, 오염물 방출량 또는 입자 방출량이 특히 낮아질 수 있다.

원통형 외부 표면에 돌출부의 제1 구획을 제공하는 것에 의해, 상기 노즐 첨단 몸체의 제2 구획이 상기 연소 챔버 안으로 연장되는 부분이 증가되어 상기 적어도 하나의 노즐 애퍼처의 개구를 높은 온도, 예를 들어 250℃ 내지 300℃에 노출시킬 수 있다. 이것은 분사 동안 상기 노즐 첨단 몸체에 존재할 수 있는 연료 액체의 증발을 촉진시키고, 이에 의해 오염물 방출량을 감소시킨다. 동시에, 전체 인젝터를 상기 연소 챔버 내로 깊이 푸시하여 상기 인젝터 첨단에 높은 온도를 달성하는 것이 회피될 수 있다. 이런 방식으로, 예를 들어, 밀봉재, 상기 밸브 니들 또는 상기 밸브 몸체와 같은 상기 인젝터의 민감한 부분이 높은 온도에 노출되는 것이 회피되거나 또는 감소될 수 있다. 이 민감한 부분이 높은 온도에 노출되면 그 기능을 상실할 위험이 증가할 수 있다. 추가적으로, 종래의 첨단을 갖는 인젝터에 비해, 상기 인젝터 첨단을 연소 챔버 내에 더 깊이 위치시키기 위해, 전체 인젝터 몸체의 아키텍처가 변형되고 연소 챔버의 밀봉재가 변형되는 것이 요구되지 않는다.

상기 원통형 외부 표면은, 단부 표면 상의 공간을 감소시킴이 없이, 상기 돌출부와 상기 단부 표면 사이의 조인트에 특히 높은 기계적 저항을 제공하는 기능을 구비한다. 바람직하게는, 상기 단부 표면은 상기 노즐 첨단 몸체의 길이방향 축과 수직이다. 상기 단부 표면은 가압 맞춤, 밀봉, 용접, 및 마킹과 같은 조립 동작에 사용가능하다. 원통형 외부 표면에 의해, 이러한 조립체 기능을 위해 많은 영역이 돌출부 주위 단부 표면에 제공될 수 있다.

추가적으로, 상기 제1 구획은 상기 적어도 하나의 노즐 애퍼처로부터 분배되는 스프레이 제트(spray jet)와 상기 단부 표면 사이에 상기 길이방향 축에 대해 충분한 거리를 수립하기 때문에 상기 노즐 첨단 몸체의 표면을 습윤하는 것이 회피되거나 또는 감소될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 구획은 원추형 외부 표면을 포함한다. 바람직하게는, 상기 원추형 외부 표면의 원추 각도는 130° 내지 150°이다. 상기 원추형 외부 표면은, 상기 원통형 외부 표면으로부터, 상기 단부 표면으로부터 원격 축방향 단부에 있는 상기 돌출부의 최외각 축방향 단부점으로 전이하는 것을 평활화한다. 또한 상기 원추형 외부 표면에 의해 상기 노즐의 기계적 저항을 보장하기 위하여 돌출부의 물질 분배를 최대화할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 구획은 라운드 단부(round end)를 포함한다. 상기 라운드 단부는 특히 상기 연장되는 방향을 따라 상기 단부 표면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 원추형 외부 표면에 후속하여 배열된다. 상기 라운드 단부는 특히 구형 캡 형상인 외부 표면을 구비한다. 바람직하게는, 상기 라운드 단부 - 특히 구형 캡 - 는 3.0㎜ 내지 5.0㎜의 반경을 구비한다. 상기 라운드 단부, 다시 말해, 구형 단부 또는 구형 첨단에 의해 특히 낮은 벽 두께와 조합하여 상기 노즐 첨단 몸체가 특히 높은 기계적 저항을 가질 수 있다. 이에 의해, 상기 적어도 하나의 노즐 애퍼처의 홀(hole)의 길이가 감소될 수 있고, 이는 상기 적어도 하나의 노즐 애퍼처를 통해 유체 스프레이의 더 낮은 침투거리(penetration)와 같은 스프레이 성능을 촉진한다. 추가적으로, 상기 인젝터 또는 상기 노즐 첨단 몸체의 전체 비용은 낮은 물질 사용으로 인해 감소될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 돌출부는, 상기 단부 표면으로부터 시작해서, 상기 연장되는 방향과 평행한 방향으로, 0.7 ㎜ 내지 1.5㎜의 범위의 값을 갖는 길이를 갖되, 여기서 한계값들(즉, 최대값과 최소값)이 포함된다. 상기 돌출부의 전체 길이는, 상기 적어도 하나의 노즐 애퍼처를 갖는 상기 노즐 첨단 몸체의 상기 제2 구획을, 전술한 바와 같이 분사 및 연소 동안 온도가 매우 높은 상기 연소 챔버 영역으로 연장하도록 위치시키는데 유리하다. 이에 의해, 상기 노즐 첨단 몸체의 높은 기계적 저항이 유지된다.

일 실시예에서, 상기 제1 구획은, 상기 단부 표면으로부터 시작해서 상기 연장되는 방향과 평행한 방향으로, 0.3㎜ 내지 0.8㎜의 범위의 값을 갖는 길이를 갖되, 여기서 한계값들이 포함된다. 이것은 상기 노즐 첨단 몸체의 최대 기계적 저항을 보장한다.

일 실시예에서, 상기 연장되는 방향과 수직인 상기 제1 구획의 외부-직경은 4.0㎜ 내지 4.5㎜의 범위의 값을 갖되, 여기서 한계값들이 포함된다. 다시 말해, 상기 제1 구획의 측방향 크기는 4.0㎜ 내지 4.5㎜이다. 특히 0.3㎜ 내지 0.8㎜의 상기 제1 구획의 길이와 이러한 외부 직경을 조합하는 것에 의해 - 특히 상기 돌출부와 상기 단부 표면 사이의 조인트에 기계적 저항을 위해 많은 물질을 분배할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 돌출부의 벽 두께는 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 범위이되, 한계값들이 포함된다. 이러한 두께는 특히 이러한 크기의 벽에 있는 노즐 애퍼처로부터 분배되는 유체 제트에 이용가능한 발산이 큰 것으로 인해 유체 제트의 침투거리를 감소시킬 수 있게 한다. 추가적으로, - 단차 홀(step hole)과 같은 - 복잡한 노즐 애퍼처 형상이 제공될 필요가 없어서, 제조 비용을 절감한다. 특히, 복수의 노즐 애퍼처를 구비하는 인젝터에서, 제2 구획의 라운드 단부의 반경과 이러한 벽 두께를 조합하면, 일 실시예에서 상기 노즐 조립체가 노즐 애퍼처를 포함하고 그 홀 축이 상기 노즐 첨단 몸체의 길이방향 축과 상이한 각도를 갖는 경우에도, 상기 노즐 애퍼처의 홀 길이가 단지 약간만 변하는 유리한 효과를 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 구획과 상기 제2 구획의 경계면은 라운드된다. 다른 실시예에서, 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 단부 표면과 상기 제1 구획의 경계면은 라운드된다. 이러한 경계면은 힘의 분배를 개선하고 노치(notch) 효과를 회피하기 때문에 상기 돌출부의 높은 기계적 저항을 보장한다.

본 발명의 예시적인 실시예는 개략 도면, 즉 참조 도면의 도움으로 아래에서 설명된다. 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 갖는 부재 또는 부품을 나타낸다. 부재 또는 부품이 기능적으로 서로 대응하는 한, 이하의 각 도면에서 그에 대한 설명은 반복하지 않는다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 분사 밸브의 길이방향 단면도;
도 2는 분사 밸브의 노즐 첨단 몸체의 확대 측면도; 및
도 3은 노즐 첨단 몸체의 개략 단면도.

도 1은 노즐 조립체(3)와 액추에이터(5)를 갖는 분사 밸브(1)를 도시한다. 액추에이터(5)는 노즐 조립체 그룹(3)과 기능적으로 상호 작용한다.

분사 밸브(1)는 바람직하게는 유체를 내연 엔진의 연소 챔버로 직접 분사하기 위해 제공된다. 이 경우에, 유체는 특히 연료, 예를 들어, 가솔린 또는 디젤이다. 또한 유체 분사 밸브(1)는 다른 물질종, 예를 들어 탄화물과 같은 유기 화합물을 분배하기 위해 제공되는 것으로 고려될 수 있다.

노즐 조립체(3)는 베이스 몸체(7)와 노즐 첨단 몸체(23)를 갖는 밸브 몸체를 포함한다. 도시된 실시예에서, 베이스 몸체(7)와 노즐 첨단 몸체(23)는 밸브 몸체의 별개의 부재이고, 노즐 첨단 몸체(23)는 베이스 몸체(7)에 고정되게 결합된다. 대안적으로, 베이스 몸체(7)와 노즐 첨단 몸체(23)는 하나의 부재일 수 있고 밸브 몸체를 형성할 수 있다. 액추에이터(5)는 유체 입구 튜브(9)를 포함한다. 밸브 몸체는 예를 들어 노즐 클램핑 너트(clamping nut)에 의해 유체 입구 튜브(9)에 고정되게 결합된다. 밸브 몸체와 유체 입구 튜브(9)는 분사 밸브(1)의 공통 하우징을 형성한다.

밸브 몸체는 밸브 몸체의 중심 길이방향 축(15)을 따라 밸브 몸체의 유체 입구 단부로부터 밸브 몸체의 유체 출구 단부에 이르기까지 연장되는 밸브 공동(13)을 구비한다. 공동(13)은 베이스 몸체(7)의 외주방향 벽(17)에 의해 측방향으로 제한된다. 밸브 공동(13) 내에 니들(19)이 배열되고, 이 니들은 밸브 몸체와 함께 노즐 조립체(3)를 구성한다. 니들(19)은 일 단부에 라운드 단부(20)를 구비하고, 라운드 단부는 니들(19)의 밀봉 부재에 포함된다. 밀봉 부재는 밸브 몸체의 유체 출구 단부 쪽을 향하는 축방향 단부에서 니들(19)의 샤프트에 고정된다. 니들(19)은 밸브 공동(13) 안으로 축방향으로 가이드되고, 스프링 부재(21)에 의해 바이어스된다(biased).

노즐 첨단 몸체(23)는 밸브 공동(13)의 자유 볼륨을 제한한다. 다시 말해, 공동(13)은 노즐 첨단 몸체(23)에 의해 밸브 몸체의 유체 출구 단부에서 제한된다. 노즐 첨단 몸체(23)는 여러 노즐 애퍼처(25)를 포함한다. 노즐 첨단 몸체(23)는 밸브 안착부(valve seat)(27)를 더 포함하고, 여기서 니들(19)은 폐쇄된 위치에서 라운드 단부(20)에 밀봉가능하게 안착된다. 니들(19)은 스프링 부재(21)에 의해 폐쇄된 위치 쪽으로 바이어스된다. 노즐 첨단 몸체(23)의 상세는 도 2 및 도 3을 참조하여 아래에서 설명된다.

액추에이터(4)는 자기장을 생성하는 코일(29)을 구비한다. 액추에이터(4)는 자기장에 의해 니들(19)을 작동시키는 것에 의해, 니들(19)은 스프링 부재(21)의 바이어스에 대항하여 중심 길이방향 축(15)의 방향을 따라 움직임을 수행할 수 있다.

스프링 부재(21)는 니들(19)에 힘을 가하여, 니들 첨단 몸체(23)의 하나의 또는 수 개의 노즐 애퍼처를 통해 유체가 의도치 않게 흐르는 것을 방지한다. 가해지는 힘은 폐쇄 방향으로, 즉 폐쇄된 위치 쪽 축방향으로 작용한다. 코일(29)을 작동시키는 것에 의해, 니들(19)은 중심 길이방향 축(15)을 따라 유체 입구 단부 쪽 축방향으로 이동되어, 폐쇄된 위치로부터 개방 위치로 니들(19)이 이동된다. 따라서, 여러 노즐 애퍼처를 통해 분사 밸브로부터 밖으로 유체가 흐르는 것이 구현된다.

후술하는 도 2 및 도 3에서, 도 1의 구역(30)에 대응하는 분사 밸브(1)의 확대도가 도시되고, 이는 노즐 첨단 몸체(23)의 예시적인 구조적 설계를 도시한다. 노즐 첨단 몸체(23)는 분사 밸브(1)의 인젝터 첨단이라고도 언급될 수 있다. 도 2는 노즐 첨단 몸체(23)의 확대 측면도를 도시한다. 도 3은 노즐 첨단 몸체(23)를 통한 개략 길이방향 단면도를 도시한다.

니들(19)이 유체의 흐름을 허용하는 경우, 유체는 노즐 애퍼처(25)를 통해 연소 엔진의 연소 챔버로 통과할 수 있다. 종래의 분사 밸브에서는, 이러한 분사 공정에서 유체가 예를 들어 노즐 첨단 몸체(23)의 단부 표면(33)과 같은 표면에 있는 인젝터 첨단을 습윤시킬 수 있는 위험이 있다. 단부 표면(33)은 노즐 첨단 몸체(23)의 베이스 영역이라고도 언급될 수 있다. 전술한 바와 같이, 연소 공정 동안 온도가 높은 것으로 인해, 액적 또는 축적된 액적은 코킹될 수 있어서 코킹 침착물이 생성되고, 단부 표면(33)에 부착될 수 있다. 이러한 코킹 침착물은 전술한 바와 같이 그을음을 생성하고 방출량 성능을 저하시킬 수 있다.

이러한 첨단 습윤 현상 위험을 감소시키기 위하여, 본 실시예에 따른 분사 밸브(1)의 노즐 첨단 몸체(23)는 단부 표면(33)에 인접한 제1 구획(35), 및 이 단부 표면(33)으로부터 원격 제1 구획(35) 측에 있는, 제1 구획(35)에 인접한 제2 구획(37)을 갖는 돌출부(31)를 구비한다. 이 돌출부(31)는 노즐 첨단 몸체(23)의 길이방향 축(16)을 따라 연장되는 방향으로 연장된다. 제1 구획(35)은 원통형 외부 표면을 포함하고, 원통형 돌출부 베이스라고 언급될 수 있다. 제2 구획(37)은 단부 표면(33)으로부터 멀어지는 방향으로 그리고 연장되는 방향을 따라 감소하는 직경을 갖는 외부 표면을 포함한다. 제2 구획(37)은 노즐 애퍼처(25)(도 3 참조)를 더 포함한다.

이 직경은 돌출부의 연장되는 방향으로 노즐 첨단 몸체(23)의 길이방향 축(16)에 대해 감소한다. 제2 구획(37)은 바람직하게는 130° 내지 150°의 원추 각도(α)를 구비하는 원추형 외부 표면(38)을 포함한다. 원추형 외부 표면(38)에 인접하여, 제2 구획(37)은 바람직하게는 3.0㎜ 내지 5.0㎜의 반경을 갖는 구형 캡 형상의 외부 표면을 구비하는 라운드 단부(39)를 포함한다.

도시된 실시예에 따라, 노즐 첨단 몸체(23)의 길이방향 축(16)은 밸브 공동(13)의 길이방향 축(15)과 동축이다. 대안적으로, 두 길이방향 축은 서로에 대해 경사져 있게 연장될 수 있다.

미도시된 실시예에서, 돌출부(31)의 제2 구획(37)은 라운드 단부만을 포함하거나 또는 원추형 외부 표면만을 포함할 수 있다.

돌출부(31)는 단부 표면(33)으로부터 시작해서 돌출부(31)의 연장되는 방향과 평행한 방향으로 길이(41)를 구비하고, 이 돌출부(31)의 길이(41)는 0.7㎜ 내지 1.5㎜이다. 제1 구획(35)은, 단부 표면(33)으로부터 시작해서, 연장되는 방향과 평행한 방향으로 길이(43)를 구비하고, 제1 부분 35의 길이(43)는 0.3㎜ 내지 0.8㎜이다. 나아가, 제1 구획(35)은 4.0㎜ 내지 4.5㎜의 연장되는 방향과 수직으로 외부 직경(45)을 구비한다. 돌출부(31)는 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 벽 두께(47)를 더 구비한다. 나아가, 제1 구획(35)과 제2 구획(37)의 경계면(49)은 라운드된다. 단부 표면(33)으로부터 제1 구획(35)으로 전이하는 부분(50)도 라운드된다.

전술한 바와 같이, 노즐 첨단 몸체(23)의 도시된 설계에 의해 제2 구획(37)은 연소 챔버에 대해 단부 표면(33)의 미리 결정된 위치에서 연소 챔버 안으로 더 깊이 연장될 수 있다. 이것은 제2 구획(37)이 연소 공정 동안 매우 높은 온도, 예를 들어 250℃ 내지 300℃의 온도에 노출되는 효과를 제공한다. 이것으로 유체의 증발물이 노즐 애퍼처(25) 주위 영역에서 제2 구획(37)에 점착하여 입자 방출량이 감소하고 그을음의 형성이 감소하는 것을 촉진한다. 추가적으로, 노즐 애퍼처(25)의 개구는 단부 표면(33)과 소정의 거리에 있기 때문에 노즐 첨단 몸체의 표면이 습윤되는 것이 회피되거나 또는 감소되는데, 이 거리는 유체의 스프레이 제트가 노즐 애퍼처(25)를 통해 단부 표면(33)과 접촉하는 것을 감소시키거나 완전히 회피할 만큼 충분히 크다.

이 첨단 반경에 의해 0.3㎜ 내지 0.4㎜의 낮은 벽 두께를 가질 수 있고, 노즐 첨단 몸체(23)의 기계적 저항이 분사 공정 동안 압력이 높은 것으로 인해 야기되는 힘에 저항할 만큼 충분히 높이 유지된다. 제1 구획의 직경(45)과 돌출부(31)의 길이(41)를 조합하는 것에 의해, 매우 높은 기계적 저항이 제1 구획(35)과 단부 표면(33) 사이의 조인트에서 달성된다. 이 기계적 저항은 라운드된 전이부(50)에 의해 더 증가된다. 나아가, 낮은 벽 두께에 의해, 유체 제트가 높은 발산을 가지고, 그리하여, 유리하게는 짧은 제트 침투 길이를 갖는 것이 모든 노즐 애퍼처(25)에서 달성될 수 있다.

도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 노즐 애퍼처의 홀 축의 각도가 상이한 경우에도, 벽 두께(47)가 낮은 것으로 인해 노즐 애퍼처(25)의 홀 길이(53)는 거의 변치 않는다. 도 3에서 2개의 노즐 애퍼처(25)가 도시되고, 여기서 하나의 노즐 애퍼처(25)는 제1 홀 축(51)을 구비하고, 다른 노즐 애퍼처(25)는 제2 홀 축(52)을 구비한다. 제1 홀 축(51)은 노즐 첨단 몸체(23)의 길이방향 축(16)과 제1 각도(β₁)를 형성하고, 제2 홀 축(52)은 노즐 첨단 몸체(23)의 길이방향 축(16)과 제2 각도(β₂)를 형성한다. β₁가 β₂와 상이하다 하더라도, 2개의 노즐 애퍼처(25)의 홀 길이(53)는 거의 변치 않는다. 다시 말해, 노즐 애퍼처(25)의 홀 길이(53)는 작은 범위 내에 있다. 이것은, 노즐 애퍼처(25)의 홀 축이 단부 표면(33)에 대해 얕은 각도로 연장된다 하더라도, 감소된 제트 침투거리가 모든 노즐 애퍼처(25)에서 달성될 수 있는 효과를 제공한다. 동시에, 제1 구획(35)에 의해 형성된 원통형 베이스 형상으로 인해, 이 유체 제트에 의해 단부 표면(33)이 습윤될 위험이 낮아진다.

Claims

연소 엔진을 위한 연료 분사 밸브(1)를 위한 노즐 조립체(3)로서, 상기 노즐 조립체(3)는 중심 길이방향 축(15)을 갖는 밸브 몸체(7)를 포함하되, 상기 밸브 몸체는 밸브 공동(13)과 노즐 첨단 몸체(23)를 포함하고,
- 상기 노즐 첨단 몸체(23)는 상기 밸브 공동(13)의 자유 볼륨을 제한하고, 돌출부(31)를 포함하며;
- 상기 돌출부(31)는 상기 노즐 첨단 몸체(23)의 단부 표면(33)으로부터, 상기 밸브 공동(13)으로부터 멀어지는 방향으로, 상기 노즐 첨단 몸체(23)의 길이방향 축(16)과 평행한 연장되는 방향으로 연장되고;
- 상기 돌출부(31)는, 원통형 외부 표면을 구비하는, 상기 단부 표면(33)에 인접한 제1 구획(35), 및 상기 연장되는 방향을 따라 상기 단부 표면(33)으로부터 멀어지는 방향으로 감소하는 직경을 갖는 외부 표면을 구비하고, 적어도 하나의 노즐 애퍼처(25)를 포함하는, 상기 제1 구획(35)에 인접한 제2 구획(37)을 포함하는, 노즐 조립체(3).
제1항에 있어서, 상기 제2 구획(37)은 원추형 외부 표면(38)을 포함하는, 노즐 조립체(3).
제2항에 있어서, 상기 원추형 외부 표면(38)의 원추 각도(α)는 130° 내지 150°인, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 구획(37)은 라운드 단부(39)를 포함하는, 노즐 조립체(3).
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 구획(37)은, 상기 연장되는 방향을 따라 상기 단부 표면(33)으로부터 멀어지는 방향으로 상기 원추형 외부 표면(38)에 후속해서 배열된 라운드 단부(39)를 포함하는, 노즐 조립체(3).
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 라운드 단부(39)는 3.0㎜ 내지 5.0㎜의 반경을 포함하는, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(31)는, 상기 단부 표면(33)으로부터 시작해서, 상기 연장되는 방향과 평행한 방향으로, 0.7㎜ 내지 1.5㎜의 길이(41)를 갖되, 상기 길이의 한계값들이 포함되는, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 구획(35)은, 상기 단부 표면(33)으로부터 시작해서, 상기 연장되는 방향과 평행한 방향으로, 0.3㎜ 내지 0.8㎜의 길이(43)를 갖되, 상기 길이의 한계값들이 포함되는, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연장되는 방향과 수직으로 상기 제1 구획(35)의 외부-직경(45)은 4.0㎜ 내지 4.5㎜의 값을 갖되, 상기 값의 한계값들이 포함되는, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부(31)의 벽 두께(47)는 0.3㎜ 내지 0.4㎜인, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 구획(35)과 상기 제2 구획(37)의 경계면은 라운드된, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단부 표면(33)과 상기 제1 구획(35)의 경계면은 라운드된, 노즐 조립체(3).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 노즐 조립체(3)를 포함하는 연료 분사 밸브(1).