KR20190116443A - 연료 분사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기(1)에 관한 것이며, 이 경우 연료 분사기(1)는 노즐 바디(5)를 포함한다. 노즐 바디(5) 내에는, 공급 보어(13)를 통해 가압 연료가 공급될 수 있는 압력 챔버(8)가 형성되어 있다. 종 방향으로 이동 가능하고 하나 이상의 분사 개구(9)를 개방 또는 폐쇄하는 노즐 니들(7)이 압력 챔버(8) 내에 배열되어 있다. 냉각 그룹(100)은 노즐 바디(5)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열되어 있다. 냉각 그룹(100)은, 노즐 바디(5)의 냉각을 위해 관류 가능한 복수의 유동 채널들(200), 바람직하게는 20개를 초과하는 유동 채널들(200)을 제한하는 냉각 링(101)을 포함한다.

Description

연료 분사기

본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른 연료 분사기에 관한 것이다.

내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기는 EP1781931 B1호에 공지되어 있다. 공지된 연료 분사기는 분사기 바디 및 노즐 바디를 포함한다. 분사기 바디와 노즐 바디는 노즐 고정 너트에 의해 서로 고정되어 있다. 노즐 바디 내에는 압력 챔버가 형성되어 있으며, 이 압력 챔버에는 공급 보어를 통해 가압 연료가 공급될 수 있다. 종 방향으로 이동 가능하고 하나 이상의 분사 개구를 개방 또는 폐쇄하는 노즐 니들이 압력 챔버 내에 종 방향으로 이동 가능하게 배열되어 있다.

또한, 공지된 연료 분사기는 노즐 바디 내에 형성된 냉각 채널들 또는 유동 채널들을 구비한다. 이들 냉각 채널들은, 특별히 연소 챔버 쪽을 향하는 영역에서 노즐 바디 및 노즐 니들을 냉각시키기 위해 이용된다.

노즐 바디 내에 냉각 채널들을 형성하는 것은, 노즐 바디의 강도 감소 및 이로써 노즐 바디의 수명 단축을 야기한다. 또한, 능동 냉각 장치가 없는 기존의 연료 분사기를, 냉각 채널들을 갖춘 실시예로 간단히 개조하는 것도 불가능하다.

또한, 특히 하나의 연소 챔버를 위해 복수의 연료 분사기들을 사용하는 경우에는, 다만 비교적 적은 양의 연료만 분사되고, 그 결과로 또한 분사된 연료량에 의해 다만 적은 고유 냉각만이 이루어지는 작동 점이 존재한다. 이와 같은 상황은, 예를 들어 또한 주 연료인 가스의 초기 점화를 개시하기 위하여 다만 적은 양의 연료, 예를 들어 적은 양의 디젤만이 분사되는 소위 이중 연료 엔진에 대해서도 적용된다.

종래 기술에 비하여, 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하기 위한 본 발명에 따른 연료 분사기의 냉각 채널들 또는 유동 채널들은 노즐 바디의 강도를 감소시키지 않는다. 또한, 종래의 연료 분사기에서 능동 냉각 장치가 용이하게 개장될 수 있다. 더 나아가서는, 노즐 바디의 냉각도 매우 효과적으로 실시되는데, 그 이유는 유효 냉각 면적이 비교적 크기 때문이다. 냉각량도 분사된 연료의 양과 무관하게 사용될 수 있다.

이 목적을 위해, 연료 분사기는 노즐 바디를 구비한다. 노즐 바디 내에는, 공급 보어를 통해 가압 연료가 공급될 수 있는 압력 챔버가 형성되어 있다. 종 방향으로 이동 가능하고 하나 이상의 분사 개구를 개방 또는 폐쇄하는 노즐 니들이 압력 챔버 내에 배열되어 있다. 냉각 그룹은 노즐 바디를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열되어 있다. 냉각 그룹은, 노즐 바디의 냉각을 위해 관류 가능한 복수의 유동 채널들, 바람직하게는 20개를 초과하는 유동 채널들을 제한하는 냉각 링을 포함한다.

복수의 유동 채널들로 인해, 냉각 그룹의 유효 총 냉각 면적이 비교적 크므로, 매우 효과적인 냉각 그룹이 만들어진다. 냉각 그룹은, 연소 챔버에 가까운 자신의 단부에 반경 방향으로 노즐 바디를 둘러싼다. 따라서, 노즐 바디 내에서 냉각 채널들에 의한 노즐 바디의 약화는 더 이상 필요치 않다.

또한, 능동 냉각 장치가 없는 종래의 연료 분사기를 상응하는 냉각 그룹으로 개장할 수 있는 가능성이 존재하므로, 능동 냉각 장치도 개장된다. 이 경우에는, 연료 분사기의 추가 설계가 변경될 필요가 없거나 실질적으로 변경될 필요가 없다.

바람직한 개선예에서는, 냉각 그룹 내에 종 방향 채널 및 분배 그루브가 형성되어 있다. 분배 그루브는, 냉각 그룹의 거의 전체 둘레에 걸쳐 연소 챔버에 가깝게 연장된다. 종 방향 채널은, 분배 그루브에 냉각제를 공급하기 위해서 이용된다. 이 경우, 냉각제는 연료일 수 있을 뿐만 아니라, 내연 기관의 엔진 오일일 수도 있고, 내연 기관의 냉각제일 수도 있으며, 연료 분사기의 별도의 냉각제일 수도 있다. 냉각제는, 냉각 그룹 내로 유입될 때에 종 방향 채널을 통과해서 분배 그루브 내부까지 그리고 이로써 냉각 그룹의 팁(tip)까지 안내된다. 그곳에 냉각 그룹의 가장 효과적인 영역이 있는데, 그 이유는 이 영역이 노즐 바디의 가장 뜨거운 영역이기 때문이다.

바람직한 실시예에서, 분배 그루브는 냉각 그룹에 배열된 종 방향 웹에 의해서 원주 방향으로 제한되어 있다. 이 경우, 종 방향 웹은 냉각 링에 형성될 수 있다. 이로 인해, 냉각제 유동 내에서의 불리한 정체 용적 또는 무용 용적(dead volume)이 방지된다. 바람직하게, 종 방향 채널로부터 오는 냉각제는 분배 그루브의 양 방향으로 균일하게, 예를 들면 양 원주 방향들로 대략 각각 170°에 걸쳐 분배된다.

바람직한 개선예에서, 유동 채널들은 분배 그루브로부터 분기되어, 연소 챔버로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 바람직하게, 이 경우에는 개별 유동 채널들이 서로에 대해 평행하게 배열되어 있다. 바람직하게, 이들 유동 채널들은 또한 종 방향 채널에 대해서도 평행하게 배열되어 있지만 반대의 유동 방향을 갖는다. 이로 인해, 전체적인 유동 기하학적 구조는, 압력 손실이 최소화되고 모든 유동 채널들이 동일한 방향으로 그리고 거의 동일한 양의 냉각제에 의해서 관류되도록 형성되어 있다. 이와 동시에, 냉각 그룹의 큰 유효 냉각 면적이, 이미 연소 챔버에 가깝게 노즐 바디의 가장 뜨거운 영역에서 작용한다.

바람직한 실시예에서, 냉각 그룹 내에는 수집 그루브가 형성되어 있으며, 이 수집 그루브 내로 유동 채널들이 개방되어 있다. 이로 인해, 유동 채널들이 재차 통합되므로, 냉각제를 단 하나의 배출 채널을 통해서 냉각 그룹으로부터 외부로 안내하는 것이 가능해진다. 바람직하게, 이 경우 수집 그루브는 분배 그루브와 반대 방향으로 향하는 냉각 링의 단부에 배열되어 있다.

바람직한 실시예에서, 노즐 바디는 노즐 고정 너트에 의해서 연료 분사기에 고정되어 있다. 노즐 고정 너트 내에는, 냉각제를 냉각 그룹 내부로 공급하기 위한 그리고 냉각제를 냉각 그룹 외부로 방출하기 위한 공급 채널들이 형성되어 있다. 제1 공급 채널은 종 방향 채널과 유압식으로 연결되어 있고, 제2 공급 채널은 수집 그루브와 유압식으로 연결되어 있다. 이로써, 냉각제 공급도 노즐 바디로부터 분리되어 있으므로, 노즐 바디는 자신의 강도에 있어서 약화되지 않는다. 이와 동시에, 노즐 고정 너트는 복수의 기능들을 통합하는데, 다시 말하자면 냉각 기능과 고정 기능을 통합한다. 노즐 고정 너트는, 필요에 따라 또 다른 부품들이 개재된 상태에서, 예를 들어 분사기 바디와 같은 연료 분사기의 또 다른 부품들과 함께 노즐 바디를 고정시킨다.

바람직한 실시예에서, 유동 채널들은 냉각 그룹의 축 방향으로 평행하게 연장된다. 이로 인해, 모든 유동 채널들은 동일한 방향으로 그리고 거의 동일한 양의 냉각제에 의해서 관류된다. 따라서, 유동 채널들 내에서의 압력 손실이 최소화된다.

다른 바람직한 일 실시예에서, 유동 채널들은 곡류 형상으로, 더 상세하게 말하자면 나선 모양으로 연장된다. 이로 인해, 유동 채널들을 통과하는 압력 손실은 증가하지만, 더 높은 유속은 유동 채널들 내부로의 열 전달을 증가시킨다.

바람직한 개선예에서, 냉각 그룹은, 내부 전달 면이 형성되어 있는 히트 싱크를 포함한다. 상기 전달 면은 노즐 바디의 외부 면과 상호 작용한다. 이상적인 방식으로, 전달 면은 우수한 열 전도 상태를 보장하기 위하여 넓은 면적에 걸쳐서 노즐 바디와 접촉한다.

바람직하게, 이 경우 종 방향 채널은 냉각 링과 히트 싱크 사이에 형성되어 있다. 이로 인해, 종 방향 채널은 간단히 제조될 수 있으며, 이 경우에는 냉각 링 및 히트 싱크의 벽 두께가 최소화될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 냉각 그룹은 냉각 슬리브를 포함하며, 이 냉각 슬리브는 주변에 대해 냉각 그룹을 매체 밀봉 방식으로 폐쇄한다. 이 경우, 냉각 슬리브는 바람직하게 냉각 링을 반경 방향으로 둘러싸도록 배열되어 있고, 이상적인 방식으로는 연소 챔버에 대한 또 하나의 정면을 구비한다.

바람직하게, 이 경우 유동 채널들은 냉각 링과 냉각 슬리브 사이에 형성되어 있다. 이로 인해, 거의 원하는 대로 유동 채널들의 기하학적 구조가 만들어질 수 있다. 또한, 냉각 링 및 냉각 슬리브의 벽 두께도 최소화될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 냉각 그룹은 일체형으로 구현되어 있다. 이 목적을 위해, 냉각 그룹은 래피드 프로토타이핑(rapid prototyping) 또는 3D-인쇄 방법에 의해서 제조될 수 있다. 본 실시예는, 부품 수를 최소화하고 유동 채널들을 매우 우수하게 밀봉한다.

본 발명의 또 다른 장점들, 특징들 및 세부 사항은 바람직한 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 그리고 각각의 도면을 참조해서 나타난다.

도면부에서,
도 1은 종래 기술에 따른 연료 분사기의 종단면을 도시하며,
도 2는 다만 주요 영역들만 도시되어 있는, 본 발명에 따른 연료 분사기의 일 단면을 개략적으로 도시하고,
도 3은 다만 주요 영역들만 도시되어 있는, 본 발명에 따른 냉각 그룹의 일 단면을 도시하며,
도 4는 다만 주요 영역들만 도시되어 있는, 본 발명에 따른 냉각 링의 일 실시예를 사시도로 도시한다.

각각의 도면에서, 동일한 요소들 또는 동일한 기능을 갖는 요소들에는 동일한 참조 번호가 제공되어 있다.

도 1에는, 종래 기술에 공지된 바와 같이 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기(1)가 종 단면도로 도시되어 있다.

공지된 연료 분사기(1)는 분사기 바디(2), 밸브 바디(3), 중간 플레이트(4) 및 노즐 바디(5)를 포함한다. 이들 부품들은 모두 노즐 고정 너트(6)에 의해서 결합된다. 이 경우 노즐 바디(5)는, 노즐 바디(5) 내에 형성된 압력 챔버(8) 내에 종 방향으로 이동 가능하게 배열되어 있는 노즐 니들(7)을 포함한다. 노즐 니들(7)의 개방 운동 중에, 연료가 노즐 바디(5) 내에 형성된 복수의 분사 개구들(9)를 통해 내연 기관의 연소 챔버 내로 분사된다.

노즐 니들(7)에서는 칼라를 볼 수 있고, 이 칼라에 압축 스프링(10)이 지지되어 있다. 압축 스프링(10)의 다른 단부는 제어 슬리브(11)에 지지되어 있고, 이 제어 슬리브(11) 자체는 재차 중간 플레이트(4)의 하부 면에 접한다. 제어 슬리브(11)는, 분사 개구(9)에 마주 놓여 있는 노즐 니들(7)의 상부 정면 및 중간 플레이트(4)의 하부 면과 함께 제어 챔버(12)를 규정한다. 제어 챔버(12) 내에서 우세한 압력은 노즐 니들(7)의 종 방향 운동의 제어를 위해 중요하다.

연료 분사기(1) 내에는 공급 보어(13)가 형성되어 있다. 공급 보어(13)를 통해, 연료 압력은 한 편으로 압력 챔버(8) 내에서 작용하는데, 이곳에서 연료 압력은 노즐 니들(7)의 압력 숄더(pressure shoulder)를 통해 노즐 니들(7)의 개방 방향으로 힘을 가한다. 다른 한 편으로, 상기 연료 압력은 제어 슬리브(11) 내에 형성된 공급 스로틀(15)을 통해 제어 챔버(12) 내에서 작용하고, 압축 스프링(10)의 힘에 의해 지지된 상태에서 노즐 니들(7)을 자신의 폐쇄 위치에 유지시킨다.

다음으로 전자석(16)이 구동되면, 전기자(17) 및 전기자(17)와 연결된 밸브 니들(18)이, 밸브 바디(3)에 형성된 밸브 시트(19)로부터 들어 올려진다. 제어 챔버(12)로부터 유래하는 연료는 이와 같은 방식으로 중간 플레이트(4) 내에 형성된 유출 스로틀(20)을 통과해서 밸브 시트(19)를 거쳐 유출 채널(21) 내로 흐를 수 있다. 이와 같은 방식으로 야기되는, 노즐 니들(7)의 상부 정면으로의 유압력의 강하는 노즐 니들(7)의 개방을 유도한다. 이로써, 압력 챔버(8)로부터 유래하는 연료는 분사 개구(9)를 통해서 연소 챔버 내에 도달하게 된다.

전자석(16)이 스위치 오프 되자마자, 전기자(17)가 또 다른 압축 스프링(22)의 힘에 의해 밸브 시트(19)의 방향으로 가압되므로, 밸브 니들(18)은 밸브 시트(19)로 가압된다. 이와 같은 방식으로, 유출 스로틀(20) 및 밸브 시트(19)를 경유하는 연료의 유출 경로가 차단된다. 공급 스로틀(15)을 통해서는, 제어 챔버(12) 내에 재차 연료 압력이 형성되고, 이로 인해 유압 폐쇄력이 증가된다. 이렇게 함으로써, 노즐 니들(7)은 분사 개구(9)의 방향으로 이동되어 이들 분사 개구들을 폐쇄한다. 그 다음에 분사 공정이 종료된다.

연소 챔버 영역 내 부품을 냉각시키기 위하여, 공지된 연료 분사기(1)의 밸브 바디(3), 중간 플레이트(4) 및 노즐 바디(5) 내에 냉각 채널들(30)이 형성되어 있다. 이로써, 특별히 노즐 바디(5) 및 노즐 니들(7)의 팁이 냉각될 수 있다. 도 1의 단면도에서, 냉각 채널들(30)은 부분적으로 공급 보어(13) 내에 놓여 있다. 하지만, 이와 같은 배치 상태는 다만 단면도라는 이유 때문이며, 실시예에서 냉각 채널들(30)은 공급 보어(13)로부터 분리되어 있다.

하지만, 공지된 연료 분사기(1)의 냉각 채널들(30)이 노즐 바디(5)의 강도를 감소시키므로, 본 발명에 따라 냉각 채널들(30)은 노즐 바디(5) 외부에서 형성된다. 또한, 이들 냉각 채널들(30)은 비교적 적은 총 냉각 면적을 갖는다.

도 2는, 노즐 바디(5)의 영역에서의 본 발명에 따른 연료 분사기(1)를 단면도로 보여주며, 이 경우에는 다만 주요 영역들만 도시되어 있다. 냉각 그룹(100)은 연소 챔버의 방향으로 노즐 고정 너트(6)에 인접하여 배열되어 있다. 이 경우, 냉각 그룹(100)은 노즐 바디(5)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 있다. 노즐 바디(5) 내에 종 방향으로 이동 가능하게 배열된 노즐 니들(7)은 도 2의 도면에서 볼 수 없다. 또한, 분사기 바디(2), 밸브 바디(3) 및 중간 플레이트(4)도 다만 개략적으로 블랙 박스로서만 도시되어 있다.

노즐 고정 너트(6) 내에는, 냉각제를 냉각 그룹(100) 내부로 공급하기 위해서 이용되는 그리고 냉각제를 냉각 그룹(100) 외부로 방출하기 위해서 이용되는 2개의 공급 채널들(30)이 형성되어 있으며, 제1 공급 채널(30a)은 공급을 위해서 이용되고, 제2 공급 채널(30b)은 방출을 위해서 이용된다. 이 경우, 냉각제는 특수한 냉각제일 수 있을 뿐만 아니라, 내연 기관의 연료일 수도 있고, 내연 기관용 엔진 오일일 수도 있다.

냉각 그룹(100)은 히트 싱크(102), 냉각 링(101) 및 냉각 슬리브(103)를 포함한다. 히크 싱크(102)는 노즐 고정 너트(6)에 축 방향으로 접속되고, 이로써 2개의 공급 채널들(30)에 유압식으로 연결되어 있다. 우수한 열 전도 상태를 유지하기 위하여, 히트 싱크(102)는 자신의 내부 직경에서 노즐 바디(5)에 접촉하고 있다. 냉각 링(101)은 히트 싱크(102)의, 연소실에 가까운 부분을 둘러싸고, 복수의 냉각 채널들 또는 유동 채널들을 구비한다. 냉각 슬리브(103)가 냉각 그룹(100) 또는 냉각 링(101)을 주변에 대해 밀봉하므로, 냉각제 누설이 전혀 발생할 수 없게 된다. 그 결과, 냉각 슬리브(103)는 냉각 링(101)을 반경 방향으로 둘러싸도록 배열되어 있다.

냉각 그룹(100)은 다양한 고정 요소(104, 105)에 의해서 노즐 고정 너트(6)에 그리고/또는 노즐 바디(5)에 연결되어 있다. 이 경우에는, 다양한 변형 및 연결 기술이 가능하다.

도 3은, 본 발명에 따른 냉각 그룹(100)의 일 실시예의 일 단면을 보여준다. 히트 싱크(102)는, 노즐 고정 너트(6)에 축 방향으로 인접하는 플랜지 영역(102a)을 구비한다. 히트 싱크(102)는 또한 중앙 라인 영역(102b), 및 연소 챔버에 가장 가깝게 배치된 히트 싱크(102)의 영역인 냉각 영역(102c)을 구비한다. 이 경우, 플랜지 영역(102a)은 히트 싱크(102)의 상대적으로 최대 직경을 갖고, 냉각 영역(102c)은 히트 싱크(102)의 상대적으로 최소 직경을 갖는다. 히트 싱크(102)의 내부 면에는 전달 면(102d)이 형성되어 있으며, 이 전달 면은 노즐 바디(5)와 상호 작용하고, 다른 무엇보다 노즐 바디(5)로부터 냉각 링(101)을 향해 반경 방향으로의 열 전도를 위해 형성되어 있다. 이 경우, 전달 면(102d)은 도 3에 도시된 바와 같이, 다만 냉각 그룹(100)의, 연소 챔버에 가까운 주변에 걸쳐서만 연장될 수 있을 뿐만 아니라, 냉각 그룹(100)의 전체 길이에 걸쳐서도 연장될 수 있다.

냉각 링(101)은, 축 방향으로 라인 영역(102b)에 접속되고, 냉각 영역(102c)을 반경 방향으로 둘러싸고 있다. 입구 채널(31)은 히트 싱크(102) 내에 형성되어 있고, 냉각 링(101)에 의해 제한된 종 방향 채널(111) 내로 개방되어 있으며, 이 경우 종 방향 채널(111)은 바람직하게 냉각 링(101) 및 냉각 영역(102c)에 의해서 제한된다. 이 경우, 입구 채널(31)은 플랜지 영역(102a) 및 라인 영역(102b)을 관통한다. 종 방향 채널(111)은, 냉각 링(101)과 냉각 슬리브(103) 사이에 형성된 분배 그루브(112) 내로 개방되어 있다. 이 경우, 분배 그루브(112)는 연소 챔버에 가장 가깝게 배치된, 냉각 채널들의 영역이다. 분배 그루브(112)는 냉각 그룹(100)의 거의 전체 둘레에 걸쳐 냉각제를 분배한다.

냉각 링(101)을 통과하는 냉각제의 상세한 유동 안내가 추후에 도 4에서 더욱 정확하게 기술된다. 냉각제는, 냉각 링(101)을 관류한 후에, 라인 영역(102b)과 냉각 링(101) 사이에 형성된 수집 그루브(113) 내부에 도달한다. 수집 그루브(113)로부터, 히트 싱크(102) 내에 형성된 출구 채널(32)이 분기되며, 상기 출구 채널로부터 냉각제가 냉각 그룹(100) 외부로 나와서 재차 역으로 노즐 고정 너트(6) 내부로 안내된다.

냉각 링(101)에는, 분배 그루브(112)를 원주 방향으로 제한하는 분리 웹(116)이 세로 방향으로 형성되어 있다. 이 경우, 분리 웹(116)은 바람직하게 종 방향 채널(111)에 직경 상으로 마주 놓이도록 배열되어 있다. 이와 같은 배열 상태에 의해서, 분배 그루브(112)는 종 방향 채널(111)로부터 두 가지 원주 방향으로 대략 각각 170°까지 분기된다.

도 4는, 본 발명에 따른 냉각 링(101)의 바람직한 일 실시예를, 연소 챔버의 영역에서 바라보고 도시한 사시도로 보여준다. 냉각 링(101)은, 히트 싱크(102)의 냉각 영역(102c) 상에 가압되는 내벽(110)을 구비한다. 이 경우에는, 내벽(110)이 다만 종 방향 채널(111)에 의해서만 중단되어 있으므로, 종 방향 채널은 냉각 영역(102c) 및 냉각 링(101)에 의해서 제한되어 있다.

냉각 링(101)은, 축 방향으로 복수의 종 방향 웹들(115)을 구비하고, 이들 종 방향 웹들 사이에 복수의 냉각 채널들 또는 유동 채널들(200)을 구비한다. 유동 채널들(200)은, 축 방향으로 냉각 링(101)의, 연소 챔버 측 단부에 있는 분배 그루브(112)로부터 라인 영역(102b)에 접속되는 냉각 링(101)의 단부에 있는 수집 그루브(113)로 연장된다. 그 결과, 하나의 유동 채널(200)은, 반경 방향으로는 내벽(110) 및 냉각 슬리브(103)에 의해서 제한되며, 그리고 원주 방향으로는 2개의 종 방향 웹들(115)에 의해서 또는 하나의 종 방향 웹(115)과 분리 웹(116)에 의해서 제한된다.

냉각 그룹(100)을 통과하는 냉각제의 유동 경로는 다음과 같다:

예를 들어 노즐 고정 너트(6)의 공급 채널(30)로부터 오는 냉각제는 입구 채널(31) 내로 흐르고 그곳으로부터 계속해서 종 방향 채널(111)을 거쳐, 연료 분사기(1)의 팁에서 연소 챔버에 인접하여 배열된 분배 그루브(112) 내로 흐른다. 분배 그루브(112)는 종 방향 채널(111)로부터 와서 제1 분배 그루브(112a) 및 제2 분배 그루브(112b)로 분기되며, 이들 2개의 분배 그루브들은 종 방향 채널(111)로부터 서로 반대의 원주 방향으로 멀어진다. 종 방향 웹(116)은, 직경 상에서 종 방향 채널(111)에 대향하면서 2개의 분배 그루브들(112a, 112b)의 재합류를 방지한다. 그 대신에, 2개의 분배 그루브들(112a, 112b)로부터 복수의 유동 채널들(200)이 위로, 더 상세하게 말하자면 연소 챔버로부터 축 방향으로 멀어진다. 복수의 유동 채널들(200)은, 냉각 그룹(100)의 전체 둘레에 걸쳐 연장할 수 있는 수집 그루브(113) 내에서 재차 통합된다. 수집 그루브(113)로부터 출구 채널(32)이 리드되어 나오며, 출구 채널은 냉각제를 재차 냉각 그룹(100)으로부터 밖으로, 예를 들어 역으로 노즐 고정 너트(6) 내로 안내한다.

따라서, 연료 분사기(1)의 본 구성은, 노즐 바디(5)를 냉각시키기 위해, 냉각 링(101)을 갖는 냉각 그룹(100)을 사용하며, 상기 냉각 링은 매우 큰 유효 냉각 면적을 갖고, 이로써 노즐 바디(5)로부터 냉각제 내로의 열 흐름을 뚜렷하게 개선한다. 냉각 그룹(100)은, 노즐 바디(5)의 외부 둘레에 인접하는 자신의 전달 면(102d)을 갖는 히트 싱크(102), 복수의 유동 채널들(200)을 통해 열 교환을 위한 큰 냉각 면적을 제공하는 냉각 링(101), 및 외부로의 매체 밀봉 방식의 밀봉을 담당하는 냉각 슬리브(103)로 이루어진다.

도 4에 도시된 해결책에서는, 냉각 링(101)의 유동 채널들(200)이 평행하게 관류하지만, 디자인에 따라서는, 예를 들어 유동 채널들(200)이 나선 형상으로 연속됨으로써, 순차적인 관류도 가능하다. 이 목적을 위해, 유동 채널들(200)은 예를 들어 곡류 형상을 가질 수도 있다.

연료 분사기의 구성을 단순화하기 위해, 본 발명의 개선예에서는, 냉각 링(101)의 기하학적 구조가 냉각 슬리브(103) 또는 히트 싱크(102) 내에 통합됨으로써, 냉각 그룹(100)의 부품 수가 감소될 수 있다. 이 경우에는, 필요한 냉각 효과에 따라, 유동 채널들(200)의 복잡성이 조정될 수 있다. 심지어 일체형의 냉각 그룹(100)은, 냉각 그룹(100)을 위한 제조 방법으로서 3D-인쇄 방법을 사용하는 경우에 가능하다. 이와 같은 변형예에서도, 관류는 병렬로 또는 순차적으로 이루어질 수도 있다. 따라서, 유동 채널 기하학적 구조의 설계는 거의 원하는 대로 선택 가능하다.

내부에 형성된 유동 채널들(200)을 갖는 냉각 그룹(100)은, 또한 능동 냉각 장치가 없는 기존의 연료 분사기(1)를 위한 개장 키트(retrofit kit)로서도 적합하다.

Claims (13)

1. 내연 기관의 연소 챔버 내로 연료를 분사하기 위한 연료 분사기(1)이며, 연료 분사기(1)는 노즐 바디(5)를 포함하며, 노즐 바디(5) 내에는, 공급 보어(13)를 통해 가압 연료가 공급될 수 있는 압력 챔버(8)가 형성되어 있으며, 종 방향으로 이동 가능하고 하나 이상의 분사 개구(9)를 개방 또는 폐쇄하는 노즐 니들(7)이 압력 챔버(8) 내에 배열되어 있으며, 냉각 그룹(100)이 노즐 바디(5)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배열되어 있는, 연료 분사기(1)에 있어서,
   냉각 그룹(100)은, 노즐 바디(5)의 냉각을 위해 관류 가능한 복수의 유동 채널들(200), 바람직하게는 20개를 초과하는 유동 채널들(200)을 제한하는 냉각 링(101)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
2. 제1항에 있어서, 냉각 그룹(100) 내에는 종 방향 채널(111) 및 분배 그루브(112)가 형성되어 있으며, 분배 그루브(112)는 냉각 그룹(110)의 거의 전체 둘레에 걸쳐 연소 챔버에 가깝게 연장되며, 종 방향 채널(111)은 분배 그루브(112)에 냉각제를 공급하기 위해서 이용되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
3. 제2항에 있어서, 분배 그루브(112)는 냉각 그룹(100)에 배열된 종 방향 웹(116)에 의해서 원주 방향으로 제한되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 유동 채널들(200)은 분배 그루브(112)로부터 분기되어, 연소 챔버로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
5. 제3항에 있어서, 냉각 그룹(100) 내에는 수집 그루브(113)가 형성되어 있으며, 상기 수집 그루브 내로 유동 채널들(200)이 개방되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
6. 제5항에 있어서, 노즐 바디(5)는 노즐 고정 너트(6)에 의해서 연료 분사기(1)에 고정되어 있으며, 노즐 고정 너트(6) 내에는, 냉각제를 냉각 그룹(100) 내부로 공급하기 위한 그리고 냉각제를 냉각 그룹(100) 외부로 방출하기 위한 공급 채널들(30)이 형성되어 있으며, 제1 공급 채널(30a)은 종 방향 채널(111)과 유압식으로 연결되어 있고, 제2 공급 채널(30b)은 수집 그루브(113)와 유압식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널들(200)은 냉각 그룹(100)의 축 방향으로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널들(200)은 곡류 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 그룹(100)은, 내부 전달 면(102d)이 형성되어 있는 히트 싱크(102)를 포함하며, 상기 내부 전달 면은 노즐 바디(5)의 외부 면과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
10. 제9항에 있어서, 종 방향 채널(111)은 냉각 링(101)과 히트 싱크(102) 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 그룹(100)은 냉각 슬리브(103)를 포함하며, 상기 냉각 슬리브는 주변에 대해 냉각 그룹(100)을 매체 밀봉 방식으로 폐쇄하는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
12. 제11항에 있어서, 유동 채널들(200)은 냉각 링(101)과 냉각 슬리브(103) 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 그룹(100)은 3D-인쇄 방법에 의해서 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연료 분사기(1).

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