KR20190127580A - 내연기관의 분사 노즐 - Google Patents

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KR20190127580A
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마티아스 라우쉬
토비아스 크노르쉬
필립 로글러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 유체 배출구(3)를 갖는 노즐 바디(2)를 포함하는 내연기관의 분사 노즐(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 유체 배출구(3)는 적어도 2개의 별도의 제 1 개구들(4) 및 제 2 개구(5)를 포함하고, 상기 제 1 개구들(4)은 상기 제 2 개구(5) 내로 통하며, 상기 제 1 개구들(4)은 상기 분사 노즐(1)을 통한 유체 흐름 방향과 관련해서 상기 제 2 개구(5)의 상류에 배치된다.

Description

내연기관의 분사 노즐{INJECTION NOZZLE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 분사 노즐, 특히 내연기관의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 노즐에 관한 것이다.
종래 기술에는 전기 모터용 분사 노즐들이 알려져 있다. 이러한 분사 노즐들은 액추에이터에 의해 폐쇄 스프링에 대항해서, 소정 연료량이 연소실 내로 분사되도록 이동될 수 있는 적어도 하나의 밸브 니들을 포함한다. 이 경우, 분사는 연료가 분사 노즐로부터 배출될 수 있는 다수의 개구를 통해 이루어진다.
본 발명의 과제는 분사 개구들의 길이 대 단면적의 비를 설정할 수 있는 분사 노즐을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 분사 노즐에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 분사 노즐에 의해, 특히 분사의 예비 단계가 실시된다. 따라서, 특히 분사 개구들의 길이 대 단면적의 비를 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 예비 단계에 의해 분사 노들의 가장 좁은 횡단면이 고온 연소실 가스로부터 보호된다. 특히, 예비 단계는 주변 공기와 분사 노즐의 유체 제트의 운동량 교환에 참여하여, 분사 노즐의 팁 근처에서의 유속을 더 양호한 습윤 조건으로 변화시킨다.
내연기관의 본 발명에 따른 분사 노즐은 노즐 바디를 포함한다. 노즐 바디는 적어도 하나의 유체 배출구를 포함한다. 유체 배출구는 적어도 2개의 별도의 제 1 개구들 및 제 2 개구를 포함한다. 2개의 제 1 개구들은 제 2 개구 내로 통한다. 따라서, 제 2 개구는 제 1 개구들에 대한 예비 단계이다. 제 1 개구들은 특히 분사 홀들이다. 따라서, 제 1 개구들의 횡단면은 유체, 특히 연료를 미리 정해진 파라미터에 따라 내연기관 내로 분사하도록 설계된다. 제 1 개구들은 분사 노즐을 통한 유체 흐름 방향과 관련해서 제 2 개구의 상류에 배치된다. 따라서, 제 2 개구에 의해 특히, 단면적 대 길이의 비의 설정과 관련해서 그리고 연소실 가스로부터 보호와 관련해서 전술한 장점들이 달성될 수 있다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시한다.
바람직하게는, 제 1 개구들의 중심축들이 하나의 교점에서 교차된다. 따라서, 분사 홀들이 서로 기울어져 있다. 또한, 제 1 개구들을 통한 유체 흐름들이 서로 만나 통합되어 하나의 공통 유체 흐름을 형성한다. 따라서, 특히 충돌 스프레이가 달성된다. 종래 기술에 따른 충돌 스프레이에서 종종 나타나는 낮은 침투 깊이는 제 2 개구와 결합하여, 특히 깊고 좁은 예비 단계의 바람직한 성능을 달성한다.
제 1 개구들의 중심축들 간의 교점이 제 2 개구의 베이스 면과 0.10㎜ 이상, 특히 바람직하게는 0.25㎜ 이상의 거리를 갖는 것이 특히 바람직하다. 베이스 면은 제 1 개구와 통하는 면이다. 따라서, 베이스 면은 제 1 개구의 끝 및 제 2 개구의 시작을 표시하고, 여기서 시작과 끝은 유체의 흐름 방향을 따른 것이다. 대안으로서 또는 추가로, 상기 교점이 중심축들의 각 이등분선을 따른 방향으로 제 2 개구의 외부에 0.30㎜ 이하, 특히 0.7㎜ 이하만큼 배치된다. 따라서, 특히 교점이 제 2 개구의 영역 및 그에 따라 예비 단계의 영역 내에 배치된다.
중심축들은 서로 최대 60°의 각도, 특히 최대 45°의 각도를 갖는다.
제 2 개구는 바람직하게는 단일 블라인드 홀로서 또는 단일 밀링 리세스로서 형성된다. 따라서, 제 2 개구는 둥근 횡단면을 갖는다. 단일 블라인드 홀 또는 단일 밀링 리세스는 2개의 제 1 개구들에 할당된다. 제 1 개구들은 바람직하게는 보어로서 형성된다. 제 1 개구들의 디자인 및 제 2 개구의 드릴링 깊이에 의해 제 1 개구들 및 제 2 개구를 통해 연장된 유체 흐름의 침투 깊이가 설정될 수 있다.
대안적 실시 예에서, 각각의 제 1 개구에는 고유의 블라인드 홀 또는 고유의 밀링 리세스가 할당된다. 2개의 제 1 개구와 통하는 제 2 개구를 얻기 위해, 2개의 고유의 블라인드 홀들 또는 밀링 리세스들이 연결된다. 이는 상이한 방식으로 달성될 수 있다: 한편으로는 2개의 제 1 개구들에 할당된 2개의 블라인드 홀들이 중첩되는 것이 가능해진다. 따라서, 2개의 블라인드 홀들이 상기 정의에 따른 제 2 개구로서 작용하는 하나의 결합된 개구를 형성한다. 또한, 2개의 고유의 블라인드 홀들 또는 밀링 리세스들이 추가 블라인드 홀 또는 추가 리세스를 통해 연결되는 것이 가능해진다. 끝으로, 2개의 블라인드 홀들 또는 밀링 리세스들이 밀링 컷아웃을 통해 연결되어 하나의 긴 홀을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 2개의 제 1 개구들 및 하나의 제 2 개구가 간단히 그리고 저-비용으로 제조된다. 이 경우, 2개의 제 1 개구들은 항상 제 2 개구와 통한다.
특히 바람직한 실시 예에서, 적어도 하나의, 특히 각각의 제 1 개구는 할당된 블라인드 홀에 대해 또는 할당된 밀링 리세스에 대해 동심으로 또는 편심으로 형성된다. 제 1 개구들 및 제 2 개구가 각각 보어이기 때문에, 둥근 횡단면들이 존재하는 것이 특히 바람직하다. 할당된 블라인드 홀들에 대한 제 1 개구들의 동심 또는 편심 배치에 의해, 각각의 유체 배출구의 유연한 디자인이 달성될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의, 특히 각각의 제 1 개구는 추가 블라인드 홀 또는 추가 밀링 리세스 또는 밀링 컷아웃 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 따라서, 반드시 제 1 개구들이 할당된 블라인드 홀 내에 완전히 또는 할당된 밀링 리세스 내에 완전히 배치될 필요는 없다. 오히려, 제 1 개구들이 임의로 제 2 개구에 걸쳐 분배될 수 있다. 따라서, 유체 배출구가 내연기관의 상이한 조건들에 맞춰질 수 있다.
다른 바람직한 실시 예에서, 제 1 개구들은 노즐 바디의 내부 면으로부터 제 2 개구로 연장된다. 내부 면은 특히 밸브 니들이 배치된 면이다. 제 2 개구는 바람직하게는 노즐 바디의 외부 면으로부터 제 1 개구로 연장된다. 노즐 바디의 외부 면은 특히 내연기관의 연소실을 향한 노즐 바디의 면이다. 이러한 배치에 의해, 제 2 개구의 베이스 면이 노즐 바디의 하우징 벽 내에 배치된다. 베이스 면의 위치 선택에 의해, 한편으로는 제 2 개구의 깊이, 다른 한편으로는 제 1 개구들의 각각의 깊이가 설정될 수 있다. 특히, 예비 단계로서 작용하는 제 2 개구는 내연기관의 특성에 대한 분사 노즐의 유연한 매칭을 허용한다.
끝으로, 제 1 개구의 횡단면은 각각 제 2 개구의 횡단면보다 작은 것이 바람직하다. 특히, 제 1 개구들의 횡단면은 동일한 크기이다. 특히 바람직하게는 제 1 개구들의 횡단면은 둥글게 형성된다. 제 2 개구에서, 바람직하게는 적어도 둥근 횡단면을 가진 블라인드 홀이 형성된다. 제 2 개구 또는 제 2 개구의 블라인드 홀의 직경은 바람직하게는 제 1 개구들의 각각의 직경의 최대 3배이다. 또한, 제 1 개구들이 동일한 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 디자인에 의해, 최적의 유체 흐름이 달성된다. 따라서, 특히 연료가 내연기관의 연소실 내로 최적으로 분사될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들이 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분사 노즐의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분사 노즐의 유체 배출구의 제 1 구성을 나타낸 개략도이며,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분사 노즐의 유체 배출구의 제 2 구성을 나타낸 개략도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 분사 노즐의 유체 배출구의 제 3 구성을 나타낸 개략도며,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 분사 노즐의 유체 배출구의 제 4 구성을 나타낸 개략도이고,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 분사 노즐의 유체 배출구의 제 5 구성을 나타낸 개략도이며,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 분사 노즐의 유체 배출구의 제 6 구성을 나타낸 개략도이다.
도 1은 내연기관의 분사 노즐(1)을 개략적으로 도시한다. 분사 노즐(1)은 특히 연료를 내연기관의 연소실 내로 분사하기 위해 사용된다. 이를 위해, 분사 노즐(1)은 노즐 바디(2)를 포함한다. 노즐 바디는 유체 배출구(3)를 포함한다.
유체 배출구(3)는 단일 제 2 개구(5) 내로 통하는 2개의 제 1 개구(4)를 포함한다. 따라서, 제 2 개구(5)는 2개의 제 1 개구(4)와 만난다. 특히, 제 2 개구(5)는 제 1 개구들(4)과 통하는 베이스 면(12)을 갖는다.
제 1 개구들(4)은 서로 기울어진 중심축들(10)을 갖는다. 기울기는 바람직하게는 최대 60°, 특히 최대 45°이다. 중심축들(10)은 교점(11)에서 교차되므로, 해당 제 1 개구들(4)로부터 나온 유체 흐름들은 교점(11)에서 만나 통합되어 하나의 공통 스프레이를 형성한다. 중심축들(10)의 충돌점, 즉 교점(11)은 바람직하게는 제 2 개구(5)의 영역 내에 놓인다. 특히, 교점(11)은 중심축들(10)의 각 이등분선(13)을 따르는 방향으로 제 2 개구(5)의 외부에 0.30㎜ 이하, 특히 0.75㎜ 이하만큼 배치된다. 동시에, 교점(11)은 제 2 개구(5)의 베이스 면(12)과 0.10㎜ 이상, 특히 0.25㎜ 이상의 거리를 갖는다.
따라서, 제 2 개구(5)는 예비 단계로서 사용된다. 예비 단계의 사용에 의해, 제 1 개구들(4)의 길이 대 직경의 비를 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 분사 노즐(1)의 상이한 노즐 설계가 달성될 수 있다. 예비 단계 및 분사 홀로서 사용되는 제 1 개구들은 각각 서로 평행하게 기울어지거나 편향될 수 있다. 전술한 충돌 점은 분사 홀들의 배출구로부터, 즉 베이스 면(12) 상의 제 1 개구들(4)의 배출구로부터 상이한 거리로 배치될 수 있다. 따라서, 분사 노즐(1)을 통해 연소실 내로 분사되는 유체의 침투 깊이는 제 1 개구들(4)의 중심축들(10)이 서로 취하는 각도, 제 2 개구(5)의 깊이, 및 각각의 개별 질량 흐름에 의존한다.
제 2 개구(5)의 깊이는 베이스 면(12)과 노즐 바디(2)의 외부 면(7) 사이의 거리로서 결정된다. 제 2 개구(5)는 외부 면(7)으로부터 관통 개구(12)까지 연장된다. 제 1 개구들(4)은 노즐 바디(2)의 내부 면(6)으로부터 베이스 면(12)으로 연장된다. 내부 면(6)은 특히, 분사 노즐(1)을 개폐할 수 있는 밸브 니들(15)에 할당되는 한편, 외부 면(7)은 내연기관의 연소실을 향한다.
분사 노즐(1)은 바람직하게는 다수의 유체 배출구(3)를 포함할 수 있다. 이 경우, 각각의 유체 배출구(3)는 전술한 바와 같이 적어도 2개의 제 1 개구(4) 및 적어도 하나의 제 2 개구(5)를 포함한다. 따라서, 모든 유체 배출구(3)에 대해 동일한 장점들이 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 2 개구(5)는 예비 단계로서 작용하는 한편, 제 1 개구들(4)은 분사 홀들로서 사용된다. 따라서, 제 1 개구들(4)에 의해, 분사 노즐(1)을 통한 유체의 흐름이 설정될 수 있다. 제 2 개구(5)에 의해 특히 제 1 개구들(4)의 깊이가 설정될 수 있다. 따라서, 유체 배출구(3)는 제 1 개구들(4)과 제 2 개구(5)의 결합에 의해 가변적으로 설정될 수 있다. 특히, 각각의 제 1 개구들(4)을 통한 유체 흐름들의 충돌점이 상이하게 선택될 수 있다.
도 2 내지 도 7은 제 1 개구(4) 및 제 2 개구(5)의 상호 작용의 상이한 구성을 도시한다. 도 2는 둥근 횡단면을 가진 2개의 제 1 개구(4)와 통하는 마찬가지로 둥근 횡단면을 가진 제 2 개구(5)가 사용되는 제 1 구성을 도시한다. 이러한 구성은 간단히 그리고 저-비용으로 제조 가능하다. 그러나 2개의 제 1 개구들(4) 간의 거리가 제한된다.
도 3은 제 2 구성을 개략적으로 도시한다. 제 2 구성에서는, 각각의 제 1 개구(4)가 그에 할당된 블라인드 홀(8)을 갖는다. 2개의 블라인드 홀들(8)은 중첩되고 제 2 개구(5)를 형성한다. 둥근 횡단면들이 존재한다. 제 1 개구들(4)과 블라인드 홀들(8)은 각각 둥근 횡단면을 갖는다. 블라인드 홀들(8)의 직경은 바람직하게는 제 1 개구들(4)의 직경의 최대 3배이다. 2개의 블라인드 홀들(8)은 제 1 개구들(4)과 마찬가지로 서로 기울어지게 구현될 수 있다. 특히, 블라인드 홀들(8)은 제 1 개구들(4)과 동일한 기울기를 가질 수 있다. 베이스 면(12)은 이 경우 V-형상에 상응한다. 2개의 블라인드 홀들(8)은 제 1 개구들(4)의 중심축들(10)의 각 이등분선(13)의 벡터에 상응할 수 있다.
도 4에는 유체 배출구(3)의 제 3 구성이 도시되어 있다. 도 3과 유사하게, 각각의 제 1 개구(4)에는 하나의 블라인드 홀(8)이 할당된다. 2개의 블라인드 홀은 이 경우 중첩되지 않는다. 제 2 개구(5)를 실현하기 위해, 제 3 블라인드 홀, 즉 추가 블라인드 홀(9)의 도입이 이루어진다. 추가 블라인드 홀(9)은 할당된 2개의 블라인드 홀(8)을 연결하고, 이로 인해 제 2 개구(5)가 형성된다. 이러한 방식으로, 2개의 제 1 개구들(4)의 거리가 커질 수 있다.
도 5는 유체 배출구(3)의 제 4 구성을 개략적으로 도시한다. 이 구성은 할당된 2개의 블라인드 홀들(8)의 연결에 있어서만 도 4에 도시된 제 3 구성과 다르다. 도 5에는 추가 블라인드 홀(9) 대신에 밀링 컷아웃(14)이 제공된다. 밀링 컷아웃(14)은 할당된 2개의 블라인드 홀(8)을 연결한다. 이러한 구성을 형성하기 위해 바람직하게는 드릴이 밀링 모드로 작동된다. 이로 인해, 사이클 시간이 증가하고, 성형이 용이해질 수 있다. 동시에, 제 1 개구들(14) 사이의 거리가 더 커질 수 있다. 밀링 컷아웃(14)의 형성에 의해, 긴 홀-예비 단계가 생긴다. 이 경우, 제 2 개구(5)의 베이스 면(12)은 편평하고 길다. 홀 형상은 네거티브 원추형, 수렴형 또는 포지티브 원추형, 발산형일 수 있다.
도 3 내지 도 5에는 제 1 개구들(4)이 블라인드 홀(8)에 대해 동심으로 형성된 것이 도시되었다. 할당된 블라인드 홀(8)에 대한 제 1 개구(4)의 편심 배치도 가능하다. 이는 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 도 6은 제 1 개구들(4)이 할당된 블라인드 홀들(8)에 대해 편심으로 형성되는 동시에 블라인드 홀들(8) 내에 남아있는 제 5 구성을 도시한다. 이에 반해, 도 7에서는, 제 1 개구들(4)이 블라인드 홀들(8)의 외부에 적어도 부분적으로 배치된다.
유체 배출구(3) 내에서 2개의 개별 유체 제트들이 통합되어 하나의 충돌 제트를 형성한다. 제 1 개구들(4) 및 제 2 개구(5)의 홀 직경은 개별적으로 형성될 수 있어서, 연소실에서 소정 질량 분배가 달성될 수 있다. 이 경우, 다양한 조합 가능성이 달성될 수 있다. 제 2 개구(5)는 항상 분사 홀로서의 2개의 제 1 개구(4)에 대한 예비 단계로서 사용된다. 제 2 개구(5)에 대한 제 1 개구들(4)의 배치에 의해, 내연기관의 연소실 내로 유체의 침투 깊이가 설정될 수 있다.
1 분사 노즐
2 노즐 바디
3 유체 배출구
4 제 1 개구
5 제 2 개구
10 중심축
11 교점
12 베이스 면
13 각 이등분선
14 밀링 컷아웃

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 유체 배출구(3)를 갖는 노즐 바디(2)를 포함하는 내연기관의 분사 노즐(1)로서,
    - 상기 유체 배출구(3)는 적어도 2개의 별도의 제 1 개구(4) 및 제 2 개구(5)를 포함하고,
    - 상기 제 1 개구들(4)은 상기 제 2 개구(5) 내로 통하며,
    - 상기 제 1 개구들(4)은 상기 분사 노즐(1)을 통한 유체 흐름 방향과 관련해서 상기 제 2 개구(5)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 개구들(4)의 중심축들(10)이 하나의 교점(11)에서 교차되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 교점(11)은 상기 제 1 개구들(4)이 통하는 상기 제 2 개구(5)의 베이스 면(12)과 0.10㎜ 이상, 특히 0.25㎜ 이상의 거리를 갖고, 및/또는
    상기 중심축들(10)의 각 이등분선(13)을 따른 방향으로 상기 제 2 개구(5)의 외부에 0.30㎜ 이하, 특히 0.75㎜ 이하만큼 배치되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 중심축들(10)은 서로 최대 60°, 특히 최대 45°의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 개구(5)는 단일 블라인드 홀(8) 또는 단일 밀링 리세스인 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 제 1 개구(4)에는 고유의 블라인드 홀(8) 또는 고유의 밀링 리세스가 할당되고, 상기 블라인드 홀들(8) 및/또는 밀링 리세스들은
    - 중첩되고 및/또는
    - 추가 블라인드 홀(9) 또는 추가 밀링 리세스를 통해 연결되며, 및/또는
    - 밀링 컷아웃(14)을 통해 연결되어 하나의 긴 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  7. 제 6 항에 있어서, 적어도 하나의, 특히 각각의 제 1 개구(4)는 할당된 블라인드 홀(8)에 대해 또는 할당된 밀링 리세스에 대해 동심으로 또는 편심으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  8. 제 6 항에 있어서, 적어도 하나의, 특히 각각의 제 1 개구(4)는 상기 추가 블라인드 홀(9) 또는 상기 추가 밀링 리세스 또는 상기 밀링 컷아웃(14) 내에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 개구(4)는 상기 노즐 바디(2)의 내부 면(6)으로부터 상기 제 2 개구(5)로 연장되고 및/또는 상기 제 2 개구(5)는 상기 노즐 바디(2)의 외부 면(7)으로부터 상기 제 1 개구들(4)로 연장되는 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 개구들(4)의 횡단면은 각각 상기 제 2 개구(5)의 횡단면보다 작은 것을 특징으로 하는 분사 노즐(1).
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