KR20220051404A - 연료 분사 밸브 및 연료 분사 밸브를 구비한 내연 기관 - Google Patents

연료 분사 밸브 및 연료 분사 밸브를 구비한 내연 기관 Download PDF

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KR20220051404A
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유이치로 고토
빈센트 노이버트
징 양
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봇슈 가부시키가이샤
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

연료의 분사 중에 있어서의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있는 연료 분사 밸브를 제공한다. 연료 분사 밸브(30)는, 내연 기관(10)에 연료를 분사하는 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)을 구비하고, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공되고, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 제 1 분사 구멍의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선에 대하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 1 각도(θ1)는, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 2 각도(θ2)보다 크다.

Description

연료 분사 밸브 및 연료 분사 밸브를 구비한 내연 기관
본 발명은, 내연 기관에 연료를 분사하는 연료 분사 밸브, 및 상기 연료 분사 밸브를 구비한 내연 기관에 관한 것이다.
종래의 연료 분사 밸브로서, 연료를 분사하기 위한 복수의 분사 구멍이 상기 연료 분사 밸브의 선단부에 제공되고, 상기 연료 분사 밸브의 내부에 설치된 밸브체와 밸브 시트면(座面)이 서로 당접(當接)함으로써 분사 구멍으로부터 내연 기관의 연소실로의 연료의 분사를 차단하고, 밸브체와 밸브 시트면이 멀어짐으로써 분사 구멍으로부터 연소실로 연료를 분사하는 구성의 밸브가 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2014-1660호
특허문헌 1 등에 기재된 연료 분사 밸브에서는, 연료가 분사 구멍으로부터 분사될 때에 분사 구멍의 측벽(내벽면)에서 연료 흐름의 박리가 발생함으로써, 분사 구멍으로부터 분사되는 연료의 일부가 상기 분사 구멍의 주위로 비산되고 액적으로 되어 상기 연료 분사 밸브의 선단의 외주 벽면에 부착될 우려가 있다. 연료 분사 밸브의 선단에 연료가 액적으로 되어 부착되면, 불완전 연소가 발생하여 미연 입자상 물질의 발생 요인이 된다.
본 발명은, 상술한 과제를 배경으로 하여 이루어진 것으로, 연료의 분사 중에 있어서의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있는 연료 분사 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 내연 기관(10)으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30)에 있어서, 상기 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공되고, 상기 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축(CF1)과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고, 상기 제 1 원과 상기 제 2 원은 동심원이고, 또한 상기 제 1 원의 중심과 상기 제 2 원의 중심은 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축 위에 있고, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 1 각도(θ1)는 상기 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 2 각도(θ2)보다도 큰 구성이다.
이러한 구성에 의하면, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f) 중, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 1 각도(θ1)를, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 2 각도(θ2)보다도 큰 구성으로 함으로써, 적어도, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리와 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)가 둔각을 이루는 구성으로 할 수 있고, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)으로 유입되는 연료의 플럭스(流束; flux)를 상기 제 1 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제 2 분사 구멍(31c)이 제공되는 구성으로 함으로써, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c) 사이에 있는 연료를 각각의 분사 구멍(31a, 31c)으로 유입시켜, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리(32a)로부터 상기 제 1 분사 구멍으로 유입되는 연료의 유속(流速)을 저감할 수 있고, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측의 가장자리(32b)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 유입되는 연료의 플럭스를 상기 제 1 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 이러한 것에 의해, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름을 작용시켜, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름과 상기 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름을 양호하게 밸런싱시켜, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브에 있어서, 제 1 각도(θ1)로는, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 각 중 예각 측의 각각의 각도이다. 또한, 제 2 각도(θ2)로는, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 각 중 예각 측의 각각의 각도이다.
본 발명에 따른 연료 분사 밸브는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 내연 기관(10)으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30)에 있어서, 상기 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공되고, 상기 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선에 관하여 상기 연료 분사(30)의 중심 축과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 상기 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 적어도, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리(32d)와 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)는 둔각을 이루는 구성이다.
이러한 구성에 의하면, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f) 중, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사(30)의 중심 축(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 적어도, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중과 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리에 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)가 둔각을 이루는 구성이므로, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 서로 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 유입되는 연료의 플럭스를 상기 제 1 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제 2 분사 구멍(31c)이 제공되는 구성으로 함으로써, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c) 사이에 있는 연료를 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입시켜, 상기 제 1 분사 구멍의 분사 상류 측의 가장자리(32b)로부터 제 1 분사 구멍으로 유입되는 연료의 유속을 저감할 수 있고, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측의 가장자리(32b)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 유입되는 연료의 플럭스를 상기 제 1 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 이러한 것에 의해, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름을 작용시켜, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(32c)과 대향하지 않는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름과 상기 제 2 분사 구멍(32c)과 대향하는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름을 양호하게 밸런싱시켜, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 내연 기관(10)은 상술한 연료 분사 밸브(30)를 구비한 구성이다. 이러한 구성에 의하면, 내연 기관(10)은, 상술한 연료 분사 밸브(30)를 구비함으로써, 적어도 연료의 분사 중에 있어서의 제 1 분사 구멍(31a) 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있고, 불완전 연소에 의해 침전물(deposit)이 발생하는 원인이 되는 연료 분사 밸브(30)의 선단 등에 대한 연료의 부착을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은, 본 발명의 청구항에 기재된 발명 특정 사항만을 가지는 것이라도 좋고, 본 발명의 청구항에 기재된 발명 특정 사항과 함께 상기 발명 특정 사항 이외의 구성을 가지는 것이라도 좋다.
도 1은 실시형태에 따른 연료 분사 밸브를 구비한 내연 기관에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 연료 분사 밸브의 측면도이다.
도 3은 연료 분사 밸브에 제공된 분사 구멍에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 있어서의 틀(C) 내의 확대도이다.
도 5는 도 3에 있어서의 B-B선 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브 및 상기 연료 분사 밸브를 구비한 내연 기관의 실시형태의 예에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 실시형태의 구성, 동작 등은, 일례이며, 본 발명은 이러한 구성, 동작 등인 경우에 한정되지 않는다. 또한, 이하에서, 동일 또는 유사한 설명을 적절히 간략화 또는 생략하고 있다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일 또는 유사한 부재 또는 부분에 대해, 부호를 붙이는 것을 생략하고 있거나, 또는 동일한 부호를 붙이고 있다. 또한, 미세한 구조에 대해, 도시를 적절히 간략화 또는 생략하고 있다.
본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브는 내연 기관(예를 들어, 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등)에 있어서 연료를 분사하는 연료 분사 밸브로서 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료 분사 밸브를 구비한 내연 기관, 예를 들어, 가솔린을 연료로 하는 내연 기관은 차량용이나 발전 장치용 등의 내연 기관으로서 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 내연 기관으로서 차량용의 가솔린 내연 기관을 예로 설명하지만, 본 발명이 특별히 이것에 한정되는 것은 아니다.
<실시형태>
[내연 기관에 대하여]
본 실시형태에 따른 내연 기관(10)의 구성에 대하여, 도 1에 기초하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 내연 기관(10)은, 연소실(21)을 형성하는 기관 본체(20), 연소실(21)의 내부에 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30), 연소실(21)에 불꽃 방전하는 점화 플러그(40), 연소실(21)을 흡기 통로(24)에 대하여 개폐하는 흡기 밸브(50), 연소실(21)을 배기 통로(25)에 대하여 개폐하는 배기 밸브(60), 연소실(21)에서의 연료 및 공기의 혼합기의 연소에 수반하여 직선 운전하는 피스톤(70), 및 상기 피스톤(70)의 직선 운전을 회전 운동으로 변환하는 커넥팅 로드(80) 및 크랭크 샤프트(도시되지 않음), 연료가 저류되는 연료 탱크(도시되지 않음)로부터 연료 분사 밸브(30)에 연료를 공급하는 연료 공급 장치(도시되지 않음) 등을 구비한다.
기관 본체(20)는, 실린더 헤드(22), 실린더 블록(23)을 구비하고, 상기 실린더 헤드(22), 실린더 블록(23)에 의해 연소실(21)이 형성된다. 실린더 헤드(22)에있어서의 상기 실린더 헤드(22)와 흡기 통로(24)의 결합부 부근에는, 상기 실린더 헤드(22)의 외측으로부터 연소실(21)에 연통하는 제 1 부착 구멍(26)이 형성되고, 상기 제 1 부착 구멍(26)에 연료 분사 밸브(30)가 삽입된다. 또한, 실린더 헤드(22)에 있어서의 흡기 밸브(50)의 부착 위치와 배기 밸브(60)의 부착 위치 사이에는, 상기 실린더 헤드(22)의 외측으로부터 연소실(21)에 연통하는 제 2 부착 구멍(27)이 형성되고, 상기 제 2 부착 구멍(27)에 점화 플러그(40)가 삽입된다.
연료 분사 밸브(30)는, 연료를 분사하는 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)이 제공된 밸브 시트 플레이트(36)가 연소실(21)을 향하도록 제 1 부착 구멍(26)에 삽입되어, 연소실(21)에 연료를 직접 분사한다. 또한, 연료 분사 밸브(30)의 선단 부분의 외주부에는 밀봉부(38)가 설치되어, 연료 분사 밸브(30)와 제 1 부착 구멍(26)의 간극을 막아, 연소실(21)로부터의 연소 가스를 밀봉하도록 구성된다.
연료 분사 밸브(30)가 제 1 부착 구멍(26)에 삽입됨으로써, 상기 연료 분사 밸브(30)의 선단은, 연소실(21)의 내부를 향하도록 구성된다. 이러한 것에 의해, 연료 분사 밸브(30)는, 연소실(21)의 내부에 연료 분무를 직접 분사할 수 있도록 되어 있다.
또한, 본 실시형태에서, 제 1 부착 구멍(26)은 실린더 헤드(22)에 있어서의 상기 실린더 헤드(22)와 흡기 통로(24)의 결합부 부근에 제공되는 구성이지만, 제 1 부착 구멍(26)은 실린더 헤드(22)에 있어서 흡기 밸브(50)의 부착 위치와 배기 밸브(60)의 부착 위치 사이에 제공되는 구성이라도 좋다. 이러한 구성에서도, 연료 분사 밸브(30)가 제 1 부착 구멍(26)에 삽입됨으로써, 상기 연료 분사 밸브(30)의 선단은, 연소실(21) 내부를 향하는 구성이 되어, 연료 분사 밸브(30)는, 연소실(21)의 내부에 연료 분무를 직접 분사할 수 있다.
또한, 연료 분사 밸브(30)는 그 선단이 연소실(21)을 향하도록 배치되는 구성이지만, 연료 분사 밸브(30)는 그 선단이 흡기 통로(24)를 향하도록 배치되는 구성이라도 좋다.
[연료 분사 밸브에 대하여]
본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)에 대하여, 도 1 내지 도 5에 기초하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 연료 분사 밸브(30)는, 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 연소실(21) 내에서 약간 하향(피스톤(70) 측의 방향)하여, 상기 연료 분사 밸브(30)의 선단 부분에 제공되는 분사 구멍(31a 내지 31f)이 연소실(21) 내를 향하도록, 실린더 헤드(22)와 흡기 통로(24)의 결합부 부근에 부착된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연료 분사 밸브(30)는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)이 형성되는 동시에 밸브 시트부(36a)가 형성된 밸브 시트 플레이트(36), 밸브 시트부(36a)와 당접함으로써 분사 구멍(31a 내지 31f)으로의 연료 공급을 차단 가능한 밸브체(35), 상기 밸브체(35)를 밸브 시트부(36a)에 당접하는 위치와 당접하지 않는 위치로 이동시키는 것이 가능한 솔레노이드 코일(33)과, 밸브체(35)를 가압하는 스프링(34) 등을 구비한다.
밸브 시트 플레이트(36)의 내측은, 밸브체(35)의 선단부(35a)의 볼 형상에 대응하는 돔 형상으로 형성된다. 밸브 시트 플레이트(36)의 내측에 있어서 밸브체(35)의 선단부(35a)가 당접하는 부분에 밸브 시트부(36a)가 형성되고, 상기 선단부(35a)와 밸브 시트부(36a)가 접할 때 밀봉을 형성하도록 되어 있다. 그리고, 밸브 시트 플레이트(36)에 있어서의 밸브 시트부(36a)보다도 내측(연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1) 측)에는, 밸브 시트 플레이트(36)의 내부에서 외부로 연통하는 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)이 형성된다.
연료 분사 밸브(30)는, 솔레노이드 코일(33)에 소정 전압이 인가되어 있지 않은 비통전 상태에서 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 연료가 분사되지 않는 폐쇄 상태로 되는 NC(Normal Close)식의 전자 밸브이며, 솔레노이드 코일(33)이 비통전 상태일 때에는, 스프링(34)에 의해 가압된 밸브체(35)의 볼 형상의 선단부(35a)와 밸브 시트 플레이트(36)의 밸브 시트부(36a)가 밀착됨으로써, 연료 공급구(37)로부터 공급되는 연료가 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 누출되지 않는 폐쇄 상태로 되도록 된다. 한편, 솔레노이드 코일(33)에 소정 전압이 인가되는 통전 상태일 때에는, 밸브체(35)가 밸브 시트 플레이트(36)의 밸브 시트부(36a)로부터 멀어진 위치로 이동하여 상기 밸브체(35)와 밸브 시트부(36a) 사이에 간극이 발생한 상태가 됨으로써, 연료 공급구(37)로부터 공급되는 연료가, 상기 밸브체(42)와 밸브 시트부(36a)의 간극을 지나, 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 분무상으로 분사되는 개방 상태가 되도록 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 연료 분사 밸브(30)는, 솔레노이드 코일에 의해 개방 상태와 폐쇄 상태가 전환되는 구성이지만, 연료 분사 밸브(30)는, 예를 들어, 피에조 소자 등에 의해 개방 상태와 폐쇄 상태로 전환되는 구성이라도 좋다.
연료 공급구(37)로부터 연료 분사 밸브(30) 내로 공급된 연료는, 연료 분사 밸브(30)의 내부에 설치된 유로를 지나(도시되지 않음), 밸브 시트 플레이트(36)의 밸브 시트부(36a)에 도달한다. 그리고, 연료 분사 밸브(30)가 개방 상태일 때에는, 연료는, 밸브 시트부(36a)에 도달한 후, 밸브체(35)의 선단부(35a)와 밸브 시트부(36a) 사이의 협착부를 통과하고, 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)의 방향으로 흘러 분사 구멍(31a 내지 31f)에 도달한다. 그리고, 분사 구멍(31a 내지 31f)을 통과하여 연소실(21) 내에 분사된다(도 5 참조). 한편, 연료 분사 밸브(30)가 폐쇄 상태일 때에는, 밸브체(35)의 선단부(35a)와 밸브 시트부(36a) 사이가 폐색됨으로써, 연소실(21) 내로의 연료의 분사가 차단된다.
[분사 구멍에 대하여]
본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)의 분사 구멍(31a 내지 31f)에 대하여, 도 3 내지 도 5에 기초하여 설명한다. 도 3은 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)(도 2에 있어서의 화살표(A) 방향)에서 본 밸브 시트 플레이트(36)를 도시하는 도면이다. 도 4는 도 3에 있어서의 틀(C) 내의 확대도이고, 도 5는 도 4에 있어서의 후술의 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선인 B-B선 위에서 본 단면의 연료 분사 밸브(30)의 선단 부분의 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 연료 분사 밸브(30)의 밸브 시트 플레이트(36)에는, 내부에서 외부로 연통하는 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)이 천공되어 있고, 상기 분사 구멍(31a 내지 31f)에는, 후술의 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)이 포함된다. 제 1 분사 구멍(31a)은, 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)으로부터 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위에 상기 분사 구멍의 개구의 중심이 위치하도록 천공된다. 제 2 분사 구멍(31c)은, 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)으로부터 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위이며, 또한 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측(접선(F-F)과 제 2 원의 교점을 지나는 상기 제 2 원의 원호 중 짧은 쪽의 원호(α) 위)에 상기 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이 위치하도록 천공된다. 또한, 분사 구멍(31c)은, 상기 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이, 분사 구멍(31a)을 지나는 접선(F-F)에 대한 수선(D-D)으로부터 약 30°가 되는 제 2 원 위에 위치하도록 천공된다.
또한, 분사 구멍(31b)은, 제 1 원 위의 소정 위치에 개구의 중심이 위치하고, 분사 구멍(31d 내지 31f)은, 제 2 원 위의 소정 위치에 개구의 중심이 위치하도록 천공된다. 또한, 분사 구멍(31b)과 분사 구멍(31d)의 위치 관계는, 분사 구멍(31a)과 분사 구멍(31c)의 위치 관계와 동일하며, 분사 구멍(31d)은, 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)으로부터 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위이며, 또한 분사 구멍(31b)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 분사 구멍(31d)의 개구의 중심이 위치하도록 천공된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선인 B-B선을 포함하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 평행한 면 위에서 본 단면의 경우에, 상기 단면에 투사되는 투사각이며, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 투사각의 각도를 제 1 각도(θ1)로 한다. 또한, 마찬가지로 상기 단면에 투사되는 투사각이며, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 투사각의 각도를 제 2 각도(θ2)로 한다. 이 경우, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)은, 제 1 각도(θ1)가 제 2 각도(θ2)와 비교하여 커지도록 각각 천공된다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 각도(θ1)는, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 투사각 중 예각 측의 각각의 각도이다. 또한, 제 2 각도(θ2)는, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 투사각 중 예각 측의 각각의 각도이다.
그리고, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측(밸브 시트 플레이트(36)의 내주면 측)의 각 개구부의 가장자리(32a 내지 32d)에 대하여, 서로 대향하지 않는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 가장자리(32a)(제 1 분사 구멍(31a)의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1) 측의 가장자리(32a))와 제 2 분사 구멍(31c)의 가장자리(32d)(제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 통과하는 제 2 원의 접선에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1) 측과 반대 측의 가장자리(32d))는, 모두 둔각을 이루고, 서로 대향하는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 가장자리(32b)(제 1 분사 구멍(31a)의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1) 측과 반대 측의 가장자리(32b))와 제 2 분사 구멍(31c)의 가장자리(32c)(제 1 분사 구멍(31a)의 중심을 통과하는 제 2 원의 접선에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1) 측의 가장자리(32c))는, 모두 예각을 이루도록, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)은 각각 천공된다.
또한, 분사 구멍(31a 내지 31f)에는, 상류 측(밸브 시트 플레이트(36)의 내측)에 형성된 작은 직경의 가이드 영역(L)과, 하류 측(연소실(21) 측)에 형성되어 가이드 영역(L)보다 큰 직경의 카운터 보링으로 형성되는 확산 영역(M)이 형성된다. 확산 영역(M)의 바닥면은, 예를 들어, 가이드 영역(L)의 중심 축에 대하여 직각인 계단 형상으로 형성된다. 가이드 영역(L)으로부터 확산 영역(M)을 통해 연소실(21)로 분사되는 연료는 분무가 되어 확산되도록 된다. 또한, 전술한 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2), 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)은, 각각각의 분사 구멍에 있어서의 가이드 영역(L)의 중심 축과 일치한다. 또한, 각각의 분사 구멍(31a 내지 31f)의 가이드 영역(L)의 깊이(l)에 대한 분사 구멍의 직경(d)의 비율(ε)(ε=l/d)은, 약 1이다. 또한, 연료 분사 압력이 비교적 낮은 내연 기관(예를 들면, 가솔린 엔진)에 연료 분사 밸브(30)가 적용되는 경우에는, 연료 분사 압력이 비교적 높은 내연 기관(예를 들어, 디젤 엔진)에 연료 분사 밸브(30)가 적용되는 경우와 비교하여, 상기 연료 분사 밸브의 선단부의 두께가 얇게 설계되고, 연료 분사 밸브의 분사 구멍에 있어서의 가이드 영역(L)의 깊이(l)에 대한 분사 구멍의 직경(d)의 비율(ε)은 작아지는 경향이 있다. 예를 들면, 가솔린 엔진에 있어서의 연료 분사 밸브에서는, 비율(ε)은 1 내지 3 정도이고, 디젤 엔진에 있어서의 연료 분사 밸브에서는, 비율(ε)은 5 내지 10 정도이며, 가솔린 엔진에 있어서의 연료 분사 밸브의 분사 구멍의 가이드 영역은, 디젤 엔진에 있어서의 연료 분사 밸브와 비교하여 짧고, 가솔린 엔진의 연료 분사 밸브에서는, 디젤 엔진의 연료 분사 밸브와 비교하여, 분사 구멍의 내벽면에 있어서 연료의 흐름의 박리가 발생하기 쉬운 경향이 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)는, 내연 기관(10)에 연료를 분사하는 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)을 구비하고, 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공된다.
또한, 본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)에서는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고, 제 1 분사 구멍(31a)은, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공되고, 제 2 분사 구멍(31c)은, 제 2 원 위이며, 또한 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된다. 또한, 제 1 분사 구멍(31a)이 제공된 제 1 원과, 제 2 분사 구멍(31c)이 제공된 제 2 원은, 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1) 위에 중심이 설정되는 동심원이다.
또한, 본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)에서는, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선인 B-B선 위에서 본 단면의 경우에, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 1 각도(θ1)는, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 2 각도(θ2)보다도 커지도록 구성된다.
또한, 본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)에서는, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)은, 서로 대향하지 않는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리와 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리가 모두 둔각을 이루고, 서로 대향하는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리와 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리가 모두 예각을 이루도록 구성된다. 또한, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)은, 서로 대향하는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리와 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리가 모두 예각을 이루지만, 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제 2 분사 구멍이 제공된다.
또한, 연료 분사 밸브(30)에 있어서 천공되는 분사 구멍의 개수, 각각의 분사 구멍의 배치나 구경의 크기, 분사 구멍의 축선과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 각도, 카운터 보어의 형상 등은, 상기 연료 분사 밸브(30)가 부착되는 내연 기관(10)의 설계에 따라 설계될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 분사 구멍(31c)은, 상기 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이, 제 1 분사 구멍(31a)을 지나는 접선(F-F)에 대한 수선(D-D)으로부터 30°가 되는 제 2 원 위에 위치하도록 천공되어 있는 구성이지만, 제 2 분사 구멍(31c)은, 적어도, 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측의 제 2 원의 원호 위에 위치하는 구성, 즉 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이, 제 1 분사 구멍(31a)을 지나는 접선(F-F)에 대한 수선(D-D)으로부터 ±90°의 범위 내의 제 2 원 위에 위치하도록 천공되어 있는 구성이라도 좋다. 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이, 제 1 분사 구멍(31a)을 지나는 접선(F-F)에 대한 수선(D-D)으로부터 ±90°의 범위 내의 제 2 원 위에 위치하도록 천공되어 있는 구성에서는, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향과, 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향을 상호 작용시켜, 각각의 분사 구멍의 내벽면에서의 연료의 흐름의 박리를 저감할 수 있다. 제 2 분사 구멍(31c)은, 수선(D-D)에 보다 가까운 제 2 원 위의 원호 위에 위치할수록, 제 1 분사 구멍(31a)으로 유입되는 연료의 흐름에 대하여 큰 영향을 줄 수 있고, 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이, 제 1 분사 구멍(31a)을 지나는 접선(F-F)에 대한 수선(D-D)으로부터 ±45°의 범위 내의 제 2 원 위의 원호 위에 위치하는 구성이 보다 바람직하다. 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이, 제 1 분사 구멍(31a)을 지나는 접선(F-F)에 대한 수선(D-D)으로부터 ±45°의 범위 내의 제 2 원 위의 원호 위에 위치하는 구성에서는, 분사 구멍(31c)의 개구의 중심이, 제 1 분사 구멍(31a)을 지나는 접선(F-F)에 대한 수선(D-D)으로부터 ±45° 내지 90°의 범위 내의 제 2 원 위의 원호 위에 위치하는 구성과 비교하여, 보다 현저하게, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향과, 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향을 상호 작용시킬 수 있다.
[작용 효과에 대하여]
일반적으로, 연료 분사 밸브의 분사 구멍에 있어서의 분사 상류 측의 가장자리 부근에서는, 가장자리의 각도가 가파른 부분일수록 다른 부분과 비교하여 분사 구멍의 내벽면에서 연료의 흐름이 박리되기 쉽고, 또한, 유속이 빠를수록 분사 구멍의 내벽면에서 연료의 흐름이 박리되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 분사 구멍에 형성된 가이드 영역(L)의 깊이(l)에 대한 상기 분사 구멍의 직경(d)과의 비율(ε)(ε=l/d)이 작을수록, 즉 가이드 영역(L)이 짧을수록, 분사 구멍 내를 흐르는 연료의 흐름은, 하류 측의 출구에서 분사될 때까지 난류 상태에서 정류화되기 어렵고, 상기 분사 구멍의 내벽면에서 연료의 흐름이 박리되기 쉬운 경향이 있다. 특히, 상기 비율(ε)이 대체로 3을 하회하는 경우에, 연료의 흐름의 박리의 용이함은, 상기 비율이 3을 초과하는 경우와 비교하여 현저하게 높아지는 경향이 있다. 그리고, 연료의 흐름에 박리가 발생하면, 유동장의 혼란이 생겨, 분사 구멍으로부터 분사되는 연료의 분무가 상기 분사 구멍의 주위에 비산하여 액적으로 되어, 상기 연료 분사 밸브의 선단의 외주 벽면 등에 부착될 우려가 있다. 연료 분사 밸브(30)의 선단부가 연소실(21) 내를 향하도록 배치되는 내연 기관(10)에서는, 상기 연료 분사 밸브(30)의 선단 등에 연료가 부착되고, 부착된 연료가 불완전 연소됨으로써 미연 입자상 물질의 발생 요인이 된다.
본 실시형태의 연료 분사 밸브(30)는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 내연 기관(10)으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30)이며, 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)이 제공되고, 각각의 분사 구멍(31a 내지 31f)에 형성된 가이드 영역(L)의 깊이(l)에 대한 상기 분사 구멍의 직경(d)과의 비율(ε)이 약 1이고, 각각의 분사 구멍 내를 흐르는 연료의 흐름은, 하류 측의 출구로부터 분사될 때까지 정류화되기 어려운 경향이 있다.
이것에 대하여, 연료 분사 밸브(30)에서는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선에 관하여 연료 분사(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함한다. 그리고, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)은, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선인 B-B선 위에서 본 단면의 경우에, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 1 각도(θ1)가, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 2 각도(θ2)보다도 큰 구성이다.
이와 같은 구성에 의하면, 제 1 분사 구멍(31a)과 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 적어도, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리(32d)와 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)를, 둔각을 이루는 구성으로 할 수 있고, 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여, 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)으로 유입되는 연료의 플럭스를 상기 제 1 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제 2 분사 구멍(31c)이 제공되는 구성으로 함으로써, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c) 사이에 있는 연료를 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입시켜, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측의 가장자리(32b)로부터 제 1 분사 구멍(31a)으로 유입되는 연료의 유속을 저감할 수 있고, 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측의 가장자리(32b)로부터 제 1 분사 구멍(31a)에 유입되는 연료의 플럭스를 상기 제 1 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 이러한 것에 의해, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름의 영향을 작용시켜, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름과, 상기 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름을 양호하게 밸런싱시켜, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 구멍 내에서 내벽면으로부터의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
또한, 제 1 분사 구멍(31a)에 관한 제 1 각도(θ1)가 제 2 분사 구멍(31c)에 관한 제 2 각도(θ2)보다도 큰 구성에 의하면, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여, 서로 대향하지 않는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리(32a)와 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리(32d)를 모두 둔각을 이루는 구성으로 할 수 있고, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여 대향하지 않는 측의 가장자리(32a, 32d)로부터 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입되는 연료의 플럭스를 각각의 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있는 동시에, 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제 2 분사 구멍이 제공됨으로써, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c) 사이에 있는 연료를 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입시켜, 상기 각각의 분사 구멍의 분사 상류 측의 가장자리(32b, 32c)로부터 각각의 분사 구멍으로 유입되는 연료의 유속을 저감시킬 수 있고, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여 서로 대향하는 측의 가장자리(32b, 32c)로부터 각각의 분사 구멍(31a, 31c)으로 유입되는 연료의 플럭스를 각각의 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 이러한 것에 의해, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향과, 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향을 상호 작용시켜, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여 서로 대향하지 않는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름과 서로 대향하는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름을 양호하게 밸런싱시켜, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)의 각각의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
본 실시형태의 연료 분사 밸브(30)에서는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 내연 기관(10)으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30)에 있어서, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공되고, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선에 관하여 연료 분사(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 적어도, 제 1 분사 구멍(31a)의 상류 측의 가장자리 중 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)는 둔각을 이루는 구성이다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)를, 둔각을 이루는 구성에 의해, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 유입되는 연료의 플럭스를 상기 제 1 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제 2 분사 구멍(31c)이 제공되는 구성이기 때문에, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c) 사이에 있는 연료를 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입시켜, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측의 가장자리(32b)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)으로 유입되는 연료의 유속을 저감할 수 있고, 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측의 가장자리(32b)로부터 상기 제 1 분사 구멍(31a)에 유입되는 연료의 플럭스를 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 이러한 것에 의해, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름의 영향을 작용시켜, 제 1 분사 구멍(31a)에 대하여 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하지 않는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름과, 상기 제 2 분사 구멍(31c)과 대향하는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름을 양호하게 밸런싱시켜, 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 구멍 내에서 내벽면에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
본 실시형태의 연료 분사 밸브(30)는, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 내연 기관(10)으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30)에 있어서, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은, 제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공되고, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선에 관하여 연료 분사(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 서로 대향하지 않는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리(32a)와 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리(32d)가, 모두 둔각을 이루는 구성이다.
이러한 구성에 의하면, 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f) 중, 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여, 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 서로 대향하지 않는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리(32a)와 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리(32d)를 모두 둔각을 이루도록 구성함으로써, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여 서로 대향하지 않는 측의 가장자리(32a, 32d)로부터 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입되는 연료의 플럭스를 각각의 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제 2 분사 구멍(31c)이 제공되는 구성이기 때문에, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c) 사이에 있는 연료를 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입시켜, 상기 각각의 분사 구멍의 분사 상류 측의 가장자리(32a, 32d)로부터 각각의 분사 구멍으로 유입되는 연료의 유속을 저감할 수 있고, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여 서로 대향하는 측의 가장자리(32b, 32c)로부터 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 유입되는 연료의 플럭스를 각각의 분사 구멍의 내벽면에서 박리되기 어렵게 할 수 있다. 이러한 것에 의해, 제 1 분사 구멍(31a)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향과, 제 2 분사 구멍(31c)에 의한 연료의 흐름에 대한 영향을 상호 작용시켜, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)에 대하여 서로 대향하지 않는 측으로부터 유입되는 원료의 흐름과 서로 대향하는 측으로부터 유입되는 연료의 흐름을 양호하게 밸런싱시켜, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)의 각각의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)는, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)의 길이(l)에 대한 상기 분사 구멍의 직경(d)의 비율(ε)이 3 이하인 구성이다. 이러한 구성에서, 분사 구멍 내를 흐르는 연료의 흐름은, 하류 측의 출구로부터 분사될 때까지 난류 상태에서 정류화되기 어렵고, 상기 분사 구멍의 내벽면에서 연료의 흐름이 박리되기 쉬운 경향이 있지만, 제 2 분사 구멍(31c)이 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제공되는 구성이며, 또한 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 1 각도(θ1)를, 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 2 각도(θ2)보다도 큰 구성이므로, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)의 각각의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
또한,　본 실시형태에 따른 연료 분사 밸브(30)는, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)의 길이(l)에 대한 상기 분사 구멍의 직경(d)의 비율(ε)이 3 이하인 구성이다. 이러한 구성에서, 분사 구멍 내를 흐르는 연료의 흐름은, 하류 측의 출구로부터 분사될 때까지 난류 상태에서 정류화되기 어렵고, 상기 분사 구멍의 내벽면에서 연료의 흐름이 박리되기 쉬운 경향이 있지만, 제 2 분사 구멍(31c)이 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 제 1 원의 접선(F-F)에 관하여 연료 분사 밸브의 중심 축선(CF1)과 반대 측에 있어서의 제 2 원 위에 제공되는 구성이며, 또한 서로 대향하지 않는 측의 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리(32a)와 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리(32d)는, 모두 둔각을 이루는 구성이므로, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)의 각각의 분사 구멍 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있다.
또한, 분사 구멍의 길이(l)로는, 상류 측에 형성된 작은 직경의 가이드 영역(L)과, 하류 측에 형성된 가이드 영역(L)보다 큰 직경의 카운터 보어로 형성되는 확산 영역(M)이 상기 분사 구멍에 형성된 경우에는 확산 영역(M)을 포함하지 않는 가이드 영역(L)만의 길이이다.
본 실시형태에 따른 내연 기관(10)은, 상술한 연료 분사 밸브(30)를 구비한 구성이다. 이러한 구성에 의하면, 내연 기관(10)은, 상술한 연료 분사 밸브(30)를 구비하므로, 연료의 분사 중에 있어서의 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c) 내에서의 연료 흐름의 박리를 저감할 수 있고, 불완전 연소에 의해 침전물이 발생하는 원인이 되는 연료 분사 밸브(30)의 선단 등으로의 연료의 부착을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 1 분사 구멍(31a) 및 제 2 분사 구멍(31c)은, 각각의 분사 구멍(31a, 31c)에 형성된 가이드 영역(L)의 깊이(l)에 대한 상기 분사 구멍의 직경(d)과의 비율(ε)이 약 1인 구성이지만, 각각의 분사 구멍의 가이드 영역(L)의 깊이(l)에 대한 상기 분사 구멍의 직경(d)과의 비율(ε)은 1에 한정되지 않고, 1 미만인 구성, 1을 초과하는 구성에서도, 본 실시형태와 동일한 효과를 나타낸다.
이상, 본 발명의 실시형태의 예를 설명해 왔지만, 본 발명은 이 실시형태의 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서의 변경이나 추가가 있어도 본 발명에 포함되는 것은 말할 필요도 없다.
10 내연 기관
21 연소실
22 실린더 헤드
30 연료 분사 밸브
31a 내지 31f 분사 구멍

Claims (6)

  1. 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 내연 기관(10)으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30)에 있어서,
    상기 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은,
    제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공되고,
    상기 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선(F-F)에 대하여 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축(CF1)과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고,
    상기 제 1 원과 상기 제 2 원은 동심원이고, 또한 상기 제 1 원의 중심과 상기 제 2 원의 중심은, 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축 위에 있고,
    상기 제 1 분사 구멍(31a)의 중심 축선(CF2)과 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 1 각도(θ1)는 상기 제 2 분사 구멍(31c)의 중심 축선(CF3)과 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축선(CF1)이 이루는 제 2 각도(θ2)보다도 큰 연료 분사 밸브.
  2. 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)으로부터 내연 기관(10)으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브(30)에 있어서,
    상기 복수의 분사 구멍(31a 내지 31f)은,
    제 1 반경(R1)의 제 1 원 위와, 상기 제 1 반경(R1)보다도 큰 제 2 반경(R2)의 제 2 원 위에 각각 복수개 제공되고,
    상기 제 1 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 1 분사 구멍(31a)과, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 개구의 중심을 통과하는 상기 제 1 원의 접선에 대하여 상기 제 1 분사 구멍과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 원 위에 개구의 중심이 제공된 제 2 분사 구멍(31c)을 포함하고,
    상기 제 1 분사 구멍(31a)의 중심과 상기 제 2 분사 구멍(31c)의 중심을 연결하는 최단선 위에서 본 단면의 경우에, 적어도, 상기 제 1 분사 구멍(31a)의 분사 상류 측의 가장자리 중 상기 제 2 분사 구멍(31c)의 분사 상류 측의 가장자리와 대향하지 않는 측의 가장자리(32a)는, 둔각을 이루는 연료 분사 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 원과 상기 제 2 원은, 동심원인 연료 분사 밸브.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 원의 중심과 상기 제 2 원의 중심은, 상기 연료 분사 밸브(30)의 중심 축(CF1) 위에 있는 연료 분사 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 분사 구멍(31a) 및 상기 제 2 분사 구멍(31c)의 길이(l)에 대한 상기 분사 구멍(31a, 31c)의 직경(d)의 비율(α)이, 3 이하인 연료 분사 밸브(30).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 연료 분사 밸브(30)를 구비한 내연 기관.
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