WO2014098529A1 - 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터 - Google Patents

연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터 Download PDF

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박정환
김형진
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Hyundai Kefico Corp
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    • F02M61/184—Discharge orifices having non circular sections

Definitions

  • the present invention relates to a high-pressure direct injection injector for a vehicle having a fuel atomization valve seat body.
  • the nozzle cross-sectional area is elliptical to increase fuel injection speed to maximize fuel atomization effect, and form a step hole at the bottom of the nozzle hole.
  • the present invention relates to a high pressure direct injection injector having a fuel atomization valve seat body capable of preventing combustion by-products from clogging the nozzle hole.
  • the conventional injection nozzle is formed in a round shape, and the injection length of the fuel is long.
  • the rate of fuel being sprayed is low, the complete vaporization of the droplets is not achieved, incomplete combustion, combustion by-products are deposited to close the injection nozzle occurs. Due to this, the atomization efficiency of the fuel is not good and incomplete combustion is made, and thus there is a problem that the air is polluted and the output is also lowered.
  • US Patent No. US5353992 discloses an inclined nozzle hole in which the cross-sectional area is increased toward the injection direction of the fuel.
  • the speed of fuel injection is low, so that atomization is not effectively performed, and there is a disadvantage in that it does not effectively improve the problem of generating harmful gases such as carbon monoxide due to incomplete combustion.
  • the present invention to solve the above problems, by maximizing the fuel atomization effect by increasing the injection speed of the fuel by making the nozzle cross-sectional area elliptical, forming a step hole at the bottom of the nozzle hole to prevent the phenomenon of combustion by-products block the nozzle hole
  • An object of the present invention is to provide a high-pressure direct injection injector for a vehicle having a fuel atomization valve seat body that can be prevented in advance.
  • a vehicle high pressure direct injection injector having a fuel atomization valve seat body is a cylindrical housing having a needle valve therein, a magnetic coil for reciprocating the needle valve, the current in the magnetic coil
  • a current supply line for supplying a valve, a return spring disposed above the needle valve to apply a restoring force to the needle valve, a valve seat body disposed below the cylindrical housing, and a ball disposed between the valve seat body and the needle valve
  • the seat body may include a valve seat surface on which the ball is seated and a nozzle hole penetrating in the fuel injection direction in the valve seat body, and the nozzle hole may be formed in an elliptical shape.
  • valve seat body may be formed with a plurality of nozzle holes.
  • the nozzle hole may be formed of an ellipse whose cross section has a short diameter to long diameter ratio of 1: 1 to 3.5.
  • the nozzle hole may be tapered to the side so that the horizontal cross-sectional area is increased in the direction in which the fuel is injected.
  • the nozzle hole may be tapered to the side so that the horizontal cross-sectional area is reduced when going in the direction of fuel injection.
  • a step hole having a horizontal cross-sectional area larger than the horizontal cross-sectional area of the nozzle hole may be formed below the nozzle hole.
  • the nozzle cross-sectional area is elliptical, so that the fuel can be atomized more optimally. By reducing the environmental pollution can be minimized.
  • the diameter of the lower part of the nozzle hole is larger or smaller than the diameter of the upper part of the nozzle hole to increase the fuel injection speed, and the atomization of the fuel is improved compared to the conventional nozzle hole.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a vehicle high pressure direct injection injector of the present invention.
  • 2A to 2C are cross-sectional views, a valve seat body perspective view, and a plan view of a nozzle portion of a conventional high pressure direct injection injector for a vehicle.
  • 3A to 3C are cross-sectional, perspective and plan views of a nozzle portion of a vehicle high pressure direct injection injector equipped with a fuel atomization valve seat body of the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4A and 4B are cross-sectional and perspective views of a nozzle portion of a vehicle high pressure direct injection injector with fuel atomization valve seat body according to a second embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are cross-sectional and perspective views of a nozzle portion of a high pressure direct injection injector for a vehicle having a fuel atomization valve seat body according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6A and 6B are cross-sectional and perspective views of a nozzle portion of a vehicle high pressure direct injection injector equipped with a fuel atomization valve seat body according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A and 7B are cross-sectional and perspective views of a nozzle portion of a vehicle high pressure direct injection injector with a fuel atomization valve seat body according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are cross-sectional and perspective views of a nozzle portion of a high pressure direct injection injector for a vehicle having a fuel atomization valve seat body according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is experimental data of droplet size according to an elliptic ratio of a high-pressure direct injection injector for a vehicle having a fuel atomization valve seat body according to a sixth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a high-pressure direct injection injector for a vehicle of the present invention mounted on an automobile.
  • the needle valve 11 is positioned inside the cylindrical housing 10, and the magnetic coil 12 is positioned around the needle valve 11.
  • the magnetic coil 12 generates a magnetic field by applying a current through the line 13 to which the electric plug 17 is connected, and moves and controls the needle valve 11 up and down.
  • the valve seat body 15 is positioned at the lower side of the needle valve 11, and the valve seat body 15 has a nozzle hole 19 through which fuel can be injected.
  • the upper side of the nozzle hole 19 of the valve seat body 15 is provided with a ball 20 disposed at the lower end of the needle valve 11, the lower portion of the needle valve when no current is applied to the magnetic coil 12
  • the ball 20 disposed at the end closes the nozzle hole 19.
  • the upper part of the cylindrical housing 10 is connected to the fuel supply part 16 so that high-pressure fuel is injected into the cylindrical housing 10, and the needle valve 11 is moved upward by the magnetic coil 12. do. At this time, a space is generated between the ball 20 and the valve seat body 15, and the high-pressure fuel is disposed in the lower part of the injector through the nozzle hole 19 existing in the valve seat body 15 along the valve seat surface 18. It will spray into the cylinder located.
  • a return spring 14 is disposed above the needle valve 11 to block the current applied to the magnetic coil 12 so that the needle valve 11 returns to its original state by applying a restoring force.
  • 2A to 2C are cross-sectional views, a valve seat body perspective view, and a plan view of a nozzle portion of a conventional high pressure direct injection injector for a vehicle.
  • the surface 201 is formed.
  • the nozzle hole 200 was configured in the form of a circle. In other words, the horizontal cross section of the nozzle hole 200 is a circle with the same radius, and the upper and lower cross-sections are the same cylindrical nozzle hole 200.
  • the shape of the nozzle hole 200 formed as a conventional source has a long injection length of fuel and a low injection speed, so that atomization of the fuel is not effectively achieved, and the air pollution water bill discharge due to incomplete combustion is high, and combustion by-products are nozzles. There was a problem accumulating in the hall causing the closure.
  • 3A to 3C are sectional views, a perspective view and a plan view showing a first embodiment of the valve seat body of the high pressure direct injection injector for a vehicle of the present invention.
  • the configuration of the present invention is a cylindrical housing 10 having a needle valve 11 therein, a magnetic coil 12 for reciprocating the needle valve 11, a current supply line for supplying current to the magnetic coil ( 13), a return spring 14 disposed above the needle valve 11 to apply a restoring force to the needle valve 11, a valve seat body 15 disposed below the cylindrical housing 10, and the valve seat body. And a ball 20 disposed between the needle valve 11 and the valve seat body 15 to the valve seat surface 18 and the valve seat body 15 on which the ball is seated.
  • the nozzle hole 300 penetrates in the fuel injection direction, and the nozzle hole 300 is an injector for the vehicle formed in an elliptical shape. 2 is an enlarged cross-sectional view of the valve seat body 15 under the injector.
  • valve seat body 15 is provided with a valve seat surface 301 on which the ball 20 is seated and an elliptical nozzle hole 300.
  • the valve seat body 15 has a nozzle hole 300 penetrating from the upper surface to the lower surface direction, and the upper portion of the nozzle hole 300 decreases from the upper surface of the valve seat body 15 toward the lower surface.
  • the valve seat surface 301 is formed.
  • the valve seat surface 301 is formed to be inclined to a portion on which the ball 20, which is the end of the needle valve 11, is seated, and seals the fuel by the seating of the needle valve 11.
  • an elliptical nozzle hole 300 having a short diameter D1 and a long diameter D2 different from each other exists in the center of the valve seat body, and a circular shape is formed at the inlet side of the nozzle hole 300 of the first embodiment.
  • Valve seat surface 301 is disposed.
  • the fuel can be atomized more optimally, and the combustion efficiency is improved to increase the efficiency of the engine. At the same time, it has the characteristics of minimizing environmental pollution by reducing the generation of harmful exhaust gas.
  • the fuel is injected into the nozzle hole 300, in particular, the nozzle hole 300 is formed in an elliptical horizontal cross section.
  • the atomization effect is improved by increasing the injection speed of the fuel to increase the impact amount that hits the air than the conventional nozzle hole of the original. Therefore, the reduction of droplet size leads to the effect of increasing the total combustion, increases the engine efficiency, and at the same time improves the emission of environmental pollutants.
  • 4A and 4B are a sectional view and a perspective view showing a second embodiment of the valve seat body of the vehicle high pressure direct injection injector of the present invention.
  • the nozzle hole 400 of the second embodiment is elliptical, and the nozzle hole is formed to increase in cross-sectional area toward the fuel injection direction.
  • a valve seat surface 403 on which the ball 20 can be seated is formed at the inlet side of the nozzle hole 400 of the second embodiment.
  • the valve seat surface 403 is formed so that the circumferential length decreases from the upper surface of the valve seat body 15 toward the lower surface, and the ball 20 at the end of the needle valve 11 is seated so that fuel is injected into the nozzle hole 400. Do not spray through).
  • the second embodiment has an inclined surface tapered in a shape in which the horizontal cross-sectional area increases from the upper surface of the nozzle hole to the lower surface.
  • the nozzle hole 400 is tapered to have a horizontal cross-sectional area to increase in the direction in which fuel is injected.
  • the major axis of the ellipse at the nozzle hole exit side is longer than the major axis of the ellipse at the inlet side
  • the minor axis of the ellipse at the nozzle hole exit side is longer than the minor axis of the inlet side. That is, the cross sectional area of the nozzle hole outlet side ellipse 401 is larger than the cross sectional area of the nozzle hole inlet side ellipse 402.
  • the nozzle hole 400 has the inclination angle 404, the through direction and the fuel injection direction forms can be formed to have a 0.1 ⁇ 10 O.
  • the inclination of the inclined side surface of the nozzle hole 400 may be configured to be inclined 0.1 to 10 O based on the vertical axis.
  • the nozzle hole 400 may be composed of an ellipse having a ratio of short axis to long axis of 1: 1 to 3.5, and when such a ratio, the atomization effect of the fuel may be maximized.
  • 5A and 5B are a sectional view and a perspective view showing a third embodiment of the valve seat body of the high pressure direct injection injector for a vehicle of the present invention.
  • the nozzle hole 500 of the third embodiment is elliptical, and the nozzle hole is formed such that the cross-sectional area decreases toward the fuel injection direction.
  • a valve seat surface 503 on which the ball 20 can be seated is formed at the inlet side of the nozzle hole 500 of the third embodiment.
  • the valve seat surface 503 is formed such that the circumferential length decreases from the upper surface of the valve seat body 15 toward the lower surface, and the ball 20 at the end of the needle valve 11 is seated so that fuel is injected into the nozzle hole 500. Do not spray through).
  • the third embodiment has an inclined surface tapered in a shape in which the horizontal cross-sectional area decreases from the upper surface of the nozzle hole to the lower surface.
  • the nozzle hole 500 is tapered at the side surface such that the horizontal cross-sectional area decreases as the fuel hole is injected.
  • the long axis of the ellipse on the nozzle hole inlet side is longer than the long axis of the ellipse on the outlet side
  • the short axis of the ellipse on the nozzle hole inlet side is longer than the short axis of the ellipse on the outlet side.
  • the cross section of the nozzle hole inlet side ellipse 501 is larger than the cross section of the nozzle hole outlet side ellipse 502. It has an inclined surface tapered in a shape in which the horizontal cross-sectional area decreases from the upper surface of the nozzle hole to the lower surface.
  • the nozzle hole 500 has a tilt angle 504, the through direction and the fuel injection direction forms can be formed to have a 0.1 ⁇ 10 O.
  • the inclination of the inclined side surface of the nozzle hole 500 may be configured to be inclined 0.1 to 10 O based on the vertical axis.
  • the nozzle hole 500 may be composed of an ellipse having a ratio of short axis to long axis of 1: 1 to 3.5, and when such a ratio, the atomization effect of the fuel may be maximized.
  • 6A and 6B are a sectional view and a perspective view showing a fourth embodiment of the valve seat body of the vehicle high pressure direct injection injector of the present invention.
  • the nozzle hole 600 is an ellipse, additionally provided with a step hole 601 larger than the nozzle hole 600 cross-sectional area, and the nozzle hole inlet is provided with the ball 20 seated therein.
  • the valve seat surface 602 is formed.
  • the valve seat surface 602 is formed to be inclined downward to the surface on which the ball 20 at the end of the needle valve 11 is seated. As such, the tapered surface may be formed to prevent leakage of fuel when the needle valve 11 is seated.
  • the cross section of the nozzle hole 600 is elliptical
  • the cross section of the step hole 601 may be elliptical or round, and may have other shapes.
  • the user may have a size sufficient to prevent the step hole 601 from being involved in fuel injected from the nozzle hole 600.
  • the nozzle hole 600 and the step hole 601 are formed stepwise as the side cross section is stepped, and the fuel is injected from the valve seat body 15 in the order of the nozzle hole 600 and the step hole 601. As such, by forming the step hole 601 under the nozzle hole 600, combustion by-products are deposited on the stepped upper part of the step hole 601, thereby preventing clogging of the nozzle hole 600. .
  • 7A and 7B are a sectional view and a perspective view showing a fifth embodiment of the valve seat body of the vehicle high pressure direct injection injector of the present invention.
  • the nozzle hole 700 is elliptical, the nozzle hole 700 is elliptical, and a step hole 701 larger than the cross-sectional area of the nozzle hole 700 is additionally provided.
  • the nozzle hole 700 has an elliptical horizontal cross section, and the step hole 701 is formed at the lower side of the nozzle hole 700, and the nozzle hole 700 has a cross section of an ellipse that increases from the upper surface to the lower surface. It is conical.
  • the circumference of the nozzle hole 700 gradually increases with respect to the injection direction of the fuel, and the side surface of the nozzle hole 700 is formed as an inclined surface.
  • a step hole 701 is formed on the lower surface of the nozzle hole 700 and has a cross section larger than the lower cross-sectional area of the nozzle hole 700.
  • the nozzle hole 700 has a shape in which the cross-sectional area of the ellipse increases toward the fuel injection direction, the nozzle hole 700 has a height of L1, and the step hole 701 has a height of L2.
  • the step hole 701 has a sufficient size so as not to affect the fuel atomization as much as possible, the nozzle hole 700 is formed in a conical shape having a lower cross-sectional area than the upper.
  • the atomization effect is maximized when the ratio of the short diameter to the long diameter of the nozzle hole 700 is 1: 1 to 3.5. That is, when the cross section of the nozzle hole 700 is an ellipse whose length is 1 to 3.5 times that of the short axis, the nozzle hole 700 exhibits a significant effect on reducing the size of the droplet, and has an improved effect on the complete combustion and engine efficiency due to the atomization effect. Can be exercised.
  • a circular valve seat surface 702 is formed so that the ball 20 can be seated and close the nozzle hole.
  • the inclination angle 703, a nozzle hole penetrating direction and the fuel injection direction can be formed by forming a 0.1 ⁇ 10 O.
  • FIGS. 8A and 8B are a sectional view and a perspective view showing a fifth embodiment of the valve seat body of the vehicle high pressure direct injection injector of the present invention.
  • the nozzle hole 800 is elliptical and additionally includes a step hole 801 larger than the cross section of the nozzle hole 800.
  • the nozzle hole 800 has an elliptical horizontal cross section, and a step hole 801 is formed at the lower end of the nozzle hole 800, and the cross section of the ellipse decreases from the upper surface to the lower surface of the nozzle hole 800. Inverted cutting cone.
  • the nozzle hole 800 has a shape in which the cross-sectional area of the ellipse decreases toward the fuel injection direction, the nozzle hole 800 has a height of L1, and the step hole 801 has a height of L2.
  • the nozzle hole 800 is tapered to reduce the size of the elliptical cross-section from the top to the bottom, thereby increasing the injection speed of the fuel.
  • the step hole 801 is formed at the lower end of the nozzle hole 800 to prevent combustion by-products from accumulating in the nozzle hole 800, thereby preventing clogging.
  • the step hole 801 may be designed to be sufficiently large in size so as to minimize the effect on atomization of the fuel injected from the nozzle hole 800.
  • the nozzle hole 800 maximizes the atomization effect when the ellipse of the cross-section, especially the ratio of short diameter to long diameter is 1: 1 ⁇ 3.5.
  • 9 is experimental data related thereto.
  • the X-axis is the elliptic ratio between the short axis and the long axis
  • the Y-axis is the diameter of the sprayed droplets ( ⁇ m).
  • the diameter of the droplet is the smallest, so it shows the greatest atomization effect. This increasing phenomenon occurs.
  • the nozzle hole 800 when the cross section of the nozzle hole 800 is an ellipse whose length is 1 to 3.5 times that of the short axis, the nozzle hole 800 exhibits a significant effect on reducing the size of the droplets, and also improves combustion and engine efficiency due to the atomization effect. Can exert.
  • a circular valve seat surface 802 is formed so that the ball 20 can be seated to close the nozzle hole.
  • the inclination angle 803 formed between the nozzle hole penetration direction and the fuel injection direction has 0.1 to 10 O, it is possible to atomize the fuel more optimally, to achieve complete combustion, and to increase the efficiency of the engine while being harmful. By reducing the production of exhaust gases, environmental pollution can be minimized.
  • the high-pressure direct injection injector for a vehicle having the fuel atomization valve seat body of the present invention can more efficiently atomize fuel, achieve complete combustion, increase engine efficiency, and reduce generation of harmful exhaust gas. Therefore, environmental pollution can be minimized.

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Abstract

본 발명은 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터에 관한 것으로서, 구체적으로 노즐 단면적을 타원형으로 함으로써 연료의 분사속도를 증가시켜 연료 미립화 효과를 극대화하고, 노즐홀의 하단에 스텝홀을 형성하여 연소 부산물이 노즐홀을 막는 현상을 미연에 방지할 수 있는 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터에 관한 것이다.

Description

연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터
본 발명은 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터에 관한 것으로서, 구체적으로 노즐 단면적을 타원형으로 함으로써 연료의 분사속도를 증가시켜 연료 미립화 효과를 극대화하고, 노즐홀의 하단에 스텝홀을 형성하여 연소 부산물이 노즐홀을 막는 현상을 미연에 방지할 수 있는 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 GDI 엔진에 쓰이는 차량용 인젝터는 실린더 내에 연료를 직접 분사하기 때문에 연료의 미립화와 분무 패턴이 매우 중요하다. 이러한 미립화와 분무 패턴은 노즐 형상에 지배적이며, 차량용 인젝터가 실린더 안으로 장착되고 있다. 이러한 이유로 밸브시트는 고온, 고압의 상태에 노출되어 있고, 일산화탄소, Soot 등의 연소 부산물로 인한 노즐 막힘 등의 문제점이 나타나고 있다.
종래의 분사노즐은 진원으로 형성되어 있으며, 연료의 분사 길이가 길었다. 더욱이 분무되는 연료의 속도가 낮아 액적의 완전한 기화가 이루어 지지않아 불완전 연소가 되고, 연소 부산물이 퇴적되어 분사노즐을 폐쇄시키는 현상이 발생되었다. 이로 인하여 연료의 미립화 효율이 좋지 못하여 불완전연소가 이루어졌고, 그에 따라 대기가 오염되고 출력 또한 저하되는 문제점이 있었다.
이와 같은 연소 효율 및 대기오염의 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 미국 특허등록공보 제US5353992호에서 연료의 분사방향으로 갈수록 단면적이 증가하는 경사진 노즐홀을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같은 구조에도 연료 분사의 속도가 낮아 미립화가 효과적으로 이루어 지지않으며, 불완전 연소에 따른 일산화탄소와 같은 유해가스 생성이라는 문제점을 효과적으로 개선시키지 못한다는 단점이 있다.
따라서, 연료의 분사속도를 증가시켜 미립화 효과를 극대화 시킬 수 있는 노즐홀 구조를 가진 인젝터에 관한 기술의 필요성이 증대되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 노즐 단면적을 타원형으로 함으로써 연료의 분사속도를 증가시켜 연료 미립화 효과를 극대화하고, 노즐홀의 하단에 스텝홀을 형성하여 연소 부산물이 노즐홀을 막는 현상을 미연에 방지할 수 있는 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터는 내부에 니들밸브를 구비하는 원통형 하우징, 니들밸브를 왕복 운동시키는 자기코일, 자기코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 라인, 니들밸브 상부에 배치되어 상기 니들밸브에 복원력을 가하는 리턴 스프링, 원통형 하우징 하부에 배치된 밸브 시트 바디 및 밸브 시트 바디와 니들밸브 사이에 배치된 볼을 포함하고, 밸브 시트 바디는 볼이 안착되는 밸브시트면 및 밸브 시트 바디에 연료분사방향으로 관통하는 노즐홀을 구비하고, 노즐홀은 타원형으로 형성될 수 있다.
이 때, 밸브 시트 바디는 복수개의 노즐홀이 형성될 수 있다.
이 때, 노즐홀은 단면이 단경 대 장경의 비가 1:1~3.5인 타원으로 형성될 수 있다.
이 때, 노즐홀은 연료가 분사되는 방향으로 갈때 수평단면적이 증가하도록 측면이 테이퍼지게 형성될 수 있다.
이 때, 노즐홀은 연료가 분사되는 방향으로 갈때 수평단면적이 감소하도록 측면이 테이퍼지게 형성될 수 있다.
이 때, 노즐홀의 수평단면적보다 더 큰 수평단면적을 가지는 스텝홀이 노즐홀의 하측에 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터에 의하면, 노즐 단면적을 타원형으로 함으로써 연료를 보다 최적으로 미립화할 수 있고, 완전연소를 도모하여 엔진의 효율을 높임과 동시에 유해배기가스의 생성을 줄임으로써 환경오염을 최소화할 수 있다.
또한, 노즐홀 형상을 개선하여 차량용 인젝터 작동 시 발생하는 연료부산물이 노즐에 축적됨을 최소화할 수 있어, 연소효율을 높이고, 노즐 막힘 현상을 억제할 수 있다.
또한, 노즐홀에 있어, 노즐홀 하부의 직경을 노즐홀 상부의 직경보다 크거나 작게 하여 연료 분사속도를 증가시키고, 연료의 미립화가 종래의 노즐홀에 비해 향상되었다.
또한, 노즐홀의 하부에 스텝홀을 형성하여 연소 부산물이 노즐홀을 막는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도, 밸브 시트 바디 사시도 및 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시예의 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도, 사시도 및 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도 및 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도 및 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도 및 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도 및 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도 및 사시도이다.
도 9은 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터의 타원비에 따른 액적크기를 측정한 실험데이터이다.
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: 노즐홀
501, 601, 701, 801: 스텝홀
201, 301, 403, 502, 602, 702, 802: 밸브시트면
401: 노즐홀 입구측 타원
402: 노즐홀 출구측 타원
404, 603, 703, 803: 노즐홀의 경사각
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 근력 운동기구의 에너지 소모량 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 자동차에 장착되는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터를 도시하는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 원통형의 하우징(10)내부에는 니들밸브(11)이 위치해 있고, 니들밸브(11) 주변에는 자기코일(12)가 위치해 있다. 자기코일(12)는 전기 플러그(17)가 결부되어 있는 라인(13)을 통해 전류를 인가하여 자기장을 발생시키고, 니들밸브(11)를 상하로 운동시키며 제어한다. 니들밸브(11) 하부측에는 밸브 시트 바디(15)가 위치해있고, 밸브 시트 바디(15)는 연료가 분사될 수 있도록 관통된 노즐홀(19)이 존재한다. 또한, 상기 밸브 시트 바디(15)의 노즐홀(19) 상부측은 니들밸브(11) 하부 끝에 배치된 볼(20)이 배치되어 있고, 자기코일(12)에 전류가 인가되지 않을 경우 니들밸브 하부 끝에 배치된 볼(20)이 노즐홀(19)을 폐쇄하고 있다. 원통형의 하우징(10)상부는 연료공급부(16)와 연결되어 있어, 원통형의 하우징(10)내부로 고압의 연료가 주입되어있고, 자기코일(12)에 의해 니들밸브(11)를 상부로 움직이게 한다. 이때, 볼(20)과 밸브 시트 바디(15)간에 공간이 발생하고, 고압의 연료는 밸브시트면(18)을 따라 밸브 시트 바디(15)에 존재하는 노즐홀(19)을 통하여 인젝터 하부에 위치한 실린더 내로 분사하게 된다.
니들밸브(11) 상부에는 리턴 스프링(14)이 배치되어, 자기코일(12)에 인가된 전류를 차단할 경우, 복원력을 가함으로써 니들밸브(11)가 원상태로 돌아가도록 한다.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 차량용 고압 직분식 인젝터의 노즐부분의 단면도, 밸브 시트 바디 사시도 및 평면도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조할 때, 밸브 시트 바디(15)에 노즐홀(200)이 연료 분사 방향으로 관통되어 있고, 노즐홀(200) 입구측에 볼(20)이 안착될 수 있는 밸브시트면(201)이 형성되어 있다. 또한, 상기 노즐홀(200)은 진원의 형태로 구성되어 있었다. 다시 말해, 노즐홀(200)의 수평단면이 반지름이 모두 동일한 원이며, 상부 및 하부의 단면이 모두 동일한 원기둥형의 노즐홀(200)이다.
그러나, 이러한 종래의 진원으로 형성된 노즐홀(200) 형태는 연료의 분사 길이가 길고, 분사속도가 낮아 연료의 미립화가 효과적으로 이루어지지 않았고, 불완전연소에 따른 대기오염 물빌 배출량이 높으며, 연소 부산물이 노즐홀에 누적되어 폐쇄를 유발하는 문제점이 있었다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터의 밸브 시트 바디의 제1 실시예를 도시하는 단면도, 사시도 및 평면도이다.
본 발명의 구성은 내부에 니들밸브(11)를 구비하는 원통형 하우징(10), 상기 니들밸브(11)를 왕복운동 시키는 자기코일(12), 상기 자기코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 라인(13), 상기 니들밸브(11) 상부에 배치되어 상기 니들밸브(11)에 복원력을 가하는 리턴 스프링(14), 상기 원통형 하우징(10) 하부에 배치된 밸브 시트 바디(15), 상기 밸브 시트 바디(15)와 상기 니들밸브(11) 사이에 배치된 볼(20)을 포함하고, 상기 밸브 시트 바디(15)는 상기 볼이 안착되는 밸브시트면(18) 및 상기 밸브 시트 바디(15)에 연료분사방향으로 관통하는 노즐홀(300)을 구비하고 있으며 상기 노즐홀(300)은 타원형으로 형성된 차량용 인젝터이다. 도2는 상기 인젝터 하부의 밸브 시트 바디(15)를 중심으로 확대한 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 차량용 인젝터의 밸브 시트 바디의 제1 실시예를 도시하는 단면도이다. 이와 같은 제1 실시예에서는, 밸브 시트 바디(15)는 볼(20)이 안착되는 밸브시트면(301)과 타원형의 노즐홀(300)을 구비하고 있다. 다시 말해, 밸브 시트 바디(15)는 상면에서 하면 방향으로 관통되는 노즐홀(300)이 형성되어 있으며, 노즐홀(300)의 상부는 밸브 시트 바디(15)의 상면에서 하면으로 갈수록 둘레가 감소되는 밸브시트면(301)이 형성되어 있다. 밸브시트면(301)은 니들밸브(11)의 끝단인 볼(20)이 안착되는 부분으로 경사지게 형성되어 있으며, 니들밸브(11)의 안착으로 연료를 밀폐시킨다.
도 3b 및 도 3c를 참조할 때, 밸브 시트 바디 중앙에 단경(D1)과 장경(D2)이 서로 다른 타원형의 노즐홀(300)이 존재하고, 제1 실시예의 노즐홀(300) 입구측에는 원형의 밸브시트면(301)이 배치되어 있다.
이 경우, 상기 노즐홀(300)의 단경(D1)대 장경(D2)의 비가 1:1~3.5를 가질 때 연료를 보다 최적으로 미립화할 수 있고, 완전연소를 도모하여 엔진의 효율을 높임과 동시에 유해배기가스의 생성을 줄임으로써 환경오염을 최소화할 수 있는 특징을 가진다.
니들밸브(11)가 액츄에이터로 인해 상측 이동되면, 연료가 노즐홀(300)로 분사되는 구조로써, 특히 노즐홀(300)은 수평단면이 타원형으로 형성되어 있다. 종래의 진원의 노즐홀보다 연료의 분사속도를 증가시켜 공기과 부딪히는 충격량을 증가시킴으로써 미립화 효과를 향상시켰다. 따라서, 액적 크기의 감소로 완전연소 증가효과를 가져오며 엔진효율을 증가시킴과 동시에 환경오염물 배출 측면에서도 개선된 효과를 보인다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터의 밸브 시트 바디의 제2 실시예를 도시하는 단면도 및 사시도이다.
도 4a를 참조할 때, 제2 실시예의 노즐홀(400)은 타원형이고, 노즐홀은 연료가 분사되는 방향으로 갈수록 단면적이 증가하도록 형성되어 있다. 또한, 제2 실시예의 노즐홀(400) 입구측에 볼(20)이 안착할 수 있는 밸브시트면(403)이 형성된다. 밸브시트면(403)은 밸브 시트 바디(15)의 상면에서 하면방향으로 갈수록 둘레길이가 감소하도록 형성되어 있으며, 니들밸브(11)의 끝단의 볼(20)이 안착되어 연료가 노즐홀(400)을 통해 분사되지 않도록 한다. 특히, 제2 실시예는 노즐홀의 상면에서 하면으로 갈수록 수평 단면적이 증가하는 형상으로 테이퍼진 경사면을 가지고 있다.
도 4b를 참조할 때, 노즐홀(400)은 연료가 분사되는 방향으로 갈 때, 수평단면적이 증가하도록 측면이 테이퍼지게 형성되어 있다. 다시 말해, 노즐홀 출구측의 타원 장축이 입구측의 타원의 장축보다 길고, 노즐홀 출구측의 타원 단축이 입구측의 타원 단축보다 길다. 즉, 노즐홀 출구측 타원(401) 단면적이 노즐홀 입구측 타원(402) 단면적보다 크다.
특히, 노즐홀(400)은 관통방향과 연료분사방향이 이루는 경사각(404)이 0.1~10 O를 가지도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 노즐홀(400)의 경사진 측면의 경사가 수직축을 기준으로 0.1~10 O 경사지게 구성될 수 있다.
또한, 노즐홀(400)은 단면적이 단축 대 장축의 비가 1:1~3.5인 타원으로 구성될 수 있으며, 이와 같은 비율일 때 연료의 미립화 효과가 극대화될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터의 밸브 시트 바디의 제3 실시예를 도시하는 단면도 및 사시도이다.
도 5a를 참조할 때, 제3 실시예의 노즐홀(500)은 타원형이고, 노즐홀은 연료가 분사되는 방향으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성되어 있다. 또한, 제3 실시예의 노즐홀(500) 입구측에 볼(20)이 안착할 수 있는 밸브시트면(503)이 형성된다. 밸브시트면(503)은 밸브 시트 바디(15)의 상면에서 하면방향으로 갈수록 둘레길이가 감소하도록 형성되어 있으며, 니들밸브(11)의 끝단의 볼(20)이 안착되어 연료가 노즐홀(500)을 통해 분사되지 않도록 한다. 특히, 제3 실시예는 노즐홀의 상면에서 하면으로 갈수록 수평 단면적이 감소하는 형상으로 테이퍼진 경사면을 가지고 있다.
도 5b를 참조할 때, 노즐홀(500)은 연료가 분사되는 방향으로 갈 때, 수평단면적이 감소하도록 측면이 테이퍼지게 형성되어 있다. 다시 말해, 노즐홀 입구측의 타원 장축이 출구측의 타원의 장축보다 길고, 노즐홀 입구측의 타원 단축이 출구측의 타원 단축보다 길다. 다시 말해, 노즐홀 입구측 타원(501) 단면적이 노즐홀 출구측 타원(502) 단면적보다 크다. 노즐홀의 상면에서 하면으로 갈수록 수평 단면적이 감소하는 형상으로 테이퍼진 경사면을 가지고 있다.
특히, 노즐홀(500)은 관통방향과 연료분사방향이 이루는 경사각(504)이 0.1~10 O를 가지도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 노즐홀(500)의 경사진 측면의 경사가 수직축을 기준으로 0.1~10 O 경사지게 구성될 수 있다.
또한, 노즐홀(500)은 단면적이 단축 대 장축의 비가 1:1~3.5인 타원으로 구성될 수 있으며, 이와 같은 비율일 때 연료의 미립화 효과가 극대화될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터의 밸브 시트 바디의 제4 실시예를 도시하는 단면도 및 사시도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조할 때, 노즐홀(600)은 타원이고, 노즐홀(600) 단면적 보다 더 큰 스텝홀(601)이 추가적으로 구비되어 있고, 노즐홀 입구는 볼(20)이 안착될 수 있는 밸브시트면(602)이 형성되어 있다. 밸브시트면(602)은 니들밸브(11)의 끝단의 볼(20)이 안착되는 면으로 하향경사지게 형성되어 있다. 이와 같이 테이퍼진 면을 형성하여 니들밸브(11)가 안착되는 경우 연료의 누출을 방지할 수 있다.
노즐홀(600)의 단면은 타원형인 반면, 스텝홀(601)의 단면은 타원 또는 진원일 수 있으며 기타 다른 형상이 될 수 있다. 사용자는 스텝홀(601)은 노즐홀(600)에서 분사되는 연료에 관여하지 않도록 충분한 크기를 가지는 것이 바람직하다.
측단면이 계단형으로써 단차지게 노즐홀(600)과 스텝홀(601)이 형성되어 있으며, 연료는 노즐홀(600) 및 스텝홀(601)순으로 밸브 시트 바디(15)로부터 분사된다. 이와 같이, 노즐홀(600)의 하부에 스텝홀(601)을 형성함으로써 연소 부산물이 스텝홀(601)의 단차진 상부에 퇴적되어, 노즐홀(600)의 막힘현상을 미연에 방지할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터의 밸브 시트 바디의 제5 실시예를 도시하는 단면도 및 사시도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조할 때, 노즐홀(700)은 타원형이고, 노즐홀(700)은 타원형이고, 노즐홀(700) 단면적보다 더 큰 스텝홀(701)이 추가적으로 구비되어 있다. 구체적으로, 노즐홀(700)은 수평단면이 타원이고 스텝홀(701)은 노즐홀(700)의 하측에 형성되어 있으며, 노즐홀(700)은 상면에서 하면으로 갈수록 타원의 단면적이 증가하는 절단원추형이다. 다시 말해, 연료의 분사방향을 기준으로 노즐홀(700)의 둘레가 점차 증가하는 형상으로 노즐홀(700) 측면이 경사면으로 형성되어 있다. 노즐홀(700)의 하면에 형성되고 노즐홀(700)의 하부 단면적보다 큰 단면을 가지는 스텝홀(701)이 형성되어 있다.
또한, 노즐홀(700)은 연료가 분사되는 방향으로 갈수록 타원의 단면적이 증가하는 형상을 가지며, 노즐홀(700)은 L1의 높이를 가지고, 스텝홀(701)은 L2의 높이를 가진다.
스텝홀(701)은 연료 미립화에 영향을 최대한 주지 않도록 충분한 크기를 가지며, 노즐홀(700)은 상부보다 하부 단면적이 큰 원추형으로 형성되어 있다. 또한, 노즐홀(700)의 단경 대 장경의 비가 1:1~3.5일 때 미립화 효과가 극대화 된다. 즉, 노즐홀(700)의 단면은 긴축이 짧은 축의 1~3.5배가 되는 타원일 때, 액적의 크기(SMD) 감소에 상당한 효과를 발휘하며, 미립화 효과에 따른 완전연소 및 엔진 효율에도 향상된 효과를 발휘할 수 있다.
노즐홀(700) 입구주변은 볼(20)이 안착되어 노즐홀을 폐쇄할 수 있도록, 원형의 밸브시트면(702)이 형성되어 있다. 특히, 노즐홀의 관통방향과 연료분사방향이 이루는 경사각(703)이 0.1~10 O로 형성될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 차량용 고압 직분식 인젝터의 밸브 시트 바디의 제5 실시예를 도시하는 단면도 및 사시도이다.
도 8a 및 도 8b를 참조할 때, 노즐홀(800)은 타원형이고, 노즐홀(800) 단면적보다 더 큰 스텝홀(801)이 추가적으로 구비되어 있다. 구체적으로, 노즐홀(800)은 수평단면이 타원이며, 노즐홀(800)의 하단에 스텝홀(801)이 형성되어 있고, 노즐홀(800)은 상면에서 하면으로 갈수록 타원의 단면적이 감소하는 역 절단원추형이다. 또한, 노즐홀(800)은 연료가 분사되는 방향으로 갈수록 타원의 단면적이 감소하는 형상을 가지며, 노즐홀(800)은 L1의 높이를 가지고, 스텝홀(801)은 L2의 높이를 가진다.
노즐홀(800)은 상부에서 하부로 갈수록 타원 단면의 크기가 감소하는 테이퍼진 형성으로, 연료의 분사속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 노즐홀(800)의 하단에 스텝홀(801)이 형성되어 노즐홀(800)에 연소 부산물이 축적되지 않도록 하여 막힘 현상을 방지할 수 있다. 이 때, 스텝홀(801)은 노즐홀(800)로부터 분사되는 연료의 미립화에 영향을 최소화할 수 있도록 충분하게 큰 사이즈로 설계될 수 있다.
또한, 노즐홀(800)은 단면의 타원이 특히 단경 대 장경의 비가 1:1~3.5일 때 미립화 효과가 극대화 된다. 도 9은 이와 관련된 실험데이터 이다. X축은 단축 대 장축 간 타원비이며 Y축은 분무되는 액적의 직경(㎛)으로, 타원 비와 액적의 크기간 관계를 실험한 데이터이다. 이를 살펴보면, 단축 대 장축의 길이 비가 1:1.2 일때 액적의 직경이 최소이므로 가장 큰 미립화 효과를 보이며, 1:3까지 비슷한 효과를 보이나, 그 이후 단축 대 장축의 길이비가 차이가 나면 오히려 액적의 직경이 증가하는 현상이 발생된다.
다시 말해, 노즐홀(800)의 단면은 긴축이 짧은 축의 1~3.5배가 되는 타원일 때, 액적의 크기(SMD)감소에 상당한 효과를 발휘하며, 미립화 효과에 따른 완전연소 및 엔진 효율에도 향상된 효과를 발휘할 수 있다.
노즐홀(800) 입구주변은 볼(20)이 안착되어 노즐홀을 폐쇄할 수 있도록, 원형의 밸브시트면(802)이 형성되어 있다. 특히, 상기 노즐홀의 관통방향과 연료분사방향이 이루는 경사각(803)이 0.1~10 O를 가질 때, 가장 연료를 보다 최적으로 미립화할 수 있고, 완전연소를 도모하여 엔진의 효율을 높임과 동시에 유해배기가스의 생성을 줄임으로써 환경오염을 최소화할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 연료 미립화 밸브 시트 바디를 구비한 차량용 고압 직분식 인젝터에 의하면, 연료를 보다 최적으로 미립화할 수 있어, 완전연소를 도모하여 엔진의 효율을 높임과 동시에 유해배기가스의 생성을 줄임으로써 환경오염을 최소화할 수 있다.
또한, 노즐홀 형상을 개선하여 차량용 인젝터 작동 시 발생하는 연료부산물이 노즐에 축적됨을 최소화할 수 있어, 연소효율을 높이고, 노즐 막힘 현상을 억제할 수 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 내부에 니들밸브를 구비하는 원통형 하우징;
    상기 니들밸브를 왕복 운동시키는 자기코일;
    상기 자기코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급 라인;
    상기 니들밸브 상부에 배치되어 상기 니들밸브에 복원력을 가하는 리턴 스프링;
    상기 원통형 하우징 하부에 배치된 밸브 시트 바디; 및
    상기 밸브 시트 바디와 상기 니들밸브 사이에 배치된 볼을 포함하고,
    상기 밸브 시트 바디는 상기 볼이 안착되는 밸브시트면 및 상기 밸브 시트 바디에 연료분사방향으로 관통하는 노즐홀을 구비하고, 상기 노즐홀은 수평단면이 타원형으로 형성된 차량용 고압 직분식 인젝터.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 밸브 시트 바디는 복수개의 노즐홀을 구비하는 것을 특징으로 차량용 고압 직분식 인젝터.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 노즐홀은 수평단면이 단경 대 장경의 비가 1:1~3.5인 타원으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 노즐홀의 하측에 형성되고, 상기 노즐홀의 수평단면적보다 더 큰 수평단면적을 가지는 스텝홀을 더 포함하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
  5. 청구항 1 에 있어서,
    상기 노즐홀은 연료가 분사되는 방향으로 갈때 수평단면적이 증가하도록 측면이 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
  6. 청구항 5 에 있어서,
    상기 노즐홀의 하측에 형성되고, 상기 노즐홀의 수평단면적보다 더 큰 수평단면적을 가지는 스텝홀을 더 포함하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 노즐홀은, 수평단면이 단경 대 장경의 비가 1:1~3.5인 타원으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
  8. 청구항 1 에 있어서,
    상기 노즐홀은 연료가 분사되는 방향으로 갈때 수평단면적이 감소하도록 측면이 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
  9. 청구항 8 에 있어서,
    상기 노즐홀의 하측에 형성되고, 상기 노즐홀의 수평단면적보다 더 큰 수평단면적을 가지는 스텝홀을 더 포함하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
  10. 청구항 9 에 있어서,
    상기 노즐홀은, 수평단면이 단경 대 장경의 비가 1:1~3.5인 타원으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고압 직분식 인젝터.
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