KR20030012603A - Injector nozzle of diesel engine for premixed combustion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 예혼합연소를 위한 디젤엔진의 인젝터 노즐구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료의 분사압력과 액적크기 때문에 연소실벽면과 충돌되는 연료가 많아져 연료의 미연소에 따른 탄화수소의 발생을 줄이기 위한 예혼합연소를 위한 디젤엔진의 인젝터 노즐구조에 관한 것이다.The present invention relates to an injector nozzle structure of a diesel engine for premixed combustion, and more particularly, due to the injection pressure and the droplet size of the fuel, more fuel collides with the combustion chamber wall, thereby reducing the generation of hydrocarbons due to unburned fuel. It relates to an injector nozzle structure of a diesel engine for premixed combustion.
일반적으로 가솔린엔진은 공기와 연료를 연소개시 전에 균일하게 혼합시켜두고 그 혼합기를 점화플러그로 점화시켜 연소시키는 것이 원칙이며, 디젤엔진은 공기만을 흡입한 후 고압축비로 압축하여 여기에 연료를 고압으로 분사시킴으로서 자기 착화 연소에 도달하도록 하는 것이 원칙이다.In general, gasoline engines mix air and fuel uniformly before commencement of combustion, and ignite the mixture by ignition plugs to combust them.Diesel engines inhale only air and compress it at a high compression ratio to inject fuel at high pressure. The principle is to reach self-ignition combustion.
그러나 현재의 가솔린엔진에서는 압축비가 상당히 높아졌으나, 역시 불꽃점화의 원칙은 그대로로 연료를 실린더 내에 1~2단에 걸쳐서 분사시켜 조건에 따라서는 연료와 공기의 균일혼합이 아닌, 일부러 불균일성을 가진 혼합기 상태에서 연소를 행한다.However, in the current gasoline engine, the compression ratio is considerably increased, but also the principle of spark ignition is injected into the cylinder in one or two stages as it is. The combustion is performed in a state.
한편, 디젤엔진에서는 일부러 연료의 착화지연시간을 늘려 연료분사개시부터 착화까지의 시간을 취하므로서, 혼합의 균일화가 진행 후에 자기착화시키는 연소법의 연구가 활발하게 수행되고 있다. 디젤엔진은 자기착화, 가솔린엔진은 점화플러그 착화 방식을 유지하면서 연료와 공기의 혼합방법에서는 급속하게 양자가 닮아가고 있다.On the other hand, in diesel engines, the combustion ignition method of increasing the ignition delay time of the fuel and taking the time from the start of the fuel injection to the ignition on purpose, the ignition of the self ignition after the homogenization of the mixture is actively conducted. While diesel engines are self-ignition and gasoline engines are spark plug ignition, they are rapidly becoming similar in the method of mixing fuel and air.
최근의 일반적인 디젤엔진은 인젝터에서 분사되는 연료를 피스톤에 형성된 보울에서 스월시켜 연료와 공기가 잘 혼합되도록 하여 연소시키는 방법이 주로 사용되고 있다.Recently, a general diesel engine is mainly used to burn fuel injected from an injector by swirling a bowl formed in a piston so that fuel and air are mixed well.
도 3은 종래의 디젤엔진의 연소실을 도시한 것으로서, 흡기의 유입을 위한 흡기포트(1)와 배기가스의 배출을 위한 배기포트(2)가 연소실(3)의 상측에 연결되어 있고, 연소실(3)의 상측 중앙부분에는 연료의 분사를 위한 인젝터(4)가 형성되어 있다. 특히, 상기 인젝터(4)에는 보통 5~6개의 노즐(8)이 도 4와 같이 하측으로 경사지게 형성되어 있다.3 shows a combustion chamber of a conventional diesel engine, and an intake port 1 for intake of intake air and an exhaust port 2 for exhaust of exhaust gas are connected to an upper side of the combustion chamber 3, In the upper center portion of 3), an injector 4 for injection of fuel is formed. In particular, the injector 4 is usually formed to be inclined downward 5 to 6 nozzles 8 as shown in FIG.
그리고 연소실(3)에는 공기 압축을 위한 피스톤(6)이 설치되는데, 이 피스톤(6)의 상면에는 도면에 도시된 것과 같이 인젝터(4)의 노즐(8)에서 분사되는 연료의 스월을 위한 보올(7)이 형성되어 있다.And the combustion chamber 3 is provided with a piston (6) for air compression, the upper surface of the piston (6) as shown in the figure for the swirl for the fuel injected from the nozzle (8) of the injector (4) (7) is formed.
따라서 흡기포트(1)를 통해 흡입된 공기가 피스톤(6)의 상승에 의해 압축된 상태에서 인젝터(1)에서 고압의 연료가 분사되면, 상기 인젝터(4)에서 분사된 연료가 상기 피스톤(6)의 상면에 형성된 보울(7)에서 스월을 일으키면서 난류를 형성하는 공기와 잘 혼합되게 된다.Therefore, when high pressure fuel is injected from the injector 1 while the air sucked through the intake port 1 is compressed by the rise of the piston 6, the fuel injected from the injector 4 is the piston 6. In the bowl (7) formed on the upper surface of the) it is mixed with the air forming turbulence whilst swirling.
그런데 일반적인 예혼합 적용 연소실의 경우에는 연소실 보울 직경을 확대시키고, 높은 분사압과 이지알 쿨링(EGR) 등으로 점화지연의 효과가 나타나지만, 낮은 압축비 및 이지알 쿨링으로 인해 탄화수소 에미션(Emission)이 증가하는 경향을 나타내고 있다. 따라서 이를 해결하기 위해서는 작은 노즐 호울을 적용하여 퓨얼 월 인터액션(Fuel wall interaction)을 피할 수 있고, 연소실 보울의 직경을 확대하여 탄화수소를 저감하는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 상기와 같은 해결책은 예혼합적용영역이 아닌 출력지연 및 최대토크 부분에 영향을 주는 결과를 초래하므로전체적으로 악영향을 줄 수 있는 문제가 있다.However, in the case of a general premixed combustion chamber, the combustion chamber bowl diameter is enlarged, and the ignition delay effect is shown by the high injection pressure and EEG cooling, but the hydrocarbon emission is low due to the low compression ratio and the EG cooling. The tendency to increase is shown. Therefore, in order to solve this problem, it is possible to avoid fuel wall interaction by applying a small nozzle hole, and to reduce the hydrocarbon by increasing the diameter of the combustion chamber bowl. However, the above solution has a problem that may adversely affect the output delay and the maximum torque portion, not the pre-mixing region.
또한, 고압의 연료가 예혼합연소 영역인 파트 로드(Part load)에서 연소실에 분무될 때 분무압과 액적크기 때문에 연소실 벽면과 충돌되는 연료가 많아 미연연료인 탄화수소가 상대적으로 많이 발생되는 문제점이 있었다.In addition, when the high-pressure fuel is sprayed into the combustion chamber in the part load (premixed combustion region), because of the spray pressure and droplet size, there is a problem that a lot of fuel that collides with the wall of the combustion chamber is generated a lot of unburned hydrocarbons. .
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 연료의 분사압력과 액적크기 때문에 연소실벽면과 충돌되는 연료가 많아져 연료의 미연소에 따른 탄화수소의 발생을 줄이기 위한 예혼합연소를 위한 디젤엔진의 인젝터 노즐구조을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the fuel pressure and the droplet size of the fuel due to the collision of the combustion chamber wall with a lot of fuel for premixed combustion for reducing the generation of hydrocarbons due to unburned fuel The purpose is to provide an injector nozzle structure for a diesel engine.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,The present invention as a means for achieving the above object,
실린더헤드의 하측에 연료분사를 위한 인젝터가 형성되고, 실린더라이너 내에서 피스톤이 상하이동하여 인젝터에서 분사된 연료가 압축, 착화되도록 형성되는 디젤엔진의 연소실에 있어서,In the combustion chamber of the diesel engine is formed in the injector for the injection of fuel in the lower side of the cylinder head, the piston injected in the cylinder liner so that the fuel injected from the injector is compressed and ignited,
연소실로 연료가 분사되도록 하기 위해 인젝터의 하부에 다수 형성되는 노즐의 내주연이 비행기 날개면과 같은 에어포일(Airfoil)형상으로 이루어지므로서, 분무되는 연료의 액적크기를 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다.Since the inner circumferences of the nozzles formed in the lower part of the injector in order to inject fuel into the combustion chamber are formed in the shape of an airfoil such as an airplane wing surface, the droplet size of the sprayed fuel can be reduced. .
도 1은 본 발명에 의한 인젝터의 노즐부를 확대도시한 도면.1 is an enlarged view of a nozzle unit of an injector according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 인젝터가 적용된 디젤엔진의 연소실의 구조를 도시한 도면.2 is a view showing a structure of a combustion chamber of a diesel engine to which an injector according to the present invention is applied.
도 3은 종래의 디젤엔진의 구성을 보인 도면.3 is a view showing the configuration of a conventional diesel engine.
도 4는 종래의 인젝터 노즐의 형상을 도시한 도면.4 is a view showing the shape of a conventional injector nozzle.
※ 도면의 주용부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
20 : 인젝터20: injector
21 : 노즐21: nozzle
22 : 니들22: needle
30 : 연소실30: combustion chamber
31 : 피스톤31: piston
32 : 보울32: bowl
33 : 실린더헤드33: cylinder head
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 인젝터의 노즐부를 확대도시한 도면이고, 도 2는 본발명에 의한 인젝터가 적용된 디젤엔진의 연소실의 구조를 도시한 것으로서, 도면부호 20은 본 발명에 의한 인젝터를 지시하는 것이다.1 is an enlarged view of a nozzle part of an injector according to the present invention, and FIG. 2 shows a structure of a combustion chamber of a diesel engine to which an injector according to the present invention is applied, and reference numeral 20 denotes an injector according to the present invention. will be.
상기한 인젝터(20)의 일반적인 구성은 종래와 같이 형성되지만, 인젝터(20) 하부에 형성되는 노즐(21)의 내주연 형상이 종래에는 관통된 원형으로 형성되지 않고, 그 내주연이 비행기 날개면과 같은 에어포일(Airfoil)형상으로 이루어진다.The general configuration of the injector 20 is formed as in the prior art, but the inner circumferential shape of the nozzle 21 formed below the injector 20 is not conventionally formed as a penetrating circle, and the inner circumferential surface of the plane It consists of an airfoil (Airfoil) shape such as.
즉, 도 1과 같이 그 단면형상이 점차 축소되다가 다시 확대되는 유선형으로 이루어지는데, 이는 고압으로 분사되는 연료의 액적크기를 줄이기 위한 것이다. 또한, 이는 분사되는 연료의 분무 도달거리가 작아지도록 하므로서 분사된 연료에 의해서 연소실의 벽면이 젖는 것을 방지하여 효과적인 예혼합연소를 실현하기 위한 것이다.That is, as shown in FIG. 1, the cross-sectional shape is gradually reduced and then expanded into a streamline shape, which is to reduce the droplet size of the fuel injected at high pressure. Further, this is to achieve effective premixed combustion by preventing the wall surface of the combustion chamber from being wetted by the injected fuel by making the spraying reach of the injected fuel small.
상기와 같이 형성되는 인젝터(20)의 하단은 실린더헤드(33)의 하부일측에 끼워지고, 상기 인젝터(20)의 노즐(21)이 연소실(30)의 상부에 위치되도록 실린더헤드(33)의 하부면으로부터 약간 돌출된다. 그리고 피스톤(31)의 상부면은 종래와 같이 보울(32)이 형성된다.The lower end of the injector 20 formed as described above is fitted to the lower side of the cylinder head 33, and the nozzle 21 of the injector 20 is positioned above the combustion chamber 30 of the cylinder head 33. It protrudes slightly from the bottom surface. And the upper surface of the piston 31 is formed with a bowl 32 as in the prior art.
이상과 같이 노즐이 형상이 개선된 인젝터의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.The operating state of the injector in which the nozzle is improved in shape as described above is as follows.
엔진이 시동되면 상기한 인젝터(20)는 전자제어장치의 제어에 의해서 작동된다. 즉, 전자제어장치의 연료분사타이밍에 따라 니들(22)이 상하로 왕복운동되므로서 상기한 노즐(21)이 개방되어 연소실(30)로 연료가 분사된다.When the engine is started, the injector 20 is operated by the control of the electronic controller. That is, as the needle 22 reciprocates up and down in accordance with the fuel injection timing of the electronic controller, the nozzle 21 is opened and fuel is injected into the combustion chamber 30.
이 때 상기한 노즐(21)은 상술한 바와 같이 에어포일형상의 유선형으로 형성되므로서 종래의 원통형상의 경우보다 분사되는 연료의 액적크기가 작아지게 된다. 그러면 분사연료의 분무 도달거리가 작아져 연료에 의해서 연소실의 벽면이 젖는 현상이 방지되므로서 예혼합연소가 효과적으로 실현되어진다.At this time, the nozzle 21 is formed in the air-foil streamline as described above, so that the droplet size of the fuel injected is smaller than in the case of the conventional cylindrical shape. As a result, the spraying distance of the injection fuel is reduced, and the phenomenon of wetting the wall surface of the combustion chamber by the fuel is prevented, and premixed combustion is effectively realized.
따라서 고압의 연료가 예혼합연소영역인 파트 로드(Part load)에서 연소실에 분사될 때 분무압과 액적크기가 줄어들게 되므로서 미연연소인 탄화수소의 발생이 종래에 비해 월등하게 줄어들게 된다.Therefore, when the high-pressure fuel is injected into the combustion chamber in the part load, which is a premixed combustion region, the spray pressure and the droplet size are reduced, and thus the generation of unburned hydrocarbons is significantly reduced compared with the conventional art.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 노즐의 형상을 비행기의 날개면과 같은 에어포일형상으로 변경하므로서 고압으로 연소실로 분사되는 연료의 액적크기가 상대적으로 줄어들게 되어 연소실의 벽면에 부딪치게 되는 분사연료의 양이 줄어들 뿐만 아니라, 미연소되는 연료의 양이 줄어들어 탄화수소의 발생이 저감되는 장점이 있는 것이다.According to the present invention configured as described above, the droplet size of the fuel injected into the combustion chamber at a high pressure is relatively reduced by changing the shape of the nozzle into the shape of an airfoil such as the wing surface of the plane, so that the amount of injection fuel that collides with the wall surface of the combustion chamber is increased. In addition to reducing the amount of unburned fuel has the advantage of reducing the generation of hydrocarbons.
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KR1020010046719A KR20030012603A (en) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | Injector nozzle of diesel engine for premixed combustion |
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Citations (4)
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2001
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