KR20040074520A - 연료 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인젝터에서 분사되는 연료를 나선홈으로 통과시켜 와류가 발생되도록 하고 또한 나선홈의 공간 면적이 점차적으로 줄어들도록 하여 유속의 증가 및 연료의 입자간 충돌에 의해 미립화가 가속되도록 함으로써, 인젝터에서 분사된 연료가 연소실에 넓게 퍼져 미연소가스의 발생이 억제되고 또한 연료의 미립화로 인하여 연소효율이 향상되는 연료 분사장치에 관한 것으로서, 특히 인젝터에서 분사되는 연료가 다수개의 나선홈을 거치면서 와류로 변하여 연소실에 분사되도록 하는 나선축; 나선축을 감싼 상태로 구비되고 외주면에 형성된 다수개의 나선홈으로 공기가 통과되면서 와류로 변한 뒤 연료와 함께 연소실에 분사되도록 해주는 나선관; 나선관과 나선축을 인젝터에 결합시키는 몸체로 구성되어 있다.

Description

연료 분사장치{fuel injection apparatus}

본 발명은 연료 분사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료를 미립화시켜 연소실에 분사함으로써, 연료의 단위체적당 연소효율이 향상되고 출력과 연비가 향상되며 미연소가스 발생을 억제하여 대기오염을 줄일 수 있는 연료 분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 액체연료를 연소시켜 동력에너지나 열에너지를 발생시키는 것으로는 디젤엔진과 가솔린엔진으로 구성된 내연기관과 물을 가열하여 온수나 증기를 발생시키는 산업용 또는 난방용의 보일러 등이 있다.

내연기관용 인젝터(injector)의 경우 공기와 연료를 혼합하여 고압으로 연소실에 분사하는 것이다.

그러나 분사과정에서 연료가 연소실에 넓게 퍼지지 못할 경우 불완전연소가 되어 연소효율이 떨어지고 대기오염의 원인이 되었으므로 이를 극복하기 위하여 연료를 분사하면서 고압공기를 함께 분사하여 연료가 넓게 퍼지도록 하는 기술이 제안된 바 있다.

종래의 연료 분사장치들은 대부분 연료를 고압으로 분사하는데 국한되었으므로 이는 연료의 입자를 미립화 시키는데 한계가 있었으며 연료가 미립화되지 못하므로 연소효율을 높이는데 어려움이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 인젝터에서 분사되는 연료를 나선홈으로 통과시켜 와류가 발생되도록 하고 또한 나선홈의 공간 면적이 점차적으로 줄어들도록 하여 유속의 증가 및 연료의 입자간 충돌에 의해 미립화가 가속되도록 함으로써, 인젝터에서 분사된 연료가 연소실에 넓게 퍼져 미연소가스의 발생이 억제되고 또한 연료의 미립화로 인하여 연소효율이 향상되는 연료 분사장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명 분사장치의 분리 사시도

도 2는 본 발명 분사장치의 나선축과 나선관을 나타낸 정단면도

도 3은 본 발명 분사장치의 나선축과 나선관을 나타낸 평단면도

도 4는 본 발명 분사장치의 결합상태 일부 단면 사시도

도 5는 본 발명 분사장치의 결합상태 정단면도

도 6은 본 발명 분사장치의 결합상태 평단면도

도 7은 본 발명 분사장치를 디젤기관용 인젝터에 결합한 상태를 나타낸 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

1 : 나선축 2 : 나선홈

3 : 나선관 4 : 나선홈

5 : 몸체 6 : 공기통로입구

7 : 노즐헤드 8 : 스프링

9 : 나선관슬리브 10 : 고정판

11 : 공기통로 12 : 나선축슬리브

13 : 공기통로 14 : 고정판

15 : 공기통로 16 : 인젝터입구

17 : 인젝터 18 : 분사구

19 : 니들 20 : 연료입구

21 : 솔레노이드

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인젝터에서 분사되는 연료가 다수개의 나선홈을 거치면서 와류로 변하여 연소실에 분사되도록 하는 나선축; 나선축을 감싼 상태로 구비되고 외주면에 형성된 다수개의 나선홈으로 공기가 통과되면서 와류로 변한 뒤 연료와 함께 연소실에 분사되도록 해주는 나선관; 나선관과 나선축을 인젝터에 결합시키는 몸체로 구성되어 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 분사장치의 분리 사시도 이고, 도 2는 본 발명 분사장치의 나선축과 나선관을 나타낸 정단면도 이다. 본 발명의 분사장치는 인젝터 끝단의 분사구와 연결되는 원통형 몸체(5)가 구비된다.

몸체(5)는 내주면에 나사산이 형성되어 있어서 인젝터와 나사체결 방식으로 조립되는 것이 바람직하다.

상,하부가 관통된 몸체(5) 내부에는 나선축(1)과 나선관(3)이 구비된다. 나선축(1)과 나선관(3)은 외주면에는 3 ∼ 6개의 나선홈(2)(4)이 방사상으로 다수개 구비된다. 나선축(1)의 나선홈(2)에는 인젝터에서 분사되는 연료가 통과되며 나선관(3)의 나선홈(4)에는 공기 또는 물이 통과되도록 구성된다.

이들 나선홈(2)(4)은 입구측과 출구측의 통로폭이 출구측으로 가면서 점차 좁아지도록 구성하여 유속이 증가되도록 형성된다. 따라서 나선축(1)의 나선홈(2)을 통과하는 연료 입자들은 유속이 증가되면서 와류가 된 상태로 연소실에 분사되므로 연소실에 넓게 퍼져 미연소가스의 발생이 억제된다. 그리고 유속 증가에 의한 연료 입자들의 충돌이 가속화되어 미립화되므로 연소효율이 향상된다.

나선관(3)의 나선홈(4)으로 분사되는 공기 또는 물은 와류의 상태로 연료와 함께 연소실에 분사되므로 연료의 확산을 가속화 시킨다.

몸체(5) 하단에는 나선관(3)을 받쳐주는 노즐헤드(7)가 구비되며 나선관(3)과 나선축(1)을 지지하는 나선관슬리브(9) 및 나선축슬리브(12)와 이들슬리브(9)(12)를 고정시키는 고정판(10)(14)이 몸체(5)의 내부에 순차적으로 적층 구비된다.

그리고 나선축슬리브(12)와 고정판(10)(14)에는 공기를 나선홈(4)으로 안내하는 공기통로(13)(11)(15)가 형성되며 몸체(5)의 외주면에는 이들 공기통로(13)(11)(15)와 통하는 공기통로입구(6)가 형성된다. 고정판(14)에는 인젝터 하단의 분사구와 통하는 인젝터입구(16)가 형성되어 연료가 나선축(1)으로 향하도록 해준다. 미설명부호 8은 연료가 분사되지 않을 때 나선축(1)을 인젝터입구(16) 쪽으로 가압하여 인젝터입구(16)를 막아주는 스프링을 나타낸다.

이처럼 구성된 본 발명의 분사장치는 인젝터에서 분사되는 연료가 인젝터입구(16)를 거쳐 나선축(1)으로 향한다. 나선축(1)에는 외주면에 나선홈(2)이 다수개 형성되어 있으므로 연소실로 분사되는 연료의 유속이 증가되면서 와류를 일으켜 연소실에 넓게 퍼져 확산된다.

그리고 나선홈(2)은 입구측과 출구측의 통로폭이 출구측으로 갈수록 좁아지게 구성되어 연료의 유속이 증가되면서 압축되므로 연료의 입자간 충돌이 활발하게 일어나 미립화가 가속화된다. 따라서 연소실에 분사되는 연료의 연소효율이 향상된다.

본 발명 분사장치의 조립순서는 다음과 같다. 몸체(5) 내부에 노즐헤드(7)가 내장된다. 노즐헤드(7)는 연소실에 노출되는 부분이므로 고온에 견딜 수 있는 재질로 구성된다. 그리고 나선관(3)과 나선관슬리브(9)가 함께 몸체(5)에 내장되며 이후 나선관(3) 중앙으로 나선축(1)과 스프링(8)이 끼워지며 고정판(10)에 의해 나선관슬리브(9)와 나선관(3)이 고정된다.

나선축(1) 외주연에는 나선축슬리브(12)가 끼워지고 나선축슬리브(12)의 상단에는 고정판(14)이 체결되어 조립이 완료된다.

고정판(10)(14)과 나선축슬리브(12)에 형성된 공기통로(11)(15)(13) 들은 조립과정에서 나선관(3)의 나선홈(4)과 서로 통하도록 조절해야 되는 것은 당연하다.

조립이 완료되면 몸체(5) 외주면에 형성된 공기통로입구(6) 아래쪽으로 고정판(14)이 놓이므로 공기 또는 물이 이들 공기통로(15)(13)(11)를 따라 나선관(3)으로 공급된다.

도 7은 본 발명 분사장치를 디젤기관용 인젝터에 결합한 상태를 나타낸 단면도이다. 본 발명은 인젝터(17)에 조립식으로 체결하거나 또는 인젝터와 일체로 구성할 수도 있다.

인젝터(17)는 연료를 분사시키기 위한 분사구(18)가 하단에 형성되고 상부에는 연료입구(20)가 형성된다. 그리고 인젝터의 내부에는 분사구(18)를 개폐시키는 니들(19)이 형성되며 상단에는 니들(19)을 제어하는 솔레노이드(21)가 형성된다.

인젝터(17)의 하부에는 본 발명 분사장치를 결합하기 위한 나사산이 형성되어 몸체(5)와 인젝터(17)가 나사체결 방식으로 결합 고정된다.

이처럼 구성된 본 발명의 몸체(5)와 인젝터(17)가 결합되면 분사구(18)가 몸체(5) 내부의 고정판(14)에 형성된 인젝터입구(16)와 연결되어 연료가 나선축(1)으로 공급된다.

디젤용 인젝터의 연료 분사과정은 다음과 같다. 연료가 연료입구(20)를 통하여 인젝터(17) 내부로 공급됨과 동시에 솔레노이드(21)가 작동되면 니들(19)이 상측으로 들리면서 분사구(18)가 개방되고 연료가 인젝터입구(16)를 통하여 나선축(1)으로 공급된다.

나선축(1)으로 공급된 연료는 나선홈(2)을 거치면서 와류로 변하여 연소실에 분사되므로 연료의 유속이 증가되면서 넓게 퍼져 확산되어 미연소가스의 발생이 억제된다. 그리고 나선홈(2)이 입구에서 출구로 갈수록 좁아지므로 연료의 유속의 증가 및 입자간 충돌에 따른 미립화가 가속화되어 연소효율이 향상된다.

또한 공기가 공기통로입구(6)와 공기통로(15)(13)(11)를 따라 나선관(3)으로 공급되면 나선관(3)의 나선홈(4)을 타고 연소실에 분사되어 연료와 함께 연소된다. 나선홈(4)을 통과하는 공기는 유속의 증가 및 와류가 발생된 상태로 연소실에 공급되므로 연료의 확산을 촉진시켜 미연소가스의 발생을 억제시키는 효과가 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 인젝터에서 분사되는 연료가 나선홈을 통과하면서 유속의 증가 및 와류의 발생으로 연소실에 분사되도록 함으로써, 연료의 확산에 의한 미연소가스의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다. 그리고 나선홈의 입구측과 출구측의 통로폭을 출구측으로 갈수록 좁아지게 형성하여 분사되는 연료의 유속 증가 및 입자간 출동이 가속화되도록 하면 연료의 미립화로 인하여 연소효율이 향상된다.

본 발명은 내연기관과 산업용 또는 난방용 보일러 등에 광범위하게 적용할수 있이며, 본 발명의 실시예는 내연기관용 디젤엔진에 관한 것이나 이것에 국한되지 않고 가솔린엔진과 산업용 및 난방용 보일러 등에도 적용할 수 있는 것은 당연하다.

Claims (3)

1. 인젝터(17)에서 분사되는 연료가 다수개의 나선홈(2)을 거치면서 와류로 변하여 연소실에 분사되도록 하는 나선축(1);

   나선축(1)을 감싼 상태로 구비되고 외주면에 형성된 다수개의 나선홈(4)으로 공기가 통과되면서 와류로 변한 뒤 연료와 함께 연소실에 분사되도록 해주는 나선관(3);

   나선관(3)과 나선축(1)을 인젝터(17)에 결합시키는 몸체(5)로 구성된 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   나선축(1)과 나선관(3)에 형성된 나선홈(2)(4)은 입구측에서 출구측으로 갈수록 통로폭이 감소되어 유속 증가와 연료 입자 및 공기 분자간의 충돌이 가속화되어 이들이 확산 미립화 되도록 한 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   몸체(5) 내부에는

   나선관(3)을 받쳐주는 노즐헤드(7)와

   나선관(3)의 외주면에 끼워지는 나선관슬리브(9)와

   나선축(1)의 외주연에 설치되는 나선축슬리브(12)와

   나선축슬리브(12)를 눌러 고정시키는 고정판(14)이 순차적으로 적층 구비되고,

   나선축슬리브(12)와 고정판(14)에는 나선관(3)의 나선홈(4)과 통하는 공기통로(13)(15)가 형성되며, 고정판(14)의 중앙에는 인젝터(17)의 연료 분사구(18)와 나선축(1)을 연통시키는 인젝터입구(16)가 형성된 것을 특징으로 하는 연료 분사장치.