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KR0162697B1 - 가변분사홀형태의 연료분사노즐 - Google Patents

가변분사홀형태의 연료분사노즐 Download PDF

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KR0162697B1
KR0162697B1 KR1019950041283A KR19950041283A KR0162697B1 KR 0162697 B1 KR0162697 B1 KR 0162697B1 KR 1019950041283 A KR1019950041283 A KR 1019950041283A KR 19950041283 A KR19950041283 A KR 19950041283A KR 0162697 B1 KR0162697 B1 KR 0162697B1
Authority
KR
South Korea
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fuel
hole
injection
holes
rotary valve
Prior art date
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KR1019950041283A
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KR960018212A (ko
Inventor
토시유끼 하세가와
신야 노자끼
다께시 미야모또
Original Assignee
오타 유다까
젝셀 코포레이숀
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오타 유다까, 젝셀 코포레이숀 filed Critical 오타 유다까
Publication of KR960018212A publication Critical patent/KR960018212A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0162697B1 publication Critical patent/KR0162697B1/ko

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Abstract

다수의 분사 홀은 가압된 연료를 유입하도록 노즐 바디의 선단부에서 축방향으로 다른 원주 레벨에서 그리고 미리 결정된 간격에서 홀의 원주 벽에 원주상 배열되고, 각각의 원주 레벨에서 분사 홀은 직경을 달리 설정한다. 다른 한편, 회전 밸브는 각각의 원주 레벨에서 분사 홀에 각각 대응하는 다수의 연료 유도 홀을 가진다. 상기 회전 밸브의 연료 유도 홀 및 노즐 바디의 분사 홀은 회전 벨브의 회전부 각각, 즉 하나 또는 하나 이상의 원주 레벨에서 연료 유도 홀이 하나 도는 하나 이상의 대응하는 원주 레벨에서 연료 유도 홀과 연결되는 관계로 그리고 다른 원주 레벨에서 연료 유도 홀은 어떤 분사 홀과 연결되지 않는 관계로 배열된다.

Description

가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐을 도시한 수직 단면도.
제2도는 제1도에 도시된 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐의 부분 확대도.
제3a도는 제2도의 선 Ⅰ-Ⅰ 따라 절단한 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐의 확대 횡단면도.
제3b도는 제3a도에 도시한 상태에서 시계 방향으로 30°변형한 중간 연료 유도 홀을 도시한 것으로, 제2도의 선Ⅱ-Ⅱ을 따라 절단한 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐의 확대 횡단면도.
제3c도는 제3b도에 도시한 상태에서 시계 방향으로 30°변형한 하부 연료 유도 홀을 도시한 것으로, 제2도의 선Ⅲ-Ⅲ을 따라 절단한 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐의 확대 횡단면도.
제4a도 내지 제4i도는 회전 밸브를 매번 10°씩 각각 0°-80°까지 회전시킬 때 분사 홀과 연료 유도 홀 사이의 관계를 설명하는 도면.
제5a도 및 제5b도는 회전 밸브의 회전 위치에 관계없이 각각 분사 홀이 연료 유도 홀과 연결되는 조건을 예시적으로 설명하는 도면.
제6도는 본 발명의 제1실시예의 제2양상에 따른 가변 분수 홀 형태의 연료 분사 노즐을 도시하는 부분 확대도.
제7a도 내지 제7c도는 상기 제2양상에서, 회전 각도에 따른 각 단의 분사홀을 도시하는 도면으로서, 제7a도는 상부 분사홀과 상부 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도; 제7b도는 중간 분사홀과 중간 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도; 제7c도는 하부 분사 홀과 하부 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도.
제8a도 내지 제8c도는 회전각이 제7도에 도시한 회전각에서 미리 결정된 각(20°)까지 반 시계방향으로 변화될 때 각 단에서 분사 홀의 상태를 도시하는 도면으로서, 제8a도는 상부 분사 홀과 상부 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도, 제8b도는 중간 분사 홀과 중간 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도; 및 제8c도는 하부 분사 홀과 하부 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도.
제9a도 내지 제9c도는 회전각이 제8도에 도시한 회전각에서 미리 결정된 각(20°)까지 반 시계방향으로 변화될 때 각 단에서 분사 홀의 상태를 보여주는 도면으로서, 제9a도는 상부 분사 홀과 상부 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도; 제9b도는 중간 분사 홀과 중간 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도; 및 제9c도는 하부 분사 홀과 하부 연료 유도 홀 사이의 관계를 도시하는 확대 횡단면도.
제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐을 도시하는 부분 확대 단면도.
제11도는 본 발명의 제3실시예에 따른 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐을 도시하는 부분 확대 단면도.
제12도는 본 발명의 제4실시예에 따른 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐을 도시하는 수직 측면도.
제13도는 제12도의 부분 확대도.
제14도는 본 발명의 제4실시예에 따라, 연료가 분사 되지 않는 시점에서 분사 노즐의 선단 부 및 후단 부의 상태를 도시하는 단면도; 그리고
제15도는 본 발명의 제4실시예에 따라, 연료가 분사되는 시점에서 분사 노즐의 선단 부 및 후단 부의 상태를 도시하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 구동 헤드 4 : 니들 밸브
7 : 회전 밸브 8 : 구동 축 시스템
9 : 액츄에이터 34,35 및 36 : 상부·중간 및 하부의 분사홀
102 : 조절 스쿠루
본 발명은 연료 분사 노즐에 관한 것으로, 상세하게는 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐에 관한 것이다.
고압 분사 시스템이 디젤 엔진에서 배기가스를 처리하는데 효율적인 것으로 알려져 있기는 하지만, 저속ㆍ저부하 영역에서 NOx를 감소시키며 고압 분사 시스템의 과부하 영역에서 스모그를 감소시키고자 하는 것은 매우 중요하다. NOx를 감소시키기 위해 직경이 작은 분사 홀을 사용하여 장시간 동안 연료 분사를 수행하여 최초 분사 속도를 감소시키고, 연료 미립화를 촉진하여 최적 연소 조건을 설정하는 것이 바람직한 반면에, 스모그를 감소시키기 위해, 직경이 큰 분사홀을 사용하여 단 시간 동안 연료 분사를 수행하는 것이 바람직하다.
그러나, 일본특허 공개공보번호 소 59 - 200063호에 기재된 종류의 통상적인 연료 분사 노즐은 단지, 연료가 노즐바디내에 경사져서 수용된 니들밸브의 선단부 위에 테이퍼형상을 갖는 압력 수용면을 형성하고, 연료 분사압으로 밸브를 개방하여 노즐 바디의 선단부에 형성된 분사 홀로부터 분사되도록 구성되어 있다. 그 결과, 분사 홀의 직경. 즉, 분사 홀 면적이 고정되어 연료 연소 촉진, 출력ㆍ연비의 향상, 연료연소로부터 발생하는 소음뿐만 아니라 NOx등이 감소를 포함하는 문제들을 다루는 것이 불가능하다.
상기 언급한 문제점들을 해결하기 위해, 분사 홀 면적이 가변될 수 있고, 액츄에이터에 의해 목표한 것처럼 분사홀이 개폐될 수 있게 설계된 가변 분사 노즐이 제안되었다. 일본특허 공고공보 번호 평 4 - 76266호에 기재된 이러한 형태의 분사 노즐은 노즐 바디의 선단부에 미리 결정된 일정 간격으로 원형으로 제공된 다수의 분사 홀을 갖고 있고, 분사 홀들은 회전 밸브가 회전할 수 있게 배치된 내부홀과 연결되어, 분사홀의 개방은 회전 밸브가 회전함으로서 조절된다.
이와 같은 회전 밸브 형태의 연료분사노즐은 전환형태의 연료분사노즐, 즉 축선 방향에서 그의 밸브 축을 이동하기 위한 상기 형태의 연료 분사노즐에서처럼 그들의 축위치에서 분사홀을 조절하도록 설계된 것이 아니다. 따라서, 분사압 및 엔진 실린더내의 압력때문에 밸브 축에서 발생한 축력에 대한 분사 홀의 위치를 유지할 필요가 없다. 결과적으로, 회전 밸브의 회전만이 흡입 또는 배기 행정동안에 조절된다면, 원하는 분사 홀 면적은 극히 작은 조절 토르크에 의해 설정될 수 있어, 매우 작은 액츄에이터는 노즐의 크기가 더크게 되는 것을 억제하는 장점과 더불어 유용하다.
예를 들면, 선행기술에 따른 특정 분사 노즐은 원주상의 홀벽에 배열된 다수(8개)의 분사홀, 홀에 회전 밸브로서 제공된 회전 축 및 회전 축의 외부 원주상의 선단 측에서 미리 결정된 간격으로 원주상으로 형성된 다수(4개)의 유도홈을 포함하고 있어, 4개 또는 8개의 분사 홀들이 회전 축의 회전위치를 변화시킴으로서 연료분사에 선택적으로 사용된다.
그러므로, 다수의 분사 홀들이 단지 하나의 원주레벨에 위치하기 때문에 다수의 분사 홀들을 사용하는 분사 홀의 변화를 설정할 수는 없다. 특히, 같은 원주레벨상에서 같은 직경을 갖는 분사홀의 수가 선행기술에 따라 간단히 증가 또는 감소 할 수 있는 것을 제외하고는, 분사 홀 직경 그 자체는 변하지 않고 일정하므로, 상기에 언급한 바와같이 배기 가스를 처리하기 위해 분사 홀직경을 변화시켜 연료분사를 조절하는 것이 불가능하다. 문제점은 저 부하가 걸리는 시간동안에 미립화가 달성되기 어렵다는 점이다.
더욱이, 회전 밸브의 구동축 직경은, 구동축이 니들 밸브를 경유하여 통과하리만큼 작아진다는 사실에서, 구동축을 밀봉하는 것은 어렵다. 그러므로, 연료는 구동축의 밖으로 누출되어, 연료분사의 시점에서 분사압의 하강 또는 연료의 부족을 초래할 수 있다.
하나의 분사 홀 직경을 달리 교체할때 분사홀들이 전체적으로 일시에 밀폐되도록 일반적으로 가변 분사 노즐을 설계되는 경우에, 연료분사가 수행되는 시간동안 하나의 분사홀이 달리 교체된다면 노즐 바디내의 압력은 급격히 상승할 것이다. 니들 밸브가 어떠한 이유 또는 다른 이유로 조작이 중단되는 경우에 또는 엔진이 고속으로 작동하는 시점에서 지연되는 회전 밸브가 연이어 개방되는 경우에, 노즐바디내의 압력은 연료분사노즐과 같은 연료분사시스템내에서 위험할정도로 증가할 것이고, 연료 분사 펌프 또는 이들을 연결하기 위한 파이프가 파괴된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 분사 홀을 더 크게 자유로이 설정할 수 있으며, 분사홀에 의해 차지하는 전체면적을 변화시키고, 심지어 사용하기위한 분사홀들이 연료분사동안 선택될때도 노즐바디에서 내부압력의 비정상적인 증가를 억제하고, 엔진의 부하 및 회전수에 대응하는 분사압, 분사시간 및 분사량을 조절할 수 있는 방법으로 자유롭게 연료를 분사시키고, 그리고 NOx의 감소, 저속및 저부하 영역에서 미립화의 촉진 및 과부하영역에서 스모그의 감소를 효율적으로 달성할 수 있는 가변 분사 홀형태의 연료 분사 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제 1 목적에 부가하여 연료 누출을 방지할 수 있는 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분사 압력의 저하 및 회전 밸브를 회전시켜 분사홀이 선택될 때 분사량의 줄어듬을 방지할 수 있는 가변분사홀 연료분사노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 목적을 달성하기 위해, 가압된 연료를 유입시키기 위한 홀이 노즐의 선단부에 형성되고; 다수의 분사 홀들이 미리 결정된 간격에서 그리고 축상 다른 원주레벨에서 홀의 주변벽에 원주상으로 배열되고; 그리고, 각각의 원주레벨에서 분사홀들이 직경이 다르게 설정되고; 각각의 원주레벨에서 분사 홀에 각각 대응하는 다수의 연료유도홀을 구비하는 회전 밸브가 홀에 제공되고; 회전 밸브의 연료 유도 및 홀 및 노즐 바디의 분사 홀은 회전 밸브의 회전부 각각, 즉 하나 또는 하나 이상의 원주 레벨에서 연료 유도 홀이 하나 또는 하나 이상의 대응하는 원주 레벨에서 연료 유도 홀과 연결되는 관계로 그리고 다른 원주 레벨에서 연료 유도 홀은 어떤 분사 홀과 연결되지 않는 관계로 배열되는 이 경우에, 상기 홀은 끝이 밀폐된 홀이거나 또는 선단이 열린 홀일 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 노즐바디의 선단부분에 회전 밸브를 구비하고; 가압연료를 유입시키기위한 끝이 밀폐된 홀이 노즐의 선단부분에 형성되고; 다수의 분사홀들이 미리 결정된 간격에서 그리고 축상으로 다른 원주상의 레벨에서 노즐 홀의 주변 벽에 원주상으로 배열되고; 각각의 원주상의 분사홀들이 직경이 다르게 각각의 원주상의 분사 홀들에 각각 해당하는 다수의 연료 유도 홀들이 분사홀에 제공되고; 회전 밸브의 연료 유도 홀 및 노즐 바디의 분사홀은 회전 밸브의 회전부 각각 , 즉 하나 또는 하나 이상의 원주 레벨에서 연료 유도 홀이 하나 또는 하나 이상의 대응하는 원주 레벨에서 연료 유도 홀과 연결되는 관계로 그리고 다른 원주 레벨에서 연료 유도 홀은 어떤 분사 홀과 연결되지 않는 관계로 배열되고; 그리고, 노즐 홀의 기저를 향한 회전 밸브를 가압하기 위한 리턴 스프링이 회전 밸브의 상부에 제공되고; 그리고 홀로부터 연료압을 수용하는 경우 회전 밸브가 개방될때에만 연료 유도 홀들이 각각 대응하는 분사 홀과 연결되는 가변 분사 홀 형태의 연료 분사 노즐을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 회전-밸브 구동 시스템은 니들 밸브에 집적되며 니들 밸브에서 이동할 수 있는 밀봉 면적을 갖는다.
본 발명에 따르면, 회전 밸브는 엔진에 의해 정해진 흡입 또는 배기 행정과 동시에 액츄에이터에 의해 가동되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 동일 원주레벨에서 같은 직경을 갖는 다수의 분사 구멍들은 여러 단으로 축상으로 배열되나 다른 단에서 분사 홀들은 직경이 다른 것을 제외하고는 다수의 단에서 축상 배열된다. 홀내의 회전 밸브는 대응하는 단에서 분사 홀에 대한 대응하는 수 및 간격으로 다수의 연료 유도 홀을 갖고 있고, 각각의 단에서 연료 유도 홀을 경유하여 통과하도록 각각 조절된 연료 유도 홀 및 분사 홀들은 서로 바깥에 있다. 그러므로, 회전 밸브의 회전은 엔진에 의해 결정되는 흡입 및/또는 배기 행정 동안에 액츄에이터로 조절된다면, 연료 유도홀 및 분사 홀들은 적어도 한 단계에서 서로 관련되어 이들이 회전의 특정 각에서 서로 연결되고, 다른 단에서 분사 홀들이 밀폐된다.
다수의 분사 구멍들은 이들이 속하는 단계들이 관련되는 한 원주 상으로, 상대적으로 다른 직경에 있으므로, 자유로운 연료 분사가 직경이 크거나, 중간 또는 작은 분사 홀을 사용하여 임의로 수행될 수 있다. 즉, 엔진의 회전수 및 부하에 따른 다양한 변화에 적응하는 알맞은 연료 분사 조건이 형성될 수 있다.
적어도 한 단에서 연료 유도 홀 및 분사 홀들이 서로 각각의 회전 밸브의 회전 위치에 연결되므로, 분사 홀이 분사 조작 동안에 변할지라도 압력이 줄어들게 됨으로서 회전 밸브의 내부압이 급격히 증가하는 것을 방지한다.
회전 밸브는 노즐 홀내에서 회전하고 그리고 수직적으로 이동할 수 있게 설치되고, 노즐 홀의 바닥방향으로 상기 리턴 스프링에 의해 가압될 수 있을때, 모든 단에서 연료 유도 홀 및 분사 홀들은 비-분사 조작 동안에 서로 연결되는 것이 정지되어, 단지 회전 밸브가 들어올려질 때 서로 원주 상으로 연결되는 분사 홀 및 연료 유도 홀로 부터의 연료압때문에 연료 분사의 시점에서 연료가 분사된다. 연료 분사가 실질적으로 종결되고, 회전 밸브가 노즐 홀의 바닥으로 하강하여 고정될 때, 연료 흐름이 즉시 중단되고, 누출이 방지 되도록 모든 단에서 연료 유도 홀 및 분사 홀들이 서로 연결되는 것이 중단된다.
회전 밸브의 구동 시스템이 니들 밸브 내의 니들 밸브와 집적되어 이동하는 밀봉 면적을 가짐으로서, 회전 방향의 구동력은 회전 밸브에 가해지고, 그리고 회전 밸브의 영역내의 가압된 연료는 특정 영역의 밀봉에 의하여 차단된다. 그러므로, 연료는 가압된 연료가 분사되도록 일정 영역 밖으로 구동 축의 주변으로 누출되는 것을 방지한다.
본 발명의 이용 및 원리는 첨부한 도면과 함께 다음 상세한 설명 및 첨부한 특허 청구의 범위에 의하여 더 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의하여 이하 상세히 설명한다.
제1도 내지 제9도는 본 발명의 제1실시예에 관한 설명이며 제1도 내지 제5b도는 이 제1실시예의 제1양상을 도시한 도면이다.
제1도에서, 도면번호 1 은 노즐 홀더 바이; 도면번호 2는 노즐 홀더 바디(1)의 상단부를 ○형 링을 경유하여 유밀하게 단단히 고정된 구동 헤드; 도면 번호 3은 리테이닝 너드(5)에 의하여 노즐 홀더 바디(1)와 결합된 노즐 바디; 그리고, 도면번호 4는 노즐바디(3)와 내부에 고정된 니들 밸브(노즐 니들)을 지시한다.
제1 내지 제3홀(100a, 100b 및 100c)은 노즐 홀더 바디(1)의 축 중심을 경유하여 천공된다. 이러한 홀들의 직경은 노즐 홀더 바디(1)의 하단부에서 상단부까지 점차적으로 커진다. 더욱이, 푸시 로드(101)는 제1 및 제2홀(100a 및 100b) 간의 영역에서 경사지게 고정된다.
더욱이, 제3홀(100c)의 내부 나사에 나삽되는 조절 스쿠루(102)는 제3 및 제2 홀(100c 및 100b)간의 영역에 고정되며 노즐 스프링(103)은 조절 스쿠루(102)와 푸시 로드(103)간에서 지탱한다.
노즐 바디(3)는 그 외측면의 세로방향 중간부에서 리테이닝 너트(5)의 박스 홀 베이스와 체결된 계단부(30)를 가지고, 상기 노즐 바디(3)는 계단부(30) 아래에서 리테이닝 너트(5)를 경유하여 연장된 주(主) 부분(31)을 구비한다. 더욱이, 직경이 작은 분사 홀부(32)는 주 부분(31)의 선단에서, 테퍼형 부분을 경유하여 형성된다.
다른 한편, 노즐 홀더 바디(1)의 제1 홀(100a)와 동축인 유도 홀(300), 그리고 유도 홀(300)보다 직경이 더 큰 오일 저장소(301)는 노즐 바디(3)의 상단부에서 하단부, 그리고 그 축 중심에 형성된다. 더욱이, 유도 홀(300)보다 직경이 비교적 작은 선단 홀(302)은 오일 저장소(301) 아래에 천공되고, 동축 시트면(303)은 선단홀(302)의 하단부에 형성된다. 더욱이, 가압된 연료가 유도되는 홀(304)은 제2도에 도시된 바와같이 시트 표면(303)에 대해 연속하여 형성된다.
홀(304)은 분사 홀 부분(32)의 선단면에 도달하기 전에 멈추는 축 홀을 구비하고 그에 의하여 축 홀은 밀폐된 단부 홀을 형성한다.
흡입 접속부와 접속될 수 있는 가압된 연료구(104)는 노즐 홀더 바디(1)의 일측에 제공되며, 고압연료가 유도되도록 노즐바디(3)에서 천공된 통로 홀(105,305)과 노즐 홀더 바디(1)를 경유하여 오일 저장소(301)와 연결되어 있다. 푸시로드(101)와 결합하기 위한 체결부(41)는 니들밸브(4)의 상단부에 고정되며 유도홀(300)상에서 경사 질수 있는 유도 홀(40)은 그의 외측 외주에 고정된다. 더욱이, 오일 저장소(301)에서 연료 압력을 수용하기 위한 압력 수용부(42)는 유도부(40)의 단부에 제공되며, 튜브형 연료 경로(A)를 형성하는데 이용하기 위한 작은 지름의 축부(43)는 제2도에 도시된 바와같이 압력 수용부(42) 아래에 제공된다. 시트 면(44)에서 탈착될 수 있는 동축 시트면(44)은 직경이 작은 축부(43)의 하단부에서 형성된다.
홀(304)과 연결되는 다수의 분사홀은 제2 도및 제3A 내지 제3C도에 도시되어 있는 바와같은 홀(304)을 에워싸는 다수의 다른 원주를 가지는 분사 홀부(32)의 외주 벽에 각각 위치한다.
본 발명에 따른 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명하면, 분사 홀부의 베이스에 비교적 인접한 원주면에서 90˚의 간격으로 천공된 4개의 상부 분사 홀과, 상부 분사 홀(34)로 부터 미리 예정된 간격만큼 축방향으로 분리된 원주 면에서 상부 분사 홀(34)과 일치하게 천공된 4개의 중간 분사 홀(35)과, 그리고 중간 분사 홀(35)로 부터 미리 예정된 간격만큼 축방향으로 분리된 원주면에서 중간 분사 홀(35)과 일치하게 천공된 4개의 하부 분사 홀(36)을 가진다. 달리 말하면, 상기 실시예에서는 12개의 분사 홀이 있다.
상술한 바와같은, 상부, 중간및 하부의 분사 홀(34, 35및 36)은 각각의 노즐 축 라인에 대하여 평행하게 또는 적당히 아래로 경사지게 설정된다. 더욱이, 상기 상부· 중간및 하부의 분사 홀(34, 35및 36)은 이러한 분사 홀을 각각 가지는 레벨에서 동일한 직경을 가진다. 그러나, 상부·중간및 하부의 분사 홀(34, 35및 36)의 직경은 서로 다르다.
상부 분사홀(34)의 직경을 d₁; 중간 분사 홀(35)의 직경을 d₂;그리고, 하부 분사 홀(36)의 직경을 d₃라 한다면, 그들 상호간의 관계는 d₁＜d₂＜d₃의 관계가 된다. 예컨데, d₁내지 d₃와 D₁내지 D₃의 각각의 직경을 d₁은 0.1㎜, d₂는 0.2㎜, 및 d₃는 0.3㎜ 그리고 D₁은 0.4㎜, D₂는 0.3㎜, 및 D₃은 0.5㎜이 되도록 설정한다.
회전 밸브(7)는 홀(304)에서 각각 고정된다. 회전 밸브(7)는 니들 밸브(4) 및 조절 스쿠루(102)를 경유한 구동 축 시스템(8)과 구동 헤드(2)에 고정된 액츄에이터(9)에 의하여 미리 예정된 회전 각으로 회전하기에 적합하다.
더욱 상세하게 설명하면, 제1 홀(45a)은 니들 밸브(4)의 하단부에서 중간부까지 축 방향 형성되고; 제1홀(45a) 보다 가는 제2홀(45b)은 제1홀(45a)의 단부에 형성되고; 제1홀(45a)와 동일한 직경을 가지는 제3홀(45c)은 제2홀(45b)의 단부에서 푸시 로드(101)의 상단부까지 형성되고; 그리고, 제4홀(45d)은 조절 스쿠루(102)의 하단부에서 상단부까지 형성된다. 제4홀(45d)의 상단부 영역은 구동축의 휨을 방지하도록 적당한 테퍼형을 띄고 있다.
구동축 시스템(8)은 본 발명의 상기 실시예에 따라 구동 헤드(2)에 맞닿는 구동 축 바디(8a), 결합 축(8b), 및 결합부(10)를 장착한다.
구동 축 바디(8a)는 제4홀(45d)에서 제3홀(45c)의 하단부 영역까지 범위가 정해지도록 길어지며 제3홀(45c)보다 더 작은 직경을 가진다.
결합축(8b)은 밀봉부로서 작동하는 제1홀(45a)에서 회전가능하며 정확하게 고정되는 큰 직경부(80 : 영역 밀봉부)와 그리고 제2홀(45b)에서 큰 직경부(80)의 단부에서 상부로 공전할 수 있도록 연속하게 고정되는 작은 직경부(81)를 가진다. 결국, 계단형 스톱퍼(82)는 큰 직경부 및 작은 직경부의 경계에 형성되며 제1홀(45a)의 상단부 면과 접함에 의하여 상기 계단형 스톱포(82)는 니들 밸브(4)와 함께 상하로 움직이기에 적합하다. 더욱이, 작은 직경부(81)의 상단부와 구동 축 바디(8a)의 하단부는, 토오크가 축의 역회전을 가능하게 하는 예컨데, 올덤 결합부(811,801)을 경유하여 전송되도록 서로 결합된다.
회전 밸브(7)의 하단부 면은 홀(304)의 베이스와 접촉을 유지하며 회전 밸브(7)는 이러한 상태에서 축을 역 회전하게하는 결합부(10)를 경유하여 결합 축(8b)의 큰 직경부(80)와 또한 결합한다. 회전 축(7)은 본 발명의 실시예에 따라 니들 밸브(4)의 제1홀(45a)에 맞닿기 충분하리 만큼 길다.
결합부(10)가 측 방향 움직임을 가능하게 하고 결합축(8b)과 회전 밸브에 대한 축 크기의 제조상 허용 오차가 있으며 회전 밸브(7)의 축 역 회전이 니들 밸브를 들어 올림에 의한 것이기는 하지만 회전 토오크를 전달하며 토오크를 회전 밸브(7)에 유지하도록 동작한다. 이러한 경우에, 올덤 결합부가 이용된다.
결합부(10)는 제1홀(45a)의 직경보다 작은 외측 지름을 가지며; 결합 축(8b)의 큰 직경부의 하단부로 부터 연장된 돌출부(800)는 상부의 반쪽의 홈부(10a)에 고정되고; 상기 홈부(10a)와 일치하지 않는 하부의 반쪽 90˚의 돌출부(10b)는 회전 밸브(7)의 상단부에서 형성된다.
말할필요도 없이, 돌출부와 홈부간의 관계는 반대가 될수 있으며, 이러한 경우에, 홈부는 결합축(8b)의 큰 직경부(80)에서 형성된다. 반면에 돌출부는 회전 밸브의 상단부에 제공된다. 더욱이, 결합부는, 그 상부 및 하부의 반쪽이 돌출부 또는 홈부의 형태가 되도록 할수 있으며 이러한 경우에 결합축(8b)과 회전 밸브(7)는 대응하는 홈 또는 돌출부에 각각 제공된다.
액츄에이터(9)는 구동 헤드(2)에 제공되는 공동부(200)에 단단히 장착된다. 액츄에이터(9)는 회전할 수 있을 만큼 긴 형태이며(바람직하게는 역으로 회전할 수 있음) 미리 결정된 회전부에 고정될 수 있는데 예컨데, 스텝핑 모터 또는 서보 모터가 사용된다. 더욱이, 전달 요소로서의 기어(90,91)는 출력축과 구동 축 바디(8a)의 상단부에 고정된다. 예컨데, 스퍼 기어는 그 축 이동이 허용하는 한 본 발명의 목적에 바람직하다.
그러나, 구동축 바디(8a)는 축의 탄성 결합부를 직접 경유하여 액츄에이터의 출력 축과 결합될수 있다.
회전 밸브(7)는 홀(304)에서 회전할수 있도록 고정되며, 다수 방사형 홀(71)은 연료통로(A)와 접하는 회전 밸브의 영역에 제공된다. 이러한 방사형 홀(71)은 회전 밸브의 축방향에서 천공된 연료통로 홀(72)와 결합된다.
더욱더, 노즐 바디(3)의 분사 홀 부분(32)에 제공된 상부·중간 및 하부 분사 홀(34, 35 및 36)과 연결되는 다수의 연료 유도 홀들은 로타리 밸브의 다른 원주상 위치에 각각 뚫는다.
더 상세하게, 상부 분사 홀(34)에 해당하는 높이의 원주 상에 90˚간격으로 제공된 4개의 상부 연료 유도 홀(74), 중간 분사 홀(35)에 해당하는 높이의 원주 상에 90˚간격으로 제공된 4개의 하부 연료 유도 홀(76)이 있다.
상부 연료 유도 홀(74), 중간 연료 유도 홀(75) 및 하부 연료 유도 홀(76)은 직경이 같거나 또는 다를 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 따른 상부 연료 유도 홀의 직경은 D₁, 중간 연료 유도 홀의 직경 D₂, 하부 연료 유도 홀의 직경은 D₃로 정했고, D₁＜D₂＜D₃의 관계가 설정된다.
그러나, 연료 유도 홀(74, 75, 및 76) 의 각각의 가장 작은 직경은 어떤 경우에는 분사 홀(34, 35 및 36)의 각각의 가장 큰 직경과 같거나 또는 더 커야 한다.
더욱더, 니들 밸브(4)가 완전히 올려질 때, 결합부(10)가 회전하는 방향으로 역회전하기 때문에 회전 밸브(7)가 축상 역회전 범위 내에서 이동하거나 또는 회전할지라도, 각 연료 유도 홀의 직경은 연료 분사를 위해 사용한 분사 홀들과 충분히 연결될 만큼 충분히 클 필요가 있다.
모든 연료 유도 홀들이 연료 통과 홀(72)과 연결되는 것을 정상적으로 유지되지만, 제4a도 내지 제4i도에 제시한 것처럼 하나 이상의 원주상의 연료 유도 홀이 해당하는 원주상의 분사 홀과 연결되고, 회전 밸브(7)의 각각의 회전 위치, 다른 나머지 연료 유도 홀들이 서로 연결 소통되지 않을 동안, 상부 연료 유도 홀(74), 중간 연료 유도 홀(75) 및 하부 연료 유도 홀(76)은 분사 홀들과 이러한 관계로 고정되어 설치된다.
제4a도 및 제4i도는 중간 분사 홀(35)이 상부 분사 홀(34)보다 직경이 2배 크게 설정되고, 하부 분사 홀(36)이 중간 분사 홀(35)보다 직경이 1.5배 크게 설정되고, 상부·중간 및 하부 연료 유도 홀(74, 75, 76)들이 원주 상으로 서로 30˚ 벗어나 설정되는 경우에, 회전 밸브(7)는 0˚내지 80˚까지 매번 10˚씩 회전할 때 분사 홀과 연료 유도 홀 사이의 관계가 성립됨을 보여 준다.
제4a도에서, 상부 분사 홀(34) 및 상부 연료 유도 홀(74)이 서로 연결되고; 제4b도에서, 상부 분사 홀(34)와 상부 연료 유도 홀(74)이 서로 연결되고, 반면에 하부 분사 홀(36)과 하부 연료 유도 홀(76)이 서로 약간 소통하도록 밀접하게 접근한 관계를 갖고 있고; 제4c도에서, 하부 분사 홀(36)과 하부 연료 유도 홀(76)은 서로 반씩 연결되고; 제4d도에서 하부 분사 홀(36)과 하부 연료 유도 홀(76)은 유일하게 서로 연결되고; 제4e도에서 하부 분사 홀(36)과 하부 연료 유도 홀(76)이 서로 반씩 연결되고; 제4f도에서 하부 분사 홀(36)과 하부 연료 유도 홀(76)이 서로 약간 연결되고; 반면에 중간 분사 홀(35)와 중간 연료 유도 홀(75)은 서로 연결되기 시작하고; 제4g도에서, 중간 분사 홀(35)와 중간 연료 유도 홀(75)는 서로 연결되고; 그리고 제4h도에서, 상부 분사 홀(34)와 상부 연료 유도 홀(74)은 서로 연결된다.
상기에 언급한 것처럼, 하나 이상의 원주상의 연료 유도 홀은 회전 밸브(7)의 회전 위치 각각에서 해당하는 원주 상의 분사 홀들과 연결되고, 반면에 다른 나머지 연료 유도 홀들은 분사 홀들과 연결되지 않는다. 제5도는 상기 관계를 설명한다.
더 상세하게는, 분사 홀과 연결되는 회전 밸브(7)을 만들기 위한 홀의 홀의 직경은 단면적이 최대인 경우에 분사 홀들이 위치와 더불어 값으로 배열할 때 다음 방정식(1)이 설정될 것이다.
상기 식에서, 회전 밸브의 연료 유도 홀의 직경 = D, 분사 홀의 직경 =d₁,d₂... dｎ, 회전 밸브와 분사 홀 사이의 원주상 경계의 연료 유도 홀의 원주상 길이 = L₁,L₂... Lｍ, 회전 밸브와 분사 홀 사이의 원주상 경계의 분사 홀의 원주상 길이 = l₁,l₂... ln, 회전 밸브와 분사 홀 사이의 경계선의 반경 = T, 분사 홀의 수 = n, 및 연료 유도 홀의 수 = m이다.
분사 홀 및 연료 유도 홀이 다단 모드에서 원주상으로 제공되는 경우에, 전체 분사 홀은 방정식(1)을 적용하기 위해 제시된 원주상 면위에 투영된다; 다른 말로 이들 사이의 관계는 다음 방정식(2)를 만족시킬 것이다.
상기 식에서, ∑Lm은 회전 밸브와 분사 홀 사이의 경계선위에 연료 유도 홀의 원주상 방향의 전체 투영길이이고, ∑Ln은 로타리 밸브와 분사 홀사이의 경계선 위의 분사 홀의 원주상 방향의 전체 투영 길이이다.
이들과 같은 관계는 원주상 면과 더불어 분사 홀과 연료 유도 홀의 직경을 결합하여 임의로 설정할 수 있다.
제6도 내지 제9도는 전체적으로 본 발명의 제1실시예의 제2양상을 보여준다.
본 발명의 실시예의 이러한 양상에서, 6개의 상부 분사 홀(34)들은 분사 홀 부분의 베이스에 대해 비교적 가까운 60˚의 간격으로 원주상으로 천공되어 있고, 6개의 중간 분사 홀(35)은 상부 분사 홀(34)과 더불어 면에 축상으로 미리결정된 간격으로 상부 분사 홀(34)로부터 떨어져 원주 상으로 천공 되어있다.
더욱더, 6개의 하부 분사 홀(36)은 중간 분사 홀(35)과 더불어 면에 축상으로 미리 결정된 간격으로 중간 분사 홀(35)로부터 떨어져 원주 상으로 뚫려 있다. 그러므로, 분사 홀의 수는 이 경우에 18이다.
6개의 상부 분사 홀(34)은 직경이 동일하고, 또한 이것은 6개의 중간 분사 홀(35)와 6개의 하부 분사 홀(36)에도 동일하게 적용된다. 그러나 상부 분사 홀(34), 중간 분사 홀(35) 및 하부 분사 홀(36)은 직경이 서로 다르고, 이들 사이의 관계는 본 발명의 구현에 따라 d₁＞d₂＞d₃로 정의하고, 여기서, 상부 분사 홀의 직경(34) = d₁, 중간 분사 홀의 직경(35) = d₂, 하부 분사 홀의 직경(36) = d₃이다.
더욱더, 상부 분사 홀(34)에 해당하는 높이도 60˚간격으로 원주상으로 제공된 6개의 상부 연료 유도 홀(74), 중간 분사 홀(35)에 해당하는 높이도 60˚간격으로 원주상으로 제공된 6개의 중간 연료 유도 홀(75), 및 하부 분사 홀(36)에 해당하는 높이도 60˚간격으로 원주상으로 제공된 6개의 연료 유도 홀(76)이 있다. 이들 실시예에서, 6개의 상부 연료 유도 홀(74)는 직경이 동일하고, 또한 각 경우의 동일 직경은 중간 연료 유도 홀(75) 및 하부 연료 유도 홀(76)에도 적용된다. 상부, 중간 및 하부 연료 유도 홀(74, 75, 76)은 서로 20˚ 떨어져 달라진 원주상으로 설치된다. 나머지 부분은 선행하는 구현들과 구성이 유사하지만, 이들 구현에서 홀(304)의 직경이 이전의 직경보다 비교적 작은 큰 직경부분(304a) 및 축 홀 (304b) 및 분사 홀 부분 (32)의 선단면에 도달하기 전에 정지되는 축 홀을 갖고 있고, 여기서, 축 홀은 끝이 밀폐된 홀을 형성한다. 더욱더, 회전 밸브(7)은 노즐 홀(304)의 축 홀(304b)속에 정확하게 회전할 수 있게 고정되고, 니들 밸브(4)가 열릴 때 연료통로 A와 연결되는 환상 연료 통로 B는 연료 통로 A의 외부 주변과 노즐 홀(34)의 큰 직경 홀부분(304a) 사이에 형성된다. 다수의 반경 방향 홀(7)은 원주 상 연료 통로(B)와 면하는 회전 밸브의 지역에 제공되고, 이들 반경 방향 홀(71)은 회전 밸브의 축상 방향으로 천공된 연료 통과 홀(72)와 연결된다.
제10도는 본 발명의 제2실시예의 부분 확대 단면도이다.
본 발명의 제2실시예에 따라, 노즐 홀(304)는 큰 직경 부분(304a) 및 이러한 큰직경 부분의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 갖는 축 홀(304b)를 갖고 있고, 축 홀(304b)은 분사 홀 부분(32)의 바닥을 통과한다.
회전밸브(7)은 그의 상부 말단 부분의 결합부(10)를 통해 결합 축(8b)의 큰 직경 부분(80)과 연결되고, 반면에 그의 하부 말단 부분은 축 홀(304b)을 통과한다. 더욱더, 회전 밸브(7)는 확대한 직경을 갖는 헤드부분(73)을 갖고 결합부(10)보다 낮게 위치해 있고, 헤드부분(73)의 환상 하부측은 큰 직경부분(304a)과 연결되어, 결합부(10)는 벗겨지는 것을 방지한다.
축 홀(304b)은 본 발명의 제2실시예에 따라 분사 홀 부분(32)을 통과하므로, 장점은 홀(304)이 즉시 천공되는 것이다. 나머지 부분은 본 발명의 제1실시예와 구성이 유사하므로, 도면번호등은 동일하거나 또는 해당하는 부분 또는 위치에 제시되어 있고, 이들의 설명은 생략할 것이다.
제11도는 본 발명의 제3실시예의 부분 확대 단면도이다.
본 발명의 이러한 실시예에 따라, 결합 축(8b) 및 회전 밸브(7)는 결합부(10)를 사용함이 없이 직접 연결된다. 더욱 상세하게는, 결합 축(8b)는 본 발명의 이전 실시예에서처럼 연료 누출을 방지하기 위해 니들 밸브(4)의 제1홀(45a )속에 회전할 수 있게 정확하게 고정된 큰 직경 부분(80), 큰 직경 부분(80)의 끝으로부터 상부로 확장되고 제2홀(45b)속으로 공전할 수 있게 고정되는 작은 직경 부분(81), 및 작은 -및 큰 -직경 부분 (81,80)사이의 경계위에 형성된 단형 스토퍼 부분(82)를 갖는다. 더욱더, 결합축(8b)은 제1홀(45a)과 관련하여 충분히 얇고, 큰-직경 축 부분(80)의 하단 부로부터 아래쪽으로 연장된 얇은 축 부분(83)을 갖고 있고, 회전 밸브(7)은 얇은 축 부분(83)의 하단부에 연속적으로 연결된다. 얇은 축 부분(83) 및 회전 밸브(7)은 정상적으로 회전 축(8)과 더불어 일체로 정상적으로 형성된다. 그러나, 얇은 축 부분(83) 및 회전 밸브(7)은 가끔 수요에 따라 결합 축(8b)로부터 별도로 형성될 수 있고, 그 다음 용접, 가압-고정 또는 나사식 고정에 의해 한 형태로 일체화된다.
본 발명의 제2실시예는 결합이 사용되지 않음으로서 부품의 수를 줄일 수 있고, 더욱더 축 중심의 이동이 얇은 축 부분(83)의 탄성 변형에 의해 흡수 될 수 있기 때문에 제작이 촉진되는 장점이 있다. 나머지 부분은 본 발명의 제1실시예와 구성이 유사하므로, 참고사항등은 동일하거나 또는 해당하는 부분 또는 위치에 제시되어 있고, 이들의 설명은 생략할 것이다.
제12도 내지 제15도는 본 발명의 제4실시예에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 실시예에 따라, 연료가 분사할때를 제외하고 누출을 방지하도록 수행되는 엔진 실린더와 더불어 노즐 홀(304)의 연결을 차단하기 위한 분사-홀 밀폐 메카니즘이 제공된다. 이러한 목적을 위해, 노즐 홀(304)는 본 발명의 제3실시예에 도시한 것처럼 밀폐된-말단 구조를 갖고, 더욱더 회전 밸브(7)은 결합(10) 및 결합 축(8b)없이 구동축 바디(8b)에 직접 연결된다. 다른 표현으로, 구동 축 시스템(8)은 본 발명의 구현에 따라 단지 구동축 바디(8a)로 구성된다.
상부 연료 유도 홀(74) 및 상부 분사 홀(34), 중간 연료 유도 홀(75) 및 중간 분사 홀(35), 및 하부 연료 유도 홀(76) 및 하부 분사 홀(36)은 축방향으로 서로 각각 사이에 위치하는 본 발명의 제1내지 제3실시예와는 달리, 상부 연료 유도 홀(74), 중간 연료 유도 홀(75) 및 제12 및 제13도에 도시한 것처럼 본 발명의 제4실시예에 따라 노즐 홀(304)의 베이스와 회전 밸브(7)의 하단부가 접촉하는 그러한 생태로 축방향으로 상부 분사 홀(34), 중간 분사 홀(35)및 하부 분사 홀(36)과 더불어 의도적으로 각각 달리 위치시킨다.
다른 표현으로, 상부 연료 유도 홀(74)은 상부 분사 홀(34)의 위치보다 낮은 레벨에 위치하고; 중간 연료 유도 홀(75)는 중간 분사 홀(35)의 위치보다 낮은 레벨에 위치하고; 그리고 하부 연료 유도 홀(76)은 하부 분사 홀(36)의 위치보다 낮은 레벨에 위치한다.
더욱더, 각열의 연료 유도 홀들은 회전 밸브(7)가 노즐 홀(304)로부터 연료압을 수용할 때에 들어 올려지는 첫 번째 시간 동안 제15도에 도시한 것처럼 해당하는 연료 유도 홀과 연결되는 레벨에 도달하도록 회전 밸브(7)은 상부 및 하부로 이동할 수 있게 설치된다. 분사가 종결되어 상기 언급한 분사 멈춤 상태로 밸브를 회복시킬 때 회전 밸브(7)에 하부로 작용하는 힘을 가하기 위한 탄성 압력 메커니즘은 상기 회전 밸브(7)에 제공된다.
본 발명의 이러한 구현에 따라, 구동축(8)의 축선에 면하는 플러그(119)는 구동 헤드(2)의 공동부(200)를 보호하기 위해 커버부(2a)로 내부적으로 보호되고, 그의 베이스는 바닥내에 미세한 홀(111)을 갖는 내부 나사 홀(110)과 더불어 제공된다. 더욱더, 미세한 홀(111)을 통해 하부로 돌출한 돌출부(112)를 갖는 스프링 시트(11b)는 내부 나사 홀의 바닥에 배치하고, 리턴 스프링(11c)로서 코일 스프링의 하부 말단이 스프링 시이트(11b)위에 설치된다. 스프링 시이트(11b)의 상부 면에 접할 수 있는 스토퍼 축 (113)을 갖는 스토퍼 나사(11d)는 리턴 스프링(11c)를 가압하여 스프링 시트(11b)에 힘을 가하도록 내부 나사 홀(110)속으로 돌려진다. 이 경우에, 회전 밸브(7)이 어떤 분사 조건하에서 분사 조작이 수행될 때 분사 압력으로 인해 일시적으로 상한선 위치에 도달하고, 또한 분사 조작이 종결될 때 일시적으로 하한선 위치에 도달하도록 설정되는 리턴 스프링(11c)에 가해지는 힘이 필요하다.
상기 설치는 스토퍼 나사(11d)가 돌려지고, 회전 밸브(7)의 상한선 위치가 스토퍼 나사(11d)의 스토퍼 축(113)에 의해 설정되는 정도를 조절하여 수행된다. 다른 표현으로, 스토퍼 축(113)의 하단면과 스프링 시이트(11b)의 상부면 사이의 간격(c)는 구동축 행정을 구성한다.
따라서, 구동 축(8)의 전송 요소와 액츄에이터(9)의 축력축의 전송 요소(90)가 상술한 바와같이 구동 축(8)의 수직 움직임을 가능하게 하기 때문에 스퍼기어를 사용한다.
회전 밸브(7)의 회전 위치의 제어를 제조하기 위하여, 스프링 시트(11b)의 돌출부(112)는 회전 밸브(7)가 하부 제한 위치에서 위치하는 동안 구동 축(8)의 상단부에 대하여 순간적인 간극(역 회전 행정 : c')을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 간극(c')은 스프링 시트(11b)의 하부 면과 내부 나사 홀(110)의 베이스간에 쐐기를 위치하거나, 또는 내부 나사로 커버부(2a)의 결합을 조절하기 위하여 플러그(11a)용 외측 스쿠루를 제겅 함에 으하여 조절할 수 있다.
그러나, 추력 베어링면은 수요가 있을때 제공되며 이러한 경우에 간극(c')은 불필요하게 된다.
상부 연료 유도 홀(74), 중간 연료 유도 홀(75)및 하부 연료 유도 홀(76)은 직경이 다르거나 같을 수 있다 할지라도, 회전 밸브(7)의 상부 제한 위치가 축 방향에서 약간 경사지거나 또는 니들 밸브(4)가 약간 들어 올려질때 회전 축(8)의 회전 각이 약간 경사진다하여도 분사 동작동안 상기 연료 유도 홀이 분사 홀과 각각 접속할수 있기에 충분하도록 그들 홀의 지름은 크다.
더욱이, 회전축(8)은 본 발명의 제1실시예와는 같지 않게 본 발명의 상기 실시예에 따라 개방될 때 니들 밸브(4)와 함께 상하로 움직이지 않아야만 하며 그 자세한 설명은 생략한다.
나머지는 본 발명의 제1실시예와 유사하기 때문에 도면번호, 대응하는 부분과 그 설명에 대하여 생략한다.
본 발명의 실시예중 어느 하나에 의하면, 회전 밸브(7)는 엔진이 흡입 또는 배기 행정하는 시간동안 즉, 엔진 실린더에서 압력에 의하여 구동 축(8)에 힘을 가하지 않는 시간동안에 액츄에이터(9)에 의하여 회전한다.
이러한 실행과 같이 회전가능한 타임 제어를 하기 위하여, 액츄에이터(9)는 제1도및 제12도에 도시된 바와같이 회측 제어기(12)에 전기적으로 접속한다. 제어기(12)는 엔진이나 연료 분사 펌프의 회전수(또는 회전각)을 검출하기 위한 센서(121)로부터의 신호를 수신하기 위한 입력 유니트를 가지는 CPU와; 엔진이 상술한 행정을 실행할때 액츄에이터(9)로 구동 신호를 인가하기 위한 회로를 포함한다. 검축된 회전수 뿐만 아니라 실린더의 내부 압력은 입력신호를 만들수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
제어기(12)는 연료 분사 펌프의 선반 센서와 같은 부하 검출 센서(121)로부터 신호를 수신한다. 더욱이, 후술하는 회전수와 부하로부터 형성된 미리 결정된 맵에 따라 미리 결정된 구동량(구동 회전각)이 액츄에이터(9)에 주어진다.
본 발명에 따른 제1실시예의 제1양상에 따르면, 구동량은, 예컨데, 상부 분사홀(34)의 위치가 지속 시간과 경 부하에서 상부 연료 유도 홀(74)에 대응하는 홀로 바꾸도록 정해지고; 중간 분사 홀(35)의 위치는 중간속도 시간 및 중간 부하에서 중간 연료 유도 홀(75)에 대응하는 홀로 바꾸도록 정해지고; 그리고, 하부 분사 홀(36)의 위치는 고속 시간과 과 부하에서 하부 연료 유도 홀(76)에 대응하는 홀로 바꾸도록 정해진다. 본 발명에 따른 제1실시예의 제2양상에 따르면, 구동량은, 하부 분사홀(36)의 위치가 저속 시간과 경 부하에서 하부 연료 유도 홀(76)에 대응하는 홀로 바꾸도록 정해지고; 중간 분사 홀(35)의 위치는 중간 속도 시간 및 중간 부하에서 중간 연료 유도 홀(75)에 대응하는 홀로 바꾸도록 정해지고; 그리고, 상 분사 홀(34)의 위치는 고속시간과 과 부하에서 상 연료 유도 홀(74)에 대응하는 홀로 바꾸도록 정해진다.
본 발명은, 상술한 실시예에 따라, 4개의 분사 홀 × 3개의 단 스위칭 및 6개의 분사 홀 × 3개의 단 스위칭로만 제한 되는 것이 아니라, 상부 및 하부 분사 홀을 그리고 두개의 열 또는 그렇지 않으면 적어도 4개의 열의 상부 및 하부 연료 유도 홀을 설치할수 있다. 더욱이, 분사 홀과 동일 원주레벨상의 연료 유도 홀의 수는 4개 또는 6개로 제한 되는 것이 아니라 4개보다 크거나 작을수 있다.
더욱이, 분사 홀 직경의 크기는 다음과 같이 선택적으로 배열될 수 있다. 즉, 상부분사 홀 ＜중간 분사 홀＜하부 분사 홀, 또는 중간 분사 홀 ＞상부 분사 홀＞하부 분사 홀, 또는 달리 중간 분사 홀＞하부 분사 홀＞상부 분사 홀, 이러한 것은 연료 유도 홀에서도 마찬가지로 이용할 수 있다.
본 발명의 제3 및 제4실시예에 따라, 직경이 전보다 상대적으로 작은 축 홀(304b)과 직경이 큰 홀부(304a)을 포함하도록 상기 홀(304)이 형성된다 할지라도, 제2도에 도시된 바와 같은 구성이 된다.
더욱이, 본 발명의 제2내지 제4실시예에 따른 분사 홀과 연료 유도 홀은 말할 필요도 없이 본 발명의 제1실시예에 따른 방정식 2를 만족시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 기능을 이하 상세히 설명한다.
본 발명의 제1및 제2실시예에 따르면, 가압된 연료는 연료 분사 펌프(도시 않함)로 부터 가압된 연료구(104)를 펌핑함에 의하여 공급하며, 통로홀(105,305)을 경유하여 환상형 연료통로(A)를 경유하여 아래로 흐르기 전에 오일 저장소(301)로 들어간다.
연료 압력은 오일 저장소(301)에 위치한 니들 밸브(4)의 압력 수용면(42)에서 동시에 작동하며, 연료의 압력이 스프링(103)의 설정된 탄성력을 극복하는 레벨에 도달할때 니들 밸브(4)는 들어 올려지며, 그에 의하여 니들 밸브의 하부단면에서의 시트면(44)은 노즐 바디(3)의 시트면(303)으로부터 분리되며 따라서, 니들 밸브는 개방된다. 그후에 가압된 연료는 홀(304)로 유입되고 회전 밸브(4)의 방사형 홀(71)에서 연료통과 홀(72)로 흘른다. 니들 밸브(4)가 들어 올려질때 결합축(8b)은 본 발명의 제1실시예에 따른 니들 밸브(4)와 함께 움직인다.
회전수(또는 회전각) 및 엔진이나 연료 분사 펌프의 부하는 제어기(12)로부터 센서(121,122)로 입력되며, 구동 신호는 흡입 또는 배기 행정동안 제어기(12)에서 액츄에이터(9)로 전송된다. 구동 축 바디(8a)는 부하와 회전수의 관계로부터 얻어진 목표한 회전각에 따라 출력 축의 전송 요소와 맞물린 전솔 요소(90)에 의하여 구동된다.
회전 밸브(7)가 본 발명의 제1실시예에 따른 제1양상에서 제2,3 및 4도에 도시된 (a)의 상태를 유지하는 동안, 즉, 상부 연료 유도 홀(74)와 상부 분사 홀(34)가 서로 연결되며 연료 유도 홀과 다른 두 단에서 분사 홀이 서로 연결되지 않았다고 가정하면, 엔진이 낮은 속도및 가벼운 부하에서 동작하는 부하정보및 회전을 제어기(12)가 판단할때 회전 밸브(7)는 회전 하지않는다.
제6도의 제2양상과 본 발명의 제2실시예의 경우에, 상부 연료 유도 홀(74)및 상부 분사 홀(34)이 서로 연결되며 다른 두개의 단에서 분사 홀 및 연료 유도홀(74)이 제7도에 도시된 바와같이 서로 연결되지 않는 동안 그리고 엔진이 저속도 및 가벼운 부하에서 동작하는 회전 및 부하정보를 제어기(12)가 판단할때, 신호가 액츄에이터(9)에 인가된다. 회전 밸브(7)는 그 후에 40˚시계방향및 20˚반 시계방향으로 회전하며 그 회전 각에서의 위치를 유지한다.
구동 축 바디(8a)의 회전은 결합부(10)를 경유하여 회전 밸브(7)로 전송하며 홀(304)에 완전히 고정된 상태로 회전한다. 구동 축 바디(8a)는 니들 밸브(4)가 움직이는 동안 니들 밸브를 수반할때 회전 밸브(7)는, 결합부(10)와 결합부분(801,811)가 그 축의 역방향을 허용하기 때문에 토오크가 전송되도록 축방향의 움직임이 없이 홀의 하단부에 고정된다.
회전 각때문에 상부 연료 유도 홀(74)과 상부 분사 홀(34)는 원주상 서로 달리 하며, 중간 연료 유도 홀(75)및 중간 연료 홀(35)은 제9a 및 제9b도에 도시한바와 같이 원주적으로 서로 달리한다. 그에 의하여 상부 및 중간 분사 홀(34,35)은 특히 밀접하게 위치한다. 따라서, 각각의 하부 연료 유도 홀(76)은 하부 분사 홀(36)을 확인만 하며 제9c도에 도시된 바와같이 개방된다.
니들 밸브(4)가 상기와 같은 상태에서 개방 상태를 유지하기 때문에, 가압된 연료는 하부 연료 유도 홀(76)을 경유하여 연료 통로 홀(72)로 부터 통과하며 엔진의 실린더에서 하부 연료 홀(36)로부터 분사된다. 하부 분사 홀(36)의 직경이 작아지기 때문에 연료는 더욱 가압되며 충분히 긴 시간동안 분사되고, 엷은 분무의 형태로 원주상에 분무되기 전에 세분화된다. 따라서, 적당한 공연비를 가지는 연료와 공기의 혼합이 되며 NOxz는 회전-연소비의 지연이 감소할때 감소된다.
연료의 압력이 감소할때 니들 밸브(4)는 스프링(103)의 충돌력 때문에 아래로 눌려지며 개방되고, 연료 분사는 종결된다. 그에 의하여 니들 밸브(4)와 함께 결합 축(8b)은 내려간다.
엔진의 회전수가 그 상태에서 상승할 때 구동 신호는 얻어진 정보에 따라 흡입및 배기 행정동안에 제어기(12)에서 액츄에이터(9)로 전송되고, 상기 구동 신호는 회전수와 부하에 비례한 미리 예정된 회전 각을 지칭한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 제2도의 경우에 회전 밸브(7)및 구동 축 바디(8a)에 관하여, 회전 밸브(7)는 제4a도에 관하여 60˚시계방향 또는 30˚반시계방향만큼 회전하며 이러한 위치에서 고정된다. 따라서, 중간 연료 유도 홀(75)및 분사 홀(35)은 제4g도에 도시된 바와 같이 서로 확인만 한다.
제6도의 조건에서 그리고 제7도에 대한 본 발명의 제2및 제4실시예에 따르면, 구동 축 바디(8a) 및 회전 밸브(7)는 40˚시계방향 또는 20˚반시계방향만큼 회전한다. 제8a도에 도시된 바와같이 상부 연료 유도 홀(74)및 상부 분사 홀(34)는 원주적으로 서로 달라지며 하부 연료 유도 홀(76)및 하부 분사 홀(36)은 원주적으로 서로 달라진다. 그에 의하여 상부 분사 홀(34) 및 하부 분사 홀(36)은 각각 실제적으로 가까와 진다. 따라서, 제8b도에 도시된 바와 같이 중간 연료 유도 홀(75)과 중간 분사 홀(35)은 서로 일치하며 개방상태를 유지한다.
엔진이 고속-과 부하상태에서 동작할때, 제2도의 경우에 구동 축 바디(8a)와 회전 밸브(7)는 얻어진 정보에 따른 흡입및 배기 행정동안 제4g도에 따라 30˚반 시계방향만큼 회전한다. 제6도의 양상에서 그리고 본 발명의 제2실시예에따라, 구동 축 바디(8a) 및 회전 밸브(7)는 20˚시계방향 및 40˚반 시계방향으로 회전한다.
따라서, 상대적으로 가장 큰 개구부를 가지는 분사 홀이 만들어진다. 달리 말하면, 제4d도에 도시된 바와같이, 하부 연료 유도 홀(76) 및 분사 홀(36)은 서로 또는 달리 확정되고 제7a도에 도시된 바와같이 상부 연료 유도 홀(74) 및 상부 분사 홀(34)는 서로 연결된다. 그런반면에, 다른 원주상의 레벨에서 연료 유도 홀및 분사 홀은 서로 달라져서 그에 의하여 이러한 상태에서 특히 가까와 진다.
따라서, 다량의 연료는 엔진 상태에 부합하는 단 시간동안 엔진 실린더로 분사되고 그에 의하여 안전된 고출력 연소가 실행된다. 따라서, 스모크가 감소된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 기본 기능은 상기 설명과 유사하다. 결합축(8b)및 회전 밸브(7)가 서로 직접 결합되기 때문에 회전 밸브(7)의 회전은 직접 제어 될 수 있다.
니들 밸브(4)가 들어 올려지고 개방될때, 가압된 연료는 가느다란 축 부분(83)및 제1홀(45a)간의 튜브형 챔버에서 직경이 큰 축부분(80)의 단면을 만들도록 압력 수용영역으로 밀려가고 그에 의하여 구동 축(8)은 가볍게 들려진다.
그러나, 회전 밸브(7)의 축방향 이동을 고려하여 상부·중간 및 하부 연료 유도 홀(74, 74및 76)의 직경이 되도록 크기를 정하는 것이 바람직하다. 그에따라 분사 홀(34, 35 및 36)은 대응하는 단에서 대응하는 연료 유도 홀과 접속하도록 만들 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따르면, 회전 밸브(7)는 제13 및 제14도에 도시된 바와 같이 하부 제한 위치에서 위치된다. 달리 말하면, 상부 연료 유도 홀(74), 중간 연료 유도 홀(75)및 하부 연료 유도 홀(76)은 상부 연료 유도 홀(34), 중간 연료 유도 홀(35)및 하부 연료 유도 홀(36)과 각각 다르다. 각각의 단에서 분사 홀(34, 35및 36)은 회전 밸브(7)의 외측 외주면에 가까이 있다.
동시에, 스프링 시트의 돌출부(112)와 구동 축 바디(8a)의 상단부간의 순간 유극(c')이 있으며 기턴 스프링(11c)에 의하여 압력이 가해지지 않는다. 결국, 구동 축 바디(8a) 및 회전 밸브(7)는 약간의 구동력만으로도 액츄에이터(9)에 의하여 회전할수 있다. 달리 말하면, 흡입 및 배기 행정동안 상부·중간 및 하부 연료 유도 홀(74, 75 및 76)중 하나 그리고 대응하는 원주의 분사홀과 일치할수 있다.
제14도는 상부 연료 유도 홀(74)및 상부 분사 홀(34)과 일치하는 회전각에 대한 것이다.
니들 밸브(4)가 상술한 상태에서 들어 올려지고 개방될 때 가압된 연료의 일 부분은 직경이 큰 축부분(80)의 단면은 압력 수용영역으로 만들기 위하여 제1홀(45a)과 가느다란 축 부분(83)간의 튜브형 챔버로 들어간다. 그에 의하여 구동 축 바디(8a)는 일정하게 들어 올려진다.
결국, 행정(c')은 구동 축 바디(8a)의 상단부와 스프링 시트 접촉부의 돌출부(111)를 만들기 위하여 역 회전을 멈추고, 리턴 스프링(11c)은, 회전축이 행정의 범위를 상승하도록 스프링 시트(11b)를 경유하여 압력이 가해지는 동안 구동축 바디(8a)는, 스톱퍼 축(113)이 스프링 시트(11b)에 인접한 상부 제한 위치에서 들어 올려지게 정지된다.
따라서, 구동축 바디(8a)와 회전 밸브(7)가 분사압 때문에 들어 올려질 때 강부 연료 유도 홀(74), 중간 연료 유도 홀(75) 및 하부 연료 유도 홀(76)은 제15도에 도시된 바와 같이 각각 상부 분사 홀(34), 중간 분사 홀(35) 및 하부 분사 홀(36)과 축방향으로 일치한다. 그들의 회전 위치는 이미 앞에서 언급했기 때문에 상부 연료유도 홀(74) 및 상부 분사 홀(34)는 제7도에 도시된 바와 같이 상기 예에서 서로 연결된다. 따라서, 가압된 연료가 직경이 큰 분사 홀(34)에서 실린더로 분사된다.
니들 밸브(34)는 분사시에 스프링(103)에 의하여 압력이 가해지며 시트면(44 및 103)이 가까워질때 홀(304)내의 압력은 급 강하하게 된다. 결과적으로, 리턴 스프링(11c)의 탄성력은 구동 축 바디(8a)를 아래로 움직이게 하며 회전 밸브(7)는 제14도에 도시된 바와 같이 분사 홀 밀폐조건을 저장하도록 낮은 제한 위치로 일정하게 움직인다. 그에 의하여 홀 및 실린더는 불완전 연소에 의한 그을음 및 그로부터 발생하는 배기온도의 상승뿐만 아니라 이후의 강하를 방지 하기 위하여 서로의 접속을 차단한다.
본 발명의 제1실시예와 같은 제4실시예에 따르면, 엔진의 부하와 회전수(회전 각)만에 의한 것이 아니라 제어기(12)로부터 액츄에이터(9)로 출력하는 구동 신호는 분사 홀의 그룹을 선택하는데 이용된다. 즉, 제8도에 도시된 분사 시스템은 중간 분사 홀을 선택할 때 동작하며 그에 의하여 제9도에 도시된 분사 시스템은 하부 분사 홀이 선택될 때 이용된다.
분사 홀(34, 35 및 36)은 방정식 2를 안정화 하도록 각각 연료 유도 홀(74, 75 및 76)과 결합하기 때문에 분사 홀과 연료유도 홀의 결합은 회전 밸브(7)의 위치에 상관 없이 제4도에 도시된 바와같이 서로 접속을 하게된다. 따라서, 니들 밸브(4)가 폐쇄되며 심지어 연료 분사를 허용하도록 개방되었다 하여도 분사 홀을 변화함에 의하여 연료 누출로를 안전하게 할수 있다. 따라서, 노즐 바디의 내부 압력은 항상 급상승을 방지한다.
본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따르면, 결합 축(8b)은 니들 밸브(4)에 대하여 수직으로 일정하게 움직일 수 있는 직경이 큰 축부분(80)에 고정되고, 본 발명의 제4실시예에 따르면 구동 축 바디(8a)는 직경이 큰 축부분(80)을 제공하므로 이러한 영역은 영역 밀봉부로서 동작한다. 달리 말하면, 구동 축 시스템에서 누출되는 연료 때문에 연료 량이 줄고 연료 압이 강하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 설명에 따르면, 다수의 분사 홀은 미리 결정된 간격에서 그리고 축방향에서 다른 원주 레벨에서의 노즐 바디의 선단부에 원주상 배열되고, 각각의 원주 레벨에서 분사 홀은 직경을 달리하여 설정된다. 회전 밸브는 대응하는 분사 홀과 각각 결합하는 다단의 독립 연료 유도 홀을 원구상에 제공한다. 각각의 원주 레벨에서 분사 홀과 연료 유도 홀은 결합에 의하여 서로 달라지기 때문에 분사 홀의 자유 설정은 극히 높으며 회전 밸브의 회전 각을 제어함에 의하여 연료는 두종류이하의 다른 홀의 직경으로 세분화된다. 따라서, 상기와 같은 배열은, 가벼운 부하가 걸리는 시간에서 Nox뿐만 아니라 과 부하가 걸리는 시간에서 스모크를 쉽게 감소시키는 우수한 효과를 가진다. 더욱이, 회전 밸브의 연료 유도 홀 및 노즐 바디의 분사 홀은, 회전 밸브의 회전 부분 즉, 하나 또는 하나 이상의 원주 레벨에서 연료 유도 홀이 하나 또는 하나 이상의 대응하는 원주 레벨에서 연료 유도 홀과 결합하는 관계로 그리고 다른 원주 레벨에서 연료 유도 홀은 어떠한 분사도 하지 못하도록 하는 관계로 배열된다. 그에 의하여 노즐 밸브내의 압력은 분사 홀이 분사 동적 동안 변화 한다 할지라도 필요 이상으로 상승되는 것을 방지한다. 따라서, 분사 홀 시스템은, 이상이 발생할 때 또는 추적제어가 증가한 안정 상태에 의하여 지연될 때에도 브레이크 다운의 위험으로부터 안전하게 설정된다.
또한, 본 발명에 따르면, 분사압에 의하여 트리거된 회전 밸브의 상승 움직임은 연료 분사시에만 분사 홀과 연료 유도 홀을 연결하도록 이용된다. 그에 의하여 연료 유도 홀은 연료 분사와는 다른 시간에 분사 홀과 연결되는 것을 방지한다. 상기 홀이 엔진 실린더와 연결되는 것을 방지 하기 때문에 이러한 배열은 상술한 효과에 더하여 사후 하강을 유효하게 방지한다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 회전 밸브의 구동 축 시스템에서 누출되는 연료에 의한 분사량의 감소와 분사압의 하강은 효과적으로 방지할수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 회전 밸브의 회전은 엔진 실린더내의 압력에 의하여 영향을 받지않고 엔진에 의하여 주어진 흡입 또는 배기 행정동안 제어된다.
그에 의하여 회전 밸브를 회전시키는 동안 액츄에이터의 크기를 작게하는 효과덕분에 작은 토오크에서 분사 홀을 설정할수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 노즐은 홀의 선단부가 개방되기 때문에 제조가 쉽다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명에서, 당업자라면 여러 가지 변형이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 가능함을 알수 있을 것이며 따라서, 본 발명의 양상 및 요지는 첨부된 청구범위에 의해 정해진다.

Claims (6)

  1. 가압된 연료유입을 위한 연료 유입 홀을 설치한 선단부를 구비한 노즐 바디와; 그리고 연료 유입 홀에서 회전할수 있도록 상기 노즐 바디의 선단부에 배치되고 다수의 연료 유도홀을 구비한 회전 밸브를 포함하고, 상기 노즐 바디는 미리 결정된 간격 및 축방향으로 다른 원주상의 레벨에서 연료 유입 홀의 주변벽에 원주상 배열된 다수의 연료 홀을 구비하며, 각각의 원주 레벨에서 연료 홀은 직경을 달리 설정하며, 연료 홀은 각각의 원주 레벨에서 연료 홀에 일치하고, 그리고 상기 회전 밸브의 연료 유도 홀 및 노즐 바디의 분사 홀은 회전 밸브의 회전부 각각, 즉 하나 또는 하나 이상의 원주 레벨에서 연료 유도 홀이 하나 또는 하나 이상의 대응하는 원주 레벨에서 연료 유도 홀과 연결되는 관계로 그리고 다른 원주 레벨에서 연료 유도 홀은 어떤 분사 홀과 연결되지 않는 관계로 배열되는 것을 특징으로하는 가변 분사 홀형태의 연료 분사 노즐.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연료 유입 홀은 하부 홀중 하나이고, 상기 노즐은 연료 유입 홀의 하부를 향하여 회전 밸브에 압력을 가하기 위하여 상기 회전 밸브의 상부에 놓인 리턴 스프링을 추가로 포함하며, 상기 연료 유도 홀은 상기 회전 밸브가 연료 유입 홀로부터의 연료압을 수용하여 들어올려질때에만 대응하는 분사 홀과 각각 연결하도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 분사 홀형태의 연료 분사 노즐.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노즐 바디의 내측에 고정된 니들 밸브와; 그리고 상기 니들 밸브에서 니들 밸브와 함께 수직으로 움직일 수 있는 영역 밀봉부를 가지는 회전 밸브 구동 유니트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 분사 홀형태의 연료 분사 노즐.
  4. 제2항에 있어서, 상기 노즐 바디의 내측에 고정된 니들 밸브와; 그리고 상기 니들 밸브에서 니들 밸브와 함께 수직으로 움직일 수 있는 영역 밀봉부를 가지는 회전 밸브 구동 유니트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 분사 홀형태의 연료 분사 노즐.
  5. 제1항에 있어서, 정해진 흡입 또는 배기 행정과 동시에 엔진에 의하여 작동하는 상기 회전 밸브를 작동시키기 위한 액츄에이터를 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 가변 분사 홀형태의 연료 분사 노즐.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연료 유도 홀의 선단부는 개방부를 가지며 상기 개방부에 회전 밸브가 고정되는 것을 특징으로 하는 가변 분사 홀형태의 연료 분사 노즐.
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