인젝션 노즐(INJECTION NOZZLE)

인젝션 노즐(INJECTION NOZZLE)

인젝션 노즐은 노즐 홀더(nozzle holder), 니들 밸브(needle valve), 노즐 스프링(nozzle spring) 등으로 구성되어 있으며, 인젝션 펌프에서 보내오는 고압의 연료를 연소실 내에 분사하는 것입니다. 또한 노즐의 분사 개시 압력을 조정하는 기구를 갖추고 있으며, 실린더 헤드에 장치되어 있습니다. 디젤 엔진은 안정한 연소를 얻기 위하여 자연 착화를 위한 혼합기 생성을 단시간에 할 필요가 있습니다. 이것 때문에 노즐은 아래와 같은 조건이 필요로 하게 됩니다. 

노즐바디

 

무화 

무화란 분사되는 연료가 스프레이처럼 즉 안개처럼 분사되는 것을 말합니다. 연료를 연소시키기 위해서는 기화시킬 필요가 있으며, 기화가 빨리 이루어지도록 연료를 미세한 입자로 만드는 것이 필요로 합니다. 

 

관통력(연료 입자의 도달거리)

분사된 연료 입자가 연소실 내의 일부에 머물러 있으면 일부의 공기에 접촉할 수  없으므로 완전히 연소할 수 없습니다. 이 때문에 연료 입자는 고압의 공기 중을 날아다니면서 연소하여 연소실 내의 구석구석까지 도달할 정도의 관통력이 필요로 합니다. 

노즐바디A타입

노즐바디B타입

 

분산(흩어짐)&분포(흩어퍼 짐)

분산&분포가 충분하지 않으면 일부에서는 연료가 너무 많아 불완전연소를 일으켜 흑연 배출의 원인이 되며, 다른 부분에서는 공기와 연료가 혼합되지 않은 채로 공기가 배출되어 출력 저하에 원인이 됩니다. 이 때문에 연료 입자가 공기와 완전히 혼합되어 완전히 연소시키는 데는 연소실 내의 구석구석까지 분산&분포시킬 필요가 있습니다. 노즐은 연소실에 선단이 돌출되어 있기 때문에 항상 고온의 연소가스에 노출되어 있습니다. 이 때문에 연소에 의해 발생하는 화학변화 등에 대하여 견딜 수 있는 조건이 필요합니다. 

 

 

노즐

스로틀 형 노즐은 노즐의 중앙에 직경 약 1mm 정도의 분사 구멍이 하나 있으며, 니들 밸브가 시트부에서 떨어지면, 연료가 분사를 시작합니다. 니들 밸브의 선단은 분사 구멍보다 약간 작은 나팔 모양을 한 가는 축으로 되어 있으며, 분사 구멍보다 약간 튀어나와 있습니다. 선단부에서 위로 향해서 축 직경이 굵어지며, 노즐 보디의 시트부와 밀착하는 부분, 연료의 압력을 받는 원추형의 부분이 있으며, 가장 축 직경이 굵은 부분은 노즐 보디로 지지되어 있습니다. 인젝션 펌프에서 보내온 연료 압력이 노즐의 분사 개시 압력까지 상승하면 니들 밸브의 원형추의 부분에 상향의 힘이 작용하여 니들 밸브를 들어 올리게 됩니다. 연료는 분사 구명과 니들 밸브 선단부와의 사이에 생기는 링 모양의 틈새를 통하여 분사합니다. 이경우 앞에서 설명한 것과 같이 니들 밸브의 리프트가 작을 때에는 연료의 분사량이 작아집니다. 또한 니들 밸브가 리프트 하면 점차적으로 분사 구멍 면적이 커져 주 분사가 이루어집니다. 스트틀형 노즐은 이와 같이 하여 착화 지연 기간 중에 분사하는 연료를 적게 하여 디젤 노크(노킹)를 방지하고 있습니다. 

노즐팁상부

           

노즐팁측면

<노즐 팁 nozzle tip> 

 

홀형 노즐

홀형 노즐은 니들 밸브의 선단부가 축 모양이 아닌 원추형으로 되어 있습니다. 또한 노즐 보디의 분사 구멍부는 부풀어져 있으며 노즐의 중심에 대해서 대칭적으로 여러 개의 분사 구멍이 뚫려 있습니다. 분사 구멍의 직경, 분사 구멍의 방향 연소실의 형상에 따라 가장 좋은 연소 상태가 이루어지도록 만들어져 있습니다. 따라서 홀형노즐은 연소실에 대하여 장치하는 위치를 정할 필요가 있기 때문에 노즐 보디 위치를 정해서 노즐 홀더에 조립하도록 되어 있습니다. 인젝션 펌프에서 압송된 연료는 규정의 분사 개시 압력이 되면 니들 밸브를 밀어 올려 연료를 분사 구멍을 통하여 분사가 됩니다. 

 

노즐 홀더

노즐 홀더는 노즐의 실린더 헤드에 장치함과 동시에 노즐까지 연료를 보내는 통로의 역할을 하며, 또한 노즐의 분사 개시 압력을 조정하는 것입니다. 인젝션 펌프에서 보내온 연료는 인 레트 커넥터로부터 노즐 홀더로 들어갑니다. 인레트 커넥터에는 연료를 다시 여과하기 위해서 에지 필터가 설치되어 있으며 노즐의 분사 개시 압력은 니들 밸브를 푸시로드 (push rod)를 통해서 밀어붙이고 있는 노즐 스프링의 스프링 장력으로 정해 지므로 이 스프링 장력을 조정하기 위하여 상부에 조정 나사가 설치되어 있습니다. 노즐 홀더의 윗부분 끝에는 캡 너트가 있으며, 캡 너트에는 오버 플로 파이프가 장치되어 있습니다. 오버 플로 파이프를 장치하는 이유는 노즐에서 분사되고 있는 동안 고압 연료의 일부가 니들 밸브와 노즐 보디의 윤활을 하여 이것이 푸시로드와 노즐 홀더의 틈새를 통하여 오버플로 하기 때문입니다.