KR0157998B1 - Head structure for a gasoline engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 다밸브 가솔린 기관의 헤드구조에서 흡기구 형상 및 밸브기구 설치구조의 개선을 통하여 연소실 내의 혼합개스가 텀블(Tumble)상태로 유동되게 함으로써, 다밸브 가솔린기관의 연소효율이 향상될 수 있도록 한 자동차 가솔린 기관의 연소효율 향상을 위한 흡기구의 형상 및 밸브기구의 설치구도에 관한 것으로서, 흡기밸브와 배기밸브간의 설치각도와 흡기밸브와 흡기구간의 형성각도를 최대한으로 작게하는 동시에 흡기구의 단면적 형상을 원뿔관 형태로 이루어지게 함으로써, 연소실 내로 유입되는 혼합개스의 유동성을 향상시키는 동시에 연소실내에서는 첨부흐름이 이루어지게 하고 이로 인해 연소실 내에서의 연소효율이 향상되게 하여 배기개스의 배출량 저하 및 차량의 연비향상을 가져올 수 있는 자동차 가솔린 기관의 헤드구조를 제공하고자 한 것이다.The present invention is to improve the combustion efficiency of the multi-valve gasoline engine by allowing the mixed gas in the combustion chamber to flow in a tumble state through the improvement of the intake port shape and the valve mechanism installation structure in the head structure of the multi-valve gasoline engine of the automobile. The present invention relates to the shape of the intake port and the installation structure of the valve mechanism for improving the combustion efficiency of an automobile gasoline engine, and the installation angle between the intake valve and the exhaust valve and the formation angle between the intake valve and the intake port are made as small as possible. The conical tube shape improves the flowability of the mixed gas flowing into the combustion chamber, and also the attachment flow in the combustion chamber, thereby improving the combustion efficiency in the combustion chamber, thereby reducing exhaust gas emissions and fuel efficiency of the vehicle. Head opening of car gasoline engine which can bring improvement To provide Joe.
Description
제1도는 종래 자동차의 다밸브 가솔린기관에서 흡기구의 형상과 밸브기구의 설치 상태를 나타내는 실린더 헤드의 단면도 및 평면도.1 is a cross-sectional view and a plan view of a cylinder head showing the shape of an intake port and an installation state of a valve device in a multi-valve gasoline engine of a conventional vehicle.
제2도는 자동차 다밸브 가솔린기관의 연소실 내로 유입되는 혼합개스의 유동상태로서,2 is a flow state of the mixed gas flowing into the combustion chamber of the automobile multi-valve gasoline engine,
(a)는 종래의 유동상태도.(a) is a conventional flow diagram.
(b)는 본 발명에 따른 유동상태도.(b) is a flow diagram according to the present invention.
제3도는 본 발명에 따른 자동차의 다밸브 가솔린기관에서 흡기구의 형상과 밸브 기구의 설치상태를 나타내는 실린더 헤드의 단면도 및 평면도.3 is a cross-sectional view and a plan view of a cylinder head showing the shape of the intake port and the installation state of the valve mechanism in the multi-valve gasoline engine of the automobile according to the present invention.
제4도는 제3도에서의 A부위 상세도.4 is a detailed view of portion A in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 실린더 헤드부 12,12' : 흡·배기구10: cylinder head 12, 12 ': intake and exhaust
14,14' : 흡·배기밸브 16 : 연소실14,14 ': Intake / exhaust valve 16: Combustion chamber
18 : 밸브시트 20 : 시작부18: valve seat 20: start
22 : 중간부 24 : 끝단부22: middle portion 24: end portion
28,28' : 캠 30 : 헤드면28,28 ': Cam 30: Head side
32 : 밸브면 34 : 점화플러그32: valve surface 34: spark plug
본 발명은 자동차용 가솔린기관의 헤드구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 다밸브 가솔린 기관의 헤드구조에서 흡기구 형상 및 밸브기구 설치구조의 개선을 통하여 연소실 내의 혼합개스가 텀블(Tumble)상태로 유동되게 함으로써, 다밸브 가솔린기관의 연소효율이 향상될 수 있도록 한 자동차용 가솔린기관의 헤드구조에 관한 것이다.The present invention relates to a head structure of an automobile gasoline engine, and more particularly, in the head structure of an automobile multi-valve gasoline engine, the mixed gas in the combustion chamber flows in a tumble state through the improvement of the intake port shape and the valve mechanism installation structure. The present invention relates to a head structure of an automobile gasoline engine, which enables the combustion efficiency of a multi-valve gasoline engine to be improved.
일반적으로 자동차의 다밸브 가솔린기관의 헤드구조에서 흡·배기구의 형상 및 밸브기구의 설치구조는, 첨부도면 제1도에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드부(10)에 형성된 흡·배기구(12,12')와 이에 연계되어 흡기밸브(14) 및 배기밸브(14')가 각각 형성되고, 연소실(16)을 중심으로 한 상기 흡·배기 밸브(14,14')간의 설치각도는 약 40°~50° 정도로 이루어지는 동시에 흡기 밸브(14)와 흡기구(12)간에 이루는 각도는 약 55° 이상으로 이루어지게 되며, 밸브 시트(18)의 인접부위인 상기 흡기구(12)의 곡률부는 흡기구(12)내를 흐르는 혼합개스의 유동저항을 최소화하기 위한 만곡형(예컨대, R1/R2값을 크게 함)으로 형성되어 유량계수값을 증대시킬수 있는 구조로 이루어져 있다.In general, in the head structure of a multi-valve gasoline engine of an automobile, the shape of the intake / exhaust mechanism and the installation structure of the valve mechanism are as shown in FIG. 1 of the accompanying drawings. 12 ') and an intake valve 14 and an exhaust valve 14' are formed in association with each other, and an installation angle between the intake and exhaust valves 14 and 14 'around the combustion chamber 16 is about 40 °. The angle between the intake valve 14 and the intake port 12 is about 55 ° or more, and the curvature of the intake port 12, which is an adjacent portion of the valve seat 18, is approximately ˜50 °. It is formed in a curved shape (for example, to increase the value of R 1 / R 2 ) to minimize the flow resistance of the mixed gas flowing through the structure to increase the flow coefficient value.
그러나, 이와같은 구조에서 기관의 저속, 저RPM에서는 4밸브기관이 2밸브기관에 비해 성능면에서 매우 불리한 것을 알 수 있다. 즉, 흡기밸브(14)의 개구면적과 흡기구(12)의 단면적이 커짐에 따라 흡기유속이 하강되어 연료가 흡기구(12)의 벽면에 부착되므로 연소실(16)내의 혼합개스 예비율 및 증발성 등이 불량하게 되며, 또한 흡기 행정의 말기에 배기개스가 흡기구(12)로 역류되어 연소실(16)내의 개스 잔존량이 증가하게 되므로 연소상태를 약화시키게 되어서, 차량이 순간적으로 가속되는 경우, 엔진토크 변동심화 등으로 차량운전성 악화, 배기가스 재순환율에 대한 내구력 악화, 배기개스의 배출량과다 등의 많은 불리한 점이 있었을 뿐만아니라 상기 흡·배기밸브(12,12')간의 설치각도가 큼으로 인하여 연소실(16)의 표면적과 체적의 비율이 커져서 냉각손실이 크게 되는 등의 단점이 있었다.However, it can be seen that the four-valve engine is very disadvantageous in performance compared to the two-valve engine at the low speed and low RPM of the engine in such a structure. That is, as the opening area of the intake valve 14 and the cross-sectional area of the intake port 12 become larger, the intake flow rate decreases and fuel adheres to the wall surface of the intake port 12. The exhaust gas flows back to the intake port 12 at the end of the intake stroke and increases the amount of gas remaining in the combustion chamber 16. Therefore, the combustion state is weakened. In addition, there are many disadvantages such as deterioration of vehicle operability, deterioration in durability of exhaust gas recirculation rate, excessive exhaust gas discharge rate, and the installation angle between the intake and exhaust valves 12 and 12 '. ), The ratio of surface area and volume increases, resulting in a large cooling loss.
본 발명은 이와같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 흡기밸브와 배기밸브간의 설치각도와 흡기밸브와 흡기구간의 형성각도를 최대한으로 작게하는 동시에 흡기구의 단면적 형상을 원뿔관 형태로 이루어지게 함으로써, 연소실 내로 유입되는 혼합개스의 유동성을 향상시키는 동시에 연소실내에서는 텀블흐름이 이루어지게 하고 이로 인해 연소실 내에서의 연소효율이 향상되게 하여 배기개스의 배출량 저하 및 차량의 연비향상을 가져올 수 있는 자동차 가솔린기관의 헤드구조를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above, by making the installation angle between the intake valve and the exhaust valve and the formation angle between the intake valve and the intake port as small as possible, and making the cross-sectional shape of the intake port into a conical tube shape, The head of an automobile gasoline engine that improves the flowability of the mixed gas that flows in and at the same time makes the tumble flow in the combustion chamber, thereby improving the combustion efficiency in the combustion chamber, resulting in lower exhaust gas emissions and improved fuel efficiency of the vehicle. The purpose is to provide a structure.
이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 자동차 가솔린기관의 헤드구조에서 흡기구(12)의 형상 및 밸브기구(14,14')의 설치구조에 있어서, 상기 흡기구(12)는 연소실(16)측으로 향할수록 점차 축소되는 원뿔관 형태로 이루어지고, 상기 배기밸브(14')는 연소실(16)의 축선 방향으로 수직 설치되는 동시에 상기 흡기밸브(14)는 배기밸브(14')와 25°~30°의 각도를 이루며 경사 설치되며, 상기 흡기구(12)는 흡기밸브(14)와 40°이하의 각도를 이루며 형성되는 자동차 가솔린기관의 흡기구(12)의 형상 및 밸브기구(14,14')의 설치구조이다.According to the present invention, in the shape of the intake port 12 and the installation structure of the valve mechanisms 14 and 14 'in the head structure of an automobile gasoline engine, the intake port 12 is conical tube shape gradually reduced toward the combustion chamber 16 side. The exhaust valve 14 'is vertically installed in the axial direction of the combustion chamber 16, and the intake valve 14 is inclined at an angle of 25 ° to 30 ° with the exhaust valve 14'. In addition, the inlet 12 is a shape of the inlet 12 of the automobile gasoline engine formed at an angle of 40 ° or less with the intake valve 14 and the installation structure of the valve mechanism (14, 14 ').
특히, 상기 흡기구(12)는 시작부(20), 중간부(22) 및 끝단부(24)의 단면적이 100% : 80% : 130%의 면적비율을 갖도록 이루어져서, 상기 흡기밸브(14)가 완전히 상승된 상태에서의 유량계수 감소를 최소화 하면서 흡기구(12)를 통과하는 혼합개스의 운동에너지(예컨대, 흐름에 필요한 유동력) 극대화를 이룰 수 있게 되는 것이다. 즉, 상기 흡기구(12)의 중간부(22)의 단면적은 시작부(20)의 단면적보다 약 20%~22% 정도 축소된 단면적을 갖도록 이루어지는 한편, 끝단부(24)의 단면적보다는 약 65% 정도 축소된 단면적을 갖도록 이루어지고 이와 더불어 흡기구(12)는 상기 흡기밸브(14)와 비교적 적은 각도인 40° 이하를 이루며 형성되어져서 혼합개스가 흡기구(12)를 통과하는 동안 상당량의 운동에너지를 얻게 되고 이로 인해 연소실(16) 내로 유입된 후에도 연소실(16) 종방향으로의 수직흐름(예컨대, 텀블흐름)이 이루어질 수 있는 것이며, 이러한 상태는 첨부도면 제2도에 잘 나타나 있다.In particular, the inlet 12 has a cross-sectional area of the start portion 20, the middle portion 22 and the end portion 24 has an area ratio of 100%: 80%: 130%, so that the intake valve 14 It is possible to maximize the kinetic energy (eg, the flow force required for the flow) of the mixed gas passing through the inlet 12 while minimizing the reduction of the flow coefficient in the fully elevated state. That is, the cross-sectional area of the middle portion 22 of the inlet 12 is made to have a cross-sectional area that is reduced by about 20% to 22% of the cross-sectional area of the start portion 20, while about 65% of the cross-sectional area of the end portion 24 is reduced. The inlet 12 is formed to have a relatively small angle with the intake valve 14 at an angle of 40 ° or less, so that the mixed gas passes a considerable amount of kinetic energy while passing through the inlet 12. This allows a vertical flow (eg, tumble flow) in the longitudinal direction of the combustion chamber 16 to be achieved even after it has been introduced into the combustion chamber 16, which is well illustrated in FIG. 2.
특히, 상기 흡기구(12) 상부측 부위에서는 가공커터의 형상을 원뿔판 형태로 제작하여 흡기구 코어가 셋팅이 부정확해도 상부측 형상은 항상 직선이 되도록 하였으며 하부측에는 약간의 턱이 형성되어서 텀블흐름의 발생을 유발시키게 되고 이 부위에서의 혼합개스 유동은 흡기구(12) 상부측에서 주로 이루어지면서 배기밸브(14')의 헤드면(30)을 따라 유동이 이루어지도록 되어 있다.Particularly, in the upper part of the inlet port 12, the shape of the processing cutter is formed in the shape of a conical plate so that the upper part of the inlet port is always straight even when the inlet core is set incorrectly. The mixed gas flow in this region is mainly performed at the upper side of the intake port 12, and flows along the head surface 30 of the exhaust valve 14 '.
또한, 상기와 같은 혼합개스의 유동이 한층 더 효과적으로 이루어질 수 있도록 상기 흡기밸브(12)의 밸브면(32)과 밀착되는 밸브시트(18)에는 하단부에 밸브시트(18)의 형성경사각 보다 넓은 각도로 이루어진 경사면(18')이 형성되어서 흡기밸브(12)와 밸브시트(18) 사이를 통과하게 되는 혼합개스는 배기밸브(14')의 헤드면(30)에 부딪히지 않으면서 이 헤드면(30)을 따라 유동이 이루어지도록 되어 있다.In addition, the valve seat 18 is in close contact with the valve face 32 of the intake valve 12 so that the flow of the mixed gas as described above can be made more effective than the angle of inclination of the valve seat 18 formed at the lower end The inclined surface 18 'is formed so that the mixed gas passing between the intake valve 12 and the valve seat 18 does not impinge on the head surface 30 of the exhaust valve 14'. Flows along the
한편, 상기 연소실(16)의 상부에 부착 설치되는 점화 플러그(34)는 연소실(16)의 축선 방향에 대하여 배기밸브(14')측으로 경사지게 설치되어서 즉, 상기 밸브기구(14,14')의 상부에 설치되는 각각의 캠(28,28') 중심을 연결한 선에 대하여 수직상태가 되도록 설치되어서, 압축행정시 피스톤(도시되지 않음)이 상사점에 도달되면 흡기밸브(14) 하부의 연소실(16)의 체적이 배기밸브(14')의 하부보다 상대적으로 적음으로 인하여 유압된 혼합개스가 흡기밸브(14)측에서 배기밸브(14')측으로 유동되어지는 흐름이 이루어지므로 점화플러그(34)의 전극(도시되지 않음) 주위의 잔존개스는 새로이 유입되는 새 혼합개스에 의해 밀려나게 되어서 초기 화염 핵생성이 좋아지게 되며 아울러 새로운 혼합개스의 유입으로 고온의 배기밸브(14')의 냉각효과를 기대할 수 있는 동시에 내 노크성이 향상될 수 있는 것이다.On the other hand, the spark plug 34 attached to the upper portion of the combustion chamber 16 is installed to be inclined toward the exhaust valve 14 'with respect to the axial direction of the combustion chamber 16, that is, of the valve mechanisms 14 and 14'. It is installed so as to be perpendicular to the line connecting the centers of the respective cams 28 and 28 'installed in the upper portion. When the piston (not shown) reaches the top dead center during the compression stroke, the combustion chamber below the intake valve 14 Since the volume of (16) is relatively smaller than the lower portion of the exhaust valve (14 '), the ignition plug (34) is formed because the flow of hydraulic mixture gas flows from the intake valve (14) side to the exhaust valve (14') side. Residual gas around the electrode (not shown) of the c) is pushed out by the new incoming mixed gas, so that the initial flame nucleation is improved, and the new mixed gas enters the cooling effect of the high temperature exhaust valve 14 '. You can expect Knock resistance can be improved.
이상에서와 같이 연료소비율, 노크성 등의 연소상태와 밀접한 관계가 있는 연소실(16)내에서 혼합개스의 유동은 연소실(16)의 중심축선 방향과 같은 수직방향의 흐름(텀블흐름)으로 이루어지게 되는데, 즉, 흡기 행정 초기에 혼합개스는 흡기밸브(14)의 상부측인 흡기구(12)의 상부를 거쳐서 연소실(16)내로 유입이 이루어지고 이와같이 유입되어진 혼합개스는 배기밸브(12')측으로 향하는 흐름이 발생되며, 이 흐름은 흡기행정 말기에는 흡기밸브(14) 저부측의 실린더 벽면을 따라 상승되어지는 높은 운동에너지를 갖는 흐름과 부가되어 피스톤이 압축행정을 하게 되는 상사점에서는 상기 흐름이 강한 난류강도를 갖는 흐름으로의 변환이 이루어지는 텀블 흐름이 이루어지게 되는 것이다.As described above, the flow of the mixed gas in the combustion chamber 16 which is closely related to the combustion state such as fuel consumption rate, knocking property, etc. is made to be a vertical flow (tumble flow) in the same direction as the central axis of the combustion chamber 16. That is, at the beginning of the intake stroke, the mixed gas is introduced into the combustion chamber 16 through the upper portion of the inlet 12, which is the upper side of the intake valve 14, and the mixed gas thus introduced is discharged to the exhaust valve 12 ′. A heading flow is generated, and this flow is added to a flow having a high kinetic energy which is raised along the cylinder wall at the bottom of the intake valve 14 at the end of the intake stroke, and at the top dead center where the piston is compressed. The tumble flow is performed to convert the flow into a strong turbulence intensity.
따라서, 기존의 연소실(16)내에서는 흡입행정 BBDC 40° CA에서 난류강도가 가장 크게 유지되었으나 본 발명에 따른 연소실(16)내에서는 상기한 텀블 흐름으로 인하여 압축행정 BTDC 30° CA전까지 충분한 난류강도를 유지할 수 있게 되어 있으며 이 시점에서 전형적인 부분부하 조건하에서의 (고속주행이 아니고 저속시가지운전조건 하에서의)점화시기를 가질 수 있게 되므로서 초기 점화시기 지연구간이 최대한 축소되어 안정된 연소상태를 얻을 수 있는 것이며, 또한, 흡기구(12) 각 부분의 단면적 최적화로 유량계수 감소없이 연소실(16)내로 유입되면서 가속되어 유입된 혼합개스는 높은 운동에너지를 갖게되고 따라서 유동저하증가에 의해 체적효율의 감소없이 최적의 점화시기가 유지되면서 WOT 전 스피드 영역(고속주행영역)에서 점화시기가 지연되어 빠른 연소속도로 인한 연속시간을 단축할 수 있도록 되어 있는 것이다.Therefore, in the existing combustion chamber 16, the turbulent strength was maintained the largest in the suction stroke BBDC 40 ° CA, but in the combustion chamber 16 according to the present invention sufficient turbulence strength until the compression stroke BTDC 30 ° CA due to the above tumble flow At this point, it is possible to have a ignition period under typical partial load conditions (not at high speeds but at low speed urban operation conditions), so that the initial ignition delay period can be minimized to obtain a stable combustion state. In addition, the mixed gas accelerated and introduced into the combustion chamber 16 without decreasing the flow coefficient by optimizing the cross-sectional area of each inlet 12 has a high kinetic energy, and thus an optimum flow rate without decreasing the volume efficiency by increasing the flow decrease. While the ignition timing is maintained, the ignition timing is delayed in all speed ranges (high speed driving range) of the WOT. It is to continuously reduce the time of combustion speed.
이상에서와 같이 본 발명은 연소시간 단축등의 전체적인 연소효율의 향상으로 인하여 차량의 연비향상과 배기가스 저감의 효과를 얻을 수 있는 것이다.As described above, the present invention can improve the fuel efficiency of the vehicle and reduce the exhaust gas due to the improvement of the overall combustion efficiency such as the reduction of the combustion time.
Claims (4)
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|---|---|---|---|
| KR1019930030702A KR0157998B1 (en) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Head structure for a gasoline engine |
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Publications (2)
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| KR950019923A KR950019923A (en) | 1995-07-24 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040041364A (en) * | 2002-11-11 | 2004-05-17 | 현대자동차주식회사 | An air intake valve seat in engine |
-
1993
- 1993-12-29 KR KR1019930030702A patent/KR0157998B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040041364A (en) * | 2002-11-11 | 2004-05-17 | 현대자동차주식회사 | An air intake valve seat in engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950019923A (en) | 1995-07-24 |
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