KR100205994B1 - 내연기관의 흡기구조 - Google Patents

Abstract

크로스(Cross) 텀블 유동과 연료 및 공기의 무화로 성층점화에 의한 점화속도 증가와 실린더내 미연소 잔류개스를 방지하기 위하여, 실린더 블럭내에 위치한 피스톤의 헤드와 함께 연소실을 형성하는 실린더 헤드와, 이 실린더 헤드에 마련되며 연소에 필요한 혼합기 및 공기를 유입하는 흡기 포트들과, 상기한 피스톤 헤드에 형성되어 상기한 흡기포트들로 유입되는 혼합기 및 공기를 서로 다른 방향으로 텀블 유동될 수 있도록 하는 제1, 2경사면과, 연소된 개스를 배출하는 배기 포트들을 포함하는 내연기관의 흡기구조를 제공한다.

Description

내연기관의 흡기구조

제1도는 본 발명에 의한 흡기구조가 적용되는 실린더 블럭과 실린더 헤드의 결합 측단면도.

제2도는 본 발명에 의한 연소실의 평면도.

제3도는 본 발명에 관련하는 연료 인젝터의 측단면도.

제4도는 본 발명에 의한 흡기구조에 의해 흡기의 흐름이 텀블 유동으로 되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 내연기관의 흡기구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 점화 속도 단축과 성층연소를 가능하게 하고, 안정적인 연소상태를 실현하여 토오크 향상 및 연비절감을 기대할 수 있는 흡기구조에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관의 연소실은 실린더 헤드와 피스톤 헤드 사이에 형성되는 공간으로서 이 공간은 화염전파 속도와 연소상태등에 영향으로 주는 것으로 알려져 있다.

이것은 연소실 내에서 혼합기의 확산과 유동상태가 연소실의 구조에 따라 좌우되기 때문인데, 연소상태는 엔진의 토오크와 직접적으로 연관되므로 연료가 무화가 촉진되고 성층연소가 이루어질 수 있는 구조의 연소실이 가장 바람직한 것으로 알려져 있다.

하나의 연소실에 대하여 복수개의 흡기포트를 구비한 고성능 엔진은 이들 흡기포드중 어느 하나의 흡기포트 내면에는 헬리컬 나사산과 같은 형상의 골을 형성하여 흡기의 흐름이 스월 유동될 수 있도록 하고 있는데, 다른 하나의 흡기포트는 스트레이드포트로 되어 있으면서 이들 포트는 동일한 방향에서 연소실로 흡기를 유입시키도록 되어 있기 때문에 스월 유동이 엔진의 어떤 속도 영역에서는 반감되는 경향이 있는 것으로 알려져 있다.

게다가 이러한 엔진은 중, 저속 영역에서 큰 토오크를 출력하지 못하기 때문에 스텀블 및 헤이테이션등이 나타날수 있다.

따라서 중, 저속에서 큰 토오크를 얻기 위하여 흡기포트와 연소실이 연결되는 부위를 직선으로 하여 흡기의 텀블 유동이 이루어질 수 있도록 하고 있는데, 이러한 방식은 강한 텀블 유동을 얻기 어려우며 또 연소실로 유입되는 흡기가 피스톤의 헤드 상면에 충돌하면서 텀블 유동이 약하게 되므로 중, 저속에서 큰 토오크를 얻지 못한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 목적은 복수개의 흡기포트가 서로 반대방햐에서 연소실로 흡기를 유입시킬 수 있도록 함과 아울러 이들 흡기가 피스톤의 헤드상면을 따라 텀블 유동을 일으킬 수 있도록 하여 큰 토오크를 낼 수 있는 내연기관의 흡기구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 혼합기의 무화가 촉진될 수 있도록 함과 아울러 점화 플러그 측으로 연료가 흐를 수 있도록 하여 희박연소를 가능하게 함으로서 저연비를 실현할 수 있는 내연기관의 흡기구조를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 실린더 블럭내에 위치한 피스톤의 헤드와 함께 연소실을 형성하는 실린더 헤드와, 이 실린더 헤드에 마련되며 연소에 필요한 혼합기 및 공기를 유입하는 흡기포트들과, 상기한 피스톤 헤드에 형성되어 상기한 흡기포트들로 유입되는 혼합기 및 공기를 서로 다른 방향으로 텀볼 유동될 수 있도록 하는 제1, 2경사면과, 연소된 개스를 배출하는 배기포트들을 포함하는 내연기관의 흡기구조를 제공한다.

상기한 흡기포트들은 연소실의 X축선에 대하여 각각 내측이 연소실측으로 기울어진 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기구조를 제공한다.

상기한 흡기포트들중 어느 하나의 흡기포트에는 연료 인젝터가 연소실의 X축선에 대하여 경사지게 배치되어 점화 플러그 주위에 진한 혼합기를 형성할 수 있도록 하는 내연기관의 흡기구조를 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 흡기구조의 측단면도이고, 제2도는 본 발명에 의한 연소실의 평면도로서, 실린더 블럭(2)과, 이 실린더 블럭(2)의 상측에 고정위치되는 실린더 헤드(4)와, 상기 실린더 블럭(2)에 형성된 보어에 승강가능하게 설치되는 피스톤(6)을 도시하고 있다.

본 실시예에 의한 상기 실린더 헤드(4)는 각각 2개씩의 흡기포트(8,10)와, 배기포트(12,14)를 구비하고 있는데, 흡기포트(8)와 다른 흡기포트(10)는 연소실(16)을 중심으로 서로 반대방향에서 공기를 유입시킬 수 있도록 배치된다.

상기한 흡기포트(8)는 연소실(16)의 X축선(L)에 대하여 기울어져 있는데 이 기울기는 흡기포트의 연소실 측이 연소실(16)의 중심에 설치되는 점화 플러그(18)를 향하는 기울기를 갖는다.

이것은 흡기포트(8)로 유입되는 혼합기가 점화 플러그(18) 주위에 진한 혼합기를 형성할 수 있도록 함으로서 압축행정 말기에 점화 플러그로 부터 용이하게 점화될 수 있도록 하기 위함이다.

상기한 흡기포트(8)에는 연소실(16)로 연료를 분사하는 연료 인젝터(20)가 설치되어 있는데, 이 연료 인젝터(20)는 흡기포트(8)를 개폐하는 흡기밸브(22)의 밸브헤드 면에 연료가 분사될 수 있는 기울기를 갖는다.

그리고 다른 흡기포트(10)도 연소실(16)의 중심을 향하는 자세로 기울어져 있다.

상기한 연소실(16)내의 배기가스를 배출하기 위한 배기포트(12,14)도 각각 연소실(16)의 반대방향에 형성됨으로서 배기시간이 길어짐으로서 완전히 배출될 수 없는 배기가스를 완전히 배출시킬 수 있도록 하고 있다.

상기한 피스톤(6)은 헤드 상면이 흡기포트(8,10)로 유입되는 혼합기와 공기의 흐름을 텀블 유동이 될 수 있는 구조를 갖고 있는데, 본 실시예의 피스톤 헤드 상면은 제1도 b에 도사한 바와 같이 흡기포트(8) 측에서 대각선방향의 흡기포트(10) 측으로 제1경사면(11)을 형성하고, 또다른 흡기포트(10) 측에서 대각선 방향으로 제2경사면(13)을 형상하여 이들 제1, 2경사면을 타고 흡기가 텀블 유동을 일으킬 수 있도록 하고 있다.

제3도는 본 발명에 관련하는 연료 인젝터(20)의 측단면도로서, 연료와 공기가 함께 분사될 수 있도록 하여 연료의 균일한 혼합으로 무화가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 구조를 갖는다.

이러한 연료 인젝터(20)는 딜리버리 파이프(미도시)와 연통하여 연료를 공급받는 연료통로(24)가 형성된 바디(26)와, 이 바디(26)의 내측에 설치되어 차량의 전원을 공급받아 자화력을 발생하는 솔레노이드 코일(28)과, 이 코일(28)의 자화에 의해 연동하며 스프링(30)으로 탄지되는 플런저(32)를 포함한다.

상기한 플런저(32)에는 연료 분사홀이 뚫려진 니이들 밸브(34)가 연결되어 있는데, 이 니이들 밸브(34)는 상기한 바디(26)의 아래측에 고정되는 밸브 시이트(36)의 내측에 위치한다.

상기한 바디(26)에는 압축공기 발생수단(미도시)과 연결되어 압축공기를 유입받는 공기통로(38)가 뚫려져 있는데, 이 공기통로는 상기한 니이들 밸브(34)가 위치하는 밸브 시이트(36)내로 공급될 수 있도록 이루어져 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 흡기구조는, 엔진이 시동되면서 연소실(16)로 공기 및 혼합기가 유입되기 시작하는데, 흡기포트(10)로는 공기만이 유입되고, 또다른 흡기포트(8)로 유입되는 공기에는 연료 인젝터(20)로 부터 연료가 분사되면서 연료와 공기가 혼합되어 연소실로 유입된다.

이때 흡기포트(8)로 유입되는 혼합기는, 연료 인젝터(20)가 제4도에 도시한 바와 같이 흡기밸브(22)의 헤드면을 향하여 연료를 분사하게 되므로 혼합기는 확산되면서 무화가 용이하게 이루어지게 된다.

이와 같이 혼합기는 양호한 무화상태를 이루면서 연소실(16)내로 유입되는데, 이때 연소실로 유입되는 혼합기는 제2도 a를 통하여 알 수 있듯이 점화 플러그(18) 주위에 집중적으로 분산되기 때문에 연소실(16)의 다른 영역에 비하여 점화 플러그(18) 주위에 진합 혼합기가 형성된다.

이러한 혼합기의 흐름은 연소실로 유입되는 연료의 전체 유입량을 적게하여도 점화를 실현할 수 있는 것이므로 희박연소를 가능하게 한다.

또한 본 발명의 흡기구조는, 흡기포트(8)로 흐르는 혼합기와, 다른 흡기포트(10)로 흐르는 공기가 연소실(16)로 유입되면서 피스톤(6)의 헤드상면에 충돌하게 되는데, 이 피스톤(6)의 헤드 상면에 제1, 2경사면(11,13)이 형성되어 있기 때문에 흡기포트(8)로 유입되는 혼합기는 제1경사면(11)을 따라 흐르게 되고, 흡기포트(10)로 유입되는 공기는 제2경사면(13)을 따라 흐르게 된다.

이러한 흡기의 흐름은 이들 제1, 2경사면(11,13)이 서로 반대방향으로 곡면이 이루고 있기 때문에 흡기포트(8)로 유입되는 혼합기는 화살표 A 방향으로 텀블 유동을 형성하고, 다른 흡기포트(10)로 유입되는 공기는 화살표 B 방향으로 텀블 유동을 형성하게 된다.

이와 같이 흡기가 크로스(Cross) 텀블 유동되면 텀블 유동의 강도가 더욱 강하게 발생되므로 성층점화에 의한 점화속도를 빠르게 할 수 있다.

그리고 폭발행정이 완료된 배기가스는 서로 대각선 방향에 배치된 배기포트(12,14)에 의해 배출될 수 있으므로 연소실내에 잔류 배기가스가 존재하지 않게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 흡기주조는, 연료를 무화시키면서 2개의 방향이 다른 텀블 유동을 발생시키기 때문에 강력한 텀블 유동으로 점화속도를 빠르게 할 수 있어 토오크를 향상시킬 수 있으며, 성층점화가 가능하기 대문에 연비를 절감하 수 있고 실린더내 미연소 잔류개스를 방지할 수 있어 안전적인 연소가 이루어질 수 있다.

Claims (5)

1. 실린더 블럭내에 위치한 피스톤의 헤드와 함께 연소실을 형성하는 실린더 헤드와, 이 실린더 헤드에 마련되며 연소에 필요한 혼합기 및 공기를 유입하는 흡기포트들과, 상기한 피스톤 헤드에 형성되어 상기한 흡기포트들로 유입되는 혼합기 및 공기를 서로 다른 방향으로 텀블 유동될 수 있도록 하는 제1, 2경사면과, 연소된 개스를 배출하는 배기포트들을 포함하는 내연기관의 흡기구조.
2. 제1항에 있어서, 흡기포트들은 대각선 방향에 배치되어 서로 다른방향에서 공기 및 혼합기가 연소실로 유입될 수 있도록 하는 내연기관의 흡기구조.
3. 제1항에 있어서, 흡기포트들은 연소실의 X축선에 대하여 각각 내측이 연소실 측으로 기울어진 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기구조.
4. 제1항에 있어서, 흡기포트들중 어느 하나의 흡기포트에는 연료 인젝터가 연소실의 X축선에 대하여 경사지게 배치되어 점화 플러그 주위에 진한 혼합기를 형성할 수 있도록 하는 내연기관의 흡기구조.
5. 제1항에 있어서, 배기포트들은 대각선 방향에 배치되는 내연기관의 흡기구조.