KR100230872B1 - 4 사이클 내연기관의 연소실 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4 사이클 내연기관의 연소실에 관한 것으로서, 특히 스파크 플러그 주위에 농후한 혼합기를 형성하여, 희박한 공연비중에서도 안정된 연소가 이루어질 수 있도록 한다. 엔진의 화염전파기간 및 거리를 축소하고, 연비를 향상시킨다. 이를 위하여, 본 발명은 흡기 포트(6)를 통해 유입된 공기의 텀블 유동이 스파크 플러그(5)가 설치된 센타쪽에 발생되도록 피스톤(13)의 상면에 제1보울(13a)을 형성한다. 인젝터(4)로부터 분사되는 연료는 제1보울로 집중된다. 제1보울의 주변에 텀블 유동이 발생되도록, 피스톤의 상면에 제2보울(13b)을 형성한다. 제1보울과 제2보울은 격벽(13c)에 의해 분리된다.

Description

4 사이클 내연기관의 연소실

본 발명은 4 사이클 내연기관의 연소실에 관한 것으로서, 특히 스파크 플러그 주위에 혼합기를 농후하게 형성하므로서, 희박 연소가 가능하도록 하는 자동차 엔진의 연소실에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 자동차용 내연기관은 연소실 내에서의 연소 효율이 출력에 막대한 영향을 미치게 됨은 물론, 연료 소비율 및 배기가스 성분에 영향을 주게된다.

즉, 흡기 계통을 통하여 흡입이 이루어진 혼합기는 피스톤의 압축 말기 까지의 짧은 순간에 믹싱(Mixing) 및 압축되고, 스파크 플러그의 점화에 의해 가까운 곳이 먼저 착화되어 그 화염이 점차 전파됨에 따라 폭발적인 연소가 이루어진다.

이와 같은 내연기관의 연소 과정은 본질적으로 혼합기의 조성, 압력 및 가스의 유동과 난류에 의해 연소 효율이 크게 좌우되는바, 혼합기 형성이 불량하여 이상 연소가 이루어질 경우에는 엔진의 출력 저하 및 다량의 유해 배기가스 등이 발생된다.

이러한 혼합기의 형성을 고려한 것으로, 근래 주류를 이루는 희박연소 엔진에서는 스파크 플러그의 주위에 농후한 혼합기를 형성하여, 성층연소에 의해 착화 및 화염 전파가 잘 이루어지도록 하고 있다.

이러한 성층연소를 실현하기 위한 종래 공지된 연소실 구조가 제1도 내지 제3도에 도시되어 있다. 도시된 내연기관의 형태는 직접분사식 가솔린엔진을 나타낸다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 연소실(1)은 실린더헤드(2)와 피스톤 (3)의 사이의 공간으로 형성된다. 인젝터(4)로부터 분사된 연료는 피스톤(3)의 상면에 부딪치고, 흡기 포트(6)를 통해 유입되고 텀블 유동되는 공기와 함께 혼합되어, 압축 행정시 스파크 플러그(5) 주위에 농후한 혼합기를 형성한다.

도면에서의 미설명 부호 (7)은 배기 포트를 지칭한다.

상술한 종래 기술의 연소실 구조에 있어서, 공기 및 혼합기의 텀블 현상은 연소실의 일측에 편심되어 형성된 흡기 포트의 형상에 의해, 스파크 플러그 보다 흡기 포트쪽에 농후한 혼합기를 형성하는 문제점이 있다.

이러한 작용에 의해 연소실 전체의 균일한 혼합기 형성은 오히려 방해되고, 스파크 플러그의 점화에 의한 혼합기의 화염전파거리 및 시간이 길어져, 엔진의 이상 연소, 출력 저하를 발생시키며, 유해 배기가스의 발생을 증가시키는 문제점이 있다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 목적에서 제안된 것으로서, 본 발명은 스파크 플러그 주위에 강한 텀블 및 농후한 혼합기가 형성되도록 유도하여, 엔진의 연소 안정성 및 성층연소에 의한 희박 연소를 실현한다.

제1도는 일반적인 4 사이클 내연기관의 연소실을 보인 평면 구성도.

제2도는 제1도의 A-A 선을 절취 도시한 상태의 단면도.

제3도는 제1도의 B-B 선을 절취 도시한 상태의 단면도.

제4도는 본 발명에 의한 4 사이클 내연기관의 연소실을 구성하는 피스톤의 일부 사시도.

제5도는 본 발명에 의한 4 사이클 내연기관의 연소실을 도시한 정단면도.

제6도는 본 발명에 의한 4 사이클 내연기관의 연소실을 도시한 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4 : 인젝터 5 : 스파크 플러그

6 : 흡기 포트 11 : 연소실

13 : 피스톤 13a : 제1보울

13b : 제2보울 13c : 격벽

상술한 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 수단으로 구성되는 4 사이클 내연기관의 연소실을 제안한다.

즉, 본 발명은 흡기 포트를 통해 유입된 공기의 텀블 유동이 스파크 플러그가 설치된 센타쪽과 그 주변에 각각 발생되도록, 피스톤의 상면에 서로 격리된 2개의 보울(bowl)을 형성하고; 센타쪽에 형성된 보울에 인젝터로 부터 연료를 분사하여, 스파크 플러그의 주위에 농후한 혼합기가 형성되도록 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 스파크 플러그의 주위에 농후한 혼합기가 형성되고, 강화된 텀블 유동에 의해 연료의 기화가 촉진되므로서, 성층연소에 의한 희박연소가 이루어지고, 화염전파기간 및 거리가 축소되어 엔진 출력의 향상과 배기가스의 저감을 실현할 수 있다.

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

제4도는 본 실시예에 관련된 4 사이클 내연기관의 연소실을 구성하는 피스톤을 도시한 일부 사시도이고, 제5도는 본 실시예에 관련된 연소실로서 제1도의 A-A 선을 절취한 상태의 정단면도이며, 제6도는 본 실시예에 관련된 연소실로서 제1도의 B-B 선을 절취한 상태의 측단면도이다.

본 실시예를 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면과 동일한 본 실시예의 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있으며, 설명의 명료성을 위해 다시 설명하지 않는다.

도면에서의 설명 부호 (11)은 연소실, (2)는 실린더 헤드, (8)은 실린더 블록, (13)은 피스톤, (4)는 인젝터, (5)는 스파크 플러그, (6)은 흡기 포트, (7)은 배기 포트를 지칭한다.

연소실(11)은 종래와 마찬가지로, 피스톤(13)이 상사점(TDC)에 위치될 때, 그 피스톤(13)의 상면과 실린더 헤드(2)의 저면과의 사이 공간으로 이루어진다.

여기서, 본 실시예에 의한 연소실(11)은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해, 스파크 플러그(5)의 주위에 농후한 혼합기를 형성하여, 희박한 공연비중에서도 안정된 연소가 이루어질 수 있도록 한다.

이를 실현하기 위해, 연소실(11)을 구성하는 피스톤(13)의 상면에는 흡기 포트(6)로 유입되는 공기의 텀블 유동이 스파크 플러그(5) 주위에 집중되도록 하는 제1보울(13a)이 형성된다. 또한, 인젝터(4)로부터 분사되는 연료는 제1보울(13a)로 집중되어 분사된다.

제1보울(13a)은 인젝터(4)가 설치된 측부에서 스파크 플러그(5)가 설치된 센타쪽까지 연장되어 형성되며, 근접된 제2보울(13b)과의 사이에 격벽(13c)을 매개로 격리된다.

물론, 제2보울(13b)에도 흡기 포트(6)를 통하여 유입되는 공기의 텀블 유동이 발생된다. 이 경우, 제2보울(13b)은 제1보울(13a) 보다 체적비가 작게 형성된다. 또한, 제1보울(13a)은 제2보울(13b) 보다 오목하고 깊게 형성된다. 따라서, 제 2보울(13b)에 형성되는 텀블 유동은 제1보울(13a) 보다 강하게 형성되며, 이러한 작용에 의해 인젝터(4)로부터 분사된 연료는 제2보울(13b)쪽으로 가지 못하고, 제1보울(13a)로 집중된다.

상술한 본 실시예의 구성에 따라, 제1보울(13a)에는 제2보울(13b)에 의해 강화된 텀블 유동이 발생되며, 피스톤(13)의 압축 행정시 인젝터(4)로부터 분사되는 연료가 부딪쳐, 혼합기의 형성이 촉진되며, 스파크 플러그(5)의 주위에 농후한 혼합기가 형성된다.

따라서, 본 실시예의 연소실(11)은 희박 연소의 가장 효과적인 것으로 알려진 성층연소를 실현하게 된다. 또한, 제1보울(13a)에 모여진 농후한 혼합기에 의해, 희박한 공연비중에서도 안정된 연소가 이루어지며, 화염전파기간 및 거리가 단축된다. 이러한 작용은 궁극적으로 엔진의 출력을 향상시키게 되며, 특히 저속 및 아이들 운전시의 연비를 향상시키게 된다.

또한, 제2보울(13b)은 피스톤(13)의 압축 행정시 혼합기의 강한 텀블 유동을 발생시켜, 연료의 미립화에 기인되는 엔진 출력의 향상을 실현한다. 이러한 작용은 혼합기의 연소 특성을 향상시켜, 배기가스의 유해 성분을 저감시킨다.

이상에서 설명된 실시예를 통하여, 본 발명에 의한 4 사이클 내연기관의 연소실은 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하게 됨을 알 수 있다.

즉, 본 발명은 스파크 플러그의 주위에 농후하고 미립화된 혼합기를 형성하므로서, 희박한 공연비중에서도 안정된 연소가 이루어지도록 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 엔진의 연소 특성이 향상되고, 연비 향상, 엔진 출력의 향상 및 배기가스의 저감을 실현하는 효과를 얻게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 피스톤이 상사점에 위치될 때, 피스톤의 상면과 실린더 헤드의 저면과의 사이 공간으로 이루어지는 내연 기관의 연소실 구조에 있어서, 상기 피스톤의 상면에는, 인젝터가 설치된 곳에서 스파크 플러그가 설치된 센타쪽까지 연장된 제1보울과, 상기 제1보울과 격벽에 의해 분리된 제2보울이 형성됨으로써; 흡기 포트를 통해 유입된 공기의 텀블 유동이 스파크 플러그가 설치된 센타쪽과 그 주변에서 각각 격리되어 발생되고, 상기 제1보울에 인젝터로부터 분사되는 연료가 집중되어, 스파크 플러그 주위에 농후한 혼합기가 형성되도록 한 것을 특징으로하는 4 사이클 내연 기관의 연소실.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1보울은 제2보울 보다 큰 제적으로 형성된 것을 특징으로하는 4 사이클 내연 기관의 연소실.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1보울은 제2보울 보다 깊게 형성된 것을 특징으로하는 4 사이클 내연 기관의 연소실.