KR100254298B1 - 내연기관의 연소실 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퀴시 영역에 의해 연소실 중앙부에 강한 난류를 발생시킬 수 있는 내연기관의 연소실 구조에 있어서, 스퀴시 영역내에서의 연소를 개선하는 것에 관한 것이다. 연소실 중심을 통하는 적어도 한 방향의 종단면에서 연소실 윗벽면이 거의 삼각형상을 이루는 내연기관의 연소실 구조에 있어서, 피스톤(5) 꼭대기면의 주위부 및 연소실 윗벽면(2)에 의해 스퀴시 영역이 형성되며, 피스톤 꼭대기면의 주위부 및 연소실 윗벽면의 적어도 한쪽에는 스퀴시 영역(squish area)의 내측에 있어서 반경방향 바깥으로 향하는 기류가 충돌하는 단차가 마련되며, 적어도 상술한 종단면 근방에서 단차의 높이(H)는 스퀴시 영역의 최소간극(S)과 거의 같은 높이로 되어 있다.

Description

내연기관의 연소실 구조
본 발명은 내연기관의 연소실 구조에 관한 것이다.
[종래의 기술]
일반적인 내연기관에 있어서, 실린더 헤드에 형성되는 연소실 윗벽면은 흡기·배기밸브의 배치를 쉽게 하기 위해 거의 원추형상으로 이루어지며, 그 꼭대기부에 점화 플러그가 배치되어 있다. 일본 실용실안 공개 소 60-102428호 공보에는, 이와 같은 형상의 연소실에 있어서, 연소실 윗벽면에서의 주위부를 아래쪽으로 돌출시킴과 함께, 피스톤 꼭대기면에서의 주위부를 윗쪽으로 돌출시켜 압축행정 말기에 연소실 윗벽면에서 주위부와 피스톤 꼭대기면에서 주위부를 서로 근접시키는 것에 의해 스퀴시류(squish stream)를 발생시키는 것이 제안되어 있다.
연소실 윗벽면에서의 주위부의 아랫면 및 피스톤 꼭대기면에서의 주위부의 윗면은 연소실 윗벽면의 원추형상에 대하여 거의 평행하게 이루어져 있다. 이것에 의해 스퀴시류는 연소실 주위에서부터 점화플러그를 향하여 서로 충돌하여 점화 플러그 근방에서 강한 난류를 발생시키며, 연소실 중앙부에서 연소속도를 빠르게 할 수 있다.
압축 상사점 직후, 피스톤의 하강에 따라서 연소실 윗벽에서의 주위부와 피스톤 꼭대기면에서의 주위부에 의해 형성되는 스퀴시 영역에는 역스퀴시라고 불리는 혼합기가 빨려들어가는 현상이 발생한다. 상술한 종래기술에 있어서, 연소실 윗벽면에서 주위부는 크게 돌출하며, 연소실 윗벽면에 대하여 비교적 높은 단차가 형성되어 있기 때문에 그 역스퀴시가 발생한 경우에 스퀴시 영역 내측에는 연소실 윗벽면을 따라서 연소실의 반경방향 외측으로 진행하는 혼합기가 이 단차에 충돌하여 세로방향의 커다란 난류가 발생되고 있다. 그러나, 이때 스퀴시 영역의 간격은 강한 스퀴시류를 발생시키기 위해 상당히 작게 되어 있으며, 이것에 의해 혼합기는 정류되어 스퀴시 영역으로 흡입된다.
그후, 화염의 스퀴시 영역의 바로 내측에 도달하며, 피스톤이 더욱더 하강함에 따라서 화염이 스퀴시 영역으로 흡입되며, 스퀴시 영역내에 존재하는 혼합기를 연소시킨다. 그러나, 스퀴시 영역내의 혼합기에는 난류가 발생되지 않기 때문에 연소실 중앙부와 비교하여 연소속도가 저하되며, 스퀴시 영역내에서 양호한 연소를 실현할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 스퀴시에 의해 연소실 중앙부에 강한 난류를 발생시킬 수 있는 내연기관의 연소실구조에 있어서 스퀴시 영역내에서의 연소를 개선하는 것이다.
제1도는 본 발명에 의한 내연기관의 연소실 구조의 제1실시예를 나타내는 개략적 종단면도.
제2도는 제1도의 평면도.
제3도는 제1도의 A부 확대도.
제4도는 제2실시예에 있어서도 제1도에 상당하는 단면도.
제5도는 제3실시예에 있어서의 제1도에 상당하는 단면도.
제6도는 제1실시예의 흡기밸브 근방의 확대 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더 헤드 2, 2', 2" : 연소실 윗벽면
3 : 실린더 블록 4 : 실린더 보어
5, 5' : 피스톤 6 : 점화 플러그
청구항 제1항 기재의 본 발명에 의한 내연기관의 연소실 구조는, 연소실 중심을 통하는 적어도 한 방향의 종단면에서 대략 삼각형의 윗벽면과; 피스톤 꼭대기면의 주위부 및 상기 연소실 윗벽면에 의해 형성된 스퀴시 영역과; 상기 연소실의 윗벽면의 주위부에 형성된 단차를 구비하고, 반경방향 바깥으로 향하는 기류가 상기 스퀴시 영역의 부근에서 상기 단차에 충돌하고, 적어도 상기 종단면 근방에서 상기 단차의 높이(H)는 상기 스퀴시 영역의 최소간격(S)과 대략 동일하며, 상기 스퀴시 영역은 적어도 종단면의 부근에서 연소실의 윗벽면에 대략 평행하게 연장하는 것을 특징으로 한다.
본 내연기관의 연소실 구조에 의하면, 압축행정 말기에 스퀴시 영역에서 생성되는 스퀴시에 의해 연소실 중앙부에 강한 난류를 발생시킬 수 있다. 또한, 피스톤 꼭대기면의 주위부 및 연소실 윗벽면의 적어도 한쪽에는 스퀴시 영역의 내측에서, 연소실의 반경방향 외측의 기류가 충돌하는 단차가 마련되어 있으며, 압축 상사점직후, 역스퀴시가 발생하는 경우에 스퀴시 영역의 내측에는 연소실 윗벽면을 따라서 연소실의 반경방향 외측으로 진행하는 혼합기가 이 단차에 충돌하는 것에 의해 세로방향의 난류가 생성된다. 연소실 윗벽면의 거의 삼각형상을 이루는 연소실중심을 통하는 적어도 한 방향의 종단면의 근방에서는, 이 단차는 스퀴시 영역의 최소간격과 거의 동일한 높이로 되어 있기 때문에 적어도 이 부분에서의 세로방향의 난류의 크기는 스퀴시 영역의 최소간격과 거의 동등하며, 역스퀴시에 의해 정류되는 일 없이 스퀴시 영역으로 흡입된다.
도 1은 본 발명에 의한 내연기관의 연소실 구조의 제1실시예를 나타내는 개략 종단면도이며, 도 2는 그 평면도이다. 이 도면에 있어서, 부호 1은 거의 원추형상의 연소실 윗벽면(2)이 형성된 실린더 헤드, 3은 실린더 보어(4)가 형성된 실린더 블록, 5는 실린더 보어(4)내를 미끄럼이동하는 피스톤이다. 연소실 윗벽면(2)의 꼭대기 근방에 점화 플러그(6)가 배치되어 있다. 간단하게 하기 위해 흡기밸브 및 배기 밸브는 생략되어 있다.
연소실 윗벽면(2)의 주위부는 흡기밸브 및 배기 밸브용의 개구부(7, 8)를 피해 부분적으로 아랫방향으로 돌출되어 있으며, 피스톤(5) 꼭대기면의 주위부는 링형상으로 윗방향으로 돌출되어 있다. 연소실 윗벽면(2)의 주위부의 아랫면(2a) 및 피스톤(5)의 꼭대기면의 주위부의 윗면(5a)은 연소실 윗벽면(2)의 원추형상에 대하여 거의 평행하게 형성되어 있다. 이것들의 아랫면(2a) 및 윗면(5a)은 압축행정 말기에 서로 근접하여 도 2에 그물눈 모양으로 표시한 부분에 경사방향으로 연장되는 스퀴시 영역을 형성한다. 그것에 의해 연소실의 주위에서부터 점화플러그(6) 방향으로의 스퀴시류가 생성되기 때문에 점화 플러그(6) 근방에서 스퀴시류가 상호 충돌하여 강한 난류가 발생하며, 연소실 중앙부에서 연소속도가 빠른 양호한 연소를 실현할 수 있다. 본 실시예에 있어서 스퀴시류는 스퀴시 영역을 형성하는 연소실 윗벽면(2)의 주위부가 아랫방향으로 돌출되어 있기 때문에 연소실 윗벽면(2)과의 접촉에 의해 감쇄되는 일 없이 점화 플러그(6) 근방에서 충돌시킬 수 있으며, 발생하는 난류를 매우 강하게 할 수 있다.
압축 상사점 직후, 피스톤(5)의 하강에 따라서 스퀴시 영역에 혼합기가 흡입되는 역스퀴시가 발생한다. 이때, 스퀴시 영역의 내측에서 혼합기가 연소실 윗벽면(2)을 따라서 연소실의 반경방향 외측으로 진행하며, 연소실 윗벽면(2)의 주위부와 단차에 충돌함으로써 세로방향의 난류가 발생한다. 본 실시예에 있어서, 이 단차는 압축 상사점에서 연소실 윗벽면(2)의 주위부의 아랫면(2a) 및 피스톤(5) 꼭대기면의 주위부의 윗면(5a)과의 사이의 최소거리 즉, 스퀴시 영역의 최소간격(S)과 거의 동일한 높이(H)를 갖도록 형성되어 있다. 그것에 의해 스퀴시 영역 근방의 확대도인 도 3에 나타내듯이 발생하는 세로방향의 난류는 스퀴시 영역의 최소간격 (S)(1-2mm)과 거의 동등하게 작게 되며, 정류되지 않고 스퀴시 영역으로 흡입되며, 스퀴시 영역내 전체에 난류가 발생한다.
그후, 화염이 스퀴시 영역의 바로 내측에 도달하며, 피스톤이 더욱더 하강함에 따라서 화염이 스퀴시 영역으로 흡입되며, 스퀴시 영역내에 존재하는 혼합기를 연소시킨다. 스퀴시 영역내의 혼합기는 상술한 바와 같이 난류가 발생하고 있기 때문에 스퀴시 영역내에 있어서도 연소속도가 빠른 양호한 연소가 실현된다.
도 4는 제2실시예를 나타내는 도 3에 상당하는 확대도이다. 본 실시예에서는 상술한 것과 같이 높이(H)를 갖는 단차가 연소실 윗벽면(2')에서 피스톤(5) 꼭대기면의 주위부의 윗면(5a)과 대향하는 위치에 마련되어 있다. 이와 같은 연소실 구조에 의해서도 압축 상사점 직후에 있어서, 상기와 동일한 역스퀴시의 경우 발생한 작은 난류가 정류되지 않고 스퀴시 영역내로 흡입되며, 스퀴시 영역내 전체에 난류를 발생시킬 수 있다.
도 5는 제3실시예를 나타내는 도 3에 상당하는 확대도이다. 본 실시예에서는 상술한 높이 (H)를 갖는 단차가 피스톤(5') 꼭대기면에서의 주위부의 윗면(5a')에 마련되어 있다. 한편, 연소실 윗벽면(2")에는 특히 단차는 마련되어 있지 않다. 이와 같은 연소실 구조에 의해서도 연소실 윗벽면(2")의 주위부의 아랫면(2a")과 피스톤(5') 꼭대기면의 주위부의 윗면(5a')에 의해 스퀴시 영역이 형성된다. 압축 상사점 직후에 전술한 것과 마찬가지로 역스퀴시가 발생하고, 이것에 즈음하여 스퀴시 영역의 내측에 스퀴시 영역의 최소간격(S)과 거의 동등하게 작은 난류를 발생시킬 수 있으며, 이 난류가 정류되지 않고 스퀴시 영역내로 흡입되며, 스퀴시 영역내 전체에 난류를 발생시킬 수 있다.
도 6은, 제1실시예에 있어서 흡기밸브(9) 근방의 종단면도이다. 연소실 윗벽면 (2)에 형성된 단차는, 상술하였듯이 일점쇄선으로 나타내는 종래와 비교하여 매우 낮게 이루어져 있기 때문에 흡기 행정에서 흡기밸브(9) 근방의 개구면적이 크게 되어 유체저항을 상당히 저감할 수 있으며, 그만큼 충전효율을 향상시킬 수 있게 된다. 배기밸브 근방에 대해서도 동일하며, 배기 저항을 상당히 저감할 수 있다.
상술한 모든 실시예에 있어서는 연소실 윗벽면은 거의 원추형상이며, 단차 전체를 상술한 바와 같이 구성하는 것에 의해 역스퀴시가 발생하는 경우에는, 스퀴시 영역내 전체에 난류를 발생시킬 수 있다. 그러나, 이것은, 본 발명을 한정하는 것이 아닌, 예를 들면 팬트루프(pent roof) 형상의 연소실 윗벽면을 갖는 내연기관의 연소실 구조에 있어서는 흡기밸브가 배치되는 면과 배기밸브가 배치되는 면에 의해 거의 삼각형상을 이루는 연소실 중심을 통하는 종단면 위치근방에 있어서만, 도 1, 도 3, 도4 또는 도 5에 나타내듯이 단차의 높이를 규제하여도 좋다.
이것에 의해서, 적어도 이 종단면 위치근방에 있어서는, 역스퀴시가 일어나는 때에 스퀴시 영역내에 난류를 발생시킬 수 있으며, 종래와 비교하여 스퀴시 영역내의 연소 속도가 빨라져 연소를 개선하는 것이 가능하다. 또한, 종래에 있어서는 스퀴시 영역내 전체의 연소속도가 늦기 때문에 스퀴시 영역내에서 노킹이 발생할 가능성이 있었다. 이와 같은 팬트루프형상의 연소실 구조에 의해서도 스퀴시 영역 전체의 연소속도는 빠르게 되지는 않지만, 노킹이 발생하는 것은 연소실 주위에서 온도가 가장 낮은 최후에 연소되는 부분, 즉 스퀴시 영역의 흡기밸브측이며, 이 부분은 단차의 높이가 상술한 바와 같이 규제되어 있기 때문에 스퀴시 영역내에 난류를 발생시킬 수 있으며, 이 부분의 연소속도가 빨라 노킹의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
이와 같이, 청구항 제1항 기재의 본 발명에 의한 내연기관의 연소실 구조에 의하면, 압축행정 말기에 스퀴시 영역에서 생성되는 스퀴시에 의해 연소실 중앙부에 강한 난류가 발생하며, 연소초기에 있어서 연소속도가 빠르고 양호한 연소를 실현할 수 있다. 또한, 피스톤 꼭대기면의 주위부 및 연소실 윗벽면의 적어도 한쪽에는 스퀴시 영역의 내측에서, 연소실의 반경방향 외측으로 향한 기류가 충돌하는 단차가 마련되어 있으며, 압축 상사점 직후, 역스퀴시가 발생하는 경우에 스퀴시 영역의 내측에는 연소실 윗벽면을 따라서 연소실의 반경방향 바깥측으로 향하여 진행하는 혼합기가 이 단차에 충돌함으로써 종방향의 난류가 생성되며, 연소실 윗벽면이 거의 삼각형상을 이루는 연소실 중심을 통하는 적어도 한 방향의 종단면의 근방에서는, 이 단차는 스퀴시 영역의 최소간격과 거의 동일한 높이로 이루어져 있기 때문에 적어도 이 부분에 있어서의 종방향의 난류의 크기는 스퀴시 영역의 최소간격과 거의 동일하며, 역스퀴시에 의해 정류되지 않고 스퀴시 영역으로 흡입되어 스퀴시 영역내에 강한 난류가 생성되며, 스퀴시 영역내에서 적어도 이 부분의 혼합기가 연소될 때에는 연소속도가 빠른 양호한 연소를 실현할 수 있으며, 종래와 비교하여 스퀴시 영역내의 연소를 개선할 수 있다.

Claims (4)

  1. 내연기관의 연소실 구조에 있어서, 연소실 중심을 통하는 적어도 한 방향의 종단면에서 대략 삼각형의 윗벽면(2;2')과; 피스톤 꼭대기면의 주위부(2a;2a';5a) 및 상기 연소실 윗벽면(2;2')에 의해 형성된 스퀴시 영역(squish area)과; 상기 연소실의 윗벽면(2;2')의 주위부(2a; 2a')에 형성된 단차를 구비하고, 반경방향 바깥으로 향하는 기류가 상기 스퀴시 영역의 부근에서 상기 단차에 충돌하고, 적어도 상기 종단면 근방에서 상기 단차의 높이(H)는 상기 스퀴시 영역의 최소간격(S)과 대략 동일하며, 상기 스퀴시 영역은 적어도 종단면의 부근에서 연소실의 윗벽면(2; 2')에 대략 평행하게 연장하는 내연기관의 연소실 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단차는 상기 피스톤(5)의 주위부(5a)와 마주보도록 형성되는 내연기관의 연소실 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연소실의 윗벽면(2;2')은 대략 원추형인 내연기관의 연소실 구조.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스퀴시 영역은 상기 연소실의 윗벽면(2;2')에 대략 평행하게 연장하는 내연기관의 연소실 구조.
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