KR100259656B1 - 직접 분사식 엔진의 연소실 구조 - Google Patents

직접 분사식 엔진의 연소실 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직접 분사식 엔진의 연소실 구조에 관한 것으로서, 특히 스월 포트(62)와 스트레이트 포트(64)로 나누어진 흡기 포트(60)와, 연소실(50)의 상단에 설치된 스파크 플러그(57)와, 상기 연소실(50) 내에서 상하 이동되는 피스톤(80)과, 연소실(50)의 흡기 포트(60) 하측에 설치된 고압 인젝터(55)가 포함된 직접 분사식 엔진에 있어서, 상기 고압 인젝터(55)는 상기 스월 포트(62)의 하측 위치인 피스톤(80)의 상면으로 연료가 분사되도록 위치되고, 상기 피스톤(80)의 상면은 중앙으로 갈수록 점차 높아지는 동시에 상기 스월 포트(62) 하측에서 스트레이트 포트(64) 하측으로 갈수록 점차 폭이 좁아지고 깊어지는 유선형의 스월홈(85)이 형성된 것을 특징으로 함으로써, 초희박 연소가 가능하여 연비 향상은 물론 유해 배기 가스를 저감할 수 있도록 한 직접 분사식 엔진의 연소실 구조에 관한 것이다.

Description

직접 분사식 엔진의 연소실 구조
본 발명은 직접 분사식 엔진의 연소실 구조에 관한 것으로서, 특히 스월 포트 하측으로 연료를 분사하고 피스톤의 스월홈을 통해 맴돌이 유동이 유지되게 구성함으로써 초희박 연소가 가능하여 연비 향상은 물론 유해 배기 가스를 저감할 수 있도록 한 직접 분사식 엔진의 연소실 구조에 관한 것이다.
일반적으로 직접 분사식 엔진은 연소실의 압축 공기에 고압의 연료를 분사하여 압축 공기와 혼합함과 동시에 스파크 플러그를 점화하여 폭발 행정이 이루어지도록 되어 있다.
이와 같은 직접 분사식 엔진은 도 1에 도시된 바와 같이 실린더 헤드(1)에 형성되어 연소실(10)의 흡기 부압에 의해 신기가 유입되는 흡기 포트(20)와, 상기 흡기 포트(20)와 대항되게 위치되어 연소실(10)의 폭발 행정 후 배기 가스가 배출되는 배기 포트(30)와, 상기 흡기 포트(20) 하측에 설치되어 고압의 연료를 분사하는 고압 인젝터(15)와, 연소실(10)의 최상단 중앙에 설치되어 공기와 혼합된 연료를 점화시키는 스파크 플러그(17) 등으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 흡기 포트(20)는 연소실(10)로 도입되는 과정에서 스트레이트 포트(24)와 스월 포트(22)로 분리되고, 상기 스트레이트 포트(24)에는 스월 제어 밸브(26)가 설치되어 있다. 이것은 공연비가 22:1 정도의 초희박 공연비 운전 조건에서 상기 스월 제어 밸브(26)를 작동하여 스트레이트 포트(24)는 닫고 스월 포트(22)만을 개방한 상태에서 연료와 공기의 혼합기를 연소실(10)에 흡입하고, 이에 따라 동력 행정이 이루어지도록 한 것이다.
또한, 상기한 직접 분사식 엔진에서 연소실(10) 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(40)은 그 상면이 오목한 보울(42)이 형성되어 상기 고압 인젝터(15)에서 분사된 연료가 공기와 혼합되면서 스파크 플러그(17)의 하측 방향으로 진행토록 되어 있다.
그러나, 상기한 종래의 직접 분사식 엔진의 연소실 구조는 초희박 연소를 이루기 위해서는 스월 포트(22)로 유입된 신기가 분산되지 않고 맴돌이 과정에서 성층화되면서 스파크 플러그(17)의 인근에서 폭발 행정으로 이어져야 하지만 피스톤(40)의 보울이 스트레이트 포트(24) 하측에 위치되어 고압 인젝터(15)에서 분사되는 연료와 스월 포트(22)로 유입된 신기가 상호 충돌하게 되어 연료가 분산되므로 초희박 연소가 어렵게 됨은 물론 연소가 이루어졌다 하더라도 엔진의 출력이 저하되고 유해 배기 가스가 많아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스월 포트 하측으로 연료가 분사되게 고압 인젝터를 설치하고 피스톤의 상면은 스월 포트 하측에서 스트레이트 포트 방향으로 스월홈을 형성함으로써 연료가 분산되지 않고 성층화되어 초희박 연소가 가능토록 한 직접 분사식 엔진의 연소실 구조를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 직접 분사식 엔진의 연소실 구조가 도시된 개략적인 단면도,
도 2는 종래 피스톤 형상을 도시한 도면으로서,
도 2a는 평면도,
도 2b는 도2a의 A-A선의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 직접 분사식 엔진의 연소실 구조가 도시된 개략적인 단면도로서,
도 4는 본 발명에 따른 피스톤 형상을 도시한 도면으로서,
도 4a는 평면도,
도 4b는 도4a의 B-B선의 단면도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
50 : 연소실 55 : 고압 인젝터
57 : 스파크 플러그 60 : 흡기 포트
62 : 스월 포트 64 : 스트레이트 포트
66 : 스월 제어 밸브 70 : 배기 포트
80 : 피스톤 85 : 스월홈
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 직접 분사식 엔진의 연소실 구조는, 스월 포트와 스트레이트 포트로 나누어진 흡기 포트와, 연소실의 상단에 설치된 스파크 플러그와, 상기 연소실 내에서 상하 이동되는 피스톤과, 연소실의 흡기 포트 하측에 설치된 고압 인젝터가 포함된 직접 분사식 엔진에 있어서, 상기 고압 인젝터는 상기 스월 포트의 하측 위치인 피스톤의 상면으로 연료가 분사되도록 위치되고, 상기 피스톤의 상면은 중앙으로 갈수록 점차 높아지는 동시에 상기 스월 포트 하측에서 스트레이트 포트 하측으로 갈수록 점차 폭이 좁아지고 깊어지는 유선형의 스월홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 직접 분사식 엔진의 연소실 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 스월 포트(62)와 스트레이트 포트(64)로 나누어진 흡기 포트(60)와, 연소실(50)의 상단에 설치된 스파크 플러그(57)와, 상기 연소실(50) 내에서 상하 이동되는 피스톤(80)과, 연소실(50)의 흡기 포트(60) 하측에 설치된 고압 인젝터(55)가 포함된 직접 분사식 엔진에서, 상기 고압 인젝터(55)는 상기 스월 포트(62)의 하측 위치인 피스톤(80)의 상면으로 연료가 분사되도록 위치되고, 상기 피스톤(80)의 상면은 중앙으로 갈수록 점차 높아지는 동시에 상기 스월 포트(62) 하측에서 스트레이트 포트(64) 하측으로 갈수록 점차 폭이 좁아지고 깊어지는 유선형의 스월홈(85)이 형성되어 있다.
여기서, 상기 스월홈(85)은 상기 고압 인젝터(55)에서 먼 방향으로 스파크 플러그(57)를 중심으로 라운드지게 형성되고, 신기 및 연료의 흐름이 부드럽게 이루어지도록 스트레이트 포트(64) 하측 끝부분이 완만하게 깊이가 줄어들도록 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 직접 분사식 엔진의 연소실 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.
초희박 공연비 운전시 스월 제어 밸브(66)를 이용하여 스트레이트 포트(64)는 막고 스월 포트(62)로만 신기를 유입시켜 연소실(50) 내에서 연소 행정이 이루어지도록 한다.
즉, 상기 스월 포트(62)로 유입된 신기는 피스톤(80) 상면의 스월홈(85)의 방향에 따라 유동하게 되는데, 이때, 고압 인젝터(55)에서 상기 스월 포트(62) 하측 방향의 피스톤(80)의 스월홈(85)에 연료를 분사하여 신기와 연료가 혼합되면서 상기 스월홈(85)을 따라 유동하게 된다.
따라서, 상기 피스톤(80) 상면의 스월홈(85)이 스월 포트(62) 측은 넓고 얕은 상태에서 점차 깊고 좁아지기 때문에 혼합기가 상기 스월홈(85)을 따라 유동하게 되므로 연료가 분산되지 않고 스파크 플러그(57) 주위로 성층화되므로 초희박 연소가 가능해지게 된다.
상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명에 의한 직접 분사식 엔진의 연소실 구조는 스월 포트(62) 하측으로 연료가 분사되게 고압 인젝터(55)가 설치되고 피스톤(80)의 상면에는 스월 포트 하측에서 스트레이트 포트 방향으로 스월홈(85)이 형성되어 있기 때문에 연료가 분산되지 않고 성층화되어 초희박 연소가 가능하고, 이에 따라 연비가 향상되고 유해 배기 가스가 저감되는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 스월 포트와 스트레이트 포트로 나누어진 흡기 포트와, 연소실의 상단에 설치된 스파크 플러그와, 상기 연소실 내에서 상하 이동되는 피스톤과, 연소실의 흡기 포트 하측에 설치된 고압 인젝터가 포함된 직접 분사식 엔진에 있어서,
    상기 고압 인젝터는 상기 스월 포트의 하측 위치인 피스톤의 상면으로 연료가 분사되도록 위치되고, 상기 피스톤의 상면은 중앙으로 갈수록 점차 높아지는 동시에 상기 스월 포트 하측에서 스트레이트 포트 하측으로 갈수록 점차 폭이 좁아지고 깊어지는 유선형의 스월홈이 형성된 것을 특징으로 하는 직접 분사식 엔진의 연소실 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스월홈은 스트레이트 포트 하측 끝부분이 완만하게 깊이가 줄어들도록 형성된 것을 특징으로 하는 직접 분사식 엔진의 연소실 구조.
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