KR100303979B1 - 3-valve gasoline engine - Google Patents

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KR100303979B1 KR1019980063768A KR19980063768A KR100303979B1 KR 100303979 B1 KR100303979 B1 KR 100303979B1 KR 1019980063768 A KR1019980063768 A KR 1019980063768A KR 19980063768 A KR19980063768 A KR 19980063768A KR 100303979 B1 KR100303979 B1 KR 100303979B1
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Abstract

본 발명은 3밸브의 직분식 가솔린 엔진에 관한 것으로서, 연소실내에 연료를 분사하는 경우 초희박 연소가 효율적으로 실현되도록 하는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진을 제공함에 그 목적이 있다. 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은The present invention relates to a three-valve direct gasoline engine, and an object thereof is to provide a three-valve direct gasoline engine to efficiently realize ultra-thin combustion when fuel is injected into a combustion chamber. The present invention to achieve the above object

각각 흡기밸브가 설치된 2개의 흡기포트와, 배기밸브가 설치된 1개의 배기포트로 구성되는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진으로서, 상기 두 흡기포트중 하나는 순방향 텀블을 일으키고 나머지 하나는 흡기조절밸브를 이용하여 스월유동을 일으키도록 설치하고, 연소실을 상방에서 내려다 보아 상기 두 흡기밸브 사이를 지나는 중심선과, 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브 사이를 지나는 중심선을 각각 제 1중심선과 제 2중심선이라고 할 때, 상기 제 1중심선을 기준으로 상기 배기밸브와 대향됨과 동시에 상기 제 2중심선을 중심으로 상기 흡기밸브와 대향되는 위치에 인젝터와 점화플러그를 설치하여 이루어진 구성으로, 초희박 연소에 따른 연료저감 효과가 뛰어나고 출력이 향상되는 효과가 있다.A three-valve direct gasoline engine consisting of two intake ports each provided with an intake valve and one exhaust port provided with an exhaust valve, wherein one of the two intake ports generates a forward tumble and the other uses an intake control valve. The center line passing between the two intake valves and the center line passing between the intake valve and the exhaust valve are respectively referred to as the first center line and the second center line. The injector and the ignition plug are installed in a position opposite to the exhaust valve with respect to the first center line and opposite to the intake valve with respect to the second center line, and have excellent fuel saving effect due to ultra-thin combustion. This has the effect of being improved.

Description

3밸브의 직분식 가솔린 엔진3-valve direct gasoline engine

본 발명은 3밸브의 직분식 가솔린 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3밸브 연소실에 채용되는 밸브, 인젝터, 점화플러그의 위치를 최적화시켜 초희박 연소에 따른 연료저감 효과를 상승시킴은 물론 출력효율을 향상시킬 수 있는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a three-valve direct gasoline engine, and more particularly, to optimize the positions of the valves, injectors, and spark plugs employed in the three-valve combustion chamber, thereby increasing fuel saving effects due to ultra-lean combustion, as well as output efficiency. The three-valve direct gasoline engine can be improved.

일반적으로 가솔린 엔진 뿐 아니라 모든 엔진에서 우리가 추구하고 있는 목표는 동일 배기량으로 최대의 큰 출력을 얻으면서도 운전경비를 절감할 수 있음은 물론 유해 배기가스의 저감시키는 것이다.In general, not only gasoline engines, but also all engines, our goal is to reduce operating costs and reduce harmful emissions while achieving maximum output at the same maximum displacement.

소형 및 경차에서 연료의 저감을 목적으로 초희박연소를 실현하기 위한 기술로는 흡기포트에서 연료를 분사하고 실린더내의 적절한 유동에 의한 희박연소를 추구하는 방식과, 실린더 내에 직접 분사하고 절절한 실린더 내부 유동에 의하여 혼합기의 성층화(부분적으로 농후한 혼합기를 형성하는 것)를 통한 희박연소를 추구하는 방식이 있다.The technology for realizing ultra-lean combustion for the purpose of reducing fuel in small and light vehicles is a method of injecting fuel from the intake port and pursuing lean combustion by appropriate flow in the cylinder, and directly in-cylinder and proper in-cylinder flow. There is a way to seek lean burning by stratifying the mixer (forming a partially rich mixer).

우선, 상기 흡기포트 분사식 가솔린 엔진에서는 분무된 연료를 최대한 균질화시키고 실린더내의 강한 유동으로 급속 연소시키는 방법이 주로 사용되지만 희박연소의 한계가 좁고 강한 유동을 생성하도록 흡기포트를 설계하기 때문에 오히려 최대출력의 감소가 현저하여 소형 및 경차용 엔진에서는 사용이 제한되고 있다. 흡기포트 분사식 가솔린 엔진에서, 연료 인젝터는 흡기관 또는 실린더 헤드에 장착되어 흡기포트로 연료를 분사하게 된다. 이때, 분사되는 연료는 일반적으로 흡기 행정 중에 연소실내로 유입되며, 점화시 연소실내의 연료와 공기는 균일한 형태의 혼합기 상태가 된다. 이와 같은 흡기포트 분사식 가솔린 엔진에서의 흡기포트는 혼합기의 흡기유량, 텀블유동(Tumble Flow) 및 스월유동(Swirl Flow) 등을 감안한 설계가 요구된다. 린번 흡기포트분사식 가솔린 엔진에서는 일반적인 흡기포트분사식 가솔린 엔진과 유사하나 희박공연비에서의 연소 안정성 확보를 위하여 흡기유동의 스월(수평 방향의 회전유동, Swirl)이나 텀블(수직 방향의 회전유동, Tumble) 등의 특성을 강화시켜 혼합기의 균일한 분포 또는 성층화를 유도한다. 이러한 엔진은 희박연소가 적용되는 영역(연비모드)과 일반연소가 적용되는 영역(출력모드)으로 연소제어모드가 구분되며 각 연소모드에서의 연료분사 방법 및 분사시기는 동일하다.First, in the intake port injection type gasoline engine, the method of homogenizing the atomized fuel as much as possible and rapidly burning it with a strong flow in the cylinder is mainly used. However, the limit of lean burn is narrow and the intake port is designed to generate a strong flow. Significant reduction has limited use in small and light engines. In the intake port injection type gasoline engine, the fuel injector is mounted in the intake pipe or the cylinder head to inject fuel into the intake port. At this time, the injected fuel is generally introduced into the combustion chamber during the intake stroke, and the fuel and air in the combustion chamber are in the form of a uniform mixer during ignition. The intake port of the intake port injection type gasoline engine is required to be designed in consideration of the intake flow rate, tumble flow and swirl flow of the mixer. The lean burn intake port injection type gasoline engine is similar to the general intake port injection type gasoline engine, but the intake flow swirl (horizontal rotational flow, swirl) and tumble (vertical rotational flow, tumble) are used to secure combustion stability at lean fuel consumption. Enhances the properties of the inducer to induce uniform distribution or stratification of the mixer. These engines are divided into a combustion control mode into a region in which lean combustion is applied (fuel mode) and a region in which general combustion is applied (output mode), and the fuel injection method and injection timing in each combustion mode are the same.

그리고, 직접분사식 가솔린 엔진(G.D.I Engine)은 연소실 내부에 연료를 직접분사하고 적절한 실린더 내부 유동에 의하여 혼합기의 성층화를 통한 희박연소를 추구하는 방식이다. 최근에 고압 인젝터 기술 등의 발전과 연비향상의 필요성이 증가하면서 개발되기 시작하였으며, 이러한 직접분사식 엔진은 부분부하 운전시 40:1 정도의 초희박운전이 가능한 연소 시스템을 적용하여 연비의 획기적인 향상을 가져온다. 그 구성을 살펴보면, 고압으로 구동되는 연료 인젝터가 실린더 헤드에 장착되며, 연료는 연소실내로 직접 분사된다. 직접분사식 가솔린 엔진의 연소모드는 초희박공연비 운전구간인 연비모드와 일반 운전구간인 출력모드로 구분되며, 각 모드는 연료 분사시기와 혼합기의 유동현상 등에 의하여 구분된다. 연비모드는 혼합기의 성층화(점화 플러그 주위에 연료를 농후하게 만듦)를 통하여 초희박연소를 가능하게 하며 연료의 분사시기는 혼합기 성층화 효과를 극대화하기 위하여 압축행정 중에 이루어진다. 출력모드의 경우에는 연료의 직접분사 외에는 흡기포트 분사방식과 동일하여 흡기행정 중에 분사가 이루어지고 균일 혼합기를 이용한다. 직접분사식 가솔린 엔진은 혼합기의 적절한 성층화와 연료 분사시기 등의 제어를 위해 직립형 역텀블 흡기포트, 스월 제어밸브를 갖는 나선형 흡기포트 등의 적용과 각 흡기포트 형상에 적절한 피스톤 상면부 설계를 통해 연소실내 혼합기의 유동을 제어한다.The direct injection gasoline engine (G.D.I Engine) is a method of directly injecting fuel into the combustion chamber and pursuing lean combustion through stratification of the mixer by appropriate in-cylinder flow. Recently, the development of high pressure injector technology and the need for improvement of fuel economy have begun to be developed. These direct injection engines have applied a combustion system capable of ultra-thin operation of about 40: 1 for partial load operation, thereby improving fuel efficiency. Bring. Looking at the configuration, a fuel injector driven at high pressure is mounted to the cylinder head, and fuel is injected directly into the combustion chamber. The combustion mode of the direct injection gasoline engine is divided into the fuel efficiency mode, which is an ultra-lean fuel economy operation section, and the output mode, which is a general operation section, and each mode is classified by the fuel injection timing and the flow phenomenon of the mixer. The fuel economy mode enables ultra-thin combustion through stratification of the mixer (making the fuel richer around the ignition plug) and the injection timing of the fuel takes place during the compression stroke to maximize the mixer stratification effect. In the case of the output mode, the same as the intake port injection method except for direct injection of fuel, injection is performed during the intake stroke and a uniform mixer is used. The direct injection gasoline engine has an upright invertible tumble intake port, a spiral intake port with a swirl control valve, etc. for proper stratification and fuel injection timing of the mixer, and a piston top design suitable for each intake port shape. Control the flow of the mixer.

도 1 은 미국 특허 5417190에서 보인 경차용 엔진에 관한 것으로, 종래 3밸브 희박연소 엔진을 보이는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와같이, 실린더(2)내 텀블 유동에 의한 층상유동을 이용하여 희박연소를 도모하고 있다. 흡기포트(4)의 단면형상을 역삼각형으로 하여 실린더(2)내 텀블을 강화하고 두 개의 흡기포트중 한 개의 흡기포트(4)에서만 연료가 분사되도록 구성된다. 연료가 분사되는 흡기포트(4)에 대향되는 방향에 점화플러그(6)를 장착하여 성층화된 혼합기의 점화가 유리하도록 한다. 또한 피스톤(8)의 상측의 형상을 터블의 형상과 보전에 유리하도록 압축행정 말기까지 실린더(2)내에 강한 텀블이 형성되어 혼합기의 성층화가 보전되도록 한다.1 is a perspective view of a conventional three-valve lean burn engine related to a light vehicle engine shown in US Patent 5417190. As shown in Fig. 1, lean combustion is achieved by using laminar flow due to tumble flow in the cylinder 2. The cross-sectional shape of the intake port 4 is made into an inverted triangle to reinforce the tumble in the cylinder 2 and to inject fuel from only one intake port 4 of the two intake ports. The spark plug 6 is mounted in a direction opposite to the intake port 4 through which the fuel is injected, so that the ignition of the stratified mixer is advantageous. In addition, a strong tumble is formed in the cylinder 2 until the end of the compression stroke so that the shape of the upper side of the piston 8 favors the shape and integrity of the tubule, so that the stratification of the mixer is preserved.

그리고 도 2 는 미국 특허 5727520에서 보인 종래 직분식 가솔린 엔진을 도시한 종단면도이다. 도 2에 도시된 바와같이, 순방향 텀블을 발생시키는 흡기포트(10)와 실린더 중심에서 연료를 분사하는 인젝터(12), 순방향의 텀블을 보전하고 분무된 연료를 점화플러그 방향으로 인도하는 피스톤(14) 그리고 흡기포트(10) 상부사이에 위치한 점화플러그(16)로 되어 있다. 흡기포트(10)에서 강한 순방향 텀블이 유입될 때 실린더 중앙에 위치한 인젝터(12)에서 연료를 분사하고 분사된 연료를 실린더내의 순방향 텀블에 실려서 피스톤의 상부형상에 인도되어 점화플러그(16) 근처를 지나게 된다. 이때 점화플러그(16)에서 불꽃이 튀겨서 점화가 이루어 지고 연료를 적게 분사시에도 층상유동에 의해 희박연소가 가능하게 된다.And FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a conventional direct gasoline engine shown in US Patent 5727520. As shown in FIG. 2, an intake port 10 for generating a forward tumble, an injector 12 for injecting fuel at the center of the cylinder, a piston 14 for holding a forward tumble and guiding the sprayed fuel in the spark plug direction. ) And the spark plug 16 located between the upper portions of the intake ports 10. When a strong forward tumble is introduced from the intake port 10, the fuel is injected from the injector 12 located in the center of the cylinder, and the injected fuel is loaded on the forward tumble in the cylinder and guided to the upper shape of the piston to near the spark plug 16. Passed by. At this time, the spark is splashed from the ignition plug 16, so that ignition is made and lean combustion is possible due to laminar flow even when less fuel is injected.

그러나 종래 도 1의 직분식 가솔린 엔진에서는 흡기 포트에서 연료를 분사하므로 연료의 분사기기가 흡기밸브가 열리는 구간에서만 연료를 분사해야 하고, 이에 따라 분사된 연료가 밸브를 거쳐서 실린더내로 유입되면 흡기밸브와 밸브시트 사이에서의 빠른 유동이나 난류에 의해 분사된 연료의 성층화에는 한계가 있다. 따라서 가솔린 직분사식 엔진에 비하여 희박연소의 한계가 좁을 뿐만 아니라 이에 의해 연료의 저감효과도 적다.However, in the conventional gasoline engine of FIG. 1, since the fuel is injected from the intake port, the fuel injector must inject the fuel only in the section in which the intake valve is opened. Accordingly, when the injected fuel is introduced into the cylinder through the valve, the intake valve and the valve There is a limit to stratification of fuel injected by rapid flow or turbulence between sheets. Therefore, the limit of lean combustion is narrower than that of a gasoline direct injection engine, and the fuel reduction effect is less.

또한, 도 2의 직분식 가솔린 엔진에서는, 실린더내에 직접 연료를 분사하는 엔진의 경우, 실린더내에 적절한 유동을 발생시키기 위하여 독특한 흡기포트를 사용하지 않고 일반적인 엔진에서 널리 사용하고 있는 순방향 텀블을 발생하는 흡기포트를 사용하였으나 흡기밸브 2개 배기밸브 2개를 사용하므로 작은 연소실을 가진 엔진에서 점화플러그와 인젝터를 동시에 실린더 중앙 부위에 장착하기에는 제한이 따른다.이에 밸브의 크기를 줄이는 방법으로 대응해야 되지만 이는 성능의 감소와 직결된다. 또한 인젝터를 중앙에 장착하므로 연료분사 목표점이 실린더 중앙 부근이 되기 때문에 실린더 내부 유동이 상대적으로 약하게 되는 엔진의 속도가 적은 조건에서는 인젝터의 분사압력에 의해 발생하는 유동을 이용하기가 어렵다. 또한 종래의 직분식 엔진에서 연소실의 측면에는 인젝터를, 중앙에는 점화플러그를 설치하는 방식은 밸브의 크기를 줄이지 않아도 되지만 인젝터의 장착위치와 각도에 제한이 발생되어 연소실이 작은 엔진에서는 분사된 연료의 일부가 실린더의 벽면에 묻어서 미연탄화수소의 배출을 증가시키는 문제점이 있다.In addition, in the direct gasoline engine of FIG. 2, in the case of an engine injecting fuel directly into a cylinder, an intake air generating a forward tumble widely used in a general engine without using a unique intake port in order to generate an appropriate flow in the cylinder. Although the port is used, but two intake valves and two exhaust valves are used, the engine has a small combustion chamber, so the spark plug and the injector can be mounted at the center of the cylinder at the same time. Is directly related to the decrease. In addition, since the injector is mounted at the center, the fuel injection target point is near the center of the cylinder, so it is difficult to use the flow generated by the injection pressure of the injector under low engine speed conditions in which the flow in the cylinder is relatively weak. In addition, in the conventional direct injection engine, an injector on the side of the combustion chamber and a spark plug in the center do not need to reduce the size of the valve. However, the injection position and the angle of the injector are limited. There is a problem in that some are buried in the wall of the cylinder to increase the emission of unburned hydrocarbons.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 연소실내에 연료를 분사하는 경우 초희박 연소가 효율적으로 실현되도록 하는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a three-valve direct gasoline engine that enables ultra-lean combustion to be efficiently realized when fuel is injected into a combustion chamber.

도 1 은 종래 3밸브 희박연소 엔진을 보이는 사시도.1 is a perspective view showing a conventional three-valve lean burn engine.

도 2 는 종래 직분식 가솔린 엔진을 도시한 종단면도.Figure 2 is a longitudinal sectional view showing a conventional direct gasoline engine.

도 3 은 본 발명에 따른 3밸브의 직분식 가솔린 엔진을 도시한 종단면,3 is a longitudinal sectional view showing a three-valve direct gasoline engine according to the present invention;

도 4 는 본 발명의 연소실을 도시한 평면도.4 is a plan view of the combustion chamber of the present invention;

도 5 는 본 발명의 연료 분사지점을 도시한 평면도.5 is a plan view showing a fuel injection point of the present invention.

도 6 은 본 발명의 혼합기의 흐름을 보인 사시도.Figure 6 is a perspective view showing the flow of the mixer of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

110:흡기포트 112,114:흡기밸브110: intake port 112, 114: intake valve

120:배기포트 122:배기밸브120: exhaust port 122: exhaust valve

130:조절밸브 140:인젝터130: control valve 140: injector

150:점화플러그 160:피스톤150: ignition plug 160: piston

200:제1중심선 300:제2중심선200: first center line 300: second center line

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 연료의 저감효과를 극대화할 수 있도록 연소실에서 밸브, 인젝터, 점화플러그의 위치를 최적화한 것으로 , 각각 흡기 밸브가 설치된 2개의 흡기포트와, 배기 밸브가 설치된 1개의 배기포트로 구성되는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진으로서, 상기 두 흡기 포트중 하나는 순방향 텀블을 발생하고 나머지 하나는 흡기 조절밸브를 이용하여 스월 유동을 일으키도록 설치하고, 상방에서 연소실을 내려다 보아 상기 두 흡기밸브 사이를 지나는 제1중심선을 기준으로 상기 배기 밸브와 대향됨과 동시에, 상기 흡기 밸브와 상기 배기밸브 사이를 지나는 제2중심선을 기준으로 상기 흡기 밸브와 대향되는 위치에 인젝터와 점화플러그를 설치하여 이루어진다.In order to achieve the above object, in the present invention, to optimize the position of the valve, injector, spark plug in the combustion chamber to maximize the effect of reducing the fuel, each of the two intake port and the exhaust valve is provided with an intake valve 1 A three-valve direct gasoline engine consisting of two exhaust ports, wherein one of the two intake ports generates a forward tumble and the other is installed to generate swirl flow using an intake control valve, looking upward from the combustion chamber. The injector and the spark plug may be opposed to the exhaust valve on the basis of the first center line passing between the two intake valves, and opposite to the intake valve on the basis of the second center line passing between the intake valve and the exhaust valve. It is done by installation.

전술한 구성에서, 상기 제 2중심선을 중심으로 상기 배기밸브측 하방의 피스톤 상면의 상면의 형상은 상기 배기밸브측을 향하여 움푹파여 있고, 상기 흡기밸브측 하방의 피스톤 상면은 상기 흡기밸브의 헤드면과 동일한 기울기로 형성되어 이루어진 특징이 있다.In the above-described configuration, the upper surface of the piston upper surface of the lower side of the exhaust valve side is recessed toward the exhaust valve side around the second center line, and the piston upper surface of the lower side of the intake valve side is the head surface of the intake valve. It is characterized by being formed with the same slope as.

또한, 전술한 구성에서, 상기 흡기밸브와 상기 인젝터 사이의 위치에 연료분사점이 형성된다.Further, in the above-described configuration, a fuel injection point is formed at a position between the intake valve and the injector.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3밸브의 직분식 가솔린 엔진을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a three-valve direct gasoline engine according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

도 3 은 본 발명에 따른 3밸브의 직분식 가솔린 엔진을 도시한 종단면도이고, 도 4 는 본 발명에서의 연소실을 도시한 평면도이며, 도 5 는 본 발명의 연료 분사지점을 도시한 평면도이고, 도 6 은 본 발명에서의 혼합기의 흐름을 보인 사시도이다.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing a three-valve direct gasoline engine according to the present invention, Figure 4 is a plan view showing a combustion chamber in the present invention, Figure 5 is a plan view showing a fuel injection point of the present invention, Figure 6 is a perspective view showing the flow of the mixer in the present invention.

도 3내지 도 6에 도시된 바와같이, 본 발명의 3밸브의 직분식 가솔린 엔진에서는 2개의 흡기 포트(110)에 각각 흡기밸브(112)(114)가 설치되어 있고, 배기포트(120)에는 1개의 배기밸브(122)가 설치되어 있다. 그리고, 연소실(100)을 상방에서 내려다 보아 상기 흡기밸브(112)(114) 사이를 지나는 중심선과, 상기 흡기밸브(112)(114)와 상기 배기밸브(122) 사이를 지나는 중심선을 각각 제 1중심선(200)과, 제 2중심선(300)이라고 할때, 상기 흡기포트(110)에는 순방향 텀블과 스월유동을 일으킬 수 있도록 조절밸브(130)가 설치되어 있고, 상기 제 1중심선(200)을 기준으로 상기 배기밸브(122)와 대향됨과 동시에 상기 제 2중심선(300)을 중심으로 상기 흡기밸브(112)와 대향되는 위치에는 인젝터(140)와 점화플러그(150)가 설치되어 있다.3 to 6, in the three-valve direct gasoline engine of the present invention, two intake ports 110 are provided with intake valves 112 and 114, respectively, and an exhaust port 120 is provided. One exhaust valve 122 is provided. And, looking down the combustion chamber 100 from above, the center line passing between the intake valves 112 and 114 and the center line passing between the intake valves 112 and 114 and the exhaust valve 122 are respectively first. When referred to as the center line 200 and the second center line 300, the intake port 110 is provided with a control valve 130 to cause the forward tumble and swirl flow, and the first center line 200 The injector 140 and the spark plug 150 are installed at a position opposite to the exhaust valve 122 and opposed to the intake valve 112 around the second center line 300 as a reference.

여기에서, 피스톤(160) 상면의 볼 형상을 살펴보면 우선 제 2중심선(300)을 중심으로 상기 배기밸브(122)측 하방의 피스톤(160) 상면은 배기밸브(122)측을 향하여 움푹하게 형성되고, 상기 흡기밸브(112)(114)측 하방의 피스톤(160) 볼형상은 측면에서 바라보아 상기 흡기밸브(112)(114)의 헤드면과 동일한 기울기로 형성되어 있다.Here, looking at the ball shape of the upper surface of the piston 160, first, the upper surface of the piston 160, the lower side of the exhaust valve 122 side around the second center line 300 is formed toward the exhaust valve 122 side The piston 160 ball shape below the intake valves 112 and 114 is formed at the same inclination as the head surface of the intake valves 112 and 114 as viewed from the side.

또한, 본발명에서는 도 5에 도시된 바와같이, 상기 흡기밸브(112)와 상기 인젝터(140) 사이의 위치에 연료 분사점이 형성되어 있다.In addition, in the present invention, as shown in FIG. 5, a fuel injection point is formed at a position between the intake valve 112 and the injector 140.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 3밸브의 직분식 가솔린 엔진의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the three-valve direct gasoline engine according to the present invention configured as described above are as follows.

우선, 도 3내지 도 6에 도시된 바와같이, 본 발명은 흡기포트(110)에서 순방향의 강한 텀블이 생성되는 경우와 흡기 조절밸브(130)를 닫아 순방향 텀블과 스월 유동이 동시에 존재하는 경우로 나누어 생각해 볼 수 있다. 먼저 순방향 텀블이 생성될 때에는 엔진속도와 부하에 따라 피스톤 압축행정의 적당한 시점에서 배기밸브(122)측에 위치한 인젝터(140)에서 움푹파인 피스톤(160) 상면으로 연료를 분사한다. 이때 분사되는 연료의 목표점은 도 6 도시와 같이,피스톤(160)의 A 영역이며 연료의 분사의 목표점이 된다. 이 영역에 분사된 연료는 도 3에서와 같이 공기와 혼합되면서 실린더 내부에 강하게 유동하는 순방향 텀블과 곡면을 형성하며 위로 향해 있는 피스톤(160)을 따라 도 6 도시의 B 영역으로 이동한다. 실린더 내부에는 강한 순방향 텀블이 존재하므로 수평방향으로는 고압의 인젝터(140)의 분무시 발생되는 유동에 의해 혼합기는 분무 방향을 따라 경사지게 수직 이동하게 되고 수직방향으로는 피스톤(160)이 위로 움직이면서 혼합기를 상방으로 향하게 하는 힘을 더해주므로 혼합기는 순방향 텀블유동과 피스톤(160)의 상방운동에 의해 발생되는 수직방향의 유동에 의해 점화플러그(150) 근처로 이동하게 된다. 본 발명에 따른 장치에서 흡기조절밸브(130)에 의해 실린더내에 순방향 텀블(170)과 스월 유동(171)이 함께 존재할 경우에는 도5에서 분사되는 연료의 목표점은 A'가 되고, 이영역에서 분사된 연료는 공기와 혼합되면서 실린더 내부의 순방향 텀블에 의해 움푹파인 경사진 곡면형상의 피스톤 형상(볼)을 따라서 수직방향으로 이동하고 실린더 내부에 동시에 존재하는 스월유동에 의해 피스톤 볼의 가장자리를 따라 수평으로 이동하여 점화되는 순간에는 점화 플러그 근처로 이동하게 된다. 혼합기가 점화플러그(150)로 이동하는 동안 점화가 쉽게 일어나도록 공기와 연료가 혼합되며, 최적의 시간에 점화플러그(150)에서 불꽃이 튀겨서 연소가 이루어진다. 여기서의 연소는 초희박 연료분사시의 연소로서 엔진의 부하가 크고 빠른 경우에는 흡기밸브(112)가 열린 구간에서 연료가 분사되어 혼합기를 균질화시킨다. 통상적으로 순방향 텀블만이 존재하는 경우 피스톤 볼을 작게 하여 성층화를 도모한다.First, as shown in FIGS. 3 to 6, the present invention provides a case in which a forward strong tumble is generated in the intake port 110 and a case in which the forward tumble and swirl flow exist simultaneously by closing the intake control valve 130. You can think of it in a separate way. First, when the forward tumble is generated, the fuel is injected from the injector 140 located on the exhaust valve 122 to the upper surface of the recessed piston 160 at a suitable time of the piston compression stroke according to the engine speed and the load. At this time, the target point of the fuel injected is region A of the piston 160, as shown in FIG. The fuel injected into this region moves to region B of FIG. 6 along the upwardly directed piston 160, forming a curved surface with a forward tumble flowing strongly inside the cylinder while mixing with air as in FIG. Since there is a strong forward tumble inside the cylinder, the mixer is moved vertically obliquely along the spray direction by the flow generated when spraying the high pressure injector 140 in the horizontal direction, and the mixer 160 moves upward in the vertical direction. The mixer is moved near the spark plug 150 by the vertical flow generated by the forward tumble flow and the upward movement of the piston 160 because the force is added upward. In the apparatus according to the present invention, when the forward tumble 170 and the swirl flow 171 exist together in the cylinder by the intake control valve 130, the target point of the fuel injected in FIG. 5 becomes A ', and the injection is performed in this region. The fuel is mixed with air and moves vertically along the inclined curved piston shape (ball) by the forward tumble inside the cylinder and is horizontally along the edge of the piston ball by a swirl flow simultaneously in the cylinder. At the moment of ignition, it moves near the spark plug. Air and fuel are mixed so that ignition occurs easily while the mixer moves to the spark plug 150, and the flame is splashed in the spark plug 150 at the optimum time to combust the combustion. The combustion here is combustion during ultra-lean fuel injection. When the load of the engine is large and rapid, fuel is injected in a section where the intake valve 112 is opened to homogenize the mixer. In general, when only the forward tumble is present, the piston ball is made small to achieve stratification.

본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 실시하고 균등 범위에서 다른 실시예가 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art may make various modifications therefrom and other embodiments in the equivalent range.

이상에서 설명한 바와같이, 본 발명은 초희박 연소에 따른 연료저감 효과가 우수하고 적은 배기량을 가진 엔진에서 발생할 수 있는 출력부족을 극복할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is excellent in fuel saving effect due to ultra-thin combustion and has the effect of overcoming the shortage of power that may occur in an engine having a small displacement.

그리고 기존의 직분식 엔진을 작은 연소실에 적용할 때 발생될 수 있는 인젝터의 장착위치와 장착각도 확보 문제를 본 발명에서는 배기밸브 1개만을 사용하여 충분히 극복할 수 있게 된다.In addition, in the present invention, the problem of securing the mounting position and the mounting angle of the injector, which may occur when the conventional direct type engine is applied to a small combustion chamber, may be sufficiently overcome by using only one exhaust valve.

또한, 기존의 흡기포트를 사용하므로 설계와 제작에 유연성 있게 대처할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the existing intake port is used, it is possible to flexibly cope with the design and manufacture.

Claims (3)

각각 흡기 밸브가 설치된 2개의 흡기포트와, 배기밸브가 설치된 1개의 배기포트로 구성되는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진으로서, 상기 두 흡기포트중 하나는 순방향 텀블(tumble)을 일으키고 나머지 하나는 흡기조절밸브를 이용하여 스월 유동(swirl flow)을 일으키도록 설치하고, 연소실을 상방에서 내려다 보아 상기 두 흡기밸브 사이를 지나는 중심선과, 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브 사이를 지나는 중심선을 각각 제 1중심선과 제 2중심선이라고 할 때, 상기 제 1중심선을 기준으로 상기 배기밸브와 대향됨과 동시에 상기 제 2중심선을 중심으로 상기 흡기밸브와 대향되는 위치에 인젝터와 점화플러그를 설치하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진.A three-valve direct gasoline engine consisting of two intake ports each provided with an intake valve and one exhaust port provided with an exhaust valve, wherein one of the two intake ports causes a forward tumble and the other controls intake. It is installed to cause swirl flow by using a valve, and the center line passing between the two intake valves and the center line passing between the intake valves and the exhaust valves, respectively, are viewed from above and above the combustion chamber. When referred to as the second center line, the injector and the spark plug are provided at a position opposite to the exhaust valve with respect to the first center line and opposite to the intake valve with respect to the second center line. Direct gasoline engine. 제 1항에 있어서, 상기 제 2중심선을 중심으로 상기 배기밸브측 하방의 피스톤 상면의 볼형상은 상기 배기밸브측을 향하여 움푹파여 있고, 상기 흡기밸브측 하방의 피스톤 상면 형상은 상기 흡기밸브의 헤드면과 동일한 기울기로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진.The ball shape of the piston upper surface of the lower side of the exhaust valve side around the second center line is recessed toward the exhaust valve side, and the piston upper surface shape of the lower side of the intake valve side is the head of the intake valve. Three-valve direct gasoline engine, characterized in that formed on the same slope as the surface. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 흡기 밸브와 상기 인젝터 사이의 위치에 연료분사점이 형성되는 것을 특징으로 하는 3밸브의 직분식 가솔린 엔진.The three-valve direct gasoline engine according to claim 1 or 2, wherein a fuel injection point is formed at a position between the intake valve and the injector.
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