KR100327294B1 - 내연기관의연소실로연료를공급하는방법 - Google Patents

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Abstract

내연기관의 연소실로 연료를 공급하기 위한 방법에 있어서, 압축 가스는 작업 사이클의 압축행정동안 연소실로부터 빠져 연료와 혼합되고 후속 작업 사이클에서 연료와 함께 연료실 안으로 흡입되고, 점화장소에 점화성 혼합물이 있어야 한다. 한편으로 연료실 안으로 흡입된 혼합물이 공간적으로 모아지며 다른 한편으로 점화장소로 움직이게 하기 위해, 내연기관의 압축행정동안 첫번째, 두번째 및 세번째 주 플로를 갖는 복합 플로를 만드는 것이 제안되었고, 이 주 플로들은 실린더축에 대해 수직인 회전축 둘레를 회전하며 그리고 연소실 덮개면에서 연소의 중앙지점으로 향하고, 이 첫번째 플로는 와류 쌍으로써 형성된 두번째 및 세번째 플로위에 수직으로 있으며, 점화장소의 방향으로 첫번째 주 플로 안으로 연료 공기 혼합물이 흡입된다.

Description

내연기관의 연소실로 연료를 공급하는 방법{Method for introducing fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine}
본 발명은 작동 사이클의 압축 행정동안에 압축된 가스가 연소실로부터 나와 혼합실의 연료와 혼합되어 후속 작동 사이클 동안에 연료와 함께 연소실로 주입되는, 내연기관의 연소실로 연료를 공급하기 위한 방법에 관한 것이다.
연료 소비 및 특히 탄화수소 같은 폐가스 방출에 대한 더욱 엄격한 요구조건 때문에 내연기관의 영역에서 신기술의 이용을 필요로 하게 되었다. 오토(Otto)-모터 회사의 경우 혼합물의 외부 형성 방식이 오늘날 일반적으로 사용됨으로써 예를들어 분사 파이프 또는 캬브레터를 사용하여 연소실과 실린더에 흡입된 혼합물의일부가, 흡입밸브와 배기밸브가 동시에 열릴 경우, 밸브교차 단계동안 내연기관의 배기 윙(wing)안으로 흘러 들어온다.배기 윙에서의 불연소된 측정 가능한 탄화수소의 상당부분은 연소가 이루어지지 않는 벽 가까이나 원형 틈에서 연소되는 동안 머물러 있는 혼합물에서도 나온다. 실린더 장입(charge)을 동종으로 할 필요에 의해 이런 결점이 더욱 증가되어, 연소실 및 실린더에서 불균형한 혼합물 분배를 의미하는 불균형 장입(charge stratification)없이 연료 소모를 줄이지 못한다.
이러한 단점을 피하거나 줄이기 위해, 먼저 연료만의 연소실과 실린더 안으로의 또는 인접한 혼합실 안으로의 유입이 오랫동안 시도되었다. 여기에서 근본적으로 세개의 혼합물 형성 시스템을 구별할 수 있다. 고압 무기식(airless) 분사, 공기 기반의 유입, 연료-공기 분사.
"The Ford Proco Engine Update", Scussel A. et al,, SAE 780699에 연료가 고압 분사 노즐에 의해 내연 기관의 연소실로 직접 분사되는 방법이 공지되어 있다. 혼합물의 준비에 필요한 시간이 분사 시점을 제한한다. 한편으로는 짧은 분사 시간, 다른 한편으로는 그에 상응하는 작은 방울 스펙트럼(drop spectrum)을 얻기위해 분사과정에 높은 수준의 압력이 필요하다. 연료의 준비와 계량(metering)이 동시에 이루어진다. 지역에 따라 제한된 영역 안에 연소가능한 연료-공기 혼합물을 집중시키기 위해 연료를 시간상으로 늦게 유입시킬 필요가 있지만, 이것은 일정 위치에 집중되는 연소가능한 혼합물을 나타내어 역시 혼합물 형성의 문제들을 수반한다.
WIPO공보 WO88/08082에는 연료를 내연 기관의 연소실과 실린더 안으로 유입시키는 공기-지지 유입 방식이 기술되어 있다. 여기에서 압축된 공기는 외부로, 즉 연소실 밖에서 만들어지고 엔진의 압축 행정동안 연료를 가져오는데 이용된다. 공급되는 동안 연소실과 공급장치 사이의 압력차이 때문에 주입 시점은 외부 공기 공급장치의 가스 압력에 의해 결정된다. 연료의 계량을 공기 기반의 준비와 별개로 일어난다. 외부의 압축된 공기공급장치의 상이한 가스 압력을 이용하여 액상 제트의 기하학적 형상변화가 가능하다.
전술한 종류의 방법이 예를 들어 WIPO공보 WO 89/01568에 공지되어 있다. 이런 경우 소량의 압축된 뜨거운 가스가 실린더의 연소실 안으로 흡입밸브 구멍을 통해 제어된 타이밍으로 유입된다. 이런 식으로 유출된 가스는 일시적으로 밸브실 안에 저장되며 밸브실에 있는 뜨거운 가스에 연료를 분사한 후 그 연료-가스 혼합물이 다시 연소실 안으로 흡입된다. 저장압력으로서 실린더 압력을 이용하므로 필요한 모든 흡입 시점이 가능하다. 이러한 연료준비와 연료계량은 별도의 과정으로, 부분적으로 저장실에서 연소실과 실린더로 공급하기 전에 분무 및 예비 기화작용을 통해 이루어진다. 이것은 다단(multiphase)의 혼합가스의 흡입을 수반한다.
전체 연소실과 실린더에서 거의 동일한 연료/공기 비율을 얻기 위해 완전 가동 동안 실린더 장입(charge)의 균일화가 필요하며,이는 혼합물의 그것에 상응하는 이른 흡입을 통해 가능한데, 실린더 공기와 흡입된 연료 혼합물의 혼합을 위해 충분한 시간때문이다. 연소실과 실린더에서 곳에 따라 집중되는 연료-공기 스프레이가 필요한 부분 가동동안, 이것은 늦게 즉 상사점 전에 흡입되어서 불균형 장입을 돕도록 계량이 이루어지고 이것이 아래 설명된다.
예를 들어 독일 공보 DE-OS 15 26 294, DE-OS 42 33 640, 유럽공보 EP-A2 390 589, EP-A1 558 081, EP-A1 537745 및 DE-OS 35 45 440에 기술된 것처럼, 텀블 플로(tumble flow)방식을 갖는 흡입-타입(suction-type) 내연기관에서, 불균형 장입은 흡기행정동안 연료-공기 혼합물의 공급과 압축 행정의 끝에서의 실제적인 연소 사이의 비교적 긴 시간때문에 곧바로 유지되지 않을 수 있는데, 이는 연소가 마지막으로 일어나기 전에 층상화된 영역이 공기와 철저히 혼합되기 때문이다. 그 결과 내연기관의 이러한 작동으로 약 λ= 1.9 이하의 공기 비율이 가능하다. DE-OS 15 26 294에서 알 수 있는 것처럼 연소실안으로의 직접적인 고압 분사의 경우조차도, 혼합물이 더 엷어질 수 없고 알맞는 혼합물 준비가 안된 경우에 유입된 연료제트는 뜨거운 표면에서 증발되어 점화가능한 혼합물을 발생한다. 가능한 한 완전한 기화를 얻기 위해, 분사는 가능한 빨리 이루어져야 한다. 그러나, 텀블 플로의 경우에 이러한 텀블 플로를 나타내는 세개의 주 공기 흐름때문에 이것은 압축행정에서 실제 연소 과정까지 근접하게 혼합되는 약점을 갖는다. 따라서, 공기 비율의 상승이 이 경우에도 가능하지는 않다.
연료-가스 스프레이의 연소실 안으로의 흡입과 달리 대부분의 고압무기(airless) 분사를 하는 방법에서 장입 이동의 결과로서 액체 상태로 흡입된 연료의 예비처리가 달성된다. 이런 경우 연소가능한 혼합물을 얻기 위해 분사된 연료제트는 이런 목적으로 특별히 발생된 공기이동을 통해 분배되며 연소가능한 혼합물의 영역을 얻기 위해 분무된다.
이와 같은 종류의 혼합물 예비처리는 요구되는 불균형 장입으로서 전술한 종류의 연료-공기 흡입과정으로 채택될 수 없는데, 이것은 연소과정이 공기-연로 스프레이의 분산에 의해 가장 바람직하지 않게 영향받기 때문이다. 이러한 이유로 점화가능한 혼합물의 스프레이가 컴팩트한 형태로 점화장소로 이동할 필요가 있으며, 다른 한편으로 흡입밸브의 개방단계동안 흡입밸브의 혼합실과 연소실 사이의 가스 교환이 가능한 한 완전하게 이루어져야 한다.
본 발명의 목적은 연소실에 흡입된 연료-공기 혼합물 스프레이를 콤팩트한 형태로 점화장소를 이동시키며 혼합실을 실린더 장입으로 스윕(sweep)하는 데 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라 내연 기관의 압축 행정동안 첫째, 둘째, 셋째 주(main) 공기 흐름을 가진 복합(complex) 공기흐름이 발생되고, 이러한 주요 흐름은 실린더 축에 대해 수직인 회전축을 중심으로 회전하며 연소실 꼭대기 영역에서 연소의 중앙지점으로 향하고, 첫째 주 흐름의 회전축은 마주보고 회전하는 와류쌍을 만들어내는 둘째 및 셋째 흐름의 회전축에 근사적으로 형성되며, 첫째 주 플로는 연소실 꼭대기 영역에서 흡입장소로부터 점화장소로 향하고, 연료-공기 혼합물이 점화장소의 방향으로 첫째 주 플로안으로 흡입되고, 상기 흡입된 혼합물은 와류쌍에 의해 측면에서 제한되며 동시에 혼합실은 압축된 실린더 장입으로 스윕되어 달성된다. 여기에서 생기는 안정된 공기 흐름은 한편으로 측면의 와류를 통해 연료-공기 스프레이를 모으며, 다른 한편으로 첫째 플로는 혼합물을 흡입장소의 근처에 배열된 점화장소로 이동시킨다. 혼합기층을 얻기 위한 공기 플로는 흡입초기에 연료실에 도달하여 공기흐름에 영향받는 작은 방울의 연료증기는 곳에 따라 제한되는 연결된 영역에 머무르는 방식으로 작용하는 것이 장입불균형을 유지하는 공기흐름의 효과이다. 밸브 스트로크로서 압력저하가 작은 경우 혼합실과 연소실 사이로 흡입되는 후속의 더 큰 방울들은 흡입시 플로의 방향을 포함하여 공기 플로를 통해 실질적으로 거의 영향받지 않는다. 흡입된 연료-공기 혼합물은 첫째 공기 플로를 통해 실질적으로 흡입구로부터 점화장소로 보내지고, 이는 흡입밸브의 혼합실의 스윕에 양호하게 작용한다.
이와 같은 종류의 공기흐름은 적어도 하나의 흡입채널이 텀블을 형성하며, 흡입실린더의 절반부에 배열된 흡입채널의 흡입개구가 실린더축을 관통하는 흡입대칭면에 대칭적으로 배열되며, 바람직하게 흡입측에 배열된 흡입장소도 출구측에 배열된 점화장소도 흡입대칭면의 영역에 있다.
텀블 플로 즉, 연소실에서 실린더 축에 대해 수직으로 회전하는 공기 플로가 생기는 방식으로 흡입 채널을 형성하는 것은 공지되어 있다. 미국 특허 제 5,138,989호에는 예를 들어 강한 텀블 와류를 만드는 흡입 채널이 제 4도에 도시되어 있다. 여기에서 작은 각도로 출구를 향해진 평평한 상태인 흡입 플로와 밸브 디스크 한쪽으로 흐름이 강하게 집중되는 것이 특징이다. 계산 및 실험 결과는 텀블 와류가 압축 행정동안 두 개의 개별 와류를 통해 그려질 수 있음을 보여주며, 이러한 두 개의 와류는 잇달아 피스톤 운동및 실린더 표면, 연소실 표면, 피스톤 표면에서의 반사를 통해 상사점 전에 세개의 방향 잡힌 주 플로를 가진 복합 플로가 형성된다. 주요 흐름(stream)은 실린더 헤드 측면의 연소실을 따라 흡입측에서 출구 즉 방향으로 뻗어 있다. 이러한 두개의 다른 측은 주요 흐름에서 거의 수직이며 반대 방향의 와류쌍을 형성하며, 실린더 중앙으로 하나의 플로를 야기한다. 이러한 독특한 형상의 흐름은 내연기관의 연소실과 실린더로의 흡입 채널과 대응하는 입구의 설계와 관계있다.
본 발명에 따른 목적의 달성을 위해, 신선한 공기 유입동안에 상기 연소실에 소용돌이(swirl)를 초래하고, 연료-공기 혼합물은 실린더 축(4)에 수직인 평면에서 보이는 흡입장소(11)와 점화장소(12)를 관통하는 직전으로의 각도로 상기 소용돌이안으로 흡입되며, 소용돌이(15)와 흡입플로로 이루어진 혼합 물질(10')에 영향을 주는 힘(F)의 수직면(23)에 투영된 합이 회전축(15') 가까이에 있는 점화장소(12)의 영역을 향하고, 상기 점화장소는 흡입장소(11)보다 회전축(15')에 더 가까이 있고, 흡입된 연료-공기 스프레이(10)는 소용돌이(15)를 통해 경계가 이루어지며 동시에 혼합실(11b)이 압축된 실린더 장입(charge)으로 스윕(sweep)되도록 한다.
트위스트 플로는 실린더에서의 회전 플로이며, 이것은 공지된대로 실린더 축에 대해 근본적으로 평행한 축을 중심으로 이루어진다. 이 축 역시 내연기관의 연소실과 실린더로의 흡입 채널의 연결부와 흡입채널 구성부를 통해 야기된다. 압축동안 플로형성에 약간의 변형만이 생기는데, 와류의 직경이 피스톤 운동을 통해 변경되지 않기 때문이다. 상사점전에 흡입된 공기의 안정된 회전운동이 연소실및 실린더에서 주어진다.
축에 대한 평행선을 중심으로 트위스트 플로로서 연소실 내로 흡입 플로를 형성하는 것이 공지되어 있다. 트위스트 채널로서 흡입 채널을 형성하는 것은 실린더 축 둘레에서 트위스트를 얻기 위한 것이다. 직접 분사방법에서 분사는 트위스트방향으로 이루어지고, 이는 혼합물 제트의 확대를 회전방향으로 야기한다. 그에 반해 트위스트 방향에 대한 분사는 예를 들어 "기층 와류 연소 원리에 대한 연구(A Study of the Swirl Stratified Combustion Principle)", WITZKY J. et al., SAE660092에 공지된 것처럼 회전 중심지를 향한 결과적인 혼합물 방향을 일으킨다. 여기에 도시된 직접적인 연료 분사시스템은 점화 영역에서의 불충분한 혼합물 예비처리를 초래한다.
본 발명에 따른 방법에서 상기 와류플로는 혼합물을 모으며, 이것에 작용하는 힘의 합은 흡입플로와 와류플로로 이루어져 점화장소를 가르킨다.
본 발명의 다른 실시예에서, 실린더 축(4)에 대해 수직인 축과 실린더 축(4)에 병렬인 축 둘레의 회전 성분을 갖는 연소실(1)의 공기 흐름(15,16:9a, 15a)이 만들어지고, 주 플로의 방향(9a,16)은 연소실 덮개(7)의 영역에서 연소 중앙지점을 향하게 되고, 바람직하게 점화장소(12)가 흡입장소(11)보다 평행 회전축(15')에 더 가까이 있고, 연료-공기 혼합물은 실린더 축에 수직인 평면에서 보이는 흡입장소(11)와 점화장소(12)를 관통한 직선(22)으로의 각도(3,3",3')로 공기흐름(16,9a) 안으로 흡입되며, 평행선(15') 둘레를 실린더 축(4)에 대해 회전하는 탄젠트 공기 흐름(15,15a)와 흡입플로로 이루어진 혼합물질(10')에 영향을 주는 힘의 수직면(23)에 투영된 합이 점화장소(12)의 영역을 향하고, 흡입된 연료-공기 스프레이는 공기흐름(15,16;9a,15a)을 통해 제한되며 동시에 상기 혼합실(11b)은 압축된 실린더 장입으로 세척된다.
이와 같은 종류의 공기플로는 실린더 헤드의 꼭대기 및/또는 피스톤 꼭대기에의 리세스로 얻어지고, 피스톤의 압축행정동안 리세스의 중앙을 향한 스퀴즈플로를 만들며, 이것은 실린더 축에 평행한 축 둘레를 회전하는 트위스트 플로에 겹쳐짐으로써 달성된다.
그러나, 상기 플로는 예를 들어 채널 스위치-오프를 통해 생성된 겹쳐지는 와류를 갖는 텀블 플로를 통해 만들어진다. 이때 특징적인 비대칭 플로가 형성되며, 이것은 주요 트위스트 플로, 흡입구로부터 배출구를 향한 실린더 헤드측의 연소실을 따라가는 플로와 이것에 수직으로 있는 비대칭 와류플로로 이루어진다.상기 플로에서 신선한 가스가 내연기관의 연소실과 실린더로 흘러 들어옴으로써 트위스트 운동이, 대략 비대칭적인 유입 또는 흡입채널의 형성을 통해 또한 신선한 가스의 회전운동을 통해 실린더 축에 수직인 축 둘레에서 발생된다. 압축 행정 동안 다시 특징적인 플로가 형성되며, 상기 플로는 다시 실린더 축에 평행한 축 둘레에서 지배적인 성분으로 나누어진다. 상사점 전에 특징적인 트위스트성분, 흡입측의 실린더 헤드측 연소실을 따라 출구측의 방향으로 뻗어있는 플로 성분, 이것위에 수직으로 있으며 또한 실린더 중앙의 방향을 나타내는 성분이 나타난다.연료-공기 혼합물의 안전한 점화는 흡입장소와 점화장소사이에 실린더 직경의 약 0.05와 0.4배의 거리로써 달성된다.
제1a도 내지 제1c도에는 텀블 플로의 상이한 단계들이 도시되어 있다. 불꽃점화되는 내연기관의 연소실(1)에서 피스톤(2)의 방향으로 두 개의 흡입구를 통해 실런더 축(4)에 대해 비스듬히 공기(5a와 5b)가 흡입된다. 제1b도와 제1c도에 도시된 피스톤(2)의 압축 행정동안, 제1a도에서와 동일한 방향으로 실린더 축(4)에 대해 수직으로 있는 회전축을 중심으로 회전하는 주요 플로(5a,5b)가 제1c도에 도시되며, 이 플로는 두개의 플로(5a'와 5a"및 5b'와 5b")로 분열된다. 5a'와 5b'는 제1c도에서 알 수 있는 것처럼 회전하는 마주보는 두개의 와류이며, 이의 회전축은 와류(5a'와 5b') 사이에 있는 대칭면(6)과 평행하게 있다. 이 대칭면(6)의 양측에 및 가까이에서 플로는 연소실 덮개면(7)으로부터 피스톤(2)쪽으로 향해진다. 이 플로의 둘째 부분 플로(5a",5b")는 실린더 벽(8)과 연소실 덮개면(7)을 통해 대칭면(6)으로 유도되며, 대칭면을 따라 흐르는 주요 플로(9)로 실린더 축(4)에서 하나가 된다. 실험 및 계산의 결과, 압축의 끝 단계에서 제 1a도에 따른 각각의 텀블 플로에서 양 와류(5a',5b')와 주 플로(9)가 형성된다. 실린더의 흡입축(18)에 배열된 흡입구가 13a와 13b로 표시된다. 실린더의 흡입측(18)의 맞은 편에 있는 출구측이 19로 표시된다.
제2a도와 제2b도에는 일반적인 트위스트 플로가 도시되어 있다. 실린더 축(4)에 대해 평행한 회전축(15')을 중심으로 주요 플로의 방향(15)은 예를 들어 스퀴즈 플로(squeeze flow) 또는 텀블 플로같은 다른 종류의 플로가 덮치지 않는 한 압축행정동안 변하지 않는다.
텀블 뜨는 트위스트 플로의 이와 같은 덮침은 제 2c도와 제 2d도에 도시된 다. 이것은 텀블 작용을 일으키는 흡입 채널의 흡입구(13a)가 비대칭으로 배열되거나 예를 들어 텀블작용을 일으키는 두 개의 흡입 채널(13a,13b)에서 하나의 채널이 닫힘으로써 달성된다. 제1b도와 제1c도의 조합물과 유사하게 피스톤 행정동안 제2d도에 도시된 것처럼 실린더축에 대해 수직의 회전축을 가진 주 플로(92)와 이 실린더축(4) 둘레의 트위스트 플로(15a)가 흡입 플로(5a)로부터 생긴다. 비대칭적으로 흡입되는 플로를 통해 두 개의 와류대신에 하나의 횡방향 플로(24)가 형성된다.
제3a도 내지 제3c도에는 연소실(1)에 흡입된 혼합물(10)을 모아서 흡입장소(11)에서 점화장소(12)로 이동시키기 위해 플로(5a',5b')와 주 플로(9)가 본 발명에 따라 어떻게 이용되는지가 도시되어 있다. 흡입 밸브가 11a로 표시되고, 혼합 및 저장실을 포함하며 여기서 연소실에서 빠진 가스는 연료와 혼합된다. 연소를 유도하기에 적합한 점화장치가 12a로 표시되어 있고, 이것은 점화 플러그 또는 글로(glow)장치가 될수 있다. 13a와 13b는 흡입구의 위치를 나타내며, 14a와 14b는 배기구의 위치를 나타낸다. 본 실시예에서 흡입장소(11)와 점화장소(12)가 실린더 축(4)을 지나가는 흡입 대칭면(6)의 영역에 놓이고, 이 플로가 대칭면(6)에서 대칭으로 형성되며 또한 주 플로(9)가 흡입장소(11)로부터 점화장소(12)로의 대칭면을 향하는 것이 중요하다. 상기 혼합물(10)이 주 폴로(9)의 방향으로 흡입되는 것이 유리하므로, 흡입밸브(11a)가 흡입장소(11)를 관통해 있는 수직면(23)에 대해 약 45도보다 더 크거나 동일한 각(3)으로 실린더 축(4)에 배열되는 것이 바람직하다.
제4a, 4b도, 4c도에는 본 발명의 다른 도시예가 도시되어 있다. 여기서 이미 공지된 것처럼, 트위스트 축(15')을 중심으로 실린더 축(4)에 평행하게 회전하는 트위스트 플로(15)가 흡입단계동안 공지의 수단, 예를 들어 트위스트 채널을 통해 발생된다. 실린더 축(4)에 평행한 트위스트 축(15') 둘레의 트위스트 현상이 피스톤(2)의 압축행정 동안에도 여전히 남아있다. 상기 트위스트 플로(15)는 실린더 축(4)근처에서 플로의 낮은 속도를 갖는다. 상기 흡입장소(11) 및 점화장소(12)의배열은 점화장소가 트위스트 축(15')인 경우 흡입장소(11)에서 보다 더 가까이 놓이도록 선택된다. 수직면(23)에서 실린더 축(4)에 놓이는, 흡입장소와 점화장소를 관통해 형성된 직선(22)에 대한 최고의 흡입각(3',3") 및 흡입장소(11)와 관련한 점화장소의 가장 양호한 위치는 제4d도의 다이어그램에서 결과한다. 수직면에서 실린더 축에 투영된 트위스트 플로(15)의 힘과 흡입 유력의 합은 점화장소의 영역을 향해 있어야 한다. 바람직하게 제 4a도와 4b도에서 3'와 3"로 도시된 흡입각(11')과 직선(22)사이의 각이 45도보다 크거나 같다. 여기에서도 회전하는 플로(15)를 통해, 한편으로 혼합물이 모아지고 다른 한편으로 흡입장소(11)로부터 점화장소로 이동된다. 그외에도 흡입밸브(11a)의 혼합실(11b)이 세척된다.
제4a도내지 제4c도에서 알수 있는 트위스트 플로(15)는 5도에서처럼 피스톤표면(2')의 모양 및/또는 연소실 덮개면(7)의 표면(7')형상을 통해 만들어진 스퀴즈 플로(16)와 조합될 수 있다. 피스톤(2)의 스퀴즈 표면(2a)은 실시예에서 실린더 축(4)과 일치하는 함지형 중앙(17)의 방향으로 연소실 덮개면(7)으로부터 향해 있는 플로 성분(16)을 트위스트 플로(15)에 부여하며, 한편으로 흡입밸브(11a)를 통해 흡입된 혼합물이 모아져 점화장소(12)로 옮겨지고, 다른 한편으로 연소실함지(2b) 안으로 압착된다. 여기서도 혼합실(11b)의 동시 세척이 보장된다.
제6a도 내지 제6c도에는 텀블플로와 트위스트플로의, 제2c도 및 제2d도를 통해 설명된 조합물을 가진 본 발명의 다른 실시예가 도시된다. 제1c도 또는 제3a도 내지 제3c도에서 알수 있는 와류(5a',5b')대신에 약한 횡방향 플로(24)가 형성된다. 트위스트 플로(15a)를 통해 혼합물(10)의 혼합성분(10')이 제어되는 반면, 주플로(9a)는 혼합물을 흡입장소(11)로부터 점화장소(12)로 이동시킨다.
제1a도는 초기 단계의 텀블 플로(tumble flow)를 도시.
제1b도는 중간 단계의 텀블 플로를 도시.
제1c도는 상사점전의 텀블 플로를 도시.
제2a도및 제 2b도는 피스톤의 위치가 상이할 경우의 트위스트 플로를 도시.
제2c도및 제 2d도는 피스톤의 위치가 상이할 경우의 트위스트 플로와 텀블 플로의 조합을 도시.
제3a도는 본 발명에 따른 연소실의 첫번째 변형예의 평면도.
제3b도는 제3a도에서 선 Ⅲb-Ⅲb에 따라 자른 단면도.
제3c도는 제3a도에서 선 Ⅲc-Ⅲc에 따라 자른 단면도.
제4a도는 본 발명에 따른 연소실의 두번째 변형예의 평면도.
제4b도는 제 4a도에서 선 Ⅳb-Ⅳb에 따라 자른 단면도.
제4c도는 제 4a도에서 선 Ⅳc-Ⅳc에 따라 자른 단면도.
제4d도는 연료 방울에 대한 기준면에서 실린더측에 작용하는 힘의 다이어그램.
제5a도는 본 발명에 따른 연소실의 세번째 변형예의 평면도.
제5b도는 제 5a도에서 선 Ⅴb-Ⅴb에 따라 자른 단면도.
제5c도는 제 5a도에서 선 Ⅴc-Ⅴc에 따라 자른 단면도.
제6a도는 본 발명에 따른 연소실의 네번째 변형예의 평면도.
제6b도는 제 6a도에서 선 Ⅵb-Ⅵb에 따라 자른 단면도.
제6c도는 제 6a도에서 선 Ⅵc-Ⅵc에 따라 자른 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 연소실 2 : 피스톤
4 : 실린더 축 6 : 대칭면
7 : 연소실 덮개면 9 : 주 플로
11 : 흡입 장소 12 : 점화 장소

Claims (8)

  1. 작동 사이클의 압축 행정동안에 압축된 가스가 연소실(1)로부터 나와, 흡입 밸브(11a)의 혼합실(mixing chamber:11b)에서 연료와 혼합되어 후속 작동사이클에서 연료와 함께 연소실(1)로 주입되는, 내연기관의 연소실로 연료를 공급하는 방법에 있어서,
    내연 기관의 압축 행정동안 첫째(9), 둘째(5a') 및 셋째 주요 공기흐름(air stream:5b')을 가진 복합 공기흐름이 발생되고, 상기 주요 흐름(9,5a',5b')은 실린더 축(4)에 대해 수직인 회전축을 중심으로 회전하며 연소실 꼭대기(7) 영역에서 연소의 중앙지점으로 향해 있고, 첫째 주 흐름(9)의 회전축은 마주보고 회전하는 와류 쌍을 만들어내는 둘째 및 셋째흐름의 회전축에 근사적으로 형성되며, 첫째 주 흐름(9)은 연소실 꼭대기 영역에서 흡입장소(11)로주터 점화장소(12)로 향하는 단계와,
    연료-공기 혼합물이 점화장소(12)의 방향으로 첫째 주 흐름(9)안으로 흡입되고, 상기 흡입된 연료-공기 스프레이(10)는 와류 쌍(vortex pair)에 의해 측면으로 제한되며 동시에 상기 혼합실(11b)은 압축된 실린더 장입(charge)으로 세척되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 연소실로 연료를 공급하는 방법.
  2. 작동 사이클의 압축 행정동안에 압축된 가스가 연소실(1)로부터 나와, 흡입 밸브(11a)의 혼합실(mixing chamber:11b)에서 연료와 혼합되어 후속 작동사이클에서 연료와 함께 연소실(1)로 주입되는, 내연기관의 연소실로 연료를 공급하는 방법에 있어서,
    신선한 공기 유입동안에 상기 연소실에 소용돌이(swirl)를 초래하는 단계와,
    연료-공기 혼합물은 실린더 축(4)에 수직인 평면에서 보이는 흡입장소(11)와 점화장소(12)를 관통하는 직선으로의 각도로 상기 소용돌이 안으로 흡입되며, 소용돌이(15)와 흡입플로로 이루어진 혼합 물질(10')에 영향을 주는 힘(F)의 수직면(23)에 투영된 합이 회전축(15') 가까이에 있는 점화장소(12)의 영역을 향하고, 상기 점화장소는 흡입장소(11)보다 회전축(15')에 더 가까이 있고, 흡입된 연료-공기 스프레이(10)는 소용돌이(15)를 통해 경계가 이루어지며 동시에 혼합실(11b)이 압축된 실린더 장입(charge)으로 스윕(sweep)되는 단계로 이루어지는, 내연기관의 연소실로 연료를 공급하는 방법.
  3. 작동 사이클의 압축 행정동안에 압축된 가스가 연소실(1)로부터 나와, 흡입 밸브(11a)의 혼합실(mixing chamber:11b)에서 연료와 혼합되어 후속 작동사이클에서 연료와 함께 연소실(1)로 주입되는, 내연기관의 연소실로 연료를 공급하는 방법에 있어서,
    실린더 축(4)에 대해 수직인 축과 실린더 축(4)에 병렬인 축 둘레의 회전 성분을 갖는 연소실(1)의 공기 흐름(15,16:9a, 15a)이 만들어지고, 주 플로의 방향(9a,16)은 연소실 덮개(7)의 영역에서 연소 중앙지점을 향하게 되고, 바람직하게 점화장소(12)가 흡입장소(11)보다 평행 회전축(15')에 더 가까이 있는 단계와,연료-공기 혼합물은 실린더 축에 수직인 평면에서 보이는 흡입장소(11)와 점화장소(12)를 관통한 직선(22)으로의 각도(3,3",3')로 공기흐름(16,9a)안으로 흡입되며, 평행선(15') 둘레를 실린더 축(4)에 대해 회전하는 탄젠트 공기흐름(15,15a)와 흡입플로 이루어진 혼합물질(10')에 영향을 주는 힘의 수직면(23)에 투영된 합이 점화장소(12)의 영역을 향하고, 흡입된 연료-공기 스프레이는 공기흐름(15,16;9a,15a)을 통해 제한되며 동시에 상기 혼합실(11b)은 압축된 실린더 장입으로 세척되는 단계를 더 포함하는, 내연기관의 연소실로 연료를 공급하는 방법.
  4. 실린더마다 적어도 하나의 흡입 및 배기 채널을 갖는 그리고 왕복 피스톤(2), 연소실(1)과 이어진 흡입 밸브(11a) 및 점화 장치(12a)를 갖는 불꽃 점화식 내연기관에 있어서,
    적어도 하나의 흡입 채널이 텀블(tumble)을 만들며, 흡입 실린더의 절반부(18)에 배열된 흡입채널의 흡입개구(13a,13b)는 실린더 축(4)을 지나는 흡입대칭면(6)에 대해 대칭으로 배열되며,
    바람직하게는 흡입측(18)에 배열된 흡입장소(11)도 그리고 배기측(19)에 배열된 점화장소(12)도 흡입 대칭면(6)의 영역에 놓이는 것을 특징으로 하는, 불꽃 점화식 내연기관.
  5. 실린더마다 적어도 하나의 흡입 및 배기 채널을 갖는 그리고 왕복피스톤(2), 연소실(1)과 이어진 흡입 밸브(11a)및 점화장치(12a)를 갖는 불꽃 점화식 내연기관에 있어서,
    적어도 하나의 흡입채널이 실린더 축(4)에 대해 평행한 트위스트 축(15') 둘레에서 트위스트 플로(15)를 만들며, 점화장소(12)가 흡입장소(11)보다 트위스트 축(15')에 더 가까이 있고, 점화장소(12)와 흡입장소(11)는 플로(15)와 관련하여, 수직면(23)에서 실린더 축(4)으로 투영된, 트위스트 플로(15)와 흡입플로의 흡입성분(10')에 작용하는 힘의 합이 점화장소(12)의 영역을 향하는 것을 특징으로 하는, 불꽃 점화식 내연기관.
  6. 제 5항에 있어서,
    피스톤 바닥(22) 및/또는 실린더 헤드 덮개(7)는 리세스(recess: 2b)를 구비하며 피스톤(2)의 압축 행정 동안 상기 리세스의 중앙(17)을 향한 압축소용돌이(16)를 만들며, 이것은 실린더 축(4)에 병렬인 축(15') 둘레를 회전하는 트위스트 플로(15)에 겹쳐지는 것을 특징으로 하는, 불꽃 점화식 내연기관.
  7. 제 4항에 있어서,
    엔진의 전가동 및 부분 가동을 위해 실린더 내부의 플로는 흡입 플로를 변경 하므로서 예를 들어 인입구를 닫거나 마스킹하므로서 변경되는 것을 특징으로 하는, 불꽃 점화식 내연기관.
  8. 제 4항에 있어서,
    흡입 장소(11)와 점화 장소(12)사이의 간격은 실린더 직경(21)의 약 0.05내지 0.4배인 것을 특징으로 하는, 불꽃 점화식 내연기관.
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