KR100373248B1 - 직접분사식디젤엔진의연소실구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접분사식 디젤엔진의 연소실 구조에 관한 것으로, 종래의 직접분사식 연소실은 피스톤 헤드의 형상에 의한 와류를 이용하여 분사된 연료가 혼합되므로 많은 단점을 내포하고 있었던 바, 본 발명은 연소실 내에 있는 공기 및 연료의 최대한 활용하여 초기 분사를 지연시킴으로서 배출가스 중 질소산화물 생성 억제를 30% 이상 저감시키고, 매연은 20% 이상 저감시킬 수 있어 대기오염을 방지할 수 있는 것이다.

Description

직접분사식 디젤엔진의 연소실 구조

본 발명은 직접분사식 디젤엔진의 연소실 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소실 내에 있는 공기 및 연료의 이용도를 최대한 활용하여 초기 분사를 지연시켜 배출가스 중 질소 산화물 생성 억제를 30%, 매연을 20% 이상 저감할 수 있어 대기오염을 방지할 수 있도록 된 것이다.

일반적으로 직접분사식 디젤엔진의 연소실은 피스톤 헤드에 허트 형, 구형, 반구형 등으로 오목하게 하여 연소실이 형성되어 있다. 공기를 흡입 압축한 다음 분사 노즐을 통하여 연료를 피스톤 헤드의 중앙 부분에 직접 분사시키는 형식으로서 실린더 헤드는 평면으로 되어 있으며, 공기와 연료의 혼합이 원활하게 이루어 지도록 다공형 분사노즐을 사용하여 연료를 방사상으로 분사하는 것이다.

또한, 흡입공기에 방향성을 부여하여 실린더 내에서 와류를 일으키도록 하고, 피스톤이 상사점에 도달하였을 때 실린더 헤드와 피스톤 헤드에 의해서 형성되는 스퀴스에 의해 압축 행정의 끝 부분에서 강한 와류가 발생되는 것이다.

이러한 직접분사식은 비교적 대형이며 저속엔진에서 사용하였으나, 근래에는 연료 소비율이 적고, 시동성이 좋아 고속 및 소형 엔진으로 사용하는 경향이 점차 증가되고 있으며, 집적분사식 연소실의 장점은 다음과 같다.

1. 연소실의 구조가 간단하고, 연소실 체적에 대한 표면적 비가 작아 냉각손실이 적기 때문에 열효율이 높고, 연료 소비량이 적다.

2. 실린더 헤드의 구조가 간단하기 때문에 열에 대한 변형이 적다.

3. 냉각 손실이 작기 때문에 시동이 쉬워 예열 플러그를 사용하지 않는다.

그러나, 이러한 장점을 가진 직접분사식 연소실은 피스톤 헤드의 형상에 의한 와류를 이용하여 분사된 연료가 혼합되므로 다음과 같은 단점이 있는 것이다.

1. 엔진의 부하, 회전속도 및 사용 연료의 변화에 대하여 민감하다.

2. 디젤 노크를 일으키기 쉽다.

3. 연소의 압력과 압력 상승률이 높기 때문에 소음이 크다.

4. 공기와 연료의 원활한 혼합을 위해서 연료 분사 압력이 높아야 하기 때문에 분사 펌프 및 분사 노즐의 수명이 짧다.

5. 다공식 분사노즐을 사용하여야 하며, 분사노즐의 상태가 조금만 달라져도엔진의 성능은 크게 달라진다.

6. 질소산화물(NOx)의 발생률이 크다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와같은 직접분사식 디젤엔진이 지닌 단점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 연소실 내에 있는 공기 및 연료의 이용을 최대한 활용하고, 초기 분사를 지연시켜 배출가스 중 질소산화물의 생성을 억제하여 매연을 줄임으로서 대기오염을 방지하고, 환경을 보호할 수 있도록하는직접분사식 디젤엔진의 연소실 구조를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 연소실 구조를 나타낸 단면도

도 2는 본 발명에 따른 연소실 구조를 나타낸 단면도

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

10 - 분사노즐 20 - 피스톤

30 - 연소실 31 - 경사면

32 - 구형의 홈 33 - 평면

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 직접분사식 디젤엔진의 연소실 구조는,연료를 분사하는 분사노즐(10)이 수직으로 설치되고, 이 분사노즐(10)의 하부에 위치하는 피스톤(20) 헤드에 연소실(30)을 형성되되, 상기 연소실(30)의 외측 벽면에는 구형의 홈(32)이 형성되고 중심부에는 평면(33)이 형성되어 이뤄진 디젤엔진의 연소실에 있어서, 상기 연소실(30)은 상기 평면(33)을 중심으로 그 외측으로 분사각의 93% 수준의 원추각(i)을 갖는 경사면(31)으로 된 원추형상으로 형성되고, 상기 연소실(30)의 경사면(31)과 구형의 홈(32) 및 평면(33)이 서로 만나는 부분에는 각각 라운드(34)가 형성된 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 연소실의 구조를 도 2를 참조하여 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와같이 연소실(30)의 외측 벽면에 형성된 구형의 홈(32)에 의한 실린더보어경(a;형상계수)은 분사노즐(10)측은 분사압이고압이므로고압의 연료유입이 연소실 벽면에 닿지 않도록 한 것이고, 리엔트런트비(b/a)는 피스톤(20)의 상면에 어떠한 고온 및 고압의 조건에서도 열부하에 견딜 수 있도록 함과 동시에 강한 혼류가 형성되도록 한 것이며, 림(Rim)반경(e)은 연소실(30)의 입구로부터 소용돌이를 형성가능하게 한 것이다. 또한, 연소실 깊이(c)는 고압의 분사를 고려하여 분사 길이를 길게하기 위한 것이고, 바닥반경(d)은 원추각의 형성에 의한 것이며, 스쿼시립 깊이(f)는 연소실(30)의 입구로부터 혼류형성을 효과적으로 하기 위한 것이다.

상기한 연소실(30)에 형성된 경사면(31)에 의한 원추각(i)은 연소시 불필요한 공간을 제거하도록 분사각의 93% 수준으로 형성한 것이고, 연소실(30)의 중심부에 형성된 평면(33)에 의한 원추깊이(h)는 확산연소 직후의 혼합기 생성 최적화하기 위한 것이며, 연소실(30)의 경사면(31)과 구형의 홈(32) 및 평면(33)이 서로 만나는 부분에는 각각 형성된 라운드(34)에 의한 원추 끝단 반경(k) 및 림 끝단 반경(l)은 연소실 내의 혼합기 형성을 극대화하기 위한 것이다.

즉, 이와같은 연소실(30)의 구조는 연소실(30) 내에 머물고 있는 압축공기가 혼합연소 직전 분사노즐(10)을 통하여 들어온 고압의 연료유입이 연소실(30)의 벽면과 닿는 것을 방지하고, 확산 연소시 혼합기 형성에 불필요한 공간을 제거할 수 있으며, 연소실(30)의 입구로부터 강한 소용돌이 생성이 가능하도록 한 것이다. 뿐만 아니라, 최고압축 및 폭발시에 높은 열부하에도 견딜 수 있도록 리엔트런트비를최적화한 것이다.

이상의 설명에서 알 수 있듯이 본 발명의 직접분사식 디젤엔진의 연소실 구조에 의하면, 연소실 내에 있는 공기 및 연료의 이용을 최대한 활용하고, 초기 분사를 지연시켜 배출가스 중 질소산화물의 생성을 억제하여 매연을 줄임으로써 대기오염을 방지하고, 환경을 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 연료를 분사하는 분사노즐(10)이 수직으로 설치되고, 이 분사노즐(10)의 하부에 위치하는 피스톤(20) 헤드에 연소실(30)이 형성되되, 상기 연소실(30)의 외측 벽면에는 구형의 홈(32)이 형성되고 중심부에는 평면(33)이 형성되어 이뤄진 디젤엔진의 연소실에 있어서,

   상기 연소실(30)은 상기 평면(33)을 중심으로 그 외측으로 분사각의 93% 수준의 원추각(i)을 갖는 경사면(31)으로 된 원추형상으로 형성되고, 상기 연소실(30)의 경사면(31)과 구형의 홈(32) 및 평면(33)이 서로 만나는 부분에는 각각 라운드(34)가 형성된 것을 특징으로 하는 직접분사식 디젤엔진의 연소실 구조.

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