KR100374907B1 - 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조 - Google Patents

Abstract

소형　디젤　엔진의　와류실식　연소실의　형상　및　구조　변경으로　와류에　의한 분무간섭되는　것을　방지하며，분사압력을　높여　분무　미립화로　연소를　촉진시킬 수 있도록　한 것이다.

본 발명은, 실린더헤드에 형성되어 유입되는 연료와 공기를 혼합하는 예연소실과, 상기 예연소실에 와류를 발생시켜 분사되는 연소가스를 예열,연소시키는 와류실과, 상기 와류실로 부터 분출되는 연료를 재연소시키는 주연소실을 갖는 디젤 엔진용 연소실에 있어서, 상기 예연소실에 형성되는 상기 와류실내측면에 형성되어 상기 와류실내에 유입되는 와류상태인 공기흐름 방향을 변경하여 연료와 공기의 흐름을 촉진시키는 단차부 및 상기 와류실에 분사압력을 높여 연료의 분무 미립화로 연소를 촉진시키며 와류에 의한 분무 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 하고, 상기 와류실의 와류로 노즐분출구에서 간섭되는 것을 방지할 수 있는 연료분사 노즐분출구를 구비한다.

이로 인해, 소형 디젤 엔진의 와류실식 연소실의 형상 및 구조 변경으로 인해 연소를 촉진시켜 열효율을 대폭적으로 높이고 배기 오염물질의 배출을 최소화할 수 있게된다. 구조 간단화로 인해 원가비용을 현저하게 절감하여 당해분야에서 제품의 가격경쟁력을 갖게된다. 운전중 가장 많이 사용되는 회전구간대(2000 ∼ 3000rpm)에서 대기 및 환경오염원인 배기 오염물질의 감소로 인해 쾌적한 환경을 조성하여 제품의 신뢰도를 현저하게 높일 수 있도록 한 이점을 갖는다.

Description

디젤 엔진용 와류실식 연소실구조{swirl type burning chamber for diesel engine}

본 발명은 열효율을　높이고　배기　오염물의　배출을　최소화할　수　있도록　한　디젤　엔진용　와류실식 연소실구조에　관한　것이다.

더욱　상세하게는　간접분사식　소형　디젤　엔진의　와류실식　연소실（ｓｗｉｒｌ－ｃｈａｍｂｅｒ）의　형상　및　구조　변경으로　와류(渦流)에　의한 분무간섭되는　것을　방지하며，분사압력을　높여　분무　미립화로　연소를　촉진시킬 수 있도록　한　디젤 엔진용 와류실식 연소실구조에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤 엔진은 높은 열효율의 장점을 갖는 반면에, 배기가스의 배출으로 인해 심각한 대기오염 및 환경오염을 초래하는 단점을 갖게된다. 이와같은 배기 오염물질의 저감 방법으로서 엔진의 출력을 낮추어 사용하는 손쉬운 방법과, 고도의 기술이 요구되는 고압분사, EGR, 전자가버너 등의 방법이 개발되어 적용되고 있다.

그러나, 엔진의 출력을 낮추는 방법은 출력의 한계로 인해 엔진의 외형이 대형화되며 효율이 떨어지는 단점과, 고압분사 방식등은 고도의 기술내용이 뒷받침되어야 하며 원가비용이 상승되는 단점을 갖게된다.

한편, 디젤 엔진의 연소방식은 직접분사식과 간접분사식으로 분류되며, 간접분사식은 예연소실(pre-chamber) 연소방식과 와류실(swirl-chamber) 연소방식 및 공기실식 연소방식으로 분류된다. 이때 와류실 연소방식은 피스톤과 실린더헤드사이에 형성되는 주연소실상측에 예연소실을 형성하여 예연소실내에서 연료와 공기를 혼합하여 연소를 촉진하고, 주연소실에 분출되는 열량을 이용하여 주연소실내에서 연소(燃燒)를 완성시키는 메카니즘으로서, 연소실의 형상 및 사양에 따라 연소 특성에 미치는 영향은 매우 크다.

도 1은 종래 기술에 의한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조의 개략도　이다.

도시된　바와같이，피스톤(P)의 하강으로 주연소실(4)에 흡입되어 고온으로 압축되는 공기는 분출구(1)를 통하여 예연소실(2)내의 와류실(3)에 와류상태로 유입되며, 와류실(3)에 유입된 압축공기에 대해 연료분사 노즐분출구(5)를 통하여 유입되는 연료와 공기를 혼합시키는 과정에서 와류가 너무 강하게 발생되면 구(球)형상인 와류실(3)내의 혼합된 연소가스가 분출구(1)를 통과하여 주연소실(4)으로 분출되는 것이 지연되며, 이와 반대로 예연소실(2)내의 와류실(3)에 와류가 너무 약하게 발생되면 예연소실(2)측벽에 분무입자가 부착되어 연소율이 떨어지게되므로 엔진의 출력이 저하되는 문제점을 갖게된다.

또한, 분사압력을 일정 압력이하(100 ∼ 140㎏/㎠)로 셋팅하게되므로 배기오염물질을 감소시키는 데에는 한계점에 직면하게되는 문제점을　갖게된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 소형 디젤 엔진의 와류실식 연소실의 형상 및 구조 변경으로 인해 연소를 촉진시켜 열효율을 높이고 배기 오염물질의 배출을 최소화할 수 있도록 한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 구조 간단화로 인해 원가비용을 현저하게 절감하여 당해분야에서 제품의 가격경쟁력을 갖도록 한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 운전중 가장 많이 사용되는 회전구간대(2000 ∼ 3000rpm)에서 대기 및 환경오염원인 배기 오염물질의 감소로 인해 쾌적한 환경을조성하여 제품의 신뢰도를 높일 수 있도록 한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조의 요부발췌도,

도 2는 본 발명에 의한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조의 요부발췌도,

도 3은 본 발명에 의한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조의 사용상태도 이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

10; 실린더헤드

11; 예연소실

12; 와류실(swirl chamber)

13; 단차부

14; 연료분사 노즐분출구

15; 분무간섭 방지구

전술한 본 발명의 목적은, 실린더헤드에 형성되어 유입되는 연료와 공기를 혼합하는 예연소실과, 상기 예연소실에 와류를 발생시켜 분사되는 연소가스를 예열,연소시키는 와류실과, 상기 와류실로 부터 분출되는 연료를 재연소시키는 주연소실을 갖는 디젤 엔진용 연소실에 있어서, 상기 예연소실에 형성되는 상기 와류실내측면에 형성되어 상기 와류실내에 유입되는 와류상태인 공기흐름 방향을 변경하여 연료와 공기의 혼합을 촉진시키는 단차부 및 상기 와류실에 분사압력을 높여 분무 미립화로 연소를 촉진시키며 와류에 의한 분무 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 하고, 상기 와류실의 와류를 노즐분출구에서 간섭되는 것을 방지할 수 있는 연료분사 노즐분출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 상기 연료분사 노즐분출구는 상기 와류실에 연료를 분사공급하는 노즐분출구의 형상을 2단으로 하여 와류에 의한 분무간섭되는 것을 방지하여 상기 와류실에 분사되는 연료의 분사압력을 높이는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명 기술내용의 이해를 돕기 위하여 동업종 분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지 이로 인해 본 발명의 기술적인 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더헤드에 형성되어 유입되는 연료와 공기를 혼합하는 예연소실과, 예연소실에 와류를 발생시켜 분사되는 연소가스를 예열,연소시키는 와류실과, 와류실로 부터 분출되는 연료를 재연소시키는 주연소실을 갖는 간접분사식 디젤 엔진용 연소실에 적용되며, 이들에 대한 상세한 구성 및 작동의 설명은 당해분야에서 이용되고 있는 기술내용에 속한다 할 것이므로 이하에서 생략함을 밝혀둔다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 실린더헤드(10)에 형성되는 예연소실(11)에 형성되는 와류실(12)의 내측면에 형성되어 와류실(12)내에 유입되는 와류상태인 공기흐름의 방향을 변경하는 단차부(13)(일예로서, 반구형상과 채널형상이 접하여 단차부를 형성한 것임)와, 와류실(12)에 분사되는 연소가스의 분무 미립화로 연소를 촉진시키며 와류에 의한 연소가스의 분무 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 와류실(12)에 분사압력을 높여 연료를 분사시키는 연료분사 노즐분출구(14)를 구비한다.

이때, 바람직하기로는, 전술한 연료분사 노즐분출구(14)는 와류실(12)에 연료를 분사공급하는 분사공으로 분무간섭 방지구(15)를 노즐분출구(14)의 직경보다 크게하여 와류실(12)에서 와류에 의한 간섭이 방지되므로 분사공급되는 연료의 분사압력을 높일 수 있게된다.

미 설명부호 16은 전술한 와류실(12)과 주연소실(17)을 연통시키는 분출구 이다.

이하에서, 본 발명에 의한 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조의 사용방법을첨부도면을 참조하여 설명하면 아래와 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 흡기행정으로 인해 피스톤(P)이 하강되면 실린더헤드(10)에 형성된 흡기밸브가 개방되면서 흡기구를 통하여 다량의 외부공기가 실린더내부로 유입되며, 압축행정으로 인해 피스톤(P)이 상승되면 실린더내의 주연소실(17)에 유입된 공기를 압축시킨다.

전술한 주연소실(17)내에서 압축되는 공기의 일부는 전술한 분출구(16)를 통하여 와류실(12)에 유입되면서 와류상태로 변환되며, 와류실(12)에 유입된 공기는 미도시된 예열플러그의 예열동작에 의해 온도가 상승되며, 주연소실(17)내에서 압축된 대부분의 공기는 고온으로 압축된 상태를 유지하게된다.

이때, 전술한 연료분사 노즐분출구(14)를 통하여 와류실(12)과 연통되는 노즐삽입구(18)를 통하여 연료를 와류실(12)내에 분사시키는 경우, 전술한 와류실(12)내에 존재하는 고온의 와류공기에 의해 연료가 점화되어 1차적으로 연소되며, 이와 동시에 와류실(12)내에서의 1차 연소력이 분출구(16)를 통하여 주연소실(17)에 전달되므로 주연소실(17)내에서 2차 연소가 이루어진다.

따라서, 전술한 주연소실(17)에서의 연소에 의한 팽창력으로 미도시된 피스톤이 하강되며, 하강후 피스톤(P)의 상승으로 배기밸브가 개방되면서 실린더내의 배기가스가 배기구를 통하여 배출되는 것이다.

한편, 전술한 와류실(12)과 주연소실(17)을 연통시키는 분출구(16)를 통하여 와류실(12)내부에 와류상태로 유입되는 고온의 압축공기 흐름방향을 변경할 수 있게된다. 전술한 와류실(12)의 내측면에 형성되는 단차부(13)의 형상 및 구조에 의하여 와류실(12)에 유입되는 와류상태인 압축공기의 흐름방향을 변경할 수 있게된다.

따라서, 와류실(12)내에 유입되는 압축공기의 와류에 의해 와류실(12)에 분사되는 연료의 분무 간섭되는 것을 방지할 수 있게되므로, 와류상태인 압축공기와 분사되는 연료를 효율적으로 혼합한후 연소시킬 수 있는 것이다.

또한, 전술한 와류실(12)에 유입된 고온의 압축공기에 대하여 연료를 분사공급시킬 때 연료분사 노즐분출구(14)의 직경과 분무간섭 방지구(15)의 직경이 상이한 2단 형상으로 이원화되어 형성됨에 따라, 와류실(12)에 공급되는 연소가스의 분사압력(150 ∼ 160kg/㎠)을 높게하여 연소가스의 분무 미립화가 이루어지므로 연소를 촉진시킬 수 있게된다.

이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면, 소형 디젤 엔진의 와류실식 연소실의 형상 및 구조 변경으로 인해 연소를 촉진시켜 열효율을 대폭적으로 높이고, 배기 오염물질의 배출을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

한편, 구조 간단화로 인해 원가비용을 현저하게 절감하여 당해분야에서 제품의 가격경쟁력을 갖게된다.

한편, 운전중 가장 많이 사용되는 회전구간대(2000 ∼ 3000rpm)에서 대기 및 환경오염원인 배기 오염물질의 감소로 인해 쾌적한 환경을 조성하여 제품의 신뢰도를 현저하게 높일 수 있도록 한 이점을 갖는다.

Claims (2)

1. 실린더헤드에 형성되어 유입되는 연료와 공기를 혼합하는 예연소실과, 예연소실에 와류를 발생시켜 분사되는 연소가스를 예열,연소시키는 와류실과, 와류실로부터 분출되는 연료를 재연소시키는 주연소실을 갖는 디젤 엔진용 와류실식 연소실에 있어서:

   예연소실(11)에 형성된 와류실(12) 내측면에 형성되어 상기 와류실(12)에 유입되는 와류상태의 공기흐름 방향을 변경하는 단차부(13);

   상기 와류실(12)에 분사압력을 높여 분무 미립화로 연소를 촉진시키고, 와류에 의해 노즐분출구(14)에서 분출되는 연료의 간섭되는 것을 방지하도록 상기 노즐분출구(14)보다 큰 직경으로 형성된 2단형의 분무간섭 방지구(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 와류실식 연소실구조.
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