KR100387404B1 - 가변스월 2 행정기관 디젤엔진의 예혼합연소 시스템 - Google Patents

Abstract

가변스월 2 행정기관 디젤엔진의 예혼합연소 시스템에 관한 것으로, 실린더의 외주에 다수 형성된 소기구멍으로 터보차져의 압축공기를 공급하는 공기공급통에 예혼합 인젝터를 설치하여 예혼합 연소실로 공기와 연료를 공급하도록 구성된 2 행정기관의 디젤엔진의 예혼합연소 시스템에 있어서, 상기 실린더의 소기구멍 외주를 감싸듯 설치된 공기공급통로의 일측에 설치되며, 스프링에 탄력지지된 채 엔진오일압에 의하여 탄력적으로 진퇴작동하는 작동판이 구비되어 있는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 작동판에 자유단이 연결되는 가동링크와, 상기 가동링크의 일단이 연결된 채 힌지점을 기점으로 하여 회동작동하는 회동링크 및 상기 회동링크의 타단에 연결되는 피동링크로 구성되는 가변스월장치와; 상기 가변스월장치의 피동링크 양단에 회전가능하게 연결되며, 상기 공기공급통로 내부에 서로 마주하게 대향 설치된 채 힌지를 기점으로 하여 회전하여 터보차져로부터 공급되는 공기의 스월작동을 제어하는 공기유동판을 구성하여 연소효율을 높여 연비향상과 배기 에미션을 저감시키는 특징을 지닌 발명이다.

Description

가변스월 2 행정기관 디젤엔진의 예혼합연소 시스템{Conbustion system of diesel engine}

본 발명은 배기가스 저감 및 출력을 향상시키기 위하여 개선한 가변스월 2 행정기관 디젤엔진의 예혼합연소 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 2 행정기관은 4 행정기관과는 달리 흡기와 배기행정이 분리되어 있지 않다는 점에서 차이를 나타내고 있다. 즉, 가스교환이나 소기과정에서 흡기와 배기과정이 동시에 진행된다.

따라서 2 행정기관에서의 가스교환과정은 4 행정기관보다 훨씬 복잡하므로 가스교환과정은 2 행정기관에서 효율 및 성능을 좌우하는 가장 중요한 기술이다.

그리고 2 행정기관은 4 행정기관에 비해 연소소비율이 약 30% 정도 낮고, 최대 BMEP(Brake Mean Effective Pressure)는 약 17% 정도 높고(가솔린 엔진의 경우), 동일 출력대비 4 행정기관에 비해 무게가 가볍다는 장점이 있다.

2 행정기관에서의 소기과정은 가연가스를 내보내는 동시에 신기나 공기 또는 연료의 혼합기를 채우는 과정이며, 이러한 소기과정은 횡단소기, 루프소기, 유니플로소기 등 여러 시스템이 있다.

상기한 2 행정기관의 시스템들 중 디젤엔진 적용시 연소개선을 위해 가장 필요한 것은 흡배기 타이밍 및 완전연소를 위한 연소실내의 스월(Swirl)을 유속(Speed)에 따라 적절하게 제어하여 연소를 최적화하는 것이 필요하며, 또한 짧은 시간에 혼합기 공급과 배기행정이 같이 진행되므로 연료가 배기와 같이 밖으로 흘러 미연탄화수소가 많이 발생하게 되므로 이에 대한 개선이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 디젤엔진에 가장 적합한 시스템인 유니플로(Uniflow)2 행정 시스템의 흡기 시스템을 개선하기 위한 것으로, 기존의 4 행정 디젤엔진에서 흡기포트를 통한 스월을 생성시켜 연소를 최적화 하는 반면에, 본 발명의 2 행정 유니플로 시스템에서는 흡입포트가 없고 BDC 근방영역에서의 라이너를 통한 흡입공기가 공급되므로 이를 개선하여 출력 및 RPM에 따라 흡입공기의 스월을 가변시켜 연소실로 공급하므로서 저속 및 고속주행시 최적연소율을 얻을 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

실린더의 외주에 다수 형성된 소기구멍으로 터보차져의 압축공기를 공급하는 공기공급통에 예혼합 인젝터를 설치하여 예혼합 연소실로 공기와 연료를 공급하도록 구성된 2 행정기관의 디젤엔진의 예혼합연소 시스템에 있어서,

상기 실린더의 소기구멍 외주를 감싸듯 설치된 공기공급통로의 일측에 설치되며, 스프링에 탄력지지된 채 엔진오일압에 의하여 탄력적으로 진퇴작동하는 작동판이 구비되어 있는 액츄에이터와;

상기 액츄에이터의 작동판에 자유단이 연결되는 가동링크와, 상기 가동링크의 일단이 연결된 채 힌지점을 기점으로 하여 회동작동하는 회동링크 및 상기 회동링크의 타단에 연결되는 피동링크로 구성되는 가변스월장치와;

상기 가변스월장치의 피동링크 양단에 회전가능하게 연결되며, 상기 공기공급통로 내부에 서로 마주하게 대향 설치된 채 힌지를 기점으로 하여 회전하여 터보차져로부터 공급되는 공기의 스월작동을 제어하는 공기유동판;

을 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 예혼합연소 시스템의 구조도.

도 2 및 도 3은 도 1의 A-A선 단면도로서, 본 발명의 작동상태도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더 2 : 소기구멍

3 : 터보차져 4 : 공기공급통로

5 : 메인 인젝터 6 : 액츄에이터

7 : 힌지점 8 : 가변스월장치

9 : 작동판 11 : 예혼합 연소실

51 : 예혼합 인젝터 61 : 작동판

62 : 스프링 63 : 유입구

81 : 회전링크 82 : 가동링크

83 : 피동링크 91 : 힌지

본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 예혼합연소 시스템의 구조도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 작동상태도로서 도 1의 A-A선 단면도를 도시한 것이다.

도면부호 1은 디젤엔진의 실린더를 도시한 것으로, 상기 실린더(1)의 외주에 일정간격으로 다수 형성된 소기구멍(2)의 외주에는 터보차져(3)로부터 압축공기를 공급하는 공기공급통로(4)가 설치되어 있다.

상기 공기공급통로(4)는 소기구멍(2)이 형성된 실린더(1) 외주를 감싸면서 터보차져(4)까지 길게 연장되어 있다.

상기 실린더(1)의 예혼합 연소실(11) 상부에는 메인 인젝터(5)가 장착되어 있으며, 상기 공기공급통로(4)의 상방에는 예혼합 인젝터(51)가 장착되어 있다.

또한 상기 공기공급통로(4)의 일측 즉, 실린더(1)와 터보차져(3) 사이에는 액츄에이터(6)가 장설되어 있는데, 상기 액츄에이터(6) 내부에는 엔진오일압에 의하여 진퇴작동하는 작동판(61)이 스프링(62)으로 탄력지지된 상태로 장설되어 있다.

상기 액츄에이터(6)에는 엔진의 고속(고RPM)시 또는 고출력(고Load)시의 경우 엔진오일압이 올라감에 따라 유입구(63)를 통해 엔진오일압이 유입되도록 구성되어 있으며, 엔진오일압이 유입구(63)로 유입됨에 따라 작동판(61)이 스프링(62)을 압축시키면서 전진이동하도록 구성되고, 엔진의 저속시 또는 저출력시에는 스프링(62)의 탄성반발력에 의하여 작동판(61)이 후퇴이동하면서 엔진오일압을유입구(63)로 내보내도록 구성되어 있다.

상기 공기공급통로(4)의 내부에는 한지점에 회전가능하도록 설치된 힌지점(7)에 회동링크(81)가 연결된 가변스월장치(8)가 설치되어 있으며, 상기 가변스월장치(8)의 회전링크(81) 일단에 연결된 가동링크(82)의 자유단은 액츄에이터(6)의 작동판(61)에 연결되며, 또한 상기 회전링크(81)의 타단에 회전가능하게 연결되는 피동링크(83)로 구성되어 있다.

상기 가변스월장치(8)의 피동링크(83) 양단에는 서로 대향 설치되는 한쌍의 작동판(9) 각각은 힌지(91)를 기점으로 하여 회전가능하게 설치되어 있다. 즉, 액츄에이터(6)에 엔진오일압이 작용함에 따라 작동하는 가변스월장치(8)에 의하여 설치각도가 변하면서 공기공급통로(4)로 공급되는 압축공기의 스월작동을 크게 하거나 또는 작게 제어할 수 있도록 구성된 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

디젤엔진의 저속시 또는 저출력시에는 엔진오일압이 액츄에이터(6)의 스프링(62)의 탄성탄발력보다 낮은 상태이며, 또한 터보차져(3)에 의하여 공급되는 압축공기의 유속도 느린상태가 되는데, 이때에는 도 2의 도시와 같이 액츄에이터(6)에 작용되는 엔진오일압이 낮기 때문에 스프링(62)이 작동판(61)을 유입구(63)측으로 후퇴이동시키게 되며, 이에 따라 가변스월장치(8)의 가동링크(82)가 작동판(61)을 따라가면서 회전링크(81)를 힌지점(7)을 기점으로 하여 도면사 반시계방향으로 회전시키게 되므로 피동링크(83)는 한쌍의 공기유동판(9)을 힌지(91)를 기준하여 도면상 시계방향으로 회전시키게 된다.

상기와 같이 한쌍의 작동판(9)은 실린더(1) 외주에 대하여 접선방향을 향해 경사진 상태로 회전작동되면 터보차져(3)로부터 공급되는 압축공기의 유동방향을 실린더(1)의 접선방향으로 유도하게 되므로 터보차져(3)로부터 공급되는 압축공기의 유속이 느리더라도 한쌍의 유작동판(9) 사이를 통과하는 과정에서 하이스월(High Swirl)상태로 유동하게 되며, 이에 따라 예혼합 인젝터(51)에서 공급되는 예혼합 연료는 한쌍의 작동판(9) 사이에서 빠르게 유동하는 공기와의 혼합이 원활하게 이루어지면서 소기구멍(2)으로 유입되므로서 연소효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

그리고 고속시 또는 고출력시에는 엔진오일압이 높아지게 되어 액츄에이터(6)의 유입구(63)로 엔진오일압이 유입되며, 이에 따라 액츄에이터(6)의 작동판(61)은 도 3의 도시와 같이 스프링(62)을 압축시키면서 전진이동하면서 가변스월장치(8)의 가동링크(82)를 밀어내게 되어 회전링크981)는 힌지점(7)을 기점으로 하여 도면상 시계방향으로 회전작동하는 반면에 피동링크(83) 양단에 연결된 한쌍의 공기유동판(9)은 힌지(91)를 기준하여 반시계방향으로 회전하게 되므로서 상기 한쌍의 공기유동판(9)은 실린더(1) 외주를 향하여 평행하게 회전작동된 상태가 된다.

한편, 고속시 또는 고출력시에는 터보차져(3)에서 공급되는 압축공기의 유속이 빠른 상태인데, 상기와 같이 한쌍의 작동판(9)이 실린더(1) 외주에 대하여 평행한 상태로 회전작동하여 터보차져(3)로부터 공급되는 공기의 유속을 로우스월(Low Swirl)로 유지되게 제어되므로서 예혼합 인젝터(51)에서 공급되는 연료는 로우스월로 유동하는 공기와 고르게 혼합되면서 소기구멍(2)으로 원활하게 유입되는 것이며, 이에 따라 연소효율을 최적화를 이룰 수 있는 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 고속시 또는 고출력시에는 가변스월장치가 터보차져로부터 공급되는 공기의 유동을 로우스월상태로 유지되게 하는 반면에 저속시 또는 저출력시에는 터보차져로부터 공급되는 공기를 하이스월상태로 가변시켜주므로서 최적의 연소가 이루어질 수 있도록 하는 효과를 가져다주어 연비를 향상시키고 배기 에미션(Emission)을 저감시키는 이점을 제공하는 발명이다.

Claims (1)

1. 실린더의 외주에 다수 형성된 소기구멍으로 터보차져의 압축공기를 공급하는 공기공급통에 예혼합 인젝터를 설치하여 예혼합 연소실로 공기와 연료를 공급하도록 구성된 2 행정기관의 디젤엔진의 예혼합연소 시스템에 있어서,

   상기 실린더의 소기구멍 외주를 감싸듯 설치된 공기공급통로의 일측에 설치되며, 스프링에 탄력지지된 채 엔진오일압에 의하여 탄력적으로 진퇴작동하는 작동판이 구비되어 있는 액츄에이터와;

   상기 액츄에이터의 작동판에 자유단이 연결되는 가동링크와, 상기 가동링크의 일단이 연결된 채 힌지점을 기점으로 하여 회동작동하는 회동링크 및 상기 회동링크의 타단에 연결되는 피동링크로 구성되는 가변스월장치와;

   상기 가변스월장치의 피동링크 양단에 회전가능하게 연결되며, 상기 공기공급통로 내부에 서로 마주하게 대향 설치된 채 힌지를 기점으로 하여 회전하여 터보차져로부터 공급되는 공기의 스월작동을 제어하는 공기유동판;

   을 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 가변스월 2 행정기관 디젤엔진의 예혼합연소 시스템.