KR100391356B1 - 디젤기관의 연소실 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 기관의 연소실에 관한 것으로서, 부연소실의 상단에 분사 노즐 및 예열 플러그가 설치되고, 그 하단에 주연소실과 연통되는 연결관을 갖춘 디젤 기관의 연소실에 있어서, 상기 부연소실은 그 상부의 반구부 직경을 크게 하고, 분사구의 단면적을 증대시키고, 연료 충돌부의 길이를 짧게 하고, 연결관의 입출구 단면적의 차이를 두도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 부연소실의 형상을 변경하여 부연소실로 유입되는 혼합기의 마찰 손실을 줄일 뿐만 아니라 연료 공기의 혼합성을 개선시킴으로써 전 운전 영역에서 정속이나 급가속에 따른 매연을 대폭 줄일 수 있으므로 엔진의 출력을 향상시킴은 물론 강화되는 환경 규제에 효율적으로 대처할 수 있다.

Description

디젤 기관의 연소실{COMBUSTION CHAMBER FOR DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 기관의 연소실에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부연소실(와류실)의 형상을 변경하여 부연소실로 유입되는 공기의 마찰 손실을 줄일 뿐만 아니라 연료 공기의 혼합성을 개선시켜 매연을 줄일 수 있는 디젤 기관의 연소실에 관한 것이다.

일반적으로 중, 대형의 디젤 기관에서는 혼합기 형성에 주어지는 시간이 길어지므로 연료 분사만으로 공기와의 접촉을 충분히 할 수 있으나, 소형, 고속의 디젤 기관에 있어서는 공기 와류의 도움 없이는 짧은 시간에 연소를 끝내게 할 수 없다. 이러한 디젤 기관의 연소실은 여러 형식이 있는데, 이는 직접 분사실식, 예연소실식, 와류실식, 공기실식 등으로 구분되고, 직접 연소실식을 제외하고 나머지 는 부연소실을 필요로 한다. 특히 와류실식 연소실은 압축 행정에 의하여 와류실에서 일어난 공기 와류 중에 연료를 분사하여 완전 연소시키는 것이다. 이하, 본 명세서에서는 와류실식 연소실에 관하여 기술한다.

도 1 은 종래의 실시예에 따른 디젤 기관의 연소실의 일부 구조를 나타낸 도면이다. 여기에서는 부연소실(와류실)의 구조를 나타내고 있다.

도 1 에서 보면, 부연소실(1)의 중앙 상단에 경사지게 돌출된 분사구(1a)에 분사 노즐(2)이 연료를 분사시킬 수 있도록 설치되고, 그 일측 상단에는 예열 플러그(3)가 장착된다. 이 예열 플러그(3)는 시동시 연소실의 온도가 낮기 때문에 설치되는 것이다. 부연소실(1)의 하단에는 주연소실(실린더)(도시 생략)로부터 공기가 유입되는 연결관(1b)이 경사지게 설치된다. 이러한 부연소실(1)은 그 상부 쪽이 반구 형상의 반구부(1c)를 이루고, 그 하방으로 연장되어 하부 직경이 적어지는 원통 형상의 연료 충돌부(1d)를 이루고 있다. 이 연료 충돌부(1d)의 내벽면에 분사 노즐(2)로부터 분사된 연료가 부딪히도록 되어 있다. 예를 들면, 종래 부연소실(1)의 설계 팩터(Factor)는 분사구(1a)의 체적이 116.45 mm³, 반구부(1c)의 지름(d)은 28.8 mm, 도면상에 상기 노즐(2)로부터 높이가 'h'로 표시된 연료충돌부(1d)까지의 거리를 나타내는 페니트레이션의 길이가 39.8 mm, 연결관(1b)의 레터 박스(Letter Box, 도면 중 빗금친 부분으로 평면에서 볼 때 연결관이 상부와 하부가 수직으로 연결되는 부분)(l)의 체적은 45.9 mm³, 분공비, 즉 부연소실의 분구 단면적 대비 피스톤(도시 생략)의 상면 단면적의 비율은 1.77 로 된다.

그러나, 이러한 팩터를 가진 종래의 부연소실(1)은 대략 2000 rpm 이하의 저속에서는 매연이 많이 나오는 특성이 있을 뿐만 아니라 매연 과다는 저속에서 출력(토오크)을 더 이상 높일 수 없는 한계를 갖는다. 이는 향후 환경 규제에 대한 법적 강화안에 대응하기 어렵게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 부연소실의 형상을 변경하여 부연소실로 유입되는 공기의 마찰 손실을 줄일 뿐만 아니라 연료 공기의 혼합성을 개선시켜 매연을 줄일 수 있는 디젤 기관의 연소실을 제공하는 데 있다.

도 1 은 종래의 실시예에 따른 디젤 기관의 연소실의 일부 구조를 나타낸 도면.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 기관의 연소실의 일부 구조를 나타낸 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 부연소실 12 : 분사구

14 : 연결관 16 : 반구부

18 : 연료 충돌부 20 : 분사 노즐

30 : 예열 플러그

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디젤 기관의 연소실은, 부연소실의 상단에 분사 노즐 및 예열 플러그가 설치되고, 그 하단에 주연소실과 연통되는 연결관을 갖춘 디젤 기관의 연소실에 있어서, 상기 부연소실은 그 상부의 반구부 직경을 크게 하고, 분사구의 단면적을 증대시키고, 연료 충돌부의 길이를 짧게 하고, 연결관의 입출구 단면적의 차이를 두도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 기관의 연소실의 일부, 즉 부연소실(와류실)의 구조를 나타낸 도면이다.

상기 도면에서, 부호 10 은 부연소실을 나타낸 것으로, 이는 주연소실(도시생략)로부터 유입된 압축 공기의 와류 상태에서 분사 노즐(20)을 통해 분사된 연료와 혼합되어 연소되는 와류실이다.

본 실시예의 부연소실(10)은 그 상부 쪽이 반구 형상의 반구부(16)를 이루는 원통체이고, 그 하부 쪽에는 분사 노즐(20)로부터 분사된 연료가 부딪히는 도면 상에 H'로 표시된 연료 충돌부(18)가 하단 쪽으로 좁은 직경을 이루게 되어 있다. 이 반구부(16)의 그 중앙 상단에는 분사노즐(20)이 장착되는 분사구(12)가 경사지게 설치되고, 그 일측 상단에는 예열 플러그(30)가 시동시 연소실을 예열시키기 위하여 장착된다.

상기 부연소실(10)의 하단에는 주연소실(실린더)(도시 생략)로부터 공기가 유입되는 연결관(14)이 경사지게 설치된다. 이 연결관(14)은 종래에 비하여 입구 및 출구의 단면적 차이가 나도록 형성되고, 그 상면 쪽에는 곡면 처리된다. 바람직하게는, 본 실시예의 부연소실(10)의 설계 팩터(Factor)가 분사구(12)의 체적이 177.27 mm³, 반구부(16)의 지름(D)은 30.0 mm, 분사노즐(20)로부터 연료충돌부(18)까지의 거리를 나타내는 페니트레이션의 길이가 36.9 mm, 연결관(14)의 레터 박스(Letter Box, 도면 중 빗금친 부분)(L)의 체적은 108.34 mm³, 분공비, 즉 부연소실(10)의 분구 단면적 대비 피스톤(도시 생략)의 상면 단면적의 비율은 1.92 로 된다. 한편, 상기한 부연소실(10)의 중간부 위치인 반구부(16)부터 연료충돌부(18)까지 사이에는 직경이 동일한 원통 구간이 소정 구간 형성된다.

이와 같이 구비된 본 실시예의 부연소실(10) 형상 변경에 따른 작용 관계를 살펴본다. 연결관(14)의 입출구 단면적이 서로 다르게 형성되므로 공기가 주연소실(도시 생략)에서 부연소실(10)로 유입될 때 공기의 유동 강도(와류비)를 증대시키는 작용을 한다. 이는 부연소실(10) 내부에서 연료와 혼합이 잘되게 하여 연소를 개선시키며 매연도 감소시키게 된다. 또 혼합기가 1 차 연소 후 주연소실(도시 생략)로 유출될 때는 확산이 용이해진다. 연결관(14)의 상면이 곡면 처리되므로 펌핑 손실을 줄일 수 있고 매연 감소에도 기여한다.

부연소실(10)의 반구부(16)는 부연소실(10) 내부로 유입되는 공기와 분사 노즐(20)을 통한 연료가 서로 혼합되는 공간이므로 종래에 비하여 이 공간이 증대되어 공기를 더욱 많이 유입시킬 수 있어서 매연을 줄일 수 있다.

연결관(14) 부분의 레터 박스(Letter Box)(L)를 증대시킨 것은 공기가 부연소실(10)로 유입될 때 공기 와류 비율이 지나치게 증대되는 것을 방지하고, 다시 유출될 경우에는 펌핑 손실을 줄여주는 역할을 하여 연소 최적화 및 매연(예; NO_x) 저감에 기여하게 된다.

연료 충돌부(18), 즉 페니트레이션(Penetration)의 길이(L)를 최적화시킨 다는 것은 페니트레이션의 길이가 분사 노즐(20)에서 연료가 부연소실(10) 벽면에 부딪히는 위치에 의하여 결정되며, 본 실시예와 같이 이 길이(H)를 짧게 하면, 분사되는 연료의 세기가 향상되어 강화된 공기 흐름과 적절한 혼합 조건을 제공하여 연료와 공기의 최적 혼합 조건을 만들어 주게 된다. 따라서 엔진 연소 과정에서 배출되는 매연이 감소된다. 연료 분무 충돌점의 변경은 부연소실(10) 저면에서부터 높이를 조정하므로 쉽게 얻어지게 되는 것이다. 이 때 지나치게 높게 되면 매연이 과도하게 증가되고, 지나치게 낮을 경우 또한 매연 급증, 출력 격감 및 배출 가스 온도가 증가되어 상품성이 저하된다.

또한 분공비가 증대된 것은 결국 연결관(14)의 체적을 증대함으로써 실현 가능하므로 주연소실(도시 생략)과 부연소실(10) 사이의 혼합 가스 출입을 원활하게 하여 혼합 가스의 유동 손실을 줄여주어서 엔진 출력 상승 및 매연 저감에 기여한다.

상술한 본 발명에 의하면, 부연소실의 형상을 변경하여 부연소실로 유입되는 혼합기의 마찰 손실을 줄일 뿐만 아니라 연료 공기의 혼합성을 개선시킴으로써 전 운전 영역에서 정속이나 급가속에 따른 매연을 대폭 줄일 수 있으므로 엔진의 출력을 향상시킴은 물론 강화되는 환경 규제에 효율적으로 대처할 수 있다.

Claims (1)

1. 부연소실의 상단에 분사 노즐 및 예열 플러그가 설치되고, 그 하단에 주연소실과 연통되는 연결관을 갖춘 디젤 기관의 연소실에 있어서,

   상기 부연소실(10)은 그 상측에 분사노즐과(20)의 사이에 일정 크기의 분사구(12)를 가지며, 중앙부분에 직경이 동일한 원통구간을 가지고 하측 끝단부에 테이퍼 형상으로 직경이 좁아지면서 분사노즐(20)과의 거리인 페니트레이션 길이(P)가 짧아지도록 하는 연료충돌부(18)가 형성되어지되,

   상기 부연소실(10)은 그 상부의 반구부(16)의 직경(D)이 30 mm로 형성되고, 분사구(12)의 체적이 177.27 mm³로 형성되며, 분사노즐(20)과 연료충돌부(18) 간의 거리인 페니트레이션의 길이(P)가 36.9 mm로 형성되며, 연결관(14)의 레터 박스 체적(S)이 108.34 mm³가 되도록 형성되고,

   상기 연결관(14)의 상면은 곡면상으로 형성되고, 상기 연결관(14)의 상부에서 하부로 향할수록 그 단면이 점점 확대되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 기관의 연소실.